JP6759618B2 - 光学部材、表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学部材、表示装置に関するものである。

ヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」ともいう）は、例えば、自動車等の乗り物のインストルメントパネル内に配置された映像源からフロントウィンドウに映像光を投影し、運転者に対して各種の情報を表示する映像表示システムである。
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）。

ここで、自動車等の乗り物のフロントウィンドウ（光学部材）は、車種毎に取り付け角度が相違する。そのため、中間層の断面を楔形状とした場合、その厚みや、楔角等は、乗り物への取り付け角度に応じて設計される必要がある。しかし、現状では、中間層の楔形状を取り付け角度に応じて設計することは困難であり、また、中間層の断面を設計通りの楔形状となるように製造することも困難である。

特許第２８１５６９３号公報

また、表示される映像に関しても、より拡大した大きな映像を表示したいという要求がある。しかし、上述のような従来のＨＵＤでは、インストルメントパネル内には計器等が配置されており余分な空間がないため、投射光学系をさらに配置したり、投射光学系治具を大型化したりすることができないので、より大きな映像を表示することは困難である。

本発明の課題は、より大きく良好な映像を表示できる光学部材、表示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
第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）が設けられており、前記レンズ面が該光学部材の平面方向となす角度αは、１０度以上６０度以下であり、前記非レンズ面が該光学部材の平面方向となす角度βは、β＞αを満たすこと、を特徴とする光学部材（１）である。
第２の発明は、第１の発明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。
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明の光学部材において、前記第１光学形状層（２２）と前記第２光学形状層（２３）とは、屈折率が等しいこと、を特徴とする光学部材（１）である。
第４の発明は、第１の発明から第３の発明までのいずれかの光学部材において、前記光制御層（２０）は、該光学部材の一部に設けられていること、を特徴とする光学部材（１）である。
第５の発明は、第１の発明から第４の発明までのいずれかの光学部材（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。

本発明によれば、より大きく良好な映像を表示できる光学部材、表示装置を提供できる。

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。 第１実施形態の表示装置１００を説明する図である。 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。 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。 第２実施形態の表示装置２００の詳細を説明する図である。 フロントウィンドウ１の変形形態を示す図である。

以下、図面等を参照して、本発明に係る光学部材及び表示装置を、自動車のフロントウィンドウに搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に適用した実施形態について説明する。なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
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。

（第１実施形態）
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。

なお、図１を含め以下の説明においては、理解を容易にするために、フロントウィンドウ１の左右方向（幅方向）をＸ方向、上下方向（高さ方向）をＹ方向、厚み方向をＺ方向とする。また、フロントウィンドウ１を中心として、厚み方向（Ｚ方向）の−Ｚ側を観察者側（運転者側、表面側、車内側）とし、＋Ｚ側を背面側（裏面側、車外側）とする。
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。

本実施形態の表示装置１００が備えられた自動車は、図１に示すように、車内側から見て、フロントウィンドウ１の右側に運転席が設けられ、フロントウィンドウ１の下方側に配置された化粧パネルであるインストルメントパネル６が配置されている。インストルメントパネル６は、運転席正面となる右側に自動車の操縦桿となるハンドル４や、自動車の速度計等の計器類５が配置されている。また、インストルメントパネル６内には、表示装置１００を構成する映像源２、投射光学系３等が配置されている。

図１等に示すように、本実施形態の表示装置１００は、フロントウィンドウ１と、映像源２と、投射光学系３とを備えている。表示装置１００は、映像源２から投射された映像光Ｌを、フロントウィンドウ１を介して運転者（観察者）側に拡大投影する装置である。具体的には、表示装置１００は、映像源２で結像された映像光Ｌを、投射光学系３を介してフロントウィンドウ１へ入射させ、フロントウィンドウ１に設けられた光学シート２０（後述）により、運転者の眼Ｅに向けて映像情報を反射させる。
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、外界（車外）からの光の一部を、フロントウィンドウ１の背面側から運転者側へ透過させ、投射された映像光と車外から入射する光とを重ねて観察者（運転者）に見せる、いわゆるシースルー機能を備えている。
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。

