JPH01503572A - 立体表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 立体表示システム 本発明は、立体表示システムに関するものである。この種のシステムは、立体的 な表示を得る為に、つまり、観察者が立体として知覚する表示を得る為に使用さ れる。立体表示システムは、例えば、シミュレータ分野（飛行機のシミュレーシ ヨン、船舶のシミュレーション、又はこれらに類似したもの）、ビデオゲーム分 野、ＣＡＤ／ＣＡＵ分野（コンピュータを利用した自動化システム）、グラフイ ンクシステム分野、ビデオアニメーシッン分野、広告表示分野、及びその他の利 用分野においてさまざまに利用されている。

特に、立体表示システムは、例えばさまざまな距離の隔りにある車の運転者の為 のシンボル又は、これに類似した表示を表示する為に自動車分野で好都合に利用 されている。

本発明の目的は、単純な構造及び割安なコストで製造でき、車両、特に原動機付 き車両へ組込むのに適した立体表示システムを提供することにある。

本発明は、この課題を請求項第（１）に記載の特徴により解決した。少（とも２ 個の表示素子と、ひいては少くとも２個の写像素子が備わっている場合、自動車 立体表示システムが得られる。

本発明は、視覚的な画像位置確認が常に一定である一方、距離感覚は、観察者の 為に単純な手段によりさまざまに構成出来ると言う原理に基づいている。この単 純な手段は、観察者の為に対象物の横のディスバレージョン、収束、及び対象物 の皮相値を変化させている。この変化は、表示素子に基づき表示をシフト及び拡 大又は縮少させることにより行われるが、機械的方法ではなく、電子的方法で行 われることが望ましい、写像されたシンボル及び表示の一定した位置確認は、こ のシステムにおいて、さもなければ必要とされるであろう機械的に可動な部分を 断念しているが故に特に好都合である。

それにもかかわらず、立体的な感覚は、前記手段により得られる。

写像光学系の縁は、フィールド絞りとして使用されることが望ましい、これによ り、システムの構造は単純化される。フィールド絞の為に特別な部品は必要とさ れない。

拡大鏡の焦点は、中間実像の平面内に配置されている。拡大鏡の員点は、実際の 中間像の手前で光線路内に配置されていることも可能である。更に、中間実像を 拡大鏡の中心平面内に生じさせることも可能であり、それにより、拡大鏡は、フ ィールド絞りレンズとなる。拡大鏡の焦点が中間実像の平面内に位置している場 合、中間実像は、拡大鏡を介して無限大にまで写像される。中間実像が拡大鏡の 平面内に生じる場合、この拡大鏡は、画面横絞りとなる。この実施形態は、特に 、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム分野又は、広告表示、ビデオゲーム及びシミュレータ において使用するのに適している。観察者は、写し出された対象物をほぼ拡大鏡 の平面内において見る。

唯一の拡大鏡が設けられていることも可能である。それに対し、複数個の拡大鏡 が設けられていることも可能であるが、その場合、拡大鏡の数は、写像素子の数 と同数である。唯一の拡大鏡が使用される場合、最大視界及び最大光線強度が得 られる。複数個の拡大鏡を使用することにより、容易に広い画面積が得られる。

更に、個々の拡大鏡に対しめられる補正もわずかである。

表示素子は、直線に沿って配置されている。しかし、表示素子は、円曲線に沿っ て配置することも可能であり、写像素子は、比較的小さな半径及びその中心点を 有する円曲線に沿って配置可能である結果、中間実像はこの共通の中心点付近に 生ずる０円曲線に基づく表示素子の配列により、観察者の目の立体対象物へのセ ンタリングがより良好に補正される０表示素子は、円曲線に対し接線状態に配置 される、該表示素子は、円曲線に対し角度を成して配置されることが可能である 。つまり、角度は、中央の表示素子に基づき、該表示素子から距離が開くに伴い 、中間実像が円曲線の中心点付近のほぼ同一箇所で相互にほぼ平行に生ずる様に 増大する。配列は、中間実像が百面積の中心平面内に生ずる碌な配列となってい る。

中間実像が拡大鏡の中心平面内に生ずる場合、つまり、拡大鏡が画面積レンズに なっている場合、拡大鏡は、シリンダ状素子を有しており、該素子の軸が水平に 、つまりフィールド絞りの実際の像の高さに対し垂直に且つ光線路に対し垂直に セントされていることが望ましい、シリンダ状素子は、格子間隔が０．１−１　 ｍｍの細い格子であれば好都合であるが、シリンダ状の直線格子か、又は、水平 方向状態において統計的な構造を有する車軸ディフユーザから作られている。

写像レンズ及び／又は拡大鏡は、凹面鏡及び／又はホログラフによる光学素子（ ＨＯＥ）から構成されていれば好都合であるが、放射型光学素子により構成され ている。

表示素子は、さ丈ざまな形で実現できる。特に、下記の部品は、可能性がある： 相互に独立した領域を有する１本の陰極線管；複数本の陰極線管；複数のＬＣＤ 表示装置（液晶表示装置）；エレクトロルミネセンス素子、プラズマ表示素子、 ＬＣＤ表示装置は、透過構造ばかりでなく反射構造でもありうる、複数の表示素 子を唯一の物理的支え、例えば唯一の陰極線管上に設けることも可能である。こ の為には、陰極線管は、複数の領域に細分されており、各領域は、その場合、１ つの表示素子に相当する。

