JP2011209616A - Method for manufacturing head-up display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a head-up display device that can be reduced in size while minimizing an increase of its manufacturing cost.SOLUTION: The head-up display device 1 includes: a display device 5 for displaying an image 80; a concave mirror 6 having a reflecting face 6a for enlarging and reflecting the image 80; and a lens 7 having an incident-side end face 7a for enlarging the reflection image 81 reflected by the concave mirror 6, and used to project the enlargement image 82, enlarged and transmitted by the incident-side end face 7a, onto an image projecting surface part 9a. The shape of the incident-side end face 7a of the lens 7 is uniquely determined in the step S10 of determining an incident-side end face shape. Thereafter, the shape of a reflecting face 6a is determined in the step S20 of determining the shape of a reflecting face. The reflecting face 6a is determined into such a shape that distortion of a virtual image 4a, displayed when the image 80 of the display device 5 passing through the lens 7 is projected onto the image projecting surface part 9a, is corrected.

Description

本発明は、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a head-up display device mounted on a vehicle.

従来、車両に搭載され、ウインドシールドの画像投影面部への画像の投影により、車両の車内に画像の虚像を表示させる車両用ヘッドアップディスプレイ装置が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a vehicle head-up display device that is mounted on a vehicle and displays a virtual image of the image inside the vehicle by projecting an image onto an image projection surface of a windshield is known.

このような車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置は、インストルメントパネルの内側に設けた空間に設置されることが多い。インストルメントパネルの内側には、コンビネーションメータや、空調装置のエアダクトなどが設置されており、小型車などのインストルメントパネルの比較的小さい車両には、ヘッドアップディスプレイ装置を設置するだけの空間が確保しにくい場合がある。   The head-up display device mounted on such a vehicle is often installed in a space provided inside the instrument panel. Inside the instrument panel, a combination meter, air duct for air conditioner, etc. are installed, and a vehicle with a relatively small instrument panel such as a small car has enough space to install a head-up display device. It may be difficult.

そこで、拡大機能を有した凹面鏡とウインドシールドとの間に、さらに拡大機能を有したレンズを備えるヘッドアップディスプレイ装置が提案されている(特許文献1を参照)。拡大機能を有したレンズを備えることにより、より小型の表示器を採用することができ、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化が可能となる。   In view of this, a head-up display device has been proposed that includes a lens having a further magnifying function between a concave mirror having a magnifying function and a windshield (see Patent Document 1). By providing a lens having an enlargement function, a smaller display can be employed, and the head-up display device can be downsized.

特開2008−268883号公報JP 2008-268883 A

ウインドシールドの形状は、車両中央で車幅方向に対して対称となっているものの、ヘッドアップディスプレイ装置から出射される画像は、一般的に運転者の前方に投影される。そのため、画像が投影されるウインドシールドの画像投影面部は、車幅方向に対して非対称な自由曲面となってしまう。しかも、ウインドシールドの形状は、車種ごとに異なっているため、画像投影面部の形状も車種ごとに異なる。   Although the shape of the windshield is symmetric with respect to the vehicle width direction at the center of the vehicle, the image emitted from the head-up display device is generally projected in front of the driver. Therefore, the image projection surface portion of the windshield onto which the image is projected becomes a free curved surface that is asymmetric with respect to the vehicle width direction. In addition, since the shape of the windshield is different for each vehicle type, the shape of the image projection surface portion is also different for each vehicle type.

一方、拡大機能を有する凹面鏡は、その形状特有の問題がある。その問題とは、拡大した画像の両端が歪むというものである。この歪みは、凹面鏡の拡大率を大きくすればするほど、像の周囲の歪が大きくなる。また、拡大機能を持たせたレンズについても、凹面鏡と同様、拡大率を大きくすればするほど、像の周囲の歪みは大きくなる。   On the other hand, a concave mirror having an enlargement function has a problem specific to its shape. The problem is that both ends of the enlarged image are distorted. As the magnification of the concave mirror increases, the distortion around the image increases. In addition, as with a concave mirror, a lens having an enlargement function increases the distortion around the image as the enlargement ratio is increased.

上述したように、ウインドシールドの複雑な形状は、凹面鏡およびレンズによって歪んだ像を更に複雑に歪ませることとなる。   As described above, the complicated shape of the windshield further distorts the image distorted by the concave mirror and the lens.

これらのことにより、最終的に虚像の表示状態を良好にするには、車種ごとに異なるウインドシールドの形状に合わせて、凹面鏡およびレンズの最適な形状を定めなければならなくなる。このように最適な形状を試行錯誤的に闇雲に定めると、凹面鏡およびレンズの形状が複雑となったり、凹面鏡およびレンズを車種ごとに用意しなければならなくなるという事態が発生する。特に、レンズの形状が複雑となったり、車種ごとに用意しなけばならないという事態は、ヘッドアップディスプレイ装置の製造コストを大幅に上昇させてしまう。   For these reasons, in order to finally improve the display state of the virtual image, it is necessary to determine the optimum shape of the concave mirror and the lens in accordance with the shape of the windshield that differs for each vehicle type. If the optimal shape is determined in the dark clouds by trial and error in this way, the situation arises that the shape of the concave mirror and lens becomes complicated, or the concave mirror and lens must be prepared for each vehicle type. In particular, a situation where the shape of the lens is complicated or a vehicle must be prepared for each vehicle type greatly increases the manufacturing cost of the head-up display device.

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、製造コストの上昇を極力抑えつつ、小型化を達成することができるヘッドアップディスプレイ装置の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a head-up display device that can achieve downsizing while suppressing an increase in manufacturing cost as much as possible.

本発明の請求項1に記載の発明は、車両に搭載され、ウインドシールドの画像投影面部への画像の投影により、車両の車内に画像の虚像を表示させる車両用ヘッドアップディスプレイ装置の製造方法において、ヘッドアップディスプレイ装置は、画像を表示する表示器と、画像を拡大して、反射する反射面を有する凹面鏡と、反射面にて反射された画像の反射画像を拡大する入射面を有し、入射面にて拡大され透過した拡大画像を画像投影面部に投影するレンズと、を備え、
一意に入射面の形状を定める入射面形状決定工程と、入射面形状決定工程後、一意に定めた入射面を有するレンズを透過させた画像を画像投影面部に投影させた場合に表示される虚像の歪みが補正されるように反射面の形状を定める反射面形状決定工程と、を有することを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a head-up display device for a vehicle which is mounted on a vehicle and displays a virtual image of the image in the vehicle by projecting the image onto the image projection surface of the windshield. The head-up display device has a display for displaying an image, a concave mirror having a reflecting surface that magnifies and reflects the image, and an incident surface that magnifies the reflected image of the image reflected by the reflecting surface, A lens that projects a magnified image that has been magnified and transmitted on the incident surface onto the image projection surface, and
An incident surface shape determining step for uniquely determining the shape of the incident surface, and a virtual image displayed when an image transmitted through a lens having a uniquely determined incident surface is projected on the image projection surface portion after the incident surface shape determining step. A reflection surface shape determination step for determining the shape of the reflection surface so that the distortion of the reflection surface is corrected.

本発明では、入射面決定工程にて決定するレンズの入射面の形状を一意に決定している。このため、入射面の形状を、例えば、ウインドシールドの画像投影面部の形状に拘わらず、製造効率が良く、製造コストの上昇を極力抑えることができるような形状とすることが可能となる。また、製造者側の都合により自由にレンズの入射面の形状を定めることができるので、車種ごとにレンズを用意するのではなく、レンズを共通化することも可能となる。このように、レンズの入射面の形状を一意に決定することによれば、レンズのコスト上昇を抑えることができる。   In the present invention, the shape of the incident surface of the lens determined in the incident surface determination step is uniquely determined. For this reason, for example, the shape of the incident surface can be made such that the manufacturing efficiency is high and the increase in manufacturing cost can be suppressed as much as possible regardless of the shape of the image projection surface portion of the windshield. In addition, since the shape of the entrance surface of the lens can be freely determined for the convenience of the manufacturer, it is possible to use a common lens instead of preparing a lens for each vehicle type. Thus, by uniquely determining the shape of the entrance surface of the lens, an increase in the cost of the lens can be suppressed.

また、本発明では、一意に定めた入射面形状を有するレンズを透過させた表示器に表示される画像を画像投影面部に投影させた場合に表示される虚像の歪みが補正されるように反射面形状を反射面形状決定工程にて定めるようにしているため、反射面形状は、入射面形状に比べ複雑な形状となりやすい。しかしながら、この複雑な面は、反射面に形成されることとなるため、レンズの入射面に形成される場合に比べ製造コストの上昇を極力抑えることができる。   Further, according to the present invention, reflection is performed so that distortion of a virtual image displayed when an image displayed on a display that transmits a lens having a uniquely defined incident surface shape is projected onto an image projection plane is corrected. Since the surface shape is determined in the reflecting surface shape determining step, the reflecting surface shape tends to be a complicated shape as compared with the incident surface shape. However, since this complicated surface is formed on the reflecting surface, an increase in manufacturing cost can be minimized as compared with the case where it is formed on the incident surface of the lens.

したがって、本発明による製造方法によれば、製造コストの上昇を極力抑えつつ、小型化を達成することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。   Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a head-up display device that can achieve downsizing while suppressing an increase in manufacturing cost as much as possible.

具体的には、請求項2に記載されているように、入射面形状決定工程にて一意に定める入射面の形状は、車幅方向に対して対称となっているので入射面の形状を簡単なものとなる。   Specifically, as described in claim 2, since the shape of the incident surface uniquely determined in the incident surface shape determination step is symmetric with respect to the vehicle width direction, the shape of the incident surface can be simplified. It will be something.

さらに、車幅方向に対して対称となっている入射面は、請求項3に記載されているように、レンズの光軸に沿った方向をγ方向、当該γ方向に直交し、車幅方向に沿った方向をα方向、γ方向およびα方向にそれぞれ直交する方向をβ方向、γ方向の座標をγ、α−β平面内の座標を(α,β)とし、レンズの入射面を、γ=f(α,β)で表現される多項式とした場合、αの次数が奇数となっている項を除く項からなる多項式にて表現される自由曲面となっているため、レンズに拡大機能を持たせつつ、入射面の形状を簡単化することが可能となる。   Further, the incident surface that is symmetric with respect to the vehicle width direction has a direction along the optical axis of the lens as the γ direction, and is orthogonal to the γ direction, as described in claim 3, The direction along the direction α, the direction γ and the direction orthogonal to the α direction are the β direction, the coordinates in the γ direction are γ, the coordinates in the α-β plane are (α, β), and the incident surface of the lens is When a polynomial expressed by γ = f (α, β) is used, the lens has an enlargement function because it is a free-form surface expressed by a polynomial other than a term in which the degree of α is an odd number. It is possible to simplify the shape of the incident surface while providing the same.

特に、請求項4に記載されているように、画像が投影されるウインドシールドの画像投影面部の形状が車幅方向に対して非対称な自由曲面形状となっていると、虚像の歪みを補正する凹面鏡の形状は複雑になりやすい。本発明は、このように画像投影面部の形状が車幅方向に対して非対称な自由曲面となっているものに対して特に有効に機能する。   In particular, as described in claim 4, if the shape of the image projection surface portion of the windshield on which the image is projected is a free-form surface shape that is asymmetric with respect to the vehicle width direction, the distortion of the virtual image is corrected. The shape of the concave mirror tends to be complicated. The present invention functions particularly effectively in the case where the shape of the image projection surface portion is a free-form surface that is asymmetric with respect to the vehicle width direction.

