CN115202048A - 车辆用显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高在驾驶员的前方显示的虚像的视觉辨认性的车辆用显示装置。车辆用显示装置(1)具备：一个光源(12)；显示设备(11)，其利用从光源(12)入射的光来射出显示光(L)；第一透镜(14)，其使来自光源(12)的光朝向显示设备(11)偏光；以及第二透镜(15)，其配置在第一透镜(14)与显示设备(11)之间，将被第一透镜(14)偏光的光朝向显示设备(11)配光。第一透镜(14)的出射面(14b)由与一个光源(12)对应的一个凸状的弯曲面形成。第二透镜(15)的出射面(15b)朝向显示设备(11)侧凸状地弯曲而形成，并具有多个微小透镜曲面(20)。

Description

车辆用显示装置

技术领域

本发明涉及车辆用显示装置。

背景技术

在车辆中，存在搭载车辆用显示装置的情况，该车辆用显示装置显示向车室内的驾驶员提供的信息虚像。该车辆用显示装置是所谓的平视显示装置，具有：多个发光元件，其安装于基板且隔开间隔地配置；以及显示设备，其将向挡风玻璃、合成器等被投影部件投影的显示图像作为显示光射出(例如，参照专利文献1)。

在以往的车辆用显示装置中，为了向显示设备的显示区域的整个区域照射光源的光，与该显示区域的大小匹配地配置有偏光透镜。在功能上，该偏光透镜的出射面弯曲成凸状而形成，但偏光透镜与多个发光元件匹配地形成多个凸部(山部)，在多个山部之间、即山部的边界也形成凹部(谷部)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-120807号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

然而，在以往的车辆用显示装置中，有时从光源入射到偏光透镜的光在该偏光透镜的谷部会反射，从而透过偏光透镜的光会产生损耗。因此，通过偏光透镜的谷部的光量相对于通过偏光透镜的山部的光量减少，亮度会发生变化，因此对于驾驶员而言，在虚像的视觉辨认性方面存在改善的余地。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够提高在驾驶员的前方显示的虚像的视觉辨认性的车辆用显示装置。

用于解决问题的技术手段

为了实现上述目的，本发明的车辆用显示装置的特征在于，具备：一个光源；显示设备，所述显示设备利用从所述光源入射的光将向设置于车辆的被投影部件投影的显示图像作为显示光射出；第一透镜，所述第一透镜配置在所述光源与所述显示设备之间的光路上，使从所述光源入射的光向所述显示设备偏光；以及第二透镜，在所述光路上，所述第二透镜配置在所述第一透镜与所述显示设备之间，将被所述第一透镜偏光的光朝向所述显示设备配光，所述第一透镜具有朝向所述显示设备射出光的出射面，所述第一透镜的出射面由与一个所述光源对应的一个凸状的弯曲面形成，所述第二透镜具有：入射面，所述入射面供通过所述第一透镜偏光后的光入射；和出射面，所述出射面朝向所述显示设备侧凸状地弯曲而形成且将从所述入射面入射并透过的光射出，所述第二透镜的出射面具有被配置了多个的微小透镜曲面。

