JP2610711B2 - 自動車計器群用の二重ミラー虚像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般に虚像表示装置、特に異なる寸法の画像
源計器に関し大きい視界を提供する車両計装用の虚像表
示装置に関する。

［従来技術］ 自動車のような車両用の伝統的な計器は、一般にステ
アリングホイールの前方のダッシュボードに支持された
直接観察する計器を具備している。このような伝統的直
接観察計器は簡単で効果的であるが、オペレータの目が
道路観察と計器観察との間でリフォーカスされる必要が
ある。さらに、伝統的直接観察計器は典型的な近い対象
のための読取り眼鏡を使用する成人オペレータが読取る
ことが困難なほどオペレータに十分に近い（約24乃至30
インチ）。

［発明の解決すべき課題］ 文献“Automotive Instrument Vitrual Image Displa
y"に対する同一出願人による米国特許出願第07/096,870
号（1987年９月４日出願）には、伝統的な直接観察計器
によりオペレータから光学的に離れている実効位置で計
器の虚像を効果的に位置する計器虚像表示装置が記載さ
れている。オペレータから離れた虚像の位置は単一の正
の拡大ミラーによって実現される。しかしながら、単一
の正ミラーシステムにより使用されることができる画像
源は、典型的に１つまたは２つより多い計器ゲージまた
は読取り器の使用を許容せず、かなり短いシステム長
（すなわち画像源からミラーまでの距離）を維持するた
めに非常に小さくなければならない。また、電子・機械
装置のような比較的大きい画像源は使用することができ
ない。

したがって、２つ以上のゲージまたは読取り器の表示
装置を設けることのできる車両計器虚像表示装置を提供
することが有効である。

別の利点は、アナログ電子・機械計器のような比較的
大きい画像源の使用を可能にする車両計器虚像表示装置
を提供することである。

［課題解決のための手段］ 上記および別の利点は、画像表示を与える画像源と、
発散した反射画像表示を提供する画像源画像表示に応答
する負パワー非球面軸外れミラーと、および画像表示が
画像源から車両オペレータの目まで進む光路長より大き
い観察距離で車両のオペレータにより観察される画像源
の虚像を生成する集束した反射画像表示を提供する発散
した画像表示に応答する正パワー非球面軸外れミラーと
を含む本発明による車両用の虚像表示装置によって提供
される。

［実施例］ 以下の詳細な説明および複数の図面において、同じ素
子は同じ参照番号で示される。

第１図を参照すると、本発明による車両用の虚像表示
装置システムが示されている。虚像表示装置は例えば一
般的に計器パネルにより伝統的に占有される領域におけ
る、例えば車両ステアリングコラムの上方およびステア
リングホイールの前方に配置することができる。

表示装置システムは画像源11および画像源11からの画
像表示に応答する平面折返しミラー13を含む。平面折返
しミラー13は、発散した反射照明を提供する軸から外れ
た凸状の負パワーミラー15に画像表示を反射する。ミラ
ー15は、直接観察された場合に画像を縮小させるため負
のパワーを有することを特徴とし、さらに入射した平行
な光線が反射時に発散するため発散した反射を提供する
ことを特徴とする。

負パワーミラー15からの照明は、集束した反射照明を
提供する軸から外れた凹状の正パワーミラー17に入射す
る。ミラー17は画像を拡大させるため正のパワーを有す
ることを特徴とし、さらに入射した平行な光線が反射時
に集束するため集束した反射を提供することを特徴とす
る。

正パワーミラー17によって反射された照明は、湾曲さ
れた保護ウインドウ19を通って観察者に達する。湾曲さ
れた保護ウインドウ19は、特に表示装置システムを外側
から観察した場合、楕円形に成形された円筒の凹面部を
成し、観察者によって観察されるそこからの反射は、保
護ウインドウの上方に配置された黒くされた光トラップ
からの反射に限定されるように構成されている。

負および正のパワーミラー15および17は、非球面の非
回転的に対称的な反射面を有し、例えば、金属反射コー
ティングにより被覆された必要な非球面を有する注入モ
ールドされた或いは鋳造モールドされたプラスチック基
体を含むことができる。

非球面素子15および17は、それぞれ、非球面的な歪を
与えられる前の各反射面の基本半径によって定められる
光軸である、光軸OA1およびOA2を有する。この光軸は、
各面の非球面歪みを定めるために使用される各座標計の
原点として使用される光軸点P1およびP2を通る。換言す
ると、光軸点P1およびP2並びにそれを通る軸は固定され
ており、一方その周辺領域は非球面的に歪を与えられ
る。

