JP2005202145A - 車載用ヘッドアップディスプレイ、それを備えた車両、及び車載用ヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造方法 - Google Patents
車載用ヘッドアップディスプレイ、それを備えた車両、及び車載用ヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】表示情報源に表示された表示像を車両のフロントガラスで反射するタイプのヘッドアップディスプレイでありながら、フロントガラスの形状の違いに影響されることなく、良好な像が観察可能な、若しくは、使用者の好みに応じた像が観察可能な汎用性の高い車載用ヘッドアップディスプレイを提供する。
【解決手段】表示情報源2と、表示情報源2に表示された画像を車両6のフロントガラス7に向けて投射する投影光学系を有し、フロントガラス7からの反射光を観察者8の眼球内に導く車載用ヘッドアップディスプレイである。投影光学系は、フロントガラス7と表示情報源2との間に、フロントガラス7を反射して生ずる像の歪みや傾きを補正する補正光学部材CLを選択配置可能に備えて構成されている。補正光学部材CLの選択的な配置を可能とする位置決め構造として保持枠100に保持部Hを備えている。
【選択図】 図1
【解決手段】表示情報源2と、表示情報源2に表示された画像を車両6のフロントガラス7に向けて投射する投影光学系を有し、フロントガラス7からの反射光を観察者8の眼球内に導く車載用ヘッドアップディスプレイである。投影光学系は、フロントガラス7と表示情報源2との間に、フロントガラス7を反射して生ずる像の歪みや傾きを補正する補正光学部材CLを選択配置可能に備えて構成されている。補正光学部材CLの選択的な配置を可能とする位置決め構造として保持枠100に保持部Hを備えている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、表示情報源に表示された表示像を自動車等の車両のフロントガラスに反射させ、車両の運転手等の観察者眼球に表示像を導くための車載用ヘッドアップディスプレイ(以下、HUDという)に関するものである。
更には、そのような車載用のHUDを用いた車両及びその製造方法に関するものである。
更には、そのような車載用のHUDを用いた車両及びその製造方法に関するものである。
車両内の運転手等に画像情報を提供する方法として、HUDが最近用いられるようになっている。HUDは、例えば、次の特許文献1や特許文献2に示すように、液晶表示装置等の表示情報源から投射された光学的画像情報を、フロントガラスに反射させて、車両の運転者等の観察者眼球に表示像を導き、それによって、運転手が運転状態からほとんど視線を動かすことなく情報を読み取れるようにしたものである。
また、HUDには、フロントガラスでの反射を用いずに、コンバイナーをフロントガラスの手前の離れた位置に配置して運転手の眼球に光学的情報を導くタイプのHUDも、例えば、特許文献3において提案されている。
特開2003−107391号公報
特開2003−287707号公報
特開2000−267039号公報
また、HUDには、フロントガラスでの反射を用いずに、コンバイナーをフロントガラスの手前の離れた位置に配置して運転手の眼球に光学的情報を導くタイプのHUDも、例えば、特許文献3において提案されている。
しかしながら、フロントガラスに反射させるタイプのHUDでは、車両の種類に応じてフロントガラスの形状が異なるため、個々のフロントガラスの反射面形状に応じて光学系を設計しないと、フロントガラスの種類に応じた像の歪みや像の傾きが出やすくなる。また、個々のフロントガラスの形状に合わせてHUD光学系を設計しようとすると、製造コストが高くなってしまう。
また、特許文献1や特許文献2には、フロントガラスでの反射により生ずる像の歪みの除去のために、その歪みを相殺するように表示像を歪ませる技術が開示されている。しかしながら、画素数の細かい表示系を用いないと歪み補正による画素の歪みが視認されてしまうことになる。
また、特許文献3に記載のフロントガラスでの反射を用いずに、フロントガラスとは別体に設けられたコンバイナーで反射させるタイプのHUDでは、フロントガラスでの反射を行わないため像の歪みはあらかじめ補正できるが、コンバイナーがフロントガラスに付着したホコリ等の清掃の邪魔になりわずらわしいといった問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、表示情報源に表示された表示像を車両のフロントガラスで反射するタイプのヘッドアップディスプレイでありながら、フロントガラスの形状の違いに影響されることなく、良好な像が観察可能な、若しくは、使用者の好みに応じた像が観察可能な汎用性の高い車載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。
更には、そのようなヘッドアップディスプレイを備えた車両を提供することを目的とする。
更には、製造工程において製造コストを低減し得るヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造方法を提供することを目的とするものである。
更には、製造工程において製造コストを低減し得るヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造方法を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため、本発明による車載用ヘッドアップディスプレイは、表示情報源と、前記表示情報源に表示された画像を車両のフロントガラスに向けて投射するための投影光学系を有し、前記フロントガラスからの反射光を観察者の眼球内に導く車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記投影光学系は、前記フロントガラスと前記表示情報源との間の光路中に、前記フロントガラスを反射することにより生ずる像の歪みや傾きを補正するための補正光学部材を選択配置可能に備えて構成され、前記車載用ヘッドアップディスプレイは、前記補正光学部材の選択的な配置を可能とするための位置決め構造を備えたことを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記投影光学系が、前記補正光学部材とは別個に主たるパワーを持つ主光学部材を有し、前記主光学部材が、前記表示情報源とともに一体的に設けられていることを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、前記主光学部材の主光線を偏向させる光学作用面を有していることを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、非回転対称な光学作用面を有していることを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材の光学作用面が、非回転対称な光学作用を行う回折レンズ面であることを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、入射透過面と射出透過面を有し、かつ、反射面を有さないことを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、配置方向を変更して補正効果を変更させるように、配置可能に構成されていることを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、前記フロントガラスの下方に位置し、ヘッドアップディスプレイのカバー部材を兼用していることを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材の前記フロントガラス側の面が、平面であることを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、ガラスを母材として構成されていることを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、表面に反射率を低減するコーティング膜を有していることを特徴としている。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、レンズで構成されるとともに、該レンズの透過面以外の少なくとも一部の光学作用面に反射抑制部材を備えていることを特徴としている。
また、本発明による車載用ヘッドアップディスプレイを備えた車両は、上記本発明の車載用ヘッドアップディスプレイと、車速センサーと、前記車速センサーで計測した計測値に基づいて前記車載用ヘッドアップディスプレイの前記表示情報源による表示情報を変更させる処理装置を備えていることを特徴としている。
また、本発明による複数の車載用ヘッドアップディスプレイは、表示情報源と、前記表示情報源に表示された画像を車両のフロントガラスに向けて投射するための投影光学系を有し、前記フロントガラスからの反射光を観察者の眼球内に導く複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記複数の車載用ヘッドアップディスプレイのうち、一つを第1の車載用ヘッドアップディスプレイとし、他の一つを第2の車載用ヘッドアップディスプレイとしたときに、前記第1の車載用ヘッドアップディスプレイに設けられる投影光学系の光路中に配される一部の光学部材は、前記第2の車載用ヘッドアップディスプレイに設けられる投影光学系の光路中に配される一部の光学部材とほぼ同じ光学面形状を持つ光学部材であり、前記第1及び第2の車載用ヘッドアップディスプレイにおける投影光学系のうち、前記ほぼ同じ光学面形状を持つ光学部材を除く他の光学部材が、互いに異なる光学面形状を持たせることで前記フロントガラスを反射した後の像の歪みや傾きを補正する補正光学部材を構成していることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記ほぼ同じ光学面形状を持つ光学部材が、前記補正光学部材とは別の主たるパワーを持つ主光学部材であり、前記主光学部材が、前記表示情報源とともに一体的に設けられていることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材の少なくとも一つが、前記主光学部材の主光線を偏向させる光学作用面を有していることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材の少なくとも一つが、非回転対称な光学作用面を有していることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材の少なくとも一つの光学作用面が、非回転対称な光学作用を行う回折レンズ面であることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、入射透過面と射出透過面を有し、かつ、反射面を有さないことを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材の少なくとも一つが、配置の方向を変更して補正効果を変更させるように、配置可能に構成されていることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、前記フロントガラスの下方に位置し、ヘッドアップディスプレイのカバー部材を兼用していることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材の前記フロントガラス側の面が、平面であることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、ガラスを母材として構成されていることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、表面に反射率を低減するコーティング膜を有していることを特徴としている。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいては、前記補正光学部材が、レンズで構成されるとともに、該レンズの透過面以外の少なくとも一部の光学作用面に反射抑制部材を備えていることを特徴としている。
また、本発明による複数の車載用ヘッドアップディスプレイを備えた車両は、上記いずれかの複数の車載用ヘッドアップディスプレイの一つと、車速センサーと、前記車速センサーにて計測した計測値に基づいて前記複数の車載用ヘッドアップディスプレイの前記表示情報源による表示情報を変更させる処理装置を備えたことを特徴としている。
また、本発明による車載用ヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造方法は、内部に表示情報源と光学部材を備えた保持枠の位置決め構造に、補正光学部材を配置する工程と、その工程の前若しくは後に前記保持枠を車両のダッシュボードに配置する工程を有していることを特徴としている。
本発明によれば、表示情報源に表示された表示像を車両のフロントガラスで反射するタイプのHUDでありながら、フロントガラスの形状の違いに影響されることなく、良好な像が観察可能な、若しくは、使用者の好みに応じた像が観察可能な汎用性の高い車載用ヘッドアップディスプレイ、そのようなヘッドアップディスプレイを備えた車両を提供することができる。
更には、ヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造コストを低減することができる。
更には、ヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造コストを低減することができる。
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明による車載用ヘッドアップディスプレイでは、前記投影光学系は、前記フロントガラスと前記表示情報源との間の光路中に、前記フロントガラスを反射することにより生ずる像の歪みや傾きを補正するための補正光学部材を選択配置可能に備えて構成され、前記車載用ヘッドアップディスプレイは、前記補正光学部材の選択的な配置を可能とするための位置決め構造を備えている。
フロントガラスの形状や傾きは、車種により異なっている。そのため、フロントガラスの形状の違いにより、それぞれ異なった歪みや像の傾きが生じる。
本発明によれば、像の歪みや傾きを補正するための補正光学部材を選択的に配置可能にしたので、簡単に、フロントガラスの形状の違いにより生じる歪みや像面の傾きを補正し、あるいは、利用者の好みにあった観察像を得ることが可能になる。
本発明による車載用ヘッドアップディスプレイでは、前記投影光学系は、前記フロントガラスと前記表示情報源との間の光路中に、前記フロントガラスを反射することにより生ずる像の歪みや傾きを補正するための補正光学部材を選択配置可能に備えて構成され、前記車載用ヘッドアップディスプレイは、前記補正光学部材の選択的な配置を可能とするための位置決め構造を備えている。
フロントガラスの形状や傾きは、車種により異なっている。そのため、フロントガラスの形状の違いにより、それぞれ異なった歪みや像の傾きが生じる。
本発明によれば、像の歪みや傾きを補正するための補正光学部材を選択的に配置可能にしたので、簡単に、フロントガラスの形状の違いにより生じる歪みや像面の傾きを補正し、あるいは、利用者の好みにあった観察像を得ることが可能になる。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記投影光学系が、前記補正光学部材とは別の主たるパワーを持つ主光学部材を有すれば、主光学部材とフロントガラスのみのHUDより視認性のよい車載用HUDが達成できる。また、主光学部材を表示情報源とともに一体的に設けた構成とすれば、車両のダッシュボード上等への配置が容易となる。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材が、主たるパワーを持つ光学部材の主光線を偏向させる光学作用面を有していれば、フロントガラスの傾きの違いによる像補正が行える。
なお、本発明において主光線は、表示情報源の中心からの射出光線のうち、前記補正光学部材の有効面中心に至る光線とする。
なお、本発明において主光線は、表示情報源の中心からの射出光線のうち、前記補正光学部材の有効面中心に至る光線とする。
車のフロントガラスは、室内スペースの確保と空気抵抗の緩和のため、一般には垂直方向水平方向の曲率が異なった凹面形状である。しかも、面の傾きは運転手の視線方向に対して垂直方向、水平方向ともに傾いて構成されている。
したがって、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材が、非回転対称な光学作用面を有するようにすれば、像面の傾きや歪みの補正をより行いやすくなる。
したがって、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材が、非回転対称な光学作用面を有するようにすれば、像面の傾きや歪みの補正をより行いやすくなる。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材の光学作用面に、非回転対称な光学作用を行う回折レンズ面を用いれば、巨視的には面形状をほぼ平面に構成できる。若しくは、光学作用面を曲面形状の回折レンズ面に構成すれば、色収差補正等が行い易くなる。
また、回転非対称な光学作用面を形成する際の加工も光学面表面のパターンにて構成できるので加工が容易となる。
また、回転非対称な光学作用面を形成する際の加工も光学面表面のパターンにて構成できるので加工が容易となる。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材が、入射透過面と射出透過面を有し、かつ、反射面を有さない構成とすれば、補正光学部材の構成を簡単にすることができる。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材を、配置の方向を変更して補正効果を変更させるように、配置可能に構成すれば、ひとつの補正光学部材で複数種の車両での観察像の歪みや傾きの補正を行うことができる。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材が、前記フロントガラスの下方に位置し、ヘッドアップディスプレイのカバー部材を兼用すれば、部品点数の削減を行うことができる。
また、像の歪み補正を、歪みが生じる原因となるフロントガラスの極く近傍で行うことができる。このため、歪み補正がしやすくなる。
また、像の歪み補正を、歪みが生じる原因となるフロントガラスの極く近傍で行うことができる。このため、歪み補正がしやすくなる。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材の前記フロントガラス側の面を平面に構成すれば、外気に面する面形状が平面となるのでホコリの付着を抑えられる。また、補正レンズの種類にかかわらず、外観を統一できるので、デザイン性がよい。
車内はエアコンの作動により温度や湿度の変化が大きい場所である。そのため、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、補正光学部材に用いる光学材料としては、温度湿度変化による光学性能の劣化を低減するために、ガラス材料を用いることが好ましい。
特に、補正光学部材がカバー部材を兼用する構成とすると日光による温度湿度変化が起こりやすくなるので、ガラスを母材とすることが好ましい。
特に、補正光学部材がカバー部材を兼用する構成とすると日光による温度湿度変化が起こりやすくなるので、ガラスを母材とすることが好ましい。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材が、表面に反射率を低減するコーティング膜を有するのが好ましい。
補正光学部材に直射日光があたって反射すると反射像がわずらわしい場合がある。
しかるに、補正光学部材の表面に反射率を低減するコーティングを行うと、わずらわしさを低減できる。
特に、補正光学部材をカバー部材とした場合、その表面を平面とすると、コーティング膜の膜厚を均一にし易くなる。
補正光学部材に直射日光があたって反射すると反射像がわずらわしい場合がある。
しかるに、補正光学部材の表面に反射率を低減するコーティングを行うと、わずらわしさを低減できる。
特に、補正光学部材をカバー部材とした場合、その表面を平面とすると、コーティング膜の膜厚を均一にし易くなる。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記補正光学部材をレンズで構成し、該レンズの透過面以外の少なくとも一部の光学作用面に反射抑制部材を備えれば、反射を低減でき、ゴースト像の発生を低減できる。
なお、反射抑制部材としては、枠、黒塗り塗装などを用いるのがよい。
なお、反射抑制部材としては、枠、黒塗り塗装などを用いるのがよい。
また、本発明の車両のように、上記本発明の車載用ヘッドアップディスプレイと、車速センサーと、前記車速センサーで計測した計測値に基づいて前記車載用ヘッドアップディスプレイの前記表示情報源による表示情報を変更させる処理装置を備えて構成すれば、車速センサーにより車両の速度を計測し、その計測結果をヘッドアップディスプレイにて運転手に情報を伝達できる。また、運転手の視線の移動を少なくし車速情報を伝えることが可能となる。
また、本発明による複数の車載用ヘッドアップディスプレイは、表示情報源と、前記表示情報源に表示された画像を車両のフロントガラスに向けて投射するための投影光学系を有し、前記フロントガラスからの反射光を観察者の眼球内に導く複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、前記複数の車載用ヘッドアップディスプレイのうち、一つを第1の車載用ヘッドアップディスプレイとし、他の一つを第2の車載用ヘッドアップディスプレイとしたときに、前記第1の車載用ヘッドアップディスプレイに設けられる投影光学系の光路中に配される一部の光学部材は、前記第2の車載用ヘッドアップディスプレイに設けられる投影光学系の光路中に配される一部の光学部材とほぼ同じ光学面形状を持つ光学部材であり、前記第1及び第2の車載用ヘッドアップディスプレイにおける投影光学系のうち、前記ほぼ同じ光学面形状を持つ光学部材を除く他の光学部材が、互いに異なる光学面形状を持たせることで前記フロントガラスを反射した後の像の歪みや傾きを補正する補正光学部材を構成している。このように、第1の車載用ヘッドアップディスプレイと第2の車載用ヘッドアップディスプレイにて一部の光学部材を共通化させ、各々の車載用ヘッドアップディスプレイにて異なる補正光学部材を配する構成とすれば、フロントガラスの形状にあわせて歪みや傾きの補正を行った車載用ヘッドアップディスプレイを提供できる。
また、光学部材の一部を略共通化しているので、光学部材の製造工程を共通にでき、製造コストを安く抑えることが可能となる。
また、光学部材の一部を略共通化しているので、光学部材の製造工程を共通にでき、製造コストを安く抑えることが可能となる。
また、本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいても、上記本発明の車載用ヘッドアップディスプレイと同様の構成とすることにより、上述したのと同様の作用効果が得られる。
そして、上記いずれかの本発明の複数の車載用ヘッドアップディスプレイと、車速センサーと、前記車速センサーにて計測した計測値に基づいて前記複数の車載用ヘッドアップディスプレイの前記表示情報源による表示情報を変更させる処理装置を備えて車両を構成すれば、車両の種類によるフロントガラスの形状の違いに対する補正が行われた、視認性のよいヘッドアップディスプレイを持つ車両を提供できる。また、車速センサーにより車両の速度を計測し、その計測結果をヘッドアップディスプレイにて運転手に情報を伝達できる。また、運転手の視線の移動を少なくし車速情報を伝えることが可能となる。
そして、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造方法においては、内部に表示情報源と光学部材を備えた保持枠の位置決め構造に、補正光学部材を配置する工程と、その工程の前若しくは後に前記保持枠を車両のダッシュボードに配置する工程を有するようにする。
以下、本発明の実施形態について図面を用いながら説明する。図1は本発明の実施例1にかかる車載用ヘッドアップディスプレイを備えた車両の要部を概略的に示す説明図、図2は実施例1にかかる車載用ヘッドアップディスプレイにおける補正光学部材の位置決め構造を示す概略斜視図、図3(a)〜(e)は実施例1にかかる車載用ヘッドアップディスプレイにおける補正光学部材の構成例を示す説明図である。
図1中、1は表示ユニットである。表示ユニット1は、例えばバックライト付きのドット表示型液晶素子から成る表示情報源2と、レンズや曲面ミラー等から成る光学部材3と、補正レンズCLと、保持枠100を有している。
光学部材3と補正レンズCLは、投影光学系を構成している。投影光学系は、表示情報源2に表示された画像を車両6のフロントガラス7に投射するようになっている。
また、光学部材3は、表示情報源2とともに保持枠100の内部に一体的に設けられている。
そして、表示ユニット1は、ダッシュボード4の内部に埋設されている。なお、複数の車両に付け替え可能となるように、ダッシュボード4の内部又はダッシュボード4の上に着脱可能に設けてもよい。
図1中、1は表示ユニットである。表示ユニット1は、例えばバックライト付きのドット表示型液晶素子から成る表示情報源2と、レンズや曲面ミラー等から成る光学部材3と、補正レンズCLと、保持枠100を有している。
光学部材3と補正レンズCLは、投影光学系を構成している。投影光学系は、表示情報源2に表示された画像を車両6のフロントガラス7に投射するようになっている。
また、光学部材3は、表示情報源2とともに保持枠100の内部に一体的に設けられている。
そして、表示ユニット1は、ダッシュボード4の内部に埋設されている。なお、複数の車両に付け替え可能となるように、ダッシュボード4の内部又はダッシュボード4の上に着脱可能に設けてもよい。
5は車両6のフロントガラス7の内側面の所定箇所にフロントガラス面と一体化して設けられた半透過反射型のコンバイナーである。コンバイナー5は、表示ユニット1からの表示光線Lを運転手8側へ反射させるとともに、車両6の前方からの光線を運転手8側へ透過させるようになっている。
その他、車両6には、車両の走行速度を検知する速度センサー10が備えられている。
速度センサー10は、車両6の車軸の回転数を基にして速度を検知する構成や、人工衛星からの信号を基にして速度を検知する構成など、車両6の速度を検知する構成であれば、どのような構成ものもであってもよい。
速度センサー10で検知した速度信号は、制御回路11へ出力するようになっている。
制御回路11は、表示情報源2と連結され、速度センサー10を介して検知した速度を、表示情報源2を介して表示させるように回路構成されている。
速度センサー10は、車両6の車軸の回転数を基にして速度を検知する構成や、人工衛星からの信号を基にして速度を検知する構成など、車両6の速度を検知する構成であれば、どのような構成ものもであってもよい。
速度センサー10で検知した速度信号は、制御回路11へ出力するようになっている。
制御回路11は、表示情報源2と連結され、速度センサー10を介して検知した速度を、表示情報源2を介して表示させるように回路構成されている。
ここで、本実施例の表示ユニット1は、コンバイナー5へ照射される表示光線Lにより車両6の前方で風景9に重なって結像される表示像Xの結像状態を調整することができるように構成されている。
即ち、表示ユニット1のハウジングの射出側には、フロントガラス7の形状の違いにより反射時に生ずる像の歪みや傾きを補正するための補正レンズCLが抜き差し可能なスライド式の保持部Hが設けられている。
また、保持部Hは、補正不要の場合には平行平板のカバーガラスCGを挿入することも可能となっている。
保持部Hは、表示ユニットの位置を調整したのでは補正しきれない残存する偏心収差を低減することができるように種々な種類の補正レンズを選択して挿入できるように構成されている。
即ち、表示ユニット1のハウジングの射出側には、フロントガラス7の形状の違いにより反射時に生ずる像の歪みや傾きを補正するための補正レンズCLが抜き差し可能なスライド式の保持部Hが設けられている。
また、保持部Hは、補正不要の場合には平行平板のカバーガラスCGを挿入することも可能となっている。
保持部Hは、表示ユニットの位置を調整したのでは補正しきれない残存する偏心収差を低減することができるように種々な種類の補正レンズを選択して挿入できるように構成されている。
保持部Hに着脱可能な補正レンズの構成例を図3(a)〜(e)に示す。
なお、図3に示す各補正レンズは、それぞれ光軸に対して回転非対称な補正レンズとして構成されている。また、各補正レンズは、フロントガラス側の面が平面に形成されている。
なお、図3では、便宜上、下側を補正レンズのフロントガラス側の面(平面)として示している。
なお、図3に示す各補正レンズは、それぞれ光軸に対して回転非対称な補正レンズとして構成されている。また、各補正レンズは、フロントガラス側の面が平面に形成されている。
なお、図3では、便宜上、下側を補正レンズのフロントガラス側の面(平面)として示している。
図3(a),(b)に示す補正レンズCL1,CL2は、フロントガラスとは反対側の面が曲面に形成されている。また、補正レンズCL1,CL2は、夫々、歪み等の補正を適宜選択できるように、曲面形状の変化の度合いや、中心位置の面の傾き角が異なっている。補正レンズの周囲は枠状に形成されるとともに、反射を低減させるための黒塗りのコーティングが施されている。
また、補正レンズCL1,CL2は、夫々、図2中、破線矢印方向で示した方向以外にも、前後を逆にしたり、横方向から保持部Hに挿入可能に形成されており、1つの補正レンズで4通りの像の歪みや傾きの補正が可能となっている。
また、補正レンズCL1,CL2は、夫々、図2中、破線矢印方向で示した方向以外にも、前後を逆にしたり、横方向から保持部Hに挿入可能に形成されており、1つの補正レンズで4通りの像の歪みや傾きの補正が可能となっている。
図3(c)に示す補正レンズCL3は、フロントガラス側の面が平面に、フロントガラスとは反対側の面が縦方向、横方向ともに傾斜した楔状の面に形成されている。
図3(d)に示す補正レンズCL4は、フロントガラス側の面が平面に、フロントガラスとは反対側の面が回折レンズ面に形成されている。
補正レンズCL4の回折レンズ面は、図1に示した主光学系をなす光学部材3の光軸からずれた位置に中心を持つ同心円状の回折パターンが形成されている。
なお、補正レンズCL4の回折レンズ面は、もちろん、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、のような光学的な作用をする面として構成してもよい。
図3(d)に示す補正レンズCL4は、フロントガラス側の面が平面に、フロントガラスとは反対側の面が回折レンズ面に形成されている。
補正レンズCL4の回折レンズ面は、図1に示した主光学系をなす光学部材3の光軸からずれた位置に中心を持つ同心円状の回折パターンが形成されている。
なお、補正レンズCL4の回折レンズ面は、もちろん、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、のような光学的な作用をする面として構成してもよい。
このように、実施例1に用いる補正レンズは、フロントガラスの形状の違いに応じて異なるフロントガラスを反射したときに生ずる像の歪みや傾きを補正できるように、回転非対称な光学作用を持つ光学面をもった種々の種類のレンズで構成できる。そして、具体的には、実施例1に用いる補正レンズは、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、これらのレンズにさらに非球面成分を付加したレンズを用いるとよい。更には、これらの面を傾けた構成としてもよい。
また、フロントガラス7の形状の違いに対応させるために、光学面は、対称面を1面のみもつ曲面としたり、更には、対称面数がゼロの曲面とすることが好ましい。
また、フロントガラス7の形状の違いに対応させるために、光学面は、対称面を1面のみもつ曲面としたり、更には、対称面数がゼロの曲面とすることが好ましい。
ここで、選択して配置可能な補正レンズCLにおける車種に応じた最適な構成について詳述する。
一般に、フロントガラスの形状は、車種に応じて異なる。
例えば、車種の違いによるフロントガラスの垂直方向での形状の違いを図4(a)に概略的に示す。
セダンなどの一般的な中型自動車のフロントガラスを基準(実線bで示す)にすると、トラックやバスなどの大型車のフロントガラスは、中型自動車に比べて路面に対して垂直に近い傾きを持つ形状(一点鎖線cで示す)となり、スポーツカーなどの小型車のフロントガラスは、中型自動車に比べて路面に対して水平に近い傾きを持つ形状(破線a)となる。
一般に、フロントガラスの形状は、車種に応じて異なる。
例えば、車種の違いによるフロントガラスの垂直方向での形状の違いを図4(a)に概略的に示す。
セダンなどの一般的な中型自動車のフロントガラスを基準(実線bで示す)にすると、トラックやバスなどの大型車のフロントガラスは、中型自動車に比べて路面に対して垂直に近い傾きを持つ形状(一点鎖線cで示す)となり、スポーツカーなどの小型車のフロントガラスは、中型自動車に比べて路面に対して水平に近い傾きを持つ形状(破線a)となる。
そのため、セダンなどの中型車におけるフロントガラスを反射して生ずる像の歪みや傾きを所定の補正レンズで補正した表示ユニットを基準にして、車種の異なる車両に用いる場合には、垂直方向については以下の補正レンズを用いて像の調整を行うことが好ましい。
トラック、バス等の場合は、レンズの前方側が厚くなるくさび型断面形状の補正レンズを使用する(図4(b)参照)。
セダンの場合は、レンズの前後面が平行な形状の補正レンズを使用する。もしくは、補正レンズを使用しない。
スポーツカーの場合は、レンズの前方側が薄くなるくさび型断面形状の補正レンズを使用する(図4(c)参照)。
トラック、バス等の場合は、レンズの前方側が厚くなるくさび型断面形状の補正レンズを使用する(図4(b)参照)。
セダンの場合は、レンズの前後面が平行な形状の補正レンズを使用する。もしくは、補正レンズを使用しない。
スポーツカーの場合は、レンズの前方側が薄くなるくさび型断面形状の補正レンズを使用する(図4(c)参照)。
また、フロントガラスの水平方向に着目すると、車種により水平方向の傾きも異なってくる。
例えば、車種の違いによるフロントガラスの水平方向での形状の違いを図5に概略的に示す。
セダンなどの一般的な中型自動車のフロントガラスを基準(実線bで示す)にすると、トラックやバスなどの大型車のフロントガラスは、中型自動車に比べて傾き(湾曲)の度合いが小さい形状(一点鎖線cで示す)となり、スポーツカーなどの小型車のフロントガラスは、中型自動車に比べて傾き(湾曲)の度合いが大きい形状(破線aで示す)となる。
例えば、車種の違いによるフロントガラスの水平方向での形状の違いを図5に概略的に示す。
セダンなどの一般的な中型自動車のフロントガラスを基準(実線bで示す)にすると、トラックやバスなどの大型車のフロントガラスは、中型自動車に比べて傾き(湾曲)の度合いが小さい形状(一点鎖線cで示す)となり、スポーツカーなどの小型車のフロントガラスは、中型自動車に比べて傾き(湾曲)の度合いが大きい形状(破線aで示す)となる。
そのため、セダンなどの中型車におけるフロントガラスを反射して生ずる像の歪みや傾きを所定の補正レンズで補正した表示ユニットを基準にして、車種の異なる車両に用いる場合には、水平方向についても上述した垂直方向の場合と同様に種類の異なる補正レンズを用いて像の調整を行うことが好ましい。
このように、像の歪みに注目した場合、車種により、フロントガラスは路面に対し水平の方向と垂直な方向とで曲面形状が異なり、それによりフロントガラスで反射することにより生ずる像の歪みや傾きも異なる。そのため、種々の面形状に対応させた種々の曲面を持つ補正レンズを準備しておき、車種に応じて補正することが好ましい。
また、補正レンズは、くさび形状を基本とした光学面に歪み補正の機能を付加した形状の非回転対称の光学面に構成してもよい。
また、補正レンズは、くさび形状を基本とした光学面に歪み補正の機能を付加した形状の非回転対称の光学面に構成してもよい。
その他、実施例1において用いる補正レンズCLの母材はガラスであり、有効面の周辺には、上述のように、黒塗りを施し、反射を低減させている。また、補正レンズCLのフロントガラス側の平面には、反射を低減するコーティング膜が施されている。
図6は本発明の車載用ヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造工程を示す概念図であり、(a)はスポーツカーにおける製造工程、(b)はセダンにおける製造工程、(c)はトラックにおける製造工程を示している。
車両A(スポーツカー)、車両B(セダン)、車両C(トラック)は車種が異なり、夫々異なる形状のフロントガラスを備えている。
そして、各車両における図1で示した保持枠100には、共通の製造工程を経て作成されたほぼ共通の面形状を持つ複数のレンズと反射面とからなる光学部材3が備えられている。また、保持枠100には、共通の製造工程を経て作成された表示情報源2が設けられている。そして、保持枠100に表示情報源2と光学部材3を一体的に設けることで、表示ユニット1が構成されている。
この構成は予め作成しておく。
車両A(スポーツカー)、車両B(セダン)、車両C(トラック)は車種が異なり、夫々異なる形状のフロントガラスを備えている。
そして、各車両における図1で示した保持枠100には、共通の製造工程を経て作成されたほぼ共通の面形状を持つ複数のレンズと反射面とからなる光学部材3が備えられている。また、保持枠100には、共通の製造工程を経て作成された表示情報源2が設けられている。そして、保持枠100に表示情報源2と光学部材3を一体的に設けることで、表示ユニット1が構成されている。
この構成は予め作成しておく。
そして、保持枠100は、図2で示した保持部Hを有している。そして、例えば、車両Aに表示ユニット1を搭載する場合は、車両Aに搭載したときに良好な像となるように予め設計し製造しておいた車両A用の補正レンズCLを保持部Hに挿入する。
そして、車両A用の補正レンズCLが挿入された表示ユニット1を車両Aのダッシュボードに配置してフロントガラス7(フロントガラスに設けたコンバイナー5)との位置が最適な位置となるように配置を調整する。
車両B、車両Cにおいても、各々車両B、C用に予め設計し製造しておいた補正レンズCLを保持部Hに挿入し、次いで、車両B,C用の補正レンズCLが挿入された表示ユニット1を車両Aのダッシュボード車両B,Cのダッシュボードに配置し位置を調整する。
そして、車両A用の補正レンズCLが挿入された表示ユニット1を車両Aのダッシュボードに配置してフロントガラス7(フロントガラスに設けたコンバイナー5)との位置が最適な位置となるように配置を調整する。
車両B、車両Cにおいても、各々車両B、C用に予め設計し製造しておいた補正レンズCLを保持部Hに挿入し、次いで、車両B,C用の補正レンズCLが挿入された表示ユニット1を車両Aのダッシュボード車両B,Cのダッシュボードに配置し位置を調整する。
なお、表示ユニット1は、ダッシュボードの上側に設置するタイプ、ダッシュボードの内部に設置するタイプのいずれにおいても、それぞれの場合における像の補正に適した補正レンズCLを選択して用いる。
また、表示ユニット1を予め車両のダッシュボードに取り付け、次いで、観察像を見ながら適した補正レンズCLを目視で確認しながら好みの像を表示する補正レンズCLを選択、配置してもよい。
また、表示ユニット1を予め車両のダッシュボードに取り付け、次いで、観察像を見ながら適した補正レンズCLを目視で確認しながら好みの像を表示する補正レンズCLを選択、配置してもよい。
また、本発明の車載用ヘッドアップディスプレイは、上述した実施例の構成に限定されるものではなく、種々の構成が可能である。
例えば、表示情報源としては、表示面側から光線を反射する反射型表示装置を用いてもよい。
また、車両の後方確認のために、車両の後方を撮像するカメラを備え、これをヘッドアップディスプレイの表示情報源に接続して、車両の後方の映像が観察できるように構成してもよい。
例えば、表示情報源としては、表示面側から光線を反射する反射型表示装置を用いてもよい。
また、車両の後方確認のために、車両の後方を撮像するカメラを備え、これをヘッドアップディスプレイの表示情報源に接続して、車両の後方の映像が観察できるように構成してもよい。
1 表示ユニット
2 表示情報源
3 光学部材
4 ダッシュボード
5 コンバイナ
6 車両
7 フロントガラス
8 運転手
9 風景
10 速度センサー
11 制御回路
100 保持枠
CL,CL1,CL2,CL3,CL4 補正レンズ
CG 平行平板
H 保持部
2 表示情報源
3 光学部材
4 ダッシュボード
5 コンバイナ
6 車両
7 フロントガラス
8 運転手
9 風景
10 速度センサー
11 制御回路
100 保持枠
CL,CL1,CL2,CL3,CL4 補正レンズ
CG 平行平板
H 保持部
Claims (27)
- 表示情報源と、前記表示情報源に表示された画像を車両のフロントガラスに向けて投射するための投影光学系を有し、前記フロントガラスからの反射光を観察者の眼球内に導く車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、
前記投影光学系は、前記フロントガラスと前記表示情報源との間の光路中に、前記フロントガラスを反射することにより生ずる像の歪みや傾きを補正するための補正光学部材を選択配置可能に備えて構成され、
前記車載用ヘッドアップディスプレイは、前記補正光学部材の選択的な配置を可能とするための位置決め構造を備えたことを特徴とする車載用ヘッドアップディスプレイ。 - 前記投影光学系が、前記補正光学部材とは別個に主たるパワーを持つ主光学部材を有し、
前記主光学部材が、前記表示情報源とともに一体的に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。 - 前記補正光学部材が、前記主光学部材の主光線を偏向させる光学作用面を有していることを特徴とする請求項2に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、非回転対称な光学作用面を有していることを特徴とする請求項1に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材の光学作用面が、非回転対称な光学作用を行う回折レンズ面であることを特徴とする請求項4に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、入射透過面と射出透過面を有し、かつ、反射面を有さないことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、配置方向を変更して補正効果を変更させるように、配置可能に構成されていることを特徴とする請求項6に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、前記フロントガラスの下方に位置し、ヘッドアップディスプレイのカバー部材を兼用していることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材の前記フロントガラス側の面が、平面であることを特徴とする請求項8に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、ガラスを母材として構成されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、表面に反射率を低減するコーティング膜を有していることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、レンズで構成されるとともに、該レンズの透過面以外の少なくとも一部の光学作用面に反射抑制部材を備えていることを特徴とする請求項10に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の車載用ヘッドアップディスプレイと、
車速センサーと、
前記車速センサーで計測した計測値に基づいて前記車載用ヘッドアップディスプレイの前記表示情報源による表示情報を変更させる処理装置を備えていることを特徴とする車両。 - 表示情報源と、前記表示情報源に表示された画像を車両のフロントガラスに向けて投射するための投影光学系を有し、前記フロントガラスからの反射光を観察者の眼球内に導く複数の車載用ヘッドアップディスプレイにおいて、
前記複数の車載用ヘッドアップディスプレイのうち、一つを第1の車載用ヘッドアップディスプレイとし、他の一つを第2の車載用ヘッドアップディスプレイとしたときに、
前記第1の車載用ヘッドアップディスプレイに設けられる投影光学系の光路中に配される一部の光学部材は、前記第2の車載用ヘッドアップディスプレイに設けられる投影光学系の光路中に配される一部の光学部材とほぼ同じ光学面形状を持つ光学部材であり、
前記第1及び第2の車載用ヘッドアップディスプレイにおける投影光学系のうち、前記ほぼ同じ光学面形状を持つ光学部材を除く他の光学部材が、互いに異なる光学面形状を持たせることで前記フロントガラスを反射した後の像の歪みや傾きを補正する補正光学部材を構成していることを特徴とする複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。 - 前記ほぼ同じ光学面形状を持つ光学部材が、前記補正光学部材とは別の主たるパワーを持つ主光学部材であり、前記主光学部材が、前記表示情報源とともに一体的に設けられていることを特徴とする請求項14に記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材の少なくとも一つが、前記主光学部材の主光線を偏向させる光学作用面を有していることを特徴とする請求項15に記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材の少なくとも一つが、非回転対称な光学作用面を有していることを特徴とする請求項14に記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材の少なくとも一つの光学作用面が、非回転対称な光学作用を行う回折レンズ面であることを特徴とする請求項17に記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、入射透過面と射出透過面を有し、かつ、反射面を有さないことを特徴とする請求項14〜18のいずれかに記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材の少なくとも一つが、配置の方向を変更して補正効果を変更させるように、配置可能に構成されていることを特徴とする請求項14に記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、前記フロントガラスの下方に位置し、ヘッドアップディスプレイのカバー部材を兼用していることを特徴とする請求項14〜20のいずれかに記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材の前記フロントガラス側の面が、平面であることを特徴とする請求項21に記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、ガラスを母材として構成されていることを特徴とする請求項14〜22のいずれかに記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、表面に反射率を低減するコーティング膜を有していることを特徴とする請求項14〜23のいずれかに記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 前記補正光学部材が、レンズで構成されるとともに、該レンズの透過面以外の少なくとも一部の光学作用面に反射抑制部材を備えていることを特徴とする請求項23に記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイ。
- 請求項14〜25のいずれかに記載の複数の車載用ヘッドアップディスプレイの一つと、
車速センサーと、
前記車速センサーで計測した計測値に基づいて前記複数の車載用ヘッドアップディスプレイの前記表示情報源による表示情報を変更させる処理装置を備えていることを特徴とする車両。 - 内部に表示情報源と光学部材を備えた保持枠の位置決め構造に、補正光学部材を配置する工程と、
その工程の前若しくは後に前記保持枠を車両のダッシュボードに配置する工程を有していることを特徴とする車載用ヘッドアップディスプレイを備えた車両の製造方法。
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