(57)【要約】  光学部材は、基板面を有する光透過性の基板と、基板内に位置し、入射光の少なくとも一部を反射する複数の反射面とを備える。複数の反射面の少なくとも一部は、入射光の少なくとも一部を集光させるように、基板面に対して傾斜する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面を有する光透過性の基板と、
前記基板内に位置し、入射光の少なくとも一部を反射する複数の反射面と
を備え、
前記複数の反射面の少なくとも一部は、前記入射光の少なくとも一部を集光させるように、前記基板面に対して所定の角度で傾斜する
光学部材。
【請求項２】
前記基板面に対する前記各反射面の傾斜は、前記基板内の仮想的な面形状に対応する、請求項１に記載の光学部材。
【請求項３】
前記仮想的な面形状は、フレネル形状である、請求項２に記載の光学部材。
【請求項４】
前記反射面の大きさは、前記フレネル形状が有する傾斜面の幅よりも小さい、請求項３に記載の光学部材。
【請求項５】
前記基板面に対する前記各反射面の傾斜は、前記入射光の少なくとも一部を所定の方向に反射させる、前記基板内の仮想的な面形状に対応する、請求項１に記載の光学部材。
【請求項６】
前記基板の少なくとも一部は、樹脂からなる、請求項１乃至５いずれか一項に記載の光学部材。
【請求項７】
第１面と、前記第１面に対向し、前記第１面に対する傾斜面を含む第２面とを有する光透過性の第１の基板に対して、前記傾斜面の上に、入射光の少なくとも一部を反射する複数の反射面であって、前記複数の反射面の少なくとも一部が前記入射光の少なくとも一部を集光させるように、前記第１面に対して所定の角度で傾斜する複数の反射面を形成し、
前記第１の基板の前記第２面及び前記複数の反射面の上に、第２の基板を形成する
光学部材の製造方法。
【請求項８】
前記複数の反射面を形成するとき、前記第２面に対して所定のパターンを有するマスクをかけて、前記傾斜面の一部に前記反射面を形成する材料を成膜する、請求項７に記載の光学部材の製造方法。
【請求項９】
前記第２の基板は、前記第１の基板と同じ材料からなる、請求項７又は８に記載の光学部材の製造方法。
【請求項１０】
基板面を有する光透過性の基板と、
前記基板内に位置し、入射光の少なくとも一部を反射する複数の反射面と
を有する光学部材と、
前記光学部材に対して画像投影光を射出して虚像を表示する画像表示装置と
を備え、
前記複数の反射面の少なくとも一部は、前記入射光の少なくとも一部を集光させるように、前記基板面に対して所定の角度で傾斜する
画像表示システム。
【請求項１１】
前記基板面に対する前記各反射面の傾斜は、前記入射光の少なくとも一部を集光させる、前記基板内の仮想的な面形状に対応する、請求項１０に記載の画像表示システム。
【請求項１２】
前記仮想的な面形状は、フレネル形状である、請求項１１に記載の画像表示システム。
【請求項１３】
前記反射面の大きさは、前記フレネル形状が有する傾斜面の幅よりも小さい、請求項１２に記載の画像表示システム。
【請求項１４】
前記基板面に対する前記各反射面の傾斜は、前記入射光の少なくとも一部を所定の方向に反射させる、前記基板内の仮想的な面形状に対応する、請求項１０に記載の画像表示システム。
【請求項１５】
前記基板の少なくとも一部は、樹脂からなる、請求項１０乃至１４いずれか一項に記載の画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願へのクロスリファレンス】
【０００１】
本出願は、日本国特許出願２０１６−１６７４００号（２０１６年８月２９日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、光学部材、光学部材の製造方法及び画像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、移動体のフロントウィンドシールドに対して画像光を投射し、拡大した虚像を表示するヘッドアップディスプレイが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３９１８号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一実施形態に係る光学部材は、基板面を有する光透過性の基板と、前記基板内に位置し、入射光の少なくとも一部を反射する複数の反射面とを備える。前記複数の反射面の少なくとも一部は、前記入射光の少なくとも一部を集光させるように、前記基板面に対して所定の角度で傾斜する。
【０００６】
本開示の一実施形態に係る光学部材の製造方法は、第１面と、前記第１面に対向し、前記第１面に対する傾斜面を含む第２面とを有する光透過性の第１の基板に対して、前記傾斜面の上に複数の反射面を形成する。前記複数の反射面は、入射光の少なくとも一部を反射する。前記複数の反射面は、前記複数の反射面の少なくとも一部が前記入射光の少なくとも一部を集光させるように、前記第１面に対して所定の角度で傾斜する。前記製造方法は、前記第１の基板の前記第２面及び前記複数の反射面の上に、第２の基板を形成する。
【０００７】
本開示の一実施形態に係る画像表示システムは、光学部材と画像表示装置とを備える。前記光学部材は、基板面を有する光透過性の基板と、前記基板内に位置し、入射光の少なくとも一部を反射する複数の反射面とを有する。前記画像表示装置は、前記光学部材に対して画像投影光を射出して虚像を表示する。前記複数の反射面の少なくとも一部は、前記入射光の少なくとも一部を集光させるように、前記基板面に対して所定の角度で傾斜する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係る画像表示システムの構成例を示す図である。
【図２】入射光に対応する反射光及び透過光の例を示す図である。
【図３】図１の画像表示装置の概略構成例を示す機能ブロック図である。
【図４】実施形態１に係る光学部材の構成例を示す平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】仮想面の傾斜角度の定義を説明する図である。
【図７】光学部材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】光学部材の製造方法の一例を示す図である。
【図９】光学部材の製造方法の一例を示す図である。
【図１０】光学部材の製造方法の一例を示す図である。
【図１１】実施形態２に係る光学部材の構成例を示す平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ヘッドアップディスプレイに限られず、使用者に虚像を視認させる表示装置においては、光が投射された部材において光が正反射する場合、使用者が虚像を視認できる範囲は限られる。虚像が視認されうる範囲は、表示装置の大きさに応じたものとなりうる。比較的小さい表示装置によって、虚像が視認されうる範囲が広げられることが求められる。
【００１０】
以下、本開示の一実施形態に係る画像表示システム１（図１参照）が、図面を参照しながら詳細に説明される。以下の説明で用いられる図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。
【００１１】
（実施形態１）
図１に示されるように、本実施形態に係る画像表示システム１は、光学部材２と、画像表示装置３とを備える。
【００１２】
光学部材２は、基板面１１０を有する基板１０と、複数の反射面２０とを備える。基板１０は、光透過性を有し、基板１０へ入射する光の少なくとも一部を透過する。基板１０は、平板であってよい。基板１０は、曲面を有してよい。基板１０は、他の任意の形状であってよい。基板１０は、可撓性を有してよい。基板１０の少なくとも一部は、樹脂からなるものであってよい。反射面２０は、基板１０へ入射する光の少なくとも一部を反射する。複数の反射面２０の少なくとも一部は、基板面１１０に対して傾斜を有する。反射面２０の少なくとも一部は、基板１０へ入射する光を反射可能な材料で構成されてよい。反射面２０の少なくとも一部は、アルミ、銀、又はクロム等の金属材料で構成されてよい。
【００１３】
図２に示されるように、基板１０に実線で示される入射光４１が入射する場合、入射光４１の少なくとも一部は、基板面１１０で正反射して、破線で示される反射光４２となりうる。入射光４１の少なくとも一部は、基板１０を透過し、一点鎖線で示される透過光４３となりうる。
【００１４】
反射面２０に実線で示される入射光４４が入射する場合、入射光４４の少なくとも一部は、反射面２０で正反射して、破線で示される反射光４５となりうる。反射面２０が基板面１１０に対して傾斜を有する場合、反射光４５は、基板面１１０の反射光４２とは異なる方向に進む。言い換えれば、反射光４５は、基板面１１０に対する正反射の方向とは異なる方向に反射される。
【００１５】
図１に示されるように、画像表示装置３は、光学部材２に対して、破線で示される画像投影光４０を射出する。画像投影光４０の少なくとも一部は、光学部材２で反射されうる。反射された画像投影光４０の少なくとも一部は、仮想的に位置するアイボックス４に到達しうる。画像表示システム１の利用者は、利用者の目５がアイボックス４に存在する場合に、画像投影光４０によって形成される投影画像を虚像として視認しうる。基板１０が光透過性であることで、光学部材２を透過してくる光も利用者の目５に到達しうる。利用者は、光学部材２の反対側にある背景と、虚像とをあわせて視認しうる。
【００１６】
図３に示されるように、画像表示装置３は、制御部３２と、画像生成部３４と、投影光学系３６とを備える。
【００１７】
制御部３２は、画像生成部３４を制御して、投影画像を形成する画像投影光４０を射出させる。制御部３２は、外部装置から取得した情報に基づいて投影画像に係る画像データを生成してよい。制御部３２は、外部装置から投影画像に係る画像データを取得してよい。制御部３２は、アプリケーションソフトウェアを実行可能なプロセッサ又はマイクロコンピュータ等により構成されうる。
【００１８】
制御部３２は、各種情報、又は画像表示装置３の各構成部を動作させるためのプログラム等が格納される記憶デバイスを備えてよい。記憶デバイスは、例えば半導体メモリ等で構成されうる。記憶デバイスは、制御部３２のワークメモリとして機能してよい。画像表示装置３は、記憶デバイスを記憶部として備えてよい。
【００１９】
制御部３２は、外部装置から各種情報又は画像データ等を取得するための通信デバイスを備えてよい。通信デバイスは、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＣＡＮ（Control Area Network）等の通信インターフェースであってよい。通信デバイスは、有線又は無線によって、外部装置と通信可能であってよい。画像表示装置３は、通信デバイスを通信部として備えてよい。
【００２０】
画像生成部３４は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の透過型液晶デバイス又はＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の反射型液晶デバイスを備えてよい。画像生成部３４は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Mirror Device）又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等のミラーデバイスを備えてよい。画像生成部３４は、光源として、ランプ、ＬＥＤ（Light Emission Diode）、又はレーザ等を備えてよい。光源は、液晶デバイスのバックライトとして用いられてよい。光源は、ミラーデバイスへ光を入射するために用いられてよい。画像生成部３４は、無機ＥＬ（Electro-Luminescence）又は有機ＥＬ等の自発光デバイスを備えてよい。
【００２１】
投影光学系３６は、画像生成部３４から射出される画像投影光４０を反射又は屈折させて、光学部材２に投影する。投影光学系３６は、凸面もしくは凹面ミラーを備える反射光学系であってよい。投影光学系３６は、凸面もしくは凹面レンズを備える屈折光学系であってよい。投影光学系３６は、ミラー又はレンズを組み合わせた光学系であってよい。投影光学系３６に位置するミラー又はレンズは、少なくとも部分的に球面形状を有してよい。投影光学系３６に位置するミラー又はレンズは、少なくとも部分的に非球面形状を有してよい。投影光学系３６に位置するミラー又はレンズは、少なくとも部分的に光学部材２の形状に応じた面形状を有してよい。
【００２２】
図４に示されるように、中実円で表される反射面２０は、基板１０の面内に分布するように複数個位置する。基板１０の内部には、仮想的な面形状を有する仮想面１４０が位置する。図５に示されるように、仮想面１４０の少なくとも一部は、基板面１１０に対して傾斜を有する。反射面２０の少なくとも一部は、仮想面１４０の面形状に対応するように位置し、基板面１１０に対して傾斜する。
【００２３】
仮想面１４０は、仮想面１４０に対して所定の方向から入射する光の少なくとも一部を、所定の領域に集光するような面形状を有してよい。仮想面１４０によって集光される先である所定の領域は、集光領域ともいう。
【００２４】
仮想面１４０は、基板面１１０上に仮想的に位置する基準点５０を取り囲む円環状の面を複数含むように構成されてよい。円環状の面の少なくとも一部は、該円環状の面の法線が円環の内側に向くように構成されてよい。円環状の面を複数含む仮想面１４０は、稜線に相当する凸部と谷線に相当する凹部とを有してよい。円環状の面を複数含む仮想面１４０の断面形状は、山と谷とを有する鋸歯形状であってよい。
【００２５】
反射面２０は、法線が円環の内側に向くように構成される円環状の面に対応して位置してよい。反射面２０は、仮想面１４０の山又は谷にまたがらないように位置してよい。このようにすることで、反射面２０で反射される光の方向が制御されやすくなる。反射面２０で反射される光によるゴーストの発生が抑制される。反射面２０の大きさは、円環状の面の幅よりも小さく構成されてよい。このようにすることで、反射面２０が仮想面１４０の山又は谷にまたがりにくくなる。
【００２６】
仮想面１４０は、基準点５０からの距離に応じて、基板面１１０との間の角度が順次増加するように構成されてよい。言い換えれば、基板面１１０上に仮想的に位置する第１の点５１に対応する仮想面１４０と基板面１１０との間の角度が、基準点５０と第１の点５１との間の距離に応じて順次増加するように構成されてよい。仮想面１４０と基板面１１０との間の角度は、仮想面傾斜角度６０（図６参照）ともいう。仮想面傾斜角度６０は、例えば図６に示されるように、基準点５０を起点とする基板面１１０の法線ベクトル１１０ｎと、第１の点５１に対応する仮想面１４０の法線ベクトル１４０ｎとがなす角度として定義されてよい。仮想面傾斜角度６０は、法線ベクトル１１０ｎと第１の点５１とを含む基準面に対する法線ベクトル１４０ｎの正射影と、法線ベクトル１１０ｎとがなす角度として定義されてよい。
【００２７】
仮想面１４０は、例えば、フレネルレンズに対応するフレネル形状を有してよい。フレネル形状は、基準点５０を中心とする同心円状の溝を有する。溝は、略垂直な面と所定の幅を有する傾斜面とを含む。傾斜面は、基準点５０から遠いほど、大きい傾斜を有する。反射面２０は、フレネル形状の傾斜面に位置してよい。反射面２０が略垂直な面に位置する場合、反射面２０で反射される光がモアレを発生させうる。反射面２０が傾斜面にのみ位置することで、モアレ又はゴーストの発生が抑制されうる。反射面２０の大きさは、傾斜面が有する所定の幅よりも小さくされてよい。
【００２８】
仮想面１４０は、放物面形状等の他の集光形状を有してよい。
【００２９】
基準点５０は、光学部材２に入射して基準点５０で正反射した光が、集光領域に向かうように定められてよい。
【００３０】
本実施形態に係る光学部材２によれば、入射する光の少なくとも一部を、基板面１１０で正反射する方向とは異なる方向へ向けて反射させることができる。
【００３１】
本実施形態に係る光学部材２は、例えば、移動体のフロントウィンドシールドに設けられてよい。この場合、フロントウィンドシールドに対して投影された光が移動体の運転者に向けて反射されることによって、運転者は、フロントウィンドシールドのより広い範囲にわたって、虚像を視認しうる。光学部材２が光透過性を有することによって、運転者はフロントウィンドシールドの前方にある風景を視認しうる。
【００３２】
本実施形態に係る光学部材２は、デジタルサイネージの表示パネルとして設けられてよい。この場合、表示パネルに対して投影された光が特定の方向に反射されることによって、特定の位置にいる人に対する専用の広告として虚像が表示されうる。光学部材２は、デジタルサイネージの表示パネルのカバーとして設けられてよい。デジタルサイネージの表示パネルがＬＣＤ等のディスプレイである場合、ディスプレイの表示内容に重畳するように虚像が表示されうる。このようにすることで、より効果的な広告が展開されうる。
【００３３】
本実施形態に係る光学部材２は、ショーウィンドウに設けられてよい。この場合、ショーウィンドウに対して投影された光が反射することによって、ショーウィンドウ内に展示される商品と重畳するように虚像が表示されうる。ショーウィンドウに対して投影された光が特定の方向に反射されることによって、ショーウィンドウを特定の位置から見る際に、当該位置に対応した専用のコンテンツが表示されうる。このようにすることで、より効果的な広告が展開されうる。
【００３４】
光学部材２の製造方法の一例が、図７に示されるフローチャートに基づいて説明される。本実施形態に係る製造方法では、図８に示されるような、第１面１１１と、第２面１１２とを有する第１の基板１１が用いられる。第１の基板１１は、樹脂であってよい。第２面１１２は、第１面１１１に対向し、第１面１１１に対して傾斜する傾斜面を含む。第２面１１２の形状は、仮想面１４０に相当する形状とされてよい。
【００３５】
図９に示されるように、第１の基板１１の第２面１１２の傾斜面の一部に、複数の反射面２０が形成される（図７のステップＳ１）。反射面２０は、光を反射可能な材料を成膜することによって形成されてよい。反射面２０は、アルミ、銀、又はクロム等の金属材料を成膜することによって形成されてよい。反射面２０は、スパッタリング、真空蒸着、又は分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）等の種々の成膜方法によって形成されてよい。
【００３６】
反射面２０は、所定のパターンを有するマスクを第２面１１２にかけた状態で材料を成膜することによって形成されてよい。所定のパターンを有するマスクは、第２面１１２の傾斜面に対応する部分に成膜材料が通過可能な開口を有するものであってよい。マスクをかけて第２面１１２に反射面２０を成膜することによって、第２面１１２の上で反射面２０が形成される領域を制御しうる。このようにすることで、予期しないモアレ又はゴースト等の発生が抑制されうる。
【００３７】
図１０に示されるように、第１の基板１１の第２面１１２と、複数の反射面２０との上に、第２の基板１２が形成される（図７のステップＳ２）。本実施形態に係る光学部材２の製造方法の一例は、以上で終了する。第２の基板１２は、樹脂であってよい。第２の基板１２は、第１の基板１１の上に樹脂を充填することによって形成されてよい。第２の基板１２は、第１の基板１１の第２面１１２に嵌合可能な形状を有し、第２面１１２に貼りあわせられるものであってよい。第２の基板１２は、第１の基板１１と同じ材料であってよい。第２の基板１２は、第１の基板１１との間に空隙又は継ぎ目等の欠陥がないように形成されてよい。このようにすることで、第１の基板１１と第２の基板１２との間での光の反射が抑制されうる。第１の基板１１の第２面１１２が有するレンズパワー等の光学的な効果が抑制されうる。
【００３８】
（実施形態２）
本実施形態に係る光学部材２に仮想的に位置する仮想面１４０は、基板面１１０に入射する光を正反射の方向とは異なる方向へ反射するような面形状を有してよい。図１１に示されるように、仮想面１４０は、矩形の面を複数含んでよい。図１２に示されるように、仮想面１４０の断面形状は、基板面１１０に対して略垂直な面と、基板面１１０に対して所定の角度で傾斜する傾斜面とを含む鋸歯形状であってよい。
【００３９】
反射面２０は、傾斜面に位置してよい。この場合、光学部材２に入射する光は、基板面１１０に対して正反射する方向とは異なる方向に反射されうる。
【００４０】
反射面２０は、基板面１１０に対して一定の角度で傾斜するように位置してよい。このようにすることで、光学部材２による光の反射方向が制御されうる。本実施形態に係る光学部材２によって反射方向が制御された光は、より広い範囲に到達しうる。
【００４１】
本実施形態に係る光学部材２は、デジタルサイネージの表示パネル、又はショーウィンドウ等に設けられてよい。この場合、デジタルサイネージ、又はショーウィンドウ等を見る方向に応じて、通常に表示又は展示されている内容に重畳されるように虚像が表示されうる。見る方向に応じてデジタルサイネージ又はショーウィンドウの内容に虚像が重畳されることで、より効果的に情報が提供されうる。
【００４２】
実施形態１及び２に係る画像表示システム１は、種々の機器に実装されうる。画像表示システム１は、移動体、デジタルサイネージシステム、又はショーウィンドウの演出システムとして実装されてよい。画像表示システム１は、プロジェクションシステムとして実装されてよい。画像表示装置３は、例えばプロジェクタとして実装されてよい。
【００４３】
実施形態１及び２に係る光学部材２は、フィルム基板として構成されてよい。このようにすることで、光学部材２は、曲面を有するガラス又は壁面等に実装されうる。
【００４４】
本開示における「移動体」には、車両、船舶、航空機を含む。本開示における「車両」には、自動車及び産業車両を含むが、これに限られず、鉄道車両及び生活車両、滑走路を走行する固定翼機を含めてよい。自動車は、乗用車、トラック、バス、二輪車、及びトロリーバス等を含むがこれに限られず、道路上を走行する他の車両を含んでよい。産業車両は、農業及び建設向けの産業車両を含む。産業車両には、フォークリフト、及びゴルフカートを含むがこれに限られない。農業向けの産業車両には、トラクター、耕耘機、移植機、バインダー、コンバイン、及び芝刈り機を含むが、これに限られない。建設向けの産業車両には、ブルドーザー、スクレーバー、ショベルカー、クレーン車、ダンプカー、及びロードローラを含むが、これに限られない。車両は、人力で走行するものを含む。なお、車両の分類は、上述に限られない。例えば、自動車には、道路を走行可能な産業車両を含んでよく、複数の分類に同じ車両が含まれてよい。本開示における船舶には、マリンジェット、ボート、タンカーを含む。本開示における航空機には、固定翼機、回転翼機を含む。
【００４５】
本開示に係る構成は、以上説明してきた実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  画像表示システム
２  光学部材
３  画像表示装置
４  アイボックス
５  利用者の目
１０  基板
１１  第１の基板
１２  第２の基板
２０  反射面
３２  制御部
３４  画像生成部
３６  投影光学系
４１、４４  入射光
４２、４５  反射光
４３  透過光
５０  基準点
５１  第１の点
６０  仮想面傾斜角度
１１０  基板面
１１１  第１面
１１２  第２面
１１０ｎ  基板面の法線ベクトル
１４０  仮想面
１４０ｎ  仮想面の法線ベクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018043210.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018043210.tif 000011
【図１０】
2018043210.tif 000012
【図１１】
2018043210.tif 000013
【図１２】
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【国際調査報告】
2018043210.tif 000015
2018043210.tif 000016
2018043210.tif 000017
2018043210.tif 000018