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CN110174765A - 车辆用显示装置 - Google Patents

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CN110174765A
CN110174765A CN201910127341.8A CN201910127341A CN110174765A CN 110174765 A CN110174765 A CN 110174765A CN 201910127341 A CN201910127341 A CN 201910127341A CN 110174765 A CN110174765 A CN 110174765A
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高桥伸幸
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Yazaki Corp
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Abstract

提供一种能够在使显示画面放大的同时实现箱体的小型化的车辆用显示装置。车辆用显示装置(1)具有：显示器(3)，将投影在挡风玻璃的显示图像作为显示光而射出；透明盖(5)，将箱体的开口封闭，并使从显示器射出的显示光的至少一部分透射；多个反射镜(7、9)；以及1/4波长板。1/4波长板以来自显示器的显示光的振动方向作为标准振动方向，将从透明盖朝向反射镜(9)透射的显示光转换成在从标准振动方向倾斜了45°的方向上振动的圆偏振光，并且将从反射镜(9)朝向反射镜(7)透射的圆偏振光转换成在与标准振动方向正交的方向上振动的显示光。透明盖使来自显示器的显示光朝向1/4波长板反射，并使来自反射镜(7)的显示光朝向挡风玻璃透射。

Description

车辆用显示装置
技术领域
本发明涉及一种车辆用显示装置。
背景技术
现有技术中，存在汽车等车辆中搭载平视显示器装置(HUD：Head Up Display)等车辆用显示装置的技术。平视显示器装置是通过将显示器上显示的显示图像经由反射镜等而投影在挡风玻璃或合成器，从而作为虚像使驾驶员进行视觉识别的装置(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中记载的车辆用显示装置中，在仪表板的开口部设置有使显示图像透射的透明盖，通过该透明盖，使得灰尘等不会进入到装置的内部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-587号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
近年来，在车辆用显示装置中，使用非球面的凹面镜作为反射镜，以实现显示图像的大画面化。然而，增大反射镜的曲率以提高放大倍数也有限制。另外，虽然通过配置多个反射镜能够应对，但是有可能导致收容多个反射镜的箱体大型化。
本发明的目的是提供一种能够在使显示画面放大的同时实现箱体的小型化的车辆用显示装置。
用于解决问题的技术手段
为了达到上述目的，本发明涉及的车辆用显示装置的特征在于，具有：显示器，将投影在设置于车辆的被投影部件的显示图像作为显示光而射出；盖部件，封闭设置于箱体的开口，并且使从所述显示器射出的所述显示光透射；第1非球面镜，位于将从所述显示器到所述被投影部件的所述显示光光路折返的位置，并且使所述显示光反射；1/4波长板，被配置在所述显示光光路上与所述第1非球面镜对置的位置，将从所述盖部件入射的所述显示光透射，并且使从所述第1非球面镜入射的所述显示光透射；以及第2非球面镜，使经所述1/4波长板透射之后的所述显示光朝向隔着所述盖部件而配置在相反侧的所述被投影部件反射，所述显示器将在标准振动方向上振动的第1直线偏振光射出，所述1/4波长板将从所述盖部件入射并向所述第1非球面镜侧透射的所述第1直线偏振光转换成在相对于所述标准振动方向倾斜45°的方向上振动的圆偏振光，并且将在所述第1非球面镜反射后朝向所述第2非球面镜透射的所述圆偏振光转换成在与所述标准振动方向正交的方向上振动的第2直线偏振光，所述盖部件具有以下结构：具有朝向所述箱体的内部突出的凸状曲面形状，使从所述显示器射出的所述第1直线偏振光朝向所述1/4波长板反射，并且使来自所述第2非球面镜的所述第2直线偏振光朝向所述被投影部件透射。
发明效果
根据本发明涉及的车辆用显示装置，能够取得在使显示画面放大的同时实现箱体的小型化这样的效果。
附图说明
图1是实施方式涉及的车辆用显示装置的概要构成图。
图2是示出实施方式涉及的车辆用显示装置的显示光变化的示意图。
符号说明
1 车辆用显示装置
2 箱体
2a 开口
2b 遮光壁
3 显示器
5 透明盖
5a 凸状曲面
5b 凹状曲面
6 1/4波长板
7、9 反射镜
100 车辆
101 挡风玻璃
110 虚像
200 驾驶员
201 眼点
SL 外部光
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，本发明不限于该实施方式。另外，下述实施方式中的构成要素包括本领域技术人员能够容易想到的或者实质上相同的构成要素。另外，下述实施方式中的构成要素在不脱离本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]
参照图1、图2，对本发明的实施方式涉及的车辆用显示装置1进行说明。图1是实施方式涉及的车辆用显示装置的概要构成图。图2是示出实施方式涉及的车辆用显示装置的显示光变化的示意图。需要说明的是，在图2中，为了简化说明，省略了一部分构成部件(反射镜7)。
车辆用显示装置1例如被配置在汽车等车辆100的仪表板(未图示)的内侧，是将显示图像投影在挡风玻璃101的平视显示器装置。车辆用显示装置1将显示图像投影在作为被投影部件的挡风玻璃101，并且将虚像110显示在驾驶员200的眼点201的前方。挡风玻璃101具有将入射的光的一部分反射并且使另一部分透射的半透射性。具体而言，挡风玻璃101一边使车辆100的前景透射，一边将从车辆用显示装置1投影的显示图像作为显示光而反射到驾驶员200的眼点201。挡风玻璃101被配置在车辆100的仪表板的上方。眼点201被预先假想为车辆100的驾驶员200的视点位置。驾驶员200将被挡风玻璃101反射后的显示图像识别为虚像110。虚像110在挡风玻璃101的前方被驾驶员200识别。车辆用显示装置1被构成为包含：箱体2、显示器3、透明盖5、1/4波长板6和2个反射镜7、9。
需要说明的是，在本说明书中，只要没有特别记载，“前后方向”是指搭载有车辆用显示装置1的车辆100的前后方向。另外，只要没有特别记载，“上下方向”表示车辆100的上下方向，“宽度方向”表示车辆100的车宽方向。
箱体2被形成为内部中空的箱状，并且将显示器3、反射镜7等收容在内部空间。箱体2形成有开口2a，该开口2a构成朝向挡风玻璃101射出的显示光光路的一部分。开口2a处于与挡风玻璃101对置的位置，使显示光朝向挡风玻璃101地穿过。箱体2在开口2a的前后方向的前方的缘部竖立设置有遮光壁2b。遮光壁2b向上下方向的上方突出，并且沿着宽度方向延伸而形成。具体而言，遮光壁2b从透明盖5的前后方向的前方的缘部向上方突出，并沿着该透明盖5的横向延伸而形成。遮光壁2b在透明盖5的前后方向的前方遮蔽外部光SL，防止外部光SL在该透明盖5上反射。外部光SL例如是从车辆100的外部入射到车辆内的太阳光、路灯的光等。
显示器3使向设置在车辆100的挡风玻璃101投影的显示图像作为显示光而射出。显示器3例如被构成为包含液晶面板(未图示)、背光单元(未图示)。液晶面板例如包含光透射型或光半透射型的TFT液晶(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)等。液晶面板被从背面侧照明，从而使正面侧的显示面发光。背光单元从背面侧对液晶面板进行照明。背光单元例如利用从车辆100内的电池(未图示)得到的电力进行驱动。如图2所示，本实施方式的显示器3将在标准振动方向上振动的直线偏振光作为显示光L1而射出。此处，标准振动方向例如是垂直方向，且是与显示器3的偏振轴平行的方向。换言之，显示器3具有垂直方向的偏振轴，并且将与该偏振轴平行的显示光L1射出。显示器3例如被配置为：构成液晶面板的偏振板中的光射出侧的偏振板的偏振轴(透射轴)成为垂直方向。
透明盖5是封闭设置在箱体2的开口2a并且使从显示器3射出的显示光的至少一部分透射的盖部件。透明盖5通过封闭开口2a从而防止灰尘等从外部向箱体2内入侵。透明盖5由使从显示器3射出的显示光透射的具有光透射性的部件例如玻璃、丙烯酸、聚碳酸酯等合成树脂等以及与该部件组合的偏振部件构成。偏振部件例如包含偏振膜等。偏振膜被粘贴在透明盖5的凸状曲面5a侧，与具有光透射性的部件组合。偏振部件典型地具有偏振轴，并且使与该偏振轴平行地振动的光透射，另一方面，将在与该偏振轴正交的方向上振动的光反射。即，如图2所示，透明盖5具有与垂直方向正交的水平方向的偏振轴，使在与该偏振轴平行的方向(与标准振动方向正交的方向)上振动的显示光L3透射，另一方面，使在与偏振轴正交的方向(标准振动方向)上振动的显示光L1反射。本实施方式的透明盖5具有以下构成：使从显示器3射出的显示光朝向1/4波长板6反射，另一方面，使从反射镜7反射的显示光朝向挡风玻璃101透射。
透明盖5具有朝向箱体2的内部突出的凸状曲面形状。透明盖5具有：凸状曲面5a，朝向箱体2的内部突出；以及凹状曲面5b，设置在凸状曲面5a的相反侧的面，向箱体2的外部凹陷。凸状曲面5a以及凹状曲面5b例如由非球面(包括自由曲面)构成。本实施方式的凸状曲面5a具有对受到反射镜7等光学系统中的曲面(包括反射面和透射面)以及车辆100的挡风玻璃101的正面形状中的至少一者的影响而产生的场曲的像差进行校正的形状。本实施方式的凹状曲面5b具有作为使从车辆100的外部向透明盖5入射的外部光SL反射的反射镜的功能。即，凹状曲面5b使入射到透明盖5的外部光SL朝向与向着驾驶员200的眼点201的眼点方向不同的方向反射。例如，凹状曲面5b使入射的外部光SL朝向遮光壁2b反射。此处，外部光SL例如是从车辆100的外部入射到车辆内的太阳光、路灯的光等。虽然考虑到强度而优选增加凸状曲面5a与凹状曲面5b之间的厚度即透明盖5的厚度，但在增大了该厚度的情况下，凸状曲面5a、凹状曲面5b的背面反射对显示图像的影响有可能变大，因此，优选为考虑了这些因素之后的厚度。
1/4波长板6被配置在从显示器3到挡风玻璃101的显示光光路上与反射镜9对置的位置，将从透明盖5入射的显示光透射，并且将从反射镜9入射的显示光透射。1/4波长板6是所谓的波长板的一种，例如由双折射材料等构成。1/4波长板6使振动方向彼此正交的2个直线偏振光具有相位差(光路差)。本实施方式的1/4波长板6将从透明盖5入射并向反射镜9侧透射的显示光L1转换成在相对于标准振动方向倾斜45°的方向上振动的显示光L2a(圆偏振光)。即，如图2所示，1/4波长板6将被透明盖5的凸状曲面5a反射后的直线偏振光(显示光L1)转换成倾斜45°后的逆时针转的圆偏振光(显示光L2a)。另外，1/4波长板6将在反射镜9反射并朝向反射镜7透射的显示光L2b转换成在与标准振动方向正交的方向上振动的显示光L3(第2直线偏振光)。即，如图2所示，1/4波长板6将被反射镜9的反射面反射后的圆偏振光(显示光L2b)转换成与标准振动方向正交的直线偏振光(显示光L3)。这样，1/4波长板6将透射的直线偏振光转换成圆偏振光，并且将透射的圆偏振光转换成直线偏振光。此处，显示光L2b相对于显示光L2a即圆偏振光成为反向的圆偏振光。即，显示光L2a如果被反射镜9反射，则被转换为反向旋转的圆偏振光的显示光L2b。
反射镜7、9位于将从显示器3到挡风玻璃101的显示光光路折返的位置，并且使显示光反射。反射镜7、9是在箱体2内改变从显示器3射出的显示光光路的光学系统。本实施方式的反射镜7、9具有作为上述的放大镜的功能，例如，反射面由非球面的凹状曲面(或凸状曲面)形成。即，反射镜7、9将该显示图像放大地反射，从而与经该反射镜7、9反射之前的显示光所呈现的显示图像相比，经该反射镜7、9反射之后的显示光所呈现的显示图像相对地变大。本实施方式的反射镜9是中间折曲镜，使在透明盖5反射并在1/4波长板6透射后的显示光再次透射1/4波长板6并朝向反射镜7全反射。本实施方式的反射镜7是最终反射镜，使透射1/4波长板6而入射的显示光朝向隔着透明盖5而配置在相反侧的挡风玻璃101全反射。反射镜7虽然被固定并支承在箱体2，但是也可以通过用于对照射到挡风玻璃101的显示光的反射角度进行微调的调整机构支承。
接着，参照图1对车辆用显示装置1中的显示动作进行说明。首先，从显示器3射出的显示光朝向透明盖5。透明盖5利用凸状曲面5a使从显示器3入射的显示光朝向1/4波长板6反射。1/4波长板6使从透明盖5入射的显示光朝向反射镜9透射。向反射镜9入射的显示光利用凹状的反射面而全反射，并且朝向1/4波长板6。1/4波长板6使从反射镜9入射的显示光朝向反射镜7透射。向反射镜7入射的显示光利用凹状的反射面而全反射，再次朝向透明盖5。透明盖5使从反射镜7入射的显示光从凸状曲面5a经由凹状曲面5b而朝向挡风玻璃101透射。基于此，显示图像被投影在挡风玻璃101，虚像110被显示在驾驶员200的眼点201的前方。
以上说明的车辆用显示装置1具有如下的偏振构造：透明盖5使从显示器3射出的第1直线偏振光反射，并且使该光经1/4波长板6折返并透射，从而使由第1直线偏振光转换成的第2直线偏振光朝向挡风玻璃101透射。这样，使透明盖5具有作为偏振板的功能，并且使显示光在透明盖5反射，从而增加显示光的光路长度，通过变长后的光路长度将显示显示光的显示图像放大，能够实现对显示画面的放大。另外，能够在不追加新的光学系统零部件的条件下增加显示光的光路长度，因此，能够实现箱体2的小型化。另外，通过增加显示光的光路长度，而使显示图像的远视点显示变容易。进一步地，透明盖5将外部光SL中的在标准振动方向上振动的直线偏振光反射(或吸收)，因此，经由反射镜7、9等而到达显示器3的外部光SL减少，能够抑制由于该外部光SL入射而导致的显示器3的温度上升。
另外，车辆用显示装置1中，透明盖5具有向前方倾斜的凹状曲面5b，因此，能够使外部光SL中的在标准振动方向上振动的直线偏振光朝向遮光壁2b反射并汇聚。
另外，车辆用显示装置1中，由于透明盖5是在具有光透射性的部件中组合偏振膜而构成，因此使产品的制造更加容易，从而抑制成本增加。
需要说明的是，在上述实施方式中，透明盖5的凸状曲面5a具有对场曲的像差进行校正的形状。例如，凸状曲面5a被形成为挡风玻璃101的被投影面的形状、与反射镜7相对于被投影面的几何位置关系对应的形状，在将显示光朝向挡风玻璃101反射时，对光学上的变形进行校正，从而使显示光所呈现的显示图像成为期望的形状。这样，显示光在透明盖5的凸状曲面5a反射，从而能够对显示光所呈现的显示图像的显示变形进行校正，能够提高显示的质量。
另外，虽然在上述实施方式中，透明盖5通过将偏振膜粘贴在凸状曲面5a侧而具有偏振功能，但不限于此，也可以是通过将偏振膜粘贴在凹状曲面5b侧而具有偏振功能。另外，透明盖5也可以将具有光透射性的部件和偏振板一体地成形而成。
另外，虽然在上述实施方式中，遮光壁2b被设置在箱体2侧，但不限于此，也可以形成在透明盖5侧。即，在透明盖5中，遮光壁2b从车辆100的前后方向的前方缘部向该车辆100的上下方向的上方突出，并且沿着该前后方向和与该上下方向交叉的宽度方向延伸而形成。
另外，虽然在上述实施方式中，车辆用显示装置1具有2个反射镜7、9，但是不限于此，也可以具有3个以上的反射镜。
另外，虽然在上述实施方式中，反射镜7、9具有作为放大镜的功能，但不限于此，也可以具有作为上述校正镜的功能。作为放大镜和校正镜而发挥功能的反射镜7、9也可以形成为与球面、抛物面不同的、相对于光轴不对称的形状的自由曲面镜。
另外，虽然在上述实施方式中，显示图像被投影在车辆100的挡风玻璃101，但不限于此，例如也可以投影于合成器等。
另外，虽然在上述实施方式中，针对将车辆用显示装置1应用于车辆100的情况进行了说明，但不限于此，例如也可以用于在船舶、航空器等等车辆100以外的地方。

Claims (1)

1.一种车辆用显示装置，其特征在于，具有：
显示器，所述显示器将投影在设置于车辆的被投影部件的显示图像作为显示光而射出；
盖部件，所述盖部件封闭设置于箱体的开口，并且使从所述显示器射出的所述显示光透射；
第1非球面镜，所述第1非球面镜位于将从所述显示器到所述被投影部件的所述显示光的光路折返的位置，并且使所述显示光反射；
1/4波长板，所述1/4波长板被配置在所述显示光光路上与所述第1非球面镜对置的位置，将从所述盖部件入射的所述显示光透射，并且使从所述第1非球面镜入射的所述显示光透射；以及
第2非球面镜，所述第2非球面镜使经所述1/4波长板透射之后的所述显示光朝向隔着所述盖部件而配置在相反侧的所述被投影部件反射，
所述显示器射出在标准振动方向上振动的第1直线偏振光，
所述1/4波长板将从所述盖部件入射并向所述第1非球面镜侧透射的所述第1直线偏振光转换成在相对于所述标准振动方向倾斜45°的方向上振动的圆偏振光，并且将在所述第1非球面镜反射后朝向所述第2非球面镜透射的所述圆偏振光转换成在与所述标准振动方向正交的方向上振动的第2直线偏振光，
所述盖部件具有以下结构：
具有朝向所述箱体的内部突出的凸状曲面形状，使从所述显示器射出的所述第1直线偏振光朝向所述1/4波长板反射，并且使来自所述第2非球面镜的所述第2直线偏振光朝向所述被投影部件透射。
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