CN107924060B - 平视显示装置以及反射光学系统 - Google Patents

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Abstract

平视显示装置具备照明光学系统(22)、成像光学系统(10)以及反射光学系统(34)。照明光学系统(22)投射表示信息的光源光。成像光学系统(10)使由照明光学系统(22)投射的光源光投影于投影面。反射光学系统(34)具有：使红外线区域的电磁波透过并反射可见光区域的电磁波的电介质多层膜。反射光学系统(34)构成为：包含来自照明光学系统(22)的光源光的至少一部分波长的对象波长的相位差成为大于‑π/2[rad]且小于π/2[rad]的范围。反射光学系统(34)配置为：在从照明光学系统(22)至成像光学系统(10)的光源光的路径上，来自照明光学系统(22)的光源光的偏振光轴α相对于入射面成为0度＜α＜90度＜α＜180度。

Description

平视显示装置以及反射光学系统
技术领域
本申请基于2015年8月26日申请的日本申请编号2015-166958号，并在此引用其记载内容。
本公开涉及搭载于移动体的平视显示装置、以及用于平视显示装置的反射光学系统。
背景技术
以往，公知有搭载于移动体的平视显示装置(以下，称为“HUD”)(参照专利文献1)。HUD具备：投射表示信息的光源光的显示器、和通过将从该显示器投射的光源光投影于设置在移动体的投影面从而使光源光作为虚像而投影的成像光学系统。
专利文献1:日本特开2014-191321号公报
然而，在HUD中，来自外部的太阳光所包含的红外线向显示器入射，存在由于热而使显示器受到损伤的可能性。
为了减少由该太阳光引起的显示器的损伤，考虑在HUD中，在从显示器朝成像光学系统的光源光的路径上设置反射光学系统。此处所说的反射光学系统是具有使红外线区域的光透过并反射可见光区域的光的电介质多层膜的冷反射镜。
然而，冷反射镜的电介质多层膜层叠有折射率不同的薄膜，因此若来自显示器的光源光被冷反射镜反射，则成为在s波与p波之间产生相位差的椭圆偏振光。
产生如下课题，即当成为该椭圆偏振光的光源光投影于根据波长而使反射率不同的成像光学系统的投影面时，相对于从显示器照射的光源光而色度变化。
换句话说，在现有的技术中，减少由太阳光引起的显示器的损伤并且抑制色度的变化较困难。
发明内容
因此，本公开的一方面的目的在于提供能够减少由太阳光引起的显示器的损伤、并且抑制色度变化的平视显示装置、以及用于平视显示装置的反射光学系统。
本公开的第一方式是搭载于移动体的平视显示装置。平视显示装置具备照明光学系统、成像光学系统以及反射光学系统。
照明光学系统投射表示信息的光源光。成像光学系统使由照明光学系统投射的光源光投影于投影面。
反射光学系统具有使红外线区域的电磁波透过且反射可见光区域的电磁波的电介质多层膜。而且，反射光学系统配置在从照明光学系统直至成像光学系统的光源光的路径上，以使照明光学系统的偏振光轴相对于入射面大于0度且小于90度、或者大于90度且小于180度。
在这样的平视显示装置中，在从照明光学系统朝成像光学系统的光源光的路径上配置反射光学系统。因此，根据平视显示装置，能够抑制来自外部的太阳光所包含的红外线到达照明光学系统，从而能够减少由太阳光引起的显示器的损伤。
另外，在反射光学系统中，构成为：包含来自照明光学系统的光源光的至少一部分波长的对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且小于π/2[rad]的范围。
这是基于通过使对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且小于π/2[rad]的范围从而能够抑制在成像光学系统反射的光源光的波长分散这样的发明者们进行了认真研究的结果所获得的见解。
即，根据平视显示装置，能够抑制投影于成像光学系统的光中色度变化。
换言之，根据平视显示装置，能够减少由太阳光引起的显示器的损伤、并且能够抑制投影于成像光学系统的光源光的色度的变化。
本公开的第二方式也可以是用于平视显示装置的反射光学系统。
附图说明
参照附图并根据下述的详细的叙述，本公开的上述目的以及其他的目的、特征、优点会变得更加清楚，其中，
图1是表示平视显示装置的简要结构的说明图。
图2是对决定反射光学系统的特性的方法进行说明的坐标图，且是表示评价光谱的坐标图。
图3是对决定反射光学系统的特性的方法进行说明的坐标图，且是表示来自背光源的光源光的光谱的坐标图。
图4是对决定反射光学系统的特性的方法进行说明的坐标图，且是表示CIE XYZ等色函数的坐标图。
图5是对照明光学系统与反射光学系统的位置关系进行说明的说明图。
图6是对实施方式的效果进行说明的坐标图。
图7是对对象波长的变形例进行说明的坐标图。
具体实施方式
以下与附图一起对本公开的实施方式进行说明。
＜平视显示装置＞
图1所示的平视显示装置1是搭载于作为移动体的汽车的装置。以下，将平视显示装置1称为HUD1。
HUD1具备成像光学系统10、发光单元20、凹面镜32、反射光学系统34以及外壳50。
成像光学系统10是具有供信息投影的投影面12的部件，使由发光单元20投射的光源光作为虚像而投影。本实施方式的成像光学系统10是汽车的挡风玻璃。该挡风玻璃的车室内侧的面作为投影面12发挥功能。投影面12根据波长而使反射率不同。
此外，成像光学系统10不限于挡风玻璃，也可以是相比挡风玻璃而配置于司机座位侧的透明的屏幕(所谓的组合件)。
HUD1是驾驶员在运转中视认信息的显示装置(驾驶员专用的显示装置)。HUD1与通过汽车的挡风玻璃(前挡风玻璃)上的驾驶员前方位置而视认的车辆外部的景色(驱动器的前方视野)重叠而显示图像。由HUD1显示的图像在相比挡风玻璃而更靠前方的虚像面被视认。
外壳50是收纳发光单元20、凹面镜32以及反射光学系统34的壳体。收纳了该发光单元20、凹面镜32以及反射光学系统34的外壳50配置于汽车的仪表盘内。
此外，在外壳50且在光源光的路径上形成有开口，以使来自发光单元20的光源光到达成像光学系统10。并且，在外壳50安装有覆盖开口的罩、即防尘罩52。
发光单元20具备照明光学系统22和波长板24。
照明光学系统22是照射表示驾驶员应该视认的各种信息的光源光的装置。本实施方式的照明光学系统22是照射通过使来自背光源的光在液晶面板、彩色滤光器以及偏振滤光器经过而成为直线偏振光的光源光的公知的液晶显示器。
此外，此处所说的直线偏振光是在全液晶像素中以具有同轴方向的偏振光轴的状态偏振形成的。另外，此处所说的同轴方向是各液晶像素的偏振光轴的角度差为“0”或者被视为“0”的允许范围内。
此外，此处所说的光源光是表示驾驶员应该视认的信息的光。另外，光源光由背光源发出，且为直线偏振而形成的光。
波长板24配置在从照明光学系统22至反射光学系统34的光源光的路径上。波长板24是使从照明光学系统22照射的光源光的正交的偏振光成分产生相位差的公知部件。在本实施方式中，正交的偏振光成分是s波和p波。
另外，波长板24决定为：来自照明光学系统22的光源光的偏振光轴相对于反射光学系统34的入射面大于0度且不足90度、或者大于90度且不足180度。
凹面镜32是使平行入射的光集中于焦点的公知的光学部件。该凹面镜32配置在从反射光学系统34向成像光学系统10的光的路径上，以便将反射的光源光向成像光学系统10引导。
＜反射光学系统＞
反射光学系统34是具有使红外线区域的电磁波透过且反射可见光区域的电磁波的电介质多层膜的光学部件，是所谓的冷反射镜。反射光学系统34的电介质多层膜是通过将折射率不同的电介质膜交替层叠而形成的。
此外，此处所说的红外线区域是波长比可见光线中的红色光线的波长长且比电波的波长短的波长的区域。作为红外线区域的一个例子，可以考虑750[nm]～1000[μm]的波长区域。另外，此处所说的可见光区域是波长比紫外线的波长长且比红外线的波长短的波长的区域。作为可见光区域的一个例子，可以考虑350[nm]～750[nm]的波长区域。
反射光学系统34的电介质多层膜构成为：对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且不足π/2[rad]的范围。本公开的对象波长是包含来自照明光学系统22的光源光中的至少一部分的波长的单波长或者波长区域。另外，对象波长的相位差是在对象波长中正交的偏振光成分(即s波和p波)之间的相位差。
此外，作为实现对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且不足π/2[rad]的范围的反射光学系统34的方法的一个例子，可以考虑对构成电介质多层膜的至少一个膜的厚度、电介质多层膜整体的膜的厚度进行调整。作为实现对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且不足π/2[rad]的范围的反射光学系统34的方法的一个例子，可以考虑对折射率不同的电介质膜各自的膜的厚度进行调整、对构成电介质多层膜的膜的材料等进行调整。此处所说的调整包括通过实验、模拟等来决定最佳解。
本实施方式的对象波长是在从照明光学系统22入射的光源光的光谱中包含红色、蓝色以及绿色的波长区域的波长区域。具体而言，本实施方式的对象波长的波长区域λc根据下述(1)式求出即可。
[数1]
Figure BDA0001578644990000051
(1)式的λall是图2所示那样的评价光谱的全波长区域。即，(1)式的分母(以下，也称为“强度总和”)是评价光谱的光谱强度的总和。
该评价光谱是对来自图3所示那样的背光源的光的光谱L(λ)乘以图4所示那样的等色函数X(λ)、Y(λ)、Z(λ)而得的光谱。此外，此处所说的等色函数是公知的CIE XYZ等色函数。
另外，(1)式的波长区域λc是满足下述(2)式的波长λT的集合。
[数2]
L(λT)·(X(λT)+Y(λT)+Z(λT))＞IT (2)
此外，(2)式的附图标记IT是作为光谱的相对强度的阈值而预先规定的规定阈值。
换句话说，在本实施方式中，将在评价光谱中光谱的相对强度为阈值IT以上，并且由光谱强度相对于评价光谱的强度总和的比例大于预先规定的规定值Ith的光谱的集合构成的波长区域，作为对象波长的波长区域λc即可。此外，规定值Ith是根据实验、模拟等结果而预先决定的阈值。
反射光学系统34的配置位置在从照明光学系统22至成像光学系统10的光源光的路径上。如图5所示，反射光学系统34配置为：通过了波长板24的光源光的偏振光轴(图5中：α)相对于入射面而大于0度且小于90度、或者大于90度且小于180度。即，以使光源光的偏振光轴α相对于入射面而满足0度＜α＜90度＜α＜180度的方式配置反射光学系统34。
[实施方式的效果]
如以上说明那样，在平视显示装置1中，在从照明光学系统22朝成像光学系统10的光源光的路径上配置有反射光学系统34。
因此，来自外部的太阳光所包含的红外线未被反射光学系统34反射而通过。因此，根据平视显示装置1，能够抑制太阳光所包含的红外线到达照明光学系统22，能够减少由太阳光所包含的红外线引起的照明光学系统22的损伤。
另外，平视显示装置1的反射光学系统34构成为：在来自照明光学系统22的光源光中，对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且不足π/2[rad]的范围。
这是基于通过使对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且不足π/2[rad]的范围从而能够抑制在成像光学系统10反射的光源光的波长分散这样的作为发明者们反复认真研究的结果而获得的见解。
换句话说，如图6所示，该见解为：若在反射光学系统34中使对象波长的相位差成为大于-π/2[rad](即-90[deg])且小于π/2[rad](即90[deg])范围，则能够将在成像光学系统10反射的光源光的X色度以及Y色度双方抑制于不产生色偏的范围。
此外，图6所示的坐标图是发明者们进行认真研究而获得的结果，表示反射光学系统34的对象波长的相位差、与投影于成像光学系统10的光源光的X色度以及Y色度的关系。另外，图6中，关于不产生色偏的范围，就X色度而言在0.25～0.35的范围内，就Y色度而言在0.29～0.38的范围内。
如以上说明那样，根据平视显示装置1，能够抑制在投影于成像光学系统10的光源光中色度变化。
换言之，根据平视显示装置1，能够减少由太阳光引起的照明光学系统22的损伤、并且抑制投影于成像光学系统10的光源光的色度的变化。
[其他的实施方式]
(1)在上述实施方式中，使搭载有HUD1的移动体为汽车，但搭载有HUD1的移动体不局限于汽车。搭载有HUD1的移动体可以是飞机，可以是车辆，也可以是船舶。
(2)在上述实施方式中，在评价光谱中光谱的相对强度为阈值IT以上，并且将光谱强度相对于评价光谱的强度总和的比例成为规定值Ith以上的波长区域作为对象波长，但对象波长不局限于此。
例如，如图7所示，也可以将在来自照明光学系统22的光源光的光谱中光的强度最强的单波长作为对象波长。
此外，此处所说的单波长是在光源光的光谱中光的强度最强的一个波长。但是，本公开的单波长不局限于光源光的光谱中光的强度最强的一个波长，是包含光源光的光谱中被视为光的强度最强的一个波长的范围的波长区域。
另外，也可以在来自照明光学系统22的光源光的光谱中，将红色、蓝色以及绿色各个波长区域作为对象波长。此处所说的红色的波长是人视认为红色的波长的区域，例如是620[nm]～750[nm]的波长的区域。此处所说的蓝色的波长是人视认为蓝色的波长的区域，例如是450[nm]～495[nm]的波长的区域。绿色的波长是人视认为绿色的波长的区域，例如是495[nm]～570[nm]的波长的区域。
本公开以实施方式为基准进行了说明，但理解为本公开不限定于该实施方式、构造。本公开也包含各种变形例、等同范围内的变形。此外，各种组合、方式、进一步使它们包含仅一个要素、其以上或其以下的其他组合、方式，也都进入本发明的范畴、思想范围。

Claims (6)

1.一种平视显示装置，搭载于移动体，其中，具备：
照明光学系统(22)，其投射表示信息的光源光；
成像光学系统(10)，其使由所述照明光学系统投射的所述光源光投影于投影面；以及
反射光学系统(34)，其配置在从所述照明光学系统直至所述成像光学系统的所述光源光的路径上，以使来自所述照明光学系统的光源光的被偏振的偏振光轴相对于反射光学系统的入射面的角度大于0度且小于90度、或者大于90度且小于180度，并且具有使红外线区域的电磁波透过且反射可见光区域的电磁波的电介质多层膜，该反射光学系统(34)构成为：包含来自所述照明光学系统的光源光中的至少一部分波长的对象波长的相位差，成为大于-π/2[rad]且小于π/2[rad]的范围，所述对象波长的相位差是对象波长中的正交的偏振光成分间的相位差。
2.根据权利要求1所述的平视显示装置，其中，
所述反射光学系统构成为：
将从所述照明光学系统入射的光源光的光谱中光的强度最强的单波长作为所述对象波长，该对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且小于π/2[rad]的范围。
3.根据权利要求1所述的平视显示装置，其中，
所述反射光学系统构成为：
在从所述照明光学系统入射的光源光的光谱中，将红色、蓝色以及绿色各自的波长区域作为所述对象波长，该对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且小于π/2[rad]的范围。
4.根据权利要求1所述的平视显示装置，其中，
所述反射光学系统构成为：
在对从所述照明光学系统入射的光源光的光谱乘以等色函数而得的评价光谱中，将光谱强度相对于光谱强度的总和即强度总和的比例成为预先规定的规定值以上的波长区域作为所述对象波长，该对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且小于π/2[rad]的范围。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的平视显示装置，其中，具备：
至少一个波长板(24)，该波长板(24)配置在从所述照明光学系统至所述成像光学系统的所述光源光的路径上，对正交的偏振光成分给予相位差，
所述波长板配置为：
来自所述照明光学系统的光源光的偏振光轴相对于所述反射光学系统的入射面的角度大于0度且小于90度、或者大于90度且小于180度。
6.一种反射光学系统(34)，在具备投射经直线偏振而得的光源光的照明光学系统(22)、和使由所述照明光学系统投射的所述光源光投影于投影面的成像光学系统(10)，并且搭载于移动体的平视显示装置(1)中使用，其中，
所述反射光学系统(34)配置在从所述照明光学系统至所述成像光学系统的所述光源光的路径上，以使来自所述照明光学系统的光源光的被偏振的偏振光轴相对于反射光学系统的入射面的角度大于0度且小于90度、或者大于90度且小于180度，并且具有使红外线区域的电磁波透过且反射可见光区域的电磁波的电介质多层膜，该反射光学系统(34)构成为：包含来自所述照明光学系统的光源光的至少一部分波长的对象波长的相位差成为大于-π/2[rad]且小于π/2[rad]的范围，所述对象波长的相位差是对象波长中的正交的偏振光成分间的相位差。
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