发明效果

根据本发明的车辆用显示装置，起到能够提高在驾驶员的前方显示的虚像的视觉辨认性这样的效果。

附图说明

图1是表示搭载有实施方式的车辆用显示装置的车辆的概略结构的示意图。

图2是表示实施方式的车辆用显示装置的概略结构的示意图。

图3是表示实施方式的背光单元的概略构成的示意图。

图4(A)是表示构成背光单元的光源及第一透镜的概略结构的示意图，图4(B)是表示从光轴方向观察的光源的配置例的示意图。

图5(A)是构成背光单元的第二透镜的微小透镜曲面的局部立体图，图5(B)是微小透镜曲面的局部主视图。

图6(A)是表示由第二透镜的端面反射的反射光的光路的示意图，图6(B)是表示由以往的扩散透镜的端面反射的反射光的光路的示意图。

图7(A)是表示以往的车辆用显示装置的概略结构例的示意图，图7(B)是表示现有的车辆用显示装置和应用了本发明的车辆用显示装置的比较例的示意图。

图8是表示在实施方式的变形例的微小透镜曲面中应用的非球面的一例的局部侧视图。

图9是表示基于实施方式的变形例的微小透镜的照度分布的图。

符号说明

1 车辆用显示装置

5 背光单元

11 显示设备

12 光源

13 光源基板

14 第一透镜

14a、15a 入射面

14b、15b 出射面

15 第二透镜

20 微小透镜曲面

100 车辆

103 挡风玻璃

L 显示光

S 虚像

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明涉及的车辆用显示装置的实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明不限于本实施方式。另外，在下述实施方式的构成要素中包含本领域技术人员能够且容易想到的或者实质上相同的要素。另外，下述的实施方式中的构成要素在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。

[实施方式]

如图1所示，车辆用显示装置1例如是搭载于汽车等车辆100的平视显示装置。车辆用显示装置1在车辆100中配置于仪表板102的内侧，向作为被投影部件的挡风玻璃103投影显示图像。挡风玻璃103具有将入射的光的一部分反射而使剩余部分的光透过的半透过性，因此，挡风玻璃103一边使车辆100的前景透过，一边将从车辆用显示装置1射出的显示光L作为显示图像向驾驶员D的眼点EP反射。驾驶员D将被挡风玻璃103反射的显示图像识别为虚像S。对于驾驶员D而言，虚像S在挡风玻璃103的前方被识别。如图2所示，本实施方式的车辆用显示装置1构成为包括框体2、两个反射镜3、背光单元5以及控制部7。

框体2例如由合成树脂等形成，并被固定于车身(未图示)。如图2所示，框体2在内部空间2b收容背光单元5、两个反射镜3及控制部7，并对它们进行支承。框体2具有将外部与内部空间2b连通的开口2a。开口2a设置于框体2中的与挡风玻璃103对置的位置，由透明罩6封闭。透明罩6使从背光单元5射出并在两个反射镜3反射后的显示光L透过。透过透明罩6的显示光L朝向挡风玻璃103。

如图2所示，两个反射镜3配置在从背光单元5到挡风玻璃103的显示光L的光路上，将从背光单元5射出的显示光L朝向挡风玻璃103反射。两个反射镜3由平面镜8和凹面镜9构成。

平面镜8的反射面由平面形成，配置在与背光单元5对置的位置。平面镜8利用反射面使从背光单元5射出的显示光L朝向凹面镜9全反射。

凹面镜9的反射面由凹状曲面形成，配置在与平面镜8对置的位置。凹面镜9使由平面镜8反射后的显示光L经由透明罩6朝向挡风玻璃103全反射。凹面镜9例如具有作为放大镜的功能。凹面镜9将该显示图像以使经该凹面镜9反射后的显示光L所表示的显示图像与由该凹面镜9反射前的显示光L所表示的显示图像相比相对变大的方式放大并反射。

背光单元5将投影在挡风玻璃103上的显示图像作为显示光L而射出。背光单元5被构成为包括：筒状框体10、显示设备11、光源12、光源基板13、第一透镜14和第二透镜15。

筒状框体10例如由合成树脂等形成为箱形状，并且沿着光轴方向分别支承显示设备11、第二透镜15。筒状框体10的光轴方向的两端开口，一个开口被光源基板13封闭，另一个开口被显示装置11封闭。

显示设备11利用从光源12入射的光将向挡风玻璃103投影的显示图像作为显示光L而射出。显示设备11是所谓的液晶面板，例如由透光型或半透射型的TFT液晶(Thin FilmTransistor Liquid Crystal Display：薄膜晶体管液晶显示器)等构成。显示设备11具有包含多个像素的显示区域11a。在显示区域11a中，多个像素排列成矩阵状。显示设备11例如根据控制部7的控制信号来显示包含数字、文字、图形等的显示图像。显示区域11a是显示显示图像的区域。显示设备11配置在从光源12射出后的光的光路上，并被从光源12侧进行照明，使得光轴方向上的与光源12相反侧的显示面发光。

光源12对显示设备11进行照明。光源12例如由安装于光源基板13的一个发光元件构成。发光元件例如是LED(Light Emitting Diode：发光二极管)。另外，在光源12中，包括在从第一透镜14的光轴方向观察到的光源基板13的被该第一透镜14的光轴穿过的位置集中安装有多个发光元件的光源。在该情况下，例如如图3、图4的(A)、图4的(B)所示，一个光源12由集中安装于在光源基板13的被第一透镜14的光轴穿过的位置上的三个LED 16构成。三个LED 16相对于光源基板13在与光轴方向正交的方向上配置成一列。光源12例如利用从搭载于车辆100的电源、例如电池(未图示)等得到的电力进行点亮。另外，LED 16的数量并不限于3个。另外，多个LED 16的排列并不限于一列，只要是能够识别为一个光源的范围，则可以配置为圆环状，也可以配置为多边形状。

从光轴方向观察，光源基板13形成为矩形状。光源基板13在所谓的安装面安装有作为光源12的多个LED 16、多个电子部件。另一方面，在光源基板13的安装面的相反侧的面上例如固定有散热器(未图示)。由光源12产生的热被蓄积于光源基板13。散热器将蓄积于光源基板13的热向背光单元5的外部放出。

第一透镜14配置在光源12与显示设备11之间的光路上，使从光源12入射的光向显示设备11偏光。如图3所示，第一透镜14在光源12与显示设备11之间的光路上配置在光源12与第二透镜15之间。第一透镜14例如由玻璃、透明树脂等高折射率材料形成，发挥使欲朝向外侧的光向内侧折射而向第二透镜15偏光的功能。如图4的(B)所示，从光轴方向观察，第一透镜14形成为椭圆形状。如图3、图4的(A)所示，第一透镜14具有供从光源12射出后的光入射的入射面14a和将从入射面14a入射后的光向显示设备11射出的出射面14b。

第一透镜14的入射面14a与光源12对置，是平坦面。出射面14b是与入射面14a相反一侧的面，与第二透镜15对置。

第一透镜14的出射面14b由与一个光源12对应的一个凸状的弯曲面形成。在从与光轴方向正交的方向观察的情况下，出射面14b未形成以往的在第一透镜40的出射面形成的一个或多个谷部，而是由一个山部构成。如图4的(A)、图4的(B)所示，以往的第一透镜40的出射面相对于作为多个光源的LED 60而具有多个山部，但第一透镜14的出射面14b相对于一个光源12具有一个山部。

第二透镜15在光源12与显示设备11之间的光路上配置于第一透镜14与显示设备11之间，将由第一透镜14偏光后的光朝向显示设备11进行配光。第二透镜15例如由玻璃、透明树脂等材料形成，使光以朝向显示设备11的显示区域11a的方式折射并聚光。第二透镜15通过螺钉等固定于筒状框体10。如图4的(B)所示，从光轴方向观察，第二透镜15形成为矩形状。第二透镜15具有供被第一透镜14偏光后的光进行入射的入射面15a、和向显示设备11侧呈凸状弯曲而形成且将从入射面15a入射并透过的光射出的出射面15b。

第二透镜15的入射面15a与第一透镜14对置，是向第一透镜14侧形成为凸状的弯曲面。

如图5的(A)、图5的(B)所示，第二透镜15的出射面15b具有多个微小透镜曲面20。微小透镜曲面20是所谓的微透镜的曲面，例如是蝇眼状的透镜面。多个微小透镜曲面20沿着弯曲成凸状的出射面15b例如呈格子状地排列有多个。如图5的(A)、图5的(B)所示，多个微小透镜曲面20在出射面15b的X方向和与X方向正交的Y方向上排列有多个。各微小透镜曲面20在正面观察时例如呈长方形状。微小透镜曲面20在X方向上具有长度x的长边，在Y方向上具有与长度x不同的长度y(≠x)的短边。多个微小透镜曲面20例如在X方向上具有相同的长度x，并且在Y方向上具有相同的长度y(≠x)。

如图2所示，控制部7与背光单元5连接，控制该背光单元5。控制部7例如由安装于基板的IC芯片等构成，利用从搭载于车辆100的电池得到的电力进行驱动。

接着，参照图2、图3对车辆用显示装置1中的虚像显示动作进行说明。首先，从光源12射出后的光从第一透镜14的入射面14a入射，并透过内部而从出射面14b射出。从出射面14b射出的光被第一透镜14折射而朝向第二透镜15的入射面15a偏光。入射到第二透镜15的入射面15a的光透过内部并从出射面15b射出。从出射面15b射出的光被第二透镜15折射，并被形成于出射面15b的多个微小透镜曲面20扩散，而朝向显示设备11的显示区域11a照射。显示设备11利用透过内部的光将显示于显示区域11a的显示图像作为显示光L射出。

从背光单元5的显示设备11射出后的显示光L朝向平面镜8。平面镜8将从背光单元5入射后的显示光L朝向凹面镜9反射。凹面镜9利用凹状的反射面使从平面镜8入射的显示光L经由透明罩6而朝向挡风玻璃103反射。由此，在挡风玻璃103上投影与显示光L对应的显示图像，并在驾驶员D的眼点EP的前方显示虚像S。

本实施方式的车辆用显示装置1中，第一透镜14的出射面14b由与一个光源12对应的一个凸状的弯曲面形成。由此，能够在确保光向显示设备11的整个显示区域11a照射的同时，使光源12配置于第一透镜14的光轴或光轴侧。其结果，在使用例如一个发光元件作为一个光源的情况下，相对于以往的基板尺寸，能够将光源基板13小型化至约50％左右，进而能够实现背光单元5以及车辆用显示装置1的小型化。另外，以往，相对于一个第一透镜将多个光源均等地配置于光源基板，在实现显示区域的扩大化的同时实现亮度的均匀化，因此需要在被称为一个光源的范围外配置光源，在第一透镜的出射面需要多个山部。但是，在相对于一个光源不限于使用一个发光元件而是例如使用多个发光元件的情况下，通过在被称为一个光源的范围集中安装多个发光元件，从而与使用一个发光元件的情况同样地，在第一透镜中不需要多个山部，同时谷部消失，由此虚像S的明亮度的变化减少，能够提高视觉辨认性。

另外，车辆用显示装置1中，第二透镜15在出射面15b具有多个微小透镜曲面20。以往，为了将光源12的光照射到显示设备11的显示区域11a，在光路上配置扩散透镜而使光扩散，但由于从扩散透镜中透过而有可能产生光的损耗。因此，通过在第二透镜15的出射面15b形成多个微小透镜曲面20，从而不需要扩散透镜，能够抑制由于从扩散透镜中透过而产生的亮度的降低。其结果，能够实现提高至少10％以上的视觉辨认性。另外，由于以往的扩散透镜是追加部件，因此能够削减追加部件的组装，提高装置的组装性。

另外，如图6的(A)所示，车辆用显示装置1中，第二透镜15的出射面15b形成为向显示设备11侧呈凸状弯曲，第二透镜15的入射面15a形成为向光源12侧呈凸状弯曲。另一方面，图6的(B)所示的以往的扩散透镜50的入射面和出射面这两个面被弯曲成凹状地形成。因此，第二透镜15的与光轴方向正交的方向的两端面15c的面积能够比以往的扩散透镜50的两端面50a减少。其结果是，能够削减在第二透镜15的两端面15c反射的反射光La，抑制穿过在两个遮光壁30之间形成的标准光路而朝向挡风玻璃103的反射光La，能够提高虚像S的视觉辨认性。另外，通过将第二透镜15的端面15c的倾斜部15d形成为从外侧朝向内侧倾斜，从而能够使在端面15c反射后的反射光La照射到遮光壁30而进行遮光，减少穿过标准光路以外的光，提高虚像S的视觉辨认性。

另外，图7的(A)所示的以往的背光单元202射出显示光L以外的反射光La，因此若缩短背光单元202与凹面镜9的距离，则反射光La的一部分会被透明盖6反射而成为杂散光，有可能经由凹面镜9而与显示光L混合，使虚像S的视觉辨认性降低。根据上述结构，通过减少反射光La，能够缩短背光单元202与凹面镜9的距离(图7(B))。其结果，能够使框体2比以往的车辆用显示装置200的框体201小型化。

在上述实施方式中，说明了微小透镜曲面20是蝇眼状的透镜面。通常，在蝇眼状的透镜中，存在由球面透镜构成的透镜和由柱面透镜构成的透镜，但微小透镜曲面20并不限于球面，例如也可以是非球面。图8是在实施方式的变形例的微小透镜曲面中应用的非球面的局部侧视图，图9是表示非球面的微小透镜的照度分布的图。实施方式的变形例的微小透镜曲面20A是使光大致均匀地扩散以抑制亮度不均的非球面(图8、图9)。该非球面的形状根据装置的光学系统的几何学的配置、形状来设计。只要是满足上述的形状，则从与光轴方向正交的方向观察微小透镜曲面20A的形状可以是对称形状、非对称形状中的任一种。另外，如果是满足上述的形状，则相对于微小透镜曲面20为球面的情况下的透镜高度，微小透镜曲面20为非球面的情况下的透镜高度可以较高，也可以较低。另外，只要能够以在整个第二透镜15中抑制亮度不均的方式使光均匀地扩散，则多个微小透镜曲面20A的全部可以是相同形状的非球面，也可以是彼此不同形状的非球面。这样，微小透镜曲面20A为非球面，由此能够使从第二透镜15的出射面15b朝向显示装置11射出的光高效地扩散，能够抑制光的局部的聚光，因此能够抑制显示图像的亮度不均。其结果是，本实施方式的变形例的车辆用显示装置1能够提高在驾驶员D的前方显示的虚像S的视觉辨认性。

此外，在上述实施方式中，背光单元5是液晶方式，但也可以是其他方式，例如激光方式、DLP(Digital Light Processing：数字光处理)方式、投影仪方式。

另外，在上述实施方式中，控制部7也可以与搭载于车辆100的ECU(ElectronicControl Unit：电子控制单元)(未图示)连接，在与该ECU之间进行信号的收发。

另外，在上述实施方式中，车辆用显示装置1具有两个反射镜3，但并不限于此。例如，如图7的(B)所示的车辆用显示装置1A那样，也可以具有一个反射镜3(凹面镜9)。另外，也可以具有三个以上的反射镜3。平面镜8可以是凹面镜，也可以是例如凸面镜、非球面镜、球面镜、自由曲面镜等。凹面镜9例如也可以是凸面镜、非球面镜、球面镜、自由曲面镜等。另外，凹面镜9具有作为放大镜的功能，但不限于此，也可以具有作为校正镜的功能。

另外，在上述实施方式中，车辆用显示装置1、1A将显示图像投影于车辆100的挡风玻璃103，但并不限于此，例如也可以投影于合成器等。

另外，在上述实施方式中，车辆用显示装置1、1A应用于汽车等车辆100，但并不限于此，例如也可以应用于车辆100以外的船舶、航空器等。

Claims (3)

1.一种车辆用显示装置，其特征在于，具备：

一个光源；

显示设备，所述显示设备利用从所述光源入射的光将显示图像作为显示光射出，所述显示图像被投影至设置于车辆的被投影部件；

第一透镜，所述第一透镜配置在所述光源与所述显示设备之间的光路上，使从所述光源入射的光向所述显示设备偏光；以及

第二透镜，所述第二透镜在所述光路上配置在所述第一透镜与所述显示设备之间，将被所述第一透镜偏光的光朝向所述显示设备配光，

所述第一透镜具有朝向所述显示设备射出光的出射面，

所述第一透镜的出射面由与一个所述光源对应的一个凸状的弯曲面形成，

所述第二透镜具有：入射面，所述入射面供通过所述第一透镜偏光后的光入射；和出射面，所述出射面朝向所述显示设备侧凸状地弯曲而形成且将从所述入射面入射并透过的光射出，

所述第二透镜的出射面具有被配置了多个的微小透镜曲面。

2.根据权利要求1所述的车辆用显示装置，其特征在于，

所述第二透镜的入射面朝向所述光源侧凸状地弯曲而形成。

3.根据权利要求1或2所述的车辆用显示装置，其特征在于，

所述微小透镜曲面为非球面。

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