CN118011643A - 一种虚像方式的图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚像方式的图像显示装置，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，前述光源装置,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；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。本发明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。

Description

一种虚像方式的图像显示装置

技术领域

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

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。

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。

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。

发明内容

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。

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，

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；

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。

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。

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，

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。

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；

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。

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；

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。

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。

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。

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，

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。

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。

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。

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；

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。

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；

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；

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。

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；

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。

本发明采用上述技术方案其有益效果是：

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。

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。

附图说明

图1是与本发明实施例有关的信息图像装置，及其周边设备的概要结构图；

图2是与本发明实施例有关的信息显示装置、前挡风玻璃以及驾驶员视点位置的概要结构图；

图3是与本发明其它实施例有关的信息显示装置、前挡风玻璃以及驾驶员视点位置的概要结构图；

图4A是装有信息显示装置的汽车的上视图；

图4B是说明前挡风玻璃曲率半径差异的图；

图5是说明面发光LED光源的扩散特性的特性图；

图6是与本发明一个实施例有关的光源装置的概要结构图；

图7是通过与本发明一个实施例有关的光源装置获得的信息图像显示装置的画面显示面上的亮度分布的示意图；

图8是与本发明的其它实施例有关的光源装置的概要结构图；

图9是通过与本发明的其它实施例有关的光源装置获得的信息图像显示装置的画面显示面上的亮度分布的平面示意图；

图10是说明构成与本发明有关的光源装置的光学元件的作用的概念截面图；

图11是说明构成与本发明有关的光源装置的光学元件的作用的概念截面图；

图12是说明构成与本发明有关的光源装置的光学元件的作用的概念截面图；

图13是说明构成与本发明有关的光源装置的光学元件的作用的概念截面图；

图14是说明构成传统光源装置的光学元件的作用的概念截面图；

图15是说明构成传统其它光源装置的光学元件的作用的概念截面图；

图16A是与本发明的一个实施例有关的液晶面板作为图像源的视觉特性的坐标系说明图；

图16B是与本发明的一个实施例有关的液晶面板作为图像源的视觉特性说明图；

图17是本发明的光源装置的扩散特性说明图；

图18A是与本发明的一个实施例有关的液晶面板作为图像源的视觉特性说明图；

图18B是与本发明的一个实施例有关的液晶面板作为图像源的视觉特性说明图；

图19是与本发明的一个实施例有关的液晶面板作为图像源的视觉特性的测量坐标系说明图；

图20是一般液晶面板的亮度角度特性(长度方向)图；

图21是一般液晶面板的亮度角度特性(宽度方向)图；

图22是一般液晶面板的对比度角度特性(长度方向)图；

图23是一般液晶面板的对比度角度特性(宽度方向)图；

图24A是与本发明的一个实施例有关的光学组件结构和包含凹面镜的光学组件的设计环境说明图；

图24B是与本发明的一个实施例有关的构成光学组件的投影镜头或带凹面镜的光学组件引起的像差量随图像光的扩散特性变化的说明图；

图25是与本发明的一个实施例有关的，使用凹面镜的虚像光学系统的原理说明图。

具体实施方式

以下，参照图纸说明本发明的实施形式。但是，本发明并不限于下面说明的实施形式(以下也称为“本公开”)。本发明还涉及发明精神或权利要求书中所记载的技术思想的范围或等同范围物。此外，在下面描述的实施形式(实施例)的构造仅是示例，只要在本说明书所公开的技术思想范围内，本领域技术人员可以进行各种变化和修改。

此外，在说明本发明的图纸中，对相同或相似功能的元件，使用相同的符号，并且在适当的情况下，即使使用的名称不同，也会省略重复功能等的说明。

在下面的实施形式说明中，对使用凹面镜的光学组件在空中形成的虚像图像用“放大的虚像”一词表示。而对使用具有正折射力的透镜组或凸透镜的光学组件在空间中形成的实像图像用“放大的实像”一词表示。这些术语也可以用“放大图像”、“虚像”、“实像”等来表示。说明实施形式时，主要使用“放大的虚像”这个术语，此术语做为这些术语的代表例使用。

本发明涉及将产生窄发散角的图像光束的小型图像发光源的图像，以虚像或实像的放大图像的形式显示的，光学组件的优化设计方法以及由此获得的虚像光学组件的实施例及其应用的光学系统。根据本发明，使用投影透镜得到放大的实像的光学组件和使用凹面镜得到放大的虚像的光学组件中，通过考虑从图像源发出的图像光的扩散特性来进行优化设计，可以降低光学组件的大口径化、减少透镜和反光镜数量，从而获得性价比高的光学组件结构。特别是，因放大的虚像的亮度与光源的亮度相等，具有优越的光能转换效率。

本发明车辆用信息显示系统，图4A是将涉及本发明实施例的信息显示装置1000、1001，装配在汽车、火车、飞机等车辆上的上视图。在汽车1010的驾驶座前方，有作为投影部件的前挡风玻璃6。这个前挡风玻璃6相对于车体的倾斜角度因汽车类型而异。此外，发明者们为了实现最优的虚像光学组件，还调查了其曲率半径。结果发现，如图4B所示，前挡风玻璃6的曲率半径相对于汽车的接地面，其水平方向的曲率半径Rh和垂直于水平轴的垂直曲率半径Rv不同，他们之间通常满足以下关系：

