JP2001208999A - ヘッドアップディスプレイ及びその凹面鏡 - Google Patents

ヘッドアップディスプレイ及びその凹面鏡

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JP2001208999A
JP2001208999A JP2000018069A JP2000018069A JP2001208999A JP 2001208999 A JP2001208999 A JP 2001208999A JP 2000018069 A JP2000018069 A JP 2000018069A JP 2000018069 A JP2000018069 A JP 2000018069A JP 2001208999 A JP2001208999 A JP 2001208999A
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Hiroyuki Sato
博之 佐藤
Yuujirou Mizuno
祐二朗 水野
Naoto Kanamori
直人 金森
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Soken Inc
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表示情報を歪みなく拡大率の大きい虚像にて
表示するようにした自動車等の車両用ヘッドアップディ
スプレイ及びその凹面鏡を提供することを目的とする。 【解決手段】 凹面鏡40は、自動車の車室内にてフロ
ントウインドシールド20の下方に位置するインストル
メントパネル30とこのインストルメントパネルの裏面
側に配設した表示装置10との双方を放物凹面形状反射
面41にて臨むように、フロントウインドシールド30
の裏面側に設けられている。凹面鏡40の反射面41は、
フロントウインドシールド20の視界領域部20aの彎
曲面形状にあわせて、その上部程下部よりも大きな曲率
半径を有し、かつその外周部程中央部よりも大きな曲率
半径を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車等の車両に採
用されるヘッドアップディスプレイ及びその凹面鏡に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば、自動車用ヘッドアップデ
ィスプレイにおいては、車室内のインストルメントパネ
ルの裏面側に設けた表示装置が表示情報を表示光として
出射すると、インストルメントパネルの裏面側にて表示
装置の前方に位置する凹面鏡が表示装置の出射表示光を
反射してインストルメントパネルの開口部を通してフロ
ントウインドシールド上に入射させる。そして、この入
射光がフロントウインドシールドにより反射されること
で表示情報が当該フロントウインドシールドによりその
前方に虚像として表示される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、フ
ロントウインドシールドは、自動車の構造上、上下方向
に非対称な湾曲面形状を有する。また、当該フロントウ
インドシールドは、左右方向では対称的な湾曲形状を有
するが、左右両端部では中央部に比べて大きな湾曲形状
を有する。
【0004】また、凹面鏡は、その湾曲状反射面にて、
インストルメントパネルの上下に位置するフロントウイ
ンドシールドの視界領域部及び表示装置の表示面の双方
を臨むように位置しているため、当該凹面鏡の光軸はフ
ロントウインドシールドの上方への傾斜方向に傾斜して
いる。
【0005】このため、運転者の虚像に対する視点の位
置が移動すると、虚像に歪みが生ずる。この歪みを除去
する方法としては、フロントウインドシールドの形状の
変更は困難なため、凹面鏡の反射面形状に工夫を加える
必要がある。
【0006】このような例としては、例えば、特開平6
−270716号公報に示すようなヘッドアップディス
プレイに採用される凹面鏡がある。
【0007】この凹面鏡は、回転放物凹面鏡の主軸を外
した放物反射鏡部を有しており、この放物反射鏡部の湾
曲面のうち、フロントウインドシールドの曲率半径の小
さい部分に対応する湾曲面部は、大きな曲率半径を有
