CN102955254B

CN102955254B - 平视显示设备

Info

Publication number: CN102955254B
Application number: CN201210304694.9A
Authority: CN
Inventors: 藤川卓之
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-08-27
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: JP2013047705A; US20130050834A1; DE102012107423A1; JP5310810B2; DE102012107423B4; US8760766B2; CN102955254A; KR20130023159A; KR101326962B1

Abstract

本发明涉及平视显示设备。一种屏幕部件（30、130）具有多个光学元件（32、132），每个光学元件（32、132）包括主弯曲表面（32a）和两个辅助弯曲表面（32b）。主弯曲表面（32a）通过显示部件（90）向主观看范围（60a）漫射光线束。每个辅助弯曲表面（32b）通过显示部件（90）向对应的子观看范围（60b）漫射光线束。主弯曲表面（32a）的曲率半径大于辅助弯曲表面（32b）的曲率半径。

Description

平视显示设备

技术领域

本公开涉及一种平视显示设备。

背景技术

例如，JPH07-270711A教导了一种平视显示设备，其中，光线束被屏幕部件漫射，并且将被屏幕部件漫射的光线束作为显示图像投射到显示部件上，以使观看者能够看到显示图像的虚像。

JPH07-270711A的平视显示设备的屏幕部件是光学部件，其中，多个微光学元件被布置成格子图案，以透射或反射入射到相应微光学元件上的光线束。微光学元件一般被称作微透镜或微镜，并且微透镜或微镜中的每一个在沿与屏幕部件的平面垂直的方向上获取的视图中被配置为矩形形式。这些微透镜或微镜被布置成格子图案，以形成微透镜阵列或微镜阵列。将微透镜或微镜中的每一个的表面形成为具有预定曲率半径的弯曲表面，以便以预定漫射角漫射入射到该弯曲表面上的光线束。因此，将以预定漫射角从屏幕部件输出且被投射到显示部件上的光线束引导至在观看者的眼睛周围设置的预定范围。从而，即使当观看者的眼睛沿交通工具的垂直方向和水平方向在该预定范围内移动时，观看者也能够在视觉上识别显示图像的虚像。该预定范围一般被称作眼箱。

JPH07-270711A还教导了对微透镜或微镜中的每一个的宽度和高度的调整。具体地，JPH07-270711A教导了通过沿微透镜或微镜中的每一个的宽度方向和高度方向调整微透镜或微镜的节距来调整眼箱的尺寸。

在该平视显示设备中，为了即使在观看者在驾驶交通工具时很大程度地移动他/她的头部以检查例如他/她的周围的事物的情况下也能够使观看者在视觉上识别显示图像的虚像，可能期望邻近眼箱形成子眼箱，在所述子眼箱中，能够由观看者在视觉上识别虚像。子眼箱是这样的范围，在该范围内可利用最小亮度在视觉上识别虚像。在以下讨论中，邻近子眼箱形成的眼箱被称作主眼箱。

然而，当沿宽度方向和高度方向调整微透镜或微镜的节距以在子眼箱中实现对虚像的视觉识别时，将撞击到屏幕部件上的光线束均匀引导至主眼箱和子眼箱两者。这被认为是相应微透镜或微镜的弯曲表面的曲率半径的均匀设置的结果。

当以上述方式形成观看范围时，还将入射到屏幕部件上的光线束的能量供给至子眼箱。因此，与仅将主眼箱设置为观看范围的情况相比，主眼箱中的光量减小，从而，与仅将主眼箱设置为观看范围的情况相比，在主眼箱中观看的虚像的亮度降低。此外，子眼箱中的光量变为与主眼箱中的光量基本上相等。因此，子眼箱中的光量被过度增大，并且由此子眼箱中的虚像的亮度被过度增大。结果，不利的是，光线束的使用效率退化。

发明内容

鉴于上述劣势，作出了本公开。因此，本公开的目的在于提供一种平视显示设备，其能够形成子眼箱，在所述子眼箱中，与主眼箱中的虚像的亮度相比，显示图像的虚像的亮度降低。

根据本公开，提供了一种平视显示设备，其被配置为将显示图像投射到在交通工具中安装的显示部件的投影表面上，以使位于交通工具的交通工具舱（例如，乘客室）中的观看者能够观看所述显示图像的虚像。所述平视显示设备包括投影仪和屏幕部件。所述投影仪被配置为投射形成所述显示图像的光线束。将所述光线束从所述投影仪投射到所述屏幕部件上。所述屏幕部件以预定漫射角直接或间接地朝向所述显示部件漫射从所述投影仪投射的光线束，以将所述光线束引导至主观看范围和至少一个子观看范围，所述主观看范围和所述至少一个子观看范围被预先设置并且在所述主观看范围和所述至少一个子观看范围中的每一个中，所述虚像可由观看者视觉识别。所述屏幕部件具有多个光学元件，所述多个光学元件中的每一个包括主弯曲表面和至少一个辅助弯曲表面。所述多个光学元件中的每一个的主弯曲表面通过所述显示部件向所述主观看范围漫射所述光线束。所述多个光学元件中的每一个的所述至少一个辅助弯曲表面通过所述显示部件向所述至少一个子观看范围漫射所述光线束。所述多个光学元件中的每一个光学元件的主弯曲表面的曲率半径大于该光学元件的所述至少一个辅助弯曲表面的曲率半径。

