JP2004098834A

JP2004098834A - Vehicular head-up display

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Publication number: JP2004098834A
Application number: JP2002263023A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kanamori; 金森　直人; Yayoi Hatanaka; 畑中　やよい
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-09
Also published as: JP3912234B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vehicular head-up display for forming a less-distortional virtual image in front of a wind shield glass by designing the shape of the reflecting surface of a concave mirror. <P>SOLUTION: The shape of the concave mirror 4 is set as follows: a guide curve 44 is formed in an arcuate shape and a normal line 49 on a peak (an intersection 48) of a right side reference curve 43 corresponding to the right side where a curvature is larger in a virtual image region 8a as a region on the wind shield glass 5 corresponding to the virtual image 8 is formed more downward than a normal line 46 of the concave mirror 4 on a peak (an incident point 45) of a reference curve 41. Thus, as compared with a conventional head-up display, this head-up display 1 has less distortional virtual image 8 on a display surface 3 formed in front of the wind shield glass 5 facing to a driver. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a head-up display for a vehicle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this kind of head-up display, there is a display as disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 62-197175 or Japanese Patent No. 2992114. In this head-up display, the display is disposed on the back side of the dashboard located below the windshield glass in the cabin of the vehicle. Further, the concave mirror has a concave reflecting surface facing both the portion corresponding to the driver's field of view and the display surface of the indicator on the interior side surface of the windshield glass, so that the vehicle is positioned below the windshield glass. Are arranged at a predetermined angle with respect to the vertical direction.
[0003]
Under such a configuration, light representing display information from the display surface of the display device is reflected by the concave surface of the concave mirror and is incident on the interior surface of the windshield glass. The information is reflected on the surface in the line of sight of the driver, and the display information is formed as a virtual image in front of the surface. In other words, the driver visually recognizes the display as if there is a display surface of the display in front of the windshield glass. This makes it possible to minimize the amount of movement of the line of sight for the driver to read the display information while driving the vehicle.
[0004]
By the way, the role of the concave mirror in the above-mentioned head-up display is to reflect light representing display information from the display surface of the display toward the windshield glass, and the image on the display surface can be reliably visually recognized by the driver. It is two of expanding to size. That is, the size of the virtual image on the display surface visually recognized by the driver is larger than the size of the actual display surface. This makes it possible to reduce the size of the display surface, that is, the display, and improve the mountability on a vehicle.
[0005]
The shape of the concave mirror is generally formed as a hyperboloid of revolution.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, usually, a windshield glass mounted on a vehicle has a curved surface shape, and the curvature thereof is not uniform over the entire windshield glass but is partially different. That is, the vehicle has a symmetrical shape based on the center in the left-right direction of the vehicle, and the curvature increases from the center in the left-right direction of the vehicle toward both ends. In other words, the windshield glass 5 is formed such that the radius of curvature becomes smaller from the center in the left-right direction of the automobile toward both ends. For this reason, in the head-up display, if the concave mirror and the display are simply arranged according to the relationship with the position of the windshield glass as described above, the virtual image will be distorted, and the driver will not be able to see the virtual image. There is a problem that the image is difficult to read, in other words, the display information is difficult to read.
[0007]
Therefore, the present invention provides a vehicle head-up display capable of forming a virtual image with less distortion in front of the windshield glass by devising the shape of the reflecting surface of the concave mirror in order to address the above problem. The purpose is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following technical means to achieve the above object.
[0009]
A head-up display for a vehicle according to claim 1 of the present invention is provided on a rear side of a dashboard located below a windshield glass in a vehicle interior of a vehicle and emits display light representing display information. A concave mirror for reflecting display light from the display toward the windshield glass through an opening of the instrument panel by a concave reflection surface, and reflecting the display light from the display by the concave mirror to be incident on the windshield glass. It is a head-up display that reflects the incident light in the direction of the driver's line of sight by the windshield glass so that the driver can visually recognize the display information as a virtual image formed in front of the windshield, the concave mirror being: Between the optical axis plane, which is the plane including the incident light and the reflected light of the optical axis of the display light on the concave mirror, and the concave mirror A reference curve which is a line, a guide curve which is an intersection of a guide plane which is a plane including a normal of the concave mirror at the point of incidence of the optical axis on the concave mirror and which is orthogonal to the optical axis plane and a concave mirror, and The left reference curve, which is the intersection of the plane perpendicular to the guide curve and the concave mirror on the left side of the reference curve, and the intersection line of the plane perpendicular to the guide curve and the concave mirror on the right side of the reference curve as viewed from the driver. The guide curve is formed in an arc shape, the reference curve, the left reference curve and the right reference curve are formed in a parabolic shape having a vertex on the guide curve, and the reference curve and the left reference curve are formed. The focal lengths of the curve and the right reference curve are different from each other. By forming the shape of the concave mirror as described above, the distortion of the virtual image on the display surface formed on the front front part of the driver of the windshield glass can be suppressed as compared with the case where the conventional concave mirror is used. .
[0010]
The head-up display for a vehicle according to the second aspect of the present invention corresponds to the side where the curvature of the region of the windshield glass where the display light from the display is reflected on the concave mirror and the display image is formed is larger. In either of the left reference curve and the right reference curve of the concave mirror, the normal direction on the guide curve is formed to be formed lower than the normal direction at the point of incidence of the optical axis of the display light on the concave mirror. By forming the shape of the concave mirror as described above, the distortion of the virtual image on the display surface formed on the front front part of the driver of the windshield glass can be suppressed as compared with the case where the conventional concave mirror is used. .
[0011]
The vehicle head-up display according to claim 3 of the present invention is arranged such that, when mounted on a right-hand drive vehicle, the normal direction on the guide curve in the right reference curve is leftward when mounted on a left-hand drive vehicle. The normal direction on the guide curve in the reference curve is formed to be lower than the normal direction at the point of incidence of the optical axis of the display light on the concave mirror. By forming the shape of the concave mirror as described above, the distortion of the virtual image on the display surface formed on the front front part of the driver of the windshield glass can be suppressed as compared with the case where the conventional concave mirror is used. .
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A vehicle head-up display according to the present invention will be described below with reference to the drawings, taking an example in which the vehicle head-up display is applied to a head-up display 1 mounted on an automobile.
[0013]
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a head-up display 1 according to the present invention. FIG. 2 is a view taken in the direction of the arrow II in FIG. 1 and 2, the left-right direction is the front-rear direction of the vehicle and the left side is the front of the vehicle. In FIG. 1, the right side of the windshield glass 5 is the interior of the automobile. In FIG. 2, the up-down direction is the width direction of the vehicle, that is, the left-right direction, and the upper side is the right side. The driver's seat is on the right side (upward in FIG. 2). That is, the vehicle is a so-called right-hand drive vehicle.
[0014]
The head-up display 1 mainly includes a windshield glass 5, a display 3 that emits display light representing display information (for example, a traveling speed of an automobile), and a display light from the display 3 directed to the windshield glass 5. And a concave mirror 4 that reflects light. The display 3 and the concave mirror 4 are accommodated and fixed inside the main body 2 while maintaining a predetermined positional relationship.
[0015]
As shown in FIG. 1, the main body 2 is attached to the rear side of the dashboard 6 located below the windshield glass 5 in the cabin of the automobile. As shown in FIG. 1, an opening 2 a through which display light from the display 3 reflected by the concave mirror 4 is emitted is formed in an upper portion of the main body 2. The dashboard 6 also has an opening 6 a corresponding to the opening 2 a of the main body 2. Thereby, the display light from the display device 3 reflected by the concave mirror 4 travels toward the windshield glass 5 through the openings 2a and 6a.
[0016]
The display 3 includes, for example, a liquid crystal display (with a backlight), an EL display, a CRT, and the like, displays various kinds of display information on the vehicle as an image, and emits the display light toward the concave mirror 4.
[0017]
The concave mirror 4 is formed of, for example, glass, resin, metal, or the like, and is fixed in the main body 2 so that its reflection surface faces the display 3.
[0018]
The display light from the display 3 is reflected by the concave mirror 4 toward the windshield glass 5 as shown by a dashed line in FIG. It is reflected in the direction toward 7. Here, the viewpoint 7 is the center between both eyes of the driver. Thereby, the driver visually recognizes, as a virtual image 8, images of various display information displayed on the display 3 in front of the windshield glass 5 as shown in FIG.
[0019]
Here, the windshield glass 5 of the vehicle has a curved surface shape similarly to the windshield glass mounted on a normal vehicle. That is, as shown in FIG. 2, the symmetrical shape is formed on the basis of the center of the vehicle in the left-right direction, and the curvature increases from the center of the vehicle in the left-right direction toward both ends. In other words, the windshield glass 5 is formed such that the radius of curvature becomes smaller from the center in the left-right direction of the automobile toward both ends. Therefore, when the driver visually recognizes the virtual image 8, the curvature on the right side of the virtual image area 8 a which is the area on the windshield glass 5 corresponding to the virtual image 8 is larger than that on the center and the left side.
