JP2013250336A - スクリーン部材及びヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズアレイ等のスクリーンにつき簡素な構成を維持しつつ、レーザ光の干渉により生じる表示画像の明るさのむらを低減できるスクリーン及びヘッドアップディスプレイ装置の提供。
【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１００は、ウィンドシールド９０の投影面９１に表示画像７１を投影することにより、アイボックス６０から表示画像７１の虚像７０を視認者に視認させる。この装置１００に用いられるスクリーン３０は、複数のマイクロミラー３４によって構成されている。各マイクロミラー３４は、レーザ光をアイボックス６０に向けて拡げるよう湾曲する凸曲面部３２を各々有している。スクリーン３０の走査面３１は、各凸曲面部３２の配列によって形成されている。そして、走査面３１に交差する断面において、隣接する各凸曲面部３２の湾曲形状が、互いに異なっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ光の走査によって表示画像が描画されるスクリーン部材、及びこのスクリーン部材を用いたヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来から、車両のウィンドシールド等に表示画像を投影することにより、予め想定された視域から表示画像の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置が知られている。このような装置の一種として、例えば特許文献１には、ビーム発生器から照射される走査ビームによって表示画像が描画されるマイクロレンズアレイを備える走査ビームヘッドアップ表示装置が、開示されている。このマイクロレンズアレイは、レーザ光を視域に向けて拡げるための複数の小型レンズを配列することにより、形成されている。

特表２００７−５２３３６９号公報

さて、同一形状の小型レンズを配列してなる特許文献１のマイクロレンズアレイに走査ビームを照射すると、一つの小型レンズによって回折されたレーザ光と、当該一つに隣接する小型レンズによって回折されたレーザ光とが、干渉することで強め合ってしまう。各小型レンズの形状が同一であれば、レーザ光が干渉によって強め合う位置は、表示画像において規則的に並ぶこととなる。故に、レーザ光を走査させたとしても、レーザ光が干渉によって強め合う位置は、実質的に移動しない。そのため、視域に到達するレーザ光の強度分布、ひいては視認者に視認される表示画像には、むらが生じてしまう。

そこで、特許文献１に開示の構成では、一組のマイクロレンズアレイが、対向するように配置されている。以上の構成では、一方のマイクロレンズアレイを通過したレーザ光を他方のマイクロレンズによって拡散させることで、干渉により生じる強度分布のむらが、均されていた。しかし、特許文献１の装置では、複数のマイクロレンズアレイを用いたうえで、さらにこれらの位置合わせを高精度に行う必要があるため、マイクロレンズアレイに係る構成は、複雑にならざるを得なかった。

本願発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、マイクロレンズアレイ等のスクリーン部材につき簡素な構成を維持しつつ、レーザ光の干渉により生じる表示画像の明るさのむらを低減でき技術を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、レーザ光の走査面（３１）への走査により、予め規定された視域（６０）から視認される表示画像（７１）が走査面に描画されるスクリーン部材（３０，２３０，３３０）であって、レーザ光を視域に向けて拡げるよう湾曲する湾曲面部（３２）を各々有し、各湾曲面部の配列によって走査面を形成する複数の光学素子（３４，２３４）を備え、走査面に交差する断面において、隣接する各湾曲面部の湾曲形状が、互いに異なることを特徴とする。

この発明によれば、走査面に交差する断面での湾曲面部の湾曲形状が隣接する光学素子間で互いに異なることにより、当該湾曲面部にて回折したレーザ光が干渉によって強め合う位置は、不揃いな配列にて規定される。故に、表示画像を描画するためのレーザ光の走査によれば、レーザ光が干渉によって強め合う位置は、時間の経過と共に、視認者の知覚できない速さにて移動する。よって、視域に到達するレーザ光の強度分布は、実質的に均されたものとみなされ得る。以上のように、断面における湾曲形状が互いに異なる湾曲面部を配列することによれば、スクリーン部材の構成の複雑化を回避しつつ、レーザ光の干渉により生じる表示画像の明るさのむらが、低減可能となる。

本発明の第一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の車両における配置を説明するための図である。 レーザスキャナの構成及び作動を詳しく説明するための図である。 ヘッドアップディスプレイ装置においてスクリーンとして用いられるマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す斜視図である。 スクリーンとして用いられるマイクロミラーアレイにおいて、二種類のマイクロミラーの配列を模式的に示す図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 マイクロミラーの形状を説明するための図である。 マイクロミラーの形状とレーザ光のエネルギ分布との関係を説明するための図である。 マイクロミラーの側面図である。 マイクロミラーの正面図である。 図６のＸ−Ｘ線断面図である。 図６のＸＩ−ＸＩ線断面図である。 図６のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。 回折によってレーザ光が干渉する条件を説明するための図である。 走査面において、法線方向が同一となる部位の位置関係を示す図である。 本発明の第一実施形態において、レーザ光の干渉により生じる明部のパタンを例示する図である。 本発明の第一実施形態において、明部のパタンを複数重ね合わせてなる虚像を説明するための図である。 本発明の第二実施形態において、スクリーンとして用いられるマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の第二実施形態によるマイクロミラーアレイにおいて、三種類のマイクロミラーの配列を模式的に示す斜視図である。 本発明の第三実施形態において、スクリーンとして用いられるマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第一実施形態）
図１Ａ，Ｂに示す本発明の第一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置１００は、例えば車両のインスツルメントパネル８０内に収容されている。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、開口部５１を塞ぐ透光性の防塵カバー５０を透過させた表示画像７１を、車両のウィンドシールド９０等の表示部材に投影することにより、予め想定されたアイボックス６０から表示画像７１の虚像７０を視認可能とする。このアイボックス６０は、例えば水平方向に１００〜２００ミリメートル、鉛直方向に４０〜９０ミリメートル程度の大きさに規定されている。ウィンドシールド９０の車室側の面には、ヘッドアップディスプレイ装置１００によって表示画像７１の投影される投影面９１が形成されている。凹面状に湾曲することで拡大作用を有する投影面９１に投影された表示画像７１の光は、当該投影面９１によってアイボックス６０に向けて反射されて、視認者のアイポイント６１に到達する。この表示画像７１の光を知覚する視認者は、ウィンドシールド９０の前方に結像された当該表示画像７１の虚像７０を視認できる。投影面９１に投影される表示画像７１は、車両の鉛直方向よりも水平方向に大きい横長の画像である。これは一般に、視認者のアイポイント６１の移動が鉛直方向よりも水平方向に容易であることによる。表示画像７１には、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置１００の搭載されている車両の走行速度、ナビゲーションシステムによる進行方向の指示、及び車両のウォーニング等を示す画像部が含まれている。

（基本構成）
まず、ヘッドアップディスプレイ装置１００の基本構成を、図１〜３に基づいて説明する。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、レーザスキャナ１０、スクリーン３０、及び凹面鏡４０を備えている。

レーザスキャナ１０は、鉛直方向においてスクリーン３０を挟んで投影面９１とは反対の方向に配置されており、光源部１３、光学部２０、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems；ＭＥＭＳ）ミラー部２６、及びコントローラ１１を有している。

光源部１３は、三つのレーザ投射部１４，１５，１６等によって構成されている。各レーザ投射部１４，１５，１６は、互いに異なる周波数、即ち異なる色相のレーザ光を投射する。具体的には、レーザ投射部１４は、赤色のレーザ光を投射する。レーザ投射部１５は、青色のレーザ光を投射する。レーザ投射部１６は、緑色のレーザ光を投射する。以上のように、異なる色相のレーザ光を加色混合することにより、種々の色が再現可能とされている。各レーザ投射部１４，１５，１６は、コントローラ１１と接続されている。各レーザ投射部１４，１５，１６は、コントローラ１１からの制御信号に基づいて、各色相のレーザ光を投射する。

光学部２０は、三つのコリメートレンズ２１、ダイクロイックフィルタ２２，２３，２４、及び集光レンズ２５等によって構成されている。各コリメートレンズ２１は、各レーザ投射部１４，１５，１６のレーザ光の投射方向に、それぞれ配置されている。コリメートレンズ２１は、レーザ光を屈折させることにより、平行光を生成する。

各ダイクロイックフィルタ２２，２３，２４は、各コリメートレンズ２１を挟んで各レーザ投射部１４，１５，１６の投射方向に、それぞれ配置されている。レーザ投射部１４の投射方向に配置されるダイクロイックフィルタ２２は、赤色を示す周波数の光を透過させ、それ以外の周波数の光を反射させる。レーザ投射部１５の投射方向に配置されるダイクロイックフィルタ２３は、青色を示す周波数の光を反射させ、それ以外の周波数の光を透過させる。レーザ投射部１６の投射方向に配置されるダイクロイックフィルタ２４は、緑色を示す周波数の光を反射させ、それ以外の周波数の光を透過させる。各ダイクロイックフィルタ２２，２３，２４の作用によって、各レーザ投射部１４，１５，１６から投射されたレーザ光は、集光レンズ２５に到達する。

