CN109789780B - 投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在物体附着于封闭框体的开口部的罩上的情况下，也能够维持驾驶员座位前方的显示的投影型显示装置。HUD(100)具备：基于输入的图像数据对从光源出射的光进行空间调制的光调制部；收容所述光调制部的框体(3)；被收容于框体(3)，使经空间调制的光通过形成于框体(3)的开口部(8)并投影到汽车(1)的挡风玻璃(2)上的投影光学系统；以及封闭开口部(8)的罩(9)。罩(9)具有以从驾驶员座位朝向副驾驶员座位的方向X为长边方向的形状，其表面成为从除了方向X的副驾驶员座位侧的端部以外的位置朝向副驾驶员座位侧的端部，距基准面的距离逐渐减小的形状。

Description

投影型显示装置
技术领域
本发明涉及投影型显示装置。
背景技术
已知有使用汽车、电车、船舶、重型机械、飞机、或农用机械等各种交通工具的挡风玻璃、或配置于挡风玻璃的跟前附近的组合器作为屏幕，使光投影在该屏幕上而显示图像的交通工具用的HUD(Head－up Display)。根据该HUD，能够将基于从HUD投影的光的图像在屏幕上作为实像、或者在屏幕前方作为虚像使驾驶员视认到。
专利文献1中公开有内置于汽车的仪表盘内的HUD。该HUD为了防止尘埃或液体等物体通过出射图像光的框体的开口部而混入框体内，开口部由透光性罩覆盖。为了改善HUD向仪表盘的收容性，透光性罩形成如下形状：弯曲成使汽车前方侧的边比后方侧的边低，并且，向汽车的左右内外方向倾斜，使弯曲面的一角部变得最低。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016－094147号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在交通工具用的HUD中，考虑将出射向挡风玻璃或组合器等屏幕投影的图像光的框体开口部及封闭该开口部的透光性罩的形状设定为具有以驾驶员座位和副驾驶员座位的排列方向为长边方向的形状，以实现显示画面的大画面化。例如，考虑在汽车的仪表盘内，开口部从驾驶员座位前方细长地延伸到副驾驶员座位前方的结构。
这样，当封闭HUD的框体的开口部的透光性罩遍及仪表盘的很宽的范围存在时，与坐在驾驶员座位的人相比，坐在副驾驶员座位上的人使饮食物等物体附着于透光性罩上的可能性高。这是因为，坐在驾驶员座位的驾驶员集中驾驶而动作受限，与之相对，坐在副驾驶员座位的同乗者的动作不受限而是处于自由的状态。
在从副驾驶员座位侧附着于透光性罩上的物体为液体的情况下，该液体可能也流向驾驶员座位侧。另外，即使在物体不是液体的情况下，由于风或振动，物体也有可能向驾驶员座位侧移动。考虑即使在进行HUD的显示画面的大画面化的情况下，也能够在驾驶员座位前方显示警告等重要的信息。因此，希望尽可能地防止驾驶员座位前方的显示受阻的事态。
专利文献1中公开有用透光性罩将HUD的框体的开口部覆盖的结构，但该透光性罩形成从仪表盘的副驾驶员座位侧朝向驾驶员座位侧倾斜的形状。因此，在框体的开口部具有从驾驶员座位侧朝向副驾驶员座位侧细长的形状的情况下，附着于封闭副驾驶员座位侧的开口部的透光性罩上的物体容易向驾驶员座位侧移动，有可能遮挡从驾驶员座位侧的开口部出射的图像光，从而驾驶员座位前方的显示受阻。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种即使在物体附着于封闭框体的开口部的罩上的情况下，也能够维持驾驶员座位前方的显示的投影型显示装置。
用于解决技术课题的手段
本发明的投影型显示装置具备：光调制部，所述光调制部基于输入的图像数据对从光源出射的光进行空间调制；框体，所述框体收容上述光调制部；投影光学系统，所述投影光学系统被收容于上述框体，使经空间调制的上述光通过形成于上述框体的开口部并投影到交通工具的投影面上；以及罩，所述罩封闭上述开口部，上述罩具有以从上述交通工具的驾驶员座位朝向副驾驶员座位的方向为长边方向的形状，上述罩的表面形成于比通过上述长边方向的上述副驾驶员座位侧的端部且平行于上述长边方向的基准面更靠上述投影面侧，并且成为从除了上述长边方向的上述副驾驶员座位侧的端部以外的位置朝向上述副驾驶员座位侧的端部，距上述基准面的距离逐渐减小的形状。
发明效果
根据本发明，可提供一种即使在物体附着于封闭框体的开口部的罩上的情况下，也能够维持驾驶员座位前方的显示的投影型显示装置。
附图说明
图1是表示作为本发明的投影型显示装置的一实施方式的HUD100的概略结构的图。
图2是表示封闭图1所示的HUD100的开口部8的罩9的外观的图。
图3是表示被收容于图1所示的HUD100的框体3的控制单元5的内部结构例的示意图。
图4是表示沿着封闭图1所示的HUD100的框体3的开口部8的罩9的长边方向的剖视图。
图5是表示图1所示的HUD100的罩9的第一变形例的图，是沿着罩9的长边方向的剖视图。
图6是表示图1所示的HUD100的罩9的第二变形例的图，是沿着罩9的长边方向的剖视图。
图7是表示图1所示的HUD100的罩9的第三变形例的图，是沿着罩9的长边方向的剖视图。
图8是表示图1所示的HUD100的罩9的第四变形例的图，是沿着罩9的长边方向的剖视图。
图9是表示图1所示的HUD100的第一变形例的图，是沿着框体3的开口部8附近的方向X的剖视图。
图10是表示图9所示的排出部10的详细结构例的图。
图11是表示图9所示的HUD100的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示作为本发明的投影型显示装置的一实施方式的HUD100的概略结构的图。图2是表示封闭图1所示的HUD100的开口部8的罩9的外观的图。
HUD100搭载在汽车1上，将汽车1的挡风玻璃2的一部分范围作为投影面，通过投影在投影面上的图像光，可以由汽车1的驾驶员视认到虚像或实像。HUD100除搭载在汽车上以外，还能够搭载在例如电车、重型机械、建筑机械、飞机、船舶、或农业机械等交通工具上来使用。
HUD100以露出一部分的形式内置于汽车1的室内的仪表盘4中。仪表盘4是内置包括汽车1的速度计、转速表、燃油表、水温表、或测距仪等用于通知行驶所需的信息的仪表类等的内装零件的部件。
HUD100具备：收容包含光源及基于图像数据对从该光源出射的光进行空间调制的光调制部的控制单元5、构成将由光调制部进行了空间调制的图像光投影到挡风玻璃2上的投影光学系统的扩散部件6及凹面镜7的箱状的框体3。投影光学系统的结构是一例，不限于图1所示的构成。
扩散部件6是使由控制单元5的光调制部进行了空间调制的图像光扩散而进行面光源化的部件。扩散部件6使用表面具有微细构造的微镜阵列、扩散镜、MLA(Microlens－Array)扩散器、或反射全息扩散器等。
凹面镜7将由扩散部件6扩散的图像光放大并朝向挡风玻璃2的投影面反射。在框体3上设有开口部8，使由凹面镜7反射的图像光通过该开口部8而朝向挡风玻璃2的投影面投影。
挡风玻璃2被加工成使得通过开口部8而被投影的图像光向驾驶员的眼E的方向反射，该图像光由挡风玻璃2反射而入射到驾驶员的眼E。由此，可以使驾驶员视认到基于图像光的虚像或实像。
框体3的开口部8由树脂或玻璃等可透过图像光的透明部件构成的罩9封闭。开口部8是用于使由凹面镜7反射的图像光从框体3出射的出射窗，罩9是防止尘埃或液体等异物通过开口部8混入框体3内的部件。
