JP2012123393A - 光学素子、表示装置、表示方法、及び、移動体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】同心円状の複数の凸条部を有する第1フレネルレンズが設けられた第1主面を有する第1光学シートを備え、前記複数の凸条部のうちで互いに隣接する凸条部における前記同心円の中心から外側に向かう放射方向に沿ったそれぞれの幅は互いに異なり、前記複数の凸条部のそれぞれにおける前記放射方向に沿ったそれぞれの幅は、予め定められた長さ以下であることを特徴とする光学素子が提供される。
【選択図】図1
Description
この様なHUDにおいて、装置の小型化と共に、見やすさの向上が求められている。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
本発明の第1の実施形態は、HUDなどの表示装置に用いられる光学素子である。この表示装置は、車両や船舶や航空機などの移動体に搭載されるHUDとして用いることができる。ただし、本発明の実施形態はこれに限らず、表示装置は、ドライビングシミュレータやフライトシミュレータなどのシミュレータ、さらには、ゲームなどのアミューズメント用途にも適用できる。以下では、例として本実施形態に係る光学素子が、車両用のHUDの表示装置に応用される場合として説明する。
すなわち、図1(a)は平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA1−A2線断面図である。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る光学素子が用いられる表示装置の使用状態を例示する模式図である。
まず、図2により、本実施形態に係る表示装置310の構成の概要について説明する。
映像投影部115は、映像データ生成部130によって生成された映像データに基づいた映像を含む光束112を車両730のフロントガラス部710に反射させて車両730に搭乗する観視者100に向けて投影する。
なお、本具体例では、第1主面10aとは反対の側の第2主面10bは、実質的に平面である。
すなわち、これらの図は、光学素子510の2種類の使用状態を例示する模式図である。すなわち、図3(a)は、光学素子510の光軸13oaを外形中心13sよりも上側に配置させて、光学素子510をフロントガラス710aに貼り付けた場合の状態を例示している。図3(b)は、光学素子510の光軸13oaを外形中心13sよりも下側に配置させて、光学素子510をフロントガラス710aに貼り付けた場合の状態を例示している。
図4は、比較例の光学素子の動作を例示する模式図である。
図4に表したように、比較例の光学素子519においては、第1主面10aにおける第1フレネルレンズ10fの光軸13oaの位置が、第1主面10aの外形中心13sの位置と一致している。
すなわち、図5(a)は、本実施形態に係る光学素子510の特性を例示しており、図5(b)は、比較例の光学素子519の特性を例示している。図5(a)は、図4(a)または図4(b)に例示した使用状態のときの特性に対応する。そして、図5(a)及び図5(b)は、観視者100が、映像投影部115に含まれる映像の表示内容180を、光学素子510または光学素子519を介して関したときに知覚される像を例示している。
なお、同図においては、第1光学シート10を単純な平凸レンズとして描いている。
図6に表したように、第1光学シート10の第2主面10bに入射した第1入射光Lin1は、第1光学シート10を通過して、第1主面10aで反射し、第1反射角θout1を有する第1反射光Lout1として出射する。一方、第1光学シート10の第2主面10bに入射した第2入射光Lin2は、第2主面10bで反射し、第2反射角θout2を有する第2反射光Lout2となる。
このように、光学素子510の第1主面10aは、反射性と透過性とを有する。
図7は、本発明の第1の実施形態に係る光学素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、図1(a)のA1−A2線断面に相当する模式的断面図である。
図7(a)に表したように、本実施形態に係る光学素子511は、第1光学シート10に加え、第1光学シート10の第1主面10aに設けられ、可視光に対して反射性と透過性とを有する透過反射光学層15をさらに備えている。これ以外は、光学素子510と同様であるので説明を省略する。
透過反射光学層15の可視光に対する透過率は70%以上とすることができる。
第2光学シート20は、第2フレネルレンズ20fが設けられ、第1主面10aに対向する第3主面20aを有する。第1フレネルレンズ10fがフレネル凸レンズである場合には、第2フレネルレンズ20fはフレネル凹レンズであり、第1フレネルレンズ10fがフレネル凹レンズである場合には、第2フレネルレンズ20fはフレネル凸レンズである。以下では、第1フレネルレンズ10fがフレネル凸レンズであり、第2フレネルレンズ20fはフレネル凹レンズである場合として説明する。
例えば、既に説明したように、第1フレネルレンズ10fは、第1フレネルレンズ10fの光軸13oaを中心とする同心円状の複数の凸条部12を有し、第2フレネルレンズ20fは、第2フレネルレンズ20fの光軸23oaを中心とする同心円条の複数の凹条部22を有している。そして、第1フレネルレンズ10fの光軸13oaから同心円の外側に向かう放射方向に沿ったある距離(第1距離)に位置する凸条部12の幅は、第2フレネルレンズ20fの光軸23oaから同心円の外側に向かう放射方向に沿った距離が上記の第1距離に位置する凹条部22の幅と、実質的に同じである。
また、凹条部22の曲率は、凸条部12の曲率と実質的に等しく設定されることができる。
図8は、本発明の第2の実施形態に係る光学素子の構成を例示する模式的断面図である。
図8に表したように、本実施形態に係る光学素子520は、同心円状の複数の凸条部12を有する第1フレネルレンズ10fが設けられた第1主面10aを有する第1光学シート10を備える。光学素子520も、例えば、車両730のフロントガラス710aに貼り付けられ、HUDにおける反射部711として使用される。なお、この場合も、第1主面10aは、可視光に対して反射性と透過性とを有する。
図9及び図10は、光学素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、図9(a)は、凸条部12の幅が0.28mm±0.10mmで変化する場合(例えば、第1幅w1が0.28mmであり、第2幅w2が0.28mm+0.10mmであり、第3幅w3が、0.28mm−0.10mmである場合)の光学素子520aの特性を例示している。
これらの図において、横軸は、位置Xv(例えばX軸方向に沿った相対的な位置)であり、縦軸は、相対的な光強度Irである。
図11に表したように、本実施形態に係る光学素子530も、同心円状の複数の凸条部12を有する第1フレネルレンズ10fが設けられた第1主面10aを有する第1光学シート10を備える。そして、複数の凸条部12のうちで隣接する2つの凸条部12における同心円の中心から外側に向かう放射方向に沿った幅は互いに同じであり、隣接する2つの凸条部12における放射方向に沿った幅の合計は、予め定められた長さ以下である。
すなわち、3つの連続して並ぶ凸条部12の幅が互い同じではない。ただし、もし、3つの連続して並ぶ凸条部12の幅が互い同じ場合は、連続して並ぶその3つの凸条部12の幅の合計を、予め定められた長さ(例えば0.43mm)以下にすることで回折効果を抑制し、HUDの見易さが向上できる。
光学素子520は、第1光学シート10の第1主面10aに設けられ、可視光に対して反射性と透過性とを有する透過反射光学層15をさらに備えることができる。そして、透過反射光学層15の可視光に対する透過率は70%以上とすることができる。これにより、光学素子520はHUDに使用したときに、映像投影部115はら呈示される映像と、外界の背景映像と、の両方を良好な状態で観視できる。
例えば、既に説明したように、第1フレネルレンズ10fは、第1フレネルレンズ10fの光軸13oaを中心とする同心円状の複数の凸条部12を有し、第2フレネルレンズ20fは、第2フレネルレンズ20fの光軸23oaを中心とする同心円条の複数の凹条部22を有している。そして、第1フレネルレンズ10fの光軸13oaから同心円の外側に向かう放射方向に沿ったある距離(第1距離)に位置する凸条部12の幅は、第2フレネルレンズ20fの光軸23oaから同心円の外側に向かう放射方向に沿った距離が上記の第1距離に位置する凹条部22の幅と、実質的に同じである。
また、凹条部22の曲率は、凸条部12の曲率と実質的に等しく設定されることができる。
本発明の第3の実施形態に係る表示装置の例について説明する。
図12は、本発明の第3の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
図12に表したように、表示装置330は、映像を含む光束を、本発明の実施形態に係る光学素子510に反射させて観視者100に向けて投影する映像投影部115を備える。なお、表示装置330は、光学素子510をさらに含んでも良い。
映像投影部115は、上記の具体例の他に、各種の変形が可能である。
本発明の第4の実施形態に係る表示方法は、第1の実施形態に関して説明した光学素子を用いる表示方法である。
本発明の第5の実施形態に係る移動体(例えば、車両730)は、図1に例示したようい、発明の実施形態に係る光学素子のいずれかと、その光学素子を支持する透明板(フロントガラス710a、フロントガラス部710)と、を備える。また、移動体は、映像を含む光束112を本実施形態に係る光学素子に反射させて観視者100に向けて投影する映像投影部115を含む表示装置をさらに含むこともできる。なお、映像投影部115は、映像を含む光束の発散角を制御して光学素子に投影することができる。
本実施形態に係る移動体は、車両や船舶や航空機などの任意の乗り物とすることができる。
図13は、本発明の第5の実施形態に係る移動体の一部の構成を例示する模式的断面図である。
図13(a)に表したように、本実施形態に係る移動体のフロントガラス710a1は、第1透明板715aと、第2透明板715bと、第1透明板715aと第1透明板715bとの間に設けられた光学素子を有している。この例では、光学素子として、既に説明した光学素子512が用いられている。また、第1透明板715aと第1透明板715bとの間において、光学素子512が設けられていない部分には、透明樹脂層715cが設けられている。透明樹脂層715cには、例えば第1透光層18aに用いられる材料と同じ材料を用いても良い。
このような構成を有するフロントガラス710a1及び710a2によれば、フロントガラスに光学素子を内蔵することで、使用者はより便利になり、また、光学素子の周囲が、第1透明板715a、第2透明板715b及び透明樹脂層715cによって封止されるため、光学素子の信頼性が向上する。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (8)
- 同心円状の複数の凸条部を有する第1フレネルレンズが設けられた第1主面を有する第1光学シートを備え、
前記複数の凸条部のうちで互いに隣接する凸条部における前記同心円の中心から外側に向かう放射方向に沿ったそれぞれの幅は互いに異なり、
前記複数の凸条部のそれぞれにおける前記放射方向に沿ったそれぞれの幅は、予め定められた長さ以下であることを特徴とする光学素子。 - 同心円状の複数の凸条部を有する第1フレネルレンズが設けられた第1主面を有する第1光学シートを備え、
前記複数の凸条部のうちで隣接する2つの凸条部における前記同心円の中心から外側に向かう放射方向に沿った幅は互いに同じであり、前記隣接する2つの前記凸条部における前記放射方向に沿った幅の合計は、予め定められた長さ以下であることを特徴とする光学素子。 - 前記複数の凸条部は、
前記放射方向に沿った第1幅を有する第1の凸条部と、
前記放射方向に沿った幅が前記第1幅とは異なる第2幅を有する第2の凸条部と、
前記放射方向に沿った幅が前記第1幅とは異なり前記第2幅とも異なる第3幅を有する第3の凸条部と、
を有することを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子。 - 前記第1光学シートの前記第1主面に設けられ、可視光に対して反射性と透過性とを有する透過反射光学層をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の光学素子。
- 前記第1光学シートの前記第1主面の側に設けられ、可視光に対して透光性を有する第1透光層をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つ記載の光学素子。
- 映像を含む光束を、請求項1〜5のいずれか1つに記載の光学素子に反射させて観視者に向けて投影する映像投影部を備えたことを特徴とする表示装置。
- 第1フレネルレンズが設けられた第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、を有する第1光学シートに、前記第2主面の側から映像を含む光束を入射させ、前記光束の前記第2主面で反射した第2主面反射光束の方向を、前記光束の前記第1主面で反射した第1主面反射光束の方向に対して5度以上変えて、前記第1主面光束を観視者に向けて投影する表示方法。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の光学素子と、
前記光学素子を支持する透明板と、
を備えたことを特徴とする移動体。
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