JP2016030461A - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】深さ方向のサイズが小さい防塵カバーを形成する。
【解決手段】運転者の前方に投影された投影光をフロントウインドウガラス２（透光性部材）で反射して、運転者が視認可能な虚像５３を表示する際に、投影光の経路に設置された開口部２９を閉塞する防塵カバー２７を、車両１０の前後方向に亘って凹状面をなし、車両１０の左右方向に亘って凹状面が連続した筒面をなすように形成して、前記凹状面の曲率を、車両１０の前方側ほど大きく形成することによって、開口部２９に車両１０の上方から入射した外光を運転者が視認できない方向に反射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者の前方に虚像を結像させて必要な情報を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

昨今、車両のフロントウインドウガラスに表示像を投影して、運転者の前方に虚像を結像させ、運転中であっても、視線を落とすことなく表示像を視認することが可能な、車両用ヘッドアップディスプレイ装置が実用化されている（例えば特許文献１）。

例えば、特許文献１に記載された車両用ヘッドアップディスプレイ装置にあっては、フロントウインドウガラスの外部から入射される外光（例えば、太陽光や街路灯）を運転者から視認されない位置へ反射させるために、凹面状に形成された防塵カバーが設置されている。

特開２０１３−３２０８７号公報

しかしながら、このような車両用ヘッドアップディスプレイ装置にあっては、防塵カバーが、例えば、曲率半径が一定の凹面で形成されているため、防塵カバーのインストルメントパネル内部方向（深さ方向）のサイズが大きくなっていた。そして、防塵カバーの深さ方向のサイズ拡大に伴って、ヘッドアップディスプレイ装置を収容するために必要なインストルメントパネル内部（車両内部）のスペースが、車両の奥側に向かって拡大するため、車両内部に大きな設置スペースが必要になるという課題があった。

この課題は、特に、大きなサイズの虚像を結像距離の大きい位置（遠方）に表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置にあっては顕著である。即ち、大画面遠方結像を行うヘッドアップディスプレイ装置にあっては、表示像の拡大率を上げて結像距離の遠方化を図るために、インストルメントパネル上面をフロントウインドウガラスに向かって通過する光束の通過面積が大きくなるため、その通過面積を遮蔽しないようにインストルメントパネル上面に設ける開口部のサイズを拡大する必要がある。

したがって、このような広い開口部を閉塞するように設置される防塵カバーのサイズも拡大するため、それに伴って、防塵カバーの深さ方向のサイズが大きくなって、車両内部に広い設置スペースを確保しなければならなかった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、防塵カバーを備えたヘッドアップディスプレイ装置を車両に設置する際に必要となる車両内部のスペースを小型化することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、運転者の前方に投影された投影光を透光性部材で反射して、運転者が視認可能な虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、前記投影光が車両の下方側から通過する開口部と、前記開口部を閉塞するように設けられた、前記開口部に前記車両の上方から入射した外光を運転者に視認されない方向に反射する防塵カバーと、を有し、前記防塵カバーは、前記車両の上方から見たときに前記車両の前方側ほど曲率が大きい（曲率半径が小さい）凹状面をなして、前記車両の左右方向に亘って、前記凹状面が連続した筒面をなすように形成されることを特徴とする。

本発明に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置によれば、前記した構成の防塵カバーを備えるため、防塵カバーの深さ方向のサイズを小型化することができる。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置を収容するために必要な車両内部のスペースを小型化することができる。

本発明の一実施形態である実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置を備えたインストルメントパネルの縦断面図である。 車両用ヘッドアップディスプレイ装置を構成するケーシングの外観斜視図である。 図２Ａに示したケーシングを車両に搭載した状態で、車両の前後方向に亘って切った縦断面図である。 実施例１の車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、防塵カバーの曲率を設計する手順について説明する第１の図である。 図３に示した設計手順を示すフローチャートである。 図３に示した手順に引き続いて行われる、防塵カバーの曲率を設計する手順について説明する第２の図である。 図５に示した設計手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の車両用ヘッドアップディスプレイ装置の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

図１，図２Ａ，図２Ｂは、本発明の一実施形態である車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の構造を示す縦断面図である。まず、図１，図２Ａ，図２Ｂを用いて、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の全体構成について説明する。
［全体構成の説明］

自動車などの車両１０における、車室の前部には、図１の縦断面図に示すように、車室前壁パネル１とフロントウインドウガラス２（透光性部材）とが設けられている。そして、フロントウインドウガラス２の下側には、車室前壁パネル１を覆い隠すようにインストルメントパネル３が設けられている。

このインストルメントパネル３の内部には、車室前壁パネル１の車両１０の後方側（図１の紙面において右側）に位置するように車幅方向（図１の紙面と直交方向）へ延びる車体強度部材４が配設されている。この車体強度部材４の下部には、ステアリングコラム５を取付けるための、図示しないコラムブラケットが設けられている。このコラムブラケット（非図示）は、車両１０の前方側に位置するコラムロワブラケット７と、車両１０の後方側に位置するコラムアッパーブラケット８と、に分かれている。そして、ステアリングコラム５と、コラムロワブラケット７およびコラムアッパーブラケット８との間は、それぞれ、図示しないボルト・ナットなどの締結具によって締結固定されている。

そして、インストルメントパネル３の内部（の上側）には、更に、空調ダクト１１，１２や、ハーネス１３（電線の束）や、計器装置１４などが車両１０の前方側から順に設けられている。また、インストルメントパネル３には、計器装置１４の上部を覆うメータフード１５が一体または別体に設けられている。そして、ステアリングコラム５の、インストルメントパネル３から車両１０の後方側へ突出した部分には、コラムカバー１６が取付けれている。なお、インストルメントパネル３の内部の構成要素の配置場所は、車両によって異なるため、前記した説明はその一例である。

ここで、車室前壁パネル１は、フロントウインドウガラス２（透光性部材）の下側に設けられて、車室とエンジンルームとの間を仕切るダッシュパネルなどで構成される。車体強度部材４は、クロスカービームまたはステアリングサポートメンバなどと呼ばれるものであり、通常、金属製の丸パイプ状のものとされている。この場合には、車体強度部材４は、金属製もしくは軽合金製の非円形断面（例えば、矩形断面）のものとされている。なお、車体強度部材４は、前記のどちらであってもよい。空調ダクト１１は、窓曇り防止のために、フロントウインドウガラス２に対して空調用空気を吹き出すためのダクト（デフロスターダクト）である。また、空調ダクト１２は、乗員へ向けて空調用空気を吹き出すためのダクト（ベンチレーターダクト）である。

更に、前記したコラムロワブラケット７の上部における、空調ダクト１１とハーネス１３との間に位置に、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１が取付けられている。そして、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１が取り付けられた位置の上方は、インストルメントパネル３が切り欠かれて、フロントウインドウガラス２（透光性部材）との間に、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１から出射して虚像を結像させる光束が通過する開口部２９が形成されている。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１は、虚像を形成するために必要な表示部と結像光学系とを内包するケーシング２２と、ケーシング２２を閉塞するように設置された防塵カバー２７と、防塵カバー２７の上方に設置されたフィニッシャーカバー３０と、フィニッシャーカバー３０の一部として構成されて、防塵カバー２７の車両１０の前方側端部近傍から車両１０の左右方向に亘って上方に向かって立設する立壁部２８とから構成される。なお、防塵カバー２７には赤外線反射コーティングが施されており、車両１０の外部から防塵カバー２７に入射する赤外線（熱線）が、ケーシング２２内部へ侵入するのを阻止して、ケーシング２２内部の温度上昇を防止する。

次に、図２Ａ，図２Ｂを用いて、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の詳細構成について説明する。図２Ａは、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１を構成するケーシング２２の外観斜視図である。図２Ｂは、図２Ａのケーシング２２を車両１０に搭載した状態で、車両１０の前後方向に亘って切った縦断面図であり、紙面左側が車両１０の前方側を示している。

図２Ｂに示すように、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１は、ケーシング２２の内部に、画像や映像などを表示する液晶パネルで構成された画像表示部２３ａと、画像表示部２３ａを背面から照明する複数のＬＥＤで構成された照明部２３ｂと、この画像表示部２３ａに表示された画像を、矢印Ｌに沿って反射させて、フロントウインドウガラス２（図１）の方向へ導いて投影するための光路形成部品２５，２６と、前記した防塵カバー２７と、前記した立壁部２８と、を備えている。

なお、防塵カバー２７は、光路形成部品２５，２６を通過した光を通過させてフロントウインドウガラス２（図１）の方向に導くとともに、車両１０の外部から入射した外光を、運転者が視認できない方向に向かって反射させる機能を有しており、厚さが一定の透明な、例えばポリカーボネイト等の樹脂部材やガラス等で成形されている。そして、この防塵カバー２７は、フロントウインドウガラス２（図１）の側から見て車両１０の前後方向（図２Ｂの紙面の左右方向）に亘って凹状面をなしており、さらに、車両１０の左右方向（図２Ｂの紙面に直交する方向）に亘って、前記した凹状面が連続した筒面をなしている。また、前記した立壁部２８は、立壁部２８に入射した光を反射せずに吸収する、所謂無反射性を有している。

この防塵カバー２７は、ケーシング２２の上縁に、ケーシング２２から外部に出射する、図２Ｂの矢印Ｌで代表される光線の出口を閉塞するように組み付けられている。また、立壁部２８は、図２Ｂに示すように、防塵カバー２７の上方に設置されたフィニッシャーカバー３０の一部として形成されている。

前記した光路形成部品２５，２６は、前記した画像表示部２３ａに表示された画像をフロントウインドウガラス２（図１）の方向へ向けて導く反射鏡（単数または複数の平面鏡または凸面鏡（光路形成部品２５）と、凹面鏡（光路形成部品２６）と、によって構成される。なお、光路形成部品２５，２６を形成する光学部品の個数や種類は、前記した構成に制限されるものではなく、適宜設計された構成の光学部品が用いられる。

なお、画像表示部２３ａは、液晶パネルのみならず、ＬＥＤから出射した光をマイクロミラーでスキャンして表示画像を生成するＤＬＰ方式や、レーザー光源から出射した光をスキャンして表示画像を生成するレーザー方式で構成しても構わない。ただし、ＤＬＰ方式やレーザー方式を用いるときには、光路形成部品２５，２６の他に、表示画像を投影するスクリーンが必要となる。

再び図１に戻り、画像表示部２３ａ（図２Ｂ）から出射して開口部２９を通過した、矢印Ｌ（図２Ｂ）を含む光束５１は、フロントウインドウガラス２（透光性部材）で反射して、反射光束５２として運転者の眼球９１の方向に反射する。この反射光束５２をフロントウインドウガラス２の車外側に延長すると、運転者は、フロントウインドウガラス２から所定距離前方の点Ｐ０を含む位置に、画像表示部２３ａ（図２Ｂ）に表示した画像が、虚像５３として結像したことを認識する。

次に、図３，図５を用いて、車両の上方から入射した外光を運転者に視認されない方向に反射するように、防塵カバー２７の形状（曲率）を設定する方法について説明する。
［防塵カバーの形状設定方法の説明］

図３，図５は、防塵カバー２７の形状（曲率）を設定するための手順について説明する図であり、最初に図３に示す手順に沿った設定が行われて、それに続いて、図５に示す手順に沿った設定が行われる。

防塵カバー２７の形状（曲率）は、車両１０の外部から入射した外光が、運転者に視認されない方向に反射するように設定される。

まず、図３を用いて、防塵カバー２７の形状（曲率）を決定するために用いる座標系について説明する。本実施例では、防塵カバー２７に当たった外光が反射してアイレンジ５０ａに入射しない、即ち、運転者に視認されないことを簡便に確認するために、複数の運転者の眼球の位置の統計的な分布を表す、楕円形状のアイレンジ５０ａを、フロントウインドウガラス２（透光性部材）に関して線対称の位置に移動した仮想アイレンジ５０ｂを設定して、この仮想アイレンジ５０ｂに、防塵カバー２７で反射した外光が入射しないように、防塵カバー２７の形状を決定する。

図３において、まず最初に、開口部２９のうち、車両１０の最後部の点Ｐ３から仮想アイレンジ５０ｂの左縁（アイレンジ５０ａの下端に相当する）に向けて接線Ｍ１を描画する。このとき、仮想アイレンジ５０ｂ上に接点Ｐ４が設定される。

この接線Ｍ１は開口部２９からインストルメントパネル３の奥に向かって逆方向に延長されて、開口部２９から所定距離Ｄ１（例えば１０ｍｍ）奥の位置に点Ｐ５が設定される。この点Ｐ５は、防塵カバー２７の表面を構成する点となる。

次に、点Ｐ５と、立壁部２８の上端から所定距離Ｄ２（例えば５ｍｍ）下方の点Ｐ６とを結ぶ線分Ｍ２を設定する。

そして、点Ｐ５を通る、接線Ｍ１と線分Ｍ２がなす角の２等分線Ｍ３を設定する。

次に、設定した２等分線Ｍ３上に、点Ｐ５から所定距離Ｄ３（例えば１０００ｍｍ）の位置に点Ｐ７を設定する。

このようにして設定された点Ｐ７を中心とし、点Ｐ５を通る円弧Ａ１を設定する。この円弧Ａ１が防塵カバー２７の初期形状を示す。即ち、点Ｐ７が円弧Ａ１の曲率中心となる。

このようにして設定された円弧Ａ１によると、２等分線Ｍ３と接線Ｍ１の範囲から点Ｐ５に入射する外光Ｏ１は、点Ｐ５で正反射して、２等分線Ｍ３と線分Ｍ２の間の範囲に進行する。また、２等分線Ｍ３と線分Ｍ２の間の範囲から点Ｐ５に入射する外光Ｏ２は、点Ｐ５で正反射して、２等分線Ｍ３と接線Ｍ１の間の範囲に進行する。

仮に、立壁部２８上の点Ｐ６から出射して点Ｐ５に達する光を想定すると、この光は点Ｐ５で正反射して仮想アイレンジ５０ｂの接点Ｐ４の位置に到達する。即ち、アイレンジ５０ａの下端に到達するため、運転者には視認されない。さらに、立壁部２８は無反射性を有しているため、実際には立壁部２８から光が出射されることはない。したがって、点Ｐ５に到達した外光Ｏ１，Ｏ２は、いずれも仮想アイレンジ５０ｂの内部には到達せず、運転者に視認されない。

この後、引き続いて、図５に示す設定を行う。ここでは、まず開口部２９を、車両１０の左右方向（図７の紙面と直交方向）に延びる、互いに等しい面積を有する、複数の短冊状の開口分割領域Ｂ１，Ｂ２，…に分割する。図５の例では、車両１０の後方側から順に、開口分割領域Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ１０に分割している。なお、図５では１０個の開口分割領域Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ１０に分割しているが、分割数は１０個に限定されるものではなく、適宜設定される。

このとき、分割された各開口分割領域Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ１０に対して、各開口分割領域の端点を設定する。即ち、車両１０の後方側から前方側に向かって（図５の紙面右方から左方に向かって）、端点ｂ１，ｂ２，…，ｂ１１を設定する。例えば、開口分割領域Ｂ１は、車両後方側の端点ｂ１と、車両前方側の端点ｂ２を有し、開口分割領域Ｂ１０は、車両後方側の端点ｂ１０と、車両前方側の端点ｂ１１を有する。なお、これらの端点ｂ１，ｂ２，…，ｂ１１のうち端点ｂ１は、図３で説明した点Ｐ３と一致する。

図３に示した手順によって設定された円弧Ａ１は、後述するように、開口分割領域Ｂ１に対応する防塵カバー２７の領域である第１領域Ｒ１の形状（曲率）を示している。

そして、図５に示す設定によって、開口分割領域Ｂ２に対応する防塵カバー２７の領域である第２領域Ｒ２の形状（曲率）が設定される。そして、以後、再帰的に各開口分割領域Ｂ３，…，Ｂ１０に対応する防塵カバー２７の領域の形状（曲率）が、順次設定される。

以下、防塵カバー２７のうち、端点ｂ２と端点ｂ３との間に形成された開口分割領域Ｂ２に対応する防塵カバー２７の領域である第２領域Ｒ２の形状（曲率）を設定する手順について、具体的に説明する。

まず、車両１０の後方側の端点ｂ２から仮想アイレンジ５０ｂの左縁に向けて接線Ｍ４を描画する。このとき、仮想アイレンジ５０ｂ上に接点Ｐ８が設定される。

次に、接線Ｍ４を端点ｂ２から逆方向に延長して、図３で設定した円弧Ａ１との交点である点Ｐ９を設定する。この設定によって、点Ｐ９と点Ｐ５の間の領域である第１領域Ｒ１が決定する。そして、防塵カバー２７の縦断面のうち、第１領域Ｒ１は、点Ｐ７を曲率中心とする円弧Ａ１で形成されることが決定する。

そして、点Ｐ９と、立壁部２８の上端から所定距離Ｄ２（例えば５ｍｍ）下方の点Ｐ６とを結ぶ線分Ｍ５を設定する。

次に、点Ｐ９を通る、接線Ｍ４と線分Ｍ５がなす角の２等分線Ｍ６を決定する。

そして、決定した２等分線Ｍ６と、先に設定した２等分線Ｍ３との交点である点Ｐ１０を求める。

このようにして設定された点Ｐ１０を中心として、点Ｐ９を通る円弧Ａ２を設定する。このようにして設定された円弧Ａ２によって、点Ｐ９よりも車両１０の前方側の防塵カバー２７の領域の形状（曲率）が、円弧Ａ１から円弧Ａ２に更新される。

次に、端点ｂ３から仮想アイレンジ５０ｂの左縁に向けて接線Ｍ７を描画する。このとき、仮想アイレンジ５０ｂ上に接点Ｐ１１が設定される。

そして、接線Ｍ７を端点ｂ３から逆方向に延長して、先に設定した円弧Ａ２との交点である点Ｐ１２を設定する。この設定によって、円弧Ａ２上に、点Ｐ１２と点Ｐ９の間の領域である第２領域Ｒ２が決定する。そして、この点Ｐ１０を曲率中心とする円弧Ａ２で形成された第２領域Ｒ２が、先に決定した円弧Ａ１から連続して、防塵カバー２７の縦断面を形成する。

このとき、開口分割領域Ｂ１に対応する防塵カバー２７の第１領域Ｒ１の曲率中心である点Ｐ７と、第１領域Ｒ１の車両１０の最後方側の点Ｐ５と、を結ぶ２等分線Ｍ３（線分）上に、開口分割領域Ｂ１に隣接する開口分割領域Ｂ２に対応する防塵カバー２７の第２領域Ｒ２の曲率中心である点Ｐ１０が設定されるため、防塵カバー２７の縦断面形状は、車両１０の前方側ほど曲率が大きく（曲率半径が小さく）なるように設定される。

以後、前記したのと同じ手順を、全ての開口分割領域に対して順次繰り返して行う。そして、各開口分割領域に対応する防塵カバー２７の領域の曲率を順次決定する。

なお、前記した説明では、開口分割領域Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ１０を１０個設定したが、より細かく分割することによって、より一層滑らかな防塵カバー２７の形状（曲率）を得ることができる。

このようにして設定された防塵カバー２７は、前記したように、車両１０の前方側ほど曲率が大きい（曲率半径が小さい）凹状面となるように形成されるため、防塵カバー２７を一定の曲率を有する曲面で形成した場合と比較すると、深さ方向のサイズを小さくすることができる。

防塵カバー２７の形状が決定すると、この曲率データに基づいて、防塵カバー２７の金型が製造される。そして、製造された金型を用いて、例えば射出成形等によって防塵カバー２７が製造される。

例えば、ある試算条件によると、一定の曲率で形成された防塵カバー２７の深さが約５５．５ｍｍであったとき、実施例１で説明した手順に基づいて防塵カバー２７の形状（曲率）を設定すると、深さが約４２．０ｍｍとなって、約２５パーセントの縮小化が可能になるという結果が得られている。

次に、図４，図６のフローチャートを用いて、前記した手順の一連の流れについて説明する。
［防塵カバーの形状設定手順の説明］

図４は、図３で説明した手順を示すフローチャートである。

（ステップＳ１０）開口部２９のうち車両１０の最後方側の点Ｐ３から、仮想アイレンジ５０ｂの左縁に向けて接線Ｍ１を設定する。

（ステップＳ２０）接線Ｍ１を点Ｐ３から逆方向に延長して、開口部２９から所定距離Ｄ１だけ奥に進んだ点Ｐ５を設定する。

（ステップＳ３０）点Ｐ５と立壁部２８上端から所定距離Ｄ２下方の点Ｐ６とを結ぶ線分Ｍ２を設定する。

（ステップＳ４０）点Ｐ５を通る、接線Ｍ１と線分Ｍ２がなす角の２等分線Ｍ３を設定する。

（ステップＳ５０）２等分線Ｍ３上の、点Ｐ５から所定距離Ｄ３の位置に点Ｐ７を設定する。

（ステップＳ６０）点Ｐ７を中心とし、点Ｐ５を通る円弧Ａ１を設定する。

図６は、図５で説明した手順を示すフローチャートである。

（ステップＳ１００）開口部２９を１０等分して、開口分割領域Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ１０を設定する。なお、この処理は、図４に示したステップＳ１０の前に行っても構わない。

（ステップＳ１１０）開口分割領域Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ１０を一意に特定するための変数ｉを設定する。そして、まずｉ＝２に設定して、開口分割領域Ｂｉ、即ち、開口分割領域Ｂ２に対する処理を行う設定をする。

（ステップＳ１２０）端点ｂｉ（例えば端点ｂ２）から仮想アイレンジ５０ｂの左縁に向けて接線（例えば接線Ｍ４）を設定する。

（ステップＳ１３０）接線（例えば接線Ｍ４）を端点ｂｉ（例えば端点ｂ２）から逆方向に延長して、円弧Ａ１との交点である点（例えば点Ｐ９）を設定する。

（ステップＳ１３５）防塵カバー２７の部分領域である２点（例えば点Ｐ９と点Ｐ５）間の形状が、円弧形状（例えば円弧Ａ１）に決定する。

（ステップＳ１４０）防塵カバー２７上の点（例えば点Ｐ９）と、点Ｐ６と、を結ぶ線分（例えば線分Ｍ５）を設定する。

（ステップＳ１５０）防塵カバー２７上の点（例えば点Ｐ９）を通る、接線（例えば接線Ｍ４）と線分（例えば線分Ｍ５）がなす角の２等分線（例えば２等分線Ｍ６）を設定する。

（ステップＳ１６０）２等分線（例えば２等分線Ｍ６）と２等分線（例えば２等分線Ｍ３）との交点である点（例えば点Ｐ１０）を設定する。

（ステップＳ１７０）曲率中心である点（例えば点Ｐ１０）を中心とし、点（例えば点Ｐ９）を通る円弧Ａ２（Ａｉ）を設定する。この円弧Ａ２（Ａｉ）が、点（例えば点Ｐ９）よりも車両１０の前方側の防塵カバー２７の形状（曲率）となる。

（ステップＳ１８０）端点ｂ１０、即ち開口分割領域Ｂ１０まで処理を完了したか否かを判定する。処理を完了したら図６のフローチャートを終了して、処理を完了していないときは、ステップＳ１９０に進む。

（ステップＳ１９０）変数ｉをインクリメントして、インクリメントした変数ｉ（＝ｉ＋１）に対応する開口分割領域Ｂｉに対する処理を行う設定をして、ステップＳ１２０に進む。

以後、ステップＳ１２０からステップＳ１８０の処理が、開口分割領域Ｂｉを変更しながら、繰り返して行われる。

なお、図３から図６を用いて説明した手順は、防塵カバー２７の形状（曲率）を得るために必要な手順の一例であって、防塵カバー２７の形状（曲率）を決定する方法は、この方法に限定されるものではない。即ち、前記した手順では、車両１０の後部側から前方側に向かって順に防塵カバー２７の形状（曲率）を設定したが、これは、車両１０の前方側から後方順に向かって設定してもよいし、あるいは、防塵カバー２７の中央部から車両１０の前後それぞれの方向に向かって設定しても構わない。

さらに、前記した一連の手順で用いた所定値は、説明に示した値に限定されるものではなく、設計すべきシステムに応じて、適宜設定された値が適用される。
［虚像の歪補正方法の説明］

車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１は、図１に示すように、虚像５３を形成するための光路上に、防塵カバー２７とフロントウインドウガラス２（透光性部材）という２つの非球面光学部材を有するため、画像表示部２３ａ（図２Ｂ）に表示した画像が幾何学的歪（以下、単に歪という）を有する虚像５３となって表示される。この歪が大きくなると、所望の形状の虚像５３が得られずに視認性が低下するため、歪を適切に補正する必要がある。

歪を補正する方法としては、虚像５３を結像させる光学系の中に、歪を補正するための補正光学系を設置するのが一般的であるが、本車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１では、より容易に歪を補正するため、画像表示部２３ａに表示する画像を予め逆方向に歪ませておく方法を用いる。

すなわち、防塵カバー２７とフロントウインドウガラス２（透光性部材）の形状は予めわかっているため、虚像５３に生じる歪の大きさと方向を予測することができる。したがって、発生する歪とは逆方向の歪を有する画像を形成することができる。そして、予め歪ませた画像（補正表示像）を画像表示部２３ａから投影して虚像５３を結像させることにより、本来発生するはずの歪が打ち消されるため、歪が補正された虚像５３を得ることができる。

なお、発生する歪と逆方向の歪を有する画像（補正表示像）は、例えば、光線追跡法によるシミュレーションを行うことによって、形成することができる。

以上説明したように、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１によれば、運転者の前方に投影された投影光をフロントウインドウガラス２（透光性部材）で反射して、運転者が視認可能な虚像５３を表示する際に、投影光の経路に設置された開口部２９を閉塞する防塵カバー２７を、車両１０の前方側ほど曲率が大きい（曲率半径が小さい）凹状面をなして、車両１０の左右方向に亘って凹状面が連続した筒面をなすように形成して、投影光を通過させるとともに、開口部２９に上方側から入射した外光を運転者に視認されない方向に反射させるため、防塵カバー２７を一定の曲率の曲面で形成した場合と比べて、深さ方向のサイズを小型化することができる。そのため、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１を収容するために必要な車両１０の内部のスペースを小型化することができる。

また、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１によれば、防塵カバー２７を構成する凹状面は、車両１０の前後方向に亘って連続した異なる曲率を有する曲面で形成されるため、防塵カバー２７の深さ方向のサイズを小型化することができるとともに、防塵カバー２７を通過することによって発生する虚像５３の歪が連続的かつ小さくなるため、表示される虚像５３に過大かつ不連続な変形を生じることがない。

そして、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１によれば、開口部２９の車両１０前方側縁部と防塵カバー２７との間に立壁部２８を設置して、防塵カバー２７は、立壁部２８の上端から所定距離Ｄ２以上下方に離れた点から出射した光が、防塵カバー２７とフロントウインドウガラス２（透光性部材）とで反射して、運転者のアイレンジ５０ａ下端よりも下方に進行する表面形状を有するため、車両１０の外部から入射した外光のアイレンジ５０ａの内部への侵入を確実に防止することができる。

そして、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１によれば、防塵カバー２７の凹状面の前後方向の曲率は、開口部２９を車両１０の前後方向に亘って複数の短冊状に分割した各開口分割領域Ｂ１，Ｂ２，…にそれぞれ対応する防塵カバー２７の領域である第１領域Ｒ１，第２領域Ｒ２，…毎に設定されるため、簡便な計算処理によって防塵カバー２７の形状（曲率）を設定することができる。

さらに、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１によれば、互いに隣接する開口分割領域（例えば開口分割領域Ｂ１と開口分割領域Ｂ２）のうち、一方の開口分割領域（例えば開口分割領域Ｂ１）に対応する防塵カバー２７の領域（例えば第１領域Ｒ１）の曲率に基づいて、他方の開口分割領域（例えば開口分割領域Ｂ２）に対応する、防塵カバー２７の領域（例えば第２領域Ｒ２）の曲率が設定されるため、防塵カバー２７の形状（曲率）を、逐次的に簡便に設定することができる。

また、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１によれば、互いに隣接する開口分割領域（例えば開口分割領域Ｂ１と開口分割領域Ｂ２）のうち、一方の開口分割領域（例えば開口分割領域Ｂ１）に対応する防塵カバー２７の領域（例えば第１領域Ｒ１）の曲率中心である点（例えば点Ｐ７）と、防塵カバー２７の領域（例えば第１領域Ｒ１）の車両１０の最後方側の点（例えば点Ｐ５）と、を結ぶ線分（例えば２等分線Ｍ３）上に、他方の開口分割領域（例えば開口分割領域Ｂ２）に対応する防塵カバー２７の領域（例えば第２領域Ｒ２）の曲率中心である点（例えば点Ｐ１０）を設定するため、防塵カバー２７の形状（曲率）を、逐次的に簡便に設定することができる。

そして、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１によれば、防塵カバー２７に赤外線反射コーティングを施したため、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の内部への熱の侵入を防止することができる。そのため、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の温度上昇を防止して、耐久性を向上させることができる。

さらに、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１によれば、投影光として、防塵カバー２７を通過してフロントウインドウガラス２（透光性部材）で反射することによって生じる虚像５３の幾何学的歪を打ち消すように、予め補正された画像（補正表示像）を画像表示部２３ａから投影して虚像５３を形成するため、複雑な光学系を用いることなく、表示像の幾何学的歪を容易に補正することができる。

なお、前記した実施例１では、透光性部材として車両１０のフロントウインドウガラス２を用いた例を説明したが、透光性部材としては、フロントウインドウガラス２の他に、フロントウインドウガラス２とは別に設けた透光性を有する反射パネル（別体型コンバイナ）を用いてもよい。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。

２ フロントウインドウガラス（透光性部材）
２１ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置
２３ａ 画像表示部
２５，２６ 光路形成部品
２７ 防塵カバー
２８ 立壁部
２９ 開口部
５１ 光束
５２ 反射光束
５３ 虚像
９１ 眼球

Claims (8)

1. 運転者の前方に投影された投影光を透光性部材で反射して、運転者が視認可能な虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記投影光が車両の下方側から通過する開口部と、
   前記開口部を閉塞するように設けられた、前記開口部に前記車両の上方から入射した外光を運転者に視認されない方向に反射する防塵カバーと、を有し、前記防塵カバーは、前記車両の上方から見たときに前記車両の前方側ほど曲率が大きい凹状面をなして、前記車両の左右方向に亘って、前記凹状面が連続した筒面をなすように形成されることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記凹状面は、前記車両の前後方向に亘って連続した異なる曲率を有する曲面で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装置。
3. 前記開口部の車両前方側縁部と前記防塵カバーとの間に設けられた、前記車両の左右方向に亘って上方に向かって立設する立壁部を有して、
   前記防塵カバーの前記凹状面は、前記立壁部の上端から所定距離以上下方に離れた点から出射した光が、前記防塵カバーと前記透光性部材とで反射して、運転者のアイレンジ下端よりも下方に進行するような形状を有することを特徴とする請求項２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記防塵カバーの前記凹状面の前後方向の曲率は、前記開口部を、前記車両の前後方向に亘って複数の短冊状に分割した各開口分割領域にそれぞれ対応する前記防塵カバーの領域毎に設定されることを特徴とする請求項３に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
5. 互いに隣接する前記開口分割領域のうち、一方の開口分割領域に対応する前記防塵カバーの第１領域の曲率に基づいて、他方の開口分割領域に対応する、前記防塵カバーの、前記第１領域と隣接する第２領域の曲率が設定されることを特徴とする請求項４に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
6. 互いに隣接する前記開口分割領域のうち、一方の開口分割領域に対応する前記防塵カバーの第１領域の曲率中心と、前記第１領域の前記車両の最後方側の点と、を結ぶ線分上に、
   他方の開口分割領域に対応する前記防塵カバーの第２領域の曲率中心を設定することを特徴とする請求項５に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記防塵カバーに赤外線反射コーティングを施したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記投影光が、前記防塵カバーを通過して前記透光性部材で反射することによって生じる前記虚像の幾何学的歪を打ち消すように予め補正された補正表示像から投影されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。