JPH09318906A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 映像表示手段からの映像の表示光をコンバイ
ナで観察者の方向に反射せしめて上記コンバイナの後方
位置に結ばれる上記映像の虚像を観察するヘッドアップ
ディスプレイ装置において、映像の遠方表示とともにコ
ンパクト化を実現することである。 【解決手段】 相対向する第１の反射面５１１，５２１
を設けて映像表示手段２１から投射される表示光（図
中、矢印）が反射面５１１，５２１間を往復する光経路
４を形成するとともに、光経路４の側面には、表示光を
光経路４の内側へ案内する相対向する第２の反射面４
１，４２を設けて表示光が光経路４から外れることなく
第１の反射面５１１，５２１間を往復するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の計器表示等
に用いられるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘッドアップディスプレイ装置は表示像
を前方視野像に重ね合わせて表示するもので、車両の計
器表示用等に用いられている。図６はその一例を示すも
ので、装置は車両のダッシュボ−ド９１内に形成したケ
−シング９３内に収納してあり、ケ−シング９３の上方
にはダッシュボ−ド９１の上壁に開口９７が形成してあ
る。

【０００３】ケ−シング９３内には、車両の走行情報の
映像を表示する表示装置９４が表示面９５を車両の前方
に向けて設けられている。表示装置９４は液晶表示板
と、これに照明光を照射する光源等から構成されてい
る。ケ−シング９３の前方側の端面には、反射板９６が
斜め上向きに傾斜して設けてあり、表示面９５に表示さ
れる映像の表示光を斜め上方に反射するようになってい
る。反射板９６と開口９７とを結ぶ延長線上で車両のフ
ロントガラス９２の表面には、コンバイナ９８が形成さ
れ、反射板９６で上方に反射し開口９７を通った上記表
示光を、運転者Ｄ方向に反射することにより上記運転者
Ｄとコンバイナ９８を結ぶ延長線上に上記映像の虚像Ｉ
（図例では車速）ができるようになっている。コンバイ
ナ９８は薄い半透過反射板であり、虚像Ｉと前方視野像
Ｖとを重ね合わせる役割をしている。上記ヘッドアップ
ディスプレイ装置により、運転者Ｄはコンバイナ９８を
通して前方視野像Ｖを視認するとともに、走行情報等の
映像の虚像Ｉをフロントガラス９２ごしに視認する。

【０００４】ところで虚像Ｉが結ばれる位置は、運転者
Ｄが前方視野像Ｖと虚像Ｉ間の視線移動で焦点の調節に
負担がかからないようにフロントガラス９２から遠方位
置とするのが望ましい。しかし虚像Ｉの位置はコンバイ
ナ９８と表示装置９４の液晶表示板間の光路長に依存す
るから、装置のサイズは虚像Ｉの位置を遠方位置とする
ほど大型化するという問題がある。そこで実開平１─５
９７４０号公報には、小型で、表示装置とコンバイナ間
の長い光路長を得るべく、対向する反射鏡を設けて表示
装置からの表示光が複数回反射するようにした車両用ヘ
ッドアップディスプレイが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記車
両用ヘッドアップディスプレイは虚像位置を遠方とすべ
く反射する回数を多くすると、これにともなって反射鏡
が比例的に大型化し、必ずしも小型化の要請に充分に応
えるものではない。

【０００６】そこで、本発明では、表示装置とコンバイ
ナ間の光路長を長くして映像を遠方に表示させることが
でき、しかもコンパクトなヘッドアップディスプレイ装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、相
対向する第１の反射面を設けて映像表示手段から投射さ
れる表示光が、第１の反射面間を往復する光経路を形成
するとともに、該光経路の相対向する側面には、表示光
を上記光経路の内側へ案内する第２の反射面を設けて表
示光が上記光経路から外れることなく第１の反射面間を
往復するようにしたことにより、上記映像表示手段とコ
ンバイナ間の光路長の延長と、装置のコンパクト化が両
立できる。

【０００８】請求項２の発明では、表示光が第１の反射
面である反射鏡間を往復する光経路をプリズムで構成
し、かつ第２の反射面である、上記プリズムの相対向す
る側面への上記表示光の入射角が上記プリズムの臨界角
以上となるように設定することにより、反射鏡を用いる
ことなく上記側面で表示光が全反射する。

