JPWO2014041690A1 - Optical element and head-up display - Google Patents
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Abstract
光学素子は、表示像を構成する光を反射することで当該表示像を視認させる。光学素子は、光の透過性を有すると共に、表示像を構成する光を拡散する機能を有する拡散部と、光の透過性を有すると共に、表示像を構成する光を集光する機能を有する集光部と、を備える。拡散部又は集光部は、表示像を構成する光を反射する機能を更に有する。上記の光学素子によれば、表示像を構成する光に対する拡散機能と集光機能の両方を具備しているため、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保することが可能となる。The optical element makes the display image visible by reflecting light constituting the display image. The optical element has a light transmitting property, a diffusion unit having a function of diffusing light constituting the display image, and a light collecting property having a function of condensing the light constituting the display image. And an optical part. The diffusing unit or the condensing unit further has a function of reflecting light constituting the display image. According to the above optical element, since both the diffusion function and the condensing function for the light constituting the display image are provided, both the brightness of the display image and the size (viewing angle) of the display image are appropriately ensured. It becomes possible.
Description
本発明は、前方視界と同時に表示画像を視認させる技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field in which a display image is visually recognized simultaneously with a front view.
従来から、虚像として画像を視認させるヘッドアップディスプレイなどの表示装置が知られている。通常、ヘッドアップディスプレイでは、小型液晶ディスプレイなどの比較的小さな画面(実像)を、凸レンズや凹面ミラーなどの拡大光学系によって拡大している。こうしているのは、車内には大きなディスプレイを設置することが難しいためである。仮に、大きなディスプレイを直接設置することができれば、凸レンズや凹面ミラーなどの拡大光学系は必要ない。ただし、拡大光学系を用いない場合は視認する画像は虚像ではなく実像になる。 Conventionally, a display device such as a head-up display for visually recognizing an image as a virtual image is known. Usually, in a head-up display, a relatively small screen (real image) such as a small liquid crystal display is magnified by a magnifying optical system such as a convex lens or a concave mirror. This is because it is difficult to install a large display in the car. If a large display can be directly installed, a magnifying optical system such as a convex lens or a concave mirror is not necessary. However, when the magnifying optical system is not used, the image to be visually recognized is not a virtual image but a real image.
また、通常、ヘッドアップディスプレイでは、ディスプレイに表示された情報を前方視界と重畳した状態で視認させるために、コンバイナ(合成器)と呼ばれるハーフミラーを利用している。これは、通常のディスプレイが透明ではないため、直接、運転者の正面にディスプレイを設置してしまうと前方視界を塞いでしまうためである。仮に、透明なディスプレイがあれば、ハーフミラーを用いる必要はない。 In general, a head-up display uses a half mirror called a combiner (synthesizer) in order to visually recognize information displayed on the display in a state of being superimposed on the front view. This is because a normal display is not transparent, and if the display is installed directly in front of the driver, the front view is blocked. If there is a transparent display, there is no need to use a half mirror.
つまり、車内に設置できる大画面で透明(半透明)なディスプレイがあれば、当該ディスプレイを運転手の正面(フロントガラス近傍)に設置することで、拡大光学系やハーフミラーを用いることなく、ヘッドアップディスプレイを構築することが可能になる。例えば、特許文献1には、基板の中に反射拡散面を形成することで透明性を有した反射型拡散板(以下では適宜「透明拡散板」と呼ぶ)を、プロジェクタと共に用いることで、そのようなヘッドアップディスプレイを構成する手法が提案されている。 In other words, if there is a large, transparent (semi-transparent) display that can be installed in the vehicle, the display can be installed in front of the driver (near the windshield) without using a magnifying optical system or half mirror It becomes possible to build up-displays. For example, in Patent Document 1, a reflection type diffusion plate having transparency by forming a reflection diffusion surface in a substrate (hereinafter referred to as “transparent diffusion plate” as appropriate) is used together with a projector. A method for constructing such a head-up display has been proposed.
その他にも、本発明に関連する技術が特許文献2及び3に提案されている。特許文献2には、フレネルレンズを用いた反射型スクリーンが提案され、特許文献3には、フレネルレンズを用いた薄型コンバイナが提案されている。 In addition, Patent Documents 2 and 3 propose techniques related to the present invention. Patent Document 2 proposes a reflection type screen using a Fresnel lens, and Patent Document 3 proposes a thin combiner using a Fresnel lens.
しかしながら、上記した特許文献1に提案されたような透明拡散板をヘッドアップディスプレイで利用すると、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)とがドレードオフの関係になる傾向にある。つまり、表示像を明るくするように構成すると表示像のサイズが小さくなり、表示像のサイズを大きくするように構成すると表示像が暗くなる傾向にあった。 However, when the transparent diffusion plate proposed in Patent Document 1 described above is used in a head-up display, the brightness of the display image and the size (viewing angle) of the display image tend to be in a draded off relationship. That is, if the display image is configured to be bright, the size of the display image tends to be small, and if the display image is configured to be large, the display image tends to be dark.
本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保することが可能な光学素子及びヘッドアップディスプレイを提供することを課題とする。 Examples of the problem to be solved by the present invention are as described above. An object of the present invention is to provide an optical element and a head-up display capable of appropriately ensuring both the brightness of a display image and the size (viewing angle) of the display image.
請求項1に記載の発明では、表示像を構成する光を反射することで当該表示像を視認させる光学素子であって、光の透過性を有すると共に、前記表示像を構成する光を拡散する機能を有する拡散部と、光の透過性を有すると共に、前記表示像を構成する光を集光する機能を有する集光部と、を備え、前記拡散部又は前記集光部は、前記表示像を構成する光を反射する機能を更に有することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, an optical element that visually recognizes the display image by reflecting the light that constitutes the display image, has optical transparency, and diffuses the light that constitutes the display image. A diffusing unit having a function and a condensing unit having light transmission and a function of condensing light constituting the display image, wherein the diffusing unit or the condensing unit is the display image It further has the function to reflect the light which constitutes.
請求項13に記載の発明では、表示像を構成する光を反射することで当該表示像を視認させる光学素子であって、前記光学素子は、透過性を有する反射型のマイクロレンズアレイを備えており、前記マイクロレンズアレイは、前記光学素子の中心から離れるにつれて、マイクロレンズの光軸が外側にずれていく偏心レンズにて構成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 13 is an optical element for visually recognizing the display image by reflecting light constituting the display image, and the optical element includes a reflective microlens array having transparency. The microlens array is composed of an eccentric lens in which the optical axis of the microlens shifts outward as the distance from the center of the optical element increases.
請求項15に記載の発明では、ヘッドアップディスプレイは、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の光学素子と、前記光学素子に向けて前記表示像を構成する光を出射する光源部と、を備えることを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, a head-up display includes an optical element according to any one of the first to fourteenth aspects, and a light source unit that emits light constituting the display image toward the optical element. It is characterized by providing.
