特許 7493149 光屈折部材、光学システム、照明システム、表示システム、移動体及び金型

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-23

(45)【発行日】2024-05-31

(54)【発明の名称】光屈折部材、光学システム、照明システム、表示システム、移動体及び金型

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/00 20060101AFI20240524BHJP

   B29C 45/37 20060101ALI20240524BHJP

   B60K 35/23 20240101ALI20240524BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20240524BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20240524BHJP

   F21V 5/02 20060101ALI20240524BHJP

   G02B 27/01 20060101ALI20240524BHJP

   G02B 30/26 20200101ALI20240524BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240524BHJP

   F21Y 115/15 20160101ALN20240524BHJP

【ＦＩ】

G02B5/00 Z

B29C45/37

B60K35/23

F21S2/00 330

F21S2/00 431

F21V5/00 100

F21V5/02 100

G02B5/00 A

G02B27/01

G02B30/26

F21Y115:10

F21Y115:15

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020180865

(22)【出願日】2020-10-28

(65)【公開番号】P2022071745

(43)【公開日】2022-05-16

【審査請求日】2023-09-13

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阪口 知久

(72)【発明者】

【氏名】上水 和平

(72)【発明者】

【氏名】高田 和政

(72)【発明者】

【氏名】藤田 勝

【審査官】中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５４４３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９７８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５０７８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６３２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９０８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０６２６３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－００４８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８２０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２０９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１３０９４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０４２１６０３７（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／００－ ５／１３６

Ｇ０２Ｂ２７／００－３０／６０

Ｇ０９Ｆ ９／００

Ｂ６０Ｋ３５／２３－３５／２３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用される光屈折部材であって、
前記ヘッドアップディスプレイは、前記光屈折部材からの出射光を受けて画像を表示し、
前記光屈折部材は、
面状光が入射する入射面と、
前記面状光を屈折させる複数の屈折部と、
前記面状光が、前記複数の屈折部により屈折され、出射光として出射される出射面と、を備え、
前記複数の屈折部は、
前記入射面と前記出射面との少なくともいずれか一方に、一方向において並んで設けられており、
前記出射光の前記出射面上の配光範囲が、前記一方向に交差する交差方向における前記画像の上方向に対応する方向ほど前記一方向に広がるように、前記交差方向に沿って、前記面状光を屈折させる方向が変化する領域を有する、
光屈折部材。

【請求項2】

前記複数の屈折部が、前記一方向に交差する方向に沿って連続している、
請求項１に記載の光屈折部材。

【請求項3】

前記複数の屈折部が、前記一方向に交差する方向に沿って延伸する溝を有し、
前記溝の深さが前記一方向に交差する方向に沿って線形に変化する、
請求項１又は２に記載の光屈折部材。

【請求項4】

前記複数の屈折部が、前記一方向に交差する方向に沿って延伸する溝を有し、
前記溝の深さｈが０．０１ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍである、
請求項１～３のいずれか１項に記載の光屈折部材。

【請求項5】

前記入射面に入射する前記面状光に対して負の屈折力を持つ、
請求項１～４のいずれか１項に記載の光屈折部材。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の光屈折部材と、
光源からの光源光が入射する光源入射面、並びに互いに対向する第１面及び第２面を有する導光部材と、
前記第１面に設けられて、前記導光部材の内部を通る前記光源光を前記第２面に向けて反射するプリズムと、を備え、
前記導光部材は、前記光源入射面から入射した前記光源光を前記プリズムにて直接反射して前記第２面から前記面状光として出射させるダイレクト光路を含む、
光学システム。

【請求項7】

前記一方向に沿って、前記光源光が前記光源入射面に入射する、
請求項６に記載の光学システム。

【請求項8】

前記一方向に交差する方向に沿って、前記光源光が前記光源入射面に入射する、
請求項６に記載の光学システム。

【請求項9】

請求項６～８のいずれか１項に記載の光学システムと、
前記光源光を前記光源入射面に出射する光源と、を備える、
照明システム。

【請求項10】

請求項９に記載の照明システムと、
前記出射光を受けて画像を表示する表示器と、を備える、
表示システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の表示システムと、
前記表示システムを搭載する移動体本体と、を備える、
移動体。

【請求項12】

移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用される光屈折部材を形成するための金型であって、
前記ヘッドアップディスプレイは、前記光屈折部材からの出射光を受けて画像を表示し、
前記金型は、
キャビティを備えた第１型部と、
前記第１型部と型締される第２型部と、
溶融樹脂を前記キャビティ内に供給する供給路と、を備え、
前記キャビティは前記光屈折部材を形成するための形状を有し、
前記光屈折部材は、
面状光が入射する入射面と、
前記面状光を屈折させる複数の屈折部と、
前記面状光が、前記複数の屈折部により屈折され、出射光として出射される出射面と、を備え、
前記複数の屈折部は、
前記入射面と前記出射面との少なくともいずれか一方に、一方向において並んで設けられており、
前記出射光の前記出射面上の配光範囲が、前記一方向に交差する交差方向における前記画像の上方向に対応する方向ほど前記一方向に広がるように、前記交差方向に沿って、前記面状光を屈折させる方向が変化する領域を有する、
金型。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に光屈折部材、光学システム、照明システム、表示システム、移動体及び金型に関する。より詳細には、本開示は、入射面から入射した光を制御して出射面から出射させる光屈折部材、光学システム、照明システム、表示システム、移動体及び光屈折部材を形成するための金型に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、対象空間に虚像を投影する画像表示装置（表示システム）を開示する。この画像表示装置は、自動車用ＨＵＤ（Head-Up Display）装置である。ダッシュボード 内の自動車用ＨＵＤ装置（光学システム）から発せられる画像光である投射光がフロントガラスで反射され、視認者である運転者に向かう。これにより、ユーザ（運転者）は、ナビゲーション画像等の画像を虚像として視認することができ、路面等の背景に虚像が重畳されているように視認する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１４２４９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、端部の光の強度低下を補正した適切な画像をユーザに視認させることができる光屈折部材、光学システム、照明システム、表示システム、移動体及び金型を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係る光屈折部材は、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用される光屈折部材である。前記ヘッドアップディスプレイは、前記光屈折部材からの出射光を受けて画像を表示する。前記光屈折部材は、面状光が入射する入射面と、前記面状光を屈折させる複数の屈折部と、前記面状光が、前記複数の屈折部により屈折され、出射光として出射される出射面と、を備える。前記複数の屈折部は、前記入射面と前記出射面との少なくともいずれか一方に、一方向において並んで設けられている。前記複数の屈折部は、前記出射光の前記出射面上の配光範囲が、前記一方向に交差する交差方向における前記画像の上方向に対応する方向ほど前記一方向に広がるように、前記交差方向に沿って、前記面状光を屈折させる方向が変化する領域を有する。

【0006】

本開示の一態様に係る光学システムは、前記光屈折部材と、導光部材と、プリズムと、を備える。前記導光部材は、光源からの光源光が入射する光源入射面、並びに互いに対向する第１面及び第２面を有する。前記プリズムは、前記第１面に設けられて、前記導光部材の内部を通る前記光源光を前記第２面に向けて反射する。さらに、前記導光部材は、前記光源入射面から入射した前記光源光を前記プリズムにて直接反射して前記第２面から前記面状光として出射させるダイレクト光路を含む。

【0007】

本開示の一態様に係る照明システムは、前記光学システムと、前記光源光を前記光源入射面に出射する光源と、を備える。

【0008】

本開示の一態様に係る表示システムは、前記照明システムと、前記出射光を受けて画像を表示する表示器と、を備える。

【0009】

本開示の一態様に係る移動体は、前記表示システムと、前記表示システムを搭載する移動体本体と、を備える。

【0010】

本開示の一態様に係る金型は、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用される光屈折部材を形成するための金型である。前記ヘッドアップディスプレイは、前記光屈折部材からの出射光を受けて画像を表示する。前記金型は、キャビティを備えた第１型部と、前記第１型部と型締される第２型部と、溶融樹脂を前記キャビティ内に供給する供給路と、を備える。前記キャビティは前記光屈折部材を形成するための形状を有する。前記光屈折部材は、面状光が入射する入射面と、前記面状光を屈折させる複数の屈折部と、前記面状光が、前記複数の屈折部により屈折され、出射光として出射される出射面と、を備える。前記複数の屈折部は、前記入射面と前記出射面との少なくともいずれか一方に、一方向において並んで設けられている。前記複数の屈折部は、前記出射光の前記出射面上の配光範囲が、前記一方向に交差する交差方向における前記画像の上方向に対応する方向ほど前記一方向に広がるように、前記交差方向に沿って、前記面状光を屈折させる方向が変化する領域を有する。

