JPH08169260A - 表示システムおよびヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】運転者の目の位置が変化しても、運転者の目の
疲労が少なく視認性が良い表示システムを提供する。 【構成】開口部３を所定の大きさとして、反射型ホログ
ラム１から運転者５に向かう光線束を、アイリプス中心
を含み自動車の縦中心面に垂直な方向においてアイリプ
ス中心を中心として左右方向にそれぞれ５５ｍｍ以下の
幅を有する光線束とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示システムに関し、
特に車両、船舶、航空機等の乗物の風防ガラス等を介し
て、運転者に速度等の必要な情報を表示するヘッドアッ
プディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】ここでは、簡単のために、車載用表示シ
ステムを例にとって説明する。車両内の運転者等に情報
を表示する方法として、ヘッドアップディスプレイ（以
下、ＨＵＤと称する）が最近用いられるようになってい
る。これは、液晶表示装置等の発光表示装置から射出さ
れた光学的情報を風防ガラスに備えられているハーフミ
ラーやホログラム等からなるコンバイナーで運転者に向
けて反射させて風防ガラスの前方に表示虚像を生じさせ
ることによって、運転者が運転状態からほとんど視線を
動かすことなくこの表示虚像から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させて
任意の位置に結像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虚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】このようにコンバイナーとしてホログラム
を用いたＨＵＤの一例を図６に示す。発光表示装置２か
ら発した光を拡大作用を持ったホログラム１で運転者５
に向かって回折させ、風防ガラス４の前方にできる表示
虚像１１を観察するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法では、運転者５が観察するのは虚像であ
り、しかも運転者５に向かう光線束の範囲は大きいため
に、運転者５の目の位置が変化すると、運転者５が観察
する表示虚像１１の歪み方も変化することになる。その
ために、運転中に表示虚像１１の形状が様々に変化して
見えてしまい目が疲れるという問題が生じていた。ま
た、右目と左目では表示虚像１１の見えかたが違うため
にやはり目が疲れるという問題も生じていた。

【０００６】特に、表示されるべき表示素子像とその表
示虚像との大きさの比（倍率）を大きくすると、運転中
に観察されるこのような表示虚像の歪みの変化（動歪
み）が大きくなって、運転者に不快感を与えるだけでは
なく、表示の視認性を著しく低下させ、安全上の問題も
大きくなるという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、従来技術が有していた上
述のような問題点を解決し、運転者の目の位置が変化し
ても、運転者の目の疲労が少なく視認性が良い表示シス
テムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、画像情
報射出手段から光として発せられる画像情報を所定の光
学系に入射し、前記画像情報の虚像を前記光学系を介し
て表示する表示システムにおいて、前記虚像を観察する
観察者に向けて前記光学系から射出される光線束を、前
記観察者が前記虚像を観察する観察位置における前記観
察者の両目を結ぶ方向の幅が１１０ｍｍ以下の光線束と
することを特徴とする表示システムが提供される。

【０００９】虚像を表示する光学系において、この虚像
を光学系から射出される光線束の中央付近で観察する場
合には虚像の像歪みは少なく、左右の目によって見える
虚像はほぼ一致する。その結果、光線束の中央付近では
両目で虚像をみても良好に読み取れ、目の疲労が少な
く、視認性も良い。

【００１０】観察者の目の位置が光学系から射出される
光線束の中央から離れるに従って虚像の像歪みが次第に
大きくなり、左右の目によって見える虚像の見え方が異
なってくるが、本発明においては、光学系から射出され
る光線束を、観察者が虚像を観察する観察位置における
観察者の両目を結ぶ方向の幅が１１０ｍｍ以下の光線束
として光線束の範囲を制限している。従って、光線束の
中央から左右方向に離れた位置においては、像歪みが大
きい虚像を観察することになる外側の目では虚像を見ず
にすむ。虚像は内側の片目でのみ観察することになるか
ら、左右の目によって観察される虚像を頭の中で合成す
る必要がなく、目の疲労が軽減され、視認性も向上す
る。このように、本発明は、片目に表示するだけで違和
感無く情報を読み取れるという目の性質を利用し、光の
投影範囲を制限することで目の疲れを軽減し視認性を改
善するものである。なお、両目の間隔が６５ｍｍ程度で
あるので合計１７５ｍｍ顔を動かしても虚像を見ること
ができる。

【００１１】光学系から射出される光線束が、観察者が
虚像を観察する観察位置における観察者の両目を結ぶ方
向の幅が６５ｍｍ以下の光線束であれば、虚像はつねに
片目でのみ観察することになり、左右の目によって観察
される虚像を頭の中で合成する必要がなく、目の疲労が
軽減され、視認性も向上する。

【００１２】このような本発明の表示システムはヘッド
アップディスプレイに好適に使用される。

【００１３】光学系から射出される光線束の範囲は、好
ましくは、画像情報射出手段と観察者との間に実質的に
絞りとなるものを置くことによって制限することができ
る。画像情報射出手段と観察者との間の光路に所定の大
きさの開口部を設けて絞りとしてもよいし、光学系とし
てホログラムを利用するときは、ホログラムそのものに
よって光線束の範囲を制限することもできる。

【００１４】また、好ましくは、画像情報射出手段を、
光源とシャッター群とを有し光源からの光をシャッター
群のそれぞれのシャッターの開閉状態に応じてそれぞれ
のシャッターによってそれぞれ透過および遮断して画像
情報を画像情報射出手段から光として発する手段とし、
光源とシャッター群とを離間して配置することによっ
て、光学系から射出される光線束の範囲を制限すること
もできる。この場合には光源から射出される光そのもの
の範囲を所定の範囲に制限することによって光学系から
射出される光線束の範囲を制限することが好ましいが、
光源から射出される光そのものの範囲を制限するのでは
なく、シャッター群の枠等によって光源からの光を遮っ
て所定の範囲の光とすることによって光学系から射出さ
れる光線束の範囲を制限することもできる。

【００１５】このようなシャッター群を用いる場合に
は、光源とシャッター群との間に実質的にコンデンサー
レンズとして働くものを置くことによって光源とシャッ
ター群との間隔を短縮することができて装置を小型化す
ることができる。

【００１６】また、本発明によれば、画像情報射出手段
から光として発せられる画像情報を所定の光学系に入射
し、前記画像情報の虚像を前記光学系を介して表示する
自動車のヘッドアップディスプレイにおいて、前記自動
車の運転者に向けて前記光学系から射出される光線束
を、前記自動車のＪＩＳ−Ｄ００２１に規定されている
アイリプス中心を含み前記自動車の縦中心面に垂直な方
向において前記アイリプス中心を中心として左右方向に
それぞれ５５ｍｍ以下の幅を有する光線束とすることを
特徴とするヘッドアップディスプレイが提供される。

【００１７】虚像を表示するヘッドアップディスプレイ
において、この虚像をアイリプス中心付近で観察する場
合には虚像の像歪みは少なく、左右の目によって見える
虚像はほぼ一致する。その結果、アイリプス中心付近で
は両目で虚像をみても良好に読み取れ、目の疲労が少な
く、視認性も良い。

【００１８】運転者の目の位置がアイリプス中心から離
れるに従って虚像の像歪みが次第に大きくなり、左右の
目によって見える虚像の見え方が異なってくるが、本発
明においては、光学系から射出される光線束を、アイリ
プス中心を中心として左右方向にそれぞれ５５ｍｍ以下
の幅を有する光線束として光線束の範囲を制限してい
る。従って、アイリプス中心から左右方向に離れた位置
においては、像歪みが大きい虚像を観察することになる
外側の目では虚像を見ずにすむ。虚像は内側の片目での
み観察することになるから、左右の目によって観察され
る虚像を頭の中で合成する必要がなく、目の疲労が軽減
され、視認性も向上する。両目の間隔が６５ｍｍ程度で
あるので合計１７５ｍｍ顔を動かしても虚像を見ること
ができる。

【００１９】光学系から射出される光線束が、自動車の
アイリプス中心を含み自動車の縦中心面に垂直な方向に
おいてアイリプス中心を中心として左右方向にそれぞれ
３２．５ｍｍ以下の幅を有する光線束であれば、虚像は
つねに片目でのみ観察することになり、左右の目によっ
て観察される虚像を頭の中で合成する必要がなく、目の
疲労が軽減され、視認性も向上する。

【００２０】本発明において虚像を表示する光学系とし
て、光の反射効果を用いるミラーやハーフミラー等、屈
折効果を用いるレンズ、プリズム等、あるいは回折効果
を有するホログラム等の光学素子を用いることができ
る。

