JPH10138794A

JPH10138794A - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH10138794A
Application number: JP8311470A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kawazoe; 尚幸川添; Yasuhiro Mizutani; 泰弘水谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1998-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】外部光に対応した輝度調整が可能で且つ外光
による表示像の消失を簡素な構成により実現することの
できるヘッドアップディスプレイ装置の提供。【解決手段】表示器２１から放射された信号光３１を
コンバイナ１１に投射し，コンバイナ１１で反射された
信号光３２により表示像８２を視認するよう構成したヘ
ッドアップディスプレイ装置１であって，表示器２１か
ら放射される信号光３１は直線偏光光であり，表示器２
１とコンバイナ１１との間には，偏光面を信号光３１の
光軸の周りに回転させることのできる可動式の偏光板１
５が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，ヘッドアップディスプレイ装置
に関するものであり，特に，外光等の強い光の入射する
環境で用いるのに適したヘッドアップディスプレイ装置
に関する。

【０００２】

【従来技術】通常の自動車の運転においては，速度表示
などを確認するためには，視線を外の光景から一旦イン
スツルパネル上の計器類に移さなければならない。この
動作は，運転においては必要不可欠であるが，非常に煩
わしい行為である。また，頻繁な視線の移動は，運転者
にかなりの疲労をもたらすとも言われている。そこで，
近年ホログラム光学素子等のコンバイナを用いて，速度
などの運転に必要な情報と外界の光景とを重ねて同時に
視認できるヘッドアップディスプレイが提案されている
（特開昭５７−１８２５４０号公報，実開昭６２−２７
８３５号公報等）。

【０００３】即ち，図６に示すように，ヘッドアップデ
ィスプレイ９０は，ＣＲＴ等の表示器９２から放射され
た光学的情報（信号光３１）をレンズやホログラム等の
光学素子９３を介して又は直接にハーフミラーやホログ
ラム等のコンバイナ９１に投射し，外の光景８３に重畳
し表示像８２を観者８５に視認させる。その結果，観者
８５に対して，視線の移動や焦点の調節動作を低減させ
ることができる。

【０００４】しかしながら，車両用のヘッドアップディ
スプレイ９０においては，上記外景８３の明るさは，外
の状況に応じて大幅に変化するから，観者８５が表示像
８２を明瞭に視認するためには，表示像８２の輝度を数
ｃｄ／ｍ²〜数千ｃｄ／ｍ²の範囲で変化させなければ
ならない。そのため，ヘッドアップディスプレイ９０に
は，外光の強度を検知する照度センサーや信号光３１の
強度を調節する調光回路が設けられている。

【０００５】

【解決しようとする課題】上記のように，ヘッドアップ
ディスプレイは，従来のインスツルメントパネルの計器
に比べると多くの利点を有する装置であるが，従来のヘ
ッドアップディスプレイ装置は前記のように外景の明る
さに対応するために照度センサーや調光回路が必要とな
り，これが装置を大型化させると共に高価にするという
第１の問題がある。第２の問題点は，特定の方向から太
陽光等の強い光が入射することにより表示像のウォッシ
ュアウト（視認不能）現象が生じて，表示像８２が視認
できなくなることである。

【０００６】即ち，図７に示すように，太陽光３９がコ
ンバイナ９１の裏面から入射し，表示器９２の面９２１
を照射すると，面９２１が光ってしまい表示像８２（図
６）が視認出来なくなる（所謂表示像のウォッシュアウ
ト現象）。更に，このようなウォッシュアウト現象が生
ずる時は，同時に表示器９２が太陽光３９により熱せら
れて表示器９２の性能低下等の不具合を生ずることがあ
る。本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり，外部光に対応した調光や外光によるウォッシ
ュアウト防止を簡素な構成により安価に実現することの
できるヘッドアップディスプレイ装置を提供しようとす
るものである。

【０００７】

【課題の解決手段】本願の請求項１の発明にかかるヘッ
ドアップディスプレイ装置は，表示器から放射される信
号光は直線偏光光であり，上記表示器とコンバイナとの
間には，偏光面を回転させることのできる可動式の偏光
板が配置されている。即ち，表示器から放射される信号
光が直線偏光光であり，コンバイナの前段に可動式の偏
光板が配置されている。そのため，上記偏光板を操作し
て偏光面の向きを変えることにより，コンバイナに入射
する信号光の強度を自在に調整することができる。

【０００８】即ち，直線偏光の方向が，偏光板の透過容
易軸の方向と同一のときには１００％近く信号光を透過
し，透過容易軸に対する角度がψの場合には，信号光の
強度はマラスの法則によりｃｏｓ²ψ倍に減衰する（ψ
＝９０°で透過光ゼロ）。それ故，外光の強さに対応し
て上記偏光板を回転させ，信号光の透過強度を調整する
ことが可能である。上記偏光板の操作は，手動操作によ
って行うこともできるが，光センサーとモーター等の駆
動装置により自動的に行ってもよい。

【０００９】そして，直線偏光光を得ることは例えば液
晶表示器等を用いることにより極めて容易であり，偏光
板を回転操作することは従来の調光回路による光源の光
量の制御に比べて構成が大幅に簡素となる。同時に，ヘ
ッドアップディスプレイを小型化し安価にすることがで
きる。また，太陽光等の外光が表示器に入射する場合の
光路には上記偏光板があり，太陽光等はこの偏光板を透
過する必要があるから，偏光板により外光の光量は，ほ
ぼ半減される。従って，表示像のウォッシュアウト現象
が起こり難くなり，また外光による表示器の加熱も抑制
され，昇温による表示器の性能低下も抑制できる。

【００１０】直線偏光光を直接放射する表示器には，例
えば，請求項２に記載のように，バックライト式の液晶
表示装置がある。また，直線偏光光を得るための他の方
式の表示器として，表示情報を含む信号光から一定方向
の直線偏光光だけを抽出するものがある。例えば，請求
項３記載のように，直線偏光していない信号光を発する
表示デバイスと偏光板とを組み合わせて，後段に偏光板
を配置するものがある。直線偏光を放射しない表示デバ
イスとして，例えば蛍光表示管や発光ダイオード等があ
る。

【００１１】なお，車両用のヘッドアップディスプレイ
の場合には，請求項４記載のように，表示器，偏光板及
びコンバイナを，単一のケースに収納し，車両のダッシ
ュボード近傍に配置すると好適である。ヘッドアップデ
ィスプレイ装置を単一のケースに纏めることにより，独
立の製造ラインで製造することが可能となり，調整や組
み立てが容易となる。また，車両からの取り外しが容易
となり，保守や修理が容易となる。

【００１２】また，車両用のヘッドアップディスプレイ
の場合には，請求項５記載のように，コンバイナをウイ
ンドシールドに配置することができる。このようにする
ことにより，観者（運転者）に対して車両とヘッドアッ
プディスプレイとの一体感を抱かせ，ヘッドアップディ
スプレイの存在を自然なものと感じさせることができ
る。そして，コンバイナには，請求項６，請求項７記載
のように，反射型ホログラムを用いたものや金属膜や誘
電多層膜等のハーフミラーを用いたものがある。ホログ
ラムコンバイナは，小型にして多様な特性を容易に実現
することができ，ハーフミラーは製造が容易で安価であ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施形態例１本例は，図１に示すように，表示器２１から放射された
信号光３１をホログラムコンバイナ１１に投射し，この
ホログラムコンバイナ１１で反射された信号光３２（回
折光）により表示像８２を視認するよう構成したヘッド
アップディスプレイ装置１である。表示器２１から放射
される信号光３１は直線偏光光であり，表示器２１とコ
ンバイナ１１との間には，偏光面を信号光３１の光軸の
周りに回転させることのできる可動式の偏光板１５が配
置されている。

【００１４】表示器２１は，バックライト光源である冷
陰極管２１１と偏光板２１２と液晶素子２１３とを有す
るバックライト式の液晶表示装置である。液晶表示素子
２１３は，ＤＳＴＮ（ＤｏｕｂｌｅＳＴＮ）タイプの
液晶であり，表示器２１から放射される信号光３１は，
直線偏光光である。そして，表示器２１，偏光板１５及
びコンバイナ１１は，単一のケース４１に収納され，車
両のダッシュボード５１の近傍に配置されている。

