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、行驶速度等信息的装置，已知有平视显示装置。平视显示装置将要显示的图像的虚像映在前窗、组合器等的图像反射面，从而驾驶员不将视线从视野挪开就能够识别机动车等的运转所需要的信息。作为这样的平视显示装置，提出有专利文献1。在先技术文献专利文献1：日本特开2009-115908号公报这样的平视显示装置必须设置在机动车等移动体的驾驶席周围的有限空间内，因此要求小型。另外，在平视显示装置中显示的虚像是平视显示装置内的图像显示元件所显示的图像被放大投影至图像反射面而成的，为了提高视觉确认性而增大虚像的大小，需要增长从图像显示元件到图像反射面为止的光路长度。虽然光路长度的确保与装置的小型化的要求是相反的，但为了兼顾光路长度的确保和装置的小型化，在专利文献1中将平面反射镜和凹面反射镜这两片反射镜组合，使从图像显示元件射出的显示光按照平面反射镜、凹面反射镜、平面反射镜、图像反射面的顺序到达，并使显示光在两片反射镜间往复，由此获得光路长度。然而，在上述的结构中，从图像显示元件到图像反射面为止的反射镜反射面中的具有光焦度的面仅为一个面，由于虚像所显示的像差的修正的自由度低，因此难以提高虚像的画质。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，提供一种在确保从图像显示元件到图像反射面为止的光路长度的同时实现小型化、并且能够以高画质显示虚像的平视显示装置。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显示于图像显示面的图像的显示光向观察者侧反射，相对于观察者以越过图像反射面的方式将图像放大显示为虚像，其特征在于，平视显示装置具有：具有光焦度的第一反射镜；具有光焦度的第二反射镜；以及设有开口的遮光构件，开口配置于图像显示面与第二反射镜之间，从图像显示面射出的显示光按照第一反射镜、第二反射镜、第一反射镜的顺序进行反射，并通过开口而到达图像反射面。在此，“图像显示面”不仅指图像显示元件本身的图像显示面，为了适当地放大能够观察虚像的观察者的光瞳位置的范围(以下，记作“视觉范围(eyebox)”)，对于将图像显示元件所显示的图像暂时投影于扩散器等扩散构件的情况，也包括将该扩散构件的图像显示面视作上述的“图像显示面”的情况。另外，“开口配置于图像显示面与第二反射镜之间”是指，在将包括图像显示面、第一反射镜以及第二反射镜的各中心位置的平面设为配置平面时，在从与该配置平面正交的方向观察时，开口处在图像显示面与第二反射镜之间，在从与配置平面平行的方向观察时，开口不处在图像显示面与第二反射镜之间。在本发明的平视显示装置的基础上，优选地，在从图像显示面到第一反射镜为止的显示光的光路中不含有光偏转机构，图像显示面配置在从开口射入的外部光不直接照射的位置。在此，“从图像显示面到第一反射镜为止的显示光的光路”是指，从图像显示面射出的光束到最开始射入第一反射镜为止的光路。另外，优选地，在将第一反射镜与图像反射面之间的显示光的光路方向设为上下方向、将第一反射镜侧设为下侧并将图像反射面侧设为上侧时，开口的至少一部分位于比第二反射镜的反射面的上端靠上方的位置。另外，优选满足下述条件式(1)，更优选满足下述条件式(1-1)。5＜sm/si＜30...(1)7＜sm/si＜27...(1-1)其中，si：图像显示面中的可显示图像面积；sm：第二反射镜的反射面的表面积。另外，优选满足下述条件式(2)，更优选满足下述条件式(2-1)。需要说明的是，图3示出显示了条件式(2)的符号所表示的内容的说明图。在附图中，示出图像显示面5、第一反射镜6、第二反射镜7以及开口8。该条件式(2)定义了从图像显示面5射出而最开始射入第一反射镜6的光束相对于第一反射镜6的倾斜度。需要说明的是，条件式(2)中的光束仅指，从图像显示面5射出而最终通过开口8的光束。20＜α＜45...(2)25＜α＜40...