JPH1152283A - ヘッドアップディスプレイ装置用コンバイナーおよびヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】使用される環境に応じて見やすい表示ができる
コンバイナーを提供する。 【解決手段】コンバイナー２にはフォトクロミックガラ
ス板９が設けられているため、透過率が外光により変化
する。発光手段からの情報を含む光５は、透明ガラス板
６とフォトクロミックガラス板９の間に封入されたホロ
グラム７によって回折され、観視者１により表示像４が
視認される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘッドアップディ
スプレイ装置用コンバイナー、および、コンバイナーを
用いて観視者に情報を視認させるヘッドアップディスプ
レイ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両内の運転手等に情報表示する方法と
して、ヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤという）
と呼ばれるものが最近用いられるようになっている。こ
れは、液晶表示装置等の発光手段から投射された光学的
情報を、ハーフミラー等からなるコンバイナーに映し、
運転手が運転状態からほとんど視線を動かすことなく情
報を読み取れるようにしたものである。

【０００３】このＨＵＤとしては、フロントガラスにコ
ンバイナーを形成し、情報を発生する発光手段をダッシ
ュボード内に設置し、発光手段からの光をコンバイナー
に照射し、反射させて運転者等の観視者に視認されるよ
うにしたＨＵＤのほか、発光手段とコンバイナーとを一
つにまとめた、いわゆる別置き型のＨＵＤも知られてい
る。この別置き型ＨＵＤはフロントガラスに直接コンバ
イナーを形成しないので、後付けでも容易にダッシュボ
ード上に設置してＨＵＤの機能を得ることができ、ま
た、容易に取り外すこともでき、さらには運転者の希望
の位置に設置できるという利点がある。

【０００４】図３は、かかる従来の別置き型のＨＵＤの
構成を示す概念図である。ここで、２１は運転者等の観
視者、２２はコンバイナー、２３はコンバイナーで反射
した情報を含む光、２４は表示像、２５は発光手段から
の情報を含む光、２６は表示体である透過型液晶表示素
子、２７は冷陰極管からなる光源、２８は折り返しミラ
ー、２９はこれらを保持、保護する筐体たる本体であ
る。ここで、光源２７から発した光は透過型液晶表示素
子２６を通過し、折り返しミラー２８で反射してコンバ
イナー２２に照射され、反射されて運転者等の観視者２
１に認識される。

【０００５】一方最近、光学的素子としての簡素さ、お
よび付加される機能の豊富さから、上記のコンバイナー
として、ホログラムを使用することが注目されるように
なっている。このホログラフィックコンバイナーは反射
機能（回折機能）のみならず、レンズ機能等を併せ持つ
ことができるので、光学的情報を運転手の視野方向に回
折したり、あるいは、他にレンズ等の光学系を使用せ
ず、任意の位置に表示像を結像したりすることが可能と
なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のＨＵＤは運転者
の前方の前景と表示を重畳させるものであるため、前景
輝度を損なわずに表示像が視認できる必要がある。その
ため、発光手段においては前景輝度以上の輝度を発する
光源が必要である一方、コンバイナーは透過率が高く、
発光手段からの情報を含む光に対しては高い反射性能ま
たは回折性能を有するという機能が求められる。

【０００７】しかし、車両等においてこのＨＵＤが使用
される環境での前景は夜間の非常に暗い状態から日中の
非常に明るい状態または冬季の雪面までさまざまである
ため、このような状態で表示を視認できるようには、低
輝度から高輝度まで変化できる発光手段が求められる。
この高輝度の発光手段は高価で寿命が短く、サイズも大
きく、エネルギー消費も増加し発熱を伴うのでその対策
が必要となるなど、このようなＨＵＤにおいて発光手段
に対する負荷が大きかった。

【０００８】また、前景輝度を損なわないといっても、
日中の明るい状態では前景輝度以上に表示輝度を高くす
ると表示は眩しく見にくいため、適度に前景が透過した
暗いコンバイナーの方が、コントラストが良いため表示
が見やすくなる。一方、夜間等の非常に暗い状態では表
示輝度は低くても高コントラストの表示となるため、前
景の視認性という点で透過性の高いコンバイナーの方が
よい。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、光線を発生する発光手段
と、前記光線を観視者方向に向けて反射および／または
回折するように配されたコンバイナーとを少なくとも備
え、該コンバイナーによって形成される表示像を観視者
前方に視認できるようにしたヘッドアップディスプレイ
装置に用いられるコンバイナーであって、該コンバイナ
ーの透過率は外光により変化することを特徴とするヘッ
ドアップディスプレイ装置用コンバイナー、を提供する
ものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明のコンバイナーの一例の
基本的構成を示す模式的断面図である。ここで、１は運
転者等の観視者、２はコンバイナー、３はコンバイナー
で回折した情報を含む光、４は表示像、５は発光手段か
らの情報を含む光、６は発光手段側となる透明ガラス
板、７はホログラム、８は中間膜、９はフォトクロミッ
クガラス板である。

【００１１】コンバイナー２は図３に示す従来例と同じ
ように本体２９にコンバイナー２２と同様に取着される
もので、発光手段から発した情報を含む光はコンバイナ
ー２に照射され、ホログラム７により回折されて運転者
等の観視者１により表示像４が認識される。

【００１２】図１において、ホログラム７は透明ガラス
板６とフォトクロミックガラス板９による合わせガラス
に封入されており、透明ガラス板６表面にホログラム７
を貼り付け、さらにホログラム７の表面にポリビニルブ
チラールの合わせ中間膜８を介してフォトクロミックガ
ラス板９が積層されているものである。この積層体をコ
ンバイナー２とし、フォトクロミックガラス板９を発光
手段と反対側にして使用時に所定の角度で保持される。

【００１３】このフォトクロミックガラス板９は光によ
り暗化（着色、変色）し、光の照射をやめると可逆的に
退色する（もとの無色または着色状態にもどる）現象で
あるフォトクロミズムの特性を有するものである。

【００１４】図１の例において、フォトクロミックガラ
ス板９としては眼鏡用フォトクロミックガラスとして実
用化されているチャンス−ピルキントン社製のリン酸塩
系のフォトクロミックガラス（商品名：Ｒｅａｃｔｏｌ
ｉｔｅ Ｒａｐｉｄｅ）を用いた。

【００１５】図２は、図１の例に用いたフォトクロミッ
クガラス板９の分光透過特性を示す図であり、図２にお
いて実線が太陽光を２０分照射した後の特性であり、破
線が未照射の場合の特性を示したものである。

【００１６】図１に示したコンバイナー２と、図３に示
した本体２９を用いたヘッドアップディスプレイ装置を
車両に搭載して実験したところ（以下、本実施例とい
う）、夜間ではコンバイナーの透過率が高くて前景およ
び表示が良好に確認でき、昼間の明るい環境ではコンバ
イナーが暗化してコントラストの良い表示が視認できる
とともに、明るい環境であるのでコンバイナー越しにも
前景が良好に確認できた。

【００１７】図１の例のホログラム７は、発光手段の輝
線スペクトルを考慮して、中心回折波長を５４３ｎｍと
し、入射角２５度、回折角２５度、効率９０％、発光手
段とコンバイナー２の距離を１４０ｍｍ、倍率４倍とな
るように作製した反射型ホログラムである。

【００１８】発光手段の光は透過型液晶表示素子を通過
し、折り返しミラーで反射してコンバイナー２に照射さ
れ、反射回折されて運転者等の観視者に認識される。こ
のときコンバイナー２へ向けられた、情報を含む光５は
フォトクロミックガラス板９のフォトクロミズムの特性
を変えうる光であるが、フォトクロミックガラス板９に
到達する前にホログラム７により大部分が回折されてし
まい、さらには外光に比べてエネルギーが弱いため、表
示のための光５によってはほとんど変化が起こらない。

【００１９】また図１の例のホログラム７は、厚さ２０
μｍ、縦７０ｍｍ、横７０ｍｍのアクリル系フォトポリ
マーからなるリップマンタイプの体積・位相型の反射型
ホログラムである。

【００２０】本発明におけるコンバイナーのホログラム
としては、通常は数十ｍｍ角〜数百ｍｍ角程度の面積
で、数μｍ〜数十μｍ程度の厚みであり、光回折機能を
持つもので、リップマンタイプ（反射型）のものが比較
的使いやすいが、その他ホログラムと呼ばれるものを広
く用いることができる。また、ホログラム材料として
は、その他のフォトポリマー、重クロム酸ゼラチン、銀
塩など種々の感光材を用いることができる。

【００２１】ホログラムの中心回折波長は、前記発光手
段のピーク波長とほぼ一致させることが、光の利用効率
を高めるうえで、また表示の光によりフォトクロミック
ガラス板のフォトクロミズムによる変化を生じさせない
ためにも好ましい。さらにはホログラムの回折波長の帯
域は、前記発光手段の波長の帯域を包合することが、表
示の光によりフォトクロミックガラス板のフォトクロミ
ズムによる変化を生じさせないためにも好ましい。

