CN106233185B - 平视显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种小型且对比度优秀、在存在外部光时辨认性也优秀的平视显示装置。在操作者的视野的一部分中显示包括影像的信息的平视显示装置包括：影像显示装置，其配置在离开操作者的视野的位置，产生用于投影上述信息的影像光以进行投影；和透明屏幕，其配置在上述操作者的视野的一部分中，使来自视野的光透过，并且使来自上述影像显示装置的投影光向上述操作者的方向反射，作为构成上述影像显示装置的光源，使用使来自多个发光单元(40)的光反射和混合而向规定方向射出的固体光源装置(421)。

Description

平视显示装置
技术领域
本发明涉及例如对汽车等的挡风玻璃等投射影像等信息，经由该挡风玻璃在人的视野中直接映出该信息的平视显示装置。
背景技术
能够在汽车等车辆中搭载的、对在内侧表面形成有金属薄膜或电介质多层膜等的挡风玻璃(部分反射部件)投射影像、经由该挡风玻璃在视野中用虚像显示该影像的平视显示装置，已记载于以下的专利文献1中。
另外，在以下专利文献2中，作为用于将驾驶员通过挡风玻璃不能直接目视的车轮模拟地告知驾驶员的车辆用显示装置，公开了将从仪表盘内安装的例如包括液晶显示装置的显示体投射的影像(立体的车轮的影像)，对在上述挡风玻璃的一部分(底边部)安装的全息组合镜投射的装置。
进而，作为引导前进道路的导航装置，通过对汽车的挡风玻璃投射必要的导航信息(例如箭头等)，不需要详细的地图数据等地简单且明确地对驾驶员显示导航信息的装置，根据以下专利文献3已知。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-258884号公报
专利文献2：日本特开平5-58196号公报
专利文献3：日本特开2006-258884号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，用上述现有技术，难以实现能够在狭小的仪表盘内安装、并且能够充分确保特别是在车载的平视显示装置中成为问题的、经由挡风玻璃看见的实像的亮度(外部光)与用投射机构显示的信息的亮度的比率(对比度高)的、辨认性优秀的平视显示装置。
另外，一般而言，应用将白色灯作为光源的投射装置时，为了充分确保上述亮度和比率，该光源会变得大型，不能在狭小的仪表盘内安装。
于是，本发明鉴于上述现有技术中的问题点而提出，其目的在于提供一种特别是能够在狭小的仪表盘内安装、并且能够充分确保上述亮度及其比率(对比度)、在存在外部光时辨认性也优秀的平视显示装置。
用于解决技术课题的技术方案
为了达成上述目的，根据本发明，提供一种在操作者的视野的一部分中显示包括影像的信息的平视显示装置，其包括：影像显示装置，其配置在离开上述操作者的视野的位置，产生用于投影上述信息的影像光以进行投影；和透明屏幕，其配置在上述操作者的视野的一部分中，使来自视野的光透过，并且使来自上述影像显示装置的投影光向上述操作者的方向反射，作为构成上述影像显示装置的光源，使用使来自多个发光单元的光反射和混合而向规定方向射出的固体光源装置。
发明效果
根据上述本发明，能够发挥提供一种能够在狭小的仪表盘内安装、并且能够充分确保上述亮度及其比率(对比度)、在存在外部光时辨认性也优秀的平视显示装置的优异效果。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的平视显示装置的整体结构的侧面图。
图2是表示构成上述平视显示装置的影像显示装置的内部结构的侧面图。
图3是表示构成上述平视显示装置的影像显示装置的内部结构的上面图。
图4是表示构成上述影像显示装置的光方向转换部的具体结构的放大立体图及其截面图。
图5是表示构成上述影像显示装置的固体光源装置的具体结构的立体图。
图6是表示上述固体光源装置的光反射合成部的结构的放大立体图。
图7是表示上述固体光源装置的光合成部的各部分和整体的放大立体图。
图8是表示上述光合成部与光源单元的关系的部分放大截面图。
图9是表示上述光合成部波长选择性的光学面(膜)的反射特性的一例的图。
图10是说明上述光反射合成部和光合成部整体的内部中的光合成的图。
图11是说明上述影像显示装置的另一实施例(实施例2)的侧面图。
图12是说明上述另一实施例(实施例2)中的立体(三维)显示的图。
图13是说明上述影像显示装置的又一实施例(实施例3)的侧面图。
图14是说明上述影像显示装置的又一实施例(实施例4)的侧面图。
图15是表示光色循环式的调制方式的上述影像显示装置的结构的一例的块图。
图16是表示上述光色循环式的调制方式的影像显示装置的动作的一例的信号波形图。
图17是用于说明上述光色循环式的调制方式的影像显示装置实现的效果的说明图。
图18是表示上述影像显示装置的投影透镜的具体结构的透镜结构图。
图19是说明上述投影透镜的特性的光线图。
图20是说明构成上述平视显示装置的透明屏幕的另一例子的部分放大立体图和截面图。
图21是用于说明上述透明屏幕的结构的上面图。