集光レンズ２５は、平面状の入射面及び凸面状の出射面を有する平凸レンズである。集光レンズ２５は、入射面に入射するレーザ光を屈折させることにより、収束させる。これにより集光レンズ２５を通過したレーザ光は、スクリーン３０の後述する走査面３１にて集光する。

ＭＥＭＳミラー部２６は、水平スキャナ２７及び鉛直スキャナ２８等によって構成されている。水平スキャナ２７及び鉛直スキャナ２８は、それぞれコントローラ１１と接続されている。水平スキャナ２７及び鉛直スキャナ２８には、回転軸２７ａ，２８ａとアルミニウム等を蒸着させてなる金属薄膜が形成されたＭＥＭＳ反射面２７ｂ，２８ｂとがそれぞれ設けられている。

水平スキャナ２７は、光学部２０及び鉛直スキャナ２８にＭＥＭＳ反射面２７ｂを向けた姿勢にて配置されている。ＭＥＭＳ反射面２７ｂは、鉛直方向に延伸する回転軸２７ａに支持されており、この回転軸２７ａまわりに回転変位可能とされている。水平スキャナ２７に設けられた駆動部は、コントローラ１１からの駆動信号に基づいて、回転軸２７ａまわりにＭＥＭＳ反射面２７ｂを回転変位させる。

一方、鉛直スキャナ２８は、水平スキャナ２７のＭＥＭＳ反射面２７ｂ及びスクリーン３０にＭＥＭＳ反射面２８ｂを向けた姿勢にて配置されている。ＭＥＭＳ反射面２８ｂは、水平方向に延伸する回転軸２８ａに支持されており、この回転軸２８ａまわりに回転変位可能とされている。鉛直スキャナ２８に設けられた駆動部は、コントローラ１１からの駆動信号に基づいて、回転軸２８ａまわりにＭＥＭＳ反射面２８ｂを回転変位させる。

コントローラ１１は、プロセッサ等によって構成される制御装置であって、各レーザ投射部１４，１５，１６及び各スキャナ２７，２８と接続されている。コントローラ１１は、各レーザ投射部１４，１５，１６に制御信号を出力することにより、レーザ光を断続的にパルス点灯させる。加えてコントローラ１１は、各スキャナ２７，２８に駆動信号を出力することにより、各ＭＥＭＳ反射面２７ｂ，２８ｂによって反射されるレーザ光の方向を、図２に示す走査線ＳＬのように制御する。

以上の構成によるレーザスキャナ１０は、コントローラ１１の制御により、スクリーン３０の後述する走査面３１にて表示画像７１として結像される光を投射する。具体的には、投射されるレーザ光による点状の発光の走査により、当該点状の発光を一つの画素として組み立てられる表示画像７１が、スクリーン３０の走査面３１に描画及び結像される。

図１，３に示すように、スクリーン３０は、ガラス等の基材の表面にアルミニウム等を蒸着させることにより形成される反射型のスクリーンである。スクリーン３０は、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれにおいて、複数の微小なマイクロミラー３４を配列してなる所謂マイクロミラーアレイである。スクリーン３０の有する走査面３１は、蒸着されたアルミニウム等によりなる金属薄膜によって形成されている。各マイクロミラー３４は、反射面４１（図１Ｂ等参照）に向けてレーザ光を反射及び回折させつつ、アイボックス６０に向けてレーザ光を拡げるよう湾曲する凸曲面部３２を、各々有している。走査面３１は、複数の凸曲面部３２の配列によって形成されている。

図１に示すように、凹面鏡４０は、ガラス等の基材の表面にアルミニウム等を蒸着させることにより、形成されている。凹面鏡４０は、スクリーン３０の水平方向に位置している。凹面鏡４０は、スクリーン３０の走査面３１によって反射されたレーザ光をウィンドシールド９０の投影面９１に向けて反射させる反射面４１を有している。反射面４１は、中央部分が走査面３１及び投影面９１から遠ざかる方向に凹む凹面状であって、滑らかに湾曲している。反射面４１は、走査面３１によって反射された表示画像７１を拡大しつつ反射させることにより、投影面９１に当該表示画像７１を投影する。この反射面４１の湾曲による表示画像７１の拡大率は、当該表示画像７１の水平方向と鉛直方向とで異なっている。具体的には、反射面４１では、表示画像７１を鉛直方向よりも水平方向に大きく拡大するよう、水平方向の湾曲が鉛直方向の湾曲よりも大きくされている。

