CN206528349U - 平视显示器装置以及图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供不使图像形状产生变形地抑制与虚像显示相重叠的外界光的正反射而提高虚像的视觉辨识性的平视显示器装置及该平视显示器装置所使用的图像显示装置。搭载于平视显示器装置(10)的图像显示装置(15)具备：图像显示元件(35)，出射显示光；扩散构件(21)，将在受光面侧接受到的显示光作为扩散光从出射面侧出射；光偏转机构(22)，配设于图像显示元件与扩散构件之间，将从图像显示元件出射的显示光偏转，图像显示元件、扩散构件及光偏转机构配设为图像显示元件的图像显示面与扩散构件的出射面平行且扩散构件的出射面的法线(N)相对于被光偏转机构偏转后的显示光的光轴倾斜的状态。

Description

平视显示器装置以及图像显示装置

技术领域

本实用新型涉及在与观察者对置的图像反射面使图像的显示光向观察者侧反射且相对于观察者以越过图像反射面的方式将图像显示为虚像的平视显示器装置以及该平视显示器装置所使用的图像显示装置。

背景技术

以往，作为向机动车等的驾驶员显示方向指示、注意唤起、及/或行驶速度等信息的装置，已知有平视显示器装置。平视显示器装置用于将要显示的图像的虚像映在前窗或组合器(combiner)等的图像反射面上，从而能够使驾驶员不从视野移开目光就能够识别出机动车等的驾驶所需的信息。作为这样的平视显示器装置，提出了专利文献1以及2。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-115908号公报

专利文献2：日本特开2014-149405号公报

在专利文献1所记载的平视显示器装置中，当使从装置外入射的太阳光及/或车内照明等外界光在装置内反射而照射到显示虚像的图像反射面时，存在虚像的显示与外界光的照射重叠从而虚像的对比度降低、难以视觉辨识虚像这一问题。

对该现象进行更具体的说明，若从与装置内到图像反射面的显示光的光路正对相反的方向入射的外界光被装置内的图像显示元件的显示面正反射、或者在显示光的光路中插入有用于暂时投射图像的扩散器等扩散构件的情况下被该扩散构件的出射面正反射，从而向装置外出射的外界光的光路与显示光的光路重叠，则外界光重叠地照射在图像反射面的虚像显示位置，因此虚像的对比度降低而难以视觉辨识虚像。

为了解决这样的问题，在专利文献2中，在显示光的光路中将用于暂时投射图像的扩散构件的法线相对于显示光的光轴以一定角度倾斜地配置，将沿着显示光的光轴而到达扩散构件的出射面的外界光向与沿着显示光的光轴的方向不同的方向反射，从而避免在装置内反射后的外界光与虚像重叠地照射。

然而，当如专利文献2的装置那样使扩散构件的法线相对于从图像显示元件出射的显示光的光轴倾斜时，存在被投影到扩散构件的图像形状产生梯形变形这一问题。

虽然能够通过图像处理来修正这样的梯形变形，但在通过图像处理修正梯形变形的情况下，无法在图像显示元件上以逐点(dot by dot)的方式显示用于对虚像进行显示的图像，因此存在在虚像的显示时引起分辨率的降低、清晰度的降低这一问题。

实用新型内容

实用新型所要解决的课题

本实用新型是鉴于上述情况而做出的，其目的在于，提供不使图像形状产生变形地抑制与虚像显示相重叠的外界光的正反射而提高虚像的视觉辨识性的平视显示器装置以及该平视显示器装置所使用的图像显示装置。

用于解决课题的方案

本实用新型的平视显示器装置在与观察者对置的图像反射面使图像的显示光向观察者侧反射，且相对于观察者以越过图像反射面的方式将图像显示为虚像，所述平视显示器装置的特征在于，具备：图像显示元件，其出射显示光；扩散构件，其将在受光面侧接受到的显示光作为扩散光从出射面侧出射；以及光偏转机构，其配设于图像显示元件与扩散构件之间，将从图像显示元件出射的显示光偏转，图像显示元件、扩散构件以及光偏转机构配设为如下状态：图像显示元件的图像显示面与扩散构件的出射面平行，且扩散构件的出射面的法线相对于被光偏转机构偏转后的显示光的光轴倾斜。

在本实用新型的平视显示器装置中也可以是，作为光偏转机构而在图像显示元件与扩散构件之间具备投射光学系统，该投射光学系统将从图像显示元件出射的显示光偏转并向扩散构件投射，此外，图像显示元件、扩散构件以及投射光学系统配设为如下状态：图像显示元件的可显示区域的中心位置与扩散构件的可显示区域的中心位置隔着投射光学系统的光轴而彼此配置于相反侧。

另外，也可以是，作为光偏转机构而在图像显示元件与扩散构件之间具备投射光学系统，该投射光学系统将从图像显示元件出射的显示光偏转并向扩散构件投射，投射光学系统形成中间像，隔着中间像而位于图像显示元件侧的前组与位于扩散构件侧的后组中的光轴不同，此外，图像显示元件、扩散构件以及投射光学系统配设为如下状态：图像显示元件的可显示区域的中心位置与扩散构件的可显示区域的中心位置隔着后组的光轴而彼此配置于相反侧。

在此，“扩散构件的可显示区域的中心位置”是指在图像显示元件中显示全白图像时投影到扩散构件上的全白图像区域的中心位置，且是图像显示元件的可显示区域的中心位置在扩散构件的受光面上投影的位置。

另外，“图像显示元件的可显示区域的中心位置与扩散构件的可显示区域的中心位置隔着投射光学系统(整体或后组)的光轴而彼此配置于相反侧的状态”是指在以投射光学系统(整体或后组)的光轴的轴向为基准的线对称方向上配置有上述两点的状态，对于在从各点向光轴引出的垂线所相交的位置及/或从各点到光轴的距离而言，在上述两点处无需相同。需要说明的是，在图像显示元件与扩散构件之间的显示光的光路中插入有反射镜、棱镜那样的反射构件的情况下，是指在不考虑由反射构件引起的光路的弯折而使被反射构件弯折后的光路不弯折地呈直线状展开了时成为上述的状态。

另外，光偏转机构也可以是使在受光面侧接受到的显示光偏转而从出射面侧出射的菲涅耳透镜。

本实用新型的图像显示装置是组装于平视显示器装置的图像显示装置，其特征在于，具备：图像显示元件，其出射显示光；扩散构件，其将在受光面侧接受到的显示光作为扩散光从出射面侧出射；以及光偏转机构，其配设于图像显示元件与扩散构件之间，将从图像显示元件出射的显示光偏转，图像显示元件、扩散构件以及光偏转机构配设为如下状态：图像显示元件的图像显示面与扩散构件的出射面平行，且扩散构件的出射面的法线相对于被光偏转机构偏转后的显示光的光轴倾斜。

需要说明的是，在上述的平视显示器装置以及图像显示装置中，“图像显示元件的图像显示面与扩散构件的出射面平行、且扩散构件的出射面的法线相对于被光偏转机构偏转后的显示光的光轴倾斜的状态”是指，在图像显示元件与扩散构件之间的显示光的光路中插入有反射镜、棱镜那样的反射构件的情况下，在不考虑由反射构件引起的光路的弯折而使被反射构件弯折后的光路不弯折地呈直线状展开了时，成为上述的状态。

实用新型效果

本实用新型的平视显示器装置以及图像显示装置具备：图像显示元件，其出射显示光；扩散构件，其将在受光面侧接受到的显示光作为扩散光从出射面侧出射；以及光偏转机构，其配设于图像显示元件与扩散构件之间，将从图像显示元件出射的显示光偏转，并且图像显示元件、扩散构件以及光偏转机构配设为图像显示元件的图像显示面与扩散构件的出射面平行且扩散构件的出射面的法线相对于被光偏转机构偏转后的显示光的光轴倾斜的状态，因此能够实现不使图像形状产生变形地抑制与虚像显示相重叠的外界光的正反射而提高虚像的视觉辨识性的平视显示器装置以及该平视显示器装置所使用的图像显示装置。

附图说明

图1是搭载有本实用新型的第一实施方式的平视显示器装置的机动车的驾驶席的示意图。

图2是图1所示的平视显示器装置的简要结构图。

图3是图1所示的平视显示器装置的投影单元的简要结构图。

图4是本实用新型的第二实施方式的平视显示器装置的简要结构图。

图5是从另一方向观察图4所示的平视显示器装置的图像显示装置时的简要结构图。

图6是本实用新型的第三实施方式的平视显示器装置的简要结构图。

图7是图6所示的平视显示器装置的投影单元的简要结构图。

图8是本实用新型的另一实施方式的平视显示器装置的简要结构图。

附图标记说明

10平视显示器装置；11机动车；12仪表板；13前窗；14驾驶员；15图像显示装置；20、20a投影单元；21扩散器；22投射光学系统；22a后组；23光偏转机构；23a平面反射镜；23b投射光学系统；23c平面反射镜；23d平面反射镜；24图像显示元件；25菲涅耳透镜；30红色(R)LED光源；31绿色(G)LED光源；32蓝色(B)LED光源；33二向色棱镜；34TIR棱镜；35DMD元件；36前组；N法线；O DMD元件的可显示区域的中心位置；P扩散器的可显示区域的中心位置；V虚像；X中间像；Z光轴。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本实用新型的第一实施方式。图1是搭载有本实用新型的第一实施方式的平视显示器装置的机动车的驾驶席的示意图，图2是该平视显示器装置的简要结构图。

如图1所示，本实施方式的平视显示器装置10配置于机动车11的仪表板12内，由前窗(图像反射面)13将从装置内出射的表示行驶速度等信息的图像反射，在驾驶员(观察者)14的越过前窗13的前方作为虚像V而放大显示。

如图2所示，平视显示器装置10具有用于显示虚像V的图像显示装置15、凹面反射镜16以及平面反射镜17，构成为从图像显示装置15出射的显示光按照凹面反射镜16、平面反射镜17、凹面反射镜16的顺序反射，经过图像显示装置15与平面反射镜17之间而到达前窗13。

图像显示装置15具备：投影单元20，其具备作为出射显示光的图像显示元件的DMD(Digital Micromirror Device)元件35；扩散器(扩散构件)21，其将在受光面侧接受到的显示光作为扩散光从出射面侧出射；以及投射光学系统(光偏转机构)22，其配设于DMD元件35与扩散器21之间，使从DMD元件35出射的显示光偏转，DMD元件35、扩散器21以及投射光学系统22配设为如下状态：DMD元件35的图像显示面与扩散器21的出射面平行，且扩散器21的出射面的法线N相对于被投射光学系统22偏转后的显示光的光轴倾斜。

在此，“DMD元件35的图像显示面与扩散器21的出射面平行且扩散器21的出射面的法线N相对于被投射光学系统22偏转后的显示光的光轴倾斜的状态”是指，在DMD元件35与扩散器21之间的显示光的光路中插入有反射镜、棱镜那样的反射构件的情况下，在不考虑由反射构件引起的光路的弯折而使被反射构件弯折后的光路不弯折地呈直线状展开了时，成为上述的状态。

在本实施方式中，DMD元件35组装于后述的投影单元20内，构成为由投影单元20内的反射构件使从DMD元件35出射的显示光的光路弯折，但为了易于理解地示出结构，在图2中示出了不考虑由反射构件引起的光路的弯折而使被反射构件弯折后的光路不弯折地呈直线状展开了时的DMD元件35的位置。

在不经由扩散器21投射虚像V的情况下，虽然虚像V的清晰度高，但能够明确地确认虚像的光瞳位置的范围被限定在极窄的范围，因此当驾驶员14的头相对于前窗13移动时视觉辨识性有可能降低，但通过如上所述经由扩散器21等扩散构件投射虚像V，能够扩大可明确地确认虚像V的光瞳位置的范围。

如图3所示，投影单元20包括红色(R)LED光源30、绿色(G)LED光源31、蓝色(B)LED光源32、将从这些光源出射的光合成的二向色棱镜33、DMD元件35、以及将从二向色棱镜33出射的RGB光向DMD元件35引导并且将由DMD元件35反射后的显示光向投射光学系统22引导的TIR(Total Internal Reflection)棱镜34。

投射光学系统22将从DMD元件35出射的显示光偏转并向扩散器21投射。通过以使投射光学系统(光偏转机构)22的光轴Z与刚从DMD元件35出射后的显示光的光轴(被光偏转机构偏转之前的光轴)平行的方式进行配置，能够使在将上述显示光投射到扩散器(扩散构件)21时的图像形状的变形最小化，因此刚从DMD元件35出射后的显示光的光轴与投射光学系统22的光轴Z平行，且DMD元件35的可显示区域的中心位置O与扩散器21的可显示区域的中心位置P隔着投射光学系统22的光轴Z而彼此配置于相反侧。通过采用这样的配置，能够使从DMD元件35出射的显示光借助投射光学系统22而从DMD元件35侧隔着光轴Z向扩散器21侧偏转。另外，在将从DMD元件35出射的显示光投射至扩散器21时，能够使图像形状不产生变形。

需要说明的是，图2所示的投射光学系统22是简要结构图，并不是示出实际的透镜、光阑的位置、形状以及片数。关于该投射光学系统22的结构，只要是能够将从DMD元件35出射的显示光偏转并投射到扩散器21的结构，则也可以设为任意的结构。

在如上所述那样构成的平视显示器装置10中，设为扩散器21的出射面的法线N相对于从DMD元件35出射且被投射光学系统22偏转后的显示光的光轴倾斜为图2中以γ示出的角度的状态，沿着显示光的光轴到达扩散器21的出射面的外界光向与沿着显示光的光轴的方向不同的方向反射，因此能够避免在装置内反射后的外界光与虚像重叠地照射。而且，DMD元件35的图像显示面与扩散器21的出射面被设为平行的状态，因此能够避免被暂时投影到扩散器21的图像的形状产生变形。因此，在虚像的显示时，能够不产生因通过图像处理进行的图像形状的修正而引起的分辨率的降低、清晰度的降低的问题。

接下来，参照附图来详细说明本实用新型的第二实施方式。图4是本实用新型的第二实施方式的平视显示器装置的简要结构图(Y-Z俯视图)，图5是从另一方向观察图4所示的平视显示器装置的图像显示装置时的简要结构图(X-Z俯视图)。

第二实施方式的平视显示器装置10与上述第一实施方式的平视显示器装置10相比，仅变更了图像显示装置15内的结构，在此，省略关于相对于第一实施方式的平视显示器装置10没有变更的部分的说明。

如图4所示，第二实施方式的平视显示器装置10中的图像显示装置15具备：投影单元20，其具备出射显示光的DMD元件35；扩散器21，其将在受光面侧接受到的显示光作为扩散光从出射面侧出射；以及光偏转机构23，其配设于DMD元件35与扩散器21之间，使从DMD元件35出射的显示光偏转，DMD元件35、扩散器21以及光偏转机构23配设为如下状态：DMD元件35的图像显示面与扩散器21的出射面平行，且扩散器21的出射面的法线N相对于被光偏转机构23偏转后的显示光的光轴倾斜。

需要说明的是，如后所述，在本实施方式中，虽然在DMD元件35与扩散器21之间的显示光的光路中插入有反射构件(平面反射镜)，但“DMD元件35的图像显示面与扩散器21的出射面平行且扩散器21的出射面的法线N相对于被光偏转机构23偏转后的显示光的光轴倾斜的状态”是指，在DMD元件35与扩散器21之间的显示光的光路中插入有反射镜、棱镜那样的反射构件的情况下，在不考虑由反射构件引起的光路的弯折而使被反射构件弯折后的光路不弯折地呈直线状展开了时，成为上述的状态。

