JP7459221B2 - 多視点角度空中投影装置 - Google Patents

Description

本開示は、角度の異なる複数の指向性光源を利用して複数の指向性像ビームを生成し、結像凹面鏡または表示パネルを共有する多視点角度空中投影装置を対象とする。複数の指向性像ビームは、結像凹面鏡で反射して多視点角度空中投影の実像を形成し、それによってコストが下がり、スペースが縮小し、像の輝度が向上し、エネルギー消費および発熱を低減する。

車両用のヘッドアップディスプレイには、プロジェクタおよびスクリーンが備わっている。プロジェクタの信号源は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であってよく、スクリーンは、半透明のスクリーンまたはフロントガラスであってよい。プロジェクタの内部の光学素子は、信号源の光をスクリーンに投影し、信号源のテキストまたは像は、スクリーンに反射して表示される。

信号源の光がスクリーンに投影される光路には、通常、凹面鏡が設けられる。信号源の光は、凹面鏡の反射によって増幅されてからスクリーンに投影される。

凹面鏡の焦点距離はＦであり、物体と凹面鏡との間の距離は、物体距離ｕであり、像と凹面鏡との間の距離は、像距離ｖである。凹面鏡の結像原理は以下の通りである。

図１Ａに示したように、物体距離が焦点距離の２倍よりも大きい、すなわちｕ＞２Ｆのとき、像は、倒立縮小実像であり、２Ｆ点と凹面鏡の前の焦点との間に位置する。すなわちＦ＜ｖ＜２Ｆである。物体距離が大きいほど、実像は小さくなる。

図１Ｂに示したように、物体距離が焦点距離の２倍に等しい、すなわちｕ＝２Ｆのとき、像は、倒立同一サイズの実像であり、凹面鏡の前の２Ｆ点に位置する。すなわちｖ＝２Ｆである。

図１Ｃに示したように、物体距離が焦点と２Ｆ点との間、すなわちＦ＜ｕ＜２Ｆのとき、像は、倒立拡大実像であり、凹面鏡の前の２Ｆ点の外に位置する。すなわちｖ＞２Ｆである。物体距離が大きいほど、実像は大きくなる。

物体距離が焦点距離に等しい、すなわちｕ＝Ｆのとき、物体から凹面鏡に投射される光線は、平行な光線として反射し、像は無限遠で形成され、すなわちｖ∞である。

図１Ｄに示したように、物体距離が焦点距離よりも小さい、すなわちｕ＜Ｆのとき、像は、凹面鏡の後ろの正立拡大虚像である。物体距離が短いほど、虚像は大きくなる。

図２に示したように、実像を投影するために結像凹面鏡３を凹面鏡として使用する。正立像を表示する表示パネル２と結像凹面鏡３との間の距離が結像凹面鏡３の焦点距離よりも大きいとき、表示パネル２の任意の点から投射された像光線は、結像凹面鏡３で反射し、結像点で収束する。像が観察者の前方で形成される場合、観察者は、倒立実像ＤＲが見える。図３に示したように、表示パネル２が倒立像を表示した場合、結像凹面鏡３によって正立像が投影され得る。

図４に示したように、表示パネル２から投射された像の光は、結像凹面鏡３とフロントガラス４を順に透過してから観察者に投射される。プロジェクタの光学素子は、計器盤の下に隠れていることがあるため、観察者は、運転室内で浮かび上がる実像ＤＲが見えるだけである。

一般に、運転席および助手席にいる２人の観察者Ｐ１とＰ２との間の距離は、約６０～１００ｃｍであり、観察者の目からフロントガラスまでの水平視距離は、約５０～９０ｃｍである。換言すれば、投影された実像は、フロントガラスの内側に位置し、フロントガラスよりも観察者の方に近い。

図５に示したように、運転者Ｐ１と助手席の乗員Ｐ２の両者が空中に投影された実像を同時に見えるようにするためには、投影像は、６０～１００度の広い視野角を有する必要がある。

図６Ａに示したように、従来の実像投影は、指向性ではないバックライト光源を使用しており、表示パネル２は、面積の大きい結像凹面鏡３を備えている必要があるため、実像ＤＲは、運転席にいる観察者Ｐ１と助手席にいる観察者Ｐ２に同時に投射されることがある。

図６Ｂに示したように、上記の構成によれば、バックライト光源１は、表示パネル２を照明し、光の量は広い視野角に均等に分散され、それによって輝度が不十分になるおそれがある。高出力のバックライト光源を使用する場合、エネルギー消費および高熱という欠点がある。大面積の結像凹面鏡を使用することは、費用がかかるだけでなく、設置スペースの必要性も増す。

本開示は、２つの指向性光源、２つの表示パネルおよび１つの結像凹面鏡を含む多視点角度空中投影装置を提供する。２つの指向性光源は、２つの表示パネルに対応し、各々の指向性光源は、指向性光ビームを放出するように適応している。各々の指向性光ビームは、表示パネルの対応する方の像を照明して指向性像ビームを形成する。２つの指向性像ビームはそれぞれ、同じ結像凹面鏡で反射し、２つの視野領域に投射され、２つの空中投影実像を形成する。結像凹面鏡上の２つの指向性像ビームに対応する反射領域は、完全に重なるかほとんど重なり、２つの視野領域の２つの視野角の間の視野角差は大きくなる。

また、多視点角度空中投影装置はさらに、２つの調整反射器を含み、各々の調整反射器は、２つの表示パネルと結像凹面鏡との間の光路に配置される。２つの指向性像ビームはそれぞれ、最初に２つの調整反射器で反射し、その後、同じ結像凹面鏡に投射される。各々の調整反射器は、凹面鏡または凸面鏡である。

任意で、多視点角度空中投影装置は、３つ以上の指向性光源を含む。表示パネルおよび調整反射器の数は、指向性光源の数に対応し、各々の指向性光ビームは、対応する表示パネルの像を照明して指向性像ビームを形成し、指向性像ビームはその後、対応する調整反射器で反射し、結像凹面鏡に投射される。

本開示はさらに、２つの指向性光源、１つの表示パネル、２つの反射器および１つの結像凹面鏡を含む多視点角度空中投影装置を提供する。表示パネルは、２つの指向性光源に対応して像を時分割で表示するように適応している。２つの指向性光源は、表示パネル上の２つの像の時分割表示と同期する。各々の指向性光源は、指向性光ビームを投射するように適応している。各々の指向性光ビームは、表示パネルの対応する像を照明して指向性像ビームを形成する。２つの反射器は、表示パネルと結像凹面鏡との間の光路に配置され、平面鏡である。２つの指向性光源は、２つの指向性像ビームが２つの反射器で反射して同じ結像凹面鏡で収束するように２つの反射器に対応している。２つの指向性像ビームはその後、結像凹面鏡で反射し、２つの視野領域に投射されて、２つの空中投影実像をそれぞれ形成し、同じ表示パネル上の対応する２つの指向性光ビームの照明領域は、完全に重なるかほとんど重なる。同じ結像凹面鏡で対応する２つの指向性像ビームの反射領域は、完全に重なるかほとんど重なり、２つの視野領域の２つの視野角の間の視野角差は大きくなる。

また、多視点角度空中投影装置はさらに、２つの調整反射器を含み、各々の調整反射器は、表示パネルと結像凹面鏡との間の光路に配置される。２つの指向性像ビームはそれぞれ、最初に２つの調整反射器で反射し、その後、同じ結像凹面鏡に投射される。各々の調整反射器は、凹面鏡または凸面鏡である。

任意で、多視点角度空中投影装置は、３つ以上の指向性光源を含む。反射器および調整反射器の数は、指向性光源の数に対応する。表示パネルによって時分割で表示される像の数も指向性光源の数に対応する。各々の指向性光ビームは、対応する表示パネルの像を照明して指向性像ビームを形成し、指向性像ビームはその後、対応する反射器で反射し、対応する調整反射器で反射し、同じ結像凹面鏡に投射される。

本開示はさらに、２つの指向性光源、１つの表示パネルおよび２つの結像凹面鏡を含む多視点角度空中投影装置を提供する。表示パネルは、２つの指向性光源に対応する像を時分割で表示するように適応している。２つの指向性光源は、表示パネル上の２つの像の時分割表示と同期する。２つの指向性光源は、２つの結像凹面鏡に対応し、各々の指向性光源は、指向性光ビームを投射するように適応している。２つの指向性光ビームはそれぞれ、対応する像を照明し、像は、表示パネルで時分割表示されて２つの指向性像ビームを形成する。指向性像ビームは、対応する結像凹面鏡でそれぞれ反射し、その後、２つの視野領域に投射されて空中投影実像を形成する。表示パネル上で対応する２つの指向性光ビームの照明領域は、完全に重なるかほとんど重なり、２つの視野領域の２つの視野角の間の視野角差は大きくなる。

また、多視点角度空中投影装置はさらに、２つの調整反射器を含み、各々の調整反射器は、表示パネルと２つの結像凹面鏡との間の光路に配置される。２つの指向性像ビームはそれぞれ、最初に２つの調整反射器で反射し、その後、結像凹面鏡にそれぞれ投射される。各々の調整反射器は、凹面鏡または凸面鏡である。

任意で、多視点角度空中投影装置は、３つ以上の指向性光源を含む。調整反射器および結像凹面鏡の数は、指向性光源の数に対応する。表示パネルによって時分割で表示される像の数も指向性光源の数に対応する。各々の指向性光ビームは、対応する表示パネルの像を照明して指向性像ビームを形成し、指向性像ビームはその後、対応する調整反射器で反射し、対応する結像凹面鏡に投射される。

また、前述の多視点角度空中投影装置では、２つの視野領域に投射される２つの指向性像ビームの光路にフロントガラスがさらに設けられる。

また、前述の多視点角度空中投影装置では、結像凹面鏡に投射される前に２つの指向性像ビームの光路に近軸反射器がさらに設けられる。

任意で、近軸反射器は、光の出口に配置される半反射器である。

任意で、近軸反射器は、光の出口に配置される反射偏光子である。表示パネルの光放出側には１／４波長板が設けられる。反射偏光子には、結像凹面鏡に対向する側に１／４波長板も設けられる。

凹面鏡の結像原理の概略図である。 凹面鏡の結像原理の概略図である。 凹面鏡の結像原理の概略図である。 凹面鏡の結像原理の概略図である。 実像を形成する結像凹面鏡の概略図である。 観察者が結像凹面鏡の空中投影実像を見ている様子の概略図である。 車両に実像空中投影を適用している様子の概略図である。 車両での空中投影実像の視野角の概略図である。 車両での従来の空中投影装置の概略図である。 車両での従来の空中投影装置の概略図である。 本開示の第１の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第１の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第２の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第２の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第３の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第３の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 近軸反射器を有する前述の実施形態の多視点角度空中投影装置の概略図である。 凹面調整反射器を有する前述の実施形態の多視点角度空中投影装置の概略図である。 凸面調整反射器を有する前述の実施形態の多視点角度空中投影装置の概略図である。 前述の実施形態の多視点角度空中投影装置の光の出口を通過する像ビームの概略図である。 光の出口に半反射器を有する前述の実施形態の多視点角度空中投影装置の概略図である。 光の出口に反射偏光子を有する前述の実施形態の多視点角度空中投影装置の概略図である。 光の出口に反射偏光子を有する前述の実施形態の多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第４の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第５の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第６の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第７の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第７の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第７の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第８の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。 本開示の第９の実施形態による多視点角度空中投影装置の概略図である。

以下の実施形態は、複数の観察者が鮮明で明るい像を同時に見ることを可能にする多視点角度空中投影装置を提供し、投影装置のサイズは縮小できる。多視点角度は、複数の観察者が像を同時に見ることができることを意味し、例えば２つの視野角、３つの視野角、４つの視野角または複数の視野角があり、それぞれの視野角で、１人以上の観察者がその視野角内で自分の目で見ることができる。以下、説明を簡単にするために、２人の観察者に適している２つの視野角を以下の実施形態で使用する。

図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、２つの指向性光源と、２つの表示パネルと、実像を生成して２つの視野角を形成する結像凹面鏡とを使用する本開示の実施形態による多視点角度空中投影装置を示しており、結像凹面鏡は共有される。多視点角度空中投影装置は、
第１の指向性光ビームＬ１を投射する第１の指向性光源１１と、
第２の指向性光ビームＬ２を投射する第２の指向性光源１２と、
第１の像を表示する第１の表示パネルであって、第１の指向性光ビームＬ１が第１の表示パネル２１を照明して第１の指向性像ビームＤ１を形成する、第１の表示パネル２１と、
第２の像を表示する第２の表示パネルであって、第２の指向性光ビームＬ２が第２の表示パネル２２を照明して指向性像ビームＤ２を形成する、第２の表示パネル２２と、
第１の指向性像ビームＤ１および第２の指向性像ビームＤ２をそれぞれ第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）および第２の観察者Ｐ２（助手席の乗員の視野領域）に反射させて２つの空中投影実像を形成する結像凹面鏡３と
を有する。第１の指向性像ビームおよび第２の指向性像ビームＤ１、Ｄ２は、結像凹面鏡３で互いに完全に重なるかほとんど重なる反射領域を有する。例えば、反射領域どうしが重なる割合は７０％よりも多い。また、２つの視野領域の２つの視野角ＡＶ１とＡＶ２との間には、さらに大きい視野角差ＡＤがあり、例えば視野角差ＡＤは、３０度よりも大きい。

この実施形態では、結像凹面鏡３から第１の観察者Ｐ１および第２の観察者Ｐ２に投射される指向性像ビームＤ１、Ｄ２の光路上にフロントガラス４がさらに設けられる。第１の指向性像ビームＤ１および第２の指向性像ビームＤ２はそれぞれ、最初にフロントガラス４に投射され、その後、第１の観察者Ｐ１および第２の観察者Ｐ２に向かって反射する。

第１の指向性光源１１、第２の指向性光源１２、第１の表示パネル２１、および第２の表示パネル２２の角度を調整することによって、同じ結像凹面鏡３を共有でき、それによって結像凹面鏡３の面積を縮小する。例えば、従来技術と比較して、結像凹面鏡３の面積の３５％より多くを縮小でき、多視点角度で同時に見ることができる鮮明で明るい空中投影も達成し、組み立てスペースを削減し、コストが下がる。

また、２つの指向性像ビームＤ１、Ｄ２は、それぞれ第１の観察者Ｐ１および第２の観察者Ｐ２に投射され、投影実像Ｖ１、Ｖ２を空中に形成する。第１の表示パネル２１および第２の表示パネル２２は、同じまたは異なる像を表示でき、それによって第１の観察者Ｐ１および第２の観察者Ｐ２は、同じまたは異なる像を同時に見ることができる。

指向性光源には、例えば、レンズ型コリメータを有する光源、反射型コリメータを有する光源、レンズ型コリメータのアレイを有する光源アレイ、またはマイクロミラーアレイ反射拡散板を有する光源などがあるが、これに限定されない。

図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、２つの指向性光源と、２つの反射器と、表示パネルと、実像を生成して２つの視野角を形成する結像凹面鏡とを使用する本開示の実施形態による多視点角度空中投影装置を示しており、表示パネルおよび結像凹面鏡は共有される。多視点角度空中投影装置は、
第１の指向性光ビームＬ１を投射する第１の指向性光源１１と、
第２の指向性光ビームＬ２を投射する第２の指向性光源１２と、
２つの指向性光源に対応する像を時分割表示する表示パネルであって、２つの指向性光源の切り替えは、表示パネル２の時分割表示と同期し、第１の指向性光ビームＬ１および第２の指向性光ビームＬ２は、表示パネル２に時分割表示された対応する像を照明して第１の指向性像ビームＤ１および第２の指向性像ビームＤ２をそれぞれ形成し、表示パネル上の２つの指向性光ビームＬ１、Ｌ２の照明領域は、完全に重なるかほとんど重なり、例えば、照明領域が重なる割合は、７０％よりも多い、表示パネル２と
を有する。

表示パネル２から結像凹面鏡３に投射される指向性像ビームＤ１、Ｄ２の光路には、どちらも平面鏡である第１の反射器５１および第２の反射器５２がそれぞれ配置される。第１の指向性像ビームＤ１および第２の指向性像ビームＤ２は、表示パネル２から互いに離れる方向に向かって投射され、その光路は、第１の指向性像ビームＤ１および第２の指向性像ビームＤ２が同じ結像凹面鏡３に向けられるように、第１の反射器５１および第２の反射器５２の反射によって変化する。次に第１の指向性像ビームＤ１および第２の指向性像ビームＤ２は、結像凹面鏡３で反射し、それぞれ第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）および第２の観察者Ｐ２（助手席の乗員の視野領域）に投射され、それによって２つの空中投影実像を形成し、結像凹面鏡３に反射した指向性像ビームＤ１、Ｄ２の領域は、完全に重なるかほとんど重なり、例えば、反射領域が重なる割合は、７０％よりも多い。また、２つの視野領域の２つの視野角ＡＶ１とＡＶ２との間には、さらに大きい視野角差ＡＤがあり、例えば視野角差ＡＤは、３０度よりも大きい。

