CN106461195A - 平视显示装置及其照明单元 - Google Patents

Abstract

照明单元(2)以光源(20)和多级聚光透镜(21)作为一组照明单位(26)，并具备在基准方向(X)上排列的多组该照明单位(26)，其中，光源(20)配置于隔着放大光学系统(6)而与视觉确认区域(91)的共轭位置(Pl)，多级聚光透镜(21)使来自光源(20)的光朝向显示器(5)会聚。各组照明单位(26)包含作为最接近光源(20)的聚光透镜(21)的初级透镜(22)、以及作为最远离光源(20)的聚光透镜(21)的最后一级透镜(24)。在各组照明单位(26)中的周边照明单位(26s)中，所有级的聚光透镜(21)的主点(Pis、Pfs)配置在穿过显示器(5)上的视角中心的周边到达视觉确认区域(91)的周边主光线(Rs)上，光源(20)通过相对于初级透镜(22)的光轴(Ais)向基准方向(X)偏心，而配置在周边主光线(Rs)上。

Description

平视显示装置及其照明单元

本申请基于在2014年6月9日申请的日本专利申请2014-118742，通过参照将其公开内容编入本申请。

技术领域

本公开涉及平视显示装置及其照明单元。

背景技术

以往，广泛公知有平视显示装置(以下，称为“HUD装置”)，该平视显示装置将由显示器形成并被放大光学系统统放大后的显示图像投影至移动体的显示部件，而以能在移动体室内的视觉确认区域进行视觉确认的方式，显示该显示图像的虚像。

在这样的HUD装置中，作为对显示器进行透光照明而使显示图像的光到达视觉确认区域的照明单元，例如具有如在专利文献1中公开的构造的照明单元。在该照明单元中，作为将来自光源的放射光朝向显示器聚光的多级聚光透镜，设置有初级聚焦透镜、中间级柱状透镜(lenticular lens)以及最后一级聚光透镜。

专利文献1：日本特开2009-169399号公报

那么，在如专利文献1的照明单元那样的构造中，为了使来自多个光源的每一个光源的光在视觉确认区域成像来提高照明效率，需要将这些各光源配置于隔着放大光学系统而与视觉确认区域共轭的共轭位置。这里，作为各级的聚光透镜，在专利文献1的照明单元中，初级聚焦透镜、中间级柱状透镜都分别各形成多个且一体形成而构成透镜阵列。但是，一方面设置有与光源数目相同的聚光透镜，另一方面设置有比光源多的柱状透镜。由于这样的数量的差异，因而，存在不能够将聚焦透镜的主点和柱状透镜的主点都配置在从各光源出发、通过显示器上的视角中心周边的周边主光线上之虞。其结果，明确了存在在视觉确认区域中来自各光源的光的成像位置相互错位，而在该视觉确认区域中被视觉确认的显示图像的虚像上产生亮度不均之虞。

发明内容

本公开是鉴于以上说明的研究结果而完成的，其目的在于提供一种在HUD装置中减少在显示图像的虚像上产生的亮度不均的照明单元，以及具备这样的照明单元的HUD装置。

首先，根据公开的第一方式，是在HUD装置中，对显示器进行透光照明而使显示图像的光到达视觉确认区域的照明单元，该HUD装置将由显示器形成并被放大光学系统放大后的显示图像投影至移动体的显示部件，从而将该显示图像的虚像显示为能在移动体的室内的视觉确认区域进行视觉确认，该照明单元以光源和多级聚光透镜作为一组照明单位，并具备在规定的基准方向上排列的多组该照明单位，其中，光源配置于隔着放大光学系统而与视觉确认区域共轭的共轭位置并放射光；多级聚光透镜使来自光源的光朝向显示器会聚，各组照明单位至少包含：初级透镜，是作为以最接近光源的方式配置的聚光透镜的初级透镜；以及最后一级透镜，是作为以最远离光源的方式配置的聚光透镜的最后一级透镜，在作为各组照明单位中的一组照明单位的中心照明单位中，从初级透镜到最后一级透镜的所有级的聚光透镜的主点配置在穿过显示器的视角中心到达视觉确认区域的中心主光线上，并且光源通过对准初级透镜的光轴，而配置在中心主光线上，在作为各组照明单位中的剩余的组的照明单位的周边照明单位中，所有级的聚光透镜的主点配置在穿过显示器上的视角中心的周边到达视觉确认区域的周边主光线上，并且光源通过相对于初级透镜的光轴向基准方向偏心，而配置在周边主光线上。

根据该实施方式，在基准方向上排列的多组照明单位，分别通过多级聚光透镜，使来自配置于隔着放大光学系统而与视觉确认区域共轭的共轭位置的光源的光朝向显示器会聚。在实现这样的聚光构造的各组照明单位中，与多个光源具有相同数目地与多个光源对应的至少包含有最接近光源的初级透镜和最远离该光源的最后一级透镜的任意级数的聚光透镜。

这里，根据第一方式，在作为各组照明单位中的一组的中心照明单位中，在配置所有级的聚光透镜的主点的中心主光线上，还配置与初级透镜的光轴对准的光源。因此，在穿过显示器的视角中心到达视觉确认区域的中心主光线上，使来自中心照明单位的光源的光在该视觉确认区域成像。另一方面，根据第一方式，在作为各组照明单位中的剩余的组的周边照明单位中，在配置所有级的聚光透镜的主点的周边主光线上，还配置相对于初级透镜的光轴向基准方向偏心的光源。因此，在穿过显示器上的视角中心的周边到达视觉确认区域的周边主光线上，使来自周边照明单位的光源的光在该视觉确认区域成像。此时，周边照明单位的周边主光线上的成像位置为被抑制了相对于中心照明单位的中心主光线上的上述成像位置出现错位的位置。由此，即使在中心主光线上以及周边主光线上以外的位置，也能够抑制各组照明单位的成像位置的错位。因此，采用以上那样的照明单元，能够在HUD装置的视觉确认区域中，减少在显示图像的虚像上产生的亮度不均。

接下来，根据公开的第二方式，是将由显示器形成并被放大光学系统放大后的显示图像投影至移动体的显示部件，从而将该显示图像的虚像显示为能在移动体的室内的视觉确认区域进行视觉确认的HUD装置，与第一实施方式的照明单元一起设置有显示器以及放大光学系统。

根据这样的第二方式的HUD装置，通过至少具有第一方式的上述结构的照明单元，能够在视觉确认区域减少在显示图像的虚像上产生的亮度不均。

附图说明

图1是表示第一实施方式的HUD装置的结构图。

图2是表示第一实施方式的照明单元的立体图。

图3是表示第一实施方式的照明用单元的主视图。

图4是用于对第一实施方式的照明单元进行说明的示意图。

图5是表示第二实施方式的照明单元的立体图。

图6是表示第二实施方式的照明用单元的主视图。

图7是用于对第二实施方式的照明单元进行说明的示意图。

图8是用于对第一实施方式的变形例进行说明的示意图。

图9是用于对第二实施方式的变形例进行说明的示意图。

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，存在对在各实施方式中对应的构成要素标注相同的附图标记，从而省略重复的说明的情况。在各实施方式中，在仅对结构的一部分进行了说明的情况下，对于该结构的其它部分能够应用在此之前说明的其它实施方式的结构。另外，不仅有在各实施方式的说明中明示出的结构的组合，特别是只要组合上不会产生障碍，则即使未作明示，也能够将多个实施方式的结构彼此局部地组合。

(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1搭载于作为“移动体”的车辆8，并收纳于仪表板80内。HUD装置1向车辆8的作为“显示部件”的挡风玻璃81投影显示图像10。其结果，在车辆8的室内，被挡风玻璃81反射的显示图像10的光到达视觉确认者9的眼点(eyepoint)90。视觉确认者9感受到朝向眼点90的到达光，从而在挡风玻璃81的前方视觉确认显示图像10的虚像10a。此时，虚像10a的视觉确认限于在眼点90位于车辆8的室内的视觉确认区域91的情况下进行。换言之，在眼点90脱离视觉确认区域91的情况下，视觉确认者9很难进行虚像10a的视觉确认。

在HUD装置1，与照明单元2一起设置有显示器5以及放大光学系统6。另外，HUD装置1可以包含显示控制单元7。

照明单元2将一个光源20以及多级聚光透镜21作为一组照明单位26，如图2、3所示，具备多组照明单位26。这里，在本实施方式中，三组照明单位26包含以最接近同一组的光源20的方式配置的初级透镜22、和以离同一组的光源20最远的方式配置的最后一级透镜24，作为分别分两级设置的聚光透镜21。因此，在照明单元2中，分别各设置有相互间成为相同数目的三个部件：光源20、初级透镜22以及最后一级透镜24。

构成各组的照明单位(以下，简记为“各组照明单位”)26的光源20分别例如由发光二极管(LED)等点状发光源构成，并配置于隔着放大光学系统6而与视觉确认区域91共轭的共轭位置Pl(参照图1)。在各组照明单位26中，光源20随着通电而发光，从而放射例如白色等颜色的光。

构成各组照明单位26的初级透镜22彼此例如由树脂或者玻璃等透光性材料一体形成，从而整体构成长方形板状的初级透镜阵列22a。在各组照明单位26中，由于初级透镜22具有在同一组的聚光透镜21中被给予最大的正屈光度的初级透镜面220，所以使从同一组的光源20放射出的光的一部分会聚。

构成各组照明单位26的最后一级透镜24彼此例如由树脂或者玻璃等透光性材料一体形成，从而整体构成长方形板状的最后一级透镜阵列24a。在各组照明单位26中，由于最后一级透镜24具有被给予比同一组的初级透镜22小的正屈光度的最后一级透镜面240，所以使通过了该初级透镜22的来自光源20的光会聚。采用这样的聚光功能，来自各组照明单位26的光源20的光经由图1所示的显示器5以及放大光学系统6在视觉确认区域91成像。此时，各组照明单位26的最后一级透镜24针对来自同一组的光源20的光，调整在视觉确认区域91中的成像位置。

显示器5例如是点阵型TFT液晶面板等图像显示面板，具有与最后一级透镜阵列24a(参照图2)对应的长方形的屏幕50。显示器5根据构成屏幕50的多个像素的驱动，在该屏幕50上形成作为显示图像10的黑白图像或者彩色图像。在显示器5中，屏幕50从各组照明单位26接受经最后一级透镜24会聚后的光，而被透光照明。这里，在屏幕50中，使由来自各组照明单位26的光形成的照明对象区域相互错开，从而能够进行针对该屏幕50的整个区域这样的较大范围的面积的照明。显示器5接受这样的照明，而使屏幕50上的显示图像10发光显示。另外，显示图像10例如可发光显示为显示车辆8的行驶速度、行进方向、警告等车辆相关信息的光学图像。

放大光学系统6以单一的凹面镜60为主体而构成。凹面镜60例如在树脂或者玻璃等基体材料上蒸镀铝等金属反射膜而成，形成有反射面60a。凹面镜60具有利用反射面60a对从显示器5的屏幕50入射的光进行反射的反射功能，将利用该功能形成了反射的光传导至挡风玻璃81侧。通过这样的导光，将屏幕50上的显示图像10放大投影到挡风玻璃81上，从而以在车辆8的室内的视觉确认区域91，能够被视觉确认者9视觉确认的方式，显示该显示图像10的虚像10a。因此，视觉确认区域91为由凹面镜60的规格以及姿势来决定的区域。另外，对于凹面镜60的姿势而言，可以通过设为姿势可变来允许视觉确认区域91的移动，也可以通过设为姿势固定来使视觉确认区域91的位置不变。另外，作为放大光学系统6，可以为具有多个凹面镜60的部件，也可以为具有凹面镜60以外的反射镜或者透镜的部件。

显示控制单元7例如是微机等电子电路，与各组照明单位26的光源20和显示器5电连接。进一步，显示控制单元7以能够与车辆8中的例如其它控制单元以及各种传感器等进行通信的方式与它们形成连接。显示控制单元7根据车辆相关信息来控制针对各组照明单位26的光源20的通电，使这些光源20发光。另外，显示控制单元7根据车辆相关信息来控制屏幕50的构成像素的驱动，从而实现屏幕50上的显示图像10的显示，进而实现针对视觉确认者9的虚像10a的显示。

(照明单元的详细结构)

接下来，对第一实施方式的各组照明单位26的构造进一步详细地进行说明。

如图2、3所示，各组照明单位26排列在规定的基准方向X上。这里，基准方向X同各透镜阵列22a、24a的与屏幕50(参照图1)的长边方向对应的长边方向实质一致。另外，相对于基准方向X的正交方向Y同各透镜阵列22a、24a的与屏幕50的短边方向对应的短边方向实质一致。

各组照明单位26的光源20以相互分开的方式排列在基准方向X上。就构成各组照明单位26的光源20彼此而言，作为基准方向X上的中心间距离的间距Δs设定为既定值。

如图3所示，在初级透镜阵列22a中，入射面22b以与各组照明单位26的光源20隔着规定距离的方式，与各组照明单位26的光源20对置地形成为平面状。在初级透镜阵列22a中，射出面22c分别形成有在基准方向X上排列的初级透镜面220，构成各组照明单位26的初级透镜22。这样，由于各组照明单位26的初级透镜面220形成于与同一组的光源20相反侧的射出面22c，从而能够对来自该光源20的光减少像差。

就各组照明单位26的分别具有初级透镜面220并排列在基准方向X上的初级透镜22彼此而言，将该方向X上的光轴间距离Δai设定为比光源20彼此的间距Δs大。另外，在各组照明单位26中，初级透镜面220的主平面224被定义为包含位于光轴Aic的顶点处的主点Pic或者位于光轴Ais上的顶点处的主点Pis。由此，在各组照明单位26中，初级透镜22在主平面224与光源20之间确保沿着该光轴Aic或者Ais的既定的间隔Gl。

在本实施方式中，各组照明单位26的初级透镜面220形成为柱面(cylindrical)型(参照图2)的凸透镜面状。由此，各组照明单位26的初级透镜面220具有在基准方向X上隔着各自的确定的光轴Aic或者Ais成为线对称形的轮廓，为彼此相同的透镜轮廓。此外，各组照明单位26的初级透镜面220在沿着基准方向X的纵截面上具有规定的有效径φi以及曲率Ci，以在隔着各自的确定的光轴Aic或者Ais的两侧，至少能够进行一阶微分以及二阶微分。根据这样的初级透镜面220的有效径φi以及曲率Ci，在各组照明单位26中，初级透镜22的焦距fi设定为正值。另外，对于初级透镜面220，可以为能够进行到二阶微分，也可以为能够进行到三阶以上的阶数的微分。

最后一级透镜阵列24a借助透镜框架28与初级透镜阵列22a组合。在最后一级透镜阵列24a中，入射面24b形成为平面状，与初级透镜阵列22a的射出面22c隔着规定距离对置。就最后一级透镜阵列24a而言，射出面24c分别形成有在基准方向X上排列的最后一级透镜面240，构成各组照明单位26的最后一级透镜24。

就各组照明单位26的分别具有最后一级透镜面240并在基准方向X上排列的最后一级透镜24彼此而言，该方向X上的光轴间距离Δaf设定为比初级透镜22彼此的光轴间距离Δai和光源20彼此的间距Δs大。另外，在各组照明单位26中，定义为最后一级透镜面240的主平面244包含位于光轴Afc的顶点处的主点Pfc或者位于光轴Afs上的顶点处的主点Pfs。由此，在各组照明单位26中，最后一级透镜24在主平面244与主平面224之间确保沿着该光轴Afc或者Afs的既定的主平面间距离D。

在本实施方式中，各组照明单位26的最后一级透镜面240形成为柱面型(参照图2)的凸透镜面状。由此，各组照明单位26的最后一级透镜面240具有在基准方向X上隔着各自的确定的光轴Afc或者Afs成为线对称形的轮廓，为彼此相同的透镜轮廓。此外，各组照明单位26的最后一级透镜面240在沿着基准方向X的纵截面上具有规定的有效径φf以及曲率Cf，以在隔着各自的确定的光轴Afc或者Afs的两侧，至少能够进行一阶微分以及二阶微分。另外，最后一级透镜面240可以为能够进行到二阶微分，也可以为能够进行到三阶以上的阶数的微分。

这里，在各组照明单位26中，将最后一级透镜面240的有效径φf设定为比初级透镜面220的有效径φi大。此外，在各组照明单位26中，最后一级透镜面240的曲率Cf设定为比初级透镜面220的曲率Ci小。采用这样的最后一级透镜面240的有效直径φf和曲率Cf，在各组照明单位26中，对最后一级透镜24给予比初级透镜22小的正屈光度，所以该初级透镜22的正屈光度最大。另外，根据最后一级透镜面240的有效直径φf和曲率Cf，在各组照明单位26中，将最后一级透镜24的焦距ff设定为比初级透镜22的焦距fi大的正值。

在以上的各组照明单位26中，作为对从初级透镜22到最后一级透镜24的所有级的聚光透镜21进行合成而得到的合成透镜的焦点，假定合成焦点Pc。在这样的假定的情况下，初级透镜22的主平面224沿着光轴Aic或者Ais与合成焦点Pc之间隔开的间隔Gc由式1表示。这里，在各组照明单位26中，由于需要式1的右边比0大，所以式2成立。进一步，在各组照明单位26中，由于使光源20对准隔着之前叙述的放大光学系统6而与视觉确认区域91共轭的共轭位置Pl，所以使用了由式1表示的间隔Gc的式3成立。即，在各组照明单位26中，将初级透镜22的主平面224与光源20之间隔开的间隔Gl设定为在该主平面224与合成焦点Pc之间隔开的间隔Gc以下。

Gc＝(ff-D)/{1+(ff-D)/fi}…(式1)

ff-D＞0…(式2)

Gl≤Gc…(式3)

并且，就图3、4所示的各组照明单位26中的一组而言，通过将所有级的聚光透镜21的主点，即，初级透镜22的主点Pic和最后一级透镜24的主点Pfc均配置在中心主光线Rc上，而构成中心照明单位26c。这里，如图4所示，中心主光线Rc被定义为，在显示器5的屏幕50上穿过视角中心Od，并且从该视角中心Od到达视觉确认区域91的中心位置Ov。因此，在中心照明单位26c中，为了使来自光源20的光在中心主光线Rc上成像于视觉确认区域91的中心位置Ov，而将该光源20如图3那样对准初级透镜22的光轴Aic，配置在中心主光线Rc上。在这样的配置状态的中心照明单位26c中，最后一级透镜24的光轴Afc也对准初级透镜22的光轴Aic。

与此相对，就图3、4所示的各组照明单位26中的剩余的组而言，通过将所有级的聚光透镜21的主点，即，初级透镜22的主点Pis和最后一级透镜24的主点Pfs均配置在周边主光线Rs上，而构成周边照明单位26s。这里，如图4所示，周边主光线Rs被定义为，在显示器5的屏幕50中，穿过在视角中心Od的周边，并且从该周边到达视觉确认区域91的中心位置Ov。因此，在周边照明单位26s中，为了来自光源20的光在周边主光线Rs上成像于视觉确认区域91的中心位置Ov，而该光源20如图3所示从初级透镜22的光轴Ais向基准方向X偏心而配置在周边主光线Rs上。

对于这样的配置状态的所有组的周边照明单位26s，对于光源20相对于初级透镜22的光轴Ais偏心的偏心距离ε，使作为使用了同一组的周边照明单位26s中的各距离fi、ff、D、Δai、Δaf以及规定的光学距离L的关系式，依据近轴光线理论的式4成立。这里，如图4所示，光学距离L被定义在，中心照明单位26c中的最后一级透镜24的主平面244与视觉确认区域91之间。另外，这样，在满足式4的所有组的周边照明单位26s中，最后一级透镜24的光轴Afs相对于初级透镜22的光轴Ais，在基准方向X上向与光源20相反方向偏心。

ε＝{fi/(D+L-L·D/ff)}·{Δai-L·(Δai-Δaf)/ff}…(式4)

(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，在基准方向X上排列的各组照明单位26，分别通过多级聚光透镜21，使来自配置于隔着放大光学系统6而与视觉确认区域91共轭的共轭位置Pl的光源20的光朝向显示器5会聚。在通过各组照明单位26来实现这样的聚光构造的照明单元2中，也分别与多个光源20的数目相同地、且与多个光源20的数目对应地，设置包含有最接近光源20的初级透镜22和最远离该光源20的最后一级透镜24的任意级的聚光透镜21。

这里，根据第一实施方式，在作为各组照明单位26中的一组的中心照明单位26c中，在配置所有级的聚光透镜21的主点Pic、Pfc的中心主光线Rc上，还配置对准了初级透镜22的光轴Aic的光源20。因此，在穿过显示器5的视角中心Od到达视觉确认区域91的中心主光线Rc上，来自中心照明单位26c的光源20的光在该视觉确认区域91成像。另外，另一方面，在作为各组照明单位26中剩余的组的周边照明单位26s中，在配置所有级的聚光透镜21的主点Pis、Pfs的周边主光线Rs上，还配置相对于初级透镜22的光轴Ais向基准方向X偏心的光源20。因此，在穿过显示器5中的视角中心Od的周边并到达视觉确认区域91的周边主光线Rs上，来自周边照明单位26s的光源20的光在该视觉确认区域91成像。此时，由周边照明单位26s形成的在周边主光线Rs上成像的成像位置为，相对于由中心照明单位26c形成的在中心主光线Rc上成像的上述成像位置出现的错位受到了抑制的位置。据此，即使在中心主光线Rc上以及周边主光线Rs上以外位置，也能够抑制由各组照明单位26形成的成像位置的错位。

因此，根据第一实施方式的HUD装置1，通过具有如以上那样的特征的照明单元2，可以在视觉确认区域91中减少在显示图像10的虚像10a上产生的亮度不均。

那么，在第一实施方式中，特别是在穿过显示器5的视角中心Od到达视觉确认区域91的中心位置Ov的中心主光线Rc上，来自中心照明单位26c的光源20的光可以在该中心位置Ov成像。另外，另一方面，在第一实施方式中，在穿过显示器5中的视角中心Od的周边并到达视觉确认区域91的中心位置Ov的周边主光线Rs上，来自中心照明单位26c的光源20的光可以在该中心位置Ov成像。这样，根据由各组照明单位26形成的光的成像位置，在中心主光线Rc上以及周边主光线Rs上这两者上一致，即使在这些主光线Rc、Rs上以外的位置，也能够使由各组照明单位26形成的光的成像位置一致。因此，可以提高在虚像10a上产生的亮度不均的减少效果。

另外，根据第一实施方式，在各组照明单位26中，初级透镜22的主平面224与光源20之间隔开的间隔Gl为，在该主平面224与对所有级的聚光透镜21进行合成而得到的合成透镜的合成焦点Pc之间隔开的间隔Gc以下。这里，在各组照明单位26中，如上所述，任意级的聚光透镜21都与多个光源20数目相同并与多个光源20对应地设置。因此，能够分别减小所有级的聚光透镜21的有效径φi、φf和焦距fi、ff，也减小那些所有级的合成焦点Pc与主平面224的间隔Gc。据此，随着合成焦点Pc和主平面224的间隔Gc变小，光源20和主平面224的间隔Gl也变小。因此，可以使照明单元2的体积小型化，但仍能使来自各光源20的光在视觉确认区域91成像而提高照明效率，并且可以在以该较高的照明效率增大亮度的虚像10a中，减少特别容易识别的亮度不均。

进一步，在第一实施方式的各组照明单位26中，作为正屈光度最大的聚光透镜21的初级透镜22，能够使从最接近的光源20放射出的光中的尽可能多的光可靠地向作为后一级的聚光透镜21的最后一级透镜24会聚。据此，由于可确保通过各组照明单位26向显示器5聚光的光量，所以可以在以较高的照明效率增大亮度的虚像10a中，减少特别容易识别的亮度不均。

另外，进一步根据第一实施方式，在各组照明单位26中各设置为两级的聚光透镜21中的初级透镜22，能够以最大的正屈光度可靠地会聚来自最接近光源20的放射光中的尽可能多的光。另外，在各组照明单位26中各设置为两级的聚光透镜21中的最后一级透镜24，通过针对来自光源20并通过了初级透镜22的光的聚光功能，来对该光的成像位置进行调整，而能够抑制该光的成像位置相对于视觉确认区域91错位的情况。根据这些，对增大虚像10a的亮度的较高的照明效率的实现起到较大贡献，并且通过该虚像10a的亮度增大，可以减少容易识别的亮度不均。

此外，根据第一实施方式，在各组照明单位26中的周边照明单位26s中，作为使用了特定的距离fi、ff、D、Δai、Δaf、L、ε的关系式，先述的式4成立。据此，能够使周边照明单位26s的光源20相对于初级透镜22的光轴Ais偏心适当的偏心距离ε而准确地配置在周边主光线Rs上。因此，在视觉确认区域91中，可以可靠地减少在虚像10a上产生的亮度不均。

另外，此外，在第一实施方式中，各组照明单位26的初级透镜22彼此和最后一级透镜24彼此分别构成相互组合的初级透镜阵列22a和最后一级透镜阵列24a。根据这样的初级透镜阵列22a和最后一级透镜阵列24a，在各组照明单位26中，初级透镜22和最后一级透镜24的在中心主光线Rc上或者周边主光线Rs上的相对位置不易在这些阵列组合时出现错位。因此，可以抑制由于那些相对位置的错位，导致来自各光源20的光的成像位置在视觉确认区域91中相互错位这种情况。

(第二实施方式)

如图5～7所示，本公开的第二实施方式是第一实施方式的变形例。第二实施方式的各组照明单位2026的两级聚光透镜2021中的、比初级透镜22靠后级侧的最后一级透镜2024具有将交替地各排列多个第一透镜面部2240和第二透镜面部2241而成的最后一级透镜面2242。

如图7所示，各组照明单位2026的第一透镜面部2240形成为：在假定有多个第一假想透镜面2240a的情况下，从各自对应的一个第一假想透镜面2240a如该图的虚线那样断断续续地各提取出一部分而得到的形状。另外，在图7中，代表性地示出数目与照明单位2026相同的三个第一假想透镜面2240a中的二个。

这里，各第一假想透镜面2240a被假设性地规定为，将以通过主点Pfc或者Pfs(参照图6)的方式相互隔开光轴间距离Δaf的光轴Afc、Afs中的分别独立地对应的任一个光轴确定为第一光轴Af1。另外，在第二实施方式中，各第一假想透镜面2240a被规定为柱面型的凸透镜面状。由此，各第一假想透镜面2240a具有在基准方向X上隔着各自的所确定的第一光轴Af1成为线对称形的轮廓，为彼此相同的透镜轮廓。此外，各第一假想透镜面2240a在沿着基准方向X的纵截面上具有规定的有效径φf1以及曲率Cf1，以在相互邻接的第一光轴Af1与第二光轴Af2(在后面详细叙述)之间至少能够进行一阶微分以及二阶微分。另外，各第一假想透镜面2240a可以能够进行到二阶微分，也可以为能够进行到三阶以上的阶数的微分。

各组照明单位2026的第二透镜面部2241形成为：在假定有多个第二假想透镜面2241a的情况下，从各自对应的两个第二假想透镜面2241a如图7的虚线那样断断续续地各提取出一部分而得到的形状。另外，在图7中，代表性地示出数量比照明单位2026多一个的四个第二假想透镜面2241a中的三个。

这里，各第二假想透镜面2241a假设性地规定为，在基准方向X上的第一光轴Af1、Af1间的中央位置确定第二光轴Af2。由此，在基准方向X上相互隔开光轴间距离Δaf且平行地延伸的各第二光轴Af2，与在该方向X的两侧延伸的第一光轴Af1、Af1分别分离该距离Δaf的一半的量。即，各第二光轴Af2在基准方向X上相对于两侧的第一光轴Af1、Af1分开光轴间距离Δaf的一半的值地偏心。换言之，第一假想透镜面2240a也能够理解为使第一光轴Af1相对于第二光轴Af2向基准方向X偏心来确定的假想透镜面。

另外，在第二实施方式中，各第二假想透镜面2241a被规定为柱面型的凸透镜面状。由此，各第二假想透镜面2241a具有在基准方向X上隔着各自的确定的第二光轴Af2成为线对称形的轮廓，为彼此相同的透镜轮廓。此外，各第二假想透镜面2241a在沿着基准方向X的纵截面上具有规定的有效直径φf2以及曲率Cf2，以在相互邻接的第一光轴Af1和第二光轴Af2之间至少能够进行一阶微分以及二阶微分。另外，对于各第二假想透镜面2241a，也可以为能够进行到二阶微分，也可以为能够进行到三阶以上的阶数的微分。

并且，在第二实施方式中，各第二假想透镜面2241a具有与各第一假想透镜面2240a相同的透镜轮廓。由此，将各第二假想透镜面2241a的有效直径φf2设定在比初级透镜面220的有效直径φi大的范围，并与各第一假想透镜面2240a的有效直径φf1相等。此外，将各第二假想透镜面2241a的曲率Cf2设定在比初级透镜面220的曲率Ci大的范围，并与各第一假想透镜面2240a的曲率Cf1相等。

如图5～7所示，在各组照明单位2026中，如上所述，将从第二假想透镜面2241a提取出的第二透镜面部2241的提取数量设定为与之前叙述的从第一假想透镜面2240a提取出的第一透镜面部2240的提取数量相同数目的6个或者8个。另外，如图7所示，在各组照明单位2026的基准方向X上，对于从第一假想透镜面2240a提取出的第一透镜面部2240的提取宽度W1而言，越是接近第一光轴Af1的第一透镜面部2240，其提取宽度W1越宽。另一方面，在各组照明单位2026的基准方向X上，对于从第二假想透镜面2241a提取出的第二透镜面部2241的提取宽度W2而言，越是接近第二光轴Af2的第二透镜面部2241，其提取宽度W2越宽。

进一步如图6、7所示，在各组照明单位2026的第一光轴Af1上，第一透镜面部2240彼此以线对称的方式邻接。另一方面，在将各组照明单位2026分在两侧的第二光轴Af2上，第二透镜面部2241彼此以线对称的方式邻接。

在具备如以上那样的最后一级透镜2024的各组照明单位2026中，通过上述的各假想透镜面2240a、2241a的设定，将比初级透镜22小的正屈光度给予最后一级透镜2024。由此，在第二实施方式中，在同一组的聚光透镜2021中，初级透镜22的正屈光度最大。另外，通过各假想透镜面2240a、2241a的设定，在各组照明单位2026中，如图6所示，将第一假想透镜面2240a的焦距设定为最后一级透镜2024的焦距ff，以成为比初级透镜22的焦距fi大的正值。

在这样的各组照明单位2026中，对于对从初级透镜22到最后一级透镜2024的所有级的聚光透镜2021进行合成而得到的合成透镜的合成焦点Pc，其与初级透镜22的主平面224隔开的间隔Gc与第一实施方式相同，可由式1表示。另外，在各组照明单位2026中，与第一实施方式相同，式2、3成立，从而在沿着初级透镜22的光轴Aic、Ais的方向上，主平面224与光源20的间隔Gc为在主平面224与合成焦点Pc的间隔Gc以下。

进一步，如图6、7所示，就各组照明单位2026中的主点Pic、Pfc配置在中心主光线Rc上的中心照明单位2026c而言，第一光轴Af1和光源20对准初级透镜22的光轴Aic而配置在中心主光线Rc上。此外，就各组照明单位2026中的主点Pis、Pfs配置在周边主光线Rs上的周边照明单位2026s而言，第一光轴Af1和光源20相对于初级透镜22的光轴Ais向基准方向X的相反方向偏心地配置在周边主光线Rs上。因此，对于第二实施方式的周边照明单位2026s，在其所有组中，式4也成立。因此，根据这样的第二实施方式，能够发挥与第一实施方式相同的作用效果。

此外，根据第二实施方式，作为中心照明单位2026c以及周边照明单位2026s的某一个照明单位的各组照明单位2026的最后一级透镜2024，具有多个从至少能够进行二阶微分的第一假想透镜面2240a各自提取出一部分而得到的形状的第一透镜面部2240。因此，在中心照明单位2026c中，能够从配置在对准第一假想透镜面2240a的第一光轴Af1的初级透镜22的光轴Aic上的光源20，对穿过了初级透镜22的光发挥由各第一透镜面部2240形成的聚光功能。此外，在周边照明单位2026s中，能够从相对于初级透镜22的光轴Ais向与第一假想透镜面2240a的第一光轴Af1相反方向偏心的光源20，对穿过了初级透镜22的光发挥由各第一透镜面部2240形成的聚光功能。

此外，根据第二实施方式，各组照明单位2026的最后一级透镜2024，具有多个在基准方向X上与第一透镜面部2240交替地排列的透镜面部为从至少能够进行一阶微分的第二假想透镜面2241a各自提取出一部分所成的形状的第二透镜面部2241。因此，在各组照明单位2026中，在相对于第一光轴Af1向基准方向X偏心的第二假想透镜面2241a的确定的第二光轴Af2上，以及在该基准方向X上排列的光轴Af1、Af2间，能够将来自第二透镜面部2241的射出光重叠于来自第一透镜面部2240的射出光。根据这样的光的重叠功能，在各组照明单位2026中，即使在相对于第一光轴Af1上偏离的位置，也能够提高射出光的强度。因此，可以减少显示器5中的由各组照明单位2026形成的照明对象区域分别产生的照明不均，进而减少在虚像10a上产生的亮度不均。

进一步，此外，根据第二实施方式，通过采用对从假想透镜面2240a、2241a中局部提取出的透镜面部2240、2241进行排列而得到的各最后一级透镜2024，能够将这些最后一级透镜2024形成为尽可能薄。由此，可以减小初级透镜22与最后一级透镜2024的主平面间距离D，且也将处于由该距离D决定的间隔Gc以下的间隔Gl设定得较小。因此，在照明单元2的小型化方面，特别有利。

(其它实施方式)

以上，对本公开的多个实施方式进行了说明，但本公开并不被这些实施方式限定并解释，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，在关于第一以及第二实施方式的变形例1中，也可以代替初级透镜阵列22a的射出面22c，在该透镜阵列22a的入射面22b形成初级透镜面220，或者在初级透镜阵列22a的射出面22c的基础上，在该透镜阵列22a的入射面22b形成初级透镜面220。这里，在射出面22c以及入射面22b分别形成初级透镜面220的情况下，也可以通过在上述各面22c、22b按照每个不同的基准方向各排列多个光源20，来构建二维排列构造。

在关于第一以及第二实施方式的变形例2中，也可以代替最后一级透镜阵列24a的射出面24c，在该透镜阵列24a的入射面24b形成最后一级透镜面240、2242，或者在最后一级透镜阵列24a的射出面24c的基础上，在该透镜阵列24a的入射面24b形成最后一级透镜面240、2242。这里，在射出面24c以及入射面24b分别形成最后一级透镜面240、2242的情况下，也可以通过在上述各面24c、24b按照每个不同的基准方向各排列多个光源20，来构建二维排列构造。

在关于第一以及第二实施方式的变形例3中，对于各组照明单位26、2026的聚光透镜21、2021而言，只要至少包含初级透镜22以及最后一级透镜24、2024，也可以设置三级以上的透镜。例如，在变形例3中，也可以在初级透镜22与最后一级透镜24、2024之间配置将作为聚光透镜21的中间级透镜，将光源20与初级透镜22的主平面224的间隔Gl设定在那些所有级的合成焦点与初级透镜22的主平面224的间隔Gc以下。另外，在该情况下，也可以将各组照明单位26、2026的中间级透镜一体形成为中间级透镜阵列。

在关于第一以及第二实施方式的变形例4中，也可以在同一组中，对比初级透镜22靠后级侧的聚光透镜21(例如最后一级透镜24、2024)给予最大的正屈光度。另外，在关于第一以及第二实施方式的变形例5中，也可以在各组照明单位26、2026中，将包含初级透镜22和最后一级透镜24、2024的所有级的聚光透镜21中的至少一级聚光透镜21形成为相互独立。

在关于第一以及第二实施方式的变形例6中，在各组照明单位26、2026中，也可以将初级透镜22的主平面224与光源20之间隔开的间隔Gl设定为，比该主平面224与所有级的聚光透镜21的合成焦点Pc之间隔开的间隔Gc大。这里，在变形例6的情况下，为了将各组照明单位26的光源20配置于隔着放大光学系统6而与视觉确认区域91共轭的共轭位置Pl，可以进行例如将凸透镜与凹面镜60组合等，适当地变更该放大光学系统6的结构。另外，在变形例6的情况下，也可以将初级透镜22彼此的光轴间距离Δai设定为比光源20彼此的间距Δs小，将最后一级透镜24彼此的光轴间距离Δaf设定为比初级透镜22彼此的光轴间距离Δai以及光源20彼此的间距Δs小。

在关于第一以及第二实施方式的变形例7中，如图8所示，也可以定义为使中心主光线Rc和周边主光线Rs在误差的范围内到达视觉确认区域91中的中心位置Ov的附近。这里，在变形例7的情况下，将由式4表示的偏心距离ε稍稍改变与主光线Rc、Rs和中心位置Ov的误差相对应的量。

在关于第二实施方式的变形例8中，也可以使第一假想透镜面2240a的透镜轮廓与第二假想透镜面2241a的透镜轮廓不同。例如，在变形例8中，也可以使第一假想透镜面2240a的曲率Cf1与第二假想透镜面2241a的曲率Cf2不同。或者，如图9所示的变形例8那样，也可以是，作为与第一假想透镜面2240a不同的透镜轮廓，通过相对于基准方向X倾斜成山形，而将第二假想透镜面2241a形成为在沿着基准方向X的纵截面的光轴Af1、Af2间能够进行到一阶微分的棱镜透镜面状。

在关于第一以及第二实施方式的变形例9中，作为车辆8的“显示部件”，也可以采用挡风玻璃81以外的要素，例如粘贴于挡风玻璃81的室内侧的面的或者与挡风玻璃81分立地形成的组合部件(Combiner)等。另外，在关于第一以及第二实施方式的变形例10中，也可以在搭载于车辆8以外的船舶或者飞机等“移动体”的HUD装置1的照明单元2中应用本公开。

Claims (9)

1.一种平视显示装置的照明单元，其特征在于，

该平视显示装置(1)将由显示器(5)形成并被放大光学系统(6)放大后的显示图像(10)投影至移动体(8)的显示部件(81)，从而将该显示图像的虚像(10a)显示为能在上述移动体的室内的视觉确认区域(91)进行视觉确认，在该平视显示装置中，照明单元(2)对上述显示器进行透光照明，使上述显示图像的光到达上述视觉确认区域，

该平视显示装置的照明单元以光源(20)和多级聚光透镜(21、2021)作为一组照明单位(26、2026)，并具备在规定的基准方向(X)上排列的多组该照明单位，其中，光源(20)配置于隔着上述放大光学系统而与上述视觉确认区域共轭的共轭位置(Pl)并放射光，多级聚光透镜(21、2021)使来自上述光源的光朝向上述显示器会聚，

各组上述照明单位至少包含：初级透镜(22)，是以最接近上述光源的方式配置的作为上述聚光透镜的初级透镜；以及最后一级透镜(24、2024)，是以最远离上述光源的方式配置的作为上述聚光透镜的最后一级透镜，

在作为各组上述照明单位中的一组上述照明单位的中心照明单位(26c、2026c)中，从上述初级透镜到上述最后一级透镜的所有级的上述聚光透镜的主点(Pic、Pfc)配置于穿过上述显示器的视角中心(Od)到达上述视觉确认区域的中心主光线(Rc)上，并且上述光源通过对准上述初级透镜的光轴(Aic)而配置在上述中心主光线上，

在作为各组上述照明单位中的剩余的组的上述照明单位的周边照明单位(26s、2026s)中，所有级的上述聚光透镜的主点(Pis、Pfs)配置于穿过上述显示器中的上述视角中心的周边并到达上述视觉确认区域的周边主光线(Rs)上，并且上述光源通过相对于上述初级透镜的光轴(Ais)向上述基准方向偏心而配置在上述周边主光线上。

2.根据权利要求1所述的平视显示装置的照明单元，其特征在于，

上述中心主光线被定义为，穿过上述显示器的上述视角中心到达上述视觉确认区域的中心位置(Ov)，

上述周边主光线被定义为，穿过上述显示器中的上述视角中心的周边到达上述视觉确认区域的上述中心位置。

3.根据权利要求1或2所述的平视显示装置的照明单元，其特征在于，

在各组上述照明单位中，若假定对从上述初级透镜到上述最后一级透镜的所有级的上述聚光透镜进行合成而得到的合成透镜的合成焦点(Pc)，则上述初级透镜的主平面(224)与上述光源之间隔开的间隔(Gl)设定为在上述初级透镜的主平面(224)与上述合成焦点之间隔开的间隔(Gc)以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的平视显示装置的照明单元，其特征在于，

在各组上述照明单位中，正屈光度最大的上述聚光透镜是上述初级透镜。

5.根据权利要求4所述的平视显示装置的照明单元，其特征在于，

各组上述照明单位包含：以最大的正屈光度使来自上述光源的光会聚的上述初级透镜、以及通过使来自上述光源并通过了上述初级透镜的光会聚而对该光的成像位置进行调整的上述最后一级透镜，作为分别各自设置两级的上述聚光透镜。

6.根据权利要求5所述的平视显示装置的照明单元，其特征在于，

上述中心主光线被定义为，穿过上述显示器的上述视角中心到达上述视觉确认区域的中心位置(Ov)，

上述周边主光线被定义为，穿过上述显示器中的上述视角中心的周边到达上述视觉确认区域的上述中心位置，

对于在上述周边照明单位中，上述光源相对于上述初级透镜的上述光轴偏心的偏心距离ε，

作为使用了上述周边照明单位中的上述初级透镜的焦距fi、上述周边照明单位中的上述最后一级透镜的焦距ff、上述周边照明单位中的上述初级透镜以及上述最后一级透镜的主平面间距离D、在上述周边照明单位中在上述基准方向上排列的上述初级透镜彼此的光轴间距离Δai、在上述周边照明单位中在上述基准方向上排列的上述最后一级透镜彼此的光轴间距离Δaf、以及上述中心照明单位中的上述最后一级透镜的主平面和上述视觉确认区域间的光学距离L的关系式，下式成立：

ε＝{fi/(D+L-L·D/ff)}·{Δai-L·(Δai-Δaf)/ff}。

7.根据权利要求5或者6所述的平视显示装置的照明单元，其特征在于，

在各组上述照明单位(2026)中，上述最后一级透镜(2024)具有：

多个第一透镜面部(2240)，其形成为从第一假想透镜面(2240a)各提取出一部分而得到的形状，该第一假想透镜面(2240a)作为使第一光轴(Af1)相对于第二光轴(Af2)向上述基准方向偏心而确定的假想透镜面，在排列于上述基准方向上的上述第一光轴与上述第二光轴之间至少能够进行二阶微分；以及

多个第二透镜面部(2241)，其在上述基准方向上与上述第一透镜面部交替排列，形成为从第二假想透镜面(2241a)各提取出一部分而得到的形状，该第二假想透镜面(2241a)作为确定上述第二光轴的假想透镜面，并且在排列于上述基准方向上的上述第一光轴与上述第二光轴之间至少能够进行一阶微分，

在各组上述照明单位中的上述中心照明单位(2026c)中，上述光源和上述第一光轴对准上述初级透镜的光轴(Aic)，

在各组上述照明单位中的上述周边照明单位(2026s)中，上述光源和上述第一光轴相对于上述初级透镜的光轴(Ais)向相反方向偏心。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的平视显示装置的照明单元，其特征在于，

构成各组上述照明单位的上述初级透镜彼此构成初级透镜阵列(22a)，并且构成各组上述照明单位的上述最后一级透镜彼此构成与上述初级透镜阵列组合的最后一级透镜阵列(24a)。

9.一种平视显示装置，其特征在于，

该平视显示装置(1)将由显示器(5)形成并被放大光学系统(6)放大后的显示图像(10)投影至移动体(8)的显示部件(81)，从而将该显示图像的虚像(10a)显示为能在上述移动体的室内的视觉确认区域(91)进行视觉确认，

与权利要求1～8中任一项所述的照明单元(2)一起设置有上述显示器以及上述放大光学系统。