[發明專利]投影光學系統以及使用投影光學系統的平視顯示器裝置

有效

• 申請號: 201580078097.0
• 申請日: 2015-04-06
• 公開（公告）號: CN107430274B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 谷津雅彥;三沢昭央;永野裕己
• 申請（專利權）人: 麥克賽爾株式會社
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B17/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張麗

技術領域

本發明涉及投影光學系統以及使用投影光學系統的平視顯示器裝置，特別涉及在汽車、飛機中向擋風玻璃投影圖像并將該圖像作為越過擋風玻璃的虛像來觀察的投影光學系統以及使用投影光學系統的平視顯示器裝置。

背景技術

作為與平視顯示器裝置有關的技術，專利文獻1公開了“具備：透射型的液晶顯示面板；背光源，從背后對液晶顯示面板照射光；以及投影光學系統，對在液晶顯示面板上顯示的圖像進行放大投影。投影光學系統包括中繼透鏡和投影透鏡。中繼透鏡構成為通過滿足幾個條件而高效地利用遠心的顯示光，對顯示于液晶顯示面板的圖像進行放大而使實像成像。投影透鏡將實像進一步放大，投影到汽車的擋風玻璃，對駕駛員顯示虛像(摘要摘錄)”的結構。

另外，專利文獻2公開了“具備：圖像形成元件，形成要顯示的圖像；以及光學元件，通過反射從圖像形成元件射出的光而使虛像顯示。光學元件朝向從圖像形成元件射出的光的行進方向而具有凹形形狀。另外，從圖像形成元件射出的光不被其它光學元件反射就入射到光學元件。另外，圖像形成元件配置于與經由光學元件視覺辨認虛像的方向大致正交的方向(摘要摘錄)”的結構。

現有技術文獻

專利文獻1：日本特開2009-229552號公報

專利文獻2：國際公開第2013/024539號

發明內容

在專利文獻1公開的擋風玻璃方式的平視顯示器裝置例中，顯示面板的大小是30×10mm、倍率是5.02倍，所以虛像的大小為150.6×50.2mm。因此，在使用虛像距離2000mm來計算時，視角為水平4.3度(＝2atan(150.6/2/2000))、垂直1.4度(＝2atan(50.2/2/2000))。即，在專利文獻1中，必須將圖像信息顯示于視角4.3×1.4度的范圍。與由平視顯示器顯示的虛像的析像度相當的畫質受到人眼的分辨率的制約，所以為了提高畫質，要求能夠擴大視角來配置更多的像素。

另一方面，在專利文獻2公開的組合器方式的平視顯示器裝置中，基于激光光源的中間像的尺寸是75×25mm、虛像距離是1500mm、虛像尺寸(參照屏幕的尺寸)是450×150mm，所以視角為水平17.1度(＝2atan(450/2/1500))、垂直5.7度(＝2atan(150/2/1500))，大于專利文獻1公開的擋風玻璃方式的平視顯示器。

但是，由于為了確保水平17.1度、垂直5.7度的視角而將中間像的大小增大到了75×25mm，所以無法避免平視顯示器裝置的大型化。因此，在專利文獻2中，將組合器配置于視野的上部且與觀察者(駕駛員)的距離為500mm的位置來防止平視顯示器裝置的大型化。其結果是組合器配置于非常接近觀察者(駕駛員)的地方，所以即使在未使用平視顯示器裝置時，組合器也會進入到觀察者(駕駛員)的視野內，導致有車內空間中的壓迫感。

進而，組合器方式與擋風玻璃方式相比，在觀察前景時和觀察平視顯示器裝置的虛像時，視線(的方向)的偏移大，為了識別圖像信息需要更多的時間。

因此，有如下實際情況：期望使用擋風玻璃方式的平視顯示器裝置中的視角擴大。

本發明是鑒于上述實際情況而完成的，其目的在于提供一種采用由擋風玻璃反射影像光的方式、并且實現大視角的投射光學系統以及使用投影光學系統的平視顯示器裝置。

為了解決上述課題，提供一種投影光學系統，包括通過反射從形成圖像信息的圖像形成單元射出的光而使虛像顯示的目鏡光學系統，該投影光學系統的特征在于，所述目鏡光學系統包括具有負光焦度的第一光學元件、具有正光焦度的第二光學元件以及凹面的反射鏡，通過它們從所述圖像形成單元側起依次按照第一光學元件、第二光學元件以及反射鏡的順序排列配置而構成。

另外，本發明的特征在于，在平視顯示器裝置中包括圖像形成單元和上述投影光學系統。

根據本發明，能夠提供一種采用由擋風玻璃反射影像光的方式、并且實現大視角的平視顯示器裝置。此外，上述以外的課題、結構以及效果通過以下的實施方式的說明將更加明確。

附圖說明

圖1是第一實施方式的目鏡光學系統5的整體光線圖，(a)表示在YZ平面中通過觀察者的眼睛觀察虛像面7的影像信息的情形，(b)表示在XZ平面中通過觀察者的眼睛觀察虛像面7的影像信息的情形。

圖2是第一實施方式的目鏡光學系統的主要部分放大圖。

圖3是第一實施方式的平視顯示器裝置的光學系統的主要部分立體放大圖。

圖4是第一實施方式的平視顯示器裝置的透鏡部的立體放大圖。