JP2015169691A - 走査型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 調光時における表示のコントラスト低下を招く虞のないヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】 レーザー光Ｃを発するレーザー光源１１と、このレーザー光源１１から出射したレーザー光Ｃの偏光軸角度を変化させる液晶素子１４と、この液晶素子１４が出射したレーザー光Ｃを走査して表示画像Ｄを生成するＭＥＭＳスキャナ２１と、液晶素子１４からＭＥＭＳスキャナ２１へと至るレーザー光Ｃの光路中に配設される反射型偏光板１００とを有し、反射型偏光板１００は、レーザー光Ｃの光軸に対し傾斜するように配置され、反射型偏光板１００を透過不可能なレーザー光Ｃを反射光Ｍとして所定の方向に反射させる機能を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、走査型表示装置に関するものであり、特にレーザー光源から出た光を光走査によって表示画像として表示する走査型表示装置に関するものである。

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（車速情報や走行距離情報等）を読み取れるようにするため、車両のフロントガラスの前方に車両情報を表示させるための走査型表示装置を内蔵したヘッドアップディスプレイが種々提案されている。 ヘッドアップディスプレイは、一般的に車両のインストルメントパネル内に搭載されており、このヘッドアップディスプレイが投射する表示光を車両のフロントガラスに出射し、この出射によって得られた表示像（虚像）を車両の運転者に視認させるものである。これにより車両の運転者は、虚像を風景と重畳させて観察することができる。

例えば走査型表示装置の表示源として、下記特許文献１に記載されているように半導体レーザーを適用したものが知られている。この特許文献１に記載の走査型表示装置は、半導体レーザーと、走査系と、スクリーンとから主に構成され、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り、当該表示画像が表示光としてフロントガラスに出射されることで、運転者が虚像を風景と重畳させて観察することができる。

特開２０１３−１５７３８号公報

ところで、走査型表示装置を内蔵したヘッドアップディスプレイを車両に搭載するような場合、車両の運転手が、昼間などの明るい環境だけではなく夜間などの暗い環境であっても、明瞭、且つ、適切な輝度の表示を見ることができる必要がある。そのため、ヘッドアップディスプレイの外部の明るさ（外部照度）に合わせて前記表示画像の表示輝度を大きく変化させる必要がある。

例えば、昼間などの明るい環境下でも表示が見えるためにヘッドアップディスプレイの表示する表示画像の輝度は、最大輝度で１平方メートルあたり数千から数万カンデラ以上が要求され、一方、夜間などの暗い環境下では、表示の眩しさが運転の妨げにならないような最小輝度として１平方メートルあたり数カンデラが要求される。

このような最小輝度を達成する手段として、上述した特許文献１に記載の走査型表示装置では、レーザー光の偏光状態を液晶素子で制御することにより、偏光板で減光し、調光を行う手法が開示されている。しかしながら、一般的に当該偏光板に広く使用されているヨウ素系や染料系といった光吸収型の有機系偏光板を用いた場合、エネルギー密度の高いレーザービーム（レーザー光）が透過されない方向の偏光状態で偏光板に照射されると、偏光板が焼けてしまうという問題がある。

また、反射型偏光板を用いて、当該反射型偏光板をレーザービームの光路に対して鉛直方向に配置した場合、調光時に反射された反射光が再度、液晶素子を照射し、液晶素子の劣化を早めてしまうという問題があった。さらに、戻り光が迷光となって調光時における表示のコントラスト低下を招く虞があり、更なる改良の余地が残されていた。
そこで本発明は、前述の課題に対して対処するため、調光時における表示のコントラスト低下を招く虞のない走査型表示装置の提供を目的とするものである。

本発明は、レーザー光を発するレーザー光源と、前記レーザー光源から出射した前記レーザー光の偏光軸角度を変化させる偏光制御素子と、前記偏光制御素子が出射した前記レーザー光を走査して表示画像を生成する走査部と、前記偏光制御素子から前記走査部へと至る前記レーザー光の光路中に配設される反射型偏光部材とを有し、前記反射型偏光部材は、前記レーザー光の光軸に対し傾斜するように配置され、前記反射型偏光部材を透過不可能な前記レーザー光を反射光として所定の方向に反射させる機能を備えていることを特徴とする。

また本発明は、前記所定の方向には、前記反射光が照射される被光照射部が設けられていることを特徴とする。

また本発明は、前記反射光が照射される前記所定の方向に位置する被光照射部と、前記反射型偏光部材を保持するように前記被光照射部と前記反射型偏光部材との間に位置する保持部とを有する保持部材を備え、前記保持部には、前記レーザー光を前記反射型偏光部材へと通過させるための開口部が設けられ、前記被光照射部と前記保持部とで囲まれた空洞領域は閉塞空間部として設けられることを特徴とする。

また本発明は、前記被光照射部と前記反射型偏光部材との間には、前記反射光を減光させるための円偏光板あるいは吸収型偏光板が設けられていることを特徴とする。

また本発明は、前記閉塞空間部と前記被光照射部との境界部分となる前記被光照射部の第１内壁部には、前記反射光を減光させるための減光部が設けられていることを特徴とする。

また本発明は、前記閉塞空間部と前記保持部との境界部分となる前記保持部の第２内壁部には、黒色着色部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、初期の目的を達成でき、調光時における表示のコントラスト低下を招く虞のない走査型表示装置を提供できる。

本発明の第１実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置を示す概観図。 同第１実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の構成図。 同第１実施形態による走査型表示装置と透過型スクリーンの構成を説明する概略平面図。 同第１実施形態による走査型表示装置の断面図。 同第１実施形態による反射型偏光部材と保持部材とを示す断面図。 同第１実施形態によるレーザー光の偏光を制御した調光方法を示す図。 同第１実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の電気的構成を示すブロック図。 同第１実施形態の変形例による反射型偏光部材と保持部材とを示す断面図。 同第１実施形態の他の変形例による反射型偏光部材と保持部材とを示す断面図。 本発明の第２実施形態による反射型偏光部材と保持部材とを示す断面図。 同第２実施形態の変形例による反射型偏光部材と保持部材とを示す断面図。 同第２実施形態の変形例による反射型偏光部材と保持部材とを示す断面図。

（第１実施形態）以下、図１〜図７に基づいて、本発明の走査型表示装置をヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）に適用した一実施形態について説明する。

本実施形態による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Ｄ（図２参照）を表す表示光Ｌをウインドシールド３で反射させることにより、車両運転者４に車両情報を表す表示画像Ｄの虚像Ｖを視認させる装置である。これにより、車両運転者４は、その視認領域（アイボックス）において、表示画像Ｄを虚像Ｖとして視認することができる。

ＨＵＤ装置１は、図２に示すように合成レーザー光発生装置としての走査型表示装置Ｐと、透過スクリーン６０と、反射部７０と、ハウジング８０と、外光検出部９０とを備えている。

走査型表示装置Ｐは、図３、図４に示すように光源モジュール１０と、表示デバイスモジュール２０と、ペルチェ素子３０と、金属材料によって形成された表示用筐体（筐体）４０と、ヒートシンク５０と、反射型偏光板（反射型偏光部材）１００と、保持部材１０１とから主に構成されている。

光源モジュール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Ｃ（以下、単にレーザー光Ｃと言う）を出射するものであり、レーザーダイオード（レーザー光源）１１と、集光光学系１２と、偏光部材１３と、液晶素子（偏光制御素子）１４と、ダイクロイックミラー１５と、温度検出素子１６とを備えている。この場合、光源モジュール１０は、表示用筐体４０と同様に金属材料によって形成された光源用筐体１７に固定されている。

レーザーダイオード１１は、半導体レーザー（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、赤色のレーザー光Ｒを発する赤色レーザーダイオード１１ｒと、緑色のレーザー光Ｇを発する緑色レーザーダイオード１１ｇと、青色のレーザー光Ｂを発する青色レーザーダイオード１１ｂとから構成される。

レーザーダイオード１１ｒ、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の各々の偏光軸（電場振動方向）が略一致するように配設される。また、レーザーダイオード１１は、光源用筐体１７に対して良好な熱伝導性を有するように固定保持される。

集光光学系１２は、レーザーダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの各々に対応するように設けられた集光レンズ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂを備える。

集光レンズ１２ｒは、赤色レーザーダイオード１１ｒから出射されたレーザー光Ｒが所望の位置に結像するように収差補正されたレンズであり、発散するレーザー光Ｒを収束光に変換する。なお、集光レンズ１２ｇと緑色レーザーダイオード１１ｇ、集光レンズ１２ｂと青色レーザーダイオード１１ｂの対応関係についても同様である。

偏光部材１３は、レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂの光路上に配置され、特定の偏光軸角度の光のみを透過させ、それ以外の光を反射可能な反射型の偏光板、あるいはそれ以外の光を吸収可能な吸収型の偏光板からなるものである。

液晶素子（偏光制御素子）１４は、後述する液晶制御部からの制御データに基づいて印加電圧が制御され、レーザーダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから出射したレーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光軸角度を任意（あらゆる角度）に変化させるものである。

また液晶素子１４は、各波長のレーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する液晶セル（偏光制御可能領域）１４ｒ、１４ｇ、１４ｂを有しており、液晶セル１４ｒ、１４ｇ、１４ｂは各々独立に制御することが可能である。

かかる構成により、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザーダイオード１１の個体差を考慮し、レーザーダイオード１１毎に液晶素子１４の偏光軸角度を制御することができる。また、本例における液晶素子１４としては例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を適用とすることができる。以下、液晶素子１４をＴＮ液晶と仮定して説明する。

なお、上述した偏光部材１３と液晶素子１４は、反射型偏光板１００と対をなすように作用し、走査型表示装置Ｐの調光機能を担うものである。

ダイクロイックミラー１５は、誘電体の多層膜等の薄膜が鏡面に形成された鏡でそれぞれ構成され、レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂ毎の光路上に配置されたダイクロイックミラー１５ｒ、１５ｇ、１５ｂで構成される。このダイクロイックミラー１５ｒ、１５ｇ、１５ｂは、レーザーダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの各々から出射されたレーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂを反射または透過させ、このレーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂを１本のレーザー光Ｃに合波して出射するものである。

