JP3219059U - 光学投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三角結像技術で遠距離の仮想結像を達成し、レンズの必要体積を効果的に縮小できる、光学投影装置を提供する。
【解決手段】光学投影装置は、主構造が、ハウジングと、少なくとも１つの結合部を含み、かつハウジング内に結像ユニット１と、反射鏡２と、反射曲面鏡３と、少なくとも１つの光学レンズが設置され、結像ユニットが投射する予定イメージが反射鏡の反射を経た後反射曲面鏡に射出され、結像経路を調整し、収差が減少され、経路中光学レンズで予定イメージを拡大して予定イメージをウインドシールドガラスにより使用者の目に反射させるとともに、ウインドシールドガラスの外で屈折して予定イメージの虚像を形成し、これにより比較的小さい空間内で、簡単な構造により三角結像の原理を実現し、結像範囲を拡大して、収差の問題を減少し、かつハウジングを通じてメーターパネルの外に簡単に組み込むことができる。
【選択図】図２

Description

本考案は光学投影装置に関し、特に、構造が簡単で、体積が小さく、遠距離の仮想結像が可能で、収差が小さいヘッドアップディスプレイ技術を取り外し可能なハウジング内に結合し、ヘッドアップディスプレイにアフターマーケット製品市場の利便性を具備させた光学投影装置に関する。

ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＨＵＤ）は、使用者が前方の景色を見ると同時に、同じ視野でヘッドアップディスプレイの投射する虚像情報を見ることを可能にし、下を向いてメーターパネルを見る必要がなく、その利便性とそれがもたらす安全性により、自動車のヘッドアップディスプレイは現在大きなトレンドとなりつつある。

図１の従来のヘッドアップディスプレイの実施を示す概略図を参照する。ヘッドアップディスプレイは、ケース９１を含み、ケース９１内にイメージ情報を射出できるイメージング装置９２が設置され、少なくとも２つの光学ミラー９３、９４を経由して、イメージ情報をドライバー前方の自動車ウインドシールドガラス９５に投射し、反射を経た後に該イメージ情報の虚像を表示させ、ドライバーに見えるようにする。そのうち、ヘッドアップディスプレイのケース９１は二次元のイメージを一定の視野（Ｆ．Ｏ．Ｖ）で投射するため、２つの光学ミラー９３、９４で二次元のイメージをウインドシールドガラス９５に向けて投射するには、一定の体積を備えている必要があり、このケース９１を自動車運転席前方の限られた空間に取り付ける際、自動車の前景を犠牲にしたくない場合、自動車の出荷前にメーターパネル内の空間に組み込む必要があり、かつ光路が垂直であるため、ケース９１の体積が厚く、組み込みが非常に困難になる。

しかしながら、ヘッドアップディスプレイの体積を縮小する、または全体を薄型化するには、虚像の拡大、視野、収差という３つの光学設計上の問題に直面する。小型プロジェクターまたは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）をディスプレイ装置として使用する場合、遠距離の虚像式ヘッドアップディスプレイを実現するには、バックエンドの虚像リレー光学系（Ｒｅｌａｙ Ｏｐｔｉｃｓ）を組み合わせる必要がある。しかし、虚像リレー光学系の設計は容易でなく、簡潔な光学構造を用いて大きな視野の収差（Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）を効果的に除去することはできず、視野範囲が小さいと表示される情報が少なくなり、ヘッドアップディスプレイの応用効果が制限される。このほか、ウインドシールドガラスは不規則な曲面であり、目に反射されるとき、イメージの変形を収差が生じ、イメージの変形と収差を除去することが非常に困難で、表面鏡が大面積の非球面（Ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ）である、或いはその他のレンズを増設して収差の問題を解決する必要があり、これにより部品の製作コストが増加して生産組み立ての難度も高くなる。これを理由に、現在自動車におけるヘッドアップディスプレイの普及率はずっと上昇していない。

このため、上述の従来品の問題と欠点をどのように解決し、虚像の拡大を達成するとともに、ウインドシールドガラスによるイメージの変形と収差をなくし、全体的なイメージの品質を向上するかが、本発明の発明人とこの産業に従事する関連企業が改善を研究する方向性となっている。

本発明の考案者は上述の欠点に鑑み、関連試料を収集し、多方面での評価と検討を経て、かつこの業界に従事して蓄積した長年の経験に基づき、度重なる試作と変更を重ね、本考案の構造が簡単で体積が小さく、遠距離の仮想結像が可能で、収差が小さいヘッドアップディスプレイ技術を取り外し可能なハウジング内に結合し、ヘッドアップディスプレイにアフターマーケット製品市場の利便性を具備させた、光学投影装置の実用新案を設計したものである。

本考案の主な目的は、反射鏡と、反射曲面鏡と、光学レンズの組み合わせを利用して、三角結像技術で遠距離の仮想結像を達成し、レンズの必要体積を効果的に縮小できる、光学投影装置を提供することにある。

本考案の別の主な目的は、光学投影技術をハウジング内に結合し、簡単かつ迅速にメーターパネルの外に結合できる、アフターマーケット市場の利便性を具備させた、光学投影装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本考案の主な構造は、ハウジングを含み、該ハウジングの一側に、該ハウジングを取り外し可能にメーターパネルの外側に設置するために用いる少なくとも１つの結合部が定義され、かつ該ハウジング上に少なくとも１つの予定イメージを投射するための結像ユニットが設置され、該ハウジング内に該結像ユニットの一側に位置し、該予定イメージを受け取って反射するために用いる反射鏡が設置され、該ハウジング内に該反射鏡の反射経路上に位置する反射曲面鏡が設置され、結像経路の調整と虚像収差の減少に用いられるとともに、該予定イメージをウインドシールドガラス上に投射し、さらに使用者の目に反射して、予定イメージの虚像をウインドシールドガラスの外側で結像させ、また該ハウジング上に該結像経路上に位置する少なくとも１つの光学レンズが設置され、該予定イメージの拡大に用いられ、使用者が本考案をヘッドアップディスプレイとして使用するとき、該結像ユニットが予定イメージを投射し、反射鏡による反射を経た後反射曲面鏡に投射させ、結像経路を調整して収差を補正し、経路中でさらに光学レンズにより該予定イメージを拡大し、該予定イメージをウインドシールドガラスにより使用者の目に反射させ、該ウインドシールドガラスの外で屈折して該予定イメージの虚像を形成し、これにより比較的小さい空間内で、簡単な構造により三角結像の原理を実現し、結像範囲を拡大して、収差の問題を減少し、かつハウジングを通じてメーターパネルの外に簡単に組み込むことができるほか、本発明にアフターマーケット製品市場の利便性と発展性を具備させる。

上述の技術を通じ、従来のヘッドアップディスプレイに存在する体積が大きすぎる、結像視野範囲が小さい、イメージの収差が生じやすい、構造設計が複雑、車両の組み込む際の利便性不足等の問題点を解決し、上述の利点による実用的進歩性を達成することができる。

従来のヘッドアップディスプレイの実施を示す概略図である。 本考案の最良の実施例の立体透視図である。 本考案の最良の実施例の鏡面位置関係図である。 本考案の最良の実施例の実施例の組み立てた状態を示す概略図である。 本考案の最良の実施例の結像経路を示す概略図である。 本考案の最良の実施例の実施を示す概略図である。 本考案の別の最良の実施例の構造を示す概略図である。 本考案のさらに別の最良の実施例の構造を示す概略図である。

上述の目的及び効果を達するため、本考案の採用する技術的手段及び構造について、以下で図面と本考案最良の実施例を組み合わせ、その特徴と機能を完全に理解できるように詳細に説明する。

