CN108496108B - 显示装置以及显示方法 - Google Patents

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Abstract

显示装置(1)包括：显示面(10)，显示图像；以及凹面镜(11)，将来自显示面(10)的光线向透明部件(2)反射，该透明部件(2)反射所入射的光线的一部分并使剩余部分透射，并通过透明部件(2)呈现所述图像的虚像。从显示面(10)上的一点到达透明部件(2)后在透明部件(2)的表面(21)反射的第一光线(L1)与从所述一点到达透明部件(2)后在透明部件(2)的背面(22)反射的第二光线(L2)的在透明部件(2)上的反射后的光路，通过凹面镜(11)的反射而变得一致。

Description

显示装置以及显示方法
技术领域
本发明涉及显示装置以及显示方法，尤其涉及呈现虚像的显示装置以及显示方法。
背景技术
车辆用的平视显示器(HUD：Head-Up Display)是将车辆速度、警告、导航系统的导向显示等信息反射到车辆的挡风玻璃或者作为半透射型的反射板的组合器等来进行显示的装置。在HUD中，通过将影像叠加呈现在驾驶员的视野前方，驾驶员无需大幅度移动视线的情况下能够确认车辆信息等。因此，将HUD作为安全显示装置而搭载的车辆正在增加。
通常，当将影像反射到玻璃等透射性物体上时，由于存在被其表面反射的光线和被背面反射的光线，因此对驾驶员等用户来说看到的影像是偏离叠加的影像。这种现象被称为双重图像。用于消除这种双重图像的方法，已知有如下方法(例如，专利文献1和专利文献2)：通过在玻璃等透射性物体的表面与背面之间设置楔形的小角度，改变光线的反射角度，使图像一致。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2011-505330号公报；
专利文献2：日本特开2012-58688号公报。
发明内容
如专利文献1中记载的方法等那样，当通过在挡风玻璃上设置楔形的小角度来防止双重图像时，需要在挡风玻璃上进行这种特殊加工。另外，在专利文献2中记载的方法中，组合器需要被加工成楔形。也就是说，在这些文献中记载的方法中，用于呈现图像的透明部件必须被加工成楔形。因此，需要一种即使用于呈现图像的透明部件未被加工成楔形的情况下也能够防止双重图像的技术。
本发明的目的在于提供一种即使用于呈现图像的透明部件未被加工成楔形的情况下也能够抑制双重图像的发生的显示装置以及显示方法。
因此，本实施方式提供一种显示装置，包括：显示面，用于显示图像；以及凹面镜，将来自所述显示面的光线向透明部件反射，所述透明部件反射所入射的光线的一部分并使剩余部分透射，第一光线和第二光线在所述透明部件上反射后的光路通过所述凹面镜的反射而变得一致，所述第一光线是从所述显示面上的一点到达所述透明部件后在所述透明部件的表面反射的光线，所述第二光线是从所述一点到达所述透明部件后在所述透明部件的背面反射的光线，通过所述透明部件呈现所述图像的虚拟图像。
另外，本实施方式提供一种显示装置，包括：显示面，用于显示图像；以及凹面镜，将来自所述显示面的光线向透明部件反射，所述透明部件反射所入射的光线的一部分并使剩余部分透射，从所述显示面上的一点到达所述透明部件的第一光线和第二光线通过所述凹面镜的反射而平行地入射到所述透明部件，通过所述透明部件呈现所述图像的虚像。
另外，本实施方式提供一种显示方法，其中，将图像显示在显示面上，将来自所述显示面的光线通过凹面镜向透明部件反射，所述透明部件反射所入射的光线的一部分并使剩余部分透射，通过所述透明部件呈现所述图像的虚像，在所述凹面镜的反射中，以使第一光线和第二光线在所述透明部件上反射后的光路通过所述凹面镜的反射而变得一致的方式进行反射，所述第一光线是从所述显示面上的一点到达所述透明部件后在所述透明部件的表面反射的光线，所述第二光线是从所述一点到达所述透明部件后在所述透明部件的背面反射的光线。
另外，本实施方式提供一种显示方法，其中，将图像显示在显示面上，将来自所述显示面的光线通过凹面镜向透明部件反射，所述透明部件反射所入射的光线的一部分并使剩余部分透射，通过所述透明部件呈现所述图像的虚像，在所述凹面镜的反射中，以使从所述显示面上的一点到达所述透明部件的第一光线和第二光线平行地入射到所述透明部件的方式进行反射。