映像源２は、映像光を表示するマイクロディスプレイである。映像源２は、例えば、透過型の液晶表示デバイス、反射型の液晶表示デバイス、有機ＥＬ等により構成されている。本実施形態では、映像源２は、自動車の速度や、エンジンの回転数等の情報に係る映像光を出射する。
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。

次に、フロントウィンドウ１の詳細な構成について説明する。
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は、フロントウィンドウ１の最も車内側（−Ｚ側）に配置された透明な部材である。
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。

光学シート２０は、第１ガラス基板１０の背面側（＋Ｚ側）に配置されたシートである。光学シート２０は、第１ガラス基板１０を介して入射した光の一部を運転者側（観察者側）に反射し、入射した光のその他を透過させる機能を有している。
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。

基材層２１は、光学シート２０を形成する際のベースとなる平板状の部材であり、光学シート２０の最も観察者側（−Ｚ側）に設けられている。基材層２１は、光透過性の高いＰＥＴ等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂等から形成される。

第１光学形状層２２は、基材層２１の背面側（＋Ｚ側）に設けられた層である。第１光学形状層２２の観察者側（−Ｚ側）の面は、基材層２１と接合されており、基材層２１を介して観察者側から光学シート２０へ入射する映像光の入射面となる。また、第１光学形状層２２の背面側（＋Ｚ側）の面には、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が形成されている。

単位レンズ２２２は、フロントウィンドウ１の左右方向（Ｘ方向）に延在し、上下方向（Ｙ方向）に沿って複数配列されている。また、単位レンズ２２２は、光学シート２０の厚み方向（Ｚ方向）に平行であって単位レンズ２２２の配列方向（Ｙ方向）に平行な断面（ＹＺ面）における断面形状が略三角形状であり、背面側（＋Ｚ側）に凸となっている。
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。

レンズ面２２２ａは、映像源２から出射した映像光が直接入射する面である。レンズ面２２２ａは、その下側（−Ｙ側）の端部が、上側（＋Ｙ側）の端部よりも、厚み方向（Ｚ方向）において背面側（＋Ｚ側）に位置している。また、各単位レンズ２２２のレンズ面２２２ａの全面には、反射層２４が形成されている。
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。

単位レンズ２２２において、レンズ面２２２ａが、ＸＹ面に平行な面となす角度αは、非レンズ面２２２ｂがＸＹ面に平行な面となす角度βよりも小さく、β＞αという関係を満たしている。
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の配列ピッチＰは、単位レンズ２２２の配列方向において、一定である。この配列ピッチＰは、３００〜９００μｍの範囲内の値とすることが好ましい。配列ピッチＰが３００μｍよりも小さいと、光芒（プリズム状の光学部材等を通して対向車のヘッドランプの光を見た場合に、プリズム等により光が筋状に拡散されて広がり、前方が視認し難くなる現象）が大きくなり、運転者の視界が不良となり、安全、快適な運転の妨げとなるため、好ましくない。また、配列ピッチＰが９００μｍよりも大きいと、単位レンズ２２２が運転者等に筋状に認識されるため、好ましくない。
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。

本実施形態の角度αは、フロントウィンドウ１の最も下側（−Ｙ側）で約１５°、最も上側（＋Ｙ側）で約６０°であり、その配列方向（上下方向、Ｙ方向）に沿って上側に向かうにつれて、次第に大きくなっている。
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。

第１光学形状層２２は、光透過性を有する樹脂により形成される層である。本実施形態の第１光学形状層２２は、例えば、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレート等の紫外線硬化性樹脂によりＵＶ成形法等によって形成される。なお、第１光学形状層２２は、電子線硬化性樹脂等の他の電離放射線硬化性樹脂により形成されてもよい。また、第１光学形状層２２は、熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、上述の紫外線硬化性樹脂と熱硬化性樹脂とを組み合わせた樹脂、熱可塑性樹脂と紫外線硬化性樹脂とを組み合わせた樹脂等によって形成されてもよい。
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。

第２光学形状層２３は、光透過性を有する樹脂により、第１光学形状層２２の背面側（＋Ｚ側）の面に設けられた層である。第２光学形状層２３は、リニアフレネルレンズ形状２２１が形成されて単位レンズ２２２による凹凸を有している光学シート２０の背面（第２中間層側の面）を平坦とし、かつ、フロントウィンドウ１の全面において光学シート２０の厚さを均等とするために設けられている。この第２光学形状層２３の第１光学形状層２２側の面の凹凸は、第１光学形状層２２のリニアフレネルレンズ形状２２１による凹凸の逆形状であり、第２光学形状層２３の厚みは、単位レンズ２２２の配列方向に沿って上側（＋Ｙ側）に向かうにつれて、即ち、第１光学形状層２２の厚みが厚くなるにつれて、光学シート２０の厚さが一定となるように、薄くなっている。

第２光学形状層２３の背面側の面は、外界側（背面側）から光学シート２０内に入射する光の入射面となる。
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は、単位レンズ２２２のレンズ面２２２ａ上に形成され、光を反射する機能を有する層である。この反射層２４は、入射した光の一部を反射し、入射した光のその他を透過する透過型の反射層であり、いわゆるマジックミラー（ハーフミラーともいう）である。
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。

反射層２４は、光反射性の高い金属、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル等により形成されている。本実施形態の反射層２４は、各レンズ面２２２ａの全面に、アルミニウムを蒸着することにより形成されている。また、これに限らず、反射層２４は、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したり、金属薄膜を含有した塗料を塗布したりする等により形成してもよい。
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は、厚み方向（Ｚ方向）において、第１ガラス基板１０と光学シート２０（第１光学形状層２２）との間に配置された層である。第１ガラス基板１０及び光学シート２０は、第１中間層３０により一体に接合されている。第１中間層３０は、フロントウィンドウ１の破損時に、第１ガラス基板１０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ガラス基板４０は、フロントウィンドウ１の最も背面側（＋Ｚ側）に配置された透明な部材である。第２ガラス基板４０は、第１ガラス基板１０と同じ材料を用いて形成することができる。また、第２ガラス基板４０の厚みは、２〜３ｍｍの範囲とすることが好ましい。
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。

本実施形態のフロントウィンドウ１では、第１中間層３０及び第２中間層５０は、フロントウィンドウ１の上端部（＋Ｙ方向の最上端部）から下端部（−Ｙ方向の最下端部）までの範囲において、それぞれ層厚が均等となるように形成されている。即ち、本実施形態のフロントウィンドウ１において、第１中間層３０及び第２中間層５０のＹＺ断面は、楔形状ではなく、フロントウィンドウ１の上端部から下端部までの範囲において層厚が均等な矩形状となる。

また、本実施形態のフロントウィンドウ１の光学シート２０は、前述のように、第１光学形状層２２の背面側に第２光学形状層２３を一体に積層することにより、フロントウィンドウ１の上端部（＋Ｙ方向の最上端部）から下端部（−Ｙ方向の最下端部）までの範囲において、その厚さが均等となるように形成されている。
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。

次に、図２を参照しながら、本実施形態のフロントウィンドウ１に入射する映像光Ｌ及び車外から入射する光（外光）Ｇの動きについて説明する。
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。

また、映像光Ｌの他の一部の光Ｌ２は、マジックミラー状に形成された反射層２４を透過した後に、第２光学形状層２３、第２中間層５０、第２ガラス基板４０をさらに透過して、フロントウィンドウ１の背面側（＋Ｚ側）の面から出射する。
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。

自動車の車外から入射する景色等の光Ｇは、図１に示すように、フロントウィンドウ１の背面側（＋Ｚ側）の面から入射する。そして、一部の光Ｇ１は、レンズ面２２２ａ上に形成された反射層２４を透過して観察者（運転者）側へと届く。
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。

このように、本実施形態のフロントウィンドウ１は、反射層２４により映像源２から出射された自動車の速度等の情報の映像光Ｌを運転者側へ反射させるとともに、フロントウィンドウ１越しに見える景色等の光Ｇ１，Ｇ２を透過させることができる。これにより、自動車を運転する運転者は、前方（自動車の進行方向）から目を逸らせることなく、走行速度等の情報を確認することができ、安全に自動車を運転することができる。
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。

（第２実施形態）
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。

本実施形態の表示装置２００は、図４及び図５に示すように、フロントウィンドウ１、映像源２、投射光学系３等を備えている。表示装置２００は、映像源２から投射された映像光Ｌを、フロントウィンドウ１に拡大投影して、運転者（観察者）に表示する装置である。
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。

本実施形態の表示装置２００では、映像源２及び投射光学系３が、光学シート２０の厚み方向（Ｚ方向）の観察者側から見た状態において、フロントウィンドウ１の下方側（−Ｙ側）のインストルメントパネル６内において、助手席側（即ち、表示領域Ｓよりも左側（−Ｘ側））に配置されている。映像源２及び投射光学系３は、映像光Ｌを運転席正面側の表示領域Ｓへ斜めに投射している。
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。

このとき、単位レンズ２２２の配列方向は、ＸＺ面内において、フロントウィンドウ１を厚み方向（Ｙ方向）から見た場合において、映像源２の映像光Ｌの出射位置２ａと光学シート２０の幾何学的中心Ｃとを結ぶ線分Ｒと同じ側、即ち、本実施形態では右側（＋Ｘ側）に傾斜している。
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。

映像光Ｌを適正に運転者（観察者）側へ反射させる観点から、単位レンズ２２２の配列方向は、映像源２から出射される映像光ＬのＸＹ面内における進行方向に平行又は略平行な方向となっている。
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、第１実施形態に示した効果に加えてさらに以下の効果を奏することができる。
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。

（変形形態）
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。

また、図６（ｂ）に示すように、光学シート２０が、第１ガラス基板１０及び第２ガラス基板４０間において、フロントウィンドウ１の下側の領域にのみ設けられるようにしてもよい。また、図６（ｃ）に示すように、光学シート２０が、第１ガラス基板１０及び第２ガラス基板４０間の下側であって、運転席に対向する領域にのみ設けられるようにしてもよい。このとき、光学シート２０が設けられる領域は、前述の表示領域Ｓを含む。
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。

（２）実施形態において、光学シート２０の反射層２４がハーフミラー（マジックミラー）状の半透過型の反射層である例を示したが、これに限定されるものでない。例えば、フロントウィンドウではなく、リアウィンドウ等として用いるのであれば、反射層２４は、レンズ面２２２ａに入射した光を完全に反射する反射層としてもよい。

（３）実施形態において、反射層２４は、アルミニウムの蒸着により形成される例を示したが、これに限定されるものでない。
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。

（４）実施形態において、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として表示装置（ＨＵＤ）に適用した例について説明したが、これに限定されるものでない。
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。

（５）実施形態において、反射層２４は、レンズ面２２２ａの全面に設けられる例を示したが、これに限定されるものでなく、レンズ面２２２ａの一部に設けられるようにしてもよい。このような形態とすることで、映像源２から出射した光を反射層２４により反射して映像を表示するとともに、車外から入射する光をレンズ面２２２ａの反射層２４が形成されていない部位から車内側へ透過させることができ、フロントウィンドウ１越しに見える景色等の光をより鮮明な状態で透過することができる。したがって、車外の景色を運転手らがより鮮明に視認できる。

なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。

１ フロントウィンドウ
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 (5)

1. 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おり、
   前記レンズ面が該光学部材の平面方向となす角度αは、１０度以上６０度以下であり、前記非レンズ面が該光学部材の平面方向となす角度βは、β＞αを満たすこと、
   を特徴とする光学部材。
2. 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。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学部材において、
   前記第１光学形状層と前記第２光学形状層とは、屈折率が等しいこと、
   を特徴とする光学部材。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学部材において、
   前記光制御層は、該光学部材の一部に設けられていること、
   を特徴とする光学部材。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項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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