平视显示装置的制作方法

本申请要求于2016年2月23日申请的日本申请号2016－32258号和于2016年4月13日申请的日本申请号2016－80580号的优先权，在此引用其记载内容。

技术领域

本公开涉及一种搭载于移动体并以能够被乘员视觉确认图像的方式显示虚像的平视显示装置。

背景技术：

以往，已知一种搭载于移动体并以能够被乘员视觉确认图像的方式显示虚像的平视显示装置(以下，简称为HUD装置)。专利文献1所公开的HUD装置具备多个发光元件、图像形成部以及聚光部。多个发光元件相互排列，并发出照明光。图像形成部具有照明对象面，来自各发光元件的照明光对该照明对象面进行照明，从而形成图像。聚光部会聚照明光并使其入射至照明对象面。

这里，聚光部具有聚光透镜，该聚光透镜设置有纵向和横向的曲率不同的环形面。这里，环形面是变形面的一种。

然而，专利文献1的环形面为在聚光透镜中具有与照明对象面同等的大小的单一的凸面状的面。因此，产生例如无法设定较大的曲率等设计的制约。而且，由于该环形面集中会聚来自各发光元件的照明光，所以无法进行配合各发光元件的排列的高效聚光。因此，对于由图像形成部所形成的图像投影到投影部件而成的虚像，存在不能充分提高可视性的顾虑。

专利文献1：日本专利第5353203号公报

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种虚像的可视性较高的HUD装置。

本公开的第一方式中的平视显示装置搭载于移动体，通过向投影部件投影图像，以能够被乘员视觉确认的方式虚像显示上述图像。平视显示装置具备相互排列并发出照明光的多个发光元件。平视显示装置还具备图像形成部，上述图像形成部具有照明对象面，通过来自各上述发光元件的上述照明光分别对上述照明对象面中的对应区域进行照明来形成上述图像。平视显示装置还具备聚光部，上述聚光部会聚来自各上述发光元件的上述照明光并使其入射至上述照明对象面。上述聚光部是以与各上述发光元件成对的方式设置有多个的透镜元件，并具有聚光透镜阵列，该聚光透镜阵列通过设置有会聚上述照明光的聚光面的聚光透镜元件相互排列而形成。将z方向定义为连结上述聚光面的面顶点和成对的上述发光元件的方向。在与上述z方向正交的虚拟平面上定义相互正交的x方向和y方向。上述聚光透镜元件和上述发光元件的对将上述x方向和上述y方向中的至少一方作为排列方向来排列。各上述聚光面为形成为上述x方向的曲率和上述y方向的曲率相互不同的凸面状的变形面。

附图说明

通过参照附图进行下述的详细描述，使有关本公开的上述目的以及其他的目的、特征、优点更加清楚。

图1是表示第一实施方式中的HUD装置搭载于车辆的搭载状态的示意图。

图2是表示第一实施方式中的发光元件、聚光部以及图像形成部的图，并且是表示包含排列方向以及z方向的剖面的剖视图。

图3是表示第一实施方式中的发光元件、聚光部以及图像形成部的图，并且是表示包含另一方向以及z方向的剖面的剖视图。

图4是表示第一实施方式中的发光元件的辐射角度分布的图。

图5是表示第一实施方式中的复合透镜阵列的立体图。

图6是用于对第一实施方式中的复合透镜阵列的聚光菲涅耳面进行说明的图。

图7是用于对第一实施方式中的复合透镜阵列的复合面进行说明的图。

图8是用于对第一实施方式中的发光元件和照明对象面的关系进行说明的图。

图9是表示第二实施方式中的发光元件、聚光部以及图像形成部的图。

图10是第二实施方式中的与图8对应的图。

图11是表示第二实施方式中的复合透镜阵列的图，并且是表示包含y方向以及z方向的剖面的剖视图。

图12是表示第二实施方式中的复合透镜阵列的图，并且是表示包含x方向以及z方向的剖面的剖视图。

图13是变形例7中的与图2对应的图。

图14是表示变形例9中的一个例子中的发光元件、聚光部以及图像形成部的图。

图15是变形例17中的与图3对应的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本公开的多个实施方式进行说明。此外，有对各实施方式中对应的构成要素标注相同的附图标记，从而省略重复说明的情况。在各实施方式，在仅对结构的一部分进行说明的情况下，对于该结构的其他部分则能够应用之前说明的其他实施方式的结构。另外，不仅是在各实施方式的说明中明确表示的结构的组合，只要在组合时没有特别产生障碍，即使未明确表示，也能够使多个实施方式的结构彼此部分组合。

(第一实施方式)

如图1所示，本公开的第一实施方式的HUD装置100搭载于作为移动体之一的车辆1，并收容于仪表板2内。HUD装置100向车辆1的作为投影部件的挡风玻璃3投影图像。由此，HUD装置100以能够被车辆1的乘员视觉确认的方式虚像显示图像。即，在车辆1的车厢内，被挡风玻璃3反射的图像的光到达乘员的眼点(eye point)EP，乘员感觉到该光。而且，乘员能够识别被显示为虚像VI的各种信息。作为被显示为虚像VI的各种信息，例如可列举车速、燃料余量等车辆状态值，或者道路信息、视野辅助信息等车辆信息。

车辆1的挡风玻璃3由透光性的玻璃或者合成树脂形成为板状。在挡风玻璃3上，车厢内侧的面将投影图像的投影面3a形成为平滑的凹面状或者平面状。此外，作为投影部件，也可以代替挡风玻璃3，在车辆1内设置与车辆1分体的组合部件(Combiner)，并向该组合部件投影图像。