Rh＞Rv

此外，还发现这些曲率半径的差异，即Rh相对于Rv的比率通常在1.5倍到2.5倍的范围内。

本发明中，通过驾驶员在驾驶中观察外部风景的前挡风玻璃观察，将图像信息反射显示出来。信息显示装置通过将图像光束以窄发散角发射，并根据画面位置调整其发射方向，使抬头显示装置的光学组件能有效地捕捉入射的光束，从而提供能够恰当显示的高亮度虚像。

其中一个实施例的抬头显示装置，是一种在投射面上通过虚像进行显示的信息显示装置，在有部分开口部的筐体内部，由生成显示图像信息的图像光生成组件和向前记图像光生成组件提供光的光源装置组成。这个光源装置在面光源和图像显示装置(液晶面板)之间，设置了能将面光源产生的光转为所需发散角光的光学元件，具有控制发散角和指向特性的手段。

本发明车辆用信息显示系统的第一种信息显示装置，图1是本发明的车辆用信息显示系统的第一种信息显示装置的周边设备结构概略图。在这里，以其一个例子，说明向汽车前挡风玻璃6投影图像的信息显示装置100。信息显示装置100的抬头显示装置是本发明的一个实施例，图像显示装置104，将从光源装置102发出的光匹配图像信号进行调制后显示图像，通过凹面镜105和106将这个图像以虚像的形式投影到驾驶员的视线(后续将详述的视点)8中形成虚像V1并显示在车辆前方。是将被投影部件(在本实施例中是前挡风玻璃6的内表面)反射的各种信息以虚像VI(Virtual Image)形式显示的装置(所谓HUD(Head-UpDisplay))。图示构成相关HUD的控制装置40，通过从导航系统61获取与车本辆当前位置相对应的道路限速、车道数、导航系统61中设置的本车辆计划行驶路径等各种信息做为前景信息(即上述通过虚像在汽车前方显示的信息)。

另外，本发明的车辆用信息显示装置的第二种信息显示装置101，将由具有窄扩散角特性的高亮度光源发出的光，经映像显示装置103，匹配映像信号进行调制后显示的图像，直接投影到汽车的前挡风玻璃6获得反射图像(虚像)。由于不使用凹面镜，可以实现小型化，并可与第一种信息显示装置并列安装，可以同时观察多个图像信息。

此外，图示的驾驶辅助ECU 62是一个控制装置，根据周边监视装置63的监视结果检测到的障碍物来控制驱动系统和控制系统，以实现驾驶辅助控制。这样的驾驶辅助控制包括例如巡航控制、自适应巡航控制、碰撞前安全系统、车道保持辅助等众所周知的技术。

图示的周边监视装置63是监视本车辆周围状况的装置，例如基于拍摄本车辆周围的图像来检测本车辆周围存在的物体的摄像头，或者基于发送和接收的探测波的结果来检测本车辆周围存在的物体的探测装置等。

上述的HUD装置的控制装置40，通过从驾驶辅助ECU 62获得的信息(例如到前车的距离和前车的方位、障碍物或标志的位置等)获取前景信息。此外，该控制装置40还接收点火(IG)信号和本车辆状态信息。其中，本车辆状态信息是指作为车辆信息获取的信息，不需要高分辨率显示，例如内燃相关的燃料剩余量和冷却水温度等，包括显示已预先规定的异常状态警告信息。此外，还包括方向指示器的操作结果、本车辆的行驶速度以及换挡位置信息等。上述的控制装置40在接收到IG信号时启动。以上是本实施例的信息显示装置整体系统的说明。

另外，被投影部件可以是任何用于投影信息的部件，不仅仅是前述的前挡风玻璃6，也可以是其他部件，例如组合屏。换句话说，只要本实施例的信息显示装置100，能在车辆前方形成虚像，使驾驶员在视线8中能够看到就可以。

在具有上述结构的信息显示装置100中，图像显示装置104投射的显示信息的图像光，通过凹面(自由曲面)镜105和106形成虚像，并以两片反射镜的形状校正形成的畸变和像差。此信息显示装置100发出的图像光束从开口部分(未图示)射向前挡风玻璃6。

此外，作为信息显示装置100的第二种实施例，如图1所示，可以直接将图像显示装置103的显示图像反射到驾驶员的视线中。其构造和作用将通过以下图3详细说明。图像显示装置4具有控制背光的控制装置40(未图示)。另外，在前述的第一实施例中，包括图像显示装置104和背光102等的光学部件是以下也将说明的虚像光学系统，它包括反射光的凹面镜1。另一方面，第二实施例是将图像显示装置4的显示图像直接反射到前挡风玻璃6上，并朝向驾驶员视线8的。

另外，如图1所示，图像显示装置103、104以及图3所示的图像显示装置4，例如具有背光的LCD(Liquid Crystal Display)，除此之外，也可以使用自发光的VFD(VacuumFluorescent Display)等。

