平视显示装置

技术领域

本发明涉及一种平视显示装置。

背景技术

例如，专利文献1所记载的平视显示装置具有：投影单元，其投影出显示图像的投影光；反射型屏幕，其漫射反射投影光；凹面镜，其将由反射型屏幕漫射反射投影光后的光、即图像光，向投影部件放大并反射；以及凹面镜马达，其使凹面镜转动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第6693474号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述专利文献1所记载的结构中，伴随凹面镜的转动，凹面镜的反射面中的作为使用区域的光反射区域移动。反射面的尺寸设定为包含伴随凹面镜的转动而移动的光反射区域的所有范围。因此，使凹面镜、进而平视显示装置大型化。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种能够实现小型化的平视显示装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明的第1观点所涉及的平视显示装置通过向被投影部件投影显示光来显示虚像，其中，具有：显示部，其发射所述显示光；镜，其具有将所述显示光向所述被投影部件反射的反射面；以及驱动机构，其以所述显示光相对于所述被投影部件的照射位置变化的方式使所述镜以旋转轴为中心在多个旋转位置之间旋转，当所述镜位于所述各旋转位置时，所述反射面中的反射所述显示光的显示光反射区域以大致一致的方式设定。

为了实现上述目的，本发明的第2观点所涉及的平视显示装置通过向被投影部件投影显示光来将虚像显示于虚像显示区域内，其中，具有：显示部，其发射所述显示光；镜，其具有将所述显示光向所述被投影部件反射的反射面；以及驱动机构，其以所述显示光相对于所述被投影部件的照射位置变化的方式使所述镜以旋转轴为中心在多个旋转位置之间旋转，所述显示光中的与所述虚像显示区域的中心位置对应的光线从所述反射面中的反射所述显示光的显示光反射区域内的显示图像中心位置通过，当所述镜位于所述各旋转位置时，所述显示光反射区域的偏移量设定得比所述显示图像中心位置的位置偏移量小。

发明效果

根据本发明，在平视显示装置中，能够实现小型化。

附图的简单说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的车辆的概要图。

图2是本发明的一实施方式所涉及的第2反射镜位于中视点用旋转角度时的平视显示装置的概要图。

图3是本发明的一实施方式所涉及的第2反射镜位于低视点用旋转角度时的平视显示装置的概要图。

图4是本发明的一实施方式所涉及的第2反射镜位于高视点用旋转角度时的平视显示装置的概要图。

图5是比较例所涉及的显示光反射区域和显示图像中心位置的概要图。

图6是本发明的一实施方式所涉及的显示光反射区域和显示图像中心位置的概要图。

图7是表示本发明的一实施方式和比较例所涉及的显示光反射区域和显示图像中心位置的示意图。

图8是表示本发明的一实施方式和比较例所涉及的显示光反射区域和显示图像中心位置的图。

图9是表示比较例所涉及的平视显示装置的光路的概要图。

图10是表示比较例所涉及的显示光反射区域和显示图像中心位置的示意图。

具体实施方式

参照附图来说明本发明所涉及的平视显示装置的一实施方式。

如图1所示，平视显示装置100搭载于车辆200的前围板。平视显示装置100向作为被投影部件的挡风玻璃201投影显示光L。由此，以能够视觉观察的方式将包含车辆信息的虚像V显示给视点位于眼动范围EB内的视觉观察者1(例如，车辆200的驾驶员)。虚像V显示于虚拟地位于车外的虚像显示区域K内。挡风玻璃201以向车外侧鼓出的方式弯曲，设置为随着靠向车辆200的前方而高度变低的姿态。

如图2所示，平视显示装置100具有第1反射镜11、第2反射镜12、显示部20、壳体30、驱动机构40和控制部50。

壳体30由遮光性的树脂或金属形成箱状。在壳体30内收容有第1反射镜11、第2反射镜12及显示部20。壳体30具有将由壳体30的内部空间生成的显示光L向挡风玻璃201透过的由透光性部件构成的窗部31。

显示部20具有发射显示图像的显示光L的光发射面21。显示部20可以为具有液晶面板和照明装置的类型，也可以为具有DMD(Digital Micro mirror Device：数字微镜器件)元件等反射型显示元件的类型。对显示于光发射面21的图像实施变形校正，对视觉观察者1进行视觉观察的虚像V的变形进行校正。

如图2所示，第1反射镜11将从显示部20发射出的显示光L向第2反射镜12反射。第1反射镜11为平面镜。

此外，第1反射镜11不限于平面镜，也可以为凹面镜。第1反射镜11的反射面11a朝向车辆的前方下侧。

如图2所示，第2反射镜12为沿车辆的高度方向和宽度方向弯曲的凹面镜。第2反射镜12将从第1反射镜11反射出的显示光L向挡风玻璃201反射。第2反射镜12的形成凹状曲面的反射面12a朝向车辆的后方上侧。反射面12a的纵向(高度方向)的长度设定为约80mm，例如80.2mm。第2反射镜12具有与第1反射镜11协同地抑制由于通过挡风玻璃201的反射而引起的虚像的变形的功能。

第2反射镜12在壳体30内支承为能够以沿车辆200的宽度方向延伸的旋转轴Ax为中心旋转。

驱动机构40在控制部50的控制下，以显示光L相对于挡风玻璃201的照射高度变化的方式使第2反射镜12以旋转轴Ax为中心转动。驱动机构40具有马达(省略图示)和将马达的旋转运动转换为直线运动的转换机构(省略图示)。该转换机构通过将转换后的直线运动传递给第2反射镜12，使第2反射镜12以旋转轴Ax为中心旋转。

第2反射镜12通过驱动机构40被设定为高视点用旋转位置PT(参照图4)、中视点用旋转位置PN(参照图2)、低视点用旋转位置PS(参照图3)中的任一旋转角度。

当第2反射镜12位于高视点用旋转位置PT(参照图4)时反射面12a朝向车辆后方。当第2反射镜12位于低视点用旋转位置PS(参照图3)时反射面12a朝向车辆上方。中视点用旋转位置PN(参照图2)设定为高视点用旋转位置PT(参照图4)和低视点用旋转位置PS(参照图3)的中间角度。

当第2反射镜12位于高视点用旋转位置PT(参照图4)时，与第2反射镜12位于中视点用旋转位置PN(参照图2)和低视点用旋转位置PS(参照图3)时相比，显示光L照射到挡风玻璃201的高位置。由此，眼动范围EB被设定为高位置P1。

当第2反射镜12位于低视点用旋转位置PS时，与第2反射镜12位于中视点用旋转位置PN和高视点用旋转位置PT时相比，显示光L照射到挡风玻璃201的低位置。由此，眼动范围EB被设定为低位置P2。另外，当第2反射镜12位于中视点用旋转位置PN时，眼动范围EB被设定为高位置P1与低位置P2之间的中位置P3。

控制部50例如由微型计算机构成，根据来自未图示的车载ECU(ElectronicControl Unit：电子控制单元)的信息，对驱动机构40和显示部20进行控制。控制部50根据检测由视觉观察者1进行的开关(省略图示)的操作或视觉观察者1的视点位置的检测部(省略图示)，将第2反射镜12设定为高视点用旋转位置PT、中视点用旋转位置PN、低视点用旋转位置PS中的任一旋转角度(旋转位置)。

接着，参照图7和图8，对与各旋转位置PT、PN、PS对应的、设定于反射面12a的显示光反射区域NE、SE、TE及显示图像中心位置GrN、GrS、GrT进行说明。

显示光反射区域NE、SE、TE是反射面12a中的照射显示光的使用区域。显示光反射区域NE是第2反射镜12位于中视点用旋转位置PN(参照图2)时的区域。显示光反射区域SE是第2反射镜12位于低视点用旋转位置PS(参照图3)时的区域。显示光反射区域TE是第2反射镜12位于高视点用旋转位置PT(参照图4)时的区域。

在本实施方式中，各旋转位置PT、PN、PS的显示光反射区域NE、SE、TE以大致一致的方式设定。

显示图像中心位置GrN、GrS、GrT是通过沿着与虚像显示区域K(参照图2)的中心位置对应的显示光L的光线而到达反射面12a的位置。显示图像中心位置GrN、GrS、GrT由于各种原因，不一定与显示光反射区域NE、SE、TE的面积的中心位置一致。各种原因是指，例如可列举出对显示于光发射面21的图像实施变形校正的原因、由于反射面12a的倾斜而根据反射面12a的位置到挡风玻璃201为止的距离不同的原因等。显示图像中心位置GrN位于当第2反射镜12位于中视点用旋转位置PN时的显示光反射区域NE内。显示图像中心位置GrS位于当第2反射镜12位于低视点用旋转位置PS时的显示光反射区域SE内，比显示图像中心位置GrN向上方偏移。显示图像中心位置GrT当第2反射镜12位于高视点用旋转位置PT时的显示光反射区域TE内，比显示图像中心位置GrN向下方偏移。

如图6所示，在本实施方式中，2个显示图像中心位置GrN、GrT间的Y方向上的距离ΔG设定得比2个显示光反射区域NE、TE的Y方向上的偏移量YmaxE、YminE大。另外，如图7所示，2个显示图像中心位置GrN、GrS间的Y方向上的距离设定得比2个显示光反射区域NE、SE的Y方向上的偏移量大。

X方向沿着反射面12a的长边方向和车辆的宽度方向，Y方向沿着反射面12a的短边方向和车辆的高度方向。XY坐标的原点位于反射面12a的中央。

偏移量YmaxE通过由位于显示光反射区域TE的上端的最大值YTmax减去位于显示光反射区域NE的上端的最大值YNmax而求得。偏移量YminE通过由位于显示光反射区域TE的下端的最大值YTmin减去位于显示光反射区域NE的下端的最大值YNmin而求得。在此，以显示光反射区域NE的Y方向上的中央为原点，从原点向上方为正的值，从原点向下方为负的值。在该情况下，优选以成立下述式的方式设定偏移量YmaxE和偏移量YminE之和。

-0.5mm＜YmaxE+YminE＜0.5mm如图6的例所示，显示光反射区域TE的Y方向上的长度比显示光反射区域NE的Y方向上的长度长，并且在Y方向上以显示光反射区域NE位于显示光反射区域TE内的方式设置，在该情况下，偏移量YmaxE为正的值，偏移量YminE为负的值，因此如果这些值的绝对值为同一值，则“YmaxE+YminE”为零，满足上述式。

接着，与比较例进行对比来说明显示光反射区域NE、SE、TE和显示图像中心位置GrN、GrS、GrT的设定方法。

在比较例中，如图9所示，与以第2反射镜12的旋转轴Ax为中心的旋转位置无关地设计为，连结眼动范围EB的中心位置与虚像显示区域K的中心位置的线段从交点W通过。由此，如图5和图10所示，在比较例中，显示图像中心位置GrN’、GrS’、GrT’在反射面12a上大致一致。换言之，以显示图像中心位置GrN’、GrS’、GrT’在反射面12a上大致一致的方式，设定每个旋转位置PT、PN、PS的第2反射镜12的旋转角度。该大致一致设定为包括根据挡风玻璃201的形状等的显示图像中心位置GrN’、GrS’、GrT’的位置偏移的范围。这样，当设定显示图像中心位置GrN’、GrS’、GrT’时，由于旋转位置PT、PN、PS间的第2反射镜12的旋转，使显示光反射区域NE’、SE’、TE’的位置偏移量变大。由此，在比较例中，如图10所示，使合并了位置偏移后的显示光反射区域NE’、SE’、TE’的合并区域GE’的尺寸变大，反射面12a的尺寸大型化。

另一方面，在本实施方式中，如图7所示，允许显示图像中心位置GrN、GrS、GrT的位置偏移，以显示光反射区域NE、SE、TE大致一致的方式设定第2反射镜12的旋转角度，换言之，以使合并显示光反射区域NE、SE、TE后的合并区域GE变小的方式设定第2反射镜12的旋转角度。

以下，对使显示光反射区域NE、SE、TE大致一致的第2反射镜12的旋转角度的设定方法进行说明。该设定方法例如利用与平视显示装置100不同的作为计算机的处理部执行的模拟结果来进行。

处理部一边通过模拟使第2反射镜12旋转，一边寻找满足以下的条件式的第2反射镜12的旋转角度。

YmaxE+YminE＝0在上述条件式中，显示光反射区域SE、TE相对于作为基准的显示光反射区域NE的偏移量YmaxE、YminE(参照图6)通过下式计算得出。

YmaxE＝YTmax-YNmax YminE＝YTmin-YNmin

以下，在该设定方法中，具体地说明以与显示光反射区域NE一致的方式设定显示光反射区域TE的方法。

处理部首先取得当第2反射镜12位于中视点用旋转位置PN时的显示光反射区域NE的最大值YNmax和最小值YNmin。在本例中，使显示光反射区域NE为基准。

然后，处理部一边使第2反射镜12从高视点用旋转位置PT的初始值在允许范围内向正负的任一方向旋转，一边计算出显示光反射区域TE的最大值YTmax和最小值YTmin，寻找满足上述条件式的第2反射镜12的旋转角度。该允许范围设定为作为高视点用旋转位置PT允许的角度范围。当处理部找到满足上述条件式的第2反射镜12的旋转角度时，将该旋转角度设定为高视点用旋转位置PT。由此，完成显示光反射区域TE的设定。

此外，处理部可以当在上述允许范围内到不到满足上述条件式的第2反射镜12的旋转角度时，将“YmaxE+YminE”比-0.5mm大且比0.5mm小的范围内的第2反射镜12的旋转角度设定为高视点用旋转位置PT。

通过满足上述条件式，如图6所示，使偏移量YmaxE、YminE分别的绝对值相等，显示光反射区域NE、TE在高度方向(Y方向)上对称。另外，虽然显示光反射区域NE、TE的显示图像中心位置GrN、GrT相互在高度方向上偏移，但是显示光反射区域NE、TE的中心位置大致一致。在本例中，显示光反射区域NE、TE的显示图像中心位置GrN、GrT间的距离ΔG设定得比偏移量YmaxE、YminE大。

处理部在设定显示光反射区域TE后，与显示光反射区域TE同样地，以与显示光反射区域NE一致的方式进行显示光反射区域SE的设定。即，使第2反射镜12旋转，找到满足上述条件式的低视点用旋转位置PS，对低视点用旋转位置PS进行设定。以上，完成各旋转位置PT、PN、PS及各显示光反射区域NE、SE、TE的设定。

此外，在上述的设定方法中，通过模拟来进行，但不限于此，可以通过实验进行。

在比较例中，如图10所示，由于显示光反射区域NE’、SE’、TE’彼此在高度方向上偏移，因此显示光反射区域NE’、SE’、TE’的合并区域GE’大。另一方面，在本实施方式中，如图7所示，显示光反射区域NE、SE、TE的偏移小，显示光反射区域NE、SE、TE的合并区域GE小。由此，在本实施方式中，能够省略显示光反射区域NE、SE、TE的合并区域GE以外的区域，能够实现第2反射镜12的小型化。

此外，在图5～7、图10中，示意地图示出显示光反射区域NE、SE、TE、NE’、SE’、TE’，在图8中，更详细地图示出显示光反射区域NE、SE、TE、NE’、SE’、TE’。

(效果)

以上，根据所说明的一实施方式，实现以下的效果。

(1)平视显示装置100通过向作为被投影部件的一例的挡风玻璃201投影显示光L来显示虚像V。平视显示装置100具有：显示部20，其发射显示光L；作为镜的一例的第2反射镜12，其具有将显示光L向挡风玻璃201反射的反射面12a；以及驱动机构40，其以显示光L相对于挡风玻璃201的照射位置沿高度方向变化的方式使第2反射镜12以旋转轴Ax为中心在多个旋转位置(高视点用旋转位置PT、中视点用旋转位置PN、低视点用旋转位置PS)之间旋转。当第2反射镜12位于各旋转位置PT、PN、PS时，反射面12a中的反射显示光L的显示光反射区域NE、SE、TE以大致一致的方式设定。

根据该结构，能够减小反射面12a的尺寸。由此，能够实现第2反射镜12、进而平视显示装置100的小型化。

(2)平视显示装置100通过向挡风玻璃201投影显示光L来将虚像V显示于虚像显示区域K内。平视显示装置100具有：显示部20，其发射显示光L；第2反射镜12，其具有将显示光L向挡风玻璃201反射的反射面12a；以及驱动机构40，其以显示光L相对于挡风玻璃201的照射位置沿高度方向变化的方式使第2反射镜12以旋转轴Ax为中心在多个旋转位置(高视点用旋转位置PT、中视点用旋转位置PN、低视点用旋转位置PS)之间旋转。显示光L中的与虚像显示区域K的中心位置对应的光线(Gutray：中心光学)从反射面12a中的反射显示光L的显示光反射区域NE、SE、TE内的显示图像中心位置GrN、GrS、GrT通过。当第2反射镜12位于各旋转位置PT、PN、PS时，显示光反射区域NE、SE、TE的偏移量YmaxE、YminE设定得比显示图像中心位置GrN、GrS、GrT的偏移量(距离ΔG)小。

根据该结构，能够减小反射面12a的尺寸。由此，能够实现第2反射镜12、进而平视显示装置100的小型化。

(3)设定当第2反射镜12位于作为第1旋转位置的一例的中视点用旋转位置PN时距离位于显示光反射区域NE的高度方向(Y方向)上的中央的原点的两端位置为作为第1最大值的一例的最大值YNmax和作为第1最小值的一例的最小值YNmin，设定当第2反射镜12位于作为第2旋转位置的一例的高视点用旋转位置PT时距离显示光反射区域TE的高度方向上的原点的两端位置为作为第2最大值的一例的最大值YTmax和作为第2最小值的一例的最小值Ytmin，此时，由最大值YTmax减去最大值YNmax而得到的作为第1偏移量的一例的偏移量YmaxE与由最小值YTmin减去最小值YNmin而得到的作为第2偏移量的一例的偏移量YminE相加而得到的值设定为比-0.5mm大且比0.5mm小的范围。

根据该结构，能够使显示光反射区域NE、TE在高度方向(Y方向)上对称，能够实现第2反射镜12、进而平视显示装置100的小型化。

此外，本发明不受以上的实施方式和附图的限定。在不改变本发明的主旨的范围内，能够适当地实施变更(也包括结构要素的删除)。以下，说明变形的一例。

(变形例)

在上述实施方式中，显示光反射区域NE、TE的显示图像中心位置GrN、GrT间的距离ΔG设定得比偏移量YmaxE、YminE大，但不限于此，也可以设定得比偏移量YmaxE、YminE小。

可以省略上述实施方式中的第1反射镜11。在该情况下，来自显示部20的显示光L直接投影到第2反射镜12的反射面12a。

在上述实施方式中，“YmaxE+YminE”设定在比-0.5mm大且比0.5mm小的范围，但也可以在该范围以外。

在上述实施方式中，以显示光反射区域NE为基准来设定显示光反射区域TE、SE，但不限于此，也可以以显示光反射区域TE、SE中的任一方为基准。

在上述实施方式中，平视显示装置100被车载，但不限于此，也可以将其搭载于飞机、船等交通工具。另外，被投影部件不限于挡风玻璃201，可以为专用的组合器。

符号说明

1：视觉观察者；11：第1反射镜；11a、12a：反射面；12：第2反射镜；20：显示部；21：光发射面；30：壳体；31：窗部；40：驱动机构；50：控制部；100：平视显示装置；200：车辆；201：挡风玻璃；K：虚像显示区域；L：显示光；EB：眼动范围；P1：高位置；P2：低位置；P3：中位置；GE’、GE：合并区域；V：虚像；W：交点；NE、NE’、SE、SE’、TE、TE’：显示光反射区域；PN：中视点用旋转位置；PS：低视点用旋转位置；PT：高视点用旋转位置；Ax：旋转轴；GrN、GrN’、GrS、GrS’、GrT、GrT’：显示图像中心位置；YminE、YmaxE：偏移量。