この実施形態では、結像凹面鏡３から第１の観察者Ｐ１および第２の観察者Ｐ２に投射される指向性像ビームＤ１、Ｄ２の光路にフロントガラス４がさらに設けられる。フロントガラス４の機能は前述の実施形態のものとほぼ同じであり、ここでは繰り返さない。

第１の指向性光源１１、第２の指向性光源１２、第１の反射器５１、および第２の反射器５２の角度を調整することにより、同じ表示パネル２および同じ結像凹面鏡３を共有することができ、それによって結像凹面鏡３の面積を縮小し、多視点角度で同時に見ることができる鮮明で明るい空中投影も達成し、組み立てスペースを削減し、コストが下がる。

図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、２つの指向性光源と、実像を生成して２つの視野角を形成する結像凹面鏡とを使用する本開示の実施形態による多視点角度空中投影装置を示しており、表示パネルは共有される。多視点角度空中投影装置は、
第１の指向性光ビームＬ１を投射する第１の指向性光源１１と、
第２の指向性光ビームＬ２を投射する第２の指向性光源１２と、
２つの指向性光源に対応する像を時分割表示する表示パネルであって、２つの指向性光源の切り替えは、表示パネル２の時分割表示と同期し、第１の指向性光ビームＬ１および第２の指向性光ビームＬ２は、表示パネル２に時分割表示された対応する像を照明して第１の指向性像ビームＤ１および第２の指向性像ビームＤ２をそれぞれ形成し、表示パネル上の２つの指向性光ビームＬ１、Ｌ２の照明領域は、完全に重なるかほとんど重なり、例えば、照明領域が重なる割合は、７０％よりも多い、表示パネル２と、
第１の指向性像ビームＤ１を反射する第１の結像凹面鏡３１と、
第２の指向性像ビームＤ２を反射する第２の結像凹面鏡３２と、
を有する。

第１の指向性像ビームＤ１は、第１の結像凹面鏡３１で反射して第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）に向かい、第２の指向性像ビームＤ２は、第２の結像凹面鏡３２で反射して第２の観察者Ｐ２（助手席の乗員の視野領域）に向かい、それによって２つの空中投影実像を形成する。また、２つの視野領域の２つの視野角ＡＶ１とＡＶ２との間にはより大きい視野角差ＡＤがあり、例えば視野角差ＡＤは、３０度よりも大きい。

この実施形態では、第１の結像凹面鏡３１および第２の結像凹面鏡３２から第１の観察者Ｐ１および第２の観察者Ｐ２に投射される指向性像ビームＤ１、Ｄ２の光路にフロントガラス４がさらに設けられる。フロントガラス４の機能は前述の実施形態のものとほぼ同じであり、ここでは繰り返さない。

第１の指向性光源１１、第２の指向性光源１２、第１の結像凹面鏡３１、および第２の結像凹面鏡３２の角度を調整することにより、同じ表示パネル２を共有でき、多視点角度で同時に見ることができる鮮明で明るい空中投影も達成し、組み立てスペースを削減し、コストが下がる。

また、２つの指向性像ビームＤ１、Ｄ２はそれぞれ、第１の観察者Ｐ１および第２の観察者Ｐ２に投射され、投影実像Ｖ１、Ｖ２を空中に形成する。時分割表示された表示パネル２の像は、同じであっても異なっていてもよい。表示される像が同じ場合、２つの指向性光ビームＬ１、Ｌ２は、時分割で切り替わらずに照明し続けるか、表示パネル２の時分割表示に同期して切り替わるかのいずれかであってよい。表示される像が異なる場合、２つの指向性光ビームＬ１、Ｌ２の切り替えは、表示パネル２の時分割表示に同期する。したがって、第１の観察者Ｐ１と第２の観察者Ｐ２は、同じ像または異なる像を同時に見ることができる。切り替え時間は、人間の目の視覚的持続よりも短く、例えば０．１秒であり、それによって観察者Ｐ１、Ｐ２は、像を見るときに邪魔だと感じない。

図１０に示したように、前述の実施形態では、結像凹面鏡３に投射される前に、指向性像ビームＤ１は、最初に近軸反射器６で反射し、その後、結像凹面鏡３に投射される。近軸反射器６は、光路を曲げるための平面鏡であってよく、それによって結像凹面鏡３への入射光と反射光の両方を近軸光路にして球面収差を低減し、像質を改善する。表示パネル２および他の構成要素を光路上に配置する際の柔軟性も良好になる。

図１１に示したように、前述の実施形態では、指向性像ビームＤ１の光路上の表示パネル２と近軸反射器６との間に、凹状調整反射器７１などの調整反射器をさらに設けて、拡大虚像ＤＶを形成できる。このように、前の実施形態と同様の規模の空中投影を達成するために、小さい表示パネル２および短い物体距離を利用できる。すなわち、調整反射器７１を使用することにより、像源および物体距離の規模を調整することが好ましい。

図１２に示したように、前述の実施形態では、調整反射器は、縮小虚像ＤＶを形成するための凸状調整反射器７２であってもよく、それによって像源および物体距離の規模を調整する。

