本發(fā)明涉及平視顯示裝置。

背景技術(shù)：

作為顯示規(guī)定的圖像的顯示器，人們知道有通過(guò)背光而對(duì)液晶顯示元件進(jìn)行透射照明的結(jié)構(gòu)的類型。在專利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)有具有這樣的結(jié)構(gòu)的顯示器的顯示裝置，該顯示裝置稱為所謂的平視顯示(Head-up Display；HUD)裝置。HUD裝置通過(guò)將來(lái)自顯示器的顯示光投射于車(chē)輛的前玻璃，用戶(主要為駕駛員)將規(guī)定的圖像辨認(rèn)為顯示像(虛像)。

在專利文獻(xiàn)1所述的顯示器中，背光采用聚光型的照明光學(xué)系統(tǒng)，在從背光用的光源到液晶顯示元件的光路上設(shè)置有：聚光透鏡(平行光形成機(jī)構(gòu))、透鏡陣列、物鏡(也稱為“聚焦透鏡”，為聚光機(jī)構(gòu))，由此，在液晶顯示元件的背后構(gòu)成背光單元。在專利文獻(xiàn)1的HUD裝置中，通過(guò)由透鏡陣列形成的光源的多重像所發(fā)出的光線通過(guò)物鏡而折射，以規(guī)定的角度射入液晶顯示元件。射入液晶顯示元件中的主光線以與入射角度基本相等的角度，從液晶顯示元件，作為顯示光射出，經(jīng)由主要由凹面鏡和前玻璃構(gòu)成的投射光學(xué)系統(tǒng)，匯聚于用戶的視點(diǎn)區(qū)域(アイボックス：可視范圍)附近。

已有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：JP特開(kāi)2012—203176號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在專利文獻(xiàn)1的HUD裝置中，以HUD裝置的像放大率，即投射光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)距離在顯示像的縱向和橫向上相等的條件為前提，物鏡的曲面形狀相對(duì)光軸呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀。但是，對(duì)于裝載于車(chē)輛上的HUD裝置，具有因設(shè)計(jì)上的制約，根據(jù)車(chē)種不同，投射光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)距離在縱向和橫向而不同的情況，該設(shè)計(jì)上的制約主要為設(shè)置下述部件等而產(chǎn)生，該部件分別用于：對(duì)由前玻璃所產(chǎn)生的顯示像的形變進(jìn)行補(bǔ)償、接納于有限的裝載空間、防止散射光。在該場(chǎng)合，具有視點(diǎn)區(qū)域的顯示光的聚光度劣化，光利用效率降低的危險(xiǎn)、從規(guī)定的視點(diǎn)而辨認(rèn)的顯示像的亮度均勻度降低的危險(xiǎn)。

另外，在專利文獻(xiàn)1的HUD裝置中，因聚光機(jī)構(gòu)的像差，越從光源的光軸離開(kāi)，從光源的多重像所發(fā)出的光線向液晶顯示元件的照射范圍越窄。由此，具有產(chǎn)生對(duì)液晶顯示元件的顯示區(qū)域的照明不均勻、產(chǎn)生伴隨視點(diǎn)移動(dòng)的顯示像的亮度不均勻的問(wèn)題。作為針對(duì)它的對(duì)策，列舉有聚光機(jī)構(gòu)的透鏡設(shè)置等的最佳化，但是，滿足背光的允許容積的范圍內(nèi)的最佳化具有限制，如果擴(kuò)大相對(duì)光軸而遠(yuǎn)離的位置的照射范圍，則隨之相對(duì)光軸附近的位置的照射范圍也擴(kuò)大，光利用效率降低。另外，具有向液晶顯示元件2的配光控制脫離理想狀況，在用戶的視點(diǎn)區(qū)域的聚光度降低的危險(xiǎn)。

本發(fā)明是針對(duì)上述情況而提出的，本發(fā)明的第1目的在于，提供一種HUD裝置，其抑制因光利用效率的降低、顯示像的亮度的均勻度的降低。

本發(fā)明是針對(duì)上述情況而提出的，本發(fā)明的第2目的在于，提供一種HUD裝置，其可抑制聚光機(jī)構(gòu)的像差造成的顯示元件的顯示區(qū)域的照明不均勻。

用于解決課題的技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述第1目的，本發(fā)明的平視顯示裝置涉及下述的平視顯示裝置，在該平視顯示裝置中，將具有背光單元和顯示元件的顯示器所發(fā)出的顯示光，經(jīng)由投射機(jī)構(gòu)投射于觀察者的視點(diǎn)區(qū)域，辨認(rèn)該顯示光所表示的圖像，

其特征在于，上述背光單元包括：

光源，該光源射出對(duì)上述顯示元件進(jìn)行照明的光；

透鏡陣列，該透鏡陣列分割從上述光源所射出的光，形成多個(gè)上述光源的像；

聚光機(jī)構(gòu)，該聚光機(jī)構(gòu)按照與上述顯示元件的顯示區(qū)域相對(duì)應(yīng)的方式，匯聚從上述光源的像所射出的光,

上述聚光機(jī)構(gòu)按照下述方式構(gòu)成，該方式為：縱向和橫向的焦點(diǎn)距離不同，以便對(duì)上述投射方向的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離的不同進(jìn)行補(bǔ)償。

為了實(shí)現(xiàn)上述第2目的，本發(fā)明的平視顯示裝置的特征在于,上述透鏡陣列按照下述方式構(gòu)成，該方式為：設(shè)置多個(gè)透鏡，周邊的透鏡的配光角度不同于中間的透鏡的配光角度。

發(fā)明的效果

按照本發(fā)明，可抑制聚光機(jī)構(gòu)的像差造成的顯示元件的顯示區(qū)域的照明不均勻。

附圖說(shuō)明

圖1為用于說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的HUD裝置的裝載形態(tài)的示意圖；

圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的HUD裝置的概況剖視圖；

圖3為圖2所示的HUD裝置的顯示器附近的放大圖；

圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的背光單元的概況分解立體圖；

圖5為用于說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的背光單元的功能的示意圖，圖5(a)為實(shí)施方式和比較例的橫向剖視圖，圖5(b)為比較例的縱向剖視圖，圖5(c)為實(shí)施方式的縱向剖視圖；

圖6為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的透鏡陣列的主視圖；

圖7為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的第2聚焦透鏡的圖；

圖8為用于說(shuō)明已有技術(shù)的背光單元的功能的示意圖的橫向剖視圖；

圖9為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的透鏡陣列的橫向剖視圖；

圖10為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的透鏡陣列的另一例子的橫向剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的平視顯示(HUD)裝置進(jìn)行說(shuō)明。

本實(shí)施方式的HUD裝置100按照像圖1所示的那樣，埋入車(chē)輛C的儀表盤(pán)中的方式設(shè)置。HUD裝置100像圖2所示的那樣，包括：由背光單元1和液晶顯示元件2(顯示元件)構(gòu)成的顯示器3；平面鏡4；凹面鏡5；筐體6；保護(hù)部件7。

HUD裝置100通過(guò)將從顯示器3所射出的顯示光L投射于車(chē)輛C的擋風(fēng)玻璃S(前擋玻璃)上，將顯示光L所表示的圖像作為虛像V(顯示像)，由用戶U(主要為駕駛員)辨認(rèn)。從顯示器3所射出的顯示光L通過(guò)由來(lái)自背光單元1的光，對(duì)液晶顯示元件2進(jìn)行透射照明的方式獲得，表示規(guī)定的圖像。

背光單元1像圖3所示的那樣，包括：光源10、平行形成機(jī)構(gòu)20、照度均勻化機(jī)構(gòu)30、透鏡陣列40、第1聚焦透鏡51、第2聚焦透鏡52、反射部60、擴(kuò)散片70、外殼體80與外罩部件90。

平行光形成機(jī)構(gòu)20、照度均勻化機(jī)構(gòu)30、透鏡陣列40、第1聚焦透鏡51、第2聚焦透鏡52、反射部60與擴(kuò)散片70設(shè)置于光源10所射出的光的光路上。它們從光源10，朝向液晶顯示元件2，按照平行光形成機(jī)構(gòu)20、照度均勻化機(jī)構(gòu)30、透鏡陣列40、第1聚焦透鏡51、反射部60、第2聚焦透鏡52、擴(kuò)散片70的順序而設(shè)置。光源10、平行光形成機(jī)構(gòu)20、透鏡陣列40、第1聚焦透鏡51和第2聚焦透鏡52構(gòu)成HUD裝置100的照明光學(xué)系統(tǒng)。背光單元1按照一邊將從光源10發(fā)出的光均勻地照射到液晶顯示元件2的顯示區(qū)域A，一邊將從液晶顯示元件2中透射的顯示光L經(jīng)由由凹面鏡5和擋風(fēng)玻璃S構(gòu)成的HUD裝置100的投射機(jī)構(gòu)(投射光學(xué)系統(tǒng))，導(dǎo)到用戶U的可視范圍EB(視點(diǎn)區(qū)域)內(nèi)的方式，控制從液晶顯示元件2的前面(朝向圖2和圖3中的紙面上方向的面)所射出的顯示光L的角度(參照?qǐng)D5)。

光源10發(fā)出對(duì)液晶顯示元件2進(jìn)行透射照明的光(在下面也稱為“照明光I”)。光源10由比如，2個(gè)LED(發(fā)光二極管)構(gòu)成。另外，光源10還可由1或3個(gè)以上的LED構(gòu)成。光源10安裝于固定在外殼體80上的電路襯底11(參照?qǐng)D4)上。在電路襯底11中，在由鋁、樹(shù)脂等形成的基材上形成電路布圖，通過(guò)后述的控制部(在圖中沒(méi)有示出)與公知的方法而導(dǎo)通連接。另外，光源10與放熱部件(在圖中沒(méi)有示出)熱耦合。放熱部件為由比如鋁等的金屬材料制作的翅片型的結(jié)構(gòu)體，將光源10發(fā)出的熱量排放到外部。

平行光形成機(jī)構(gòu)20接受來(lái)自光源10的照明光I，作為平行光所射出。在這里所說(shuō)的平行光為與光源10的光軸AX(參照?qǐng)D3)基本平行(還包括剛好平行)地行進(jìn)的光。平行光形成機(jī)構(gòu)20由比如聚光透鏡構(gòu)成。聚光透鏡為通過(guò)工程樹(shù)脂材料而制作的凸透鏡，相對(duì)1個(gè)光源10，對(duì)應(yīng)有1個(gè)透鏡。在采用多個(gè)光源10的場(chǎng)合，采用設(shè)置多個(gè)凸透鏡的集合透鏡的形態(tài)。平行光形成機(jī)構(gòu)20在從制造上的情況說(shuō)，打算將透鏡曲面頂點(diǎn)距離(透鏡厚度)抑制在規(guī)定的厚度的場(chǎng)合，在打算一邊維持或增加照明光I的獲取量，一邊進(jìn)一步提高從平行光形成機(jī)構(gòu)20所射出的光的平行度的場(chǎng)合等時(shí)，根據(jù)使用，也可由2個(gè)以上的透鏡構(gòu)成。另外，由于平行光形成機(jī)構(gòu)20設(shè)置于光源10的附近，故最好考慮由光源10而產(chǎn)生的熱的影響，采用耐熱性優(yōu)良的光學(xué)樹(shù)脂材料。另外，平行光形成機(jī)構(gòu)20也可采用準(zhǔn)直透鏡等的其它公知的光學(xué)元件。

在照度均勻化機(jī)構(gòu)30中，射入通過(guò)平行光形成機(jī)構(gòu)20而構(gòu)成平行光的照明光I，謀求射出側(cè)的光的照度分布的均勻化。照度均勻化機(jī)構(gòu)30由比如燈箱構(gòu)成。該燈箱為包圍光軸AX的方筒狀的部件，內(nèi)面(光軸AX側(cè)的面)為鏡面。照度均勻化機(jī)構(gòu)30也可為具有光擴(kuò)散片、光反射板等的其它的公知的燈箱等。

透鏡陣列40像圖6的主視圖(表示液晶顯示元件2側(cè))所示的那樣，為沿縱橫向排列多個(gè)微小透鏡41的透鏡集合體，稱為所謂的蠅眼透鏡。透鏡41為比如光源10側(cè)和液晶顯示元件2側(cè)的兩個(gè)面呈相同的凸形狀的所謂的雙凸透鏡。另外，透鏡41的各自的光軸與平行光形成機(jī)構(gòu)20的光軸平行。另外，透鏡41的曲面也可為非球面或自由曲面。

在透鏡陣列40中，射入通過(guò)平行光形成機(jī)構(gòu)20而進(jìn)行基本平行處理，通過(guò)照度均勻化機(jī)構(gòu)30而使照度基本均勻的照明光I。由于透鏡陣列40以構(gòu)成本身的透鏡41的數(shù)量而產(chǎn)生多重像(中間像)，故通過(guò)平行光形成機(jī)構(gòu)20而產(chǎn)生的1個(gè)光源10的放大像(從光源10所射出的照明光I)以透鏡陣列40的透鏡41的數(shù)量，進(jìn)行分割，形成多重像。由此，即使以少的光源10，仍可以均質(zhì)的光強(qiáng)度分布對(duì)液晶顯示元件2進(jìn)行照明。

設(shè)置透鏡陣列40的透鏡41的區(qū)域?qū)?yīng)于液晶顯示元件2的顯示區(qū)域A而呈長(zhǎng)方形狀，在相對(duì)其長(zhǎng)方形的縱向(圖6的左右方向)，劃分為位于中間處的中間部40A、相對(duì)中間部40A而位于左側(cè)的左周邊部40B、相對(duì)中間部40A而位于右側(cè)的右周邊部40C的3個(gè)區(qū)域時(shí)，按照左右周邊部40B、40C的透鏡41的陣列間距(鄰接的2個(gè)透鏡41的頂點(diǎn)之間的距離)不同于中間部40A的透鏡41的陣列間距的方式形成各透鏡41。具體來(lái)說(shuō)，按照左右周邊部40B、40C的透鏡41的陣列間距大于中間部40A的透鏡41的陣列間距的方式形成各透鏡41。在后面，對(duì)像這樣周邊的透鏡41的陣列間距不同于中間的透鏡41的陣列間距的作用進(jìn)行描述。

第1聚焦透鏡51和第2聚焦透鏡52由比如凸透鏡構(gòu)成，該凸透鏡由光學(xué)樹(shù)脂材料制作，它們用作聚光機(jī)構(gòu)，該聚光機(jī)構(gòu)將從透鏡陣列40產(chǎn)生的光源10的多重像所射出的照明光I按照與液晶顯示元件2的顯示區(qū)域A(參照?qǐng)D5)相對(duì)應(yīng)的方式匯聚。具體來(lái)說(shuō)，第1聚焦透鏡51和第2聚焦透鏡52協(xié)同地跨過(guò)顯示于液晶顯示元件2的前面上的圖像的可顯示范圍(顯示區(qū)域A)相對(duì)應(yīng)的背面的全面，照射來(lái)自透鏡陣列40的照明光I。由此，可以良好的效率，將表示由透鏡陣列40而產(chǎn)生的多重像的照明光I照射到液晶顯示元件2的背面的必要的范圍內(nèi)。另外，此時(shí)，通過(guò)使相對(duì)多重像的第1、第2聚焦透鏡51、52的焦點(diǎn)距離和光學(xué)配置為最佳，照射到液晶顯示元件2的背面上的照明光I的角度在規(guī)定的值附近。由此，可控制從液晶顯示元件2的前面所射出的顯示光L的配光角度，可提高向可視范圍EB的顯示光L的照射效率。

由第1、第2聚焦透鏡51、52構(gòu)成的上述聚光機(jī)構(gòu)按照下述方式構(gòu)成，該方式為：縱向和橫向的焦點(diǎn)距離不同，從而對(duì)由凹面鏡5和擋風(fēng)玻璃S構(gòu)成的上述投射機(jī)構(gòu)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離的不同進(jìn)行補(bǔ)償。具體來(lái)說(shuō)，第1聚焦透鏡51和第2聚焦透鏡52兩者中的至少1者由超環(huán)(toroidal)面透鏡構(gòu)成。即，第1聚焦透鏡51的兩個(gè)面和第2聚焦透鏡52的兩個(gè)面這四個(gè)面中的至少1個(gè)面作為相垂直的縱向和橫向的曲率不同的非球面的超環(huán)面而構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，像圖7所示的那樣，第2聚焦透鏡52的兩個(gè)面為超環(huán)面，相垂直的縱向(垂直方向)的焦點(diǎn)距離與橫向(水平方向)的焦點(diǎn)距離不同。另外，圖7(a)為第2聚焦透鏡52的主視圖(表示液晶顯示元件2側(cè))，圖7(b)為第2聚焦透鏡52的縱向剖視圖，圖7(c)為第2聚焦透鏡52的橫向剖視圖。像這樣，使上述聚光機(jī)構(gòu)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離不同的作用將在后面具體描述。另外，作為使上述聚光機(jī)構(gòu)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離不同的方法，也可在構(gòu)成上述聚光機(jī)構(gòu)的光學(xué)部件上，至少1個(gè)曲面為自由曲面。

反射部60設(shè)置于第1聚焦透鏡51和第2聚焦透鏡52之間。反射部60由平面鏡構(gòu)成，該平面鏡按照于由比如樹(shù)脂、玻璃等形成的基材上蒸鍍鋁等的金屬，形成反射面61的方式形成。反射部60按照相對(duì)光源10的光軸AX使反射面61傾斜的方式設(shè)置。來(lái)自第1聚焦透鏡51的照明光I通過(guò)該反射面61而反射，射入第2聚焦透鏡52中。

在本實(shí)施方式中，按照像圖3所示的那樣，從反射部60到液晶顯示元件2的照明光I的光路與光源10的光軸AX基本垂直的方式設(shè)置反射部60。像這樣，反射部60變更照明光I的光路。

擴(kuò)散片70由比如于至少1個(gè)面上進(jìn)行凹凸加工的合成樹(shù)脂構(gòu)成，具有透光性。來(lái)自第2聚焦透鏡52的照明光I通過(guò)擴(kuò)散片70，由此，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散到達(dá)液晶顯示元件2的背面。像這樣，通過(guò)設(shè)置擴(kuò)散片70，降低液晶顯示元件2的照明的不均勻。

外殼體80由樹(shù)脂等形成，呈箱狀，在其內(nèi)部接納光源10、平行光形成機(jī)構(gòu)20、照度均勻化機(jī)構(gòu)30、透鏡陣列40、第1聚焦透鏡51與反射部60。外殼體80像圖4所示的那樣，具有上部開(kāi)口部81和側(cè)部開(kāi)口部82。上部開(kāi)口部81朝向液晶顯示元件2側(cè)而開(kāi)口。側(cè)部開(kāi)口部82朝向光源10側(cè)而開(kāi)口。上部開(kāi)口部81和側(cè)部開(kāi)口部82連通。按照封閉側(cè)部開(kāi)口部82的方式，設(shè)置電路襯底11。電路襯底11通過(guò)螺釘?shù)鹊墓潭C(jī)構(gòu)(在圖中沒(méi)有示出)固定于外殼體80上。由此，光源10按照朝向外殼體80的內(nèi)部射出光的方式設(shè)置。按照覆蓋上部開(kāi)口部81中的與光源10相反的一側(cè)的端部的方式設(shè)置第2聚焦透鏡52。按照封閉上部開(kāi)口部81的方式設(shè)置外罩部件90。

外罩部件90像圖4所示的那樣，由樹(shù)脂等形成，呈板狀覆蓋外殼體80的上部開(kāi)口部81。外罩部件90通過(guò)螺釘90b等的固定機(jī)構(gòu)固定于外殼體80上。在外罩部件90上，形成窺探第2聚焦透鏡52的開(kāi)口部91。開(kāi)口部91呈與第2聚焦透鏡52的透鏡面形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。

通過(guò)外殼體80和外罩部件90構(gòu)成背光單元1的筐體。

由于像以上描述的那樣，形成在1個(gè)外殼體80的內(nèi)部設(shè)置照度均勻化機(jī)構(gòu)30、第1聚焦透鏡51、反射部60等的光學(xué)部件的結(jié)構(gòu)，故背光單元1的組裝也容易。另外，由于外罩部件90覆蓋必要的部位以外(即，窺探第2聚焦透鏡52的開(kāi)口部91以外)的部位，故可防止照明光I不必要地泄漏到背光單元1的外部的情況。

液晶顯示元件2通過(guò)比如在TFT(薄膜晶體管)型的液晶面板的前面和背面上設(shè)置偏振片的方式構(gòu)成。另外，構(gòu)成液晶顯示元件2的液晶面板也可為無(wú)源驅(qū)動(dòng)型。液晶面板可采用TN(扭曲向列)型、VA(垂直取向)型、STN(超扭曲向列)型、強(qiáng)電介性型等的各種類型的液晶面板。

液晶顯示元件2通過(guò)根據(jù)控制部(在圖中沒(méi)有示出)的控制，將構(gòu)成顯示區(qū)域A的各像素切換到透射、不透射中的任意的狀態(tài)，在顯示區(qū)域A顯示規(guī)定的圖像。顯示區(qū)域A為呈于橫向而伸長(zhǎng)的長(zhǎng)方形狀。比如，控制部從車(chē)輛C的ECU(電子控制單元)獲得通過(guò)通信線路而傳送的各種的車(chē)輛信息，在液晶顯示元件2中顯示表示車(chē)輛速度、每公升燃料行駛的公里數(shù)等的圖像。同時(shí)，控制部使光源10發(fā)光。由此，液晶顯示元件2通過(guò)由背光單元1而產(chǎn)生的照明光I而進(jìn)行透射照明，表示顯示圖像的顯示光L從液晶顯示元件2所射出。

像這樣，從由背光單元1與液晶顯示元件2構(gòu)成的顯示器3，射出顯示光L。

返回到圖2，平面鏡4按照于由樹(shù)脂、玻璃等形成的基材上蒸鍍鋁等的金屬，形成反射面的方式構(gòu)成。平面鏡4將顯示器3發(fā)出的顯示光L朝向凹面鏡5而反射。

凹面鏡5按照在由樹(shù)脂、玻璃等形成的基材上蒸鍍鋁等的金屬，形成反射面的方式構(gòu)成。凹面鏡5的反射面為凹面。來(lái)自顯示器3的顯示光L通過(guò)凹面鏡5而放大，射入擋風(fēng)玻璃S中，通過(guò)擋風(fēng)玻璃S而反射，投射于用戶U的可視范圍EB中。由此，由用戶U而辨認(rèn)的虛像V為將顯示于顯示器3中的圖像放大的尺寸。

像這樣，從顯示器3所發(fā)出的顯示光L經(jīng)由凹面鏡5與擋風(fēng)玻璃S構(gòu)成的上述投射機(jī)構(gòu)，投射于用戶U的可視范圍EB中，辨認(rèn)虛像V。

筐體6由樹(shù)脂等形成，呈箱狀，在其內(nèi)部接納平面鏡4和凹面鏡5。平面鏡4和凹面鏡5通過(guò)公知的方法而固定于筐體6的內(nèi)部。

筐體6像圖2所示的那樣，具有上部開(kāi)口部6a和下部開(kāi)口部6b。上部開(kāi)口部6a朝向擋風(fēng)玻璃S而開(kāi)口，用作使顯示光L通過(guò)而到達(dá)HUD裝置100的外部的射出口。下部開(kāi)口部6b位于筐體6中的與上部開(kāi)口部6a相反的一側(cè)，在其下端部(圖2的紙面下方向的端部)設(shè)置液晶顯示元件2。像這樣，下部開(kāi)口部6b按照朝向筐體6的內(nèi)部而窺探液晶顯示元件2的顯示面的方式形成。

像這樣，筐體6按照包圍從液晶顯示元件2到用作射出口的上部開(kāi)口部6a的顯示光L的光路的方式形成。

像圖2所示的那樣，背光單元1在筐體6的外側(cè)，從下部開(kāi)口部6b側(cè)安裝于筐體6上。比如，通過(guò)螺釘8等的固定機(jī)構(gòu)，將外殼體80固定于筐體6上，由此，將背光單元1安裝于筐體6上。此時(shí)，按照覆蓋外殼體80的外罩部件90的開(kāi)口部91(參照?qǐng)D4)連通到筐體6的下部開(kāi)口部6b(參照?qǐng)D2)的方式，將背光單元1安裝。

保護(hù)部件7由樹(shù)脂等形成，從下側(cè)(圖2的紙面下側(cè))覆蓋安裝于筐體6上的背光單元1，通過(guò)規(guī)定的方法而固定于筐體6上。像這樣設(shè)置的保護(hù)部件7防止背光單元1受到灰塵、振動(dòng)等的影響。

對(duì)于HUD裝置100，如果簡(jiǎn)單地可讓用戶U將規(guī)定的圖像作為虛像V而辨認(rèn)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行描述，則如下述的(1)、(2)那樣。

(1)顯示器3顯示圖像，由此，射出顯示光L。來(lái)自顯示器3的顯示光L通過(guò)平面鏡4和凹面鏡5而反射，朝向擋風(fēng)玻璃S而反射。像這樣，HUD裝置100將顯示光L朝向擋風(fēng)玻璃S所射出。

(2)來(lái)自HUD裝置100的顯示光L通過(guò)擋風(fēng)玻璃S而反射，由此，從用戶U而觀看，顯示圖像的虛像V成像于擋風(fēng)玻璃S的前方。

下面通過(guò)圖5，對(duì)下述作用進(jìn)行說(shuō)明，該作用指按照上述聚光機(jī)構(gòu)(第1、第2聚焦透鏡51、52)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離不同，從而對(duì)上述投射機(jī)構(gòu)(凹面鏡5和擋風(fēng)玻璃S)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離的不同進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞綐?gòu)成上述聚光機(jī)構(gòu)的作用。在下面，將上述投射機(jī)構(gòu)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離相等，即構(gòu)成上述聚光機(jī)構(gòu)的第1、第2聚焦透鏡51、52的全部的曲面為軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的曲面的場(chǎng)合作為比較例子進(jìn)行說(shuō)明。圖5(a)為用于說(shuō)明本實(shí)施方式和比較例的背光單元1(照明光學(xué)系統(tǒng))的功能的示意圖的縱向剖視圖，圖5(b)為用于說(shuō)明比較例的背光單元1的功能的示意圖的縱向剖視圖，圖5(c)為用于說(shuō)明本實(shí)施方式的背光單元1的功能的示意圖的縱向剖視圖。另外，在圖5(a)～圖5(c)中，為了容易觀看圖，通過(guò)1個(gè)凸透鏡而表示第1、第2聚焦透鏡51、52，通過(guò)1個(gè)凸透鏡而表示凹面鏡和擋風(fēng)玻璃S。另外，為了容易理解背光單元1的功能，在圖5(a)的橫向剖視圖和圖5(b)、圖5(c)的縱向剖視圖中，按照與各部分的實(shí)際的形狀無(wú)關(guān)，各部分的橫向(圖5(a)的紙面上下方向)的長(zhǎng)度和縱向(圖5(b)、圖5(c)的紙面上下方向)的長(zhǎng)度相等的方式進(jìn)行圖示(實(shí)際上，除了光源10以外的各部分為在橫向伸長(zhǎng)的形狀)。

像前述的那樣，在裝載于車(chē)輛C上的HUD裝置100中，具有因各種的設(shè)計(jì)上的制約，伴隨車(chē)種，上述投射機(jī)構(gòu)的焦點(diǎn)距離在縱向和橫向不同的情況。在該場(chǎng)合，如果沒(méi)有采取任何的措施，則可視范圍EB的顯示光L的聚光度在縱向或橫向劣化。具體來(lái)說(shuō)，比如，在對(duì)應(yīng)于上述投射機(jī)構(gòu)的橫向而設(shè)計(jì)上述聚光機(jī)構(gòu)的焦點(diǎn)距離的場(chǎng)合，由于像圖5(a)所示的那樣，相對(duì)可視范圍EB的橫向，顯示光L在可視范圍EB上的任意點(diǎn)處成像，故雖然顯示光L的成像度，即聚光度高，但是由于像圖5(b)所示的那樣，相對(duì)可視范圍EB的縱向，顯示光L成像于脫離可視范圍EB的位置，故顯示光L的聚光度劣化。如果顯示光L的聚光度劣化，則具有導(dǎo)向到可視范圍EB外的顯示光L增加，光利用效率降低，另外，從任意的視點(diǎn)而看到的虛像V產(chǎn)生亮度不均勻，亮度均勻度降低的危險(xiǎn)。另外，圖5(b)表示上述投射機(jī)構(gòu)的縱向的焦點(diǎn)距離大于橫向的焦點(diǎn)距離的場(chǎng)合。

相對(duì)該情況，在本實(shí)施方式中，按照對(duì)上述投射機(jī)構(gòu)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離的不同進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞?，在縱向和橫向，使上述聚光機(jī)構(gòu)的焦點(diǎn)距離不同。如果像這樣形成，則一邊像圖5(a)所示的那樣，在可視范圍EB的橫向，與過(guò)去相同保持高的聚光度，一邊像圖5(c)所示的那樣，還相對(duì)可視范圍EB的縱向，通過(guò)上述聚光機(jī)構(gòu)的焦點(diǎn)距離的變更，在橫向和縱向使HUD裝置100的整體的焦點(diǎn)距離一致，由此，顯示光L成像于可視范圍EB上的任意點(diǎn)，可高度地保持顯示光L的聚光度。另外，圖5(c)表示按照對(duì)應(yīng)于上述投射方向的縱向的焦點(diǎn)距離大于橫向的焦點(diǎn)距離的狀況，上述聚光機(jī)構(gòu)的第2聚焦透鏡52的縱向的焦點(diǎn)距離小于橫向的焦點(diǎn)距離的方式構(gòu)成(改變縱向的曲面的曲率)的場(chǎng)合。另外，因上述投射機(jī)構(gòu)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離的不同，虛像V的像放大率在縱向和橫向不同，但是，通過(guò)在縱向和橫向，使在液晶顯示元件2中顯示的圖像的尺寸不同，可對(duì)像放大率的不同進(jìn)行補(bǔ)償。

下面還對(duì)上述聚光機(jī)構(gòu)的焦點(diǎn)距離的具體的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行描述。

如果HUD裝置100的上述照明光學(xué)系統(tǒng)(光源10、平行光形成機(jī)構(gòu)20、透鏡陣列40、第1、第2聚焦透鏡51、52)的焦點(diǎn)距離為fa，上述HUD裝置100的上述投射機(jī)構(gòu)(凹面鏡5、擋風(fēng)玻璃S)的焦點(diǎn)距離為fb，上述照明光學(xué)系統(tǒng)和上述投射機(jī)構(gòu)組合的HUD裝置100整體的焦點(diǎn)距離為f(a+b)，則HUD裝置整體的焦點(diǎn)距離f(a+b)可由下述的數(shù)學(xué)公式1而表示：

(數(shù)學(xué)公式1)

其中，d表示上述照明光學(xué)系統(tǒng)的中心點(diǎn)和上述投射機(jī)構(gòu)的中心點(diǎn)之間的距離。

首先，考慮可視范圍EB的位置和虛像V的像放大率、以及虛像V的形變、裝載性等的設(shè)計(jì)上的制約，確定上述投射機(jī)構(gòu)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離fb。接著，通過(guò)計(jì)算、任意值的設(shè)定等，計(jì)算上述照明光學(xué)系統(tǒng)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離fa中的一者，根據(jù)上述數(shù)式1，計(jì)算HUD裝置100整體的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離f(a+b)的一者。進(jìn)而，以HUD裝置100整體的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離f(a+b)中的另一者等于在先計(jì)算的一者的值的方式，根據(jù)上述數(shù)式1，計(jì)算上述照明光學(xué)系統(tǒng)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離fa的另一者。此外，通過(guò)照明模擬來(lái)調(diào)整已計(jì)算的上述照明光學(xué)系統(tǒng)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離fa。根據(jù)像這樣而獲得的上述照明光學(xué)系統(tǒng)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離fa，設(shè)計(jì)上述聚光機(jī)構(gòu)(在本實(shí)施方式中，為第2聚焦透鏡52)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離。像這樣，可按照對(duì)上述投射機(jī)構(gòu)的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞?，在縱向和橫向，使上述聚光結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)距離不同。

下面通過(guò)圖8和圖9，對(duì)在透鏡陣列40的左右周邊部40B、40C與中間部40A中，透鏡41的陣列間距不同的作用進(jìn)行說(shuō)明。另外，圖8為說(shuō)明透鏡陣列40的功能的示意圖的橫向剖視圖，圖9為表示透鏡陣列40的透鏡41的橫向剖視圖。

像前述那樣，透鏡陣列40為微小的透鏡41的集合體，如果通過(guò)平行光形成機(jī)構(gòu)20而基本平行化的照明光I射入透鏡陣列40中，則該照明光I通過(guò)各個(gè)透鏡41的入射側(cè)(光源10側(cè))曲面而折射，匯聚于射出側(cè)(液晶顯示元件2側(cè))曲面的附近，成多重像。此時(shí)，在不采取任何的措施的場(chǎng)合，各透鏡41的配光角度與透鏡41的位置無(wú)關(guān)，是相等的，像圖8所示的那樣，因第1、第2聚焦透鏡51、52的像差，伴隨相對(duì)光軸AX的遠(yuǎn)離，從多重像朝向液晶顯示元件2的照明光I的照射范圍變窄。在圖8中，雖然通過(guò)從與光軸AX重合的透鏡41而成像的光源10的像所射出的照明光I經(jīng)由第1、第2聚焦透鏡51、52照射到液晶顯示元件2的顯示區(qū)域A整體，但是，從通過(guò)相對(duì)光軸AX，在透鏡陣列40的左右方向(圖8的紙面上下方向)而離開(kāi)的透鏡41而成像的光源10的像所射出的照明光I經(jīng)由第1、第2聚焦透鏡51、52，沒(méi)有照射到液晶顯示元件2的顯示區(qū)域A的一部分(端部)，產(chǎn)生照射不均勻。在HUD裝置100中，由于最終投射有顯示光L的部件為光擴(kuò)散性低的擋風(fēng)玻璃S，故指向性高，液晶顯示元件2的照明不均勻容易由顯示像(虛像V)的亮度不均勻而反映。

相對(duì)該情況，在本實(shí)施方式中，通過(guò)在透鏡40的左右周邊部40B、40C和中間部40A，使透鏡41的陣列間距不同，在左右周邊部40B、40C和中間部40A，使透鏡41的配光角度不同。具體來(lái)說(shuō)，按照左右周邊部40B、40C的透鏡41的陣列間距大于中間部40A的透鏡41的陣列間距，以便左右周邊部40B、40C的配光角度大于中間部40A的方式，形成各透鏡41。如果陣列間距變大，則曲面的尺寸變大，其結(jié)果是，配光角度變大。圖9(a)表示中間部40A的透鏡41，圖9(b)表示左右周邊部40B、40C的透鏡41。另外，圖9(a)、圖9(b)均為橫向剖視圖。作為左右周邊部40B、40C中的與液晶顯示元件2的縱向相對(duì)應(yīng)的透鏡陣列40的左右方向(圖9的紙面上下方向)的透鏡41的陣列間距W2大于中間部40A的透鏡41的左右方向的陣列間距W1的結(jié)果(W2＞W(wǎng)1)，左右周邊部40B、40C的透鏡41的配光角度θ2大于中間部40A的透鏡41的配光角度θ1。于是，在左右周邊部40B、40C中，均可將從通過(guò)透鏡41而成像的光源10的像所射出的照明光I的照射范圍擴(kuò)大，照射到液晶顯示元件2的顯示區(qū)A整體。另外，透鏡陣列40的整體的的縱向和橫向的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于液晶顯示元件2的前面的顯示光L的配光角度而確定。比如，在第1、第2聚焦透鏡51、52的焦點(diǎn)距離固定的場(chǎng)合，伴隨透鏡陣列40整體的長(zhǎng)度的增加，液晶顯示元件2中的顯示光L的配光角度變大。

另外，作為通過(guò)透鏡陣列40的左右周邊部40B、40C與中間部40A，使透鏡41的配光角度不同的方法，不但使上述陣列間距不同，還可使透鏡41的曲面形狀和/或厚度不同，使透鏡41的焦點(diǎn)距離不同。在該場(chǎng)合，具體來(lái)說(shuō)，像10所示的那樣，通過(guò)使左右周邊部40B、40C的透鏡41的焦點(diǎn)距離小于中間部40A的透鏡41的焦點(diǎn)距離，可使左右周邊部40B、40C的透鏡41的配光角度θ2(圖10(b))大于中間的透鏡41的配光角度θ1(圖10(a))。

針對(duì)觀點(diǎn)1方面，以上描述的HUD裝置100為下述的平視顯示裝置100，在該平視顯示裝置100中，經(jīng)由投射機(jī)構(gòu)(凹面鏡5和擋風(fēng)玻璃S)，將包括背光單元1和液晶顯示元件2的顯示器3所發(fā)出的顯示光L投射到觀察者(用戶U)的視點(diǎn)區(qū)域(可視范圍EB)，辨認(rèn)虛像V，背光單元1包括：光源10，該光源10射出對(duì)液晶顯示元件2進(jìn)行照明的光(照明光I)；透鏡陣列40，該透鏡陣列40對(duì)從光源10所射出的光進(jìn)行分割，形成多個(gè)光源10的像；聚光機(jī)構(gòu)(第1、第2聚焦透鏡51、52)，該聚光機(jī)構(gòu)按照下述方式構(gòu)成，該方式為：縱向和橫向的焦點(diǎn)距離不同，從而對(duì)上述投射方向的縱向和橫向的焦點(diǎn)距離的不同進(jìn)行補(bǔ)償。

通過(guò)該方案，通過(guò)在縱向和橫向使HUD裝置100整體的焦點(diǎn)距離一致，顯示光L成像于可視范圍EB上的任意點(diǎn)上，可較高地保持顯示光L的聚光度。由此，可抑制光利用效率的降低、虛像V的亮度均勻度的降低。

另外，在HUD裝置100中，上述聚光機(jī)構(gòu)由1個(gè)以上的聚焦透鏡構(gòu)成，上述聚焦透鏡中的至少1個(gè)的表面為超環(huán)面或自由曲面。

按照該方案，可容易在縱向和橫向使上述聚光機(jī)構(gòu)的焦點(diǎn)距離不同。

此外，HUD裝置100裝載于交通工具(車(chē)輛C)上，按照上述投射機(jī)構(gòu)至少包括上述交通工具的前擋玻璃S的方式構(gòu)成。

按照該方案，即使在通過(guò)前擋玻璃S，在上述投射機(jī)構(gòu)的縱向和橫向，焦點(diǎn)距離產(chǎn)生不同的情況下，仍可較高地保持顯示光L的聚光度，仍可抑制光利用效率的降低、虛像V的亮度均勻度的降低。

另外，針對(duì)觀點(diǎn)2方面，HUD裝置100為下述的平視顯示裝置100，在該平視顯示裝置100中，經(jīng)由投射機(jī)構(gòu)(凹面鏡5和擋風(fēng)玻璃S)，將包括背光單元1和液晶顯示元件2顯示器3所發(fā)出的顯示光L投射到觀察者(用戶U)的視點(diǎn)區(qū)域(可視范圍EB)，辨認(rèn)顯示光L所表示的圖像，背光單元1包括：光源10，該光源10射出對(duì)液晶顯示元件2進(jìn)行照明的光(照明光I)；透鏡陣列40，在該透鏡陣列40中設(shè)置多個(gè)透鏡41，該透鏡陣列40分割從光源10所射出的光，形成多個(gè)光源10的像；聚光機(jī)構(gòu)(第1、第2聚焦透鏡51、52)，該聚光機(jī)構(gòu)按照與液晶顯示元件2的顯示區(qū)域A相對(duì)應(yīng)的方式對(duì)從光源10的像所射出的光進(jìn)行匯聚，透鏡陣列40按照周邊的透鏡41的配光角度θ2不同于中間的透鏡41的配光角度θ1的方式構(gòu)成。

通過(guò)該方案，即使在透鏡陣列40的周邊，仍與第1、第2聚焦透鏡51、52的像差無(wú)關(guān)，可將通過(guò)透鏡41而產(chǎn)生的光源10的像的照明光I照射到液晶顯示元件2的顯示區(qū)域A整體，可抑制液晶顯示元件2的顯示區(qū)域A的照明不均勻。

還有，透鏡陣列40還可按照下述方式構(gòu)成，該方式為：周邊的透鏡41的陣列間距W2大于中間的透鏡41的陣列間距W1。

由此，可容易使周邊的透鏡41的透鏡41的配光角度θ2不同于中間的透鏡41的配光角度θ1。

另外，透鏡陣列40還可按照下述方式構(gòu)成，該方式為：周邊的透鏡41的焦點(diǎn)距離小于中間的透鏡41的焦點(diǎn)距離。

由此，可容易使周邊的透鏡41的配光角度θ2不同于中間的透鏡41的配光角度θ1。

另外，透鏡陣列40按照下述方式構(gòu)成，該方式為：透鏡41呈長(zhǎng)方形狀設(shè)置，相對(duì)上述長(zhǎng)方形的縱向，周邊的透鏡41的透鏡41的配光角度θ2不同于中間的透鏡41的配光角度θ1。

按照該方案，針對(duì)距光軸AX的距離遠(yuǎn)、更容易產(chǎn)生照明不均勻的區(qū)域，可抑制液晶顯示元件2的顯示區(qū)域A的照明不均勻。另外，還可按照下述方式構(gòu)成，該方式為：即使在透鏡陣列40呈長(zhǎng)方形狀而設(shè)置透鏡41的情況下，在整體的尺寸大的場(chǎng)合，同樣相對(duì)長(zhǎng)方形的寬度方向，周邊的透鏡41的配光角度仍不同于中間的透鏡41的配光角度。

另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，可進(jìn)行各種的變形。

以上，對(duì)聚光機(jī)構(gòu)由2個(gè)聚焦透鏡構(gòu)成的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但是聚光機(jī)構(gòu)還可由1個(gè)或3個(gè)以上的聚焦透鏡構(gòu)成。另外，聚光機(jī)構(gòu)也可包括凹面鏡。

此外，只要滿足液晶顯示元件2的照明性能，還可在背光單元1中適當(dāng)追加、刪除透鏡、反射部60以外的反射器等的光學(xué)部件。

另外，HUD裝置100也可不采用平面鏡4和凹面鏡5中的某一者而構(gòu)成，還可不采用任何者而構(gòu)成。

還有，在以上的說(shuō)明中，給出通過(guò)車(chē)輛C的擋風(fēng)玻璃S而反射顯示光L，由此，用戶U辨認(rèn)顯示圖像的例子，但是不限于此。HUD裝置100也可包括專用的組合器(コンバイナ：combiner)，通過(guò)組合器反射顯示光L，由此，辨認(rèn)顯示圖像。

此外，在以上的說(shuō)明中，裝載HUD裝置100的交通工具的一個(gè)例子為車(chē)輛C，但是不限于此。HUD裝置100也可為裝載于汽車(chē)等的其它的車(chē)輛、建筑機(jī)械、農(nóng)耕機(jī)械、船舶、飛機(jī)等上的類型。

另外，本發(fā)明不限于以上的實(shí)施方式和附圖。

可在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)馗淖儗?shí)施方式和附圖(包括刪除組成元件)。

產(chǎn)業(yè)的利用可能性

本發(fā)明適合用于平視顯示裝置。

標(biāo)號(hào)的說(shuō)明：

標(biāo)號(hào)100表示HUD裝置；

標(biāo)號(hào)1表示背光單元；

標(biāo)號(hào)10表示光源；

標(biāo)號(hào)20表示平行光形成機(jī)構(gòu)；

標(biāo)號(hào)30表示照度均勻化機(jī)構(gòu)；

標(biāo)號(hào)40表示透鏡陣列；

標(biāo)號(hào)40A表示中間部；

標(biāo)號(hào)40B表示左周邊部

標(biāo)號(hào)40C表示右周邊部；

標(biāo)號(hào)41表示透鏡；

標(biāo)號(hào)51表示第1聚焦透鏡；

標(biāo)號(hào)52表示第2聚焦透鏡；

標(biāo)號(hào)60表示反射部；

標(biāo)號(hào)70表示擴(kuò)散片；

標(biāo)號(hào)80表示外殼體；

標(biāo)號(hào)90表示外罩部件；

符號(hào)l表示照明光；

標(biāo)號(hào)2表示液晶顯示元件；

標(biāo)號(hào)3表示顯示器；

標(biāo)號(hào)6表示筐體；

標(biāo)號(hào)6a表示上部開(kāi)口部(射出口)；

符號(hào)L表示顯示光；

符號(hào)V表示虛像；

符號(hào)U表示用戶。