【００１５】以下それぞれについて説明を補足する。図
１に示すように，本例のヘッドアップディスプレイ装置
１は，各部材がケース４１に収容可能なように一体化さ
れており，信号光３１を放射する表示器２１と，信号光
３１をホログラムコンバイナ１１の方向に反射させるミ
ラー２２と，回転可能な可動式の偏光板１５と，ホログ
ラムコンバイナ１１と，冷陰極管２１と液晶表示素子２
１３を制御する回路４５とを有する。

【００１６】ホログラムコンバイナ１１は，ホルダー軸
４２を中心に回動可能なようにケース４１に取り付けら
れており，ケース４１の上面に対する角度を変えること
ができる。即ち，観者８５の目の位置に合わせて，最も
見やすい角度にコンバイナ１１の角度を調節することが
できる。偏光板１５は，ホルダー４３を手で操作するこ
とにより，信号光３１の光軸の周りに約９０度回転させ
ることができる。そして，回転角度によってその偏光面
の結晶軸の方向（透過容易軸の方向）が変化し，直線偏
光光である信号光３１の透過率が変化する。

【００１７】即ち，入射信号光３１の光量をＩｏとし，
偏光板１５の偏光面における透過容易軸の方向と入射信
号光の直線偏光の方向との間の角度をψとすると，角度
ψに対応して出射信号光３１１（図３）の光量Ｉは，図
２に示すようにｃｏｓ²ψに比例して変化する。その結
果，図３（ａ）に示すように，ψが０度の近傍では，信
号光３１は大量に透過し，ψが９０度の近傍では，図３
（ｂ）に示すように，信号光３１は殆ど透過しない（Ｉ
≒０）。なお，図３の矢印は，信号光３１の偏光方向を
模式的に図示したものである。

【００１８】それ故，観者（運転者）８５は，ホルダー
４３を手で操作することにより，表示像８２の輝度を見
易い輝度に調整することができる。実際に，液晶表示器
素子とバックライトの冷陰極管とからなる偏光板１５と
を用いて，偏光板１５を回転させつつ表示像８２の輝度
を測定したところ，約３０００ｃｄ／ｍ²から約０ｃｄ
／ｍ²の間で輝度を変化させることができた。

【００１９】また，図７に示したようにホログラムコン
バイナ１１の裏面側から，太陽光等のランダムに偏光し
た外光が表示器２１側に入射する場合には，偏光板１５
において外光の光量は約半分に低減するので表示器２１
の前面で反射する外光の光量も約半分となり，外光によ
る表示像８２のウォッシュアウト現象を抑制することと
ができる。更に，熱によって特性が変化し易い表示器２
１の液晶素子２１２が，外光によって加熱され，特性が
変化するという不具合も抑制することができる。また，
偏光板１５は，ケース４１を閉鎖し，外部の塵埃が内部
に進入するのを抑制しているから，装置１の信頼性の低
下も抑制している。

【００２０】ホログラムコンバイナ１１は，図４に示す
ように，透明な樹脂基板１１１の一方の面（信号光３
１，３２の入出射面）に，凹面鏡を記録したホログラム
素子１１２を形成し，更にホログラム素子１１２の表面
には外傷を防止すると共に反射光によるノイズ像を防止
する反射防止コート１１３を設けてある。また，透明な
樹脂基板１１１の他方の面には，細かな凹凸処理した所
謂シボ加工１１５を施してあり，これによってコンバイ
ナ１１を透過してきた信号光３１は散乱され観者８５の
方向に向かう界面反射ノイズ光（ノイズ像）を抑制する
ことができる。また，シボ加工１１５は，太陽光等の外
光が進入する場合に散乱によりその強度を抑制する効果
も有している。

【００２１】なお，上記シボ加工１１５と同様に外光の
進入を抑制する作用は，表示器２１に進入する角度で入
射した外光を選択的に抑制する角度選択性のフィルムに
よっても，達成することができる。また，直線偏光光を
得ることのできる表示器２１は，蛍光表示管や発光ダイ
オード（ＬＥＤ）等の後段に偏光板を配置することによ
っても，実現することができる。即ち，偏光方向のラン
ダムな蛍光表示管や発光ダイオード（ＬＥＤ）の光を，
偏光板により一定の方向の直線偏光光だけを透過させ，
直線偏光光とすることができる。更に，コンバイナ１１
は，前記基板１１１に金属膜または誘電多層膜を蒸着し
たハーフミラーを用いることもできる。

【００２２】実施形態例２本例は，図５に示すように，実施形態例１において，ホ
ログラムコンバイナ１３を車両のウインドシールド５５
の内部に配置し，表示器２１等の他の部材とコンバイナ
１３とを別置きにしたもう一つの実施形態例である。そ
して，本例では，表示器２１から発せられた信号光３１
は，ミラーを介することなく直接偏光板１５に照射され
る。また，表示器２１は，車両のダッシュボード５１の
内側に収容されており，ダッシュボード５１の信号光３
１の出射部に偏光板１５が配置されている。

【００２３】偏光板１５は，ダッシュボード５１の開口
部に設けたホルダー４３１を操作して，偏光面を回転す
ることができる。なお，実施形態例１と同様に表示器２
１と偏光板１５との間にミラー２２（図１）を配置して
信号光３１の光路を変化させてもよい。その他について
は，実施形態例１と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１のヘッドアップディスプレイ装置
のシステム構成図。

【図２】実施形態例１のヘッドアップディスプレイにお
いて信号光の偏光方向を基準にした偏光板の回転角度と
透過率の関係を示す図。

【図３】実施形態例１の偏光板において透過容易軸と入
射光の偏光（電界）方向との間の角度と透過光の強度の
関係を模式的に示す図（（ａ）は角度ゼロ近傍を，
（Ｂ）は角度９０°近傍を示す）。

【図４】実施形態例１のホログラムコンバイナの拡大断
面図。

【図５】実施形態例２のヘッドアップディスプレイ装置
のシステム構成図。

【図６】従来のヘッドアップディスプレイ装置のシステ
ム構成図。

【図７】従来のヘッドアップディスプレイ装置における
表示像のウォッシュアウト現象発生時の光路を模式的に
示す図。

【符号の説明】

１１．．．コンバイナ，１５．．．偏光板，２１．．．表示器，３１，３２．．．信号光，８２．．．表示像，

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示器から放射された信号光をコンバイ
ナに投射し，このコンバイナで反射された信号光により
表示像を視認するよう構成したヘッドアップディスプレ
イ装置であって，上記表示器から放射される信号光は直
線偏光光であり，上記表示器とコンバイナとの間には，
偏光面を回転させることのできる可動式の偏光板が配置
されていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ
装置。
【請求項２】請求項１において，前記表示器は，偏光
板と液晶素子とを備えたバックライト式の液晶表示装置
であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装
置。
【請求項３】請求項１において，前記表示器は，直線
偏光していない信号光を発する表示デバイスと偏光板と
を備え，後段側に上記偏光板を配置したコンビネーショ
ン型の表示器であることを特徴とするヘッドアップディ
スプレイ装置。
【請求項４】請求項１から請求項３のいずれか１項に
おいて，前記表示器，偏光板及びコンバイナは，単一の
ケースに収納されていると共に車両のダッシュボード近
傍に配置されていることを特徴とする車両用のヘッドア
ップディスプレイ装置。
【請求項５】請求項１から請求項３のいずれか１項に
おいて，前記コンバイナは，ウインドシールドに配置さ
れていることを特徴とする車両用のヘッドアップディス
プレイ装置。
【請求項６】請求項１から請求項５のいずれか１項に
おいて，前記コンバイナは，ホログラムコンバイナであ
ることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】請求項１から請求項５のいずれか１項に
おいて，前記コンバイナは，ハーフミラーであることを
特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。