(2-1)其中，α：从图像显示面的可显示图像区域的中心(例如，重心位置)射出的光束中的、最开始射入第一反射镜的位置的相对于第一反射镜的反射面的法线的入射角为最小的光线的入射角(°)。另外，优选满足下述条件式(3)，更优选满足下述条件式(3-1)。需要说明的是，图4示出显示了条件式(3)的符号所表示的内容的说明图。在附图中，示出图像显示面5、第一反射镜6、第二反射镜7以及开口8。该条件式(3)也定义了从图像显示面5射出而最开始射入第一反射镜6的光束相对于第一反射镜6的倾斜度。需要说明的是，条件式(3)中的光束仅指，从图像显示面5射出而最终通过开口8的光束。1.05＜l2/l1＜1.35...(3)1.10＜l2/l1＜1.31...(3-1)其中，l1：从图像显示面的可显示图像区域的第二反射镜侧端边的相反侧端边中央射出的光束中的、从图像显示面到第一反射镜为止的光路长度的最小值；l2：从图像显示面的可显示图像区域的第二反射镜侧端边中央射出的光束中的、从图像显示面到第一反射镜为止的光路长度的最小值。在此，l1以及l2中的光路长度是指，从图像显示面射出的光束最开始射入第一反射镜时的、从图像显示面到第一反射镜为止的光路长度。发明效果本发明的平视显示装置包括：具有光焦度的第一反射镜；具有光焦度的第二反射镜；以及设有开口的遮光构件，开口配置在图像显示面与第二反射镜之间，从图像显示面射出的显示光按照第一反射镜、第二反射镜、第一反射镜的顺序进行反射，并通过开口而到达图像反射面，因此能够成为在确保从图像显示元件到图像反射面为止的光路长度的同时实现小型化、并且能够以高画质显示虚像的平视显示装置。附图说明图1是搭载有本发明的一实施方式的平视显示装置的机动车的驾驶席的示意图。图2是本发明的一实施方式的平视显示装置的简要结构图。图3是显示了条件式(2)的各符号表示的内容的说明图。图4是显示了条件式(3)的各符号表示的内容的说明图。图5是本发明的实施例1的平视显示装置的简要结构图。图6是本发明的实施例2的平视显示装置的简要结构图。图7是本发明的实施例3的平视显示装置的简要结构图。图8是本发明的实施例4的平视显示装置的简要结构图。图9是本发明的实施例5的平视显示装置的简要结构图。图10是本发明的实施例6的平视显示装置的简要结构图。图11是本发明的实施例7的平视显示装置的简要结构图。图12是本发明的实施例8的平视显示装置的简要结构图。附图标记说明：1驾驶员(观察者)；2前窗(图像反射面)；3平视显示装置；4虚像；5图像显示面；6第一反射镜；7第二反射镜；8开口；10图像显示元件。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的平视显示装置的机动车的驾驶席的示意图，图2是该平视显示装置的简要结构图。如图1所示，本实施方式的平视显示装置3配置于机动车的仪表盘内，利用前窗(图像反射面)2反射从装置内射出的表示行驶速度等信息的图像，并将该图像以越过驾驶员(观察者)1的前窗2的方式在前方放大显示为虚像4。如图2所示，平视显示装置3包括：具有光焦度的第一反射镜6；具有光焦度的第二反射镜7；以及设有开口8的遮光构件，开口8配置于图像显示元件10的图像显示面5与第二反射镜7之间，从图像显示面5射出的显示光按照第一反射镜6、第二反射镜7、第一反射镜6的顺序进行反射，并通过开口8而到达前窗(图像反射面)2，使显示光在两片反射镜间往复而使光路交叉，由此获得光路长度，并且使两片反射镜均带有光焦度，将可修正像差的反射面设为三个面。需要说明的是，遮光构件构成为覆盖图像显示元件10、第一反射镜6、以及第二反射镜7整体的装置壳体，图2中仅示出开口8的位置，对壳体(遮光构件)省略图示。由此，能够成为在确保从图像显示元件10的图像显示面5到前窗(图像反射面)2为止的光路长度的同时实现小型化、并且能够以高画质显示虚像4的平视显示装置。尤其是通过使将显示光反射两次的第一反射镜6带有光焦度，能够针对一片反射镜而获得实质上两片具有光焦度的反射镜的量的像差修正效果以及图像扩大效果，因此在采用较少的成本负担的同时显著有助于装置的小型化、高画质化。