JP2000249965A - 情報表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】凹面鏡コンバイナに比べ平板状でありながら、
拡大表示可能なコンバイナを有する情報表示装置を得
る。 【解決手段】支持部１５において、本体部１４に軸支さ
れているコンバイナ１２ａは、平面状透明基板の両面に
フレネルレンズ状の複数の傾斜面よりなる環状溝が形成
され、凹面鏡と同等の反射機能を有し、環状溝の傾斜面
の傾きは凹面鏡の対応する位置の面の傾きとほぼ等しい
情報表示装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は情報表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年自動車などの車両の運転者に情報を
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）などの表示装置が用いられている。ＨＵ
Ｄは、液晶表示装置などの情報投射手段から投射された
光学的情報を、自動車の風防ガラスなどに組み込まれた
コンバイナに映し、情報を前景に重畳することにより、
運転者が運転状態からほとんど視点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。また、情報表示
源を備えた小型の本体部にコンバイナが軸支され、車両
のダッシュボード上に載置された別置き型のＨＵＤも用
いられている。

【０００３】図８は、従来のＨＵＤの一例を示す概念的
側面図である。光源６から発し、レンズ４を介して透過
型液晶表示素子５を通過した表示すべき情報を含む光３
は、車体の風防ガラス７に備えられたハーフミラーより
なるコンバイナ２に照射され、反射されて運転者に観察
位置１で視認される。また、カラーの情報表示源を用い
て、希望する多色の像が表示できる。例えば、速度表示
像８を緑色、警告表示像９を赤色として、運転者に対し
てより的確に情報を伝達できる。

【０００４】また、図７は車両のダッシュボード上など
に載置して使用する、従来の別置き型のＨＵＤの一例を
示す概念的側面図である。コンバイナ１２が支持部１５
を介してＨＵＤの本体部１４に回動自在に軸支されてい
る。本体部１４内には、液晶表示素子や蛍光表示管など
よりなる情報表示源１１が備えられている。情報表示源
１１からの情報を含む光３はコンバイナ１２で反射さ
れ、観察位置１で、例えば運転者によって運転情報など
の表示像１３として視認される。コンバイナ１２は凹面
鏡であり倍率を持つため、表示像１３は遠方に拡大され
て見える。

【０００５】図８のような車体そのものに備えられたＨ
ＵＤの場合は、別体の機器を必要としないため外観がす
っきりする利点があるが、車種毎に個別の設計が必要に
なる。特に、ダッシュボード内に収納する情報表示源の
スペースを確保するのは困難であり、小型車への搭載や
車両販売後の後付けの搭載が困難であった。それに対し
図７のような別置き型ＨＵＤでは、情報表示源とコンバ
イナとが一体化されているため、車種を選ばず後付けで
も搭載できるメリットがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】別置き型ＨＵＤはダッ
シュボード上などに設置して使用されるため、できるだ
け小型であることが求められる。そのため、コンバイナ
の高倍率化が必須である。コンバイナの形状は一般に凹
面であり、その倍率は凹面の曲率半径で定まる。高倍率
化のためには、曲率半径の小さな凹面鏡が必要であり、
曲がりのきつい立体的な形状となる。

【０００７】曲がりのきつい凹面鏡は平面鏡と比べて保
持が困難であり、光学系の位置精度にも問題があった。
高倍率の凹面鏡と情報表示源との位置関係が設計位置か
らずれると、収差によるボケや表示像の歪みが極端に悪
化する問題があった。

【０００８】射出成形により凹面鏡部と保持部を一体に
成形すれば位置精度の問題は改善されるが、曲がりのき
つい凹面鏡の場合、成形温度から室温に冷却される間の
熱収縮により、金型と成形品の面形状が大きくずれる問
題があった。そこで、熱変形の度合いを見込んであらか
じめ金型を補正する方法があるが、高度なノウハウを要
したり、複数回の修正を要する問題があり、必ずしも容
易ではなかった。

【０００９】また、曲がりのきつい凹面鏡は平面鏡に比
べ嵩張るため、収納性に問題があった。本発明の目的
は、従来技術が有していた前述の課題を解決する情報表
示装置を提供することにある。

