JP2022148800A - Lens and head-up display device - Google Patents

Abstract

To provide a lens that can be easily manufactured and reduced in thickness, and a head-up display device.SOLUTION: A third lens 53 has an emission surface 54o exhibiting optical characteristics having point symmetrical with respect to a lens center point 53D through which a center light beam of light from a light source passes. The emission surface 54o is formed within a range including the lens center point 53D and has a curved toroidal area 54T and Fresnel areas 54L, 54R located across the toroidal area 54T and having a Fresnel lens shape. The Fresnel area 54L has a plurality of crest parts 54Y that are along a concentric circular arc centered on a center point O1 located closer to the Fresnel area 54R than the lens center point 53D and arranged every constant interval K from the center point O1. The Fresnel area 54R has a plurality of crest parts 54Y that are along a concentric circular arc centered on a center point O2 located closer to the Fresnel area 54L than the lens center point 53D and arranged every constant interval K from the center point O2.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本開示は、レンズ及びヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present disclosure relates to lenses and head-up display devices.

例えば、特許文献１に記載の表示装置は、光源と、光源からの光が透過する第１～第３のレンズと、第１～第３のレンズを経た光を受けて表示光を出射する液晶表示パネルと、液晶表示パネルからの表示光をフロントガラス等の被投射部材に向けて反射させることにより虚像を表示する凹面鏡と、を備える。第３のレンズは、液晶表示パネルに合わせて光を拡散可能なトロイダル面を有する。 For example, the display device described in Patent Document 1 includes a light source, first to third lenses through which light from the light source is transmitted, and a liquid crystal that receives light that passes through the first to third lenses and emits display light. A display panel and a concave mirror that displays a virtual image by reflecting display light from the liquid crystal display panel toward a projection target member such as a windshield are provided. The third lens has a toroidal surface capable of diffusing light to match the liquid crystal display panel.

特開２０１８－８３５９３号公報JP 2018-83593 A

上記特許文献１に記載の第３のレンズは、光入射面の全域にわたってトロイダル面を有するため厚くなる。特に、液晶表示パネルのサイズに合わせて第３のレンズの拡散角度を大きくすると、トロイダル面の曲率を大きくする必要があり、第３のレンズが厚くなりやすい。このため、第３のレンズの薄型化が求められていた。また、第３のレンズの製造が容易であることが求められている。 The third lens described in Patent Literature 1 is thick because it has a toroidal surface over the entire light incident surface. In particular, if the diffusion angle of the third lens is increased in accordance with the size of the liquid crystal display panel, the curvature of the toroidal surface needs to be increased, and the thickness of the third lens tends to increase. Therefore, there has been a demand for thinning the third lens. In addition, it is required that the third lens be easy to manufacture.

本開示は、上記実状を鑑みてなされたものであり、製造を容易としつつ薄型化を図ることができるレンズ及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above-described actual situation, and an object thereof is to provide a lens and a head-up display device that can be manufactured easily and can be made thinner.

上記目的を達成するため、本開示の第１の観点に係るレンズは、光源からの光の中心光線が通過するレンズ中心点に対して点対称な光学特性を示す光学面を有するレンズであって、前記光学面は、前記レンズ中心点を含む範囲に形成され、湾曲する非フレネル領域と、前記非フレネル領域を挟んで位置し、フレネルレンズ形状をなす第１及び第２のフレネル領域と、を有し、前記第１のフレネル領域は、前記レンズ中心点よりも前記第２のフレネル領域側に位置する第１中心点を中心とした同心円弧に沿い、前記第１中心点から一定間隔毎に配置される複数の第１の山部を有し、前記第２のフレネル領域は、前記レンズ中心点よりも前記第１のフレネル領域側に位置する第２中心点を中心とした同心円弧に沿い、前記第２中心点から一定間隔毎に配置される複数の第２の山部を有する。 In order to achieve the above object, the lens according to the first aspect of the present disclosure is a lens having an optical surface exhibiting point-symmetrical optical characteristics with respect to the lens center point through which the central ray of light from the light source passes, , the optical surface includes a curved non-Fresnel area formed in a range including the lens center point, and first and second Fresnel lens-shaped first and second Fresnel areas located across the non-Fresnel area. and the first Fresnel regions are arranged at regular intervals from the first center point along concentric arcs centered on a first center point located closer to the second Fresnel region than the lens center point. A plurality of first ridges are arranged, and the second Fresnel region extends along concentric arcs centered on a second center point located closer to the first Fresnel region than the lens center point. , a plurality of second peaks arranged at regular intervals from the second center point.

上記目的を達成するため、本開示の第２の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、前記レンズと、前記光源と、前記レンズを透過した前記光源からの光を受けて表示光を生成する表示パネルと、を備える。 In order to achieve the above object, a head-up display device according to a second aspect of the present disclosure includes the lens, the light source, and a display panel that receives light from the light source that has passed through the lens and generates display light. And prepare.

本開示によれば、製造を容易としつつ薄型化を図ることができる。 According to the present disclosure, thinning can be achieved while facilitating manufacturing.

本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両の模式図である。1 is a schematic diagram of a vehicle equipped with a head-up display device according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a head-up display device according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施形態に係るＸ方向に見た光線の経路を示す概略図である。4 is a schematic diagram showing the paths of light rays viewed in the X direction according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施形態に係るＹ方向に見た光線の経路を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the paths of light rays viewed in the Y direction according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施形態に係る第３のレンズの模式的な断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a third lens according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施形態に係る第１～第３のレンズ及び基板の斜視図である。1 is a perspective view of first through third lenses and a substrate according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施形態に係る第３のレンズの斜視図である。[0014] Fig. 4A is a perspective view of a third lens according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施形態に係る第３のレンズの正面図である。FIG. 10B is a front view of a third lens according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施形態に係る第３のレンズの平面図である。Fig. 10 is a plan view of a third lens according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施形態に係る第３のレンズの斜視図である。[0014] Fig. 4A is a perspective view of a third lens according to an embodiment of the present disclosure; 図８の範囲Ａを拡大した図である。It is the figure which expanded the range A of FIG. 第１比較例に係る第３のレンズと液晶表示パネルの模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a third lens and a liquid crystal display panel according to a first comparative example; 第２比較例に係る第３のレンズと液晶表示パネルの模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a third lens and a liquid crystal display panel according to a second comparative example; 第１比較例に係る虚像の輝度分布を示す図である。It is a figure which shows the luminance distribution of the virtual image which concerns on a 1st comparative example. 本開示の一実施形態に係る虚像の輝度分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing luminance distribution of a virtual image according to an embodiment of the present disclosure; 比較例に係る虚像の輝度分布を示す図である。It is a figure which shows the luminance distribution of the virtual image which concerns on a comparative example. 本開示の一実施形態に係る虚像の輝度分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing luminance distribution of a virtual image according to an embodiment of the present disclosure; 第４比較例に係る等高線が示されたトロイダルレンズの平面図である。FIG. 11 is a plan view of a toroidal lens showing contour lines according to a fourth comparative example; 第４比較例に係る等高線が示されたトロイダルレンズの平面図である。FIG. 11 is a plan view of a toroidal lens showing contour lines according to a fourth comparative example; 第４比較例に係る等高線が示された第３のレンズの平面図である。FIG. 11 is a plan view of a third lens showing contour lines according to a fourth comparative example; 本開示の一実施形態に係る等高線が示された第３のレンズの平面図である。FIG. 10 is a plan view of a third lens with contour lines in accordance with an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施形態に係る第３のレンズを成形する金型の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a mold for molding a third lens according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施形態に係る金型の第１～第３の分割部材と第３のレンズの平面図である。FIG. 4 is a plan view of first to third division members and a third lens of a mold according to an embodiment of the present disclosure;

本開示に係るレンズ、ヘッドアップディスプレイ装置及び金型の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、例えば、車両２００のダッシュボード内に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００のウインドシールド２０１に向けて画像を表す表示光Ｌを射出し、ウインドシールド２０１で反射した表示光Ｌによって虚像Ｖを表示する。 An embodiment of a lens, a head-up display device, and a mold according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the head-up display device 100 is installed in the dashboard of the vehicle 200, for example. The head-up display device 100 emits display light L representing an image toward the windshield 201 of the vehicle 200 and displays a virtual image V by the display light L reflected by the windshield 201 .

図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示部１０と、凹面鏡２０と、ハウジング３０と、放熱部材４０と、を備える。 As shown in FIG. 2 , head-up display device 100 includes display unit 10 , concave mirror 20 , housing 30 , and heat dissipation member 40 .

ハウジング３０は、遮光性樹脂等で箱状に形成され、表示部１０及び凹面鏡２０を収納する。ハウジング３０には、ウインドシールド２０１（図１参照）に高さ方向に対向する位置に開口部３０ｃが形成されている。ハウジング３０は、開口部３０ｃに嵌め込まれ、表示光Ｌが透過するアクリル等の透光性樹脂からなる湾曲板状に形成される窓部３１を備える。 The housing 30 is made of a light-shielding resin or the like and has a box shape, and accommodates the display unit 10 and the concave mirror 20 . An opening 30c is formed in the housing 30 at a position facing the windshield 201 (see FIG. 1) in the height direction. The housing 30 is fitted in the opening 30c and has a window 31 formed in a curved plate shape made of translucent resin such as acrylic through which the display light L is transmitted.

放熱部材４０は、表示部１０が発する熱を外部に放出する部材である。放熱部材４０は、例えばアルミニウム等の金属等で形成されるフィン型の構造体である。放熱部材４０は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の外部に一部が露出するようにハウジング３０の嵌合孔部３２に嵌め込まれている。 The heat radiation member 40 is a member that radiates heat generated by the display section 10 to the outside. The heat dissipation member 40 is a fin-shaped structure made of metal such as aluminum. The heat radiating member 40 is fitted into the fitting hole 32 of the housing 30 so as to be partially exposed to the outside of the head-up display device 100 .

表示部１０は、表示光Ｌを出射する。表示部１０の具体的な構成については後述する。
凹面鏡２０は、表示部１０からの表示光Ｌをウインドシールド２０１に向けて反射させる。 The display unit 10 emits display light L. As shown in FIG. A specific configuration of the display unit 10 will be described later.
The concave mirror 20 reflects the display light L from the display unit 10 toward the windshield 201 .

次に、表示部１０の具体的な構成について説明する。
図２に示すように、表示部１０は、バックライトユニット１１と、表示パネルユニット１３と、を備える。
バックライトユニット１１は、液晶表示パネル１８を照明する装置である。バックライトユニット１１は、第１～第３のレンズ５１～５３と、複数の光源１９と、基板１６と、第１のケース体１４と、を備える。基板１６及び第１～第３のレンズ５１～５３は、光源１９が発する光の進行方向に沿って並べられる。以下では、この光の進行方向はＺ方向と規定し、基板１６及び第１～第３のレンズ５１～５３におけるＺ方向に直交する長手方向をＸ方向と規定し、短手方向をＹ方向と規定する。 Next, a specific configuration of the display unit 10 will be described.
As shown in FIG. 2 , the display section 10 includes a backlight unit 11 and a display panel unit 13 .
The backlight unit 11 is a device that illuminates the liquid crystal display panel 18 . The backlight unit 11 includes first to third lenses 51 to 53, a plurality of light sources 19, a substrate 16, and a first case body . The substrate 16 and the first to third lenses 51 to 53 are arranged along the traveling direction of light emitted by the light source 19 . Hereinafter, the traveling direction of this light is defined as the Z direction, the longitudinal direction orthogonal to the Z direction in the substrate 16 and the first to third lenses 51 to 53 is defined as the X direction, and the lateral direction is defined as the Y direction. stipulate.

各光源１９は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる。複数（本例では１２個）の光源１９は、基板１６の第１のレンズ５１に対向する面に設けられている。具体的には、Ｙ方向が行方向であって、Ｘ方向が列方向である場合、光源１９は２行×６列のマトリックス状に配置される。
第１のケース体１４は、遮光性樹脂等にてＺ方向に延びる矩形筒状に形成され、基板１６及び第１～第３のレンズ５１～５３を収容する。 Each light source 19 is, for example, an LED (Light Emitting Diode). A plurality of (twelve in this example) light sources 19 are provided on the surface of the substrate 16 facing the first lens 51 . Specifically, when the Y direction is the row direction and the X direction is the column direction, the light sources 19 are arranged in a matrix of 2 rows×6 columns.
The first case body 14 is made of a light-blocking resin or the like and formed in a rectangular tubular shape extending in the Z direction, and accommodates the substrate 16 and the first to third lenses 51 to 53 .

図６に示すように、第１～第３のレンズ５１～５３は、光源１９に近い方から第１のレンズ５１、第２のレンズ５２及び第３のレンズ５３の順で配置されている。光源１９からの光は、第１のレンズ５１、第２のレンズ５２及び第３のレンズ５３の順でそれらの厚さ方向に透過する。 As shown in FIG. 6, the first to third lenses 51 to 53 are arranged in the order of the first lens 51, the second lens 52 and the third lens 53 from the side closer to the light source 19. As shown in FIG. Light from the light source 19 passes through the first lens 51, the second lens 52 and the third lens 53 in this order in the thickness direction thereof.

図３及び図４に示すように、第１のレンズ５１は、透明光学樹脂又は光学ガラスにより形成されている。第１のレンズ５１は、光源１９から放射された光をＺ方向に平行化する。第１のレンズ５１は、複数の凸レンズ部５１ａを備える。複数の凸レンズ部５１ａは、上述した光源１９と同様に２行×６列のマトリックス状に配置されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the first lens 51 is made of transparent optical resin or optical glass. The first lens 51 parallelizes the light emitted from the light source 19 in the Z direction. The first lens 51 includes a plurality of convex lens portions 51a. The plurality of convex lens portions 51a are arranged in a matrix of 2 rows×6 columns, similar to the light source 19 described above.

図３に示すように、第２のレンズ５２は、透明光学樹脂又は光学ガラスにより形成され、第１のレンズ５１を透過した光をＹ方向に拡散する機能を有する。第２のレンズ５２は、例えば、レンチキュラレンズである。詳しくは、第２のレンズ５２は、光が入射する入射面５２ｉと、第２のレンズ５２をその厚さ方向に通過した光が射出する射出面５２ｏと、を備える。 As shown in FIG. 3, the second lens 52 is made of transparent optical resin or optical glass and has the function of diffusing the light transmitted through the first lens 51 in the Y direction. The second lens 52 is, for example, a lenticular lens. Specifically, the second lens 52 includes an incident surface 52i on which light is incident, and an exit surface 52o from which light passing through the second lens 52 in its thickness direction exits.

第２のレンズ５２の入射面５２ｉには、複数（本例では１１個）のシリンドリカルレンズ部５２ａが形成されている。第２のレンズ５２の射出面５２ｏには、複数（本例では１１個）のシリンドリカルレンズ部５２ｂが形成されている。各シリンドリカルレンズ部５２ａ，５２ｂは、凸状、例えば半円柱状に形成され、Ｘ方向に沿って延び、Ｙ方向に配列されている。 A plurality of (eleven in this example) cylindrical lens portions 52a are formed on the incident surface 52i of the second lens 52 . A plurality of (eleven in this example) cylindrical lens portions 52b are formed on the exit surface 52o of the second lens 52. As shown in FIG. Each cylindrical lens portion 52a, 52b is formed in a convex shape, for example, a semi-cylindrical shape, extends along the X direction, and is arranged in the Y direction.

図７に示すように、第３のレンズ５３は、透明光学樹脂又は光学ガラスにより形成されている。第３のレンズ５３は、光源１９からの第２のレンズ５２を経た光の中心光線が通過するレンズ中心点５３Ｄに対して点対称な光学特性を示す光学面を有する。図４に示すように、第３のレンズ５３は、第２のレンズ５２を透過した光源１９からの光を液晶表示パネル１８に合わせてＸ方向に拡散させる。 As shown in FIG. 7, the third lens 53 is made of transparent optical resin or optical glass. The third lens 53 has an optical surface exhibiting point-symmetrical optical characteristics with respect to the lens center point 53D through which the central ray of light from the light source 19 that has passed through the second lens 52 passes. As shown in FIG. 4, the third lens 53 diffuses the light from the light source 19 transmitted through the second lens 52 in the X direction so as to match the liquid crystal display panel 18 .

詳しくは、図９に示すように、第３のレンズ５３は、レンズ本体部５４と、外枠部５５と、を備える。
外枠部５５は、レンズ本体部５４の外周を囲む枠状をなす。外枠部５５は、入射面５４ｉと同じ高さに位置する。外枠部５５は、Ｘ方向に延びる両辺それぞれに形成される凸状板部５５ｃを備える。凸状板部５５ｃは、Ｘ方向に長い長方形板状をなす。 Specifically, as shown in FIG. 9 , the third lens 53 includes a lens body portion 54 and an outer frame portion 55 .
The outer frame portion 55 has a frame shape surrounding the outer periphery of the lens body portion 54 . The outer frame portion 55 is positioned at the same height as the incident surface 54i. The outer frame portion 55 includes convex plate portions 55c formed on both sides extending in the X direction. The convex plate portion 55c has a rectangular plate shape elongated in the X direction.

外枠部５５は、複数のピン通過孔部５５ｂを備える。複数のピン通過孔部５５ｂは、外枠部５５の厚さ方向に貫通する孔を有する。各ピン通過孔部５５ｂには、図示しない位置決めピンが挿通される。この位置決めピンは、第１のケース体１４（図２参照）に設けられる。複数、本例ではピン通過孔部５５ｂは、各凸状板部５５ｃに１つずつ設けられる。また、各ピン通過孔部５５ｂは、第３のレンズ５３のＸ方向の中央に位置する。 The outer frame portion 55 includes a plurality of pin passage holes 55b. The plurality of pin passing hole portions 55b have holes penetrating through the outer frame portion 55 in the thickness direction. A positioning pin (not shown) is inserted into each of the pin passage holes 55b. This positioning pin is provided in the first case body 14 (see FIG. 2). A plurality of pin passage holes 55b, in this example, are provided in each convex plate portion 55c. Each pin passage hole 55b is located at the center of the third lens 53 in the X direction.

図１０に示すように、外枠部５５は、複数のスペーサ５５ａを備える。複数、本例では４つのスペーサ５５ａは、外枠部５５の裏面に形成され、Ｚ方向に沿って延びる柱状をなす。図６に示すように、外枠部５５の裏面は、第２のレンズ５２に対向する面である。複数のスペーサ５５ａは、Ｘ方向においてピン通過孔部５５ｂを挟み込むように位置する。各スペーサ５５ａの先端面が第２のレンズ５２の外周枠部５２ｃに接触することにより第２のレンズ５２と第３のレンズ５３の間の距離が規定される。 As shown in FIG. 10, the outer frame portion 55 includes a plurality of spacers 55a. A plurality of spacers 55a, four in this example, are formed on the back surface of the outer frame portion 55 and have a columnar shape extending along the Z direction. As shown in FIG. 6 , the back surface of the outer frame portion 55 is the surface facing the second lens 52 . The plurality of spacers 55a are positioned so as to sandwich the pin passage hole 55b in the X direction. The distance between the second lens 52 and the third lens 53 is defined by the tip surface of each spacer 55 a contacting the outer peripheral frame portion 52 c of the second lens 52 .

図８に示すように、レンズ本体部５４は、光が入射する入射面５４ｉと、第３のレンズ５３の内部をその厚さ方向に通過した光が射出する上記光学面の一例である射出面５４ｏと、を備える。
図７に示すように、射出面５４ｏは、トロイダル領域５４Ｔと、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒと、を備える。
トロイダル領域５４Ｔは、Ｘ方向及びＹ方向に異なる曲率で形成されるトロイダル面を有する。例えば、トロイダル領域５４Ｔは、Ｘ方向に沿って凹状に湾曲しており、Ｙ方向に沿って凸状に湾曲している。トロイダル領域５４ＴにおいてＸ方向において中央部に近づくにつれてＺ方向（第３のレンズ５３の厚さ方向）に低い位置となる。トロイダル領域５４ＴにおいてＹ方向において中央部に近づくにつれてＺ方向に高い位置となる。トロイダル領域５４Ｔの最低位置Ｐ１は、トロイダル領域５４ＴのＸ方向の中心で、かつトロイダル領域５４ＴのＹ方向の両端の位置となる。トロイダル領域５４Ｔの最高位置Ｐ２は、トロイダル領域５４ＴのＹ方向の中心で、かつロイダル領域５４ＴのＸ方向の両端の位置となる。
トロイダル領域５４ＴのＸ方向の曲率は、トロイダル領域５４ＴのＹ方向の曲率よりも大きく形成されている。
図９に示すように、トロイダル領域５４Ｔは、Ｘ方向に長い略長方形で形成され、詳しくは、この略長方形のＹ方向に沿って延びる両辺が外側に湾曲した形状をなす。 As shown in FIG. 8, the lens main body 54 includes an incident surface 54i on which light is incident, and an exit surface, which is an example of the optical surface from which the light passing through the inside of the third lens 53 in the thickness direction exits. 54o and.
As shown in FIG. 7, the exit surface 54o includes a toroidal region 54T and Fresnel regions 54L and 54R.
The toroidal region 54T has a toroidal surface formed with different curvatures in the X direction and the Y direction. For example, the toroidal region 54T is concavely curved along the X direction and convexly curved along the Y direction. In the toroidal region 54T, the position becomes lower in the Z direction (thickness direction of the third lens 53) as it approaches the center in the X direction. In the toroidal region 54T, the position becomes higher in the Z direction as it approaches the center in the Y direction. The lowest position P1 of the toroidal region 54T is the center of the toroidal region 54T in the X direction and both ends of the toroidal region 54T in the Y direction. The highest position P2 of the toroidal region 54T is the center of the toroidal region 54T in the Y direction and both ends of the toroidal region 54T in the X direction.
The curvature of the toroidal region 54T in the X direction is formed to be greater than the curvature of the toroidal region 54T in the Y direction.
As shown in FIG. 9, the toroidal region 54T is formed in a substantially rectangular shape that is elongated in the X direction. More specifically, both sides of this substantially rectangular shape that extend in the Y direction are curved outward.

フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒは、レンズ本体部５４のＸ方向の両側に位置し、フレネルレンズ形状をなす。フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒは、トロイダル領域５４Ｔを挟み込むように配置されている。フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒは、それぞれトロイダル領域５４Ｔに接する辺が凹状に湾曲した略四角形状をなす。フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒは、Ｙ方向に凸状に湾曲しており、Ｙ方向の中央にて最も高くなる。 The Fresnel regions 54L and 54R are located on both sides of the lens main body 54 in the X direction and form a Fresnel lens shape. The Fresnel regions 54L and 54R are arranged so as to sandwich the toroidal region 54T. The Fresnel regions 54L and 54R each have a substantially quadrangular shape with concavely curved sides contacting the toroidal region 54T. The Fresnel regions 54L and 54R are convexly curved in the Y direction and are highest at the center in the Y direction.

図１１に示すように、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒは、それぞれ複数の山部５４Ｙを備える。複数の山部５４ＹはＹ方向に沿って湾曲して延び、Ｘ方向に並べられている。山部５４Ｙの横断面形状は、三角形状、本例では、直角三角形状をなす。山部５４Ｙの光学面は、Ｘ方向に傾斜した第１辺５４１と、山部５４ＹのＸ方向の外側に位置する第２辺５４２と、を備える。第２辺５４２はＺ方向に沿って延びる。 As shown in FIG. 11, each of the Fresnel regions 54L and 54R has a plurality of peaks 54Y. The plurality of peaks 54Y curve and extend along the Y direction and are arranged in the X direction. The cross-sectional shape of the peak portion 54Y is triangular, in this example, a right-angled triangular shape. The optical surface of the peak portion 54Y includes a first side 541 inclined in the X direction and a second side 542 located outside the peak portion 54Y in the X direction. The second side 542 extends along the Z direction.

図９に示すように、フレネル領域５４Ｌの各山部５４Ｙは、中心点Ｏ１を中心とした同心円弧上に沿って延びる。フレネル領域５４Ｌの各山部５４Ｙは、中心点Ｏ１を中心とした径方向に一定間隔Ｋ毎（図１１参照）に配置される。一定間隔Ｋは、山部５４Ｙの底辺と同じ長さとなる。中心点Ｏ１は、レンズ中心点５３Ｄよりもフレネル領域５４Ｒに近い位置に設けられ、本例では、フレネル領域５４Ｒ内に位置する。詳しくは、中心点Ｏ１は、フレネル領域５４Ｒ内のＸ方向の中央よりも外側（図９の右側）に位置する。 As shown in FIG. 9, each peak 54Y of the Fresnel region 54L extends along concentric arcs around the center point O1. The peaks 54Y of the Fresnel region 54L are arranged at regular intervals K (see FIG. 11) in the radial direction around the center point O1. The constant interval K has the same length as the base of the peak portion 54Y. The center point O1 is provided at a position closer to the Fresnel region 54R than the lens center point 53D, and is located within the Fresnel region 54R in this example. Specifically, the center point O1 is positioned outside (right side in FIG. 9) of the center in the X direction within the Fresnel region 54R.

フレネル領域５４Ｒの山部５４Ｙは、中心点Ｏ２を中心とした同心円弧上に沿って延びる。フレネル領域５４Ｒの各山部５４Ｙは、中心点Ｏ２を中心とした径方向に一定間隔Ｋ毎に配置される。中心点Ｏ２は、レンズ中心点５３Ｄよりもフレネル領域５４Ｌに近い位置に設けられ、本例では、フレネル領域５４Ｌ内に位置する。詳しくは、中心点Ｏ２は、フレネル領域５４Ｌ内のＸ方向の中央よりも外側（図９の左側）に位置する。
レンズ中心点５３Ｄは、Ｘ方向に中心点Ｏ１，Ｏ２と並ぶように位置する。 The peaks 54Y of the Fresnel region 54R extend along concentric arcs around the center point O2. Each peak portion 54Y of the Fresnel region 54R is arranged at regular intervals K in the radial direction around the center point O2. The center point O2 is provided at a position closer to the Fresnel region 54L than the lens center point 53D, and is located within the Fresnel region 54L in this example. Specifically, the center point O2 is positioned outside (left side in FIG. 9) of the center in the X direction within the Fresnel region 54L.
The lens center point 53D is positioned so as to be aligned with the center points O1 and O2 in the X direction.

図５に示すように、入射面５４ｉは、レンチキュラ領域５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃを備える。
各レンチキュラ領域５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃは、複数のシリンドリカルレンズ部５４Ｓを備える。複数のシリンドリカルレンズ部５４Ｓは、それぞれＹ方向に沿って延びる半円柱状に形成され、Ｘ方向に配列されている。
レンチキュラ領域５４Ａは、第３のレンズ５３の表裏においてフレネル領域５４Ｌに対応する領域に形成される。レンチキュラ領域５４Ｂは、第３のレンズ５３の表裏においてフレネル領域５４Ｒに対応する領域に形成される。レンチキュラ領域５４Ｃは、第３のレンズ５３の表裏においてトロイダル領域５４Ｔに対応する領域に形成される。
レンチキュラ領域５４Ａ，５４Ｂは、Ｘ方向においてレンチキュラ領域５４Ｃを挟み込むように位置する。レンチキュラ領域５４Ｃの各シリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率は、レンチキュラ領域５４Ａ，５４Ｂの各シリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率よりも大きく設定されている。複数のシリンドリカルレンズ部５４Ｓのピッチは、各レンチキュラ領域５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃで同じに設定される。
図９に示すように、レンチキュラ領域５４Ａ，５４Ｂとレンチキュラ領域５４Ｃの境界線ＢＬ１は、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒとトロイダル領域５４Ｔの境界線ＢＬ２のうちＹ方向の中央部を通過する。なお、本例に限らず、境界線ＢＬ１は、境界線ＢＬ２のＹ方向の端部を通過してもよい。 As shown in FIG. 5, entrance surface 54i includes lenticular regions 54A, 54B, 54C.
Each lenticular region 54A, 54B, 54C has a plurality of cylindrical lens portions 54S. The plurality of cylindrical lens portions 54S are each formed in a semi-cylindrical shape extending along the Y direction and arranged in the X direction.
The lenticular region 54A is formed on the front and back of the third lens 53 in regions corresponding to the Fresnel regions 54L. The lenticular regions 54B are formed on the front and back of the third lens 53 in regions corresponding to the Fresnel regions 54R. The lenticular region 54C is formed on the front and back of the third lens 53 in regions corresponding to the toroidal regions 54T.
The lenticular regions 54A and 54B are positioned so as to sandwich the lenticular region 54C in the X direction. The curvature of each cylindrical lens portion 54S in the lenticular region 54C is set larger than the curvature of each cylindrical lens portion 54S in the lenticular regions 54A and 54B. The pitches of the plurality of cylindrical lens portions 54S are set to be the same in each of the lenticular regions 54A, 54B, 54C.
As shown in FIG. 9, the boundary line BL1 between the lenticular regions 54A, 54B and the lenticular region 54C passes through the center in the Y direction of the boundary line BL2 between the Fresnel regions 54L, 54R and the toroidal region 54T. Note that the boundary line BL1 may pass through the end of the boundary line BL2 in the Y direction, without being limited to this example.

図２に示すように、表示パネルユニット１３は、液晶表示パネル１８と、光拡散部材１７と、第２のケース体１５と、を備える。
第２のケース体１５は、光拡散部材１７及び液晶表示パネル１８を外周から保持する枠状をなし、ハウジング３０内に固定されている。
光拡散部材１７は、液晶表示パネル１８の第３のレンズ５３に対向する側に設けられている。光拡散部材１７は、第３のレンズ５３からの光を拡散して液晶表示パネル１８に出射する。 As shown in FIG. 2, the display panel unit 13 includes a liquid crystal display panel 18, a light diffusion member 17, and a second case body 15. As shown in FIG.
The second case body 15 has a frame shape that holds the light diffusing member 17 and the liquid crystal display panel 18 from the outer circumference, and is fixed inside the housing 30 .
The light diffusion member 17 is provided on the side of the liquid crystal display panel 18 facing the third lens 53 . The light diffusing member 17 diffuses the light from the third lens 53 and emits it to the liquid crystal display panel 18 .

液晶表示パネル１８は、バックライトユニット１１からの照明光を受けて画像を表す表示光Ｌを凹面鏡２０に向けて射出する。液晶表示パネル１８は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶パネルである。
以上で、ヘッドアップディスプレイ装置１００の構成の説明を終了する。 The liquid crystal display panel 18 receives illumination light from the backlight unit 11 and emits display light L representing an image toward the concave mirror 20 . The liquid crystal display panel 18 is a TFT (Thin Film Transistor) type liquid crystal panel.
This concludes the description of the configuration of the head-up display device 100. FIG.

次に、本実施形態に係る第３のレンズ５３の構成に想到するまでの経緯について説明する。
図１２に示すように、第１比較例に係る第３のレンズ１５３の光出射面１５３ｏは全域にわたってトロイダル面形状をなす。このため、第１比較例に係る第３のレンズ１５３が厚くなるという課題があった。特に、昨今、ヘッドアップディスプレイ装置では、表示光を出射する表示部をコンパクトにしつつ、虚像のサイズを大きくすることやアイボックス（虚像を視認できる空間）を大きくすることが要求されている。よって、第３のレンズ１５３を透過する光の拡散角度θを大きくするために、光出射面１５３ｏの曲率を大きくする必要があり、これにより、第３のレンズ１５３が厚くなるという課題がより顕著になっていた。
この課題を解決するために、図１３に示すように、第２比較例に係る第３のレンズ２５３の光出射面２５３ｏの外側をフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒで形成することにより、第３のレンズ２５３の薄型化を図った。
第１比較例に係る第３のレンズ１５３の構成では、Ｘ方向の最外側の光線Ｌｚが液晶表示パネル１８を通過する。このため、図１４に示すように、視認者がアイボックスの中央から視認したときの虚像の輝度のバラツキは小さい。
一方、第２比較例に係る第３のレンズ２５３の構成では、薄型化を図った結果、光出射面２５３ｏが液晶表示パネル１８から遠ざかる。このため、最外側の光線Ｌｚが液晶表示パネル１８を超えた範囲を通過するおそれがある。このため、図１５に示すように、視認者がアイボックスの中央から視認したときの虚像の左右方向の外側の端部Ｅ１，Ｅ２の輝度が低くなり、虚像の輝度のバラツキが大きくなる。
この課題を解決するために、本実施形態では、図５に示すように、レンチキュラ領域５４Ａ，５４Ｂの各シリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率は、レンチキュラ領域５４Ｃの各シリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率よりも小さく設定されている。この構成では、最外側の光線Ｌｚの拡散角度θ（屈折量）を小さくすることができ、光線Ｌｚを液晶表示パネル１８に通過させることができる。本実施形態における虚像の輝度が図１７に示され、各シリンドリカルレンズ部の全ての曲率が同一である第３比較例の輝度が図１６に示される。図１６と図１７を比較すると、図１７に示す本実施形態の虚像の左右方向の外側の端部Ｅ１，Ｅ２の輝度を、図１６に示す第３比較例の虚像の左右方向の外側の端部Ｅ１，Ｅ２の輝度よりも高くすることができる。よって、本実施形態では、第３比較例に比べて、虚像の輝度のバラツキを小さくすることができる。 Next, the process of arriving at the configuration of the third lens 53 according to this embodiment will be described.
As shown in FIG. 12, the light exit surface 153o of the third lens 153 according to the first comparative example has a toroidal shape over the entire area. Therefore, there is a problem that the thickness of the third lens 153 according to the first comparative example is increased. In particular, in recent years, head-up display devices are required to increase the size of the virtual image and enlarge the eyebox (space where the virtual image can be visually recognized) while making the display unit for emitting display light compact. Therefore, in order to increase the diffusion angle θ of the light that passes through the third lens 153, it is necessary to increase the curvature of the light exit surface 153o, thereby increasing the thickness of the third lens 153. had become
In order to solve this problem, as shown in FIG. 13, the third lens 253 according to the second comparative example is formed by forming Fresnel regions 54L and 54R on the outside of the light exit surface 253o of the third lens 253. We tried to make it thinner.
In the configuration of the third lens 153 according to the first comparative example, the outermost ray Lz in the X direction passes through the liquid crystal display panel 18 . Therefore, as shown in FIG. 14, when the viewer views the virtual image from the center of the eyebox, the variation in brightness of the virtual image is small.
On the other hand, in the configuration of the third lens 253 according to the second comparative example, the light exit surface 253o is moved away from the liquid crystal display panel 18 as a result of the reduction in thickness. For this reason, there is a possibility that the outermost light beam Lz will pass through a range beyond the liquid crystal display panel 18 . Therefore, as shown in FIG. 15, the brightness of the outer edges E1 and E2 of the virtual image in the left-right direction when viewed from the center of the eyebox by the viewer is low, and the variation in brightness of the virtual image is large.
In order to solve this problem, in this embodiment, as shown in FIG. 5, the curvature of each cylindrical lens portion 54S in the lenticular regions 54A and 54B is set smaller than the curvature of each cylindrical lens portion 54S in the lenticular region 54C. It is In this configuration, the diffusion angle θ (the amount of refraction) of the outermost light ray Lz can be reduced, and the light ray Lz can pass through the liquid crystal display panel 18 . FIG. 17 shows the luminance of the virtual image in this embodiment, and FIG. 16 shows the luminance of the third comparative example in which all the curvatures of the cylindrical lens portions are the same. 16 and 17, it can be seen that the brightness of the laterally outer ends E1 and E2 of the virtual image of the present embodiment shown in FIG. It can be made higher than the brightness of the parts E1 and E2. Therefore, in the present embodiment, it is possible to reduce variations in luminance of the virtual image as compared with the third comparative example.

次に、本実施形態に係るフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの構成に想到するまでの経緯について説明する。
図１８及び図１９に示すように、第４比較例において、トロイダルレンズの理想的な光学面１９０は、Ｘ方向及びＹ方向で異なる曲率を持ち、楕円形の等高線Ｌａとなる曲面を有する。光学面１９０において、図２０に示すように、レンズ中心点１９０Ｃを中心に同心円上にフレネルの山部１９４を形成したとする。この場合には、各山部１９４における高低差が大きくなりやすい。例えば、図２０の矢印Ｊ１で示すように、山部１９４ａは、最高位置ＰＨから２つの等高線Ｌａを跨ぐ位置まで低くなっている。
そこで、本実施形態では、図９に示すように、フレネル領域５４Ｌの各山部５４Ｙとフレネル領域５４Ｒの各山部５４Ｙとで、中心点Ｏ１，Ｏ２をＸ方向にずらしている。これにより、図２１に示すように、各山部５４Ｙが等高線Ｌａに沿うため、各山部５４Ｙの高低差を小さくすることができる。これにより、各山部５４Ｙの曲率が小さくなり、図９に示すように、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの端面幅Ｗを小さくすることができる。端面幅Ｗは、トロイダル領域５４Ｔに最も近い山部５４ＹのＸ方向の振幅である。よって、端面幅Ｗを小さくすることにより、山部５４Ｙが複数の等高線を跨ぐように形成されることが抑制され、各山部５４Ｙの高低差を小さくすることができる。また、これにより、図９に示すように、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒのトロイダル領域５４Ｔに近い角部の角度αを小さくすることができる。 Next, a description will be given of how the Fresnel regions 54L and 54R according to the present embodiment were conceived.
As shown in FIGS. 18 and 19, in the fourth comparative example, the ideal optical surface 190 of the toroidal lens has different curvatures in the X direction and the Y direction, and has an elliptical contour line La. On the optical surface 190, as shown in FIG. 20, Fresnel crests 194 are formed concentrically around the lens center point 190C. In this case, the height difference in each peak 194 tends to increase. For example, as indicated by arrow J1 in FIG. 20, peak 194a is lowered from highest position PH to a position straddling two contour lines La.
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 9, the center points O1 and O2 of the peaks 54Y of the Fresnel region 54L and the peaks 54Y of the Fresnel region 54R are shifted in the X direction. As a result, as shown in FIG. 21, each mountain portion 54Y follows the contour line La, so that the height difference of each mountain portion 54Y can be reduced. As a result, the curvature of each peak 54Y is reduced, and as shown in FIG. 9, the end face widths W of the Fresnel regions 54L and 54R can be reduced. The end face width W is the amplitude in the X direction of the peak portion 54Y closest to the toroidal region 54T. Therefore, by reducing the end face width W, the peaks 54Y are prevented from being formed across a plurality of contour lines, and the difference in height between the peaks 54Y can be reduced. Also, as shown in FIG. 9, the angle α of the corners of the Fresnel regions 54L and 54R near the toroidal region 54T can be reduced.

次に、第３のレンズ５３の製造方法について説明する。図２２に示すように、金型３００により第３のレンズ５３が製造される。
金型３００は、第１型の一例である下型３０１と、第２型の一例である上型３０２と、を備える。
下型３０１は、金型３００のキャビティ３０８内に形成された第３のレンズ５３の入射面５４ｉに対向する位置に設けられる。上型３０２は、金型３００のキャビティ３０８内に形成された第３のレンズ５３の射出面５４ｏに対向する位置に設けられる。
上型３０２は、下型３０１に対して接近又は離間するように移動可能に構成される。
上型３０２は、ＸＹ方向に分割された第１～第３の分割部材３０３～３０５を備える。
第１の分割部材３０３は、第３のレンズ５３のフレネル領域５４Ｌを形成するための部材である。第２の分割部材３０４は、第３のレンズ５３のフレネル領域５４Ｒを形成するための部材である。第３の分割部材３０５は、第３のレンズ５３のトロイダル領域５４Ｔを形成するための部材である。 Next, a method for manufacturing the third lens 53 will be described. As shown in FIG. 22, a mold 300 is used to manufacture the third lens 53 .
The mold 300 includes a lower mold 301 that is an example of a first mold and an upper mold 302 that is an example of a second mold.
Lower mold 301 is provided at a position facing incident surface 54 i of third lens 53 formed in cavity 308 of mold 300 . The upper mold 302 is provided at a position facing the exit surface 54 o of the third lens 53 formed within the cavity 308 of the mold 300 .
The upper mold 302 is configured to be movable toward or away from the lower mold 301 .
The upper mold 302 has first to third divided members 303 to 305 divided in the XY directions.
The first dividing member 303 is a member for forming the Fresnel region 54L of the third lens 53. As shown in FIG. The second dividing member 304 is a member for forming the Fresnel region 54R of the third lens 53. As shown in FIG. The third dividing member 305 is a member for forming the toroidal region 54T of the third lens 53. As shown in FIG.

図２３に示すように、第３の分割部材３０５と第１及び第２の分割部材３０３，３０４の境界線Ｌｂは、トロイダル領域５４Ｔとフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの境界付近を通過するように湾曲する。
第３の分割部材３０５と第１及び第２の分割部材３０３，３０４の境界線Ｌｂに沿って第３のレンズ５３にはパーティングライン５４Ｐが形成される。パーティングライン５４Ｐは、第３の分割部材３０５と第１及び第２の分割部材３０３，３０４の分割により射出成形された第３のレンズ５３に形成される線状の凸部をいう。 As shown in FIG. 23, the boundary line Lb between the third dividing member 305 and the first and second dividing members 303, 304 curves so as to pass near the boundary between the toroidal region 54T and the Fresnel regions 54L, 54R. .
A parting line 54P is formed in the third lens 53 along the boundary line Lb between the third dividing member 305 and the first and second dividing members 303,304. The parting line 54P is a linear projection formed on the injection-molded third lens 53 by dividing the third division member 305 and the first and second division members 303 and 304 .

例えば、図１１に示すように、パーティングライン５４Ｐは、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒそれぞれの最もトロイダル領域５４Ｔに近い位置の山部５４Ｙ１の頂点に位置する。山部５４Ｙ１の傾斜面はトロイダル領域５４Ｔの一部を構成する。パーティングライン５４Ｐは山部５４Ｙ１の頂点に沿って延びる。 For example, as shown in FIG. 11, the parting line 54P is located at the apex of the mountain portion 54Y1 closest to the toroidal region 54T of each of the Fresnel regions 54L and 54R. The inclined surface of the peak portion 54Y1 forms part of the toroidal region 54T. The parting line 54P extends along the apex of the mountain portion 54Y1.

（効果）
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１－１）光源１９からの光を表示パネルの一例である液晶表示パネル１８に向けて拡散するレンズの一例である第３のレンズ５３は、第３のレンズ５３の面方向に沿い、かつ互いに交わる第１方向の一例であるＸ方向及び第２方向の一例であるＹ方向においてそれぞれ湾曲するトロイダル面を有するトロイダル領域５４Ｔと、トロイダル領域５４ＴのＸ方向の両側に形成され、フレネルレンズ形状を有するフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒと、を備える。
この構成によれば、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒをトロイダル領域５４Ｔの両側に形成することにより、第３のレンズ５３の光の拡散角度を維持しつつ薄型化を図ることができる。 (effect)
According to the embodiment described above, the following effects are obtained.
(1-1) The third lens 53, which is an example of a lens that diffuses the light from the light source 19 toward the liquid crystal display panel 18, which is an example of the display panel, extends along the surface direction of the third lens 53, and A toroidal region 54T having a toroidal surface curved in the X direction, which is an example of a first direction, and the Y direction, which is an example of a second direction, which intersect with each other. and Fresnel regions 54L and 54R.
According to this configuration, by forming the Fresnel regions 54L and 54R on both sides of the toroidal region 54T, it is possible to reduce the thickness of the third lens 53 while maintaining the light diffusion angle.

（１－２）第３のレンズ５３は、第３のレンズ５３のトロイダル領域５４Ｔ及びフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒが形成されている面の裏面に形成され、Ｙ方向に沿って延び、Ｘ方向に並べられる複数のシリンドリカルレンズ部５４Ｓを備える。複数のシリンドリカルレンズ部５４Ｓのうちトロイダル領域５４Ｔに対応するシリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率は、複数のシリンドリカルレンズ部５４Ｓのうちフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒに対応するシリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率よりも大きく形成される。
この構成によれば、各シリンドリカルレンズ部５４Ｓの全ての曲率が同一である構成と比べて、最外側の光線Ｌｚ（図５参照）の拡散角度θを液晶表示パネル１８のサイズに合うように維持することができ、光線Ｌｚが液晶表示パネル１８を超えることが抑制され、光源１９からの光が無駄となることが抑制される。 (1-2) The third lens 53 is formed on the rear surface of the surface on which the toroidal region 54T and the Fresnel regions 54L and 54R of the third lens 53 are formed, extends along the Y direction, and is arranged in the X direction. A plurality of cylindrical lens portions 54S are provided. The curvature of the cylindrical lens portion 54S corresponding to the toroidal region 54T among the plurality of cylindrical lens portions 54S is formed to be larger than the curvature of the cylindrical lens portion 54S corresponding to the Fresnel regions 54L and 54R among the plurality of cylindrical lens portions 54S. .
According to this configuration, the diffusion angle θ of the outermost ray Lz (see FIG. 5) is maintained to match the size of the liquid crystal display panel 18 compared to the configuration in which all the curvatures of the cylindrical lens portions 54S are the same. This prevents the light beam Lz from passing over the liquid crystal display panel 18 and prevents the light from the light source 19 from being wasted.

（１－３）ヘッドアップディスプレイ装置１００は、第３のレンズ５３と、光源１９と、第３のレンズ５３を透過した光源１９からの光を受けて表示光Ｌを生成する液晶表示パネル１８と、を備える。
この構成によれば、第３のレンズ５３の薄型化を通じてヘッドアップディスプレイ装置１００の小型化を図ることができる。また、第３のレンズ５３が薄くても第３のレンズ５３を透過した光の拡散角度θが維持されるため、表示光Ｌが被投射部材の一例であるウインドシールド２０１に投射されることにより表示される虚像Ｖのサイズを維持することができる。 (1-3) The head-up display device 100 includes a third lens 53, a light source 19, and a liquid crystal display panel 18 that receives light from the light source 19 that has passed through the third lens 53 and generates display light L. , provided.
According to this configuration, the size of the head-up display device 100 can be reduced by thinning the third lens 53 . Further, even if the third lens 53 is thin, the diffusion angle θ of the light transmitted through the third lens 53 is maintained. The size of the displayed virtual image V can be maintained.

（２－１）第３のレンズ５３は、光源１９からの光の中心光線が通過するレンズ中心点５３Ｄに対して点対称な光学特性を示す光学面の一例である射出面５４ｏを有する。射出面５４ｏは、レンズ中心点５３Ｄを含む範囲に形成され、レンズ中心点５３Ｄを中心に湾曲する非フレネル領域の一例であるトロイダル領域５４Ｔと、トロイダル領域５４Ｔを挟んで位置し、フレネルレンズ形状をなす第１及び第２のフレネル領域の一例であるフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒと、を有する。フレネル領域５４Ｌは、レンズ中心点５３Ｄよりもフレネル領域５４Ｒ側に位置する第１中心点の一例である中心点Ｏ１を中心とした同心円弧に沿い、中心点Ｏ１から一定間隔Ｋ毎に配置される複数の第１の山部の一例である山部５４Ｙを有する。フレネル領域５４Ｒは、レンズ中心点５３Ｄよりもフレネル領域５４Ｌ側に位置する第２中心点の一例である中心点Ｏ２を中心とした同心円弧に沿い、中心点Ｏ２から一定間隔Ｋ毎に配置される複数の第２の山部の一例である山部５４Ｙを有する。
この構成によれば、上記（１－１）に記載したように、第３のレンズ５３の薄型化を図ることができる。また、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの端面幅Ｗ（図９参照）を小さくすることができる。これにより、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの各山部５４Ｙの高低差を小さくすることができる。ここで、第３のレンズ５３は、金型３００により製造される。このため、山部５４Ｙの高低差が小さいと、金型３００、ひいては第３のレンズ５３の製造が容易となる。 (2-1) The third lens 53 has an exit surface 54o, which is an example of an optical surface exhibiting point-symmetrical optical characteristics with respect to the lens center point 53D through which the central ray of light from the light source 19 passes. The exit surface 54o is formed in a range including the lens center point 53D, and is positioned between a toroidal region 54T, which is an example of a non-Fresnel region curved around the lens center point 53D, and the toroidal region 54T, and has a Fresnel lens shape. and Fresnel regions 54L and 54R, which are examples of first and second Fresnel regions. The Fresnel region 54L is arranged at regular intervals K from the center point O1 along concentric arcs centered on the center point O1, which is an example of a first center point located closer to the Fresnel region 54R than the lens center point 53D. It has a peak portion 54Y, which is an example of a plurality of first peak portions. The Fresnel region 54R is arranged at regular intervals K from the center point O2 along concentric arcs centered on the center point O2, which is an example of a second center point located closer to the Fresnel region 54L than the lens center point 53D. It has a peak portion 54Y that is an example of a plurality of second peak portions.
According to this configuration, as described in (1-1) above, the thickness of the third lens 53 can be reduced. Also, the end face width W (see FIG. 9) of the Fresnel regions 54L and 54R can be reduced. As a result, the height difference between the peaks 54Y of the Fresnel regions 54L and 54R can be reduced. Here, the third lens 53 is manufactured using a mold 300. As shown in FIG. Therefore, when the height difference of the peak portion 54Y is small, it becomes easy to manufacture the mold 300 and thus the third lens 53 .

（２－２）トロイダル領域５４Ｔは、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒが並ぶＸ方向及びＸ方向に交わるＹ方向に沿ってそれぞれ異なる曲率で湾曲する。トロイダル領域５４Ｔは、Ｙ方向よりもＸ方向に、長くかつ曲率が大きく形成される。
この構成によれば、フレネル領域５４Ｌ，５４ＲがＸ方向にトロイダル領域５４Ｔを挟み込むように位置するため、フレネル領域５４Ｌ，５４ＲがＹ方向にトロイダル領域５４Ｔを挟み込むように位置する構成に比べて、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの各山部５４Ｙの高低差を小さくすることができる。 (2-2) The toroidal region 54T curves with different curvatures along the X direction in which the Fresnel regions 54L and 54R are arranged and the Y direction intersecting the X direction. The toroidal region 54T is formed longer and with a larger curvature in the X direction than in the Y direction.
According to this configuration, the Fresnel regions 54L and 54R are positioned so as to sandwich the toroidal region 54T in the X direction. It is possible to reduce the height difference between the peak portions 54Y of the regions 54L and 54R.

（２－３）中心点Ｏ１は、フレネル領域５４Ｒ内に位置する。中心点Ｏ２は、フレネル領域５４Ｌ内に位置する。
この構成によれば、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの端面幅Ｗ、ひいてはフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの各山部５４Ｙの高低差を小さくすることができる。 (2-3) The center point O1 is located within the Fresnel region 54R. The center point O2 is located within the Fresnel region 54L.
According to this configuration, the end face width W of the Fresnel regions 54L and 54R and, in turn, the height difference between the peak portions 54Y of the Fresnel regions 54L and 54R can be reduced.

（３－１）第３のレンズ５３は、光源１９からの光の中心光線が通過するレンズ中心点５３Ｄを含み、曲面形状を有する非フレネル領域の一例であるトロイダル領域５４Ｔと、トロイダル領域５４Ｔを挟んで位置するフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒと、トロイダル領域５４Ｔとフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの間に形成されるパーティングライン５４Ｐと、を備える。
この構成によれば、パーティングライン５４Ｐがトロイダル領域５４Ｔとフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒを横断することが抑制される。このため、第３のレンズ５３を透過する光強度のバラツキを抑制することができる。特に、第３のレンズ５３をヘッドアップディスプレイ装置１００に適用した場合には、虚像Ｖの表示品位を高めることができる。 (3-1) The third lens 53 includes a lens center point 53D through which the central ray of light from the light source 19 passes, and has a toroidal region 54T, which is an example of a curved non-Fresnel region, and a toroidal region 54T. Fresnel regions 54L and 54R sandwiched therebetween, and a parting line 54P formed between the toroidal region 54T and the Fresnel regions 54L and 54R.
This configuration prevents the parting line 54P from crossing the toroidal region 54T and the Fresnel regions 54L and 54R. Therefore, variations in the intensity of light transmitted through the third lens 53 can be suppressed. In particular, when the third lens 53 is applied to the head-up display device 100, the display quality of the virtual image V can be improved.

（３－２）フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒ及びトロイダル領域５４Ｔは、第１方向の一例であるＸ方向に並べられる。フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒは、それぞれＸ方向に並べられ、Ｙ方向に湾曲して延びる複数の山部５４Ｙを有する。パーティングライン５４Ｐは、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒそれぞれの最もトロイダル領域５４Ｔに近い位置の山部５４Ｙの頂点に位置する。
この構成によれば、パーティングライン５４Ｐを山部５４Ｙの頂点に形成することにより、山部５４Ｙの頂点をより鋭くすることができる。これにより、第３のレンズ５３を透過する光強度のバラツキを抑制することができる。 (3-2) The Fresnel regions 54L, 54R and the toroidal region 54T are arranged in the X direction, which is an example of the first direction. The Fresnel regions 54L and 54R each have a plurality of peaks 54Y arranged in the X direction and curved in the Y direction. The parting line 54P is located at the apex of the mountain portion 54Y of each of the Fresnel regions 54L and 54R, which is closest to the toroidal region 54T.
According to this configuration, by forming the parting line 54P at the apex of the mountain portion 54Y, the apex of the mountain portion 54Y can be made sharper. As a result, variations in the intensity of light transmitted through the third lens 53 can be suppressed.

（３－３）第３のレンズ５３を製造するための金型３００は、第３のレンズ５３のフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒを形成するための第１及び第２の分割部材３０３，３０４と、トロイダル領域５４Ｔを形成するための第３の分割部材３０５と、を備える。
この構成によれば、金型３００を第１～第３の分割部材３０３～３０５に分割することにより、パーティングライン５４Ｐをトロイダル領域５４Ｔとフレネル領域５４Ｌ，５４Ｒの間に形成することができる。 (3-3) The mold 300 for manufacturing the third lens 53 includes first and second dividing members 303 and 304 for forming the Fresnel regions 54L and 54R of the third lens 53, and a toroidal and a third dividing member 305 for forming the region 54T.
According to this configuration, the parting line 54P can be formed between the toroidal region 54T and the Fresnel regions 54L and 54R by dividing the mold 300 into the first to third dividing members 303-305.

なお、本開示は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本開示の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、変形の一例を説明する。 The present disclosure is not limited by the above embodiments and drawings. Changes (including deletion of components) can be made as appropriate without changing the gist of the present disclosure. An example of modification will be described below.

（変形例）
上記実施形態においては、レンチキュラ領域５４Ａ，５４Ｂの各シリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率はそれぞれ同一であり、レンチキュラ領域５４Ｃの各シリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率はそれぞれ同一であった。しかしながら、レンチキュラ領域５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃの各シリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率はＸ方向において中央部から外側に向かうにつれて徐々に小さくなるように形成されてもよい。この場合には、Ｘ方向の最も外側に位置するシリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率が最も小さくなる。この構成によれば、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒは、それぞれ外側に向かうほど、光線Ｌｚの拡散角度θが大きくなり、光線Ｌｚが液晶表示パネル１８から外れやすいため、シリンドリカルレンズ部５４Ｓの曲率を徐変させることにより、効率的に照明光を液晶表示パネル１８へ照射することができる。 (Modification)
In the above embodiment, the curvatures of the cylindrical lens portions 54S of the lenticular regions 54A and 54B are the same, and the curvatures of the cylindrical lens portions 54S of the lenticular region 54C are the same. However, the curvature of each cylindrical lens portion 54S of the lenticular regions 54A, 54B, 54C may be formed so as to gradually decrease from the central portion toward the outside in the X direction. In this case, the curvature of the outermost cylindrical lens portion 54S in the X direction is the smallest. According to this configuration, the Fresnel regions 54L and 54R each increase the diffusion angle θ of the light ray Lz toward the outside, and the light ray Lz tends to deviate from the liquid crystal display panel 18. Therefore, the curvature of the cylindrical lens portion 54S is gradually changed. Illumination light can be efficiently radiated to the liquid crystal display panel 18 by setting the illuminating light.

上記実施形態においては、トロイダル領域５４Ｔは、Ｘ方向に沿って凹状に湾曲しており、Ｙ方向に沿って凸状に湾曲していたが、これに限らず、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に凹状に湾曲していてもよいし、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に凸状に湾曲していてもよい。また、トロイダル領域５４Ｔは、Ｘ方向に沿って凸状に湾曲しており、Ｙ方向に沿って凹状に湾曲していてもよい。 In the above-described embodiment, the toroidal region 54T is curved concavely along the X direction and curved convexly along the Y direction. It may be curved in a concave shape, or may be curved in a convex shape in both the X direction and the Y direction. Also, the toroidal region 54T may be curved convexly along the X direction and curved concavely along the Y direction.

上記実施形態においては、中心点Ｏ１は、フレネル領域５４Ｒ内に位置し、中心点Ｏ２は、フレネル領域５４Ｌ内に位置していたが、これに限らない。例えば、中心点Ｏ１，Ｏ２は、トロイダル領域５４Ｔ内に位置していてもよいし、Ｘ方向に第３のレンズ５３から外れて位置していてもよい。
また、中心点Ｏ１，Ｏ２は、Ｙ方向においてレンズ中心点５３Ｄからずれた位置に設けられていてもよい。
また、第３のレンズ５３は表裏反対に設けられていてもよい。 In the above embodiment, the center point O1 is positioned within the Fresnel region 54R and the center point O2 is positioned within the Fresnel region 54L, but the present invention is not limited to this. For example, the center points O1 and O2 may be located within the toroidal region 54T, or may be located away from the third lens 53 in the X direction.
Also, the center points O1 and O2 may be provided at positions shifted from the lens center point 53D in the Y direction.
Also, the third lens 53 may be provided upside down.

上記実施形態においては、トロイダル領域５４Ｔは、Ｙ方向よりもＸ方向に、長くかつ曲率が大きく形成されていたが、これに限らず、Ｘ方向よりもＹ方向に長く形成されていてもよいし、Ｘ方向よりもＹ方向に曲率が大きく形成されていてもよい。
さらに、トロイダル領域５４Ｔは、Ｘ方向とＹ方向において互いに同じ長さで形成されてもよいし、Ｘ方向とＹ方向において互いに同じ曲率で形成されていてもよい。 In the above-described embodiment, the toroidal region 54T is formed longer in the X direction than in the Y direction and has a larger curvature. , the curvature may be larger in the Y direction than in the X direction.
Furthermore, the toroidal regions 54T may be formed with the same length in the X direction and the Y direction, and may be formed with the same curvature in the X direction and the Y direction.

上記実施形態においては、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒは、Ｘ方向においてトロイダル領域５４Ｔを挟み込むように配置されていたが、これに限らず、Ｙ方向においてトロイダル領域５４Ｔを挟み込むように配置されてもよい。また、フレネル領域５４Ｌ，５４Ｒは、Ｘ方向及びＹ方向の両方向からトロイダル領域５４Ｔを挟み込むように配置されてもよい。 In the above embodiment, the Fresnel regions 54L and 54R are arranged so as to sandwich the toroidal region 54T in the X direction, but they may be arranged so as to sandwich the toroidal region 54T in the Y direction. Also, the Fresnel regions 54L and 54R may be arranged so as to sandwich the toroidal region 54T from both the X direction and the Y direction.

上記実施形態では、第１～第３のレンズ５１～５３は長方形板状で形成されていたが、これに限らず、例えば、正方形、円、楕円又は多角形の板状で形成されてもよい。
上記実施形態において、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示部１０からの表示光Ｌを凹面鏡２０に向けて反射する平面鏡又は凹面鏡を備えていてもよい。 In the above embodiment, the first to third lenses 51 to 53 are formed in a rectangular plate shape, but are not limited to this, and may be formed in a square, circular, elliptical, or polygonal plate shape, for example. .
In the above embodiment, the head-up display device 100 may include a plane mirror or a concave mirror that reflects the display light L from the display unit 10 toward the concave mirror 20 .

上記実施形態では、光学面１９０の等高線Ｌａが光学面１９０の短手方向に細長い形状を示していた。しかし、等高線Ｌａは図示されるほどの細長さではなく、より円に近い形状であってもよい。この場合、第３のレンズの最高位置は、図２０に示されるように光学面１９０の短手方向中央付近には現れず、長辺上（第２方向に位置する端面付近）に現れる場合もある。逆に、等高線Ｌａは、より細長い楕円形状を示してもよい。 In the above embodiment, the contour line La of the optical surface 190 has an elongated shape in the lateral direction of the optical surface 190 . However, the contour line La may not be as slender as illustrated, and may have a shape closer to a circle. In this case, the highest position of the third lens does not appear near the center of the optical surface 190 in the short direction, as shown in FIG. be. Conversely, the contour line La may exhibit a more elongated elliptical shape.

上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１００は車両２００に搭載されていたが、車両２００に限らず、飛行機、船等のその他の乗り物に搭載されてもよい。表示光Ｌが投射される被投射部材はウインドシールド２０１に限らず、専用のコンバイナであってもよい。 Although the head-up display device 100 is mounted on the vehicle 200 in the above embodiment, it may be mounted on other vehicles such as an airplane and a ship. The projected member onto which the display light L is projected is not limited to the windshield 201, and may be a dedicated combiner.

１０ 表示部
１１ バックライトユニット
１３ 表示パネルユニット
１４ 第１のケース体
１５ 第２のケース体
１６ 基板
１７ 光拡散部材
１８ 液晶表示パネル
１９ 光源
２０ 凹面鏡
３０ ハウジング
３０ｃ 開口部
３１ 窓部
３２ 嵌合孔部
４０ 放熱部材
５１～５３ 第１～第３のレンズ
５１ａ 凸レンズ部
５２ａ，５２ｂ，５４Ｓ シリンドリカルレンズ部
５２ｃ 外周枠部
５２ｉ，５４ｉ 入射面
５２ｏ，５４ｏ 射出面
５３，１５３，２５３ 第３のレンズ
５３Ｄ，１９０Ｃ レンズ中心点
１５３ｏ，２５３ｏ 光出射面
５４ レンズ本体部
５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ レンチキュラ領域
５４Ｌ，５４Ｒ フレネル領域
５４Ｐ パーティングライン
５４Ｔ トロイダル領域
５４Ｙ，５４Ｙ１，１９４，１９４ａ 山部
５４１ 第１辺
５４２ 第２辺
５５ 外枠部
５５ａ スペーサ
５５ｂ ピン通過孔部
５５ｃ 凸状板部
１００ ヘッドアップディスプレイ装置
１９０ 光学面
２００ 車両
２０１ ウインドシールド
３００ 金型
３０１ 下型
３０２ 上型
３０３～３０５ 第１～第３の分割部材
３０８ キャビティ
θ 拡散角度
Ｋ 一定間隔
Ｌ 表示光
Ｏ１，Ｏ２ 中心点
Ｐ１ 最低位置
Ｐ２，ＰＨ 最高位置
Ｅ１，Ｅ２ 端部
Ｖ 虚像
Ｗ 端面幅
Ｌａ 等高線
ＢＬ１，ＢＬ２，Ｌｂ 境界線
Ｌｚ 光線 10 display unit 11 backlight unit 13 display panel unit 14 first case body 15 second case body 16 substrate 17 light diffusion member 18 liquid crystal display panel 19 light source 20 concave mirror 30 housing 30c opening 31 window 32 fitting hole 40 Heat dissipation members 51 to 53 First to third lenses 51a Convex lens portions 52a, 52b, 54S Cylindrical lens portion 52c Peripheral frame portions 52i, 54i Entrance surfaces 52o, 54o Exit surfaces 53, 153, 253 Third lenses 53D, 190C Lens center points 153o, 253o Light exit surface 54 Lens main body portions 54A, 54B, 54C Lenticular regions 54L, 54R Fresnel region 54P Parting line 54T Toroidal regions 54Y, 54Y1, 194, 194a Mountain portion 541 First side 542 Second side 55 Outer frame portion 55a Spacer 55b Pin passage hole portion 55c Convex plate portion 100 Head-up display device 190 Optical surface 200 Vehicle 201 Windshield 300 Mold 301 Lower mold 302 Upper mold 303 to 305 First to third divided members 308 Cavity θ diffusion angle K constant interval L display light O1, O2 center point P1 lowest position P2, PH highest position E1, E2 edge V virtual image W edge width La contour lines BL1, BL2, Lb boundary line Lz light ray

Claims (4)

光源からの光の中心光線が通過するレンズ中心点に対して点対称な光学特性を示す光学面を有するレンズであって、
前記光学面は、
前記レンズ中心点を含む範囲に形成され、湾曲する非フレネル領域と、
前記非フレネル領域を挟んで位置し、フレネルレンズ形状をなす第１及び第２のフレネル領域と、を有し、
前記第１のフレネル領域は、前記レンズ中心点よりも前記第２のフレネル領域側に位置する第１中心点を中心とした同心円弧に沿い、前記第１中心点から一定間隔毎に配置される複数の第１の山部を有し、
前記第２のフレネル領域は、前記レンズ中心点よりも前記第１のフレネル領域側に位置する第２中心点を中心とした同心円弧に沿い、前記第２中心点から一定間隔毎に配置される複数の第２の山部を有する、
レンズ。 A lens having an optical surface exhibiting point-symmetrical optical characteristics with respect to the center point of the lens through which the central ray of light from the light source passes,
The optical surface is
a curved non-Fresnel region formed in a range including the lens center point;
a first and a second Fresnel region having a Fresnel lens shape located on both sides of the non-Fresnel region;
The first Fresnel regions are arranged at regular intervals from the first center point along concentric arcs centered on a first center point positioned closer to the second Fresnel region than the lens center point. having a plurality of first peaks,
The second Fresnel regions are arranged at regular intervals from the second center point along concentric arcs centered on a second center point located closer to the first Fresnel region than the lens center point. having a plurality of second peaks,
lens. 前記非フレネル領域は、前記第１及び第２のフレネル領域が並ぶ第１方向及び前記第１方向に交わる第２方向に沿ってそれぞれ異なる曲率で湾曲するトロイダル領域であり、
前記トロイダル領域は、前記第２方向よりも前記第１方向に、長くかつ曲率が大きく形成される、
請求項１に記載のレンズ。 The non-Fresnel region is a toroidal region that curves with different curvatures along a first direction in which the first and second Fresnel regions are arranged and a second direction that intersects the first direction,
The toroidal region is formed longer and with a larger curvature in the first direction than in the second direction,
A lens according to claim 1 . 前記第１中心点は、前記第２のフレネル領域内に位置し、
前記第２中心点は、前記第１のフレネル領域内に位置する、
請求項１又は２に記載のレンズ。 the first center point is located within the second Fresnel region;
the second center point is located within the first Fresnel region;
3. A lens according to claim 1 or 2. 請求項１から３の何れか１項に記載のレンズと、
前記光源と、
前記レンズを透過した前記光源からの光を受けて表示光を生成する表示パネルと、を備える、
ヘッドアップディスプレイ装置。 A lens according to any one of claims 1 to 3;
the light source;
a display panel that receives light from the light source that has passed through the lens and generates display light;
Head-up display device.

Images