JP6478151B2 - Image display device and object device - Google Patents
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Description
本発明は、画像表示装置及び物体装置に係り、更に詳しくは、透過反射部材を介して虚像を視認可能とする画像表示装置及び該画像表示装置を備える物体装置に関する。 The present invention relates to an image display device and an object device, and more particularly to an image display device that enables a virtual image to be visually recognized through a transmission / reflection member and an object device including the image display device.
従来、車両のウインドシールド(透過反射部材)を介して虚像を視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置(画像表示装置)が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a head-up display device (image display device) that makes it possible to visually recognize a virtual image through a windshield (transmission / reflection member) of a vehicle is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されているヘッドアップディスプレイ装置では、大型化を招くことなく虚像の視認性を向上させることができなかった。
In the head-up display device disclosed in
本発明は、光により画像を形成し、該画像を形成した光を出射する画像形成部と、前記画像形成部からの光を透過反射部材に向けて反射させる凹面ミラーと、を備え、前記画像形成部は、前記画像が形成される又は前記画像を形成する、前記凹面ミラー側に凸形状に湾曲した透過部材を含み、前記画像の中心を形成した光は、前記凹面ミラーの中心以外の位置に入射し、前記凹面ミラーの中心以外の位置で反射された光の一部は、前記透過反射部材で反射されアイボックスの中央に入射する画像表示装置である。 The present invention includes an image forming unit that forms an image with light and emits the light that has formed the image, and a concave mirror that reflects the light from the image forming unit toward a transmissive reflecting member. forming unit forms or the images the image is formed, seen including a transmission member which is curved in a convex shape on the concave mirror side, the light forming the center of the image, other than the center of the concave mirror A part of the light incident on the position and reflected at a position other than the center of the concave mirror is reflected by the transmission / reflection member and is incident on the center of the eye box .
本発明によれば、大型化を招くことなく虚像の視認性を向上させることができる。 According to the present invention, the visibility of a virtual image can be improved without increasing the size.
以下、一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described.
一実施形態の画像表示装置1000は、2次元のカラー画像を表示するヘッドアップディスプレイであり、図1に装置の全体を説明図的に示す。
An
画像表示装置1000は、一例として、車両、航空機、船舶等の移動体に搭載され、該移動体のフロントガラス10(フロントウインドシールド)を介して該移動体の操縦に必要なナビゲーション情報(例えば速度、走行距離等の情報)を視認可能にする。この場合、フロントガラス10は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材としても機能する。以下では、移動体に設定されたabc3次元直交座標系(移動体と共に移動する座標系)を適宜用いて説明する。ここでは、a方向は、移動体の左右方向(+a方向が右方向、−a方向が左方向)であり、b方向は、移動体の上下方向(+b方向が上方向、−b方向が下方向)であり、c方向は、移動体の前後方向(−c方向が前方向、+c方向が後方向)である。以下では、画像表示装置1000が車両(例えば自動車)に搭載される例を説明する。
As an example, the
画像表示装置1000としてのヘッドアップディスプレイは、一例として、光源部100、2次元偏向手段6、凹面鏡7、湾曲スクリーン8、凹面ミラー9を備えている。
A head-up display as the
図1において、符号100で示す部分は「光源部」であり、この光源部100からカラー画像表示用の画素表示用ビームLCが出射される。
In FIG. 1, a portion denoted by
画素表示用ビームLCは、赤(以下「R」と表示する。)、緑(以下「G」と表示する。)、青(以下「B」と表示する。)の3色のビームを1本に合成したビームである。 The pixel display beam LC includes one beam of three colors of red (hereinafter referred to as “R”), green (hereinafter referred to as “G”), and blue (hereinafter referred to as “B”). This is a combined beam.
即ち、光源部100は、例えば、図2の如き構成となっている。
That is, the
図2において、符号RS、GS、BSで示す光源としての半導体レーザは、それぞれR、G、Bのレーザ光を放射する。ここでは、各半導体レーザとして、端面発光レーザとも呼ばれるレーザダイオード(LD)が用いられている。 In FIG. 2, a semiconductor laser as a light source indicated by reference signs RS, GS, and BS emits R, G, and B laser beams, respectively. Here, a laser diode (LD) also called an edge emitting laser is used as each semiconductor laser.
符号RCP、GCP、BCPで示すカップリングレンズは、半導体レーザRS、GS、BSから出射される各レーザ光の発散性を抑制する。 Coupling lenses indicated by reference numerals RCP, GCP, and BCP suppress the divergence of each laser beam emitted from the semiconductor lasers RS, GS, and BS.
カップリングレンズRCP、GCP、BCPにより発散性を抑制された各色レーザ光束は、アパーチュアRAP、GAP、BAPにより整形される(光束径を規制される)。 Each color laser beam whose divergence is suppressed by the coupling lenses RCP, GCP, and BCP is shaped by the aperture RAP, GAP, and BAP (the beam diameter is regulated).
整形された各色レーザ光束はビーム合成プリズム101に入射する。
ビーム合成プリズム101は、R色光を透過させG色光を反射するダイクロイック膜D1と、R・G色光を透過させB色光を反射するダイクロイック膜D2を有する。
The shaped laser beam of each color enters the
The
従って、ビーム合成プリズム101からは、R、G、Bの各色レーザ光束が1本の光束に合成されて出射される。
Accordingly, the R, G, and B color laser beams are combined into one beam and emitted from the
出射される光束は、レンズ102により所定の光束径の「平行ビーム」に変換される。
この「平行ビーム」が、画素表示用ビームLCである。
The emitted light beam is converted into a “parallel beam” having a predetermined light beam diameter by the
This “parallel beam” is the pixel display beam LC.
画素表示用ビームLCを構成するR、G、Bの各色レーザ光束は、表示するべき「2次元のカラー画像」の画像信号により(画像データに応じて)強度変調されている。強度変調は、半導体レーザを直接変調する直接変調方式であっても良いし、半導体レーザから出射されたレーザ光束を変調する外部変調方式であっても良い。 The R, G, and B color laser beams constituting the pixel display beam LC are intensity-modulated (according to image data) by an image signal of a “two-dimensional color image” to be displayed. The intensity modulation may be a direct modulation method that directly modulates a semiconductor laser, or an external modulation method that modulates a laser beam emitted from the semiconductor laser.
即ち、半導体レーザRS、GS、BSは、図示されない駆動手段により、R、G、Bの各色成分の画像信号により発光強度を変調される。 That is, the emission intensity of the semiconductor lasers RS, GS, and BS is modulated by image signals of R, G, and B color components by a driving unit (not shown).
光源部100から出射された画素表示用ビームLCは、2次元偏向手段6に入射し、2次元的に偏向される。
The pixel display beam LC emitted from the
2次元偏向手段6は、本実施形態では、微小なミラーを「互いに直交する2軸」を揺動軸として揺動するように構成されたものである。 In the present embodiment, the two-dimensional deflecting means 6 is configured to swing a minute mirror with “two axes orthogonal to each other” as a swing axis.
すなわち、2次元偏向手段6は具体的には、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーを含む2次元スキャナである。 That is, the two-dimensional deflecting means 6 is specifically a two-dimensional scanner including a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror manufactured as a micro oscillating mirror element by a semiconductor process or the like.
2次元偏向手段は、この例に限らず、他の構成のもの、例えば、1軸の回りに揺動する微小ミラー(例えばMEMSミラーやガルバノミラー)を2個、揺動方向が互いに直交するように組み合わせたものでも良い。 The two-dimensional deflecting means is not limited to this example, but has another configuration, for example, two micro mirrors (for example, a MEMS mirror or a galvano mirror) that swing around one axis, and the swing directions are orthogonal to each other. It may be a combination.
上記の如く2次元的に偏向された画素表示用ビームLCは、凹面鏡7に入射し、湾曲スクリーン8に向けて反射される。
The pixel display beam LC deflected two-dimensionally as described above enters the concave mirror 7 and is reflected toward the
湾曲スクリーン8は、一例として、a方向を長手方向とする矩形板状の部材を長手方向(a方向)に湾曲させた透過部材である(図5参照)。「透過部材」とは、入射された光の少なくとも一部を透過させる部材を意味する。すなわち、湾曲スクリーン8は、透光性を有する湾曲構造体である。湾曲スクリーン8については、後に詳述する。
As an example, the
凹面鏡7は、湾曲スクリーン8上で発生する走査線(走査軌跡)の曲がりを補正するように設計されている。
The concave mirror 7 is designed to correct the bending of the scanning line (scanning trajectory) generated on the
凹面鏡7により反射された画素表示用ビームLCは、2次元偏向手段6による偏向に伴い平行移動しつつ湾曲スクリーン8に入射し、該湾曲スクリーン8を2次元的に走査する。つまり、湾曲スクリーン8は、画素表示用ビームLCにより主走査方向及び副走査方向に2次元走査(例えばラスタースキャン)される。
The pixel display beam LC reflected by the concave mirror 7 is incident on the
この2次元走査により、湾曲スクリーン8に中間像としての「カラー画像」が形成される。ここでは、湾曲スクリーン8における矩形を長手方向に湾曲させた形状の有効走査領域(有効画像領域とも呼ぶ)が2次元走査され、該有効走査領域に中間像が形成される(図5参照)。
By this two-dimensional scanning, a “color image” as an intermediate image is formed on the
すなわち、光源部100、2次元偏向手段6、凹面鏡7及び湾曲スクリーン8を含んで中間像形成部(画像形成部)が構成されている。
That is, an intermediate image forming unit (image forming unit) is configured including the
勿論、湾曲スクリーン8に各瞬間に表示されるのは「画素表示用ビームLCが、その瞬間に照射している画素のみ」である。
Of course, what is displayed on the
カラーの2次元画像は、画素表示用ビームLCによる2次元的な走査により「各瞬間に表示される画素の集合」として形成される。
湾曲スクリーン8に、上記の如く「カラー画像」が形成され、該カラー画像を形成した画素表示用ビームLC、すなわち湾曲スクリーン8を透過した光が凹面ミラー9(凹面鏡)に入射し反射される。
A color two-dimensional image is formed as a “collection of pixels displayed at each moment” by two-dimensional scanning with a pixel display beam LC.
The “color image” is formed on the
図1には示されていないが、湾曲スクリーン8は後述するように各画素表示用ビームLCを透過させる「微細凸レンズ構造」を有している。凹面ミラー9は「虚像結像光学系」を構成する。
Although not shown in FIG. 1, the
凹面ミラー9は、後に詳述するように、水平面に対して傾斜し、湾曲したフロントガラス10の影響で湾曲スクリーン8に形成された「カラー画像」(中間像)の虚像における水平線(横線)が縦に凸形状となる2次元的な歪み及び垂直線(縦線)が横に凸形状となる2次元的な歪みを補正するように設計、配置されている。
As will be described in detail later, the concave mirror 9 has a horizontal line (horizontal line) in a virtual image of a “color image” (intermediate image) formed on the
「虚像結像光学系」は、前記「カラー画像」の拡大虚像Iを結像させる。以下では、拡大虚像Iを単に「虚像」とも呼ぶ。
拡大虚像Iの結像位置の手前側には、フロントガラス10が配置され、拡大虚像Iを結像する光束を、観察者の側へ反射する。なお、観察者(例えば移動体を操縦する操縦者)は、フロントガラス10(透過反射部材)で反射されたレーザ光の光路上のアイボックス60(観察者の目の近傍の領域)から虚像を視認する。ここで、アイボックス60は、視点の位置の調整をすることなく虚像が視認可能な範囲を意味する。具体的には、アイボックス60は、自動車の運転者アイレンジ(JIS D0021)と同等かそれ以下である。
The “virtual image imaging optical system” forms an enlarged virtual image I of the “color image”. Hereinafter, the enlarged virtual image I is also simply referred to as “virtual image”.
A
この反射光により、観察者は拡大虚像Iを視認できる。 With this reflected light, the observer can visually recognize the magnified virtual image I.
図1に示す場合には、a方向は通常、観察者にとって左右方向であり、この方向を「横方向」とも呼ぶ。そして、横方向(a方向)に直交する方向を「縦方向」とも呼ぶ。 In the case shown in FIG. 1, the direction a is usually the left-right direction for the observer, and this direction is also referred to as the “lateral direction”. A direction orthogonal to the horizontal direction (direction a) is also referred to as a “vertical direction”.
湾曲スクリーン8は、全体として凹面ミラー9側に凸の湾曲構造を有している。ここでは、湾曲スクリーン8は、a方向(x方向)、すなわち横方向にのみ一定の曲率で湾曲している(図5参照)。つまり、湾曲スクリーン8の形状は、シリンダ形状である。なお、湾曲スクリーン8の形状は、このような横方向にのみ一定の曲率で湾曲しているシリンダ形状に限らず、例えば、縦方向にのみ一定の曲率で湾曲しているシリンダ形状、縦方向と横方向に異なる曲率で湾曲しているトロイダル形状、均一の曲率で湾曲している球面形状、自由曲面形状等であっても良い。
The
ここで、観察者は、アイボックス60に視点を置き、拡大虚像Iをフロントガラス10越しに視認することになるが、仮に凹面鏡7と凹面ミラー9との間に平坦スクリーンが配置された場合、2次元偏向手段6による偏向動作や凹面ミラー9による拡大反射よって、拡大虚像Iに像面湾曲(3次元的な歪み)が生じてしまう。
Here, the observer places a viewpoint on the
そこで、この像面湾曲を打ち消すように湾曲した湾曲スクリーンを用いることで、該像面湾曲を効果的に補正できる。 Therefore, the curvature of field can be effectively corrected by using a curved screen curved so as to cancel the curvature of field.
さらに、本実施形態では、上述のように湾曲スクリーンを「透過型」としている。詳述すると、湾曲スクリーンが「透過型」の場合、図6(A)に示されるように、2次元偏向手段による走査線が湾曲スクリーンの凹面側に凹となり、湾曲スクリーン上で光を集光させることができ、湾曲スクリーン上に形成される像が鮮明になる。 Furthermore, in this embodiment, the curved screen is a “transmission type” as described above. More specifically, when the curved screen is “transmission type”, as shown in FIG. 6A, the scanning line by the two-dimensional deflection means becomes concave on the concave surface side of the curved screen, and the light is collected on the curved screen. The image formed on the curved screen becomes clear.
一方、湾曲スクリーンが「反射型」の場合、図6(B)に示されるように、2次元偏向手段による走査線が湾曲スクリーンの凸面側に凸となり、湾曲スクリーン上で光を集光させることができず、湾曲スクリーン上に形成される像が不鮮明になる。 On the other hand, when the curved screen is “reflective”, as shown in FIG. 6B, the scanning line by the two-dimensional deflection means becomes convex on the convex surface side of the curved screen, and the light is condensed on the curved screen. The image formed on the curved screen becomes unclear.
結果として、反射型の湾曲スクリーンを用いる場合は、走査線がスクリーン形状に合うように自由曲面レンズなどで補正する必要があるが、透過型の湾曲スクリーンを用いる場合は自由曲面レンズなどで補正する必要がない。 As a result, when a reflective curved screen is used, it is necessary to correct the scanning line with a free curved lens so that the scanning line matches the screen shape, but when a transmissive curved screen is used, it is corrected with a free curved lens. There is no need.
図3(A)に示されるように、平坦スクリーンを用いると、該平坦スクリーンから出射し凹面ミラーに入射する光の光路長のばらつきが大きくなる。すなわち、中央の光と端の光の光路長差が大きくなる。この結果、像面湾曲が大きくなる(図3(B)参照)。図3(B)は、アイボックス60の左端に視点を置いたときのMTF(Modulation Transfer Function)/デフォーカス特性を示している。
As shown in FIG. 3A, when a flat screen is used, variation in the optical path length of light emitted from the flat screen and incident on the concave mirror increases. That is, the optical path length difference between the center light and the end light is increased. As a result, the field curvature increases (see FIG. 3B). FIG. 3B shows the MTF (Modulation Transfer Function) / defocus characteristic when the viewpoint is placed at the left end of the
一方、図4(A)に示されるように、凹面ミラー側に凸の湾曲スクリーンを用いると、該湾曲スクリーンから出射し凹面ミラーに入射する光の光路長のばらつきが小さくなる。すなわち、中央の光と端の光の光路長差が小さくなる。この結果、像面湾曲が小さくなる(図4(B)参照)。図4(B)は、アイボックス60の左端に視点を置いたときのMTF/デフォーカス特性を示している。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, when a convex curved screen is used on the concave mirror side, the variation in the optical path length of light emitted from the curved screen and incident on the concave mirror is reduced. That is, the optical path length difference between the center light and the end light is reduced. As a result, field curvature is reduced (see FIG. 4B). FIG. 4B shows the MTF / defocus characteristic when the viewpoint is placed at the left end of the
結果として、湾曲スクリーンを用いることで像面湾曲を効果的に抑制することができる。 As a result, field curvature can be effectively suppressed by using a curved screen.
湾曲スクリーン8は、上述の如く、微細凸レンズ構造を有している。
後述するように、微細凸レンズ構造は「複数の微細凸レンズ(マイクロレンズ)が、全体として上記「湾曲構造」を形成するように画素ピッチに近いピッチで密接して3次元配列された」ものである。すなわち、湾曲スクリーン8は、全体として湾曲したマイクロレンズアレイである。
The
As will be described later, the micro-convex lens structure is “a plurality of micro-convex lenses (micro lenses) arranged closely in a three-dimensional manner at a pitch close to the pixel pitch so as to form the above“ curved structure ”as a whole”. . That is, the
ここでは、複数の微細凸レンズは、凸面が入射側の面となるように、凹面ミラー9側に凸の仮想湾曲面に沿って所定ピッチで3次元配列されている。その具体的な配列形態としては、例えばa方向(x方向)を行方向とし、上記仮想湾曲内でa方向に直交する一方向(y方向)を列方向とするマトリクス状の配列や、ハニカム状の配列(ジグザグ状の配列)が挙げられる。 Here, the plurality of fine convex lenses are three-dimensionally arranged at a predetermined pitch along a virtual curved surface convex toward the concave mirror 9 so that the convex surface becomes a surface on the incident side. As a specific arrangement form, for example, a matrix-like arrangement in which a direction (x direction) is a row direction and one direction (y direction) orthogonal to the a direction in the virtual curve is a column direction, or a honeycomb shape (A zigzag array).
各微細凸レンズの平面形状は、例えば円形、正N角形(Nは3以上の自然数)等である。ここでは、微細凸レンズの各々は、互いに曲率(曲率半径)が等しい。 The planar shape of each micro-convex lens is, for example, a circle or a regular N-gon (N is a natural number of 3 or more). Here, each of the fine convex lenses has the same curvature (curvature radius).
そして、個々の微細凸レンズは、画素表示用ビームLCを等方的に拡散させる機能を持つ。すなわち、各微細凸レンズは、全方位に均等な拡散パワーを持つ。以下に、この「拡散機能」を簡単に説明する。 Each fine convex lens has a function of isotropically diffusing the pixel display beam LC. That is, each fine convex lens has an even diffusion power in all directions. The “diffusion function” will be briefly described below.
図5において、符号L1〜L4は、湾曲スクリーン8に入射する4本の画素表示用ビームを示している。
In FIG. 5, reference numerals L <b> 1 to L <b> 4 indicate four pixel display beams incident on the
これ等の4本の画素表示用ビームL1〜L4は、湾曲スクリーン8に形成される画像の4隅に入射する画素表示用ビームであるものとする。
These four pixel display beams L <b> 1 to L <b> 4 are pixel display beams incident on the four corners of the image formed on the
これら4本の画素表示用ビームL1〜L4は、湾曲スクリーン8を透過すると、ビームL11〜L14のように変換される。
When these four pixel display beams L1 to L4 pass through the
仮に、画素表示用ビームL1〜L4で囲まれる断面が横長の4辺形の光束を、湾曲スクリーン8に入射させると、この光束は「ビームL11〜L14で囲まれる断面が横長の4辺形の発散性の光束」となる。
If a light beam having a laterally long quadrilateral shape surrounded by the pixel display beams L1 to L4 is incident on the
微細凸レンズのこの機能が「拡散機能」である。 This function of the micro-convex lens is a “diffusion function”.
「ビームL11〜L14で囲まれる発散性の光束」は、このように発散性光束に変換された画素表示用ビームを時間的に集合した結果である。 The “divergent light beam surrounded by the beams L11 to L14” is a result of temporally collecting the pixel display beams thus converted into the divergent light beam.
画素表示用ビームを拡散させるのは「フロントガラス10により反射された光束が、観察者の目の近傍の広い領域を照射する」ようにするためである。
The pixel display beam is diffused so that “the light beam reflected by the
上記拡散機能が無い場合には、フロントガラス10により反射された光束が「観察者の目の近傍の狭い領域」のみを照射する。
In the absence of the diffusing function, the light beam reflected by the
このため、観察者が頭部を動かして、目の位置が上記「狭い領域」から逸れると、観察者は拡大虚像Iを視認できなくなる。 For this reason, when the observer moves his / her head and the position of the eyes deviates from the “narrow area”, the observer cannot visually recognize the magnified virtual image I.
上記のように、画素表示用ビームLCを拡散させることにより、フロントガラス10による反射光束は「観察者の目の近傍の広い領域」を照射する。すなわち、アイボックス60を大きくできる。
As described above, the light beam reflected by the
従って、観察者が「頭を少々動かし」ても、拡大虚像Iを確実に視認できる。 Therefore, even if the observer “moves his head a little”, the magnified virtual image I can be reliably recognized.
以下に、図10(A)及び図10(B)を参照して、湾曲スクリーン8として用いられるマイクロレンズアレイについて説明するが、ここでは、便宜上、複数の微細凸レンズ(マイクロレンズ)が仮想平面に沿って2次元配列されたマイクロレンズアレイを例に説明する。
Hereinafter, a microlens array used as the
図10(A)において、符号802はマイクロレンズアレイを示す。マイクロレンズアレイ802は、微細凸レンズ801を配列した微細凸レンズ構造を有する。符号803で示す「画素表示用ビーム」の光束径807は、微細凸レンズ801の大きさよりも小さい。すなわち、微細凸レンズ801の大きさ806は、光束径807よりも大きい。なお、説明中の形態例で、画素表示用ビーム803はレーザ光束であり、光束中心のまわりにガウス分布状の光強度分布をなす。従って、光束径807は、光強度分布における光強度が「1/e2」に低下する光束半径方向距離である。
In FIG. 10A,
図10(A)では、光束径807は微細凸レンズ801の大きさ806に等しく描かれているが、光束径807が「微細凸レンズ801の大きさ806」に等しい必要は無い。
微細凸レンズ801の大きさ806を食み出さなければよい。
図10(A)において、画素表示用ビーム803は、その全体が1個の微細凸レンズ801に入射し、発散角805をもつ拡散光束804に変換される。なお、「発散角」は、以下において「拡散角」と呼ぶこともある。
In FIG. 10A, the beam diameter 807 is drawn equal to the
The
In FIG. 10A, the entire
図10(A)の状態では、拡散光束804は1つで、干渉する光束が無いので、干渉性ノイズは発生しない。なお、発散角805の大きさは、微細凸レンズ801の形状により適宜設定できる。
In the state of FIG. 10A, since there is one diffused
図10(B)では、画素表示用ビーム811は、光束径が微細凸レンズの配列ピッチ812の2倍となっており、2個の微細凸レンズ813、814に跨って入射している。この場合、画素表示用ビーム811は、入射する2つの微細凸レンズ813、814により2つの発散光束815、816のように拡散される。2つの発散光束815、816は、領域817において重なり合い、この部分で互いに干渉して干渉性ノイズ(スペックルノイズ)を発生する。
In FIG. 10B, the pixel display beam 811 has a light beam diameter that is twice the
ここで、上述の如く、フロントガラス10が水平面に対して傾斜及び湾曲している場合には、拡大虚像Iに上下左右非対称の歪み(2次元的な歪み、以下では単に「歪み」と呼ぶ)が生じる。
Here, as described above, when the
そこで、本実施形態では、この歪みを効果的に補正するために、すなわちフロントガラス10の影響で生じる歪みとは逆の歪みを発生させるために、凹面ミラー9として、反射面(凹面)が曲率分布を持つ自由曲面ミラーが用いられている。
Therefore, in this embodiment, in order to effectively correct this distortion, that is, to generate a distortion opposite to the distortion caused by the
詳述すると、凹面ミラー9の反射面は、その中心の座標を(0、0、0)とする3次元直交座標(X、Y、Z)におけるZ座標が高次のXY多項式で表される。なお、X方向は横方向であり、Y方向は縦方向である。 More specifically, the reflecting surface of the concave mirror 9 is expressed by a high-order XY polynomial in the Z coordinate in the three-dimensional orthogonal coordinates (X, Y, Z) with the center coordinate being (0, 0, 0). . The X direction is the horizontal direction, and the Y direction is the vertical direction.
ここでは、凹面ミラー9のXY多項式は、フロントガラス10の傾斜や湾曲に応じて、歪みを補正できるように設計されている(表1〜5参照)。表1〜5には、本実施形態の各実施例におけるXY多項式の次数毎の係数が記載されている。 Here, the XY polynomial of the concave mirror 9 is designed so that distortion can be corrected according to the inclination and curvature of the windshield 10 (see Tables 1 to 5). Tables 1 to 5 describe coefficients for each degree of the XY polynomial in each example of the present embodiment.
凹面ミラー9のXY多項式は、凹面ミラー9の中心から離れるほど歪み補正の効果が高くなる。 The XY polynomial of the concave mirror 9 increases the distortion correction effect as the distance from the center of the concave mirror 9 increases.
そこで、本実施形態では、湾曲スクリーン8に形成された中間像(画像)の中心から出射した光、すなわち中間像の中心を形成した光(拡大虚像Iの中心として視認される光)が凹面ミラー9の中心(0、0)以外の位置(Xm、Ym)に入射(偏心入射)するように(図7参照)、湾曲スクリーン8と凹面ミラー9との位置関係を設定している。なお、中間像の中心から出射し凹面ミラー9の中心以外の位置で反射された光の一部がフロントガラス10で反射されアイボックス60の中央に入射するように、フロントガラス10に対して上記画像形成部、凹面ミラー9がレイアウトされている。すなわち、アイボックス60の中央は、中間像の中心の虚像である拡大虚像Iの中心に対応する。
Therefore, in the present embodiment, the light emitted from the center of the intermediate image (image) formed on the
ここでは、中間像は矩形を長手方向に湾曲させた形状であり、中間像の中心は、中間像の対角線の交点を意味する。 Here, the intermediate image has a shape obtained by curving a rectangle in the longitudinal direction, and the center of the intermediate image means an intersection of diagonal lines of the intermediate image.
結果として、本実施形態では、仮に中間像の中心から出射した光が凹面ミラー9の中心に入射(非偏心入射)する場合に比べて、上記歪みを効果的に補正することができる。 As a result, in the present embodiment, it is possible to effectively correct the distortion as compared with a case where light emitted from the center of the intermediate image is incident on the center of the concave mirror 9 (non-eccentric incidence).
表1〜5には、本実施形態の実施例1〜20における、中間像の中心から出射した光(アイボックス60の中央に入射する光)の凹面ミラー9への入射位置(Xm、Ym)の具体例が示されている。各実施例において(Xm、Ym)は、(0、0)ではなく、偏心入射であることが分かる。 Tables 1 to 5 show the incident positions (Xm, Ym) of the light emitted from the center of the intermediate image (light incident on the center of the eye box 60) on the concave mirror 9 in Examples 1 to 20 of the present embodiment. Specific examples of these are shown. In each example, it can be seen that (Xm, Ym) is not (0, 0) but an eccentric incidence.
また、図8(A)〜図8(D)には、虚像の歪の具体例が示されている。各図の格子点は歪のない理想的な虚像であり、実線はシミュレーションで求めた虚像である。 8A to 8D show specific examples of virtual image distortion. The lattice points in each figure are ideal virtual images without distortion, and the solid lines are virtual images obtained by simulation.
図8(A)には、湾曲スクリーン8からの光を凹面ミラー9に偏心入射させた場合の虚像が示されている。図8(A)から、縦線、横線ともに歪みが小さいことが分かる。
FIG. 8A shows a virtual image when the light from the
図8(B)には、平坦スクリーンからの光を凹面ミラー9に偏心入射させた場合の虚像が示されている。図8(B)から、縦線の歪は小さいが、横線の歪が大きいことが分かる。 FIG. 8B shows a virtual image when light from the flat screen is incident eccentrically on the concave mirror 9. FIG. 8B shows that the distortion of the vertical line is small, but the distortion of the horizontal line is large.
図8(C)には、湾曲スクリーン8からの光を凹面ミラー9に非偏心入射させた場合の虚像が示されている。図8(C)から、縦線の歪が大きく、横線の歪が小さいことが分かる。
FIG. 8C shows a virtual image when the light from the
図8(D)には、平坦スクリーンからの光を凹面ミラー9に非偏心入射させた場合の虚像が示されている。図8(D)から、縦線、横線ともに歪が大きいことが分かる。 FIG. 8D shows a virtual image when light from the flat screen is incident on the concave mirror 9 non-eccentrically. From FIG. 8D, it can be seen that the distortion is large for both the vertical and horizontal lines.
