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公開番号2024046651
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-03
出願番号2023215280,2023565454
出願日2023-12-20,2023-03-29
発明の名称空中像表示装置
出願人京セラ株式会社
代理人個人
主分類G02B 30/56 20200101AFI20240327BHJP(光学)
要約【課題】利用者が視認する空中像に歪みが生じたり、空中像の輝度が低下したりすることがない、空中像の表示品位が向上した空中像表示装置
【解決手段】本開示の空中像表示装置10は、表示装置2と、凸面鏡4と、凹面鏡5とを備える。凸面鏡4は、表示装置2から射出された画像光を反射する。凹面鏡5は、凸面鏡4によって反射された画像光を、凸面鏡4に向かう方向とは異なる方向に反射し、実像の空中像Rとして結像する。凹面鏡5の湾曲度が、凸面鏡4の湾曲度よりも大きい。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
表示装置と、
前記表示装置から射出された画像光を反射する自由曲面凸面鏡と、
前記自由曲面凸面鏡によって反射された前記画像光を、前記自由曲面凸面鏡に向かう方向とは異なる方向に反射し、反射された光を収束させて実像の空中像として結像する自由曲面凹面鏡と、を備え、
前記自由曲面凹面鏡の湾曲度が、前記自由曲面凸面鏡の湾曲度よりも大きく、
前記空中像は、前記凹面鏡と利用者との間の空間に実像として結像され、
前記空中像の仮想結像面に直交する方向に沿って、前記仮想結像面の側から、前記表示装置、前記自由曲面凸面鏡、および前記自由曲面凹面鏡を見たとき、前記表示装置と前記自由曲面凸面鏡は少なくとも一部が重なり、前記自由曲面凸面鏡と前記自由曲面凹面鏡は少なくとも一部が重なっている、空中像表示装置。
続きを表示（約 510 文字）【請求項２】
前記表示装置の表示面を含む前記仮想平面に対する前記自由曲面凸面鏡の傾斜角度が、前記空中像の仮想結像面に対する前記自由曲面凹面鏡の反射面の傾斜角度よりも小さい、請求項１に記載の空中像表示装置。
【請求項３】
前記自由曲面凹面鏡の反射面の最大径の長さが、前記自由曲面凸面鏡の反射面の最大径の長さよりも大きく、前記自由曲面凸面鏡の反射面の最大径の長さが前記表示装置の表示面の最大径の長さよりも大きい、請求項１に記載の空中像表示装置。
【請求項４】
前記空中像の仮想結像面に平行な方向に沿って、前記自由曲面凹面鏡の背面側から前記自由曲面凹面鏡を見たとき、前記自由曲面凹面鏡が、前記表示装置と前記自由曲面凸面鏡に重なっている、請求項１に記載の空中像表示装置。
【請求項５】
前記表示装置から前記自由曲面凸面鏡を経て前記自由曲面凹面鏡に至る光路中に、他の光学素子を含まない、請求項１に記載の空中像表示装置。
【請求項６】
前記自由曲面凸面鏡は、前記自由曲面凹面鏡から前記仮想結像面に至る光路に重ならない、請求項１～５のいずれか１項に記載の空中像表示装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、空中像表示装置に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載された空中像表示装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１１－２５３１２８号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の空中像表示装置は、表示装置と、
前記表示装置から射出された画像光を反射する凸面鏡と、
前記凸面鏡によって反射された前記画像光を、前記凸面鏡に向かう方向とは異なる方向に反射し、実像の空中像として結像する凹面鏡と、を備え、
前記凹面鏡の湾曲度が、前記凸面鏡の湾曲度よりも大きい。
【０００５】
また、本開示の空中像表示装置は、表示装置と、
前記表示装置から射出された画像光を、前記表示装置に向かう方向とは異なる方向に反射する第１凹面鏡と、
前記第１凹面鏡によって反射された前記画像光を、前記第１凹面鏡に向かう方向とは異なる方向に反射する凸面鏡と、
前記凸面鏡によって反射された前記画像光を、前記凸面鏡に向かう方向とは異なる方向に反射し、実像の空中像として結像する第２凹面鏡と、を備え、
前記第１凹面鏡の湾曲度をＳａ１とし、前記凸面鏡の湾曲度をＳｂとし、前記第２凹面鏡の湾曲度をＳａ２としたとき、Ｓａ１＞Ｓａ２＞Ｓｂである。
【０００６】
また、本開示の空中像表示装置は、表示装置と、
前記表示装置から射出された画像光を反射し、実像の空中像として結像する反射光学系と、を備え、
前記空中像は、歪みが５％以下であるとともに、変調伝達関数で表される、最大値を１に正規化したコントラスト値が、空間周波数３～１０サイクル／ミリメートルにおいて、０．２以上である。
【０００７】
また、本開示の空中像表示装置は、表示装置と、
前記表示装置から射出された画像光を反射し、実像の空中像として結像する反射光学系と、を備え、
前記反射光学系は、前記表示装置から射出された画像光を、前記表示装置に向かう方向とは異なる方向に反射する第１凹面鏡と、
前記第１凹面鏡によって反射された前記画像光を、前記第１凹面鏡に向かう方向とは異なる方向に反射し、実像の空中像として結像する第２凹面鏡と、を備え、
前記第１凹面鏡の湾曲度が前記第２凹面鏡の湾曲度よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本開示の一実施形態の空中像表示装置の要部構成を示す側面図である。
本開示の他の実施形態の空中像表示装置の要部構成を示す側面図である。
図１Ｂの空中像表示装置の第１凹面鏡の湾曲度の定義を説明する図である。
図１Ｂの空中像表示装置の利用者が視認する空中像の一例を示す、シミュレーション結果の図である。
図１Ｂの空中像表示装置の利用者が視認する空中像の一例を示す、シミュレーション結果の図である。
図１Ｂの空中像表示装置の変調伝達関数を示すグラフである。
図１Ｂの空中像表示装置の変調伝達関数を示すグラフである。
本開示の他の実施形態の空中像表示装置の要部構成を示す側面図である。
図７の空中像表示装置の利用者が視認する空中像の一例を示す、シミュレーション結果の図である。
図７の空中像表示装置の変調伝達関数を示すグラフである。
図７の空中像表示装置の変調伝達関数を示すグラフである。
本開示の他の実施形態の空中像表示装置の要部構成を示す側面図である。
図１１の空中像表示装置の利用者が視認する空中像の一例を示す図である。
図１１の空中像表示装置の利用者が視認する空中像の一例を示す図である
図１１の空中像表示装置の利用者が視認する空中像の一例を示す、シミュレーション結果の図である。
図１１の空中像表示装置の変調伝達関数を示すグラフである。
図１１の空中像表示装置の変調伝達関数を示すグラフである。
本開示の他の実施形態の空中像表示装置の要部構成を示す側面図である。
図１７の空中像表示装置の第１凹面鏡の湾曲度の定義を説明する図である。
図１７の空中像表示装置の要部構成を示す斜視図である。
図１７の空中像表示装置の歪発生のメカニズムを説明する部分斜視図である。
図１７の空中像表示装置の利用者が視認する空中像の一例を示す、シミュレーション結果の図である。
図１７の空中像表示装置の利用者が視認する空中像の一例を示す、シミュレーション結果の図である。
図１７の空中像表示装置の利用者が視認する空中像の一例を示す、シミュレーション結果の図である。
図１Ｂの空中像表示装置における光線の広がりを説明する要部構成の側面図である。
表示装置としての液晶表示装置の光線角度とコントラスト比との関係を示すグラフである。
本開示の他の実施形態の空中像表示装置であって、図１Ｂの空中像表示装置において視野角制御フィルムを付加した表示装置の側面図である。
本開示の他の実施形態の空中像表示装置であって、図１Ｂの空中像表示装置において視野角制御フィルムを付加した表示装置の側面図である。
本開示の一実施形態の空中像表示装置を用いた変調伝達関数（ＭＴＦ）測定装置を示す斜視図である。
図２６のＭＴＦ測定装置における空中像表示装置の構成を示す断面図である。
空中像表示装置が結像する空中像のＭＴＦを測定するためのテストパターンの一例を示す部分拡大図である。
撮像装置によって撮像されたテストパターンの撮像画像を示す部分拡大図である。
撮像装置によって撮像されたテストパターンの撮像画像を示す部分拡大図である。
図３０の撮像画像から算出された輝度分布波形の線広がり関数を示すグラフである。
図３１の線広がり関数から算出されたＭＴＦを示すグラフである。
空中像表示装置が結像する空中像のＭＴＦを測定するためのテストパターンの他の例を示す図である。
撮像装置によって撮像されたテストパターンの撮像画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
特許文献１に記載された空中像表示装置は、表示装置が射出する画像光を、再帰反射板および偏光フィルタ等の光学素子を用いて、空中像として結像させるが、利用者が視認する空中像に歪みが生じたり、空中像の輝度が低下したりすることがあった。空中像の表示品位が向上した空中像表示装置が求められている。
【００１０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明がされる。以下で参照する各図は、実施形態に係る空中像表示装置の主要な構成要素を示している。実施形態に係る表示装置は、図示されていない光学素子保持部材、カメラ等の周知の構成要素を備えていてもよい。以下の参照する各図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。また、一部の図面において、便宜的に、直交座標系ＸＹＺを定義する。
（【００１１】以降は省略されています）

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