在本实施方式中，DMD元件35组装于投影单元20内，构成为由投影单元20内的反射构件使从DMD元件35出射的显示光的光路弯折，但为了易于理解地示出结构，在图4以及图5中，示出了在不考虑由投影单元20内的反射构件引起的光路的弯折而使被反射构件弯折后的光路不弯折地呈直线状展开了时的DMD元件35的位置。

如图4以及图5所示，光偏转机构23从投影单元20侧起依次包括平面反射镜23a、投射光学系统23b、平面反射镜23c以及平面反射镜23d。

这样，通过将投射光学系统23b与三片平面反射镜23a、23c、23d组合，能够提高投影单元20的配置自由度。而且，通过以投射光学系统23b的光轴Z为基准将投影单元20配置于靠近凹面反射镜16的位置，从而有助于平视显示器装置10整体的小型化。

需要说明的是，与投射光学系统组合的平面反射镜的片数并不限定于三片，也可以组合一片或多片平面反射镜。另外，投影单元20的配置位置也并不限定于上述的配置位置。

对于这样的结构，也能够起到与上述第一实施方式同样的效果。

接下来，参照附图来详细说明本实用新型的第三实施方式。图6是本实用新型的第三实施方式的平视显示器装置的简要结构图，图7是图6所示的平视显示器装置的投影单元的简要结构图。

第三实施方式的平视显示器装置10与上述第一实施方式的平视显示器装置10相比，仅变更了投影单元以及投射光学系统的结构，在此省略关于相对于第一实施方式的平视显示器装置10没有变更的部分的说明。

如图6所示，本实施方式的投射光学系统构成为形成中间像X，隔着中间像X而分为DMD元件(图像显示元件)35侧的前组36和扩散器(扩散构件)21侧的后组22a这两个组，前组36与后组22a的光轴不同。另外，DMD元件35的可显示区域的中心位置O与扩散器21的可显示区域的中心位置P隔着投射光学系统的后组22a的光轴Z而彼此配置于相反侧。

另外，如图7所示，本实施方式的投影单元20a与图3所示的上述第一实施方式的投影单元20相比，在TIR棱镜34的前方配置有投射光学系统的前组36这点不同。

需要说明的是，图6以及图7所示的投射光学系统的前组36以及后组22a是简要结构图，并不表示实际的透镜、光阑、中间像的位置、形状以及片数。关于该结构，只要是能够在投射光学系统内形成中间像且将从DMD元件35出射的显示光偏转并投射至扩散器21的结构，则也可以设为任意的结构。

对于这样的结构，也能够起到与上述第一实施方式同样的效果，而且如下所述起到本实施方式特有的效果。

当仅使DMD元件(图像显示元件)35与扩散器(扩散构件)21之间的投射光学系统的一部分的透镜偏心(光轴偏移或透镜倾倒)并出射光时，则通常扩散器21处的投射像被非对称地歪曲，对像面弯曲等像差的影响变大，因此对于期望投射像的变形小的投射光学系统不优选。另外，若为了避免这样的问题而在投射光学系统中使用旋转非对称透镜或自由曲面透镜，则成本增加而不优选。

如本实施方式这样，关于DMD元件(图像显示元件)35与扩散器(扩散构件)21之间的投射光学系统，分为配置于包含DMD元件35的投影单元20a内的前组36和其后级的后组22a这两个组，在使两者的光轴错开地配置的情况下，在前组36与后组22a之间形成中间像X，由此与仅使DMD元件35相对于投射光学系统的光轴偏心的情况同样，能够使投射像对称，能够充分减少给像差带来的影响。

另外，通过在投射光学系统内形成中间像X，从而与不形成中间像X的情况相比，即使在相同的广角的情况下也能够减小中间像X以后的后组22a的透镜直径。在平视显示器装置中，期望虚像的显示尺寸扩大，与之相伴地，对于配置于DMD元件(图像显示元件)35的前面的投射光学系统也要求是广角。因此，在将投射光学系统分为两组的情况下，如本实施方式这样在投射光学系统内形成中间像X，隔着中间像X而分为前组36和后组22a这两个组，由此在维持所期望的广角性能不变的状态下使投射光学系统小型化，因此有助于装置整体的小型化。

以上，举出实施方式以及实施例而对本实用新型进行了说明，但本实用新型并不限定于上述实施方式以及实施例，能够进行各种变形。

例如，图像显示元件也可以不组装于上述那样的投影单元，而如图8所示那样，使用有机EL(Electro Luminescence)面板或直视型LCD(Liquid Crystal Display)面板那样的图像显示元件24来直接出射显示光。

另外，作为光偏转机构，也可以代替上述那样的投射光学系统而如图8所示那样使用菲涅耳透镜25。需要说明的是，在作为光偏转机构而使用菲涅耳透镜25的情况下，通过配置为菲涅耳透镜25的透镜面与图像显示元件24的图像显示面平行的状态，能够使将从图像显示元件24出射的显示光投射至扩散器21时的图像形状的变形最小化。

Claims (5)

1.一种平视显示器装置，其在与观察者对置的图像反射面使图像的显示光向所述观察者侧反射，且相对于所述观察者以越过所述图像反射面的方式将所述图像显示为虚像，其特征在于，

所述平视显示器装置具备：

图像显示元件，其出射所述显示光；

扩散构件，其将在受光面侧接受到的所述显示光作为扩散光从出射面侧出射；以及

光偏转机构，其配设于所述图像显示元件与所述扩散构件之间，将从所述图像显示元件出射的所述显示光偏转，

所述图像显示元件、所述扩散构件以及所述光偏转机构配设为如下状态：所述图像显示元件的图像显示面与所述扩散构件的所述出射面平行，且所述扩散构件的所述出射面的法线相对于被所述光偏转机构偏转后的所述显示光的光轴倾斜。

2.根据权利要求1所述的平视显示器装置，其特征在于，

作为所述光偏转机构，所述平视显示器装置在所述图像显示元件与所述扩散构件之间具备投射光学系统，该投射光学系统将从所述图像显示元件出射的所述显示光偏转并向所述扩散构件投射，

此外，所述图像显示元件、所述扩散构件以及所述投射光学系统配设为如下状态：所述图像显示元件的可显示区域的中心位置与所述扩散构件的可显示区域的中心位置隔着所述投射光学系统的光轴而彼此配置于相反侧。

3.根据权利要求1所述的平视显示器装置，其特征在于，

作为所述光偏转机构，所述平视显示器装置在所述图像显示元件与所述扩散构件之间具备投射光学系统，该投射光学系统将从所述图像显示元件出射的所述显示光偏转并向所述扩散构件投射，

该投射光学系统形成中间像，隔着该中间像而位于所述图像显示元件侧的前组与位于所述扩散构件侧的后组中的光轴不同，

此外，所述图像显示元件、所述扩散构件以及所述投射光学系统配设为如下状态：所述图像显示元件的可显示区域的中心位置与所述扩散构件的可显示区域的中心位置隔着所述后组的光轴而彼此配置于相反侧。

4.根据权利要求1所述的平视显示器装置，其特征在于，

所述光偏转机构是使在受光面侧接受到的所述显示光偏转而从出射面侧出射的菲涅耳透镜。

5.一种图像显示装置，其组装于平视显示器装置，其特征在于，

所述图像显示装置具备：

图像显示元件，其出射显示光；

扩散构件，其将在受光面侧接受到的所述显示光作为扩散光从出射面侧出射；以及

光偏转机构，其配设于所述图像显示元件与所述扩散构件之间，将从所述图像显示元件出射的所述显示光偏转，

所述图像显示元件、所述扩散构件以及所述光偏转机构配设为如下状态：所述图像显示元件的图像显示面与所述扩散构件的所述出射面平行，且所述扩散构件的所述出射面的法线相对于被所述光偏转机构偏转后的所述显示光的光轴倾斜。