JPH04110236A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

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】 Ａ　発明の目的 １）産業上の利用分野 本発明は、鉄道車両、自動車、船舶等の乗物の操縦者が
前方外界の景色と見ながら操縦する際に、その操縦者が
見ている前方の外界の情景に種々の情報（たとえば、速
度情報、ブレーキ情報、時刻情報等）を重ねて表示する
乗物用のへラドアップデイスプレィや、前方の作業部の
情景を確認しながら作業用機械の操作部を操作する際、
操作に必要な情報を前方作業部の情景に重ねて表示する
作業用のヘッドアップディスプレイ、および、周囲の情
景に各種案内情報を重ねて表示する広告、案内用のへラ
ドアップデイスプレィ等に関する。

このようなヘッドアップディスプレイを用いれば、その
使用者は一々前方の情景から視線をそらせて計器類を見
る必要がなくなるので、前方情景から視線をそらせてい
る間に生じる不慮の事故を防いだり、作業の効率を向上
させたりすることができる。また、広告、案内用として
は周囲の情景に、その情景の説明等を重ねて表示するこ
とができるので、観光地の案内等にも使用することがで
きる。

２）従来の技術 前記従来のヘッドアップディスプレイは、普通、その使
用者の視野前方にハーフミラ−またはホログラム素子等
のコンバイナを配置し、そのコンノくイナは前方の情景
から出射した光線を使用者の方向に透過させるとともに
、前８己コンバイナの後面に入射した情報表示光を使用
者の方向に反射または回折させるように構成されている
。そして、前記情報表示光をコンバイナに入射させる情
報投光装置は、ＣＲＴ、プラズマデイスプレィまたは発
光ダイオードデイスプレィ等の光学的情報表示手段とこ
の光学的情報表示手段から出射した光を前記コンバイナ
に入射させる光学部材とを備えている。そして、前記光
学部材は、普通、レンズ系および反射鏡等から構成され
ており、前記情報表示光を使用者が正面の視野の中に視
認できるように構成されている。

３）発明が解決しようとする課題 前記従来のヘットアップデイスプレィにおいては、コン
バイナ後方の視認位置（目の位りからコンバイナ前方の
情景までの距離と、前記視認値！から前記表示情報が視
認される位置（表示情報の虚像の位！、すなわち、情報
表示像の位置）までの距離とが、大きく異なると、目が
疲れるので、それらの距離が同程度となるように設定さ
れているや 特に、鉄道車両またはバス、船舶等の乗物に使用される
ヘッドアップディスプレイは、視認位置く操縦者の目の
位置）からコンバイナ前方の情景までの距離がかなり長
いので、視認位置から表示情報の虚像（すなわち、表示
情報像）の位置までの距離も長く設定されている。この
ため、前記視認位置に到達する情報表示光は５前記光学
部材によって略コリメートされている。

このように、情報表示光を略コリメートするため従来は
、前記光学部材に縦および横方向に光学的パワーを持た
せている。このような光学的パワーを持たせるために従
来は、光学部材に球面レンズまたは球面鏡等の球面光学
部材を使用していた。

このような球面光学部材は製造が面倒なので、コストが
高く付くという問題点があった。

ところで、人間は、左右の目によって生じる横方向の視
差により距離を感じている。したがって、前記視認位置
に工ＩＩ達する情報表示光を前方情景に近い距離からの
出射光と同程度に横方向にコリメートすれば、人間の目
には、視認位置から前方情景までの距離と視認位置から
情報表示像までの距離とが略同じであるように感じるこ
とになる。

この場合にも人間の目はあまり疲れを感じなくなる。そ
して、前述のように前記視認位置に到達する情報表示光
を前方情景に近い距離からの出射光と同程度に横方向に
コリメートするためには、横方向にのみ光学的パワーを
有する光学部材を採用すればよい、そして、横方向にの
み光学的パワーを有する光学部材は、シリンドリカルレ
ンズまたはシリンドリカル凹面鏡等のシリンドリカル光
学部材によって構成することができる。このシリンドリ
カル光学部材は、前記球面光学部材に比較して製造が容
易で、コストも節約することができる。

−ｍ的に、光学部材はパワーが大きいもの程製造が難し
く、コストも高く付くので、前記シリンドリカル光学部
材にも、強度の小さいものを使用した方がコスト的に有
利である。

ところで、電車や自動車等の乗物用のヘッドアップディ
スプレイでは、コンバイナとしてフロントガラスを利用
することが多い。すなわち、前記フロントガラス内面に
入射した情報表示光を視認位置に向けて反射させるよう
にしている。前記乗物のフロントガラス内面は横方向に
湾曲するシリンドリカル面として形成されている場合が
多い。

このフロントガラス内面のシリンドリカル面を情報表示
光のシリンドリカル反射面として利用し、横方向のパワ
ーの一部を補助させた場合、前記シリンドリカル光学部
材として横方向のパワーの小さいものを採用することが
でき、コスト的にさらに有利となる。

本発明は、前述の事情に鑑み、情報が表示される表示面
を有する光学的情報表示手段および前記表示面から出射
した情報表示光を所定の方向に投光する光学部材を備え
た情報投光装置と、前方の情景から出射した光を後方の
視認位置に向けて透過させるとともに前記情報投光装置
から投光された情報表示光を前記視認位置に向かわせる
コンバイナとを備入た／＼ソドアップディスプレイにお
いて、前記光学部材として製造の容易なシリンドリカル
光学部材を用いて、視認位１からの前方情景までの距離
と視認位置から情報表示像までの距離との差に基づく目
の疲れを生じないようにすることを課題とする。

Ｂ１発明の構成 １）課題を解決するための手段 前記ｎ題を解決するために、本発明のヘッドアップディ
スプレイは、情報が表示される表示面を有する光学的情
報表示手段および前記表示面から出射した情報表示光を
所定の方向に投光する光学部材を備えた情報投光装！と
、 前方の情景から出射した光を後方の視認位置に向けて透
過させるとともに前記情報投光装置から投光された情報
表示光を前記視認位置に向かわせるコンバイナとを備え
たへ・ソドアノブディスプレイにおいて、 前記光学部材は横方向にのみ光学的パワーを有するシリ
ンドリカル光学部材を有し、その光学的パワーは、前北
視認位宜に到達する情報表示光を前方情景に近い距離か
らの出射光と同程度に横方向にコリメートする大きさに
設定されたことを特徴とする。

２〉　　作　　　用 前述の特徴を備えた本発明のヘッドアップディスプレイ
では、前ｌ己視認位置に到達する情報表示光が前方情景
に近い距離からの出射光と同程度に横方向にコリメート
されるので、通常視差で距離を感じる人間の目には、視
認位置から前方情景までの距離と視認位置から情報表示
像までの距離とが略同じであるように怒じることになる
。この場合、表示と前方情景とを同時に見ても人間の目
はあＪり疲れを感じない。そして、前述のように前記視
認位１に到達する情報表示光を前方情景に近い距離から
の出射光と同程度に横方向にコリメートするために、横
方向にのみ光学的パワーを有するシリンドリカル光学部
材を使用している。この横方向にのみ光学的パワーを有
するシリンドリカル光学部材はたとえば円筒面を有する
型により透明樹脂をモールド成形する等の方法によって
容易に製造できるので、球面光学部材に比較して製造が
容易で、コストも節約することができる。

３）実施例 以下、図面により本発明の一実施例を脱甲する。

第１，２図において、鉄道車両１の前端部には運転室２
が設置されている。この運転室２には、左右方間の中央
部よりも左寄りの位置に操縦者Ｍ用の座席３が配設され
、その座席の前方に計器盤４が配設されている。また、
前記運転室２の前方には鉄道車両１の車体下部５と天井
６との間にコンバイナとして利用されるフロントガラス
Ｃが配設されている。このフロントガラスＣは第１図に
示すように前方に行くに従って下方に傾斜するように配
置されており、その内面は第２３．５６Ａ図に示すよう
に横方向（左右方向）に正の光学的パワーを有する反射
凹面に形成されている。

前記運転室２の計器盤４には、ヘットアップデイスプレ
ィの情報情報投光装置Ｋが配設されている。情報投光装
置には第３図に示すように、上面にダストカバー嵌合用
孔１０ａおよび複数のダストカバー固定ねし穴１０１１
が形成されなケーシング１０を有している。このゲージ
ング１０内には第４図に示すように、光学部材Ａおよび
光学的情報表示手段としてのＣＲＴ　（Ｃａｔｈｏｄｅ
　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ、陰ＩＩ線管）表示管りが配設され
ている。このＣＲ１表示管りの表示面は例えば５１．２
　Ｘ　５１２ドツトのピクセルに分割されており、各々
のピクセルの輝度をコントロールすることにより必要な
情報（速度情報、時刻情報等）が表示される。

なお、前記ＣＲ１表示管りの代わりに、液晶デイスプレ
ィ、プラズマデイスプレィまたは発光ダイオードデイス
プレィ等のフラットな光学的情報表示手段を採用するこ
とも可能である。

前記光学部材Ａは、横方向のパワーを有するシリンドリ
カル凹レンズＡｌ、平面反射鏡Ａ２、およびダストカバ
ー兼用のシリンドリカル凸レンズＡ３から構成されてい
る。前記シリンドリカル凸レンズＡ３は、裏面がシリン
ドリカルに、表面が平坦に形成された透明プラスチック
族であり、第３図に示す拡大図では、裏面が上にして示
されている。このシリンドリカル凸レンズＡ３は、第３
図に示す状態を裏返した状態で前記ダストカバー嵌合用
孔１０＆に嵌合されている。このシリンドリカル凸レン
ズＡ３は、小径のシリンドリカル凸レンズ部Ａ３１大径
のフランジ部Ａ３２とから構成されており、プラスチッ
ク原料を型に流し込んで成形した後、周辺部を切削して
フランジを残すことにより製作される。そして前記フラ
ンジ部Ａ３２は、黒く着色されるとともに、取り付は用
の複数の長孔Ａ３３が形成されている。また前記シリン
ドリカル凸レンズ部Ａ３１は、前記フロントガラスＣ反
射面の前記横方向の正のパワーと同じ横方向のパワーを
有するように形成されている。

そして、本実施例のシリンドリカル凹レンズＡ１、シリ
ンドリカル凸レンズＡ３およびフロントガラスＣ内側の
反射面の横方向の合成パワーは、前記ＣＲ７表示管りか
ら出射した情報表示光りが横方向にコリメートされるよ
うに設定されている。

また、シリンドリカル凹レンズＡ１．シリンドリカル凸
レンズＡ３およびフロントガラスＣ内側の反射面等の縦
方向の合成パワーは、Ｏである。

前記シリンドリカル凸レンズＡ３は、そのシリンドリカ
ル凸レンズ部Ａ３１の周側面が前記ダストカバー嵌合用
孔１０に嵌合した状態でその軸回りに位置調整され、適
切な位１においてケーシング１０に固定されている。そ
してその固定は、前記ダストカバー固定ねじ孔１０ｂと
長孔Ａ３３とを図示しないねじで固定することにより行
われる。

前記ダストカバー兼用のシリンドリカル凸レンズＡ３を
固定されたゲージング１０は、前記ＣＲ７表示管りから
出射した情報表示光りを前１己フロントガラスＣに入射
させるように配置されている。

前記フロントガラスＣは前記光学部材Ａから入射した情
報表示光りの一部を透過させるとともにその円筒状凹面
は前記情報表示光りの残部を視認位置（前記操縦者Ｍの
目の位置）に向けて反射させるように配置されており、
また外部の情景等から入射した外部光Ｊの一部を反射す
るとともに残部を前記操縦者Ｍに向けて透過させるよう
に配置されている。

前記ゲージング１０、ＣＲＴ表示管Ｄ、および光学部材
Ａから情報投光装置Ｋが構成されており。

また、前記コンバイナとして機能する前記フロントガラ
スＣ１および前記情報投光装置に等からヘッドアップデ
ィスプレイＨ（第１．２．３図参照）が構成されている
。

次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用につい
て説明する。

第１図中左側に在る外界（すなわち前方遠方の情景）か
らフロントガラスＣに向って進んで来た外部光線Ｊは、
一部はフロントガラスＣで外界に反射し、残部はそめま
まフロントガラスＣを透過して直進し、視認値１（操縦
者Ｍの目の位置）に至る。これにより操縦者Ｍは外界の
情景（前方遠方の情景）をそのまま視認することができ
る。

一方、前記情報投光装置にのＣＲ７表示管りから出射し
た情報表示光りは光学部材Ａを通過してフロントガラス
Ｃに入射する。そして、フロントガラスＣに入射した情
報表示光りは、一部はフロントガラスＣを透過して外界
に出射されるが、残部は反射して視認値１（操縦者Ｍの
目の位置）に至る。その場合、第５図に示すように、Ｃ
Ｒ７表示管りの表示面の１点から横方向に広がって出射
した情報表示光りは、フロントガラスＣで反射して視認
位置Ｍに向かうときには平行になっている。

これにより操縦者Ｍは横方向にコリメートされた情報表
示光りを視認することができる。その際の１報表示光り
の光路の平面図は第６Ａ図に示されており、側面・図は
第６Ｂ図に示されている。第６Ａ図において、前記情報
表示光りは、光学部材ＡおよびフロントガラスＣの横方
向の光学的パワーによって横方向にコリメートされてい
るが、第６Ｂ図に示すように、前記情報表示光りは、縦
方向には光学的パワーを受けない、したがって、縦方向
の情報表示像の位！はＣＲＴ表示管から視認点までの光
路長に等しい距離だけ視認点から真っ直ぐ前方に離れた
位置となる。この場合、縦方向の情報表示像の位置は前
方情景の位置に比べて近くなるが、横方向の表示像の位
置は前方情景の位置とは略等しくなっている。このよう
な場合縦方向に視差の無い人間の目では、情報表示像す
なわち情報表示光を、前方遠方の情景と同時に視認して
も目が疲れることはない、したがって、操縦者Ｍは前方
遠方の情景と表示情報とを同時に楽に視認することがで
きる。なお、このことは次の例からも理解することがで
きる。すなわち、たとえば１０ｍ前方の位置に在るもの
とＬｏｏｍ前方の位置に在るものとを左右の目で視認し
た場合、視差による距離間からそれらの距離の相違は容
易に判断できる。しかしながら片目で視認する場合には
それらの距離の相違は容易に判断できなくなる。これは
、目の瞳孔が１．５〜３ｍｍの直径しかないのに比べ、
視差は約６３ｍｍあることによる。また、無限遠方を注
視しているときに５０ｃｍ〜１ｍ前方に物体を持ってき
た場合、片目であれば違和感無くその両方を視認するこ
とができるが、両目にしたとたんに遠方の背景を見るこ
とができなくなることも同じ理由て゛ある。したがって
ヘッドアップディスプレイを両目で視認している場合、
目の瞳孔は明るさによって大きさが異なるので背景（前
方情景）が明るく瞳孔の小さい場合程、前方の情景と縦
方向の情報表示像との距離の違いは感じなくなる。

また、前述のへラドアップデイスプレィの実施例では縦
方向のパワーを有する光学部材を全く使用していないの
で、万−先細に沿って太陽光が入射するようなことがあ
っても、太陽光が一点に集中して急激に温度上昇が生じ
るというようなことが防止される。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実
施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載
された本発明の要旨の範囲内で種々の設計変更を行うこ
とが可能である。

たとえば、前記シリンドリカル凹レンズＡ】およびシリ
ンドリカル凸レンズＡ３として、円形ではなく四角形の
ものを採用することが可能である。

また、前記シリンドリカル凸レンズＡ３を透明な平板状
のダストカバーに置き換えるとともに、前記平面反射鏡
Ａ２をシリンドリカル凹面鏡に置き換えることも可能で
ある。さらに、本発明は鉄道車両だけでなくバスや船舶
等の乗物にも適用することが可能であり、また、前方の
作業部の情景を確認しながら作業用機械の操作部を操作
する際、操作に必要な情報を前方作業部の情景に重ねて
表示する作業用のヘッドアップディスプレイに適用する
ことも可能である。

Ｃ６発明の効果 前述の本発明のヘッドアップディスプレイは、前記表示
面から出射した情報表示光を所定の方向に投光する光学
部材が横方向にのみ光学的パワーを有するシリンドリカ
ル光学部材を有し、その光学的パワーの強度は、前記視
認位１に到達する情報表示光を前方情景に近い距離から
の出射光と同程度に横方向にコリメートする大きさに設
定されている。したがって、前記視認位置に到達する情
報表示光が前方情景に近い距離からの出射光と同程度に
横方向にコリメートされるので、人間の目には、視認位
置から前方情景までの距離と視認位置から情報表示像ま
での距離とが略同じであるように感じることになる。こ
の場合、人間の目はあまり疲れを感じない、そして、前
述のように前記視認位置に到達する情報表示光を前方情
景に近い距離からの出射光と同程度に横方向にコリメー
トするために、横方向にのみ光学的パワーを有するシリ
ンドリカル光学部材を使用している。この横方向にのみ
光学的パワーを有するシリンドリカル光学部材は１球面
光学部材に比較して製造が容易で、コストも節約するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のヘッドアップディスプレイの一実施例
の全体説明図、第２５ｉ１は同実施例の部分平面図、第
３図は同実施例の要部の説明図、第４図は第３図の４−
４４１断面図、第５図は表示面から横方向に広がって出
射した情報表示光の光路の斜視図、第６Ａ区は表示面か
ら横方向に広がって出射した情報表示光の光路の平面図
、第６Ｂ図は表示面から縦向に広がって出射した情報表
示光の光路の側面図、である。 Ａ・・・光学部材、　Ａ１．　Ａ３・・・横方向に光学
的パワーを有する光学部材、Ｃ・・・コンバイナ（フロ
ントガラス）、Ｄ・・・光学的情報表示手段（ＣＲＴ表
示管）、Ｈ・・・ヘッドアップディスプレイ、Ｋ・・情
報投光装買、Ｌ・・情報表示光、Ｍ・操縦者、特　許　
出　願　人　　　　株式会社　島津製作所代理人弁理士
　　１）中　隆　秀 外１名 第２ 第３図 第５図 第４ 図 第６Ａ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 情報が表示される表示面を有する光学的情報表示手段お
   よび前記表示面から出射した情報表示光を所定の方向に
   投光する光学部材を備えた情報投光装置と、 前方の情景から出射した光を後方の視認位置に向けて透
   過させるとともに前記情報投光装置から投光された情報
   表示光を前記視認位置に向かわせるコンバイナとを備え
   たヘッドアップディスプレイにおいて、 前記光学部材は横方向にのみ光学的パワーを有するシリ
   ンドリカル光学部材を有し、その光学的パワーは、前記
   視認位置に到達する情報表示光を前方情景に近い距離か
   らの出射光と同程度に横方向にコリメートする大きさに
   設定されたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ
   。