JP2019034708A - 普通のフロントガラスを使用したディスプレイ装置、および、その自動車のヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

【課題】普通のフロントガラスを使用したディスプレイ装置、および、その自動車のヘッドアップディスプレイシステムを提供する。【解決手段】普通のフロントガラスを使用した自動車のヘッドアップディスプレイシステム（ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｈｅａｄ−ｕｐ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ）は、普通のフロントガラス、および、ディスプレイ装置を有する。普通のフロントガラスの内表面と外表面間の距離は等しく、且つ、内表面、および、外表面は、加工処理されない、または、光学薄膜を取り付けない。ディスプレイ装置は、イメージソース、および、光学画像化モジュールを有する。従来の技術と比較すると、本発明の自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、普通のフロントガラスを利用し、楔形のフロントガラスや光学薄膜を使用せずに、ゴースト像を効果的に改善するとともに、自動車のヘッドアップディスプレイシステムの組み立て、および、製造コストを節約できる。【選択図】図４

Description

本発明は、ディスプレイ装置、および、その自動車のヘッドアップディスプレイシステムに関するものであって、特に、ゴーストを改善するディスプレイ装置、および、その自動車のヘッドアップディスプレイシステムに関するものである。

ドライバーは、運転中に、計器パネルやその他の電子製品を見ることがあり、路面状況の観察に影響して、安全が脅かされる。よって、計器パネルから、運転情報をヘッドアップディスプレイ（ｈｅａｄ−ｕｐ ｄｉｓｐｌａｙ、ＨＵＤ）に表示することが、安全運転を向上させる重要な手段となっている。

図１を参照すると、従来の自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、複雑なディスプレイ装置であり、特殊なフロントガラスを用いて、イメージ光を反射させて、ドライバー前方約２．５メートルの箇所に虚像を生成する。特殊なフロントガラスは、楔形のフロントガラス、または、光学薄膜を塗布／取り付けた加工フロントガラスのことである。

図２を参照して、従来の自動車のヘッドアップディスプレイシステムが、どうして、特殊なフロントガラスや加工フロントガラスを採用しないといけないかを説明する。複雑なディスプレイ装置は、複数の曲面反射鏡を有して、自動車のヘッドアップディスプレイシステムが生成する虚像を、ドライバー前方約２．５メートルの箇所に生成する。普通のフロントガラス （即ち、フロントガラスの内表面と外表面の間の距離が等しく、且つ、内表面、および、外表面が、加工処理されない、または、光学薄膜を取り付けない）を採用する場合、ドライバーの視線と垂直な高度方向上で、互いに分離した第一虚像（または、一次像（ｐｒｉｍａｒｙ ｉｍａｇｅ））、および、第二虚像（または、ゴースト像（ｇｈｏｓｔ ｉｍａｇｅ））を生成する。これは、ゴースト現象（ｇｈｏｓｔ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）と称される。ゴースト現象は、運転情報をはっきりと見るのを妨げる。よって、ゴースト像を消去するため、従来の自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、一般に、フロントガラスを改善している。たとえば、光学コーティング処理、または、光学薄膜（たとえば、偏光子や干渉フィルター）の取り付けを実行して、ゴースト像を改善する必要がある。あるいは、図３を参照すると、楔形ガラス（ｗｅｄｇｅｄ ｇｌａｓｓ）のフロントガラスが、最も普遍的な技術方案である。楔形ガラスの内外面は微小角度を成すので、このように、ゴースト像が、ドライバーに対し、一次像と同様の位置に調整される。しかし、楔形のフロントガラスは、二枚のガラス、および、厚さが異なるポリビニルブチラール（ＰＶＢ）膜を利用して、熱により固化して形成する必要があり、コストが高いため、このようなディスプレイシステムは、現在、高級車にだけ応用されており、一般の手頃な車両ではコストが高すぎて使用できない。

よって、普通のフロントガラスを用いてゴースト現象を改善することができるディスプレイ装置、および、その自動車のヘッドアップディスプレイシステムを提供することが必要である。

本発明は、ディスプレイ装置、および、その自動車のヘッドアップディスプレイシステムを提供し、普通のフロントガラスを利用して、自動車のヘッドアップディスプレイシステムが生成する虚像のゴースト像率を０．５％より小さく減少させ、ドライバーにより気づかれにくい。これにより、楔形のフロントガラスや光学薄膜を使用せずに、ゴースト像を効果的に改善するとともに、自動車のヘッドアップディスプレイシステムの組み立て、および、製造コストを減少させる。

本発明の一実施形態による自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、普通のフロントガラス、および、ディスプレイ装置を有する。普通のフロントガラスと車輛の車体は接続され、且つ、普通のフロントガラスは、内表面、および、外表面を有し、内表面と外表面間の距離は等しく、且つ、内表面、および、外表面は、コーティング処理されない、または、光学薄膜を取り付けない。ディスプレイ装置は、イメージソース、および、光学画像化モジュールを有する。イメージソースは車体内に設置され、且つ、イメージ光を生成する。光学画像化モジュールは、イメージソースの出光側に設置され、且つ、イメージ光を普通のフロントガラスに投射して、イメージ光が、それぞれ、内表面、および、外表面を通過して、ドライバーに反射し、それぞれ、第一虚像、および、第二虚像を生成する。第一虚像とドライバー間の距離は、虚像距離以上であり、第一虚像と第二虚像間のゴースト像率は、０．５％以下である。

本発明の別の実施形態によるディスプレイ装置は、イメージソース、および、光学画像化モジュールを有する。イメージソースは、車輛の車体内に設置され、且つ、イメージ光を生成する。光学画像化モジュールは、イメージソースの出光側に設置され、且つ、イメージ光を、車輛の普通のフロントガラスに投射する。イメージ光は、それぞれ、普通のフロントガラスの内表面、および、外表面を通過し、ドライバーに反射して、それぞれ、第一虚像、および、第二虚像を生成する。普通のフロントガラスの内表面と外表面間の間隔は等しく、内表面、および、外表面は、コーティング処理されない、または、光学薄膜を取り付けず、且つ、第一虚像とドライバー間の距離は、虚像距離以上であり、第一虚像と第二虚像間のゴースト像率は、０．５％以下である。

以下、図面を参照しながら、実施形態を挙げて、本発明の目的、技術および特徴を説明する。

本発明により、楔形のフロントガラスや光学薄膜を使用せずに、ゴースト像を効果的に改善するとともに、自動車のヘッドアップディスプレイシステムの組み立て、および、製造コストを減少させることができる。

従来の自動車のヘッドアップディスプレイシステムを示す図である。 従来の普通のフロントガラスが生成する虚像を示す図である。 従来の楔形フロントガラスが生成する虚像を示す図である。 本発明の一実施形態によるディスプレイ装置、および、その自動車のヘッドアップディスプレイシステムを示す図である。 本発明の一実施形態によるゴースト現象を示す図である。 本発明の一実施形態によるゴースト像率と虚像距離の対応関係を示す図である。 本発明の一実施形態による視野の変調伝達関数を示す図である。 本発明の一実施形態による視野のスポットダイアグラムを示す図である。 本発明の一実施形態による画像シミュレーショングリッドダイアグラムを示す図であるである。 本発明の別の実施形態によるディスプレイ装置、および、その自動車のヘッドアップディスプレイシステムを示す図である。

以下で、記載される実施形態に対する十分な理解を提供すべく、図面とともに、多くの詳細な説明が記される。これらの詳細な説明以外に、本発明は、幅広く、その他の各種実施形態にも実行でき、任意の実施形態の代替、修正や等価変化も、本発明の範囲内に含まれ、また、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。ここで記載される実施形態は、詳しく説明されるが、これらの特定の一部や全部の詳細が省略されても、実現可能である。また、公知の手順や素子の説明を省略することは、本発明に対して、余計な制限を避けるためである。また、図面は、必ずしも、尺寸、または、数量通り描かれておらず、且つ、ある部分は完全には描かれていない。

従来の自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、図３に示されるように、特殊なフロントガラスを採用して、自動車のヘッドアップディスプレイシステムが生成する虚像を、ドライバー前方約２．０〜３．０メートルの間（一般に、２．５メートル）で生成する。特殊なフロントガラスは、通常、楔形のフロントガラスを採用して、ゴースト像を改善する。運転情報を効果的にドライバーに伝達するとともに、安全運転を確保するため、従来の自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、虚像イメージ品質の要求に対し、以下の技術基準を提供している：（１） 虚像距離：ドライバーが表示される情報を見るのと同時に、路面状況に対する反応能力を維持するため、虚像距離は、２．０メートル〜３．０メートルでなければならない；（２） 像収差レベル：虚像からイメージソースまでの逆向き光路の追跡において、各視野のイメージ面（イメージソース）上の変調伝達関数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＭＴＦ）は、一定レベル（たとえば、どれも、０．５より大きい）を維持しなければならず、スポットダイアグラム（ｓｐｏｔ ｄｉａｇｒａｍ）の二乗平均平方根半径（ＲＭＳ ｒａｄｉｕｓ）は、最大でも、イメージソースの一画素の半径を超えてはならず、非点収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）とねじれ（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が、ドライバーの観察に影響してはならない。

しかし、本発明は、普通のフロントガラス、および、ディスプレイ装置だけを採用することにより、自動車のヘッドアップディスプレイシステムが生成する虚像を、ドライバー前方約８メートル以上の箇所に形成し、上記の基準に指摘された虚像と異なり、効果的に、ゴースト像率を、０．５％より小さくすることができる。人間工学研究に基づくと、ドライバーの主観上、第一虚像しか見えず、第二虚像は察知しないので、これにより、ゴースト像を効果的に改善する。

本発明は、内表面と外表面の間の距離が等しく、且つ、楔角、または、光学コーティングがない普通のフロントガラスを採用し、イメージソースが発する光線は、凹面鏡を通過して、普通のフロントガラスに反射し、その後、普通のフロントガラスにより反射して、ドライバーの両目に進入し、これにより、ドライバーがイメージソースの虚像を見ることができる。本発明において、虚像のゴースト像率は、０．５％より小さく、且つ、ドライバーははっきり、且つ、快適にイメージを見ることができる。図４を参照すると、本発明の一実施形態による自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、普通のフロントガラス１０、および、ディスプレイ装置２０を有する。普通のフロントガラス１０は、車輛の車体Ａと接続され内表面１２、および、外表面１４を有する。内表面１２と外表面１４間の距離は等しく、且つ、内表面１２、および、外表面１４は、コーティング処理されない、または、光学薄膜を取り付けない。すなわち、本発明の普通のフロントガラス１０は、一般車輛の普通のフロントガラスであり、光学コーティング処理をした、または、光学薄膜（たとえば、偏光子、または、干渉フィルター等）を取り付けた加工フロントガラスと異なる。たとえば、普通のフロントガラス１０は、屈折率が１．５のガラス材質を有し、且つ、普通のフロントガラス１０の表面曲率は、垂直、および、水平方向で不均一である。大角度での軸はずれ反射では、非常に顕著な光学収差（球面収差、コマ収差、非点収差、ねじれ等）が発生し、ディスプレイ装置２０により処理すること必要がある。

ディスプレイ装置２０は、イメージソース２２、および、光学画像化モジュール２４を有する。イメージソース２２は車体Ａ内に設置され、且つ、イメージ光を生成する。合成器（Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）式ヘッドアップディスプレイの構造と異なり、ディスプレイ装置２０は、車輛の計器パネル下に設置されるので、前方の視界がクリアであり、安全な運転視野を確保することができる。一実施形態において、イメージソース２２は、対角線長さが１．８インチであるイメージソースである。たとえば、イメージソース２２は、ディジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）ディスプレイやレーザーディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機発光（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、または、発光ダイオードディスプレイであるが、この限りではない。光学画像化モジュール２４は、イメージソース２２の出光側に設置され、且つ、イメージソース２２が生成するイメージ光を、普通のフロントガラス１０に投射する。一実施形態において、光学画像化モジュール２４は、少なくとも一つの凹面鏡２４２を有して、イメージ光を普通のフロントガラス１０に反射させ、イメージ光が、内表面１２を通過して、ドライバーＢに反射し、第一虚像３２を生成する。イメージ光は、外表面１４を通過して、ドライバーＢに反射し、第二虚像３４を生成する。第一虚像３２とドライバーＢ間の距離は、虚像距離ＬＤ以上であり、第一虚像３２と第二虚像３４間のゴースト像率は、所定許容値より小さく、よって、ドライバーは、はっきり、且つ、快適な画像化品質を感じることができる。一実施形態において、虚像距離ＬＤは８メートル以上であるが、これによって制限されることない。たとえば、第一虚像３２とドライバーＢ間の虚像距離ＬＤは、１０メートルや３０メートル、５０メートル、または、無限長さである。

ここで、まず、ゴースト像率の定義を説明し、図５を参照すると、ゴースト像率は、第二虚像３４が第一虚像３２の所在する平面にある時、第一虚像３２と第二虚像３４とが、高度方向（Ｚ方向）に、ゴースト像が生成され、第二虚像３４と第一虚像３２との離間距離をＳ１として、第一虚像３２の第一虚像高をＳ２とする場合、Ｓ１とＳ２の比率、として定義され、且つ、高度方向Ｚは、ドライバーＢの視線方向に垂直する方向である。

続いて、以下で、本発明の稼動原理が、どうして、従来の技術が教示する２．０〜３．０メートルではなく、第一虚像３２とドライバーＢ間の距離を、虚像距離ＬＤより大きくする（たとえば、８メートル）だけで、ゴースト像を改善することができるかを説明する。図４を参照すると、本発明の一実施形態は、光線追跡方法により計算して、ゴースト像率と虚像距離の間の対応関係を知ることができる。光線追跡は、イメージソース２２により光路の追跡を開始し、光学画像化モジュール２４、および、普通のフロントガラス１０の反射により、最後に、虚像をドライバー前方に生成し、これにより、それぞれ、第一虚像３２、および、第二虚像３４の位置を計算する。図４と図５を参照すると、一般に、普通のフロントガラスガラス屈折率は１．５で、普通のフロントガラスの地面に対する傾斜角は３１度であって、ドライバーの視線の地面に対する傾斜角は５度である。そのため、ゴースト像の位置が、ディスプレイ装置２０と普通のフロントガラス１０により、ドライバー前方２．２メートルのところで生成される場合、第一虚像３２と第二虚像３４との間のゴースト像率は８％で、ゴースト像率が過大であり、ゴースト像の位置が、ディスプレイ装置２０と普通のフロントガラス１０により、ドライバー前方８メートルのところで生成される場合、第一虚像３２と第二虚像３４間のゴースト像率は０．５％であり、また、ゴースト像の位置が、ディスプレイ装置２０と普通のフロントガラス１０により、ドライバー前方２０メートルやより遠いところに生成される場合、第一虚像３２と第二虚像３４間のゴースト像率は、０．０１％であり、この場合、ドライバーの肉眼では分からない。普通のフロントガラスガラスの屈折率や普通のフロントガラス傾斜角、および、ドライバーの視線の傾斜角は、通常、定値であるので、光線追跡方法によって求められ、ゴースト像率と虚像距離の間の対応関係は、図６に示されるように、単調減少関数である。よって、一実施形態において、自動車のヘッドアップディスプレイシステムが生成する第一虚像３２とドライバーＢ間の距離は８メートルより大きく、生成される虚像ゴースト像率が、０．５％より小さくなり、車輛の人間工学研究に基づくと、人の目ではすでに察知できない微弱なゴースト像であり、普通のフロントガラスを利用するだけで、ほぼゴースト像がない自動車のヘッドアップディスプレイシステムを実現することができる。また、この時、普通のフロントガラス傾斜角とドライバーの視線の傾斜角を変化しても、ゴースト像レベルは、人の目が察知できるレベルに増大することがない。

上述のゴースト像率と虚像距離の間の対応関係に基づいて、どのように、さらに遠い虚像画像化を実現して、ゴースト像を改善するかが、本発明の重要課題である。図４と図９を参照すると、一部の実施形態において、光学画像化モジュール２４の凹面鏡２４２とイメージソース２２間の第一距離Ｌ１は、凹面鏡２４２の曲率半径の０．５倍より小さく、自動車のヘッドアップディスプレイシステムが生成する第一虚像３２とドライバーＢ間の距離を、８メートル以上にしているが、この限りではない。