（特徴的構成）
次に、本発明の第一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置１００の特徴的構成であるスクリーン３０について説明する。図３〜５に示すように、マイクロミラー３４には、第一マイクロミラー３５（図４にて白抜きで示す）及び第二マイクロミラー３６（図４にてドットで示す）が含まれている。第一マイクロミラー３５は、ｚｘ平面に対して第二マイクロミラー３６と面対称な形状である。第一マイクロミラー３５及び第二マイクロミラー３６は、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれにおいて、互い違いに配列されている。こうした各マイクロミラー３５，３６の配列により、図５に示す走査面３１に交差したｚｘ断面では、隣接する各凸曲面部３２の湾曲形状が、ｘ軸方向において互いに異なるものとなる。同様に、走査面３１に交差するｙｚ断面においては、隣接する各凸曲面部３２の湾曲形状が、ｙ軸方向において互いに異なるものとなる。以上のように、二種類の互いに異なる湾曲形状を呈する凸曲面部３２が互い違いに配列されることで、走査面３１は、形成されている。

図６に示すように、各マイクロミラー３５，３６の各凸曲面部３２は、四辺形状且つ台形状の輪郭３９を形成している。凸曲面部３２において輪郭３９により囲まれる領域を各マイクロミラー３５，３６の開口３８とすると、この開口３８の面積は、互いに揃えられている。こうして、各凸曲面部３２の各開口３８の面積が実質的に同一とされることにより、各凸曲面部３２からアイボックス６０（図１Ｂ参照）に向けて出射されるレーザ光の量的なばらつきが抑制される。

また、凸曲面部３２における上底３２ｕの長さＰ１と下底３２ｌの長さＰ２との比は、１：１〜１：２の範囲に規定されることが望ましく、第一実施形態では、約１：２に規定されている。上底３２ｕと下底３２ｌとの比を上述の範囲に規定することにより、各凸曲面部３２に照射されるレーザ光を表示画像７１（図２参照）に利用する利用効率の低下を抑制することができる。

詳記すると、図７に示すように、レーザ光のエネルギは、当該レーザ光の中心から外周に向かうに従い、ガウス分布に則って低下する。そして一般に、表示画像７１としては、１／（ｅ＾２）よりもエネルギの高い範囲（図７のドットの範囲を参照）が利用可能である。ここで、後述する回折干渉によるむらの低減効果は、上底３２ｕの長さＰ１に対する下底３２ｌの長さＰ２の比が大きくなるほど向上する。しかし、レーザ光のエネルギが０．９を超える範囲（図７の斜線の範囲を参照）に対応するよう上底３２ｕの長さＰ１を規定すると、Ｐ１に対するＰ２の比を大きくした場合、下底３２ｌ近傍に照射されるレーザ光のエネルギは、１／（ｅ＾２）を下回ることとなる。すると、下底３２ｌ近傍にて反射されるレーザ光が弱いことに起因して、アイボックス６０（図１Ｂ参照）に到達するレーザ光の強度分布には、むらが生じてしまう。こうした事態を回避するため、レーザ光のエネルギが１／（ｅ＾２）となる二点間の距離よりも下底３２ｌの長さＰ２が短くなるように、Ｐ１とＰ２の比は、１：２程度までに抑えられることが望ましいのである。

さらに、図８，９に示すように、各凸曲面部３２のｚｘ断面における曲率半径は、ｙ軸方向への移動に従って、連続的に変化している。図１１に示すように、ｙ軸方向に沿った中心部分でのｚｘ断面における凸曲面部３２の曲率半径をＲ０とすると、図１０に示す上底部分でのｚｘ断面における曲率半径Ｒ１は、Ｒ１＝２×Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）×Ｒ０に設定されている。一方、図１２に示す下底部分でのｚｘ断面における曲率半径Ｒ２は、Ｒ２＝２×Ｐ２／（Ｐ１＋Ｐ２）×Ｒ０に設定されている。以上のような各曲率半径Ｒ０〜Ｒ２の設定により、隣接する各マイクロミラー３５，３６間の境界において、ｚ軸方向に沿った段差面の発生を回避することが可能となる。

