CN104597601B - 车载用投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载用投影装置，该车载用投影装置在将投影于屏幕的全息图像向挡风玻璃投射时，即便提高倍率也能够充分修正显示图像的变形。所述车载用投影装置通过利用相位调制阵列对激光进行相位调制而在屏幕上成像全息图像(70h)。全息图像(70h)被第一投影反射镜(55)的反射面(55a)与第二投影反射镜(56)的反射面(56a)反射而投影到挡风玻璃。利用第一投影反射镜(55)与第二投影反射镜(56)这两个反射镜设定投影倍率，且修正由挡风玻璃的倾斜与弯曲引起的显示图像的变形。通过利用两个投影反射镜进行修正，即便投影倍率增高，也能够抑制显示图像的变形。

Description

车载用投影装置

技术领域

本发明涉及向机动车的挡风玻璃的显示区域投影显示图像的车载用投影装置。

背景技术

在被称作平视显示器(Head Up Display)的车载用投影装置中，显示图像投影到挡风玻璃的显示区域。由于挡风玻璃作为半反射面而发挥功能，因此，驾驶员看到在挡风玻璃的前方成像的显示图像的虚像。

挡风玻璃相对于驾驶员的视线向上下方向倾斜，而且向左右方向与上下方向弯曲，因此，在车载用投影装置中，需要投影修正了挡风玻璃的倾斜与弯曲的图像。

在以下的专利文献1所记载的平视显示器中，来自显示器的投影光被凹面镜反射后投影到挡风玻璃。在该例中，通过使凹面镜的反射面的各部位处的曲率根据挡风玻璃的内表面的各部位的曲率的变化率相应地变化，从而使没有变形的虚像在挡风玻璃的前方成像。

在专利文献2所记载的图像形成装置中，设定了三个实施例，在其中的实施例2与实施例3中，投影图像的半透镜设定为与实际的挡风玻璃相同的凹曲面。

在实施例2中，由设置于光扫描装置的微小的反射镜的动作进行扫描的显示光被凸面反射镜反射，再被平面反射镜反射后投影到半透镜。在实施例3中，由光扫描装置扫描的显示光被凹面镜反射，再被凸面镜反射后投影到半透镜。实施例2的凸面反射镜与实施例3的凹面反射镜均是正交的方向上的曲率相互不同的变形面。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-31774号公报

专利文献2：日本特开2013-61554号公报

发明要解决的课题

在专利文献1所记载的平视显示器中，通过根据部位的不同使一个凹面镜的反射面的曲率变化，从而来应对挡风玻璃的曲率的变化。但是，实施的挡风玻璃不仅弯曲，还从前方朝向驾驶员的头上倾斜，因此，仅使一个凹面镜的曲率变化，对挡风玻璃的倾斜与弯曲这双方进行的修正是有限的。并且，当提高向挡风玻璃投影的投影图像的倍率时，仅靠一个凹面镜难以进行图像的修正。

在专利文献2所记载的图像形成装置中，在实施例2中仅将凸面反射镜设为变形面，在实施例3中仅将凹面反射镜设为变形面，均想要仅利用一个反射镜来应对挡风玻璃的曲面。因此，与专利文献1所记载的情况相同，显示图像的修正不充分，当提高倍率时，难以进行修正。

另外，在平视显示器中，驾驶员的眼睛的位置因人而异，眼睛的位置也因驾驶员的姿势的不同而变化。在想要即便驾驶员的眼睛的位置变化也将显示图像的变形抑制为最小限度时，若仅利用一个反射镜来修正显示图像难以应对。

发明内容

用于解决课题的手段

本发明是为了解决上述以往的课题而做成的，其目的在于提供一种能够使显示图像以适当的倍率、最小的变形显示在挡风玻璃上的车载用投影装置。

用于解决课题的手段

本发明的车载用投影装置向机动车的挡风玻璃的显示区域投影显示图像，其特征在于，

所述车载用投影装置设置有：激光源；相位调制阵列，其对从所述激光源发出的激光进行相位调制；屏幕，其使由所述相位调制阵列进行了相位调制后的调制光束成像为全息图像；第一投影反射镜，其反射包括成像于所述屏幕的全息图像的光；以及第二投影反射镜，其将由所述第一投影反射镜反射出的投影光朝向所述显示区域反射，

利用所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜将成像于所述屏幕的全息图像放大，并且，所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜分担由所述显示区域相对于驾驶员的视线的倾斜引起的所述显示图像的变形的修正。

本发明优选为，所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜还分担由所述显示区域的弯曲引起的所述显示图像的变形的修正。

本发明的车载用投影装置利用两个投影反射镜这双方使成像于屏幕的全息图像放大，而且，利用两个投影反射镜修正由挡风玻璃的显示区域的倾斜引起的图像的变形，并修正由显示区域的弯曲引起的图像的变形。由于利用两个投影反射镜分担图像的放大与变形的修正，因此，即便提高倍率，也能够抑制图像的变形。

本发明优选为，利用所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜进行所述显示图像的变形的修正，以使得在将所述驾驶员的眼睛所在的矩形状的区域假定为窥眼箱、从所述窥眼箱的各角部观察所述显示区域时，显示区域的变形在规定位置以下。

在本发明中，由于利用两个投影反射镜分担图像的放大与变形的修正，因此能够使两个投影反射镜分担修正所需的参数，其结果是，即便驾驶员的眼睛的位置变化，也能够目视观察到变形少的图像。

本发明优选为，所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜均是凹面镜。

本发明优选为，就所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜而言，通过利用多项的修正系数对球面坐标进行修正来算出从基准光学面到反射面的距离，所述球面的半径与所述修正系数根据所处位置而不同。

本发明优选为，所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜均基于以下的式1形成。

如式1所示，若利用多项的修正系数对球面坐标进行修正，则也容易设计第一投影反射镜与第二投影反射镜的反射面。

发明效果

本发明的车载用投影装置能够与挡风玻璃的倾斜与弯曲相应地修正全息图像的变形。另外，即使提高图像的倍率也能够进行修正。此外，即便驾驶员的眼睛的位置变动，也能够修正图像的变形。

附图说明

图1是示出将本发明的实施方式的车载用投影装置搭载于车辆的状态的说明图。

图2是示出车辆用投影装置的显示图像的一例的说明图。

图3是本发明的实施方式的车载用投影装置的分解立体图。

图4是示出本发明的实施方式的车载用投影装置的主要部件的配置的俯视图。

图5是示出相位调制部的结构的图，是从图4所示的V向视方向观察的局部立体图。

图6是示出相位调制部的结构的局部放大俯视图。

图7是图6的VII向视图。

图8是示出全息成像部的结构的图，是从图4所示的VIII向视方向观察的局部立体图。

图9是示出成像于屏幕的全息图像的说明图。

图10是示出挡风玻璃、驾驶员的视线与虚像之间的关系的说明图。

图11是示出第一投影反射镜与第二投影反射镜的对置状态的俯视图。

图12的(A)是从反射面侧观察第一投影反射镜的主视图，(B)是(A)的B-B线的剖视图。

图13的(A)是从反射面侧观察第二投影反射镜的主视图，(B)是(A)的B-B线的剖视图。

图14是对改变驾驶员的眼睛的位置时的显示图像的变形进行说明的说明图。

具体实施方式

(车载结构)

如图1所示，本发明的实施方式的车载用投影装置10是所谓的平视显示器，以埋设在机动车1的车室内前方的仪表板2的内部的方式使用。从车载用投影装置10向挡风玻璃3的显示区域3a投影图2所示的显示图像70。

由于显示区域3a作为半反射面而发挥功能，因此，投影到显示区域3a的显示图像70在显示区域3a朝向驾驶员5反射，并且在挡风玻璃3的前方成像虚像6。通过目视观察挡风玻璃3的前方的虚像6，使驾驶员5能观察到显示在方向盘4的上方的前方的各种信息。

(车载用投影装置10的整体结构)

如图3所示，车载用投影装置10的壳体分离为树脂制的下部壳体11与上部壳体12，在壳体的内部收纳有光学单元20。光学单元20具有光学基体21。光学基体21由铝压铸件形成。光学基体21在下部壳体11的内部隔着弹性体、金属弹簧等弹性构件而被支承。下部壳体11虽固定在车室内的仪表板2的内部，但由于光学基体21隔着弹性构件而被支承，因此能够防止车体振动直接对光学单元20造成影响。另外，通过利用弹性构件支承光学基体21，能够降低合成树脂制的壳体与金属制的光学基体21的热膨胀系数的差异对光学基体21造成的热应力的影响。

下部壳体11与上部壳体12在将光学单元20收纳于内部的状态下，利用基于一体地形成于下部壳体11的定位销15进行的凹凸嵌合而相互定位。在下部壳体11的多个位置形成有内螺纹孔16，通过将插通上部壳体12的固定螺钉螺纹安装于内螺纹孔16，而将下部壳体11与上部壳体12相互固定。