前記課題の他の解決策は、通過性液晶表示装置（ＬＣＤ）であれば好都合である が、透明な、非拡散型の、又は放出型の正確に２個の表示素子と、照光されてい る無点ガラスであれば好都合であるが、表示素子の手前で光線路中に見られる平 坦な１つの光源と、正確に２つの拡大鏡とを備えていることを特徴としており、 該拡大鏡の一方は、観察者の一方の目の領域において平坦な光源の実際像を作り 出しており、拡大鏡の他方は、観察者の他方の目の領域において平坦な光源の実 際像を作り出しており、その場合、拡大鏡の焦点は、表示素子の平面上に配置さ れているか、又は表示素子の平面の手前で光線路内に配置されており、その場合 、平坦な光源の限定は、平坦な光源の両方の実際像が相互に重り合わない様な形 態になっている。この解決策は、平坦な光源の縁がフィールド絞りとしての役目 を果たしている中間像のない短縮された立体表示システムを包含している。この システムは、中間像がないことにより短縮される。平坦な光源の限定は、観察者 の両方の目の１目の垂直中心線に沿っていれば好都合であるが、平坦な光源の両 方の実際像が相互に直接境を成す様に接する様な形態であることが望ましい。こ れにより、最大の立体視野が得られる。更に、平坦な光源の限定が両＠緑に沿っ た垂直限定線により成されている場合には好都合である。これは、最も単純で且 つコスト的に割安な形態である。

表示素子の出来るだけ近くであれば好都合であるが、表示素子の手前及び平坦な 光５の後方の光線路内にもう１つのレンズが配置されている場合、システムの新 たな短縮が可能である。平坦な光源の虚像は、拡大鏡により、観察者の視野内に 実際に写し出される。これは、システムの今まで以上の短縮を可能とする。短縮 度は、表示素子上にレンズが追加されればされる程、大きくなる。

本発明は、自動車に装備して使用される場合、特に好都合である。

外の視界との重畳は、フロントガラス上での反射により行われることが望ましい 。

その他の好都合な形態は、従属請求項に記載されている。本システムは、特に自 動車において使用するのに通している。

図面の簡単な説明 次に図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明するに、第１図は、立体表 示システムの光線路を示す図。

第２図は、複数個のルートが並置されている立体表示システムを遠近法により示 す図。

第２ａ図は、中間実像を伴わない短縮された立体表示システムを示す図。

第２ｂ図は、第２ａ図に図示されているシステムのバリエーションを示す図であ り、その場合、付加的なシステムの短縮は、もう１つの写像レンズを使用するこ とにより達成される。

第２ｃ図は、円曲線上に配置されている表示素子を有する立体表示システムを示 す図。

第２ｄ図は、第２Ｃ図に図示のシステムの拡大図。

第２ｅ図は、傾斜した表示素子を有する状態下にある第２ｄ図に図示のシステム を示す図。

第３図は、中間像が第２写像光学系の平面内に位置している第１図に図示のシス テムの光線路を示す図。

第４図は、複数本が並置されているルートを有する第３図に図示のシステムを遠 近法で示す図。

第５図は、自動車内に配置されている立体表示システムを示す図。

第６図は、自動車内に配置されている他の立体表示システムを示す図。

第７図は、自動車内に配置されているレンズ光学系を備えた立体表示システムを 示す図。

第８図は、自動車内に配置されており、曲がった光線路と、反射光学系とを有す る立体表示システムを示す図。

第１図、は、立体表示システムを図解で示す図である。第１図は、システムの唯 一のルートの横断面図である０表示平面は、（１）で記号付けされている０表示 手段は、ＣＲＴ表示装置（陰極線管）である、この陰極線管は、立体効果を得る 為に少くとも２個の独立した表示領域を備えている必要がある。第１図中には、 車にルートが、つまり表示領域が図示されている。記号（２）が付されている平 面上には、平面（４）において中間実像を作り出す第１段の為の写像光学系が位 置している。写像光学系の第１段は、つまり、表示素子（１）と、写像光学系（ ２）と、中間実像（４）とで構成されている。写像光学系（２）のすぐ後には、 フィールド絞り（３）が位置している。これは、写像光学系（２）のレンズ縁自 体でもありうる。

表示システムの第２段は、拡大鏡（５）と、出口８（６）とで構成されている。

この出口窓（６）は、有形的に存在するものではなく、フィールド絞り（３）の 実像そのものである。拡大鏡（５）の焦点は、箇所（１１）上に位置している。

つまり中間実像（４）の手前で光＆！路内に位置している。従って、中間実像（ ４）は、拡大鏡（５）を介して虚像として写し出される。第１図において選択さ れた実施形態の場合、観察者の目（７）の為に中間実像（４）の虚像が表示素子 （１）の左側で限定されている。中間実像（４）は、拡大鏡（５）と、該拡大鏡 （５）の焦点との間に位置している。

第２図中では、立体表示システムが遠近画法により図示されている。その場合、 ６本のルートは、並置されている。１本のルートにおける関係は、第１図から明 らかである。（１）の記号で再度表示素子が示されているが、該表示素子は、６ つの相互に独立した表示領域を有している。これらの独立した領域は、相互に独 立した領域を存する１本の陰極線管により形成されていることも可能である。

しかし、６本の陰極線管を並置させることも可能である０表示素子は、ＬＣＤ表 示装置（液晶表示装置）で形成されている。ＬＣＤ表示装置は、透過型ばかりで なく反射型構造でも可能であるが、両実施形態においては、ＬＣＤ表示素子を照 光する為に付加的に照明手段を必要とする０例えば、電気ルミネセンス素子、又 はプラズマ表示素子の様な任意の他の表示素子を使用することも可能である。

第２図中には、表示素子から間隔を保って写像レンズ（２）が見られる。この写 像光学系（２）は、複数の相互に並置されているレンズから構成されている。６ 個の表示素子が使用されているので、写像光学系（２）の為に同じく６個のレン ズを使用する必要がある。

各レンズは、それが１つの表示素子だけを写像する様に表示素子に割当てられて いる。つまり、「クロス」は、しかるべき絞りにより回避されなければならない 、この絞りは、例えば、光を通さない平坦面であり、該平坦面は、表示素子と、 写像光学系との間に配置されている。該平坦面は、第２図に図示されている光線 路に対し平行に延びている。つまり、該平坦面は、２つの表示素子間に見られる 分離レンズ上で表示素子の平面と、同じく２つの写像素子間に見られる写像光学 系（２）の平面とに交差している。写像光学系（２）のレンズ（１２）は、単純 なレンズである。補正レンズを使用することも可能であるが、該補正レンズは、 自動車において使用する場合、フロントガラスの補正部分を肩代わり出来る。同 じく、複数個のレンズ（１２）から構成されている写像光学系（２）の代わりに 、同一機能を果たすホログラフィによる光学素子（ＨＯＥ）を使用することも可 能である。

６個のレンズ（１２）から構成されている写像光学系（２）を介して６個の表示 素子（１）へ６つの並置状態にある中間実像が写像される。立体表示システムの 第１段は、第１図の場合と同様に表示像とから構成されている。第２段は、拡大 鏡（５）と、出口窓（６）とで構成されており、その場合、出口芯は実在するも のではなく、フィールド絞り（３）の像から構成されている。第２図において、 拡大光学系（１５）は、複数の拡大鏡（５）から構成されている。

第１図の場合と同様に、中間実像（４）は、拡大鏡（５）の焦点と、該拡大鏡（ ５）との間に位置している。拡大鏡（５）の焦点は、中間実像（４）の平面に位 置していることも可能である。この場合、中間実像（４）は、拡大鏡（５）を介 して無限大に写像される。複数の拡大鏡（５）の代わりに、唯一の拡大鏡の使用 も可能である。

使用されるべき拡大鏡の数量は、表示素子の数、又は写像光学系（２）のレンズ の数と必ずしも一致していなくても良い。唯一の拡大鏡（５）が使用される場合 、最大視野並びに最大光線強度が得られる。複数個の拡大鏡（５）が使用される 場合、容易に巾の広い画面積（６）が得られ、個々の拡大鏡に対する補正の必要 性は少い。

理由は、複数個の拡大鏡を使用する場合、個々の拡大鏡は小さいからである。特 に、自動車において使用する場合、複数個の拡大鏡を使用することは好都合であ る。理由は、光線路において関係しているフロントガラスが非対称的に湾曲して いるからである。複数個の拡大鏡を使用する場合、各拡大鏡は、フロントガラス 領域に合わせて調整され、該領域を通って帰属する光束が延びている。１個の又 は複数個の拡大鏡（５）から構成されている拡大光学系（１５）は、１つのホロ グラフによる光学素子（ＨＯＥ）から構成されていることも可能である。

本発明に基づく課題の他の解決方法の実施例は、第２ａ及び第２ｂ図に図示され ている。この解決方法は、２段式ではなく、一段載である。つまり、写像光学系 は存在せず、従って中間実像も存の解決方法においては、平坦な光源が必要とさ れ、該光源の縁は、同時にフィールド絞りの役目を果たしている。短縮された光 線路を可能とする他の解決方法は、例えばＬＣＤの様な透明で非拡散型の又は放 出型の表示装置が使用される場合には使用可能である。

第２ａ図においては、左側に透明で非拡散型の又は放出型の表示素子（１０２） 　、つまり通過性液晶表示装置が明確に２台配置されている０表示素子（１０２ ）の手前の光線路内には、照光されてい焦点ガラスから構成されている平坦な光 源（１００）が位置している。該焦点ガラスの限定は、矩形である。光源（１０ ０）の外側領域は、両ルートの交差を阻止する様な構造になっている０表示素子 （１０２）の後方の光線路内には、正確に２台の拡大鏡が配置されており、該拡 大鏡の一方は、平坦な光源（１００）の実像を観察者の一方の目の領域内に作り 出しており、該拡大鏡の他方は、平坦な光源（１００）の実像を観察者の他方の 目の領域内に作り出している。これら両実像は、参照番号（６）で示されている 。拡大＠（５）の焦点は、表示素子（１０２）の平面の手前の光線路内に位置し ている。平坦な光源（１００）の限定は、平坦な光源の両方の実像が相互に重畳 しない様に成されている。焦点ガラス（１００）は、左側拡大鏡（５）から左側 の矩形（６）へ、右側拡大鏡（５）から右側の矩形（６）中へ各々実像が写像さ れる９両矩形は、相互に重畳しない、焦点ガラス（１００）の左縁（２０１）は 、つまり、左側拡大鏡（５）により観察者の両目間の垂直中心線上へ実際に写像 される。焦点ガラス（１００）の右縁（２０３）は、左側拡大鏡（５）により左 外側の西面積限定（２０４）中へ実際に写像される。つまり、焦点ガラスの右縁 は、垂直中心ｍ　（２０２）に対し平行に延びている。右側拡大鏡（５）に関す る関係は、同じである。つまり、により観察者の両目間の垂直中心線上へ実際に 写像される。焦点ガラス（１００）の左縁（２０１）は、右側拡大鏡（５）によ り右外側の画面積限定（２０５）中へ実際に写像される。配列は、つまり、焦点 ガラス（１００）の両実像が相互に重り合うことなく、相互に直接境を成す様に 接する様になっている。第２ａ図に図示の実施形態の場合、平坦な光源（１００ ）の限定（２０１）、（２０３）は、両側縁上で垂直な限定線（２０１）、（２ ０３）により成されている。

第２ｂ図は、第２ａ図に相対した短縮型システムを示している。

焦点ガラス（１００）と、表示素子（１０２）との間には、もう１つのレンズ（ １０３）が配置されている。このレンズは、表示素子に出来るだけ近接して位置 している。このもう１つのレンズ（１０３）により、焦点レンズ（１００）は虚 像として写像される。

この虚像は、参照番号（１０４）で示されている。第２ｂ図に見られる虚像（１ ０４）と表示素子（１０２）との間の間隔は、第２ａ図に見られる焦点ガラス（ １００）と、表示素子（１０２）との間の間隔と同じである。従って、第２ｂ図 に基づ〈実施例において実際に存在する焦点ガラス（１００）と表示素子（ｌ　 Ｏ２）との間の間隔は、小さく、それにより、システムの更なる短縮が成される 。

この短縮度は、補足レンズ（１０３）と、表示素子（１０２）との間の間隔が小 さくなればなる程増大する。補足レンズ（１０３）は、フレネルレンズから形成 されており、該フレネルレンズは、非常に割安コストであるので、その写像の不 正確さは、一般に、甘受出来るものである。

第２図において、個々の表示素子（１）は、唯一の平面上に相互に一直線上に並 置されている。この表示素子を相互に角度を成して配置することも可能である。

この表示素子は、円曲線上に配置することも可能である。その場合、中間像（４ ）は、並置される必要がなく、場合によっては上下に重り合っている。第２Ｃ図 において、表示素子（１）は、円曲線上に配置されている。従って、写像光学系 （２）の写像素子は、同じく円曲線上に配置されている。中間実像（４）は、相 互に間隔を保って並置されておらず上下に重り合っている。つまり、中間実像は 、重畳している。中間実像（４）の後方には、拡大鏡（５）が位置しており、該 拡大鏡の焦点は、（１１）で記号付けされている。出口窓（６）の後方には、観 察者の両目（７）がある０円曲線状の表示素子を使用することにより、観察者の 両目の立体対称物へのセンタリングがより良好に補正される。空間感覚は、両目 で見る場合、主に横のディスバレージョンにより両目間に引起こされる。更に、 空間視の場合、視覚的な印象にとって観察すべき対象物に対する目の角度位置が 重要である（収束）。両目の異った角度位置に基づき距離を算出する為に、第２ Ｃ図に示されている円曲線状に配置されている表示素子を有するシステムを使用 することは好都合である。空間的な印象は、それにより改善出来る。第２Ｃ図に 図示されている実施形態は、対象物が見える視点角度領域が第２図に示されてい る実施例の場合よりも大巾に且つ容易に拡大出来ると言うその他の利点を有して いる。

第３及び４図には、第１及び２図に相当するシステムが図示されており、同一部 分には同一記号が付されている。これら両システムの差異は、第３及び４図に図 示されているシステムの場合、中間実像（４）が拡大鏡（５）の平面上へ落とさ れ、該平面は、それにより画面積レンズになることにある。第３及び４図のシス テムの場合でも第４図に図示されている平面上に一直線状に表示素子を並べる代 わりに、第２Ｃ図に図示されている円曲線上に表糸素子を並べる配列を選択する ことが出来る。第４図の場合、図示の唯一の拡大鏡に代わり、複数個の拡大鏡を 使用することも当然可能である。

第２図において、出口窓（６）の高さは、（ｈ）で表わされている。この高さく ｈ）は、同時に表示システムをのぞき込む高さでもある。垂直方向において観察 者の運動を調整する為に、この高さくｈ）は、ある一定の最小値に達している必 要性がある。高さくｈ）は、中間実像（４）０平面上に、シリンダ状素子を有す る画面積レンズが配置されることにより増大する。シリンダ状素子は、高さくｈ ）を増大させている。シリンダ状素子の軸は、その場合、水平方向を示しており 、つまり、高さくｈ）に対し垂直方向を、又光線路に対しても垂直方向を示して いる。

中間実像（４）の平面内に配置されているシリンダ状素子を有するレンズは、第 ２ｃ図に基づ〈実施形態においても使用されている。

その場合、中間実像（４）は、すでに唯一の平面内には位置していないことに留 意する必要がある。これにより生ずる誤差は、−ｇには、このシステムの機能性 を問われる程大きな値ではない、誤差が増大傾向にある場合、すでに表示素子（ １）上で事前調整を行うことも出来る。