以下，基于图2～8对这样的HUD装置100的具体结构进行说明。HUD装置100具备多个发光元件12、聚光部14、图像形成部30、平面镜40以及凹面镜42，它们被收容于壳体50并保持。

图2、图3所示的多个发光元件12相互排列。各发光元件12是发热较少的发光二极管元件。各发光元件12配置在光源用电路基板上，通过该基板上的布线图案与电源电连接。更详细而言，各发光元件12通过利用黄色荧光体来密封芯片状的蓝色发光二极管元件而形成，该黄色荧光体通过向具有透光性的合成树脂混合黄色荧光剂而成。黄色荧光体被从蓝色发光二极管元件根据电流量发出的蓝色光激发而发出黄色光，通过蓝色光和黄色光的合成发出伪白色的照明光。

这里，如图4所示，各发光元件12以随着偏离发光强度最大的峰值方向PD，发光强度相对降低的辐射角度分布发出照明光。

如图2、3所示，聚光部14具有聚光透镜阵列15和复合透镜阵列18。聚光部14通过这两个透镜阵列15、18，利用聚光使来自各发光元件12的照明光平行化，并使其入射至图像形成部30的照明对象面32。这里，本实施方式中的平行化是指照明光为从以放射状从发光元件12发出的状态接近平行光束的状态，照明光无需彻底成为平行光束。

本实施方式的图像形成部30是使用薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)的液晶面板，例如是由在二维方向上排列的多个液晶像素形成的有源矩阵型的液晶面板。在图像形成部30中，层叠有一对偏振板以及被一对偏振板夹持的液晶层等。偏振板具有使电场矢量为规定方向的光透过并吸收电场矢量为与规定方向实质垂直的方向的光的性质，一对偏振板以与该规定方向实质正交的方式配置。液晶层通过施加每个液晶像素的电压，能够使根据施加电压入射至液晶层的光的偏振方向旋转。

因此，图像形成部30能够通过使光入射到面板的聚光部14侧表面亦即照明对象面32，控制每个液晶像素的该光的透过率，从而形成图像。在相邻的液晶像素中，设置有颜色相互不同(例如，红色、绿色以及蓝色)的彩色滤光片，通过它们的组合可实现各种颜色。

进一步，图像形成部30在聚光部14侧表面具有扩散部34。扩散部34沿着照明对象面32配置，例如形成为膜状。或者，扩散部34例如也可以通过在照明对象面32设置微小的凹凸来形成。这样的扩散部34使经平行化的照明光在即将透过图像形成部30之前扩散。由图像形成部30形成的图像的光入射至平面镜40。

图1所示的平面镜40通过在由合成树脂或者玻璃等构成的基材的表面蒸镀铝等作为反射面41而形成。反射面41形成为平滑的平面状。而且，平面镜40将来自图像形成部30的图像的光朝向凹面镜42反射。

凹面镜42通过在由合成树脂或者玻璃等构成的基材的表面作为反射面43蒸镀铝等来形成。反射面43作为凹面镜42的中心为凹的凹面，形成为平滑的曲面状。而且，凹面镜42将来自平面镜40的图像的光朝向挡风玻璃3反射。

在凹面镜42和挡风玻璃3之间，在壳体50设置有窗部。窗部被透光性的防尘盖52遮住。因此，来自凹面镜42的图像的光透过该防尘盖52，被挡风玻璃3反射。这样，乘员能够作为虚像VI视觉确认被挡风玻璃3反射出的光。

以下对这样的HUD装置100中的发光元件12、聚光部14以及图像形成部30的详细内容进行说明。

如图2、图3所示，在聚光部14中，聚光透镜阵列15通过由透光性的合成树脂或者玻璃等构成的多个聚光透镜元件15a相互排列而形成。各聚光透镜元件15a是以分别独立地与各发光元件12成对的方式设置有与发光元件12相同数目的透镜元件。各聚光透镜元件15a具有会聚来自成对的各发光元件12的照明光的聚光面17。特别是在本实施方式中，各聚光面17设置为朝向图像形成部30侧射出照明光的射出侧表面。另一方面，入射照明光的入射侧表面16为在各聚光透镜元件15a间呈共用的平滑的平面状的单一平面。

这里，将z方向定义为连结聚光面17的面顶点17a和与该聚光面17成对的发光元件12的方向。并且，在与z方向正交的虚拟平面上，定义相互正交的x方向和z方向。在本实施方式中，由于入射侧表面16的法线方向沿着z方向配置，所以能够考虑实质上将虚拟平面替换为入射侧表面16。

在本实施方式中，相互排列的发光元件12彼此的排列间隔和相互排列的聚光透镜元件15a中聚光面17的面顶点17a彼此的间隔实质相等。面顶点17a处的聚光面17的法线方向沿着z方向。进一步，各发光元件12和成对的聚光透镜元件15a中的面顶点17a的距离在各对中实质上为等距离。

在本实施方式中，聚光透镜元件15a和发光元件12的对将x方向以及y方向中的x方向作为排列方向AD来排列。即，聚光透镜元件15a和发光元件12的对在x方向这一个方向上排列。将排列方向AD上的聚光透镜元件15a和发光元件12的对的排列个数设为Na。