具体的に説明すると、ダイクロイックミラー１５ｒは、集光レンズ１２ｒからのレーザー光Ｒの進行方向に位置し、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Ｒを表示デバイスモジュール２０（反射型偏光板１００側）に向けて反射する。

また、ダイクロイックミラー１５ｇは、集光レンズ１２ｇとダイクロイックミラー１５ｒからの光の進行方向に位置し、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Ｒを表示デバイスモジュール２０（反射型偏光板１００側）に透過し、レーザー光Ｇを表示デバイスモジュール２０（反射型偏光板１００側）に向けて反射する。すなわち、ダイクロイックミラー１５ｇは、レーザー光Ｒとレーザー光とＧを合波する。

さらに、ダイクロイックミラー１５ｂは、集光レンズ１２ｂとダイクロイックミラー１５ｇからの光の進行方向に位置し、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、Ｇを表示デバイスモジュール２０（反射型偏光板１００側）に透過し、レーザー光Ｂを表示デバイスモジュール２０（反射型偏光板１００側）に向けて反射する。すなわち、ダイクロイックミラー１５ｂは、レーザー光Ｒ、Ｇとレーザー光Ｂをさらに合波する。

温度検出素子１６は、例えばレーザーダイオード１１の温度を間接的または直接的に監視するサーミスタからなるものである。なお、温度検出素子１６は、レーザーダイオード１１を構成するレーザーダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂのうち代表的な１つのレーザーダイオードの温度を監視するように配設されていてもよいし、個々のレーザーダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ毎に配設されていてもよい。

光源用筐体１７は、図示しない熱伝導シートを介してペルチェ素子３０の温度制御面３１と良好な熱伝導性を有するように熱的に接続され、適宜固定手段を用いて表示用筐体４０と強固に固定される。

また温度制御面３１とは反対側となるペルチェ素子３０の廃熱面３２は、図示しない熱伝導シートを介して表示用筐体４０と良好な熱伝導性を有するように熱的に接続される。なお、本例の場合、表示用筐体４０と光源用筐体１７とは適宜固定手段を用いて強固に固定されることになるが、表示用筐体４０と光源用筐体１７との間で、ペルチェ素子３０を介さない熱伝導が極力発生しないように配慮する必要がある。

このように、レーザーダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから出射されたレーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂは１本のレーザー光Ｃとして合波される。この光源モジュール１０によって生成された合成レーザー光Ｃは、表示デバイスモジュール２０側（反射型偏光板１００側）へと至る。

表示デバイスモジュール２０は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）スキャナ２１と、ミラー２２と、モニタセンサ２３とを備え、デバイス用筐体２４に固定されている。

走査部としてのＭＥＭＳスキャナ２１は、光源モジュール１０（液晶素子１４）が出射したレーザー光Ｃを走査して、透過スクリーン６０に表示画像Ｄを生成するものである。

ミラー２２は、主に光源モジュール１０が出射したレーザー光ＣをＭＥＭＳスキャナ２１のミラー面に向けて反射するものである。なお、ミラー２２は、その反射率が予め調整されており、レーザー光Ｃの数パーセントの光はミラー２２を透過してモニタセンサ２３の受光面に入射する。なお、デバイス用筐体２４は、表示用筐体４０と適宜固定手段を用いて強固に固定されている。

モニタセンサ２３は、レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂの個々の光強度を検出し、この検出した光強度のアナログ信号を後述するマイコンに出力する。このモニタセンサ２３の設置箇所は光強度を所定値以上検出可能であれば、あらゆる箇所に設置することができる。

反射型偏光板１００は、光源モジュール１０（液晶素子１４）から表示デバイスモジュール２０（ＭＥＭＳスキャナ２１）へと至る（向かう）レーザー光Ｃの光路中に配設され、ある特定の偏光軸角度の光のみを反射する反射型偏光板からなるものである。

この反射型偏光板１００には、エネルギー密度の高いレーザー光Ｃが照射されることから、耐久性を考慮すると反射型偏光板１００自体の材質としては、有機系材料ではなく無機系材料によって構成されることが望ましい。例えば、ここでの詳細図示は省略するが、ガラス等の透光性基板上にアルミの金属薄膜を形成し、微細なスリットを設けることにより偏光性能を発生させるワイヤーグリッド偏光板を反射型偏光板１００として適用することができる。

保持部材１０１は、その表面が黒色アルマイト処理されたアルミニウム等の金属材を適用でき、反射型偏光板１００を保持するホルダ（保持体）としての機能を有している。

また、保持部材１０１は、有底の枠体形状に形成され、図５に示すように表示用筐体４０と当接するように表示用筐体４０上に位置する平坦な平板形状からなる底壁部（光被照射部）１０２と、反射型偏光板１００を保持するように底壁部１０２と反射型偏光板１００との間に位置する略枠状立壁部からなる周壁部（保持部）１０３とを有し、底壁部１０２と周壁部１０３とで囲まれた空洞領域は閉塞空間部１０４として設けられる。

また、この場合、底壁部１０２は、後述する反射光が照射される所定の方向（図５中、矢印Ｚ方向）に位置しており、底壁部１０２と閉塞空間部１０４との境界部分となる第１内壁面（第１内壁部）には、前記反射光を減光させるための減光部Ｔ１が設けられていることが望ましい。この減光部Ｔ１としては、例えば微少な凹凸からなる粗面等の艶消し処理部や、黒色着色部を適用することができる。さらに、閉塞空間部１０４と周壁部１０３との境界部分となる周壁部１０３の第２内壁面（第２内壁部）には、例えば黒色メッキ処理の施された黒色着色部Ｔ２が設けられていることが望ましい。

なお、以下の説明では、図５で示す周壁部１０３において、光源モジュール１０側に位置する周壁部１０３箇所を第１周壁部１０５とし、表示デバイスモジュール２０側に位置する周壁部１０３箇所を第２周壁部１０６と定義する。

第１周壁部１０５の上端側には、光源モジュール１０から出射されるレーザー光Ｃを反射型偏光板１００側へと通過させるための貫通孔形状からなる開口部１０５ａが開口形成されている。そして、この場合、この開口部１０５ａの上側となる第１周壁部１０５の前面箇所は、傾斜面形状からなる第１傾斜部１０５ｂとなっている。

一方、第２周壁部１０６は、その前面部が開口部１０５ａの下端部と略同等の面上に位置し、当該前面部の表面には、第１傾斜部１０５ｂと同等の傾斜角度を有する傾斜面形状からなる第２傾斜部１０６ａが設けられている。

ここで、第２傾斜部１０６ａは、第１傾斜部１０５ｂの延長線上に位置しており、反射型偏光板１００は、閉塞空間部１０４の開口端側を塞ぐように、その端部が各傾斜部１０５ｂ、１０６ａによって保持される構成となる。

これに伴い反射型偏光板１００は、各傾斜部１０５ｂ、１０６ａを利用して、光源モジュール１０から表示デバイスモジュール２０側へと向かうレーザー光Ｃの光軸に対して傾斜するように配置される。また、本例の場合、各傾斜部１０５ｂ、１０６ａ（各傾斜部１０５ｂ、１０６ａ上に載置される反射型偏光板１００）の傾斜角度は、レーザー光Ｃの光軸に対して略４５度なっているが、これに限定されるものではない。

なお、１０６ｂは、反射型偏光板１００の偏光透過軸とレーザー光Ｃの偏光軸角度とを一致させることを目的として設けられた凸形状からなるガイド部であり、このガイド部１０６ｂは第２傾斜部１０６ａ上に突出形成されている。予め前記偏光透過軸と一致するように外形加工された反射型偏光板１００の外縁部をガイド部１０６ｂで保持し、反射型偏光板１００が保持部材１０１に配置されることにより、反射型偏光板１００の配設位置の精度を高めることができる。

透過スクリーン６０は、拡散板、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ等から構成され、ＭＥＭＳスキャナ２１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Ｄを表示する（図２参照）。

反射部７０は、透過スクリーン６０の上面に表示された表示画像Ｄ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、透過スクリーン６０からウインドシールド３へと至る光路経路中に設けられる光学系である。本例の場合、反射部７０は、平面ミラー７１と拡大ミラー７２の２枚の鏡から構成されるが、その構成は任意である。

平面ミラー７１は、平面状の全反射ミラー等であり、透過スクリーン６０を透過した表示光Ｌを受ける位置に配置され、表示光Ｌを拡大ミラー７２側に向けて反射させる。

拡大ミラー７２は、例えば凹面鏡を適用することができ、平面ミラー７１で反射された表示光Ｌを拡大ミラー７２に備えられる凹面で反射させることで、表示光Ｌをウインドシールド３に向けて出射する。これにより結ばれる虚像Ｖの大きさは、表示画像Ｄが拡大された大きさのものになる。

ハウジング８０は、硬質樹脂等から略箱型形状に形成され、上方に所定の大きさの開口窓部８１を備え、その内部の適宜位置に走査型表示装置Ｐや透過スクリーン６０、反射部７０等を固定保持している。

開口窓部８１には、この開口窓部８１を塞ぐように光を透過可能な透光部８２が取り付けられている。この透光部８２は、アクリル等の透光性樹脂から湾曲形状に形成され、拡大ミラー７２で反射された光を透過させる。

また、外光検出部９０は、例えばフォトダイオードからなる外光検出素子を適用することができ、透光部８２の下面側にて、表示光Ｌの光路を妨げないような箇所に設置される。この外光検出部９０は、外光強度を検出し、この検出した外光強度のアナログ信号を後述するマイコンに出力する。なお、外光検出部９０の設置箇所は、外光強度を所定値以上検出することが可能であれば、あらゆる箇所に設置することが可能である。