本発明の1つの観点では、表示像を構成する光を反射することで当該表示像を視認させる光学素子であって、光の透過性を有すると共に、前記表示像を構成する光を拡散する機能を有する拡散部と、光の透過性を有すると共に、前記表示像を構成する光を集光する機能を有する集光部と、を備え、前記拡散部又は前記集光部は、前記表示像を構成する光を反射する機能を更に有する。 One aspect of the present invention is an optical element that visually recognizes a display image by reflecting the light that constitutes the display image, and has a function of diffusing the light that constitutes the display image while having light transparency. A diffusing unit having a light transmitting property, and a condensing unit having a function of condensing light constituting the display image, and the diffusing unit or the condensing unit displays the display image. It further has a function of reflecting the constituent light.
上記の光学素子は、表示像を構成する光を反射することで当該表示像を視認させるために利用される。拡散部は、光の透過性を有すると共に、表示像を構成する光を拡散する機能を有し、集光部は、光の透過性を有すると共に、表示像を構成する光を集光する機能を有する。そして、拡散部又は集光部は、表示像を構成する光を反射する機能を更に有する。上記の光学素子によれば、表示像を構成する光に対する拡散機能と集光機能の両方を具備しているため、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保することが可能となる。 Said optical element is utilized in order to visually recognize the said display image by reflecting the light which comprises a display image. The diffusing unit has a function of diffusing the light constituting the display image while having a light transmissive property, and the light collecting unit has a function of condensing the light constituting the display image while having a light transmissive property. Have The diffusing unit or the condensing unit further has a function of reflecting light constituting the display image. According to the above optical element, since both the diffusion function and the condensing function for the light constituting the display image are provided, both the brightness of the display image and the size (viewing angle) of the display image are appropriately ensured. It becomes possible.
上記の光学素子の一態様では、前記集光部は、フレネル構造の凸レンズであり、前記拡散部は、前記表示像を構成する光が前記凸レンズを介して入射され、当該光を拡散すると共に前記凸レンズに向けて反射し、フレネル構造の凹レンズを更に備えており、前記凸レンズと前記凸レンズとの間に前記拡散部が挟み込まれている。 In one aspect of the optical element, the condensing unit is a convex lens having a Fresnel structure, and the diffusing unit receives light that constitutes the display image through the convex lens and diffuses the light. The lens further includes a concave lens having a Fresnel structure that reflects toward the convex lens, and the diffusion portion is sandwiched between the convex lens and the convex lens.
上記態様によれば、表示像を構成する光は、拡散部による反射の前後でフレネル構造の凸レンズを2回透過することとなる。そのため、表示像を構成する光を適切に集光することができる。また、上記の光学素子によれば、フレネル構造の凸レンズと共にフレネル構造の凹レンズを用いることで、表示像を構成する光とは逆方向から入射する光(以下では適宜「透過光」と呼ぶ。)に対するレンズ効果を打ち消すことができ、光学素子における前方の視界などの歪みを抑制することが可能となる。 According to the above aspect, the light constituting the display image is transmitted twice through the convex lens having the Fresnel structure before and after reflection by the diffusing portion. Therefore, it is possible to appropriately collect the light constituting the display image. In addition, according to the optical element described above, by using a Fresnel-structured concave lens together with a Fresnel-structured convex lens, light incident from the opposite direction to the light constituting the display image (hereinafter referred to as “transmitted light” as appropriate). It is possible to cancel the lens effect on the optical element, and it is possible to suppress distortions such as a forward field of view in the optical element.
上記の光学素子において好適には、前記凸レンズと前記凹レンズとは、レンズのピッチと、屈折率と、焦点距離の絶対値とが等しい。これにより、透過光に対する互いのレンズ効果を効果的に打ち消すことができる。 In the above optical element, preferably, the convex lens and the concave lens have the same lens pitch, refractive index, and absolute value of focal length. Thereby, the mutual lens effect with respect to transmitted light can be canceled effectively.
また、上記の光学素子において好適には、前記拡散部と前記凸レンズとの間は、当該凸レンズとは異なる屈折率を有する所定の媒体で埋められており、前記拡散部と前記凹レンズとの間は、当該凹レンズとは異なる屈折率を有する所定の媒体で埋められている。これにより、凸レンズ及び凹レンズのレンズ効果を確保しつつ、拡散部と凸レンズと凹レンズとを一体に構成することができる。 Preferably, in the above optical element, the space between the diffusing portion and the convex lens is filled with a predetermined medium having a refractive index different from that of the convex lens, and the space between the diffusing portion and the concave lens is between The concave lens is filled with a predetermined medium having a different refractive index. Thereby, a diffusion part, a convex lens, and a concave lens can be constituted in one, securing the lens effect of a convex lens and a concave lens.
上記の光学素子の他の一態様では、前記集光部は、前記光学素子を構成する対向する2つの面のうちの一方の面に形成された、フレネル構造の凸レンズ形状を有する面であり、前記拡散部は、前記光学素子の内部に形成されており、前記集光部を介して入射された前記表示像を構成する光を拡散すると共に前記集光部に向けて反射し、前記光学素子を構成する対向する2つの面のうちの他方の面には、フレネル構造の凹レンズ形状を有する面が更に形成されている。 In another aspect of the optical element, the condensing part is a surface having a convex lens shape having a Fresnel structure, formed on one of two opposing surfaces constituting the optical element. The diffusion unit is formed inside the optical element, diffuses light constituting the display image incident through the light collecting unit and reflects the light toward the light collecting unit, and the optical element A surface having a Fresnel-shaped concave lens shape is further formed on the other of the two opposing surfaces constituting the lens.
上記態様では、光学素子は、集光部と拡散部とが一体に構成されている。この光学素子によっても、表示像を構成する光は、拡散部による反射の前後でフレネル構造の凸レンズ形状を有する面を2回透過することとなる。そのため、表示像を構成する光を適切に集光することができる。また、上記の光学素子によれば、フレネル構造の凸レンズ形状を有する面と共にフレネル構造の凹レンズ形状を有する面を用いることで、透過光に対するレンズ効果を打ち消すことができ、光学素子における前方の視界などの歪みを抑制することが可能となる。 In the said aspect, the optical element is comprised integrally with the condensing part and the spreading | diffusion part. Also with this optical element, the light constituting the display image is transmitted twice through the surface having the convex lens shape of the Fresnel structure before and after reflection by the diffusing portion. Therefore, it is possible to appropriately collect the light constituting the display image. In addition, according to the optical element described above, by using the surface having the Fresnel structure convex lens shape and the surface having the Fresnel structure concave lens shape, the lens effect on the transmitted light can be canceled, and the front field of view of the optical element, etc. It becomes possible to suppress the distortion.
