JP3912234B2

JP3912234B2 - Vehicle head-up display

Info

Publication number: JP3912234B2
Application number: JP2002263023A
Authority: JP
Inventors: 直人金森; やよい畑中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-09-09
Also published as: JP2004098834A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ヘッドアップディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヘッドアップディスプレイとしては、実開昭６２−１９７１７５号公報或いは特許第２９９１２１４号公報に示すようなものがある。このヘッドアップディスプレイにおいて、表示器は、車両の車室内においてウインドシールドガラスの下方に位置するダッシュボードの裏側に配置されている。また、凹面鏡は、ウインドシールドガラスの車室内側表面のうち運転者の視界領域に対応する部分及び表示器の表示面の双方を臨む凹状反射面を有するように、ウインドシールドガラスの下方にて車両の鉛直方向に対し所定角度傾斜させて配設されている。
【０００３】
そして、このような構成のもと、表示器の表示面からの表示情報を表す光は凹面鏡によりその反射面にて反射されてウインドシールドガラスの車室内側表面に入射し、この入射光は上記表面にて運転者の視線方向に反射されるとともに当該表面の前方に表示情報を虚像として結像する。すなわち、運転者は、あたかもウインドシールドガラスの外側前方に表示器の表示面があるかのごとく視認することになる。これにより、車両運転中において、運転者が表示情報を読み取るための視線移動量を最小限に抑えることができる。
【０００４】
ところで、上述のヘッドアップディスプレイにおける凹面鏡の役割は、表示器の表示面からの表示情報を表す光をウインドシールドガラスに向けて反射すること、および表示面の画像を運転者により確実に視認される大きさに拡大することの２つである。つまり、運転者が視認する表示面の虚像の大きさは、実際の表示面の大きさより大きい画面となっている。これにより、表示面、すなわち表示器を小型化して車両への搭載性を向上することができる。
【０００５】
また、凹面鏡の形状は、一般には回転双曲面として形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、車両に装備されるウインドシールドガラスは湾曲面形状を有しており、その曲率はウインドシールドガラス全体に亘り一様ではなく部分的に異なっている。すなわち、車両の左右方向中央を基準に左右対称形状を成すと共に、自動車の左右方向中央から両端側に向かうに連れて曲率が大きくなっている。言い換えると、自動車の左右方向中央から両端側に向かうに連れてウインドシールドガラス５の曲率半径が小さくなるように形成されている。そのために、上記ヘッドアップディスプレイにおいて、単に、上述のように凹面鏡や表示器をウインドシールドガラスの位置との関係に依って配置するだけでは、上記虚像に歪みが発生し、運転者にとって非常に見難い像として見えてしまう、言い換えると表示情報が読み取り難くなるという不具合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の問題に対処するため、凹面鏡の反射面の形状に工夫を凝らして、歪みの少ない虚像をウインドシールドガラスの前方に結像することができる車両用ヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成する為に以下の技術的手段を採用する。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイは、車両の車室内においてウインドシールドガラスの下方に位置するダッシュボードの裏側に配設されて表示情報を表す表示光を出射する表示器と、この表示器からの表示光を凹面形状反射面によりインストルパネルの開口部を通してウインドシールドガラスに向けて反射する凹面鏡とを備え、表示器からの表示光を凹面鏡により反射させてウインドシールドガラスに入射させ、この入射光をウインドシールドガラスにより運転者の視線方向に反射して、表示情報をウインドシールド前方に結像した虚像として運転者に視認させるようにしたヘッドアップディスプレイであって、凹面鏡は、表示光の光軸の前記凹面鏡への入射光および反射光を含む平面である光軸平面と凹面鏡との交線である基準曲線と、光軸の凹面鏡への入射点における凹面鏡の法線を含み且つ光軸平面と直交する平面であるガイド平面と凹面鏡との交線であるガイド曲線と、運転者から見て基準曲線よりも左側においてガイド曲線と直交する平面と凹面鏡との交線である左側基準曲線と、運転者から見て基準曲線よりも右側においてガイド曲線と直交する平面と凹面鏡との交線である右側基準曲線とを含む自由曲面から成り、ガイド曲線は円弧状に形成され、基準曲線、左側基準曲線および右側基準曲線はガイド曲線上に頂点を有する放物線状に形成され、基準曲線、左側基準曲線および右側基準曲線それぞれの焦点距離は互いに異なるように構成している。凹面鏡の形状を上述のように形成することにより、従来の凹面鏡を用いた場合に比べて、ウインドシールドガラスの運転者の正面前方部分に結像する表示面の虚像の歪みを小さく抑えることができる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイは、表示器からの表示光が凹面鏡上で反射して表示像が結像されるウインドシールドガラスの領域の曲率がより大きい側に対応する凹面鏡の左側基準曲線および右側基準曲線のどちらかにおいて、ガイド曲線上の法線方向は表示光の光軸の凹面鏡への入射点における法線方向よりも下向きに形成される構成としている。凹面鏡の形状を上述のように形成することにより、従来の凹面鏡を用いた場合に比べて、ウインドシールドガラスの運転者の正面前方部分に結像する表示面の虚像の歪みを小さく抑えることができる。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の車両用ヘッドアップディスプレイは、右ハンドル車両に搭載される場合には右側基準曲線におけるガイド曲線上の法線方向が、左ハンドル車両に搭載される場合には左側基準曲線におけるガイド曲線上の法線方向がそれぞれ表示光の光軸の凹面鏡への入射点における法線方向よりも下向きに形成される構成としている。凹面鏡の形状を上述のように形成することにより、従来の凹面鏡を用いた場合に比べて、ウインドシールドガラスの運転者の正面前方部分に結像する表示面の虚像の歪みを小さく抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に依る車両用ヘッドアップディスプレイを、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ１に適用した場合を例に図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、本発明に依るヘッドアップディスプレイ１の構成説明図である。図２は、図１中におけるＩＩ矢視図である。図１および図２において、左右方向が自動車の前後方向であり且つ左側が自動車の前方である。また、図１において、ウインドシールドガラス５の右側が自動車の室内である。図２において、上下方向が自動車の幅方向、つまり左右方向であり、上側が右側である。また、運転席は右側（図２における上方）にある。すなわち、当該自動車はいわゆる右ハンドル車である。
【００１４】
ヘッドアップディスプレイ１は、大きくは、ウインドシールドガラス５、表示情報（たとえば、自動車の走行速度等）を表す表示光を出射する表示器３および表示器３からの表示光をウインドシールドガラス５に向けて反射する凹面鏡４から構成されている。また、表示器３および凹面鏡４は、本体部２の内部に所定の位置関係を維持して収容固定されている。
【００１５】
本体部２は、自動車の車室内において、図１に示すように、ウインドシールドガラス５の下方に位置するダッシュボード６の裏側に取り付けられている。本体部２の上部には、図１に示すように、凹面鏡４で反射された表示器３からの表示光が放出される開口部２ａが形成されている。また、ダッシュボード６にも本体部２の開口部２ａに対応して開口部６ａが設けられている。これにより、凹面鏡４で反射された表示器３からの表示光は、開口部２ａ、６ａを通ってウインドシールドガラス５へ向かって進行する。
【００１６】
表示器３は、たとえば液晶ディスプレイ（バックライト付き）、ＥＬ表示器、ＣＲＴ等からなり、当該自動車に関する各種表示情報を画像表示し、その表示光を凹面鏡４に向けて出射する。
【００１７】
凹面鏡４は、たとえばガラス、樹脂、金属等から形成され、その反射面が表示器３に対向するように本体部２内に固定されている。
【００１８】
表示器３からの表示光は、図１中の一点鎖線で示すように、凹面鏡４によりウインドシールドガラス５に向けて反射され、さらにウインドシールドガラス５により運転者の視線方向、つまり運転者の視点７に向かう方向に反射される。ここで、視点７とは、運転者の両眼間の中心である。これにより運転者は、図１に示すように、ウインドシールドガラス５の外側前方に、表示器３により表示される各種表示情報の画像を虚像８として視認する。
【００１９】
ここで、当該自動車のウインドシールドガラス５は、通常の自動車に装備されるウインドシールドガラスと同様に湾曲面形状を有している。すなわち、図２に示すように、自動車の左右方向中央を基準に左右対称形状を成すと共に、自動車の左右方向中央から両端側に向かうに連れて曲率が大きくなっている。言い換えると、自動車の左右方向中央から両端側に向かうに連れてウインドシールドガラス５の曲率半径が小さくなるように形成されている。したがって、運転者が虚像８を視認する場合、虚像８に対応するウインドシールドガラス５上の領域である虚像領域８ａにおいて、その右側の曲率は、中央部および左側より大きくなっている。
【００２０】
次に、本発明に依るヘッドアップディスプレイ１の特徴である凹面鏡４の形状について図３に基づいて説明する。
【００２１】
図３は、本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ１に用いられている凹面鏡４の形状を説明する概念図である。
【００２２】
凹面鏡４は、図３に示すように、４個の曲線、すなわち基準曲線４１、左側基準曲線４２、右側基準曲線４３およびガイド曲線４４を包含する自由曲面として形成されている。上記の基準曲線４１、左側基準曲線４２、右側基準曲線４３およびガイド曲線４４ついて、以下に説明する。
【００２３】
基準曲線４１は、凹面鏡４へ入射する表示器３から出射される表示光の光軸A上の光およびその反射光Bを含む平面である光軸平面Ｖと凹面鏡４との交線である。また、基準曲線４１は、凹面鏡４上における表示器３から出射される表示光の光軸A上の光の入射点４５を頂点とする放物線状に形成されている。
【００２４】
ガイド曲線４４は、入射点４５における凹面鏡４の法線４６を含み且つ光軸平面Vと直交する平面Ｈと凹面鏡４との交線である。また、ガイド曲線４４は、円弧状に形成されている。この円弧の中心は凹面鏡４の表示器３側にある。
【００２５】
左側基準曲線４２は、運転者から見て基準曲線４１の左側においてガイド曲線４４と直交する平面と凹面鏡４との交線である。また、左側基準曲線４２は、ガイド曲線４４と平面Ｌとの交点４７を頂点とする放物線状に形成されている。
【００２６】
右側基準曲線４３は、運転者から見て基準曲線４１の右側においてガイド曲線４４と直交する平面と凹面鏡４との交線である。また、右側基準曲線４３は、ガイド曲線４４と平面Ｒとの交点４８を頂点とする放物線状に形成されている。
【００２７】
なお、基準曲線４１、左側基準曲線４２および右側基準曲線４３を形成する放物線は、凹面鏡４の表示器３側に開いた形状である。
【００２８】
また、図３中において、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、それぞれ基準曲線４１、左側基準曲線４２および右側基準曲線４３の焦点である。したがって、入射点４５・焦点Ｆ１間の距離が基準曲線４１の焦点距離ｆ１、交点４７・焦点Ｆ２間の距離が左側基準曲線４２の焦点距離ｆ２、交点４８・焦点Ｆ３間の距離が右側基準曲線４３の焦点距離ｆ３となる。
【００２９】
ここで、基準曲線４１、左側基準曲線４２および右側基準曲線４３の形状は、基準曲線４１、左側基準曲線４２および右側基準曲線４３のそれぞれの焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３が互いに異なるように設定されている。
【００３０】
ところで、本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ１が搭載される自動車は右ハンドル車であり、運転者は、図２に示すように、ウインドシールドガラス５の右側に位置している。したがって、運転者が虚像８を視認する場合、虚像８に対応するウインドシールドガラス５上の部分である虚像領域８ａにおいて、その右側の曲率は、中央部および左側より大きくなっている。これに対応させて、凹面鏡４においては、右側基準曲線４３の頂点すなわち右側基準曲線４３とガイド曲線との交点４８における法線４９は、基準曲線４１の頂点すなわち入射点４５における凹面鏡４の法線４６よりも下向きに形成されている。言い換えると、法線４９の始点でもある交点４８は上述の平面Ｈ上にあるが、交点４８を除いた法線４９は平面Ｈの下方に位置している。
【００３１】
次に、上述したような形状の凹面鏡４を用いることによる、ヘッドアップディスプレイ１における虚像８の運転者からの視認性向上に対する効果、すなわち形状の歪み低減効果について、以下にシミュレーション結果に基づいて説明する。
【００３２】
