JPH0411525A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ０発明の目的 １）産業上の利用分野 本発明は、鉄道車両、バス等の乗物の操縦者が前方外界
の景色を見ながら操縦する際に、その操縦者が見ている
前方の外界の情景に種々の情報（たとえば、遠度情報、
ブレーキ情報、時刻情報等）を重ねて表示するヘッドア
ップデイスプレィに関する。

このようなヘッドアップデイスプレィを用いれば、操縦
者は一々外界から夜線をそらせて計器票を見る必要がな
くなるので、外界から視線をそらせている問に生じる不
慮の事故を防ぐことができる。

２）　従来の技術 前記従来のヘッドアップデイスプレィは、普通、操縦者
の視野前方にハーフミラ−またはホログラム素子等のコ
ンバイナを配置し、そのコンバイナは外界の情景から出
射した光線を操縦者の方向に透過させるとともに操縦室
内鍔から前記コンバイナに入射した情報表示光を操縦者
の方向に反射または回折させるように構成されている。

そして、前記情報表示光をコンバイナに入射させる情報
投光装置は、ＣＲＴ、プラズマデイスプレィまたは発光
ダイオードデイスプレィ等の光学的情報表示手段とこの
光学的情報表示手段から出射した光を前Ｊ己コンバイナ
に入射させる光学部材とを備えている。そして、前記光
学部材は、普通、レンズ系および反射鏡等から構成され
ており、前記情報表示光を操縦者が正面の視野の中に視
認できるように構成されている。

３）発明が解決しようとする課題 ところで、鉄道車両またはバス、船舶等の乗物に使用さ
れるヘッドアップデイスプレィは、航空機用のヘッドア
ップデイスプレィに比較して、表示精度は粗くてもよい
が、簡素な構成や装置デザイン（ヘッドアップデイスプ
レィの構成要素と、それ以外の各種装置の構成要素との
位置関係の設計）が要求される場合がある。このため、
前記鉄道車両等で使用されるヘッドアップデイスプレィ
では航空機で使用されるコンバイナを省略して、フロン
トガラス自体をコンバイナとして利用することが考えら
れる。

そこで、本発明者は前記フロントガラス自体をコンバイ
ナとして利用した鉄道車両用のヘッドアップデイスプレ
ィを試作してみた。その試作品のヘッドアップディスプ
レイの設計において、フロントガラスを平板と見なし、
表示面で表示された情報がレンズ、ミラー等の光学部材
によりフロントガラスの前方に虚像として表示されるよ
うに前記光学部材を設計した。

ところが、その試作品のヘッドアップディスプレイでは
、非常に目が疲れることが分かった。その原因は検討の
結果状の理由によるものと分かった。すなわち、鉄道車
両のフロントガラスは車体の一部を構成することから、
車体全体の形状に合わせたデザインとすることが行われ
る。このデザイン上の関係からフロントガラスは平面で
はなく曲率の小さな曲面に形成されており、多くの場合
、縦方向（上下方向）と横方向（左右方向）とで曲率が
異なる曲面（すなわち、縦方向と横方向とで光学的なパ
ワーが異なる形状）に形成されている。

その曲面形状は鉄道車両の種類によって異なるが、軸が
略鉛直または水平な曲率の小さな円筒面やそれらに近似
する曲面が多い、ヘッドアップデイスプレィの表示面で
表示された情報は、凸レンズ、ミラー等の光学部材を透
過して、前記小さな曲率の略円筒状のフロントガラス内
面の円筒状凹面で反射してから運転手の目に至る。この
ため、運転手により視認される表示情報は歪んで見える
ことになる。たとえば、前記フロントガラスで反射して
視認される表示情報は、前とフロントガラスの円筒状凹
面の軸が略鉛直な場合（横方向に光学的なパワーを有す
る場合）、運転手の左右の目には前記表示面の情報表示
光が前記円筒状凹面で反射するときに光軸に近付く方向
に曲げられ、見た目には左右に離れた位１に虚像が現れ
る場合が生じる。このようなフロントガラスが有する小
さな曲率による表示情報の歪みが目の疲れる原因である
ことが分かった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので。

縦方向および横方向の曲率が興なるフロントガラスをコ
ンバイナとして利用した乗物用のヘッドアップデイスプ
レィにおいて、構成を複雑化することなく、表示された
情報を楽に視認できるようにすることを課題とする。

Ｂ１発明の構成 １）課題を解決するための手段 前記課題を解決するために、本発明の乗物用のヘッドア
ップデイスプレィは、情報が表示される表示面を有する
光学的情報表示手段と前記表示面から出射した情報表示
光を所定の方向に投光する光学部材とを備えた情報投光
装置と、 操縦者の前方に傾斜して設けられ、前方の外界の情景を
操縦者が視認できるように前記外界からの光線を前方か
ら後方に透過させるとともに前記情報投光装置から投光
された情報表示光を操縦者が視認できる方向に反射する
コンバイナの機能を有するフロントガラスとを備えた乗
物用のヘッドアップデイスプレィにおいて、 前記情報表示光を反射するフロントガラスの反射面は縦
方向および横方向で光学的なパワーが異なるように構成
され、前ｊ己光字部材は、前記フロントガラス反射面の
縦方向および横方向の光学的なパワーの差を補償するシ
リンドリカル光学部材を有することを特徴とする４ 前記シリンドリカル光学部材としては、シリンドリカル
ミラー、またはシリンドリカルレンズ等を用いる１こと
ができる ２）作　用 前述の特徴を備えた本発明のヘッドアップデイスプレィ
では、縦方向（上下方向）および横方向（左右方向）の
屈折率が異なるように構成されたフロントガラスによっ
て生じる表示情報の歪みは、前記フロントガラスの上下
方向および左右方向の屈折率の差を補償するシリンドリ
カル光学部材によって補償されているので、運転手は、
歪みの少ない表示情報を楽に視認することができる。

３）実施例 以下、図面により本発明の第１実施例を説明する。

第１図において、鉄道車両１の前端部には運転室２が設
置されている。この運転室２には、操縦者Ｍ用の座席３
の前方に計器盤４が配設されている。また、前記運転室
２の前方には鉄道車両１の車体下部５と天井６との間に
コンバイナとして利用されるフロントガラスＣが配設さ
れている。このフロントガラスＣは前方に行くに従って
下方に傾斜するように配置されており、その内面は曲率
が小さく軸が水平な円筒状凹面に形成されている。

前記運転室２の計器＠４には光学部材Ａおよび光学的情
報表示手段としてのＣＲＴ　（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ
　Ｔｕｂｅ、陰極線管）表示管りが配設されている。

このＣＲＴ表示管ｐの表示面は例えば５１２Ｘ５１２ド
ツトのビクセルに分割されており、各々のピクセルの輝
度をコントロールすることにより必要な情報（速度情報
、時刻情報等）が表示される。

前記光学部材Ａは、レンズ系Ａ１、反射面が凸のシリン
ドリカルミラーＡ２および凸レンズＡ３等から構成され
ており、前記ＣＲ７表示管りから出射した情報表示光り
を前記フロントガラスＣに入射させるように配置されて
いる。

なお、前記ＣＲ７表示管りの代わりに、液晶デイスプレ
ィ、プラズマデイスプレィまたは発光ダイオードデイス
プレィ等のフラットな光学的情報表示手段を採用するこ
とも可能である。

次に、前記シリンドリカルミラーＡ２の製造方法を第２
Ａ〜２Ｄｆ！Ｉにより説明する。

第２１７１に示すように、耐火レンガ等の耐熱材料で構
成されたシリンドリカルな表面を有するブロック１０の
上にガラス１１を載せる。これを炉の中に入れてガラス
１１の融点近くの適当な温度に保持する。そうすると、
第２Ｃ図に示すように、ガラス１１は自重によりプロ・
ｙり１０の表面に沿うように曲がる。この第２Ｃ図に示
すガラスを炉から取り出して、端部１０ａ、１０ｂを切
り落とすと、第２Ｄ図に示すシリンドリカルガラス１１
が得られる。この第２Ｄ図に示すシリンドリカルガラス
１１の反射面となる側（今の場合、凸側）にアルミ等の
金属反射膜を形成すると、前記反射凸面を有するシリン
ドリカルミラーＡ２が得られる。

前記フロントガラスＣは前記光学部材Ａから入射した情
報表示光りの一部を透過させるとともにその円筒状凹面
は前記情報表示光りの残部を前記操縦者Ｍに向けて反射
させるように配置されており、また外部の情景等から入
射した外部光Ｊの一部を反射するとともに残部を前記操
縦者Ｍに向けて透過させるように配置されている。そし
て、この実施例のフロントガラスＣの前記円筒状凹面は
縦方向に正のパワーを有しており、前記シリンドリカル
ミラーＡ２の反射凸面は前記正のパワーを打ち消す負の
縦方向のパワーを有するように構成されている。これは
本実施例のレンズ系Ａ１、凸レンズＡ３の合成パワーが
、フロントガラスＣが平板状である場合に対して適切な
値となるように設定されているからである。このように
設定した場合、フロントガラスＣの縦方向に正のパワー
を有する円筒状凹面によって前記設定が変更されるので
、前記縦方向に負のパワーを有するシリンドリカルミラ
ーＡ２を用いて補償しているのである。

前記光学部材ＡおよびＣＲ７表示管りから情報投光装置
Ｋが構成されており、また、前記コンバイナとして機能
するフロントガラスＣ１前記情報投光装置に等からヘッ
ドアップデイスプレィＨ（第１０参照）が構成されてい
る。

次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用につい
て説明する。

第１図中左側に在る外界からフロントガラスＣに向って
進んで来た外部光線Ｊは、一部はフロントガラスＣで外
界に反射し、残部はそのままフロントガラスＣを透過し
て直進し、操縦者Ｍの眼に至る。これにより操縦者Ｍは
外界の情景をそのまま視認することができる。一方、前
記情報投光装置にのＣＲ７表示管りから出射した情報表
示光りは光学部材Ａを通過してフロントガラスＣに入射
する。そして、フロントガラスＣに入射した情報表示光
りは、一部はフロントガラスＣを透過して外界に出射さ
れるが、残部は反射して操縦者Ｍの眼に至る。これによ
り操縦者Ｍは情報表示光りを視認することができる。そ
して、前記情報表示光りは、光学部材Ａのシリンドリカ
ルレンズＡ２の反射凸面で縦方向に拡散されるが、フロ
ントガラスＣの円筒状凹面で縦方向に収束される。すな
わち、情報表示光りは、フロントガラスＣにより縦方向
に収束される分だけ、予めシリンドリカルレンズＡ２の
反射凸面で補償されている。したがって、前記操縦者Ｍ
が視認する情報表示光りは歪みが少ない、したがって、
操縦者Ｍは情報を楽に視認することができる。

前記実施例によれば、装置デザインの制約から光路を変
更するために使用されている平板状の反射ミラーを、シ
リンドリカルミラーとすることにより、装置を複雑化す
ることなく、フロントガラスＣによる表示情報の歪みを
簡単に補正することができる。

次に、第３図により本発明の第２実施例を説明する。

ヘッドアップデイスプレィＨは、フロントガラスＣと、
その下方に配置された情報投光装置Ｋとを備えている。

この第２実施例のフロントガラスＣの内側反射面は横方
向（左右方向）に正の光学的パワーを有するように形成
されている。また、前記情報投光装置にのケーシング２
０内には図示されていないが、前記第１実施例と同様の
ＣＲ１表示管（光学的情報表示手段）Ｄ、および、光学
部材Ａが収納されている。但し、この第２実施例の光学
部材Ａは、前記第１実施例のシリンドリカルミラーＡ２
の代わりに平板ミラーを用いている点で第１実施例と相
違しているが、他の構成要素であるレンズ系Ａ１および
凸レンズＡ３（図示せず）は同様の性質のものを使用し
ている。そして、前記光学部材Ａの構成要素である凸レ
ンズＡ３は、ゲージング２０の上部に配設されたダスト
カバー支持壁２１の内側下部に配設されている。

そして、この第２実施例においても、前記第１実施例と
同様に、レンズ系Ａ１および凸レンズＡ３の合成パワー
が、フロントガラスＣが平板状である場合に対して適切
な値となるように設定されている。

ところが前述のように、この第２実施例のフロントガラ
スＣの内側反射面は横方向に正のパワーを有しているの
で、そのフロントガラスＣ内面のパワーを打ち消す光学
部材を配設する必要がある。

このため、前記ダストカバー支持壁２１の上面には裏面
がシリンドリカルに、表面が平坦に形成された透明プラ
スチック製のダストカバー２２が配設されている（第３
図に示すダストカバー２２の拡大図では、裏面が上にし
て示されている。したがって、拡大図で示したダストカ
バー２２はこれを裏返した状態で前記ダストカバー支持
壁２１上面に配設される）、このダストカバー２２は、
小径のシリンドリカルレンズ部２２ａと大径のフランジ
部２２ｂとから構成されており、プラスチック原料を型
に流し込んで成形した後、周辺部を切削してフランジを
残すことにより製作される。前記シリンドリカルレンズ
部２２ａは、前記フロントガラス０反剤面の前記横方向
の正のパワーを打ち消すように、負のパワーを有するシ
リンドリカル凹レンズとして形成されている。

この第２実施例は、光学部材Ａの構成要素である前北凸
レンズＡ３の上側（フロントガラスＣのある側）にダス
トカバーを兼ねるシリンドリカルレンズ（すなわち、シ
リンドリカル光学部材）を配置した構成とすることによ
り、前記第１実施例と同様にフロントガラスＣのパワー
を補償している。

前記第２実施例は、情報投光装置にのケーシング２０に
設けるダストカバーにシリンドリカルレンズの機能を持
たせることにより、装置を複雑化することなく、フロン
トガラスによって生じる表示情報の歪みを補正すること
ができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実
施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載
された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行う
ことが可能である。

たとえば、前記第１実施例のレンズ系Ａ１、凸レンズＡ
３の縦方向の合成パワーが縦方向に正のパワーを有する
円筒状凹面のフロントガラスＣに対して適切な値となる
ように設定された場合には、全体として横方向のパワー
が不足するようになるので、シリンドリカルミラーＡ２
を横方向に正のパワーを有する構成として、前記横方向
のパワー不足を補償するようにすることも可能である。

また、前記第１実施例において、フロントガラスＣの前
記円筒状凹面が縦方向ではなく横方向に正のパワーを有
している場合には、前記シリンドリカルミラーＡ２の反
射凸面は前記正のパワーを打ち消す負の横方向のパワー
を有するように構成することも可能である。さらに、本
発明は鉄道車両だけでなくバスや船舶等の乗物にも適用
することが可能である。

Ｃ１発明の効果 前述の本発明のヘッドアップデイスプレィは、縦方向お
よび横方向の曲率が興なるフロントガラスをコンバイナ
として利用した乗物用のヘッドアップディスプレイにお
いて、フロントガラスの上下方向および左右方向の屈折
率の差を補償するシリンドリカル光学部材を設けたので
、歪みの少ない表示情報を視認することができるように
なる。

シリンドリカルミラーやシリンドリカルレンズ等のシリ
ンドリカル光学部材は容易に製作することができ、前記
シリンドリカルミラーは平板状ミラーの代わりに配置す
ればよく、また、シリンドリカルレンズは情報表示光が
フロントガラスに入射する前の位置に挿入すればよいの
で、構成が複雑化することもない。

【図面の簡単な説明】

第１区は本発明のヘッドアップデイスプレィの第１実施
例の全体説明図で鉄道車両に適用した図、第２Ａ〜２Ｄ
図は同実施例のシリンドリカルミラーの製造方法の説明
図、第３図は同第２実施例の説明図、である。 Ａ・・・光学部材、Ｃ・・・フロントガラス（コンバイ
ナ）、Ｄ・・・光学的情報表示手段（ＣＲＴ）　、Ｈ・
・・ヘッドアップデイスプレィ、Ｋ・・・情報投光装置
、Ｌ・・・情報表示光、Ｍ・・・操縦者、第２Ｃ図 第２Ａ図 第２Ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　情報が表示される表示面を有する光学的情報表示手段
   と前記表示面から出射した情報表示光を所定の方向に投
   光する光学部材とを備えた情報投光装置と、 操縦者の前方に傾斜して設けられ、前方の外界の情景を
   操縦者が視認できるように前記外界からの光線を前方か
   ら後方に透過させるとともに前記情報投光装置から投光
   された情報表示光を操縦者が視認できる方向に反射する
   コンバイナの機能を有するフロントガラスとを備えた乗
   物用のヘッドアップディスプレイにおいて、 前記情報表示光を反射するフロントガラスの反射面は縦
   方向および横方向で光学的なパワーが異なるように構成
   され、前記光学部材は、前記フロントガラス反射面の縦
   方向および横方向 なパワーの差を補償するシリンドリカル光学部材を有す
   ることを特徴とする乗物用のヘッドアップディスプレイ
   。