根据本实施方式，能够提供即使用于呈现图像的透明部件未被加工成楔形的情况下也能够抑制双重图像的发生的显示装置以及显示方法。
附图说明
图1是示出双重图像的生成原理的示意图；
图2是示出不被视为双重图像的光路的示意图；
图3是示出实施方式涉及的显示装置的结构的一个例子的示意图；
图4是放大了图3中的透明部件附近的放大图；
图5是放大了图3中的凹面镜附近的放大图；
图6是示出变形例涉及的显示装置的结构的一个例子的示意图。
具体实施方式
首先，对发明人事先探讨的内容进行说明。图1是示出双重图像的生成原理的示意图。在图1中，示出了来自物体4的光被表面与背面平行的挡风玻璃等透明部件2反射而到达用户眼睛的状态。在来自物体4上的点P的光束中，将被透明部件的表面21反射而到达眼睛3的第一光线设为光线L1，将被透明部件的背面22反射而到达眼睛3的第二光线设为光线L2。在图1中，光线L1由粗实线箭头表示，光线L2由细实线箭头表示。此外，在后面叙述的图2、4和5中也相同。光线L1不通过透明部件2的内部而被表面21反射并到达眼睛3。与此相对地，如图1所示，光线L2在入射到透明部件2时被折射并通过透明部件2的内部，被背面22反射之后，再次折射而到达眼睛3。此时，从透明部件2到眼睛3的光线的角度存在差异，因此由光线L1形成的虚像6A的位置与由光线L2形成的虚像6B的位置之间发生偏离。因此，用户的眼睛3可以看到偏离叠加的虚像。也就是说，这样出现双重图像的现象。
因此，如图2所示，如果被透明部件2反射的两条光线L1、L2从相同方向到达眼睛3，则不会看到双重图像，能够看到一个虚像6。也就是说，只要被透明部件2的表面21反射的光线L1与被背面22反射的光线L1重叠并到达眼睛3即可。在这种情况下，被透明部件2反射之前的两条光线L1、L2是平行的。此外，这源于斯内尔定律。换句话说，如果两条光线L1、L2平行地入射到透明部件2，则反射之后重叠。在此，为了使由两条光线L1、L2形成的两个图像看起来一致而不偏离，要求两条光线L1、L2均为来自同一点P的光线。因此，如图2所示，只要来自点P的光线L2在入射到透明部件2之前的光路的中途弯曲即可。
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图3是示出实施方式涉及的显示装置1的结构的一个例子的示意图。此外，在图3中，为了便于理解，除了显示装置1之外，还示出了透明部件2和用户的眼睛3。显示装置1例如构成为平视显示器，具有显示面10和凹面镜11。显示装置1例如搭载在车辆上，向驾驶员提供车辆信息等各种信息。显示装置1通过将来自显示面10上显示的图像的光反射到透明部件2，将显示面10上显示的图像的虚像提供给用户。
显示面10通过发光来显示图像。在本实施方式中，显示面10是液晶显示器(LCD：Liquid Crystal Display)、等离子显示器、有机EL(Electroluminescence，电致发光)显示器等平板显示器12的显示面，但也可以是通过投影仪投影图像的屏幕。在本实施方式中，图像信号被输入到平板显示器12，平板显示器12在显示面10上显示与图像信号对应的图像。
透明部件2是反射所入射的光线的一部分并透射剩余部分的部件，呈现显示面10上显示的图像的虚像。在本实施方式中，透明部件2是挡风玻璃，但不限于此，也可以是组合器等。这里，透明部件2不具有用于防止双重图像的楔形形状。例如，透明部件2由表面21与背面22平行的平板状或者曲面状的玻璃构成。
显示面10上投影出来的图像的光被透明部件2反射并到达眼睛3。另外，从背面22侧通过了透明部件2的光也到达眼睛3。因此，这些光叠加(重叠)并入射到眼睛3。因此，用户能够同时观看影像信息和前方的状况。
凹面镜11被设置在从显示面10到透明部件2的光路上的中途，将来自显示面10的光线向透明部件2反射。这里，如图3所示，凹面镜11被设置成第一光线L1与第二光线L2的在透明部件2上反射后的光路一致，其中，该第一光线L1是从显示面上的任意一点P到达透明部件2后在透明部件2的表面21反射的光线，该第二光线L2是从一点P到达透明部件2后在透明部件2的背面22反射的光线。换句话说，如图4所示，凹面镜11被设置成从显示面10上的一点P到达透明部件2的第一光线L1与第二光线L2平行地入射到透明部件2。