附图说明

此处描述的图仅用于说明的目的且并不意图以任何方式限制本公开的范围。

图1是示出了其中安装有根据本公开第一实施例的平视显示设备的交通工具的示意图；

图2是示出了交通工具中的第一实施例的平视显示设备的布置的图；

图3是示出了第一实施例的平视显示设备的激光扫描仪的结构的图；

图4是第一实施例的平视显示设备的屏幕部件的透视图；

图5是沿图4或图7中的线V-V取得的、第一实施例的屏幕部件的局部纵向截面图；

图6是沿图4或图7中的线VI-VI取得的、第一实施例的屏幕部件的局部横向截面图；

图7是第一实施例的屏幕部件的局部平面图；

图8是示出了根据第一实施例的入射到屏幕部件的光学元件之一上的光线束和被该光学元件漫射的漫射光线的图；

图9是示出了根据第一实施例的主眼箱和两个子眼箱中的光量和水平位置之间的关系的图；

图10是沿图4或图7中的线V-V取得的、本公开的第二实施例的屏幕部件的局部纵向截面图；

图11是示出了根据第二实施例的主眼箱和两个子眼箱中的光量和水平位置之间的关系的图；

图12是示出了交通工具中的第一实施例的变型中的平视显示设备的布置的图；以及

图13是示出了交通工具中的第一实施例的另一变型中的平视显示设备的布置的图。

具体实施方式

将参照附图来描述本公开的各个实施例。在以下描述中，贯穿这些实施例，利用相同参考标记来指示类似的部件，并且为了简明，将不再重复描述所述类似的部件。

（第一实施例）

图1是示出了其中安装有根据本公开第一实施例的平视显示设备的交通工具的示意图。图2是描述了根据第一实施例的交通工具中的平视显示设备的布置的图。图3是描述了第一实施例的激光扫描仪的结构和操作的图。图4是第一实施例的平视显示设备的屏幕部件的透视图。

第一实施例的平视显示设备100被容纳在交通工具1的仪表板中。在平视显示设备100中，将显示图像71投射至显示部件（例如，交通工具1的挡风玻璃90）上，使得观看者（驾驶员）可以从预先设置的眼箱60中的预先设置的主眼箱60a和两个预先设置的子眼箱60b在视觉上识别显示图像71的虚像70。在挡风玻璃90的交通工具内侧表面中形成投影表面（也被称作投影的表面）91（显示图像71从平视显示设备100被投射至该投影表面91上），并将该投影表面91形成为凹面，该凹面是凹形的，即，沿远离观看者的方向弯曲且凹进。形成显示图像71并被投射至投影表面91上的光线束被投影表面91向主眼箱60a和子眼箱60b反射。察觉到显示图像71的光的观看者可以在视觉上识别（即，可以观看）显示图像71的虚像70，虚像70是在挡风玻璃90的正面（即，挡风玻璃90的与观看者相对的那面）上形成的。显示图像71包括：图像段，其指示例如具有平视显示设备100的交通工具1的行进速度；交通工具1的行进方向标志的图像，其由导航系统指定；以及交通工具1的（多个）警告标志。

仅当观看者的视点61位于主眼箱60a和子眼箱60b之一中时，观看者才能够在视觉上识别虚像70。当视点61从所有箱60a、60b移开时，观看者难以在视觉上识别虚像70。

主眼箱60a是这样的区域，即：当观看者坐在驾驶员座位上并在驾驶员座位上摆出合适的驾驶姿势时，视点61以高可能性有可能置于该区域中。主眼箱60a被配置为拉长的矩形形式，该矩形是沿水平方向而不是沿垂直方向被拉长的。主眼箱60a被设置为沿水平方向拉长的原因在于：坐在驾驶员座位上的观看者的头部易于沿交通工具的水平方向而不是交通工具的垂直方向移动。沿水平方向在主眼箱60a的两侧分别提供两个子眼箱60b。在相应子眼箱60b中看到的虚像70的亮度（也被称作光强度）低于观看者在主眼箱60a中看到的虚像70的亮度。然而，在子眼箱60b中具有他/她的视点61的观看者仍然能够在视觉上识别虚像70。

