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JP2017129751A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

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裕昭 岡山
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聡 葛原
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陽介 淺井
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Abstract

【課題】画質の劣化を低減できるヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ２は、観察者の眼が存在すると想定された所定の範囲であるアイボックス８０に向けて映像を構成する光を放出する光学系を備えるヘッドアップディスプレイ２であって、光学系は、光軸Ａを中心として同心円状に形成される凹凸面１５１であって、入射光を焦点に向けて集光する集光面としての第１面１５１ａと、焦点に向けて集光させない壁面としての第２面１５１ｂとが交互に配置されて形成される、断面が鋸歯状の凹凸面１５１を出射側に有するフレネルレンズ１５０を含み、第２面１５１ｂは、第２面１５１ｂの当たった光が、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。【選択図】図１０

Description

本発明は、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
ところで、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、上記特許文献１のヘッドアップディスプレイでは、同心円状の迷光が発生するため、画質が劣化するという問題がある。
そこで、本発明は、画質の劣化を低減できるヘッドアップディスプレイを提供する。
本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイは、観察者の眼が存在すると想定された所定の範囲であるアイボックスに向けて映像を構成する光を放出する光学系を備えるヘッドアップディスプレイであって、前記光学系は、光軸を中心として同心円状に形成される凹凸面であって、入射光を焦点に向けて集光する集光面と、前記焦点に向けて集光させない壁面とが交互に配置されて形成される、断面が鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズを含み、前記壁面は、前記壁面の当たった光が、前記アイボックスの範囲外に進む向きに反射する角度で、前記フレネルレンズの光軸に対して傾いて形成されている。
本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイは、観察者の眼が存在すると想定された所定の範囲であるアイボックスに向けて映像を構成する光を放出する光学系を備えるヘッドアップディスプレイであって、前記光学系は、光軸を中心として同心円状に形成される凹凸面であって、入射光を焦点に集光する集光面と、前記焦点に向けて集光させない壁面とが交互に配置されて形成される、断面が鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズを含み、前記壁面は、前記フレネルレンズへの入射光が前記壁面に直接当たらない角度で前記フレネルレンズの光軸に対して傾いて形成されている。
本発明のヘッドアップディスプレイは、画質の劣化を低減できる。
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、フレネルレンズの段差形状において散乱光及び反射光のために同心円状の迷光が発生するため、当該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、本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイは、観察者の眼が存在すると想定された所定の範囲であるアイボックスに向けて映像を構成する光を放出する光学系を備えるヘッドアップディスプレイであって、前記光学系は、光軸を中心として同心円状に形成される凹凸面であって、入射光を焦点に向けて集光する集光面と、前記焦点に向けて集光させない壁面とが交互に配置されて形成される、断面が鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズを含み、前記壁面は、前記壁面の当たった光が、前記アイボックスの範囲外に進む向きに反射する角度で、前記フレネルレンズの光軸に対して傾いて形成されている。
本態様によれば、入射光のうち、焦点に向けて集光させない壁面に反射された入射光は、アイボックスの範囲外に進む向きで出射されるため、観察者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、壁面に反射されていない入射光はアイボックスの範囲内に進む向きで出射されるため、運転者に視認させることができる。このため、壁面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。よってヘッドアップディスプレイにより表示される画像の劣化を効果的に低減できる。
また、前記凹凸面を形成している複数の前記壁面のうち、第１壁面よりも外側に配置される第２壁面は、前記第１壁面よりも前記光軸に対して傾いて形成されていてもよい。
また、本発明の一態様に係るヘッドアップディスプレイは、観察者の眼が存在すると想定された所定の範囲であるアイボックスに向けて映像を構成する光を放出する光学系を備えるヘッドアップディスプレイであって、前記光学系は、光軸を中心として同心円状に形成される凹凸面であって、入射光を焦点に集光する集光面と、前記焦点に向けて集光させない壁面とが交互に配置されて形成される、断面が鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズを含み、前記壁面は、前記フレネルレンズへの入射光が前記壁面に直接当たらない角度で前記フレネルレンズの光軸に対して傾いて形成されている。
また、前記集光面と前記壁面とは、前記光軸からみて重なって配置されていてもよい。
また、さらに、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、を備え、前記光学系は、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してもよい。
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、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６１０（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のうち、第１壁面よりも外側に配置される第２壁面は、第１壁面よりも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１５１ａ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１５１ａ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。よってヘッドアップディスプレイ２により表示される画像の劣化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１５１Ａａ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。よってヘッドアップディスプレイ２により表示される画像の劣化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、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。
本発明のヘッドアップディスプレイは、例えば車載用のヘッドアップディスプレイ等に適用することができる。
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、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、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 (5)

  1. 観察者の眼が存在すると想定された所定の範囲であるアイボックスに向けて映像を構成する光を放出する光学系を備えるヘッドアップディスプレイであって、
    前記光学系は、光軸を中心として同心円状に形成される凹凸面であって、入射光を焦点に向けて集光する集光面と、前記焦点に向けて集光させない壁面とが交互に配置されて形成される、断面が鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズを含み、
    前記壁面は、前記壁面の当たった光が、前記アイボックスの範囲外に進む向きに反射する角度で、前記フレネルレンズの光軸に対して傾いて形成されている
    ヘッドアップディスプレイ。
  2. 前記凹凸面を形成している複数の前記壁面のうち、第１壁面よりも外側に配置される第２壁面は、前記第１壁面よりも前記光軸に対して傾いて形成されている
    請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
  3. 観察者の眼が存在すると想定された所定の範囲であるアイボックスに向けて映像を構成する光を放出する光学系を備えるヘッドアップディスプレイであって、
    前記光学系は、光軸を中心として同心円状に形成される凹凸面であって、入射光を焦点に集光する集光面と、前記焦点に向けて集光させない壁面とが交互に配置されて形成される、断面が鋸歯状の凹凸面を有するフレネルレンズを含み、
    前記壁面は、前記フレネルレンズへの入射光が前記壁面に直接当たらない角度で前記フレネルレンズの光軸に対して傾いて形成されている
    ヘッドアップディスプレイ。
  4. 前記集光面と前記壁面とは、前記光軸からみて重なって配置されている
    請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
  5. さらに、
    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、を備え、
    前記光学系は、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
    請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
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