JPH10194009A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非使用時に装置全体を薄型とする別置き型のヘ
ッドアップディスプレイを得る。 【解決手段】コンバイナ２および発光手段５がそれぞれ
対向する本体部８の端部近傍に回動自在に軸支されてい
て、非使用時に発光手段５を回動させて本体部８に設け
られた凹状収容部８１に収容可能としたヘッドアップデ
ィスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンバイナを用い
て観視者に情報を視認させるヘッドアップディスプレイ
に関するものであり、特に車両のダッシュボード上に置
いて使用する別置き型のヘッドアップディスプレイに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両内の運転手等に情報表示する方法と
して、ヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤという）
が最近用いられるようになっている。これは、液晶表示
装置等の発光手段から投射された光学的情報を、ハーフ
ミラー等からなるコンバイナに映し、運転手が運転状態
からほとんど視線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】このＨＵＤとしては、大別して以下の２種
類のものがある。フロントガラスにコンバイナを形成、
情報を発生する発光手段をダッシュボード内に設置し、
発光手段からの光をコンバイナに照射し、反射させて運
転者等の観視者に視認されるようにしたＨＵＤ。発光手
段とコンバイナとを一つにまとめた、いわゆる別置き型
のＨＵＤ。この別置き型ＨＵＤはフロントガラスにコン
バイナを形成しないので、後付けでも容易にダッシュボ
ード上に設置してＨＵＤの機能を得ることができ、ま
た、容易に取り外すこともでき、さらには運転者の希望
の位置に設置できるという利点がある。

【０００４】かかる従来の別置き型のＨＵＤの構成を示
す概念図が図３である。ここで、２１は運転者等の観視
者の観察位置、２２はハーフミラーを備えたコンバイ
ナ、２３は情報を含む光、２４は表示像、２５は表示体
である透過型液晶表示素子、２６は熱陰極管を用いた光
源、２７は折り返しミラー、２８はこれらを保持、保護
する筐状の本体部、２９は支持台である。ここで、発光
手段２６から発した光は透過型液晶表示素子２５を通過
し、折り返しミラー２７で反射してコンバイナ２２に照
射され、反射されて運転者等の観視者の観察位置２１に
認識される。

【０００５】一方最近、光学的素子としての簡素さおよ
び付加される機能の豊富さから、上記のコンバイナにホ
ログラムを用いることが注目されている。このホログラ
フィックコンバイナは、反射機能（回折機能）のみなら
ずレンズ機能等を併せ持つことができる。そのため、光
学的情報を運転手の視野方向に回折したり、他にレンズ
等の光学系を使用せず任意の位置に表示虚像を結像する
ことが可能となる。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もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の別置き型ＨＵＤ
は、通常運転者の前方のダッシュボード上に設置される
ことが多く、その位置は運転者の希望やスペースにより
適宜設置される。しかし、発光手段が本体部に収容され
ており、しかもコンバイナが本体部に一体化されている
ため、装置全体としての大きさが大きくなる傾向にあっ
た。このため、ダッシュボード上にＨＵＤを設置した場
合、装置の全体や本体部の高さによる運転者の前方視界
を妨げてしまうおそれがある。そのため、この装置全体
や本体部の高さが低い薄型の装置が求めらるものであ
る。特に非使用時において、装置がダッシュボード上に
設置されたままであっても運転時の視界の妨げにならな
い薄型の別置き型のＨＵＤが求められている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたもので、光を発生する発光手段と、前
記光を観視者方向に向けて反射または回折するコンバイ
ナとが、本体部に備えられて一体化されたヘッドアップ
ディスプレイにおいて、前記コンバイナおよび発光手段
はそれぞれ対向する本体部の端部近傍に回動自在に軸支
されており、前記本体部には、発光手段が回動して収容
される凹状収容部が設けられていることを特徴とするヘ
ッドアップディスプレイを提供するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明の別置き型ＨＵＤの使用
時における基本的構成を示す概略側断面図である。ここ
で、１は運転者等の観視者の観察位置、２はコンバイ
ナ、３は情報を含む光、４は表示像、５は発光手段、８
はこれらを保持する本体部、９は支持台である。なお、
これら本体等をカバーするカバー体を設けてもよいが図
示は省略する。