更具体地说，调整具有预定曲率的凹面镜11的反射面与显示面10之间的光路上的距离而设置凹面镜11，使得两条光线在透明部件2上反射后的光路一致，即，使得两条光线平行地入射到透明部件2。此外，调整对象不限于凹面镜11与显示面10之间的距离，也可以是凹面镜11的曲率。也就是说，可以调整凹面镜11的曲率，该凹面镜11被设置成在光路上仅距显示面10预定距离，使得两条光线在透明部件2上反射后的光路一致，即，两条光线平行地入射到透明部件2。此外，也可以调整曲率和距离两者。此外，“一致”优选光路完全一致，但不限于此，也可以包含误差。同样地，“平行”优选完全平行，但不限于此，也可以包含误差。
图5是放大了图3中的凹面镜11附近的放大图。如图5所示，来自显示面10上的点P的光线L1在凹面镜11的反射面上的点M1处反射，来自显示面10上的点P的光线L2在凹面镜11的反射面上的点M2处反射。此时，在点M1处反射而朝向透明部件2的光线L1和在点M2处反射而朝向透明部件2的光线L2，由于被凹面镜11反射而行进方向平行排列。因此，如图4所示，从显示面10上的一点P到达透明部件2的光线L1和光线L2平行地入射到透明部件2。光线L1不通过透明部件2的内部而在表面21的点M3处被反射。与此相对，光线L2在入射到透明部件2时被折射并通过透明部件2的内部，在背面22的点M4处被反射之后，再次折射并从透明部件2的表面21的点M3处出射。此时，从透明部件2到眼睛3的光线L1的光路与光线L2的光路一致。此外，在图3至图5中，为了便于说明，仅示出了从显示面10上的点P出射的光的光路，但是通过凹面镜11，对从显示面10上的各点出射的光，也同样地调整光路。因此，抑制在显示面10上显示的图像发生双重图像。
凹面镜11一般用于放大图像以及在更远方的位置呈现虚像，但在本实施方式中，如上所述，除了这些功能之外，还用于抑制双重图像的发生。如以上说明那样，显示装置1通过凹面镜11使由透明部件2的表面21反射的光线L1和由背面22反射的光线L2在透明部件2上反射后的光路一致。换句话说，显示装置1通过凹面镜11使从显示面10到达透明部件2的光线L1和光线L2平行地入射到透明部件2。因此，根据显示装置1，即使用于呈现图像的透明部件2没有被加工成楔形，也能够抑制双重图像的发生。
已知在搭载有直接将影像反射到挡风玻璃的平视显示器的车辆中，为了防止双重图像，使用特殊的挡风玻璃。汽车用挡风玻璃通过做成在两个玻璃中夹着树脂制的中间膜的结构，即使玻璃破损，碎片也不会飞散。通过使用由夹层玻璃构成的特殊挡风玻璃，也能够防止双重图像，在该夹层玻璃中，使该中间膜具有楔角。但是，与通常的玻璃相比，该夹层玻璃存在价格昂贵的问题。与此相反，在本实施方式中，作为透明部件2可以使用不具有楔形形状的普通的挡风玻璃。因此，在不使用昂贵的挡风玻璃的情况下也能够抑制双重图像的发生。
＜变形例＞
如上所述，显示面10并不限于平板显示器12的显示面，也可以是通过投影仪投影图像的屏幕。图6是示出变形例涉及的显示装置7的结构的一个例子的示意图。显示装置7具有光出射单元71、第一平面镜72、屏幕73、第二平面镜74、凹面镜11以及框体75。
使用图6，对从光出射单元71出射的光线L3到达用户眼睛3的光路进行说明。此外，光线L3相当于上述光线L1以及光线L2。光出射单元71通过使用具有扫描镜的未图示的光学扫描仪来光栅扫描激光，来讲图像显示在屏幕73上。在此，从光出射单元71出射的光线L3通过被第一平面镜72反射而光路弯曲，并入射到屏幕73。光线L3在屏幕73上形成显示图像的中间图像。屏幕73是透光型的，例如，扩散板或微透镜阵列被用作屏幕73。
从屏幕73出射的光线L3通过被第二平面镜74反射而光路弯曲，并入射到凹面镜11。被凹面镜11反射的光线L3出射到框体75的外部，并入射到透明部件2。
在显示装置7中，从框体75的开口出射后在透明部件2反射的光线L3和透过了透明部件2的光线L4通过透明部件2叠加而朝向用户的眼睛3。当从用户观看时，看到显示装置7上显示的图像与通过透明部件2的景色重叠的虚像。
在本变形例中，与上述实施方式同样，凹面镜11的曲率或者来自屏幕73的显示面10的光路上的距离被调整。因此，从屏幕73的显示面10上的一点到达透明部件2后在透明部件2的表面反射的第一光线和从该一点到达透明部件2后在透明部件2的背面22反射的第二光线在透明部件2上反射后的光路一致。因此，在显示装置7中，即使用于呈现图像的透明部件没有被加工成楔形，也能够抑制双重图像的发生。此外，在图6中，来自屏幕73的显示面10的光路上的距离是从屏幕73到第二平面镜74的距离和从第二平面镜74到凹面镜11的距离之和。
