CN106716228A - 平视显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平视显示装置，其可抑制聚光机构的像差造成的显示元件的显示区域的照明不均匀。一种平视显示装置(100)，在该平视显示装置中，将具有背光单元(1)和液晶显示元件(2)的显示器(3)所发出的显示光(L)，经由投射机构投射于观察者的视点区域，辨认该显示光(L)所表示的图像。背光单元(1)包括：光源(10)，该光源射出对液晶显示元件(2)进行照明的光；透镜阵列(40)，在该透镜阵列(40)中设置多个透镜，该透镜阵列(40)分割从上述光源(10)所射出的光(I)，形成多个上述光源的像；聚光机构(51、52)，该聚光机构(51、52)按照与液晶显示元件(2)的显示区域相对应的方式，汇聚从光源(10)的像所射出的光(I)，透镜阵列(40)按照周壁的透镜的配光角度不同于中间的透镜的配光角度的方式构成。

Description

平视显示装置
技术领域
本发明涉及平视显示装置。
背景技术
作为显示规定的图像的显示器，人们知道有通过背光而对液晶显示元件进行透射照明的结构的类型。在专利文献1中，公开有具有这样的结构的显示器的显示装置，该显示装置称为所谓的平视显示(Head-up Display；HUD)装置。HUD装置通过将来自显示器的显示光投射于车辆的前玻璃，用户(主要为驾驶员)将规定的图像辨认为显示像(虚像)。
在专利文献1所述的显示器中，背光采用聚光型的照明光学系统，在从背光用的光源到液晶显示元件的光路上设置有：聚光透镜(平行光形成机构)、透镜阵列、物镜(也称为“聚焦透镜”，为聚光机构)，由此，在液晶显示元件的背后构成背光单元。在专利文献1的HUD装置中，通过由透镜阵列形成的光源的多重像所发出的光线通过物镜而折射，以规定的角度射入液晶显示元件。射入液晶显示元件中的主光线以与入射角度基本相等的角度，从液晶显示元件，作为显示光射出，经由主要由凹面镜和前玻璃构成的投射光学系统，汇聚于用户的视点区域(アイボックス：可视范围)附近。
已有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2012—203176号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1的HUD装置中，以HUD装置的像放大率，即投射光学系统的焦点距离在显示像的纵向和横向上相等的条件为前提，物镜的曲面形状相对光轴呈旋转对称状。但是，对于装载于车辆上的HUD装置，具有因设计上的制约，根据车种不同，投射光学系统的焦点距离在纵向和横向而不同的情况，该设计上的制约主要为设置下述部件等而产生，该部件分别用于：对由前玻璃所产生的显示像的形变进行补偿、接纳于有限的装载空间、防止散射光。在该场合，具有视点区域的显示光的聚光度劣化，光利用效率降低的危险、从规定的视点而辨认的显示像的亮度均匀度降低的危险。
另外，在专利文献1的HUD装置中，因聚光机构的像差，越从光源的光轴离开，从光源的多重像所发出的光线向液晶显示元件的照射范围越窄。由此，具有产生对液晶显示元件的显示区域的照明不均匀、产生伴随视点移动的显示像的亮度不均匀的问题。作为针对它的对策，列举有聚光机构的透镜设置等的最佳化，但是，满足背光的允许容积的范围内的最佳化具有限制，如果扩大相对光轴而远离的位置的照射范围，则随之相对光轴附近的位置的照射范围也扩大，光利用效率降低。另外，具有向液晶显示元件2的配光控制脱离理想状况，在用户的视点区域的聚光度降低的危险。
本发明是针对上述情况而提出的，本发明的第1目的在于，提供一种HUD装置，其抑制因光利用效率的降低、显示像的亮度的均匀度的降低。
本发明是针对上述情况而提出的，本发明的第2目的在于，提供一种HUD装置，其可抑制聚光机构的像差造成的显示元件的显示区域的照明不均匀。
用于解决课题的技术方案
为了实现上述第1目的，本发明的平视显示装置涉及下述的平视显示装置，在该平视显示装置中，将具有背光单元和显示元件的显示器所发出的显示光，经由投射机构投射于观察者的视点区域，辨认该显示光所表示的图像，
其特征在于，上述背光单元包括：
光源，该光源射出对上述显示元件进行照明的光；
透镜阵列，该透镜阵列分割从上述光源所射出的光，形成多个上述光源的像；
聚光机构，该聚光机构按照与上述显示元件的显示区域相对应的方式，汇聚从上述光源的像所射出的光,
上述聚光机构按照下述方式构成，该方式为：纵向和横向的焦点距离不同，以便对上述投射方向的纵向和横向的焦点距离的不同进行补偿。
为了实现上述第2目的，本发明的平视显示装置的特征在于,上述透镜阵列按照下述方式构成，该方式为：设置多个透镜，周边的透镜的配光角度不同于中间的透镜的配光角度。
发明的效果
按照本发明，可抑制聚光机构的像差造成的显示元件的显示区域的照明不均匀。
附图说明
图1为用于说明本发明的一个实施方式的HUD装置的装载形态的示意图；
图2为本发明的一个实施方式的HUD装置的概况剖视图；
图3为图2所示的HUD装置的显示器附近的放大图；
图4为本发明的一个实施方式的背光单元的概况分解立体图；
图5为用于说明本发明的一个实施方式的背光单元的功能的示意图，图5(a)为实施方式和比较例的横向剖视图，图5(b)为比较例的纵向剖视图，图5(c)为实施方式的纵向剖视图；
图6为表示本发明的一个实施方式的透镜阵列的主视图；
图7为表示本发明的一个实施方式的第2聚焦透镜的图；
图8为用于说明已有技术的背光单元的功能的示意图的横向剖视图；
图9为表示本发明的一个实施方式的透镜阵列的横向剖视图；
图10为本发明的一个实施方式的透镜阵列的另一例子的横向剖视图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施方式的平视显示(HUD)装置进行说明。
本实施方式的HUD装置100按照像图1所示的那样，埋入车辆C的仪表盘中的方式设置。HUD装置100像图2所示的那样，包括：由背光单元1和液晶显示元件2(显示元件)构成的显示器3；平面镜4；凹面镜5；筐体6；保护部件7。
HUD装置100通过将从显示器3所射出的显示光L投射于车辆C的挡风玻璃S(前挡玻璃)上，将显示光L所表示的图像作为虚像V(显示像)，由用户U(主要为驾驶员)辨认。从显示器3所射出的显示光L通过由来自背光单元1的光，对液晶显示元件2进行透射照明的方式获得，表示规定的图像。
背光单元1像图3所示的那样，包括：光源10、平行形成机构20、照度均匀化机构30、透镜阵列40、第1聚焦透镜51、第2聚焦透镜52、反射部60、扩散片70、外壳体80与外罩部件90。
平行光形成机构20、照度均匀化机构30、透镜阵列40、第1聚焦透镜51、第2聚焦透镜52、反射部60与扩散片70设置于光源10所射出的光的光路上。它们从光源10，朝向液晶显示元件2，按照平行光形成机构20、照度均匀化机构30、透镜阵列40、第1聚焦透镜51、反射部60、第2聚焦透镜52、扩散片70的顺序而设置。光源10、平行光形成机构20、透镜阵列40、第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52构成HUD装置100的照明光学系统。背光单元1按照一边将从光源10发出的光均匀地照射到液晶显示元件2的显示区域A，一边将从液晶显示元件2中透射的显示光L经由由凹面镜5和挡风玻璃S构成的HUD装置100的投射机构(投射光学系统)，导到用户U的可视范围EB(视点区域)内的方式，控制从液晶显示元件2的前面(朝向图2和图3中的纸面上方向的面)所射出的显示光L的角度(参照图5)。
光源10发出对液晶显示元件2进行透射照明的光(在下面也称为“照明光I”)。光源10由比如，2个LED(发光二极管)构成。另外，光源10还可由1或3个以上的LED构成。光源10安装于固定在外壳体80上的电路衬底11(参照图4)上。在电路衬底11中，在由铝、树脂等形成的基材上形成电路布图，通过后述的控制部(在图中没有示出)与公知的方法而导通连接。另外，光源10与放热部件(在图中没有示出)热耦合。放热部件为由比如铝等的金属材料制作的翅片型的结构体，将光源10发出的热量排放到外部。
平行光形成机构20接受来自光源10的照明光I，作为平行光所射出。在这里所说的平行光为与光源10的光轴AX(参照图3)基本平行(还包括刚好平行)地行进的光。平行光形成机构20由比如聚光透镜构成。聚光透镜为通过工程树脂材料而制作的凸透镜，相对1个光源10，对应有1个透镜。在采用多个光源10的场合，采用设置多个凸透镜的集合透镜的形态。平行光形成机构20在从制造上的情况说，打算将透镜曲面顶点距离(透镜厚度)抑制在规定的厚度的场合，在打算一边维持或增加照明光I的获取量，一边进一步提高从平行光形成机构20所射出的光的平行度的场合等时，根据使用，也可由2个以上的透镜构成。另外，由于平行光形成机构20设置于光源10的附近，故最好考虑由光源10而产生的热的影响，采用耐热性优良的光学树脂材料。另外，平行光形成机构20也可采用准直透镜等的其它公知的光学元件。
在照度均匀化机构30中，射入通过平行光形成机构20而构成平行光的照明光I，谋求射出侧的光的照度分布的均匀化。照度均匀化机构30由比如灯箱构成。该灯箱为包围光轴AX的方筒状的部件，内面(光轴AX侧的面)为镜面。照度均匀化机构30也可为具有光扩散片、光反射板等的其它的公知的灯箱等。
透镜阵列40像图6的主视图(表示液晶显示元件2侧)所示的那样，为沿纵横向排列多个微小透镜41的透镜集合体，称为所谓的蝇眼透镜。透镜41为比如光源10侧和液晶显示元件2侧的两个面呈相同的凸形状的所谓的双凸透镜。另外，透镜41的各自的光轴与平行光形成机构20的光轴平行。另外，透镜41的曲面也可为非球面或自由曲面。
在透镜阵列40中，射入通过平行光形成机构20而进行基本平行处理，通过照度均匀化机构30而使照度基本均匀的照明光I。由于透镜阵列40以构成本身的透镜41的数量而产生多重像(中间像)，故通过平行光形成机构20而产生的1个光源10的放大像(从光源10所射出的照明光I)以透镜阵列40的透镜41的数量，进行分割，形成多重像。由此，即使以少的光源10，仍可以均质的光强度分布对液晶显示元件2进行照明。
设置透镜阵列40的透镜41的区域对应于液晶显示元件2的显示区域A而呈长方形状，在相对其长方形的纵向(图6的左右方向)，划分为位于中间处的中间部40A、相对中间部40A而位于左侧的左周边部40B、相对中间部40A而位于右侧的右周边部40C的3个区域时，按照左右周边部40B、40C的透镜41的阵列间距(邻接的2个透镜41的顶点之间的距离)不同于中间部40A的透镜41的阵列间距的方式形成各透镜41。具体来说，按照左右周边部40B、40C的透镜41的阵列间距大于中间部40A的透镜41的阵列间距的方式形成各透镜41。在后面，对像这样周边的透镜41的阵列间距不同于中间的透镜41的阵列间距的作用进行描述。
第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52由比如凸透镜构成，该凸透镜由光学树脂材料制作，它们用作聚光机构，该聚光机构将从透镜阵列40产生的光源10的多重像所射出的照明光I按照与液晶显示元件2的显示区域A(参照图5)相对应的方式汇聚。具体来说，第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52协同地跨过显示于液晶显示元件2的前面上的图像的可显示范围(显示区域A)相对应的背面的全面，照射来自透镜阵列40的照明光I。由此，可以良好的效率，将表示由透镜阵列40而产生的多重像的照明光I照射到液晶显示元件2的背面的必要的范围内。另外，此时，通过使相对多重像的第1、第2聚焦透镜51、52的焦点距离和光学配置为最佳，照射到液晶显示元件2的背面上的照明光I的角度在规定的值附近。由此，可控制从液晶显示元件2的前面所射出的显示光L的配光角度，可提高向可视范围EB的显示光L的照射效率。
由第1、第2聚焦透镜51、52构成的上述聚光机构按照下述方式构成，该方式为：纵向和横向的焦点距离不同，从而对由凹面镜5和挡风玻璃S构成的上述投射机构的纵向和横向的焦点距离的不同进行补偿。具体来说，第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52两者中的至少1者由超环(toroidal)面透镜构成。即，第1聚焦透镜51的两个面和第2聚焦透镜52的两个面这四个面中的至少1个面作为相垂直的纵向和横向的曲率不同的非球面的超环面而构成。在本实施方式中，像图7所示的那样，第2聚焦透镜52的两个面为超环面，相垂直的纵向(垂直方向)的焦点距离与横向(水平方向)的焦点距离不同。另外，图7(a)为第2聚焦透镜52的主视图(表示液晶显示元件2侧)，图7(b)为第2聚焦透镜52的纵向剖视图，图7(c)为第2聚焦透镜52的横向剖视图。像这样，使上述聚光机构的纵向和横向的焦点距离不同的作用将在后面具体描述。另外，作为使上述聚光机构的纵向和横向的焦点距离不同的方法，也可在构成上述聚光机构的光学部件上，至少1个曲面为自由曲面。
