(57)【要約】【課題】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。【解決手段】凹面鏡４の形状を次のように設定した。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上の領域である虚像領域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を、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した。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。【選択図】　　　　図３
2004098834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記表示器からの表示光を凹面形状反射面により前記インストルパネルの開口部を通して前記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、
前記表示器からの表示光を前記凹面鏡により反射させて前記ウインドシールドガラスに入射させ、この入射光を前記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、運転者に前記表示情報を前記ウインドシールドガラス前方に結像した虚像として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、前記凹面鏡は、前記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前記凹面鏡との交線である基準曲線と、前記光軸の前記凹面鏡への入射点における前記凹面鏡の法線を含み且つ前記光軸平面と直交する平面であるガイド平面と前記凹面鏡との交線であるガイド曲線と、運転者から見て前記基準曲線よりも左側において前記ガイド曲線と直交する平面と前記凹面鏡との交線である左側基準曲線と、運転者から見て前記基準曲線よりも右側において前記ガイド曲線と直交する平面と前記凹面鏡との交線である右側基準曲線とを含む自由曲面として形成され、
前記ガイド曲線は円弧状に形成され、
前記基準曲線、前記左側基準曲線および前記右側基準曲線は前記ガイド曲線上に頂点を有する放物線状に形成され、
前記基準曲線、前記左側基準曲線および前記右側基準曲線それぞれの焦点距離は互いに異なることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記表示器からの表示光が前記凹面鏡上で反射して表示像が結像される前記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前記凹面鏡の前記左側基準曲線および前記右側基準曲線のどちらかにおいて、その頂点上の法線方向は前記表示光の光軸の前記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ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
右ハンドル車両に搭載される場合には前記右側基準曲線における前記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前記左側基準曲線における前記ガイド曲線上の法線方向がそれぞれ前記表示光の光軸の前記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ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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