JP2018036360A - 情報表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置であって、前記映像情報を表示するディスプレイと、前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備えた情報表示装置であって、前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含んでおり、前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する前記虚像の二重像化を低減する虚像二重像化低減手段を備えている。
【選択図】図8
Description
図1は、本発明の一実施例に係る情報表示装置の周辺機器構成を示す概略構成図であり、ここでは、その一例として、特に、自動車のフロントガラスに画像を投影する情報表示装置100について説明する。
次に、本実施例に係る虚像光学系、および、映像表示装置の更なる詳細について、以下に説明する。
Rh>Rv
(1)テレセントリックな光束として反射面へ入射する場合は、レンズまたは凹面ミラー1の屈折力はほぼ零となる;
(2)映像表示装置4からの映像光が発散して光学素子に入射する場合には、光学素子は正の屈折力を持つ;
(3)映像表示装置4からの映像光が集光して光学素子に入射する場合には、光学素子は負の屈折力を持つ;
ようにして、凹面ミラーに入射する光束の方向(角度と位置)を制御し、発生する虚像の歪曲収差を補正する。更に、透過型の光学レンズの場合には、映像表示装置4側の入射面と凹面ミラー1側の出射面の相互作用により、虚像に発生する結像性能に関する収差を補正する。本実施例では一つの光学素子について述べたが、複数の透過型の光学素子であっても良く、あるいは、反射型の光学素子(ミラー)と透過型の光学素子の組合せとしても良い。
発明者らは、種々の検討の結果、下記に述べる知見に基づいて、以下に詳述する虚像の二重像化を軽減する技術を開発した。
(1)フロントガラスの外気に接した面に反射防止膜を設けて裏面反射光を軽減する。
(2)更に、発明者らは虚像を発生させる投写光学系において、以下に説明する方策を適用することにより、見た目の二重像を軽減することを考え出した。
(1)白色LEDを複数使用する場合に比べ、明るさへの寄与が大きい緑LEDを追加する。
(2)白色LEDに赤色または青色LEDを追加して、画像の艶色性を高める。
(3)赤、青、緑のLED個別に配置し、明るさへの寄与が大きい緑色LEDを追加して個別にLEDを駆動することで、色再現範囲を拡大して艶色性を高めると同時に明るさも向上する。
(4)上記の(3)を実施することで赤、青、緑LEDのピーク輝度に対するそれぞれのカラーフィルターの透過率を上げて、全体としての明るさを向上する。
(5)更に、バックライトの第二の実施例として、ライトファネルと導光体の間にPBSを配置して特定の偏波に揃えることで、液晶パネル入射側の偏光板へのダメージを軽減する。なお、液晶パネル入射側の配置する偏光板の偏光方向は、PBS(Polarizing Beam Splitter)通過後に特定方向に揃えた偏波が通過する方向とすれば良いことは言うまでもない。
Claims (32)
- 乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置であって、
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備えた情報表示装置であって、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含んでおり、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成されており、
映像光束が前記フロントガラスの表面と裏面で反射することで発生する前記虚像の二重像化を低減する虚像二重像化低減手段を備えている、情報表示装置。 - 乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置であって、
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備えた情報表示装置であって、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含んでおり、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の像面湾曲を補正するように構成されており、
前記虚像光学系の像面湾曲を低減するために前記映像情報を表示する前記ディスプレイの形状は、前記フロントガラスの湾曲面に対応して湾曲した面を有する前記ディスプレイによって構成されている、情報表示装置。 - 請求項1に記載の情報表示装置において、
前記虚像二重像化低減手段は、前記虚像光学系において、前記ディスプレイからの映像光のうち各物点からの映像光束によって虚像面の像点に収束する前記映像光束のうち、主光線より外側に発生する収差を低減するために、瞳の上部周辺部分を通過する光線が前記主光線より内側に向かうように構成されている、情報表示装置。 - 請求項3に記載の情報表示装置において、
前記光学素子は、前記主光線が通過する光路の屈折力に比べ、上部周辺部分を通過する光路における屈折力が相対的に強くなる形状を有する、情報表示装置。 - 請求項3に記載の情報表示装置において、
前記フロントガラスの車内側界面で反射する正常光と室外側界面で反射する異常光の差異によって生じる二重像を低減するために、前記情報表示装置が前記フロントガラスの下方に配置された場合に、前記虚像光学系の前記主光線より下に収差が発生するように入射瞳の中心より上部を通過する光線が通過する虚像光学系の相対屈折力を、他方入射瞳の中心より下部を通過する光線が通過する虚像光学系の相対屈折力より大きくした、情報表示装置。 - 請求項3に記載の情報表示装置において、
前記虚像光学系は、弱い負の屈折力を持つ光学素子を備えており、前記弱い負の屈折力を持つ光学素子は、前記ディスプレイからの映像光が、前記光学素子に集光して入射され略平行光となった後に、前記凹面ミラーに向け出射するように構成されている、情報表示装置。 - 請求項2または3に記載の情報表示装置において、
前記虚像光学系は、弱い正の屈折力を持つ光学素子を備えており、前記弱い正の屈折力を持つ光学素子は、前記ディスプレイからの映像光が、前記光学素子に発散して入射され略平行光となった後に、前記凹面射ミラーに向け出射するように構成されている、情報表示装置。 - 請求項2または3に記載の情報表示装置において、
更に、前記ディスプレイは、その映像表示部の画面垂直方向中心が前記凹面ミラー1の中心より下側となるように配置されている、情報表示装置。 - 請求項2または3に記載の情報表示装置において、
前記弱い負の屈折力を持つ光学素子は、前記虚像の画面垂直方向に対応した曲率半径と画面水平方向に対応した曲率半径とが異なる、情報表示装置。 - 請求項2または3に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイとして液晶表示パネルを使用した、情報表示装置。 - 請求項10に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイである前記液晶表示パネルは、固体光源と、前記固体光源からの発散光の発散角を小さくする光学素子と、前記光学素子により発散角を小さくした発散光を偏光変換する光学部材と、所望の偏光方向の光を前記液晶表示パネルに入射する照明光源部とを備えている、情報表示装置。 - 請求項11に記載の情報表示装置において、
前記照明光源部からの出射光が前記液晶表示パネルを通過した後、前記液晶表示パネルの長手方向から見た光の出射状態と短手方向から見た光の出射状態が異なる、情報表示装置。 - 請求項11に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイである前記液晶表示パネルの虚像光学系側に、λ/4板を設けた、情報表示装置。 - 請求項11に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイである前記液晶表示パネルの虚像光学系側に、紫外線、または、赤外線、または、紫外線と赤外線を反射する光学部材を備えている、情報表示装置。 - 乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置であって、
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備えており、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含んでおり、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記光学素子の形状は、垂直方向の断面形状の平均曲率半径と水平方向の断面形状の平均曲率半径を異なる値とする前記フロントガラスの垂直方向曲率半径Rvと水平方向曲率半径Rhの違いにより発生する光路差から発生する歪曲収差と虚像の結像性能を低下させる収差を補正するように構成され、
前記虚像光学系は前記ディスプレイからの映像光のうち各物点からの映像光束によって虚像面の像点に収束する前記映像光束のうち主光線より外側を通過する光束が通過する光路の屈折力を前記主光線が通過する光路の屈折力に比べて強くし、前記フロントガラスは外形中心より周辺部で曲率半径が小さくなる形状を有し、映像光線はフロントガラスの車内側の反射面1で反射した正規反射光と外気に接した反射面2で反射した裏面反射光によって発生する二重像はフロントガラスの垂直方向と水平方向により発生する方向が異なり、
前記二重像のうち水平方向に発生する二重像を低減するために、前記フロントガラス周辺部で結像する虚像においては前記虚像光学系の入射瞳の中心より外側を通過する光線が通過する虚像光学系の相対屈折力を、他方入射瞳の中心より内側を通過する光線が通過する虚像光学系の相対屈折力より小さくした、情報表示装置。 - 請求項15に記載の情報表示装置において、
前記虚像光学系は、弱い負の屈折力を持つ光学素子を備えており、前記弱い負の屈折力を持つ光学素子は、前記ディスプレイからの映像光が、前記光学素子に集光して入射され略平行光となった後に、前記凹面の反射ミラーに向け出射するように構成されている、情報表示装置。 - 請求項15に記載の情報表示装置において、
前記虚像光学系は、弱い正の屈折力を持つ光学素子を備えており、前記弱い正の屈折力を持つ光学素子は、前記ディスプレイからの映像光が、前記光学素子に発散して入射され略平行光となった後に、前記凹面の反射ミラーに向け出射するように構成されている、情報表示装置。 - 請求項15に記載の情報表示装置において、
更に、前記ディスプレイは、その映像表示部の画面垂直方向中心が前記凹面ミラー1の中心より下側となるように配置されている、情報表示装置。 - 請求項15に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイとして液晶表示パネルを使用した、情報表示装置。 - 請求項19に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイである前記液晶表示パネルは、固体光源と、前記固体光源からの発散光の発散角を小さくする光学素子と、前記光学素子により発散角を小さくした発散光を偏光変換する光学部材と、所望の偏光方向の光を前記液晶表示パネルに入射する照明光源部とを備えている、情報表示装置。 - 請求項20に記載の情報表示装置において、
前記照明光源部からの出射光が前記液晶表示パネルを通過した後、前記液晶表示パネルの長手方向から見た光の出射状態と短手方向から見た光の出射状態が異なる、情報表示装置。 - 請求項19に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイである前記液晶表示パネルの虚像光学系側に、λ/4板を設けた、情報表示装置。 - 請求項19に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイである前記液晶表示パネルの虚像光学系側に、紫外線、または、赤外線、または、紫外線と赤外線を反射する光学部材を備えている、情報表示装置。 - 乗り物のフロントガラスに虚像の映像情報を表示する情報表示装置であって、
前記映像情報を表示するディスプレイと、
前記平面ディスプレイから出射された光を前記フロントガラスで反射させることで虚像を前記乗り物の前方に表示させる虚像光学系と、を備えており、
前記虚像光学系は、凹面ミラーと光学素子を含んでおり、
前記光学素子は、前記ディスプレイと前記凹面ミラーとの間に配置され、前記凹面ミラーの形状と前記光学素子の形状により運転者の視点位置に対応して得られる虚像の歪みを補正するように構成され、
前記虚像光学系は、
前記ディスプレイからの映像光のうち各物点からの映像光束によって虚像面の像点に収束する前記映像光束のうち主光線より外側を通過する光束が通過する光路の屈折力を前記主光線が通過する光路の屈折力に比べて強くし、前記フロントガラスは外形中心より周辺部で曲率半径が小さくなる形状を有し、映像光線は前記フロントガラスの車内側の反射面1で反射した正規反射光と外気に接した反射面2で反射した裏面反射光によって発生する二重像は前記フロントガラスの垂直方向と水平方向により発生する方向が異なり、
前記二重像のうち水平方向に発生する二重像を低減するために、前記フロントガラス周辺部で結像する虚像においては前記虚像光学系の入射瞳の中心より外側を通過する光線が通過する虚像光学系の相対屈折力を、他方入射瞳の中心より内側を通過する光線が通過する虚像光学系の相対屈折力より小さくした、情報表示装置。 - 請求項24に記載の情報表示装置において、
前記虚像光学系は、弱い負の屈折力を持つ光学素子を備えており、前記弱い負の屈折力を持つ光学素子は、前記ディスプレイからの映像光が、前記光学素子に集光して入射され略平行光となった後に、前記凹面の反射ミラーに向け出射するように構成されている、情報表示装置。 - 請求項24に記載の情報表示装置において、
前記虚像光学系は、弱い正の屈折力を持つ光学素子を備えており、前記弱い正の屈折力を持つ光学素子は、前記ディスプレイからの映像光が、前記光学素子に発散して入射され略平行光となった後に、前記凹面の反射ミラーに向け出射するように構成されている、情報表示装置。 - 請求項24に記載の情報表示装置において、
更に、前記ディスプレイは、その映像表示部の画面垂直方向中心が前記凹面ミラー1の中心より下側となるように配置されている、情報表示装置。 - 請求項24に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイとして液晶表示パネルを使用した、情報表示装置。 - 請求項28に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイである前記液晶表示パネルは、固体光源と、前記固体光源からの発散光の発散角を小さくする光学素子と、前記光学素子により発散角を小さくした発散光を偏光変換する光学部材と、所望の偏光方向の光を前記液晶表示パネルに入射する照明光源部とを備えている、情報表示装置。 - 請求項29に記載の情報表示装置において、
前記照明光源部からの出射光が前記液晶表示パネルを通過した後、前記液晶表示パネルの長手方向から見た光の出射状態と短手方向から見た光の出射状態が異なる、情報表示装置。 - 請求項28に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイである前記液晶表示パネルの虚像光学系側に、λ/4板を設けた、情報表示装置。 - 請求項28に記載の情報表示装置において、
前記ディスプレイである前記液晶表示パネルの虚像光学系側に、紫外線、または、赤外線、または、紫外線と赤外線を反射する光学部材を備えている、情報表示装置。
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