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公開番号2025170456
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-19
出願番号2022163945
出願日2022-10-12
発明の名称光学システム
出願人マクセル株式会社
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類G02B 27/01 20060101AFI20251112BHJP(光学)
要約【課題】小型の光学系で十分な明るさと解像度が高い拡大映像を表示すること。本発明によれば、持続可能な開発目標の「9産業と技術革新の基盤をつくろう」に貢献する。
【解決手段】光学システムは、映像を表示する表示パネルと、表示パネルに光を供給する光源装置と、表示パネルからの映像光の発散角度を光源装置により調整し、映像光の発散角を考慮して設計した光学系と、を備え、表示パネルの映像表示面に表示された映像からの映像光を取り込み、光学系により拡大投写像を形成する。
【選択図】図4A
特許請求の範囲【請求項１】
光学システムであって、
映像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルに光を供給する光源装置と、
前記表示パネルからの映像光の発散角度を前記光源装置により調整し、前記映像光の発散角を考慮して設計した光学系と、を備え、
前記表示パネルの映像表示面に表示された映像からの映像光を取り込み、前記光学系により拡大投写像を形成する、光学システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
前記光学系は凹面ミラーを含み、前記表示パネルに表示された映像の映像光の前記光学系への取り込み量は、前記光源装置の光拡散特性により得られる前記表示パネルからの映像光発散角により決定される、光学システム。
【請求項３】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
前記光学系は画面中央の明るさを決める正の屈折力を有する凸レンズを含み、前記表示パネルの映像表示面に表示された映像を実像として拡大する、光学システム。
【請求項４】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
前記光学系は凹面ミラーと、前記表示パネルからの映像光が前記光学系に取り込まれる角度を調整する光学素子と、を含み、前記表示パネルの映像表示面に表示された映像を虚像として拡大する、光学システム。
【請求項５】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
前記光学系は画面中央の明るさを決める正の屈折力を有する凸レンズと、前記表示パネルからの映像光が前記光学系に取り込まれる角度を調整する光学素子と、を含み、前記表示パネルの映像表示面に表示された映像を実像として拡大する、光学システム。
【請求項６】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
前記光学系と前記表示パネルの間に配置され、前記表示パネルの映像表示面に映像光の拡散特性を制御する映像光制御シートを備え、
前記映像光制御シートは、前記表示パネルの視野角制御フィルムである、光学システム。
【請求項７】
請求項６に記載の光学システムにおいて、
前記光学系により得られる拡大像から拡散される映像光束の拡散角と拡散方向は、前記映像光制御シートと前記光源装置の拡散特性により調整される、光学システム。
【請求項８】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
前記光源装置は、
点状または面状の光源と、
前記光源からの光を反射させるリフレクタと、
前記リフレクタからの光を前記表示パネルに向けて導光する導光体と、を備え、
前記リフレクタの反射面は、前記光源の出射光の光軸に対して非対称な形状である、光学システム。
【請求項９】
請求項８に記載の光学システムにおいて、
前記導光体は、反射型導光体である、光学システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の光学システムにおいて、
前記リフレクタは、プラスチック材料またはガラス材料または金属材料を用いる、光学システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、狭角な発散特性を有する映像源に最適な光学システムの一例としてコンバイナー型ヘッドアップディスプレイに関する。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
映像源に映し出された映像を投写レンズで拡大し実像としての拡大像を得る光学システムや凹面ミラーで拡大し虚像を得る光学システムが知られている。これらの光学システムにおいて従来は映像源に映し出された映像を拡大する手段としての投写レンズや凹面ミラーの設計において、拡大映像の明るさを十分に確保するためには広範囲に発散映像光束捕捉するために特許文献１に開示された投写レンズや特許文献２に開示された大型の凹面ミラーが必要となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－０３５８７１号公報
特許６５４０９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
映像源に映し出された映像を投写レンズで拡大し実像としての拡大像を得る光学システムや凹面ミラーで拡大し虚像を得る光学システムにおいて、従来の映像源として例えば有機ＥＬ(Electric Luminescent)の場合は、有機ＥＬから出射する映像光は完全拡散となるため映像光をすべて取り込むためには大口径な投写レンズが必要となる。同様に映像光が完全拡散特性を有する映像源からの映像光束をすべて取り込もうとすると大型の凹面ミラーが必要になる。更に投写レンズの大口径化と良好なフォーカス性能を両立しようとすればレンズ枚数増が必要となる。同様に凹面ミラーによる虚像光学系においてもミラーを分割して複数枚として光学系を形成するなどの対応が必要となる。
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術の投写レンズを用いて実像の拡大像を得る光学系や凹面ミラーを用いて虚像の拡大像を得る光学系の設計において映像源からの映像光の拡散特性を含めた最適な光学系の構成や実現技術についての設計手法に関しては考慮されていない。
【０００６】
本発明の目的は、投写レンズを用いて実像の拡大像を得る光学系や凹面ミラーを用いて虚像の拡大像を得る光学系において映像源からの映像光の拡散特性を含めて最適設計を行うことで光学系の大口径化やレンズ枚数の増加、ミラー枚数の増加を低減する光学系構成や実現技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例として、光学システムは、映像を表示する表示パネルと、表示パネルに光を供給する光源装置と、表示パネルからの映像光を取り込む光学系と、光学系に取り込む映像光を調整する光学素子と、を備え、光学素子は、光学系に対向する表示パネルの映像表示面側に配置され、光学素子から出射され光学系へ入射する映像光の入射位置と入射角度を調整し、光学システムは、表示パネルの映像表示面からの映像光を取り込む光学系により拡大投写像を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、投写レンズを用いて実像の拡大像を得る光学系や凹面ミラーを用いて虚像の拡大像を得る光学系において映像源からの映像光の拡散特性を考慮して最適設計を行うことで光学系の大口径化やレンズ枚数の増加、ミラー枚数の増加を抑えたコストパフォーマンスが高い光学系構成を実現できる。以下、拡大虚像の光学系について基本構成、設計の考え方、効果について以下の実施形態を基に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の一実施例に係る映像源としての液晶パネルの視覚特性を説明する座標系を説明するための説明図である。
本発明の一実施例に係る映像源としての液晶パネルの視覚特性を説明するための説明図である。
本発明の一実施例に係る光学系の構成と投写レンズまたは凹面ミラーを含む光学系の設計環境を説明するための説明図である。
本発明の一実施例に係る光学系を構成する投写レンズまたは凹面ミラーを含む光学系により発生する収差量が映像光の拡散特性で変化することを説明する説明図である。
本発明の一実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系の原理を説明する説明図である。
本発明の第一実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系の具体的な構成の例を示す垂直断面図および水平断面図である。
本発明の第一実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系の具体的な構成の例を示す垂直断面図である。
本発明の一実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系の設計時に着目する映像表示装置の映像表示面の物点を示す面である。
本発明の第一実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系において凹面ミラー上の映像光束の大きさを示す図である。
本発明の第一実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系を構成するレンズ面上の映像光束の大きさを示す図である。
本発明の第一実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系のレンズデータを示す図である(物点を虚像形成面とした逆追跡データとして表示)。
本発明の第一実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系のレンズデータのうち自由曲面形状を形成する係数示す図である(物点を虚像形成面とした逆追跡データとして表示)。
本発明の第二実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系の具体的な構成の例を示す垂直断面図および水平断面図である。
本発明の第二実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系の具体的な構成の例を示す垂直断面図である。
本発明の第二実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系において凹面ミラー上の映像光束の大きさを示す図である。
本発明の第二実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系を構成するレンズ面上の映像光束の大きさを示す図である。
本発明の第二実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系のレンズデータを示す図である(物点を虚像形成面とした逆追跡データとして表示)。
本発明の第二実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系のレンズデータのうち自由曲面形状を形成する係数示す図である(物点を虚像形成面とした逆追跡データとして表示)。
本発明の第三実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系の具体的な構成の例を示す垂直断面図および水平断面図である。
本発明の第三実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系の具体的な構成の例を示す垂直断面図である。
本発明の第三実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系において凹面ミラー上の映像光束の大きさを示す図である。
本発明の第三実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系を構成するレンズ面上の映像光束の大きさを示す図である。
本発明の第三実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系のレンズデータを示す図である(物点を虚像形成面とした逆追跡データとして表示)。
本発明の第三実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系のレンズデータのうち自由曲面形状を形成する係数示す図である(物点を虚像形成面とした逆追跡データとして表示)。
本発明の第一実施例に係る光学系により得られる結像点でのスポット形状を示す図である。
本発明の第二実施例に係る光学系により得られる結像点でのスポット形状を示す図である。
本発明の第三実施例に係る光学系により得られる結像点でのスポット形状を示す図である。
本発明の一実施例に係る凹面ミラーを用いた虚像光学系の具体的な構成の例を示す構造図である。
本発明の一実施例に係る液晶パネルと光源装置の配置を示す上面図である。
本発明の一実施例に係る光源装置と液晶パネルの配置を示す構造図である。
光源装置の具体的な構成の例を示す斜視、上面および断面図である。
別方式の光源装置の具体的な構成の別の例を示す構造図である。
別方式の光源装置の具体的な構成の別の例の一部を抜粋した図である。
別方式の光源装置の具体的な構成の別の例の一部を抜粋した図である。
別方式の光源装置の具体的な構成の別の例の一部を抜粋した図である。
別方式の光源装置の具体的な構成の別の例を示す構造図である。
別方式の光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。
光源装置に備えた拡散板の具体的な構成の例を示す断面図である。
映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。
映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。
液晶パネルの視覚特性を測定する座標系を示す図である。
一般的な液晶パネルの輝度角度特性(長手方向)を示す図である。
一般的な液晶パネルの輝度角度特性(短手方向)を示す図である。
一般的な液晶パネルのコントラストの角度特性(長手方向)を示す図である。
一般的な液晶パネルのコントラストの角度特性(短手方向)を示す図である。
従来方式の設計手法による投写レンズの設計例を示す横断面図である。
光学系の設計データに用いた座標系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態(以下、「本開示」ともいう)の内容に限定されるものではない。本発明は、発明の精神ないし特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲またはその均等範囲物にも及ぶ。また、以下に説明する実施形態(実施例)の構成は、あくまで例示に過ぎないのであって、本明細書に開示される技術的思想の範囲において、当業者による様々な変更および修正が可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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