JPH05213096A - 自動車用ヘッドアップディスプレイのための投影ユニット - Google Patents

自動車用ヘッドアップディスプレイのための投影ユニット

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JPH05213096A
JPH05213096A JP4266175A JP26617592A JPH05213096A JP H05213096 A JPH05213096 A JP H05213096A JP 4266175 A JP4266175 A JP 4266175A JP 26617592 A JP26617592 A JP 26617592A JP H05213096 A JPH05213096 A JP H05213096A
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JP
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projection unit
mirror
display
fresnel
unit according
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JP4266175A
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Andrew P Ramsbottom
ポール ラムスボトム アンドリュー
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Pilkington Group Ltd
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Pilkington PLC
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)
  • Arrangements Of Lighting Devices For Vehicle Interiors, Mounting And Supporting Thereof, Circuits Therefore (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フレネルミラーを使用することにより、有効
アイボックスの寸法が大きくしかも構成簡単かつコンパ
クトな自動車用ヘッドアップディスプレイの投影ユニッ
トを得る。 【構成】 投影ユニットは、ディスプレイ源３と、投影
ユニットに光学的能力を与え、使用にあたりディスプレ
イ源３からの光を受光する湾曲ミラー４と、ディスプレ
イ源３と湾曲ミラー４との間に延在し、湾曲ミラー４か
ら反射した光を受光しまたこの受光した光を所要の方向
に反射するフレネルミラー５とを具え、このフレネルミ
ラーの長さの分だけ有効アイボックスの寸法Ｓが増大す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車のヘッドアップ
ディスプレイ、特にこのようなディスプレイのための投
影ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ヘッドアップディスプレイは、飛行機に
おいてパイロットの視界に計器又は他の情報の表示を重
ね合わせるための装置としてよく知られている。この装
置によれば、パイロットは目を下にやったり、目の焦点
を変化させたりすることなくディスプレイのコリメート
された画像を見ることができる。飛行機のヘッドアップ
ディスプレイにおいては、コリメーションを行うレンズ
又はレンズ系と、ディスプレイ光をパイロットの視界が
通過する合成体に向けて指向するよう光路を転向させる
転向ミラーとを組み込んだ投影ユニットを設ける。飛行
機のヘッドアップディスプレイ用投影ユニットとして
は、例えば、英国特許出願第2,240,853A号に記載されて
いるものがあり、このユニットはディスプレイ源として
の陰極線管と、ディスプレイ源からの光をコリメートす
るコリメートレンズと、このレンズからの光を受光して
合成体に向けて反射する転向ミラーとを有する。特別な
実施例においては、転向ミラーは、ホログラフ装置、回
折装置又はフレネル装置とすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】自動車のヘッドアップ
ディスプレイにおいては、飛行機のものとは必要条件が
異なり、特に、構造簡単でよりコンパクトな投影ユニッ
トが要求される。即ち、ユニットは、比較的小さい空間
例えば、ダッシュボードに適合させる必要があり、複雑
なレンズ系及び転向ミラーを収容するのに十分な余裕が
ないためである。このような構造簡単でコンパクトな装
置での問題点の一つとしては、自動車のドライバに割り
当てられる有効アイボックス（即ち、画像が見えなくな
るまでの頭の移動範囲）の寸法が極めて制限される点で
ある。
【０００４】従って、本発明の目的は、構造簡単でコン
パクトな装置でも有効アイボックスの寸法が大きい自動
車のヘッドアップディスプレイのための投影ユニットを
得るにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明自動車用ヘッドアップディスプレイのための
投影ユニットは、ディスプレイ源と、投影ユニットに光
学的能力を与え、使用にあたり前記ディスプレイ源から
の光を受光する湾曲ミラーと、前記ディスプレイ源と前
記湾曲ミラーとの間に延在し、前記湾曲ミラーから反射
した光を受光しまたこの受光した光を所要の方向に反射
するフレネルミラーとを具えたことを特徴とする。投影
ユニットを自動車に取り付けるとき、ドライバの目に向
けて光を反射する合成体に投影ユニットを指向させ、こ
の合成体は自動車のフロントガラスとすることができ
る。
【０００６】湾曲ミラーは、収差のバランスを最適にす
るため、球状、ドーナッツ状、又は他の非球面形状にす
ると好適である。フレネルミラーは非対称反射を生じ、
投影ユニットの口径従って、アイボックスを効率よく拡
張し、また拡張したアイボックスを所要の向き例えば、
水平方向又は垂直方向に指向させることができる。好適
な実施例においては、フレネルミラーを、ディスプレイ
源から湾曲ミラーに至る距離のほぼ全体にわたり延在さ
せる。
【０００７】更に、本発明の好適な実施例においては、
前記湾曲ミラー及び前記フレネルミラーを一方の湾曲端
部を被覆して前記湾曲ミラーを生じ、他方の端部に前記
ディスプレイ源を配置する透明材料の固体ブロックに配
置し、前記フレネルミラーは、前記他方の端部から前記
湾曲端部まで延在するブロック表面に形成する。フレネ
ルミラー表面は所要に応じて被覆することができるが、
フレネルミラーからの反射が内部全反射によって得られ
るようフレネルミラーを構成するこ好適である。更に、
固体ブロックの前記フレネルミラー表面に対向する表面
に光学的補償素子を設けると好適である。
【０００８】
【実施例】次に、図面につき本発明の好適な実施例を説
明する。
【０００９】図１には、光学的プロジェクションユニッ
ト即ち、投影ユニット１を示し、この投影ユニット１に
よって、ディスプレイ光を自動車の風防ガラス即ち、フ
ロントガラス２に投影し、このディスプレイ光を自動車
のドライバの目の位置のアイボックスＥに向けて反射す
る。このような反射は単にフロントガラスの未処理表面
からでも、被覆したパッチ又はフロントガラス内に又は
上に設けたホログラムからでも生ずることができる。ド
ライバは、例えば、フロントガラスの前方約２ｍ又はそ
れ以上の所定位置に、ドライバの前方に投影したディス
プレイの映像Ｉを見る。映像の距離は、主に投影ユニッ
トの光学的能力により決定され、ディスプレイ光がコリ
メートされていれば、無限大の位置に映像を形成するこ
とができる。ドライバに適用される有効アイボックス即
ち、ドライバが映像Ｉを見ることができる領域は、本来
的に投影ユニット１の有効口径により制限される。アイ
ボックスは、ドライバの快適感、情報の表示範囲、ドラ
イバ毎の目の高さの変化に対するシステムの公差、ドラ
イバの頭の移動等の理由からできるでけ大きいほうが好
ましい。更に、車内で投影ユニットに利用できる空間は
制限されているため、投影ユニット１はできるだけコン
パクトであるのが望ましい。しかし、投影ユニットの長
さ及び得られるアイボックスの寸法に対しては２つの大
きな制限がある。
【００１０】先ず第１に、より強力な光学系を使用する
ことにより、固定映像投影距離の物理的長さを短くする
とともに、ディスプレイの大きさを増大する。システム
の大きさが大きければ大きいほど、特定の画像寸法を維
持するのに必要な実際のディスプレイ源は小さくなる。
ディスプレイ源の解像度には限界があるのが一般的であ
り、従って、解像度が制限される前に、また例えば、個
々の画素がドライバに明瞭に見えて、注意を引くように
なるかを決定する前に、実際に得られるディスプレイ最
小寸法を確定する。
【００１１】第２に、或るアイボックスに対しては、短
い焦点距離系であると、（種々の画像収差間に最適なバ
ランスがとれていると仮定して）長い焦点距離系と同等
の高い画質が得られないという光学系の基本的な制限が
ある。従って、ユニットの長さを短くすると、得られる
画像の画質は、容認不可能なレベルまで低下する。よっ
て、投影ユニット１に利用可能な実際上の最小長さには
制限がある。
【００１２】図２は、ディスプレイ源３を線図的に示
し、このディスプレイ源３から光は、凹面ミラー４に入
射し、この凹面ミラー４は、ドライバが見えるように光
をフロントガラスに向けて反射する。アイボックス寸法
Ｓは、ミラー４の寸法に左右されることがわかる。図３
は、図２と同様であるが、凹面ミラー４をディスプレイ
源３に対して異なる角度配置にし、ミラー４によりディ
スプレイ光を、ディスプレイ源３と凹面ミラー４との間
に延在するフレネルミラー５に向けて反射する状態を示
す。フレネルミラー５は、互いに平行であり、ミラー平
面に対して角度をなす多数の反射小面を有する既知の形
状とする。フレネルミラー５により受光した光は、反射
小面から上方に反射し、フレネルミラーの長さに対応す
るアイボックス寸法Ｓを与えることになる。従って、フ
レネルミラー５はアイボックスを一方向に効果的に拡大