反射部60设置于第1聚焦透镜51和第2聚焦透镜52之间。反射部60由平面镜构成，该平面镜按照于由比如树脂、玻璃等形成的基材上蒸镀铝等的金属，形成反射面61的方式形成。反射部60按照相对光源10的光轴AX使反射面61倾斜的方式设置。来自第1聚焦透镜51的照明光I通过该反射面61而反射，射入第2聚焦透镜52中。
在本实施方式中，按照像图3所示的那样，从反射部60到液晶显示元件2的照明光I的光路与光源10的光轴AX基本垂直的方式设置反射部60。像这样，反射部60变更照明光I的光路。
扩散片70由比如于至少1个面上进行凹凸加工的合成树脂构成，具有透光性。来自第2聚焦透镜52的照明光I通过扩散片70，由此，经过扩散到达液晶显示元件2的背面。像这样，通过设置扩散片70，降低液晶显示元件2的照明的不均匀。
外壳体80由树脂等形成，呈箱状，在其内部接纳光源10、平行光形成机构20、照度均匀化机构30、透镜阵列40、第1聚焦透镜51与反射部60。外壳体80像图4所示的那样，具有上部开口部81和侧部开口部82。上部开口部81朝向液晶显示元件2侧而开口。侧部开口部82朝向光源10侧而开口。上部开口部81和侧部开口部82连通。按照封闭侧部开口部82的方式，设置电路衬底11。电路衬底11通过螺钉等的固定机构(在图中没有示出)固定于外壳体80上。由此，光源10按照朝向外壳体80的内部射出光的方式设置。按照覆盖上部开口部81中的与光源10相反的一侧的端部的方式设置第2聚焦透镜52。按照封闭上部开口部81的方式设置外罩部件90。
外罩部件90像图4所示的那样，由树脂等形成，呈板状覆盖外壳体80的上部开口部81。外罩部件90通过螺钉90b等的固定机构固定于外壳体80上。在外罩部件90上，形成窥探第2聚焦透镜52的开口部91。开口部91呈与第2聚焦透镜52的透镜面形状相对应的形状。
通过外壳体80和外罩部件90构成背光单元1的筐体。
由于像以上描述的那样，形成在1个外壳体80的内部设置照度均匀化机构30、第1聚焦透镜51、反射部60等的光学部件的结构，故背光单元1的组装也容易。另外，由于外罩部件90覆盖必要的部位以外(即，窥探第2聚焦透镜52的开口部91以外)的部位，故可防止照明光I不必要地泄漏到背光单元1的外部的情况。
液晶显示元件2通过比如在TFT(薄膜晶体管)型的液晶面板的前面和背面上设置偏振片的方式构成。另外，构成液晶显示元件2的液晶面板也可为无源驱动型。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、强电介性型等的各种类型的液晶面板。
液晶显示元件2通过根据控制部(在图中没有示出)的控制，将构成显示区域A的各像素切换到透射、不透射中的任意的状态，在显示区域A显示规定的图像。显示区域A为呈于横向而伸长的长方形状。比如，控制部从车辆C的ECU(电子控制单元)获得通过通信线路而传送的各种的车辆信息，在液晶显示元件2中显示表示车辆速度、每公升燃料行驶的公里数等的图像。同时，控制部使光源10发光。由此，液晶显示元件2通过由背光单元1而产生的照明光I而进行透射照明，表示显示图像的显示光L从液晶显示元件2所射出。
像这样，从由背光单元1与液晶显示元件2构成的显示器3，射出显示光L。
返回到图2，平面镜4按照于由树脂、玻璃等形成的基材上蒸镀铝等的金属，形成反射面的方式构成。平面镜4将显示器3发出的显示光L朝向凹面镜5而反射。
凹面镜5按照在由树脂、玻璃等形成的基材上蒸镀铝等的金属，形成反射面的方式构成。凹面镜5的反射面为凹面。来自显示器3的显示光L通过凹面镜5而放大，射入挡风玻璃S中，通过挡风玻璃S而反射，投射于用户U的可视范围EB中。由此，由用户U而辨认的虚像V为将显示于显示器3中的图像放大的尺寸。
像这样，从显示器3所发出的显示光L经由凹面镜5与挡风玻璃S构成的上述投射机构，投射于用户U的可视范围EB中，辨认虚像V。
筐体6由树脂等形成，呈箱状，在其内部接纳平面镜4和凹面镜5。平面镜4和凹面镜5通过公知的方法而固定于筐体6的内部。
筐体6像图2所示的那样，具有上部开口部6a和下部开口部6b。上部开口部6a朝向挡风玻璃S而开口，用作使显示光L通过而到达HUD装置100的外部的射出口。下部开口部6b位于筐体6中的与上部开口部6a相反的一侧，在其下端部(图2的纸面下方向的端部)设置液晶显示元件2。像这样，下部开口部6b按照朝向筐体6的内部而窥探液晶显示元件2的显示面的方式形成。
像这样，筐体6按照包围从液晶显示元件2到用作射出口的上部开口部6a的显示光L的光路的方式形成。
像图2所示的那样，背光单元1在筐体6的外侧，从下部开口部6b侧安装于筐体6上。比如，通过螺钉8等的固定机构，将外壳体80固定于筐体6上，由此，将背光单元1安装于筐体6上。此时，按照覆盖外壳体80的外罩部件90的开口部91(参照图4)连通到筐体6的下部开口部6b(参照图2)的方式，将背光单元1安装。
保护部件7由树脂等形成，从下侧(图2的纸面下侧)覆盖安装于筐体6上的背光单元1，通过规定的方法而固定于筐体6上。像这样设置的保护部件7防止背光单元1受到灰尘、振动等的影响。
对于HUD装置100，如果简单地可让用户U将规定的图像作为虚像V而辨认的机构进行描述，则如下述的(1)、(2)那样。
(1)显示器3显示图像，由此，射出显示光L。来自显示器3的显示光L通过平面镜4和凹面镜5而反射，朝向挡风玻璃S而反射。像这样，HUD装置100将显示光L朝向挡风玻璃S所射出。
(2)来自HUD装置100的显示光L通过挡风玻璃S而反射，由此，从用户U而观看，显示图像的虚像V成像于挡风玻璃S的前方。
下面通过图5，对下述作用进行说明，该作用指按照上述聚光机构(第1、第2聚焦透镜51、52)的纵向和横向的焦点距离不同，从而对上述投射机构(凹面镜5和挡风玻璃S)的纵向和横向的焦点距离的不同进行补偿的方式构成上述聚光机构的作用。在下面，将上述投射机构的纵向和横向的焦点距离相等，即构成上述聚光机构的第1、第2聚焦透镜51、52的全部的曲面为轴旋转对称的曲面的场合作为比较例子进行说明。图5(a)为用于说明本实施方式和比较例的背光单元1(照明光学系统)的功能的示意图的纵向剖视图，图5(b)为用于说明比较例的背光单元1的功能的示意图的纵向剖视图，图5(c)为用于说明本实施方式的背光单元1的功能的示意图的纵向剖视图。另外，在图5(a)～图5(c)中，为了容易观看图，通过1个凸透镜而表示第1、第2聚焦透镜51、52，通过1个凸透镜而表示凹面镜和挡风玻璃S。另外，为了容易理解背光单元1的功能，在图5(a)的横向剖视图和图5(b)、图5(c)的纵向剖视图中，按照与各部分的实际的形状无关，各部分的横向(图5(a)的纸面上下方向)的长度和纵向(图5(b)、图5(c)的纸面上下方向)的长度相等的方式进行图示(实际上，除了光源10以外的各部分为在横向伸长的形状)。
像前述的那样，在装载于车辆C上的HUD装置100中，具有因各种的设计上的制约，伴随车种，上述投射机构的焦点距离在纵向和横向不同的情况。在该场合，如果没有采取任何的措施，则可视范围EB的显示光L的聚光度在纵向或横向劣化。具体来说，比如，在对应于上述投射机构的横向而设计上述聚光机构的焦点距离的场合，由于像图5(a)所示的那样，相对可视范围EB的横向，显示光L在可视范围EB上的任意点处成像，故虽然显示光L的成像度，即聚光度高，但是由于像图5(b)所示的那样，相对可视范围EB的纵向，显示光L成像于脱离可视范围EB的位置，故显示光L的聚光度劣化。如果显示光L的聚光度劣化，则具有导向到可视范围EB外的显示光L增加，光利用效率降低，另外，从任意的视点而看到的虚像V产生亮度不均匀，亮度均匀度降低的危险。另外，图5(b)表示上述投射机构的纵向的焦点距离大于横向的焦点距离的场合。
相对该情况，在本实施方式中，按照对上述投射机构的纵向和横向的焦点距离的不同进行补偿的方式，在纵向和横向，使上述聚光机构的焦点距离不同。如果像这样形成，则一边像图5(a)所示的那样，在可视范围EB的横向，与过去相同保持高的聚光度，一边像图5(c)所示的那样，还相对可视范围EB的纵向，通过上述聚光机构的焦点距离的变更，在横向和纵向使HUD装置100的整体的焦点距离一致，由此，显示光L成像于可视范围EB上的任意点，可高度地保持显示光L的聚光度。另外，图5(c)表示按照对应于上述投射方向的纵向的焦点距离大于横向的焦点距离的状况，上述聚光机构的第2聚焦透镜52的纵向的焦点距离小于横向的焦点距离的方式构成(改变纵向的曲面的曲率)的场合。另外，因上述投射机构的纵向和横向的焦点距离的不同，虚像V的像放大率在纵向和横向不同，但是，通过在纵向和横向，使在液晶显示元件2中显示的图像的尺寸不同，可对像放大率的不同进行补偿。
下面还对上述聚光机构的焦点距离的具体的设计方法进行描述。
如果HUD装置100的上述照明光学系统(光源10、平行光形成机构20、透镜阵列40、第1、第2聚焦透镜51、52)的焦点距离为fa，上述HUD装置100的上述投射机构(凹面镜5、挡风玻璃S)的焦点距离为fb，上述照明光学系统和上述投射机构组合的HUD装置100整体的焦点距离为f(a+b)，则HUD装置整体的焦点距离f(a+b)可由下述的数学公式1而表示：
(数学公式1)
其中，d表示上述照明光学系统的中心点和上述投射机构的中心点之间的距离。
首先，考虑可视范围EB的位置和虚像V的像放大率、以及虚像V的形变、装载性等的设计上的制约，确定上述投射机构的纵向和横向的焦点距离fb。接着，通过计算、任意值的设定等，计算上述照明光学系统的纵向和横向的焦点距离fa中的一者，根据上述数式1，计算HUD装置100整体的纵向和横向的焦点距离f(a+b)的一者。进而，以HUD装置100整体的纵向和横向的焦点距离f(a+b)中的另一者等于在先计算的一者的值的方式，根据上述数式1，计算上述照明光学系统的纵向和横向的焦点距离fa的另一者。此外，通过照明模拟来调整已计算的上述照明光学系统的纵向和横向的焦点距离fa。根据像这样而获得的上述照明光学系统的纵向和横向的焦点距离fa，设计上述聚光机构(在本实施方式中，为第2聚焦透镜52)的纵向和横向的焦点距离。像这样，可按照对上述投射机构的纵向和横向的焦点距离进行补偿的方式，在纵向和横向，使上述聚光结构的焦点距离不同。
下面通过图8和图9，对在透镜阵列40的左右周边部40B、40C与中间部40A中，透镜41的阵列间距不同的作用进行说明。另外，图8为说明透镜阵列40的功能的示意图的横向剖视图，图9为表示透镜阵列40的透镜41的横向剖视图。
像前述那样，透镜阵列40为微小的透镜41的集合体，如果通过平行光形成机构20而基本平行化的照明光I射入透镜阵列40中，则该照明光I通过各个透镜41的入射侧(光源10侧)曲面而折射，汇聚于射出侧(液晶显示元件2侧)曲面的附近，成多重像。此时，在不采取任何的措施的场合，各透镜41的配光角度与透镜41的位置无关，是相等的，像图8所示的那样，因第1、第2聚焦透镜51、52的像差，伴随相对光轴AX的远离，从多重像朝向液晶显示元件2的照明光I的照射范围变窄。在图8中，虽然通过从与光轴AX重合的透镜41而成像的光源10的像所射出的照明光I经由第1、第2聚焦透镜51、52照射到液晶显示元件2的显示区域A整体，但是，从通过相对光轴AX，在透镜阵列40的左右方向(图8的纸面上下方向)而离开的透镜41而成像的光源10的像所射出的照明光I经由第1、第2聚焦透镜51、52，没有照射到液晶显示元件2的显示区域A的一部分(端部)，产生照射不均匀。在HUD装置100中，由于最终投射有显示光L的部件为光扩散性低的挡风玻璃S，故指向性高，液晶显示元件2的照明不均匀容易由显示像(虚像V)的亮度不均匀而反映。
相对该情况，在本实施方式中，通过在透镜40的左右周边部40B、40C和中间部40A，使透镜41的阵列间距不同，在左右周边部40B、40C和中间部40A，使透镜41的配光角度不同。具体来说，按照左右周边部40B、40C的透镜41的阵列间距大于中间部40A的透镜41的阵列间距，以便左右周边部40B、40C的配光角度大于中间部40A的方式，形成各透镜41。如果阵列间距变大，则曲面的尺寸变大，其结果是，配光角度变大。图9(a)表示中间部40A的透镜41，图9(b)表示左右周边部40B、40C的透镜41。另外，图9(a)、图9(b)均为横向剖视图。作为左右周边部40B、40C中的与液晶显示元件2的纵向相对应的透镜阵列40的左右方向(图9的纸面上下方向)的透镜41的阵列间距W2大于中间部40A的透镜41的左右方向的阵列间距W1的结果(W2＞W1)，左右周边部40B、40C的透镜41的配光角度θ2大于中间部40A的透镜41的配光角度θ1。于是，在左右周边部40B、40C中，均可将从通过透镜41而成像的光源10的像所射出的照明光I的照射范围扩大，照射到液晶显示元件2的显示区A整体。另外，透镜阵列40的整体的的纵向和横向的长度对应于液晶显示元件2的前面的显示光L的配光角度而确定。比如，在第1、第2聚焦透镜51、52的焦点距离固定的场合，伴随透镜阵列40整体的长度的增加，液晶显示元件2中的显示光L的配光角度变大。
另外，作为通过透镜阵列40的左右周边部40B、40C与中间部40A，使透镜41的配光角度不同的方法，不但使上述阵列间距不同，还可使透镜41的曲面形状和/或厚度不同，使透镜41的焦点距离不同。在该场合，具体来说，像10所示的那样，通过使左右周边部40B、40C的透镜41的焦点距离小于中间部40A的透镜41的焦点距离，可使左右周边部40B、40C的透镜41的配光角度θ2(图10(b))大于中间的透镜41的配光角度θ1(图10(a))。
针对观点1方面，以上描述的HUD装置100为下述的平视显示装置100，在该平视显示装置100中，经由投射机构(凹面镜5和挡风玻璃S)，将包括背光单元1和液晶显示元件2的显示器3所发出的显示光L投射到观察者(用户U)的视点区域(可视范围EB)，辨认虚像V，背光单元1包括：光源10，该光源10射出对液晶显示元件2进行照明的光(照明光I)；透镜阵列40，该透镜阵列40对从光源10所射出的光进行分割，形成多个光源10的像；聚光机构(第1、第2聚焦透镜51、52)，该聚光机构按照下述方式构成，该方式为：纵向和横向的焦点距离不同，从而对上述投射方向的纵向和横向的焦点距离的不同进行补偿。
通过该方案，通过在纵向和横向使HUD装置100整体的焦点距离一致，显示光L成像于可视范围EB上的任意点上，可较高地保持显示光L的聚光度。由此，可抑制光利用效率的降低、虚像V的亮度均匀度的降低。
另外，在HUD装置100中，上述聚光机构由1个以上的聚焦透镜构成，上述聚焦透镜中的至少1个的表面为超环面或自由曲面。
按照该方案，可容易在纵向和横向使上述聚光机构的焦点距离不同。
此外，HUD装置100装载于交通工具(车辆C)上，按照上述投射机构至少包括上述交通工具的前挡玻璃S的方式构成。
按照该方案，即使在通过前挡玻璃S，在上述投射机构的纵向和横向，焦点距离产生不同的情况下，仍可较高地保持显示光L的聚光度，仍可抑制光利用效率的降低、虚像V的亮度均匀度的降低。
另外，针对观点2方面，HUD装置100为下述的平视显示装置100，在该平视显示装置100中，经由投射机构(凹面镜5和挡风玻璃S)，将包括背光单元1和液晶显示元件2显示器3所发出的显示光L投射到观察者(用户U)的视点区域(可视范围EB)，辨认显示光L所表示的图像，背光单元1包括：光源10，该光源10射出对液晶显示元件2进行照明的光(照明光I)；透镜阵列40，在该透镜阵列40中设置多个透镜41，该透镜阵列40分割从光源10所射出的光，形成多个光源10的像；聚光机构(第1、第2聚焦透镜51、52)，该聚光机构按照与液晶显示元件2的显示区域A相对应的方式对从光源10的像所射出的光进行汇聚，透镜阵列40按照周边的透镜41的配光角度θ2不同于中间的透镜41的配光角度θ1的方式构成。
通过该方案，即使在透镜阵列40的周边，仍与第1、第2聚焦透镜51、52的像差无关，可将通过透镜41而产生的光源10的像的照明光I照射到液晶显示元件2的显示区域A整体，可抑制液晶显示元件2的显示区域A的照明不均匀。
还有，透镜阵列40还可按照下述方式构成，该方式为：周边的透镜41的阵列间距W2大于中间的透镜41的阵列间距W1。
由此，可容易使周边的透镜41的透镜41的配光角度θ2不同于中间的透镜41的配光角度θ1。
另外，透镜阵列40还可按照下述方式构成，该方式为：周边的透镜41的焦点距离小于中间的透镜41的焦点距离。
由此，可容易使周边的透镜41的配光角度θ2不同于中间的透镜41的配光角度θ1。
另外，透镜阵列40按照下述方式构成，该方式为：透镜41呈长方形状设置，相对上述长方形的纵向，周边的透镜41的透镜41的配光角度θ2不同于中间的透镜41的配光角度θ1。
按照该方案，针对距光轴AX的距离远、更容易产生照明不均匀的区域，可抑制液晶显示元件2的显示区域A的照明不均匀。另外，还可按照下述方式构成，该方式为：即使在透镜阵列40呈长方形状而设置透镜41的情况下，在整体的尺寸大的场合，同样相对长方形的宽度方向，周边的透镜41的配光角度仍不同于中间的透镜41的配光角度。
另外，本发明不限于上述实施方式，可进行各种的变形。
以上，对聚光机构由2个聚焦透镜构成的例子进行了说明，但是聚光机构还可由1个或3个以上的聚焦透镜构成。另外，聚光机构也可包括凹面镜。
此外，只要满足液晶显示元件2的照明性能，还可在背光单元1中适当追加、删除透镜、反射部60以外的反射器等的光学部件。
另外，HUD装置100也可不采用平面镜4和凹面镜5中的某一者而构成，还可不采用任何者而构成。
还有，在以上的说明中，给出通过车辆C的挡风玻璃S而反射显示光L，由此，用户U辨认显示图像的例子，但是不限于此。HUD装置100也可包括专用的组合器(コンバイナ：combiner)，通过组合器反射显示光L，由此，辨认显示图像。
此外，在以上的说明中，装载HUD装置100的交通工具的一个例子为车辆C，但是不限于此。HUD装置100也可为装载于汽车等的其它的车辆、建筑机械、农耕机械、船舶、飞机等上的类型。
另外，本发明不限于以上的实施方式和附图。
可在不变更本发明的实质的范围内，适当地改变实施方式和附图(包括删除组成元件)。
产业的利用可能性
本发明适合用于平视显示装置。
标号的说明：
标号100表示HUD装置；
标号1表示背光单元；
标号10表示光源；
标号20表示平行光形成机构；
标号30表示照度均匀化机构；
标号40表示透镜阵列；
标号40A表示中间部；
标号40B表示左周边部
标号40C表示右周边部；
标号41表示透镜；
标号51表示第1聚焦透镜；
标号52表示第2聚焦透镜；
标号60表示反射部；
标号70表示扩散片；
标号80表示外壳体；
标号90表示外罩部件；
符号l表示照明光；
标号2表示液晶显示元件；
标号3表示显示器；
标号6表示筐体；
标号6a表示上部开口部(射出口)；
符号L表示显示光；
符号V表示虚像；
符号U表示用户。

Claims (7)

1.一种平视显示装置，在该平视显示装置中，将具有背光单元和显示元件的显示器所发出的显示光，经由投射机构投射于观察者的视点区域，辨认该显示光所表示的图像，
其特征在于，上述背光单元包括：
光源，该光源射出对上述显示元件进行照明的光；
透镜阵列，该透镜阵列分割从上述光源所射出的光，形成多个上述光源的像；
聚光机构，该聚光机构按照与上述显示元件的显示区域相对应的方式，汇聚从上述光源的像所射出的光，
上述聚光机构按照下述方式构成，该方式为：纵向和横向的焦点距离不同，以便对上述投射方向的纵向和横向的焦点距离的不同进行补偿。
2.根据权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于，该聚光机构由1个以上的聚焦透镜构成，
上述聚焦透镜中的至少1个表面为超环面或自由曲面。
3.根据权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于，该平视显示装置装载于交通工具上，
上述投射机构至少包括上述交通工具的前玻璃。
4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的平视显示装置，其特征在于，上述透镜阵列按照下述方式构成，该方式为：设置多个透镜，周边的透镜的配光角度不同于中间的透镜的配光角度。
5.根据权利要求4所述的平视显示装置，其特征在于，上述透镜阵列按照下述方式构成，该方式为：周边的透镜的阵列间距大于中间的透镜的阵列间距。
6.根据权利要求4所述的平视显示装置，其特征在于，上述透镜阵列按照周边的透镜的焦点距离小于中间的透镜的焦点距离的方式构成。
7.根据权利要求4所述的平视显示装置，其特征在于，上述透镜阵列按照下述方式设置，该方式为：呈长方形状设置上述透镜，相对上述长方形状的纵向，使周边的透镜的配光角度不同于中间的透镜的配光角度。
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