CN112005154B - 平视显示器以及搭载了平视显示器的移动体 - Google Patents

平视显示器以及搭载了平视显示器的移动体 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种平视显示器及移动体，能在不使显示设备的对比度下降的情况下使虚像沿着路面显示。显示虚像(I)的平视显示器(100)具有显示设备(110)和投射光学系统(140)，投射光学系统(140)在从图像起的光路上依次配置第1光学元件(123)和第2光学元件(125)，在将相当于虚像的上端的光路设为上光线(Lu)，将相当于下端的光路设为下光线(L1)，并将发散作用设为负，将收敛作用设为正时，第1光学元件和第2光学元件满足P_u1‑P_l1＜0及P_u2‑P_l2＞0的条件式(P_u1为第1光学元件作用于上光线的局部光焦度，P_l1为第1光学元件作用于下光线的局部光焦度，P_u2为第2光学元件作用于上光线的局部光焦度，P_l2为第2光学元件作用于下光线的局部光焦度)。

Description

平视显示器以及搭载了平视显示器的移动体
技术领域
本公开涉及平视显示器以及搭载了平视显示器的移动体。
背景技术
专利文献1公开了如下内容，即，在平视显示器中，经由棱镜从倾斜方向观看LCD面板的显示画面，由此显示于LCD面板的图像成为在进深方向上倾斜的虚像而被显示输出。在专利文献1中，对于由于棱镜而产生的色像差，在显示图像的阶段，关于RGB输出而按波长分类进行修正，从而在经由棱镜合成了RGB图像的阶段，输出与原图像相同的无色偏差的图像。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-219755号公报
发明内容
发明要解决的课题
在以往的平视显示器中，为了使虚像沿着路面进行显示而需要使显示图像倾斜较大程度，导致了虚像的对比度下降。本公开提供一种能够在不使显示设备的对比度下降的情况下使虚像沿着路面进行显示的平视显示器以及搭载了该平视显示器的移动体。
用于解决课题的手段
本公开的平视显示器是将图像作为虚像显示给观察者的平视显示器，
所述平视显示器具有：
显示设备，显示所述图像；和
投射光学系统，放大所述图像来投影，
所述投射光学系统具有在从所述图像起的光路上依次配置的第1光学元件以及第2光学元件，
在将相当于所述虚像的上端的光路设为上光线，将相当于下端的光路设为下光线，并将所述第1光学元件以及所述第2光学元件的发散作用设为负，将收敛作用设为正时，所述第1光学元件以及第2光学元件满足以下的条件式(1)、(2)。
P_u1-P_l1＜0 (1)
其中，
P_u1：所述第1光学元件作用于上光线的局部光焦度，
P_l1：所述第1光学元件作用于下光线的局部光焦度，
P_u2-P_l2＞0 (2)
其中，
P_u2：所述第2光学元件作用于上光线的局部光焦度，
P_l2：所述第2光学元件作用于下光线的局部光焦度。
发明效果
本公开中的平视显示器以及搭载了平视显示器的移动体由于第1光学元件和第2光学元件中的这些局部的正负的光焦度满足条件式(1)、(2)，因此能够使显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|减小。其结果是，能够防止显示设备110的对比度的下降，对于使虚像I沿着路面R清晰地显示是有效的。
附图说明
图1是示出搭载了实施方式1中的平视显示器的车辆的剖面的图。
图2是示出实施方式1中的平视显示器的结构的示意图。
图3是用于说明实施方式1中的平视显示器的投射光学系统的示意图。
图4是示出实施方式2中的平视显示器的显示设备以及投射光学系统的结构的图。
图5是示出能够满足实施方式3中的条件式(1)、(2)并成像的第1光学元件和第2光学元件的局部的光焦度的组合的图。
图6是用于说明其他实施方式中的虚像的上侧和下侧的使用范围的图。
图7是用于说明其他实施方式中的横向的像素的间距和纵向的像素的间距的图。
具体实施方式
以下，适当参照附图对实施方式详细地进行说明。不过，有时省略必要以上的详细说明。例如，有时省略已经熟知的事项的详细说明、对于实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解。
另外，发明人(们)是为了本领域技术人员充分理解本公开而提供了附图以及以下的说明，其主旨不在于通过它们来限定专利请求的范围中记载的主题。
(实施方式1)
以下，利用图1～3来说明实施方式1。
[1-1.结构]
[1-1-1.平视显示器的整体结构]
以下，参照附图来说明本公开的平视显示器100的具体的实施方式以及实施例。
图1是示出搭载了本公开涉及的平视显示器100的车辆200的剖面的图。如图1所示，平视显示器100配置在车辆200的挡风玻璃220下部的仪表板210内部。观察者D将从平视显示器100投射的图像识别为虚像I。
在本实施方式中，使虚像I沿着路面R进行显示。这样，通过使虚像I沿着路面R进行显示，由此能够实现具有进深感的自然的AR(Augmented Reality，增强现实)显示，能够提升驾驶员的识别力。
图2是示出本实施方式涉及的平视显示器100的结构的示意图。图3是用于说明本实施方式涉及的平视显示器100的投射光学系统的示意图。
如图2所示，平视显示器100具备显示设备110和投射光学系统140。在平视显示器100中，显示设备110成为具有扩散特性的光学构件，将显示于显示设备110的图像经由投射光学系统140而投射至挡风玻璃220。所投射的光在挡风玻璃220被反射，被引导至观察者D的视点区域300。由此，平视显示器100使观察者D视觉辨认虚像I。在此，所谓视点，是指将观察者D的眼睛作为透镜考虑的情况下的主点，所谓视点区域300，是指能够不缺失地对虚像I进行视觉辨认的、观察者D的视点所存在的区域。
在此，在本公开中，所谓前方，是指从观察者D观看时车辆200的挡风玻璃220所在的方向。所谓后方，是指与前方相反的方向。此外，所谓下方，是指车辆200行驶的地面的方向。所谓上方，是指与下方相反的方向。所谓内侧，是指从驾驶座的观察者D观看时副驾驶座侧。所谓外侧，是指内侧的相反方向。
在此，如图2所示，在从显示设备110射出的光线中到达视点区域300的中心的光线之中，将相当于虚像I的上端I_u的光线设为上光线Lu，将相当于虚像I的下端I_l的光线设为下光线L1。此外，将从显示设备110射出的光线之中通过虚像I的中心部并到达视点区域300的中心的光线设为基准光线Lc。即，在从观察者D观看的情况下，基准光线Lc相当于从虚像I的中心到观察者D的视点为止的光路。观察者D视觉辨认的基准光线Lc实际上从显示设备110经由光学系统而到达观察者D。因而，与从虚像I的中心射出的基准光线Lc对应的、从显示设备110到达观察者D为止的光线也表现为基准光线Lc。此外，与这些光线对应的光路也同样表现为基准光线Lc。其中，观察者D的视点处于视点区域300的中心。
显示设备110基于未图示的CPU等控制部所进行的控制来进行显示图像的显示。对于显示设备110，例如能够使用带背光灯的液晶显示装置(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode)、等离子显示器等。此外，作为显示设备110，也可以利用将光扩散或者反射的屏幕和投影仪、扫描型激光器来生成图像。显示设备110能够显示道路前进引导显示、至前方车辆的距离、车的蓄电池剩余量、当前的车速等各种信息。此外，显示设备110通过根据由投射光学系统140、挡风玻璃220所产生的失真、由省略图示的摄像机获取的观察者D的位置而预先以电子方式使图像失真，从而能够使观察者D视觉辨认良好的虚像I。此外，显示设备110通过根据由投射光学系统140所产生的色像差而预先将多个波长的显示像素按每个显示位置错开来显示，从而能够使观察者D视觉辨认良好的虚像I。
投射光学系统140具备具有负的光焦度的作为第1光学元件的自由曲面透镜123和具有正的光焦度的作为第2光学元件的自由曲面反射镜125。在此，所谓负的光焦度，意味着发散作用，所谓正的光焦度，意味着收敛作用。投射光学系统140通过将由自由曲面透镜123放大的图像经由自由曲面反射镜125反射，由此投射至挡风玻璃220。
[1-1-2.显示设备以及投射光学系统的结构]
在本实施方式中，虚像I相对于观察者D的视线而倾斜，沿着路面R进行显示。这样使虚像I倾斜显示，因此显示设备110如图3所示配置为相对于基准光线Lc而朝逆时针方向倾斜角度|θ1|。
投射光学系统140在从显示设备110起的光路上依次配置了具有负的光焦度的自由曲面透镜123和具有正的光焦度的自由曲面反射镜125。投射光学系统140通过自由曲面透镜123和自由曲面反射镜125成为被称为摄远(telephoto)型的光学系统。
但是，不同于以往的摄远型光学系统，在自由曲面透镜123以及自由曲面反射镜125中构成为部分地改变曲率，在与下光线L1对应的部分和与上光线Lu对应的部分中负的光焦度以及正的光焦度不同。
自由曲面透镜123构成为：图3中圆圈标记A所示的作用于下光线L1的部分的局部的负的光焦度P_l1，比圆圈标记B所示的作用于上光线Lu的部分的局部的负的光焦度P_u1弱。另外，在自由曲面透镜123中构成为：从与上光线Lu对应的部分到与下光线L1对应的部分，负的光焦度平滑地变化。
自由曲面反射镜125构成为：图3中圆圈标记C所示的作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度P_l2，比圆圈标记D所示的作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度P_u2弱。另外，在自由曲面反射镜125中构成为：从与上光线Lu对应的部分到与下光线L1对应的部分，正的光焦度平滑地变化。
如以上那样，自由曲面透镜123中的作用于下光线L1的部分的局部的负的光焦度P_l1以及作用于上光线Lu的部分的局部的负的光焦度P_u1、和自由曲面反射镜125中的作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度P_l2以及作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度P_u2满足以下的条件式(1)、(2)。
P_u1-P_l1＜0 (1)
P_u2-P_l2＞0 (2)
自由曲面透镜123以及自由曲面反射镜125通过满足条件式(1)、(2)，从而在作用于下光线L1的部分中，摄远作用变弱，光路增加。此外，在作用于上光线Lu的部分中，摄远作用变强，光路减少。
其结果是，显示设备110与图3中虚线所示的以往的位置的显示设备110a相比，与下光线L1对应的部分如箭头E所示那样后退以使得远离自由曲面透镜123，与上光线Lu对应的部分如箭头F所示那样前进以使得靠近自由曲面透镜123。也就是说，显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|与以往的位置的显示设备110a中的倾斜角相比变小。
这样，本实施方式中的投射光学系统140能够使显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|减小，因此能够防止显示设备110的对比度的下降。
根据本实施方式，能够在不使对比度下降的情况下使虚像I沿着路面R进行显示，能够实现具有进深感的自然且清晰的AR显示。因此，能够使驾驶员的识别力进一步提升。
[1-2.效果等]
作为实施方式1涉及的平视显示器的一例的平视显示器100是使观察者D视觉辨认虚像I的平视显示器。平视显示器100具备作为显示设备的一例的显示设备110和投射光学系统140。投射光学系统140在从显示设备110起的光路上依次具有作为第1光学元件的自由曲面透镜123和作为第2光学元件的自由曲面反射镜125。将相当于虚像I的上端的光路设为上光线Lu，将相当于下端的光路设为下光线L1，将自由曲面透镜123中的作用于下光线L1的部分的局部的负的光焦度设为P_l1，以及将作用于上光线Lu的部分的局部的负的光焦度设为P_u1。此外，将自由曲面反射镜125中的作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度设为P_l2，以及将作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度设为P_u2。自由曲面透镜123和自由曲面反射镜125中的这些局部的正负的光焦度满足以下的条件式(1)、(2)。
P_u1-P_l1＜0 (1)
P_u2-P_l2＞0 (2)
根据实施方式1涉及的平视显示器，自由曲面透镜123和自由曲面反射镜125中的这些局部的正负的光焦度满足条件式(1)、(2)，因此能够使显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|减小。其结果是，能够防止显示设备110的对比度的下降，能够使虚像I沿着路面R清晰地显示。
(实施方式2)
下面，利用图4来说明实施方式2。
[2-1.结构]
图4是示出实施方式2涉及的平视显示器100中的显示设备110以及投射光学系统140的结构的图。如图4所示，在本实施方式的平视显示器100中，作为第1光学元件，取代自由曲面透镜123而具备自由曲面反射镜124。
在本实施方式中，自由曲面反射镜124也构成为作用于下光线L1的部分的局部的负的光焦度Pl1比作用于上光线Lu的部分的局部的负的光焦度P_u1弱。另外，在自由曲面反射镜124中构成为：从与上光线Lu对应的部分到与下光线L1对应的部分，负的光焦度光滑地变化。
与实施方式1同样地，自由曲面反射镜125构成为作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度P_l2比作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度P_u2弱。在自由曲面反射镜125中也构成为：从与上光线Lu对应的部分到与下光线L1对应的部分，正的光焦度平滑地变化。
如以上那样，自由曲面反射镜124中的作用于下光线L1的部分的局部的负的光焦度P_l1以及作用于上光线Lu的部分的局部的负的光焦度P_u1、和自由曲面反射镜125中的作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度P_l2以及作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度P_u2满足以下的条件式(1)、(2)。
P_u1-P_l1＜0 (1)
P_u2-P_l2＞0 (2)
自由曲面反射镜124以及自由曲面反射镜125通过满足条件式(1)、(2)，由此在作用于下光线L1的部分中，摄远作用变弱，光路增加。此外，在作用于上光线Lu的部分中，摄远作用变强，光路减少。
其结果是，显示设备110与在自由曲面反射镜124以及自由曲面反射镜125没有设置如以上那样的局部的光焦度的差异的情况下的显示设备相比，与下光线L1对应的部分后退以使得远离自由曲面反射镜124，与上光线Lu对应的部分前进以使得靠近自由曲面反射镜124。也就是说，与在自由曲面反射镜124以及自由曲面反射镜125没有设置如以上那样的局部的光焦度的差异的情况下的显示设备中的倾斜角相比，显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|变小。
这样，本实施方式中的投射光学系统140能够使显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|减小，因此能够防止显示设备110的对比度的下降。
根据本实施方式，能够在不使对比度下降的情况下使虚像I沿着路面R进行显示，能够实现具有进深感的自然且清晰的AR显示。因此，能够使驾驶员的识别力进一步提升。
[2-2.效果等]
作为实施方式2涉及的平视显示器的一例的平视显示器100是使观察者D视觉辨认虚像I的平视显示器。平视显示器100具备作为显示设备的一例的显示设备110和投射光学系统140。投射光学系统140在从显示设备110起的光路上依次具有作为第1光学元件的自由曲面反射镜124和作为第2光学元件的自由曲面反射镜125。将相当于虚像I的上端的光路设为上光线Lu，将相当于下端的光路设为下光线L1，将自由曲面反射镜124中的作用于下光线L1的部分的局部的负的光焦度设为P_l1，以及将作用于上光线Lu的部分的局部的负的光焦度设为P_u1。此外，将自由曲面反射镜125中的作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度设为P_l2，以及将作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度设为P_u2。自由曲面反射镜124和自由曲面反射镜125中的这些局部的正负的光焦度满足以下的条件式(1)、(2)。
P_u1-P_l1＜0 (1)
P_u2-P_l2＞0 (2)
根据实施方式2涉及的平视显示器，自由曲面反射镜124和自由曲面反射镜125中的这些局部的正负的光焦度满足条件式(1)、(2)，因此能够使显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|减小。其结果是，能够防止显示设备110的对比度的下降，能够使虚像I沿着路面R清晰地显示。
(实施方式3)
下面，利用图5来说明实施方式3。
[3-1.投射光学系统的组合]
在上述的实施方式中，构成为自由曲面透镜123或者自由曲面反射镜124中的作用于下光线L1的部分的局部的负的光焦度P_l1变弱，此外，作用于上光线Lu的部分的局部的负的光焦度P_u1变强。进而，构成为自由曲面反射镜125中的作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度P_l2变弱，此外，作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度P_u2变强。
然而，在投射光学系统140中，对于局部的光焦度设置差异的结构并不限定于如以上那样的组合，只要能够满足上述条件式(1)、(2)并成像即可，也可以是除此以外的组合。
图5是示出能够满足上述条件式(1)、(2)并成像的第1光学元件和第2光学元件的局部的光焦度的组合的图。在图5中，编号6所示的组合是实施方式1和实施方式2的组合。在图5中，将负的光焦度仅表示为“负”，将正的光焦度仅表示为“正”。
[3-1-1.编号1]
图5所示的编号1的组合是关于第2光学元件而与上述的实施方式同样地设为具有正的光焦度的光学元件，构成为作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度P_l2变弱，此外，作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度P_u2变强的例子。
但是，关于第1光学元件，不同于上述的实施方式，设为具有正的光焦度的光学元件，构成为作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度P_l1变强，此外，作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度P_u1变弱。
在这种结构的情况下，不成为摄远型的光学系统，主点与摄远型的光学系统相比向显示设备110侧移动。尤其是，第1光学元件中的作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度P_l1比作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度P_u1强，因此下光线L1侧的主点向比上光线Lu更靠显示设备110侧移动。其结果是，在显示设备110中，与下光线L1对应的部分后退以使得远离第1光学元件，显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|与在第1光学元件以及第2光学元件没有设置如以上那样的局部的光焦度的差异的情况下的显示设备中的倾斜角相比变小。
[3-1-2.编号2]
图5所示的编号2的组合是关于第1光学元件而与编号1同样的结构。但是，关于第2光学元件是构成为作用于下光线L1的部分为局部呈负的光焦度P_l2，此外，作用于上光线Lu的部分成为局部呈正的光焦度P_u2的例子。
在这种结构的情况下，不成为摄远型的光学系统，下光线L1侧的主点与编号1的情况相比进一步向显示设备110侧移动。其结果是，在显示设备110中，与下光线L1对应的部分后退以使得远离第1光学元件，显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|与在第1光学元件以及第2光学元件没有设置如以上那样的局部的光焦度的差异的情况下的显示设备中的倾斜角相比变小。
[3-1-3.编号3]
图5所示的编号3的组合是关于第1光学元件而与编号1同样的结构。但是，关于第2光学元件是设为具有负的光焦度的光学元件，构成为使作用于下光线L1的部分的局部的负的光焦度P_l2比作用于上光线Lu的部分的局部的负的光焦度P_u2强的例子。
在这种结构的情况下，不成为摄远型的光学系统，下光线L1侧的主点与上光线Lu侧的主点相比向显示设备110侧移动。其结果是，在显示设备110中，与下光线L1对应的部分后退以使得远离第1光学元件，显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|与在第1光学元件以及第2光学元件没有设置如以上那样的局部的光焦度的差异的情况下的显示设备中的倾斜角相比变小。
[3-1-4.编号4]
图5所示的编号4的组合是相对于第2光学元件而与上述的实施方式同样地设为具有正的光焦度的光学元件，构成为作用于下光线L1的部分的局部的正的光焦度P_l2变弱，此外，作用于上光线Lu的部分的局部的正的光焦度P_u2变强的例子。
但是，关于第1光学元件是构成为作用于下光线L1的部分为局部呈正的光焦度P_l2，此外，作用于上光线Lu的部分成为局部呈负的光焦度P_u2的例子。
在这种结构的情况下，在与上光线Lu对应的部分，摄远作用起作用，上光线Lu的光路与下光线L1的光路相比减少。其结果是，在显示设备110中，与上光线Lu对应的部分前进以使得靠近第1光学元件，显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|与在第1光学元件以及第2光学元件没有设置如以上那样的局部的光焦度的差异的情况下的显示设备中的倾斜角相比变小。
[3-1-5.编号5]
图5所示的编号5的组合是关于第1光学元件而与编号4的结构同样的。但是，关于第2光学元件是构成为作用于下光线L1的部分为局部呈负的光焦度P_l2，此外，作用于上光线Lu的部分成为局部呈正的光焦度P_u2的例子。
在这种结构的情况下，在与上光线Lu对应的部分，摄远作用起作用，上光线Lu的光路与下光线L1的光路相比减少。其结果是，在显示设备110中，与上光线Lu对应的部分前进以使得靠近第1光学元件，显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|与在第1光学元件以及第2光学元件没有设置如以上那样的局部的光焦度的差异的情况下的显示设备中的倾斜角相比变小。
如以上那样，在第1光学元件和第2光学元件中对于局部的光焦度设置差异的结构并不限定于如实施方式1以及实施方式2那样的组合(图5的编号6)，只要能够满足上述条件式(1)、(2)并成像即可，能够进行图5的编号1至编号5所示的组合。
在图5所示的任何组合中，本实施方式中的投射光学系统140均能够使显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|减小，因此能够防止显示设备110的对比度的下降。
根据本实施方式，能够在不使对比度下降的情况下使虚像I沿着路面R进行显示，能够实现具有进深感的自然且清晰的AR显示。因此，能够使驾驶员的识别力进一步提升。
[3-2.效果等]
作为实施方式3涉及的平视显示器的一例的平视显示器100是使观察者D视觉辨认虚像I的平视显示器。平视显示器100具备作为显示设备的一例的显示设备110和投射光学系统140。投射光学系统140在从显示设备110起的光路上依次具有第1光学元件和第2光学元件。将相当于虚像I的上端的光路设为上光线Lu，将相当于下端的光路设为下光线L1，将第1光学元件中的作用于下光线L1的部分的局部的光焦度设为P_l1，以及将作用于上光线Lu的部分的局部的光焦度设为P_u1。此外，将第2光学元件中的作用于下光线L1的部分的局部的光焦度设为P_l2，以及将作用于上光线Lu的部分的局部的光焦度设为P_u2。第1光学元件和第2光学元件中的这些局部的光焦度满足以下的条件式(1)、(2)。
P_u1-P_l1＜0 (1)
P_u2-P_l2＞0 (2)
根据实施方式3涉及的平视显示器，第1光学元件和第2光学元件中的这些局部的正负的光焦度满足条件式(1)、(2)，因此能够使显示设备110相对于基准光线Lc的倾斜角|θ1|减小。其结果是，能够防止显示设备110的对比度的下降，能够使虚像I沿着路面R清晰地显示。
(其他实施方式)
如以上那样，作为在本申请中公开的技术例示，说明了实施方式1～3。然而，本公开中的技术并不限定于此，还能够应用于进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。此外，还能够组合在上述实施方式1～3中说明的各构成要素作为新的实施方式。
图6示出了显示于显示设备110的显示图像111。从观察者D观看的虚像I例如为了看上去为矩形，显示于显示设备110的显示图像111如图6所示成为与虚像I的上侧对应的下边的宽度窄而与虚像I的下侧对应的上边的宽度宽的梯形。此外，显示设备110如上述那样使其相对于基准光线Lc倾斜，因此在与虚像I的上下方向对应的区域中，虚像下侧比虚像上侧更宽。也就是说，在显示图像111的显示区域中，相对于虚像I的中心，与虚像I的下侧对应的使用范围比与虚像I的上侧对应的使用范围更宽。通过使显示图像111变为这样，由此从观察者D沿着路面R能看见矩形的虚像I。
图7是示出显示设备110中的显示图像111的像素的间距的图。如图7所示，在本实施方式中，使纵向的像素的间距比横向的像素的间距大。如上述那样，通过使显示设备110相对于基准光线Lc倾斜，由此在虚像I中纵向的像素数会变多。也就是说，纵向的使用区域会增大。因此，如图7所示，通过在显示图像111中使纵向的像素的间距比横向的像素的间距大，由此在虚像I中能够使纵向和横向的像素数一致。换言之，在显示设备110的显示图像中，与相当于虚像I的上下方向的方向相比，相当于虚像I的左右方向的方向上的像素间距更窄，从而在虚像I中能够使纵向和横向的像素数一致。
为了实现这种像素的间距，例如在将激光投影至屏幕的形式的显示设备中，作为屏幕而具备透镜片和双凸透镜片，可考虑将该屏幕的间距设为图7那样。此时，像素间距相当于屏幕的间距。
作为移动体，除了汽车等车辆之外，还可考虑具有挡风玻璃的自动两轮车、电车、公交车或飞机等，能够在这些移动体搭载本公开的平视显示器100。
在实施方式1～3中，虽然平视显示器100配置在仪表板210的下方，但也可以配置在仪表板210的上方。
此外，上述的实施方式是用于例示本公开中的技术，因此能够在专利请求的范围或其等同的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
在实施方式1～3中，虽然使虚像I沿着路面R进行显示，但即便相对于观察者D的视线倾斜45度以上也能够表现进深感。
(实施方式的概要)
(1)本公开的平视显示器是将图像作为虚像显示给观察者的平视显示器，平视显示器具有显示图像的显示设备和放大图像来投影的投射光学系统，投射光学系统具有在从图像起的光路上依次配置的第1光学元件以及第2光学元件，在将相当于虚像的上端的光路设为上光线，将相当于下端的光路设为下光线，将第1光学元件以及第2光学元件的发散作用设为负，将收敛作用设为正时，第1光学元件以及第2光学元件满足以下的条件式(1)、(2)。
P_u1-P_l1＜0 (1)
其中，
P_u1：所述第1光学元件作用于上光线的局部光焦度，
P_l1：所述第1光学元件作用于下光线的局部光焦度，
P_u2-P_l2＞0 (2)
其中，
P_u2：所述第2光学元件作用于上光线的局部光焦度，
P_l2：所述第2光学元件作用于下光线的局部光焦度。
通过满足如以上那样的条件式，由此能够使显示设备相对于基准光线的倾斜角减小。其结果是，能够防止显示设备的对比度的下降，能够使虚像沿着路面清晰地显示。
(2)在(1)的平视显示器中，在显示图像的显示区域中，相对于虚像中心，与虚像的下侧对应的使用范围比与虚像的上侧对应的使用范围宽。因此，在观察者对虚像进行观察时，能够观察没有失真的自然形状的虚像。
(3)在(1)或(2)的平视显示器中，在显示设备的显示图像中，与相当于虚像的上下方向的方向相比，相当于虚像的左右方向的方向上的像素间距更窄。因此，在观察者对虚像进行观察时，能够观察纵向和横向的像素数一致的虚像。
(4)在(1)至(3)中任一个平视显示器中，第1光学元件为自由曲面透镜。因此，能够构成为作用于上光线和下光线的局部的光焦度满足上述条件式(1)、(2)。
(5)在(1)至(3)的平视显示器中，第1光学元件为自由曲面反射镜。因此，能够构成为作用于上光线和下光线的局部的光焦度满足上述条件式(1)、(2)。
(6)在(1)至(5)的平视显示器中，第1光学元件具有发散作用。因此，能够构成为作用于上光线和下光线的局部的光焦度满足上述条件式(1)、(2)。
(7)在(1)至(6)的平视显示器中，第2光学元件为自由曲面反射镜。因此，能够构成为作用于上光线和下光线的局部的光焦度满足上述条件式(1)、(2)。
(8)本公开的移动体是搭载了(1)至(7)的平视显示器的移动体。因此，能够提供能在显示设备的对比度不下降的情况下使虚像沿着路面等清晰地显示的移动体。
产业上的可利用性
本公开能够应用于利用了液晶显示器等显示设备以及自由曲面透镜或者自由曲面反射镜等投射光学系统的平视显示器。具体地，本公开能够应用于车辆用等的平视显示器。此外，能够应用于搭载了该平视显示器的车辆等移动体。
符号说明
100 平视显示器；
110 显示设备；
111 显示图像；
123 自由曲面透镜；
124 自由曲面反射镜；
125 自由曲面反射镜；
140 投射光学系统；
200 车辆；
210 仪表板；
220 挡风玻璃；
300 视点区域；
D 观察者；
I 虚像；
R 路面；
Lc 基准光线；
Lu 上光线；
L1 下光线。

Claims (9)

1.一种平视显示器，将图像作为虚像显示给观察者，
所述平视显示器具有：
显示设备，显示所述图像；和
投射光学系统，放大所述图像来投影，
所述投射光学系统具有在从所述图像起的光路上依次配置的第1光学元件以及第2光学元件，
在将相当于所述虚像的上端的光路设为上光线，将相当于下端的光路设为下光线，并将所述第1光学元件以及所述第2光学元件的发散作用设为负，将收敛作用设为正时，所述第1光学元件以及第2光学元件满足以下的条件式(1)、(2)，
P_u1-P_l1＜0 (1)
其中，
P_u1：所述第1光学元件作用于上光线的局部光焦度，
P_l1：所述第1光学元件作用于下光线的局部光焦度，
P_u2-P_l2＞0 (2)
其中，
P_u2：所述第2光学元件作用于上光线的局部光焦度，
P_l2：所述第2光学元件作用于下光线的局部光焦度。
2.根据权利要求1所述的平视显示器，其中，
在所述显示设备中的所述图像的显示区域中，相对于虚像中心，与虚像的下侧对应的使用范围比与虚像的上侧对应的使用范围更宽。
3.根据权利要求1或2所述的平视显示器，其中，
在所述显示设备的显示图像中，与相当于虚像的上下方向的方向相比，相当于虚像的左右方向的方向上的像素间距更窄。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的平视显示器，其中，
所述第1光学元件为自由曲面透镜。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的平视显示器，其中，
所述第1光学元件为自由曲面反射镜。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的平视显示器，其中，
所述第1光学元件具有发散作用。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的平视显示器，其中，
所述第2光学元件为自由曲面反射镜。
8.根据权利要求1所述的平视显示器，其中，
所述虚像相对于所述观察者的视线而倾斜45度以上。
9.一种移动体，搭载了权利要求1至7中任一项所述的平视显示器。
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