CN112955342B

CN112955342B - 平视显示器

Info

Publication number: CN112955342B
Application number: CN201980069955.3A
Authority: CN
Inventors: 牛田典彦
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2023-08-11
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: CN112955342A; JPWO2020090462A1; JP2023059966A; WO2020090462A1; DE112019005376T5; JP7248035B2

Abstract

提供一种降低像模糊的平视显示器。一种平视显示器，其包括:显示部，该显示部射出表示车辆信息的显示光；反射部(30)，其反射显示光(L)，可以规定的旋转轴(P)为中心旋转；臂片状的突出部(37)，其通过与反射部(30)联动地旋转从而可使反射部(30)旋转；弹性部(40)，其通过弹力使上述突出部(37)向规定的旋转方向偏置；动力传递部(70)，其与位于上述弹性部(40)的偏置方向上的面抵接；动力部(80)，其使动力传递部(70)进行直线运动；硬质结构件，该硬质结构件可旋转地保持反射部(30)，并固定弹性部(40)、动力部(80)与旋转轴(P)的相对位置。

Description

平视显示器

技术领域

本发明涉及一种平视显示器。

背景技术

在过去，作为平视显示器，公开了如专利文献1所示的那样的使用丝杆61c来调整凹面镜41的角度的结构。具体而言，位置调整机构43的突起部65h、65i分别与凹面镜41的保持部件42点接触，通过驱动部件61a驱动，凹面镜41旋转。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2009－73461号公报

发明内容

发明要解决的课题

在这样的结构中，由于驱动部件61a所包括的螺合部和齿轮部的啮合，在车辆产生大的振动的情况下，有可能产生像模糊。因此，本发明的目的在于着眼于上述课题，提供一种降低了产生像模糊的可能性的平视显示器。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的平视显示器通过将显示光投影到车辆的反射透射部件上而显示虚像；

该平视显示器包括：

显示部，该显示部射出表示车辆信息的上述显示光；

反射部，该反射部反射上述显示光，可以规定的旋转轴为中心旋转；

臂片状的突出部，该突出部通过与上述反射部联动地旋转从而可使上述反射部旋转；

弹性部，该弹性部通过弹力使上述突出部向规定的旋转方向偏置；

动力传递部，该动力传递部与位于上述突出部的偏置方向上的面抵接；

动力部，该动力部使上述动力传递部进行直线运动；

硬质结构件，该硬质结构件可旋转地保持上述反射部，固定上述弹性部、上述动力部与上述旋转轴的相对位置；

该反射部包括：

显示模式，其中，上述显示光投影到上述反射透射部件上；

停止模式，其中，上述显示光不投影到上述反射透射部件上；

上述弹性部以在显示模式时上述弹力变大的方式设定。

发明的效果

按照本发明，可以提供一种降低了产生像模糊的可能性的平视显示器。

附图说明

图1为表示本发明的平视显示器1搭载于车辆C上的状态的图；

图2为表示平视显示器1的结构的图；

图3为表示在停止位置的平视显示器1的一部分的图；

图4为表示在扩束(トーラー)位置的平视显示器1的一部分的图；

图5为表示收束(ショーター(shorter))位置的平视显示器1的一部分的图。

具体实施方式

下面，列举本公开的平视显示器(HUD)1安装在车辆C上的实施方式和变形例子的例子，参照附图以下顺序而进行描述。

[第1实施方式]

1-1.结构的说明

1-2.模式的说明

[变形例子]

[效果例子]

[第1实施方式]

<1-1.结构的说明>

如图1所示，本公开的HUD 1可组装于设置于车辆C上的前挡玻璃WS的下方。图中的上下方向对应于车辆C的上下方向Y，左右方向对应于前后方向Z，进深方向对应于左右方向X。

