CN106990530B - 平视显示器装置的冷光镜以及平视显示器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平视显示器装置的冷光镜以及平视显示器装置，提供一种能够抑制由于观看影像的位置的不同而影像的色调发生变化的现象的冷光镜。并且，本发明提供一种具备这种冷光镜的平视显示器装置。在平视显示器装置(10)中，由显示器(16)显示出的影像的显示光(20)被冷光镜(12)反射，该反射影像被观看者视觉识别。在将被冷光镜(12)反射的P偏振光的在该反射前后的相位变化量与被冷光镜(12)反射的S偏振光的在该反射前后的相位变化量之差定义为反射相位差时，冷光镜(12)的入射波长与反射相位差之间的关系设定为在420nm～680nm的可视波长范围的整个区域内反射相位差处于180±60度的范围。

Description

平视显示器装置的冷光镜以及平视显示器装置

技术领域

本发明涉及一种平视显示器(以下略称为“HUD”)装置的冷光镜，其降低了因观看影像的位置而导致的影像的色调的变化。另外，本发明涉及一种具备该冷光镜的HUD装置。

背景技术

HUD装置例如搭载于车辆，被利用于在驾驶者的前方视野中显示娱乐(Infotainment)信息、ADAS(Advanced Driver Assistance Systems：先进驾驶辅助系统)信息等。这种车载用HUD装置一般具有如下结构：利用反射镜对在液晶显示器等显示器上发光显示的驾驶信息等的影像进行反射，将该影像投影于驾驶者的前方的风挡或组合器。在这种结构的车载用HUD装置中，如果太阳光逆入射后被反射镜反射而入射到显示器，则存在显示器被加热而劣化的情况。因此一直以来，提出了利用冷光镜构成反射镜(例如下述专利文献1)。通过利用冷光镜构成反射镜，即使太阳光逆入射，太阳光中含有的红外线成分也被冷光镜吸收，因此能够防止显示器被加热。

专利文献1：日本特开2004-347633号

发明内容

发明要解决的问题

根据本发明人的实验，已知存在如下问题：在利用冷光镜构成反射镜的现有的HUD装置中，因观看影像的位置不同而影像的色调发生变化。例如，在车载用HUD装置的显示器的整面上显示有白色的影像的情况下，从驾驶者的视点来看能够将显示的整面看成白色，与此相对，从副驾驶座、后部座位来看有时能够看见带有颜色。

本发明为了解决上述现有技术的问题，提供一种抑制了因观看影像的位置不同而影像的色调发生变化的HUD装置的冷光镜。另外，本发明提供一种具备该冷光镜的HUD装置。

用于解决问题的方案

本发明为一种冷光镜，是HUD装置中的冷光镜，该HUD装置利用该冷光镜反射由显示器显示出的影像来使观看者对反射的影像进行视觉识别，在所述冷光镜中，在将被所述冷光镜反射的P偏振光的在该反射前后的相位变化量与被所述冷光镜反射的S偏振光的在该反射前后的相位变化量之差定义为反射相位差时，入射波长与反射相位差之间的关系被设定为在420nm～680nm的可视波长范围的整个区域内所述反射相位差处于180±60度的范围内。

根据本发明人的实验，得知在具有冷光镜的HUD装置中，因观看影像的位置不同而影像的色调发生变化的现象是受冷光镜的入射波长与反射相位差之间的关系的影响而产生的。即，现有的HUD装置的冷光镜是只考虑使分光反射率特性最佳(即，实现在可见光区域得到尽可能高的反射率且在红外区域得到尽可能低的反射率的分光反射率特性)而设计的。其结果，在现有的HUD装置的冷光镜的分光反射相位差特性中，存在在420nm～680nm的可视波长范围内反射相位差大幅偏离于180度且偏振光状态大幅变化的波长带。因此，当观看影像的位置发生变化时，该波长带的光的强度大幅变化，其结果，影像的色调发生变化。因此，在本发明中，将HUD装置的冷光镜的反射相位差设定为在420nm～680nm的可视波长范围的整个区域内处于180±60度的范围内。其结果，不会存在偏振光状态大幅变化的波长带，因此能够降低因观看影像的位置而导致的影像的色调的变化。由此，能够降低从驾驶座看到的影像的色调与从副驾驶座、后部座位看到的该影像的色调的不同。此外，一般地，多数情况下，将HUD装置的冷光镜相对于显示光的光轴的入射角度设定为20度～60度而使用。可以认为本发明的冷光镜在该入射角度范围内被使用的情况下，有用性特别地高。即，在入射角度小的区域(小于20度)内，因膜设计产生的分光反射相位差特性在可见光区域内的紊乱较少，因此在进行膜设计上考虑分光反射相位差特性的必要性不怎么高。另一方面，在入射角度大的区域(超过60度)内，难以通过膜设计使得反射相位差在可见光区域的整个区域内收敛于180±60度的范围内。

本发明能够将所述冷光镜的反射相位差设定为在420nm～680nm的可视波长范围的整个区域内处于180±30度的范围内。由此，能够进一步降低因观看影像的位置的不同而导致的影像的色调的变化。

本发明能够将所述冷光镜在420nm～680nm的可视波长范围内的平均反射率设定为90％以上。由此，能够得到明亮的显示。

本发明的HUD装置具有本发明的冷光镜。通过本发明的HUD装置，能够降低因观看影像的位置而导致的影像的色调的变化。

附图说明

图1是表示装入到图2的HUD装置的基于本发明的冷光镜的实施方式的图，示意性地示出该冷光镜的层叠构造。

图2是表示搭载有基于本发明的冷光镜的车载用HUD装置的实施方式的示意图，示出将基于本发明的冷光镜装入到专利文献1(日本特开2004-347633号公报)所记载的HUD装置的状态。

图3是表示图1的冷光镜与现有的冷光镜各自的分光反射率特性(模拟值)的图。

图4是表示图1的冷光镜与现有的冷光镜(与图3的说明中所提及的现有的冷光镜相同的冷光镜)各自的分光反射相位差特性(模拟值)的图。

图5是表示图1的冷光镜与现有的冷光镜(与图3的说明中所提及的现有的冷光镜相同的冷光镜)的反射影像的相对光谱强度特性的图，示出使观看该反射影像的位置变化时的特性(均为模拟值)。

图6是表示基于图5的各特性的颜色坐标的色度图。

附图标记说明

10：平视显示器装置(HUD装置)；12：冷光镜；16：显示器(液晶显示器)。

具体实施方式

说明本发明的实施方式。图2示出搭载有基于本发明的冷光镜的HUD装置10。该HUD装置10是将基于本发明的冷光镜12搭载于专利文献1(日本特开2004-347633号公报)所记载的HUD装置而构成的。HUD装置10配置在车辆的仪表板(dashboard)(未图示)内。在HUD装置10的壳体14内收纳有液晶显示器16、冷光镜12、凹面镜18等。液晶显示器16对娱乐信息、ADAS信息等的影像进行发光显示。在液晶显示器16中，内置有液晶显示元件13、镜头15、作为背光灯的白色LED 17等。液晶显示元件13具有在TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)型液晶面板的前后两面分别贴附有偏振片的构造。从白色LED 17发出的光经由镜头15而照射到液晶显示元件13。由此，液晶显示元件13对影像进行发光显示。依次利用冷光镜12和凹面镜18反射液晶显示器16上发光显示出的影像的显示光20，来将其投影于车辆的驾驶座前方的风挡或组合器。由此，基于该投影出的显示光20的影像被驾驶者和其他乘客视觉识别。凹面镜18能够被摇动机构28摇动，能够通过其摇动角度来对显示光20的投影角度进行调整。冷光镜12经由由铝等形成的镜保持器22而被保持于壳体14。在镜保持器22的背面安装有散热片24。散热片24露出到壳体14之外。从外部逆入射的太阳光26被凹面镜18反射，并入射到冷光镜12。此时，太阳光26中含有的红外光透过冷光镜12后被镜保持器22吸收。由此，镜保持器22发热，该热被散热片24散出到外部。

在图1中示出冷光镜12的实施方式。该冷光镜12构成为在玻璃等的基板30的正面(光的入射面)30a上形成电介质多层膜32。电介质多层膜32构成为将由高折射率材料构成的高折射率膜34和由低折射率材料构成的低折射率膜36交替地重复层叠而成的多层膜。

表1中示出冷光镜12的设计例。此外，在表1中，一并示出了用于与该设计例的冷光镜12之间的特性进行比较的现有的冷光镜的设计例。膜厚(nm)是物理膜厚。

【表1】

基于表1的设计的本发明的冷光镜12的结构如以下那样。基板30的材料是玻璃，高折射率膜34的材料是TiO₂，低折射率膜36的材料是SiO₂。在基板30的表面，作为第1层而形成有高折射率膜34，在其上交替地形成有低折射率膜36和高折射率膜34，作为最终的第28层而形成有低折射率膜36，从而构成共28层的电介质多层膜32。最终的第28层的表面与空气接触。表1的现有的冷光镜的设计与表1的本发明的冷光镜12的设计相比，仅高折射率膜的膜厚和低折射率膜的膜厚不同，膜厚以外的规格(基板的材料、高折射率膜的材料、低折射率膜的材料、电介质多层膜的层数、高折射率膜与低折射率膜的层叠顺序等)与表1的本发明的冷光镜12的设计相同。

参照图3～图6来说明表1的设计的本发明的冷光镜12的光学特性和表1的设计的现有的冷光镜的光学特性。这些特性均是模拟值。另外，这些特性均表示入射角度为30度的情况。首先，图3示出分光反射率特性。反射率是以P偏振光与S偏振光的平均反射率来表示的。根据图3，不仅是在现有的冷光镜中，在本发明的冷光镜中也得到透过红外光且反射可见光的冷光镜的特性。因而，即使太阳光26逆入射到HUD装置(图2)，红外光也透过冷光镜12，因此红外光不入射到液晶显示器16。由此，防止因红外光导致的液晶显示元件13的劣化。现有的冷光镜的可见光区域(420nm～680nm)的平均反射率高于本发明的冷光镜的可见光区域的平均反射率，但是在本发明的冷光镜中也能够得到91.8％的平均反射率。因而，作为HUD装置用的冷光镜，本发明的冷光镜得到了足够的可见光反射率。现有的HUD装置的冷光镜的可见光区域的平均反射率高的理由在于，该冷光镜是以未考虑反射相位差而仅考虑使分光反射率特性最佳的方式设计的。

接着，图4示出分光反射相位差特性。反射相位差在可见光区域内越是在180度附近固定，在观看影像的位置发生变化时，越能够抑制该波长带的光的强度发生大的变化，从而越能够抑制影像的色调发生变化的现象。根据图4的现有的冷光镜的特性，在大约550nm～580nm的波长带，反射相位差超过240度(＝180+60度)。当像这样存在在可见光区域内反射相位差大幅超过180度(偏振光状态大幅变化)的波长带时，在观看影像的位置发生变化时，该波长带的光的强度大幅变化而影像的色调发生变化。与此相对，根据图4的本发明的冷光镜的特性，在420nm～680nm的可视波长范围的整个区域内反射相位差收敛于180±60度的范围内。因而，即使观看影像的位置发生变化，也抑制该波长带的光的强度发生大的变化。其结果，能够抑制影像的色调发生变化的现象。即，根据本发明的冷光镜，虽然与现有的冷光镜相比稍微牺牲了反射率特性，但是大幅改善了反射相位差特性。特别是，根据图4的本发明的冷光镜的特性，在420nm～680nm的可视波长范围的整个区域内反射相位差收敛于180±30度的范围内，特别能够抑制影像的色调发生变化。此外，本发明的冷光镜虽说与现有的冷光镜相比稍微牺牲了反射率特性，但是如前所述，能够得到91.8％这样高的平均反射率。

接着，图5示出两个冷光镜的反射影像的相对光谱强度特性，示出使观看该反射影像的位置变化时的特性。光源的影像假定为在使用白色LED来作为背光灯的液晶显示器的整面上显示有白色的影像时的该影像。点划线是从正面位置观看反射影像时(以下称为“正视”)的特性，是两个冷光镜共有的特性。实线和虚线均为从相对于正面位置偏离的、相同的位置观看反射影像时(以下称为“斜视”)的特性，实线是本发明的冷光镜的特性，虚线是现有的冷光镜的特性。根据图5，本发明的冷光镜的相对光谱强度特性在正视(点划线)与斜视(实线)时没有大的变化。与此相对，现有的冷光镜的相对光谱强度特性在正视(点划线)与斜视(实线)时大幅变化。即，相对于正视，现有的冷光镜的相对光谱强度在斜视时在大概530nm～620nm的波长带大幅下降。图6示出图5的各特性的色度图上的颜色坐标。根据图6，本发明的冷光镜的斜视的颜色坐标与正视的颜色坐标(白色)大致一致。与此相对，可知与本发明的冷光镜的斜视的颜色坐标相比，现有的冷光镜的斜视的颜色坐标远离正视的颜色坐标。

制作出表1的基于本发明的冷光镜和现有的冷光镜，针对两个冷光镜进行了实验。在该实验中，在液晶显示器的显示画面的整面上显示白色的影像，利用该冷光镜反射该影像来对该反射影像进行视觉识别，使观看该反射影像的位置变化来确认该反射影像的色调的变化程度。其结果，确认了与现有的冷光镜相比，上述实施方式的冷光镜能够抑制因观看反射影像的位置的变化而导致的该反射影像的色调的变化。

Claims (4)

1.一种冷光镜，是平视显示器装置使用的冷光镜，该平视显示器装置利用该冷光镜反射由显示器显示出的影像来使观看者对反射的影像进行视觉识别，其中，

所述冷光镜具有透过红外光且反射可见光的特性，

在将被所述冷光镜反射的P偏振光的在该反射前后的相位变化量与被所述冷光镜反射的S偏振光的在该反射前后的相位变化量之差定义为反射相位差时，入射波长与所述反射相位差之间的关系被设定为相对于以30度的入射角度向该冷光镜入射的光，在420nm～680nm的可视波长范围的整个区域内所述反射相位差处于180±60度的范围内。

2.根据权利要求1所述的冷光镜，其特征在于，

相对于以30度的入射角度向该冷光镜入射的光，所述冷光镜的反射相位差被设定为在420nm～680nm的可视波长范围的整个区域内处于180±30度的范围。

3.根据权利要求1或2所述的冷光镜，其特征在于，

所述冷光镜在420nm～680nm的可视波长范围内的平均反射率被设定为90％以上。

4.一种平视显示器装置，具有根据权利要求1～3中的任一项所述的冷光镜。

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