[0020]
Next, the shape of the concave mirror 4 which is a feature of the head-up display 1 according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0021]
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the shape of the concave mirror 4 used in the head-up display 1 according to one embodiment of the present invention.
[0022]
As shown in FIG. 3, the concave mirror 4 is formed as a free-form surface including four curves, that is, a reference curve 41, a left reference curve 42, a right reference curve 43, and a guide curve 44. The reference curve 41, the left reference curve 42, the right reference curve 43, and the guide curve 44 will be described below.
[0023]
The reference curve 41 is the intersection of the concave mirror 4 with the optical axis plane V, which is a plane including the light on the optical axis A of the display light emitted from the display 3 and entering the concave mirror 4 and the reflected light B thereof. In addition, the reference curve 41 is formed in a parabolic shape with the incident point 45 of the light on the optical axis A of the display light emitted from the display device 3 on the concave mirror 4 as a vertex.
[0024]
The guide curve 44 is a line of intersection between the plane H containing the normal 46 of the concave mirror 4 at the incident point 45 and the plane H perpendicular to the optical axis plane V and the concave mirror 4. The guide curve 44 is formed in an arc shape. The center of this arc is on the display 3 side of the concave mirror 4.
[0025]
The left reference curve 42 is an intersection of the plane perpendicular to the guide curve 44 and the concave mirror 4 on the left side of the reference curve 41 as viewed from the driver. The left reference curve 42 is formed in a parabolic shape with the intersection 47 between the guide curve 44 and the plane L as the vertex.
[0026]
The right reference curve 43 is an intersection of the plane perpendicular to the guide curve 44 and the concave mirror 4 on the right side of the reference curve 41 as viewed from the driver. Further, the right reference curve 43 is formed in a parabolic shape having an intersection 48 between the guide curve 44 and the plane R as a vertex.
[0027]
The parabola that forms the reference curve 41, the left reference curve 42, and the right reference curve 43 has a shape that is open to the display 3 side of the concave mirror 4.
[0028]
In FIG. 3, F1, F2, and F3 are the focal points of the reference curve 41, the left reference curve 42, and the right reference curve 43, respectively. Therefore, the distance between the incident point 45 and the focal point F1 is the focal length f1 of the reference curve 41, the distance between the intersection 47 and the focal point F2 is the focal length f2 of the left reference curve 42, and the distance between the intersection 48 and the focal point F3 is the right reference curve. The focal length f3 is 43.
[0029]
Here, the shapes of the reference curve 41, the left reference curve 42, and the right reference curve 43 are set so that the focal lengths f1, f2, and f3 of the reference curve 41, the left reference curve 42, and the right reference curve 43 are different from each other. ing.
[0030]
By the way, the vehicle on which the head-up display 1 according to one embodiment of the present invention is mounted is a right-hand drive vehicle, and the driver is located on the right side of the windshield glass 5 as shown in FIG. Therefore, when the driver visually recognizes the virtual image 8, the curvature on the right side of the virtual image region 8 a corresponding to the virtual image 8 on the windshield glass 5 is larger than the curvature on the center and the left side. Correspondingly, in the concave mirror 4, the vertex of the right reference curve 43, ie, the normal 49 at the intersection 48 between the right reference curve 43 and the guide curve, is the vertex of the reference curve 41, ie, the normal of the concave mirror 4 at the incident point 45. 46 is formed downward. In other words, the intersection 48, which is also the starting point of the normal 49, is on the plane H, but the normal 49 excluding the intersection 48 is located below the plane H.
[0031]
Next, the effect of improving the visibility of the virtual image 8 in the head-up display 1 from the driver by using the concave mirror 4 having the above-described shape, that is, the effect of reducing the shape distortion, will be described below based on simulation results. I do.
[0032]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between various guide curves and the degree of distortion of the virtual image 8. In FIG. 4, the vertical axis represents the maximum distortion (%), and the horizontal axis represents the type of the guide curve. A solid line indicates a horizontal distortion, and a broken line indicates a vertical distortion.
[0033]
According to FIG. 4, it can be seen that the maximum distortion of the virtual image 8 can be reduced by making the guide curve arc-shaped.
[0034]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rotation angle and the degree of distortion of the virtual image 8 when the right reference curve 43 is rotated about its vertex (intersection 48 in FIG. 3). In this case, the rotation direction of the right reference curve 43 is positive when the normal 49 is below the plane H in FIG. The rotation angle = 0 (deg.) Means that the normal 49 and the normal 46 are on the same plane, that is, on the plane H. 5, the vertical axis represents the maximum distortion (%), and the horizontal axis represents the rotation angle of the right reference curve 43. A solid line indicates a horizontal distortion, and a broken line indicates a vertical distortion.
[0035]
According to FIG. 5, the right reference curve 43 is rotated, that is, the normal 49 of the vertex (intersection 48 in FIG. 3) of the right reference curve 43 is shifted from the vertex of the reference curve 41, that is, the normal 46 of the concave mirror 4 at the incident point 45. It can be understood that the maximum distortion of the virtual image 8 can be reduced by also setting the downward direction.
[0036]
In the head-up display 1 according to the embodiment of the present invention described above, the shape of the concave mirror 4 is set as follows. That is, the guide curve 44 is formed in an arc shape, and the vertex (intersection point) of the right reference curve 43 corresponding to the right side having a larger curvature in the virtual image area 8a which is the portion on the windshield glass 5 corresponding to the virtual image 8 48) The upper normal line 49 is formed lower than the normal line 46 of the concave mirror 4 at the vertex (incident point 45) of the reference curve 41. This provides the head-up display 1 capable of suppressing the distortion of the virtual image 8 of the display surface 3 formed on the front front portion of the windshield glass 5 in comparison with the conventional head-up display. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a head-up display 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view on arrow II in FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the shape of a concave mirror 4 used in the head-up display 1 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between various guide curves and the degree of distortion of a virtual image 8;
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the right reference curve 43 and the degree of distortion of the virtual image 8;
[Explanation of symbols]
1 Head-up display (vehicle head-up display)
2 Body 2a Opening 3 Display 4 Concave mirror 41 Reference curve 42 Left reference curve 43 Right reference curve 44 Guide curve 45 Incident point 46 Normal line 47 Intersection (apex)
48 intersection (vertex)
49 Normal 5 Windshield glass 6 Dashboard 6a Opening 7 Viewpoint (viewing direction)
8 virtual image 8a virtual image area (area)
A optical axis B reflected light F1 focal point F2 focal point F3 focal point f1 focal length f2 focal length f3 focal length H plane V optical axis plane

Claims

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。An indicator that is arranged on the back side of the dashboard located below the windshield glass in the cabin of the vehicle and emits display light representing display information,
A concave mirror that reflects display light from the display toward the windshield glass through an opening of the instrument panel by a concave reflection surface,
The display light from the display is reflected by the concave mirror and made incident on the windshield glass, and the incident light is reflected by the windshield glass in the driver's line of sight, and the display information is transmitted to the driver through the window. An optical axis plane which is a plane including incident light and reflected light of the optical axis of the display light on the concave mirror, wherein the concave mirror is configured to be visually recognized as a virtual image formed in front of the shield glass. A reference curve that is an intersection of the concave mirror and an intersection of the concave mirror with a guide plane that is a plane that includes a normal of the concave mirror at the point of incidence of the optical axis on the concave mirror and that is a plane orthogonal to the optical axis plane. And a left reference curve which is an intersection of the concave mirror and a plane perpendicular to the guide curve on the left side of the reference curve as viewed from the driver. When formed as a free-form surface and a right reference curve is a line of intersection of the right side than the reference curve when viewed from a driver and a plane perpendicular to the guide curve and the concave mirror,
The guide curve is formed in an arc shape,
The reference curve, the left reference curve and the right reference curve are formed in a parabolic shape having a vertex on the guide curve,
The focal length of each of the reference curve, the left reference curve, and the right reference curve is different from each other.

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。The left reference curve and the right reference curve of the concave mirror corresponding to the side where the curvature of the area of the windshield glass where the display light from the display is reflected on the concave mirror and a display image is formed is formed. 2. The vehicle head according to claim 1, wherein a normal direction on one of the vertices is formed to be lower than a normal direction on an incident point of the optical axis of the display light on the concave mirror. 3. Up display.

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。When mounted on a right-hand drive vehicle, the normal direction on the guide curve in the right-hand reference curve is the normal direction on the guide curve in the left-hand reference curve when mounted on a left-hand drive vehicle. The head-up display for a vehicle according to claim 1, wherein the display light is formed to be lower than a normal direction at an incident point of the optical axis of the display light to the concave mirror.