图像显示装置

摘要

图像显示装置包括：基于图像信号生成图像显示光的图像生成部，投射图像生成部所生成的图像显示光的投射部，将投射部投射的图像显示光作为虚像来提示的合成器(400)，以及使合成器沿至少一个转动面转动的转动部(331)；投射部基于合成器的转动而使投射图像显示光的方向变化。

权利要求

1.一种图像显示装置，其特征在于，包括：

基于图像信号生成图像显示光的图像生成部，

具有将上述图像生成部生成的图像显示光向第1方向投射的第1投射镜、和将该第1投射镜投射的图像显示光向与上述第1方向垂直的第2方向投射的第2投射镜的投射部，将上述投射部投射的图像显示光作为虚像来提示的合成器，以及使上述合成器沿至少一个转动面转动的转动部；

其中，在上述转动部使上述合成器沿与上述第1方向平行的转动面转动了角度θ时，上述投射部使上述第1投射镜转动角度(1/2)θ，并使上述第2投射镜转动角度θ，来改变投射上述图像显示光的方向。

2.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，还包括：用于安装到车辆的室内镜的安装部；

上述投射部具有将上述图像生成部生成的图像显示光朝相对于上述车辆的底面大致平行的方向投射的第1投射镜、将该第1投射镜投射的图像显示光朝相对于上述车辆的底面垂直的方向投射的第2投射镜、和将该第2投射镜投射的图像显示光朝上述合成器的方向投射的第3投射镜；

在上述转动部使上述合成器沿与上述车辆的底面大致平行的转动面转动了角度θ时，上述投射部使上述第1投射镜转动角度(1/2)θ、使上述第2投射镜转动角度θ、并使上述第3投射镜转动角度θ。

3.一种图像显示装置，其特征在于，

包括：基于图像信号生成图像显示光的图像生成部，

投射上述图像生成部所生成的图像显示光的投射部，

将上述投射部投射的图像显示光作为虚像来提示的合成器，使上述合成器沿至少一个转动面转动的转动部，以及

用于安装到车辆的室内镜的安装部；

上述投射部具有将上述图像生成部生成的图像显示光朝相对于上述车辆的底面大致平行的方向投射的第1投射镜、将该第1投射镜投射的图像显示光朝相对于上述车辆的底面大致垂直的方向投射的第2投射镜、和将该第2投射镜投射的图像显示光朝上述合成器的方向投射的第3投射镜；

在上述转动部使上述合成器沿与上述车辆的底面大致垂直的转动面转动了角度 时，上述投射部使上述第1投射镜不转动、使上述第2投射镜转动角度(1/2) 并使上述第3投射镜转动角度 。

说明书

图像显示装置

技术领域

[0001] 本发明涉及图像显示装置，更详细来说，涉及能恰当改变向用户提示虚像的方向的图像显示装置。

背景技术

[0002] 近年，作为图像显示装置，已开发出利用了LED或半导体激光光源的所谓平视显示器(head up display)。平视显示器具有被称作合成器(conbiner)的光学元件。该合成器使从车外进入的光透过，并使基于投射来的图像显示光的图像作为虚像显示给用户。介由该合成器，用户能在实际看到的风景上重叠视认到虚像。

[0003] 上述这样的平视显示器能使驾驶者几乎不改变视线方向和眼的焦点位置地、视认到车外的风景和显示各种信息的图像，故作为车辆用的显示装置，近年正被关注。并且，用于向驾驶者的视线方向等提示恰当的虚像的技术开发也正在积极地进行。

[0004] 例如在专利文献1中，公开了一种通过调整朝合成器投影图像的镜的角度，使得即使驾驶者的眼的位置发生上下方向的偏差，也能视认到虚像的方法。此外，专利文献2中公开了一种使合成器和图像生成部整体作为一体来进行角度调整的方法。

[0005] [在先技术文献]

[0006] [专利文献]

[0007] [专利文献1]日本特开平5-229366号公报

[0008] [专利文献2]日本特许第4847627号公报

发明内容

[0009] 然而，平视显示器的安装位置、大小要受到各种各样的限制。例如被安装于车辆的平视显示器，被要求能根据各种各样的车型而恰当设置。此外，设置后也要求在驾驶者的眼的位置根据驾驶者的座高而发生了变化时等，能恰当地提示虚像。

[0010] 在专利文献1所公开的调整向合成器投影图像的镜的角度的方法中，为进行调整，是使入射到合成器的光线的角度变化的。因此，若被改变的光线的角度变大，则在合成器上作为虚像来视认的图像有可能发生畸变。此外，在专利文献2所公开的装置中，为进行角度调整，装置要大型化，若车内进行设置的空间有限，则可以预想到会发生无法进行恰当的调整、或者根本无法设置这样的问题。

[0011] 本发明是鉴于上述的情况而研发的，其目的在于提供一种在有限的设置空间内也能恰当地改变向用户提示虚像的方向的图像显示装置。

[0012] 本发明的车辆用显示装置的特征在于，包括：基于图像信号生成图像显示光的图像生成部，投射上述图像生成部所生成的图像显示光的投射部，将上述投射部投射的图像显示光作为虚像来提示的合成器，以及使上述合成器沿至少一个转动面转动的转动部；上述投射部基于上述合成器的转动而改变投射上述图像显示光的方向。

[0013] 通过本发明，能提供一种在有限的设置空间内也能恰当地改变向用户提示虚像的方向的图像显示装置。

附图说明

[0014] 图1是关于作为本实施方式的车辆用显示装置的平视显示器，从车辆内部来看的立体图。

[0015] 图2是一并示出图像生成部的光学系统的内部构成和光的路径的图。

[0016] 图3是一并示出图像生成部的光学系统的内部构成和光的路径的另一图。

[0017] 图4是被安装于室内镜(room mirror)的平视显示器的俯视图。

[0018] 图5是表示使合成器向驾驶者侧倾斜角度θ时的合成器及光学系统的一部分的图。

[0019] 图6是表示使合成器向驾驶者侧倾斜角度θ时的各投射镜的旋转角等的关系的表。

[0020] 图7是表示为用于左侧驾驶的车辆而使角度旋转-θ的情况的图。

具体实施方式

[0021] 下面针对本发明的实施方式，一边参照附图一边进行说明。相关实施方式所示的具体数值等只是为便于理解发明而进行的例示，只要没有特意说明，其并非限定本发明。此外，在本说明书及附图中，对于实质上具有相同功能、构成的要素，标注相同的标号，从而省略重复的说明，此外，对于与本发明没有直接关系的要素，省略了图示。

[0022] [整体构成]

[0023] 以下以车辆用平视显示器为图像显示装置的一例，以该平视显示器为实施方式进行说明。图1是针对本实施方式的平视显示器10，以从安装该平视显示器10的室内镜600朝车辆的未图示的前挡风玻璃方向的视野进行观察时的状态的立体图。

[0024] 平视显示器10通过未图示的支持机构等安装于车辆内部的室内镜600的镜面来进行使用。仪表盘的上方面的面积等可安装平视显示器10的空间因车型而异。而本实施方式的平视显示器10能安装于室内镜，故只要具备室内镜600，就不论车型如何，都能适当安装。

[0025] 在以下的说明中，前方和后方、左方和右方、以及上方和下方的各方向如下这样规定。前方和后方定为平视显示器10所被安装的车辆的前方向和后方向。左方和右方为平视显示器10所被安装的车辆的左侧方向和右侧方向。上方和下方表示垂直于平视显示器10所被安装的车辆所处的路面的、相对于该路面的车辆侧的方向和其相反方向。

[0026] 平视显示器10具有生成要作为虚像而显示于合成器400的图像的图像信号，并输出该生成的图像信号的电路基板(未图示)。该电路基板也能在被输入了从导航装置或媒体再现装置等未图示的外部装置输出的图像信号时，针对该输入的信号进行预定的处理后进行输出。