第３．４図に図示されている実施例の場合、拡大鏡（５）がシリンダ状素子を備 えていることにより、中間実像（４）の平面内にシリンダ状素子を有するレンズ が実現出来る。中間実像（４）の平面内に見られるシリンダ状素子を加算するこ とにより、水平方向（高さｈに対し垂直）において写像が一定に保たれ、垂直方 向（高さｈに対し平行）において写像が伸びる。更に、出口窓（６）の平面が後 方へ向けて矢印（１３）の方向へ移動する。

第３．４図には、極端な場合が図示されている。中間実像（４）は、拡大鏡（５ ）の後方ではなく、正に拡大鏡（５）の平面内に位置している。この実施形態は 、特に、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム分野においで、又は広告表示、ビデオゲーム及 びシミュレータの下で使用するのに通している一方、第１．２図に図示されてい る実施形態は、特に、前方表示装置における使用を推奨する。第３，４図に基づ くシステムの場合（極端な場合）、観察者は、写像された対象物をほぼ拡大鏡（ ５）の平面内で見る。写像されるべき物体は、この場合、完全に又は部分的にで はあるが、観察者に対向した拡大鏡（５）の側に局限されている。つまり、物体 は、観察者に「対向して突出しているＪ、第３，４図に基づくシステムにおいて 、第２Ｃ図に図示されている円曲線状に表示素子（１）が配置されている配列を 選択した場合、第２Ｃ図及び第１，２図に基づき既述した同一の問題が生ずる。

第２ｃ図に図示されている例は、すでに上記されている。その場合、表示素子（ １）は、円曲線上に配置されている。各独立した表示素子は、すべての表示素子 が配置されている円曲線に対し接線状に延びている。これは、表示素子の中間実 像（４）が相互に角度を成して位置するのを促している。この関係は、第２ｄ図 に図示されている０表示素子（２１）乃至（２７）は、円曲線（２８）に沿って 配置されており、その場合、各独立した表示素子は、円曲線（２８）に対し接線 状に延びている。レンズ（３１）乃至（３７）は、円曲線（２９）に沿って配置 されており、その場合、レンズの中心面は、円曲線（２９）に対し接線状に延び ている０円曲線（２８）及び（２９）の中心点は、（４１）で記号付けされてい る。

中心点（４１）のまわりには、中間実像（４）が配置されている。

表示素子（２１）は、その場合、レンズ（３１）を通って中間実像（５１）中へ 写像、等々される０表示素子（２７）は、レンズ（３７）を通って中間実像（５ ７）中へ写像される。すべての中間実像は、つまり相互に角度を成して位置して いる。それにより、ひずみが生、するが、該ひずみは、−ｉ的に見て非常にわず かであり、著しい妨害を引起こすことはない。しかし、シリンダ状素子を有する 、又は有さない画面積レンズが、中間実像（４）の平面内に挿入される場合、以 下の誤差が生ずる０画面積レンズの中心面は、第２ｄ図に見られる中間実像（５ ４）の平面内に位置している。中間実像（５４）は、つまり、画面積レンズによ り正確に順送りされている。しかし、他の中間像（５１）乃至（５３）及び（５ ５）乃至（５７）に関して言えば、誤差が生ずる。平面（６１）の表示素平面領 域は、百面積レンズにより拡大される一方、平面（６１）の他方側上に位置して いる各中間実像の領域は、縮小される。第２写像段階において、拡大鏡（５）に 近接して位置している各中間像の部分は、拡大鏡（５）から遠く離れて位置して いる各実像の部分よりも拡大される率が少い。従って、写像誤差が生じ、該誤差 は、許容範囲外であり、調整されなければならない。

上記誤差の調整は、上記誤差を考慮した表示を表示素子に基づき選択することに より行われる。第２ｅ図に図示の如く表示素子が配置されることにより、更に誤 差が生ずる。レンズ（３１’）乃至（３７’）は、依然として同一円曲ｍ（２９ ）上に配置されている。

第２ｄ図に見られる場合と同様に、このレンズの中心面は、依然として円曲ｆｉ （２９）に対し接線状に延びている。しかし、表示素子は、部分的に変化してい る９画面積レンズの中心面（６１）に対し平行に延びている表示素子（２４’） は、変化しないままである。

つまり、表示素子は、依然として、表示素子が配置されている円曲線（２９）に 対し接線状の位置に配置されている０次の表示素子（２５’）は、しかし、ある 角度だけ斜めに配置される。これにより、表示素子（２５’）の画像が、素子（ ２４’）の画像に対し平行に位置する。つまり、両画像は、画面積レンズの中心 面（６１）に対し平行に位置する。第２ｅ図に図示されている写像形態により生 ずるひずみは、表示素子に基づき事前調整されるか、又は事前に補正されなけれ ばならない０表示素子（２５’）に関連している表示素子（２６’）も同様に傾 斜している。つまり、素子（２５’）の傾斜よりも大きな角度だけ傾斜している 。同様に表示素子（２７’）は、前の画素子よりも大きく傾斜している０表示素 子が中心の表示素子（２４’）から離れれば離れる程、円曲線（２８）らかであ る。傾斜は、すべての中間実像（５１’）乃至（５７’）が画面積レンズの中心 面（６１）内に位置する様に選択されている。

配列は、すべての中間実像が相互に平行に且つほぼ同箇所に位置する様に成って いる。

既述の如く、中間実像（４）の箇所にシリンダ状素子を有するレンスカ傭ワウて いる。第３．４図に図示されている実施例においては、その場合、シリンダ状素 子を有するレンズが備わっていなければならない、第３．４図に図示されている 実施形態の場合、拡大鏡のシリンダ状素子により生ずるのぞき込み領域（ｈ）の 拡大効果は、拡大鏡（５）の表面が円柱レンズ格子を有していることにより得ら れるが、その場合、円柱軸は、水平方向に延びている。格子は、細い格子でなけ ればならず、つまり、格子は、約０．１乃至１＋＋ｍの格子間隔を有していなけ ればならない、格子の間隔は、所望の解像性に依存している０代寡としては、１ 本軸のディフユーザを使用することが可能である。その場合、光学素子が重要で あり、該光学素子は水平方向に統計的な線構造を有しており、その構造は、例え ば、光学系基板（プレキシガラス、プラスチインク薄膜、ガラス）が水平方向に おいて、ブラッシングされることにより得られる。透過した光線は、それにより 垂直方向において拡散的に広げられるが、水平方向においては変化しない、つま り表示された対象物の深さ限定は、保持されたま＼である。第１．２図に図示の 実施形態が選択される場合、上記種類の円柱レンズ格子又は車軸ディフユーザを 備えることは基本的には可能である。その場合、しかし光線強度及び解像性の点 で不都合が生じる。

上記透過性光学素子の代わりに、類似した反射光学素子（例えば凹面鏡）を常に 使用することも可能である。同じく、ホログラフィ−による光学素子（ＨＯＥ） も使用可能である。拡大鏡（５）として凹面鏡が使用される場合、車軸ディフユ ーザを通した光学的拡大は、凹面鏡が水平方向においてプランジングされること により実現出来る。旧式の光学システムの場合、部分的には非常に面倒な投影ス クリーンが必要であった。第４図に図示の如く、中間実像（４）の平面が拡大鏡 （５）の平面へ重畳する場合、及び更に該拡大鏡（５）が車軸デュフユーザを備 えている場合、面倒な投影スクリーンは必要とされない。

既述の如く、車軸ディフューザ又は円柱レンズ格子が使用される場合、前述（第 ２ｄ及び第２ｅ図）のひずみに類似したひずみが生ずるが、該ひずみは、類似措 置により補正可能である。補正措置が取られる場合、この単純な投影スクリーン （車軸ディフューザ、単純な円柱レンズ格子）で十分である。

第５図には、自動車（７０）に見られる上記光学表示システムが図示されている 。光源（７１）から発せられる光線は、集光レンズ（７２）により集束され、表 示配列（１）へ案内される０表示配列の後方には、写像光学系（２）が配置され ており、該光学系は、複数個の並置されたレンズから構成されている０個々の写 像レンズ拡大鏡配列（５）へ案内される。拡大鏡（５）の後方には、保護忘（７ ４）があり、該芯を通過して光線が自動車（７ｏ）のフロントガラスへ至る。光 線は、フロントガラスから運転者（７６）の方向へ案内される。運転者の目の前 には、出口窓（６）が位置している。

この出口窓（６）の場合、フィールド絞（３）の実像が、つまり、レンズ（２） の外側限界が重要である。第５図には、１０個の並置された光学ルートが示され ている０合計１０個のフィールド絞りの像が実像であることにより、運転者は常 に彼の両目で異った各ルートを見やることが保証されている。フィールド絞りの 合計１０の実像（６）は、相互に境を接して位置している結果、移行ゾーンは非 常にわずかである。運転者がわずかに左又は右へ移動した場合、フィールド絞り の像間の移行ゾーンにはほんのわずがな障害が生ずるだけである。

全体として正確な写像を得る為には、全体の写像システム自体が補正されなけれ ばならない、それには、不均一に湾曲しており且つシステムへ関与しているフロ ントガラスの補正が必要である。補正は、種々の方法で行われる。先づ第１に、 個々の表示素子（１）において補正態勢に入り、これらの素子をソフトウェア側 で補正する。

全体から見て、補正の必要性は、格子が細かければ細かい程、個々のルートが狭 ければ狭い程少い。その他の補正方法は、写像光学系（２）の個々のレンズがフ ロントガラス（７５）の各領域に基づいて調整されることにある。同様のことが 拡大鏡（５）の各レンズにおいても行われる。いずれにせよ、ルートの格子が細 がければ細かい程、補正の必要性は少い、細かさが細かくなるにつれて、光線強 度は弱まり、視野が縮少されるので、一方では十分な光線強度と十分に広い視野 か、又他方では十分に細い格子が得られる様に相互間での譲歩が必要である。

本発明に蒼づく立体表示システムにより、表示されたシンボル又は対象物を観察 者にさまざまな距離において見せられると同時に、それらを常時、同一距離下に 視覚的に限定出来る。この固定された視覚限定により、全体として補正の必要性 が減少する。立体の原則により得られる観察者の距＠怒覚は、先づ横のディスパ レーシッンにより呼び起こされる。距離怒覚は、どの様な横のディスパレーシッ ンが存在しているかに依存しているのであり、どの様な距離下において画表示が 両目を視覚的に限定しているかに依存しているのではない０本発明に基づくシス テムの場合、表示の視覚限定は変化しない。同一タイプの自動車ではあっても製 造時の不正確により生ずる個々にさまざまなフロントガラスの湾曲がさまざまな 限定を招いている。しかし、観察者の距離感覚は、この情状下においては、二義 的に視覚限定に依存しており、個々のフロントガラス誤差に対し大きな許容範囲 が備わっている。

既述の如く、各フロントガラスは、同じ型の自動車といえども、わずかに異った 形を有している。全システムをある一定の個々のフロントガラスへ調整出来る様 にする為には、以下の方法が考えられる。特にその為に計画されているシステム の稼動方法においては、テスト見本が表示素子上に置かれる。このテスト見本は 、写像光学系及び光学系の検出システムから成る適切な補足手段により出口芯に おいてキャッチされる。各表示素子の各独立した画素の為には、射出ひとみの画 素に基づきこのポイントがどこに写像されるかにより確認される。それにより、 表示素子のすべてのポイントを走査する隙に、ひずみマトリックスが検出出来る が、該ひずみマトリックスは、各独立した誤差を補正する為に引出される。

第６図は、第５図に相応した図面において変容した立体表示素子を示しており、 同一箇所には、同一参照符号が付されているので、個々に記載する必要はないと 思う。複数個の拡大鏡（５）の代わりに、第６図においては、唯一の拡大鏡（５ ）が備わっている。それにより、比較的大きな視野と、比較的大きな光線強度が 得られる。

しかし他方、補正の必要性が増大する。

第７図は、他の実施例を示している。光源（７１）から発せられる光源は、集光 レンズ（７２）により集束され、表示素子（１）上へ案内される。写像光学系（ ２）は、中間実像（４）を生み出す。

拡大鏡の焦点は、（１１）で記号付けされているが、該拡大＠（５）は、例えば 、運転者の前面６乃至２０メ一トル離れた所に表示されるべきシンボルの虚像を 作り出す。同時に、拡大鏡（５）は、運転者の前面で彼の視線領域（６）内にフ ィールド絞り（３）を実像で写像する。転向鏡（９０）は、自在且つ機械的に調 整可能な構造を呈している。従って、鏡（９０）は、補足的にフロントガラス（ ７５）の補正を行っている。その場合、該鏡（９０）により、フロントガラス（ ７５）の通常の一般的な型のものが補正される。該１（９０）をさまざまなフロ ントガラスの個々の誤差を調整する為に使用することも可能である。この鏡の代 わりに、しかるべきホログラフによる光学素子（ＨＯＥ）を使用することも出来 る。

第８図は、第７図に相応する他の実施形態の図を示しているが、同一箇所には同 一記号が付されている。転向鏡（８０）は、中間実像箇所に限定されており、し かるべきシリンダ状及び／又は球状の湾曲素子により、上記の画面積レンズの機 能の肩代りを行っている。

凹状に湾曲した鏡（８１）は、拡大鏡の機能を果たしている。凹面鏡（８１）を 使用することは、他の利点を有している。つまり、凹状に湾曲したフロントガラ スを使用することにより、現存する光束が斜めに侵入する場合、非点収差性の収 差が生ずる。この収差は、しかるべく傾斜した光が凹面鏡（８１）上へ侵入する 場合、部分的に相殺される。

浄書（内容に変更なし） １、表示要素　２　写像レンズ系　３．絞り４、中間実像　５．拡大鏡 ６、射出瞳；絞りの実像　７．観察者−眼口ａ、　２ａ Ｆｉｇ、　２ｅ 浄書（内容に変更なし） 境界条件の場合：はぼレンズ面にある中間実像１−７は５が視野レンズであるこ とを除いて、第１図のものと同一Ｆｉｏ、　ｌ。

ト 手続補正書（方式） 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示　ＰこＴ／ＥＰ　８８１００２９２”２、発明の名称　立体表示 システム／ ３、補正をする者 事件との関係　比願人 ５、補正命令の日付　平成１年８月２２日国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）少くとも２個の表示素子（１；２１−２７；２１′−２７′；１０２）と 、 前記同数の中間実像（４；５１−５７；５１′−５７′）を作る為に前記表示素 子の数量に相応した写像素子を有する写像光学系（２；３１−３７；３１′−３ ７′）と、前記写像素子の数量に相応した数量のフィールド絞り（３）と、前記 観察者の視線領域（６）において前記写像素子（２）のフィールド絞り（３）の 実像を作る為の少くとも１つの拡大鏡（５）とを有しており、 前記の場合、前記拡大鏡（５）の焦点（１１）は、前記中間実像（４）の平面内 に配置されているか、又は前記中間実像（４）の手前の光線路内に配置されてい ることを特徴とする立体表示システム。 （２）前記写像光学系（２）の縁は、フィールド絞り（３）としての役目を果た していることを特徴とする請求項第（１）に記載の立体表示システム。 （３）前記拡大鏡（５）の焦点（１１）は、前記中間実像（４）の平面内に配置 されていることを特徴とする請求項第（１）又は第（２）の何れか１つに記載の 立体表示システム。 （４）前記拡大鏡（５）の焦点は、前記中間実像（４）の手前の光線路内に配置 されていることを特徴とする請求項第（１）又は第（２）の何れか１つに記載の 立体表示システム。 （５）前記中間実像（４）は、前記拡大鏡（５）の中心面上に作られ、それによ り、前記拡大鏡は、画面積レンズとなることを特徴とする請求項第（１）、第（ ２）又は第（４）の何れか１つに記載の立体表示システム。 （６）唯一の拡大鏡（５）を有していることを特徴とする請求項第（１）乃至第 （５）の何れか１つに記載の立体表示システム。 （７）複数個の拡大鏡（５）を備えており、前記拡大鏡の数量は、前記写像素子 （２）の数量に相応していれば好都合であるが、相応していることを特徴とする 請求項第（１）乃至第（７）の何れか１つに記載の立体表示システム。 （８）前記表示素子（１）は、直線に沿って配置されていることを特徴とする請 求項第（１）乃至第（７）の何れか１つに記載の立体表示システム。 （９）前記表示素子（２１−２７）は、円曲線（２８）に沿って配置されており 、 前記写像素子（３１−３７）は、比較的小さな半径と中心点（４１）とを有する 円曲線（２９）に沿って配置されている結果、前記中間実像（５１−５７）は、 前記共通の中心点（４１）付近に作られることを特徴とする請求項第（１）乃至 第（７）の何れか１つに記載の立体表示システム。 （１０）前記表示システム（２１−２７）は、前記円曲線（２８）に対して接線 状に配置されていることを特徴とする請求項第（９）に記載の立体表示システム 。 （１１）前記表示素子（２１′−２７′）は、前記円曲線（２８）に対し角度を 成して配置されており、前記の場合、前記角度は、前記中心の表示素子（２４′ ）に基づき、距離が遠くなるにつれて、前記中間実像が前記円曲線の中心点付近 のほぼ同一箇所で且つ相互にほぼ平行に生ずる様に増大することを特徴とする請 求項第（９）に記載の立体表示素子。 （１２）前記拡大鏡（５）は、シリンダ状素子を有しており、前記シリンダ状素 子の軸は、水平に、つまり、前記フィールド絞りの実像の高（ｈ）に対し垂直且 つ前記光線路に対し垂直に方向付けされていることを特徴とする請求項第（５） 乃至第（１１）の何れか１つに記載の立体表示素子。 （１３）前記拡大鏡（５）は、０．１−１ｍｍの格子間隔を存する細かい格子で あれば好都合であるが、１つの円柱レンズ格子か、又は水平方向に統計的な線構 造を有する単軸デイフユーザを有していることを特徴とする請求項第（１２）に 記載の立体表示システム。 （１４）前記写像光学系（２）及び／又は前記拡大鏡（５）は、凹面鏡及び／又 はホログラフィーによる光学素子（ＨＯＥ）から構成されていれば好都合である が、反射光学素子から構成されていることを特徴とする請求項第（１）乃至第（ １３）の何れか１つに記載の立体表示素子。 （１５）前記表示素子は、以下の素子、つまり、陰極線管（ＣＲＴ）表示装置、 少くとも２つの独立した表示領域を有する陰極線管、複数本の陰極線管、液晶表 示装置、透過型又は反射型ＬＣＤ表示装置、エレクトロルミネセンス素子、プラ ズマ表示素子から構成されていることを特徴とする請求項第（１）乃至第（１４ ）の何れか１つに記載の立体表示システム。 （１６）透過性液晶表示装置（ＬＣＤ）であれば好都合であるが、正確に２個の 透明で非拡散型又は放出型表示素子（１０２）と、照光焦点ガラスであれば好都 合であるが、前記表示素子（１０２）の手前の前記光線路内に見られる平坦な光 源（１００）と、 ２個の拡大鏡（５）とを有しており、前記拡大鏡の一方は、前記観察者の一方の 目の領域内に前記平坦な光源（１００）の実像を作り出しており、前記拡大鏡の 他方は、前記観察者の他方の目の領域内に前記平坦な光源の実像を作り出してお り、前記の場合、前記平坦な光源（１００）の限定は、前記平坦な光源（１００ ）の両方の実像が相互に重畳しない様な構造になっていることを特徴とする立体 表示システム。 （１７）前記平坦な光源（１００）の限定は、前記平坦な光源（１００）の両方 の実像が前記観察者の両目間の垂直中心線に沿っていれば好都合であるが、相互 に境を成して接している構造になっていることを特徴とする請求項第（１６）に 記載の立体表示システム。 （１８）前記平坦な光源（１００）の限定は、前記両側縁に沿った垂直限定線に より形成されていることを特徴とする請求項第（１６）又は（１７）の何れか１ つに記載の立体表示システム。 （１９）もう１つのレンズ（１０３）は、前記表示素子（１０２）に出来るだけ 近接して配置されていれば好都合であるが、前記表示素子（１０２）の手前及び 前記平坦な光源（１００）の後方の光線路内に配置されていることを特徴とする 請求項第（１６）乃至第（１８）の何れか１つに記載の立体表示システム。 （２０）自動車は、前記請求項第（１）乃至第（１９）の何れか１つに基づく立 体表示システムを有していることを特徴とする自動車。 （２１）前記外の視界との重畳は、前記自動車のフロントガラス上の鏡により行 われることを特徴とする請求項第（２０）に記載の自動車。