JPH11338366A - 車両用ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リフレクタの形状に工夫を凝らし、ランプ等
の光源素子の光の利用率をより一層向上するようにした
車両用ヘッドアップディスプレイを提供する。 【解決手段】 リフレクタ２０の 反射壁２０ａは半球
面壁部２１及び半放物面壁部２２により一体に形成され
ている。半放物面壁部２２は、反射壁２０ａの上部を構
成しており、この半放物面壁部２２は、ランプ１０のラ
ンプ部１２の背部側上部に対向している。一方、半球面
壁部２１は、反射壁２０ａのうち半放物面壁部２２以外
の部分を構成しており、この半球面壁部２１は、ランプ
部１２の背部のうち上記背部側上部以外の背部部分に対
向している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用ヘッドアップ
ディスプレイに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の車両用ヘッドアップディ
スプレイとしては、例えば、特開平８−４３７８４号公
報にて開示されたものがある。このヘッドアップディス
プレイは、車室内のインストルメントパネルの内側に液
晶パネルを配置して、この液晶パネルを透過する光源か
らの光を、両反射ミラー及びホログラムからなる凹面鏡
によりフロントウインドシールドに向け反射したとき、
このフロントウインドシールドにより前方に結像される
液晶パネルの虚像情報を運転者に視認させるようになっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ヘッド
アップディスプレイでは、上記光源が、ランプと、この
ランプの背後に配置したリフレクタと、ランプの前側に
配置した凸レンズとを備えている。ここで、ランプの光
の利用率向上を目的として、リフレクタは当該ランプの
光を凸レンズに向け反射し、また、この凸レンズは、ラ
ンプからの直接光及びリフレクタからの反射光を平行光
として液晶パネルに入射するようにしている。

【０００４】しかし、リフレクタの反射壁は、ランプの
背部のうち上部を除く部分を覆うような半球面状に形成
されている。このため、ランプの背部のうち上部から出
射する光は、リフレクタの反射壁に入射せずその上方か
ら外方へ漏洩してしまう。従って、このように漏洩した
光は、凸レンズに向けては反射されない。このことは、
ランプの出射光の全体を利用しておらず、当該ランプの
光の利用率が低いという不具合を招くことを意味する。

【０００５】そこで、本発明は、以上のようなことに対
処するため、リフレクタの形状に工夫を凝らし、ランプ
等の光源素子の光の利用率をより一層向上するようにし
た車両用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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題の解決にあた
り、請求項１に記載の発明によれば、車両用ヘッドアッ
プディスプレイは、車両の車室内にてフロントウインド
シールド（Ｗ）の下方に位置するインストルメントパネ
ル（Ｉ）の裏面側にて配設された光源系統（Ｌ）と、イ
ンストルメントパネルの裏面側にて光源系統の前側に配
設された液晶パネルであって光源系統からの光を透過さ
れて表示情報を表示光として出射する液晶パネル（Ｐ）
と、インストルメントパネルの裏面側にて液晶パネルの
前側に配設された反射光学系であって液晶パネルから表
示光を入射されてインストルメントパネルの上壁開口部
（Ｉ１）を通しフロントウインドシールドの適所に向け
反射する反射光学系（Ｍ１、Ｍ２）とを備えて、フロン
トウインドシールドが上記反射光を反射し上記表示情報
を虚像として表示する。

【０００７】また、光源系統は、光を出射する光源素子
であってその前部（１０ａ）からの出射光を液晶パネル
に直接入射する光源素子（１０）と、この光源素子の背
部側に配設されて当該光源素子の背部からの出射光を液
晶パネルに入射させるように反射するリフレクタ（２
０）とを備える。そして、リフレクタは、光源素子の背
部側上部（１２ｂ）からの出射光をほぼ漏れなく反射す
るように当該背部側上部に対向して位置する断面放物線
状放物面壁部（２２）と、光源素子の背部部分（１２
ｃ）からの出射光をほぼ漏れなく反射するように当該背
部部分に対向して位置する断面円弧状球面壁部（２１）
とを備える。

【０００８】これにより、光源素子の背部からの出射光
のうち断面円弧状球面壁部に入射する光は当該断面円弧
状球面壁部により液晶パネル側に反射される。また、光
源素子の上記背部側上部からの出射光の殆ど全てが断面
放物線状放物面壁部により液晶パネル側に反射される。
これにより、光源素子の前部からの出射光を含め、光源
素子の出射光の殆ど全てが液晶パネルに入射することと
なる。その結果、光源素子の出射光を漏れなく液晶パネ
ルに入射すべき光として利用することができ、光源素子
の出射光の利用率を著しく向上できる。

