本公開涉及搭載于自家用車等車輛的平視顯示器。

背景技術(shù)：

專利文獻(xiàn)1公開了如下平視顯示器裝置：該平視顯示器裝置通過(guò)向移動(dòng)體的投影面投影顯示圖像而在移動(dòng)體的室內(nèi)的視覺(jué)辨認(rèn)區(qū)域以能夠視覺(jué)辨認(rèn)的方式顯示該顯示圖像的虛像。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2014-170112號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開提供能夠盡量減小容積的平視顯示器。

本公開涉及一種平視顯示器，其具備出射影像光的影像光出射裝置、第一光學(xué)元件、第二光學(xué)元件以及第三光學(xué)元件，且將透過(guò)第一光學(xué)元件的影像光投射至合成器。第一光學(xué)元件相對(duì)于影像光出射裝置的出射面傾斜設(shè)置，且對(duì)具有第一偏振方向的影像光進(jìn)行反射，使具有與第一偏振方向不同的第二偏振方向的影像光透過(guò)。第二光學(xué)元件將來(lái)自第一光學(xué)元件的影像光向第一光學(xué)元件反射。第三光學(xué)元件配置于第一光學(xué)元件與第二光學(xué)元件之間，通過(guò)影像光往復(fù)透過(guò)該第三光學(xué)元件，該第三光學(xué)元件將具有第一偏振方向的影像光轉(zhuǎn)換為具有第二偏振方向的影像光。

根據(jù)本公開的平視顯示器，能夠盡量減小容積。

附圖說(shuō)明

圖1是搭載本公開的平視顯示器的車輛的部分示意圖。

圖2是表示實(shí)施方式1的平視顯示器的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3是用于說(shuō)明實(shí)施方式1的平視顯示器的光學(xué)元件的配置的示意圖。

圖4是實(shí)施方式1的平視顯示器所投射的影像的說(shuō)明圖。

圖5是表示實(shí)施方式1的平視顯示器中的影像光的偏振狀態(tài)的變遷的流程圖。

圖6是表示實(shí)施方式1的變形例1的平視顯示器的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖7是表示實(shí)施方式1的變形例2的平視顯示器的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖8是表示實(shí)施方式2的平視顯示器的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖9是表示實(shí)施方式3的平視顯示器的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖10是表示實(shí)施方式4的平視顯示器的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖11是表示實(shí)施方式4的平視顯示器的主要部分的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下，適當(dāng)參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施方式。但是，有時(shí)省略超出必要的詳細(xì)的說(shuō)明。例如，有時(shí)省略對(duì)已經(jīng)熟知的事項(xiàng)的詳細(xì)說(shuō)明、對(duì)實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)的重復(fù)說(shuō)明。這是為了避免以下的說(shuō)明不必要地變得冗長(zhǎng)，使本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解。

需要說(shuō)明的是，附圖以及以下的說(shuō)明是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員充分理解本公開而提供的，不意在通過(guò)其來(lái)限定權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。

(實(shí)施方式1)

以下，使用圖1～圖5來(lái)說(shuō)明本公開的實(shí)施方式1。

[1-1.整體結(jié)構(gòu)]

圖1是搭載有實(shí)施方式1的平視顯示器(以下，也稱作hud)101的車輛100的部分示意圖。車輛100是移動(dòng)體的一例。

平視顯示器101如圖1所示配置于儀表板103的內(nèi)部。平視顯示器101出射影像光b，并通過(guò)作為合成器發(fā)揮功能的擋風(fēng)玻璃102反射影像光b，由此使駕駛員d(觀察者)視覺(jué)辨認(rèn)虛像i。

合成器是具有將作為背景的第二圖像與從平視顯示器101出射的影像光b所產(chǎn)生的第一圖像重疊的作用的半透射型光學(xué)元件。在該情況下，第二圖像是從駕駛員d透過(guò)擋風(fēng)玻璃102看到的前方的景色。來(lái)自平視顯示器101的影像光b所產(chǎn)生的虛像i在擋風(fēng)玻璃102上與該前方的景色重疊，駕駛員d能夠視覺(jué)辨認(rèn)重疊后的影像。

在本實(shí)施方式中，合成器為車輛100的擋風(fēng)玻璃，但也可以是與擋風(fēng)玻璃獨(dú)立配置的半反射鏡等。

[1-2.hud結(jié)構(gòu)]

圖2是從車輛的側(cè)方觀察實(shí)施方式1的平視顯示器101而得到的示意圖。平視顯示器101包括：投影儀(第一光學(xué)系統(tǒng))200，其生成第一圖像；以及hud光學(xué)系統(tǒng)(第二光學(xué)系統(tǒng))300，其將第一圖像作為虛像顯示。

投影儀200是led或者以激光為光源的投射型影像顯示裝置，是出射影像光b的影像光出射裝置的一例。作為影像光出射裝置，除此之外還可以使用液晶顯示裝置(liquidcrystaldisplay)、熒光顯像管。

hud光學(xué)系統(tǒng)300具有配置于hud收容殼體400的開口部401附近的反射型偏振片301、作為相位差板的1/4波長(zhǎng)板302、以及凹面鏡303。

反射型偏振片301具有固有的偏振軸，是使與偏振軸平行的直線偏振光成分透過(guò)且使與偏振軸垂直的直線偏振光成分反射的光學(xué)元件，例如使用線柵膜等。該反射型偏振片301是第一光學(xué)元件的一例，在本實(shí)施方式中形成為平面形狀。反射型偏振片301相對(duì)于凹面鏡303的光軸偏心配置，并且相對(duì)于從投影儀200出射的s偏振光的影像光b的出射面傾斜配置。

1/4波長(zhǎng)板302是使處于彼此垂直的關(guān)系的兩個(gè)偏振光成分的相位錯(cuò)開的相位差板，以慢軸相對(duì)于反射型偏振片301的偏振軸傾斜45度的方式配備。1/4波長(zhǎng)板302具有覆蓋從投影儀200出射的影像光的波長(zhǎng)區(qū)域的寬頻帶的特性。該1/4波長(zhǎng)板302是第三光學(xué)元件的一例。

凹面鏡303是具有正光焦度的反射型光學(xué)元件，例如是不具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的自由曲面形狀。該凹面鏡303是第二光學(xué)元件的一例。需要說(shuō)明的是，1/4波長(zhǎng)板302和反射型偏振片301為了容易掌握構(gòu)造而以平面形狀的構(gòu)件進(jìn)行說(shuō)明，但不限定于此，能夠采取任意的形狀。另外，1/4波長(zhǎng)板302也可以形成為具備粘合面的膜并粘貼于凹面鏡303而一體地構(gòu)成。

圖3是用于說(shuō)明投影儀200、反射型偏振片301以及凹面鏡303的優(yōu)選的位置關(guān)系的圖。

以如下的入射光與反射光所成的角θ滿足下述(數(shù)1)式的方式配置凹面鏡303，所述入射光是位于從投影儀200出射的影像光的中心的主光線被反射型偏振片301反射并入射至凹面鏡303的光，所述反射光是該入射光被凹面鏡303反射后的光。

[數(shù)1]

在此，

y：影像短軸方向長(zhǎng)度(≈y1)(參照?qǐng)D4)；

l：反射型偏振片301與凹面鏡303的面間隔；

從投影儀200出射的影像光b的光軸與反射型偏振片301所成的角。

通過(guò)以成為上述那樣的關(guān)系的方式配置凹面鏡303，能夠減小hud的容積。

[1-3.動(dòng)作]

使用圖5來(lái)說(shuō)明實(shí)施方式1的hud光學(xué)系統(tǒng)300的動(dòng)作。

圖5是按照發(fā)展順序示出平視顯示器101中的影像光b的偏振狀態(tài)的變遷的圖。

以下，為了便于說(shuō)明，將透過(guò)反射型偏振片301的方向設(shè)為p方向，將反射的方向設(shè)為s方向，將沿著這些方向振動(dòng)的直線偏振光分別稱作p偏振光、s偏振光。另外，將p偏振光通過(guò)1/4波長(zhǎng)板302而轉(zhuǎn)換后的偏振狀態(tài)稱作左旋圓偏振光，將s偏振光通過(guò)1/4波長(zhǎng)板302而轉(zhuǎn)換后的偏振狀態(tài)稱作右旋圓偏振光。在其他實(shí)施方式中也是同樣。

從投影儀200出射的影像光b具有s偏振光，因此由反射型偏振片301反射并向1/4波長(zhǎng)板302入射。影像光b由1/4波長(zhǎng)板302將其相位旋轉(zhuǎn)90度而成為右旋圓偏振光，然后在凹面鏡303上反射時(shí)旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)而成為左旋圓偏振光，再次向1/4波長(zhǎng)板302入射。左旋圓偏振光的影像光b被1/4波長(zhǎng)板302轉(zhuǎn)換為p偏振光并向反射型偏振片301入射，因此透過(guò)反射型偏振片301并向擋風(fēng)玻璃102入射。

這樣，從投影儀200出射的s偏振光的影像光b通過(guò)往復(fù)透過(guò)1/4波長(zhǎng)板302而轉(zhuǎn)換為p偏振光的影像光b。

從平視顯示器101入射至擋風(fēng)玻璃102的影像光b被朝向駕駛員d反射，駕駛員d作為虛像i而視覺(jué)辨認(rèn)該影像。

[1-4.效果]

根據(jù)本實(shí)施方式，影像光在反射型偏振片301與凹面鏡303之間的空間往復(fù)，因此能夠確保充分的光路長(zhǎng)度，能夠使hud小型。另外，將凹面鏡303朝觀察者即駕駛員d的方向傾斜的角度得到緩和，因此能夠減小hud光學(xué)系統(tǒng)300的鉛垂方向尺寸。而且，在光學(xué)性能方面，也能夠減少由偏心引起的扭曲、像散這樣的像差而提高畫質(zhì)。反射型偏振片301配置于開口部401的正下方，因此入射至平視顯示器101的來(lái)自外部的光的大約一半被反射。因此，不容易看到內(nèi)部構(gòu)造，另外能夠使投影儀200在太陽(yáng)光下的暴露減半而延長(zhǎng)裝置壽命。

[實(shí)施方式1的變形例1]

圖6是表示實(shí)施方式1的變形例1的平視顯示器111的結(jié)構(gòu)的示意圖。在平視顯示器111中，相對(duì)于平視顯示器101，如圖6所示那樣在來(lái)自投影儀200的影像光b的出射面附近配置有凸透鏡201。通過(guò)配置凸透鏡201，由此光學(xué)面增加而設(shè)計(jì)自由度增加，具體而言能夠調(diào)整投影儀200的投射圖像的尺寸。凸透鏡201是折射光學(xué)元件的一例。

[實(shí)施方式1的變形例2]

圖7是表示實(shí)施方式1的變形例2的平視顯示器121的結(jié)構(gòu)的示意圖。平視顯示器101(hud光學(xué)系統(tǒng)300)的反射型偏振片301為平面形狀，但平視顯示器121(hud光學(xué)系統(tǒng)320)的反射型偏振片321如圖7所示那樣構(gòu)成為在開口部401側(cè)具有凹面的圓筒形狀。通過(guò)像這樣將反射型偏振片321構(gòu)成為圓筒形狀，能夠避免太陽(yáng)光等外界光被反射型偏振片321反射而到達(dá)駕駛員d。

(實(shí)施方式2)

以下，使用圖8來(lái)說(shuō)明實(shí)施方式2的平視顯示器131。圖8是表示實(shí)施方式2的平視顯示器131的結(jié)構(gòu)的示意圖。平視顯示器131出射影像光b并由作為合成器發(fā)揮功能的擋風(fēng)玻璃102反射而使駕駛員d視覺(jué)辨認(rèn)虛像i，這點(diǎn)與實(shí)施方式1所說(shuō)明的平視顯示器101相同，平視顯示器131的hud光學(xué)系統(tǒng)330的結(jié)構(gòu)不同。在本實(shí)施方式中，在hud光學(xué)系統(tǒng)330的結(jié)構(gòu)中，主以與實(shí)施方式1不同的點(diǎn)為中心進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)與實(shí)施方式1相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。

[2-1.hud的結(jié)構(gòu)]

平視顯示器131如圖8所示具有第一1/4波長(zhǎng)板302a以及第二1/4波長(zhǎng)板302b而代替實(shí)施方式1所說(shuō)明的1/4波長(zhǎng)板302。第一1/4波長(zhǎng)板302a與反射型偏振片301接近并大致平行地配置，第二1/4波長(zhǎng)板302b配置于投影儀200的出射面?zhèn)?。?lái)自投影儀200的影像光b透過(guò)第二1/4波長(zhǎng)板302b以及第一1/4波長(zhǎng)板302a而被引導(dǎo)至反射型偏振片301。在實(shí)施方式2中，第一1/4波長(zhǎng)板302a具有與在實(shí)施方式1中說(shuō)明的1/4波長(zhǎng)板302同樣的特性，但在hud光學(xué)系統(tǒng)中的配置與1/4波長(zhǎng)板302不同。第二1/4波長(zhǎng)板302b是偏振光調(diào)整元件的一例。

[2-2.動(dòng)作]

說(shuō)明實(shí)施方式2中的hud光學(xué)系統(tǒng)330的動(dòng)作。從投影儀200出射的s偏振光的影像光b當(dāng)透過(guò)第二1/4波長(zhǎng)板302b時(shí)被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光。被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光的影像光b當(dāng)透過(guò)第一1/4波長(zhǎng)板302a時(shí)被轉(zhuǎn)換為s偏振光。

被轉(zhuǎn)換為s偏振光的影像光b由相對(duì)于從投影儀200出射的影像光b的出射面傾斜配置的反射型偏振片301反射之后，再次向第一1/4波長(zhǎng)板302a入射。由反射型偏振片301反射后的s偏振光的影像光b通過(guò)透過(guò)第一1/4波長(zhǎng)板302a而被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光，并向凹面鏡303入射。入射至凹面鏡303的右旋圓偏振光的影像光被反射而成為左旋圓偏振光之后，再次向第一1/4波長(zhǎng)板302a入射。入射至第一1/4波長(zhǎng)板302a的左旋圓偏振光的影像光b被轉(zhuǎn)換為p偏振光并向反射型偏振片301入射。入射至反射型偏振片301的p偏振光的影像光b透過(guò)反射型偏振片301并向擋風(fēng)玻璃102入射。這樣，影像光三次透過(guò)第一1/4波長(zhǎng)板302a。

如上所述，在hud光學(xué)系統(tǒng)330中，作為第二1/4波長(zhǎng)板302b，使用將s偏振光轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光的偏振光調(diào)整元件，但也可以從投影儀200出射p偏振光的影像光，并作為第二1/4波長(zhǎng)板302b使用將p偏振光轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光的偏振光調(diào)整元件。

由此，從平視顯示器131入射至擋風(fēng)玻璃102的影像光b被朝向駕駛員d反射，駕駛員d能夠作為虛像i而視覺(jué)辨認(rèn)該影像。

[2-3.效果]

根據(jù)本實(shí)施方式，第一1/4波長(zhǎng)板302a重疊配置于反射型偏振片301的附近，因此保持構(gòu)造被簡(jiǎn)化，能夠降低保持構(gòu)造所花費(fèi)的成本。

(實(shí)施方式3)

以下，使用圖9來(lái)說(shuō)明實(shí)施方式3的平視顯示器141。圖9是表示實(shí)施方式3的平視顯示器141的結(jié)構(gòu)的示意圖。平視顯示器131出射影像光b并由作為合成器發(fā)揮功能的擋風(fēng)玻璃102反射而使駕駛員d視覺(jué)辨認(rèn)虛像i，這點(diǎn)與在實(shí)施方式1中說(shuō)明的平視顯示器101相同，平視顯示器141的hud光學(xué)系統(tǒng)340的結(jié)構(gòu)不同。在本實(shí)施方式中，在hud光學(xué)系統(tǒng)340的結(jié)構(gòu)中，主要以與實(shí)施方式1不同的點(diǎn)為中心進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)與實(shí)施方式1相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。

[3-1.hud結(jié)構(gòu)]

與實(shí)施方式1不同的點(diǎn)是在反射型偏振片301與擋風(fēng)玻璃102之間配置有第二相位差板304這點(diǎn)。該第二相位差板304是第四光學(xué)元件的一例。

該第二相位差板304例如可以使用1/4波長(zhǎng)板或1/2波長(zhǎng)板。

[3-2.動(dòng)作]

說(shuō)明將1/4波長(zhǎng)板用作第二相位差板304的情況。

從投影儀出射的影像光b是s偏振光。影像光b由相對(duì)于從投影儀200出射的影像光b的出射方向傾斜配置的反射型偏振片301反射并向1/4波長(zhǎng)板302入射。

入射至1/4波長(zhǎng)板302的s偏振光的影像光被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光并向凹面鏡303入射。入射至凹面鏡303的右旋圓偏振光的影像光被反射而成為左旋圓偏振光之后，再次向1/4波長(zhǎng)板302入射。入射至1/4波長(zhǎng)板302的左旋圓偏振光的影像光被轉(zhuǎn)換為p偏振光并向反射型偏振片301入射。入射至反射型偏振片301的p偏振光的影像光透過(guò)反射型偏振片301而向第二相位差板(1/4波長(zhǎng)板)304入射。

入射至第二相位差板304(1/4波長(zhǎng)板)的影像光被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光并向擋風(fēng)玻璃102入射。

由此，從平視顯示器141入射至擋風(fēng)玻璃102的左旋圓偏振光的影像光被朝向駕駛員d反射，駕駛員d能夠作為虛像而視覺(jué)辨認(rèn)該影像。

[3-3.效果]

在像這樣向駕駛員d反射圓偏振光的影像光的情況下，駕駛員d即便帶著偏振光太陽(yáng)鏡，也不會(huì)妨礙影像的觀賞。

[實(shí)施方式3的變形例]

作為第二相位差板304，說(shuō)明使用1/2波長(zhǎng)板而代替1/4波長(zhǎng)板的情況。第二相位差板304(1/2波長(zhǎng)板)通過(guò)相對(duì)于反射型偏振片301調(diào)整慢軸的方向，能夠使透過(guò)反射型偏振片301后的p偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)。即，第二相位差板304(1/2波長(zhǎng)板)將具有p偏振光的偏振方向的光的一部分轉(zhuǎn)換為s偏振光。

由此，即使在從平視顯示器141入射至擋風(fēng)玻璃102的影像光的入射角接近布魯斯特角的情況下，也能夠在擋風(fēng)玻璃102上得到良好的反射率。

(實(shí)施方式4)

[4-1.hud結(jié)構(gòu)]

圖10是表示實(shí)施方式4的平視顯示器151的結(jié)構(gòu)的示意圖。與實(shí)施方式1的平視顯示器101不同的點(diǎn)是平視顯示器151的hud光學(xué)系統(tǒng)350具有百葉窗光學(xué)元件305這點(diǎn)。百葉窗光學(xué)元件305配置于反射型偏振片301與擋風(fēng)玻璃102之間。百葉窗光學(xué)元件305是第五光學(xué)元件的一例。

將百葉窗光學(xué)元件305的構(gòu)造表示在圖11中。百葉窗光學(xué)元件305具有在內(nèi)部大致平行地排列有被稱作百葉窗的遮光部306的構(gòu)造，且具有使與遮光部306平行地行進(jìn)的光透過(guò)并對(duì)沿著除此之外的方向行進(jìn)的光進(jìn)行吸收的功能。百葉窗光學(xué)元件305構(gòu)成為，遮光部306的角度與透過(guò)百葉窗光學(xué)元件305的內(nèi)部的影像光b平行。作為百葉窗光學(xué)元件305，例如可以將百葉窗膜如圖10所示那樣保持為在開口部401側(cè)具有凹面的圓筒形狀并使用。

[4-2.動(dòng)作]

說(shuō)明配置有百葉窗光學(xué)元件305的平視顯示器151。透過(guò)反射型偏振片301的影像光b如圖11所示以入射角度θ1入射至百葉窗光學(xué)元件305，因百葉窗光學(xué)元件305與空氣的折射率差而以角度θ2透過(guò)百葉窗光學(xué)元件305的內(nèi)部。角度θ2與百葉窗的傾斜角θ3相等，因此影像光在百葉窗光學(xué)元件305內(nèi)部不被吸收而被向擋風(fēng)玻璃102引導(dǎo)。

由此，從平視顯示器151入射至擋風(fēng)玻璃102的p偏振光的影像光b被朝向駕駛員d反射，駕駛員d能夠作為虛像i而視覺(jué)辨認(rèn)該影像。

另一方面，自外部入射至平視顯示器151的外界光b2在向百葉窗光學(xué)元件305入射時(shí)，被分為表面上的反射光b3和向內(nèi)部透射的透射光b4。反射光b3借助百葉窗光學(xué)元件305的圓筒形狀而向不被駕駛員d視覺(jué)辨認(rèn)的方向反射。透射光b4在百葉窗光學(xué)元件305的內(nèi)部以與遮光部306的角度θ3不同的角度行進(jìn)，因此被遮光部306吸收。

[4-3.效果]

通過(guò)像這樣追加百葉窗光學(xué)元件305，能夠防止太陽(yáng)光等外界光被駕駛員視覺(jué)辨認(rèn)，提高影像光的視覺(jué)辨認(rèn)性。

以上，作為在本申請(qǐng)中公開的技術(shù)的例示而說(shuō)明了實(shí)施方式。然而，本公開的技術(shù)不限定于此，也能夠應(yīng)用于進(jìn)行了變更、置換、附加、省略等的實(shí)施方式。另外，也可以通過(guò)組合在上述實(shí)施方式中說(shuō)明的各構(gòu)成要素而形成新的實(shí)施方式。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本公開能夠應(yīng)用于搭載于自家用車等車輛的平視顯示器。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

100車輛；

101、111、121、131、141、151平視顯示器；

102擋風(fēng)玻璃；

103儀表板；

200投影儀；

201凸透鏡；

300、320、330、340、350hud光學(xué)系統(tǒng)；

301、321反射型偏振片；

302、302a、302b1/4波長(zhǎng)板；

303凹面鏡；

304第二相位差板；

305百葉窗光學(xué)元件；

306遮光部；

400hud收容殼體；

401開口部。