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虚像显示装置实用新型专利

更新时间:2024-07-01
虚像显示装置实用新型专利 专利申请类型:实用新型专利;
源自:日本高价值专利检索信息库;

专利名称:虚像显示装置

专利类型:实用新型专利

专利申请号:CN202080048119.X

专利申请(专利权)人:株式会社电装
权利人地址:日本爱知县

专利发明(设计)人:安藤浩,恩田一寿,沟渕裕次郎

专利摘要:虚像显示装置,通过将图像的显示光朝向投影部(3a)投影,将该图像可目视地进行虚像显示。虚像显示装置具备:显示器(20),发出显示光;以及衍射反射元件(31),将从显示器发出的显示光通过衍射而反射。衍射反射元件形成为沿着水平面的板状,并且将入射的显示光朝向配置在上方的投影部出射。衍射反射元件设定为,关于显示光,使得向衍射反射元件入射的入射角比从该衍射反射元件出射的出射角大。

主权利要求:
1.一种虚像显示装置,以搭载于车辆(1)的方式构成,通过将图像的显示光朝向投影部(3a)投影,将上述图像可目视地进行虚像显示,其特征在于,具备:
显示器(20、320),发出上述显示光;以及
水平配置衍射反射元件(31),是将从上述显示器发出的上述显示光通过衍射而反射的衍射反射元件,形成为沿着上述车辆的水平面的姿势的板状,并且将入射的上述显示光朝向配置在上方的上述投影部出射;
关于上述显示光,向上述水平配置衍射反射元件入射的入射角大于从上述水平配置衍射反射元件出射的出射角,还具备入射角规定反射元件(34),
该入射角规定反射元件(34),是使上述显示光进行镜面反射并折回的反射元件,在光路上的上述显示器与上述水平配置衍射反射元件之间紧挨着上述水平配置衍射反射元件且配置在上述水平配置衍射反射元件之前,规定向上述水平配置衍射反射元件入射的入射角,以使得向上述水平配置衍射反射元件入射的入射角大于从上述水平配置衍射反射元件出射的出射角,还具备追加衍射反射元件(37),
该追加衍射反射元件,独立于上述水平配置衍射反射元件而设置,是将上述显示光通过衍射而反射的衍射反射元件,在光路上配置在上述显示器与上述水平配置衍射反射元件之间,产生与伴随着向上述水平配置衍射反射元件入射的入射角和从上述水平配置衍射反射元件出射的出射角的不同而产生的波长分散反向的波长分散。
2.如权利要求1所述的虚像显示装置,其特征在于,
上述追加衍射反射元件,在上述光路上的上述显示器与上述水平配置衍射反射元件之间配置在上述显示器与上述入射角规定反射元件之间,形成交叉光路(CP),该交叉光路(CP)在比上述水平配置衍射反射元件的表面(32)靠上方的位置向沿着上述表面的方向延伸、与向上述水平配置衍射反射元件入射的上述显示光的入射光路和从上述水平配置衍射反射元件出射的上述显示光的出射光路的重叠区域(OA)交叉。
3.如权利要求2所述的虚像显示装置,其特征在于,
在比上述水平配置衍射反射元件靠上方的位置,还具备将壳体(11)的窗部(12)封堵的透光性的防尘罩(13);
在包括上下方向及前后方向的截面中,将在上述追加衍射反射元件与上述入射角规定反射元件之间从后方向前方行进的上述显示光的主光线相对于上述表面向后方侧形成的角度定义为α,在上述截面中,将上述防尘罩的中心点(Pc)处的切面(TP)相对于上述表面向后方侧形成的角度定义为ξ,则0≤α≤ξ成立。
4.如权利要求2所述的虚像显示装置,其特征在于,
将上述显示器与上述追加衍射反射元件的距离定义为Ls,
将上述追加衍射反射元件与上述入射角规定反射元件的距离定义为Lm,则Lm>2·Ls成立。
5.如权利要求1所述的虚像显示装置,其特征在于,
向上述追加衍射反射元件入射的入射角与从上述追加衍射反射元件出射的出射角的角度差的绝对值大于向上述水平配置衍射反射元件入射的入射角与从上述水平配置衍射反射元件出射的出射角的角度差的绝对值。
6.如权利要求1所述的虚像显示装置,其特征在于,
将上述水平配置衍射反射元件的尺寸定义为Db,
将上述显示器的画面(21)的尺寸定义为Sv,
将上述显示器的画面与上述入射角规定反射元件之间的距离定义为L1,将上述入射角规定反射元件与上述水平配置衍射反射元件的距离定义为L2,将向上述水平配置衍射反射元件入射的入射角定义为θi,将从上述水平配置衍射反射元件出射的出射角定义为θo,
Db/2·cosθo<(L1+L2)·sin(θi-θo)-Sv/2·cos(θi-θo)成立。
7.如权利要求1所述的虚像显示装置,其特征在于,
将上述水平配置衍射反射元件的尺寸定义为Db,
将上述显示器的画面的尺寸定义为Sv,
将上述显示器的画面与上述入射角规定反射元件之间的距离定义为L1,将上述入射角规定反射元件与上述水平配置衍射反射元件的距离定义为L2,将向上述水平配置衍射反射元件入射的入射角定义为θi,将从上述水平配置衍射反射元件出射的出射角定义为θo,
将上述显示光的由上述入射角规定反射元件产生的镜面反射的反射角定义为θm,(Db·cosθi-Sv)/(2·(L1+L2)-Db·sinθi)>tan(π/2-(θi+2·θm))成立。 说明书 : 虚像显示装置[0001] 关联申请的相互参照[0002] 本申请基于2019年7月4日提出的日本专利申请第2019-125385号,这里通过参照而包含其记载内容。技术领域[0003] 本发明涉及搭载在车辆中的虚像显示装置。背景技术[0004] 专利文献1公开的虚像显示装置用至少3个反射元件将从显示器出射的显示光的光路弯折,并且使3个反射元件的配置位置及配置角度满足各种条件式。[0005] 现有技术文献[0006] 专利文献[0007] 专利文献1:日本特许第6363576号公报发明内容[0008] 关于搭载在车辆的有限空间中的虚像显示装置,希望小型化。另一方面,希望虚像显示装置所显示的虚像的大画面化。如果要推进大画面化,则关于朝向配置在装置上方的投影部出射显示光的反射元件,难以缩小沿着水平面的水平方向的尺寸。因此,为了小型化,可以考虑缩小与水平面垂直的高度方向的尺寸。[0009] 对于这一点,专利文献1的装置可以认为对朝向投影部出射显示光的反射元件(投影部的紧跟前的反射元件)中采用了将显示光镜面反射的结构。在该结构中,向投影部的紧跟前的反射元件入射的入射角与从该反射元件出射的出射角相等。因而,如果朝向投影部的出射方向决定为朝向上方的方向,则显示光的入射光路与显示光的出射光路的重叠区域中的高度方向的尺寸变大。成为为了确保重叠区域而装置的体积扩大的情况。[0010] 本说明书的公开内容的目的之一在于,提供能够抑制装置的体积扩大的虚像显示装置。[0011] 在公开的技术方案之一中,一种虚像显示装置,以搭载于车辆的方式构成,通过将图像的显示光朝向投影部投影,将图像可目视地进行虚像显示,其具备:显示器,发出显示光;以及衍射反射元件,是将从显示器发出的显示光通过衍射而反射的衍射反射元件,形成为沿着车辆的水平面的姿势的板状,并且将入射的显示光朝向配置在上方的投影部出射;关于显示光,向衍射反射元件入射的入射角大于从衍射反射元件出射的出射角。[0012] 根据这样的技术方案,将从显示器发出并入射的显示光朝向配置在上方的投影部出射的反射元件,是形成为沿着车辆的水平面的姿势的板状、实现入射角比出射角大的衍射反射的衍射反射元件。通过衍射反射元件的该姿势,抑制了该衍射反射元件占据的空间中的高度方向的尺寸扩大。并且,通过相对于与从衍射反射元件朝向投影部的方向对应的出射角使入射角较大,显示光的入射光路与显示光的出射光路的重叠区域的高度方向的尺寸被压缩。因此,也抑制了形成比衍射反射元件靠上方的光路的空间中的高度方向的尺寸扩大。通过以上,能够抑制装置的体积扩大。附图说明[0013] 图1是表示第1实施方式的HUD装置向车辆的搭载状态的图。[0014] 图2是表示第1实施方式的光路、重叠区域等的图。[0015] 图3是表示第1实施方式的画面的有效尺寸等的图。