JPS62173336A - 車載用ヘツドアツプデイスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 自動車のフロントガラスを反射光学系として用い、フロ
ントガラス前方に表示画像を投影する車載用ヘッドアン
プディスプレイ装置において、光学系とフロントガラス
の間に配置され運転者の左右の目に向う前記虚像の視差
を補正する光学手段を設けることにより、フロントガラ
スで表示画像の虚像が反射される際、両眼視差が補正さ
れるので、運転者に無理な目の調節を強いることなく、
明確で高品位な表示画像を視認させる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は車載用ヘンドアツブディスプレイ装置に係り、
さらに詳細には自動車のフロントガラスを利用し、虚像
光学系を用いて各種情報を表示する車載用ヘンドアノブ
ディスプレイ装置に関する。

〔従来の技術〕

自動車のフロントガラスの内面反射を利用して、フロン
トガラス前方に虚像を結ばせることにより自動車のスピ
ード、時刻、エンジン回転数その他の情報を表示する装
置が提案されている。このような装置は車載用ヘッドア
ップディスプレイ装置（以下ＨＵ　Ｄという）と呼ばれ
ている。

第５図、第６図は従来より提案されているＨＵＤの基本
構造を示している。第５図に示すように、装置はダツシ
ュボード中央などに組み込まれた表示装置１１と、レン
ズなどの（屈折）光学系１２、フロントガラス１３を用
いた反射光学系から構成される。表示装置はＬＥＤ　、
ＬＣＤなどを用いたもので、表示器の小さな画像は光学
系１２、フロントガラス１３から成る虚像光学系により
拡大されてフロントガラス１３の前方に虚像として結像
される。

したがって、運転者には第６図に示すように、ＨＵＤの
表示装置１１の虚像表示（この場合は速度を表示）はあ
たかも自動車１４の前方の所定距離に存在するように知
覚される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

所定の光学視野内にＬＥＤ　、ＬＣＤなどによる表示情
報、視野枠などの画像情報を結像させる技術はカメラの
ファインダーなどにも古くから用いられている。ＨＵＤ
の技術も基本的にはこのような表示技術と変るところが
ないが、ＨＵＤの場合には反射光学系にフロントガラス
が用いられている点で解決すべき問題がある。

コレは、フロントガラスによる反射の方向により生じる
両眼視差の問題である。

すなわち、第７図に示すように、表示装置、光学系から
成るＨＵＤユニット１をダツシュボードの中央位置に置
き、自動車の右側の座席に着座する運転者に向かって虚
像の反射を行なわせる場合には、第８図に示すように運
転者の右目１６Ｒおよび左目１６Ｌに到達する同一の虚
像のフロントガラス上の反射点１９．１９が左右の目の
視差によってそれぞれ異なった位置になってしまう。

第９図は運転者の目１６Ｒ，１６Ｌ、ＨＵＤユニット（
物点１′として表示）とフロントガラス上の反射点の位
置を上方から示したものである。

ここでは説明を容易にするため、フロントン５″ラスは
平面ガラスとし、次のような条件設定における問題につ
き述べる。

゛たとえば第９図において、平均的な左右の目の間隔Ｌ
１を約７０鰭、目１６Ｌ、１６Ｒの中心位置からフロン
トガラスの左右の目の反射点の中点１９′までの車の前
後方向に沿った距離８１′を約８５０ｍとする。また、
第１０図に示すようにＨＵＤユニット１は目よりも下側
から虚像を入射させるものとし、反射点の中点１９′と
目の高低差Ｈは約３０ｕ＋とする。さらに、反射点の中
点１９′を通る車の前後方向に沿った線から目の中心ま
での距離Ｌ２を約２１０４ｍとする。また、反射点の中
点１９′でフロントガラスは水平面に対して２８度の傾
斜を有するものとする。

すなわち、ＨＵ　Ｄユニットは左前下方（右ハンドルの
場合）からフロントガラスに光を入射させ、その反射光
は反射点よりも右上方の目に進む。

このような条件においては、第１１図のように鉛直方向
に沿ったｙ軸、車の左右方向に沿ったＺ軸により形成さ
れる平面に対して左目の反射点１９Ｌは右目の反射点１
９Ｒよりも左下方にずれた位置となる。上記の条件で、
ｙｚ平面に反射点１９Ｌ、１９Ｒを投影すると、その高
低差は７．５１ｍ、左右差は６６．５鰭となる。

第９図における目の中心から車の前後方向に測った反射
点までの距離３１’　　（８５０ｍｍ）、目と反射点の
中心１９′との高低差Ｈ（３０１ｍ）、および目の中心
と反射点の中心を通る線の距離Ｌ２（２１０ｍ）の条件
から、目の中心点〜反射点の直線距離Ｓ１は８７６龍と
なり、このとき反射点の高低差７．５　ｍｍにより生じ
る左右の目の上下方向の両眼視差θ（＝　ｊａｎ−’　
（７，５／８７６　）　）は０．４９　’となる。

したがって、像の左右方向の大きさにもよるが、上記の
ような両眼視差により、フロントガラスで反射される像
は２重像となる。基本的に人間の目は上下方向に左右の
目を調整するのは不得手であり、長時間左右の目に上記
のような視差を持って同一の画像が入射していると眼精
疲労を招き、危険防止の見地からみると大きな問題であ
る。上記の両眼視差に関して、フロントガラスの上下、
左右方向の曲率を考えなかったが、曲率を考慮に入れる
と虚像のずれはより大きくなる。

以上のように、フロントガラスを反射手段として用いる
場合には、視差の問題があり、これを解決しなければ、
クリアな表示画像を眼精疲労を生じることなく運転者に
視認させることはできない。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の問題点を解決するために、本発明においては自動
車のフロントガラスを反射光学系として用い、フロント
ガラス前方に表示画像を投影する車載用ヘッドアンプデ
ィスプレイ装置において、各種情報を表示するための表
示手段と、この表示手段の表示画像の虚像をフロントガ
ラスに入射させ運転者に向けて反射させる光学系と、こ
の光学系とフロントガラスの間に配置され運転者の左右
の目に向う前記虚像の視差を補正する光学手段とを備え
る構成を採用した。

〔作　用〕

以上の構成によれば、フロントガラスで表示画像の虚像
が反射される際、両眼視差が補正されるので、運転者に
無理な目の調節を強いることなく、明確で高品位な表示
画像を視認させることができる。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

フロントガラスについて、両眼視差を防止する技術につ
き説明する。

従来例の項において、第８図、第９図に関連して示した
条件設定では、フロントガラス上の左右の目に入射する
ＨＵＤの光像の反射点のずれは、左右方向に６６．５　
龍、上下方向に７．５１程度生じ、そのときの上下方向
の視差θは０．４９６であることを述べた。

左右の目の水平方向の視差により立体視を得ていること
かられかるように、上記の差のうち左右方向に関するも
のは補正を行なわなくてもそれほど問題にならない。し
たがって、左右の目の上下方向の視差のみを補正してや
れば、斜めに反射を行なう場合でも満足な表示画像が得
られる。

したがって、第８図、第９図において、右目のものより
も７．５　ｍｍ下った左目の反射点を上方に移動してや
れば上下方向の視差は解消され、表示画像はかなり見や
すくなるはずである。

このために本実施例においては、第１図のようにプリズ
ム３０を用いてＨＵＤユニットの光学系１２から出てフ
ロントガラスを介して左目へと向かう光束を移動する補
正を行う。第１図ではダツシュボードの高さ方向のＨＵ
Ｄユニットの大きさを小さくするため、表示器１１の画
像はミラー１ａで１回反射させてから光学系１２に入射
させている。

第２図はプリズム３００作用を詳細に示しており、図に
おいて符号ＫＬは補正前の左目へ向かう光束で、右目へ
向かう光束ＫＲの反射点Ａよりも下った反射点Ｂにおい
て反射し、左目へ向かう。

反射後の両光束の角度θが上下方向の視差である。

プリズム３０は第３図に示すように上面のみを傾斜させ
た断面形状で、車体の前方側が厚く形成されている。ま
た、プリズムの頂角は左目へ向う光束が通る左側で大き
く、右目へ向かう光束が通る右側で小さくなるように異
ならせてあり、したがって、プリズム上面は曲面形状と
なっている。

このようなプリズムを介して第８図、第９図に関連して
示したような設定で表示画像の虚像を投影すると、左目
へと向かう光束は符号ＫＬ′のように移動される。

すなわち、第２図に示したプリズム断面は左目へ向う光
束ＫＬが通る断面で、右目に向う光束ＫＬｌはこの断面
より図の奥（車体の右方向）に対応する断面を通過する
。光束に、が通過する断面ではプリズム３０の頂角はよ
り小さく、光束ＫＲはプリズム補正のない場合とほぼ同
様の位置を通過する。一方、光束ＫＬ′はより頂角の大
きい断面を通過し、補正すべき角θだけ屈折されて右目
の反射点Ａと等しい高さを有する点Ｂ′で反射され、左
目へと向う。

以上のようにプリズムの作用により、フロントガラス１
３から目へと向う両光束ＫＬ’＋ＫＲは左右の目を含む
水平面を１ｊｒｌ過し、上下方向の視差が解消され、上
下の両眼視差のない見やすし１表示画像を得ることがで
きる。ただし、上記作用Ｇこおいて、フロントガラスで
反射される前の光束ＫＬ′ＫＲの傾斜角度が異なるため
、反射点Ｂ’、ＡＪこおける垂線Ｂｖ　、ＡＶの方向は
当然異なる。

ここで、前記の両眼視差０．４９６を解消するためのプ
リズム形状の一例を第３図を用し１て具体的に説明する
。まず、光学系のレンズの有効径（まφ１２０■、反射
点Ａ（！：Ｂの左右方向の間隔Ｇよ６６゜５■璽の１．
８０倍とすると、プリズム３０の幅ｂＬま１３０龍程度
必要であり、奥行ａは表示画像の縦横比率から５３禽１
程度となる。また、プリズム３０は底面を光学系１２の
光軸に直交させるとして、その厚みＬは１．０曹真とす
る。プリズムに用し）る力゛ラスの屈折率ｎは１．４９
２とする。

第３図において、Ｘ軸上の最大頂角θ。と屈折率ｎに関
して必要な屈折角は θ＝　５ｉｎ−’　（ｎ　ｓｉｎθ。）−θ。（−０，
４９°）・・・　（１） であり、プリズム３０の長辺方向の角度変化θ。

はθｔ−１，８０θ。とじて、（１）式を変形すること
により ５ｉｎ０．４９゜ １．４９２−　ｃｏｓｏ、４９　’ よってθ。−１，０°、θｔ　＝１．８°が得られる。

プリズム３０の高さく厚み）Ｚは で示されるから、これに上記の寸法、角度を代入して 第４図は、（３）式をもとにｘｙ平面におけるプリズム
の高さ２を等筋線として示したもので、図から分るよう
にプリズム３０は左前方で厚く、右手前方向で薄くなる
ように上面が曲面に形成されることがわかる。

以上のようにして、ＨＵＤ〜フロントガラスへ運転者の
目とななめ反射を行なった場合に生じる上下方向の両眼
視差を解消することができ、眼精疲労を生じることなく
運転者に品位の高い表示画像を視認させることができる
。第３図、第４図ではフロントガラスの曲面形状につい
て考慮しなかったが、フロントガラスが曲面である場合
、特に左右方向に大きな曲面がついている場合にはプリ
ズム形状にその曲率を反映させることにより視差のない
表示画像を得ることができる。

なお、上述の実施例では、表示器１１と光学系１２との
間にミラー１ａを設けているが、これを省略して表示器
１１を光学系１２の光軸上に置けるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば自動車
のフロントガラスを反射光学系として用い、フロントガ
ラス前方に表示画像を投影する車載用ヘッドアップディ
スプレイ装置において、各種情報を表示するための表示
手段と、この表示手段の表示画像の虚像をフロントガラ
スに入射させ運転者に向けて反射させる光学系と、この
光学系とフロントガラスの間に配置され運転者の左右の
目に向う前記虚像の視差を補正する光学手段を設けた構
成を採用しているため、フロントガラスの視界を損なう
ことなく運転者に明確かつ高品位の表示画像を視認させ
ることができ、また、運転者の眼精疲労を生じることな
く搭載される自動車に高い運転性能、安全性を付与でき
る優れた車載用ヘッドアップディスプレイ装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明によるＨＯＤの実施例を示し
たもので、第１図は両眼視差の問題を解消したＨＵＤの
装置構成の概略を示した説明図、第２図は第１図のプリ
ズムの作用を示した説明図、第３図は第１図のプリズム
の斜視図、第４図は第１図のプリズムの形状を説明する
線図、第５図以下は従来構造を示したもので、第５図ば
ＨＵＤの基本構造を示した説明図、第６図は表示画像の
投影を示した説明図、第７図乃至第１１図はＨＵＤにお
ける両眼視差を示した説明図である。 １・・・ＨＯＤユニット、１１・・・表示装置、１２・
・・光学系、１３・・・フロントガラス、１６・・・目
、３０・・・プリズム。 特許出願人　　矢崎総業株式会社 第１図 一−−−Ｃ１−−−−−− ゝ、　Ｉｌ　　　　　＼Ｘ ′ｉ 第４図 第５図 第６図 第１１図 第１０図 手続補正書（自発）　′ す ■、　事件の表示 昭和６１年特許願第０１１１２３号 ２゜ ２、　発明の名称　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　る車載用ヘッドアップディスプ
レイ装置 「 ３、　補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住所　東京都港区三田１丁目４番２８号３゜ 名称　（６８９）矢崎総業株式会社 ４、代理人 ８、　補正の内容 重工の内容（特願昭６１−０１１１２３号）明細書中第
１２頁第４行の式を以下の如く訂正る。 司書第１２頁第１１行の式を以下の如く訂正す＋１．０
　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・（３）図面
第４図を添付図面と差し替える。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）自動車のフロントガラスを反射光学系として用い、
   フロントガラス前方に表示画像を投影する車載用ヘッド
   アップディスプレイ装置において、 各種情報を表示するための表示手段と、 この表示手段の表示画像の虚像をフロントガラスに入射
   させ運転者に向けて反射させる光学系と、 この光学系とフロントガラスの間に配置され運転者の左
   右の目に向う前記虚像の視差を補正する光学手段とを備
   えることを特徴とする車載用ヘッドアップディスプレイ
   装置。 ２）前記補正光学手段がプリズムから成り、運転者の左
   右の目に向かう虚像の反射光束の反射点の高さを補正す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の車載
   用ヘッドアップディスプレイ装置。