することができる。
【００１３】凹面ミラー４は、投影ユニットの能力を向
上させ、最適な収差バランスを得るのに適した球状、ド
ーナッツ状又は他の非球面状の曲率にすることができ
る。図２に線図的に示す投影ユニット系は、図３に線図
的に示す投影ユニット系と同一の長さであることがわか
る。しかし、アイボックス寸法Ｓは極めて異なり、図３
に示した拡張寸法は、フレネルミラー５がディスプレイ
源３から凹面ミラー４までの距離全体を占めるとき、系
の全体の長さによってのみ制限される。
【００１４】フレネルミラーを使用することによるアイ
ボックス寸法の延在方向は特定の必要条件に適合するよ
う選択する。従って、例えば、投影ユニットは、図４に
示すように垂直方向のアイボックス寸法を増大するか、
又は図５に示すように水平方向のアイボックス寸法を増
大するよう向きを決めることができる。これら図面の双
方は、自動車のボンネット又はフードＢ、ダッシュボー
ドＤ、屋根Ｒ並びにフロントガラス２を線図的に示す。
【００１５】図３につき説明したように、アイボックス
寸法は系の長さによって決定され、他の光学的構成部材
の寸法特に凹面ミラー４の寸法によって決定されるもの
ではないため、この凹面ミラーは装置全体を極めてスリ
ムでコンパクトなユニット形状にする小形に形成するこ
とができる。このようなスリムな形状を図６に示し、こ
の形状は、図３のものと長さはほぼ同一であるが、凹面
ミラー４は極めて小さい。この凹面ミラー４は、別個の
光学素子とすることができるが、投影ユニットを固体ブ
ロックとして製造することもできる。
【００１６】図７にはこのような実施例を示し、一方の
端部に凸状に湾曲した表面７を形成し、他方の端部に狭
い平坦表面８を有するようガラス又はプラスチックを成
形して形成した固体ブロック６を示す。端部表面７、８
間に延在する下側表面９はフレネルミラーとして形成す
る。凸状端部表面７には適当に被覆して内面に向かって
反射する性質を与え、ディスプレイ源を平坦端部表面８
に配置し、ディスプレイ源から出射した光がブロックに
沿って通過し、被覆表面７から内部に反射し、次にフレ
ネル下側表面９のフレネルミラーから内部に向かって反
射し、最後にブロックの上面10から上方に透過してい
く。フレネル下側表面９は被覆することができるが、所
要に応じて、フレネル小面に入射する光の角度が内部全
反射に必要な臨界角度よりも大きくなるよう（ガラス−
空気インターフェースの法線に対して約40°の角度をな
すよう）フレネル小面の角度を決めると都合がよい。こ
れにより、フレネルミラーからの反射は、内部全反射に
よって簡単に生じ、フレネル表面の反射被覆を設ける必
要性を回避する。従って、単に成形するだけであるため
比較的安価に形成でき、ユニットのコストを一層低減す
ることができる。
【００１７】投影ユニットは、ブロックの寸法を大きく
増大することなく、大きな口径の補償光学素子を追加す
ることができる。このような光学素子は、単に長さ方向
に平行にブロックの上方に効果的に配置することができ
る。この実施例を図８に示し、この実施例ではブロック
上面10は、非球面レンズ表面の形状に形成する。このこ
とにより、画質を改善し、ブロックから光が投影される
フロントガラス２の複雑な形状により生ずる画像収差を
補償する。
【００１８】
【発明の効果】成形が簡単なユニットは、本発明による
投影ユニットの製造コストを安価にするとともに、他の
製造方法も適用できるという効果が得られる。例えば、
反射表面には金属材料を使用し、ユニットを研磨、光沢
仕上げ、スタンピング、プレス、又は機械加工により製
造することができる。ユニットは、単一ブロックとして
製造すると好適であるが、所要に応じて、多数の別個の
ユニットからボルト連結又はセメント接合により形成す
ることもできる。
【００１９】ディスプレイ源は、都合のよい形態のもの
とすることができるが、一般的には電子ディスプレイ
（例えば、ＬＥＤ、真空蛍光体、液晶、又は陰極線管）
により構成する。更に、所要に応じて、他の光学素子を
組み込むことができるが、上述のようにコンパクトで簡
単な構成が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車のヘッドアップディスプレイの線図的説
明図である。
【図２】自動車のヘッドアップディスプレイの投影ユニ
ットの動作を示す線図的説明図である。
【図３】本発明による投影ユニットの図２と同様の線図
的説明図である。
【図４】本発明による投影ユニットを使用する垂直方向
の延在するアイボックスの線図的説明図である。
【図５】本発明による投影ユニットを使用する水平方向
の延在するアイボックスの線図的説明図である。
【図６】スリムな投影ユニットを示す図３と同様の線図
的説明図である。
【図７】本発明による固体ブロック投影ユニットの線図
的説明図である。
【図８】図６の実施例の変更例の線図的説明図である。
【符号の説明】
1 投影ユニット 2 フロントガラス 3 ディスプレイ源 4 凹面ミラー 5 フレネルミラー 7 凸状端部表面 8 平坦端部表面 9 フレネル下側表面 10 ブロック上面 I 映像 E アイボックス S アイボックス寸法

