投影光学系统以及使用投影光学系统的平视显示器装置制造方法及图纸

提供一种采用由挡风玻璃反射影像光的方式、并且实现大视角的平视显示器装置。为此，平视显示器装置(110)包括：图像形成单元(10)，显示图像信息；以及投影光学系统，包含通过反射从图像形成单元(10)射出的光而使虚像显示的目镜光学系统(5)，目镜光学系统(5)包括具有负光焦度的第一光学元件(51)、具有正光焦度的第二光学元件(52)以及凹面的反射镜(54)，通过它们从图像形成单元侧起依次按照第一光学元件(51)、第二光学元件(52)以及反射镜(54)的顺序排列配置而构成。

Projective optical system and flat view display device using projection optical system

A flat view display device is provided by using a windshield to reflect the image light and realize a large angle of view. To this end, head up display device (110) includes an image forming unit (10), the image information is displayed; and a projection optical system, including through the reflection from the image forming unit (10) emitted from the light to the eyepiece optical virtual image display system (5), the eyepiece optical system (5) comprises a first optical element negative light the focal length of the (51), with second optical elements of positive optical power (52) and concave mirror (54), through which the image forming unit from the side in accordance with the first optical element (51), a second optical element (52) and mirror (54) order allocation form.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】投影光学系统以及使用投影光学系统的平视显示器装置
本专利技术涉及投影光学系统以及使用投影光学系统的平视显示器装置，特别涉及在汽车、飞机中向挡风玻璃投影图像并将该图像作为越过挡风玻璃的虚像来观察的投影光学系统以及使用投影光学系统的平视显示器装置。
技术介绍
作为与平视显示器装置有关的技术，专利文献1公开了“具备：透射型的液晶显示面板；背光源，从背后对液晶显示面板照射光；以及投影光学系统，对在液晶显示面板上显示的图像进行放大投影。投影光学系统包括中继透镜和投影透镜。中继透镜构成为通过满足几个条件而高效地利用远心的显示光，对显示于液晶显示面板的图像进行放大而使实像成像。投影透镜将实像进一步放大，投影到汽车的挡风玻璃，对驾驶员显示虚像(摘要摘录)”的结构。另外，专利文献2公开了“具备：图像形成元件，形成要显示的图像；以及光学元件，通过反射从图像形成元件射出的光而使虚像显示。光学元件朝向从图像形成元件射出的光的行进方向而具有凹形形状。另外，从图像形成元件射出的光不被其它光学元件反射就入射到光学元件。另外，图像形成元件配置于与经由光学元件视觉辨认虚像的方向大致正交的方向(摘要摘录)”的结构。现有技术文献专利文献1：日本特开2009-229552号公报专利文献2：国际公开第2013/024539号
技术实现思路
在专利文献1公开的挡风玻璃方式的平视显示器装置例中，显示面板的大小是30×10mm、倍率是5.02倍，所以虚像的大小为150.6×50.2mm。因此，在使用虚像距离2000mm来计算时，视角为水平4.3度(＝2atan(150.6/2/2000))、垂直1.4度(＝2atan(50.2/2/2000))。即，在专利文献1中，必须将图像信息显示于视角4.3×1.4度的范围。与由平视显示器显示的虚像的析像度相当的画质受到人眼的分辨率的制约，所以为了提高画质，要求能够扩大视角来配置更多的像素。另一方面，在专利文献2公开的组合器方式的平视显示器装置中，基于激光光源的中间像的尺寸是75×25mm、虚像距离是1500mm、虚像尺寸(参照屏幕的尺寸)是450×150mm，所以视角为水平17.1度(＝2atan(450/2/1500))、垂直5.7度(＝2atan(150/2/1500))，大于专利文献1公开的挡风玻璃方式的平视显示器。但是，由于为了确保水平17.1度、垂直5.7度的视角而将中间像的大小增大到了75×25mm，所以无法避免平视显示器装置的大型化。因此，在专利文献2中，将组合器配置于视野的上部且与观察者(驾驶员)的距离为500mm的位置来防止平视显示器装置的大型化。其结果是组合器配置于非常接近观察者(驾驶员)的地方，所以即使在未使用平视显示器装置时，组合器也会进入到观察者(驾驶员)的视野内，导致有车内空间中的压迫感。进而，组合器方式与挡风玻璃方式相比，在观察前景时和观察平视显示器装置的虚像时，视线(的方向)的偏移大，为了识别图像信息需要更多的时间。因此，有如下实际情况：期望使用挡风玻璃方式的平视显示器装置中的视角扩大。本专利技术是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种采用由挡风玻璃反射影像光的方式、并且实现大视角的投射光学系统以及使用投影光学系统的平视显示器装置。