【発明の効果】

【0011】

本開示では、端部の光の強度低下を補正した適切な画像をユーザに視認させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１Ａは、実施形態に係る光学システムを模式的に示す断面図である。図１Ｂは、図１Ａの領域Ａ１を拡大した断面図である。

【図2】図２は、同上の光学システムを模式的に示す斜視図である。

【図3】図３は、同上の光学システムを模式的に示す平面図である。

【図4】図４Ａは、同上の光学システムが備える光屈折部材を模式的に示す平面図及び側面図である。図４Ｂは、図４ＡのＦ１－Ｆ１線断面図である。

【図5】図５は、同上の光学システムを用いた表示システムの説明図である。

【図6】図６は、同上の表示システムを備える移動体の説明図である。

【図7】図７Ａは、同上の光学システムの平面図である。図７Ｂは、同上の光学システムの正面図である。図７Ｃは、同上の光学システムの下面図である。図７Ｄは、同上の光学システムの側面図である。

【図8】図８Ａは、図７Ｃの領域Ａ１を拡大した模式図である。図８Ｂは、図８ＡのＢ１－Ｂ１線断面図である。

【図9】図９は、比較例の光学システムの配光を模式的に示す平面図である。

【図10】図１０は、実施形態の光学システムの配光を模式的に示す平面図である。

【図11】図１１は、実施形態に係る金型を模式的に示す斜視図である。

【図12】図１２は、同上の金型を模式的に示すＹ－Ｚ平面断面図である。

【図13】図１３は、同上の金型が備えるキャビティを模式的に示すＸ－Ｚ平面断面図である。

【図14】図１４は、同上の光学システムの変形例を模式的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に説明する実施形態及び変形例は、本開示の一例に過ぎず、本開示は、実施形態及び変形例に限定されない。この実施形態及び変形例以外であっても、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

【0014】

（１）概要
まず、本実施形態に係る光学システム１００、及び光学システム１００を用いた照明システム２００について、図１Ａ～図３を参照して説明する。

【0015】

本実施形態に係る光学システム１００（図１Ａ及び図１Ｂ参照）は、光源入射面１０から入射した光源光を制御して出射面７から出射させる機能を有する。光学システム１００、光屈折部材８と、導光部材１と、プリズム３と、を備える。また、光学システム１００は光制御体２を更に備えてもよい。

【0016】

光学システム１００は、光源４と共に照明システム２００を構成する。言い換えれば、本実施形態に係る照明システム２００は、光学システム１００と、光源４と、を備える。光源４は、光源入射面１０に入射する光源光を出射する。詳しくは後述するが、光学システム１００が光制御体２を備える場合には、光源４からの光源光は、導光部材１に直接入射するのではなく、光制御体２を通して導光部材１に入射する。つまり、光源４は、光制御体２を通して光源入射面１０に光源光を出射する。

【0017】

このように、本実施形態では、光学システム１００は、光屈折部材８、導光部材１、及びプリズム３に加えて、光制御体２を更に備えている。光制御体２は、光源４と導光部材１の光源入射面１０との間に位置し、光源４から出射されて光源入射面１０に入射する光源光を制御する。特に、本実施形態では、導光部材１と光制御体２とは、一体成形品として一体化されている。つまり、本実施形態では、導光部材１と光制御体２とは一体成形品であって、一体不可分の関係にある。言い換えれば、導光部材１の光源入射面１０に対して光制御体２は継ぎ目なく連続しており、導光部材１と光制御体２とはシームレスに一体化されている。そのため、本実施形態では、導光部材１における光源入射面１０は、導光部材１及び光制御体２の一体成形品の内部に規定される「仮想面」であって、実体を伴わない。なお、光制御体２は導光部材１と分離した形態に形成されてもよい。また、光制御体２は光学システム１００に必須の構成ではなく、適宜省略が可能である。

【0018】

本実施形態では、導光部材１は、光源４からの光源光が入射する光源入射面１０、並びに互いに対向する第１面１１及び第２面１２を有している。プリズム３は、 第１面１１に設けられている。プリズム３は、導光部材１の内部を通る光源光を第２面１２に向けて反射する。

【0019】

ここで、導光部材１は、ダイレクト光路Ｌ１（図１Ａ及び図１Ｂ参照）を含む。ダイレクト光路Ｌ１は、光源入射面１０から入射した光源光をプリズム３にて直接反射して第２面１２から面状光９として出射させる光路である。なお、ここで言う面状光９とは、プリズム３による反射により、光源光の第２面での出射範囲が、光源光の光源入射面１０での入射範囲よりも広がった状態を示している。さらに言えば、導光部材１は、光源入射面１０から導光部材１内に入射した光源光を、導光部材１の内部においてはプリズム３での１回の反射のみで第２面から出射させるような光路（ダイレクト光路Ｌ１）を含んでいる。ダイレクト光路Ｌ１を通る光源光は、光源入射面１０から導光部材１に入射すると、プリズム３以外で反射されることなく、プリズム３での１回の反射のみで第２面１２に到達し、そのまま第２面１２から導光部材１外に面状光９として出射される。

【0020】

本実施形態では、光源入射面１０から導光部材１に入射して第２面１２から出射される光源光の大部分が、ダイレクト光路Ｌ１を通して導光部材１の内部を導光される。そのため、本実施形態では、光源入射面１０から導光部材１に入射した光の大部分は、プリズム３以外で反射されることなく、かつプリズム３で１回反射されるのみで、第２面から導光部材１外に出射される。

【0021】

ところで、本実施形態に係る光学システム１００では、図１Ａに示すように、光源入射面１０から入射する光の光軸Ａｘ１は、光源入射面１０から離れるほど第１面１１までの距離が小さくなるように、第１面１１に対して傾斜している。すなわち、本実施形態では、光源入射面１０から入射する光源光の光軸Ａｘ１は、第１面１１に対して平行ではなく傾斜しており、その傾斜によって、光源入射面１０から離れるほど第１面１１に近づくことになる。

【0022】

これにより、光源入射面１０から入射した光源光は、光源入射面１０から離れるほど、つまり導光部材１の内部を進むにつれて、第１面１１に近づくことになり、第１面１１（プリズム３を含む）に対して入射しやすい。そのため、光源入射面１０から入射した光源光の大部分は、導光部材１のうち光源入射面１０と対向する端面１３に到達する前に、第１面１１に入射しやすくなる。言い換えれば、光源入射面１０から入射した光源光の大部分は、導光部材１のうち光源入射面１０とは反対側の端面１３に到達しにくくなるので、端面１３から光源光が漏れにくくなる。結果的に、ダイレクト光路Ｌ１を通して第２面１２から導光部材１外に出射される面状光９の、光源入射面１０から入射した光源光に占める割合を高くなり、光源光の取り出し効率の向上を図ることができる。

【0023】

また、本実施形態に係る光学システム１００は、図１Ａ～図４Ｂに示すように、光屈折部材８を備えている。光屈折部材８は第２面１２から取り出される光源光（面状光９）の配光を制御する。なお、ここで言う「配光」とは光の照射方向の光軸と交差する平面内での光の強度分布を示す。

【0024】

図１Ａ～図４Ｂに示すように、光屈折部材８は、入射面６と、複数の屈折部８１と、出射面７と、を備える。入射面６には、導光部材１の第２面１２から出射される面状光９が入射する。複数の屈折部８１は、入射面６に入射した面状光９を屈折させる。出射面７からは、面状光９を複数の屈折部８１で屈折した光が、出射光１４として出射される。ここで、複数の屈折部８１は、入射面６と出射面７との少なくともいずれか一方に、一方向に並んで設けられている。

【0025】

本実施形態では、光屈折部材８は、入射面６が導光部材１の第２面に対向するように設けられている。また、複数の屈折部８１は、出射面７と平行な方向であって、導光部材１の奥行き方向（図１Ａにおいて光軸Ａｘ１が延びる方向）に並んで、入射面６に設けられている。換言すると、複数の屈折部８１が光屈折部材８の入射面６に並ぶ方向に沿って、光源光が導光部材１の光源入射面１０に入射する。複数の屈折部８１は、それぞれ、導光部材１の奥行き方向において曲率を有し、入射面６に対して窪んだ形状を持つ曲面レンズである。

【0026】

これにより、入射面６に入射された面状光９は、複数の屈折部８１によって屈折され、出射面７から出射光１４として出射される。

【0027】

また、図３に示すように、複数の屈折部８１は、導光部材１の幅方向（図３において複数の光源４が並ぶ方向）において、面状光９を屈折させる方向が変化する領域を有する。また、複数の屈折部８１は、導光部材１の奥行き方向と垂直に交差する、導光部材１の幅方向に沿って連続している。

【0028】

つまり、それぞれが曲面レンズである複数の屈折部８１は、光屈折部材８に入射した光を光軸の方向を保ったまま導光部材１の幅方向に沿って移動させたときに、出射光１４の光軸の方向が連続的に変化していく領域を有する。なお、ここで言う「光軸」は、系全体を通過する光束の代表となる仮想的な光線を意味する。

【0029】

（２）詳細
以下、本実施形態に係る光屈折部材８、光屈折部材８を用いた光学システム１００、光学システム１００を用いた照明システム２００、照明システム２００を用いた表示システム３００、移動体Ｂ１、及び光屈折部材８を形成するための金型１７について、 図１Ａ～図１３を参照して詳しく説明する。

【0030】

（２．１）前提
以下の説明では、導光部材１の幅方向（図３において複数の光源４が並ぶ方向）を「Ｘ軸方向」、導光部材１の奥行き方向（図１Ａにおいて光軸Ａｘ１が延びる方向）を「Ｙ軸方向」とする。また、以下の説明では、導光部材１の厚み方向（図１Ａにおいて第１面１１及び第２面１２が並ぶ方向）を「Ｚ軸方向」とする。これらの方向を規定するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する。なお、図面における「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」及び「Ｚ軸方向」を示す矢印は説明のために表記しているに過ぎず、実体を伴わない。

【0031】

また、本開示でいう「取り出し効率」とは、導光部材１の光源入射面１０に入射する光源光の光量に対して、導光部材１の第２面１２から出射する面状光９の光量が占める割合をいう。すなわち、導光部材１の光源入射面１０に入射する光源光の光量に対して、導光部材１の第２面１２から出射する光源光（面状光９）の光量の相対的な比率が大きくなれば、光の取り出し効率は高く（大きく）なる。一例として、導光部材１の光源入射面１０に入射する光源光の光量が「１００」であるのに対して、導光部材１の第２面１２から出射する面状光９の光量が「１０」であれば、導光部材１における光の取り出し効率は１０％となる。

【0032】

また、本開示でいう「平行」とは、２者間が略平行であること、つまり２者が厳密に平行な場合に加えて、２者間の角度が数度（例えば５度未満）程度の範囲に収まる関係にあることをいう。

【0033】

また、本開示でいう「直交」とは、２者間が略直交であること、つまり２者が厳密に直交する場合に加えて、２者間の角度が９０度を基準に数度（例えば５度未満）程度の範囲に収まる関係にあることをいう。

【0034】

（２．２）表示システム
まず、表示システム３００について、図５及び図６を参照して説明する。

【0035】

本実施形態に係る照明システム２００は、図５に示すように、表示器５と共に表示システム３００を構成する。言い換えれば、本実施形態に係る表示システム３００は、照明システム２００と、表示器５と、を備える。表示器５は、照明システム２００から出射される出射光１４を受けて画像を表示する。ここで言う「画像」は、ユーザＵ１（図６参照）が視認可能な態様で表示される画像であって、図形、記号、文字、数字、図柄若しくは写真等又は これらの組み合わせであってもよい。表示システム３００にて表示される画像は、動画 （動画像）及び静止画（静止画像）を含む。さらに、「動画」は、コマ撮り等により得られる複数の静止画にて構成される画像を含む。

【0036】

また、本実施形態に係る表示システム３００は、図６に示すように、移動体本体Ｂ１１と共に自動車等の移動体Ｂ１を構成する。言い換えれば、本実施形態に係る移動体Ｂ１は、表示システム３００と、移動体本体Ｂ１１と、を備える。移動体本体Ｂ１１は、表示システム３００を搭載する。本実施形態では一例として、移動体Ｂ１は、人が運転する自動車（乗用車）であることとする。この場合において、表示システム３００にて表示される画像を視認するユーザＵ１は、移動体Ｂ１の乗員であって、本実施形態では一例として、移動体Ｂ１としての自動車の運転者（driver）がユーザＵ１であると仮定する。

【0037】

本実施形態においては、表示システム３００は、例えば、移動体Ｂ１に搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）に用いられる。表示システム３００は、例えば、移動体Ｂ１の速度情報、コンディション情報及び運転情報等に関連する運転支援情報をユーザＵ１の視界に表示するために用いられる。移動体Ｂ１の運転情報としては、例えば、走行経路等を表示するナビゲーション関連の情報、並びに、走行速度及び車間距離を一定に保つＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）関連の情報等がある。

【0038】

表示システム３００は、図５及び図６に示すように、画像表示部３１０と、光学系３２０と、制御部３３０と、を備えている。また、表示システム３００は、画像表示部３１０、光学系３２０及び制御部３３０を収容するハウジング３４０を更に備えている。

【0039】

ハウジング３４０は、例えば合成樹脂の成型品等で構成されている。ハウジング３４０には、画像表示部３１０、光学系３２０及び制御部３３０等が収容されている。ハウジング３４０は、移動体本体Ｂ１１のダッシュボードＢ１３に取り付けられている。光学系３２０の第２ミラー３２２（後述する）によって反射された光は、ハウジング３４０の上面の開口部を通して反射部材（ウィンドシールドＢ１２）に出射され、ウィンドシールドＢ１２によって反射された光がアイボックスＣ１に集光される。反射部材は、ウィンドシー ルドＢ１２に限らず、例えば、移動体本体Ｂ１１のダッシュボードＢ１３上に配置されるコンバイナ等で実現されてもよい。

【0040】

このような表示システム３００によれば、ユーザＵ１は、移動体Ｂ１の前方（車外）の空間に投影された虚像を、ウィンドシールドＢ１２越しに視認することになる。本開示でいう「虚像」は、表示システム３００から出射される光がウィンドシールドＢ１２等の反射部材にて発散するとき、その発散光線によって、実際に物体があるように結ばれる像を意味する。そのため、移動体Ｂ１を運転しているユーザＵ１は、移動体Ｂ１の前方に広がる実空間に重ねて、表示システム３００にて投影される虚像としての画像を視認する。要するに、本実施形態に係る表示システム３００は、画像として、虚像を表示する。表示システム３００が表示可能な画像（虚像）は、移動体Ｂ１の走行面Ｄ１に沿って重畳された虚像Ｅ１、及び走行面Ｄ１と直交する平面ＰＬ１に沿って立体的に描画される虚像を含む。

【0041】

画像表示部３１０は、ケース３１１を備えている。画像表示部３１０は、画像中の対象物から複数の方向に放出される光を再現することで対象物を立体的に見せるライトフィールド（Light Field）方式により、立体画像を表示する機能を有している。ただし、画像表示部３１０が、立体描画の対象物の虚像を立体的に表示する方式はライトフィールド方式に限定されない。画像表示部３１０は、ユーザＵ１の左右の目に、互いに視差がある画像をそれぞれ投影することで、ユーザＵ１に立体描画の対象物の虚像を視認させる視差方式を採用してもよい。

【0042】

画像表示部３１０は、表示器５と、光学システム１００を含む照明システム２００と、を備えている。表示器５は、例えば、液晶ディスプレイ等であって、照明システム２００から出射される光を受けて画像を表示する。つまり、照明システム２００は、表示器５の背後から、表示器５に向けて光を出射し、照明システム２００からの光が、表示器５を透過することで、表示器５は画像を表示する。言い換えれば、照明システム２００は、表示器５のバックライトとして機能する。

【0043】

画像表示部３１０が備えるケース３１１には、光学システム１００及び光源４を含む照明システム２００と、表示器５と、が収容されている。照明システム２００及び表示器５は、ケース３１１に保持されている。ここでは、表示器５はケー ス３１１の上面に沿って配置されており、ケース３１１の上面から表示器５の一面が露出する。照明システム２００は、ケース３１１内における表示器５の下方に配置されており、表示器５の下方から表示器５に向けて光を出力する。これにより、ケース３１１の上面は、画像が表示される表示面３１２を構成する。

【0044】

画像表示部３１０は、ハウジング３４０の内部に、表示面３１２を第１ミラー３２１（後述する）に向けた状態で収容されている。画像表示部３１０の表示面３１２は、ユーザＵ１に投影する画像の範囲、つまりウィンドシールドＢ１２の形状に合わせた形状（例えば矩形状）である。画像表示部３１０の表示面３１２には、複数の画素がアレイ状に配置されている。画像表示部３１０の複数の画素は、制御部３３０の制御に応じて発光し、画像表示部３１０の表示面３１２から出力される光によって、表示面３１２に画像が表示される。

【0045】

画像表示部３１０の表示面３１２に表示された画像は、ウィンドシールドＢ１２に出射され、ウィンドシールドＢ１２によって反射された光がアイボックスＣ１に集光される。つまり、表示面３１２に表示された画像は、光学系３２０を通して、アイボックスＣ１内に視点があるユーザＵ１に視認される。このとき、ユーザＵ１は、移動体Ｂ１の前方（車外）の空間に投影された虚像を、ウィンドシールドＢ１２越しに視認することになる。

【0046】

光学系３２０は、画像表示部３１０の表示面３１２から出力される光を、アイボックスＣ１に集光する。本実施形態では、光学系３２０は、例えば、凸面鏡である第１ミラー３２１と、凹面鏡である第２ミラー３２２と、ウィンドシールドＢ１２と、を備えている。

【0047】

第１ミラー３２１は、画像表示部３１０から出力される光を反射して、第２ミラー３２２に入射させる。第２ミラー３２２は、第１ミラー３２１から入射した光をウィンドシールドＢ１２に向かって反射する。ウィンドシールドＢ１２は、第２ミラー３２２から入射した光を反射してアイボックスＣ１に入射させる。

【0048】

制御部３３０は、例えば、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしての１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを主構成とする。コンピュータシステムの１以上のメモリ又は記憶部３３４に記録されたプログラムを１以上のプロセッサが実行することによって、制御部３３０の機能（例えば、描画制御部３３１、画像データ作成部３３２及び出力部３３３等の機能）が実現される。プログラムは、コンピュータシステムの１以上のメモリ又は記憶部３３４に予め記録されている。プログラムは、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク又はハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。

【0049】

記憶部３３４は、例えば、書換可能な不揮発性の半導体メモリ等の非一時的記録媒体にて実現される。記憶部３３４は、制御部３３０が実行するプログラム等を記憶する。また、表示システム３００は、既に述べたように、移動体Ｂ１の速度情報、コンディション情報及び運転情報等に関連する運転支援情報をユーザＵ１の視界に表示するために用いられる。このため、表示システム３００が表示する虚像の種類は予め決まっている。そして、記憶部３３４には、虚像（平面描画の対象物である虚像Ｅ１、及び、立体描画の対象物である虚像）を表示するための画像データが予め記憶されている。

【0050】

描画制御部３３１は、移動体Ｂ１に搭載された各種のセンサ３５０から検出信号を受け取る。センサ３５０は、例えば先進運転システム（ＡＤＡＳ：Advanced Driver Assistance System）に使用される各種の情報を検出するためのセンサである。センサ３５０は、例えば、移動体Ｂ１の状態を検出するためのセンサ、及び移動体Ｂ１の周囲の状態を検出するためのセンサのうちの少なくとも１つを含む。移動体Ｂ１の状態を検出するためのセンサは、例えば、移動体Ｂ１の車速、温度又は残燃料等を測定するセンサを含む。移動体Ｂ１の周囲の状態を検出するためのセンサは、移動体Ｂ１の周囲を撮影する画像センサ、ミリ波レーダ又はＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）等を含む。

【0051】

描画制御部３３１は、センサ３５０から入力される検出信号に基づいて、この検出信号に関する情報を表示するための１又は複数の画像データを記憶部３３４から取得する。ここで、画像表示部３１０に複数種類の情報を表示する場合、描画制御部３３１は、複数種類の情報を表示するための複数の画像データを取得する。また、描画制御部３３１は、センサ３５０から入力される検出信号に基づいて、虚像を表示する対象空間において虚像を表示する位置に関する位置情報を求める。そして、描画制御部３３１は、表示対象の虚像の画像データと位置情報とを、画像データ作成部３３２に出力する。

【0052】

画像データ作成部３３２は、描画制御部３３１から入力される画像データ及び位置情報に基づいて、表示対象の虚像を表示するための画像データを作成する。

【0053】

出力部３３３は、画像データ作成部３３２によって作成された画像データを画像表示部３１０に出力し、画像表示部３１０の表示面３１２に、作成された画像データに基づく画像を表示させる。表示面３１２に表示された画像が、ウィンドシールドＢ１２に投影されることで、表示システム３００により画像（虚像）が表示される。このようにして、表示システム３００により表示される画像（虚像）は、ユーザＵ１に視認される。

【0054】

（２．３）光学システム
次に、光学システム１００について、図１Ａ～図４Ｂ、及び図７～図１０を参照して説明する。

【0055】

本実施形態では、光学システム１００は、光屈折部材８と、導光部材１と、複数の光制御体２と、複数のプリズム３と、を備えている。すなわち、本実施形態に係る光学システム１００は、光制御体２を複数備え、さらに、プリズム３についても複数備えている。

【0056】

また、本実施形態では、光学システム１００は、複数の光源４と共に照明システム２００を構成している。すなわち、本実施形態に係る照明システム２００は、光学システム１００と、複数の光源４と、を備えている。

【0057】

複数の光制御体２は、共通の構成を採用しているので、以下、特に断りが無い限り、１つの光制御体２について説明する構成は、他の光制御体２についても同様である。さらに、複数のプリズム３は、共通の構成を採用しているので、以下、特に断りが無い限り、１つのプリズム３について説明する構成は、他のプリズム３についても同様である。さらに、複数の光源４は、共通の構成を採用しているので、以下、特に断りが無い限り、１つの光源４について説明する構成は、他の光源４についても同様である。

【0058】

光源４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）素子又は有機ＥＬ（ＯＥＬ：Organic Electro-Luminescence）素子等の固体発光素子である。本実施形態では一例として、光源４は、チップ状の発光ダイオード素子である。このような光源４は、実際には、その表面（発光面）がある程度の面積をもって発光するが、理想的には、その表面の一点から光を放射する点光源とみなすことができる。そこで、以下では、光源４は、理想的な点光源であると仮定して説明する。

【0059】

本実施形態では、光制御体２は、導光部材１と一体である。本開示でいう「一体」は、複数の要素（部位）について物理的に一体として取り扱うことができる態様を意味する。つまり、複数の要素が一体である、とは、複数の要素が一つにまとまっており、１つの部材のように扱うことができる態様にあることを意味する。この場合において、複数の要素は、一体成形品のように一体不可分の関係にあってもよいし、又は、別々に作成された複数の要素が、例えば、溶着、接着又はかしめ接合等により機械的に結合されていてもよい。すなわち、導光部材１と光制御体２とは、適宜の態様で一体化されていればよい。

【0060】

より具体的には、本実施形態では、上述したように、導光部材１と光制御体２とは、一体成形品として一体化されている。つまり、本実施形態では、導光部材１と光制御体２とは一体成形品であって、一体不可分の関係にある。そのため、導光部材１における光源入射面１０は、上述したように、導光部材１及び光制御体２の一体成形品の内部に規定される「仮想面」であって、実体を伴わない。

【0061】

ここで、複数の光源４は、図２に示すように、Ｘ軸方向に所定の間隔を空けて並ぶように配置されている。複数の光源４は、複数の光制御体２と一対一に対応している。つまり、複数の光制御体２についても、複数の光源４と同様に、Ｘ軸方向に並ぶように配置されている。ここで、Ｘ軸方向における複数の光源４のピッチと、複数の光制御体２のピッチとは等しい。

【0062】

導光部材１は、光源４からの光源光を、光源入射面１０から導光部材１内に取り込み、導光部材１内を通して第２面１２に導く、つまり導光する部材である。導光部材１は、本実施形態では一例として、アクリル樹脂等の透光性を有する樹脂材料の成形品であって、板状に形成されている。つまり、導光部材１は、ある程度の厚みを有する導光板である。

【0063】

導光部材１は、上述したように、光が入射する光源入射面１０、並びに互いに対向する第１面１１及び第２面１２を有している。さらに、導光部材１は、光源入射面１０と対向する端面１３を有している。

【0064】

具体的には、本実施形態では、図７Ａ～図７Ｄに示すように、導光部材１は、矩形板状であって、導光部材１の厚み方向において対向する２面がそれぞれ第１面１１及び第２面１２である。また、導光部材１の４つの端面（周面）のうちの１つの端面が光源入射面１０である。つまり、導光部材１は、平面視において（Ｚ軸方向の一方から見て）、矩形状に形成されている。ここでは一例として、導光部材１は、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向の寸法が小さい、長方形状に形成されている。そして、導光部材１の厚み方向（Ｚ軸方向）の両面が、それぞれ第１面１１及び第２面１２を構成する。さらに、導光部材１の短手方向（Ｙ軸方向）の両面が、それぞれ光源入射面１０及び端面１３を構成する。

【0065】

このように、導光部材１のＹ軸方向において互いに対向する２つの端面のうちの一方の端面（図１Ａにおける左面）は、複数の光源４から出射される光源光が、それぞれ複数の光制御体２を通して入射する光源入射面１０である。導光部材１の第１面１１は、図１Ａにおける下面であり、第２面１２は、図１Ａにおける上面である。そして、第２面１２は、導光部材１の内部から外部へと面状光９を出射する。したがって、導光部材１は、光源入射面１０である一方の端面から光源光が入射することにより、第２面１２が面発光する。

【0066】

また、本実施形態では、第２面１２は、Ｘ－Ｙ平面と平行な平面である。また、光源入射面１０は、Ｘ－Ｚ平面と平行な平面である。ここで言う「Ｘ－Ｙ平面」は、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面であって、Ｚ軸と直交する平面である。同様に、ここで言う「Ｘ－Ｚ平面」とは、Ｘ軸及びＺ軸を含む平面であって、Ｙ軸と直交する平面である。言い換えれば、第２面１２はＺ軸と直交する平面であって、光源入射面１０はＹ軸と直交する平面である。そのため、第２面１２と光源入射面１０とは互いに直交する。

【0067】

一方、第１面１１は、Ｘ－Ｙ平面に対して平行ではなく、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜した平面である。つまり、第１面１１と光源入射面１０とは互いに直交していない。具体的には、第１面１１は、光源入射面１０から遠ざかるにつれて第２面１２に近づくように、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜している。つまり、本実施形態では、第１面１１と第２面１２とは、互いに傾斜している。

【0068】

光制御体２は、光源４と導光部材１の光源入射面１０との間に配置されている。光制御体２は、光源４から出力されて光源入射面１０に入射する光源光を制御する。本実施形態では、光制御体２は、光源４から出力された光源光を平行光に近づけるコリメート機能を有している。すなわち、光制御体２は、光源４から放射状に広がる光源光が入射すると、この光源光を光源入射面１０に向けて集光することで、平行光に近づけるコリメートレンズである。ここで、光源４から出射される光源光は、光制御体２を通して導光部材１の光源入射面１０に入射する。そのため、光源４からの光源光は、コリメート機能を有する光制御体２にて広がり角を狭めるように制御され、導光部材１の光源入射面１０に向けて出射される。本実施形態では、理想的な点光源としての光源４からの光源光が、光制御体２にて、理想的な平行光に制御されることと仮定して説明する。

【0069】

本実施形態では、図１Ａに示すように、導光部材１の光源入射面１０から入射する光源光の光軸Ａｘ１は、光源入射面１０から離れるほど第１面１１までの距離が小さくなるように、第１面１１に対して傾斜している。そのため、光制御体２から導光部材１の光源入射面１０に出射される平行光は、光源入射面１０から離れるほど第１面１１までの距離が小さくなるように、第１面１１に対して傾斜した平行光となる。また、図面における点線の矢印は、光線（又は光路）を概念的に表しているのであって、実体を伴わない。

【0070】

本実施形態では、図２に示すように、複数の光制御体２は、導光部材１の光源入射面１０を構成する端部において、Ｘ軸方向に並ぶように形成されている。つまり、本実施形態では、光制御体２は、導光部材１と一体である。また、複数の光制御体２は、既に述べたように、それぞれ複数の光源４と一対一に対応している。したがって、複数の光制御体２は、それぞれ対応する光源４が出射する光源光の広がり角を制御して、光源入射面１０へと入射させる。

【0071】

プリズム３は、第１面１１に設けられており、導光部材１の内部を通る光源光を第２面１２に向けて反射する。本実施形態では、プリズム３は、第１面１１に複数設けられている。プリズム３は、入射する光源光を全反射するように構成されている。もちろん、プリズム３は、入射する光源光を全て全反射する態様に限らず、一部の光源光が全反射せずにプリズム３を透過する態様も含み得る。

【0072】

導光部材１においては、光源入射面１０から入射した光源光の大部分は、第１面１１又は第２面１２のうちプリズム３を除いた部位で反射することなく、プリズム３にて反射することで、第２面１２から出射される。つまり、導光部材１は、光源入射面１０から入射した光源光をプリズム３にて直接反射して第２面１２から出射させるダイレクト光路Ｌ１を含む。

【0073】

本実施形態では、プリズム３は、Ｘ軸方向の一方から見た断面が三角形状の凹部となるように、第１面１１に形成されている。プリズム３は、例えば、導光部材１の第１面１１に加工を施すことで形成されている。プリズム３は、図１Ｂに示すように、導光部材１の内部を通って入射する光源光を第２面１２に向けて反射する反射面３０を有している。図１Ｂは、図１Ａの領域Ａ１を拡大した模式的な端面図である。

【0074】

反射面３０と第１面１１とがなす角度（つまり、反射面３０の傾斜角度）θ１は、反射面３０に入射する光源光の入射角θ０が臨界角以上となるような角度である。つまり、反射面３０は、入射する光源光が全反射するように、第１面１１に対して傾斜している。また、反射面３０の傾斜角度θ１は、反射面３０にて全反射した光源光が、第２面１２に対して垂直な方向で入射するように設定されている。

【0075】

本実施形態では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、複数のプリズム３は、Ｚ軸方向の一方から見て、第１面１１上において千鳥状（zigzag pattern）に配置されている。ここで、図８Ａは、図７Ｃの領域Ａ１を拡大した模式的な平面図である。図８Ｂは、図８ＡのＢ１－Ｂ１線の断面を模式的に表す図面である。図８Ａでは、第１面１１の一部のみを示しているが、実際には、第１面１１の略全域にわたって、複数のプリズム３が形成されている。

【0076】

具体的には、各プリズム３はＸ軸方向に長さを有しており、その長手方向（Ｘ軸方向）に間隔を空けて複数のプリズム３が並ぶように形成されている。さらに、複数のプリズム３は、Ｙ軸方向においても、間隔を空けて並ぶように形成されている。そして、Ｘ軸方向に並ぶ複数のプリズムの列を、Ｙ軸方向において光源入射面１０側から数えて１列目、２列目、３列目…とする場合に、偶数列に含まれる複数のプリズム３と、奇数列に含まれる複数のプリズム３とは、互いにＸ軸方向にずれた位置にある。ここで、偶数列に含まれる複数のプリズム３と、奇数列に含まれる複数のプリズム３とは、各々の長手方向（Ｘ軸方向）の端部同士が、Ｙ軸方向において重複するように配置されている。このような配置によれば、光源入射面１０から見て、複数のプリズム３はＸ軸方向に隙間なく並ぶことになり、光源入射面１０から導光部材１の内部に入射した光源光は、複数のプリズム３のうちのいずれかのプリズム３にて反射することになる。

【0077】

本実施形態では一例として、複数のプリズム３は、全て同一の形状である。そのため、図８Ｂに示すように、Ｙ軸方向に並ぶ複数のプリズム３においては、反射面３０の傾斜角度θ１は同一角度である。また、プリズム３の長手方向の寸法、及びプリズム３としての凹部の深さｄ（言い換えれば、プリズム３の高さ）等の、プリズム３の大きさについても、複数のプリズム３において同一である。すなわち、本実施形態では、プリズム３は、光源入射面１０に光源光が入射する方向（Ｙ軸方向）において複数並ぶように設けられている。ここで、複数のプリズム３は、同一形状である。そのため、反射面３０に入射する光源光の入射角θ０が一定であれば、複数のプリズム３のうちのいずれのプリズム３に光源光が入射する場合でも、プリズム３の反射面３０で反射された光源光の向きは同一となる。したがって、複数のプリズム３で反射された全ての光源光を、第２面１２に対して垂直な方向で入射させることが可能である。

【0078】

さらに、一例として、プリズム３としての凹部の深さｄ（言い換えれば、プリズム３の高さ）は、１μｍ以上、かつ、１００μｍ以下である。同様に、一例として、複数のプリズム３のＹ軸方向におけるピッチは１μｍ以上、かつ、１０００μｍ以下である。具体例として、プリズム３としての凹部の深さｄは十数μｍであって、複数のプリズム３のＹ軸方向におけるピッチは百数十μｍである。

【0079】

光屈折部材８は、図１Ａに示すように、導光部材１の第２面１２から取り出される面状光９を、入射面６から光屈折部材８内に取り込み、光屈折部材８が備える複数の屈折部８１によって、面状光９を屈折させて、出射面７から出射光１４として出射する。光屈折部材８は、本実施形態では一例として、アクリル樹脂等の透光性を有する樹脂材料の成形品であって、板状に形成されている。

【0080】

光屈折部材８は、上述したように、入射面６と、複数の屈折部８１と、出射面７と、を備えており、入射面６が導光部材１の第２面１２に対向するように設けられている。

【0081】

具体的には、本実施形態では、図１Ａ及び図２～図４Ｂに示すように、光屈折部材８は、矩形板状であって、光屈折部材８の厚み方向（Ｚ軸方向）において対向する２面がそれぞれ入射面６及び出射面７である。また、入射面６と出射面７とは、互いに平行な平面であり、両者ともにＸ－Ｙ平面と平行に設けられる。

【0082】

複数の屈折部８１は、本実施形態では、入射面６にＹ軸方向に並んで設けられている。

【0083】

また、複数の屈折部８１は、例えば、Ｘ軸方向に延伸する溝８２を有する。本実施形態では、複数の屈折部８１は、それぞれ、Ｘ軸方向に沿って延伸する１つの溝８２である。つまり、複数の屈折部８１は複数の溝８２である。図３及び図４Ａに示すように、１つの屈折部８１（１つの溝８２）はＸ軸方向に延伸する２つの山部８３と、２つの山部８３の間に設けられる１つの谷部８４とを備え、２つの山部８３と１つの谷部８４とはＹ軸方向において平行に設けられている。ここで山部８３とは、複数の屈折部８１（複数の溝８２）において、光屈折部材８のＺ軸方向の厚みが、Ｙ方向に沿って増加から減少に転じる部分である。また、谷部８４とは、複数の屈折部８１（複数の溝８２）において、光屈折部材８のＺ軸方向の厚みが、Ｙ方向に沿って減少から増加に転じる部分である。

【0084】

また本実施形態では、入射面６は、複数の屈折部８１（複数の溝８２）が備える複数の山部８３が接する仮想平面である。なお、複数の山部８３の一部が入射面６に接していなくてもよい。

【0085】

また複数の屈折部８１は、それぞれ、Ｙ軸方向に曲率をもつ曲面レンズでもある。つまり、図４Ａに示すように、１つの屈折部８１（１つの溝８２）の１つの山部８３と１つの谷部８４とはＸ軸方向から見て、連続した曲線でつながっており、その曲線の部分が曲面レンズとなる。よって、複数の屈折部８１を備える光屈折部材８は、入射面６に入射する面状光９を屈折させて、発散又は集束させるための光学素子としてのレンズの機能を有している。

【0086】

また、本実施形態において、溝８２の深さｈはＸ軸方向に沿って、線形に変化する。ここで、図４Ａに示すように、溝８２の深さｈとは、Ｚ軸方向における入射面６と、谷部８４との間の距離である。つまり、図４Ｂに示すように、溝８２の深さｈがＸ軸方向に沿って線形に変化するとき、谷部８４は、Ｘ－Ｚ平面に平行な断面において入射面６に対して傾きを持った直線となる。なお、図４Ｂは、図４ＡのＦ１－Ｆ１線の断面を模式的に表す図面である。

【0087】

一方、山部８３は、Ｘ－Ｚ平面に平行な断面において入射面６に対して平行な直線となる。また本実施形態では、複数の屈折部８１は、Ｘ軸方向に沿って連続した面である。

【0088】

これにより、本実施形態では、山部８３と谷部８４の間の屈折部８１のＹ軸方向の曲率は、Ｘ軸方向の一方向に沿って連続的に増加するか、もしくは減少するかのいずれかとなる。よって、入射面６から入射した面状光９が複数の屈折部８１によって屈折される角度は、Ｘ軸方向の一方向に沿って増加するか、もしくは減少するかのいずれかとなる。

【0089】

これらの光屈折部材８の構成により、入射面６から入射した面状光９を屈折させる角度を制御し、出射面７で、所望の配光の出射光１４を得ることができる。

【0090】

なお、溝８２の深さｈの範囲は、出射光１４が出射面７上で所望の配光を得られるように設定され、例えば０．０１ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍを満たすことが好ましく、０．０５ｍｍ≦ｈ≦１ｍｍを満たすことが更に好ましい。一例として、溝８２の深さｈは最も浅い部分が０．１ｍｍ、最も深い部分が０．２ｍｍに形成される。つまり、本実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、光屈折部材８のＸ軸方向における端面１５と端面１６のそれぞれにおける溝８２の深さｈ１、ｈ２がそれぞれ０．１ｍｍ、０．２ｍｍとなる。

【0091】

また、図４Ａに示すように、本実施形態では、複数の屈折部８１（複数の溝８２）は、それぞれ溝８２の幅ｗが異なる。ここで、溝８２の幅ｗとは、１つの屈折部８１（１つの溝８２）の２つの山部８３の間のＹ軸方向における距離である。なお、溝８２の幅ｗが異なるとは、複数の屈折部８１（複数の溝８２）の溝８２の幅ｗがすべて異なっている場合に限らず、一部の溝が異なった幅をもつ場合も含む。

【0092】

本実施形態では、光屈折部材８は、入射面６に入射する面状光９を発散させるように、複数の屈折部８１のＹ軸方向の曲率がそれぞれ設定される。換言すると、光屈折部材８は、入射面６に入射する面状光９に対して負の屈折力を持つ。これにより、出射光１４の出射面７上での出射範囲は、面状光９の入射面６上での入射範囲よりも大きくなる。

【0093】

以下、本実施形態の光学システム１００の発光原理について図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。

【0094】

まず、図１Ａに示すように、光源４から出射される光源光は、対応する光制御体２を通過することにより、広がり角を制御される。そして、光制御体２から導光部材１の光源入射面１０に向かって、広がり角を制御された光源光が出射される。本実施形態では、光制御体２から出射される光源光は、第２面１２と平行な平行光となり、光源入射面１０に対して垂直に入射する。

【0095】

また、既に述べたように、導光部材１の光源入射面１０から入射する光源光の光軸Ａｘ１は、光源入射面１０から離れるほど第１面１１までの距離が小さくなるように、第１面１１に対して傾斜している。そのため、光源入射面１０に入射する光源光の大部分は、第２面１２、及び導光部材１の光源入射面１０と対向する端面１３に到達せずに、第１面１１に到達することになる。

【0096】

そして、図１Ｂに示すように、光源入射面１０に入射する光源光の大部分は、第１面１１及び第２面１２にて反射することなく、第１面１１に設けられた複数のプリズム３のうちのいずれかのプリズム３の反射面３０にて全反射する。つまり、導光部材１は、光源入射面１０から入射した光源光をプリズム３にて直接反射して第２面１２から出射させるダイレクト光路Ｌ１を含んでいる。さらに、本実施形態では、ダイレクト光路Ｌ１は、プリズム３にて全反射する光源光の光路を含んでいる。プリズム３の反射面３０にて全反射した光は、第２面１２と直交する光路を辿り、第２面１２から面状光９として出射される。

【0097】

ここで、本実施形態では、上述したように、複数のプリズム３において反射面３０の傾斜角度θ１は同一角度である。このような複数のプリズム３に対して、第２面１２と平行な平行光が入射することで、反射面３０に入射する光の入射角θ０も一定になる。そのため、複数のプリズム３のうちのいずれのプリズム３においても、反射面３０で反射された光の向きは同一となる。したがって、本実施形態では、ダイレクト光路Ｌ１で第２面１２に到達する光源光は全て、第２面１２に対して同一の角度で入射する。ここで言う「同一の角度」は、厳密に同一の角度だけでなく、２度又は３度程度までの誤差を含んでいてもよい。理想的には、ダイレクト光路Ｌ１で第２面１２に到達する光源光は全て、第２面１２に対して９０度、つまり直交する向きで入射する。

【0098】

本実施形態では、複数のプリズム３が第１面１１の全域にわたって配置されているので、上述したようなダイレクト光路Ｌ１を通した光源光は、導光部材１の第２面１２の全域から万遍なく出射される。これにより、第２面１２全体が面発光し、Ｚ軸方向において平行化された面状光９が出射されることになる。

【0099】

第２面１２全体から出射されるＺ軸方向に平行化された面状光９は、導光部材１と対向して設けられた光屈折部材８の入射面６に入射する。本実施形態では、導光部材１の第２面１２と光屈折部材８の入射面６はＺ軸方向において互いに平行に設けられており、第２面１２と直交して出射される面状光９は、入射面６に対しても直交して入射する。

【0100】

入射面６に直交して入射した面状光９は、入射面６に設けられた複数の屈折部８１によって屈折され、面状光９はＺ軸方向に平行化された状態から、Ｚ軸方向に対して傾きを持つ状態となる。上述したように、光屈折部材８は面状光９に対して負の屈折力を持つため、面状光９は、出射面７上での出射光１４の出射範囲が、面状光９の入射面６上での入射範囲よりも大きくなるように屈折される。このように、出射光１４の配光は、光屈折部材８の複数の屈折部８１によって制御される。

【0101】

以下、Ｘ軸方向に沿って面状光９を屈折させる方向が変化する光屈折部材８を備える、本実施形態の光学システム１００の利点について、図９及び図１０を参照して以下に説明する。

【0102】

一般的な、例えばリニアフレネルレンズ１８などの光屈折部材（以下、比較例の光屈折部材と言う）では、Ｘ軸方向に沿ってＹ軸方向のレンズの曲率は一定のため、面状光９を屈折させる方向はＸ軸方向に沿って一定である。つまり、図９に示すように、リニアフレネルレンズ１８によって制御された、出射光１４の出射面７上の配光範囲ＡＲ１は、Ｙ軸方向における広がりがＸ軸方向に沿って一定である。なお、図９及び図１０に示した配光範囲ＡＲ１及び配光範囲ＡＲ２は、出射光１４の出射面７上での配光を模式的に示したものである。

【0103】

しかし、本実施形態に係る表示システム３００のように、移動体Ｂ１に搭載されるヘッドアップディスプレイに、光屈折部材を含む光学システムを適用する場合、光屈折部材８については、Ｘ軸方向に沿って、出射光１４のＹ軸方向における配光の広がりを適切に制御することが、以下のような理由で要求される。

【0104】

ヘッドアップディスプレイの画像表示部３１０の表示面３１２は、光屈折部材８からの出射光１４を受けて画像を表示する。表示面３１２はユーザＵ１に投影する画像の範囲、つまりウィンドシールドＢ１２の形状に合わせた形状（例えば矩形状）である。光屈折部材８の出射面７も表示面３１２に合わせた形状で設けられる。

【0105】

ここで、表示面３１２に表示される画像は、ウィンドシールドＢ１２に反射されてユーザＵ１に視認されるまでに、配光が変化する部分が存在する。よって、表示面３１２のバックライトとして機能する光屈折部材８からの出射光１４に、ユーザＵ１が視認したときに最適な画像となるような配光を予め与えることが必要となる。

【0106】

例えば、本実施形態では、矩形状の表示面３１２に表示される画像は、ユーザＵ１が視認するまでにウィンドシールドＢ１２のユーザＵ１から見て上方向に沿って、ウィンドシールドＢ１２の左右端部の光の強度が低下していく。これは、表示面３１２とウィンドシールドＢ１２との間の光路の長さが、ウィンドシールドＢ１２の上方向、かつ、左右端部方向に行くにしたがって長くなり、光が強く散乱されるためである。なお本実施形態では、ウィンドシールドＢ１２のユーザＵ１から見た上下方向は、図９及び図１０のＸ軸方向が上下逆転して対応し、ウィンドシールドＢ１２のユーザＵ１から見た左右方向はＹ軸方向が左右逆転して対応する。

【0107】

よって図１０に示すように、光屈折部材８の複数の屈折部８１の曲率の設定によって、出射光１４の出射面７上の配光範囲ＡＲ２を、Ｘ軸方向における下側ほどＹ軸方向に広げている。これにより、ウィンドシールドＢ１２の上方向に沿った、左右端部の光の強度低下を補正し、適切な画像をユーザＵ１に視認させることができる。

【0108】

（２．４）光屈折部材を形成するための金型
本実施形態における光屈折部材８を形成するための金型１７について、図１１～図１３を用いて説明する。なお、図面における「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」及び「Ｚ軸方向」を示す矢印は説明のために表記しているに過ぎず、実体を伴わない。

【0109】

図１１及び図１２に示すよう金型１７は、第１型部１７１と、第２型部１７２と、供給路１７３と、を備える。第１型部１７１は溶融樹脂が供給される空間であるキャビティ１７４を備える。キャビティ１７４は光屈折部材８を形成するための形状を有する。第２型部１７２は第１型部１７１と型締される。供給路１７３は溶融樹脂をキャビティ１７４内に供給する。

【0110】

第１型部１７１及び第２型部１７２は、例えばステンレス合金製であり、ステンレス合金の上にニッケル合金メッキが施される。

【0111】

図１３に示すように、第１型部１７１のキャビティ１７４には光屈折部材８の複数の屈折部８１である複数の溝８２を形成するための凸部１７５が設けられる。凸部１７５が形成される面は、鏡面仕上げに成形されている。

【0112】

供給路１７３は、第２型部１７２を貫通して、第１型部のキャビティ１７４に到達するように設けられる。第１型部１７１と第２型部１７２とが、圧力がかけられ固定された状態で、溶融したアクリル樹脂が供給路１７３からキャビティ１７４内に充填される。キャビティ１７４内に充填されたアクリル樹脂は、冷却による硬化後、金型１７から取り外され、研磨などの仕上げ加工を経て光屈折部材８となる。

【0113】

（３）変形例
上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、上記実施形態において説明し た各図は模式的な図であり、図中の構成要素の大きさ及び厚みの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

【0114】

以下、上記実施形態の変形例を列挙する。ただし上記実施形態と共通する構成要素については同じ参照符号を付して、適宜その説明を省略する。また、以下に説明する変形例の各構成は、上記実施形態で説明した各構成と適宜組み合わせて適用可能である。

【0115】

（３．１）変形例１
上記実施形態の光学システム１００は、複数の屈折部８１が光屈折部材８の入射面６に並ぶ方向に沿って、光源光が導光部材１の光源入射面１０に入射する。一方、変形例１の光学システム１００は、複数の屈折部８１が光屈折部材８の入射面６に並ぶ方向と交差する方向に沿って、光源光が導光部材１の光源入射面１０に入射する点で、上記の実施形態と相違する。

【0116】

つまり変形例１では、図１４に示すように、複数の屈折部８１（複数の溝８２）は、導光部材１の幅方向（Ｘ軸方向）にならんで、入射面６に設けられている。つまり、入射面６に入射された面状光９は、Ｘ軸方向に並んで設けられた複数の屈折部８１によって屈折され、出射面７から出射光１４として出射される。

【0117】

変形例１の光学システム１００の利点について、以下に説明する。

【0118】

例えば、矩形状の表示面３１２に表示される画像が、ユーザＵ１が視認するまでにウィンドシールドＢ１２の左方向に沿って、ウィンドシールドＢ１２の上下端部の光の強度が低下していく場合を想定する。このとき、変形例１の、Ｘ軸方向に並んだ複数の屈折部８１の曲率の設定によって、Ｙ軸方向右向きに沿って、Ｘ軸方向における出射光１４の配光範囲を広げる。これにより、ウィンドシールドＢ１２の左方向に沿った、上下の端部の光の強度低下を補正し、適切な画像をユーザＵ１に視認させることができる。

【0119】

（３．２）その他の変形例
以下、実施形態のその他の変形例を列挙する。以下の変形例は、適宜組み合わせて実現されてもよい。

【0120】

複数の屈折部８１は、出射面７に設けられてもよいし、入射面６と出射面７の両方に設けられてもよい。

【0121】

複数の屈折部８１は、導光部材１の奥行き方向と垂直に交差する導光部材１の幅方向に沿って不連続な点を有していてもよい。つまり、複数の屈折部８１は曲面レンズであり、複数の屈折部８１に入射した光を、光軸の方向を保ったまま導光部材１の幅方向に沿って移動させたときに、出射光１４の光軸の方向が変化していき、その変化が不連続となる点が存在してもよい。

【0122】

複数の屈折部８１（複数の溝８２）の深さｈはＸ軸方向に沿って、非線形に変化してもよい。例えば、深さｈはＸ軸方向の一方向に沿って、非線形に増減してもよい。つまり、複数の屈折部８１のＹ軸方向の曲率は、Ｘ軸方向の一方向に沿って非線形に増減してもよく、入射面６から入射した面状光９が複数の屈折部８１によって屈折される角度は、Ｘ軸方向の一方向に沿って非線形に増減してもよい。

【0123】

（４）まとめ
以上説明したように、第１の態様の光屈折部材（８）は、面状光（９）が入射する入射面（６）と、面状光（９）を屈折させる複数の屈折部（８１）と、面状光（９）が、複数の屈折部（８１）により屈折され、出射光（１４）として出射される出射面（７）と、を備える。複数の屈折部（８１）は、入射面（６）と出射面（７）との少なくともいずれか一方に、一方向において並んで設けられており、前記一方向に交差する方向に沿って、面状光（９）を屈折させる方向が変化する領域を有する。

【0124】

第１の態様によれば、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0125】

第２の態様の光屈折部材（８）では、第１の態様において、複数の屈折部（８１）が、前記一方向に交差する方向に沿って連続している。

【0126】

第２の態様によれば、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0127】

第３の態様の光屈折部材（８）では、第１又は第２の態様において、複数の屈折部（８１）が、前記一方向に交差する方向に沿って延伸する溝（８２）を有し、溝（８２）の深さ（ｈ）が前記一方向に交差する方向に沿って線形に変化する。

【0128】

第３の態様によれば、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0129】

第４の態様の光屈折部材（８）では、第１～第３のいずれかの１つの態様において、複数の屈折部（８１）が、前記一方向に交差する方向に沿って延伸する溝（８２）を有し、溝（８２）の深さ（ｈ）が０．０１ｍｍ≦ｈ≦５ｍｍである。

【0130】

第４の態様によれば、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0131】

第５の態様の光屈折部材（８）では、第１～第４のいずれかの１つの態様において、入射面（６）に入射する面状光（９）に対して負の屈折力を持つ。

【0132】

第５の態様によれば、面状光（９）を拡散することができる。

【0133】

第６の態様の光学システム（１００）は、第１～第５のいずれか１つの態様の光屈折部材（８）と、導光部材（１）と、プリズム（３）と、を備える。導光部材（１）は、光源からの光源光が入射する光源入射面（１０）、並びに互いに対向する第１面（１１）及び第２面（１２）を有する。プリズム（３）は第１面（１１）に設けられて、導光部材（１）の内部を通る光源光を第２面（１２）に向けて反射する。導光部材（１）は、光源入射面（１０）から入射した光源光をプリズム（３）にて直接反射して第２面（１２）から面状光（９）として出射させるダイレクト光路（Ｌ１）を含む。

【0134】

第６の態様によれば、光源入射面（１０）から入射した光源光を、第２面（１２）から面状光（９）として取り出す、取り出し効率を向上させることができる。また、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0135】

第７の態様の光学システム（１００）は、第６の態様において、前記一方向に沿って、光源光が光源入射面（１０）に入射する。

【0136】

第７の態様によれば、光源入射面（１０）から入射した光源光を、第２面（１２）から面状光（９）として取り出す、取り出し効率を向上させることができる。また、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0137】

第８の態様の光学システム（１００）は、第６の態様において、前記一方向に交差する方向に沿って、光源光が光源入射面（１０）に入射する。

【0138】

第８の態様によれば、光源入射面（１０）から入射した光源光を、第２面（１２）から面状光（９）として取り出す、取り出し効率を向上させることができる。また、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0139】

第９の態様の照明システム（２００）は、第６～第８のいずれか１つの態様の光学システム（１００）と、光源光を光源入射面（１０）に出射する光源（４）と、を備える。

【0140】

第９の態様によれば、光源入射面（１０）から入射した光源光を、第２面（１２）から面状光（９）として取り出す、取り出し効率を向上させることができる。また、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0141】

第１０の態様の表示システム（３００）は、第９の態様の照明システム（２００）と、出射光（１４）を受けて画像を表示する表示器（５）と、を備える。

【0142】

第１０の態様によれば、光源入射面（１０）から入射した光源光を、第２面（１２）から面状光（９）として取り出す、取り出し効率を向上させることができる。また、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0143】

第１１の態様の移動体（Ｂ１）は、第１０の態様の表示システム（３００）と、表示システム（３００）を搭載する移動体本体（Ｂ１１）と、を備える。

【0144】

第１１の態様によれば、光源入射面（１０）から入射した光源光を、第２面（１２）から面状光（９）として取り出す、取り出し効率を向上させることができる。また、出射光（１４）の配光を制御することができる。

【0145】

第１２の態様の金型（１７）は、光屈折部材（８）を形成するための金型であって、キャビティ（１７４）を備えた第１型部（１７１）と、第１型部（１７１）と型締される第２型部（１７２）と、溶融樹脂をキャビティ（１７４）内に供給する供給路（１７３）と、を備える。キャビティ（１７４）は光屈折部材（８）を形成するための形状を有する。光屈折部材（８）は、面状光（９）が入射する入射面（６）と、面状光（９）を屈折させる複数の屈折部（８１）と、面状光（９）が、複数の屈折部（８１）により屈折され、出射光（１４）として出射される出射面（７）と、を備える。複数の屈折部（８１）は、入射面（６）と出射面（７）との少なくともいずれか一方に、一方向において並んで設けられており、前記一方向に交差する方向に沿って、面状光（９）を屈折させる方向が変化する領域を有する。

【0146】

第１２の態様によれば、出射光（１４）の配光を制御することができる光屈折部材（８）を形成することができる。

【0147】

なお、第２～第５の態様は光屈折部材（８）に必須の構成ではなく、適宜省略が可能である。また、第７及び第８の態様は光学システム（１００）に必須の構成ではなく、適宜省略が可能である。

【符号の説明】

【0148】

１ 導光部材
３ プリズム
４ 光源
５ 表示器
６ 入射面
７ 出射面
８ 光屈折部材
８１ 屈折部
８２ 溝
９ 面状光
１０ 光源入射面
１１ 第１面
１２ 第２面
１４ 出射光
１７ 金型
１７１ 第１型部
１７２ 第２型部
１７３ 供給路
１７４ キャビティ
１００ 光学システム
２００ 照明システム
３００ 表示システム
Ｂ１ 移動体
Ｂ１１ 移動体本体
ｈ 深さ
Ｌ１ ダイレクト光路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】