CN107683433A - 平视显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平视显示装置，通过将图像投影于位于比车辆(1)的仪表板(2)靠车辆上方(UD)位置的投影部件(3)，而以乘客能够视觉确认的方式对图像进行虚像显示，若将对图像进行虚像显示时沿车辆的上下方向的方向定义为图像的纵向(VD)，则平视显示装置具备：投射器(10)，该投射器(10)作为沿与图像的纵向(VD)交叉的偏振方向(PD)偏振的光投射图像；和反射镜(30、230、330)，其在投射器与投影部件之间的光路(OP)上，通过反射使来自投射器侧的图像的光向投影部件侧折返，且针对来自投射器的光，S偏振光反射率与P偏振光反射率不同。

Description

平视显示装置

本申请基于2015年6月17日申请的日本申请号2015-122289号专利，并在此援引其记载的内容。

技术领域

本发明涉及搭载于车辆并以乘客能够视觉确认的方式对图像进行虚像显示的平视显示装置(以下简称HUD装置)。

背景技术

已知有搭载于车辆并以乘客能够视觉确认的方式对图像进行虚像显示的HUD装置。专利文献1中公开的HUD装置是将图像投影于位于比仪表板靠车辆上方位置的投影部件的装置。具备：投射器，其投射图像作为沿规定的偏振方向偏振的光；和反射镜，其在投射器与投影部件之间的光路上，通过反射使来自投射器侧的图像的光向投影部件侧折返。

这里，反射镜通过在透光性的板状基材的单侧表面粘贴偏光膜而形成。其反射轴根据投射器的偏振光轴设定，被设定为相对于图像的横向成45°的角度。这样，射入反射镜的太阳光等外界光的一部分被隔离。

专利文献1：日本特开2014-191321号公报

另外，发明者们进一步专心研究外界光的性质，结果发现透过投影部件射入HUD装置内的外界光在透过投影部件时，容易成为沿与图像的纵向对应的方向的部分偏振光。即，通过考虑该部分偏振光来构成HUD装置，发现了高效地隔离外界光并抑制投射器的温度上升的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供能够抑制投射器的温度上升的HUD装置。

根据本发明的一个方式，平视显示装置搭载于车辆的仪表板，通过将图像投影于位于比仪表板靠车辆上方的位置的投影部件，而以乘客能够视觉确认的方式对图像进行虚像显示，若将对图像进行虚像显示时沿车辆的上下方向的方向定义为图像的纵向，则具备：投射器，其作为沿与图像的纵向交叉的偏振方向偏振的光投射图像；和反射镜，其在投射器与投影部件之间的光路上，通过反射使来自投射器侧的图像的光向投影部件侧折返，且针对来自投射器的光，S偏振光反射率和P偏振光反射率不同。

根据上述结构，图像的光能够从投射器侧射入在投射器与投影部件之间的光路上的反射镜，并且外界光能够透过投影部件射入HUD装置内。例如在外界光是沿与图像的纵向对应的方向的部分偏振光的情况下，该外界光与沿同图像的纵向交叉的偏振方向偏振的图像的光沿不同方向偏振。这里，反射镜的S偏振光反射率与P偏振光反射率不同，因此能够根据反射镜的折返方向，提高图像的光向投影部件侧的反射率并降低外界光向投射器侧的反射率。综上所述，通过高效地隔离外界光，能够提供抑制投射器的温度上升的HUD装置。

附图说明

参照附图并根据下述的详细记述，更加明确本发明的上述目的、其它目的、特征以及优点。

图1是示出第一实施方式中的HUD装置在车辆的搭载状态的示意图。

图2示出是第一实施方式中的HUD装置的光路的示意图。

图3是示出第一实施方式中的投射器的结构的立体图。

图4是示出从车辆的上方向车辆的下方观察图2的光路的情况下的示意图。

图5是放大示出第一实施方式中的副镜的示意图。

图6是示出第二实施方式中的HUD装置的光路的示意图。

图7是示出从车辆的左侧向车辆右方观察图5的光路的情况下的示意图。

图8是放大示出第二实施方式中的副镜的示意图。

图9是与第三实施方式中的图7对应的图。

具体实施方式

下面基于附图说明本发明的多个实施方式。此外，有时会对各实施方式中对应的构成要素标注相同的附图标记，而省略重复说明。在各实施方式中仅说明结构的一部分的情况下，该结构的其它部分能够使用在先说明的其它实施方式的结构。另外，不仅是在各实施方式的说明中明示的结构的组合，只要不特别妨碍组合，即使未明示，也能部分地组合多个实施方式的结构彼此。

