一种虚像方式的图像显示装置的制作方法

本发明涉及向汽车、火车、飞机等(以下统称为“车辆”)的前挡风玻璃或组合屏上投影图像的信息显示系统，将该系统的投影图像经前挡风玻璃折返，像观察镜子反射后的图像一样，观察其实像或虚像的车辆用信息显示装置。该车辆信息显示系统和信息显示装置中的图像源，使用了有光学元件的光源装置，该光源装置中的光学元件,能够控制从数个排列在一起的面光源所发出的光的发散特性，从而大幅提高光的利用效率。

背景技术：

1、已知的车辆用信息显示系统(head-up display device)，通过凹面镜放大图像源的图像并通过前挡风玻璃提供给驾驶员。用于该信息显示装置中的图像源射出的光是完全扩散光，为了在有凹面镜的投影光学系统中，充分确保放大图像的亮度，需要使用在专利文献(jp6540988b2，2019.07.10)中公开的大型凹面镜,以捕捉大范围内的发散图像光束。

2、在使用凹面镜放大图像源所显示的图像并得到虚像的光学系统中，传统的图像源，例如有机el(electric luminescent)，由有机el发射的图像光是完全扩散的，因此为了捕捉所有图像光，需要使用大口径的凹面镜。此外为了实现有凹面镜的虚像光学组件的大口径化和良好的聚焦性能，需要多块凹面镜或与透镜元件配合使用。

3、然而，在使用上述传统技术的凹面镜获取虚像放大图像的光学组件设计中，并未考虑图像源发出的图像光的扩散特性和指向特性,以及包括这些特性在内的最优光学系统的构建和实现技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供能提高光的利用效率的光学组件结构及其实现技术。在使用凹面镜获取放大虚像的该光学组件中，通过优化图像源发出的图像光的发射方向和扩散特性，来提高光的利用效率，而无需增加光学组件的口径或镜片数量。

2、为了解决上述问题，本发明所采取的的技术方案是:设计一种虚像方式的图像显示装置，前述虚像方式图像显示装置具备光学系统，前述光学系统包括：用于显示图像的显示面板带有向前述显示面板供给光的面发光元件的光源装置，

3、前述光源装置作为光源，具备配置于前述面发光元件和前述显示面板之间的面发光元件，用于减小来自面光源的发散光束的发散角度的光学元件；

4、前述发散光束，由前述光学元件的光射入面的形状，来控制其在前述光学元件内部传播的方向，并通过设计在前述光学元件的光出射面上的透镜形状，可以控制射向前述显示面板光束的扩散角和射出位置，具有此信息显示装置的车辆用信息显示系统。

5、进一步地，前述光学元件作为最终面包括反射面，从前述显示面板的图像显示面发射的图像光接收光学组件的光量，由光源装置的光扩散特性来决定。

6、进一步地，前述光学系统作为最终面包括反射面，将显示面板上显示的图像显示成虚像，

7、从前述图像显示面发射的图像光的扩散特性和出射方向，及光学组件的接收光量，可以由前述光源装置的扩散特性控制。

8、进一步地，前述光源装置具有作为光源的面发光元件，前述面发光元件和显示面板之间配置可以减小来自面光源的发散光束的扩散角的光学元件；

9、前述光学元件的光射入面形状，可以控制前述扩散光束在光学元件内部的传播方向；根据前述光学元件的光射出面上的设计的透镜形状，控制射出到显示面板上的光束的扩散角和入射位置。

10、进一步地，前述光源装置具有作为光源的面发光元件，在前述面发光元件和前述显示面板之间，配置可以减小来自面光源的发散光束的扩散角的前述光学元件；

11、由前述光学元件的射入面形状，可以控制前述扩散光束在光学元件内部传播的方向；前述光学元件由塑料材料或玻璃材料制成，根据射出面上的透镜形状，控制射出到显示面板上的光束的扩散角和入射位置。

12、进一步地，所述的前述光源装置具有做为光源的面发光元件，在前述面发光元件和前述显示面板之间配置的光学元件，用于减小来自面光源的发散光束的扩散角，由前述光学元件的射入面形状，控制前述扩散光束在前述光学元件内部传播的方向，通过在前述光学元件的光射出面上设计的透镜形状及透镜的偏心形状，来控制射出到前述显示面板上的光束的扩散角和入射位置。

13、本发明还提出一种以窄扩散角扩散图像光束的图像显示装置，通过和前述的图像显示装置分离的反射面，反射来自图像显示装置的图像光束，以获得虚像的虚像方式图像显示装置，前述图像显示装置包括用于显示图像的显示面板和用于向前述显示面板提供光的光源装置，前述光源装置具有做为光源的面发光元件，并在前述面发光元件和显示面板之间设置可以减小来自面光源的发散光束扩散角的光学元件，与反射来自前述显示面板的图像光，使其朝向图像观视者产生虚像的前述的图像显示装置不在同一壳体内的反射面做为最终面的光学系统。

14、前述取得图像光形成虚像是前述光学系统接收来自前述显示面板图像显示面的图像光形成，由来自前述光源装置的显示面板的图像光的扩散角来控制，

15、在前述放大虚像的画面中心处获得的图像光束会被形成前述光学系统的虚像观视者的瞳径遮挡。

16、进一步地，前述光学组件是最终反射面相对于显示面板具备仰角的斜投影光学组件，前述斜投影光学组件，是可以获得与前述显示面板所显示图像略等倍虚像的光学组件，具备可以调整、由前述图像显示装置射出的进入光学组件最终面(壳体外部的反射面)的图像光的、入射位置和入射角度的光源装置。

17、进一步地，在前述显示面板的图像光射出面，贴有混合特定偏振图像光的偏光方向的光学片。

18、进一步地，前述光学组件包括凹面镜和用于控制从前述显示面板发散的图像光进入前述光学组件角度的光学元件，是从前述显示面板的图像显示面所显示的图像获得虚像的光学组件；

19、从前述显示面板接收前述光学组件的图像光接收量，由前述光源装置的光扩散特性得到的来自前述显示面板的图像光的扩散特性决定。

20、本发明还提出一种虚像方式的图像显示装置，前述虚像方式的图像显示装置具备光学系统，前述光学系统包括：用于显示图像的显示面板和，前述用于向显示面板供给光的光源装置和，前述用于接收显示面板发射的图像光的光学组件和有前述显示面板光入射面的光学元件；

21、从前述显示面板发出的图像光的扩散特性在前述显示面板画面长边方向和短边方向上不一样；

22、前述光学元件具有调节从前述显示面板射向前述光学组件的图像光方向的作用，是可以调节前述光学元件向前述光学组件射出的图像光的入射位置和入射角度的虚像方式图像显示装置。

23、进一步地，前述显示面板发射的图像光的扩散特性，由前述光源装置发射到显示面板的光束的发散特性来调整，并在前述显示面板的画面长边和画面短边方向上不一样；

24、前述显示面板发射的画面长边方向的图像光发散角度，大于画面短边方向。

25、本发明采用上述技术方案其有益效果是：

26、本发明可以控制根据图像显示装置的图像信号调制了光强度的图像光的发射方向，还可以控制进入后段光学组件的入射图像光的入射位置和入射角度。因此在这个光学系统中，可以通过控制由做为图像显示装置的显示面板的图像显示面发出的图像光的强度和扩散特性，提高图像光进入光学组件的效率，形成放大的投射图像。

27、根据本发明，作为图像显示装置的光源装置，通过控制图像光的指向特性和扩散特性，在使用凹面镜来得到放大虚像的光学组件设计中，通过考虑图像显示装置发出的图像光的扩散特性，从而提高光学组件的性能，可以实现高性价比的光学组件。关于控制放大虚像的光学组件和控制图像光的发射方向和扩散特性的图像显示装置，及其使用的光源装置的基本结构、设计思想和效果，将基于以下实施形式进行说明。