JPH0885363A - ヘッドアップ型車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インストの任意の場所に、大きな加工を施す
ことなく取り付けが可能なヘッドアップ型車両用表示装
置を提供する。 【構成】 車両のフロントガラス８の下方にあって、映
像光線７を車両後方へ向けて略水平に出射する表示素子
５と、該表示素子５からの光を表示縦方向に表示を引き
伸ばすように透過的に斜め上向きに回折する回折部材６
と、前記車両のフロントガラス８に沿って密接配置さ
れ、該回折部材６らの回折光を運転者の目の方向へ回折
又は反射するコンバイナ９と、太陽光などの車外からの
光が前記回折部材６の表面で反射して直接、及び前記コ
ンバイナ９を介して運転者の目１０に入射する光路を遮
るとともに、前記表示素子５からの光が前記回折部材６
を透過し運転者の目１０に直接入射する光路を遮る光路
遮蔽手段１１とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、運転者の視線を逸ら
せることなく、運転者に対して様々な情報を伝えること
ができるヘッドアップ型車両用表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の車両用表示装置として
は、図１０に示されるように、特開昭６２−６４６３８
号公報に記載されたものが知られている。図において、
１０１はフロントガラス、１０２は窓枠、１０３は車
体、１０４は計器盤、１０５はホログラム、１０６は運
転者の眼、１０７はジアポジチブ、１０８は光信号発生
器、１０９はレンズ、及び１１０は保護膜であり、プロ
ジェクタユニット（図中、ジアポジチブ１０７，光信号
発生器１０８，レンズ１０９，保護膜１１０等を鏡胴に
収容したものが相当する）は、光信号発生器１０８から
出射される光をジアポジチブ１０７、レンズ１０９、保
護膜１１０を通して直進させ、フロントガラス１０１を
照射するようになっている。そして、このプロジェクタ
ユニットから出射されてフロントガラス１０１に達した
光線は、運転者の目１０６へと反射され、これにより運
転者は視線を車両前方に向けたままで、プロジェクタユ
ニットから送られた映像を確認することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のヘットアップ型車両用表示装置にあっては、
プロジェクタユニットとして、光信号発生器１０８から
出射される光を直進させてフロントガラス１０１を射る
構成を採用していため、その上下方向の奥行きがかなり
大きいために、その取り付けのためには、計器盤（イン
ス）１０４を大きく加工して、プロジェクタユニットを
深く埋め込む必要があり、そのため、比較的に装着自由
度が低く、単にインスト上に載置すると言った簡単な取
り付け構造を採用することはできないという問題点があ
った。

【０００４】一方、プロジェクタを小型化するには、
（１）レンズを用いた拡大系を採用すること、（２）凹
面鏡を用いた拡大系を採用すること、などが知られてい
る。しかし、（１）の場合には、図１１に示されるよう
に、光軸１１１に沿ってレンズ１１２と表示素子１１３
とが並ぶこととなり、その間には拡大に見合ったギャッ
プが必要であることから、プロジェクタユニットを計器
盤（インス）上に置く系を想定すると、その厚みがかな
り大きくなってしまう。また、（２）の場合には、図１
２に示されるように、凹面鏡１１４と表示素子１１３と
を車両水平方向にレイアウトすれば一見薄型にできそう
に見えるものの、プロジェクタユニットのカバー１１５
は表面反射を避けるために曲面状でなければならないこ
とから、プロジェクタユニットはさほど薄型にはできな
い。

【０００５】この発明は、上述の問題点を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、イン
ストの任意の場所に、大きな加工を施すことなく取り付
けが可能なヘッドアップ型車両用表示装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この出願の請求項１の発明は、車両のフロントガ
ラスの下方にあって、映像光線を出射する表示素子と、
該表示素子からの光を表示縦方向に表示を引き伸ばすよ
うに透過的に斜め上向きに回折する回折部材と、前記車
両のフロントガラスに沿って密接配置され、該回折部材
からの回折光を運転者の目の方向へ回折又は反射するコ
ンバイナと、太陽光などの車外からの光が前記回折部材
の表面で反射して直接、及び前記コンバイナを介して運
転者の目に入射する光路を遮る第１の光路遮断手段と、
前記表示素子からの光が前記回折部材を透過し運転者の
目に直接入射する光路を遮る第２の光路遮蔽手段と、を
有することを特徴とするものである。

【０００７】この出願の請求項２の発明は、前記請求項
１の発明において、前記表示素子が、蛍光表示管、液晶
表示素子とバックライトとの組成体、又はフィルムパタ
ーンとバックライトとの組成体などのようなフラットパ
ネル型ディスプレイであることを特徴とするものであ
る。

