JPH1048563A

JPH1048563A - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JPH1048563A
Application number: JP21915896A
Authority: JP
Inventors: Kanji Yoshioka; 寛二吉岡; Yukiko Kuwayama; 裕紀子桑山
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】多大な電力消費や発熱を伴うことなく、コント
ラスト比が高くカラーであっても明瞭に視認できる表示
像を形成できる小型のヘッドアップディスプレイを提供
する。【解決手段】観察者の前方視野内の一部に配置される光
学素子３により、表示手段４から出射される画像表示光
を反射して観察者の瞳Ｅに導くことにより、その光学素
子４の前方に観察対象の虚像を形成する。その光学素子
３による画像表示光の反射率を８０％以上とすることで
表示虚像のコントラスト比を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば背景が明る
い屋外において使用するのに適するヘッドアップディス
プレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば船舶における運行状況の確認等の
ために、前方の外界景色から前方視野外にある計器板上
のメータや表示装置等に視線を移すことは、その船舶の
操縦者等にとって煩わしいものである。そこで、観察者
の前方視野内の一部に配置されるハーフミラーと、画像
表示光を出射する表示器とを備え、そのハーフミラーに
より画像表示光を反射して観察者の瞳に導くことによ
り、そのハーフミラーの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を利用し、前方を向いた
状態で視線を移すことなく所望の虚像を視認することが
広く行われてきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そのようなヘッドアッ
プディスプレイにより形成される虚像の輝度が、その虚
像周囲の背景輝度に比べて低いと、十分なコントラスト
比が得られないために良好な視認性を得られない。特
に、その虚像周囲が屋外等であるため背景輝度が高く、
しかも、その虚像を複数の色相によりカラー表示する場
合、明瞭に視認するためには形成される虚像の輝度を高
くしてコントラスト比を高くする必要がある。例えば、
その画像表示光を出射する表示器として、透過型の液晶
表示装置と、バックライト光源とを用いる場合、そのバ
ックライト光源として高輝度光線を出射可能なメタルハ
ライドランプ等を用い、その表示器から出射される画像
表示光の輝度を高くする必要があった。しかし、そのよ
うな高輝度のバックライト光源等により表示器から出射
される画像表示光の輝度を高くするには多大な電力を必
要とし、大きな発熱も伴うため、小型化が困難であっ
た。

【０００４】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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、観察者の前方
視野内の一部に配置される光学素子と、画像表示光を出
射する表示手段とを備え、その光学素子により画像表示
光を反射して観察者の瞳に導くことにより、その光学素
子の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、その光学素子による画像表示光の
反射率が８０％以上とされていることを特徴とする。

【０００６】従来のヘッドアップディスプレイにおいて
は、画像表示光を反射して観察者の瞳に導く光学素子と
して、反射率が２５〜３５％のハーフミラーが用いられ
ていた。これに対し、本発明の構成によれば、その光学
素子の反射率を８０％以上とすることで、表示手段から
出射される画像表示光の輝度を高くすることなく、観察
対象の虚像のコントラスト比を従来よりも高くすること
ができる。すなわち、その観察対象の虚像のコントラス
ト比をＫとする場合、光学素子により反射された後に観
察者の瞳に導かれる画像表示光の輝度をＢ１、その光学
素子を透過した後の光の輝度をＢ２として、Ｋ＝（Ｂ１
＋Ｂ２）／Ｂ２で表される。よって、そのコントラスト
比Ｋは光学素子の反射率が大きい程に大きく、その反射
率を８０％以上とすることで、良好な視認性を得ること
ができる。例えば、光学素子の周囲領域の輝度を４００
０ｃｄ／ｍ²（ほぼ夏の炎天下の白い砂の上の輝度に相
当）、バックライトに熱陰極管を用いたカラー液晶表示
器等から出射される画像表示光の輝度を１０００ｃｄ／
ｍ²とする場合、その光学素子の反射率が８０％、透過
率が２０％では、輝度Ｂ１は８００ｃｄ／ｍ²、輝度Ｂ
２は８００ｃｄ／ｍ²になるので、そのコントラスト比
Ｋは２．００になり、その光学素子の反射率が８５％、
透過率が１５％では、輝度Ｂ１は８５０ｃｄ／ｍ²、輝
度Ｂ２は６００ｃｄ／ｍ²になるので、そのコントラス
ト比Ｋは２．４１になり、その光学素子の反射率が９０
％、透過率が１０％では、輝度Ｂ１は９００ｃｄ／
ｍ²、輝度Ｂ２は４００ｃｄ／ｍ²になるので、そのコ
ントラスト比Ｋは３．２５になり、その光学素子の反射
率が９５％、透過率が５％では、輝度Ｂ１は９５０ｃｄ
／ｍ²、輝度Ｂ２は２００ｃｄ／ｍ²になるので、その
コントラスト比Ｋは５．７５になる。なお、光学素子を
透過する光により光学素子の前方領域も良好に視認する
上では、その光学素子の反射率は８０％〜９０％の範囲
とするのが好ましい。また、光学素子により観察者の前
方視野の一部を遮ることが許容される場合は、その光学
素子の反射率は９５％以上であってもよい。特に、その
光学素子として反射率が１００％の全反射ミラーを用い
ることで、周囲領域の輝度が高い場合でもコントラスト
比が最高の明瞭に視認できる虚像を形成できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１、図２に示すヘッドアップデ
ィスプレイ１は、船舶の操舵室に配置されるものであっ
て、観察者（操船者）２の前方視野内（例えば図１にお
いて２点鎖線で示す範囲内）の一部に配置される光学素
子３と、表示器４とを備える。その船舶は、その観察者
２が前方の外景５を視認できるようにする窓６を有す
る。

