JP2861051B2 - ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば自動車の運転席に設定されるフロ
ントガラスに、自動車の走行制御用の情報等を表示させ
る、ヘッドアップ型等のディスプレイ装置に関する。

［従来の技術］ 自動車にあっては、走行速度表示、エンジン回転数表
示、燃料量表示、冷却水温表示等の基本的な表示の他
に、コンピュータ制御に伴う各種表示を行うことが要望
されている。この中で基本的な表示は、従来よりインス
トルメントパネルに設定されたメータ類によって行われ
ているものであるが、コンピュータ情報等は、CRTある
いは液晶等による画像表示手段を用いて行われている。

このような画像表示手段は、例えばインストルメント
パネル内に組み込み設定されているが、その表示位置は
運転者の視野から外れているものであり、その表示を読
取るためには、運転者は走行方向から視線を外さなけれ
ばならない。

このような問題点を解決する手段として、例えばフロ
ントガラスの視域内に、画像表示手段で表示された映像
を投射し、運転者の視野内で各種情報を表示させるよう
にするヘッドアップディスプレイ装置が考えられてい
る。

すなわち、インストルメントパネル内に蛍光表示管
（VFD）あるいは液晶ディスプレイ（LCD）等の画像表示
器を設定し、この表示器で表示された映像を光学系を介
してフロントガラスに投射させるものである。

しかし、このようなディスプレイ装置にあっては、太
陽光等の外乱光が内部に入り込んだ場合、この外乱光が
表示器部分まで入り込み、この表示器の表示面に照射さ
れる状態となることがある。したがって、この表示器の
表示面が、例えば白く光るような状態となり、視認性が
著しく低下する。また、この表示器が加熱されるような
状態となり、表示器の寿命にも影響を与える。

特に表示器の映像を、遠方拡大機能を設定するための
凹面鏡を用いて反射させ、フロントガラス等の投射面に
投射するようにした場合、熱的な問題が顕著に生ずる。

このような熱的な問題を解決する手段として、例えば
実開昭62-61732号公報に示されるように、凹面鏡の代わ
りにコールドミラー（赤外線のような熱線をカットする
機能を有するミラー）を用い、熱的な影響を少なくする
ことが考えられている。しかし、このコールドミラーは
可視光線の大部分を反射するものであり、外乱光によっ
て表示器の表示面が光り、視認性を低下させるようにな
ることは避けられない。

さらに実開昭62-68821号公報に示されるように、外乱
光の入射通路にシャッタを設け、表示器の表示面に太陽
光等が入射するような状態でシャッタを閉じ、表示器を
保護することが考えられている。しかし、これでは構成
およびシャッタ制御が繁雑になるばかりか、シャッタが
閉じる状態では表示が行えない。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、例
えば自動車のフロントガラスの視域内に、常時表示がな
されるようにして、運転者が視野を変えることなく視認
できるようにすると共に、太陽光等の外乱光が入射され
るような状態となっても、表示器の表示面にこの外乱光
が入射されることを抑制することができ、表示の視認性
を良好とすると共に、外乱光による熱的な問題が発生さ
れることなく、例えばヘッドアッブディスプレイとして
効果的に使用できるようにしたディスプレイ装置を提供
しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るディスプレイ装置にあっては、表示器
で表示された映像を、拡大機能の設定された光学系を構
成するホログラム反射鏡で反射させ、フロントガラスの
視域内に投射させるようにするもので、前記ホログラム
反射鏡にあっては、前記表示器の表示面で形成される映
像光の波長に対応した光を反射させ、他の波長の光は透
過される特性が設定されるようにする。

［作用］ このように構成されたディスプレイ装置にあって、ホ
ログラム反射鏡は例えば凹面鏡に構成され、表示器の画
面は拡大されたフロントガラスの視域内に投射され結像
される。そして、運転者は運転時の視野を変えることな
く、表示器の表示を視認できるようになる。また太陽光
が表示光の投射方向と一致するような方向から入射され
る状態となった場合においては、この太陽光がホログラ
ム反射鏡で反射されて表示器の表示面に到達する。しか
し、ホログラム反射鏡においては、入射された太陽光の
大部分が透過するため、表示器の方向に反射される光量
は非常に少ない状態となる。したがって、表示器の視野
は明確な状態に保たれ、また表示器を太陽光による熱か
ら確実に保護するようになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。第１図は自動車用のヘッドアップディスプレイ装置
を構成した場合の断面構成を示すもので、ディスプレイ
表示装置本体部11は、インストルメントパネル12の内部
に設定される。

表示装置本体部11は、例えば蛍光表示管（VFD）また
は液晶ディスプレイ（LCD）等からなる表示器13を備え
る。この表示器13は、図では示されない車載用のマイク
ロコンピュータ等からの表示データに基づく表示が、そ
の表示面131にされるようになっているもので、この表
示面131の表示映像が、ミラー14およびホログラム凹面
鏡15で反射されて、フロントガラス16の視域内に投射さ
れるようにしている。この場合、フロントガラス16の視
域内の、上記表示映像が投射される部分には、蒸着膜に
よるコンバイナ17が形成されている。

ここで、ミラー14はガラス板の表面に例えば窒化チタ
ン蒸着を施したもので構成すればよいものであり、また
コンバイナ17は、蒸着膜に限らず、例えば液体を塗布し
て反射率が向上されるようにした半透鏡のようなもので
もよい。あるいは、特にこのコンバイナ17を設けること
なく、単なるフロントガラス16に直接的に光映像が投射
されるようにしてもよい。

そして、表示器13の表示面131からの、矢印で示す光
通路、すなわち表示面131の映像表示部を取り囲むよう
にして錐型の遮光筒18を設定する。

また、ホログラム凹面鏡15からフロントガラス16方向
に向けた本体部11の開口部分には、カバーガラス19を設
定して、本体部11の内部が保護されるようにすると共
に、このカバーガラス19を保持する枠体20には、光通路
を取り囲むようにして遮光板21が形成されている。

22は放熱板、23はインシュレータであり、さらに24は
インストルメントパネル12に設定される、従来からのメ
ータ類であって、例えば速度計、エンジン回転計等であ
る。

このように構成されるヘッドアップディスプレイ装置
において、ホログラム凹面鏡15は、特定される波長選択
性を有するものであって、第２図で示されるようにある
特定波長の光のみを選択的に反射する性質を有し、他の
波長の光は透過させる光反射特性を有する。

ここで、このディスプレイ装置においてホログラム凹
面鏡15を、単に遠方拡大表示機能の設定された通常の凹
面鏡によって構成すると、表示器からの光と反対方向か
ら太陽光等が入射された場合、この入射光の反射光量は
第３図に実線Ａで示すようになり、入射太陽光の全ての
波長が反射集光されて表示器13の表示面131に照射され
るようになる。

これに対して、ホログラム凹面鏡15にあっては、第２
図で示したような反射特性を有するものであるため、第
３図でＢで示すような反射光量となり、表示器13の表示
面131に到達する太陽光は極く僅かなものとなる。

ホログラムは、ある非常に狭い幅の（半値幅として15
nm程度）しか反射せず、他の光は全て透過する性質を有
するものであるため、太陽光が入射した場合にあって
も、表示器13の表示面131に集光される光は非常に少量
となる。

したがって、この表示器13の寿命は、集光による温度
上昇が必要最小限の状態とされるため、効果的に向上さ
れるものであり、また逆入射する光量が大幅に制限され
るものであるため、表示像の視認性が向上する。

一般に、VFDあるいはLCD等の表示素子にあっては、熱
に対して弱いものである。したがって、このような表示
素子を車両等に搭載した場合、第４図の（Ａ）に示すよ
うに太陽光が逆入射され、表示器13の表示面131に光が
照射されると、この表示面131の温度が上昇し、この温
度上昇よって表示面が暗くなったり、あるいは表示面13
1の耐久性が著しく低下させられるようになる。

このような現象を防止するため遮光筒18および遮光板
21を配置するようにしているもので、この遮光筒18およ
び遮光板21によって、第４図の（Ｂ）に示すように、大
部分の逆入射光が、遮光筒18の半分に対応する遮光部18
a、あるいは遮光板21によって遮られ、表示器13の表示
面131に直接的に入射される光を阻止するようになって
いる。尚、遮光筒18の残りの部分18bは、室内の光が表
示面131に入るのを阻止するものである。

第４図の（Ａ）のように表示光が出射する方向から太
陽光が入射された状態では、遮光部18aおよび遮光板21
が作用しないが、この逆入射される太陽光は、フロント
ガラス16に形成したコンバイナ17を通過するので、この
コンバイナ17によって逆入射光量は若干弱められる（コ
ンバイナ17の光透過率70％程度）。しかし、この逆入射
光の大部分は表示器13の表示面131に入射される。

しかしながら、この表示器13の表示面131に入射され
る光は、ホログラム凹面鏡15で反射されて導かれたもの
である。第２図および第３図で説明したように、ホログ
ラム凹面鏡15においては、特定される波長の光のみを選
択して反射する性質を有するものであるため、実質的に
表示器13の表示面131に到達する逆入射光は限られた量
とされ、この表示器13の耐久性に影響を与えることがな
く、且つ表示の視認性も良好に保たれる。

また、表示器にLCDを用いた場合には、バックライト
からの熱を遮断するためにインシュレータ23および放熱
板22が作用する。

ここで使用されているホログラム光学素子は、表示像
を遠方拡大表示するために凹面鏡作用（正確には軸外し
放物面鏡）の設定されたホログラム凹面鏡15によって構
成されている。

この凹面鏡作用は、ホログラム記録する際に設定され
るもので、第５図の（Ａ）はこの凹面鏡作用を設定する
ホログラム記録の状態を示している。すなわち、Arレー
ザ光源101で発生されたレーザ光は、ハーフミラー102、
およびミラー103で反射され、レンズ104で発散光とされ
てホログラム乾板105の一方の面に照射されるようにす
る。また、ハーフミラー102を通過したレーザ光は、ミ
ラー106で反射され、レンズ107およびミラー108を介し
て凹面鏡109に導かれて、平行光としてホログラム乾板1
05の他方の面に照射される。110はレーザ光を制御する
シャッタである。

ここで、ホログラム乾板105に入射される発散光およ
び平行光の入射角度は、それぞれ30°に設定されてい
る。なお、車両への搭載性などから角度は自由に選択す
ることができる。そして、ホログラム乾板105にホログ
ラム記録を行うものであるが、発散光と平行光とによっ
て干渉縞を作り、この干渉縞が記録されるようになる。
このときの発散光とホログラム面との距離が、ホログラ
ム凹面鏡15における焦点距離とされる。この焦点距離も
車両への搭載性などから自由に選択することができる。

そして、再生に際しては、第５図（Ｂ）に示すように
ホログラム干渉縞の記録された乾板105に対して、表示
器からの光が30°の角度で入射されるように設定するこ
とによって、表示像が遠方拡大表示されるようになる。
すなわち、ホログラムを作製する際に、凹面鏡（正確に
は放物面鏡）の機能が適宜設定されるものである。

第６図は他の実施例を示したもので、第１図の実施例
における折り返しミラー14を省略した構造である。すな
わち、表示器13で表示された映像は、ホログラム凹面鏡
15で反射され、フロントガラス16の内面に投射される。
この実施例においては、表示器13およびホログラム凹面
鏡15は、遮光ケース30の内部に設定されているもので、
この遮光ケース30には、ホログラム凹面鏡15からの反射
光の通路に対応して開口31が形成され、さらに遮蔽板32
が形成されるようにしている。そして、ホログラム凹面
鏡15からの反射光の出力方向以外からの逆入射光を遮蔽
して、この逆入射光が表示器13の表示面131に到達され
ないようにしている。

すなわち、この実施例にあっては、前実施例に比較し
てその構造がさらに簡易化されているもので、インスト
ルメントパネル内に容易にコンパクト化して収納設定で
きるようになる。

尚、これまでの実施例にあっては、主として自動車用
のヘッドアップデイスプレイを示しているものである
が、このディスプレイ装置はこのようなヘッドアップデ
イスプレイに限定されず、種々の表示装置として応用可
能である。例えば自動車以外の車両、さらに各種船舶お
よび航空機等の運転席におけるディスプレイ表示に適用
できるものであり、その他の表示手段においても適宜応
用できるものである。

第１図で示した実施例にあって、ホログラム凹面鏡15
とミラー14の位置を入れ替えるようにしても良い。すな
わち、表示器13から出力された光はまずホログラム凹面
鏡で拡大反射または単に反射され、ミラーで単に反射あ
るいは拡大反射して、フロントガラス16で反射されるよ
うにしたものである。このように構成すれば、ホログラ
ム光学素子の面積を減少して構成することができ、前記
実施例と同様の効果が発揮できる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係るディスプレイ装置によれ
ば、例えば自動車のフロントガラスに対して表示がなさ
れるようになるもので、運転者が視野を変えることなく
表示を視認できる。この場合、太陽光のような外乱光が
入射される状態となっても、表示の視認性が良好に保た
れると共に、表示器が外乱光から確実に保護されるもの
であり、視認性と共に信頼性の高い表示装置とすること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るディスプレイ装置を
説明するための断面構成図、第２図は上記装置に使用さ
れるホログラム凹面鏡の反射特性を示す図、第３図は同
じく通常の凹面鏡とホログラム凹面鏡のそれぞれ反射光
量を対比して示す図、第４図の（Ａ）および（Ｂ）はそ
れぞれ上記装置における外乱光の入射状態を示す図、第
５図の（Ａ）および（Ｂ）はホログラム凹面鏡の記録状
態および再生状態を説明する図、第６図はこの発明の他
の実施例を説明する図である。 11……ディスプレイ表示装置本体部、12……インストル
メントパネル、13……表示器、131……表示面、14……
ミラー、15……ホログラム凹面鏡、16……フロントガラ
ス、17……コンバイナ、18……遮光筒、21……遮光板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−44913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−275845（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−61732（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭59−502122（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/02 B60K 35/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示すべき映像情報を発生する表示器と、 この表示器で発生された映像をフロントガラス面に反射
   させるホログラム反射鏡とを具備し、 外部から入射される太陽光が前記ホログラム反射鏡を介
   してのみ前記表示器に照射する光路に前記表示器が設定
   され、 且つ前記表示器で形成された映像を前記フロントガラス
   面に到達させる光路内に前記ホログラム反射鏡が設定さ
   れるもので、 このホログラム反射鏡では、前記表示器で形成された映
   像光に対応した波長の光が反射され、他の波長の光を透
   過させる特性が設定されるようにしたことを特徴とする
   ディスプレイ装置。
2. 【請求項２】前記ホログラム反射鏡は、前記表示器の前
   記映像情報を拡大して前記フロントガラス面に反射させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のデイス
   プレイス装置。