JPWO2018066675A1 - Variable magnification projection optical system and image display apparatus - Google Patents
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Abstract
画面内の任意の位置で虚像の表示距離を容易に変化させる変倍投影光学系を提供すること。変倍投影光学系13は、表示素子11の画像から第1中間像を形成する第1投影光学系30と、第1中間像TI1からの像光を表示スクリーンであるコンバイナー20で反射させることによって当該表示スクリーン越しに虚像を表示する第2投影光学系40とを備え、第2投影光学系40は、虚像の表示位置を可変とする可変焦点光学系51を有する。To provide a variable magnification projection optical system that easily changes the display distance of a virtual image at an arbitrary position in a screen. The variable magnification projection optical system 13 reflects the image light from the first projection optical system 30 that forms a first intermediate image from the image of the display element 11 and the first intermediate image TI1 by the combiner 20 that is a display screen. And a second projection optical system 40 that displays a virtual image through the display screen. The second projection optical system 40 includes a variable focus optical system 51 that can change the display position of the virtual image.
Description
本発明は、視線の先に虚像としての画像を表示し、かつ虚像の投影位置を可変とした変倍投影光学系及び当該変倍投影光学系を用いた画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a variable magnification projection optical system in which an image as a virtual image is displayed ahead of a line of sight and in which the projection position of the virtual image is variable, and an image display apparatus using the variable magnification projection optical system.
ヘッドアップディスプレイ(以下、HUDとする)は、虚像投影表示を行う表示装置であり、DMD(Digital Micromirror Device)やLCOS(Liquid crystal on silicon)等の表示素子に表示した画像を虚像として表示する投影光学系と、当該虚像を表示するためのウィンドシールドやコンバイナー等の表示スクリーンとを有する。このHUDは、運転中のドライバーが視線や視点を大きく動かすことなく表示を確認することができる点で、従来の速度メーター等のインパネ(車の運転席に設けられた計器盤等のインストルメントパネル)に情報表示する装置に比べてドライバーの危険性を減らすメリットを有する。今後、ドライバーの安全運転を支援するための表示を行う装置として、HUDが積極的に用いられることが予想される。その際、伝えるべき危険情報や、注意すべき情報等をドライバーに多様な手法で伝える必要があり、これらの情報の認識を高めるような表示が求められる。 A head-up display (hereinafter, referred to as HUD) is a display device that performs virtual image projection display, and is a projection that displays an image displayed on a display element such as DMD (Digital Micromirror Device) or LCOS (Liquid crystal on silicon) as a virtual image. It has an optical system and a display screen such as a windshield or a combiner for displaying the virtual image. This HUD is an instrument panel such as an instrument panel (such as an instrument panel provided at the driver's seat of a car) in that the driver while driving can check the display without significantly moving the sight or the viewpoint. It has the merit of reducing the risk of the driver as compared with the device that displays the information). In the future, it is expected that the HUD will be actively used as a device for performing display to support the driver's safe driving. At that time, it is necessary to convey hazard information to be conveyed, information to be noted, etc. to the driver in various ways, and a display that raises the recognition of such information is required.
ドライバーに情報を伝える表示方法の1つの例として、虚像の表示位置(又は表示距離)を変える方法がある(例えば、特許文献1〜4参照)。特許文献1では、HUD光学系に用いる反射ミラーにおいて、少なくとも曲率の異なる2つの反射ミラー面を設けて、それらの回動によって切替えを行って表示距離を可変としている。特許文献2では、可動部を有しない構成において、反射体までの光路距離の異なる複数の表示板を用いて虚像を表示し、複数の表示板の表示を切り替えることにより、虚像の表示距離を変化させている。特許文献3では、HUD光学系がレンズ駆動により表示像を変倍する集光レンズを有している。この集光レンズは表示像の大きさを変倍することが目的であり、集光レンズに例えばビームエキスパンダーを用いることにより、虚像の光軸方向の表示位置を調整している。特許文献4では、HUD光学系において、表示素子と結像光学系との間にリレー光学系を有し、リレー光学系により中間像を形成している。このリレー光学系内に用いる光学素子の位置を変化させることにより、中間像の位置を変化させ、虚像の表示位置を変化させている。特許文献4では、位置を変化させた中間像の各画像を例えば60分の1秒以内に重ね合わせることにより立体視映像を得ている。
As an example of the display method of transmitting information to the driver, there is a method of changing the display position (or display distance) of the virtual image (see, for example, Patent Documents 1 to 4). In Patent Document 1, in the reflection mirror used for the HUD optical system, at least two reflection mirror surfaces having different curvatures are provided, and switching is performed by their rotation to make the display distance variable. In
しかしながら、特許文献1では、ミラー面が2つであるのため、虚像の表示距離は2点に限定され、表示距離数を増やそうとするとミラー枚(面)数が多くなるという問題がある。また、特許文献2では、表示距離数を増やすと表示板の数を増やす必要があり、装置が複雑で大型化するだけでなく、各表示板の位置が固定となるため、画面内の任意の位置で虚像の表示距離を変化させることが難しいという問題がある。また、特許文献3では、虚像位置を変えることの効果については示されておらず、変倍の具体的な構成例について開示されていない。また、特許文献4では、中間像の位置に拡散板(中間スクリーン)を配置しているが、表示パネルに光走査型のデバイスを用いる場合に限定している。特許文献4において、虚像の表示位置を可変とするには、この中間スクリーンを移動させる必要がある。ここで、虚像を表示する際の視野角を大きくしつつ使いやすい表示とするために、ドライバー(観察者)の目が移動しても観察可能である範囲(アイボックス)を大きくするには、リレー光学系の倍率をある程度高くする必要がある。そのため、中間スクリーンのサイズが大きくなり、移動させる機構が大掛かりになる等の問題が生じる。なお、小型の表示パネルを用いて装置の小型化を図ろうとすると、視野角を確保しつつアイボックスを大きくしたい場合には、表示パネルが光走査型であるか否かに関わらず中間スクリーンを用いる必要があり、この場合も中間スクリーンを移動させる機構が大掛かりになる。
However, in patent document 1, since there are two mirror surfaces, the display distance of a virtual image is limited to two points, and when it is going to increase the display distance number, there exists a problem that the number of mirror sheets (surface) will increase. Further, in
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、画面内の任意の位置で虚像の表示距離を容易に変化させる変倍投影光学系を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background art, and it is an object of the present invention to provide a variable power projection optical system which easily changes the display distance of a virtual image at an arbitrary position in a screen.
また、本発明は、当該変倍投影光学系を用いた画像表示装置を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide an image display apparatus using the variable magnification projection optical system.
上記課題を解決するため、本発明に係る変倍投影光学系は、表示素子の画像から第1中間像を形成する第1投影光学系と、第1中間像からの像光を表示スクリーンで反射させることによって当該表示スクリーン越しに虚像を表示する第2投影光学系とを備え、第2投影光学系は、虚像の表示位置を可変とする可変焦点光学系を有する。 In order to solve the above problems, the variable magnification projection optical system according to the present invention includes a first projection optical system that forms a first intermediate image from an image of a display element, and a display screen that reflects image light from the first intermediate image. And a second projection optical system that displays a virtual image through the display screen, and the second projection optical system includes a variable focus optical system that changes the display position of the virtual image.
上記課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、上述の変倍投影光学系を搭載する。 In order to solve the above-mentioned subject, the image display device concerning the present invention mounts the above-mentioned variable magnification projection optical system.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態に係る変倍投影光学系及びこれを組み込んだ画像表示装置について説明する。First Embodiment
The variable magnification projection optical system and the image display apparatus incorporating the same according to the first embodiment of the present invention will be described below.
図1A及び1Bは、本実施形態の画像表示装置100及びその使用状態を説明する概念的な側方断面図及び正面図である。この画像表示装置100は、例えばヘッドアップディスプレイ装置として車体2内に搭載されるものであり、描画ユニット10とコンバイナー20とを備える。画像表示装置100は、後述する表示素子11に表示される画像情報を、表示スクリーン(本実施形態の例では、コンバイナー20)越しに虚像表示又は虚像投影するものである。
FIGS. 1A and 1B are conceptual side cross sectional views and a front view illustrating an
画像表示装置100のうち描画ユニット10は、車体2のダッシュボード4内に埋め込むように設置されており、運転関連情報を含む画像に対応する表示光HKをコンバイナー20に向けて射出する。コンバイナー20は、半透過性を有する凹面鏡として機能する表示スクリーンであり、下端の支持によってダッシュボード4上に立設され、描画ユニット10からの表示光HKを車体2の後方に向けて反射する。つまり、コンバイナー20は、フロントウィンドウ8とは別体で設置される独立型のものとなっている。コンバイナー(表示スクリーン)20で反射された表示光HKは、ドライバーUNの瞳HT及びその周辺位置に対応するアイボックスSY(図5B参照)に導かれる。ドライバーUNは、コンバイナー20で反射された表示光HK、つまり車体2の前方にある虚像としての表示像IMを観察することができる。一方、ドライバーUNは、コンバイナー20を透過した外界光、つまり前方景色等の実像を観察することができる。結果的に、ドライバーUNは、コンバイナー20の背後の外界像に重ねて、コンバイナー20での表示光HKの反射によって形成される運転関連情報等を含む表示像(虚像)IMを観察することができる。
Of the
図2及び図3に示すように、描画ユニット10は、表示素子11を備えた描画デバイス12と、変倍投影光学系13と、ハウジング14とを備える。なお、図3は、画像表示装置100の構成を例示したものであり、画像表示装置100の構成は、その仕様や設置箇所等によって適宜変更される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
描画デバイス12は、詳細な説明を省略するが、表示素子11のほかに、表示素子11に表示動作を行わせる表示駆動回路、表示素子11を照明するための光を射出するLEDその他の光源、かかる光源からの光を均一化する均一化光学系等を備える。表示素子11は、DMDやLCOS等の反射型の素子でも、液晶等の透過型の素子でもよい。特に、表示素子11にDMDを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切り替えることができ、表示に有利である。
Although the detailed description is omitted, in addition to the
変倍投影光学系13は、表示素子11に形成された画像に対応する第1中間像を形成する第1投影光学系30と、第1中間像TI1に対応する像光を表示スクリーンであるコンバイナー20に入射させることによって虚像を表示する第2投影光学系40とを備える。変倍投影光学系13は、非球面を少なくとも1面以上有することが望ましい。変倍投影光学系13が非球面を有することで、光学性能を確保しながら変倍投影光学系13内の各レンズ群を構成するレンズやミラーの枚数を少なくでき、光学系の小型化を図ることができる。
The variable magnification projection
変倍投影光学系13において、第1投影光学系30と第2投影光学系40との間で、第1中間像TI1を形成する位置には、中間スクリーンmSCが配置されている。第1中間像TI1は光軸AX方向等に移動しないため、中間スクリーンmSCを移動させる必要がなく、後述する可変焦点光学系51の作用のみで表示像(虚像)IMの奥行位置を変化させ、かつ視野角とアイボックスとの両方を大きくすることができる。中間スクリーンmSCは、配光角を所望の角度に制御した拡散板である。拡散板には、例えば摺りガラス、レンズ拡散板、マイクロレンズアレイ等が用いられる。中間スクリーンmSCとして拡散板を設けることにより、視野角とアイボックスサイズとを簡易に確保しつつ、光学系の光利用効率を比較的高くすることができる。なお、拡散の配光角が狭すぎるとアイボックスサイズが小さくなってしまう。逆に、拡散の配光角を大きくしすぎると、光利用効率を高くするために光学系(特に、後述するリレー光学系50)のF値を小さくする必要があり、性能確保が難しく光学系の径や枚数が増大してしまう。
In the variable magnification projection
上述の中間スクリーンmSCである拡散板については、拡散板の配光角をαとし、第1投影光学系30に入射する表示素子11からの軸上マージナル光線の広がり角をθ1とし、第1投影光学系30の倍率をβ1とし、第2投影光学系40に入射する軸上マージナル光線をθ2とした場合、配光角αは以下の条件式(2)で設定するとよい。
α≒√{θ22−(θ1/β1)2} … (2)
条件式(2)は変倍投影光学系13の第1中間像TI1の位置に用いる中間スクリーンmSCの発散角にかかるものとなっている。条件式(2)を満たすことにより、第2投影光学系40に取り込む光束を効率良く使用できる。For the diffusion plate which is the above-described intermediate screen mSC, the light distribution angle of the diffusion plate is α, and the spread angle of the on-axis marginal ray from the
α ≒ {θ 2 2 − (θ 1 / β 1) 2 } (2)
Conditional expression (2) is applied to the divergence angle of the intermediate screen mSC used at the position of the first intermediate image TI1 of the variable magnification projection
図3に示すように、第1投影光学系30は、表示素子11の画像を投影させる複数のレンズ又はレンズ群を有している。図示の例では、第1投影光学系30は、4枚のレンズで構成されている。
As shown in FIG. 3, the first projection
第2投影光学系40は、第1中間像TI1をリレーするリレー光学系50と、リレー光学系50に対して表示スクリーンであるコンバイナー20側に配置される第3投影光学系60とを有している。第2投影光学系40は、リレー光学系50と第3投影光学系60との間で第2中間像TI2を形成する。第2投影光学系40を、リレー光学系50及び第3投影光学系60の2つの光学系で構成することで、全体の拡大倍率をリレー光学系50と第3投影光学系60とに振り分けることができる。これにより、リレー光学系50のF値を大きくしながら全系としての視野角及びアイボックスサイズを大きくでき、使いやすい仕様でありながらリレー光学系50の大型化を防ぎ、虚像表示時の像面性や非点隔差等の光学性能を確保することができる。
The second projection
第2投影光学系40は、表示像(虚像)IMの奥行方向の表示位置を可変とする可変焦点光学系51を有する。可変焦点光学系51は、リレー光学系50内に配置されている。これにより、可変焦点光学系51を小型にすることができ、可動機構等を簡素化することができる。可変焦点光学系51は、少なくとも1枚のレンズを光軸AX方向、光軸AXと垂直な面内の垂直方向、並びに光軸AX方向及び垂直方向を組合せた方向のいずれかに移動させる構成となっている。特に、奥行方向の表示位置のみを変化させる場合、少なくとも1枚のレンズを光軸AX方向に移動させる。図示の例では、2枚のレンズを一組として光軸AX方向に一体的に移動させている。これにより、可変焦点光学系51に後述する焦点可変レンズを用いた場合に生じるレンズ径や焦点可変範囲の制約を受けることなく変倍することができ、変倍範囲、視野角、及びアイボックスサイズといった仕様を大きく確保することができる。なお、可変焦点光学系51に含まれるレンズを光軸AXと垂直な面内で曲率が変化する構成として、当該光軸AXと垂直な面内で曲率が変化するレンズを光軸AXと垂直な面内で垂直方向に移動させた場合には、レンズの曲率が変化することで、焦点可変レンズの場合やレンズを光軸AX方向に移動させた場合と同様に変倍することが可能となる。また、光軸AXと垂直な面内の表示位置を変更することができ、表示範囲に広がりを持たせることも可能となる。
The second projection
変倍投影光学系13は、可変焦点光学系51による焦点距離の変化に伴い、表示像IMの奥行方向の表示位置又は表示距離を変化させている。既に説明したように、変倍投影光学系13は、リレー光学系50と第3投影光学系60との間に第2中間像TI2を形成する構成となっており、可変焦点光学系51で変倍を行った際に、第2中間像TI2の位置が光軸AXに沿って移動する。これにより、表示像IMは、変倍の度合に応じて、コンバイナー20に近い位置(表示像IM1の位置)から中間の位置(表示像IM2の位置)を経て遠い位置(表示像IM3の位置)まで位置が変化して連続的又は断続的に表示される。例えば、最も遠い位置から最も近い位置までの表示距離を高速(例えば、1/30秒以内)に変動させて表示像IMを連続的に表示させれば、擬似的な3D虚像表示を行うことができる。
The variable magnification projection
なお、可変焦点光学系51は、レンズを移動させる代わりに、少なくとも1枚の焦点可変レンズを有する構成としてもよい。焦点可変レンズは、弾性体及び液体のいずれか一方を用いてレンズ曲率(つまり、光学面の曲率)を変化させて虚像の表示位置を可変とする。図4Aに示すように、弾性体を用いたレンズ51aは、例えばアクチュエーター81の作用力を弾性体部55aに与えて、弾性体部55aの形状を変化させて焦点を変化させる。また、図4Bに示すように、液体を用いたレンズ51bは、例えば容器中56cに水(水溶液)及び油の2種類の液体56a,56bと電極56eとが封入された構成となっており、電源部181から電極56eに電圧を加えることで、油と水との接する面の形を変えることで屈折力を変化させ、焦点を変化させる。可変焦点光学系51に焦点可変レンズを用いることで、上述のようなレンズを光軸AX方向等に移動させる駆動機構を用いずに焦点を変化させることができ、機構の簡素化や小型化が可能となる。
The variable focus
リレー光学系50は、拡大投影系であり、複数のレンズ又はレンズ群を有する。図3に示す例では、リレー光学系50は、7枚のレンズで構成されている。リレー光学系50は、例えば複数のレンズ又はレンズ群のうち表示スクリーンであるコンバイナー20側に可変焦点光学系51を有している。リレー光学系50は、1枚又は2枚からなる可変焦点光学系51を可動レンズ群として光軸AX方向等に移動させることで変倍を行う。レンズの構成枚数が少ないことで、可変焦点光学系51のレンズ重量を軽くすることができる。これにより、可変焦点光学系51を駆動させる機構を大掛かりなものにする必要がなくなり、装置の大型化や複雑化を防ぐことができる。また、可変焦点光学系51をプラスチックレンズで構成すれば、さらなる軽量化を図ることができる。
The relay
リレー光学系50は、表示像(虚像)IMの表示位置が最も遠いとき(図3に示す表示像IM3の位置)のリレー光学系50の倍率をβ2Lとしたとき、以下の条件式(1)を満たす。
0.75<β2L<2.0 … (1)
条件式(1)は変倍を行うリレー光学系50の倍率を規定するものである。条件式(1)の値β2Lの上限を下回ることにより、アイボックスサイズを確保するためにリレー光学系50と第3投影光学系60との間隔を大きくする必要がなくなる。これにより、光学系が大型化せず、最終光学系である第2投影光学系40(具体的には、第3投影光学系60の最終面)からドライバーUNの瞳位置までの距離が長くなることも防ぐことができる。また、視野角を大きく設定した場合にも最終光学系の径方向のサイズが大きくなりすぎることを防ぐことができる。また、条件式(1)の値β2Lの下限を上回ることにより、アイボックスサイズを確保するためのリレー光学系50のF値がリレー光学系50に負担がかからない程度に比較的大きくなり、光学系の性能を確保することができる。When the magnification of the relay
0.75 <β2L <2.0 (1)
Conditional expression (1) defines the magnification of the relay
なお、条件式(1)に関し、以下の式を満たすことがより望ましい。
1.0<β2L<1.6 … (1)'It is more desirable to satisfy the following expression about conditional expression (1).
1.0 <β2L <1.6 (1) '
第3投影光学系60は、複数のミラーを有している。図示の例では、第3投影光学系60は、2枚のミラーMR1,MR2で構成されている。第3投影光学系60を構成するミラーは、凸面、凹面、又は平面とでき、曲面の場合、球面に限らず、非球面、自由曲面等とすることができる。第3投影光学系60は、後述するコンバイナー20と共働して、虚像の拡大投影系を構成する。
The third projection
図2に示すように、ハウジング14は、表示光HKを通過させる開口14aを有し、この開口14aには、フィルム状又は薄板状の光透過部材15を配置することができる。
As shown in FIG. 2, the
コンバイナー20は、板状の部材であり、観察者であるドライバーUNのいる観察側又は座席6(図1A参照)側に設けた第1光学面21と、反観察側又はフロントウィンドウ8側に設けた第2光学面22とを有する。第1光学面21は、凹の曲面であり、非球面又は自由曲面となっている。第2光学面22は、凸の曲面(観察者側から見た場合には凹の曲面)であり、非球面又は自由曲面となっている。第1光学面21は、基材である本体層20a上に例えば5〜30%の反射率を有するハーフミラーコート20bを形成することによって得たものであり、表示光HKを適度に反射しつつ外界光GKを所望の程度に透過させることができる。第2光学面22には、反射防止膜や保護コートが形成されている。なお、第2光学面22に反射防止膜等を形成しない場合もある。
The
図5Aに示すように、コンバイナー20で反射された表示光HKは、ドライバーUNの瞳HTに導かれる。ここで、表示光HKをコンバイナー20の背後に延長した虚像光線KKは、ドライバーの瞳HTに対して前方の所定位置に表示像(虚像)IMを形成する。なお、瞳HTからコンバイナー20までの距離d1は、車体2の仕様によるが例えば0.5〜1m程度としてあり、コンバイナー20から表示像IMまでの距離d2は、例えば1m程度以上としている。また、視野角は、−10〜−15度程度としている。また、図5Bに示すアイボックスSYは、標準的なドライバーUNの瞳HTの位置をカバーするように設定され、例えば横10〜15cm、縦5〜8cmと言ったサイズに設定される。
As shown in FIG. 5A, the display light HK reflected by the
コンバイナー20の瞳HT側に配置されている第1光学面21は、変倍投影光学系13を介して表示素子11に形成された画像を瞳HTに対して表示像IMとして少ない歪みで表示又は投影する。この際、第1光学面21は、その光学面形状によって歪みのない表示像IMを形成することができる。なお、第2光学面22に反射防止膜を設けない場合、又は反射防止膜で若干の反射が残る場合、第2光学面22においても、第1光学面21を通過して分岐された表示光HKを部分的に反射する。この場合、分岐後に背後の第2光学面22での反射された表示光(以下便宜上、副表示光と呼ぶ)は、第1光学面21を通過して瞳HTに入射するので、表示像IMと重畳して2重像を形成する可能性がある。しかしながら、第2光学面22で反射された副表示光が、元の表示光HKとの関連で表示像IM上の同一点から射出されるよう進行するならば、表示光HKによる虚像と副表示光よる虚像とが重なって2重像の形成を回避できる。副表示光の進行方向を制御するため、第2光学面22の曲率又は傾斜角や本体層20aの厚さを第1光学面21を基準として調整すればよい。
The first
以上説明した変倍投影光学系13又は画像表示装置100では、第1投影光学系30によって形成した第1中間像TI1を表示スクリーンであるコンバイナー20越しに虚像表示する第2投影光学系40を備え、この第2投影光学系40が表示位置を可変とする可変焦点光学系51を有することにより、第1中間像TI1の位置を移動させることなく表示像(虚像)IMの表示位置を変化させることができる。これにより、第1中間像TI1の位置に中間スクリーンmSCその他の光学素子を用いた場合でもかかる光学素子の移動のための大掛かりな機構が不要となり、装置の複雑化や大型化を防ぐことができる。
The variable magnification projection
なお、表示素子11のサイズを小型にすることで光学系を小型にできれば、装置の小型化が図れるが、その場合、虚像表示を行う際の視野角を確保しようとすると表示素子11のサイズに対して変倍投影光学系13で像を拡大投影する拡大倍率が大きくなる。このような拡大倍率が大きい投影を、中間像がない投影光学系で達成しようとすると、ドライバー(観察者)の目が移動しても観察可能である範囲(アイボックス)を大きくすることが困難であり、実際の装置として使用しにくいものになってしまうという問題がある。
If the optical system can be made smaller by reducing the size of the
これに対し中間像を形成する本実施形態のような光学系では、第1中間像TI1を挟んだ2つの光学系のそれぞれに拡大倍率を振り分けた投影が可能となるので、アイボックスを広くした光学系が可能となる。また、視野角とアイボックスサイズとの両方を大きくするため、中間像(つまり、第1中間像TI1)の位置に拡散板等で構成される中間スクリーンmSCを用いることが望ましい。既に説明したように、このような光学系で、第1中間像TI1に対して表示素子11側を第1投影光学系30とし、表示スクリーン側を第2投影光学系40とした場合、投影距離を可変とするには、どちらかの光学系内又は双方の光学系内に焦点距離を可変とする可変焦点光学系51を設ける必要がある。
On the other hand, in the optical system as in this embodiment for forming an intermediate image, since the projection in which the enlargement magnification is distributed to each of the two optical systems sandwiching the first intermediate image TI1 becomes possible, the eye box is made wide An optical system becomes possible. Further, in order to increase both the viewing angle and the eye box size, it is desirable to use an intermediate screen mSC configured of a diffusion plate or the like at the position of the intermediate image (that is, the first intermediate image TI1). As described above, in such an optical system, when the
ここで、仮に第1投影光学系30内に可変焦点光学系51を設けた場合には、第1中間像TI1の結像位置が可変焦点光学系51の焦点距離変動に伴って光軸AX方向に移動することになる。第1中間像TI1の位置に中間スクリーンmSCを用いる場合には、中間スクリーンmSCの位置を機械的に動かす必要があり、機構が複雑となり装置の小型化が難しくなる。また、高速に表示距離を変動させて擬似的な3D虚像表示を得ようとする光学系を考えると、機械的な移動が発生するとスピードに対応できず変倍が追い付かなくなってしまう。これらの問題を解決するため、第1投影光学系30でなく、第2投影光学系40内に可変焦点光学系51を設ける。これにより、第1投影光学系30でできる第1中間像TI1の位置を固定したまま変倍が可能となり、中間スクリーンmSCの移動の問題がなくなり、かつ表示像IMの表示位置も可変にできる。
Here, if the variable focus
変倍投影光学系13を備える画像表示装置100は、自動車等に用いられるヘッドアップディスプレイ(HUD)装置等に応用される。上述の構成で表示像IMの表示距離を変化させることで、例えばHUD装置において、ドライバー(観察者)UNが運転中に遭遇する前方の危険事項に対して、実際にその危険がある距離、位置に警告となる像を重ねて表示を行うことができる。これにより、ドライバーUNの頭が動くことで目又は瞳HTの位置が動く等しても表示が移動することがなく、ドライバーUNに違和感なく自然に情報を伝えることができる。また、最も遠い位置から最も近い位置までの表示距離を1/30秒以内、さらに望ましくは1/60秒以内に変化させることができれば、距離を変えた表示像(虚像)IMが、人の目からはほぼ同時の表示に見える。これにより、ドライバーUNに距離の違う複数の危険等の情報を同時に伝えることができ、ドライバーUNの安全運転を支援することができる。
An
〔実施例〕
以下、本発明の変倍投影光学系13の実施例を示す。〔Example〕
Hereinafter, embodiments of the variable magnification projection
(実施例1)
実施例1の変倍投影光学系13のデータを以下の表1に示す。なお、以下の表1において、変倍投影光学系13を構成するレンズ群の番号を「m」で表し、各レンズ群の焦点距離を「fm」で表し、表示位置を遠距離とした場合における各レンズ群間の間隔を「dm(LR)」で表し、表示位置を近距離とした場合における各レンズ群間の間隔を「dm(SR)」で表している。また、表示素子を「DD」で表し、中間スクリーンを「mSC」で表している。また、「M」の欄における各レンズ群の間隔「dm」は、最終光学系(つまり、第3投影光学系60)から瞳HT(つまり、ドライバーの目の位置)までの距離であり、「N」の欄における間隔「dm」は、瞳HTから虚像の表示位置までの距離である。なお、間隔「dm」については、虚像表示が遠距離のときと近距離のときで、第3及び第4レンズ群間の間隔、並びに第4及び第5レンズ群間の間隔をそれぞれ変えている。本実施例では、遠距離を約50mとし、近距離を約3mとしているが、後述する第3及び第4レンズ群間の間隔、並びに第4及び第5レンズ群間の間隔(つまり、第4レンズ群の移動量)を変えると、これらの距離範囲をもっと広くしたり狭くしたりすることができる。また、表には示されていないが、実際の使用時には、虚像を表示するためのコンバイナー20等である表示スクリーンは、第6レンズ群とドライバーの目(つまり、瞳HT)との間に配置される。なお、符号「←」は、左側の数値と同じであることを示す。以上のことは、特に説明しなければ、実施例2以降も同様である。
〔表1〕
m fm dm(LR) dm(SR)
DD
52.50 ←
1 45.000
315.00 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
173.33 ←
3 -74.270
16.00 6.00
4 63.903
488.78 498.78
5 -500.000
94.63 ←
6 271.462
M 1499.43 ←
N -50132.33 -2999.58Example 1
The data of the variable magnification projection
[Table 1]
m fm dm (LR) dm (SR)
DD
52.50 ←
1 45.000
315.00 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
173.33 ←
3-74.270
16.00 6.00
4 63.903
488.78 498.78
5-500.000
94.63 ←
6 271.462
M 1499.43 ←
N-50132.33-2999.58
実施例1の表示素子11のサイズ及び視野角を以下に示す。
表示素子水平方向サイズ(単位:mm):9.86
水平方向視野角(単位:度):-12.2The size and the viewing angle of the
Display element horizontal size (unit: mm): 9.86
Horizontal viewing angle (unit: degree): -12.
本実施例において、条件式(1)の値β2Lは1.5倍であり、2群の遠距離投影時におけるF値は約3.42である。その際のアイボックスサイズは画面横方向で約127〜116mm確保される。 In the present embodiment, the value β2L of the conditional expression (1) is 1.5 times, and the F value at the time of long-distance projection of the two groups is about 3.42. The eye box size at that time is secured to about 127 to 116 mm in the horizontal direction of the screen.
実施例1の変倍投影光学系13は、表示素子11側から順に、第1投影光学系30と、中間スクリーンmSCと、第2投影光学系40とから実質的になる。第1投影光学系30は、第1レンズ群で構成される。第2投影光学系40は、第2〜第6レンズ群で構成される。ここで、第2投影光学系40は、第2〜第4レンズ群で構成されるリレー光学系50と、第5及び第6レンズ群で構成される第3投影光学系60とからなる。このうちリレー光学系50の第4レンズ群が可変焦点光学系51となっている。可変焦点光学系51である第4レンズ群は、光軸AX方向に移動することで変倍を行っている。
The variable power projection
本実施例では、各レンズ群の焦点距離と各レンズ群間の間隔とを示したが、各レンズ群は、1枚のレンズ又は1枚のミラーで構成してもよいし、複数枚のレンズ又は複数枚のミラーで構成してもよい。さらに、実施例に示していないが、光学系の光路中に光路を折り曲げるミラーを配置することで、光学系全体のサイズを小さくすることもできる。第3投影光学系60は、少なくとも1枚のミラーで構成するとよい。表示スクリーンであるコンバイナー20までの光路の取り回し自由度が出るとともに、色収差の発生もないことから、ミラー、特に自由曲面のミラーの構成が望ましい。
Although the focal length of each lens group and the distance between each lens group are shown in this embodiment, each lens group may be composed of one lens or one mirror, or a plurality of lenses Alternatively, it may be composed of a plurality of mirrors. Furthermore, although not shown in the embodiment, the size of the entire optical system can be reduced by disposing a mirror for bending the optical path in the optical path of the optical system. The third projection
また、本実施例では、第2レンズ群を出射する光束がアフォーカルになっているが、特にアフォーカルとする必要はなく、光学系のサイズや各レンズ群の焦点距離、F値、倍率等の仕様に合わせて望ましい構成に変更可能である。さらに、本実施例では、リレー光学系50内で焦点距離を変えるために移動させる第4レンズ群について、レンズを移動させる機構への負担を小さくするために、その位置を、リレー光学系50の瞳位置とほぼ同じになるように設定しているが、設計に際して仕様その他の要素も配慮して異なる位置に設定してもよい。
In the present embodiment, the light beam emitted from the second lens unit is afocal, but it is not necessary to be afocal in particular, and the size of the optical system, the focal length of each lens unit, the F value, the magnification, etc. It can be changed to a desirable configuration according to the specification of Furthermore, in the present embodiment, the position of the fourth lens group moved in order to change the focal length in the relay
(実施例2)
実施例2の変倍投影光学系13のデータを以下の表2に示す。
〔表2〕
m fm dm(LR) dm(SR)
DD
52.00 ←
1 45.000
334.29 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
169.78 ←
3 -67.000
16.00 6.00
4 53.262
348.66 358.66
5 -350.000
62.27 ←
6 190.278
M 1114.94 ←
N -50135.22 -3002.97(Example 2)
The data of the variable magnification projection
[Table 2]
m fm dm (LR) dm (SR)
DD
52.00 ←
1 45.000
334.29 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
169.78 ←
3-67. 000
16.00 6.00
4 53.262
348.66 358.66
5-350.000
62.27 ←
6 190.278
M 1114.94 ←
N-50135.22-3002.97
実施例2の表示素子11のサイズ及び視野角を以下に示す。
表示素子11水平方向サイズ(単位:mm):9.86
水平方向視野角(単位:度):-12.1The size and viewing angle of the
Horizontal viewing angle (unit: degree): -12.1
本実施例において、条件式(1)の値β2Lは1.0倍であり、2群の遠距離投影時におけるF値は約2.31である。その際のアイボックスサイズは画面横方向で約135〜118mm確保される。 In the present embodiment, the value β2L of the conditional expression (1) is 1.0 times, and the F value at the time of long-distance projection of the two groups is about 2.31. The size of the eye box at that time is approximately 135 to 118 mm in the horizontal direction of the screen.
実施例2の変倍投影光学系13は、表示素子11側から順に、第1投影光学系30と、中間スクリーンmSCと、第2投影光学系40とから実質的になる。第1投影光学系30は、第1レンズ群で構成される。第2投影光学系40は、第2〜第6レンズ群で構成される。ここで、第2投影光学系40は、第2〜第4レンズ群で構成されるリレー光学系50と、第5及び第6レンズ群で構成される第3投影光学系60とからなる。このうちリレー光学系50の第4レンズ群が可変焦点光学系51となっている。可変焦点光学系51である第4レンズ群は、光軸AX方向に移動することで変倍を行っている。
The variable power projection
(実施例3)
実施例3の変倍投影光学系13のデータを以下の表3に示す。
〔表3〕
m fm dm(LR) dm(SR)
DD
52.05 ←
1 45.000
332.23 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
170.13 ←
3 -68.900
18.00 8.00
4 67.517
562.70 572.70
5 -550.000
223.80 ←
6 403.722
M 2391.83 ←
N -50231.36 -2999.05(Example 3)
The data of the variable magnification projection
[Table 3]
m fm dm (LR) dm (SR)
DD
52.05 ←
1 45.000
332.23 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
170.13 ←
3-68. 900
18.00 8.00
4 67.517
562.70 572.70
5-550.000
223.80 ←
6 403.722
M 2391.83 ←
N-50231.36-2999.05
実施例3の表示素子11のサイズ及び視野角を以下に示す。
表示素子11水平方向サイズ(単位:mm):9.86
水平方向視野角(単位:度):-12.2The size and the viewing angle of the
Horizontal viewing angle (unit: degree): -12.
本実施例において、条件式(1)の値β2Lは2.0倍であり、2群の遠距離投影時におけるF値は約4.54である。その際のアイボックスサイズは画面横方向で約137〜133mm確保される。 In the present embodiment, the value β2L of the conditional expression (1) is 2.0 times, and the F value at the time of long-distance projection of the two groups is about 4.54. The eye box size at that time is secured at about 137 to 133 mm in the horizontal direction of the screen.
実施例3の変倍投影光学系13は、表示素子11側から順に、第1投影光学系30と、中間スクリーンmSCと、第2投影光学系40とから実質的になる。第1投影光学系30は、第1レンズ群で構成される。第2投影光学系40は、第2〜第6レンズ群で構成される。ここで、第2投影光学系40は、第2〜第4レンズ群で構成されるリレー光学系50と、第5及び第6レンズ群で構成される第3投影光学系60とからなる。このうちリレー光学系50の第4レンズ群が可変焦点光学系51となっている。可変焦点光学系51である第4レンズ群は、光軸AX方向に移動することで変倍を行っている。
The variable power projection
(実施例4)
実施例4の変倍投影光学系13のデータを以下の表4に示す。
〔表4〕
m fm dm(LR) dm(SR)
DD
51.90 ←
1 45.000
338.48 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
169.07 ←
3 -63.200
16.00 6.00
4 47.560
244.05 254.05
5 -300.000
80.14 ←
6 168.949
M 917.95 ←
N -50081.85 -2993.93(Example 4)
The data of the variable magnification projection
[Table 4]
m fm dm (LR) dm (SR)
DD
51.90 ←
1 45.000
338.48 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
169.07 ←
3-63.200
16.00 6.00
4 47.560
244.05 254.05
5-300.000
80.14 ←
6 168.949
M 917.95 ←
N-50081. 85-299. 93
実施例4の表示素子11のサイズ及び視野角を以下に示す。
表示素子11水平方向サイズ(単位:mm):9.86
水平方向視野角(単位:度):-12.2The size and the viewing angle of the
Horizontal viewing angle (unit: degree): -12.