【０００８】その光学素子３の反射面３ａは平面とさ
れ、その表示器４から図２において１点鎖線で示すよう
に上向きに出射される画像表示光Ｌを反射して観察者２
の瞳Ｅに導くことができるように鉛直面に対して傾斜す
る。この光学素子３による画像表示光Ｌの反射により、
その光学素子３の前方位置Ｐに、図１において破線で囲
まれるような観察対象の虚像７を形成する。本実施形態
では、その光学素子３は画像表示光Ｌを１００％反射す
る全反射ミラーとされている。

【０００９】その表示器４は、ハウジング１０と、この
ハウジング１０に内蔵されるバックライト付液晶ディス
プレイやブラウン管ディスプレイ等の画像生成装置１１
と、複数のレンズにより構成される光学系１２とを有す
るものにより構成される。そのハウジング１０により上
記光学素子３が支持される。

【００１０】その画像生成装置１１は、例えば図３に示
すような地理情報に対応するカラー画像を画面上に実像
１３として表示し、その画像表示光Ｌを上向きに出射す
る。図示の例では、ヘッドアップディスプレイ１を搭載
する船舶の現在位置と周辺の地理情報として、その船舶
を点滅光点１４により表示し、その船舶の進行方向を矢
印１５により表示し、船舶の現在位置周辺の島の標高を
色分け表示し（図３ではハッチングの相違により色相の
相違を示す）、さらに、その船舶の位置情報、目的地ま
での距離情報、島の名称、標高と色との対応関係を表示
する。

【００１１】全体として凸レンズを構成しているその光
学系１２により、観察対象の虚像７は画像生成装置１１
により表示される実像１３よりも拡大され、その観察者
２の瞳Ｅから虚像７の形成位置までの距離は、その画像
生成装置１１から観察者２の瞳Ｅまでの画像表示光Ｌの
光路長よりも長くなる。

【００１２】上記構成のヘッドアップディスプレイ１に
よれば、観察者２は前方の外景５と表示虚像７の双方
を、視線を殆ど移動させることなく視認することができ
る。その虚像７を形成する画像表示光Ｌを観察者２の瞳
Ｅに導く光学素子３を全反射ミラーとすることで、表示
器４から出射される画像表示光Ｌの輝度を高くすること
なく、その虚像７のコントラスト比を高くすることがで
きる。また、光学系１２により、その観察者２の瞳Ｅか
ら虚像７の形成位置までの距離を、その表示器４から観
察者２の瞳Ｅまでの画像表示光Ｌの光路長よりも長くす
ることで、観察者２が光学素子３の周囲の外景５を視認
する時の焦点位置近傍に、その表示虚像７を結像し、視
認性を向上できる。さらに、その表示虚像７を表示器４
により表示される実像よりも拡大することにより、ヘッ
ドアップディスプレイ１として小型のものを用いること
ができる。

【００１３】図４は本発明の第２実施形態を示す。第１
実施形態との相違は、光学系１２を用いずに、光学素子
３の反射面３ａ′を画像表示光Ｌの集光機能を有する非
平面とすることで、観察者２の瞳Ｅから虚像７の形成位
置までの距離を、その表示器４から観察者２の瞳Ｅまで
の画像表示光Ｌの光路長よりも長くしている。他は第１
実施形態と同様で、同一部分は同一符号で示す。

【００１４】図５は本発明の第３実施形態を示す。第１
実施形態との相違は、光学素子３の反射面３ａ′を画像
表示光Ｌの集光機能を有する非平面とすることで、観察
者２の瞳Ｅから虚像７の形成位置までの距離を、その表
示器４から観察者２の瞳Ｅまでの画像表示光Ｌの光路長
よりも長くしている。他は第１実施形態と同様で、同一
部分は同一符号で示す。この場合、第１、第２実施形態
よりも、観察者２から虚像７までの距離を長くできる。

【００１５】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、上記各実施形態では光学素子として画像表
示光の反射率が１００％の全反射ミラーを用いたが、画
像表示光の反射率が８０％以上のハーフミラーを用い、
光学素子の前方からの光が光学素子を透過して観察者の
瞳に至るようにし、観察者の前方視野内の一部が光学素
子により遮られないようにしてもよい。上記実施形態で
は観察対象の虚像としてカラー画像を形成したが、モノ
クロ画像であってもよい。上記実施形態では光学素子の
近傍に配置した表示器から画像表示光を上向きに出射し
たが、表示器を光学素子から離れた例えば天井に取り付
け、そこから出射される画像表示光を光学素子により反
射して観察者の瞳に導いてもよい。また、光学素子の反
射面の向きを変更可能とすることで、表示虚像の結像位
置を観察者の前方視野内で上下左右に変更可能にしても
よい。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、多大な電力消費や発熱
を伴うことなく、コントラスト比が高くカラーであって
も明瞭に視認できる表示像を形成できる小型のヘッドア
ップディスプレイを提供できる。

【００１７】

【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、画像表示光を反射して観察者の瞳に導く光
学素子が全反射ミラーであるのが好ましい。これによ
り、その光学素子の周囲領域の輝度が高い場合でも、観
察対象の虚像はコントラスト比が最高になり明瞭に視認
できる。

【００１８】本発明のヘッドアップディスプレイにおい
て、観察者の瞳から虚像の形成位置までの距離を、表示
手段から観察者の瞳までの画像表示光の光路長よりも長
くする手段を有するのが好ましい。これにより、観察者
が光学素子の周囲領域を視認する時の焦点位置近傍に、
その表示虚像を結像し、視認性を向上できる。この場
合、画像表示光を反射して観察者の瞳に導く光学素子
が、その観察者の瞳から虚像の形成位置までの距離を、
その表示手段から観察者の瞳までの画像表示光の光路長
よりも長くする機能を有するのが好ましい。また、本発
明のヘッドアップディスプレイを船舶以外に設置しても
よく、また、表示虚像の内容は特に限定されない。

【００１９】本発明のヘッドアップディスプレイにおい
て、観察対象の虚像を表示手段により表示される実像よ
りも拡大する手段を有するのが好ましい。これにより、
ヘッドアップディスプレイとして小型のものを用いるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態のヘッドアップディスプ
レイの斜視図

【図２】本発明の第１実施形態のヘッドアップディスプ
レイの構成説明図

【図３】本発明の第１実施形態のヘッドアップディスプ
レイの表示例を示す図

【図４】本発明の第２実施形態のヘッドアップディスプ
レイの斜視図

【図５】本発明の第３実施形態のヘッドアップディスプ
レイの構成説明図

【符号の説明】

２観察者３光学素子４表示器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察者の前方視野内の一部に配置される
光学素子と、画像表示光を出射する表示手段とを備え、その光学素子により画像表示光を反射して観察者の瞳に
導くことにより、その光学素子の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、その光学素子による画像表示光の反射率が８０％以上と
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。