JP3573765B2 - 車両のヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両フロントガラスの前方に文字、図形等の画像情報を景色と重ね合わせて運転者等の乗員に提示する車両のヘッドアップディスプレイ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両フロントガラスの前方に文字、図形等の画像情報を景色と重ね合わせて提示する車両のヘッドアップディスプレイ装置が知られている。この種のヘッドアップディスプレイ装置には、例えば、図１に示す構成のものが知られその図１において、１はインストルメントパネル、２は車両フロントガラスを示している。インストルメントパネル１内にはプロジェクタ３が設けられている。このプロジェクタ３は車両の運転情報を表示するための計測表示器４を含む。この計測表示器４は例えば高輝度の螢光表示管（ＶＦＤ）、液晶（ＬＣＤ）等からなる。車両フロントガラス２には例えば反射率２５％ないし５０％の半透過性の反射面としてのコンバイナ５がコ−テイングにより形成されている。プロジェクタ３は介在鏡６としての平面鏡を備え、計測表示器４に表示された車両速度等の文字、図形等の画像情報は平面鏡により反射され、塵埃防止用の透明カバ−７を介してコンバイナ５に導かれる。そして、この画像情報は、このコンバイナ５により反射されて乗員、例えば、運転車の眼が存在する方向に向けられる。乗員はその画像情報が符号８で示すようにあたかも運転席の前方、すなわち、車両フロントガラス２の前方にあるかのようにその画像情報を景色と重ね合わせて視認することとなる。すなわち、車両フロントガラス２の前方に画像情報の虚像８が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図２に示すように、仮に車両フロントガラス２が平面の場合には、画像情報９がこの車両フロントガラス２により反射されたとしても、光線反射の原理により歪んで見えることはない。その図２において、符号１０は乗員の左眼、符号１１は右眼、符号９´は画像情報９に対応する虚像を示している。
【０００４】
しかしながら、車両フロントガラス２は、実際には、図３、図４に示すように、三次元方向に湾曲した形状を呈しいわば凹面鏡の作用を果たしている。そして、車両フロントガラス２の左右両側の部分は左右両端に近ければ近いほど湾曲率が大きい。車両フロントガラス２の上下方向についても上端及び下端に近いほど湾曲率が大きい。これに対して、車両フロントガラス２の中央部分の湾曲率はほぼ一定である。このように車両フロントガラス２が湾曲している場合には、画像情報９の一点Ｑから出射した光束Ｐ１が車両フロントガラス２の反射位置Ｒ１において反射されて左眼１０に入射するとしたとき、一点Ｑから出射した光束Ｐ２が車両フロントガラス２により反射されて左眼１０と同一高さに存在する右眼１１に入射するときの車両フロントガラス２における反射位置Ｒ２は、車両フロントガラス２の湾曲率の変化がその車両フロントガラス２の端に近いほど大きいので、反射位置Ｒ１に対して高さ方向にずれることとなる。その図４において、符号Ｈはその反射位置Ｒ１と反射位置Ｒ２の高さ方向のずれ量を示している。また、車両フロントガラス２の湾曲率の変化の小さい側に位置する左眼１０を通して見た場合の画像情報の歪み（拡大率）は、車両フロントガラス２が平面に近いとみなせるので、ほとんどないかあるとしても小さいが、車両フロントガラス２の湾曲率の変化の大きい側に位置する右眼１１を通して見た場合の画像情報の歪み（拡大率）は、車両フロントガラス２が一種の凹面鏡としての役割を大きく果たすため、かなり大きくなる。その結果、図５に示すように、画像情報９による虚像は、左眼１０には符号９ａで示すように見え、右眼１１には符号９ｂで示すように見えることとなる。すなわち、乗員は左眼１０と右眼１１とで上下左右方向に互いにずれを有しかつ歪みのある二重の虚像９ａ、９ｂを見ることとなる。この場合に、左右方向の虚像９ａ、９ｂのずれは、脳の働きによって補正することができるが、上下方向の虚像９ａ、９ｂのずれは脳の働きによって補正することができず、結果として、乗員に眼が疲れ易い、気持ち悪くなる等の不快感を生じさせることになる。
【０００５】
そこで、高さ方向の虚像９ａ、９ｂのずれを補正するために、図６、図７に示す球面形状の凹面鏡１２を用いることが考えられる。しかしながら、凹面鏡１２はその光軸Ｏから離れるに従って結像箇所がずれ、収差が生じるという光学的性質を有する。すなわち、図６に示すように、光軸Ｏに近い平行光線束Ｓ１は焦点ｆに近い箇所に収束するが、光軸Ｏから遠い平行光線束Ｓ２は焦点ｆから離れた箇所に収束する。従って、凹面鏡１２は高さ方向の像のずれを解消できるとしても、像の歪みを解消することは困難である。なお、その図６において、符号Ｃは凹面鏡１２の曲率中心、図７において、符号１３は物体、符号１４は凹面鏡１２の作用によるその物体１３の虚像を示している。
【０００６】
一方、凸面鏡を用いて二重像の高さ方向のずれを解消することも考えられるには考えられているが（例えば、平成２年特許願第１６７５０７号；出願日 平成２年６月２６日；発明の名称 ヘッドアップデイスプレ−装置）、この出願のものでは、凸面鏡の光学的性質により、画像情報を遠方に提示できないという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、画像情報の遠方提示が可能で、車両フロントガラスの湾曲に基づく二重像の高さ方向のずれ（高さ方向の視差）及びその像の歪みを極力除去することのできる車両のヘッドアップデイスプレイ装置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】
本発明に係わる車両のヘッドアップデイスプレイ装置は、上記の課題を解決するため、湾曲形状の車両フロントガラスに半透過性の反射面を形成し、インストルメントパネル内に文字、図形等の画像情報を投影するためのプロジェクタを設け、前記画像情報を前記反射面で反射させて乗員の眼に向けることにより、前記車両フロントガラスの前方に前記画像情報の像を景色と重ね合わせて提示する車両のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記プロジェクタは前記文字、図形等の画像情報を反射して前記反射面に向ける介在鏡を備え、該介在鏡には一個の回転放物凹面鏡の主軸をはずした連続する放物反射鏡部が用いられ、該放物反射鏡部は、前記車両フロントガラスの湾曲率の相違による前記画像情報の歪を補正するためと左右の眼を通して前記画像情報を見た場合に生じる二重像の高さのずれを補正するためとに、前記車両フロントガラスの湾曲率の大きい部分に対応する前記放物反射鏡部は湾曲率が緩やかな曲面とされかつ前記車両フロントガラスの湾曲率の緩やかな部分に対応する前記放物反射鏡部は湾曲率が大きな曲面とされていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明に係わる車両のヘッドアップデイスプレイ装置によれば、介在鏡に一個の回転放物凹面鏡の主軸を外した連続する放物反射鏡部が用いられ、この放物反射鏡部の曲率の緩やかな部分が車両フロントガラスの湾曲率の大きい部分に対応され、放物反射鏡部の曲率の大きい部分が車両フロントガラスの湾曲率の小さい部分に対応されているので、車両フロントガラスと放物反射鏡部とを１個の光学反射部材として考えたときに、全体として反射面のどの部分においても同じ倍率を呈することとなり、画像情報の歪みを補正できることとなる。また、画像情報を左右の眼を通して見た場合に生じる二重像の高さ方向のずれは、放物反射鏡部が湾曲率の緩やかな部分と大きな部分とを有しているので、画像情報の一点から出射された光線が車両フロントガラスの同じ高さ位置で反射されて左右の眼に入るように、放物反射鏡部の位置を調節することにより解消される。
【００１０】
【実施例】
以下に、図８ないし図１１を参照しつつ本発明に係わる車両のヘッドアップデイスプレイ装置の実施例を説明する。
【００１１】
図８において、従来技術と同一構成要素については、同一符号を付してその詳細な説明は省略することとし、異なる部分についてのみ説明を行うこととする。本発明に係わる車両のヘッドアップデイスプレイ装置では、介在鏡６は図９、図１０に示すように一個の回転放物凹面鏡１５の一部から構成されている。回転放物凹面鏡１５は、その光学的性質により、主軸Ｔの焦点Ｆから出射した光束を平行光束として反射する。この回転放物凹面鏡１５の性質を利用すれば、収差を生じることなく画像情報を提示することが原理的に可能、すなわち、画像情報に歪みを生じさせることなく画像情報を提示することが可能である。図９において、符号１６はその回転放物凹面鏡１５の焦点Ｆ内に置かれた物体、符号１７はこの物体１６の虚像を示している。
【００１２】
しかしながら、車両フロントガラス２の湾曲率が異なっているので、回転放物凹面鏡１５の湾曲率の同じ部分を用いたのでは、結果として、物体１６の虚像１７、すなわち、画像情報９は歪むこととなる。この車両フロントガラス２の湾曲率が異なることによる歪みを解消するために、図１０に示すように、一個の回転放物凹面鏡１５の主軸Ｔをはずした連続して湾曲率の異なる放物反射鏡部１８を用いることにする。その図１０において、符号Ｋ１、…、Ｋｉ、Ｋｉ＋１、…、Ｋｎは回転放物凹面鏡１５の経線を示し、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は回転放物凹面鏡１５の緯線、符号Ｇは回転放物凹面鏡１５の原点を示している。緯線Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は原点Ｇに近い側から遠ざかるに従ってその回転放物凹面鏡１５の湾曲率が緩やかになることを示している。また、経線Ｋ１、…、Ｋｉ、Ｋｉ＋１、…、ＫｎはＺ軸を含む平面を基準（０度）として主軸Ｔの回りの放物線の回転を示している。従って、放物反射鏡部１８は主軸Ｔに近い側１８ａの湾曲率が大きく、主軸Ｔから遠い側１８ｂの湾曲率が緩やかとなっている。なお、図９は経線Ｋｉにおける回転放物凹面鏡１５の放物線を示し、図９において、破線Ｋｉ＋１´は図１０の経線Ｋｉ＋１における放物線の一部を示している。この図９から明らかなように、回転放物凹面鏡１５の曲率の大きい部分と曲率の緩やかな部分とを併用することにより、物体１６の反射高さを変更することができる。この反射鏡部１８を介在鏡６として、図８に示すように主軸Ｔに近い側１８ａを湾曲率の緩やかな車両フロントガラス２の中央側２ａに対応させ、主軸Ｔから遠い側１８ｂを湾曲率の大きな車両フロントガラス２の周辺部２ｂに対応させると共に、画像情報９の一点Ｑから出射された光線Ｐ１、Ｐ２が車両フロントガラス２の同じ高さの反射位置Ｒ１、Ｒ２で反射されて左右の眼１０、１１に入るように、放物反射鏡部１８の位置を調節して、計測表示器４と車両フロントガラス２との間の光路に配置する。この実施例では、放物反射鏡部１８の曲率の緩やかな部分が車両フロントガラス２の湾曲率の大きい部分に対応され、放物反射鏡部１８の曲率の大きい部分が車両フロントガラス２の湾曲率の小さい部分に対応されているので、車両フロントガラス２と放物反射鏡部１８とを１個の光学反射部材として考えたときに、全体として反射面のどの部分においても同じ倍率を呈することとなり、画像情報９の歪みを補正できる。また、画像情報９を左右の眼１０、１１を通して見た場合に生じる二重像の高さ方向のずれＨは、画像情報９の一点Ｑから出射された光線Ｐ１、Ｐ２が車両フロントガラス２の同じ高さ位置Ｒ１、Ｒ２で反射されて左右の眼１０、１１に入るように、放物反射鏡部１８の位置が調節されているので、図１１に示すように、高さ方向のずれＨ及び歪みが極力ない状態で画像情報９の二重像９ａ、９ｂを視認できることになる。
【００１３】
なお、図２、図４においては、画像情報９があたかも車両フロントガラス２の下方にあるかの如くにして説明したが、この画像情報９平面鏡６に映っているものを意味し、説明のため便宜的に簡略化して図示したものである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に係わる車両のヘッドアップデイスプレイ装置は、以上説明したように構成したので、画像情報の遠方提示が可能で、車両フロントガラスの湾曲に基づく二重像の高さ方向のずれ（高さ方向の視差）及びその像の歪みを極力除去することができるという効果を奏する。つまり、最終的には、脳の働きによって１個の画像情報を認識することとなり、画像情報見ることによる眼の疲れ、気持ち悪さ等の不快感が乗員に生じるのを避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の車両のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】車両フロントガラスが平面鏡であるとした場合の画像情報の反射状態を示す模式図である。
【図３】図１に示すヘッドアップディスプレイ装置の反射状態を示す斜視図である。
【図４】車両フロントガラスによる画像情報の反射状態を示す模式図である。
【図５】車両フロントガラスの湾曲率の相違による二重像のずれ及び画像情報の歪を説明するための図である。
【図６】介在鏡に球面形状の凹面鏡を用いた場合の不具合を説明するための説明図である。
【図７】図６に示す凹面鏡の結像関係を示す図である。
【図８】本発明に係わる車両のヘッドアップディスプレイ装置の要部構成を示す図である。
【図９】回転放物凹面鏡の光学的特性を説明するための説明図である。
【図１０】本発明に係わる一個の回転放物凹面鏡の一部を切りとった放物面鏡部を介在鏡として用いることを説明するための説明図である。
【図１１】歪及び高さ方向のずれが解消された画像情報の像を示す説明図である。

Claims (1)

1. 湾曲形状の車両フロントガラスに半透過性の反射面を形成し、インストルメントパネル内に文字、図形等の画像情報を投影するためのプロジェクタを設け、前記画像情報を前記反射面で反射させて乗員の眼に向けることにより、前記車両フロントガラスの前方に前記画像情報の像を景色と重ね合わせて提示する車両のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記プロジェクタは前記文字、図形等の画像情報を反射して前記反射面に向ける介在鏡を備え、該介在鏡には一個の回転放物凹面鏡の主軸をはずした連続する放物反射鏡部が用いられ、該放物反射鏡部は、前記車両フロントガラスの湾曲率の相違による前記画像情報の歪を補正するためと左右の眼を通して前記画像情報を見た場合に生じる二重像の高さのずれを補正するためとに、前記車両フロントガラスの湾曲率の大きい部分に対応する前記放物反射鏡部は湾曲率が緩やかな曲面とされかつ前記車両フロントガラスの湾曲率の緩やかな部分に対応する前記放物反射鏡部は湾曲率が大きな曲面とされていることを特徴とする車両のヘッドアップディスプレイ装置。

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