JPH0314735A - 昼間に高輝度で夜間に高コントラストのヘッドアップ表示装置 - Google Patents

昼間に高輝度で夜間に高コントラストのヘッドアップ表示装置

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JPH0314735A JP2127054A JP12705490A JPH0314735A JP H0314735 A JPH0314735 A JP H0314735A JP 2127054 A JP2127054 A JP 2127054A JP 12705490 A JP12705490 A JP 12705490A JP H0314735 A JPH0314735 A JP H0314735A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、ヘッドアップ表示装置に関するものであり
、特に昼間に高輝度を与え、夜間にゴースト画像強度の
減少するように制御されるヘッドアップ表示装置に関す
るものである。
［従来の技術コ ヘッドアップ表示装置は、自動車等の風防の前方に表示
され、したがって運転者が自動車内部の計器パネルに眼
をそらせて眼の焦点を再度結ばせる必要なく観察するこ
とのできる自動車の動作パラメータ指示装置の虚像を生
成するために自動車等で使用される。
自動車等の風防窓の厚さ、および主反射面ではないガラ
スと空気の境界面における反射の結果としてゴースト画
像が生成される。周囲の光の状態およびその主画像強度
に対する強度に応じてゴースト画像は妨害となる。
ヘッドアップ表示装置に対する一般的な要求には高すぎ
ない程度の充分な画像輝度、表示を紛らわしくするよう
な妨害を与えないようなゴースト画像強度、許容できる
画像コントラストが含まれる。
［発明の解決すべき課題］ 上記のようなヘッドアップ表示装置に対する一般的な必
要性は昼間と夜間の使用に対して異なった特別の特性を
要求する。昼間の使用は高い輝度を必要とし、ゴースト
画像は周囲の情景と混ざり合う傾向があるため比較的高
いゴースト画像強度が許容される。夜間の使用では、主
画像の輝度はもつと低くてもよいが、ゴースト画像は一
般に暗い周囲の情景に対して目に付き易いからゴースト
画像強度は低いことが要求される。夜間用に画像照明強
度を減少させろことによって画像輝度を減少させること
ができるが、そのような減少はゴースト画像強度を必ず
しも充分に低くするものではない。換言すれば、ゴース
ト画像に対する主画像強度比は夜間において大きくしな
ければならない。
それ故、昼間の使用に対しては高い輝度を与え、夜間の
使用中は妨害とならないゴースト画像強度を与える自動
車用のヘッドアップ表示装置を提供することがこの発明
の目的である。
別の目的は、異なった周囲光状態において妨害とならな
いようなゴースト画像強度を与える自動車用のヘッドア
ップ表示装置を提供することである。
［課題解決のための千段コ これらの目的およびその他の利点は、画像照明を生成す
る画像源と、操作者によって観察可能な前記画像源の虚
像を生成するために画像照明を部分的に反射するビーム
分割器被覆を備えた光学的結合素子と、画像源と光学的
結合素子との間に挿入されて制御可能である颯入子とを
具備しているヘッドアップ表示装置によって達成される
。偏光子はゴースト画像を生成しようとする照明を阻止
する傾向がある。
［実施例］ この発明の特徴および効果は、添付図面を参照とする以
下の実施例の詳細な説明により当業者には容易に明白に
なるであろう。以下の説明において各図において同じ素
子は同じ参照符号によって示される。
第１図はこの発明の１実施例の自動車用のヘッドアップ
表示装置を示し、その表示装置は画像照明ａ）Ｘ２０と
結合素子｛１を備え、この結合素子１１は例えば自動車
の風防の内面に被覆された部分反射ビーム分割器被覆を
備えている。画像照明［２０は計器パネル上に配置され
、または画像照明光の通路のための適当な開口を備えて
計器パネル内に配置されることができる。結合素子１ｌ
は例えば風防窓の前方の位置に画像照明源２０の光放射
画像源の虚像を生成するように運転者の方向に画像照明
光を部分的に反射する。
示された実施例は自動車のような乗物の例として記載さ
れているが、風防窓または風防窓ではない乗物と同様の
類似した透明保護装置を備えた装置が全て包含され、そ
の場合には結合素子は例えば透明パネルに施された部分
的反射被覆である。
例として、結合素子１！は多層誘電体被覆または金属被
覆から構成され、現在７０％である基準値以下にその透
過光を減衰させることはない。被覆は風防窓の内面また
