JP2019120888A - 画像表示装置 - Google Patents
画像表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019120888A JP2019120888A JP2018002332A JP2018002332A JP2019120888A JP 2019120888 A JP2019120888 A JP 2019120888A JP 2018002332 A JP2018002332 A JP 2018002332A JP 2018002332 A JP2018002332 A JP 2018002332A JP 2019120888 A JP2019120888 A JP 2019120888A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image
- light
- image display
- optical system
- free
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 142
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/30—Collimators
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/014—Head-up displays characterised by optical features comprising information/image processing systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Instrument Panels (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
前記眼の位置情報に基づいて、前記画像の内容を制御する第3の制御部をさらに備えてもよい。
まず、本発明に係る第1の実施例について説明する。
第1の実施例に係る画像表示装置100は、例えば、車両に備えられたヘッドアップディスプレイ装置であり、自車両前方の実景に虚像を重ねて表示することで、実景に情報などを付加した拡張現実を生成する装置である。なお、本開示がヘッドアップディスプレイ装置に適用されることはあくまで一例であり、本開示は適宜別の装置に適用されてもよい。
上記では、本発明に係る第1の実施例の概要について説明した。続いて、画像表示装置100の各構成の詳細について説明する。
まず、図3および図4を参照して、走査光学系110の各構成の詳細について説明する。走査光学系110は、図3に示すように、光源部111と、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スキャナ112と、放物面鏡113と、を備える。また、走査光学系110は、照明光学系130と接眼光学系150が配置された場合に発生するデッドスペースに配置可能である。これによって、画像表示装置100の小型化が可能になる。
光源部111は、赤色光、緑色光および青色光のレーザ光を合波することで白色光を生成する構成である。より具体的には、光源部111は、図4に示すように、R光源部111−1aと、G光源部111−1bと、B光源部111−1cと、コリメートレンズ111−2a〜コリメートレンズ111−2cと、ダイクロイックミラー111−3aおよびダイクロイックミラー111−3bと、を備える。
MEMSスキャナ112は、光源部111から入射したレーザ光を走査する光学素子である。より具体的には、MEMSスキャナ112は、放物面鏡113の焦点位置に配置され、MEMSスキャナ112によって走査されたレーザ光は、放物面鏡113によって反射されて、ビームシェイパー120へ入射する。このとき、放物面鏡113の焦点位置から出射されたレーザ光が放物面鏡113上の各点で反射する場合、各反射光の進行方向は放物面鏡113の光軸に対して略平行になるという特徴を有する。互いに略平行となった反射光は、ビームシェイパー120の面に対して略垂直に入射する。
ビームシェイパー120は、DOE(Diffractive Optics Element)等の回折光学素子、HOE(Holographic
Optical Element)等のホログラフィック光学素子または拡散板等が用いられることで、放物面鏡113によって反射されたレーザ光の進行方向を回折現象等により変更し、レーザ光を照明光学系130へ伝搬する光学素子である。また、ビームシェイパー120は、レーザ光のビーム形状を変更可能である。上記のとおり、放物面鏡113によって反射されたレーザ光が、ビームシェイパー120の面に対して略垂直に入射することで、ビームシェイパー120は、常に、入射したレーザ光の光束径を所定の大きさ(例えば、照明光学系130における照明光のコーンアングルに応じた大きさ)まで広げ、レーザ光の形状を所定の略矩形形状へ変更することができる。
照明光学系130は、上記のとおり、アナモルフィックレンズ131と、第1の自由曲面ミラー132と、第2の自由曲面ミラー133と、を備える。
アナモルフィックレンズ131は、例えばシリンドリカルレンズ(レンチキュラーレンズ)であり、その光学特性(例えば焦点距離)が、光軸に直交し且つ互いに直交する二方向で異なる曲率を有している光学素子である。これによって、アナモルフィックレンズ131は、ビームシェイパー120から入射したレーザ光を、短軸方向に沿って広げることができる。ビームシェイパー120およびアナモルフィックレンズ131等によってディスプレイパネル140の略全面への効率的な照明が可能となる。
第1の自由曲面ミラー132は、アナモルフィックレンズ131から入射したレーザ光を反射する光学素子である。また、第2の自由曲面ミラー133は、第1の自由曲面ミラー132から入射したレーザ光を反射することでレーザ光をディスプレイパネル140に向けて出射する光学素子である。
ディスプレイパネル140は、第2の自由曲面ミラー133から入射したレーザ光によって中間像を形成する。ディスプレイパネル140に結像した光は、ディスプレイパネル140の出射側から接眼光学系150の第3の自由曲面ミラー151へ出射される。
接眼光学系150は、上記のとおり、第3の自由曲面ミラー151と、第4の自由曲面ミラー152と、コンバイナ153と、を備える。
第3の自由曲面ミラー151は、ディスプレイパネル140から出射された中間像を構成する画像光を反射する光学素子(前段の自由曲面ミラー)である。また、第4の自由曲面ミラー152は、第3の自由曲面ミラー151から入射した画像光を反射することで画像光をコンバイナ153に向けて出射する光学素子(後段の自由曲面ミラー)である。
コンバイナ153は、第4の自由曲面ミラー152から入射した画像光が投影されると共に、その投影光を観察者の眼へ一部反射することで虚像を観察者に視認させる光学素子である。より具体的には、コンバイナ153は、無色の樹脂性透明板の視認側表面に、ハーフミラーとしての役割を果たす蒸着膜を形成して構成されている。なお、本実施例においては、コンバイナ153の反射面は凹形状である例を示しているが、これに限定されず、コンバイナ153の反射面は凸面形状でもよい。また、コンバイナ153の代りに、ウインドシールドガラス10が用いられてもよい。
続いて、照明光学系130が備える第1の自由曲面ミラー132と第2の自由曲面ミラー133、および、接眼光学系150が備える第3の自由曲面ミラー151、第4の自由曲面ミラー152とコンバイナ153のそれぞれが有する自由曲面の定義式について説明する。各光学素子が有する自由曲面は、その面の頂点を原点とする直交座標系(x,y,z)を定義したとき、下記の式(1)、式(2)、式(3)により定義される。なお、各光学素子についての、式(1)の各係数を以下の表1に示す。
上記では、各光学素子の自由曲面の定義式について説明した。続いて、アナモルフィックレンズ131が有するアナモルフィック面の定義式について説明する。アナモルフィック面は、その頂点を原点とする直交座標系(x,y,z)を定義したとき、下記の式(4)により定義される。なお、式(4)の各係数を以下の表2に示す。
y:面のy座標
z:z軸に略平行な面のサグ量
CUX:xの曲率
CUY:yの曲率
KX:xのコーニック係数
KY:yのコーニック係数
AR:回転対称の4次係数
BR:回転対称の6次係数
CR:回転対称の8次係数
DR:回転対称の10次係数
AP:非回転対称の4次係数
BP:非回転対称の6次係数
CP:非回転対称の8次係数
DP:非回転対称の10次係数
上記では、アナモルフィックレンズ131が有するアナモルフィック面の定義式について説明した。続いて、画像表示装置100の各光学素子の位置座標の例について説明する。より具体的には、アイボックスの中心点を原点とする直交座標系(x,y,z)(図6および図7を参照)が定義されたときの各光学素子の位置座標の例を以下の表3〜表5に示す。なお、表3〜表5の各位置座標は、各光学素子の中心位置を示している。また、各光学素子における偏芯も併せて記載されている。偏芯におけるα、β、γは、それぞれx軸、y軸、z軸を回転軸としたときの傾き角を指し、傾き角αと傾き角βの正はそれぞれx軸、y軸の正方向に対して反時計回りに回転させたときの角度を示し、傾き角γの正はz軸の正方向に対して時計回りに回転させたときの角度を示す。
上記では、本発明に係る第1の実施例について説明した。続いて、図8および図9を参照して、本発明に係る第2の実施例について説明する。図8に示すように、第2の実施例においては、上記の光源部111の代りに、半導体レーザ光源がアレイ状に配置された光源部114が用いられる。なお、その他の構成は第1の実施例と同様である。
上記では、本発明に係る第2の実施例について説明した。続いて、図10を参照して、本発明に係る第3の実施例について説明する。
110 走査光学系
111、114 光源部
112 MEMSスキャナ
113 放物面鏡
120 ビームシェイパー
130 照明光学系
131 アナモルフィックレンズ
132 第1の自由曲面ミラー
133 第2の自由曲面ミラー
140 ディスプレイパネル
150 接眼光学系
151 第3の自由曲面ミラー
152 第4の自由曲面ミラー
153 コンバイナ
Claims (16)
- レーザ光を走査する走査光学系と、
前記走査光学系により走査されたレーザ光が略垂直に入射するビームシェイパーと、
自由曲面を有する2つの反射光学素子と1つのアナモルフィックレンズを備え、前記ビームシェイパーから出射されたレーザ光をディスプレイパネルに照明する照明光学系と、
前記照明光学系により照明されたレーザ光を用いて画像を表示する前記ディスプレイパネルと、
自由曲面を有する3つの反射光学素子を備え、前記ディスプレイパネルから出射された画像光を観察者の眼に集光させる接眼光学系と、を備える、
画像表示装置。 - 前記眼の位置情報に基づいて、前記走査されたレーザ光が前記ビームシェイパーに入射する位置を制御する第1の制御部をさらに備える、
請求項1に記載の画像表示装置。 - 前記走査光学系は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スキャナを備えており、
前記第1の制御部は、前記MEMSスキャナを制御することで前記走査された光が前記ビームシェイパーに入射する位置を制御する、
請求項2に記載の画像表示装置。 - 前記第1の制御部は、前記走査されたレーザ光が前記ビームシェイパーに入射する位置を制御することで、光軸に対して略垂直な方向に動く前記眼に前記画像光を集光させる、
請求項2または3に記載の画像表示装置。 - 前記眼の位置情報に基づいて、前記ビームシェイパーの位置を制御する第2の制御部をさらに備える、
請求項1から4のいずれか1項に記載の画像表示装置。 - 前記第2の制御部は、前記ビームシェイパーの位置を、光軸に対して前後に制御する、
請求項5に記載の画像表示装置。 - 前記ビームシェイパーは、回折光学素子(DOE:Diffractive Optics Element)、ホログラフィック光学素子(HOE:Holographic Optical Element)、または、拡散板である、
請求項5または6に記載の画像表示装置。 - 前記第2の制御部は、前記ビームシェイパーの位置を制御することで、光軸に対して前後に動く前記眼に前記画像光を集光させる、
請求項5から7のいずれか1項に記載の画像表示装置。 - 前記眼の位置情報に基づいて、前記画像の内容を制御する第3の制御部をさらに備える、
請求項1から8のいずれか1項に記載の画像表示装置。 - 前記第3の制御部は、前記画像の内容を両眼について互いに異なるものとする、
請求項9に記載の画像表示装置。 - 前記走査光学系は、前記レーザ光を出射する光源部と、前記光源部から出射されたレーザ光を走査するMEMSスキャナと、前記MEMSスキャナにより走査されたレーザ光を反射し前記ビームシェイパーへ入射させる放物面鏡と、を備える、
請求項1から10のいずれか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光源部は、前記レーザ光を拡散板に集光させるコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズにより集光されたレーザ光を散乱させる前記拡散板と、前記拡散板によって散乱したレーザ光を略平行光にし、前記MEMSスキャナへ出射するコリメートレンズと、前記拡散板を回転させるモータと、を備える、
請求項11に記載の画像表示装置。 - 前記接眼光学系は、前記ディスプレイパネルから出射された画像光を反射する前段の自由曲面ミラーと、前記前段の自由曲面ミラーによって反射された画像光をさらに反射する後段の自由曲面ミラーと、前記後段の自由曲面ミラーによって反射された画像光をさらに反射することで画像光を前記眼に集光させるコンバイナと、を備える、
請求項1から12のいずれか1項に記載の画像表示装置。 - 前記前段の自由曲面ミラーから前記後段の自由曲面ミラーに至るまでの光路中で画像光がクロスする、
請求項13に記載の画像表示装置。 - 前記後段の自由曲面ミラーから前記コンバイナに至るまでの光路中で画像光における各像高の光線がクロスする、
請求項13または14に記載の画像表示装置。 - 前記画像表示装置は、ヘッドアップディスプレイ装置である、
請求項1から15のいずれか1項に記載の画像表示装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018002332A JP7000167B2 (ja) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | 画像表示装置 |
KR1020180108237A KR102695520B1 (ko) | 2018-01-11 | 2018-09-11 | 이미지 표시 장치 |
US16/239,119 US11378800B2 (en) | 2018-01-11 | 2019-01-03 | Image display apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018002332A JP7000167B2 (ja) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | 画像表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019120888A true JP2019120888A (ja) | 2019-07-22 |
JP7000167B2 JP7000167B2 (ja) | 2022-01-19 |
Family
ID=67307806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018002332A Active JP7000167B2 (ja) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | 画像表示装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7000167B2 (ja) |
KR (1) | KR102695520B1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021059242A (ja) * | 2019-10-08 | 2021-04-15 | 株式会社Subaru | 車両のヘッドアップディスプレイシステム |
JP7244129B1 (ja) | 2021-10-13 | 2023-03-22 | 株式会社クロスエッジラボ | ナイトビジョンカメラ |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06208089A (ja) * | 1992-07-29 | 1994-07-26 | Texas Instr Inc <Ti> | コヒーレント光を用いる無スペックル・ディスプレイ装置 |
JP2005266569A (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Teruya:Kk | 三次元ディスプレイシステム |
US20130342905A1 (en) * | 2012-06-26 | 2013-12-26 | Sypro Optics Gmbh | Head-up display and optical projection system for a head-up display |
JP2015184581A (ja) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | 大日本印刷株式会社 | 照明装置、投射装置および照射装置 |
WO2016208194A1 (ja) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | ヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体 |
JP2017068251A (ja) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | ヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した車両 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6540988B2 (ja) | 2014-06-09 | 2019-07-10 | 日本精機株式会社 | ヘッドアップディスプレイ装置 |
US9958677B2 (en) * | 2015-12-25 | 2018-05-01 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Head-up display and mobile object equipped with head-up display |
-
2018
- 2018-01-11 JP JP2018002332A patent/JP7000167B2/ja active Active
- 2018-09-11 KR KR1020180108237A patent/KR102695520B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06208089A (ja) * | 1992-07-29 | 1994-07-26 | Texas Instr Inc <Ti> | コヒーレント光を用いる無スペックル・ディスプレイ装置 |
