CN110300914A - 虚像显示装置 - Google Patents

虚像显示装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110300914A
CN110300914A CN201880012430.1A CN201880012430A CN110300914A CN 110300914 A CN110300914 A CN 110300914A CN 201880012430 A CN201880012430 A CN 201880012430A CN 110300914 A CN110300914 A CN 110300914A
Authority
CN
China
Prior art keywords
virtual image
light
notice board
curved surface
display apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880012430.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110300914B (zh
Inventor
小嶋大介
新造徹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JVCKenwood Corp
Original Assignee
JVCKenwood Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018003136A external-priority patent/JP6593463B2/ja
Priority claimed from JP2018110134A external-priority patent/JP6593494B1/ja
Application filed by JVCKenwood Corp filed Critical JVCKenwood Corp
Publication of CN110300914A publication Critical patent/CN110300914A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110300914B publication Critical patent/CN110300914B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/64—Constructional details of receivers, e.g. cabinets or dust covers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00—Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/20—Optical features of instruments
    • B60K2360/33—Illumination features
    • B60K2360/334—Projection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • G02B2027/012—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility comprising devices for attenuating parasitic image effects
    • G02B2027/0121—Parasitic image effect attenuation by suitable positioning of the parasitic images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0181—Adaptation to the pilot/driver
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B2027/0192—Supplementary details
    • G02B2027/0196—Supplementary details having transparent supporting structure for display mounting, e.g. to a window or a windshield

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)

Abstract

虚像显示装置(210)包括：显示部(12)，生成图像显示光(L)；以及投射光学系统(214)，朝向虚像提示板投射图像显示光(L)。投射光学系统(214)包括：投射镜(216)，朝向虚像提示板(22)投射图像显示光；以及透射型光学元件，被配置为光轴相对于投射光学系统(214)的光路倾斜交叉。显示部(12)被配置在合成光学系统(220)的子午面内焦点上，合成光学系统(220)包括虚像提示板(22)和投射光学系统(214)，合成光学系统(220)的子午面内焦点是从用户(E)沿虚像提示板(22)的子午面向虚像提示板(22)入射平行光束时的该平行光束的聚光位置。

Description

虚像显示装置
技术领域
本发明涉及虚像显示装置。
背景技术
近年来，有时使用平视显示器作为车辆用显示装置。平视显示器将图像显示光投射到车辆的挡风玻璃等上，将基于图像显示光的虚像重叠显示在车外的风景上。由于在挡风玻璃上存在车内侧和车外侧这两个界面，因此在各自的界面上反射而被视认的图像显示光错位重叠，有时会看到双重像。为了抑制这样的双重像的产生，提出了以双重像的错位量在人眼的分辨率以内的方式设定视距并用于得到实现该视距的光学配置的数学式(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭62-225429号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
在上述技术中，为了减少双重像，增大到在用户的前方看到的虚像的提示位置的视距作为前提。优选无论虚像的视距如何都能够适当地降低双重像的产生。
本发明是鉴于所述情况而完成的，其目的在于提供一种提高所提示的虚像的视认性的技术。
用于解决问题的手段
本发明的某个方式是一种虚像显示装置，用于经由虚像提示板向用户提示虚像，包括：显示部，生成图像显示光；以及投射光学系统，朝向虚像提示板投射图像显示光。投射光学系统包括：投射镜，朝向虚像提示板投射图像显示光；以及透射型光学元件，被配置为光轴相对于投射光学系统的光路倾斜交叉。显示部被配置在合成光学系统的子午面内焦点上，合成光学系统包括虚像提示板和投射光学系统，合成光学系统的子午面内焦点是从用户沿虚像提示板的子午面向虚像提示板入射平行光束时的该平行光束的聚光位置。
另外，将以上结构要素的任意组合和本发明的结构要素或表现在方法、装置、系统等之间相互置换的方式作为本发明的方式也是有效的。
发明效果
根据本发明，能够减少双重像的产生而提高虚像的视认性。
附图说明
图1是示意性地示出实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。
图2是示意地示出由虚像提示板引起的双重像的产生的图。
图3是示意性地示出楔形玻璃对双重像的抑制的图。
图4是示出比较例的虚像显示装置的光学配置的图。
图5(a)、(b)是示意性地示出入射到凹曲面的一部分区域的平行光束的像散的图。
图6(a)～(c)是详细示出第一实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。
图7是详细示出第二实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。
图8是详细示出第三实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。
图9(a)、(b)是详细示出第四实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。
图10是详细示出第五实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。
图11是详细示出第六实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。
图12是详细示出第七实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。
图13是详细示出第八实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。该实施方式所示的具体的数值等只不过是用于使发明的理解变得容易的例示，除了特别说明的情况以外，并不限定本发明。此外，在本说明书和附图中，用相同附图标记表示具有基本相同的功能和结构的要素，且省略对这些要素的重复说明，另外，与本发明没有直接关系的要素省略图示。
图1是示意性地示出实施方式涉及的虚像显示装置10的结构的图。在本实施方式中，在作为移动体的一例的车辆60的仪表板内设置虚像显示装置10。虚像显示装置10是所谓的平视显示装置。虚像显示装置10向作为虚像提示板的挡风玻璃62投射图像显示光，在车辆60的行进方向(图1的右方向)的前方提示虚像50。驾驶员等用户E能够经由挡风玻璃62视认与现实的风景重叠的虚像50。因此，用户E能够在车辆的行驶中几乎不移动视线而得到虚像50所示的信息。在图1中，将车辆60的行进方向(前后方向)设为z方向，将车辆60的上下方向(竖直方向)设为y方向，将车辆60的左右方向设为x方向。
虚像显示装置10具备照明部11、显示部12、投射光学系统14和控制部40。照明部11是用于生成显示光的光源，生成用于对显示部12进行照明的照明光。照明部11具有LED(Light Emitting Diode：发光二极管)或LD(Laser Diode：激光二极管)等发光元件以及用于调整来自发光元件的输出光的强度分布和角度分布的光学元件。照明部11向显示部12提供亮度大致均匀亮度的白色光。照明部11的结构没有特别限定，但为了调整来自发光元件的输出光，例如可以使用光通道、菲涅耳透镜、光扩散板等光学元件。
显示部12对来自照明部11的照明光进行调制而生成显示光，形成与虚像50的显示内容对应的中间像(实像)。显示部12包括用于生成显示光的透射型图像显示元件，并包括诸如透射型液晶面板这样的显示设备。图像显示元件接收从控制部40发送的图像信号，并生成与图像信号对应的显示内容的图像显示光。显示部12还可以包括用于调整图像显示光的朝向和配光角的光学元件。此外，显示部12例如构成为透射型液晶面板以外的DMD(Digital Mirror Device：数字镜像设备)或LCOS(Liquid Crystal on Silicon：单晶硅液晶显示面板)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)方式等诸如LSM(Laser Scanning Module：激光扫描模块)这样的投影单元与诸如微透镜阵列片或光扩散片这样的透射型屏幕的组合。
投射光学系统14将显示部12生成的图像显示光向挡风玻璃62投射。投射光学系统14包括凸透镜等透射型光学元件、凹面镜等反射型光学元件。投射光学系统14的具体结构将在后面另行叙述。
控制部40使照明部11及显示部12动作，以生成显示用图像，并提示与显示用图像对应的虚像50。控制部40与外部装置64连接，基于来自外部装置64的信息生成显示用图像。
外部装置64是生成作为虚像50显示的图像的原始数据的装置。外部装置64例如是车辆60的电子控制单元(ECU Electronic Control Unit)、导航装置、移动电话、智能手机、平板电脑之类的移动装置等。外部装置64将虚像50的显示所需的图像数据、表示图像数据的内容或种类的信息、车辆60的速度或当前位置这样的与车辆60相关的信息发送给控制部40。
以下，在详述实施方式涉及的光学配置之前，参照比较例对双重像的产生进行说明。作为虚像50看起来为双重像的主要原因可列举出在挡风玻璃62的车内侧和车外侧的两个界面反射而被视认的图像显示光被错位提示的情况。
图2是示意性地示出由虚像提示板22引起的双重像产生的图。在图2中，为了简化说明，省略了配置在虚像提示板22和显示部92之间的凹面镜等光学元件。虚像提示板22具有预定的厚度t，并具有第一面23和第二面24。第一面23对应于挡风玻璃62的车内侧的界面，第二面24对应于挡风玻璃62的车外侧的界面。
从显示部92的任意一点到达用户E的图像显示光L主要通过两个光路L1、L2。第一光路L1是被第一面23反射而朝向用户E的光路，第二光路L2是在第一面23折射并被第二面24反射后在第一面23再次折射而朝向用户E的光路。此时，如果在朝向用户E的第一光路L1与第二光路L2之间存在角度差Δθ，则根据该角度差Δθ分别通过两个光路L1、L2的图像显示光被错位视认，从而在虚像51上产生双重像。另外，也可以设想在第一面23和第二面24之间多次反射而朝向用户E的光路，但多次反射而朝向用户E的图像显示光的分量小，在通常使用方式中可以忽略。
图3是示意性地示出楔形玻璃对双重像的抑制的图。图3的虚像提示板82被称为所谓的“楔形玻璃”，构成为虚像提示板82的厚度根据场所而变化。其结果，虚像提示板82的第一面83和第二面84具有相对于用户E的视线方向相互不同的倾斜角，设有角度差δ。通过使用在两个面83、84间设有角度差δ的楔形玻璃，能够校正图2所示的第一光路L1和第二光路L2的角度差Δθ，从而提示抑制了双重像的虚像52。
但是，由于这样的“楔形玻璃”需要精密地控制角度差δ而形成，所以与厚度t均匀的通常的玻璃相比价格高。此外，在使车辆60的挡风玻璃62为楔形玻璃的情况下，不仅需要对应于车辆60形状的专用的楔形玻璃，还必须更换整个挡风玻璃62，所以成本非常高。因此，优选不使用这样特殊的楔形玻璃就能够减少双重像的产生。
图4是详细示出比较例涉及的虚像显示装置90的光学配置的图。比较例在虚像提示板22和显示部92之间设置凸透镜94这一点上与图2的结构不同。在本比较例中，通过设置凸透镜94，能够减少从显示部92的任意一点出发后由虚像提示板22的第一面23反射的第一光路L1与由虚像提示板22的第二面24反射的第二光路L2之间的角度差。特别是，通过在包括虚像提示板22和凸透镜94的合成光学系统的焦点配置显示部92，能够去掉第一光路L1和第二光路L2的角度差，从而消除双重像。
在图4的比较例中，由于使图像显示光L斜向入射到虚像提示板22，所以在虚像提示板22由曲面构成的情况下可能会产生像散。一般汽车的挡风玻璃62由曲面构成，第一面23构成为凹曲面，因此由于图像显示光L向该凹曲面的斜向入射而产生像散。这里所说的“像散”是指合成光学系统的子午(meridional)面内焦点和弧矢(sagittal)面内焦点的不一致。当产生这样的像散时，在虚像53的横向(x方向)的成像位置和纵向(y方向)的成像位置产生错位，导致成像性能的降低。另外，所谓“子午面”是指包含合成光学系统的光轴和图像显示光L的主光线的平面，图4的yz平面相当于子午面。另一方面，所谓“弧矢面”是包含合成光学系统的光轴的平面，是与子午面正交的平面，图4的xz平面相当于弧矢面。
图5(a)、(b)是示意性地示出入射到凹曲面96的一部分区域98的平行光束的像散的图，是分别从不同的视点观察的图。图5(a)示出凹曲面96的子午面(yz平面)内的光束，图5(b)示出凹曲面96的弧矢面(xz平面)内的光束。如图所示，在子午面和弧矢面上平行光束的会聚位置Fm、Fs不同，与子午面内焦点Fm相比，弧矢面内焦点Fs位于远离凹曲面96的位置。这是因为，当使平行光束斜向入射到凹面镜时，到光的会聚位置的距离(即，焦距)根据其入射角而变化。当凹面镜的焦距为f、入射到凹面镜的光的入射角为φ，则斜向入射的光的焦距表示为f·cosφ，入射角φ越大，焦距f·cosφ越小。即，光束倾斜入射的子午面内的焦距变短为f·cosφ。另一方面，弧矢面内的焦距变长为f/cosφ。
为了减小作为子午面内焦点Fm与弧矢面内焦点Fs之间的错位的像散As，只要减小凹曲面96的入反射角φ即可。但是，显著减小虚像提示板22中的图像显示光L的入反射角是不现实的。因此，在本实施方式中，以作为包括虚像提示板22和投射光学系统14的合成光学系统整体的像散变小的方式构成投射光学系统14。具体而言，通过使用以下的(1)～(5)所示的一个以上的特征，可兼顾缓和双重像的产生和降低合成光学系统的像散。
(1)凹面镜相对于虚像提示板配置在扭转的位置。
(2)配置弧矢方向和子午方向的曲率不同的投射镜。
(3)插入相对于光轴倾斜的平行平板(透射型光学元件)。
(4)将处于相互扭转的位置的两个凹面镜组合。
(5)配置凹凸与虚像提示板相反的曲面形状的投射镜。
(第一实施方式)
图6(a)～(c)是详细示出第一实施方式涉及的虚像显示装置10的结构的图，是从各自不同的视点观察的图。图6(a)对应于图1，示出在yz平面上观察到的结构。图6(b)示出在xz平面上观察到的结构，图6(c)示出在xy平面上观察到的结构。本实施方式是使用了所述特征(1)的结构，投射光学系统14所包含的凹面镜16相对于虚像提示板22配置在扭转的位置。
虚像显示装置10具备照明部11、显示部12以及投射光学系统14。投射光学系统14包括凹面镜16和凸透镜18。照明部11、显示部12、凸透镜18以及凹面镜16配置在沿x方向延伸的光轴上。凹面镜16使向x方向入射的图像显示光L朝向虚像提示板22向y方向反射。虚像提示板22使向y方向的入射的图像显示光L朝向用户E向z方向反射。
虚像提示板22构成为第一面23成为凹曲面。虚像提示板22的第一面23是图像显示光L倾斜地入反射的第一凹曲面。虚像提示板22构成为厚度t一定，第一面23和第二面24的曲面形状相同。虚像提示板22以与第一面23(第一凹曲面)中的图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴A)成为x方向的方式配置。
凹面镜16是将图像显示光L向虚像提示板22投射的投射镜。凸透镜18配置在显示部12和凹面镜16之间。凹面镜16具有图像显示光L倾斜地入反射的第二凹曲面，以与第二凹曲面中的图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴B)成为z方向的方式配置。因此，凹面镜16的轴B的朝向与虚像提示板22的轴A的朝向正交，凹面镜16和虚像提示板22成为扭转的配置。
在本实施方式中，由于虚像提示板22和凹面镜16成为扭转配置，因此在虚像提示板22产生的像散和在凹面镜16产生的像散相互反向地产生。例如，当使平行光束入射到虚像提示板22的子午面(yz平面)时，该平行光束在虚像提示板22和凹面镜16反射而通过凸透镜18后，在显示部12中的x方向的光轴上在xz平面内会聚。因此，虚像提示板22起到以在显示部12的光轴上缩短xz平面内的光束的焦距而延长xy平面内的光束的焦距的作用。另一方面，凹面镜16起到缩短xy平面内的光束的焦距、缩短xz平面内的光束的焦距的作用。因此，通过组合这样扭转配置的虚像提示板22和凹面镜16，与不设置扭转配置的凹面镜16的情况相比，能够减小像散量。
另外，为了减小组合了凹面镜16和虚像提示板22的合成光学系统20的像散量，只要使在凹面镜16和虚像提示板22各自产生的像散量相等即可。具体而言，只要凹面镜16的焦距fa与凹面镜1616中的图像显示光L的入反射角φa的余弦cosφa之积fa·cosφa和虚像提示板22的焦距fb与虚像提示板22中的图像显示光L的入反射角φb的余弦cosφb之积fb·cosφb相等即可。例如，通过将凹面镜16的子午面内焦距fa·cosφa设计为虚像提示板22的子午面内焦距fb·cosφb的0.5倍以上且2倍以下，能够适当地防止由像散引起的成像性能降低。
并且，通过在包括凹面镜16、凸透镜18以及虚像提示板22的合成光学系统20的子午面内焦点上配置显示部12，能够消除由具有两个面23、24的虚像提示板22引起的双重像的产生。这里，所谓合成光学系统20的子午面内焦点是从用户E沿虚像提示板22的子午面(yz平面)向虚像提示板22入射平行光束时的平行光束的聚光位置。
根据本实施方式，通过将显示部12配置在合成光学系统20的子午面内焦点上，能够不使用楔形玻璃那样的特殊规格的虚像提示板，缓和双重像产生。并且，通过设置相对于虚像提示板22扭转配置的凹面镜16，能够减小合成光学系统20的像散量，从而能够防止由像散引起的成像性能降低。由此，能够提高提示给用户E的虚像50的视认性。
(第二实施方式)
图7是详细示出第二实施方式涉及的虚像显示装置110的结构的图。在本实施方式中，虚像提示板22的轴A和凹面镜116的轴B成为相同的方向(x方向)，在凹面镜116相对于虚像提示板22不是扭转配置这一点上与上述第一实施方式不同。
虚像显示装置110具备照明部11、显示部12以及投射光学系统114。投射光学系统114包括凹面镜116和凸透镜18。凹面镜116是具有图像显示光L倾斜地入反射的凹曲面的投射镜。照明部11、显示部12、凸透镜18以及凹面镜116配置在沿z方向延伸的光轴上。凹面镜116将在z方向上入射的图像显示光L向虚像提示板22反射。虚像提示板22将来自凹面镜116的图像显示光L向用户E反射。
为了减小包括投射光学系统114和虚像提示板22的合成光学系统120的像散量，凹面镜116构成为子午面内(第一截面)的曲率与弧矢面内(第二截面)的曲率不同。在此，凹面镜116的子午面是包含斜向入射到凹面镜116的图像显示光的入射方向和反射方向双方的平面(yz平面)，是与凹面镜116的凹曲面交叉的平面。另一方面，凹面镜116的弧矢面是与子午面正交的平面，是沿与图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向(x方向)的平面，是与凹面镜116的凹曲面交叉的平面。子午面内的曲率与沿子午面入射的平行光束的焦距、即子午面内焦距相关。另一方面，弧矢面内的曲率与弧矢面内焦距相关。
在本实施方式中，通过适当地设定凹面镜116的子午面内的曲率和弧矢面内的曲率，合成光学系统120的子午面内焦点与弧矢面内焦点一致。例如，通过使凹面镜116的子午面内的曲率小于弧矢面内的曲率，能够降低子午面内焦距与弧矢面内焦距之差。凹面镜116的具体的曲率优选根据虚像提示板22的子午面内和弧矢面内的曲率、虚像提示板22中的图像显示光L的入反射角φa、凹面镜116中的图像显示光L的入反射角φb的值适当设定。
根据本实施方式，通过使凹面镜116的子午面内的曲率和弧矢面内的曲率不同，能够降低合成光学系统120的像散量，从而能够防止由像散引起的成像性能降低。此外，通过将显示部12配置在合成光学系统120的子午面内焦点上，能够抑制双重像的产生。由此，能够向用户提示视认性高的虚像150。
另外，本实施方式也能够适用于虚像提示板22的第一面23为平面的情况。在该情况下，由于能够忽略虚像提示板22中的像散，所以为了降低凹面镜116中的像散量，将凹面镜116的子午面内以及弧矢面内的各自的曲率设定为不同的值即可。
(第三实施方式)
图8是详细示出第三实施方式涉及的虚像显示装置210的结构的图。本实施方式在追加倾斜配置在显示部12和凸透镜218之间的平行平板219这一点上与所述实施方式不同。
虚像显示装置210具备照明部11、显示部12以及投射光学系统214。投射光学系统214包括凹面镜216、凸透镜218以及平行平板219。照明部11、显示部12、平行平板219、凸透镜218以及凹面镜216配置在沿z方向延伸的光轴上。
平行平板219是厚度均匀的透明部件，由玻璃或树脂材料构成。平行平板219相对于投射光学系统214的光路倾斜地配置，并以旋转轴C成为与子午面(yz平面)正交的方向(x方向)的方式配置。通过倾斜地插入平行平板219，包括虚像提示板22和投射光学系统214的合成光学系统220的焦距变长。特别是，通过使平行平板219的旋转轴C的方向与子午面正交，能够使子午面内焦距比弧矢面内焦距更长。由此，与未插入平行平板219的情况相比，能够减小子午面内焦距与弧矢面内焦距之差，从而能够缓和像散。由于平行平板219引起的焦距的增加量依赖于平行平板219的倾斜角φc，所以通过改变倾斜角φc能够调整像散量。
根据本实施方式，通过插入平行平板219，能够降低合成光学系统220的像散量。并且，通过将显示部12配置在合成光学系统220的子午面内焦点上，能够抑制双重像的产生。由此，能够提高虚像250的视认性。
(第四实施方式)
图9(a)、(b)是详细示出第四实施方式涉及的虚像显示装置310的结构的图，分别是从不同的视点观察的图。图9(a)对应于图1，示出在yz平面上观察到的结构，图9(b)示出在xz平面上观察到的结构。本实施方式与所述实施方式的不同点在于投射光学系统314包括两个凹面镜316、318，两个凹面镜316、318为扭转配置。
虚像显示装置310具备照明部11、显示部12以及投射光学系统314。投射光学系统314包括第一凹面镜316和第二凹面镜318。照明部11、显示部12以及第二凹面镜318配置在沿x方向延伸的光轴上。第二凹面镜318以与图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴D)成为y方向的方式配置，使在x方向上入射的图像显示光L在z方向上反射。第一凹面镜316以与图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴B)成为x方向的方式配置，使在z方向上入射的图像显示光L向虚像提示板22反射。
根据本实施方式，由于第一凹面镜316和第二凹面镜318成为扭转配置，所以能够使在各自的凹面镜中产生的像散相互反向。组合两个凹曲面来缓和像散的机理与上述第一实施方式相同。因此，在本实施方式中，也能够降低包括虚像提示板22和投射光学系统314的合成光学系统320的像散量，从而能够提高成像性能。并且，通过将显示部12配置在合成光学系统320的子午面内焦点上，能够抑制双重像的产生。由此，能够提高虚像350的视认性。
另外，本实施方式也能够适用于虚像提示板22的第一面23为平面的情况。在该情况下，由于能够忽略虚像提示板22中的像散，所以为了降低第一凹面镜316和第二凹面镜318的组合的像散量，只要设定两个凹面镜316、318各自的曲率以及入反射角φb、φd即可。
在本实施方式中，构成为在投射光学系统314中不设置凸透镜，但也可以在投射光学系统314中设置追加的凸透镜。例如，可以在显示部12和第二凹面镜318之间配置追加的凸透镜，也可以在第二凹面镜318和第一凹面镜316之间配置追加的凸透镜。
(第五实施方式)
图10是详细示出第五实施方式涉及的虚像显示装置410的结构的图。本实施方式与上述的实施方式的不同点在于，为了缓和在虚像提示板22产生的像散而使用凸面镜416。即，通过使虚像提示板22和投射镜的凹凸形状相反，使在各自的曲面产生的像散逆向产生，从而减小合成光学系统整体的像散量。
虚像显示装置410具备照明部11、显示部12以及投射光学系统414。投射光学系统414包括凸面镜416和凸透镜418。照明部11、显示部12、凸透镜418以及凸面镜416配置在沿z方向延伸的光轴上。凸面镜416是图像显示光L的入反射面为凸曲面的投射镜。凸面镜416以与图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴B)成为x方向的方式配置，使在z方向上入射的图像显示光L向虚像提示板22反射。
虚像提示板22构成为图像显示光L入反射的第一面23成为凹曲面，以与图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴A)成为x方向的方式配置。虚像提示板22使来自凸面镜416的图像显示光L向用户E反射。
根据本实施方式，由于虚像提示板22和凸面镜416以相对的方式配置，各自的曲面的凹凸方向相反，因此能够降低或抵消在各个曲面产生的像散量。由此，能够减小包括虚像提示板22和投射光学系统414的合成光学系统420的像散量，从而能够提高成像性能。并且，通过将显示部12配置在合成光学系统420的子午面内焦点上，能够抑制双重像的产生。因此，根据本实施方式，能够减轻像散和双重像双方，提高提示给用户E的虚像450的视认性。
在上述实施方式中，示出了通过使用上述特征(1)至(5)中任意一个来缓和合成光学系统的像散的情况。在变形例中，也可以组合使用多个特征。例如，可以对特征(1)组合特征(2)、特征(3)，也可以对特征(2)组合特征(3)、特征(4)。并且，也可以在特征(3)中组合特征(4)、特征(5)。
在上述实施方式中，示出了虚像提示板22的第一面23由凹曲面或平面构成的情况。在变形例中，也可以以当虚像提示板22的第一面23由凸曲面构成时缓和其像散的方式构成合成光学系统。在特征(1)的情况下，也可以将凹面镜16置换为凸面镜。在特征(2)的情况下，子午面内的曲率也可以比弧矢面内的曲率大。在特征(5)的情况下，也可以将凸面镜416置换为凹面镜。
在上述实施方式中，示出了投射光学系统包括凸透镜的结构。在变形例中，也可以不在投射光学系统中设置凸透镜。例如，如果是图6(a)～(c)所示的实施方式，则可以是在投射光学系统14中不包括凸透镜18的结构，也可以在不包括凸透镜18的合成光学系统20的子午面内焦点上配置显示部12。同样地，在图7所示的实施方式中，可以是投射光学系统114不包括凸透镜18的结构，在图8所示的实施方式中，可以是投射光学系统214不包括凸透镜218的结构。
本实施方式的一个方式如下所述。
(项1-1)
一种虚像显示装置，用于经由虚像提示板向用户提示虚像，其特征在于，包括：
显示部，生成图像显示光；以及
投射光学系统，包括投射镜，该投射镜朝向所述虚像提示板投射所述图像显示光，以使所述图像显示光在所述虚像提示板的第一凹曲面倾斜地入反射，
所述投射镜具有所述图像显示光倾斜地入反射的第二凹曲面，并被配置为与所述第一凹曲面中的所述图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向和与所述第二凹曲面中的所述图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向相互正交，
所述显示部被配置在合成光学系统的子午面内焦点上，所述合成光学系统包括所述虚像提示板和所述投射光学系统，
所述合成光学系统的子午面内焦点是从所述用户沿所述虚像提示板的子午面向所述虚像提示板入射平行光束时的该平行光束的聚光位置。
(项1-2)
根据项1-1所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述投射镜构成为与所述第二凹曲面交叉的第二截面上的曲率大于与所述第二凹曲面交叉的第一截面上的曲率，所述第一截面是包含斜向入射到所述第二凹曲面的图像显示光的入射方向和反射方向双方的平面，所述第二截面是与所述第一截面正交的平面，是沿与斜向入射到所述第二凹曲面的图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向的平面。
(项1-3)
根据项1-1或项1-2所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述投射光学系统还包括平行平板，所述平行平板相对于所述投射光学系统的光路倾斜配置。
(项2-1)
一种虚像显示装置，用于经由虚像提示板向用户提示虚像，其特征在于，包括：
显示部，生成图像显示光；以及
投射光学系统，包括投射镜，该投射镜朝向所述虚像提示板投射所述图像显示光，
所述投射镜具有所述图像显示光倾斜地入反射的凹曲面，并构成为与所述凹曲面交叉的第二截面上的曲率大于与所述凹曲面交叉的第一截面上的曲率，所述第一截面是包含斜向入射到所述凹曲面的图像显示光的入射方向和反射方向双方的平面，所述第二截面是与所述第一截面正交的平面，并且是沿着与斜向入射到所述凹曲面的图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向的平面，
所述显示部被配置在合成光学系统的子午面内焦点上，所述合成光学系统包括所述虚像提示板和所述投射光学系统，
所述合成光学系统的子午面内焦点是从所述用户沿所述虚像提示板的子午面向所述虚像提示板入射平行光束时的该平行光束的聚光位置。
(项2-2)
根据项2-1所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述投射光学系统还包括平行平板，所述平行平板相对于所述投射光学系统的光路倾斜配置。
(项3-1)
一种虚像显示装置，用于经由虚像提示板向用户提示虚像，其特征在于，包括：
显示部，生成图像显示光；以及
投射光学系统，朝向所述虚像提示板投射所述图像显示光，
所述投射光学系统包括：投射镜，朝向所述虚像提示板投射所述图像显示光；以及平行平板，相对于所述投射光学系统的光路倾斜配置，
所述显示部被配置在合成光学系统的子午面内焦点上，所述合成光学系统包括所述虚像提示板和所述投射光学系统，
所述合成光学系统的子午面内焦点是从所述用户沿所述虚像提示板的子午面向所述虚像提示板入射平行光束时的该平行光束的聚光位置。
(项4-1)
一种虚像显示装置，用于经由虚像提示板向用户提示虚像，其特征在于，包括：
显示部，生成图像显示光；以及
投射光学系统，朝向所述虚像提示板投射所述图像显示光，
所述投射光学系统包括：第一凹面镜，使所述图像显示光朝向所述虚像提示板反射；以及第二凹面镜，使所述图像显示光朝向所述第一凹面镜反射，
当将所述虚像提示板中的沿所述图像显示光的入射方向和射出方向双方的平面作为基准面时，所述第一凹面镜被配置为成为所述图像显示光在沿所述基准面的方向上入射到所述第一凹面镜的朝向，所述第二凹面镜被配置为成为所述图像显示光在与所述基准面交叉的方向上入射到所述第二凹面镜的朝向，
所述显示部被配置在合成光学系统的子午面内焦点上，所述合成光学系统包括所述虚像提示板和所述投射光学系统，
所述合成光学系统的子午面内焦点是从所述用户沿所述虚像提示板的子午面向所述虚像提示板入射平行光束时的该平行光束的聚光位置。
(项4-2)
根据项4-1所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述第一凹面镜和所述第二凹面镜的至少一个的曲面构成为与该曲面交叉的第二截面上的曲率大于与该曲面交叉的第一截面上的曲率，所述第一截面是包含斜向入射到该曲面的图像显示光的入射方向和反射方向双方的平面，所述第二截面是与所述第一截面正交的平面，是沿与斜向入射到该曲面的图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向的平面。
(项4-3)
根据项4-2所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述投射光学系统还包括平行平板，所述平行平板相对于所述投射光学系统的光路倾斜配置。
(项5-1)
一种虚像显示装置，用于经由虚像提示板向用户提示虚像，其特征在于，包括：
显示部，生成图像显示光；以及
投射光学系统，包括投射镜，该投射镜朝向所述虚像提示板投射所述图像显示光，以使所述图像显示光在所述虚像提示板的凹曲面倾斜地入反射，
所述投射镜具有所述图像显示光倾斜地入反射的凸曲面，并被配置为与所述凹曲面中的所述图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向和与所述凸曲面中的所述图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向相互平行，
所述显示部被配置在合成光学系统的子午面内焦点上，所述合成光学系统包括所述虚像提示板和所述投射光学系统，所述合成光学系统的子午面内焦点是从所述用户沿所述虚像提示板的子午面向所述虚像提示板入射平行光束时的该平行光束的聚光位置。
(项5-2)
根据项5-1所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述投射光学系统还包括平行平板，所述平行平板相对于所述投射光学系统的光路倾斜配置。
在又一实施方式中，透镜可以用作相对于投射光学系统的光路倾斜配置的透射型光学元件。通过利用由倾斜配置的透镜产生的像散，能够兼顾缓和双重像的产生和降低合成光学系统的像散。
(第六实施方式)
图11是详细示出第六实施方式涉及的虚像显示装置510的结构的图。虚像显示装置510具备照明部11、显示部12以及投射光学系统14。投射光学系统514包括凹面镜16和凸透镜36。照明部11、显示部12、凸透镜36以及凹面镜16配置在沿z方向延伸的光路上。凸透镜36以凸透镜36的光轴相对于沿z方向延伸的光路倾斜地交叉的方式倾斜配置。凹面镜16使向z方向入射的图像显示光L朝向虚像提示板22向y方向反射。虚像提示板22使y方向的入射的图像显示光L朝向用户E向z方向反射。
虚像显示装置510具备显示光生成单元30。显示光生成单元30是将照明部11、显示部12以及凸透镜36一体化的模块部件。显示光生成单元30具有框体32，在框体32的内部容纳有照明部11和显示部12。凸透镜36安装在框体32上，以堵塞射出图像显示光L的框体32的射出口34。凸透镜36使框体32的内部成为密闭结构，具有作为防止灰尘或垃圾等侵入框体32的内部的防尘罩的功能。在图示的例子中，以凸透镜36与框体32的射出口34直接接触的方式安装有凸透镜36。在变形例中，可以借助安装在凸透镜36的外周的固定部件等将凸透镜36安装在射出口34上。另外，也可以在射出口34和凸透镜36之间设置用于提高密闭性的O型环等密封部件。
虚像提示板22构成为图像显示光L倾斜地入反射的第一面23成为凹曲面。虚像提示板22构成为厚度t恒定，第一面23和第二面24的曲面形状相同。虚像提示板22以与第一面23中的图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴A)成为x方向的方式配置。虚像提示板22中的图像显示光的入反射角为φa，虚像提示板22的凹曲面的焦距为fa。
凹面镜16是将图像显示光L向虚像提示板22投射的投射镜。凹面镜16具有图像显示光L倾斜地入反射的凹曲面，以与凹曲面中的图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴B)成为x方向的方式配置。因此，凹面镜16的轴B的朝向与虚像提示板22的轴A的朝向平行，凹面镜16和虚像提示板22成为相互面对的配置。另外，凹面镜16中的图像显示光的入反射角为φb，凹面镜16的凹曲面的焦距为fb。
凸透镜36配置在显示部12和凹面镜16之间。凸透镜36相对于投射光学系统514的光路倾斜地配置，以旋转轴C成为与子午面(yz平面)正交的方向(x方向)的方式配置。凸透镜36具有图像显示光L透射的曲面绕透镜的光轴旋转对称的形状，例如由球面构成。通过倾斜地配置凸透镜36且使凸透镜36的旋转轴C的方向与子午面正交，能够使投射光学系统14的子午面内焦距比弧矢面内焦距长。由此，与不使凸透镜36倾斜的情况相比，能够减小合成光学系统520的子午面内焦距与弧矢面内焦距之差，能够缓和作为合成光学系统520的整体的像散。通过将凸透镜36倾斜配置而得到的焦距的调整量依赖于凸透镜36的倾斜角φc和凸透镜36的焦距fc。因此，通过改变凸透镜36的倾斜角φc和焦距fc，能够调整合成光学系统520的像散量。
另外，为了减小组合了凸透镜36、凹面镜16以及虚像提示板22的合成光学系统520的像散量，只要使在凸透镜36、凹面镜16以及虚像提示板22分别产生的像散量的合计变小即可。光学元件的像散量与光学元件的焦距f和相对于光学元件的光路的倾斜角φ的余弦cosφ之积f·cosφ成比例。另外，由于在凸透镜36、凹面镜16及虚像提示板22中像散量的产生方向相反，所以通过使凸透镜36的像散量(fc·cosφc)与凹面镜16的像散量(fb·cosφb)和虚像提示板22的像散量(fa·cosφa)平衡，能够降低作为合成光学系统520的整体的像散量。由此，能够适当地防止由像散引起的成像性能的降低。
并且，通过在包括凸透镜36、凹面镜16及虚像提示板22的合成光学系统520的子午面内焦点上配置显示部12，能够消除由具有两个面23、24的虚像提示板22引起的双重像的产生。这里，所谓合成光学系统20的子午面内焦点是从用户E沿虚像提示板22的子午面(yz平面)向虚像提示板22入射平行光束时的平行光束的聚光位置。
根据本实施方式，通过将显示部12配置在合成光学系统520的子午面内焦点上，不使用楔形玻璃那样的特殊规格的虚像提示板，能够缓和双重像的产生。并且，通过倾斜地配置凸透镜36，能够减小合成光学系统520的像散量，从而能够防止由像散引起的成像性能的降低。由此，能够提高提示给用户E的虚像550的视认性。
根据本实施方式，不利用用于缓和像散的特殊且昂贵的非球面透镜等，而是利用球面透镜这样的一般廉价的透镜，能够降低像散，从而能够降低制造成本。
另外，本实施方式也可以适用于虚像提示板22由平面构成的情况。在该情况下，由于在虚像提示板22不产生像散，因此通过使在凹面镜16产生的像散量(fb·cosφb)和在凸透镜36产生的像散量(fc·cosφc)相等，能够降低作为合成光学系统520的整体的像散量。
(第七实施方式)
图12是详细示出第七实施方式涉及的虚像显示装置610的结构的图。在本实施方式中，在凹面镜16与倾斜配置的凸透镜(也称为第一凸透镜)36之间进一步插入其他凸透镜(也称为第二凸透镜)618这一点上与上述实施方式不同。
虚像显示装置610具备照明部11、显示部12以及投射光学系统614。虚像显示装置610具备显示光生成单元30，显示光生成单元30具有照明部11、显示部12、框体32以及第一凸透镜36。投射光学系统614包括第一凸透镜36、第二凸透镜618以及凹面镜16。合成光学系统620包括虚像提示板22和投射光学系统614。
第一凸透镜36相对于投射光学系统614的光路倾斜地配置。第二凸透镜618被配置成使得投射光学系统614的光路与透镜的光轴平行。第一凸透镜36和第二凸透镜618具有图像显示光L透射的曲面绕光轴旋转对称的形状，例如由球面构成。
根据本实施方式，通过组合相对于光路倾斜配置的第一凸透镜36和相对于光路垂直配置的第二凸透镜618，能够更适当地调整合成光学系统620的像散量和成像性能双方。例如，能够以降低合成光学系统620的像散量的方式选择第一凸透镜36的焦距fc及倾斜角φc，并且能够以提高合成光学系统620的成像性能的方式决定第二凸透镜618的焦距和配置。因此，根据本实施方式，能够进一步提高提示给用户E的虚像650的视认性。
(第八实施方式)
图12(a)～(c)是详细示出第八实施方式涉及的虚像显示装置的结构的图。图12(a)对应于图11，表示在yz平面观察到的结构。图12(b)表示在xz平面上观察到的结构，图12(c)表示在xy平面上观察到的结构。在本实施方式中，在虚像提示板22和凹面镜16成为扭转配置这一点上与上述第六实施方式不同。
虚像显示装置710具备照明部11、显示部12以及投射光学系统714。虚像显示装置710具备显示光生成单元30，显示光生成单元30具有照明部11、显示部12、框体32以及凸透镜36。投射光学系统714包括凹面镜16和凸透镜36。照明部11、显示部12、凸透镜36以及凹面镜16配置在沿x方向延伸的光轴上。凹面镜16使向x方向入射的图像显示光L朝向虚像提示板22向y方向反射。虚像提示板22使向y方向入射的图像显示光L朝向用户E向z方向反射。
虚像提示板22构成为图像显示光L倾斜地入反射的第一面23成为凹曲面。虚像提示板22以与第一面23中的图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴A)成为x方向的方式配置。凹面镜16以与图像显示光L的入射方向和反射方向双方正交的方向(轴B)成为z方向的方式配置。因此，凹面镜16的轴B的朝向与虚像提示板22的轴A的朝向正交，凹面镜16和虚像提示板22成为扭转的配置。
在本实施方式中，由于虚像提示板22和凹面镜16成为扭转配置，因此在虚像提示板22产生的像散和在凹面镜16产生的像散相互反向地产生。例如，当平行光束入射到虚像提示板22的子午面(yz平面)时，该平行光束由虚像提示板22以及凹面镜16反射而通过凸透镜36之后，在显示部12中的x方向的光轴上在xz平面内会聚。因此，虚像提示板22起到以在显示部12的光轴上缩短xz平面内的光束的焦距而延长xy平面内的光束的焦距的作用。另一方面，凹面镜16起到缩短xy平面内的光束的焦距、缩短xz平面内的光束的焦距的作用。因此，通过组合这样扭转配置的虚像提示板22和凹面镜16，与不设置扭转配置的凹面镜16的情况相比，能够减小像散量。
凸透镜36配置在显示部12和凹面镜16之间，相对于沿x轴方向延伸的光路倾斜地配置。凸透镜36以旋转轴C成为与凹面镜16的子午面(xy平面)正交的方向(z方向)的方式配置。通过这样配置凸透镜36，能够通过凸透镜36降低由凹面镜16引起的像散量。例如，当由凹面镜16引起的像散量比由虚像提示板22引起的像散量大时，能够通过凹面镜16进一步降低这些像散量的差。
根据本实施方式，通过相对于虚像提示板22设置扭转配置的凹面镜16，能够减小合成光学系统720的像散量。并且，通过倾斜地配置显示光生成单元30的凸透镜36，能够进一步减小合成光学系统720的像散量。由此，能够防止由像散引起的成像性能的降低，从而能够提高提示给用户E的虚像750的视认性。
另外，当由虚像提示板22引起的像散量比由凹面镜16引起的像散量大时，可以改变凸透镜36的旋转方向。具体而言，通过以凸透镜36的旋转轴C成为y方向的方式倾斜地配置凸透镜36，能够通过凸透镜36降低由虚像提示板22产生的像散量。
另外，也可以在由虚像提示板22引起的像散量比由凹面镜16引起的像散量大的情况下，代替凸透镜36而使用凹透镜。在该情况下，通过以凹透镜的旋转轴C成为z方向的方式倾斜地配置凹透镜，能够通过凹透镜降低由虚像提示板22产生的像散量。
在变形例中，也可以使作为投射镜的凹面镜16的子午面内(第一截面)的曲率与弧矢面内(第二截面)的曲率不同。在此，凹面镜16的子午面是包含斜向入射到凹面镜16的图像显示光的入射方向和反射方向双方的平面，并且是与凹面镜16的凹曲面交叉的平面。另一方面，凹面镜16的弧矢面是与子午面正交的平面，是沿着与图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向的平面，并且是与凹面镜16的凹曲面交叉的平面。子午面内的曲率与沿子午面入射的平行光束的焦距、即子午面内焦距有关。另一方面，弧矢面内的曲率与弧矢面内焦距有关。因此，通过适当地设定凹面镜16的子午面内的曲率和弧矢面内的曲率，能够使合成光学系统120的子午面内焦点与弧矢面内焦点一致。例如，通过使凹面镜16的子午面内的曲率小于弧矢面内的曲率，能够降低子午面内焦距与弧矢面内焦距之差。由此，能够降低合成光学系统的像散量，防止由像散引起的成像性能的降低。
在上述实施方式中，示出了虚像提示板22的第一面23由凹曲面或平面构成的情况。在变形例中，也可以以在虚像提示板22的第一面23由凸曲面构成的情况下缓和其像散的方式构成合成光学系统。此时，可以将作为投射镜的凹面镜置换为凸面镜，也可以将显示光生成单元30的凸透镜36置换为凹透镜。
在上述实施方式中，示出了照明部11、显示部12以及凸透镜36作为显示光生成单元30而一体化的情况。在变形例中，它们也可以不构成为一体的模块。
在变形例中，也可以将设置在显示光生成单元30上的凸透镜36置换为平行平板。
以上，参照上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，将各显示例所示的结构适当组合或置换后的结构也包含在本发明中。
符号说明
E…用户，L…图像显示光，10…虚像显示装置，12…显示部，14…投射光学系统，16…凹面镜(投射镜)，20…合成光学系统，22…虚像提示板，50、62…挡风玻璃。
工业上的可用性
根据本发明，能够减少双重像的产生而提高虚像的视认性。

Claims (10)

1.一种虚像显示装置，用于经由虚像提示板向用户提示虚像，其特征在于，包括：
显示部，生成图像显示光；以及
投射光学系统，朝向所述虚像提示板投射所述图像显示光，
所述投射光学系统包括：投射镜，朝向所述虚像提示板投射所述图像显示光；以及透射型光学元件，被配置为光轴相对于所述投射光学系统的光路倾斜交叉，
所述显示部被配置在合成光学系统的子午面内焦点上，所述合成光学系统包括所述虚像提示板和所述投射光学系统，
所述合成光学系统的子午面内焦点是从所述用户沿所述虚像提示板的子午面向所述虚像提示板入射平行光束时的该平行光束的聚光位置。
2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在于，
还包括框体，所述框体在其内部容纳所述显示部，并具有射出口，所述图像显示光从该射出口射出，
所述透射型光学元件以堵塞所述射出口的方式安装在所述框体上，通过安装所述透射型光学元件，所述框体的内部被封闭。
3.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述透射型光学元件是平行平板。
4.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述透射型光学元件是透镜。
5.根据权利要求4所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述透镜的所述图像显示光透射的曲面是绕所述透镜的光轴旋转对称的形状。
6.根据权利要求4或5所述的虚像显示装置，其特征在于，
还包括配置在所述投射镜和所述透镜之间的其他透镜，使得光轴与所述投射光学系统的光路平行。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述投射光学系统被配置为所述图像显示光在所述虚像提示板的凹曲面倾斜地入反射，
所述投射镜具有所述图像显示光倾斜地入反射的凹曲面，并被配置为，与所述虚像提示板的凹曲面中的所述图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向和与所述投射镜的凹曲面中的所述图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向相互正交。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述投射光学系统被配置为，所述图像显示光在所述虚像提示板的凹曲面倾斜地入反射，
所述投射镜具有所述图像显示光倾斜地入反射的凹曲面，并被配置为与所述虚像提示板的凹曲面中的所述图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向和与所述投射镜的凹曲面中的所述图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向相互平行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述投射镜具有所述图像显示光倾斜地入反射的凹曲面，并构成为与所述凹曲面交叉的第二截面上的曲率大于与所述凹曲面交叉的第一截面上的曲率，所述第一截面是包含斜向入射到所述凹曲面的图像显示光的入射方向和反射方向双方的平面，所述第二截面是与所述第一截面正交的平面，并且是沿着与斜向入射到所述凹曲面的图像显示光的入射方向和反射方向双方正交的方向的平面。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述虚像提示板是设置在车辆上的厚度均匀的挡风玻璃。
CN201880012430.1A 2018-01-12 2018-10-15 虚像显示装置 Active CN110300914B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018003136A JP6593463B2 (ja) 2018-01-12 2018-01-12 虚像表示装置
JP2018-003136 2018-01-12
JP2018110134A JP6593494B1 (ja) 2018-06-08 2018-06-08 虚像表示装置
JP2018-110134 2018-06-08
PCT/JP2018/038345 WO2019138627A1 (ja) 2018-01-12 2018-10-15 虚像表示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110300914A true CN110300914A (zh) 2019-10-01
CN110300914B CN110300914B (zh) 2021-10-19

Family

ID=67218983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880012430.1A Active CN110300914B (zh) 2018-01-12 2018-10-15 虚像显示装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11402645B2 (zh)
EP (1) EP3605192B1 (zh)
KR (1) KR102077635B1 (zh)
CN (1) CN110300914B (zh)
WO (1) WO2019138627A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111240030A (zh) * 2020-03-27 2020-06-05 歌尔股份有限公司 光学组件和头戴显示设备
CN113671696A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 华为技术有限公司 一种显示装置和显示系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6593465B2 (ja) * 2018-01-12 2019-10-23 株式会社Ｊｖｃケンウッド 虚像表示装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0420228A2 (en) * 1989-09-28 1991-04-03 Hughes Aircraft Company A ghost-free automotive head-up display employing a wedged windshield
JPH07101266A (ja) * 1993-10-04 1995-04-18 Nippondenso Co Ltd 車両用ヘッドアップディスプレイ
JP5211982B2 (ja) * 2008-09-23 2013-06-12 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置の製造方法
US20160048017A1 (en) * 2013-03-27 2016-02-18 Nippon Seiki Co., Ltd. Headup display device

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0659787B2 (ja) 1986-03-28 1994-08-10 矢崎総業株式会社 車載用ヘツドアツプデイスプレイ装置
JPH0628993B2 (ja) * 1986-05-23 1994-04-20 日産自動車株式会社 車両用表示装置
DE69333759T2 (de) * 1992-12-14 2005-12-29 Denso Corp., Kariya Bild-anzeigeeinheit
JPH1164779A (ja) * 1997-08-08 1999-03-05 Shimadzu Corp 自動車用ヘッドアップディスプレイ
JP2005156678A (ja) * 2003-11-21 2005-06-16 Nippon Seiki Co Ltd コンバイナおよびそのコンバイナを用いたヘッドアップディスプレイ
KR101758050B1 (ko) * 2006-09-29 2017-07-26 리얼디 인크. 입체 투사를 위한 편광 변환 시스템들
GB2458898A (en) * 2008-03-31 2009-10-07 Semelab Plc A head up display system with ghost image elimination means
JP5802002B2 (ja) * 2010-09-13 2015-10-28 矢崎総業株式会社 ヘッドアップディスプレイ
JP5974987B2 (ja) * 2013-06-20 2016-08-23 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置、およびヘッドアップディスプレイ装置に用いられる照明装置
JP6260345B2 (ja) * 2014-01-06 2018-01-17 株式会社Ｊｖｃケンウッド 中間像形成部及びそれを用いた画像表示装置
JP6432540B2 (ja) * 2016-02-16 2018-12-05 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置
JP6748482B2 (ja) * 2016-05-25 2020-09-02 キヤノン株式会社 露光装置、および、物品の製造方法
JP6593465B2 (ja) * 2018-01-12 2019-10-23 株式会社Ｊｖｃケンウッド 虚像表示装置
JP6593462B2 (ja) * 2018-01-12 2019-10-23 株式会社Ｊｖｃケンウッド 虚像表示装置
JP6593461B2 (ja) * 2018-01-12 2019-10-23 株式会社Ｊｖｃケンウッド 虚像表示装置
JP6593464B2 (ja) * 2018-01-12 2019-10-23 株式会社Ｊｖｃケンウッド 虚像表示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0420228A2 (en) * 1989-09-28 1991-04-03 Hughes Aircraft Company A ghost-free automotive head-up display employing a wedged windshield
JPH07101266A (ja) * 1993-10-04 1995-04-18 Nippondenso Co Ltd 車両用ヘッドアップディスプレイ
JP5211982B2 (ja) * 2008-09-23 2013-06-12 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置の製造方法
US20160048017A1 (en) * 2013-03-27 2016-02-18 Nippon Seiki Co., Ltd. Headup display device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111240030A (zh) * 2020-03-27 2020-06-05 歌尔股份有限公司 光学组件和头戴显示设备
CN113671696A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 华为技术有限公司 一种显示装置和显示系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019138627A1 (ja) 2019-07-18
KR20190118683A (ko) 2019-10-18
EP3605192A1 (en) 2020-02-05
EP3605192B1 (en) 2023-09-27
US11402645B2 (en) 2022-08-02
EP3605192A4 (en) 2020-04-08
KR102077635B1 (ko) 2020-02-14
US20200050005A1 (en) 2020-02-13
CN110300914B (zh) 2021-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110300913A (zh) 虚像显示装置
CN110300915A (zh) 虚像显示装置
CN110073275B (zh) 虚像显示装置
CN110050222A (zh) 虚像显示装置
CN110300914A (zh) 虚像显示装置
CN110325894A (zh) 虚像显示装置
CN110312958A (zh) 虚像显示装置
JP2020073963A (ja) 虚像表示装置
JP6593494B1 (ja) 虚像表示装置
JP6593463B2 (ja) 虚像表示装置
WO2019012739A1 (ja) 虚像表示装置
JP2021152558A (ja) 虚像表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant