(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の前方に配置されるコンバイナと、画像表示光を画像表示面から出射する表示器とを備え、その画像表示光の光路をコンバイナにより変更することで、そのコンバイナの前記前方に観察対象の虚像を形成可能なヘッドアップディスプレイにおいて、その画像表示面に対向する光学素子が、その画像表示光を光路変更して前記コンバイナに導くことができるように設けられ、その光学素子の光路変更面は入射光を発散可能に凸曲面とされ、前記表示器は前記光学素子の前記前方に配置され、前記光学素子の光路変更面は、前記画像表示光を光路変更により前記前方の斜め上方に向かい進行させるように鉛直方向に対して傾斜され、前記表示器の画像表示面は、下方に向かうに従い前記光学素子から離れるように鉛直方向に対して傾斜されると共に、前記光学素子の光路変更面は、前記コンバイナの前方から前記コンバイナを透過して前記光路変更面に至る外光が再びコンバイナに向かうことがないように光路変更することを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両や船舶等の乗物に搭載するのに適したヘッドアップディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ナビゲーション情報を車両のドライバーに提供するヘッドアップディスプレイとして、観察者の前方に配置されるコンバイナと、画像表示光を画像表示面から出射する表示器とを備えるものが用いられている。その画像表示光の光路を、そのコンバイナにより変更することで、そのコンバイナの前方に観察対象の虚像を形成する。また、そのコンバイナを透過する光により、そのコンバイナの前方の景色を視認可能とする。
【０００３】
その表示器から出る画像表示光をコンバイナにより直接に光路変更する場合、表示器から観察者の瞳までの画像表示光の光路長が短くなり、観察者から虚像結像位置までの距離が短くなる。そうすると、車両前方の実際の景色を注視している状態から虚像を認識するまでに時間を要し、運転上好ましくない。また、その光路長を長くするために画像表示器とコンバイナとの距離を大きくすると、ヘッドアップディスプレイが大型化する。
【０００４】
そこで、その画像表示面に対向するミラーを設け、そのミラーの反射面により画像表示光を反射して上記コンバイナに導くことで、装置を大型化することなく一定のスペース内で画像表示光の光路長を長くすることが考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのミラーの反射面は平坦面若しくは凹面とされている。そのため、コンバイナを透過した太陽光等の外光が、そのミラーにより反射されることで画像表示面における狭い領域において集束し、その入射光に含まれる赤外線が画像表示面において吸収される。そうすると、その画像表示面に熱が集まり、表示性能の低下等の問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することの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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、観察者の前方に配置されるコンバイナと、画像表示光を画像表示面から出射する表示器とを備え、その画像表示光の光路をコンバイナにより変更することで、そのコンバイナの前記前方に観察対象の虚像を形成可能なヘッドアップディスプレイにおいて、その画像表示面に対向する光学素子が、その画像表示光を光路変更して前記コンバイナに導くことができるように設けられ、その光学素子の光路変更面は入射光を発散可能に凸曲面とされ、前記表示器は前記光学素子の前記前方に配置され、前記光学素子の光路変更面は、前記画像表示光を光路変更により前記前方の斜め上方に向かい進行させるように鉛直方向に対して傾斜され、前記表示器の画像表示面は、下方に向かうに従い前記光学素子から離れるように鉛直方向に対して傾斜されると共に、前記光学素子の光路変更面は、前記コンバイナの前方から前記コンバイナを透過して前記光路変更面に至る外光が再びコンバイナに向かうことがないように光路変更することを特徴とする。
これにより、コンバイナを透過した太陽光等の外光が、その画像表示面において光路変更された後に観察者に向かうのを防止できる。
【０００８】
本発明の構成によれば、コンバイナを透過した太陽光等の外光は光学素子の光路変更面に入射すると、その光路変更面において発散されるので、狭い範囲に集束することはない。よって、その外光に含まれる赤外線による画像表示面での熱の集中を緩和できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１、図２の（１）、（２）は、車両用ヘッドアップディスプレイ１を示し、コンバイナ２と、画像表示器３と、その画像表示器３を内蔵すると共に上向きに開く出射口５ａを有するハウジング５と、その出射口５ａを覆う透明カバー９とを備える。
【００１２】
そのコンバイナ２は、そのハウジング５の上部の前方側（図２の（１）、（２）において左方側）に、ヒンジ６を介して左右回転軸６ａ中心に回転可能に設けられている。そのハウジング５が、例えばダッシュボードの上面に取り付けられることで、そのコンバイナ２と画像表示器３とはドライバー（観察者）の前方に配置される。
そのコンバイナ２としては、例えば、板状のハーフミラーやホログラム素子等を用いることができる。ハーフミラーを用いる場合は反射により光の光路を変更し、ホログラム素子を用いる場合は回折により光の光路を変更する。その光路変更面は、コンバイナ２の表面であってもよいし裏面であってもよい。
【００１３】
その画像表示器３は、例えばナビゲーション情報等に対応する画像表示光Ｌを、後方を向く画像表示面３ａから後方に向かい出射する。この画像表示器３として、例えば、光源としてバックライトを有する液晶表示器を用いることができる。また、バックライトを必要としない蛍光表示管、ＬＥＤ、ブラウン管等により画像を表示する表示器を用いることもできる。
【００１４】
その画像表示面３ａに対向するように、前方を向く反射面（光路変更面）８ａを有するミラー（光学素子）８が、上記透明カバー９の下方においてハウジング５に内蔵される。そのミラー８は、その画像表示光Ｌを全反射することで光路変更する。その反射面８ａは、入射光を発散できるように凸曲面とされ、また、上方に向かうに従い後方に向かうように鉛直方向に対して傾斜する。これにより、ミラー８による全反射により光路を変更されることで、その画像表示光Ｌは上記出射口５ａから前方斜め上方に向かい進行し、上記コンバイナ２に導かれる。上記画像表示面３ａは、下方に向かうに従いミラー８から離れるように鉛直方向に対して傾斜される。
【００１５】
そのコンバイナ２は、左右回転軸６ａ中心に回転することで、図２の（１）に示すように、その出射口５ａから出射される画像表示光Ｌの光路を変更してドライバーの瞳Ｅに導く使用位置と、図２の（２）に示すように、その出射口５ａの前方側を閉鎖する収納位置との間で変位可能とされている。
【００１６】
そのコンバイナ２による画像表示光Ｌの光路変更により、そのコンバイナ２の前方に観察対象の虚像が形成され、また、前方からの光がコンバイナ２を透過してドライバーの瞳に至る。これにより、その虚像と前方に実際に存在する物の双方をドライバーは視認することができる。そのコンバイナ２の光路変更面２ａは、ミラー８の反射面８ａの形状に対応して明瞭な虚像を形成できる形状とされ、且つ、その画像表示光Ｌを集光する機能を有し、単純反射する場合よりもその虚像を前遠方に形成することのできる曲面とされ、例えばトーリック面や軸外し回転対称非球面とすることができる。
【００１７】
そのコンバイナ２とドライバーとの間において、そのハウジング５の上部後方側に可動カバー１２が設けられている。この可動カバー１２は、板状の上面部１２ａと、この上面部１２ａの後縁から下方に延びる背面部１２ｂと、その上面部１２ａの左右側縁後部側から下方に延びる側面部１２ｃとを有し、その側面部１２ｃを介してハウジング５に左右回転軸１２ｄ中心に回転可能に取り付けられている。その可動カバー１２は回転軸１２ｄ中心に回転することで、図２の（１）に示すように、ドライバーの瞳Ｅに向かう画像表示光Ｌを遮ることのない開放位置と、図２の（２）に示すように、ドライバーの瞳Ｅに向かう画像表示光Ｌの一部を遮るようにその出射口５ａの後方側を閉鎖する位置との間で変位する。
【００１８】
図３は比較例を示し、上記実施形態との相違は、ミラー８の反射面８ａが平坦面とされ、画像表示面３ａを鉛直方向に沿うものとした点にある。また、コンバイナ２の光路変更面２ａは、ミラー８の反射面８ａの形状の相違に対応して相違する形状とされる。他は上記実施形態と同様で、同一部分は同一符号で示す。
【００１９】
上記実施形態の構成によれば、図２の（１）において破線で示すように、コンバイナ２を透過した太陽光等の外光Ｒはミラー８の反射面８ａに入射すると、その反射面８ａにおいて発散されるので、狭い範囲に集束することはない。これに対し、図３の比較例で示すように、その反射面８ａ′が平坦面であると、その外光Ｒは反射面８ａ′において発散されることなく画像表示面３ａ′において集束する。すなわち、比較例では画像表示面３ａ′に向かう外光Ｒの一部を、上記実施形態によれば可動カバー１２や表示器３の下方に向かうものとすることができるので、その外光Ｒに含まれる赤外線による画像表示面３ａでの熱の集中を緩和でき、表示器３の表示性能の低下を防止できる。
【００２０】
また、ミラー８の反射面８ａは画像表示光を前方斜め上方に向かい進行するように反射できるように鉛直方向に対して傾斜され、その画像表示面３ａは下方に向かうに従いミラー８から離れるように鉛直方向に対して傾斜する。よって、そのコンバイナ２を透過した外光Ｒの一部が画像表示面３ａに至ったとしても、その外光Ｒを画像表示面３ａにおいて反射させた後にミラー８の下方に導くことで、ドライバーの瞳Ｅに向かうのを防止できる。これにより、その外光による視認性の低下を防止できる。これに対し、図３の比較例では、画像表示面３ａ′は鉛直方向に沿うので、コンバイナ２を透過した外光Ｒは画像表示面３ａにおいて反射された後に画像表示光Ｌと共にドライバーの瞳Ｅに至る。
【００２１】
さらに、上記実施形態では、コンバイナ２を透過した外光Ｒが、ミラー８の反射面８ａにおける反射後に再びコンバイナ２に向かうことがないように、そのコンバイナ２を透過する外光Ｒの入射方向に対してミラー８の反射面８ａは直交することがないものとされている。これにより、その外光Ｒがドライバーの瞳Ｅに至るのを防止できる。
【００２２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では光学素子として全反射ミラーが用いられ、その反射面が凸曲面とされることで入射光が発散されるが、回折により画像表示光の光路を変更すると共に入射光を発散する光学素子を用いてもよい。また、本発明によるヘッドアップディスプレイを車両以外の乗物に搭載してもよく、表示画像の内容もナビゲーション情報に限定されない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、外光に含まれる赤外線の画像表示面での吸収量を低減し、表示性能の低下を防止でき、視認性の良いヘッドアップディスプレイを提供できる。
【００２４】
【本発明の実施態様】
本発明のヘッドアップディスプレイにおいて、光学素子の光路変更面は、コンバイナを透過した外光を、再びコンバイナに向かうことがないように光路変更するのが好ましい。これにより、その外光が観察者の瞳に至るのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイの斜視図
【図２】本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイの（１）は使用時の説明図、（２）は非使用時の説明図
【図３】本発明の比較例のヘッドアップディスプレイの画像表示光の光路を示す図
【符号の説明】
２  コンバイナ
３  画像表示器
５  ハウジング
８  ミラー
Ｌ  画像表示光
【図１】
0004007633.tif 000002
【図２】
0004007633.tif 000003
【図３】
0004007633.tif 000004