专利名称：平视显示设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种平视显示设备。
背景技术：
例如，JP2010-26483A (US2010/0014054A1)教导了一种显示设备，其使用激光(相干光)将图像投射至屏幕部件上。在该显示设备中，生成分别具有彼此垂直的正交偏振方向的两个激光，并且将这些激光投射至屏幕部件上以产生图像。由于这两个激光的偏振方向彼此垂直，因此可以限制斑点噪声的生成，否则，该斑点噪声由于在激光撞击到屏幕部件上时被屏幕部件漫射的漫射光之间的干扰而生成。该技术基于以下内容分别具有不同偏振方向的光实质上并不彼此干扰。当将分·别具有不同偏振方向的光投射至屏幕部件上时，减小斑点噪声。这里，应当注意，当在具有正交偏振方向的两个激光撞击到屏幕部件上时在屏幕部件上漫射的两个漫射光均被屏幕部件反射到观看者的眼睛时，观看者意识到斑点噪声减小。如上所讨论，观看者可以意识到斑点噪声减小，因为在具有不同偏振方向的光撞击到屏幕部件上时被屏幕部件漫射的两个漫射光均被反射到观看者的眼睛。当漫射光的强度之差大时，减小斑点噪声的效果可能退化。当将JP2010-26483A (US2010/0014054A1)的技术应用于将在屏幕部件上形成的显示图像投射至显示部件(例如，交通工具的挡风玻璃)上的平视显示设备以实现由观看者(驾驶员)对显示图像的虚像的视觉识别时，减小在屏幕部件上生成的斑点噪声的以上效果可能退化。减小斑点噪声的效果的退化趋向于发生在两个正交偏振光之一的偏振方向与挡风玻璃上的入射平面平行时。一般地，当一个光分量(即，电场分量)的偏振方向与入射平面平行时，这种光分量被称作P偏振光分量。此外，与入射平面垂直的另一光分量被称作S偏振光分量。P偏振光分量的反射率低于s偏振光分量的反射率。因此，在P偏振光分量的偏振方向上偏振的漫射光基本上未到达观看者的眼睛。因此，即使当分别具有彼此垂直的正交偏振方向的激光入射到屏幕部件上从而减小斑点噪声时，被屏幕部件漫射和反射且到达观看者的眼睛的偏振光中的一个的强度也可能与偏振光中的另一个的强度相比被大大减小。从而，减小斑点噪声的效果可能退化。特别地，当偏振激光在挡风玻璃上的入射角等于或接近于布鲁斯特角时，具有等于P偏振光分量的偏振方向(即，其与偏振激光的入射平面平行)的偏振方向的偏振激光的强度可能变得非常小，从而，减小斑点噪声的效果可能极大地退化。
发明内容
鉴于上述劣势，作出了本公开。因此，本公开的目的在于提供一种平视显示设备，其可以有效地限制斑点噪声。根据本公开，提供了一种平视显示设备，其适于将显示图像投射至在交通工具中安装的显示部件的投影表面上，以使位于交通工具的乘客室中的观看者能够观看显示图像的虚像。所述平视显示设备包括至少一个光源器件、偏振器件和屏幕部件。所述至少一个光源器件适于输出相干光以形成显示图像。所述偏振器件置于相干光的光路径中，所述相干光是从所述至少一个光源器件输出的。当所述偏振器件从所述至少一个光源器件接收到所述相干光时，所述偏振器件输出光，所述光包括第一偏振光分量和第二偏振光分量。在所述屏幕部件处漫射从所述偏振器件输出的光时，所述屏幕部件反射或透射所述光，以便在所述屏幕部件接收到从所述偏振器件输出的光时，在所述投影表面上形成显示图像。所述偏振器件布置在所述光路径中，使得当从所述偏振器件输出且被所述屏幕部件反射或透射通过所述屏幕部件的光入射到所述投影表面上时，所述第一偏振光分量的偏振方向和所述第二偏振光分量的偏振方向彼此不同并且不与入射平面平行，所述入射平面是在光在所述投影表面上的入射点处被形成的。
此处描述的图仅用于说明的目的且并不意图以任何方式限制本公开的范围。图I是示出了其中安装有根据本公开第一实施例的平视显示设备的交通工具的·示意 图2是描述了根据第一实施例的交通工具中的平视显示设备的布置的 图3是示出了第一实施例的激光扫描仪的结构的 图4是示出了根据第一实施例的平视显示设备的激光投影器件的结构的 图5是示出了在比较例中在挡风玻璃的投影表面处漫射光的入射与漫射光的反射之间的关系的 图6是示出了根据第一实施例的入射到投影表面上的漫射光的偏振光分量的偏振方向的 图7是示出了 s偏振光分量和P偏振光分量中的每一个在投影表面处的入射角和反射率之间的关系的 图8A是示出了根据本公开第二实施例的平视显示设备的激光投影器件的结构的以及
图8B是沿图8A中的线VIIIB-VIIIB获取的被放大的截面图，示出了第二实施例的激光投影器件的液晶单元器件的截面。
具体实施例方式将参照附图来描述本公开的各个实施例。在以下描述中，贯穿这些实施例，利用相同参考标记来指示类似的部件，并且为了简明，将不再重复描述所述类似的部件。(第一实施例)