[0016] 图4是将第1实施方式的光路的一部分以直线状示意地展开的图,是表示由1级衍射光形成的光路与表面反射虚像的位置关系的图。[0017] 图5是表示第2实施方式的光路等的图。[0018] 图6是表示第3实施方式的光路等的图。[0019] 图7是表示第3实施方式的显示器、追加的衍射反射元件及镜面反射镜的距离的关系的图。[0020] 图8是用来说明第3实施方式的交叉光路的角度的图。[0021] 图9是表示变形例5的光路的图。具体实施方式[0022] 以下,基于附图说明多个实施方式。另外,在各实施方式中有时通过对于对应的构成要素赋予相同标记而省略重复说明。在各实施方式中仅说明结构的一部分的情况下,关于该结构的其他部分,能够应用在先说明的其他实施方式的结构。此外,不仅是在各实施方式的说明中明示的结构的组合,只要没有特别在组合中产生障碍,即使不明示也能够将多个实施方式的结构彼此部分地组合。[0023] (第1实施方式)[0024] 如图1所示,本发明的第1实施方式的虚像显示装置,搭载在作为车辆的汽车1中,成为被收容在该汽车1的仪表盘2内的抬头显示器装置(以下称作HUD装置)100。这里所述的车辆广义地理解为除了汽车、铁路车辆以外还包括飞机、船舶、不移动的游戏用箱体等各种乘坐物。[0025] HUD装置100将从显示器20发出的图像的显示光朝向设于汽车1的风挡3的投影部3a投影。由此,HUD装置100以作为目视者的汽车1的乘务员(例如驾驶者)能够目视的方式将图像进行虚像显示。即,被投影部3a反射的显示光到达设定在汽车1的室内的目视区域VA,从而视点EP位于目视区域VA内的乘务员将该显示光感知为虚像VRI。并且,乘务员能够识别被显示为虚像VRI的各种信息。作为被显示为虚像VRI的各种信息,例如可以举出车速、燃料剩余量等表示汽车1的状态的信息、视场辅助信息、道路信息等。[0026] 以下只要没有特别补充说明,前、后、上、下、左及右表示的各方向就以水平的接地面上的汽车1为基准而表述。[0027] 汽车1的风挡3例如是由玻璃或合成树脂形成为透光性的板状的透明部件。风挡3配置在比仪表盘2靠上方。风挡3以越是从前方朝向后方越相对于仪表盘2向上方离开的方式倾斜。风挡3将被投影了显示光的投影部3a形成为平滑的凹面状或平面状。另外,投影部3a也可以不设于风挡3。例如也可以将与汽车1分体的组合器(combiner)设置在汽车1的室内并将投影部3a设于该组合器。[0028] 目视区域VA是能够使由HUD装置100显示的虚像VRI满足规定标准(例如使虚像VRI整体为规定亮度以上)而目视的空间区域,也称作视窗(eyebox)。典型的是将目视区域VA设定为与汽车1的眼椭圆(eyellipse)重叠。眼椭圆对于两眼分别设定,基于统计性地表示乘务员的视点EP的空间分布的眼范围(eyerange)而设定为椭圆体状的假想空间。[0029] 以下说明这样的HUD装置100的具体结构。HUD装置100由壳体11、显示器20、镜面反射镜34及衍射反射元件31等构成。[0030] 壳体11例如由合成树脂或金属形成遮光性的壁部,呈具有被壁部包围的内部空间的中空箱状。壳体11将显示器20、对显示器20进行控制的控制电路基板、镜面反射镜34、衍射反射元件31等收容并保持在内部空间中。在壳体11中,在与投影部3a在上下方向上对置的上部,设有为了使图像的光透过而光学性地开口的窗部12。[0031] 窗部12既可以物理性地开口,也可以被透光性的形成为薄板状的防尘罩13封堵。特别是,本实施方式的窗部12被以向壳体11的内部空间侧凸出的方式弯曲的防尘罩13覆盖。[0032] 显示器20在画面21上实像显示或虚像显示被成像为虚像VRI的图像。作为显示器20,能够采用透射型或反射型的利用液晶面板显示图像的液晶显示器、将微型LED排列而构成画面21的微型LED式显示器、激光扫描方式的显示器、利用DMD(DigitalMicromirrorDevice)的DLP(DigitalLightProcessing;注册商标)方式的显示器等。