【０００８】この出願の請求項３の発明は、前記請求項
１の発明において、前記前記回折部材が、ホログラフィ
ック光学素子であることを特徴とするものである。

【０００９】この出願の請求項４の発明は、前記請求項
１の発明において、前記回折部材が、プラッチック板の
表面に多数の微細な山形溝処理を施して成る多段プリズ
ムであることを特徴とするものである。

【００１０】この出願の請求項５の発明は、前記請求項
１の発明において、前記第１の遮断部材が、ルーバー状
フィンであることを特徴とするものである。

【００１１】この出願の請求項６の発明は、前記請求項
１の発明において、前記第２の光路遮断手段が、不透過
性の遮蔽板であることを特徴とするものである。

【００１２】この出願の請求項７の発明は、前記請求項
１の発明において、前記コンバイナが、ホログラフィク
光学素子、反射膜コーティング、旋光性素子、などの光
学素子を装着したガラスやプラッチックなどの透明若し
くは半透明板、又は光学素子を装着していない半透明板
であることを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】以上の各請求項の発明においては、車両のフロ
ントガラスの下方に位置する表示素子からは、映像光線
が出射され、この映像光線は回折部材によって表示縦方
向に表示を引き伸ばすように透過的に斜め上向きに回折
され、車両のフロントガラスに沿って密接配置されたコ
ンバイナにより運転者の目の方向へ回折又は反射され、
また太陽光などの車外からの光が前記回折部材の表面で
反射し前記コンバイナを介して運転者の目に入射する光
路は遮る第１の光路遮断手段により遮られ、さらに表示
素子からの光が前記回折部材を透過し運転者の目に直接
入射する光路は第２の光路遮蔽手段によって遮られる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施例を示す模式的断面図である。

【００１５】先ず、構成を説明すると、プロジェクタユ
ニット１は、例えばインスト上に載置されてもフロント
ガラスの視野を遮らない程度の上下方向に薄いハウジン
グ２を有して構成されており、このハウジング２内の車
両前方側の端部には、車両後方へ向けて水平に光を発す
る表示用光源３が収納されている。この表示用光源３か
らの出射方向前方には、表示用光源３からの光を拡散す
る拡散板４が配設され、さらに拡散板４の前方側には、
表示されるべき情報を描き出すためのＬＣＤ（液晶表示
器）５が配設されている。尚、表示素子としては、この
ような液晶表示素子とバックライトとの組成体に限ら
ず、蛍光表示管、フィルムパターンとバックライトとの
組成体などのようなフラットパネル型ディスプレイが広
く使用可能である。

【００１６】また、プロジェクタユニット１における前
記ＬＣＤ５の前方側には光学素子６が配設され、表示光
源３からの光線７を斜め上向きに屈折させると共にこれ
を回折させて、その光束の縦方向の幅を拡げて、光線７
に含まれる光像を縦方向に延ばすよう機能する。

【００１７】一方、フロントガラス８にはコンバイナ９
が密接配置されており、プロジェクタユニット１からの
光線７を車両後方側へと略水平に車両運転者の目１０に
向けて反射させている。コンバイナ９としては、ホログ
ラフィク光学素子、反射膜コーティング、旋光性素子、
などの光学素子を装着したガラスやプラッチックなどの
透明若しくは半透明板、または光学素子を装着していな
い半透明板等が使用される。

【００１８】プロジェクタユニット１における前記光学
素子６の前方側には遮断手段１１が配設され、太陽光な
どの外来光が光学素子６で反射し直接運転者の目１０に
入る光路と、コンバイナ９でさらに反射し運転者の目１
０に入る光路とを共に遮断する。尚、１２はＬＣＤの制
御等を司る制御回路部、１３は運転者の目１０から見た
場合の表示像である。

【００１９】次に、作用を説明する。

【００２０】背の低い表示光源３からの光は、拡散板４
及びＬＣＤ５を経由して表示情報を含んだ光束となり、
次いで、光学素子６により表示が縦方向に延ばされると
共に斜め上向きに回折されてコンバイナ９に投射され
る。コンバイナ９にて光は運転者の目１０の方向に反射
する。これにより運転者はフロントガラス８に表示が設
けられているかの如く、十分な上下方向の幅を有する表
示像１３を認識することができる。また、プロジェクタ
ユニット１の高さを低く抑える構成としたため、運転者
の視野を遮ることなく、インストルメントパネル上の任
意の場所に、このプロジェクタユニット１を取り付ける
ことができる。また、遮断手段１１は、太陽などの外来
光が光学素子６によって反射して運転者の目１０に入る
光路を遮断する機能を有すると共に、運転者の目１０か
ら表示光源３を直接望む光路を遮断する機能をも同時に
有しているので、光学素子６からの太陽反射光や表示光
源３からのコンバイナ９を経由しない直接光により、運
転者を幻惑させることもない。