此外，本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离宗旨的范围内进行适当的变更。例如，如图6所示，在连结凹面镜11和显示面10的光路上，也可以设置有平面鏡。另外，显示装置不仅可以用于车载用的平视显示器，也可以用于内置头盔式和眼镜类型等的头戴式显示器等。
本申请基于2016年12月6日申请的日本专利申请特愿2016-236405主张优先权，并在此引用其公开的全部内容。
产业上的可用性
本发明可应用于显示装置以及显示方法，并具有工业应用性。
符号说明
1、7…显示装置；
2…透明部件；
10…显示面；
11…凹面镜；
21…表面；
22…背面；
73…屏幕。

Claims (5)

1.一种显示装置，包括：
出射单元，用于出射光线；
第一平面镜，对所述光线进行反射；
透光型的屏幕，接受被所述第一平面镜反射而光路弯曲的光线，所述光线在所述屏幕上形成显示图像的中间图像，所述屏幕具备显示面，所述显示面用于显示图像；
第二平面镜，对来自从所述屏幕的光线进行反射；以及
凹面镜，将来自所述第二平面镜的光线向表面与背面平行的透明部件反射，所述透明部件反射所入射的光线的一部分并使剩余部分透射，
第一光线和第二光线在所述透明部件上反射后的光路通过所述凹面镜的反射而变得一致，所述第一光线是从所述显示面上的一点到达所述透明部件后在所述透明部件的表面反射的光线，所述第二光线是从所述一点到达所述透明部件后在所述透明部件的背面反射的光线，
通过所述透明部件呈现所述图像的虚像，
所述凹面镜的曲率或者到所述显示面为止的光路上的距离被调整，使得所述第一光线和所述第二光线在所述透明部件上反射后的光路一致。
2.一种显示装置，包括：
出射单元，用于出射光线；
第一平面镜，对所述光线进行反射；
透光型的屏幕，接受被所述第一平面镜反射而光路弯曲的光线，所述光线在所述屏幕上形成显示图像的中间图像，所述屏幕具备显示面，所述显示面用于显示图像；
第二平面镜，对来自从所述屏幕的光线进行反射；以及
凹面镜，将来自所述第二平面镜的光线向表面与背面平行的透明部件反射，所述透明部件反射所入射的光线的一部分并使剩余部分透射，
从所述显示面上的一点到达所述透明部件的第一光线和第二光线通过所述凹面镜的反射而平行地入射到所述透明部件，
通过所述透明部件呈现所述图像的虚像，
所述凹面镜的曲率或者到所述显示面为止的光路上的距离被调整，使得所述第一光线和所述第二光线平行地入射到所述透明部件。
3.根据权利要求1或2所述的显示装置，其中，
所述透明部件是挡风玻璃。
4.一种显示方法，其中，
出射光线；
对所述光线进行反射；
接受被反射后的光线，所述光线在屏幕上形成显示图像的中间图像，并将图像显示在所述屏幕的显示面上，
将来自所述显示面的光线通过凹面镜向表面与背面平行的透明部件反射，所述透明部件反射所入射的光线的一部分并使剩余部分透射，
通过所述透明部件呈现所述图像的虚像，
在所述凹面镜的反射中，所述凹面镜的曲率或者到所述显示面为止的光路上的距离被调整，以使第一光线和第二光线在所述透明部件上反射后的光路通过所述凹面镜的反射而变得一致的方式进行反射，所述第一光线是从所述显示面上的一点到达所述透明部件后在所述透明部件的表面反射的光线，所述第二光线是从所述一点到达所述透明部件后在所述透明部件的背面反射的光线。
5.一种显示方法，其中，
出射光线；
对所述光线进行反射；
接受被反射后的光线，所述光线在屏幕上形成显示图像的中间图像，并将图像显示在所述屏幕的显示面上，
将来自所述显示面的光线通过凹面镜向表面与背面平行的透明部件反射，所述透明部件反射所入射的光线的一部分并使剩余部分透射，
通过所述透明部件呈现所述图像的虚像，
在所述凹面镜的反射中，所述凹面镜的曲率或者到所述显示面为止的光路上的距离被调整，以使从所述显示面上的一点到达所述透明部件的第一光线和第二光线平行地入射到所述透明部件的方式进行反射。
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