投影装置和平视显示装置的制作方法

本发明涉及将图像投影于规定部位的投影装置以及下述的平视显示装置，该平视显示装置将该投影装置投影的图像映照于反射透射面上，与风景一起地辨认图像。

背景技术：

过去的平视显示装置包括：比如，在专利文献1中公开的类型。这样的平视显示装置由第1和第2显示器与半反射镜构成，通过半反射镜，以重复方式投影透射光和反射光，由此，让用户辨认不同的显示距离的显示像(虚像)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：jp特开2003—237412号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，在专利文献1中记载的平视显示装置中，由于设置多个显示器，故具有平视显示装置的容量增加、成本上升的危险。另外，由于采用半反射镜，故具有从显示器射出的显示光的利用效率降低的危险。

于是，本发明是针对上述的课题而提出的，本发明提供紧凑、价格低、光效率良好、可显示具有多个显示距离的显示图像的投影装置和平视显示装置。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明的第1观点的投影装置包括：显示器，该显示器射出使显示图像显示于规定的位置的投影光；成像位置调整镜，该成像位置调整镜接受从上述显示器而射出的上述投影光，改变已射入的上述投影光中的至少一部分的上述投影光的成像距离，将该投影光转换为成像距离不同的多个投影光，并反射。

另外，本发明的第2观点的平视显示装置涉及将显示图像投影于投影面上，将上述显示图像作为虚像而辨认的平视显示装置，该平视显示装置包括：投影部，该投影部射出投影光；成像位置调整镜，该成像位置调整镜接受从上述投影部而射出的上述投影光，改变已射入的上述投影光中的至少一部分的上述投影光的成像距离，将该投影光改变为成像距离不同的多个投影光，并反射；第1屏幕，该第1屏幕使上述投影光中的成像距离长的投影光成像；第2屏幕，该第2屏幕设置于相对上述第1屏幕与上述投影面离开的位置，该第2屏幕使上述投影光中的成像距离短的投影光成像。

发明的效果

按照本发明，可提供紧凑、价格低、光效率良好，可显示具有多个显示距离的显示图像的投影装置和平视显示装置。

附图说明

图1为表示本发明的实施方式的概括图；

图2为表示该实施方式的第1屏幕、第2屏幕的结构的图；

图3为表示本发明的变形例子的概括图；

图4为表示本发明的成像位置调整镜的变形例子的图。

具体实施方式

下面根据附图，对本发明的平视显示装置(在下面记载为“hud装置”)100和投影装置20的一个实施方式进行说明。

hud装置100装载于比如汽车上，像图1所示的那样，该hud装置100包括：外壳10；投影装置20；第1屏幕(第1成像部)30；第2屏幕(第2成像部)40；平面镜(中继光学系统)50；凹面镜(中继光学系统)60以及控制基板(在图中未示出)。hud装置100通过将投影装置20投影到第1屏幕30上的第1显示图像m1与该投影装置20投影到第2屏幕40上的第2显示图像m2，通过平面镜50和凹面镜60，朝向车辆的挡风玻璃200反射，由此，相对用户e，显示第1显示图像m1的第1虚像v1与第2显示图像m2的第2虚像v2。

外壳10由比如黑色的遮光性合成树脂形成，在其内部接纳有投影装置20、第1屏幕30、第2屏幕40、平面镜50、凹面镜60，在其外部安装有控制基板(在图中未示出)。

外壳10包括开口部10a，该开口部10a使后述的显示光n通过挡风玻璃200，该开口部10a由透光性外罩10b覆盖。

投影装置20将表示后述的第1显示图像m1的第1投影光l1与表示第2显示图像m2的第2投影光l2，朝向后述的第1屏幕30和第2屏幕40而射出，第1显示图像m1和第2显示图像m2成像于第1屏幕30和第2屏幕40上。关于投影装置20的具体结构将在后面具体描述。

