CN108535869A - 显示图像投影设备和显示图像投影系统 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
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发明，并且本发明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，根据本发明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发明。而且，通过参考附图阅读下文描述的用于实施本发明的模式(下文称为“实施例”)的说明，将更清楚本发明的细节。
附图说明
图1是从车辆的侧面观看的根据本发明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发明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发明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路52，并且导向设置在上方的车辆的挡风玻璃(车窗玻璃)20的图像投影区域21。
在图1所示的实例中，带有放大功能的半反射镜30内置于挡风玻璃20的图像投影区域21。通过光路52入射在挡风玻璃20上的显示光的一部分被带有放大功能的半反射镜30反射，经过光路53并且被引导到与驾驶员的眼睛位置相对应的视点EP。
因此，在车辆的驾驶员看向挡风玻璃20的图像投影区域21的情况下，驾驶员能够视觉地识别虚像40，该虚像形成为如同存在于挡风玻璃20前方的虚像显示位置P1处的图像一样。显示为虚像40的可视信息是由HUD单元10生成的显示图像，并且是与显示在HUD单元10中的显示装置12的显示屏幕上的内容等同的可视图像。
此外，由于带有放大功能的半反射镜30透射一部分光，所以当驾驶员看向图像投影区域21时，除了虚像40之外，驾驶员还能够视觉识别处于与虚像40重叠的状态下的车辆外部的各种场景。
由于本实施例中的带有放大功能的半反射镜30具有光学放大功能，所以驾驶员视觉识别的虚像40比从HUD单元10发出的光学图像大。因此，能够放大HUD显示。
在图2所示的构造中，显示装置12和自由曲面菲涅耳镜13设置在HUD单元10的壳体11内部。显示装置12例如被配置为具有二维显示屏的液晶显示面板或有机EL显示面板。而且，显示装置12配备有照明功能，如背光灯的例子。为此目的，显示装置12能够发出包括显示在其显示屏上的二维可视信息的光学图像。
从显示装置12发出的光学图像经过光路51并且入射在自由曲面菲涅耳镜13的表面上。入射的光学图像由自由曲面菲涅耳镜13的表面反射，并且从HUD单元10的显示光发射部14射出。
未示出的折返镜可以设置在显示装置12与自由曲面菲涅耳镜13之间的光路中。显示装置12和自由曲面菲涅耳镜13各自的布置位置的自由度可以通过设置这种折返镜而增大。
<像差的说明>
然而，在图1所示的显示图像投影系统中可能产生各种像差。由于这些像差，在驾驶员视觉识别为虚像40的可视图像中产生色溢、模糊、失真等。现实中，认为可能产生如下像差：诸如在HUD单元10内部的光学系统的各个部分处产生的像差，或者例如由挡风玻璃20的反射面的曲面形状导致的像差。因此，需要避免前述像差的产生，使得驾驶员能够视觉识别清晰的显示图像。
在图2所示的HUD单元10中，自由曲面菲涅耳镜13配备有用于避免产生前述像差的失真修正功能。由于自由曲面菲涅耳镜13具有形成为自由曲面的反射面，所以菲涅耳镜13能够通过对反射面的各个区域施加适当的曲率来修正导致各种像差的失真。
然而，在一般的自由曲面镜的情况下，即使在反射镜形成为薄板状的情况下，反射镜整体也形成为弯曲形状，从而其厚度方向上的整体尺寸也不可避免地变大。为此，不可避免地需要扩大壳体11，以在HUD单元10的壳体11中容纳这种一般自由曲面镜。特别地，在其放大系数高的情况下或者在虚像40形成在远距离处的情况下，自由曲面镜的弯曲变大，并且镜子的厚度尺寸也变大，以获得大的曲率。
根据本实施例的自由曲面菲涅耳镜13被实现为平面菲涅耳镜，其具有与自由曲面镜等同的失真修正功能。下面描述自由曲面菲涅耳镜13的细节。
<外观的说明>
图3A示出自由曲面镜19的外观的实例，并且图3B示出自由曲面菲涅耳镜13的外观的实例。
在图3A所示的自由曲面镜19中，通过使薄板状镜面材料弯曲成在厚度方向上(在X方向上)弯曲，而形成具有自由曲面形状的反射面19b。图3A中所示的各个轮廓线19a是通过连接在厚度方向上高度相等的位置而获得的线，并且是实际上不可见的假想线。
由于反射面19b是弯曲的，所以各个轮廓线19a形成为使得同心地布置了多个椭圆形状，如图3A所示。实际上，能够通过调节反射面19b的每个微小区域的曲率来形成预定的自由曲面。此外，通过将自由曲面布置在诸如HUD单元10这样的光学系统的光路中，能够修正像差。
然而，即使自由曲面镜19的材料具有薄板状，由于反射面19b是弯曲的，自由曲面镜19的整体厚度尺寸Sx也变大，如图3A所示。特别地，在自由曲面镜19的曲率变大的情况下，尺寸Sx也增加。另外，在将具有该构造的自由曲面镜19内置在HUD单元10中的情况下，需要依据尺寸Sx使壳体11更大。
因此，在本实施例中，代替自由曲面镜19，将图3B所示的自由曲面菲涅耳镜13内置在HUD单元10中，以修正虚像40的失真。由于图3B所示的自由曲面菲涅耳镜13不弯曲，而是形成为平面形状，所以其厚度尺寸非常小。为此，自由曲面菲涅耳镜13能够容易地容纳在小尺寸的壳体11中。
如图3B所示，与自由曲面镜19的表面上的轮廓线相似的轮廓线13a也形成在自由曲面菲涅耳镜13的表面上。自由曲面菲涅耳镜13上的各个轮廓线13a事实上可以看作通过连接在自由曲面菲涅耳镜13的表面上形成的凹/凸形状的顶部或底部而获得的线。此外，由于自由曲面菲涅耳镜13不弯曲而是形成为平面(平板)形状，所以各个轮廓线13a的高度与自由曲面镜19的轮廓线19a的不同。
为了使功能相当于自由曲面镜19的自由曲面形成在自由曲面镜13的表面上，将旨在获得的自由曲面分为多个区域，并且将多个分割的区域的曲面排列在平面上，从而构成菲涅耳镜。
<具体结构的说明>
图4A示意性地示出了自由曲面菲涅耳镜13的彼此对应的平面形状15、厚度方向上的截面形状16以及曲率分布17。此外，图4B示出了在图4A中的部分A处的截面形状，并且图4C示出了在图4A中的部分B处的截面形状。
在如图4A所示的平面形状15中，与图3B所示的轮廓线13a相似的类似于多个同心圆或椭圆的图案出现在自由曲面菲涅耳镜13的表面(菲涅耳面)上。这些图案与出现在图4A所示的厚度方向上的截面形状16中的锯齿状凹部16a相对应。
事实上，如图4B和4C所示，微小的棱镜部13b形成在互相相邻的轮廓线13a之间。此外，每个棱镜部13b均具有倾斜面13c和在厚度方向上延伸的垂直壁13d。
能够用倾斜面13c的倾斜角(θ1、θ2等)和垂直壁13d的高度(凹部的深度：下陷量Δx)具体表示形成自由曲面的各个棱镜部13b的形状和特征。
在图4A、4B和4C所示的自由曲面菲涅耳镜13中，菲涅耳面形成为与下文描述的“规格1”的条件相符。可以采用“规格2”代替“规格1”。
<菲涅耳面形状的“规格1”>
(1)在菲涅耳面上，垂直壁13d的高度(Δx)不是均一的，而是针对各个区域变化。
(2)围绕单个椭圆轮廓线13a的周向上的一周，垂直壁13d的高度(Δx)是恒定的。
(3)在菲涅耳面上，倾斜面13c的倾斜角(θ1、θ2等)依据周向上位置的不同而连续变化。例如，图4B所示的位置处的最外周棱镜部13b的倾斜角(θ1)与图4C所示的位置处的倾斜角(θ2)不同。
<菲涅耳面形状的“规格2”>
(1)在菲涅耳面上，垂直壁13d的高度(Δx)不是均一的，而是针对各个区域变化。
(2B)在菲涅耳面上的各个棱镜部13b中，垂直壁13d的高度(Δx)依据周向位置的不同而连续变化。
(3B)在菲涅耳面上的各个棱镜部13b中，倾斜面13c的倾斜角围绕单个椭圆轮廓线13a的周向的一周是恒定的。
在根据前述“规格1”或“规格2”的条件形成菲涅耳面的情况下，能够将具有菲涅耳面的自由曲面菲涅耳镜13构造成能够实现等同于自由曲面的光学功能。例如，曲率和曲率半径(R1、R2)依据图4A所示的曲率分布的位置而变化。因此，能够为自由曲面菲涅耳镜13提供用于抑制产生像差的失真修正功能。
接着，将详细描述具有放大功能的半反射镜30。
图5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30的构造实例。
图5所示的带有放大功能的半反射镜30被构造为结构与上述自由曲面菲涅耳镜13相似的菲涅耳镜。然而，同样在挡风玻璃20的图像投影区域21中，带有放大功能的半反射镜30的表面(光反射面31)被构造为半反射镜，使得能够从驾驶员的视点穿过玻璃看到挡风玻璃20外部的场景。
另外，虽然在该实施例中描述了如下情况的实例，即带有放大功能的半反射镜30的菲涅耳镜具有光学放大显示图像的功能并且不具有失真修正功能，但是自由曲面菲涅耳镜13和带有放大功能的半反射镜30均可以设置有失真修正功能。此外，代替如自由曲面菲涅耳镜13中的自由曲面，对于带有放大功能的半反射镜30的菲涅耳镜，可以采用具有一般结构的菲涅耳镜。而且，采用透明树脂或玻璃作为构成带有放大功能的半反射镜30的主材料，使得半反射镜30起半反射镜的作用。
在图5所示的实例中，车辆的挡风玻璃20由两个玻璃板20a和20b以及保持在玻璃板之间的中间膜20c构成。带有放大功能的半反射镜30内置在挡风玻璃30内部作为中间膜20c的一部分。
由于带有放大功能的半反射镜30被构造为如上所述的菲涅耳镜，所以半反射镜30具有厚度为薄的平面形状(平板形状)并且能够容易地容纳在挡风玻璃20内部。此外，带有放大功能的半反射镜30的光反射面31与玻璃板20a之间的空间被例如具有与玻璃板20a的折射率等同的折射率的透明树脂填充，从而利用树脂密封。这能够防止过度反射和折射。
<存在/不存在放大功能对挡风玻璃20的影响>
图6示出光路依据车辆的挡风玻璃上的带有放大功能的半反射镜30中放大功能的存在/不存在的区别。
在图1所示的显示图像投影系统中，在图像形成为在相同位置具有相同尺寸的虚像40的条件下，在不具有放大功能的半反射镜30的情况下的光路52A与在具有放大功能的半反射镜30的情况下的光路52B之间存在如图6所示的区别。换言之，在HUD单元10的显示光发射部14附近，光路52A的光路宽度L1与光路52B的光路宽度L2之间的关系为(L2<L1)。
因此，通过在挡风玻璃20上设置带有放大功能的半反射镜30的放大功能，能够使与显示光发射部14对应的仪表板的开口，即开口的宽度较小，从而能够使HUD单元10的壳体11更紧凑。此外，由于能够使HUD单元10内部的各个光学组件所需的有效面积较小，所以能够使组件更紧凑并且还能够使壳体11更紧凑。
<带有放大功能的半反射镜30的变型例(1)>
图7示出带有放大功能的半反射镜的安装结构的变型例(1)。
虽然在形状和功能上等同，但是图7所示的带有放大功能的半反射镜30B与上述带有放大功能的半反射镜30的不同在于在挡风玻璃20上的安装结构。
更具体地，图7所示的带有放大功能的半反射镜30B安装为结合至挡风玻璃20的玻璃板20a的在车厢内的表面的状态。此外，带有放大功能的半反射镜30B设置为处于菲涅耳面(反射面31B)与玻璃板20a的表面对置的状态。而且，带有放大功能的半反射镜30B利用形成在半反射镜30B的菲涅耳面与玻璃板20a之间的紫外线硬化树脂层32结合且固定到挡风玻璃20。紫外线硬化树脂层32还填充在带有放大功能的半反射镜30B的菲涅耳面中的凹部中。而且，紫外线硬化树脂层32由具有与玻璃板20a的反射率相同的反射率的材料制成，以防止发生过度折射和反射。
在采用图7所示的安装结构的情况下，在制造挡风玻璃20之后，可以根据需要将带有放大功能的半反射镜30B结合到挡风玻璃外侧，从而能够稍后安装。
<带有放大功能的半反射镜30的变型例(2)>
图8示出带有放大功能的半反射镜的安装结构的变型例(2)。
虽然在形状和功能上等同，但是图8所示的带有放大功能的半反射镜30C与上述带有放大功能的半反射镜30的不同在于在挡风玻璃20上的安装结构。
更具体地，图8所示的带有放大功能的半反射镜30C在结合至挡风玻璃20的玻璃板20a的车厢内侧表面的状态下安装。此外，带有放大功能的半反射镜30C设置为处于菲涅耳面(反射面31C)的相反侧上的表面(后表面)与玻璃板20a的表面对置的状态，并且带有放大功能的半反射镜30C的后面通过在其与玻璃板20a的表面之间施加透明粘合剂而结合至玻璃板20a的表面。
而且，包括菲涅耳面(反射面31C)的凹部的带有放大功能的半反射镜30C的表面填充有透明密封树脂33，从而形成为平面形状。结果，菲涅耳面上的凸部和凹部不露出到外部，从而能够得到保护。
在采用图8所示的安装结构的情况下，在制造挡风玻璃20之后，可以根据需要将带有放大功能的半反射镜30C结合到挡风玻璃外侧，从而能够稍后安装。
<第二实施例>
在上述图1所示的显示图像保护系统中，自由曲面菲涅耳镜13具有失真修正功能，并且带有放大功能的半反射镜30具有放大功能。然而，在第二实施例中，除了失真修正功能之外，自由曲面菲涅耳镜13还具有放大功能。
因此，在第二实施例中，能够通过使用自由曲面菲涅耳镜13和带有放大功能的半反射镜30两者来光学放大图像。未示出的第二实施例中的自由曲面菲涅耳镜13的菲涅耳面的曲率分布状态与第一实施例的不同是由于自由曲面菲涅耳镜13设置有放大功能。第二实施例中的带有放大功能的半反射镜30的功能和结构与第一实施例中的相似。
由于在第二实施例中，自由曲面菲涅耳镜13和带有放大功能的半反射镜30均设置有放大功能，所以能够形成大的图像作为虚像40，而不会使自由曲面菲涅耳镜13的菲涅耳面和带有放大功能的半反射镜30的曲率过大。因此，即使在使HUD显示屏较大的情况下，也能够相对简单地制造自由曲面菲涅耳镜13和带有放大功能的半反射镜30。
此外，由于在第二实施例中的带有放大功能的半反射镜30也具有放大功能，所以使得从HUD单元10发出的光学图像的光路52的光路宽度L2较小，从而能够使HUD单元10更加紧凑。
(第三实施例)
在上述图1所示的显示图像保护系统中，自由曲面菲涅耳镜13具有失真修正功能，并且带有放大功能的半反射镜30具有放大功能。然而，在第三实施例中，自由曲面菲涅耳镜13和带有放大功能的半反射镜30均具有失真修正功能和放大功能两者。
因此，在第三实施例中，通过使用自由曲面菲涅耳镜13和带有放大功能的半反射镜30这两者，能够光学地放大图像并且进行失真修正。未示出的第三实施例中的自由曲面菲涅耳镜13的菲涅耳面的曲率分布状态与第一实施例的不同是由于自由曲面菲涅耳镜13设置有放大功能。
此外，由于上述带有放大功能的半反射镜30被构造为菲涅耳镜，所以能够通过设计菲涅耳面的形状，使具有光学上与自由曲面相同功能的菲涅耳面形成为如上述自由曲面菲涅耳镜13的情况。另外，通过使用该自由曲面，也可以对带有放大功能的半反射镜30提供失真修正功能。
作为具体实例，提供仅修正在HUD单元10内部产生像差的原因的功能，作为自由曲面菲涅耳镜13的失真修正功能。此外，提供用于修正例如由于挡风玻璃20的曲面形状而产生的像差的功能，作为带有放大功能的半反射镜30的失真修正功能。
通过将对于整个系统的失真修正功能分配给自由曲面菲涅耳镜13和带有放大功能的半反射镜30两者，能够避免自由曲面菲涅耳镜13的类型的数量增多。例如，通过改变带有放大功能的半反射镜30的自由曲面形状来吸收与车型的差异相对应的失真修正功能的变化，能够使具有共同形状的自由曲面菲涅耳镜13用于所有车型。
利用根据本发明的显示图像投影设备和显示图像投影系统，即使在虚像显示位置设置在远距离处或者使虚像显示屏较大的情况下，也能够避免HUD单元的壳体变大。换言之，由于菲涅耳镜具有平面形状并且厚度小，所以即使在需要大的曲率用于像差的修正的情况下，菲涅耳镜也能够容纳在紧凑的壳体中。此外，通过将显示图像投影设备与具有光学放大功能的第二菲涅耳镜组合，能够使从显示图像投影设备发射的光学图像所经过的光路的方位(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。
将在下面的[1]至[5]项中简要地总结且列出上述根据本发明的显示图像投影设备和显示图像投影系统的实施例的特征。
[1]一种显示图像投影设备(HUD单元10)，具有：壳体(11)；显示装置(12)，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(自由曲面菲涅耳镜13)，并且
所述菲涅耳镜的表面形状形成为如下状态：用于修正在从所述显示装置到预定的视点(EP)的光路(51、52、53)中产生的像差的自由曲面形状被分割为多个区域(见图4A)。
[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(自由曲面菲涅耳镜13)的表面形状具有光学放大功能，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。
[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(HUD单元10)；以及
第二菲涅耳镜(带有放大功能的半反射镜30)，该第二菲涅耳镜设置在车辆的挡风玻璃(20)上或者设置在所述挡风玻璃(20)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光学放大功能，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。
[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(自由曲面菲涅耳镜13)的表面具有多个圆形或椭圆形的轮廓线(13a)以它们的基本的中心位置作为基准而排列的形状：(见图3B和4A)，并且
具有恒定深度的凹部和倾斜面(13c)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(θ1、θ2)依据周向上的位置的不同而变化(与上述“规格1”相对应)。
[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(自由曲面菲涅耳镜13)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(与上述“规格2”相对应)。
Claims (5)
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。
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根据周向上的位置的不同而变化。
4.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根据周向上的位置的不同而连续地变化。
5.一种显示图像投影系统，配备有：
根据权利要求1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在所述挡风玻璃附近，以反射从所述投影光学系统射出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。
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