【０００９】請求項３の発明では、車両のフロントガラ
ス側に開口部を設けたダッシュボード内に、映像表示手
段および光経路を設けてコンバイナを上記フロントガラ
スに設けることにより、コンパクトに車両に搭載でき
て、しかも上記フロントガラスごしに、遠方位置に映像
を視認することできる。

【００１０】請求項４の発明では、車両のダッシュボ−
ド上に設置したケ−シング内に映像表示手段および光経
路を設けて上記ケーシングの天板の開口部より表示光を
取り出すとともに、コンバイナを上記ケーシングに傾斜
角可変に連結することにより、運転者は装置の設置位置
および向きと、上記コンバイナの傾斜角を調整して上記
映像表示手段に表示される映像を運転者の座高等にかか
わりなく良好に遠方位置に映像を視認することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）本発明のヘッドアップディスプレイ装
置を図１に示す。車両のダッシュボ−ド８１内に、その
上壁に固定されたケ−シング１Ａが設けてある。ダッシ
ュボ−ド８１上壁とケ−シング１Ａの天板１１とには同
位置に、長方形の開口部８１１，１１１が形成してあ
り、開口部８１１に対向してフロントガラス８２の表面
にコンバイナ７Ａが設けてある。コンバイナ７Ａはポリ
カーボネイト等の透明部材にアルミニウムを蒸着した半
透過反射板を長方形の平板状に成形したものである。

【００１２】ケ−シング１Ａ内には、映像をその表示面
２１１に表示する表示ユニット２１と、表示面２１１か
ら投射される表示光がコンバイナ７Ａに到るまでの光路
長を延長する光学ユニット３が格納されている。表示ユ
ニット２１は液晶表示板とこれに照明光を照射するハロ
ゲンランプ等で構成されている。表示ユニット２１は、
あるいは蛍光表示素子（ＶＦＤ）等の自発光素子で構成
してもよい。

【００１３】光学ユニット３とケーシング１Ａの底板１
２の間には、底板１２に沿って電子基板２２が配設して
ある。電子基板２２には、表示ユニット２１の液晶表示
板を駆動する駆動回路、図略の車速検出器等の走行情報
出力装置とのインタ−フェ−ス回路、走行情報の演算回
路等で構成された制御回路が組み込まれている。ケ−シ
ング１Ａの内壁には図略のボス部が設けてあり、ビス止
めにより光学ユニット３、表示ユニット２１、電子基板
２２がケ−シング１Ａと固定してある。

【００１４】ケーシング１Ａの天板１１の開口部１１１
の下方位置には案内反射鏡６１が鏡面を上にして傾斜し
て設けてあり、光学ユニット３の上面より取り出された
表示光をコンバイナ７Ａに案内するようになっている。

【００１５】図２（Ａ）は光学ユニット３の要部であ
る、光経路たるプリズム４の上面図で、プリズム４はア
クリル等の樹脂製またはガラス製の透明部材をブロック
状に成形したものである。図２（Ｂ）は光学ユニット３
の側面図で、プリズム４はその側面たる上下面４１，４
２が運転者から見て前端側を除き互いに平行な面に成形
してある。また前端面４ａは段付きの傾斜面としてあ
り、後端面４ｂは平面状の傾斜面としてある。これら上
下面４１，４２、前後端面４ａ，４ｂは、プリズム４中
を進行する表示光が反射する部分で、表面精度の高い加
工が施してあり、映像の品位が低下しないようになって
いる。前端面４ａの上側半部と後端面４ｂとにはそれぞ
れに反射鏡５１，５２が接着してあり、その第１の反射
面たる鏡面５１１および５２１がプリズム４をはさんで
対向している。またプリズム４の下面４２には後方位置
に補助反射鏡５３がその鏡面５３１をプリズム４に向け
て接着してある。

【００１６】また光学ユニット３は、プリズム４の前端
面４ａの下側半部には、表示ユニット２１がその表示面
２１１を密着させて設けられる。

【００１７】図中の矢印は表示ユニット２１の表示面２
１１中心から垂直に出射され案内反射鏡６１（図１）に
向かう表示光を示すもので、プリズム４中を１往復半
強、進行するが、その進行経路は反射鏡５１，５２が接
着される前後端面４ａ，４ｂの傾斜角度等により設定し
てあり、以下に説明する。表示ユニット２１の表示面２
１１が密着するプリズム４の前端面４ａは、表示面２１
１から出射された表示光の、プリズム４の上下面４１，
４２に対する入射角θ1 がプリズム４の臨界角θc より
も大きくなるように設定してある。臨界角θc はプリズ
ム４側から空気層に対して入射する光が全反射する最小
入射角で、アクリルの場合が４２．２度であり、ガラス
の場合、４１．１度である。表示光は最初の往路ではプ
リズム４の第２の反射面たる上下面４１，４２で交互に
全反射して上面４１側から反射鏡５２に達する。

【００１８】表示光は反射鏡５２で反射して最初の復路
を進行する。反射鏡５２が接着される後端面４ｂは、反
射鏡５２がややプリズム４の下面４２を向く傾斜角度に
形成され、プリズム４の上下面４１，４２に対する表示
光の入射角θ2 が上記往路における入射角θ1 よりも小
さくなるが、後端面４ｂの傾斜角度は表示光の入射角θ
2 が臨界角θc よりも大きな値となるように設定してあ
る。しかして再びプリズム５の上面４１と下面４２とを
交互に反射して反射鏡５１に達する。

【００１９】表示光は反射鏡５１で反射した後、プリズ
ム４の上下面４１，４２を交互に反射して２回目の往路
を進行する。プリズム４の、反射鏡５１が接着される前
端面４ａの上半部は傾斜角がプリズム４の上下面４１，
４２への入射角θ3 が最初の復路における入射角θ2 よ
りも大きくなるようにし、表示光が最初の往路のごとく
プリズム４の上面４１側から反射鏡５２に達するように
設定してある。

【００２０】反射鏡５２で再び反射した表示光は、最初
の往路から復路に転じたときのようにプリズム４の下面
４１への入射角θ4 が小さくなる。入射角θ4 が臨界角
θcを下回るように前端面４ａの上半部の傾斜角は、２
回目の往路における入射角θ3 が最初の往路における入
射角θ1 よりもその分小さく設定してある。

【００２１】２回目の復路では、表示光はプリズム４の
下面４２への入射角θ4 が臨界角θc よりも小さいから
下面４２で全反射しないが補助反射鏡５３の鏡面５３１
で反射した後、プリズム４の上面４１に達する。

【００２２】プリズム４の上面４１において、表示光は
入射角θ4 が臨界角θc よりも小さいから全反射するこ
となくプリズム４より取り出され、案内反射鏡６１（図
１）に向けて照射されるようになっている。

【００２３】なお表示ユニット２１の表示面２１１中心
以外の位置から出射した表示光は、そのうちやや表示面
２１１中心側に偏角した表示光が運転者Ｄに入射するか
ら、上記プリズム４の前後端面４ａ，４ｂの傾斜角等に
ついての設定は、上記偏角した表示光についてもプリズ
ム４中を１往復半強進行した後、上面４１より取り出さ
れるような設定としてある。

【００２４】上記ヘッドアップディスプレイ装置の作動
を車速の表示を例に取って説明する。電子基板２２に車
速検出器から車速信号が入力すると、電子基板２２は表
示ユニット２１の液晶表示板を駆動し、車速に対応した
数字が表示面２１１に表示され、その表示光はプリズム
４中へ出射し、プリズム４中を１往復半強進行したのち
案内反射鏡６１を介してコンバイナ７Ａに向かう。そし
てコンバイナ７Ａで反射し、観察者たる運転者Ｄの目に
入射する。運転者Ｄとコンバイナ７Ａを結ぶ延長線上
に、コンバイナ７Ａと、表示ユニット２１の表示面２１
１間の光路長だけコンバイナ７Ａから離れた位置には車
速を表示した映像の虚像Ｉができる。またコンバイナ７
Ａを介して、前方視野像Ｖも上記の車速を表示した映像
と重なって運転者Ｄの目に入射する。図３は運転者Ｄの
視野で、運転者Ｄはフロントガラス８２ごしに前方視野
像Ｖに重ねて、車速が表示された映像の虚像Ｉを視認で
きる。

【００２５】上記光路長は、表示光がプリズム４中を１
往復半強進行しているからその分長く、車速を表示した
映像の虚像Ｉが運転者Ｄからより遠方位置にできる。こ
のように表示ユニット２１の表示面２１１から照射され
た表示光はプリズム４中をその長さの略３倍の光路長を
進行し、表示位置を運転者Ｄからより遠方位置に表示す
ることができる。そして光学ユニット３は、プリズム４
中を進行する表示光がプリズム４の上下面４１，４２で
全反射して内側に案内されるからコンパクトな形状とす
ることができ、薄いケーシング１Ａ内に格納が可能であ
る。

【００２６】（第２実施形態）本発明の別のヘッドアッ
プディスプレイ装置を図４に示す。図中、図１と同一番
号を付したものは実質的に同じ作用をするので相違点を
中心に説明する。車両のダッシュボ−ド８１上に矩形の
ケ−シング１Ｂが設置してある。ケ−シング１Ｂの天板
１３はやや手前側に膨らみ部１３ａを有しており、膨ら
み部１３ａのフロントガラス８２側の傾斜面に開口部１
３１が形成してある。開口部１３１に対向して、コンバ
イナ７Ｂがケ−シング１Ｂに対し傾斜角をなして位置せ
しめてあり、その左右両側の下端が天板１３に設けたヒ
ンジ１５に連結してあり、コンバイナ７Ｂの傾斜角を前
後方向に手動で変更できるようにしてある。

【００２７】ケ−シング１Ｂ内には、表示ユニット２１
および光学ユニット３が第１実施形態とは前後逆に配設
してある。また光学ユニット３とケーシング１Ｂの底板
１４の間に、底板１４に沿って電子基板２２が設けてあ
る。ケ−シング１Ｂの内壁には図略のボス部が設けてあ
り、ビス止めにより表示ユニット２１、光学ユニット
３、電子基板２２がケ−シング１Ｂと固定してある。ま
たケ−シング１Ｂの膨らみ部１３ａ内には、アクリル等
の樹脂製で断面三角形の案内プリズム６２が設けてあ
る。案内プリズム６２はその上側の一方の面が上記開口
部１３１より露出し、コンバイナ７Ｂと対向している。
また下側の面は光学ユニット３の上面と対向している。

【００２８】上記ヘッドアップディスプレイ装置の作動
を車速の表示を例にとって説明する。第１実施形態のご
とく車速に対応した数字が表示ユニット２１に表示され
る。光学ユニット３のプリズム４から取り出される表示
光はプリズム４の上面４１で屈折して水平に近い方向に
出射するが、案内プリズム６２で進行方向が上方に変更
され、コンバイナ７Ｂに向かう。そしてコンバイナ７Ｂ
で反射し、運転者Ｄの目に入射する。図５は運転者Ｄの
視野で、運転者Ｄはフロントガラス８２ごしに前方視野
像Ｖに重ねて、車速が表示された映像の虚像Ｉを視認で
きる。

【００２９】運転者Ｄが車両を発車させる前に行なう上
記ヘッドアップディスプレイ装置の調整について説明す
る。運転者Ｄは、シ−トの位置やドアミラ−の角度を調
整する際に、運転者Ｄ自身の座高やシ−ト位置に応じて
ケ−シング１Ｂの位置および向きと、コンバイナ７Ｂの
傾斜角を微調整する。これにより運転者Ｄは車速の表示
が良好に視認できるようになる。

【００３０】なお、上記各実施形態ではコンバイナは、
ポリカーボネイトにアルミニウムを蒸着したものを用い
たが、蒸着する物質はアルミニウムの他、クロムやイン
コネル等の金属や、酸化チタンやシリカ等の誘電体多層
膜でもよい。ポリカーボネイトに代えてガラス等の透明
部材を用いてもよい。また、半透過反射板に代えて反射
型ホログラムを用いることもできる。またコンバイナを
とおして前方視野像を視認する必要がなければ、コンバ
イナは全反射板を用いてもよい。

【００３１】また光学ユニットからの表示光の取り出し
は、２回目の復路における入射角θ4 が臨界角θc より
も小さくなった表示光を、一旦補助反射鏡で反射させて
から取り出しているが、補助反射鏡を用いず直接取り出
す構成とすることもできる。この場合は表示ユニットお
よび光学ユニットは上下逆に配設する。また表示光の取
り出し位置や出射角によっては案内反射鏡（第１実施形
態）や案内プリズム（第２実施形態）は不要である。

【００３２】またプリズム中を進行する表示光の往復回
数は１往復半強としたが、延長しようとする光路長の長
さに応じて適宜変更し得る。表示光の往復回数を多くし
て光路長を長くする場合にも、プリズムは形状が比例的
に大型化することなくコンパクトにできる。また光経路
の側面における反射は反射鏡で行うこともできる。この
場合は該反射板への入射角は臨界角以上とする必要はな
いし、プリズムを省略して反射鏡だけで構成し得る。

【００３３】また上記各実施形態は、本発明を車両の走
行情報の表示用に適用したものを示したが必ずしもこれ
に限定されるものではなく他のヘッドアップディスプレ
イ装置に適用し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヘッドアップディスプレイ装置を適用
した車両の部分断面側面図である。

【図２】（Ａ）は本発明のヘッドアップディスプレイ装
置の一部の上面図であり、（Ｂ）は本発明のヘッドアッ
プディスプレイ装置の要部の側面図である。

【図３】本発明のヘッドアップディスプレイ装置の作動
を説明する図である。

【図４】本発明の別のヘッドアップディスプレイ装置を
適用した車両の部分断面側面図である。

【図５】本発明の別のヘッドアップディスプレイ装置の
作動を説明する図である。

【図６】従来のヘッドアップディスプレイ装置の一例の
部分断面側面図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ ケ−シング １１，１３ 天板 １３１ ケ−シングの開口部 ２１ 表示ユニット（映像表示手段） ３ 光学ユニット ４ プリズム（光経路） ４ａ 前端面（端面） ４ｂ 後端面（端面） ４１ 上面（側面、第２の反射面） ４２ 下面（側面、第２の反射面） ５１，５２ 反射鏡 ５１１，５２１ 鏡面（第１の反射面） ７Ａ，７Ｂ コンバイナ ８１ ダッシュボ−ド ８１１ ダッシュボ−ドの開口部 ８２ フロントガラス Ｄ 運転者（観察者） Ｖ 前方視野像 Ｉ 虚像 θ1 ，θ2 ，θ3 入射角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像表示手段から投射される映像の表示
   光をコンバイナで観察者の方向に反射せしめて上記コン
   バイナの後方位置に結ばれる上記映像の虚像を観察する
   ヘッドアップディスプレイ装置において、上記映像表示
   手段からの表示光が上記コンバイナに向かう途中位置
   に、相対向する第１の反射面を設けて上記映像表示手段
   からの表示光が上記反射面間を往復する光経路を形成す
   るとともに、該光経路の相対向する側面には第２の反射
   面を設けて、上記光経路を進行する表示光が、上記第２
   の反射面で上記光経路の内側へ案内されるようにしたこ
   とを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のヘッドアップディスプレ
   イ装置において、相対向する側面を有するプリズムの両
   端面にそれぞれ反射鏡を設けてその鏡面を上記第１の反
   射面となし、かつ上記プリズムを上記光経路となすとと
   もに、上記プリズム内を進行する表示光の、上記側面へ
   の入射角が上記プリズムの臨界角以上となるように設定
   して上記側面を、上記光経路を進行する表示光が全反射
   する上記第２の反射面となしたヘッドアップディスプレ
   イ装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２いずれか記載のヘッド
   アップディスプレイ装置において、車両のフロントガラ
   ス側に開口部を設けたダッシュボード内に、上記映像表
   示手段および上記光経路を設けるとともに、上記コンバ
   イナを上記フロントガラスに設けて上記映像をフロント
   ガラスごしに視認するヘッドアップディスプレイ装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２いずれか記載のヘッド
   アップディスプレイ装置において、天板に開口部を設け
   たケ−シング内に、上記映像表示手段および上記光経路
   を設けるとともに、上記コンバイナを上記開口部の上方
   に位置せしめて上記ケ−シングに傾斜角可変に連結し、
   上記ケ−シングを車両のダッシュボ−ド上に設置し上記
   映像をフロントガラスごしに視認するヘッドアップディ
   スプレイ装置。