如图2所示，为了实现基于投影到挡风玻璃2的图像光的显示画面的大画面化，框体3的开口部8及封闭开口部8的罩9的从图像光出射的方向观察的平面形状形成从汽车1的驾驶员座位朝向副驾驶员座位的方向X为长边方向的矩形。汽车1是驾驶员座位配置在与方向盘H相对的位置、副驾驶员座位配置在该驾驶员座位的左侧的结构。
从汽车1的驾驶员座位朝向副驾驶员座位的方向X和与汽车1直行时的汽车1的行进方向大致正交的方向意思相同。两个方向大致正交是指该两个方向形成的角度处于70度～110度的范围。
HUD100采用对挡风玻璃2投影图像光的方式，但也可以采用向配置于挡风玻璃2的跟前的组合器(未图示)投影图像光的方式。在这种情况下，组合器构成投影面。
图3是表示被收容于图1所示的HUD100的框体3的控制单元5的内部结构例的示意图。
如图3所示，HUD100的控制单元5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、以及统一控制HUD100整体的系统控制部47。
系统控制部47包括处理器、存储该处理器执行的程序等的ROM(Read OnlyMemory)、以及作为该处理器的工作存储器起作用的RAM(Random Access Memory)。
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、二向色棱镜43、设于R光源41r和二向色棱镜43之间的准直透镜42r、设于G光源41g和二向色棱镜43之间的准直透镜42g、以及设于B光源41b和二向色棱镜43之间的准直透镜42b。R光源41r、G光源41g以及B光源41b构成HUD100的光源。
二向色棱镜43是用于将从R光源41r、G光源41g及B光源41b各光源出射的光导向同一光路的光学部件。二向色棱镜43使通过准直透镜42r被平行光化的红色光透过并向光调制元件44出射。另外，二向色棱镜43反射通过准直透镜42g被平行光化的绿色光并向光调制元件44出射。进而，二向色棱镜43反射通过准直透镜42b被平行光化的蓝色光并向光调制元件44出射。作为具有这种功能的光学部件，不限于二向色棱镜。例如也可以使用交叉二向色镜。
R光源41r、G光源41g及B光源41b分别使用激光器或LED(Light Emitting Diode)等发光元件。HUD100的光源不限于R光源41r、G光源41g及B光源41b这三个的例子，也可以由一个光源、两个光源、或四个以上的光源构成。
光源控制部46控制R光源41r、G光源41g及B光源41b各光源，进行使光从R光源41r、G光源41g及B光源41b出射光的控制。
光调制元件44基于通过系统控制部47输入的图像数据对从R光源41r、G光源41g及B光源41b出射且从二向色棱镜43出射的光进行空间调制。
作为光调制元件44，例如可使用LCOS(Liquid crystal on silicon)、DMD(Digital Micromirror Device)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)元件、或液晶显示元件等。
驱动部45基于从系统控制部47输入的图像数据驱动光调制元件44，将基于图像数据进行了空间调制的图像光(红色图像光、蓝色图像光、及绿色图像光)从光调制元件44出射到投射光学系统的扩散部件6。光调制元件44和驱动部45构成HUD100的光调制部。
对图1所示的由扩散部件6及凹面镜7构成的投影光学系统进行了光学设计，使得驾驶员可以在挡风玻璃2前方的位置作为虚像视认到基于投影到挡风玻璃2的图像光的图像。也可以进行投影光学系统的光学设计，使得驾驶员可以在挡风玻璃2上作为实像视认到基于该图像光的图像。
系统控制部47控制光源控制部46及驱动部45，使基于图像数据进行了空间调制的图像光向扩散部件6出射。
图4是沿着封闭图1所示的HUD100的框体3的开口部8的罩9的长边方向的剖视图。
如图4所示，罩9的表面(挡风玻璃2侧的面)形成于比通过罩9的表面的方向X的副驾驶员座位侧的端部且平行于方向X的水平的基准面更靠挡风玻璃2的投影面侧，且成为从方向X的驾驶员座位侧的端部朝向副驾驶员座位侧的端部，距该基准面的距离逐渐减小的形状。
此外，罩9的背面(框体3内部侧的面)的形状是任意的，在图4的例子中，是与基准面水平的面。
图4所示的罩9是从驾驶员座位侧的端部到副驾驶员座位侧的端部，从基准面到罩9的表面的距离直线性地减小的结构。即，罩9的表面是相对于基准面从驾驶员座位侧朝向副驾驶员座位侧倾斜的平面。
根据图4所示的罩9的结构，在物体附着于罩9的表面的副驾驶员座位侧的区域的情况下，能够防止该物体向驾驶员座位侧的区域移动。因此，能够维持驾驶员座位前方的显示。
另外，根据图4所示的罩9的结构，无论在物体附着于罩9的表面的哪个区域的情况下，都能够使该物体沿着罩9的表面的倾斜向副驾驶员座位侧的端部移动。因此，即使在驾驶员座位侧，物体附着于罩9上的情况下，也能够维持驾驶员座位前方的显示。
图5是表示图1所示的HUD100的罩9的第一变形例的图，是沿着罩9的长边方向的剖视图。
图5所示的罩9的表面是从方向X的驾驶员座位侧的端部朝向副驾驶员座位侧的端部，距基准面的距离曲线性地逐渐减小的形状。
根据图5所示的罩9的结构，能够获得与图4所示的罩9同样的效果。
另外，在图5所示的罩9的结构中，通过调节罩9的表面的弯曲，能够促进物体附着于驾驶员座位侧的表面时的该物体向副驾驶员座位侧的移动。
例如，通过设定为越使图5所示的罩9的表面在方向X上朝向驾驶员座位侧，距基准面的距离的变化量越大的结构，物体在驾驶员座位侧附着于罩9上的情况下，能够使该物体更有效地向副驾驶员座位侧移动。
图6是表示图1所示的HUD100的罩9的第二变形例的图，是沿着罩9的长边方向的剖视图。
图6所示的罩9的表面是从方向X的驾驶员座位侧的端部与副驾驶员座位侧的端部之间的任意的位置X1(图6的例子中为两端部的中间位置)朝向副驾驶员座位侧的端部，距基准面的距离直线性地逐渐减小，且从位置X1到驾驶员座位侧的端部，距基准面的距离恒定的形状。
根据图6所示的罩9的结构，在驾驶员座位侧，可以使其厚度恒定。例如，假定如下结构：在框体3内设置两个由投影光学系统和控制单元5的组构成的投影单元，在一投影单元中，从比图6所示的罩9的位置X1更靠左侧的区域出射图像光，在另一投影单元中，从比图6所示的罩9的位置X1更靠右侧的区域出射图像光。
在该结构中，通过采用图6所示的罩9，对于基于从上述另一投影单元出射的图像光的虚像或实像，无需考虑罩9的表面形状导致的变形的产生。因此，用于消除虚像或实像的变形的投影光学系统的设计或图像数据的校正变得容易，能够降低HUD100的制造成本。
图7是表示图1所示的HUD100的罩9的第三变形例的图，是沿着罩9的长边方向的剖视图。
图7所示的罩9的表面形成为从方向X的驾驶员座位侧的端部与副驾驶员座位侧的端部之间的任意的位置X2(图7的例子中为两端部的中间位置)朝向副驾驶员座位侧的端部，距基准面的距离曲线性地逐渐减小，且从位置X2到驾驶员座位侧的端部，距基准面的距离恒定的形状。
根据图7所示的罩9的结构，在驾驶员座位侧，可以使其厚度为恒定。因此，能够实现与图6所示的罩9同样的效果。
图8是表示图1所示的HUD100的罩9的第四变形例的图，是沿着罩9的长边方向的剖视图。
图8所示的罩9的表面形成为从方向X的驾驶员座位侧的端部与副驾驶员座位侧的端部之间的任意的位置X3(图8的例子中为两端部的中间位置)朝向副驾驶员座位侧的端部，距基准面的距离曲线性地逐渐减小，且从位置X3到驾驶员座位侧的端部，距基准面的距离曲线性地逐渐减小的形状。
根据图8所示的罩9的结构，在物体附着于罩9的表面的副驾驶员座位侧的区域(比位置X3更靠左侧的区域)的情况下，能够防止该物体向驾驶员座位侧移动。因此，能够维持驾驶员座位前方的显示。