在这样的各聚光透镜元件15a中，各聚光面17为形成为x方向的曲率和y方向的曲率相互不同的平滑的凸面状的变形面。在本实施方式中，在面顶点17a及其附近，x方向的曲率大于y方向的曲率。这里，本实施方式中的面顶点17a的附近是指例如相对于聚光面的各方向的尺寸，距离面顶点17a的距离为尺寸的一半程度的范围。

现在，由于x方向是排列方向AD，y方向是未排列的另一方向SD，所以若使用排列方向AD和另一方向SD来换种说法，则为各聚光面17的排列方向AD的曲率和另一方向SD的曲率相互不同。在面顶点17a及其附近，排列方向AD的曲率大于另一方向SD的曲率。

更详细而言，本实施方式的各聚光面17的凹陷量z在以面顶点17a为原点时，如下式。

[式1]

这里，x是x方向的坐标，y是y方向的坐标，cx是面顶点17a处的x方向的曲率，cy是面顶点17a处的y方向的曲率，kx是x方向的圆锥常数，ky是y方向的圆锥常数。

首先，若根据该式1来表达上述曲率的大小关系，则在本实施方式中为cx＞cy的关系。

另外，排列方向AD的圆锥常数被设定为小于另一方向SD的圆锥常数，即kx＜ky。特别优选排列方向AD的圆锥常数设定为小于0，即kx＜0。更为优选排列方向AD的圆锥常数设定为－1以下，即kx＜－1。

特别是在本实施方式中，设定为kx＝－1、ky＝0。由此，即使cx＞cy，聚光面17的外周部的x方向的凹陷量与y方向的凹陷量之差也不会产生得像该曲率差那么大。

即，在包含排列方向AD和z方向的剖面(在本实施方式中为xz剖面)上，各聚光面17形成为抛物线状(参照图2)。另一方面，在包含另一方向SD和z方向的剖面(在本实施方式中为yz剖面)上，各聚光面17形成为圆弧状(特别是在本实施方式中为半圆状)(参照图3)。

另外，在相互排列的各聚光透镜元件15a中，相邻的聚光面17在边界部形成凹状的凹部，并且相互连接。

像这样，入射至聚光透镜阵列15的照明光在排列方向AD和另一方向SD使聚光的程度不同地透过各聚光透镜元件15a之后，入射至复合透镜阵列18。

在聚光部14中，复合透镜阵列18设置在聚光透镜阵列15和照明对象面32之间的光路上，通过由透光性的合成树脂或者玻璃等构成的多个复合透镜元件18a相互排列而形成。各复合透镜元件18a是与聚光透镜元件15a和发光元件12的对对应地设置有与发光元件12以及聚光透镜元件15a相同数目的透镜元件。即，在本实施方式中，特别是如图2所示，复合透镜元件18a的数目与排列个数Na相同，排列在排列方向AD上。如图5所示，各复合透镜元件18a具有排列有聚光菲涅耳面19来作为朝向聚光透镜阵列15侧入射照明光的入射侧表面的菲涅耳结构。另一方面，朝向图像形成部30侧射出照明光的射出侧表面为复合面20。此外，在图5中，简化部分形状而示出。

如在图6中详细示出的那样，聚光菲涅耳面19形成为在另一方向SD(在本实施方式中为y方向)上以规定的分割宽度Ws对虚拟的聚光虚拟面Sip进行区域分割而成的一个分割区域。这里，聚光虚拟面Sip作为在聚光透镜阵列15的聚光透镜元件15a侧呈凸状的凸面成为平滑的曲面状。这里，聚光菲涅耳面19的分割区域中的分割宽度Ws设定为大致固定值。这样的聚光菲涅耳面19将来自聚光透镜阵列15的照明光通过折射进一步会聚，并使其透过到复合面20侧。

如在图7中详细示出的那样，复合面20呈平行化面21和偏转面22交替地相连的交替排列结构。

平行化面21形成为在排列方向AD(在本实施方式中为x方向)上以规定的分割宽度Wa对虚拟的平行化虚拟面Sic进行区域分割而成的一个分割区域。这里，平行化虚拟面Sic作为在图像形成部30侧呈凸状的凸面成为平滑的曲面状。平行化虚拟面Sic的曲率被设定为与聚光虚拟面Sip的曲率大致相等。

偏转面22形成为在排列方向AD(在本实施方式中为x方向)上以规定的分割宽度Wa对虚拟的偏转虚拟面Sid进行区域分割而成的一个分割区域。偏转虚拟面Sid由在与平行化虚拟面Sic的面顶点对应的位置变成反向梯度的多个斜面Sis构成，在本实施方式中，各斜面Sis为平滑的平面状。这里，各斜面Sis的梯度被设定为与平行化虚拟面Sic所对应的位置的梯度相反侧的梯度。

这里，平行化面21以及偏转面22的分割区域中的分割宽度Wa被设定为多种，但通过设定为在各面21、22间凹陷量大致固定，使复合透镜阵列18整体的厚度固定。通过交替地排列这些平行化面21和偏转面22来提取平行化虚拟面Sic中的部分形状以及偏转虚拟面Sid中的部分形状，并再现在复合面20上。

这样的平行化面21通过折射来会聚来自聚光菲涅耳面19的照明光使其平行化。另外，偏转面22使照明光向与基于平行化面21的折射相反侧偏转。

在各平行化面21中包含平行化虚拟面Sic的面顶点的平行化面21上，面顶点21a配置在沿着连结发光元件12和聚光透镜元件15a的聚光面17的面顶点17a的z方向的直线SL上(也参照图2)。上述的分割宽度Wa被设定为在包含该面顶点21a的平行化面21上最大。而且，分割宽度Wa以在排列方向AD上越远离该面顶点21a，偏转面22的面积相对于平行化面21的比例越大的方式变化。

这样，如图2所示，一个发光元件12和一个聚光透镜元件15a成对，通过进一步设置与该对对应的一个复合透镜元件18a，构成一个照明单元IU。这里，在照明单元IU中，对作为聚光部14的构成要素的聚光透镜元件15a以及复合透镜元件18a进行统称而改称为透镜元件组14a。在本实施方式中，相互排列的各照明单元IU为相同的结构。

可以对各照明单元IU的每个透镜元件组14a，通过聚光透镜元件15a的聚光面17、复合透镜元件18a的聚光菲涅耳面19以及平行化面21规定合成焦点(以下，称为透镜元件组14a的合成焦点)。这里，通过作为变形面的聚光面17，包含排列方向AD和z方向的剖面(在本实施方式中为xz剖面)上的透镜元件组14a的合成焦点的焦点位置FPa和包含另一方向SD和z方向的剖面(在本实施方式中为yz剖面)上的透镜元件组14a的合成焦点的焦点位置FPs在z方向上错开。

更详细而言，在本实施方式中，由于聚光面17的排列方向AD的曲率大于另一方向SD的曲率，所以焦点位置FPa相比焦点位置FPs位于聚光部14侧。

而且，各发光元件12配置在有关分别对应的透镜元件组14a的焦点位置FPa与焦点位置FPs之间。特别是在本实施方式中，配置于焦点位置FPa和焦点位置FPs的中间位置MP。

在各照明单元IU中，透镜元件组14a获取对应的发光元件12的照明光中包含峰值方向PD的光的部分辐射光束。获取的照明光的部分辐射光束如上所述能够通过聚光而平行化。这里，在本实施方式中，以峰值方向沿着直线SL即z方向的方式来设定发光元件12的朝向。

这里，将能够使发光元件12的发光强度相对于峰值方向PD为第一规定比例(在本实施方式中为50％)以上的分布范围的照明光作为部分辐射光束聚光的F值设为Fmin。另外，将能够使发光元件12的发光强度相对于峰值方向PD为第二规定比例(在本实施方式中为90％)以上的分布范围的照明光作为部分辐射光束聚光的F值设为Fmax。在各照明单元IU中，优选透镜元件组14a的F值在xz剖面以及yz剖面双方被设定为Fmin以上且Fmax以下。

对于本实施方式的辐射角度分布的发光元件12而言，在Fmin的情况下，若参照图4的相对发光强度为0.5的角度，则为约±60度，所以透镜元件组14a获取来自对应的发光元件12的照明光中的－60度～+60度的范围而作为部分辐射光束。在Fmax的情况下，若参照图4的相对发光强度为0.9的角度，则为约±25度，所有透镜元件组14a获取照明光中－25度～+25度的范围而作为部分辐射光束。

若F值接近Fmin，则能够以发光元件12较少的排列个数Na对照明对象面32进行照明，而虚像VI的亮度不均相对较大。若F值接近Fmax，则虚像VI的亮度不均相对较小，而对照明对象面32进行照明所需要的发光元件12的排列个数Na增多。

来自这样相互排列的各发光元件12的照明光在聚光部14中，被包含成对的聚光透镜元件15a的透镜元件组14a聚光而平行化，并且分别对照明对象面32中的对应区域进行照明。

这里，如图8所示，图像形成部30的照明对象面32形成为使对应于排列方向AD的该照明对象面32上的尺寸为La并使对应于另一方向SD的该照明对象面32上的尺寸为Ls的矩形形状。在本实施方式中，由于照明对象面32与直线SL大致垂直地延伸配置，所以尺寸La实质上为排列方向AD上的尺寸，尺寸Ls实质上为另一方向SD上的尺寸。

为了对照明对象面32的整体高效地进行照明，若在排列方向AD上以排列个数Na分割该照明对象面32，则成为来自一个发光元件12的照明光应照明的照明范围IR。即，在本实施方式中，照明范围IR为排列方向AD上的尺寸为La/Na且另一方向SD上的尺寸为Ls的矩形形状的范围。这里，对照明范围IR的排列方向AD上的尺寸和另一方向SD上的尺寸进行比较。在La/Na＜Ls的情况下，排列方向AD为照明范围IR中的短边方向，相应地，在聚光面17中，排列方向AD的曲率应被设定为大于另一方向SD的曲率。另一方面，在La/Na＞Ls的情况下，排列方向AD为照明范围IR中的长边方向，相应地，在聚光面17中，排列方向AD的曲率应被设定为小于另一方向SD的曲率。即，对应于照明范围IR的尺寸，与长边方向对应的方向的曲率被设定为小于与短边方向对应的方向的曲率。

在本实施方式中，由于La/Na＜Ls，所以在照明范围IR中，排列方向AD为短边方向，另一方向SD为长边方向。对应于该照明范围ID，聚光面17的排列方向AD上的曲率大于另一方向SD上的曲率。

作为具体的实施例，对使用排列个数Na为3个的发光元件12对尺寸La为40mm且尺寸Ls为20mm的矩形形状的照明对象面32进行照明的情况进行说明。对于照明范围IR，排列方向AD上的尺寸为La/Na＝13.3mm，另一方向SD上的尺寸为Ls＝20mm。即，照明范围IR的排列方向AD为短边方向，另一方向SD为长边方向。

