平视显示装置的制作方法

本发明涉及机动车等移动体用的平视显示装置。

背景技术：

一直以来，作为对机动车等的驾驶员显示方向指示、注意唤起和/或行驶速度等信息的装置，已知有平视显示装置。平视显示装置用于将要显示的图像的虚像在前窗玻璃或者组合器等的图像反射面上映出，使驾驶员不将目光移出视野而能够识别机动车等的驾驶所需要的信息。

在平视显示装置显示的信息中，如方向指示和/或注意唤起等信息那样优选显示于驾驶员的前方视野中的信息使虚像从图像反射面远距离地显示，由此能够抑制驾驶员的视线和/或焦点的移动。

反之，如行驶速度等信息那样优选显示于车的中央控制台附近的信息使虚像从图像反射面近距离地显示，由此能够抑制驾驶员的视线和/或焦点的移动。

因此，作为能够在距图像反射面的距离不同的多个位置处显示虚像的平视显示装置，提出有专利文献1、2。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2012-179935号公报

专利文献2：日本特许第4816605号说明书

在上述那样的能够在距图像反射面的距离不同的多个位置处显示虚像的平视显示装置中，迫切期望在从图像反射面远距离地显示的虚像和近距离地显示的虚像中尽可能地增大距离差。例如在近年来的机动车用平视显示装置中，希望远距离地显示的虚像的位置设定为距图像反射面10m左右的位置，近距离地显示的虚像的位置设定为距图像反射面2m左右的位置。

与此相对地，专利文献1的装置构成为，在一个图像显示元件之中设置用于显示远距离的虚像的区域和用于显示近距离的虚像的区域，并且将各区域的光源设为不同的波长，此外，在用于将从图像显示元件射出的显示光向图像反射面扩大投射的凹面镜的表面上形成有具有波长选择性的分离膜。

该凹面镜的表面和背面成为不同的光焦度，通过以不同的面来反射远距离虚像显示区域的显示光和近距离虚像显示区域的显示光而使反射时的光焦度发生变化，从而使虚像相对于图像反射面的位置发生变化。

然而，在上述那样的方式中，由于在一片凹面镜的表面和背面改变光焦度，因此难以在两个面使形状较大不同，另外，在一个图像显示元件之中设置远距离虚像显示区域和近距离虚像显示区域，无法使凹面镜和各显示区域的位置关系相互独立地变化，因此也难以使两个区域的显示光的光路长带有差。因此，存在难以在从图像反射面远距离地显示的虚像和近距离地显示的虚像中增大距离差这样的问题。

另外，专利文献2的装置构成为，在用于从图像反射面远距离地显示虚像的远距离用光学系统和用于近距离地显示虚像的近距离用光学系统之间，设置具有使某一波段的光反射且使除该波段以外的某一波段的光透过的分光特性的光学滤光片，利用该光学滤光片使远距离用光学系统以及近距离用光学系统的显示光的光路对齐而将其导向图像反射面。

在专利文献2的装置中，远距离用光学系统和近距离用光学系统的结构相同，且使各光学系统距光学滤光片的距离不同，由此使虚像相对于图像反射面的位置发生变化。

然而，由于在机动车等移动体中可以设置平视显示装置的空间存在限制，因此无法使远距离用光学系统与光学滤光片过于分离，从而存在难以在从图像反射面远距离地显示的虚像和近距离地显示的虚像中增大距离差这样的问题。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够在从图像反射面远距离地显示的虚像和近距离地显示的虚像中增大距离差的平视显示装置。

本发明的平视显示装置在与观察者对置的图像反射面中使来自第一图像显示元件以及第二图像显示元件的显示光向观察者侧反射，将显示于第一图像显示元件以及第二图像显示元件的图像作为虚像以越过图像反射面的方式进行放大显示，其特征在于，具备：远距离用光学系统，其将显示于所述第一图像显示元件的图像的虚像从图像反射面远距离地显示；近距离用光学系统，其具有与远距离用光学系统不同的光焦度，且将显示于第二图像显示元件的图像的虚像从图像反射面近距离地显示；以及光学滤光片，其具有使第一波段的光反射且使不包括该第一波段的第二波段的光透过的分光特性，远距离用光学系统和近距离用光学系统隔着光学滤光片而配置。

在此，“远距离/近距离”并非表示具体的距离，而是相对地示出虚像相对于图像反射面的位置。

另外，“使第一波段的光反射…第二波段的光透过的分光特性”是指，第一波段的光的反射率为至少50％以上且第二波段的光的透过率为至少50％以上的分光特性。

在本发明的平视显示装置的基础上，优选地，光学滤光片在平行平面板状的透光性基板的至少一个面上形成有具有上述分光特性的滤光片层。

另外，优选地，光学滤光片在透光性基板的一个面上形成有具有上述分光特性的滤光片层，该滤光片层与远距离用光学系统和近距离用光学系统中的反射显示光的光学系统对置。

另外，也可以构成为，从远距离用光学系统射出的显示光透过光学滤光片，从近距离用光学系统射出的显示光由光学滤光片反射，还可以构成为，从远距离用光学系统射出的显示光由光学滤光片反射，从近距离用光学系统射出的显示光透过光学滤光片。

另外，优选地，将r(red)g(green)b(blue)各自的波段分割为多个副波段，将由rgb各自的副波段的一部分的组合构成的波段设为第一rgb波段，将由rgb各自之中与第一rgb波段不同的副波段的组合构成的波段设为第二rgb波段，上述分光特性是使第一rgb波段和第二rgb波段中的任一方反射且使另一方透过的特性。

此时，优选地，第一rgb波段包括rgb各自之中为最短波侧的副波段，第一rgb波段被分配给从远距离用光学系统射出的显示光的光路，第二rgb波段被分配给从近距离用光学系统射出的显示光的光路。

另外，第一图像显示元件的光源和/或第二图像显示元件的光源可以由发光二极管(led：lightemittingdiode)构成，也可以由激光构成，还可以由发光二极管以及激光的组合构成。

发明效果

本发明的平视显示装置构成为，在用于从图像反射面远距离地显示虚像的远距离用光学系统和用于近距离地显示虚像的近距离用光学系统之间，设置具有使某一波段的光反射且使除该波段以外的某一波段的光透过的分光特性的光学滤光片，利用该光学滤光片使远距离用光学系统以及近距离用光学系统的显示光的光路对齐而导向图像反射面，并且使远距离用光学系统和近距离用光学系统的光焦度不同，因此能够在从图像反射面远距离地显示的虚像和近距离地显示的虚像中增大距离差。

附图说明

图1是搭载有本发明的一实施方式所涉及的平视显示装置的机动车的驾驶席的示意图。

图2是上述平视显示装置的远距离用光学系统的简要结构图。

图3是上述平视显示装置的近距离用光学系统的简要结构图。

图4是上述平视显示装置的投影单元的简要结构图。

图5是上述平视显示装置的光学滤光片的简要结构图。

图6是用于说明上述平视显示装置的光学滤光片的分光特性的图。

图7是示出上述平视显示装置中的虚像的显示方式的图。

图8是示出上述平视显示装置中的另一虚像的显示方式的图。

图9是示出上述平视显示装置中的另一虚像的显示方式的图。

附图标记说明：

1驾驶员；

2前窗玻璃；

10平视显示装置；

11远距离用光学系统；

12近距离用光学系统；

13光学滤光片；

13a透光性基板；

13b滤光片层；

20a、20b投影单元；

21a、21b扩散器；

22a、22b平面反射镜；

23a、23b凹面反射镜；

30红色(r)led光源；

31绿色(g)led光源；

32蓝色(b)led光源；

33分色棱镜；

34tir棱镜；

35dmd元件；

36透镜；

v1远距离虚像；

v2近距离虚像。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是搭载有本发明的一实施方式所涉及的平视显示装置的机动车的驾驶席的示意图，图2是上述平视显示装置的远距离用光学系统的简要结构图，图3是上述平视显示装置的近距离用光学系统的简要结构图，图4是上述平视显示装置的投影单元的简要结构图，图5是上述平视显示装置的光学滤光片的简要结构图。

如图1所示，本实施方式的平视显示装置10在与驾驶员(观察者)1对置的前窗玻璃(图像反射面)2中使来自第一图像显示元件以及第二图像显示元件的显示光向驾驶员1侧反射，将显示于第一图像显示元件的图像作为虚像v1以越过前窗玻璃2的方式进行放大显示，并将显示于第二图像显示元件的图像作为虚像v2而放大显示。

该平视显示装置10具备：使显示于第一图像显示元件的图像的虚像v1从前窗玻璃2远距离地显示的远距离用光学系统11；具有与远距离用光学系统11不同的光焦度、且使显示于第二图像显示元件的图像的虚像v2从前窗玻璃2近距离地显示的近距离用光学系统12；以及具有使第一波段的光反射且使不含有该第一波段的第二波段的光透过的分光特性的光学滤光片13，远距离用光学系统11和近距离用光学系统12隔着光学滤光片13而配置。

如图2所示，远距离用光学系统11包括：具备第一图像显示元件的投影单元20a；使从该投影单元20a射出的显示光投影的扩散器21a；使从该扩散器21a射出的显示光朝向后述的凹面反射镜23a反射的平面反射镜22a；以及使从该平面反射镜22a到达的显示光朝向光学滤光片13反射的凹面反射镜23a。

如图3所示，近距离用光学系统12包括：具备第二图像显示元件的投影单元20b；使从该投影单元20b射出的显示光投影的扩散器21b；使从该扩散器21b射出的显示光朝向后述的凹面反射镜23b反射的平面反射镜22b；以及使从该平面反射镜22b到达的显示光朝向光学滤光片13反射的凹面反射镜23b。

远距离用光学系统11以及近距离用光学系统12成为各自的投射距离最佳化的结构。在从前窗玻璃2远距离地显示虚像的情况下，即在使光学系统的投射距离变远的情况下，光学系统需要更强的光焦度，因此远距离用光学系统11的凹面反射镜23a构成为，比近距离用光学系统12的凹面反射镜23b的光焦度强，由此显示于第一图像显示元件(远距离用)的图像的虚像v1与显示于第二图像显示元件(近距离用)的图像的虚像v2相比，从前窗玻璃2远距离地显示。

这样，关于远距离用光学系统11以及近距离用光学系统12，利用包含凹面反射镜的光焦度以及配置在内、需要的投射距离最佳化的光学系统来显示虚像，因此能够提高投射距离(虚像显示位置)的设定自由度。

另外，在不经由扩散器21a以及21b而将虚像v1以及v2投影的情况下，虽然虚像v1以及v2的清晰度变高，但能够明确地确认虚像v1以及v2的光瞳位置的范围被限定在极窄的范围内，因此当驾驶员1的头相对于前窗玻璃2移动时，可能导致视觉确认性降低，但如上所述，通过经由扩散器21a以及21b等扩散构件而对虚像v1以及v2进行投影，能够扩大可以明确地确认虚像v1以及v2的光瞳位置的范围。

需要说明的是，本实施方式的远距离用光学系统11以及近距离用光学系统12由1片平面反射镜和1片凹面反射镜构成，但反射镜的片数以及种类并不局限于此，能够采用各种方式。例如，可以对上述结构追加像差修正用的凹面反射镜，也可以仅由1片或者多片凹面反射镜构成。

远距离用光学系统11的投影单元20a和近距离用光学系统12的投影单元20b的结构是共用的，如图4所示，投影单元20a以及20b包括：红色(r)led光源30；绿色(g)led光源31；蓝色(b)led光源32；对从这些光源射出的光进行合成的分色棱镜33；作为图像显示元件的dmd(digitalmicromirrordevice)元件35；将从分色棱镜33射出的rgb光导向dmd元件35并且将由dmd元件35反射后的显示光导向后述的透镜36的tir(totalinternalreflection)棱镜34；以及将从tir棱镜34射出的显示光向扩散器21a或者21b投射的透镜36。

在此，远距离用光学系统11的投影单元20a中的dmd元件35相当于第一图像显示元件，近距离用光学系统12的投影单元20b中的dmd元件35相当于第二图像显示元件。

如上所述，在本实施方式中，dmd元件35的光源由点亮以及熄灭的响应性好的led构成，因此能够高速控制光源。

需要说明的是，投影单元20a以及20b的结构并不局限于上述说明，能够采用各种方式。例如，也可以代替分色棱镜而使用分色镜、色轮等。另外，也可以代替led光源而使用激光光源、电灯泡等。另外，也可以代替dmd元件而使用透过型、反射型的液晶或者mems(microelectromechanicalsystem)反射镜等。

如图5所示，光学滤光片13在平行平面板状的透光性基板13a的一个面形成有具有规定的分光特性的滤光片层13b。为了形成具有分光特性的滤光片层，需要将使用电介质多层膜、胆甾相液晶的光子结晶构造形成于界面，因此在形成滤光片层的面成为曲面时，生产性方面存在问题。因此，将形成滤光片层的面设为平面，并使光学系统的光焦度与滤光片功能分离，由此能够提高产品的生产性。

需要说明的是，也可以在平行平面板状的透光性基板13a中形成有滤光片层13b的面的相反侧的面上，形成例如防反射层和/或具有与滤光片层13b不同的分光特性的滤光片层等其他光学功能层。

上述分光特性为，将rgb各自的波段分割为多个副波段，将由rgb各自的副波段的一部分的组合构成的波段设为第一rgb波段，将由rgb各自之中与第一rgb波段不同的副波段的组合构成的波段设为第二rgb波段，使第一rgb波段和第二rgb波段中的任一方反射且使另一方透过。

通过采用上述那样的特性，能够向远距离用光学系统11以及近距离用光学系统12这两者分配rgb3原色的波段，因此能够在由远距离用光学系统11显示的虚像v1以及由近距离用光学系统12显示的虚像v2这两者中实现全彩色显示。

在此，对本实施方式的滤光片层13b中的分光特性进行详细说明。图6是用于说明平视显示装置的光学滤光片的分光特性的图。

如图6所示，本实施方式的滤光片层13b中的分光特性为，将rgb各自的波段分割为两个副波段，将由rgb各自的副波段中短波侧的副波段的组合(图6中r1、g1以及b1的组合)构成的波段设为第一rgb波段(rgb1)，将由rgb各自的副波段中长波侧的副波段的组合(图6中r2、g2以及b2的组合)构成的波段设为第二rgb波段(rgb2)，如图5所示，使第一rgb波段(rgb1)反射且使第二rgb波段(rgb2)透过。另外，第一rgb波段(rgb1)被分配给从远距离用光学系统11射出的显示光的光路，第二rgb波段(rgb2)被分配给从近距离用光学系统12射出的显示光的光路。

具体地说，将红色(r)的波段即610nm～750nm分割为两个副波段610nm～680nm(r1)以及680nm～750nm(r2)，将绿色(g)的波段即500nm～560nm分割为两个副波段500nm～530nm(g1)以及530nm～560nm(g2)，将蓝色(b)的波段即430nm～480nm分割为两个副波段430nm～455nm(b1)以及455nm～480nm(b2)，将由rgb各自的副波段中短波侧的副波段的组合(r1、g1以及b1的组合)构成的波段设为第一rgb波段(rgb1)，将由rgb各自的副波段中长波侧的副波段的组合(r2、g2以及b2的组合)构成的波段设为第二rgb波段(rgb2)。

这样，将组合rgb各自的副波段中短波侧的副波段而成的第一rgb波段(rgb1)分配给远距离用光学系统11的光路，将组合rgb各自的副波段中长波侧的副波段而成的第二rgb波段(rgb2)分配给近距离用光学系统12的光路，由此由远距离用光学系统11显示的虚像v1以后退色显示，由近距离用光学系统12显示的虚像v2以前进色显示，能够利用前进色和后退色的特性来强调远近感。

如图1以及图5所示，在本实施方式的平视显示装置10中，光学滤光片13的滤光片层13b与反射显示光的光学系统(在本实施方式中为远距离用光学系统11)对置。

通过采用上述那样的结构，不会使从反射侧的光学系统射出的显示光不必要地射入透光性基板13a内，能够避免因显示光向滤光片层13b以外的空气接触面的入射以及透光性基板13a内部的吸收而导致的衰减，因此能够抑制分光透过率的降低。

另外，从远距离用光学系统11射出的显示光由光学滤光片13反射，从近距离用光学系统12射出的显示光透过光学滤光片13。在机动车用的平视显示装置中，例如方向指示和/或注意唤起等的信息那样优选显示于驾驶员的前方视野中的信息、即从前窗玻璃2远距离地显示的虚像v1大多被分配给背景亮度比较高的上方视野。因此，通过采用上述那样的结构，如上所述，能够抑制远距离用光学系统11的分光透过率的降低而显示明亮的虚像，因此能够提高虚像的视觉确认性。

接下来，对如上述那样构成的平视显示装置10的作用进行说明。

从远距离用光学系统11射出的显示光在光学滤光片13处反射，从近距离用光学系统12射出的显示光在光学滤光片13处透过，由此两个显示光的光路被对齐而导向前窗玻璃2。

在与驾驶员1对置的前窗玻璃2中，使来自第一图像显示元件(远距离用)以及第二图像显示元件(近距离用)的显示光朝向驾驶员1侧反射，将显示于第一图像显示元件(远距离用)以及第二图像显示元件(近距离用)的图像作为虚像v1以及v2以越过前窗玻璃2的方式进行放大显示。

图7示出此时的虚像v1以及v2的显示方式。在本实施方式的平视显示装置10中，隔着光学滤光片13而在两侧配置远距离用光学系统11以及近距离用光学系统12，并且能够利用光学滤光片13使从两个光学系统射出的显示光重叠，因此，如图7所示，能够针对远距离地显示的虚像v1和近距离地显示的虚像v2设置重叠区域s。另外，如图8以及图9所示，通过将虚像v1以及v2的显示形状设为非矩形，能够在重叠区域内也避免两个虚像v1以及v2重叠。

这样，在本实施方式的平视显示装置10中，能够同时对显示距离的不同的两个虚像进行显示，另外，也能够重叠显示或使各虚像的形状变形，因此能够从远近双方任意地选择按照区域进行显示的图像而进行自由的画面构成。

另外，关于远距离用光学系统11以及近距离用光学系统12，利用包含凹面反射镜的光焦度以及配置在内的、所需的投射距离最佳化的光学系统来显示虚像，因此能够提高投射距离(虚像显示位置)的设定自由度。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不局限于上述实施方式，能够加以各种变形。

例如，在上述实施方式中构成为，从远距离用光学系统11射出的显示光由光学滤光片13反射，从近距离用光学系统12射出的显示光透过光学滤光片13，但反之，也可以构成为，从远距离用光学系统11射出的显示光透过光学滤光片13，从近距离用光学系统12射出的显示光由光学滤光片13反射。

在光学滤光片13的反射侧，由于必须确保从光学滤光片13朝向前窗玻璃2的两个显示光的光路用的空间，因此如上述那样，通过将要求广视野角且具有大型化的趋势的远距离用光学系统11配置于光学滤光片13的透过侧，由此能够使装置整体小型化。

另外，关于远距离用光学系统11以及近距离用光学系统12的投影单元20a以及20b的光源，可以由具有尖锐的光谱峰值的激光构成，在该情况下能够在光源的高速控制的基础上进行色域的扩张。另外，关于光源，并不局限于仅由led构成或仅由激光构成的方式，也可以由led以及激光的组合构成。另外，也可以使用led以及激光以外的光源。另外，也可以由波长不同的多个光源构成各原色的光源。

另外，代替远距离用光学系统11以及近距离用光学系统12的投影单元20a以及20b和扩散器21a以及21b，也可以使用有机el(electroluminescence)、直视型液晶、或者荧光显示管(vfd：vacuumfluorescentdisplay)而构成。

另外，光学滤光片13的特性并不局限于上述说明，能够采用各种方式。

例如，设置光学滤光片13的目的在于，使从远距离用光学系统11射出的显示光的光路和从近距离用光学系统12射出的显示光的光路一致，因此不一定需要由滤光片层覆盖光路的整个区域。作为一例，在透过侧的光学系统中，即便不设置滤光片层，也能够构成虚像不重叠的范围。

另外，上述分光特性仅是一例，也能够采用使光学滤光片特性单纯化而限制彩色显示的简易结构。作为一例，通过对绿色的波长进行反射，使长波侧的红色和短波侧的蓝色的波长透过，由此能够在远近成为绿色和红色、绿色和蓝色、或者绿色和洋红色这样的分色的组合。另外，通过仅使3原色中单波长的一部分透过并对除此以外的部分进行反射、或者仅使单波长的一部分反射并使除此以外的部分透过，由此还能够成为单色和全彩色的组合。

需要说明的是，在如上述那样减少用于显示虚像的原色的数量的情况下，能够减少投影单元20a以及20b的光源的数量，因此能够简化投影单元20a以及20b的结构。