[发明专利]图像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过组合导光板和衍射元件，尽管小型却能进行大画面显示的图像显示装置。

背景技术

驾驶汽车等车辆的驾驶员，在驾驶过程中，需要安全且迅速地进行车外状况的掌握、从车辆的显示设备读取信息及驾驶操作等。为此，希望在掌握驾驶中的车外状况所必要的范围内能读取车辆的显示设备的信息。因此，期待实现例如，通过对车辆的挡风玻璃等透明板的一部分照射光等来显示文字或图像的图像显示装置。

作为这样的透过型的图像显示装置，可举出在汽车的挡风玻璃上显示驾驶信息的平视显示器(Head Up Display，以下称为“HUD”)、在眼镜的镜片部分显示信息的头戴式显示器(Head Mounted Display，以下称为“HMD”)等。由于如果使用这样的透过型的图像显示装置，驾驶员可以一边视觉识别外界一边同时观看与驾驶有关的信息(例如地图或速度计)，因此期待驾驶员能够更安全地进行驾驶。

作为上述以往的HUD，有在挡风玻璃投影虚拟图像的图像显示装置(例如，专利文献1)。图25示出了在挡风玻璃投影图像的以往的HUD的例子。

在图25的例子中，汽车的仪表板内部收纳有HUD框体100。HUD框体100内配置有光源101、入射光学系统102、显示元件103及反射镜104。光源101为激光或LED(Light Emitting Diode)等的光源，通过入射光学系统102对显示元件103进行照明。

显示元件103为液晶面板或DMD(Digital Mirror Device)等的二维显示元件，接收来自光源101的光形成显示光，向反射镜104射出。来自显示元件103的显示光通过反射镜104被偏向，经由HUD框体100具备的开口部105射向挡风玻璃106。

在一般的HUD中，为了放大供驾驶员视觉辨认的图像，反射镜104使用凹面镜等具有光学放大作用的元件的情况较多。被挡风玻璃106反射的显示光109射入驾驶员108的眼球。此时，驾驶员108可以视觉辨认在比挡风玻璃106更远的位置的虚拟图像107。

在此，将显示光109到达的范围称为视认窗(eye box)110。当驾驶员108的眼球在视认窗110内时，驾驶员108可以视觉辨认虚拟图像107。通过用这样的结构，驾驶员108即使在驾驶中也不需要大范围移动视线便能视觉辨认驾驶所需的信息。

然而，图25所示结构的HUD，由于HUD框体100较大，存在压迫仪表板内部的容积的问题。在HUD框体100较大的情况下，搭载到小型车等会出现困难。此外，当开口部105较大时，也有损仪表板的外观，因此希望框体尺寸尽量小型、开口部较小的HUD。为了应对该问题，提出了将导光板和衍射元件组合的光学系统等(例如，专利文献2、专利文献3)。

图26示出将导光板和衍射元件组合的光学系统的HUD的以往的例子。在图26的例子中，HUD框体200容纳于仪表板内部。HUD框体200内容纳有光源201、入射光学系统202、显示元件203、入射用衍射元件204及导光板205的一部分。光源201、入射光学系统202及显示元件203因与图25相同，故省略其说明。

来自显示元件203的显示光207射入导光板205所具备的入射用衍射元件204。导光板205通过使显示光207在内部全反射进行导光。此外，为了不妨碍驾驶员210的视野，导光板205由使外界的光透过的材质构成，例如，用玻璃或丙烯树脂等透明材料构成。

入射用衍射元件204具有变更入射光的角度的作用，以使射入的显示光207被导光板205全反射。作为入射用衍射元件204可以使用体积全息或凹凸全息(relief hologram)等衍射元件。显示光207在导光板205内部一边被反复全反射一边射入导光板205所具备的射出用衍射元件206。

射出用衍射元件206对以指定的入射角射入的光发挥作用。在图26的例子中，显示光207在虚线211a、211b、211c所示的位置以使射出用衍射元件206衍射光的角度射入。因此，在虚线211a、211b、211c的位置，显示光207被衍射而产生衍射光208。

此外，射出用衍射元件206决定衍射光208的前进方向，使其能从导光板205射出。在该例子中，射出用衍射元件206被设计成使衍射光208在导光板205反射的角度成为导光板205的全反射角以下。通过该作用，在导光板205内部全反射的显示光207作为射出光从导光板205射出。