在本实施方式的平视显示装置中，优选地，在从图像显示面5到第一反射镜6为止的显示光的光路(从图像显示面5射出的光束到最开始射入第一反射镜6为止的光路)中不包含反射镜那样的光偏转机构，图像显示面5配置在从开口8射入的外部光不直接照射的位置。通过采用这样的结构，无需确保在图像显示面5与第一反射镜6之间插入反射镜那样的光偏转机构的空间，因此有助于装置的小型化。另外，由于外部光不直接照射到图像显示面5，因此能够抑制重影的发生。另外，当为了实现平视显示装置的小型化而减小壳体，与之相伴地，开口8的位置过度接近于第一反射镜6时，由开口8的周缘部分遮挡装置内的显示光的光路，并且外部光相对于由图像显示元件10、第一反射镜6以及第二反射镜7围起的光路空间内的入射角范围扩大，故不优选。因此，优选地，在将第一反射镜6与图像反射面2之间的显示光的光路方向设为上下方向、将第一反射镜6侧设为下侧并将图像反射面2侧设为上侧时，开口8的至少一部分位于比第二反射镜7的反射面的上端靠上方的位置。另外，优选满足下述条件式(1)。5＜sm/si＜30...(1)7＜sm/si＜27...(1-1)其中，si：图像显示面中的可显示图像面积；sm：第二反射镜的反射面的表面积。在此，在将光学系统的视野角设为a、将光焦度设为p时，sm/si作为a和p的函数而能够如下述式(a)那样记载。sm/si＝f(a，p)...(a)在此，在将光焦度p设为常量的情况下，式(a)如下述式(b)所述。sm/si＝f(a)...(b)此时，通过避免成为条件式(1)的下限以下，能够确保足够的虚像显示尺寸，通过避免成为条件式(1)的上限以上，能够防止第二反射镜的尺寸变大。反之，在将视野角a设为常量的情况下，式(a)如下述式(c)所示。sm/si＝f(p)...(c)此时，通过避免成为条件式(1)的下限以下，能够减小图像显示面相对于虚像显示尺寸的可显示图像面积，故有利于小型化，通过避免成为条件式(1)的上限以上，抑制像差的产生而有利于高画质化。即，通过满足条件式(1)，能够兼顾装置的小型化和高画质化。需要说明的是，若满足条件式(1-1)，则能够成为更好的特性。另外，优选满足下述条件式(2)。该条件式(2)定义了从图像显示面5射出而最开始射入第一反射镜6的光束相对于第一反射镜6的倾斜度。需要说明的是，条件式(2)中的光束仅指，从图像显示面5射出而最终通过开口8的光束。通过避免成为条件式(2)的下限以下，能够抑制图像显示元件10过度接近第二反射镜7，能够适当地确保显示光的光路，因此有利于视野角(虚像显示尺寸)、光瞳的面积(视觉范围)的维持。通过避免成为条件式(2)的上限以上，能够防止显示光相对于第一反射镜6过度地斜射入，因此抑制像差的产生而有利于高画质化。需要说明的是，若满足下述条件式(2-1)，则能够成为更好的特性。20＜α＜45...(2)25＜α＜40...(2-1)其中，α：从图像显示面的可显示图像区域的中心射出的光束中的、最开始射入第一反射镜的位置的相对于第一反射镜的反射面的法线的入射角为最小的光线的入射角(°)。另外，优选满足下述条件式(3)。该条件式(3)也定义了从图像显示面5射出而最开始射入第一反射镜6的光束相对于第一反射镜6的倾斜度。需要说明的是，条件式(3)中的光束仅指，从图像显示面5射出而最终通过开口8的光束。通过避免成为条件式(3)的下限以下，能够抑制图像显示元件10过度地接近第二反射镜7，能够适当地确保显示光的光路，因此有利于视野角(虚像显示尺寸)、光瞳的面积(视觉范围)的维持。通过避免成为条件式(3)的上限以上，能够防止显示光相对于第一反射镜6过度地斜射入，因此抑制像差的产生而有利于高画质化。需要说明的是，若满足下述条件式(3-1)，则能够成为更好的特性。1.05＜l2/l1＜1.35...(3)1.10＜l2/l1＜1.31...(3-1)其中，l1：从图像显示面的可显示图像区域的第二反射镜侧端边的相反侧端边中央射出的光束中的、从图像显示面到第一反射镜为止的光路长度的最小值；l2：从图像显示面的可显示图像区域的第二反射镜侧端边中央射出的光束中的、从图像显示面到第一反射镜为止的光路长度的最小值。