次に、表示画像７１に明るさのむらが生じる理由を説明する。図１３に示すように、走査面３１に照射されるレーザの直径は、各マイクロミラー３５，３６よりも大きくされている。そして走査面３１には、隣接する凸曲面部３２において法線の方向の一致する部位（図１３にて、Ｂｉで示す）が形成される。故に、走査面３１に照射されたレーザ光の一部は、隣接するマイクロミラー３５，３６のそれぞれから同一の方向に反射及び回折される。これら同一の方向に反射されたレーザ光の光路差ΔＬが、ΔＬ＝Ｐ×ｓｉｎ(２θ)＝ｎ×λを満たす場合、これらのレーザ光は、干渉によって強め合うこととなる。そのため、表示画像７１の虚像７０には、強度分布が生じてしまうのである。尚、上式のＰは互いに隣接する凸曲面部３２間にて法線方向が一致する部位Ｂｉの間隔、θはレーザ光の入射角、λはレーザ光の波長、ｎは次数である。

上述したように、第一実施形態のスクリーン３０では、隣接する各凸曲面部３２の湾曲形状が互いに異なるものとされているので、図１４に示すように、隣接する凸曲面部３２間にて法線方向が一致する部位Ｂｉ同士の間隔は、不揃いになる。例えば、法線方向がｚ軸方向に沿う凸曲面部３２の中心を部位Ｂａとする。そして、特定の第一マイクロミラー３５ｃの部位Ｂａと、当該ミラー３５ｃを囲む各第二マイクロミラー３６ｕ，３６ｒ，３６ｄ，３６ｌの各部位Ｂａとの間における各間隔を、それぞれＰａ_ｕ，Ｐａ_ｒ，Ｐａ_ｄ，Ｐａ_ｌとする。これら各間隔Ｐａ_ｕ，Ｐａ_ｒ，Ｐａ_ｄ，Ｐａ_ｌについて、間隔Ｐａ_ｒと間隔Ｐａ_ｌは等しい値になるものの、各間隔Ｐａ_ｕ，Ｐａ_ｒ（Ｐａ_ｌ），Ｐａ_ｄは、互いに異なる値となる。

さらに、凸曲面部３２の中心以外にて法線方向の一致する部位をＢｂとする。そして、特定の第二マイクロミラー３６ｄの部位Ｂｂと、当該ミラー３６ｄを囲む各第一マイクロミラー３５ｃ，３５ｒ，３５ｄ，３５ｌの各部位Ｂｂとの間における間隔を、それぞれＰｂ_ｕ，Ｐｂ_ｒ，Ｐｂ_ｄ，Ｐｂ_ｌとする。すると、これら各間隔Ｐｂ_ｕ，Ｐｂ_ｒ，Ｐｂ_ｄ，Ｐｂ_ｌは、互いに異なる値となり、且つ部位Ｂａにおける各Ｐａ_ｕ，Ｐａ_ｒ，Ｐａ_ｄ，Ｐａ_ｌともそれぞれ異なる値となり得る。

こうした構成のスクリーン３０によって反射及び回折されたレーザ光が干渉によって生じさせるスポット状の明部ＢＰのパタンにつき、その例を図１５に基づいて説明する。第一マイクロミラー３５ｃと第二マイクロミラー３６ｕとにレーザ光が照射された場合には、図１５Ａに示す明部ＢＰのパタンが形成される。レーザスキャナ１０（図２参照）による走査により、第一マイクロミラー３５ｃと第二マイクロミラー３６ｄ（図１４参照）とにレーザ光が照射された場合には、図１５Ｂに示す明部ＢＰのパタンが形成される。さらに、第一マイクロミラー３５ｃと第二マイクロミラー３６ｒ（図１４参照）とにレーザ光が照射された場合には、図１５Ｃに示す明部ＢＰのパタンが形成される。そして、第一マイクロミラー３５ｃと第二マイクロミラー３６ｌ（図１４参照）とにレーザ光が照射された場合には、図１５Ｄに示す明部ＢＰのパタンが形成される。

以上のように、各凸曲面部３２（図１４参照）にて回折したレーザ光が干渉によって強め合う明部ＢＰの位置は、不揃いな配列にて規定される。故に、表示画像７１を描画するためにレーザ光が高速で走査されることによれば、レーザ光が干渉によって強め合う明部ＢＰの位置は、時間の経過と共に、視認者の知覚できない速さにて移動する。よって、視認者は、図１６に示すように、不揃いな配列にて規定される明部ＢＰのパタンを複数重ね合わせてなる虚像７０を視認することとなる。

さらに、図１３に示す隣接する凸曲面部３２につき、法線方向が一致する部位Ｂｉ同士の間隔Ｐの平均をＰａｖとする。そして、図１Ｂに示す凹面鏡の反射面４１とウィンドシールド９０の投影面９１とによる表示画像７１の拡大率をＭとする。さらに、走査面３１からアイボックス６０までの光路距離をＬとし、レーザ光の最大波長をλｍａｘとする。そしてさらに、視認者において想定される瞳孔の直径をｄとすると、これらの値は、下記式１を満たすように規定されている。

（式１） ｄ ＞ Ｌ×ｔａｎ｛ｓｉｎ^−１（λ／Ｐａｖ）／Ｍ｝
一般に、瞳孔の直径ｄは、約２ミリメートルである。故に、上式１の右辺が２ミリメートル未満となるよう平均間隔Ｐａｖを規定することにより、アイボックス６０に到達するレーザ光において、干渉により強め合う明部ＢＰの間隔ａ（図１５参照）の平均は、視認者において想定される瞳孔の直径ｄよりも小さくされる。以上により、複数の明部ＢＰが瞳孔に視認された状態が、維持可能となる。

ここまで説明した第一実施形態によれば、図１６の如く、不揃いな配列にて規定される明部ＢＰのパタンを複数重ね合わせてなる虚像７０では、各パタンの明暗が、互いに補完し合う。故に、アイボックス６０（図１Ｂ参照）に到達するレーザ光の強度分布は、実質的に均されたものとみなされ得る。したがって、湾曲形状が互いに異なる凸曲面部３２を配列することで、スクリーン３０の構成の複雑化を回避しつつ、レーザ光の干渉により生じる表示画像７１の明るさのむらが、低減可能となる。

加えて第一実施形態では、各凸曲面部３２の輪郭３９が四辺形状であるので、ｘ軸方向及びｙ軸方向への各マイクロミラー３５，３６の互い違いの配列により、走査面３１につき、隣接する各凸曲面部３２の湾曲形状は、互いに異なる態様となる。こうして、走査面３１の形状の複雑化が抑制されることにより、表示画像７１のむらを低減可能なスクリーン３０の製造に係る実現性は、確保される。

また第一実施形態によれば、上底３２ｕの長さＰ１と下底の長さＰ２との比を約１：２とした台形状の輪郭３９により、アイボックス６０に到達するレーザ光の強度分布のむらが大きくなる事態は、回避されている。こうして、表示画像７１へのレーザ光の利用効率低下を抑制することによれば、表示画像７１の全体の明るさを高く維持したうえで、当該画像７１に生じる明るさのむらを低減することが可能となる。したがって、虚像７０の表示品質は、いっそう向上する。

さらに第一実施形態によれば、各マイクロレンズ３４の各開口３８の面積が揃えられることにより、虚像７０を形成する画素毎の明るさのばらつきは、低減され得る。故に、回折干渉による明るさのむらだけでなく、画素毎に生じる明るさのむらも低減可能となる。

また加えて第一実施形態によれば、複数の明部ＢＰを瞳孔に視認させた状態を維持できることにより、表示画像７１の虚像７０における明暗は、視認者にいっそう知覚され難くなる。したがって、虚像７０の表示品質のさらなる向上が、可能となる。

尚、第一実施形態において、レーザスキャナ１０が協働で特許請求の範囲に記載の「レーザ走査手段」に相当し、凹面鏡４０が特許請求の範囲に記載の「光学系」に相当し、スクリーン３０が特許請求の範囲に記載の「スクリーン部材」に相当し、マイクロミラー３４が特許請求の範囲に記載の「光学素子」に相当し、凸曲面部３２が特許請求の範囲に記載の「湾曲面部」に相当し、アイボックス６０が特許請求の範囲に記載の「視域」に相当し、ウィンドシールド９０が特許請求の範囲に記載の「表示部材」に相当する。

（第二実施形態）
図１７，１８に示す本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態によるスクリーン２３０は、所謂六方稠密状のマイクロミラーアレイである。スクリーン２３０において、マイクロミラー２３４には、第一マイクロミラー２３５（図１８にて白抜きで示す）、第二マイクロミラー２３６（図１８にてドットで示す）、及び第三マイクロミラー２３７（図１８にて斜線で示す）が含まれている。