【０００９】また、このような利用率の向上に伴い、フ
ロントウインドシールドに結像する虚像である上記表示
情報の輝度も著しく向上できる。また、請求項２に記載
の発明によれば、請求項１に記載の車両用ヘッドアップ
ディスプレイにおいて、断面放物線状放物面壁部及び断
面円弧状球面壁部が、共に、光源素子との共通の光軸
（Ｓ）上に焦点を有する。

【００１０】これにより、断面放物線状放物面壁部及び
断面円弧状球面壁部により各反射光を液晶パネルに効率
よく入射できる。その結果、請求項１に記載の発明の作
用効果をより一層向上できる。また、請求項３に記載の
発明によれば、請求項２に記載の車両用ヘッドアップデ
ィスプレイにおいて、断面放物線状放物面壁部の上下方
向端の間の上記焦点を中心とする角度が２０乃至３５度
の範囲内の値である。

【００１１】これにより、請求項２に記載の発明の作用
効果をより一層向上できる。また、請求項４に記載の発
明によれば、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の車
両用ヘッドアップディスプレイにおいて、光源素子と液
晶パネルとの間に介装されて光源素子の前部からの出射
光及びリフレクタの反射光を平行光に変換して液晶パネ
ルに入射する凸レンズ（３０）を備えている。また、断
面放物線状放物面壁部が、半放物面壁部であり、断面円
弧状球面壁部が半球面壁部である。

【００１２】これにより、光源素子の前部からに光及び
リフレクタの反射光を液晶パネルに効率よく平行として
入射できる。その結果、請求項１乃至３のいずれか一つ
に記載の発明の作用効果をより一層向上できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明に係る自動車用ヘ
ッドアップディスプレイの一実施形態を示しており、こ
のヘッドアップディスプレイは、当該自動車のフロント
ウインドシールドＷの下縁部から車室内下方へ延出する
インストルメントパネルＩの裏面側に配設されている。

【００１４】当該ヘッドアップディスプレイは、光源系
統Ｌと、透過型液晶パネルＰと、両反射ミラーＭ１、Ｍ
２を備えている。光源系統Ｌは、図２にて示すごとく、
ランプ１０及びリフレクタ２０を備えており、これらラ
ンプ１０及びリフレクタ２０は、基板３０に組み付けら
れている。

【００１５】具体的には、ランプ１０は、図２にて示す
ごとく、そのコネコタ１１にて、基板３０の貫通穴部３
１に嵌め込まれており、このランプ１０のランプ部１２
は、断面略長楕円状にて、コネクタ１１から基板３０の
上方へ突出している。ここで、ランプ部１２は、その全
外表面から光を出射する。なお、ランプ部１２の前部１
２ａの外表面には、しぼ処理が施されている。

【００１６】リフレクタ２０は、図２及び図３にて示す
ごとく、反射壁２０ａと、この反射壁２０ａの左右両側
に一体に設けた左右両フランジ２０ｂとを備えている。
そして、リフレクタ２０は、左右両フランジ２０ｂに
て、基板３０の左右両立ち上がり壁３２に各ねじ３３に
より締着されている。反射壁２０ａは、図２及び図４に
て示すごとく、半球面壁部２１及び半放物面壁部２２に
より一体に形成されている。

【００１７】半放物面壁部２２は、反射壁２０ａの上部
を構成しており、この半放物面壁部２２は、ランプ部１
２の背部のうち上部（以下、背部側上部１２ｂという）
に対向している。一方、半球面壁部２１は、反射壁２０
ａのうち半放物面壁部２２以外の部分を構成しており、
この半球面壁部２１は、ランプ部１２の背部のうち背部
側上部１２ｂ以外の背部部分１２ｃに対向している。本
実施形態では、半球面壁部２１及び半放物面壁部２２の
双方のランプ１０側の各焦点は、ランプ１０と共通の光
軸Ｓ（後述する）上に位置している。

【００１８】ここで、ランプ部１２の発光中心を符号ａ
（図２及び図４参照）により表し、また、発光中心ａを
通る水平軸（以下、光軸Ｓという）をとれば、半球面壁
部２１の図４にて図示断面上下方向両端が発光中心ａを
中心として光軸Ｓを基準に対称的になす角度は、ランプ
部１２の背部部分１２ｃからの出射光を有効に利用し得
るような所定角２αに設定されている。