【０００９】ここで、図３に示す従来例とほぼ同じよう
に、発光手段５から発した光はコンバイナ２に照射さ
れ、反射されて運転者等の観視者の観察位置１にて表示
像４が認識される。コンバイナ２は本体部８の一方の上
端部（図１の左側）に、コンバイナ２を保持するホルダ
ーを介して保持されている。このコンバイナ２はその下
端近傍に設けられた回転軸を中心として本体部８側に回
動可能であり、使用時において所定の角度（例えば本体
部８の水平方向に対して７５度）で保持される。

【００１０】発光手段５は発光手段５を保護し、また回
路の接続を可能とする基板を有するホルダーに収めら
れ、本体部８のコンバイナ２が保持されている側と反対
側の端部近傍（図１の右側）に設けられている。この発
光手段５もコンバイナ２と同様に下端近傍に設けられた
回転軸を中心として本体部８内に回動可能であり、使用
時において所定の角度（例えば本体部８の水平方向に対
して８５度）で保持されている。コンバイナ２と発光手
段５との位置関係は、コンバイナ２と発光手段５との距
離、表示像の倍率、表示像の品質等を考慮して最適光学
設計を行い決定されるもので、本装置の使用時には例え
ば上記の位置関係となっている。

【００１１】コンバイナ２と発光手段５との位置関係
は、コンバイナ２と発光手段５との距離が短く大きな表
示像を得ようとする場合、つまりは光路長が短くて高倍
率のものを得る場合には、表示像の倒れ等の収差を低減
させるために厳密に設置することが求められる。

【００１２】一方、図２は本発明の別置き型ＨＵＤの非
使用時における基本的構成を示す概略側断面図である。
非使用時においては、発光手段５は発光手段５の下端近
傍に設けられた回転軸を中心として本体部８内に倒れ収
容される。このために、本体部８には、発光手段５を収
容するための凹状収容部８１が設けられている。

【００１３】発光手段５が凹状収容部８１に収容される
タイミングにやや遅れて、コンバイナ２も下端近傍に設
けられた回転軸を中心として、本体部８にほぼ平行にな
るように回倒される。こうして、ＨＵＤの非使用時には
装置全体を薄くできる。

【００１４】本発明におけるコンバイナは、ホログラム
を用いたものやハーフミラーを用いたもの等があげられ
る。ホログラムを用いると、装置全体を簡略化でき、本
体部内の光路を短くでき、レンズ等の光学系を使用せず
に表示像を拡大させることができる。

【００１５】ホログラムを用いる場合、外的要因からの
保護の点に鑑みてホログラムを合わせガラスの内部に封
入して用いることが好ましい。合わせガラスは、少なく
とも一枚のガラスにポリビニルブチラール膜、ポリウレ
タン膜等の合成樹脂膜を積層、接着したものであり、そ
の形態の例としては、ガラス板／合成樹脂膜、ガラス板
／合成樹脂膜／ガラス板、ガラス板／合成樹脂膜／合成
樹脂基板のものがある。ホログラムは、これらのガラス
板または合成樹脂膜の境界部に封入されればよい。ホロ
グラムの装着されるガラス板は、着色されていたり、表
面に反射防止膜や黒色系のセラミックス、熱線反射膜等
が設けられていてもよい。また、ガラス板は熱的変形が
少ないのでホログラムの保持としては最適であるが、コ
スト面、軽量化、割れによる危険防止の観点からはガラ
ス板のかわりに樹脂基板を用いることもできる。この場
合にも、２枚の樹脂基板の間に接着剤等でホログラムを
封止することが、外的要因からの保護の点に鑑みて好ま
しい。さらには、樹脂基板と透明樹脂フィルムとの組み
合わせでもよく、その表面に反射防止膜や樹脂基板の保
護のためのハードコートがなされていてもよい。

【００１６】本例では、ホログラムとしては発光手段の
ピーク波長と視感度を考慮して、中心回折波長を５３０
ｎｍとし、倍率２．５倍、入射角２０度、回折角２０
度、効率８５％の正反射タイプのものを用いた。そし
て、発光手段とコンバイナとの距離を８０ｍｍとしてい
る。なお、ホログラムの仕様はこれらに制限されるもの
ではなく、装置構成により種々の変更が可能である。

