JP2002104024A - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JP2002104024A JP2000301154A JP2000301154A JP2002104024A JP 2002104024 A JP2002104024 A JP 2002104024A JP 2000301154 A JP2000301154 A JP 2000301154A JP 2000301154 A JP2000301154 A JP 2000301154A JP 2002104024 A JP2002104024 A JP 2002104024A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平面素子から表示情報を曲面形状のスクリー
ンに投影する表示装置１にあって、複雑な光学系で収差
補正を行わなくても投影画像の各部のピントがぼけず、
鮮明な画像を投影できるようにして、装置の小形化、低
コスト化を図る。 【解決手段】 画像表示素子30により光源部23からの光
を画像制御部19の出力する画像信号によって加工し、所
定の曲面形状のスクリーン２に投影する。そしてこの光
源部からの光を画像信号によって加工する際に、画像制
御部19によってスクリーン２の投影曲面の形状に一致す
るように投影画像の収差形状を加工することにより、曲
面形状のスクリーンに対して鮮明に初期の画像を投影で
きるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、文字情報、画像、
映像等の種々の情報を表示する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両用の表示装置として特開平６
−２６２９６４号公報に記載されたようなものが知られ
ている。この従来の表示装置は、立体感のある表示を行
うことを目的とし、投影器からの表示情報が投影される
スクリーンを球面状、楕円曲面状、あるいは表面が凹面
となる曲面形状にするようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の表示装置の場合、投影器からは平面状のスク
リーンに投影するための投影光が射出されるだけであ
り、配置スペースを小さくするために投影器とスクリー
ンとの間の距離を短くしようとすると、スクリーンの投
影面が曲面形状であるために収束点が投影面と一致せ
ず、スクリーンの投影画像が場所によってピントぼけし
てしまい、鮮明な画像が表示できない問題点があった。
【０００４】これを解決するためには光学系を用いて補
正すればよいのであるが、その場合には投影器とスクリ
ーンとの間のスペースが小さすぎて必要なレンズが配置
できないという問題が起こり、またそれが可能であって
もレンズを必要とするために装置コストが高くなる問題
点があった。
【０００５】本発明はこのような従来の問題点に鑑み、
平面素子から表示情報を曲面形状のスクリーンに投影す
る表示装置にあって、複雑な光学系で収差補正を行わな
くても投影画像の各部のピントがぼけず、鮮明な画像を
投影することができ、装置の小形化、低コスト化が図れ
る表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の表示装
置は、光源と、表示しようとする画像信号を出力する画
像生成手段と、前記画像生成手段の出力する画像信号に
より、前記光源からの光を加工し、所定の曲面のスクリ
ーンに画像を投影する画像投影手段とを備え、前記画像
投影手段は、投影画像の光学系の収差形状を前記スクリ
ーンの投影曲面の形状にほぼ一致させたものである。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１の表示装置に
おいて、前記スクリーンの投影曲面の形状を、投影光学
系の像面湾曲によるペッツバル（Petzval）面と非点収
差の子午的像面と球面的像面との間の曲面形状にしたも
のである。
【０００８】請求項３の発明は、請求項１の表示装置に
おいて、前記投影光学系の歪曲収差が糸巻き型の場合
は、前記投影光学系に対して凸面の投影面とし、前記投
影光学系の歪曲収差が樽型の場合は、前記投影光学系に
対して凹面の投影面としたものである。
【０００９】請求項４の発明は、請求項１の表示装置に
おいて、前記画像投影手段は、前記画像生成手段の出力
する画像信号を投影前の時点であらかじめ変形させる加
工を行い、結果的に前記投影光学系の収差形状を前記ス
クリーンの投影曲面の形状にほぼ一致させるようにした
ものである。
【００１０】請求項５の発明は、請求項１の表示装置に
おいて、前記スクリーンの表面形状を、当該装置の組み
込まれている支持部材を含めた周囲の部材と意匠的に連
続するようにしたものである。
【００１１】請求項６の発明は、請求項１の表示装置に
おいて、前記スクリーンは複数の投影区画に分けられ、
それぞれの投影区画は対象看者の方向を向く配置にし、
前記画像投影手段は、それぞれの投影区画に個別の表示
情報を投影させるようにしたものである。
【００１２】
【発明の効果】請求項１の発明の表示装置では、光源か
らの光を画像生成手段の出力する画像信号によって加工
し、所定の曲面形状のスクリーンに画像を投影する。そ
してこの光源からの光を画像信号によって加工する際
に、スクリーンの投影曲面の形状に一致するように投影
画像の光学系の収差形状を加工することにより、曲面形
状のスクリーンに対して鮮明に初期の画像を投影させる
ことができる。したがって、請求項１の発明によれば、
複雑な曲面形状のスクリーンに対しても鮮明に画像を投
影することができ、しかも光源とスクリーンとの間の小
さなスペースに光学系の収差を補正するためのレンズ群
を配置する必要をなくして、小型にしてコスト的にも低
廉な装置を提供することができる。
【００１３】請求項２の発明によれば、スクリーンの投
影曲面の形状をほぼペッツバル面とすることにより、鮮
明な画像の表示が可能である。
【００１４】請求項３の発明によれば、投影光学系の歪
曲収差を補正する光学系を簡略化しつつ、画像の歪みを
補正することにより、投影光学系に対する曲面が凹面の
場合は樽型、凸面の場合には糸巻き型とすることによ
り、画像歪みの補正を行うことかできる。
【００１５】請求項４の発明によれば、スクリーンの表
示面でほとんど歪みのない画像を投影することができ
る。
【００１６】請求項５の発明によれば、スクリーンの表
面形状を当該表示装置の組み込まれている支持部材を含
めた全体の形状が意匠を連続する形状にすることによ
り、その意匠性を高めることができる。
【００１７】請求項６の発明によれば、スクリーンを複
数の投影区画に分け、複数の投影区画を、例えば、助手
席だけから見える向き、運転席だけから見える向き、運
転席と助手席との両方から見える向きに設定し、それぞ
れの投影区画に個別に情報を表示するようにしたことに
より、各向きの投影区画ごとにその対象看者にとって必
要な情報を見やすいように表示することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１〜図３に基づいて本発明の第１
の実施の形態を説明する。図１に示すように、第１の実
施の形態の表示装置１のスクリーン２の表面形状は、例
えば、ラグビーボールに似たインストルメントパネル３
に組み込まれていて、周囲の他の部材４やメータ部５と
意匠的に連続するような外形状を持っている。この表面
形状の連続性は、３次元曲面を表す式（例えば、双曲放
物面：ｘ２/ ａ２−ｙ２/ ｂ２＝ｃｚ、ｃ≠０）と実際
の形状とのずれ量を評価関数として用いれば、定量的、
客観的に連続性を評価することができる。このスクリー
ン２の形状は、場合によってはインパクトのあるデザイ
ンをねらって、スクリーン２の表面のみを多少出っ張ら
せたり、凹曲面状にすることもある。しかし、あくまで
も意匠の連続性と調和性を考慮したものである。
【００１９】図２及び図３は、第１の実施の形態の表示
装置１の光学系の構成を示している。光源２０は放電
灯、ハロゲンランプなどである。この光源２０からの光
は放物面や楕円面の反射鏡２１によって集光される。集
光点付近には３原色分解部をなすカラー円板２２が配置
されている。このカラー円板２２はＲＧＢ３原色のカラ
ーフィルターで構成され、高速回転して光源２０からの
光を３原色に時間分割してその混色でカラー表示する。
カラー表示方式には、図４、図５に示すように、時間分
割合成方式あるいはフィールドシーケンシャル方式を採
用することもできる。例えば、光源２０から後述する画
像表示素子３０へ色の付いた光を導出する方法として、
図４に示すように１つの光源２０からＲ，Ｇ，Ｂの別々
にフィルタ（光学素子２５）を介して、その光を時間的
に合成することによって求める色の光を作り出したり、
図５に示すようにＲ色の発光光源とＧ色の発光光源とＢ
色の発光光源からの光をＬＥＤやネオン管から発光さ
せ、これらを時間的に制御して求める光を作るようにし
てもよい。なお、光源２０、反射鏡２１、カラー円板
（３原色分解部）２２により３色発光光源部２３を構成
する。
【００２０】インテグレータ２４は、後述する画像表示
素子３０の表面で均一な明るさで、かつほぼ平行光とな
るようにカラー円板２２から出てくる光を操作する光学
素子であり、微小レンズがアレイ状になった平板で構成
されている。このインテグレータ２４からの光により、
画像表示素子３０の表面上に光源の実像を結ばせること
ができる。
【００２１】画像表示素子３０は反射性のＤＭＤ（Digi
tal Micromirror Device）、透過性のＴＦＴ液晶あるい
は強誘電性液晶のようなＬＣＤで成り、画像制御部１９
によって画像データ１８に応じて画像の各画素に応じた
微小ミラー又は液晶セルをオン／オフすることにより、
表示画像を生成する。なお、ＲＧＢ各色の微小ミラー又
は液晶セルのＯＮ時間長さを加減することによって明る
さ及び色が制御される。
【００２２】画像データ１８は、あらかじめスクリーン
２の投影面の曲面形状に合わせて歪ませてある。例え
ば、スクリーン２の投影面の形状の逆変換で歪ませるこ
とにより、スクリーン２の曲面上でも直線を直線として
表示することができる。
【００２３】画像表示素子３０からの画像光は、投影光
学系４０を構成する投影レンズ群を通過してスクリーン
２の投影面に投影される。ここで、装置全体を小さくす
るため、投影レンズ群４０とスクリーン２との間の距離
は小さくしなければならず、逆に表示サイズは大きくし
たいため、画角が大きくなる。これに伴い、投影画像の
収差（つまり、実像となる結像点位置が、光軸からの距
離が大きくなるにしたがって理想点から離れてしまう現
象）は大きくなる。例えば、像面湾曲は、ペッツバル面
ｚ＝Ｄ・Ｒ・ｙ２（略回転放物面）として求められる。た
だし、ｚは光軸方向の変位量、Ｄはレンズ材の屈折率や
焦点距離等の光学特性で決まる係数、Ｒは投影光学系の
射出ひとみから被投影面までの距離、ｙは光軸に垂直な
方向の座標である。
【００２４】通常、投影器はこの収差を小さくするため
にいろいろな光学レンズを組み合わせている。しかしな
がら、この収差は逆に曲面スクリーンには都合が良く、
特に像面湾曲に対応した曲面のスクリーンでは、鮮明な
画像が投影できる上、収差補正用の光学系を省略するこ
ともできる。この収差補正は、凸面凹面レンズの組み合
わせ、レンズの焦点距離、レンズ材料（屈折率やアッベ
数）、投影光学系の開口径の調整などによって行われる
のであるが、そのような光学系が省略できるのである。
したがって、機器の低コスト化、軽量化、省スペース化
が実現できる。なお、投影光学系４０にはこのようなレ
ンズ群に代えて、同様の作用をなすミラー群を採用する
こともできる。
【００２５】スクリーン２は光偏向部材５１、フィルタ
５２、光学膜５３そして透明薄膜５４から構成される。
このスクリーン２における光偏向部材５１は、投影光学
系のレンズ群４０からの光を限られた範囲に偏向（拡
散）させるもので、光を拡散させるために表面がブラス
ト処理された透明プラスチック板や乳白色プラスチック
板、拡散型液晶などが用いられる。また、２枚の透明ガ
ラスやプラスチック板に紙などから成る拡散層を挟持し
たスクリーンでもよい。スクリーン２におけるフィルタ
５２は、光偏向部材５１と看者６０との間で、外来光の
反射や映り込みを低減するためのものである。光偏向部
材５１のレンズ群４０側の表面には光低反射特性の光学
膜５３が設けられている。この光学膜５３は、投影光学
系のレンズ群４０からの光が装置内部で迷光となるのを
防ぎ、また光偏向部材５１の光の二重反射像を低減する
ためである。フィルタ５２の看者側表面にも低反射特性
の光学膜５３が設けられている。
【００２６】スクリーン２における透明薄膜５４は、傷
や汚れを付きにくくするためのものであり、ハードコー
トあるいは撥水塗膜で成る。この透明薄膜５４には、電
磁ノイズを低減するためにＩＴＯ膜（イットリウム酸化
膜）などの透明で電気伝導性を有する薄膜をマルチコー
トにして設けてもよい。
【００２７】なお、スクリーン２に関しては、その曲率
に応じて、透過率のピークが看者６０の向きになるよう
に、スクリーン２の外に取り付けるルーバー（図示せ
ず）をスクリーン２の取付位置に応じて変化させたり、
図６に示すように、投影光学系のレンズ群４０と光偏向
部材５１との間に指向性変換用の微小プリズム群や回折
現象を利用して偏向させるホログラムのような光学素子
５５を挿入してもよい。
【００２８】なお、上記の実施の形態ではスクリーン２
の投影面の曲面形状は凸面（看者６０側から見て）とし
たが、凹面、また平面と凹面若しくは凸面との複合曲面
など、インストルメントパネル１の形状に応じて、その
表面形状、曲率にマッチした曲面形状にすることがで
き、特に形状が限定されることはない。
【００２９】次に、上記の第１の実施の形態の表示装置
の動作について説明する。本実施の形態の表示装置１
は、図１に示したように、車両のインストルメントパネ
ル３に組み込まれ、インストルメントパネル３の表面と
意匠的に連続するように配慮されたスクリーン２に画像
を投影表示させる。この場合、従来例で説明したよう
に、画像データ１８から画像制御部１９によって平面画
像として生成するのではなく、スクリーン２の投影面の
曲面形状に対応してあらかじめ歪みが付与された画像を
生成するので、実際に画像表示素子３０からレンズ群４
０を通してスクリーン２に投影される画像がほぼ歪みの
ない平面画像となる。つまり、直線は直線に見え、正方
形は正方形に見え、また円は円に見えるように、看者６
０にとって歪みのない画像を表示することができるので
ある。
【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態を図７及
び図８に基づいて説明する。第２の実施の形態の特徴
は、スクリーン２の曲面形状に特徴を有している。
【００３１】すなわち、スクリーン２は図７（ｂ）に示
すように楕円曲面やそれに近い曲面形状とし、これをイ
ンストルメントパネルの左右中央部に設置するような場
合、車両の助手席、運転席それぞれから見える範囲は自
ずと限られたものとなる。つまり、助手席の看者６０Ａ
からはスクリーン２のＡ部は見ることができず、逆に運
転席の看者６０Ｂからはスクリーン２のＢ部は見ること
ができない。そしてスクリーン２の左右中央のＣ部は両
方の看者６０Ａ，６０Ｂから見ることができる。そこで
図７（ａ）に示すように、スクリーン２の投影面を左右
で複数区画、ここでは６１Ａ〜６１Ｅの５区画に区切
り、図８に示すような情報を各区画に表示させるのであ
る。
【００３２】例えば、運転席の看者６０Ｂからのみ見え
る区画、スクリーン２のＡ部の区画に対しては、運転に
必要な情報で、助手席の人にはそれほど必要ではない情
報、例えば車速６１Ａ、補助カメラの画像６１Ｂを表示
する。そしてスクリーン２のＣ部のように運転席からも
助手席からも見える区画に対しては、運転者にも助手席
の人にも必要な情報、例えば、ナビゲーション情報６１
Ｃを表示する。そして助手席の看者６０Ａからのみ見え
るＢ部の区画に対しては、運転中には不要な情報、例え
ば、インターネット情報６１Ｄやテレビ画像６１Ｅを表
示する。
【００３３】これにより、患者の視点に応じて必要な情
報を見やすい位置に表示することができることになる。
【００３４】次に、本発明の第３の実施の形態を、図９
に基づいて説明する。本実施の形態の表示装置は、スク
リーン２にレンチキュラーレンズ５６を２枚用いること
により、液晶シャッターのような眼鏡を用いないでも左
右眼視差による立体表示を可能にしたものである。
【００３５】図９において、投影光学系４０に入力され
た画像光をビームスプリッター２６に対して出力し、ビ
ームスプリッター２６をオン／オフさせることによって
画像光を２画面に分割させる。すなわち、オンタイミン
グ時の画像光はビームスプリッター２６を透過してスク
リーン２に１画面７０−１の画像光として直接入射させ
る。そしてビームスプリッター２６のオフタイミング時
の画像光はビームスプリッター２６で反射させて全反射
ミラー２７に入射させ、この全反射ミラー２７で再反射
させてスクリーン２にもう１画面７０−２の画像光とし
て入射させる。
【００３６】スクリーン２は表裏２枚のレンチキュラー
レンズ５６とそれらの間の光拡散層５７で構成されてい
る。そこで、ビームスプリッター２６から直接来る画像
光による画面と全反射ミラー２７に反射されて来る画像
光による画面とが交互にスクリーン２に入射されること
になり、看者６０の左右眼６０Ｒ，６０Ｌでは左右眼視
差をもった２画面７０−Ｒ，７０−Ｌを見ることにな
り、立体画像が見られることになる。なお、立体画像の
表示のためには、左右のそれぞれに専用の情報を異なる
位置からスクリーン２へ投影するようにしてもよい。
【００３７】これにより、本実施の形態の表示装置で
は、情報を立体的に表示できることになる。
【００３８】次に、本発明の第４の実施の形態を図１０
に基づいて説明する。第４の実施の形態の表示装置は、
凹面形状のスクリーン２を備えたフロントプロジェクシ
ョン式を特徴としている。すなわち、図２及び図３に示
した第１の実施の形態の表示装置に対して、凹曲面のス
クリーン２に対して看者６０と同じ表側から画像を投影
する点が異なっている。その他の構成要素は第１の実施
の形態と共通するので、第１の実施の形態と共通の符号
を付して示してある。
【００３９】本実施の形態にあっても、スクリーン２の
凹曲面の形状に対応させて、画像制御部１９によって画
像データ１８をあらかじめ歪ませる加工を行い、画像表
示素子３０にその画像を生成させ、投影光学系４０を通
してスクリーン２に投影させる。
【００４０】これにより、フロントプロジェクション式
の表示装置として比較的大画面の画像の全体をほとんど
歪みなく、またピントぼけすることなく鮮明に表示する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の表示装置をインス
トルメントパネルに設置した状態を示す斜視図。
【図２】上記の実施の形態の光学系の構成を示すブロッ
ク図。
【図３】上記の実施の形態の機能構成を示すブロック
図。
【図４】上記の実施の形態における３原色分解部の他の
構成例のブロック図。
【図５】上記の実施の形態における３原色分解部のさら
に別の構成例のブロック図。
【図６】上記の実施の形態におけるスクリーンの他の構
造例の断面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるスクリーン
の正面図及び平面図。
【図８】上記の第２の実施の形態におけるスクリーンの
表示位置別の表示内容を例示した表。
【図９】本発明の第３の実施の形態におけるスクリーン
部分の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の光学系の構成を
示すブロック図。
【符号の説明】
１ 表示装置 ２ スクリーン ３ インストルメントパネル ４ 支持部材 １８ 画像データ １９ 画像制御部 ２０ 光源 ２２ ３原色分解部（カラー円板） ２３ ３原色発光光源部 ２４ インテグレータ ２５ 光学素子 ２６ ビームスプリッタ ２７ 全反射ミラー ３０ 画像表示素子 ４０ 投影光学系（レンズ群） ６０ 看者
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｇ 3/36 Ｇ０９Ｇ 3/36 (72)発明者 坂田 雅男 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA06 EA13 HA20 HA21 HA24 HA26 HA28 MA20 3D044 BA03 BA19 BA30 BD02 5C006 AF46 BA12 BB16 EC11 FA18 FA41 5C080 AA10 AA18 BB05 DD22 DD28 JJ02 JJ05 JJ06 5G435 AA01 AA17 AA18 BB17 DD02 DD06 DD09 GG46

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源と、表示しようとする画像信号を出
    力する画像生成手段と、前記画像生成手段の出力する画
    像信号により、前記光源からの光を加工し、所定の曲面
    のスクリーンに画像を投影する画像投影手段とを備え、 前記画像投影手段は、投影画像の光学系の収差形状を前
    記スクリーンの投影曲面の形状にほぼ一致させたことを
    特徴とする表示装置。
  2. 【請求項２】 前記スクリーンの投影曲面の形状が、投
    影光学系の像面湾曲によるペッツバル（Petzval）面と
    非点収差の子午的像面と球面的像面との間の曲面形状で
    あることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 【請求項３】 前記投影光学系の歪曲収差が糸巻き型の
    場合は、前記投影光学系に対して凸面の投影面とし、前
    記投影光学系の歪曲収差が樽型の場合は、前記投影光学
    系に対して凹面の投影面としたことを特徴とする請求項
    １に記載の表示装置。
  4. 【請求項４】 前記画像投影手段は、前記画像生成手段
    の出力する画像信号を、投影前の時点であらかじめ変形
    させる加工を行い、結果的に前記投影光学系の収差形状
    を前記スクリーンの投影曲面の形状にほぼ一致させるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  5. 【請求項５】 前記スクリーンの表面形状は、当該装置
    の組み込まれている支持部材を含めた周囲の部材と意匠
    的に連続するものであることを特徴とする請求項１に記
    載の表示装置。
  6. 【請求項６】 前記スクリーンは複数の投影区画に分け
    られ、それぞれの投影区画は対象看者の方向を向く配置
    にし、前記画像投影手段は、それぞれの投影区画に個別
    の表示情報を投影させることを特徴とする請求項１に記
    載の表示装置。
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