[0033] 这里,特别是,本实施方式的显示器20从显示有彩色图像的画面21朝向镜面反射镜34发出组合了红色光、绿色光及蓝色光的显示光。另外,显示器20也可以将在宽频带中包含可视区域的各波长的白色光作为显示光来出射。[0034] 镜面反射镜34及衍射反射元件31构成形成光路OP的导光部30,所述光路OP将来自显示器20的显示光朝向配置在比HUD装置100靠上方的投影部3a导光。通过该光路OP的形成,能够获得从目视区域VA到虚像VRI的显示距离。[0035] 镜面反射镜34是使显示光镜面反射并折回的反射元件。镜面反射镜34配置在光路OP中的显示器20与衍射反射元件31之间。镜面反射镜34例如通过使铝蒸镀在由合成树脂或玻璃构成的基材的表面上而形成反射面35。反射面35形成为平滑的平面状。从显示器20入射到镜面反射镜34中的显示光被该反射面35朝向衍射反射元件31反射。[0036] 衍射反射元件31配置在光路OP中的镜面反射镜34与投影部3a之间。衍射反射元件31具有将入射的显示光通过衍射而反射的衍射构造。例如,衍射反射元件31是在其介质中具有周期性折射率分布的元件。详细地讲,衍射反射元件31通过将全息层用一对基板层夹着,从而成为被形成为薄板状特别是平板状的全息光学元件。全息层中的周期性折射率分布作为衍射构造发挥功能。另外,考虑到衍射效率及波长依赖性,作为全息光学元件,优选采用体相全息光学元件。[0037] 一对基板层例如由合成树脂或玻璃等形成为薄板状,将全息层保护并加强。一对基板层中的供显示光向衍射反射元件31入射的表面32侧的基板层形成为透光性的。背面侧的基板层既可以形成为透光性的,也可以形成为暗色(例如黑色)。此外,也可以不设置背面侧的基板层从而全息层在背面侧露出。[0038] 全息层以预先在全息材料中将物体光的振幅及相位的信息作为与参照光的干涉条纹而记录的状态形成。这里所述的干涉条纹是通过上述周期性折射率分布而呈现的干涉条纹。在全息材料中,可以有选择地采用以合成树脂为主体的材料、明胶感光材料、银盐感光材料等能够通过折射率的空间性调制来记录物体光的振幅及相位的信息的材料。[0039] 在全息层中,形成有使显示光进行布拉格(Bragg)反射那样的干涉条纹。例如,在该干涉条纹中折射率调制的调制方向被设定为相对于衍射反射元件31的表面32倾斜的方向。由此,在衍射级数中的最高的1级的衍射光(以下称作1级衍射光)下,以该表面32的法线N为基准的入射角θi和出射角θo相互不同。显示光在衍射反射元件31上的反射成为入射角θi与出射角θo不同的非对称反射。从镜面反射镜34入射到衍射反射元件31中的显示光被全息层朝向投影部3a反射。[0040] 全息层的干涉条纹形成为,根据显示光的入射位置而调制方向变化。由此,衍射反射元件31的光焦度(opticalpower)为正,衍射反射元件31具有将显示光聚光的功能。通过聚光功能,能够将虚像VRI的尺寸放大。[0041] 全息层的干涉条纹具有波长依赖性。在本实施方式中,例如绿色光的波长为干涉条纹的基准波长(作为设计基准的波长)。上述的入射角θi及出射角θo是与基准波长对应的角度。通过干涉条纹能够将1级衍射光衍射反射的显示光的波长并不限于基准波长,而是成为包含红色光及蓝色光的波长区域(可视区域)。此外,入射角θi及出射角θo是后述的主光线的中心点Ph处的角度。这里所述的主光线是指从画面21的中心点Pd朝向衍射反射元件31的中心点Ph的光线。[0042] 这样被衍射反射元件31反射了的显示光被投影部3a镜面反射,到达目视区域VA。因而,视点EP位于目视区域VA的乘务员能够在隔着投影部3a而与目视区域VA相反的一侧的汽车1的室外空间中目视到虚像VRI。这里,投影部3a被与通过作为透明部件的风挡3而目视的室外景色重叠地显示。[0043] 以下,详细说明从显示器20至投影部3a的光路OP以及形成该光路OP的导光部30的结构。衍射反射元件31以使其表面32沿着汽车1的水平面的姿势(例如与汽车1的水平面实质平行的姿势)配置。在本实施方式中,汽车1的水平面是指由JISD0030-1982规定的零Z平面(与零Y平面及零X平面正交的水平面)。在汽车1存在于水平的接地面上的情况下,汽车1的水平面与该接地面实质平行。在本实施方式中表示的“沿着水平面的姿势”包括与水平面平行的姿势和相对于水平面以±10[deg]以内的倾斜角倾斜的姿势。[0044] 并且,衍射反射元件31在壳体11的内部空间中被配置在比中心靠下方(例如壳体11的底部),供显示光入射的表面32朝向上方。衍射反射元件31形成为,来自镜面反射镜34的显示光的入射角θi比朝向投影部3a的出射角θo大。[0045] 详细地讲,在通常的车辆1的条件下,投影部3a中的显示光的入射角被设定为55~65[deg]的范围或60~65[deg]的范围。这样,配置衍射反射元件31的位置必然确定。假如使衍射反射元件31的表面32相对于水平面较大地倾斜,则HUD装置100的高度方向的尺寸变大,所以采用使衍射反射元件31的表面32沿着水平面的姿势。这样,根据衍射反射元件31的姿势及位置与投影部3a的位置的关系,确定出射角θo。[0046] 规定了比这样确定下来的出射角θo大的入射角θi。由此,形成在比衍射反射元件31靠上方的、向衍射反射元件31入射的显示光的入射光路与从衍射反射元件31出射的显示光的出射光路相重叠的截面为三角形的重叠区域OA的高度方向的尺寸变低。例如,在出射角θo是30[deg]的情况下,如果将入射角θi设为45[deg],则与入射角θi为30[deg]的条件相比,能够将重叠区域OA的高度尺寸压缩到约73%。另外,在图2等中,将重叠区域OA用点状阴影表示。[0047] 如图2所示,在将向衍射反射元件31入射的显示光的光束宽设为D的情况下,重叠区域OA的高度方向的尺寸h能够用h≈D/(tanθo+tanθi)表示。因此,如果使得满足tanθi≥1.5×tanθo的条件,则高度方向的尺寸h至少能够降低20%。[0048] 为了规定该比出射角θo大的入射角θi,将镜面反射镜34配置在光路OP中的显示光即将向衍射反射元件31入射之前的位置。镜面反射镜34在壳体11的内部空间中被配置在比中心靠前方,使将显示光镜面反射的反射面35朝向后方且下方的倾斜方向。[0049] 为了使显示光向镜面反射镜34入射,将显示器20在壳体11的内部空间中配置在比中心靠后侧,将显示光向前方发出。显示器20和镜面反射镜34在比衍射反射元件31的表面32靠上方的位置在前后方向上排列。由此,从显示器20发出的显示光在沿着表面32延伸的交叉光路CP上行进,并向镜面反射镜34入射。该交叉光路CP与重叠区域OA交叉,还与该重叠区域OA重叠。[0050] 进而,在本实施方式中,以下的数学式1成立。[0051] Db/2·cosθo[0052] <(L1+L2)·sin(θi-θo)-Sv/2·cos(θi-θo)[0053] …(数学式1)[0054] 如图3所示,Db是衍射反射元件31的尺寸(详细地讲,衍射反射元件31的显示光的入射面方向的宽度)。在本实施方式中,由于入射面沿着前后方向,所以Db为衍射反射元件31的前后方向的宽度。L1是显示器20的画面21与镜面反射镜34之间的距离,更严格地讲是点Pd与点Pm之间的距离。L2是镜面反射镜34与衍射反射元件31的距离,更严格地讲是点Pm与点Ph间的距离。点Pd是显示器20的画面21的中心点。点Pm是镜面反射镜34的中心点。点Ph是衍射反射元件31的中心点。Sv是显示器20的画面21的尺寸(详细地讲,在显示器20中,是与衍射反射元件31的显示光的入射面对应的方向的宽度),特别是对于虚像VRI的显示有效的部分的有效尺寸。在本实施方式中,在显示器20中,由于与衍射反射元件31的显示光的入射面对应的方向沿着上下方向,所以Sv为显示器20的画面21的上下方向的尺寸。[0055] 在本实施方式中,显示光的一部分能够在衍射反射元件31的表面32上镜面反射。数学式1如图4所示,意味着:由该表面反射形成的幻像(ghostimage)状的表面反射虚像GI的存在位置是基于1级衍射光的显示光的光路OP(图4的点状阴影的范围是光路OP的宽度)之外。[0056] 详细地讲,数学式1中的Db/2·cosθo是衍射反射元件31的尺寸的一半值的与光路OP垂直的成分。数学式1中的θi-θo是表面反射光相对于1级衍射光具有的偏角(offsetangle)。数学式1中的(L1+L2)·sin(θi-θo)是表面反射虚像GI的中心点与基于1级衍射光的正规的虚像VRI的光路OP的中心之间的距离。数学式1中的Sv/2·cos(θi-θo)是表面反射虚像GI的尺寸的一半值的与光路OP垂直的成分。因此,数学式1意味着:衍射反射元件31的尺寸的一半值的与光路OP垂直的成分小于从表面反射虚像GI的中心点与基于1级衍射光的正规的虚像VRI的光路OP的中心轴之间的距离中减去表面反射虚像GI的尺寸的一半值的与光路OP垂直的成分而得到的值。光路OP的中心轴实质上与主光线一致。[0057] 由于表面反射虚像GI位于光路OP外,抑制了乘务员同时目视到正规的虚像VRI和表面反射虚像GI的情况。[0058] 另外,在第1实施方式中,衍射反射元件31形成为沿着车辆的水平面那样的板状,并且相当于将入射的显示光朝向配置在上方的投影部3a出射的“水平配置衍射反射元件”。镜面反射镜34相当于规定向衍射反射元件31的显示光的入射角θi的“入射角规定反射元件”。[0059] (作用效果)[0060] 以下再次说明以上说明的第1实施方式的作用效果。[0061] 根据第1实施方式,将从显示器20发出并入射的显示光朝向配置在上方的投影部3a出射的反射元件被形成为沿着作为车辆的汽车1的水平面的姿势的板状,是实现入射角θi比出射角θo大的衍射反射的衍射反射元件31。通过衍射反射元件31的该姿势,抑制了该衍射反射元件31占据的空间中的高度方向的尺寸扩大。并且,通过相对于与从衍射反射元件31朝向投影部3a的方向对应的出射角θo而言使入射角θi较大,显示光的入射光路与显示光的出射光路的重叠区域OA中的高度方向的尺寸被压缩。因此,形成比衍射反射元件31靠上方的光路OP的空间中的高度方向的尺寸扩大也被抑制。通过以上,能够抑制装置100的体积扩大。[0062] 此外,根据第1实施方式,光路OP中的显示器20与衍射反射元件31之间的、紧挨着衍射反射元件31且配置在其之前的反射元件,是将显示光镜面反射并折回、使入射角θi比出射角θo大地规定该入射角θi的镜面反射镜34。通过这样的镜面反射镜34的配置,在显示光对于衍射反射元件31的入射侧的空间中,该显示光被折回。因此,在该入射侧设定用来配置镜面反射镜34的较小空间就能够形成光路OP。这样,能够提高向汽车1的搭载性。[0063] 进而,由于镜面反射镜34是将显示光镜面反射的形态,所以在镜面反射镜34中,不易发生表面反射光和衍射反射光的二重像。因此,即使使镜面反射镜34接近衍射反射元件31,也不需要实施对策来应对表面反射光及衍射反射光中的不需要的光的与衍射反射元件31的多重反射,所以能够容易地兼顾装置100的体积抑制和虚像VRI的高目视性。[0064] 此外,根据第1实施方式,上述的数学式1成立。因而,抑制了乘务员同时目视到被衍射反射元件31衍射反射的显示光所形成的虚像VRI、和被衍射反射元件31的表面32表面反射的显示光所形成的表面反射虚像GI双方的情况。这样,能够提高虚像VRI的目视性。[0065] 此外,根据第1实施方式,显示器20为形成交叉光路CP的配置形态。交叉光路CP在比衍射反射元件31的表面32靠上方的位置向沿着表面32的方向延伸,与入射光路和出射光路的重叠区域OA交叉。在比衍射反射元件31的表面32靠上方,入射光路、出射光路及交叉光路CP三重重叠,从而能够抑制装置100的体积扩大并且获得虚像VRI的显示距离。[0066] (第2实施方式)[0067] 如图5所示,第2实施方式是第1实施方式的变形例。对于第2实施方式,以与第1实施方式不同的点为中心进行说明。[0068] 在第2实施方式中,以下的数学式2成立。[0069] (Db·cosθi-Sv)/(2·(L1+L2)-Db·sinθi)[0070] >tan(π/2-(θi+2·θm))[0071] …(数学式2)[0072] 这里,θm是镜面反射镜34上的显示光的反射角。数学式2意味着:从显示器20的画面21的下端点出射并朝向镜面反射镜34的显示光的光线(图5的双点划线)与衍射反射元件31的干扰被避免。[0073] 以下说明详细情况。设从点Pd在点Pm被反射并朝向点Ph的光线、与从画面21的下端点被镜面反射镜34反射并朝向衍射反射元件31的前端的光线之间的角度差是δ。于是,tanα由以下的数学式3表示。[0074] tanδ=(Db·cosθi-Sv)/(2·(L1+L2)-Db·sinθi)[0075] …(数学式3)[0076] 此外,从画面21的下端点朝向镜面反射镜34的光线与衍射反射元件31的表面32平行的条件是δ+2·θm+θi=π/2。因而,通过成立该光线能够设定为达到平行的直线的条件式δ+2·θm+θi>π/2,避免了上述的干扰。[0077] 根据以上说明的第2实施方式,上述的数学式2成立。于是,避免了从显示器20的画面21的下端点出射并朝向镜面反射镜34的光线与衍射反射元件31的干扰,因而,能够抑制装置100的体积并且提高虚像VRI的目视性。[0078] (第3实施方式)[0079] 如图6~图8所示,第3实施方式是第1实施方式的变形例。对于第3实施方式,以与第1实施方式不同的点为中心进行说明。[0080] 第3实施方式的导光部330如图6所示,除了镜面反射镜34及衍射反射元件31以外还包括追加的衍射反射元件37。衍射反射元件37配置在光路OP上的显示器320与衍射反射元件31之间,更详细地讲配置在显示器20与镜面反射镜34之间。衍射反射元件37与衍射反射元件31同样,具有将入射的显示光通过衍射而反射的衍射构造(例如全息层的干涉条纹的构造)。在本实施方式中,衍射反射元件37的光焦度实质上为0。[0081] 与衍射反射元件37的追加相应地,显示器320的配置与第1实施方式不同。具体而言,显示器320在壳体11的内部空间中配置在比中心靠后侧且靠下方(例如在壳体11的底部,比衍射反射元件31靠后方),向上方发出显示光。并且,衍射反射元件37在壳体11的内部空间中配置在比中心靠后侧(例如比镜面反射镜34靠后方且比显示器20靠上方的位置),将供显示光入射的表面38朝向前方且下方的倾斜方向。[0082] 从显示器20发出的显示光在被衍射反射元件37衍射反射后,在比表面32靠上方的位置在沿着表面32延伸的交叉光路CP上行进,向镜面反射镜34入射。该交叉光路CP与重叠区域OA交叉,还与该重叠区域OA重叠。[0083] 衍射反射元件37产生与衍射反射元件31的波长分散反向的波长分散。具体而言,在衍射反射元件31处的显示光中,基准波长的入射角θi1比出射角θo1大。因而,在衍射反射元件31中,与基准波长相比长波长的光的出射角变得小于基准波长的出射角θo,与基准波长相比短波长的光的出射角变得大于基准波长的出射角θo。[0084] 相对于此,在衍射反射元件37中,基准波长的入射角θi2被设定为比出射角θo2小。因而,在衍射反射元件37中,与基准波长相比长波长的光的出射角变得大于基准波长的出射角θo2,与基准波长相比短波长的光的出射角变得小于基准波长的出射角θo2。通过这样的2个衍射反射元件31、37的组合,能够抑制导光部330整体的波长分散。[0085] 此外,衍射反射元件37中的入射角θi2与出射角θo2的角度差的绝对值大于衍射反射元件31中的入射角θi1与出射角θo1的角度差的绝对值。由此,能够将波长分散发散的起点调整到距虚像VRI的显示位置更近的位置。