CN112449686A - 平视显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防止或抑制反射镜(凹面镜)的外周部映入投射图像光中进行显示而能够显示高品质的虚像影像的HUD。其方案如下，一种将影像投射于交通工具的挡风玻璃来对驾驶员显示上述影像的虚像的HUD，其包括：具有光源和显示元件的影像显示装置，其用于形成上述影像；和影像光投射单元，其将从上述影像显示装置出射的影像光投射于上述挡风玻璃而使其反射，来将上述虚像显示在上述交通工具的前方，上述影像光投射单元包括用于将从上述影像显示装置出射的影像光向上述挡风玻璃反射的反射镜，上述反射镜包括在其周边部使反射光去往与驾驶员的视线不同的方向的偏转结构。

Description

平视显示器
技术领域
本发明涉及平视显示器的技术，特别涉及应对由装置中的反射镜带来的反射光等杂散光而对于更加良好的信息的显示有效的技术。
背景技术
汽车等车辆中，车速和发动机转速等信息通常显示于仪表板内的仪表盘(instrument panel)。此外，汽车导航等的画面显示在组装于仪表板或设置在仪表板上的显示器。驾驶员在视觉辨认这些信息的情况下需要使视线大幅移动，因此作为使该视线的移动量减少的技术，已知一种将车速等信息和汽车导航所涉及的指示等信息投射于前玻璃(也称为“挡风玻璃”)等进行显示的平视显示器(Head Up Display，以下有时记载为“HUD”)。
作为与抑制这种HUD中的光的映入相关联的技术，例如，根据以下的专利文献1，已经知晓以下这样一种装置，即，在用于在内部收纳装置的上下可分割的盒体的上盒体的一部分，设置有与供射出的影像光通过的开口重叠地形成的遮光部，为了防止被该遮光部遮蔽的光的一部分映入前玻璃等投射面，在该遮光部及其周边涂敷低反射涂料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-3897号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
可是，根据通过上述现有技术而获知的对装置的一部分及其周边涂敷低反射涂料的方案，虽然能够得到一定的效果，但会花费用于涂敷的成本。此外，根据发明人们的研究，发现存在以下这样的技术问题，即，特别是在HUD的背光源点亮时或外部光入射时，该光的一部分映入HUD中的反射镜(凹面镜)的外周部而成为杂散光，使由装置显示的虚像影像的品质降低，以下也会对此进行详细叙述。
于是，本发明的目的在于，提供一种通过防止或抑制来自反射镜(凹面镜)的外周部的反射光映入形成虚像的投射图像光致使影像的品质降低，能够显示更高品质的虚像影像的、实用性也优异的平视显示器。
用于解决技术问题的技术方案
简单说明由本发明中的代表性内容的概要如下，提供一种将影像投射于交通工具的挡风玻璃来对驾驶员显示所述影像的虚像的平视显示器，其包括：具有光源和显示元件的影像显示装置，其用于形成所述影像；和影像光投射单元，其将从所述影像显示装置出射的影像光投射于所述挡风玻璃而使其反射，来将所述虚像显示在所述交通工具的前方，所述影像光投射单元包括用于将从所述影像显示装置出射的影像光向所述挡风玻璃反射的反射镜，所述反射镜包括在其周边部使反射光去往与驾驶员的视线不同的方向的偏转结构。
发明效果
简单说明由本发明中的代表性内容获得的效果如下。即，根据本发明的代表性的实施方式，能够实现由于防止或抑制来自反射镜(凹面镜)的外周部的反射光映入形成虚像的投射图像光致使影像的品质降低，所以能够显示更高品质的虚像影像，能够获得对包括作为观察者的驾驶员来说能够显示优异的影像信息的平视显示器。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式的HUD的整体结构的一例之概略的图。
图2是表示上述HUD的安装方式的详细结构的一例的展开立体图。
图3是针对上述HUD的反射镜驱动部的结构的例子表示概要的展开立体图。
图4是用于说明本发明的HUD中的反射镜(凹面镜)的工作原理的说明图。
图5是表示上述HUD中的反射镜(凹面镜)的详细构造的立体图。
图6是表示上述反射镜(凹面镜)的纹理的构造的图。
图7是表示上述纹理的具体的形状的局部放大截面图。
图8是表示由具有上述纹理的反射镜(凹面镜)得到的测定结果的图。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。另外，在用于说明实施方式的所有图中，对同一部分原则上标注同一标记，省略其重复的说明。另一方面，对于某一图中标注标记进行了说明的部位，有时在说明其他附图时不再次图示，但在提及时附加同一标记。此外，以下所示的各实施方式中，以平视显示器(HUD)设置于汽车等车辆中的情况为例进行说明，但也能够应用在电车和飞机等其他交通工具中。此外，也能够应用在用于交通工具以外的用途的HUD中。
图1是表示作为本发明的一实施方式的平视显示器的整体结构的一例之概要的图。本实施方式的HUD1中，使由配置于此处未图示的壳体内或相对于壳体可装卸的部位的影像显示装置30显示的影像光经过必要的光学元件(此处虽未图示，但作为一例为折回反射镜等)被反射镜(凹面镜)52反射，投射到车辆2的挡风玻璃3。
此处，被投射部件不限于挡风玻璃3，只要为可被投射影像的部件，就能够为组合器(combiner)等其他部件。此外，影像显示装置30例如由具有背光源的投影仪或LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)等构成。也可以为自发光型的VFD(VacuumFluorescent Display：真空荧光显示器)等。还可以为由投影装置在屏幕上显示影像的装置。作为这样的屏幕，例如也可以由呈二维状配置有微透镜的微透镜阵列构成。
反射镜52由反射镜架521(图2)保持，此外，例如由自由曲面反射镜或具有光轴非对称的形状的反射镜等构成。更具体而言，反射镜52的表面形状，为了减少虚像的畸变，例如在其上部的区域(即，在此处反射的光线在挡风玻璃3的下方反射，因此与驾驶员5的视点的距离相对变短)，相对地减小曲率半径，使得放大率变大。另一方面，在反射镜52的下部的区域(即，在此处反射的光线在挡风玻璃3的上方反射，与驾驶员5的视点的距离相对变长)，相对地增大曲率半径，使得放大率变小。此外，还可以通过使影像显示装置30相对于该反射镜52的光轴倾斜地配置来修正上述这样的成像倍率的差异，从而减少产生的畸变本身。
驾驶员5通过观看投射于挡风玻璃3的影像，透过透明的挡风玻璃3在其前方以虚像的形式视觉辨认上述影像。也可以调整反射镜52的角度从而调整将影像投射于挡风玻璃3的位置，从而能够在上下方向上调整驾驶员5观看的虚像的显示位置。另外，以虚像的形式显示的内容没有特别限定，例如能够适当地显示车辆信息或导航信息、由未图示的摄像机(监控摄像机或全景观察器等)拍摄到的前方的风景的影像等。
此外，图中的标记6是安装于驾驶盘的一部分的例如包含红外摄像头的摄像机，此处构成检测驾驶员的视点的单元。另外，作为该视点检测单元的摄像机不一定必须如上所述安装在驾驶盘的一部分，只要能够检测驾驶员的视点即可，例如也可以安装在仪表板的一部分或挡风玻璃3的一部分。
接着，图2中示出上述HUD1的内部详细结构，此处上述壳体由标记61和65表示，此外，影像显示装置30的内部包含例如由配置在板上的作为发光元件的发光二极管等构成且产生面状的自发光的背光源元件(单元)31和上述光学元件。进而，此处示出作为必要的其他光学元件的畸变修正透镜43。
由该图可明确，本例中，在壳体61、65的内部，反射镜52以能够通过形成在侧面的一对轴而以微小的角度范围进行转动的状态配置。进而，在下部的壳体65的底部，与安装控制部等的主基板70一起，通过螺钉等装卸机构安装有由电动机、蜗杆、齿轮等移动机构构成的反射镜驱动部42。即，通过该反射镜驱动部42，上述的反射镜(凹面镜)52的倾斜角度能够在微小的角度范围内调整。
接着，图3是针对用于使反射镜52的倾斜角度变化的反射镜驱动部42的安装例表示概要的图。此处，反射镜驱动部也如图3的(a)所示，在盒体421内至少设置有其旋转速度能够在高速旋转到低速旋转的宽范围内进行控制的电动机422、蜗杆423和组合于该电动机的输出轴与蜗杆之间的多个齿轮424。此外，图3的(b)表示与反射镜52的一部分组装的反射镜驱动部42，图3的(c)表示从与图3的(b)不同的角度看组装图3的(a)的反射镜驱动部42后的装置的立体图。该反射镜驱动部42也如图3的(b)所示，以其蜗杆423通过图3的(c)中所示的一部分切口部与形成于反射镜52的下端部的蜗轮411咬合的方式安装在壳体65的下端部。
根据上述的反射镜驱动部42的结构，能够在低速到高速的宽范围内进行旋转控制的电动机422的旋转，经多个齿轮424被转换为期望的旋转速度/驱动力而传递到蜗杆423，进而通过形成在反射镜52的下端部的蜗轮411，使反射镜52在以旋转轴为中心旋转的同时在前后方向上移动(参照图1的箭头)，从而调整为期望的倾斜角度。
<反射镜(凹面镜)>
接着，在图4中说明了其整体结构的HUD1中的反射镜(凹面镜)52基本上如上所述，是将来自影像显示装置30的影像光反射而投射到车辆2的挡风玻璃3的部件。但是，根据发明人们的研究的结果，明确了也如图4所示，特别是在来自作为装置的发光部的背光源元件的光(背光源光)、进而来自车辆的外部的光(例如来自太阳的直接光、散射光、路灯等外部光)入射到反射镜52的情况下，根据状况，该入射光在反射镜(凹面镜)52的外周部反射而映入，这成为使对驾驶员显示的虚像影像的品质降低的原因。
于是，本发明确认了特别是在原理为使影像光去往驾驶员的眼睛(视线内)而显示虚像的HUD1中，在背光源点亮时或外部光入射时，即使在该入射光在反射镜52的外周部反射的情况下，该反射光也不去往驾驶员的眼睛(视线内)，而是离开该范围，向其以外的方向行进(偏转)的方式，对于防止/抑制显示影像的品质降低是有效的，并提出为此的方案。
作为为此的方案，更具体而言，也如图5所示，在HUD1中的反射镜(凹面镜)52的外周部，或作为其保持部件的反射镜架521表面的与反射镜外周部的相邻部，形成以下也会详细叙述的纹理100。另外，为了进行比较，已知作为现有技术的低反射涂料的涂敷虽然有效果但花费涂饰成本，此外，在褶皱加工中入射光在褶皱面漫反射，对于降低映入的效果较小。另外，图中的标记522、523分别表示安装架和保持衬套。
进而，根据发明人们的研究，确认了在HUD1中，使用的反射镜(凹面镜)52呈自由曲面形状，因此利用模具形成该纹理100，并且使该纹理100的(截面)形状与反射镜52的自由曲面形状相应地变化，从而减少杂散光的效果增大。例如，也如图6中为了发明容易理解而沿着反射镜52的上边表示的各部的截面的放大图所示，使反射镜52的端部和中央部的纹理100的形状变化。
另外，作为该纹理的更具体的形状，也如图7的(a)和(b)所示，具有锯齿状的截面的纹理100作为一例优选适合于反射镜52的自由曲面形状地将其节距(间隔)d在最小0.1mm～最大5mm的范围内且将其角度θ在0～90度的范围设定。
图8表示由具有上述纹理100的反射镜(凹面镜)52得到的测定结果。具体而言，沿着图8的(a)的中央部的反射镜52的右边(图的A-A截面)形成有“有纹理”和“无纹理”的区域，图8的(b)中，测定并表示来自各自对应的区域的反射光的强度(亮度)。由该结果可明确，通过形成适当的纹理，能够将反射的亮度降低到1/10以下，确认了纹理的形成作为一种应对背光源点亮时来自反射镜的映入的对策是有效的方案。
此外，上述纹理可以沿着反射镜(凹面镜)52的周边部的4边设置，但优选代替此方式，而形成于在其上保持反射镜52的部件即反射镜架521的表面中的与反射镜的周边部相邻的部分(区域)。这是因为形成于反射镜52的表面的自由曲面形状，与装载HUD1的车辆对应地各种设定/变更。然而，如果通过将上述纹理100形成于反射镜架521的表面来代替形成于反射镜52，则通过预先准备在其表面形成有各种纹理的反射镜架521，并选择适合于反射镜52的自由曲面形状的反射镜架521，在其上安装反射镜52，能够更简单且容易地制造与被各种设定/变更的自由曲面形状的反射镜对应的反射镜。
如以上所详细叙述，包括具有纹理结构的反射镜(凹面镜)的本发明的HUD与以往的低反射涂料的涂敷相比低成本，并且有比褶皱加工更大的降低效果，因此与现有技术相较，也更有优越性，其中，该纹理结构为使反射光不去往驾驶员的眼睛(视线内)而去往其以外的方向的单元。
而且，具有上述纹理结构的反射镜(凹面镜)特别是能够适当地应用于上述实施方式中也示出的调整反射镜的角度能够调整将影像投射于挡风玻璃的位置的HUD中。即，可预测到伴随反射镜的角度的调整，发生背光源光或外部光入射而在反射镜的外周部反射从而映入显示影像的现象的可能性提高。但是，根据具有上述纹理结构的反射镜，能够得到能够也包含该映入的可能性的增大在内地防止/抑制该映入，从而能够显示更高品质的虚像影像的HUD。
以上，基于实施方式具体地说明了由本发明人完成的发明，但本发明并不限定于上述实施方式，当然能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，上述实施方式为了使本发明容易理解而进行了详细说明，但并不限定于必须具有所说明的全部结构。此外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在某实施方式的结构上增加其他实施方式的结构。此外，能够对于各实施方式的结构的一部分增加、删除、置换其他结构。
工业上的可利用性
本发明能够利用于将图像投射于透明的玻璃板等的平视显示器。
附图标记说明
1…HUD、2…车辆、3…挡风玻璃、5…驾驶员(视点)、30…影像显示装置、31…背光源元件(单元)、42…反射镜驱动部、43…畸变修正透镜、50…壳体、52…反射镜(凹面镜)、55…光学部件保持外装盒体、61，65…壳体、100…纹理、411…蜗轮、421…盒体、422…电动机、423…蜗杆、424…齿轮、521…反射镜架。

Claims (7)

1.一种将影像投射于交通工具的挡风玻璃来对驾驶员显示所述影像的虚像的平视显示器，其特征在于，包括：
具有光源和显示元件的影像显示装置，其用于形成所述影像；和
影像光投射单元，其将从所述影像显示装置出射的影像光投射于所述挡风玻璃而使其反射，来将所述虚像显示在所述交通工具的前方，
所述影像光投射单元包括用于将从所述影像显示装置出射的影像光向所述挡风玻璃反射的反射镜，
所述反射镜包括在其周边部使反射光去往与驾驶员的视线不同的方向的偏转结构。
2.如权利要求1所述的平视显示器，其特征在于：
所述偏转结构是纹理。
3.如权利要求2所述的平视显示器，其特征在于：
所述纹理与所述反射镜的外周部相邻地形成。
4.如权利要求2所述的平视显示器，其特征在于：
所述纹理形成为其节距(间隔)d在最小0.1mm～最大5mm的范围内且所述纹理的角度θ在0～90度的范围内。
5.如权利要求3所述的平视显示器，其特征在于：
所述纹理形成在保持所述反射镜的反射镜架的表面上的与所述反射镜的外周相邻的位置。
6.如权利要求3所述的平视显示器，其特征在于：
所述反射镜具有自由曲面形状，并且所述纹理的形状与所述反射镜的自由曲面形状相应地变化。
7.如权利要求1所述的平视显示器，其特征在于：
所述反射镜的倾斜角度可变。
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