CN104049367A - 平视显示器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平视显示器装置，该HUD装置（12）具有：外壳（18）；图像光射出部（48），其设在外壳（18）的内部，射出作为含有图像的光的图像光（202）；和镜（28），其设在外壳（18）的内部，通过反射图像光（202）而使图像光（202）作为虚像（300）而显示在外壳（18）外部的使用者（150）的前方视野内。在外壳（18）内部，在图像光（202）的光路（200）上设有透光层（50），透光层（50）构成为越趋向中央而光透射率越高。

Description

平视显示器装置

技术领域

本发明涉及平视显示器（head up display）装置。

背景技术

日本特开2008-195123号公报（以下称作“JP2008-195123A”）的目的在于提供一种车辆用平视显示器，该显示器能够得到对比度非常高的显示视觉辨认性，而且还能够提高显示品质（说明书摘要，【0004】）。为了实现该目的，在JP2008-195123A中，将覆盖前挡风玻璃（front wind shield）7周缘的遮光部（masking portion）2a放大，而设有遮光放大部2，该遮光放大部2兼作前挡风玻璃7上的平视显示器的显示的反射部分（说明书摘要）。另外，设有使遮光放大部2的位置处的仪表盘3的上表面向下方凹陷而成的凹部3a，而将遮光放大部2进一步放大，在遮光放大部2中的平视显示器的显示范围外（即与虚像显示20不同的部分）设有纵纹图案部21，该纵纹图案部21形成与显示中成为背景的部分成一体的外观面（说明书摘要）。

遮光放大部2（包括纵纹图案部21）例如构成为黑色的陶瓷喷涂部分（【0012】）。由此，基于所反射的虚像而产生的显示的背景与周边景色无关地始终为黑色，因此，不会被周边环境所影响，能够得到对比度非常高的显示视觉辨认性（【0017】）。另外，由于反射显示在背景为黑色的部分中，所以与反射显示在大致透明部中的类型相比，即使显示部12的亮度较低也能够得到视觉辨认性较好的显示（【0017】）。

而且，在JP2008-195123A中，通过存在有纵纹图案部21（图4），而能够谋求使显示时成为背景的部分的模糊发光的区域不显眼地实现没有不舒服感的显示（【0020】）。

发明内容

如上所述，包括纵纹图案部21在内的遮光放大部2例如构成为黑色的陶瓷喷涂部分等（【0012】）。由基于黑色陶瓷进行的喷涂所构成的纵纹图案部21在进行虚像显示20的情况下和不进行虚像显示20的情况下均能够被使用者视觉辨认。若虽然不进行虚像显示20但纵纹图案部21仍被使用者看到的话，则表观变差，可能会影响商品性。

本发明是考虑到上述那样的技术课题而研发的，其目的在于提供一种能够提高商品性的平视显示器装置。

本发明的平视显示器装置具有：外壳；图像光射出部，其设在上述外壳的内部，射出作为含有图像的光的图像光；和镜，其设在上述外壳的内部，通过反射上述图像光，使上述图像光作为虚像而显示在上述外壳的外部的使用者的前方视野内，该平视显示器装置的特征在于，在上述外壳的内部，在上述图像光的光路上设有透光层，上述透光层构成为越趋向中央而光透射率越高。

根据本发明，将构成为越趋向中央而光透射率越高的透光层设在图像光的光路上。因此，能够使虚像的轮廓或外缘区域模糊或不清晰。另外，透光层设在外壳内部。因此，在不显示虚像的情况下，不会在虚像的周边留存如JP2008-195123A那样的图案，改善了表观，能够提高商品性。

也可以为，使上述镜为相对于上述光路能够转动的凹面镜，将上述透光层与上述凹面镜相比设在上述图像光射出部侧。由此，即使凹面镜转动而导致虚像的显示位置移动，也能够维持图像光与透光层之间的位置关系。因此，即使转动凹面镜，也能够保持虚像中的渐变或亮度的分布。

也可以为，上述透光层设在上述图像光射出部中的上述图像光的出口处或上述图像射出部的内部。由此，能够增加透光层的配置的自由度。另外，由于透光层的位置距光源较近，所以容易调整图像光（虚像）与透光层之间的位置。而且，在制造多个平视显示器装置时，能够减少图像光与透光层之间的位置关系的偏差。

也可以为，上述透光层设在上述镜上。由此，能够增加透光层的配置的自由度，另外，在光路上的镜（例如上述凹面镜）能够位移的情况下，与仅在透光罩上形成透光层的结构相比，能够减轻虚像与透光层之间的偏移。

也可以为，上述平视显示器装置在射出上述图像光的上述外壳的出口处具有透光罩，上述透光层包括形成在上述透光罩上的印刷层。由此，能够增加透光层的配置的自由度。另外，能够容易地进行光透射率的调整。

本发明的平视显示器装置具有：图像光输出部，其输出图像光，该图像光含有用作虚像的图像的光；光透射性反射部件，其使上述图像光沿朝向使用者的方向反射，而使上述虚像显示在上述使用者的前方；和光透射部件，其设在连结上述图像光输出部和上述光透射性反射部件的光路上，使上述图像光透射，该平视显示器装置的特征在于，上述光透射部件具有使上述图像光中的与上述虚像的外缘区域对应的部分衰减的光衰减部，上述光衰减部随着趋向于上述虚像的外缘而光透射率逐步地降低。

根据本发明，具有随着趋向于虚像的外缘而光透射率逐步地降低的光衰减部。因此，能够使虚像的轮廓或外缘区域模糊或不清晰。另外，光透射部件设在连结图像光输出部和光透射性反射部件的光路上，即，比光透射性部件设在近前侧。因此，在不显示虚像的情况下，不会留存如日本特开2008-195123号公报那样的图案，改善了表观，能够提高商品性。

根据本发明，能够使虚像的轮廓或外缘模糊或不清晰。另外，在不显示虚像的情况下，不会在虚像的周边留存图案，改善了表观，能够提高商品性。

根据与添加的附图协同的以下优选实施方式例的说明，可以更加明确上述目的以及其他目的、特征及优点。

附图说明

图1是搭载有本发明的一个实施方式的平视显示器装置（以下称作“HUD装置”）的车辆的概略结构图。

图2是构成上述HUD装置的平视显示器（以下称作“HUD显示器”）的分解立体图。

图3是表示使用上述HUD显示器时的光路的立体图。

图4是表示印刷片的外观的立体图。

图5是表示挡风玻璃上的虚像及其周边的一例的图。

图6A及图6B是说明调整上述虚像的位置的情况或发生光轴偏移的情况的第1图及第2图。

具体实施方式

A.一个实施方式

1.整体结构的说明

[1-1.整体结构]

图1是搭载有本发明的一个实施方式的平视显示器装置12（以下也称作“HUD装置12”）的车辆10的概略结构图。图2是表示构成HUD装置12的平视显示器14的（以下称作“HUD显示器14”）的分解立体图。图3是表示使用HUD显示器14时的光路200的立体图。

如图1所示，HUD装置12在HUD显示器14的基础上，还具有供虚像300投影的无色透明的挡风玻璃16（光透射性反射部件，合成器：combiner）。HUD显示器14配置在仪表板（instrument panel）18（外壳）的内部。另外，如图1所示，HUD显示器14具有：壳体20、光源22、显示元件24、平面镜26、凹面镜28、透光罩30及控制装置32（图2）。

如图2所示，壳体20由上侧部件40、下侧部件42及内部部件44构成。光源22用于输出可见光，例如是冷阴极管。显示元件24用于控制来自光源22的可见光的透射，例如是薄膜晶体管（TFT）型的液晶显示装置（LCD）。显示元件24在多个像素中分别切换连通-截断，控制能否使来自光源22的可见光透射，由此，使图像（或图像信息）包含在可见光中。以下，将含有图像的可见光称作图像光202。

光源22及显示元件24作为光源单元48（图像光射出部、图像光输出部）而一体构成，固定在壳体20的内部部件44上（参照图2及图3）。光源单元48（显示元件24）射出或输出图像光202。在本实施方式的光源单元48中的图像光202的出口处（换言之，比凹面镜28靠光源单元48侧的光路200上）贴附有用于使虚像300的轮廓模糊或不清晰的印刷片50（参照图1）。关于印刷片50的具体情况，参照图4等在后叙述。

平面镜26用于使从光源22射出且从显示元件24通过的可见光（即图像光202）向凹面镜28的方向反射，且固定在壳体20的内部部件44上。平面镜26是根据光源单元48（即光源22及显示元件24）与凹面镜28之间的配置关系而设置的，也能够根据光源单元48（即光源22及显示元件24）与凹面镜28的配置而不设置平面镜26。

凹面镜28使图像光202朝向挡风玻璃16（合成器）反射，由此使图像光202作为虚像300而显示在使用者150（图1）的前方视野内。凹面镜28构成凹面镜单元60（图2及图3）的一部分。

凹面镜单元60在凹面镜28的基础上，还具有：支承凹面镜28的凹面镜保持架62；调整凹面镜28及凹面镜保持架62的角度的步进电机64（执行机构）；和支承凹面镜28、凹面镜保持架62及步进电机64的凹面镜支承板66。凹面镜单元60经由凹面镜支承板66而固定在壳体20的内部部件44上。通过步进电机64能够使凹面镜28相对于光路200转动。

透光罩30使来自凹面镜28的图像光202透射而到达挡风玻璃16，并且防止灰尘进入到壳体20内。透光罩30配置在形成于壳体20的上侧部件40上的开口部70内（换言之，仪表板18的出口处）。透光罩30也可以构成为透镜。

控制装置32经由光源单元48（光源22及显示元件24）以及步进电机64来控制虚像300的显示。

[1-2.印刷片50]

图4是表示印刷片50的外观的立体图。如上所述，本实施方式的印刷片50配置在光源单元48中的图像光202的出口处（参照图1）。如后所述，也能够将印刷片50配置在比挡风玻璃16靠近前侧的其他部位（例如，平面镜26、凹面镜28或透光罩30）上。

印刷片50是使印刷层82形成在无色透明的薄膜80（例如，聚碳酸酯）上而成的。如图4所示，薄膜80（以下也称作“透明薄膜80”）为矩形，但也可以为其他形状（例如，以矩形为基础并使四角为圆角的形状）。

另外，印刷层82例如是由黑色陶瓷构成的层。也可以不经由透明薄膜80而形成印刷层82。

印刷片50主要分成三个区域。即，如图4所示，印刷片50包括：位于中央的高透射区域90、位于外侧的低透射区域92、和配置在高透射区域90及低透射区域92之间的中透射区域94（以下也称作“渐变区域94”）。图4中的椭圆形的虚线是高透射区域90与中透射区域94的边界线（虚拟线）。另外，图4中的平行四边形的单点划线是低透射区域92与中透射区域94的边界线（虚拟线）。在这些区域90、92、94中，印刷层82形成在低透射区域92及中透射区域94上，没有形成在高透射区域90上。

高透射区域90是与虚像300（图5）的一部分对应的区域，光透射率最高。本实施方式的高透射区域90为椭圆形，但也可以为其他形状（矩形、圆形等）。

低透射区域92的光透射率最低且作为整体而光透射率均匀。本实施方式的低透射区域92例如通过均匀地喷涂黑色陶瓷而构成。低透射区域92是比光路200的外缘204（轮廓）靠近外侧的区域。在此所称的外缘204意味着图像光202中意图作为虚像300而显示的范围（设计上的范围）中的、最外侧的点的集合。因此，在从与图像光202的前进方向垂直的平面观察的情况下，外缘204为构成四边形的四条直线（参照图4及图5）。实际上，图像光202的一部分具有超出外缘204的可能性，但被低透射区域92所遮蔽。另外，低透射区域92为矩形且为环状，但也可以为其他形状（例如，以椭圆形及环状为基础的形状）。

中透射区域94比光路200的外缘204位于内侧，光透射率从高透射区域90侧朝向低透射区域94侧而逐渐下降。即，黑色陶瓷的量（密度）从高透射区域90侧朝向低透射区域92侧而逐渐增加。另外，中透射区域94中的光透射率的分布随着高透射区域90的形状（在本实施方式中为椭圆形）而逐渐变化。

更具体而言，中透射区域94中的沿着透明薄膜80的对角线的部位与其周边相比光透射率变高，并且整体上，光透射率从高透射区域90侧朝向低透射区域92侧而逐渐降低。另外，在中透射区域94中，对于高透射区域90附近，也通过与高透射区域90相同的椭圆形状而付与有光透射率均匀的特性（参照后述的图5）。

其结果为，在中透射区域94中，作为整体，虽然光透射率从高透射区域90侧朝向低透射区域92侧而逐渐降低，但在高透射区域90附近具有与高透射区域90的形状相似或近似的光透射率的分布。另外，沿着透明薄膜80的对角线的部位与其周边相比光透射率变高。由此，能够改善虚像300（图5等）的表观。

如上所述，在印刷片50上形成有高透射区域90、低透射区域92及中透射区域94。由此，在印刷片50中，构成为越趋向中央而光透射率越高。

2.虚像300的显示

[2-1.虚像300的显示自身]

接下来，说明使用印刷片50的情况下的虚像300及其周边。

[2-1-1.构成虚像300的多个区域]

图5是表示挡风玻璃16上的虚像300及其周边的一例的图。相对于在图4中示出了印刷片50，在图5中，示出了挡风玻璃16上的虚像300及其周边。因此，在图4及图5中，要注意浓淡变得相反。此外，图5中的虚像300外侧的白色区域成为使用者透过挡风玻璃16而看到的景色。

如上所述，印刷片50主要包括三个区域，即高透射区域90、低透射区域92及中透射区域94（渐变区域94）。与之对应地，在挡风玻璃16上形成有显示区域100、背景区域102及模糊区域104（以下也称作“渐变区域104”）。图5中的椭圆形的虚线是显示区域100与模糊区域104的边界线（虚拟线）。另外，图5中的长方形的单点划线是背景区域102与模糊区域104的边界线（虚拟线）。在这些区域100、102、104中，能够显示虚像300的是显示区域100及模糊区域104，在背景区域102中没有显示虚像300（具体情况在以下叙述）。（2-1-2.显示区域100）

显示区域100与印刷片50的高透射区域90对应。在显示区域100中，来自凹面镜28的图像光202不与因印刷层82导致的光量降低伴随地（即不衰减地）到达挡风玻璃（合成器）。因此，能够不受印刷层82的影响地形成所期望的虚像300。

此外，图5所示的虚像300包括背景部110、和由实际传递的信息（在此为表示时速的文字）构成的信息显示部112。背景部110的颜色例如为与外部的景色的对比度高的颜色（例如黑色）。另外，信息显示部112的颜色为与背景部110不同的颜色，尤其是与背景部110的颜色的对比度大的颜色（白色、黄色等）。

（2-1-3.背景区域102）

背景区域102与印刷片50的低透射区域92对应。在低透射区域92中，来自凹面镜28的图像光202被遮蔽。由此，来自凹面镜28的图像光202不会到达挡风玻璃16。因此，在挡风玻璃16的背景区域102中，使用者能够直接看到透过挡风玻璃16而看到的外部的景色。换言之，使用者能够在背景区域102及其外侧的区域看到相同的外部的景色。

（2-1-4.模糊区域）

模糊区域104与印刷片50的中透射区域94对应。在中透射区域94中，来自凹面镜28的图像光202以使光量因印刷片82而降低的方式（即衰减地）到达挡风玻璃16。因此，能够使来自凹面镜28的图像光202中的到达挡风玻璃16的光量比显示区域100少且比背景区域102多。其结果为，在模糊区域104中，虽然显示有虚像300，但其亮度或明度比显示区域100低。

另外，在本实施方式中，与模糊区域104对应的图像和显示在显示区域100上的图像中的背景部110的颜色相同。因此，背景在从显示区域100的背景部110到模糊区域104的范围内逐渐变得模糊或不清晰。此外，与模糊区域104对应的图像也可以具有与背景部110不同的颜色、或亮度、明度（例如，与背景部110相比亮度或明度高的颜色）。

[2-2.虚像300的显示位置的调整]

如上所述，在本实施方式中，能够通过凹面镜单元60的步进电机64来调整凹面镜28的角度，从而改变虚像300的位置。另外，也有可能通过使壳体20、光源22、显示元件24、平面镜26、凹面镜28及透光罩30中的某一个或多个配置在从设计上的基准位置偏移的位置上，而使光轴发生偏移。

图6A及图6B是说明调整虚像300的位置的情况或光轴发生偏移的情况的第1图及第2图。在图6A及图6B中，双点划线所包围的区域120（以下称作“显示控制区域120”）是控制装置32作为能够使虚像300移动的范围来使用的区域。

通过控制步进电机62，如图6A及图6B所示，虚像300的位置沿垂直方向（铅垂方向）变化。在本实施方式中，将印刷片50配置在光源单元48中的图像光202的出口（（换言之，光路200中的比凹面镜28靠近前侧的部分（更具体而言，光路200中的从光源22或显示元件24笔直伸出的部分））上。因此，即使改变虚像300的位置，也能够使挡风玻璃16上的模糊区域104追随显示区域100。

3.本实施方式的效果

如以上说明那样，根据本实施方式，将构成为越趋向中央而光透射率越高的印刷片50（透射层）设在来自光源单元48的图像光202的光路200上。因此，能够使虚像300的轮廓或外缘区域模糊或不清晰。另外，印刷片50设在仪表板18（外壳）的内部（参照图1）。因此，在不显示虚像300的情况下，不会在虚像300的周边留存图案（例如，JP2008-195123A的纵纹图案部21），改善了表观，能够提高商品性。

从其他观点来说，根据本实施方式，具有随着趋向于虚像300的外缘而光透射率逐步地降低的印刷层82（光衰减部）。因此，能够使虚像300的轮廓或外缘区域模糊或不清晰。另外，印刷片50（光透射部件）设在连接光源单元48（图像光输出部）和挡风玻璃16的（光透射性反射部件）的光路200上，即，与挡风玻璃16相比设在近前侧。因此，在不显示虚像300的情况下，不会在虚像300的周边留存图案（例如，JP2008-195123A的纵纹图案部21），改善了表观，能够提高商品性。

在本实施方式中，印刷片50（透光层）设在光源单元48（图像光射出部）中的图像光202的出口处（参照图1）。由此，能够增加印刷片50的配置的自由度。另外，由于印刷片50的位置距光源22较近，所以与将印刷片50设在例如透光罩30上的情况相比，容易调整图像光202（虚像300）与印刷片50之间的位置关系。而且在制造多个HUD装置12时，能够减少图像光202与印刷片50之间的位置关系的偏差。

B.变形例

此外，本发明不限于上述实施方式，当然能够根据本说明书的记载内容而采取各种结构。例如，能够采用以下结构。

1.适用对象

在上述实施方式中，将HUD装置12适用于车辆10，但不限于此，也可以适用于其他对象。例如，也能够将HUD装置12适用于船舶和飞机等移动体。或者，也可以将HUD装置12适用于机器人、制造装置或家电产品。在这些情况下，也可不必将HUD显示器14配置在仪表板18（外壳）内。

2.HUD装置12

[2-1.整体结构]

在上述实施方式中，HUD装置12为向挡风玻璃16投影的类型（挡风玻璃投影型），但也可以使用除此以外的光透射性反射部件（合成器）。

在上述实施方式中，HUD装置12（HUD显示器14）具有光源单元48（光源22及显示元件24）、平面镜26、凹面镜28以及透光罩30，但例如从将印刷片50（透光层、光透射部件）与挡风玻璃16（合成器）相比配置在近前侧的观点出发，不限于此。例如，也能够省略平面镜26、凹面镜28或透光罩30中的任一部件。

[2-2.印刷片50（透光层、光透射部件）]

在上述实施方式中，将印刷片50设在光源单元48中的图像光202的出口处（图1），但例如从将印刷片50配置在挡风玻璃16（合成器）与光源22之间的观点出发，印刷片50的配置不限于此。

例如，也可以在平面镜26、凹面镜28或透光罩30上贴附印刷片50。或者，也能够在光源单元48的内部（光源22或显示元件24）形成印刷片50。通过实现这些选择，能够增加印刷片50或印刷层82的配置的自由度。

另外，例如，在平面镜26、凹面镜28或光源单元48的内部贴附或形成印刷片50的情况下，即使通过步进电机64来改变凹面镜28的角度，与上述实施方式同样地，也能够保持图像光202与印刷片50之间的位置关系（或显示区域100与模糊区域104之间的位置关系）。而且，在透光罩30上贴付印刷片50的情况下，透光罩30在壳体20中配置在较外侧，由此能够容易地进行光透射率的调整。

在上述实施方式中，使用印刷片50来配置印刷层82，但例如从形成印刷层82的观点出发，不限于此。例如，也可以不使用透明薄膜80而在对象部件（光源单元48、平面镜26、凹面镜28或透光罩30）上直接印刷或形成印刷层82。

在上述实施方式中，作为印刷层82（低透射区域92及中透射区域94）而使用由黑色陶瓷构成的层，但不限于此，也可以以其他物质而利用印刷层82。此时，作为调整低透射区域92及中透射区域94的光透射率的方法，例如，能够使用使完全不透光的光不透射性物质的点分布变化的方法、使光量降低而使透射光的半透射性物质的浓度分布变化的方法。另外，从形成低透射区域92及中透射区域94的观点出发，其形成方法不限于印刷。例如，也能够使用基于激光照射而产生的变色。

在上述实施方式中，仅设有一片印刷片50或一个印刷层82，但例如从形成模糊区域104的观点出发，也可以在不同部位或相同部位设置多个印刷片50或印刷层82。例如，也可以在光源单元48中的图像光202的出口和透光罩30双方上设置印刷片50或印刷层82。

[2-3.其他]

在上述实施方式中，使用步进电机64来使凹面镜28自由转动，但例如从将印刷片50配置在挡风玻璃16（合成器）与光源22之间的观点出发，也可以将凹面镜28固定。

Claims (6)

1.一种平视显示器装置（12），具有：

外壳（18）；

图像光射出部（48），其设在所述外壳（18）的内部，射出作为含有图像的光的图像光（202）；和

镜（28），其设在所述外壳（18）的内部，通过反射所述图像光（202），使所述图像光（202）作为虚像（300）而显示在所述外壳（18）的外部的使用者（150）的前方视野内，所述平视显示器装置（12）的特征在于，

在所述外壳（18）的内部，在所述图像光（202）的光路（200）上设有透光层（50），

所述透光层（50）构成为越趋向中央而光透射率越高。

2.如权利要求1所述的平视显示器装置（12），其特征在于，

所述镜（28）为相对于所述光路（200）能够转动的凹面镜（28），

所述透光层（50）与所述凹面镜（28）相比设在所述图像光射出部（48）侧。

3.如权利要求1或2所述的平视显示器装置（12），其特征在于，

所述透光层（50）设在所述图像光射出部（48）中的所述图像光（202）的出口处或所述图像光射出部（48）的内部。

4.如权利要求1或2所述的平视显示器装置（12），其特征在于，

所述透光层（50）设在所述镜（28）上。

5.如权利要求1或2所述的平视显示器装置（12），其特征在于，

在射出所述图像光（202）的所述外壳（18）的出口处具有透光罩（30），

所述透光层（50）包括形成在所述透光罩（30）上的印刷层（82）。

6.一种平视显示器装置（12），具有：

图像光输出部（48），其输出图像光（202），该图像光（202）为含有用作虚像（300）的图像的光；

光透射性反射部件（16），其使所述图像光（202）沿朝向使用者（150）的方向反射，而使所述虚像（300）显示在所述使用者（150）的前方；和

光透射部件（50），其设在连结所述图像光输出部（48）和所述光透射性反射部件（16）的光路（200）上，使所述图像光（202）透射，所述平视显示器装置（12）的特征在于，

所述光透射部件（50）具有使所述图像光（202）中的与所述虚像（300）的外缘区域对应的部分衰减的光衰减部（94），

所述光衰减部（94）随着趋向于所述虚像（300）的外缘而光透射率逐步地降低。