JPH0771904B2

JPH0771904B2 - ヘッドアップ表示装置

Info

Publication number: JPH0771904B2
Application number: JP1274785A
Authority: JP
Inventors: シン―ツエン・ルウ
Original assignee: シン―ツエン・ルウ
Priority date: 1989-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH03139441A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景一般の自動車の速度は比較的早く、運転者は運転に専念
し注意をそらさないようにしている。例えば速度、時
間、回転速度（rpm）、燃料油量、温度、湿度等のリア
ルタイム情報値を知りたい場合は、もしもその視線をそ
らすと危険を発生することがある。それに対応してこの
ヘッドアップ表示装置が設計されたのである。従来の自
動車ヘッドアップ表示装置においては、あるものは厚い
透明なガラス表面に投影されるので映像が二重のダブル
イメージが発生し、あるものは反射面の傾斜により表示
映像が変形する（反射原理を利用せるもの）、またある
ものは自動車の加速変位が相対的運動（ドプラ効果）を
生ずるので映像に変位を発生し（直接投影方式）を見え
なくなる。

発明の概要本発明の目的は自動車用ヘッドアップ表示装置を提供す
るもので、高輝度の螢光表示管を利用して特殊鏡を通じ
て両屈折を発生させ、必要とする例えば速度、時間のリ
アルタイムの情報値を誤りなく正確に自動車の目視でき
るウインドシールド・グラス（windshield glass）のち
ょうど真中に表示し見易いようにしてある。本発明は有
名な自動車会社の経験を経たもので、それが正確に目視
するちょうど中央の所に表示されるので、従来のヘッド
アップ表示装置よりも早くその表示した情報値を見るこ
とができる（約0.33秒）。因みに従来のヘッドアップ表
示装置は読取りに約0.46秒を必要とするし、ちょうど中
央の所に表示しないので、それにまたダブルイメージや
ドプラ効果等の不良な問題がある。

本発明はまたオートバイ用ヘッドアップ表示装置を提供
するもので、必要とする情報値を有線あるいは無線信号
をコンバータで安全帽子（ヘルメット）のウインドシー
ルド透明カバーに表示するものである。

本発明の別の目的は独特な電磁感応器を利用し、タイヤ
の大きさにかかわらず正確に車輪の速度を計算するもの
である。

実施例第１図に於いて、本発明の自動車のヘッドアップ表示装
置の構成としては下記のもの、即ち１つの電磁感応器70
1と、タイヤ２の前輪駆動軸３に固定している（あるい
は後輪伝動軸（10上の）複数の磁力発生器703とを含
む。電磁感応器701は磁力発生器703からの磁界を検知し
それから信号線セット705を経て、電磁信号を投射表示
器５内部の計数回路器（１つの８ビット4Kマイクロプロ
セッサIC408及びインタフェース回路を含む計数回路器
回路基板409を含むもので、第４図に詳しく説明してあ
る）に伝送する。投射表示装置５は１つの制御機能線セ
ット418（第２図参照）を経て機能制御箱６と接続して
おり、速度等のリアルタイム情報値を特定倍率の透射鏡
板406（第４図参照）を経て自動車のウインドシールド
・グラス11に貼っている浅い色の透明フィルム４の上に
投射し、そのリアルタイム情報のイメージを正確に表示
するものである。

第２図は本発明の投射表示装置５の構造図を示し下記の
ものを含む。１つの電力及び信号線セット417はその内
には車速を代表する信号線セット705及び表示装置用に
供する電源の電力線セット422（例えば車用の12ボル
ト）を含む。また１つの機能制御箱６のための制御機能
線セット418がある。１つの僅か70％透過率しかない有
色フィルム405が上端に置かれ、これは螢光表示管407
（第４図参照）からの１つの特定倍率透射鏡板406（該
投射表示器内部にあって、第４図参照）を通じて屈折せ
る情報イメージを透過させ、昼間時において露出を防止
するものである。１つの深い色の遮光マスク404は投射
表示器５の上端にあり、該有色フィルム405と接続し、
螢光表示管の光線の乱反射及び白昼時の露出を防止す
る。１つの表示装置ベース410には下方に強力な両面粘
着剤411が塗布され、それに固定ネジがあって車内のダ
ッシュボード（dash board）９付近の適当な位置に固定
するに供する。１つのケース413にある１つの角度調整
ノブ414はケース413の前後と上下の角度を調整すること
ができて、正確に投影する目的を達成するものである。
２つの反射板固定ネジ及びネジ穴415は表示板401（第４
図参照）を固定するのに用いる。１つの表示装置固定ネ
ジ416はヘッドアップ表示装置を固定するのに用いられ
る。

第3A図は機能制御箱６の構造図であり、第3A図において
機能制御箱６は投射表示装置５に制御機能線セット418
を経てあい通じ、これにより制御信号を前記計数器回路
のマイクロプロセッサIC408に伝送する。

１つのコンセント419は該制御機能線セット418を挿し込
むに用いられる。１つのケース420内の１つの制御パネ
ル（ワンタッチキーを含む）421は表示したい情報内容
を設定するのに用いられる。１つのベース422はその下
方に強力な両面接着剤411を塗布し固定するのに用いら
れる。

第3B図は１つの浅い色の透明表示フィルム402を有し、
水性のゴム403を塗布し、ウインドシールド・グラスに
投射されてダブルイメージ及び車外光線の干渉が発生す
るのを防止する。第3C図は１つの浅い色の透明表示板40
1を表し、それは比較的薄いのでダブルイメージを発生
することなく、それに車外からの干渉光線をも反射する
ことができる。その下端には固定するためのネジ穴415
を設けている。透明表示板401と表示フィルム402は自動
車モデル及び運転者の好みによって変更することができ
る（第8A図〜第8D図参照）。

第４図は本発明のヘッドアップ表示装置の組立て図であ
る。１つの計数回路器は１つのマイクロプロセッサIC40
8及び１つの回路板409を含み、例えば速度、回転速度、
燃料油量、時間、温度等のリアルタイム情報値を算出
し、始めに例えば自発式螢光表示管407（Vacuum Fluore
scent Display,VFD）上に表示しし、更に透射鏡板406の
特殊屈折を経て、有色フィルム405を通じて正確にイメ
ージを自動車のウインドシールド・グラス11の浅い色透
明フィルム４上に表示する。角度調整ノブ414は表示器
ケース413の前後と上下の角度を調整することができ、
これにより各種の自動車モデル、異なったウインドシー
ルド・グラスの傾斜度及び異なった型式のダッシュボー
ド外形等の事情に適応して正確に投影できるようにして
いる。

第５図は本発明の自動車用ヘッドアップ表示装置（HU
D）の両屈折の作動原理を示す。本発明のHUDの表示は螢
光表示管を利用して特殊レンズ406を透過して両屈折現
象を生じさせ拡大と投射の目的を達成するものであり、
その主な構成素子を下記に説明する。

（１）螢光表示管407:これは自己発生式VFD灯管であ
り、輝度は800（LUX）で一般の自動車用の電子計器の発
光器よりも明るく、それは光線が太陽照射区（自動車の
ウインドシールド・グラス上）に照射されるので超強力
輝度でもって表示しなければならない。

（２）透射レンズ406:これは同等倍率レンズあるいは
不等倍率のものを採用するが、レンズの焦点距離軸心は
特定の角度上にあってこそ始めて発光器上の表示図案を
斜面物上に投射して立体的な図形を形成することができ
る。それゆえレンズを選択する時は特に曲率と焦点距離
に注意しないと図形はゆがんだりあるいは変形する。

正確な投影をなすには、その構成素子と実際設置の条件
と状態は下記に示す通りである。

（１）特定倍率透視レンズ406:これは１つの異なった
倍率と焦点距離の複合レンズで、その作用は以下のよう
である。

1.字形の大きさを制御する（倍率）。

2.倍率が異なれば屈折角度も異なる。

3.特定の倍率及び傾斜角度において入射角面を最小にす
ることができる（日光が照射して露出作用を発生するこ
とを防ぐ）。投射口が小さければ露出が容易になる。

（２）投射距離（Ｄ）：両屈折作用においての距離Ｄ
がベースが変位せる場合に、投射のイメージは拡大或い
は縮小の状況が発生しない。

（３）イメージ形成の傾斜角度（Ｚ角）：このイメー
ジ傾斜角度と投射傾斜角度Ｙの角度は等しい（レンズ40
6は等アーク角度の時に発生する）∠Ｙ＝∠Ｚ。

（４）螢光表示管407:自発性VFD灯管で輝度は少なく
とも600（ft−L LUX）以上とする。

（５）投射傾斜角（Ｙ角）：イメージの字形を制御
し、特定角度内において字形が傾斜面でイメージを形成
する場合は立体垂直。

（６）高さ（Ｈ）（投射距離）： 1.イメージの字体が傾斜あるいは垂直かを制御する。特
定距離内においてイメージが傾斜の反斜面上において垂
直のイメージを形成する。

2.投射字形がイメージを形成せる後の大きさを制御す
る。

このＨ（高さ）距離はレンズ406の倍率がある特定値に
おけるものと対応しなければならない。

X₁＝X₂の場合に垂直なイメージを形成する。しかしX₄と
X₅はX₄＜X₅でなければならなず、X₄＝X₅の場合はイメー
ジは傾斜状となる。

そのうちX₁は表示字体（本実施例は“A"）が自動車ウイ
ンドシールド・グラス（反射グラス）を経て反射してイ
メージを形成せる後、表示イメージ字体の中点より上部
に至る距離、X₂は中点から下部に至る距離、X₄はウイン
ドシールド・グラスに垂直で中点から下部に至る距離、
X₅は中点から上部に至る距離である。

ＬはＡ字体の固定点、、間の距離である。

本発明の両屈折効果は、螢光表示管407に水平に表示し
ているイメージＡをして屈折により垂直のイメージを形
成することができる。

第6A図〜第6E図は本発明が屈折してイメージを形成し正
確な投影を成すことを示す説明図、及び従来の技術にお
ける反射と直接式投影を示す説明図である。第6A図は自
動車のウインドシールド・グラスの厚さによって発生せ
るダブルイメージの状況である。第6B図ではウインドシ
ールド・グラスの上に薄色の透明表示板401を貼ってあ
るのでダブルイメージを消去できる。第6C図に表示した
のは本発明による正確な投影である。投影表示器より透
明表示板に至る距離L₂と虚像より透明表示板に至る距離
L₁は等しく、表示せる“A"の虚像はすでに窓の外にあっ
て視線と一直線となっている。第6D図は従来技術におい
て反射式投影を用いた場合の説明図であり、表示螢光管
603より投射せる情報値Ａは平面反射鏡602と反射と凹面
レンズ601の曲面屈折を経て、その投影はアーク形ウイ
ンドシールド・グラスの傾斜度の影響により図示せる変
形を発生する。第6E図は従来技術に於いて直接式投影を
使用している説明図で、自動車が加速前進する場合にそ
の変位が相対運動（ドプラ効果）を発生するので、直接
投射器604の投射するイメージも又変位を生じ盲点を生
ずる。

第7A図〜第7B図は本発明の電磁感応器の配置図であり、
本装置は可調整式の速度計器に適用される。一方の自動
車は各種ブランド、メーカ及び車種が異なるので速度メ
ーターの発生器（generator）には異なった歯車機構が
あり、それに自動車タイヤも余りに多い異なったサイズ
があるので、一般の自動車はタイヤの使用前後において
速度メーターでの速度は全て同じでなく、且つ一般の従
来の計器は磁力巻きゼンマイ方式の作用で誤差が大きく
修正するに仲々容易ではない。

本発明になる電磁感応器の設計原理は下記のようであ
る。磁界の誘導原理を利用するもので、コイルの電磁感
応器（electromagnetic induction box）701及びケース
は銅合金で内は磁石（永久的）で作られた複数の磁力発
生器（magnetic generator）703を設け、その発生せる
信号を計数回路器のインタフェース線路にて固定型の信
号となし、マイクロプロセッサIC408を経由して、積分
原理で信号とタイヤサイズ間の周波数を読み取り車速を
表示する。例えば50Hzの場合は13インチタイヤ、60Hzの
場合は14インチタイヤを表示する。この場合計算の速度
は100kmを基準とし（13インチタイヤは192cmであり、14
インチタイヤは198cmである）、基準データをICに入力
すれば周波数でタイヤサイズを表す時の車速を表示する
ことができる。前輪伝動（第7A図）と後輪伝動の最終比
は1:4であるので、前輪伝動の自動車は８つの磁力発生
器703を使い、後輪は２つの磁力発生器を使用してい
る。ただマイクロプロセッサICの周波数を調整すれば異
なったサイズのタイヤの車速を表示することができる。
表示時間は1/6あるいは1/8秒の入力表示器を用いれば表
示器を従来の自動車計器と同期的な反応をさすことがで
きる。

第8A図〜第8D図は本発明が選択した投射方式の説明図で
ある。車のモデルによりダッシュボードからウインドシ
ールド・グラスの空間に至るまでの距離も又異なるもの
で、本発明は投射表示器５の調整により正確にリアルタ
イム情報値のイメージを投射することができる。第8A図
と第8B図は自動車ウインドシールド・グラス11に薄い色
の透明表示フィルム402を貼った調整状況図であり、第8
C図と第8D図は薄色透明表示板401を設けたが透明表示フ
ィルム402がない場合の調整状況図である。

自動車ヘッドアップ表示装置と同じ原理に基づいて、本
発明もまたオートバイ用ヘッドアップ表示装置に適用
し、速度等のリアルタイム情報を有線あるいは無線方式
でヘルメットのウインドシールド透明カバーに伝送して
直接読取りすることができる。

第９図はオートバイ用ヘッドアップ表示器の全体配置図
である。タイヤ15の上に設けた電磁感応器13を利用して
磁力発生器14からの磁界信号を感知し、このオートバイ
速度を代表する電磁信号は信号コンバータ12を経て有線
あるいは無線でヘルメット17上の信号レシーバ16に伝送
し、ミニ型表示器18（中に計数回路器を含むが図示せ
ず）を経てヘルメットのウインドシールド・カバー19に
投射される。

第10図の照射構造図上においては、オートバイ速度を表
す電磁信号は信号コンバータ12を経た後に有線あるいは
無線の方式でヘルメット上の信号レシーバ16に伝送さ
れ、始めに計数回路器で代表速度、時間、燃料油量等の
情報値に計算された後にミニ型螢光表示器113上に表示
され、更に曲率半径が自動車用の屈折レンズと異なるレ
ンズ112により表示器投射口111を屈折通過して正確にヘ
ルメットのウインドシールド透明カバー19上に投射され
る。しかしいずれにしろ該透明カバーは非常に薄いので
ダブルイメージを発生することなく、それゆえ自動車用
の透明表示板を使用する必要がない。オートバイ乗手は
視線をさらせないで直接ヘルメットウインドシールド透
明カバー上で例えば速度のリアルタイム情報値を読み取
ることができ、車の走行安全を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動車のヘッドアップ表示装置の全体
配置図、第２図は本発明の自動車のヘッドアップ表示装
置の投射表示装置の構造図、第3A図〜第3C図は本発明の
自動車のヘッドアップ表示装置の機能制御箱の構造図、
第４図は本発明の自動車のヘッドアップ表示装置の各構
成素子の組立て図、第５図は本発明の自動車のヘッドア
ップ表示装置の投射と両屈折原理の説明図、第6A図〜第
6E図は屈折反射、投射によって映像を形成した状態の優
劣説明図、第7A図〜第7B図は本発明の電磁感応器の前後
輪への配置図、第8A図〜第8D図は本発明が選択した投射
方式の説明図で、第8A図と第8B図は、ダッシュボードと
ウインドシールド・グラスのスペースが大きい場合の使
用図、第8C図と第8D図は、ダッシュボードとウインドシ
ールド・グラスのスペースが小さい場合の使用図、第９
図は本発明のオートバイ用ヘッドアップ表示装置の全体
配置図、第10図は本発明のオートバイ用ヘッドアップの
ヘルメット投射表示器構造図である。１……自動車のエンジン及び前輪変速ギヤボックス２……自動車のタイヤ３……自動車の前輪伝動軸４……薄色透明フィルム（水性接着剤塗布）５……投射表示器（HEAD UP DISPLAY）H.U.D ６……機能制御箱８……後輪伝動変速ボックス９……自動車のダッシュボード 10……自動車の後輪伝動軸 11……自動車のウインドシールド・グラス 12……オートバイ用無線あるいは有線信号コンバータ 13……オートバイ用電磁感知器（Sensor） 14……オートバイ用磁力発生器（磁石） 15……オートバイのタイヤ 16……オートバイ用ヘルメット信号レシーバ 17……オートバイ用ヘルメット 18……オートバイ用ミニ型表示器 19……ヘルメット用ウインドシル−ド透明カバー 111……表示器投射口 112……屈折レンズ 113……螢光表示器ミニ型（VFD） 114……表示器ミニ型ケース 401……薄色透明表示板 402……薄色透明表示板フィルム 403……水性接着剤塗布（水を吹き付ければ接着性を有
し表面を平滑に保つ） 404……深色遮光マスク 405……透過率70％の有色フィルム（露出を防止） 406……特定倍率透射レンズ（特殊屈折を生ずる） 407……VFD螢光表示管 408……計数回路器の８ビットＫマイクロプロセッサIC 409……計数回路器回路基板（インタフェース回路を含
む） 410……表示器ベース 411……3M強力両面接着剤塗布（固定用） 412……電線コネクタ 413……表示器ケース 414……角度調整ノブ 415……反射板固定ネジ及びネジ穴 416……表示器固定ネジ 417……電力及び信号線セット 418……機能制御線セット 419……制御機能線セットコンセント 420……制御箱ケース 421……制御箱パネル（ワンタッチキーを含む） 422……制御箱ベース 422……電力線セット 601……凹面レンズ 602……平面反射鏡 603……表示螢光管 604……直接投射器 701……電磁感応器 702……感応器固定金具 703……磁力発生器 704……固定磁力発生器のステンレスワイヤ 705……信号線セット 706……2PIN信号コンセント 709……前輪変速ギヤボックス 710……前輪軸アーム 711……自動車のシャーシ 713……後輪ギヤボックス 714……ハーネスクランプ 715……感応器固定金具固定用ネジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一組の両屈折効果のある配置を介するヘッ
ドアップ表示装置であって、１つの２つの異なった倍率と焦点距離の複合レンズの透
射レンズを有して、１つのイメージ表示管のイメージ表
示面と投射傾斜角Ｙを成し、また１つの反射グラスが水
平平面とイメージ傾斜角Ｚを形成し、前記イメージ表示
管の表示面と透射レンズの最下端の距離Ｈが固定値であ
って前記透射レンズの曲率半径と焦点距離で決まるもの
であり、且つ前記透射レンズは表示イメージの大きさと
投射の傾斜角度を制御することができ、前記表示管のイ
メージが前記反射グラスを経て反射されたる後には下記
の状況に適合すれば正確な垂直反射イメージが得られ、
即ちX₁＝X₂,それにX₄＝X₅、且つ∠Ｙ＝∠Ｚであり、こ
のうちで、 X₁は表示字体が反射ガラスで反射してイメージを形成し
た所からイメージ表示字体の中点から上部に至る距離、 X₂は表示字体が反射ガラスで反射してイメージを形成し
た所からイメージ表示字体の中点から下部に至る距離、 X₄は反射ガラスの中点に垂直の所から下部に至る距離、 X₅は反射ガラスの中点に垂直の所から上部に至る距離で
ある、ヘッドアップ表示装置。
【請求項２】前記反射ガラスが自動車のウインドシール
ド・グラスである請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】前記イメージ表示管が高輝度を有する螢光
表示管である請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】１つの電磁感応器で磁界の変化を検知して
電磁信号を感知し、複数の磁力発生器がタイヤの伝動軸上に固定されてあっ
て、前記電磁感応器の検知に合わせて車速を測定し、１つの計数回路器が、１つの８ビットマイクロプロセッ
サICを含み、且つインタフェース回路を含む計数回路器
回路基板が１つの信号線セットを介して伝送された電磁
信号を受け取り車速を算出し、１つの投射表示器が設けられて下記の即ち、１つの特定
倍率透射レンズと、１つの螢光表示管と、１つのただ10
0分の70の透過率しか有していない有色フィルムと、１
つの深色透光マスクと、１つのケースと、１つのベース
と、１つの角度調整ノブとを含み、前記透射レンズは螢
光表示管上に表示された水平イメージを両屈折させ、そ
れから前記有色フィルムを介してウインドシールド・グ
ラスの上に投射し、次に反射によって垂直の正確なイメ
ージを形成し、１つの機能制御箱は機能制御線セットを介して前記投射
表示器と導通し、制御信号を前記計数回路器に伝送し、
１つの制御パネル（ワンタッチキーを含む）は表示した
い情報内容を設定し、１つの薄い色の透明表示板の厚さは薄く、それが前記投
射表示器の上方に固定されており、これによってダブル
イメージの発生と車外からの干渉光線を防止し、さら
に、１つの薄い色の透明表示フィルムがあって水性の接着剤
が塗布されており、これによってイメージを表示するに
用いると共にダブルイメージと車外光線の干渉を防止し
ており、このように以上の構成を含み、これによってリアルタイ
ム情報値を正確に自動車のウインドシールド・グラスの
目視の届く範囲内の所に表示する自動車用ヘッドアップ
表示装置。
【請求項５】前記螢光表示管が少なくとも600lux以上を
有する表示管である請求項４に記載の自動車用ヘッドア
ップ表示装置。
【請求項６】前記角度調整ノブが前記投射表示器を前後
及び上下方向に調整できる請求項４に記載の自動車用ヘ
ッドアップ表示装置。
【請求項７】前記計数回路器が回転速度、時間、燃料油
量、温度、湿度等のリアルタイム情報値を算出して表示
することができる請求項４に記載の自動車用ヘッドアッ
プ表示装置。
【請求項８】１つの電磁感応器で複数の磁力発生器から
の磁界信号を感知して、代表速度の電磁信号を感知測定
し、１つの信号コンバータを介して、車速を表わす電磁信号
を有線あるいは無線の方式でヘルメット上に取り付けら
れた信号レシーバに伝送し、１つの小型表示器内では、計数回路器を含んでこれで速
度を算出し、１つの螢光表示器により前記速度のイメー
ジ信号をを表示し、１つの屈折レンズにより前記イメー
ジ信号を屈折し、１つの投射口から前記イメージ信号を
投射し、さらに、ヘルメットのウインドシールド透明カバーは厚さが非常
に薄く、直接その上に投射されたイメージ信号が表示で
きるものであり、このように以上の構成からなって、速度等のリアルタイ
ム情報値をヘルメットのウインドシールド透明カバー上
に表示して目視読取りに供するオートバイ用ヘッドアッ
プ表示装置。
【請求項９】前記計数回路器が回転速度、燃料油量、時
間、温度、湿度等のリアルタイム情報を算出し且つ表示
に供する請求項８に記載のオートバイ用ヘッドアップ表
示装置。