JP2017146384A - 光学部材、表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
従来、自動車等の乗り物のフロントウィンドウとしては、一対のガラス基板の間に飛散防止用の中間層を挟み込んだ合わせガラスが使用されており、この合わせガラスをHUDに適用すると、映像光が光の屈折により二重に見えてしまう場合がある。そこで、この光の屈折を抑制するために、中間層の断面を楔形状とした合わせガラスが提案されている(特許文献1参照)。
請求項1の発明は、映像源(2)から投射された映像光(L)を観察者側へ反射するとともに、外界側から入射した光(G)を透過する光学部材であって、光透過性を有する第1支持体(10)と、前記第1支持体の観察者側とは反対側に設けられる光制御層(20)と、前記光制御層の背面側に設けられ、光透過性を有する第2支持体(40)と、を備え、前記光制御層は、レンズ面(222a)及び非レンズ面(222b)を有する単位レンズ(222)が複数配列されたリニアフレネルレンズ形状(221)を観察者側とは反対側の面に有する第1光学形状層(22)と、前記第1光学形状層の前記リニアフレネルレンズ形状が設けられた側の面に積層される第2光学形状層(23)とを備え、前記レンズ面の少なくとも一部に、入射した光の少なくとも一部を反射する反射層(24)が設けられていること、を特徴とする光学部材(1)である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の光学部材において、前記反射層(24)は、入射した光の少なくとも一部を反射し、入射した光のその他を透過させること、を特徴とする光学部材(1)である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の光学部材(1)と、前記光学部材に映像光を投射する映像源(2)と、を備える表示装置(100,200)である。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、板、シート等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
図1は、第1実施形態の表示装置100を配置した自動車の運転席周辺を示す図である。この図1では、自動車の運転席からフロントウィンドウ側(自動車の進行方向側)を見た状態を示している。
図2は、第1実施形態の表示装置100を説明する図である。この図2では、表示装置100において、フロントウィンドウ1の幾何学的中心を通り、フロントウィンドウ1の厚み方向に平行であって、後述する単位レンズ222の配列方向に平行な断面における断面形状を示している。
本実施形態では、本発明に係る光学部材を、自動車のフロントウィンドウ1として用いる例を示すが、これに限定されるものでなく、サイドウィンドウや、リアウィンドウ等に用いてもよいし、自動車以外の航空機や列車等の他の乗り物等の窓等に用いてもよい。
この表示装置100は、自動車の速度や、方向指示器の状態等を、運転者の視線上に表示することができる装置、いわゆるヘッドアップディスプレイ装置であり、自動車を運転する運転者が視線を反らすことなく、自動車の速度等の状態を把握することができる。
フロントウィンドウ1は、図2に示すように、不図示の自動車の車体(ボディ)の水平方向に対して所定の角度で傾斜した状態で取り付けられている。図1及び図2において、フロントウィンドウ1の+Z側が自動車の前方であり、フロントウィンドウ1の−Z側が自動車の後方(車内側)である。なお、図示していないが、フロントウィンドウ1は、+Z側に向けて全体が凸となるような三次元の湾曲形状に形成されている。
投射光学系3は、映像源2に表示された映像光をフロントウィンドウ1に投射する複数のレンズ群から構成された光学系である。
映像源2及び投射光学系3は、一体型のプロジェクタとして構成されており、図1に示すように、フロントウィンドウ1の車内側(−Z側)に設けられたインストルメントパネル6内において、運転者の正面に配置されている。
図3は、第1実施形態のフロントウィンドウ1の構成を説明する図である。図3(a)は、フロントウィンドウ1の部分断面図である。図3(b)は、後述する第1光学形状層22を背面側(+Z側)から観察した様子を示す図である。なお、図3(b)では、第1光学形状層22の背面側に設けられた後述する第2光学形状層23、第2中間層50、第2ガラス基板40の図示は省略している。
図3(a)に示すように、フロントウィンドウ1は、観察者側(車内側、−Z側)から順に、第1ガラス基板10(第1支持体)、第1中間層30、光学シート(光制御層)20、第2中間層50、第2ガラス基板40(第2支持体)が積層されている。
第1ガラス基板10としては、例えば、ソーダライムガラス(青板ガラス)、硼珪酸ガラス(白板ガラス)、石英ガラス、ソーダガラス、カリガラス等を用いることができる。また、第1ガラス基板10の厚みは、2〜3mmの範囲とすることが好ましい。
本実施形態の光学シート20は、第1ガラス基板10及び第2ガラス基板40間の全面に対して設けられている。従って、本実施形態では、フロントウィンドウ1の全面に光学シート20が設けられている。
光学シート20は、その厚み方向において、観察者側(車内側、−Z側)から順に、基材層21、第1光学形状層22、反射層24、第2光学形状層23が積層されている。
単位レンズ222は、レンズ面222aと、レンズ面222aに対向する非レンズ面222bとから構成されており、レンズ面222aが、単位レンズ222の頂部tを挟んで非レンズ面222bよりも上側(+Y側)に位置している。
非レンズ面222bは、映像源2から出射した映像光が直接入射しない面である。本実施形態では、図3(a)に示すように、非レンズ面222bは、Z方向に平行である例を示しているが、これに限らず、非レンズ面222bは、頂点t側(背面側,+Z側)の端部が上側(+Y側)に位置し、谷部v側(観察者側,−Z側)の端部が下側(−Y側)に位置する形態としてもよい。
この角度αは、上下方向(Y方向)において、映像源2側となる下側(−Y側)に位置する単位レンズ222の角度αは小さく、配列方向に沿って、上側(+Y側)に向かうにつれて次第に大きくなっており、フロントウィンドウ1の最も下側(−Y側)で約10°、最も上側(+Y側)で約60°とすることが、良好な拡大映像を表示する観点から好ましい。
単位レンズ222の高さ(厚み方向における単位レンズ222の頂部tから単位レンズ222間の谷部vまでの寸法)は、hである。
また、本実施形態の単位レンズ222の配列ピッチPは、500μmである。さらに、本実施形態の角度βは、単位レンズ222の配列方向(上下方向、Y方向)に沿って一定であり、90°である。
これらの角度、寸法は、フロントウィンドウ1を自動車に取り付けたときの傾斜角度、映像源2からの映像光Lの投射角度等に応じて適宜設定される。
また、第1光学形状層22は、プレス成形法等により形成することも可能である。このような第1光学形状層22の場合には、接合層等を介して透明基材に積層する形態としてもよい。
この第2光学形状層23は、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂等から形成される。
第2光学形状層23の屈折率は、第1光学形状層22及び第2光学形状層23間における光の屈折を回避する観点から、第1光学形状層22と同等であることが望ましい。
反射層24の反射率と透過率の割合は、適宜設定することができる。映像光Lを良好に反射させるとともに、自動車の進行方向側から入射する光を十分に透過させて、観察者である運転者の視界を良好に保つ観点から、反射層24の透過率は、70%以上とすることが望ましい。
また、本実施形態の反射層24は、アルミニウムの蒸着によって約40〜60Åの厚みに形成されているが、光の透過率を上述の好ましい範囲に設定できるのであれば、その材料等に応じて厚さを自由に設定することができる。
第1中間層30としては、例えば、PVB(ポリビニルブチラール)を用いることができる。第1中間層30の厚みは、0.3〜0.8mmの範囲とすることが好ましい。また、第1中間層30の屈折率は、フロントウィンドウ1内における光の屈折を回避する観点から、第1ガラス基板10及び第2ガラス基板40や、第1光学形状層22(光学シート20)と同等であることが望ましい。
第2中間層50は、厚み方向(Z方向)において、第2ガラス基板40と光学シート20(第2光学形状層23)との間に配置された層である。第2ガラス基板40及び光学シート20は、第2中間層50により一体に接合されている。第2中間層50は、フロントウィンドウ1の破損時に、第2ガラス基板40の破片が飛散するのを防止するために設けられている。
第2中間層50は、第1中間層30と同じく、PVBを用いて形成することができる。第2中間層50の厚みは、0.3〜0.8mmの範囲とすることが好ましい。また、第2中間層50の屈折率は、第1ガラス基板10及び第2ガラス基板40や、第1光学形状層22(光学シート20)と同等であることが望ましい。
従って、本実施形態のフロントウィンドウ1は、前述の特許文献1に記載されているように中間層の断面を楔形状とした従来の合わせガラスに比べて、第1中間層30、第2中間層50及びフロントウィンドウ1の設計、製造が容易である。
映像源2から投射された映像光Lは、投射光学系3を介して、フロントウィンドウ1の観察者側の面へ入射する(図1参照)。フロントウィンドウ1に入射した映像光Lは、基材層21等を透過して第1光学形状層22の観察者側の面に入射する。