另外，图8所示的罩9可以是以位置X3为界，沿着方向X的截面为线对称的形状，作为HUD100能够提供设计性高的装置。
另外，像这样，通过将罩9设为线对称的形状，按照罩9的形状设计HUD100的投影光学系统、或者按照罩9的形状校正图像数据变得容易。
图9是表示图1所示的HUD100的第一变形例的图，是沿着框体3的开口部8附近的方向X的剖视图。
图9所示的HUD100在框体3的一部分设置有排出附着于罩9的表面且移动到副驾驶员座位侧的端部的物体的排出部10，除这一点之外，是与图1所示的HUD100相同的结构。
图10是表示图9所示的排出部10的详细结构例的图。
如图10所示，排出部10由设于罩9的表面的与方向X的副驾驶员座位侧的端部相对的框体3的部分的孔部10A构成。
孔部10A的内表面具有方向X的一端与罩9的表面的方向X的副驾驶员座位侧的端部相接，方向X的另一端与孔部10A的底面10C相接的倾斜面10B。附着在罩9的表面且在该表面移动的物体OB通过倾斜面10B移动到底面10C，由此被从罩9的表面排出。
如上所述，根据具有排出部10的HUD100，在物体附着于罩9的表面的情况下，能够防止该物体滞留在罩9的表面。因此，不仅能够维持基于投影到驾驶员座位侧的挡风玻璃2上的图像光的图像的显示，而且也能够维持基于投影到副驾驶员座位侧的挡风玻璃2上的图像光的图像的显示。
此外，在图9所示的HUD100中，优选还具有吸引图10所示的孔部10A内的空气的吸引机构。根据该结构，能够可靠地防止物体OB从孔部10A向罩9的表面移动。
另外，在图9所示的HUD100中，优选还具备物体去除部，其使附着于罩9的表面的物体强制移动到排出部10而将物体去除。
图11是表示图9所示的HUD100的变形例的图。图11所示的HUD100追加了物体去除部11，除了这一点之外，与图9所示的结构相同。
物体去除部11由朝向方向X吹出风的送风机构构成。通过该送风机构进行送风，附着于罩9的表面的物体在罩9的表面迅速地移动而从排出部10排出。
这样，根据图11所示的HUD100，能够使附着于罩9的表面的物体迅速地移动到排出部10而将其从罩9的表面去除，能够使图像光被物体遮挡的期间为最小限度。其结果是，能够提高显示质量。
在以上的说明中，设定为将罩9嵌入开口部8的结构，但罩9只要是能够封闭开口部8的结构即可。例如，也可以设为将罩9固定于框体3的外周面，通过用罩9的背面覆盖开口部8整体而封闭开口部8的结构。
如以上所说明，本说明书中公开有以下的事项。
(1)一种投影型显示装置，其具备：光调制部，所述光调制部基于输入的图像数据对从光源出射的光进行空间调制；框体，所述框体收容上述光调制部；投影光学系统，所述投影光学系统被收容于上述框体，使上述经空间调制的光通过形成于上述框体的开口部并投影到交通工具的投影面上；以及罩，所述罩封闭上述开口部，上述罩具有以从上述交通工具的驾驶员座位朝向副驾驶员座位的方向为长边方向的形状，上述罩的表面形成于比通过上述长边方向的上述副驾驶员座位侧的端部且平行于上述长边方向的基准面更靠上述投影面侧，并且成为从除了上述长边方向的上述副驾驶员座位侧的端部以外的位置朝向上述副驾驶员座位侧的端部，距上述基准面的距离逐渐减小的形状。
(2)根据(1)所述的投影型显示装置，其中，上述位置是上述驾驶员座位侧的端部的位置。
(3)根据(1)所述的投影型显示装置，其中，上述位置是上述驾驶员座位侧的端部与上述副驾驶员座位侧的端部之间的位置。
(4)根据(3)所述的投影型显示装置，其中，从上述位置到上述驾驶员座位侧的端部，上述罩的表面的上述距离是恒定的。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的投影型显示装置，其中，还具备排出部，其排出附着于上述罩的表面且移动到上述副驾驶员座位侧的端部的物体。
(6)根据(5)所述的投影型显示装置，其中，还具备物体去除部，其使附着于上述罩的表面的物体移动到上述排出部而将上述物体去除。
产业上的可利用性
本发明通过搭载于汽车，能够提高汽车的制品价格。
以上通过特定的实施方式说明了本发明，但本发明不限于该实施方式，在不脱离所公开的发明的技术思想的范围内可以进行各种变更。
将2016年9月21日提交的日本专利申请(特愿2016－184697)号的内容并入本说明书中。
符号说明
100 HUD
1 汽车
2 挡风玻璃
3 框体
4 仪表盘
5 控制单元
6 扩散部件
7 凹面镜
8 开口部
9 罩
10 排出部
10A 孔部
10B 倾斜面
10C 底面
11 物体去除部
40 光源单元
41r R光源
41g G光源
41b B光源
42r、42g、42b 准直透镜
43 二向色棱镜
44 光调制元件
45 驱动部
46 光源控制部
47 系统控制部
E 眼
H 方向盘
OB 物体
X 方向

Claims (7)

1.一种投影型显示装置，
其具备：
光调制部，所述光调制部基于输入的图像数据对从光源出射的光进行空间调制；
框体，所述框体收容所述光调制部；
投影光学系统，所述投影光学系统被收容于所述框体，使经空间调制的所述光通过形成于所述框体的开口部并投影到交通工具的投影面上；以及
罩，所述罩封闭所述开口部，
所述罩具有以从所述交通工具的驾驶员座位朝向副驾驶员座位的方向为长边方向的形状，
所述罩的表面形成于比通过所述罩的表面的所述长边方向的所述副驾驶员座位侧的端部且平行于所述长边方向的基准面更靠所述投影面侧，并且成为从除了所述长边方向的所述副驾驶员座位侧的端部以外的位置朝向所述副驾驶员座位侧的端部，距所述基准面的距离逐渐减小的形状，
所述位置是所述罩的表面的所述长边方向的所述驾驶员座位侧的端部与所述副驾驶员座位侧的端部之间的位置。
2.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其中，
从所述位置到所述驾驶员座位侧的端部，所述罩的表面的所述距离是恒定的。
3.根据权利要求1或2所述的投影型显示装置，其中，
还具备排出部，该排出部排出附着于所述罩的表面且移动到所述副驾驶员座位侧的端部的物体。
4.根据权利要求3所述的投影型显示装置，其中，
还具备物体去除部，该物体去除部使附着于所述罩的表面的物体移动到所述排出部而将所述物体去除。
5.一种投影型显示装置，
其具备：
光调制部，所述光调制部基于输入的图像数据对从光源出射的光进行空间调制；
框体，所述框体收容所述光调制部；
投影光学系统，所述投影光学系统被收容于所述框体，使经空间调制的所述光通过形成于所述框体的开口部并投影到交通工具的投影面上；以及
罩，所述罩封闭所述开口部，
所述罩具有以从所述交通工具的驾驶员座位朝向副驾驶员座位的方向为长边方向的形状，
所述罩的表面形成于比通过所述罩的表面的所述长边方向的所述副驾驶员座位侧的端部且平行于所述长边方向的基准面更靠所述投影面侧，并且成为从除了所述长边方向的所述副驾驶员座位侧的端部以外的位置朝向所述副驾驶员座位侧的端部，距所述基准面的距离逐渐减小的形状，
所述投影型显示装置还具备排出部，该排出部排出附着于所述罩的表面且移动到所述副驾驶员座位侧的端部的物体。
6.根据权利要求5所述的投影型显示装置，其中，
所述位置是所述罩的表面的所述长边方向的所述驾驶员座位侧的端部的位置。
7.根据权利要求5或6所述的投影型显示装置，其中，
还具备物体去除部，该物体去除部使附着于所述罩的表面的物体移动到所述排出部而将所述物体去除。
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