第一〜第三マイクロミラー２３５，２３６，２３７は、ｙ軸方向に沿って特定の順にて、繰り返し配列されている。換言すると、一つの第一マイクロミラー２３５は、互い違いに並ぶ第二マイクロミラー２３６及び第三マイクロミラー２３７によって囲まれている（図１８参照）。こうした各マイクロミラー２３５，２３６，２３７の配列により、隣接する各凸曲面部２３２の湾曲形状が、互いに異なるものとなる。以上のように、三種類の互いに異なる湾曲形状を呈する凸曲面部２３２が特定の順に繰り返し配列されることにより、第二実施形態の走査面２３１は、形成されている。

加えて、図１７に示す第一〜第三マイクロミラー２３５，２３６，２３７における各凸曲面部２３２は、六辺形状の輪郭２３９を形成している。第二実施形態でも、各マイクロミラー２３５，２３６，２３７の各開口２３８の面積は、互いに揃えられている。故に、各凸曲面部２３２からアイボックス６０（図１Ｂ参照）に向けて出射されるレーザ光の量的なばらつきは、抑制される。

ここまで説明した第二実施形態によっても、不揃いな配列にて規定される明部のパタンを複数重ね合わせてなる虚像７０（図１Ｂ参照）が、視認者によって視認可能となる。故に、各パタンの明暗が互いに補完し合うことで、アイボックス６０（図１Ｂ参照）に到達するレーザ光の強度分布は、実質的に均されたものとみなされ得る。したがって、六方稠密状のマイクロミラーアレイであっても、三種類以上の凸曲面部２３２の配列によって構成の複雑化を回避しつつ、レーザ光の干渉により生じる表示画像７１の明るさのむらが、低減可能となるのである。

加えて第二実施形態では、各凸曲面部２３２の輪郭２３９が六辺形状であるので、ｙ軸方向への各マイクロミラー２３５，２３６，２３７の繰り返しの配列により、走査面２３１につき、隣接する各凸曲面部２３２の湾曲形状は、互いに異なる態様となる。こうして、走査面２３１の形状の複雑化が抑制されることにより、スクリーン２３０の製造に係る実現性が、確保される。

尚、第二実施形態において、スクリーン２３０が特許請求の範囲に記載の「スクリーン部材」に相当し、マイクロミラー２３４が特許請求の範囲に記載の「光学素子」に相当し、凸曲面部２３２が特許請求の範囲に記載の「湾曲面部」に相当する。

（第三実施形態）
図１９に示す本発明の第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態によるスクリーン３３０では、第一マイクロミラー３５と第二マイクロミラー３６との間に、遮光部３３９が形成されている。遮光部３３９は、遮光性の樹脂材料によって格子状に形成さており、隣接する各凸曲面部３２間の境界３３７を覆っている。遮光部３３９は、レーザ光の透過を遮ることにより、境界３３７近傍におけるレーザ光の反射を抑制している。尚、遮光部３３９は、遮光性の印刷等によって形成されていてもよい。また、遮光部３３９によって覆われる面積は、開口３８の面積に対して１０パーセント未満とされることが望ましい。

ここまで説明した第三実施形態では、走査面３１の形状が急激に変化するおそれのある各凸曲面部３２間の境界３３７は、遮光部３３９によって覆われている。故に、こうした境界３３７にて反射されたレーザ光により、虚像７０（図１Ｂ参照）に局所的な明るさのむらが生じる事態は、回避可能となる。したがって、アイボックス６０（図１Ｂ参照）に到達するレーザ光の強度分布を均し得る効果と相俟って、虚像７０の表示品質は、いっそう向上可能となる。

尚、第三実施形態において、スクリーン３３０が特許請求の範囲に記載の「スクリーン部材」に相当する。

（他の実施形態）
以上、本発明による複数の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態において、スクリーンは、光学素子としてのマイクロミラーを配列してなるマイクロミラーアレイであった。しかし、光学素子としてのマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズアレイが、スクリーンとして用いられていてもよい。

上記実施形態において、表示画像７１の拡大率は、凹面鏡４０の反射面４１による拡大率と、ウィンドシールド９０の投影面９１による拡大率とを光学的に組み合わせた値となっていた。しかし、例えば、投影面が平坦な形状であれば、式１における拡大率Ｍは、光学系である凹面鏡の反射面による拡大率と実質的に等価となる。同様に、光学系における反射面が平坦な形状であれば、式１における拡大率Ｍは、ヘッドアップディスプレイ装置の搭載が想定される車両の投影面による拡大率と実質的に等価となる。