以上のように、本発明は、一般の普通のフロントガラス１０を用いて、凹面鏡２４２からのイメージ光を反射させ、虚像を生成するが、普通のフロントガラス１０の表面曲率は、垂直、および、水平方向で不均一であるため、大角度の軸はずれ反射で、非常に顕著な光学収差（球面収差、コマ収差、非点収差、ねじれ等）を生成することに対し、湾曲した普通のフロントガラス１０と凹面鏡２４２の光学設計を併せて考慮して、光学収差問題を改善しなければならない。普通のフロントガラス１０の湾曲形状は、画像化の光学収差品質に対し、顕著な影響があり、凹面鏡２４２の光学設計によって、克服しなければならない。上述の普通のフロントガラス１０により生成される光学収差に相殺するため、普通のフロントガラス１０の垂直と水平上の異なる曲率に対応して、凹面鏡２４２は、非回転対称の非球面形状でなければならない。一実施形態において、凹面鏡２４２は、非回転対称の曲面であり、曲面において、矢面上の第一截線曲率と子午面上の第二截線曲率は、互いに異なる。すなわち、凹面鏡２４２の表面形状の垂直方向と水平方向の曲率は互いに異なり、普通のフロントガラス１０が生成する光学収差現象を相殺する。また、画像化モジュール２４の凹面鏡２４２の曲面形状は、式（１）により定義される：

式（１）に、曲面鏡の矢高ｚ（ｘ、ｙ）は、水平と垂直（子午と矢状）面で異なる形態を表し、曲率（ｃｘ＝１／Ｒｘとｃｙ＝１／Ｒｙ）と円錐係数（ｋｘとｋｙ）が、それぞれ異なる二個の円錐曲線であり、大きい視界の各種光学収差を修正するため、円錐断面ベースに基づいて、高次非球面係数（αｉとβｉ）、さらには、ゼルニケ近似多項式（Ｚｅｒｎｉｋｅ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓ）（ＡｉとＺｉ）を加える。このほか、上述の式（１）は、車輛の普通のフロントガラス形状、および、曲面鏡と普通のフロントガラス間の距離等の制御パラメータと関係するため、コンピュータにより最適に設計して、式により、普通のフロントガラス１０の具体的な曲面形状を求める。通常の知識を有する者なら、勝手に修飾することができ、この限りではない。

一実施形態において、１．８インチ（４０ｍｍ×２２ｍｍ）のイメージソースをイメージソース２２とする場合、画像化モジュール２４の凹面鏡２４２の曲面は、異なる第一截線曲率（子午／水平方向）、および、第二截線曲率（矢状／垂直方向）を有し、曲面の第一截線曲率は、４７５ｍｍ〜５７５ｍｍの範囲内にあり、曲面の第二截線曲率は、６５０ｍｍ〜７５０ｍｍの範囲内にあり、且つ、イメージソース２２と画像化モジュール２４の凹面鏡２４２との間の第一距離Ｌ１は、２２０ｍｍ〜２８０ｍｍの範囲内にある。その他の実施形態において、使用者が、さらに大きい、または、小さい尺寸のイメージソースを採用する場合、凹面鏡２４２の第一／第二截線曲率、および、イメージソース２２と凹面鏡２４２との間の第一距離Ｌ１は、イメージソース２２の尺寸に従って、比例で拡大縮小する必要がある。通常の知識を有する者なら、勝手に修飾することができ、この限りではない。

＜第一実施形態＞

図４を参照すると、本発明の自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、普通のフロントガラス１０、および、ディスプレイ装置２０を有する。普通のフロントガラス１０は、普通のフロントガラスで、ディスプレイ装置２０は、イメージソース２２、および、光学画像化モジュール２４を有し、車体Ａの計器パネル下に設置される。一実施形態において、普通のフロントガラス１０のドライバー前方領域に対応する垂直曲率半径は７０００ｍｍで、水平曲率半径は２５００ｍｍであり、普通のフロントガラス１０とドライバーＢの距離は９００ｍｍである；１．８インチ（４０ｍｍ × ２２ｍｍ）のイメージソースをイメージソース２２とし、アスペクト比２：１、対角線尺寸が４６インチの虚像（フィールド角で計算した大きさが６°×３°）を、ドライバーＢ前の虚像距離ＬＤが約１０メートル箇所に投射し、上述のパラメータに基づいて、最適な光学画像化モジュール２４を設計する。本実施形態において、光学画像化モジュール２４は、凹面鏡２４２だけで構成され、その他の凹面鏡や平面鏡等の光学素子を含まず、即ち、光路を回折する平面反射鏡を使用せず、よって、凹面鏡２４２の曲面形状設計はさらに複雑であり、その曲面形状は、式（１）と表１中のパラメータにより決定され、凹面鏡２４２の曲面は、４次の非球面係数の二重曲率円錐曲面であるが、この限りではない。曲面は、紙に垂直な軸心に対して、４２．１９°に旋転し、且つ、矢状面に沿って、２２０．１３１ｍｍ偏心する。ドライバーＢの両目により、平行光線で、イメージソースに対して、光線を追跡すると、変調伝達関数図やスポットダイアグラム、画像シミュレーショングリッドダイアグラム図は、それぞれ、図７、図８、および、図９に示される。図から分かるように、各視野の変調伝達関数図は、５ｍｍ−１空間周波数内で、どれも、０．６より大きく、各視野のスポットダイアグラムの最大均方根半径は、１５ μｍより小さく、液晶ディスプレイの単一画素の尺寸よりかなり小さく、システムの回折極限内にあり、画像シミュレーショングリッドダイアグラムからも、システムが、明らかな非点収差と収差がないことを示す。シミュレーション結果により、本実施形態の自動車のヘッドアップディスプレイシステムが、ゴースト像がほぼない高品質のディスプレイイメージを実現できることを検証することができる。

＜第二実施形態＞

図１０を参照すると、別の実施形態において、平面反射鏡は、光学収差を生成せず、且つ、組み立ての精度要求が曲面鏡よりはるかに低いく、光学画像化モジュール２４は、すくなくとも、一つの、凹面鏡２４２と普通のフロントガラスとの間の光路上に設置される平面鏡２４４を有して、凹面鏡２４２からのイメージ光を普通のフロントガラス１０に反射させているが、この限りではない。本実施形態において、普通のフロントガラス１０のドライバー前方領域に対応する垂直曲率半径は８０００ｍｍで、水平曲率半径は３５００ｍｍであり、普通のフロントガラス１０とドライバーＢの距離は９００ｍｍである；１．８インチ（４０ｍｍ × ２２ｍｍ）のイメージソースをイメージソース２２とし、アスペクト比２：１、対角線尺寸が４６インチの虚像（フィールド角で計算した大きさが６°×３°）を、ドライバーＢ前の虚像距離ＬＤが約３０メートル箇所（無限に遠い箇所）に投射する場合、上述のパラメータに基づいて、最適な光学画像化モジュール２４を設計する。本実施形態において、光学画像化モジュール２４は、凹面鏡２４２、および、平面鏡２４４を有する、あるいは、任意の数量の平面鏡により、光路を回折し、これにより、凹面鏡２４２の曲面形状設計は複雑にしなくてもよく、その曲面形状は、式（１）と表２中のパラメータにより決定され、凹面鏡２４２の曲面は、２次の非球面係数の二重曲率円錐曲面であるが、この限りではない。曲面は、紙に垂直な軸心に対して、４５．６７°旋転し、且つ、矢状面に沿って、２２１．２２５ｍｍ偏心する。同様に、ドライバーＢの両目により、平行光線で、イメージソースに対して、光線を追跡し、視野の変調伝達関数図やスポットダイアグラム、画像シミュレーショングリッドダイアグラム図を検視することにより、その判断基準は前述のようで、視野の変調伝達関数図は、５ｍｍ−１空間周波数内で、どれも、０．６より大きく、各視野のスポットダイアグラムの最大均方根半径は、１４μｍより小さく、液晶ディスプレイの単一画素の尺寸よりかなり小さく、システムの回折極限内にある。画像シミュレーショングリッドダイアグラムからも、システムが、明らかな非点収差と収差がないことを示し、上述の第一実施形態による結果と相似することが分かり、ここで詳述しない。

付帯説明することは、光学画像化モジュール２４は、少なくとも一つの平面鏡、または、少なくとも一つのレンズを有してもよい。反射光学素子（たとえば、平面鏡）は色差を生成せず、カラーイメージの処理が便利であり：透過光学素子（たとえば、レンズ）は対称性があり、ねじれを減少させる。これにより、光学画像化モジュール２４の具体的な光学構造は、使用状況と設計手法によって異なり、単純な反射システムや投射システム或いは両者の結合であってもよい。イメージソース２２の原始イメージは、光学画像化モジュール２４と普通のフロントガラス１０の反射により、ドライバーＢ前方の虚像距離ＬＤより遠い位置に、原始イメージより大きい虚像、即ち、拡大虚像を生成する。

以下で、図４を引き続き参照し、本発明の一実施形態によるフロントガラス１０と自動車のヘッドアップディスプレイシステムを構成するディスプレイ装置２０を説明する。ディスプレイ装置２０は、イメージソース２２、および、光学画像化モジュール２４を有する。イメージソース２２は車体Ａ内に設置され、且つ、イメージ光を生成して、イメージソースとなる。光学画像化モジュール２４は、イメージソース２２の出光側に設置され、且つ、イメージ光を普通のフロントガラス１０に投射する。一実施形態において、光学画像化モジュール２４は、少なくとも一つの凹面鏡２４２を有して、イメージ光を普通のフロントガラス１０に反射して、イメージ光が、それぞれ、内表面１２、および、外表面１４を経て、ドライバーＢに反射して、それぞれ、第一虚像３２、および、第二虚像３４を生成する。第一虚像３２とドライバーＢ間の距離は、虚像距離ＬＤ以上であり、第一虚像３２と第二虚像３４間のゴースト像率は、０．５％より小さい。イメージソース２２、および、光学画像化モジュール２４の素子特徴、および、その連結関係はすでに前述してあり、相関する実施形態も上述の説明と同じであるので、ここに詳述しない。

全体では、本発明は、普通のフロントガラス、および、ディスプレイ装置だけを採用して、自動車のヘッドアップディスプレイシステムが生成する虚像を、ドライバー前方約８メートル以外の箇所で生成し、その画像化距離と上述の従来の基準（１）により指示される虚像位置は異なり、自動車のヘッドアップディスプレイシステムが生成する虚像ゴースト像率を０．５％より小さくなるように効果的に減少させ、これにより、ゴースト像を効果的に改善する。このほか、本発明の一実施形態による変調伝達関数図やスポットダイアグラム、画像シミュレーショングリッドダイアグラムは、どれも、上述の従来の基準（２）の要求に符合し、明らかな非点収差と収差がなく、且つ、ゴースト像がほぼない高品質のディスプレイイメージを実現できる。

総合すると、本発明のディスプレイ装置、および、その自動車のヘッドアップディスプレイシステムは、普通のフロントガラスを利用して、自動車のヘッドアップディスプレイシステムが生成する虚像ゴースト像率を０．５％より小さく減少させ、ドライバーに気づかれない。よって、本発明は、楔形のフロントガラスや加工フロントガラスを使用せずに、ゴースト像を効果的に改善するとともに、自動車のヘッドアップディスプレイシステムの組み立て、および、製造コストを減少させることができる。

Ａ 車体
Ｂ ドライバー
ＬＤ 虚像距離
Ｌ１ 第一距離
Ｓ１ 離間距離
Ｓ２ 第一虚像高
Ｚ 高度方向
１０ 普通のフロントガラス
１２ 内表面
１４ 外表面
２０ ディスプレイ装置
２２ イメージソース
２４ 光学画像化モジュール
２４２ 凹面鏡
２４４ 平面鏡
３２ 第一虚像
３４ 第二虚像

Claims (14)

1. 普通のフロントガラスを使用した自動車のヘッドアップディスプレイシステムであって、
   車輛の車体と連接され、且つ、内表面、および、外表面を有し、前記内表面と前記外表面間の距離が等しく、且つ、前記内表面、および、前記外表面が、コーティング処理されない、または、光学薄膜を取り付けない普通のフロントガラス、および、ディスプレイ装置、を有し、前記ディスプレイ装置は、
   前記車体内に設置されて、イメージ光を生成するイメージソースと、
   前記イメージソースの出光側に設置されて、少なくとも一つの凹面鏡を有して、前記イメージ光を前記普通のフロントガラスに反射させ、前記イメージ光が、それぞれ、前記内表面、および、前記外表面により、ドライバーに反射して、それぞれ、第一虚像、および、第二虚像を生成し、前記第一虚像と前記ドライバー間の距離が虚像距離以上であり、前記第一虚像と前記第二虚像間のゴースト像率が０．５％以下である光学画像化モジュールと、
   を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。
2. 前記虚像距離と前記ゴースト像率間の対応関係は、単調減少関数であることを特徴とする請求項１に記載の普通のフロントガラスを使用した自動車のヘッドアップディスプレイシステム。
3. 前記虚像距離は、８メートル以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の普通のフロントガラスを使用した自動車のヘッドアップディスプレイシステム。
4. 前記凹面鏡と前記イメージソース間の第一距離は、前記凹面鏡の曲率半径の０．５倍より小さいことを特徴とする請求項１から３何れかの一項に記載の普通のフロントガラスを使用した自動車のヘッドアップディスプレイシステム。
5. 前記凹面鏡は非回転対称の曲面であり、矢面上の第一截線曲率と子午面上の第二截線曲率は、互いに異なることを特徴とする請求項１から４何れかの一項に記載の普通のフロントガラスを使用した自動車のヘッドアップディスプレイシステム。
6. 前記光学画像化モジュールは、更に、前記凹面鏡と前記普通のフロントガラスの間の光路上に設置される少なくとも一つの平面鏡を有して、前記凹面鏡が反射する前記イメージ光を、前記普通のフロントガラスに反射させることを特徴とする請求項１から５何れかの一項に記載の普通のフロントガラスを使用した自動車のヘッドアップディスプレイシステム。
7. 前記光学画像化モジュールは、凹面鏡から構成されることを特徴とする請求項１に記載の自動車のヘッドアップディスプレイシステム。
8. ディスプレイ装置であって、
   車輛の車体内に設置され、イメージ光を生成するイメージソースと、
   前記イメージソースの出光側に設置され、少なくとも一つの凹面鏡を有して、前記イメージ光を前記車輛の普通のフロントガラスに反射させて、前記イメージ光が、それぞれ、前記普通のフロントガラスの内表面、および、外表面により、ドライバーに反射し、それぞれ、第一虚像、および、第二虚像を生成する光学画像化モジュールと、を有し、
   前記普通のフロントガラスの前記内表面と前記外表面間の距離は等しく、前記内表面、および、前記外表面は、コーティング処理されない、または、光学薄膜を取り付けず、且つ、前記第一虚像と前記ドライバー間の距離は、虚像距離以上であり、前記第一虚像と前記第二虚像間のゴースト像率は、０．５％以下であることを特徴とする普通のフロントガラスを使用したディスプレイ装置。
9. 前記虚像距離と前記ゴースト像率間の対応関係は、単調減少関数であることを特徴とする請求項８に記載の普通のフロントガラスを使用したディスプレイ装置。
10. 前記虚像距離は、８メートル以上であることを特徴とする請求項８又は９に記載の普通のフロントガラスを使用したディスプレイ装置。
11. 前記凹面鏡と前記イメージソース間の第一距離は、前記凹面鏡の曲率半径の０．５倍より小さいことを特徴とする請求項８から１０何れかの一項に記載の普通のフロントガラスを使用したディスプレイ装置。
12. 前記凹面鏡は非回転対称の曲面であり、前記矢面上の第一截線曲率と子午面上の第二截線曲率は、互いに異なることを特徴とする請求項８から１１何れかの一項に記載の普通のフロントガラスを使用したディスプレイ装置。
13. 前記光学画像化モジュールは、更に、前記凹面鏡と前記普通のフロントガラス間の光路上に設置される少なくとも一つの平面鏡を有して、前記凹面鏡により反射する前記イメージ光を、前記普通のフロントガラスに反射することを特徴とする請求項８から１２何れかの一項に記載の普通のフロントガラスを使用したディスプレイ装置。
14. 前記光学画像化モジュールは、凹面鏡から構成されることを特徴とする請求項８に記載の普通のフロントガラスを使用したディスプレイ装置。