图I是示出了其中安装有根据本公开第一实施例的平视显示设备的交通工具的示意图。图2是描述了根据第一实施例的交通工具中的平视显示设备的布置的图。图3是描述了第一实施例的激光扫描仪的结构和操作的图。第一实施例的平视显示设备100被容纳在交通工具I的仪表板中。在平视显示设备100中，将显示图像71投射至显示部件(例如，交通工具I的挡风玻璃90)上，使得观看者(驾驶员)可以从预先设置的眼箱60在视觉上识别显示图像71的虚像70。在挡风玻璃90的交通工具内侧表面中形成投影表面(也被称作投影的表面)91 (显示图像71从平视显示设备100被投射至该投影表面91上)，并将该投影表面91形成为凹面，该凹面是凹形的，即，沿远离观看者(并由此远离观看者的眼箱60)的方向弯曲且凹进。被投射至投影表面91上的显示图像71的光(光线束)被投影表面91向眼箱60反射，并到达观看者的视点61。察觉到显示图像71的光的观看者可以在视觉上识别(即，可以观看)显示图像71的虚像70，虚像70是在挡风玻璃90的正面(即，挡风玻璃90的与观看者相对的那面)上形成的。显示图像71包括图像段，其指示例如具有平视显示设备100的交通工具I的行进速度；交通工具I的行进方向标志的图像，其由导航系统指定；以及交通工具I的(多个)警告标志。仅当观看者的视点61位于眼箱61中时，观看者才可以在视觉上识别虚像70。当视点61从眼箱60移开时，观看者难以在视觉上识别虚像70。眼箱60是这样的区域，在该区域中，当观看者坐在驾驶员座位上并在驾驶员座位上摆出合适的驾驶姿势时，视点61有可能置于该区域中。眼箱60被配置为拉长的矩形形 式，该矩形是沿水平方向而不是沿垂直方向被拉长的。眼箱60被设置为沿水平方向拉长的原因在于坐在驾驶员座位上的观看者的头部易于沿交通工具I的水平方向而不是交通工具I的垂直方向移动。现在，将参照图2和3来描述平视显示设备100的结构。平视显示设备100包括容纳在外壳110 (图I)中的激光扫描仪10、屏幕30和凹面镜40。在以下描述中，观看者所观看的虚像70的水平方向(也被称作横向或第一方向)的轴将被称作X轴。此外，虚像70的与水平方向垂直的垂直方向(也被称作上至下方向或第二方向)的轴将被称作y轴。此夕卜，在以下描述中，为了方便，被形成在每个对应部件上或被投射到每个对应部件上的显示图像71的X轴的方向将被称作水平方向(也被称作横向或第一方向)，并且被形成在每个对应部件上或被投射到每个对应部件上的显示图像71的y轴的方向将被称作垂直方向(也被称作上至下方向或第二方向)。激光扫描仪10包括光源13、光学器件20、微机电系统(MEMS)器件26和控制器11。光源13包括三个激光投影器件14-16。激光投影器件14_16中的每一个投射对应的激光(也被称作激光束)，该对应的激光的频率与激光投影器件14-16中的其他两个的频率不同，即，该对应的激光的色相与激光投影器件14-16中的其他两个的色相不同。具体地，激光投影器件14投射红色的激光。激光投影器件15投射蓝色的激光。激光投影器件16投射绿色的激光。当将不同色相的激光加法地混合时，可以再现各个颜色。每个激光投影器件14-16连接至控制器11。每个激光投影器件14-16基于从控制器11输出的控制信号来投射对应色相的激光。光学器件20包括三个准直透镜21、三个二向色滤光片22-24和聚光透镜25。每个准直透镜21沿从激光投影器件14-16被投射的激光的投射方向被置于对应激光投影器件14-16的下游侧。准直透镜21通过使激光弯曲来生成平行光线。每个二向色滤光片22-24沿从对应激光投影器件14-16被投射的激光的投射方向被置于对应准直透镜21的下游侧。置于激光投影器件14的下游侧的二向色滤光片22使红色频率的光通过，并反射除红色频率外的其他频率的其他光。置于激光投影器件15的下游侧的二向色滤光片23反射蓝色频率的光并使除蓝色频率外的其他频率的其他光通过。置于激光投影器件16的下游侧的二向色滤光片24反射绿色频率的光并使除绿色频率外的其他频率的其他光通过。被二向色滤光片24反射的绿激光和被二向色滤光片23反射的蓝激光被二向色滤光片22反射并进入聚光透镜25，并且，穿过二向色滤光片22的红激光还被引导至聚光透镜25并进入聚光透镜25。聚光透镜25是平凸透镜，其具有被形成为平面表面的光输入表面和被形成为凸面的光输出表面。聚光透镜25通过使进入聚光透镜25的光输入表面的激光弯曲来使光会聚。从而，已通过聚光透镜25的激光在通过MEMS器件26之后被聚焦在稍后将描述的屏幕30的成像表面31上。MEMS器件26连接至控制器11，并包括水平扫描仪27和垂直扫描仪28。通过例如招的气相沉积，在水平扫描仪27的与光学器件20相对的表面上形成金属膜，以对光进行反射。水平扫描仪27由沿垂直方向延伸的可旋转轴27a可旋转地支撑，使得水平扫描仪27可 绕可旋转轴27a的旋转轴旋转。可旋转轴27a由激光扫描仪10的外壳可旋转地支撑。将驱动器件提供给MEMS器件26，以旋转可旋转轴27a。驱动器件驱动可旋转轴27a，以使其绕旋转轴旋转，并由此基于从控制器11输出的驱动信号来旋转水平扫描仪27。通过例如铝的气相沉积，在垂直扫描仪28的与水平扫描仪27相对的表面上形成金属膜，以对光进行反射。垂直扫描仪28由沿水平方向延伸的可旋转轴28a可旋转地支撑，使得垂直扫描仪28可绕可旋转轴27a的旋转轴旋转。可旋转轴28a由激光扫描仪10的外壳可旋转地支撑。将驱动器件提供给MEMS器件26，以旋转可旋转轴28a。驱动器件驱动可旋转轴28a，以使其绕旋转轴旋转，并由此基于从控制器11输出的驱动信号来旋转垂直扫描仪28。在MEMS器件26的上述结构的情况下，基于从控制器11输出的驱动信号来驱动水平扫描仪27和垂直扫描仪28。