【００１７】また本例では、厚さ２０μｍ、縦５０ｍ
ｍ、横１１０ｍｍのアクリル系フォトポリマーからなる
リップマンタイプの体積・位相型の反射型ホログラムを
用いた。ホログラムは、通常は数十ｍｍ角〜数百ｍｍ角
程度の面積で、数μｍ〜数十μｍ程度の厚みを有し、光
回折機能を持つものである。リップマンタイプのものが
比較的使いやすいが、その他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、フォトポリマー、重クロム酸ゼラチン、銀塩など
種々の感光材料を用いることができる。

【００１８】ホログラムの中心回折波長は、前記表示体
のピーク波長とほぼ一致させることが、光の利用効率を
高めるうえで好ましい。また、性質の異なる光で多重露
光を施して形成したものであったり、異なる光で露光し
た複数のホログラムを重ねたものであってもよく、表示
体を多色とすればこれに合わせてホログラムを作製し多
色表示とすることも可能である。

【００１９】一方、コンバイナに表示像拡大の機能があ
まり必要でないならば、コンバイナにはハーフミラータ
イプのものを用いることもできる。この場合、コンバイ
ナに曲率を付け拡大の機能を付けることも可能である。
また、ハーフミラータイプのコンバイナの場合には樹脂
基板にスパッタ等により反射膜を形成し、保護のための
ハードコートがなされてたものが広く使われ得る。ま
た、この場合樹脂基板は着色されたものでもよい。

【００２０】本体部８は支持台９上に設置されている。
両者は、図１や図３に示すようにカメラの雲台等によく
用いられているボールジョイントと同等の形状のものに
より連結されることが好ましい。この場合、球状の部分
をねじで締め上げることにより固定が可能なようになっ
ている。こうして、本体部８は上下左右いずれの方向に
も回動可能であり、ダッシュボード等の設置面の傾きに
よらず所定の方向にコンバイナが向くように設置でき、
さらには観視者の希望の方向に向けることができる。な
お、支持台９は通常ダッシュボード上に両面粘着テープ
等により固定される。

【００２１】コンバイナにホログラムを用いると、ホロ
グラムのレンズ機能によりコンバイナと発光手段との光
路長を短くできる。この結果、この本体部８と支持台９
との連結部分やその他の部材を本体部内に収めることが
でき、より一層薄型化が可能となる。これは、図３の従
来構造では光源から折り返しミラーを介してコンバイナ
に向けて光を照射させるため、光源と折り返しミラーと
の間に介在物が許されなかった。上記のように光路長が
短くなると、この介在物を許容できるため、図１や図２
に示すように連結部分を本体部側へ埋め込むことができ
る。こうして装置全体を薄型にできるわけである。

【００２２】本発明の別置き型ＨＵＤにおける、コンバ
イナや発光手段の回動機構は図１に示すものに限らず、
種々のものが採用できる。さらに、コンバイナと発光手
段とを歯車、ギヤ、クランク等によって機械的に連結し
て連動・動作させたり、モーター駆動によりスイッチで
（電気的連動を含めて）回動を可能にしてもよい。これ
によって、コンバイナの回倒（ＨＵＤの非使用）にとも
なって発光手段を本体部に収容でき、非使用状態として
ふさわしい装置の収容状態を実現できる。

【００２３】本発明における発光手段としては、例えば
蛍光表示管（ＶＦＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）のよ
うな自己発光型のものや、熱陰極管、冷陰極管、タング
ステンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、ＬＥＤ、レーザーダイオード等の光源と透過型液晶
表示素子等を組み合わせたものを用いることができる。
構成の簡便さ、実装性や温度特性を考慮するとＶＦＤが
好ましい。この場合、ドライバ回路内蔵の半導体チップ
上にドットマトリックスの蛍光体を形成したものが好ま
しく用いられる。本例では、１２８×３２ドット、表示
エリア４４．２×１１ｍｍの高輝度ドットマトリックス
型ＶＦＤを用いた。このＶＦＤには、外部より電源と制
御信号、表示信号用の配線（図示しない）を行い、信号
を与え表示を行っているが、これらの制御信号、表示信
号にかかわる回路網を本体部８に搭載してもよい。上記
のようにドライバー回路と一体となったものは、装置の
小型化、省スペース化ができるので好ましい。

【００２４】透過型液晶表示素子を用いる場合は、セグ
メントタイプのＶＨＣ（ＶｅｒｙＨｉｇｈ Ｃｏｎｔｒ
ａｓｔ） ＬＣＤと呼ばれるＬＣＤや、ドットマトリッ
クス型や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アクティブマトリ
ックス駆動方式の透過型ＬＣＤを用いることも可能であ
る。

【００２５】表示すべき情報はその用途により適宜選択
されるものであり特に制限はなく、スピード表示、車両
の警告灯、ウィンカー、車幅灯、コーナーマーカーに関
する表示や渋滞情報などの文字情報などが例としてあげ
られる。また、観視者とは、主に車両の運転手であり、
その他、助手席その他の同乗者や、これらすべてを含め
ることができる。

【００２６】このほか、本体部にコンバイナの動きに連
動したスイッチを備えることで、コンバイナが起立した
ときに発光手段の電源を接続させ、コンバイナが本体部
の上面に沿うように収容されたときに、発光手段の電源
を切断するようにすれば本装置を使用しない状態時には
電力を消費せず、経済的で、使い勝手がよい優れたもの
となる。

【００２７】さらに、本体部に受光センサと周囲の明る
さにより発光手段の明るさを自動調整する制御手段およ
び／または手動により発光手段の明るさを調整する制御
手段を設ければ、環境の明るさに応じた輝度の表示像を
得ることができ、また、手動によっても調整が可能とな
るので、個々人の希望により明るさを調整でき、視認性
が向上するのでより好ましい。

【００２８】その他、表示体からコンバイナ間の光経路
内には折り返しミラーや凹面鏡、プリズム、レンズ、色
フィルタや偏光素子等の光学部材が備えられていてもよ
く、表示像の収差の防止や表示像の所望の大きさを得る
ために、種々の光学部材が備えられていてもよい。さら
には、他のホログラムを用いて、２枚のホログラムで収
差補正を行うこともできるが部品点数の増加や価格、大
きさを考慮すると本発明の例のようになるべく簡単な構
成が好ましい。

【００２９】本発明の別置き型ＨＵＤは、観視者たる運
転者等の自然な視野内である車両のフロントガラスの近
傍に配置することが好ましく、車両のダッシュボード上
に設置することが好ましいが、特にこれにとらわれず設
置が可能である。

【００３０】特に、本発明の別置き型ＨＵＤを車両の運
転者の前面のダッシュボード等に搭載する場合には、き
わめてコンパクトに車両のダッシュボード上等に備える
ことができる。

【００３１】また、本発明の別置き型ＨＵＤを車両のダ
ッシュボード内に埋め込み、コンバイナを、使用時には
ダッシュボード面から立ち上げ、非使用時にはダッシュ
ボード面に沿うように倒れ収容するようにすれば、非常
にコンパクトでデザイン性に優れたＨＵＤとなり、また
本体部の高さが低いので車両のダッシュボード内に埋め
込む際もスペース上有効である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、別置き型ヘッドアップ
ディスプレイが使用される状態時ではコンバイナと発光
手段が所定の配置となり、非使用状態では収容され薄型
となる別置き型ヘッドアップディスプレイを構成でき
る。

【００３３】特に、本発明の別置き型ヘッドアップディ
スプレイを車両の運転者の前面のダッシュボード上等に
搭載する場合には、その車両スペースや、外観、さらに
は前方視野の確保のため、装置の大きさがコンパクトで
小さいものが要求されるが、本発明によれば、画像品質
が良くコンパクトに車両に搭載することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＨＵＤの使用時における基本的構成を
示す概略側断面図

【図２】本発明のＨＵＤの非使用時における基本的構成
を示す概略側断面図

【図３】従来の別置き型ＨＵＤの構成を示す概念図

【符号の説明】

１、２１：観視者 ２、２２：コンバイナ ３、２３：情報を含む光 ４、２４：表示像 ５：蛍光表示管 ８、２８：本体 ９、２９：支持台 ２５：透過型液晶表示素子 ２６：発光手段 ２７：折り返しミラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光を発生する発光手段と、前記光を観視者
   方向に向けて反射または回折するコンバイナとが、本体
   部に備えられて一体化されたヘッドアップディスプレイ
   において、前記コンバイナおよび発光手段はそれぞれ対
   向する本体部の端部近傍に回動自在に軸支されており、
   前記本体部には、発光手段が回動して収容される凹状収
   容部が設けられていることを特徴とするヘッドアップデ
   ィスプレイ。