HUD1通过将表示车辆信息的显示光L投影到呈向车辆前方倾斜的自由曲面形状的前挡玻璃WS(反射透射部件)上，从而映出虚像V。HUD 1向车辆后斜上方向射出显示光L。射出到HUD 1的显示光L由前挡玻璃WS而反射。在视点EP处对前挡玻璃WS所反射的显示光L进行视觉辨认的使用者(例如，车辆C的乘员)能够将已显示的虚像V辨认为浮在前挡玻璃WS的深处的显示图像。

在虚像V中显示有例如速度、发动机转速这样的车辆信息、转弯、地图等的路径引导显示、盲点监视器、超过限制速度的警告等的警告显示等的，对乘客(利用者)唤起注意的必要性高的信息。因此，提供了下述的驾驶环境，其中，减少了移动视点和调整眼睛的焦距的需要。在显示图像V中，除了表示这些信息的字符、图标之外，还包含背景部分，在乘员的俯视观察下，例如呈矩形状。

另外，HUD 1大致具有两种模式。一种显示模式是这样的模式，其中，HUD 1将显示光L投影到前挡玻璃WS上，从而从视点EP而辨认虚像V，如图1所示。另一种是停止模式(停车模式)，其中，HUD 1不将显示光L投影到前挡玻璃WS上，并且不能从视点EP而辨认虚像V。在没有将显示光L投影到前挡玻璃WS上的停车模式的HUD1，根据光线的逆行原理，位于不会将从前挡玻璃WS方向入射到HUD 1上的外光(主要是太阳光)向显示光L入射的方向(在光学上存在显示部的方向)反射的位置。因此，被认为车辆C处于停车状态的HUD 1处于停车模式时，防止了显示部分由于由外部光照射而进入高温状态。

显示模式的HUD 1可以通过后述的结构来改变显示光L的光路，以调节能够辨认虚像V的视点EP的高度。在本公开中，如图所示，可以变更为收束显示光Ls、中心显示光Lc和扩束显示光Lt的三种类型。在显示模式下，HUD 1将显示光L投影到前挡玻璃SW的比较靠下的下部，映出虚像V。在扩束显示光Lt中，HUD 1向前挡玻璃SW的比较上部投影显示光L，映出虚像V。中心显示光Lc通过上述两个显示光路之间，映出虚像V。

通过图2而说明HUD 1的结构。图中与车辆C的方向对应的方向与图1相同。图2表示反射部30处于将显示光L作为扩束显示光Lt而反射的扩束位置Pt的状态。粗虚线Ps表示反射部30的凹面镜31处于投影位置时的外形，细虚线Pp表示凹面镜31处于停车位置Pp(停止位置)时的外形。在本公开中，停车位置是指显示光L不投影到前风玻璃WS上的位置，特别是显示光L的中心向方向B反射的位置。另外，在停车位置Pp、扩束位置Pt、中心位置、收束位置Ps的各个位置，凹面镜31的反射面31a的中心(显示光L的中心所入射的位置)的法线相对于方向B所具有的角度例如为0°、18.5°、19.7°、21°。

HUD 1具有显示部20、反射部30、扭簧40、控制部50、动力传递部70和动力部80。

显示部20是射出显示光L的部件。在本公开中，向方向F射出。作为射出显示光L的部件，例如，能够应用使用TFT液晶模块的结构、使用有机EL的结构、使用DMD(数字微镜器件)的投影仪等。在使用TFT液晶模块的结构中，例如，显示部20是以下述状态设置的机构，该状态为，分别固定与控制部连接的背光单元和液晶显示元件，通过控制部的控制，显示信息的液晶显示元件由从通过控制部的控制而控制闪烁的背光单元发出的照明光照射，由此射出显示光L。然而，不言而喻，本公开的配置的效果可以利用除了所示出的配置之外的配置来实现，只要该配置能够发射显示光即可。

反射部30设置凹面镜31、保持架32、轴33、卡扣孔35(力点)、突出部37(作用点)。

凹面镜31按照形成于反射面31a的自由曲面形状，将显示光L放大，并且将显示光L反射。凹面镜31可采用硬质合成树脂或无机玻璃作为基材，可采用具有比如通过蒸镀银形成的反射面31a的结构。另外，反射面31a优选为能够通过自由曲面形状而抵消在前挡玻璃WS产生的显示像V的变形的形状。

保持架32是通过粘接或螺钉固定等的方式固定凹面镜31的保持部件。原材料可以使用镁或铁等的硬质金属、ABS树脂等硬质合成树脂。凹面镜31的保持可在不妨碍显示光L的反射的位置适当地进行。例如，如图所示，当保持器32保持在反射表面31a的后表面上时，保持器32从视点EP看不到，并且还可以减少非预期的光(杂散光)到达视点EP的担心。

轴33例如与保持架32一体地形成。为了规定沿着方向X的旋转轴P，优选在支架32的例如朝向方向X的两侧面各设置一个轴33。反射部30可以由轴33限定的旋转轴P为中心旋转，从而在显示模式和停车模式之间切换。

另外，轴33以通过在图中没有示出的硬质结构件，通过旋转轴P在后述的固定端41与动力部80的相对位置固定的状态下且能够旋转地方式保持。作为硬质结构件，例如，可以使用ABS树脂那样的合成树脂材料、镁那样的金属。该硬质结构件也可以是容纳构成平视显示器1的各部件的壳体，也可以是车辆C的车体的一部分。另外，硬质结构件保持轴33的构造将轴33载置于U字状的引导部上，能够以不妨碍旋转的程度的力由板簧等抑制。但是不限于此，只要是进行能够限定旋转轴P的保持的硬质结构件即可。

卡扣孔35(力点)是为了连结弹性部而设置在反射部30的部位。在本公开中，例如是设置在轴附近的孔。通过将作为弹性部的列举的后述的扭簧40的负载端42卡扣在该孔中，能够传递弹性部的反作用力。

突出部37(作用点)是一体地设置于保持架32的臂片。例如，在本公开中，形成为从保持架32突出的平板状。另外，与突起71抵接的抵接面相对于凹面镜31的中心在旋转方向成分上倾斜18.5°，并且与旋转轴P存在于同一平面上。由此，当反射部件30位于扩束位置Pt时，抵接面与方向Y垂直。另外，通过将突出部37在方向X分量上设置在保持架的中央，能够使凹面镜31相对不产生变形地进行旋转。后述的动力传递部70通过使该突出部37的位置发生位移，能够调节反射部30反射显示光L的方向。反射部30以能够以旋转轴P为中心而旋转保持，并且通过后述的扭簧40向旋转方向偏置的方式保持。通过以比该偏置大的力推回突出部37或者以弱的力拉入突出部37，能够变更反射部30的角度。

在本公开中，突出部37与保持架32一体地形成。但是，突出部37也可以不必与保持架32一体地形成。突出部37也可以设置在凹面镜31上。另外，只要是通过突出部37以规定的旋转轴为中心使位置发生位移，能够调节反射部30的位置的结构即可。即，也可以是以可旋转的突出部的旋转，例如，经由至少一个齿轮间接地调节反射角度的结构。

扭簧40(弹性部)是将反射部30朝向旋转方向偏置的弹性部件。材料可以使用硬质钢或不锈钢之类的硬质金属。在本公开中，轴33发挥作为引导杆的功能。能够以作为引导杆的轴33的中心(旋转轴P)为中心，向负载端42施加转矩。该转矩根据扭簧40固有的转矩弹簧常数[N·mm/deg]和挠曲角度来决定。另外，固定端41通过卡扣或粘接等的方式固定在上述硬质结构件上，如上所述，旋转轴P和动力部80的相对位置保持为一定。负载端42的扭转弹簧40的一端在方向R上弯曲，并且如上所述，与卡扣孔35卡止。即，以图2所示的样子进行组装。

另外，在本公开中，扭簧40在卷入方向上施加有载荷。即，扭簧40在从图示的方向观察时，意味着向顺时针方向偏置。另一方面，突出部37意味着朝向方向B由突起71而按压。该偏置随着反射部30的反射面31a朝向方向U，换言之，随着接近收束位置而变大。另一方面，该偏置随着接近停车位置而变小。

此外，即使在到达停车位置时，扭簧40也不会恢复到自身的自由角度，而是持续保持挠曲。其理由在于，扭转弹簧40的偏置目的是在停车模式、显示模式和在停车模式和显示模式之间转换的模式中的任何一个模式中进行偏置。通过以规定以上的转矩进行加载，即使在由于对HUD 1施加冲击而产生反方向的转矩的情况下，仍能够向所希望的方向使卡扣孔35、反射部30、突出部37、突起71、动力传递部70、动力部80偏置，能够降低例如起因于存在于动力传递部和动力部80的连接部、动力部80的内部的间隙的晃动而产生的像模糊、因晃动而产生的声音的担心。

此外，如上所述，弹性部分的两端的位置可以使得显示模式中的偏置大于停车模式中的偏置的方式设定。这是因为，在停车模式下，车辆C一般不处于行驶状态，而在显示模式下，车辆C大多处于行驶状态。这意味着在显示模式下，平视显示器1很可能受到大的冲击。也就是说，当弹性部的两端的位置以使得显示模式中的偏置大于停车模式中的偏置的方式设定时，可以有效地降低图像模糊的可能性。

然而，由于上述情况，扭簧40的转矩弹簧常数[N·mm/deg]越大，越能够针对更大的逆向转矩而具有耐受性。但是，在过强的情况下，在凹面镜31(反射面31a)上会产生形变。由于这也与虚像V的形变相关联，所以需要以极小的弹簧负荷进行充分的偏置。根据该设定方法的结构将在后面详细叙述。

控制部50可以应用设置有用于规定程序或各种数据的存储、运算时的存储区域等的未图示的ROM或RAM等的存储部、用于按照上述规定程序而进行运算处理的CPU、输入输出接口等的微型计算机。控制部50基于从HUD 1的外部的车载设备接收到的车辆信息，生成在显示部20上显示的图像，或者控制显示部的显示，或者控制照明机构的照度。控制部50与显示部20和动力部80、还有HUD 1的外部的电子设备电连接，也控制动力部80的驱动。

动力部80是使后述的动力传递部70沿着与旋转轴P不平行的方向进行直线运动的动力部。在本公开中，例如在方向Z上进行直线运动。如上所述，与控制部50电连接，控制动作。

动力部80例如能够应用使用了丝杠的结构。具体而言，形成下述的结构，在该结构中，具有根据输入信号使旋转轴旋转的马达等的驱动部、根据该旋转而旋转的丝杠、与丝杠螺合的环状的螺母部、抑制螺母部的旋转的引导部，将后述的动力传递部70固定于螺母上。由导向部抑制了旋转的螺母部能够沿着通过驱动部旋转的丝杠的轴向而进行直线运动。

动力传递部70例如可应用硬质刚性树脂材料，通过动力部80的动力进行直线运动，并经由设置在自身的突起71按压突出部37，由此，可调节反射部件30的角度。在动力部80为使用丝杠的上述结构时，也可以相对螺母部而固定，螺母部通过固定的动力传递部70与导向部抵接，从而抑制自身的旋转。

<1-2.模式的说明>

使用图3、图4、图5，说明各模式下的偏置的情况。

图3表示凹面镜31位于停车位置Pp时的施力的样子。Tp表示在停车位置Pp处扭簧40施加给反射部件30的转矩。Fp表示突出部37与突起部71抵接的力。抵接力Fp相对于突出部37的抵接面垂直地产生。fp表示Fp内的Z方向分力(保持分力)。由于保持分力fp变大，所以即使在施加更强的冲击的情况下，也能够防止动力部80的晃动。这是因为动力部80及动力传递部70的直线运动方向与方向Z一致。图4、图5的Tx、Fx、fx(x为t或s)表示在扩束位置Pt或收束位置Ps的转矩或力或保持分力。

在这里，抵接力Fp与保持分力fp所成的角度为18.5°。这是因为，突出部37与凹面镜31所成的角度为18.5°，凹面镜31与方向Z垂直。换言之，也可以说突出部37与动力传递部70抵接的角度(抵接角度)为18.5°。此外，保持分力fp是抵接力Fp乘以18.5°的余弦值的大小。

同样，保持分力ft是与抵接力Ft相等的值，保持分力fs是抵接力Fs乘以2.5°的余弦值的值。即，抵接角度接近0°时，能够高效地施加保持分力f。

通常，HUD的凹面镜从收束位置旋转到扩束位置时的角度在3°以内。另外，收束位置和扩束位置中，从接近停车位置的位置旋转到停车位置所需要的角度在10°以上。因此，如果在反射部位于停止位置附近时抵接角度达到0度，则当反射部随后到达显示模式时抵接角度偏离0度。当应力以这种方式分散时，即使接触力Fx较大，也不能有效地施加保持分力Fx，从而保持分力Fx变小。

因此，如本公开所示的那样，如果接触角度在显示模式下比在停车位置Pp时更接近0°，则可以提供一种平视显示器，其中，应力分散尽可能地减小，并且图像模糊减小。

此外，在其中接触角度在扩束位置和收束位置中的更靠近停车位置的其中一者位置处变成直角的结构中，没有应力分散的位置设定在显示模式的至少一个位置处，从而可以更有效地减小图像模糊。

最好，θt以下述的方式设置，该方式为：使得θ·k·cosθ从θt积分到θs的绝对值在以下条件下是最大的：k[N·mm/deg]作为转矩弹簧常数，θ[deg]为变量的角度，θt[deg]为扩束位置和收束位置中的更靠近停车位置的其中一者的抵接角度，另一者的抵接角度为θs[即，通过将在显示模式中反射部从一个点旋转到另一个点时的角度加上θt而获得的角度][deg]。由此，能够进一步降低应力分散，高效地减少像模糊。

像这样，提供一种降低了产生像模糊的可能性的平视显示器。

另外，虽然以上述的实施方式的结构为例对本发明的平视显示器进行了说明，但是本发明并不限定于此，在其他的结构中，当然也能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改良以及显示的变更。例如，在本公开中，作为反射部，示出了除了反射面、突出部之外还使用了保持架的结构。但是，也可以不设置保持架，而是至少反射面31a和突出部联动地动作的结构。

此外，作为弹性部采用了扭簧。但是，除了扭簧以外，只要是能够使反射部向旋转方向偏置的弹性部，也可以是其他结构。例如，也可以由相对于旋转轴，连结固定端和弹性端(移动端)的伸缩方向位于扭转的位置的螺旋弹簧构成。在伸缩方向不在扭转的位置的情况下，不能对旋转轴产生转矩，结果不能进行偏置。但是，在扭转的位置，即如上所述固定端、旋转轴和动力部的相对位置由硬质结构件保持为一定的状态下，如果将移动端停止在反射部上，则产生扭矩，可以进行偏置。

此外，在本公开中，反射部30的位置从停车位置起依次为停车位置Pp、扩束位置Pt、中心位置、以及收束位置Ps。然而，如果停车位置以反射表面31a面向方向F和车辆行驶方向的方式设置，则最靠近停车位置的显示模式中的反射部的位置是短接位置。在像这样的场合，如果以在接近停车位置的显示器位置处抵接角度成为0°的方式构成，则形成有效地降低产生图像模糊的可能性的平视显示器。

[效果例子]

第一，本公开的平视显示器1是通过将显示光L投影到车辆C的反射透射部件WS上而显示虚像V的平视显示器1，其包括：

射出表示车辆信息的显示光L的显示部2；

反射部30，其反射显示光L，能够以预定的旋转轴P为中心旋转；

腕片状的突出部37，该腕片状的突出部37通过与反射部30联动旋转从而可以使反射部30旋转；

弹性部40，该弹性部40通过弹力使上述突出部37向规定的旋转方向偏置；

动力传递部70，该动力传递部70与位于上述弹性部的偏置方向上的面抵接；

动力部80，该动力部80使上述动力传递部70进行直线运动；

硬质结构件，该硬质结构件可旋转地保持反射部30，固定弹性部40、动力部80与旋转轴P的相对位置；

反射部30包括：

显示模式，其中，显示光L投影到反射透射部件WS上；

停车模式，显示光L不投影到反射透射部件WS上；

弹性部40以弹性力在显示模式下更大的方式设定。

按照该结构，可以提供这样的平视显示器，其中，冲击容易施加到平视显示器1上，并且在车辆C的可行驶状态下，可以最小化和有效地减少图像模糊。

第二，平视显示器1是这样的平视显示器，其中，当从旋转轴P的平面图中观看时，突出部分37在旋转方向上以点接触的方式与动力传送部分70恒定地接触，

并且在显示模式中由接触方向和直线运动的方向Z形成的接触角度，小于在停车模式中由接触方向和直线运动的方向Z形成的接触角度。

按照该结构，可以提供一种能够更有效地防止图像模糊的平视显示器。

第三，平视显示器1是这样的平视显示器，

其中反射部30在显示模式中可以位移到多个显示位置(扩束位置Pt或收束位置Ps)，

并且在停车模式中可以位移到停车位置Pp，

并且当反射部30处于显示模式中的显示位置中的至少一个显示位置时，接触角度为0°。

按照该结构，可以提供一种平视显示器，其具有在至少一个位置不产生应力分散的显示位置，有效地降低产生图像模糊的可能性。

第四，平视显示器1是这样的平视显示器，其中，在多个显示位置中最接近停车位置的显示位置处具有0°的接触角。

标号的说明：

符号C表示车辆；

标号1表示平视显示器(HUD)；

符号WS表示前挡玻璃(反射透射部件)；

符号V表示虚像；

符号EP表示视点；

符号L表示显示光；

标号2表示显示部；

标号3表示反射部；

标号31表示凹面镜；

标号31a表示反射面；

符号32表示保持架；

标号33表示轴；

标号35表示卡扣孔(力点)；

标号37表示突出部(作用点)；

标号40表示扭簧(弹性部)；

标号41表示载荷端；

标号42表示固定端；

标号70表示动力传递部；

标号71表示突起；

标号80表示动力部；

符号P表示旋转轴(支点)。

Claims

1.一种平视显示器，该平视显示器通过将显示光投影到车辆的反射透射部件上而映出虚像；

该平视显示器包括：

显示部，该显示部射出表示车辆信息的上述显示光；

反射部，该反射部反射上述显示光，能以规定的旋转轴为中心旋转；

突出部，该突出部通过与上述反射部联动地旋转从而能使上述反射部旋转；

动力部，该动力部使上述动力传递部直线运动；

硬质结构件，该硬质结构件能旋转地保持上述反射部，固定上述弹性部、上述动力部与上述旋转轴的相对位置；

该反射部包括：

显示模式，其中，上述显示光投影到上述反射透射部件上；

上述弹性部以在显示模式时上述弹力变大的方式设定。

2.根据权利要求1所述的平视显示器，其中，在从上述旋转轴俯视时，上述突出部平时在旋转方向上以点接触方式与上述动力传递部抵接；

关于由上述抵接方向和上述直线运动方向形成的抵接角，在显示模式时比在上述停止模式时小。

3.根据权利要求2所述的平视显示器，其中，上述反射部在上述显示模式时能位移到多个显示位置，并且在上述停止模式中能位移到停止位置，

当上述反射部位于所述显示位置中的至少一个显示位置处时，上述抵接角度为0°。

4.根据权利要求3所述的平视显示器，其中，在上述多个显示位置中，在最接近暂停位置的显示位置处，上述抵接角为0°。