JPH1082967A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型軽量かつ大口径の画像表示域を有する低
コストのヘッドアップディスプレイを提供する。 【解決手段】 外縁形状が四辺形とされている画像表示
光出射面４′を有する表示手段４と、観察者の前方視野
内に配置されるコンバイナ３との間に配置されるレンズ
系５とを備える。そのレンズ系５により集光された画像
表示光をコンバイナ３により光路変更することで、その
コンバイナ３の前方に観察対象の虚像を形成する。その
レンズ系５を構成するレンズ５ａの外縁形状が四辺形と
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばアミューズ
メント用ゲーム機器や各種産業分野において利用できる
ヘッドアップディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】画像表示光の出射面を有する表示手段
と、観察者の前方視野内に配置されるコンバイナと、そ
の表示手段とコンバイナとの間に配置されるレンズ系と
を備え、そのレンズ系により集光された画像表示光をコ
ンバイナにより光路変更することで、そのコンバイナの
前方に観察対象の虚像を形成するヘッドアップディスプ
レイが、各種産業分野において利用され始めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のヘッドアップデ
ィスプレイにおいては、表示手段の画像表示光出射面の
外周縁形状は四辺形とされ、一方、レンズ系を構成する
レンズの外周縁形状は円形とされていた。そのため、図
７の（１）に示すように、画像表示光出射面１０１の全
域を有効利用する場合、レンズ１０２においては図中ハ
ッチングで示す利用されない無駄な部分が大きくなり、
レンズ材料が無駄になる。一方、図７の（２）に示すよ
うに、レンズ１０２の全域を有効利用する場合、画像表
示光出射面１０１においては図中ハッチングで示す利用
されない無駄な部分が大きくなり、出射面１０１を大き
くしても大口径の画像表示域を得ることができない。そ
のため、大口径の画像表示域を得ようとすると、ヘッド
アップディスプレイ全体が不必要に大型化し、重量が大
きくなり、製造コストが増大するという問題があった。

【０００４】本発明は、上記問題を解決することのでき
るヘッドアップディスプレイを提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、外周縁形状が
四辺形とされている画像表示光出射面を有する表示手段
と、観察者の前方視野内に配置されるコンバイナと、そ
の表示手段とコンバイナとの間に配置されるレンズ系と
を備え、そのレンズ系により集光された画像表示光をコ
ンバイナにより光路変更することで、そのコンバイナの
前方に観察対象の虚像を形成可能なヘッドアップディス
プレイにおいて、そのレンズ系を構成するレンズの外周
縁形状が四辺形とされていることを特徴とする。

【０００６】本発明の構成によれば、画像表示光出射面
の外周縁形状とレンズの外周縁形状とが共に四辺形とさ
れるので、画像表示光出射面およびレンズの双方におい
て無駄な部分が生じることなく全域の有効使用を図るこ
とができる。これにより、レンズを円形とする場合に比
べて、レンズの無駄をなくして可及的に小型軽量化し、
また、画像表示光出射面の無駄を無くして画像表示域を
可及的に大きくできる。よって、画像表示光出射面を不
必要に大きくすることなく、レンズ材料を無駄にするこ
となく、大口径の画像表示域を得ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。

【０００８】図１、図２に示すヘッドアップディスプレ
イ１は、観察者２の前方視野内に配置されるコンバイナ
３と、画像表示光出射面４′を有する表示器４と、レン
ズ系５と、中空四角柱状のハウジング６とを備える。そ
のハウジング６の上端に固定される保持体５０にコンバ
イナ３が保持される。そのコンバイナ３と表示器４との
上下間にレンズ系５が配置されるように、そのハウジン
グ６の内部に表示器４とレンズ系５とが保持される。

【０００９】そのコンバイナ３の表面の光路変更面３ａ
は鉛直面に対して傾斜し、その表示器４から図２におい
て１点鎖線で示すように上向きに出射される画像表示光
Ｌの光路を変更し、前方を向く観察者２の瞳に導く。こ
の画像表示光Ｌの光路変更により、このコンバイナ３の
前方位置Ｐに観察対象の虚像を形成する。このコンバイ
ナ３は、表面側に反射コーティングが、裏面側に無反射
コーティングが、それぞれ公知のコーティング剤を蒸着
等することで施されている。このコンバイナ３として
は、例えばハーフミラーやホログラム素子等を用いるこ
とができ、その材質としては、例えばガラスやアクリル
樹脂等を用いることができる。ハーフミラーが用いられ
る場合は反射により画像表示光Ｌの光路が変更され、ホ
ログラム素子が用いられる場合は回折により画像表示光
Ｌの光路が変更される。このコンバイナ３は前方からの
光を透過するので、観察者２は虚像と前方に実際に存在
する物の双方を視認できる。このコンバイナ３の光路変
更面３ａは、平坦面でもよいし、その画像表示光Ｌを集
光することで平坦面とする場合よりも虚像を前遠方に形
成できる曲面とされてもよい。