そして、映像光Lの一部の光L1は、第1光学形状層22に形成された単位レンズ222のレンズ面222aに入射し、反射層24により観察者側へ反射し、観察者の眼Eに届く。このとき、第1光学形状層22は、リニアフレネルレンズ形状221を有しているので、映像源から投影された映像は、拡大されて表示される。
なお、映像光Lの他の一部の光L3は、フロントウィンドウ1の第1ガラス基板10の表面で反射するが、フロントウィンドウ1の斜め上側(+Y側)へ反射するため、そのほとんどが観察者の眼Eには届くことはない。
また、別の一部の光G2は、非レンズ面222bを通過して観察者(運転者)側へと届く。さらに、他の光G3は、反射層24において反射するが、フロントウィンドウ1の斜め上側へ反射するため、そのほとんどが観察者の眼Eに届かない。
また、本実施形態によれば、映像が拡大されて表示されるので、運転者(観察者)は、表示される映像を視認しやすい。従って、運転者(観察者)は、運転を妨げられることなく速度情報等の映像を確認できる。しかも、投射光学系3に新たなレンズ等を加える必要がなく、インストルメントパネル6内の映像源2及び投射光学系3に用いられる空間や投射距離等を広げたり、投射光学系治具を大型化したりする必要がない。従って、映像源2や投射光学系3が占める空間を広げることなく、より大きく良好な映像を表示できる。
さらに、本実施形態によれば、光学シート20はリニアフレネルレンズ形状221を備えているので、サーキュラフレネルレンズ形状を備える場合に比べて、設計や製造が容易であり、安価で提供できる。
図4は、第2本実施形態の表示装置200を配置した自動車の運転席周辺を示す図である。この図4では、前述の図1と同様に、自動車の運転席からフロントウィンドウ側(自動車の進行方向側)を見た状態を示している。
図5は、第2実施形態の表示装置200の詳細を説明する図である。図5(a)は、フロントウィンドウ1の厚み方向(Z方向)の運転者側(−Z側)から見た正面図である。図5(b)は、フロントウィンドウ1の運転席正面の表示領域Sの左右方向(X方向)の中心線上における断面(図5(a)のb部断面)を示す図である。図5(c)は、厚み方向(Z方向)に平行であって、単位レンズ222の配列方向に平行な断面における断面(図5(a)のc部断面)を示す図である。
第2実施形態の表示装置200は、映像源2及び投射光学系3が、運転者の前方に設けられたインストルメントパネル6内において、助手席側(−X側)に配置されており、映像光Lを運転席正面側の表示領域Sへ斜め方向から投射している点以外は、前述の第1実施形態と同様の形態である。従って、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
本実施形態では、理解を容易にするために、映像が表示される好ましい領域を表示領域Sとして示している。表示装置200では、表示領域Sは、運転席正面下方に位置し、この表示領域Sに映像源2からの映像光Lが主に投射され、運転者(観察者)に映像が表示される。本実施形態では、表示領域Sは、矩形状であり、その幾何学的中心Cは、運転者(観察者)の正面の下側に位置している。なお、表示領域Sは、映像が表示される好ましい領域であり、この表示領域S以外の領域においても反射層24により映像光が反射されるため、映像の表示は可能である。
そして、図5(a)に示すように、フロントウィンドウ1の厚み方向(Z方向)から見た状態において、映像源2の映像光Lの出射位置2aと表示領域Sの幾何学的中心Cとを結ぶ線分Rは、表示領域Sの幾何学的中心Cを通り上下方向(Y方向)に平行な線に対して右側(+X側)に傾斜している。なお、出射位置2aとは、映像源2の映像光Lが出射する面の幾何学的中心となる位置である。
そして、図5(a)に示すように、フロントウィンドウ1の厚み方向(Z方向)の観察者(運転者)側からみて、単位レンズ222の長手方向は、右側(+X側)が左側(−X側)よりも下側(−Y側)に位置するように傾斜した形態となっている。
このような構成とすることにより、表示装置200は、映像源2から表示領域Sへ斜めに投射される映像光を効率よく観察者(運転者)側に反射することができる。なお、表示領域Sの幾何学的中心Cを通り、上下方向(Z方向)に平行な線に対する線分Rの傾斜の大きさ(角度)は、映像源2の位置等に応じて適宜選択してよい。
本実施形態によれば、映像源2を運転席の正面以外の位置に配置し、斜めに映像光を投射する形態であるが、拡大された良好な映像を提供できる。
また、本実施形態によれば、表示装置200は、映像源2を、ハンドル4や計器類5が多数配置される光学シート20の下側の領域(フロントウィンドウ1の右下側の領域)を避けて配置することができ、自動車の運転席に対して、映像源2の配置位置の自由度を向上させることができる。
以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
図6は、フロントウィンドウ1の変形形態を示す図である。
(1)上述の実施形態において、光学シート20は、第1ガラス基板10及び第2ガラス基板40間の全面に対して設けられ、また、光学シート20のレンズ面222aに反射層24が設けられる例を示したが、これに限定されるものでない。
例えば、図6(a)に示すように、フロントウィンドウ1は、光学シート20が上述の実施形態と同様に、第1ガラス基板10及び第2ガラス基板40間の全面に対して設けられているが、反射層24が、フロントウィンドウ1の下側(−Y側)の領域のレンズ面222aにのみ設けられるようにしてもよい。これにより、フロントウィンドウ1の映像の反射に寄与しない部分にまで反射層24が形成されてしまうのを回避することができ、車外から入射する景色等の光をより鮮明に車内側へ透過させることができ、運転者の視界を良好にすることができる。また、反射層24が形成される範囲が、上述の実施形態のフロントウィンドウ1に比して限定されるため、フロントウィンドウ1等の製造コストを低減することができる。
これらの場合、反射層24は、各単位レンズ222のレンズ面222a上に形成されている。そして、第1ガラス基板10及び第2ガラス基板40間の光学シート20が存在しない領域には、光学シート20と同程度の厚みを有した中間層(PVB)が設けられ、フロントウィンドウ1の全体の厚みを均一にしている。
これにより、フロントウィンドウ1の映像の反射に寄与しない部分にまで光学シート20(反射層24)を配置することがなく、車外から入射する景色等の光をより鮮明に車内側へ透過させることができる。また、光学シート20のサイズがフロントウィンドウ1のサイズよりも小さいため、光学シート20の製造コストを低減することができる。
例えば、反射層24は、光透過性を有し、第1光学形状層22の屈折率よりも低い屈折率の層(例えば、空気層)とし、第1光学形状層22のレンズ面222aと第2光学形状層23との間に形成される形態としてもよい。
例えば、光学部材は、室内用のパーテーションに映像を表示する表示装置にも適用してもよく、また、背景等の外界の光を透過する店舗等のショーウィンドウに広告等の映像を表示する表示装置に適用してもよい。
2 映像源
3 投射光学系
10 第1ガラス基板
20 光学シート
30 第1中間層
40 第2ガラス基板
50 第2中間層
100 表示装置
Claims (3)
- 映像源から投射された映像光を観察者側へ反射するとともに、外界側から入射した光を透過する光学部材であって、
光透過性を有する第1支持体と
前記第1支持体の観察者側とは反対側に設けられる光制御層と、
前記光制御層の背面側に設けられ、光透過性を有する第2支持体と、
を備え、
前記光制御層は、レンズ面及び非レンズ面を有する単位レンズが複数配列されたリニアフレネルレンズ形状を観察者側とは反対側の面に有する第1光学形状層と、前記第1光学形状層の前記リニアフレネルレンズ形状が設けられた側の面に積層される第2光学形状層とを備え、
前記レンズ面の少なくとも一部に、入射した光の少なくとも一部を反射する反射層が設けられていること、
を特徴とする光学部材。 - 請求項1に記載の光学部材において、
前記反射層は、入射した光の少なくとも一部を反射し、入射した光のその他を透過させること、
を特徴とする光学部材。 - 請求項1又は請求項2に記載の光学部材と、
前記光学部材に映像光を投射する映像源と、
を備える表示装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019135533A (ja) * | 2018-02-05 | 2019-08-15 | 大日本印刷株式会社 | 反射スクリーン及び映像表示装置 |
JP2020024265A (ja) * | 2018-08-06 | 2020-02-13 | 大日本印刷株式会社 | 反射スクリーン、合わせガラス及び映像表示装置 |
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JPH0358080A (ja) * | 1989-07-27 | 1991-03-13 | Shimadzu Corp | ヘッドアップディスプレイ |
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- 2016-02-16 JP JP2016026618A patent/JP6759618B2/ja active Active
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