【００２２】そして、ホログラムの中心回折波長は、性
質の異なる光で多重露光を施して形成したものであった
り、異なる光で露光した複数のホログラムを重ねたもの
であってもよく、表示体を多色とすればこれに合わせて
ホログラムを作製し多色表示とすることも可能である。

【００２３】このように、本発明のコンバイナーにおけ
るホログラムの仕様はこれらに制限されるものではな
く、装置構成、発光手段の特性により種々の変更が可能
である。

【００２４】本発明のコンバイナーにおいて、ホログラ
ムは、外的要因からの保護の点に鑑みて、合わせガラス
の内部に封入して用いることが好ましい。合わせガラス
は、少なくとも１枚のフォトクロミックガラス板を含む
ガラスにポリビニルブチラール膜、ポリウレタン膜等の
合成樹脂膜を積層、接着したものであり、その形態の例
としては、ガラス板／合成樹脂膜、ガラス板／合成樹脂
膜／ガラス板、ガラス板／合成樹脂膜／合成樹脂板、等
が挙げられる。ホログラムは、これらのガラス板または
合成樹脂膜の境界部に封入されればよい。ホログラムの
装着されるガラス板は、着色されていたり、表面に、反
射防止膜や、黒色系等のセラミックス膜や熱線反射膜、
ハードコート等の機能膜が設けられていてもよい。

【００２５】また、ガラス板は熱的変形が少ないのでホ
ログラムの保持としては最適であるが、コスト面、軽量
化、割れによる危険防止の観点からはガラス板の替わり
に樹脂板が好適に用いられる。この場合には、有機化合
物によるフォトクロミズムの特性を有する樹脂板と、も
う１枚の樹脂板とによる２枚の樹脂板の間に接着剤等で
ホログラムを封止することのほか、２枚の樹脂板の間に
フォトクロミズムの特性を有する材料とホログラムを封
止することが、外的要因からの保護の点に鑑みて好まし
い。さらには、樹脂板と樹脂フィルムとの組み合わせで
もよく、ガラス板と同様に、その表面に反射防止膜や樹
脂板の保護のためのハードコート等の機能膜が形成され
ていてもよい。

【００２６】また、図１の例ではコンバイナー２はホロ
グラムを用いて、他にレンズ等の光学系を使用せずに表
示像拡大の機能を得ているが、コンバイナーに表示像拡
大の機能があまり必要でないならば、ハーフミラータイ
プのコンバイナーでもよく、さらにはこれに曲率を付け
拡大の機能を付けることも可能である。また、ハーフミ
ラータイプのコンバイナーの場合には、ガラス板や樹脂
板またはフォトクロミックガラス板にスパッタ等により
発光手段側となる面に反射膜を形成し、保護膜が形成さ
れたもの等が使用できる。また、この場合にもハーフミ
ラーの特性とフォトクロミックガラス板のフォトクロミ
ズムの特性を考慮して決定される。

【００２７】フォトクロミックガラス板としては、図１
の例のような母ガラスがリン酸塩系のもののほか、ホウ
ケイ酸塩系やハロゲン化銀コロイド粒子を含むハロゲン
化銀ガラスを用いてもよいが、実用性、着色速度、退色
速度を考慮するとリン酸塩系が好ましい。さらには、有
機化合物によりフォトクロミズムの特性を有するものも
多く知られ、使用可能であるが、本発明の用途から考慮
するとフォトクロミックガラスがより好ましい。

【００２８】本実施例の発光手段としては、冷陰極管、
フィルター、透過型液晶表示素子としてＤＳＴＮ ＬＣ
Ｄと呼ばれるドットマトリックス型のＬＣＤの構成と
し、冷陰極管の緑の輝線スペクトルを利用した。この
他、熱陰極管、タングステンランプ、ハロゲンランプ、
メタルハライドランプ、ＬＥＤ、ＬＤ（レーザーダイオ
ード）と透過型液晶表示素子を組み合わせたり、ＬＥＤ
や蛍光表示管（ＶＦＤ）のような自己発光型の発光手段
を用いることも可能である。

【００２９】また、透過型液晶表示素子としては、ＤＳ
ＴＮ ＬＣＤのほか、セグメントタイプのＶＨＣ（Ｖｅ
ｒｙ Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｔｒａｓｔ） ＬＣＤと呼ばれ
るＬＣＤや、ドットマトリックス型で薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）アクティブマトリックス駆動方式のＬＣＤを
用いることも可能である。

【００３０】また、表示パターンはその用途により適宜
選択されるものであり、スピード表示、車両の警告灯、
ウィンカー、車幅灯、コーナーマーカーに関する表示や
渋滞情報などの文字情報などが例として挙げられ、有用
な情報であれば特に限定はされない。また、観視者と
は、主に車両の運転手であり、その他、助手席その他の
同乗者や、これらすべてを含めることができる。

【００３１】さらに、本体に外光受光センサと周囲の明
るさにより発光手段の明るさを自動調整する制御手段お
よび／または手動により発光手段の明るさを調整する制
御手段を設ければ、環境の明るさに応じた輝度の表示像
を得ることができ、また、手動によっても調整が可能と
なるので、個々人の希望により明るさを調整でき、視認
性が向上するのでより好ましい。

【００３２】この他、外光により透過率を変化させるコ
ンバイナーを得る方法としては液晶やエレクトロクロミ
ック現象を用いてコンバイナーの透過率を電気的な制御
によって変化させることも可能であるが、それらを制御
する回路網やコンバイナー自体の構成が複雑になるとい
う点から本発明のようなフォトクロミズムの現象を用い
たものの方がコスト、装置構成の点から好ましい。

【００３３】また、表示体からコンバイナー間の光経路
内には折り返しミラーや凹面鏡、プリズム、レンズ、色
フィルターや偏光素子等の光学部材が備えられていても
よく、表示像の収差の防止や表示像の所望の大きさを得
るために、種々の光学部材が備えられていてもよい。さ
らには、他のホログラムを用いて、２枚のホログラムで
収差補正を行うこともできるが部品点数の増加や価格、
大きさを考慮すると、図１の例のようになるべく簡単な
構成が好ましい。

【００３４】本発明のコンバイナーによるヘッドアップ
ディスプレイ装置は、観視者たる運転者等の自然な視野
内である車両のフロントガラスの近傍に配置することが
好ましく、車両のダッシュボード上に設置することが好
ましいが、特にこれに捕らわれず設置が可能であり、さ
らには車両用のヘッドアップディスプレイ装置に限らず
他のディスプレイ装置にも応用が可能である。

【００３５】また、本発明の構成と同様の構成を用いて
フロントガラスにコンバイナーを形成して、ヘッドアッ
プディスプレイ装置に使用してもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、発光手段に過大の負荷
を与えることなく、また明るい環境でも暗い環境でも、
使用される環境に応じて、見やすい表示が得られるヘッ
ドアップディスプレイ装置を構成できる。また、フォト
クロミック材料を用いると、コンバイナーを電気的、機
械的に何ら制御する必要がないためコンパクトにヘッド
アップディスプレイ装置を構成でき、表示の画像品質が
良いヘッドアップディスプレイ装置を車両に搭載するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンバイナーの一例の基本的構成を示
す模式的断面図

【図２】フォトクロミックガラス板９の分光透過特性を
示す図

【図３】従来の別置き型ＨＵＤの構成を示す概念図

【符号の説明】

１、２１：観視者 ２、２２：コンバイナー ３、２３：コンバイナーで反射した情報を含む光 ４、２４：表示像 ５、２５：発光手段からの情報を含む光 ６：透明ガラス板 ７：ホログラム ８：中間膜 ９：フォトクロミックガラス板 ２６：透過型液晶表示素子 ２７：光源 ２８：折り返しミラー ２９：本体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光線を発生する発光手段と、前記光線を観
   視者方向に向けて反射および／または回折するように配
   されたコンバイナーとを少なくとも備え、該コンバイナ
   ーによって形成される表示像を観視者前方に視認できる
   ようにしたヘッドアップディスプレイ装置に用いられる
   コンバイナーであって、該コンバイナーの透過率は外光
   により変化することを特徴とするヘッドアップディスプ
   レイ装置用コンバイナー。
2. 【請求項２】上記コンバイナーにはフォトクロミック材
   料が設けられ、かかるフォトクロミック材料によって、
   外光により透過率が変化可能と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ディスプレイ装置用コ
   ンバイナー。
3. 【請求項３】上記コンバイナーにはホログラムが設けら
   れ、かかるホログラムによって、発光手段から発生した
   光線を観視者方向に向けて反射および／または回折可能
   とされていることを特徴とする請求項１または２記載の
   ヘッドアップディスプレイ装置用コンバイナー。
4. 【請求項４】光線を発生する発光手段と、請求項１〜３
   いずれか１項記載のコンバイナーとを少なくとも備え、
   該コンバイナーによって形成される表示像を観視者前方
   に視認できるようにしたヘッドアップディスプレイ装
   置。