CN108700746B - 投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种投影型显示装置，其在因外部因素而导致光的投影范围改变的情况下也能够防止光被遮挡。HUD(100)具备：框体(7)，包括光源单元(40)、根据图像信息对从光源单元(40)出射的光进行空间调制的光调制元件(44)、及通过在汽车(1)的仪表盘(3)上设置的开口部(30)将经空间调制的图像光投影于挡风玻璃(2)的扩散部件(5)及凹面镜(6)，所述框体(7)在仪表盘(3)的内部被支撑为能够旋转；致动器(10)，驱动框体(7)进行旋转；及筒状伸缩部件(9)，连结开口部(30)的开口面(30A)的周缘和框体(7)中的图像光的出射面(8A)的周缘。

Description

投影型显示装置
技术领域
本发明涉及一种投影型显示装置。
背景技术
已知有如下交通工具用HUD(Head-up Display：平视显示器)：其在汽车、电车、船舶、重型机械、飞机或农业机械等交通工具内，将配置在挡风玻璃或挡风玻璃附近的迭像镜用作屏幕，并对其投影光而显示图像。根据该HUD，能够使驾驶者将基于从HUD投影的光的图像在屏幕上作为实像而辨识，或者在屏幕前方作为虚像而辨识。
HUD中有不仅光的投影范围被固定，而且例如能够向上下方向移动的HUD(例如参考专利文献1及专利文献2)。
专利文献1中公开有内置于汽车的仪表盘中的HUD。该HUD具备：安装用框架，固定于仪表盘的开口部；壳体，内置显示设备及投影光学系统；及伸缩性连结部件，连结安装用框架和壳体。
该HUD中壳体在仪表盘内被支撑为能够旋转，通过壳体的旋转而能够改变光的投影范围。根据该HUD，在壳体进行旋转的情况下，通过上述连结部件，在壳体与安装用框架之间不会生成间隙，因此能够防止尘埃等进入到壳体内部。另外，专利文献1中也公开有如下结构：在安装用框架的内侧配置壳体，以填埋安装用框架与壳体之间的间隙的形式设置有连结部件。
专利文献2中公开有内置于汽车的仪表盘中的HUD。该HUD中用于使来自显示设备的光在挡风玻璃上反射的凹面镜设为能够旋转，并通过凹面镜的旋转而改变光的投影范围。并且，该HUD中支撑凹面镜的金属部件呈波纹状，通过该波纹部分而吸收施加于HUD的冲击。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-130892号公报
专利文献2：日本特开2015-051658号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
专利文献1中所记载的HUD构成为在安装用框架与壳体之间具有伸缩性连结部件。因此在从仪表盘的开口部侧依次排列安装用框架、连结部件及壳体的结构中，在从外部施加振动等的情况下，由于安装用框架的厚度的影响，从壳体投影的光的一部分被安装用框架遮挡的可能性高。为了避免这种渐晕而需要限制壳体的旋转范围，或者需要在仪表盘的设计上费功夫，从而导致成本增加。并且，在仪表盘内的空间受到限制的情况下，为了避免该渐晕而需要缩小光的投影范围等措施，且显示性能降低。
并且，在安装用框架内设置有壳体，且在安装用框架与壳体的间隙中设置有连结部件的结构，同样会导致安装用框架固定于仪表盘的开口部，因此由于从外部施加振动等外部因素，从壳体投影的光的一部分被该安装用框架遮挡的可能性高。并且，该结构中壳体接近于仪表盘的开口部而配置，外部光线容易入射于壳体，或者驾驶者容易看到壳体而美观度受损。
专利文献2中所记载的HUD能够变更投影范围。然而，未认识到如下问题，即，投影范围因外部因素而变更，由此一部分光被遮挡。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种在因外部因素而导致光的投影范围改变的情况下，也能够防止光被遮挡的投影型显示装置。
用于解决技术课题的手段
本发明的投影型显示装置具备：框体；旋转驱动部，驱动上述框体进行旋转；及筒状伸缩部件，连结上述开口部的开口面的周缘和上述框体中的上述图像光的出射面的周缘，所述框体包括：光源；空间调制部，根据图像信息对从上述光源出射的光进行空间调制；及投影部，通过在内置交通工具的内装组件的部件上设置的开口部，将上述经空间调制的图像光投影于上述交通工具中的投影面，所述框体在上述部件的内部被支撑为能够旋转。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在因外部因素而导致光的投影范围改变的情况下，也能够防止光被遮挡的投影型显示装置。
附图说明
图1是表示本发明的投影型显示装置的一实施方式即HUD100的概略结构的图。
图2是图1所示的HUD100的放大图。
图3是示意性地表示图1所示的HUD100的外观的外观立体图。
图4是表示图1所示的HUD100的框体7从图2的状态向逆时针方向旋转的状态的图。
图5是表示图1所示的HUD100的框体7从图2的状态向顺时针方向旋转的状态的图。
图6是表示图1所示的HUD100的控制单元4的内部结构例的示意图。
图7是表示图1所示的HUD100的变形例的图。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的投影型显示装置的一实施方式即HUD100的概略结构的图。图2是图1所示的HUD100的放大图。图3是示意性地表示图1所示的HUD100的外观的外观立体图。
HUD100搭载于汽车1上，将汽车1的挡风玻璃2的局部范围设为投影面，通过投影于投影面的图像光，由汽车1的驾驶者能够辨识虚像或实像。图1的HUD100除了汽车以外，还能够搭载于电车、重型机械、施工机械、飞机、船舶或农业机械等交通工具。
HUD100内置于仪表盘3中。仪表盘3是内置内装组件的部件，该内装组件包括用于通知行驶中所需信息的测量仪表类等，即，汽车1的车速表、转速表、燃油表、水温表或里程表等。
仪表盘3上形成有开口部30。在图1的例子中，开口部30由形成于仪表盘3上的孔部和嵌入到该孔部的树脂或玻璃等透明部件构成。另外，该透明部件不是必不可少的，开口部30可以是开设于仪表盘3上的孔部本身。
HUD100具备在仪表盘3内被支撑为能够旋转的框体7和设置在框体7与仪表盘3的开口部30之间的筒状伸缩部件9。
框体7为箱状部件，其容纳：控制单元4，包括光源及根据图像信息对从该光源出射的光进行空间调制的空间调制部；及扩散部件5及凹面镜6，构成将通过空间调制部而被空间调制的图像光投影于挡风玻璃2上的投影部。
扩散部件5是使通过控制单元4的空间调制部被空间调制的图像光进行扩散而形成平面光源的部件。扩散部件5使用表面具有微细结构的微镜阵列、扩散镜或反射全息漫射器等。
凹面镜6将通过扩散部件5而扩散的图像光进行放大并反射。
框体7的上表面上形成有用于使由凹面镜6反射的图像光从框体7出射的出射窗8。
图1及图2的例子中，出射窗8由形成于框体7的孔部和嵌入到该孔部的树脂或玻璃等透明部件构成。另外，该透明部件不是必不可少的，出射窗8可以是形成于框体7的孔部本身。
在出射窗8中的图像光的出射方向的2个端面(出射窗8的开口面)中，框体7的外侧的端面8A(参考图2及图3)构成图像光的出射面。如图3所示，在此，端面8A设为矩形，但也可以是圆形等任意形状。从端面8A出射的图像光通过伸缩部件9的中空部91而达到仪表盘3的开口部30，并从开口部30出射而投影于挡风玻璃2。
挡风玻璃2上被实施加工，以使所投影的图像光向驾驶者的眼部E的方向反射，该图像光在挡风玻璃2上进行反射，并入射于驾驶者的眼部眼E。由此，驾驶者能够辨识基于图像光的虚像或实像。
HUD100构成为在交通工具内对挡风玻璃2投影图像光，但也可以构成为将图像光投影于配置在挡风玻璃2的附近的迭像镜。该情况下，迭像镜构成投影面。
框体7在仪表盘3内被支撑为能够旋转，以变更从端面8A出射的图像光相对于挡风玻璃2的投影位置。
具体而言，如图3所示，框体7的侧面设置有向与端面8A水平的方向X延伸的旋转轴J。该旋转轴J通过固定于仪表盘3内的未图示的马达等致动器而被支撑，并被驱动旋转。
由于旋转轴J被驱动旋转，因此框体7围绕旋转轴J进行旋转。由此，在挡风玻璃2上能够变更重力方向上的图像光的投影位置。即，框体7在仪表盘3的内部被支撑为能够旋转，以便能够变更重力方向上的图像光的投影位置。
如图2及图3所示，伸缩部件9为连结端面8A的周缘和开口部30的开口面中框体7侧开口面30A的周缘的筒状的伸缩自如的部件。
伸缩部件9在从框体7侧施加荷载的情况下，根据该荷载而收缩，在拉向框体7侧的情况下，根据该拉力而伸长。例如若框体7从图2所示的状态围绕旋转轴J向逆时针方向旋转最大角度，则成为图4所示的状态。并且，若框体7从图2所示的状态围绕旋转轴J向顺时针方向旋转最大角度，则成为图5所示的状态。
伸缩部件9由橡胶膜、波纹或海绵等的结构或材料构成。图1及图2示出使用了波纹结构的伸缩部件9的例子。
框体7预先确定能够围绕旋转轴J进行旋转的角度范围。而且，伸缩部件9的中空部91设计成如下形状，即，即使框体7在该角度范围内进行旋转的任何状态下，从端面8A出射的图像光也不会被遮挡，而能够从开口部30出射。
并且，在HUD100中，在向与图2及图3所示的开口面30A垂直的方向Y观察到的俯视图中，端面8A的面积和开口面30A的面积不同。具体而言，开口面30A的面积比端面8A的面积大。并且，在该俯视图中，整个端面8A被开口面30A覆盖。
其结果，如图3所示，立体92的形状呈从框体7侧向开口部30侧扩展的锥形形状，所述立体92由通过以最短距离连结端面8A的周缘上的任意点及开口面30A的周缘上的任意点的直线而形成的面、开口面30A及端面8A形成。另外，图2、图4及图5所示的中空部91内的单点划线表示该立体92的侧面的线。伸缩部件9具有至少与上述立体92相同的空间作为中空部。
另外，立体92呈锥形形状是因为端面8A的面积和开口面30A的面积不同。因此，在方向Y的俯视图中，即使整个端面8A未被开口面30A覆盖，也能够使立体92的形状呈锥形形状。
图6是表示图1所示的HUD100的控制单元4的内部结构例的示意图。
如图6所示，HUD100的控制单元4具备光源单元40、光调制元件44、驱动光调制元件44的驱动部45、集中控制整个HUD100的系统控制部47及驱动上述旋转轴J的致动器10。致动器10构成旋转驱动部。
光源单元40具备：光源控制部46；出射红色光的红色光源即R光源41r；出射绿色光的绿色光源即G光源41g；出射蓝色光的蓝色光源即B光源41b；分色棱镜43；设置在R光源41r与分色棱镜43之间的准直镜42r；始终在G光源41g与分色棱镜43之间的准直镜42g；及设置在B光源41b与分色棱镜43之间的准直镜42b。R光源41r、G光源41g及B光源41b构成HUD100的光源。
分色棱镜43是用于向同一光路引导分别从R光源41r、G光源41g及B光源41b出射的光的光学部件。分色棱镜43使通过准直镜42r而成为平行光的红色光透射，并向光调制元件44出射。并且，分色棱镜43使通过准直镜42g而成为平行光的绿色光反射，并向光调制元件44出射。而且，分色棱镜43使通过准直镜42b而成为平行光的蓝色光反射，并向光调制元件44出射。作为具有向同一光路引导光的功能的光学部件，并不限定于分色棱镜。例如也可以使用十字分光镜。
R光源41r、G光源41g及B光源41b分别使用激光或LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等发光元件。在本实施方式中，以包括R光源41r、G光源41g及B光源41b这3种光源的HUD为例，但该光源的数量可以是1个、2个或4个以上。
光源控制部46将R光源41r、G光源41g及B光源41b的各自的发光量设定为预先确定的发光量模式，并按照该发光量模式进行使光从R光源41r、G光源41g及B光源41b依次出射的控制。
光调制元件44构成空间调制部，该空间调制部根据通过系统控制部47而输入的图像信息对从R光源41r、G光源41g及B光源41b出射、且从分色棱镜43出射的光进行空间调制。
作为光调制元件44，能够使用例如LCOS(Liquid crystal on silicon：硅基液晶)、DMD(Digital Micromirror Device：数字显微装置)、MEMS(Micro ElectroMechanical Systems：微机电系统)元件及液晶显示元件等。
驱动部45按照从系统控制部47输入的图像信息而驱动光调制元件44，使与图像信息对应的光(红色图像光、蓝色图像光及绿色图像光)从光调制元件44出射到扩散部件5。
系统控制部47控制光源控制部46及驱动部45，从而使根据图像信息而被空间调制的图像光出射到扩散部件5。并且，系统控制部47控制致动器10，从而使框体7围绕旋转轴J进行旋转。
如上所述构成的HUD100中，若框体7通过系统控制部47的控制而进行旋转，则伸缩部件9伴随该旋转而伸缩，因此图像光的光路得到确保。由此，图像光不会被遮挡而从开口部30出射，并通过挡风玻璃2而反射，从而由驾驶者可辨识基于图像光的虚像或实像。
如此，根据HUD100构成为开口部30的开口面30A的周缘和框体7的端面8A的周缘通过伸缩部件9而直接连结。根据该结构能够使图像光所通过的空间的形状与框体7的旋转对应地进行变形。因此，能够容易防止通过构成HUD100的构成要素而遮挡图像光，并能够减少应对图像光的渐晕时所需成本。并且，为了避免图像光的渐晕，需要限制框体7的旋转范围。并且，光学系统的设计也不会变得复杂。
专利文献1中所记载的HUD在图像光所通过的路径上必须存在固定于仪表盘上的框架。因此，无法使图像光所通过的整个路径与框体的旋转对应地进行变形。相对于此，HUD100能够使图像光所通过的整个路径与框体的旋转对应地进行变形，因此能够容易防止图像光的渐晕。
并且，在仪表盘3内的空间受到限制的情况下，也不需要缩小图像光的投影范围等措施，并能够提高显示性能。并且，由于伸缩部件9介于仪表盘3与框体7之间，因此从开口部30不易观察到框体7，能够提高汽车1的设计性。
并且，HUD100构成为伸缩部件9具有锥形形状的中空部。根据该结构能够增大框体7的旋转角度范围，因此能够提高显示性能。并且，在光从仪表盘3的外部入射到开口部30的情况下，通过上述锥形形状能够减小该光直行的可能性。因此，能够防止由外部光线引起的显示品质的降低。
并且，HUD100构成为在向Y方向观察到的俯视图中整个端面8A被开口面30A覆盖。根据该结构，能够增大框体7的旋转角度范围，因此能够提高显示性能。
另外，在HUD100的伸缩部件9的内侧面(与中空部接触的面)上，优选形成有防止光反射的防反射部。作为防反射部，能够使用涂布有黑色油墨的部件等吸收光的部件，或者能够使用具有凹凸并通过凹凸而防止光反射的部件等。根据该结构，在伸缩部件9的内侧面上能够防止外部光线的反射。从而，能够提高显示性能。
并且，HUD100的伸缩部件9优选使用对于从开口部30侧受到的荷载的伸缩性比对于从框体7侧受到的荷载的伸缩性小的伸缩部件。伸缩性是表示在荷载施加于部件时部件向该荷载施加方向伸缩多少的特性。在荷载施加于部件时，该部件向荷载施加方向伸长的量及收缩的量越大，该部件的伸缩性就越大。
汽车1的仪表盘3因由汽车1的乘务员放置物体或身体的一部分等而容易承受荷载。如上所述，通过减小对从开口部30侧承受的荷载的伸缩性，能够防止由来自这种外部的冲击引起的框体7的位移，并能够提高显示性能。
HUD100的框体7也可以在仪表盘3的内部被支撑为能够旋转，以便能够变更与汽车1的前进方向及重力方向垂直的水平方向上的图像光的投影位置。该结构中伸缩部件9也伴随框体7的旋转而伸缩，因此能够防止图像光的渐晕。
图7是表示图1所示的HUD100的变形例的图，是对应于图2的图。图7所示的HUD构成为端面8A和开口面30A的面积相同，且上述立体的形状呈圆柱状。即使为该结构也能够获得防止图像光的渐晕的效果。
如以上说明，本说明书中公开有以下内容。
所公开的投影型显示装置具备：框体；旋转驱动部，驱动上述框体进行旋转；及筒状伸缩部件，连结上述开口部的开口面的周缘和上述框体中的上述图像光的出射面的周缘，所述框体包括：光源；空间调制部，根据图像信息对从上述光源出射的光进行空间调制；及投影部，通过在内置交通工具的内装组件的部件上设置的开口部，将上述经空间调制的图像光投影于上述交通工具中的投影面，并且所述框体在上述部件的内部被支撑为能够旋转。
所公开的投影型显示装置中，在与上述开口部的开口面垂直的方向的俯视图中，上述开口部的开口面的面积和上述出射面的面积不同。
所公开的投影型显示装置中，上述开口部的开口面的面积比上述出射面的面积大。
所公开的投影型显示装置中，在上述俯视图中，上述开口部的开口面覆盖整个上述出射面。
所公开的投影型显示装置中，上述伸缩部件具有作为中空部的空间，该空间由以下部分形成：由以最短距离连结上述开口部的开口面的周缘上的任意点和上述出射面的周缘上的任意点的直线形成的面；上述开口部的开口面；及上述出射面，上述中空部为从上述框体侧朝向上述开口部侧扩展的锥形形状。
所公开的投影型显示装置中，上述伸缩部件的对从上述开口部侧受到的荷载的伸缩性比对从上述框体侧受到的荷载的伸缩性小。
所公开的投影型显示装置中，在上述伸缩部件的内侧面上形成有防止光反射的防反射部。
产业上的可利用性
本发明通过搭载于汽车上而能够提高汽车的产品价值。
符号说明
E-驾驶者的眼部，100-HUD，1-汽车，2-挡风玻璃，3-仪表盘，4-控制单元，5-扩散部件，6-凹面镜，7-框体，8-出射窗，8A-端面，9-伸缩部件，91-中空部，92-立体，10-致动器，30-开口部，30A-开口面，J-旋转轴，40-光源单元，41r-R光源，41g-G光源，41b-B光源，42r、42g、42b-准直镜，43-分色棱镜，44-光调制元件，45-驱动部，46-光源控制部，47-系统控制部。

Claims (6)

1.一种投影型显示装置，其具备：
框体，包括：光源；空间调制部，根据图像信息对从所述光源出射的光进行空间调制；及投影部，通过在内置交通工具的内装组件的部件上设置的开口部，将经空间调制的图像光投影于所述交通工具中的投影面，所述框体在所述部件的内部被支撑为能够旋转；
旋转驱动部，驱动所述框体进行旋转；及
筒状的伸缩部件，连结所述开口部的开口面的周缘和所述框体中的所述图像光的出射面的周缘，
所述伸缩部件具有作为中空部的空间，该空间由以下部分形成：由以最短距离连结所述开口部的开口面的周缘上的任意点和所述出射面的周缘上的任意点的直线形成的面；所述开口部的开口面；及所述出射面，
所述中空部为从所述框体侧朝向所述开口部侧扩展的锥形形状。
2.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其中，
在与所述开口部的开口面垂直的方向的俯视图中，所述开口部的开口面的面积和所述出射面的面积不同。
3.根据权利要求2所述的投影型显示装置，其中，
所述开口部的开口面的面积比所述出射面的面积大。
4.根据权利要求3所述的投影型显示装置，其中，
在所述俯视图中，所述开口部的开口面覆盖整个所述出射面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的投影型显示装置，其中，
所述伸缩部件的对从所述开口部侧受到的荷载的伸缩性比对从所述框体侧受到的荷载的伸缩性小。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的投影型显示装置，其中，
在所述伸缩部件的内侧面上形成有防止光反射的防反射部。
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