本發明涉及機動車等移動體用的平視顯示裝置。
背景技術：
：一直以來，作為對機動車等的駕駛員顯示方向指示、注意喚起、行駛速度等信息的裝置，已知有平視顯示裝置。平視顯示裝置將要顯示的圖像的虛像映在前窗、組合器等的圖像反射面，從而駕駛員不將視線從視野挪開就能夠識別機動車等的運轉所需要的信息。作為這樣的平視顯示裝置，提出有專利文獻1。在先技術文獻專利文獻1：日本特開2009-115908號公報這樣的平視顯示裝置必須設置在機動車等移動體的駕駛席周圍的有限空間內，因此要求小型。另外，在平視顯示裝置中顯示的虛像是平視顯示裝置內的圖像顯示元件所顯示的圖像被放大投影至圖像反射面而成的，為了提高視覺確認性而增大虛像的大小，需要增長從圖像顯示元件到圖像反射面為止的光路長度。雖然光路長度的確保與裝置的小型化的要求是相反的，但為了兼顧光路長度的確保和裝置的小型化，在專利文獻1中將平面反射鏡和凹面反射鏡這兩片反射鏡組合，使從圖像顯示元件射出的顯示光按照平面反射鏡、凹面反射鏡、平面反射鏡、圖像反射面的順序到達，并使顯示光在兩片反射鏡間往復，由此獲得光路長度。然而，在上述的結構中，從圖像顯示元件到圖像反射面為止的反射鏡反射面中的具有光焦度的面僅為一個面，由于虛像所顯示的像差的修正的自由度低，因此難以提高虛像的畫質。技術實現要素：本發明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供一種在確保從圖像顯示元件到圖像反射面為止的光路長度的同時實現小型化、并且能夠以高畫質顯示虛像的平視顯示裝置。本發明的平視顯示裝置在與觀察者對置的圖像反射面中使顯示于圖像顯示面的圖像的顯示光向觀察者側反射，相對于觀察者以越過圖像反射面的方式將圖像放大顯示為虛像，其特征在于，平視顯示裝置具有：具有光焦度的第一反射鏡；具有光焦度的第二反射鏡；以及設有開口的遮光構件，開口配置于圖像顯示面與第二反射鏡之間，從圖像顯示面射出的顯示光按照第一反射鏡、第二反射鏡、第一反射鏡的順序進行反射，并通過開口而到達圖像反射面。在此，“圖像顯示面”不僅指圖像顯示元件本身的圖像顯示面，為了適當地放大能夠觀察虛像的觀察者的光瞳位置的范圍(以下，記作“視覺范圍(eyebox)”)，對于將圖像顯示元件所顯示的圖像暫時投影于擴散器等擴散構件的情況，也包括將該擴散構件的圖像顯示面視作上述的“圖像顯示面”的情況。另外，“開口配置于圖像顯示面與第二反射鏡之間”是指，在將包括圖像顯示面、第一反射鏡以及第二反射鏡的各中心位置的平面設為配置平面時，在從與該配置平面正交的方向觀察時，開口處在圖像顯示面與第二反射鏡之間，在從與配置平面平行的方向觀察時，開口不處在圖像顯示面與第二反射鏡之間。在本發明的平視顯示裝置的基礎上，優選地，在從圖像顯示面到第一反射鏡為止的顯示光的光路中不含有光偏轉機構，圖像顯示面配置在從開口射入的外部光不直接照射的位置。在此，“從圖像顯示面到第一反射鏡為止的顯示光的光路”是指，從圖像顯示面射出的光束到最開始射入第一反射鏡為止的光路。另外，優選地，在將第一反射鏡與圖像反射面之間的顯示光的光路方向設為上下方向、將第一反射鏡側設為下側并將圖像反射面側設為上側時，開口的至少一部分位于比第二反射鏡的反射面的上端靠上方的位置。另外，優選滿足下述條件式(1)，更優選滿足下述條件式(1-1)。5＜sm/si＜30...(1)7＜sm/si＜27...(1-1)其中，si：圖像顯示面中的可顯示圖像面積；sm：第二反射鏡的反射面的表面積。另外，優選滿足下述條件式(2)，更優選滿足下述條件式(2-1)。需要說明的是，圖3示出顯示了條件式(2)的符號所表示的內容的說明圖。在附圖中，示出圖像顯示面5、第一反射鏡6、第二反射鏡7以及開口8。該條件式(2)定義了從圖像顯示面5射出而最開始射入第一反射鏡6的光束相對于第一反射鏡6的傾斜度。需要說明的是，條件式(2)中的光束僅指，從圖像顯示面5射出而最終通過開口8的光束。20＜α＜45...(2)25＜α＜40...(2-1)其中，α：從圖像顯示面的可顯示圖像區域的中心(例如，重心位置)射出的光束中的、最開始射入第一反射鏡的位置的相對于第一反射鏡的反射面的法線的入射角為最小的光線的入射角(°)。另外，優選滿足下述條件式(3)，更優選滿足下述條件式(3-1)。需要說明的是，圖4示出顯示了條件式(3)的符號所表示的內容的說明圖。在附圖中，示出圖像顯示面5、第一反射鏡6、第二反射鏡7以及開口8。該條件式(3)也定義了從圖像顯示面5射出而最開始射入第一反射鏡6的光束相對于第一反射鏡6的傾斜度。需要說明的是，條件式(3)中的光束僅指，從圖像顯示面5射出而最終通過開口8的光束。1.05＜l2/l1＜1.35...(3)1.10＜l2/l1＜1.31...(3-1)其中，l1：從圖像顯示面的可顯示圖像區域的第二反射鏡側端邊的相反側端邊中央射出的光束中的、從圖像顯示面到第一反射鏡為止的光路長度的最小值；l2：從圖像顯示面的可顯示圖像區域的第二反射鏡側端邊中央射出的光束中的、從圖像顯示面到第一反射鏡為止的光路長度的最小值。在此，l1以及l2中的光路長度是指，從圖像顯示面射出的光束最開始射入第一反射鏡時的、從圖像顯示面到第一反射鏡為止的光路長度。發明效果本發明的平視顯示裝置包括：具有光焦度的第一反射鏡；具有光焦度的第二反射鏡；以及設有開口的遮光構件，開口配置在圖像顯示面與第二反射鏡之間，從圖像顯示面射出的顯示光按照第一反射鏡、第二反射鏡、第一反射鏡的順序進行反射，并通過開口而到達圖像反射面，因此能夠成為在確保從圖像顯示元件到圖像反射面為止的光路長度的同時實現小型化、并且能夠以高畫質顯示虛像的平視顯示裝置。附圖說明圖1是搭載有本發明的一實施方式的平視顯示裝置的機動車的駕駛席的示意圖。圖2是本發明的一實施方式的平視顯示裝置的簡要結構圖。圖3是顯示了條件式(2)的各符號表示的內容的說明圖。圖4是顯示了條件式(3)的各符號表示的內容的說明圖。圖5是本發明的實施例1的平視顯示裝置的簡要結構圖。圖6是本發明的實施例2的平視顯示裝置的簡要結構圖。圖7是本發明的實施例3的平視顯示裝置的簡要結構圖。圖8是本發明的實施例4的平視顯示裝置的簡要結構圖。圖9是本發明的實施例5的平視顯示裝置的簡要結構圖。圖10是本發明的實施例6的平視顯示裝置的簡要結構圖。圖11是本發明的實施例7的平視顯示裝置的簡要結構圖。圖12是本發明的實施例8的平視顯示裝置的簡要結構圖。附圖標記說明：1駕駛員(觀察者)；2前窗(圖像反射面)；3平視顯示裝置；4虛像；5圖像顯示面；6第一反射鏡；7第二反射鏡；8開口；10圖像顯示元件。具體實施方式以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。圖1是搭載有本發明的一實施方式的平視顯示裝置的機動車的駕駛席的示意圖，圖2是該平視顯示裝置的簡要結構圖。如圖1所示，本實施方式的平視顯示裝置3配置于機動車的儀表盤內，利用前窗(圖像反射面)2反射從裝置內射出的表示行駛速度等信息的圖像，并將該圖像以越過駕駛員(觀察者)1的前窗2的方式在前方放大顯示為虛像4。如圖2所示，平視顯示裝置3包括：具有光焦度的第一反射鏡6；具有光焦度的第二反射鏡7；以及設有開口8的遮光構件，開口8配置于圖像顯示元件10的圖像顯示面5與第二反射鏡7之間，從圖像顯示面5射出的顯示光按照第一反射鏡6、第二反射鏡7、第一反射鏡6的順序進行反射，并通過開口8而到達前窗(圖像反射面)2，使顯示光在兩片反射鏡間往復而使光路交叉，由此獲得光路長度，并且使兩片反射鏡均帶有光焦度，將可修正像差的反射面設為三個面。需要說明的是，遮光構件構成為覆蓋圖像顯示元件10、第一反射鏡6、以及第二反射鏡7整體的裝置殼體，圖2中僅示出開口8的位置，對殼體(遮光構件)省略圖示。由此，能夠成為在確保從圖像顯示元件10的圖像顯示面5到前窗(圖像反射面)2為止的光路長度的同時實現小型化、并且能夠以高畫質顯示虛像4的平視顯示裝置。尤其是通過使將顯示光反射兩次的第一反射鏡6帶有光焦度，能夠針對一片反射鏡而獲得實質上兩片具有光焦度的反射鏡的量的像差修正效果以及圖像擴大效果，因此在采用較少的成本負擔的同時顯著有助于裝置的小型化、高畫質化。