図１３Ａに示したように、前述の実施形態では、結像凹面鏡３で反射した指向性像ビームＤ１が光の出口Ｔを通過し、その後フロントガラス４に投射される場合、結像凹面鏡３とフロントガラス４との間の光路は、結像凹面鏡３の光軸に接近する必要があり、近軸反射器６を避けるために使用スペースが制限される。

図１３Ｂに示したように、前述の実施形態に基づいて、近軸反射器６は、例えば反射が５０％で透過が５０％の半反射器６１など、半反射性かつ半透過性の光学素子であってよく、半反射器６１は、光の出口Ｔに配置されてよい。このように、調整反射器７１で反射した指向性像ビームＤ１は、最初に半反射器６１に投射され、指向性像ビームＤ１の一部は、反射して結像凹面鏡３に向かう。次に結像凹面鏡３で反射した指向性像ビームＤ１は、再び半反射器６１に投射され、半反射器６１を部分的に透過してフロントガラス４に入射する。この設計では、近軸光路を維持することが好ましく、必要なスペースを削減できる。また、光の出口Ｔを通過して内部光路に入る外光の量を減らして、表示パネル２の太陽光による損傷も防止できる。

半反射器６１には、フロントガラス４に対向している表面に反射防止膜８を設けて、半反射器６１で反射する太陽光または外光によって生じる観察者へのまぶしい光を軽減でき、それによって運転者および助手席の乗員の邪魔になるのを回避する。

図１４Ａに示したように、光の出口Ｔを通過して内部光路に入る外光の量を減らすもう一つの方法である。光がガラスを通過するとき、偏光Ｐ波成分の透過率は、偏光Ｓ波成分の透過率よりも高いことが知られている。特に入射角がブリュースター角に等しいとき、偏光Ｐ波成分の透過率は１００％に近く、すなわちほとんどすべてが透過できるが、偏光Ｓ波成分の透過率は、入射角が大きくなるにつれて低くなる。この実施形態では、偏光状態の異なる像ビームを反射させて透過させるために、前述の実施形態の近軸反射器６の代わりに偏光ビームスプリッタを使用する。例えば、偏光Ｐ波成分を反射させて偏光Ｓ波成分を透過させるために反射偏光子６２を使用する。反射偏光子６２は、フロントガラス４を透過する太陽光または外光の偏光Ｐ波成分を遮断でき、指向性像ビームＤ１の偏光Ｓ波成分が光の出口Ｔを通過してフロントガラス４で反射して観察者に向かう割合を高めることが可能になる。これに応じて、表示パネル２の光放出側と反射偏光子６２の結像凹面鏡３に対向している側のそれぞれに位相遅延器を設けることができる。位相遅延器は、例えば、指向性像ビームＤ１の偏光状態を変換するための１／４波長板９１、９２であってよい。

反射偏光子６２には、フロントガラス４に対向する側に反射防止膜８を設けることができる。反射防止膜８の機能は前述の実施形態のものとほぼ同じであり、ここでは繰り返さない。

図１４Ｂを参照すると、図１４Ａによる偏光変換方法の光路が示されている。第１の１／４波長板９１は、表示パネル２の光放射側に隣接していて、結像凹面鏡３に入射してそこから反射する光の光路を遮断しない。第２の１／４波長板９２は、結像凹面鏡３に面していて、光の出口Ｔで反射偏光子６２の片面に隣接し、第２の１／４波長板９２は、表示パネル２から調整反射器７１に投射される指向性像ビームＤ１の光路を遮断しない。表示パネル２から投射された指向性像ビームＤ１はＳ偏光であり、Ｓ偏光は、第１の１／４波長板９１によって左円偏光に変換される。指向性像ビームＤ１が調整反射器７１で反射した後、右円偏光に変換される。指向性像ビームＤ１は、最初に第２の１／４波長板９２を通過し、Ｐ偏光に変換される。その後、Ｐ偏光は、反射偏光子６２で反射して第２の１／４波長板９２に投射される。指向性像ビームＤ１は、２回目に第２の１／４波長板９２を通過し、右円偏光に変換される。次に、指向性像ビームＤ１は、結像凹面鏡３で反射して左円偏光に変換され、その後、３回目に第２の１／４波長板９２に投射されてそこを通過し、左円偏光はＳ偏光に変換される。Ｓ偏光は、近軸反射偏光子６２を透過して投射されて光の出口Ｔから出る。

図１５Ａは、本開示による多視点角度空中投影装置を示しており、図７Ａ、図７Ｂおよび図１３Ｂに示した実施形態に開示した特徴を組み合わせたものである。多視点角度空中投影装置の光学素子は、光の出口Ｔで半反射器６１を通して実像Ｖ１、Ｖ２を投影するために結像凹面鏡３を利用するものであり、結像凹面鏡３は共有される。例えば、投影された実像Ｖ１が形成されるとき、第１の指向性光源１１によって投射された第１の指向性光ビームＬ１は、第１の表示パネル２１を照明して第１の指向性像ビームＤ１を形成する。次に第１の指向性像ビームＤ１は、調整反射器７１に投射され、調整反射器７１で反射し、半反射器６１に投射される。第１の指向性像ビームＤ１は、一部が半反射器６１で反射して結像凹面鏡３に向かい、結像凹面鏡３で反射し、一部が半反射器６１の光の出口Ｔを透過する。透過した第１の指向性像ビームＤ１は、フロントガラス４に投射され、最終的に空中投影実像Ｖ１を形成して第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）に到達する。投影実像Ｖ２を形成する光路は、投影実像Ｖ１の光路とほぼ同じで、第１の指向性像ビームＤ１と第２の指向性像ビームＤ２の反射領域は、結像凹面鏡３上で互いに完全に重なるかほとんど重なる。

図１５Ｂは、本開示による多視点角度空中投影装置を示しており、図７Ａ、図７Ｂおよび図１４Ｂに示した実施形態に開示した特徴を組み合わせたものである。多視点角度空中投影装置の光学素子は、光の出口Ｔで反射偏光子６２を通して実像Ｖ１、Ｖ２を投影するために結像凹面鏡３を利用するものであり、結像凹面鏡３は共有される。例えば、投影された実像Ｖ１が形成されるとき、第１の指向性光ビームＬ１は、第１の表示パネル２１および第１の１／４波長板９１を透過して第１の指向性像ビームＤ１を形成する。第１の指向性像ビームＤ１が調整反射器７１で反射した後、第１の指向性像ビームＤ１は、第２の１／４波長板９２を透過して反射偏光子６２に投射される。次に、第１の指向性像ビームＤ１は、反射偏光子６２で反射して、２回目に第２の１／４波長板９２を透過して結像凹面鏡３に投射される。次いで第１の指向性像ビームＤ１は、結像凹面鏡３で反射し、３回目に第２の１／４波長板９２を透過し、光の出口Ｔを通って投射され反射偏光子６２を形成する。透過した第１の指向性像ビームＤ１は、フロントガラス４に投射され、最終的に空中投影実像Ｖ１を形成して第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）に到達する。投影実像Ｖ２を形成する光路は、投影実像Ｖ１の光路とほぼ同じで、第１の指向性像ビームＤ１と第２の指向性像ビームＤ２の反射領域は、結像凹面鏡３上で互いに完全に重なるかほとんど重なる。

図１６Ａは、本開示による多視点角度空中投影装置を示しており、図８Ａ、図８Ｂおよび図１３Ｂに示した実施形態に開示した特徴を組み合わせたものである。多視点角度空中投影装置の光学素子は、光の出口Ｔで半反射器６１を通して実像Ｖ１、Ｖ２を投影するために表示パネル２および結像凹面鏡３を利用するものであり、表示パネル２および結像凹面鏡３は共有される。例えば、投影された実像Ｖ１が形成されるとき、第１の指向性光源１１によって投射された第１の指向性光ビームＬ１は、表示パネル２を照明して第１の指向性像ビームＤ１を形成する。第１の指向性像ビームＤ１は、最初に第１の反射器５１で反射し、その後、調整反射器７１に投射され、調整反射器７１で反射し、半反射器６１に投射される。第１の指向性像ビームＤ１は、一部が半反射器６１で反射して結像凹面鏡３に向かい、結像凹面鏡３で反射し、一部が半反射器６１の光の出口Ｔを透過する。透過した第１の指向性像ビームＤ１は、フロントガラス４に投射され、最終的に空中投影実像Ｖ１を形成して第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）に到達する。投影実像Ｖ２を形成する光路は、投影実像Ｖ１の光路とほぼ同じで、第１の指向性光ビームＬ１と第２の指向性光ビームＬ２の照明領域は、表示パネル２上で互いに完全に重なるかほとんど重なる。第１の指向性像ビームＤ１および第２の指向性像ビームＤ２は、表示パネル２から互いに離れる方向に向かって投射され、その光路は、第１の指向性像ビームＤ１と第２の指向性像ビームＤ２とが同じ結像凹面鏡３上で収束するように、第１の反射器５１および第２の反射器５２を利用して変更される。

図１６Ｂは、本開示による多視点角度空中投影装置を示しており、図８Ａ、図８Ｂおよび図１４Ｂに示した実施形態に開示した特徴を組み合わせたものである。多視点角度空中投影装置の光学素子は、光の出口Ｔで反射偏光子６２を通して実像Ｖ１、Ｖ２を投影するために表示パネル２および結像凹面鏡３を利用するものであり、表示パネル２および結像凹面鏡３は共有される。この実施形態の光路を示している図１６Ｃも参照されたい。例えば、投影された実像Ｖ１が形成されるとき、第１の指向性光源１１によって投射された第１の指向性光ビームＬ１は、表示パネル２を照明し、第１の１／４波長板９１を透過して第１の指向性像ビームＤ１を形成する。第１の指向性像ビームＤ１は、最初に第１の反射器５１で反射し、調整反射器７１に投射され、その後、調整反射器７１で反射する。反射した第１の指向性像ビームＤ１は、第２の１／４波長板９２を透過して、反射偏光子６２に投射される。次に、第１の指向性像ビームＤ１は、反射偏光子６２で反射し、第２の１／４波長板９２を透過して結像凹面鏡３に投射される。その後、第１の指向性像ビームＤ１は、結像凹面鏡３で反射し、光の出口Ｔで第２の１／４波長板９２および反射偏光子６２を透過する。透過した第１の指向性像ビームＤ１は、フロントガラス４に投射され、最終的に空中投影実像Ｖ１を形成して第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）に到達する。投影実像Ｖ２を形成する光路は、投影実像Ｖ１の光路とほぼ同じで、第１の指向性像ビームＤ１と第２の指向性像ビームＤ２の照明領域は、表示パネル２上で互いに完全に重なるかほとんど重なる。第１の指向性像ビームＤ１および第２の指向性像ビームＤ２は、表示パネル２から互いに離れる方向に向かって投射され、その光路は、第１の指向性像ビームＤ１と第２の指向性像ビームＤ２とが同じ結像凹面鏡３上で収束するように、第１の反射器５１および第２の反射器５２を利用して変更される。

図１６Ａおよび図１６Ｂに示した実施形態によれば、２つの指向性像ビームＤ１、Ｄ２は、それぞれ第１の観察者Ｐ１および第２の観察者Ｐ２に投射され、投影実像Ｖ１、Ｖ２を空中に形成する。表示パネル２の時分割表示された像は、同じであっても異なっていてもよい。表示される像が同じ場合、２つの指向性光ビームＬ１、Ｌ２は、時分割を切り替えずに照明し続けるか、表示パネル２の時分割表示と同期して切り替わるかのいずれかであってよい。表示される像が異なる場合、２つの指向性光ビームＬ１、Ｌ２の切り替えは、表示パネル２の時分割表示と同期する。したがって、第１の観察者Ｐ１と第２の観察者Ｐ２は、同じか異なる像を同時に見ることができる。切り替え時間は、観察者Ｐ１、Ｐ２が像を見る際に邪魔だと感じないように、人間の目の視覚持続時間よりも短い。

図１６Ｄは、図１６Ｂの第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）に対応する光路であり、第１の指向性像ビームＤ１の偏光状態の変換プロセスを示している。図１６Ｄに示した偏光状態は、図１４Ｂのものとほぼ同じであり、この実施形態と図１４Ｂとの違いは、表示パネル２によって投射されたＳ偏光が、第１の１／４波長板９１を通過した後に右円偏光に変換され、その後、第１の反射器５１で反射した後に左円偏光に変換されるという点である。この２つの実施形態のそれ以外の部分は同じであるため、ここでは繰り返さない。

図１７Ａは、本開示による多視点角度空中投影装置を示しており、図９Ａ、図９Ｂおよび図１３Ｂに示した実施形態に開示した特徴を組み合わせたものである。多視点角度空中投影装置の光学素子は、光の出口Ｔで半反射器６１を通して実像Ｖ１、Ｖ２を投影するために表示パネル２および複数の結像凹面鏡３１、３２を利用するものであり、表示パネル２は共有される。例えば、投影された実像Ｖ１が形成されるとき、第１の指向性光源１１によって投射された第１の指向性光ビームＬ１は、表示パネル２を照明して第１の指向性像ビームＤ１を形成する。次に第１の指向性像ビームＤ１は、調整反射器７１に投射され、調整反射器７１で反射し、半反射器６１に投射される。第１の指向性像ビームＤ１は、一部が半反射器６１で反射して第１の結像凹面鏡３１に向かい、第１の結像凹面鏡３１で反射し、一部が光の出口Ｔで半反射器６１を透過する。透過した第１の指向性像ビームＤ１は、フロントガラス４に投射され、空中投影実像Ｖ１を形成して第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）に到達する。投影実像Ｖ２を形成する光路は、投影実像Ｖ１の光路とほぼ同じで、第１の指向性光ビームＬ１と第２の指向性光ビームＬ２の照明領域は、同じ表示パネル２上で互いに完全に重なるかほとんど重なる。

図１７Ｂは、本開示による多視点角度空中投影装置を示しており、図９Ａ、図９Ｂおよび図１４Ｂに示した実施形態に開示した特徴を組み合わせたものである。多視点角度空中投影装置の光学素子は、光の出口Ｔで反射偏光子６２を通して実像Ｖ１、Ｖ２を投影するために表示パネル２および複数の結像凹面鏡３１、３２を利用するものであり、表示パネル２は共有される。例えば、投影された実像Ｖ１が形成されるとき、第１の指向性光源１１によって投射された第１の指向性光ビームＬ１は、表示パネル２を照明し、第１の１／４波長板９１を透過して第１の指向性像ビームＤ１を形成する。次に第１の指向性像ビームＤ１は、調整反射器７１に投射され、調整反射器７１で反射し、第２の１／４波長板９２を透過して、反射偏光子６２に投射される。第１の指向性像ビームＤ１は、反射偏光子６２で反射し、第２の１／４波長板９２を透過して第１の結像凹面鏡３１に投射される。その後、第１の指向性像ビームＤ１は、第１の結像凹面鏡３１で反射し、光の出口Ｔで第２の１／４波長板９２および反射偏光子６２を透過する。透過した第１の指向性像ビームＤ１は、フロントガラス４に投射され、空中投影実像Ｖ１を形成して第１の観察者Ｐ１（運転者の視野領域）に到達する。投影実像Ｖ２を形成する光路は、投影実像Ｖ１の光路とほぼ同じで、第１の指向性光ビームＬ１と第２の指向性光ビームＬ２の照明領域は、同じ表示パネル２上で互いに完全に重なるかほとんど重なる。

図１７Ａおよび図１７Ｂに示した実施形態によれば、２つの指向性像ビームＤ１、Ｄ２はそれぞれ、第１の観察者Ｐ１および第２の観察者Ｐ２に投射され、投影実像Ｖ１、Ｖ２を空中に形成する。表示パネル２の時分割表示された像は、同じであっても異なっていてもよい。表示される像が同じ場合、２つの指向性光ビームＬ１、Ｌ２は、時分割を切り替えずに照明し続けるか、表示パネル２の時分割表示と同期して切り替わるかのいずれかであってよい。表示される像が異なる場合、２つの指向性光ビームＬ１、Ｌ２の切り替えは、表示パネル２の時分割表示と同期する。したがって、第１の観察者Ｐ１と第２の観察者Ｐ２は、同じか異なる像を同時に見ることができる。切り替え時間は、観察者Ｐ１、Ｐ２が像を見る際に邪魔だと感じないように、人間の目の視覚持続時間よりも短い。

１：バックライト光源
１１、１２：指向性光源
２、２１、２２：表示パネル
３、３１、３２：結像凹面鏡
４：フロントガラス
５１、５２：反射器
６：近軸反射器
６１：半反射器
６２：反射偏光子
６５：ダッシュボード
７１、７２：調整反射器
８：反射防止膜
９１、９２：１／４波長板
ＡＶ１、ＡＶ２：視野角
ＡＤ：視野角差
Ｄ１、Ｄ２：指向性像ビーム
ＤＲ：実像
ＤＶ：虚像
Ｌ１、Ｌ２：指向性光ビーム
Ｐ１、Ｐ２：観察者
Ｔ：光の出口
Ｖ１、Ｖ２：投影実像