JP2005266569A (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Teruya:Kk | 三次元ディスプレイシステム |
US20130342905A1 (en) * | 2012-06-26 | 2013-12-26 | Sypro Optics Gmbh | Head-up display and optical projection system for a head-up display |
JP2015184581A (ja) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | 大日本印刷株式会社 | 照明装置、投射装置および照射装置 |
WO2016208194A1 (ja) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | ヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体 |
JP2017068251A (ja) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | ヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した車両 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021059242A (ja) * | 2019-10-08 | 2021-04-15 | 株式会社Subaru | 車両のヘッドアップディスプレイシステム |
JP7441628B2 (ja) | 2019-10-08 | 2024-03-01 | 株式会社Subaru | 車両のヘッドアップディスプレイシステム |
JP7244129B1 (ja) | 2021-10-13 | 2023-03-22 | 株式会社クロスエッジラボ | ナイトビジョンカメラ |
JP2023058116A (ja) * | 2021-10-13 | 2023-04-25 | 株式会社クロスエッジラボ | ナイトビジョンカメラ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190085829A (ko) | 2019-07-19 |
KR102695520B1 (ko) | 2024-08-14 |
JP7000167B2 (ja) | 2022-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8441733B2 (en) | Pupil-expanded volumetric display | |
JP6207850B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
US10838209B2 (en) | Head mounted imaging apparatus with curved lenslet array | |
US9247221B2 (en) | Scanning type projector | |
US20180284441A1 (en) | Wide field head mounted display | |
JP6749334B2 (ja) | 投影光学系及びヘッドアップディスプレイ装置 | |
KR20170087874A (ko) | 가상 이미지 생성기 | |
JP6617945B2 (ja) | 画像表示装置 | |
KR20170084094A (ko) | 조정 가능 초점 평면 광학 시스템 | |
JP2013061554A (ja) | 画像形成装置、画像形成装置を搭載した車両 | |
JP2016136222A (ja) | 画像表示装置及び物体装置 | |
US11561396B2 (en) | Head-up display device and transportation device | |
JP2004325672A (ja) | 走査光学系 | |
EP3709069B1 (en) | Display apparatus capable of laterally shifting image | |
WO2020261830A1 (ja) | ヘッドアップディスプレイ装置 | |
JP6579180B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
CN112805997A (zh) | 增强现实(ar)显示器 | |
JP7000167B2 (ja) | 画像表示装置 | |
JP2017142509A (ja) | 画像形成装置、画像形成装置を搭載した車両 | |
CN110959131A (zh) | 使用激光束扫描仪的可穿戴显示器的光学器件 | |
JP2018040842A (ja) | ヘッドアップディスプレイ装置 | |
JP6107996B2 (ja) | 画像形成装置、画像形成装置を搭載した車両 | |
US11378800B2 (en) | Image display apparatus | |
JP2021152565A (ja) | 表示装置及び光学素子 | |
JP2019045605A (ja) | ヘッドアップディスプレイ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20180710 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20180723 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210107 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211126 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211214 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211223 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7000167 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |