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JP-2026076752-A - 表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置

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Abstract

【課題】小型化を図ることが可能な表示装置を提供する。 【解決手段】表示装置１００は、表示光を出力する第１表示手段１１０と、平板形状を呈して平板面で表示光を受光可能な位置に配置される空中像結像素子１２０と、空中像結像素子１２０の平板面に設置されて第１表示器１１０より出力された表示光を反射する第１偏光透過反射膜１３０と、第１偏光透過反射膜１３０により反射された光を、第１偏光透過反射膜１３０へと折り返し反射させる折り返しミラー１４０と、折り返し反射された光を、第１偏光透過反射膜を透過する光に偏光させる偏光部材１５０とを有する。空中像結像素子１２０は、偏光部材１５０により偏光されて第１偏光透過反射膜１３０を透過した光を結像することにより、観察者Ｍが視認可能な空中像Ｑを生成する。 【選択図】 図１

Inventors

  • 濱田 一成

Assignees

  • 日本精機株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (8)

  1. 第１の基となる物体を示す表示光を出力する第１表示手段と、 平板形状を呈して平板面で前記表示光を受光可能な位置に配置される空中像結像素子と、 前記空中像結像素子の前記平板面に設置されて前記第１表示手段より出力された前記表示光を反射する第１偏光透過反射膜と、 前記第１偏光透過反射膜により反射された前記表示光を、前記第１偏光透過反射膜へと折り返し反射させる折り返しミラーと、 前記折り返しミラーにより折り返し反射された光を、前記第１偏光透過反射膜を透過する光に偏光させる偏光部材と を有し、 前記空中像結像素子は、前記偏光部材により偏光されて前記第１偏光透過反射膜を透過した光を結像することにより、観察者が視認可能な空中像を生成すること を特徴とする表示装置。
  2. 前記偏光部材は、前記折り返しミラーの鏡面に設けられること を特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記偏光部材は、前記第１偏光透過反射膜の外面に設けられること を特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  4. 前記折り返しミラーは、凹鏡面を備えること を特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  5. 第２の基となる物体を示す表示光を出力する第２表示手段を有し、 前記第１偏光透過反射膜が設置された前記平板面の反対側となる前記空中像結像素子の前記平板面には、前記第２表示手段より出力された前記表示光を反射して前記観察者に虚像を視認させると共に、前記空中像結像素子により結像された光を透過して前記観察者に前記空中像を視認させることが可能な第２偏光透過反射膜が設置されること を特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  6. 前記空中像結像素子と前記観察者との間に、前記空中像を拡大表示させるための凸レンズが配置されること を特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  7. 前記空中像と前記観察者の手の動きとを撮影することにより、前記空中像に対する前記観察者の操作内容を解析するための情報を取得するカメラを有すること を特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の表示装置を備えたヘッドアップディスプレイ装置。

Description

本開示は、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置に関する。 従来より、空間に実像を形成することにより、観察者に対して、空中に浮遊する像（空中像）を視認させる表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この表示装置では、表示器（「基となる物体」を示した光を出力する機器）より出力された表示光を、二面リフレクタアレイ（空中結像素子）に透過させることによって、観察者の視線上に空中像を結像させ、観察者に視認させる。 特開２０１２－２４７４５８号公報 実施の形態１に示す表示装置の概略構造を示した説明図である。実施の形態２に示す表示装置の概略構造を示した説明図である。実施の形態３に示す表示装置の概略構造を示した説明図である。実施の形態３に示す表示装置の他の概略構造を示した説明図である。実施の形態４に示す表示装置の概略構造を示した説明図である。実施の形態５に示す表示装置の概略構造を示した説明図である。実施の形態６に示す表示装置の概略構造を示した説明図である。実施の形態７に示す表示装置の概略構造を示した説明図である。 本開示の表示装置について一例を示し、図面を用いて詳細に説明する。本開示の表示装置は、例えば自動車、農業機械、建設機械等の車両等に主として搭載することが可能である。実施の形態に示す表示装置では、車両のインストルメントパネルに表示装置が設置される場合を一例として示して、説明する。また、本開示の表示装置は、車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display）装置の表示機器として用いることも可能である。 ［実施の形態１］ 図１は、実施の形態１に該当する表示装置の概略構成を示した説明図である。表示装置１００は、車両のインストルメントパネル２００に設置されており、第１表示器（第１表示手段）１１０と、二面リフレクタアレイ１２０と、第１偏光透過反射膜（以下、「第１ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter）」と称する）１３０と、折り返しミラー１４０と、第１の１／４λ板（位相差板、偏光部材）１５０と、これらを収納する筐体１６０とを有する。なお、説明の便宜のため、図面には、「前」「後」「上」「下」を示す「Ｆ」「Ｒ」「Ｔ」「Ｂ」を表記し、この表記に従って表示装置１００の前後上下方向の説明を行う。 筐体１６０の前側面（車室内側の側面、観察者Ｍ側の側面）には、観察者Ｍを臨む開口１６２が形成される。開口１６２には、内部への塵埃等の進入を防止するため、通光性を備えた（透明な）カバー１６４が設置される。 二面リフレクタアレイ１２０は、一般的な空中結像素子であって、例えば、二面直交リフレクタアレイや二面コーナーリフレクタアレイ等を用いることが可能である。二面リフレクタアレイ１２０は、平板形状を呈しており、図１に示すように側方視で４５度傾斜された状態で、筐体１６０内に設置される。二面リフレクタアレイ１２０は、カバー１６４を介して観察者Ｍの視線上であり、第１表示器１１０と観察者Ｍの間に配置される。このため、後述するように、二面リフレクタアレイ１２０を透過した光（透過光）は、観察者Ｍの視線上で結像され、空中像Ｑとして観察者Ｍに視認される。 第１ＰＢＳ１３０は、直線偏光をその偏光方向に応じて選択的に透過反射する光学部材である。第１ＰＢＳ１３０は、第１表示器１１０に対向する二面リフレクタアレイ１２０の後面（観察者Ｍに対して反対側の面、背面）上に設置される。例えば、第１ＰＢＳ１３０は、二面リフレクタアレイ１２０の後面に直接貼合されてもよく、又は、第１ＰＢＳ１３０を透明な平板材に貼合して、この平板材を二面リフレクタアレイ１２０の後面に接するように設置（保持）されてもよい。更に、第１ＰＢＳ１３０が、二面リフレクタアレイ１２０の後面に設置される場合（透明な平板材を介する場合を含む）において、第１ＰＢＳ１３０の面全体が二面リフレクタアレイ１２０の後面に接着されていてもよく、また、周辺部だけ接着されていてもよい。 第１表示器１１０は、観察者Ｍの視線の延長上であって、二面リフレクタアレイ１２０の後ろ側に配置される。第１表示器１１０は、空中像Ｑとして視認される像の基となる物体（第１の基となる物体）の画像を表示するＴＦＴ表示器である。第１表示器１１０の表示面からは、Ｓ偏光となる直線偏光が、表示光として出力される。 第１ＰＢＳ１３０は、第１表示器１１０より受光した直線偏光を反射する向きで、二面リフレクタアレイ１２０に設置される。第１ＰＢＳ１３０は、二面リフレクタアレイ１２０と共に、側面視で４５度傾斜された状態で設置される。このため、第１表示器１１０より第１ＰＢＳ１３０に向けて出力された表示光は、第１ＰＢＳ１３０で略垂直下方向へ反射される。 折り返しミラー１４０は、二面リフレクタアレイ１２０の第１表示器１１０と同じ側の第１ＰＢＳ１３０及び二面リフレクタアレイ１２０の真下位置に配置される。折り返しミラー１４０は、略水平となる鏡面を備えており、真上方向から入射された光を真上方向へ折り返し反射する。 第１の１／４λ板１５０は、入射される直線偏光の偏光軸に対し、遅相軸を略４５度傾けた状態で、二面リフレクタアレイ１２０に対向する折り返しミラー１４０の上面に設置される。第１の１／４λ板１５０は、折り返しミラー１４０の上面に対して面全体が接着されていてもよく、又は、周辺部だけ接着されていてもよい。 第１ＰＢＳ１３０で略垂直下方向に反射された光は、第１の１／４λ板１５０を透過して、折り返しミラー１４０により略真上方向へ反射される。折り返しミラー１４０によって反射された光は、第１の１／４λ板１５０を透過することにより、偏光軸が９０度回転される。このように反射光の偏光軸が９０度回転されることにより、反射された光は、第１ＰＢＳ１３０を透過する直線偏光の光となる。 折り返しミラー１４０によって略真上方向へ反射された光は、第１ＰＢＳ１３０を透過して二面リフレクタアレイ１２０を通過する。二面リフレクタアレイ１２０を通過した光は、観察者Ｍの視線上で結像され、観察者Ｍにより空中像Ｑとして視認される。 表示装置１００には、第１ＰＢＳ１３０、第１の１／４λ板１５０及び折り返しミラー１４０が設けられているため、第１表示器１１０より出力された表示光が、単純に二面リフレクタアレイ１２０を介して空中像Ｑとして観察者Ｍに視認される構成に比べて、光の経路距離が実質的に長くなる。したがって、第１表示器１１０と二面リフレクタアレイ１２０との距離を長くしなくても、空中像Ｑの表示位置を観察者Ｍに近づけることができ、より大きく飛び出した空中像Ｑを視認させることが可能となる。 より詳細には、第１ＰＢＳ１３０、第１の１／４λ板１５０及び折り返しミラー１４０を設けることにより、図１に示す虚像Ｓの位置に、第１表示器１１０を配置した場合と同様の大きさで、空中像Ｑを表示させることができる。第１表示器１１０から二面リフレクタアレイ１２０（第１ＰＢＳ１３０）までの距離を距離Ａとし、二面リフレクタアレイ１２０（第１ＰＢＳ１３０）から折り返しミラー１４０までの距離を距離Ｂとすると、虚像Ｓから二面リフレクタアレイ１２０（第１ＰＢＳ１３０）までの距離は（距離Ａ＋距離Ｂ）＋距離Ｂとなり、二面リフレクタアレイ１２０から折り返しミラー１４０までの距離Ｂよりも、明らかに長い。つまり、表示装置１００の構成によれば、虚像Ｓの位置に第１表示器１１０を配置する場合に比べて、二面リフレクタアレイ１２０の下側の空間を小さくすることが可能となり、表示装置１００の体積（筐体１６０の大きさ）をより小さくできる。 また、例えば、第１ＰＢＳ１３０、第１の１／４λ板１５０及び折り返しミラー１４０を用いず、二面リフレクタアレイ１２０に代えて、直立したマイクロレンズアレーを用いる場合を考える。観察者Ｍにより視認される空中像Ｑの大きさを、図１に示した表示装置１００によって視認される空中像Ｑの位置と同じにするためには、マイクロレンズアレーから第１表示器１１０までの距離を、図１に示した第１表示器１１０から二面リフレクタアレイ１２０までの距離Ａよりも長くする必要が生じる。しかしながら、図１に示した表示装置１００の構成によれば、マイクロレンズアレーを設置する場合に比べて、二面リフレクタアレイ１２０の後ろ側の空間を小さくでき、表示装置１００の体積（筐体１６０の大きさ）をより小さくできる。 また、第１の１／４λ板１５０を折り返しミラー１４０に接着して一体化するため、全体として部品数を削減することができる。 ［実施の形態２］ 図２は、実施の形態２に該当する表示装置の概略構成を示した説明図である。実施の形態２において、実施の形態１で説明した構成と同一の構成については同一の符号を符し、その構成の詳細な説明を省略する。また、図２以降の図面では、説明の便宜のため、インストルメントパネル２００及び筐体１６０の記載を省略する。 図２に示す表示装置１０１は、図１に示した表示装置１００に比べて、折り返しミラー１４０に設置されていた第１の１／４λ板１５０が取り除かれ、第１表示器１１０の表示面の全面（前側の面）に第２の１／４λ板（位相差板）１５１が設置され、第１ＰＢＳ１３０の後側の全面（外面）に第３の１／４λ板（位相差板、偏光部材）１５２が設置される点で相違する。 第１表示器１１０の表示面から出力された直線偏光の表示光は、第２の１／４λ板１５１を通過することにより右円偏光となって、第３の１／４λ板１５２及び第１ＰＢＳ１３０へ出力される。第３の１／４λ板１５２に入射した右円偏光の光は、第３の１／４λ板１５２によって直線偏光となってから第１ＰＢＳ１３０に入射する（１回目の第１ＰＢＳ入射）が、直線偏光となった光は、実施の形態１で説明したように、第１ＰＢＳ１３０で反射されて再度、第３の１／４λ板１５２を通過して再び右円偏光となって、略垂直下方向へ出力される。 略垂直下方向へ出力された右円偏光の光は、折り返しミラー１４０で反射されて左円偏光となり、再び第３の１／４λ板１５２に入射される。第３の１／４λ板１５２に入射された左円偏光の光は、第３の１／４λ板１５２を通過するときに、１回目の第１ＰＢＳ入射時の偏光軸に対して、光の偏光軸が９０°回転された状態となって、第１ＰＢＳ１３０を透過する。第１ＰＢＳ１３０を透過した光は二面リフレクタアレイ１２０によって結像されて、空中像Ｑを生成する。 実施の形態２に該当する表示装置１０１においても、実施の形態１で説明した表示装置１００と同様に、二面リフレクタアレイ１２０の後側或いは下側の空間を従来の構成よりも小さくすることができ、表示装置１０１の体積（筐体１６０の大きさ）を、より小さくできる。 また、第３の１／４λ板１５２を第１ＰＢＳ１３０の後面（後側の全面、外面）に貼合し、一体化することにより、全体としての部品数を削減するできる。特に、二面リフレクタアレイ１２０は、平板形状を呈するため、二面リフレクタアレイ１２０及び第１ＰＢＳ１３０に対して第３の１／４λ板１５２を貼合する作業は、平板形状でない折り返しミラー（例えば、後述する図３の折り返しミラー１４１）に第３の１／４λ板１５２を貼合するよりも容易である。 ［実施の形態３］ 図３及び図４は、実施の形態３に該当する表示装置の概略構成を示した説明図である。実施の形態３において、実施の形態１及び実施の形態２で説明した構成と同一の構成については同一の符号を符し、その構成の詳細な説明を省略する。 図３に示す表示装置１０２の折り返しミラー１４１は、図２に示した表示装置１０１の折り返しミラー１４０と比べて、上面が凹鏡面となっている点で相違する。 図３に示す表示装置１０２では、二面リフレクタアレイ１２０及び第３の１／４λ板１５２から折り返しミラー１４１までの距離が、実施の形態２（図２）の表示装置１０１に示した二面リフ