在本實施方式的平視顯示裝置中，優選地，在從圖像顯示面5到第一反射鏡6為止的顯示光的光路(從圖像顯示面5射出的光束到最開始射入第一反射鏡6為止的光路)中不包含反射鏡那樣的光偏轉機構，圖像顯示面5配置在從開口8射入的外部光不直接照射的位置。通過采用這樣的結構，無需確保在圖像顯示面5與第一反射鏡6之間插入反射鏡那樣的光偏轉機構的空間，因此有助于裝置的小型化。另外，由于外部光不直接照射到圖像顯示面5，因此能夠抑制重影的發生。另外，當為了實現平視顯示裝置的小型化而減小殼體，與之相伴地，開口8的位置過度接近于第一反射鏡6時，由開口8的周緣部分遮擋裝置內的顯示光的光路，并且外部光相對于由圖像顯示元件10、第一反射鏡6以及第二反射鏡7圍起的光路空間內的入射角范圍擴大，故不優選。因此，優選地，在將第一反射鏡6與圖像反射面2之間的顯示光的光路方向設為上下方向、將第一反射鏡6側設為下側并將圖像反射面2側設為上側時，開口8的至少一部分位于比第二反射鏡7的反射面的上端靠上方的位置。另外，優選滿足下述條件式(1)。5＜sm/si＜30...(1)7＜sm/si＜27...(1-1)其中，si：圖像顯示面中的可顯示圖像面積；sm：第二反射鏡的反射面的表面積。在此，在將光學系統的視野角設為a、將光焦度設為p時，sm/si作為a和p的函數而能夠如下述式(a)那樣記載。sm/si＝f(a，p)...(a)在此，在將光焦度p設為常量的情況下，式(a)如下述式(b)所述。sm/si＝f(a)...(b)此時，通過避免成為條件式(1)的下限以下，能夠確保足夠的虛像顯示尺寸，通過避免成為條件式(1)的上限以上，能夠防止第二反射鏡的尺寸變大。反之，在將視野角a設為常量的情況下，式(a)如下述式(c)所示。sm/si＝f(p)...(c)此時，通過避免成為條件式(1)的下限以下，能夠減小圖像顯示面相對于虛像顯示尺寸的可顯示圖像面積，故有利于小型化，通過避免成為條件式(1)的上限以上，抑制像差的產生而有利于高畫質化。即，通過滿足條件式(1)，能夠兼顧裝置的小型化和高畫質化。需要說明的是，若滿足條件式(1-1)，則能夠成為更好的特性。另外，優選滿足下述條件式(2)。該條件式(2)定義了從圖像顯示面5射出而最開始射入第一反射鏡6的光束相對于第一反射鏡6的傾斜度。需要說明的是，條件式(2)中的光束僅指，從圖像顯示面5射出而最終通過開口8的光束。通過避免成為條件式(2)的下限以下，能夠抑制圖像顯示元件10過度接近第二反射鏡7，能夠適當地確保顯示光的光路，因此有利于視野角(虛像顯示尺寸)、光瞳的面積(視覺范圍)的維持。通過避免成為條件式(2)的上限以上，能夠防止顯示光相對于第一反射鏡6過度地斜射入，因此抑制像差的產生而有利于高畫質化。需要說明的是，若滿足下述條件式(2-1)，則能夠成為更好的特性。20＜α＜45...(2)25＜α＜40...(2-1)其中，α：從圖像顯示面的可顯示圖像區域的中心射出的光束中的、最開始射入第一反射鏡的位置的相對于第一反射鏡的反射面的法線的入射角為最小的光線的入射角(°)。另外，優選滿足下述條件式(3)。該條件式(3)也定義了從圖像顯示面5射出而最開始射入第一反射鏡6的光束相對于第一反射鏡6的傾斜度。需要說明的是，條件式(3)中的光束僅指，從圖像顯示面5射出而最終通過開口8的光束。通過避免成為條件式(3)的下限以下，能夠抑制圖像顯示元件10過度地接近第二反射鏡7，能夠適當地確保顯示光的光路，因此有利于視野角(虛像顯示尺寸)、光瞳的面積(視覺范圍)的維持。通過避免成為條件式(3)的上限以上，能夠防止顯示光相對于第一反射鏡6過度地斜射入，因此抑制像差的產生而有利于高畫質化。需要說明的是，若滿足下述條件式(3-1)，則能夠成為更好的特性。1.05＜l2/l1＜1.35...(3)1.10＜l2/l1＜1.31...(3-1)其中，l1：從圖像顯示面的可顯示圖像區域的第二反射鏡側端邊的相反側端邊中央射出的光束中的、從圖像顯示面到第一反射鏡為止的光路長度的最小值；l2：從圖像顯示面的可顯示圖像區域的第二反射鏡側端邊中央射出的光束中的、從圖像顯示面到第一反射鏡為止的光路長度的最小值。尤其是在使平視顯示裝置的結構最佳化以滿足上述的條件式(2)及/或條件式(3)的情況下，當從圖2中上方觀察第一反射鏡6時，圖像顯示元件10變得靠近第二反射鏡7側，因此能夠在圖像顯示元件10和第二反射鏡7的排列方向上減小平視顯示裝置整體的尺寸。接下來，對本發明的平視顯示裝置的數值實施例進行說明。首先，對實施例1的平視顯示裝置進行說明。圖5是實施例1的平視顯示裝置的簡要結構圖。表1示出關于各種因素的數據。在此，示出fov(fieldofview)水平方向h×垂直方向v](°)、入射光瞳尺寸(mm×mm)、虛像距離(mm)、圖像顯示區域(mm×mm)、以及圖像顯示區域傾斜角(°)的值。需要說明的是，圖像顯示區域傾斜角是指，在圖像顯示面5上顯示光的中心光束射出的位置處，將與上述中心光束正交的方向設為0°時的圖像顯示面5的傾斜度。表2示出構成平視顯示裝置的各要素的配置坐標數據。在此，將圖5所示的以圖像顯示面5的中心為原點的絕對坐標系、和在第一反射鏡6、第二反射鏡7以及開口8的各要素的面上設定的局部坐標系組合地記述。需要說明的是，局部坐標系的設定如下所述。將各局部坐標系的原點和z軸的成分向量分別以絕對坐標系設為(x，y，z)、(i，j，k)。另外，將通過各局部坐標系的原點并與z軸正交的平面(xy平面)設為各要素的基準面，各基準面的法線向量n與局部坐標系的z軸一致。另外，x軸與圖5顯示面正交，將顯示面的里側設為正側。另外，y軸和z軸與圖5顯示面平行。另外，以與z軸和x軸的向量積一致的方式設定y軸。另外，第一反射鏡6以及第二反射鏡7的基準面具有近軸曲率，在此基礎上將自由曲面形狀設定為附加形狀。另外，在具有開口值的要素中，將以x軸為長邊且以y軸為短邊的矩形開口設定于基準面上。另外，在第一反射鏡6以及第二反射鏡7中，將基準面上的開口在自由曲面上沿著基準面的法線投射的區域視作反射面。需要說明的是，在后述的實施例1～8的數據之中，關于具有開口值的要素，也包括開口的中心在基準面上沿y軸方向偏移的數據。另外，第一反射鏡6以及第二反射鏡7是具有光焦度的反射鏡，表3示出關于各反射鏡的自由曲面系數的數據。自由曲面系數是由下述式表示的自由曲面式中的旋轉非對稱非球面系數c(i，j)的值。需要說明的是，表3中未特別記述的旋轉非對稱非球面系數為0。[式1]其中，x，y，z：以面頂點為原點的各坐標；c(i，j)：旋轉非對稱非球面系數(i+j＝k，k＝1～10)。[表1]實施例1fov[hxv]5°x1.5°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虛像距離[mm]2500圖像顯示區域[mmxmm]33.3x10圖像顯示區域傾斜角12.1°[表2][表3]實施例1關于在上述的實施例1的說明中敘述的各數據的符號、含義以及記載方法，只要沒有特別地限定，則在以下的實施例中也相同，故以下省略重復說明。接下來，對實施例2的平視顯示裝置進行說明。圖6示出實施例2的平視顯示裝置的簡要結構圖。另外，表4示出實施例2的平視顯示裝置的關于各種因素的數據，表5示出各要素的配置坐標數據，表6示出關于各反射鏡的自由曲面系數的數據。[表4]實施例2fov[hxv]7°x1.5°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虛像距離[mm]2500圖像顯示區域[mmxmm]50x10.7圖像顯示區域傾斜角12.9°[表5][表6]實施例2接下來，對實施例3的平視顯示裝置進行說明。圖7示出實施例3的平視顯示裝置的簡要結構圖。另外，表7示出實施例3的平視顯示裝置的關于各種因素的數據，表8示出各要素的配置坐標數據，表9示出關于各反射鏡的自由曲面系數的數據。[表7]實施例3fov[hxv]7°x2°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虛像距離[mm]2500圖像顯示區域[mmxmm]44x12.57圖像顯示區域傾斜角14.9°[表8][表9]實施例3接下來，對實施例4的平視顯示裝置進行說明。圖8示出實施例4的平視顯示裝置的簡要結構圖。另外，表10示出實施例4的平視顯示裝置的關于各種因素的數據，表11示出各要素的配置坐標數據，表12示出關于各反射鏡的自由曲面系數的數據。[表10]實施例4fov[hxv]9°x3°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虛像距離[mm]2500圖像顯示區域[mmxmm]85.7x28.57圖像顯示區域傾斜角15.0°[表11][表12]實施例4接下來，對實施例5的平視顯示裝置進行說明。圖9示出實施例5的平視顯示裝置的簡要結構圖。另外，表13示出實施例5的平視顯示裝置的關于各種因素的數據，表14示出各要素的配置坐標數據，表15示出關于各反射鏡的自由曲面系數的數據。[表13]實施例5fov[hxv]9°x4.5°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虛像距離[mm]2500圖像顯示區域[mmxmm]74x37圖像顯示區域傾斜角18.7°[表14][表15]實施例5接下來，對實施例6的平視顯示裝置進行說明。圖10示出實施例6的平視顯示裝置的簡要結構圖。另外，表16示出實施例6的平視顯示裝置的關于各種因素的數據，表17示出各要素的配置坐標數據，表18示出關于各反射鏡的自由曲面系數的數據。[表16]實施例6fov[hxv]7°x2°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虛像距離[mm]1900圖像顯示區域[mmxmm]60x17.14圖像顯示區域傾斜角15.4°[表17][表18]實施例6接下來，對實施例7的平視顯示裝置進行說明。圖11示出實施例7的平視顯示裝置的簡要結構圖。另外，表19示出實施例7的平視顯示裝置的關于各種因素的數據，表20示出各要素的配置坐標數據，表21示出關于各反射鏡的自由曲面系數的數據。[表19]實施例7fov[hxv]16°x6°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虛像距離[mm]7500圖像顯示區域[mmxmm]176x66圖像顯示區域傾斜角15.6°[表20][表21]實施例7接下來，對實施例8的平視顯示裝置進行說明。圖12示出實施例8的平視顯示裝置的簡要結構圖。另外，表22示出實施例8的平視顯示裝置的關于各種因素的數據，表23示出各要素的配置坐標數據，表24示出關于各反射鏡的自由曲面系數的數據。[表22]實施例8fov[hxv]16°x6°入射光瞳尺寸[mmxmm]180x40虛像距離[mm]10000圖像顯示區域[mmxmm]160x60圖像顯示區域傾斜角17.9°[表23][表24]實施例8表25示出與實施例1～8的平視顯示裝置的條件式(1)～(3)對應的值。[表25]根據以上的數據，知曉實施例1～8的平視顯示裝置全部滿足條件式(1)～(3)，是在確保從圖像顯示元件到圖像反射面為止的光路長度的同時實現小型化、并且能夠以高畫質顯示虛像的平視顯示裝置。以上，舉出實施方式以及實施例對本發明進行了說明，但本發明并不局限于上述實施方式以及實施例，能夠實現各種變形。例如，關于構成平視顯示裝置的各要素的位置、大小，并不局限于由上述各數值實施例所示的值，能夠采用其他值。另外，在上述實施方式中，對將圖像顯示元件所顯示的圖像直接顯示為虛像的方式進行了說明，但為了適當地擴大能夠觀察虛像的觀察者的光瞳位置的范圍(視覺范圍)，也可以采用將圖像顯示元件所顯示的圖像暫時投影于擴散器等擴散構件的方式，在該情況下，將擴散構件的圖像顯示面配置于與上述實施方式中的圖像顯示元件的圖像顯示面重合的位置即可。當前第1頁12