JPH08160341A

JPH08160341A - ヘッドアップ型表示装置

Info

Publication number: JPH08160341A
Application number: JP6329992A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Todoroki; 強等々力
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ヘッドアップ型表示装置の表示を均一により
明るくする。【構成】焦点距離ｆの放物面鏡１の前面に、フィラメ
ント３と放物面鏡１の光軸中心との距離ＬがＬ＞ｆの位
置にハロゲンランプ２が配置される。放物面鏡１には、
反射光束により透過型液晶表示素子７の表示領域の中心
近傍に集光部（ホットスポット）が発生しないように表
面粗面化等の光束拡散処理を施した拡散領域４が設けら
れている。これにより、放物面鏡１に入射した光束の一
部は拡散領域４で拡散反射され、残りは収束的に反射さ
れる。収束的に反射した光束は平面反射鏡５で反射し、
拡散板６を経て透過型液晶表示素子７を照射し、ウィン
ドシールド８のコンバイナ９で反射され運転者の目１０
に入射して、情報を虚像１１として前景１２に重畳して
示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両等の運転者に対
して情報提示を行なう、プロジェクタの光束利用率向上
および表示輝度の均一化を図ったヘッドアップ型表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のヘッドアップ型表示装置として
は、例えば図１７に示すようなものがある。すなわち、
ハロゲンランプ１０１より発した光を放物面鏡１０２に
より平行光束とし、透過型液晶表示素子１０３に照射す
る。そして、ウィンドシールド１０４にコンバイナ１０
５を装着しておき、液晶表示素子１０３を透過した光束
をコンバイナ１０５で反射して運転者１０２に虚像によ
る情報１０７を前景に重畳して伝達していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のヘッドアップ型表示装置にあっては、放物面
鏡により平行光束をつくり、透過型液晶表示素子を照射
していたので、ハロゲンランプから発する光束の極く一
部しか利用されずランプの光束利用率が低いという問題
があった。本発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたものであり、照明源からの光束の利用率向上
と均一化を図ったヘッドアップ型表示装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、透過
型の液晶表示素子と、液晶表示素子を透過的に照明する
照明源と、照明源からの光束を収束的に前記液晶表示素
子へ送るべく反射する反射部材と、反射部材の光束の一
部を減衰する光束量減衰手段と、液晶表示素子からの透
過光束を運転者の方向へ回折または反射するコンバイナ
とを有するものとした。

【０００５】上記反射部材としては、放物面鏡を用い、
その焦点距離ｆと照明源の中心の放物面鏡の中心からの
距離Ｌとが、Ｌ＞ｆの関係に設定することにより、照明
源からの光束を収束的に反射することができる。また、
上記光束量減衰手段としては、放物面鏡に設けた表面粗
面化等の光束拡散処理を施した拡散領域、黒色塗装の光
束吸収処理を施した吸収領域、穴からなる無反射領域、
あるいは放物面鏡の焦点距離ｆより大きい焦点距離を有
する放物面または平面からなる光束を発散する発散領域
とするのが好ましい。

【０００６】そして、上記の各領域は放物面鏡の光軸を
法線とした投影面において照明源からの光線の反射点を
光軸から径方向に移動させたときその反射方向が反転し
て往復する点までの距離ｘ１を半径とする円領域として
画成するのが望ましく、そのほか、距離ｘ１を半径とす
る円に沿った所定巾のリング領域として画成することも
できる。さらに、光束量減衰手段は、液晶表示素子の光
束照射面、あるいは反射部材と液晶表示素子間の光路に
設けられ、光軸を中心に拡散度または吸収率が略ガウシ
アン分布である光束拡散または光束吸収処理を施した半
透明板としてもよい。

【０００７】

【作用】照明源の光束は反射部材により収束的に反射さ
れるから、平行光束に比較して照明源から発せられる光
量がより多く液晶表示素子の表示領域へ導かれる。ま
た、光束量減衰手段により表示領域の光束が集中する部
位に向かう経路の光束量が低減される。表示領域にホッ
トスポットが発生しない。このため、照明源からの光束
は効率よくしかも全面略均等に液晶表示素子に入射し、
ヘッドアップディスプレイは明るく明瞭に表示される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明の第１実施例の構成を示す図である。焦点距
離ｆの放物面鏡１の前面に、照明源としてフィラメント
を有するハロゲンランプ２が、そのフィラメント３と放
物面鏡１の光軸中心との距離Ｌが焦点距離ｆより大きい
Ｌ＞ｆとなる位置に配置されている。また、放物面鏡１
の鏡面には、後に詳述するように透過型液晶素子７の表
示領域の中心近傍に光束が集中して集光点が発生し輝度
不均一とならないように図２に示すように表面粒面化等
の光束拡散処理を施した拡散領域４が設けられている。

【０００９】すなわち図３の光束経路図に示すように、
放物面鏡１の光軸ｙ上において、ハロゲンランプ２は、
フィラメント（照明源中心）３が放物面鏡１の焦点Ｆよ
り放物面鏡１から離れた点Ｃにある。換言すれば、フィ
ラメント３は、放物面鏡１の光軸ｙ上において、ハロゲ
ンランプ２のフィラメント３と放物面鏡との距離Ｌが、
放物面鏡１の焦点距離ｆより大、すなわちＬ＞ｆの関係
位置にあり、放物面鏡１で反射する光束は収束するよう
になっている。また、放物面鏡１は光軸ｙを法線とした
投影面で半径ｘ１の大きさを有する円領域で画成される
一部が図２に示されるように表面粗面化等の光束拡散処
理が施された拡散領域４となっている。

【００１０】フィラメント３から出た光線は放射状に広
がり、その一部は放物面鏡１に入射する。放物面鏡１は
図２に示すように一部に光束量減衰手段としての拡散領
域４を有するため、この拡散領域４に入射した光束は拡
散反射され、残りの入射光束は収束的に反射される。図
１に戻って、放物面鏡１で収束的に反射された光束は平
面反射鏡５で反射し、拡散板６に入射する。拡散板６を
拡散透過した光束は透過型液晶表示素子７を照射する。
さらに、透過型の液晶表示素子７を透過した透過光束は
ウィンドシールド８に取り付けられ、その一部をなすコ
ンバイナ９で反射され、運転者の目１０に入射する。こ
れにより、運転者は液晶表示素子７に表示されている、
例えば現在時点の走行速度等の情報を表示虚像１１とし
て前景１２と重畳して視認できるようになっている。

【００１１】次に作用を説明する。ハロゲンランプ２の
フィラメント３より出た光線は放射状に拡がり、その一
部は放物面鏡１に入射する。フィラメント３と放物面鏡
１との位置関係は、フィラメント３と放物面鏡の距離Ｌ＞放物面鏡の焦点距離ｆとなっているので、放物面鏡１に入射した光束は収束的
に反射され、拡散板６および透過型液晶表示素子７に達
して運転者１０に伝達すべき情報を表示する。このた
め、図３に示すように、放物面鏡１の有効領域は透過型
液晶表示素子７（および拡散板６）の表示領域Ｗよりも
大きくとることができる。したがって、放物面鏡で反射
された平行光束を使用する従来技術が、放物面鏡の有効
領域と表示領域とが等しいのに対して、光束利用率を向
上させることができる。

【００１２】放物面鏡１の拡散領域４についてつぎに説
明する。まず図４の（ａ）は放物面鏡１の正面図、
（ｂ）はその断面図である。本実施例にあっては、前述
したように放物面鏡１はＬ＞ｆの条件で使用されてい
る。放物面鏡１は図４に示す形状をしており、ハロゲン
ランプ２のフィラメント３より発した光線は、この全面
に入射し反射する。いま説明を分かりやすくするため
に、光線が放物面鏡１の中心Ｏから外周へかけて図４の
（ａ）に参照番号１３で示した線に沿って順に放物面鏡
１に入射するとすると、放物面鏡１で反射したその光線
は図５に示した線１５のように拡散板６および透過型液
晶表示素子７の表示領域１４上への到達点が移動する。

【００１３】このため、表示領域１４の中心近傍は、図
４の線１３上の２点からの光束が往復で集中することに
なり、輝度が不均一となり、集光点（ホットスポット）
１６が発生する。集光点１６の発生を図３により説明す
る。図５の線１５の光線の動きは、図３の拡散板６上の
点Ｂの動きとして計算される。

【００１４】放物面鏡１の光軸をｙ、光軸ｙを法線とし
た投影面１７上の軸線をｘとする。また、フィラメント
３の位置をＣ、放物面鏡１の焦点をＦ、ＦＣ間の距離を
ｇ、放物面鏡１の中心をＯ、拡散板６の中心点をＳ、Ｃ
から発して放物面鏡１の点Ｐ（ｘp 、ｙp ）で反射した
光束の拡散板６上の点Ｂ、点Ｐよりの平行光線の拡散板
上の位置をＡとし、各々の角度を図のごとくθ、α、
β、γとすると、ｙp ＝ｘp ²／（４ｆ） θ＝ｔａｎ^-1｛ｘp ／（２ｆ）｝ α＝ｔａｎ^-1｛（ｆ＋ｇ−ｙp ）／ｘp ｝ β＝ｔａｎ^-1｛（ｆ−ｙp ）／ｘp ｝ γ＝θ−（α−β）となる。

【００１５】Ｃから発した光線の拡散板６への到達点Ｂ
は、図５に示すように中心Ｓからいったん−ｘ方向に進
み、ある所で折り返して逆の＋ｘ方向に進み、再びＳを
通りさらに＋ｘ方向に進む。したがって、折り返した後
再びＳを通る反射光線をつくる位置Ｐは、ＳＢ＝ＳＡ−ＡＢ＝ｘp −ｔａｎ（θ−γ）＊（Ｍ−ｙp ）（ただし、ＭはＯ−Ｓ間の距離）においてｘp が正の場合だけを考えればよいからＳＢ＝
０の解を求め、その正方向位置のｘp ＝ｘ１として得ら
れる。すなわち、ｘ１は照明源からの光線の反射点を光
軸から径方向に移動させたときその反射方向が反転して
往復する点までの光軸からの距離である。これにより、
放物面鏡１の光軸ｙを法線とした投影面１７でｘ１を半
径とした円領域に対応する放物面鏡１の領域より反射し
た光は表示領域１４にホットスポット１６を発生するこ
とになる。

【００１６】そこで、本実施例にあっては、放物面鏡１
の光軸ｙを法線とした投影面１７でｘ１を半径とした円
領域で画成される一部に拡散処理を施した拡散面４を設
けた。これにより、この拡散面４に当たった光束は拡
散され、表示領域１４の中心部分にはほとんど行き着か
ない。したがって、ホットスポットは発生しない。な
お、この拡散面により放物面鏡１のフィラメント３より
発された光束を反射する有効領域は減少するがそのマイ
ナス分は僅かであり光束利用率向上への影響は少ない。

【００１７】図６は、本発明の第２の実施例を示す。図
６の（ａ）は放物面鏡の平面図、（ｂ）は側面図であ
る。この実施例は、ハロゲンランプ２１のフィラメント
２２の長手方向と放物面鏡１の長手方向とを略平行に位
置させたものである。この実施例にあっては、図７に示
すように、その配光パターン２４は表示領域１４を覆
い、しかも略均一に光束が行き渡る。すなわち、図６に
おいてフィラメント２２の中心部を２２ａ、端部近傍を
各々２２ｂ、２２ｃとすると、図７のように各々この部
位に対応する区分配光パターンは２３ａ、２３ｂ、２３
ｃとなる。そして、フィラメント２２の全体からの光束
の全区分配光パターンの外縁をつなぐ全体配光パターン
は太い実線で図示した配光パターン２４となり、表示領
域１４を確実に覆うことができる。

【００１８】このように、本実施例によれば、図７に示
すように、その配光パターンは表示領域１４に略均一に
光束が行き渡るので、とくに放物面鏡に拡散領域を設定
しなくても表示領域１４に表示される運転者への情報が
全面明瞭に見ることができるという効果がある。

【００１９】図８は、本発明の第３の実施例を示す。図
８の（ａ）は放物面鏡の平面図、（ｂ）は側面図であ
る。この実施例は放物面鏡１の鏡面に放物面鏡１の光軸
ｙを法線とした投影面１７で半径がｘ１の大きさを有す
る黒色塗装による光束吸収処理を施した吸収領域３１を
設けたものである。本実施例によれば黒色塗装によって
光束吸収処理が施されているので、吸収領域３１で反射
する光束は少なくなる。このため表面粗面化の光束拡散
処理を施した第１の実施例と同様の効果が得られ、しか
も塗装を施すのみで良いという効果がある。

【００２０】図９は、本発明の第４の実施例を示す。図
９の（ａ）は放物面鏡の平面図、（ｂ）は側面図であ
る。この実施例は放物面鏡１の鏡面に放物面鏡１の光軸
ｙを法線とした投影面１７で半径がｘ１の大きさを有す
る円の近傍に拡散処理または黒色塗装を施した環状領域
４１を設けたものである。本実施例によれば、その反射
光束が表示領域１４に強い影響を与える集光点（ホット
スポット）とその周囲の領域との境界部分の鏡面領域に
拡散処理または黒色塗装が施されているので、これによ
り境界での急激な変化が緩和され、前述各実施例に準ず
る効果を得ることができる。

【００２１】図１０は、本発明の第５の実施例を示す。
図１０の（ａ）は放物面鏡の平面図、（ｂ）は側面図で
ある。この実施例は、反射部材に２種類以上の形状から
なる複合面を有する反射鏡５１を使用したもので、複合
面の第１の面５２を第１の実施例同様の焦点距離ｆを有
する放物面、第２の面５３を光束を発散する発散領域と
するために前記ｆより大きい焦点距離を有し、かつ第１
の面５２の光軸を法線とした投影面で大きさｘ１の半径
を有する円領域の放物面で構成したものである。本実施
例によれば、照明源であるフィラメント３からの光束を
発散領域である第２の面５３は発散的に反射するので、
前記各実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２２】図１１は、本発明の第６の実施例を示す。
図１１の（ａ）は放物面鏡の平面図、（ｂ）は側面図で
ある。この実施例は、前記第４の実施例同様、反射部材
に２種以上の形状からなる複合面を有する反射鏡６１を
使用したもので、複合面の第１の面６２を第１の実施例
同様の焦点距離を有する放物面で、第２の面６３を発散
領域である第１の面６２の光軸を法線とした投影面で大
きさｘ１の半径を有する円領域の平面で構成したもの
で、本実施例にあっても、発散領域である第２の面６３
は照明源からの光束を発散的に反射するので前記各実施
例と同様の効果を得ることができる。

【００２３】図１２は、本発明の第７の実施例を示す。
図１２の（ａ）は放物面鏡の平面図、（ｂ）は側面図で
ある。この実施例は、第１の実施例同様の焦点距離ｆを
有する放物面７２の中央部に、放物面７２の光軸を法線
とした投影面で大きさｘ１の半径を有する穴７３を穿設
したものである。本実施例によれば、穴７３の部分では
照明源からの光束は当然に反射されないので、前記各実
施例と同様の効果を得ることができる。

【００２４】図１３には、本発明の第８の実施例を示
す。この実施例は、照明源であるハロゲンランプ２のフ
ィラメント３の前面に、図１４に示すような照明源の光
軸を中心に拡散度または吸収率（＝１−透過率）が略ガ
ウシアン分布を有する光束拡散処理または光束吸収処理
を施した光束量減衰部８２を有する半透明板８１を設け
たものである。放物面鏡８３には拡散領域は設けられて
いない。その他の構成は第１の実施例と同様である。本
実施例においては、放物面鏡８３には何等の処理が施さ
れていないが、照明源の前面に、光束拡散または光束吸
収処理を施した光束量減衰部８２を有する半透過ガラス
または樹脂板の半透明板８１を設けてあるから、照明源
からの光束は光束量減衰部８２で拡散または吸収される
ので、前記した各実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００２５】図１５には、本発明の第９の実施例を示
す。この実施例は、透過型液晶表示素子９１の光束照射
面に光軸を中心に図１５に示すごとく吸収率が略ガウシ
アン分布である光束拡散または光束吸収処理を施した光
束量減衰部９２を設けたものである。前実施例と同じく
拡散領域を有しない放物面鏡８３が用いられている。本
実施例によっても光束量減衰部９２で光束が拡散または
吸収されるので、前記各実施例と同様の効果を得ること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明は、照明
源で照明した透過型の液晶表示素子の表示をコンバイナ
で運転者方向へ向けるようにしたヘッドアップ型表示装
置において、液晶表示素子へ光束を向けるための反射部
材と照明源の位置関係を、反射部材がその光束を収束的
に反射するように設定するとともに、反射される光束の
一部を減衰する光束量減衰手段を設けたので、ヘッドア
ップディスプレイの表示は略均等な状態を保持しながら
全面がより明るくなり、運転者に情報を素早くかつ正確
に伝達することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】第１実施例の放物面鏡の鏡面を説明する平面図
である。

【図３】光束の動きの計算モデルを示す図である。

【図４】放物面鏡における光束の動きを示す説明図であ
る。

【図５】表示領域での光束の動きを示す説明図である。

【図６】第２の実施例を示す図である。

【図７】第２の実施例の表示領域での配光パターンを示
す図である。

【図８】第３の実施例を示す図である。

【図９】第４の実施例を示す図である。

【図１０】第５の実施例を示す図である。

【図１１】第６の実施例を示す図である。

【図１２】第７の実施例を示す図である。

【図１３】第８の実施例を示す図である。

【図１４】第８の実施例の半透明板を示す図である。

【図１５】第９の実施例を示す図である。

【図１６】第９の実施例の透過型液晶表示素子を示す図
である。

【図１７】従来例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１放物面鏡２、２１ハロゲンランプ３、２２フィラメント４拡散領域５平面反射鏡６拡散板７、９１透過型液晶表示素子８ウィンドシールド９コンバイナ１０運転者の目１１表示虚像１２前景１４表示領域１６集光点１７投影面２３区分配光パターン２４配光パターン３１吸収領域４１環状領域５１、６１反射鏡５２、６２第１の放物面５３第２の放物面６３平面７１、８３放物面鏡７２放物面７３穴８１半透明板８２、９２光束量減衰部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過型の液晶表示素子と、該液晶表示素
子を透過的に照明する照明源と、該照明源からの光束を
収束的に前記液晶表示素子へ送るべく反射する反射部材
と、該反射部材の光束の一部を減衰する光束量減衰手段
と、前記液晶表示素子からの透過光束を運転者の方向へ
回折または反射するコンバイナとを有することを特徴と
するヘッドアップ型表示装置。
【請求項２】前記光束量減衰手段が前記反射部材に設
けられていることを特徴とする請求項１記載のヘッドア
ップ型表示装置。
【請求項３】前記反射部材が放物面鏡であり、前記照
明源の中心が前記放物面鏡の光軸上にあって、該光軸上
の放物面鏡の中心からの距離Ｌと焦点距離ｆが、Ｌ＞ｆ
の関係に設定されていることを特徴とする請求項１記載
のヘッドアップ型表示装置。
【請求項４】前記光束量減衰手段が表面粗面化等の光
束拡散処理を施した拡散領域であることを特徴とする請
求項２記載のヘッドアップ型表示装置。
【請求項５】前記光束量減衰手段が黒色塗装の光束吸
収処理を施した吸収領域であることを特徴とする請求項
２記載のヘッドアップ型表示装置。
【請求項６】前記光束量減衰手段が前記反射部材に形
成された穴からなる無反射領域であることを特徴とする
請求項２記載のヘッドアップ型表示装置。
【請求項７】前記光束量減衰手段が前記放物面鏡の焦
点距離ｆより大きい焦点距離を有する放物面または平面
からなる光束を発散する発散領域であることを特徴とす
る請求項２記載のヘッドアップ型表示装置。
【請求項８】前記光束量減衰手段が、前記放物面鏡の
光軸を法線とした投影面において照明源からの光線の反
射点を光軸から径方向に移動させたときその反射方向が
反転して往復する点までの距離ｘ１を半径とする円領域
として画成されていることを特徴とする請求項２、４、
５、６、７または８記載のヘッドアップ型示装置。
【請求項９】前記光束量減衰手段が、前記放物面鏡の
光軸を法線とした投影面において照明源からの光線の反
射点を光軸から径方向に移動させたときその反射方向が
反転して往復する点までの距離ｘ１を半径とする円に沿
った所定巾のリング領域として画成されていることを特
徴とする請求項２、４、５、６または８記載のヘッドア
ップ型示装置。
【請求項１０】前記光束量減衰手段が前記液晶表示素
子の光束照射面に設けられていることを特徴とする請求
項１記載のヘッドアップ型表示装置。
【請求項１１】前記光束量減衰手段が前記反射部材と
液晶表示素子間の光路に設けられていることを特徴とす
る請求項１記載のヘッドアップ型表示装置。
【請求項１２】前記光束量減衰手段が、光軸を中心に
拡散度または吸収率が略ガウシアン分布である光束拡散
または光束吸収処理を施した半透明板であることを特徴
とする請求項１１または１２記載のヘッドアップ型表示
装置。
【請求項１３】透過型の液晶表示素子と、該液晶表示
素子を透過的に照明する照明源と、該照明源からの光束
を収束的に前記液晶表示素子へ送るべく反射する反射部
材と、前記液晶表示素子からの透過光束を運転者の方向
へ回折または反射するコンバイナとを有し、前記照明源
はフィラメントを有するランプであり、該フィラメント
の長手方向と前記反射部材の長手方向とが略平行に配さ
れていることを特徴とするヘッドアップ型表示装置。