図４は、種々のガイド曲線と虚像８の歪み度合いとの関係示すグラフである。図４において、縦軸は最大歪み（％）を、横軸はガイド曲線の種類をそれぞれ示す。また、実線は横歪みを、破線は縦歪みをそれぞれ示す。
【００３３】
図４によれば、ガイド曲線を円弧状とすることにより虚像８の最大歪みを小さくできることがわかる。
【００３４】
図５は、右側基準曲線４３をその頂点（図３における交点４８）を中心に回転させた場合の回転角度と虚像８の歪み度合いとの関係示すグラフである。この場合、右側基準曲線４３の回転方向は、図３において法線４９が平面Ｈの下方となる方向を正としている。また、回転角度＝０（ｄｅｇ．）とは、法線４９と法線４６が同一平面上にある、すなわち平面Ｈ上にあることを意味する。図５において、縦軸は最大歪み（％）を、横軸は右側基準曲線４３の回転角度をそれぞれ示す。また、実線は横歪みを、破線は縦歪みをそれぞれ示す。
【００３５】
図５によれば、右側基準曲線４３を回転させる、つまり右側基準曲線４３の頂点（図３における交点４８）の法線４９を基準曲線４１の頂点すなわち入射点４５における凹面鏡４の法線４６よりも下向きに設定することにより、虚像８の最大歪みを小さくできることがわかる。
【００３６】
以上説明した本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ１においては、凹面鏡４の形状を次のように設定している。すなわち、ガイド曲線４４を円弧状とし、且つ虚像８に対応するウインドシールドガラス５上の部分である虚像領域８ａにおける曲率がより大きい側である右側に対応している右側基準曲線４３の頂点（交点４８）上の法線４９は、基準曲線４１の頂点（入射点４５）における凹面鏡４の法線４６よりも下向きに形成されている。これにより、従来のヘッドアップディスプレイに比べて、ウインドシールドガラス５の運転者の正面前方部分に結像する表示面３の虚像８の歪みを小さく抑えることが可能なヘッドアップディスプレイ１を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ１の構成説明図である。
【図２】図１中におけるＩＩ矢視図である。
【図３】本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ１に用いられる凹面鏡４の形状を説明する概念図である。
【図４】種々のガイド曲線と虚像８の歪み度合いとの関係示すグラフである。
【図５】右側基準曲線４３の回転角度と虚像８の歪み度合いとの関係示すグラフである。
【符号の説明】
１ヘッドアップディスプレイ（車両用ヘッドアップディスプレイ）
２本体部
２ａ開口部
３表示器
４凹面鏡
４１基準曲線
４２左側基準曲線
４３右側基準曲線
４４ガイド曲線
４５入射点
４６法線
４７交点（頂点）
４８交点（頂点）
４９法線
５ウインドシールドガラス
６ダッシュボード
６ａ開口部
７視点（視線方向）
８虚像
８ａ虚像領域（領域）
Ａ光軸
Ｂ反射光
Ｆ１焦点
Ｆ２焦点
Ｆ３焦点
ｆ１焦点距離
ｆ２焦点距離
ｆ３焦点距離
Ｈ平面
Ｖ光軸平面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle head-up display.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of head-up display, there is one as shown in Japanese Utility Model Publication No. 62-197175 or Japanese Patent No. 2991214. In this head-up display, the indicator is disposed on the back side of the dashboard located below the windshield glass in the vehicle interior of the vehicle. Further, the concave mirror has a concave reflecting surface facing both the portion corresponding to the driver's field of view on the vehicle interior side surface of the windshield glass and the display surface of the display. Are inclined at a predetermined angle with respect to the vertical direction.
[0003]
And under such a configuration, the light representing the display information from the display surface of the display is reflected by the reflecting surface by the concave mirror and is incident on the vehicle interior side surface of the windshield glass. Reflected in the direction of the driver's line of sight on the surface, display information is formed as a virtual image in front of the surface. That is, the driver visually recognizes as if the display surface of the display is on the outside front of the windshield glass. Thereby, it is possible to minimize the amount of line-of-sight movement for the driver to read the display information during vehicle driving.
[0004]
By the way, the role of the concave mirror in the above-described head-up display is to reflect light representing display information from the display surface of the display toward the windshield glass, and to ensure that the image on the display surface is visually recognized by the driver. It is two of enlargement to size. That is, the size of the virtual image on the display surface visually recognized by the driver is larger than the size of the actual display surface. Thereby, a display surface, ie, a display, can be reduced in size, and the mounting property to a vehicle can be improved.
[0005]
The shape of the concave mirror is generally formed as a rotating hyperboloid.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, normally, the windshield glass with which a vehicle is equipped has a curved surface shape, The curvature is not uniform over the whole windshield glass, but differs partially. That is, it forms a symmetrical shape with respect to the center in the left-right direction of the vehicle, and the curvature increases from the center in the left-right direction of the automobile toward both ends. In other words, the windshield glass 5 is formed so that the radius of curvature decreases from the center in the left-right direction of the automobile toward both ends. Therefore, in the head-up display, simply placing the concave mirror and the display device according to the relationship with the position of the windshield glass as described above causes distortion in the virtual image, which is very difficult for the driver. There is a problem that it appears as a difficult image, in other words, display information is difficult to read.
[0007]
Accordingly, the present invention provides a vehicle head-up display capable of forming a virtual image with less distortion in front of the windshield glass by devising the shape of the reflecting surface of the concave mirror in order to cope with the above-described problems. The purpose is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following technical means to achieve the above object.
[0009]
A vehicle head-up display according to claim 1 of the present invention is provided on the back side of a dashboard located below a windshield glass in a vehicle interior of a vehicle and emits display light representing display information. And a concave mirror that reflects the display light from the display unit toward the windshield glass through the opening of the instrument panel through the concave reflection surface, and reflects the display light from the display unit to the windshield glass. A head-up display in which the incident light is reflected by the windshield glass in the direction of the driver's line of sight so that the display information is visually recognized by the driver as a virtual image formed in front of the windshield. An optical axis plane which is a plane including incident light and reflected light on the concave mirror of the optical axis of display light and the concave mirror A reference curve that is a line, a guide curve that is an intersection of the concave mirror and the guide plane that includes the normal of the concave mirror at the point of incidence of the optical axis on the concave mirror and is orthogonal to the optical axis plane, and The left reference curve, which is the intersection line between the plane perpendicular to the guide curve on the left side of the reference curve and the concave mirror, and the intersection line between the plane perpendicular to the guide curve and the concave mirror on the right side of the reference curve as viewed from the driver. It consists of a free-form surface including a right reference curve, the guide curve is formed in an arc shape, the reference curve, the left reference curve and the right reference curve are formed in a parabolic shape having a vertex on the guide curve, the reference curve, the left reference The focal lengths of the curve and the right reference curve are different from each other. By forming the shape of the concave mirror as described above, it is possible to suppress the distortion of the virtual image on the display surface imaged on the front front portion of the windshield glass driver compared to the case of using the conventional concave mirror. .
[0010]
The vehicle head-up display according to claim 2 of the present invention corresponds to the side of the windshield glass where the display light is reflected from the concave mirror and the display image is formed to have a larger curvature. In either of the left reference curve and the right reference curve of the concave mirror, the normal direction on the guide curve is formed downward from the normal direction at the point of incidence of the optical axis of the display light on the concave mirror. By forming the shape of the concave mirror as described above, it is possible to suppress the distortion of the virtual image on the display surface imaged on the front front portion of the windshield glass driver compared to the case of using the conventional concave mirror. .
[0011]
The vehicle head-up display according to claim 3 of the present invention has a normal direction on the guide curve in the right reference curve when mounted on a right-hand drive vehicle, and left-hand side when mounted on a left-handle vehicle. The normal line direction on the guide curve in the reference curve is formed downward from the normal line direction at the point of incidence of the optical axis of the display light on the concave mirror. By forming the shape of the concave mirror as described above, it is possible to suppress the distortion of the virtual image on the display surface imaged on the front front portion of the windshield glass driver compared to the case where the conventional concave mirror is used. .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example in which a vehicle head-up display according to the present invention is applied to a head-up display 1 mounted on an automobile will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a head-up display 1 according to the present invention. FIG. 2 is a view taken along arrow II in FIG. 1 and 2, the left-right direction is the front-rear direction of the automobile and the left side is the front of the automobile. In FIG. 1, the right side of the windshield glass 5 is the interior of the automobile. In FIG. 2, the vertical direction is the width direction of the automobile, that is, the horizontal direction, and the upper side is the right side. The driver's seat is on the right side (upper side in FIG. 2). That is, the automobile is a so-called right-hand drive car.
[0014]
The head-up display 1 generally includes a windshield glass 5, a display 3 that emits display light indicating display information (for example, a traveling speed of an automobile) and the display light from the display 3 toward the windshield glass 5. And a concave mirror 4 that reflects the light. The display 3 and the concave mirror 4 are housed and fixed in the main body 2 while maintaining a predetermined positional relationship.
[0015]
As shown in FIG. 1, the main body 2 is attached to the back side of the dashboard 6 located below the windshield glass 5 in the interior of the automobile. As shown in FIG. 1, an opening 2 a is formed in the upper part of the main body 2 to emit display light from the display 3 reflected by the concave mirror 4. The dashboard 6 is also provided with an opening 6 a corresponding to the opening 2 a of the main body 2. Thereby, the display light from the display 3 reflected by the concave mirror 4 travels toward the windshield glass 5 through the openings 2a and 6a.
[0016]
The display 3 includes, for example, a liquid crystal display (with a backlight), an EL display, a CRT, and the like. The display 3 displays various display information related to the automobile and emits the display light toward the concave mirror 4.
[0017]
The concave mirror 4 is formed of, for example, glass, resin, metal or the like, and is fixed in the main body 2 so that the reflecting surface thereof faces the display 3.
[0018]
The display light from the display device 3 is reflected by the concave mirror 4 toward the windshield glass 5 as indicated by a one-dot chain line in FIG. 1, and further, the windshield glass 5 reflects the driver's line-of-sight direction, that is, the driver's viewpoint. Reflected in the direction toward 7. Here, the viewpoint 7 is the center between both eyes of the driver. As a result, the driver visually recognizes an image of various display information displayed by the display 3 as a virtual image 8 in front of the outside of the windshield glass 5 as shown in FIG.
[0019]
Here, the windshield glass 5 of the said vehicle has a curved surface shape like the windshield glass with which a normal automobile is equipped. That is, as shown in FIG. 2, it forms a symmetrical shape with respect to the center in the left-right direction of the automobile, and the curvature increases from the center in the left-right direction of the automobile toward both ends. In other words, the windshield glass 5 is formed so that the radius of curvature decreases from the center in the left-right direction of the automobile toward both ends. Therefore, when the driver visually recognizes the virtual image 8, the curvature on the right side of the virtual image region 8a that is the region on the windshield glass 5 corresponding to the virtual image 8 is larger than that of the central portion and the left side.
[0020]
Next, the shape of the concave mirror 4 which is a feature of the head-up display 1 according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0021]
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the shape of the concave mirror 4 used in the head-up display 1 according to the embodiment of the present invention.
[0022]
As shown in FIG. 3, the concave mirror 4 is formed as a free curved surface including four curves, that is, a reference curve 41, a left reference curve 42, a right reference curve 43, and a guide curve 44. The reference curve 41, the left reference curve 42, the right reference curve 43, and the guide curve 44 will be described below.
[0023]
The reference curve 41 is an intersection line between the concave mirror 4 and the optical axis plane V which is a plane including the light on the optical axis A of the display light emitted from the display 3 incident on the concave mirror 4 and the reflected light B thereof. The reference curve 41 is formed in a parabolic shape with the incident point 45 of the light on the optical axis A of the display light emitted from the display 3 on the concave mirror 4 as an apex.
[0024]
The guide curve 44 is an intersection line between the concave mirror 4 and the plane H that includes the normal 46 of the concave mirror 4 at the incident point 45 and is orthogonal to the optical axis plane V. The guide curve 44 is formed in an arc shape. The center of this arc is on the display 3 side of the concave mirror 4.
[0025]
The left reference curve 42 is an intersection line between the concave mirror 4 and a plane orthogonal to the guide curve 44 on the left side of the reference curve 41 when viewed from the driver. The left reference curve 42 is formed in a parabolic shape having an intersection 47 between the guide curve 44 and the plane L as a vertex.
[0026]
The right reference curve 43 is an intersection line between the concave mirror 4 and a plane orthogonal to the guide curve 44 on the right side of the reference curve 41 when viewed from the driver. The right reference curve 43 is formed in a parabolic shape having an intersection 48 between the guide curve 44 and the plane R as a vertex.
[0027]
In addition, the parabola which forms the reference | standard curve 41, the left side reference curve 42, and the right side reference curve 43 is a shape opened to the indicator 3 side of the concave mirror 4. FIG.
[0028]
In FIG. 3, F1, F2, and F3 are the focal points of the reference curve 41, the left reference curve 42, and the right reference curve 43, respectively. Accordingly, the distance between the incident point 45 and the focal point F1 is the focal length f1 of the reference curve 41, the distance between the intersection point 47 and the focal point F2 is the focal length f2 of the left reference curve 42, and the distance between the intersection point 48 and the focal point F3 is the right reference curve. The focal length f43 is 43.
[0029]
Here, the shapes of the reference curve 41, the left reference curve 42, and the right reference curve 43 are set so that the focal lengths f1, f2, and f3 of the reference curve 41, the left reference curve 42, and the right reference curve 43 are different from each other. ing.
[0030]
By the way, the vehicle on which the head-up display 1 according to the embodiment of the present invention is mounted is a right-hand drive vehicle, and the driver is positioned on the right side of the windshield glass 5 as shown in FIG. Therefore, when the driver visually recognizes the virtual image 8, the curvature on the right side of the virtual image region 8a corresponding to the virtual image 8 on the windshield glass 5 is larger than that at the center and the left side. Correspondingly, in the concave mirror 4, the normal line 49 at the intersection point 48 of the right reference curve 43, that is, the right reference curve 43 and the guide curve, is the normal line of the concave mirror 4 at the vertex of the reference curve 41, that is, the incident point 45. It is formed downward from 46. In other words, the intersection point 48 which is also the starting point of the normal line 49 is on the plane H described above, but the normal line 49 excluding the intersection point 48 is located below the plane H.
[0031]
Next, the effect of improving the visibility of the virtual image 8 from the driver in the head-up display 1 by using the concave mirror 4 having the shape as described above, that is, the effect of reducing the distortion of the shape will be described below based on the simulation results. To do.
[0032]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between various guide curves and the degree of distortion of the virtual image 8. In FIG. 4, the vertical axis represents the maximum strain (%), and the horizontal axis represents the type of guide curve. In addition, a solid line indicates lateral distortion, and a broken line indicates vertical distortion.
[0033]
As can be seen from FIG. 4, the maximum distortion of the virtual image 8 can be reduced by making the guide curve arc.
[0034]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rotation angle and the degree of distortion of the virtual image 8 when the right reference curve 43 is rotated around its vertex (intersection 48 in FIG. 3). In this case, the rotation direction of the right reference curve 43 is positive in the direction in which the normal line 49 is below the plane H in FIG. The rotation angle = 0 (deg.) Means that the normal line 49 and the normal line 46 are on the same plane, that is, on the plane H. In FIG. 5, the vertical axis represents the maximum strain (%), and the horizontal axis represents the rotation angle of the right reference curve 43. In addition, a solid line indicates lateral distortion, and a broken line indicates vertical distortion.
[0035]
According to FIG. 5, the right reference curve 43 is rotated, that is, the normal line 49 of the apex of the right reference curve 43 (intersection 48 in FIG. 3) from the apex of the reference curve 41, that is, the normal line 46 of the concave mirror 4 at the incident point 45. It can also be seen that the maximum distortion of the virtual image 8 can be reduced by setting it downward.
[0036]
In the head-up display 1 according to the embodiment of the present invention described above, the shape of the concave mirror 4 is set as follows. That is, the guide curve 44 has an arc shape, and the apex (intersection) of the right reference curve 43 corresponding to the right side, which is the larger curvature side, in the virtual image region 8a corresponding to the virtual image 8 on the windshield glass 5. 48) The upper normal 49 is formed downward from the normal 46 of the concave mirror 4 at the apex (incident point 45) of the reference curve 41. Thereby, compared with the conventional head-up display, the head-up display 1 which can suppress distortion of the virtual image 8 of the display surface 3 imaged in the front front part of the driver | operator of the windshield glass 5 small can be provided. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a head-up display 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view taken along arrow II in FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the shape of a concave mirror 4 used in a head-up display 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between various guide curves and the degree of distortion of the virtual image 8;
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the right reference curve 43 and the degree of distortion of the virtual image 8;
[Explanation of symbols]
1 Head-up display (vehicle head-up display)
2 Main body 2a Opening 3 Display 4 Concave mirror 41 Reference curve 42 Left reference curve 43 Right reference curve 44 Guide curve 45 Incident point 46 Normal line 47 Intersection (vertex)
48 Intersection (vertex)
49 Normal 5 Windshield glass 6 Dashboard 6a Opening 7 Viewpoint (Gaze direction)
8 Virtual image 8a Virtual image area (area)
A optical axis B reflected light F1 focal point F2 focal point F3 focal point f1 focal length f2 focal length f3 focal length H plane V optical axis plane

Claims

A display that emits display light that is arranged on the back side of the dashboard located below the windshield glass in the vehicle interior of the vehicle and that represents display information;
A concave mirror that reflects the display light from the display through the opening of the instrument panel toward the windshield glass by a concave reflecting surface;
The display light from the display is reflected by the concave mirror and incident on the windshield glass, and the incident light is reflected by the windshield glass in the direction of the driver's line of sight to display the display information to the driver. A head-up display designed to be visually recognized as a virtual image formed in front of the shield glass,
The concave mirror includes a reference curve that is a line of intersection between the optical axis plane that is an optical axis plane of the optical axis of the display light and incident light to the concave mirror and reflected light and the concave mirror, and incidence of the optical axis to the concave mirror. A guide curve that is the intersection of the concave mirror and a guide plane that includes a normal line of the concave mirror at a point and is orthogonal to the optical axis plane, and the guide curve on the left side of the reference curve as viewed from the driver A left reference curve that is an intersection line between the plane perpendicular to the concave mirror and the left reference curve that is an intersection line between the concave mirror and a plane perpendicular to the guide curve on the right side of the reference curve when viewed from the driver Is formed as a free-form surface including
The guide curve is formed in an arc shape,
The reference curve, the left reference curve and the right reference curve are formed in a parabolic shape having a vertex on the guide curve,
The vehicle head-up display, wherein focal lengths of the reference curve, the left reference curve, and the right reference curve are different from each other.

The left reference curve and the right reference curve of the concave mirror corresponding to the side with the larger curvature of the region of the windshield glass where the display light is reflected on the concave mirror to form a display image. 2. The vehicle head according to claim 1, wherein the normal line direction on the apex is formed to be lower than the normal line direction at the point of incidence of the optical axis of the display light on the concave mirror. 3. Up display.

When mounted on a right-hand drive vehicle, the normal direction on the guide curve in the right-hand reference curve, and when mounted on a left-hand drive vehicle, the normal direction on the guide curve in the left-hand reference curve is The vehicle head-up display according to claim 1, wherein the head-up display for a vehicle is formed so as to be lower than a normal direction at an incident point of the optical axis of the display light to the concave mirror.