现在，将参照图1至4来描述平视显示设备100的结构。平视显示设备100包括容纳在外壳110中的激光扫描仪10、屏幕部件（也简称为屏幕）30和凹面镜40。在以下描述中，观看者所观看的虚像70的水平方向（也被称作横向或第一方向）的轴将被称作x轴。此外，虚像70的与水平方向垂直的垂直方向（也被称作上至下方向或第二方向）的轴将被称作y轴。此外，在以下描述中，为了方便，被形成在每个对应部件上或被投射到每个对应部件上的显示图像71的x轴的方向将被称作水平方向（也被称作横向或第一方向），并且被形成在每个对应部件上或被投射到每个对应部件上的显示图像71的y轴的方向将被称作垂直方向（也被称作上至下方向或第二方向）。

激光扫描仪10包括光源13、光学器件20、微机电系统（MEMS）器件26和控制器11。

光源13包括三个激光投影器件14-16。激光投影器件14-16中的每一个具有激光源，该激光源是例如半导体激光器（激光二极管）。此外，激光投影器件14-16中的每一个投射对应的激光（也被称作激光束），该对应的激光的频率与激光投影器件14-16中的其他两个的频率不同，即，该对应的激光的色相与激光投影器件14-16中的其他两个的色相不同。具体地，激光投影器件14投射红色的激光。激光投影器件15投射蓝色的激光。激光投影器件16投射绿色的激光。当将不同色相的激光加法地混合时，可以再现各个颜色。每个激光投影器件14-16连接至控制器11。每个激光投影器件14-16基于从控制器11输出的控制信号来投射对应色相的激光。

光学器件20包括三个准直透镜21、三个二向色滤光片22-24和聚光透镜25。每个准直透镜21沿从激光投影器件14-16被投射的激光的投射方向被置于对应激光投影器件14-16的下游侧。准直透镜21通过使激光弯曲来生成平行光线。

每个二向色滤光片22-24沿从对应激光投影器件14-16被投射的激光的投射方向被置于对应准直透镜21的下游侧。置于激光投影器件14的下游侧的二向色滤光片22使红色频率的光通过，并反射除红色频率外的其他频率的其他光。置于激光投影器件15的下游侧的二向色滤光片23反射蓝色频率的光并使除蓝色频率外的其他频率的其他光通过。置于激光投影器件16的下游侧的二向色滤光片24反射绿色频率的光并使除绿色频率外的其他频率的其他光通过。被二向色滤光片24反射的绿激光和被二向色滤光片23反射的蓝激光被二向色滤光片22反射并进入聚光透镜25，并且，穿过二向色滤光片22的红激光还被引导至聚光透镜25并进入聚光透镜25。

聚光透镜25是平凸透镜，其具有被形成为平面表面的光输入表面和被形成为凸面的光输出表面。聚光透镜25通过使进入聚光透镜25的光输入表面的激光弯曲来使光会聚。从而，已通过聚光透镜25的激光在通过MEMS器件26之后被聚焦在屏幕部件30的成像表面（也被称作阵列化表面或第一侧表面）31上，所述成像表面31与屏幕部件30的平坦表面（也被称作第二侧表面）34相对。

MEMS器件26连接至控制器11，并包括水平扫描仪27和垂直扫描仪28。通过例如铝的气相沉积，在水平扫描仪27的与光学器件20相对的表面上形成金属膜，以对光进行反射。水平扫描仪27由沿垂直方向延伸的可旋转轴27a可旋转地支撑，使得水平扫描仪27可绕可旋转轴27a的旋转轴旋转。可旋转轴27a由激光扫描仪10的外壳可旋转地支撑。将驱动器件提供给MEMS器件26，以旋转可旋转轴27a。驱动器件驱动可旋转轴27a，以使其绕旋转轴旋转，并由此基于从控制器11输出的驱动信号来旋转水平扫描仪27。

通过例如铝的气相沉积，在垂直扫描仪28的与水平扫描仪27相对的表面上形成金属膜，以对光进行反射。垂直扫描仪28由沿水平方向延伸的可旋转轴28a可旋转地支撑，使得垂直扫描仪28可绕可旋转轴28a的旋转轴旋转。可旋转轴28a由激光扫描仪10的外壳可旋转地支撑。将驱动器件提供给MEMS器件26，以旋转可旋转轴28a。驱动器件驱动可旋转轴28a，以使其绕旋转轴旋转，并由此基于从控制器11输出的驱动信号来旋转垂直扫描仪28。

在MEMS器件26的上述结构的情况下，基于从控制器11输出的驱动信号来驱动水平扫描仪27和垂直扫描仪28。从而，绕着可旋转轴27a的旋转轴旋转水平扫描仪27，并绕着可旋转轴28a的旋转轴旋转垂直扫描仪28。

控制器11是包括处理器的控制器件。控制器11将控制信号输出至每个激光投影器件14-16，以使激光如脉冲光那样闪烁。此外，激光控制器11将驱动信号输出至MEMS器件26，以控制被水平扫描仪27和垂直扫描仪28反射的所反射的激光的方向，使得被水平扫描仪27和垂直扫描仪28反射的所反射的激光形成图3所示的扫描线SL。

控制器11控制激光扫描仪10，使得激光扫描仪10投射光（光线束），该光在屏幕部件30的成像表面31上形成显示图像71。具体地，通过扫描所投射的闪烁激光，在屏幕部件30的成像表面31上形成显示图像71，显示图像71的每个像素是通过对应闪烁激光形成的。通过激光扫描仪10的扫描而形成的显示图像71是这样的图像，该图像具有例如60帧每秒，在水平方向（x轴）上具有480个像素，以及在垂直方向（y轴）上具有240个像素。

屏幕部件30是反射屏幕部件（反射类型的屏幕部件），该反射屏幕是通过将例如铝气相沉积在由例如玻璃制成的基板的对应表面上来形成的。屏幕部件30以预定角度漫射和反射所接收的光线束。屏幕部件30被沿着交通工具1的垂直方向置于激光扫描仪10的上侧上（参见图2）。屏幕部件30具有成像表面31。成像表面31由气相沉积在屏幕部件30上的例如铝的金属膜形成。当沿由y轴和z轴限定的y-z平面（参见图3和4）从激光扫描仪10投射激光时，在成像表面31上形成显示图像71。成像表面31具有多个光学元件32以漫射激光，该激光被投射到成像表面31上。成像表面31漫射激光线束，该激光线束形成显示图像71并撞击到成像表面31上，并且，向凹面镜40反射所漫射的激光线束。

凹面镜40是通过将例如铝气相沉积在由例如玻璃制成的基板的表面上来形成的。凹面镜40具有反射表面41，反射表面41将从屏幕部件30的成像表面31反射的所反射的光线束反射到挡风玻璃90的投影表面91上。反射表面41的中心部分是凹形的，即，沿远离成像表面31和投影表面91的方向弯曲并凹进。反射表面41将显示图像71投影在投影表面91上，使得反射表面41放大并反射被成像表面31反射的显示图像71。

接下来，将描述第一实施例的平视显示设备100的特性特征。在成像表面31上形成的光学元件32中的每一个具有凸面，该凸面是凸形的，即，沿z轴的方向朝向激光扫描仪10弯曲并突出。光学元件32的凸面被配置如下。参照图5，在沿图4中的线V-V（即，沿x轴）取得的光学元件32中的每一个的纵向截面中，光学元件32的凸面具有两种类型的弧Aa、Ab，弧Aa、Ab分别具有彼此不同的预定曲率半径Ra和预定曲率半径Rb。相比之下，参照图6，在沿图4中的线VI-VI（即，沿y轴）取得的光学元件32中的每一个的横向截面（宽度方向的截面）中，光学元件32的凸面具有仅一种类型的弧Ac，弧Ac具有预定曲率半径Rc。稍后将详细描述每个光学元件32的表面结构。此外，在屏幕部件30的平面图中，每个光学元件32被配置为拉长的矩形形式。参照图4，沿光学元件32的纵向（即，沿x轴方向）测量的光学元件32的长度比沿光学元件32的横向（即，沿y轴方向）测量的光学元件32的宽度更长。光学元件32以行和列布置成格子图案以形成阵列。参照图2和4，沿x轴方向测量的光学元件32的长度与沿y轴方向测量的光学元件32的宽度之比和沿x轴方向（水平方向）测量的箱60的长度（即，主眼箱60a的长度与子眼箱60b的长度之和）与沿y轴方向（垂直方向）测量的箱60的宽度（即，主眼箱60a和子眼箱60b中的每一个的宽度）之比基本上相同。

图5示出了沿图4和7中的线V-V（即，沿x轴）取得的（即，沿着沿列中的每个光学元件32的宽度方向的中心延伸的屏幕部件30的假想纵向线取得的）列中的光学元件32的纵向截面。图6示出了沿图4和7中的线VI-VI（即，沿y轴）取得的（即，沿着沿行中的每个光学元件32的纵向中心延伸的屏幕部件30的假想横向线取得的）光学元件32的横向截面。图7是指示图4所示的光学元件32的阵列的一部分的局部平面图。如图7所示，在每个光学元件32的表面中形成主弯曲表面32a和两个辅助弯曲表面32b。主弯曲表面32a是在光学元件32的表面的中心部分中形成的。在光学元件32中，辅助弯曲表面32b位于主弯曲表面32a的沿x轴方向的一侧和另一侧。主弯曲表面32a是通过在将图6的平面旋转了90度时在图5中的x轴方向上沿图5的弧Aa（参见实弧线）移动图6的弧Ac的顶点而形成的三维弯曲表面。图6的弧Ac作为圆心为O3的假想圆Pc的一部分而弧形延伸，并具有预定曲率半径Rc。图5的弧Aa作为圆心为O1的假想圆Pa的一部分而弧形延伸，并具有预定曲率半径Ra。辅助弯曲表面32b中的每一个是通过在将图6的平面旋转了90度时在图5中的x轴方向上沿图5的弧Ab（参见实弧线）移动图6的弧Ac的顶点而形成的三维弯曲表面。图5的弧Ab作为圆心为O2的假想圆Pb的一部分而延伸，并具有预定曲率半径Rb。曲率半径Rb小于曲率半径Ra（即，Rb<Ra）。如图5所示，在每个光学元件32中，两个辅助弯曲表面32b的弧Ab均沿中心在中心O2处的公共假想圆Pb而定位。如图7所示，在光学元件32中，在主弯曲表面32a的沿y轴方向的任一侧不存在辅助弯曲表面32b。此外，在图5所示的光学元件32的纵向截面中，弧Aa的中心O1和弧Ab的中心O2彼此隔开并沿假想圆M而定位，假想线M沿z轴方向延伸。

当以上述方式配置每个光学元件32时，可以实现以下优势。现在，将参照图8和9来详细描述这些优势。

如图8所示，当沿z方向从激光扫描仪10输出的光线束入射到光学元件32上时，光学元件32以对应的漫射角漫射光线束，该对应的漫射角与光学元件32的主和辅助弯曲表面32a、32b相对应。具体地，入射到主弯曲表面32a上的光线束的漫射角小于入射到辅助弯曲表面32b上的光线束的漫射角。这是由于主弯曲表面32a的曲率半径Ra大于辅助弯曲表面32b的曲率半径Rb。这样，被主弯曲表面32a反射的光线束相对于z轴方向的角度变为小于被辅助弯曲表面32b反射的光线束相对于z轴方向的角度。从而，如图8所示，被主弯曲表面32a反射的反射光的光线的密度变为高于被辅助弯曲表面32b反射的反射光的光线的密度。由于主弯曲表面32a和辅助弯曲表面32b沿y轴方向具有公共曲率半径Rc，因此光线束沿y轴方向的漫射角在主弯曲表面32a和辅助弯曲表面32b中相同。

从而，入射到主弯曲表面32a上的光线束以对应的漫射角被漫射，该对应的漫射角与主弯曲表面32a的表面轮廓相对应，并且该漫射的光线束被传播至凹面镜40。然后，通过挡风玻璃90的投影表面91来反射被凹面镜40反射的该光线束，并将该光线束引导至主眼箱60a。相比之下，入射到分别位于主弯曲表面32a的相对侧的两个辅助弯曲表面32b中对应的一个上的光线束以对应的漫射角被漫射，该对应的漫射角与辅助弯曲表面32b的表面轮廓相对应，并且该漫射的光线束被传播至凹面镜40。然后，通过挡风玻璃90的投影表面91来反射被凹面镜40反射的该光线束，并将该光线束引导至两个子眼箱60b中对应的一个，所述两个子眼箱60b分别位于主眼箱60a的沿x轴方向（水平方向）的两个相对侧。

如上所讨论，被主弯曲表面32a反射的反射光的光线束的漫射角变为小于被辅助弯曲表面32b反射的反射光的光线束的漫射角。因此，被主弯曲表面32a反射的反射光的光线的密度变为高于被辅助弯曲表面32b反射的反射光的光线的密度。被引导至主眼箱60a和子眼箱60b中对应的一个的光的量（也被称作光能）与被引导至此的光线的密度成比例。因此，如图9所示，主眼箱60a处的光量变为大于每个子眼箱60b处的光量。由此，可以将主眼箱60a中的显示图像71的虚像70的亮度设置为高于子眼箱60b中的显示图像的虚像70的亮度。因此，可以相比于相应子眼箱60b中的虚像70的亮度将主眼箱60a中的虚像70的亮度提高。此外，子眼箱60b中的光量变为小于主眼箱60a中的光量。因此，观看者可以在不过分提高子眼箱60b处的虚像70的亮度的情况下在视觉上识别虚像70。此外，每个子眼箱60b中的光量没有被过分提高。因此，可以限制光线的能量从激光扫描仪10向子眼箱60b的过分供给。由此，可以限制光的使用效率的降低。

基于将被设置的主眼箱60a的尺寸和每个子眼箱60b的尺寸，确定每个光学元件32沿x轴方向的长度和每个光学元件32沿y轴方向的宽度以及其之间的比率。此外，主眼箱60a的尺寸和子眼箱60b的尺寸根据曲率半径Ra和曲率半径Rb而变化。因此，在设置主眼箱60a和子眼箱60b时应当考虑曲率半径Ra和曲率半径Rb。这是由于如上所讨论的，光线的漫射角根据曲率半径而变化，从而导致将要以该漫射角被引导的光线的范围（尺寸）改变。

如上所讨论的，将被主弯曲表面32a反射的光线束被引导至主眼箱60a，并将被对应辅助弯曲表面32b反射的光线束引导至对应的子眼箱60b。在本实施例中，分别在主弯曲表面32a的相对侧对称地提供辅助弯曲表面32b。因此，分别在主眼箱60a的相对侧对称地提供子眼箱60b。这里，应当注意，如果需要，可能会分别在主弯曲表面32a的相对侧非对称地提供辅助弯曲表面32b，以便分别在主眼箱60a的相对侧非对称地提供子眼箱60b。

在以上述方式布置主眼箱60a和子眼箱60b的情况下，即使当由于观看者的身体的上半部在交通工具的操纵期间的移动而使观看者的视点61从主眼箱60a移开时，仍然能够将视点61保持在分别位于主眼箱60a的相对侧的子眼箱60b之一中，使得观看者可以更可靠地观看显示图像71的虚像70。

观看者在驾驶交通工具时坐在驾驶员座位上。因此，坐在驾驶员座位上的观看者的头部易于沿交通工具的水平方向而非交通工具的垂直方向移动。因此，视点61易于沿水平方向移动。

特别地，在本实施例中，分别在主弯曲表面32a的沿x轴方向（水平方向）的两个相对侧形成两个辅助弯曲表面32b，以便分别在主眼箱60a的沿x轴方向（水平方向）的两个相对侧形成两个子眼箱60b。从而，可以将子眼箱60b和主眼箱60a放置为与观看者的头部的移动（视点61的移动）相对应。由此，可以改进显示图像71的虚像70的可见性。

在本实施例中，激光扫描仪10充当投影仪。主眼箱60a充当主观看范围。子眼箱60b中的每一个充当子观看范围。

（第二实施例）

在第一实施例中，分别在主弯曲表面32a的两个相对侧提供两个辅助弯曲表面32b。在以上述方式形成主弯曲表面32a和辅助弯曲表面32b的情况下，当视点61从主眼箱60a移开并置于子眼箱60b中时，光量快速改变，从而，虚像70的亮度快速降低，如图9所示。因此，观看者可能对亮度的快速改变有不舒服的感觉。

因此，在第二实施例中，如图10所示，形成了连接表面（也被称作过渡表面）32c，作为主弯曲表面32a与每个辅助弯曲表面32b之间沿x轴的弯曲表面。在沿x轴取得的光学元件32的纵向截面（即，沿图4中的线V-V取得的截面）中，沿x轴方向从连接表面32c的主弯曲表面32a所位于的一侧至连接表面32c的辅助弯曲表面32b所位于的另一侧，连接表面32c的曲率半径从曲率半径Ra逐渐改变为曲率半径Rb。此外，在光学元件32的横向截面（即，沿图4中的线VI-VI取得的截面）中，与第一实施例中类似，将连接表面32c的曲率半径设置为曲率半径Rc。具体地，在沿y轴取得的光学元件32的横向截面中，与第一实施例中类似（参见图6），光学元件32的凸面具有仅一种类型的弧Ac。

这样，如图11所示，在主眼箱60a与每个子眼箱60b之间形成连接眼箱（过渡眼箱）60c。从主眼箱60a侧至子眼箱60b侧，被供给至连接眼箱60c的光量逐渐减小。因此，从主眼箱60a侧至子眼箱60b侧，显示图像71的虚像70的亮度逐渐降低。由此，可以减轻由亮度的快速改变所导致的观看者的不舒服感觉。

已经关于第一和第二实施例描述了本公开。然而，本公开不限于以上实施例，并且可以在本公开的精神和范围内修改以上实施例。

在第一和第二实施例中，主弯曲表面32a和辅助弯曲表面32b沿水平方向（即，沿x轴方向）布置在屏幕部件30的每个光学元件32中，以形成沿水平方向（即，沿x轴方向）布置的主眼箱60a和子眼箱60b。主弯曲表面32a和辅助弯曲表面32b的该布置是由于主眼箱60a和子眼箱60b沿水平方向的布置而引起的。例如，在需要沿垂直方向（即，y轴方向）布置主眼箱60a和子眼箱60b的情况下，可以沿垂直方向（即，沿y轴方向）布置主弯曲表面32a和辅助弯曲表面32b，使得辅助弯曲表面32b分别置于主弯曲表面32a的沿y轴方向的两个相对侧处。此外，在需要将子眼箱60b（例如，三个或更多个子眼箱60b）布置为围绕主眼箱60a的情况下，可以将辅助弯曲表面32b（例如，三个或更多个辅助弯曲表面32b）布置为围绕主弯曲表面32a。

此外，在第一和第二实施例中，每个光学元件32被配置为拉长的矩形形式，并且这些光学元件32以行和列布置成格子图案以形成屏幕部件30。然而，每个光学元件32的形状不限于矩形形式。例如，每个光学元件32的形状可以是六边形形式，并且这些光学元件32可以密集地布置成蜂窝状图案以形成屏幕部件。当每个光学元件被配置为六边形形式时，包括主眼箱和子眼箱的整个箱变为六边形形式。

在第一和第二实施例中，通过凹面镜40，间接地将光线束从屏幕部件30投射到挡风玻璃90的投影表面91。可替换地，如图12所示，可以去除凹面镜40，并且可以直接将光线束从屏幕部件30投射到挡风玻璃90的投影表面91。在图12中，将屏幕部件30的成像表面31引导至挡风玻璃90的投影表面91，以直接将从激光扫描仪10接收到的光线束反射至挡风玻璃90的投影表面91。

此外，如图13所示，可以利用由透光材料制成的透射屏幕部件130来替换反射屏幕部件30。透射屏幕部件130的配置与图4所示的反射屏幕部件30的配置类似。具体地，如图4所示，透射屏幕部件130包括多个光学元件132，这些光学元件132被形成为透射屏幕部件130的阵列化表面131处的微透镜（微透镜阵列）。在该实例中，从激光扫描仪10投射的光线束从屏幕部件130的平坦表面134（图4中的屏幕部件130的下侧）进入屏幕部件130，并被传播通过屏幕部件130。然后，传播通过屏幕部件130的光线束通过对应的光学元件132从屏幕部件130的阵列化表面131（图4中的屏幕部件130的上侧）被漫射和输出。每个光学元件132具有主弯曲表面32a和两个辅助弯曲表面32b，其与第一实施例中讨论的反射屏幕部件30的光学元件32的那些类似，除了下述以外：光学元件132的主弯曲表面32a和两个辅助弯曲表面32b不是利用铝膜涂覆的反射表面，而是不具有铝膜等的透射表面。直接将从光学元件132输出的光线束投射到挡风玻璃90的投影表面91。此外，应当注意，图4所示的屏幕部件130的取向可以被翻转（即，被旋转了180度），以使从激光扫描仪10投射的光线束进入在屏幕部件130的阵列化表面131中形成的光学元件132的主弯曲表面32a和辅助弯曲表面32b中。在这种情况下，从屏幕部件130的平坦表面134从屏幕部件130向挡风玻璃90的投影表面91投射光线束。即使在使用屏幕部件130的这些变型的情况下，也可以实现与第一实施例中讨论的那些优势类似的优势。此外，屏幕部件130的每个光学元件132可以具有第二实施例的连接表面32c，以实现与第二实施例的优势类似的优势。

此外，可以进一步修改图13的变型，使得以与图3所示的第一实施例的方式类似的方式将第一或第二实施例的凹面镜40置于屏幕部件130与挡风玻璃90的投影表面91之间，以通过凹面镜40，间接地将光线束从屏幕部件130投射到挡风玻璃90的投影表面91。

在第一和第二实施例中，使用了MEMS器件26，MEMS器件26包括：水平扫描仪27，其沿水平方向扫描激光；以及垂直扫描仪28，其沿垂直方向扫描激光。可以将MEMS器件修改为具有单个反射部件和两个轴（枢轴）。单个反射部件反射从光学器件投射的激光，并且两个轴分别沿水平方向和垂直方向延伸。绕着这些轴沿垂直方向和水平方向驱动反射部件，以形成二维显示图像。

在第一和第二实施例中，挡风玻璃90用作显示部件，将显示图像71从平视显示设备100投射到该显示部件上。然而，在其上形成了投影表面的显示部件不限于挡风玻璃90。例如，显示部件可以是具有投影表面的组合器（分离部件）。该组合器由透光材料制成，并且被放置成与位于交通工具的乘客室内部的挡风玻璃90的内表面相邻，更具体地说是被附着到所述挡风玻璃90的所述内表面。此外，该组合器可以被与挡风玻璃90分开地形成或分开地提供。

在第一和第二实施例中，通过激光的扫描而在成像表面31上形成显示图像71的激光扫描仪10用作投影仪。然而，可以将各种其他类型的投影仪用作本公开的投影仪，只要这种投影仪可以投射在成像表面上形成显示图像的光。具体地，例如，包括硅上液晶（LCOS）或数字式反射镜器件（DMD）连同光源和光学系统（例如（多个）透镜）的投影仪可以用作本公开的投影仪。

通过在硅基板和透光基板之间保持液晶层来形成LCOS。液晶层形成多个排列的像素。驱动液晶的电路和反射光的电极被提供在硅基板中。经过透光基板进入LCOS的光源的光通过液晶层并被在硅基板中提供的电极反射，使得被反射的光离开LCOS。当稍后变成显示图像的原始图像在液晶层中形成时，具有这种LCOS的投影仪能够将形成显示图像的光投射到成像表面上。

通过在基板上排列大量的微镜来形成DMD。每个微镜形成对应的像素。每个微镜的倾斜角可以基于控制信号而被改变。进入DMD的光源的光被每个微镜反射。DMD通过控制每个微镜的倾斜角能够形成图像。由此，具有DMD的投影仪能够将形成显示图像的光投射到成像表面上。

在第一和第二实施例中，将本公开应用于将显示图像71投射到交通工具（例如，汽车）的挡风玻璃90上的平视显示设备。然而，可以将本公开应用于适于安装在各种其他类型的运输设备（例如，其他类型的交通工具，例如飞机、轮船、火车）中并使观看者能够观看显示图像71的虚像70的各种类型的平视显示器。

本领域技术人员容易想到另外的优点和变型。因此，更广义上的本公开不限于所示出和描述的具体细节、代表性设备和说明性例子。

Claims

1.一种平视显示设备，其被配置为将显示图像（71）投射到在交通工具中安装的显示部件（90）的投影表面（91）上，以使位于交通工具的交通工具舱中的观看者能够观看所述显示图像（71）的虚像（70），所述平视显示设备包括：

投影仪（10），其被配置为投射形成所述显示图像（71）的光线束；以及

屏幕部件（30、130），所述光线束从所述投影仪（10）被投射到所述屏幕部件（30、130）上，其中，所述屏幕部件（30、130）以预定漫射角直接或间接地朝向所述显示部件（90）漫射从所述投影仪（10）投射的光线束，以将所述光线束引导至主观看范围（60a）和至少一个子观看范围（60b）这两者，所述主观看范围（60a）和所述至少一个子观看范围（60b）被预先设置，并且在所述主观看范围（60a）和所述至少一个子观看范围（60b）中的每一个中，所述虚像（70）可由观看者视觉识别，其中：

所述屏幕部件（30、130）具有多个光学元件（32、132），所述多个光学元件（32、132）中的每一个包括主弯曲表面（32a）和至少一个辅助弯曲表面（32b）；

所述多个光学元件（32、132）中的每一个光学元件（32、132）的主弯曲表面（32a）通过所述显示部件（90）向所述主观看范围（60a）漫射所述光线束；

所述多个光学元件（32、132）中的每一个光学元件（32、132）的所述至少一个辅助弯曲表面（32b）通过所述显示部件（90）向所述至少一个子观看范围（60b）漫射所述光线束；

所述多个光学元件（32、132）中的每一个光学元件（32、132）的主弯曲表面（32a）的曲率半径在第一方向上大于该光学元件（32、132）的所述至少一个辅助弯曲表面（32b）的曲率半径，以及

所述多个光学元件（32、132）中的每一个光学元件（32、132）的主弯曲表面（32a）的曲率半径在与所述第一方向垂直的第二方向上等于该光学元件（32、132）的至少一个辅助弯曲表面（32b）的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的平视显示设备，其中，所述多个光学元件（32、132）中的每一个光学元件（32、132）的所述至少一个辅助弯曲表面（32b）包括两个辅助弯曲表面（32b），所述两个辅助弯曲表面（32b）分别布置在该光学元件（32、132）的主弯曲表面（32a）的两个相对侧。

3.根据权利要求1所述的平视显示设备，其中：

所述主观看范围（60a）和所述至少一个子观看范围（60b）沿交通工具的横向一个接一个地布置；以及

所述主弯曲表面（32a）和所述至少一个辅助弯曲表面（32b）沿预定方向一个接一个地布置，以分别与所述主观看范围（60a）和所述至少一个子观看范围（60b）相对应。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的平视显示设备，其中：

所述多个光学元件（32、132）中的每一个光学元件（32、132）包括至少一个连接表面（32c），所述至少一个连接表面（32c）被形成为弯曲表面并置于该光学元件（32、132）的所述主弯曲表面（32a）和所述至少一个辅助弯曲表面（32b）之间；以及

所述多个光学元件（32、132）中的每一个光学元件（32、132）的所述至少一个连接表面（32c）的曲率半径，从所述至少一个连接表面（32c）的、该光学元件（32、132）的主弯曲表面（32a）所位于的一侧至所述至少一个连接表面（32c）的、该光学元件（32、132）的至少一个辅助弯曲表面（32b）所位于的另一侧，从该光学元件（32、132）的所述主弯曲表面（32a）的曲率半径逐渐改变为该光学元件（32、132）的所述至少一个辅助弯曲表面（32b）的曲率半径。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的平视显示设备，其中，所述多个光学元件（32、132）是多个微镜或多个微透镜。