这里，假定将透镜元件组14a以如下方式构成，即，将聚光面17设为球面，在各照明单元IU中将透镜元件组14a的合成焦距设为14.5mm，在该合成焦点的位置配置发光元件12，发光元件12对上述的照明范围IR进行照明。这样一来，透镜元件组14a的F值在排列方向AD上为1.16，在另一方向SD上为0.725。即，在排列方向AD上，获取发光元件12的发光强度为相对于峰值方向PD为约90％以上的分布范围的部分辐射光束。另一方面，在另一方向SD中，获取发光元件12的发光强度为相对于峰值方向PD为约72％以上的分布范围的部分辐射光束。在另一方向SD上，由于获取从透镜元件组14a所对应的发光元件12发出的照明光中发光强度相对较低的方向的照明光，所以在虚像VI中可能产生比排列方向AD上大的亮度不均。

因此，为了使两个方向AD、SD的F值匹配，使聚光面17为变形面而非球面，若将另一方向SD的曲率设为排列方向AD的曲率的0.72/0.9即1/1.25，则能够使两个方向AD、SD的亮度不均成为相同程度，并且使各发光元件12所照明的对应区域与矩形的照明范围IR匹配。

(作用效果)

以下，对以上说明的第一实施方式的作用效果进行说明。

根据第一实施方式，形成为x方向的曲率和y方向的曲率相互不同的凸面状的变形面作为聚光透镜元件15a的聚光面17来形成。由于聚光透镜元件15a在聚光部14的聚光透镜阵列15中相互排列，所以例如能够对照明对象面32设定较大的曲率。由于聚光透镜元件15a与发光元件12分别成对，所以能够对聚光面17设定各方向的曲率，并进行配合各发光元件12的排列的高效的聚光。综上，由于各发光元件12能够对照明对象面32中的对应区域高效地照明，所以能够使图像形成部30所形成的图像向挡风玻璃3投影而成的虚像VI的可视性较高。

另外，根据第一实施方式，在La/Na＜Ls的情况下，排列方向AD的曲率大于另一方向SD的曲率，在La/Na＞Ls的情况下，排列方向AD的曲率小于另一方向SD的曲率。即，根据照明对象面32的每一个发光元件12的尺寸中的两个方向AD、SD的大小来设定聚光面17的两个方向AD、SD的曲率的大小。

这里，使用形成为凸面状的变形面亦即聚光面17，对于由一个发光元件12照明的照明对象面32的对应区域，可以构成为曲率较小的方向的照明的宽度大于曲率较大的方向的照明的宽度。通过利用该关系，两个方向AD、SD的照明的宽度与照明对象面32的每一个发光元件12的尺寸的两个方向AD、SD的大小相匹配。因此，来自各发光元件12的照明光所照明的对应区域的范围被优化，照明对象面32的整体被高效地照明。因此，能够提高虚像VI的可视性。

另外，根据第一实施方式，由于聚光面17的凹陷量z如式所示，所以能够容易实现作为形成为x方向的曲率和y方向的曲率相互不同的凸面状的变形面的聚光面17。

另外，根据第一实施方式，排列方向AD的圆锥常数为－1以下。这样一来，在沿排列方向AD排列有聚光透镜元件15a的聚光透镜阵列15中，排除在聚光透镜元件15a的邻接位置附近，聚光面17的法线方向与z方向垂直的可能性，能够使该附近的聚光面17的梯度平缓。因此，能够可靠地抑制可能因梯度较大的聚光面17彼此面对的形状产生的照明光的损失，所以照明对象面32整体被高效地照明。因此，能够提高虚像VI的可视性。

另外，根据第一实施方式，排列方向AD的圆锥常数小于另一方向SD的圆锥常数ky。这样一来，在使曲率在排列方向AD和另一方向SD上不同地沿排列方向AD排列有聚光透镜元件15a的聚光透镜阵列15中，能够使聚光透镜元件15a的邻接位置附近的聚光面17的梯度相对平缓。因此，能够抑制可能因梯度较大的聚光面17彼此面对的形状产生的照明光的损失，所以照明对象面32的整体被高效地照明。因此，能够提高虚像VI的可视性。

另外，根据第一实施方式，各聚光面17在包含排列方向AD和z方向的剖面上，形成为抛物线状。这样一来，在沿排列方向AD排列有聚光透镜元件15a的聚光透镜阵列15中，排除在聚光透镜元件15a的邻接位置附近，聚光面17的法线方向与z方向垂直的可能性，能够使该附近的聚光面17的梯度平缓。因此，能够可靠地抑制可能因梯度较大的聚光面17彼此面对的形状产生的照明光的损失，所以照明对象面32的整体被高效地照明。因此，能够提高虚像VI的可视性。

另外，根据第一实施方式，作为设置有复合面20的复合透镜的复合透镜阵列18配置在聚光透镜阵列15和照明对象面32之间的光路上。这里，复合面20呈通过折射使照明光平行化的平行化面21和使照明光向与平行化面21的折射相反侧偏转的偏转面22交替地相连的交替排列结构。在该排列结构中，从发光元件12发出并被成对的聚光透镜元件15a会聚后的照明光的一部分被平行化面21平行化，而另一部分通过偏转面22向与平行化面21的折射相反侧折射。由此，通过作为变形面的聚光面17实现配合发光元件12的排列的高效的照明，进一步通过在一部分与另一部分之间混合照明光，能够减少虚像VI的亮度不均。因此，能够提高虚像VI的可视性。

(第二实施方式)

如图9、图10所示，本公开的第二实施方式是第一实施方式的变形例。对于第二实施方式，以与第一实施方式不同的点为中心进行说明。

如图9所示，第二实施方式的聚光部214与第一实施方式同样具有聚光透镜阵列215，该聚光透镜阵列215通过设置有作为变形面的聚光面217的聚光透镜元件215a相互排列而形成。此外，在图9中，仅对聚光透镜元件215a以及发光元件212的一部分标注附图标记。

在第二实施方式中，聚光透镜元件215a和发光元件212的对将x方向和y方向双方作为排列方向来排列。这里，聚光透镜元件215a和发光元件212的对沿x方向排列有Nx个，并且沿y方向排列有Ny个。特别是在本实施方式中，示出了排列个数Nx为3个，排列个数Ny为2个的情况。

这里，如图10所示，图像形成部230的照明对象面232形成为使与x方向对应的该照明对象面232上的尺寸为Lx并使与y方向对应的该照明对象面232上的尺寸为Ly的矩形形状。与第一实施方式同样地，由于照明对象面232与直线大致垂直地延伸配置，所以尺寸Lx实质上为x方向上的尺寸，尺寸Ly实质上为y方向上的尺寸。

为了对照明对象面232的整体进行高效照明，若在x方向上以排列个数Nx分割该照明对象面232且在y方向上以排列个数Ny分割该照明对象面232，则成为来自一个发光元件212的照明光应照明的照明范围IR。即，在本实施方式中，照明范围IR为x方向上的尺寸为Lx/Nx且y方向上的尺寸为Ly/Ny的矩形形状的范围。这里，对照明范围IR的x方向上的尺寸和y方向上的尺寸进行比较。在Lx/Nx＜Ly/Ny的情况下，x方向为照明范围IR中的短边方向，相应地，在聚光面217上，x方向的曲率应被设定为大于y方向的曲率。另一方面，在Lx/Nx＞Ly/Ny的情况下，x方向为照明范围IR中的长边方向，相应地，在聚光面217上，x方向的曲率应被设定为小于y方向的曲率。即，对应于照明范围IR，与长边方向对应的方向的曲率被设定为小于与短边方向对应的方向的曲率。

在本实施方式中，由于Lx/Nx＞Lx/Ny，所以在照明范围IR中，x方向为长边方向，y方向为短边方向。对应于该照明范围ID，聚光面17的x方向的曲率小于y方向的曲率。

另外，在第二实施方式的聚光部214中，复合透镜阵列218与第一实施方式同样地设置在聚光透镜阵列215和照明对象面232之间的光路上，通过多个复合透镜元件218a相互排列而形成。各复合透镜元件218a是对应于聚光透镜元件215a和发光元件212的对而设置有与发光元件212和聚光透镜元件215a相同数目的透镜元件。即，在本实施方式中，复合透镜元件218a沿x方向排列有Nx个，并且沿y方向排列有Ny个。如图11所示，各复合透镜元件218a具有入射侧复合面223作为朝向聚光透镜阵列215侧入射照明光的入射侧表面。另一方面，如图12所示，各复合透镜元件218a具有射出侧复合面226作为朝向图像形成部230侧射出照明光的射出侧表面。

如图11所示，入射侧复合面223呈平行化面224和偏转面225交替地相连的交替排列结构。

入射侧复合面223的平行化面224形成为在y方向上以规定的分割宽度Wy对虚拟的平行化虚拟面Sic1进行区域分割而成的一个分割区域。平行化虚拟面Sic1作为在聚光透镜阵列215的聚光透镜元件215a侧呈凸状的凸面形成为平滑的曲面状。

入射侧复合面223的偏转面225形成为在y方向上以规定的分割宽度Wy对虚拟的偏转虚拟面Sid1进行区域分割而成的一个分割区域。这里，偏转虚拟面Sid1由在与平行化虚拟面Sic1的面顶点对应的位置变成反向梯度的多个斜面Sis1构成，在本实施方式中，各斜面Sis1为平滑的平面状。这里，各斜面Sis1的梯度为与平行化虚拟面Sic1所对应的位置的梯度相反侧的梯度。

通过交替地排列这些平行化面224和偏转面225，提取平行化虚拟面Sic1中的部分形状以及偏转虚拟面Sid1中的部分形状，并再现在入射侧复合面223上。对于入射侧复合面223，其他的详细结构能够参照第一实施方式的复合面20。

如图12所示，射出侧复合面226呈平行化面227和偏转面228交替地相连的交替排列结构。

射出侧复合面226的平行化面227形成为在x方向上以规定的分割宽度Wx对虚拟的平行化虚拟面Sic2进行区域分割而成的一个分割区域。平行化虚拟面Sic2作为在图像形成部230侧呈凸状的凸面成为平滑的曲面状。射出侧复合面226的平行化面227的曲率被设定为与入射侧复合面223的平行化面224的曲率大致相等。

射出侧复合面226的偏转面228形成为在x方向上以规定的分割宽度Wx对虚拟的偏转虚拟面Sid2进行区域分割而成的一个分割区域。这里，偏转虚拟面Sid2由在与平行化虚拟面Sic2的面顶点对应的位置变成反向梯度的多个斜面Sis2构成，在本实施方式中，各斜面Sis2为平滑的平面状。这里，各斜面Sis2的梯度为与平行化虚拟面Sic2所对应的位置的梯度相反侧的梯度。

