JP5732969B2 - Head-up display device - Google Patents

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JP5732969B2 JP2011076008A JP2011076008A JP5732969B2 JP 5732969 B2 JP5732969 B2 JP 5732969B2 JP 2011076008 A JP2011076008 A JP 2011076008A JP 2011076008 A JP2011076008 A JP 2011076008A JP 5732969 B2 JP5732969 B2 JP 5732969B2
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俊 関谷
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Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。   The present invention relates to a head-up display device.

車両の運転手が運転中に視線をほとんど動かさずに車両情報（速度、走行距離等）を読み取れるようにするため、フロントガラスの前方に情報を表示させるヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display；ＨＵＤ）装置が提案されている。ＨＵＤ装置は、車両のダッシュボード内等に設けられ、フロントガラスに表示画像を投影することで、運転者に虚像として表示画像を視認させる。   A head-up display (HUD) that displays information in front of the windshield so that the vehicle driver can read vehicle information (speed, mileage, etc.) with little movement while driving. A device has been proposed. The HUD device is provided in a dashboard of a vehicle or the like, and causes the driver to visually recognize the display image as a virtual image by projecting the display image on the windshield.

表示画像を投影するための光源としては様々なものが考えられるが、半導体レーザーを光源としたＨＵＤ装置が特許文献１に開示されている。このＨＵＤ装置は、半導体レーザーと走査系とスクリーンとを備え、半導体レーザーが出射したレーザー光を走査系でスクリーンに向け走査して表示画像を生成するものである。   Various light sources for projecting a display image are conceivable. A HUD device using a semiconductor laser as a light source is disclosed in Patent Document 1. This HUD apparatus includes a semiconductor laser, a scanning system, and a screen, and generates a display image by scanning laser light emitted from the semiconductor laser toward the screen by the scanning system.

一般的に、レーザー光を用いたＨＵＤ装置では、スペックルと呼ばれる斑点模様が生じる。スペックルは、レーザー光の干渉性の高さに起因するものであり、粗い表面等に照射され、拡散したレーザー光同士が干渉し、光の強弱が発生することによって生じる。例えば、内部に拡散材を有する拡散板、表面の凹凸によって光を拡散するフロスト型拡散板等においてスペックルが顕著に発生する。スペックルが生じると、斑点模様により表示画像の解像度が低下し、視認性が低下するという問題があった。   In general, a spot pattern called speckle is generated in a HUD apparatus using laser light. Speckle is caused by the high coherence of laser light, and is generated when the diffused laser light interferes with each other by irradiating a rough surface or the like and the intensity of light is generated. For example, speckles are remarkably generated in a diffusion plate having a diffusion material inside, a frost type diffusion plate that diffuses light by surface irregularities, and the like. When speckle occurs, there is a problem that the resolution of the display image is lowered due to the speckled pattern, and the visibility is lowered.

このような問題を解決するものとして、特許文献２には、マイクロレンズアレイ（MicroLens Array；ＭＬＡ）を二重に配置することによって構成される二重マイクロレンズアレイ（Double MicroLens Array；ＤＭＬＡ）をＨＵＤ装置のスクリーンに用いる技術が開示されている。このようにＤＭＬＡを用いると、拡散材や表面の凹凸によらず、マイクロレンズ群の屈折作用によってレーザー光を発散させるため、スペックルの発生を低減することができる。   As a solution to such a problem, Patent Document 2 discloses a double microlens array (DMLA) configured by arranging a microlens array (MLA) in double. Techniques for use in device screens are disclosed. When DMLA is used in this manner, the generation of speckles can be reduced because the laser light is diverged by the refraction action of the microlens group regardless of the diffusing material and the unevenness of the surface.

特開平７−２７０７１１号公報JP-A-7-270711 特表２００７−５２３３６９号公報Special table 2007-523369 gazette

ＤＭＬＡを用いたＨＵＤ装置では、太陽光等の外光が、表示画像を表す光を視認者へと導く光路を逆に辿ってＤＭＬＡに到達した場合、到達した外光は、ＤＭＬＡで反射され、今度は順方向に光路を辿って視認者に到達する。すると、レーザー光による表示画像を表す光と外光とが重なって視認者に到達し、表示画像のコントラストが低下してしまう。また、スクリーンに照射されたレーザー光が、ＤＭＬＡを構成する二枚のＭＬＡ間で反射することによっても、コントラストが低下してしまう。   In a HUD device using DMLA, when external light such as sunlight reaches DMLA by reversing the optical path that guides the light representing the display image to the viewer, the external light that has reached is reflected by DMLA, This time, it follows the optical path in the forward direction and reaches the viewer. Then, the light representing the display image by the laser light and the external light overlap and reach the viewer, and the contrast of the display image is lowered. Further, the contrast is also lowered when the laser light applied to the screen is reflected between the two MLAs constituting the DMLA.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、外光によるコントラストの低下とスペックルの発生を抑え、視認性が良好な表示画像を投影することができる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 invention has been made in view of the above circumstances, and provides a head-up display device capable of projecting a display image with good visibility while suppressing a decrease in contrast and generation of speckle due to external light. With the goal.

上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光源が出射したレーザー光が到達し、到達したレーザー光を走査する走査部と、
前記走査部が走査したレーザー光が到達し、到達したレーザー光を到達した側と反対側に発散させることで表示画像を表す発散光を出射する発散部と、を備え、
前記発散部は、
前記レーザー光の入射側に位置し、複数のマイクロレンズが配列されてなるマイクロレンズアレイと、
前記レーザー光の出射側に位置し、前記複数のマイクロレンズが集光した光を通過させる複数の開口部を有して形成された遮光部材からなるアパーチャアレイと、を有し、
前記複数のマイクロレンズの各々は、前記マイクロレンズアレイにおいて、垂直方向に第１のピッチで、水平方向に第２のピッチで配列され、
前記複数の開口部の各々は、前記アパーチャアレイにおいて、垂直方向に前記第１のピッチよりも大きい第３のピッチで、水平方向に前記第２のピッチより大きい第４のピッチで配列され、
前記発散部の前記アパーチャアレイの前記複数の開口部から出射された前記表示画像を表す発散光を透明板に投影することで、前記透明板の前方に前記表示画像の虚像を表示することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a head-up display device according to the present invention includes:
A laser light source that emits laser light;
A scanning unit that the laser beam emitted from the laser light source reaches and scans the laser beam that has reached,
The laser beam scanned by the scanning unit arrives, and includes a diverging unit that emits divergent light that represents a display image by diverging the laser beam that has reached the side that has reached the laser beam,
The diverging part is
A microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, on the incident side of the laser beam;
An aperture array made of a light-shielding member, which is located on the laser beam emission side and has a plurality of openings through which light collected by the plurality of microlenses passes.
Each of the plurality of microlenses is arranged with a first pitch in the vertical direction and a second pitch in the horizontal direction in the microlens array,
Each of the plurality of openings is arranged in the aperture array at a third pitch that is larger than the first pitch in the vertical direction and at a fourth pitch that is larger than the second pitch in the horizontal direction ,
Projecting divergent light representing the display image emitted from the plurality of openings of the aperture array of the diverging unit onto a transparent plate to display a virtual image of the display image in front of the transparent plate. And

本発明によれば、外光によるコントラストの低下とスペックルの発生を抑え、視認性が良好な表示画像を投影することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the contrast by external light and generation | occurrence | production of a speckle can be suppressed, and a display image with favorable visibility can be projected.

本発明の一実施形態に係る表示装置の車両への搭載態様及び虚像がどのように結像されるかを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows how the display apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is mounted in the vehicle, and how a virtual image is formed. 本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the HUD apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図２のＨＵＤ装置が備える合成レーザー光発生装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the synthetic | combination laser beam generator with which the HUD apparatus of FIG. 2 is provided. （ａ）は、図３のビーム整形部の概略構成図であり、（ｂ）は、ビーム整形部を構成する各部を通過した光の断面形状を説明するための図であり、（ｃ）は、ビーム整形部を構成する各部を通過した光の断面強度を説明するための図である。(A) is a schematic block diagram of the beam shaping part of FIG. 3, (b) is a figure for demonstrating the cross-sectional shape of the light which passed each part which comprises a beam shaping part, (c) is It is a figure for demonstrating the cross-sectional intensity | strength of the light which passed through each part which comprises a beam shaping part. 本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置の制御系統を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the control system of the HUD apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図２の透過スクリーンの側面視における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the side view of the transmissive screen of FIG. （ａ）は、ＭＬＡの拡大平面図であり、（ｂ）は、アパーチャアレイの拡大平面図である。(A) is an enlarged plan view of the MLA, and (b) is an enlarged plan view of the aperture array. （ａ）は、透過スクリーンが出射した表示光の強度分布のシミュレーション結果を示す図であり、（ｂ）は、比較例としてＤＭＬＡを使用したスクリーンが出射した表示光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。(A) is a figure which shows the simulation result of the intensity distribution of the display light which the transmission screen radiate | emitted, (b) shows the simulation result of the intensity distribution of the display light which the screen which used DMLA as a comparative example. FIG. ｄＨ＝ｄＨ’である場合の透過スクリーンの端部におけるレーザー光の集光位置とアパーチャアレイの開口部位置との関係を説明するための図である。It is a diagram for explaining the relationship between the opening position of the condensing position and the aperture array of the laser beam at the end of the translucent screen when it is d H = d H '. 比較例として、ｄＨ＝ｄＨ’である場合のＨＵＤ装置における光学系を説明するための図である。As a comparative example, it is a diagram for explaining an optical system in the HUD device when it is d H = d H '. 本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置における光学系を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical system in the HUD apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る透過スクリーンの端部におけるレーザー光の集光位置とアパーチャアレイの開口部位置との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the condensing position of the laser beam in the edge part of the transmissive screen which concerns on one Embodiment of this invention, and the opening part position of an aperture array.

本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置を、図１〜図１２を参照して説明する。   A HUD device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、図１に示すように、車両２のダッシュボード内に設けられ、生成した表示画像Ｌ（図２参照）を表す光をウインドシールド３（透明板の一例）で反射させることにより、運転者に車両情報を表す表示画像Ｌの虚像Ｖを視認させる装置である。運転者は、視域であるＥｙｅｂｏｘ４において、表示画像Ｌを虚像Ｖとして視認する。なお、図１の虚像Ｖは、感覚的な理解を容易にするため、模式的に示したものである。図２の表示画像Ｌも同様である。   As shown in FIG. 1, the HUD device 1 according to the present embodiment is provided in the dashboard of the vehicle 2 and emits light representing the generated display image L (see FIG. 2) to the windshield 3 (an example of a transparent plate). This is a device that allows the driver to visually recognize the virtual image V of the display image L that represents the vehicle information. The driver visually recognizes the display image L as a virtual image V in Eyebox 4 which is a viewing area. Note that the virtual image V in FIG. 1 is schematically shown in order to facilitate sensory understanding. The same applies to the display image L in FIG.

図１に示すＨＵＤ装置１は、図２に示すように、合成レーザー光発生装置１０と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スキャナ２０と、入射角制御レンズ３０と、透過スクリーン４０と、反射部５０と、ハウジング６０と、を備える。
なお、ＭＥＭＳスキャナ２０は走査部の一例、入射角制御レンズ３０は屈折部の一例、透過スクリーン４０は発散部の一例である。 As shown in FIG. 2, the HUD device 1 shown in FIG. 1 includes a synthetic laser light generation device 10, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) scanner 20, an incident angle control lens 30, a transmission screen 40, and a reflection unit 50. And a housing 60.
The MEMS scanner 20 is an example of a scanning unit, the incident angle control lens 30 is an example of a refraction unit, and the transmission screen 40 is an example of a diverging unit.

合成レーザー光発生装置１０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色のレーザー光を合波して１本の合成レーザー光を出射する装置であり、図３に示すように、レーザーダイオード（Laser Diode；ＬＤ）１１と、ビーム整形光学系１２と、集光光学系１３と、ダイクロイックミラー１４，１５と、を備える。   The synthetic laser light generator 10 is an apparatus that combines laser beams of three primary colors of R, G, and B to emit one synthetic laser light. As shown in FIG. 3, a laser diode (LD) is used. ) 11, a beam shaping optical system 12, a condensing optical system 13, and dichroic mirrors 14 and 15.

ＬＤ１１は、図３に示すように、赤色のレーザー光Ｒを発するＬＤ１１ｒ、緑色のレーザー光Ｇを発するＬＤ１１ｇ、青色のレーザー光Ｂを発するＬＤ１１ｂ、から構成される。ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々は、ダイクロイックミラー１５から出射されるレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の偏光方向（電場振動方向）が一致するように配設される。なお、レーザー光がどのようにダイクロイックミラー１５から出射されるかは後に詳述する。   As shown in FIG. 3, the LD 11 includes an LD 11 r that emits red laser light R, an LD 11 g that emits green laser light G, and an LD 11 b that emits blue laser light B. Each of the LDs 11r, 11g, and 11b is disposed so that the polarization directions (electric field oscillation directions) of the laser beams R, G, and B emitted from the dichroic mirror 15 coincide. Note that how the laser light is emitted from the dichroic mirror 15 will be described in detail later.

ビーム整形光学系１２は、レーザー光の不均一な強度分布を均一化するとともに、ビーム形状を所望の形状に変換する光学系であり、ビーム整形部１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから構成される。ビーム整形部１２ｒは、ＬＤ１１ｒに対応し、ＬＤ１１ｒが出射するレーザー光Ｒの進行方向側であって光路上に配置される。ビーム整形部１２ｇとＬＤ１１ｇとの対応関係、ビーム整形部１２ｂとＬＤ１１ｂとの対応関係についても同様である。   The beam shaping optical system 12 is an optical system that uniformizes the non-uniform intensity distribution of the laser light and converts the beam shape into a desired shape, and includes beam shaping units 12r, 12g, and 12b. The beam shaping unit 12r corresponds to the LD 11r and is disposed on the optical path on the traveling direction side of the laser light R emitted from the LD 11r. The same applies to the correspondence between the beam shaping unit 12g and the LD 11g and the correspondence between the beam shaping unit 12b and the LD 11b.

ビーム整形部１２ｒは、図４（ａ）に示すように、コリメートレンズ１２１ｒと、Ｔｏｐ−Ｈａｔ変換部１２２ｒと、アパーチャ１２３ｒと、を備える。これらは、ＬＤ１１ｒの出射光の進行方向側であって光路上に各々配置され、ＬＤ１１ｒから近い順に、コリメートレンズ１２１ｒ、Ｔｏｐ−Ｈａｔ変換部１２２ｒ、アパーチャ１２３ｒ、と配置される。   As shown in FIG. 4A, the beam shaping unit 12r includes a collimating lens 121r, a Top-Hat conversion unit 122r, and an aperture 123r. These are respectively arranged on the optical path on the traveling direction side of the emitted light of the LD 11r, and arranged in the order closer to the LD 11r, the collimating lens 121r, the Top-Hat converter 122r, and the aperture 123r.

コリメートレンズ１２１ｒは、その焦点に光源が配置された場合に、光源から出射され、通過した光を平行光にするように収差補正されたレンズである。コリメートレンズ１２１ｒは、その焦点にＬＤ１１ｒが位置するように配置される。   The collimating lens 121r is a lens that has been subjected to aberration correction so that light emitted from and passed through the light source becomes parallel light when the light source is disposed at the focal point thereof. The collimating lens 121r is arranged so that the LD 11r is located at the focal point.

Ｔｏｐ−Ｈａｔ変換部１２２ｒは、例えばΠシェーパーと呼ばれる装置から構成され、ガウス分布状のレーザー光を、テレスコープ型等の周知のレンズシステムを通じてトップハット型の波形のレーザー光に変換するものである。Ｔｏｐ−Ｈａｔ変換部１２２ｒにおけるレンズシステムは、変換前のレーザー光の強度分布に応じてレンズ面形状が最適化され、構成される。   The Top-Hat converter 122r is composed of, for example, a device called a heel shaper, and converts a Gaussian laser beam into a top-hat type laser beam through a known lens system such as a telescope type. . The lens system in the Top-Hat converter 122r is configured by optimizing the lens surface shape according to the intensity distribution of the laser light before conversion.

アパーチャ１２３ｒは、板状の部材であり、開口部を有して金属等により形成されるものである。その開口部の形状は、例えば正方形であり、後述するＭＬＡ４１のマイクロレンズ（ＭＬ）４１ａの外形に合わせて決定される。また、開口部の大きさは、ＭＬＡ４１のＭＬ４１ａの配列ピッチとＬＤ１１ｒからのレーザー光Ｒの波長とを鑑みて、後述する収束光が所望の開口数（Numerical Aperture；ＮＡ）となるように決定される。   The aperture 123r is a plate-like member and has an opening and is made of metal or the like. The shape of the opening is, for example, a square, and is determined according to the outer shape of a micro lens (ML) 41a of an MLA 41 described later. Further, the size of the opening is determined in consideration of the arrangement pitch of the ML 41a of the MLA 41 and the wavelength of the laser light R from the LD 11r so that the convergent light described later has a desired numerical aperture (NA). The

以上の構成からなるビーム整形部１２ｒを、ＬＤ１１ｒから出射されたレーザー光Ｒが通過していく過程で、その断面形状と断面強度がどのように変化するかを図４（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。   FIGS. 4B and 4C show how the cross-sectional shape and the cross-sectional intensity change in the process in which the laser beam R emitted from the LD 11r passes through the beam shaping unit 12r having the above configuration. Will be described with reference to FIG.

まず、ＬＤ１１ｒが出射した直後のレーザー光Ｒは、放射状に拡散しながらコリメートレンズ１２１ｒに到達する。レーザー光Ｒがコリメートレンズ１２１ｒを通過すると、拡散光であったレーザー光Ｒは、平行光となる。ここでの通過光の断面形状は、図４（ｂ）のｂ１に示すように、通過前と同様に円状であり、その断面強度は、図４（ｃ）のｃ１に示すように、ガウス分布状であり、強度分布は不均一のままである。   First, the laser light R immediately after being emitted from the LD 11r reaches the collimating lens 121r while diffusing radially. When the laser light R passes through the collimating lens 121r, the laser light R that was diffused light becomes parallel light. The cross-sectional shape of the passing light here is circular as shown in b1 of FIG. 4B, and the cross-sectional intensity is Gaussian as shown in c1 of FIG. 4C. It is distributed and the intensity distribution remains non-uniform.

続いて、コリメートレンズ１２１ｒを通過し、平行光となったレーザー光Ｒは、Ｔｏｐ−Ｈａｔ変換部１２２ｒに到達する。レーザー光ＲがＴｏｐ−Ｈａｔ変換部１２２ｒを通過すると、図４（ｃ）のｃ２に示すように、断面強度が均一化されたΠ型のレーザー光Ｒとなる。ここでの通過光の断面形状は、図４（ｂ）のｂ２に示すように、通過前と同様に円状である。   Subsequently, the laser light R that has passed through the collimator lens 121r and became parallel light reaches the Top-Hat converter 122r. When the laser beam R passes through the Top-Hat converter 122r, it becomes a bowl-shaped laser beam R with uniform cross-sectional intensity, as indicated by c2 in FIG. The cross-sectional shape of the passing light here is circular as before passing, as indicated by b2 in FIG. 4 (b).

