JP7315194B2 - 表示結像システム及び当該システム付き交通ツール - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電気光学技術の分野に関し、より具体的に、表示結像システムと対応する結像方法、並びに当該表示結像システムを備える交通ツールに関する。
透明表示結像システムは、画像ソースと結像窓から構成されることが一般である。従来の透明表示結像システムには、多種類の画像ソースと結像窓の選択肢がある。一般に、結像窓は基材と反射面とからなり、ほとんどの結像窓の構造において反射面は中間層として基材中に現れる。
従来技術には、p偏光を発するソースを画像ソースとして用いる技術案がある。例えば、特許文献1~6にはいずれもp偏光による結像態様が記載されている。
しかし、これらのp偏光による結像態様は、一般に次のような欠陥がある。即ち、比較的に高い反射率が要求されると、透過率が低くなるため、周囲環境に対する観察効果を低下させ、画像ソースの輝度に対するニーズが比較的に高くなった。
例えば、これらの方法はヘッドアップディスプレイに適用されると、前窓に薄暗い暗斑を形成する。比較的に高い透過率が要求されると、反射率が低くなり、よい結像効果に達するためには、画像ソースの輝度のニーズが比較的に高いため、画像ソースのパワー放熱等のコストを増加させる。
従来技術では、s偏光を発するソースを画像ソースとして用いる技術が既に提案されている。例えば、特許文献7及び8ではいずれもs偏光を用いる結像態様を言及した。しかし、これらのs偏光を用いる結像態様は、次のような欠陥がある。
1、ゴーストが発生しやすい。
2、比較的に高い反射率が要求されると、透過率が低くなるため、周囲環境に対する観察効果を低下させる。
中国実用新案公告第CN204143067U号明細書 中国特許出願公開第CN104267498A号明細書 米国特許第US6952312B2号明細書 米国特許第US7123418B2号明細書 米国特許第US7355796B2号明細書 欧州特許出願公開第EP0836108A2号明細書 米国特許第US2005012682号明細書 特開平02-141720A号公報 中国実用新案第CN2694293Y号明細書
特許文献9には、ヘッドアップディスプレイに適用される、誘電体層の複層フィルムの干渉原理を利用したフルカラーマルチバンド画像スタックが開示されている。当該技術は、特定波長の光線の通過率が高くないとの短所がある。例えば、赤色光、緑色光、青色光等の波長に対する通過率が低いと、交差点信号機(赤信号、緑信号、黄信号)の発する光線を大幅に削減し、そうすると、非常に大きな安全の危険性が存在する。また、当該技術の結像角度に制限があって、結像効果がよくない。さらに、当該技術では約70層に達するフィルムをメッキする必要があるため、製造プロセスが煩雑過ぎる。
本発明の技術案は、上記の課題を解決するために、画像ソースの輝度に対する要求を低くし、エネルギー損失を節約し、結像が明らかで、ゴーストがなく、且つ、環境光の通過がよく、周囲環境に対する観察効果を低下させない表示結像システム、表示結像方法、及び当該表示結像システムを備える交通ツールを提供する。
本発明の主な側面によると、
透明基材と透明基材の第1の表面に付着した透過反射膜とを有する結像窓と、
結像窓の透過反射膜へ偏光を発する画像ソースと、を備え、偏光は、s偏光とp偏光とを含み、s偏光のエネルギーがp偏光のエネルギーよりも大きく、画像ソースの発するs偏光は、可視光帯域内でn個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、但し、nは1以上の正の整数であり、スペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅は60nm以下であり、
透過反射膜は、法線に対して第1の角度範囲で画像ソースの発したs偏光を反射可能であり、また、法線に対して第2の角度範囲で環境光を透過させることができ、第1の角度範囲は30度~89度であり、第2の角度範囲は30度~80度であり、
第1の角度範囲内において、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける少なくとも1つのスペクトル線又はスペクトルバンドに対する半値幅以内の平均反射率が50%より大きく、第1の角度範囲内における透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの中で半値幅内の平均反射率が50%よりも大きい帯域に対する平均反射率より少なくとも5%低く、
第2の角度範囲内において、透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率が60%よりも大きい表示結像システムを提供する。
好ましくは、基材は、第1の表面と第2の表面とを有し、透過反射膜は第1の表面に配置され、光源から出射した光は、まず透過反射膜を通過し、その後に基材に到達する。
好ましくは、第2の表面には増透膜が配置され、前記増透膜は結像窓の可視光に対する平均透過率を3%以上向上させる。
好ましくは、n個のスペクトル線又はスペクトルバンドは、少なくとも3個のスペクトル線又はスペクトルバンドを含み、1番目のスペクトル線又はスペクトルバンドのピーク位置は410nm~480nm区間の範囲内であり、2番目のスペクトル線又はスペクトルバンドのピーク位置は、500nm~565nm区間の範囲内であり、3番目のスペクトル線又はスペクトルバンドのピーク位置は、590nm~690nm区間の範囲内である。
好ましくは、第1の角度範囲は、50度~75度である。
好ましくは、第2の角度範囲は、55度~70度である。
好ましくは、第2の角度範囲内において、透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲の平均透過率は80%よりも大きい。
好ましくは、透過反射膜の第1の角度範囲内における画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンド中の少なくとも1つのスペクトル線又はスペクトルバンドに対する半値幅以内の平均反射率は70%よりも大きく、前記透過反射膜の前記第1の角度範囲内における前記画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は50%よりも小さい。
好ましくは、画像ソースの位置する平面と結像窓との間には狭角があり、狭角の範囲は20度~70度である。
好ましくは、画像ソースの位置する平面と結像窓との間には狭角があり、狭角の範囲は80度~90度である。
好ましくは、画像ソースは、虚像又は実像を放出する表示結像機器、又はこれらの表示結像機器で形成した虚像又は実像である。
好ましくは、画像ソースの光源として、レーザー、発光ダイオード、有機発光ダイオード、励起蛍光発光材料、量子ドット励起光源の中の1種類又は多種類を含む。
本発明の他の主な側面によると、
第1の表面及び第2の表面を有する透明基材と、透明基材の第1の表面に付着した透過反射膜と、透明基材の第2の表面に付着した増透膜とを含む結像窓と、
結像窓の透過反射膜へ偏光を発するための画像ソースと、を備え、偏光は、s偏光とp偏光とを含み、s偏光のエネルギーがp偏光のエネルギーよりも大きく、s偏光は、可視光帯域内でn個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、但し、nは1以上の正の整数であり、スペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅は60nm以下であり、
透過反射膜は、法線に対して第1の角度範囲で画像ソースの発したs偏光を反射可能であり、また、法線に対して第2の角度範囲で環境光を透過させることができ、第1の角度範囲は30度~89度であり、第2の角度範囲は30度~80度であり、
第1の角度範囲内において、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける半値幅以内の帯域に対する平均反射率の範囲は25%~50%であり、
透過反射膜の、s偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、透過反射膜のs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの中で半値幅内の帯域に対する平均反射率よりも少なくとも5%低く、
第2の角度範囲内において、透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率が60%よりも大きい表示結像システムを提供する。
本発明のさらに他の主な方面によると、
透過反射膜を含む結像窓と、
透過反射膜を介して結像窓に入射するs偏光を発するための画像ソースと、を備え、
透過反射膜のs偏光に対する可視光範囲内の平均反射率が50%よりも大きく、結像窓は環境光を透過させるためにも用いられ、
透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率が80%よりも大きい表示結像システムを提供する。
本発明のまたさらに他の主な側面によると、
第1の表面及び第2の表面を有する透明基材と、透明基材の第1の表面に付着した透過反射膜と、透明基材の第2の表面に付着した増透膜とを含む結像窓と、
透過反射膜を介して結像窓に入射するs偏光を発するための画像ソースと、を備え、
透過反射膜のs偏光に対する平均反射率が50%よりも大きく、結像窓は環境光を透過させるためにも用いられ、
前記増透膜は、結像窓の可視光に対する平均透過率を3%以上向上させる表示結像システムを提供する。
本発明の1つの主な側面によると、前述したような表示結像システムを備えるヘッドアップディスプレイを提供する。
本発明の他の主な側面によると、前述したような表示結像システムを備える交通ツールを提供する。
本発明の1つの主な側面によると、
(1)透明基材と透明基材に付着した透過反射膜とを含む結像窓を提供するステップと、
(2)s偏光を放射可能な画像ソースを提供するステップと、
(3)透過反射膜を介して結像窓に出射されるように、画像ソースに法線に対して第1の角度範囲で結像窓へs偏光を放射させるステップと、
(4)透過反射膜によりs偏光を反射するステップと、を含み、
s偏光は、可視光帯域内でn個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、但し、nは1以上の正の整数であり、スペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅は60nm以下であり、
第1の角度範囲内において、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける少なくとも1つのスペクトル線又はスペクトルバンドに対する半値幅以内の平均反射率は50%よりも大きく、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの中で半値幅内の平均反射率が50%よりも大きい帯域に対する平均反射率よりも少なくとも5%低く、且つ、
法線に対する第2の角度範囲内において、透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率が60%よりも大きく、
但し、第1の角度範囲は30度~89度であり、第2の角度範囲は30度~80度である表示結像方法を提供する。
本発明の他の主な側面によると、
(1)透明基材と透明基材の両側にそれぞれ付着した透過反射膜及び増透膜とを含む結像窓を提供するステップと、
(2)s偏光を放射可能な画像ソースを提供するステップと、
(3)透過反射膜射を介して結像窓に出射されるように、画像ソースに法線に対して第1の角度範囲で結像窓へs偏光を放射させるステップと、
(4)透過反射膜によりs偏光を反射するステップと、を含み、
s偏光は、可視光帯域内でn個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、nは3以上の正の整数であり、スペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅は60nm以下であり、
第1の角度範囲内において、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける半値幅以内の帯域に対する平均反射率の範囲が25%~50%であり、
透過反射膜の、s偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、透過反射膜の、s偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンド中で半値幅内の帯域に対する平均反射率よりも少なくとも5%低く、且つ、
法線に対する第2の角度範囲内において、透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率が60%よりも大きい表示結像方法を提供する。
但し、第1の角度範囲は30度~89度であり、第2の角度範囲は30度~80度である。
本発明のまた主な側面によると、
(1)透明基材と透明基材に付着した透過反射膜とを含む結像窓を提供するステップと、
(2)s偏光を放射可能な画像ソースを提供するステップと、
(3)透過反射膜を介して結像窓へ出射されるように、画像ソースにs偏光を放射させるステップと、
(4)透過反射膜によりs偏光を反射するステップと、を含み、透過反射膜のs偏光に対する平均反射率は50%よりも大きく、且つ、透過反射膜のp偏光に対する平均透過率が80%よりも大きい表示結像方法を提供する。
さらに、本発明の他の主な側面によると、
(1)透明基材と透明基材の両側にそれぞれ付着した透過反射膜及び増透膜とを含む結像窓を提供するステップと、
(2)s偏光を放射可能な画像ソースを提供するステップと、
(3)透過反射膜を介して結像窓へ出射されるように、画像ソースにs偏光を放射させるステップと、
(4)透過反射膜によりs偏光を反射するステップと、
(5)増透膜により環境光を透過させるステップと、を含み、
透過反射膜のs偏光に対する平均反射率は50%よりも大きく、且つ、前記増透膜は結像窓の可視光に対する平均透過率を3%以上向上させる表示結像方法を提供する。
上記技術案からよく理解できるように、本発明の実施形態では、p偏光を発するソースを画像ソースとして採用せず、革新的に1つ又は複数のスペクトル線又はスペクトルバンドを含むs偏光を放射するものを画像ソースとして採用すると共に、スペクトル線又はスペクトルバンドを含むs偏光の画像ソースと対応する逆特徴を有する結像窓を採用して、s偏光結像システムの欠陥を解消し、ユーザーの画像ソースの表示結像の観覧と同時に外部環境の観覧をするのに極めて有利であるばかりでなく、画像ソースの輝度に対するニーズを低下させることができる。
さらに、本発明は、基材の内面の透過反射膜で比較的に高い反射率が得られ、基材の外面に増透膜も有するため、ゴーストをよく抑えることができる。
また、本発明は、環境光のs偏光のスペクトルに一部のフィルタリングされる帯域が存在しても、p偏光の環境光から同じ光学情報を取得することができる。また、本発明は観察者の外部の環境光の感知にほとんど影響を与えない。そして、透過反射膜と増透膜が、例えば、メッキ技術により基材上に付着されるため、本発明のコストは比較的に安価である。
本発明の実施例や従来技術における技術案をより明らかに説明するために、以下に実施例や従来技術の記述で使用する必要がある図面を簡単に紹介する。なお、以下の記述における図面が本発明の一部の実施例のみを述べていることは自明なことである。本発明にとって、これらの図面は限定的なものではなく、例示的な役割を果たす。
本発明の一実施形態による表示結像システムの例示的な構造図である。 本発明の一実施形態による3種類のスペクトル線又はスペクトルバンドの積み重ねの例示的な模式図である。 本発明の一実施形態による結像窓の例示的な構造図である。 本発明の一実施形態による表示結像方法の例示的なフローチャートである。
以下、本発明の目的、技術手段及び長所をより明らかにするために、本発明について図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
説明の簡略化及び明瞭化のため、次にいくつかの代表的な実施形態により本発明の態様について説明する。実施形態において多くの詳細は、単に本発明の態様の理解に役立つようにするためのものに過ぎず、本発明の技術案を実現する場合、これらの詳細に限定されないことは言うまでもない。不必要に本発明の態様を曖昧することを避けるため、一部の実施形態では詳細に説明せず、フレームワークのみを提供している。後述において、「含む」とは、「含んでいるがこれに限定されない」ことを意味し、「……に応じて(基づいて)」とは、「少なくとも……に応じる(基づく)が、……だけ(のみ)に応じる(基づく)ことに限定されない」ことを意味する。「第1」、「第2」等は、単に特徴を指すために用いられ、当該特徴に何ら限定、例えば、順番上の限定を加えようと意図しない。中国語の言語習慣のため、以下で成分の数を特に記述しない限り、当該成分は1つでもあってもよく、複数であってもよく、或いは、少なくとも1つであると理解すべきである。
図1は、本発明の一実施形態による表示結像システムの例示的な構造図である。
図1に示すように、当該システムは、画像ソース1と、結像窓2とを備える。結像窓2は、透明な基材と基材の一方側に付着した透過反射膜3とを含み、画像ソース1はs偏光を放射することができ、s偏光は、可視光帯域内においてn個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、nは1以上の正の整数であり、スペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅は60nm以下であり、透過反射膜3を介して結像窓2に入射する。その中で、透過反射膜3の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける少なくとも1つのスペクトル線又はスペクトルバンドに対する半値幅以内の平均反射率が50%よりも大きく、結像窓2は環境光を透過させることもできる。図1に示す実施形態において、結像窓2は増透膜4(勿論、他の実施形態では、増透膜を使用しなくてもよい)をさらに含み、当該増透膜4は、基材の他方側に付着する。増透膜4は、結像窓2の環境光に対する透過率を増加することができる。
画像ソース1は、表示結像機器であってもよく、これらの表示結像機器で形成した虚像又は実像であってもよい。
例えば、表示結像機器は、液晶スクリーンであり、液晶スクリーンのバックライト光源は、レーザー、発光ダイオード、有機発光ダイオード、励起蛍光発光材料、量子ドット励起光源中の1種類又は多種類を含んでもよい。表示結像機器は、LED、OLED、プラズマ発光ドット等の発光どっと光源からなるアクティブ発光するドットマトリックススクリーンであってもよい。また、表示結像機器は、例えばDLP、LCOS、LCD等の投影技術に基づいて、LED、OLED、レーザー、蛍光等の光源又はその組合わせにより駆動され、DMD、LCOS、LCD等の表示パネルで反射又は透過し、さらに投影レンズにより投影スクリーンへ投射して結像する投影結像システムであってもよい。さらに、表示結像機器は、レーザー光線をスクリーンに走査させて結像する投影結像システムであってもよい。
前述した全ての表示結像機器では、1回又は複数回に亘って屈折又は反射してなる実像又は虚像も画像ソースとすることができる。
結像窓2の基材は、透明媒体以外に、PC樹脂、PET樹脂、PMMA樹脂、玻璃、石英等のようなものを選択してもよく、特別な処理によって透明で変色可能な特性を持つようにしてもよい。例えば、基材は、明るい照明の環境で、環境光の強さを低減するように変色できる。
透過反射膜3は、基材の内面全体を覆うように配置されてもよく、基材の内面の一部を覆ってもよい。透過反射膜3は、1層のみの膜に限らず、多層の屈折率の異なるフィルム層を積層してなってもよい。その中で、フィルム層の成分として、酸化物、フッ化物、窒化物等の化合物、例えば、五酸化二タンタル、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ケイ素、窒酸化ケイ素、フッ化アルミニウム等から選んだ1種類又は多種類である。
透過反射膜3の可視光範囲内でs偏光に対する平均反射率が高いほど、透過反射膜3の観察者へ反射する可視光の強度が大きくなる。テストした結果、透過反射膜3の、前記画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける少なくとも1つのスペクトル線又はスペクトルバンドに対する半値幅以内の平均反射率が、特定の反射率、例えば50%、好ましくは、60%、70%、80%又は90%よりも大きく、より好ましくは、95%以上にも達することができ、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率が、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドで半値幅内の平均反射率が当該特定反射率よりも大きい帯域に対する平均反射率よりも少なくとも5%、好ましくは、10%、15%、ひいては20%低いことが見つけられる。また、透過反射膜3の可視光範囲内でp偏光に対する平均透過率が、60%よりも大きく、好ましくは、70%、80%又は90%よりも大きく、より好ましくは、95%以上にも達することができる。
勿論、ある実施形態において、透過反射膜3の、画像ソース1の放射するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける半値幅以内の帯域に対する平均反射率の範囲は、50%よりも大きくなく、25%~50%の間である。この場合に、増透膜4(増透膜4について、後に詳しく説明する)を利用すべきである。
一実施形態において、画像ソースの透過反射膜3へ入射させるs偏光は、可視光帯域内で3個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、透過反射膜3の、3個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける半値幅以内の帯域に対する平均反射率がいずれも50%より大きい。そして、透過反射膜3の、画像ソース1の発するs偏光の3個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、当該透過反射膜の、前記画像ソースの発するs偏光の3個のスペクトル線又はスペクトルバンドで半値幅内の平均反射率が50%よりも大きい帯域に対する平均反射率よりも少なくとも5%、ひいては10%低い。また、透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率は60%よりも大きい。
他の実施形態において、画像ソースの透過反射膜3へ入射させるs偏光も、可視光帯域内で3個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有するが、透過反射膜3は、これら3個のスペクトル線又はスペクトルバンドの中の1つ又は2つのみに対する半値幅以内の平均反射率がいずれも50%より大きい。そして、透過反射膜3の、画像ソース1の放射するs偏光の3個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、当該透過反射膜の、前記画像ソースの発するs偏光の3個のスペクトル線又はスペクトルバンドで半値幅内の平均反射率が50%よりも大きい帯域に対する平均反射率よりも少なくとも5%、ひいては10%低い。
また、別の実施形態において、画像ソースの透過反射膜3へ入射させるs偏光の、可視光帯域内に有するスペクトル線又はスペクトルバンドの数は、任意な1以上の正の整数個(nで表す)であってもよい。透過反射膜3の、これらn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける少なくとも1つに対する半値幅以内の平均反射率が、いずれも50%より大きい。そして、透過反射膜3の、画像ソース1の放射するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、当該透過反射膜の、前記画像ソースの発するs偏光の3個のスペクトル線又はスペクトルバンドで半値幅内の平均反射率が50%よりも大きい帯域に対する平均反射率よりも少なくとも5%、ひいては10%低い。
透過反射膜3と同じように、増透膜4は、基材の外面の全体を覆ってもよく、基材の外面の一部だけ覆ってもよい。増透膜は、結像窓の可視光に対する平均透過率を3%以上向上させる。
図1に示すように、s偏光の透過反射膜3に入射する入射角度をαとすると、αの範囲は30~89度である。より良好な反射や透過効果を達するために、αの数値は、角度tan-1(n2/n1)に近接したほうが好ましく、但し、n1は入射媒体の屈折率であり、n2は基材媒体の屈折率である。例えば、n1=1.0、n2=1.52である時、tan-1(n2/n1)は約56度40分であり、n1=1.0、n2=1.58である時、tan-1(n2/n1)は約57度40分であり、n1=1.0、n2=1.49である時、tan-1(n2/n1)は約56度08分である。従って、αの範囲は50~75度であることが好ましい。
以上では例示的にαの採用範囲と好ましい角度について説明したが、当業者であれば、基材媒体の屈折率や入射媒体の屈折率に基づいて、αの角度が他の範囲の値を採用できることを理解できるであろう。
また、図1に示すように、画像ソース1と結像窓2との間に狭角θを有し、前記狭角θの範囲は20度~70度である。勿論、狭角θは他の範囲の値を採用しても構わない。例えば、いくつかの実施形態において、狭角θの範囲は80度~90度である。
画像ソース1の光のスペクトルは、単色又は複数の単色のスペクトル線又はスペクトルバンドの分布を積み重ねてなってもよい。例えば、図2における画像ソースの光のスペクトルの例示的な模式図を参照すると、全体光のスペクトルソースと同じ視覚効果に達するために、画像ソース1の放射するs偏光は、スペクトルピークが590nm~690nm(赤色)、500nm~565nm(緑色)、410nm~480nm(青色)という3個の範囲にあるスペクトル線又はスペクトルバンドの分布を積み重ねてなってもよい。透過反射膜3の、これら3種類のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅におけるs偏光に対する平均反射率は、60%よりも大きい。好ましくは、透過反射膜の、s偏光のこれら3種類のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の帯域のs偏光に対する平均透過率は、60%よりも大きい。
さらに、1つの好ましい実施形態において、画像ソースの光源は、3色レーザーから構成され、3色のスペクトルピークの位置のそれぞれは、445nm(青色)、532nm(緑色)、635nm(赤色)であり、各スペクトルピークの半値幅は、ただ約1~2nm(図2における実線で描いたレーザー投影光のスペクトルを参照)だけである。当該光源に対して、特定の角度範囲内で、例えば第1の角度が55度~65度である場合、特定の対応する透過反射膜を採用し、当該透過反射膜は、444nm~446nm、531nm~533nm、634nm~636nmという3個のスペクトルバンドのs偏光に対して95%の反射率を有し、これら3個のスペクトルバンド以外のs偏光に対しては95%の透過率を有し、p偏光に対しても可視光の範囲で95%の透過率を有する。計算すると分かるように、このような好ましい実施形態では、画像ソースに対して95%の反射率、環境可視光に対して94%以上の透過率が得られる。
以上では、例示的に赤色、緑色及び青色を例として、s偏光の特定帯域を説明したが、当業者であれば、このような記述は例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定するためのものではないことを理解できるであろう。
さらに図1を参照すると、画像ソース1の放射するs偏光は、結像窓2の透過反射膜3に入射される。透過反射膜3のs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける少なくとも1つに対する半値幅以内の平均反射率は、例えば60%よりも大きくなっている。これにより、画像ソース1の像は、結像窓2により再度に結像される。さらに、結像窓2の外側の環境光は、比較的に高い透過率(例えば:70%以上)で結像窓を通り抜け、観察者の目に入射されて、明らかで自然的な影像を形成することもできる。従って、観察者は、画像ソース1及び環境光の表示結像を同時に観覧することができる。
図3は、本発明の実施形態による結像窓の例示的な構造図である。図3を参照すると、結像窓2は、基材を含み、基材は、内面と外面とを有し、透過反射膜3は、基材の内面に配置され、外面にはさらに増透膜4が配置される。
また、1つの好ましい実施形態において、画像ソース1は、赤緑青の三原色のs偏光を採用することができる。例えば、三原色は、630nm ±10nm(赤色)、540nm±10nm(緑色)、450nm±10nm(青色)という3個の帯域のそれぞれにある。
本発明の一実施形態において、基材の内面にメッキされた透過反射膜は、次のような光学特性を有する。
(1)p偏光について、全帯域に対して95%以上の透過率を有することができる。
(2)sの偏光について、画像ソースと対応する特定の1つ又は複数の光帯域に対して、70%以上の平均反射率を有する。例えば、630nm ±10nm(赤色)、540nm±10nm(緑色)、450nm±10nm(青色)という3個の帯域で、70%以上の平均反射率を有し、その余りの帯域に対して70%以上の平均透過率を有する。
まず、増透膜のない場合のゴースト問題を分析する。内面の透過反射膜が、特定の1つ又は複数のスペクトル線又はスペクトルバンドのs偏光に対して70%の平均反射率を有し、その余りの帯域に対して70%以上の平均透過率を有し、さらに外面が自然光に対して90%の透過率を有すると想定する。すると、該1つ又は複数の光帯域のs偏光は透過反射膜に入射され、透過反射膜により反射した後、s偏光の1回反射光の強度が入射光の強度の約70%になると共に、屈折して基材内に入ったs偏光の強度は入射光の強度の約30%となる。屈折して基材内に入ったs偏光は、増透膜で2回反射が生じ、2回反射後の光強度は30%*(1-90%)であり、2回反射光は透過反射膜に入射し、折出して出た後の屈折光の強度は30%*(1-90%)*(1-70%)=0.9%である。
これにて分かるように、屈折光の強度は、1回反射光の強度に比べてほとんど無視することができる。従って、本発明では著しいゴーストが形成されず、現在の従来技術でs偏光を採用すると一般的にゴースト難題に直面してしまうことを克服する。
基材の外面にメッキした増透膜は、結像窓の外面の自然光全体に対する光のスペクトルを、通常の日照条件の下で95%以上の平均透過率に達させる。
上記した実施形態における透過反射膜及び増透膜を合わせてゴースト問題を分析する。内面の透過反射膜の特定の1つ又は複数のスペクトル線又はスペクトルバンドのs偏光に対して70%の平均反射率を有し、その余りの帯域に対して70%以上の平均透過率を有し、さらに、外面は増透膜により自然光に対して95%の透過率を有すると想定する。すると、当該1つ又は複数の光帯域のs偏光が透過反射膜に入射し、透過反射膜により反射された後、s偏光の1回反射光の強度は入射光の強度の約70%となると共に、屈折して基材内へ入ったs偏光の強度は入射光の強度の約30%となる。屈折して基材内へ入ったs偏光は、増透膜で2回反射が生じ、2回反射後の光強度は30%*(1-95%)であり、2回反射光は透過反射膜に入射され、折出して出た後の屈折光の強度は30%*(1-95%)*(1-70%)=0.45%である。
これにて分かるように、このように基材の内面に透過反射膜を、外面に増透膜を配置する具体的構造により、本発明の結像窓は結像のゴースト問題をさらに著しく低下させる。
次に、上記した透過反射膜の光学特性に従って当該実施形態の総合透過率と反射率を分析する。
(1)反射率:画像ソースがs偏光を採用し、且つ、メッキ層の反射特性が画像ソースと高い対応性を有するため、メッキ層の反射特性から平均反射率R>70%であることが分かる。
(2)透過率:一般的に、外部の自然光に50%のp偏光及び50%のs偏光が含まれると想定すると、p偏光について、その平均透過率が90%以上であり、s偏光について、可視光帯域(約400nm~700nm)での平均透過率が{(20+20+20)*0.3+[700-400-(20+20+20)]*0.7}/(700-400)≒62%である。そのため、自然光全体に対する平均透過率はT≒95%*50%+62%*50%=78.5%である。
以上より、特性の画像ソース及び画像ソースのソース特性に整合した反射特性を有するメッキ層を採用するため、本発明の可視光に対する平均透過率と画像ソースの特定光源に対する平均反射率との和をT+R>148.5%となるようにして、高通透率と共に高反射率による結像効果が得られる。
また、光源の光のスペクトル及び反射膜の反射特徴スペクトルの半値幅が狭いほど、反射率が保証できる場合に取得する透過率が高くなる。
また、1つのより好ましい実施形態において、図2に示すような1組の画像ソースの光源は、3色レーザーから構成され、3色のスペクトルピークの位置のそれぞれは、445nm(青色)、532nm(緑色)、635nm(赤色)であり、各スペクトルピークの半値幅は、ただ約1~2nm(図2における実線で描いたレーザー投影光のスペクトルを参照)だけである。当該光源に対して、特定の角度範囲内で、例えば第1の角度が55度~65度である場合、特定の対応する透過反射膜を採用し、当該透過反射膜は、444nm~446nm、531nm~533nm、634nm~636nmという3個のスペクトルバンドのs偏光に対して95%の反射率を有し、これら3個のスペクトルバンド以外のs偏光に対しては95%の透過率を有し、p偏光に対しても可視光範囲で95%の透過率を有する。
当該実施手段の総合透過率と反射率を分析すると、
(1)反射率:画像ソースがs偏光を採用し、且つ、メッキ層の反射特性が画像ソースと高い対応性を有するため、メッキ層の反射特性から平均反射率R>95%であることが分かり、
(2)透過率:一般的に、外部の自然光に50%のp偏光及び50%のs偏光が含まれると想定すると、p偏光について、その平均透過率が90%以上であり、s偏光について、可視光帯域(約400nm~700nm)での平均透過率が{(2+2+2)*0.05+[700-400-(2+2+2)]*0.95}/(700-400)≒93.2%であるため、自然光全体に対する平均透過率はT≒95%*50%+93.2%*50%=94.25%である。
以上より、特性の画像ソース及び画像ソースのソース特性に整合した反射特性を有するメッキ層を採用するため、本発明の可視光に対する平均透過率と画像ソースの特定光源に対する平均反射率との和をT+R>189%となるようにして、高通透率と共に高反射率による結像効果が得られる。
図4は、本発明の一実施形態による表示結像方法の例示的なフローチャートである。
同図に示すように、当該方法は、
透明基材と透明基材に付着した透過反射膜とを含む結像窓を提供するステップ401と、
s偏光を放射可能な画像ソースを提供するステップ402と、
透過反射膜を介して結像窓に出射されるように、画像ソースに法線に対して第1の角度範囲で結像窓へs偏光を放射させるステップ403と、
透過反射膜によりs偏光を反射するステップ404と、を含み、
その中で、s偏光は、可視光帯域内でn個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、nは、1以上の正の整数であり、好ましくは、nは3以上であり、スペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅は60nm以下であり、第1の角度範囲内において、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける少なくとも1つのスペクトル線又はスペクトルバンドに対する半値幅以内の平均反射率は50%よりも大きく、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの中で半値幅内の平均反射率が50%よりも大きい帯域に対する平均反射率よりも少なくとも5%低く、ひいては10%低く、且つ、法線に対する第2の角度範囲内において、透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率が60%よりも大きく、但し、第1の角度範囲は30度~89度であり、好ましくは50度~75度であり、第2の角度範囲は30度~80度であり、好ましくは55度~70度である。
また、別の実施形態において、s偏光は、可視光帯域内でn個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、nは1以上の正の整数であり、好ましくは、nは3以上であり、スペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅は60nm以下であり、第1の角度範囲内において、透過反射膜の、画像ソースの発するs偏光の3個以上のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける半値幅以内の帯域に対する平均反射率の範囲は25%~50%であり、s偏光のこれら以外の可視光帯域に対する平均反射率は、前者の平均反射率より少なくとも5%低くと共に、透過反射膜の法線に対する第2の角度範囲内でp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率は60%よりも大きい。
本発明の提案した表示結像システム及び方法は、様々なアプリケーションを含むことができる。例えば、台座と合わせるか、或いは台座を各種類のヘッドアップディスプレイ(HUD)に適用することがある。勿論、車両又は飛行機等の交通ツールに実装してもよい。
本発明によれば、同時に画像ソースからの光線と外部からの環境光線を観察者の目に入射させて、明瞭な映像を形成することができる。これによって、観察者の周囲環境に対する観察に影響を及ばずに、画像ソースの画像を観察者の目に同時に現すことができる。本発明の実施形態では、s偏振の3色光を投影画像ソースとして利用すると共に、s偏振の狭帯域高反膜の結像窓を採用する。画像ソースと透過反射膜と増透膜の光のスペクトルバンドがよく整合されるため、そしてs偏振の光がブリュースター角の影響を受けないため、画像ソースの光線の反射率は従来技術に比べて大きく向上され、投影光の利用率大きい。よって、光学システム全体を比較的に低い電量で実現することができる。また、基材の内面の透過反射膜で比較的に高い反射率が得られ、基材の外面にまた増透膜を有するため、ゴーストをよく抑えることができる。さらに、観察者の外部の環境光に対する感知にほとんど影響がない。これは、環境光のs偏光のスペクトルに一部のフィルタリングさらる帯域が存在しても、p偏光の環境光から同じ光学情報を得ることができるからである。
以上に開示した実施例の上記説明により、当業者は本発明を実現又は使用することができる。なお、以上の実施例に開示された特徴は、特に説明しない限り、いずれも単独又は組合わせて使用できることは言うまでもない。これらの実施例に対する様々な修正は、当業者にとって自明なことであり、ここで定義された一般的原理は、本発明の思想又は範囲を逸脱しない限り、他の実施例で実現できる。従って、ここで開示した本発明は、以上に開示された具体的実施例に限定されず、特許請求の範囲に限定された本発明の思想及び範囲内の修正も含むことを意味する。

Claims (16)

  1. 透明基材と透明基材の第1の表面に付着した透過反射膜とを有する結像窓と、
    透過反射膜を介して結像窓へ出射するs偏光を放射する画像ソースと、を備え、
    前記画像ソースの発するs偏光は、可視光帯域内でn個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、但し、nは1以上の正の整数であり、前記スペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅は60nm以下であり、
    前記透過反射膜は、法線に対して第1の角度範囲で画像ソースの発したs偏光を反射可能であり、また、法線に対して第2の角度範囲で環境光を透過させることができ、前記第1の角度範囲は30度~89度であり、前記第2の角度範囲は30度~80度であり、
    前記第1の角度範囲内において、前記透過反射膜の、前記画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける少なくとも1つのスペクトル線又はスペクトルバンドに対する半値幅以内の平均反射率は50%よりも大きく、前記第1の角度範囲内において、前記透過反射膜の、前記画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、前記透過反射膜の、前記画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの中で半値幅内の平均反射率が50%よりも大きい帯域に対する平均反射率より少なくとも5%低く、
    前記第2の角度範囲内において、前記透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率が60%よりも大きく、
    前記画像ソースの発したs偏光の第1部分が前記透過反射膜によって反射され、
    前記画像ソースの発したs偏光の第2部分が、前記透過反射膜を通って前記透明基材に入射し、少なくとも、前記透明基材の第2の表面を通って外部に透過し、
    前記第1部分の反射光と前記第2部分の透過光とがいずれもs偏光を含み、
    前記透過反射膜は、1層の膜であり、前記膜の成分として、五酸化二タンタル、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ケイ素、窒酸化ケイ素、フッ化アルミニウムから選んだ1種類又は多種類であり、
    または、
    前記透過反射膜は、屈折率の異なる少なくとも2つのフィルム層を積層してなり、前記フィルム層の成分として、五酸化二タンタル、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ケイ素、窒酸化ケイ素、フッ化アルミニウムから選んだ1種類又は多種類であり、
    s偏光の前記透過反射膜に入射する入射角度をαとすると、αの数値は、角度tan-1(n2/n1)に近接し、但し、n1は入射媒体の屈折率であり、n2は前記透過反射膜の屈折率である
    ことを特徴とする表示結像システム。
  2. 前記透明基材の第2の表面には増透膜が配置され、前記増透膜は結像窓の可視光に対する平均透過率を3%以上向上させることを特徴とする請求項1に記載の表示結像システム。
  3. 前記n個のスペクトル線又はスペクトルバンドは、少なくとも3個のスペクトル線又はスペクトルバンドを含み、1番目のスペクトル線又はスペクトルバンドのピーク位置は、410nm~480nm区間の範囲内であり、2番目のスペクトル線又はスペクトルバンドのピーク位置は、500nm~565nm区間の範囲内であり、3番目のスペクトル線又はスペクトルバンドのピーク位置は、590nm~690nm区間の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の表示結像システム。
  4. 前記第1の角度範囲は、50度~75度であり、及び/又は前記第2の角度範囲は55度~70度であることを特徴とする請求項1に記載の表示結像システム。
  5. 前記第2の角度範囲内において、前記透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率は80%よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の表示結像システム。
  6. 前記透過反射膜の前記第1の角度範囲内における前記画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンド中の少なくとも1つのスペクトル線又はスペクトルバンドに対する半値幅以内の平均反射率は70%よりも大きく、前記透過反射膜の前記第1の角度範囲内における前記画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は50%よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の表示結像システム。
  7. 前記画像ソースは、虚像又は実像を放出する表示結像機器、又はこれらの表示結像機器で形成した虚像又は実像であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の表示結像システム。
  8. 前記画像ソースの光源として、レーザー、発光ダイオード、有機発光ダイオード、励起蛍光発光材料、量子ドット励起光源の中の1種類又は多種類を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の表示結像システム。
  9. 前記画像ソースの発したs偏光が前記透過反射膜を通って前記透明基材に入射した後に形成される透過光がs偏光を含んでいることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の表示結像システム。
  10. 第1の表面及び第2の表面を有する透明基材と、透明基材の第1の表面に付着した透過反射膜と、透明基材の第2の表面に付着した増透膜とを含む結像窓と、
    透過反射膜を介して結像窓へ出射するs偏光を放射するための画像ソースと、を備え、前記s偏光は、可視光帯域内でn個のスペクトル線又はスペクトルバンドを有し、但し、nは1以上の正の整数であり、前記スペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅は60nm以下であり、
    前記透過反射膜は、法線に対して第1の角度範囲で画像ソースの発したs偏光を反射可能であり、また、法線に対して第2の角度範囲で環境光を透過させることができ、前記第1の角度範囲は30度~89度であり、前記第2の角度範囲は30度~80度であり、
    前記第1の角度範囲内において、前記透過反射膜の、前記画像ソースの発するs偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドにおける半値幅以内の帯域に対する平均反射率の範囲は25%~50%であり、
    前記透過反射膜の、前記s偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの半値幅以外の可視光帯域に対する平均反射率は、前記透過反射膜の、前記s偏光のn個のスペクトル線又はスペクトルバンドの中で半値幅内の帯域に対する平均反射率より少なくとも5%低く、
    前記第2の角度範囲内において、前記透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率が60%よりも大きく、前記増透膜は、結像窓の可視光に対する平均透過率を3%以上向上させ、
    前記画像ソースの発したs偏光の第1部分が前記透過反射膜によって反射され、
    前記画像ソースの発したs偏光の第2部分が、前記透過反射膜を通って前記透明基材に入射し、少なくとも、前記透明基材の第2の表面を通って外部に透過し、
    前記第1部分の反射光と前記第2部分の透過光とがいずれもs偏光を含み、
    前記透過反射膜は、1層の膜であり、前記膜の成分として、五酸化二タンタル、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ケイ素、窒酸化ケイ素、フッ化アルミニウムから選んだ1種類又は多種類であり、
    または、
    前記透過反射膜は、屈折率の異なる少なくとも2つのフィルム層を積層してなり、前記フィルム層の成分として、五酸化二タンタル、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、窒化ケイ素、窒酸化ケイ素、フッ化アルミニウムから選んだ1種類又は多種類であり、
    s偏光の前記透過反射膜に入射する入射角度をαとすると、αの数値は、角度tan-1(n2/n1)に近接し、但し、n1は入射媒体の屈折率であり、n2は前記透過反射膜の屈折率であることを特徴とする表示結像システム。
  11. 前記n個のスペクトル線又はスペクトルバンドは、少なくとも3個のスペクトル線又はスペクトルバンドを含み、1番目のスペクトル線又はスペクトルバンドのピーク位置は、410nm~480nm区間の範囲内であり、2番目のスペクトル線又はスペクトルバンドのピーク位置は、500nm~565nm区間の範囲内であり、3番目のスペクトル線又はスペクトルバンドのピーク位置は、590nm~690nm区間の範囲内であることを特徴とする請求項10に記載の表示結像システム。
  12. 前記第1の角度範囲は50度~75度であり、及び/又は前記第2の角度範囲は55度~70度であることを特徴とする請求項10に記載の表示結像システム。
  13. 前記第2の角度範囲内において、前記透過反射膜のp偏光に対する可視光範囲内の平均透過率は80%よりも大きいことを特徴とする請求項10に記載の表示結像システム。
  14. 前記画像ソースは、虚像又は実像を放出する表示結像機器、又はこれらの表示結像機器で形成した虚像又は実像であることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一項に記載の表示結像システム。
  15. 前記画像ソースの光源として、レーザー、発光ダイオード、有機発光ダイオード、励起蛍光発光材料、量子ドット励起光源の中の1種類又は多種類を含むことを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一項に記載の表示結像システム。
  16. 請求項1乃至15のいずれか一項に記載の表示結像システムを備える交通ツール。
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