WO2017126353A1 - フレネルレンズ、フレネルレンズユニット及びヘッドアップディスプレイ - Google Patents

フレネルレンズ、フレネルレンズユニット及びヘッドアップディスプレイ Download PDF

Info

Publication number
WO2017126353A1
WO2017126353A1 PCT/JP2017/000380 JP2017000380W WO2017126353A1 WO 2017126353 A1 WO2017126353 A1 WO 2017126353A1 JP 2017000380 W JP2017000380 W JP 2017000380W WO 2017126353 A1 WO2017126353 A1 WO 2017126353A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fresnel lens
light
shielding mask
light shielding
optical axis
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/000380
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
研一 笠澄
森　俊也
久保田　孝介
正人 尾形
裕昭 岡山
聡 葛原
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to DE112017000438.1T priority Critical patent/DE112017000438B4/de
Priority to US16/068,956 priority patent/US10670780B2/en
Publication of WO2017126353A1 publication Critical patent/WO2017126353A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00—Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/20—Optical features of instruments
    • B60K2360/33—Illumination features
    • B60K2360/334—Projection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/36—Input/output arrangements for on-board computers
    • G01C21/3626—Details of the output of route guidance instructions
    • G01C21/365—Guidance using head up displays or projectors, e.g. virtual vehicles or arrows projected on the windscreen or on the road itself
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility

Definitions

  • the present disclosure relates to a Fresnel lens, a Fresnel lens unit, and a head-up display.
  • a head-up display for a vehicle
  • This head-up display uses so-called AR (Augmented Reality), and displays a virtual image of an image formed on a movable screen in a space in front of a windshield (front glass) of a vehicle.
  • AR Augmented Reality
  • the driver can superimpose driving information (for example, car navigation information) on the scenery in front of the windshield.
  • This disclosure provides a Fresnel lens that can reduce the generation of concentric stray light.
  • the Fresnel lens according to an aspect of the present disclosure includes a sawtooth uneven surface formed by alternately arranging a first surface inclined with respect to the optical axis and a second surface substantially parallel to the optical axis.
  • a light shielding mask is formed at a position corresponding to the second surface.
  • a head-up display includes a light source that emits light, a scanning unit that scans light from the light source, a screen on which an image is formed by transmission of light from the scanning unit, and a screen. And an optical system for displaying a virtual image of the formed image in space.
  • the optical system includes a Fresnel lens or a Fresnel lens unit.
  • the inventive Fresnel lens according to the present disclosure can reduce the generation of concentric stray light.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of use of the head-up display according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an area of an image displayed by the head-up display according to the first embodiment. 6 is a diagram illustrating an example of an image displayed by the head-up display according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a head-up display according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of a head-up display according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view at the time of seeing the Fresnel lens which concerns on Embodiment 1 from the direction of an optical axis.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7 of a Fresnel lens according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7 of a Fresnel lens according to Modification 2 of Embodiment 1. It is a top view at the time of seeing the Fresnel lens which concerns on the modification 3 of Embodiment 1 from the direction of an optical axis.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7 of a Fresnel lens according to Embodiment 2.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7 of a Fresnel lens according to Modification 1 of Embodiment 2.
  • a Fresnel lens is used for an optical system of an image system (for example, an eyepiece optical system). For this reason, the head-up display has a problem that concentric stray light is generated due to scattered light and reflected light generated in the step shape of the Fresnel lens. For this reason, the head-up display of Patent Document 1 has a problem that concentric stray light is superimposed on an image and the image quality deteriorates.
  • first surfaces that are inclined with respect to the optical axis and second surfaces that are substantially parallel to the optical axis are alternately arranged.
  • a light-shielding mask is formed at a position corresponding to the second surface.
  • the incident light reflected by the second surface substantially parallel to the optical axis of the incident light hits the light shielding mask, it is possible to prevent the incident light from being emitted outward from the Fresnel lens. . Further, incident light that is not reflected by the second surface that is substantially parallel to the optical axis out of the incident light does not strike the light shielding mask, and thus can be emitted outward from the Fresnel lens. For this reason, generation
  • the light shielding mask may be formed in a part of the first surface adjacent to the second surface.
  • the surface opposite to the uneven surface of the Fresnel lens may be a flat surface, and the light shielding mask may be formed at a position facing the second surface of the opposite surface.
  • the light shielding mask may have a shape in which the end of the mask pattern on the light shielding mask meanders.
  • the Fresnel lens unit has a sawtooth shape formed by alternately arranging a first surface inclined with respect to the optical axis and a second surface substantially parallel to the optical axis.
  • a Fresnel lens having a concavo-convex surface, a transparent plate-like member disposed to face the Fresnel lens, wherein a light-shielding mask is formed at a position facing the second surface. .
  • the light shielding mask may have a shape in which the end of the mask pattern on the light shielding mask meanders.
  • a head-up display includes a light source that emits light, a scanning unit that scans light from the light source, a screen on which an image is formed by transmission of light from the scanning unit, An optical system that displays a virtual image of an image formed on a screen in a space, and the optical system includes the Fresnel lens or the Fresnel lens unit.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a usage example of the head-up display 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a region 11 of the image 8 displayed by the head-up display 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the image 8 displayed by the head-up display 2 according to the first embodiment.
  • the head-up display 2 according to Embodiment 1 is a head-up display for a vehicle, for example, and is arranged inside a dashboard 6 of an automobile 4 (an example of a vehicle).
  • a laser beam for displaying a virtual image 8 is, for example, an area below the driver seat of the windshield 10 of the automobile 4.
  • the laser light is reflected toward the driver 12 by the windshield 10.
  • the driver 12 can see the image 8 that is a virtual image superimposed on the scenery 14 in front of the windshield 10. That is, the head-up display 2 displays (projects) the image 8 that is a virtual image in the space 16 in front of the windshield 10.
  • the image 8 displayed by the head-up display 2 includes a vertical image 18 and a depth image 20.
  • the vertical image 18 is a virtual image displayed in the vertical direction (vertical direction in FIG. 1) in the space 16 in front of the windshield 10.
  • the vertical image 18 is, for example, a vertically long substantially oval mark, and is displayed superimposed on the pedestrian 22 existing in front of the automobile 4. As a result, the driver 12 can easily notice the presence of the pedestrian 22.
  • the depth image 20 is a virtual image displayed in the depth direction (left-right direction in FIG. 1) that is a direction intersecting the vertical direction in the space 16 in front of the windshield 10.
  • the depth image 20 is, for example, an arrow for guiding a travel route to the destination (in the example shown in FIG. 3, an arrow for instructing to turn right at the intersection), and the road 24 existing in front of the automobile 4. Is displayed superimposed on.
  • the driver 12 can easily know the travel route to the destination.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the head-up display 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a functional configuration of the head-up display 2 according to the first embodiment.
  • the head-up display 2 includes a projection unit 26, a movable screen 28, a drive unit 30, a projection unit 32 (an example of an optical system), and a control unit 34.
  • the projection unit 26 includes a light source 36 and a scanning unit 38.
  • the light source 36 includes a red laser diode that emits red component (R) laser light, a green laser diode that emits green component (G) laser light, and a blue laser diode that emits blue component (B) laser light. And have.
  • the red component laser beam, the green component laser beam, and the blue component laser beam emitted from the light source 36 are combined by, for example, a dichroic mirror (not shown) and then enter the scanning unit 38.
  • the scanning unit 38 includes, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror.
  • the scanning unit 38 performs two-dimensional raster scanning of the laser beam from the light source 36 toward the movable screen 28 by reflecting the incident laser beam in a direction corresponding to its own deflection angle.
  • the scanning unit 38 performs raster scanning of laser light in a direction from one end to the other end of the movable screen 28.
  • the movable screen 28 is a translucent (for example, translucent) rectangular screen. As shown in FIG. 5, the movable screen 28 moves in the direction away from the scanning unit 38 (the direction indicated by the arrow X in FIG. 5 (X direction)) and the scanning unit 38 on the optical path of the laser light from the scanning unit 38. It is arranged so as to be able to reciprocate in the approaching direction (direction indicated by arrow Y in FIG. 5 (Y direction)). The movable screen 28 reciprocates in a posture inclined with respect to the moving direction (X direction and Y direction) of the movable screen 28.
  • the laser beam from the scanning unit 38 is raster-scanned toward the movable screen 28, whereby an image is formed on the movable screen 28.
  • the laser beam from the scanning unit 38 is raster-scanned toward the movable screen 28, whereby another image is formed on the movable screen 28.
  • a fixed screen may be used instead of the movable screen 28.
  • the drive unit 30 is composed of an actuator, for example.
  • the drive unit 30 reciprocates (vibrates) the movable screen 28 in the X direction and the Y direction at a constant frequency (for example, 60 Hz) and a constant amplitude (for example, 1 mm) based on the drive signal from the control unit 34.
  • the drive unit 30 reciprocates the movable screen 28 so that the time during which the movable screen 28 moves in the X direction (or Y direction) is, for example, 25 msec or less based on the drive signal from the control unit 34.
  • the projection unit 32 includes a magnifying lens 44, a first reflecting plate 46, a second reflecting plate 48, a Fresnel lens 50, and the windshield 10.
  • the magnifying lens 44 is disposed on the optical path of the laser beam that has passed through the movable screen 28.
  • the magnifying lens 44 magnifies the image formed on the movable screen 28.
  • the first reflecting plate 46 and the second reflecting plate 48 are arranged on the optical path of the laser light from the magnifying lens 44 and reflect the laser light from the magnifying lens 44 toward the windshield 10. Thereby, the first reflecting plate 46 and the second reflecting plate 48 project the image magnified by the magnifying lens 44 toward the windshield 10 via the Fresnel lens 50.
  • the Fresnel lens 50 adjusts and projects to a size corresponding to the eye box 80 on the windshield 10 by narrowing the spread angle of the image magnified and spread by the magnifying lens 44.
  • the eye box 80 is a predetermined range in which the eyes of the driver 12 (observer) are assumed to exist.
  • the windshield 10 is disposed on the optical path of the laser light from the Fresnel lens 50, and reflects the laser light from the Fresnel lens 50 toward the eye box 80. Thereby, when a predetermined image is formed on the movable screen 28, the vertical image 18 that is a virtual image of the predetermined image is displayed in the space 16 in front of the windshield 10.
  • the control unit 34 has a function of outputting a drive signal to the drive unit 30, a function of controlling a drive current supplied to the light source 36, and a function of controlling a deflection angle of the scanning unit 38.
  • the control unit 34 is configured by, for example, a CPU (Central Processing Unit) or a processor, and executes the above functions by reading out a computer program stored in a memory (not shown) and executing it.
  • a CPU Central Processing Unit
  • FIG. 6 is a plan view of the Fresnel lens according to Embodiment 1 as viewed from the direction of the optical axis.
  • 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 7A is a diagram showing the entire cross-sectional view of the Fresnel lens 50, and
  • FIG. 7B is an enlarged view of a part of the cross-sectional view of the Fresnel lens 50.
  • the Fresnel lens 50 is a rectangular plate-like member, and includes a flat surface 52 disposed on the light incident side, and a sawtooth uneven surface 51 disposed on the light emission side.
  • the surface of the Fresnel lens 50 opposite to the uneven surface 51 is a flat surface 52.
  • the Fresnel lens 50 is made of a resin such as acrylic.
  • the uneven surface 51 of the Fresnel lens 50 is formed by alternately arranging first surfaces 51 a that are inclined with respect to the optical axis A and second surfaces 51 b that are substantially parallel to the optical axis A. Further, as shown in FIG. 6, the uneven surface 51 is formed concentrically.
  • the first surface 51a is a condensing surface that condenses incident light on the Fresnel lens 50 toward a predetermined focal point. That is, the first surface 51a refracts incident light on the Fresnel lens 50 toward a predetermined focal point.
  • the first surface 51a is formed in a plurality of concentric circles, and the first surface 51a disposed on the inner side (on the optical axis A side) of the plurality of first surfaces 51a has a larger inclination angle to the optical axis A. Become.
  • the second surface 51b is a wall surface that does not collect light toward a predetermined focal point.
  • the 2nd surface 51b is a wall surface formed in order to offset the 1st surface 51a which is a condensing surface, in order to make the thickness of a convex lens thin.
  • the first surface 51a is disposed outside the second surface 51b. It is a surface.
  • the Fresnel lens 50 has a light shielding mask 53 in a part of the first surface 51a adjacent to the second surface 51b.
  • the light-shielding mask 53 is a coating film formed by spraying a paint having a light-shielding property by ink jet printing or the like.
  • the light shielding mask 53 is formed in a part of the first surface 51a on the inner side (optical axis A side) and a part of the outer side.
  • a plurality of light shielding masks 53 are formed concentrically when viewed from the direction of the optical axis A.
  • the incident light a1 and a2 reflected by the second surface 51b substantially parallel to the optical axis A hits the light shielding mask 53, and therefore the incident light a1 and a2 Can be prevented from being emitted from the Fresnel lens 50 to the outside.
  • the incident light a3 that is not reflected by the second surface 51b among the incident light does not strike the light shielding mask 53, and therefore can be emitted outward from the Fresnel lens 50. For this reason, generation
  • the light shielding mask 53 is provided on the uneven surface 51 side.
  • the configuration is not limited to this configuration, and the light shielding mask 53 may be provided on the flat surface 52 side. .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7 of the Fresnel lens according to the first modification of the first embodiment.
  • the configuration excluding the light shielding mask 53A of the Fresnel lens 50A according to the first modification of the first embodiment is the same as the configuration excluding the light shielding mask 53 of the Fresnel lens 50 according to the first embodiment.
  • the Fresnel lens 50A differs from the Fresnel lens 50 of the first embodiment in that the surface on which the light shielding mask 53A is formed is the incident-side flat surface 52. That is, the light shielding mask 53A is formed on the plane 52 at a position facing the second surface 51b.
  • the light shielding mask 53A has incident light a4 and a5 about to enter the Fresnel lens 50A at an angle reflected by the second surface 51b in the region of the plane 52. It is formed in a region that prevents incidence on the Fresnel lens 50A.
  • the light shielding mask 53A is not formed in a region of the plane 52 where the incident light a6 that is about to be incident at an angle that is not reflected by the second surface 51b is incident on the Fresnel lens 50A.
  • the path of light when the incident lights a4 and a5 are not shielded by the light shielding mask 53A is indicated by a two-dot chain line arrow.
  • the region where the light shielding mask 53A is formed can be obtained from the angle of incident light, the angle at which the incident light is refracted in the plane 52, and the shape of the Fresnel lens 50A.
  • a plurality of light shielding masks 53A are concentrically formed when viewed from the direction of the optical axis A, as in the first embodiment.
  • the light shielding mask 53 has a configuration provided on the surface of the Fresnel lenses 50 and 50A. It is good also as a structure which employ
  • FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7 of the Fresnel lens according to the second modification of the first embodiment.
  • the Fresnel lens 50B has the same configuration as that of the Fresnel lens 50 according to Embodiment 1 except for the light shielding mask 53.
  • the Fresnel lens unit 70 includes a Fresnel lens 50 ⁇ / b> B in which a light shielding mask is not formed and a transparent plate-like member 60.
  • the plate-like member 60 is a transparent plate-like member (substrate) disposed so as to face the Fresnel lens 50B, and a light shielding mask 61 is formed at a position facing the second surface 51b of the Fresnel lens 50B.
  • the light shielding mask 61 is formed on the incident-side surface of the plate-like member 60, and among the incident-side surfaces of the plate-like member 60, the Fresnel lens 50 ⁇ / b> B. It is formed in a region where the light a7 and a8 reflected by the second surface 51b strike.
  • the light shielding mask 61 is formed in a region that prevents the light a7 and a8 reflected by the second surface 51b of the Fresnel lens 50B from being emitted from the Fresnel lens unit 70.
  • the light shielding mask 61 is not formed in a region of the incident-side surface of the plate-like member 60 where the light a9 emitted without being reflected by the second surface 51b hits.
  • the region where the light shielding mask 61 is formed includes an angle of light incident on the Fresnel lens 50B, an angle at which the light is refracted on the plane 52, an angle at which the light is reflected on the second surface 51b, and the light. Can be determined from the angle at which the concavo-convex surface 51 is refracted and the shape of the Fresnel lens 50B.
  • the light shielding mask 53 may have a shape as shown in FIG.
  • FIG. 10 is a plan view of the Fresnel lens according to the third modification of the first embodiment when viewed from the direction of the optical axis.
  • 10A is a plan view when the Fresnel lens 50C is viewed from the direction of the optical axis
  • FIG. 10B is an enlarged view of a part of FIG.
  • the end of the mask pattern of the light shielding mask 53C has a meandering shape.
  • the mask pattern of the light shielding mask 53C formed in a circular shape has a shape in which the radially outer and inner end portions meander.
  • the Fresnel lens 50 using the light shielding mask 53 according to the first embodiment incident light or outgoing light is shielded by the light shielding mask 53, so that light is diffracted at the edge portion of the mask pattern of the light shielding mask 53 and slight stray light is generated. appear. From the observer's point of view, the mask pattern appears to shine lightly.
  • the direction in which the stray light is diffracted can be made different depending on the angle of the end, and the diffracted light is dispersed over a wide angle. Can do. For this reason, the diffracted light visually recognized by the observer can be reduced.
  • the shape of the light shielding mask 53C described above may be applied to the light shielding masks 53A and 61 of the Fresnel lens 50A and the Fresnel lens unit 70 according to the first and second modifications of the first embodiment.
  • the reflected light is not emitted from the second surface 51b that causes stray light.
  • the light shielding masks 53, 53A and 61 for shielding light are formed, but the light shielding masks 53, 53A and 61 do not shield stray light.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7 of the Fresnel lens according to the second embodiment.
  • the Fresnel lens 150 As shown in FIG. 11, the Fresnel lens 150 according to the second embodiment has a flat surface 152 on the light incident side and a serrated irregular surface 151 on the light emission side. That is, the surface of the Fresnel lens 150 opposite to the uneven surface 151 is a flat surface 152.
  • the Fresnel lens 150 is made of a resin such as acrylic.
  • the uneven surface 151 of the Fresnel lens 150 is formed concentrically.
  • the first surface 151a is a condensing surface that condenses incident light on the Fresnel lens 50 toward a predetermined focal point. That is, the first surface 151a refracts incident light on the Fresnel lens 150 toward a predetermined focal point.
  • a plurality of first surfaces 151a are formed concentrically, and the first surface 151a disposed on the inner side (on the optical axis A side) of the plurality of first surfaces 151a has a larger inclination angle to the optical axis A. Become.
  • the second surface 151b is a wall surface that does not collect light toward a predetermined focal point.
  • the second surface 151b is a wall surface formed by offsetting the first surface 151a, which is a condensing surface, in order to reduce the thickness of the convex lens.
  • the first surface 151a is a surface that is disposed outside the second surface 151b. .
  • the second surface 151b is formed so as to be inclined with respect to the optical axis A of the Fresnel lens 150 at an angle at which the light hitting the second surface 151b is reflected in the direction of traveling out of the range of the eye box 80.
  • the second surface 151b is formed to be inclined with respect to the optical axis A so as to spread outward as it goes from the incident side to the emission side. That is, the first surface 151a and the second surface 151b are formed in regions that do not overlap each other when viewed from the direction of the optical axis A.
  • the plurality of second surfaces 151b forming the uneven surface 151 are formed to be inclined with respect to the optical axis as they are arranged on the outside.
  • the Fresnel lens 150 can be configured as follows.
  • the horizontal width of the image 8 is 400 mm
  • the horizontal width of the eyebox 80 is 130 mm think of.
  • the horizontal width of the Fresnel lens 150 is 270 mm
  • the incident angle ⁇ in to the Fresnel lens 150 is about ⁇ 4 degrees in the vicinity of the optical axis A of the Fresnel lens 150
  • the horizontal end of the Fresnel lens 150 It will be 4-12 degrees.
  • the inclination angle ⁇ s of the second surface 151b of the Fresnel lens 150 is set to 4 degrees or more in the vicinity of the optical axis A of the Fresnel lens 150 and 12 degrees or more at the horizontal end of the Fresnel lens 150.
  • the reflected light from the second surface 151b can be diverted outside the range of the eye box 80.
  • the incident light a11 reflected by the second surface 151b as a wall surface that is not condensed toward the focal point travels outside the range of the eye box 80. Since it is emitted at (emission angle ⁇ o1), it can be prevented from being visually recognized by the driver 12 as an observer.
  • the incident light a12 that is not reflected by the second surface 151b out of the incident light is emitted in a direction (exit angle ⁇ o2) that travels within the range of the eye box 80, and thus can be visually recognized by the driver 12. For this reason, it can reduce effectively that the driver
  • the first surface 151a and the second surface 151b are formed in regions that do not overlap with each other when viewed from the direction of the optical axis A. Not exclusively.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7 of the Fresnel lens according to the first modification of the second embodiment.
  • the first surface 151Aa and the second surface 151Ab are arranged so as to overlap each other when viewed from the optical axis.
  • the second surface 151Ab is formed to be inclined with respect to the optical axis A of the Fresnel lens 150A at an angle at which the incident light on the Fresnel lens 150A does not directly hit the wall surface.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • the present invention is not limited to this. .
  • the present invention is not limited thereto, and may be mounted on, for example, glasses configured as a wearable device.
  • each component may be configured by dedicated hardware or may be realized by executing a software program suitable for each component.
  • Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.
  • each of the above devices can be realized by a computer system including a microprocessor, a ROM, a RAM, a hard disk unit, a display unit, a keyboard, a mouse, and the like.
  • a computer program is stored in the RAM or the hard disk unit.
  • Each device achieves its functions by the microprocessor operating according to the computer program.
  • the computer program is configured by combining a plurality of instruction codes indicating instructions for the computer in order to achieve a predetermined function.
  • a part or all of the constituent elements constituting each of the above devices may be constituted by one system LSI (Large Scale Integration).
  • the system LSI is an ultra-multifunctional LSI manufactured by integrating a plurality of components on a single chip, and specifically, a computer system including a microprocessor, ROM, RAM, and the like. .
  • a computer program is stored in the ROM.
  • the system LSI achieves its functions by the microprocessor loading a computer program from the ROM to the RAM and performing operations such as operations in accordance with the loaded computer program.
  • a part or all of the constituent elements constituting each of the above apparatuses may be configured from an IC card or a single module that can be attached to and detached from each apparatus.
  • the IC card or module is a computer system that includes a microprocessor, ROM, RAM, and the like.
  • the IC card or the module may include the super multifunctional LSI described above.
  • the IC card or the module achieves its function by the microprocessor operating according to the computer program. This IC card or this module may have tamper resistance.
  • the present invention may be realized by the method described above. Further, these methods may be realized by a computer program realized by a computer, or may be realized by a digital signal consisting of a computer program.
  • the present invention also relates to a computer readable recording medium such as a flexible disk, hard disk, CD-ROM, MO, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, BD (Blu-ray (registered trademark)). ) Disc), or recorded in a semiconductor memory or the like. Moreover, you may implement
  • a computer program or a digital signal may be transmitted via an electric communication line, a wireless or wired communication line, a network represented by the Internet, a data broadcast, or the like.
  • the present invention is also a computer system including a microprocessor and a memory.
  • the memory stores a computer program, and the microprocessor may operate according to the computer program.
  • program or digital signal may be recorded on a recording medium and transferred, or the program or digital signal may be transferred via a network or the like, and executed by another independent computer system.
  • the Fresnel lens of the present invention can be used for, for example, a vehicle head-up display.
  • Second reflecting plate 50, 50A, 50B, 50C, 150, 150A Fresnel lens 51, 151 Uneven surface 51a, 151a, 151Aa First surface 51b, 151b, 151Ab Second surface 52, 152 Plane 53, 53A, 53C, 61 Light shielding mask 60 Plate member 70 Fresnel lens unit 80 Eye box a1 to a6, a11, a12 Incident light a7 to a9 light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)

Abstract

同心円状の迷光の発生を低減できるフレネルレンズを提供する。フレネルレンズは、光軸Ａに対して傾斜している第１面と、光軸Ａに略平行な第２面とが交互に配置されて形成される鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズであって、第２面に対応する位置に、遮光マスクが形成されている。

Description

フレネルレンズ、フレネルレンズユニット及びヘッドアップディスプレイ
　本開示は、フレネルレンズ、フレネルレンズユニット及びヘッドアップディスプレイに関する。
　画像を表示するための表示装置として、例えば車両用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このヘッドアップディスプレイは、いわゆるＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）を用いたものであり、可動スクリーンに形成された画像の虚像を車両のウインドシールド（フロントガラス）の前方の空間に表示する。これにより、運転者は、ウインドシールドの前方の景色上に、運転に関する情報（例えばカーナビゲーション情報等）を重ね合わせて見ることができる。
特開２０１４－４３２０５号公報
　本開示は、同心円状の迷光の発生を低減できるフレネルレンズを提供する。
　本開示の一態様に係るフレネルレンズは、光軸に対して傾斜している第１面と、光軸に略平行な第２面とが交互に配置されて形成される鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズであって、第２面に対応する位置に、遮光マスクが形成されている。
　本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイは、光を出射する光源と、光源からの光を走査する走査部と、走査部からの光が透過することにより画像が形成されるスクリーンと、スクリーンに形成された画像の虚像を空間に表示する光学系と、を備える。そして、光学系は、フレネルレンズ、または、フレネルレンズユニットを含む。
　本開示にかかる発明のフレネルレンズは、同心円状の迷光の発生を低減できる。
実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイの使用例を示す図である。 実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイにより表示される画像の領域を示す図である。 実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイにより表示される画像の一例を示す図である。 実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイの構成を示す図である。 実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイの機能構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るフレネルレンズを光軸の方向からみた場合の平面図である。 図６のＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。 実施の形態１の変形例１に係るフレネルレンズの図７に相当する断面図である。 実施の形態１の変形例２に係るフレネルレンズの図７に相当する断面図である。 実施の形態１の変形例３に係るフレネルレンズを光軸の方向からみた場合の平面図である。 実施の形態２に係るフレネルレンズの図７に相当する断面図である。 実施の形態２の変形例１に係るフレネルレンズの図７に相当する断面図である。
　（本発明の基礎となった知見）
　本発明者は、「背景技術」の欄において記載した技術に関し、以下の問題が生じることを見出した。
　特許文献１のヘッドアップディスプレイでは、映像系の光学系（例えば接眼光学系）にフレネルレンズが用いられている。このため、当該ヘッドアップディスプレイでは、フレネルレンズの段差形状において生じる散乱光及び反射光のために同心円状の迷光が発生するという問題がある。このため、特許文献１のヘッドアップディスプレイでは、同心円状の迷光が画像に重畳し、画質が劣化するという課題がある。
　このような問題を解決するために、本開示の一態様に係るフレネルレンズは、光軸に対して傾斜している第１面と、光軸に略平行な第２面とが交互に配置されて形成される鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズであって、第２面に対応する位置に、遮光マスクが形成されている。
　本態様によれば、入射光のうち光軸に略平行な第２面に反射された入射光は遮光マスクに当たるため、入射光がフレネルレンズから外部へ向けて出射されることを防ぐことができる。また、入射光のうち光軸に略平行な第２面に反射されていない入射光は遮光マスクに当たらないため、フレネルレンズから外部に向けて出射することができる。このため、第２面に反射されることが原因となる迷光の発生を効果的に低減できる。
　また、遮光マスクは、第１面のうち第２面と隣接している一部の領域に形成されていてもよい。
　また、フレネルレンズの凹凸面と反対側の面は平面であり、遮光マスクは、反対側の面の第２面に対向する位置に形成されていてもよい。
　また、遮光マスクは、当該遮光マスク上のマスクパターンの端部が蛇行している形状を有してもよい。
　また、本開示の一態様に係るフレネルレンズユニットは、光軸に対して傾斜している第１面と、光軸に略平行な第２面とが交互に配置されて形成される鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズであって、フレネルレンズに対向して配置される透明な板状部材であって、第２面に対向する位置に遮光マスクが形成されている板状部材と、を備える。
　また、遮光マスクは、当該遮光マスク上のマスクパターンの端部が蛇行している形状を有してもよい。
　また、本開示の一態様に係るヘッドアップディスプレイは、光を出射する光源と、光源からの光を走査する走査部と、走査部からの光が透過することにより画像が形成されるスクリーンと、スクリーンに形成された画像の虚像を空間に表示する光学系と、を備え、光学系は、上記のフレネルレンズ、または、上記のフレネルレンズユニットを含む。
　以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　（実施の形態１）
　［１－１．ヘッドアップディスプレイの概略構成］
　まず、図１～図３を参照しながら、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ２の概略構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ２の使用例を示す図である。図２は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ２により表示される画像８の領域１１を示す図である。図３は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ２により表示される画像８の一例を示す図である。
　図１に示すように、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ２は、例えば車両用のヘッドアップディスプレイであり、自動車４（車両の一例）のダッシュボード６の内部に配置されている。
　図１及び図２に示すように、このヘッドアップディスプレイ２では、虚像である画像８を表示するためのレーザ光（光の一例）を例えば自動車４のウインドシールド１０の運転席寄り下側の領域１１に向けて投射することにより、レーザ光をウインドシールド１０で運転者１２に向けて反射させる。これにより、図３に示すように、運転者１２は、ウインドシールド１０の前方の景色１４上に、虚像である画像８を重ね合わせて見ることができる。すなわち、ヘッドアップディスプレイ２は、虚像である画像８をウインドシールド１０の前方の空間１６に表示（投影）する。
　図３に示す例では、ヘッドアップディスプレイ２により表示される画像８は、鉛直画像１８と奥行き画像２０とを含んでいる。鉛直画像１８は、ウインドシールド１０の前方の空間１６において鉛直方向（図１において上下方向）に表示される虚像である。鉛直画像１８は、例えば縦長の略楕円形状のマークであり、自動車４の前方に存在する歩行者２２に重畳して表示される。これにより、運転者１２は、歩行者２２の存在に容易に気付くことができる。
　一方、奥行き画像２０は、ウインドシールド１０の前方の空間１６において、鉛直方向と交差する方向である奥行き方向（図１において左右方向）に表示される虚像である。奥行き画像２０は、例えば目的地までの走行経路を案内するための矢印（図３に示す例では、交差点を右折するように指示するための矢印）であり、自動車４の前方に存在する道路２４に重畳して表示される。これにより、運転者１２は、目的地までの走行経路を容易に知ることができる。
　［１－２．ヘッドアップディスプレイの具体的構成］
　次に、図４及び図５を参照しながら、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ２の具体的構成について説明する。図４は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ２の構成を示す図である。図５は、実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ２の機能構成を示すブロック図である。
　図４及び図５に示すように、ヘッドアップディスプレイ２は、投射部２６、可動スクリーン２８、駆動部３０、投影部３２（光学系の一例）及び制御部３４を備えている。
　投射部２６は、光源３６及び走査部３８を有している。光源３６は、赤色成分（Ｒ）のレーザ光を出射する赤色レーザダイオードと、緑色成分（Ｇ）のレーザ光を出射する緑色レーザダイオードと、青色成分（Ｂ）のレーザ光を出射する青色レーザダイオードとを有している。光源３６から出射した赤色成分のレーザ光と緑色成分のレーザ光と青色成分のレーザ光とは、例えばダイクロイックミラー（図示せず）により合成された後に、走査部３８に入射する。
　走査部３８は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーで構成されている。走査部３８は、入射したレーザ光を自己の振れ角に応じた方向に反射することにより、光源３６からのレーザ光を可動スクリーン２８に向けて二次元的にラスタ走査する。走査部３８は、例えば可動スクリーン２８の両端の一端から他端に向かう方向にレーザ光をラスタ走査する。
　可動スクリーン２８は、透光性を有する（例えば半透明の）矩形状のスクリーンである。図５に示すように、可動スクリーン２８は、走査部３８からのレーザ光の光路上において、走査部３８から離れる方向（図５中の矢印Ｘで示す方向（Ｘ方向））及び走査部３８に近付く方向（図５中の矢印Ｙで示す方向（Ｙ方向））に往復移動自在に配置されている。また、可動スクリーン２８は、可動スクリーン２８の移動方向（Ｘ方向及びＹ方向）に対して傾斜した姿勢で往復移動する。
　可動スクリーン２８がＸ方向に移動している状態で、走査部３８からのレーザ光が可動スクリーン２８に向けてラスタ走査されることにより、可動スクリーン２８に画像が形成される。一方、可動スクリーン２８がＹ方向に移動している状態で、走査部３８からのレーザ光が可動スクリーン２８に向けてラスタ走査されることにより、可動スクリーン２８に別の画像が形成される。なお、可動スクリーン２８の代わりに固定されたスクリーンを採用してもよい。
　駆動部３０は、例えばアクチュエータで構成されている。駆動部３０は、制御部３４からの駆動信号に基づいて、一定の周波数（例えば６０Ｈｚ）且つ一定の振幅（例えば１ｍｍ）で可動スクリーン２８をＸ方向及びＹ方向に往復移動（振動）させる。なお、駆動部３０は、制御部３４からの駆動信号に基づいて、可動スクリーン２８がＸ方向（又はＹ方向）に移動する間の時間が例えば２５ｍｓｅｃ以下になるように、可動スクリーン２８を往復移動させる。
　投影部３２は、拡大レンズ４４、第１の反射板４６、第２の反射板４８、フレネルレンズ５０及びウインドシールド１０を含んでいる。
　拡大レンズ４４は、可動スクリーン２８を透過したレーザ光の光路上に配置されている。拡大レンズ４４は、可動スクリーン２８に形成された画像を拡大する。
　第１の反射板４６及び第２の反射板４８は、拡大レンズ４４からのレーザ光の光路上に配置され、拡大レンズ４４からのレーザ光をウインドシールド１０に向けて反射させる。これにより、第１の反射板４６及び第２の反射板４８は、拡大レンズ４４により拡大された画像を、フレネルレンズ５０を介してウインドシールド１０に向けて投影する。
　フレネルレンズ５０は、拡大レンズ４４により拡大されて広がっている画像の広がり角度を狭めることで、ウインドシールド１０上のアイボックス８０に対応する範囲の大きさに調整して投影する。なお、アイボックス８０とは、運転者１２（観察者）の眼が存在すると想定された所定の範囲である。
　ウインドシールド１０は、フレネルレンズ５０からのレーザ光の光路上に配置され、フレネルレンズ５０からのレーザ光をアイボックス８０に向けて反射させる。これにより、可動スクリーン２８に所定の画像が形成されている場合には、所定の画像の虚像である鉛直画像１８がウインドシールド１０の前方の空間１６に表示される。
　制御部３４は、駆動部３０に駆動信号を出力する機能と、光源３６に供給される駆動電流を制御する機能と、走査部３８の振れ角を制御する機能とを有している。制御部３４は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）又はプロセッサ等で構成されており、メモリ（図示せず）に記憶されたコンピュータプログラムを読み出してそれを実行することにより上記各機能を実行する。
　［１－３．フレネルレンズの構成］
　次に、図６及び図７を参照しながら、実施の形態１に係るフレネルレンズ５０の具体的構成について説明する。図６は、実施の形態１に係るフレネルレンズを光軸の方向からみた場合の平面図である。図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。なお、図７の（ａ）は、フレネルレンズ５０の断面図の全体を示す図であり、図７の（ｂ）は、フレネルレンズ５０の断面図の一部を拡大した図である。
　図６及び図７に示すように、フレネルレンズ５０は、矩形板状の部材であり、光の入射側に配置される平面５２と、光の出射側に配置される鋸歯状の凹凸面５１とを有する。つまり、フレネルレンズ５０の凹凸面５１と反対側の面は、平面５２である。なお、フレネルレンズ５０は、例えば、アクリルなどの樹脂により構成されている。フレネルレンズ５０の凹凸面５１は、光軸Ａに対して傾斜している第１面５１ａと、光軸Ａに略平行な第２面５１ｂとが交互に配置されて形成されている。また、凹凸面５１は、図６に示すように、同心円状に形成されている。
　第１面５１ａは、フレネルレンズ５０への入射光を所定の焦点に向けて集光する集光面である。つまり、第１面５１ａは、フレネルレンズ５０への入射光を所定の焦点に向けて屈折させる。また、第１面５１ａは、同心円状に複数形成されており、複数の第１面５１ａのうち内側（光軸Ａ側）に配置される第１面５１ａほど光軸Ａへの傾斜角が大きくなる。
　第２面５１ｂは、所定の焦点に向けて集光させない壁面である。第２面５１ｂは、凸レンズの厚みを薄くするために、集光面である第１面５１ａをオフセットさせるために形成された壁面である。
　互いに隣接しており、かつ、出射側に突出している凸形状を形成している第１面５１ａ及び第２面５１ｂにおいて、当該第１面５１ａは、当該第２面５１ｂよりも外側に配置されている面である。
　フレネルレンズ５０は、第１面５１ａのうち第２面５１ｂと隣接している一部の領域に、遮光マスク５３を有する。遮光マスク５３は、具体的には、インクジェット印刷などにより、遮光性を有する塗料が吹き付けられることにより形成される塗膜である。なお、遮光マスク５３は、第１面５１ａのうち内側（光軸Ａ側）の一部の領域と、外側の一部の領域とに形成されている。遮光マスク５３は、光軸Ａの方向からみた場合に同心円状に複数形成されている。
　［１－４．効果］
　実施の形態１に係るフレネルレンズ５０によれば、入射光のうち、光軸Ａに略平行な第２面５１ｂに反射された入射光ａ１、ａ２は遮光マスク５３に当たるため、入射光ａ１、ａ２がフレネルレンズ５０から外部へ向けて出射されることを防ぐことができる。また、入射光のうち、第２面５１ｂに反射されていない入射光ａ３は遮光マスク５３に当たらないため、フレネルレンズ５０から外部に向けて出射することができる。このため、第２面５１ｂに反射されることが原因となる迷光の発生を効果的に低減できる。
　［１－５．実施の形態１の変形例１］
　上記実施の形態１に係るフレネルレンズ５０では、遮光マスク５３は、凹凸面５１側に設けられている構成であるが、この構成に限らずに、平面５２側に設けられている構成としてもよい。
　図８を参照しながら、実施の形態１の変形例１に係るフレネルレンズ５０Ａの具体的な構成について説明する。図８は、実施の形態１の変形例１に係るフレネルレンズの図７に相当する断面図である。なお、実施の形態１の変形例１に係るフレネルレンズ５０Ａの遮光マスク５３Ａを除く構成は、実施の形態１に係るフレネルレンズ５０の遮光マスク５３を除く構成と同様の構成であるものとする。
　上述したように、フレネルレンズ５０Ａは、実施の形態１のフレネルレンズ５０と比較して、遮光マスク５３Ａが形成される面が入射側の平面５２であることが異なる。つまり、遮光マスク５３Ａは、平面５２の、第２面５１ｂに対向する位置に形成されている。例えば、遮光マスク５３Ａは、図８の（ｂ）に示すように、平面５２の領域のうちで、第２面５１ｂで反射される角度でフレネルレンズ５０Ａに入射しようとしている入射光ａ４、ａ５がフレネルレンズ５０Ａに入射することを防ぐ領域に形成されている。一方で、遮光マスク５３Ａは、平面５２のうちで、第２面５１ｂで反射されない角度で入射しようとしている入射光ａ６がフレネルレンズ５０Ａに入射する領域には形成されていない。図８の（ｂ）では、入射光ａ４、ａ５が遮光マスク５３Ａによって遮光されていない場合の光の経路を二点鎖線の矢印で示している。
　なお、遮光マスク５３Ａが形成される領域は、入射光の角度と、当該入射光が平面５２において屈折する角度と、フレネルレンズ５０Ａの形状とにより求めることができる。
　なお、遮光マスク５３Ａは、実施の形態１と同様に、光軸Ａの方向からみた場合に同心円状に複数形成されている。
　［１－６．実施の形態１の変形例２］
　上記実施の形態１及び変形例１に係るフレネルレンズ５０、５０Ａでは、遮光マスク５３は、フレネルレンズ５０、５０Ａの表面に設けられている構成であるが、この構成に限らずに、フレネルレンズの光軸上に隣接して配置される透明な板状部材６０に遮光マスク６１を形成するフレネルレンズユニット７０を採用した構成としてもよい。つまり、フレネルレンズ５０、５０Ａの代わりに、遮光マスクが形成されていないフレネルレンズ５０Ｂと遮光マスク６１が形成されている板状部材６０とを有するフレネルレンズユニット７０を採用してもよい。
　図９を参照しながら、実施の形態１の変形例２に係るフレネルレンズユニット７０の具体的な構成について説明する。図９は、実施の形態１の変形例２に係るフレネルレンズの図７に相当する断面図である。なお、フレネルレンズ５０Ｂは、実施の形態１に係るフレネルレンズ５０の遮光マスク５３を除く構成と同様の構成であるものとする。
　図９に示すように、フレネルレンズユニット７０は、遮光マスクが形成されていないフレネルレンズ５０Ｂと、透明な板状部材６０とを有する。
　板状部材６０は、フレネルレンズ５０Ｂに対向して配置される透明な板状部材（基板）であって、フレネルレンズ５０Ｂの第２面５１ｂに対向する位置に遮光マスク６１が形成されている。例えば、遮光マスク６１は、図９の（ｂ）に示すように、板状部材６０の入射側の面に形成されており、板状部材６０の入射側の面のうちで、フレネルレンズ５０Ｂの第２面５１ｂによって反射された光ａ７、ａ８が当たる領域に形成されている。つまり、遮光マスク６１は、フレネルレンズ５０Ｂの第２面５１ｂによって反射された光ａ７、ａ８が、フレネルレンズユニット７０から出射することを防ぐ領域に形成されている。一方で、遮光マスク６１は、板状部材６０の入射側の面のうちで、第２面５１ｂで反射されることなく出射された光ａ９が当たる領域には形成されていない。
　なお、遮光マスク６１が形成される領域は、フレネルレンズ５０Ｂに入射する光の角度と、当該光が平面５２において屈折する角度と、当該光が第２面５１ｂにおいて反射される角度と、当該光が凹凸面５１において屈折する角度と、フレネルレンズ５０Ｂの形状とにより求めることができる。
　［１－７．実施の形態１の変形例３］
　上記実施の形態１に係るフレネルレンズ５０では、特に言及していないが、遮光マスク５３は図１０に示すような形状を有していてもよい。
　図１０は、実施の形態１の変形例３に係るフレネルレンズを光軸の方向からみた場合の平面図である。なお、図１０の（ａ）は、フレネルレンズ５０Ｃを光軸の方向からみた場合の平面図であり、図１０の（ｂ）は、図１０（ａ）の一部を拡大した図である。
　図１０の（ｂ）に示すように遮光マスク５３Ｃのマスクパターンの端部は蛇行した形状を有する。具体的には、円状に形成された遮光マスク５３Ｃのマスクパターンは、径方向の外側及び内側の端部が蛇行した形状となっている。
　実施の形態１の遮光マスク５３を用いたフレネルレンズ５０では、入射光あるいは出射光が遮光マスク５３で遮蔽されるため、遮光マスク５３のマスクパターンのエッジ部分で光が回折してわずかな迷光を発生する。観察者からは、マスクパターンが淡く光って見えることになる。これに対して、実施の形態１の変形例３の遮光マスク５３Ｃでは、端部の角度に応じて迷光が回折される方向を異なる方向とすることができ、回折光を広い角度に分散することができる。このため、観察者に視認される回折光を低減できる。
　なお、上述した遮光マスク５３Ｃの形状は、実施の形態１の変形例１及び変形例２のフレネルレンズ５０Ａ及びフレネルレンズユニット７０の遮光マスク５３Ａ、６１に適用してもよい。
　（実施の形態２）
　次に実施の形態２に係るフレネルレンズ１５０について説明する。
　実施の形態２は、実施の形態１及びその変形例に係るフレネルレンズ５０、５０Ａ及びフレネルレンズユニット７０では、迷光の原因となる第２面５１ｂでの反射光が出射されないように当該反射光を遮光する遮光マスク５３、５３Ａ、６１を形成している構成であるが、遮光マスク５３、５３Ａ、６１で迷光を遮光しない構成を採用している。
　［２－１．フレネルレンズの構成］
　図１１を参照しながら、実施の形態２に係るフレネルレンズ１５０の具体的な構成について説明する。図１１は、実施の形態２に係るフレネルレンズの図７に相当する断面図である。
　図１１に示すように、実施の形態２に係るフレネルレンズ１５０は、光の入射側に平面１５２を有し、光の出射側に鋸歯状の凹凸面１５１を有する。つまり、フレネルレンズ１５０の凹凸面１５１と反対側の面は、平面１５２である。なお、フレネルレンズ１５０は、例えば、アクリルなどの樹脂により構成されている。フレネルレンズ１５０の凹凸面１５１は、同心円状に形成されている。
　第１面１５１ａは、フレネルレンズ５０への入射光を所定の焦点に向けて集光する集光面である。つまり、第１面１５１ａは、フレネルレンズ１５０への入射光を所定の焦点に向けて屈折させる。また、第１面１５１ａは、同心円状に複数形成されており、複数の第１面１５１ａのうち内側（光軸Ａ側）に配置される第１面１５１ａほど光軸Ａへの傾斜角が大きくなる。
　第２面１５１ｂは、所定の焦点に向けて集光させない壁面である。第２面１５１ｂは、凸レンズの厚みを薄くするために、集光面である第１面１５１ａをオフセットさせることで形成された壁面である。
　出射側に突出している凸形状を形成している互いに隣接する第１面１５１ａ及び第２面１５１ｂにおいて、当該第１面１５１ａは、当該第２面１５１ｂよりも外側に配置されている面である。
　第２面１５１ｂは、第２面１５１ｂに当たった光が、アイボックス８０の範囲外に進む向きに反射する角度で、フレネルレンズ１５０の光軸Ａに対して傾いて形成されている。第２面１５１ｂは、入射側から出射側に向かうほど外側に広がるように光軸Ａに対して傾いて形成されている。つまり、第１面１５１ａ及び第２面１５１ｂは、光軸Ａの方向からみた場合に、互いに重ならない領域に形成されている。
　また、凹凸面１５１を形成している複数の第２面１５１ｂは、外側に配置されるに従って、光軸に対して傾いて形成されている。
　フレネルレンズ１５０は、具体的には、次のように、構成することができる。
　運転者１２から虚像である画像８までの距離を２ｍ、運転者１２からフレネルレンズまでの距離を１ｍ、画像８の水平方向の幅を４００ｍｍ、アイボックス８０の水平方向の幅を１３０ｍｍとした場合を考える。この場合、フレネルレンズ１５０の水平方向の幅は２７０ｍｍ、フレネルレンズ１５０への入射角θｉｎは、フレネルレンズ１５０の光軸Ａ付近の部分で約±４度、フレネルレンズ１５０の水平方向の端部で４～１２度となる。このとき、フレネルレンズ１５０の第２面１５１ｂの傾斜角θｓは、フレネルレンズ１５０の光軸Ａ付近の部分で４度以上、フレネルレンズ１５０の水平方向の端部で１２度以上とすることで、第２面１５１ｂでの反射光をアイボックス８０の範囲外にそらすことができる。
　［２－２．効果］
　実施の形態２に係るフレネルレンズ１５０によれば、入射光のうち、焦点に向けて集光させない壁面としての第２面１５１ｂに反射された入射光ａ１１は、アイボックス８０の範囲外に進む向き（出射角度θｏ１）で出射されるため、観察者としての運転者１２に視認されることを防ぐことができる。また、入射光のうち、第２面１５１ｂに反射されていない入射光ａ１２はアイボックス８０の範囲内に進む向き（出射角度θｏ２）で出射されるため、運転者１２に視認させることができる。このため、第２面１５１ｂに反射されることが原因となる迷光が運転者に視認されることを効果的に低減できる。
　［２－３．実施の形態２の変形例１］
　上記実施の形態２に係るフレネルレンズ１５０では、第１面１５１ａ及び第２面１５１ｂは、光軸Ａの方向からみた場合に、互いに重ならない領域に形成されている構成であるが、この構成に限らない。
　図１２を参照しながら、実施の形態２の変形例１に係るフレネルレンズ１５０Ａの具体的な構成について説明する。図１２は、実施の形態２の変形例１に係るフレネルレンズの図７に相当する断面図である。
　図１２に示すように、フレネルレンズ１５０Ａは、実施の形態２のフレネルレンズ１５０と比較して、第１面１５１Ａａと第２面１５１Ａｂとが、光軸から見て重なって配置されている点が異なる。つまり、第２面１５１Ａｂは、フレネルレンズ１５０Ａへの入射光が壁面に直接当たらない角度でフレネルレンズ１５０Ａの光軸Ａに対して傾いて形成されている。
　これにより、フレネルレンズ１５０Ａへの入射光が第２面１５１Ａｂに直接反射することを防ぐことができるため、第２面１５１Ａｂに反射されることが原因となる迷光が運転者に視認されることを効果的に低減できる。
　（その他の実施の形態）
　以上、一つ又は複数の態様に係るヘッドアップディスプレイについて、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思い付く各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態又は変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
　なお、通常のヘッドアップディスプレイは、視野角が２０度以下と比較的小さいため、フレネルレンズに入射する光の入射角分布も比較的小さく、壁面の傾斜角も２０度以下と比較的小さく設定できるため、光ロスが少なく効果的に反射光による迷光を防ぐことができる。しかしながら、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記各実施の形態では、ヘッドアップディスプレイ２（２Ａ）を自動車４に搭載する場合について説明したが、これに限定されず、例えば自動二輪車、航空機、電車又は船舶等に搭載されてもよい。
　また、ヘッドアップディスプレイ２（２Ａ）を車両に搭載する場合について説明したが、これに限定されず、例えばウェアラブルデバイスとして構成される眼鏡等に搭載されてもよい。
　なお、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ又はプロセッサ等のプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
　また、以下のような場合も本発明に含まれる。
　（１）上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムで実現され得る。ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
　（２）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＯＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、ＲＯＭからＲＡＭにコンピュータプログラムをロードし、ロードしたコンピュータプログラムにしたがって演算等の動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
　（３）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なＩＣカード又は単体のモジュールから構成されてもよい。ＩＣカード又はモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカード又はモジュールには、上記の超多機能ＬＳＩが含まれてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、ＩＣカード又はモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有してもよい。
　（４）本発明は、上記に示す方法で実現されてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムで実現してもよいし、コンピュータプログラムからなるデジタル信号で実現してもよい。
　また、本発明は、コンピュータプログラム又はデジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）　Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したもので実現してもよい。また、これらの記録媒体に記録されているデジタル信号で実現してもよい。
　また、本発明は、コンピュータプログラム又はデジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送してもよい。
　また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、メモリは、コンピュータプログラムを記憶しており、マイクロプロセッサは、コンピュータプログラムにしたがって動作してもよい。
　また、プログラム又はデジタル信号を記録媒体に記録して移送することにより、又はプログラム又はデジタル信号を、ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
　（５）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
　本発明のフレネルレンズは、例えば車載用のヘッドアップディスプレイ等に用いることができる。
　２　ヘッドアップディスプレイ
　４　自動車
　６　ダッシュボード
　８　画像
　１０　ウインドシールド
　１１　領域
　１２　運転者
　１４　景色
　１６　空間
　１８　鉛直画像
　２０　奥行き画像
　２２　歩行者
　２４　道路
　２６　投射部
　２８　可動スクリーン
　３０　駆動部
　３２　投影部
　３４　制御部
　３６　光源
　３８　走査部
　４４　拡大レンズ
　４６　第１の反射板
　４８　第２の反射板
　５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，１５０，１５０Ａ　フレネルレンズ
　５１，１５１　凹凸面
　５１ａ，１５１ａ，１５１Ａａ　第１面
　５１ｂ，１５１ｂ，１５１Ａｂ　第２面
　５２，１５２　平面
　５３，５３Ａ，５３Ｃ，６１　遮光マスク
　６０　板状部材
　７０　フレネルレンズユニット
　８０　アイボックス
　ａ１～ａ６，ａ１１，ａ１２　入射光
　ａ７～ａ９　光

Claims (7)

  1. 　光軸に対して傾斜している第１面と、前記光軸に平行な第２面とが交互に配置されて形成される鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズであって、
    　前記第２面に対応する位置に、遮光マスクが形成されている
    　フレネルレンズ。
  2. 　前記遮光マスクは、前記第１面のうち前記第２面と隣接している一部の領域に形成されている
    　請求項１に記載のフレネルレンズ。
  3. 　前記フレネルレンズの前記凹凸面と反対側の面は平面であり、
    　前記遮光マスクは、前記反対側の面の前記第２面に対向する位置に形成されている
    　請求項１に記載のフレネルレンズ。
  4. 　前記遮光マスクは、当該遮光マスク上のマスクパターンの端部が蛇行している形状を有する
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のフレネルレンズ。
  5. 　光軸に対して傾斜している第１面と、前記光軸に平行な第２面とが交互に配置されて形成される鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズであって、
    　前記フレネルレンズに対向して配置される透明な板状部材であって、前記第２面に対向する位置に遮光マスクが形成されている板状部材と、を備える
    　フレネルレンズユニット。
  6. 　前記遮光マスクは、当該遮光マスク上のマスクパターンの端部が蛇行している形状を有する
    　請求項５に記載のフレネルレンズユニット。
  7. 　光を出射する光源と、
    　前記光源からの光を走査する走査部と、
    　前記走査部からの光が透過することにより画像が形成されるスクリーンと、
    　前記スクリーンに形成された前記画像の虚像を空間に表示する光学系と、を備え、
    　前記光学系は、請求項１から３のいずれか１つに記載のフレネルレンズ、または、請求項５に記載のフレネルレンズユニットを含む
    　ヘッドアップディスプレイ。
PCT/JP2017/000380 2016-01-20 2017-01-10 フレネルレンズ、フレネルレンズユニット及びヘッドアップディスプレイ WO2017126353A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112017000438.1T DE112017000438B4 (de) 2016-01-20 2017-01-10 Fresnel-Linse, Fresnel-Linsenbaugruppe und Head-up-Display
US16/068,956 US10670780B2 (en) 2016-01-20 2017-01-10 Fresnel lens, Fresnel lens unit, and head-up display

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016009299A JP6610887B2 (ja) 2016-01-20 2016-01-20 フレネルレンズ及びヘッドアップディスプレイ
JP2016-009299 2016-01-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017126353A1 true WO2017126353A1 (ja) 2017-07-27

Family

ID=59361755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/000380 WO2017126353A1 (ja) 2016-01-20 2017-01-10 フレネルレンズ、フレネルレンズユニット及びヘッドアップディスプレイ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10670780B2 (ja)
JP (1) JP6610887B2 (ja)
DE (1) DE112017000438B4 (ja)
WO (1) WO2017126353A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2569208B (en) * 2018-07-19 2019-12-04 Envisics Ltd A head-up display
JP7128448B2 (ja) * 2019-03-19 2022-08-31 コニカミノルタ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
JP7506066B2 (ja) 2019-06-07 2024-06-25 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント フレネルレンズ、及び画像観察装置
CN112622767A (zh) 2019-10-08 2021-04-09 松下知识产权经营株式会社 显示系统、以及具备该显示系统的电子后视镜系统
KR102453742B1 (ko) * 2020-07-01 2022-10-14 미네베아미츠미 가부시키가이샤 면 형상 조명 장치
CN114280708A (zh) * 2022-01-12 2022-04-05 京东方科技集团股份有限公司 菲涅尔透镜、光学模组和虚拟现实装置
CN114859450B (zh) * 2022-05-23 2024-05-24 京东方科技集团股份有限公司 菲涅尔透镜组及虚拟现实装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52143847A (en) * 1976-05-26 1977-11-30 Mitsubishi Electric Corp Optical lens
JPH06123801A (ja) * 1992-10-14 1994-05-06 Fujitsu Ltd 透光板とその透光板を使用した装置
JPH08136707A (ja) * 1994-09-13 1996-05-31 Sharp Corp フレネルレンズの作製方法およびそれを用いた投影画像表示装置
JPH0943405A (ja) * 1995-07-25 1997-02-14 Nissan Motor Co Ltd フレネルレンズ
JP2006323114A (ja) * 2005-05-19 2006-11-30 Dainippon Printing Co Ltd フレネルレンズシートの製造方法及びフレネルレンズシート
JP2015184625A (ja) * 2014-03-26 2015-10-22 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
JP2016176981A (ja) * 2015-03-18 2016-10-06 株式会社東芝 フレネルレンズ及びその製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004286996A (ja) 2003-03-20 2004-10-14 Dainippon Printing Co Ltd 透過型スクリーン
JP2010262161A (ja) 2009-05-08 2010-11-18 Toshiba Corp 表示装置、表示方法及び車両
JP4921618B2 (ja) 2010-01-13 2012-04-25 パナソニック株式会社 回折格子レンズとその製造方法、およびそれを用いた撮像装置
JP2014043205A (ja) 2012-08-28 2014-03-13 Dainippon Printing Co Ltd 車両用映像表示システム
US9335447B2 (en) * 2013-11-21 2016-05-10 Stryker Corporation Fresnel lens with light-scattering preventive feature
JP2016001209A (ja) 2014-06-11 2016-01-07 富士フイルム株式会社 接眼レンズおよび撮像装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52143847A (en) * 1976-05-26 1977-11-30 Mitsubishi Electric Corp Optical lens
JPH06123801A (ja) * 1992-10-14 1994-05-06 Fujitsu Ltd 透光板とその透光板を使用した装置
JPH08136707A (ja) * 1994-09-13 1996-05-31 Sharp Corp フレネルレンズの作製方法およびそれを用いた投影画像表示装置
JPH0943405A (ja) * 1995-07-25 1997-02-14 Nissan Motor Co Ltd フレネルレンズ
JP2006323114A (ja) * 2005-05-19 2006-11-30 Dainippon Printing Co Ltd フレネルレンズシートの製造方法及びフレネルレンズシート
JP2015184625A (ja) * 2014-03-26 2015-10-22 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
JP2016176981A (ja) * 2015-03-18 2016-10-06 株式会社東芝 フレネルレンズ及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017129753A (ja) 2017-07-27
JP6610887B2 (ja) 2019-11-27
DE112017000438B4 (de) 2021-09-02
US10670780B2 (en) 2020-06-02
US20190011611A1 (en) 2019-01-10
DE112017000438T5 (de) 2018-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6610887B2 (ja) フレネルレンズ及びヘッドアップディスプレイ
US10642032B2 (en) Head-up display
JP6098375B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP7065383B2 (ja) 表示システム、情報提示システム、表示システムの制御方法、プログラム、及び移動体
JP6569999B2 (ja) 表示装置
JP6056680B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
WO2017002311A1 (ja) 表示装置
WO2017126352A1 (ja) 表示装置
JP6375825B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP6562356B2 (ja) 表示装置
JP6908898B2 (ja) 画像表示装置
JP2018205621A (ja) 虚像表示装置、中間像形成部および画像表示光生成ユニット
JP2017067944A (ja) 表示画像作成装置および画像表示装置
JP2015022158A (ja) 光走査装置および画像表示装置
US10432899B2 (en) Image display device
KR20200072641A (ko) 3차원 증강 현실을 제공하는 헤드 업 디스플레이 장치
JP2018040842A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP6820502B2 (ja) 画像表示装置
JP6726883B2 (ja) 表示システム、移動体、及び表示システムの制御方法
JP2021105647A (ja) 表示装置、表示システムおよび移動体
JP6628873B2 (ja) 投影光学系、ヘッドアップディスプレイ装置及び自動車
JP7400605B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ
JP2018025693A (ja) 表示装置
US10502953B2 (en) Display device, and mobile body having same
WO2020189191A1 (en) Projector, display system, and mobile object

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17741233

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112017000438

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17741233

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1