【００１９】一方、半放物面壁部２２の図４にて図示断
面上下方向両端が発光中心ａを中心としてなす角度は、
ランプ部１２の背部側上部１２ｂからの出射光を有効に
利用し得るような所定角βに設定されている。本実施形
態では、所定角βは２０度乃至３５度の範囲内の値とな
っている。但し、これに限ることなく、当該所定角β
は、半放物面壁部２２によりランプ部１２ａの背部側上
部１２ｂからの出射光を漏れなく反射できるように、設
定すればよい。また、所定角αは、略９０度から所定角
βを差し引いた値となっている。なお、半球面壁部２１
及び半放物面壁部２２の各内表面は、拡散反射塗料の塗
布等の処理がなされている。

【００２０】以上のように構成したリフレクタ２０にお
いては、半球面壁部２１は、ランプ部１２の背部部分１
２ｃからの出射光を、図４にて図示矢印により示すごと
く前方かつ光軸Ｓに向けて反射する。また、半放物面壁
部２２は、ランプ部１２の背部側上部１２ｂからの出射
光を、図４にて図示矢印により示すごとく前方かつ光軸
Ｓに向けて反射する。

【００２１】また、光源系統Ｌは、図２にて示すごと
く、凸レンズ３０及び熱線吸収フィルタ４０を備えてお
り、これら凸レンズ３０及び熱線吸収フィルタ４０は、
支持部材５０を介し、液晶パネルＰと共にケーシング６
０内に組み付けられている。凸レンズ３０は、支持部材
５０の貫通穴部５１内に光軸Ｓと同軸的に支持されてお
り、この凸レンズ３０は、その入射面３１にて、ケーシ
ング６０の開口部６１に対向するように、左右両端部３
２（図５及び図６参照）にて貫通穴部５１の左右両端部
に固定されている。

【００２２】また、凸レンズ３０は平凸レンズ部３３を
備えており、この平凸レンズ部３３の出射面３４は、入
射面３１とは反対側に凸形状となる放物面となってい
る。但し、平凸レンズ部３３の物点側焦点Ｆ（図５参
照）はランプ１０側に位置している。このように構成し
た凸レンズ３０は、入射面３１にて、ケーシング６０の
開口部６１を通しランプ１０からの直射光及びリフレク
タ２０からの反射光を入射され、この入射光を平凸レン
ズ部３３にて平行光に変換して出射面３４から出射す
る。

【００２３】なお、凸レンズ３０の出射光の配向分布
は、図７にて符号Ｈ１にて示す配向曲線により特定され
る。この配向曲線Ｈ１によれば、凸レンズ３０の出射光
は、点ｑ（図２及び図７参照）を基準として、光軸Ｓに
対称的な配向分布となる。そして、当該出射光の強度
は、光軸Ｓに近い程、完全拡散光の配向曲線Ｈ２に比べ
て著しく大きい値（例えば、光軸Ｓ上にて、上記完全拡
散光の強度の１５０％程度）になっている。

【００２４】板状熱線吸収フィルタ４０は、凸レンズ３
０の出射面３４に対向するように、その下端部にて、支
持部材５０の底壁の一部に固定されており、この熱線吸
収フィルタ４０は、凸レンズ３０からの平行光中の赤外
線を吸収することで、液晶パネルＰの温度上昇を抑制し
ている。液晶パネルＰは、熱線吸収フィルタ４０の前方
にて、支持部材５０の一部により支持されており、この
液晶パネルＰは、熱線吸収フィルタ４０を介する凸レン
ズ３０から平行光を入射されて、車両情報を表す表示光
として、ケーシング６０の開口部６２を通し出射する。
なお、液晶パネルＰは、光軸Ｓに対し図２にて示すごと
く、傾斜して支持されている。

【００２５】反射ミラーＭ１は、液晶パネルＰからの表
示光を反射ミラーＭ２に向けて反射する。反射ミラーＭ
２は凹面鏡等の拡大鏡からなるもので、この反射ミラー
Ｍ２は、反射ミラーＭ１の反射光を、インストルメント
パネルＩの上壁開口部Ｉ１を通してフロントウインドシ
ールドＷの適所に向けて反射する。このことは、フロン
トウインドシールドＷが、反射ミラーＭ１の反射光を反
射して、運転者Ｑの視線方向上にて、液晶パネルＰの表
示情報を、フロントウインドシールドＷの適所を通しそ
の前方にて虚像Ｗ１として結像することを意味する。

【００２６】このように構成した本実施形態において、
光源系統Ｌのランプ１０がそのランプ部１２の全外表面
から出射すると、この出射光のうちランプ部１２の前部
１２ａからの出射光はケーシング６０の開口部６１を通
り凸レンズ３０にその入射面３１から入射する。ここ
で、リフレクタ２０は、上述のごとく、半球面壁部２１
及び半放物面壁部２２の双方を有する。このため、ラン
プ部１２の出射光のうち当該ランプ部１２の背部からの
出射光は、リフレクタ２０の半球面壁部２１及び半放物
面壁部２２の各反射面に入射して反射されケーシング６
０の開口部６１を通り凸レンズ３０にその入射面３１か
ら入射する。

【００２７】また、上述のごとく、半球面壁部２１で
は、その断面上下両端が発光中心ａを中心として光軸Ｓ
を基準に対称的になす角度が、上記所定角２αに設定さ
れている。また、半放物面壁部２２では、その断面上下
両端が発光中心ａを中心としてなす角度が、ランプ部１
２の背部側上部からの出射光を有効に利用し得るような
上記所定角βに設定されている。

【００２８】このため、ランプ部１２の背部部分１２ｃ
からの出射光が半球面壁部２１により反射されて凸レン
ズ３０に入射し、また、ランプ部１２の背部側上部１２
ｂからの出射光の殆ど全てが半放物面壁部２２の反射面
により反射されて凸レンズ３０に入射する。これによ
り、ランプ１０の前部１２ａの出射光を含め、ランプ１
０の出射光の殆ど全てが凸レンズ３０に入射することと
なる。その結果、ランプ１０の出射光を漏れなく凸レン
ズ３０を介し液晶パネルＰに入射すべき光として利用す
ることができ、ランプ１０の出射光の利用率を著しく向
上できる。

【００２９】上述のようにランプ１０から直接光及びリ
フレクタ２０からの反射光が凸レンズ３０に入射する
と、この凸レンズ３０は、当該入射光を、平凸レンズ部
３３にて平行光に変換し、熱線吸収フィルタ４０を通し
て液晶パネルＰに入射する。なお、凸レンズ３０の平凸
レンズ部３３は上述のような形状（図２、図５及び図６
参照）に形成されているため、凸レンズ３０の入射面３
１への入射光のすべてが効率よく平行光に変換されて液
晶パネルＰに入射され得る。

【００３０】ついで、液晶パネルＰがその入射光を表示
光として出射すると、この出射表示光は、反射ミラーＭ
１を介し反射ミラーＭ２により反射拡大されてインスト
ルメントパネルＩの上壁開口部Ｉ１を通しフロントウイ
ンドシールドＷの適所に向け反射してこのフロントウイ
ンドシールドＷの適所を介し上記表示情報を虚像Ｗ１と
して結像させる。これにより、運転者Ｑは、液晶パネル
Ｐの表示情報を虚像Ｗ１として視認する。

【００３１】この場合、ランプ１０の出射光が上述のご
とく漏れなく液晶パネルＰへの入射光として利用されて
いるため、液晶パネルＰの表示輝度は非常に高い。従っ
て、両反射ミラーＭ１、Ｍ２を介しフロントウインドシ
ールドＷの前方に結像される虚像として液晶パネルＰの
表示情報の輝度も非常に高くなる。即ち、リフレクタ２
０を、上述のごとく、半球面壁部２１及び半球面壁部２
１を有する構成とすることで、運転者Ｑは、昼夜に関係
なく、虚像Ｗ１を光輝度にて良好に視認できる。

【００３２】ちなみに、本実施形態において、リフレク
タ２０の上記構成のもとに凸レンズ３０の出射光が液晶
パネルＰを透過する透過率Ｔ１、及び凸レンズ３０の出
射光が上記完全拡散光として液晶パネルＰを透過する透
過率Ｔ２を調べてみたところ、図８にて示すようなデー
タが得られた。これによれば、透過率Ｔ１の方が透過率
Ｔ２よりも著しく高いことが分かる。

【００３３】従って、リフレクタ２０を上述のような構
成とすることで、液晶パネルＰの表示輝度、ひいては、
フロントウインドシールドＷの前方に結像される虚像と
しての液晶パネルＰの表示情報の輝度が著しく向上され
ることが分かる。なお、本発明の実施にあたり、ランプ
１０は、白熱ランプ、キセノンランプ、ハロゲンラン
プ、冷陰極管、発光ダイオード等の各種の光源素子であ
ってもよい。

【００３４】また、本発明の実施にあたり、ランプ１０
及びリフレクタ２０からの光で十分に液晶パネルＰの表
示輝度を確保できる場合には、凸レンズ３０を廃止して
実施してもよい。また、本発明の実施にあたり、リフレ
クタ２０は、上記実施形態にて述べたような半球面壁部
２１及び半放物面壁部２２に代え、これら半球面壁部２
１及び半放物面壁部２２として、断面円弧状球面壁部及
び断面放物線状壁部を有するように実施してもよい。

【００３５】また、上記実施形態では、本発明が自動車
用ヘッドアップディスプレイに適用された例について説
明したが、これに限ることなく、一般に、各種車両用ヘ
ッドアップディスプレイに本発明を適用して実施しても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動車用ヘッドアップディスプレ
イの一実施形態を示す概略全体構成図である。

【図２】図１の光源系統の拡大概略側面図である。

【図３】図２の光源系統の部分平面図である。

【図４】図２の光源系統におけるランプの側面及びリフ
レクタの断面を示す拡大図である。

【図５】図２の凸レンズの側面図である。

【図６】図２の凸レンズの平面図である。

【図７】凸レンズの配向特性を示す図である。

【図８】上記実施形態のリフレクタを用いた場合におけ
る凸レンズの出射光の液晶パネルに対する透過率及び従
来のリフレクタを用いた場合の凸レンズの出射光（完全
拡散光）の液晶パネルに対する透過率を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

Ｉ…インストルメントパネル、Ｉ１…上壁開口部、Ｌ…
光源系統、Ｍ１、Ｍ２…反射ミラー、Ｗ…フロントウイ
ンドシールド、Ｐ…液晶パネル、１０…ランプ、２０…
リフレクタ、２１…半球面壁部、２２…半放物面壁部、
３０…凸レンズ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の車室内にてフロントウインドシー
   ルド（Ｗ）の下方に位置するインストルメントパネル
   （Ｉ）の裏面側にて配設された光源系統（Ｌ）と、 前記インストルメントパネルの裏面側にて前記光源系統
   の前側に配設された液晶パネルであって前記光源系統か
   らの光を透過されて表示情報を表示光として出射する液
   晶パネル（Ｐ）と、 前記インストルメントパネルの裏面側にて前記液晶パネ
   ルの前側に配設された反射光学系であって前記液晶パネ
   ルから表示光を入射されて前記インストルメントパネル
   の上壁開口部（Ｉ１）を通し前記フロントウインドシー
   ルドの適所に向け反射する反射光学系（Ｍ１、Ｍ２）と
   を備えて、 前記フロントウインドシールドが前記反射光を反射し前
   記表示情報を虚像として表示するようにした車両用ヘッ
   ドアップディスプレイであって、 前記光源系統は、光を出射する光源素子であってその前
   部（１０ａ）からの出射光を前記液晶パネルに直接入射
   する光源素子（１０）と、この光源素子の背部側に配設
   されて当該光源素子の背部からの出射光を前記液晶パネ
   ルに入射させるように反射するリフレクタ（２０）とを
   備えて、 前記リフレクタは、前記光源素子の背部側上部（１２
   ｂ）からの出射光をほぼ漏れなく反射するように当該背
   部側上部に対向して位置する断面放物線状放物面壁部
   （２２）と、前記光源素子の背部部分（１２ｃ）からの
   出射光をほぼ漏れなく反射するように当該背部部分に対
   向して位置する断面円弧状球面壁部（２１）とを備える
   車両用ヘッドアップディスプレイ。
2. 【請求項２】 前記断面放物線状放物面壁部及び断面円
   弧状球面壁部が、共に、前記光源素子との共通の光軸
   （Ｓ）上に焦点を有することを特徴とする請求項１に記
   載の車両用ヘッドアップディスプレイ。
3. 【請求項３】 前記断面放物線状放物面壁部の上下方向
   端の間の前記焦点を中心とする角度が２０乃至３５度の
   範囲内の値であることを特徴とする請求項２に記載の車
   両用ヘッドアップディスプレイ。
4. 【請求項４】 前記光源素子と前記液晶パネルとの間に
   介装されて前記光源素子の前部からの出射光及び前記リ
   フレクタの反射光を平行光に変換して前記液晶パネルに
   入射する凸レンズ（３０）を備えており、 前記断面放物線状放物面壁部が、半放物面壁部であり、
   前記断面円弧状球面壁部が半球面壁部であることを特徴
   とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の車両用ヘ
   ッドアップディスプレイ。