JPH0655957A

JPH0655957A - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JPH0655957A
Application number: JP4214398A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kato; 雅之加藤; Takeshi Matsumoto; 松本　　剛
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-08-11
Filing date: 1992-08-11
Publication date: 1994-03-01

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、特に自動車用のヘッドアップディ
スプレイに関し、遠方に表示像を表示でき、且つ光学ユ
ニットの薄型化、小型化ができることを目的とする。【構成】光学ユニット１０から出射された表示光をコ
ンバイナにより運転者に向けて反射して車両前方に虚像
を表示し、且つ車両前方からの光を透過させるヘッドア
ップディスプレイにおいて、光学ユニット１０は、表示
器１８、平面鏡１１、１２、及び凹面鏡１３とで構成さ
れる。表示器１８から出た表示光は、平面鏡１１、平面
鏡１２で反射された後、凹面鏡１３でコンバイナに向け
て斜め上方に反射される。凹面鏡１３で反射されるとき
に、表示像は拡大され、遠方に表示される。表示器１８
と平面鏡１１との間の光路が、平面鏡１２と凹面鏡１３
との間の光路と、略水平面内で交差する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヘッドアップディスプレ
イに係り、特に車両前方に虚像を表示する自動車用のヘ
ッドアップディスプレイに関する。

【０００２】ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、
表示を発生して投影する光学ユニットとコンバイナより
構成される。光学ユニットには、表示器と拡大光学系が
収納されている。自動車用ＨＵＤにおいては、コンバイ
ナとしてフロントウィンドを用い、光学ユニットをダッ
シュボードに配置する構成が採られている。

【０００３】自動車用ＨＵＤの光学ユニットにおいて
は、小型で、自動車のダッシュボードへの搭載が容易で
あることが必要とされている。

【０００４】

【従来の技術】ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に
おいては、表示像を遠方（前方）に拡大して表示する。
小型の表示器を用いてＨＵＤを実現するためには、拡大
光学系が必要である。

【０００５】図１６は従来のヘッドアップディスプレイ
（ＨＵＤ）の一例を示す。図１６に示すように、ダッシ
ュボードに配置する光学ユニット８０は、表示器８８、
平面鏡８１、凹面鏡８２で構成されている。表示器８８
（液晶、蛍光表示管等）の光は、平面鏡８１と拡大光学
系である凹面鏡８２で反射され、出射窓８７を通って、
フロントウィンド１０１に設けられたコンバイナ１０２
で運転者に向けて反射される。運転者にとっては、前方
に表示の虚像１０３が視認される。

【０００６】平面鏡８１の役割は、光学ユニット８０の
形状的制約で、表示器８８から凹面鏡８２に至る光路を
一直線にできない場合の、光路の折り曲げである。

【０００７】図１７は凹面鏡８２による遠方拡大表示の
説明図を示す。表示器８８と凹面鏡８２（中心点をＱと
する）の距離をＬ₁、表示器上の点Ｐの凹面鏡による虚
像をＰ' としたときのＱＰ' の距離をＬ₂、点Ｑとコン
バイナ１０２の中心の点Ｒの距離をＬ₃、点Ｒと運転者
の目の位置（点Ｅ）の距離をＬ₄とする。

【０００８】運転者の目の位置（点Ｅ）と前方に形成さ
れる虚像Ｐ" の距離は、Ｌ₂＋Ｌ₃＋Ｌ₄である。この
うち、Ｌ₃とＬ₄は自動車により決まり、乗用車の場合
は、１ｍ程度である。このため、目の焦点移動を行わず
に表示と車外風景を視認できるように、より遠方に虚像
を表示するためには、Ｌ₂を大きくする必要がある。

【０００９】Ｌ₂を大きくする方法の一つは、図１６中
の凹面鏡８２の焦点距離を短く（曲率半径を小さく）し
て表示器８８から凹面鏡８２に至る光路長Ｌ₁を、凹面
鏡の焦点距離よりも短い状態で、できるだけ焦点距離に
近づけることである。これにより、大きな拡大倍率が得
られ、表示器８８が小さくて済む。

【００１０】別の方法としては、焦点距離の長い（曲率
半径の大きい）凹面鏡８２を用い、Ｌ₁を長くとる方法
がある。この方法では、低拡大率であっても、表示距離
を大きくすることができる。例えば図１８に示す光学ユ
ニットの如く、平面鏡９１、９２、凹面鏡９３を設け
て、限られた空間に光路を重複させる構成としている。
これにより光学ユニットの小型化を計っている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、図１６の従
来のＨＵＤの光学ユニットでは、より遠方に表示の虚像
を表示するために、光学系の光路長Ｌ₁を長くしない
で、光学系の拡大倍率を大きくすると、光学ユニットを
大きくすることなく、表示像をより遠方に表示できる
が、表示像の歪み、収差が大きく、視点を変えたときに
像の流れが生じるという問題があった。

【００１２】一方、図１８の光学ユニットの如く、光学
系の拡大倍率を大きくしないで、光学系の光路長Ｌ₁を
大きくとると、表示像の歪み、収差、視点を変えたとき
の像の流れの問題を生じないで、表示像をより遠方に表
示できるが、光路を鉛直方向の面内で折り曲げているた
め、光学ユニットの厚みが大きく小型化は不十分で、自
動車のダッシュボード内に収納できないという問題点が
あった。

【００１３】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、遠方に表示像を表示でき、且つ光学ユニットの薄型
化、小型化ができるヘッドアップディスプレイを提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、光学
ユニットから出射された表示光をコンバイナにより運転
者に向けて反射して車両前方に虚像を表示し、且つ車両
前方からの光を透過させるヘッドアップディスプレイに
おいて、光学ユニットは、表示器とＮ個（Ｎ＞２）の偏
向手段とで構成され、表示器とＮ−２番目の偏向手段と
の間の少なくとも１つの光路が、Ｎ−１番目の偏向手段
とＮ番目の偏向手段との間の光路と、略水平面内で交差
するように、前記Ｎ個の偏向手段を配置した構成とす
る。

【００１５】請求項２の発明では、Ｎ番目の偏向手段
は、凹面鏡又は凹面鏡と同等の機能を有する偏向手段で
あり、他の偏向手段は平面鏡である構成とする。

【００１６】請求項３の発明は、Ｎ個の偏向手段のう
ち、少なくとも２つの偏向手段は非正反射型ホログラム
である構成とする請求項４の発明は、Ｎ個の偏向手段のうち、少なくとも
１つの偏向手段は透過型ホログラムであり、少なくとも
１つの偏向手段は、非正反射型ホログラムである構成と
する。

【００１７】請求項５の発明は、Ｎ個の偏向手段のう
ち、少なくとも２つの偏向手段は、断面鋸歯状の複数の
微小反射面を有する階段状ミラーである構成とする。

【００１８】請求項６の発明では、階段状ミラーは、表
示器上の任意の点から放射状に発する光線が、光学ユニ
ットから出射した時点において、虚像点を形成し、且
つ、虚像点を中心に出射光と交わる球面を想定したとき
に、各光線の表示器から球面との交点に至るまでの実光
路長がほぼ等しくなるように、前記微小反射面の傾斜角
を定めた構成とする。

【００１９】

【作用】請求項１の発明は、表示光の光路を略水平面内
で折り曲げて形成し、光学系における光路長を長くし、
且つ光学系の高さを小さくする。

【００２０】請求項２の発明は、Ｎ番目の偏向手段が凹
面鏡または、凹面鏡と同等の機能を有し、表示像を拡大
し、より遠方に表示する。

【００２１】請求項３の発明は、偏向手段に非正反射型
ホログラムを用いることで、光学ユニットの形状をより
直方体に近づけ、凹凸が少なく奥行きが小さい形状とす
る。

【００２２】請求項４の発明は、偏向手段に透過型ホロ
グラムと非正反射型ホログラムを用いることで、光学ユ
ニットの形状をより直方体に近づけ、凹凸が少なく奥行
きが小さい形状とする。

【００２３】請求項５の発明は、偏向手段にフレネルミ
ラーを用いることで、光学ユニットの形状をより直方体
に近づけ、凹凸が少なく奥行きが小さい形状とする。

【００２４】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の光学ユニット１
０の斜視図を示し、図２は第１実施例の光学ユニット１
０の平面図を示す。図１、図２に示す光学ユニット１０
は、表示器１８と、偏向手段である平面鏡１１、平面鏡
１２、及び凹面鏡１３で構成される。第１実施例では、
偏向手段は３個で、Ｎ＝３である。

【００２５】平面鏡１１、平面鏡１２、及び凹面鏡１３
の配置により、表示器１８から凹面鏡１３に至る光路
は、略水平面内に配置してある。表示器１８と平面鏡１
１（Ｎ−２番目の偏向手段）の間の光路と、平面鏡１２
（Ｎ−１番目の偏向手段）と凹面鏡１３（Ｎ番目の偏向
手段）の間の光路が、略水平面内で交差している。

【００２６】表示器１８から出た表示光は、平面鏡１
１、平面鏡１２で、略水平面内で反射された後、凹面鏡
１３でコンバイナに向けて斜め上方に反射される。凹面
鏡１３で表示光が反射されるときに、表示像は拡大さ
れ、表示位置をより遠方にされて虚像として表示され
る。

【００２７】第１実施例では、表示器１８から凹面鏡１
３に至る表示光の光路を、略水平面内で折り曲げて形成
し、光学系における光路長を長くし、且つ光学系の高さ
を小さくしている。

【００２８】このため、表示像の歪み、収差、視点を変
えたときの像の流れの問題を生じないで遠方に表示像を
表示でき、且つ光学ユニットの薄型化、小型化ができ
る。従って、自動車のダッシュボードの既存の機器の配
置を変更することなく、光学ユニットをダッシュボード
の内部に配置することができる。

【００２９】図３は本発明の第２実施例の光学ユニット
の平面図を示す。第２実施例では、光学ユニット２０は
表示器１８と、偏向手段である平面鏡２１、平面鏡２
２、平面鏡２３、及び凹面鏡２４で構成される。第２実
施例では、偏向手段は４個で、Ｎ＝４である。

【００３０】平面鏡２１、平面鏡２２、平面鏡２３、及
び凹面鏡２４の配置により、表示器１８から凹面鏡２４
に至る光路は、略水平面内に配置してある。表示器１８
と平面鏡２１（Ｎ−３番目の偏向手段）の間の光路が、
平面鏡２３（Ｎ−１番目の偏向手段）と凹面鏡２４（Ｎ
番目の偏向手段）の間の光路と、略水平面内で交差し、
且つ平面鏡２１（Ｎ−３番目の偏向手段）と平面鏡２２
（Ｎ−２番目の偏向手段）の間の光路が、平面鏡２３
（Ｎ−１番目の偏向手段）と凹面鏡２４（Ｎ番目の偏向
手段）の間の光路と、略水平面内で交差している。

【００３１】表示器１８から出た表示光は、平面鏡２
１、平面鏡２２、平面鏡２３で、略水平面内で反射され
た後、凹面鏡２４でコンバイナに向けて斜め上方に反射
される。凹面鏡２４で表示光が反射されるときに、表示
像は拡大され、表示位置をより遠方にされて虚像として
表示される。

【００３２】第２実施例では、表示器１８から凹面鏡２
４に至る表示光の光路を、略水平面内で折り曲げて形成
し、光学系における光路長を長くし、且つ光学系の高さ
を小さくしている。

【００３３】このため、表示像の歪み、収差、視点を変
えたときの像の流れの問題を生じないで遠方に表示像を
表示でき、且つ光学ユニットの薄型化、小型化ができ
る。従って、自動車のダッシュボードの既存の機器の配
置を変更することなく、光学ユニットをダッシュボード
の内部に配置することができる。また、第１実施例より
も光学系における光路長を長くしているため、表示像の
表示位置が同じであれば、より表示像の歪み、収差等を
小さくできる。

【００３４】図４は本発明の第３実施例の光学ユニット
の平面図を示す。第３実施例では、光学ユニット３０は
表示器１８と、偏向手段である平面鏡３１、非正反射型
ホログラム３２、非正反射型ホログラム３３、及び凹面
鏡３４で構成される。第３実施例では、偏向手段は４個
で、Ｎ＝４である。

【００３５】ここで、非正反射型ホログラムは、入射角
と反射角が異なる特性を持った反射型ホログラムであ
る。非正反射型ホログラム３２は入射角に対して反射角
が大きく、非正反射型ホログラム３３は入射角に対して
反射角が小さくなる特性としている。

【００３６】平面鏡３１、非正反射型ホログラム３２、
非正反射型ホログラム３３、及び凹面鏡３４の配置によ
り、表示器１８から凹面鏡３４に至る光路は、略水平面
内に配置してある。表示器１８と平面鏡３１（Ｎ−３番
目の偏向手段）の間の光路が、非正反射型ホログラム３
３（Ｎ−１番目の偏向手段）と凹面鏡３４（Ｎ番目の偏
向手段）の間の光路と、略水平面内で交差している。

【００３７】表示器１８から出た表示光は、平面鏡３
１、非正反射型ホログラム３２、非正反射型ホログラム
３３で、略水平面内で反射された後、凹面鏡３４でコン
バイナに向けて斜め上方に反射される。凹面鏡３４で表
示光が反射されるときに、表示像は拡大され、表示位置
をより遠方にされて虚像として表示される。

【００３８】図５は非正反射型ホログラムによる波長分
散の説明図を示し、図６は波長分散の補正の説明図を示
す。非正反射型ホログラムによる光の反射では、図５に
示すように反射角に波長依存性があるため、表示器から
出て、非正反射型ホログラムで反射された光は、波長分
散されてしまう。

【００３９】従って、第３実施例では、図４、図６に示
すように、非正反射型ホログラム３２、３３の２枚を用
いて、分散された光を再度収束させるように、光学系を
構成している。

【００４０】第３実施例では、表示器１８から凹面鏡３
４に至る表示光の光路を、略水平面内で折り曲げて形成
し、光学系における光路長を長くし、且つ光学系の高さ
を小さくしている。このため、表示像の歪み、収差、視
点を変えたときの像の流れの問題を生じないで遠方に表
示像を表示でき、且つ光学ユニットの薄型化、小型化が
できる。従って、自動車のダッシュボードの既存の機器
の配置を変更することなく、光学ユニットをダッシュボ
ードの内部に配置することができる。

【００４１】また、非正反射型ホログラムを用いること
で、光学ユニットの形状をより直方体に近づけ、凹凸が
少ない形状としている。このため、第１実施例、第２実
施例よりも、奥行きＬＤが小さく、自動車のダッシュボ
ードへの取り付けが更に容易である。

【００４２】なお、偏向手段を第３実施例より更に多く
設ける場合は、非正反射型ホログラムを２枚１組の単位
で増やした構成とすることも可能である。

【００４３】図７は本発明の第４実施例の光学ユニット
の平面図を示す。第４実施例では、光学ユニット４０は
表示器１８と、偏向手段である非正反射型ホログラム４
１、平面鏡４２、非正反射型ホログラム４３、及び凹面
鏡４４で構成される。第４実施例では、偏向手段は４個
で、Ｎ＝４である。

【００４４】第４実施例は、２枚の非正反射型ホログラ
ムの配置が第３実施例と異なる以外は、第３実施例と構
成、機能、効果とも同様である。

【００４５】第４実施例では、第３実施例と同様に、表
示器１８から凹面鏡４４に至る表示光の光路を、略水平
面内で折り曲げて形成し、光学系における光路長を長く
し、且つ光学系の高さを小さくしている。このため、表
示像の歪み、収差、視点を変えたときの像の流れの問題
を生じないで遠方に表示像を表示でき、且つ光学ユニッ
トの薄型化、小型化ができる。従って、自動車のダッシ
ュボードの既存の機器の配置を変更することなく、光学
ユニットをダッシュボードの内部に配置することができ
る。

【００４６】また、非正反射型ホログラムを用いること
で、光学ユニットの形状をより直方体に近づけ、凹凸が
少ない形状としている。このため、第１実施例、第２実
施例よりも、奥行きＬＤが小さく、自動車のダッシュボ
ードへの取り付けが更に容易である。

【００４７】なお、偏向手段を第４実施例より更に多く
設ける場合は、非正反射型ホログラムを２枚１組の単位
で増やした構成とすることも可能である。

【００４８】図８は本発明の第５実施例の光学ユニット
５０の斜視図を示し、図９は第５実施例の光学ユニット
５０の平面図を示す。第５実施例では、光学ユニット５
０は表示器１８と、偏向手段である平面鏡５１、平面鏡
５２、透過型ホログラム５３、平面鏡５４、非正反射型
ホログラム５５、及び凹面鏡５６で構成される。第５実
施例では、偏向手段は６個で、Ｎ＝６である。ここで、
非正反射型ホログラム５５は、入射角に対して反射角が
小さい特性を持った反射型ホログラムである。

【００４９】透過型ホログラム５３、平面鏡５４、非正
反射型ホログラム５５、及び凹面鏡５６の配置により、
透過型ホログラム５３から凹面鏡５６に至る光路は、略
水平面内に配置してある。透過型ホログラム５３と平面
鏡５４（Ｎ−２番目の偏向手段）の間の光路が、非正反
射型ホログラム５５（Ｎ−１番目の偏向手段）と凹面鏡
５６（Ｎ番目の偏向手段）の間の光路と、略水平面内で
交差している。

【００５０】表示器１８から出た表示光は、平面鏡５
１、平面鏡５２で反射された後、透過型ホログラム５３
で光路を曲げられ、平面鏡５４、非正反射型ホログラム
５５で略水平面内で反射された後、凹面鏡５６でコンバ
イナに向けて斜め上方に反射される。凹面鏡５６で表示
光が反射されるときに、表示像は拡大され、表示位置を
より遠方にされて虚像として表示される。

【００５１】図１０は第５実施例における透過型ホログ
ラム５３と非正反射型ホログラム５５による波長分散の
補正の説明図を示す。第５実施例では、図９、図１０に
示すように、非正反射型ホログラム５５による波長分散
を、透過型ホログラム５３の回折光の波長分散でキャン
セルするように、光学系を構成している。

【００５２】第５実施例では、表示器１８から平面鏡５
２に至る表示光の光路を垂直面内で折り曲げているが、
表示器１８に近い部分であるため、光束の広がりは小さ
く、占有体積は小さい。また、平面鏡５２から凹面鏡５
６に至る表示光の光路を、略水平面内で折り曲げて形成
し、光学系における光路長を長くし、且つ光学系の高さ
を小さくしている。

【００５３】このため、表示像の歪み、収差、視点を変
えたときの像の流れの問題を生じないで、従来の光学ユ
ニットより遠方に表示像を表示でき、且つ光学ユニット
の薄型化、小型化ができる。従って、自動車のダッシュ
ボードの既存の機器の配置を変更することなく、光学ユ
ニットをダッシュボードの内部に配置することができ
る。

【００５４】また、透過型ホログラムと非正反射型ホロ
グラムを用いることで、光学ユニットの形状をより直方
体に近づけ、凹凸が少ない形状としている。このため、
第１実施例、第２実施例よりも、奥行きＬＤが小さく、
自動車のダッシュボードへの取り付けが更に容易であ
る。

【００５５】なお、偏向手段を第５実施例より更に多く
設ける場合は、透過型ホログラム１枚と非正反射型ホロ
グラム１枚からなる組を複数組設ける構成とすることも
可能である。

【００５６】図１１は本発明の第６実施例の光学ユニッ
トの上面図を示し、図１２は第６実施例の光学ユニット
の側面図を示す。第６実施例では、光学ユニット６０は
表示器１８と、偏向手段である階段状ミラー（以下フレ
ネルミラーと記す）６１、フレネルミラー６２、フレネ
ルミラー６３、及び凹面鏡６４で構成される。第６実施
例では、偏向手段は４個で、Ｎ＝４である。

【００５７】図１３はフレネルミラーの斜視図を示す。
図１３に示すように、フレネルミラーは、傾斜した微小
な平面鏡が多数形成されており、断面形状が鋸歯状とな
っている。平面鏡のピッチｄはミリメートル、または、
サブミリメートルのオーダーであり、それぞれの微小反
射面においては、幾何光学的な鏡面反射が起こる。

【００５８】微小反射面の傾斜角βは、図１１に示した
光路の取り方によって決定される。傾斜角βの値は１つ
のフレネルミラーの面内で一定ではなく、場所によって
変えられている。

【００５９】以下に、傾斜角βの定め方について説明す
る。図１４は図１１と同様の光学系における光路の展開
図を示す。図１４は表示器１８上の点Ｐから発する光線
（代表する３本）がフレネルミラー６１、６２、６３、
凹面鏡６４で反射される様子を示している。

【００６０】フレネルミラーは微小な平面鏡の集合体で
あるが、結像の様子は単純な平面鏡とは異なる。表示光
がフレネルミラーで反射される度に虚像が形成される
が、それらをＰ' 、Ｐ" 、Ｐ"'とする。鮮明な表示を得
るためには、Ｐ"'が鮮明な点像であることが必要であ
る。一般に１点から発散する光束を傾斜角β一定のフレ
ネルミラーで反射させると、収差が著しく発生する。そ
こで、フレネルミラー６１、６２、６３それぞれにおい
て、傾斜角βに分布を持たせて収差を補正する。

【００６１】傾斜角βの分布を設計するに際しては、以
下の点に注意を要する。Ｐ"'を中心としてＱ₄₀を通る球
面と他の２光線が交わる点をそれぞれＱ₄₁、Ｑ₄₂とする
と、点ＰからＱ₄₀、Ｑ₄₁、Ｑ₄₂までの光路長がほぼ等し
くなるようにする。

【００６２】傾斜角βの分布の設計は、以下の手順で行
う。フレネルミラー６１について考えると、先ず、フレ
ネルミラー６１全体の面の光束に対する角度の設定を調
整する。次に、Ｐ' が、直線Ｑ₁₀Ｑ₂₀上で、Ｑ₁₀Ｐ＝Ｑ
₁₀Ｐ' となる位置に形成されるように、フレネルミラー
６１のβの分布を決定する。具体的には、フレネルミラ
ー６１上の任意の点Ｑ_1iに関して、直線Ｑ_1iＰと直線Ｑ
_1iＰ' の２等分線方向が微小平面鏡の法線方向となる
ように傾斜角βを決定する。フレネルミラー６２、６３
についても同様にして傾斜角βを決定する。

【００６３】図１１において、フレネルミラー６１で
は、矢印ａの方向に行くに従ってβを大きくしている。
また、フレネルミラー６２では、矢印ｂの方向に行くに
従ってβを大きくしている。フレネルミラー６３では、
矢印ｃの方向に行くに従ってβを大きくしている。

【００６４】フレネルミラー６１、フレネルミラー６
２、フレネルミラー６３、及び凹面鏡６４の配置によ
り、表示器１８から凹面鏡６４に至る光路は、略水平面
内に配置してある。ここで、表示器１８上の点Ｐを通る
光軸がフレネルミラー６１、６２、６３、凹面鏡６４で
反射される点をそれぞれＱ₁₀、Ｑ₂₀、Ｑ₃₀、Ｑ₄₀とす
る。

【００６５】表示器１８とフレネルミラー６１（Ｎ−３
番目の偏向手段）の間の光路ＰＱ₁₀が、フレネルミラー
６３（Ｎ−１番目の偏向手段）と凹面鏡６４（Ｎ番目の
偏向手段）の間の光路Ｑ₃₀Ｑ₄₀と、略水平面内で交差し
ている。また、フレネルミラー６１（Ｎ−３番目の偏向
手段）とフレネルミラー６２（Ｎ−２番目の偏向手段）
の間の光路Ｑ₁₀Ｑ₂₀が、フレネルミラー６３（Ｎ−１番
目の偏向手段）と凹面鏡６４（Ｎ番目の偏向手段）の間
の光路Ｑ₃₀Ｑ₄₀と、略水平面内で交差している。

【００６６】表示器１８から出た表示光は、ｘ軸正方向
に進み（ｚ軸方向にも少し進む）、フレネルミラー６１
で反射されてｘｙ平面内をｘ軸負方向に進む。次に、フ
レネルミラー６２で反射されてｘｙ平面内をフレネルミ
ラー６３に向けて進み、フレネルミラー６３で反射され
てｘｙ平面内を凹面鏡６４に向けて進む。

【００６７】更に、凹面鏡６４で斜め上方に反射され
て、コンバイナに向かう。凹面鏡６４で表示光が反射さ
れるときに、表示像は拡大され、表示位置をより遠方に
されて虚像として表示される。

【００６８】第６実施例では、表示器１８から凹面鏡６
４に至る表示光の光路を、略水平面内で折り曲げて形成
し、光学系における光路長を長くし、且つ光学系の高さ
を小さくしている。このため、表示像の歪み、収差、視
点を変えたときの像の流れの問題を生じないで遠方に表
示像を表示でき、且つ光学ユニットの薄型化、小型化が
できる。従って、自動車のダッシュボードの既存の機器
の配置を変更することなく、光学ユニットをダッシュボ
ードの内部に配置することができる。

【００６９】また、フレネルミラーを用いることで、光
学ユニットの形状をより直方体に近づけ、凹凸が少ない
形状としている。このため、第１実施例、第２実施例よ
りも、奥行きＬＤが小さく、自動車のダッシュボードへ
の取り付けが更に容易である。

【００７０】図１５は本発明の第７実施例の光学ユニッ
トの平面図を示す。第７実施例では、光学ユニット７０
は表示器１８と、偏向手段であるフレネルミラー７１、
フレネルミラー７２、及び凹面鏡７３で構成される。第
７実施例では、偏向手段は３個で、Ｎ＝３である。

【００７１】フレネルミラー７１、フレネルミラー７
２、及び凹面鏡７３の配置により、表示器１８から凹面
鏡７３に至る光路は、略水平面内に配置してある。ここ
で、表示器１８上の点Ｐを通る光軸がフレネルミラー７
１、７２、凹面鏡７３で反射される点をそれぞれＱ₅₀、
Ｑ₆₀、Ｑ₇₀とする。

【００７２】表示器１８とフレネルミラー７１（Ｎ−２
番目の偏向手段）の間の光路ＰＱ₅₀が、フレネルミラー
７２（Ｎ−１番目の偏向手段）と凹面鏡７３（Ｎ番目の
偏向手段）の間の光路Ｑ₆₀Ｑ₇₀と、略水平面内で交差し
ている。

【００７３】表示器１８から出た表示光は、フレネルミ
ラー７１、フレネルミラー７２で、略水平面内で反射さ
れた後、凹面鏡７３で斜め上方に反射されて、コンバイ
ナに向かう。凹面鏡７３で表示光が反射されるときに、
表示像は拡大され、表示位置をより遠方にされて虚像と
して表示される。なお、フレネルミラー７１、７２の傾
斜角βの決定方法は、第６実施例と同様にして行う。

【００７４】第７実施例では、表示器１８から凹面鏡７
３に至る表示光の光路を、略水平面内で折り曲げて形成
し、光学系における光路長を長くし、且つ光学系の高さ
を小さくしている。このため、表示像の歪み、収差、視
点を変えたときの像の流れの問題を生じないで遠方に表
示像を表示でき、且つ光学ユニットの薄型化、小型化が
できる。従って、自動車のダッシュボードの既存の機器
の配置を変更することなく、光学ユニットをダッシュボ
ードの内部に配置することができる。

【００７５】また、フレネルミラーを用いることで、光
学ユニットの形状をより直方体に近づけ、凹凸が少ない
形状としている。このため、第１実施例、第２実施例よ
りも、奥行きＬＤが小さく、自動車のダッシュボードへ
の取り付けが更に容易である。また第７実施例では、フ
レネルミラーを２枚としており、光学系が簡素になるた
め、光学系の厚みを第６実施例よりも薄くできる。

【００７６】なお、上記各実施例において、表示器１８
は、液晶、蛍光表示管等の従来のものを使用することが
可能である。表示器１８の発光スペクトルに制限はな
く、カラー表示が可能な表示器１８を用いれば、カラー
の表示も可能である。また、コンバイナとしては、従来
の増反射膜を自動車のフロントウインドに一体成形した
ものを利用することができる。

【００７７】

【発明の効果】上述の如く、請求項１の発明によれば、
光学系における光路長を長くし、且つ光学系の高さを小
さくするため、遠方に表示像を表示でき、且つ光学ユニ
ットの薄型化、小型化ができる等の特長を有する。

【００７８】請求項２の発明によれば、Ｎ番目の偏向手
段が凹面鏡または、凹面鏡と同等の機能を有し、表示像
を拡大し、より遠方に表示するため、より光学ユニット
の小型化ができる。

【００７９】請求項３の発明によれば、偏向手段に非正
反射型ホログラムを用いることで、光学ユニットの形状
をより直方体に近づけ、凹凸が少なく奥行きが小さい形
状としているため、より光学ユニットの小型化ができ
る。

【００８０】請求項４の発明によれば、偏向手段に透過
型ホログラムと非正反射型ホログラムを用いることで、
光学ユニットの形状をより直方体に近づけ、凹凸が少な
く奥行きが小さい形状としているため、より光学ユニッ
トの小型化ができる。

【００８１】請求項５の発明によれば、偏向手段にフレ
ネルミラーを用いることで、光学ユニットの形状をより
直方体に近づけ、凹凸が少なく奥行きが小さい形状とし
ているため、より光学ユニットの小型化ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の光学ユニットの斜視図で
ある。