通过交替地排列这些平行化面227和偏转面228来提取平行化虚拟面Sic2中的部分形状以及偏转虚拟面Sid2中的部分形状，并再现在射出侧复合面226上。对于射出侧复合面226，其他的详细结构能够参照第一实施方式的复合面20。

这样的各平行化面224、227通过折射会聚来自聚光透镜阵列215的照明光使其平行化。另外，各偏转面225、228将照明光向与基于平行化面224、227的折射相反侧偏转。

在各复合面223、226中，交替排列结构在复合透镜阵列218的光路上的整个区域，以分不清复合透镜元件218a间的边界的状态来形成。但是，在入射侧复合面223和射出侧复合面226如上述那样分割方向实质上相互正交，从而发挥作为排列在x方向和y方向上的复合透镜元件218a的功能。

在这样的第二实施方式中，由于聚光面217为x方向的曲率和y方向的曲率相互不同的变形面，所以能够起到与第一实施方式相当的作用效果。

另外，根据第二实施方式，在Lx/Nx＜Ly/Ny的情况下，x方向的曲率大于y方向的曲率，在Lx/Nx＞Ly/Ny的情况下，x方向的曲率小于y方向的曲率。即，根据照明对象面232的每一个发光元件212的尺寸的两个方向的大小来设定聚光面217的两个方向的曲率的大小。

这里，使用形成为凸面状的变形面亦即聚光面217，对于通过一个发光元件212照明的照明对象面232的对应区域，能够构成曲率较小的方向的照明的宽度大于曲率较大的方向的照明的宽度。通过利用该关系，两个方向AD、SD的照明的宽度与照明对象面232的每一个发光元件212的尺寸的两个方向的大小相匹配。因此，来自各发光元件212的照明光所照明的对应区域的范围被优化，照明对象面232的整体被高效地照明。因此，能够提高虚像VI的可视性。

(其他实施方式)

以上，对本公开的多个实施方式进行了说明，但不应理解为本公开限定于上述实施方式，能够在不脱离本公开的主旨的范围内应用各种实施方式以及组合。

具体而言，作为变形例1，可以在聚光面17中，分别任意设定圆锥常数kx、ky。例如关于第一实施方式，可以为排列方向AD的圆锥常数为另一方向SD的圆锥常数以上，而且排列方向AD的圆锥常数也可以为0以上。

作为变形例2，聚光面17为形成为x方向的曲率和y方向的曲率相互不同的凸面状的变形面即可，聚光面17的凹陷量z也可以用幂级数的多项式曲面来表示。

作为变形例3，聚光面17在包含排列方向AD和z方向的剖面上，也可以形成为抛物线状以外的双曲线状、椭圆弧状或者圆弧状等。

作为有关第一实施方式的变形例4，聚光面17在包含另一方向SD和z方向的剖面上，也可以形成为圆弧状以外的双曲线状、抛物线状或者椭圆弧状等。

作为变形例5，聚光面17也可以被设置为朝向发光元件12侧入射照明光的入射侧表面。

作为变形例6，发光元件12也可以配置于透镜元件组14a的合成焦点的焦点位置FPa。另外，发光元件12也可以配置于透镜元件组14a的合成焦点的焦点位置FPs。

作为变形例7，如图13所示，相互排列的发光元件12彼此的排列间隔和在相互排列的聚光透镜元件15a中聚光面17的面顶点17a彼此的间隔也可以不同。在该条件下，连结聚光面17的面顶点17a和成对的发光元件12的方向在聚光透镜元件15a和发光元件12的各对之间可能不同。在这样的情况下，能够以各对中例如处于中央的对为代表来定义z方向。或者，能够将在各对间将连结聚光面17的面顶点17a和成对的发光元件12的方向平均后的方向定义为z方向。

作为有关第一实施方式的变形例8，在复合透镜阵列18中，形成聚光菲涅耳面19的聚光虚拟面Sip的曲率和形成平行化面21的平行化虚拟面Sic的曲率也可以不同。作为该例，也可以以通过使聚光虚拟面Sip的曲率和平行化虚拟面Sic的曲率不同而使透镜元件组14a的合成焦点的焦点位置FPa和焦点位置FPs一致的方式构成聚光部14。

作为有关第二实施方式的变形例9，也可以在复合透镜阵列218中，交换入射侧复合面223中的平行化面224以及偏转面225的分割方向和射出侧复合面226中的平行化面227以及偏转面228的分割方向。

作为有关第二实施方式的变形例10，在复合透镜阵列218中，入射侧复合面223以及射出侧复合面226中的一方能够替换成其他面形状。作为其他面形状，可列举如第一实施方式那样的聚光菲涅耳面、在各复合透镜元件218a间设置为共用的平滑的曲面状的单一凸面等。

作为变形例11，在聚光部14中，也可以将复合透镜阵列18替换成例如单一的聚光透镜等其他光学部件。这里，如图14所示，在该光学元件例如为反射镜918等改变照明光的朝向的情况下，对应于x方向的照明对象面32上的方向xd或者对应于y方向的照明对象面32上的方向yd，也可以配合照明光的朝向的变更而与x方向或者y方向不同。

作为变形例12，聚光部14也可以仅由聚光透镜阵列15构成。另外，聚光部14也可以在聚光透镜阵列15以及复合透镜阵列18上附加其他光学部件。

作为变形例13，照明对象面32的尺寸La和尺寸Ls也可以一致。

作为变形例14，照明对象面32也可以是矩形形状以外的三角形形状或者圆形状等。另外，照明对象面32也可以是平面状以外的曲面状。

作为变形例15，图像形成部30也可以不具有扩散部34。

作为变形例16，也可以仅将x方向和y方向中的y方向作为排列方向AD。

作为变形例17，在图像形成部30中，照明对象面32也可以不与直线SL垂直地延伸配置。例如图15所示，作为透射式且平板状的液晶面板的图像形成部30也可以以使照明对象面32的法线方向相对于直线SL倾斜的状态来配置。具体而言，优选照明对象面32的法线方向相对于直线SL例如构成10～25度左右的角度(在图15中记作θ)。由于在图像形成部30内的液晶像素中基本上没有使光偏转的要素，所以由图像形成部30形成的图像的光也沿着直线SL射出(但有一部分受到扩散部34的扩散作用)。

更详细而言，图像形成部30以照明对象面32的长边方向(即排列方向AD)为旋转轴倾斜。因此，图像形成部30以使照明对象面32相对于另一方向SD(即y方向)倾斜的状态配置。经过该配置，在包含另一方向SD和z方向的剖面(即yz剖面)上，复合透镜阵列18和图像形成部30的间隔根据位置而不同。

在这样的图像形成部30中，在与平面镜40对置的侧，例如通过构成为玻璃基板的表面的镜面，形成平面状的反射面39。例如若太阳光等外部光透过挡风玻璃3被凹面镜42以及平面镜40反射而到达图像形成部30，则该外部光沿着直线SL入射至图像形成部30的可能性较高。这里，通过与照明对象面32大致平行的反射面39，外部光被反射至与直线SL不同的方向。因此，能够抑制被反射面39反射的外部光与图像的光一起到达眼点EP。

考虑到平面镜40、凹面镜42以及挡风玻璃3的配置角度，优选以满足Scheimpflug条件的方式或者接近该条件的方式来设定图像形成部30的倾斜方向或者角度。根据这样的倾斜方向以及角度，能够抑制倾斜地视觉确认从眼点EP看到的虚像VI。

另外，如图15所示，在法线方向相对于直线SL例如以排列方向AD为旋转轴倾斜了θ度的照明对象面32的情况下，作为对应于另一方向SD的该照明对象面32上的尺寸Ls，能够采用照明对象面32的包含另一方向SD和z方向的剖面(即yz剖面)上的实际尺寸Ls0乘以cosθ得到的值。

另外，在假定法线方向相对于直线SL例如以另一方向SD为旋转轴倾斜了φ度的照明对象面的情况下，作为对应于排列方向AD的该照明对象面上的尺寸La，能够采用照明对象面的包含排列方向AD和z方向的剖面(即xz剖面)上的实际尺寸乘以cosφ得到的值。

对于如第二实施方式那样采用x方向和y方向双方为排列方向的情况下的尺寸Lx、Ly的值，能够应用与采用这样的尺寸La、Ls的值相同的想法。

作为变形例18，在复合透镜阵列18中，也可以将平行化面21和偏转面22的区域分割中的分割宽度Wa在各位置设定为实质上相同的宽度。

作为变形例19，复合透镜阵列18中的复合面20也可以为将平行化面21的形状替换成倾斜的平面状的结构。

作为变形例20，也可以将本公开应用于车辆1以外的船舶或者飞机等各种移动体(输送设备)。

上述的平视显示装置搭载于移动体1，通过向投影部件3投影图像，能够以被乘员视觉确认的方式虚像显示图像。多个发光元件12、212相互排列，并发出照明光。图像形成部30、230具有照明对象面32、232，通过来自各发光元件的照明光分别对照明对象面中的对应区域进行照明来形成图像。聚光部14、214会聚来自各发光元件的照明光并使其入射至照明对象面。聚光部是与各发光元件成对的方式设置有多个的透镜元件。聚光部具有聚光透镜阵列15、215，该聚光透镜阵列15、215通过设置有会聚照明光的聚光面17、217的聚光透镜元件15a、215a相互排列而形成。将z方向定义为连结聚光面的面顶点17a和成对的发光元件的方向。在与z方向正交的虚拟平面上定义相互正交的x方向和y方向。聚光透镜元件和发光元件的对将x方向以及y方向中的至少一方作为排列方向AD来排列。各聚光面是形成为x方向的曲率和y方向的曲率相互不同的凸面状的变形面。

根据这样的公开，形成为x方向的曲率和y方向的曲率相互不同的凸面状的变形面作为聚光透镜元件的聚光面来形成。由于聚光透镜元件在聚光部的聚光透镜阵列中相互排列，所以例如能够对照明对象面设定较大的曲率。由于聚光透镜元件与发光元件分别成对，所以能够对聚光面设定各方向的曲率，并进行配合各发光元件的排列的高效的聚光。综上，由于各发光元件能够对照明对象面中的对应区域高效地进行照明，所以能够使图像形成部所形成的图像向投影部件投影而成的虚像的可视性较高。

本公开根据实施例进行了描述，但应理解为本公开并不限于该实施例、构造。本公开也包含各种变形例、等同范围内的变形。此外，各种组合、方式以及进一步仅包含它们中一个要素或更多、或更少的其他组合、方式也纳入到本公开的范围、思想范围内。