【００２１】本発明をヘッドアップディスプレイに用い
た場合には、ホログラムを用いた光学系が好ましく用い
られる。ホログラムを用いたものは、運転者等に向かっ
て光学的情報を回折させて任意の位置に結像することが
可能であり、また、前景輝度を損なわずに高輝度の表示
虚像が得られるからである。

【００２２】また、本発明において表示される光学的情
報は、その表示用途により適宜選択されるものである
が、車両のスピード計、タコメーター、さらには種々の
警告ランプや、ナビゲーション情報等が例として挙げら
れる。

【００２３】本発明を車両用の表示システムに用いた場
合においては、観察者とは、主には車両の運転者である
が、その他、助手席その他の同乗者や、これらすべての
者を含めることもできる。

【００２４】以下に、図面に基づいて本発明をさらに詳
細に説明する。ここでは、車載用ヘッドアップディスプ
レイ（ＨＵＤ）システムを例にとって本発明を説明す
る。

【００２５】図１は、本発明の一例である車載用ヘッド
アップディスプレイを説明するための図であり、図１Ａ
はその平面図であり、図１Ｂはその側面図である。

【００２６】車両の風防ガラス４の下方には画像情報射
出手段としての発光表示装置２が備えられており、風防
ガラス４には光学系として表示虚像を拡大するレンズ効
果を有する反射型ホログラム１が取り付けてある。発光
表示装置２と風防ガラス４の間には、絞りとして働く開
口部３をもったダッシュボードを装着する。発光表示装
置２から射出された光は開口部３を通過し反射型ホログ
ラム１によって回折されて運転者５に向かって射出さ
れ、風防ガラス４の前方に表示虚像１１を形成する。運
転者５は拡大された表示虚像１１を観察することができ
る。

【００２７】開口部３の幅を所定の大きさとして、反射
型ホログラム１から運転者５に向けて反射される光線束
を、アイリプス中心を含み自動車の縦中心面に垂直な方
向においてアイリプス中心を中心として左右方向にそれ
ぞれ５５ｍｍ以下の幅を有する光線束としたとき、すな
わち、アイリプス中心を中心として横幅１１０ｍｍの範
囲に光線束を制限したとき、両目の間隔が６５ｍｍある
ので、合計１７５ｍｍ顔を動かしても表示虚像１１を見
ることができる。アイリプス中心付近で見るときは両目
で、アイリプス中心から離れた位置で見るときは内側の
片目のみでみることになるがそのことによる違和感は感
じられない。

【００２８】拡大光学系となる反射型ホログラム１によ
る表示虚像１１の像歪みは、アイリプス中心では少なく
周辺に行くほど大きくなる。そのためアイリプス中心付
近では、左右の目による像はほぼ一致するので、両目で
みても良好に読み取れる。アイリプス中心から離れた所
では歪みの大きい外側の目の像を見ずにすむため、目の
疲労が軽減され視認性も向上する。

【００２９】また、開口部３の幅を狭くして、反射型ホ
ログラム１から運転者に向けて反射される光線束を、ア
イリプス中心を含み自動車の縦中心面に垂直な方向にお
いてアイリプス中心を中心として左右方向にそれぞれ３
２．５ｍｍ以下の幅を有する光線束としたとき、すなわ
ち、アイリプス中心を中心として横幅６５ｍｍの範囲に
光線束を制限すると、両目の間隔は６５ｍｍなので、つ
ねに片目で見ることになる。そのためにたとえ表示虚像
の像歪みが多少大きくても、目の疲労が少なく視認性も
向上する。

【００３０】図２は、本発明の他の一例である車載用ヘ
ッドアップディスプレイを説明するための図であり、図
２Ａはその平面図であり、図２Ｂはその側面図である。

【００３１】画像情報射出手段として、液晶表示素子６
とそれと離して配置した光源７とを用いている。光源７
から射出される光そのものの範囲を光源７によって制限
しているので、図１の場合のような開口絞りの役割をす
る開口部３は不要である。アイリプス中心では液晶表示
素子６と光源７とが一直線上にあり重なっているので、
表示虚像を両目で見ても良好に読みとることができ、目
の疲労が少なく、視認性もよい。アイリプス中心から離
れた所では、内側の片目のみでみることになるので、や
はり目の疲労が少なく視認性もよい。

【００３２】この液晶表示素子６としては、透過型のツ
イストネマチック型液晶表示素子、スーパーツイストネ
マチック型液晶表示素子等が好ましく使用できる。

【００３３】図３は、本発明のさらに他の一例である車
載用ヘッドアップディスプレイを説明するための図であ
り、図３Ａはその平面図であり、図３Ｂはその側面図で
ある。

【００３４】コンデンサーレンズ８を入れることで液晶
表示素子６と光源７との間隔を短縮し小型化を図ったも
のである。コンデンサーレンズ８はフレネルレンズを用
いてもよい。凹面ミラーでも同様の効果が得られる。

【００３５】図４は、本発明の別の他の一例である車載
用ヘッドアップディスプレイを説明するための平面図で
ある。この図のように、コンデンサーレンズ８と光源７
とを複数に分割してもよい。また冷陰極放電管等の直線
状の光源をそのまま用いる時は、コンデンサーレンズ８
として円筒レンズを用いると効率よく光を利用すること
ができる。

【００３６】図５は、本発明のさらに別の他の一例であ
る車載用ヘッドアップディスプレイを説明するための側
面図である。

【００３７】図１乃至図４においては、拡大光学系とし
て反射型ホログラム１を使用した。ホログラムは一部の
波長の光だけを回折し、そのほかの光は透過するので、
表示虚像１１と外の景色を重ねて観察することができる
という利点がある。ただし、必ずしもホログラムを用い
る必要はなく、図５のように、拡大光学系としてホログ
ラムに代えてガラスレンズ９を用いてもよい。その場
合、風防ガラス４による反射光を増やすために風防ガラ
ス４の一部をハーフミラー１０にしてもよい。

【００３８】なお、車載用ヘッドアップディスプレイに
おいてホログラム１を取り付ける場所は、風防ガラス４
のほかに他の窓ガラスでもよい。また窓ガラス周辺の遮
光ガラスペースト部、あるいはインストルメントパネ
ル、ダッシュボードに取り付けてもよい。そうすれば、
車外が明るくても、表示虚像のコントラストが低下して
視認が困難になることを防止することができる。

【００３９】ここでは、本発明を適用する分野としてＨ
ＵＤを例にとって説明したが、そのほかの表示システム
に適用することも当然可能である。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００４１】（実施例１）図１のように、反射型ホログ
ラム１を、合わせガラスからなる風防ガラス４内に封入
した。反射型ホログラム１は、反射型ホログラム１から
それぞれ距離３０００ｍｍ離れた点光源と距離３５０ｍ
ｍ離れた点光源とで露光して製作した。図１のように、
発光表示装置２は反射型ホログラム１に対し入射角３０
度、距離３００ｍｍとなる位置に置いた。発光表示装置
２から反射型ホログラム１の方に向かって距離２００ｍ
ｍ離れたところにあるダッシュボードに、絞りを兼ねた
開口部３を設けた。開口部３の開口の大きさは、運転者
５の位置で横幅１１０ｍｍの範囲に反射型ホログラム１
からの光の光線束を制限するように調整した。発光表示
装置２から射出される光の波長は５４５ｎｍとした。反
射型ホログラム１から出射角６５度、距離９００ｍｍの
位置から観察した。

【００４２】これにより運転者５の位置において顔を１
７５ｍｍ横に動かした範囲内で、良好な品質の表示虚像
１１を観察することができた。なお、表示虚像１１は反
射型ホログラム１の約９００ｍｍ前方に見えた。

【００４３】（実施例２）図２に示すように、本実施例
では、反射型ホログラム１の作製法、配置は実施例１と
同一とした。ただし、発光表示装置２に代えて液晶表示
素子６と光源７とを用いた。液晶表示素子６の配置は、
実施例１の発光表示装置２の配置と同じとし、光源７を
液晶表示素子６から２００ｍｍ離して置いた。光源７の
幅は、運転手の位置で横幅１１０ｍｍの範囲に反射型ホ
ログラム１からの光の光線束を制限するように調整し
た。

【００４４】（実施例３）図３に示すように、本実施例
においては、反射型ホログラム１の作製法、配置および
液晶表示素子６の配置は実施例２と同一とした。ただ
し、液晶表示素子６に接して焦点距離５０ｍｍの球面コ
ンデンサーレンズ８を配置し光源７をコンデンサーレン
ズ８から約４５ｍｍ離して置いた。光源７の幅は、運転
手の位置で横幅１１０ｍｍの範囲に反射型ホログラム１
からの光の光線束を制限するように調整した。

【００４５】

【発明の効果】本発明の表示システムにおいては、光学
系から観察者に向けて射出される光線束を、観察者が虚
像を観察する観察位置における観察者の両目を結ぶ方向
の幅が１１０ｍｍ以下の光線束として光線束の範囲を制
限したから、光線束の中央付近では両目で虚像をみても
良好に読み取れ、目の疲労が少なく視認性もよく、光線
束の中央から左右方向に離れた位置においても、虚像は
内側の片目でのみ観察することになるから、やはり、目
の疲労が軽減され視認性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例である車載用ヘッドアップディス
プレイを説明するための図であり、図１Ａはその平面図
であり、図１Ｂはその側面図である。

【図２】本発明の他の一例である車載用ヘッドアップデ
ィスプレイを説明するための図であり、図２Ａはその平
面図であり、図２Ｂはその側面図である。

【図３】本発明のさらに他の一例である車載用ヘッドア
ップディスプレイを説明するための図であり、図３Ａは
その平面図であり、図３Ｂはその側面図である。

【図４】本発明の別の他の一例である車載用ヘッドアッ
プディスプレイを説明するための平面図である。

【図５】本発明のさらに別の他の一例である車載用ヘッ
ドアップディスプレイを説明するための側面図である。

【図６】従来のヘッドアップディスプレイの側面図であ
る。

【符号の説明】

１：反射型ホログラム ２：発光表示装置 ３：開口部 ４：風防ガラス ５：運転者 ６：液晶表示素子 ７：光源 ８：コンデンサーレンズ ９：拡大レンズ １０：ハーフミラー １１：表示虚像

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像情報射出手段から光として発せられる
   画像情報を所定の光学系に入射し、前記画像情報の虚像
   を前記光学系を介して表示する表示システムにおいて、
   前記虚像を観察する観察者に向けて前記光学系から射出
   される光線束を、前記観察者が前記虚像を観察する観察
   位置における前記観察者の両目を結ぶ方向の幅が１１０
   ｍｍ以下の光線束とすることを特徴とする表示システ
   ム。
2. 【請求項２】前記光線束が、前記観察者が前記虚像を観
   察する観察位置における前記観察者の両目を結ぶ方向の
   幅が６５ｍｍ以下の光線束であることを特徴とする請求
   項１記載の表示システム。
3. 【請求項３】前記表示システムがヘッドアップディスプ
   レイであることを特徴とする請求項１または２記載の表
   示システム。
4. 【請求項４】前記画像情報射出手段と前記観察者との間
   に実質的に絞りとなるものを置くことを特徴とする請求
   項１乃至３のいずれかに記載の表示システム。
5. 【請求項５】前記画像情報射出手段が、光源とシャッタ
   ー群とを有し前記光源からの光を前記シャッター群のそ
   れぞれのシャッターの開閉状態に応じて前記それぞれの
   シャッターによってそれぞれ透過および遮断して前記画
   像情報を前記画像情報射出手段から光として発する手段
   であり、前記光源と前記シャッター群とを離間して配置
   することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
   の表示システム。
6. 【請求項６】前記光源と前記シャッター群との間に実質
   的にコンデンサーレンズとして働くものを置くことを特
   徴とする請求項５記載の表示システム。
7. 【請求項７】画像情報射出手段から光として発せられる
   画像情報を所定の光学系に入射し、前記画像情報の虚像
   を前記光学系を介して表示する自動車のヘッドアップデ
   ィスプレイにおいて、前記自動車の運転者に向けて前記
   光学系から射出される光線束を、前記自動車のアイリプ
   ス中心を含み前記自動車の縦中心面に垂直な方向におい
   て前記アイリプス中心を中心として左右方向にそれぞれ
   ５５ｍｍ以下の幅を有する光線束とすることを特徴とす
   るヘッドアップディスプレイ。
8. 【請求項８】前記光線束が、前記自動車のアイリプス中
   心を含み前記自動車の縦中心面に垂直な方向において前
   記アイリプス中心を中心として左右方向にそれぞれ３
   ２．５ｍｍ以下の幅を有する光線束であることを特徴と
   する請求項７記載のヘッドアップディスプレイ。