尤其是在使平视显示装置的结构最佳化以满足上述的条件式(2)及/或条件式(3)的情况下，当从图2中上方观察第一反射镜6时，图像显示元件10变得靠近第二反射镜7侧，因此能够在图像显示元件10和第二反射镜7的排列方向上减小平视显示装置整体的尺寸。接下来，对本发明的平视显示装置的数值实施例进行说明。首先，对实施例1的平视显示装置进行说明。图5是实施例1的平视显示装置的简要结构图。表1示出关于各种因素的数据。在此，示出fov(fieldofview)水平方向h×垂直方向v](°)、入射光瞳尺寸(mm×mm)、虚像距离(mm)、图像显示区域(mm×mm)、以及图像显示区域倾斜角(°)的值。需要说明的是，图像显示区域倾斜角是指，在图像显示面5上显示光的中心光束射出的位置处，将与上述中心光束正交的方向设为0°时的图像显示面5的倾斜度。表2示出构成平视显示装置的各要素的配置坐标数据。在此，将图5所示的以图像显示面5的中心为原点的绝对坐标系、和在第一反射镜6、第二反射镜7以及开口8的各要素的面上设定的局部坐标系组合地记述。需要说明的是，局部坐标系的设定如下所述。将各局部坐标系的原点和z轴的成分向量分别以绝对坐标系设为(x，y，z)、(i，j，k)。另外，将通过各局部坐标系的原点并与z轴正交的平面(xy平面)设为各要素的基准面，各基准面的法线向量n与局部坐标系的z轴一致。另外，x轴与图5显示面正交，将显示面的里侧设为正侧。另外，y轴和z轴与图5显示面平行。另外，以与z轴和x轴的向量积一致的方式设定y轴。另外，第一反射镜6以及第二反射镜7的基准面具有近轴曲率，在此基础上将自由曲面形状设定为附加形状。另外，在具有开口值的要素中，将以x轴为长边且以y轴为短边的矩形开口设定于基准面上。另外，在第一反射镜6以及第二反射镜7中，将基准面上的开口在自由曲面上沿着基准面的法线投射的区域视作反射面。需要说明的是，在后述的实施例1～8的数据之中，关于具有开口值的要素，也包括开口的中心在基准面上沿y轴方向偏移的数据。另外，第一反射镜6以及第二反射镜7是具有光焦度的反射镜，表3示出关于各反射镜的自由曲面系数的数据。自由曲面系数是由下述式表示的自由曲面式中的旋转非对称非球面系数c(i，j)的值。需要说明的是，表3中未特别记述的旋转非对称非球面系数为0。[式1]其中，x，y，z：以面顶点为原点的各坐标；c(i，j)：旋转非对称非球面系数(i+j＝k，k＝1～10)。[表1]实施例1fov[hxv]5°x1.5°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虚像距离[mm]2500图像显示区域[mmxmm]33.3x10图像显示区域倾斜角12.1°[表2][表3]实施例1关于在上述的实施例1的说明中叙述的各数据的符号、含义以及记载方法，只要没有特别地限定，则在以下的实施例中也相同，故以下省略重复说明。接下来，对实施例2的平视显示装置进行说明。图6示出实施例2的平视显示装置的简要结构图。另外，表4示出实施例2的平视显示装置的关于各种因素的数据，表5示出各要素的配置坐标数据，表6示出关于各反射镜的自由曲面系数的数据。[表4]实施例2fov[hxv]7°x1.5°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虚像距离[mm]2500图像显示区域[mmxmm]50x10.7图像显示区域倾斜角12.9°[表5][表6]实施例2接下来，对实施例3的平视显示装置进行说明。图7示出实施例3的平视显示装置的简要结构图。另外，表7示出实施例3的平视显示装置的关于各种因素的数据，表8示出各要素的配置坐标数据，表9示出关于各反射镜的自由曲面系数的数据。[表7]实施例3fov[hxv]7°x2°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虚像距离[mm]2500图像显示区域[mmxmm]44x12.57图像显示区域倾斜角14.9°[表8][表9]实施例3接下来，对实施例4的平视显示装置进行说明。图8示出实施例4的平视显示装置的简要结构图。另外，表10示出实施例4的平视显示装置的关于各种因素的数据，表11示出各要素的配置坐标数据，表12示出关于各反射镜的自由曲面系数的数据。[表10]实施例4fov[hxv]9°x3°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虚像距离[mm]2500图像显示区域[mmxmm]85.7x28.57图像显示区域倾斜角15.0°[表11][表12]实施例4接下来，对实施例5的平视显示装置进行说明。图9示出实施例5的平视显示装置的简要结构图。另外，表13示出实施例5的平视显示装置的关于各种因素的数据，表14示出各要素的配置坐标数据，表15示出关于各反射镜的自由曲面系数的数据。[表13]实施例5fov[hxv]9°x4.5°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虚像距离[mm]2500图像显示区域[mmxmm]74x37图像显示区域倾斜角18.7°[表14][表15]实施例5接下来，对实施例6的平视显示装置进行说明。图10示出实施例6的平视显示装置的简要结构图。另外，表16示出实施例6的平视显示装置的关于各种因素的数据，表17示出各要素的配置坐标数据，表18示出关于各反射镜的自由曲面系数的数据。[表16]实施例6fov[hxv]7°x2°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虚像距离[mm]1900图像显示区域[mmxmm]60x17.14图像显示区域倾斜角15.4°[表17][表18]实施例6接下来，对实施例7的平视显示装置进行说明。图11示出实施例7的平视显示装置的简要结构图。另外，表19示出实施例7的平视显示装置的关于各种因素的数据，表20示出各要素的配置坐标数据，表21示出关于各反射镜的自由曲面系数的数据。[表19]实施例7fov[hxv]16°x6°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虚像距离[mm]7500图像显示区域[mmxmm]176x66图像显示区域倾斜角15.6°[表20][表21]实施例7接下来，对实施例8的平视显示装置进行说明。图12示出实施例8的平视显示装置的简要结构图。另外，表22示出实施例8的平视显示装置的关于各种因素的数据，表23示出各要素的配置坐标数据，表24示出关于各反射镜的自由曲面系数的数据。[表22]实施例8fov[hxv]16°x6°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虚像距离[mm]10000图像显示区域[mmxmm]160x60图像显示区域倾斜角17.9°[表23][表24]实施例8表25示出与实施例1～8的平视显示装置的条件式(1)～(3)对应的值。[表25]根据以上的数据，知晓实施例1～8的平视显示装置全部满足条件式(1)～(3)，是在确保从图像显示元件到图像反射面为止的光路长度的同时实现小型化、并且能够以高画质显示虚像的平视显示装置。以上，举出实施方式以及实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于上述实施方式以及实施例，能够实现各种变形。例如，关于构成平视显示装置的各要素的位置、大小，并不局限于由上述各数值实施例所示的值，能够采用其他值。另外，在上述实施方式中，对将图像显示元件所显示的图像直接显示为虚像的方式进行了说明，但为了适当地扩大能够观察虚像的观察者的光瞳位置的范围(视觉范围)，也可以采用将图像显示元件所显示的图像暂时投影于扩散器等扩散构件的方式，在该情况下，将扩散构件的图像显示面配置于与上述实施方式中的图像显示元件的图像显示面重合的位置即可。当前第1页12