【００２１】図２には他の実施例を示す。

【００２２】この実施例では図１の光学素子６を透過型
のホログラム１４とし表示の縦方向延ばしと光の斜め上
向き回折を同時に実現するものである。尚、図におい
て、１５は干渉縞、１６はガラス板である。

【００２３】図３にはさらに他の実施例を示す。

【００２４】この実施例は、図１の光学素子６を、その
上面側に多数の微細な断面山形の突条１７ａを形成した
多段プリズム１７とし、表示の縦方向延ばしと、光の斜
め上向き回折を同時に実現するものである。

【００２５】図４にはさらに他の実施例を示す。

【００２６】この実施例は、図１のコンバイナ９の取り
付けに接着剤（または吸盤等）１８を用いることによ
り、フロントガラス８上の任意の場所へコンバイナ９を
取り付け可能としたものである。

【００２７】図５にはさらに他の実施例を示す。

【００２８】この実施例は、図１のコンバイナ９を、プ
ロジェクタユニット１に対して回動自在に取り付けられ
た角度可変のコンバイナ支持用腕１９に取り付けること
により、フロントガラス８への取り付け加工を不要にし
て、この種車両への適用を一層容易としたものである。

【００２９】図６にはさらに他の実施例を示す。

【００３０】この実施例は、図１の外来光及び表示光源
直視光路の遮断手段１１として、ルーバー２０を採用す
る。これににより、太陽光などの外来光２１が光学素子
６の表面で反射して直接、及びコンバイナ９を介して運
転者の目に入射する光路を遮断するとともに、ＬＣＤ５
からの光が光学素子６を透過し運転者の目１０に直接入
射する光路２２を遮断することができる。２３は太陽で
ある図７にはさらに他の実施例を示す。

【００３１】この実施例は、外来光２１及び表示光源直
視光路２２の遮断手段１１として、図３に示した他段プ
リズム１７の山形凸状部１７ａの片面に黒色化部２４が
設けてある。これににより、太陽等からの外来光２１の
反射及び透過を防止するともに、表示光源３側から運転
者の目１０へ直接入射する光路２２を遮断する。

【００３２】図８にはさらに他の実施例を示す。

【００３３】この実施例は、車両レイアウトを考慮し
て、光学素子である多段プリズム１７の山の角度２５、
及び多段プリズム１７の水平からの傾き角度２６を最適
化して多段プリズム１７の断面形状をその最適条件に設
定したものである。次に、この最適条件をさらに図９を
参照しつつ詳細に説明する。

【００３４】今仮に、図９に示す如く、Ａ面、Ｂ面、Ｃ
面を有する多段プリズムのモデルを想定すると、引き伸
ばし式、屈折の式はそれぞれ（１）式、（２）式により
表される。

【００３５】

【数１】引き伸ばし式： ｂ＝ａ／cos θ4 ×cos θ3 ／cos θ2 ×cos θ1 … （１）式 屈折の式： sin θ1 ／sin θ2 ＝ｎ2/ｎ1 ＝sin θ4 ／sin θ3 … （２）式 ここで、太陽光がプリズムで反射して目に入ることがな
いためのＡ面、Ｂ面の条件（条件１）をそれぞれ求める
と、次のようになる。

【００３６】条件１ Ａ面：θ1 ≧９０°−α 上記の式において、等号のときは、ウインドシール面に
平行な光がプリズムのＡ面に当たって初めて運転者の目
に反射する。それ以外のときは、太陽光は全て運転者の
目より下側に反射される。 Ｂ面：Ａ面から出た光の方向と平行な面とするか、また
は適当な角度で面に無反射の黒色塗装とする。

【００３７】また、運転者から直接表示素子が見えるこ
とがないための条件（条件２）を求めると、条件２

【数２】sin θ3'＝sin （β−θ2'）＞ｎ1 ／ｎ2 （但し、sin θ1'／sin θ2'＝ｎ2 ／ｎ1 ） Ｃ面での全反射条件が前記であり、表示素子からの光が
この条件で入射すると、光路Ｆに乗らない。

【００３８】さらに、プリズムが表示を引き伸ばす条件
（条件３）を求めると、条件３

【数３】 （cos θ1 ×cos θ3 ）／（cos θ2 ×cos θ4 ）＞１ （但し、sin θ1 ／sin θ2 ＝ｎ2 ／ｎ1＝sin θ4 ／s
in θ3 θ3 ＝β−θ2 ） 上記の引き伸ばし式でｂ／ａ＞１であればよい。 以上の条件を具体的な例に当て嵌めれば次のようにな
る。 計算例：θ1 ＝２５°、α＝６５°、β＝４５°、γ＝
１０°、ｎ2 ／ｎ1 ＝１．５とすると、θ2 ＝１６°、
θ3 ＝２９°、θ4 ＝４６．７°、θ1'＝１５°、θ2'
＝９．９°、θ3'＝５４．９°、θ4'＝ となる。従
って、条件１は、２５°≧９０°−６５°となるためＡ
面にて満足され、またＢ面は黒色にて満たされる。条件
２は、sin （５４．９°）＝０．８２＞ｎ1 ／ｎ2 ＝
０．６７となるため満たされる。条件３は ｂ／ａ＝
１．２で満たされる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、その構成を背の低い表示光源から出射される光を斜
め上向きに回折すると共に表示を縦方向に延ばす光学素
子、光学素子で回折された光を運転者の目の方向に反射
する任意の場所に取り付けられるコンバイナ、外来光及
び表示光源を直接臨む光路を遮断する手段を有するもの
としたため、インストルメントパネル上にそのまま置
け、任意の場所に装着でき、取り付け加工も容易であ
る。また、外来光により視認性悪化の防止、表示光源が
直接見えることを防止できると言う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す模式的な断面図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施例を示す模式的な断面図で
ある。

【図３】本発明の第３の実施例を示す模式的な断面図で
ある。

【図４】本発明の第４の実施例を示す模式的な断面図で
ある。

【図５】本発明の第５の実施例を示す模式的な断面図で
ある。

【図６】本発明の第６の実施例を示す模式的な断面図で
ある。

【図７】本発明の第７の実施例を示す模式的な断面図で
ある。

【図８】本発明の第８の実施例を示す模式的な断面図で
ある。

【図９】本発明の第４の実施例における具体的な設計条
件を示すを示す模式的な断面図である。

【図１０】従来例を示す模式的な断面図である。

【図１１】従来技術の問題点を説明するための図であ
る。

【図１２】従来技術の問題点を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ プロジェクタユニット ２ ハウジング ３ 光源 ４ 拡散板 ５ ＬＣＤ（表示素子） ６ 光学素子（回折部材） ７ 表示光源からの光 ８ フロントガラス ９ コンバイナ １０ 運転者の目 １１ 外来光、表示光源直視光路遮断手段（第１、第２
の光路遮断手段） １２ 回路部 １３ 表示像 １４ 透過型ホログラム １７ 多段プリズム １８ 接着剤、吸盤 １９ コンバイナ支持用腕 ２１ 太陽光等からの外来光 ２２ 表示光源から運転者の目への光路 ２４ 黒色化部 ２５ 光学素子の山の角度 ２６ 光学素子の水平からの傾き

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両のフロントガラスの下方にあって、
   映像光線を出射する表示素子と、 該表示素子からの光を表示縦方向に表示を引き伸ばすよ
   うに透過的に斜め上向きに回折する回折部材と、 前記車両のフロントガラスに沿って密接配置され、該回
   折部材からの回折光を運転者の目の方向へ回折又は反射
   するコンバイナと、 太陽光などの車外からの光が前記回折部材の表面で反射
   して直接、及び前記コンバイナを介して運転者の目に入
   射する光路を遮る第１の光路遮断手段と、 前記表示素子からの光が前記回折部材を透過し運転者の
   目に直接入射する光路を遮る第２の光路遮蔽手段と、 を有することを特徴とするヘッドアップ型車両用表示装
   置。
2. 【請求項２】 前記表示素子が、蛍光表示管、液晶表示
   素子とバックライトとの組成体、又はフィルムパターン
   とバックライトとの組成体などのようなフラットパネル
   型ディスプレイであることを特徴とする請求項１に記載
   のヘッドアップ型車両用表示装置。
3. 【請求項３】 前記前記回折部材が、ホログラフィック
   光学素子であることを特徴とする請求項１に記載のヘッ
   ドアップ型車両用表示装置。
4. 【請求項４】 前記回折部材が、プラッチック板の表面
   に多数の微細な山形溝処理を施して成る多段プリズムで
   あることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップ型
   車両用表示装置。
5. 【請求項５】 前記第１の光路遮断手段が、ルーバー状
   フィンであることを特徴とする請求項１に記載のヘッド
   アップ型車両用表示装置。
6. 【請求項６】 前記第２の光路遮断手段が、不透過性の
   遮蔽板であることを特徴とする請求項１に記載のヘッド
   アップ型車両用表示装置。
7. 【請求項７】 前記コンバイナが、ホログラフィク光学
   素子、反射膜コーティング、旋光性素子、などの光学素
   子を装着したガラスやプラッチックなどの透明若しくは
   半透明板、又は光学素子を装着していない半透明板であ
   ることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップ型車
   両用表示装置。