次に、図６を用いて、偏光部材１３、液晶素子１４、反射型偏光板１００によってレーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光を制御した調光方法について説明する。

図６は、偏光部材１３、液晶素子１４、反射型偏光板１００を介し、レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂが透過する場合（図６（ａ）の状態）と、レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂが透過しない場合（図６（ｂ）の状態）とを表した図である。なお、図６では、レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂのうちレーザー光Ｒについてのみ説明し、レーザー光Ｇ、Ｂについてはレーザー光Ｒの場合と同様なので、ここでの説明は省略する。

まず、レーザー光Ｒが透過する場合を図６（ａ）に基づいて説明する。図６（ａ）に示すように、レーザー光Ｒの偏光軸角度は偏光部材１３によって限定され、偏光度が高められる。一般的に半導体レーザーは直線偏光性を有しているため、偏光部材１３は、必要に応じて廃止することも可能である。

液晶セル１４ｒを透過することにより、レーザー光Ｒの偏光軸角度は液晶セル１４ｒへの入射時に対して９０度回転し、液晶セル１４ｒを出射する。この出射したレーザー光Ｒは、（ダイクロイックミラー１５を経て）反射型偏光板１００に入射するが、このときレーザー光Ｒの偏光軸角度は、反射型偏光板１００の偏光透過軸と一致するため、レーザー光Ｒは減衰せずに反射型偏光板１００を透過し、表示デバイスモジュール２０へと至る。

このように液晶セル１４ｒを透過したレーザー光Ｒの偏光軸角度が９０度回転するのは、液晶セル１４ｒに電圧を印加していない、もしくは液晶分子の配列が変化しない程度の低電圧を印加した場合である。なお、液晶セル１４ｒ、１４ｇ、１４ｂは、それぞれ独立に電圧を印加することで、レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光軸角度を各々制御することができる。

次に、レーザー光Ｒが透過しない場合（液晶セル１４ｒの印加電圧がオン状態の場合）を図６（ｂ）に基づいて説明する。図６（ｂ）に示すように、レーザー光Ｒの偏光軸角度はレーザー光Ｒの液晶セル１４ｒへの入射時と同様の偏光軸角度を維持したまま液晶セル１４ｒを出射する。

この出射したレーザー光Ｒは、（ダイクロイックミラー１５を経て）反射型偏光板１００に入射するが、このときレーザー光Ｒの偏光軸角度は、反射型偏光板１００の偏光透過軸に対し直交している状態となるため、レーザー光Ｒは反射型偏光板１００において反射し、反射型偏光板１００を透過不可能となる。すなわち、液晶セル１４ｒによってレーザー光Ｒの偏光軸を制御することによって、レーザー光Ｒの光強度は著しく低下させることができる。

なお、上記で説明したのは、液晶素子１４を出射したレーザー光が完全に透過あるいは反射される場合であるが、実際にはこの限りではない。液晶素子１４の印加電圧の大きさを制御することで、レーザー光の偏光軸角度を０度から９０度の範囲であらゆる角度に制御でき、反射型偏光板１００におけるレーザー光の透過率を制御する。これにより反射型偏光板１００を出射するレーザー光強度を任意に決定することができ、走査型表示装置Ｐに調光機能を付与することができる。

また、本例では、液晶素子１４の印加電圧をオフ状態で使用した際にレーザー光Ｃが透過し、液晶素子１４の印加電圧をオン状態で使用した際にレーザー光Ｃが不透過となるＮｏｒｍａｌｌｙ Ｗｈｉｔｅの液晶を例に説明したが、Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｂｌａｃｋの液晶を適用することも可能である。

次に、図７を用いてＨＵＤ装置１の制御系統について説明する。図７はＨＵＤ装置１の電気的構成を示すブロック図であり、ＨＵＤ装置１は、主に上述した光源モジュール１０と表示デバイスモジュール２０とペルチェ素子３０とからなる表示装置Ｐと、同じく上述した外光検出部９０と、制御部１１０とから構成されている。

制御部１１０は、マイコン１１１と、出力制御部１１２と、ＭＥＭＳ制御部１１３と、ペルチェ制御部１１４と、液晶制御部１１５と、Ｄ／Ａコンバータ（図示せず）とから主に構成されている。Ｄ／Ａコンバータは、外光検出部９０及びモニタセンサ２３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、マイコン１１１へと供給するものである。

マイコン１１１は、ＨＵＤ装置１における種々の動作を制御するものである。このマイコン１１１は、表示画像Ｄを表示するための画像データを記憶部（図示せず）からＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ）通信等で取得する。なお、前記記憶部には、所定の動作プログラムやモニタセンサ２３におけるレーザー光の光量検出のためのレーザーダイオード１１の駆動タイミング等が予め記憶されている。

例えばマイコン１１１は、下記に示すような処理を実行する。１つ目としてマイコン１１１は、所定の制御データを生成し、この生成した制御データを出力制御部１１２に出力することで、当該出力制御部１１２を介してレーザーダイオード１１を駆動する。

なお、ここでの制御データは、モニタセンサ２３が受信し、前記Ｄ／Ａコンバータによって変換されたレーザー光強度のデジタル信号に基づき生成されるものであり、レーザーダイオード１１ｒ、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前記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。

２つ目としてマイコン１１１は、ＭＥＭＳ制御部１１３を介して、ＭＥＭＳスキャナ２１を駆動する。

３つ目としてマイコン１１１は、予め記憶しているレーザー光の光量検出のためのレーザーダイオード１１の駆動タイミング等に応じて、出力制御部１１２に制御データを供給しつつ、モニタセンサ２３から光強度のデータを取得する。そして、出力制御部１１２は、マイコン１１１から供給された制御データに基づいて、レーザーダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの各々の出力を制御し、レーザーダイオード１１を駆動する。

４つ目としてマイコン１１１は、温度検出素子１６からレーザーダイオード１１の温度データを取得し、レーザーダイオード１１が雰囲気温度に応じた所定の温度となるように、ペルチェ制御部１１４を介してペルチェ素子３０を駆動する。

５つ目としてマイコン１１１は、外光検出部９０から出力された外部照度測定値から、適した表示画像Ｄの輝度である輝度目標値を算出し、この算出結果に基づき液晶制御部１１５を介して液晶素子１４を駆動し、レーザー光の偏光軸角度を調整する。すなわち、反射型偏光板１００の透過率を制御することにより、表示画像Ｄの輝度を調整する。

以上の構成からなるＨＵＤ装置１において、光源モジュール１０は、制御部１１０による制御のもと、レーザー光ＣをＭＥＭＳスキャナ２１に向けて出射し、ＭＥＭＳスキャナ２１は、受光したレーザー光Ｃを透過スクリーン６０に向けて走査し、これにより透過スクリーン６０上に表示画像Ｄを生成する。

そして、この表示画像Ｄを表す表示光Ｌは、反射部７０（平面ミラー７１並びに拡大ミラー７２）、透光部８２を経て、ウインドシールド３に向けて出射される。このウインドシールド３に向けて出射された表示光Ｌはウインドシールド３で反射されることで、車両運転者４側から見てウインドシールド３の前方に、表示画像Ｄの虚像Ｖが結ばれる。これにより車両運転者４は、その前記アイボックスにおいて、表示画像Ｄを虚像Ｖとして視認することができる。

ここで、上述したように保持部材１０１を利用して反射型偏光板１００を傾斜配置したことによる作用効果について図５に基づいて説明する。なお、図５では、光源モジュール１０から表示デバイスモジュール２０へと向かうレーザー光Ｃが反射型偏光板１００で反射される場合、すなわち表示画像Ｄの表示輝度を低下させている場合を例示したものである。

この図５において、反射型偏光板１００は、上述したように各傾斜部１０５ｂ、１０６を利用して、レーザー光Ｃの光軸に対して傾斜するように配置される。これにより強度の高いレーザー光Ｃが開口部１０５ａを通過して反射型偏光板１００で反射したとしても、この反射型偏光板１００によって反射された反射光Ｍ（図５中、点線部分）は、閉塞空間部１０４を通り底壁部１０２に向けて照射されるため、保持部材１０１の外部へと漏洩（出射）されないので、迷光の発生を抑制することができる。つまり、表示画像Ｄの表示輝度を低下させる場合において、反射型偏光板１００は、反射型偏光板１００を透過できない（透過不可能な）レーザー光Ｃを反射光Ｍとして前記所定の方向（図５中、矢印Ｚ方向）に反射させる機能を有している。

以上のように、本実施形態ではレーザー光Ｃを発するレーザー光源１１と、このレーザー光源１１から出射したレーザー光Ｃの偏光軸角度を変化させる液晶素子１４と、この液晶素子１４が出射したレーザー光Ｃを走査して表示画像Ｄを生成するＭＥＭＳスキャナ２１と、液晶素子１４からＭＥＭＳスキャナ２１へと至るレーザー光Ｃの光路中に配設される反射型偏光板１００とを有し、反射型偏光板１００は、レーザー光Ｃの光軸に対し傾斜するように配置され、反射型偏光板１００を透過不可能なレーザー光Ｃを反射光Ｍとして前記所定の方向に反射させる機能を備えているものである。また、反射光Ｍが照射される前記所定の方向に位置する底壁部１０２と、反射型偏光部材１００を保持するように底壁部１０２と反射型偏光板１００との間に位置する周壁部１０３とを有する保持部材１０１を備え、第１周壁部１０５（周壁部１０３）には、レーザー光Ｃを反射型偏光板１００へと通過させるための開口部１０５ａが設けられ、底壁部１０２と周壁部１０３とで囲まれた空洞領域は閉塞空間部１０４として設けられるものである。

