显示图像投影设备和显示图像投影系统技术方案

在HUD单元内部设置自由曲面菲涅耳镜，并且来自显示装置的显示光被发射至车辆的挡风玻璃的图像投影区域。通过使用由具有平面形状的自由曲面菲涅耳镜形成的自由曲面，提供用于抑制像差的失真修正功能。在图像投影区域中设置构造为菲涅耳镜的带有放大功能的半反射镜，从而为带有放大功能的半反射镜提供放大功能。

Display image projection device and display image projection system

A free-form Fresnel mirror is arranged inside the HUD unit, and the display light from the display device is emitted into the image projection area of the windshield of the vehicle. A distortion correction function for suppressing aberrations is provided by using a free-form surface formed by a free-form surface Fresnel mirror with a planar shape. A half mirror with magnifying function is arranged in the image projection area to provide magnifying function for the half mirror with magnifying function.

【技术实现步骤摘要】
显示图像投影设备和显示图像投影系统相关申请的交叉引用本申请基于2017年3月6日提交的日本专利申请No.2017-041694并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种能够安装在例如车辆上的显示图像投影设备和显示图像投影系统。
技术介绍
例如，在专利文献JP-A-2004-226469中公开的平视显示(HUD)设备中，从光学单元发出的显示光投射在车辆的车厢内部的前挡风玻璃表面上的预定显示区域，部分显示光被反射并且导向驾驶员的视点。因此，显示光生成的图像形成为前挡风玻璃前方的虚像，并且驾驶员能够视觉识别该虚像。光学单元由内置在光学单元的壳体中的显示装置、第一反射镜和第二反射镜构成。此外，在专利文献JP-A-2004-226469中，反射面的曲率和设置在光学系统中的多个反射镜的位置关系被特别设计，以抑制在放大显示图像的情况下发生的图像失真。
技术实现思路
然而，在利用HUD显示图像的情况下，例如，由于HUD的光学系统的特征并且由于包括在光学系统的光路中的车辆挡风玻璃的曲面形状的影响，产生了像差。因此，需要修正像差以获得清晰的显示图像，从而需要诸如专利文献JP-A-2004-226469中公开的技术。此外，一般而言，能够通过采用具有自由曲面的非球面透镜或非球面镜作为光学系统的组件来修正像差。另一方面，在近年来的车辆中，在距驾驶员的视点的更远距离位置处显示虚像的必要性以及增大用于显示虚像的显示屏的必要性在HUD中得以加剧。因此，需要通过增大设置在HUD的光学系统中的透镜和反射镜的曲率来提高图像的放大系数，并且还需要将多个光学系统设置为按顺序排列。然而，例如，为了使具有大曲率的非球面镜作为组件容纳在HUD单元的壳体中，壳体自身需要更大，因为非球面镜的厚度尺寸是大的。从而难以在车辆内部的小空间中安装HUD单元。已经考虑上述情况做出本专利技术，并且本专利技术的目的是提供一种即使在虚像显示位置位于远距离处或者虚像显示屏幕更大的情况下也能够避免壳体的增大的显示图像投影设备和显示图像投影系统。为达到上述目的，根据本专利技术的显示图像投影设备和显示图像投影系统的特征如以下(1)-(5)项所述。(1)一种显示图像投影设备，具有：壳体；显示装置，该显示装置容纳在所述壳体中；以及投影光学系统，该投影光学系统容纳在所述壳体中，并且用于在预定的方向上发射所述显示装置的显示图像，其中所述投影光学系统配备有菲涅耳镜，并且在用于修正在从所述显示装置到预定的视点的光路中产生的像差的自由曲面形状被分割为多个区域的状态下，形成所述菲涅耳镜的表面形状。(2)上述(1)项中所述的显示图像投影设备，其中所述菲涅耳镜的表面形状具有用于放大待形成在从所述显示装置到所述视点的所述光路中的图像的光学放大功能。(3)一种显示图像投影系统，配备有：上述(1)项中所述的显示图像投影设备；以及第二菲涅耳镜，该第二菲涅耳镜设置在车辆的挡风玻璃上或者设置在所述挡风玻璃附近，以反射从所述投影光学系统发射的光学图像的至少一部分，并且将所述光学图像的所述至少一部分引导至所述视点，其中所述第二菲涅耳镜的表面形状具有用于放大待形成在从所述显示装置到所述视点的所述光路中的图像的光学放大功能。(4)上述(1)项中所述的显示图像投影设备，其中所述菲涅耳镜的表面具有多个圆形或椭圆形的轮廓线以它们的基本的中心位置作为基准而排列的形状，并且具有恒定深度的凹部和倾斜面围绕一周形成在互相相邻的所述轮廓线之间，并且所述倾斜面的角度依据周向上的位置的不同而变化。