続いて、Ｔｏｐ−Ｈａｔ変換部１２２ｒを通過し、均一化されたレーザー光Ｒは、アパーチャ１２３ｒに到達する。レーザー光Ｒがアパーチャ１２３ｒを通過すると、図４（ｂ）のｂ３に示すように、その断面形状は、アパーチャ１２３ｒの開口部の形状に切り出されたように、略正方形状になる。ここでの通過光の断面強度は、図４（ｃ）のｃ３に示すように、コリメートレンズ１２１ｒを通過することによって、均一化されたままである。   Subsequently, the uniformized laser light R that has passed through the Top-Hat converter 122r reaches the aperture 123r. When the laser light R passes through the aperture 123r, as shown by b3 in FIG. 4B, the cross-sectional shape becomes a substantially square shape as if it was cut into the shape of the opening of the aperture 123r. The cross-sectional intensity of the passing light here is kept uniform by passing through the collimating lens 121r, as indicated by c3 in FIG. 4C.

つまり、ＬＤ１１ｒから出射され、ビーム整形部１２ｒを通過したレーザー光Ｒは、図４（ｂ）のｂ３に示すように、その断面形状が略正方形状となり、図４（ｃ）のｃ３に示すように、その断面強度が均一化されたものとなる。   That is, the laser light R emitted from the LD 11r and having passed through the beam shaping unit 12r has a substantially square cross section as shown by b3 in FIG. 4B, and is shown by c3 in FIG. 4C. In addition, the cross-sectional strength becomes uniform.

図３に示すビーム整形部１２ｇは、図示しない、コリメートレンズ１２１ｇと、Ｔｏｐ−Ｈａｔ変換部１２２ｇと、アパーチャ１２３ｇと、を備える。これら各部の対応関係は、上記で説明したビーム整形部１２ｒと同様である。また、図３に示すビーム整形部１２ｂは、図示しない、コリメートレンズ１２１ｂと、Ｔｏｐ−Ｈａｔ変換部１２２ｂと、アパーチャ１２３ｂと、を備える。これら各部の対応関係も、上記で説明したビーム整形部１２ｒと同様である。
つまり、ＬＤ１１ｇから出射され、ビーム整形部１２ｇを通過したレーザー光Ｇは、その断面形状が略正方形状となり、その断面強度が均一化されたものとなる。また、ＬＤ１１ｂから出射され、ビーム整形部１２ｂを通過したレーザー光Ｂは、その断面形状が略正方形状となり、その断面強度が均一化されたものとなる。 The beam shaping unit 12g illustrated in FIG. 3 includes a collimator lens 121g, a Top-Hat conversion unit 122g, and an aperture 123g, which are not illustrated. The correspondence between these units is the same as that of the beam shaping unit 12r described above. 3 includes a collimator lens 121b, a Top-Hat converter 122b, and an aperture 123b (not shown). The correspondence between these units is the same as that of the beam shaping unit 12r described above.
That is, the laser light G emitted from the LD 11g and having passed through the beam shaping unit 12g has a substantially square cross-sectional shape and a uniform cross-sectional intensity. Further, the laser beam B emitted from the LD 11b and having passed through the beam shaping unit 12b has a substantially square cross-sectional shape and a uniform cross-sectional intensity.

図３に示す集光光学系１３は、ビーム整形光学系１２から出射されたレーザー光を集光する光学系であり、集光レンズ１３ｒ，１３ｇ，１３ｂから構成される。集光レンズ１３ｒは、ビーム整形部１２ｒに対応し、ビーム整形部１２ｒが出射するレーザー光Ｒの進行方向側であって光路上に配置され、通過したレーザー光Ｒを収束光にする。集光レンズ１３ｒのレンズ面形状は、レーザー光Ｒが、後述する透過スクリーン４０で回折限界となるように決定される。集光レンズ１３ｇとビーム整形部１２ｇとの対応関係、集光レンズ１３ｂとビーム整形部１２ｂとの対応関係についても同様である。   The condensing optical system 13 shown in FIG. 3 is an optical system that condenses the laser light emitted from the beam shaping optical system 12, and includes condensing lenses 13r, 13g, and 13b. The condensing lens 13r corresponds to the beam shaping unit 12r, is disposed on the optical path on the traveling direction side of the laser light R emitted from the beam shaping unit 12r, and makes the laser beam R that has passed the converged light. The lens surface shape of the condensing lens 13r is determined so that the laser beam R becomes a diffraction limit by the transmission screen 40 described later. The same applies to the correspondence between the condenser lens 13g and the beam shaping unit 12g and the correspondence between the condenser lens 13b and the beam shaping unit 12b.

ダイクロイックミラー１４と１５は、それぞれ、誘電体の多層膜等の薄膜が鏡面に形成された鏡で構成され、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が出射したレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを反射又は透過させ、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを１本のレーザー光に合波する。   Each of the dichroic mirrors 14 and 15 is configured by a mirror in which a thin film such as a dielectric multilayer film is formed on the mirror surface, and reflects or transmits the laser beams R, G, and B emitted from the LDs 11r, 11g, and 11b. The laser beams R, G, and B are combined into one laser beam.

ダイクロイックミラー１４は、集光レンズ１３ｒと集光レンズ１３ｂとから出射される光の進行方向側に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、レーザー光Ｂを透過し、レーザー光Ｒを反射する。このようにして、ダイクロイックミラー１４は、レーザー光ＲとＢを合波する。   The dichroic mirror 14 is located on the traveling direction side of the light emitted from the condensing lens 13r and the condensing lens 13b, and is disposed at a predetermined angle with respect to the traveling direction of each light. Thereby, the laser beam B is transmitted and the laser beam R is reflected. In this way, the dichroic mirror 14 combines the laser beams R and B.

ダイクロイックミラー１５は、集光レンズ１３ｇとダイクロイックミラー１４とから出射される光の進行方向側に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、合波されたレーザー光Ｒ，Ｂを透過し、レーザー光Ｇを反射する。このようにして、ダイクロイックミラー１５は、レーザー光Ｒ，Ｂとレーザー光Ｇをさらに合波する。   The dichroic mirror 15 is located on the traveling direction side of the light emitted from the condenser lens 13g and the dichroic mirror 14, and is disposed at a predetermined angle with respect to the traveling direction of each light. Thereby, the combined laser beams R and B are transmitted, and the laser beam G is reflected. In this way, the dichroic mirror 15 further combines the laser beams R and B and the laser beam G.

以上の構成からなる合成レーザー光発生装置１０は、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々から出射されたレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを、１本の合成レーザー光に合波して、出射する。なお、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々は、合波レーザー光を構成するレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の偏光方向を考慮して調節して配置されており、合成レーザー光発生装置１０が出射する合波レーザー光を構成するレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの各々の偏光方向は一致する。また、この偏光方向は、表示画像Ｌを表す光が到達するウインドシールド３の反射率の偏光依存性を考慮して決定されている。   The combined laser beam generator 10 having the above configuration combines the laser beams R, G, and B emitted from each of the LDs 11r, 11g, and 11b into a single combined laser beam and emits it. Each of the LDs 11r, 11g, and 11b is arranged by adjusting the polarization directions of the laser beams R, G, and B constituting the combined laser beam, and the combined laser beam generator 10 emits the light. The polarization directions of the laser beams R, G, and B constituting the combined laser beam to be matched are the same. The polarization direction is determined in consideration of the polarization dependence of the reflectance of the windshield 3 to which the light representing the display image L arrives.

図２に戻って、ＭＥＭＳスキャナ２０は、合成レーザー光発生装置１０が出射したレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの合成レーザー光を走査して、透過スクリーン４０の上面に表示画像Ｌを生成する。なお、ここで「上」とは、図示する両端矢印のように、ＨＵＤ装置１に対して、ウインドシールド３側の方向を言う。「下」は、その逆方向を言う。   Returning to FIG. 2, the MEMS scanner 20 scans the combined laser beams R, G, and B emitted from the combined laser beam generator 10 to generate a display image L on the upper surface of the transmission screen 40. Here, “up” refers to the direction of the windshield 3 with respect to the HUD device 1 as shown by the double-ended arrows shown in the figure. “Down” refers to the opposite direction.

入射角制御レンズ３０は、ＭＥＭＳスキャナ２０で走査されたレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの合成レーザー光を、走査位置に応じた入射角で透過スクリーン４０へ入射させる。入射角制御レンズ３０は、合成レーザー光の透過スクリーン４０への入射角を、透過スクリーン４０以降の光学系（反射部５０、ウインドシールド３）の特性に合わせて最適化するように形成され、配置されている。   The incident angle control lens 30 causes the combined laser light of the laser lights R, G, and B scanned by the MEMS scanner 20 to be incident on the transmission screen 40 at an incident angle corresponding to the scanning position. The incident angle control lens 30 is formed and arranged so as to optimize the incident angle of the synthetic laser light on the transmission screen 40 in accordance with the characteristics of the optical system (the reflection unit 50 and the windshield 3) after the transmission screen 40. Has been.

透過スクリーン４０は、ＭＥＭＳスキャナ２０が走査したレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを下面で受光して上面に表示画像Ｌを表示する。透過スクリーン４０は、図６に示すように、ＭＬＡ４１、アパーチャアレイ４２から構成され、ＭＥＭＳスキャナ２０で走査されたレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを発散し、拡大する。表示画像Ｌは、このように拡大されたレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂによって表される。透過スクリーン４０の構成と機能については、後に詳述する。また、透過スクリーン４０は、その下面に、後述するカラーセンサ７０を備える。   The transmission screen 40 receives the laser beams R, G, and B scanned by the MEMS scanner 20 on the lower surface and displays the display image L on the upper surface. As shown in FIG. 6, the transmission screen 40 includes an MLA 41 and an aperture array 42, and divides and expands the laser beams R, G, and B scanned by the MEMS scanner 20. The display image L is represented by the laser beams R, G, and B thus enlarged. The configuration and function of the transmissive screen 40 will be described in detail later. The transmissive screen 40 includes a color sensor 70 described later on the lower surface thereof.