[0027] 平视显示器10具有用于生成基于从上述电路基板输出的图像信号的图像显示光的、包含光源231、作为反射型液晶显示板的LCOS(Liquid Crystal On Silicon：硅基液晶)等图像显示元件240、以及各种光学透镜等的图像生成部50。在本实施方式中，作为图像显示元件240，例示了采用作为反射型液晶显示板的LCOS(Liquid crystal on silicon)的情况，但也可以采用DMD(Digital Micromirror Device：数字微镜元件)作为图像显示元件240。此时，用与要适用的显示元件相应的光学系统及驱动电路来构成。关于光源231及图像显示元件240，将参照图2在后面详细说明。

[0028] 平视显示器10具有投射部300，该投射部300包含用于成实像的中间像屏幕及各种投射镜，并决定所生成的图像显示光的投射方向。此外，平视显示器10包括用于使被投射的图像显示光作为虚像450来显示的、具有略凹面形状的合成器400，和连接合成器400与投射部300的合成器支承臂420。图像生成部50在驾驶者侧的面具有作为取代室内镜的镜子的替代镜52，其发挥室内镜的作用。另外，在图1中，从投射部300投射出的图像显示光至合成器400的光路被图示为投射轴320。

[0029] 合成器400可介由合成器支承臂420而相对于图像生成部50向上方及下方转动。此外，投射部300被设置成能与合成器400一体地相对于图像生成部50向左方和右方转动。因此，通过转动该投射部300，能介由合成器支承臂420使合成器400转动。通过以上的构成，用户能按照自己的视线和喜好来调整合成器的朝向。

[0030] 图像生成部50在驾驶者侧的面具有作为室内镜的镜子的替代品的替代镜52，该替代镜52发挥了室内镜600所具有的用于确认后方的作用。即使将平视显示器10以覆盖室内镜600的镜子的方式安装，用户也能通过该替代镜52一边确认车辆后方一边进行驾驶。

[0031] [光学系统]

[0032] 下面说明平视显示器10的内部构成。图2和图3都是一并示出图像生成部50的内部构成和光的路径的图。图2是将图像生成部50的内部构成、及投射部300的内部构成的一部分，与光路一起示出的图。图3是将投射部300的内部构成、及图像生成部50的内部构成的一部分，与被投射至合成器400的光的光路一并示出的图。

[0033] 首先参照图2说明图像生成部50的光学系统的内部构成及图像显示光的光路。图像生成部50的光学系统具有光源231、准直透镜232、UV-IR(UltraViolet-Infrared Ray：紫外线-红外线)截止滤波器233、偏振器234、复眼透镜(fly-eye lens)235、反射镜236、场镜(field lens)237、线栅偏振分束器238、1/4波长板239、图像显示元件240、检光器241、投射透镜组242、及散热器243。

[0034] 光源231由发出白色光、或者发出蓝色、绿色、及红色的三色光的发光二极管构成。光源231上安装有用于使发光所产生的热散热的散热器243。光源231发出的光通过准直透镜232而被变成平行光。UV-IR截止滤波器233从通过了准直透镜232的平行光中吸收并除去紫外光和红外光。偏振器234将通过了UV-IR截止滤波器233的光改变成没有杂乱的P偏振。
然后，复眼透镜235将通过了偏振板的光的亮度调整均匀。

[0035] 反射镜236使通过了复眼透镜235的各单元的的光的光路改变90度。由反射镜236反射后的光被场镜237集光。场镜237集光后的光介由使P偏振透射的线栅偏振分束器238及1/4波长板239而照射于图像显示元件240。

[0036] 图像显示元件240针对每像素分别具有红色、绿色、及蓝色的滤色器。被照射到图像显示元件240的光成为与各像素对应的颜色，被图像显示元件240所具有的液晶组合物施以调制，成为S偏振的图像显示光后，朝线栅偏振分束器238射出。射出的S偏振的图像显示光被线栅偏振分束器238反射，改变光路而通过检光器241后，入射到投射透镜组242。

[0037] 透射过投射透镜组242的图像显示光从图像生成部50出来而进入投射部300。然后，投射部300所具有的第1投射镜351改变进入的图像显示光的光路。

[0038] 下面参照图3说明投射部300的内部构成及图像显示光的光路。投射部300具有第1投射镜351、第2投射镜352、第3投射镜353、及中间像屏幕360。

[0039] 在投射部300的第1投射镜351被改变了方向的图像显示光的光路，在第2投射镜352被折向下方后、在第3投射镜353被折向斜下方且车辆前方，然后在中间像屏幕360上成实像。成像出的实像被投射到沿投射轴320而配置在前方的合成器400。驾驶者以基于被投射到合成器400的图像显示光的图像为虚像，与风景相重叠地辨识。

[0040] 如上所述，投射部300为能相对于图像生成部50沿左右方向转动的构成。并且，合成器400能相对于投射部300沿上下方向转动。此外，投射部300具有齿轮箱等未图示的转动机构，该齿轮箱使第1投射镜351、第2投射镜352、第3投射镜353、及中间像屏幕360配合投射部300或合成器400的转动地转动。关于该第1投射镜351、第2投射镜352、第3投射镜353、及中间像屏幕360的转动的详细情况，将在后面说明。

[0041] 图4是用于说明被安装于室内镜600的平视显示器10的俯视图。在该图中，合成器400没有相对于室内镜600而朝驾驶者侧倾斜。此时，从投射部300向合成器400的图像显示光的投射方向与驾驶者(用户)观看合成器400时的视线方向偏离。因此，从投射部300射出的图像显示光在合成器400发生反射，用户能基于该图像显示光视认虚像的可视认区域将偏离于驾驶者的眼的位置。因此，此时驾驶者不能恰当地观看到基于图像显示光的虚像。特别是用于通过反射光来确认后方的室内镜600相对于用户的朝向、和必须按照驾驶中的用户的视线方向进行调整的合成器400相对于用户的朝向，彼此并不总是相一致的。

[0042] 因此，本实施方式的平视显示器10成为如下构成：能仅调整合成器400的朝向，并且能基于该朝向的调整而适当调整投射于合成器400的图像显示光的方向，使驾驶者能恰当地观看到基于图像显示光的虚像。以下详述该构成。

[0043] 图5是表示平视显示器10被安装于右侧驾驶的车辆，合成器400的朝向向左方改变了角度θ时的合成器400及光学系统的一部分的图。以下，将与使合成器400向左方或右方转动时的转动部331的转动轴相垂直的平面称作水平面。水平面为相对于车辆的底面平行的面。此外，将与使合成器400向上方或下方转动时的转动轴相垂直的平面称作垂直面。垂直面为与相对于车辆的底面垂直的面相平行的面。

[0044] 在被安装于室内镜600的平视显示器中，根据室内镜的朝向，水平面有时不与车辆的底面平行，另外，垂直面有时不与垂直于车辆底面的面平行。为便于说明和理解，假定室内镜600的镜子的光轴处于相对于车辆底面平行、且与转向装置(steering)没有进行转向操作时的车辆的行进方向相平行的状态，针对安装平视显示器10时的合成器400的调整，考虑到上述那样的室内镜的朝向的变更，将水平面定为相对于车辆底面大致平行的面、将垂直面定为与相对于车辆底面垂直的面大致平行的面，来进行以下的说明。

[0045] 驾驶者使合成器400在水平面上转动角度θ时，投射部300介由图4中未图示的合成器支承臂420而相对于图像生成部50向相同方向转动角度θ。投射部300所具有的第2投射镜352、第3投射镜353、及中间像屏幕360也随着该投射部300的转动而沿与水平面平行的面、以与合成器400的转动相同的旋转轴，朝相同方向转动角度θ。以这些转动的转动轴通过第1投射镜351的主光线的反射点的方式构成各部。

[0046] 另一方面，该投射部300所具有的第1投射镜351通过角度调整机构之一的第1投射镜齿轮箱341而沿与水平面平行的面、以与合成器400的转动相同的旋转轴，朝相同方向旋转角度θ/2，如此进行调整。由此，通过中间像屏幕360而朝向合成器400的图像显示光的投射方向与合成器400的相对位置关系就与合成器400转动前时一样了。因此，即便用户使合成器400转动、改变了其相对于用户的朝向，也能使要在合成器上作为虚像来视认的图像成为无畸变的图像。

[0047] 如上所述，通过本实施方式的平视显示器10，即使车辆内的设置空间受到制约，也能不移动装置整体地调整合成器400的朝向和向合成器400投射的图像显示光的方向。并且，在平视显示器10中，不仅是合成器400，还能将投射的图像显示光的投射方向也一并恰当地调整，故用户调整后也能视认到无畸变的恰当的图像。

[0048] 图6是表示上述的合成器400、第1投射镜351、第2投射镜352、第3投射镜353、及中间像屏幕360的旋转角及减速比的关系的表。如该表所示，当合成器400在水平面上旋转角度θ时，第1投射镜351旋转角度θ/2，第2投射镜352、第3投射镜353及中间像屏幕360旋转角度θ。通过使用户改变合成器400的朝向时的旋转角和各投射镜及中间像屏幕360的旋转角度的关系成为上述关系，能根据合成器的朝向的变更而恰当地变更所投射的图像显示光的投射方向。

[0049] 图7是表示平视显示器10被安装于左侧驾驶的车辆、合成器400的朝向向右方改变了角度-θ时的合成器400及光学系统的一部分的图。在该情况下，也同图5及图6中所说明的一样，第1投射镜351转动角度-θ/2，第2投射镜352、第3投射镜353及中间像屏幕360分别转动角度-θ。

[0050] 如上所述，平视显示器10被安装于设在驾驶席和副驾驶席之间的室内镜上，能在水平面上转动合成器400，并能配合该转动地恰当改变图像显示光的投射方向。因此，能向在右侧驾驶用的车辆中使用的用户、和在左侧驾驶用的车辆中使用的用户都提示恰当的虚像。

[0051] 下面说明合成器400沿垂直面转动的情况。用户能介由上述的合成器支承臂420使合成器400向上方或下方转动。此时，合成器将在垂直于转动轴的垂直面上转动。合成器400在垂直面上转动角度 时，通过投射部300所具有的齿轮箱，第2投射镜转动角度 第3投射镜转动角度 中间像屏幕360转动角度 在同一垂直面上转动。这些转动及合成器400的转动与水平面的转动时一样，转动轴是相同的，按此方式构成各部。

[0052] 因此，在平视显示器10中，不仅是合成器400，还能一并恰当地调整所投射的图像显示光的投射方向，故用户在调整后也能视认到无畸变的恰当的图像。由此，在因驾驶者的座高和姿势而视线高度发生变化时，驾驶者也能视认到无畸变的恰当的虚像。

[0053] 上述实施方式中的合成器400的转动机构仅为例示，只要能使合成器400沿水平面或垂直面转动，可以采用任何机构。此外，在上述实施方式中说明的投射镜等各光学元件的转动机构也仅是例示，只要能基于合成器的转动而改变图像显示光向合成器的投射方向，可以采用任何机构。

[0054] 此外，在上述实施方式中，是沿水平面和垂直面转动的，但只要是在彼此垂直相交的2个平面、即第1平面和第2平面的面内分别转动的机构，且具有对应的投射镜，就可以对各投射镜适用上述的角度θ及角度 的转动的角度。

[0055] 〔标号说明〕

[0056] 10平视显示器、50图像生成部、300投射部、320投射轴、331转动部、341第1投射镜齿轮箱、351第1投射镜、352第2投射镜、353第3投射镜、360中间像屏幕、400合成器、420合成器支承臂、600室内镜。

[0057] 〔工业可利用性〕

[0058] 通过本发明，能提供一种在有限的设置空间内也能恰当地改变向用户提示虚像的方向的图像显示装置。