JP7087806B2 - 映像表示システム - Google Patents

Description

本発明は、反射スクリーンを備えた映像表示システムに関する。

従来、映像源から投射される映像光を反射して表示する反射スクリーンとして、様々なものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。中でも、透明性を有する半透過型の反射スクリーンは、反射スクリーンの向こう側の景色を見ることができるため、意匠性に優れる等の理由により需要が高まっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－４０８９２号公報

上記のような半透過型の反射スクリーンを車両のフロントウィンドウに設けて、プロジェクタから映像光を投射することにより、運転者に対して各種の情報を表示することが提案されている。しかし、従来の反射スクリーンでは、プロジェクタから投射される映像光の一部が運転者の視界を遮ることがあり、良好な視界を確保できるようにすることが要望されている。

本発明の課題は、良好な視界を確保できる映像表示システムを提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されない。
第１の発明は、透明性を有し、投射された映像光の一部を拡散反射により表示する反射スクリーン（２０）と、観察者側から前記反射スクリーンに向けて映像光を投射する映像源（ＬＳ）と、を備え、前記反射スクリーンで拡散反射された映像光を特定の観察位置で視認可能な映像表示システムであって、前記反射スクリーンは、光透過性を有し、単位光学形状部が複数配列されたフレネルレンズ形状の光学形状層と、前記光学形状層の少なくとも映像光が入射する位置に設けられ、入射した映像光の一部を拡散反射する反射層（２４）と、を備え、前記反射スクリーンの左右方向（Ｘ方向）において、フレネルレンズ形状の光学的中心（Ｃ）が、前記反射スクリーンの幾何学的中心（Ａ）からずれており、前記映像源は、前記反射スクリーンの前記フレネルレンズ形状の光学的中心を除いた前記光学形状層の領域（１００）に映像光を投射するように配置され、前記観察位置は、前記反射スクリーンで拡散反射した映像光の輝度の半値角の範囲内に設けられている映像表示システム（１）に関する。
第２の発明は、第１の発明の映像表示システム（１）であって、前記観察位置は、前記反射スクリーンの左右方向における位置が、前記反射スクリーンの前記フレネルレンズ形状の光学的中心の位置と一致している映像表示システムである。
第３の発明は、第１又は第２の発明の映像表示システム（１）であって、前記反射スクリーンの前記フレネルレンズ形状の光学的中心は、前記反射スクリーンの表示領域内にあり、少なくとも一部に前記反射層が形成されていない光透過部（２００）を有する映像表示システムである。
第４の発明は、第１から第３までのいずれかの発明の映像表示システム（１）であって、前記反射層は、入射した光の一部を透過する映像表示システムである。
第５の発明は、第１から第４までのいずれかの発明の映像表示システム（１）であって、前記映像源は、複数設けられ、各前記映像源（ＬＳ１，ＬＳ２）は、前記反射スクリーンの異なる領域にそれぞれ映像光を投射する映像表示システムである。

本発明によれば、良好な視界を確保できる映像表示システムを提供することができる。

第１実施形態の映像表示システム１を備えた自動車ＶＣの運転席周辺を示す正面図である。 第１実施形態の映像表示システム１を備えた自動車ＶＣの運転席周辺を示す平面図である。 映像表示システム１を構成する反射スクリーン２０及びプロジェクタＬＳの配置を示す断面図である。 フロントウィンドウ２の部分断面図である。 反射スクリーン２０を－ｚ側から＋ｚ側に見たときの平面図である。 反射スクリーン２０と観察位置との関係を説明する図である。 輝度分布における半値角を説明する図である。 反射スクリーン２０の製造方法を説明する図である。 フロントウィンドウ２の製造方法を説明する図である。 第２実施形態の映像表示システム１Ａを説明する図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜に誇張している。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加えて、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態をも含むものとする。
本明細書中において、記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の映像表示システム１を備えた自動車ＶＣの運転席周辺を示す正面図である。図１は、自動車ＶＣの運転席側からフロントウィンドウ２の方向（自動車ＶＣの進行方向）を見たときの状態を示している。
図２は、第１実施形態の映像表示システム１を備えた自動車ＶＣの運転席周辺を示す平面図である。図２は、自動車ＶＣの運転席をルーフ（不図示）側から下方に見たときの状態を示している。
図３は、映像表示システム１を構成する反射スクリーン２０及びプロジェクタＬＳの配置を示す断面図である。

図１を含めた各図には、ＸＹＺ（ｘｙｚ）の直交座標系を示している。この座標系では、自動車ＶＣの左右方向（幅方向）をＸ方向、上下方向（鉛直方向）をＹ方向、自動車ＶＣの進行方向をＺ方向とする。Ｘ方向においては、右方向を＋Ｘ方向とし、左方向を－Ｘ方向とする。Ｙ方向においては、上方向を＋Ｙ方向とし、下方向を－Ｙ方向とする。Ｚ方向においては、自動車ＶＣの後方方向を－Ｚ方向とし、自動車ＶＣの前方方向を＋Ｚ方向とする。なお、「方向」は、適宜に「側」ともいう。

また、フロントウィンドウ２の画面左右方向（水平方向）をｘ方向、画面上下方向をｙ方向、厚み方向をｚ方向とする。ｘ方向においては、画面右方向を＋ｘ方向とし、画面左方向を－ｘ方向とする。ｙ方向においては、画面上方向を＋ｙ方向とし、画面下方向を－ｙ方向とする。ｚ方向においては、自動車ＶＣの車内側を－ｚ方向とし、自動車ＶＣの車外（背面）側を＋ｚ方向とする。なお、フロントウィンドウ２の「画面」とは、内部に設けられた反射スクリーン２０（後述）の表示領域を指している。本実施形態では、フロントウィンドウ２と反射スクリーン２０の大きさがほぼ同じであるため、反射スクリーン２０の表示領域を、適宜に「フロントウィンドウ２の画面」ともいう。

図１、図２に示すように、自動車ＶＣは、車室内から見て前方側（＋Ｚ側）にフロントウィンドウ２と、内装パネル３と、を備える。
フロントウィンドウ２は、図３に示すように、厚み方向（ｚ方向）において、自動車ＶＣの進行方向（Ｚ方向）に対して所定の角度で傾斜している。それに伴い、フロントウィンドウ２の画面上下方向（ｙ方向）も、自動車ＶＣの上下方向（Ｙ方向）に対して所定の角度で傾斜している。
なお、本実施形態では、フロントウィンドウ２の画面を平面形状として説明するが、これに限定されるものでなく、例えば、車外（＋Ｚ）側に向けて全体が凸となる三次元の湾曲形状であってもよい。

内装パネル３は、フロントウィンドウ２の下方側（－Ｙ側）に設けられた化粧パネルである。図１に示すように、内装パネル３の右側には、自動車ＶＣの操縦桿となるハンドル４、速度計等の計器類５が配置されている。また、内装パネル３の内部には、後述するプロジェクタＬＳ１及びＬＳ２が配置されている。なお、図１等においては、プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２が内装パネル３から露出した状態を示しているが、実際には内装パネル３から投射口のみが露出している。

自動車ＶＣは、図２に示すように、フロントウィンドウ２の右側（＋Ｘ側）且つ後方側（－Ｚ側）に運転席Ｓが設けられている。運転者Ｄは、運転席Ｓに座ることにより、車外から入射する景色等の光のほか、反射スクリーン２０（後述）で拡散反射した映像光を視認できる。以下、運転席Ｓの位置を、「映像光の観察位置」又は「観察位置」ともいう。なお、映像光の観察位置は、運転席Ｓに限らず、例えば、フロントウィンドウ２の左側（－Ｘ側）に設けられた助手席（不図示）であってもよい。

自動車ＶＣは、図３に示すように、映像表示システム１を備える。映像表示システム１は、フロントウィンドウ２に各種の情報を表示する装置である。映像表示システム１は、反射スクリーン２０と、プロジェクタ（映像源）ＬＳ１及びＬＳ２と、を備える。
反射スクリーン２０は、プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２から投射される映像光の一部を、－Ｚ側に位置する運転者へ向けて拡散反射により表示する光学部材である。反射スクリーン２０は、フロントウィンドウ２の内部に設けられている。
反射スクリーン２０は、プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２から投射された映像光を拡散反射することにより映像を表示する。そのため、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置用の映像源（例えば、液晶表示デバイス、有機ＥＬデバイス等）から映像光を投射しても、反射スクリーン２０に映像を表示することはできない。

フロントウィンドウ２は、後述する一対のガラス板（１０、４０）の間に、飛散防止用の中間層（３０、５０）及び反射スクリーン２０を挟み込んだ合わせガラスとして構成されている。
反射スクリーン２０は、映像光を投射しない使用状態において、運転者Ｄがフロントウィンドウ２の外側（＋Ｚ側）の景色を観察できる透明性を有する。すなわち、反射スクリーン２０は、半透過型の反射スクリーンとして構成される。

前述したように、本実施形態において、反射スクリーン２０の表示領域は、フロントウィンドウ２の大きさとほぼ同じである。反射スクリーン２０の表示領域は、プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２から投射された映像を表示可能な領域であり、フロントウィンドウ２の全面に映像が表示されるわけではない。実際に映像が表示されるのは、プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２の投射範囲となる。プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２の投射範囲は、それぞれ異なる。

図１では、フロントウィンドウ２の内部に設けられた反射スクリーン２０の表示領域を斜線（想像線）で示している。また、斜線の表示領域は、反射層（後述）が形成された光反射部１００（後述）の領域を示している。斜線が付されていない円形の領域は、反射層が形成されていない光透過部２００（後述）を示している。本実施形態の光透過部２００には、後述するフレネルレンズ形状の光学的中心が含まれる。フロントウィンドウ２の詳細な構成については、後述する。

プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２（以下、総称して「プロジェクタＬＳ」ともいう）は、映像光Ｌをフロントウィンドウ２（反射スクリーン２０）へ投射する映像源である。プロジェクタＬＳは、短焦点型のプロジェクタとして構成されている。プロジェクタＬＳのうち、プロジェクタＬＳ１は、フロントウィンドウ２の画面右方向（＋ｘ方向）であって、フロントウィンドウ２の画面下方向（－ｙ方向）に配置されている。また、プロジェクタＬＳ２は、フロントウィンドウ２の画面左方向（－ｘ方向）であって、フロントウィンドウ２の画面下方向（－ｙ方向）に配置されている。

プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２は、図１及び図２に示すように、反射スクリーン２０の異なる領域にそれぞれ映像光を投射するように配置される。すなわち、プロジェクタＬＳ１は、主にフロントウィンドウ２の画面右方向（＋ｘ方向）且つ画面下方向（－ｙ方向）の領域に映像光を投射する。また、プロジェクタＬＳ２は、主にフロントウィンドウ２の画面左方向（－ｘ方向）且つ画面下方向（－ｙ方向）の領域に映像光を投射する。プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２が反射スクリーン２０に映像光を投射する領域は、いずれも光透過部２００を除いた光反射部１００の領域である。
なお、プロジェクタＬＳを配置する位置は、図１等に示す位置に限定されるものでなく、自動車ＶＣの内装のデザインや、表示内容、表示位置に基づいて、適宜に変更してもよい。また、プロジェクタの数は、２台に限らず、１台でもよいし、３台以上でもよい。

プロジェクタＬＳは、従来の汎用プロジェクタに比べて、反射スクリーン２０の運転者側（－Ｚ側）からの距離が大幅に短い位置から、斜め上方に向けて映像光Ｌを投射できる。そのため、プロジェクタＬＳは、従来の汎用プロジェクタに比べて、フロントウィンドウ２（反射スクリーン２０）までの投射距離が短い。また、プロジェクタＬＳは、投射される映像光Ｌが反射スクリーン２０に入射する角度が大きく、入射する角度の変化量（最小値から最大値までの変化量）も大きい。

次に、フロントウィンドウ２の構成について説明する。
図４は、フロントウィンドウ２の部分断面図であり、図３のα部に相当する範囲の拡大図である。図４は、図３と同じく、フロントウィンドウ２を＋ｘ側から－ｘ側に見たときの断面であり、光反射部１００となる領域の断面を示している。また、図４では、フロントウィンドウ２を鉛直方向（Ｙ方向）と平行に描いている。
図５は、反射スクリーン２０を－ｚ側から＋ｚ側に見たときの平面図である。

図４に示すように、フロントウィンドウ２は、第１ガラス板１０と、反射スクリーン２０と、第１中間層３０と、第２ガラス板４０と、第２中間層５０と、を備える。
第１ガラス板１０は、フロントウィンドウ２において、最も室内側（－ｚ側）に配置される透明な部材である。第１ガラス板１０としては、例えば、ソーダライムガラス（青板ガラス）、硼珪酸ガラス（白板ガラス）、石英ガラス、ソーダガラス、カリガラス等の材料を用いることができる。また、第１ガラス板１０の厚みは、例えば、２～３ｍｍの範囲とすることが好ましい。

反射スクリーン２０は、第１中間層３０を挟んで第１ガラス板１０の背面側（＋ｚ側）に設けられる層である。図４に示すように、反射スクリーン２０は、基材層２１と、第１光学形状層２２と、第２光学形状層２３と、反射層２４と、を備える。このうち、第１光学形状層２２、第２光学形状層２３及び反射層２４は、光学形状層を構成する。
反射スクリーン２０は、図３に示すように、第１ガラス板１０を介して入射した光の一部を運転者側（－Ｚ側）に拡散反射し、その他を背面側（＋Ｚ側）に透過する光反射部１００と、入射した光を背面側（＋Ｚ側）に透過する光透過部２００と、を有する。

光透過部２００となる領域は、図５に示すように、反射スクリーン２０を厚み方向（ｚ方向）から見た平面視において、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃを含む円形の領域である。光透過部２００に対応する領域の光学形状層には、反射層２４（後述）が形成されていない。
光透過部２００は、フロントウィンドウ２の画面を－ｚ側から見たときに、フロントウィンドウ２の運転者側（＋ｘ側）であって、フロントウィンドウ２の中間よりもやや画面上側（＋ｙ側）に形成されている。この位置は、運転者が視線を前方（自動車ＶＣの進行方向）に向けたときに、視線をそらすことなしに視認可能な位置である。光透過部２００には映像光が投射されないため、運転者が良好な視界を確保できる。

光透過部２００の大きさは、例えば、車載用であれば、直径４０～７０ｍｍ程度の範囲に設定される。光透過部２００の形状は、円形に限らず、例えば、矩形、楕円形、正方形、台形等であってもよいし、他の形状であってもよい。
光反射部１００は、反射スクリーン２０において、光透過部２００を除いた領域である。光反射部１００に対応する領域の光学形状層には、反射層２４が形成されている。

基材層２１は、反射スクリーン２０を形成する際のベースとなる平板状の部材であり、反射スクリーン２０の最も車内側（－ｚ側）に設けられている。基材層２１は、例えば、光透過性の高いＰＥＴ等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂等から形成される。

第１光学形状層２２は、基材層２１の背面側（＋ｚ側）に設けられた層である。第１光学形状層２２としては、光透過性の高いウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリチオール系、ブタジエンアクリレート系等の紫外線硬化樹脂を用いることができる。なお、第１光学形状層２２を構成する樹脂は、紫外線硬化樹脂に限らず、例えば、電子線硬化樹脂でもよい。

第１光学形状層２２の車内側（－ｚ側）の面には、単位光学形状部２２ａが複数設けられている。
単位光学形状部２２ａは、図５に示すように、同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状（以下、単に「フレネルレンズ形状」ともいう）を有する。
ここで、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃとは、図３に示すように、単位光学形状部２２ａの第１傾斜面２２ｂ（図４参照）の角度（α）がフロントウィンドウ２の上下方向（ｙ方向）に対してゼロになる部分をいう。

図５に示すように、本実施形態では、反射スクリーン２０の外形を横長の矩形状とした場合、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃは、反射スクリーン２０の幾何学的中心Ａに対して右側（＋ｘ側）にずれた位置に設けられる。また、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃは、反射スクリーン２０を厚み方向（ｚ方向）から見た平面視において、光透過部２００の幾何学的中心Ｃ１と一致している。なお、光透過部２００の幾何学的中心Ｃ１とフレネルレンズ形状の光学的中心Ｃとは、互いに一致していなくてもよい。また、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃは、反射スクリーン２０の幾何学的中心Ａに対して左側（－ｘ側）にずれた位置に設けられてもよい。その場合、後述する映像光の観察位置は、反射スクリーン２０の左側（－Ｘ側）に設けられていてもよい。

一方、図２に示すように、運転者Ｄによる映像光の観察位置（運転席Ｓ）は、反射スクリーン２０の左右方向（Ｘ方向）において、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃと一致する位置に設けられる。なお、後述するように、反射スクリーン２０で拡散反射した映像光の輝度の半値角の範囲内となる条件を満たしていれば、観察位置は、反射スクリーン２０の左右方向（Ｘ方向）において、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃと完全に一致していなくてもよい。

再び、図４に戻って、反射スクリーン２０の構成について説明する。
単位光学形状部２２ａは、断面形状が三角形状に形成されている。単位光学形状部２２ａは、映像光が直接入射する第１傾斜面２２ｂと、映像光が直接入射しない第２傾斜面２２ｃと、を備える。１つの単位光学形状部２２ａにおいて、第１傾斜面２２ｂは、頂点ｔを挟んで第２傾斜面２２ｃと隣接する位置に設けられている。

単位光学形状部２２ａにおいて、第１傾斜面２２ｂが、ｘｙ面に平行な面となす角度は、αである。また、第２傾斜面２２ｃがｘｙ面に平行な面となす角度は、β（β＞α）である。単位光学形状部２２ａの配列ピッチは、Ｐである。単位光学形状部２２ａの高さ（厚み方向における頂点ｔから単位光学形状部２２ａ間の谷底となる点ｖまでの寸法）は、ｈである。これらの角度、寸法は、フロントウィンドウ２を自動車ＶＣに取り付けたときの傾斜角度、プロジェクタＬＳからの映像光の投射角度等に応じて設定される。

なお、図示していないが、単位光学形状部２２ａの第１傾斜面２２ｂ及び第２傾斜面２２ｃの表面は、微細且つ不規則な凹凸形状を有する粗面となっている。この微細な凹凸形状は、凸形状と凹形状とが２次元方向に不規則に形成されている。凸形状及び凹形状の大きさ、形状、高さ等は、不規則である。

第２光学形状層２３は、第１光学形状層２２の背面側（＋ｚ側）に設けられる層である。第２光学形状層２３は、反射スクリーン２０の背面側の面を平坦にするために設けられている。第２光学形状層２３としては、先に説明した第１光学形状層２２と同じ紫外線硬化樹脂を用いることができる。第２光学形状層２３の屈折率は、第１光学形状層２２と同等であることが望ましい。

反射層２４は、複数の単位光学形状部２２ａのうち、光反射部１００に対応する位置の単位光学形状部２２ａの第１傾斜面２２ｂに形成される層である。反射層２４は、入射した光の一部を拡散反射し、その他を透過する半透過型の拡散反射層である。反射層２４の反射率と透過率の割合は、適宜に設定できるが、映像光を良好に拡散反射させると共に、自動車ＶＣの前方側（＋Ｚ側）から入射する光を十分に透過させて、運転者の良好な視界を確保する観点から、透過率が７０％以上であることが望ましい。

前述したように、第１傾斜面２２ｂ及び第２傾斜面２２ｃには、微細かつ不規則な凹凸形状が形成されている。反射層２４は、第１傾斜面２２ｂ及び第２傾斜面２２ｃの凹凸形状が維持されたまま成膜される。そのため、反射層２４の第１光学形状層２２側（映像源側）の面及び第２光学形状層２３側（背面側）の表面は、第１傾斜面２２ｂ及び第２傾斜面２２ｃと同じく、微細かつ不規則な凹凸形状を有する粗面となっている。
この反射層２４は、入射した光の一部を微細かつ不規則な凹凸形状により拡散反射し、入射したその他の光の少なくとも一部を拡散しないで透過する機能を有する。

反射層２４は、光反射性の高い金属、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル等により形成される。本実施形態において、反射層２４は、アルミニウムを蒸着することにより形成される。また、これに限らず、反射層２４は、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したり、金属薄膜を含有した塗料を塗布したりする等により形成してもよい。

第１中間層３０は、第１ガラス板１０と反射スクリーン２０（基材層２１）との間に設けられる層である。第１ガラス板１０及び反射スクリーン２０は、第１中間層３０により接合される。第１中間層３０は、フロントウィンドウ２の破損時に、第１ガラス板１０の破片が飛散するのを防止するために設けられている。第１中間層３０としては、例えば、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を用いることができる。第１中間層３０の厚みは、０．３～０．８ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、第１中間層３０の屈折率は、第１ガラス板１０、第１光学形状層２２（反射スクリーン２０）と同等であることが望ましい。
第２ガラス板４０は、フロントウィンドウ２の最も背面側（＋ｚ側）に設けられる透明な部材である。第２ガラス板４０としては、第１ガラス板１０と同じ材料を用いることができる。また、第２ガラス板４０の厚みは、２～３ｍｍの範囲とすることが好ましい。

第２中間層５０は、第２ガラス板４０と反射スクリーン２０（第２光学形状層２３）との間に設けられる層である。第２ガラス板４０及び反射スクリーン２０は、第２中間層５０により接合される。第２中間層５０は、フロントウィンドウ２の破損時に、第２ガラス板４０の破片が飛散するのを防止するために設けられている。第２中間層５０としては、第１中間層３０と同じく、ＰＶＢを用いることができる。第２中間層５０の厚みは、０．３～０．８ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、第２中間層５０の屈折率は、第１ガラス板１０、第１光学形状層２２（反射スクリーン２０）と同等であることが望ましい。

次に、映像表示システム１において、反射スクリーン２０と観察位置との関係について説明する。
図６は、反射スクリーン２０と観察位置との関係を説明する図である。図６においては、運転者Ｄの位置が映像光の観察位置となる。
図７は、輝度分布における半値角を説明する図である。図７において、横軸は左右方向（Ｘ方向）における観察角度、縦軸は輝度をそれぞれ表している。

図６に示すように、プロジェクタＬＳ１及びＬＳ２から、反射スクリーン２０に向けて映像光Ｌ１、Ｌ２を投射すると、各映像光の一部は、反射スクリーン２０の光反射部１００（図１参照）において、運転者側（－Ｚ側）に拡散反射する。反射スクリーン２０で拡散反射した各映像光を最適な輝度で視認するには、映像光の観察位置を、反射スクリーン２０の左右方向（Ｘ方向）において、各映像光の輝度の半値角αＨが互いに重なる幅Ｗの範囲に設ければよい。

半値角αＨとは、図７に示すように、光の輝度が最大値となる反射スクリーン２０のスクリーン面中心から、左右方向において、光の輝度が最大値の半分の値になる観察角度をいう。本実施形態の反射スクリーン２０において、映像光を最適な輝度で視認するために必要な半値角αＨは、例えば１０～２０°である。図６に示す幅Ｗの範囲に映像光の観察位置を設けることにより、運転者Ｄは、左右いずれの側から投射された映像光についても、最適な輝度（少なくとも最大値の半分の輝度）で視認できる。なお、プロジェクタＬＳが１つの場合は、１つの映像光の輝度の半値角αＨの範囲に観察位置を設ければよい。

次に、本実施形態のフロントウィンドウ２に入射する映像光Ｌ及び車外から入射する光Ｇの光路について説明する。
なお、本実施形態のプロジェクタＬＳ１及びＬＳ２は、図１に示すように、フロントウィンドウ２の画面左右方向の位置は異なるが、いずれも画面下方向（－ｙ方向）の光反射部１００に映像光を投射するように配置されている。ここでは、映像光を画面上方向（＋ｙ方向）の光反射部１００に投射するように構成された場合の光路についても説明する。

図３に示すように、プロジェクタＬＳから投射された映像光Ｌは、フロントウィンドウ２の運転者側（車内側、－ｚ側）の面へ入射する。フロントウィンドウ２に入射した映像光Ｌは、反射スクリーン２０の基材層２１を透過して第１光学形状層２２の運転者側の面に入射する。
図３では、理解を容易にするために、運転者の眼Ｅをフロントウィンドウ２の近傍に示しているが、運転者の眼Ｅは、実際にはフロントウィンドウ２から更に離れた位置にあるため、後述する光Ｌ２、Ｌ６等は、すべて運転者の眼Ｅに届けられる。

映像光Ｌのうち、主に画面上側（＋ｙ側）の光反射部１００へ投射される光Ｌ１の一部は、第１光学形状層２２に形成された単位光学形状部２２ａの第１傾斜面２２ｂに入射した後、反射層２４（図４参照）において拡散反射して、光Ｌ２として運転者側（－ｚ側）へ届き、運転者の眼Ｅに到達する。また、映像光Ｌ１のうち他の一部の光は、半透過型の拡散反射層として形成された反射層２４を透過した後、第２光学形状層２３、第２中間層５０、第２ガラス板４０を透過して、光Ｌ３としてフロントウィンドウ２の背面側（＋Ｚ側）の面から車外へ出射する。
更に、映像光Ｌ１のその他（Ｌ２、Ｌ３以外）の光は、フロントウィンドウ２の第１ガラス板１０の表面で界面反射するが、その光Ｌ４は、フロントウィンドウ２の斜め上側（＋ｙ側）へ反射するため、そのほとんどが運転者の眼Ｅには届くことはない。

また、映像光Ｌのうち、主に画面下側（－ｙ側）の光反射部１００へ投射される光Ｌ５の一部は、第１光学形状層２２に形成された単位光学形状部２２ａの第１傾斜面２２ｂに入射した後、反射層２４において拡散反射して、光Ｌ６として運転者側（－ｚ側）へ届き、運転者の眼Ｅに到達する。また、映像光Ｌ５のうち他の一部の光は、半透過型の拡散反射層として形成された反射層２４を透過した後、第２光学形状層２３、第２中間層５０、第２ガラス板４０を透過して、光Ｌ７としてフロントウィンドウ２の背面側（＋Ｚ側）の面から車外へ出射する。なお、映像光Ｌ５は、フロントウィンドウ２の第１ガラス板１０の表面で界面反射するが、光Ｌ５が入射する第１ガラス板１０と反射層２４（反射スクリーン２０）とが平行ではないため、第１ガラス板１０の表面で界面反射した光Ｌ９が運転者の眼Ｅには届くことはない。

一方、自動車の車外から入射する景色等の光Ｌ１０は、フロントウィンドウ２の背面側（車外側、＋ｚ側）の面から入射し、その一部の光は、反射層２４を透過して運転者側（－ｚ側）へ届く。また、図示していないが、別な一部の光は、第２傾斜面２２ｃ（図４参照）を通過して運転者側へ届く。更に、他の光は、反射層２４において反射して車外側（＋ｚ側）へ出射する。

上述したように、第１実施形態の映像表示システム１によれば、プロジェクタＬＳから投射された映像光を反射スクリーン２０（反射層２４）により運転者側へ反射させると共に、フロントウィンドウ２越しに見える景色等の光を運転者側に透過できる。これによれば、自動車ＶＣの運転者は、前方（自動車ＶＣの進行方向）から大きく目をそらせることなしに各種の情報を視認できるので、自動車ＶＣを安全に運転できる。
また、光透過部２００には映像光が投影されないため、運転者は、視線を前方に向けたときに、フロントウィンドウ２（反射スクリーン２０）の光透過部２００を通して外界を視認できる。したがって、第１実施形態の映像表示システム１において、運転者は、良好な視界を確保できる。

第１実施形態の映像表示システム１において、運転者による映像光の観察位置（運転席Ｓ）は、反射スクリーン２０の左右方向（Ｘ方向）において、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃと一致する位置に設けられる。これによれば、反射スクリーン２０において、光反射部１００のフレネルレンズ形状の光学形状層で反射した映像光は、運転者の方向に進むため、反射スクリーン２０全体で明るい画像を視認できる。また、光透過部２００に映像光が投影されないため、第１ガラス板１０の表面で界面反射して運転者にスポット的に見える光も生じないのでより好ましい。

次に、反射スクリーン２０の製造方法について説明する。
図８は、反射スクリーン２０の製造方法を説明する図である。図８（Ａ）～（Ｃ）は、反射スクリーン２０が製造されるまでの過程を示す図である。
図８（Ａ）に示すように、長尺状の長尺基材２１’を筒状の巻取体Ｒから引き出しながら、第１光学形状層２２（図４参照）を形成する樹脂をノズル１１０から長尺基材２１’の上に充填する。続いて、長尺基材２１’を、単位光学形状部２２ａ（図４参照）に対応する凹凸形状を有する成形ロール１２０により押圧して、長尺基材２１’の上に第１光学形状層２２が連続する第１光学形状帯２２’を形成する。そして、第１光学形状帯２２’を硬化させた後、長尺基材２１’を巻取体Ｒに巻き取る。本実施形態の第１光学形状層２２は、ロール状に巻かれた長尺基材２１’に連続的に第１光学形状層２２を形成した後、再びロール状に巻き取る、いわゆるロールツーロール方式により、効率良く製造できる。

次に、図８（Ｂ）に示すように、巻取体Ｒに巻き取られた長尺基材２１’を、真空蒸着装置１３０内に配置すると共に、蒸着源１４０を所定の位置に配置する。蒸着源１４０は、蒸着金属１４０ａ（例えば、アルミニウム）と、その蒸着金属１４０ａを加熱する加熱体１４０ｂとから構成される。
そして、第１光学形状帯２２’が形成された長尺基材２１’を巻取体Ｒから引き出しながら、蒸着源１４０において、蒸着金属１４０ａを加熱体１４０ｂにより加熱、溶融させて蒸発させる。蒸発した蒸着金属１４０ａは、第１光学形状帯２２’に形成された単位光学形状部２２ａの第１傾斜面２２ｂ（図４参照）上に付着して、反射層２４となる。反射層２４は、光反射部１００（図１参照）対応する領域に形成される。

一方、反射スクリーン２０において、光透過部２００（図１参照）に対応する領域が蒸着源１４０の位置に達したときには、ステンシルマスクＭが配置される。ステンシルマスクＭを配置することにより、蒸着金属１４０ａが第１光学形状帯２２’の上に蒸着されなくなるため、反射層２４が形成されない光透過部２００を形成できる。なお、光反射部１００（図１参照）対応する領域に蒸着金属１４０ａを蒸着する場合、ステンシルマスクＭは、長尺基材２１’から離れた位置に退避している。このような蒸着工程を経ることにより、長尺基材２１’上に第１光学形状帯２２’、反射層２４が順に形成された領域（光反射部１００）と、第１光学形状帯２２’のみが形成された領域（光透過部２００）とを有する積層体Ｆ１が得られる。次に、この積層体Ｆ１を巻取体Ｒに巻き取り、真空蒸着装置１３０から取り出す。

次に、図８（Ｃ）に示すように、積層体Ｆ１を巻取体Ｒから引き出しながら、積層体Ｆ１の単位光学形状部２２ａ（図４参照）が形成された側の面に、第２光学形状層２３（図４参照）を形成するための樹脂をノズル１５０から充填する。続いて、積層体Ｆ１を、平坦面を形成する成形ロール１６０により押圧して、積層体Ｆ１上に第２光学形状層２３が連続する第２光学形状帯２３’を形成する。これにより、長尺基材２１’上に、第１光学形状帯２２’、反射層２４、第２光学形状帯２３’が順に積層された領域（光反射部１００）と、第１光学形状帯２２’、第２光学形状帯２３’が順に積層された領域（光透過部２００）とを有する積層体Ｆ２が得られる。光透過部２００の領域では、第１光学形状帯２２’と第２光学形状帯２３’との間が密着しているため、入射光が界面で反射することはない。
そして、第２光学形状帯２３’を十分に硬化させた後、積層体Ｆ２を裁断部１７０へ移動させる。裁断部１７０において、積層体Ｆ２を所定の大きさに裁断することにより、反射スクリーン２０が完成する。

次に、フロントウィンドウ２の製造方法について説明する。
図９は、フロントウィンドウ２の製造方法を説明する図である。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、フロントウィンドウ２が製造されるまでの過程を示す図である。なお、図９は、反射層２４が形成されている領域（光反射部１００）の断面を示している。
まず、図９（Ａ）に示すように、反射スクリーン２０の基材層２１側の面に第１中間層３０を形成し、その上に第１ガラス板１０を積層する。次に、図９（Ｂ）に示すように、反射スクリーン２０の第２光学形状層２３側の面に第２中間層５０を形成し、その上に第２ガラス板４０を積層する。そして、不図示の押圧ロールに挟み込んで仮圧着することにより、積層体Ｆ３が得られる。

続いて、積層体Ｆ３をオートクレーブ圧力釜（不図示）内に配置して、所定の温度、圧力の環境下において、反射スクリーン２０と第１ガラス板１０、第２ガラス板４０とを、それぞれ第１中間層３０、第２中間層５０によって密着させる。これにより、反射スクリーン２０と、第１ガラス板１０及び第２ガラス板４０とは、それぞれ第１中間層３０、第２中間層５０によって接合され、フロントウィンドウ２が完成する。

（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態の映像表示システム１Ａを説明する図である。
第２実施形態の映像表示システム１Ａは、反射スクリーン２０をフロントウィンドウ２Ａの車内側（－ｚ側）に備える点が第１実施形態と相違する。第２実施形態の映像表示システム１Ａにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、図１０においては、フロントウィンドウ２Ａ及び反射スクリーン２０のみを図示し、プロジェクタＬＳの図示を省略する。また、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２実施形態の映像表示システム１Ａにおいて、反射スクリーン２０は、フロントウィンドウ２Ａの車内側（－ｚ側）の面に貼り付けられている。
フロントウィンドウ２Ａは、第１ガラス板１０、第２ガラス板４０及び中間層６０を備える。本実施形態のフロントウィンドウ２Ａは、第１ガラス板１０と第２ガラス板４０との間を中間層６０により接合した、一般的な合わせガラスとして構成されている。

反射スクリーン２０の構成は、第１実施形態と同じである。反射スクリーン２０の表示領域は、フロントウィンドウ２Ａの大きさとほぼ同一である。すなわち、反射スクリーン２０は、フロントウィンドウ２Ａのほぼ全面を覆っている。第２実施形態の反射スクリーン２０は、第２光学形状層２３のフロントウィンドウ２Ａ側（＋ｚ側）の面において、接合層７０を介してフロントウィンドウ２Ａの第１ガラス板１０に貼り付けられている。接合層７０としては、光透過性を有する粘着材又は接着材を用いることができる。具体的には、接合層７０として、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。

第２実施形態の反射スクリーン２０及びこれを備えたフロントウィンドウ２Ａにおいても、光透過部２００には映像光が投影されないため、運転者は、視線を前方に向けたときに、フロントウィンドウ２Ａに貼り付けられた反射スクリーン２０の光透過部２００を通して外界を視認できる。したがって、第２実施形態の映像表示システム１Ａにおいて、運転者は、良好な視界を確保できる。
また、第２実施形態において、反射スクリーン２０を貼り付けるフロントウィンドウ２Ａは、一般的な構成の合わせガラスでよいため、映像表示システム１Ａを、より多くの車種に搭載できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
（１）上記実施形態では、反射スクリーン２０の単位光学形状部２２ａを、同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状（図５参照）とした例について説明したが、これに限定されない。反射スクリーン２０の単位光学形状部２２ａが平行に複数配列されたリニアフレネルレンズ形状としてもよい。その場合も、運転者による映像光の観察位置（運転席Ｓ）を、反射スクリーン２０の左右方向（Ｘ方向）において、リニアフレネルレンズ形状の光学的中心Ｃと一致する位置に設けることにより、反射スクリーン２０の全体で明るい画像を視認できる。

（２）上記実施形態では、光透過部２００に反射層２４を形成しない構成について説明したが、これに限らず、光透過部２００に反射層２４を形成してもよい。その場合、光透過部２００に形成する反射層２４の透過率を、光反射部１００に形成する反射層２４の透過率を高くしてもよい。

（３）上記実施形態では、映像表示システム１（１Ａ）を自動車のフロントウィンドウ２（２Ａ）に適用した例について説明したが、これに限定されない。映像表示システム１（１Ａ）は、自動車のサイドウィンドウ、リアウィンドウ等に適用してもよいし、自動車以外の他の乗り物のウィンドウに適用してもよい。また、映像表示システム１（１Ａ）は、例えば、室内用のパーテーションに映像を表示する映像表示システムに適用してもよいし、背景等の外界の光を透過する店舗等のショーウィンドウに広告等の映像を表示する映像表示システムに適用してもよい。

（４）上記実施形態では、光反射部１００において、反射層２４を第１傾斜面２２ｂ（図４参照）の全面に形成する例について説明したが、これに限定されない。光反射部１００において、反射層２４を第１傾斜面２２ｂ（図４参照）の一部に形成してもよい。この構成によれば、プロジェクタＬＳから投射された映像光を光反射部１００の反射層２４で拡散反射しつつ、車外から入射する光を第１傾斜面２２ｂの反射層２４が形成されていない部位から車内側へ透過させることができる。そのため、フロントウィンドウ２（２Ａ）越しに見える景色等の光を、より鮮明な状態で透過させることができる。
（５）第２実施形態において、反射スクリーン２０をフロントウィンドウ２の車外側（＋ｚ側）の面に貼り付けてもよい。また、第２実施形態において、反射スクリーン２０を、例えば、サイドウィンドウ、リアウィンドウ等に設けてもよい。

１，１Ａ 映像表示システム
２，２Ａ フロントウィンドウ
２０ 反射スクリーン
２１ 光学形状層
２４ 反射層
１００ 光透過部
２００ 光反射部
ＬＳ（ＬＳ１，ＬＳ２） プロジェクタ

Claims (5)

1. 透明性を有し、投射された映像光の一部を拡散反射により表示する反射スクリーンと、
   観察者側から前記反射スクリーンに向けて映像光を投射する映像源と、を備え、
   前記反射スクリーンで拡散反射された映像光を特定の観察位置で視認可能な映像表示システムであって、
   前記反射スクリーンは、光透過性を有し、単位光学形状部が複数配列されたフレネルレンズ形状の光学形状層と、前記光学形状層の少なくとも映像光が入射する位置に設けられ、入射した映像光の一部を拡散反射する反射層と、を備え、
   前記反射スクリーンの左右方向において、フレネルレンズ形状の光学的中心が、前記反射スクリーンの幾何学的中心からずれており、
   前記映像源は、前記反射スクリーンの前記フレネルレンズ形状の光学的中心を除いた前記光学形状層の領域に映像光を投射するように配置され、
   前記観察位置は、前記反射スクリーンで拡散反射した映像光の輝度の半値角の範囲内に設けられ、
   前記観察位置は、前記反射スクリーンの左右方向における位置が、前記反射スクリーンの前記フレネルレンズ形状の光学的中心の位置と一致している映像表示システム。
2. 請求項１に記載の映像表示システムであって、
   前記反射スクリーンの前記フレネルレンズ形状の光学的中心は、前記反射スクリーンの表示領域内にあり、少なくとも一部に前記反射層が形成されていない光透過部を有する映像表示システム。
3. 透明性を有し、投射された映像光の一部を拡散反射により表示する反射スクリーンと、
   観察者側から前記反射スクリーンに向けて映像光を投射する映像源と、を備え、
   前記反射スクリーンで拡散反射された映像光を特定の観察位置で視認可能な映像表示システムであって、
   前記反射スクリーンは、光透過性を有し、単位光学形状部が複数配列されたフレネルレンズ形状の光学形状層と、前記光学形状層の少なくとも映像光が入射する位置に設けられ、入射した映像光の一部を拡散反射する反射層と、を備え、
   前記反射スクリーンの左右方向において、フレネルレンズ形状の光学的中心が、前記反射スクリーンの幾何学的中心からずれており、
   前記映像源は、前記反射スクリーンの前記フレネルレンズ形状の光学的中心を除いた前記光学形状層の領域に映像光を投射するように配置され、
   前記観察位置は、前記反射スクリーンで拡散反射した映像光の輝度の半値角の範囲内に設けられ、
   前記反射スクリーンの前記フレネルレンズ形状の光学的中心は、前記反射スクリーンの表示領域内にあり、少なくとも一部に前記反射層が形成されていない光透過部を有する映像表示システム。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の映像表示システムであって、
   前記反射層は、入射した光の一部を透過する映像表示システム。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の映像表示システムであって、
   前記映像源は、複数設けられ、
   各前記映像源は、前記反射スクリーンの異なる領域にそれぞれ映像光を投射する映像表示システム。

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