JP2006119384A - Windshield for head-up display device and head-up display device - Google Patents

Windshield for head-up display device and head-up display device Download PDF

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勝己 中静
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a windshield for head-up display device reducing distortion in a virtual image, and also to provide a head-up display device using the windshield. <P>SOLUTION: The head-up display device allows the windshield to reflect display light emitted by a display element and displays the virtual image. The windshield has an approximately constant cross-section shape on an arbitrary part in the prescribed direction within a prescribed region 12 to which the display light is projected. The head-up display device projects the display light emitted by the display element to the windshield via a reflection mirror. A reflection surface of the reflection mirror is formed as a curved face having such a reflective characteristic as to correct the distortion due to curvature in the prescribed region 12 of the windshield. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、表示器が発した表示光をウィンドシールドに投射して虚像を表示させヘッドアップディスプレイ装置と、このヘッドアップディスプレイ装置に用いられるウィンドシールドとに関するものである。   The present invention relates to a head-up display device that projects display light emitted from a display onto a windshield to display a virtual image, and a windshield used in the head-up display device.

従来より、ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されており、例えば特許文献１に開示されている。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示ユニット１から車両のウィンドシールド２の所定領域３に表示光Ｌを投射して虚像を表示するものである（図６及び図７参照）。表示ユニット１は、蛍光表示管（ＶＦＤ）等の表示器４と、この表示器４が発した表示光Ｌを反射させる反射ミラー５とをハウジング６を収容したものであり、車両のダッシュボード内に配設されている。ハウジング３には、表示光Ｌが通過する透光性カバー７が配設されている。なお、ウィンドシールド２は、一般的には「フロントガラス」と称されている。
特開２００３−１０７３９１号公報 Conventionally, various head-up display devices have been proposed, and for example, disclosed in Patent Document 1. The head-up display device displays a virtual image by projecting display light L from the display unit 1 onto a predetermined region 3 of the windshield 2 of the vehicle (see FIGS. 6 and 7). The display unit 1 contains a housing 6 with a display 6 such as a fluorescent display tube (VFD) and a reflection mirror 5 that reflects the display light L emitted from the display 4. It is arranged. The housing 3 is provided with a translucent cover 7 through which the display light L passes. The windshield 2 is generally called “front glass”.
JP 2003-107391 A

しかしながら、ウィンドシールド２の所定領域３は、上下方向或いは左右方向で断面形状が異なるため、虚像が歪むという問題を有していた。例えば、所定領域３の上下方向で、上側箇所３Ａにおける曲率が、下側箇所３Ｃにおける曲率よりも大きい場合、虚像は上側が下側よりも拡張されて歪んだものになる。
本発明は、虚像の歪みを小さくすることが可能なヘッドアップディスプレイ用ウィンドシールド及びヘッドアップディスプレイ装置を提供するものである。 However, the predetermined region 3 of the windshield 2 has a problem that the virtual image is distorted because the cross-sectional shape differs in the vertical direction or the horizontal direction. For example, in the vertical direction of the predetermined region 3, when the curvature at the upper portion 3A is larger than the curvature at the lower portion 3C, the virtual image is expanded and distorted on the upper side than the lower side.
The present invention provides a head-up display windshield and a head-up display device capable of reducing the distortion of a virtual image.

本発明は、請求項１に記載したように、虚像Ｖを表示するために表示光Ｌが投射されるヘッドアップディスプレイ用ウィンドシールド１１であって、前記表示光Ｌが投射される所定領域１２では、所定方向の任意箇所において断面形状が略一定であるものである。   As described in claim 1, the present invention is a head-up display windshield 11 on which display light L is projected to display a virtual image V, and in the predetermined region 12 on which the display light L is projected. The cross-sectional shape is substantially constant at an arbitrary location in a predetermined direction.

また、本発明は、請求項２に記載したように、表示器１３が発した表示光Ｌをウィンドシールド１１で反射させ虚像Ｖを表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記ウィンドシールド１１は、前記表示光Ｌが投射される所定領域１２では、所定方向の任意箇所において断面形状が略一定であるものである。   The present invention is the head-up display device for displaying the virtual image V by reflecting the display light L emitted from the display unit 13 by the windshield 11 as described in claim 2, wherein the windshield 11 includes: In the predetermined region 12 on which the display light L is projected, the cross-sectional shape is substantially constant at an arbitrary location in a predetermined direction.

また、本発明は、請求項３に記載したように、前記表示器１３が発した前記表示光Ｌを前記ウィンドシールド１１に反射ミラー１５を介して投射するものである。   Further, according to the present invention, the display light L emitted from the display unit 13 is projected onto the windshield 11 through a reflection mirror 15 as described in claim 3.

また、本発明は、請求項４に記載したように、前記反射ミラー１５の反射面１５ａは、前記ウィンドシールド１１の前記所定領域１２の湾曲による歪みを補正する反射特性を有する曲面となっているものである。   Further, according to the present invention, as described in claim 4, the reflection surface 15 a of the reflection mirror 15 is a curved surface having a reflection characteristic for correcting distortion due to the curvature of the predetermined region 12 of the windshield 11. Is.

表示光が投射されるウィンドシールドの所定領域では、上下方向（または左右方向）の任意箇所において、横断面（または縦断面）が略一定であるため、虚像の歪みを小さくすることが可能になる。   In a predetermined area of the windshield where the display light is projected, the horizontal cross section (or vertical cross section) is substantially constant at an arbitrary position in the vertical direction (or horizontal direction), so that the distortion of the virtual image can be reduced. .

以下、添付の図面に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。９は表示ユニットであり、この表示ユニット９は車両のダッシュボード１０に配設されている（図１参照）。表示ユニット９が投射する表示光Ｌはウィンドシールド１１の所定領域１２に投射され、ドライバーＤに反射される。ドライバーＤは虚像Ｖを風景と重畳させて観察することができる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Reference numeral 9 denotes a display unit, and this display unit 9 is disposed on a dashboard 10 of the vehicle (see FIG. 1). The display light L projected by the display unit 9 is projected onto the predetermined area 12 of the windshield 11 and reflected by the driver D. The driver D can observe the virtual image V superimposed on the landscape.

図２は表示ユニット９の断面図である。１３は液晶表示器（表示器）であり、この液晶表示器はＤＳＴＮ型の液晶表示素子及びバックライト手段からなるものである。１４は回路基板であり、この回路基板１４に液晶表示器１３が搭載されている。１５は反射ミラーであり、この反射ミラー１５は液晶表示器１３が発した表示光Ｌをウィンドシールド１１の所定領域１２に反射させる。反射ミラー１５は、ポリカーボネート等の樹脂に、アルミニウム等の金属を蒸着させ反射面１５ａを形成したものである。反射部材１５の反射面１５ａは凹面になっており、液晶表示器１３からの表示光Ｌを拡大してウィンドシールド１１の所定領域１２に投射することができる。また、反射ミラー１５の反射面１５ａは、ウィンドシールド１１の湾曲による虚像Ｖの歪みを矯正するような反射特性になっている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the display unit 9. Reference numeral 13 denotes a liquid crystal display (display), which is composed of a DSTN liquid crystal display element and backlight means. Reference numeral 14 denotes a circuit board, and the liquid crystal display 13 is mounted on the circuit board 14. A reflection mirror 15 reflects the display light L emitted from the liquid crystal display 13 to a predetermined region 12 of the windshield 11. The reflection mirror 15 is formed by depositing a metal such as aluminum on a resin such as polycarbonate to form a reflection surface 15a. The reflecting surface 15 a of the reflecting member 15 is concave, and the display light L from the liquid crystal display 13 can be enlarged and projected onto the predetermined area 12 of the windshield 11. The reflection surface 15 a of the reflection mirror 15 has reflection characteristics that correct the distortion of the virtual image V due to the curvature of the windshield 11.

１６は保持部材であり、反射ミラー１５は保持部材１６に両面粘着テープにより接着されている。保持部材１６は樹脂（例えばＡＢＳ）からなるものであり、歯車部１７及び軸部１８が一体に形成されている。軸部１８は後述するハウジングに設けられた軸受部に軸支されている。１９はステッピングモータであり、このステッピングモータ１９により反射ミラー１５を回動させ、表示光Ｌの投射方向を調整することができる。２０は歯車であり、この歯車２０はステッピングモータ１９の回動軸に取付けられており、歯車部１７と噛み合わされている。   Reference numeral 16 denotes a holding member, and the reflecting mirror 15 is bonded to the holding member 16 with a double-sided adhesive tape. The holding member 16 is made of resin (for example, ABS), and the gear portion 17 and the shaft portion 18 are integrally formed. The shaft portion 18 is pivotally supported by a bearing portion provided in a housing described later. Reference numeral 19 denotes a stepping motor. The reflection mirror 15 can be rotated by the stepping motor 19 to adjust the projection direction of the display light L. Reference numeral 20 denotes a gear, and this gear 20 is attached to a rotating shaft of the stepping motor 19 and meshed with the gear portion 17.

２１はハウジングであり、このハウジング２１には、液晶表示器１３，回路基板１４，反射ミラー１５，ステッピングモータ１７等が収容される。ハウジング２１には表示光Ｌが通過する透光性カバー２２が配設されている。透光性カバー２２は、アクリル等の透光性樹脂からなるものであり、湾曲形状になっている。２３は遮光壁であり、この遮光壁２３はハウジング２１と一体に形成されており、太陽光等の外光が液晶表示器１３に入射し虚像Ｖが見えにくくなる現象（ウォッシュアウト）を防止している。   A housing 21 accommodates the liquid crystal display 13, the circuit board 14, the reflection mirror 15, the stepping motor 17, and the like. The housing 21 is provided with a translucent cover 22 through which the display light L passes. The translucent cover 22 is made of a translucent resin such as acrylic and has a curved shape. Reference numeral 23 denotes a light shielding wall. The light shielding wall 23 is formed integrally with the housing 21 to prevent a phenomenon (washout) in which external light such as sunlight is incident on the liquid crystal display 13 and the virtual image V becomes difficult to see. ing.

次に、図４及び図５に基づいて、ウィンドシールド１１について詳述する。ウィンドシールド１１は、縦方向及び横方向に湾曲した所謂３次曲面からなる形状になっている。図４（ａ）は、図４（ｂ）で示す所定領域１２の縦方向における箇所Ａ，Ｂ，Ｃでの横断面形状１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを示すものである。ウィンドシールド１１の所定領域１２の縦方向の任意箇所において横断面形状は略一定になっている。なお、図４及び図５において、符号Ｏは所定領域１２の中心点であり、この中心点Ｏにおけるウィンドシールド１１の接平面の法線がＺ軸になっている。また、横方向がＸ軸になっており、縦方向がＹ軸になっている。   Next, the windshield 11 will be described in detail with reference to FIGS. The windshield 11 is formed of a so-called cubic curved surface that is curved in the vertical direction and the horizontal direction. FIG. 4A shows cross-sectional shapes 12A, 12B, and 12C at locations A, B, and C in the vertical direction of the predetermined region 12 shown in FIG. 4B. The cross-sectional shape is substantially constant at an arbitrary position in the vertical direction of the predetermined region 12 of the windshield 11. 4 and 5, the symbol O is the center point of the predetermined region 12, and the normal line of the tangent plane of the windshield 11 at the center point O is the Z axis. The horizontal direction is the X axis, and the vertical direction is the Y axis.

図５（ｂ）は、図５（ａ）で示す所定領域１２の横方向における箇所Ｄ，Ｅ，Ｆでの縦断面形状１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆを示すものである。ウィンドシールド１１の所定領域１２の横方向の任意箇所において縦断面形状は略一定になっている。   FIG. 5B shows vertical cross-sectional shapes 12D, 12E, and 12F at locations D, E, and F in the horizontal direction of the predetermined region 12 shown in FIG. The vertical cross-sectional shape is substantially constant at an arbitrary position in the horizontal direction of the predetermined region 12 of the windshield 11.

本実施形態では、ウィンドシールド１１の所定領域１２で、縦方向及び横方向の任意箇所において、断面形状が略一定であるため、虚像Ｖの歪みが小さい。なお、ウィンドシールド１１の湾曲形状は、球面形状であっても良いし、非球面形状であって良い。また、表示器は液晶表示器１３であったが、例えばＯＬＥＤ（有機ＥＬ表示素子）やＣＲＴであっても良い。   In the present embodiment, the distortion of the virtual image V is small because the cross-sectional shape is substantially constant in the predetermined region 12 of the windshield 11 at arbitrary locations in the vertical and horizontal directions. Note that the curved shape of the windshield 11 may be a spherical shape or an aspherical shape. The display device is the liquid crystal display device 13, but may be an OLED (organic EL display device) or a CRT, for example.

本発明の実施形態を示すヘッドアップディスプレイの概観図。1 is a schematic view of a head-up display showing an embodiment of the present invention. 同上実施形態を示す表示ユニットの断面図。Sectional drawing of the display unit which shows embodiment same as the above. 同上実施形態を示すウィンドシールドの正面図。The front view of the windshield which shows embodiment same as the above. 同上実施形態を示すウィンドシールドの横断面図。The cross-sectional view of the windshield showing the embodiment. 同上実施形態を示すウィンドシールドの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the windshield which shows embodiment same as the above. 従来例を示す表示ユニットの断面図。Sectional drawing of the display unit which shows a prior art example. 同上従来例を示すウィンドシールドの正面図。The front view of the windshield which shows a prior art example same as the above. 同上従来例を示すウィンドシールドの横断面図。The cross-sectional view of the windshield which shows a prior art example same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

Ｖ 虚像
Ｌ 表示光
１１ ウィンドシールド
１２ 所定領域
１３ 液晶表示器（表示器）
１５ 反射ミラー
１５ａ 反射面 V virtual image L display light 11 windshield 12 predetermined area 13 liquid crystal display (display)
15 reflecting mirror 15a reflecting surface

Claims (4)

虚像を表示するために表示光が投射されるヘッドアップディスプレイ用ウィンドシールドであって、
前記表示光が投射される所定領域では、所定方向の任意箇所において断面形状が略一定であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ用ウィンドシールド。 A windshield for a head-up display on which display light is projected to display a virtual image,
A windshield for a head-up display, wherein the predetermined area in which the display light is projected has a substantially constant cross-sectional shape at an arbitrary location in a predetermined direction. 表示器が発した表示光をウィンドシールドで反射させ虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記ウィンドシールドは、前記表示光が投射される所定領域では、所定方向の任意箇所において断面形状が略一定であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 A head-up display device that displays a virtual image by reflecting display light emitted from a display by a windshield,
The head-up display device, wherein the windshield has a substantially constant cross-sectional shape at an arbitrary position in a predetermined direction in a predetermined region where the display light is projected. 前記表示器が発した前記表示光を前記ウィンドシールドに反射ミラーを介して投射することを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。   The head-up display device according to claim 2, wherein the display light emitted from the display unit is projected onto the windshield via a reflection mirror. 前記反射ミラーの反射面は、前記ウィンドシールドの前記所定領域の湾曲による歪みを補正する反射特性を有する曲面となっていることを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。   4. The head-up display device according to claim 3, wherein a reflection surface of the reflection mirror is a curved surface having a reflection characteristic for correcting distortion due to the curvature of the predetermined region of the windshield.
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