从而，绕着可旋转轴27a的旋转轴旋转水平扫描仪27，并绕着可旋转轴28a的旋转轴旋转垂直扫描仪28。控制器11是包括处理器的控制器件。控制器11将控制信号输出至每个激光投影器件14-16，以使激光如脉冲光那样闪烁。此外，激光控制器11将驱动信号输出至MEMS器件26，以控制被水平扫描仪27和垂直扫描仪28反射的所反射的激光的方向，使得被水平扫描仪27和垂直扫描仪28反射的所反射的激光形成图3所示的扫描线SL。控制器11控制激光扫描仪10，使得激光扫描仪10投射光，该光在屏幕30的成像表面31上形成显示图像71。具体地，通过扫描所投射的闪烁激光，在屏幕30的成像表面31上形成显示图像71，显示图像71的每个像素是通过对应闪烁激光形成的。通过激光扫描仪10的扫描而形成的显示图像71是这样的图像，该图像具有例如60帧每秒，在水平方向(X轴)上具有480个像素，以及在垂直方向(y轴)上具有240个像素。屏幕30是反射屏幕(反射类型的屏幕)，该反射屏幕是通过将例如铝气相沉积在由例如玻璃制成的基板的表面上来形成的。屏幕30以预定角度漫射和反射所接收的光。屏幕30被沿着交通工具I的垂直方向置于激光扫描仪10的上侧上(参见图2)。屏幕30具有成像表面31。成像表面31由气相沉积在屏幕30上的例如铝的金属膜形成。当沿由y轴和z轴限定的y-z平面(参见图3和4)从激光扫描仪10投射激光时，在成像表面31上形成显示图像71。成像表面31具有微凸体以漫射激光。成像表面31漫射和反射激光，该激光形成显示图像71并朝向凹面镜40撞击到成像表面31上。
这里，应当注意，尽管在该实例中将屏幕30形成为反射屏幕，但是可替换地，可以将屏幕30形成为透射屏幕，其由透光材料制成，并且，将具有微凸体的成像表面31形成为使光透射通过其的透射表面。在这种情况下，激光扫描仪10从屏幕30的与凹面镜40相对的相反面投射形成显示图像71的激光，并且屏幕30向着挡风玻璃90的投影表面91漫射所投射的激光并使所投射的激光透射通过屏幕30，通过凹面镜40，以在投影表面91上形成显示图像71。凹面镜40是通过将例如铝气相沉积在由例如玻璃制成的基板的表面上来形成的。凹面镜40具有反射表面41，反射表面41将从屏幕30的成像表面31反射的所反射的激光反射到挡风玻璃90的投影表面91上。反射表面41的中心部分是凹形的，即，沿远离成像表面31和投影表面91的方向弯曲并凹进。反射表面41将显示图像71投影在投影表面91上，使得反射表面41放大并反射被成像表面31反射的显示图像71。接下来，将描述第一实施例的平视显示设备100的特性特征。首先，将描述相应激光投影器件14至16的结构。图4是示出了激光投影器件14的结构的图。尽管图4仅示 出了激光投影器件14，但是其他两个激光投影器件15、16中的每一个的结构与激光投影器件14的结构相同，并由此为了简明这里将不再描述。如图4所示，激光投影器件14具有第一激光源14a、第二激光源14b和偏振分束器17。第一激光源14a和第二激光源14b中的每一个连接至控制器11，并响应于从控制器11接收的控制信号来投射激光。从第一激光源14a投射的激光是具有多个预定偏振方向的光，并被输入至偏振分束器17中。类似地，从第二激光源14b投射的激光是具有多个预定偏振方向的光，并被输入至偏振分束器17中。第一激光源14a和第二激光源14b被布置为使得第一激光源14a的激光和第二激光源14b的激光通常在偏振分束器17处彼此垂直。偏振分束器17被置于从第一激光源14a输出的激光的光路径上,还被置于从第二激光源14a输出的激光的光路径上。将第一激光源14a的激光和第二激光源14b的激光输入至偏振分束器17中，并在将第一和第二激光源14a、14b的激光的p偏振光分量和s偏振光分量进行混合之后，从偏振分束器17输出第一激光源14a的激光和第二激光源14b的激光，这将在下面详细讨论。从而，偏振分束器17投射激光，该激光沿预定方向朝向准直透镜21具有两个偏振光分量(P偏振光分量和s偏振光分量),并且这两个偏振光分量的偏振方向彼此垂直(正交)。从激光投影器件14的偏振分束器17投射的激光在通过准直透镜21、二向色滤光片22、聚光透镜25和MEMS器件26之后被输入至屏幕30上。现在，将详细描述偏振分束器17。偏振分束器17由例如玻璃制成，并被配置为立方体形式。偏振分束器17在偏振分束器17的中心部分中具有滤光片18。滤光片18在图4的平面中在偏振分束器17中对角线地延伸。滤光片18由介电多层膜制成，并将所输入的激光分割为P偏振光分量和S偏振光分量,如以下详细描述的。滤光片18具有第一表面18a和第二表面18b,第一表面18a和第二表面18b沿与第一表面18a的平面和第二表面18b的平面垂直的方向彼此相对。在滤光片18处，当激光从第一激光源14a被投射并进入(S卩，入射到)滤光片18的第一表面18a时,第一表面18a反射s偏振光分量,s偏振光分量具有与激光在第一表面18a上的入射点处的入射平面(在该特定实例中为图4的平面)垂直的偏振方向，并且第一表面18a使P偏振光分量通过至第二表面18b,以使p偏振光分量透射通过滤光片18, p偏振光分量具有与所述入射平面平行的偏振方向。在本实施例中，第一激光源14a是例如半导体激光器(激光二极管)，从第一激光源14a输出的大部分(S卩，多于50% (或者几乎所有))激光沿与被第一表面18a反射的s偏振光分量的偏振方向相对应的偏振方向偏振，以及从第一激光源14a输出的其余激光沿与从第一表面18a穿过滤光片18至第二表面18b的p偏振光分量的偏振方向相对应的偏振方向偏振。此外，在滤光片18处，当激光从第二激光源14b被投射并进入滤光片18的第二表面18b时,第二表面18b反射s偏振光分量，s偏振光分量具有与激光在第二表面18b上的入射点处的入射平面(在该特定实例中为图4的平面)垂直的偏振方向，并且第二表面18b使P偏振光分量通过至第一表面18a，以使P偏振光分量透射通过滤光片18，P偏振光分量具有与所述入射平面平行的偏振方向。在本实施例中，第二激光源14b是例如半导体激光器(激光二极管)，从第二激光源14b输出的大部分(即，多于50% (或者几乎所有))激光沿与
从第二表面18b通过滤光片18透射至第一表面18a的p偏振光分量的偏振方向相对应的偏振方向偏振，以及从第二激光源14b输出的其余激光沿与被第二表面18b反射的s偏振光分量的偏振方向相对应的偏振方向偏振。在本实施例中，相同类型的半导体激光器(激光二极管)用作第一和第二激光源14a、14b。第一激光源14a相对于偏振分束器17的取向从第二激光源14b相对于偏振分束器17的取向改变，以实现第一和第二激光源14a、14b的上述偏振方向。在偏振分束器17的出射面(出口)18c处将s偏振光分量和P偏振光分量进行组合，并在公共方向上沿公共光轴从出射面18c投射s偏振光分量和P偏振光分量。从而,从出射面18c投射(即，输出)的光具有两个偏振光分量，这两个偏振光分量的偏振方向彼此垂直(正交)。然后，从出射面18c投射的该光进入屏幕30。s偏振光分量的光强度(也被称作亮度或输出功率)和P偏振光分量的光强度通常彼此相等。S偏振光分量的偏振方向和P偏振光分量的偏振方向彼此垂直，使得S偏振光分量和P偏振光分量基本上不彼此干扰。由于S偏振光分量和P偏振光分量的各项是鉴于滤光片18的第一表面18a或第二表面18b上的入射平面而被定义的，因此在以下讨论中将从偏振分束器17的出射面18c输出的光的s偏振光分量和P偏振光分量讨论为光的两个偏振光分量(或者第一和第二偏振光分量)，除非另有说明。从偏振分束器17投射且具有偏振方向彼此垂直的两个偏振光分量的光进入屏幕30并被漫射。被屏幕30的成像表面31漫射和反射的光(漫射光)进入凹面镜40的反射表面41,同时维持其两个偏振光分量的偏振方向。被反射表面41反射的漫射光进入(即，入射至IJ)挡风玻璃90的投影表面91，同时维持其两个偏振光分量的偏振方向。此后，漫射光的进入投影表面91的一部分被投影表面91反射并到达观看者的视点61。当具有偏振方向彼此垂直的两个偏振光分量的光在屏幕30的成像表面31处被漫射时，斑点噪声被在成像表面31处漫射的漫射光减小，因为偏振方向彼此垂直的两个偏振光分量基本上不彼此干扰。这里，应当注意，当漫射光到达观看者的眼睛(视点61)时，显现出这种减小斑点噪声的效果，并且当漫射光未到达视点61时，未显现出这种减小斑点噪声的效果。此外，当到达视点61的漫射光的两个偏振光分量的光强度之差增大时，减小斑点噪声的效果退化。在本实施例中，存在限制被屏幕30漫射且反射的漫射光到达视点61的因素。具体地，挡风玻璃90的投影表面91是可能限制漫射光到达观看者的视点61的因素。现在将详细描述这一点。首先，将详细描述漫射光在挡风玻璃90的投影表面91处的入射(进入)和反射(退出)。图5是示出了在比较例中在挡风玻璃90的投影表面91处漫射光的入射和反射的图。图6是示出了被屏幕30和凹面镜40反射且入射到投影表面91上的漫射光的两个偏振光分量的偏振方向的图。图6还示出了在投影表面91上反射s偏振光分量时图5所示的s偏振光分量的偏振方向。图7是不出了 s偏振光分量和P偏振光分量中的每一个在投影表面91处的入射角和反射率之间的关系的图。现在，参照图5，将讨论这样的比较例在该比较例中，被凹面镜40反射的漫射光以预定入射角入射到投影表面91的点A上，此后被投影表面91向视点61反射。在该比较例中，出于描述的目的，假定漫射光具有相对于在光在投影表面91上的入射点A处形成的入射平面92而定义的s偏振光分量和P偏振光分量。入射到投影表面91上的漫射光和被投影表面91反射的漫射光沿由图5中的点划线指示的入射平面92被传播。入射平面92 是包括下述的平面漫射光在投影表面91上的入射点(点A)、该漫射光的光轴、以及入射点A上投影表面91的法线。图5所示的P偏振光分量是偏振方向与入射平面92 (在该特定实例中为图5的平面)平行的偏振光分量。此外，图5所示的s偏振光分量是偏振方向与入射平面92垂直的偏振光分量。当漫射光入射到投影表面91的点A上时，根据图7的曲线图来确定在点A处被投影表面91反射的光分量的强度，图7的曲线图指示了入射角与反射率之间的关系。例如，在入射角等于布鲁斯特角(约56度)的情况下，P偏振光分量透射通过挡风玻璃90，并且仅s偏振光分量被挡风玻璃90反射。s偏振光分量的强度变为与图7所不的s偏振光分量的反射率相对应的对应强度。在本实施例中，如图6中的点划线所指示，被屏幕30和凹面镜40反射且入射到投影表面91上的光的两个偏振光分量的偏振方向彼此垂直。此外，两个偏振光分量的偏振方向(参见图6中的点划线)从图5所示且参照图5讨论的光的P偏振光分量和s偏振光分量的偏振方向旋转地移动了约45度。换言之,本实施例的两个偏振光分量的偏振方向从入射平面92 (参见图6所不的P偏振光分量的偏振方向)和与入射平面92垂直的平面(参见图6所不的s偏振光分量的偏振方向)旋转地移动了约45度。在图6中,两个双向箭头标志中的每一个的方向指不了本实施例的两个偏振光分量中对应的一个的偏振方向，并且双向箭头标志的长度指示了本实施例的两个偏振光分量中对应的一个的光波的幅度。与该幅度的平方成比例的值是光的强度。因此，当双向箭头标志的长度增大时，对应的偏振光分量的强度增大。当图5的漫射光以布鲁斯特角入射到投影表面91上时，P偏振光分量的反射率基本上变为零(参见图7 )。因此，在这种情况下，被投影表面91反射的漫射光通常仅具有沿入射平面92的s偏振光分量的偏振方向(参见图6中的实线双向箭头标志)。被投影表面91反射的图5的漫射光到达视点61。被投影表面91反射的图5的漫射光的强度变为与图7所不的s偏振光分量的反射率相对应的值。在本实施例中，当具有两个偏振光分量的漫射光被投影表面91反射时，漫射光的两个偏振光分量仍均到达视点61，这与图5的比较例不同，在图5的比较例中，漫射光的仅S偏振光分量到达视点61。在本实施例中，这是通过偏振分束器17的取向和配置的设置和/或平视显示设备100的部件中的至少一个的取向和配置的设置而成为可能的，所述平视显示设备100的部件在上面被讨论并且位于偏振分束器17与挡风玻璃的投影表面91之间。因此，根据本实施例，可以限制减小斑点噪声的效果的退化，即，可以有效地限制斑点噪声。此外，在本实施例中，参照图6，漫射光的两个偏振光分量的强度通常彼此相等，从而，在两个偏振光分量的强度之间不存在实质差异。因此，可以限制减小斑点噪声的效果的退化，即，可以有效地限制斑点噪声。
在本实施例中，如图6所不,两个偏振光分量的偏振方向与图5的P偏振光分量的偏振方向不同，图5的P偏振光分量的反射率与s偏振光分量在投影表面91处的反射率相比更低。因此，可以限制被投影表面91反射的漫射光的两个偏振光分量的强度之差的增力口。在漫射光的入射角等于布鲁斯特角，并且漫射光的两个偏振分量之一的偏振方向与图5的P偏振光分量的偏振方向一致的情况下，漫射光的两个偏振分量中的该偏振分量基本上未到达视点61。因此，在这种情况下，到达视点61的漫射光的两个偏振光分量的强度之差变得非常大，从而，减小斑点噪声的效果大大减小，与图5的比较例中类似。当入射到投影表面91上的漫射光的两个偏振光分量的偏振方向均与图5所不的P偏振光分量的偏振方向不同时，两个偏振光分量的强度之差减小。从而，可以限制减小斑点噪声的效果的退化，即，可以有效地限制斑点噪声。参照图7的曲线图，应当理解，被投影表面91反射的漫射光的偏振光分量的强度根据入射到投影表面91上的漫射光的偏振光分量的偏振方向而变化。此外，如图7所示，s偏振光分量的反射率高于P偏振光分量的反射率。因此，当被投影表面91反射的漫射光的偏振光分量的偏振方向与图5的s偏振光分量的偏振方向一致时,被投影表面91反射的漫射光的偏振光分量的强度变为最大。例如，在两个偏振光分量中的一个的偏振方向与图5所不的s偏振光分量的偏振方向一致的情况下,两个偏振光分量中的另一个的偏振方向与图5所示的s偏振光分量的偏振方向不同。因此，在这种情况下，两个偏振光分量的强度因而彼此不同，从而，在漫射光的两个偏振光分量的强度之间存在实质差异。在本实施例中，入射到投影表面91上的漫射光的两个偏振光分量的偏振方向均不仅与图5所示的P偏振光的偏振方向不同，而且与图5所示的s偏振光的偏振方向不同。因此，可以限制被投影表面91反射的漫射光的两个偏振光分量的强度之间的实质差异的生成。由此，可以限制减小斑点噪声的效果的退化，即，可以有效地限制由被投影表面91反射的漫射光的两个偏振光分量的强度之间的实质差异导致的斑点噪声。此外，在本实施例中，两个偏振光分量的偏振方向关于图5所不的P偏振光分量的偏振方向彼此对称，即，关于入射平面92彼此对称。在漫射光的两个偏振光分量的偏振方向的以上设置的情况下，两个偏振光分量的强度变为基本上彼此相等。因此，由于漫射光的两个偏振光分量的强度变为基本上彼此相等，因此可以限制减小斑点噪声的效果的退化，即，可以有效地限制斑点噪声。这里，在入射到屏幕30上的光的两个偏振光分量的偏振方向被设置为彼此垂直的本实施例的情况下，两个偏振光分量的偏振方向在角度上彼此相隔最远。从而，可以最大化减小斑点噪声的效果。在本实施例中，将从偏振分束器17投射的光的两个偏振光分量的偏振方向设置为彼此垂直，并且将该光投射至屏幕30的成像表面31上。从而，可以最大化减小斑点噪声的效果。此外，在本实施例中，偏振方向彼此垂直的两个偏振光分量通过偏振分束器17的滤光片18的分离函数(分割函数)生成。滤光片18将s偏振光分量从第一激光源14a的激光中分离，并且还将P偏振光分量从第二激光源14b的激光中分离。然后，偏振分束器17将由滤光片18分离的s偏振光分量和P偏振光分量进行组合，并沿公共方向从偏振分束器17的出射面18c投射所述s偏振光分量和P偏振光分量。这样，生成了包括偏振方向彼此垂直的两个偏振光分量的光。此外，不论第一激光源14a的激光的偏振方向和第二激光源14b的激光的偏振方向如何,从出射面18c投射的两个偏振光分量的偏振方向变为彼此垂直。在本实施例中，第一激光源14a和第二激光源14b可以用作光源器件(多个光源器件)。此外，第一激光源14a可以用作第一光源器件，第二激光源14b可以用作第二光源器件。此外，屏幕30可以用作屏幕部件(屏幕装置)。偏振分束器17可以用作偏振器件(偏振装置)。·(第二实施例)