另一方面，如图2所示，图像显示装置403的图像可以通过凹面镜1a做为虚像经被投影部件即前挡风玻璃6或组合屏(未图示)反射向驾驶员的视点8。

在这里，为了减少虚像的畸变，凹面镜1a的形状，如图2所示上部(在与驾驶员的视点8相对距离较短的前挡风玻璃6的下方的光线反射区域)相对曲率半径较小从而放大率较大，下部(在与驾驶员的视点相对距离较长的前挡风玻璃6上方的光线反射区域)的曲率半径相对较大，从而放大率相对较小。此外，图像显示装置4相对于凹面镜1a的光轴倾斜，可以校正虚像倍率的差异，从而减小畸变，以实现更好的校正效果。

一方面，乘用车的前挡风玻璃6，如图4B所示，本体垂直方向的曲率半径Rv和水平方向的曲率半径Rh是不同的，一般Rh＞Rv。因此，如果将前挡风玻璃6视为反射面，它和凹面镜1的凹面一样。因此，在本实施形式的信息显示装置100中，凹面镜1的形状应当根据前挡风玻璃的形状来校正虚像倍率，即在水平和垂直方向上采用不同的平均曲率半径，以校正前挡风玻璃6垂直方向和水平方向的曲率半径差异。

因此，相对于传统光学设计中，使用非球面形状(参见以下数2的公式)将透镜和反射镜面形状定义为到光軸距离r的函数，设计者们通过使用自由曲面形状(参见以下数1的公式)，可以将面的形状定义为光轴的绝对坐标(x,y)的函数，从而减少了因上述前挡玻璃曲率半径的差异所引起的虚像成像性能变差的问题。

【数1】

另外，将透镜面或反射镜面的形状定义为距光轴距离r的函数的非球面形状可以用以下数2的公式表示。

【数2】

此时，凹面镜1的形状为以光轴对称的球面或非球面(以下称[数2])，为到光轴距离r的函数，由于不能单独控制远处的水平截面和垂直截面形状，因此，最好用[数1]所示的自由曲面，以反射镜面的相对光轴的面的坐标(x，y)函数进行补偿。

根据以下的实施形式，例如，图25所示，可以在凹面镜的后方显示高分辨率的放大图像BB'，在这种情况下，通过将图像光发射的散射角减小为锐角，并调整到特定的偏振，可以使凹面镜仅有效地反射正常反射光。

在使用液晶显示面板(液晶面板或显示面板)作为获得特定偏振的图像光的图像显示装置时，可以在液晶面板的观察者一侧，即光学组件一侧的面上设置偏振消除元件，通过光学变换将一部分图像光转换为其它方向的偏振从而转换为疑似自然光。这样，即使观察者戴有偏振太阳镜，也能观看到高质量的虚像的放大图像。

偏振消除元件的市售产品，有CosmoShine SRF(东洋纺织公司制造)和偏振解除粘合剂(长谷工业公司制造)等。CosmoShine SRF(东洋纺织公司制造)，通过在图像显示装置上贴粘合剂，可以降低界面反射并提高亮度。另外，使用偏振解除粘合剂时，可以用它涂在液晶面板的图像显示装置和无色透明板之间做为粘合剂。在本实施例中，如前所述，图像显示装置包括液晶显示面板11和产生具有窄角扩散特性的、生成特定偏振光的光源装置13，因此，可实现光的高效利用，并且能得到传统的虚像技术无法实现的能在户外观看放大虚像的，由低功耗、便携小型图像显示装置实现的光学系统。

此外，通过本公开的光源装置和光学组件，可以大幅度降低能耗。结合新型的小型映像显示装置(液晶显示面板)，可以提供一种低功耗、能便携使用的放大虚像显示系统。根据本公开的技术，可以提供一种能实现例如通过车辆的挡风玻璃、后视玻璃和侧面玻璃，从车辆内部特定方向可见的，即可以显示单向的放大虚像的图像显示装置。

接下来，作为本申请发明公开的实施例，说明获得放大虚像的光学系统的作用和具体光学系统的实施例。图25展示了获得放大虚像的光学系统的基本结构。将物体(AA')放置在凹面镜1'的焦点F的镜面一侧。

此时，PB”/AA’＝PF/AF＝f/(f-a)，PB”＝BB'，因此，代入公式(1)中：BB′/AA′＝f/(f-a)(1)

因△PA”F和△BB’F的相似性

BB′/PA″＝BF/PF＝(b+f)/f(2)

因为PA”＝AA'，所以：BB′/AA′＝(b+f)/f，

由于公式(1)和公式(2)的左边相同，我们得到：

(f/(f-a))＝(b+f)/f

f2＝(b+f)(f-a)

f2＝bf+f2-ab-af

0＝bf-ab-af，将上式两边除以abf：

(bf/abf)-(af/abf)＝(ab/abf)

(1/a)-(1/b)＝(1/f)(3)

由光学组件的坐标定义得出(3)：

(1/a)+(1/(-b))＝(1/f)

此时，虚像的倍率m为：＝b/a

因此，通过减小物体到凹面镜的距离b(物点距离)并增加凹面镜到虚像的距离，即像距，可以获得高倍率的虚像。

在使用上述虚像光学组件的光学系统中，为了缩短物点AA’到凹面镜1’的距离，必须缩短焦距f。然而，为了缩短焦距，必须增加凹面镜的折射力，而通过传统的光学设计方法，会导致在放大虚像的像差增大，从而导致放大虚像模糊。

将根据以下图纸说明一种新的小型、高亮度和高分辨率的虚像放大光学组件的设计方法，图16A、图16B和图17是用于说明图像显示装置的显示画面中央发出的图像光的散射特性的说明图。这些说明图用于说明液晶面板104用作图像显示装置的显示元件时的散射特性。图16A显示了将液晶面板11的光发射面朝上安装后的斜视图。为了方便后续的说明，和图19的坐标轴一样，将画面的长方向定为X轴，短方向定为Y轴，并将与XY平面垂直的方向定为Z轴。在说明图像光的散射角时，Z轴将作为显示相对亮度的轴。

图24A显示了在光学系统设计时使用的基本设计环境。将液晶面板定义为物面，将连接屏幕中心和光学组件入射瞳中心的线段定义为Z轴，设置液晶面板在与Z轴垂直的平面(XY平面)上。在光学系统设计中，例如，从画面中心的物点Pa向作为虚拟面的入射光瞳的相对光瞳高度(Y轴的-1.0到+1.0,X轴的-1.0到+1.0)的当前坐标发射光线，并朝向物点和入射光瞳的中心(相对光瞳高度(0.0,0.0))将主光线从像面上的终点开始的XY平面上的移位量定义为像差量，进行光学系统的设计以使该像差为零。

传统光学组件设计的参数包括做为物点的液晶面板，和做为像面的放大虚像之间的光学元件的位置和形状、折射率,而使用了凹面镜的虚像光学组件中，凹面镜的位置和形状是主要的设计参数。并且，因人眼瞳孔直径会根据进入视网膜的入射光量而变化(根据进入视网膜的入射光量，瞳径在4mm—8mm之间可变)，可以遮挡不需要的光线，超过像面到观看者距离和瞳孔直径覆盖角度的图像光无法到达视网膜，因此，在设计此光学组件时，需要充分考虑作为遮光材料的人眼视网膜的作用。

在本发明中，使用液晶面板作为图像显示装置，并使光源装置的扩散特性呈现窄角，通过光源的反射型导光体的形状和表面粗糙度来调整图像光的扩散，将其作为新的光学组件设计参数。在下文描述的本发明实施例中，画面水平(长方向)的扩散特性设计为在相对亮度50％时为±9度，相对亮度0％时为±16度；画面垂直方向(宽方向)的扩散特性设计为在50％相对亮度时为±7.5度，在0％相对亮度时为±13度。由画面中心的物点Pa发出图像光束的光学组件如图24A所示，对应相对瞳高度的坐标及引起的像差如图24B(1)所示。由本发明的图像光源产生的图像光束的像差发生区域是B范围，比传统设计中为了获得相同亮度所需的光束的发散角度相对应的A范围，更接近主光线，因此像差发生量本身大幅减少。

此外，如图24B(2)所示，关于从画面周围的物点Pb发出的图像光束，及图24B(2)所示的经线截面方向的像差和下图所示的球缺截面方向的像差一样，具有窄发散角扩散特性的本发明的图像光源产生的图像光束的像差发生区域是B范围，因此与传统设计中为了获得相同亮度所需的光束发散角度相对应的A范围相比，更接近主光线，因此像差发生量本身大幅减少。

在传统的光学系统中，如果像差校正能力不足，可以通过优化构成光学组件的用于固定透镜元件的镜筒直径，通过配置透镜组来决定透镜的有效直径，调节画面中心成像光束的宽度以决定亮度(F值)，并且通过遮挡像差较大的部分来获得良好的聚焦性能。此外，对于在画面周围成像的光束，通过透镜组的配置来确定透镜的有效直径，通过遮挡像差较大部分的光来获得在实际使用中没有问题的聚焦性能。另一方面，为了确保在屏幕中央和屏幕周围都具有足够亮度，必须尽可能增加透射光束的数量。

这是因为，按物面和放大投射图像面之间的COSθ4法则，周边图像面的相对亮度会进一步降低，因此要使其与屏幕中央亮度相等的难度较高。

相比之下，如上所述的本发明的光学系统，配置了可以对具有窄角散射特性的图像显示装置发出的图像光束进行控制，使其按光学组件需要的方向射出的光源装置。下文将对具有窄角散射特性，并可以控制光射出方向的光源装置及其面光源LED(LightEmitting Diode)做详细地说明。

本发明面发光LED及其光扩散特性，一般的面发光白光LED，是将黄色发光体涂覆在蓝色LED的表面上，通过激发黄色荧光体发射黄光，从而混合产生白光。一般的白光LED的光扩散特性是LED光源的发光面朝上时，与其发光点发出光的发散角度相对应的相对亮度呈如图5中所示的完全扩散分布，一般的光源装置的结构如下：为了捕捉发散角度较大的光，通常将光学组件配置在靠近面光源LED的位置，为更容易控制LED射出光束的扩散特性和指向性，先通过光学组件(光学元件)将射出的光束转换为平行光束后，通过安装在液晶面板和光学组件之间的光学元件来控制扩散特性和指向特性，

传统光源装置使用的光学组件如图14和图15所示，将多个LED分别与对应的平凸透镜LA靠近配置，将LED射出的发散光束转换为近似平行光，通过位于液晶面板与LED之间的光学元件LB和FL控制光束的指向特性，通过扩散板DF1和DF2控制光束的扩散角。在传统的光学系统中，每个光学元件的入射光束角度较大，反射损失增大。

