JPH1164779A - 自動車用ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フロントガラスの横方向の曲率と縦方向の曲率
の相違に基づく観察対象の虚像の歪みを低減し、その虚
像と前方の景色とを略同時に視認できる自動車用ヘッド
アップディスプレイを提供する。 【解決手段】表示器３から出射される画像表示光Ｌが、
フロントガラス２の少なくとも一部により構成されるコ
ンバイナ２′により反射されることで観察対象の虚像が
形成される。そのコンバイナ２′の室内側表面における
反射面の横方向における曲率と縦方向における曲率とは
互いに異なる。その光学系４により、そのコンバイナ
２′の反射面の横方向における曲率と縦方向における曲
率との差に基づく前記虚像の歪みが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フロントガラスに
より構成されるコンバイナを有する自動車用ヘッドアッ
プディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】フロント
ガラスの少なくとも一部により構成されるコンバイナ
と、自動車のダッシュボードまたはこれと一体になった
構造物の内部に設置されて画像表示光を出射する表示器
と、そのコンバイナと表示器との間に配置される光学系
とを備え、その画像表示光が光学系により光路変更され
た後にコンバイナにより反射されることで観察対象の虚
像が形成されるヘッドアップディスプレイが従来から用
いられている。

【０００３】一般の自動車においては、そのフロントガ
ラスにより構成されるコンバイナの室内側表面が主たる
反射面とされ、その反射面の横方向における曲率は縦方
向における曲率よりも大きくされている。

【０００４】そのようにフロントガラスの反射面の横方
向における曲率と縦方向における曲率とが異なると、そ
の曲率の差に基づく観察対象の虚像の歪みが生じる。そ
のような虚像の歪みは、その結像位置がドライバーのア
イポイントから離れる程に大きくなる。従来の光学系
は、そのようなフロントガラスの反射面の横方向におけ
る曲率と縦方向における曲率との相違に基づく虚像の歪
みを考慮したものではなかった。そのため、結像位置を
ドライバーのアイポイントに近接させることで、そのフ
ロントガラスの横方向における曲率と縦方向における曲
率との差の影響を低減していた。しかし、結像位置がド
ライバーのアイポイントに近接していると、ドライバー
が前方の景色を視認する状態から虚像を視認するまでに
要する時間が長くなる。これは運転上好ましくないもの
であった。

【０００５】また、その画像表示光は、フロントガラス
の室内側表面における反射面だけでなく、室外側裏面に
よっても反射される。その反射面での反射により形成さ
れる虚像の結像位置と、その室外側裏面での反射により
形成される虚像の結像位置とのずれにより、二重像が生
じて視認性が低下するという問題があった。その結像位
置がドライバーのアイポイントに近接している程に両結
像位置のずれは際立つため、視認性が低下していた。し
かし、上記のように結像位置がドライバーのアイポイン
トから離れる程に虚像の歪みが大きくなるため、結像位
置をドライバーのアイポイントから十分に離すことはで
きなかった。そこで、その室内側表面における反射面の
反射率を、室内側裏面の反射率よりも大きくすること
で、その室内側裏面の反射による虚像を目立たないよう
にすることが行われていた。しかし、そのフロントガラ
スを外部から見た場合、その反射率を大きくした反射面
のみが周囲部分よりも太陽光等の外光を反射して輝いて
見えるため、見苦しいという問題がある。また、二重像
を排除するため、透明材料の中間層を板ガラスで挟んで
構成されたフロントガラスにおいて、その中間層を楔形
状にするものも提案されている（特開平３‐２０９２１
０号公報、特許第２５６２２６３号）が、これらのもの
も上記問題を依然として有しており、しかも虚像の歪み
は解消できなかった。

【０００６】本発明は、上記問題を解決することのでき
る自動車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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、フロントガラ
スの少なくとも一部により構成されるコンバイナと、画
像表示光を出射する表示器と、そのコンバイナと表示器
との間に配置される光学系を備え、その画像表示光が前
記コンバイナで反射されることによって観察対象となる
虚像を形成する自動車用ヘッドアップディスプレイにお
いて、前記コンバイナの反射面の横方向の曲率と縦方向
の曲率は互いに異なっており、前記光学系は、その横方
向の曲率と縦方向の曲率の差による前記虚像の歪みを低
減させる光路変更手段を有することを特徴とする。その
光路変更手段は、ミラー又はレンズであるのが好まし
い。この構成によれば、コンバイナの反射面の横方向に
おける曲率と縦方向における曲率との差に基づく観察対
象の虚像の歪みを低減できるので、その虚像の歪みの影
響を低減するために結像位置をドライバーのアイポイン
トに近接させる必要はない。これにより、その結像位置
とドライバーのアイポイントとの距離を十分に増大し、
ドライバーが前方の景色を視認する状態から虚像を視認
するまでに要する時間を短くできる。

【０００８】本発明において、その光学系は、その画像
表示光の反射面を有する少なくとも一つのミラーにより
構成され、そのコンバイナの反射面とミラーの反射面と
を、それぞれの横方向における曲率を有する球面と仮想
した場合の前記虚像の結像位置と、そのコンバイナの反
射面とミラーの反射面とを、それぞれの縦方向における
曲率を有する球面と仮想した場合の前記虚像の結像位置
とが、互いに接近するように、そのミラーの反射面の横
方向と縦方向における各曲率が定められているのが好ま
しい。この構成によれば、そのコンバイナの反射面とミ
ラーの反射面とを、それぞれの横方向における曲率を有
する球面と仮想した場合の前記虚像の結像位置と、その
コンバイナの反射面とミラーの反射面とを、それぞれの
縦方向における曲率を有する球面と仮想した場合の前記
虚像の結像位置とを互いに近接させることで、コンバイ
ナの反射面の横方向における曲率と縦方向における曲率
との差に基づく観察対象の虚像の歪みを低減できる。

【０００９】さらに本発明において、そのコンバイナの
反射面による画像表示光の反射により形成される虚像の
結像位置と、そのフロントガラスの室外側裏面による画
像表示光の反射により形成される虚像の結像位置とが互
いに接近するように、上下方向に沿うフロントガラスの
厚さの変化によりコンバイナの反射面とフロントガラス
の室外側裏面とが非平行とされているのが好ましい。こ
の構成によれば、フロントガラスの室内側表面であるコ
ンバイナの反射面での反射により形成される虚像の結像
位置と、そのフロントガラスの室外側裏面での反射によ
り形成される虚像の結像位置とのずれを低減できる。こ
の場合、従来のように虚像の結像位置とドライバーのア
イポイントとが接近していると、コンバイナの反射面と
フロントガラスの室外側裏面との非平行の程度を大きく
しないと十分に結像位置のずれを低減することができ
ず、フロントガラスの端部の肉厚が実現性を欠くものに
なる。これに対し、上記のように本発明によれば結像位
置とドライバーのアイポイントとの距離を十分に増大で
きるので、フロントガラスの端部の肉厚を実現可能な範
囲におさまるようにコンバイナの反射面とフロントガラ
スの室外側裏面との非平行の程度を設定し、十分に結像
位置のずれを低減できる。さらに、上記のように本発明
によれば結像位置とドライバーのアイポイントとの距離
を十分に増大できるので、多少の結像位置のずれは視認
性に影響しなくなる。これにより、観察対象の虚像とし
て二重像が生じるのを実質的に防止して視認性を向上で
きる。なお、中間層を板ガラスで挟んでフロントガラス
を構成する場合、その中間層の厚さを変えることで、コ
ンバイナの反射面とフロントガラスの室外側裏面とを非
平行にすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。

【００１１】図１に示す自動車用ヘッドアップディスプ
レイ１は、フロントガラス２の一部により構成されるコ
ンバイナ２′と、表示器３と、そのコンバイナ２′と表
示器３との間に配置される光学系４とを備える。その表
示器３と光学系４はダッシュボード５に内蔵される。そ
のダッシュボード５に上向きに開く出射口が形成され、
その出射口は透明カバー７により覆われる。

【００１２】そのフロントガラス２は、図２に示すよう
に、複数の板ガラス２ａ、２ｂにより、中間層として破
損時の飛散防止のためのポリビニルブチラート等の合成
樹脂膜２ｃを挟むことで構成される。上記コンバイナ
２′は、このフロントガラス２の室内側表面により構成
される反射面２ｄを有するハーフミラーとして機能す
る。その反射面２ｄの横方向における曲率は縦方向にお
ける曲率よりも大きくされている。

【００１３】その表示器３は、例えばナビゲーション情
報等に対応する画像表示光Ｌを横方向に向かい出射す
る。この表示器３は、本実施形態では、液晶表示パネル
３ａと、この液晶表示パネル３ａの駆動用回路基板３ｂ
と、バックライト３ｃとを有する。なお、バックライト
を必要としない蛍光表示管、ＬＥＤ、ブラウン管等によ
り表示器を構成してもよい。

【００１４】その光学系４は、第１ミラー８と第２ミラ
ー９とにより構成されている。その第１ミラー８は上記
透明カバー７の下方に配置され、その第２ミラー９は第
１ミラー８と表示器３との間に配置される。上記表示器
３から出射される画像表示光Ｌは、その第２ミラー９の
反射面９ａにおける反射により第１ミラー８に導かれる
ように光路変更され、次に、その第１ミラー８の反射面
８ａにおける反射により透明カバー７を介してコンバイ
ナ２′に導かれるように光路変更され、しかる後に、コ
ンバイナ２′により反射されることでドライバーのアイ
ポイントＥに導かれる。これにより、観察対象の虚像が
フロントガラス２の前方に形成される。また、前方から
の光がコンバイナ２を透過してドライバーのアイポイン
トＥに至る。これにより、その虚像と前方の景色の双方
をドライバーは視認することができる。

【００１５】その光学系４を構成する第１ミラー８と第
２ミラー９とにより、そのコンバイナ２′の反射面２ｄ
の横方向における曲率と縦方向における曲率との差に基
づく上記虚像の歪みが低減される。本実施形態では、そ
のコンバイナ２′の反射面２ｄと各ミラー８、９の反射
面８ａ、９ａとを、それぞれの横方向における曲率を有
する球面と仮想した場合の上記虚像の結像位置と、その
コンバイナ２′の反射面２ｄと各ミラー８、９の反射面
とを、それぞれの縦方向における曲率を有する球面と仮
想した場合の上記虚像の結像位置とが、各ミラー８、９
を設けずに画像表示光Ｌを表示器３からコンバイナ２′
に直接に導く場合や、各ミラー８、９を設けずに単なる
平面や球面に沿う反射面により画像表示光Ｌを反射して
コンバイナ２′に導く場合に比べて、互いに接近するよ
うに、各ミラー８、９の反射面８ａ、９ａの横方向と縦
方向における各曲率が定められている。すなわち、図３
の（１）は、そのコンバイナ２′の反射面２ｄと各ミラ
ー８、９の反射面８ａ、９ａとを、それぞれの横方向に
おける曲率を有する球面と仮想した場合の第１等価光学
系を示す。この第１等価光学系は、その反射面２ｄが横
方向における曲率を有する球面であると仮想されたコン
バイナ２′に対応する第１等価レンズ２ｈと、その反射
面８ａが横方向における曲率を有する球面であると仮想
された第１ミラー８に対応する第２等価レンズ８ｈと、
その反射面９ａが横方向における曲率を有する球面であ
ると仮想された第２ミラー９に対応する第３等価レンズ
９ｈとを有する。各等価レンズ２ｈ、８ｈ、９ｈは共通
の光軸を有し、その光軸上にドライバーのアイポイント
Ｅと図中矢印で示す表示器３とが配置されると仮想す
る。この第１等価光学系における光軸上のドライバーの
アイポイントＥから第１等価レンズ２ｈまでの距離Ｄ１
が、実際のドライバーのアイポイントＥからコンバイナ
２′の反射面２ｄにおける画像表示光Ｌの反射点Ｐ１ま
での距離Ｄ１に等しくされる。この第１等価光学系にお
ける第１等価レンズ２ｈから第２等価レンズ８ｈまでの
距離Ｄ２が、実際のコンバイナ２′の反射面２ｄにおけ
る画像表示光Ｌの反射点Ｐ１から第１ミラー８の反射面
８ａにおける画像表示光Ｌの反射点Ｐ２までの距離Ｄ２
に等しくされる。この第１等価光学系における第２等価
レンズ８ｈから第３等価レンズ９ｈまでの距離Ｄ３が、
実際の第１ミラー８の反射面８ａにおける画像表示光Ｌ
の反射点Ｐ２から第２ミラー９の反射面９ａにおける画
像表示光Ｌの反射点Ｐ３までの距離Ｄ３に等しくされ
る。この第１等価光学系における第３等価レンズ９ｈか
ら上記光軸上の表示器３までの距離Ｄ４が、第２ミラー
９の反射面９ａにおける画像表示光Ｌの反射点Ｐ３から
表示器３の画像表示光Ｌ出射点Ｐ４までの距離Ｄ４に等
しくされる。また、図３の（２）は、そのコンバイナ
２′の反射面２ｄと各ミラー８、９の反射面８ａ、９ａ
とを、それぞれの縦方向における曲率を有する球面と仮
想した場合の第２等価光学系を示す。この第２等価光学
系は、その反射面２ｄが縦方向における曲率を有する球
面であると仮想されたコンバイナ２′に対応する第４等
価レンズ２ｖと、その反射面８ａが縦方向における曲率
を有する球面であると仮想された第１ミラー８に対応す
る第５等価レンズ８ｖと、その反射面９ａが縦方向にお
ける曲率を有する球面であると仮想された第２ミラー９
に対応する第６等価レンズ９ｖとを有する。各等価レン
ズ２ｖ、８ｖ、９ｖは共通の光軸を有し、その光軸上に
ドライバーのアイポイントＥと図中矢印で示す表示器３
とが配置されると仮想する。この第２等価光学系におけ
る光軸上のドライバーのアイポイントＥから第４等価レ
ンズ２ｖまでの距離Ｄ１が、実際のドライバーのアイポ
イントＥからコンバイナ２′の反射面２ｄにおける画像
表示光Ｌの反射点Ｐ１までの距離Ｄ１に等しくされる。
この第２等価光学系における第４等価レンズ２ｖから第
５等価レンズ８ｖまでの距離Ｄ２が、実際のコンバイナ
２′の反射面２ｄにおける画像表示光Ｌの反射点Ｐ１か
ら第１ミラー８の反射面８ａにおける画像表示光Ｌの反
射点Ｐ２までの距離Ｄ２に等しくされる。この第２等価
光学系における第５等価レンズ８ｖから第６等価レンズ
９ｖまでの距離Ｄ３が、実際の第１ミラー８の反射面８
ａにおける画像表示光Ｌの反射点Ｐ２から第２ミラー９
の反射面９ａにおける画像表示光Ｌの反射点Ｐ３までの
距離Ｄ３に等しくされる。この第２等価光学系における
第６等価レンズ９ｖから上記光軸上の表示器３までの距
離Ｄ４が、第２ミラー９の反射面９ａにおける画像表示
光Ｌの反射点Ｐ３から表示器３の画像表示光Ｌ出射点Ｐ
４までの距離Ｄ４に等しくされる。その第１等価光学系
におけるドライバーのアイポイントＥから虚像の結像位
置までの距離Ｄｈと、第２等価光学系におけるドライバ
ーのアイポイントＥから虚像の結像位置までの距離Ｄｖ
とが互いに可及的に小さくなるように、可能であるなら
ば一致するように、すなわち、両結像位置が互いに接近
するように、上記第２、第３、第５、第６等価レンズ８
ｈ、９ｈ、８ｖ、９ｖの形状が定められる。その定めら
れた第２、第５等価レンズ８ｈ、８ｖの形状に対応する
ように、第１ミラー８の反射面８ａの横方向と縦方向に
おける各曲率が定められ、その定められた第３、第６等
価レンズ９ｈ、９ｖの形状に対応するように、第２ミラ
ー９の反射面９ａの横方向と縦方向における各曲率が定
められる。なお、コンバイナ２′の反射面２ｄの横方向
と縦方向における各曲率は、略一定ではあるが、コンバ
イナ２′をフロントガラスにより構成する場合は通常は
高精度に一定にはならない。そのため、そのコンバイナ
２′の反射面２ｄが横方向における曲率を有する球面で
あると仮想する場合の曲率、および、その反射面２ｄが
縦方向における曲率を有する球面であると仮想する場合
の曲率は、例えば実際の各曲率の平均値としたり、中央
位置における値とすればよい。また、各ミラー８、９の
反射面８ａ、９ａの横方向と縦方向における各曲率は、
高精度に一定とすることも可能であるが、高精度に一定
にすることなく略一定なものでもよい。そのように略一
定なものとする場合は、各ミラー８、９の反射面８ａ、
９ａが横方向における曲率を有する球面であると仮想す
る場合の各曲率、および、各反射面８ａ、９ａが縦方向
における曲率を有する球面であると仮想する場合の各曲
率は、例えば実際の各曲率の平均値としたり、中央位置
における値とすればよい。

【００１６】上記虚像の結像位置と、フロントガラス２
の室外側裏面２ｅによる画像表示光Ｌの反射により形成
される虚像の結像位置とが互いに接近するように、上下
方向に沿うフロントガラス２の厚さの変化によりコンバ
イナ２′の反射面２ｄとフロントガラス２の室外側裏面
２ｅとが非平行とされている。本実施形態では、フロン
トガラス２を構成する複数の板ガラス２ａ、２ｂの間に
介在する合成樹脂膜２ｃの厚さを、上方に向かうに従い
大きくすることで、フロントガラス２の厚さが変化され
る。なお、複数の板ガラス２ａ、２ｂは一対のローラ間
を通ることで合成樹脂膜２ｃを介して接合されることか
ら、その一対のローラの間隔を変化させることで合成樹
脂膜２ｃを上方に向かうに従い変化させることができ
る。図４は、従来のフロントガラス１０２により構成さ
れるコンバイナの反射面１０２ｄとフロントガラス１０
２の室外側裏面１０２ｅとが平行されている例を示す。
この従来例では、そのコンバイナの反射面１０２ｄによ
る画像表示光Ｌの反射による虚像の結像位置Ｐは、フロ
ントガラス１０２の室外側裏面１０２ｅによる画像表示
光Ｌの反射による虚像の結像位置Ｐ′の下方とされる。
これに対し、本実施形態では、フロントガラス２の厚さ
が上方に向かい厚くなることでコンバイナ２′の反射面
２ｄとフロントガラス２の室外側裏面２ｅとが非平行と
されることで、コンバイナ２′の反射面２ｄでの反射に
より形成される虚像の結像位置Ｐと、そのフロントガラ
スの室外側裏面での反射により形成される虚像の結像位
置Ｐ′とのずれを低減できる。

【００１７】上記構成によれば、コンバイナ２′の反射
面２ｄと各ミラー８、９の反射面８ａ、９ａとを、それ
ぞれの横方向における曲率を有する球面と仮想した場合
の前記虚像の結像位置と、そのコンバイナ２′の反射面
２ｄと各ミラー８、９の反射面８ａ、９ａとを、それぞ
れの縦方向における曲率を有する球面と仮想した場合の
前記虚像の結像位置とを近接させることで、コンバイナ
２′の反射面２ｄの横方向における曲率と縦方向におけ
る曲率との差に基づく観察対象の虚像の歪みを低減でき
る。これにより、その虚像の歪みの影響を低減するため
に結像位置をドライバーのアイポイントＥに近接させる
必要はない。よって、その結像位置とドライバーのアイ
ポイントＥとの距離を増大し、ドライバーが前方の景色
を視認する状態から虚像を視認するまでに要する時間を
短くできる。また、上記実施形態によれば、フロントガ
ラス２であるコンバイナ２′の反射面２ｄでの反射によ
り形成される虚像の結像位置と、そのフロントガラス２
の室外側裏面２ｅでの反射により形成される虚像の結像
位置とのずれを低減できる。さらに、本実施形態によれ
ば上記のように結像位置とドライバーのアイポイントＥ
との距離を増大できるので、多少の結像位置のずれは視
認性に影響しなくなる。これにより、観察対象の虚像と
して二重像が生じるのを実質的に防止して視認性を向上
できる。この結果、フロントガラスの曲率を補正する光
学系４により、ヘッドアップディスプレイ１の表示虚像
を明瞭かつドライバーのアイポイントＥから十分に遠方
に、例えば２ｍ以上遠方に、形成することができる。

