JP7087806B2 - 映像表示システム - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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