此外，图14和图15所示的传统光源装置使用的光学组件，由多个光学部件(元件)排列构成。在图14所示的第一种传统示例中，反射面有5个，在图15所示的第二种传统示例中，反射面有7个。当光垂直入射折射率为1.5的光学元件时，反射率为每个表面5％。如前所述，由于传统光源装置的入射角度较大，因此反射率进一步增大，平均反射率超过8％。在第一种传统示例中，反射面有5个，整个光学组件的反射损失为40％以上。另一方面，在第二种传统示例中，反射面有7个，因此整个光学系统的反射损失为56％以上，反射损失大，大幅降低了光源装置的光利用效率。

本发明光源装置使用的光学组件的第一种实施例：

首先，用图6来说明其构造以及各部分的作用。前述传统光源装置中使用的光学组件用的零件较多，反射损失较大，光利用效率较低。为解决这一问题，本发明提出了一种大幅减少反射面的结构。以下对其结构和作用进行说明。

第一实施例如图6所示，其反射面由锥体形状的光学元件LF的光接收面和与光接收面对向设置的光射出面的两个面组成，从LED发出的发散光在经过光学元件LF1减小发散角度后，通过位于接收面上设计的透镜形状控制其后续方向。

通过光学元件LF内部的反射，能够减小入射其光入射面的，来自LED的发散光的发散角，只要其光射出面的面积大于入射面即可。因此，虽然为了便于说明，此处的光学元件LF描述为锥体型状，其它能够减小来自反散光源的入射光发散角的形状都是与本发明相抵触的。

另外，光学元件LF侧面的反射性能的设计中，需要对光学元件LF的光学素子LF的折射率和光入射侧面的入射角度进行优化设计，使其形状能降低发散角，实现没有反射损失的全反射。

面发光LED的发散光扩散特性如图5所示是完全扩散的，为提高该光的利用效率，最有效的方法是减小发光点的面积，提高光学组件的光捕获率。然而，发光效率高且功率大的面发光LED的发光面积至少为1mm²，由于发光面不是一个点，要捕捉从面发光LED发散的全部光束，需要将光学元件的接收面靠近面发光LED的光射出面，并在该接收面上设置透镜形状，以控制光学元件内的光扩散特性。

图10是上述本发明实施例中，面光源LED和光学元件接收面的配置及其结构和作用的概念截面图。图11是在接收面光源LED发散光束的光学元件接收面上设置的，各区域具有不同透镜作用的透镜面形状的概念图。

为了更清楚地说明透镜面各区域的透镜作用，这里概念性地展示了平行光入射时光线的折射作用。靠近LED的区域为凸面朝向LED的凸透镜形状，在光轴l、l'近邻的区域1(图5中扩散特性的第一区域)折射强光束到光学元件LF的侧面上，并通过侧面经优化倾斜角的斜面，使其实现全反射。

根据本发明实施例，光学元件LF的光射出面的面积比其光接受面大，使光学元件LF的斜面倾斜角向光射出面打开，通过一次或两次全反射，可以在无反射损失的情况下减小发散角。结果，通过优化上述斜面的角度和长度，可以任意减小图5所示的从面发光LED射出的光束的发散角。

此外，通过将图11中所示的光学元件LF的接收面上离光轴l、l'较远的区域2(图5中扩散特性的第二区域)的曲率半径相对于区域1增大，减小相对折射力，将光学元件LF的斜面的入射位置接近射出面，并通过设计形状使得倾斜面的入射角度大于由光学元件的折射率计算出的全反射角度，从而大幅减小射入区域2的从面光源LED发出的光束的发散角度。

图5中所示面发光LED散射特性的第三区域的发散光束射入图11所示的区域3。通过使此区域的折射力比区域2的折射力更小，设计使折射光可以不入射光学元件LF的侧面部分，直接从光学元件LF的射出面射出。其结果，可以显著减小从光学元件射出的光的发散角到1/5以下。

发散角更大的图5中所示的面发光LED散射特性的第四区域的发散光束由图11所示的区域4捕捉。将其光接收面形状设计为折射后使光束发散的形状(具有发散作用的负折射能力)，通过在光学元件LF的侧面上全反射来减小从光学元件射出的发散光束的发散角。为了控制从面光源LED发散的光的发散角，将近距离安排在面光源LED附近的接收面分成多个区域，并使每个区域形成具有不同折射力的透镜面，同时利用光学元件LF的侧面形状减小发散角度。

在这个实施例中，光学元件LF的侧面的斜面被分为接近光入射面和远离光入射面的不同的部分，即使将侧面的斜面分成两个以上的部分，也是与本发明相抵触的。

图6展示了本发明第一实施例中的光线追踪结果。如前所述，通过光学元件LF的受光面上设置的透镜形状来控制从面发光LED发出的光束折射后方向。在第一实施例中，光学元件LF的侧面被分为两个不同斜度的区域Ⅰ和区域Ⅱ，通过图11中所示离光轴最远的区域4(对应于图5中的第四区域)的光束，经对应的透镜后发散，经图10光学元件LF的近受光面的区域Ⅰ的全反射，类似于图中所示的光线RAY5，朝着射出面射出。

其结果，如图6所示，经过光学元件后的光束发散角度可以减小到面发光LED光束发散角度的1/5以下。与此同时，通过优化入射面形状和侧面形状，还可以控制光学元件射出面上的光束密度。此外，在其射出面上设置的透镜LB的表面设计多个透镜面，还可以控制射向LCD的光束的射出方向和单位面积上的射出光束量(相当于亮度)。

光学元件LF的侧面部分(反射面)的形状，相对于LED光射出面中心光轴对称，为了获得所需的扩散角，基本形式是使LED发光面的中心与光学元件的中心轴一致。然而，为了控制后文将说明的减小了发散角的光束的射出方向，也可以设置将LED发光面的中心和光学元件LF的中心轴有意错开。

上述LED发光面的中心和光学元件LF的中心轴构成配对的一对，基本形式中，LED的驱动基板(未图示)的装配精度为±50μm，为了确保所需的性能，LED最多不应超过10个，并考虑到装配的离散性，为保证量产一致性，经过试产确认到LED最好控制在5个左右，以确保量产性。

本发明第一实施例中光学元件射出面的透镜形状：

关于在与面发光LED靠近的光学元件LF(间距Pbx2)的光射出面上设置的透镜形状，以下基于液晶面板LCD的亮度分布来说明其结构和获得的效果。在图6中所示的第一实施例中，在光学元件LF的光射出面上的透镜LB表面，沿图纸的上下方向，即液晶面板的长边方向形成柱状透镜，用于控制液晶面板长边方向的光扩散特性。

由此得到的亮度分布如图7所示，水平方向上可以获得几乎均匀的亮度特性。如图所示，以峰值亮度归一化的亮度分布，90％亮度的区域覆盖了液晶面板的长边方向较大的范围，可以得到在实用中没有问题的均匀的亮度分布。而最低亮度的区域相对于峰值亮度为75％，周边亮度也达到了实际使用没有问题的水平。此时，水平柱状透镜的间距Ph小于透镜LB的间距(Pbx2)的1/3即可，但如果小于1/20，则反射损失增大，会导致亮度降低。

本发明的光源装置使用的光学组件的第二实施例：

图8展示了本发明第二实施例中的光线追踪结果。如前所述，通过在光学元件LF的受光面上设置的透镜形状来控制来自面发光LED发散光束折射后的前进方向。在第二实施例中，光学元件LF的侧面被分为两个不同倾斜度的区域Ⅰ和区域Ⅱ，通过图11中所示离光轴最远的区域4(对应于图5中的第四区域)的光束，经对应的透镜后发散，通过图10光学元件LF的近受光面的区域Ⅰ全反射，类似于图中所示的光线RAY5，朝着射出面射出。

其结果，如图8所示，通过光学元件后的光束发散角相对于面发光LED的光束发散角可降低至1/8以下。同时，通过优化设计入射面形状和侧面形状，还可以控制光学元件LF射出面上的光束密度。此外，在其射出面上设置的透镜LB的表面设计多个透镜，可以控制射向LCD的单位面积射出的光束量(相当于亮度)和光束的射出方向。

本发明第二实施例中的光学元件射出面透镜形状：

关于设置在靠近面发光LED的光学元件LF的光射出面上的透镜形状，下文将根据液晶面板的亮度分布结构和效果进行说明。在图8中，光学元件LF的光射出面上设置的透镜LB的表面沿图纸的上下方向(即沿液晶面板的长方向)和前后方向形成水平柱状透镜和垂直柱状透镜，同时控制液晶面板的长方向和短方向的光扩散特性。

由此得到的亮度分布，如图9所示，可以得到水平和垂直方向几乎均匀的亮度特性。以峰值亮度进行归一化的亮度分布为85％到90％亮度的区域覆盖了液晶面板的整个区域，实现了实用上没有问题的均匀的亮度分布，即使在最低亮度的区域，也达到峰值亮度的80％，在周边亮度上，相比于第一实施例，得到了更好的、实际使用没有问题的亮度水平，而且实现了没有急剧亮度变化的区域，呈现了均匀的亮度分布。此时，水平柱状透镜的间距Ph应在透镜LB的间距(Pbx2)的1/3以下，1/20以下则反射损失会增加，导致亮度降低。透过模拟得知，垂直柱状透镜的间距Pv在水平方向柱状透镜的间距Ph的1.1到3.4倍的范围内，可以获得良好的亮度分布，此外，如果在1.3到2.1倍的范围内，则可以获得更优越的亮度分布。

虽然说明了上述实施例中做为透镜表面的设计形状的水平柱状透镜，和水平柱状透镜与垂直柱状透镜的组合结构。但是，将多个透镜矩阵状排列，优化每个透镜的形状以获得良好的亮度分布，也是与本发明是相抵触的。

本发明通过透镜表面形状控制指向特性的手段：

在上述的第一实施例中，通过设置在光学元件LF的光束射出面上的透镜LB表面的水平柱状透镜的截面形状，控制了液晶面板的水平方向光扩散特性。在图12和图13中，为了简化说明，将射到透镜表面的光线用沿着光轴平行的光表示。

图12是本发明的第一实施例的光学元件LF的光束射出面上设置的水平柱状透镜的水平截面图。如上所述，水平柱状透镜的间距Ph与设置在光学元件LF的光束射出面上的透镜LB的间距(Pbx2)之比应为：水平柱状透镜的间距Ph小于透镜LB的间距(Pbx2)的1/3为宜。为了控制光的射出方向，如图13所示，将水平柱状透镜的光轴设置在相对于各间距Ph不超过1/3的范围内为宜。

当偏心量超过Ph的1/3时，根据透镜面的偏心量会产生侧面部分。这个侧面部分的表面粗糙度为透镜表面的表面粗糙度的10倍左右比较好，实验得知，超过100倍时，会在该表面上产生散射影响目标特性。正如前述，本发明的实施例，通过光学元件LF的接收面和光射出面的两个面，控制面发光LED的发散光。

因此，通过在本实施例中的光学元件LF和液晶面板之间设置偏光转换元件，将光束调整到特定偏振方向，可以得到像面发光激光图像源的图像光一样，具有窄散射角度(高直透性)和特定偏振分量的图像光，与使用传统技术的图像显示装置相比，即使使用口径较小的投影透镜或凹面镜，也可以获得足够亮且高分辨率的放大图像。

本发明液晶面板的性能：

一般的TFT(Thin Film Transistor)液晶面板，按光的射出方向，根据液晶和偏振片相互的特性，亮度和对比度性能不同。在图19所示的评估环境下的测试中，如图21所示，面板短边(上下)方向的亮度和视角特性，比垂直于面板面(射出角度为0度)的射出角略微偏离的射出角度(在本实施例中为+5度)下的性能更好。这是因为在液晶面板的短边(上下)方向上，当施加最大电压时，扭转光的特性不会是0度。

另一方面，液晶面板短边(上下)方向的对比度性能如图23所示，范围从-15度到+15度的范围是好的，结合图21所示的亮度特性，以5度为中心，在±10度的范围内可以获得最优越的性能。

此外，如图20所示，液晶面板长边(左右)方向的亮度和视角特性，在垂直于面板面(射出角度为0度)的射出角度下最好。这是因为在液晶面板的长边(左右方向)，加最大电压时，扭转光的特性为0度。

同样，如图22所示，液晶面板长边(左右)方向的对比度性能，在-5度到-10度的范围内比较好，结合亮度特性，以-5度为中心±5度范围内的性能最优越。因此，从液晶面板射出的图像光射出角度，通过使液晶面板的入射光，经设置在前述光源装置13的导光体上的光束方向转换单元，获得最佳特性的入射方向，并据图像信号进行光调制，可以提高图像显示装置1的画质和性能。

为了最大程度地发挥液晶面板作为图像显示元件的亮度和对比度特性，可以通过将入射到液晶面板的光设置在上述范围内，从而提高虚像的图像质量。

本发明液晶面板射出光的扩散特性和指向特性的控制：

在通常的电视应用装置中，液晶显示面板的射出光，例如图18(A)中的“传统特性(X方向)”和图18(B)中的“传统特性(Y方向)”的曲线所示，在画面水平方向(图18(A)中曲线的X轴相对应的显示方向)和画面垂直方向(图18(B)中曲线的Y轴相对应的显示方向)上，具有相似的扩散特性。

与之相比，本实施例的液晶显示面板的射出光束的扩散特性，为如图18(A)中的“例1(X方向)”和图18(B)中的“例1(Y方向)”的曲线所示的扩散特性。

在一个具体示例中，当将相对正面观看(角度0度)的亮度的50％亮度(亮度约降低一半)时的视场角设定为13度，相比一般家用电视用途装置的散射特性(角度62度)，这个视场角约为1/5。同样，在不均匀设置垂直方向的上下视场角的实例中，通过优化反射型导光体的反射角度和反射面积等，可以将上视场角抑制到下视场角的1/3左右(缩小)。

通过进行上述的视场角设置等，相较于传统液晶电视，朝向用户观看方向(用户的视线方向)的图像光量大幅增加(在图像亮度方面大幅提高)，相关图像亮度达到50倍以上。

进而，在图18的“例2”所示视场角特性的情况下，将正面观看(角度0度)亮度的50％亮度(亮度降低约一半)的视场角设为5度时，其视场角约为一般的家用电视用途装置的扩散特性(角度62度)的1/12(窄视场角)。同样，在均等设置垂直方向的上、下视场角的示例中，通过优化反射型导光体的反射角度和反射面积等，相关的垂直方向视场角可以控制(变窄)到传统方式的1/12左右。

通过进行这样的设置，相较于传统液晶电视，观看方向(用户的视线方向)的图像亮度(光量)显著提高，相关图像的亮度达到100倍以上。

本发明适用于窄发散角图像光的光学组件设计：

正如前述，通过使视场角为窄角，可以将光束集中在光学组件上，因此使用前述图像源的光学组件，不仅可以显着提高对图像光的利用效率，而且使从每个图像源上发散的图像光束具有窄发散角和高密度的光能量。因此，即使是小口径的光学组件，也可以获得足够亮度的实像或虚像，小口径光学组件产生的像差变小，可以降低校正的难度，从而实现明亮且高分辨率的放大图像。其结果，用少数的透镜和凹面镜，可以实现低功耗、高精细、高亮度的放大图像的图像显示装置。

当使用大尺寸液晶显示面板作为图像源时，应将画面中央正对观众时的画面周围的光朝内侧朝向光学组件的方向，来提高屏幕整体亮度为宜。另一方面，当图像显示装置的面板尺寸(画面比16:10)为3英寸以下，也可以将本实施例所述的液晶面板的画面纵向使用(以下也称为“竖向使用”)，可以大幅收窄水平方向的指向特性角度，从而实现高亮度或低功耗化的图像显示装置。

此外，通过上述的光源装置，与图18(A)和(B)中示例的常规液晶显示面板的射出光的扩散特性(在图中称为“传统特性”)相比，可以使X轴方向和Y轴方向上的指向特性的角度大幅收窄。在本实施例中，通过具有这种窄角的指向特性，可以实现向特定方向射出近似平行的图像光束，发射具有窄发散角度的特定偏振的光的图像显示装置。

本发明车辆用信息显示系统的第二种信息显示装置：

如上所述，图3为具有窄发散角高效光源装置的第二种车辆用信息显示系统的实施例，由小巧轻便的窄发散角高亮度图像显示装置4获得的特定偏振图像光束通过挡风玻璃6反射，使驾驶员可以看到虚像。第二种实施例的信息显示装置因具有上述光源装置，其光变换效率高，功耗低，可以通过移动电池驱动，可随身携带，并在需要时放置在仪表板42上，通过调整相对前挡风玻璃6的朝向和高度，使其处于最适合驾驶员的最佳观看位置。

射入车内的阳光通过前挡风玻璃6后，S偏振光被反射，几乎全部为P偏振光。液晶面板入射面上设置的偏振片通常使用吸收型偏振片，吸收P偏振。因此，在吸收型偏光片的挡风玻璃一侧设置能够反射P偏振光的光学膜或玻璃，可以大大提高包括液晶面板等零件的可靠性。

在使用本实施例所述的液晶面板作为特定偏振的图像光发射装置的情况下，当使用偏光太阳镜时，由于太阳镜的表面反射较大，导致亮度显著降低。为解决这一问题，通过在液晶面板的射出面上粘贴偏振消除元件，可以将图像光变为P偏振和S偏振的混合光。这样，即使驾驶员佩戴偏光太阳镜，仍可以获得足够亮度的虚像。

以上对应用了本发明的各种实施形式或实施例(即具体例)进行了详细描述。一方面，本发明并不仅限于上述的实施形式(具体例)，还包括各种变形例子。例如，上述实施形式为了更清楚地说明本发明而详细描述了整个系统，并不限定一定要具备所说明的所有结构。此外，可以将某个实施形式的结构的一部分替换为另一个实施形式的结构，并且可以在某个实施形式的结构中添加、删除或替换另一个实施形式的结构。

上述光源装置不仅限于应用于具有窄发散角特性图像源的光学系统和具有上述光学系统的虚像方式图像显示装置，也适用于如HUD、平板电脑、数字标牌等的显示装置。

与本实施形式相关的技术，如上所述，应用于车载，可以提供可以实现安全驾驶辅助的图像显示装置，此外，图像显示装置配备大尺寸液晶面板，可以实现高能效、高亮度的虚像图像显示装置，并在非显示状态下变成透明的液晶面板。提供这种技术的本发明，可以为联合国提出的可持续发展目标(SDGs：Sustainable Development Goals)中的“3.为所有人提供健康和福祉”做出贡献。

此外，通过上述实施形式相关的技术，减小出射图像光的发散角，使其与特定的偏振对齐，可以使扩散角变窄(高直进性)且仅具有特定偏振成分的光，高效地到达室外或室内的观看者的眼睛。因此，可以获得高的光利用效率，明亮而清晰的虚像或实像的放大图像。通过本实施形式的技术，可以大幅减低消耗功率，提供实用性优越、具有窄角扩散特性图像源的光学系统。提供这种技术的本发明，可以为联合国提出的可持续发展目标(SDGs：Sustainable Development Goals)中的“9.建设强大的产业、促进技术创新”做出贡献。

Claims (12)

1.一种虚像方式的图像显示装置，其特征是：

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，

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；

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。

2.如权利要求项1所述的虚像方式的图像显示装置，其特征是：

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。

3.如权利要求项2所述的虚像方式的图像显示装置，其特征是：

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，

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。

4.如权利要求项1所述的虚像方式的图像显示装置，其特征是：

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；

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。

5.如权利要求项4所述的虚像方式的图像显示装置，其特征是：

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；

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。

6.如权利要求项1所述的虚像方式的图像显示装置，其特征是：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。

7.一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，其特征是：

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；

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，

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。

8.如权利要求项7所述的一种以窄扩散角扩散图像光束的图像显示装置，其特征是：

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的图像光的、入射位置和入射角度的光源装置。

9.如权利要求项7所述的一种以窄扩散角扩散图像光束的图像显示装置，其特征是：

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。

10.如权利要求项7所述的一种以窄扩散角扩散图像光束的图像显示装置，其特征是：

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；

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。

11.一种虚像方式的图像显示装置，其特征是：

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；

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；

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。

12.如权利要求项11所述的虚像方式的图像显示装置，其特征是：

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；

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。