CN108885344A - 平视显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供以简单的结构叠加显示显示距离(进深感)不同的多个虚像的平视显示装置。平视显示装置(100)具备合成光学系统(20)和投影光学系统(30)。合成光学系统(20)将在第1光路上前进的第1图像光和在光路长度与所述第1光路的光路长度不同的第2光路上前进的第2图像光叠加射出。投影光学系统(30)将由合成光学系统(20)叠加射出的第1图像光和第2图像光投影为虚像。

Description

平视显示装置
技术领域
本发明涉及平视显示装置(head-up display device)。
背景技术
存在使用了液晶显示面板的车载用平视显示装置。平视显示装置将车辆的速度信息或车辆导航信息等显示为在驾驶员的视线方向上叠加在车辆的前方景象上的虚像。因此，注视车辆前方的驾驶员通过较少的视线移动就能够目视辨识到被显示为虚像的信息。根据显示虚像的显示距离的不同，该虚像被驾驶员识别为进深感不同的影像。
专利文献1中记载了一种车辆用显示装置，该车辆用显示装置具有多个显示部，该多个显示部显示进深感不同的多个显示像，在该显示部中的至少1个显示部的显示光的射出部分设置有滤光器，该滤光器使该至少1个显示部的显示光指向与其它显示部的显示光不同的方向。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平07-304352号公报(例如，第0012段、第0013段、图1)
发明内容
发明要解决的课题
然而，专利文献1所述的车辆用显示装置难以使各个显示部的显示叠加。并且，存在如下的问题：无法对驾驶员显示与视线方向上的景色对应的唤起注意用的信息。
本发明是为了解决上述现有技术的课题而做出的，其目的在于提供一种能够以简单的结构叠加显示显示距离(进深感)不同的多个虚像的平视显示装置。
用于解决课题的手段
本发明的平视显示装置的特征在于，具备：合成光学系统，其将在第1光路上前进的第1图像光和在第2光路上前进的第2图像光叠加射出，所述第2光路的光路长度不同于所述第1光路的光路长度；以及投影光学系统，其将由所述合成光学系统叠加射出的所述第1图像光和所述第2图像光投影为虚像。
发明效果
根据本发明的平视显示装置，能够获得以简单的结构叠加显示多个显示距离(进深感)不同的虚像的效果。
附图说明
图1是示出实施方式的平视显示装置的概要结构的图。
图2是示出实施方式中的液晶显示面板的显示区域的概要结构的俯视图(在投影光学系统的方向上观察到的图)。
图3是示出实施方式中的合成光学系统的概要结构的放大图。
图4是示出实施方式中的偏振分束器的概要结构的立体图。
图5是示出实施方式中的组合器(combiner)和液晶显示面板之间的距离即图像光的光路长度、与组合器和虚像之间的距离即显示距离之间的关系的曲线图。
图6的(a)是示出实施方式中的主区域的虚像和副区域的虚像的显示距离的侧视图，(b)是示出实施方式中的主区域的虚像和副区域的虚像的显示距离的俯视图。
图7是示出从驾驶员观察到的实施方式中的主区域的虚像和副区域的虚像时的概要结构的俯视图。
图8是示出变形例1的平视显示装置的概要结构的图。
图9的(a)是示出变形例1的主区域的虚像和副区域的虚像的显示距离的侧视图，(b)是示出变形例1的主区域的虚像和副区域的虚像的显示距离的俯视图。
图10是示出变形例2的平视显示装置的概要结构的图。
图11的(a)是示出变形例2的主区域的虚像和副区域的虚像的显示距离的侧视图，(b)是示出变形例2的主区域的虚像和副区域的虚像的显示距离的俯视图。
图12是示出变形例3的平视显示装置的概要结构的图。
图13的(a)是示出变形例3的主区域的虚像和副区域的虚像的显示距离的侧视图，(b)是示出变形例3的主区域的虚像和副区域的虚像的显示距离的俯视图。
具体实施方式
例如，在日本特开2009-015128号公报中记述了一种立体图像显示装置，该立体图像显示装置的特征在于，具有焦距调节用光学元件、图像合成用光学元件、显示用光学元件和多个二维图像生成装置(例如，第0016段)。
在该专利文献所记载的立体图像显示装置中，可显示的显示距离不同的图像的数量最多是两个，难以显示三个以上的显示距离不同的图像。此外，还需要分离用的第1偏振分束器和合波用的第2偏振分束器，导致光路复杂化。此外，还存在装置整体的尺寸变大的问题。
在以下的实施方式的说明中，使用XYZ坐标以易于进行附图的说明。X轴是相对于搭载有本发明的平视显示装置100的车辆的前方的左右方向。+X方向是从车辆的前方观察时的左侧。-X方向是从车辆的前方观察时的右侧。Y轴是上下方向。+Y方向是上方向。-Y方向是下方向。上方向是天空的方向，下方向是地面的方向。Z轴是车辆的前后方向。+Z方向是车辆的前方。-Z方向是车辆的后方。另外，在附图中，对相同的结构标注相同的标号。
《1》实施方式
《1-1》结构
图1是示出本发明的实施方式的平视显示装置100的概要结构的图。实施方式的平视显示装置100被搭载于例如汽车等车辆上。如图1所示，实施方式的平视显示装置100具备作为图像显示装置的图像显示元件10、合成光学系统20和投影光学系统30。在实施方式中，作为一例，将图像显示元件10作为液晶显示面板示出。
另外，驾驶员为了目视辨识虚像所需的驾驶员的眼睛41的位置范围通常被称为“眼箱(eye-box)”。在本说明书中，也将驾驶员可目视辨识虚像的范围记述为“眼箱40”。眼箱40的大小由从液晶显示面板10射出的光的扩散程度决定。此外，还由合成光学系统20的设计决定。在图1中，用单点划线50来示出连接驾驶员的眼睛41和投影光学系统30的中心的直线。
图像显示元件是用于显示想让驾驶员目视辨识的信息的显示设备。在实施方式中，例如，作为液晶显示面板10进行说明。但是，图像显示元件不限于液晶显示面板10。图像显示元件10也可以是投影显示器等这样的其它的显示设备。
例如，投影显示器通过扫描从激光光源射出的激光光线而将图像投影到屏幕上。屏幕维持激光光线的偏振方向。例如，通过在屏幕上使用微透镜阵列(microlens array)来维持激光光线的偏振方向。液晶显示面板和投影显示器是图像显示模块的一例。
液晶显示面板10接收从未图示的背光单元照射的光而生成图像光。“图像光”是指具有图像信息的光。即，图像光是根据图像信息进行了调制的光。背光单元是从背面对该液晶显示面板10进行照明的照明装置。
液晶显示面板10是普通的液晶显示面板。普通的液晶显示板例如是采用了有源矩阵方式的TFT液晶监视器。TFT液晶监视器例如有TN型、VA型和IPS型等。
液晶显示面板10具备吸收1个方向的偏振光的偏振滤光器和用于使偏振方向旋转的液晶层。从液晶显示面板10射出的光的偏振方向一致。因此，液晶显示面板10适合作为本实施方式中的图像显示元件。此外，作为液晶显示面板10的类型，存在未搭载滤色器的黑白类型和具有RGB像素的彩色类型。但是，本发明的液晶显示面板10不限于这些类型。
图2是示出实施方式中的液晶显示面板10的显示区域的概要结构的图(在投影光学系统30的方向上观察到的图)。图2是从+Z轴方向侧观察到的液晶显示面板10的图。
如图2所示，在实施方式中，液晶显示面板10的显示区域例如被划分为三个显示区域。三个显示区域是主区域10a、副区域10b和副区域10c。主区域10a是第1显示区域。副区域10b是第2显示区域。副区域10c是第3显示区域。主区域10a和副区域10b、10c是液晶显示面板10的显示区域。
如图2所示，主区域10a占据液晶显示面板10的显示区域的大约下半部分的范围。下侧是-Y轴方向侧。如图2所示，副区域10b占据液晶显示面板10的上部的左侧的范围。如图2所示，副区域10c占据液晶显示面板10的上部的右侧的范围。上侧是+Y轴方向侧。在图2中，左侧是-X轴方向侧。在图2中，右侧是+X轴方向侧。
主区域10a例如主要用于显示与车辆速度或车辆状态相关的信息。副区域10b、10c例如主要用于显示与唤起注意相关的信息。此外，主区域10a和副区域10b、10c用于显示显示距离不同的虚像。
在本说明书中，“显示距离”是指投影光学系统30的位置与所显示的虚像之间的距离。换言之，“显示距离”表示虚像的进深感。“显示距离不同”是指投影光学系统30的位置与所显示的虚像之间的距离不同。换言之，“显示距离不同”是指当从驾驶员观察时，所显示的虚像的进深感不同。显示距离越长，对于驾驶员来说，虚像被目视辨识为显示得越远。显示距离越短，对于驾驶员来说，虚像被目视辨识为显示得越近。
如图2所示，实施方式中的液晶显示面板10的显示区域设为是被划分为三个的显示区域。但是，不限于此，只要是被划分为两个以上的显示区域即可。例如，液晶显示面板10的显示区域也可以只有主区域10a和副区域10b。
此外，在图2中，主区域10a被记述为使用液晶显示面板10的大约一半的区域。但是，主区域10a的区域不限于此。此外，主区域10a也可以被分割为多个显示区域。
此外，主区域10a和副区域10b、10c被记述为彼此相邻。但是不限于此。在主区域10a与副区域10b、10c之间也可以存在间隔。
此外，也可以通过组合多个液晶显示面板来生成图像光。例如，也可以通过组合包含主区域10a的1个液晶显示板和包含副区域10b、10c的其它液晶显示板来生成图像光。
如图1所示，投影光学系统30具备组合器(combiner)31。组合器31是由半透明的部件形成的反射型屏幕。由于组合器31是由半透明的部件形成的，因此，驾驶员能够穿过组合器31目视辨识前方景象。即，能够从驾驶员的眼睛41的位置穿过组合器31观察前方景象。
此外，组合器31的驾驶员侧的表面具有反射光的规定的反射率。即，组合器31的靠驾驶员侧的面具有反射特性。投影光学系统30具备组合器31，由此能够使驾驶员的前方的景色与所投影的虚像叠加。
如图1所示，组合器31的反射面的形状是凹面形状。由此，组合器31能够发挥透镜效果。组合器31将所入射的图像光放大投影为虚像。于是，组合器31能够使驾驶员目视辨识到影像浮现在驾驶员的前方位置处。
组合器31被进行了表面处理。通过该表面处理来调节透过率和反射率，以便使虚像易于目视辨识。另外，本发明不受该表面处理的有无或该表面处理的方法的限制。
在实施方式中，对投影光学系统30中使用了组合器31的实施方式进行了叙述。但是，实施方式中的投影光学系统30也可以采用使用了组合器31的投影光学系统以外的投影光学系统。例如，投影光学系统30可以采用使用了车辆挡风玻璃、凹面镜或透镜等的投影光学系统。本发明不受这些投影光学系统的方式限定。本发明可以应用于例如挡风玻璃投影型平视显示器和组合器投影型平视显示器。
图3是示出实施方式中的合成光学系统20的概要结构的放大图。图4是示出实施方式中的偏振分束器21的概要结构的立体图。
如图3所示，实施方式中的合成光学系统20具备偏振分束器21、反射镜22b、22c以及相位片23。
如图3和图4所示，偏振分束器21是棱镜形状的部件。偏振分束器21具备反射面21b(第1面)和反射面21c(第2面)。反射面21b反射图像光100b。反射面21c反射图像光100c。反射面21b、21c使图像光100a透过。反射面21b、21c是根据光的偏振方向来选择光的反射或透过的偏振选择面。反射面21b例如是反射作为第2图像光的图像光100b的第1偏振选择面，反射面21c例如是反射作为第3图像光的图像光100c的第2偏振选择面。图像光100a的透过区域和图像光100b、100c的反射区域也可以重叠。
反射面21b(第1面)和反射面21c(第2面)具有与图像光100b、100c的入射角对应的不同的角度。图像光100b、100c是从液晶显示面板10的副区域10b、10c射出的图像光。
反射面21b相对于图像光100a的光轴Oa的倾斜角(第1倾斜角)与反射面21c相对于图像光100a的光轴Oa的倾斜角(第2倾斜角)不同。被反射面21b、21c反射后的图像光100b、100c的光轴Ob、Oc(中心光线的光轴)和透过偏振分束器21后的图像光100a的光轴Oa(中心光线的光轴)被调节为从X方向观察时重叠。
这里，光轴是指，从图2中的各显示区域10a、10b、10c的有效区域中心点到眼箱40的中心点的光线被称为光轴O。即，这里，光轴是投影光学系统30的光轴O。
如图4所示，在实施方式中，偏振分束器21的形状为棱镜形状。但是，偏振分束器21的形状不限于此。例如，偏振分束器21也可以是片状(板状)。
偏振分束器21以对从液晶显示面板10的不同区域10a、10b、10c射出的不同光路长度的图像光100a，100b、100c进行合波为目的而被使用。
偏振分束器21具有根据所入射的光的偏振方向使光反射或使光透过的特性。该特性主要是通过电介质多层膜等的蒸镀等获得的。但是，通过粘贴粗细为被称作线栅(wiregrid)的波长级的金属丝也能够获得同等的效果。但是，实施方式中的偏振分束器21不限于这些类型。
通过偏振合成图像，从而使得与例如半反射镜等相比，能够抑制光利用效率的降低。此外，通过使用液晶显示面板10作为显示图像的装置，能够容易地得到偏振图像。
如图3所示，合成光学系统20具备反射镜22b和反射镜22c。反射镜22b是第1反射镜。反射镜22c是第2反射镜。反射镜22b、22c在维持图像光100b、100c的偏振方向的同时反射图像光100b、100c。反射镜22b、22c是反射元件的一例。反射镜22b是反射图像光100b的第1反射元件。反射镜22c是反射图像光100c的第2反射元件。
可以将通过蒸镀铝等反射用金属得到的普通的镜用作反射镜22b、22c。反射镜22b、22c例如具备平滑的反射面。例如，在排列多个棱镜等来反射1个图像时，会留下用棱镜分割图像时的分割线。
反射镜22b反射从液晶显示面板10的副区域10b射出的图像光100b。并且，反射镜22b将图像光100b引导至偏振分束器21的反射面21b。反射镜22c反射从液晶显示面板10的副区域10c射出的图像光100c。并且，反射镜22c将图像光100c引导至偏振分束器21的反射面21c。
如图3所示，反射镜22b配置在比反射镜22c接近液晶显示面板10的位置处。
如图3所示，合成光学系统20在从液晶显示面板10的副区域10b、10c射出的图像光100b、100c的光路上具备相位片23。相位片23具有使入射到相位片23的图像光100b、100c的偏振方向以图像光100b、100c的光轴Ob、Oc为轴旋转90度的效果。即，相位片23使所入射的光的偏振方向旋转90度。旋转方向可以是顺时针或逆时针。相位片23使光的偏振方向旋转而使光透过。相位片23是偏振旋转元件的一例。
通过设置相位片23，使得主区域10a的图像光100a的偏振方向与来自副区域10b、10c的图像光100b、100c的偏振方向垂直。
相位片23有的由树脂形成，有的由晶体形成。但是，相位片23不受该材料的限定。
另外，在从液晶显示面板10的副区域10b、10c射出的图像光100b、100c的偏振方向与从主区域10a射出的图像光100a的偏振方向预先垂直的情况下，合成光学系统20也可以不具备相位片23。
图3中的实线表示作为从液晶显示面板10的主区域10a射出的第1图像光的图像光100a的轨道。此外，图3中的实线箭头表示图像光100a的前进方向。“图像光100a的轨道”是从图像光100a自液晶显示面板10射出直到入射到组合器31的轨道(第1光路)。并且，图像光100a的轨道的长度表示图像光100a的光路长度。
如图3所示，从液晶显示面板10的下部的主区域10a射出的图像光100a透过偏振分束器21而到达图1中的组合器31的位置。从液晶显示面板10的主区域10a射出的图像光100a透过偏振分束器21。透过偏振分束器21后的图像光100a到达组合器31。
如图1和图3所示，图像光100a的光路长度比图像光100b和图像光100c的光路长度短。
图3中的单点划线表示作为从液晶显示面板10的副区域10b射出的第2图像光的图像光100b的轨道。此外，图3中的单点划线箭头表示图像光100b的前进方向。“图像光100b的轨道”是从图像光100b自液晶显示面板10射出直到入射到组合器31的轨道(第2光路)。并且，图像光100b的轨道长度表示图像光100b的光路长度。
如图3所示，从液晶显示面板10的副区域10b射出的图像光100b被反射镜22b反射，并被偏振分束器21的反射面21b反射而到达图1中的组合器31的位置。从液晶显示面板10的副区域10b射出的图像光100b被反射镜22b反射。被反射镜22b反射后的图像光100b被偏振分束器21的反射面21b反射。被反射面21b反射后的图像光100b到达组合器31。
如图1和图3所示，图像光100b的光路长度比图像光100a的光路长度长。图像光100b的光路长度比图像光100c的光路长度长。
图3中的虚线表示作为从液晶显示面板10的副区域10c射出的第3图像光的图像光100c的轨道。此外，图3中的虚线箭头表示图像光100c的前进方向。“图像光100c的轨道”是从图像光100c自液晶显示面板10射出直到入射到组合器31的轨道(第3光路)。并且，图像光100c的轨道的长度表示图像光100c的光路长度。
如图3所示，从液晶显示面板10的副区域10c射出的图像光100c被反射镜22c反射，并被偏振分束器21的反射面21c反射而到达图1中的组合器31的位置。从液晶显示面板10的副区域10c射出的图像光100c被反射镜22c反射。被反射镜22c反射后的图像光100c被偏振分束器21的反射面21c反射。被反射面21c反射后的图像光100c到达组合器31。
另外，在图3中，图像光100c在比反射镜22b靠近前侧(+X轴侧)经过。即，图像光100c并不透过反射镜22b。
如图1和图3所示，图像光100c的光路长度比图像光100a和图像光100b的光路长度长。
下面，对本发明的实施方式中的原理进行说明。
实施方式的平视显示装置100利用组合器31的透镜效果将显示在液晶显示面板10上的图像作为虚像投影到驾驶员的前方。这时，显示距离比液晶显示面板10与组合器31之间的距离长。显示距离是组合器31与虚像之间的距离。因此，投影到驾驶员前方的虚像大于在液晶显示面板10上显示的图像。换言之，借助于组合器31，在液晶显示面板10上显示的图像被放大投影为虚像。
该虚像的放大倍率和显示距离取决于组合器31所具有的焦距以及从液晶显示面板10到组合器31的距离。即，虚像的放大倍率和显示距离取决于图像光100a、100b、100c的光路长度。
在实施方式的平视显示装置100中，组合器31的形状是固定的。由此，组合器31的焦距不会发生变化。即，组合器31的焦距是固定的。因此，被投影到驾驶员前方的虚像的放大倍率和显示距离取决于图像光100a、100b、100c的光路长度。
图5是示出图像光的光路长度与显示距离之间的关系的曲线图。图像光的光路长度是从液晶显示面板10到组合器31的距离。即，图像光的光路长度是组合器31与液晶显示面板10之间的距离。显示距离是从组合器31到虚像的距离。
图5的横轴表示图像光的光路长度。即，横轴是从液晶显示面板10到组合器31的距离。该光路长度设为是以显示距离为1.5m的图像光的光路长度为基准的光路长度(以下称为基准光路长度)。横轴的光路长度由与基准光路长度之差示出。因此，横轴为零时的显示距离为1.5m。
图5的纵轴是以对数来表示的显示距离。显示距离是从组合器31到虚像的投影位置的距离。即，显示距离是组合器31与虚像的投影位置之间的距离。
例如，假设以下条件。在距组合器31前方1.5m处显示主区域10a的虚像60a。在距组合器31前方8m处显示副区域10b的图像。在距组合器31前方32m处显示副区域10c的图像。在该条件下，从副区域10c射出的图像光100c的光路长度与基准光路长度之差被设定为47.6mm。从副区域10b射出的图像光100b的光路长度与基准光路长度之差被设定为42.2mm。通过这些设定，实现了上述条件的状态。
图6的(a)是示出主区域10a的虚像60a和副区域10b、10c的虚像60b、60c的显示距离70a、70b、70c的侧视图。图6的(b)是示出主区域10a的虚像60a和副区域10b、10c的虚像60b、60c的显示距离70a、70b、70c的俯视图。
如图6的(a)和(b)所示，在三个虚像60a、60b、60c中，副区域10c的虚像60c的显示距离70c最长。副区域10b的虚像60b的显示距离70b在虚像60c的显示距离70c之下为第二长。主区域10a的虚像60a的显示距离70a最短。
此外，如图6的(a)所示，从侧面观察时，副区域10b、10c的虚像60b、60c位于相同位置。即，虚像60b、60c被显示在相同高度的位置处。
如图6的(b)所示，在俯视图中，副区域10b的虚像60b位于-X方向侧(从驾驶员的眼睛41观察时的右侧)。副区域10c的虚像60c位于+X方向侧(从驾驶员的眼睛41观察时的左侧)。
如图6的(a)和(b)所示，从驾驶员的眼睛41观察时，虚像60a和虚像60b被叠加显示。此外，虚像60a和虚像60c被叠加显示。
图7是示出从驾驶员观察主区域10a的虚像60a和副区域10b、10c的虚像60b、60c时的概要结构的图。如图7所示，虚像60a和虚像60b被叠加显示。此外，虚像60a和虚像60c被叠加显示。
另外，在上述实施方式中，在主区域10a的图像光100a的光路上设置有偏振分束器21。此外，在副区域10b、10c的图像光100b、100c的光路上设置有反射镜22b、22c。但是不限于此。例如，在主区域10a的图像光100a的光路上设置反射镜。图像光100a被该反射镜反射。被该反射镜反射后的图像光100a被偏振分束器21的反射面反射。另一方面，副区域10b、10c的图像光100b、100c透过偏振分束器。合成光学系统20也可以构成为这样的结构。
《1-2》效果
根据实施方式的平视显示装置100，将主区域10a的图像光100a的光路长度、副区域10b的图像光100b的光路长度和副区域10c的图像光100c的光路长度设为互不相同的光路长度而使它们入射到组合器31中。由此，能够将由图像光100a显示的虚像60a的显示距离70a、由图像光100b显示的虚像60b的显示距离70b以及由图像光100c显示的虚像60c的显示距离70c设为互不相同的显示距离。于是，能够将虚像60a和虚像60b叠加。此外，能够将虚像60a和虚像60c叠加。换言之，能够将进深感不同的三个虚像叠加来对驾驶员进行显示。
《2》变形例1
图8是概要示出本发明的变形例1的平视显示装置200的结构的图。在图8中，对与图1(实施方式)中所示的构成要素相同或对应的构成要素标记与图1中的标号相同的标号。此外，省略那些构成要素的说明。
如图8所示，变形例1的平视显示装置200在相对于图像光100a的光轴Oa倾斜地设置液晶显示面板11这点上与实施方式的平视显示装置100不同。
相同的构成要素是合成光学系统20和投影光学系统30。虽然液晶显示面板11标注了与实施方式的液晶显示面板10不同的标号，但是液晶显示面板本身并没有差异。另外，在变形例1中，液晶显示面板倾斜，因此能够适当地控制视角。此外，主区域11a和副区域11b、11c的说明也可以代用实施方式的说明。
在图8中，液晶显示面板11相对于图1所示的液晶显示面板10倾斜成，从+X轴方向观察时进行了顺时针旋转。由此，例如，虚像61a倾斜成使得虚像61a的上侧(+Y轴侧)看起来较远。同样地，虚像61b、61c倾斜成使得虚像61b、61c的上侧(+Y轴侧)看起来较远。另外，由反射镜22b、22c的倾斜度(倾斜角度)和反射面21b、21c的倾斜度(倾斜角度)来调节液晶显示面板11的倾斜度。
图9的(a)是示出变形例1中的主区域11a的虚像61a和副区域11b、11c的虚像61b、61c的显示距离71a、71b、71c的侧视图。图9的(b)是示出变形例1中的主区域11a的虚像61a和副区域11b、11c的虚像61b、61c的显示距离71a、71b、70c的俯视图。
如图9的(a)所示，通过使液晶显示面板11倾斜，能够在使主区域11a的虚像61a倾斜的情况下让驾驶员目视辨识。由此，能够使所显示的虚像61a具有立体感。并且，能够使驾驶员容易识别出由虚像示出的信息。此外，同样地，能够使副区域11b、11c的虚像61b、61c倾斜。由此，能够使所显示的虚像61b、61c具有立体感。
在上述变形例1中，使主区域11a和副区域11b、11c全部倾斜。但是不限于此。也可以调节反射镜22b、22c的倾斜度(倾斜角度)和反射面21b、21c的倾斜度(倾斜角度)，将副区域11b、11c设置成与驾驶员的视线方向、显示图像垂直。由此，能够仅将主区域11a显示为倾斜的图像。并且，能够将副区域11b、11c显示为垂直图像。
《3》变形例2
图10是概要示出变形例2的平视显示装置300的结构的结构图。图11的(a)是示出变形例2中的主区域10a的虚像60a和副区域10b、10c的虚像62b、60c的显示距离70a、70b、70c的侧视图。图11的(b)是示出变形例2中的主区域10a的虚像60a和副区域10b、10c的虚像62b、60c的显示距离70a、70b、70c的俯视图。
如图10所示，在合成光学系统20a的结构方面，变形例2的平视显示装置300与实施方式的平视显示装置100不同。具体而言，在配置反射镜220b来代替反射镜22b这点上不同。变形例2的平视显示装置300的其它结构与实施方式的平视显示装置100相同。
在实施方式中，平视显示装置100投影从正面观察到的主区域10a和副区域10b、10c的图像。即，平视显示装置100将从与液晶显示面板10的显示面垂直的方向观察到的图像显示为虚像。
此外，在变形例1中，平视显示装置200投影斜着观察到的主区域11a和副区域11b、11c的图像。即，平视显示装置200将从相对于液晶显示面板11的显示面倾斜的方向观察到的图像显示为虚像。
与此相对，在变形例2中，平视显示装置300例如投影从正面观察到的主区域10a和副区域10c的图像。另一方面，平视显示装置300例如投影斜着观察到副区域10b的图像。
如图10所示，反射镜220b相对于从副区域10c射出的图像光100c的光轴Oc配置在+Y轴侧。此外，如图10所示，从+X轴方向观察，变形例2中的反射镜220b倾斜成，相比于图1所示的实施方式中的反射镜22b进行了顺时针旋转。
如图10所示，从副区域10b射出的图像光100b经过比从副区域10c射出的图像光100c靠+Y轴侧的位置而入射到反射镜220b中。然后，被反射镜220b反射后的图像光100b入射到偏振分束器21。由此，在偏振分束器21中，使显示在副区域10b的图像与显示在主区域10a的图像重叠。
如图11的(a)所示，从驾驶员看来，主区域10a的虚像60a为垂直显示的图像。此外，从驾驶员看来，副区域10c的虚像60c为垂直显示的图像。另一方面，从驾驶员看来，副区域10b的虚像62b为倾斜显示的图像。此外，如图11的(a)和(b)所示，液晶显示面板10a的虚像60a显示在显示距离70a的位置处，液晶显示面板10b的虚像62b显示在显示距离70b的位置处，液晶显示面板10c的虚像60c显示在显示距离70c的位置处。
这样，根据变形例2的平视显示装置300，副区域10b的虚像62b看起来倾斜，由此能够将显示在副区域10b中的图像与前方的风景对应地立体地进行显示。并且，能够以易于辨别的方式向驾驶员显示信息。
在本变形例2中，主区域10a的虚像60a显示为垂直显示的图像。此外，副区域10c的虚像60c显示为垂直显示的图像。并且，副区域10b的虚像62b显示为倾斜显示的图像。但是，这只是一例，并不限于此。可以任意确定倾斜显示的图像。
《4》变形例3
图12是概要示出变形例3的平视显示装置400的结构的结构图。图13的(a)是示出变形例3中的主区域13a的虚像63和副区域14a的虚像64的显示距离73、74的侧视图。图13的(b)是示出变形例3中的主区域13a的虚像63和副区域14a的虚像64的显示距离73、74的俯视图。
如图12所示，在液晶显示面板13、14的结构和合成光学系统20b的结构方面，变形例3的平视显示装置400与实施方式的平视显示装置100以及变形例1、2的平视显示装置200、300不同。变形例3的平视显示装置400的其它结构与实施方式的平视显示装置100以及变形例1、2的平视显示装置200、300相同。
在上述实施方式和变形例1、2中，将1个液晶显示面板10、11的区域分割来显示虚像。与此相对，在变形例3的平视显示装置400中，使用多个液晶显示面板13、14来显示虚像63、64而不是将1个液晶显示面板的区域分割，在这点上与上述实施方式以及变形例1、2有差异。此外，随着液晶显示面板13、14的结构变更，合成光学系统20b也构成为与合成光学系统20、20a不同的结构。
如图12所示，作为图像显示装置，变形例3的平视显示装置400具备例如液晶显示面板13和液晶显示面板14。
在上述变形例1和变形例2中，将1个液晶显示面板10的显示区域分割为主区域10a和副区域10b、10c。与此相对，在变形例3中，使用液晶显示面板13来显示主区域13a的图像。此外，使用液晶显示面板14来显示副区域14a的图像。另外，也可以使用液晶显示面板14来显示其它副区域的图像。
如图12所示，两个液晶显示面板13、14被设置成设置角度不同。液晶显示面板13被配置成与光轴Oa垂直。另一方面，液晶显示面板14被配置成相对于光轴Ob倾斜。
此外，如图12所示，变形例3的平视显示装置400的合成光学系统20b具备反射镜24。反射镜24反射从液晶显示面板14的副区域14a射出的图像光100b而将其引导至偏振分束器21的反射面，使其与图像光100a叠加。
由此，如图13的(a)所示，液晶显示面板13的虚像63对驾驶员垂直地显示。另一方面，液晶显示面板14的虚像64相对于驾驶员倾斜地显示。此外，如图13的(a)和(b)所示，液晶显示面板13的虚像63显示在显示距离73的位置处，液晶显示面板14的虚像64显示在显示距离74的位置处。
这样，根据变形例3的平视显示装置400，能够与前方的风景对应地立体地显示虚像63、64。由此，能够以易于辨别的方式向驾驶员显示信息。
另外，在上述的各实施方式中，存在使用“平行”或“垂直”等示出部件间的位置关系或部件形状的用语的情况。这些用语表示包含考虑到制造上的公差或组装上的偏差等的范围。因此，在权利要求书中记述了示出部件间的位置关系或部件形状的情况下，表示包含考虑到制造上的公差或组装上的偏差等的范围。
此外，如上所述对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于这些实施方式。
以下，基于以上各实施方式将发明内容记述为附记(1)和附记(2)。附记(1)和附记(2)分别独立地标注标号。因此，例如，在附记(1)和附记(2)双方存在“附记1”。另外，以下的附记并未记述有全部发明。
此外，可以将附记(1)的特征和附记(2)的特征进行组合。
＜附记(1)＞
＜附记1＞
一种平视显示装置，其特征在于，所述平视显示装置具备：
第1显示区域，其生成第1图像光；
第2显示区域，其生成第2图像光；
合成光学系统，其具有光路长度互不相同的的第1光路和第2光路，所述第1图像光和所述第2图像光入射到该合成光学系统，该合成光学系统将经由所述第1光路前进的所述第1图像光和经由所述第2光路前进的所述第2图像光叠加射出；以及
投影光学系统，其将由所述合成光学系统叠加射出的所述第1图像光和所述第2图像投影为虚像。
＜附记2＞
根据附记1所述的平视显示装置，其特征在于，所述合成光学系统具有：
第1反射镜，其使所述第2图像光反射；以及
偏振分束器，
所述偏振分束器具有第1面，该第1面使所述第1图像光透过，使被所述第1反射镜反射后的所述第2图像光反射，而将所述第1图像光和所述第2图像光叠加射出。
＜附记3＞
根据附记2所述的平视显示装置，其特征在于，经由所述第2光路前进的所述第2图像光的整体与经由所述第1光路前进的所述第1图像光叠加射出。
＜附记4＞
根据附记3所述的平视显示装置，其特征在于，所述第1显示区域和所述第2显示区域是1个图像显示装置的不同显示区域。
＜附记5＞
根据附记4所述的平视显示装置，其特征在于，
所述平视显示装置还具有生成第3图像光的第3显示区域，
所述合成光学系统还具有第3光路，该第3光路具有与所述第1光路和所述第2光路不同的光路长度，经由所述第1光路前进的所述第1图像光和经由所述第3光路前进的所述第3图像光叠加射出。
＜附记6＞
根据附记5所述的平视显示装置，其特征在于，
所述合成光学系统还具备第2反射镜，该第2反射镜使所述第3图像光反射，
所述偏振分束器还具有第2面，该第2面使所述第1图像光透过，使被所述第2反射镜反射后的所述第3图像光反射，而将所述第1图像光和所述第3图像光叠加射出。
＜附记7＞
根据附记6所述的平视显示装置，其特征在于，所述第1面相对于所述第1图像光的射出方向的第1倾斜角与所述第2面相对于所述第1图像光的所述射出方向的第2倾斜角不同。
＜附记8＞
根据附记5至7中的任意一项所述的平视显示装置，其特征在于，所述合成光学系统还具有相位片，该相位片使所述第2图像光和所述第3图像光的偏振方向旋转90度。
＜附记9＞
根据附记5至8中的任意一项所述的平视显示装置，其特征在于，所述第1显示区域、所述第2显示区域和所述第3显示区域是1个图像显示装置的不同显示区域。
＜附记10＞
根据附记5至9中的任意一项所述的平视显示装置，其特征在于，
在所述第1显示区域显示与车辆的速度和车辆的状态相关的信息，
在所述第2显示区域和所述第3显示区域显示与唤起注意相关的信息。
＜附记11＞
根据附记4或9所述的平视显示装置，其特征在于，所述图像显示装置是液晶显示面板。
＜附记12＞
根据附记4或9所述的平视显示装置，其特征在于，所述图像显示装置是使用了激光光源的投影显示器。
＜附记13＞
根据附记11或12所述的平视显示装置，其特征在于，所述图像显示装置的图像光的射出面与所述第1图像光的射出方向垂直。
＜附记14＞
根据附记11或12所述的平视显示装置，其特征在于，所述图像显示装置的图像光的射出面相对于所述第1图像光的射出方向倾斜。
＜附记15＞
根据附记1至14中的任意一项所述的平视显示装置，其特征在于，所述投影光学系统具有组合器。
＜附记(2)＞
＜附记1＞
一种平视显示装置，其中，所述平视显示装置具备：
合成光学系统，其将在第1光路上前进的第1图像光和在第2光路上前进的第2图像光叠加射出，所述第2光路的光路长度与所述第1光路的光路长度不同；以及
投影光学系统，其将由所述合成光学系统叠加射出的所述第1图像光和所述第2图像光投影为虚像。
＜附记2＞
根据附记1所述的平视显示装置，其中，所述合成光学系统包含偏振选择面，该偏振选择面根据光的偏振方向选择所述光的反射或透过，
所述偏振选择面通过偏振使所述第1图像光透过，
所述偏振选择面通过偏振对所述第2图像光进行反射，
所述第1图像光的透过区域与所述第2图像光的反射区域重叠。
＜附记3＞
根据附记2所述的平视显示装置，其中，所述合成光学系统还具备第1反射元件，该第1反射元件在维持所述第2图像光的偏振方向的同时反射所述第2图像光，
被所述第1反射元件反射后的所述第2图像光被所述偏振选择面反射。
＜附记4＞
根据附记2或3所述的平视显示装置，其中，
所述偏振选择面包含第1偏振选择面和第2偏振选择面，
所述第1偏振选择面通过偏振对所述第2图像光进行反射，
所述第2偏振选择面通过偏振对第3图像光进行反射，该第3图像光在光路长度与所述第2光路的光路长度不同的第3光路上前进。
＜附记5＞
根据附记4所述的平视显示装置，其中，所述第1偏振选择面和所述第2偏振选择面中的至少一方通过偏振使所述第1图像光透过。
＜附记6＞
根据附记4或5所述的平视显示装置，其中，所述合成光学系统还具备第2反射元件，该第2反射元件在维持所述第3图像光的偏振方向的同时反射所述第3图像光，
被所述第2反射元件反射后的所述第3图像光被所述第2偏振选择面反射。
＜附记7＞
根据附记4至6中的任意一项所述的平视显示装置，其中，所述平视显示装置还具备：
图像显示模块，其射出所述第1图像光、所述第2图像光和所述第3图像光；以及
偏振旋转元件，其使从所述图像显示模块射出的光的偏振方向旋转而使所述光透过，
所述第1图像光、所述第2图像光和所述第3图像光从1个所述图像显示模块射出，
所述偏振旋转元件使所述第1图像光的偏振方向旋转、或者使所述第2图像光和所述第3图像光的偏振方向旋转。
＜附记8＞
根据附记7所述的平视显示装置，其中，所述图像显示模块具备：
第1显示区域，其射出所述第1图像光；
第2显示区域，其射出所述第2图像光；以及
第3显示区域，其射出所述第3图像光。
＜附记9＞
根据附记8所述的平视显示装置，其中，所述图像显示模块的显示面相对于所述第1图像光至所述第3图像光的光轴中的任意一个以上的光轴具有倾斜度地设置。
＜附记10＞
根据附记9所述的平视显示装置，其中，所述合成光学系统还具备：第1反射元件，其在维持所述第2图像光的偏振方向的同时反射所述第2图像光；以及第2反射元件，其在维持所述第3图像光的偏振方向的同时反射所述第3图像光，
根据所述第1反射元件或第2反射元件的倾斜度和所述偏振选择面的倾斜度来调节所述倾斜度。
＜附记11＞
根据附记1至3中的任意一项所述的平视显示装置，其中，
所述平视显示装置还具备：
图像显示模块，其射出所述第1图像光和所述第2图像光；以及
偏振旋转元件，其使从所述图像显示模块射出的光的偏振方向旋转而使所述光透过，
所述第1图像光和所述第2图像光从1个所述图像显示模块射出，
所述偏振旋转元件使所述第1图像光或所述第2图像光中的一方的偏振方向旋转。
＜附记12＞
根据附记11所述的平视显示装置，其中，所述图像显示模块具备：
第1显示区域，其射出所述第1图像光；以及
第2显示区域，其射出所述第2图像光。
＜附记13＞
根据附记11或12所述的平视显示装置，其中，所述图像显示模块的显示面相对于所述第1图像光或所述第2图像光的光轴中的任意一个以上的光轴倾斜地设置。
＜附记14＞
根据附记7至13中的任意一项所述的平视显示装置，其中，所述图像显示模块是液晶显示面板。
＜附记15＞
根据附记7至13中的任意一项所述的平视显示装置，其中，所述图像显示模块通过扫描激光光线而在屏幕上显示图像，
所述屏幕维持所述激光光线的偏振方向。
＜附记16＞
根据附记1至3中的任意一项所述的平视显示装置，其中，
所述平视显示装置还具备：
第1图像显示模块，其射出所述第1图像光；以及
第2图像显示模块，其射出所述第2图像光。
＜附记17＞
根据附记16所述的平视显示装置，其中，所述平视显示装置具备偏振旋转元件，该偏振旋转元件使从所述第1图像显示模块或所述第2图像显示模块射出的光的偏振方向旋转而使所述光透过。
＜附记18＞
根据附记16或17所述的平视显示装置，其中，
所述第1图像显示模块具备射出所述第1图像光的第1显示区域，
所述第2图像显示模块具备射出所述第2图像光的第2显示区域。
＜附记19＞
根据附记18所述的平视显示装置，其中，所述第1图像显示模块相对于所述第1图像光的光轴倾斜地设置，或者，所述第2图像显示模块相对于所述第2图像光的光轴倾斜地设置。
＜附记20＞
根据附记16至19中的任意一项所述的平视显示装置，其中，所述第1图像显示模块和所述第2图像显示模块是液晶显示面板。
＜附记21＞
根据附记16至19中的任意一项所述的平视显示装置，其中，所述第1图像显示模块和第2图像显示模块通过扫描激光光线而在屏幕上显示图像，
所述屏幕维持所述激光光线的偏振方向。
＜附记22＞
根据附记4至6中的任意一项所述的平视显示装置，其中，所述平视显示装置还具备：
第1图像显示模块，其射出所述第1图像光；
第2图像显示模块，其射出所述第2图像光；以及
第3图像显示模块，其射出所述第3图像光。
＜附记23＞
根据附记22所述的平视显示装置，其中，所述平视显示装置具备偏振旋转元件，该偏振旋转元件使从所述第1图像显示模块、所述第2图像显示模块以及所述第3图像显示模块中的至少一个射出的光的偏振方向旋转而使所述光透过。
＜附记24＞
根据附记22或23所述的平视显示装置，其中，
所述第1图像显示模块具备射出所述第1图像光的第1显示区域，
所述第2图像显示模块具备射出所述第2图像光的第2显示区域，
所述第3图像显示模块具备射出所述第3图像光的第3显示区域。
＜附记25＞
根据附记22至24中的任意一项所述的平视显示装置，其中，
该平视显示装置满足以下情形中的任意一个以上：
所述第1图像显示模块的显示面相对于所述第1图像光的光轴倾斜地设置；
所述第2图像显示模块的显示面相对于所述第2图像光的光轴倾斜地设置；以及
所述第3图像显示模块的显示面相对于所述第3图像光的光轴倾斜地设置。
＜附记26＞
根据附记22至25中的任意一项所述的平视显示装置，其中，所述第1图像显示模块至所述第3图像显示模块是液晶显示面板。
＜附记27＞
根据附记22至25中的任意一项所述的平视显示装置，其中，
所述第1图像显示模块至所述第3图像显示模块通过扫描激光光线而在屏幕上显示图像，
所述屏幕维持所述激光光线的偏振方向。
标号说明
10：液晶显示面板；10a：主区域、10b，10c：副区域；20，20a，20b：合成光学系统；21：偏振分束器；21b，21c：反射面；22b，22c，24，220b：反射镜；23：相位片；30：投影光学系统；31：组合器；40：眼箱；41：驾驶员的眼睛；60a，60b，60c，61a，61b，61c，62b，63，64：虚像；70a，70b，70c：显示距离；100，200，300，400：平视显示装置；100a，100b，100c：图像光；Oa，Ob，Oc：光轴。

Claims (13)

1.一种平视显示装置，其中，所述平视显示装置具备：
合成光学系统，其将在第1光路上前进的第1图像光和在第2光路上前进的第2图像光叠加射出，所述第2光路的光路长度不同于所述第1光路的光路长度；以及
投影光学系统，其将由所述合成光学系统叠加射出的所述第1图像光和所述第2图像光投影为虚像。
2.根据权利要求1所述的平视显示装置，其中，
所述合成光学系统包含偏振选择面，该偏振选择面根据光的偏振方向选择所述光的反射或透过，
所述偏振选择面通过偏振使所述第1图像光透过，
所述偏振选择面通过偏振对所述第2图像光进行反射，
所述第1图像光的透过区域与所述第2图像光的反射区域重叠。
3.根据权利要求2所述的平视显示装置，其中，
所述偏振选择面包含第1偏振选择面和第2偏振选择面，
所述第1偏振选择面通过偏振对所述第2图像光进行反射，
所述第2偏振选择面通过偏振对第3图像光进行反射，所述第3图像光在光路长度不同于所述第2光路的光路长度的第3光路上前进。
4.根据权利要求3所述的平视显示装置，其中，所述平视显示装置还具备：
图像显示模块，其射出所述第1图像光、所述第2图像光和所述第3图像光；以及
偏振旋转元件，其使从所述图像显示模块射出的光的偏振方向旋转而使所述光透过，
所述第1图像光、所述第2图像光和所述第3图像光从1个所述图像显示模块射出，
所述偏振旋转元件使所述第1图像光的偏振方向旋转、或者使所述第2图像光和所述第3图像光的偏振方向旋转。
5.根据权利要求4所述的平视显示装置，其中，
所述图像显示模块具备：
第1显示区域，其射出所述第1图像光；
第2显示区域，其射出所述第2图像光；以及
第3显示区域，其射出所述第3图像光。
6.根据权利要求5所述的平视显示装置，其中，
所述合成光学系统还具备：第1反射元件，其在维持所述第2图像光的偏振方向的同时反射所述第2图像光；以及第2反射元件，其在维持所述第3图像光的偏振方向的同时反射所述第3图像光，
所述图像显示模块的显示面相对于所述第1图像光至所述第3图像光的光轴中的任意一个以上的光轴具有倾斜度地设置，
根据所述第1反射元件或所述第2反射元件的倾斜度和所述偏振选择面的倾斜度来调节所述显示面的所述倾斜度。
7.根据权利要求3所述的平视显示装置，其中，所述平视显示装置还具备：
第1图像显示模块，其射出所述第1图像光；
第2图像显示模块，其射出所述第2图像光；以及
第3图像显示模块，其射出所述第3图像光。
8.根据权利要求7所述的平视显示装置，其中，
所述平视显示装置满足以下情形中的任意一个以上：
所述第1图像显示模块的显示面相对于所述第1图像光的光轴倾斜地设置；
所述第2图像显示模块的显示面相对于所述第2图像光的光轴倾斜地设置；以及
所述第3图像显示模块的显示面相对于所述第3图像光的光轴倾斜地设置。
9.根据权利要求7或8所述的平视显示装置，其中，
所述第1图像显示模块至所述第3图像显示模块是液晶显示面板。
10.根据权利要求1或2所述的平视显示装置，其中，所述平视显示装置还具备：
图像显示模块，其射出所述第1图像光和所述第2图像光；以及
偏振旋转元件，其使从所述图像显示模块射出的光的偏振方向旋转而使所述光透过，
所述第1图像光和所述第2图像光从1个所述图像显示模块射出，
所述偏振旋转元件使所述第1图像光或所述第2图像光中的一方的图像光的偏振方向旋转。
11.根据权利要求10所述的平视显示装置，其中，
所述图像显示模块的显示面相对于所述第1图像光或所述第2图像光的光轴中的任意一个以上的光轴倾斜地设置。
12.根据权利要求1或2所述的平视显示装置，其中，所述平视显示装置还具备：
第1图像显示模块，其射出所述第1图像光；以及
第2图像显示模块，其射出所述第2图像光。
13.根据权利要求12所述的平视显示装置，其中，
所述第1图像显示模块和所述第2图像显示模块是液晶显示面板。
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