本発明が適用された車両用ヘッドアップディスプレイ装置(HUD装置)を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating a vehicle head-up display device (HUD device) to which the present invention is applied. 図1のHUD装置の主要部の拡大図である。It is an enlarged view of the principal part of the HUD apparatus of FIG. シリンドリカルレンズ単体の斜視図である。It is a perspective view of a cylindrical lens single-piece | unit. シリンドリカルレンズが軸外しの状態で取り付けられていることによる影響を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the influence by attaching a cylindrical lens in the state of off-axis. 凹面鏡単体の斜視図である。It is a perspective view of a concave mirror simple substance. 凹面鏡が軸外しの状態で取り付けられていることによる影響を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the influence by having attached the concave mirror off-axis. ヘッドアップディスプレイ装置のシリンドリカルレンズの入射側端面および凹面鏡の反射面の形状を決定する工程を説明するフローである。It is a flow explaining the process of determining the shape of the incident side end surface of the cylindrical lens of a head-up display apparatus, and the reflective surface of a concave mirror.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明が適用された車両用ヘッドアップディスプレイ装置(HUD装置)を示す概略構成図である。図2は、その主要部の拡大図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a vehicle head-up display device (HUD device) to which the present invention is applied. FIG. 2 is an enlarged view of the main part.

図1に示すように、HUD装置1は、フロントウインドシールド9の下縁から車室内側へ延出するインストルメントパネル(以下、インパネという)2の内側に配置され、各種情報を画像80として表示する表示デバイス5と、表示デバイス5に表示された画像80を拡大かつ反射する凹面鏡6と、凹面鏡6で反射された反射画像81を拡大しかつ透過した拡大画像82をフロントウインドシールド9に向けて出射するシリンドリカルレンズ7とを備えている。   As shown in FIG. 1, the HUD device 1 is arranged inside an instrument panel (hereinafter referred to as instrument panel) 2 that extends from the lower edge of the front windshield 9 toward the vehicle interior side, and displays various information as an image 80. Display device 5, a concave mirror 6 that magnifies and reflects an image 80 displayed on the display device 5, and a magnified image 82 that magnifies and transmits a reflected image 81 reflected by the concave mirror 6 toward the front windshield 9. An outgoing cylindrical lens 7 is provided.

なお、シリンドリカルレンズ7を透過した拡大画像82は、フロントウインドシールド9の画像投影面部9aにて反射して、車両の乗員のアイレンジ3に到達する。これにより、乗員には、拡大画像82の虚像4が、車両の前景(フロントウインドシールド9を挟んで乗員とは反対側)と重なるように視認される。   The enlarged image 82 that has passed through the cylindrical lens 7 is reflected by the image projection surface portion 9a of the front windshield 9 and reaches the eye range 3 of the vehicle occupant. As a result, the occupant sees the virtual image 4 of the enlarged image 82 so as to overlap the foreground of the vehicle (on the opposite side of the occupant across the front windshield 9).

ここで、画像投影面部9aは、フロントウインドシールド9の一部分に設けられる部位であって、表示デバイス5の画面の最外周縁部に沿った枠状の画像をフロントウインドシールド9に投影した場合に表示される枠状の虚像4の内側の部位である。   Here, the image projection surface portion 9 a is a part provided in a part of the front windshield 9, and when a frame-like image along the outermost peripheral edge portion of the screen of the display device 5 is projected onto the front windshield 9. It is a part inside the frame-like virtual image 4 to be displayed.

HUD装置1は、拡大機能を有した凹面鏡6に加え、フロントウインドシールド9と凹面鏡6との間に、拡大機能を有したシリンドリカルレンズ7を配置させているため、表示デバイス5を小型化することができ、ひいてはHUD装置1の小型化を促進される。   Since the HUD device 1 has a cylindrical lens 7 having an enlargement function disposed between the front windshield 9 and the concave mirror 6 in addition to the concave mirror 6 having an enlargement function, the display device 5 can be downsized. As a result, downsizing of the HUD device 1 is promoted.

また、インパネ2には、当該インパネ2の上面部に開口を有し、凹面鏡6で反射された反射画像81をフロントウインドシールド9に導くための筒状の導光部2aが形成されており、シリンドリカルレンズ7は、この導光部2aを塞ぐように配置されている。つまり、シリンドリカルレンズ7は、導光部2aの開口を塞ぐことで、インパネ2内部を防塵するカバーを兼ねている。   In addition, the instrument panel 2 has an opening in the upper surface of the instrument panel 2, and a cylindrical light guide 2a for guiding the reflected image 81 reflected by the concave mirror 6 to the front windshield 9 is formed. The cylindrical lens 7 is disposed so as to block the light guide portion 2a. That is, the cylindrical lens 7 also serves as a cover for dust-proofing the inside of the instrument panel 2 by closing the opening of the light guide portion 2a.

ただし、インパネ2(導光部2aを形成する内壁を含む)は、遮光性の樹脂により形成されている。つまり、インパネ2の上面部や導光部2aを形成する内壁への入射光は、反射せず吸収されるように構成されている。   However, the instrument panel 2 (including the inner wall forming the light guide portion 2a) is formed of a light shielding resin. That is, the light incident on the upper surface of the instrument panel 2 and the inner wall forming the light guide 2a is configured to be absorbed without being reflected.

以下では、導光部2aを通過(シリンドリカルレンズ7を透過)する拡大画像82の主光軸8の進行方向をZ方向、車両の車幅方向(虚像4の水平方向)をX方向、X方向およびZ方向のいずれとも直交する方向をY方向と称する。   In the following, the traveling direction of the main optical axis 8 of the enlarged image 82 that passes through the light guide 2a (transmits through the cylindrical lens 7) is the Z direction, the vehicle width direction of the vehicle (the horizontal direction of the virtual image 4) is the X direction, and the X direction. A direction perpendicular to both the Z direction and the Z direction is referred to as a Y direction.

また、図2に示すように、凹面鏡6のうち、表示デバイス5から投影された画像80を反射する面を反射面6aと称し、シリンドリカルレンズ7のうち、反射面6aで反射された反射画像81が入射する面を入射側端面7a、透過した拡大画像82が出射する面を透過面7bと称する。   Further, as shown in FIG. 2, a surface of the concave mirror 6 that reflects the image 80 projected from the display device 5 is referred to as a reflective surface 6 a, and a reflected image 81 of the cylindrical lens 7 that is reflected by the reflective surface 6 a. Is referred to as the incident side end face 7a, and the surface from which the transmitted enlarged image 82 is emitted is referred to as the transmissive face 7b.

<フロントウインドシールド>
フロントウインドシールド9は、自由曲面形状を有しており、図1に示すように、車両後方に向って傾いている。その自由曲面の曲率は、一様ではなく、部分的に異なっている。すなわち、フロントウインドシールド9は、車両の車幅方向中央を基準に車幅方向に対して対称となっており、車幅方向中央から車両側部に向うに連れて曲率が大きくなっている。また、フロントウインドシールド9は、その一部に、シリンドリカルレンズ7によって拡大され、透過した拡大画像82が投影される画像投影面部9aを有する。
<Front windshield>
The front windshield 9 has a free-form surface and is inclined toward the rear of the vehicle as shown in FIG. The curvature of the free-form surface is not uniform and is partially different. That is, the front windshield 9 is symmetric with respect to the vehicle width direction with respect to the vehicle width direction center of the vehicle, and the curvature increases from the vehicle width direction center toward the vehicle side portion. Moreover, the front windshield 9 has an image projection surface part 9a on which a magnified image 82 that is magnified and transmitted by the cylindrical lens 7 is projected.

ここで、画像投影面部9aは、フロントウインドシールド9の厚さ方向をγ方向、車幅方向に沿った方向をα方向、γ方向およびα方向にそれぞれ直交する方向をβ方向、γ方向の座標をγ、α−β平面内の座標を(α,β)とした場合、下記の数式(数1)に示すような多項式f(α,β)で表現される。なお、この数式において、それぞれの項のw(係数)は0「ゼロ」を含む。本実施形態では四次の多項式にてフロントウインドシールド9の画像投影面部9aを表現しているが、五次以上の多項式であっても良い。 Here, the image projection surface portion 9a has the γ direction as the thickness direction of the front windshield 9, the α direction as the direction along the vehicle width direction, the coordinates in the β direction and the γ direction as the directions orthogonal to the γ direction and the α direction, respectively. Is expressed as a polynomial f W (α, β) as shown in the following equation (Equation 1), where γ is the coordinate in the α-β plane. In this equation, w n (coefficient) of each term includes 0 “zero”. In the present embodiment, the image projection surface portion 9a of the front windshield 9 is expressed by a fourth-order polynomial, but it may be a fifth-order or higher polynomial.

Figure 2011209616
画像投影面部9aは、車幅方向中央より運転席側、本実施形態では車両前方に向って右側に位置している。このため、画像投影面部9aの形状は、車幅方向に対して非対称な自由曲面形状となる。すなわち、この画像投影面部9aは、車幅方向および鉛直方向において、車両後方に向って傾いており、車幅方向において、当該面部9a中央より右側の曲率が左側の曲率に比べ大きくなる。なお、上記数式1にて表される画像投影面部9aの係数Wは車種(サルーンタイプ、スポーツタイプ、バス・トラック)や車体の大きさによって変わる。どのような車種であっても、また車体の大きさが異なっていても、画像投影面部9aは、右側に向うに連れて曲率が大きくなっているため、画像投影面部9aに拡大画像82を投影すると、その像は左側よりも右側の方が大きく歪むこととなる。
Figure 2011209616
The image projection surface portion 9a is located on the right side of the driver seat side from the center in the vehicle width direction, in this embodiment, toward the front of the vehicle. For this reason, the shape of the image projection surface portion 9a is a free-form surface that is asymmetric with respect to the vehicle width direction. That is, the image projection surface portion 9a is inclined toward the rear of the vehicle in the vehicle width direction and the vertical direction, and the curvature on the right side of the center of the surface portion 9a is larger than the curvature on the left side in the vehicle width direction. Note that the coefficient W n of the image projection surface portion 9a expressed by Equation 1 varies depending on the vehicle type (saloon type, sports type, bus / truck) and the size of the vehicle body. Regardless of the type of vehicle and the size of the vehicle body, since the curvature of the image projection surface portion 9a increases toward the right side, the enlarged image 82 is projected onto the image projection surface portion 9a. As a result, the image on the right side is more distorted than on the left side.

<シリンドリカルレンズ>
シリンドリカルレンズ7は、レンズの厚さ方向(光を透過させる方向)と直交するに方向のうち、一方向のみがレンズとして作用(本実施形態では、拡大)する周知のものである。
<Cylindrical lens>
The cylindrical lens 7 is a well-known lens in which only one direction acts as a lens (enlarges in the present embodiment) out of directions orthogonal to the lens thickness direction (light transmitting direction).

図3は、シリンドリカルレンズ7単体の斜視図である。図3に示すように、シリンドリカルレンズ7は、γ方向の両端に位置する2つの面のうち、一方の面が長方形の平坦面70となっており、他方の面が円柱の一部の曲面を形成したレンズ形成面71となっている。また、シリンドリカルレンズ7は、α方向に直交する断面のうち、平坦面70との交線と、レンズ形成面71との交線とが平行となる形状(すなわち、断面が長方形となる形状)を有している。   FIG. 3 is a perspective view of the cylindrical lens 7 alone. As shown in FIG. 3, the cylindrical lens 7 has a rectangular flat surface 70, one of the two surfaces located at both ends in the γ direction, and the other surface having a curved surface of a part of a cylinder. The formed lens forming surface 71 is formed. In addition, the cylindrical lens 7 has a shape in which the intersecting line with the flat surface 70 and the intersecting line with the lens forming surface 71 are parallel to each other in the section orthogonal to the α direction (that is, the section has a rectangular shape). Have.

レンズ形成面71は、一意に定められた面であり、レンズ7の厚さ方向をγ方向、車幅方向に沿った方向をα方向、γ方向およびα方向にそれぞれ直交する方向をβ方向、γ方向の座標をγ、α−β平面内の座標を(α,β)とした場合、下記の数式(数2)に示すような多項式f(α,β)で表現される。なお、この数式において、それぞれの項のl(係数)は0「ゼロ」を含む。本実施形態では四次の多項式にてレンズ形成面71を表現しているが、五次以上の多項式であっても良い。シリンドリカルレンズ7の場合、βを含む項の係数は、0「ゼロ」となる。なお、このシリンドリカルレンズ7では、α方向がレンズとして作用する方向(作用軸方向)となっており、β方向がレンズとして作用しない方向(非作用軸方向)となっている。 The lens forming surface 71 is a uniquely defined surface, the thickness direction of the lens 7 is the γ direction, the direction along the vehicle width direction is the α direction, the direction orthogonal to the γ direction and the α direction is the β direction, When the coordinate in the γ direction is γ and the coordinate in the α-β plane is (α, β), it is expressed by a polynomial f 1 (α, β) as shown in the following equation (Equation 2). Note that, in this formula, l n of the respective terms (coefficients) comprises 0 "zero". In this embodiment, the lens forming surface 71 is expressed by a fourth-order polynomial, but it may be a fifth-order or higher polynomial. In the case of the cylindrical lens 7, the coefficient of the term including β is 0 “zero”. In this cylindrical lens 7, the α direction is a direction (acting axis direction) that acts as a lens, and the β direction is a direction that does not act as a lens (non-acting axis direction).

Figure 2011209616
Figure 2011209616

上記数式によって表されるレンズ形成面71を有したシリンドリカルレンズ7においては、レンズ7のα方向の中央を基準にα方向に対して対称な自由曲面形状となる。また、本実施形態のレンズ形成面71は、上記数2に示すように、αの次数が奇数となっている項を除く項からなる多項式にて表現されている。このようなレンズ形成面71を有したレンズ7は、αの次数が奇数となっている項を含む多項式にて表現されるレンズと比較すると形状が非常に簡単であり、製造する上でコストの上昇を抑えることができる。レンズは通常、透光性を有する母材から削り出したりして形成されている。このため、レンズ形成面71の形状が複雑であればあるほど、製造コストが上昇するおそれがある。また、形状によっては、レンズの厚さが厚くなる場合もある。   In the cylindrical lens 7 having the lens forming surface 71 represented by the above mathematical formula, the free-form surface is symmetrical with respect to the α direction with respect to the center of the α direction of the lens 7. In addition, the lens forming surface 71 of the present embodiment is represented by a polynomial composed of terms excluding the term in which the degree of α is an odd number, as shown in the above formula 2. The lens 7 having such a lens forming surface 71 has a very simple shape as compared with a lens represented by a polynomial including a term in which the order of α is an odd number. The rise can be suppressed. The lens is usually formed by cutting out from a base material having translucency. For this reason, the more complicated the shape of the lens forming surface 71, the higher the manufacturing cost may be. Depending on the shape, the thickness of the lens may increase.

シリンドリカルレンズ7は、図2に示すように、レンズ形成面71が入射側端面7a、平坦面70が透過面7bとなり、かつシリンドリカルレンズ7の作用軸方向(α方向)が車幅方向(虚像4の水平方向)と一致し、シリンドリカルレンズ7の厚さ方向(γ方向)に対する拡大画像82の主光軸8の進行方向(Z方向)およびβ方向に対するY方向が傾斜角度θxだけ傾斜した状態で導光部2aの開口から設置深さdの位置に取り付けられる。   As shown in FIG. 2, the cylindrical lens 7 has the lens forming surface 71 as the incident side end surface 7 a, the flat surface 70 as the transmission surface 7 b, and the action axis direction (α direction) of the cylindrical lens 7 is the vehicle width direction (virtual image 4). In the direction of the main optical axis 8 of the enlarged image 82 with respect to the thickness direction (γ direction) of the cylindrical lens 7 and the Y direction with respect to the β direction are inclined by an inclination angle θx. It is attached to the position of the installation depth d from the opening of the light guide 2a.

図2に示すように、シリンドリカルレンズ7は当該レンズ7の光軸と主光軸8とが軸外しの状態で設置されているので、図4(a)に示すように、表示デバイス5から凹面鏡6を介すことなく、当該レンズ7に画像80を直接投影した場合の虚像4aは、上述した当該レンズ7の入射側端面7aの自由曲面形状の光学的な作用により、図4(b)に示すように、虚像4aの中央部が鉛直方向上方に突き出るように歪む。なお、虚像4aの歪みは、入射側端面7aの自由曲面の形状は勿論のこと上記傾斜角度θxを変更することによっても調整が可能である。   As shown in FIG. 2, since the cylindrical lens 7 is installed with the optical axis of the lens 7 and the main optical axis 8 off-axis, as shown in FIG. The virtual image 4a when the image 80 is directly projected on the lens 7 without going through 6 is shown in FIG. 4B by the optical action of the free-form surface of the incident side end surface 7a of the lens 7 described above. As shown, the center part of the virtual image 4a is distorted so as to protrude upward in the vertical direction. The distortion of the virtual image 4a can be adjusted by changing the inclination angle θx as well as the shape of the free-form surface of the incident side end face 7a.

また、フロントウインドシールド9の画像投影面部9aは、上述したように車幅方向に非対称な自由曲面形状を有し、かつ、右側に向うにつれ曲率が大きくなっているため、図4(b)に示すように虚像4aの右側が左側よりも大きく歪むこととなる。このような、画像投影面部9aの形状による車幅方向の像の歪みは、シリンドリカルレンズ7の入射側端面7aの自由曲面形状の設定によって、補正させることは可能であるが、本実施形態では、入射側端面7aをレンズ7の中央を基準にα方向に対称な自由曲面形状としているため、車幅方向の像の歪みを補正することはできない。したがって、レンズ7を介して画像投影面部9aに投影された虚像4aは、図4(b)に示すように、画像投影面部9aの自由曲面形状の影響を受け、右側が左側に比べ大きく歪むこととなるのである。   Further, since the image projection surface portion 9a of the front windshield 9 has a free curved surface shape that is asymmetric in the vehicle width direction as described above, and the curvature increases toward the right side, as shown in FIG. As shown, the right side of the virtual image 4a is distorted more than the left side. Such distortion of the image in the vehicle width direction due to the shape of the image projection surface portion 9a can be corrected by setting the free-form surface shape of the incident side end surface 7a of the cylindrical lens 7, but in the present embodiment, Since the incident-side end surface 7a has a free-form surface symmetrical with respect to the α direction with respect to the center of the lens 7, image distortion in the vehicle width direction cannot be corrected. Therefore, the virtual image 4a projected onto the image projection surface portion 9a via the lens 7 is affected by the free-form surface shape of the image projection surface portion 9a as shown in FIG. It becomes.

<凹面鏡>
図5は、凹面鏡6単体の斜視図である。凹面鏡6は、光を反射する反射面6aを有する。反射面6aは、凹面鏡6の光軸方向をγ方向、これと直交する二つの方向をα方向およびβ方向、γ方向の座標をγ、α−β平面内の座標を(α,β)とした場合、下記の数式(数3)に示すような多項式f(α,β)で表現される。なお、この数式において、それぞれの項のm(係数)は、0「ゼロ」を含む。反射面6aは、図4(b)に示すような歪んだ虚像4aが、図1に示すように歪みが補正された虚像4となるように、下記数式の係数mが決定される。本実施形態では四次の多項式にて反射面6aを表現しているが、五次以上の多項式であっても良い。
<Concave mirror>
FIG. 5 is a perspective view of the concave mirror 6 alone. The concave mirror 6 has a reflecting surface 6a that reflects light. The reflecting surface 6a has an optical axis direction of the concave mirror 6 as the γ direction, two directions orthogonal to the γ direction, α direction and β direction, γ direction coordinates as γ, and α-β plane coordinates as (α, β). In this case, it is expressed by a polynomial f m (α, β) as shown in the following equation (Equation 3). In this equation, m n (coefficient) of each term includes 0 “zero”. On the reflecting surface 6a, the coefficient mn of the following formula is determined so that the distorted virtual image 4a as shown in FIG. 4B becomes the virtual image 4 with the distortion corrected as shown in FIG. In the present embodiment, the reflecting surface 6a is expressed by a fourth-order polynomial, but it may be a fifth-order or higher polynomial.

Figure 2011209616
凹面鏡6は、図2に示すように、α方向が車幅方向(虚像4の水平方向)と一致し、凹面鏡6のγ方向に対する拡大画像82の主光軸8の進行方向(Z方向)およびβ方向に対するY方向が傾斜角度θmだけ傾斜した状態で、しかも、凹面鏡6の中心で反射した光が、シリンドリカルレンズ7の中心を透過するような位置に設置される。
Figure 2011209616
As shown in FIG. 2, the concave mirror 6 has the α direction coincident with the vehicle width direction (horizontal direction of the virtual image 4), the traveling direction (Z direction) of the main optical axis 8 of the enlarged image 82 with respect to the γ direction of the concave mirror 6, and In the state where the Y direction with respect to the β direction is inclined by the inclination angle θm, the light reflected at the center of the concave mirror 6 is installed at a position where it passes through the center of the cylindrical lens 7.

図2に示すように、凹面鏡6は凹面鏡6の光軸と主光軸8とが軸外しの状態で設置されているので、図6(a)に示すように、表示デバイス5からシリンドリカルレンズ7を介すことなく、凹面鏡6に画像80を直接投影した場合の虚像4bは、上述した凹面鏡6の反射面6aの自由曲面形状の光学的な作用により、図6(b)に示すように、虚像4bの中央部が鉛直方向下方に突き出るように歪む。   As shown in FIG. 2, since the concave mirror 6 is installed with the optical axis of the concave mirror 6 and the main optical axis 8 off-axis, as shown in FIG. As shown in FIG. 6 (b), the virtual image 4b when the image 80 is directly projected onto the concave mirror 6 without passing through the optical action of the free-form surface shape of the reflecting surface 6a of the concave mirror 6 described above, The center part of the virtual image 4b is distorted so as to protrude downward in the vertical direction.

本実施形態では、図4(b)に示すシリンドリカルレンズ7およびフロントウインドシールド9によって生じる虚像4bの歪みが、歪みが補正された図1に示す虚像4となるように、故意に虚像4bを歪ませている。なお、虚像4bの歪みは、反射面6aの自由曲面の形状は勿論のこと上記傾斜角度θmを変更することによっても調整が可能である。   In this embodiment, the virtual image 4b is intentionally distorted so that the distortion of the virtual image 4b generated by the cylindrical lens 7 and the front windshield 9 shown in FIG. 4B becomes the virtual image 4 shown in FIG. Not. The distortion of the virtual image 4b can be adjusted by changing the inclination angle θm as well as the shape of the free-form surface of the reflecting surface 6a.

以上のように、HUD装置1のシリンドリカルレンズ7および凹面鏡6が形成されているため、運転者は、フロントウインドシールド9の画像投影面部9aに拡大画像82が投影されたとき、歪みが補正された虚像4を視認することができるのである。   As described above, since the cylindrical lens 7 and the concave mirror 6 of the HUD device 1 are formed, the driver can correct the distortion when the enlarged image 82 is projected on the image projection surface portion 9a of the front windshield 9. The virtual image 4 can be visually recognized.

以上、フロントウインドシールド9、HUD装置1のシリンドリカルレンズ7および凹面鏡6のそれぞれの光学的な作用を発生する部位について説明した。次に、シリンドリカルレンズ7の製造手順について図7を用いて説明する。   As above, the front windshield 9, the cylindrical lens 7 of the HUD device 1, and the concave mirror 6 have been described with respect to the portions that generate optical effects. Next, the manufacturing procedure of the cylindrical lens 7 will be described with reference to FIG.

図7に示すように、入射側端面7aおよび反射面6aの自由曲面形状は、入射側端面形状決定工程S10と、反射面形状決定工程S20とを経て決定される。   As shown in FIG. 7, the free curved surface shapes of the incident side end surface 7a and the reflecting surface 6a are determined through an incident side end surface shape determining step S10 and a reflecting surface shape determining step S20.

まず、入射側端面形状決定工程S10にて、入射側端面7aの自由曲面形状を決定する。入射側端面7aは、上記したように一意の形状とする。本実施形態では、少なくともα方向に対して対称であって、シリンドリカルレンズ7を透過した拡大画像82を画像投影面部9aに投影したときに所望の大きさの虚像4が得られるような拡大率を実現可能な形状としている。すなわち、入射側端面7aの形状は、画像投影面部9aが車幅方向に対して非対称となっていることに起因する歪みの補正を考慮して決定されていない。   First, in the incident side end surface shape determining step S10, the free curved surface shape of the incident side end surface 7a is determined. The incident side end face 7a has a unique shape as described above. In the present embodiment, an enlargement ratio that is symmetric with respect to at least the α direction and that allows the virtual image 4 having a desired size to be obtained when the enlarged image 82 that has passed through the cylindrical lens 7 is projected onto the image projection surface portion 9a. It has a feasible shape. That is, the shape of the incident-side end surface 7a is not determined in consideration of correction of distortion caused by the image projection surface portion 9a being asymmetric with respect to the vehicle width direction.

次に、上記工程S10にて決定された入射側端面7aの形状に基づいて、反射面形状決定工程S20にて、反射面6aの自由曲面形状を決定する。本実施形態では、シリンドリカルレンズ7およびフロントウインドシールド9の自由曲面形状によって生じる虚像4aの歪みが補正されるような反射面6aの自由曲面形状を決定する。   Next, based on the shape of the incident side end face 7a determined in the above step S10, the free curved surface shape of the reflecting surface 6a is determined in the reflecting surface shape determining step S20. In the present embodiment, the free curved surface shape of the reflecting surface 6a is determined such that the distortion of the virtual image 4a caused by the free curved surface shapes of the cylindrical lens 7 and the front windshield 9 is corrected.

そして、次に、成形工程にて、決定されたそれぞれの入射側端面7aおよび反射面6aに応じて、シリンドリカルレンズ7および凹面鏡6を成形する。そして、さらに組付け工程にて、成形工程にて成形されたシリンドリカルレンズ7および凹面鏡6や、その他部品(表示デバイス5など)をHUD装置1のケースに組み付ける。   Then, in the molding step, the cylindrical lens 7 and the concave mirror 6 are molded according to the determined incident-side end surface 7a and reflecting surface 6a. Further, in the assembly process, the cylindrical lens 7 and the concave mirror 6 molded in the molding process and other parts (such as the display device 5) are assembled in the case of the HUD device 1.

以上の過程を経て入射側端面7aおよび反射面6aは決定されるので、特に、入射側端面7aは、製造者の都合に合わせて決定することが可能となる。例えば、本実施形態のようにα方向に対して対称となる形状としてレンズの製造コストの上昇を極力抑えるようすることができる。また、画像投影面部9aの形状を考慮せずに入射側端面7aを決定することができるので、シリンドリカルレンズ7を画像投影面部9aの自由曲面形状が異なる場合であっても共通化することも可能である。シリンドリカルレンズ7を共通化することによれば、入射側端面7aの形状を簡単化するよりも、さらにHUD装置1の製造コストの上昇を抑えることが可能となる。   Since the incident side end face 7a and the reflecting surface 6a are determined through the above process, in particular, the incident side end face 7a can be determined in accordance with the convenience of the manufacturer. For example, the increase in the manufacturing cost of the lens can be suppressed as much as possible by using a shape that is symmetrical with respect to the α direction as in the present embodiment. Further, since the incident-side end surface 7a can be determined without considering the shape of the image projection surface portion 9a, the cylindrical lens 7 can be shared even when the free-form surface shape of the image projection surface portion 9a is different. It is. By making the cylindrical lens 7 common, it is possible to further suppress an increase in the manufacturing cost of the HUD device 1 rather than simplifying the shape of the incident side end face 7a.

入射側端面7aの形状を製造者の都合に合わせて決定することによれば、その反面、反射面6aの形状が複雑となる。しかしながら、本実施形態によれば、反射面6aの形状が複雑となったとしても、製造コストの上昇を抑えつつ、HUD装置1を小型化することができる。それは、シリンドリカルレンズ7の入射側端面7aの形状を複雑なものとした場合のレンズ7の製造コストの上昇が反射面6aの形状を複雑なものとした場合の凹面鏡6の製造コストの上昇に比べ非常に大きいからである。   According to the determination of the shape of the incident side end surface 7a according to the convenience of the manufacturer, the shape of the reflection surface 6a becomes complicated. However, according to this embodiment, even if the shape of the reflecting surface 6a becomes complicated, the HUD device 1 can be downsized while suppressing an increase in manufacturing cost. The increase in the manufacturing cost of the lens 7 when the shape of the incident side end surface 7a of the cylindrical lens 7 is complicated compared to the increase of the manufacturing cost of the concave mirror 6 when the shape of the reflecting surface 6a is complicated. Because it is very big.

シリンドリカルレンズ7は通常、透光性を有する母材を削り出したり、透光性を有する樹脂材料を射出成形して製造されるものである。これに対し、凹面鏡6は、ガラス板の熱曲げ加工であったり、金属板をプレス加工することにより製造されるものであり、レンズ7に比べ、製造する際の加工が非常に簡単である。また、試行錯誤的に入射側端面7aの形状を決定すると、形状によってはレンズ7のγ方向の厚さを増大させなければならなくなることもある。一方、凹面鏡6は、反射によって光学作用を発生させているため、レンズ7のように形状によってγ方向の厚さが増大するようなことは無い。以上説明したように、シリンドリカルレンズ7は、凹面鏡6に比べ、製造コストが増大する可能性が高いのである。   The cylindrical lens 7 is usually manufactured by cutting a light-transmitting base material or injection-molding a light-transmitting resin material. On the other hand, the concave mirror 6 is manufactured by hot bending of a glass plate or by pressing a metal plate. Compared to the lens 7, the concave mirror 6 is very easy to manufacture. Further, when the shape of the incident side end face 7a is determined by trial and error, the thickness of the lens 7 in the γ direction may have to be increased depending on the shape. On the other hand, since the concave mirror 6 generates an optical action by reflection, the thickness in the γ direction does not increase depending on the shape unlike the lens 7. As described above, the cylindrical lens 7 is more likely to increase the manufacturing cost than the concave mirror 6.

したがって、本実施形態のように、シリンドリカルレンズ7の入射側端面7aの形状を製造者の都合の良いように一意に定めることによれば、製造コストの上昇を極力抑えつつ、小型化を達成できるHUD装置1を製造することができるのである。   Therefore, as in this embodiment, by uniquely determining the shape of the incident side end surface 7a of the cylindrical lens 7 so as to be convenient for the manufacturer, it is possible to achieve downsizing while suppressing an increase in manufacturing cost as much as possible. The HUD device 1 can be manufactured.

また、本実施形態でも述べてきたように、このように製造されたシリンドリカルレンズ7や凹面鏡6は、画像投影面部9aが車幅方向に対して非対称な形状となっているものに対して非常に有効に機能する。   Further, as described in the present embodiment, the cylindrical lens 7 and the concave mirror 6 manufactured in this way are very different from those in which the image projection surface portion 9a has an asymmetric shape with respect to the vehicle width direction. Works effectively.

なお、本実施形態では、表示デバイス5が特許請求の範囲に記載の表示器に相当し、シリンドリカルレンズ7の入射側端面7aが特許請求の範囲に記載の入射面に相当する。また、入射側端面形状決定工程S10が特許請求の範囲に記載の入射面形状決定工程に相当する。   In the present embodiment, the display device 5 corresponds to the display device described in the claims, and the incident side end surface 7a of the cylindrical lens 7 corresponds to the incident surface described in the claims. Further, the incident side end face shape determining step S10 corresponds to the incident face shape determining step recited in the claims.

(その他の実施形態)
以上、本発明の複数の実施形態について説明した。本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。例えば、凹面鏡6にて反射された反射画像81を拡大するレンズの種類は、シリンドリカルレンズ7に限る必要はなく、リニアフレネルレンズであっても良い。
(Other embodiments)
In the above, several embodiment of this invention was described. The present invention is not construed as being limited to the above-described embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention. For example, the type of lens for enlarging the reflected image 81 reflected by the concave mirror 6 is not limited to the cylindrical lens 7 and may be a linear Fresnel lens.

1 ヘッドアップディスプレイ装置(HUD装置)、2 インストルメントパネル(インパネ)、2a 導光部、3 アイレンジ、4 虚像、4a 虚像、4b 虚像、5 表示デバイス(表示器)、6 凹面鏡、6a 反射面、7 シリンドリカルレンズ、7a 入射側端面(入射面)、7b 透過面、8 主光軸、9 フロントウインドシールド、9a 画像投影面部、70 平坦面、71 レンズ形成面、80 画像、81 反射画像、82 拡大画像   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head up display apparatus (HUD apparatus), 2 Instrument panel (instrument panel), 2a Light guide part, 3 Eye range, 4 Virtual image, 4a Virtual image, 4b Virtual image, 5 Display device (display), 6 Concave mirror, 6a Reflecting surface , 7 cylindrical lens, 7a incident side end surface (incident surface), 7b transmission surface, 8 main optical axis, 9 front windshield, 9a image projection surface part, 70 flat surface, 71 lens forming surface, 80 image, 81 reflection image, 82 Enlarged image

Claims (4)

車両に搭載され、ウインドシールドの画像投影面部への画像の投影により、前記車両の車内に前記画像の虚像を表示させる車両用ヘッドアップディスプレイ装置の製造方法において、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、
前記画像を表示する表示器と、
前記画像を拡大して、反射する反射面を有する凹面鏡と、
前記反射面にて反射された前記画像の反射画像を拡大する入射面を有し、前記入射面にて拡大され透過した拡大画像を前記画像投影面部に投影するレンズと、を備え、
一意に前記入射面の形状を定める入射面形状決定工程と、
前記入射面形状決定工程後、前記一意に定めた前記入射面を有する前記レンズを透過させた前記画像を前記画像投影面部に投影させた場合に表示される虚像の歪みが補正されるように前記反射面の形状を定める反射面形状決定工程と、を有することを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置の製造方法。
In a method for manufacturing a vehicle head-up display device that is mounted on a vehicle and displays a virtual image of the image in the vehicle by projecting an image onto an image projection surface portion of a windshield.
The head-up display device includes:
A display for displaying the image;
A concave mirror having a reflecting surface for enlarging and reflecting the image;
A lens that has an incident surface that magnifies a reflected image of the image reflected by the reflecting surface, and that projects a magnified image that has been magnified and transmitted through the incident surface onto the image projection surface portion;
An incident surface shape determining step for uniquely determining the shape of the incident surface;
After the incident surface shape determination step, the distortion of a virtual image displayed when the image that has passed through the lens having the uniquely defined incident surface is projected onto the image projection surface portion is corrected. A method for manufacturing a head-up display device for a vehicle, comprising: a reflecting surface shape determining step for determining a shape of the reflecting surface.
前記入射面形状決定工程にて一意に定める前記入射面の形状は、前記車幅方向に対して対称となっていることを特徴とする請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置の製造方法。   The method for manufacturing a head-up display device for a vehicle according to claim 1, wherein the shape of the incident surface uniquely determined in the incident surface shape determination step is symmetric with respect to the vehicle width direction. . 前記レンズの光軸に沿った方向をγ方向、当該γ方向に直交し、前記車幅方向に沿った方向をα方向、前記γ方向および前記α方向にそれぞれ直交する方向をβ方向、γ方向の座標をγ、α−β平面内の座標を(α,β)とし、前記レンズの前記入射面を、γ=f(α,β)で表現される多項式とした場合、前記入射面は、前記αの次数が奇数となっている項を除く項からなる多項式にて表現される自由曲面であることを特徴とする請求項2に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。   The direction along the optical axis of the lens is the γ direction, orthogonal to the γ direction, the direction along the vehicle width direction is the α direction, the direction orthogonal to the γ direction and the α direction is the β direction, and the γ direction. Γ, the coordinates in the α-β plane are (α, β), and the incident surface of the lens is a polynomial expressed by γ = f (α, β). The vehicle head-up display device according to claim 2, wherein the head-up display device for a vehicle is a free-form surface expressed by a polynomial including a term excluding a term in which the degree of α is an odd number. 前記画像投影面部は、少なくとも前記車両の車幅方向に対して非対称な自由曲面形状となっていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置の製造方法。   4. The vehicle head-up display device according to claim 1, wherein the image projection surface portion has a free-form surface shape that is at least asymmetric with respect to a vehicle width direction of the vehicle. 5. Production method.
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