【００１０】そのコンバイナ３は、上記保持体５０に挟
み込まれることで、上記表示器４に対して一定位置に保
持される。すなわち、図３、図４に示すように、その保
持体５０は、第１部材５１と第２部材５２とを有する。
その第１部材５１は、コンバイナ３の下縁部に沿う部分
５１ａと、両側縁下部に沿う部分５１ｂ、５１ｃとでコ
字形に形成され、下面は上記ハウジング６の上面に接合
され、上面はコンバイナ３の表面に沿うように鉛直面に
対して傾斜し、ハウジング６にボルト、接着剤等の適宜
手段により固定される。この第１部材５１の上面は、内
周側が外周側よりも下方に窪むように、その内周側と外
周側との間に段差５１ｄが形成されている。また、その
第１部材５１の外周側には複数の雌ネジ孔５１ｅが形成
され、内周側の上面には緩衝材５１ｆが貼り付けられて
いる。その第２部材５２は、コンバイナ３の下縁部に沿
う部分５２ａと、両側縁下部に沿う部分５２ｂ、５２ｃ
とでコ字形に形成される。この第２部材５２の外周側に
はネジ通孔５２ｅが形成され、内周側の下面には緩衝材
５２ｆが貼り付けられている。その第１部材５１の緩衝
材５１ｆにコンバイナ３の下縁部と両側縁下部に沿う表
面が押し付けられ、段差５１ｄにコンバイナ３の下縁部
と両側縁下部に沿う端面が対向され、その第２部材５２
の緩衝材５２ｆにコンバイナ３の下縁部と両側縁下部に
沿う裏面が押し付けられ、各ネジ通孔５２ｅに挿通され
る雄ネジ５３が雌ネジ孔５１ｅにネジ合わされること
で、コンバイナ３は第１部材５１と第２部材５２とによ
り緩衝材５１ｆ、５２ｆを介して挟み込まれる。その緩
衝材５１ｆ、５２ｆとしては、ゴムシートやテフロンテ
ープ等の保持体５０よりも弾性を有するものを用いるこ
とができる。

【００１１】上記表示器４は、バックライト付液晶ディ
スプレイにより構成される。その液晶ディスプレイは、
図１に示すように、コントローラ部４ａと、バックライ
ト部４ｂと、液晶パネル部４ｃとを有する。そのコント
ローラ部４ａは、パーソナルコンピュータその他の映像
ソースから送られるＶＧＡ信号やＮＴＳＣ信号等の映像
信号を、液晶パネル部４ｃの駆動信号に変換する。その
バックライト部４ｂは、例えば、冷陰極管や熱陰極管を
並べたものや他の光源の上に散乱板を重ねることで構成
され、その発光面は液晶パネル部４ｃの表示領域と重な
るものとされている。その液晶パネル部４ｃは、上記コ
ントローラ部４ａから送られる駆動信号に応じて各画素
における液晶の透光率を変化させ、バックライト部４ｂ
から発せられる光を透過させることで、出射面４′から
画像表示光を出射する。その画像表示光出射面４′の外
周縁形状は長方形とされている。

【００１２】そのレンズ系５は、上下に間隔をおいて配
置される複数のレンズ５ａを有し、全体として凸レンズ
を構成し、上記出射面４′から出射される画像表示光を
集光してコンバイナ３に導く。この光学系５を画像表示
光が通過することにより、観察対象の虚像は表示器４に
より表示される実像１３よりも拡大され、観察者２の瞳
から虚像の形成位置Ｐまでの距離は、その画像表示光出
射面４′から観察者２の瞳までの画像表示光Ｌの光路長
よりも長くなる。

【００１３】そして、各レンズ５ａの外周縁形状は、上
記画像表示光出射面４′の外周縁形状に応じた四辺形と
され、出射面４′とレンズ５ａとは長辺同志および短辺
同志が平行になるように配置される。すなわち、各レン
ズ５ａの外周縁形状は長方形とされ、各レンズ５ａの長
辺と短辺の比は、出射面４′の長辺と短辺の比に対応す
るものとされる。また、各レンズ５ａの寸法は、出射面
４′の寸法と設定したヘッドボックスすなわち表示虚像
を視認可能な観察者２の頭部の移動範囲に応じて算出さ
れる。例えば、出射面４′の長辺の長さをＡ、その長辺
の方向に関するヘッドボックスの寸法をＨ、レンズ系５
全体により構成される凸レンズの長辺の長さをＸ、その
レンズから出射面４′側までの距離をＬ１、ヘッドボッ
クス側までの距離をＬ２として、Ｘ＝｛（Ｈ−Ａ）／
（Ｌ１＋Ｌ２）｝×Ｌ１＋Ａにより求められ、そのレン
ズの短辺の長さも同様にして求める。その出射面４′と
求められた長辺と短辺の長さを有するレンズとを用いる
ことで、双方において無駄な部分を生じるのをなくせ
る。各レンズ５ａの長辺と短辺の寸法は、レンズ系５全
体としてその求められた寸法のレンズとなるように定め
られる。各レンズ５ａは外周縁が円形のレンズを加工す
ることで製造してもよいし、硝子材等から直接に外周縁
が長方形のものを製造してもよい。なお、その出射面
４′と各レンズ５ａにおいて無駄な部分を完全になくす
必要はなく、各レンズ５ａの外周縁形状を円形とする場
合よりも双方における無駄な部分を低減できれば足り
る。

【００１４】上記構成によれば、画像表示光出射面４′
の外周縁形状とレンズ５ａの外周縁形状とが共に長方形
とされているので、画像表示光出射面４′およびレンズ
５ａの双方における無駄な部分を低減し、全域の有効使
用を図ることができる。これにより、レンズの外周縁形
状を円形とする場合に比べて、レンズ５ａの無駄をなく
して可及的に小型軽量化し、また、画像表示光出射面
４′の無駄を無くして画像表示域を可及的に大きくでき
る。よって、画像表示光出射面４′を不必要に大きくす
ることなく、レンズ材料を無駄にすることなく、大口径
の画像表示域を得ることができる。

【００１５】また、コンバイナ３は保持体５０に挟み込
まれることで保持されるので、特殊技能を要することな
く、短時間で、後処理作業を要することなく、熟練者で
なくても簡単に組み立てを行うことが可能になり、次の
組み立て工程までの移行を迅速に行うことができる。ま
た、反射率の異なる複数種類のコンバイナを用いて開発
実験を行うような場合、仮止めするための治具を用いる
ことなくコンバイナを交換できる。

【００１６】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、出射面４′の外周縁形状とレンズ５ａの外
周縁形状は長方形に限定されず、例えば、その外周縁の
角は直角ではなく、図６の（１）、（２）に示すように
丸みＲや面取りＣがあってもよく、要は４つの辺により
囲まれる四辺形であればよい。また、レンズ系を構成す
るレンズの数は特に限定されず、一枚でもよい。また、
表示器は液晶ディスプレイに限定されず、ＣＲＴディス
プレイ等により構成してもよい。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、小型軽量かつ大口径の
画像表示域を有する低コストのヘッドアップディスプレ
イを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ
の一部破断斜視図

【図２】本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ
の構成説明図

【図３】本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ
の保持体とコンバイナの斜視図

【図４】本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ
の保持体とコンバイナの断面図

【図５】本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ
の出射面とレンズの平面図

【図６】（１）、（２）は、それぞれ出射面とレンズの
外周縁形状の変形例を示す部分平面図

【図７】（１）、（２）は、それぞれ従来のヘッドアッ
プディスプレイの問題点を示す図

【符号の説明】

３ コンバイナ ４ 表示器 ４′ 出射面 ５ レンズ系 ５ａ レンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周縁形状が四辺形とされている画像表
   示光出射面を有する表示手段と、 観察者の前方視野内に配置されるコンバイナと、 その表示手段とコンバイナとの間に配置されるレンズ系
   とを備え、 そのレンズ系により集光された画像表示光をコンバイナ
   により光路変更することで、そのコンバイナの前方に観
   察対象の虚像を形成可能なヘッドアップディスプレイに
   おいて、 そのレンズ系を構成するレンズの外周縁形状が四辺形と
   されていることを特徴とするヘッドアップディスプレ
   イ。