第1屏幕(第1成像部)30为透光屏幕，该透光屏幕通过背面接收从投影装置20而射出的第1投影光l1，在外面侧显示第1显示图像m1，该第1屏幕30由比如全息扩散片、微型透镜阵列、扩散片等构成。如果第1屏幕30显示第1显示图像m1，则表示该第1显示图像m1的第1显示光n1通过后述的平面镜50、凹面镜60而投射到挡风玻璃200上，通过该挡风玻璃200反射到用户e的方向(eyebox)。由此，用户e可于挡风玻璃200的另一侧辨认第1虚像v1。另外，在本实施方式中，第1屏幕30像图2所示的那样，包括凹状的显示区域，该凹状的显示区域设置有缺口部30a，该缺口部30a通过将基本呈矩形状的外缘部分的一部分去掉矩形形状的方式形成。于是，第1虚像v1也具有凹状的显示区域。另外，后述的第2投影光l2像图2所示的那样，通过第1屏幕30的缺口部30a，到达后述的第2屏幕40。

第2屏幕(第2成像部)40呈矩形状，其为第1屏幕30的缺口部30a的基本相似形状，该第2屏幕40通过背面接收从投影装置20而射出的第2投影光l2，在外面侧显示第2显示图像m2，与第1屏幕30相同，该第2屏幕40由比如全息扩散片、微型透镜阵列、扩散片等构成。如果第2屏幕40显示第2显示图像m2，则表示该第2显示图像m2的第2显示光n2通过后述的平面镜50、凹面镜60，投射到挡风玻璃200上，第2虚像v2显示于从用户e而观看的挡风玻璃200的另一侧。

像图1所示的那样，第1屏幕30设置于比第2屏幕40更靠近投影装置20的位置。即，从第1屏幕30朝向用户e而行进的第1显示光n1的光路长度，大于从第2屏幕40朝向用户e而行进的第2显示光n2的光路长度。于是，从用户e到显示第1虚像v1的位置的距离(显示距离)，大于从用户e到显示第2虚像v2的位置的距离(显示距离)，由此，在本实施方式的hud装置100中，第1虚像v1可按照位于比第2虚像v2更远的位置的方式进行显示。另外，在本实施方式中，第1虚像v1的显示距离为5m，第2虚像v2的显示距离为2m。

此外，第1屏幕30按照相对于从第1屏幕30朝向用户e的第1显示光n1的光轴，具有规定的角度(还包括0度)的方式设置，另外，第2屏幕40也同样地按照相对于从第2屏幕40朝向用户e的第2显示光n2的光轴，具有规定的角度(还包括0度)的方式设置。还有，即使在第1屏幕30(第2屏幕40)相对于第1显示光n1的光轴具有规定的角度的情况下，仍通过后述的凹面镜60的自由曲面，相对于用户e的前方视线，第1虚像v1和第2虚像v2以基本垂直地相对的方式成像。在用户e辨认第1虚像v1(第2虚像v2)时，无论在第1虚像v1(第2虚像v2)内的无论哪个区域均显示距离一定，即使在用户e没有进行焦点移动的情况下，仍可容易地辨认第1虚像v1(第2虚像v2)整体。

在平面镜(中继光学系统)50中，在由比如合成树脂、玻璃材料构成的基材的表面上，通过蒸镀等的手段形成反射膜，将从第1屏幕30、第2屏幕40而射出的第1显示光n1、第2显示光n2朝向凹面镜60而反射。

在凹面镜(中继光学系统)60中，在由比如合成树脂材料构成的基材的表面上，通过蒸镀等的手段形成反射膜，凹面镜60为下述反光镜：其具有进一步反射由平面镜30反射的第1显示光n1、第2显示光n2，朝向挡风玻璃200而射出的凹状的自由曲面。通过凹面镜60而反射的第1显示光n1、第2显示光n2从设置于外壳10的开口部10a上的透光性外罩10b中透过，到达挡风玻璃200。通过挡风玻璃200而反射的第1显示光n1、第2显示光n2在挡风玻璃200的前方位置形成第1虚像v1和第2虚像v2。由此，hud装置100可让用户e辨认虚像v(第1虚像v1和第2虚像v2)与实际上位于挡风玻璃200的前方的外景等的双方。另外，凹面镜60具有作为放大镜的功能，该凹面镜60将投影装置20显示的显示图像m放大，将其反射到挡风玻璃200侧。即，由用户e而辨认的第1虚像v1、第2虚像v2为投影装置20所显示的放大了第1显示图像m1、第2显示图像m2的像。另外，凹面镜60还具有减少因挡风玻璃200为曲面而造成的第1虚像v1和第2虚像v2的形变的功能。在下面，对投影装置20的具体结构进行说明。

投影装置20像图1所示的那样，包括：显示器21，该显示器21产生而射出第1投影光l1、第2投影光l2；折返镜22，该折返镜22反射从该显示器21而射入的第1投影光l1、第2投影光l2，将它们折返；成像位置调整镜23，该成像位置调整镜23调整从折返镜22而射入的光的成像距离，使第1投影光l1和第2投影光l2分别成像于距离投影装置20不同距离的第1屏幕30和第2屏幕40上。

显示器21包括dmd(digitalmicromirrordevice(数字微镜装置))、lcos(注册商标：liquidcrystalonsilicon)等的反射型显示元件；tft(thinfilmtransistor(薄膜晶体管))液晶面板等的投射型显示元件，根据来自在图中未示出的控制基板的控制信号，将用于显示第1显示图像m1和第2显示图像m2的第1投影光l1和第2投影光l2朝向折返镜22而射出。另外，显示器21在经由第1屏幕30、第2屏幕40、平面镜50、凹面镜60、挡风玻璃200等而由用户e辨认时，以下述方式进行控制：考虑相应的光学部件的光学特性和配置等，显示预先形变的显示图像m(第1显示图像m1、第2显示图像m2)，以便不产生形变的虚像v(第1虚像v1、第2虚像v2)。

在折返镜22中，在由比如合成树脂、玻璃材料形成的基材的表面上，通过蒸镀等的手段而形成反射膜，该折返镜22为平面镜，将从显示器21而射出的第1投影光l1和第2投影光l2反射到后述的成像位置调整镜23。可通过设置折返镜22，使投影装置20的组装更加紧凑。另外，还可在显示器21到成像位置调整镜23之间，设置多个折返镜22，也可省略折返镜22。

在成像位置调整镜23中，在由比如合成树脂材料、玻璃材料等形成的基材的表面上，通过蒸镀等的手段而形成反射膜，于同一基材上，包括：接受第1投影光l1的第1反射面231、接受第2投影光l2的第2反射面232。在本实施方式中，在第1反射面231中，反射面由平面形成，已接受的第1投影光l1在没有改变成像距离的情况下反射到第1屏幕30，由此使第1显示图像m1成像于第1屏幕30的外面侧。另外，在第2反射面232中，反射面由凸状的自由曲面形成，已接受的第2投影光l2在较大地改变成像距离的情况下，反射到第2屏幕40，由此使第2显示图像m2成像于第2屏幕40的外面侧。

即，在本实施方式的成像位置调整镜23中，由于反射第1投影光l1的第1反射面231与反射第2投影光l2的第2反射面232的曲面形状不同，故可仅仅通过接受来自1个显示器21的投影光l，使第1投影光l1和第2投影光l2的成像距离不同。于是，可通过不同的显示距离而显示用户e辨认的第1虚像v1和第2虚像v2，可对于作为第1虚像v1而显示的信息、作为第2虚像v2而显示的信息进行差别化处理，可提高信息的识别性。另外，由于可使从同一显示器21而射出的至少第1投影光l1和第2投影光l2的成像距离不同，故与设置多个显示器的场合相比较，可抑制成本。

另外，由于成像位置调整镜23中的第1反射面231和第2反射面232形成于同一基材上，故可仅仅通过将来自显示器21的投影光l照射到成像位置调整镜23，使至少第1投影光l1和第2投影光l2的成像距离不同，这样可在不使投影光l的光路复杂的情况下实现空间的节省。

此外，在本实施方式的成像位置调整镜23中，由于在同一基材上形成使第1投影光l1和第2投影光l2的成像距离不同的第1反射面231和第2反射面232，故第1反射面231和第2反射面232的相对的位置难以因组装误差等而产生错位，可以良好的精度使第1投影光l1和第2投影光l2成像于第1屏幕30和第2屏幕40上。

还有，本实施方式的显示器21不将用于形成图像的投影光l投射于成像位置调整镜23的第1反射面231和第2反射面232的边界附近。通过该方案，即使因投影光l相对于成像位置调整镜23的投影位置因hud装置100的组装误差、振动等而错位的情况下，仍可防止没有映照于第1屏幕30上的第1显示图像m1映照于第2屏幕40上的情况。

另外，由于本实施方式的成像位置调整镜23的一部分(第1反射面231)以平面方式形成，故可在没有歪曲的情况下反射从显示器21而投射的投射光l。另外，成像位置调整镜23的设计、制造容易，可削减设计制造成本。

以上为本实施方式的hud装置100的说明，但是，本发明不受到上述实施方式和附图的限定。显然，可针对它们添加变更(还包括结构元件的删除)。在下面给出变形例子的一个例子。

在上述实施方式中，对第1反射面231为平面，第2反射面232为凸状的自由曲面的场合进行了说明，但是由于第1反射面231和第2反射面232的反射面的形状可使第1投影光l1和第2投影光l2的成像距离不同即可，故并不限于此。通过使反射面为凸状，可增加成像距离，另一方面，通过呈凹状，可缩短成像距离。另外，第1反射面231和第2反射面232不必要求在反射区域的整体上具有相同的曲面形状，也可因反射区域而不同。

在上述实施方式中，第1屏幕30按照相对于从第1屏幕30朝向用户e的第1显示光n1的光轴，具有规定的角度的方式设置，另外，第2屏幕40也同样地按照相对于从第2屏幕40朝向用户e的第2显示光n2的光轴，具有规定的角度的方式设置，但是并不限于此。第1屏幕30和/或第2屏幕40也可按照相对于朝向用户e的第1显示光n1(第2显示光n2)的光轴，以为规定的角度以上而倾斜的方式设置。具体来说，可像图3所示的那样，第1屏幕30按照相对于第1显示光n1的光轴，以为规定角度以上倾斜的方式设置，考虑倾斜而设置的第1屏幕30与显示器21之间的第1投影光l1的光路长度，慢慢改变第1反射面231的曲面形状，由此慢慢改变第1投影光l1的成像距离。于是，即使在第1屏幕30相对光轴以规定角度以上而倾斜的情况下，仍可使第1显示图像m1成像于第1屏幕30的较宽的范围内(还包括全部区域)，相对用户e具有纵深感，可辨认不模糊的第1虚像v1。

另外，第1屏幕30相对于第1投影光l1的光轴的倾斜度也可不同于第2屏幕40相对于第2投影光l2的光轴的倾斜度。通过该方案，可使两个虚像之间(第1虚像v1和第2虚像v2)从立体上产生差别，可区分相应的信息，容易由用户e而识别。

此外，在上述实施方式中，还可像图4所示的那样，通过多个成像位置调整镜23a和成像位置调整镜23b，构成调整显示器21射出的第1投影光l1或/和第2投影光l2的成像距离的成像位置调整镜23。

还有，在上述实施方式中，第1反射面231和第2反射面232设置于相同基材上，但是也可分别设置于各自的基材上。

再有，第1反射面231和第2反射面232既可由连续的反射膜形成，也可不在第1反射面231和第2反射面232的边界附近形成反射膜。

另外，在上述实施方式中，第1屏幕30和第2屏幕40为大致矩形状，但是，第1屏幕30和第2屏幕40的形状也可为六边形、八边形等的多边形状。

此外，在以上的说明中，为了容易理解本发明，适当省略非重要的公知的技术事项的说明。

产业上的利用可能性

本发明可适用于比如车辆用平视显示装置。

标号的说明：

标号100表示hud装置(平视显示装置)；

标号10表示外壳；

标号20表示投影装置；

标号21表示显示器；

标号22表示折返镜；

标号23表示成像位置调整镜；

标号30表示第1屏幕；

标号40表示第2屏幕；

标号50表示平面镜；

标号60表示凹面镜；

标号l表示投影光；

标号l1表示第1投影光；

标号l2表示第2投影光；

标号m1表示第1显示图像；

标号m2表示第2显示图像；

标号n1表示第1显示光；

标号n2表示第2显示光；

标号v表示虚像

标号v1表示第1虚像；

标号v2表示第2虚像。