在上部壳体12开设有投影窗13。该投影窗13配置为在仪表板2的上表面暴露出，从投影窗13向挡风玻璃3的显示区域3a投影显示图像70。在投影窗13装配有透光性的盖板14。利用盖板14来防止尘埃向壳体内部侵入。盖板14优选由抑制向显示区域3a投影的全息图像的显示光以外的波长的光透过的滤光器构成，以避免外部光线从投影窗13直接进入壳体内部。

如图3与图4所示，在光学单元20中，在光学基体21上安装有各种光学部件。如图4所示，根据光学部件的结构，将光学单元20划分为相位调制部20A、全息成像部20B以及投影部20C。

(相位调制部20A)

如图5所示，在相位调制部20A设置有基准基体22，该基准基体22通过螺纹固定而固定在光学基体21的上方。

在基准基体22上，第一发光部23A与第二发光部23B重叠地配置。第一发光部23A具有第一定位组件24A，第二发光部23B具有第二定位组件24B。第一定位组件24A设置在形成于基准基体22的定位基准面22A之上，利用多个固定螺钉25A固定于基准基体22。第二定位组件24B设置在第一定位组件24A之上，利用多个固定螺钉25B固定于第一定位组件24A。

在图6中示出第二定位组件24B的内部结构。在定位组件24B的内部形成有光通路26B。在光通路26B的封闭侧端部(图6的图示右侧的端部)安装有作为激光光源的第二激光单元27B。第二激光单元27B通过在壳体内收纳半导体激光芯片而构成。在光通路26B的内部固定有准直透镜28B。

从第二激光单元27B发出的激光束B0是扩散光，如图7所示，激光束B0的截面形状呈椭圆形或者长圆形。激光束B0的长轴朝向与基准基体22的上表面平行的水平方向(i)，短轴朝向与基准基体22的上表面垂直的垂直方向(ii)。

如图7所示，准直透镜28B的有效直径(有效区域)的形状是长方形，长方形的长边朝向与激光束B0的截面的长轴方向相同的水平方向(i)。因此，激光束B0通过准直透镜28B后，被转换为截面呈长方形的准直光束B1。

如图6所示，定位组件24B的光通路26B的开口端(图6的图示左侧的开口端)由透光罩29B封堵。

虽未图示，但图5所示的设置于第一发光部23A的第一定位组件24A的内部结构实际上与图6所示的第二定位组件24B相同。在第一定位组件24A中，也在内部的光通路26A(图中未示)的封闭端部装备有第一激光单元27A。在光通路26A的内部收纳有准直透镜28A(未图示)，从第一激光单元27A发出的激光束转换为具有长边朝向水平方向(i)的长方形的截面的准直光束B1。另外，在光通路26A的开口端部设置有透光罩29A(图中未示)。

如图3与图4所示，在相位调制部20A设置有散热冷却部37，该散热冷却部37使从第一激光单元27A与第二激光单元27B发出的热量散热。

第一发光部23A的激光单元27A与第二发光部23B的激光单元27B所发出的激光的波长不同。在实施方式的车载用投影装置10中，从第一发光部23A发出的准直光束B1的波长为642nm，是红色系，从第二发光部23B发出的准直光束B1的波长为515nm，是绿色系。

因此，以下，利用符号B1r说明从第一发光部23A获得的准直光束，利用符号B_1g说明从第二发光部23B获得的准直光束。

如图5所示，在基准基体22上一体地形成有定位保持部22B，在形成于定位保持部22B的保持框部22C的内部保持有相位调制阵列31。由于在同一基准基体22上一体地形成有对第一发光部23A与第二发光部23B进行定位的定位基准面22A和保持框部22C，因此，能够使分别从第一发光部23A与第二发光部23B发出的准直光束B_1r、B_1g相对于相位调制阵列31的光学面31a以最佳的入射角度入射。

相位调制阵列31是LCOS(Liquid Crystal On Silicon)。LCOS是具有液晶层与铝等的电极层的反射型面板。在LCOS中，对液晶层施加电场的电极规则地排列而构成多个像素。根据对各个电极施加的电场强度的变化，液晶层内的结晶的层的朝向厚度方向倾倒的倾倒角度发生变化，从而使被反射的激光的相位针对每个像素而变化。

如图3与图4所示，在相位调制部20A设置有使由相位调制阵列31产生的热量散热的散热冷却部38。

如图5所示，由第一发光部23A内的准直透镜28A转换后的准直光束B_1r施加于相位调制阵列31的下部的区域，由第二发光部23B内的准直透镜28B转换后的准直光束B_1r施加于相位调制阵列31的上部的区域。在相位调制阵列31中，被施加准直光束B_1r的区域成为第一转换区域M₁，被施加准直光束B_1g的区域成为第二转换区域M₂。

由于准直光束B_1r与准直光束B_1g的截面为长方形，因此，第一转换区域M₁与第二转换区域M₂也为长方形。通过在基准基体22上调整第一发光部23A与第二发光部23B的垂直方向(ii)上的相对位置，从而将第一转换区域M₁与第二转换区域M₂设定为相互不重叠。

施加于第一转换区域M₁的准直光束B_1r分别通过相位调制阵列31的多个像素，从而相位被转换，施加于第二转换区域M₂的准直光束B_1g也分别通过多个像素，从而相位被转换。如图6所示，从相位调制阵列31反射的调制光束B₂成为通过各个像素后的光相互干涉的干涉光(衍射光)。该干涉光包括红色系的准直光束B_1r的光成分彼此的干涉、绿色系的准直光束B_1g的光成分彼此的干涉以及准直光束B_1r的光成分与准直光束B_1g的光成分的干涉。

如图3所示，在相位调制部20A设置有透镜支架32。透镜支架32被定位固定于基准基体22上。在透镜支架32保持有聚光透镜(傅立叶变换透镜：FT透镜)33。由相位调制阵列31反射出的调制光束B₂透过聚光透镜33而被聚光，并且经由聚光透镜33被傅立叶转换而成为调制光束B₃。

如图3所示，在相位调制部20A设置有由反射镜保持部34a保持的送光反射镜34。送光反射镜34是平面反射镜，聚光透镜33的光轴以规定的角度向送光反射镜34的反射面入射。经由聚光透镜33被傅立叶变换后的调制光束B₃由送光反射镜34反射，反射出的调制光束B₄通过光学单元20内，向全息成像部20B输送。

(全息成像部20B)

如图3所示，在全息成像部20B设置有由反射镜保持部35a保持的第一中间反射镜35以及由反射镜保持部36a保持的第二中间反射镜36。第一中间反射镜35与第二中间反射镜36是平面反射镜。如图4所示，第一中间反射镜35的反射面与设置于相位调制部20A的所述送光反射镜34的反射面对置。另外，第一中间反射镜35与第二中间反射镜36的反射面以规定的角度对置。在全息成像部20B中，在由第二中间反射镜36的反射面反射的反射方向上配置有屏幕51。

如图4所示，由送光反射镜34反射出的调制光束B₄在壳体内向图示右方行进后由第一中间反射镜35反射，反射出的调制光束B₅由第二中间反射镜36反射。然后，由第二中间反射镜36反射出的调制光束B₆施加于屏幕51。

在相位调制阵列31中，在第一转换区域M₁中，红色系的激光的相位根据各个像素而被转换，在第二转换区域M₂中，绿色系的激光根据各个像素而被转换。混合有红色系与绿色系的激光的干涉光的光由聚光透镜33聚光并且被傅立叶转换，其调制光束B₃、B₄、B₅、B₆经由壳体内的光路而施加于屏幕51，如图9所示，在屏幕51上形成全息图像。

在从聚光透镜33到屏幕51的光路上，形成有多级开口。如图3与图4所示，在来自相位调制部20A的光的出射部设置有遮光壁41a，在遮光壁41a上开设有矩形状的第一开口41。在朝向全息成像部20B的光的入射部设置有遮光壁42a，在遮光壁42a上开设有矩形状的第二开口42。在第二中间反射镜36与屏幕51之间设置有遮光壁43a，在该遮光壁43a上开设有矩形状的第三开口43。第三开口43也示于图8。

利用该三级的开口41、42、43遮挡从聚光透镜33向屏幕51聚光的0级衍射光。如图9所示，虽然在屏幕51成像全息图像70h，但该全息图像70h由1级衍射光生成，并且，1级衍射光中的对全息图像70h的成像没有帮助的光成分被所述开口41、42、43遮挡。此外，2级衍射光、3级衍射光等多级衍射光也对全息图像70h的生成没有帮助，被所述开口41、42、43遮挡。

即，向屏幕51仅施加由开口41、42、43的开口面积限制后的调制光束，向屏幕51的有限的面积范围内投影全息图像70h。

如图8所示，屏幕51配置在第三开口43的前侧(出光侧)。由第二中间反射镜36反射出的调制光束B₆通过第三开口43而到达屏幕51，在屏幕51上生成基于1级衍射光的全息图像70h。屏幕51是在表面形成有多个微小的凹凸的透过型的扩散器(Diffuser：扩散板或者扩散构件)，包括在屏幕51成像的全息图像70h的光透过屏幕51而成为扩散光的投影光B₇。如图4所示，投影光B7通过形成于遮光壁42a的第四开口44而施加于投影部20C。

如图8所示，在全息成像部20B中，在开设有第三开口43的遮光壁43a固定有马达52，圆板形状的屏幕51利用马达52的动力而始终以恒定的转速旋转。全息图像70h在透过屏幕51时受到形成于屏幕51的多个微小的凹凸的衍射而成为扩散光。由于微小的凹凸的大小与分布存在偏差，因此，屏幕51上的各个区域中的光的扩散状态不同。但是，通过使屏幕51旋转，能够使光的扩散状态随机化(randomize)，能够减少导致显示图像70的污点等的斑点噪声(speckle noise)。

如图8所示，在全息成像部20B中，在遮光壁43a设置有监视器检测部53。监视器检测部53设置在第三开口43的下侧。监视器检测部53由红色波长检测部53a、绿色波长检测部53b以及位置检测部53c这三个检测部构成。各个检测部53a、53b、53c在封闭空间的内部收纳有PIN光敏二极管等受光元件，在与第二中间反射镜36对置的一侧形成有开口部。就红色波长检测部53a而言，所述开口部由使红色光透过的滤波器覆盖，就绿色波长检测部53b而言，所述开口部由使绿色光透过的滤波器覆盖。

向各检测部53a、53b、53c照射1级衍射光或者1级衍射光以外的多级衍射光中的任一种。根据位置检测部53c的检测输出，进行第一发光部23A与第二发光部23B以及其他各光学部件的位置调整。另外，根据来自红色波长检测部53a与绿色波长检测部53b的检测输出，对第一激光单元27A与第二激光单元27B的发光强度进行自动调整，并且还自动控制基于相位调制阵列31的相位调制动作。

(投影部20C)

如图4与图11所示，在投影部20C，第一投影反射镜55与第二投影反射镜56对置地设置。第一投影反射镜55的反射面55a与第二投影反射镜56的反射面56a均是凹面镜(放大镜)。

如图10与图11所示，包括在屏幕51成像的全息图像70h的投影光B7经由屏幕51被扩散后施加于第一投影反射镜55，被第一投影反射镜55反射出的投影光B₈施加于第二投影反射镜56。由第二投影反射镜56反射出的投影光B₉向挡风玻璃3的显示区域3a投影。挡风玻璃3是半反射面，因此，由挡风玻璃3反射出的半反射光B₁₀进入驾驶员5的眼睛5a。眼睛5a的视网膜感觉到投影于挡风玻璃3的显示图像70(参照图2)位于比挡风玻璃3充分靠前的虚像6的位置。

如图9所示，成像于屏幕51的全息图像70h包括第一图像71h、第二图像72h以及第三图像73h。当第一～第三图像71h、72h、73h投影于挡风玻璃3时，如图2所示，驾驶员5的眼睛5a能够观察到由第一图像71h生成的机动车的速度显示71、由第二图像72h生成的变速杆的位置信息72以及由第三图像73h生成的导航信息73位于挡风玻璃3的前方。作为虚像6的显示图像70以红色光或者绿色光显示，或者以红色光与绿色光的混合色显示。

成像于屏幕51的全息图像70h经由第一投影反射镜55与第二投影反射镜56这两个投影反射镜被放大后投影于挡风玻璃3。因此，驾驶员5的眼睛5a能够观察到成像为虚像6的显示图像70比成像于屏幕51的全息图像70h放大。

如图1与图10所示，机动车的挡风玻璃3从车辆的前方朝向驾驶员5的头上倾斜，近年来，在机动车中，挡风玻璃3相对于水平面的角度变得极小。因此，考虑到挡风玻璃3的倾斜所带来的影响，需要对投影于挡风玻璃3的显示图像70进行修正，以使得如图2所示，由驾驶员5的眼睛5a观察时的显示图像70与投影于屏幕51的全息图像70h具有大致相同的纵横比。

另外，挡风玻璃3是车室内成为凹侧的弯曲面，弯曲面的曲率在从驾驶员5的视角观察到的上下方向(倾斜方向)与左右方向上不同，并且，根据所处位置的不同，曲率也不同。因此，对于投影于挡风玻璃3的显示图像70，需要将挡风玻璃3的三维弯曲计算在内地进行修正，以使得由驾驶员5的眼睛5a观察时的显示图像70与投影于屏幕51的全息图像70h具有大致相同的纵横比。

在实施方式的车载用投影装置10的投影部20C中，利用第一投影反射镜55与第二投影反射镜56这两个投影反射镜来进行倍率的设定以及由挡风玻璃3的倾斜、弯曲引起的变形的修正。这些修正全部由两个投影反射镜55、56双方分担进行。

第一投影反射镜55的反射面55a的形状与第二投影反射镜56的反射面56a的形状使用相同的展开多项式进行设计。

展开多项式如以下的式1所记载。

式1

在图12中示出第一投影反射镜55的反射面55a的形状。图中的O₁是光学中心，Oh₁是基准光学面。在图12(A)中示出穿过光学中心O₁的水平轴S₁和同样穿过光学中心O₁的垂直轴S₂。水平轴S₁是与图5所示的水平方向(i)平行的轴，垂直轴S₂是与垂直方向(ii)平行的轴。对第一投影反射镜55设定以光学中心O₁为中心的X₁-Y₁坐标。X₁-Y₁坐标与基准光学面Oh₁平行。并且，X₁-Y₁坐标与包括水平轴S₁与垂直轴S₂的平面平行。在该实施方式中，X₁-Y₁坐标相对于水平轴S₁与垂直轴S₂向逆时针方向倾斜旋转角度θ₁。θ₁设定为5度。

在第一投影反射镜55的反射面55a的设计中，在X₁-Y₁坐标上设定多个位置的坐标点(x，y)。并且，使用式1设定各个坐标点(x，y)处的Z的值。Z被称作垂度(sag)，表示该坐标点处的从基准光学面Oh₁到反射面的距离。式1的平方根内的k是圆锥常数。在实施方式中，k＝0，以不包含椭圆的球面作为基础计算出垂度Z。

式1的r是从光学中心O₁到求出Z的坐标点(x，y)的距离，r²＝x²+y²。c是半径的倒数(1/R)，针对每个求出垂度Z的坐标点(x，y)选择数值并代入式1。∑{A_iE_i(x，y)}是针对每个求出垂度Z的坐标点(x，y)设定的多项的修正系数，是A1x+A2y+A3x²+A4xy+A5y²···An×(x、y的n次函数)。

在图13中示出第二投影反射镜56的反射面56a的形状。在图13中还示出光学中心O₂与基准光学面Oh₂。在图13(A)中示出穿过光学中心O₂的水平轴S₃和同样地穿过光学中心O₂的垂直轴S₄。在第二投影反射镜56中，设定以光学中心O₂为中心的X₂-Y₂坐标。X₂-Y₂坐标与基准光学面Oh₂平行。另外，X₂-Y₂坐标与包括水平轴S₃与垂直轴S₄的平面平行。在该实施方式中，X₂-Y₂坐标相对于水平轴S₃与垂直轴S₄向顺时针方向倾斜角度θ₂。θ₂设定为10度。

在第二投影反射镜56的反射面56a的设计中，也在X₂-Y₂坐标上设定多个位置的坐标点(x，y)，以与第一投影反射镜55的反射面55a的设计相同的方法，根据式1计算出各个坐标点(x，y)处的垂度Z的值。

如图10所示，车载用投影装置10根据所搭载的车种确定固定值。例如，确定从第二投影反射镜56到挡风玻璃3的显示区域3a的光路长度，确定从显示区域3a到使虚像6成像的位置的距离。另外，通过预测驾驶员5的座位高度、驾驶姿势等，也能将从显示区域3a到驾驶员5的眼睛5a的标准距离以及在预测为存在驾驶员5的眼睛5a的位置的纵横方向上设定了一定距离的区域(窥眼箱：eyebox)设定为固定值。并且，成像于屏幕51的全息图像70h与成像为虚像6的显示图像70的倍率也确定为固定值。

在设计中，将所述各个固定值作为参数而加入，以使显示图像70的变形最小的方式计算出第一投影反射镜55的各坐标点(x，y)处的垂度Z以及第二投影反射镜56的各坐标点(x，y)处的垂度。对于该计算，在计算机中准备多个c的值和∑{A_iE_i(x，y)}的多项的修正系数，针对各坐标点(x，y)通过反复试验来选择c的值与修正系数。利用该设计方法，计算出以使显示图像70的变形最小的方式最佳化的、第一投影反射镜55的各坐标点处的垂度Z与第二投影反射镜56的各坐标点处的垂度Z。

以下的表1示出使用式1计算出最佳化了的第一投影反射镜55的各坐标点(X，Y)处的、从基准光学面Oh₁到反射面55a的距离Z的计算例，表2示出使用式1计算出最佳化了的第二投影反射镜56的各坐标点(X，Y)处的、从基准光学面Oh₂到反射面56a的距离Z的计算例。

第一投影反射镜55与第二投影反射镜56共同分担图像的倍率的设定和与挡风玻璃3的倾斜、弯曲相关的修正，因此能够扩大修正范围。

表1

X	Y	Z
			-48.12500000	0.00000000	2.30606800
-24.06250000	0.00000000	0.52398000
			24.06250000	0.00000000	0.50600950
48.12500000	0.00000000	1.89401000
			0.00000000	-13.75000000	0.26906800
0.00000000	-6.87500000	0.07942615
			0.00000000	6.87500000	0.03169888
0.00000000	13.75000000	0.16559820
			-34.02951000	-34.02951000	2.66372100
-17.01476000	-17.01476000	0.69745660
			17.01476000	17.01476000	0.48700960
34.02951000	34.02951000	1.47930800
			-34.02951000	34.02951000	2.37195100
-17.01476000	17.01476000	0.56147060
			17.01476000	-17.01476000	0.61563230
34.02951000	-34.02951000	1.92665500

表2

X	Y	Z
			-60.93750000	0.00000000	1.95597400
-32.81250000	0.00000000	0.63352930
			32.81250000	0.00000000	0.75885360
60.93750000	0.00000000	2.78904200
			0.00000000	-32.81250000	0.72056890
0.00000000	-18.75000000	022356270
			0.00000000	18.75000000	0.27788500
0.00000000	32.81250000	0.80967180
			-46.40388000	-46.40388000	2.71965700
-23.20194000	-2320194000	0.73619500
			23.20194000	23.20194000	0.89515020
46.40388000	46.40388000	3.60401200
			-46.40388000	46.40388000	2.47725100
-23.20194000	23.20194000	0.64951800
			23.20194000	-23.20194000	0.63579350
46.40388000	-46.40388000	2.81133600

如上述表1与表2所示，求出垂度Z的结果是，即便将倍率设定为5倍以上，即使如图14所示那样使眼睛5a移动到窥眼箱的四个角部来观察虚像6，也能够抑制显示图像的变形。

在图14所示的模拟中，窥眼箱设定为从驾驶员5的视角观察时的、左右方向为140mm且纵向为70mm的长方形的区域。图14(A)示出当使驾驶员5的眼睛5a位于窥眼箱的中心部来目视观察挡风玻璃3时在虚像6的位置能看到的显示图像。显示图像表现为长方形，该长方形相当于在图2中以虚线记载的包围显示图像70的长方形的框。图14(B)示出使眼睛5a位于窥眼箱的右上角部时的显示图像，图14(C)示出使眼睛5a位于窥眼箱的左上角部时的显示图像。图14(D)示出使眼睛5a位于窥眼箱的右下角部时的显示图像，图14(E)示出使眼睛5a位于窥眼箱的左下角部时的显示图像。

在图14中，以实线示出倍率为5.8倍时的显示图像的轮廓，以虚线示出倍率为8倍时的显示图像的轮廓。

如表1、表2所示可知，若设定第一投影反射镜55的反射面55a的各坐标位置的垂度Z以及第二投影反射镜56的反射面56a的各坐标位置处的垂度Z，则能够修正为：即便将倍率设为5倍以上，无论使眼睛5a移动到窥眼箱的区域内的哪个位置，显示图像都会进入大致长方形的范围内，且变形极小。而且，即便将倍率设为8倍，也能够修正显示图像的变形。即，在该实施方式中，能够将倍率设定为5倍以上且8倍以下。

如以上所述，若使第一投影反射镜55与第二投影反射镜分担倍率的设定以及挡风玻璃3的倾斜和弯曲的修正，则能修正为：无论从横长为140mm、纵长为70mm的较宽区域的窥眼箱内的哪个位置观察显示图像，都能够使显示图像的变形最小。

另外，通过使用式1，即便在车种不同的情况下，在改变倍率等技术条件时，也能够使用相同的软件容易地设计两个投影反射镜的反射面的形状。

在该车载用投影装置10中，由聚光透镜33聚光的0级衍射光被开口41、42、43遮挡，基于成像于屏幕51的1级衍射光而得到的全息图像70h被放大后投影到显示区域3a。因此，即便从挡风玻璃3的外部窥视盖板14的内部，激光也不会直接射向人眼，能够确保安全性。

(光束的通过路径)

在将该车载用投影装置10设置于机动车的状态下，光学单元20的光学基体21大致朝向水平方向。如图4所示，从第一发光部23A与第二发光部23B发出的准直光束B_1r、B_1g、由相位调制阵列31转换后的调制光束B₂以及经过聚光透镜后的调制光束B₃的光轴全部以与光学基体21平行的方式水平地延伸。另外，由送光反射镜34反射出的调制光束B₄、由第一中间反射镜35反射出的调制光束B₅以及由第二中间反射镜36反射出的调制光束B₆的光轴也以与光学基体21平行的方式水平地延伸。通过屏幕51后的投影光B₇的光轴也是水平的，由第一投影反射镜55反射出的投影光B₈以略微朝上的方式施加于第二投影反射镜56，由第二投影反射镜56反射出的投影光B₉朝向挡风玻璃3而向上照射。

由于投影光B₈、B₉以外的光成分的光束与投影光B₉的向上的投影方向交叉而朝向大致水平方向，因此，能够将车载用投影装置10构成为薄型，容易埋设在仪表板2的内部。

如图3与图4所示，从送光反射镜34到达第一中间反射镜35的调制光束B₄通过第一投影反射镜55与第二投影反射镜56之间，从第一投影反射镜55朝向第二投影反射镜56的投影光B₈与所述调制光束B₄交叉。通过使光在投影部20C交叉，能够确保从聚光透镜33到屏幕51的光路较长，能够在屏幕51上以适度的倍率形成全息图像。另外，通过使光束交叉，即便光路较长，也能够将车载用投影装置10构成为小型。

如图4所示，从送光反射镜34朝向第一中间反射镜35的调制光束B₄的光的方向与从第二中间反射镜36朝向屏幕51的调制光束B₆的光的方向相反。另外，从屏幕51朝向第一投影反射镜55的投影光B₇的方向也与所述调制光束B₄的方向相反。这样，通过在壳体内使光束的方向相反，也能够将装置整体构成为小型。

附图标记说明

1 机动车

2 仪表板

3 挡风玻璃

5 驾驶员

5a 眼睛

6 虚像

10 车辆用投影装置

11 下部壳体

12 上部壳体

14 盖板

20 光学单元

20A 相位调制部

20B 全息成像部

20C 投影部

21 光学基体

23A、23B 发光部

27A、27B 激光单元

28A、28B 准直透镜

31 相位调制阵列

33 聚光透镜

41、42、43、44 开口

51 屏幕

55 第一投影反射镜

55a 反射面

56 第二投影反射镜

56a 反射面

70 显示图像

79h 全息图像

B₀ 激光束

B_1r、B_1g 准直光束

B₁、B₂、B₃、B₄、B₅、B₆ 调制光束

B₇、B₈、B₉ 投影光

B₁₀ 半反射光

M₁ 第一转换区域

M₂ 第二转换区域

Claims (5)

1.一种车载用投影装置，其向机动车的挡风玻璃的显示区域投影显示图像，其特征在于，

所述车载用投影装置设置有：激光源；相位调制阵列，其对从所述激光源发出的激光进行相位调制；屏幕，其使由所述相位调制阵列进行了相位调制后的调制光束成像为全息图像；第一投影反射镜，其反射包括成像于所述屏幕的全息图像的光；以及第二投影反射镜，其将由所述第一投影反射镜反射出的投影光朝向所述显示区域反射，

利用所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜将成像于所述屏幕的全息图像放大，并且，所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜分担由所述显示区域相对于驾驶员的视线的倾斜引起的所述显示图像的变形的修正，

所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜均基于以下的式1形成，

式1

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{A}_i{E}_i(x,y)$

其中，Z是距离基准光学面的距离，x，y是距离基准点的坐标，c是凹球面的半径的倒数，r²是(x²+y²)，k是圆锥常数，为零，是多项的修正系数。

2.根据权利要求1所述的车载用投影装置，其中，

所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜还分担由所述显示区域的弯曲引起的所述显示图像的变形的修正。

3.根据权利要求1所述的车载用投影装置，其中，

利用所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜进行所述显示图像的变形的修正，以使得在将所述驾驶员的眼睛所在的矩形状的区域假定为窥眼箱、从所述窥眼箱的各角部观察所述显示区域时，显示区域的变形在规定位置以下。

4.根据权利要求1所述的车载用投影装置，其中，

所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜均是凹面镜。

5.根据权利要求4所述的车载用投影装置，其中，

就所述第一投影反射镜与所述第二投影反射镜而言，通过利用多项的修正系数对球面的坐标进行修正来算出从基准光学面到反射面的距离，所述球面的半径与所述修正系数根据所处位置而不同。