能夠調(diào)節(jié)屈光度的平視顯示用光學(xué)系統(tǒng)的制作方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種平視顯示器（HeadUpDisplay，HUD)，尤其涉及一種能夠調(diào)節(jié)屈光度的平視顯不用光學(xué)系統(tǒng)（OpticalSystemforFocusAdjustableHeadUpDisplay)，該平視顯示用光學(xué)系統(tǒng)不僅能夠補償平視顯示器的光學(xué)系統(tǒng)的制作所造成的焦點誤差，而且能夠調(diào)節(jié)駕駛員的屈光度，其中，所述平視顯示器由用于汽車、飛機、船舶等運輸工具移動時阻擋風(fēng)進入駕駛艙內(nèi)部的擋風(fēng)窗（Windshield)等曲面玻璃和最小限度地追加的光學(xué)配件構(gòu)成。【
背景技術(shù)：
】[0002]為了確保飛行員在飛機上的前方視場而第一次引進的平視顯示器（HeadUpDisplay，HUD)設(shè)計成在飛機的正面玻璃顯示運行信息，而為了減少事故發(fā)生，最近汽車領(lǐng)域也在引進平視顯示器。[0003]平視顯示器是在汽車駕駛室前玻璃（Windshield)顯示各種信息而提高駕駛便利性和穩(wěn)定性的最尖端顯示技術(shù)，有望往后定位為比導(dǎo)航儀（Navigation)或黑匣子（Blackbox)還重要的汽車必需品而形成大市場。[0004]平視顯示器其目的在于，將發(fā)自顯示單元（MicroDisplay)的影像形成為虛像而形成比原影像大且無需調(diào)節(jié)駕駛員的視場的舒坦的影像，而最為簡單的是使顯示單元的影像直接在如運輸工具的擋風(fēng)窗那樣的曲面玻璃反射而形成影像。[0005]然而，像這種方式的現(xiàn)有平視顯示器由于駕駛員與影像之間的距離比駕駛員與運輸工具前方物體的距離短，因此，存在須調(diào)節(jié)駕駛員的視場的不便，在為由于老花眼而視場調(diào)節(jié)反應(yīng)慢的年齡大的駕駛員的情況下，存在尤其更感不適的問題。[0006]因此，如果除了如擋風(fēng)窗那樣的曲面玻璃之外還使用追加性的光學(xué)配件而在運輸工具前方物體的可視距離程度的位置形成虛像，則無需調(diào)節(jié)視場，因而能夠相當(dāng)便于駕駛。然而，雖然這種追加性的光學(xué)配件使用越多則分辨能力就會越高且有利于改善畸變，但存在須將所追加的各光學(xué)配件的制作精密度分別、個別地提高，且須做好各光學(xué)配件之間排列的問題。尤其，追加使用的光學(xué)配件有可能是旋轉(zhuǎn)非對稱而不同于一般透鏡，且曲面本身相當(dāng)寬，因而存在加工上花費很多費用的問題。[0007]作為一例，在日本公開專利公報第2011-133633號（2011年07月07日公開）中公開有為了提高光學(xué)性能而使用兩個反射面來在視點（Eye-point)顯示影像的視覺顯示裝置，在日本公開專利公報第2003-241100號（2003年08月27日公開）中公開有僅利用一個反射配件而在視點形成虛像的偏心光學(xué)系統(tǒng)，而這些技術(shù)均追加使用包括了兩個反射面或折射鏡的非球面棱鏡（Prism)，從而為了提高光學(xué)性能而使用更多的光學(xué)面，因而光學(xué)配件的制作需要很多費用，且排列各光學(xué)配件起來存在困難。[0008]另外，現(xiàn)有平視顯示器由于須將曲面對于視點面傾斜，因而使得光學(xué)系統(tǒng)裝配本身變得相當(dāng)困難。因此，光學(xué)配件追加越多則除了加工費用之外還產(chǎn)生直接性的裝配費用，且裝配需要花費時間，因而存在生產(chǎn)時間也被拉長的缺點。[0009]作為一例，在日本公開專利公報第2006-065234號（2006年03月09日公開）中公開有僅利用一個光學(xué)配件而在視點形成虛像的偏心光學(xué)系統(tǒng)和利用其的光學(xué)系統(tǒng)，而這雖然是僅利用一個光學(xué)配件而在視點形成虛像的光學(xué)系統(tǒng)，但在一個配件內(nèi)產(chǎn)生兩次反射和兩次折射，因而帶來屈光力（refractivepower)的變化的面總共為3個面（在1個面重復(fù)進行反射和折射），因此，存在非常難以排列各光學(xué)配件的問題。[0010]另外，即便使光學(xué)配件的追加使用最小化而克服排列各光學(xué)配件所造成的困難，在利用2片以下的曲面鏡而構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)的情況下，也由于曲面鏡是帶偏心的光學(xué)配件，因此，在如圖1那樣為了調(diào)節(jié)屈光度并補償焦點誤差而移動第二曲面鏡（2ndMirror)時須稍微傾斜鏡子才在第二曲面鏡（2ndMirror)與小型顯示單元（DisplayUnit)之間不會產(chǎn)生排列誤差。圖1是表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的平視顯示用光學(xué)系統(tǒng)中采用的屈光度調(diào)節(jié)和焦點誤差補償方式的圖。[0011]即、為了將第二曲面鏡（2ndMirror)的平行移動和傾斜同時適用，如圖1中所圖示，對于第二曲面鏡（2ndMirror)的移動量（△λ)須一起考慮旋轉(zhuǎn)角（△Θ)，因而須以通過控制使移動量和旋轉(zhuǎn)角聯(lián)動的方式編程（Programming)。[0012]為此，需要分別執(zhí)行第二曲面鏡（2ndMirror)的平行移動和傾斜的另外的如馬達那樣的驅(qū)動源，此時，為了使移動量和旋轉(zhuǎn)角正確地聯(lián)動，產(chǎn)生該兩個驅(qū)動源須分別以另外的電信號來控制的問題。另外，在考慮基于這種理由而需要追加的配件和對其的適當(dāng)?shù)呐渲脴?gòu)造時，難度增加，且存在導(dǎo)致正確的編程所需各種成本上漲的問題。[0013]在先技術(shù)文獻[0014]專利文獻[0015]專利文獻1:日本公開專利公報第2011-133633號（2011年07月07日公開）[0016]專利文獻2:日本公開專利公報第2003-241100號（2003年08月27日公開）[0017]專利文獻3:日本公開專利公報第2006-065234號（2006年03月09日公開）【
發(fā)明內(nèi)容】[0018]所要解決的問題[0019]因此，旨在解決上述問題的本發(fā)明的目的在于提供一種能夠調(diào)節(jié)屈光度的平視顯示用光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)能夠使發(fā)自顯示單元的影像變大并且無需調(diào)節(jié)駕駛員的視場即可向駕駛員提供舒坦的影像。[0020]另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠調(diào)節(jié)屈光度的平視顯示用光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)在向駕駛員提供大而舒坦的發(fā)自顯示單元的影像時，能夠降低光學(xué)配件的制作費用，且容易排列各光學(xué)配件，并能夠簡便地執(zhí)行平視顯示器的屈光度調(diào)節(jié)和焦點誤差補償。[0021]解決問題的方案[0022]旨在達到上述目的的根據(jù)本發(fā)明的能夠調(diào)節(jié)屈光度的平視顯示用光學(xué)系統(tǒng)，是安裝于運輸工具的平視顯示器的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)其特征在于，包括：顯示單元（DisplayUnit)，其在娃基液晶（LiquidCrystalonSilicon，LCos)顯示器或液晶顯示器（LiquidCrystalDisplay，LCD)、數(shù)字微鏡器件（DigitalMicro-mirrorDevice，DMD)等小畫面上顯示影像；第二曲面鏡，其使在上述顯示單元所發(fā)散的光反射而一次放大上述影像；第一曲面鏡，其二次放大從上述第二曲面鏡所入射的上述影像；以及，保護玻璃，其防止異物流入上述平視顯示器的光學(xué)系統(tǒng)且具有使光通過的平板形態(tài)，在使上述顯示單元所顯示的影像由上述運輸工具的前方曲面玻璃（Windshield)所反射而在上述運輸工具的搭乘人員眼睛所在的光圈面形成虛像時，使上述顯示單元和第二曲面鏡同時平行移動而調(diào)節(jié)屈光度。[0023]此時，根據(jù)本發(fā)明的能夠調(diào)節(jié)屈光度的平視顯示用光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第二曲面鏡的屈光力與上述光學(xué)系統(tǒng)整體屈光力之比滿足下述數(shù)學(xué)式3的范圍：[0024]數(shù)學(xué)式3[0025][0026]這里，Rlst和Clst，6是上述第一曲面鏡的曲率半徑和xy多項式的y2項系數(shù)，R2nd和C2n46是上述第二曲面鏡的曲率半徑和xy多項式的y2項系數(shù)，d是上述第一曲面鏡中心與上述第二曲面鏡中心之間的距離，Ic1是上述第一曲面鏡的屈光力，k2是上述第二曲面鏡的屈光力。[0027]另外，就根據(jù)本發(fā)明的能夠調(diào)節(jié)屈光度的平視顯示用光學(xué)系統(tǒng)而言，最好上述第一曲面鏡和第二曲面鏡中至少一個是以xy多項式表示的自由曲面非球面，或者，最好上述第一曲面鏡和第二曲面鏡中至少一個是旋轉(zhuǎn)對稱曲面。[0028]發(fā)明效果[0029]本發(fā)明有效地執(zhí)行平視顯示器的屈光度調(diào)節(jié)和焦點誤差補償，從而使追加配件最小化而能夠容易地具體實現(xiàn)適當(dāng)?shù)呐渲脴?gòu)造。[0030]另外，本發(fā)明即便在平行移動曲面鏡的同時不傾斜曲面鏡也當(dāng)前第1頁1 2 3