(57)【要約】【課題】凹面鏡の反射面の形状に工夫を凝らして、ウインドシールドガラスの前方に結像する虚像の歪みを小さく抑えつつ、凹面鏡を小型化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】略水平方向且つ互いに平行関係な３個の平面Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３と凹面鏡４との交線であるガイド曲線４２、上側ガイド曲線４３および下側ガイド曲線４４の焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３の大きさを、ｆ１≠ｆ２≠ｆ３、且つ、ｆ１＜ｆ２、且つ、ｆ１＜ｆ３であるように凹面鏡４の形状を設定している。これにより、ウインドシールドガラス５の前方に結像する虚像８の歪みを小さく抑えつつ、凹面鏡４を従来のヘッドアップディスプレイの凹面鏡４０より小型化することができる。【選択図】　　　　図３
2004101829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車室内にてウインドシールドガラスの下方に位置するインストルメントパネル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て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、前記表示光の光軸上の光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、前記光軸上の光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、前記ガイド平面と平行且つ前記ガイド平面より車両上方に位置する平面と前記凹面鏡との交線である上側ガイド曲線と、前記ガイド平面と平行且つ前記ガイド平面より車両下方に位置する平面と前記凹面鏡との交線である下側ガイド曲線とを含む自由曲面から成り、
前記基準曲線は円弧状または双曲線状に形成され、
前記ガイド曲線、前記上側ガイド曲線および前記下側ガイド曲線が放物線状に形成され、
前記ガイド曲線の焦点距離は、前記上側ガイド曲線の焦点距離および前記下側ガイド曲線の焦点距離と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】
前記ガイド曲線の焦点距離は、前記上側ガイド曲線の焦点距離および前記下側ガイド曲線の焦点距離より小さい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】
ここで、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】
この対策として、たとえば特開平２００２−３１７７４号公報に開示されるヘッドアップディスプレイにおいては、ウインドシールドガラスの曲率変化に合わせて凹面鏡の反射面の曲率変化を適正に設定することで、虚像の歪みを小さく抑えることが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヘッドアップディスプレイの構成部品である凹面鏡および表示器は、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。このダッシュボード裏側の空間は、凹面鏡および表示器のほかに、室内空調装置、各種メータ・警告等の表示盤、各種操作スイッチを備える操作盤等が錯綜して配置されている。車両室内において十分な乗員用居住スペースを確保する必要上、ダッシュボード裏側の空間を拡大することは非常に困難である。このため、車両用ヘッドアップディスプレイにおいても搭載性向上のため凹面鏡の小型化（特に車両の高さ方向寸法を小さくする）に対する強い要求がある。
【０００９】
しかしながら、上述の特開平２００２−３１７７４号公報においては、虚像の歪みを抑制するための手段の記載はあるものの、凹面鏡の小型化に関しては言及していない。
【００１０】
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、ウインドシールドガラスの前方に結像する虚像の歪みを小さく抑えつつ、凹面鏡を小型化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。
【００１１】
【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。
【００１２】
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、車両の車室内にてウインドシールドガラスの下方に位置するインストルメントパネル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ダッシュボード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て運転者の視線方向に反射して、運転者に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、上述の凹面鏡は、表示光の光軸上の光の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、光軸上の光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、ガイド平面と平行且つガイド平面より車両上方に位置する平面と凹面鏡との交線である上側ガイド曲線と、ガイド平面と平行且つガイド平面より車両下方に位置する平面と凹面鏡との交線である下側ガイド曲線とを含む自由曲面から成り、基準曲線は円弧状または双曲線状に形成され、ガイド曲線、上側ガイド曲線および下側ガイド曲線が放物線状に形成され、ガイド曲線の焦点距離は、上側ガイド曲線の焦点距離および下側ガイド曲線の焦点距離と異なる構成としている。凹面鏡の形状を上述のように形成することにより、従来の車両用ヘッドアップディスプレイの場合に比べて、ウインドシールドガラスの前方に結像する虚像の歪みを小さく抑えつつ、凹面鏡を小型化することができる。
【００１３】
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、ガイド曲線の焦点距離は、上ガイド曲線の焦点距離および下側ガイド曲線の焦点距離より小さい構成としている。凹面鏡の形状を上述のように形成することにより、従来の車両用ヘッドアップディスプレイの場合に比べて、ウインドシールドガラスの前方に結像する虚像の歪みを小さく抑えつつ、凹面鏡を小型化することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。右ハンドル車の場合、運転者は、図３に示すように、自動車の左右方向中央より右側に着席している。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、ガイド曲線４２、上側ガイド曲線４３および下側ガイド曲線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、ガイド曲線４２、上側ガイド曲線４３および下側ガイド曲線４４ついて、以下に説明する。