(第一实施方式)

如图1所示，本发明的第一实施方式的HUD装置100搭载于车辆1，并收容于仪表板2内的收容空间2a。HUD装置100将图像投影于作为车辆1的投影部件的前风挡玻璃3。图像的光被前风挡玻璃3反射，由此HUD装置100以车辆1的乘客能够视觉确认的方式对图像进行虚像显示。即，被前风挡玻璃3反射的图像的光在车辆1的室内到达乘客的眼点EP，该乘客将该图像的光感知为虚像VI。而且，乘客能够通过虚像VI识别各种信息。作为图像被虚像显示的各种信息，例如，可以举出车速、燃料余量等车辆状态值或者道路信息、视界辅助信息等导航信息。

车辆1的前风挡玻璃3位于比仪表板2靠车辆上方UD的位置，由玻璃或合成树脂等形成为透光性的板状。另外，前风挡玻璃3越朝向车辆上方UD越向车辆后方BD倾斜地配置，前风挡玻璃3的靠室内侧的面即供图像投影的投影面3a形成为凹面状或者平坦的平面状。如此，坐在车辆1的座席4上朝向车辆前方的乘客能够通过该前风挡玻璃3视觉确认包括道路和道路标志等的前景，并且能够视觉确认图像的虚像显示。

另外，在第一实施方式中，仪表板2内的收容空间2a的车辆左右方向的尺寸大于车辆上下方向的尺寸。因此，HUD装置100的光学系统根据该收容空间2a设计。

这里，在本实施方式中，车辆下方DD表示车辆1在平地行驶时或者停在平地上时重力产生的方向。车辆上方UD是指与车辆下方DD相反方向。车辆前方FD是指坐在座席4上的乘客朝向正面的方向。车辆后方BD是指车辆前方FD的相反方向。车辆左方LD是指从朝向车辆前方FD的乘客观察到的左方向。车辆右方RD是指从朝向车辆前方FD的乘客观察到的右方向。并且，车辆上下方向是指车辆上方UD和车辆下方DD。车辆前后方向是指车辆前方FD和车辆后方BD。车辆左右方向是指车辆左方LD和车辆右方RD。

另外，将图像被虚像显示时沿车辆上下方向的方向定义为图像的纵向VD，将图像被虚像显示时沿车辆左右方向的方向定义为图像的横向HD。

下面，基于图2～5说明这样的HUD装置100的具体结构。如图2所示，HUD装置100具备投射器10、副镜30以及凹面镜40，这些部件被收容于形状与收容空间2a对应的外壳内。

如图3所示，投射器10具有光源12、聚光透镜14、扩散板16、投射透镜18以及液晶面板20，例如将它们收容于箱状的投射器壳体而形成。

光源12例如是多个发光二极管元件，配置于光源用电路基板12a上。光源12通过光源用电路基板12a上的布线图案而与电源电连接。光源12通过通电以与电流量相对应的发光量发出光源光。由此，光源12向聚光透镜14投射光源光。更加详细而言，光源12例如通过由荧光体覆盖蓝色发光二极管，而实现准白色的发光。

聚光透镜14是由合成树脂或玻璃等构成的透光性的凸透镜，配置于光源12与扩散板16之间。聚光透镜14会聚来自光源的光源光，并向扩散板16射出。

扩散板16是由合成树脂或玻璃等形成的板，配置于聚光透镜14与投射透镜18之间。扩散板16将通过扩散调整了亮度的均匀性的光源光向投射透镜18射出。

投射透镜18是由合成树脂或玻璃等构成的透光性的凸透镜，配置于扩散板16与液晶面板20之间。投射透镜18会聚来自扩散板16的光源光，向液晶面板20投射。

液晶面板20例如是使用薄膜晶体管(Thin film Transistor，TFT)制作的液晶面板，是由在图像的纵向VD和横向HD二维方向上排列的多个液晶像素形成的有源矩阵型的液晶面板。在液晶面板20中，层叠有一对偏光板和夹设于该一对偏光板的液晶层等。偏光板具有使电场矢量为规定方向的光透过并对电场矢量为与规定方向实质垂直的方向的光进行遮光的性质，一对偏光板与该规定方向分别实质正交地配置。液晶层能够通过对每个液晶像素施加电压而与施加电压相对应地使射入液晶层的光的偏振方向旋转。

因此，液晶面板20控制光源光在每个液晶像素的透过率，由此投射器10能够投射图像。这里，从投射器10投射的图像通过偏光板的配置，而作为沿与该图像的纵向VD交叉的偏振方向PD偏振的光被投射。这里，偏振方向PD是相对于图像的纵向VD成45°以上的角度的方向，特别是在本实施方式中，为与图像的横向HD实质平行的方向。此外，本实施方式的液晶面板20形成为矩形状，是图像的横向HD的尺寸大于纵向VD的尺寸的横长的面板。

如图2、4所示，由来自这样的投射器10的图像的光构成经过副镜30、凹面镜40以及前风挡玻璃3的光路OP。具体而言，在第一实施方式中，从投射器10至副镜30的光路OP1沿车辆左右方向构成，从副镜30至凹面镜40的光路OP2沿车辆前后方向构成，从凹面镜40至前风挡玻璃3的光路OP3沿车辆上下方向构成。

如图5详细所示，配置于光路OP上的副镜30具有相位差板32和电介质多层膜34，将它们重叠而形成为平板状。相位差板32例如是由蓝宝石玻璃或聚碳酸酯树脂等形成为板状的相位子。相位差板32被配置于副镜30的表侧即图像的光的射入反射侧。

电介质多层膜34相比相位差板32配置于背侧，通过将由两种以上折射率不同的电介质构成的薄膜沿表侧面30a的法线方向ND层叠而形成。本实施方式中的电介质多层膜是例如包括由二氧化硅(SiO₂)或者二氧化钛(TiO₂)等构成的电介质膜的10层的多层膜。

为了获得红外光反射率小于可见光反射率那样的反射特性，例如通过计算机的计算来适当地设定各电介质膜的各膜厚。此外，该反射特性未必需要对全部波长的红外光和可见光都成立，针对红外光的各波长的反射率平均值只要小于针对可见光的各波长的反射率平均值即可。

此外，通过在相位差板32的表面蒸镀电介质多层膜，来形成副镜30。

副镜30是通过反射将来自投射器10侧的图像的光向靠前风挡玻璃3侧的凹面镜40折返的反射镜。在第一实施方式的副镜30中，图像的光被沿该图像的横向HD折返。

这里，作为对折返的判定方法，将图像被虚像显示时的图像的纵向VD和横向HD或者图像在投射器10的液晶面板20上的纵向VD和横向HD作为矢量沿光路OP投影到副镜30。并且，对投影到副镜30的表侧面30a的这些矢量与将相对于副镜30的射入光和反射光的光路OP正投影到表侧面30a而成的折返投影线PL(参见图2)进行比较。即，在表侧面30a，假想的折返投影线PL只要比对纵向VD投影的矢量接近对横向HD投影的矢量的方向，就能说该副镜30沿图像的横向HD折返图像的光。

另外，相位差板32的相位差被设定为相对于倾斜地(例如以45°的射入角)射入和反射的图像的光，产生单程1/2波长的量。相位差板32的快轴方向被设定为相对于所射入的图像的纵向VD和横向HD倾斜的方向，例如被以相对于图像的纵向VD和横向HD分别成45°的角度设定。通过这样的结构，针对图像的光，副镜的S偏振光反射率与P偏振光反射率不同，P偏振光反射率大于S偏振光反射率。特别是在本实施方式中，S偏振光反射率与P偏振光反射率之差在5％以上。

如图2、4所示，配置于光路OP上的凹面镜40通过在由合成树脂或玻璃等构成的基材的表面蒸镀铝作为反射面40a等而形成。反射面40a作为凹面镜40的中心凹陷的凹面，形成为光滑的曲面状。而且，凹面镜40通过反射将来自副镜30的图像的光沿该图像的纵向VD向前风挡玻璃3折返。

这里，更加详细地说明从投射器10投射出的图像的光。如图4、5所示，来自投射器10的图像的光作为P偏振光的光，倾斜地射入副镜30的相位差板32。透过相位差板32的图像的光因该相位差板32的作用REA，而在到达与电介质多层膜34间的界面30b时，转换为S偏振光。这里，电介质多层膜34的S偏振光反射率大于P偏振光反射率，因此图像的光被以高反射率反射。在电介质多层膜34反射了的图像的光再次透过相位差板32，但因相位差板32的作用REB，被转换为P偏振光，并朝向凹面镜40。

另一方面，如图1、2所示，太阳光等外界光有时射入HUD装置100。具体而言，若外界光例如从车辆上方UD透过前风挡玻璃3，则由于前风挡玻璃3的S偏振光反射率大于P偏振光反射率，而成为针对前风挡玻璃3的P偏振光成分多的部分偏振光。以从仪表板2内向比该仪表板2靠车辆上方UD投影的图像为基准来换一种说法，则外界光成为沿与图像的纵向VD对应的方向的部分偏振光，并沿光路OP3逆行。此外，例如在将外界光设为太阳光的情况下，在前风挡玻璃3的射入方向会根据车辆1的朝向和时间等状况而改变，但是射入HUD装置100的外界光即使存在多少方向误差，也会成为这样的部分偏振光。

因此，如图5所示，被凹面镜40反射了的外界光在相对于副镜30，S偏振光成分多的状态下，倾斜射入副镜30的相位差板32。透过相位差板32的图像的光因相位差板32的作用REC，在到达与电介质多层膜34的界面30b时，处于P偏振光成分多的状态。这里，电介质多层膜34由于S偏振光反射率大于P偏振光反射率，因此图像的光以高透过率透过。这样，外界光多数从光路OP上离开。

此外，在图2、5中，以箭头示意性地示出图像的光的偏振状态和外界光的偏振状态。但是，外界光在图示上省略是部分偏振光这一情况，而示出成分多的方向。

(作用效果)

下面对以上说明了的第一实施方式的作用效果进行说明。

根据第一实施方式，图像的光能够从投射器10侧射入投射器10与作为投影部件的前风挡玻璃3之间的光路OP上的作为反射镜的副镜30，并且外界光能够透过前风挡玻璃3射入HUD装置100内。例如在外界光是沿与图像的纵向VD对应的方向的部分偏振光的情况下，该外界光和沿与图像的纵向VD交叉的偏振方向PD偏振的图像的光沿不同方向偏振。这里，副镜30的S偏振光反射率与P偏振光反射率不同，能够根据副镜30的折返方向，提高图像的光向前风挡玻璃3侧的反射率，并降低外界光向投射器10侧的反射率。综上所述，通过高效地隔离外界光，能够提供抑制投射器10的温度上升的HUD装置100。

另外，根据第一实施方式，副镜30使图像的光沿图像的横向HD折返，且P偏振光反射率大于S偏振光反射率。这样，能够可靠地提高沿与图像的纵向VD交叉的偏振方向PD偏振的图像的光向前风挡玻璃3侧的反射率，并降低容易成为沿与图像的纵向VD对应的方向的部分偏振光的外界光向投射器10侧的反射率。

另外，根据第一实施方式，副镜30具有配置于该副镜30的表侧的相位差板32和相比该相位差板32配置于背侧的电介质多层膜34。在这样的副镜30，相位差板32能够使射入光的偏振变化而使该射入光射入电介质多层膜34，因此能够控制在电介质多层膜34的反射率。因此，能够容易地使P偏振光反射率大于S偏振光反射率，从而能够高效地隔离外界光。

另外，根据第一实施方式，电介质多层膜34是红外光反射率小于可见光反射率的反射特性。根据这一点，图像的光作为可见光以较大反射率向前风挡玻璃3侧反射，并且作为热的成因的外界光中的红外光被抑制向投射器10侧的反射。因此，能够抑制投射器10的温度上升。

另外，根据第一实施方式，S偏振光反射率与P偏振光反射率之差在5％以上。这样，能够可靠地提高图像的光向前风挡玻璃3侧的反射率，并降低外界光向投射器10侧的反射率。

另外，根据第一实施方式，偏振方向PD为相对于图像的纵向VD成45°以上的角度的方向。这样，外界光与图像的光可靠地沿不同方向偏振，因此能够提高图像的光向前风挡玻璃3侧的反射率，并降低外界光向投射器10侧的反射率。

(第二实施方式)

如图6～8所示，本发明的第二实施方式是第一实施方式的变形例。以与第一实施方式的不同点为中心说明第二实施方式。

如图6、7所示，第二实施方式的HUD装置200与第一实施方式相同，被收容于车辆1的仪表板2内的收容空间202a。这里，在第二实施方式中，收容空间202a的车辆上下方向的尺寸大于车辆左右方向的尺寸。因此，HUD装置200的光学系统根据该收容空间202a而设计。

由来自投射器10的图像的光构成经过副镜230、凹面镜40以及前风挡玻璃3的光路OP。具体而言，在第二实施方式中，从投射器10到副镜230的光路OP1沿车辆上下方向构成，从副镜230到凹面镜40的光路OP2沿车辆前后方向构成。另外，与第一实施方式相同，从凹面镜40到前风挡玻璃3的光路OP3沿车辆上下方向构成。

如图8详细所示，第二实施方式的副镜30具有透光板236和电介质多层膜234，并将它们重叠而形成为平板状。电介质多层膜234配置于副镜30的表侧，即配置于来自投射器10的图像的光的射入侧。电介质多层膜234的其它结构与第一实施方式的电介质多层膜34相同，因此省略说明。

透光板236相比电介质多层膜234配置于背侧，由合成树脂或玻璃等形成为平板状。此外，通过在透光板236的表面蒸镀电介质多层膜234而形成副镜。

通过这样的电介质多层膜234，针对图像的光，副镜230的S偏振光反射率与P偏振光反射率不同，S偏振光反射率大于P偏振光反射率。特别是在本实施方式中，S偏振光反射率与P偏振光反射率之差为5％以上。而且副镜230是通过反射将来自投射器10侧的图像的光向靠前风挡玻璃3侧的凹面镜40折返的反射镜。在第二实施方式的副镜230中，图像的光被沿该图像的纵向VD折返。

这里，更加详细地说明从投射器10投射出的图像的光。来自投射器10的图像的光作为S偏振光的光倾斜射入副镜230的电介质多层膜234。这里，由于副镜230的电介质多层膜234的S偏振光反射率大于P偏振光反射率，因此图像的光以高反射率被反射。而且，朝向凹面镜40。

另一方面，若太阳光等外界光射入HUD装置200并被凹面镜40反射，则外界光以针对副镜30而言P偏振光成分较多的状态，被倾斜射入副镜230的电介质多层膜234。这里，副镜230的电介质多层膜234的S偏振光反射率大于P偏振光反射率，因此外界光以高透过率透过该电介质多层膜234，并进一步透过透光板236。这样，外界光多数从光路OP上离开。

根据这样的第二实施方式，作为反射镜的副镜230沿图像的纵向VD折返图像的光，且S偏振光反射率大于P偏振光反射率。因此，能够可靠地提高沿与图像的纵向VD交叉的偏振方向PD偏振的图像的光向前风挡玻璃3侧的反射率，并降低容易成为沿与图像的纵向VD对应的方向的部分偏振光的外界光向投射器10侧的反射率。

另外，根据第二实施方式，副镜230具有沿表侧面230a的法线方向ND层叠电介质而成的电介质多层膜234。由于沿表侧面230a的法线方向ND层叠有电介质，因此即使例如在制造时，副镜30以法线方向ND为轴旋转设置，也会维持S偏振光反射率大于P偏振光反射率的状态，因此能够高效地隔离外界光。因此，由于可以不考虑制造时的副镜30的旋转公差，故而能够容易地提供抑制投射器10的温度上升的HUD装置200。

(第三实施方式)

如图9所示，本发明的第三实施方式是第二实施方式的变形例。以与第一实施方式的不同点为中心，说明第三实施方式。

第三实施方式的HUD装置300中的副镜330与第二实施方式相同，具有透光板336和电介质多层膜334，但与第二实施方式不同，形成为凸面镜状。

具体而言，透光板336形成为表侧的中央凸出的曲面板状，在该表侧蒸镀电介质多层膜334，由此形成副镜330。电介质多层膜334除了随着曲面而层叠外，都与第一实施方式的电介质多层膜34相同，因此省略说明。

根据这样的第三实施方式，作为反射镜的副镜330形成为凸面镜状。采用该副镜330，即使外界光的一部分被该副镜330反射，也会向其它方向扩散，因此能够进一步抑制向投射器10的到达率，从而能够抑制投射器10的温度上升。

(其它实施方式)

以上，说明了本发明的多个实施方式，但本发明并非限定于这些实施方式并由它们解释，而能够在不脱离本发明的要旨的范围内，用于各种实施方式和组合。

具体而言，作为变形例1，可以在光路OP上，追加配置透镜、反光镜等光学元件。

作为变形例2，作为投影部件，也可以取代前风挡玻璃3，将与车辆相独立的投影部件(Combiner)设置于车辆内，将图像投影于该投影部件。

作为与第一实施方式相关的变形例3，例如为了确保强度，副镜30可以具有相比电介质多层膜34配置于背侧的透光板。

作为与第二实施方式相关的变形例4，可以构成为，将通过反射使来自投射器10侧的图像的光沿该图像的纵向VD向前风挡玻璃3折返的凹面镜40作为S偏振光反射率大于P偏振光反射率的反射镜。在该情况下，可以另行设置副镜。

作为变形例5，投射器10的液晶元件的排列方向可以不与图像的纵向VD和横向HD对应。即，相对于投射器10的液晶元件的排列方向的倾斜方向可以与图像的纵向VD或者横向HD对应。

Claims (9)

1.一种平视显示装置，搭载于车辆(1)的仪表板(2)，通过将图像投影于位于比所述仪表板靠车辆上方(UD)的投影部件(3)，而以乘客能够视觉确认的方式对所述图像进行虚像显示，其中，

所述平视显示装置具备投射器(10)和反射镜(30、230、330)，

若将所述图像被虚像显示时沿所述车辆的上下方向的方向定义为所述图像的纵向(VD)，

则所述投射器(10)将所述图像投射作为沿与所述图像的纵向交叉的偏振方向(PD)偏振的光，

所述反射镜(30、230、330)在所述投射器与所述投影部件之间的光路(OP)上，通过反射使来自所述投射器侧的所述图像的光向所述投影部件侧折返，且针对来自所述投射器的光，S偏振光反射率和P偏振光反射率不同。

2.根据权利要求1所述的平视显示装置，其中，

若将所述图像被虚像显示时沿所述车辆的左右方向的方向定义为所述图像的横向(HD)，

则所述反射镜(30)使所述图像的光沿所述图像的横向折返，且所述P偏振光反射率大于所述S偏振光反射率。

3.根据权利要求2所述的平视显示装置，其中，

所述反射镜具有：

相位差板(32)，其配置于所述反射镜的表侧；和

电介质多层膜(34)，其相比所述相位差板配置于背侧。

4.根据权利要求1所述的平视显示装置，其中，

所述反射镜(230)使所述图像的光沿所述图像的纵向折返，且所述S偏振光反射率大于所述P偏振光反射率。

5.根据权利要求4所述的平视显示装置，其中，

所述反射镜具有沿表侧面(230a)的法线方向(ND)层叠电介质而成的电介质多层膜(234)。

6.根据权利要求3或5所述的平视显示装置，其中，

所述电介质多层膜具有红外光反射率小于可见光反射率的反射特性。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的平视显示装置，其中，

所述反射镜(330)为凸面镜状。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的平视显示装置，其中，

所述S偏振光反射率与所述P偏振光反射率之差为5％以上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的平视显示装置，其中，

所述偏振方向为相对于所述图像的纵向成45°以上的角度的方向。