虛像顯示裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)得到高的亮度的虛像，并且實(shí)現(xiàn)小型的虛像顯示裝置。構(gòu)成為具備：圖像投射裝置，投射圖像光；發(fā)散元件，被入射從所述圖像投射裝置射出的圖像光，并向規(guī)定角度范圍發(fā)散射出圖像光；以及光分支元件，對(duì)從所述發(fā)散元件射出的圖像光進(jìn)行反射，并且使來自與所述反射面不同的面的入射光透射，來自所述圖像投射裝置的圖像光在所述發(fā)散元件中成像，在與由所述光分支元件反射了的圖像光的射出方向相反的方向的延長線上，產(chǎn)生成像于所述發(fā)散元件的像的虛像。進(jìn)而，構(gòu)成為設(shè)置將從所述圖像投射裝置射出的圖像光的光軸變換為規(guī)定的方向的光軸變換元件。
【專利說明】
虛像顯示裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠使使用者進(jìn)行虛像視覺辨認(rèn)的顯示裝置的結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在現(xiàn)實(shí)空間中重疊顯示圖像信息的擴(kuò)張現(xiàn)實(shí)技術(shù)(以下，AR AugmentedReality)在娛樂、作業(yè)支援系統(tǒng)的領(lǐng)域中得到注目。作為實(shí)現(xiàn)該AR的手段之一，有使光學(xué)地生成的圖像通過光分支元件等反射到使用者側(cè)來生成虛像并將虛像和現(xiàn)實(shí)空間重疊而使使用者看到的顯示裝置。特別，向飛機(jī)、車輛搭載的AR的顯示裝置被稱為抬頭顯示器(以下，HUD:Head Up Display)。用HUD進(jìn)行速度顯示等，降低駕駛員的視線移動(dòng)，從而對(duì)安全行駛作出貢獻(xiàn)。
[0003]在專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2中，公開了上述那樣的提供虛像的顯示裝置的技術(shù)。
[0004]更詳細(xì)而言，專利文獻(xiàn)I記載了用凹面鏡反射顯示器的實(shí)像，用擋風(fēng)玻璃反射顯示光而提供虛像的抬頭顯示器，公開了設(shè)置從凹面鏡向擋風(fēng)玻璃的光路中的棱鏡片而小型化的技術(shù)。
[0005]另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了設(shè)置有調(diào)整從光學(xué)部件向擋風(fēng)玻璃投射的影像光的入射角度的移動(dòng)機(jī)構(gòu)、和進(jìn)行向擋風(fēng)玻璃投射的影像的失真校正的透鏡光學(xué)系統(tǒng)，能夠從不同的視點(diǎn)對(duì)虛像進(jìn)行視覺辨認(rèn)的技術(shù)。
[0006]【專利文獻(xiàn)I】日本特開2004-20605號(hào)公報(bào)
[0007]【專利文獻(xiàn)2】日本特開2010-197493號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在HUD中，將能夠觀察虛像的位置稱為觀察點(diǎn)，將即使使觀察點(diǎn)移動(dòng)也能夠觀察虛像的范圍稱為觀察范圍。在車載HUD中，關(guān)于觀察者的視場(chǎng)中的像的生成范圍，一般相比于左右，上下更小，關(guān)于觀察范圍也是，相比于左右，上下更窄。
[0009]另外，在車載HUD中，為了觀察在白天的外面等明亮的現(xiàn)實(shí)空間上重疊的像，虛像的亮度必須高于現(xiàn)實(shí)空間的亮度。因此，為了提高虛像的亮度，需要以光的能量效率盡可能高的狀態(tài)進(jìn)行投射。
[0010]進(jìn)而，在車載HUD中，有根據(jù)觀察者的體型而使觀察范圍不同的可能性。因此，期望具有能夠與觀察者的體格匹配地上下調(diào)節(jié)觀察范圍的機(jī)構(gòu)、覆蓋所設(shè)想的觀察者的觀察范圍的寬的觀察范圍。
[0011]在上述專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，雖然能夠使車載HUD小型化，但未考慮觀察范圍。另夕卜，在上述專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，完全未提到虛像的亮度。
[0012]本發(fā)明的目的在于解決上述課題，提供一種能夠?qū)τ^察范圍寬且亮度高的虛像進(jìn)行視覺辨認(rèn)的HUD。
[0013]為了解決上述課題，本申請(qǐng)發(fā)明的虛像顯示裝置構(gòu)成為具備:圖像投射裝置，投射圖像光；發(fā)散元件，被入射從所述圖像投射裝置射出的圖像光，并向規(guī)定角度范圍發(fā)散射出圖像光；以及光分支元件，對(duì)從所述發(fā)散元件射出的圖像光進(jìn)行反射，并且使來自與所述反射面不同的面的入射光透射，來自所述圖像投射裝置的圖像光在所述發(fā)散元件中成像，在與由所述光分支元件反射了的圖像光的射出方向相反的方向的延長線上，產(chǎn)生成像于所述發(fā)散元件的像的虛像。通過調(diào)整所述發(fā)散元件的發(fā)散角，能夠調(diào)整觀察范圍。
[0014]進(jìn)而，本申請(qǐng)發(fā)明的虛像顯示裝置構(gòu)成為設(shè)置有將從所述圖像投射裝置射出的圖像光的光軸變換為規(guī)定的方向的光軸變換元件。由此，能夠進(jìn)行觀察范圍的位置調(diào)整，并且能夠防止虛像亮度降低。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠?qū)τ^察范圍寬且亮度高的虛像進(jìn)行視覺辨認(rèn)的虛像顯示
>J-U ρ?α裝直。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是說明實(shí)施例1的虛像顯示裝置的概要的圖。
[0017]圖2是說明發(fā)散元件32的功能的圖。
[0018]圖3是說明發(fā)散元件33的功能的圖。
[0019]圖4是示出通過了發(fā)散元件30之后的光束的指向性的圖。
[0020]圖5是說明相對(duì)y軸平行的方向的觀察范圍的尺寸與發(fā)散角度的關(guān)系的圖。
[0021]圖6是說明相對(duì)X軸平行的方向的觀察范圍的尺寸與發(fā)散角度的關(guān)系的圖。
[0022]圖7是光軸變換元件21的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖8是光軸變換元件22的結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖9是光軸變換元件23的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖10是光軸變換元件24的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖11是說明光軸變換元件20的驅(qū)動(dòng)與光軸的變化的關(guān)系的圖。
[0027]圖12是說明光軸旋轉(zhuǎn)元件20與角度Θ P以及觀察范圍Dv的位置的關(guān)系的圖。
[0028]圖13是實(shí)施例2的虛像顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖14是實(shí)施例3的虛像顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖15是實(shí)施例4的虛像顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖16是實(shí)施例5的虛像顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖17是實(shí)施例6的虛像顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0033](附圖標(biāo)記說明)
[0034]10:圖像投射裝置；20:光軸變換元件；30:發(fā)散元件；50:光分支元件。

【具體實(shí)施方式】
[0035]以下，使用附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
[0036]【實(shí)施例1】
[0037]圖1是說明實(shí)施例的虛像顯示裝置的概要的圖。圖是示出與地面垂直的剖面結(jié)構(gòu)的圖，圖的Y軸方向是與地面垂直的方向、圖的由X軸和Z軸構(gòu)成的面形成與地面平行的面。在將實(shí)施例的虛像顯示裝置應(yīng)用于車載HUD的情況下，觀察范圍的上下方向?qū)?yīng)于Y軸方向，左右方向?qū)?yīng)于X軸方向。
[0038]虛像顯示裝置的本體100由圖像投射裝置10、光軸變換元件20、發(fā)散元件30構(gòu)成。此處，從圖像投射裝置10射出的影像光透過光軸變換元件20，而在發(fā)散元件30中使圖像成像為規(guī)定的大小。將此時(shí)的投射在發(fā)散元件30上的圖像的側(cè)面的尺寸設(shè)為SvJf圖像的中心位置設(shè)為點(diǎn)30ο。另外，圖像投射裝置10如圖所示，與本體10的底面平行地設(shè)置，朝向圖中z方向投射圖像。
[0039]在圖像投射裝置10中，例如，應(yīng)用:利用MEMS等微小反射鏡在發(fā)散元件30上使激光二維掃描的裝置；具有LED(Light Emitting D1de)光源且通過被稱為所謂DMD(DigitalMicromirror Device)的微小反射鏡對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制并用投射透鏡在發(fā)散元件中成像的小型投影儀裝置。
[0040]光軸變換元件20具有使從圖像投射裝置10向z方向射出的光向圖中Θ P方向彎曲的功能。進(jìn)而，詳細(xì)后述，光軸變換元件20能夠以圖中X軸為旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行虛像的位置調(diào)整。
[0041]發(fā)散元件30在與紙面平行的方向和垂直的方向上，向不同的角度發(fā)散光，由發(fā)散元件30發(fā)散的光到達(dá)設(shè)置于本體10外面的光分支元件50。
[0042]光分支元件50成為對(duì)規(guī)定的能量(power)進(jìn)行反射而使除此以外的能量透射的半透半反鏡。例如，其材料由玻璃、塑料構(gòu)成，也可以是車輛的擋風(fēng)玻璃。另外，光分支元件50被設(shè)置成將光向使用者側(cè)反射。
[0043]如圖1所示，從發(fā)散元件30上的點(diǎn)30ο射出的光在光分支元件50上的點(diǎn)50ο反射而到達(dá)觀察點(diǎn)60。在從觀察點(diǎn)60觀察時(shí)，點(diǎn)30ο被觀察成與連接觀察點(diǎn)60和點(diǎn)50ο的直線上的點(diǎn)70ο相同。向發(fā)散元件30投射的其他光也通過同樣的光路而到達(dá)觀察點(diǎn)60。其結(jié)果，從觀察點(diǎn)60，以發(fā)散元件30上的點(diǎn)30ο為中心的實(shí)像被觀察為以70ο為中心且與圖像尺寸Sv相同的尺寸Iv的虛像70。
[0044]接下來，敘述此時(shí)的光線的角度關(guān)系。將光分支元件50的X軸設(shè)為中心，將從ζ軸向I方向旋轉(zhuǎn)的角度設(shè)為角度Θ W。同樣地，將連接觀察點(diǎn)60和虛像70的中心的點(diǎn)70ο的光線的角度設(shè)為Ge。例如，如果設(shè)想在車輛中搭載的情況，則角度0￥對(duì)應(yīng)于擋風(fēng)玻璃的角度、角度Ge對(duì)應(yīng)于虛像的規(guī)定位置。
[0045]此處，虛像的規(guī)定位置是指，使用者在駕駛中不感到麻煩的位置、例如是能夠?qū)⒁暰€稍微向下降低而認(rèn)知的位置等。這樣，通過搭載實(shí)施例的虛像顯示裝置的裝置，角度ew和角度Qe被大致決定。
[0046]關(guān)于角度θ ρ，根據(jù)對(duì)光分支元件50的光的反射的關(guān)系，需要成為θ ρ=2Χ Θ W- Θ e。本實(shí)施例的光軸變換元件20與規(guī)定的角度Θ ￥、Θ e匹配地，針對(duì)從圖像投射裝置10向ζ軸方向射出的光，使光軸向ΘΡ=2Χ 0w-0e的角度彎曲。
[0047]接下來，使用圖2以及圖3，說明發(fā)散元件30的功能。
[0048]如上所述，發(fā)散元件30的特征在于，具有使所入射的光在與紙面平行的方向和垂直的方向以不同的規(guī)定的角度發(fā)散的功能。由此，調(diào)整觀察者視覺辨認(rèn)的觀察范圍的大小、形狀。
[0049]發(fā)散元件30例如是如圖2所示使發(fā)散光向矩形形狀的方向射出而發(fā)散的元件、如圖3所示使發(fā)散光向橢圓形形狀的方向射出而發(fā)散的元件。發(fā)散元件32以及發(fā)散元件33能夠通過例如圖中X方向和I方向具有不同的焦距的微透鏡陣列、菲涅爾元件、全息元件、X方向和I方向的粒子的密度不同的波束擴(kuò)散板等實(shí)現(xiàn)。
[0050]圖4是示出從圖1的發(fā)散元件30射出的光束的指向性的圖。橫軸表示光的發(fā)散角度、縱軸表示用以O(shè)度通過的光的強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化而得到的光的強(qiáng)度。圖4還對(duì)應(yīng)于例如發(fā)散元件30由微透鏡陣列等構(gòu)成的情況。從發(fā)散元件射出的光的強(qiáng)度的特性在于，如圖所示，在發(fā)散角度是O度時(shí)成為最大，如果發(fā)散角度變大則變小。在本實(shí)施例中，發(fā)散角度ω被定義為，相對(duì)發(fā)散角度O度的中心強(qiáng)度，強(qiáng)度成為大致一半的角度。
[0051]接下來，使用圖5以及圖6，說明觀察范圍D與發(fā)散元件30的發(fā)散角度ω的關(guān)系。在圖中，對(duì)于觀察范圍D以及發(fā)散角度ω的下標(biāo)，關(guān)于相對(duì)將與使用者的右眼和左眼相當(dāng)?shù)?個(gè)觀察點(diǎn)連接的直線成為水平的方向，設(shè)為h，關(guān)于垂直的方向，設(shè)為V。
[0052]圖5是說明在實(shí)施例1的虛像顯示裝置中，相對(duì)y軸平行的方向的觀察范圍的尺寸與發(fā)散角度的關(guān)系的圖。
[0053]如圖所示，將以觀察點(diǎn)60為中心的規(guī)定范圍設(shè)為觀察范圍Dv，將觀察點(diǎn)60與虛像70的距離設(shè)為距離L，將從虛像的中心的點(diǎn)70ο向觀察范圍Dv的范圍擴(kuò)展的發(fā)散角度設(shè)為ω V’，將通過發(fā)散元件30的點(diǎn)30ο的光的發(fā)散角度設(shè)為ων。在此，發(fā)散角度ων’以及ω V也設(shè)為從最大強(qiáng)度成為大致一半的強(qiáng)度。圖中示出擴(kuò)散范圍，其大小成為2 ω V’、2 ω V。
[0054]為了在觀察范圍Dv全域中觀察作為虛像70的中心的點(diǎn)70ο，虛像的點(diǎn)70ο和觀察范圍Dv需要滿足如下的關(guān)系。
[0055]根據(jù)圖，發(fā)散角度ων’與觀察范圍Dv以及距離L的關(guān)系能夠如(I)式那樣表示。詳細(xì)而言，距離L被視為觀察點(diǎn)至虛像的光路長度。
[0056]ων，Starf1 (Dv/2/L) (I)
[0057]如果是發(fā)散角度ω V’ ZtarT1 (Dv/2/L)，則能夠在觀察范圍Dv全域中觀察虛像70的點(diǎn)70ο。
[0058]另外，發(fā)散角度ων’是強(qiáng)度成為大致一半的角度，所以向觀察范圍Dv的兩端入射的光強(qiáng)度也成為大致一半。因此，從觀察范圍Dv的兩端觀察的虛像70的亮度也相比于最大值成為大致一半。但是，在觀察范圍Dv的兩端觀察的亮度相比于最大值是大致一半以上即可，也可以將觀察范圍Dv設(shè)為比擴(kuò)散角度ω V小的范圍。S卩，也可以設(shè)為ων’ StarT1(Dv/2/L)。
[0059]為了使點(diǎn)70ο的發(fā)散角oh’成為規(guī)定的角度，調(diào)整作為點(diǎn)70ο的共軛的點(diǎn)30ο的發(fā)散角度即可。因此，本實(shí)施例的發(fā)散元件30的發(fā)散角度ων成為covStan^DhA/L)。
[0060]同樣地，使用圖6，還說明觀察范圍60的橫向。
[0061]圖6示出實(shí)施例1的顯示裝置的平面圖，是說明相對(duì)X軸平行的方向的觀察范圍的尺寸與發(fā)散角度的關(guān)系的圖。另外，X軸設(shè)想了相對(duì)使用者的2個(gè)觀察點(diǎn)成為水平的方向。
[0062]在觀察范圍Dh中，如圖所示，有與右眼和左眼相當(dāng)?shù)?個(gè)觀察點(diǎn)60r、601。
[0063]將從作為虛像的中心的點(diǎn)70ο向圖中χ-ζ平面的方向的發(fā)散角度設(shè)為oh’，將發(fā)散元件30的點(diǎn)30ο的發(fā)散角度設(shè)為coh。在此,發(fā)散角度oh’、oh也設(shè)為強(qiáng)度成為大致一半的角度。為了簡(jiǎn)化附圖，省略虛像70以及發(fā)散角度coh’。
[0064]為了在觀察范圍Dh全域中觀察作為虛像的中心的點(diǎn)70ο (未圖示)，需要使從虛像的點(diǎn)70ο發(fā)散的光通過觀察范圍Dh全域。關(guān)于發(fā)散角度oh’，使用觀察范圍Dh和距離L，處于coh’ ZtarT1 (Dh/2/L)的關(guān)系。與角度ων’同樣地，為了在使虛像范圍Dh的兩端的亮度確保大致一半以上的同時(shí)觀察虛像70，設(shè)為coh’ StarT1 (Dh/2/L)即可。
[0065]為了使點(diǎn)70ο的發(fā)散角oh’成為規(guī)定的角度，調(diào)整作為點(diǎn)70ο的共軛的點(diǎn)30ο的發(fā)散角度即可。即，本實(shí)施例的發(fā)散元件30的特征在于，圖中χ-ζ平面的方向的發(fā)散角度?h 成為 coh StarT1 (Dh/2/L)。
[0066]另外，如上述說明，發(fā)散元件30具有在圖中X方向上相比于y方向更大地?cái)U(kuò)展光的特征。發(fā)散角度《h相當(dāng)于X方向的規(guī)定發(fā)散角、發(fā)散角度ω V相當(dāng)于y方向的發(fā)散角度，分別成為 oh 彡 tarT1 (Dh/2/L)、ων 彡 tarT1 (Dv/2/L)。
[0067]此處，說明觀察范圍Dv以及Dh的大小、和從觀察點(diǎn)60觀察的虛像70的亮度。
[0068]一般，關(guān)于使用者的頭的動(dòng)作范圍，相比于與地面平行的方向，垂直的方向更小。進(jìn)而，與地面水平的方向的觀察點(diǎn)是2個(gè)，但垂直的方向的觀察點(diǎn)是I個(gè)。關(guān)于觀察范圍Dv,即使是比觀察范圍Dh小的范圍，也能夠覆蓋使用者的動(dòng)作范圍。
[0069]另外，已知虛像的亮度與發(fā)散角度成反比。
[0070]為了在觀察范圍全域中觀察虛像，使光發(fā)散到觀察范圍的范圍以上即可。但是，如果使光發(fā)散到必要范圍上，則觀察范圍內(nèi)的光密度降低，虛像的亮度降低。
[0071]如果使虛像的發(fā)散角度與觀察范圍匹配地最佳化，則能夠在觀察范圍內(nèi)高效地取入光。如上所述，虛像的發(fā)散角度ων’、coh’和觀察范圍Dv、Dh處于大致比例關(guān)系。在本發(fā)明中，通過與虛像顯示裝置的設(shè)置狀態(tài)匹配地，按照觀察范圍Dv、Dh以及虛像70與觀察點(diǎn)60之間的距離L決定發(fā)散元件30的發(fā)散角度ων、ω]ι，使發(fā)散角度ων’、ω]ι’最佳化，提聞光的效率。其結(jié)果，具有能夠顯不聞的売度的虛像的特征。
[0072]接下來，詳細(xì)說明光軸變換元件20。
[0073]光軸變換元件20具有使光軸向規(guī)定的方向彎曲的功能，例如，由圖7所示的I個(gè)棱鏡21、圖8所示的棱鏡板22、圖9所示的透鏡23、圖10所示的反射鏡24等構(gòu)成。
[0074]在將本實(shí)施例的虛像顯示裝置搭載于車輛等中的情況下，根據(jù)使用者的體格，可觀察虛像70的適合的觀察范圍Dv的位置、角度0e分別不同。因此，觀察范圍Dv的位置、角度Θ e優(yōu)選可調(diào)整，通過在下面詳細(xì)敘述的光軸變換元件20的調(diào)整來進(jìn)行。
[0075]使用圖11、圖12，說明上述觀察范圍Dv以及角度Θ e的調(diào)整。圖11是說明光軸變換元件20的驅(qū)動(dòng)與光軸的變化的關(guān)系的圖。在圖11中，僅抽出圖1的顯示裝置的光軸變換元件20、發(fā)散元件30，省略其他部件。另外，圖12是說明光軸旋轉(zhuǎn)元件20與角度θ ρ以及觀察范圍Dv的位置的關(guān)系的圖。
[0076]如圖11所示,通過光軸變換元件20從光軸變換元件20a向20b旋轉(zhuǎn)，向發(fā)散元件30入射的光軸從角度Θ pa旋轉(zhuǎn)為角度0pb。通過了發(fā)散元件30的光向角度Θ Pb的方向以發(fā)散角ων行進(jìn)。
[0077]如上所述，關(guān)于能夠從觀察點(diǎn)觀察虛像的中心的角度Θ e、和從本體射出光的角度Θ P，使用光分支元件50的角度0W，處于θ ρ=2Χ Θ e-Θ w的關(guān)系。如果設(shè)想角度Qw固定，則根據(jù)式求出用于調(diào)整為角度Qeb的角度0pb。為了將角度0ea調(diào)整為角度0eb，從角度0Pa設(shè)為角度Qpb即可。
[0078]進(jìn)而，如果使角度0pa變化為角度Θ Pb，則如圖所示，光分支元件50的入射位置也從50oa變化為50ob。因此，觀察點(diǎn)也從觀察點(diǎn)60a變化為觀察點(diǎn)60b。如果設(shè)想發(fā)散元件30的發(fā)散角度ω V恒定，則觀察范圍Dv伴隨觀察點(diǎn)的變化而其位置移動(dòng)。
[0079]這樣，如果使光軸旋轉(zhuǎn)元件20旋轉(zhuǎn)，則能夠使觀察范圍Dv以及可觀察虛像的角度Θ e變化。根據(jù)本實(shí)施例，能夠通過光軸旋轉(zhuǎn)元件20的旋轉(zhuǎn)，與使用者匹配地調(diào)整觀察范圍Dv和角度Θ e。
[0080]此處，光軸變換元件20還有使本體100成為小型的效果。以下，說明其內(nèi)容。
[0081]即使代替光軸變換元件20，而使圖像投射裝置10的角度可變，也能夠使角度ΘΡ變化。
[0082]圖像投射裝置10以規(guī)定的視場(chǎng)角投射圖像。為了在發(fā)散元件30中得到規(guī)定的大小的圖像，在圖像投射裝置10與發(fā)散元件30之間需要規(guī)定的光路長度。如果使圖像投射裝置10的角度變化，則發(fā)散元件30上的圖像的位置的變化變大，發(fā)散元件30必須大型化。伴隨發(fā)散元件30的大型化，本體100也變大。
[0083]另一方面，在本實(shí)施例中，通過光軸變換元件20的旋轉(zhuǎn)調(diào)整了角度θρ，所以發(fā)散元件30上的圖像的位置的變化小。因此，發(fā)散元件30成為小型，得到使本體100成為小型的效果。
[0084]另外，也可以以使形成圖像投射裝置10的實(shí)像時(shí)的影像光的入射角成為光分支元件50的方向的方式，在光軸變換元件20的光軸的彎曲方向上調(diào)整。特別，在圖像投射裝置10中應(yīng)用了波束掃描型的投射裝置的情況下，在成像面的面方向上波束的入射角不同，所以產(chǎn)生亮度分布。通過以在面內(nèi)補(bǔ)償入射角的變化的方式設(shè)定光軸變換元件20的光軸的彎曲方向，能夠消除成像面中的亮度分布，提高照明效率。
[0085]【實(shí)施例2】
[0086]接下來，說明代替實(shí)施例1的發(fā)散元件30而使用了反射型發(fā)散元件33的結(jié)構(gòu)的例子。對(duì)與實(shí)施例1相同的構(gòu)成部件賦予相同的編號(hào)，省略詳細(xì)的說明。
[0087]圖13是實(shí)施例2的虛像顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。在實(shí)施例2的虛像顯示裝置中，成為將來自圖像投射裝置10的投射光照射到光軸變化元件20而變換光軸的朝向，通過反射型發(fā)散元件33反射到光分支元件50的方向的結(jié)構(gòu)。
[0088]關(guān)于實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)，如果使光軸變化元件20繞X軸旋轉(zhuǎn)，則能夠使可觀察虛像70的角度9e和觀察范圍Dv的位置產(chǎn)生變化，所以也能夠調(diào)整觀察范圍。此時(shí)，也可以與實(shí)施例1同樣地，對(duì)光軸變化元件20單獨(dú)地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，也可以對(duì)光軸變化元件20和反射型發(fā)散元件33 —起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整。
[0089]【實(shí)施例3】
[0090]接下來，圖14示出在圖像投射裝置10與光軸變換元件20之間插入折回反射鏡40而構(gòu)成的虛像顯示裝置的例子。對(duì)與實(shí)施例1相同的構(gòu)成部件賦予相同的編號(hào)，省略詳細(xì)的說明。
[0091]在該例子中，當(dāng)然能夠通過上述光軸變換元件20的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)角度θ p，還能夠通過折回反射鏡40的旋轉(zhuǎn)來調(diào)整角度θ ρ。
[0092]進(jìn)而，折回反射鏡40的形狀為凹面或者自由曲面，也可以具有以增大從圖像投射裝置10射出的光的視場(chǎng)角的方式校正的功能。
[0093]【實(shí)施例4】
[0094]接下來，圖15示出在圖像投射裝置10與光軸變換元件20之間插入透鏡80而構(gòu)成的虛像顯示裝置的例子。對(duì)與實(shí)施例1相同的構(gòu)成部件賦予相同的編號(hào)，省略詳細(xì)的說明。
[0095]詳細(xì)而言，在圖15中，如果將點(diǎn)30ο與點(diǎn)50ο之間的距離設(shè)為L1、將點(diǎn)50ο與點(diǎn)70ο之間的距離設(shè)為L2、將透鏡的焦距設(shè)為f，則使用距離LI和焦距f，距離L2成為1/L2=1/Ll+1/f。關(guān)于發(fā)散元件30上的圖像尺寸Sv和虛像70的尺寸Iv，使用通過距離LI與距離L2之比求出的橫向倍率M，成為Iv=SvXM。因此，通過調(diào)整透鏡80的焦距f，能夠調(diào)節(jié)虛像70的距離L2和尺寸Sv。
[0096]關(guān)于發(fā)散元件30的發(fā)散角ων和虛像70的發(fā)散角ω ν’，使用橫向倍率M表示為ων=ων’ XM0根據(jù)圖可知,關(guān)于發(fā)散角ω V’，使用觀察范圍Dv、以及觀察點(diǎn)60和虛像70的距離L，成為ων’ =tan_l (Dv/2/L)。因此，為了得到規(guī)定的觀察范圍Dv，使發(fā)散元件30的發(fā)散角至少成為ovi^MXtan-l (Dv/2/L)即可。
[0097]雖然未圖示，關(guān)于相對(duì)X方向的發(fā)散角《h，也同樣地，使用規(guī)定的觀察范圍DhJg離 L、橫向倍率 M，成為 cohSMXtan-l (Dh/2/L)。
[0098]另外，實(shí)施例3的顯示元件沒有透鏡80，所以也可以考慮為實(shí)施例4的橫向倍率M=I的方式。
[0099]【實(shí)施例5】
[0100]說明本發(fā)明的實(shí)施例5。圖16是實(shí)施例5的顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。實(shí)施例5是，在實(shí)施例1的顯示裝置中，在光分支元件50與發(fā)散元件30之間設(shè)置了凹面反射鏡81。其他部件與實(shí)施例1相同，賦予相同的編號(hào)，省略詳細(xì)的說明。
[0101]即使在搭載了凹面反射鏡81的情況下，也能夠與實(shí)施例4的透鏡80同樣地，通過凹面反射鏡81的焦距f的調(diào)整，調(diào)整虛像70的尺寸以及距離L2。進(jìn)而，關(guān)于發(fā)散元件30的相對(duì)紙面垂直的方向的發(fā)散角度ω V，使用觀察范圍Dv、橫向倍率M、距離L，成為Wv=MXtan-1 (Dv/L)。雖然未圖示，關(guān)于發(fā)散元件30中的相對(duì)紙面平行的方向的發(fā)散角度oh，也同樣地，使用觀察范圍Dh、橫向倍率M、距離L，成為Coh=MXtan-1 (Dh/L)。
[0102]在將本實(shí)施例的虛像顯示裝置應(yīng)用于車載系統(tǒng)的情況下，光分支元件50對(duì)應(yīng)于車輛的擋風(fēng)玻璃。此時(shí)，光分支元件50的角度Θ w有時(shí)局部地根據(jù)光的入射位置而分別不同。將光分支元件50的局部的場(chǎng)所所致的從角度Θ w的偏移設(shè)為角度△ θ￥。凹面反射鏡81也可以形成自由曲面形狀，以使得即使在光分支元件50中有局部的偏移角度△ θ￥，也使能夠從觀察點(diǎn)60觀察虛像70的角度成為規(guī)定的角度Θ V。
[0103]【實(shí)施例6】
[0104]本實(shí)施例是如圖17所示,代替實(shí)施例5的顯示裝置的光分支元件50和凹面反射鏡81，設(shè)置一并具有兩方的功能的半透射凹面反射鏡51而設(shè)為光分支元件的情況的例子。圖17示出本實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)。
[0105]如以上說明，本發(fā)明的顯示裝置由畫面投射裝置10、光軸變換元件20、發(fā)散元件30、光分支元件50構(gòu)成即可，當(dāng)然也可以在光路的途中用反射鏡、衍射光柵等使光路分支。
[0106]另外，向光分支元件50入射的光的角度成為角度θ ρ即可，在發(fā)散元件30的前后插入2個(gè)以上的角度變換元件也完全沒有問題。
【權(quán)利要求】
1.一種虛像顯示裝置，其特征在于，具備: 圖像投射裝置，投射圖像光； 發(fā)散元件，被入射從所述圖像投射裝置射出的圖像光，并向規(guī)定角度范圍發(fā)散射出圖像光；以及 光分支元件，對(duì)從所述發(fā)散元件射出的圖像光進(jìn)行反射，并且使來自與所述反射面不同的面的入射光透射， 來自所述圖像投射裝置的圖像光在所述發(fā)散元件中成像， 在與由所述光分支元件反射了的圖像光的射出方向相反的方向的延長線上，產(chǎn)生成像于所述發(fā)散元件的像的虛像。
2.一種虛像顯示裝置，其特征在于，具備: 圖像投射裝置，投射圖像光； 光軸變換元件，將從所述圖像投射裝置射出的圖像光的光軸變換為規(guī)定的方向； 發(fā)散元件，被入射從所述光軸變換元件射出的圖像光，并向規(guī)定角度范圍發(fā)散射出圖像光；以及 光分支元件，對(duì)從所述發(fā)散元件射出的圖像光進(jìn)行反射，并且使來自與所述反射面不同的面的入射光透射， 來自所述圖像投射裝置的圖像光在所述發(fā)散元件中成像， 在與由所述光分支元件反射了的圖像光的射出方向相反的方向的延長線上，產(chǎn)生成像于所述發(fā)散元件的像的虛像。
3.—種虛像顯示裝置，其特征在于，具備: 圖像投射裝置，投射圖像光； 光軸變換元件，被入射從所述圖像投射裝置射出的圖像光，并將入射光的光軸變換為規(guī)定的方向而射出； 發(fā)散元件，被入射從所述光軸變換元件射出的圖像光，并向規(guī)定角度范圍反射而向所述光軸變換元件發(fā)散射出圖像光；以及 光分支元件，對(duì)從所述光軸變換元件射出的圖像光進(jìn)行反射，并且使來自與所述反射面不同的面的入射光透射， 來自所述圖像投射裝置的圖像光在所述發(fā)散元件中成像， 在與由所述光分支元件反射了的圖像光的射出方向相反的方向的延長線上，產(chǎn)生成像于所述發(fā)散元件的像的虛像。
4.一種虛像顯示裝置，其特征在于，具備: 圖像投射裝置，投射圖像光； 折回反射鏡，使從所述圖像投射裝置射出的圖像光的光軸彎曲； 光軸變換元件，將由所述折回反射鏡反射的圖像光的光軸變換為規(guī)定的方向； 發(fā)散元件，被入射從所述光軸變換元件射出的圖像光，并向規(guī)定角度范圍發(fā)散射出圖像光；以及 光分支元件，對(duì)從所述發(fā)散元件射出的圖像光進(jìn)行反射，并且使來自與所述反射面不同的面的入射光透射， 來自所述圖像投射裝置的圖像光在所述發(fā)散元件中成像， 在與由所述光分支元件反射了的圖像光的射出方向相反的方向的延長線上，產(chǎn)生成像于所述發(fā)散元件的像的虛像。
5.一種虛像顯示裝置，其特征在于，具備: 圖像投射裝置，投射圖像光； 折回反射鏡，使從所述圖像投射裝置射出的圖像光的光軸彎曲； 光軸變換元件，將由所述折回反射鏡反射的圖像光的光軸變換為規(guī)定的方向； 發(fā)散元件，被入射從所述光軸變換元件射出的圖像光，并向規(guī)定角度范圍發(fā)散射出圖像光； 透鏡，將從所述發(fā)散元件射出的圖像光擴(kuò)大而射出；以及 光分支元件，對(duì)從所述透鏡射出的圖像光進(jìn)行反射，并且使來自與所述反射面不同的面的入射光透射， 來自所述圖像投射裝置的圖像光在所述發(fā)散元件中成像， 在與由所述光分支元件反射了的圖像光的射出方向相反的方向的延長線上，產(chǎn)生成像于所述發(fā)散元件的像的虛像。
6.一種虛像顯示裝置，其特征在于，具備: 圖像投射裝置，投射圖像光； 光軸變換元件，將從所述圖像投射裝置射出的圖像光的光軸變換為規(guī)定的方向； 發(fā)散元件，被入射從所述光軸變換元件射出的圖像光，并向規(guī)定角度范圍發(fā)散射出圖像光； 凹面反射鏡，對(duì)從所述發(fā)散元件射出的圖像光進(jìn)行反射；以及光分支元件，對(duì)從所述凹面反射鏡射出的圖像光進(jìn)行反射，并且使來自與所述反射面不同的面的入射光透射， 來自所述圖像投射裝置的圖像光在所述發(fā)散元件中成像， 在與由所述光分支元件反射了的圖像光的射出方向相反的方向的延長線上，產(chǎn)生成像于所述發(fā)散元件的像的虛像。
7.—種虛像顯示裝置，其特征在于，具備: 圖像投射裝置，投射圖像光； 光軸變換元件，將從所述圖像投射裝置射出的圖像光的光軸變換為規(guī)定的方向； 發(fā)散元件，被入射從所述光軸變換元件射出的圖像光，并向規(guī)定角度范圍發(fā)散射出圖像光；以及 半透射凹面反射鏡，對(duì)從所述發(fā)散元件射出的圖像光進(jìn)行凹面反射，并且使來自與所述反射面不同的面的入射光透射， 來自所述圖像投射裝置的圖像光在所述發(fā)散元件中成像， 在與由所述半透射凹面反射鏡反射了的圖像光的射出方向相反的方向的延長線上，產(chǎn)生成像于所述發(fā)散元件的像的虛像。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中的任一項(xiàng)所述的虛像顯示裝置，其特征在于， 所述光軸變換元件被設(shè)置成能夠以與射出方向垂直的方向?yàn)橹行膩磙D(zhuǎn)動(dòng)， 變更從所述發(fā)散元件射出的圖像光的方向，來變更虛像的觀察范圍的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的虛像顯示裝置，其特征在于， 所述光軸變換元件是棱鏡、棱鏡板、全息元件、透鏡或者反射鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的虛像顯示裝置，其特征在于， 將連接所述虛像和觀察點(diǎn)的直線從規(guī)定的水平軸起的角度設(shè)為Θ e, 將所述光分支元件從水平軸起的角度設(shè)為θ?， 將來自所述發(fā)散元件的射出光從水平軸起的角度設(shè)為Θ P時(shí)， 成為 θ p=2X Θ w- Θ e。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至9中的任一項(xiàng)所述的虛像顯示裝置，其特征在于， 所述發(fā)散元件以如下角度發(fā)散射出圖像光:在規(guī)定的第I方向上的發(fā)散角度不同于在與所述第I方向垂直的第2方向上的發(fā)散角度； 所述光軸變換元件將光軸的方向變換為所述第I方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的虛像顯示裝置，其特征在于， 將能夠觀察所述虛像的范圍設(shè)為觀察范圍， 將從觀察點(diǎn)至所述虛像的距離設(shè)為L， 將所述觀察范圍的垂直方向的大小設(shè)為Dv，將水平方向的大小設(shè)為Dh， 將所述發(fā)散元件的垂直方向的發(fā)散角度設(shè)為ων，將水平方向的發(fā)散角度設(shè)為coh時(shí)， 滿足如下關(guān)系: ω V ^ tan-1 (Dv/2/L) ωh ^ tan 1 (Dh/2/L)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任一項(xiàng)所述的虛像顯示裝置，其特征在于， 將能夠觀察所述虛像的范圍設(shè)為觀察范圍， 將從觀察點(diǎn)至所述虛像的距離設(shè)為L， 將所述透鏡、所述凹面反射鏡或者所述半透射凹面反射鏡的圖像光的倍率設(shè)為M， 將所述觀察范圍的垂直方向的大小設(shè)為Dv，將水平方向的大小設(shè)為Dh， 將所述發(fā)散元件的垂直方向的發(fā)散角度設(shè)為ων，將水平方向的發(fā)散角度設(shè)為coh時(shí)， 滿足如下關(guān)系: ω V ^ MX tan-1 (Dv/L) cohSMXtan—1 (Dh/L)。
【文檔編號(hào)】G02B27/01GK104133292SQ201410053644
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】日下裕美, 大內(nèi)敏, 瀨尾欣穂 申請(qǐng)人:日立樂金光科技株式會(huì)社