上記の光学素子において好適には、前記凸レンズ形状と前記凹レンズ形状とは、レンズのピッチ及び焦点距離の絶対値が等しい。これにより、透過光に対する互いのレンズ効果を効果的に打ち消すことができる。 In the above optical element, preferably, the convex lens shape and the concave lens shape have equal lens pitch and focal length absolute values. Thereby, the mutual lens effect with respect to transmitted light can be canceled effectively.
上記の光学素子の他の一態様では、前記拡散部は、第1拡散部及び第2拡散部を有し、前記集光部は、前記光学素子の内部に形成された、フレネル構造の凹面ミラー形状を有する反射面であり、前記第1拡散部は、前記光学素子を構成する対向する2つの面のうちの一方の面に形成されており、前記表示像を構成する光を拡散し、前記第2拡散部は、前記光学素子を構成する対向する2つの面のうちの他方の面に形成されている。 In another aspect of the above optical element, the diffusing section includes a first diffusing section and a second diffusing section, and the condensing section is a concave mirror having a Fresnel structure formed inside the optical element. A reflecting surface having a shape, wherein the first diffusing portion is formed on one of two opposing surfaces constituting the optical element, diffuses light constituting the display image, and The second diffusing portion is formed on the other surface of the two opposing surfaces constituting the optical element.
上記態様では、光学素子は、集光部と拡散部(第1拡散部及び第2拡散部)とが一体に構成されている。この光学素子によれば、表示像を構成する光は、第1拡散部によって拡散しながらフレネル構造の凹面ミラー形状を有する反射面に向かい、当該反射面で反射されると再び第1拡散部を透過して出射される。つまり、表示像を構成する光は、反射面による反射の前後で第1拡散部を2回透過することで拡散する。この際、反射面が凹面ミラーとして機能することで、表示像を構成する光を適切に集光することができる。また、上記の光学素子によれば、第1拡散部と共に第2拡散部を用いることで、透過光に対するレンズ効果を打ち消すことができ、光学素子の前方の視界などの歪みを抑制することが可能となる。 In the above aspect, the optical element is configured such that the condensing unit and the diffusing unit (the first diffusing unit and the second diffusing unit) are integrally formed. According to this optical element, the light constituting the display image travels toward the reflecting surface having a concave mirror shape having a Fresnel structure while diffusing by the first diffusing portion, and when reflected by the reflecting surface, the light again passes through the first diffusing portion. Transmitted and emitted. That is, the light constituting the display image is diffused by being transmitted twice through the first diffusion unit before and after reflection by the reflecting surface. At this time, the reflecting surface functions as a concave mirror, so that the light constituting the display image can be appropriately condensed. Further, according to the optical element described above, by using the second diffusing part together with the first diffusing part, it is possible to cancel the lens effect on the transmitted light, and it is possible to suppress distortion such as a field of view in front of the optical element. It becomes.
上記の光学素子の他の一態様では、前記拡散部は、第1拡散部及び第2拡散部を有し、前記集光部は、フレネル構造の凹面ミラー形状を有する反射面が内部に形成され、前記第1拡散部は、前記集光部の一方の面に対向して配置され、前記表示像を構成する光を拡散し、前記第2拡散部は、前記集光部の他方の面に対向して配置されている。 In another aspect of the optical element, the diffusing unit includes a first diffusing unit and a second diffusing unit, and the condensing unit includes a reflecting surface having a concave mirror shape having a Fresnel structure. The first diffusing unit is disposed to face one surface of the condensing unit and diffuses light constituting the display image, and the second diffusing unit is disposed on the other surface of the condensing unit. Opposed to each other.
上記態様では、光学素子は、集光部と拡散部(第1拡散部及び第2拡散部)とが別体に構成されている。この光学素子によっても、フレネル構造の凹面ミラー形状を有する反射面が凹面ミラーとして機能することで、表示像を構成する光を適切に集光することができる。また、第1拡散部と共に第2拡散部を用いることで、透過光に対するレンズ効果を打ち消すことができ、光学素子の前方の視界などの歪みを抑制することが可能となる。 In the said aspect, the optical element is comprised by the condensing part and the spreading | diffusion part (a 1st spreading | diffusion part and a 2nd spreading | diffusion part) separately. Also with this optical element, the light that constitutes the display image can be appropriately condensed because the reflecting surface having the concave mirror shape of the Fresnel structure functions as a concave mirror. Further, by using the second diffusing unit together with the first diffusing unit, it is possible to cancel the lens effect on the transmitted light, and it is possible to suppress distortion such as a field of view in front of the optical element.
上記の光学素子において好適には、前記第1拡散部と前記集光部との間は、前記第1拡散部の屈折率とは異なる屈折率を有する所定の媒体で埋められており、前記第2拡散部と前記集光部との間は、前記第2拡散部の屈折率とは異なる屈折率を有する所定の媒体で埋められている。これにより、第1拡散部及び第2拡散部のレンズ効果などを確保しつつ、第1拡散部と集光部と第2拡散部とを一体に構成することができる。 Preferably, in the above optical element, a gap between the first diffusing unit and the condensing unit is filled with a predetermined medium having a refractive index different from the refractive index of the first diffusing unit, The space between the two diffusing parts and the light collecting part is filled with a predetermined medium having a refractive index different from the refractive index of the second diffusing part. Thereby, the 1st diffusion part, the condensing part, and the 2nd diffusion part can be constituted in one, securing the lens effect of the 1st diffusion part, and the 2nd diffusion part.
上記の光学素子において好適には、前記第1拡散部と前記第2拡散部とは、同じ形状を有するマイクロレンズアレイで構成されており、前記マイクロレンズアレイが有する1つのマイクロレンズの焦点距離の2倍の距離だけ離間している。これにより、透過光に対する互いのレンズ効果を効果的に打ち消すことができる。 In the above optical element, preferably, the first diffusing portion and the second diffusing portion are configured by a microlens array having the same shape, and a focal length of one microlens included in the microlens array. They are separated by a distance of twice. Thereby, the mutual lens effect with respect to transmitted light can be canceled effectively.
好適な例では、前記フレネル構造として、当該フレネル構造の元になる自由曲面の中心から外れた領域が適用されている。これにより、アイボックスの位置を上下方向及び/又は左右方向に適宜変えることができる。 In a preferred example, as the Fresnel structure, a region deviating from the center of the free curved surface that is the basis of the Fresnel structure is applied. Thereby, the position of the eye box can be appropriately changed in the vertical direction and / or the horizontal direction.
また、好適な例では、前記拡散部は、マイクロレンズアレイで構成される。 In a preferred example, the diffusing unit includes a microlens array.
本発明の他の観点では、表示像を構成する光を反射することで当該表示像を視認させる光学素子であって、前記光学素子は、透過性を有する反射型のマイクロレンズアレイを備えており、前記マイクロレンズアレイは、前記光学素子の中心から離れるにつれて、マイクロレンズの光軸が外側にずれていく偏心レンズにて構成されている。 In another aspect of the present invention, an optical element that visually recognizes a display image by reflecting light constituting the display image, the optical element including a reflective microlens array having transparency. The microlens array is composed of an eccentric lens in which the optical axis of the microlens shifts outward as the distance from the center of the optical element increases.
上記の光学素子によっても、拡散機能と集光機能の両方を適切に実現することができ、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保することが可能となる。 Also with the optical element described above, both the diffusion function and the light condensing function can be appropriately realized, and both the brightness of the display image and the size (viewing angle) of the display image can be appropriately ensured.
上記の光学素子において好適には、フレキシブルなシート状に構成され、移動体のフロントガラスに取り付けられる。このような光学素子によれば、運転者などに与える圧迫感や違和感を低減することができる。 The above optical element is preferably configured in a flexible sheet shape and attached to the windshield of the moving body. According to such an optical element, it is possible to reduce the feeling of pressure or discomfort given to the driver or the like.
本発明の他の観点では、ヘッドアップディスプレイは、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の光学素子と、前記光学素子に向けて前記表示像を構成する光を出射する光源部と、を備える。例えば、光源部として、液晶ディスプレイやプロジェクタなどを用いることができる。 In another aspect of the present invention, a head-up display includes an optical element according to any one of claims 1 to 14, and a light source unit that emits light constituting the display image toward the optical element. Is provided. For example, a liquid crystal display or a projector can be used as the light source unit.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<基本概念>
まず、本実施例の内容を説明する前に、本実施例の基本概念について図1及び図2を参照して説明する。<Basic concept>
First, before describing the contents of the present embodiment, the basic concept of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
図1は、前述した特許文献1に係るヘッドアップディスプレイ(以下では「比較例に係るヘッドアップディスプレイ」と呼ぶ。)を概略的に示した図である。図1に示すように、比較例に係るヘッドアップディスプレイは、車室内に設置して利用されるものであり、主に、運転手の正面(フロントガラス近傍)に設置される、透明性を有する反射型拡散板(透明拡散板)100と、表示像を構成する光を出射するプロジェクタ200とを有する。このヘッドアップディスプレイは、表示像を構成する光をプロジェクタ200から出射し、プロジェクタ200から出射された光を透明拡散板100で反射することで、表示像を運転者に視認させる。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the head-up display according to Patent Document 1 described above (hereinafter referred to as “head-up display according to a comparative example”). As shown in FIG. 1, the head-up display according to the comparative example is used by being installed in the passenger compartment, and is mainly installed in front of the driver (near the windshield) and has transparency. The projector includes a reflective diffusion plate (transparent diffusion plate) 100 and a
図1の上側には、光の進行方向に沿った面にて切断した、透明拡散板100の断面イメージ図を示している。透明拡散板100は、基板としてのマイクロレンズアレイ100aの凸面に半透明反射膜100bを付すことで反射拡散面を形成し、基板とほぼ同じ屈折率のカバー層100cを被せることで作成される。このような透明拡散板100によれば、プロジェクタ200から透明拡散板100に入射する光は拡散して反射され、プロジェクタ200と逆側から透明拡散板100に入射する光は直進しながら透過する。
In the upper side of FIG. 1, a cross-sectional image view of the
次に、図2を参照して、比較例に係る透明拡散板100の問題点について説明する。図2(a)は、曲率半径が比較的長いマイクロレンズアレイ100a1が透明拡散板100に適用された場合について示している。この場合には、マイクロレンズアレイ100a1による拡散角度が小さいため、表示像は明るいが、表示像の大きさ(視野角)が小さくなる傾向にある。他方で、図2(b)は、曲率半径が比較的短いマイクロレンズアレイ100a2が透明拡散板100に適用された場合について示している。この場合には、マイクロレンズアレイ100a1による拡散角度が大きいため、表示像の大きさ(視野角)は大きいが、表示像が暗くなる傾向にある。このように、比較例に係る透明拡散板100では、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)とがドレードオフの関係になる傾向にある。
Next, with reference to FIG. 2, the problem of the
したがって、本実施例では、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保すべく、透明性を有する反射型の光学素子として、拡散機能と集光機能の両方を具備する光学素子をヘッドアップディスプレイに適用する。以下で、具体的な実施例の構成について説明する。 Therefore, in this embodiment, in order to appropriately ensure both the brightness of the display image and the size (viewing angle) of the display image, the reflective optical element having transparency has both a diffusion function and a light collection function. The optical element to be applied is applied to a head-up display. Hereinafter, the configuration of a specific embodiment will be described.
<第1実施例>
まず、図3を参照して、第1実施例に係る光学素子110について説明する。第1実施例に係る光学素子110は、上記した透明拡散板100の代わりに適用されることで、ヘッドアップディスプレイを構成する(後述する各種の光学素子についても同様であるものとする)。<First embodiment>
First, the
図3の上側には、光の進行方向に沿った面にて切断した、第1実施例に係る光学素子110の断面イメージ図を示している。断面イメージ図に示すように、第1実施例に係る光学素子110は、主に、透明拡散板111と、フレネル凸レンズ112と、フレネル凹レンズ113と、を有する。光学素子110は、フレネル凸レンズ112とフレネル凹レンズ113との間に透明拡散板111を挟み込んで構成されており、フレネル凸レンズ112の側がプロジェクタ200のほうを向くように配置される。
On the upper side of FIG. 3, a cross-sectional image diagram of the
透明拡散板111は、マイクロレンズアレイ111aが内部に形成されている。具体的には、透明拡散板111は、上記した透明拡散板100と同様に、基板としてのマイクロレンズアレイ111aの凸面に半透明の反射膜を付すことで反射拡散面を形成し、基板とほぼ同じ屈折率のカバー層を被せることで作成される。このような構成により、透明拡散板111は、透明性を有した反射型の拡散板としての機能を発揮する。
The
フレネル凸レンズ112は、フレネル構造を有する凸レンズ(言い換えると凸レンズとして機能するように構成されたフレネルレンズ)であり、通常の凸レンズを同心円状の領域に分割して厚みを減らしたレンズである。具体的には、フレネル凸レンズ112は、透明拡散板111と対向する面に、フレネル構造の凸レンズ形状を有する面112aが形成されている。
The Fresnel
フレネル凹レンズ113は、フレネル構造を有する凹レンズ(言い換えると凹レンズとして機能するように構成されたフレネルレンズ)であり、通常の凹レンズを同心円状の領域に分割して厚みを減らしたレンズである。具体的には、フレネル凹レンズ113は、透明拡散板111と対向する面に、フレネル構造の凹レンズ形状を有する面113aが形成されている。
The Fresnel
また、フレネル凸レンズ112とフレネル凹レンズ113とは、フレネル構造に関するピッチ(同心円状の領域に分割するピッチ)と、屈折率と、焦点距離(フレネル構造の元になる自由曲面(例えば放物面)の焦点に関する距離)とが等しくなるように構成されている。なお、透明拡散板111の屈折率は、フレネル凸レンズ112及びフレネル凹レンズ113と同じ屈折率にしても良いし、異なる屈折率にしても良い。
In addition, the Fresnel
ここで、プロジェクタ200から出射された光は、フレネル凸レンズ112を介して透明拡散板111に入射し、透明拡散板111によって拡散されると共に反射される。そして、透明拡散板111で拡散されて反射された光は、フレネル凸レンズ112に再度入射する。このように、プロジェクタ200から出射された光は、透明拡散板111による反射の前後でフレネル凸レンズ112を2回透過することとなる。そのため、図3中の矢印A11、A12に示すように、プロジェクタ200からの光を運転者の頭部付近に集めることができる。
Here, the light emitted from the
つまり、第1実施例に係る光学素子110によれば、プロジェクタ200からの光を透明拡散板111によって拡散することができると共に、プロジェクタ200からの光をフレネル凸レンズ112によって集光することができる。よって、第1実施例に係る光学素子110によれば、拡散機能と集光機能の両方を適切に実現することができ、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保することが可能となる。即ち、第1実施例に係る光学素子110によれば、(半)透明スクリーンでありながら集光機能を有するため、光の利用効率を向上させることが可能となる。
That is, according to the
他方で、光学素子110においてプロジェクタ200と反対側から入射される光(つまり車両の前方から入射される光)は、フレネル凹レンズ113、透明拡散板111、フレネル凸レンズ112の順に透過していく。この場合、フレネル凸レンズ112とフレネル凹レンズ113とは、上記したように、ピッチと、屈折率と、焦点距離の絶対値とが等しいため、図3中の矢印A13、A14に示すように、透過光に対する互いのレンズ効果が打ち消されることとなる。そのため、第1実施例に係る光学素子110によれば、前方視界の歪みを適切に抑制しつつ、透明性を確保することができる。
On the other hand, light incident on the
以上のように、第1実施例では、透明拡散板111は、本発明における「拡散部」の一例に相当し、フレネル凸レンズ112は、本発明における「集光部」の一例に相当する。
As described above, in the first embodiment, the
なお、透明拡散板111はできるだけ薄いほうが、斜め方向からの透過光に対して高い透明性を確保することができる。
It should be noted that the thinner the
また、透明拡散板111とフレネル凸レンズ112との隙間、及び透明拡散板111とフレネル凹レンズ113との隙間は、空気層としても良いが、これらを一体に構成するために透明樹脂などで埋めても良い。但し、隙間を埋める材料は、フレネル凸レンズ112及びフレネル凹レンズ113のレンズ効果が失われないように、フレネル凸レンズ112及びフレネル凹レンズ113と異なる屈折率を有するものを用いると良い。
In addition, the gap between the
更に、フレネル凸レンズ112及びフレネル凹レンズ113には、それらの中心に、自由曲面の中心(例えば放物面の頂点)が位置しないようなフレネル構造を適用しても良い。つまり、フレネルパターンの中心から外れた領域を、フレネル凸レンズ112及びフレネル凹レンズ113に適用しても良い。但し、光学素子110を正面から観察した場合に、フレネル凸レンズ112とフレネル凹レンズ113とで凸のレンズ位置と凹のレンズ位置とを揃えるように構成することが望ましい。このようにフレネルパターンの中心から外れた領域を適用することで、アイボックスEBの位置を上下方向及び/又は左右方向に適宜変えることができる。
Furthermore, the Fresnel
加えて、複数のフレネルレンズ形状を用いて、フレネル凸レンズ112及びフレネル凹レンズ113を構成しても良い(この場合、フレネルパターンの中心から外れた領域を合わせて適用しても良い)。これにより、複数のアイボックスEBを形成することができる。
In addition, the Fresnel
次に、図4及び図5を参照して、第1実施例の変形例(第1変形例及び第2変形例)について説明する。 Next, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, the modification (1st modification and 2nd modification) of 1st Example is demonstrated.
図4は、第1実施例の第1変形例に係る光学素子120を示している。図4は、光の進行方向に沿った面にて切断した、第1変形例に係る光学素子120の断面イメージ図を示している。
FIG. 4 shows an
図4に示すように、光学素子120は、対向する2つの面(つまり両面)に、フレネル構造を有する面120b、120cが形成されている。具体的には、光学素子120は、対向する2つの面のうちの一方の面に、フレネル構造の凸レンズ形状(言い換えると凸レンズとして機能するように構成されたフレネルレンズの表面形状)を有する面120bが形成されている。また、光学素子120は、対向する2つの面のうちの他方の面に、フレネル構造の凹レンズ形状(言い換えると凹レンズとして機能するように構成されたフレネルレンズの表面形状)を有する面120cが形成されている。なお、光学素子120は、面120bがプロジェクタ200のほうを向くように配置される。
As shown in FIG. 4, the
また、光学素子120は、透明拡散部120aが内部に形成されている。透明拡散部120aは、マイクロレンズアレイの凸面に半透明の反射膜を付して構成されている。つまり、光学素子120は、透明拡散部120aが形成された基板及び当該基板を覆うカバー層のそれぞれの表面に、フレネル構造の凸レンズ形状を有する面120bと、フレネル構造の凹レンズ形状を有する面120cとが形成されたものと言える。
Further, the
なお、面120bの凸レンズ形状と面120cの凹レンズ形状とは、レンズのピッチ及び焦点距離の絶対値が等しい。また、基板とカバー層とは、屈折率がほぼ等しい。
It should be noted that the convex lens shape of the
このような第1変形例に係る光学素子120によっても、プロジェクタ200から出射された光は、透明拡散部120aによる反射の前後でフレネル構造の凸レンズ形状を有する面120bを2回透過するため、プロジェクタ200からの光を運転者の頭部付近に集めることができる。よって、拡散機能と集光機能の両方を適切に実現することができ、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保することが可能となる。また、第1変形例に係る光学素子120によれば、面120bの凸レンズ形状と面120cの凹レンズ形状とはピッチ及び焦点距離の絶対値が等しいため、透過光に対する互いのレンズ効果が打ち消されるので、前方視界の歪みを適切に抑制しつつ、透明性を確保することができる。
Even with the
更に、第1変形例に係る光学素子120によれば、上記した第1実施例に係る光学素子110と比較して、厚みを薄くすることができる。但し、第1変形例に係る光学素子120では、表面に凹凸があるため、汚れが付着しやすいと言える。そのため、光学素子120の表面を透明樹脂などで覆っても良い。ただし、透明樹脂の屈折率は凸レンズと凹レンズの機能が失われないように基板とカバー層の屈折率とは異なるようにする。
Furthermore, according to the
以上のように、第1実施例の第1変形例では、透明拡散部120aは、本発明における「拡散部」の一例に相当し、フレネル構造の凸レンズ形状を有する面120bは、本発明における「集光部」の一例に相当する。
As described above, in the first modification of the first embodiment, the
なお、フレネルパターンの中心から外れた領域を、面120b及び面120cに適用しても良い。但し、光学素子120を正面から観察した場合に、凸のレンズ位置と凹のレンズ位置とを揃えるように構成することが望ましい。また、複数のフレネルレンズ形状を用いて面120b及び面120cを構成しても良い(この場合、フレネルパターンの中心から外れた領域を合わせて適用しても良い)。
Note that a region off the center of the Fresnel pattern may be applied to the
図5は、第1実施例の第2変形例に係る光学素子130を示している。図5の上側には、光の進行方向に沿った面にて切断した、第2変形例に係る光学素子130の断面イメージ図を示している。
FIG. 5 shows an
第2変形例に係る光学素子130は、第1変形例に係る光学素子120と同様に、透明拡散部130aと、フレネル構造の凸レンズ形状を有する面130bと、フレネル構造の凹レンズ形状を有する面120cとを有する。第2変形例に係る光学素子130は、第1変形例に係る光学素子120をフレキシブルなシート状に構成したものであり、基本的な構成は第1変形例に係る光学素子120と同様である。よって、ここでは、同様の構成については説明を省略することとし、異なる構成についてのみ説明する。
Similar to the
第2変形例に係る光学素子130は、車両のフロントガラスに取り付けられる。具体的には、光学素子130は、フロントガラスの曲率に沿わせて設置される。これにより、運転者などに与える圧迫感や違和感を低減することができる。この場合、フレネル構造の凸レンズ形状を有する面130bの焦点距離は、光学素子130をフロントガラスに沿わせたことによる集光効果を考慮した上で、アイボックスEBが運転者の頭部付近に適切に位置するように設定すれば良い。また、フロントガラスが垂直に傾いていたり、左右に傾いていたりする場合には、フレネルパターンの中心から適宜ずらした領域を面130bに適用することで、アイボックスEBが運転者の頭部付近に適切に位置するように設定すれば良い。
The
なお、第2変形例で述べたような光学素子をシート状にする構成は、前述した第1実施例に係る光学素子110にも適用することができし、後述する実施例(その変形例も含む)で示す光学素子にも適用することができる。
Note that the configuration in which the optical element described in the second modification is formed into a sheet shape can be applied to the
<第2実施例>
次に、図6を参照して、第2実施例について説明する。図6の上側には、光の進行方向に沿った面にて切断した、第2実施例に係る光学素子140の断面イメージ図を示している。<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the upper side of FIG. 6, a cross-sectional image view of the
断面イメージ図に示すように、第2実施例に係る光学素子140は、対向する2つの面(つまり両面)に、マイクロレンズアレイ140a、140cが形成されている。光学素子140は、マイクロレンズアレイ140aが形成された面がプロジェクタ200のほうを向くように配置される。
As shown in the cross-sectional image diagram, the
また、光学素子140は、内部に、フレネル構造の凹面ミラー形状(言い換えると凹面ミラーとして機能するように構成されたフレネル構造の反射面形状)を有する反射面140bが形成されている。つまり、光学素子140は、マイクロレンズアレイ140aとマイクロレンズアレイ140cとの間に反射面140bが形成されている。反射面140bは、フレネル構造の凹面ミラー形状を有する面に半透明の反射膜を付して構成されている。なお、反射面140bは、マイクロレンズアレイ140a側に凹んだ面(凹面)に相当する。
In addition, the
更に、マイクロレンズアレイ140aとマイクロレンズアレイ140cとは、同じ形状を有している。具体的には、マイクロレンズアレイ140aとマイクロレンズアレイ140cとは、同じ形状を有するマイクロレンズが同じレンズピッチで配列されている。また、マイクロレンズアレイ140aとマイクロレンズアレイ140cとは、マイクロレンズの焦点距離(屈折率で換算した値を用いるものとする。)の2倍の距離だけ離間している。つまり、倍率が1倍のビームエキスパンダー系になるように構成されている。なお、フレネル構造の反射面140bについては、マイクロレンズアレイ140aとマイクロレンズアレイ140cとの中間位置に配置する必要はない。
Furthermore, the
ここで、プロジェクタ200から出射された光は、マイクロレンズアレイ140aによって集光しながらフレネル構造の反射面140bに向かい、反射面140bで反射されると拡散しながら再びマイクロレンズアレイ140aを透過して出射される。この際、フレネル構造の反射面140bは凹面ミラーとして機能するため、図6中の矢印A21、A22に示すように、プロジェクタ200からの光を運転者の頭部付近に集めることができる。よって、第2実施例に係る光学素子140によっても、拡散機能と集光機能の両方を適切に実現することができ、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保することが可能となる。
Here, the light emitted from the
他方で、車両の前方から光学素子140に入射される光は、マイクロレンズアレイ140c、反射面140b、マイクロレンズアレイ140aの順に透過していく。この場合、マイクロレンズアレイ140aとマイクロレンズアレイ140cとは、同じ形状を有していると共にマイクロレンズの焦点距離の2倍の距離だけ離間しているため、図6中の矢印A23、A24に示すように、透過光に対する互いのレンズ効果が打ち消されることとなる。そのため、第2実施例に係る光学素子140によっても、前方視界の歪みを適切に抑制しつつ、透明性を確保することができる。
On the other hand, light incident on the
以上のように、第2実施例では、マイクロレンズアレイ140aは、本発明における「第1拡散部」の一例に相当し、マイクロレンズアレイ140cは、本発明における「第2拡散部」の一例に相当し、フレネル構造の凹面ミラー形状を有する反射面140bは、本発明における「集光部」の一例に相当する。
As described above, in the second embodiment, the
なお、フレネルパターンの中心から外れた領域を反射面140bに適用しても良い。これにより、アイボックスEBの位置を上下方向及び/又は左右方向に適宜変えることができる。また、複数のフレネルレンズ形状を用いて反射面140bを構成しても良い(この場合、フレネルパターンの中心から外れた領域を合わせて適用しても良い)。これにより、複数のアイボックスEBを形成することができる。
A region off the center of the Fresnel pattern may be applied to the
ここで、図7を参照して、マイクロレンズアレイ140aとマイクロレンズアレイ140cとの間における反射面140bの好適な配置位置について説明する。図7(a)は、反射面140bをマイクロレンズアレイ140c側に配置した場合を示し、図7(b)は、反射面140bをマイクロレンズアレイ140aとマイクロレンズアレイ140cとの概ね中間に配置した場合を示し、図7(c)は、反射面140bをマイクロレンズアレイ140a側に配置した場合を示している。図7(a)に示すように反射面140bを配置した場合には、反射される前に拡散が始まっていることがわかる。他方で、図7(c)に示すように反射面140bを配置した場合には、反射直後に集光して、その後に拡散していることがわかる。以上より、図7(c)に示すように反射面140bを配置した場合には拡散度合いが少なくなってしまうので、図7(a)や(b)に示すように反射面140bを配置することが望ましいと言える。
Here, with reference to FIG. 7, the suitable arrangement position of the
次に、図8を参照して、第2実施例の変形例について説明する。図8は、光7の進行方向に沿った面にて切断した、第2実施例の変形例に係る光学素子150の断面イメージ図を示している。
Next, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a cross-sectional image diagram of an
図8に示すように、第2実施例の変形例に係る光学素子150は、マイクロレンズアレイ部151、153と、フレネル反射面部152と、を有する。光学素子150は、マイクロレンズアレイ部151、153の間にフレネル反射面部152を挟み込んで構成されており、マイクロレンズアレイ部151の側がプロジェクタ200のほうを向くように配置される。
As shown in FIG. 8, the
マイクロレンズアレイ部151、153は、それぞれ、フレネル反射面部152に対向する面に、マイクロレンズアレイ151a、153aが形成されている。つまり、マイクロレンズアレイ部151、153は、凸面の側がフレネル反射面部152のほうを向くように配置されている。また、マイクロレンズアレイ151a、153aは、同じ形状を有するマイクロレンズが同じレンズピッチで配列されていると共に、マイクロレンズの焦点距離(屈折率で換算した値を用いるものとする。)の2倍の距離だけ離間している。
In the
フレネル反射面部152は、内部に、フレネル構造の凹面ミラー形状(言い換えると凹面ミラーとして機能するように構成されたフレネル構造の反射面形状)を有する反射面152aが形成されている。反射面152aは、フレネル構造の凹面ミラー形状を有する面に半透明の反射膜を付して構成されており、平板で覆われることでフレネル反射面部152を成す。なお、反射面152aは、マイクロレンズアレイ部151側に凹んだ面(凹面)に相当する。
The Fresnel
このような第2実施例の変形例に係る光学素子150によっても、フレネル構造の反射面152aが凹面ミラーとして機能することで、プロジェクタ200からの光を運転者の頭部付近に集めることができる。よって、拡散機能と集光機能の両方を適切に実現することができ、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保することが可能となる。また、第2実施例の変形例に係る光学素子150によれば、マイクロレンズアレイ151a、153aは、同じ形状を有していると共にマイクロレンズの焦点距離の2倍の距離だけ離間しているため、透過光に対する互いのレンズ効果が打ち消されるので、前方視界の歪みを適切に抑制しつつ、透明性を確保することができる。
Also by the
以上のように、第2実施例の変形例では、マイクロレンズアレイ部151は、本発明における「第1拡散部」の一例に相当し、マイクロレンズアレイ部153は、本発明における「第2拡散部」の一例に相当し、フレネル反射面部152は、本発明における「集光部」の一例に相当する。
As described above, in the modified example of the second embodiment, the
なお、マイクロレンズアレイ部151とフレネル反射面部152との隙間、及びマイクロレンズアレイ部153とフレネル反射面部152との隙間は、空気層としても良いが、これらを一体に構成するために透明樹脂などで埋めても良い。但し、隙間を埋める材料は、マイクロレンズアレイ部151、153のレンズ効果が失われないように、マイクロレンズアレイ部151、153と異なる屈折率を有するものを用いると良い。
Note that the gap between the
また、フレネルパターンの中心から外れた領域を反射面152aに適用しても良い。更に、複数のフレネルレンズ形状を用いて反射面152aを構成しても良い(この場合、フレネルパターンの中心から外れた領域を合わせて適用しても良い)。
Further, a region outside the center of the Fresnel pattern may be applied to the reflecting
<第3実施例>
次に、図9を参照して、第3実施例について説明する。図9の上側には、光の進行方向に沿った面にて切断した、第3実施例に係る光学素子160の断面イメージ図を示している。<Third embodiment>
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. On the upper side of FIG. 9, a cross-sectional image view of the
断面イメージ図に示すように、第3実施例に係る光学素子160は、内部にマイクロレンズアレイ160aが形成されている。マイクロレンズアレイ160aは、凸面に半透明の反射膜が付されている。また、マイクロレンズアレイ160aは、各マイクロレンズの間隔は等ピッチであるが、光学素子160の中心から離れるにつれて、各マイクロレンズの光軸が外側にずれていく偏心レンズにて構成されている。マイクロレンズアレイ160aは、周辺部になるほど、光学素子160の厚さ方向に対してマイクロレンズの光軸が外側にずらされる量が大きくなっている。例えば、マイクロレンズアレイ160aは、フレネルレンズを構成する面と同様の傾きとなるように、各マイクロレンズの光軸がずらされている。
As shown in the cross-sectional image diagram, the
第3実施例に係る光学素子160によれば、プロジェクタ200から出射された光は、マイクロレンズアレイ160aによって拡散されると共に反射される。第3実施例では、マイクロレンズアレイ160aの各マイクロレンズは周辺部になるほど光軸が外側にずらされているため、マイクロレンズアレイ160aによる外側への光の拡散が抑えられる。そのため、図9中の矢印A31、A32に示すように、プロジェクタ200からの光を運転者の頭部付近に集めることができる。よって、第3実施例に係る光学素子160によっても、拡散機能と集光機能の両方を適切に実現することができ、表示像の明るさと表示像のサイズ(視野角)の両方を適切に確保することが可能となる。
According to the
また、第3実施例に係る光学素子160では、図9中の矢印A33、A34に示すように、車両の前方から入射される光に対して特にレンズ効果を付与しないため、前方視界の歪みを適切に抑制しつつ、透明性を確保することができる。
Further, in the
更に、第3実施例に係る光学素子160によれば、第1実施例及び第2実施例で示したようなフレネルレンズ(フレネルレンズ形状の面も含む)を用いないため、製造コストを削減することが可能となる。
Furthermore, according to the
<変形例>
上記では、本発明における拡散部としてマイクロレンズアレイを用いる例を示したが、これに限定はされない。マイクロレンズアレイの代わりに、レンチキュラーレンズやランダム散乱面などを、本発明における拡散部として用いても良い。また、第3実施例で示した光学素子160において、マイクロレンズアレイ160aの代わりに、レンチキュラーレンズを用いても良い。<Modification>
Although the example using a microlens array as a diffusion part in the present invention has been described above, the present invention is not limited to this. Instead of the microlens array, a lenticular lens, a random scattering surface, or the like may be used as the diffusion unit in the present invention. In the
本発明は、ヘッドアップディスプレイや反射型スクリーンなどに利用することができる。 The present invention can be used for a head-up display, a reflective screen, and the like.
110、120、130、140、150、160 光学素子
111 透明拡散板
112 フレネル凸レンズ
113 フレネル凹レンズ
200 プロジェクタ
EB アイボックス110, 120, 130, 140, 150, 160
請求項1に記載の発明では、表示像を構成する光を反射することで当該表示像を視認させる光学素子であって、光の透過性を有すると共に、前記表示像を構成する光を拡散する機能を有する第1拡散部及び第2拡散部を有する拡散部と、前記光学素子の内部に形成され、光の透過性を有すると共に、前記表示像を構成する光を集光する機能を有する集光部と、を備え、前記拡散部又は前記集光部は、前記表示像を構成する光を反射する機能を更に有することを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, an optical element that visually recognizes the display image by reflecting the light that constitutes the display image, has optical transparency, and diffuses the light that constitutes the display image. A diffusion unit having a first diffusion unit and a second diffusion unit having a function, and a collection unit that is formed inside the optical element and has a light transmission property and a function of condensing light constituting the display image. A light portion, and the diffusing portion or the light collecting portion further has a function of reflecting light constituting the display image.
請求項8に記載の発明では、ヘッドアップディスプレイは、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学素子と、前記光学素子に向けて前記表示像を構成する光を出射する光源部と、を備えることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, a head-up display includes an optical element according to any one of the first to seventh aspects, and a light source unit that emits light constituting the display image toward the optical element. It is characterized by providing.
Claims (15)
光の透過性を有すると共に、前記表示像を構成する光を拡散する機能を有する拡散部と、
光の透過性を有すると共に、前記表示像を構成する光を集光する機能を有する集光部と、を備え、
前記拡散部又は前記集光部は、前記表示像を構成する光を反射する機能を更に有することを特徴とする光学素子。An optical element that visually recognizes the display image by reflecting light constituting the display image,
A diffusing unit having light transmission and a function of diffusing light constituting the display image;
A light condensing unit having a light transmissive property and a function of condensing light constituting the display image,
The diffusing unit or the condensing unit further has a function of reflecting light constituting the display image.
前記拡散部は、前記表示像を構成する光が前記凸レンズを介して入射され、当該光を拡散すると共に前記凸レンズに向けて反射し、
フレネル構造の凹レンズを更に備えており、前記凸レンズと前記凸レンズとの間に前記拡散部が挟み込まれていることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。The condensing part is a convex lens having a Fresnel structure,
The diffuser is configured such that light constituting the display image is incident through the convex lens, diffuses the light, and reflects the light toward the convex lens.
The optical element according to claim 1, further comprising a concave lens having a Fresnel structure, wherein the diffusing portion is sandwiched between the convex lens and the convex lens.
前記拡散部と前記凹レンズとの間は、当該凹レンズとは異なる屈折率を有する所定の媒体で埋められていることを特徴とする請求項2又は3に記載の光学素子。The space between the diffusion part and the convex lens is filled with a predetermined medium having a refractive index different from that of the convex lens.
4. The optical element according to claim 2, wherein a space between the diffusing portion and the concave lens is filled with a predetermined medium having a refractive index different from that of the concave lens.
前記拡散部は、前記光学素子の内部に形成されており、前記集光部を介して入射された前記表示像を構成する光を拡散すると共に前記集光部に向けて反射し、
前記光学素子を構成する対向する2つの面のうちの他方の面には、フレネル構造の凹レンズ形状を有する面が更に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。The condensing part is a surface having a convex lens shape with a Fresnel structure, formed on one of two opposing surfaces constituting the optical element,
The diffusing unit is formed inside the optical element, diffuses the light constituting the display image incident through the condensing unit and reflects it toward the condensing unit,
2. The optical element according to claim 1, wherein a surface having a Fresnel-shaped concave lens shape is further formed on the other of the two opposing surfaces constituting the optical element.
前記集光部は、前記光学素子の内部に形成された、フレネル構造の凹面ミラー形状を有する反射面であり、
前記第1拡散部は、前記光学素子を構成する対向する2つの面のうちの一方の面に形成されており、前記表示像を構成する光を拡散し、
前記第2拡散部は、前記光学素子を構成する対向する2つの面のうちの他方の面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。The diffusion part has a first diffusion part and a second diffusion part,
The condensing part is a reflecting surface formed inside the optical element and having a concave mirror shape with a Fresnel structure,
The first diffusing portion is formed on one of two opposing surfaces constituting the optical element, and diffuses the light constituting the display image,
2. The optical element according to claim 1, wherein the second diffusing portion is formed on the other of the two opposing faces constituting the optical element.
前記集光部は、フレネル構造の凹面ミラー形状を有する反射面が内部に形成され、
前記第1拡散部は、前記集光部の一方の面に対向して配置され、前記表示像を構成する光を拡散し、
前記第2拡散部は、前記集光部の他方の面に対向して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。The diffusion part has a first diffusion part and a second diffusion part,
The condensing part has a reflecting surface having a concave mirror shape with a Fresnel structure formed inside,
The first diffusion unit is disposed to face one surface of the light collecting unit, diffuses light constituting the display image,
The optical element according to claim 1, wherein the second diffusing unit is disposed to face the other surface of the light collecting unit.
前記第2拡散部と前記集光部との間は、前記第2拡散部の屈折率とは異なる屈折率を有する所定の媒体で埋められていることを特徴とする請求項8に記載の光学素子。The space between the first diffusion part and the light collecting part is filled with a predetermined medium having a refractive index different from the refractive index of the first diffusion part,
The optical system according to claim 8, wherein a space between the second diffusing unit and the condensing unit is filled with a predetermined medium having a refractive index different from a refractive index of the second diffusing unit. element.
前記光学素子は、透過性を有する反射型のマイクロレンズアレイを備えており、
前記マイクロレンズアレイは、前記光学素子の中心から離れるにつれて、マイクロレンズの光軸が外側にずれていく偏心レンズにて構成されていることを特徴とする光学素子。An optical element that visually recognizes the display image by reflecting light constituting the display image,
The optical element includes a reflective microlens array having transparency,
The optical element, wherein the microlens array is configured by an eccentric lens in which the optical axis of the microlens is shifted outward as the distance from the center of the optical element increases.
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