上記第一，第三実施形態において、スクリーンは、二種類のマイクロレンズを交互に配列してなる格子状のマイクロレンズアレイであった。しかし、配列されるマイクロレンズの形状の種類は、三種類以上であってもよい。また、第二実施形態のように、六方稠密状のマイクロレンズアレイであれば、スクリーンは、四種類以上のマイクロレンズを組み合わせることによって形成されていてもよい。さらに、マイクロレンズにおける開口の形状は、四辺形状及び六辺形状に限定されない。例えばスクリーンは、開口面積を揃えられた不定形状の多角形を配列することによって走査面を形成する形態であってもよい。

上記実施形態において、各マイクロレンズの開口の面積は、互いに揃えられていた。しかし、開口の面積は、１５パーセント程度の変動に収まるのであれば、正確に同一とされなくてもよい。

そして、上記実施形態では、車両に搭載されて、ウィンドシールド９０に表示画像７１を投影するヘッドアップディスプレイ装置に本発明を適用した例を示したが、本発明は、各種の輸送機器に搭載され、表示画像７１の虚像７０を視認者に視認可能とする種々のヘッドアップディスプレイ装置に適用することができる。

１０ レーザスキャナ（レーザ走査手段）、３０，２３０，３３０ スクリーン（スクリーン部材）、３１ 走査面、３２，２３２ 凸曲面部（湾曲面部）、３２ｌ 下底、３２ｕ 上底、３４，２３４ マイクロミラー（光学素子）、３５ 第一マイクロミラー、３６ 第二マイクロミラー、２３７ 第三マイクロミラー、３３７ 境界、３８ 開口、３９，２３９ 輪郭、３３９ 遮光部、４０ 凹面鏡（光学系）、６０ アイボックス（視域）、７０ 虚像、７１ 表示画像、９０ ウィンドシールド（表示部材）、９１ 投影面、１００ ヘッドアップディスプレイ装置

Claims (8)

1. レーザ光の走査面（３１）への走査により、予め規定された視域（６０）から視認される表示画像（７１）が前記走査面に描画されるスクリーン部材（３０，２３０，３３０）であって、
   レーザ光を前記視域に向けて拡げるよう湾曲する湾曲面部（３２，２３２）を各々有し、各前記湾曲面部の配列によって前記走査面を形成する複数の光学素子（３４，２３４）を備え、
   前記走査面に交差する断面において、隣接する前記各湾曲面部の湾曲形状が、互いに異なることを特徴とするスクリーン部材。
2. 前記各湾曲面部は、四辺形状の輪郭（３９）を形成し、
   前記走査面は、二種類以上の互いに異なる湾曲形状を呈する前記湾曲面部を、互い違いに配列することで形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン部材。
3. 前記湾曲面部は、台形状の輪郭（３９）を形成し、
   前記湾曲面部における上底（３２ｕ）と下底（３２ｌ）との比は、１：１から１：２の範囲に規定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリーン部材。
4. 前記各湾曲面部は、六辺形状の輪郭（２３９）を形成し、
   前記走査面は、三種類以上の互いに異なる湾曲形状を呈する前記湾曲面部を、特定の順に繰り返し配列することで形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン部材。
5. 前記各湾曲面部の輪郭により囲まれる各前記光学素子の各開口（３８）における面積は、互いに揃えられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクリーン部材。
6. 隣接する前記各湾曲面部間の境界（３３７）を覆うことでレーザ光の透過を遮る遮光部（３３９）を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスクリーン部材。
7. 表示部材（９０）に形成される投影面（９１）に前記表示画像を投影することにより、前記視域から前記表示画像の虚像（７０）を視認者に視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のスクリーン部材と、
   レーザ光の走査により前記走査面に前記表示画像を描画するレーザ走査手段（１０）と、
   前記走査面に描画される前記表示画像を拡大して前記投影面に投影する光学系（４０，９０）と、
   を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
8. 隣接する前記湾曲面部につき法線方向が一致する部位（Ｂｉ）同士の間隔の平均Ｐａｖと、前記光学系及び前記投影面による前記表示画像の拡大率Ｍと、前記走査面から前記視域までの光路距離Ｌと、前記レーザ走査手段の照射するレーザ光の最大波長λｍａｘと、前記視認者において想定される瞳孔の直径ｄとが、下記式１を満たすことを特徴とする請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
   （式１） ｄ ＞ Ｌ×ｔａｎ｛ｓｉｎ^−１（λｍａｘ／Ｐａｖ）／Ｍ｝

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