図２と図３に本考案の最良の実施例の立体透視図と鏡面位置関係図をそれぞれ示す。これらの図からはっきりと分かるように、本考案は主に、結像ユニット１と、反射鏡２と、反射曲面鏡３と、少なくとも１つの光学レンズ４と、を含み、
該結像ユニット１が少なくとも１つの予定イメージ１２を投射し、
該反射鏡２が該結像ユニット１の一側に設置され、該予定イメージ１２を受け取って反射し、
該反射曲面鏡３が該結像ユニット１の一側に設置され、かつ該反射鏡２の反射経路上に位置し、結像経路を調整して虚像の収差を減少するために用いられ、かつ該予定イメージ１２をウインドシールドガラス７上に投射し、さらに使用者の目へと反射させ、該予定イメージ１２の虚像をウインドシールドガラス７の外側で結像させ、かつ該反射曲面鏡３が複数の曲率を含み、かつ該曲率が数学方程式で定義されて成り、
該少なくとも１つの光学レンズ４が該結像経路上に設置され、該予定イメージ１２を拡大し、かつ該光学レンズ４がフレネルレンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）であり、かつ該光学レンズ４上に防護層４１が設けられる。

そのうち、該結像ユニット１と該反射鏡２間に第１挟角αが定義され、該反射鏡２と該反射曲面鏡３間に第２挟角βが定義され、該結像ユニット１と該反射曲面鏡３間に第３挟角γが定義され、かつ該第１挟角αが１５度から７０度であり、該第２挟角βが３０度から９０度であり、該第３挟角γが７５度から１４０度であり、かつ該第１挟角αの最適値が３０度から４０度であり、該第２挟角βの最適値が５０度から６０度であり、該第３挟角γの最適値が９５度から１０５度である。

上述の説明から本技術の構造を知ることができ、この構造の適用により、構造が簡単で、体積が小さく、遠距離の仮想結像が可能で、収差が小さいヘッドアップディスプレイ技術を取り外し可能なハウジング内に結合し、ヘッドアップディスプレイにアフターマーケット製品市場の利便性等の優位性を具備させることができる。以下で詳細に説明する。

図２から図７の本考案の最良の実施例の立体透視図から構造を示す概略図を同時に参照する。上述の部材を組み立てると、図からはっきりと分かるように、本考案は上述の光学投影技術をハウジング５内に設置したものであり、そのうち、該ハウジング５の一側に少なくとも１つの結合部５１が定義され、該ハウジング５をメーターパネルの外側に取り外し可能に設置するために用いられ、該光学投影技術が主に、結像ユニット１と、反射鏡２（平面鏡または凸面鏡）と、反射曲面鏡３と、光学レンズ４（好ましくはフレネルレンズであるが、凸レンズまたは光学的透明薄型材としてもよい）等とウインドシールドガラス７を組み合わせ、遠距離の虚像を形成する。そのうち、結像ユニット１は該ハウジング５上に設置され、反射鏡２及び反射曲面鏡３がハウジング５内に設置され、光学部材が該ハウジング５頂面の可視範囲内に設置され、また該ハウジング５内に該結像ユニット１に電気的に接続された無線接続モジュール１１が設置され、電子端末８と無線接続して該予定イメージ１２を受け取り、該結像ユニット１に伝送するために用いられる。

具体的には、該結像ユニット１と、該反射鏡２と、該反射曲面鏡３は同一水平面に位置するため、結像ユニット１は好ましくは予定イメージ１２を平行光で側面方向に該反射鏡２上に投射し、自由な曲率的の反射曲面鏡３を利用して反射光線の経路を変えて上方向に射出させ（このとき結像経路が該反射曲面鏡３から上に向かう垂直成分を獲得する）、同時に収差を補正する目的を達成するとともに、光学レンズ４が防護層４１を備え、ハウジング５の空いた箇所に直接設置することができ、防塵保護機能を有するため、別途設置される透光部材（プラスチック、ガラス、アクリル等）の結像効果への影響を回避することができる。そのうち、反射曲面鏡３は複数の曲率を含有するため、反射鏡２の発散距離及び角度に合わせて全面的に収差を補正できる。このため該反射曲面鏡３の曲率は固定された曲率ではなく、精密な計算を経て１つの数学方程式を導き出し、該数学方程式に基づきこれらの特殊な曲率設計を有する反射曲面鏡３が製作される。該数学方程式は下式（１）に示すとおりである：

予定イメージ１２は、反射曲面鏡３で初歩的に拡大されるほか、反射曲面鏡３の方向転換後の結像経路を経由し、さらに光学レンズ４の拡大効果を経て、該予定イメージ１２がウインドシールドガラス７に投射され、ウインドシールドガラス７により該予定イメージ１２を使用者の目に反射させ、該ウインドシールドガラス７の外で屈折して該予定イメージ１２の虚像が形成される（使用者前方約２メートルの位置）。このように、上述の構造によって、第１挟角α、第２挟角β、第３挟角γの配置を組み合わせ、三角結像技術で遠距離の仮想結像を達成し、かつ該光学レンズ４がフレネルレンズであるため、レンズの必要体積を効果的に縮小し、同時に収差の問題を克服することができる。

これにより、前述の光学投影技術がレンズの必要体積（レンズ自体の寸法とレンズ間の空間位置を含む）を縮小できるため、該ハウジング５内に確実に組み込むことができ、ハウジング５の結合部５１の組み合わせで、使用者がメーターパネル外側に簡単に取り付けられ、専門業者の手を借りる必要がなく、当然自動車の出荷前に予め運転席前方に埋設する必要もないため、アフターマーケット製品市場の利便性を備えている。そのうち、該結合部５１は滑り止め構造、粘着構造、嵌合位置決め構造とすることができる（メーターパネル前縁またはウインドシールドガラス７一側の送風口に延伸して固定できる）。

また、同時に図７の本考案の別の最良の実施例の概略図を参照する。この図からはっきりと分かるように、本実施例と上述の実施例はほぼ同じであるが、該ハウジング５ａ上に少なくとも１つの角度調節装置６ａが設置され、該結像経路が該ハウジング５ａから射出される角度を変えるために用いられる点が異なる。そのうち、該角度調節装置６ａは自在アジャスターであり、ハウジング５ａ外部に設置し、使用者が直接手動でハウジング５ａを調整して最後の結像効果を適切に調整することができる。

さらに、同時に図８の本考案のさらに別の実施例の概略図を参照する。この図からはっきりと分かるように、本実施例は上述の実施例とほぼ同じであるが、該角度調節装置６ｂがさらに少なくとも１つの駆動部材６１ｂと、角度パラメータの記録に用いるメモリユニット６２ｂと、該ハウジング５ｂ上に設置され、かつ該駆動部材６１ｂ及び該メモリユニット６２ｂに電気的に接続され、該角度パラメータを選択して該駆動部材６１ｂを設定するために用いる操作モジュール６３ｂを含む。これにより、使用者は異なる車種や異なるウインドシールドガラスの角度に基づき、角度調節装置６ｂを利用して異なる結像角度を設定することができる。実際の操作時は、ハウジング５ｂ上の操作モジュール６３ｂを利用してメモリユニット６２ｂ中に予め保存された角度パラメータセットを選択し、選定後駆動部材６１ｂを通じて結像ユニット１ｂ、反射鏡２ｂ、反射曲面鏡３ｂの角度位置関係を自動的に制御し、各種の車種に適合させることができる。

以上の説明は本考案の最良の実施例を示したものであり、これによって本考案の特許範囲が限定されることはなく、本考案の明細書及び図面の内容を運用した簡易な修飾及び同等効果の構造変化はいずれも本考案の範囲内に含まれる。

上述をまとめると、本考案の光学投影装置は使用時にその効果と目的を確実に達成することができるため、本考案は実用性に優れた創作であり、実用新案登録の出願要件を満たしているため、法に基づきここに出願を提出するものであり、審査官におかれては早期に本考案を批准していただき、考案者の創作努力を保障していただけるよう期待するものである。

１、１ｂ 結像ユニット
１１ 無線接続モジュール
１２ 予定イメージ
２、２ｂ 反射鏡
３、３ｂ 反射曲面鏡
４ 光学レンズ
４１ 防護層
５、５ａ、５ｂ ハウジング
５１ 結合部
６ａ、６ｂ 角度調節装置
６１ｂ 駆動部材
６２ｂ メモリユニット
６３ｂ 操作モジュール
７ ウインドシールドガラス
８ 電子端末
α 第１挟角
β 第２挟角
γ 第３挟角

Claims (8)

1. 光学投影装置であって、ハウジングと、結像ユニットと、反射鏡と、反射曲面鏡と、少なくとも１つの光学レンズと、を含み、
   該ハウジングの一側に少なくとも１つの結合部が定義され、該ハウジングをメーターパネルの外側に取り外し可能に設置するために用いられ、
   該結像ユニットが該ハウジング上に設置され、少なくとも１つの予定イメージを投射し、
   該反射曲面鏡が該ハウジング内の該結像ユニットの一側に設置され、該予定イメージを受け取って反射し、
   該反射曲面鏡が該ハウジング内に設置され、かつ該反射鏡の反射経路上に位置し、結像経路の調整と虚像収差の減少に用いられ、かつ該予定イメージをウインドシールドガラス上に投射して、さらに使用者の目へと反射させ、該予定イメージの虚像をウインドシールドガラスの外側で結像させ、
   該少なくとも１つの光学レンズが該ハウジング上の該結像経路上に設置され、該予定イメージを拡大する、
   ことを特徴とする、光学投影装置。
2. 前記光学レンズがフレネルレンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）であり、かつ該光学レンズ上に防護層が設けられ、該反射曲面鏡が複数の曲率を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光学投影装置。
3. 前記結像ユニットと該反射鏡間に第１挟角が定義され、該反射鏡と該反射曲面鏡間に２挟角が定義され、該結像ユニットと該反射曲面鏡間に第３挟角が定義され、かつ該第１挟角が１５度から７０度であり、該第２挟角が３０度から９０度であり、該第３挟角が７５度から１４０度であり、そのうち該第１挟角の最適値が３０度から４０度であり、該第２挟角の最適値が５０度から６０度であり、該第３挟角の最適値が９５度から１０５度である、ことを特徴とする、請求項１に記載の光学投影装置。
4. 前記ハウジング内に該結像ユニットに電気的に接続された無線接続モジュールが設置され、該予定イメージを受け取り、該結像ユニットに伝送するために用いられ、該ハウジング上に少なくとも１つの角度調節装置が設置され、該結像経路が該ハウジングから射出される角度を変えるために用いられる、ことを特徴とする、請求項１に記載の光学投影装置。
5. 前記角度調節装置が少なくとも１つの駆動部材と、角度パラメータの記録に用いるメモリユニットと、該ハウジング上に設置され、かつ該駆動部材及び該メモリユニットに電気的に接続され、該角度パラメータを選択して該駆動部材を設定するために用いる操作モジュールを含むことを特徴とする、請求項４に記載の光学投影装置。
6. 前記メモリユニットに、異なる車種のウインドシールドガラスの角度分類に基づき異なる角度パラメータが記録されることを特徴とする、請求項５に記載の光学投影装置。
7. 前記結像ユニットと該反射鏡、該反射曲面鏡が、同一の水平面に配置され、該結像経路に該反射曲面鏡からのみ垂直方向の成分を獲得させることを特徴とする、請求項１に記載の光学投影装置。
8. 前記反射鏡が、平面鏡または凸面鏡のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の光学投影装置。

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