(5)上述(1)项中所述的显示图像投影设备，其中所述菲涅耳镜的表面具有多个圆形或椭圆形的轮廓线以它们的基本的中心位置作为基准而排列的形状，并且凹部和具有恒定角度的倾斜面形成在互相相邻的所述轮廓线之间，并且所述凹部的深度依据周向上的位置的不同而连续地变化。利用构造为如上述(1)项中所述的显示图像投影设备，由于能够利用菲涅耳镜的表面形状修正在从显示装置到预定的视点的光路中产生的像差，所以能够形成清晰的图像。此外，由于即使在虚像显示位置位于远距离处或虚像显示屏较大的情况下也不需要使菲涅耳镜的厚度和尺寸变大，所以显示图像投影设备能够容纳在紧凑的壳体中并且能够安装在车辆中的小空间中。利用构造为如上述(2)项中所述的显示图像投影设备，由于菲涅耳镜具有光学放大功能，所以虚像显示位置能够设置在远距离处，并且能够使虚像显示屏较大，而不需在设备外部安装用于放大的特殊光学装置。利用构造为如上述(3)项中所述的显示图像投影设备，由于使用具有平面形状的第二菲涅耳镜来反射从投影光学系统发射的光学图像，所以HUD能够实现虚像显示，而不明显改变车辆的挡风玻璃的表面形状。此外，由于第二菲涅耳镜具有光学放大功能，所以不需要在显示图像投影设备(主体)内部设置光学放大功能。而且，即使在显示图像投影设备(主体)内部设置了光学放大功能的情况下，其放大系数也能够减小。因此，即使在虚像显示位置设置在远距离处或使虚像显示屏较大的情况下，也能够使从显示图像投影设备(主体)发射的光学图像所经过的光路的范围(宽度)较小，并且能够容易地将显示图像投影设备安装在车辆上。利用构造为如上述(4)项中所述的显示图像投影设备，由于用于修正像差的自由曲面形状能够形成在菲涅耳镜的表面上，所以能够为具有平面形状的菲涅耳镜提供失真修正功能。利用构造为如上述(5)项中所述的显示图像投影设备，由于用于修正像差的自由曲面形状能够形成在菲涅耳镜的表面上，所以能够为具有平面形状的菲涅耳镜提供失真修正功能。以上已经简要描述本专利技术。而且，通过参考附图阅读下文描述的用于实施本专利技术的模式(下文称为“实施例”)的说明，将更清楚本专利技术的细节。附图说明图1是从车辆的侧面观看的根据本专利技术的实施例的显示图像投影系统的构造及其光路的光路图；图2是示出图1所示的HUD单元的内部结构及其光路的前视图；图3A是示出自由曲面镜外观的实例的立体图，并且图3B是示出自由曲面菲涅耳镜13的外观的实例的立体图；图4A是示出自由曲面镜的平面形状、厚度方向上的截面形状以及曲率分布的示意图，图4B是示出图4A中的部分A处的截面形状的截面图，并且图4C是示出图4A中的部分B处的截面形状的截面图；图5是示出内置于车辆的挡风玻璃内部的带有放大功能的半反射镜的构造的截面图；图6是示出依据在车辆的挡风玻璃上的带有放大功能的半反射镜中放大功能的存在/不存在的光路区别的光路图；图7是示出带有放大功能的半反射镜的安装结构的变型例(1)的截面图；以及图8是示出带有放大功能的半反射镜的安装结构的变型例(2)的截面图。具体实施方式下面将参考附图描述根据本专利技术的显示图像投影设备和显示图像投影系统的具体实施例。(第一实施例)首先，将描述构造和操作的概要。图1示出从车辆的侧面观看的根据本专利技术的实施例的显示图像投影系统的构造及其光路的概要。此外，图2示出图1所示的HUD单元10的内部结构及其光路。图1所示的显示图像投影系统旨在实现能够由车辆的驾驶员视觉识别的平视显示(HUD)。该显示图像投影系统配备有HUD单元10和带有放大功能的半反射镜30。例如，HUD单元10安装为固定在车辆的驾驶员座椅前方的仪表板内部的状态。从HUD单元10的显示光发射部14发出的显示光经由仪表板的开口经过光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显示图像投影设备，具有：壳体；显示装置，该显示装置容纳在所述壳体中；以及投影光学系统，该投影光学系统容纳在所述壳体中，并且用于在预定的方向上将所述显示装置的显示图像射出，其中，所述投影光学系统配备有菲涅耳镜，并且在用于修正在从所述显示装置到预定的视点的光路中产生的像差的自由曲面形状被分割为多个区域的状态下，形成所述菲涅耳镜的表面形状。

【技术特征摘要】
2017.03.06 JP 2017-0416941.一种显示图像投影设备，具有：壳体；显示装置，该显示装置容纳在所述壳体中；以及投影光学系统，该投影光学系统容纳在所述壳体中，并且用于在预定的方向上将所述显示装置的显示图像射出，其中，所述投影光学系统配备有菲涅耳镜，并且在用于修正在从所述显示装置到预定的视点的光路中产生的像差的自由曲面形状被分割为多个区域的状态下，形成所述菲涅耳镜的表面形状。2.根据权利要求1所述的显示图像投影设备，其中，所述菲涅耳镜的表面形状具有用于放大形成在从所述显示装置到所述视点的光路中的图像的光学放大功能。3.根据权利要求1所述的显示图像投影设备，其中，所述菲涅耳镜的表面具有多个圆形或椭圆形的轮廓线以轮廓线的大致中心位置作为基准而排列的形状，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥伸幸，成岛范昭，
申请(专利权)人：矢崎总业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP