JP2002202475A - 車両用表示装置 - Google Patents

車両用表示装置

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JP2002202475A
JP2002202475A JP2000400951A JP2000400951A JP2002202475A JP 2002202475 A JP2002202475 A JP 2002202475A JP 2000400951 A JP2000400951 A JP 2000400951A JP 2000400951 A JP2000400951 A JP 2000400951A JP 2002202475 A JP2002202475 A JP 2002202475A
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JP
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windshield
image
vehicle
display device
lens
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JP2000400951A
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Kunimitsu Aoki
邦光 青木
Takeshi Nakamura
中村　　剛
Tetsuya Sugiyama
哲也 杉山
Takakuni Watanabe
高訓 渡辺
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Yazaki Corp
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Yazaki Corp
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価な補正部材にて虚像の補正を的確に行
う。 【解決手段】 表示デバイス（表示源）５に表示された
画像を車両のフロントガラス３の投影エリアＥ上に投影
させて、前記車両のアイポイントＩからフロントガラス
３を透して視認される前記車両の前景と、フロントガラ
ス３に投影される前記画像の虚像Ｓとを重畳視認させる
車両用表示装置において、フロントガラス３と表示デバ
イス５との間に設けられ、投影エリアＥの非平面性に起
因してアイポイントＩから視認される前記画像に生じる
歪みを相殺するように、フロントガラス３に投影する前
記画像を透過して補正する補正部材６を備え、補正部材
６を、単一の曲率半径によって形成される曲面のみを有
して構成するレンズにおける前記歪みの相殺が可能な所
定領域を当該レンズから抽出して形成したことを特徴と
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、車両用表示装置に
関し、より詳細には、表示源に表示された画像を車両の
フロントガラスの投影エリア上に投影させて、前記車両
のアイポイントからフロントガラスを透して視認される
前記車両の前景と、前記フロントガラスに投影される前
記画像の虚像とを重畳視認させる車両用表示装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、運転者が運転に際して求める情報
の増加や多角化に伴って、メータユニット内ではスペー
スの関係上表示しきれない情報を、フロントガラス上に
虚像表示させ、それを透して視認させる車両の前景と重
畳視認させる、ヘッドアップディスプレイと呼ばれる投
影型表示ユニットが採用されている。
【０００３】このような投影型補助表示ユニットにおい
ては、表示源の表示像を投影するフロントガラスが非平
面であり、しかも、フロントガラスの場所によって曲率
や水平面（又は鉛直面）に対する傾斜角度が異なること
からフロントガラス上の虚像表示が歪み、その視認性に
悪影響を及ぼすことが、従来から問題視されている。
【０００４】そこで、特開平３−１１３４１３号公報や
特開平４−２８３９７０号公報を始めとして、光学素子
や表示制御によってフロントガラス上での虚像の歪みを
矯正することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フロン
トガラスの非平面性によって虚像に歪みが生じるヘッド
アップディスプレイにおいて、その歪みを光学素子にお
ける反射、屈折等で補正するには、フロントガラスの横
方向における曲率や縦方向における曲率に着目して補正
量を決定するだけでは十分な補正を行うことができず、
虚像が表示されるフロントガラスの表示エリア内におい
ても補正量は場所によって異なるため、十分な補正を行
うには光学素子の曲面形状が複雑になってしまい、光学
素子の生産が困難であったり、光学素子の生産費が上昇
してしまうという問題が生じていた。
【０００６】よって本発明は、上述した問題点に鑑み、
安価な補正部材にて虚像の補正を的確に行うことができ
る車両用表示装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明によりなされた請求項１記載の車両用表示装置
は、表示源に表示された画像を車両のフロントガラスの
投影エリア上に投影させて、前記車両のアイポイントか
らフロントガラスを透して視認される前記車両の前景
と、前記フロントガラスに投影される前記画像の虚像と
を重畳視認させる車両用表示装置において、前記フロン
トガラスと前記表示源との間に設けられ、前記投影エリ
アの非平面性に起因して前記アイポイントから視認され
る前記画像に生じる歪みを相殺するように、前記フロン
トガラスに投影する前記画像を透過して補正する補正部
材を備え、前記補正部材を、単一の曲率半径によって形
成される曲面のみを有して構成するレンズにおける前記
歪みの相殺が可能な所定領域を当該レンズから抽出して
形成したことを特徴とする。
【０００８】上記請求項１に記載した本発明の車両用表
示装置によれば、単一の曲率半径によって形成される曲
面のみを有して構成するレンズにおける前記歪みの相殺
が可能な所定領域を抽出して形成した補正部材を、表示
源に表示された画像が透過することで調整されてフロン
トガラスの投影エリア上に投影される。よって、画像を
補正する補正部材を、単一の曲率半径によって形成され
る曲面を有して構成するレンズにおける虚像の歪みの相
殺が可能な所定領域を抽出して形成しているので、投影
エリアにおける領域毎に異なる補正量で補正を行うため
に補正部材が複雑な形状になっても、単一の曲率半径に
よって形成される曲面を有して構成するレンズから補正
部材を抽出すればよいので、補正に応じた補正部材を新
たに加工する必要がなくなり、既存のレンズから抽出し
て形成した安価な補正部材を用いて虚像の補正を的確に
行うことができる。また、車種に応じてフロントガラス
の形状が異なって補正量が変化しても、その補正量に応
じた所定領域を既存のレンズから抽出することで容易に
対応することができる。
【０００９】上記課題を解決するため本発明によりなさ
れた請求項２記載の車両用表示装置は、表示源に表示さ
れた画像を車両のフロントガラスの投影エリア上に投影
させて、前記車両のアイポイントからフロントガラスを
透して視認される前記車両の前景と、前記フロントガラ
スに投影される前記画像の虚像とを重畳視認させる車両
用表示装置において、前記フロントガラスと前記表示源
との間に設けられ、前記投影エリアの非平面性に起因し
て前記アイポイントから視認される前記画像に生じる歪
みを相殺するように、前記フロントガラスに投影する前
記画像を透過して補正する補正部材を備え、前記補正部
材は、単一の曲率半径によって形成される曲面のみを有
して構成するレンズにおける前記歪みの相殺が可能な所
定領域であることを特徴とする。
【００１０】上記請求項２に記載した本発明の車両用表
示装置によれば、単一の曲率半径によって形成される曲
面のみを有して構成するレンズにおける前記歪みの相殺
が可能な所定領域である補正部材を、表示源に表示され
た画像が透過することで調整されてフロントガラスの投
影エリア上に投影される。よって、画像を補正する補正
部材を、単一の曲率半径によって形成される曲面を有し
て構成するレンズにおける虚像の歪みの相殺が可能な所
定領域としているので、投影エリアにおける領域毎に異
なる補正量で補正を行うために補正部材が複雑な形状に
なっても、単一の曲率半径によって形成される曲面を有
して構成するレンズを補正部材として用いることができ
るため、レンズを加工する必要がなくなり、既存のレン
ズを用いて虚像の補正を的確に行うことができる。ま
た、車種に応じてフロントガラスの形状が異なって補正
量が変化しても、その補正量に応じた所定領域を有する
レンズを特定したり、前記所定領域をレンズから画定す
ることで容易に対応することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る車両用表示装
置の一実施の形態を、図１〜図６の図面を参照して説明
する。
【００１２】ここで、図１は本発明の実施の形態に係る
車両用表示装置の原理的な概略構成を示す断面図であ
り、図２は図１の表示デバイスからの像光が照射される
フロントガラスとその周辺部分を示す拡大説明図であ
り、図３は図１のフロントガラス上に投影させるために
画像信号が生成される計器情報の視認用画像を示す模式
図であり、図４は図３の視認用画像を図１の表示デバイ
スに表示させた場合にフロントガラス上において視認さ
れると想定される反転画像の虚像を示す模式図であり、
図５は図１の表示デバイスと補正部材を示す拡大斜視図
であり、図６は補正部材の他の実施の形態を説明するた
めの図である。
【００１３】図１に示すように車両用表示装置は、車両
のダッシュボード１の内部に収容された表示デバイス
（表示源に相当）５と、この表示デバイス５に表示させ
る画像の内容をコントロールするコントロールユニット
７とを有している。
【００１４】このうち、表示デバイス５は、自発光デバ
イス（例えば、ＦＥ〔フィールドエミッション〕ディス
プレイ、蛍光表示管、ＥＬ〔エレクトロルミネッセン
ス〕ディスプレイ等）や、バックライト付きの液晶ディ
スプレイ等からなり、車両の上方に向けて配置された表
示面５ａ上に、ナビゲーション装置の進行方向情報や走
行速度といった、運転に必要な補助情報等の画像（図示
せず）を反転させた反転画像を、画像の上側を車両の後
方側、画像の下側を車両の前方側に配置して、発光表示
させるように構成されている。
【００１５】そして、表示デバイス５に表示された反転
画像の像光は、図２に示すように、ダッシュボード１の
上面１ａに形成された開口１ｂを通過してダッシュボー
ド１の上方に配置された非平面状のフロントガラス３上
の投影エリアＥに投影され、この投影により、フロント
ガラス３を透して視認される前景と、表示デバイス５に
表示された反転画像である画像の虚像Ｓとが、車両の運
転者のアイポイントＩから視認される。
【００１６】表示デバイス５の表示面５ａとフロントガ
ラス３との間には、投影エリアＥの非平面性に起因して
アイポイントＩから視認される画像に生じる歪みを相殺
するように、フロントガラス３に投影する画像を透過し
て調整する補正部材６を設けている。
【００１７】ここで、フロントガラス３が水平並びに鉛
直の両方向について各々曲率を有する非平面状に形成さ
れていることから、不図示の計器情報生成ユニットにお
いて画像信号が生成された計器情報の視認用画像が、図
３に示すような、縦横の直線からなる格子状の画像であ
ったとすると、アイポイントＩからその前方のフロント
ガラス３箇所を視認した際に、そのフロントガラス３箇
所上に視認されると想定される、表示デバイス５に表示
される反転画像の反転虚像は、フロントガラス３におけ
る反射によって、図４に示すように、右下方向に引っ張
られたように歪むことになる。
【００１８】そのため、表示デバイス５に表示される反
転画像の反転虚像の右側をより強く補正する必要がある
ため、この反転虚像の歪みを相殺するように補正部材６
の曲面形状を設計することとなる。そして、例えばシリ
ンドリカルレンズ、球面レンズ等の単一の曲率半径によ
って形成される曲面のみを有して構成される複数種類の
光学素子である凹レンズ（以下、レンズという）の中か
ら、設計した曲面形状を有する、若しくは近似した曲面
形状を有するレンズを選定する。
【００１９】レンズを選定すると、表示デバイス５の上
面の外形に応じた形状となるように、補正部材６がレン
ズから抽出されて図５に示す補正部材６を形成すること
となる。なお、本実施の形態では、投影エリアＥの下側
における補正量の方が上側よりも大きいために平面６ｂ
から曲面６ａまでの高さは、投影エリアＥに対応する上
縁部６ａ１から下縁部６ａ２に向かう程大きくなるよう
になっている。また、投影エリアＥの右側における補正
量の方が左側よりも大きいために平面６ｂから曲面６ａ
までの高さは、投影エリアＥに対応する左縁部６ａ３か
ら右縁部６ａ４に向かう程大きくなるようになってい
る。つまり、投影エリアＥの右下に対応する平面６ｂか
ら曲面６ａまでの高さが高くなるような曲面６ａを有す
る補正部材６を形成している。
【００２０】この形成した補正部材６は、その曲面６ａ
がフロントガラス３と対向し、平面６ｂが表示デバイス
５と対向するように配置している。このように補正部材
６を単一の曲率半径によって形成される曲面を有するレ
ンズの所定領域を抽出して形成しているので、投影エリ
アＥの歪みを補正するのに適した曲面６ａを容易に形成
することが可能となり、曲面６ａの形状が複雑になって
も低価格で光学素子である補正部材を生産することがで
きる。
【００２１】なお、レンズにおける領域毎の補正量につ
いては、実際に表示デバイス５に表示される反転画像を
透過させて計測した計測値に基づいて演算したり、フロ
ントガラス３の形状とレンズの形状から補正量をシュミ
レーション用ソフトウェアで演算するなど種々異なる実
施の形態とすることができる。
【００２２】また、コントロールユニット７は、車両内
の不図示の各種センサ類の検出状況等を基に不図示の計
器情報生成ユニットにおいて生成された、走行速度やエ
ンジン回転数、燃料の残量、ラジエータ水温といった、
運転者に報知するべき計器情報の視認用画像の画像信号
が入力される信号入力端子と、この信号入力端子に入力
された画像信号を加工するマイクロコンピュータとを有
し、画像信号を反転画像の画像信号として表示デバイス
５に対して出力している。
【００２３】次に、上述のように構成された本実施の形
態の車両用表示装置の動作（作用）について説明する。
【００２４】車両用表示装置では、計器情報の視認用画
像が表示デバイス５に表示されると、その像光は補正部
材６の平面６ｂから入射し、補正部材６内を透過して曲
面６ａに到達する。そして、像光は曲面６ａに応じた屈
折角で屈折してフロントガラス３に対して出射される。
具体的には、曲面６ａにおける屈折角が大きい領域、つ
まり、補正部材６の曲面６ａにおける下縁部６ａ２、右
縁部６ａ４よりの領域の屈折角が大きくなるため、この
領域からの像光は大きく屈折されて出射される。また、
曲面６ａにおける屈折角が小さい領域、つまり、補正部
材６の曲面６ａにおける上縁部６ａ１よりの領域の屈折
角は小さくなるため、この領域からの像光は殆ど屈折さ
れずにフロントガラス３に出射される。
【００２５】そして、出射された反転画像の像光が、ダ
ッシュボード１の上面１ａに形成された開口１ｂを通過
してダッシュボード１の上方に配置されたフロントガラ
ス３上に照射されることで、図４に示す右下方向に引っ
張られたように歪まされる仮想上の反転画像の虚像は、
補正部材６の曲面６ａにおける屈折によって相殺される
ため、アイポイントＩからその前方のフロントガラス３
箇所を視認した際に、そのフロントガラス３箇所で反転
画像の像光が反射されてフロントガラス３上に視認され
る反転画像の虚像は、図３に示すような、歪みのない本
来の縦横の直線からなる格子状の画像となる。
【００２６】以上説明したように、画像を補正する補正
部材６を、単一の曲率半径によって形成される曲面を有
して構成するレンズにおける虚像の歪みの相殺が可能な
所定領域を抽出して形成しているので、投影エリアＥに
おける領域毎に異なる補正量で補正を行うために補正部
材６が複雑な形状になっても、単一の曲率半径によって
形成される曲面を有して構成するレンズから補正部材６
を抽出すればよいので、補正に応じた補正部材６を新た
に加工する必要がなくなり、既存のレンズから抽出して
形成した安価な補正部材６を用いて虚像の補正を的確に
行うことができる。また、車種に応じてフロントガラス
３の形状が異なって補正量が変化しても、その補正量に
応じた所定領域を既存のレンズから抽出することで容易
に対応することができる。
【００２７】また、上述した本実施の形態では、補正部
材６をレンズから抽出して形成する場合について説明し
たが、本発明はこれに限定するものでなく、補正部材６
をレンズから抽出することなく車両用表示装置に用いる
など種々異なる実施の形態とすることもできる。
【００２８】他の実施の形態の一例としては、図６
（ａ）は球面レンズ６Ａを、図６（ｂ）はシリンドリカ
ルレンズ６Ｂを、補正部材６として表示デバイス５の上
方にそれぞれ配置したときの図に示すような実施の形態
とすることもできる。この場合、上述した本実施の形態
と同様に、この反転虚像の歪みを相殺するように設計し
た曲面形状に対応する所定領域を有する、若しくは曲面
形状と類似した所定領域を有する球面レンズ６Ａやシリ
ンドリカルレンズ６Ｂなどのレンズを選定する。そし
て、その所定領域が表示デバイス５の上面と対面するよ
うにレンズを配置して車両用表示装置を構成しても、上
述した本実施の形態と同様の作用効果を得ることができ
る。
【００２９】よって、画像を補正する補正部材を、単一
の曲率半径によって形成される曲面を有して構成する球
面レンズ６Ａやシリンドリカルレンズ６Ｂなどのレンズ
における虚像の歪みの相殺が可能な所定領域としている
ので、投影エリアＥにおける領域毎に異なる補正量で補
正を行うために補正部材が複雑な形状になっても、単一
の曲率半径によって形成される曲面を有して構成するレ
ンズを補正部材として用いることができるため、レンズ
を加工する必要がなくなり、既存のレンズを用いて虚像
の補正を的確に行うことができる。また、車種に応じて
フロントガラスの形状が異なって補正量が変化しても、
その補正量に応じた所定領域を有するレンズを特定した
り、前記所定領域をレンズから画定することで容易に対
応することができる。
【００３０】また、上述した本実施の形態では、補正部
材６を抽出して形成する、補正部材６として用いるレン
ズとして平凹面レンズを用いているが、本発明はこれに
限定するものではなく、虚像の歪みの相殺が可能であれ
ば両凹レンズ、凸レンズなどを用いても差し支えない。
【００３１】さらに、上述した本実施の形態では、設計
した曲面形状を有する、若しくは近似した形状を有する
レンズを選定する場合について説明したが、本発明はこ
れに限定するものではなく、虚像の歪みの相殺が可能な
所定領域を予め用意したレンズから特定するようしても
よい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載した
本発明の車両用表示装置によれば、画像を補正する補正
部材を、単一の曲率半径によって形成される曲面を有し
て構成するレンズにおける虚像の歪みの相殺が可能な所
定領域を抽出して形成しているので、投影エリアにおけ
る領域毎に異なる補正量で補正を行うために補正部材が
複雑な形状になっても、単一の曲率半径によって形成さ
れる曲面を有して構成するレンズから補正部材を抽出す
ればよいので、補正に応じた補正部材を新たに加工する
必要がなくなり、既存のレンズから抽出して形成した安
価な補正部材を用いて虚像の補正を的確に行うことがで
きるという効果を奏する。また、車種に応じてフロント
ガラスの形状が異なって補正量が変化しても、その補正
量に応じた所定領域を既存のレンズから抽出することで
容易に対応することができるという効果も奏する。
【００３３】以上説明したように請求項２に記載した本
発明の車両用表示装置によれば、画像を補正する補正部
材を、単一の曲率半径によって形成される曲面を有して
構成するレンズにおける虚像の歪みの相殺が可能な所定
領域としているので、投影エリアにおける領域毎に異な
る補正量で補正を行うために補正部材が複雑な形状にな
っても、単一の曲率半径によって形成される曲面を有し
て構成するレンズを補正部材として用いることができる
ため、レンズを加工する必要がなくなり、既存のレンズ
を用いて虚像の補正を的確に行うことができるという効
果を奏する。また、車種に応じてフロントガラスの形状
が異なって補正量が変化しても、その補正量に応じた所
定領域を有するレンズを特定したり、前記所定領域をレ
ンズから画定することで容易に対応することができると
いう効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両用表示装置の原
理的な概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の表示デバイスからの像光が照射されるフ
ロントガラスとその周辺部分を示す拡大説明図である。
【図３】図１のフロントガラス上に投影させるために画
像信号が生成される計器情報の視認用画像を示す模式図
である。
【図４】図３の視認用画像を図１の表示デバイスに表示
させた場合にフロントガラス上において視認されると想
定される反転画像の虚像を示す模式図である。
【図５】図１の表示デバイスと補正部材を示す拡大斜視
図である。
【図６】補正部材の他の実施の形態を説明するための図
である。
【符号の説明】
３ フロントガラス ５ 表示デバイス（表示源） ６ 補正部材 Ｅ 投影エリア Ｉ アイポイント Ｓ 虚像
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 哲也 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 (72)発明者 渡辺 高訓 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 Ｆターム(参考） 3D044 BA19 BA21 BB01 BC25

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表示源に表示された画像を車両のフロン
    トガラスの投影エリア上に投影させて、前記車両のアイ
    ポイントからフロントガラスを透して視認される前記車
    両の前景と、前記フロントガラスに投影される前記画像
    の虚像とを重畳視認させる車両用表示装置において、 前記フロントガラスと前記表示源との間に設けられ、前
    記投影エリアの非平面性に起因して前記アイポイントか
    ら視認される前記画像に生じる歪みを相殺するように、
    前記フロントガラスに投影する前記画像を透過して補正
    する補正部材を備え、 前記補正部材を、単一の曲率半径によって形成される曲
    面のみを有して構成するレンズにおける前記歪みの相殺
    が可能な所定領域を当該レンズから抽出して形成したこ
    とを特徴とする車両用表示装置。
  2. 【請求項２】 表示源に表示された画像を車両のフロン
    トガラスの投影エリア上に投影させて、前記車両のアイ
    ポイントからフロントガラスを透して視認される前記車
    両の前景と、前記フロントガラスに投影される前記画像
    の虚像とを重畳視認させる車両用表示装置において、 前記フロントガラスと前記表示源との間に設けられ、前
    記投影エリアの非平面性に起因して前記アイポイントか
    ら視認される前記画像に生じる歪みを相殺するように、
    前記フロントガラスに投影する前記画像を透過して補正
    する補正部材を備え、 前記補正部材は、単一の曲率半径によって形成される曲
    面のみを有して構成するレンズにおける前記歪みの相殺
    が可能な所定領域であることを特徴とする車両用表示装
    置。
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