[0086] 为了由衍射反射元件31将显示光效率良好地衍射反射,优选的是将入射角θi1设为60[deg]以下。对于60[deg]的入射角θi1,若将出射角θo1设定为30[deg],则与入射角θi1及出射角θo1为30[deg]的条件相比,能够将重叠区域OA的高度尺寸压缩到约44%。[0087] 如图7所示,衍射反射元件37与镜面反射镜34的距离Lm比衍射反射元件31的前后方向的宽度大。此外,显示器20与衍射反射元件37的距离Ls为衍射反射元件37与镜面反射镜34的距离Lm的1/2以下。通过这样的距离设定,从显示器20的画面21的下端点出射并朝向镜面反射镜34的显示光与衍射反射元件31的干扰得以避免,并且能够抑制HUD装置100的高度方向的尺寸。[0088] 这里,如图8所示,在包括上下方向及前后方向的截面中,将光路OP中在衍射反射元件37与镜面反射镜34之间行进的显示光的主光线相对于衍射反射元件31的表面32向后方侧形成的角度定义为α。进而,在该截面中,将防尘罩13的中心点Pc处的切面TP相对于衍射反射元件31的表面32向后方侧形成的角度定义为ξ。于是,0≤α≤ξ的条件成立。[0089] 通过满足该条件,当使交叉光路CP经过衍射反射元件31与防尘罩13之间时,能够抑制显示光与衍射反射元件31及防尘罩13的干扰。特别是,通过设为α=ξ/2,使干扰抑制效果最大化。[0090] 另外,在第3实施方式中,衍射反射元件37独立于衍射反射元件31而设置,相当于将显示光通过衍射而反射的“追加衍射反射元件”。[0091] 根据以上说明的第3实施方式,形成交叉光路CP的衍射反射元件37独立于衍射反射元件31而设置。交叉光路CP在比衍射反射元件31的表面32靠上方的位置向沿着表面32的方向延伸,与向衍射反射元件31入射的入射光路和出射光路的重叠区域OA交叉。在比衍射反射元件31的表面32靠上方的位置,入射光路、出射光路及交叉光路CP三重重叠,从而能够抑制装置100的体积扩大并且获得虚像VRI的显示距离。[0092] 此外,根据第3实施方式,通过成立0≤α≤ξ的条件,能够使该交叉光路CP在防尘罩13与衍射反射元件31之间避免干扰地经过。[0093] 此外,根据第3实施方式,衍射反射元件37产生与伴随着衍射反射元件31的入射角θi1和出射角θo1的不同而产生的波长分散反向的波长分散。通过由2个衍射反射元件31、37使波长分散的至少一部分相互抵消,抑制虚像VRI的色偏。这样,能够提高虚像VRI的目视性。[0094] 此外,根据第3实施方式,入射角θi2与出射角θo2的角度差的绝对值比入射角θi1与出射角θo1的角度差的绝对值大。这样,对于乘务员,使各色的显示光看起来如从虚像VRI的显示位置发散的发散光那样,从而能够不易识别出色偏。[0095] (其他实施方式)[0096] 以上,对多个实施方式进行了说明,但本发明并不由这些实施方式限定而解释,在不脱离本发明的主旨的范围内能够对各种实施方式及组合应用。[0097] 具体而言,作为变形例1,衍射反射元件31、衍射反射元件37、镜面反射镜34中的至少1个除了平板状以外,例如也可以形成为具有平滑曲面状的表面的弯曲板状。[0098] 作为变形例2,衍射反射元件31的光焦度也可以实质上为0而不具有虚像VRI的放大功能。[0099] 作为变形例3,衍射反射元件37的光焦度也可以设定为正或负。[0100] 作为变形例4,也可以在光路OP上追加透镜、反射镜、棱镜、偏光板、相位差板、滤光器等。[0101] 作为变形例5,如图9所示,也可以在光路OP中的显示器20与衍射反射元件31之间不设置镜面反射镜34等光学元件,导光部30仅由衍射反射元件31构成。

专利地区:日本

专利申请日期:2020-03-06

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114127611B

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