CN110023817A - 平视显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够不使用专用产品而是使用比较容易获得的通用产品来实现不同虚像像距下的显示的平视显示装置。其包括出射影像光的显示元件和虚像光学系统，在虚像光学系统中，从距离显示元件近的位置起依次设置有沿影像光的出射方向配置的透镜组件和自由曲面反射镜。显示元件以相对于透镜组件的光轴倾斜的姿态配置，其出射面的壳体开口部一侧的端部靠近透镜组件的入射面，出射面的与壳体开口部相反的一侧的端部远离透镜组件的入射面。透镜组件具有按照虚像像距差而将下述光程差光学放大的光学特性，该光程差由从壳体开口部一侧的端部到透镜组件的入射面的第一光程和从与壳体开口部相反的一侧的端部到透镜组件的入射面的第二光程的差给出。

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
例如，在汽车等车辆中，通常将车速和发动机转速等信息显示在仪表台(dashboard)内的仪表面板(instrument panel)上。并且，将汽车导航等画面显示在组装于仪表台中或设置于仪表台上的显示器上。由于驾驶员在观察这些信息时需要大幅移动视线，因此作为减小视线移动量的技术，已知一种将车速等信息和关于汽车导航的指示等信息投影到挡风玻璃(Wind shield)等上进行显示的平视显示(Head Up Display，下文有时记作“HUD”)装置。
作为与HUD相关的技术，例如专利文献1公开了一种HUD，其中，“将来自驾驶参数检测装置的平视显示器显示图像用数据输入到显示控制电路。显示体的结构为，将显示板彼此上下保持距离地以大致水平的方式配置，显示板上的显示区域以外的区域为透明的区域。显示控制电路控制各显示板，在多个显示板上显示图像。显示板的下方设置有背光源，背光源的光到达上方的显示板，各显示板的出射光通过格栅(louver)入射到叠像镜(combiner)。通过对显示信息的显示板进行切换，无需使用可动机构就能够改变从驾驶员的眼睛的位置到显示虚像的位置的距离(选自摘要)”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-168230号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在专利文献1记载的HUD中，多个显示板是沿出射光的出射方向配置的。因此，为了防止配置于背光源一侧的显示板上显示的显示图像被配置于背光源一侧的相反侧即格栅一侧的显示板遮挡，各显示板上设有显示区域和透射区域。而且，因为需要将3种显示板——这3种显示板上的透射区域和显示区域的位置被错开以使得彼此的显示区域在出射方向上不重叠——作为1组使用，并沿出射光的行进方向调节3个显示板的透射区域和显示区域的位置并配置这些显示板，所以存在HUD的制造费时费力这一实情。
为此，本发明的目的在于提供一种平视显示装置，其有望改善可显示不同像距的虚像的HUD的制造时的劳力和时间。
解决问题的技术手段
为解决上述问题，本发明具有技术方案中记载的结构。举其一例，提供一种对驾驶员显示虚像的平视显示装置，其特征在于，包括：影像显示装置，其包括光源和显示元件，在所述显示元件上形成影像；虚像光学系统，其通过使从所述影像显示装置出射的包含所述影像的影像光在被投影部件上反射，来在车辆的前方显示所述影像的虚像；和壳体，其收纳所述虚像光学系统，所述壳体包括供所述影像光出射的开口部，在所述虚像光学系统中，从距离所述显示元件上的所述影像光的出射面近的位置起，依次设置有沿所述影像光的出射方向配置的透镜组件和自由曲面反射镜，所述显示元件以相对于所述透镜组件的光轴倾斜的姿态配置，其中，所述出射面的所述开口部一侧的端部靠近所述透镜组件的入射面，所述出射面的与所述开口部相反的一侧的端部远离所述透镜组件的入射面，所述透镜组件具有将下述光程差光学放大的光学特性，该光程差由从所述出射面的所述开口部一侧的端部到所述透镜组件的入射面的第一光程和从所述出射面的与所述开口部相反的一侧的端部到所述透镜组件的入射面的第二光程的差给出。
发明效果
采用本发明能够提供一种平视显示装置，其有望改善可显示不同像距的虚像的HUD的制造时的劳力和时间。这之外的技术目的、技术特征和技术效果将在下述实施方式中说明。
附图说明
图1是本实施方式的平视显示装置的概略结构图。
图2A是表示以HUD的壳体为中心的外观示例的立体图。
图2B是表示将图2A所示的HUD分解成各部件的状态的立体图。
图3是表示本实施方式的影像显示装置的实现方式之示例的概要的图。
图4是表示显示元件的倾斜姿态、光程差和虚像像距差的图。
图5A是表示本实施方式中使用的透镜组件的一个实施例的图。
图5B是表示本实施方式中使用的透镜组件的一个实施例的图。
图6A是表示以HUD的外壳为中心的外观示例的立体图。
图6B是表示将图6A所示的HUD分解成各部件的状态的立体图。
图7A是表示第二实施方式的自发光膜照射装置的外观示例的立体图。
图7B是表示将第二实施方式的自发光膜照射装置的各部件分解的状态的立体图。
图8是表示第二实施方式的虚像像距差的图。
图9A是表示以HUD的外壳为中心的外观示例的立体图。
图9B是表示将图9A所示的HUD分解成各部件的状态的立体图。
图10A是表示虚像像距改变机构的外观示例的立体图。
图10B是表示将虚像像距改变机构的各部件分解的状态的立体图。
图11是表示控制器执行的光路切换处理的流程的流程图。
图12A是表示形成了第一光路的状态的图。
图12B是表示形成了第二光路的状态的图。
图12C是表示阳光遮挡状态下各反射镜的配置状态的图。
图13A是表示控制器的功能模块示例的图。
图13B是表示控制器的功能模块示例的图。
图14是表示控制器的硬件结构示例的图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。在用于说明实施方式的全部附图中，原则上对同一模块标注相同的标记，省略其重复说明。并且，对于某一图中标注标记进行了说明的部位，有时会在说明其他附图时不再图示但在提及时使用相同的标记。此外，下面所示的各实施方式以平视显示(HUD)装置设置在汽车等车辆上的情况为例进行说明，但也能够应用于电车和飞机等其他交通工具。此外，还能够应用到在交通工具以外的用途中使用的HUD上。
＜第一实施方式＞
在第一实施方式中，使用设置有LCD面板等显示元件的影像显示装置和透镜组件，将显示元件以倾斜姿态保持，利用透镜组件的倍率与显示元件和透镜组件的配置位置之间的关系来显示像距不同的虚像。下面参照附图进行说明。
图1是本实施方式的平视显示装置的概略结构图。在HUD装置1中，对于配置在外壳50内的影像显示装置30所显示的影像，利用自由曲面反射镜41反射包含该影像的影像光，将其投影到车辆2的挡风玻璃3上。投影到挡风玻璃3上的影像光入射至驾驶员5的眼睛，驾驶员能够在车辆2的前方观察到虚像80。自由曲面反射镜41可由反射镜驱动部42转动。由此，自由曲面反射镜41能够改变向着挡风玻璃3反射影像光的角度。
此处，被投影部件不限于挡风玻璃3，只要是能够用于接收影像光投影的部件即可，可以是叠像镜等其他部件。此外，在本实施方式中，作为影像显示装置30使用具有背光源的投影仪或LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)30。但也可以是自发光型的VFD(Vacuum Fluorescent Display：真空荧光显示器，后述第二实施方式中使用)等。还可以是利用投影装置在屏幕上显示影像的装置。这样的屏幕例如可以利用二维状地配置有微透镜的微透镜阵列构成。
在自由曲面反射镜41与影像显示装置30之间，设置有用于调节自由曲面反射镜41与影像显示装置30的光程的透镜组件43。于是，沿着影像显示装置30的影像光的出射方向，按距离影像显示装置30由近至远的顺序配置透镜组件43和自由曲面反射镜41而形成了虚像光学系统，收纳在外壳50的内部。
图2A、图2B是表示本发明的一个实施方式的平视显示装置的实现方式示例的概要的图。图2A是表示以HUD1的外壳50为中心的外观示例的立体图。图2B是表示将图2A所示的HUD1分解成各部件的状态的立体图。
如图2B所示，HUD1的结构为，在外盒54中收纳光学部件保持部件53，并且上部被外盖51覆盖。外盒54和外盖51之各部件构成图1所示的HUD1的外壳50。在外盒54的开口部安装有影像显示装置30。
外盖51具有用于使影像光向挡风玻璃3出射的开口部，该开口部被防眩光板52(glare trap)覆盖。
光学部件保持部件53是用于保持图1所示的HUD1的自由曲面反射镜41和透镜组件43的部件。
外盒54中还可以安装主电路板70和反射镜驱动部42等其他部件，该主电路板70上安装有控制后述LED光源31a或背光源等的动作的控制部，反射镜驱动部42包括用于使自由曲面反射镜41的倾角发生变化的电动机等。在本实施方式中，还以能够安装/拆下影像显示装置30的方式形成有螺孔等拆装机构，和供影像光入射的开口部等。
在本实施方式中，影像显示装置30是模组化的，能够利用螺钉等一体地安装到外盒54上或从其上拆下。由此，例如无需将HUD1自身拆下或分解就能够仅更换影像显示装置30。此外，还能够通过将影像显示装置30安装到HUD1的外壳50的外部，来获得提高散热性、减少因热引起的故障和劣化的效果。
图3是表示影像显示装置30的实现方式之示例的概要的图。此处，使用立体图表示将模组化的影像显示装置30分解成各部件的状态。影像显示装置30的LCD面板等显示元件33基于从主电路板70经柔性电缆34输入的影像信号，对来自背光源的光进行调制来显示影像。所显示的影像通过图2的外盒54上的开口部输出到虚像光学系统(在本实施方式中为图2的透镜组件43和自由曲面反射镜41)，生成驾驶员5能够观察到的虚像。
背光源中的光源元件例如使用较为廉价且可靠性高的固体光源——LED(LightEmitting Diode：发光二极管)光源31a。为了实现高输出，LED光源31a采用面发光方式。在图3的例子中由LED电路板实现。该情况下，例如使用后述技术手段提高发散光的利用效率。
LED的发光效率虽随发光颜色而不同，但大致为20～30％，其余的输入功率几乎都被转换成了热量。因此，在安装LED光源31a的框架35上设置由导热率高的部件(例如铝等金属部件)构成的散热用翅片(散热片31b)，将热释放到外部。
为了高效地将来自LED光源31a的发散光引导至显示元件33，图3的例子中使用了导光体32b和扩散板32c。该情况下，为了防止灰尘等的附着，例如优选利用外罩部件36a、36b将导光体32b、扩散板32c和显示元件33等整体覆盖，模组化为影像显示装置30。
在图3的例子中，为了收集来自LED光源31a的发散光而形成平行光，设置有由准直透镜等构成的多个光漏斗32a。各光漏斗32a中，收集来自LED光源31a的发散光的开口部例如在构成为平面的基础上隔着介质与LED光源31a之间光学连接，或者构成为凸面形状以具有会聚作用。由此，使发散光尽可能成为平行光，减小入射到光漏斗32a的界面上的光的入射角。其结果是，能够在通过光漏斗32a后进一步减小发散角，因此容易控制经导光体32b反射而去往显示元件33的光源光。
为了进一步提高来自LED光源31a的发散光的利用效率，在光漏斗32a与导光体32b的接合部分使用PBS(Polarizing Beam Splitter：偏振分束器)进行偏振变换，将偏振方向变换成所要求的方向。由此能够提高入射到显示元件33的入射光的效率。在像这样统一了光源光的偏振方向的情况下，进一步优选使用双折射小的材料作为导光体32b的原材料。由此，在偏振方向旋转着通过显示元件33的情况下，例如能够抑制显示黑色时出现偏色等问题的产生。
图4是表示显示元件的倾斜姿态、光程差和虚像像距差的图。如图4所示，影像显示装置30的显示元件33的影像光出射面33a被配置于倾斜姿态P1，其中，以出射面33a与透镜组件43的光轴oa正交的位置为基准位置P0，倾斜姿态P1倾斜在这样的方向上，即，出射面33a的上端部相比该基准位置P0更靠近透镜组件43一侧，而下端部则远离透镜组件43一侧远离。其结果是，若令出射面33a相对于基准位置P0的俯角为θ，则出射面33a的上端部(相当于出射面33a上的靠外盖51的开口部一侧的端部)到透镜组件43的第一光程L1与下端部(相当于出射面33a上的靠与外盖51的开口部相反的一侧的端部)到透镜组件43的第二光程L2的光程差ΔL由下式(1)给出。
ΔL＝L2-L1＝{(L1+(α/2)sinθ)}-{L1-(α/2)sinθ}＝αsinθ···(1)
其中，α是出射面33a的左右边的长度。
另一方面，使从透镜组件43到出射面33a的上端的第一光程L1和从透镜组件43到出射面33a的下端的第二光程L2小于透镜组件43的焦距fo。该情况下，按照式(2)、(3)，虚像80的上端和下端以倍率m＝D1/L1＝D2/L2分别显示在距离透镜组件43为第一虚像像距D1和第二虚像像距D2的位置。在令出射面33a上的显示图像的大小为1时，倍率m是与虚像80的大小m相同的值。
1/L1+1/D1＝1/f····(2)
1/L2+1/D2＝1/f····(3)
根据式(2)和(3)，可得式(4)。
1/L1+1/D1＝1/L2+1/D2
1/D1-1/D2＝1/L2-1/L1
(D2-D1)/(D1·D2)＝(L2-L1)/(L1·L2)
ΔD＝ΔL(D1·D2)/(L1·L2)
＝ΔL·m2····(4)
在式(4)中，在虚像80的上端部与下端部的虚像像距差ΔD被给定了所要求的值的情况下，因为ΔL是由HUD1的结构机械决定的值，所以透镜组件43的光学特性只要具有满足(4)的倍率m即可。从而，通过将显示元件33配置在比透镜组件43的焦距fo短的位置，能够显示具有虚像像距差ΔD的虚像80。在实际应用中，即使不是严格与式(4)相同的值，虚像像距差ΔD也在能够视作与经透镜组件43放大的光程差相等的容许范围内。
图5A、图5B是表示本实施方式中使用的透镜组件的一个实施例的图。透镜组件43既可以是单个透镜，也可以是由多个透镜组合而成的所谓透镜组。通常，在不使用透镜的情况下由于挡风玻璃3的倾斜等，HUD1的影像会产生梯形畸变。因此通过倾斜显示元件33来使挡风玻璃3产生的梯形畸变变成长方形，能够改变从显示元件33的上端部到挡风玻璃3和从下端部到挡风玻璃3的距离，从而一定程度上改进对挡风玻璃3的倾斜引起的梯形畸变的校正。不过，如果显示元件33过度倾斜则会产生因影像对比度降低等导致的画质降低，因此通过倾斜显示元件33而得到的畸变校正效果存在极限。
对此，在本实施方式中，通过在具有实现所要求的虚像像距差的倍率的透镜组件43中组装畸变校正透镜，能够在改进梯形畸变的校正效果的同时，以所要求的虚像像距差显示虚像。作为本实施方式中使用的透镜组件43，使用具有自由曲面形状的畸变校正透镜，其面的形状由自光轴起的绝对坐标(x，y)的函数定义。自由曲面形状如下式(5)那样表示。
通过使用上述畸变校正透镜，能够减小因挡风玻璃3的曲率半径的差异引起的虚像成像性能的下降，并以光学的方式将从显示元件33的出射面33a到透镜组件43的入射面的由结构决定的光程差校正为与虚像像距差对应的光程差。
采用本实施方式，能够提供一种以倾斜姿态保持显示元件，并基于透镜组件的倍率与显示元件和透镜组件的配置位置的关系来显示像距不同的虚像的HUD。在该结构中，显示元件和透镜组件也可以适当地使用通用产品，因此与使用特殊部件的情况相比，部件较容易获得，有望实现制造成本的降低。
＜第二实施方式＞
在第二实施方式中，代替第一实施方式的影像显示装置使用了自发光膜照射装置，其包括照射包含不同频率的光的投影仪和多个对不同频率的光响应的自发光膜，将各自发光膜隔开间隔配置在投影仪照射的照射光的出射方向上。由此，各不同频率的出射光产生与自发光膜间的间隔相应的光程所对应的光程差。因此，第二实施方式利用该光程差来显示具有不同虚像像距差的虚像。下面参照附图进行说明。
图6A是表示以HUD1A的外壳50为中心的外观示例的立体图。图6B是表示将图6A所示的HUD1A分解成各部件的状态的立体图。
如图6A、图6B所示，HUD1A与第一实施方式的HUD1同样，在外盒54中收纳光学部件保持部件53，并且上部被外盖51覆盖。此外，在外盒54的开口部，代替第一实施方式的影像显示装置30安装有自发光膜照射装置100。
图7A是表示第二实施方式的自发光膜照射装置100的外观示例的立体图。图7B是表示将第二实施方式的自发光膜照射装置100的各部件分解的状态的立体图。
如图7A、图7B所示，自发光膜照射装置100包括自发光膜照射装置壳体(下面简称“壳体”)102和投影仪104。并且，在自发光膜照射装置100中，在从投影仪104照射的包含影像信息的影像光的光路上，按照距离投影仪104由近及远的顺序配置有：对第一频率的光响应而发出第一影像光的第一自发光膜110和保持该第一自发光膜的第一自发光膜保持部件111，对第二频率的光响应而发出第二影像光的第二自发光膜112和保持该第二自发光膜的第二自发光膜保持部件113，对第三频率的光响应而发出第三影像光的第三自发光膜114和保持该第三自发光膜的第三自发光膜保持部件115，黑屏(black screen)116和保持该黑屏的屏幕保持部件117。
壳体102包括投影仪收纳部102a、中板102c侧板102d和顶板102e，其中，投影仪收纳部102a用于收纳投影仪104，中板102c具有供收纳在投影仪收纳部102a中的投影仪104的影像光通过的开口部102b，侧板102d覆盖投影仪收纳部102a的单侧的侧面并且以中板102c为基准朝向与投影仪收纳部102a相反的一侧竖立设置，顶板102e连接在侧板102d的与投影仪收纳部102a相反的一侧的端部且与中板102c相对。在顶板102e上，沿影像光的行进方向隔开间隔设置有3个隙缝102f、102g、102h。将第一自发光膜保持部件111、第二自发光膜保持部件113、第三自发光膜保持部件115分别插入到各隙缝102f、102g、102h中，第一自发光膜保持部件111、第二自发光膜保持部件113、第三自发光膜保持部件115被隔开间隔地保持。至于在哪一个隙缝102f、102g、102h插入第一自发光膜保持部件111、第二自发光膜保持部件113、第三自发光膜保持部件115的哪一个，是可以适当调整的。在各隙缝102f、102g、102h中插入了第一自发光膜保持部件111、第二自发光膜保持部件113、第三自发光膜保持部件115，并且将投影仪104收纳到投影仪收纳部102a后，第一自发光膜110、第二自发光膜112、第三自发光膜114被配置在从投影仪104照射的出射光的照射范围内，第一自发光膜110、第二自发光膜112、第三自发光膜114会分别接收第一频率、第二频率、第三频率的影像光而发光。
上述第一频率、第二频率和第三频率例如可以对应于R、G、B各色。
投影仪104投影的影像光从开口部102b透射而到达第一自发光膜110、第二自发光膜112和第三自发光膜114。当投影的影像光中所含的影像光到达第一自发光膜110时，第一自发光膜110对影像光中的第一频率成分响应，发出包含第一频率成分的影像信息的第一频率影像光。同样，当影像光到达第二自发光膜112和第三自发光膜114时，第二自发光膜112、第三自发光膜114分别对影像光中的第二频率成分、第三频率成分响应而发出包含第二频率成分的影像信息的第二频率影像光、包含第三频率成分的影像信息的第三频率影像光。
图8是表示第二实施方式的虚像像距差的图。如图8所示，第一频率影像光、第二频率影像光、第三频率影像光分别入射到透镜组件43。此处，第一频率影像光的第一光程L1是从第一自发光膜110到透镜组件43的距离。同样，第二频率影像光的第二光程L2是从第二自发光膜112到透镜组件43的距离。而第三频率影像光的第三光程L3是从第三自发光膜114到透镜组件43的距离。第一光程L1与第二光程L2的光程差ΔL1和第二光程L2与第三光程L3的光程差ΔL2是因相邻的隙缝102f、102g、102h的间隔而产生的。其中，图8表示了将隙缝间隔大致均匀地设置，光程差ΔL1和光程差ΔL2几乎相等的例子，但也可以改变隙缝102f、102g的间隔和隙缝102g、102h的间隔，来使光程差ΔL1与光程差ΔL2不同。
在图8的例子中应用上述的式(2)、(3)、(4)，能够显示由第一频率影像光形成的第一虚像(例如红色图像)、由第二频率影像光形成的第二虚像(例如绿色图像)和由第三频率影像光形成的第三虚像(例如蓝色图像)，它们的虚像像距差为光程差ΔL1、ΔL2分别乘以透镜组件43的倍率的平方而得到的值。由此，在驾驶员5看来，第一虚像在最跟前显示，第二虚像在中间显示，第三虚像在最远处显示。
采用本实施方式，能够与第一实施方式同样地显示不同虚像像距差的虚像。
此外，第一实施方式虽然通过以倾斜了倾角θ的倾斜姿态保持出射面33a来形成光程差，但为了确保画质的对比度，倾角θ的取值范围存在极限。而在本实施方式中，由于第一光程L1、第二光程L2、第三光程L3的光程差是由设置在自发光膜照射装置100的壳体102上的隙缝102f、102g、102h的间隔而形成的，因此只要增大隙缝间隔就能够形成更大的光程差，能够实现比第一实施方式更大的虚像像距差。
＜第三实施方式＞
在第三实施方式中，在影像显示装置与透镜组件之间配置有转向反射镜，形成了与透镜光轴平行的第一光路，和使影像光经转向反射镜反射而迂回后入射到透镜组件的第二光路。第二光路是比第一光路长的光路，第一光路和第二光路间产生了光程差。本实施方式使用该光程差来显示具有虚像像距差的虚像。
图9A是表示以HUD1B的外壳50为中心的外观示例的立体图。图9B是表示将图9A所示的HUD1A分解成各部件的状态的立体图。
如图9A、图9B所示，HUD1B与第一实施方式的HUD1同样，在外盒54中收纳光学部件保持部件53，并且上部被外盖51覆盖。此外，在外盒54的开口部隔着虚像像距改变机构200安装有第一实施方式的影像显示装置30。
图10A是表示虚像像距改变机构200的外观示例的立体图。图10B是表示将虚像像距改变机构200的各部件分解的状态的立体图。
如图10A、图10B所示，虚像像距改变机构200包括虚像像距改变机构壳体210，其中设置有：配置在第一光路上，使影像光向着与第一光路的行进方向不同的第二光路(迂回光路)反射的第一转向反射镜201及其保持部件即第一转向反射镜保持部201h；为了使第一转向反射镜201的镜面插入第一光路或从第一光路退出而使第一转向反射镜保持部201h转动的第一反射镜驱动部203；配置在第二光路上，改变来自第一转向反射镜201的反射光的行进方向的第一中间转向反射镜205；将来自第一中间转向反射镜205的反射光进一步反射的第二中间转向反射镜206；配置在第一光路上，使来自第二中间转向反射镜206的反射光沿第一光路的行进方向反射的第二转向反射镜202及其保持部件即第二转向反射镜保持部202h；和为了使第二转向反射镜202的镜面插入第一光路或从第一光路退出而使第二转向反射镜保持部202h转动的第二反射镜驱动部204。
在第一中间转向反射镜205和第二中间转向反射镜206之间还配置有光学透镜(中继透镜)210。第一反射镜驱动部203和第二反射镜驱动部204分别与输出用于使第一转向反射镜保持部201h和第二转向反射镜保持部202h转动的反射镜驱动信号(包括插入信号和退出信号)的控制器220(相当于反射镜控制部)连接(参照图12A)。
在本实施方式中，第一转向反射镜201的镜面在被插入到第一光路上的状态下，以相对于从影像显示装置30的显示元件33出射的影像光的行进方向轴具有倾角的状态与影像光相对。第二转向反射镜202的镜面在被插入到第一光路上的状态下，以具有用于将影像光向着透镜组件43的光轴反射的倾角的状态与影像光相对。
参照图11、图12A、图12B、图12C，说明本实施方式的HUD1B的动作。第一反射镜驱动部203、第二反射镜驱动部204和影像显示装置30分别与控制器220连接。控制器220进行供影像显示装置30执行的影像信息的生成处理的控制，并且进行与所生成的影像信息相应的、对第一反射镜驱动部203和第二反射镜驱动部204的驱动控制。
图11是表示控制器220执行的光路切换处理的流程的流程图。
影像显示装置30生成要作为虚像显示的影像信息(S1101)，在显示元件33上显示影像信息。来自LED光源31a的照射光从显示元件33透射而从出射面33a出射影像光(S1102)。
控制器220获取影像显示装置30所生成的影像信息(S1103)，决定是要在近距离还是远距离显示基于该影像信息的虚像(S1104)。
在控制器220决定近距离显示虚像的情况下(S1104/近距离)，进行第一光路形成处理，即对第一反射镜驱动部203输出用于使第一转向反射镜201的镜面移动至从第一光路退出的位置的退出信号，并且对第二反射镜驱动部204输出用于使第二转向反射镜202的镜面移动至从第一光路退出的位置的退出信号(S1105)。
图12A表示形成了第一光路的状态。第一光路是直线行进的影像光入射到透镜组件43的光路。此时，通过使第一转向反射镜201和第二转向反射镜202各自的镜面相对于第一光路倒下(俯卧)，从而使各镜面从第一光路退出。
在控制器220决定远距离显示虚像的情况下(S1104/远距离)，进行第二光路形成处理，即对第一反射镜驱动部203输出用于使第一转向反射镜201的镜面插入到第一光路上的插入信号，并且对第二反射镜驱动部204输出用于将第二转向反射镜202的镜面配置在第一光路上来形成第二光路的插入信号(S1106)。
图12B是表示形成了第二光路的状态的图。第二光路上行进的影像光在到达第一转向反射镜201后被第一转向反射镜201向着第一中间转向反射镜205反射。到达第一中间转向反射镜205后的影像光被进一步反射，并从光学透镜207透射而到达第二中间转向反射镜206。接着，影像光被第二中间转向反射镜206向着第二转向反射镜202反射。第二转向反射镜202反射后的影像光从外盒54的开口部出射，到达透镜组件43。
若HUD1B的主开关没有被关闭(S1107/否)，则返回步骤S1101，继续进行虚像像距控制处理。
当HUD1B的主开关被关闭时(S1107/是)，实施用于防止阳光入射到影像显示装置30的阳光遮挡处理(S1108)。
图12C表示阳光遮挡状态下各反射镜的配置状态。在阳光遮挡状态下，控制器220使第一转向反射镜201的镜面从第一光路退出，并将第二转向反射镜202的镜面插入到第一光路上。由此，入射到HUD1B的阳光从透镜组件43出射而到达第二转向反射镜202，在此处发生反射并接着被第二中间转向反射镜206反射。然后，从光学透镜207透射后被第一中间转向反射镜205反射，到达相对于第一光路倒下的第一转向反射镜201的镜面，被向着第一中间转向反射镜205反射。其结果是，入射到HUD1B的阳光在相对于第一光路倒下的第一转向反射镜201的镜面上返回，因此能够防止阳光入射到影像显示装置30。
在本实施方式中应用上述的式(2)、(3)、(4)，能够使从第一光路通过的影像光所形成的虚像显示得更近，而从第二光路通过的影像光所形成的虚像显示得更远，它们的虚像像距差为第一光路与第二光路的光程差ΔL乘以透镜组件43的倍率的平方而得到的值。
参照图13A、图13B对控制器220的结构进行说明。图13A、图13B是表示控制器的功能模块示例的图。
在图13A的例子中，与控制器220相比，影像显示装置30内包括用于生成影像信息的影像信息生成部301。而控制器220包括影像信息获取部2201、虚像像距判断信息存储部2202、虚像像距判断部2203和光路切换控制部2204，其中，影像信息获取部2201获取影像信息生成部301生成的影像信息，虚像像距判断信息存储部2202存储虚像像距判断信息，该虚像像距判断信息中关联地存储有影像种类和将其作为虚像显示时的虚像像距(近距离或远距离)，虚像像距判断部2203基于虚像像距判断信息，判断从影像信息获取部2201取得的影像信息是近距离显示的对象影像还是远距离显示的对象影像，光路切换控制部2204基于判断结果对第一反射镜驱动部203和第二反射镜驱动部204分别输出反射镜驱动信号，该反射镜驱动信号用于在要进行近距离显示时切换到第一光路，在要进行远距离显示时切换到第二光路，且在装置关闭时切换到阳光遮挡状态。
图13B的例子中，影像显示装置30包括虚像像距判断部2203，其获取来自影像信息生成部301的影像信息，并参照用于存储虚像像距判断信息的虚像像距判断信息存储部2202中存储的虚像像距判断信息，判断所生成的影像信息是近距离显示的对象影像还是远距离显示的对象影像。而控制器220构成为，包括光路切换控制部2204，从影像显示装置30获取包含虚像像距判断部2203的判断结果的判断信息，基于该信息将用于切换到第一光路、第二光路或阳光遮挡状态的反射镜驱动信号分别输出至第一反射镜驱动部203和第二反射镜驱动部204。本例的动作流程与图111的流程的主要不同点在于，在图11的S1103中，控制器220从影像显示装置30获取影像信息而开始S1104以后的处理，但本例中取而代之，在影像显示装置30内执行S1103～S1104的处理，在S1104的虚像像距判断结果信息输出到控制器220后，执行S1105以后的处理。
图14是表示控制器220的硬件结构示例的图。控制器220包括CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)251、RAM(Random Access Memory：随机访问存储器)252、ROM(Read Only Memory：只读存储器)253、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)254和I/F255，这些部件经总线256相互连接。I/F255与影像显示装置30、第一反射镜驱动部203和第二反射镜驱动部204连接，控制器220以影像信息或虚像像距判断结果信息为输入，并输出反射镜驱动信号。
与图13A、图13B所示的各功能模块对应的结构，也可以通过构成图14所示的影像显示装置30和控制器220的硬件与实现各功能模块的功能的程序进行协作而构成。
本发明当然并不限定于上述的实施方式，而是能够在不脱离其主旨的范围内进行各种改变。例如，上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而进行的详细说明，并不必须具备说明的所有结构。此外，还能够将某个实施方式的结构的一部分替换为其他实施方式的结构，并且也能够对某个实施方式的结构追加其他实施方式的结构。此外，能够对各实施方式的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、替换。
附图标记说明
1、1A、1B……HUD，2……车辆，3……挡风玻璃，5……驾驶员，30……影像显示装置，31a……LED光源，31b……散热片，32……照明光学系统，32a……光漏斗，32b……导光体，33……显示元件，33a……出射面，32c……扩散板，32d……接合部，33……显示元件，34……柔性电缆，35……框架，36a、36b……外罩部件，41……自由曲面反射镜，42……反射镜驱动部，43……透镜组件，50……外壳，51……外盖，52……防眩光板，53……光学部件保持部件，54……外壳，55……光学部件保持外壳，70……主电路板，80……虚像，100……自发光膜照射装置，102……壳体，102a……投影仪收纳部，102b……开口部，102c……中板，102d……侧板，102e……顶板，102f、102g、102h……隙缝，104……投影仪，110……第一自发光膜，111……第一自发光膜保持部件，112……第二自发光膜，113……第二自发光膜保持部件，114……第三自发光膜，115……第三自发光膜保持部件，116……黑屏，117……屏幕保持部件，200……虚像像距改变机构，201……第一转向反射镜，201h……第一转向反射镜保持部，202……第二转向反射镜，202h……第二转向反射镜保持部，203……第一反射镜驱动部，204……第二反射镜驱动部，205……第一中间转向反射镜，206……第二中间转向反射镜，207……光学透镜，210……虚像像距改变机构壳体，220……控制器，251……CPU，252……RAM，253……ROM，254……HDD，255……I/F，256……总线，301……影像信息生成部，2201……影像信息获取部，2202……虚像像距判断信息存储部，2203……虚像像距判断部，2204……光路切换控制部

Claims (4)

1.一种对驾驶员显示虚像的平视显示装置，其特征在于，包括：
影像显示装置，其包括光源和显示元件，在所述显示元件上形成影像；
虚像光学系统，其通过使从所述影像显示装置出射的包含所述影像的影像光在被投影部件上反射，来在车辆的前方显示所述影像的虚像；和
壳体，其收纳所述虚像光学系统，
所述壳体包括供所述影像光出射的开口部，
在所述虚像光学系统中，从距离所述显示元件上的所述影像光的出射面近的位置起，依次设置有沿所述影像光的出射方向配置的透镜组件和自由曲面反射镜，
所述显示元件以相对于所述透镜组件的光轴倾斜的姿态配置，其中，所述出射面的所述开口部一侧的端部靠近所述透镜组件的入射面，所述出射面的与所述开口部相反的一侧的端部远离所述透镜组件的入射面，
所述透镜组件具有将下述光程差光学放大的光学特性，该光程差由从所述出射面的所述开口部一侧的端部到所述透镜组件的入射面的第一光程和从所述出射面的与所述开口部相反的一侧的端部到所述透镜组件的入射面的第二光程的差给出。
2.如权利要求1所述的平视显示装置，其特征在于：
从所述虚像的上端部到所述驾驶员的第一虚像像距与从所述虚像的下端部到所述驾驶员的第二虚像像距之间的虚像像距差，是能够视作与经所述透镜组件放大的所述光学上的光程差相等的容许范围内的值。
3.一种对驾驶员显示虚像的平视显示装置，其特征在于，包括：
自发光膜照射装置，其包括投影仪、第一自发光膜和第二自发光膜，所述投影仪出射包含第一频率成分和与所述第一频率成分不同的第二频率成分的影像光，所述第一自发光膜能够对所述第一频率成分响应而发出第一影像光，所述第二自发光膜能够对所述第二频率成分响应而发出第二影像光，所述第一自发光膜和所述第二自发光膜被隔开间隔配置在从所述投影仪照射的影像光的照射范围内；
虚像光学系统，其通过使所述第一影像光和所述第二影像光在被投影部件上反射，来在车辆的前方显示由所述第一影像光和所述第二影像光形成的虚像；和
壳体，其收纳所述虚像光学系统，
在所述虚像光学系统中，从距离所述第一自发光膜近的位置起，依次设置有沿所述第一影像光和所述第二影像光的出射方向配置的透镜组件和自由曲面反射镜，
所述透镜组件具有将下述光程差光学放大的光学特性，该光程差由从所述第一自发光膜到所述透镜组件的入射面的所述第一影像光的第一光程和从所述第二自发光膜到所述透镜组件的入射面的所述第二影像光的第二光程的差给出。
4.一种对驾驶员显示虚像的平视显示装置，其特征在于，包括：
出射影像光的影像显示装置；
虚像光学系统，其通过使从所述影像显示装置出射的所述影像光在被投影部件上反射，来在车辆的前方将所述影像光中包含的影像显示为虚像；
壳体，其收纳所述虚像光学系统；和
虚像像距改变机构，其配置在所述影像显示装置和所述虚像光学系统之间，能够形成使从所述影像显示装置出射的所述影像光入射到所述虚像光学系统的第一光路和比该第一光路长的第二光路，
在所述虚像光学系统中，从距离所述虚像像距改变机构近的位置起，依次设置有沿所述影像光的出射方向配置的透镜组件和自由曲面反射镜，
所述虚像像距改变机构包括：
使在所述第一光路上行进的所述影像光向所述第二光路反射的第一转向反射镜；
改变来自所述第一转向反射镜的反射光的行进方向的至少一个中间转向反射镜；
将来自所述中间转向反射镜的反射光反射以使其沿所述第一光路的行进方向行进的第二转向反射镜；
使所述第一转向反射镜的镜面插入到所述第一光路中或从所述第一光路中退出的第一反射镜驱动部；
使所述第二转向反射镜的镜面插入到所述第一光路中或从所述第一光路中退出的第二反射镜驱动部；和
进行所述第一反射镜驱动部和所述第二反射镜驱动部的驱动控制的反射镜控制部，
在所述反射镜控制部中，
在要形成所述第一光路时，对所述第一反射镜驱动部输出用于使所述第一转向反射镜的镜面从所述第一光路中退出的退出信号，并且对所述第二反射镜驱动部输出用于使所述第二转向反射镜的镜面从所述第一光路中退出的退出信号，
在要形成所述第二光路时，对所述第一反射镜驱动部输出用于使所述第一转向反射镜的镜面插入到所述第一光路中的插入信号，并且对所述第二反射镜驱动部输出用于使所述第二转向反射镜的镜面插入到所述第一光路中的插入信号，
所述透镜组件具有将下述光程差光学放大的光学特性，该光程差由所述第一光路的光程和所述第二光路的光程的差给出。
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