結果として、中間像が形成されるスクリーンとして湾曲スクリーン8を用い、かつ中間像の中心を形成した光を凹面ミラー9の中心以外の位置に入射させることで、像面湾曲と歪を効果的に補正できる。
As a result, the
また、本実施形態では、次の(1)式が満足されることが好ましい。
0.15≦R/L≦2.0…(1)
ただし、湾曲スクリーン8に形成された中間像の中心から出射し凹面ミラー9に入射する光の中間像の中心から凹面ミラー9までの光路長をLとし、
湾曲スクリーン8が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、湾曲スクリーン8の長手方向又は短手方向の曲率半径をRとし、
湾曲スクリーン8が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン8の長手方向の曲率半径をRとし、
湾曲スクリーン8が均一な曲率を有する球面形状の場合に、湾曲スクリーン8の曲率半径をRとする。
In the present embodiment, it is preferable that the following expression (1) is satisfied.
0.15 ≦ R / L ≦ 2.0 (1)
However, the optical path length from the center of the intermediate image of the light emitted from the center of the intermediate image formed on the
When the
When the
When the
上記(1)式は、湾曲スクリーン8の曲率半径を適切に決めるための条件式である。仮にR/Lが上記(1)式の上限(2.0)を上回ると、湾曲スクリーン8の曲率半径が大きく(曲率が小さく)なりすぎるため、像面湾曲を補正しきれなくなる。
The above equation (1) is a conditional equation for appropriately determining the radius of curvature of the
一方、仮にR/Lが上記(1)式の下限(0.15)を下回ると、湾曲スクリーン8の曲率半径が小さく(曲率が大きく)なりすぎ像面湾曲を補正できなくなるばかりか、湾曲スクリーン8と凹面ミラー9との距離が大きくなりすぎ小型化に不利である。
On the other hand, if R / L falls below the lower limit (0.15) of the above equation (1), the radius of curvature of the
また、本実施形態では、次の(2)式が満足されることが好ましい。
0.01≦β/R≦0.7…(2)
ただし、フロントガラス10を介して視認される虚像のa方向(横方向)の長さを中間像(画像)のa方向(横方向)の長さで除した(割った)値をβとし、
湾曲スクリーン8が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、湾曲スクリーン8の長手方向又は短手方向の曲率半径をR[mm]とし、
湾曲スクリーン8が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン8の長手方向の曲率半径をR[mm]とし、
湾曲スクリーン8が均一な曲率を有する球面形状の場合に、湾曲スクリーン8の曲率半径をR[mm]とする。
In the present embodiment, it is preferable that the following expression (2) is satisfied.
0.01 ≦ β / R ≦ 0.7 (2)
However, a value obtained by dividing (dividing) the length in the a direction (lateral direction) of the virtual image visually recognized through the
When the
When the
When the
上記(2)式は、湾曲スクリーン8と凹面ミラー9を含む投射光学系の横方向の倍率を適切に設定するための条件式である。
The above expression (2) is a conditional expression for appropriately setting the lateral magnification of the projection optical system including the
仮にβ/Rが上記(2)式の上限(0.7)を上回ると、投射光学系のa方向(横方向)の倍率が高くなりすぎ、歪が発生しやすくなるため好ましくない。 If β / R exceeds the upper limit (0.7) of the above equation (2), the magnification in the a direction (lateral direction) of the projection optical system becomes too high, and distortion is likely to occur.
一方、仮にβ/Rが上記(2)式の下限(0.01)を下回ると、投射光学系のa方向(横方向)の倍率が低くなりすぎ、小型化に不利になり好ましくない。 On the other hand, if β / R falls below the lower limit (0.01) of the above equation (2), the magnification in the a direction (lateral direction) of the projection optical system becomes too low, which is disadvantageous for miniaturization.
また、本実施形態では、次の(3)式が満足されることが好ましい。
0.01≦α/R≦0.7…(3)
ただし、フロントガラス10を介して視認される虚像のb方向(縦方向)の長さを中間像(画像)のb方向(縦方向)の長さで除した(割った)値をαとし、
湾曲スクリーン8が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、湾曲スクリーン8の長手方向又は短手方向の曲率半径をR[mm]とし、
湾曲スクリーン8が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン8の長手方向の曲率半径をR[mm]とし、
湾曲スクリーン8が均一な曲率を有する球面形状の場合に、湾曲スクリーン8の曲率半径をR[mm]とする。
In the present embodiment, it is preferable that the following expression (3) is satisfied.
0.01 ≦ α / R ≦ 0.7 (3)
However, a value obtained by dividing (dividing) the length in the b direction (vertical direction) of the virtual image visually recognized through the
When the
When the
When the
上記(3)式は、湾曲スクリーン8と凹面ミラー9を含む投射光学系の縦方向の倍率を適切に設定するための条件式である。
The above expression (3) is a conditional expression for appropriately setting the vertical magnification of the projection optical system including the
仮にα/Rが上記(3)式の上限(0.7)を上回ると、投射光学系のb方向(縦方向)の倍率が高くなりすぎ、歪が発生しやすくなるため好ましくない。 If α / R exceeds the upper limit (0.7) of the above expression (3), the magnification in the b direction (vertical direction) of the projection optical system becomes too high, and distortion is likely to occur, which is not preferable.
一方、仮にα/Rが上記(3)式の下限(0.01)を下回ると、投射光学系のb方向(縦方向)の倍率が低くなりすぎ、小型化に不利になり好ましくない。 On the other hand, if α / R falls below the lower limit (0.01) of the above formula (3), the magnification in the b direction (vertical direction) of the projection optical system becomes too low, which is not preferable because it is disadvantageous for miniaturization.
また、本実施形態では、次の(4)式が満足されることが好ましい。
0.005≦R/Limg≦0.15…(4)
ただし、湾曲スクリーン8に形成された中間像の虚像をフロントガラス10を介して観察する観察者の視点から虚像までの距離をLimgとし、
湾曲スクリーン8が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、湾曲スクリーン8の長手方向又は短手方向の曲率半径をRとし、
湾曲スクリーン8が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン8の長手方向の曲率半径をRとし、
湾曲スクリーン8が均一な曲率を有する球面形状の場合に、湾曲スクリーン8の曲率半径をRとする。
In the present embodiment, it is preferable that the following expression (4) is satisfied.
0.005 ≦ R / Limg ≦ 0.15 (4)
However, the distance from the viewpoint of the observer who observes the virtual image of the intermediate image formed on the
When the
When the
When the
上記(4)式は、湾曲スクリーン8の曲率半径と視点虚像間距離を適切に決めるための条件式である。
The above expression (4) is a conditional expression for appropriately determining the radius of curvature of the
仮にR/Limgが上記(4)式の上限(0.15)を上回ると、湾曲スクリーン8の曲率半径が大きくなりすぎ、像面湾曲を補正する効果が小さくなるため望ましくない。
If R / Limg exceeds the upper limit (0.15) of the above equation (4), the radius of curvature of the
一方、仮にR/Limgが上記(4)式の下限(0.005)を下回ると、湾曲スクリーン8の曲率半径が小さくなりすぎ、像面湾曲を過補正してしまうため望ましくない。
On the other hand, if R / Limg is below the lower limit (0.005) of the above equation (4), the radius of curvature of the
また、本実施形態では、次の(5)式が満足されることが好ましい。
0.8≦R/R´≦2.2…(5)
ただし、湾曲スクリーン8が長手方向と短手方向に異なる曲率を有するトロイダル形状の場合に、湾曲スクリーン8の長手方向の曲率半径をR、短手方向の曲率半径R´とする。
In the present embodiment, it is preferable that the following expression (5) is satisfied.
0.8 ≦ R / R ′ ≦ 2.2 (5)
However, when the
湾曲スクリーン8を長手方向と短手方向に異なる曲率を有するトロイダル形状にすることで、虚像の横方向と縦方向の像面湾曲を効果的に補正できる。 By making the curved screen 8 a toroidal shape having different curvatures in the longitudinal direction and the lateral direction, it is possible to effectively correct field curvature in the horizontal direction and the vertical direction of the virtual image.
上記(5)式は、湾曲スクリーン8がトロイダル形状の場合に湾曲スクリーン8の長手方向と短手方向の曲率半径を適切に決めるための条件である。
The above formula (5) is a condition for appropriately determining the curvature radius in the longitudinal direction and the short direction of the
仮にR/R´が上記(5)式の上限(2.2)を上回ると、湾曲スクリーン8の長手方向の曲率半径が大きくなりすぎるために像面湾曲を補正しきれなくなる。
If R / R ′ exceeds the upper limit (2.2) of the above equation (5), the curvature radius in the longitudinal direction of the
一方、仮にR/R´が上記(5)式の下限(0.8)を下回ると、湾曲スクリーン8の短手方向の曲率半径が大きくなりすぎるために像面湾曲を補正しきれなくなる。
On the other hand, if R / R ′ falls below the lower limit (0.8) of the above equation (5), the curvature radius in the short direction of the
ここで、図11に示される変形例1の画像形成部のように、2次元偏向手段6と湾曲スクリーン8との間に走査線(走査軌跡)の曲がりを補正する凹面鏡7を配置しない場合、光源部からの光は2次元偏向手段6により円弧状に走査される。
Here, when the concave mirror 7 that corrects the bending of the scanning line (scanning trajectory) is not disposed between the two-
そこで、円弧状に走査された走査線に合うように湾曲クリーン8を配置すれば、2次元偏向手段6と湾曲スクリーン8との間の光路上に自由曲面レンズや凹面鏡7などの光学部材を配置して走査線を補正する必要がなく(走査面を平面にする必要がなく)、部品点数の削減、公差の感度低減が可能となる。
Therefore, if the curved clean 8 is arranged so as to match the scanning line scanned in an arc shape, an optical member such as a free-form surface lens and a concave mirror 7 is arranged on the optical path between the two-dimensional deflection means 6 and the
以下に示される表1には、実施例1〜4における光学的な設定値が示されている。表2には、実施例5〜8における光学的な設定値が示されている。表3には、実施例9〜12における光学的な設定値が示されている。表4には、実施例13〜16における光学的な設定値が示されている。表5には、実施例17〜20における光学的な設定値が示されている。表6には、各実施例におけるR/L、β/R[1/mm]、α/R[1/mm]、R/Limg、R/R´が少数第三位まで記載されている。 Table 1 shown below shows optical setting values in Examples 1 to 4. Table 2 shows optical setting values in Examples 5 to 8. Table 3 shows optical setting values in Examples 9 to 12. Table 4 shows optical setting values in Examples 13 to 16. Table 5 shows optical setting values in Examples 17 to 20. In Table 6, R / L, β / R [1 / mm], α / R [1 / mm], R / Limg, and R / R ′ in each example are listed to the third decimal place.
また、表1〜5では、湾曲スクリーン8(透過部材)に設定されたxyw座標系(x方向は横方向、y方向は縦方向、w方向はx方向及びy方向のいずれにも直交する方向、図5参照)、凹面ミラー9に設定されたXY座標系を用いている。Rは、湾曲スクリーン8の曲率半径である。ただし、湾曲スクリーン8の形状が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に湾曲スクリーン8の長手方向又は短手方向の曲率半径をRとし、湾曲スクリーン8の形状が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に湾曲スクリーン8の長手方向の曲率半径をR、短手方向の曲率半径をR´とし、湾曲スクリーン8の形状が均一な曲率を有する球面形状の場合に湾曲スクリーン8の曲率半径をRとする。
In Tables 1 to 5, the xyw coordinate system set for the curved screen 8 (transmission member) (the x direction is the horizontal direction, the y direction is the vertical direction, and the w direction is orthogonal to both the x direction and the y direction). , See FIG. 5), and the XY coordinate system set for the concave mirror 9 is used. R is the radius of curvature of the
自由曲面ミラーである凹面ミラー9は、次の(a)式で定義される。なお、zはZ軸に平行な面のサグ量、cは面頂点の曲率(すなわち曲率半径は1/c)、rは凹面ミラー9の中心軸からの垂直距離、kはコーニック定数、CjはXY多項式の係数である。
図12(A)〜図15(C)には、湾曲スクリーン8(透過部材)に形成される中間像の具体例が示されている。 12A to 15C show specific examples of intermediate images formed on the curved screen 8 (transmission member).
実施例1〜10では、湾曲スクリーン8の形状は、長手方向(横方向)に曲率を有するシリンダ形状である(図12(A)〜図12(C)参照)。図16〜図25には、それぞれ実施例1〜10における像面湾曲を表すMTF/デフォーカス特性が示されている。
In Examples 1 to 10, the
実施例11〜15では、湾曲スクリーン8の形状は、長手方向(横方向)と短手方向(縦方向)で異なる曲率を有するトロイダル形状である(図13(A)〜図13(C)参照)。図26〜図30には、それぞれ実施例11〜15における像面湾曲を表すMTF/デフォーカス特性が示されている。
In Examples 11 to 15, the shape of the
実施例16〜18では、湾曲スクリーン8の形状は、球面形状である(図14(A)〜図14(C)参照)。図31〜図33には、それぞれ実施例16〜18における像面湾曲を表すMTF/デフォーカス特性が示されている。
In Examples 16 to 18, the
実施例19、20では、湾曲スクリーン8の形状は、自由曲面形状である。図34、図35には、それぞれ実施例19、20における像面湾曲を表すMTF/デフォーカス特性が示されている。
In Examples 19 and 20, the shape of the
いずれの実施例においても、湾曲スクリーン8を用いることで像面湾曲が抑制されていることがわかる。
In any of the examples, it can be seen that the curvature of field is suppressed by using the
上に説明したヘッドアップディスプレイは、上述の如く、例えば、自動車等の車載用として用いることができ、a方向は「運転席から見て横方向」、b方向は「縦方向」である。 As described above, the head-up display described above can be used for in-vehicle use such as an automobile, for example. The a direction is “lateral direction when viewed from the driver's seat” and the b direction is “vertical direction”.
この場合、自動車等のフロントガラス10前方に拡大虚像Iとして、例えば「ナビゲーション画像」を表示でき、観察者である運転者は、この画像を運転席に居ながらフロントガラス10前方から視線をほとんど動かさずに観察できる。
In this case, for example, a “navigation image” can be displayed as an enlarged virtual image I in front of the
このような場合、上述の如く、表示される拡大虚像Iは「運転者から見て横長の画像」であること、即ち、マイクロレンズアレイに形成される画像(中間像)および、拡大虚像Iは、a方向に画角の大きい画像であることが一般に好ましい。 In such a case, as described above, the magnified virtual image I to be displayed is a “horizontal image as viewed from the driver”, that is, the image (intermediate image) formed on the microlens array and the magnified virtual image I are It is generally preferable that the image has a large angle of view in the a direction.
また、上述の如く、観測者である運転者が、左右斜め方向から表示画像を見た場合にも、表示を認識できるように、横方向には「縦方向に比して大きな視野角」が要求される。
このため、拡大虚像Iの長手方向(a方向)には短手方向(b方向)に比して大きな拡散角(非等方拡散)が要求される。
In addition, as described above, when the driver who is an observer looks at the display image from the left and right oblique directions, the horizontal direction has a “large viewing angle compared to the vertical direction” so that the display can be recognized. Required.
For this reason, a larger diffusion angle (isotropic diffusion) is required in the longitudinal direction (a direction) of the magnified virtual image I than in the lateral direction (b direction).
従って、微細凸レンズ構造(マイクロレンズアレイ)の各微細凸レンズ(マイクロレンズ)を、湾曲スクリーン8に形成された中間像もしくは拡大虚像Iの短手方向よりも長手方向の方の曲率が大きいアナモフィックなレンズとし、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「中間像の横方向を縦方向よりも広く」するのが好ましい。
Therefore, each micro-convex lens (micro-lens) of the micro-convex lens structure (micro-lens array) has an anamorphic lens in which the curvature in the longitudinal direction is larger than the short direction of the intermediate image or magnified virtual image I formed on the
このようにして、ヘッドアップディスプレイの要求画角を満たす必要最小限の範囲に光を発散させ、光の利用効率を向上させ、表示画像の輝度を向上させることが可能である。 In this way, it is possible to diverge light within the minimum necessary range that satisfies the required angle of view of the head-up display, improve the light utilization efficiency, and improve the brightness of the display image.
勿論、上記のような「非等方拡散」ではなく、縦方向と横方向で拡散角が等しい「等方拡散」とする場合も可能である。
しかし、自動車等の車載用として用いるヘッドアップディスプレイの場合であれば、運転者が表示画像に対して上下方向の位置から観察を行なう場合はすくない。
従って、このような場合であれば、上記のように、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「中間像の横方向を縦方向よりも広く」するのが光利用効率の面から好ましい。
Of course, it is possible to use “isotropic diffusion” in which the diffusion angles are equal in the vertical direction and the horizontal direction, instead of the above-mentioned “isotropic diffusion”.
However, in the case of a head-up display used for in-vehicle use such as an automobile, it is not easy for the driver to observe the display image from a vertical position.
Therefore, in such a case, as described above, it is preferable from the viewpoint of light utilization efficiency that the diffusion angle for diffusing the pixel display beam is “wider the horizontal direction of the intermediate image than the vertical direction”.
微細凸レンズ(マイクロレンズ)は、そのレンズ面を「非球面」として形成できることが従来から知られている。 It has been conventionally known that a micro-convex lens (micro lens) can be formed as an “aspherical surface”.
直上に説明したアナモフィックなレンズ面も「非球面」であるが、微細凸レンズのレンズ面をより一般的な非球面として形成でき、収差補正を行なうこともできる。 The anamorphic lens surface described immediately above is also “aspherical”, but the lens surface of the micro-convex lens can be formed as a more general aspherical surface, and aberration correction can also be performed.
収差の補正により「拡散の強度ムラ」を低減することも可能である。 It is also possible to reduce “diffuse intensity unevenness” by correcting aberrations.
微細凸レンズ構造の微細凸レンズは、上記の如く画素表示用ビームを拡散させるものであるが、x方向、y方向の2方向のうち、1方向のみの拡散を行なう場合も考えられる。 The micro-convex lens having the micro-convex lens structure diffuses the pixel display beam as described above. However, it may be possible to diffuse only one of the two directions of the x direction and the y direction.
このような場合には、微細凸レンズのレンズ面として「微細凸シリンダ面」を用いることができる。 In such a case, a “fine convex cylinder surface” can be used as the lens surface of the fine convex lens.
なお、微細凸レンズの形状を、六角形状とすることや、その配列をハニカム型配列とすることは、従来から、マイクロレンズアレイの製造方法に関連して知られている。 It has been conventionally known that the shape of the micro-convex lens is a hexagonal shape and the arrangement thereof is a honeycomb type in relation to the method of manufacturing the microlens array.
以上説明した本実施形態の画像表示装置1000(ヘッドアップディスプレイ)は、光により中間像(画像)を形成し、該画像を形成した光を出射する画像形成部と、前記画像形成部からの光をフロントガラス10(透過反射部材)に向けて反射させる凹面ミラー9と、を備え、画像形成部は、画像が形成される、凹面ミラー9側に凸形状に湾曲した透過部材(湾曲スクリーン8)を含む。 The image display apparatus 1000 (head-up display) according to the present embodiment described above forms an intermediate image (image) with light, emits light that forms the image, and light from the image forming unit. And a concave mirror 9 that reflects the light toward the windshield 10 (transmission / reflection member), and the image forming unit is a transmission member (curved screen 8) curved in a convex shape on the concave mirror 9 side on which an image is formed. including.
この場合、部品点数の増加を招くことなく、虚像の像面湾曲を抑制できる。 In this case, it is possible to suppress the curvature of field of the virtual image without increasing the number of parts.
結果として、画像表示装置1000によれば、装置の大型化を招くことなく虚像の視認性を向上させることができる。
As a result, according to the
一方、虚像の像面湾曲を抑制するための光学部材(レンズ、ミラー等)を湾曲スクリーン(又は平坦スクリーン)とは別に設ける(追加する)ことも考えられるが、この場合には部品点数が増加してしまう。この結果、各部品の製造誤差や設置誤差が虚像の視認性に与える影響が大きくなり、かつ装置の大型化を招く。 On the other hand, an optical member (lens, mirror, etc.) for suppressing curvature of field of the virtual image may be provided (added) separately from the curved screen (or flat screen), but in this case, the number of parts increases. Resulting in. As a result, the influence of the manufacturing error and installation error of each component on the visibility of the virtual image is increased, and the size of the apparatus is increased.
また、湾曲スクリーン8の形状が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状である場合、虚像の長手方向又は短手方向の像面湾曲を抑制できる。そこで、湾曲スクリーン8において、虚像の長手方向と短手方向で像面湾曲が発生し易い方向に曲率を持たせることが好ましい。
Moreover, when the shape of the
また、湾曲スクリーン8の形状が長手方向に曲率を有するシリンダ形状である場合、画角が大きいがゆえに大きくなる、虚像の長手方向の像面湾曲を効果的に補正できる。
Further, when the
また、湾曲スクリーン8の形状が長手方向及び短手方向に曲率を有するトロイダル形状である場合、虚像の長手方向及び短手方向の像面湾曲を抑制できる。
Moreover, when the shape of the
また、湾曲スクリーン8の形状が球面形状である場合、虚像の長手方向及び短手方向の像面湾曲を抑制できる。
Moreover, when the shape of the
また、湾曲スクリーン8の形状が自由曲面形状である場合、虚像全体の像面湾曲を抑制できる。
Moreover, when the shape of the
また、フロントガラス10は、水平面に対して傾斜し、かつ湾曲しており、中間像の中心から出射した光は、凹面ミラー9の中心以外の箇所に入射する。
Further, the
この場合、フロントガラス10の傾斜、湾曲に起因する虚像の歪みを効果的に補正できる。
In this case, the distortion of the virtual image due to the inclination and curvature of the
なお、フロントガラス10の傾斜、形状は、車種毎に異なり、中には、傾斜度や湾曲度が非常に小さいものから非常に大きいものまであるが、いずれの場合であっても、画像表示装置1000では、凹面ミラー9の設計、及び中間像の中心を形成した光の凹面ミラー9への入射位置の調整(微小偏心も可)によって、虚像の歪みを抑制できる。
Note that the inclination and shape of the
そこで、画像表示装置1000が搭載された移動体(例えば車両)では、操縦者は、画像表示装置により表示された情報(虚像)をストレスなく、迅速かつ確実に視認できる。
Thus, in a moving body (for example, a vehicle) on which the
なお、上記実施形態では、複数の光源を用いてカラー画像を形成しているが、図11、図9にそれぞれ示される変形例1、2の画像形成部のように、単一の光源を用いてモノクロ画像を形成しても良い。なお、図11に示される変形例1の画像形成部において、上記実施形態の光源部100と同様のカラー画像に対応する光源部を配備することも可能である。
In the above-described embodiment, a color image is formed using a plurality of light sources. However, a single light source is used as in the image forming units of
また、上記実施形態及び各変形例では、湾曲スクリーンとして、全体として湾曲形状の微細凸レンズ構造(マイクロレンズアレイ)が用いられているが、これに限らず、例えば、湾曲した透過板、湾曲した反射板、湾曲した拡散板などを用いても良い。 Moreover, in the said embodiment and each modification, although the curved convex micro convex lens structure (micro lens array) is used as a curved screen as a whole, it is not restricted to this, For example, the curved permeation | transmission board, the curved reflection A plate, a curved diffusion plate, or the like may be used.
但し、湾曲スクリーンは「反射型」よりも「透過型」の方が好ましい。 However, the curved screen is preferably “transmissive” rather than “reflective”.
また、上記実施形態及び各変形例のマイクロレンズアレイでは、複数のマイクロレンズが仮想湾曲面に沿って3次元配列されているが、これに代えて、仮想湾曲線に沿って2次元配列されていても良い。 In the microlens array of the above embodiment and each modification, a plurality of microlenses are arranged three-dimensionally along the virtual curved surface. Instead, they are arranged two-dimensionally along the virtual curved line. May be.
また、上記実施形態及び各変形例では、スクリーンに2次元偏向手段を用いて2次元走査して画像を形成しているが、例えば、MEMSミラー、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等を含む1次元偏向手段を用いて1次元走査して画像を形成しても良い。 In the above-described embodiment and each modification, an image is formed by two-dimensional scanning using a two-dimensional deflection unit on the screen. For example, a one-dimensional deflection unit including a MEMS mirror, a galvanometer mirror, a polygon mirror, or the like. A one-dimensional scan may be used to form an image.
また、上記実施形態及び各変形例では、光源として、LD(端面発光レーザ)を用いているが、これに限らず、VCSEL(面発光レーザ)、LED(発光ダイオード)、有機EL素子、ランプ、半導体レーザ以外のレーザを用いても良い。また、光源からの光を湾曲スクリーン8に導く光学系も適宜変更可能である。
Moreover, in the said embodiment and each modification, although LD (edge-emitting laser) is used as a light source, it is not restricted to this, VCSEL (surface emitting laser), LED (light emitting diode), an organic EL element, a lamp, Lasers other than semiconductor lasers may be used. Further, the optical system for guiding the light from the light source to the
また、上記実施形態及び変形例2において、凹面鏡7の代わりに、平面鏡を設けても良い。
Moreover, in the said embodiment and the
また、上記実施形態及び各変形例では、画像形成部は、光源部、2次元偏向手段6及び湾曲スクリーン8(湾曲した透過部材)を含んで構成されているが、これに限られない。例えば、変形例3として、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)パネル等の画像形成素子(イメージングデバイス)と、光源とを含んで構成されても良い。すなわち、この画像形成素子は、透過型でも反射型でも良い。ここでは、光源として、例えば冷陰極蛍光管、ランプ、LED(発光ダイオード)、有機EL素子、半導体レーザ(LDやVCSEL)、半導体レーザ以外のレーザ等を含むものが挙げられる。イメージングデバイスとしては、カラー画像、モノクロ画像のいずれを形成するものであっても良い。 Moreover, in the said embodiment and each modification, although the image formation part is comprised including the light source part, the two-dimensional deflection | deviation means 6, and the curved screen 8 (curved transmission member), it is not restricted to this. For example, as a third modification, an image forming element (imaging device) such as a transmissive liquid crystal panel, a reflective liquid crystal panel, or a DMD (digital micromirror device) panel, and a light source may be included. That is, the image forming element may be a transmissive type or a reflective type. Here, examples of the light source include a cold cathode fluorescent tube, a lamp, an LED (light emitting diode), an organic EL element, a semiconductor laser (LD or VCSEL), a laser other than a semiconductor laser, and the like. The imaging device may form either a color image or a monochrome image.
このような画像形成素子をスクリーンに代えて用いる場合、液晶パネルやDMDパネルを全体としてフラット(平坦)にしても良いが、上記実施形態及び各変形例の湾曲スクリーン8と同様に、液晶パネルやDMDパネルを全体として凹面ミラー9側に凸の湾曲構造とすることが好ましい。この湾曲構造の画像形成素子は、例えば、全体として湾曲スクリーン8と同様の形状を有し、長手方向が横方向に一致し、かつ短手方向が縦方向に一致するように配置される。
When such an image forming element is used instead of the screen, the liquid crystal panel or the DMD panel may be flat as a whole. However, as with the
すなわち、画像形成素子は、画像データの複数の画素に対応する複数の表示部(例えば液晶)が全体として湾曲構造を形成するように(仮想湾曲面に沿って)配置された画像表示パネル(例えば液晶パネル)であっても良い。また、画像形成素子は、画像データの複数の画素に対応する複数のマイクロミラーが全体として湾曲構造を形成するように(仮想湾曲面に沿って)配置されたデジタルマイクロミラーデバイス(DMDパネル)であっても良い。なお、画像形成素子を湾曲構造とする場合、前述した湾曲スクリーンの場合と同様に「反射型」よりも「透過型」の方が好ましい。 In other words, the image forming element has an image display panel (for example, a virtual curved surface) arranged such that a plurality of display units (for example, liquid crystal) corresponding to a plurality of pixels of image data form a curved structure as a whole. A liquid crystal panel). The image forming element is a digital micromirror device (DMD panel) in which a plurality of micromirrors corresponding to a plurality of pixels of image data are arranged (along the virtual curved surface) so as to form a curved structure as a whole. There may be. When the image forming element has a curved structure, the “transmission type” is preferable to the “reflection type” as in the case of the curved screen described above.
湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記(1)式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例1、2と同様の効果が得られる。ただし、画像形成素子上の画像の中心から出射し凹面ミラー9に入射する光の該画像の中心から凹面ミラー9までの光路長をLとし、画像形成素子が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、画像形成素子の長手方向又は短手方向の曲率半径をRとし、画像形成素子が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をRとし、画像形成素子が均一な曲率を有する球面形状の場合に、画像形成素子の曲率半径をRとする。 Even when an image forming element having a curved structure is used instead of a curved screen, the above expression (1) is preferably satisfied. Also in this case, the same effects as those in the above embodiment and the first and second modifications can be obtained. However, the optical path length from the center of the image to the concave mirror 9 of the light emitted from the center of the image on the image forming element and incident on the concave mirror 9 is L, and the image forming element has a curvature in the longitudinal direction or the short side direction. In the case of the cylinder shape, the radius of curvature in the longitudinal direction or the short side direction of the image forming element is R, and when the image forming element is a toroidal shape having a curvature in the longitudinal direction, the radius of curvature in the longitudinal direction of the image forming element is Let R be the radius of curvature of the image forming element when the image forming element has a spherical shape with a uniform curvature.
また、湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記(2)式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例1、2と同様の効果が得られる。ただし、フロントガラス10を介して視認される虚像のa方向(横方向)の長さを中間像(画像)のa方向(横方向)の長さで除した(割った)値をβとし、画像形成素子が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、画像形成素子の長手方向又は短手方向の曲率半径をR[mm]とし、画像形成素子が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をR[mm]とし、画像形成素子が均一な曲率を有する球面形状の場合に、画像形成素子の曲率半径をR[mm]とする。
In addition, when the curved image forming element is used instead of the curved screen, the above expression (2) is preferably satisfied. Also in this case, the same effects as those in the above embodiment and the first and second modifications can be obtained. However, a value obtained by dividing (dividing) the length in the a direction (lateral direction) of the virtual image visually recognized through the
また、湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記(3)式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例1、2と同様の効果が得られる。ただし、フロントガラス10を介して視認される虚像のb方向(縦方向)の長さを中間像(画像)のb方向(縦方向)の長さで除した(割った)値をαとし、画像形成素子が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、画像形成素子の長手方向又は短手方向の曲率半径をR[mm]とし、画像形成素子が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をR[mm]とし、画像形成素子が均一な曲率を有する球面形状の場合に、画像形成素子の曲率半径をR[mm]とする。
Further, when the curved image forming element is used instead of the curved screen, it is preferable that the above expression (3) is satisfied. Also in this case, the same effects as those in the above embodiment and the first and second modifications can be obtained. However, a value obtained by dividing (dividing) the length in the b direction (vertical direction) of the virtual image visually recognized through the
また、湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記(4)式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例1、2と同様の効果が得られる。ただし、画像形成素子に形成された中間像の虚像をフロントガラス10を介して観察する観察者の視点から虚像までの距離をLimgとし、画像形成素子が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、画像形成素子の長手方向又は短手方向の曲率半径をRとし、画像形成素子が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をRとし、画像形成素子が均一な曲率を有する球面形状の場合に、画像形成素子の曲率半径をRとする。
In addition, when the curved image forming element is used instead of the curved screen, the above expression (4) is preferably satisfied. Also in this case, the same effects as those in the above embodiment and the first and second modifications can be obtained. However, the distance from the viewpoint of the observer who observes the virtual image of the intermediate image formed on the image forming element through the
また、湾曲構造の画像形成素子を湾曲スクリーンに代えて用いる場合にも、上記(5)式が満足されることが好ましい。この場合も、上記実施形態及び変形例1、2と同様の効果が得られる。ただし、画像形成素子が長手方向と短手方向に異なる曲率を有するトロイダル形状の場合に、画像形成素子の長手方向の曲率半径をR、短手方向の曲率半径R´とする。 Further, when the curved image forming element is used in place of the curved screen, it is preferable that the expression (5) is satisfied. Also in this case, the same effects as those in the above embodiment and the first and second modifications can be obtained. However, when the image forming element has a toroidal shape having different curvatures in the longitudinal direction and the short direction, the curvature radius in the longitudinal direction of the image forming element is R, and the curvature radius R ′ in the short direction.
また、画像形成素子をスクリーンに代えて用いる場合、画像形成素子上の画像の中心から出射した光を凹面ミラー9の中心以外の位置に入射(偏心入射)させても良い。この場合に、上記画像形成素子は、全体形状がフラット(平坦)であっても歪を補正できるが、液晶パネルやDMDパネルが凹面ミラー9側に凸の湾曲構造であれば、像面湾曲及び歪みの双方を補正できる。 When the image forming element is used instead of the screen, the light emitted from the center of the image on the image forming element may be incident (eccentric incident) at a position other than the center of the concave mirror 9. In this case, the image forming element can correct distortion even if the overall shape is flat (flat), but if the liquid crystal panel or DMD panel has a curved structure convex toward the concave mirror 9, the curvature of field and Both distortions can be corrected.
また、上記実施形態及び各変形例では、湾曲構造体(湾曲スクリーンや湾曲したイメージングデバイス)上の画像の中心から出射した光を、凹面ミラー9の中心以外の位置に入射させているが、凹面ミラー9の中心に入射(非偏心入射)させても良い。 Moreover, in the said embodiment and each modification, although the light radiate | emitted from the center of the image on a curved structure (a curved screen or a curved imaging device) is incident on positions other than the center of the concave mirror 9, it is concave. You may make it inject into the center of the mirror 9 (non-eccentric incidence).
また、上記実施形態及び各変形例では、湾曲構造体上の中間像は、矩形を湾曲させた形状であるが、これに限らず、例えば円形や楕円形を湾曲させた形状、正方形等の矩形以外の平行四辺形を湾曲させた形状、五角形以上の正多角形を湾曲させた形状であっても良い。 Moreover, in the said embodiment and each modification, although the intermediate image on a curved structure is the shape which curved the rectangle, it is not restricted to this, For example, the shape which curved circular or ellipse, rectangles, such as a square A shape obtained by curving a parallelogram other than the above, or a shape obtained by curving a pentagon or more regular polygon.
また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー9に偏心入射させる場合には、湾曲スクリーンに代えて、平坦スクリーンを用いても良い。この平坦スクリーンとしては、透過型でも反射型でも良く、具体的には、平坦なマイクロレンズアレイ、平坦な透過板、平坦な反射板、平坦な拡散板などが挙げられる。 Moreover, in the said embodiment and each modification, when making it enter into the concave-surface mirror 9 eccentrically, it may replace with a curved screen and may use a flat screen. The flat screen may be a transmission type or a reflection type, and specifically includes a flat microlens array, a flat transmission plate, a flat reflection plate, a flat diffusion plate, and the like.
また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー9に偏心入射させる場合には、R/Lは、上記(1)式の範囲を逸脱した値であっても良い。 Further, in the above-described embodiment and each modified example, in the case where the incident light is incident on the concave mirror 9, R / L may be a value that deviates from the range of the above expression (1).
また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー9に偏心入射させる場合には、β/Rは、上記(2)式の範囲を逸脱した値であっても良い。 Further, in the above-described embodiment and each modification, in the case where the incident light is eccentrically incident on the concave mirror 9, β / R may be a value that deviates from the range of the above expression (2).
また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー9に偏心入射させる場合には、α/Rは、上記(3)式の範囲を逸脱した値であっても良い。 Further, in the above embodiment and each modified example, in the case where the incident light is incident on the concave mirror 9, α / R may be a value that deviates from the range of the above expression (3).
また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー9に偏心入射させる場合には、R/Limgは、上記(4)式の範囲を逸脱した値であっても良い。 Further, in the above-described embodiment and each modified example, in the case where the light is incident on the concave mirror 9 eccentrically, R / Limg may be a value that deviates from the range of the above expression (4).
また、上記実施形態及び各変形例において、凹面ミラー9に偏心入射させる場合には、R/R´は、上記(5)式の範囲を逸脱した値であっても良い。 Further, in the above-described embodiment and each modification, in the case where the incident light is eccentrically incident on the concave mirror 9, R / R ′ may be a value that deviates from the range of the above expression (5).
また、上記実施形態及び各変形例では、凹面ミラー9として、曲率分布を持つ自由曲面ミラーが用いられているが、曲率が一定の凹面ミラーを用いても良い。 Moreover, in the said embodiment and each modification, although the free-form surface mirror with curvature distribution is used as the concave mirror 9, you may use a concave mirror with a constant curvature.
また、透過反射部材は、移動体のフロントガラスに限らず、例えばサイドガラス、リアガラス等の移動体の搭乗者(例えば操縦者、ナビゲータ、乗組員、乗客等)が移動体の外部を視認するための他の窓部材であっても良い。また、透過反射部材は、ガラス製のものに限らず、例えば樹脂製であっても良い。 In addition, the transmission / reflection member is not limited to the windshield of the moving body, but for example, a passenger of the moving body such as a side glass and a rear glass (for example, a pilot, a navigator, a crew member, a passenger) can visually recognize the outside of the moving body. Other window members may be used. Further, the transmission / reflection member is not limited to glass but may be made of resin, for example.
また、透過反射部材は、例えば、いわゆるコンバイナのように、移動体の窓部材(例えばフロントガラス)とは別の部材で構成され、観察者から見て該窓部材よりも手前に配置されていても良い。この場合も、透過反射部材の形状や傾きに応じた凹面ミラー9の設計や凹面ミラー9への偏心入射、スクリーンの曲率半径の設定、スクリーンと凹面ミラー9との位置関係の設定等を行うことが好ましい。 The transmission / reflection member is formed of a member different from the window member (for example, the windshield) of the moving body, for example, a so-called combiner, and is disposed in front of the window member as viewed from the observer. Also good. Also in this case, the design of the concave mirror 9 according to the shape and inclination of the transmission / reflection member, the eccentric incidence to the concave mirror 9, the setting of the curvature radius of the screen, the setting of the positional relationship between the screen and the concave mirror 9 and the like are performed. Is preferred.
また、透過反射部材は、要は、水平面に対して傾斜していること及び湾曲していることの少なくとも一方を満たせば良い。例えば、透過反射部材は、水平面に対して傾斜する平坦形状の部材であっても良いし、水平面に垂直な湾曲形状の部材であっても良い。 In addition, the transmission / reflection member is only required to satisfy at least one of being inclined and curved with respect to the horizontal plane. For example, the transmission / reflection member may be a flat member inclined with respect to the horizontal plane, or may be a curved member perpendicular to the horizontal plane.
また、上記実施形態及び各変形例では、画像表示装置は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体に搭載されるものを一例として説明したが、要は、物体に搭載されるものであれば良い。この場合も、物体と、該物体に搭載された画像形成装置とを備える物体装置では、上記実施形態及び各変形例と同様の効果が得られる。この場合、画像表示装置は、透過反射部材を構成要素として備えていても良いし、備えていなくても良い。なお、「物体」は、移動体の他、恒常的に設置されるものや運搬可能なものを含む。 Moreover, in the said embodiment and each modification, although the image display apparatus demonstrated as an example what was mounted in moving bodies, such as a vehicle, an aircraft, a ship, etc., the point will be as long as it is mounted in an object. good. Also in this case, an object device including an object and an image forming apparatus mounted on the object can obtain the same effects as those of the above-described embodiment and each modification. In this case, the image display apparatus may or may not include a transmission / reflection member as a component. Note that the “object” includes, in addition to a moving object, a permanently installed object and a transportable object.
また、本発明の画像表示装置は、物体に搭載されるものに限らず、例えば、単独で設置されるものや人体に装着可能なもの(例えばヘッドマウントディスプレイ)にも応用可能である。例えば、映画鑑賞用の画像表示装置としても実施可能である。 Further, the image display device of the present invention is not limited to the one mounted on the object, but can be applied to, for example, a device installed alone or a device that can be attached to a human body (for example, a head mounted display). For example, it can be implemented as an image display device for movie appreciation.
LC…画素表示用ビーム(画像データに基づく光)、6…2次元偏向手段(偏向手段、画像形成部の一部)、7…凹面鏡(画像形成部の一部)、8…湾曲スクリーン(湾曲した透過部材、画像形成部の一部)、9…凹面ミラー、10…フロントガラス(透過反射部材)、100…光源部(画像形成部の一部)、1000…画像表示装置。 LC: pixel display beam (light based on image data), 6: two-dimensional deflection means (deflection means, part of image forming unit), 7 ... concave mirror (part of image forming unit), 8 ... curved screen (curved) , A transparent mirror, 10 a concave mirror, 10 a windshield (transmission reflection member), 100 a light source part (a part of the image forming part), 1000 an image display device.
Claims (16)
前記画像形成部からの光を透過反射部材に向けて反射させる凹面ミラーと、を備え、
前記画像形成部は、前記画像が形成される又は前記画像を形成する、前記凹面ミラー側に凸形状に湾曲した透過部材を含み、前記画像の中心を形成した光は、前記凹面ミラーの中心以外の位置に入射し、前記凹面ミラーの中心以外の位置で反射された光の一部は、前記透過反射部材で反射されアイボックスの中央に入射する画像表示装置。 An image forming unit that forms an image with light and emits light that has formed the image;
A concave mirror that reflects the light from the image forming unit toward the transmission / reflection member,
The image forming unit forms or the images the image is formed, seen including a transmission member which is curved in a convex shape on the concave mirror side, the light forming the center of the image, the center of the concave mirror Part of the light that is incident on a position other than the center of the concave mirror and reflected at a position other than the center of the concave mirror is reflected by the transmissive reflecting member and is incident on the center of the eye box .
が満足されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の画像表示装置。
ただし、前記透過部材に形成された中間像の中心から出射し前記凹面ミラーに入射する光の中間像の中心から前記凹面ミラーまでの光路長をLとし、
前記透過部材が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、前記透過部材の長手方向又は短手方向の曲率半径をRとし、
前記透過部材が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、前記透過部材の長手方向の曲率半径をRとし、
前記透過部材が均一な曲率を有する球面形状の場合に、前記透過部材の曲率半径をRとする。 0.15 ≦ R / L ≦ 2.0
The image display apparatus according to claim 1, wherein: is satisfied.
However, the optical path length from the center of the intermediate image of the light emitted from the center of the intermediate image formed on the transmission member and incident on the concave mirror to the concave mirror is L,
When the transmission member has a cylindrical shape having a curvature in the longitudinal direction or the short direction, the radius of curvature in the longitudinal direction or the short direction of the transmission member is R,
When the transmission member has a toroidal shape having a curvature in the longitudinal direction, the curvature radius in the longitudinal direction of the transmission member is R,
Let R be the radius of curvature of the transmitting member when the transmitting member has a spherical shape with a uniform curvature.
が満足されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像表示装置。
ただし、前記透過反射部材を介して視認される虚像の横方向の長さを前記画像の横方向の長さで除した値をβとし、
前記透過部材が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、前記透過部材の長手方向又は短手方向の曲率半径をR[mm]とし、
前記透過部材が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、前記透過部材の長手方向の曲率半径をR[mm]とし、
前記透過部材が均一な曲率を有する球面形状の場合に、前記透過部材の曲率半径をR[mm]とする。 0.01 ≦ β / R ≦ 0.7
The image display device according to claim 1, wherein: is satisfied.
However, a value obtained by dividing the horizontal length of the virtual image visually recognized through the transmission and reflection member by the horizontal length of the image is β,
When the transmission member has a cylindrical shape having a curvature in the longitudinal direction or the short direction, the curvature radius in the longitudinal direction or the short direction of the transmission member is R [mm],
When the transmissive member has a toroidal shape having a curvature in the longitudinal direction, the radius of curvature in the longitudinal direction of the transmissive member is R [mm],
When the transmissive member has a spherical shape with a uniform curvature, the radius of curvature of the transmissive member is R [mm].
が満足されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の画像表示装置。
ただし、前記透過反射部材を介して視認される虚像の縦方向の長さを前記画像の縦方向の長さで除した値をαとし、
前記透過部材が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、前記透過部材の長手方向又は短手方向の曲率半径をR[mm]とし、
前記透過部材が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、前記透過部材の長手方向の曲率半径をR[mm]とし、
前記透過部材が均一な曲率を有する球面形状の場合に、前記透過部材の曲率半径をR[mm]とする。 0.01 ≦ α / R ≦ 0.7
The image display apparatus according to claim 1, wherein: is satisfied.
However, a value obtained by dividing the vertical length of the virtual image visually recognized through the transmission and reflection member by the vertical length of the image is α,
When the transmission member has a cylindrical shape having a curvature in the longitudinal direction or the short direction, the curvature radius in the longitudinal direction or the short direction of the transmission member is R [mm],
When the transmissive member has a toroidal shape having a curvature in the longitudinal direction, the radius of curvature in the longitudinal direction of the transmissive member is R [mm],
When the transmissive member has a spherical shape with a uniform curvature, the radius of curvature of the transmissive member is R [mm].
が満足されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の画像表示装置。
ただし、前記透過反射部材を介して前記画像の虚像を観察する観察者の視点から虚像までの距離をLimgとし、
前記透過部材が長手方向又は短手方向に曲率を有するシリンダ形状の場合に、前記透過部材の長手方向又は短手方向の曲率半径をRとし、
前記透過部材が長手方向に曲率を有するトロイダル形状の場合に、前記透過部材の長手方向の曲率半径をRとし、
前記透過部材が均一な曲率を有する球面形状の場合に、前記透過部材の曲率半径をRとする。 0.005 ≦ R / Limg ≦ 0.15
Is satisfied, The image display apparatus as described in any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned.
However, the distance from the viewpoint of the observer who observes the virtual image of the image through the transmission / reflection member to the virtual image is Limg,
When the transmission member has a cylindrical shape having a curvature in the longitudinal direction or the short direction, the radius of curvature in the longitudinal direction or the short direction of the transmission member is R,
When the transmission member has a toroidal shape having a curvature in the longitudinal direction, the curvature radius in the longitudinal direction of the transmission member is R,
Let R be the radius of curvature of the transmitting member when the transmitting member has a spherical shape with a uniform curvature.
0.8≦R/R´≦2.2が満足されることを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載の画像表示装置。 When the transmissive member has a toroidal shape, the transmissive member has a curvature in the short direction, the radius of curvature in the longitudinal direction of the transmissive member is R, and the radius of curvature R ′ in the short direction.
The image display device according to claim 6, wherein 0.8 ≦ R / R ′ ≦ 2.2 is satisfied.
画像データに基づく光を出射する光源部と、
前記光源部からの光により前記透過部材を走査する、偏向手段を有する走査光学系と、を更に含み、
前記偏向手段と前記透過部材との間に光学部材を含まないことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の画像表示装置。 The image forming unit includes:
A light source that emits light based on image data;
A scanning optical system having a deflection unit that scans the transmission member with light from the light source unit, and
The image display apparatus according to any one of claims 1 to 12, characterized in that does not include the optical member between the transparent member and the deflecting means.
前記画像形成部からの光を透過反射部材に向けて反射させる凹面ミラーと、を備え、
前記画像の中心を形成した光は、前記凹面ミラーの中心以外の位置に入射し、前記凹面ミラーの中心以外の位置で反射された光の一部は、前記透過反射部材で反射されアイボックスの中央に入射する画像表示装置。 An image forming unit that forms an image with light and emits light that has formed the image;
A concave mirror that reflects the light from the image forming unit toward the transmission / reflection member,
The light that forms the center of the image is incident on a position other than the center of the concave mirror, and a part of the light reflected at a position other than the center of the concave mirror is reflected by the transmissive reflecting member and reflected by the eye box. An image display device that enters the center .
前記画像表示装置が搭載された物体と、を備える物体装置。
The image display device according to any one of claims 1 to 15 ,
And an object on which the image display device is mounted.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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