JPH07172212A

JPH07172212A - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JPH07172212A
Application number: JP5322441A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hirano; 正浩平野; Norihito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-11

Abstract

(57)【要約】【目的】太陽や街路灯などの上方からの光が車両内に入
ることを防ぎ、フレアー光が防止されたヘッドアップデ
ィスプレイを得る。【構成】車両外からのフレアー光の入射方向が水平以下
となるように車両の風防ガラス７に配されたホログラム
からなるコンバイナー２に、発光表示手段からの光を運
転者にむけて回折するヘッドアップディスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドアップディスプ
レイ（以下ＨＵＤとする）に関し、特に車両外からのフ
レアー光を低減したＨＵＤに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車内等の運転者に情報を表示する方
法として、ＨＵＤが最近用いられるようになっている。
これは、液晶表示装置等の情報投射手段から投射された
光学的情報を、自動車の風防ガラス等に組み込まれたホ
ログラムやハーフミラー等からなるコンバイナーに映
し、運転者が運転状態からほとんど視点を動かすことな
く情報を読み取れるようにしたものである。

【０００３】特に、コンバイナーとしてホログラムを用
いたものは、運転者に向かって光学的情報を回折する機
能とともにレンズ機能等を併せ持つことができるので、
光学的情報を運転者の視野方向に回折したり、あるい
は、他にレンズ等の光学系を使用せず、任意の位置に結
像したりすることが可能であり、また、前景輝度を損な
わずに高輝度の表示像が得られるという特徴があるた
め、ＨＵＤのコンバイナーとしては有効である。

【０００４】図３は、従来のＨＵＤの一例を示す概念図
である。光源４６から発し、レンズ系４４を介して透過
型液晶表示素子４５を通過した表示すべき情報を含む光
４３は、車体の風防ガラス４７に備えられたホログラム
４２に照射され、回折されて運転者に観察位置４１で視
認される。

【０００５】上記レンズ系４４はコリメーターとしての
機能を持つものであり、また、この機能はホログラム４
２に持たせることもでき、速度表示４８、警告表示４９
の表示像を遠方に結像させることも可能になる。

【０００６】また、ホログラム４２は波長選択機能を持
つので、希望する色の像が表示可能となる。通常その色
は単一であることが多いが、多重露光による多色表示も
可能であり、表示情報の量と質を向上できる。例えば、
速度表示４８を緑色、警告表示４９を赤色とすることに
よって、運転者に対してより的確に情報を伝達すること
が可能となる。

【０００７】かかるホログラフィックコンバイナーとし
ては、通常、反射型のホログラムが用いられるが、反射
ホログラムの作製においては、ホログラムの感光材料面
の一方の面から参照光、他方の面から物体光を照射し
て、回折格子を作製する。

【０００８】ホログラムの感光材料内部では、これら２
つのレーザー光が干渉して光の明暗の干渉縞が生じ、そ
れが感光材料の屈折率または密度などの物性の違いに基
づく回折格子として記録される。この種の反射型ホログ
ラムにおいては、光の入射角度と反射回折角度が異なる
場合、その回折格子面はホログラム表面に対して傾いて
おり、表面と平行ではない。

【０００９】図２は風防ガラス内部に封入したホログラ
ムを示す概念断面図である。２２はコンバイナーとして
機能する反射型ホログラムである。ホログラム２２の内
部には図に示すような表面に対して傾きを持った回折格
子が形成されている。ホログラム２２は風防ガラスの車
内側ガラス２３に備えられ、ポリビニルブチラール（Ｐ
ＶＢ）よりなる中間膜２５と共に、車外側ガラス２４の
内側に封入され安全合わせガラスを構成している。中間
膜２５とホログラム２２の界面２１は、中間膜中に含ま
れる可塑剤によりホログラムの特性が影響を受けないよ
うな保護層となっている。

【００１０】発光表示手段より放射された情報を含む光
２６は車内側ガラス２３に対して角度θ₁ で入射し、空
気とガラスの屈折率の差により屈折しガラス内部ではθ
₁ ’の角度となる。ガラス内部に入った光はホログラム
２２によって運転者方向に反射回折される。ホログラム
内部の回折格子は表面に対して傾いているため、回折光
のガラス内部角はθ₂ ’となりガラス表面で屈折して車
内側では角度θ₂ で出射し光２７として運転者等の観察
者に視認される。一般にθ₁ とθ₂ は車外側ガラス表面
での反射光による二重像を防ぐため異なっており、また
乗用車では光源、コンバイナー、ドライバーの位置関係
によりθ₁ ＜θ₂ となっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】かかるホログラムＨＵ
Ｄを備えた車両に、点線で示した外部光２８が入射する
とき、その入射角θinがある特定の角度である場合に外
部光は車内側ガラスの表面に対しθ₁ ’で到達し再びθ
₁ ’でガラス内部方向に反射する。この角度は情報を含
む光２６のガラス内部での角度と同じであるため、外部
光はホログラム２２によって反射回折され車内側ガラス
表面から角度θ₂ で出射することになり、情報を含む光
２７と共に２９のように運転者等の観察者に到達する。
この外部光によるノイズ光をフレアー光と呼ぶ。

【００１２】このようなフレアー光が発生すると車外か
らの光の入射角度によって、明るいむらとして見えた
り、スポット状の輝点として見えたりして、ＨＵＤの表
示像の視認性を低下させるなどの悪影響をもたらす。特
に太陽光がフレアー光として観察されると輝度が高いた
め眩惑を起こす可能性もあり安全上も問題があった。ま
た、夜間では周囲が暗いため昼間には気付かないような
街路灯などの弱い光も、フレアー光として観察されてし
まい運転する際に非常に目障りであった。このフレアー
光は太陽や街路灯などの外部の光源を直線的に見るのと
は異なる角度で観察されるため、１つの光源が複数個に
見えることとなりまことに目障りな存在であった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、以下のような特徴を
持つＨＵＤを提供するものである。

【００１４】光源と表示すべき情報を表示する表示体と
を少なくとも備えて表示すべき情報を光として発生する
発光表示手段と、車両の風防ガラスに配されていて前記
光を車両内の観察者に向けて回折する、ホログラムより
なるコンバイナーとを少なくとも備えたヘッドアップデ
ィスプレイにおいて、前記コンバイナーは車両外からの
フレアー光の入射方向が水平以下であることを特徴とす
る。また、前記コンバイナーは車両外からのフレアー光
の入射方向が水平以下となるよう、コンバイナーへの前
記光の入射角θ₁ と風防ガラスの傾き角θw とが、略θ
₁ ＞９０゜−θw の関係を満足することを特徴とし、加
えてまた前記コンバイナーの備えられている位置は、前
記フレアー光の入射方向の延長線上にボンネット等の障
害物が存在するような位置であることを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明によるＨＵＤを用いれば、フレアー光の
入射方向が水平以下となるため、一般的に上部に位置す
る外部の光源からの光が風防ガラスに入射しても、運転
者にはフレアー光としては観察されないこととなり、問
題となっていたフレアー光を有効に低減できる。また、
フレアー光の入射方向の延長線上にボンネット等の障害
物が存在するような位置にコンバイナーを備えれば、万
一登り坂等でフレアー光の入射方向が水平以上となった
り、あるいは先行車の尾燈のように水平以下から入射す
る光も遮ることができるので有効にフレアー光を低減で
きる。

【００１６】また、図２から分かる通り、車内側ガラス
２３の表面と車外側ガラス２４の表面が平行であればθ
in’とθ₁ ’は等しくなるので、θin＝θ₁ の場合にフ
レアー光が観察されることになる。そこで水平線３０と
風防ガラスのなす角をθw とするとき、θin＝θ₁ ＞９
０゜−θw となる場合にフレアー光の入射方向が水平以
下となり、有効にフレアー光を低減できる。一般の車両
の風防ガラスは曲面形状をしているため、フレアー光が
観察されるのは厳密にはθin＝θ₁ ではないが、ガラス
の曲率はそれほど大きくないので、目安として概略θ₁
＞９０゜−θwの関係を満足していればフレアー光の入
射方向を水平以下とすることができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明における実施例
を説明する。図１は、本発明のＨＵＤの一例を示す概念
図である。風防ガラス７の下方には発光表示手段が備え
られており、この発光表示手段は熱陰極管を用いた光源
６から発した光がコリメーターであるレンズ系４を介
し、透過型カラー液晶表示素子からなる表示体５を通過
した表示すべき情報を光３として発するものである。こ
の光３は、車体の風防ガラス７に備えられたホログラム
からなるコンバイナー２に照射されて、回折され、運転
者に観察位置１で視認される。

【００１８】上記レンズ系４はコリメーターとしての機
能を持つものであり、また、この機能はホログラムに持
たせることもでき、速度表示８、警告表示９の表示像を
遠方に結像させることも可能となる。

【００１９】また、必要に応じて表示体５とコンバイナ
ー２との間に収差補正用の別のホログラムやレンズ等を
配してもよい。

【００２０】また、ホログラムは波長選択機能を持つの
で、希望する色の像が表示可能であり、さらに、多重露
光や複数枚のホログラムの積層によって多色表示が可能
となり、表示情報の量と質の向上ができる。本実施例で
は熱陰極管の発光ピーク波長に対応する５４５ｎｍと６
１２ｎｍの光を回折する多重露光のホログラムを用い、
速度表示８を緑色、警告表示９を緑色と赤色とを混合し
アンバー色（橙色）等として表示した。その結果、運転
者に対してより的確に情報を伝達することが可能とな
る。

【００２１】本実施例では風防ガラスの傾きθw は４５
゜であり、情報を含む光３のホログラム２への入射角θ
₁ を５５゜とし出射角θ₂ を６５゜となるように露光し
たホログラムを風防ガラスに封入した。この配置をとる
ことによりθ₁ （５５゜）＞９０−θw （４５゜）の関
係が満足され、図１に示すフレアー光の入射方向１０は
水平より１０゜低くなることが分かる。その結果、太陽
や街路灯などの上方からの光がフレアー光として車両内
に入るのを防ぐことができた。

【００２２】更に本実施例ではコンバイナー２の風防ガ
ラスへの取り付け位置を調整し、フレアー光の入射方向
１０の延長線上にボンネットが位置するようにしてお
り、登り坂での外部光や先行車の尾燈などもフレアー光
として車両内に入ることを防ぐことができた。

【００２３】なお、ホログラムは通常数１０ｍｍから数
１００ｍｍ角程度の面積で、数μｍから数１０μｍ程度
の厚みである。このようなホログラムは、リップマンタ
イプ等の体積・位相型のホログラムが高い回折効率を得
られるという点で望ましいが、エンボスタイプ、レイン
ボータイプ等のホログラムと呼ばれるものを広く用いる
ことができる。また、ホログラム材料としては、ポリビ
ニルカルバゾールやアクリル系などのフォトポリマー、
重クロム酸ゼラチン、光レジスト、銀塩など種々の感光
材料を用いることができる。

【００２４】本実施例ではコンバイナーとして横１５０
ｍｍ×縦２００ｍｍの大きさで、厚さが２０μｍのアク
リル系フォトポリマーよりなる感光材料を用い、体積位
相型の反射型ホログラムを用いた。

【００２５】かかるホログラムは風防ガラスに備えられ
るものであり、例えば風防ガラスの表面（車両外表面）
や車両内側表面に備えられてもよいが、特にホログラム
の保護の点に鑑みて、本実施例のように合わせガラスで
ある風防ガラスの内部に封入して用いることが好まし
い。

【００２６】本発明における発光表示手段は光を発して
表示する機能を持つものであり、液晶表示素子等のいわ
ゆる受光型表示素子からなる表示体に熱陰極管（ＨＣ
Ｔ）、冷陰極管、蛍光表示管（ＶＦ）、ハロゲンラン
プ、ＬＥＤなどからなる光源から発した光を照射するも
のであり、また、これらの機能を併せ持つものであって
もよい。

【００２７】本発明におけるコンバイナーをカラー表示
に用いる場合、この液晶表示素子としては、カラーフィ
ルターと透過型のツイストネマチック型液晶素子や、ス
ーパーツイストネマチック型液晶表示素子等からなるカ
ラー液晶表示素子等が好ましく使用でき、一つの光源か
ら発せられた光を所望の色の光として照射することがで
きる。

【００２８】このようにして複数の色の光は、同一の発
光表示手段から発することができ、これら複数の色の光
が同時に表示される場合には表示像が重なって表示さ
れ、逆にこの表示像の重なりを防ぐためには、必要に応
じてカラーフィルターと光源の組み合わせによって、あ
るいはカラー液晶表示素子を制御することによって、複
数の色の光が同時に照射されないようにしてもよい。

【００２９】また、それとは別に、受光型表示素子を用
いず、上記の光源自体をパターン化して配列し特定の情
報を光として発生するものであってもよい。受光型表示
素子に上記光源を併用したものの場合は、この受光型表
示素子と光源との間にレンズ系や曲面反射鏡等の適当な
光平行化手段、導光板等の適当な導光手段を配置しても
よい。さらに、ホログラムに光が投射されるまでの光径
路内に、必要に応じて、光偏光手段、あるいは、ＫＮＯ
₃ 等の非線形光学素子を配置してもよい。

【００３０】また本発明のＨＵＤをカラー表示とする場
合、コンバイナーから表示像までの距離は各色で同一と
すれば同一平面内にカラー表示ができ、また、色によっ
て変えた場合には表示色によって表示像の観察される距
離の異なる立体的な像を得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、フレアー光の入射方向
が水平以下となるため、太陽や街路灯などの上方からの
光がフレアー光として車両内に入ることを防ぐことがで
きる。また、フレアー光の入射方向の延長線上にボンネ
ット等の障害物を設けているため、登り坂での外部光や
先行車の尾燈などの水平以下からの外部光に対しても、
フレアー光として車両内に入るのを有効に防ぐことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＨＵＤの一例を示す概念図

【図２】風防ガラス内部に封入したホログラムおよびフ
レアー光の発生メカニズムを説明する概念断面図

【図３】従来のＨＵＤを示す概念図

【符号の説明】

１：運転者の観察位置２：コンバイナー３：情報を含む光４：レンズ系５：表示素子６：光源７：風防ガラス８：速度表示９：警告表示１０：フレアー光の入射方向１１：ボンネット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と表示すべき情報を表示する表示体と
を少なくとも備えて表示すべき情報を光として発生する
発光表示手段と、車両の風防ガラスに配されていて前記
光を車両内の観察者に向けて回折する、ホログラムより
なるコンバイナーとを少なくとも備えたヘッドアップデ
ィスプレイにおいて、前記コンバイナーは車両外からの
フレアー光の入射方向が水平以下であることを特徴とす
るヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】前記コンバイナーへの前記光の入射角θ₁
と風防ガラスの傾き角θw とが、θ₁ ＞９０゜−θw の
関係を満足するように配されることを特徴とする請求項
１のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】前記コンバイナーの配されている位置は、
前記フレアー光の入射方向の延長線上に車体が存在する
ような位置であることを特徴とする請求項１のヘッドア
ップディスプレイ。