CN216927274U - 平视显示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种抑制平视显示器的虚像的显示质量的降低的平视显示器。本公开的平视显示器(H)具备：出射激光(SL)的光源部(11)；以相对于所述激光(SL)的光轴而倾斜第一角度(θ)的方式配置，并且由所述激光(SL)照射的屏幕(13)；以及配置在所述光源部(11)与所述屏幕(13)之间的所述激光(SL)的光路上的光学部(12)，所述平视显示器(H)将从所述屏幕(13)出射的显示光(PL)投射到全息光学元件(HOE)并显示虚像(V)。另外，所述光学部(12)具有与所述第一角度(θ)对应的非球面系数的非球面透镜(126)。

Description

平视显示器

技术领域

本实用新型涉及一种显示车辆信息的平视显示器。

背景技术

专利文献1公开了一种通过由全息光学元件(HOE：Holographic OpticalElement)衍射的光的虚像来显示车辆信息的平视显示器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7-92892号公报

全息光学元件形成有干涉条纹，并且通过照射设定再生光(与干涉条纹对应的波长的光)而得到期望的衍射光。因此，当偏离设定再生光的波长的光照射到全息光学元件时，产生杂散光(不需要的光的反射、散射)，平视显示器的虚像的显示质量降低。

实用新型内容

本公开的目的在于抑制平视显示器的虚像的显示质量的降低。

本公开通过具有以下的结构的平视显示器来达成上述目的。

本公开的平视显示器具备：

光源部，上述光源部出射激光；

屏幕，上述屏幕以相对于上述激光的光轴而倾斜第一角度的方式配置，并且由上述激光照射；以及

光学部，上述光学部配置在上述光源部与上述屏幕之间的上述激光的光路上，

上述平视显示器将从上述屏幕出射的显示光投射到全息光学元件并显示虚像，

上述光学部具有与上述第一角度对应的非球面系数的非球面透镜。

实用新型效果

根据本公开，能够抑制平视显示器的虚像的显示质量的降低。

附图说明

图1是表示平视显示器的结构的图。

图2是表示图像显示部的结构的图。

图3是以不同的倾斜角度θ配置的液晶面板的配光特性的比较图。

图4是非球面透镜应用前(前)与应用后(后)的图像显示部的配光特性的比较图。

图5是表示“液晶面板的倾斜角度θ”与“非球面透镜的非球面系数”的关系的图。

符号说明

H 平视显示器

1 图像显示部

11 光源部

12 光学部

121 扫描镜

122 光束转向部

123 复眼透镜

124 聚光透镜

125 物镜

126 具有非球面透镜的柱状透镜

127 扩散板

13 液晶面板(屏幕)

2 反射镜

3 壳体

31 透光性防尘盖

32 遮光壁

WS 挡风玻璃

HOE 全息光学元件

P 搭乘者

PL 显示光

SL 合成光(合成的激光)

V 虚像

具体实施方式

以下将参见附图说明本公开的平视显示器H。该平视显示器H内置于车辆的仪表板中，是显示车辆的行驶速度、路径引导信息等各种车辆信息的车载仪表。

补充附图的说明。用符号Y图示的方向与车辆的上下方向(铅垂方向)对应。用符号Z图示的方向与车辆的前后方向对应。

参见图1。平视显示器H具备：图像显示部1、反射镜2以及壳体3。平视显示器H将图像显示部1输出的显示光PL投射到设置于车辆的挡风玻璃WS的全息光学元件HOE。全息光学元件HOE朝向车辆的搭乘者P反射对显示光PL进行衍射而得到的衍射光。由此，搭乘者P能够在挡风玻璃WS的前方视觉辨认到表示车辆信息的虚像V。

图像显示部1是显示通过数值、图等表示车辆信息的图像，并从该图像出射显示光PL的显示器。关于图像显示部1的详细结构，将在后面叙述。

反射镜2例如是凹面镜。反射镜2反射图像显示部1出射的显示光PL并使光在壳体3内折返而使显示光PL的光路长度变长，其结果是，能够使虚像V在挡风玻璃WS的远方成像。另外，反射镜2具有抵消由挡风玻璃WS的弯曲形状引起的虚像V的变形的自由曲面形状，抑制由挡风玻璃WS的弯曲形状引起的虚像V的变形的影响。此外，反射镜2并不限于一个凹面镜，也可以通过平面镜和凹面镜这两个镜来使光折返。

壳体3是形成有出射显示光PL的出射口的箱体。壳体3容纳图像显示部1、反射镜2以及控制电路基板。壳体3例如由黑色的不透明的树脂、金属成型。壳体3的出射口覆盖有厚度为0.5～2mm(毫米)的透光性防尘盖31。透光性防尘盖31例如是丙烯树脂、聚碳酸酯树脂等树脂制的薄膜。另外，在壳体3的出射口附近的内部形成有防止从出射口入射的外光(外部光)(主要是太阳光)EL直接入射到图像显示部1的遮光壁32。

全息光学元件HOE是记录有与特定的波长对应的干涉条纹的反射型的全息薄膜。全息光学元件HOE设置于挡风玻璃WS。特定的波长是蓝色、红色、绿色的光的三原色的波长。以下，蓝色是指中心波长约为632nm的光。红色是指中心波长约为488nm的光。绿色是指中心波长约532nm的光。

(图像显示部1的结构)

参见图2。图像显示部1具备：光源部11、光学部12以及液晶面板(屏幕)13。

光源部11是照射液晶面板13的背光源。光源部11具备：激光光源111～113以及合成部。合成部由后述的第一合成部114、第二合成部115以及第三合成部116构成。

激光光源111是出射蓝色激光B的激光二极管。激光光源111朝向第一合成部114出射蓝色激光B。

激光光源112是出射红色激光R的激光二极管。激光光源112朝向第二合成部115出射红色激光R。

激光光源113是出射绿色激光G的激光二极管。激光光源113朝向第三合成部116出射绿色激光G。

第一合成部114是仅反射蓝色光的分色镜。第一合成部114将激光光源111出射的蓝色激光B朝向第二合成部114反射。

第二合成部115是反射红色光并透过蓝色光的分色镜。第二合成部115使第一合成部114反射的蓝色激光B朝向第三合成部116透过，使激光光源112出射的红色激光R朝向第三合成部反射。

第三合成部116是反射绿色光并透过红色光以及蓝色光的分色镜。第三合成部116透过第二合成部透过的蓝色激光B和第二合成部反射的红色激光R，并且反射激光光源113出射的绿色激光G。

通过上述结构，光源部11朝向光学部12出射合成光SL，上述合成光SL是通过合成部114～116对从激光光源111～113出射的激光R、G、B加以合成而得到的激光。

光学部12是在光源部11出射的出合成光SL到达液晶面板13的过程中，反射、折射、收敛、发散合成光SL的光学部件。光学部12若按照被配置在光源部11侧的顺序进行叙述，则由扫描镜121、光束转向部122、复眼透镜113、聚光透镜114、物镜115、柱状透镜116以及扩散板117构成。

扫描镜121是以将从光源部11出射的合成光SL朝向光束转向部122进行二维扫描的方式进行反射的镜。扫描镜121是MEMS(Micro Electro Mechanical System：微机电系统)镜、VCM(Voice Coil Mirror：音圈镜)等二维扫描镜。

光束转向部122是折射入射的合成光SL并照射到复眼透镜113的透镜。光束转向部122由一对楔形棱镜和使这些楔形棱镜旋转的旋转机构构成。通过旋转楔形棱镜来控制合成光SL的折射角。

复眼透镜(积分透镜)123是将多个透镜排列成矩阵状的透镜。复眼透镜123通过产生与构成的透镜的数量一样多的多重图像，从而使来自光源部11的点光源的光接近均匀的面照明(平面照明)的照度分布。

聚光透镜124以及物镜125是构成柯勒照明(Koehler照明)的成对的透镜。这些聚光透镜124以及物镜125也与复眼透镜123相同，是用于接近均匀的面照明的照度分布的透镜。

柱状透镜126是具有规定的非球面透镜的透镜，抑制由后述的液晶面板的倾斜角θ引起的配光特性的不良影响。非球面透镜的详细情况将在后面叙述。

扩散板127使通过柱状透镜126的合成光SL的光分散，防止产生光的热点。

液晶面板13是TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)型液晶面板。液晶面板13将表示车辆信息的图形、数字作为图像进行显示，通过从背面用合成光SL照射，从而从显示的图像出射显示光PL。

液晶面板13相对于穿过光源部11出射的合成光SL的光阑中心的主光线而向Y方向倾斜。将该倾斜角定义为第一角度θ。

第一角度θ设定为在被反射镜2反射的外光EL被液晶面板13反射后朝向壳体3的遮光壁的背面。由此，防止被反射镜2反射的外光EL被液晶面板13反射后，再被反射镜2反射而从壳体3的出射口出射。在液晶面板13未倾斜配置(在第一角度θ为0°)的情况下，被反射镜2反射的外光EL在被液晶面板13反射后，再被反射镜2反射而从壳体3的出射口出射而成为杂散光。该杂散光与显示光PL一起照射到全息光学元件HOE，因此导致虚像V的显示质量的降低。

如上所述，液晶面板13为了防止由外光EL引起的杂散光而倾斜配置。

图3示出了对第一角度θ＝0°的示例A和第一角度θ＝30°的示例B的配光特性进行比较的结果。在图3中，纵轴表示将光源部11出射的合成光SL的强度设为100％时的液晶面板13出射的显示光PL的强度比，横轴表示散射角。

如图3所示，本公开的发明人发现第一角度θ越大，越产生液晶面板13出射的显示光PL的强度的降低以及散射角的增加。特别是，本公开的发明人发现了以下问题：当散射角增加时，显示光PL包含较多的从与形成在全息光学元件HOE的干涉条纹对应的波长的光偏离的光，因此从全息光学元件HOE出射的衍射光中产生杂散光(不需要的光的反射、散射)，平视显示器的虚像的显示质量降低。

为了抑制由上述液晶面板13的倾斜配置引起的杂散光，基于液晶面板13的第一角度θ，设定柱状透镜126的非球面透镜的非球面系数。此外，该非球面透镜的非球面系数涉及与液晶面板13的倾斜方向正交的方向上的透镜的透镜形状。该非球面透镜成为以出射面成为与液晶面板13的倾斜相反方向的方式使面整体成为非对称的形态。

通过上述非球面透镜，如图4所示，相对于应用非球面透镜前的结构(前)，基于液晶面板13的第一角度θ设定柱状透镜126的非球面透镜的非球面系数的结构(后)的配光特性得到改善。具体地说，在将光源部11出射的合成光SL的强度设为100％时，液晶面板13出射的显示光PL的强度比(Relative Power)上升。另外，液晶面板13出射的显示光PL的散射角变小。

柱状透镜126的非球面透镜的非球面系数根据液晶面板13的第一角度θ而成为图5所示的非球面系数，由此能够抑制液晶面板13的倾斜配置引起的杂散光。

如图5的AC(3th)所示，在为三维非球面的情况下，通过设定成三维非球面系数与第一角度θ成反比例地变小，从而能够改善配光特性。即，优选将奇数维的非球面系数设定成与第一角度θ成反比例地变小。

如图5的AC(4th)所示，在为四维非球面的情况下，通过设定成四维非球面系数与第一角度θ成正比例地变大，从而能够改善配光特性。即，优选将偶数维的非球面系数设定成与第一角度θ成正比例地变大。

柱状透镜126的非球面透镜的非球面系数优选地，在将光源部11出射的合成光SL的强度设为100％时的液晶面板13出射的显示光PL的强度比在散射角为±3deg的范围内时为80％以上，在散射角为±4.5deg的范围外时为不足40％。通过设为满足这样的条件的非球面系数，能够抑制由液晶面板13的倾斜配置引起的杂散光。

以上是本公开的平视显示器H的实施方式的说明。本公开的平视显示器H并不限于上述的方式，也可以进行以下变形。

在本实施方式中，柱状透镜126是具有基于第一角度θ的非球面透镜的结构，但不限于此。例如，也可以是复眼透镜123等透镜具有这样的非球面透镜的结构。优选适用于光学部12的透镜组中的如本实施方式那样最靠近液晶面板13的背面的透镜。

另外，柱状透镜126也可以与液晶面板13相同，相对于穿过光源部11出射的合成光SL的光阑中心的主光线而向Y方向倾斜第一角度θ而加以配置。即，也可以与液晶面板13大致平行地配置。在此情况下，在基于柱状透镜126的第一角度θ的非球面透镜的设计中，变得容易均匀地照射液晶面板13。

Claims (5)

1.一种平视显示器，其特征在于，具备：

光源部，所述光源部出射激光；

屏幕，所述屏幕以相对于所述激光的光轴而倾斜第一角度的方式配置，并且由所述激光照射；以及

光学部，所述光学部配置在所述光源部与所述屏幕之间的所述激光的光路上，

所述平视显示器将从所述屏幕出射的显示光投射到全息光学元件并显示虚像，

所述光学部具有与所述第一角度对应的非球面系数的非球面透镜。

2.根据权利要求1所述的平视显示器，其特征在于，

所述非球面透镜是设定成所述非球面系数与所述第一角度的大小成反比例地变小的奇数维的非球面透镜。

3.根据权利要求1所述的平视显示器，其特征在于，

所述非球面透镜是设定成所述非球面系数与所述第一角度的大小成正比例地变大的偶数维的非球面透镜。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的平视显示器，其特征在于，

从所述屏幕出射的所述显示光在散射角处于±3deg的范围的光的强度为所述激光的强度的80％以上，在散射角处于±4.5deg的范围外的光的强度不足所述激光的强度的40％。

5.根据权利要求4所述的平视显示器，其特征在于，

所述屏幕是液晶面板，

所述非球面透镜是柱状透镜。

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