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】自動車用ヘッドアップディスプレイのため
    の投影ユニットにおいて、ディスプレイ源と、投影ユニ
    ットに光学的能力を与え、使用にあたり前記ディスプレ
    イ源からの光を受光する湾曲ミラーと、前記ディスプレ
    イ源と前記湾曲ミラーとの間に延在し、前記湾曲ミラー
    から反射した光を受光しまたこの受光した光を所要の方
    向に反射するフレネルミラーとを具えたことを特徴とす
    る投影ユニット。
  2. 【請求項２】前記湾曲ミラーの球状、ドーナッツ状、又
    は他の非球面形状にした請求項１記載の投影ユニット。
  3. 【請求項３】前記フレネルミラーを、前記ディスプレイ
    源から前記湾曲ミラーに至る距離のほぼ全体にわたり延
    在させた請求項１又は２記載の投影ユニット。
  4. 【請求項４】前記湾曲ミラー及び前記フレネルミラーを
    一方の湾曲端部を被覆して前記湾曲ミラーを生じ、他方
    の端部に前記ディスプレイ源を配置する透明材料の固体
    ブロックに配置し、前記フレネルミラーは、前記他方の
    端部から前記湾曲端部まで延在するブロック表面に形成
    した請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の投影
    ユニット。
  5. 【請求項５】前記固体ブロックの前記フレネルミラー表
    面に対向する表面に光学的補償素子を設けた請求項４記
    載の投影ユニット。
  6. 【請求項６】前記光学的補償素子を非球面レンズ表面と
    して構成した請求項５記載の投影ユニット。
  7. 【請求項７】前記フレネルミラー表面に、ミラーコーテ
    ィングした請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載
    の投影ユニット。
  8. 【請求項８】前記フレネルミラーは、内部全反射により
    光を反射する構成とした請求項１乃至６のうちのいずれ
    か一項に記載の投影ユニット。
  9. 【請求項９】自動車内に配置した請求項１乃至７のうち
    のいずれか一項に記載の投影ユニットを設け、使用にあ
    たり、光をドライバの目に向けて反射するよう自動車に
    設けた合成体に向けて所要の投影を行うよう前記投影ユ
    ニットを指向させた自動車用ヘッドアップディスプレ
    イ。
  10. 【請求項１０】前記合成体を自動車のフロントガラスと
    した請求項９記載の自動車用ヘッドアップディスプレ
    イ。
JP4266175A 1991-10-04 1992-10-05 自動車用ヘッドアップディスプレイのための投影ユニット Pending JPH05213096A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9121154:0 1991-10-04
GB919121154A GB9121154D0 (en) 1991-10-04 1991-10-04 Car head-up displays

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05213096A true JPH05213096A (ja) 1993-08-24

Family

ID=10702450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4266175A Pending JPH05213096A (ja) 1991-10-04 1992-10-05 自動車用ヘッドアップディスプレイのための投影ユニット

Country Status (4)

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US (1) US5313326A (ja)
EP (1) EP0535876A1 (ja)
JP (1) JPH05213096A (ja)
GB (1) GB9121154D0 (ja)

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