負ミラー15の反射面に対して、光軸OA1は画像中心と
画像源中心を結び、光軸点P1およびP2を通過する光線に
よって限定される中心軸CAの入射および反射部分を二等
分する。正のミラー17の反射面に対して、光軸OA2はま
た中心軸CAの入射および反射部分を二等分する。

光軸OA1およびOA2に関して、非球面素子は中心軸CAが
光軸と一直線ではないため軸から外れ、画像源および画
像は任意の反射折返し部を含む非球面素子の光軸上にな
い。

中心軸CAはさらに画像源からの画像表示が車両オペレ
ータの目に進む光路を限定し、さらにここで論じられる
ように、このような光路は虚像の実効的な観察距離（す
なわちオペレータの目が虚像を見るために焦点を結ぶ距
離）より大きい距離を有する。

従来のシステムは球の軸から外れた部分または錐体
（例えば放物線体）の非球面セクションを含むミラーを
使用するが、このようなシステムはミラーを限定するた
めに使用された錐体セクションの光軸上に画像源を位置
することに留意すべきである。これは、組立てを容易に
するためにある回転対称を維持するために行われる。し
かしなが、これはミラー面に与えることができる非球面
度を制限することによってこのような光学系の特性を制
限する。

この発明による光学系は軸から外れて画像源を配置
し、それによって画像源から非球面の光軸を分離するこ
とによりこの制限を取除く。本発明の非球面ミラーは回
転的に対称ではなく、全体的な虚像特性を改善する任意
の形状を取る。この付加的な設計の自由度は、この発明
を従来の設計特性より良好にする。

負ミラー15は小さいミラーであり、画像源11の寸法ま
たは虚像距離（すなわち観察者の目が虚像を見るために
焦点を結ぶ実効的な距離）を変化させずに拡大された虚
像に対して合理的な拡大距離を得るために比較的簡単な
光学式（例えばCa ssegrain望遠鏡におけるように）に
したがって大きい正ミラー17に関して位置される。本発
明によると、虚像距離は約1.2メートル（４フィート）
乃至3.7メートル（12フィート）であり、これはドライ
バーの目と計器パネル内の直接観察計器との間の典型的
な距離より大きい。

負ミラーおよび正ミラーの使用により適切な拡大、虚
像距離、視界および光学特性（すなわち歪みおよびディ
スパリティの減少）が提供され、一方匹敵するパラメー
タを有する単一の正ミラーシステムよりコンパクトであ
る光学系の長さ（すなわち画像源と公称的な目の位置に
光学的に最も近いミラーとの間の距離）が維持される。
換言すると、所定の拡大、虚像距離、視界および光学特
性に対して、記載された二重ミラーシステムは対応する
単一の正ミラーシステムより短いシステム長、したがっ
て小さい光学パッケージを有する。

二重ミラーシステムのコンパクト性は負および正ミラ
ーの逆テレフォト配置の結果から得られ、これはシステ
ム長を著しく増加させずに動作焦点長を増加させる。動
作焦点長は良く知られているように、単レンズまたはミ
ラーが実質的に同じパラメータを有する単レンズまたは
ミラー光学系を生成するように設けられる位置に配置さ
れる“第１主平面”までの画像源からの距離である。二
重ミラーシステム用の第１主平面は、公称の目の位置と
光学的に最も近いミラーとの間に位置され、一方単一の
正ミラーシステム用の第１主平面はミラーに位置され
る。換言すると、二重ミラーシステム用の第１主平面は
光学素子の１つの物理的な位置と目の位置の間にあるよ
うに制限される。

二重ミラーシステムがさらにコンパクトなシステム長
を実現される要因は、第２図および第３図にそれぞれ示
された単一および二重レンズ系の比較によりさらに良く
理解されることができ、これらは単レンズ系および二重
ミラー系の本質的に折返されていない変形であって、理
解し易い。適切な光学パラメータは以下の通りである。

距離（Ｒ）：公称の目の位置から虚像までの距離。

アイリリーフ（Ｌ）：公称の目の位置から第１のレンズ
面までの距離。

アイボックス（Ｙ）：虚像がぼかされずに観察されるこ
とができる公称の目の位置の周囲の空間の直径。

視界（FOV）：公称の目の位置から見たときの虚像の角
度。

システム長（Ｚ）：目に最も近いレンズと画像源との間
の距離。

バック焦点（Ｂ）：画像源から画像源に最も近いレンズ
までの距離。

動作焦点長（Ｆ）：画像源から光学系の第１主平面まで
の距離。

動作直径（Ｄ）：第１主平面の直径。

動作Ｆ番号（F/＃）：動作焦点長と動作直径との比（す
なわちF/D）。

画像源寸法（Ｈ）：画像源の高さ（垂直平面におけ
る）。

虚像寸法（Ｈ′）：虚像の高さ（垂直平面における）。

単一および二重レンズ系の各光学特性（すなわち歪み
およびディスパリティの減少）は、動作Ｆ番号F/＃に直
接関連している。特に、特性は動作Ｆ番号F/＃が減少さ
れるときに劣化する。したがって、所定の特性明細に対
して動作Ｆ番号F/＃は一般に固定されている。また、シ
ステム長Ｚは光学パッケージを最小にするためにできる
だけ短くすることが望ましい。

第２図に示された単一のレンズ系に対して、動作焦点
長Ｆ、バック焦点Ｂおよびシステム長Ｚは等しい。動作
直径Ｄはレンズの直径である。所定の距離Ｒ、アイリリ
ーフＬ、アイボックスＹおよび視界FOVに対して、動作
直径Ｄを以下のように表すことができる。

Ｄ＝2Ltan（FOV/2）＋Ｙ（１−L/R） （式１） または Ｒ→∞に対して、 Ｄ＝2Ltan（FOV/2）＋Ｙ （式２） 要求される画像源寸法Ｈは、虚像寸法Ｈ′と画像源寸
法Ｈとの比が画像源距離（画像源に対するレンズ）に対
する画像距離（画像に対するレンズ）の比に等しいこと
を理解することによって決定することができる。

Ｈ＝（2Rtan（FOV/2）Ｆ）／（Ｒ−Ｌ） （式３） または Ｒ→∞に対して、 Ｈ＝2Ftan（FOV/2） （式４） したがって、特定のFOV、距離、アイボックスおよび
アイリリーフの要求に対して動作直径は、式１によって
定められる。動作Ｆ番号F/＃は特定の特性要求に対して
最少にされ、固定されるため、動作焦点長はまた固定さ
れ（Ｆ＝DF/＃なので）、画像源寸法は式１により定め
られる。

単一のレンズ系は、画像源が上記に論じられた画像源
寸法要求に適合するように任意に寸法を定められること
ができる場合に適切な特性を提供する。このような寸法
決定は、画像源がグラフィックの寸法を十分に小さくす
るように容易に変更することができる液晶表示装置（LC
D）または真空蛍光表示装置（VFD）を含んでいる場合に
実現され得る。しかしながら、電子・機械計器はある寸
法、例えば直径で１インチよりも小さく縮小されること
ができない。アナログ画像源に対する寸法制限に関し
て、上記の式は所定の画像源寸法から逆にスタートする
ように適用される必要がある。

アナログゲージが式により導かれた画像源寸法より大
きい場合、動作焦点長およびFOVの両者は一定の動作Ｆ
番号F/＃に対して増加しなければならない。FOVが一定
でなければならない場合、動作直径も一定であり、大き
い画像源寸法を使用するただ１つの方法はF/＃を増加す
ることである。これはまた動作焦点長を増加する（FOV
が増加されることができる場合よりも大きい）。アナロ
グゲージ画像源がLCDまたはVEDソースほど小さくされる
ことができない場合、最終的な結果としてシステム長は
アナログゲージが画像源として使用された場合に単一の
レンズ系に対して増加されなければならない。長いシス
テムは長いボックスおよび光学パッケージ寸法における
全体的な増加を意味する。

上述の二重ミラーシステムの折返されない変形であ
り、システム長を増加させずに動作焦点長を増加させる
逆テレフォト構造として機能する第３図の二重レンズ系
を考える。簡単化するために、単レンズ系に関して上記
したように無限大に距離を定める。２つのレンズの焦点
長はf1およびf2であり、f1は正の焦点長であり、f2は負
の焦点長である。２つのレンズ間の距離はｘである。し
たがって、このシステムの動作焦点長は、 Ｆ＝（f1）（f2）／（f1＋f2−ｘ） （式５） である。

