透射型屏幕及使用了它的图像显示装置的制造方法

透射型屏幕及使用了它的图像显示装置的制造方法
【专利摘要】透射型屏幕包括排列有多个第1微透镜(383a)的第1透镜阵列面(382a)，和在垂直于第1透镜阵列面(382a)的方向上与其相分离地设置的、排列有多个与第1微透镜(383a)形状不同的第2微透镜(383b)的第2透镜阵列面(382b)。第1微透镜(383a)的顶点附近的等高线为圆或楕圆形状，第2微透镜(383b)的顶点附近的等高线为与第1微透镜(383a)的等高线楕圆率不同的楕圆形状。
【专利说明】
透射型屏幕及使用了它的图像显示装置
技术领域
[0001]本发明涉及透射型屏幕及使用了它的图像显示装置。
【背景技术】
[0002]已知有被称作平视显示器(HeadUp Display)的车辆用显示装置。平视显示器是使从车外进入的光透射，并使从车内配置的光学单元投射来的图像反射到车辆的挡风玻璃等上，由此在车外的风景上重叠显示信息的显示装置。平视显示器能够使视认着车外景色的驾驶员几乎不改变视线和焦点地认识到从光学单元投射出的图像的信息，故作为车辆用的显示装置，近年受到了关注。
[0003]从光学单元投射的图像显示光在透射型的屏幕上暂时成像，使得在屏幕上成像的图像提示给用户。作为这样的透射型屏幕，已公开了使两个微透镜阵列部相对配置的结构(例如参照专利文献I)。
[0004][在先技术文献]
[0005][专利文献]
[0006][专利文献I]日本特开2012-226304号公报

【发明内容】

[0007]〔发明所要解决的课题〕
[0008]用户要介由透射型屏幕认识到图像，故希望是视认性较高的透射型屏幕。
[0009]本发明是鉴于上述情况而研发的，其目的在于提供一种提高了视认性的透射型屏蒂。
[0010]〔用于解决课题的手段〕
[0011]为解决上述课题，本发明一个方案的透射型屏幕包括:排列有多个第I微透镜的第I透镜阵列面;在垂直于第I透镜阵列面的方向上与其相分离地设置的、排列有多个与第I微透镜形状不同的第2微透镜的第2透镜阵列面。第I微透镜的顶点附近的等高线为圆或楕圆形状;第2微透镜的顶点附近的等高线为与第I微透镜的等高线楕圆率不同的楕圆形状。
[0012]本发明的另一方案是一种图像显示装置。该装置包括:投射图像显示光的图像投射部;使基于从图像投射部投射来的图像显示光的实像成像的中间像形成部；以及使透射过中间像形成部的图像显示光朝虚像提示面反射的投射镜。中间像形成部包括:排列有多个第I微透镜的第I透镜阵列面;和在垂直于第I透镜阵列面的方向上与其相分离地设置的、排列有多个与第I微透镜形状不同的第2微透镜的第2透镜阵列面。第I微透镜的顶点附近的等高线为圆或楕圆形状;第2微透镜的顶点附近的等高线为与第I微透镜的等高线楕圆率不同的楕圆形状。
[0013]〔发明效果〕
[0014]根据本发明的透射型屏幕，能提高所投射的图像的视认性。
【附图说明】
[0015]图1是示意性地表示本发明实施方式的平视显示器的设置方案的图。
[0016]图2是表示光学单元的内部构成的图。
[0017 ]图3是示意性地表示图像投射部的内部构成的图。
[0018]图4是表示被投射到挡风玻璃上的图像显示光的光路的图。
[0019]图5是表示向不同高度的视点提示虚像时的图像显示光的光路的图。
[0020]图6是表示由中间像形成部配光的图像显示光的图。
[0021 ]图7是示意性地表示扩散屏幕的构成的侧视图。
[0022]图8是示意性地表示扩散屏幕的构成的俯视图。
[0023]图9的(a)是表示第I透镜阵列面的构造的俯视图，图9的(b)是表示第I透镜阵列面的构造的剖视图。
[0024]图10的(a)是表示第2透镜阵列面的构造的俯视图，图10的(b)是表示第2透镜阵列面的构造的剖视图。
[0025]图11的(a)是示意性地表示比较例的扩散屏幕的图，图11的(b)是示意性地表示实施方式的扩散屏幕的图。
[0026]图12是表不透射过比较例的扩散屏幕后的光的配光分布的图表。
[0027]图13是表不透射过实施方式的扩散屏幕后的光的配光分布的图表。
[0028]图14的(a)?(C)是示意性地表示变形例的扩散屏幕的构成的侧视图。
[0029]图15是示意性地表示本发明其它实施方式的平视显示器及仪表盘(Instrument-Panel)的设置方案的图。
[0030]图16是示意性地表示平视显示器及仪表盘的设置方案的立体图。
[0031]图17是示意性地表示平视显示器及仪表盘的设置方案的主视图。
【具体实施方式】
[0032]以下参照【附图说明】本发明的实施方式。相关实施方式中所示的具体数值等仅是便于理解发明的例示，除有特别说明的外，并不用于限定本发明。需要说明的是，在本说明书及附图中，对具有实质上相同的功能、构成的要素标注了相同的标号，由此省略重复的说明，此外，还省略了与本发明无直接关系的要素的图示。
[0033](第丨实施方式)
[0034]作为实施方式的图像显示装置的例子，举例说明设置在车辆的仪表台内进行使用的平视显示器10。图1是示意性地表示本发明实施方式的平视显示器10的设置方案的图。平视显示器10包括光学单元100和控制装置50。图1是表示在以车辆的行进方向(图1中的左方向)为基准的左侧仪表台内配置光学单元100来进行使用的情况的图，以下的实施方式表示了针对左舵车的驾驶员配置平视显示器10的例子。需要说明的是，为适用于右舵车，只要以车辆的行进方向为基准使光学单元100的内部构成左右反转即可。以下参照图1说明平视显示器10的概要。
[0035]控制装置50具有未图示的CPU(Central Processing Unit:中央处理单元)，生成用于使光学单元100显示的图像信号。控制装置50还具有未图示的外部输入接口，能够被输入从导航装置或媒体播放装置等外部装置输出的图像信号，在对该输入的信号进行预定的处理后，输出至光学单元100。
[0036]光学单元100基于控制装置50生成的图像信号生成要在挡风玻璃610上作为虚像450进行显示的图像显示光。为此，光学单元100在壳体110内部具有图像投射部210、中间镜350、中间像形成部360、及投射镜400。
[0037]图像投射部210内收纳光源、图像显示元件、及各种光学透镜等。图像投射部210基于控制装置50输出的图像信号生成图像显示光并进行投射。需要说明的是，在本实施方式中，作为图像显示元件，例示了采用反射型液晶显示板LC0S(Liquid crystal on silicon:娃基液晶)的情况。
[0038]图像投射部210投射的图像显示光被中间镜350反射。中间镜350反射后的图像显示光在中间像形成部360成像。在中间像形成部360成像出的实像的图像显示光透射过中间像形成部360而投射向投射镜400。
[0039]投射镜400是凹面镜，透射过中间像形成部360的图像显示光被投射镜400放大地向挡风玻璃610投射。投射于挡风玻璃610的图像显示光被挡风玻璃610改变成朝向用户的光路。挡风玻璃610反射的图像显示光作为虚像450地被作为驾驶员的用户E看到其处于比挡风玻璃610更靠视线方向前方处。
[0040]图2是表示本发明实施方式的光学单元100的内部构成的图。以下参照图2说明光学单元100的内部构成。
[0041 ]如上述那样，光学单元100在壳体110内侧具有图像投射部210、中间镜350、中间像形成部360、及投射镜400。详细情况将在后面说明，图像投射部210具有分别产生红色、绿色、蓝色的光的3种不同的光源。光源可以采用LED(Light Emitting D1de)或半导体激光光源来实现，但在本实施方式中，说明采用LED作为光源的情况。
[0042]光源在使用时会产生热。因此，光学单元100具有用于使光源冷却的散热器。光源有3种，故为了冷却各个光源，在光学单元100的壳体110的外侧具有与红色的光源连接的散热器120a、与绿色的光源连接的散热器120b(未图示)、以及与蓝色的光源连接的散热器
120co
[0043]壳体110是铝制的压铸件。在此，分别用于冷却蓝色的光源和绿色的光源的散热器120b及散热器120c都被与壳体110构成为一体。与此不同，用于冷却红色的光源的散热器120a被设置在空间上远离散热器120b及散热器120c的位置，并且是与壳体110分离地外装的。因此，红色光源产生的热被介由热管25传递至散热器120a。
[0044]接下来参照图3及图4说明平视显示器10的光学系统。图3是示意性地表示图像投射部210的内部构成和图像显示光的光路的图。图4是表示介由中间镜350、中间像形成部360及投射镜400而投射至挡风玻璃610的图像显示光的光路的图。
[0045]首先，参照图3说明图像投射部210的内部构成。图像投射部210具有照明部230a、230b、230c(以下也总称为照明部230)，二向棱镜(dichroic prism)244，反射镜236，场镜237，偏振分光镜238，相位延迟片239，检偏振器241，以及投射透镜组242。需要说明的是，在图3中省略了第I照明部230a、第3照明部230c的内部构成的记载，仅表示了第2照明部230b的内部构成，但各个照明部230具有同样的构成。
[0046]照明部230 具有光源 231、准直透镜 232、UV-1R(UltraV1let-1nfraredRay:紫外-红外)截止滤光片233、偏振镜234、复眼透镜235。光源231由发出红色、绿色、蓝色的任一色光的发光二极管构成。第I照明部230a具有发出红色光的发光二极管作为光源。第2照明部230b具有发出绿色光的发光二极管作为光源231。第3照明部230c具有发出蓝色光的发光二极管作为光源。
[0047]光源231被安装于光源安装部243。光源安装部243与未图示的散热器热耦合，使伴随着光源231的发光而产生的热散热。光源231发出的光被准直透镜232变成平行光。UV-1R截止滤光片233从通过准直透镜232后的平行光中吸收除去紫外光及红外光。偏振镜234将通过UV-1R截止滤光片233后的光变成无散乱的P偏光。然后，复眼透镜235将通过偏振镜234后的光的亮度调整均匀。
[0048]透射过各个照明部230的复眼透镜235后的光被以不同的朝向入射至二向棱镜244。入射到二向棱镜244后的红色、绿色、蓝色的光成为合成了三色的白色光而朝向反射镜236。反射镜236使二向棱镜244所合成的白色光的光路改变90度。被反射镜236反射后的光被场镜237集光。场镜237集光后的光介由使P偏光透射的偏振分光镜238及相位延迟片239而照射到图像显示元件240。
[0049]图像显示元件240针对每个像素都具有红色、绿色、及蓝色的彩色滤光片。被照射到图像显示元件240的光成为与各像素对应的颜色，被图像显示元件240所具有的液晶组成物施以调制后，成为S偏光的图像显不光，朝偏振分光镜238射出。射出的S偏光的光被偏振分光镜238反射，改变光路而通过检偏振器241后入射到投射透镜组242。透射过投射透镜组242的图像显示光从图像投射部210出来而入射到中间镜350。
[0050]接下来参照图4说明从中间镜350介由中间像形成部360及投射镜400投射至挡风玻璃610的图像显示光的光路。从图像投射部210的投射透镜组242出射的图像显示光的光路被中间镜350改变成朝向投射镜400的光路。在其中途，在中间像形成部360成像出基于中间镜350所反射的图像显示光的实像。
[0051 ]中间像形成部360具有扩散屏幕362和凹透镜364。扩散屏幕362使基于透射过中间像形成部360的图像显示光的实像成像，并控制朝向投射镜400的图像显示光的配光角Φ。凹透镜364控制朝向投射镜400的图像显示光的主光线的方向，调整透射过中间像形成部360前后的图像显示光所成的角度Θ。