し、フロントウインドシールドの曲率半径の大きな部分
に対応する湾曲面部は、小さな曲率半径を有する。
【0008】これによって、フロントウインドシールド
の各部の曲率半径の違いによる虚像の歪みを補正するよ
うにしている。
【0009】しかし、このような凹面鏡にあっても、拡
大率が大きいと、曲率半径がかなり急に小さくなるた
め、フロントウインドシールドの非対称な湾曲面形状と
相まって、表示光のうち凹面鏡の周辺部で反射された表
示光部分に起因する虚像の歪みが顕著となるという不具
合が生ずる。これに対し、凹面鏡の拡大率を小さくする
と、曲率半径が大きくなり虚像の歪みが減少するもの
の、虚像が小さくなってしまうという不具合がある。
【0010】従って、ヘッドアップディスプレイの凹面
鏡としては、虚像の歪みの減少と虚像の高拡大との双方
を満たすことが要請される。
【0011】そこで、この要請に対し、本発明者は、ヘ
ッドアップディスプレイに採用される通常の凹面鏡の特
性について種々検討を加えてみた。この検討にあたり、
図5にて示すような構成にて、虚像(以下虚像5とい
う)に対する視点の位置を各符号a、b、c、d、eで
示す位置に変えて、凹面鏡(以下、凹面鏡2という)の
反射面上の反射光の分布形状を調べてみた。なお、この
凹面鏡2の反射面は放物凹面形状を有する。
【0012】その結果、図6にて示すような結果が得ら
れた。ここで、視点の位置が各位置a、b、c、d、e
に移動すると、凹面鏡2の反射面上での反射光は、当該
凹面鏡2の光軸oを中心として、各符号A、B、C、
D、Eで示す分布形状及び位置にそれぞれ変化する。こ
のことは、虚像5は、各位置a、b、c、d、eに視点
を移動させたとき、各分布形状A、B、C、D、Eに相
当する形状で視認されることを意味する。なお、図5に
おいて、各符号1、3及び4は表示装置、インストルメ
ントパネル及びフロントウインドシールドを示す。
【0013】図6によれば、凹面鏡2上の反射光の分布
形状Cは、光軸oを中心として位置しているため、この
分布形状Cの歪みは殆どない。これに対し、視点が各位
置a、b、d、eに移動すると、これらに対応する各反
射光の分布形状A、B、D、Eは、それぞれ、周縁部分
にて大きな歪みを有する。
【0014】しかも、視点が各位置a、dに移動したと
きの各分布形状A、Dは、それぞれ、左下側隅角部分に
て、左斜め下方に向けて歪むように拡大した形状となっ
ている。一方、視点が各位置b、eに移動したときの各
分布形状B、Eは、それぞれ、右下側隅角部分にて、右
斜め下方に向けて歪むように拡大した形状となってい
る。
【0015】これは、上述のごとく、フロントウインド
シールド4の湾曲面形状と相まって、凹面鏡2が、イン
ストルメントパネル3の上下に位置するフロントウイン
ドシールド4及び表示装置1の双方を臨むように配設さ
れているために凹面鏡2の光軸oがフロントウインドシ
ールド4の上方への傾斜方向に傾斜していることによる
と考えられる。
【0016】従って、上記要請を満たすためには、凹面
鏡の曲率半径を当該凹面鏡の下部側では大きくし上部側
では小さくし、かつ、凹面鏡の外周部の曲率半径を局所
的に大きくしてやればよい。そこで、本発明は、このよ
うなことに着目して、表示情報を歪みなく拡大率の大き
い虚像にて表示するようにした自動車等の車両用ヘッド
アップディスプレイ及びその凹面鏡を提供することを目
的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、請求項1に記載の発明に係るヘッドアップディスプ
レイは、車両の車室内にてフロントウインドシールド
(20)の下方に位置するインストルメントパネル(3
0)の裏面側に配設されて表示情報を表す表示光を出射
する表示装置(10)と、この表示装置からの表示光を
凹面形状反射面(41)によりインストルメントパネル
の開口部(32)を通しフロントウインドシールドの裏
面に向け反射する凹面鏡(40)とを備えて、フロント
ウインドシールドが凹面鏡からの反射光を反射して表示
情報を前方に虚像として表示する。
【0018】そして、当該ヘッドアップディスプレイに
おいて、フロントウインドシールドの彎曲面形状にあわ
せて、凹面鏡の反射面は、その上部程当該反射面の下部よ
りも大きな曲率半径を有し、かつその外周部程当該反射
面の中央部よりも大きな曲率半径を有することを特徴と
する。
【0019】これにより、視点を移動した時の虚像の下
外側隅角部の拡大歪み及び視界領域部の湾曲形状に起因
する虚像の周辺部の拡大歪みが確実に解消され得る。
【0020】また、請求項2に記載の発明に係るヘッド
アップディスプレイにおいては、請求項1に記載の発明
において、適用対象を自動車とし、凹面鏡の反射面を放物
凹面形状反射面とし、かつ、この反射面の曲率半径はフロ
ントウインドシールドの視界領域部(20a)の彎曲面
形状にあわせて設定されている。これによっても、請求項
1に記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
【0021】また、請求項3に記載の発明によれば、請求
項1又は2に記載のヘッドアップディスプレイにおい
て、凹面鏡の反射面の外周部は、その曲率半径にて、双極
線の漸近線角度の調整で設定されていることを特徴とす
る。これにより、凹面鏡の反射面の外周部での拡大歪み
を良好に減少しつつ、請求項1又は2に記載の発明と同
様の作用効果を達成できる。
【0022】また、請求項4に記載の発明に係るヘッド
アップディスプレイ用凹面鏡は、車両の車室内にてフロ
ントウインドシールド(20)の下方に位置するインス
トルメントパネル(30)とこのインストルメントパネ
ルの裏面側に配設した表示装置(10)との双方を凹面
形状反射面(41)にて臨むように、フロントウインド
シールドの裏面に設けたものである。
【0023】そして、当該凹面鏡では、フロントウインド
シールドの彎曲面形状にあわせて、反射面は、その上部程
当該反射面の下部よりも大きな曲率半径を有し、かつそ
の外周部程当該反射面の中央部よりも大きな曲率半径を
有することを特徴とする。
【0024】これにより、請求項1に記載の発明の作用
効果を達成できるヘッドアップディスプレイ用凹面鏡の
提供が可能となる。
【0025】また、請求項5に記載の発明に係るヘッド
アップディスプレイ用凹面鏡においては、請求項4に記
載の発明において、適用対象を自動車とし、反射面を放物
凹面形状反射面とし、かつ、この反射面の曲率半径はフロ
ントウインドシールドの視界領域部(20a)の彎曲面
形状にあわせて設定されている。
【0026】これにより、請求項2に記載の発明の作用
効果を達成できるヘッドアップディスプレイ用凹面鏡の
提供が可能となる。
【0027】また、請求項6に記載の発明によれば、請求
項4又は5に記載のヘッドアップディスプレイ用凹面鏡
において、反射面の外周部は、その曲率半径にて、双極線
の漸近線角度の調整で設定されていることを特徴とす
る。これにより、請求項3に記載の発明の作用効果を達
成し得るヘッドアップディスプレイ用凹面鏡の提供が可
能となる。
【0028】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
により説明する。 (第1実施形態)以下、本発明の一実施形態を、図1乃
至図3に基づいて説明する。図1は、本発明に係るヘッ
ドアップディスプレイがセダン型自動車に適用された例
を示している。
【0030】このヘッドアップディスプレイは、表示装
置10(例えば、透過型液晶パネル及びそのバックライ
トからなる)を備えており、この表示装置10は、当該
自動車のフロントウインドシールド20の下縁部から車
室内下方へ延出するインストルメントパネル30の裏面
側にて配設されている。この表示装置10は、その表示
面11にて表示情報を表示光として出射する。
【0031】但し、フロントウインドシールド20は、
通常のセダン型自動車に装備される湾曲面形状を有して
いる。即ち、当該フロントウインドシールド20は、左
右方向ではその左右方向中央を基準に車室内に向かう対
称的湾曲面形状になっており、上部では下部及び中央部
に比べて大きく車室内側へ湾曲する面形状となってい
る。また、当該自動車では運転席は車室内右側にあるも
のとする。
【0032】よって、フロントウインドシールド20の
うち運転者の視界領域20aに対する対応部(以下、視
界領域部20aという)では、上下方向では上部の曲率
半径がその他の部分の曲率半径よりもかなり小さく、左
右方向では両端部の曲率半径がその他の部分の曲率半径
よりも小さい。
【0033】また、当該ヘッドアップディスプレイは、
凹面鏡40を備えており、この凹面鏡40は、その放物
凹面形状の反射面41でもって、インストルメントパネ
ル30の上壁31の開口部32に装着した防塵カバー3
3(透明の樹脂やガラスからなる)を通して視界領域部
20aを臨むとともに表示装置10の表示面11を臨む
ように、防塵カバー33の直下の表示装置10の前方に
て傾斜して配設されている。しかして、凹面鏡40は、
その反射面41にて、表示装置10からの表示光を反射
して、防塵カバー33を通しフロントウインドシールド
20の視界領域部20aの裏面に入射させる。
【0034】これにより、フロントウインドシールド2
0は、凹面鏡40からの入射光を反射して当該自動車の
ステアリングホイールWの直上を通して運転者の両眼に
入射させる。このことは、運転者は、フロントウインド
シールド20の前方にて、上記表示情報を虚像21とし
て視認することを意味する。
【0035】ここで、凹面鏡40の構成について詳細に
説明する。凹面鏡40はその反射面の全体に亘り高拡大
率を有するように構成されるが、上述のように、凹面鏡
40は、その反射面41でもって、インストルメントパ
ネル30の防塵カバー33(即ちフロントウインドシー
ルド20の視界領域部20a)及び表示装置10の表示
面11の双方を臨むように、防塵カバー33の直下の表
示装置10の前方にて傾斜して配設されているため、凹
面鏡40の光軸oはフロントウインドシールド20の上
方への傾斜方向に傾斜している。また、フロントウイン
ドシールド20の視界領域部20aは、上述のごとく、
上下方向では上部の曲率半径がその他の部分の曲率半径
よりもかなり小さく、左右方向では右側部の曲率半径が
その他の部分の曲率半径よりも小さい。
【0036】従って、虚像21は図6にて示す分布形状
から分かるように、凹面鏡40の外周部側へいく程中央
に位置する場合に比べて拡大歪みが生じ、また左右両側
下部のいずれか程拡大歪みを生ずる。
【0037】このため、虚像21の歪みが視点の位置の
移動とは関係なく良好に減少されるように、本実施形態
では、凹面鏡40において、その曲率半径が、上方(図
2にて+Y方向)へのいく程急に小さくなり、下方(図
2にて−Y方向)へいく程緩やかに大きくなるように、
かつ、凹面鏡40の外周部の曲率半径が局所的に大きく
なるように設計されている。
【0038】但し、上述のごとく、視界領域部20aの
うち左右方向において右側部の曲率半径がその他の部分
の曲率半径よりも小さいことから、凹面鏡40の外周部
の曲率半径は、左側よりも右側の方が大きくなるように
設計されている。
【0039】また、本実施形態では、上述のように、凹面
鏡40の反射面41の外周部の曲率半径を局所的に大き
くするにあたり、以下のように反射面41に放物線形状
の一例である双曲線の理論を用いている。
【0040】一般に、図4にて示すようにY−Z座標面
上に原点Oを基準に両双曲線Sを描いた場合、長軸であ
るZ軸上の半径aと短軸であるY軸上の半径bとの比を
変えることにより、漸近線Jの長軸Zに対する漸近線角
度θを変えることができる。これを利用すれば、凹面鏡4
0の光軸付近の曲率半径を変えることなく(つまり、光
軸付近の曲率半径とは関係なく)、反射面41の外周部
の曲率半径を変えることができる。
【0041】そこで、上述のように、本実施形態では、双
曲線の理論を用いて反射面41の外周部の曲率半径を局
所的に大きくするようにしている。一例を示せば、反射面
41上の反射光の分布形状Aの左下隅角部(図3(a)
にて円α内参照)の曲率半径は次のように設定する。
【0042】即ち、反射面41の中心付近の曲率半径が
図3(b)にて示す双曲線S1に対する漸近線角度で与
えられるとき、分布形状Aの左下隅角部の曲率半径を、双
曲線S2に対する漸近線角度に基づき設定する。ここで、
分布形状Aの左下隅角部の拡大歪みを減少させるよう
に、双曲線S2に対する漸近線角度は、双曲線S1に対す
る漸近線角度よりも大きくしてある。
【0043】分布形状Dの左下隅角部、両分布形状E、B
の右下隅角部も同様にして曲率半径を設定する。また、上
述のように、視界領域部20aのうち左右方向において
右側部の曲率半径がその他の部分の曲率半径よりも小さ
いことから、両分布形状E、Bの右下隅角部の曲率半径を
両分布形状D、Aの左下隅角部の曲率半径よりも大きめ
に設定することも同様にして行える。なお、上述のような
凹面鏡40の構成は、コンピュータシミュレーションを
利用して設計される。
【0044】このように構成した本実施形態において、
表示装置10がその表示面11から表示光を出射する
と、この表示光は凹面鏡40の反射面41に入射する。
すると、凹面鏡40は、その反射面41により、入射表
示光を反射して防塵カバー33を通してフロントウイン
ドシールド20の視界領域部20aに入射させる。
【0045】すると、フロントウインドシールド20
は、凹面鏡40からの入射光を反射して当該自動車のス
テアリングホイールWの直上を通して運転者の両眼に入
射させる。これにより、運転者は、フロントウインドシ
ールド20の前方にて、上記表示情報を虚像21として
視認する。
【0046】ここで、凹面鏡40の反射面41全体の曲
率半径が、上述のように、凹面鏡40のフロントウイン
ドシールド20及び表示装置10に対する空間的配置関
係及びフロントウインドシールド20の視界領域部20
aの湾曲面形状を考慮して、凹面鏡40の設計がなされ
ている。
【0047】このため、視点を位置a、dへ移動した時
の虚像21の左下隅角部の拡大歪み、視点を位置b、e
へ移動した時の虚像21の右下隅角部の拡大歪み、及び
視界領域部20aの湾曲形状に起因する虚像21の周辺
部の拡大歪みが確実に解消され得る。その結果、視点を
位置a、b、d、eに移動させても、視点が位置cにあ
るときと同様に歪みの非常に少ない虚像21として、高
拡大率にて視認できる。
【0048】なお、上記実施形態では、本発明がセダン
型自動車用ヘッドアップディスプレイに適用された例に
ついて説明したが、これに限ることなく、一般に、各種
自動車、バス、トラック等の車両用ヘッドアップディスプ
レイに本発明を適用して実施してもよい。
【0049】また、本発明の実施にあたり、運転席は、
上記実施形態とは異なり、車室内左側にあってもよく、
この場合には凹面鏡40の左右方向における曲率半径は
上記実施形態とは左右逆となっている。これによって
も、上記実施形態と同様の作用効果を達成できる。
【0050】また、本発明の実施にあたり、凹面鏡40の
反射面41の外周部の曲率半径の設定にあたり双曲線の
理論を用いた例について説明したが、これに限ることな
く、反射面41の外周部の曲率半径の設定はどのような
理論により行ってもよい。
【0051】また、本発明の実施にあたり、フロントウイ
ンドシールド20の彎曲面形状は上記実施形態にて述べ
たものに限ることなく、種々の彎曲面形状であってもよ
い。この場合、当該彎曲面形状にあわせて虚像21の歪み
を減少するように、凹面鏡の反射面の各部の曲率半径を
設計する。
【0052】また、本発明の実施にあたり、凹面鏡40の
反射面41の面形状は、上記実施形態にて述べたような
放物面形状に限ることなく、球面形状や双曲面形状等で
あってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る自動車用ヘッドアップディスプレ
イの一実施形態を示す概略全体構成図である。
【図2】図1の凹面鏡の拡大斜視図である。
【図3】(a)は図6の一部を抽出した図であり、
(b)は双曲線理論を用いて凹面鏡の反射面の外周部の
曲率半径を設定するための双曲線図である。
【図4】双曲線における漸近線と漸近線角度との関係を
示す図である。
【図5】従来のヘッドアップディスプレイの概略構成図
である。
【図6】図5にて視点を移動させた場合の凹面鏡の反射
面上における反射光の分布形状の変化を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
10…表示装置、20…フロントウインドシールド、2
0a…視界領域部、 30…インストルメントパネル、31…上壁、32…開口
部、40…凹面鏡。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 祐二朗 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 金森 直人 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 3D044 BA21 BB01 BC25 5G435 AA00 BB12 BB15 BB19 DD02 GG08 GG09 LL17