图22是表示上述透明屏幕的特性的光线图。
图23是表示本发明的另一实施方式的平视显示装置的整体结构的侧面图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施方式。
首先，在附图1中，示出了本发明的一个实施方式的平视显示装置，特别是在汽车中搭载的对其挡风玻璃投射影像等信息而在人的视野中直接映出该信息的车辆用的平视显示装置的概要结构。图中，构成平视显示装置的、例如包括防反射膜的透明屏幕410在用附图标记400表示的挡风玻璃的底边部沿其内侧表面安装，另一方面，构成平视显示装置的影像显示装置420在该挡风玻璃400的底边部在配置于与方向盘404邻接的位置的仪表盘403的内部安装。
该结构的平视显示装置中，来自影像显示装置420的影像(信息)对施加了指向性反射处理的透明屏幕410上投射而被反射，向被驾驶座406和头枕405支承的驾驶员(操作者)407的眼409投影。由此，驾驶员407能够辨认经由挡风玻璃400进入眼409的外部的视野和同时与其局部重叠地显示的驾驶所需的各种信息等，能够总是一边判断外部状况一边操作方向盘404，能够进行更安全的驾驶操作。
接着，图2和图3是表示包括上述透明屏幕410的影像显示装置420的更详细的结构的一例的图，图2是其侧面图，图3是上面图。
如这些图所示，影像显示装置420包括：使用了光的利用效率高的、能够照射白色光、或者有选择地照射需要的颜色(例如R(红)、G(绿)、B(蓝))的光的例如LED光源或激光光源的光源部421；作为基于来自外部的影像信号将来自该光源部421的光转换为需要的影像光的元件的、例如包括TFT型液晶面板的光调制部(液晶面板)422；将来自该光调制部422的影像光放大而投影的所谓投影透镜423；和使来自该投影透镜423的光向在挡风玻璃400的内表面下方安装的透明屏幕410照射(投影)的、例如包括菲涅尔透镜片的光方向转换部424等，详情在后文中说明。另外，图中的附图标记430表示基于来自外部的影像信号驱动光调制部422(例如液晶面板、反射型液晶面板、DLP元件)的驱动电路。另外，上述图2中，在广角的投射光中，将对上述透明屏幕410的上端部投射的光作为上限光，并且将对屏幕410的下端部投射的光作为下限光，分别用附图标记412、413表示。
另外，在附图4(A)和4(B)中，示出了上述光方向转换部424的具体结构，图4(A)是从光调制部(液晶面板)422侧观察菲涅尔透镜片的立体图，图4(B)是G-G截面图。由这些图可知，在光方向转换部424中，同心圆状地形成有多个折射型菲涅尔透镜425，从上述光调制部(液晶面板)422倾斜投影的光，因这些菲涅尔透镜425的作用，而向大致垂直方向射出(参照图中箭头)。
＜＜高效率固体光源装置＞＞
接着，以下参照附图5～9对上述光的利用效率高、能够有选择地照射包括白色的所需的颜色的光的光源部421的详细结构进行说明。
首先，图5中示出了该光源部421的整体结构，由图可知，包括光反射合成部20、光合成部30和多个(本例中例如为4个)光源单元40。另外，该图中，因为其视点的原因，仅表示了2个光源单元40。另外，图中的附图标记35表示光合成部30的光的射出面。
光反射合成部20如图6所示，例如包括金属(铝等)制造的导热率高、且为了提高对光的反射率而以内面作为研磨面进行了增反射镀层的部件，包括截面是四边形、其前端部分形成为抛物面状、其外形为大致棱锥形状的部件，在除其底面部之外的所有表面，例如形成有Al或在Al的表面形成有金属多层膜的增反射膜的反射面。
光合成部30如图7(A)所示，例如将截面为三角形、具有其底面比上表面大的三棱柱状的外形的4个二向色棱镜31组装，如图7(B)所示成为截面为四边形的棱柱。另外，各个上述二向色棱镜31在组装状态下成为外周面的面32形成为反射面，在其它两个面33、34形成有例如包括金属多层膜的显现二向色特性的波长选择性的光学面(膜)。
此处，再次返回图5，在上述光合成部30(或者也可以是光反射合成部20)的各外周面，分别安装有光源单元40。该光合成部30的安装有光源单元40的部分的截面在图8中示出。另外，本例中，由图8可知，安装了4个光源单元40，而且各光源单元40是发出作为光的三原色的R(红)光的光源单元40R、发出G(绿)光的光源单元40G、发出B(蓝)光的光源单元40B，特别是发出G光的光源单元40G一般而言与发出R(红)光的光源单元40R和发出B(蓝)光的光源单元40B相比难以得到大输出光，因此安装在光合成部30的邻接的2个外周面。另外，在安装光源单元40的部分，表面形成的反射面被除去。
接着，在图8中，用截面表示了将4个二向色棱镜31a～31d组装而形成的光合成部30和在其外周面安装的光源单元40a～40d。(其中，在安装各光源单元40的部分，在表面形成的反射面被除去。)而且，在各光合成部30的分界面，配置有上述显现二向色特性的波长选择性的光学面(膜)33a～33d，由此，从光源单元40a～40d射出的光，在该波长选择性的光学面(膜)33a～33d反射或通过，进而混色，由此能够导出包括白色的所需颜色的光。
接着，在图9(A)～(C)中，表示上述波长选择性的光学面(膜)33a～33d的反射特性的一例。即，如这些图所示，G光反射面使G波段的光反射，使其它波段的光透过。同样，B光反射面使B波段的光反射，R光反射面使R波段的光反射。
此处，以图8的光合成部30为例进行说明。首先，使光源单元40a和40b为发出G(绿)色光的光源单元，使光源单元40c为发出B(蓝)色光的光源单元，使光源单元40d为发出R(红)色光的光源单元，并且使波长选择性光学面(膜)33a为G光反射/R光透过性，使波长选择性光学面(膜)33b为R光、B光反射/G光透过性，使波长选择性光学面(膜)33c为G光反射/B光透过性，使波长选择性光学面(膜)33d为B光、R光反射/G光透过性。由此，能够使R光、G光、B光分离，从射出面35(参照图5)导出。
或者，通过适当选择上述波长选择性光学面(膜)的反射/透过特性，也能够从射出面35(参照图5)导出将R光、G光、B光混合而成的白色光。
接着，对于上述光反射合成部20的内部、和光反射合成部20与光合成部30的整体的内部的光合成，使用附图10(A)和10(B)进行说明。另外，这些图是对光反射合成部20、和光反射合成部20与光合成部30的整体沿其光轴方向(参照图5的点划线)切断的切断面。另外，此处叙述将光源单元40安装在光反射合成部20的上表面的情况。
光反射合成部20考虑光源单元的散热性而优选为导热率高且光反射特性优秀的Al等金属，使其内面为例如椭圆、抛物面、球面等而将来自光源单元40a～40d的辐射光束高效率地导向光合成部30。在图10(A)中示出了本发明的实施例的光反射合成部20，其整体具有大致抛物面状的外形，沿其光的射出方向即光轴方向(参照图5的点划线)的截面为大致抛物线状。另外，与该光轴方向垂直的截面，在比其中央部靠前端的部分为大致椭圆形状，从该中央部到与光合成部30的接合部为正方形或长方形，该光反射合成部20与光合成部30形成为彼此连续地连接的形状。另外，如上所述，在光反射合成部20的外周表面形成有反射面，成为使从光源单元40射出的光向光合成部30反射的形状。
即，在图10(A)中，用箭头表示了从光源单元40的各发光点401～405射出的光在光反射合成部20内的传播方向。通过使光反射合成部20的前端部成为大致抛物面状，光从各发光点401～405起在该光反射合成部20内部反复反射而混合，结果对光合成部30大致均匀化地射出光束。
图10(B)是表示光反射合成部20和光合成部30整体中的光线传播的图，从上述光反射合成部20向光合成部30入射的光束，一边在光合成部30的外周面反射一边射向射出面，光束的光密度被均匀化地向外部射出。此时，由于通过构成光合成部30的二向色棱镜31a～31d，特定波长的光在上述波长选择性的光学面(膜)33a～33d被反射。即，通过设置波长选择性光学面(膜)33a～33d，与仅用在该光合成部30的外周面形成的反射面进行反射的情况相比，在光合成部内部的反射次数增大，光的利用效率提高。作为一例，在光合成部30的外周面形成铝反射膜、仅用该反射膜使内部的光反射时，其反射损失为约5％/反射1次，与此相对，通过设置波长选择性光学面(膜)33a～33d，不反射而是透过的光也能够在之后用作射出光束，因此整体的光利用效率的降低较少。
另外，通过设置波长选择性光学面(膜)33a～33d，光在光反射合成部20内部的反射次数增加，能够使反射光束的强度分布变得更均匀。换言之，在使输出光束的均匀度一定时，与仅用外周面反射相比，能够缩短该光反射合成部20的光轴方向的长度。进而，因为使光合成部30的入射面(光反射合成部20的射出面)的面积比其射出面35的面积大，所以射出光线的角度能够接近光轴的方向，能够将指向特性限制为窄区域。
即，根据上述高效率固体光源装置，能够实现光的利用效率高、且能够选择性地导出使光束的扩散角度变窄的所需颜色的光的光源装置。
＜＜光调制部(液晶面板)＞＞
接着，对于利用上述高效率固体光源装置时的光调制部(液晶面板)的详细结构，在以下说明多个实施例。
＜实施例1＞
如上述图2和图3所示，利用上述高效率固体光源装置作为光源部421，使来自该光源的白色光对例如包括TFT型液晶面板的透过型的光调制部(液晶面板)422入射，基于来自外部的影像信号转换为所需的影像光，经由投影透镜423将该转换后的影像光投影至菲涅尔透镜424上。
根据该结构，能够用比较简单的结构，实现在挡风玻璃400的底边部映出所需的信息的平视显示装置。
＜实施例2＞
接着，对于光调制部(液晶面板)的其它实施例(实施例2)，参照图11进行说明。如该图11所示，在该实施例2中，在上述实施例1所示的结构之外，以覆盖菲涅尔透镜424的射出面侧的几乎全部区域的方式，还安装有第二图像显示用液晶面板440，而且设置有用于驱动该第二图像显示用液晶面板440的第二液晶面板驱动电路431。
另外，上述第二图像显示用液晶面板440基于经由第二液晶面板驱动电路431的来自外部的影像信号(共用)进行光调制。根据该结构，得到的对比度是第二图像显示用液晶面板440的对比度与上述第一图像显示用液晶面板422的对比度的积，因此能够格外提高特别对于使用外部光在视野中显示投影影像的平视显示装置而言非常重要的显示图像的对比度。换言之，作为上述第一图像显示用液晶面板422和第二图像显示用液晶面板440，即使采用比较廉价的面板，也能够得到充分的对比度。
另外，该结构中，通过对于上述第一图像显示用液晶面板422和第二图像显示用液晶面板440，不是如图中实线所示那样基于来自外部的影像信号(共用)进行光调制，而是如虚线箭头所示那样基于来自此处未图示的三维显示装置的彼此不同的影像信号进行光调制，则能够如附图12(A)和(B)所示，实现能够用第一图像显示用液晶面板422的第一图像155和第二图像显示用液晶面板440的第二图像175立体(三维显示)地映出信息的平视显示装置。
＜实施例3和实施例4＞
如图13所示，在包括上述光反射合成部20、光合成部30和光源单元40的固体光源部421的射出面侧，例如设置包括相位板等的相位差产生部51和场透镜52，对于来自该固体光源部421的射出光，用偏振棱镜等偏振分离元件53将其导向第一反射型光调制部(例如液晶面板、反射型液晶面板、DLP等)422'上之后，用投影透镜423将用该光调制部调制后的反射光投影至菲涅尔透镜424上。另外，本例中，在菲涅尔透镜424的光的射出侧也设置有上述第二光调制部440。
或者，如图14所示，也能够采用下述结构：对于从上述固体光源部421射出且透过了相位差产生部51和场透镜52的光，用例如包括丙烯酸树脂或聚苯乙烯、聚碳酸酯、PET等树脂的、在其表面上形成有多个锯齿状的突起部的导光体55将其导向透过型的光调制部(液晶面板)422上。
另外，以上叙述的实施例1～4中，从上述固体光源部421的光的射出面35(参照图5)导出R光、G光、B光混合而成的白色光，因此，构成该光源部的光源单元40a～40d总是被未图示的电源电路驱动。
根据上述本发明的高效率固体光源装置，在白色光之外，也能够分时地有选择地导出R(红)光、G(绿)光、B(蓝)光，因此也能够采用以下详细叙述的调制方式即光色循环式的调制方式。
＜＜光色循环式的调制方式＞＞
该光色循环式的调制方式能够用上述图2和图3所示的结构实现，如图15所示，基于来自外部的影像信号，使来自上述固体光源部421的光依次有选择地切换为R光、G光、B光，并且使对光调制部422输出的影像信号依次切换为R光用影像信号、G光用影像信号、B光用影像信号。
例如，如图15所示，液晶面板驱动电路430包括根据输入的影像信号生成R光用影像信号、G光用影像信号、B光用影像信号的转换电路431、432、433和用于驱动光源单元40的光源单元驱动电源电路434。
根据上述光调制部驱动电路430的结构，如图16(A)～(D)所示，经由彼此同步地工作的切换电路435、436，如下所述地工作。即，经由切换电路436对作为R光光源的光源单元40R供给来自光源单元驱动电源电路434的驱动电流(参照图16(A))时，R光用影像信号经由切换电路435对光调制部422输出(参照图16(D))。同样地，对作为G光光源的光源单元40G供给来自光源单元驱动电源电路434的驱动电流(参照图16(B))时，G光用影像信号经由切换电路435对光调制部422输出(参照图16(D))。然后，对作为B光光源的光源单元40B供给来自光源单元驱动电源电路434的驱动电流(参照图16(C))时，B光用影像信号经由切换电路435对光调制部422输出(参照图16(D))。另外，上述光源单元的发光颜色和各色用的影像信号的切换，例如以120～480Hz的周期进行。通过这样，来自液晶面板的各像素的光，对于人眼而言被辨认为各色光混色而得到的自然颜色。
另外，根据上述结构，与现有的对白色光调制的调制方式相比，能够得到如下所述的效果。即，如图17(A)所示，在现有的对白色光调制的调制方式中，使来自光源的白色光通过彩色滤光器F而分离、转换为R光、G光、B光之后，使其分别向由R光用影像信号、G光用影像信号、B光用影像信号驱动的液晶面板的对应的各液晶单元CR、CG、CB入射而进行调制，结果用调制后的R光、G光、B光投影要求的彩色影像。
与此相对，根据上述本发明的光色循环式的调制方式，如图17(B)所示，来自作为光源的固体光源部421的光能够依次有选择地切换为R光、G光、B光，因此使这些颜色光向构成液晶面板的各液晶单元C依次入射而进行调制即可，结果将依次得到的R光用影像光、G光用影像光、B光用影像光投影，从而得到要求的彩色影像。
这样，根据本发明的光色循环式的调制方式，与现有的对白色光调制的调制方式相比，首先，不需要用于将白色光分离、转换为R光、G光、B光的彩色滤光器F，能够避免该彩色滤光器F对光的吸收。结果能够大幅提高来自光源的光的利用效率。
另外，在现有的对白色光调制的调制方式中，将在液晶面板的水平方向上邻接的3个液晶单元CR、CG、CB视为1个图像单位，但本发明的光色循环式的调制方式中，能够将一个液晶单元C作为1个图像单位进行处理，因此能够将得到的图像的特别是水平方向上的分辨率提高至3倍。
即，通过采用上述本发明的光色循环式的调制方式，光的利用效率高，并且能够到分辨率高的投影图像，特别是对于用外部光在视野中显示投影影像的平视显示装置而言非常有利。进而，例如，如上述实施例2所述，也能够安装第二图像显示用液晶面板，由此提高显示图像的对比度，或者显示立体(三维)影像。
＜＜投影透镜的具体结构＞＞
接着，对于使来自光调制部的影像光向倾斜的方向减轻梯形畸变地放大投影的、所谓投影透镜423的具体结构，在以下详细说明。
图18(A)和图18(B)是作为上述投影透镜423的投影光学***1的结构图，图19是其光线图。从作为影像显示元件的液晶面板422等射出的影像光，根据需要通过滤光器类部件，在同轴透镜***2和自由曲面透镜***3受到折射作用、在自由曲面反射镜4受到反射作用，之后对包括菲涅尔透镜片的光方向转换部424投影。
同轴透镜***2是包括具有正光焦度(屈光力)的第一透镜组G1和具有负光焦度的第二透镜组G2的反远距型(retrofocus type)。
第一透镜组G1包括：玻璃制的具有正光焦度的小曲率半径朝向缩小侧的透镜L1、塑料制的非球面透镜L2、玻璃制的具有正光焦度的双凸形状的透镜L3、玻璃制的具有负光焦度的双凹形状的透镜L4、玻璃制的具有正光焦度的双凸形状的透镜L5、玻璃制的具有正光焦度的小曲率半径朝向放大侧的双凸形状的透镜L6，透镜L3至透镜L5构成贴合的三合透镜。
另外，透镜L1的折射率大于1.8，透镜L3和透镜L5应用阿贝数大于70的玻璃材料，透镜L4应用阿贝数小于25的玻璃材料，透镜L6应用阿贝数小于35的玻璃材料。
第二透镜组G2包括塑料制的具有负光焦度的凸面朝向缩小侧的弯月形状的非球面透镜L7、玻璃制的具有负光焦度的双凹形状的透镜L8、玻璃制的具有正光焦度的小曲率半径朝向放大侧的双凸形状的透镜L9、玻璃制的具有负光焦度的凸面朝向放大侧的弯月形状的非球面透镜L10。
另外，透镜L8应用阿贝数大于70的玻璃材料，透镜L9应用阿贝数小于35的玻璃材料。
自由曲面透镜***3包括：塑料制的凸面朝向放大侧的弯月透镜形状的自由曲面透镜L11、塑料制的凸面朝向放大侧的弯月透镜形状的自由曲面透镜L12。
在以下表1中表示透镜数据，对于曲率半径用正符号表示曲率半径的中心位置位于前进方向的情况。面间距离表示从各面的顶点位置到下一个面的顶点位置的光轴上的距离。
[表1]
偏心是Y轴方向的值，倾斜是YZ平面内的绕X轴的旋转，偏心/倾斜在该面中按偏心和倾斜的顺序作用，“普通偏心”是，在偏心/倾斜作用后的新坐标系上的面间距离的位置配置下一个面。另一方面，“DAR”指的是偏心和返回(decenter and return)，偏心和倾斜仅在该面中作用，不影响下一面。
玻璃材料名的PMMA是丙烯酸塑料。
在以下表2中表示出用以下式1定义的自由曲面系数。
[式1]
j＝[(m+n)2+m+3n]/2+1
[表2]
表2
代码 L11A面 L11B面 L12A面 L12B面 M13
1/R c 0 0 0 0 0
K K 0 0 0 0 0
C3 Y1 -1.69512E-01 -6.18608E-02 -1.41823E+00 -7.61249E-01
C4 X2 -3.86935E-02 -4.99103E-02 -8.47113E-02 -4.47704E-02 4.92487E-03
C6 Y2 -4.03529E-02 -5.28464E-02 -5.07482E-02 -4.55422E-02 -9.42226E-04
C8 X2Y -1.00451E-03 -5.79285E-04 5.71827E-03 8.58820E-04 -1.31985E-04
C10 Y3 -1.09957E-04 2.51207E-04 2.65770E-03 4.10603E-04 -1.28789E-06
C11 X4 -1.77285E-04 -1.41238E-04 1.46355E-04 1.41177E-05 -6.43416E-07
C13 X2Y2 -7.00000E-05 -2.10522E-05 -1.10586E-04 5.66530E-06 2.81909E-06
C15 Y4 -6.04767E-05 -125003E-05 1.75320E-05 4.23759E-05 3.30568E-07
C17 X4Y 1.67421E-05 1.34047E-05 -1.95424E-05 5.91893E-07 3.95033E-08
C19 X2Y3 3.25043E-06 3.06217E-06 2.17470E-06 2.63498E-06 -6.13253E-08
C21 Y5 1.66914E-06 -6.96227E-07 4.76267E-06 -1.80650E-06 -1.00347E-08
C22 X6 1.05099E-06 7.39349E-07 -1.29317E-07 7.10604E-08 1.38787E-10
C24 X4Y2 -3.49140E-07 -7.73849E-08 1.58588E-06 4.80985E-08 -1.47142E-09
C26 X2Y4 1.59480E-07 1.79569E-07 2.43743E-07 -4.98527E-07 8.23013E-10
C28 Y6 -2.64180E-07 7.27822E-08 -8.27566E-08 -2.00176E-07 -3.66830E-10
C30 X6Y -3.71444E-08 -1.72890E-08 2.46627E-08 -1.73841E-08 -1.10409E-11
C32 X4Y3 -2.77908E-08 5.12062E-09 -8.31639E-08 -3.73721E-08 5.01052E-11
C34 X2Y5 -7.42638E-08 1.23296E-08 -8.48066E-08 8.77381E-09 2.48383E-11
C36 Y7 -9.74494E-09 3.36712E-09 -4.33459E-08 1.19292E-08 -1.55123E-11
C37 X8 -5.72842E-09 -1.43250E-09 9.15413E-11 -1.25677E-10 -3.98087E-14
C39 X6Y2 -1.10702E-08 -2.35556E-10 -4.58008E-09 3.46361E-10 5.39444E-13
C41 X4Y4 -2.74898E-09 9.78170E-10 3.31156E-09 2.37490E-09 -1.73556E-12
C43 X2Y6 9.71682E-10 3.53737E-10 1.53180E-09 1.01327E-09 1.25905E-12
C45 Y8 8.12760E-10 1.26618E-10 6.04607E-10 2.92308E-10 4.83424E-14
C47 X8Y 3.27470E-11 -4.57379E-11 2.69203E-11 3.12224E-11 2.02220E-15
C49 X6Y3 1.82493E-10 -2.60259E-11 1.35851E-10 3.37708E-11 -1.29674E-14
C51 X4Y5 -1.74771E-10 -1.27887E-11 2.97127E-10 -2.34320E-11 -2.34748E-14
C53 X2Y7 2.13758E-10 -7.60400E-12 1.44928E-10 -1.32967E-10 1.68898E-14
C55 Y9 2.53852E-11 -2.86453E-13 1.17160E-10 -2.11209E-11 3.86861E-15
C56 X10 9.54653E-12 1.29998E-12 -7.12862E-13 -1.02074E-13 8.66609E-18
C58 X8Y2 3.84515E-11 5.50224E-12 3.81359E-12 -8.00482E-13 -1.50700E-16
C60 X6Y4 2.41327E-11 -4.61525E-12 -2.72293E-12 -2.37488E-12 9.35100E-16
C62 X4Y6 1.14044E-11 -2.86546E-12 -1.75358E-11 -7.57652E-13 -5.77749E-16
C64 X2Y8 -2.35735E-11 -2.42798E-12 4.15652E-12 3.81855E-12 -1.90295E-16
C66 Y10 -5.45205E-12 -4.04549E-13 -5.49528E-12 -9.43493E-13 3.07353E-17
自由曲面系数相对于各自的光轴9(Z轴)是非旋转对称的形状，是由圆锥项成分和XY多项式的项的成分定义的形状。例如，X是2次(m＝2)且Y是3次(n＝3)时，对应于j＝{(2+3)2+2+3×3}/2+1＝19的C19系数。另外，自由曲面各自的光轴的位置由上述表1的透镜数据中的偏心/倾斜的量决定。
在以下表3中表示用以下式2定义的非球面系数。
[式2]
[表3]
表3
L2A面 L2B面 L7A面 L7B面
1/c 226.8206 212.1346 28.3567 17.6728
K 0 0 0 0
A -1.01422E-04 -8.40636E-06 -5.14006E-05 -1.46558E-04
B -4.43439E-07 -8.63643E-07 4.27451E-06 4.40512E-06
C 2.06693E-09 1.40764E-09 -6.74935E-09 4.06087E-09
D -9.93063E-13 -2.42245E-11 -3.98508E-10 -2.27554E-10
E 5.12260E-14 -1.65620E-13 8.68615E-13 1.79141E-12
F -2.22566E-16 2.70698E-16 1.02325E-13 7.94434E-14
G -3.37600E-18 2.66218E-17 8.92534E-16 4.01173E-16
H 5.67012E-22 2.92561E-19 -2.36022E-17 -1.11014E-17
J 9.44392E-23 -3.31018E-21 -5.28706E-20 9.53448E-20
非球面系数是相对于各自的光轴(Z轴)旋转对称的形状，使用圆锥项成分和距离光轴的高度h的4次至20次的偶次成分。
在以下表4中表示的奇次多项式非球面系数，是在上述表3的非球面中加入奇次成分而得的形状。其中，高度h是正值，因此是旋转对称的形状。
[表4]
表4
L10A面 L10B面
1/c -14.1619 -110.036
K 0 0
3次 0.000168372 0.000267275
4次 -1.76395E-04 -8.84282E-05
6次 1.55533E-08 4.39076E-08
8次 -4.66699E-09 5.33335E-10
10次 1.96613E-11 2.32731E-14
12次 2.74250E-13 -4.01516E-15
14次 1.18590E-15 -6.88733E-18
16次 6.92994E-19 4.41411E-20
18次 -1.12856E-20 2.88985E-22
20次 5.01591E-22 -5.47404E-25
上述投影光学***中，通过移动作为聚焦透镜的自由曲面透镜3，也能够进行后截距(flange back)调整，但是(1)在本来的聚焦透镜的移动范围(调整范围)中会发生偏差。另外，(2)在光学性能上优选同轴透镜***2的部件误差用该同轴透镜***2进行修正。因为这些理由，将同轴透镜***2的正光焦度的第一透镜组G1分离为2个光焦度成分。具体而言，在上述图18(A)和图18(B)中，分离为透镜L1至透镜L5和透镜L6，通过使透镜L1至透镜L5在光轴上移动，进行后截距调整。
此处，在透镜L5与透镜L6之间配置了孔径光阑7，因此透镜L5与透镜L6中的主光线的光线高度的符号正负相反。
从而，对于倍率色像差，透镜L5与透镜L6作用不同，因此在透镜L5中使阿贝数为70以上，但在透镜L6中反之使阿贝数为35以下。
接着，对于透镜L7至透镜L10的透镜结构进行说明。
透镜L7至透镜L10是同轴透镜***2中的负光焦度的透镜组，构成第二透镜组G2。由此基本上是凹透镜和凸透镜的结构。
使透镜L7为塑料制的具有负光焦度的凸面朝向缩小侧的非球面透镜，使透镜L8为具有负光焦度的凹面朝向缩小侧的双凹形状的玻璃透镜，使透镜L9为正光焦度的放大侧的曲率半径较小的双凸形状的玻璃透镜，使透镜L10为塑料制的具有负光焦度的凸面朝向放大侧的弯月形状的非球面透镜。
即，如果将以上详述的投影光学***应用于上述投影透镜423，则即使将来自光调制部的影像光向倾斜的方向投影，也能够减轻梯形畸变地放大而投影。
＜＜透明屏幕＞＞
接着，对于在挡风玻璃400的底边部沿其内侧表面安装的、用于使用从上述影像显示装置420投影的光映出信息的机构即透明屏幕410，在以下进行说明。
另外，以上已经说明了包括防反射膜的透明屏幕410，以下叙述其它透明屏幕410'。
图20(A)是抽出透明屏幕410'的一部分放大表示的立体图，由该图可知，例如，在包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜的基板片500的表面，形成有多个截面为三角形形状且整体为矩形形状的微小的突起部510。另外，这些突起部510分别如图20(B)的放大截面所示，例如设定为如下所述的尺寸。
纵(L)＝5～10μm；横(W)＝2～4μm
另外，各突起部510的截面形状(角度)根据其引导反射光的方向的不同而不同，例如本例中，如下所述地设定。
角度(θA)＝25～65度；角度(θB)＝65～25度
进而，上述突起部510如屏幕的正面图即图21(A)或图21(B)所示地配置形成在包括PET膜的基板片500的表面上。例如，图21(A)中表示了突起部510在水平方向和垂直方向上、成一列地隔开规定间隔地排列的例子。另外，图21(B)中，与上述图21(A)不同，表示了突起部510在其水平方向、上下移动而隔开规定间隔地排列的例子。
这样，通过采用在基板片500的表面上分散配置多个突起部510的结构，能够使从规定角度入射的影像光有选择地向所需的方向反射，并且避免产生该结构中经常成为问题的所谓莫尔条纹。
这样，根据上述结构的透明屏幕410'，如图22所示，使来自外部的光透过，并且使从下方入射的光(参照图2)向要求的角度反射，由此，能够与经由挡风玻璃400映入的外部视野一同，在安装于其下部的透明屏幕410'上，以对于驾驶员407的眼409而言易于辨认的状态同时重叠显示驾驶所需的各种信息。
最后，在图22中表示了本发明的另一实施方式的平视显示装置。即，上述图1中说明了在挡风玻璃上预先安装透明屏幕410、影像显示装置420搭载在仪表盘403内部的平视显示装置，而此处代替它表示了例如能够在电车的操作室或训练室等中在桌子或台上设置而使用的平视显示装置。即，由图中可知，作为显示部的透明屏幕410例如在其左右的两端部被形成为大致“L”字状的一对支架411以倾斜规定角度的方式保持，在该透明屏幕410的下方，配置有内置光源部且向上方广角投射影像光的影像显示装置420，该影像光被透明屏幕410根据其位置(高度)分别向规定方向(参照图1。即对驾驶员407的眼409投射的方向)反射。
另外，本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例为了易于理解本发明而说明了***整体，但并不限定于必须具有已说明的所有结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其它实施例的结构，也能够在某个实施例的结构上添加其它实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够添加、删除、置换其它结构。
另外，上述各结构等的一部分或全部例如可以通过在集成电路中设计等而用硬件实现，或者，上述各结构、功能等也可以通过处理器解析、执行实现各功能的程序而用软件实现。实现各功能的程序、表、文件等信息，能够保存在存储器、硬盘、SSD(Solid StateDrive，固态硬盘)等记录装置、或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。
附图标记说明
400……挡风玻璃，410……透明屏幕，420……影像显示装置，407……驾驶员(操作者)，409……眼，421……光源部，422……光调制部(液晶面板、反射型液晶面板，DLP等)，423……投影透镜，424……光方向转换部，430……光调制部驱动电路，20……光反射合成部，30……光合成部，40……光源单元，31……二向色棱镜，33……波长选择性光学面(膜)，35……射出面。

Claims (9)

1.一种在操作者的视野的一部分中显示包括影像的信息的平视显示装置，其特征在于，包括：
影像显示装置，其配置在离开所述操作者的视野的位置，产生用于投影所述信息的影像光以进行投影；和
透明屏幕，其配置在所述操作者的视野的一部分中，使来自视野的光透过，并且使来自所述影像显示装置的投影光向所述操作者的方向反射，
作为构成所述影像显示装置的光源，使用使来自多个光源单元的光反射和混合而向规定方向射出的固体光源装置，
所述固体光源装置包括被反射膜覆盖其外周面、在前端部形成抛物面且外形为四棱锥形状的导光体，在其外周面搭载有多个光源单元。
2.如权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于：
所述影像显示装置的所述固体光源装置射出白色光，
所述影像显示装置还包括：将来自所述固体光源装置的白色光分离为R光、G光、B光而生成影像光的光调制部；将来自该光调制部的影像光放大投影的投影光学***；和接受经由该投影光学***的来自所述光调制部的影像光，将其向所述透明屏幕投影的光方向转换部。
3.如权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于：
所述固体光源装置包括发出R光、G光、B光的光源单元，依次有选择地射出R光、G光、B光，
所述影像显示装置还包括：通过对从所述固体光源装置依次发出的R光、G光、B光依次循环地调制而生成R光用影像光、G光用影像光、B光用影像光的光调制部；将来自该光调制部的R光用影像光、G光用影像光、B光用影像光放大投影的投影光学***；和接受经由该投影光学***的来自所述光调制部的所述R光用影像光、G光用影像光、B光用影像光，将它们向所述透明屏幕投影的光方向转换部。
4.如权利要求3所述的平视显示装置，其特征在于：
使来自所述固体光源装置的R光、G光、B光以120～480Hz的周期发出。
5.如权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于：
所述透明屏幕在表面形成有防反射膜。
6.如权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于：
所述透明屏幕在表面形成有多个截面为三角形且整体为矩形的微小的突起部。
7.如权利要求2所述的平视显示装置，其特征在于：
所述影像显示装置在所述投影光学***或所述光方向转换部的一部分中还具有第二光调制部。
8.如权利要求7所述的平视显示装置，其特征在于：
所述影像显示装置的光调制部与所述第二光调制部一同立体地显示要显示的信息的影像。
9.如权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于：
所述透明屏幕在接受来自所述影像显示装置的投影光的面形成有多个具有三角形截面的微小的突起部。
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