【図２】本発明の第１実施例の光学ユニットの平面図で
ある。

【図３】本発明の第２実施例の光学ユニットの平面図で
ある。

【図４】本発明の第３実施例の光学ユニットの平面図で
ある。

【図５】ホログラムによる波長分散の説明図である。

【図６】波長分散の補正の説明図である。

【図７】本発明の第４実施例の光学ユニットの平面図で
ある。

【図８】本発明の第５実施例の光学ユニットの斜視図で
ある。

【図９】本発明の第５実施例の光学ユニットの平面図で
ある。

【図１０】第５実施例における波長分散の補正の説明図
である。

【図１１】本発明の第６実施例の光学ユニットの上面図
である。

【図１２】本発明の第６実施例の光学ユニットの側面図
である。

【図１３】フレネルミラーの斜視図である。

【図１４】光路の展開図である。

【図１５】本発明の第７実施例の光学ユニットの平面図
である。

【図１６】従来のヘッドアップディスプレイの一例を示
す図である。

【図１７】凹面鏡による遠方拡大表示の説明図である。

【図１８】従来の別の光学ユニットの例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０光学ユニット１１平面鏡１２平面鏡１３凹面鏡１７出射窓１８表示器２０光学ユニット２１平面鏡２２平面鏡２３平面鏡２４凹面鏡３０光学ユニット３１平面鏡３２非正反射ホログラム３３非正反射ホログラム３４凹面鏡４０光学ユニット４１非正反射ホログラム４２平面鏡４３非正反射ホログラム４４凹面鏡５０光学ユニット５１平面鏡５２平面鏡５３透過型ホログラム５４平面鏡５５非正反射ホログラム５６凹面鏡６０光学ユニット６１フレネルミラー６２フレネルミラー６３フレネルミラー６４凹面鏡７０光学ユニット７１フレネルミラー７２フレネルミラー７３凹面鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学ユニット（１０、６０）から出射さ
れた表示光をコンバイナにより運転者に向けて反射して
車両前方に虚像を表示し、且つ車両前方からの光を透過
させるヘッドアップディスプレイにおいて、前記光学ユニット（１０）は、表示器（１８）とＮ個
（Ｎ＞２）の偏向手段（１１、１２、１３）とで構成さ
れ、表示器（１８）とＮ−２番目の偏向手段（１１）との間
の少なくとも１つの光路が、Ｎ−１番目の偏向手段（１
２）とＮ番目の偏向手段（１３）との間の光路と、略水
平面内で交差するように、前記Ｎ個の偏向手段（１１、
１２、１３）を配置した構成としたことを特徴とするヘ
ッドアップディスプレイ。
【請求項２】前記Ｎ番目の偏向手段（１３）は、凹面
鏡又は凹面鏡と同等の機能を有する偏向手段であり、他
の偏向手段（１１、１２）は平面鏡である構成としたこ
とを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレ
イ。
【請求項３】前記Ｎ個の偏向手段（３１、３２、３
３、３４；４１、４２、４３、４４）のうち、２Ｋ（Ｋ
はＮ／２より小さい自然数）個の偏向手段（３２、３
３；４１、４３）は非正反射型ホログラムである構成と
したことを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディ
スプレイ。
【請求項４】前記Ｎ個の偏向手段（５１、５２、５
３、５４、５５、５６）のうち、Ｋ個の偏向手段（５
３）は透過型ホログラムであり、Ｋ個の偏向手段（５
５）は、非正反射型ホログラムである構成としたことを
特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】前記Ｎ個の偏向手段（６１、６２、６
３、６４）のうち、少なくとも２つの偏向手段は、複数
の微小反射面を有する断面鋸歯状の階段状ミラー（６
１、６２、６３）である構成としたことを特徴とする請
求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】前記階段状ミラー（６１、６２、６３）
は、前記表示器（１８）上の任意の点から放射状に発す
る光線が、前記光学ユニット（６０）から出射した時点
において虚像点を形成し、且つ該虚像点を中心に出射光
と交わる球面を想定したときに、該各光線の該表示器
（１８）から該球面との交点に至るまでの実光路長がほ
ぼ等しくなるように、前記微小反射面の傾斜角を定めた
構成としたことを特徴とする請求項５記載のヘッドアッ
プディスプレイ。