【００１０】

【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あり、表示すべき情報を光とし
て発生する情報表示源と、前記光を観察者に向けて反射
し虚像として表示するコンバイナとを備える情報表示装
置において、前記コンバイナは平板状の透明基板の両面
にフレネルレンズ状の複数の傾斜面よりなる環状溝が形
成され、かつ凹面鏡と同等の反射機能を有し、環状溝の
傾斜面の傾きは凹面鏡の対応する位置の面の傾きと等し
いことを特徴とする情報表示装置を提供する。また、前
記コンバイナの両面に形成されている環状溝の、向かい
合う傾斜面は互いに平行である上記の情報表示装置を提
供する。また、前記コンバイナは少なくとも一方の環状
溝の傾斜面に半反射のコーティングが施されている上記
の情報表示装置を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明を詳細に
説明する。図１は、本発明の情報表示装置の一例を示す
模式的側面図であり、図７の別置き型のＨＵＤとほぼ同
様の構成である。本発明によるコンバイナ１２ａが支持
部１５を介してＨＵＤの本体部１４に回動自在に軸支さ
れている。本体部１４内には、液晶表示素子や蛍光表示
管などよりなる情報表示源１１が備えられている。情報
表示源１１からの情報を含む光３はコンバイナ１２ａで
反射され、観察者位置１で観察者（例えば運転者）によ
って運転情報などの表示像１３として視認される。

【００１２】図２は、本発明のコンバイナの一例を示す
断面図である。コンバイナ１２ａは図２に示すように、
平板状の透明基板の両面、すなわち情報を含む光の入射
面３１および情報を含む光の入射面とは反対の面３２に
フレネルレンズ様の複数の傾斜面よりなる環状溝を形成
したものである。

【００１３】コンバイナ１２ａは点線で示す凹面鏡２０
と同じ反射機能を有し、その環状溝の傾斜面の傾きは凹
面鏡の対応する位置の面の傾きとほぼ等しく形成され
た。すなわち凹面鏡２０の凹面の各位置での角度を維持
したまま平板状にした。したがって図３のように、情報
表示源１１からの光は、例えばコンバイナ１２ａの情報
を含む光の入射面３１側で反射され、情報を含む光の入
射面と反対の面３２側に表示像１３のように遠方拡大表
示される。ここで、図３は、本発明のコンバイナによる
表示像の形成を説明する概念図である。このように本発
明のコンバイナは平面状でありながら、従来の凹面鏡コ
ンバイナと同様の反射特性を提供できる。

【００１４】次に、コンバイナを透過して見る前景につ
いて考える。図５は、従来のフレネルレンズの透過光の
様子を説明する概念的断面図である。図５に示すよう
に、従来のフレネルレンズ４０は片面が本発明のコンバ
イナ１２ａと同様に環状溝形成面４１となっているが、
もう片面はフラット面４２である。したがって、平凹レ
ンズと同様の透過特性を示す。例えば、前景からの平行
光５０はフレネルレンズ４０を透過すると発散する透過
光５１となる。このレンズ機能のため、前景は正常には
観察できない。

【００１５】一方、図４は本発明のコンバイナの透過光
の様子を説明する概念的断面図であり、図４のように、
本発明のコンバイナ１２ａでは、コンバイナの両面に形
成された環状溝の、向かい合う傾斜面、すなわち情報を
含む光の入射面３１と情報を含む光の入射面と反対の面
３２は互いにほぼ平行であるため、屈折によりわずかに
光路がずれるが入射する前景からの平行光５０と透過光
５１の方向はほとんど変化しない。そのため、前景は正
常に観察できる。

【００１６】このようにして、本発明のコンバイナ１２
ａは、平面でありながら、従来の凹面鏡コンバイナと同
様の反射および透過機能を実現できる。本発明の情報表
示装置は、上述のように情報表示源を備えた本体部にコ
ンバイナが軸支され、車両のダッシュボード上などに載
置され、運転者などに運転情報を視認させる別置き型の
情報表示装置において、好ましく使用できる。特に小型
化のためコンバイナの高倍率化が求められる場合、本発
明における表示方法はより効果的に使用できる。

【００１７】本発明におけるコンバイナの材質は、用途
や使用状態に応じて適宜選択され、ＨＵＤのように前景
と表示像を重畳させて見るタイプの情報表示装置では透
明な材質であることが望ましいが、これは光を部分的に
透過するものであってもよい。例えば、透明基板のほか
にブロンズやグリーンなどに色付けされた基板も使用で
きる。また、入射光や反射光が通過しない部分は不透明
であってもよい。材質としては、アクリル樹脂、ポリカ
ーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィンなどの樹
脂基板のほか、ガラスなどでもよい。

【００１８】環状溝は、フレネルレンズと同様の方法で
作成できる。凹凸の状態を反転した形状を加工した金型
を用いて、高温で軟化させた樹脂基板をプレスして金型
の形状を複製するプレス成形法が好ましく使用できる。
また、射出成形法も使用できる。射出成形法の場合は細
かな溝の形状を再現するため、樹脂の流動性を高めた
り、気泡の混入を防ぐ工夫が必要である。

【００１９】表示像や前景が不連続的に見えるのを防ぐ
ため、溝の間隔は細かいことが好ましく、１ｍｍ以下が
好ましい。また、溝の形状は球面鏡を平面化したもので
もよいが、表示像の収差補正のため非球面形状としても
よい。例えば、球面鏡に斜めから光を入射するときに発
生する非点収差による表示像のボケを改善するためは、
コンバイナへの光の入射面内における焦点距離と、入射
面に垂直な面内における焦点距離が異なればよい。

【００２０】また、ＨＵＤの場合は、情報表示源１１と
表示像１３の位置を２つの焦点とする双曲面鏡を平面化
したものも好ましく使用できる。また、情報表示源１１
からの光が入射する位置を環状溝の中心からずらせば、
非正反射のコンバイナを得ることができる。

【００２１】コンバイナへの環状溝の傾斜面に施した半
反射のコーティングの、半反射とは、入射光を透過しま
た入射光を反射する性質を意味し、可視光線反射率が１
０〜５０％のものを指す。

【００２２】また、反射の機能は反射率の高い金属の蒸
着膜や誘電体の多層膜の蒸着膜、ゾルゲル法による高反
射膜、屈折率の異なる複数の高分子多層膜やホログラム
などを環状溝の傾斜面に施すことにより生ずる。反射膜
の形成は吸収による光損失が少なく反射率および透過率
の制御が容易な方法が好ましく、真空蒸着やスパッタな
どによる誘電体の多層膜が好ましく使用できる。また、
これらの基材の表面には傷付き防止のため、ハードコー
ティングが施されていてもよい。また二重像防止のた
め、反射面の反対側の面に反射防止コーティングが施さ
れていてもよい。

【００２３】本発明の情報表示装置における情報表示源
は光を発して表示する機能を持つものであり、液晶表示
素子などのいわゆる受光型表示素子からなる表示体に熱
陰極管、冷陰極管、蛍光表示管、ハロゲンランプ、発光
ダイオード、半導体レーザなどからなる光源から発した
光を照射するものが例示できる。

【００２４】それとは別に、情報表示源として受光型表
示素子を用いず、上記の光源自体をパターン化して配列
し特定の情報を光として発生する自発光型表示素子であ
ってもよい。自発光型表示素子として蛍光表示管、フィ
ールドエミッションディスプレイ、プラズマディスプレ
イ、有機ＥＬ素子などの表示素子が例示でき、発光ダイ
オードや半導体レーザなどの発光素子を配列したものな
ども例示できる。

【００２５】本発明の情報表示装置をカラー表示とする
場合、液晶表示素子としては、カラーフィルタと透過型
液晶表示素子などからなるカラー液晶表示素子などが好
ましく使用できる。また、カラー表示とする場合、蛍光
材料、発光材料をカラー化した表示素子であっても、発
光波長の異なる半導体材料を配列した自発光型表示素子
であってもよい。

【００２６】受光型表示素子と光源を併用したものの場
合は、この受光型表示素子と光源との間にレンズ系や曲
面反射鏡などの適当な光線平行化手段、導光板などの適
当な導光手段、偏光制御手段などを配置してもよい。情
報表示源からコンバイナに光が投射されるまでの光径路
内に、反射、屈折、回折光学素子を適宜配置してもよ
い。また、必要に応じて、偏光制御手段、非線形光学素
子などを配置してもよい。

【００２７】本発明の情報表示装置を乗り物に用いる場
合、表示すべき情報としては、その表示用途により適宜
選択される。車両のスピード計、タコメータ、シフトレ
バー表示、さらには種々の警告ランプや、ナビゲーショ
ン情報、エアコン、オーディオ機器など付属機器の情報
などが例示できる。

【００２８】また、道路情報、駐車場空き情報などの車
両外からの情報も例示できる。また、先行車との車間距
離センサの情報やＣＣＤカメラなどで撮影した死角領域
の映像や夜間など視界不良時の映像、さらには自動料金
収受の表示など、近年開発中の高度道路交通システム
（ＩＴＳ）に対応した情報も例示できる。また、観察者
とは主には車両などの乗り物の運転者であるが、助手席
その他の同乗者や、これらすべての者を含めることがで
きる。

【００２９】

【実施例】「例１」以下、本発明を図１に基づいて説明
する。コンバイナ１２ａは、支持部１５を介してＨＵＤ
の本体部１４に回動自在に軸支させた。本体部１４内に
は、蛍光表示管よりなる情報表示源１１を備えた。この
ＨＵＤを車両のダッシュボードの設置位置に配置した。
情報表示源１１からの情報を含む光３はコンバイナ１２
ａで反射され、観察者（例えば運転者）に運転情報など
の表示像１３として視認された。

【００３０】コンバイナ１２ａに立てた法線に対する光
の入射角θを２０°とした。環状溝の形状は、入射面に
垂直な面（横方向の面）の曲率半径は２３５ｍｍに相当
し、入射面（縦方向の面）における曲率半径は２６６ｍ
ｍに相当する。溝の間隔は０．７ｍｍであった。

【００３１】平面でありながら遠方拡大表示できるなコ
ンバイナが得られた。また、透過して見る前景はほとん
どコンバイナの影響を受けずに正常に見えた。また、縦
横の曲率半径を調整することにより、非点収差によるボ
ケのない視認性の高い表示像を得ることができた。な
お、コンバイナ１２ａは高耐熱の透明アクリル樹脂を使
用し、プレス成形により環状溝を形成した。入射面側に
誘電体多層膜によるハーフミラーコーティングを施して
使用した。

【００３２】「例２」図６は例２のＨＵＤを示す概念的
側面図である。本例では、車両の天井付近に液晶表示素
子よりなる情報表示源１１を設け、観察位置１の前方に
透明アクリル樹脂よりなるコンバイナ１２ａを設けた。

【００３３】情報表示源１１とコンバイナ１２ａの距離
は約３３４ｍｍ、入射角θは１２°とし、またコンバイ
ナ１２と観察位置１との距離は４３０ｍｍであった。環
状溝の形状は曲率半径７５０ｍｍの球面鏡に相当する形
状とし、溝の間隔は０．８ｍｍとした。コンバイナ１２
ａから表示像１３までの距離は、約２５７０ｍｍとなっ
た。観察者からの距離は約３０００ｍｍであった。平面
でありながら遠方拡大表示ができるコンバイナが得られ
た。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、平面状でありながら遠
方拡大表示できるコンバイナを使用した情報表示装置が
得られ、凹面鏡に比べ平板状であり小型化できる。ま
た、コンバイナの位置精度や形状の制御が容易な情報表
示装置が得られるため、高品質の表示像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報表示装置の一例を示す模式的側面
図。

【図２】本発明のコンバイナの一例を示す断面図。

【図３】本発明のコンバイナによる表示像の形成を説明
する概念図。

【図４】本発明のコンバイナの透過光の様子を説明する
概念的断面図。

【図５】従来のフレネルレンズの透過光の様子を説明す
る概念的断面図。

【図６】本発明の情報表示装置の別の一例を示す模式的
断面図。

【図７】従来の別置き型ＨＵＤの一例を示す概念的側面
図。

【図８】従来のＨＵＤの一例を示す概念的側面図。

【符号の説明】

１：観察位置 ２、１２、１２ａ：コンバイナ ３：情報を含む光 ４：レンズ ５：透過型表示装置 ６：光源 ７：風防ガラス ８：速度表示像 ９：警告表示像 １３：表示像 １１：情報表示源 １４：本体部 １５：支持部 ２０：凹面鏡 ３１：情報を含む光の入射面 ３２：情報を含む光の入射面と反対の面 ４０：フレネルレンズ ４１：環状溝形成面 ４２：フラット面 ５０：前景からの平行光 ５１：透過光

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示すべき情報を光として発生する情報表
   示源と、前記光を観察者に向けて反射し虚像として表示
   するコンバイナとを備える情報表示装置において、前記
   コンバイナは平板状の透明基板の両面にフレネルレンズ
   状の複数の傾斜面よりなる環状溝が形成され、かつ凹面
   鏡と同等の反射機能を有し、環状溝の傾斜面の傾きは凹
   面鏡の対応する位置の面の傾きと等しいことを特徴とす
   る情報表示装置。
2. 【請求項２】前記コンバイナの両面に形成されている環
   状溝の、向かい合う傾斜面は互いに平行である請求項１
   に記載の情報表示装置。
3. 【請求項３】前記コンバイナは少なくとも一方の環状溝
   の傾斜面に半反射のコーティングが施されている請求項
   １または２に記載の情報表示装置。