反射部５０は、透過スクリーン４０の上面に表示された表示画像Ｌが、所望の位置に、所望の大きさで、虚像Ｖとして結ばれるように、図２に示すように、透過スクリーン４０とウインドシールド３の光路間に設けられる光学系である。反射部５０は、平面ミラー５１と拡大ミラー５２の２枚の鏡から構成される。   As shown in FIG. 2, the reflection unit 50 is connected to the transmission screen 40 and the window so that the display image L displayed on the upper surface of the transmission screen 40 is connected to the desired position as a virtual image V with a desired size. This is an optical system provided between the optical paths of the shield 3. The reflection unit 50 includes two mirrors, a plane mirror 51 and a magnifying mirror 52.

平面ミラー５１は、平面状の全反射ミラー等であり、透過スクリーン４０に表示された表示画像Ｌを表す、透過スクリーン４０を透過した表示画像Ｌを表す光（表示光）を受ける位置に配置され、表示光を拡大ミラー５２に向かって反射させる。   The plane mirror 51 is a planar total reflection mirror or the like, and is disposed at a position for receiving light (display light) representing the display image L transmitted through the transmission screen 40 and representing the display image L displayed on the transmission screen 40. The display light is reflected toward the magnifying mirror 52.

拡大ミラー５２は、凹面鏡等であり、平面ミラー５１で反射された表示光を凹面で反射させることで、反射光をウインドシールド３に向かって出射する。これにより、結ばれる虚像Ｖの大きさは、表示画像Ｌが拡大された大きさのものになる。拡大ミラー５２による表示画像Ｌの拡大倍率は、拡大ミラー５２の焦点距離（曲率半径）や透過スクリーン４０と拡大ミラー５２間の距離で決まる。拡大ミラー５２の焦点距離が短い方が光路スペースを低減できるが、拡大ミラー５２による拡大倍率は、表示画像Ｌの大きさ、虚像Ｖとして結像させたい像の大きさ、虚像Ｖの像歪み、ＨＵＤ装置１の許容体積（光路スペース）等を勘案して最適な値となるように決定される。   The magnifying mirror 52 is a concave mirror or the like, and reflects the display light reflected by the flat mirror 51 on the concave surface, thereby emitting the reflected light toward the windshield 3. As a result, the size of the virtual image V to be connected becomes a size obtained by enlarging the display image L. The magnification of the display image L by the magnifying mirror 52 is determined by the focal length (curvature radius) of the magnifying mirror 52 and the distance between the transmission screen 40 and the magnifying mirror 52. Although the optical path space can be reduced when the focal length of the magnifying mirror 52 is short, the magnification by the magnifying mirror 52 is such that the size of the display image L, the size of the image to be imaged as the virtual image V, the image distortion of the virtual image V, The optimum value is determined in consideration of the allowable volume (optical path space) of the HUD device 1 and the like.

ハウジング６０は、上方に所定の大きさの開口部を有して、箱状に、硬質樹脂等から形成されるものであり、その内部の所定の位置に配置された上記各部（合成レーザー光発生装置１０、ＭＥＭＳスキャナ２０、入射角制御レンズ３０、透過スクリーン４０、反射部５０）を収納する。また、ハウジング６０の開口部には、窓部６１が取り付けられる。   The housing 60 has an opening of a predetermined size on the upper side, and is formed in a box shape from a hard resin or the like. The apparatus 10, the MEMS scanner 20, the incident angle control lens 30, the transmission screen 40, and the reflection unit 50) are accommodated. A window 61 is attached to the opening of the housing 60.

窓部６１は、ハウジング６０の開口部の形状に合わせて、アクリル等の透光性樹脂から湾曲形状に形成され、ハウジング６０の開口部に溶着等により取り付けられる。また、窓部６１は、拡大ミラー５２で反射された光を透過させる。また、窓部６１は、その下面に、後述するライトセンサ８０を備える。   The window 61 is formed in a curved shape from a translucent resin such as acrylic in accordance with the shape of the opening of the housing 60, and is attached to the opening of the housing 60 by welding or the like. Further, the window part 61 transmits the light reflected by the magnifying mirror 52. Moreover, the window part 61 is provided with the light sensor 80 mentioned later in the lower surface.

次に、図５を参照して、ＨＵＤ装置１の制御系統について説明する。
ＨＵＤ装置１は、図５に示すように、カラーセンサ７０と、ライトセンサ８０と、制御部９０と、ＭＥＭＳドライバ１００と、前述した合成レーザー光発生装置１０とＭＥＭＳスキャナ２０と、を備える。 Next, a control system of the HUD device 1 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, the HUD device 1 includes a color sensor 70, a light sensor 80, a control unit 90, a MEMS driver 100, the above-described synthetic laser light generation device 10, and a MEMS scanner 20.

カラーセンサ７０は、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光強度を検出し、検出した光強度のアナログデータを制御部９０の後述するマイコン９１に供給する。また、本実施形態では、カラーセンサ７０は、透過スクリーン４０の下面に設置されているが、その設置場所は、検出光の強度が所定値以上検出可能な範囲であれば任意である。   The color sensor 70 detects the light intensity of each of the laser beams R, G, and B, and supplies analog data of the detected light intensity to the microcomputer 91 (to be described later) of the control unit 90. In the present embodiment, the color sensor 70 is installed on the lower surface of the transmissive screen 40, but the installation location is arbitrary as long as the intensity of the detection light is within a predetermined value.

ライトセンサ８０は、外光強度を検出し、検出した外光強度のアナログデータを制御部９０の後述するマイコン９１に供給する。また、本実施形態では、ライトセンサ８０は、窓部６１の下面に設置されているが、その設置場所は、外光強度が所定値以上検出可能な範囲であれば任意である。   The light sensor 80 detects the external light intensity and supplies analog data of the detected external light intensity to the microcomputer 91 described later of the control unit 90. In the present embodiment, the light sensor 80 is installed on the lower surface of the window 61. However, the installation location is arbitrary as long as the external light intensity can be detected at a predetermined value or more.

制御部９０は、マイコン９１、出力制御部９２、図示しないＤＡＣ（Digital to Analog Converter）等から構成される。ＤＡＣは、カラーセンサ７０、ライトセンサ８０から受信したアナログデータをデジタルデータに変換し、マイコン９１に供給する。   The control unit 90 includes a microcomputer 91, an output control unit 92, a DAC (Digital to Analog Converter) (not shown), and the like. The DAC converts analog data received from the color sensor 70 and the light sensor 80 into digital data and supplies the digital data to the microcomputer 91.

マイコン９１は、ＨＵＤ装置１における種々の動作を制御する。マイコン９１は、表示画像Ｌを表示するための画像データを図示しない記憶部からＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signal）通信等で取得する。また、記憶部には、所定の動作プログラム、カラーセンサ７０が配置された位置を示す位置データ等が予め記憶されている。   The microcomputer 91 controls various operations in the HUD device 1. The microcomputer 91 acquires image data for displaying the display image L from a storage unit (not shown) by LVDS (Low Voltage Differential Signal) communication or the like. The storage unit stores in advance a predetermined operation program, position data indicating the position where the color sensor 70 is disposed, and the like.

例えば、マイコン９１は、記憶されている動作プログラムを実行し以下のように動作する。
ａ）マイコン９１は、制御データを生成し、生成した制御データを出力制御部９２に出力することで、出力制御部９２を介してＬＤ１１を駆動する。なお、ここで生成される制御データとは、カラーセンサ７０から受信し、ＤＡＣによって変換されたレーザー光強度のデジタルデータに基づき生成されるものであり、ＬＤ１１ｒｒ、１１ｇ、１１ｂの各々が出射するレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの光強度を、ＬＶＤＳ通信等で供給された画像データに基づく映像信号が要求する強度にするための制御データ等である。
ｂ）マイコン９１は、ＭＥＭＳドライバ１００を介して、ＭＥＭＳスキャナ２０を駆動する。
ｃ）マイコン９１は、予め記憶している位置データに基づく所定のタイミング等に応じて、出力制御部９２に制御データを供給し、カラーセンサ７０から光強度のデータを取得する。 For example, the microcomputer 91 executes a stored operation program and operates as follows.
a) The microcomputer 91 generates control data, and outputs the generated control data to the output control unit 92, thereby driving the LD 11 via the output control unit 92. The control data generated here is generated based on the digital data of the laser light intensity received from the color sensor 70 and converted by the DAC, and is emitted from each of the LDs 11rr, 11g, and 11b. This is control data or the like for setting the light intensity of the light R, G, and B to the intensity required by the video signal based on the image data supplied by LVDS communication or the like.
b) The microcomputer 91 drives the MEMS scanner 20 via the MEMS driver 100.
c) The microcomputer 91 supplies control data to the output control unit 92 in accordance with a predetermined timing based on position data stored in advance, and acquires light intensity data from the color sensor 70.

出力制御部９２は、マイコン９１から供給された制御データに基づいて、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々の出力を制御し、ＬＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを駆動する。   The output control unit 92 controls the outputs of the LDs 11r, 11g, and 11b based on the control data supplied from the microcomputer 91, and drives the LDs 11r, 11g, and 11b.

以上の構成からなるＨＵＤ装置１において、ｉ）合成レーザー光発生装置１０は、制御部９０の制御の下、合成レーザー光をＭＥＭＳスキャナ２０に向け出射し、ＭＥＭＳスキャナ２０は、受光した合成レーザー光を透過スクリーン４０に向けて走査し、透過スクリーン４０上に表示画像Ｌを生成する。ｉｉ）表示画像Ｌを表す光（表示光）は、反射部５０（平面ミラー５１と拡大ミラー５２）で反射され、その反射光は、ウインドシールド３に向けて出射される。このようにして、ＨＵＤ装置１は、表示光を出射する。ｉｉｉ）ＨＵＤ装置１が出射した表示光がウインドシールド３で反射されることで、図１に示すように、運転者から見てウインドシールド３の前方に、表示画像Ｌの虚像Ｖが結ばれる。これにより、運転者は、視域であるＥｙｅｂｏｘ４において、表示画像Ｌを虚像Ｖとして視認することができる。   In the HUD device 1 having the above-described configuration, i) the synthetic laser light generator 10 emits synthetic laser light toward the MEMS scanner 20 under the control of the control unit 90, and the MEMS scanner 20 receives the received synthetic laser light. Is scanned toward the transmissive screen 40 to generate a display image L on the transmissive screen 40. ii) The light (display light) representing the display image L is reflected by the reflecting section 50 (the plane mirror 51 and the magnifying mirror 52), and the reflected light is emitted toward the windshield 3. In this way, the HUD device 1 emits display light. iii) As the display light emitted from the HUD device 1 is reflected by the windshield 3, a virtual image V of the display image L is formed in front of the windshield 3 as seen from the driver as shown in FIG. Accordingly, the driver can visually recognize the display image L as the virtual image V in the Eyebox 4 that is the viewing area.

（透過スクリーン４０）
ここで、本実施形態に特有の透過スクリーン４０について詳細に説明する。
図２に示す透過スクリーン４０は、図６に示すように、レーザー光の入射側に位置するＭＬＡ４１と、出射側に位置するアパーチャアレイ４２と、から構成される。 (Transparent screen 40)
Here, the transmission screen 40 unique to the present embodiment will be described in detail.
As shown in FIG. 6, the transmission screen 40 shown in FIG. 2 includes an MLA 41 positioned on the laser beam incident side and an aperture array 42 positioned on the output side.

ＭＬＡ４１は、図７（ａ）に示すように、その面内方向において、例えばレンズサイズ１００μｍ程度の複数のマイクロレンズ（ＭＬ）４１ａの各々が、水平方向にｄＨ、垂直方向にｄＶのピッチで周期的に配列するようにして形成されるものである。本実施形態ではｄＨ＝ｄＶであり、ＭＬＡ４１は、正方形のマイクロレンズが格子状に周期的に配列され、隣り合うＭＬ４１ａ同士に生じる隙間や段差が最小限となるように形成されている。ここでのピッチとは、互いに隣接するＭＬ４１ａのレンズ中心間の距離であり、以後、このピッチを「ＭＬＡ４１のピッチ」と呼ぶ。 As shown in FIG. 7A, in the in-plane direction of the MLA 41, for example, a plurality of microlenses (ML) 41a having a lens size of about 100 μm each have a pitch of d H in the horizontal direction and d V in the vertical direction. Are formed so as to be arranged periodically. In this embodiment, d H = d V , and the MLA 41 is formed such that square microlenses are periodically arranged in a lattice shape, and gaps and steps generated between adjacent MLs 41a are minimized. Here, the pitch is the distance between the lens centers of the ML 41a adjacent to each other, and this pitch is hereinafter referred to as the “MLA 41 pitch”.

アパーチャアレイ４２は、図７（ｂ）に示すように、その面内方向において、複数の開口部４２ａの各々が、水平方向にｄＨ’、垂直方向にｄＶ’のピッチで周期的に配列するように、フォトリソグラフィ技術等により形成されるものである。ここでのピッチとは、互いに隣接する開口部４２ａの中心間の距離であり、以後、このピッチを「アパーチャアレイ４２のピッチ」と呼ぶ。
本実施形態ではｄＨ’＝ｄＶ’であり、アパーチャアレイ４２のピッチは、ＭＬＡ４１のピッチよりも僅かに大きく、ｄＨ’＞ｄＨである。ＭＬＡ４１とアパーチャアレイ４２のピッチについては、後に詳述する。 As shown in FIG. 7B, the aperture array 42 has a plurality of openings 42a periodically arranged at a pitch of d H ′ in the horizontal direction and d V ′ in the vertical direction in the in-plane direction. Thus, it is formed by a photolithography technique or the like. Here, the pitch is the distance between the centers of the openings 42a adjacent to each other, and this pitch is hereinafter referred to as the “pitch of the aperture array 42”.
In this embodiment, d H ′ = d V ′, and the pitch of the aperture array 42 is slightly larger than the pitch of the MLA 41, and d H ′> d H. The pitch between the MLA 41 and the aperture array 42 will be described in detail later.

アパーチャアレイ４２の開口部４２ａは、その大きさがＭＬ４１ａのレンズサイズの１／５〜１／１０程度となるように調整して形成されている。アパーチャアレイ４２の開口部４２ａ以外の領域は、図示するように、遮光部４２ｂである。遮光部４２ｂは、例えば液晶パネルに用いられるブラックレジストのような可視光を吸収する材料から形成されている。つまり、アパーチャアレイ４２において、その両面共に開口部４２ａ以外の領域は、遮光部４２ｂの表面となっている。そのため、アパーチャアレイ４２に到達したレーザー光のうち、開口部４２ａを通過する光以外の光は、遮光部４２ｂでその大部分が吸収される。   The opening 42a of the aperture array 42 is formed so as to be adjusted to be about 1/5 to 1/10 of the lens size of the ML 41a. A region other than the opening 42a of the aperture array 42 is a light shielding portion 42b as illustrated. The light shielding part 42b is formed of a material that absorbs visible light, such as a black resist used in a liquid crystal panel, for example. That is, in the aperture array 42, the area other than the opening 42a on both surfaces is the surface of the light shielding part 42b. Therefore, most of the laser light that has reached the aperture array 42 other than the light that passes through the opening 42a is absorbed by the light shielding portion 42b.

ＭＬＡ４１とアパーチャアレイ４２とは、図６に示すように、互いの有する面が平行になるように、且つ、ＭＬＡ４１の中心部に位置するＭＬ４１ａの光軸ＡＸ上に、アパーチャアレイ４２の中心部に位置する開口部４２ａの中心が位置するように配置される。つまり、両者は、ＭＬ４１ａの焦点距離ｆの間隔だけ隔てて配置されている。なお、ＭＬＡ４１の中心部に位置するＭＬ４１ａとは、ＭＥＭＳスキャナ２０によって走査されたレーザー光の中心の光に照射される位置にあるＭＬ４１ａをいう。また、ＭＬＡ４１とアパーチャアレイ４２とは、アパーチャアレイ４２の複数の開口部４２ａの各々とＭＬＡ４１の複数のマイクロレンズ４１ａの各々とが互いに対を成すように、且つ、ＭＬＡ４１によるレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの集光点Ｐに開口部４２ａ中心が位置するように、形成され、配置される。   As shown in FIG. 6, the MLA 41 and the aperture array 42 are arranged at the center of the aperture array 42 so that their surfaces are parallel to each other and on the optical axis AX of the ML 41a positioned at the center of the MLA 41. It arrange | positions so that the center of the positioned opening part 42a may be located. That is, both are arranged with an interval of the focal length f of the ML 41a. In addition, ML41a located in the center part of MLA41 means ML41a in the position irradiated with the light of the center of the laser beam scanned by the MEMS scanner 20. FIG. Further, the MLA 41 and the aperture array 42 are configured such that each of the plurality of openings 42a of the aperture array 42 and each of the plurality of microlenses 41a of the MLA 41 are paired with each other, and the laser beams R, G, It is formed and arranged so that the center of the opening 42a is located at the condensing point P of B.

透過スクリーン４０は、以上のように構成されるため、ＭＬＡ４１で集光されたレーザー光は、アパーチャアレイ４２の開口部４２ａをちょうど通過する。このため、ＬＤ１１が出射したレーザー光を効率良く表示画像Ｌを表す光とすることができる。その一方、図２に示すＨＵＤ装置１におけるレーザー光の光路を逆に伝搬し、透過スクリーン４０に到達する外光は、その大部分がアパーチャアレイ４２の遮光部４２ｂに吸収される。そのため、外光反射は、大幅に低減される。   Since the transmission screen 40 is configured as described above, the laser light collected by the MLA 41 just passes through the opening 42 a of the aperture array 42. For this reason, the laser beam emitted from the LD 11 can be efficiently used as the light representing the display image L. On the other hand, most of the external light that propagates in the reverse direction of the optical path of the laser light in the HUD device 1 shown in FIG. 2 and reaches the transmission screen 40 is absorbed by the light shielding portion 42 b of the aperture array 42. Therefore, external light reflection is greatly reduced.

また、透過スクリーン４０に到達したレーザー光のうち、アパーチャアレイ４２の開口部４２ａを通過する光（つまり、表示画像Ｌを表す光）以外の光は、その大部分がアパーチャアレイ４２の遮光部４２ｂに吸収される。そのため、透過スクリーン４０内でのレーザー光の内部反射も、大幅に低減される。   Of the laser light that has reached the transmission screen 40, most of the light other than the light that passes through the openings 42 a of the aperture array 42 (that is, the light that represents the display image L) is mostly light-shielding portion 42 b of the aperture array 42. To be absorbed. For this reason, the internal reflection of the laser light within the transmission screen 40 is also greatly reduced.

このように、本実施形態に係る透過スクリーン４０によれば、表示画像Ｌを形成するレーザー光の光量損失を抑えつつも、外光反射と内部反射を低減できるため、コントラストの高い表示画像Ｌを得ることができる。また、本実施形態に係る透過スクリーン４０は、特許文献２に係るＤＭＬＡを用いたスクリーンと同様に、内部に拡散材を有する拡散板やフロスト型拡散板を使用せずに、光を拡大しているため、スペックルの発生を抑制できる。   As described above, according to the transmissive screen 40 according to the present embodiment, it is possible to reduce the external light reflection and the internal reflection while suppressing the light amount loss of the laser light forming the display image L. Can be obtained. Further, the transmission screen 40 according to the present embodiment expands light without using a diffusion plate having a diffusion material inside or a frost type diffusion plate, like the screen using DMLA according to Patent Document 2. Therefore, speckle generation can be suppressed.

ここで、図８（ａ）に、透過スクリーン４０が出射した表示光の強度分布のシミュレーション結果を示す。また、図８（ｂ）に、比較例としてＤＭＬＡを使用したスクリーンが出射した表示光の強度分布のシミュレーション結果を示す。   Here, FIG. 8A shows a simulation result of the intensity distribution of the display light emitted from the transmission screen 40. FIG. 8B shows a simulation result of the intensity distribution of display light emitted from a screen using DMLA as a comparative example.

図８（ａ）、（ｂ）を参照すると、透過スクリーン４０による表示光の強度分布は、その両端部が末広がり状になっている一方、ＤＭＬＡによる表示光の強度分布は、その両端部に至るまで均斉がとれたような形状となっている。つまり、ＤＭＬＡを使用したスクリーンのほうが表示光の均斉度が高い。このように、透過スクリーン４０によってもスペックルの発生を抑制することができるが、表示光の強度分布の均斉度は、ＤＭＬＡを使用したスクリーンに比べ、若干低下する。   Referring to FIGS. 8A and 8B, the intensity distribution of the display light by the transmissive screen 40 is widened at both ends, while the intensity distribution of the display light by DMLA reaches the both ends. It has become a uniform shape. That is, the screen using DMLA has higher uniformity of display light. As described above, the generation of speckles can also be suppressed by the transmission screen 40, but the uniformity of the intensity distribution of the display light is slightly lower than that of the screen using DMLA.

しかしながら、運転者（視認者）が表示画像Ｌを虚像Ｖとして見る際の視域であるＥｙｅｂｏｘ４に対応する部分の強度分布を比較すると、透過スクリーン４０による表示光の均斉度は、ＤＭＬＡに比べても遜色がなく、十分な値であるため、ＨＵＤ装置１の性能上全く問題がないことがわかった。   However, when comparing the intensity distribution of the portion corresponding to Eyebox 4 which is the viewing area when the driver (viewer) views the display image L as the virtual image V, the uniformity of the display light by the transmission screen 40 is higher than that of DMLA. However, it was found that there was no problem in the performance of the HUD device 1 because it was not inferior and was a sufficient value.

図８（ａ）、（ｂ）に示すシミュレーション結果において、両者の、Ｅｙｅｂｏｘ４における強度分布の均斉度を算出すると、透過スクリーン４０による表示光の均斉度は１．１７、ＤＭＬＡによる表示光の均斉度は１．１０であった。このように、透過スクリーン４０においても十分な表示光の均斉度を実現できることがわかる。なお、ここでの均斉度は、Ｅｙｅｂｏｘ４に到達する光の最大強度を最小強度で割ることで算出している。そのため、均斉度が「１」に近いほど、均斉のとれた光がＥｙｅｂｏｘ４に到達していることになる。   In the simulation results shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), when the intensity distribution of the intensity distribution in Eyebox 4 is calculated for both, the uniformity of the display light by the transmission screen 40 is 1.17, and the uniformity of the display light by DMLA Was 1.10. Thus, it can be seen that sufficient uniformity of display light can be realized even in the transmissive screen 40. Here, the degree of uniformity is calculated by dividing the maximum intensity of light reaching Eyebox 4 by the minimum intensity. Therefore, the closer the uniformity is to “1”, the more uniform the light reaches the Eyebox 4.

続いて、本実施形態における、ＭＬＡ４１のピッチとアパーチャアレイ４２のピッチとの関係について詳細に説明する。   Next, the relationship between the pitch of the MLA 41 and the pitch of the aperture array 42 in this embodiment will be described in detail.

仮に、ＭＬＡ４１のピッチｄＨとアパーチャアレイ４２のピッチｄＨ’が「ｄＨ＝ｄＨ’」と同一である場合、表示画像Ｌを表す光を透過スクリーン４０から出射させるためには、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを、透過スクリーン４０に対して垂直に入射させる必要がある。 If, when the pitch d H pitch d H and the aperture array 42 MLA41 'is "d H = d H' is the same as" in order to emit light representing a display image L from the transmission screen 40, the laser beam R, G, and B need to be incident on the transmission screen 40 perpendicularly.

図２中の（Ａ）に示すように、透過スクリーン４０の中心部をレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂが走査すると、レーザー光は、透過スクリーン４０に対し垂直に入射する。このとき、図６に示すように、ＭＬＡ４１で集光されたレーザー光は、アパーチャアレイ４２の開口部４２ａをちょうど通過する。
一方、図２中の（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、透過スクリーン４０の端部において、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂが透過スクリーン４０に対し入射角をもって入射すると、図９に示すように、ＭＬＡ４１で集光されたレーザー光の位置Ｐ’はアパーチャアレイ４２の開口部４２ａの位置と一致しない（遮光部４２ｂに位置してしまう）ため、レーザー光は、アパーチャアレイ４２を通過することができない。この場合、透過スクリーン４０に対し、入射角をもって入射するレーザー光は、最終的に虚像Ｖとして結像しないため、視認者に、表示画像Ｌが表す像を視認させることはできない。
よって、ｄＨ＝ｄＨ’の場合には、入射角制御レンズ２１によって、透過スクリーン４０の全ての表示領域に対して、垂直にレーザー光を入射する必要がある。 As shown in FIG. 2A, when the laser beams R, G, and B scan the central portion of the transmission screen 40, the laser beams are incident on the transmission screen 40 perpendicularly. At this time, as shown in FIG. 6, the laser light collected by the MLA 41 just passes through the opening 42 a of the aperture array 42.
On the other hand, as shown in FIGS. 2B and 2C, when the laser beams R, G, and B are incident on the transmission screen 40 at an incident angle at the end of the transmission screen 40, as shown in FIG. Furthermore, since the position P ′ of the laser beam condensed by the MLA 41 does not coincide with the position of the opening 42a of the aperture array 42 (it is positioned at the light shielding portion 42b), the laser beam must pass through the aperture array 42. I can't. In this case, the laser light incident on the transmission screen 40 with an incident angle does not finally form a virtual image V, and thus the viewer cannot visually recognize the image represented by the display image L.
Therefore, in the case of d H = d H ′, it is necessary that the incident angle control lens 21 allows the laser light to be incident vertically on all display areas of the transmission screen 40.

このような光学系の場合、透過スクリーン４０で拡大したレーザー光によって、効率良くＥｙｅｂｏｘ４において表示画像Ｖを示す像を生成させるためには、図１０に示すように、透過スクリーン４０を物体面、Ｅｙｅｂｏｘ４を像面とした場合に、ＨＵＤ装置１における光学系は、物体側テレセントリック光学系になっている必要がある。通常、Ｅｙｅｂｏｘ４から拡大ミラー５２までの距離は、車体の設計値で決定され、１ｍ程度と大きい。即ち、拡大ミラー５２の焦点距離を、１ｍ程度と大きくとる必要がある。そのため、表示像の拡大倍率を確保するためには、透過スクリーン４０から拡大ミラー５２間の距離を大きくとる必要があり、光路スペースの増大によって、ＨＵＤ装置１の体積が増大してしまう。   In the case of such an optical system, in order to efficiently generate an image showing the display image V in the Eyebox 4 with the laser light enlarged by the transmission screen 40, as shown in FIG. Is an image plane, the optical system in the HUD device 1 needs to be an object side telecentric optical system. Usually, the distance from Eyebox 4 to the magnifying mirror 52 is determined by the design value of the vehicle body and is as large as about 1 m. That is, the focal length of the magnifying mirror 52 needs to be as large as about 1 m. Therefore, in order to ensure the magnification of the display image, it is necessary to increase the distance between the transmission screen 40 and the magnifying mirror 52, and the volume of the HUD device 1 increases due to an increase in the optical path space.

そこで、本実施形態に係るＨＵＤ装置１では、光路スペースの増大を避けるため、図１１に示す光学系を採用した。この光学系は、図１０に示す光学系と異なり、透過スクリーン４０に入射するレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの入射角を透過スクリーン４０の位置ごとに異ならせるように構成される。具体的には、ＭＥＭＳスキャナ２０、入射角制御レンズ３０等を調整することにより、透過スクリーン４０の中心部には、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを透過スクリーン４０に対して垂直に入射させ、中心部から端部側にいけばいくほど、入射角が大きくなるようにレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを透過スクリーン４０に入射させている。そして、このように透過スクリーン４０に入射するレーザー光が、アパーチャアレイ４２の開口部４２ａを通過できるように、本実施形態に係る透過スクリーン４０では、アパーチャアレイ４２のピッチｄＨ’は、ＭＬＡ４１のピッチｄＨよりも若干大きく設定されている。
このようにすることで、透過スクリーン４０に効率よく表示画像Ｌを示す光（表示光）を出射させつつも、透過スクリーン４０の両端部側から出射されるレーザー光の出射角を図１０に示す光学系よりも大きくすることができ、図１０に示す光学系に比べ、透過スクリーン４０と拡大ミラー５２との間の光路を短くすることができる（つまり、拡大ミラー５２の焦点距離を短くすることができる）。つまり、本実施形態に係るＨＵＤ装置１によれば、表示光を効率良く出射し、表示画像Ｌの拡大倍率を確保しつつも、ＨＵＤ装置１の小型化が可能である。 Therefore, the HUD device 1 according to the present embodiment employs the optical system shown in FIG. 11 in order to avoid an increase in optical path space. Unlike the optical system shown in FIG. 10, this optical system is configured to vary the incident angles of the laser beams R, G, and B incident on the transmission screen 40 for each position of the transmission screen 40. Specifically, by adjusting the MEMS scanner 20, the incident angle control lens 30, and the like, the laser beams R, G, and B are vertically incident on the transmission screen 40 at the center of the transmission screen 40. The laser beams R, G, and B are made incident on the transmission screen 40 so that the incident angle increases as the distance from the portion to the end portion increases. In the transmissive screen 40 according to this embodiment, the pitch d H ′ of the aperture array 42 is equal to that of the MLA 41 so that the laser light incident on the transmissive screen 40 can pass through the openings 42 a of the aperture array 42. It is slightly larger than the pitch d H.
By doing so, the emission angle of the laser light emitted from both ends of the transmission screen 40 while efficiently emitting light (display light) indicating the display image L to the transmission screen 40 is shown in FIG. Compared with the optical system shown in FIG. 10, the optical path between the transmission screen 40 and the magnifying mirror 52 can be shortened (that is, the focal length of the magnifying mirror 52 is shortened). Is possible). That is, according to the HUD device 1 according to the present embodiment, it is possible to reduce the size of the HUD device 1 while efficiently emitting display light and securing the magnification of the display image L.

図１１に示す光学系を実現するために、透過スクリーン４０においては、アパーチャアレイ４２のピッチｄＨ’をＭＬＡ４１のピッチｄＨよりも若干大きく設定する必要があるが、前述したように、透過スクリーン４０は、ＭＬＡ４１の中心部に位置するＭＬ４１ａの光軸ＡＸ上にアパーチャアレイ４２の中心部に位置する開口部４２ａの中心が位置するように構成される（図６参照）。
透過スクリーン４０に入射するレーザー光は、透過スクリーン４０の中心部においては入射角ゼロ、即ち、透過スクリーン４０に対して垂直に入射する。前述のように透過スクリーン４０の中心部では、ＭＬ４１ａと開口部４２ａとが同一軸（光軸ＡＸ）上に存在するため、図６に示すように、垂直入射したレーザー光Ｒ，Ｇ，ＢはＭＬ４１ａによって集光され、開口部４２ａを通過して拡大し、出射される（発散し、出射される）。 In order to realize the optical system shown in FIG. 11, in the transmission screen 40, the pitch d H ′ of the aperture array 42 needs to be set slightly larger than the pitch d H of the MLA 41. 40 is configured such that the center of the opening 42a positioned at the center of the aperture array 42 is positioned on the optical axis AX of the ML 41a positioned at the center of the MLA 41 (see FIG. 6).
The laser light incident on the transmission screen 40 is incident on the transmission screen 40 at an incident angle of zero at the center of the transmission screen 40, that is, perpendicularly to the transmission screen 40. As described above, the ML 41a and the opening 42a exist on the same axis (optical axis AX) at the center of the transmissive screen 40, so that the vertically incident laser beams R, G, and B are as shown in FIG. The light is condensed by the ML 41a, enlarged through the opening 42a, and emitted (diverged and emitted).

一方、透過スクリーン４０の中心部から端部側に行けば行くほど、ｄＨ＜ｄＨ’であるため、対になっているＭＬ４１ａと開口部４２ａにおいて、ＭＬ４１ａの光軸と開口部４２ａの中心が一致しなくなり、図１２に示すように、互いにずれが生じるが、アパーチャアレイ４２のピッチは、ＭＬＡ４１によって集光されるレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂの集光位置Ｐ（図６、図１２参照）に複数の開口部４２ａの各々が位置するように決定されている。
本実施形態に係るＨＵＤ装置１においては、このように透過スクリーン４０が構成されているため、ＭＥＭＳスキャナ２０によって走査され、入射角制御レンズ３０を通過したことで屈折したレーザー光が、透過スクリーン４０の端部側に、図１１に示すように、所定の入射角を持って入射すると、図１２に示すように、ＭＬＡ４１を透過したレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂは、ｄＨ＜ｄＨ’の関係によってＭＬ４１ａのレンズ中心からオフセットされた位置にあるアパーチャアレイ４２の開口部４２ａをちょうど通過する。 On the other hand, since it is d H <d H ′ as it goes from the center of the transmission screen 40 to the end side, in the ML 41 a and the opening 42 a that are paired, the optical axis of the ML 41 a and the center of the opening 42 a As shown in FIG. 12, they are shifted from each other, but the pitch of the aperture array 42 is the condensing position P of the laser beams R, G, and B condensed by the MLA 41 (see FIGS. 6 and 12). ) So that each of the plurality of openings 42a is positioned.
In the HUD device 1 according to the present embodiment, since the transmission screen 40 is configured in this way, the laser beam scanned by the MEMS scanner 20 and refracted by passing through the incident angle control lens 30 is transmitted through the transmission screen 40. As shown in FIG. 11, the laser beams R, G, and B transmitted through the MLA 41 are d H <d H ′. The aperture 42a of the aperture array 42 at a position offset from the lens center of the ML 41a is just passed by the relationship.

本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、レーザー光を出射するＬＤ１１と、ＬＤ１１が出射したレーザー光が到達し、到達したレーザー光を走査するＭＥＭＳスキャナ２０と、ＭＥＭＳスキャナ２０が走査したレーザー光が到達し、到達したレーザー光を到達した側と反対側に発散させることで表示画像Ｌを表す光を出射する透過スクリーン４０と、を備える。透過スクリーン４０は、レーザー光の入射側に位置し、複数のＭＬ４１ａが配列されてなるＭＬＡ４１４１と、レーザー光の出射側に位置し、複数のＭＬ４１ａが集光した光を通過させる複数の開口部４２ａを有して形成され、開口部４２ａ以外の領域は遮光部４２ｂであるアパーチャアレイ４２と、を有する。
このような構成からなるＨＵＤ装置１において、ＭＥＭＳスキャナ２０が走査したレーザー光は、ＭＬ４１ａによって集光され、アパーチャアレイ４２の開口部４２ａをちょうど通過する。このため、ＬＤ１１が出射したレーザー光を効率良く表示画像Ｌを表す光とすることができる。
その一方、ＨＵＤ装置１におけるレーザー光の光路を逆に伝搬し、透過スクリーン４０に到達する外光は、その大部分がアパーチャアレイ４２の遮光部４２ｂに吸収される。そのため、外光反射は、大幅に低減される。また、透過スクリーン４０に到達したレーザー光のうち、アパーチャアレイ４２の開口部４２ａを通過する光（つまり、表示画像Ｌを表す光）以外の光は、その大部分がアパーチャアレイ４２の遮光部４２ｂに吸収される。そのため、透過スクリーン４０内でのレーザー光の内部反射も、大幅に低減される。 The HUD device 1 according to the present embodiment includes an LD 11 that emits laser light, a laser scanner that the LD 11 emits, a MEMS scanner 20 that scans the reached laser light, and a laser beam that is scanned by the MEMS scanner 20 arrives. And a transmissive screen 40 that emits light representing the display image L by diverging the laser beam that has reached the opposite side to the side that has reached. The transmissive screen 40 is positioned on the laser beam incident side, and has a plurality of ML41414 arranged with a plurality of ML41a, and a plurality of openings 42a that are positioned on the laser beam emission side and allow light collected by the plurality of ML41a to pass therethrough. The region other than the opening 42a has an aperture array 42 that is a light shielding portion 42b.
In the HUD device 1 having such a configuration, the laser light scanned by the MEMS scanner 20 is collected by the ML 41 a and passes just through the opening 42 a of the aperture array 42. For this reason, the laser beam emitted from the LD 11 can be efficiently used as the light representing the display image L.
On the other hand, most of the external light that propagates in the reverse direction of the optical path of the laser light in the HUD device 1 and reaches the transmission screen 40 is absorbed by the light shielding portion 42 b of the aperture array 42. Therefore, external light reflection is greatly reduced. Of the laser light that has reached the transmission screen 40, most of the light other than the light that passes through the openings 42 a of the aperture array 42 (that is, the light that represents the display image L) is mostly light-shielding portion 42 b of the aperture array 42. To be absorbed. For this reason, the internal reflection of the laser light within the transmission screen 40 is also greatly reduced.

このように、ＨＵＤ装置１によれば、表示画像Ｌを形成するレーザー光の光量損失を抑えつつも、外光反射と内部反射を低減できるため、コントラストの高い表示画像Ｌを得ることができる。また、本実施形態に係る透過スクリーン４０は、内部に拡散材を有する拡散板やフロスト型拡散板を使用せずに、光を拡大（発散）しているため、スペックルの発生を抑制できる。そのため、視認性が良好な表示画像を投影することができる。   As described above, according to the HUD device 1, the external light reflection and the internal reflection can be reduced while suppressing the light amount loss of the laser light forming the display image L, so that the display image L with high contrast can be obtained. Moreover, since the transmissive screen 40 according to the present embodiment expands (diverses) light without using a diffusion plate or a frost-type diffusion plate having a diffusion material inside, generation of speckle can be suppressed. Therefore, a display image with good visibility can be projected.

（変形例）
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。以下に変形例を示す。 (Modification)
In addition, this invention is not limited to the above embodiment, A various deformation | transformation is possible. A modification is shown below.

以上の実施形態においては、アパーチャアレイ４２のピッチは、水平方向、垂直方向ともに等しいものとして説明したが、これに限られない。アパーチャアレイ４２のピッチは、全ての開口部４２ａ間で同一である必要はなく、複数の開口部４２ａのうち少なくとも一部の複数の開口部４２ａにおいて、それぞれ異なってもよい。この場合、アパーチャアレイ４２における、隣り合う開口部４２ａ間のピッチが異なる部分は任意であり、ＭＬＡ４１による集光位置等を勘案して適宜定めればよい。つまり、アパーチャアレイ４２において、開口部４２ａは水平方向及び垂直方向に同一ピッチで規則的に配列されなくともよく、少なくともその一部が異なるピッチで不規則に配列されても良い。   In the above embodiment, the pitch of the aperture array 42 has been described as being equal in both the horizontal direction and the vertical direction, but is not limited thereto. The pitch of the aperture array 42 does not have to be the same among all the openings 42a, and may be different in at least some of the plurality of openings 42a. In this case, a portion of the aperture array 42 where the pitch between the adjacent openings 42a is different is arbitrary, and may be appropriately determined in consideration of the condensing position by the MLA 41 and the like. That is, in the aperture array 42, the openings 42a do not have to be regularly arranged at the same pitch in the horizontal direction and the vertical direction, and at least some of them may be irregularly arranged at different pitches.

以上の実施形態では、ＭＬＡ４１が有するＭＬ４１ａの形状を正方形として説明したが、これに限られない。ＭＬ４１ａの形状は、長方形、六角形等であってもよい。六角形の場合は、ＭＬＡ４１は、ハニカム状に複数のＭＬ４１ａの各々を所定のピッチで配列することによって形成される。この場合、アパーチャアレイ４２の開口部４２ａの形状は、ＭＬ４１ａのレンズ形状に合わせることが好ましい。また、ビーム整形光学系１２のアパーチャ１２３ｒ，１２３ｇ，１２３ｂの開口形状も、ＭＬ４１ａのレンズ形状に合わせることが好ましい。   In the above embodiment, the ML41a included in the MLA 41 has been described as having a square shape, but is not limited thereto. The shape of the ML 41a may be a rectangle, a hexagon, or the like. In the case of a hexagon, the MLA 41 is formed by arranging each of a plurality of MLs 41a in a honeycomb shape at a predetermined pitch. In this case, the shape of the opening 42a of the aperture array 42 is preferably matched with the lens shape of the ML 41a. Moreover, it is preferable that the aperture shapes of the apertures 123r, 123g, and 123b of the beam shaping optical system 12 are also matched to the lens shape of the ML 41a.

また、以上の実施形態では、３つのＬＤが配設され、これらは各々、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを出射するものとしたがＬＤの数はこれに限られない。４つのＬＤを配設することで、４原色で表示画像Ｌを生成してもよいし、１つのＬＤでモノクロの表示画像Ｌを生成してもよい。   Further, in the above embodiment, three LDs are disposed, and these emit laser beams R, G, and B, respectively, but the number of LDs is not limited to this. By arranging four LDs, the display image L may be generated with the four primary colors, or the monochrome display image L may be generated with one LD.

また、以上の実施形態では、ＨＵＤ装置が搭載される乗り物の一例を車両としたが、これに限られない。ＨＵＤ装置を自動車、オートバイ、建設機械、農耕機械、船舶、雪上バイク等に搭載することも可能である。   In the above embodiment, an example of a vehicle on which the HUD device is mounted is a vehicle, but the present invention is not limited to this. The HUD device can be mounted on an automobile, a motorcycle, a construction machine, an agricultural machine, a ship, a snow bike, and the like.

また、反射部５０は、平面ミラー５１、拡大ミラー５２の２枚の鏡から構成されたが、これに限られない、反射部５０を構成する鏡の形状・枚数は目的に応じて任意である。   Moreover, although the reflection part 50 was comprised from two mirrors, the plane mirror 51 and the magnifying mirror 52, it is not restricted to this, The shape and the number of mirrors which comprise the reflection part 50 are arbitrary according to the objective. .

なお、本発明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。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。   In addition, this invention is not limited by the above embodiment and drawing. Changes (including deletion of constituent elements) can be added to the embodiments and the drawings as appropriate without departing from the scope of the present invention.

１…ＨＵＤ装置
２…車両
３…ウインドシールド
４…Ｅｙｅｂｏｘ
１０…合成レーザー光発生装置
１１…ＬＤ（１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ…ＬＤ）
１２…ビーム整形光学系（１２ｒ，１２ｇ，１２ｂ…ビーム整形部）
１２１ｒ，１２１ｇ，１２１ｂ…コリメートレンズ
１２２ｒ，１２２ｇ，１２２ｂ…Ｔｏｐ−Ｈａｔ変換部
１２３ｒ，１２３ｇ，１２３ｂ…アパーチャ
１３…集光光学系（１３ｒ，１３ｇ，１３ｂ…集光レンズ）
１４，１５…ダイクロイックミラー
２０…ＭＥＭＳスキャナ
３０…入射角制御レンズ
４０…透過スクリーン
４１…マイクロレンズアレイ
４１ａ…マイクロレンズ
４２…アパーチャアレイ
４２ａ…開口部
４２ｂ…遮光部
５０…反射部、５１…平面ミラー、５２…拡大ミラー
６０…ハウジング、６１…窓部
７０…カラーセンサ
８０…ライトセンサ
９０…制御部、９１…マイコン、９２…出力制御部
１００…ＭＥＭＳドライバ
Ｒ…赤色レーザー光
Ｇ…緑色レーザー光
Ｂ…青色レーザー光
Ｌ…表示画像
Ｖ…虚像 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... HUD apparatus 2 ... Vehicle 3 ... Windshield 4 ... Eyebox
10 ... Synthetic laser light generator 11 ... LD (11r, 11g, 11b ... LD)
12 ... Beam shaping optical system (12r, 12g, 12b ... Beam shaping unit)
121r, 121g, 121b ... collimating lens 122r, 122g, 122b ... Top-Hat converter 123r, 123g, 123b ... aperture 13 ... condensing optical system (13r, 13g, 13b ... condensing lens)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14,15 ... Dichroic mirror 20 ... MEMS scanner 30 ... Incident angle control lens 40 ... Transmission screen 41 ... Micro lens array 41a ... Micro lens 42 ... Aperture array 42a ... Opening part 42b ... Light-shielding part 50 ... Reflection part, 51 ... Plane mirror , 52 ... Magnifying mirror 60 ... Housing, 61 ... Window part 70 ... Color sensor 80 ... Light sensor 90 ... Control part, 91 ... Microcomputer, 92 ... Output control part 100 ... MEMS driver R ... Red laser light G ... Green laser light B ... blue laser light L ... display image V ... virtual image

Claims (8)

レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光源が出射したレーザー光が到達し、到達したレーザー光を走査する走査部と、
前記走査部が走査したレーザー光が到達し、到達したレーザー光を到達した側と反対側に発散させることで表示画像を表す発散光を出射する発散部と、を備え、
前記発散部は、
前記レーザー光の入射側に位置し、複数のマイクロレンズが配列されてなるマイクロレンズアレイと、
前記レーザー光の出射側に位置し、前記複数のマイクロレンズが集光した光を通過させる複数の開口部を有して形成された遮光部材からなるアパーチャアレイと、を有し、
前記複数のマイクロレンズの各々は、前記マイクロレンズアレイにおいて、垂直方向に第１のピッチで、水平方向に第２のピッチで配列され、
前記複数の開口部の各々は、前記アパーチャアレイにおいて、垂直方向に前記第１のピッチよりも大きい第３のピッチで、水平方向に前記第２のピッチより大きい第４のピッチで配列され、
前記発散部の前記アパーチャアレイの前記複数の開口部から出射された前記表示画像を表す発散光を透明板に投影することで、前記透明板の前方に前記表示画像の虚像を表示することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 A laser light source that emits laser light;
A scanning unit that the laser beam emitted from the laser light source reaches and scans the laser beam that has reached,
The laser beam scanned by the scanning unit arrives, and includes a diverging unit that emits divergent light that represents a display image by diverging the laser beam that has reached the side that has reached the laser beam,
The diverging part is
A microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, on the incident side of the laser beam;
An aperture array made of a light-shielding member, which is located on the laser beam emission side and has a plurality of openings through which light collected by the plurality of microlenses passes.
Each of the plurality of microlenses is arranged with a first pitch in the vertical direction and a second pitch in the horizontal direction in the microlens array,
Each of the plurality of openings is arranged in the aperture array at a third pitch that is larger than the first pitch in the vertical direction and at a fourth pitch that is larger than the second pitch in the horizontal direction ,
Projecting divergent light representing the display image emitted from the plurality of openings of the aperture array of the diverging unit onto a transparent plate to display a virtual image of the display image in front of the transparent plate. Head-up display device. 前記マイクロレンズアレイと前記アパーチャアレイとは、互いに前記マイクロレンズの焦点距離だけ隔てて配設されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The microlens array and the aperture array are disposed apart from each other by the focal length of the microlens.
The head-up display device according to claim 1. 前記第３のピッチは、前記複数の開口部のうち少なくとも一部の複数の開口部において、それぞれ異なる、
ことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The third pitch is different in at least some of the plurality of openings.
The head-up display device according to claim 1 or 2. 前記第４のピッチは、前記複数の開口部のうち少なくとも一部の複数の開口部において、それぞれ異なる、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The fourth pitch is different in each of at least some of the plurality of openings.
The head-up display device according to claim 1, wherein the head-up display device is a head-up display device. 前記走査部と前記発散部との間に位置し、前記走査部が走査したレーザー光が到達し、到達したレーザー光を屈折させて到達した側と反対側に出射する屈折部をさらに備え、
前記屈折部が出射し、前記マイクロレンズアレイに入射するレーザー光の入射角は、前記マイクロレンズアレイの中心部よりも端部側の方が大きい、
ことを特徴とする請求項１及至４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 It is located between the scanning unit and the diverging unit, the laser beam scanned by the scanning unit arrives, further comprises a refracting unit that refracts the reached laser beam and emits it to the opposite side,
The incident angle of the laser light emitted from the refractive part and incident on the microlens array is larger on the end side than the center part of the microlens array,
The head-up display device according to claim 1, wherein the head-up display device is a head-up display device. 前記マイクロレンズと前記開口部の形状は、略等しい、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The shapes of the microlens and the opening are substantially equal.
The head-up display device according to claim 1, wherein the head-up display device is a head-up display device. 前記発散部は、
前記マイクロレンズアレイが有する前記複数のマイクロレンズのうちの１つのマイクロレンズの光軸上に、前記アパーチャアレイが有する前記複数の開口部のうちの１つの開口部の中心が位置するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The diverging part is
The center of one of the plurality of openings of the aperture array is positioned on the optical axis of one of the plurality of microlenses of the microlens array. ing,
The head-up display device according to any one of claims 1 to 6. 前記発散部の前記アパーチャアレイの前記複数の開口部から出射した前記表示画像を表す発散光が到達し、到達した発散光を１又は複数回反射させて前記透明板に向けて出射する反射部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 A reflecting portion that diverges light representing the display image emitted from the plurality of openings of the aperture array of the divergence portion arrives, reflects the divergence light that has reached one or more times, and emits the light toward the transparent plate ; In addition Ru equipped,
The head-up display device according to claim 1, wherein the head-up display device is a head-up display device.
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