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両の車室内にてフロントウインドシー
    ルド(20)の下方に位置するインストルメントパネル
    (30)の裏面側に配設されて表示情報を表す表示光を
    出射する表示装置(10)と、 この表示装置からの表示光を凹面形状反射面(41)に
    より前記インストルメントパネルの開口部(32)を通
    し前記フロントウインドシールドの裏面に向け反射する
    凹面鏡(40)とを備えて、 前記フロントウインドシールドが前記凹面鏡からの反射
    光を反射して前記表示情報を前方に虚像として表示する
    ようにしたヘッドアップディスプレイにおいて、 前記フロントウインドシールドの彎曲面形状にあわせ
    て、前記凹面鏡の反射面は、その上部程当該反射面の下部
    よりも大きな曲率半径を有し、かつその外周部程当該反
    射面の中央部よりも大きな曲率半径を有することを特徴
    とするヘッドアップディスプレイ。
  2. 【請求項2】 自動車の車室内にてフロントウインドシ
    ールド(20)の下方に位置するインストルメントパネ
    ル(30)の裏面側に配設されて表示情報を表す表示光
    を出射する表示装置(10)と、 この表示装置からの表示光を放物凹面形状反射面(4
    1)により前記インストルメントパネルの開口部(3
    2)を通し前記フロントウインドシールドの裏面に向け
    反射する凹面鏡(40)とを備えて、 前記フロントウインドシールドが前記凹面鏡からの反射
    光を反射して前記表示情報を前方に虚像として表示する
    ようにしたヘッドアップディスプレイにおいて、 前記フロントウインドシールドの視界領域部(20a)
    の彎曲面形状にあわせて、前記凹面鏡の反射面は、その上
    部程当該反射面の下部よりも大きな曲率半径を有し、か
    つその外周部程当該反射面の中央部よりも大きな曲率半
    径を有することを特徴とするヘッドアップディスプレ
    イ。
  3. 【請求項3】 前記凹面鏡の反射面の外周部は、その曲
    率半径にて、双極線の漸近線角度の調整で設定されてい
    ることを特徴とする請求項1又は2に記載のヘッドアッ
    プディスプレイ。
  4. 【請求項4】 車両の車室内にてフロントウインドシー
    ルド(20)の下方に位置するインストルメントパネル
    (30)とこのインストルメントパネルの裏面側に配設
    した表示装置(10)との双方を凹面形状反射面(4
    1)にて臨むように、前記フロントウインドシールドの
    裏面に設けたヘッドアップディスプレイ用凹面鏡におい
    て、 前記フロントウインドシールドの彎曲面形状にあわせ
    て、前記反射面は、その上部程当該反射面の下部よりも大
    きな曲率半径を有し、かつその外周部程当該反射面の中
    央部よりも大きな曲率半径を有することを特徴とするヘ
    ッドアップディスプレイ用凹面鏡。
  5. 【請求項5】 自動車の車室内にてフロントウインドシ
    ールド(20)の下方に位置するインストルメントパネ
    ル(30)とこのインストルメントパネルの裏面側に配
    設した表示装置(10)との双方を放物凹面形状反射面
    (41)にて臨むように、前記フロントウインドシール
    ドの裏面に設けたヘッドアップディスプレイ用凹面鏡に
    おいて、 前記フロントウインドシールドの視界領域部(20a)
    の彎曲面形状にあわせて、前記反射面は、その上部程当該
    反射面の下部よりも大きな曲率半径を有し、かつその外
    周部程当該反射面の中央部よりも大きな曲率半径を有す
    ることを特徴とするヘッドアップディスプレイ用凹面
    鏡。
  6. 【請求項6】 前記反射面の外周部は、その曲率半径に
    て、双極線の漸近線角度の調整で設定されていることを
    特徴とする請求項4又は5に記載のヘッドアップディス
    プレイ用凹面鏡。
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