第３図に見られるように、焦点長は実際にはシステム
長を越す。f1およびf2を変化することによって、焦点長
は実質的にバック焦点およびシステム長から独立する。
公称の目の位置から第１主平面までの距離L1は、 L1＝Ｌ＋ｘ＋Ｂ−Ｆ （式６） であり、さらに動作直径は、 Ｄ＝2L1tan（FOV/2）＋Ｙ （式７） である。

無限大の距離Ｒを持つ画像源寸法Ｈに対して解くと、
式７は以下のように変形する。

Ｈ＝2Ftan（FOV/2） （式８） これは式４と同じである。

画像源寸法が変化され、一方動作Ｆ番号F/＃および視
界FOVを一定に維持した場合、動作焦点長は式８によっ
て定められる。動作直径Ｄは動作Ｆ番号F/＃によって定
められる。L1は式７により定められる。したがって、シ
ステム長である量（ｘ＋Ｂ）に対して式６を解くことが
できる。

単一および二重レンズ系の差の例として、単一および
二重レンズ系に対する光学パラメータは以下のシステム
制限に対して計算される。

Ｒ→∞ Ｌ＝24″ Ｙ＝2.5″ FOV＝３° 合理的な特性のために、動作Ｆ番号F/＃は2.0より小
さくなければならない。

単レンズ系に対して式２を使用すると、動作直径は、
7.514インチの焦点長（F/＃＝F/Dから）を要求する3.75
7インチでなければならず、単レンズ系に関してシステ
ム長は動作焦点長に等しいため、これはシステム長でも
ある。式４から画像源寸法は0.394インチでなければな
らない。

以下、画像源として寸法が１インチであるアナログゲ
ージパッケージの使用を考える。式４および３°のFOV
から、焦点長は19.094インチに増加しなければならな
い。これはシステム長における150％の増加である。動
作直径は3.757インチであり、5.082のF/＃を提供する。

19.094インチのシステム長が許容されることができな
い場合、FOVは焦点長を減少するために変化されること
ができる。式２において焦点長Ｆに（Ｄ）（F/＃）を代
入し、式２からのＤを置換することにより、動作Ｆ番号
F/＃およびFOVに画像源を関連させることができる。

Ｈ＝（2F/＃ tan（FOV/2））［2Ltan（FOV/2）＋Ｙ］
（式９） 上記の二次方程式におけるFOVに対して解くと（この
例のために動作Ｆ番号F/＃を2.0に固定した状態で）、
5.803の値が得られる。式４にその値を代入すると、9.8
65インチの動作焦点長および4.933インチの動作直径が
結果的に得られる。システム長は9.865（0.394インチの
小さい画像源寸法に対応するの元の7.514インチより依
然として大きい）に減少されるているが、動作直径は3.
757インチから4.933インチに増加する（31％大きい）。
したがって、新しいFOVでもシステムの全体的な寸法は
増加する。

以下、１インチの画像源寸法に対する二重レンズ方式
を検討する。式８から、動作焦点長は３°のFOVに対し
て19.094インチである。２つのレンズ間の距離ｘを３イ
ンチに設定し、システム長を7.514インチに設定すると
（特定されたアイリリーフＬ、アイボックスＹおよび視
界FOVに対する可能な最短の単レンズ設計）、バック焦
点は4.514インチになる。式６から、L1は12.42インチに
等しい。各レンズの焦点長は互いに関して変化するが、
式５の１つの解によるとf1が7.568インチであり、f2が
−7.568インチである。f1の寸法は3.757の単レンズ系の
動作直径に等しいため、f1のF/＃は2.014である。

上記の比較により、距離、FOV等の光学上の仕様を伴
う特定された画像源寸法に対して、二重レンズ系は小さ
い画像源寸法を有する単レンズ系に匹敵するシステム長
を提供することが理解されるべきである。二重レンズ系
における個々のレンズの動作Ｆ番号F/＃はあまり固定さ
れているものではなく、最適化のために２つのレンズが
存在するので、光学特性は単レンズ方式より良好である
ことが指摘される。

二重ミラー虚像表示装置システムの構造に関して、二
重レンズ系の上記の分析は第１のオーダー設計に達する
ように使用することができ、それに続いて第１のオーダ
ー設計の球状ミラー変形に光学設計コンピュータプログ
ラムが使用される。コンピュータプログラムにより、公
称的な球面はアイボックスにおいて観察されたときに歪
みを最小にする所望の基準に適合するように変形され
る。アイボックスおよび虚像は２つのミラーの個々の軸
に関して軸を外されているため、非球面の式は目および
虚像を結ぶ軸とは無関係に調節することができる。これ
は設計工程において大きい許容性を提供し、光学収差お
よび歪みを良好に補正する。このような歪みは、最終的
な設計において問題になる垂直ディスパリティおよび拡
大率変化を生じさせ得る。

第4A図、第4B図、第5A図および第5B図を参照して、表
面が歪みを減少するように非球面的に歪められる、この
発明による二重ミラー虚像表示装置用の負および正ミラ
ーの非球面反射面の実施例を示す。これらの図面に示さ
れたミラーのディメンションはインチである。

負ミラーの実施例の非球面は、第4A図および第4B図に
示された座標系に関して以下の面の式を満足する。

ここで、C_iおよびＦ（X,Y）は以下の通りである。ｉ C_i F_i （X,Y） １ −0.152819×10^-1 X²-Y² ２ −0.228226×10^-2 Ｙ（X²+Y²） ３ −0.384185×10^-2 Ｙ（3X²-Y²） ４ −0.279668×10^-3 X⁴-Y⁴ ５ −0.652462×10^-6 Ｙ(X²+Y²)² また、Ｓ（X,Y）は、 Ｓ（X,Y）＝Ｒ＋（R²-X²-Y²)^1/2 であり、Ｒ＝−11.8231である。

以下の表は、負ミラーの非球面に沿ったサンプル点
（インチ）に対するデータを示す。

負ミラー面サンプル点Ｘ Ｙ Ｚ ＋１ ０ −0.057928 ０ ＋１ −0.025244 ０ −１ −0.028365 ＋１ ＋１ −0.097131 ＋１ −１ −0.072639 上記の負ミラーと共に使用される正ミラーの非球面
は、第5A図および第5B図に示された座標系に関して以下
の面の式を満足する。

ここで、CiおよびＦ（X,Y）は以下の通りである。ｉ C_i F_i （X,Y） １ −0.617592×10^-2 X²-Y² ２ −0.593066×10^-3 Ｙ（X²+Y²） ３ −0.560451×10^-3 Ｙ（3X²-Y²） ４ −0.206953×10^-4 X⁴-Y⁴ ５ −0.181196×10^-4 Ｙ(X²+Y²)²また、Ｓ（X,Y）
は、Ｓ（X,Y）＝Ｒ−（R²-X²-Y²)^1/2 であり、Ｒ＝−14.1672である。

以下の表は、正ミラーの非球面に沿ったサンプル点
（インチ）に対するデータを示す。

正ミラー面サンプル点Ｘ Ｙ Ｚ ＋１ ０ −0.041533 ０ ＋１ −0.029191 ０ −１ −0.029089 ＋１ ＋１ −0.073142 ＋１ −１ −0.068383 上記のミラー面は、以下のパラメータを有する表示装
置システムにおいて使用されることができる。

距離R:80インチ アイリリーフL:24インチ バック焦点B:5.7インチ システム長Z:9インチ 画像源寸法:1.25×５インチ 虚像寸法:80インチの距離で４°×16° 上記の非球面素子の光軸OA1,OA2は各面の非球面変形
を限定するために使用される各座標系の各Ｚ軸に沿って
おり、非球面素子を含む表示装置システムの中心軸CAは
このような座標系の原点を通過し、このような原点は光
軸点P1,P2に対応することを理解すべきである。

第６図を参照すると、本発明による“軸外れ”の使用
を表した簡単な軸外れレンズ系が示されている。対象の
中心と画像の中心を結ぶ中心軸CAはレンズの光軸OAと一
致せず、したがって中心軸は対象および画像のように
“軸外れ”である。本発明において、軸外れ構造は最初
に適切な非球面を形成するために上述のように後に歪め
られる球状素子の光軸の関して設定される。

第７図を参照すると、光学素子の光軸に関して軸外に
位置される光学素子の一部を使用する既知の軸上システ
ムを表した簡単なレンズ系が示されており、このような
光軸は光学素子の基本半径により限定されている。光学
素子の軸外れ部分は使用されるが、対象の中心と画像の
中心を結ぶ中心軸は光軸OAに一致し、したがって対象お
よび画像のように“軸上”である（すなわち、対象およ
び画像は光軸上にある）。

上記は主に電子・機械アナログゲージを含む画像源の
内容に関するものであるが、開示された二重ミラー虚像
表示装置システムは単一のミラーシステムで使用される
ものより大きいVFDおよびLCDソースと共に使用されるこ
とが可能であり、これはグラフィックスの緻密化を可能
にすることを理解すべきである。

上記において、複数のアナログ電子・機械ゲージを含
み、例えば約1.2メートル（４フィート）乃至3.7メート
ル（12フィート）の距離の比較的大きい観察距離および
比較的大きい視界を提供することができるコンパクトな
虚像表示装置システムが開示されている。

上記において本発明の特定の実施例が説明され図示さ
れているが、当業者は特許請求の範囲によって限定され
ているような発明の技術的範囲を逸することなく種々の
修正および変更を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、虚像表示装置の概略的な断面図である。 第２図は、第１図の虚像表示装置を理解するのに役立つ
単レンズ表示装置システムの正面図である。 第３図は第１図の虚像表示装置の折返されない変形であ
り、第１図の虚像表紙装置を理解するのに役立つ二重レ
ンズ表示装置システムの上部図である。 第4A図および第4B図は、第１図の虚像表示装置の負パワ
ーミラーの実施例の側面および正面図である。 第5A図および第5B図は、第１図の虚像表示装置の正パワ
ーミラーの実施例の側面および正面図である。 第６図は、本発明の虚像表示装置の軸外れ構造を理解す
るのに役立つ軸外れレンズ系を示す概略図である。 のに役立つレンズの軸外れ部分を使用した軸上レンズ系
の概略図である。 第７図は、光学素子の軸外れ部分を使用する既知の軸外
れシステムを理解するのに役立つレンズの軸外れ部分を
使用した軸上レンズ系の概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール・シー・ノートン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90045、ロサンゼルス、クレイトン・ア ベニュー 8311 (72)発明者 マオー ジン・チャーン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90216、ランチョ・パロス・バーデス、 シーマウント・ドライブ 28414 (56)参考文献 特開 昭60−201315（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−90833（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車用の虚像表示装置であって、 画像表示を提供するための複数の電子・機械車両計器ゲ
   ージを含む画像源と、 凸反射面を有する負のミラーを備えた負パワー非球面軸
   外れ光学手段と、 前記画像源の虚像を生成する凹反射面を有する前記負の
   ミラーより大きい正のミラーを備えた正パワー非球面軸
   外れ光学手段とを具備し、 ここで、前記虚像が前記画像源の拡大された画像である
   ように、前記正のミラーは前記負のミラーに対し、画像
   源または虚像距離の寸法を変更する必要なしに拡大され
   た虚像のための妥当な倍率範囲を導くように位置し、画
   像表示が画像源から車両オペレータの目まで進む光路長
   より大きい虚像距離で車両のオペレータにより観察さ
   れ、前記虚像距離は約1.2メートル（４フィート）から
   3.7メートル（12フィート）の範囲であり、 前記非球面光学手段が軸を外れており、それによって画
   像源および虚像が非球面素子の光軸上に位置せず、軸外
   れ構造によって生成された歪みを減少するように非球面
   的に変形されており、前記虚像表示装置の第１主平面は
   光学手段の物理的位置にあるようには設定されない自動
   車用の虚像表示装置。
2. 【請求項２】自動車用の虚像表示装置であって、 画像表示を提供するための複数の電子・機械車両計器ゲ
   ージを含む画像源と、 負パワー非球面軸外れミラーと、 前記画像源の虚像を生成する前記負パワー非球面軸はず
   れミラーより大きい正パワー非球面ミラーとを具備し、 ここで、前記虚像が前記画像源手段の拡大された画像で
   あるように、前記正パワー非球面ミラーは前記負パワー
   非球面軸はずれミラーに対し、画像源または虚像距離の
   寸法を変更する必要なしに拡大された虚像のための妥当
   な倍率範囲を導くように位置し、画像表示が画像源から
   車両オペレータの目まで進む光路長より大きい虚像距離
   で車両のオペレータにより観察され、前記虚像距離は約
   1.2メートル（４フィート）から3.7メートル（12フィー
   ト）の範囲であり、 前記非球面ミラーが軸を外れており、それによって画像
   源および虚像が非球面素子の光軸上に位置せず、軸外れ
   構造によって生成された歪みを減少するように非球面的
   に変形されており、前記虚像表示装置の第１主平面は光
   学素子の物理的位置にあるようには設定されない自動車
   用の虚像表示装置。