[0052]透射过中间像形成部360后的图像显示光被投射镜400反射而投射到挡风玻璃610。投射到挡风玻璃610的图像显示光被挡风玻璃610改变成朝向用户的光路。由此，用户能如上述那样介由挡风玻璃610在前方视认到基于图像显示光的虚像。因此，挡风玻璃610具有作为虚像提示面的功能。
[0053]通过以上构成，用户能够介由挡风玻璃610将基于从控制装置50输出的图像信号的虚像重叠于现实风景地进行视认。
[0054]接下来，参照图5及图6详细说明本实施方式的中间像形成部360的功能。图5是表示向不同高度的视点E1、E2提示虚像450时的图像显示光的光路的图。图6是表示由中间像形成部360配光的图像显示光的图，放大表示了图5的中间像形成部360与投射镜400间的光路。
[0055]如图5所示，作为驾驶员的用户的视点E1、E2根据驾驶员的身高、落座位置而在上下方向上有所改变。希望在用户的视点改变了的情况下也能视认到虚像450的上端部451至下端部452整体。此外，若不是在观看车辆前方的视线方向C1、C2的正对面提示虚像450，而是在上下方向上稍微偏移的位置提示虚像450，则能在需要时使视线方向稍稍偏移来参考虚像450，故对用户来说便于使用。
[0056]因此，在本实施方式中，将扩散屏幕362和凹透镜364组合来作为中间像形成部360，由此控制透射过中间像形成部360后的图像显示光的主光线的朝向和配光角，提高虚像450的视认性。特别是通过在上下方向上偏心地设置凹透镜364，能使虚像450的提示位置在上下方向上偏移，在易看的位置提示虚像450。需要说明的是，在本实施方式中，表示了相对于视线方向Cl、C2在下方提示虚像450的情况的结构，但通过改变凹透镜364的偏心方式，也可以在其它位置提示虚像450。
[0057]首先，参照图5详细说明视点E1、E2的不同所导致的图像显示光的路径的不同。第I视点El是能够视认虚像450整体的上限位置，第2视点E2是能视认虚像450整体的下限位置。由此，只要在第I视点El至第2视点E2之间的范围，用户就能够视认到虚像450整体。
[0058]在图5中，实线所示的光Al、A2表示了用于向用户提示虚像450的上端部451的光线，从中间像形成部360所成像的实像370的上端部371出射的光被投射镜400及挡风玻璃610反射而到达用户的视点E1、E2。朝向第I视点El的光Al在投射镜400的第I反射位置401被反射，朝向第2视点E2的A2在投射镜400的第2反射位置402被反射。需要说明的是，在本实施方式所示的光学系统中，采用了由投射镜400和挡风玻璃610反射图像显示光的结构，故在中间像形成部360成像上下反转了的实像。
[0059]另一方面，虚线所示的光B1、B2表示了用于向用户提示虚像450的下端部452的光线，从中间像形成部360所成像的实像370的下端部372出射的光被投射镜400及挡风玻璃610反射而到达视点E1、E2。朝向第I视点El的光BI在投射镜400的第3反射位置403被反射，朝向第2视点E2的光B2在投射镜400的第4反射位置404被反射。
[0060]接下来参照图6详细说明被中间像形成部360在上下方向上配光的图像显示光。图6放大表示了图5的中间像形成部360与投射镜400之间的光路。作为实像370的上端部371而成像的光A以与扩散屏幕362正交的方向(z方向)为基准入射到凹透镜364，方向向上方(y方向)改变角度Θ1地透射。然后，在扩散屏幕362上作为实像而成像并扩散，作为具有配光角Φ1的图像显示光而朝向投射镜400。其结果，入射到中间像形成部360的光A成为以主光线AO为中心、在朝向第I反射位置401的光Al与朝向第2反射位置402的光A2之间配光的图像显示光。
[0061 ]同样，作为实像370的下端部372而成像的光B入射到凹透镜364，方向向上方(y方向)改变角度Θ2地透射。然后，在扩散屏幕362上成像为实像并扩散，作为具有配光角Φ2的图像显示光朝向投射镜400。其结果，入射到中间像形成部360的光B成为以主光线BO为中心、在朝向第3反射位置403的光BI与朝向第4反射位置404的光B2之间配光的图像显示光。
[0062]在此，本实施方式的凹透镜364是以z方向为基准在上下方向(图4中的上下方向)上偏心地设置的。更详细来说，凹透镜364的光轴的位置比扩散屏幕362的中心位置更靠下方。因此，与从凹透镜364的接近光轴的上端部371出射的主光线AO的角度Θ1相比，从凹透镜364的远离光轴的下端部372出射的主光线BO的角度Θ2更大。此外，本实施方式的凹透镜364被以凹透镜364的光轴不包含于凹曲面的方式构成，故主光线AO和BO都向上方(y方向)倾斜地出射。
[0063]接下来参照图7至图10详细说明本实施方式中的扩散屏幕362。图7是示意性地表示扩散屏幕362的构成的侧视图，图8是表示扩散屏幕362的构成的俯视图。作为透射型屏幕的扩散屏幕362具有二枚光扩散片380a、380b。光扩散片380a、380b是在一个面上排列有多个微透镜的微透镜阵列。在本实施方式中，是将构成透镜阵列的微透镜的形状各自不同的二枚光扩散片380a、380b组合来用的。通过组合特性不同的微透镜阵列，来提高透射过扩散屏幕362的光的配光特性，提供视认性高的图像显示光。
[0064]第I光扩散片380a具有第I平坦面381a，和背向于第I平坦面381a、排列有多个第I微透镜383a的第I透镜阵列面382a。同样地、第2光扩散片380b具有第2平坦面381b，和背向于第2平坦面381b、排列有多个第2微透镜383b的第2透镜阵列面382b。第I光扩散片380a及第2光扩散片380b优选由不具有双折射性、或双折射性少的材料构成，例如由聚碳酸酯(PC)等树脂材料构成。
[0065]第I光扩散片380a被以第I透镜阵列面382a与凹透镜364相对的方式配置，第2光扩散片380b被以第2透镜阵列面382b与第I平坦面381a相对的方式配置。由此，入射到扩散屏幕362的光A按第I透镜阵列面382a、第I平坦面381a、第2透镜阵列面382b、第2平坦面381b的顺序透射过去。
[0066]第I光扩散片380a及第2光扩散片380b被以第I透镜阵列面382a与第2透镜阵列面382b的距离W为预定值的方式配置。该距离W只要设定为200μπι?400μπι程度即可，优选设定为250μπι?300μπι程度的范围。通过将第I透镜阵列面382a与第2透镜阵列面382b的距离W设定在该范围，能防止微透镜的周期性排列导致的摩尔纹的产生，并且能抑制因采用二枚光扩散片而出现双重像的影响。这里所谓摩尔纹，是指干扰条纹，指在重合多个有规则地反复出现的纹路时，因它们的周期的错位而在视觉上产生的条纹模样的纹路。
[0067]需要说明的是，在图7及图8中，为说明方便，在第I光扩散片380a和第2光扩散片380b之间是空有间隙的，但在本实施方式中，第I光扩散片380a和第2光扩散片380b层叠在一起，使得第I平坦面381a与第2透镜阵列面382b相接触。此时，通过调整第I光扩散片380a的厚度，来调整第I透镜阵列面382a与第I透镜阵列面382a间的距离W。因此，为确保预定的距离W，只要将第I光扩散片380a的厚度设定为200μηι?400μηι程度即可。
[0068]第I光扩散片380a及第2光扩散片380b被构成得配合所要成像的图像显示光的图像尺寸，使得图7所示的上下方向(y轴方向)的宽度Ly和图8所示的左右方向(x轴方向)的宽度Lx不同。具体来说，使左右方向的宽度Lx比上下方向的宽度Ly长，使得能够提示左右方向较长的图像。这是因为，在人类的视场角特性上，更容易观看左右方向长的图像。
[0069]另外，第I光扩散片380a及第2光扩散片380b被构成为图7所示的上下方向的配光特性(配光角朽)与图8所示的左右方向(水平方向)的配光特性(配光角Φχ)不同的方式。具体来说，使水平方向的配光角Φχ比上下方向的配光角^大，使能视认由图像显示光提示的图像整体的视线位置的范围在水平方向上更大。这是因为，作为驾驶员的用户的视点位置在落座的状态下水平方向会比上下方向更大地活动，故通过扩展水平方向的视认范围，能提尚视认性。
[0070]在本实施方式中，为使水平方向的配光角Φχ更大，对构成透镜阵列面382a、382b的微透镜383a、383b的特性进行了选择。在本实施方式中，使第I微透镜383a的形状为圆形，并使第2微透镜383b的形状为楕圆形，由此加大水平方向的配光角Φχ。以下参照图9及图10说明实现这样的特性的第I微透镜383a及第2微透镜383b的形状。
[0071]图9的(a)是表示第I透镜阵列面382a的构造的俯视图。图9的(b)是表示第I透镜阵列面382a的构造的剖视图，表示了图9的(a)的X-X线剖面。第I透镜阵列面382a是通过将轮廓384a的形状为正六边形的第I微透镜383a排列成六边形网格状而构成的。此外，第I透镜阵列面382a被以第I微透镜383a沿X轴方向排列的方式构成。第I微透镜383a的X方向的宽度Wxa只要设为ΙΟμπι?30μπι程度即可，例如设为20μπι左右。另一方面，第I微透镜383a的y方向的宽度Wya只要与X方向的宽度Wxa对应地设置，使得轮廓384a成为正六边形形状即可，例如设定为23μπι左右。
[0072]第I微透镜383a利用球面所成的曲面来构成透镜。其结果，第I微透镜383a的顶点386a附近的等高线387a的形状成为圆形或大致圆形。这里所谓第I微透镜383a的等高线387a的形状，对应于以垂直于z方向的xy平面切断第I微透镜383a时的剖面形状。等高线387a的X方向的半径Rxa和y方向的半径Rya是圆形，故是相同的长度，由它们的比所得到的第I楕圆率ea = Rya/Rxa是I或接近I的值。
[0073]需要说明的是，第I微透镜383a的等高线387a的形状未必需要是正圆，可以是因形成第I透镜阵列面382a的制造工序的加工精度等而成为略微偏离正圆的接近圆的形状。这里所说的圆形，是指X方向的半径Rxa与y方向的半径Rya几乎相等的情况，是表示并非因x方向的半径Rxa和y方向的半径Rya不同而显然应称为楕圆的形状。
[0074]图10的(a)是表示第2透镜阵列面382b的构造的俯视图。图10的(b)是表示第2透镜阵列面382b的构造的剖视图，表示了图10的(a)的X-X线剖面。第2透镜阵列面382b与第I透镜阵列面382a—样，第2微透镜383b被排列成六边形网格状，并被以第2微透镜383b沿X轴方向排列的方式构成。
[0075]另一方面，第2微透镜383b的轮廓384b不是正六边形，而是具有将正六边形在X方向上压缩了的那样的六边形状。其结果，第2微透镜383b由基于楕圆面的曲面构成透镜，处于顶点386b附近的等高线387b的形状成为楕圆形。此外，因为是在X方向上压缩了的楕圆形，故等高线387b的X方向的半径Rxb和y方向的半径Ryb成为不同的长度，X方向为短轴、y方向为长轴。此外，由长轴与短轴的比所得到的第2楕圆率eb = Ryb/Rxb成为比I大的值。即，第2楕圆率eb取不同于第I微透镜383a的第I楕圆率ea的值。
[0076]第2微透镜383b的X方向的宽度Wxb同第I微透镜383a的X方向的宽度Wxa—样、只要设定为ΙΟμπι?30μηι程度即可，但优选使其为不同于第I微透镜383a的χ方向的宽度Wxa的值。例如，在使第I微透镜383a的X方向的宽度Wxa为20μπι时，第2微透镜383b的X方向的宽度Wxb只要为15?19μπι程度即可。另一方面，第2微透镜383b的Y方向的宽度Wyb只要设定为与χ方向的宽度Wxb对应的宽度，使得等高线387b的楕圆形状取第2楕圆率eb即可。例如，第2微透镜383b的y方向的宽度Wyb只要设为21μηι?30μηι程度即可。
[0077]第2微透镜383b是在χ方向上具有短轴、在y轴方向上具有长轴的楕圆形状的透镜，故χ方向的曲率比y方向的曲率大。其结果，入射到第2微透镜383b的光在曲率高的χ方向上比在曲率低的y方向上更大地扩散，从而χ方向的配光角将变得更大。由此，能使水平方向的配光角Φχ比上下方向的配光角朽更大。
[0078]接下来，参照图11至图13说明本实施方式的扩散屏幕362的配光特性。图11的(a)是示意性地表示比较例的扩散屏幕392的图，图11的(b)是示意性地表示实施方式的扩散屏幕362的图。比较例的扩散屏幕392是仅由本实施方式的第I光扩散片380a构成的透射型屏幕。首先，用图12表示比较例的扩散屏幕392的配光特性，说明扩散屏幕392中的技术问题。接下来，用图13表示本实施方式的扩散屏幕362的配光特性。
[0079]图12是表不透射过比较例的扩散屏幕392的光的配光分布的图表。本图表表不了使图11的(a)所示的入射角0in为-20度、O度、20度时的透射光的配光特性。如图示那样，在每个入射角θ?η时，都能看到峰值附近的形状成为锯齿状的配光分布。认为这是由于多个微透镜周期性地排列，故而被微透镜衍射后的透射光相干涉，特定方向上的强度提高了。若能看到这样的衍射峰值，则图像显示光所提示的图像的亮度会出现不均，导致视认性下降。
[0080]此外，在入射角0in为-20度或20度时，会看到左右非对称的配光分布。在靠近中心(O度)的角度时，强度朝着峰值位置平缓地升高，而从远离中心的角度(-60度、60度)起，强度朝着峰值位置急剧升高。若像这样具有非对称的配光分布，则在移动视线位置的情况下，虚像450的一部分范围的亮度看起来会急剧地变化，导致视认性下降。为扩展虚像450的视认范围，需要使图像显示光斜着入射到透射型屏幕，故希望在使其斜着入射时，透射光的配光分布也是左右对称的。
[0081]图13是表不透射过实施方式的扩散屏幕的光的配光分布的图表。本图表表不了使图11的(b)所示的入射角Θ in为-20度、O度、20度时的透射光的配光特性。与比较例时不同，在每个入射角θ?η时，峰值附近都看不到锯齿的形状，成为接近高斯分布的顺滑的形状的配光分布。认为这是由于微透镜的形状组合了不同的二枚微透镜阵列，故而与仅使用一枚微透镜阵列时相比，能使衍射导致的干涉效果缓和。由此，能抑制虚像450的亮度不均，能提高视认性。
[0082]此外，可知在入射角0in为-20度或20度时，配光分布也成为接近左右对称的形状。由此，即使移动了视线位置，也能使虚像450的亮度均匀。由此，能减少视线位置移动前和移动后看到的图像间的壳度变化量，能提尚视认性。
[0083]另外，通过使二枚微透镜阵列组合，与仅使用一枚微透镜阵列时相比能扩展透射光的配光角Φ的宽度。这里的所谓配光角Φ的宽度，例如是相当于图表所示的配光分布的半值全宽度的角度的值。通过扩展透射光的配光角Φ，能扩大可视认虚像450整体的视线位置的范围。由此，在视线位置移动了的情况下也能提示图像整体，故能使视认性提高。
[0084]另外，在本实施方式的扩散屏幕362中，是将第I透镜阵列面382a与第2透镜阵列面382b间的距离定为200μπι?400μπι程度的。一般来说，在组合具有周期性排列构造的微透镜阵列时，容易产生摩尔纹。此外，即使将两枚不具有周期性的扩散屏幕组合，成像于各个屏幕的像也会重合而形成重影，成为虚像450的分辨率下降的主要原因。在本实施方式中，使透镜阵列面间的距离在约400μπι以下，故能抑制因重影的产生而导致的分辨率的下降。
[0085]另一方面，若使第I透镜阵列面382a与第2透镜阵列面382b间的距离过小，则可能无法利用第2透镜阵列面382b充分缓和被第I透镜阵列面382a衍射的光的干涉效果。在本实施方式中，通过使透镜阵列面间的距离在约200μπι以上，能抑制仅使用一枚微透镜阵列时会产生的衍射峰值的产生。另外，还能抑制因组合周期性排列的微透镜阵列而导致的摩尔纹的产生。即，通过使两个透镜阵列面的距离为200μπι?400μπι程度，能既抑制分辨率的下降，又抑制亮度不均和摩尔纹的产生，能显示出视认性高的图像。
[0086]以下说明本实施方式中的中间像形成部360所起到的效果。
[0087]本实施方式中的中间像形成部360具有控制主光线的配光角的扩散屏幕362，使得成为相对于主光线Α0、Β0具有预定的配光角Φ1、Φ2的图像显示光。因此，即使视点位置移动了，只要是在预定范围内，就能提示出固定亮度的虚像。此外，通过选择配光角Φ1、Φ2处于投射镜400的第I反射位置401至第2反射位置402的范围内、或处于第3反射位置403至第4反射位置404的范围内的特性的屏幕作为扩散屏幕362，能高效地利用图像显示光。这是因为，若配光角比该反射位置的范围窄，则能提示明亮的虚像450的视点范围将变窄，另一方面，若配光角比该反射位置的范围大，则未被投射镜400反射的图像显示光的比例增加，提示给用户的虚像450会变暗。通过像这样恰当地控制配光角Φ1、Φ2，能高效率地向用户提示明亮的虚像450，能提尚虚像450的视认性。
[0088]此外，中间像形成部360具有控制透射过中间像形成部360的主光线Α0、Β0的方向的凹透镜364。作为中间像形成部360，通过设置凹透镜364，在必须缩短中间像形成部360与投射镜400间的距离D的情况下也能使提示给用户的虚像450变得更大。因此，通过设置凹透镜364，能既使光学单元100的大小小型化，又提示更大的虚像450，能提高虚像450的视认性。
[0089]此外，中间像形成部360使凹透镜364在上下方向上偏心地设置。由此，能使虚像450不提示到相对于用户的视线方向的正对面，而是在上下方向上略偏离的位置进行提示。这是为了能使用于提示虚像450的上端部451的光和用于提示虚像450的下端部452的光之间存在角度差。通过使虚像450在上下方向上偏离，能将虚像450提示到对用户来说容易看的位置，能提高虚像450的视认性。此外，通过采用在上下方向上偏心的凹透镜，能使光学单元100更加小型化。
[0090]另外，中间像形成部360将作为微透镜阵列的二枚光扩散片380a、380b组合用作扩散屏幕362。由此，即使为了向用户提示具有角度差的图像显示光而使光斜着入射到扩散屏幕362，也能使透射过扩散屏幕362后的光的配光分布均匀。此外，能既抑制要作为虚像450提示的图像的亮度不均，又加大透射光的配光角、扩展可视认虚像450整体的视线位置的范围。其结果，能提高虚像450的视认性。
[0091]另外，扩散屏幕362是由具有圆形状的第I微透镜383a所构成的第I透镜阵列面382a、和具有楕圆形状的第2微透镜383b所构成的第2透镜阵列面382b的组合构成的。通过组合微透镜形状不同的二枚光扩散片380a、380b，能抑制衍射光的干涉的影响所导致的亮度不均。此外，通过使第2微透镜383b为在χ方向上具有短轴、在y方向上具有长轴的楕圆形状，能使χ方向的配光角比y方向更大。由此，能在χ方向(左右方向)上扩展可视认的范围，能提尚虚像450的视认性。
[0092]另外，扩散屏幕362被以第I透镜阵列面382a与第2透镜阵列面382b的距离W为预定值的方式构成。通过使该距离W在一定的范围内，能既抑制重影或摩尔纹的产生所导致的分辨率的下降，又提示亮度不均少的虚像450。由此，能提高虚像450的视认性。
[0093]接下来参照图14说明变形例的扩散屏幕362。图14的(a)?(C)是示意性地表示变形例的扩散屏幕362的构成的侧视图。
[0094]图14的(a)是变形例I的扩散屏幕362。在变形例I中，以第I透镜阵列面382a与第2平坦面381b相对的方式使二枚光扩散片380a、380b层叠。其结果，入射到扩散屏幕362的光将按第I平坦面381a、第I透镜阵列面382a、第2平坦面381b、第2透镜阵列面382b的顺序透射。采用这样的构成，通过使第I透镜阵列面382a与第2透镜阵列面382b间的距离W在一定范围内，也能得到与上述实施方式同样的效果。
[0095]图14的(b)是变形例2的扩散屏幕362。在变形例2中，以第I平坦面381a与第2平坦面381b相接的方式层叠二枚光扩散片380a、380b。其结果，入射到扩散屏幕362的光将按第I透镜阵列面382a、第I平坦面381a、第2平坦面381b、第2透镜阵列面382b的顺序透射。此时，为使第I透镜阵列面382a与第2透镜阵列面382b间的距离W处于一定的范围而调整厚度，使得第I光扩散片380a的厚度与第2光扩散片380b的厚度的合计值等于距离W。在变形例2中，也能得到与上述实施方式同样的效果。
[0096]需要说明的是，在变形例2中，二枚光扩散片380a、380b无需是不同的个体，可以采用在两面都形成有透镜阵列面的一枚光扩散片。此时，在一个面形成第I透镜阵列面382a，在另一个面形成第2透镜阵列面382b。另外，该光扩散片的厚度被调整为等于距离W。采用这样的构成，也能得到与上述实施方式同样的效果。
[0097]图14的(C)是变形例3的扩散屏幕362。在变形例3中，第I透镜阵列面382a和第2透镜阵列面382b被以相对的方式配置，并且在其间设有透光板380c。透光板380c的两面都被设成平坦面，由聚碳酸酯等透明的树脂材料构成。透光板380c具有使第I透镜阵列面382a与第2透镜阵列面382b的距离W保持在一定范围内的作用，其厚度被调整为与距离W相等。采用这样的构成，也能得到与上述实施方式同样的效果。
[0098](第2实施方式)
[0099]上述第I实施方式中的作为透射型屏幕的扩散屏幕362除被用于平视显示器10这一用途外，还能适用于提示虚像的各种装置。作为具体的其它实施方式，可用于汽车等中所使用的仪表盘。以下参照图15至图17说明利用虚像在仪表盘上显示各种信息的图像显示装置的构成。
[0100]图15是示意性地表示本发明其它实施方式的平视显示器10及仪表盘70的设置方案的图。在本实施方式中，除平视显示器10提示的虚像450外，还通过仪表盘70提示其它虚像750。两个虚像450、750使得看起来图像像处于比作为虚像提示面的挡风玻璃610或雾化板710更靠远方的位置。
[0101]作为驾驶员的用户通过移动视线方向，就能看到介由挡风玻璃610提示的虚像450和介由雾化板710提示的虚像750这两者。在本实施方式中，以从用户的视点E来看、两个虚像450、750看起来处于相同或几乎相同的距离的方式进行显示，由此，使得从用户的视点E来看的两个虚像450、750的焦点位置几乎相同。由此，减少了在行驶过程中等移动视线方向来看两个虚像450、750时的焦点移动，使视线移动给用户带来的负担减轻。
[0102]平视显示器10的构成是与上述第I实施方式同样的构成。仪表盘70的构成也与平视显示器10是同样的，但不是由挡风玻璃610反射图像显示光来提示虚像450，而是利用透射过雾化板一夕板)710的图像显示光来提示虚像750，在这一点上不同。以下，以仪表盘70的构成为中心进行说明。
[0103]仪表盘70具有图像投射部720、中间镜735、中间像形成部736、凹面镜740及雾化板710。仪表盘70的图像投射部720、中间镜735、中间像形成部736、凹面镜740分别是与上述的平视显示器10的图像投射部210、中间镜350、中间像形成部360、投射镜400同样的器件。
[0104]仪表盘70使图像投射部720生成的图像显示光作为实像成像于中间像形成部736，并利用凹面镜740将成像于中间像形成部736的实像的图像显示光放大反射，投射于雾化板710。由此，用户介由雾化板710视认被凹面镜740反射放大了的图像。特别是通过采用具有能使中间像形成部736所成像的实像放大到1倍以上大小的形状的凹面镜740，能使仪表盘70小型化。
[0105]用户是介由雾化板710直接视认凹面镜740反射的图像显示光的，但实际上，约10英寸?12英寸的虚像750看起来处于距用户的视点E约Im?2m前方的位置。此外，用户能够介由挡风玻璃610视认平视显示器10提示的图像显示光，看起来约12英寸的虚像450处于距用户视点E约2m的前方。
[0106]雾化板710是光透射率低的平板状的部件。雾化板710例如是在雾化树脂板上层叠雾化膜而形成的。通过采用这样的构成，能降低雾化板710的透射率，并能使雾化板710的界面处的反射率降低。此外，还能用膜来保护雾化树脂板。需要说明的是，雾化板710也可以不是平板形状，而是构成曲面的那样的板状部件。
[0107]雾化板710的透射率优选取比雾化板710的界面处的反射率小的值，优选在8%以下。通过使透射率在8%以下，能防止来自用户后方或上方的太阳光等入射到凹面镜740、光向用户或其它构成部件反射的情况。此外，通过降低雾化板710的透射率，能使仪表盘70的内部难以被看到。由此，能提尚虚像750的视认性，并提尚仪表盘7 O的设计性。
[0108]需要说明的是，雾化板710可以在其表面具有触摸板用的传感器。通过使雾化板710作为触摸板发挥功能，雾化板710能兼作对仪表盘70进行设定的用户接口。由此，无需在仪表台上的其它位置设置针对仪表盘70的输入按钮等，能使仪表台上更加简洁。
[0109]仪表盘70同平视显示器10—样含有控制装置。仪表盘70的控制装置可以与平视显示器10的控制装置50共用，也可以与平视显示器10独立地另行具备控制装置。
[0110]仪表盘70基于来自控制装置的图像信号显示速度表、转速表、燃料计、移动位置等一般的车辆仪表盘所具备的仪表要显示的内容。此外，仪表盘70还可以显示由拍摄车辆后方的摄像头拍摄的车辆后方的图像。
[0111]仪表盘70上显示的内容可以根据行驶状况或来自用户的输入信息等各种各样的条件而改变各显示内容所被分配的图像的尺寸及显示形式。例如可以采用与用户喜好相应的显示形式，或者根据车辆的行驶速度而加大速度表的尺寸，或者在倒车时消除速度表等的显示而加大显示车辆后方的图像。
[0112]图16是示意性地表示平视显示器10及仪表盘70的设置方案的立体图，图17是示意性地表示平视显示器10及仪表盘70的设置方案的主视图。如图示那样，雾化板710被设置在仪表盘70的前面，被设置在一般的车辆中仪表盘所被设置的位置。其结果，雾化板710被配置在落座于驾驶席的用户的正面位置，作为驾驶员的用户能越过方向盘视认到雾化板710。
[0113]另外，平视显示器10提示的虚像450被显示在从用户的视点E来看位于仪表盘70深处的位置。其结果，平视显示器10提示的虚像450和仪表盘70提示的虚像750被配置成与用户视点E几乎同轴排列的方式。通过采用这样的配置，能使用户的视点移动更加减少，还能同时目视到车外的景色、平视显示器10提示的虚像450、以及仪表盘70提示的虚像750。
[0114]通过以上构成，在本实施方式中平视显示器10提示的虚像450和仪表盘70提示的虚像750从用户的视点E来看几乎被配置在同轴上，并且看起来距用户视点E相同或几乎相同的距离。因此，在从目视着平视显示器10提示的虚像450和车外风景的状态起、向要目视仪表盘70提示的虚像750的状态移动视线时，能使用户的视点移动角和焦点移动量这两者都减小。由此，能既向用户提示更多的信息，又减少视线移动给用户带来的负担。
[0115]需要说明的是，在变形例的仪表盘70中，可以根据行驶状况或来自用户的输入信息等各种各样的条件，改变从用户的视点E至虚像750的距离、或者所被视认的虚像750的尺寸。在这样的变形例的仪表盘70中，还具备调整中间像形成部736及凹面镜740的位置的驱动部，通过控制该驱动部来调整虚像750的距离及尺寸。
[0116]例如，仪表盘70的控制装置取得车速信息，若车辆的行驶速度在60km/h以上等预定速度以上，则使至仪表盘70的虚像750的距离成为与平视显示器10的虚像450的距离相同或几乎相同的距离。一般来说，在车辆的行驶速度较高时，多会使焦点集中在比较远方的位置来进行驾驶，故通过使仪表盘70提示的虚像750的焦点位置变远，能减轻伴随于视线移动的负担。
[0117]另一方面，若车辆的行驶速度在预定速度以下，则将至仪表盘70的虚像750的距离设定成比平视显示器10的虚像450的距离靠身前数十cm?Im程度。一般来说，当车辆的行驶速度较低时，多会使焦点集中在比较近的位置来进行驾驶，故通过缩短仪表盘70提示的虚像750的焦点位置，能减少伴随于视线移动的负担。除此以外，还可以在倒车行驶时也将仪表盘70的虚像750的距离设定得靠近身前。通过进行这样的控制，能既减少视线移动给用户带来的负担，又向用户提示更多的信息。通过减轻视线移动的负担，用户能以更短的时间确认更多的信息。
[0118]以上参照上述各实施方式说明了本发明，但本发明并非限定于上述各实施方式，将各实施方式的构成适当组合或置换的方案也包含在本发明中。
[0119]在上述的实施方式中，表示了作为中间像形成部360，将凹透镜364配置在扩散屏幕362的靠身前侧的情况，S卩，表示了透射过凹透镜364的图像显示光入射到扩散屏幕362的结构。作为再一种变形例，也可以使扩散屏幕362与凹透镜364相反地配置。此时，在中间镜350至投射镜400之间将按中间镜350、扩散屏幕362、凹透镜364、投射镜400的顺序排列光学元件。即使使中间像形成部360的朝向反过来，也能利用扩散屏幕362控制图像显示光的配光角，并利用凹透镜364控制主光线的朝向，提示出视认性高的虚像450。
[0120]在上述实施方式中，是通过采用凹透镜364作为中间像形成部360，来控制图像显示光的主光线的方向的。在变形例中，也可以不设置凹透镜364，而是采用中间像形成部360仅具有扩散屏幕362的构成。在该变形例中，通过图像投射部210所具有的投射透镜组242，调整图像显示光的主光线的方向。
[0121]在上述的实施方式中，表示了利用在χ方向上具有短轴、在y方向上具有长轴的楕圆形状的第2微透镜383b构成第2透镜阵列面382b的情况。在变形例中，也可以使第2微透镜383b的长轴和短轴的方向成为不同的朝向，来构成第2透镜阵列面382b。例如，在想要加大上下方向(y方向)的配光角时，只要使短轴成为y方向地构成即可。在该情况下，也能得到与上述实施方式同样的效果。
[0122]在上述实施方式中，表示了入射到扩散屏幕362的光按由圆形状的第I微透镜383a构成的第I透镜阵列面382a、由楕圆形状的第2微透镜383b构成的第2透镜阵列面382b的顺序透射的情况。在变形例中，也可以使第I透镜阵列面382a和第2透镜阵列面382b的配置反过来，采用入射光按第2透镜阵列面382b、第I透镜阵列面382a的顺序透射的构成。
[0123]在上述实施方式中，表示了由具有圆形状的第I微透镜383a构成第I透镜阵列面382a的情况。在变形例中，也可以采用具有楕圆形状的第I微透镜383a。此时，优选第I微透镜383a和第2微透镜383b的形状不同，并且优选使第I楕圆率ea与第2楕圆率eb的值不同。在二枚光扩散片中，通过使各个微透镜的楕圆率ea、eb取不同的值，能抑制衍射光的干涉导致的衍射峰值的产生。
[0124]在上述实施方式中，表示了第I微透镜383a及第2微透镜383b的轮廓384a、384b的形状为六边形的情况。在变形例中，也可以使微透镜的轮廓的形状为四边形，使多个微透镜配置成网格状或六边形网格状。此外，也可以使微透镜的轮廓的形状为圆形或楕圆形，在平坦面上排列圆形或楕圆形的微透镜。
[0125]在上述实施方式中，作为提示虚像的图像显示装置，说明了被用于车辆的平视显示器10及仪表盘70的例子。作为再一种变形例，也可以将本发明的图像显示装置适用于通过虚像的投影来确认车辆后方情况的虚像电子镜。
[0126]所谓虚像电子镜，是通过与仪表盘70同样的构成实时地向用户提示来自拍摄车辆后方的摄像头的图像的器件。虚像电子镜可作为对一般的侧方外后视镜和中央后视镜进行辅助或置换的装置来使用。例如在用虚像电子镜置换掉侧方外后视镜的情况下，在由一般的仪表类构成的仪表盘或可提示上述虚像750的仪表盘70的左右位置设置虚像电子镜，来提示车辆后方的图像。
[0127]此时，从用户的视点E至虚像电子镜提示的虚像的距离优选与仪表盘70提示的虚像750的距离相同或大致相同。当存在多个将各种信息作为虚像提示给用户的装置时，通过使虚线看起来在比各个装置中的虚像提示面更远处，能减轻视线移动给用户带来的负担。
[0128]此外，在虚像电子镜中，也可以与仪表盘70—样使虚像的距离和尺寸对应于车辆的速度或其他条件地可变。通过使其与仪表盘70所提示的虚像的距离相同或大致相同，能减轻视线移动带给用户的负担。伴随于此，能使驾驶车辆所需的安全确认或信息确认的时间减少，能实现对用户来说易于使用的系统。
[0129]〔标号说明〕
[0130]10...平视显示器、70...仪表盘、210...图像投射部、360...中间像形成部、362...扩散屏幕、364...凹透镜、370...实像、380a...第I光扩散片、380b...第2光扩散片、381a...第I平坦面、381b...第2平坦面、382a...第I透镜阵列面、382b...第2透镜阵列面、383a...第I微透镜、383b...第2微透镜、386a，386b...顶点、387a，387b...等高线、450...虚像、710...雾化板、720...图像投射部、735...中间镜、736...中间像形成部、740...凹面镜、750...虚像。
[0131]〔工业可利用性〕
[0132]通过本发明的透射型屏幕，能提高所投射的图像的视认性。
【主权项】
1.一种透射型屏幕，其特征在于，包括: 排列有多个第I微透镜的第I透镜阵列面，和 在垂直于所述第I透镜阵列面的方向上与其相分离地设置的、排列有多个与所述第I微透镜形状不同的第2微透镜的第2透镜阵列面； 所述第I微透镜的顶点附近的等高线为圆或楕圆形状； 所述第2微透镜的顶点附近的等高线为与所述第I微透镜的等高线楕圆率不同的楕圆形状。2.如权利要求1所述的透射型屏幕，其特征在于，包括: 具有所述第I透镜阵列面和背向于所述第I透镜阵列面的第I平坦面的第I光扩散片，以及 具有所述第2透镜阵列面和背向于所述第2透镜阵列面的第2平坦面的第2光扩散片； 所述第2光扩散片的所述第2透镜阵列面与所述第I平坦面相对地配置。3.如权利要求1或2所述的透射型屏幕，其特征在于， 该透射型屏幕具有在以垂直于所述第I透镜阵列面的方向为z轴方向的正交坐标系中X轴方向的宽度比y轴方向的宽度长的形状； 所述第I微透镜的等高线为圆形状； 所述第2微透镜的等高线为在所述X轴方向上具有短轴、在所述y轴方向上具有长轴的楕圆形状。4.如权利要求3所述的透射型屏幕，其特征在于， 该透射型屏幕的构造使得入射到该透射型屏幕的光在入射到所述第I透镜阵列面后再入射到所述第2透镜阵列面。5.如权利要求1至4的任一项所述的透射型屏幕，其特征在于， 所述第I透镜阵列面和所述第2透镜阵列面的距离在200μπι以上、400μπι以下。6.一种图像显示装置，其特征在于，包括: 投射图像显示光的图像投射部， 使基于从所述图像投射部投射来的图像显示光的实像成像的中间像形成部，以及 使透射过所述中间像形成部的图像显示光朝虚像提示面反射的投射镜； 所述中间像形成部包括: 排列有多个第I微透镜的第I透镜阵列面，和 在垂直于所述第I透镜阵列面的方向上与其相分离地设置的、排列有多个与所述第I微透镜形状不同的第2微透镜的第2透镜阵列面； 所述第I微透镜的顶点附近的等高线为圆或楕圆形状； 所述第2微透镜的顶点附近的等高线为与所述第I微透镜的等高线楕圆率不同的楕圆形状。
【文档编号】H04N9/31GK105874358SQ201480072066
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年9月17日
【发明人】濑川胜
【申请人】Jvc建伍株式会社