本実施例において、条件式(1)の値β2Lは0.79倍であり、2群の遠距離投影時におけるF値は約1.85である。その際のアイボックスサイズは画面横方向で約136〜116mm確保される。 In the present embodiment, the value β2L of the conditional expression (1) is 0.79 times, and the F value at the time of long-distance projection of the two groups is about 1.85. At this time, the eye box size is secured to about 136 to 116 mm in the horizontal direction of the screen.
実施例4の変倍投影光学系13は、表示素子11側から順に、第1投影光学系30と、中間スクリーンmSCと、第2投影光学系40とから実質的になる。第1投影光学系30は、第1レンズ群で構成される。第2投影光学系40は、第2〜第6レンズ群で構成される。ここで、第2投影光学系40は、第2〜第4レンズ群で構成されるリレー光学系50と、第5及び第6レンズ群で構成される第3投影光学系60とからなる。このうちリレー光学系50の第4レンズ群が可変焦点光学系51となっている。可変焦点光学系51である第4レンズ群は、光軸AX方向に移動することで変倍を行っている。
The variable power projection
(実施例5)
実施例5の変倍投影光学系13のデータを以下の表5に示す。なお、間隔「fm」については、虚像表示が遠距離のときと近距離のときで、第3レンズ群の焦点距離を変えている。本実施例では、遠距離を約50mとし、近距離を約3mとしているが、第3レンズ群間の焦点可変範囲を変えると、これらの距離範囲をもっと広くしたり狭くしたりすることができる。また、表には示されていないが、実際の使用時には、虚像を表示するためのコンバイナー20等である表示スクリーンは、第5レンズ群とドライバーの目との間に配置される。
〔表5〕
m fm(LR) fm(SR) dm(LR) dm(SR)
DD
52.50 ←
1 45.000 ←
315.00 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000 ←
173.33 ←
3 180.000 265.000
450.00 ←
4 -500.000 ←
94.63 ←
5 271.462 ←
M 1499.43 ←
N -50132.33 -2991.13(Example 5)
The data of the variable magnification projection
[Table 5]
m fm (LR) fm (SR) dm (LR) dm (SR)
DD
52.50 ←
1 45.000 ←
315.00 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000 ←
173.33 ←
3 180.000 265.000
450.00 ←
4-500.000 ←
94.63 ←
5 271.462 ←
M 1499.43 ←
N-50132.33-2991.13
実施例5の表示素子11のサイズ及び視野角を以下に示す。
表示素子11水平方向サイズ(単位:mm):9.86
水平方向視野角(単位:度):-12.2The size and the viewing angle of the
Horizontal viewing angle (unit: degree): -12.
本実施例において、条件式(1)の値β2Lは1.5倍であり、2群の遠距離投影時におけるF値は約3.42である。その際のアイボックスサイズは画面横方向で約127mm確保される。 In the present embodiment, the value β2L of the conditional expression (1) is 1.5 times, and the F value at the time of long-distance projection of the two groups is about 3.42. The eye box size at that time is secured about 127 mm in the horizontal direction of the screen.
実施例5の変倍投影光学系13は、表示素子11側から順に、第1投影光学系30と、中間スクリーンmSCと、第2投影光学系40とからなる。第1投影光学系30は、第1レンズ群で構成される。第2投影光学系40は、第2〜第5レンズ群で構成される。ここで、第2投影光学系40は、第2及び第3レンズ群で構成されるリレー光学系50と、第4及び第5レンズ群で構成される第3投影光学系60とからなる。このうちリレー光学系50の第3レンズ群が可変焦点光学系51となっている。可変焦点光学系51である第3レンズ群を焦点可変レンズとすることで変倍を行っている。
The variable power projection
本実施例では、各レンズ群の焦点距離と各レンズ群間の間隔とを示したが、第3レンズ群以外の各レンズ群は、1枚のレンズ又は1枚のミラーで構成してもよいし、複数枚のレンズ又は複数枚のミラーで構成してもよい。第3レンズ群に用いる焦点可変レンズとしては、例えば液体を弾性体で挟んで封入した液体レンズや弾性体の曲率を変えて焦点を変えるものや、液晶レンズ等の電気的に焦点を変えるもの等が挙げられる。 In the present embodiment, the focal lengths of the respective lens units and the intervals between the respective lens units are shown, but each lens unit other than the third lens unit may be configured by one lens or one mirror. It may be composed of a plurality of lenses or a plurality of mirrors. As the variable-focus lens used for the third lens group, for example, a liquid lens in which a liquid is sandwiched between elastic bodies, a lens which changes the curvature to change the curvature of the elastic body, a lens which electrically changes the focus such as a liquid crystal lens, etc. Can be mentioned.
また、本実施例では、リレー光学系50内で焦点可変レンズとしている第3レンズ群について、レンズ径を小さくするために、その位置を、リレー光学系50の瞳位置とほぼ同じになるように設定しているが、設計に際して仕様その他の要素も配慮して異なる位置に設定してもよい。
Further, in the present embodiment, the position of the third lens unit, which is a focus variable lens in the relay
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係る変倍投影光学系及びこれを組み込んだ画像表示装置について説明する。なお、第2実施形態の変倍投影光学系等は第1実施形態の変倍投影光学系等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。Second Embodiment
The variable magnification projection optical system according to the second embodiment and the image display apparatus incorporating the same will be described below. Note that the variable power projection optical system and the like of the second embodiment is a modification of the variable power projection optical system and the like of the first embodiment, and items that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.
図6A及び6Bに示すように、第2実施形態に係る画像表示装置100の場合、フロントウィンドウ8が薄い中間層120を内蔵しており、フロントウィンドウ8の運転席正面に設けた矩形の反射領域8dが表示スクリーンとして機能する。
As shown in FIGS. 6A and 6B, in the case of the
図示の例では、フロントウィンドウ8の内側面が第1光学面21として機能し、中間層120の内側面が第2光学面22として機能する。この場合、第1光学面21の形状は、フロントウィンドウ8の内側面の成形や加工によってある程度調整できるが、その調整範囲は狭い。第2光学面22の形状は、中間層120の配置や厚みを調整することによって調整できる。
In the illustrated example, the inner surface of the
〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態に係る変倍投影光学系及びこれを組み込んだ画像表示装置について説明する。なお、第3実施形態の変倍投影光学系等は第1及び第2実施形態の変倍投影光学系等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態等と同様である。Third Embodiment
The variable magnification projection optical system according to the third embodiment and the image display apparatus incorporating the same will be described below. The variable power projection optical system and the like of the third embodiment are modifications of the variable power projection optical system and the like of the first and second embodiments, and items that are not particularly described are the same as those of the first embodiment and the like.
図7に示すように、第3実施形態に係る画像表示装置100の場合、フロントウィンドウ8の運転席正面に設けた矩形の反射領域8d(図6A参照)の内側にスクリーンとしてのコンバイナー部分220が貼り付けられている。
As shown in FIG. 7, in the case of the
図示の例では、コンバイナー部分220の内側面が第1光学面21として機能し、フロントウィンドウ8の外側面が第2光学面22として機能する。
In the illustrated example, the inner surface of the
以上では実施形態に係る変倍投影光学系等について説明したが、本発明に係る変倍投影光学系等は、上記のものには限られない。例えば、第1実施形態において、画像表示装置100の配置を上下反転させて、フロントウィンドウ8の上部又はサンバイザー位置にコンバイナー20を配置することもでき、この場合、描画ユニット10の斜め下方前方にコンバイナー20が配置される。また、コンバイナー20は、自動車の従来のミラーに対応する位置に表示できるように配置してもよい。
Although the variable magnification projection optical system and the like according to the embodiment have been described above, the variable magnification projection optical system and the like according to the present invention are not limited to the above. For example, in the first embodiment, the arrangement of the
上記実施形態において、コンバイナー20の輪郭や、反射領域8dの輪郭は、矩形に限らず、様々な形状とすることができる。
In the above-described embodiment, the outline of the
図2に示す描画ユニット10等は、単なる例示であり、変倍投影光学系13の構成を適宜変更したり、表示素子11を他の種類の表示素子に置き換えたりすることができる。
The
上記実施形態において、中間スクリーンmSCは拡散板であるとしたが、中間スクリーンmSCはマイクロレンズアレイであってもよい。この場合、各マイクロレンズの曲率等を制御することで所望の配光角を得ることができ、光利用効率を高くすることができる。 In the above embodiment, the intermediate screen mSC is a diffusion plate, but the intermediate screen mSC may be a microlens array. In this case, a desired light distribution angle can be obtained by controlling the curvature and the like of each of the microlenses, and the light utilization efficiency can be increased.
上記実施形態において、第2中間像TI2を形成する構成としたが、第2中間像TI2を形成しない構成としてもよい。 Although the second intermediate image TI2 is formed in the above embodiment, the second intermediate image TI2 may not be formed.
図3において、可変焦点光学系51をリレー光学系50の表示スクリーン側のレンズ群であるとしたが、光学設計又は仕様に応じて他のレンズ群又はレンズとしてもよい。
In FIG. 3, the variable focus
図3において、表示像(虚像)IMの表示位置を3か所例示したが、表示像IMが表示される位置は、表示位置の数を含めて適宜設定することができる。また、表示像IMの表示は、位置を変化させて連続的又は断続的に行うことができる。 Although FIG. 3 illustrates three display positions of the display image (virtual image) IM, the position at which the display image IM is displayed can be appropriately set including the number of display positions. In addition, the display of the display image IM can be performed continuously or intermittently by changing the position.
上記実施形態において、変倍投影光学系13等によって形成された表示像IMのサイズは、表示像IMの表示距離(又は表示位置)に応じて比例的に変化させるものに限らず、様々なサイズに調整することができる。
In the above embodiment, the size of the display image IM formed by the variable magnification projection
Claims (10)
前記第1中間像からの像光を表示スクリーンで反射させることによって当該表示スクリーン越しに虚像を表示する第2投影光学系と、
を備え、
前記第2投影光学系は、前記虚像の表示位置を可変とする可変焦点光学系を有する、変倍投影光学系。A first projection optical system that forms a first intermediate image from an image of the display element;
A second projection optical system that displays a virtual image over the display screen by reflecting image light from the first intermediate image on the display screen;
Equipped with
The variable projection optical system according to claim 1, wherein the second projection optical system includes a variable focus optical system that changes a display position of the virtual image.
前記焦点可変レンズは、弾性体及び液体のいずれか一方を用いてレンズ曲率を変化させて虚像の表示位置を可変とする、請求項1に記載の変倍投影光学系。The variable focus optical system has at least one variable focus lens,
The variable magnification projection optical system according to claim 1, wherein the variable focus lens changes a lens curvature by using any one of an elastic body and a liquid to change a display position of a virtual image.
前記リレー光学系と前記第3投影光学系との間で第2中間像を形成する、請求項1に記載の変倍投影光学系。The second projection optical system includes a relay optical system for relaying the first intermediate image, and a third projection optical system disposed on the display screen side of the relay optical system.
The variable magnification projection optical system according to claim 1, wherein a second intermediate image is formed between the relay optical system and the third projection optical system.
0.75<β2L<2.0 … (1)The magnification change according to any one of claims 7 and 8, wherein the following conditional expression is satisfied, where β2L is the magnification of the relay optical system when the display position of the virtual image is farthest in the relay optical system. Projection optics.
0.75 <β2L <2.0 (1)
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5640275A (en) * | 1987-02-27 | 1997-06-17 | Thomson-C.S.F. | Head-up display device of holographic type |
JP2010256867A (en) * | 2009-03-30 | 2010-11-11 | Victor Co Of Japan Ltd | Head-up display and image display method |
WO2013005444A1 (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | 日東光学株式会社 | Projection optical assembly and projector device |
JP2014130269A (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Jvc Kenwood Corp | Image display device and image display method |
JP2016151686A (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | セイコーエプソン株式会社 | Projection optical system |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5640275A (en) * | 1987-02-27 | 1997-06-17 | Thomson-C.S.F. | Head-up display device of holographic type |
JP2010256867A (en) * | 2009-03-30 | 2010-11-11 | Victor Co Of Japan Ltd | Head-up display and image display method |
WO2013005444A1 (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | 日東光学株式会社 | Projection optical assembly and projector device |
JP2014130269A (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Jvc Kenwood Corp | Image display device and image display method |
JP2016151686A (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | セイコーエプソン株式会社 | Projection optical system |
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