JP4474711B2

JP4474711B2 - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JP4474711B2
Application number: JP2000018069A
Authority: JP
Inventors: 博之佐藤; 祐二朗水野; 直人金森
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: JP2001208999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車等の車両に採用される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、例えば、自動車用ヘッドアップディスプレイにおいては、車室内のインストルメントパネルの裏面側に設けた表示装置が表示情報を表示光として出射すると、インストルメントパネルの裏面側にて表示装置の前方に位置する凹面鏡が表示装置の出射表示光を反射してインストルメントパネルの開口部を通してフロントウインドシールド上に入射させる。そして、この入射光がフロントウインドシールドにより反射されることで表示情報が当該フロントウインドシールドによりその前方に虚像として表示される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、フロントウインドシールドは、自動車の構造上、上下方向に非対称な湾曲面形状を有する。また、当該フロントウインドシールドは、左右方向では対称的な湾曲形状を有するが、左右両端部では中央部に比べて大きな湾曲形状を有する。
【０００４】
また、凹面鏡は、その湾曲状反射面にて、インストルメントパネルの上下に位置するフロントウインドシールドの視界領域部及び表示装置の表示面の双方を臨むように位置しているため、当該凹面鏡の光軸はフロントウインドシールドの上方への傾斜方向に傾斜している。
【０００５】
このため、運転者の虚像に対する視点の位置が移動すると、虚像に歪みが生ずる。この歪みを除去する方法としては、フロントウインドシールドの形状の変更は困難なため、凹面鏡の反射面形状に工夫を加える必要がある。
【０００６】
このような例としては、例えば、特開平６−２７０７１６号公報に示すようなヘッドアップディスプレイに採用される凹面鏡がある。
【０００７】
この凹面鏡は、回転放物凹面鏡の主軸を外した放物反射鏡部を有しており、この放物反射鏡部の湾曲面のうち、フロントウインドシールドの曲率半径の小さい部分に対応する湾曲面部は、大きな曲率半径を有し、フロントウインドシールドの曲率半径の大きな部分に対応する湾曲面部は、小さな曲率半径を有する。
【０００８】
これによって、フロントウインドシールドの各部の曲率半径の違いによる虚像の歪みを補正するようにしている。
【０００９】
しかし、このような凹面鏡にあっても、拡大率が大きいと、曲率半径がかなり急に小さくなるため、フロントウインドシールドの非対称な湾曲面形状と相まって、表示光のうち凹面鏡の周辺部で反射された表示光部分に起因する虚像の歪みが顕著となるという不具合が生ずる。これに対し、凹面鏡の拡大率を小さくすると、曲率半径が大きくなり虚像の歪みが減少するものの、虚像が小さくなってしまうという不具合がある。
【００１０】
従って、ヘッドアップディスプレイの凹面鏡としては、虚像の歪みの減少と虚像の高拡大との双方を満たすことが要請される。
【００１１】
そこで、この要請に対し、本発明者は、ヘッドアップディスプレイに採用される通常の凹面鏡の特性について種々検討を加えてみた。この検討にあたり、図５にて示すような構成にて、虚像（以下虚像５という）に対する視点の位置を各符号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅで示す位置に変えて、凹面鏡（以下、凹面鏡２という）の反射面上の反射光の分布形状を調べてみた。なお、この凹面鏡２の反射面は放物凹面形状を有する。
【００１２】
その結果、図６にて示すような結果が得られた。ここで、視点の位置が各位置ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに移動すると、凹面鏡２の反射面上での反射光は、当該凹面鏡２の光軸ｏを中心として、各符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで示す分布形状及び位置にそれぞれ変化する。このことは、虚像５は、各位置ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに視点を移動させたとき、各分布形状Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに相当する形状で視認されることを意味する。なお、図５において、各符号１、３及び４は表示装置、インストルメントパネル及びフロントウインドシールドを示す。
【００１３】
図６によれば、凹面鏡２上の反射光の分布形状Ｃは、光軸ｏを中心として位置しているため、この分布形状Ｃの歪みは殆どない。これに対し、視点が各位置ａ、ｂ、ｄ、ｅに移動すると、これらに対応する各反射光の分布形状Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅは、それぞれ、周縁部分にて大きな歪みを有する。
【００１４】
しかも、視点が各位置ａ、ｄに移動したときの各分布形状Ａ、Ｄは、それぞれ、左下側隅角部分にて、左斜め下方に向けて歪むように拡大した形状となっている。一方、視点が各位置ｂ、ｅに移動したときの各分布形状Ｂ、Ｅは、それぞれ、右下側隅角部分にて、右斜め下方に向けて歪むように拡大した形状となっている。
【００１５】
これは、上述のごとく、フロントウインドシールド４の湾曲面形状と相まって、凹面鏡２が、インストルメントパネル３の上下に位置するフロントウインドシールド４及び表示装置１の双方を臨むように配設されているために凹面鏡２の光軸ｏがフロントウインドシールド４の上方への傾斜方向に傾斜していることによると考えられる。
【００１６】
従って、上記要請を満たすためには、凹面鏡の曲率半径を当該凹面鏡の下部側では大きくし上部側では小さくし、かつ、凹面鏡の外周部の曲率半径を局所的に大きくしてやればよい。そこで、本発明は、このようなことに着目して、表示情報を歪みなく拡大率の大きい虚像にて表示するようにした自動車等の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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決にあたり、請求項１に記載の発明に係る発明は、フロントウインドシールド（２０）と、
車両の車室内にてフロントウインドシールドの下方に位置するインストルメントパネル（３０）の裏面側に配設されて表示情報を表す表示光を出射する表示装置（１０）と、
この表示装置からの表示光を凹面形状反射面（４１）によりインストルメントパネルの開口部（３２）を通しフロントウインドシールドの裏面に向け反射する凹面鏡（４０）とを備えて、
フロントウインドシールドが凹面鏡からの反射光を反射して表示情報を前方に虚像として表示する。
【００１８】
また、フロントウインドシールドは、左右方向ではその左右方向中央を基準に車室内に向かう対称的湾曲面形状になっており、上部では下部及び中央部に比べて大きく車室内側へ湾曲する面形状となっており、凹面鏡の反射面の上部側、下部側からの反射光がフロントウインドシールドの下部側、上部側にそれぞれ入射されるようになっている。そして、当該ヘッドアップディスプレイにおいて、凹面鏡の反射面は、その上部程当該反射面の下部よりも大きな曲率半径を有し、かつその外周部程当該反射面の中央部よりも大きな曲率半径を有することを特徴とする。
【００１９】
これにより、視点を移動した時の虚像の下外側隅角部の拡大歪み及び視界領域部の湾曲形状に起因する虚像の周辺部の拡大歪みが確実に解消され得る。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明に係るヘッドアップディスプレイにおいては、請求項１に記載の発明において、適用対象を自動車とし、凹面鏡の反射面を放物凹面形状反射面とし、かつ、この反射面の曲率半径はフロントウインドシールドの視界領域部（２０ａ）の彎曲面形状にあわせて設定されている。これによっても、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、凹面鏡の反射面の外周部は、その曲率半径にて、双極線の漸近線角度の調整で設定されていることを特徴とする。これにより、凹面鏡の反射面の外周部での拡大歪みを良好に減少しつつ、請求項１又は２に記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
【００２８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面により説明する。
（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態を、図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイがセダン型自動車に適用された例を示している。
【００３０】
このヘッドアップディスプレイは、表示装置１０（例えば、透過型液晶パネル及びそのバックライトからなる）を備えており、この表示装置１０は、当該自動車のフロントウインドシールド２０の下縁部から車室内下方へ延出するインストルメントパネル３０の裏面側にて配設されている。この表示装置１０は、その表示面１１にて表示情報を表示光として出射する。
【００３１】
但し、フロントウインドシールド２０は、通常のセダン型自動車に装備される湾曲面形状を有している。即ち、当該フロントウインドシールド２０は、左右方向ではその左右方向中央を基準に車室内に向かう対称的湾曲面形状になっており、上部では下部及び中央部に比べて大きく車室内側へ湾曲する面形状となっている。また、当該自動車では運転席は車室内右側にあるものとする。
【００３２】
よって、フロントウインドシールド２０のうち運転者の視界領域２０ａに対する対応部（以下、視界領域部２０ａという）では、上下方向では上部の曲率半径がその他の部分の曲率半径よりもかなり小さく、左右方向では両端部の曲率半径がその他の部分の曲率半径よりも小さい。
【００３３】
また、当該ヘッドアップディスプレイは、凹面鏡４０を備えており、この凹面鏡４０は、その放物凹面形状の反射面４１でもって、インストルメントパネル３０の上壁３１の開口部３２に装着した防塵カバー３３（透明の樹脂やガラスからなる）を通して視界領域部２０ａを臨むとともに表示装置１０の表示面１１を臨むように、防塵カバー３３の直下の表示装置１０の前方にて傾斜して配設されている。しかして、凹面鏡４０は、その反射面４１にて、表示装置１０からの表示光を反射して、防塵カバー３３を通しフロントウインドシールド２０の視界領域部２０ａの裏面に入射させる。
【００３４】
これにより、フロントウインドシールド２０は、凹面鏡４０からの入射光を反射して当該自動車のステアリングホイールＷの直上を通して運転者の両眼に入射させる。このことは、運転者は、フロントウインドシールド２０の前方にて、上記表示情報を虚像２１として視認することを意味する。
【００３５】
ここで、凹面鏡４０の構成について詳細に説明する。凹面鏡４０はその反射面の全体に亘り高拡大率を有するように構成されるが、上述のように、凹面鏡４０は、その反射面４１でもって、インストルメントパネル３０の防塵カバー３３（即ちフロントウインドシールド２０の視界領域部２０ａ）及び表示装置１０の表示面１１の双方を臨むように、防塵カバー３３の直下の表示装置１０の前方にて傾斜して配設されているため、凹面鏡４０の光軸ｏはフロントウインドシールド２０の上方への傾斜方向に傾斜している。また、フロントウインドシールド２０の視界領域部２０ａは、上述のごとく、上下方向では上部の曲率半径がその他の部分の曲率半径よりもかなり小さく、左右方向では右側部の曲率半径がその他の部分の曲率半径よりも小さい。
【００３６】
従って、虚像２１は図６にて示す分布形状から分かるように、凹面鏡４０の外周部側へいく程中央に位置する場合に比べて拡大歪みが生じ、また左右両側下部のいずれか程拡大歪みを生ずる。
【００３７】
このため、虚像２１の歪みが視点の位置の移動とは関係なく良好に減少されるように、本実施形態では、凹面鏡４０において、その曲率半径が、上方（図２にて＋Ｙ方向）へのいく程急に小さくなり、下方（図２にて−Ｙ方向）へいく程緩やかに大きくなるように、かつ、凹面鏡４０の外周部の曲率半径が局所的に大きくなるように設計されている。
【００３８】
但し、上述のごとく、視界領域部２０ａのうち左右方向において右側部の曲率半径がその他の部分の曲率半径よりも小さいことから、凹面鏡４０の外周部の曲率半径は、左側よりも右側の方が大きくなるように設計されている。
【００３９】
また、本実施形態では、上述のように、凹面鏡４０の反射面４１の外周部の曲率半径を局所的に大きくするにあたり、以下のように反射面４１に放物線形状の一例である双曲線の理論を用いている。
【００４０】
一般に、図４にて示すようにＹ−Ｚ座標面上に原点Ｏを基準に両双曲線Ｓを描いた場合、長軸であるＺ軸上の半径ａと短軸であるＹ軸上の半径ｂとの比を変えることにより、漸近線Ｊの長軸Ｚに対する漸近線角度θを変えることができる。これを利用すれば、凹面鏡４０の光軸付近の曲率半径を変えることなく（つまり、光軸付近の曲率半径とは関係なく）、反射面４１の外周部の曲率半径を変えることができる。
【００４１】
そこで、上述のように、本実施形態では、双曲線の理論を用いて反射面４１の外周部の曲率半径を局所的に大きくするようにしている。一例を示せば、反射面４１上の反射光の分布形状Ａの左下隅角部（図３（ａ）にて円α内参照）の曲率半径は次のように設定する。
【００４２】
即ち、反射面４１の中心付近の曲率半径が図３（ｂ）にて示す双曲線Ｓ１に対する漸近線角度で与えられるとき、分布形状Ａの左下隅角部の曲率半径を、双曲線Ｓ２に対する漸近線角度に基づき設定する。ここで、分布形状Ａの左下隅角部の拡大歪みを減少させるように、双曲線Ｓ２に対する漸近線角度は、双曲線Ｓ１に対する漸近線角度よりも大きくしてある。
【００４３】
分布形状Ｄの左下隅角部、両分布形状Ｅ、Ｂの右下隅角部も同様にして曲率半径を設定する。また、上述のように、視界領域部２０ａのうち左右方向において右側部の曲率半径がその他の部分の曲率半径よりも小さいことから、両分布形状Ｅ、Ｂの右下隅角部の曲率半径を両分布形状Ｄ、Ａの左下隅角部の曲率半径よりも大きめに設定することも同様にして行える。なお、上述のような凹面鏡４０の構成は、コンピュータシミュレーションを利用して設計される。
【００４４】
このように構成した本実施形態において、表示装置１０がその表示面１１から表示光を出射すると、この表示光は凹面鏡４０の反射面４１に入射する。すると、凹面鏡４０は、その反射面４１により、入射表示光を反射して防塵カバー３３を通してフロントウインドシールド２０の視界領域部２０ａに入射させる。
【００４５】
すると、フロントウインドシールド２０は、凹面鏡４０からの入射光を反射して当該自動車のステアリングホイールＷの直上を通して運転者の両眼に入射させる。これにより、運転者は、フロントウインドシールド２０の前方にて、上記表示情報を虚像２１として視認する。
【００４６】
ここで、凹面鏡４０の反射面４１全体の曲率半径が、上述のように、凹面鏡４０のフロントウインドシールド２０及び表示装置１０に対する空間的配置関係及びフロントウインドシールド２０の視界領域部２０ａの湾曲面形状を考慮して、凹面鏡４０の設計がなされている。
【００４７】
このため、視点を位置ａ、ｄへ移動した時の虚像２１の左下隅角部の拡大歪み、視点を位置ｂ、ｅへ移動した時の虚像２１の右下隅角部の拡大歪み、及び視界領域部２０ａの湾曲形状に起因する虚像２１の周辺部の拡大歪みが確実に解消され得る。その結果、視点を位置ａ、ｂ、ｄ、ｅに移動させても、視点が位置ｃにあるときと同様に歪みの非常に少ない虚像２１として、高拡大率にて視認できる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、本発明がセダン型自動車用ヘッドアップディスプレイに適用された例について説明したが、これに限ることなく、一般に、各種自動車、バス、トラック等の車両用ヘッドアップディスプレイに本発明を適用して実施してもよい。
【００４９】
また、本発明の実施にあたり、運転席は、上記実施形態とは異なり、車室内左側にあってもよく、この場合には凹面鏡４０の左右方向における曲率半径は上記実施形態とは左右逆となっている。これによっても、上記実施形態と同様の作用効果を達成できる。
【００５０】
また、本発明の実施にあたり、凹面鏡４０の反射面４１の外周部の曲率半径の設定にあたり双曲線の理論を用いた例について説明したが、これに限ることなく、反射面４１の外周部の曲率半径の設定はどのような理論により行ってもよい。
【００５１】
また、本発明の実施にあたり、フロントウインドシールド２０の彎曲面形状は上記実施形態にて述べたものに限ることなく、種々の彎曲面形状であってもよい。この場合、当該彎曲面形状にあわせて虚像２１の歪みを減少するように、凹面鏡の反射面の各部の曲率半径を設計する。
【００５２】
また、本発明の実施にあたり、凹面鏡４０の反射面４１の面形状は、上記実施形態にて述べたような放物面形状に限ることなく、球面形状や双曲面形状等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動車用ヘッドアップディスプレイの一実施形態を示す概略全体構成図である。
【図２】図１の凹面鏡の拡大斜視図である。
【図３】（ａ）は図６の一部を抽出した図であり、（ｂ）は双曲線理論を用いて凹面鏡の反射面の外周部の曲率半径を設定するための双曲線図である。
【図４】双曲線における漸近線と漸近線角度との関係を示す図である。
【図５】従来のヘッドアップディスプレイの概略構成図である。
【図６】図５にて視点を移動させた場合の凹面鏡の反射面上における反射光の分布形状の変化を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…表示装置、２０…フロントウインドシールド、２０ａ…視界領域部、
３０…インストルメントパネル、３１…上壁、３２…開口部、４０…凹面鏡。

Claims

フロントウインドシールド（２０）と、
前記車両の車室内にて前記フロントウインドシールドの下方に位置するインストルメントパネル（３０）の裏面側に配設されて表示情報を表す表示光を出射する表示装置（１０）と、
この表示装置からの表示光を凹面形状反射面（４１）により前記インストルメントパネルの開口部（３２）を通し前記フロントウインドシールドの裏面に向け反射する凹面鏡（４０）とを備えて、
前記フロントウインドシールドが前記凹面鏡からの反射光を反射して前記表示情報を前方に虚像として表示するようにしたヘッドアップディスプレイにおいて、
前記フロントウインドシールドは、左右方向ではその左右方向中央を基準に車室内に向かう対称的湾曲面形状になっており、上部では下部及び中央部に比べて大きく車室内側へ湾曲する面形状となっており、前記凹面鏡の反射面の上部側、下部側からの反射光が前記フロントウインドシールドの下部側、上部側にそれぞれ入射されるようになっており、
前記凹面鏡の反射面は、その上部程当該反射面の下部よりも大きな曲率半径を有し、かつその外周部程当該反射面の中央部よりも大きな曲率半径を有していることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
フロントウインドシールド（２０）と、
前記自動車の車室内にて前記フロントウインドシールドの下方に位置するインストルメントパネル（３０）の裏面側に配設されて表示情報を表す表示光を出射する表示装置（１０）と、
この表示装置からの表示光を放物凹面形状反射面（４１）により前記インストルメントパネルの開口部（３２）を通し前記フロントウインドシールドの裏面に向け反射する凹面鏡（４０）とを備えて、
前記フロントウインドシールドが前記凹面鏡からの反射光を反射して前記表示情報を前方に虚像として表示するようにしたヘッドアップディスプレイにおいて、
前記フロントウインドシールドの視界領域部（２０ａ）では、上下方向では上部の曲率半径がその他の部分の曲率半径よりも小さく、左右方向では両端部の曲率半径がその他の部分の曲率半径よりも小さくなっており、前記凹面鏡の反射面の上部側、下部側からの反射光が前記フロントウインドシールドの視界領域部の下部側、上部側にそれぞれ入射されるようになっており、
前記凹面鏡の反射面は、その上部程当該反射面の下部よりも大きな曲率半径を有し、かつその外周部程当該反射面の中央部よりも大きな曲率半径を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
前記凹面鏡の反射面の外周部は、その曲率半径にて、双極線の漸近線角度の調整で設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ。