CN111051960A - 平视显示器装置以及图像投射单元 - Google Patents

Abstract

通过向投影部件(3)投影图像的显示光并使该显示光反射从而显示为虚像(VTI)的平视显示器装置具备：照明光源部(10)，发出照明光；图像形成部(50)，通过使照明光部分地透过来形成图像，并作为显示光射出；以及各向异性扩散部(20、220)，被配置在照明光源部与图像形成部之间的光路上，以各向异性的扩散角使照明光扩散。若在对图像进行虚像显示时在图像中定义图像上下轴(Ay)为沿着车辆的上下方向的方向，在图像中定义图像左右轴(Ax)为与图像上下轴垂直的方向，则在各向异性扩散部中，与图像左右轴对应的方向(LDd)的扩散角大于与图像上下轴对应的方向(SDd)的扩散角。

Description

平视显示器装置以及图像投射单元

相关申请的交叉引用

本申请基于2017年9月7日申请的日本专利申请2017－172396号，并在此引用其记载内容。

技术领域

本公开涉及平视显示器装置(以下，简称为HUD装置)以及图像投射单元。

背景技术

以往，已知一种HUD装置以及在该HUD装置中所使用的图像投射单元，该HUD装置被搭载于车辆，通过向投影部件投影图像的显示光并使该显示光反射从而将图像显示为乘客能够视觉确认的虚像。专利文献1公开的图像投射单元具备照明光源部、图像形成部以及扩散部。照明光源部发出照明光。图像形成部通过使照明光部分地透过来形成图像，并作为显示光射出。

扩散部配置在光源部与图像形成部之间的光路上。更详细而言，扩散部由形成有菲涅耳透镜单元的菲涅耳透镜阵列构成，各菲涅耳透镜单元成为配置在同心圆上的各个棱镜的折射面的集合。

专利文献1:日本专利第4671117号公报

通过配置在同心圆上的各个棱镜的折射面的集合发挥扩散功能的专利文献1的扩散部具有以各向同性的扩散角使照明光扩散的性质、所谓的各向同性。

这种扩散部例如是为了扩展乘客能够视觉确认虚像的区域(以下，视觉确认区域)而设置。另一方面，由于乘客的两眼在与车辆的上下方向垂直的方向(例如车辆的左右方向)上并排的关系，优选视觉确认区域在该方向上被设定得较大。

然而，由于专利文献1的扩散部具有各向同性，所以在与图像上下方向对应的方向上和与图像左右方向对应的方向上都以相同的扩散角使照明光扩散。这样的话，不能够充分确保与视觉确认区域的图像左右方向对应的方向的大小，或者反之，在与图像上下方向对应的方向上使照明光扩散到所需以上，其结果为，有可能导致被视觉确认的虚像的亮度被白白降低等，虚像的视觉确认性存在改善的余地。

发明内容

公开的一个目的在于提供虚像的视觉确认性高的HUD装置以及图像投射单元。

在本公开的一个方式中，平视显示器装置被搭载于车辆，通过向投影部件投影图像的显示光并使该显示光反射从而将图像显示为乘客能够视觉确认的虚像，具备：

照明光源部，发出照明光；

图像形成部，通过使照明光部分地透过来形成图像，并作为显示光射出；以及

各向异性扩散部，被配置在照明光源部与图像形成部之间的光路上，以各向异性的扩散角使照明光扩散，

若在对图像进行虚像显示时在图像中定义图像上下轴为沿着车辆的上下方向的方向，在图像中定义图像左右轴为与图像上下轴垂直的方向，则在各向异性扩散部中，与图像左右轴对应的方向的扩散角大于与图像上下轴对应的方向的扩散角。

根据这样的HUD装置，配置在照明光源部与图像形成部之间的光路上的扩散部具有以各向异性的扩散角使照明光扩散的各向异性。在这样的各向异性扩散部中，与图像左右方向对应的方向的扩散角大于与图像上下方向对应的方向的扩散角。因此，与车辆的上下方向相比，透过图像形成部射出并被投影部件反射的显示光扩展到与车辆的上下方向垂直的方向，并到达视觉确认区域。即，通过使视觉确认区域扩展到乘客的两眼并排的与车辆的上下方向垂直的方向，能够提高乘客的两眼的虚像的视觉确认性。与此同时，对于乘客的两眼不并排的车辆的上下方向，与和车辆的上下方向垂直的方向相比，扩散被抑制，相应地，能够提高被视觉确认的虚像的亮度。综上所述，能够提供虚像的视觉确认性高的HUD装置。

在本公开的另一个方式中，是使用于平视显示器装置并投射显示光的图像投射单元，该平视显示器装置被搭载于车辆，通过向投影部件投影图像的显示光并使该显示光反射，从而将图像显示为乘客能够视觉确认的虚像，该图像投射单元具备：

照明光源部，发出照明光；

图像形成部，通过使照明光部分地透过来形成图像，并作为显示光射出；

各向异性扩散部，被配置在照明光源部与图像形成部之间的光路上，以各向异性的扩散角使照明光扩散，

若在对图像进行虚像显示时在图像中定义图像上下轴为沿着车辆的上下方向的方向，在图像中定义图像左右轴为与图像上下轴垂直的方向，则在各向异性扩散部中，与图像左右轴对应的方向的扩散角大于与图像上下轴对应的方向的扩散角。

根据这样的图像投射单元，配置在照明光源部与图像形成部之间的光路上的扩散部具有以各向异性的扩散角使照明光扩散的各向异性。在这样的各向异性扩散部中，与图像左右方向对应的方向的扩散角大于与图像上下方向对应的方向的扩散角。因此，与车辆的上下方向相比，透过图像形成部射出并被投影部件反射的显示光扩展到与车辆的上下方向垂直的方向，并到达视觉确认区域。即，通过使视觉确认区域扩展到乘客的两眼并排的与车辆的上下方向垂直的方向，能够提高乘客的两眼的虚像的视觉确认性。与此同时，对于乘客的两眼不并排的车辆的上下方向，与和车辆的上下方向垂直的方向相比，扩散被抑制，相应地，能够提高被视觉确认的虚像的亮度。综上所述，能够提供实现虚像的视觉确认性高的HUD装置的图像投射单元。

附图说明

图1是表示第一实施方式的HUD装置搭载于车辆的搭载状态的示意图。

图2是示意性地表示第一实施方式的图像投射单元的侧视图。

图3是表示第一实施方式的发光元件的放射角度分布的图表。

图4是表示第一实施方式的复合透镜阵列的详细形状的图，且是用于对入射侧表面进行说明的图。

图5是表示第一实施方式的复合透镜阵列的详细形状的图，且是用于对射出侧表面进行说明的图。

图6是沿着图2的VI方向观察第一实施方式的各向异性扩散部的图。

图7是局部地表示第一实施方式的棱镜元件的立体图。

图8是表示第一实施方式的图像显示面板的显示面的主视图。

图9是放大表示图8的IX部的图。

图10是图9的X－X射线剖视图。

图11是示意性地表示第二实施方式的图像投射单元的侧视图。

图12是在图2的XII方向上观察第二实施方式的各向异性扩散部的图。

图13是变形例1中的与图2对应的图。

图14是变形例2一个例子中的与图7对应的图。

图15是变形例2中其它一个例子中的与图7对应的图。

图16是变形例2中其它一个例子中的与图7对应的图。

具体实施方式

以下，基于附图对多个实施方式进行说明。其中，在各实施方式中对对应的构成要素标注相同的附图标记，由此省略重复的说明。在各实施方式中在仅说明构成的一部分的情况下，关于该构成的其它部分能够应用前面已说明的其它实施方式的构成。另外，不仅是各实施方式的说明中明示的构成的组合，只要没有对组合造成妨碍，即使没有明示也能够部分地组合多个实施方式的构成彼此。

(第一实施方式)

如图1所示，根据本公开的第一实施方式的平视显示器装置100被搭载于车辆1，并被收容于仪表盘2内。此处，车辆被广义地理解为除了汽车、铁路车辆之外还包括飞机、船舶等交通工具。HUD装置100向作为车辆1的投影部件的挡风玻璃3投影图像的显示光。由此，HUD装置100将图像显示为乘客能够视觉确认的虚像VTI。即，被挡风玻璃3反射的显示光到达车辆1的室内视觉确认区域EB，两眼的眼点EP位于视觉确认区域EB内的乘客感知该光。而且，乘客能够识别被显示为虚像VTI的各种信息。作为被显示为虚像VTI的各种信息，列举有车速、燃料余量、道路信息、视野辅助信息等与车辆1的行驶相关的信息。

以下，车辆1的上下方向(包括上方以及下方)、车辆1的前后方向(包括前方以及后方)以及车辆1的左右方向以水平面HP上的车辆1为基准来规定。

车辆1的挡风玻璃3由透光性的玻璃或合成树脂形成为板状。挡风玻璃3将显示光被投影的投影面3a形成为平滑的凹面状或者平面状。投影面3a朝向车辆1的下方且车辆1的后方。其中，作为投影部件，也可代替挡风玻璃3而在车辆1内设置独立于车辆1的组合器，向该组合器投影图像。

视觉确认区域EB是通过HUD装置100显示的虚像VTI能够以满足基准的亮度等级被视觉确认的空间区域，也被称为眼动范围。典型地，视觉确认区域EB被设置为与在车辆1中设定的视野范围重叠。基于统计地表示乘客的眼点的分布的视域来设定视野范围。对于视野范围的详细，可以参照JISD0021：1998。视野范围一般根据车辆1的座位的位置由车辆制造厂设定。

即，本实施方式的视觉确认区域EB被设计成使得就坐于座位的乘客容易视觉确认。更详细而言，考虑到乘客的两眼并排的方向沿着车辆1的左右方向，而将视觉确认区域EB设计成车辆1的左右方向的宽度大于车辆1的上下方向的宽度。

以下，基于图2～10，对这样的HUD装置100的具体的结构进行说明。HUD装置100由照明光源部10、聚光部30、各向异性扩散部20、图像显示面板50以及导光部60等构成，它们被收容并保持在壳体80中。

此处，如图2所示，以照明光源部10、聚光部30、各向异性扩散部20以及图像显示面板50为中心，构成图像投射单元9。图像投射单元9具备的各要素10、20、30、50被收容在具有遮光性的外壳9a中。图像投射单元9通过图像显示面板50的显示面54将图像的显示光向导光部60投射。

如图1所示，导光部60将从图像投射单元9入射的显示光向挡风玻璃3导光。导光部60具有平面镜61以及凹面镜63。

平面镜61是通过向由合成树脂或玻璃等构成的基材的表面蒸镀铝等作为反射面62而形成的反射镜。反射面62形成为平滑的平面状。从图像投射单元9入射到平面镜61的显示光被反射面62朝向凹面镜63反射。

凹面镜63是通过向由合成树脂或玻璃等构成的基材的表面蒸镀铝作为反射面64等而形成的反射镜。反射面64弯曲为凹状，从而形成为平滑的凹面状。入射到凹面镜63的显示光被反射面64朝向挡风玻璃3反射。

在凹面镜63和挡风玻璃3之间，窗部81被设置于外壳80。透光性的防尘罩82封堵窗部81。因此，来自凹面镜63的显示光透过该防尘罩82并向挡风玻璃3入射。于是被挡风玻璃3反射的显示光到达视觉确认区域EB，乘客能够视觉确认虚像VTI。此处，通过导光部60的凹面镜63的放大作用，以及在挡风玻璃3的投影面3a弯曲的情况下还加上基于挡风玻璃3的放大作用，虚像VTI以与显示面54相比被放大了的状态被乘客视觉确认。

此处，在本实施方式中，在对图像进行虚像显示时，在该图像中定义图像上下轴Ay为沿着车辆1的上下方向的方向，在该图像中定义图像左右轴Ax为沿着与图像上下轴Ay垂直的方向。特别是在本实施方式中，图像显示面板50的显示面54形成为矩形状，显示面54的短边方向SDi与图像上下轴Ay对应，显示面54的长边方向LDi与图像左右轴Ax对应。即，不管在显示面54上的图像中还是在被显示为虚像VTI的图像中，与图像左右轴Ax对应的方向的尺寸都大于与图像上下轴Ay对应的方向的尺寸。

另外，在HUD装置100中设置有对凹面镜63进行摆动驱动的驱动机构66。驱动机构66例如根据乘客操作操作开关来使步进电机驱动，使凹面镜63绕旋转轴66a摆动驱动。旋转轴66a被配置为沿着与图像左右轴Ax对应的方向延伸。通过凹面镜63摆动，各虚像VTI的成像位置同时上下移动，能够调整为乘客容易观察的位置。此时，视觉确认区域EB也在车辆1的上下方向上移动。

以下，对这样的HUD装置100中的图像投射单元9的详细内容进行说明。

如图2所示，照明光源部10通过在形成为平板状的光源用电路基板12上安装多个发光元件10a而形成。多个发光元件10a相互隔开规定间隔地沿着例如排列方向AD排列。在本实施方式中，排列方向AD是一个方向，但也可以沿着两个方向排列。另外，在本实施方式中，排列方向AD为与图像左右轴Ax对应的方向。

各发光元件10a例如是发热较少的发光二极管元件。各发光元件10a通过光源用电路基板12上的布线图案与电源电连接。更详细而言，各发光元件10a通过利用在具有透光性的合成树脂混合了黄色荧光剂而得到的黄色荧光体来密封芯片状的蓝色发光二极管元件而形成。利用从蓝色发光二极管元件根据电流量而发出的蓝色光来激发黄色荧光体发出黄色光，通过蓝色光与黄色光的混合，从各发光元件10a发出伪白色且随机偏振光的照明光。

此处，如图3所示，各发光元件10a以随着从发光强度最大的峰值方向PD离开而发光强度相对地下降的放射角度分布发出照明光。

如图2所示，聚光部30配置在照明光源部10与各向异性扩散部20之间的光路上，并具有聚光透镜阵列31以及复合透镜阵列40。聚光部30利用这两透镜阵列31、40，通过聚光使来自各发光元件10a的照明光平行化，并向光路上的各向异性扩散部20以及图像显示面板50侧射出。此处，本实施方式中的平行化是指与从发光元件10a呈放射状地发出照明光的状态相比成为接近平行光束的状态，照明光无需完全成为平行光束。

聚光透镜阵列31是配置在照明光源部10与各向异性扩散部20之间的光路上，特别是在该光路上比聚光部30中的复合透镜阵列40靠近照明光源部10侧的光学器件。聚光透镜阵列31为由透光性的合成树脂或玻璃等形成的透镜阵列。

在聚光透镜阵列31中，与各发光元件10a对置的入射侧表面32呈在该聚光透镜阵列31整体上共同的平滑的平面状。另一方面，在聚光透镜阵列31中与复合透镜阵列40对置的射出侧表面34排列形成有多个聚光凸面36。

各聚光凸面36被设置为分别独立地与各发光元件10a成对。具体地，各聚光凸面36根据发光元件10a的排列个数而与发光元件10a数量相同地设置，并与和发光元件10a相同的排列方向AD一致地相互排列。

各聚光凸面36形成为弯曲成向复合透镜阵列40侧凸出的凸状的平滑的曲面状。特别是在本实施方式中，各聚光凸面36形成为相互相同的形状的球面状。此外，各聚光凸面36的形状例如与复合透镜阵列40的形状对应，可以适当地变更。

这样一来，来自各发光元件10a的照明光主要向成对的各聚光凸面36入射并被折射，按每个该聚光凸面36受到单独的聚光作用。施加单独的聚光作用，并且从聚光透镜阵列31射出的照明光向复合透镜阵列40入射。

复合透镜阵列40是配置在照明光源部10与各向异性扩散部20之间的光路上，特别是在该光路上比聚光部30中的聚光透镜阵列31靠近各向异性扩散部20侧的光学器件。复合透镜阵列40由透光性的合成树脂或玻璃等形成，整体呈与光轴OA垂直配置的大致平板状。此外，在本实施方式中，光轴OA被定义为在峰值方向PD上贯穿图像显示面板50的显示面54中央的基准光线的路径。

图4、5示出详细的复合透镜阵列40为多个单元块40a相互排列并一体地形成的透镜阵列。在本实施方式中，单元块40a与发光元件以及聚光凸面36数量相同地设置，并与发光元件10a以及聚光凸面36同样地与排列方向AD一致地相互排列。在本实施方式中，各单元块40a相互为大致相同的形状。

在复合透镜阵列40中与聚光透镜阵列31对置的入射侧表面42上，特别是如图4所示那样，多个分割透镜面43以被分割成条纹状的状态形成。入射侧表面42中的分割透镜面43的分割方向例如沿着与排列方向AD正交的排列正交方向ND，相邻的分割透镜面43的分界线沿着排列方向AD呈直线状地延伸。因此，在包括排列方向AD的剖面中，一个分割透镜面43横跨多个单元块40a而形成。这样，各分割透镜面43形成为以规定的分割宽度Wn进行区域分割而得的一个分割区域。

在本实施方式中，作为分割透镜面43，设置有被分割成凸菲涅耳透镜状的分割凸面43a。基于被定义为复合透镜阵列40中的虚拟的透镜面的一个虚拟凸状曲面Sva来形成分割凸面43a。此处，虚拟凸状曲面Sva通过在排列正交方向ND上弯曲成向聚光透镜阵列31侧凸出的凸状，从而呈平滑的圆筒面状。因此，入射侧表面42主要在排列正交方向ND上对该照明光施加使照明光会聚的聚光作用。

另一方面，特别是如图5所示，在复合透镜阵列40中与各向异性扩散部20对置的射出侧表面44上，以分割成条纹状的状态形成有多个分割透镜面45。射出侧表面44中的分割透镜面45的分割方向沿着排列方向AD，相邻的分割透镜面45的分界线沿着排列正交方向ND呈直线状地延伸。这样，各分割透镜面45形成为以规定的分割宽度Wa进行区域分割而得的一个分割区域。

此处若着眼于一个单元块40a，则作为分割透镜面45，设置有多个近似平面45a以及多个逆折射平面45b。基于被定义为复合透镜阵列40中的虚拟的透镜面的虚拟凸状曲面Svb来形成近似平面45a。此处，虚拟凸状曲面Svb通过在排列方向AD上弯曲成向各向异性扩散部20侧凸出的凸状从而呈平滑的圆筒面状。

近似平面45a作为提高从该虚拟凸状曲面Svb提取出的多个坐标的线性插值而获得的近似的平面而被形成为平面状。特别是在本实施方式中，作为所述的多个坐标，采用各分割区域的端部的虚拟凸状曲面的端部坐标Ce，通过该端部坐标Ce彼此的线性插值来规定近似平面45a的斜度。虚拟凸状曲面Svb以通过近似而成为平面状的状态，部分地呈现在射出侧表面44上。

逆折射平面45b以插入到近似平面45a间的状态配置。基于被定义为复合透镜阵列40中的虚拟的透镜面的虚拟倾斜面Ssb来形成逆折射平面45b。虚拟倾斜面Ssb在包括排列方向AD的剖面中，由在与虚拟凸状曲面Svb的面顶点对应的位置代替反斜度的多个平面状斜面Ssp构成。各平面状斜面Ssp的斜度被设定为与虚拟凸状曲面Svb的对应的位置的斜度相反方向的斜度。通过提取虚拟倾斜面Ssb中的一部分，从而逆折射平面45b部分地呈现在射出侧表面44上。

特别是在本实施方式中，对一个单元块40a例如设定六个分割透镜面45。而且，六个分割透镜面45按照近似平面45a、逆折射平面45b、近似平面45a、近似平面45a、逆折射平面45b、近似平面45a的顺序排列，相邻的近似平面45a彼此的边界为与虚拟凸状曲面Svb的面顶点对应的位置。此外，图5中各附图标记仅标注在对应要素的一部分。

这样，射出侧表面44主要在排列方向AD上对该照明光施加使照明光会聚的聚光作用。更详细而言，作为折射作用，被近似平面45a折射的照明光受到与通常的凸面的聚光作用相同的方向的折射作用，其偏转量基于使虚拟凸状曲面Svb的斜度近似所得的量。因此，事实上的聚光作用施加到被近似平面45a折射的照明光。作为折射作用，被逆折射平面45b折射的照明光受到与邻接的近似平面45a反向的折射作用。在逆折射平面45b受到反向的折射作用的照明光在近似平面45a中与受到事实上的聚光作用的照明光混合。其结果为，大体消除由于多个发光元件10a隔开间隔排列而引起的照明不均，被平行化的照明光向各向异性扩散部20入射。

如图2所示，各向异性扩散部20在照明光源部10与图像显示面板50之间的光路上，特别是在聚光部30与图像显示面板50之间的光路上，以相对于复合透镜阵列40例如成10～15度的倾斜角度αd的方式相对于光轴OA倾斜配置。各向异性扩散部20以各向异性的扩散角使照明光扩散。各向异性扩散部20呈与图像显示面板50的形状以及大小大致相等的矩形状且大致平板状。与图像显示面板50的显示面54同样地，各向异性扩散部20的短边方向SDd与图像上下轴Ay对应，各向异性扩散部20的长边方向LDd与图像左右轴Ax对应。

如图2、6所示，本实施方式的各向异性扩散部20通过层叠各向同性扩散层21以及各向异性棱镜阵列层23而形成。各向同性扩散层21和各向异性棱镜阵列层23相互粘合而形成，由此能够减少各向同性扩散层21与各向异性棱镜阵列层23之间的照明光的反射。

各向同性扩散层21相对于各向异性棱镜阵列层23层叠，并具有各向同性的扩散角。各向同性扩散层21例如通过在由丙烯酸树脂或聚碳酸酯树脂等透射率高的透光性合成树脂构成的基材混合微珠等扩散粒子而形成为片状或者平板状。

本实施方式的各向同性扩散层21的扩散角在各方向上大致相等，例如被设定为5～25度左右。本实施方式中的扩散角表示在平行光束透过扩散对象后的光的放射角度分布中，光的强度相对于表示光的强度最大值的峰值角处的光的强度为半值以上的范围的角度。

严格来说，各向同性扩散层21对于垂直入射到该各向同性扩散层21的光的扩散，显示出高的各向同性，另一方面，通过上述的倾斜配置，在照明光从复合透镜阵列40倾斜入射的情况下，各向同性略有降低。然而，在本实施方式中，由于各向同性扩散层21的倾斜角度αd相比45度为足够小的10～15度，所以各向同性扩散层21的扩散角能够视为大致各向同性。

各向异性棱镜阵列层23相对于各向同性扩散层21层叠。特别是如图6所示，各向异性棱镜阵列层23具有沿着与图像上下轴Ay对应的短边方向SDd延伸的多个棱镜元件24。通过使多个棱镜元件24沿着与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd排列，从而各向异性棱镜阵列层23形成为片状。优选棱镜元件24的排列间距被设定为从数微米到数百微米的范围。其中，在图6中，示意性地较大图示出各棱镜元件24，但实际上排列更多个数的棱镜元件24。

如图7所示，本实施方式的各棱镜元件24以与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd上的三角形剖面沿着与图像上下轴Ay对应的短边方向SDd延伸。各棱镜元件24通过一对平面状的折射面26夹着在所述的三角形剖面中朝向与各向同性扩散层21相反侧变尖的顶部25而呈三棱柱状。在各棱镜元件24中，顶部25中的顶角θ在各棱镜元件24间相互相等。顶角θ为钝角，还优选设定为120～160度的范围。

而且，在本实施方式中，如图2所示，各向异性棱镜阵列层23被配置为其顶部25朝向光路上的照明光源部10以及聚光部30侧。换言之，各向异性棱镜阵列层23配置在比各向同性扩散层21靠近照明光源部10以及聚光部30侧，各向同性扩散层21配置在比各向异性棱镜阵列层23靠近图像显示面板50侧。

若来自复合透镜阵列40的照明光入射到这样的各向异性扩散部20，则首先，照明光被各向异性棱镜阵列层23的各折射面26折射。此处，由于各折射面26以从顶部25沿着长边方向LDd越远离则越靠近各向同性扩散层21的方式倾斜，所以通过折射使照明光向长边方向LDd偏转。由于一对折射面26相互倾斜的方向相反，所以根据入射的折射面26，偏转的方向也相反。这样，偏转到长边方向LDd上照明光向各向同性扩散层21入射。详细地，通过透过各向异性棱镜阵列层23，在与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd上左右反向偏转的照明光混合的状态下，该照明光向各向同性扩散层21入射。

因此，即使各向同性扩散层21本身如上述那样以各向同性的扩散角定义扩散性能，实际扩散到各向同性扩散层21后的照明光的扩散角在短边方向SDd和长边方向LDd上不同。具体地，若以整个各向异性扩散部20来看，与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd的扩散角大于与图像上下轴Ay对应的短边方向SDd的扩散角。这样，通过各向异性扩散部20，在各方向LDd、SDd上以不同的扩散角扩散的照明光向图像显示面板50入射。

本实施方式的图像显示面板50是使用了薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，TFT)的液晶面板，例如是由二维排列的多个液晶像素50a形成的有源矩阵型且透射式的液晶面板。

具体地，如图8所示，图像显示面板50呈以图像左右轴Ax为长边方向LDi的矩形面板状。在本实施方式中，长边方向LDi沿着排列方向AD。通过使图9所示的液晶像素50a排列成长边方向LDi以及短边方向SDi的二维，由此在导光部60侧使图像作为显示光射出的显示面54也如上述那样呈矩形状。在各液晶像素50a中，设置有在显示面54的法线方向上贯通设置的透过部50b、和包围该透过部50b而形成的布线部50c。

如图10所示，图像显示面板50通过层叠一对偏光板50d、50e以及被一对偏光板50d、50e夹着的液晶层50f等而形成，由此呈平板状。各偏光板50d、50e具有使在沿着透过轴TA的方向上偏振的光透过，并吸收在与该透过轴TA垂直的方向上偏振的光的性质，一对偏光板50d、50e使该透过轴TA相互正交而配置。液晶层50f通过每个液晶像素50a的电压施加，从而根据施加电压使向液晶层50f入射的光的偏振光方向旋转。通过偏振光方向的旋转，能够改变透过射出侧的偏光板50e的光的比例，即透射率。

因此，图像显示面板50针对向各向异性扩散部20侧表面亦即照明对象面52的照明光的入射，控制每个液晶像素50a的透射率。即，图像显示面板50作为通过使照明光部分地透过来形成图像，并作为显示光射出的图像形成部而发挥作用。在相邻的液晶像素50a设置有相互不同的颜色(例如红、绿以及蓝)的滤光器50g，通过它们的组合，将各种颜色实现为显示色。

而且，如图2所示，图像显示面板50使其照明对象面52与各向异性扩散部20的各向同性扩散层21隔开些许的缝隙而对置，并且与各向异性扩散部20平行地配置。即，图像显示面板50也以相对于复合透镜阵列例如成10～15度的倾斜角度αi的方式相对于光轴OA倾斜配置。各向异性扩散部20与图像显示面板50之间的距离被设定为小于各向异性扩散部20与复合透镜阵列40的距离。

从各向异性扩散部20入射到图像显示面板50的照明对象面52的照明光如上述那样透过各液晶像素50a的透过部50b，从该透过部50b作为显示光被射出。在该射出时，显示光从各液晶像素50a基于各向异性扩散部中的各向异性的扩散角而取向。

在各向异性扩散部20中，由于长边方向LDd的扩散角被设定为大于短边方向SDd的扩散角，所以对于从各液晶像素50a射出的显示光，也在与图像左右轴Ax对应的长边方向LDi上被取向成大于与图像上下轴Ay对应的短边方向SDi的取向角。

这样，在显示光经过导光部60以及挡风玻璃3后到达的范围表征视觉确认区域EB的形状以及大小。即，根据上述的显示光的取向，视觉确认区域EB的与图像左右轴Ax对应的车辆1的左右方向的大小大于与图像上下轴Ay对应的车辆1的上下方向的大小。其结果为，视觉确认区域EB能够充分覆盖在车辆1的左右方向上排列的乘客的两眼的眼点EP，在两眼实现高的虚像VTI的视觉确认性。

另外，如上述那样，图像显示面板50以及各向异性扩散部20被配置为相对于HUD装置100以及图像投射单元9的光路中的光轴OA倾斜，并相互平行。考虑到导光部60以及挡风玻璃3的配置角度，以满足辛普弗鲁格条件的方式，或者以接近该条件的方式设定图像显示面板50相对于光轴OA的倾斜方向以及角度。例如在本实施方式中，图像显示面板50以及各向异性扩散部20分别以从与光轴OA垂直的姿势绕沿着图像左右轴Ax(即，沿着长边方向LDi或者LDd)的虚拟的旋转轴旋转的状态倾斜配置，从而设定其倾斜方向。

根据这样设定的倾斜方向以及角度，能够抑制从视觉确认区域EB视觉确认的虚像VTI倾斜地被视觉确认，同时抑制通过挡风玻璃3入射到HUD装置100内的太阳光等外光被显示面54反射而到达视觉确认区域EB的事态。

并且，根据倾斜配置的图像显示面板50与各向异性扩散部20的组合，由于该各向异性扩散部20的各向异性棱镜阵列层23排列形成沿着与图像上下轴Ay对应的短边方向SDd延伸的棱镜元件24，所以几乎不对与图像上下轴Ay对应的长边方向LDd施加折射作用等光学作用。即，本实施方式的各向异性扩散部20绕沿着图像左右轴Ax的旋转轴的倾斜角度依赖性较小，对于该倾斜角度αd的变更，具有较高的通用性。即，即使与导光部60以及挡风玻璃3的配置的设计变更对应地变更图像显示面板50以及各向异性扩散部20的倾斜角度αi、αd，也无需变更该各向异性扩散部20的内部设计本身。

(作用效果)

以下再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，配置在照明光源部10与作为图像形成部的图像显示面板50之间的光路上的扩散部20具有以各向异性的扩散角使照明光扩散的各向异性。在这样的各向异性扩散部20中，与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd的扩散角大于与图像上下轴Ay对应的短边方向SDd的扩散角。因此，与车辆1的上下方向相比，透过图像显示面板50射出并被作为投影部件的挡风玻璃3反射的显示光向与车辆1的上下方向垂直的方向扩展并到达视觉确认区域EB。即，通过视觉确认区域EB扩展到乘客的两眼并排的与车辆1的上下方向垂直的方向，从而能够提高乘客的两眼中的虚像VTI的视觉确认性。与此同时，对于乘客的两眼不并排的车辆1的上下方向，与和车辆1的上下方向垂直的方向相比，扩散被抑制，所以相应地，能够提高被视觉确认的虚像VTI的亮度。综上所述，能够提供虚像VTI的视觉确认性高的HUD装置100。

另外，根据第一实施方式，各向异性扩散部20具备具有各向同性的扩散角的各向同性扩散层21、和层叠在各向同性扩散层21上的各向异性棱镜阵列层23。由于各向异性棱镜阵列层23沿着与图像上下轴Ay对应的长边方向LDd延伸，并沿着与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd排列形成使照明光向与图像上下轴Ay对应的短边方向SDd偏转的多个棱镜元件24，所以通过将各向同性扩散层21中的各向同性的扩散转换为各向异性的扩散，能够容易地实现各向异性的扩散角。

另外，根据第一实施方式，各棱镜元件24以三角形剖面沿着与图像上下轴Ay对应的短边方向SDd延伸，并通过一对使照明光折射的折射面26夹着在三角形剖面中朝向与各向同性扩散层21相反侧变尖的顶部25而呈三棱柱状。通过这样的一对折射面26，在与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd上左右相反被偏转的照明光混合，能够可靠地增大与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd的扩散角。因此，能够使视觉确认区域EB扩展到乘客的两眼并排的与车辆1的上下方向垂直的方向，可靠地提高两眼的虚像VTI的视觉确认性。

另外，根据第一实施方式，顶部25中的顶角θ是钝角。通过将顶角θ设定为钝角，从而避免向一对折射面26入射的照明光的入射角过大。因而，能够抑制由于在折射面26中照明光被过于向与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd偏转，图像形成部的透过变得困难(例如照明光被图像显示面板50的透过部50b的侧面遮挡)，或者照明光被折射面26反射且该照明光从光路偏离等，虚像VTI的质量或者亮度降低的事态。而且，能够高效地使照明光扩散。因此，能够提高虚像VTI的视觉确认性。

另外，根据第一实施方式，各向异性棱镜阵列层23被配置为顶部25朝向光路上的照明光源部10侧。这样，由于各向异性棱镜阵列层23不与图像显示面板50对置，所以即使产生车辆1的振动等，也能够避免顶部25与图像显示面板50摩擦而磨损或者破损的事态。因此，能够长期地维持虚像VTI的视觉确认性。

另外，根据第一实施方式，各向异性扩散部20以与图像对置并与图像显示面板50平行的方式相对于光轴OA倾斜配置。这样，能够抑制各向异性扩散部20本身的大小，另外，由于被各向异性扩散部20扩散的照明光入射至图像显示面板50为止的距离在整个区域中大致恒定，所以能够使虚像VTI的质量在图像的各区域中均匀化。

(第二实施方式)

如图11、12所示，第二实施方式是第一实施方式的变形例。以与第一实施方式不同点为中心，对第二实施方式进行说明。

第二实施方式的各向异性扩散部220还具有偏振光元件层228。偏振光元件层228相对于各向同性扩散层221以及各向异性棱镜阵列层223层叠，限制规定的偏振光的透过。

具体地，本实施方式的偏振光元件层228为使用线栅的反射型偏转元件。该偏振光元件层228形成为薄片状，具有沿着与该图像显示面板50中的入射侧的偏光板50d的透过轴TA正交的方向延伸的多个金属线。多个金属线例如由铝等构成，以规定的间距相互平行地排列。此处，规定的间距被设定为小于照明光的大体的波长，例如设定为100～200μm左右。这样的偏振光元件层228使在金属线的延伸方向上偏振的光反射，并且使在与该延伸方向垂直的方向上偏振的光透过。

在本实施方式的各向异性扩散部220中，从照明光源部10侧起依次层叠各向同性扩散层221、偏振光元件层228以及各向异性棱镜阵列层223。因此，从复合透镜阵列40向各向异性扩散部220入射的照明光首先被各向同性扩散层221各向同性地扩散。之后，仅照明光中的沿着图像显示面板50的入射侧的偏光板50d的透过轴TA的偏振光透过偏振光元件层228。即，偏振光元件层228针对被偏光板50d吸收而得的偏振光，限制各向异性扩散部220的透过。这样的偏振光的照明光被各向异性棱镜阵列层223的一对折射面26向与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd偏转。

结果为，各向异性扩散部220在与图像左右轴Ax对应的长边方向LDd的扩散角大于与图像上下轴Ay对应的短边方向SDd的扩散角的状态下使照明光各向异性地扩散。在第一实施方式中，被各向异性扩散部20扩散的照明光是随机偏振光，而第二实施方式的各向异性扩散部220在使沿着图像显示面板50的入射侧的偏光板50d的透过轴TA的直线偏振光扩散的方面上不同。此外，伴随着各向同性扩散层221的扩散，偏振光消除作用施加到照明光，所以在本实施方式中，使得在各向同性扩散层221的扩散后透过偏振光元件层228，提高从各向异性扩散部220射出的照明光的偏振度。

此处，若沿着图像左右轴Ax设定图像显示面板50的入射侧的偏光板50d的透过轴TA，则金属线的延伸方向成为沿着与图像上下轴Ay对应的短边方向SDd的结构。此时，由于照明光以p偏振光入射至各向异性棱镜阵列层223的一对折射面26，所以能够抑制该折射面26中的照明光的反射。

根据以上说明的第二实施方式，各向异性扩散部220还具有偏振光元件层228，该偏振光元件层228相对于各向同性扩散层221以及各向异性棱镜阵列层223层叠，并针对被各向异性扩散部220侧的偏光板50d吸收的偏振光，限制各向异性扩散部220的透过。通过这样的偏振光元件层228，能够减少被作为图像形成部的图像显示面板50的偏光板50d吸收，并被转换为热的照明光。因此，抑制图像显示面板50的温度上升，由此HUD装置100以及图像投射单元9的耐久性提高。综上所述，能够长期地维持虚像VTI较高的视觉确认性。

另外，根据第二实施方式，在各向异性扩散部220中，从照明光源部10侧起依次层叠各向同性扩散层221、偏振光元件层228以及各向异性棱镜阵列层223。通过在各向同性扩散层221的扩散后透过偏振光元件层228，从而从各向异性扩散部220射出的照明光的偏振度提高，所以能够进一步减少被图像显示面板50的偏光板50d吸收的光的比例。其结果为，能够提高图像显示面板50的温度上升的抑制效果。

(其它实施方式)

以上，虽然对多个实施方式进行了说明，但本公开不应被解释为限于这些实施方式，在不脱离本公开的宗旨的范围内能够应用各种实施方式以及其组合。

具体地，作为变形例1，如图13所示那样，各向异性棱镜阵列层23可以配置为其顶部25朝向光路上的图像显示面板50侧。换言之，各向异性棱镜阵列层23可以配置在比各向同性扩散层21靠近图像显示面板50侧，各向同性扩散层21可以配置在比各向异性棱镜阵列层23靠近照明光源部10以及聚光部30侧。

作为变形例2，各向异性棱镜阵列层23的棱镜元件24能够采用夹着顶部25的一对折射面26a是图14所示的弯曲成凸状的圆筒面状的构造，或者，该一对折射面26b是图15所示的弯曲成凹状的圆筒面状的构造等。另外，如图16所示，棱镜元件24能够采用顶部25不变尖的剖面半圆状的构造(即，设置有圆筒面状的一个折射面26c的构造)。

作为变形例3，也可以代替扩散粒子而通过在基材内部形成许多的微小的气泡、将基材表面形成为粗面状，或者由于基材的物性而具有各向同性的扩散性等，来实现各向同性扩散层21。

作为与第二实施方式相关的变形例4，偏振光元件层228不限于使用线栅的反射型偏振光元件，能够采用3M公司制的DBEF(注册商标)等反射型偏振光元件。而且，偏振光元件层228能够采用吸收型偏振光元件。

作为变形例5，也可以在各向异性扩散部20中，在各向同性扩散层21与各向异性棱镜阵列层23之间设置缝隙。

作为变形例6，各向异性扩散部20也可以通过与图像显示面板50的照明对象面52粘合来配置。

作为变形例7，也可以通过与光轴OA垂直地配置各向异性扩散部20，从而相对于图像显示面板50倾斜配置。另外，也可以通过与光轴OA垂直地配置各向异性扩散部20以及图像显示面板50，从而相互平行地配置。

作为变形例8，复合透镜阵列40也可以通过相对于光轴OA倾斜配置，从而与各向异性扩散部20平行地配置。

作为变形例9，聚光部30并不限于聚光透镜阵列31与复合透镜阵列40的组合，可以应用各种结构。

作为变形例10，导光部60并不限于平面镜61与凹面镜63的组合，可以应用各种结构。

Claims (10)

1.一种平视显示器装置，上述平视显示器装置被搭载于车辆(1)，通过向投影部件(3)投影图像的显示光并使该显示光反射从而将上述图像显示为乘客能够视觉确认的虚像(VTI)，具备：

照明光源部(10)，发出照明光；

图像形成部(50)，通过使上述照明光部分地透过来形成上述图像，并作为上述显示光射出；以及

各向异性扩散部(20、220)，被配置在上述照明光源部与上述图像形成部之间的光路上，以各向异性的扩散角使上述照明光扩散，

若在对上述图像进行虚像显示时在上述图像中定义图像上下轴(Ay)为沿着上述车辆的上下方向的方向，在上述图像中定义图像左右轴(Ax)为与上述图像上下轴垂直的方向，则

在上述各向异性扩散部中，与上述图像左右轴对应的方向(LDd)的扩散角大于与上述图像上下轴对应的方向(SDd)的扩散角。

2.根据权利要求1所述的平视显示器装置，其中，

上述各向异性扩散部具有：

各向同性扩散层(21、221)，具有各向同性的扩散角；以及

各向异性棱镜阵列层(23、223)，相对于上述各向同性扩散层层叠，并沿着与上述图像左右轴对应的方向排列多个棱镜元件(24)而形成，上述多个棱镜元件(24)沿着与上述图像上下轴对应的方向延伸，并使上述照明光向与上述图像左右轴对应的方向偏转。

3.根据权利要求2所述的平视显示器装置，其中，

各上述棱镜元件以三角形剖面沿着与上述图像上下轴对应的方向延伸，且通过一对使上述照明光折射的折射面(26)夹着在上述三角形剖面中朝向与上述各向同性扩散层相反侧变尖的顶部(25)而呈三棱柱状。

4.根据权利要求3所述的平视显示器装置，其中，

上述顶部的顶角(θ)是钝角。

5.根据权利要求3或者4所述的平视显示器装置，其中，

上述各向异性棱镜阵列层被配置成上述顶部朝向上述光路上的上述照明光源部侧。

6.根据权利要求2～5中的任意一项所述的平视显示器装置，其中，

上述图像形成部是使用一对偏光板(50d、50e)的液晶面板，

上述各向异性扩散部还具有偏振光元件层(228)，上述偏振光元件层(228)与上述各向同性扩散层以及上述各向异性棱镜阵列层层叠，针对被上述各向异性扩散部侧的上述偏光板吸收的偏振光，限制上述各向异性扩散部的透过。

7.根据权利要求2～4中的任意一项所述的平视显示器装置，其中，上述图像形成部是使用一对偏光板(50d、50e)的液晶面板，

上述各向异性扩散部还具有偏振光元件层(228)，上述偏振光元件层相对于上述各向同性扩散层以及上述各向异性棱镜阵列层层叠，针对被上述各向异性扩散部侧的上述偏光板吸收的偏振光，限制上述各向异性扩散部的透过，

在上述各向异性扩散部中，从上述照明光源部侧起依次层叠有上述各向同性扩散层、上述偏振光元件层以及上述各向异性棱镜阵列层。

8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的平视显示器装置，其中，

上述图像形成部形成为相对于上述光路中的光轴(OA)倾斜的面板状，

上述各向异性扩散部以与上述图像形成部对置且与上述图像形成部平行的方式相对于上述光轴倾斜配置。

9.一种图像投射单元，上述图像投射单元被使用于平视显示器装置(100)，投射图像的显示光，上述平视显示器装置被搭载于车辆(1)，并通过向投影部件(3)投影上述显示光并使该显示光反射从而将上述图像显示为乘客能够视觉确认的虚像(VTI)，上述图像投射单元具备：

照明光源部(10)，发出照明光；

图像形成部(50)，通过使上述照明光部分地透过来形成上述图像，并作为上述显示光射出；

各向异性扩散部(20、220)，被配置在上述照明光源部与上述图像形成部之间的光路上，以各向异性的扩散角使上述照明光扩散，

若在对上述图像进行虚像显示时，在上述图像中定义图像上下轴(Ay)为沿着上述车辆的上下方向的方向，在上述图像中定义图像左右轴(Ax)为与上述图像上下轴垂直的方向，则

在上述各向异性扩散部中，与上述图像左右轴对应的方向(LDd)的扩散角大于与上述图像上下轴对应的方向(SDd)的扩散角。

10.根据权利要求9所述的图像投射单元，其中，

上述各向异性扩散部具有：

各向同性扩散层(21、221)，以各向同性的扩散角使上述照明光扩散；以及

各向异性棱镜阵列层(23、223)，相对于上述各向同性扩散层层叠，并沿着与上述图像左右轴对应的方向排列形成有多个棱镜元件(24)，上述多个棱镜元件(24)沿着与上述图像上下轴对应的方向延伸，并使上述照明光向与上述图像左右轴对应的方向偏转。

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