【００２５】
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、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。なお、図３中において、点４５は、表示器３から出射される表示光の光軸Ａ上の光の凹面鏡４への入射点である。
【００２６】
ガイド曲線４２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Ｈ１と凹面鏡４との交線である。また、ガイド曲線４２は、入射点４５を頂点とし凹面鏡４の表示器３側に開く放物線状に形成されている。
【００２７】
上側ガイド曲線４３は、凹面鏡４の自動車搭載状態において平面Ｈ１の上側に位置し且つ平面Ｈ１と平行関係にある平面Ｈ２と凹面鏡４との交線である。また、上側ガイド曲線４３は、上側ガイド曲線４３と基準曲線４１の交点４７を頂点とし凹面鏡４の表示器３側に開く放物線状に形成されている。
【００２８】
下側ガイド曲線４４は、凹面鏡４の自動車搭載状態において平面Ｈ１の下側に位置し且つ平面Ｈ１と平行関係にある平面Ｈ３と凹面鏡４との交線である。また、下側ガイド曲線４４は、下側ガイド曲線４４と基準曲線４１の交点４８を頂点とし凹面鏡４の表示器３側に開く放物線状に形成されている。
【００２９】
また、図３中において、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、それぞれガイド曲線４２、上側ガイド曲線４３および下側ガイド曲線４４の焦点である。したがって、入射点４５・焦点Ｆ１間の距離がガイド曲線４２の焦点距離ｆ１、交点４７・焦点Ｆ２間の距離が上側ガイド曲線４３の焦点距離ｆ２、交点４８・焦点Ｆ３間の距離が下側ガイド曲線４４の焦点距離ｆ３となる。
【００３０】
ここで、ガイド曲線４２、上側ガイド曲線４３および下側ガイド曲線４４の形状は、ガイド曲線４２、上側ガイド曲線４３および下側ガイド曲線４４の焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３の大きさが、ｆ１≠ｆ２≠ｆ３、且つ、ｆ１＜ｆ２、且つ、ｆ１＜ｆ３であるように設定されている。
【００３１】
次に、凹面鏡４を上述したような形状に設定することによる凹面鏡４小型化に対する効果について、以下に説明する。
【００３２】
図４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の凹面鏡４および従来のヘッドアップディスプレイの凹面鏡４０の大きさを比較した説明図である。図４において、実線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の凹面鏡４を、破線は従来のヘッドアップディスプレイの凹面鏡４０をそれぞれ示す。ここで、図４に示す各凹面鏡４、４０の形状は、表示器３から出射される表示光の光軸Ａ上の光の各凹面鏡４、４０への入射点４５における法線４６方向から見た形状である。なお、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および従来のヘッドアップディスプレイにおいて、表示器３は同一のものを使用している。また、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の凹面鏡４の設計に際しては、ウインドシールドガラス５の外側前方に結像される虚像８の見かけ上の大きさおよび虚像８の最大歪み率を従来のヘッドアップディスプレイの場合と略同等となるように、凹面鏡４の諸元を決めている。
【００３３】
図４によれば、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の大きさを、従来の凹面鏡４０と比べて、自動車の上下方向で約９０％に、自動車の左右方向で約８３％に小型化できることがわかる。
【００３４】
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、略水平方向且つ互いに平行関係な３個の平面Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３と凹面鏡４との交線であるガイド曲線４２、上側ガイド曲線４３および下側ガイド曲線４４の焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３の大きさを、ｆ１≠ｆ２≠ｆ３、且つ、ｆ１＜ｆ２、且つ、ｆ１＜ｆ３であるように凹面鏡４の形状を設定している。これにより、ウインドシールドガラス５の前方に結像する虚像８の歪みを小さく抑えつつ、凹面鏡４を従来のヘッドアップディスプレイの凹面鏡４０より小型化することができる。
【００３５】
なお、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、ガイド曲線４２、上側ガイド曲線４３および下側ガイド曲線４４の焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３の大きさを、ｆ１≠ｆ２≠ｆ３としているが、これを、ｆ１≠ｆ２＝ｆ３としてもよい。
【００３６】
また、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、基準曲線４１の形状を円弧状としているが、円弧状に替えて双曲線状としてもよい。
【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】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の凹面鏡４および従来のヘッドアップディスプレイの凹面鏡４０の大きさを比較した説明図である。
【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　　ガイド曲線
４３　　上側ガイド曲線
４４　　下側ガイド曲線
４５　　入射点
４６　　法線
４７　　交点
４８　　交点
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
４０　　凹面鏡
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
Ｈ１　　平面
Ｈ２　　平面
Ｈ３　　平面
Ｖ　　光軸平面
【図１】
2004101829.tif 000003
【図２】
2004101829.tif 000004
【図３】
2004101829.tif 000005
【図４】
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