は風防窓の層の間に設けられる。
さらに別の変形としては結合素子１１は反射ホログラム
であってもよい。
好ましくは画像照明は風防窓を構成する材料に対するブ
リュウスクー角（空気中ではガラスに対しては垂線に対
して５６度）に近い入射角度で風防窓の内面に入射する
。ガラスと空気の境界面に対するブリュウスター角度に
おいては、入射光のＰ偏先は何等反射を生じることな＜
１００％がガラスと空気の境界面を通過する。一方Ｓ偏
光はガラスと空気の境界面で部分的に反射される。しか
しながらガラスと空気の境界面に対するブリュウスター
角度においては、ホログラムまたは被覆はＰ偏光の一部
を反射し、その特定の量はホログラムまたは被覆に依存
する。簡単な１／４波長積層誘電被覆または１４１一露
光容積反射ホログラムはＳ偏光よりもＰ偏光の反射が少
ない。しかしそれでもＰ偏光の光の良好な部分が反射さ
れる。さらに特定の入射角度でＰ偏光の反射が大きく改
善されるような誘電体被覆に対する技術が知られている
０　（例えばＯｐｉｌｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｆ’ｅｒｅｎ
ｃｅ　ＣｏａｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｌｅｃｔ
ｕｒｅ　Ｎｏｔｅｓ．Ｓｈｏｒｔ　Ｃｏｕｒｓｅ　ａｔ
ＵＣＬＡ　　１９ｇ３年１１月２８日〜１２月　２日参
照）。
第２図を参照すると画像照明［２０の詳細が示されてお
り、それは例えば容器ＩＬＱに固定された高強度真空蛍
光表示装置（ＶＦＤ）から構威された画像源１１！を備
えている。ＶＦＤはよく知られた装置であって例えばア
メリカ、ミシガン州プリモスのフタバ社から市販されて
おり、発光数字および、または文字ならびにその他の記
号を選択的に形成することのできるセグメント素子を備
えている。画像ｉ　ｔｉｔはまたセグメントまたはマト
リックス的にアドレス可能な液晶表示装置であってもよ
く、それは例えば日本の゛セイコー社から入手すること
ができる。またスタンレー社から市販されている発光ダ
イオードのような狭いスペクトル範囲の光源も特に結合
素子がホログラムの場合には使用できる。
画像源Ｉｌｌへの人力は、選択された自動車等の乗物お
よび、またはエンジンの動作パラメータおよび状態を表
示するために適当な変換回路によって供給される。
可動偏光子１１２は例えば小型の電気モータ１２１によ
って所望のときに画像照明を偏光するために画像源１１
１の前面に制御可能に位置させることができるように構
或されている。さらに詳細に説明するように、偏光子１
１２の偏光の平面は使用される結合素子１１の形式に依
存している。もしも画像源ｌｌｌが画像照明（例えば液
晶表示装置）夷して偏光された光を与えるならば、偏光
子１１２と同じ偏光の光を与えるように構成されなけれ
ばならない。
容器ＨＯに固定された平面折返し反射ｆｉｌｌ３は画像
源ｌｌｌからの画像照明を容器に固定された軸を外した
非球面反射１１ｌｔｌｌ５に導き、この非球面反射ｆｆ
ｌ　１１５は透明なカバー１１７を通して画像照明を結
合素子ｌ！に導く。光線反射鏡が設けられているが、画
像照明源２０の画像源目ｌの位置および風防窓に対する
からの画像照明［２０の位置に応じて中継用の反射鏡が
必要ないこともあることを認識すべきである。また奇数
個（例えば３個）の反１，ｔ素子により、画像ｉｌｌ　
Ｉｌｌは意図する虚像の鏡像にされなければならないこ
とも認識すべきである。偶数個（例えば２個）の反射素
子では、画像源１１１は意図する虚像と同じ方向に構成
されるであろう。
非球面反射鏡１１５は一般的に凹面であり、結合素子ｌ
１に送る画像を拡大し、ざらに蜆察者のはるか前方に虚
像を位置させるように機能する。非球面反射鏡１１５の
特定の曲率は非球面反射鏡１１５の軸を外した形態によ
って導入される歪みおよび風防窓の曲率によって導入さ
れる歪みを補償するように定められる。
前記の実施例には非球面反射ｆｉｌ１５が使用されてい
るが、虚像を観察者のはるか前方に位置させる必要がな
いならば、平面反射鏡を使用することもできる。反射鏡
１１３および１１５は結合索子ｉｌｌ：直接画像源を導
くことによって除去することもできる。
偏光子１１２は主画像に関してゴースト画像の輝度を減
少させるように構威されている。金属または誘電体被覆
またはホログラムから構或されている結合素子に対して
、偏光子１１２はＰ偏光でなければならない。そのよう
な偏光により、画像照明がブリュウスター角度またはそ
の付近で結合素子１１上に入射したならば、ガラスと空
気の境界面または風防窓の境界面で反射する光は実質上
ないが、被覆またはホログラムによって顕著な反射が行
われる。したがって結果として結合素子によって生成さ
れ画像は被覆またはホログラムによる顕著な反射画像を
含み、ゴースト画像の影響は比較的少ない。
入射角度がガラスと空気の境界面のブリュウスター角度
と大きく異なっても、この発明は主画像強度に対してゴ
ースト画像強度を著しく減少させる。例えば６２．５度
の入射角度に対してもＰ偏光の約０，６％しかガラスと
空気の境界面から反射されず、一方Ｓ偏光の２０．６％
はガラスと空気の境界面から反射される。Ｐ偏光の光の
ビーム分割器披茨またはホログラムからの反射は同様に
０，６％よりもずっと大きい。
風防窓の内面のみで構或されている結合素子（すなわち
被覆またはホログラムを備えていない）に対しては画像
源の前にＰ偏光子を挿入することによる利益はない。そ
れは２個のガラスと空気の境界面のそれぞれからのＰ偏
光の光の反射をゼロに近付け、表面の外側と内側から反
射された２つの画像の相対的輝度がほぼ等しくなる。し
かしながら偏光子１１２をＳ偏光とすることは、ゴース
ト像が外側のガラスと空気の境界面から離れており、主
画像が内側のガラスと空気の境界面から離れている場合
に、主画像強度に対するゴースト画像強度の威少に少な
いが有効に作用する。安全風防窓用のガラス接着剤境界
面における反射は屈折串が非常に良く一致しているから
無現できる。
風防窓の内面のみで構成された結合素子によるＳ偏光の
利点は例えば垂線に対して７０度で風防窓に入射する画
像光を考えることによって認識することができる。Ｐ偏
光の反射は４．１％であり、方Ｓ偏光の反財は３０，８
％である。１に正規化された強度を有する入射照明光に
関して、ゴースト画像の相対的強度は、（ａ）外側のガ
ラスと空気の境界面を透過する入射照明光の量、（ｂ）
外側のガラスと空気の境界面によって反射されて戻る照
明光の量、および（ｃ）内側のガラスと空気の境界面を
透過する反射された照明光の量に対して正規化された値
に基づいている。正規化された透過量が（１一反剃率）
であると仮定し、簡単にするために風防窓によるぼけを
無視すると、外側のガラスと空気の境界面によって反射
され、内側のガラスと空気の境界面を透過するＰ偏光の
量は０．９５９　Ｘ０．０４１　Ｘ０．９５９−０．０
３７７である。同し仮定による外側のガラスと空気の境
界面によって反射され、西側のガラスと空気の境昇面を
透過するＳ偏光の量は０．８９２　ＸＯ。３０８　Ｘ０
．８９２−０．１４７である。もしも光源が乱雑な偏光
であり、偏光子がその前面に配置されていなければゴー
スト画像と主画像との比率は、（０．０３７７　＋０．
１４７）／（０．０４＋　＋０．３０８）　−　０．５
２９となる。もしもＰ偏光子が光源の前方に配置される
ならば、ゴースト画像と主画像との比率は、０．０３７
７／０．０４１　−　０．９２０となる。もしもＳ偏光
子が光源の前方に配置されるならば、ゴースト画像と主
画像との比率は、０．１４７／０．３０８　−０．４７
７となる。これは偏光子が配置されないときに比較して
少し減少している。
風防窓のぼけの影響は偏光子と無関係な係数でゴースト
画像と主画像との比率を減少させる。それ故結合素子と
してむきだしのガラスが使用されるときゴースト画像の
可視性はＳ偏光子により少し減少されるが、同時に全体
の画像輝度の可或の・減少をもたらす。
さらにヘッドアップ表示装置の動作に関して、偏光子１
１２は、夜間またはその他の暗い周囲光状態中画像源の
前方にあり、主画像強度に対するゴースト画像強度を減
少させるように機能するように制御される。夜間の使用
のために、結合素子１１に与えられる画像照明の強度は
減少され、それは偏光子１１２および画像源１１１の出
力を適当に減少させることによって行われる。
偏光子１１２は日中の使用において主画像強度に、対す
るゴースト画像強度を減少させるように機能するけれど
も、その結果得られる主画像は画像源１１１に応じて十
分な輝度にならないことがあり得る。日中の使用におけ
るゴースト画像はいずれにしても明るい周囲情景のため
に妨害にはならない。
開示されたシステムは表示の“オフ゛部分（例えばデジ
タル表示における背景部分）が完全にオフにならない液
晶表示装置のような画像源に対して増加したコントラス
トを与える利点を有している。オフ区域の結果的な明る
さは日中の使用においては目立たないが、夜間の使用で
は目につき、画像のコントラストを結果的に減少させる
。オフ区域の漏洩照明部分は偏光子１１２と同じ偏光の
照明光を放射する区域からの別の偏光のものであるから
、オフ区域の漏洩照明は偏光子によって実質上阻止され
、結果として画像のコントラストを増加させる。
以上、昼間は十分な輝度をうえ、夜間の使用ではゴース
ト画像強度が妨害を与えないヘッドアップ表示装置が開
示された。偏光子は相対的ゴースト画像強度を減少させ
るのみならず、また主画像の輝度を減少させ、それによ
って夜間使用における主画像輝度についての制御を行う
。液晶装置の画像源に対しては、開示されたこの発明は
画像源の表示装置のオフ区域からの漏洩照明を阻止する
ことによって夜間表示のための画像コントラストを増加
させる利点を有する。
この発明の上記の説明は特定の実施例について行われた
が、当業者は種々の変形、変更を行うことが可能であり
、それらも特許請求の範囲に記載された発明の技術的範
囲に含まれるべきものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の１実施例のヘッドア・ソブ表示装
置の主要部品の概略図である。 第２図は、第１図のヘッドアップ表示装置の画像照明源
の概略分解図である。 １１・・・結合素子、２０・・・画像照明源、１１０・
・・容器、Ｉｌｌ・・・画像源、１１２・・・可動偏光
子、１１３　，１１５・・・反射鏡，ｌ１７・・・カバ
ー

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）画像照明を生成する画像源と、 画像照明を部分的に反射して操作者によって観察可能な
    前記画像源の虚像を生成する光学的結合素子と、 前記画像照明を光学的に処理するために前記画像源と前
    記光学的結合素子との間に制御可能に挿入されてそれが
    存在しない場合よりもゴースト画像に対して増加した輝
    度を有する虚像を提供する光学的処理手段とを具備して
    いることを特徴とするヘッドアップ表示装置。
  2. （２）前記光学的結合素子が風防窓によって支持された
    被覆を備えている請求項１記載のヘッドアップ表示装置
    。
  3. （３）前記光学的結合素子が風防窓によって支持された
    反射ホログラムを備えている請求項１記載のヘッドアッ
    プ表示装置。
  4. （４）前記画像源が乱雑な偏光である画像照明を生成す
    る請求項１記載のヘッドアップ表示装置。
  5. （５）前記画像源が液晶表示装置を具備する請求項１記
    載のヘッドアップ表示装置。
  6. （６）前記画像源が狭いスペクトル帯域の画像照明を生
    成する請求項１記載のヘッドアップ表示装置。
  7. （７）前記光学的結合素子が風防窓表面に設けられてい
    る請求項１記載のヘッドアップ表示装置。
  8. （８）乱雑な偏光である画像照明を生成する画像源と、 前記画像照明をＰ偏光するように制御してＰ偏光画像照
    明を生成する可動偏光子と、 前記画像照明を部分的に反射して操作者によって観察可
    能な前記両像源の虚像を生成するために風防窓によって
    支持された部分的反射ビーム分割器被覆とを具備してい
    ることを特徴とするヘッドアップ表示装置。
  9. （９）予め定められた偏光を主体とする画像照明を生成
    する画像源と、 前記予め定められた偏光にしたがって前記画像照明を偏
    光するように制御する可動偏光子と、前記画像照明を部
    分的に反射して操作者によって観察可能な前記画像源の
    虚像を生成するための部分的反射ビーム分割器被覆とを
    具備していることを特徴とするヘッドアップ表示装置。
  10. （１０）画像照明を生成する画像源と、 前記画像照明をＳ偏光するように制御する可動偏光子と
    、 前記画像照明を部分的に反射して操作者によって観察可
    能な前記画像源の虚像を生成するための風防窓の内面を
    含む光学的結合素子とを具備していることを特徴とする
    ヘッドアップ表示装置。
JP2127054A 1989-05-18 1990-05-18 昼間に高輝度で夜間に高コントラストのヘッドアップ表示装置 Expired - Lifetime JP3059460B2 (ja)

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US07/353,851 US5053755A (en) 1989-05-18 1989-05-18 Automotive head-up display with high brightness in daytime and high contrast in nighttime
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