为了解决上述课题，提供一种投影光学系统，包括通过反射从形成图像信息的图像形成单元射出的光而使虚像显示的目镜光学系统，该投影光学系统的特征在于，所述目镜光学系统包括具有负光焦度的第一光学元件、具有正光焦度的第二光学元件以及凹面的反射镜，通过它们从所述图像形成单元侧起依次按照第一光学元件、第二光学元件以及反射镜的顺序排列配置而构成。另外，本专利技术的特征在于，在平视显示器装置中包括图像形成单元和上述投影光学系统。根据本专利技术，能够提供一种采用由挡风玻璃反射影像光的方式、并且实现大视角的平视显示器装置。此外，上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明将更加明确。附图说明图1是第一实施方式的目镜光学系统5的整体光线图，(a)表示在YZ平面中通过观察者的眼睛观察虚像面7的影像信息的情形，(b)表示在XZ平面中通过观察者的眼睛观察虚像面7的影像信息的情形。图2是第一实施方式的目镜光学系统的主要部分放大图。图3是第一实施方式的平视显示器装置的光学系统的主要部分立体放大图。图4是第一实施方式的平视显示器装置的透镜部的立体放大图。图5是示出第一实施方式的平视显示器装置的透镜数据的图。图6是第一实施方式的平视显示器装置的自由曲面系数的图。图7是表示第一实施方式的平视显示器装置的失真性能的图。图8是第一实施方式的平视显示器装置的点列图。图9是平视显示器装置的概略结构图。图10是说明增大虚像的视角的广角化(视角扩大)的课题的图。图11是说明本实施方式的良视距扩大的图。(符号说明)1：背光源；2：液晶显示面板；3：中继光学系统；4：屏幕板(扩散板)；5：目镜光学系统；6：挡风玻璃；7：虚像面；8：可视区(eyebox)；9：观察者的眼睛；10：图像形成单元；51：凹透镜(第一光学元件)；52：凸透镜(第二光学元件)；53：自由曲面透镜；54：自由曲面镜(反射镜)。具体实施方式以下，使用附图等说明本专利技术的一实施方式以及各种实施例。以下的说明表示本
技术实现思路
的具体例，本专利技术不限定于这些说明，本领域技术人员能够在本说明书中公开的技术性思想的范围内进行各种变更以及修正。另外，在用于说明本专利技术的全部附图中，有时对具有同一功能的要素附加同一符号而省略其重复的说明。使用图9说明平视显示器装置的基本结构。图9是平视显示器装置的概略结构图。图9所示的平视显示器装置110具备如下结构：通过车(未图示)的挡风玻璃6使从包括图像形成单元10以及目镜光学系统5的投影光学系统100射出的影像光反射并入射到观察者的眼睛8。更详细而言，从背光源1照射到液晶显示面板2的光束作为包括显示于液晶显示面板2的影像信息的影像光束入射到中继光学系统3。利用中继光学系统3的成像作用，从而液晶显示面板2上的影像信息被放大而放大投射到屏幕板4上。液晶显示面板2上的点P1、P2、P3分别与屏幕板4的点Q1、Q2、Q3对应。通过使用中继光学系统3，能够使用显示尺寸小的液晶显示面板。关于背光源1、液晶显示面板2、中继光学系统3以及屏幕板4，由于在屏幕板4上形成图像信息(影像信息)，所以将它们总称为图像形成单元10。接下来，屏幕板4上的图像信息通过目镜光学系统5被投射到挡风玻璃6，由挡风玻璃6反射的光束到达观察者的眼睛8的位置。在从观察者的眼睛来观察时好似观察到虚像面7的图像信息的相关性成立。屏幕板4上的点Q1、Q2、Q3分别与虚像面7的点V1、V2、V3对应。此外，即使移动眼睛8的位置，能够观察到虚像面7上的点V1、V2、V3的范围仍是可视区9。这样，目镜光学系统是与照相机的取景器的目镜、显微镜中的目镜同样地在观察者的眼前显示物(空间像)的像(虚像)的光学系统。另外，屏幕板4由将微型透镜配置为二维状的微型透镜阵列构成。由此发生扩散作用，使在屏幕板4中射出的光束的发散角增大，使可视区9的大小为预定的大小。此外，也能够通过内置扩散粒子来实现屏幕板4的扩散作用。在此，在通过图10整理现有技术中的问题的基础上，使用图11来说明本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影光学系统，包括目镜光学系统，该目镜光学系统通过反射从形成图像信息的图像形成单元射出的光而使虚像显示，所述投影光学系统的特征在于，所述目镜光学系统包括具有负光焦度的第一光学元件、具有正光焦度的第二光学元件以及凹面的反射镜，通过它们从所述图像形成单元侧起依次按照所述第一光学元件、所述第二光学元件以及所述反射镜的顺序排列配置而构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种投影光学系统，包括目镜光学系统，该目镜光学系统通过反射从形成图像信息的图像形成单元射出的光而使虚像显示，所述投影光学系统的特征在于，所述目镜光学系统包括具有负光焦度的第一光学元件、具有正光焦度的第二光学元件以及凹面的反射镜，通过它们从所述图像形成单元侧起依次按照所述第一光学元件、所述第二光学元件以及所述反射镜的顺序排列配置而构成。2.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述目镜光学系统还包括非旋转对称的透镜，所述反射镜由非旋转对称的镜构成，所述目镜光学系统通过在所述第二光学元件与所述非旋转对称的镜之间配置所述非旋转对称的透镜而构成。3.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述目镜光学系统还包括非旋转对称的自由曲面透镜，所述第一光学元件是具有负光焦度的球面透镜，所述第二光学元件是具有正光焦度的球面透镜，所述反射镜是非旋转对称的自由曲面镜，所述目镜光学系...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷津雅彦，三沢昭央，永野裕己，
申请(专利权)人：日立麦克赛尔株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP