CN108885345A - 平视显示器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平视显示器装置。多个发光元件(10)相互沿着一个排列方向(AD)排列，发出照明光。第一扩散板(30)扩散各发光元件(10)已发出的照明光。聚光部(40)针对第一扩散板(30)扩散了的照明光，在与排列方向(AD)垂直的垂直方向(VD)发挥聚光作用。图像形成部(60)具有被已被聚光部(40)聚光的照明光照明的照明对象面(62)，通过使已向照明对象面(62)入射的照明光中的一部分通过，形成图像，作为图像的显示光以光束状射出。第二扩散板(50)被配置于聚光部(40)与图像形成部(60)之间的光路上，再次扩散已被聚光部(40)聚光的照明光并向照明对象面(62)入射。

Description

平视显示器装置
相关申请的交叉引用
本申请是基于2016年3月29日申请的日本申请编号2016-65775号的申请，在此引用该记载内容。
技术领域
本发明涉及被搭载于移动体，以由乘客能够辨认图像的方式进行虚像显示的平视显示器装置。
背景技术
以往，公知有被搭载于移动体，以乘客能够辨认图像的方式进行虚像显示的平视显示器装置(以下，简称为HUD装置)。专利文献1记载的HUD装置具有多个发光元件、扩散板、聚光部、图像形成部。从沿着一个排列方向相互排列的多个发光元件发出的照明光被扩散板扩散，然后被聚光部聚光。已被聚光部聚光的照明光照亮图像形成部的照明对象面，该照明光的一部分通过图像形成部，由此形成图像。这样的图像从图像形成部作为显示光以光束状被射出。
在这样的专利文献1的结构中，扩散板扩散各发光元件已发出的照明光，从而使各发光元件面光源化。并且，通过聚光部的聚光作用，已被面光源化的光源像被放大，所以能够抑制照明对象面的周边部分的照度相对于中心部分降低的情况。
然而，根据几何光学中的亥姆霍兹-拉格朗日的原理，暗示了利用上述聚光部的光源像放大的相反作用，从图像形成部射出的图像的显示光的光束的扩展变小的情况。即由乘客能够辨认明亮的虚像的范围变窄。因此，虚像的可视性存在改进的余地。
专利文献1：日本特开2010-39387号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种虚像的可视性高的HUD装置。
本发明的第一实施方式中，通过被搭载于移动体，向投影部件投影图像的显示光，以乘客能够辨认上述图像的方式进行虚像显示的平视显示器装置还具备：相互沿着一个排列方向排列，发出照明光的多个发光元件。上述平视显示器装置还具备：扩散各上述发光元件已发出的上述照明光的第一扩散板。上述平视显示器装置还具备：针对上述第一扩散板扩散了的上述照明光，在与上述排列方向垂直的垂直方向发挥聚光作用的聚光部。上述平视显示器装置还具备：具有被已被上述聚光部聚光的上述照明光照明的照明对象面，通过使已向上述照明对象面入射的上述照明光中的一部分通过，形成上述图像，作为上述图像的显示光以光束状射出的图像形成部。上述平视显示器装置还具备：被配置于上述聚光部与上述图像形成部之间的光路上，将已被上述聚光部聚光的上述照明光再次扩散并向上述照明对象面入射的第二扩散板。
附图说明
关于本发明的上述目的以及其它的目的、特征、优点通过参照附图进行的下述详细的描述而变得更加明确。其附图
图1是表示一实施方式的HUD装置搭载于车辆的搭载状态的示意图，
图2是示意性表示从一实施方式的发光元件到达图像形成部的光路的光路图，是沿着排列方向观察该光路的图，
图3是关于图2，沿着垂直方向观察的图，
图4是用于说明从图像形成部射出的图像的显示光的光束的扩展的示意图，
图5是变形例2的与图2对应的图，而且
图6是变形例3的与图2对应的图。
具体实施方式
以下，结合附图来说明本发明的一实施方式。
如图1所示，本发明的一实施方式的HUD装置100被搭载于作为一种移动体的车辆1，并被设置于仪表盘2内。HUD装置100朝向作为车辆1的投影部件的挡风玻璃3投影图像的显示光。由此，HUD装置100以由车辆1的乘客能够辨认图像的方式进行虚像显示。即被挡风玻璃3反射的图像的显示光到达车辆1的室内的乘客的眼点EP，乘客察觉该显示光。而且，乘客能够识别作为虚像VI而显示的各种信息。作为以虚像VI而显示的各种信息例如可举出车速、燃料余量等车辆状态值，或者道路信息、视野辅助信息等车辆信息。
车辆1的挡风玻璃3利用透光性的玻璃或合成树脂等而被形成为板状。对于挡风玻璃3的室内侧的面而言，将反射图像的显示光的投影反射面3a形成为平滑的凹面状或者平面状。此外，作为投影部件，也可代替挡风玻璃3，在车辆1内设置独立于车辆1的组合器，向该组合器投影图像的显示光。
下面说明这样的HUD装置100的具体的结构。HUD装置100具备：多个发光元件10、透镜阵列20、第一扩散板30、作为聚光部的柱面透镜40、第二扩散板50、图像形成部60以及凹面镜70，它们被收纳、保持于外壳80。
图2、3所示的多个发光元件10相互沿着一个排列方向AD排列。在与排列方向AD垂直的垂直方向VD没有排列发光元件10。
各发光元件10由发热少的发光二极管元件形成。各发光元件10被配置于光源用电路基板上，通过该基板上的布线图案与电源电连接。更详细而言，各发光元件10通过利用在具有透光性的合成树脂中混合了黄色荧光剂的黄色荧光体密封芯片状的蓝色发光二极管元件而形成。通过从蓝色发光二极管元件根据电流量而发出的蓝色光，激发黄色荧光体而发出黄色光，通过蓝色光与黄色光的合成而发出近似白色的照明光。
透镜阵列20被配置于发光元件10与第一扩散板30之间的光路上。由透光性的合成树脂或玻璃等构成的多个透镜元件20a相互沿着排列方向AD而被排列并形成透镜阵列20。特别是在本实施方式中，透镜元件20a被设定为与发光元件10的数目相同。在各透镜元件20a中发光元件10侧的光学面22成为在各透镜元件20a间共用的呈现出平滑的平面状的一个平面，在各透镜元件20a中第一扩散板30侧的光学面24成为以凸状弯曲的平滑的凸面。从各发光元件10发出的照明光被各透镜元件20a聚光之后，向第一扩散板30入射。
第一扩散板30被配置于透镜阵列20与柱面透镜40之间的光路上。第一扩散板30由透光性的合成树脂或玻璃等形成为平板状。第一扩散板30通过在表面设置有微小的凹凸或者在内部包含微小的扩散粒子等，对入射的光进行例如圆形扩散。
在本实施方式中，第一扩散板30的扩散角度比第二扩散板50的扩散角度大，例如是20度。这里本实施方式的扩散角度是在将光设为垂直于扩散板的入射方向的情况下，就那样在入射方向射出的扩散光的亮度的1/2的亮度被观测的角度，也被称为半值角。另外，第一扩散板30的雾度值是80％以上。向第一扩散板30入射的照明光被扩散后，向柱面透镜40入射。
柱面透镜40被配置于第一扩散板30与第二扩散板50之间的光路上。柱面透镜40由透光性的合成树脂或玻璃等形成。在柱面透镜40中第一扩散板30侧的光学面42是以凸状弯曲的平滑的凸面。详细而言，光学面42呈现母线沿着排列方向AD的圆柱面状。在柱面透镜40中第二扩散板50侧的光学面44也是以凸状弯曲的平滑的凸面。详细而言，光学面44呈现母线沿着排列方向AD的圆柱面状。利用光学面42、44的面形状，柱面透镜40呈现双凸透镜状。
扩散后入射的照明光由两个圆柱面亦即光学面42、44折射，由此柱面透镜40在垂直方向VD对该照明光发挥聚光作用。另一方面，在排列方向AD实质上没有发挥聚光作用。这里通过各光学面42、44的垂直方向VD的曲率半径的设定，被柱面透镜40聚光的照明光以在包含垂直方向VD的剖面中成为大致平行光束的状态，向第二扩散板50入射。
第二扩散板50与第一扩散板30大致平行地被配置于柱面透镜40与图像形成部60之间的光路上。第二扩散板50由透光性的合成树脂或玻璃等被形成为平板状。第二扩散板50通过在表面设置有微小的凹凸或者在内部包含微小的扩散粒子等，对入射的光进行例如圆形扩散。在本实施方式中，第二扩散板50的扩散角度θ2比第一扩散板30的扩散角度θ1小，例如是10度。被柱面透镜40聚光、并向第二扩散板50入射的照明光利用该第二扩散板50被再次扩散后，以规定照度以上照亮图像形成部60的照明对象面62整体。
而且第二扩散板50相对于图像形成部60的照明对象面62，隔开间隙56地配置。第二扩散板50与图像形成部60之间的距离被设定为比第二扩散板50与柱面透镜40的主平面的距离小。
图像形成部60例如是使用薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)的液晶面板，是具有沿着照明对象面62以二维方向排列的多个液晶像素而形成的有源矩阵型的液晶面板。在图像形成部60中，层叠有一对偏光板以及被一对偏光板夹持的液晶层等。各偏光板具有使在规定方向偏振了的光透过，吸收与规定方向实质垂直的偏转的光的性质。一对偏光板在该规定方向实质相互正交地被配置。液晶层能够通过液晶像素的电压施加，根据施加电压使向液晶层入射的光的偏振方向旋转。
本实施方式的图像形成部60与第一扩散板30以及第二扩散板50大致平行地配置面板的第二扩散板50侧表面亦即照明对象面62。图像形成部60能够利用照明光向照明对象面62的入射，控制针对每个液晶像素的该光的透过率，形成图像。在相邻的液晶像素设置有相互不同的颜色(例如红、绿以及蓝)的滤光器，通过上述组合，实现各种颜色。
这样如图4所示，图像形成部60使向照明对象面62入射的照明光中的一部分通过，由此形成图像，作为图像的显示光以光束状射出。
这里，图像形成部60将多个液晶像素排列在矩形的区域，由此照明对象面62成为矩形。在本实施方式中，多个发光元件10的排列方向AD与照明对象面62的长边方向对应，垂直方向VD与照明对象面62的短边方向对应。因此，柱面透镜40在照明对象面62的短边方向对照明光发挥聚光作用。
如图1、4所示，凹面镜70被配置于图像形成部60与挡风玻璃3之间的光路上。凹面镜70通过在由合成树脂或玻璃等构成的基材的表面作为反射面72蒸镀铝等而被形成。反射面72成为弯曲为凹状的平滑的凹面。从图像形成部60以光束状射出的图像的显示光被反射面72朝向挡风玻璃3反射。
这里为了调整虚像VI的成像位置，在本实施方式的HUD装置100设置有使凹面镜70转动的转动机构84。转动机构84根据来自被电连接的控制部86的驱动信号，能够使凹面镜70绕旋转轴84a转动。例如旋转轴84a沿着排列方向AD以及照明对象面62的长边方向，由此若使凹面镜70绕旋转轴84a转动，则虚像VI的成像位置向与照明对象面62的短边方向对应的方向移动。
在凹面镜70与挡风玻璃3之间的外壳80设置有窗状的窗部。窗部被透光性的被形成为板状的防尘罩82封闭。因此，来自凹面镜70的图像的显示光透过该防尘罩82而被挡风玻璃3反射。此外，在图4中，一起图示了凹面镜70以及挡风玻璃3。这样利用被挡风玻璃3反射的图像的显示光，乘客能够在范围EB辨认明亮的虚像显示。
(作用效果)
下面说明以上已说明的本实施方式的作用效果。
根据本实施方式，第一扩散板30对各发光元件10发出的照明光进行扩散，从而各发光元件10被面光源化，能够抑制由于各发光元件10的排列间隔而可能产生的排列方向AD的照明不均。而且，利用作为聚光部的柱面透镜40的垂直方向VD的聚光作用，已被面光源化的光源像在垂直方向VD被放大，所以该垂直方向VD的周边部分的照度相对于中心部分降低的情况被抑制。
这里，第二扩散板50被配置于柱面透镜40与图像形成部60之间的光路上。因此，即使利用柱面透镜40，该聚光后的照明光的扩展暂时变小，该照明光在被第二扩散板50再次扩散后，一部分也通过图像形成部60。这样从图像形成部60射出的图像的显示光的光束的扩展被第二扩散板50调整。因此，利用沿着一个排列方向AD而被相互排列的多个发光元件10能够实现对照明对象面62的高效的照明，并且能够避免乘客可辨认明亮的虚像VI的范围EB变窄的情况。据此，能够提供虚像VI的可视性高的HUD装置100。
另外，根据本实施方式，利用比第二扩散板50的扩散角度θ2大的第一扩散板30的扩散角度θ1，能够可靠地将各发光元件10面光源化。同时，利用比第一扩散板30的扩散角度θ2小的第二扩散板50的扩散角度θ1，能够抑制图像的显示光过度扩展过而虚像VI的亮度降低的情况。
另外，根据本实施方式，第二扩散板50相对于图像形成部60，空开间隙56地配置。这样，例如与图像的显示光逆行并向HUD装置100内入射的太阳光等外部光到达图像形成部60，从而即使在该图像形成部60产生热，也能够通过间隙56进行散热，难以向第二扩散板50传递热。因此，能够抑制因热的影响导致的功能降低。
另外，根据本实施方式，作为聚光部的柱面透镜40利用母线沿着排列方向AD的圆柱面状的光学面42、44，发挥聚光作用。在这样的聚光作用中，能够抑制光源像在排列方向AD放大的情况，所以因各发光元件10的排列间隔而可能产生的排列方向AD的照明不均不明显。因此，能够提供虚像的可视性高的HUD装置100。
(其它实施方式)
以上虽说明了本发明的一实施方式，但本发明并不被限定地解释为本实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够应用于各种实施方式。
作为变形例1，第二扩散板50也可在被贴合于图像形成部60的照明对象面62的状态下被配置。
作为变形例2，如图5所示，图像形成部60也可在使照明对象面62相对于第一扩散板30倾斜的状态下被配置，第二扩散板50也可被配置为与照明对象面62大致平行。在图5中，图像形成部60以及第二扩散板50在短边方向(换言之垂直方向VD)倾斜。
作为变形例3如图6所示，图像形成部60也可在使照明对象面62相对于第一扩散板30以及第二扩散板50倾斜的状态下被配置。在图6中，图像形成部60在短边方向(换言之垂直方向VD)倾斜。
作为变形例4，光学面42、44若是在垂直方向VD发挥聚光作用的部件，则也可是母线稍微偏离排列方向AD的圆柱面状。
作为变形例5，作为聚光部的柱面透镜40也可呈平凸透镜状。
作为变形例6，聚光部也可由柱面透镜40以外的光学元件构成，也可由多个光学元件的组合构成。
作为变形例7，也可在图像形成部60与挡风玻璃3之间的光路上，追加其它光学元件。
作为变形例8，第二扩散板50也可具有对入射的光进行椭圆扩散的性质。
作为变形例9，也可将本发明适用在车辆1以外的船舶或飞行机等各种移动体(输送设备)。
上述平视显示器装置通过被搭载于移动体1，向投影部件3投影图像的显示光，以乘客能够辨认图像的方式进行虚像显示。多个发光元件10相互沿着一个排列方向AD排列，发出照明光。第一扩散板30扩散各发光元件已发出的照明光。聚光部40针对第一扩散板扩散了的照明光，在与排列方向垂直的垂直方向VD发挥聚光作用。图像形成部60具有被已在聚光部聚光的照明光照明的照明对象面62，通过使已向照明对象面入射的照明光中的一部分通过由此形成图像，作为图像的显示光以光束状射出。第二扩散板50被配置于聚光部与图像形成部之间的光路上，对已被聚光部聚光的照明光进行再次扩散并向照明对象面入射。
根据这样的结构，第一扩散板扩散各发光元件已发出的照明光，从而各发光元件被面光源化，能够抑制因各发光元件的排列间隔而可能产生的排列方向的照明不均。而且，利用聚光部的垂直方向的聚光作用，已被面光源化的光源像在垂直方向被放大，所以相对于中心部分该垂直方向的周边部分的照度降低的情况被抑制。
这里，第二扩散板被配置于聚光部与图像形成部之间的光路上。因此，利用聚光部，该聚光后的照明光的扩展即使暂时变小，该照明光被第二扩散板再次扩散后，也通过图像形成部。这样从图像形成部射出的图像的显示光的光束的扩展通过第二扩散板而被调整。因此，能够利用相互沿着一个排列方向排列的多个发光元件实现对照明对象面的高效的照明，并且能够避免乘客能够辨认明亮的虚像的范围变窄的情况。据此，能够提供虚像的可视性高的HUD装置。
虽依据实施例描述了本发明，但应理解为本发明并不限于该实施例、构造。本发明还包含各种变形例、等同范围内的变形。此外，各种组合、形态，进而其中包含仅一个要素、其以上、或者其以下的其它组合、形态也在本发明的范畴、构思内。

Claims (4)

1.一种平视显示器装置，是通过被搭载于移动体(1)，向投影部件(3)投影图像的显示光，以乘客能够辨认上述图像的方式进行虚像显示的平视显示器装置，其具备：
多个发光元件(10)，其相互沿着一个排列方向(AD)排列，发出照明光；
第一扩散板(30)，其扩散各上述发光元件(10)已发出的上述照明光；
聚光部(40)，其针对上述第一扩散板(30)扩散了的上述照明光，在与上述排列方向(AD)垂直的垂直方向(VD)发挥聚光作用；
图像形成部(60)，其具有被已被上述聚光部(40)聚光的上述照明光照明的照明对象面(62)，通过使已向上述照明对象面(62)入射的上述照明光中的一部分通过，形成上述图像，作为上述图像的显示光以光束状射出；以及
第二扩散板(50)，其被配置于上述聚光部(40)与上述图像形成部(60)之间的光路上，将已被上述聚光部(40)聚光的上述照明光再次扩散并向上述照明对象面(62)入射。
2.根据权利要求1所述的平视显示器装置，其中，
上述第二扩散板(50)的扩散角度(θ2)比上述第一扩散板(30)的扩散角度(θ1)小。
3.根据权利要求1或2所述的平视显示器装置，其中，
上述第二扩散板(50)相对于上述图像形成部(60)，空开间隙(56)地配置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的平视显示器装置，其中，
上述聚光部(40)利用母线沿着上述排列方向(AD)的圆柱面状的光学面(42、44)，发挥上述聚光作用。
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