Claims (13)

1. 多視点角度空中投影装置であって、
   少なくとも２つの指向性光源であって、前記指向性光源の各々はそれぞれ、指向性光ビームを放出するように適応している、少なくとも２つの指向性光源と、
   少なくとも２つの表示パネルであって、前記表示パネルの数は、前記少なくとも２つの指向性光源の数と同じであり、前記表示パネルの各々は、像を表示するように適応し、前記指向性光ビームの各々は、前記表示パネルのうちの対応する表示パネルの前記像を照明して指向性像ビームを形成する、少なくとも２つの表示パネルと、
   実像を形成するように適応している結像凹面鏡であって、前記２つの指向性像ビームは、前記結像凹面鏡で反射し、少なくとも２つの視野領域に投射されて、それぞれ少なくとも２つの空中投影実像を形成する、結像凹面鏡と
   を含み、
   前記結像凹面鏡の対応する前記少なくとも２つの指向性像ビームの反射領域は、同じか７０％よりも多く重なることを特徴とする、多視点角度空中投影装置。
2. 前記結像凹面鏡で反射し、その後、前記少なくとも２つの視野領域に投射される前記少なくとも２つの指向性像ビームの光路に配置されたフロントガラスをさらに含む、請求項１に記載の多視点角度空中投影装置。
3. 前記結像凹面鏡に投射される前の少なくとも２つの指向性像ビームの光路に配置される近軸反射器をさらに含む、請求項１に記載の多視点角度空中投影装置。
4. 前記近軸反射器は、光の出口に配置された半反射器であることを特徴とする、請求項３に記載の多視点角度空中投影装置。
5. 前記近軸反射器は、光の出口に配置された反射偏光子であり、前記少なくとも２つの表示パネルの各々の光放出側には、１／４波長板がそれぞれ設けられ、前記反射偏光子には、前記結像凹面鏡に対向する別の１／４波長板も設けられることを特徴とする、請求項３に記載の多視点角度空中投影装置。
6. 少なくとも２つの調整反射器をさらに含み、前記調整反射器は、像源の距離およびサイズを調整するための凹面鏡または凸面鏡であり、前記調整反射器の数は、前記指向性像ビームの数と同じであり、前記調整反射器の各々は、前記指向性像ビームの各々に対応し、前記少なくとも２つの表示パネルによって投射される前記少なくとも２つの指向性像ビームはそれぞれ、最初に前記少なくとも２つの調整反射器で反射し、その後、前記結像凹面鏡に投射される、請求項１に記載の多視点角度空中投影装置。
7. 多視点角度空中投影装置であって、
   少なくとも２つの指向性光源であって、前記指向性光源の各々がそれぞれ、指向性光ビームを放出するように適応している、少なくとも２つの指向性光源と、
   像を表示するように適応している表示パネルであって、前記指向性光ビームの各々は、前記表示パネルの前記像を照明して指向性像ビームを形成する、表示パネルと、
   平面鏡である少なくとも２つの反射器と、
   実像を形成するように適応している結像凹面鏡であって、前記２つの指向性像ビームはそれぞれ、前記少なくとも２つの反射器で反射し、前記結像凹面鏡に投射され、その後、前記結像凹面鏡で反射し、少なくとも２つの視野領域に投射されて少なくとも２つの空中投影実像を形成する、結像凹面鏡と
   を含み、
   前記結像凹面鏡の対応する前記少なくとも２つの指向性像ビームの反射領域は、同じか７０％よりも多く重なることを特徴とする、多視点角度空中投影装置。
8. 前記結像凹面鏡で反射し、その後、前記少なくとも２つの視野領域に投射される前記少なくとも２つの指向性像ビームの光路に配置されたフロントガラスをさらに含む、請求項７に記載の多視点角度空中投影装置。
9. 前記少なくとも２つの反射器で反射し、前記結像凹面鏡に投射される前の少なくとも２つの指向性像ビームの光路に配置される近軸反射器をさらに含む、請求項７に記載の多視点角度空中投影装置。
10. 前記近軸反射器は、光の出口に配置された半反射器であることを特徴とする、請求項９に記載の多視点角度空中投影装置。
11. 前記近軸反射器は、光の出口に配置された反射偏光子であり、前記表示パネルの光放出側には、１／４波長板が設けられ、前記反射偏光子には、前記結像凹面鏡に対向する別の１／４波長板も設けられることを特徴とする、請求項９に記載の多視点角度空中投影装置。
12. 少なくとも２つの調整反射器をさらに含み、前記調整反射器は、像源の距離およびサイズを調整するための凹面鏡または凸面鏡であり、前記調整反射器の各々は、前記指向性像ビームの各々に対応し、前記表示パネルによって投射された前記少なくとも２つの指向性像ビームはそれぞれ、最初に前記少なくとも２つの反射器で反射し、続いて前記少なくとも２つの調整反射器で反射し、その後、前記結像凹面鏡に投射される、請求項７に記載の多視点角度空中投影装置。
13. 前記表示パネルは、少なくとも２つの像を時分割で表示するように適応し、前記少なくとも２つの像は、前記少なくとも２つの指向性光ビームに対応して切り替えられ、前記少なくとも２つの指向性光源は、前記少なくとも２つの像の前記時分割表示と同期することを特徴とする、請求項７に記載の多視点角度空中投影装置。