従って、反射型偏光板１００をレーザー光Ｃの光軸に対して傾斜させて配置したことで、調光時に反射型偏光板１００によって反射された反射光Ｍは従来のように再度、（ダイクロイックミラー１５を経て）液晶素子１４を照射せずに、反射型偏光板１００を保持する保持部材１０１に設けられた閉塞空間部１０４を通り底壁部１０２へと導かれ、保持部材１０１の外部には極力出射されないことから、迷光の発生（液晶素子１４の劣化）が抑制され、調光時における表示のコントラスト低下を招く虞のないＨＵＤ装置１を提供することができる。

また、閉塞空間部１０４と底壁部１０２との境界部分となる底壁部１０２の前記第１内壁面には、粗面等の艶消し処理部からなる減光部Ｔ１が設けられることで、底壁部１０２に向けて照射された反射光Ｍは艶消し処理された減光部Ｔ１にて吸収されるので、迷光の発生をより確実に抑制することができ、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、前記第１内壁面に照射した反射光Ｍの一部は、艶消し処理された減光部Ｔ１で完全に吸収されずに反射あるいは拡散する成分も存在するが、この反射あるいは拡散成分は、閉塞空間部１０４と周壁部１０３との境界部分となる周壁部１０３の前記第２内壁面に設けられた黒色着色部Ｔ２にてさらに吸収されるので、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また本実施形態では、底壁部１０２が平坦な平板形状となっている例について説明したが、本実施形態の変形例として図８に示すように前記第１内壁面を平坦面ではなく傾斜内壁面１０７としてもよい。

これにより傾斜内壁面１０７に向けて照射された反射光Ｍの光軸を、第１の黒色着色部Ｔ２へと導くことができるため、傾斜内壁面１０７で反射した際の反射型偏光板１００へと戻る反射光Ｍの光量が前記第１実施形態の場合に比べて低減されるため、より効果的に迷光の発生が防止され、調光時における表示のコントラストの低下をより確実に防ぐことができる。

また本実施形態では、保持部材１０１が底壁部１０２と周壁部１０３とを有するような有底の枠体形状にて形成されている例について説明したが、本実施形態の他の変形例として図９に示すように底壁部１０２を廃止してもよい。このとき、前記所定の方向には反射光Ｍが照射される被光照射部が設けられ、当該被光照射部は表示用筐体４０の一部を利用して設けられることになる。

つまり、この場合、閉塞空間部１０４は周壁部１０３と表示用筐体４０とで囲まれた空洞領域として構成され、反射光Ｍは閉塞空間部１０４を通り、閉塞空間部１０４に対応する表示用筐体４０の表面箇所である被光照射部４１に照射され、周壁部１０３（保持部材１０１）の外部には極力出射されないことから、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、ここでの詳細図示は省略するが、被光照射部４１に前記第１実施形態にて採用した前記黒色着色部を設け、被光照射部４１に向けて照射される反射光Ｍを減光させてもよいし、さらには周壁部１０３と表示用筐体４０とを一体的に形成してもよい。

さらに、ここでの詳細図示は省略するが、底壁部１０２と表示用筐体４０の双方が廃止された場合にあっては、被光照射部をヒートシンク５０の一部を利用して設けてもよい。つまり、この場合、反射光Ｍが通過する閉塞空間部１０４は、周壁部１０３とヒートシンク５０とで囲まれた空洞領域として構成される。

このような構成においても、反射光Ｍは閉塞空間部１０４に対応するヒートシンク５０の表面箇所である被光照射部（図示せず）に照射され、周壁部１０３（保持部材１０１）の外部には極力出射されないことから、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、ヒートシンク５０に設けた被光照射部に前記第１実施形態にて採用した前記黒色着色部を設け、当該被光照射部に向けて照射される反射光Ｍを黒色着色部で減光させてもよいし、さらには周壁部１０３とヒートシンク５０とを一体的に形成してもよい。

（第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態を図１０に基づいて説明するが、前述の第１実施形態と同一もしくは相当個所には同一の符号を用いてその詳細な説明は省略する。この第２実施形態においては、上述した第１実施形態の構成を基本構成として、閉塞空間部１０４と底壁部１０２との境界面となる底壁部１０２の前記第１内壁面に、反射光Ｍを減光させるための減光部としての光吸収部材１２０が配置（載置）された構成となっている。

例えば光吸収部材１２０としては、前記第１内壁面上に載置されたＮＤフィルター（減光フィルタ）等を適用することができる。この第２実施形態においても、調光時に反射型偏光板１００によって反射された反射光Ｍは、反射型偏光板１００を保持する保持部材１０１に設けられた閉塞空間部１０４を通り底壁部１０２側へと導かれて、光吸収部材１２０によって減光されることから、迷光の発生（液晶素子１４の劣化）が抑制され、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また本第２実施形態では、閉塞空間部１０４に光吸収部材１２０を配置した例について説明したが、光吸収部材１２０に代えて本第２実施形態の変形例として図１１に示すように円偏光板１３０を用いることも可能である。この反射光Ｍを減光させるための円偏光板１３０は、底壁部１０２と反射型偏光板１００との間に設けられ、例えば吸収型の偏光板からなる偏光部１３１と４分の１波長板１３２とで構成され、偏光部１３１は、反射光Ｍが入射される側（つまり反射型偏光板１００側）に配置される。

また、偏光部１３１は、その透過軸が反射型偏光板１００で反射される反射光Ｍの偏光軸角度と一致するように配置され、一方、４分の１波長板１３２は、底壁部１０２側に配置されており、その光学軸が偏光軸角度に対して４５度回転するように配置される。

従って、円偏光板１３０を透過した反射光Ｍは円偏光に変換されて、その後、底壁部１０２の前記第１内壁面で反射された反射光Ｍは、逆回転の円偏光に変換される。そして、この逆回転に変換された円偏光は、４分の１波長板１３２を再び透過する際に入射時に対して直交した偏光軸角度を有する直線偏光に変換される。これにより偏光部１３１には、その透過軸に対して偏光軸角度が直交する形で入射されるため、底壁部１０２によって反射型偏光板１００側に向けて再反射された反射光Ｍが保持部材１０１の外部へと出射される虞がなくなり、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらには、光吸収部材１２０に代えて本第２実施形態の他の変形例として図１２に示すように偏光板１４０を用いることも可能である。この反射光Ｍを減光させるための偏光板１４０は、吸収型偏光板であって、無機系材料からなるものが望ましい。この偏光板１４０は、その透過軸が反射型偏光板１００で反射されるレーザー光（反射光Ｍ）の偏光軸角度と直交するように、底壁部１０２と反射型偏光板１００との間に設けられる。従って、底壁部１０２に向けて照射されるレーザー光（反射光Ｍ）は偏光板１４０で大幅に減光した状態で、底壁部１０２の前記第１内壁面に照射されるため、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、光吸収部材１２０や円偏光板１３０、吸収型偏光板１４０を設ける場合、前記第１内壁面に艶消し処理等の光吸収機能を施すことで、効果的に迷光を除去すること可能となる。さらに、光吸収部材１２０や円偏光板１３０、吸収型偏光板１４０は、底壁部１０２と離間するように閉塞空間部１０４に配設されてもよいし、反射光Ｍの光軸に対し傾斜した状態で閉塞空間部１０４に配設されてもよい。

なお、前記各実施形態では、表示デバイス（走査部）としてＭＥＭＳスキャナ２１を適用した例について説明したが、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）からなる空間変調デバイスを用いてもよい。

１０ 光源モジュール
１１ レーザーダイオード（レーザー光源）
１３ 偏光板
１４ 液晶素子（偏光制御素子）
１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ 液晶セル（偏光制御可能領域）
１７ 光源用筐体
２０ 表示デバイスモジュール
２１ ＭＥＭＳスキャナ（走査部）
３０ ペルチェ素子
４０ 表示用筐体（筐体）
５０ ヒートシンク
６０ 透過スクリーン
７０ 反射部
８０ ハウジング
９０ 外光検出部
１００ 反射型偏光板（反射型偏光部材）
１０１ 保持部材
１０２ 底壁部（被光照射部）
１０３ 周壁部（保持部）
１０４ 閉塞空間部
１０５ 第１周壁部
１０５ａ 開口部
１０６ 第２周壁部
１２０ 光吸収部材（減光部）
１３０ 円偏光板
１４０ 吸収型偏光板
Ｃ 合成レーザー光（レーザー光）
Ｄ 表示画像
Ｍ 反射光
Ｔ１ 減光部
Ｔ２ 黒色着色部

Claims (6)

1. レーザー光を発するレーザー光源と、
   前記レーザー光源から出射した前記レーザー光の偏光軸角度を変化させる偏光制御素子と、
   前記偏光制御素子が出射した前記レーザー光を走査して表示画像を生成する走査部と、
   前記偏光制御素子から前記走査部へと至る前記レーザー光の光路中に配設される反射型偏光部材とを有し、
   前記反射型偏光部材は、前記レーザー光の光軸に対し傾斜するように配置され、前記反射型偏光部材を透過不可能な前記レーザー光を反射光として所定の方向に反射させる機能を備えていることを特徴とする走査型表示装置。
2. 前記所定の方向には、前記反射光が照射される被光照射部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の走査型表示装置。
3. 前記反射光が照射される前記所定の方向に位置する被光照射部と、前記反射型偏光部材を保持するように前記被光照射部と前記反射型偏光部材との間に位置する保持部とを有する保持部材を備え、
   前記保持部には、前記レーザー光を前記反射型偏光部材へと通過させるための開口部が設けられ、
   前記被光照射部と前記保持部とで囲まれた空洞領域は閉塞空間部として設けられることを特徴とする請求項１記載の走査型表示装置。
4. 前記被光照射部と前記反射型偏光部材との間には、前記反射光を減光させるための円偏光板あるいは吸収型偏光板が設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の走査型表示装置。
5. 前記閉塞空間部と前記被光照射部との境界部分となる前記被光照射部の第１内壁部には、前記反射光を減光させるための減光部が設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４のうち何れか１つに記載の走査型表示装置。
6. 前記閉塞空間部と前記保持部との境界部分となる前記保持部の第２内壁部には、黒色着色部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の走査型表示装置。

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