在第一实施例中，偏振分束器17用作偏振器件(偏振装置)。可替换地，液晶单元器件117可以用作偏振器件。以下，将参照图8A和SB来详细描述第二实施例。图8A是示意性地示出了第二实施例的平视显示设备的激光投影器件14的结构的图，图SB是沿图8A中的线VIIIB-VIIIB获取的液晶单元器件117的放大的截面图。在本实施例中，激光投影器件14包括激光源114a和液晶单元器件117。其他两个激光投影器件15、16中的每一个的结构与激光投影器件14的结构相同，并且由此为了简明这里将不再描述。激光源114a与第一实施例的第一和第二激光源14a、14b类似。因此，激光源114a是例如半导体激光器(激光二极管)，从激光源114a输出的大部分(S卩，多于50%(或者几乎所有))激光沿与在第一实施例中讨论的偏振方向彼此垂直的两个偏振光分量中的一个相对应的偏振方向偏振，以及从激光源114a输出的其余激光沿与偏振方向彼此垂直的两个偏振光分量中的另一个相对应的偏振方向偏振。液晶单兀器件117是扭曲向列型(TN)液晶单元器件。在TN液晶单元器件117中，利用液晶分子来填充在沿光的透射方向一个接一个布置的上游侧玻璃基板117a和下游侧玻璃基板117b之间限定的空间，以形成液晶分子的层(液晶分子层)117c。此外，在液晶单元器件117中，在激光源114a所位于的上游侧玻璃基板117a的上游侧上提供偏振滤光片117d。偏振滤光片117d使从激光源114a输出的两个偏振光分量中的仅一个通过，并阻挡从激光源114a输出的两个偏振光分量中的另一个。在该实例中，偏振滤光片117d被设置为使沿与两个偏振光分量中的一个相对应的偏振方向偏振的从激光源114a输出的大部分激光通过，并且，偏振滤光片117d被设置为阻挡沿与两个偏振光分量中的另一个相对应的偏振方向偏振的从激光源114a输出的其余激光。从而，从激光源114a输出的两个偏振光分量中的仅一个通过偏振滤光片117d进入上游侧玻璃基板117a。在TN液晶单元器件117中，当未将电功率供给至被分别提供给玻璃基板117a、117b的电极以具有小于阈值电压的电压(液晶单元器件117的去激励状态)时，液晶分子的取向在玻璃基板117a、117b之间被扭曲了 90度。当将电功率供给至玻璃基板117a、117b的电极以具有等于或高于阈值电压的电压(液晶单元器件117的激励状态)时，液晶分子的取向的扭曲在液晶分子的层117c中消失。控制器11控制液晶单元器件117的激励和去激励。因此，当通过从控制器11供给的命令信号来对液晶单元器件117进行激励时，两个偏振光分量中从激光源114a输出且已通过偏振滤光片117d的那一个进入上游侧玻璃基板117a，并且该偏振光分量被透射通过液晶单元分子的层117c和下游侧玻璃基板117b，同时维持光的原始偏振方向。因此，该偏振光分量在不改变其偏振方向的取向的情况下从液晶单元器件117输出。此外，当通过从控制器11供给的命令信号来对液晶单元器件117进行去激励时，两个偏振光分量中从激光源114a输出且已通过偏振滤光片117d的那一个进入上游侧玻璃基板117a，并且该偏振光分量在旋转了 90度时被透射通过液晶单元分子的层117c。然后，旋转了 90度的该偏振光分量从下游侧玻璃基板117b输出。从而，当交替重复液晶单元器件117的激励和去激励时，可以从液晶单元器件117投射具有偏振方向彼此垂直的两个偏振光分量的光。即，当使用该液晶单元器件117时，可以在使用单个激光源114a的同时从液晶单元器件117投射具有偏振方向彼此垂直的两个偏振光分量的光。 在本实施例中，控制器11以预定间隔交替且重复地执行液晶单元器件117的激励和去激励。人不能识别在比预定时间段更短的短时间段内快速改变的视觉刺激。该预定时间段被设置为比这样的时间段更短等于或长于该时间段，人能够识别视觉刺激。该预定时间段被设置为例如等于或小于二十分之一秒(1/20秒)。在基于以上讨论来设置该预定时间段的情况下，即使当利用时分方法来周期性地切换光的偏振方向时，观看者也会将结果得到的投射光识别为具有两个偏振光分量的光，所述两个偏振光分量分别具有彼此垂直的偏振方向并沿公共光轴被传播。已经关于第一和第二实施例描述了本公开。然而，本公开不限于以上实施例，并且可以在本公开的精神和范围内修改以上实施例。例如，在第一和第二实施例中，从偏振分束器17或液晶单元器件117投射的投射光是包括分别具有彼此垂直的偏振方向的两个偏振光分量的光。然而，不需要具有彼此垂直的偏振方向。S卩，可以将偏振方向改变为彼此不垂直的任何其他方向，只要偏振方向彼此不同并且不与入射平面平行。在第一实施例中，偏振分束器17用作偏振器件(偏振装置)以生成具有分别沿不同偏振方向偏振的两个偏振光分量的光。可替换地，未改变向其输入的激光的偏振光分量的偏振方向的非偏振分束器可以用作偏振器件(偏振装置)。在这种情况下，从第一激光源投射至非偏振分束器的激光的偏振方向和从第二激光源投射的激光的偏振方向需要以适当的方式从彼此改变。在第一和第二实施例中，从激光扫描仪10投射至投影表面91上的激光的偏振光分量的偏振方向即使在激光被屏幕30和凹面镜40反射时也不改变。可替换地，改变激光的偏振光分量的偏振方向的(多个)光学兀件可以置于从激光扫描仪10至投影表面91的光路径中。这样，可以自由地设置激光的偏振光分量的偏振方向，而无需调整例如具有相对大尺寸的激光扫描仪10的取向。在第二实施例中，偏振滤光片117d置于液晶单元器件117的上游侧玻璃基板117a的上游侧。可替换地，偏振滤光片117d可以置于液晶单元器件117与激光源114a之间或者可以被提供在激光源114a的输出114e处。换言之，偏振滤光片117d可以置于从激光源114a的出口 114e至包括液晶分子的液晶单元器件117的层117c的光路径的部分中的任何位置处，以阻挡从激光源114a输出的两个偏振光分量中的另一个。进一步可替换地，如果需要，可以从平视显示设备100中消除偏振滤光片117d。即使当消除了偏振滤光片117d时，也可以在某种程度上限制被投影表面91反射的光的两个偏振光分量之间的干扰。在以上实施例中的每一个中，在激光源14a、14b、114a处，从激光源14a、14b、114a输出的大部分(即，多于50%)激光沿两个偏振光分量中对应的一个偏振,并且从相同激光源14a、14b、114a输出的其余激光沿与两个偏振光分量中的另一个的偏振方向相对应的偏振方向偏振。可替换地，从激光源14a、14b、114a输出的更高百分比(例如，多于百分之60、70、80或90，或者所有)的激光可以沿两个偏振光分量中对应的一个偏振，并且从相同激光源14a、14b、114a输出的其余激光可以沿与两个偏振光分量中的另一个的偏振方向相对应的偏振方向偏振。当该百分比增大时，可以有利地最小化未被投射至投影表面91上的激光的损失。
在第一和第二实施例中，挡风玻璃90用作显示部件。可替换地，显示部件可以是具有投影表面的组合器(分离部件)。该组合器由透光材料制成，并且被放置成与位于交通工具的乘客室内部的挡风玻璃90的内表面相邻，更具体地说是被附着到所述挡风玻璃90的所述内表面。该组合器可以被与挡风玻璃90分开地形成或分开地提供。本领域技术人员容易想到另外的优点和变型。因此，更广义上的本公开不限于所示出和描述的具体细节、代表性设备和说明性例子。
权利要求
1.一种平视显示设备，其适于将显示图像(71)投射至在交通工具中安装的显示部件(90)的投影表面(91)上，以使位于交通工具的乘客室中的观看者能够观看显示图像(71)的虚像(70)，所述平视显示设备包括 至少一个光源器件(14a、14b、114a)，其适于输出相干光以形成显示图像(71)； 偏振器件(17、117)，其被置于相干光的光路径中，所述相干光是从所述至少一个光源器件(14a、14b、114a)输出的，其中，当所述偏振器件(17、117)从所述至少一个光源器件(14a、14b、114a)接收所述相干光时,所述偏振器件(17、117 )输出包括第一偏振光分量和第二偏振光分量的光；以及 屏幕部件(30)，其在所述屏幕部件(30)处漫射从所述偏振器件(17、117 )输出的光时，反射或透射所述光，以便在所述屏幕部件(30)接收从所述偏振器件(17、117)输出的光时，在所述投影表面(91)上形成显示图像(71)，其中 所述偏振器件(17、117)被布置在所述光路径中，使得当从所述偏振器件(17、117)输出且被所述屏幕部件(30)反射或透射通过所述屏幕部件(30)的光入射到所述投影表面(91)上时,所述第一偏振光分量的偏振方向和所述第二偏振光分量的偏振方向彼此不同并且不与入射平面(92)平行，所述入射平面(92)是在光在所述投影表面(91)上的入射点处形成的。
2.根据权利要求I所述的平视显示设备，其中，所述偏振器件(17、117)被布置在所述光路径中，使得当从所述偏振器件(17、117)输出且被所述屏幕部件(30)反射或透射通过所述屏幕部件(30)的光入射到所述投影表面(91)上时，所述第一偏振光分量的偏振方向和所述第二偏振光分量的偏振方向不与所述入射平面(92)垂直。
3.根据权利要求I所述的平视显示设备，其中，所述偏振器件(17、117)被布置在所述光路径中，使得当从所述偏振器件(17、117)输出且被所述屏幕部件(30)反射或透射通过所述屏幕部件(30)的光入射到所述投影表面(91)上时，所述第一偏振光分量的偏振方向和所述第二偏振光分量的偏振方向关于所述入射平面彼此对称。
4.根据权利要求I所述的平视显示设备，其中，所述偏振器件(17、117)被布置在所述光路径中，使得当从所述偏振器件(17、117)输出且被所述屏幕部件(30)反射或透射通过所述屏幕部件(30)的光入射到所述投影表面(91)上时，所述第一偏振光分量的偏振方向和所述第二偏振光分量的偏振方向彼此垂直。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的平视显示设备，其中 所述至少一个光源器件(14a、14b)包括第一光源器件(14a),其输出具有所述第一偏振光分量的相干光；以及第二光源器件(14b),其输出具有所述第二偏振光分量的相干光； 所述偏振器件(17)包括具有第一表面(18a)和第二表面(18b)的滤光片(18)，所述第一表面(18a)和第二表面(18b)沿与所述第一表面(18a)的平面和所述第二表面(18b)的平面垂直的方向彼此相对； 所述滤光片(18)的第一表面(18a)朝向所述偏振器件(17)的出口( 18c)反射所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量中的一个； 所述滤光片(18)朝向所述偏振器件(17)的出口(18c)从所述第二表面(18b)至所述第一表面(18a)透射所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量中的另一个；以及所述偏振器件(17)在所述滤光片(18)的下游侧沿公共方向从所述出口(18c)输出所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量。
6.根据权利要求5所述的平视显示设备，其中 从所述第一光源器件(14a)输出的多于50%的相干光被偏振作为所述第一偏振光分量; 从所述第一光源器件(14a)输出的其余相干光被偏振以具有所述第二偏振光分量的偏振方向； 从所述第二光源器件(14b)输出的多于50%的相干光被偏振作为所述第二偏振光分·量; 从所述第二光源器件(14b)输出的其余相干光被偏振以具有所述第一偏振光分量的偏振方向。
7.根据权利要求5所述的平视显示设备，其中 所述第一偏振光分量在所述滤光片(18)处形成s偏振光分量和p偏振光分量中的一个；以及 所述第二偏振光分量在所述滤光片(18)处形成所述s偏振光分量和所述p偏振光分量中的另一个。
8.根据权利要求I至4中任一项所述的平视显示设备，其中 所述至少一个光源器件(114a)包括单个光源器件(114a)，所述单个光源器件(114a)输出具有所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量之一的相干光； 所述偏振器件(117)包括液晶单元器件； 所述液晶单兀器件将所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量中的一个偏振光分量的偏振方向改变为所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量中的另一个偏振光分量的偏振方向，以在执行所述液晶单元器件的激励和去激励中的一个时，形成并从所述液晶单兀器件输出所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量中的所述另一个偏振光分量，所述执行所述液晶单元器件的激励和去激励中的一个改变了所述液晶单元器件的多个液晶分子的取向； 所述液晶单兀器件不改变所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量中的一个偏振光分量的偏振方向，以在执行所述液晶单元器件的激励和去激励中的另一个时，从所述液晶单兀器件输出所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量中的所述一个偏振光分量；所述平视显示设备还包括控制器(11)，所述控制器(11)适于控制所述液晶单元器件的激励和去激励；以及 所述控制器(11)以预定间隔交替且重复地执行所述液晶单元器件的激励和去激励，以沿公共方向输出所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量。
9.根据权利要求8所述的平视显示设备，其中 从所述单个光源器件(114a)输出的多于50%的相干光被偏振作为所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量中的所述一个偏振光分量； 从所述单个光源器件(114a)输出的其余相干光被偏振以具有与所述第一偏振光分量和所述第二偏振光分量中的所述一个偏振光分量的偏振方向不同的偏振方向；以及 在从所述单个光源器件(I 14a)的出口(114e)至所述液晶单元器件的包括所述多个液晶分子的液晶分子层(117c)的光路径的部分中放置偏振滤光片(117d)，以阻挡从所述单个光源器件(114a)输出的 所述其余相干光。
全文摘要
本发明涉及平视显示设备。当分束器(17)从激光源(14a、14b)接收激光时，分束器(17)输出包括两个偏振光分量的光。分束器(17)被布置为使得当从分束器(17)输出且被屏幕(30)反射或透射通过屏幕(30)的光入射到挡风玻璃(90)的投影表面(91)上时，两个偏振光分量的偏振方向彼此不同并且不与入射平面(92)平行，该入射平面(92)是在光在投影表面(91)上的入射点处形成的。
文档编号B60R1/00GK102955253SQ20121030412
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月24日 优先权日2011年8月27日
发明者藤川卓之 申请人:株式会社电装