【００１８】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、光学系を構成するミラーの数は単一でも３
つ以上でもよく、平坦な反射面を有するミラーを含んで
いてもよい。また、ミラー以外の光学素子を含んでもよ
い。例えば、上記実施形態における透明カバー７の一部
により、虚像の歪みの補正機能を有するレンズを構成し
てもよい。また、コンバイナと表示器との間の光学素子
として、ミラーに代えて回折により画像表示光の光路を
変更するホログラム素子を用いてもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、フロントガラスの横方
向の曲率と縦方向の曲率の相違に基づく観察対象の虚像
の歪みを低減し、その虚像と前方の景色とを略同時に視
認でき、フロントガラスを見苦しくすることなく二重像
の発生を防止できる視認性に優れた自動車用ヘッドアッ
プディスプレイを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ
の斜視図

【図２】本発明の実施形態のフロントガラスの構成説明
用部分断面図

【図３】（１）は第１等価光学系の構成を示す図、
（２）は第２等価光学系の構成を示す図

【図４】従来のフロントガラスの構成説明用部分断面図

【符号の説明】

２ フロントガラス ２′ コンバイナ ２ｄ 反射面 ２ｅ 室外側裏面 ３ 表示器 ４ 光学系 ８、９ ミラー Ｌ 画像表示光

フロントページの続き (72)発明者 室町 隆 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フロントガラスの少なくとも一部により
   構成されるコンバイナと、画像表示光を出射する表示器
   と、そのコンバイナと表示器との間に配置される光学系
   を備え、その画像表示光が前記コンバイナで反射される
   ことによって観察対象となる虚像を形成する自動車用ヘ
   ッドアップディスプレイにおいて、 前記コンバイナの反射面の横方向の曲率と縦方向の曲率
   は互いに異なっており、前記光学系は、その横方向の曲
   率と縦方向の曲率の差による前記虚像の歪みを低減させ
   る光路変更手段を有することを特徴とする自動車用ヘッ
   ドアップディスプレイ。
2. 【請求項２】 前記光路変更手段は、ミラー又はレンズ
   である請求項１に記載の自動車用ヘッドアップディスプ
   レイ。
3. 【請求項３】 その光路変更手段は、その画像表示光の
   反射面を有する少なくとも一つのミラーにより構成さ
   れ、 そのコンバイナの反射面とミラーの反射面とを、それぞ
   れの横方向における曲率を有する球面と仮想した場合の
   前記虚像の結像位置と、そのコンバイナの反射面とミラ
   ーの反射面とを、それぞれの縦方向における曲率を有す
   る球面と仮想した場合の前記虚像の結像位置とが、互い
   に接近するように、そのミラーの反射面の横方向と縦方
   向における各曲率が定められている請求項１または２に
   記載の自動車用ヘッドアップディスプレイ。
4. 【請求項４】 前記虚像の結像位置と、前記フロントガ
   ラスの室外側裏面による画像表示光の反射により形成さ
   れる虚像の結像位置とが互いに接近するように、上下方
   向に沿うフロントガラスの厚さの変化によりコンバイナ
   の反射面とフロントガラスの室外側裏面とが非平行とさ
   れている請求項１〜３の何れかに記載の自動車用ヘッド
   アップディスプレイ。