JP3733852B2

JP3733852B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP3733852B2
Application number: JP2000301154A
Authority: JP
Inventors: 悟広瀬; 博司渡辺; 雅男坂田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: EP1195637A1; JP2002104024A; US20020039229A1; US6715885B2

Description

【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、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）面としたものである。
【０００９】
請求項２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３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４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。また、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。
【００１５】
請求項２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３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４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：ｘ^２/ ａ^２−ｙ^２/ ｂ^２＝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（Digital 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・ｙ^２（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４０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６０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６１Ｃ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
２２３原色分解部（カラー円板）
２３３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

Claims

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、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）面としたたことを特徴とする表示装置。
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。
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。
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。