JP2017067944A - Display image generation device and image display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a display image generation device which generates a display image that is visually recognized with ease even with a small optical system mounted therein.SOLUTION: An image display device includes a light source part which emits light from a light source element to a scanning optical system, a scanning optical system which generates an intermediate image on an intermediate screen by an optical flux emitted from the light source part, and a reflection optical element which guides the intermediate image to a combination optical element. The reflection optical element has a shape for guiding the intermediate image to the combination optical element except for a part of it.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、表示画像作成装置および画像表示装置に関するものである。   The present invention relates to a display image creation device and an image display device.

自動車、航空機、船舶などの移動体に搭載される装置であって、操縦者(運転者)が当該移動体を操縦する際に有用な情報を、少ない視線移動で視認できるようにする画像表示装置が知られている。このような画像表示装置は、一般的に、ヘッドアップディスプレイ(以下「HUD」という)と呼ばれる。   An image display device that is mounted on a moving body such as an automobile, an aircraft, or a ship, and that enables a driver (driver) to visually recognize information useful for maneuvering the moving body with a small amount of line-of-sight movement. It has been known. Such an image display device is generally called a head-up display (hereinafter referred to as “HUD”).

HUDは、移動体に関する情報を含む画像を中間画像として作成し、この中間画像を運転者が情報を認知できるように虚像として現すものである。なお、「移動体に関する情報」とは、当該移動体の運転者の視界に存在するものに関連する情報、当該移動体の動作に関連する情報等を含む。例えば、移動体の動作状態を報知する警報なども含まれる。   The HUD creates an image including information on a moving object as an intermediate image, and displays the intermediate image as a virtual image so that the driver can recognize the information. The “information about the moving body” includes information related to what is present in the field of view of the driver of the moving body, information related to the operation of the moving body, and the like. For example, an alarm for notifying the operating state of the moving body is also included.

従来のHUDは、中間画像の作成方式として、例えば、液晶等のイメージングデバイスを用いるパネル方式、レーザーダイオードから射出されたレーザービームを二次元走査デバイスによって走査するレーザー走査方式、などが知られている。パネル方式は、全画面発光を部分的に遮光して中間画像を作成する。レーザー走査方式は、各画素に対して「発光」と「非発光」を割り当てることで中間画像を作成する。一般的に、高コントラストの中間画像を作成するには、レーザー走査方式の方が適している。   In the conventional HUD, as a method for creating an intermediate image, for example, a panel method using an imaging device such as a liquid crystal, a laser scanning method in which a laser beam emitted from a laser diode is scanned by a two-dimensional scanning device, and the like are known. . In the panel method, an intermediate image is created by partially blocking light emission on the entire screen. The laser scanning method creates an intermediate image by assigning “light emission” and “non-light emission” to each pixel. In general, the laser scanning method is more suitable for creating a high-contrast intermediate image.

HUDは、操縦者の前方視界内に配置される。移動体が自動車の場合であれば、HUDの本体はダッシュボードの内部に配置される。自動車の場合、ダッシュボードの内部には空調のダクトやメーター類などの構造物が収納されるので、これら構造物とHUDが干渉しないように配置する必要がある。したがって、HUDは小型である方が望ましい。   The HUD is placed in the driver's forward view. If the moving body is an automobile, the main body of the HUD is arranged inside the dashboard. In the case of an automobile, since structures such as air conditioning ducts and meters are housed inside the dashboard, it is necessary to arrange these structures so that they do not interfere with the HUD. Therefore, it is desirable that the HUD is small.

HUDを小型にするには、HUDが備える光学系を小型にすればよい。光学系に含まれる一部の光学素子を小さくすることでHUD全体を小さくするものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。   In order to reduce the size of the HUD, the optical system included in the HUD may be reduced in size. An apparatus that reduces the entire HUD by reducing some optical elements included in the optical system is known (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1のHUDのように光学系を小さくすると中間画像が小さくなる。そうすると、運転者が視認する虚像が小さくなり、情報を視認しにくくなる。光学系が小さくても虚像を大きくするならば、光学系における倍率を高くすればよい。しかし、光学系の倍率を高くすると感度が敏感になり、光学素子の微調整が難しい。   If the optical system is made smaller as in the HUD of Patent Document 1, the intermediate image becomes smaller. If it does so, the virtual image which a driver | operator visually recognizes becomes small and it becomes difficult to visually recognize information. If the virtual image is enlarged even if the optical system is small, the magnification in the optical system may be increased. However, if the magnification of the optical system is increased, the sensitivity becomes sensitive and fine adjustment of the optical element is difficult.

また、光学系を小さくする別の方法として、中間画像を作成するための中間スクリーンから運転者の視点に至るまでの観察光学系において、偏心光学系を用いる方法がある。この偏心光学系の偏心量を大きくすれば、観察光学系の収納空間を小さくすることができるので、HUDを小さくできる。   As another method of reducing the optical system, there is a method of using a decentered optical system in an observation optical system from an intermediate screen for creating an intermediate image to a driver's viewpoint. If the decentering amount of the decentering optical system is increased, the storage space of the observation optical system can be reduced, so that the HUD can be reduced.

しかし、観察光学系に偏心光学系を用いた場合、偏心光学系の偏心量を大きくすると、新たな課題が生ずる。一般に、二次元偏向走査を行う走査光学系は、光学設計の観点から主走査方向の対称性を持たせると有利である。そのためには、走査光学系から中間スクリーンへ入射する光線は、主走査方向について中間スクリーンに対し垂直に入射する構成が望ましい。   However, when a decentered optical system is used as the observation optical system, a new problem arises if the decentration amount of the decentered optical system is increased. In general, it is advantageous for a scanning optical system that performs two-dimensional deflection scanning to have symmetry in the main scanning direction from the viewpoint of optical design. For this purpose, it is desirable that the light beam incident on the intermediate screen from the scanning optical system is incident perpendicularly to the intermediate screen in the main scanning direction.

偏心光学系の偏心量を大きくすることでHUDを小さくした場合、アイポイントから考えていくと観察光学系が備える折返しミラーを偏心させることになる。折り返しミラーが中間画像を反射する領域(光線通過領域)の形状を矩形とした場合、折り返しミラーを偏心させて斜めに配置すると、折り返しミラーが上下方向や左右方向に飛び出すような構成になる。したがって、観察光学系に偏心光学系を用いることで、HUDが大きくなることがある。   When the HUD is reduced by increasing the amount of eccentricity of the decentering optical system, the folding mirror included in the observation optical system is decentered when considering from the eye point. When the shape of the area where the folding mirror reflects the intermediate image (light-passing area) is rectangular, when the folding mirror is decentered and arranged obliquely, the folding mirror protrudes in the vertical and horizontal directions. Therefore, the HUD may be increased by using a decentered optical system for the observation optical system.

本発明は、小型で、かつ、観察者が認知しやすい虚像の表示用の画像を作成することができる表示画像作成装置と画像表示装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a display image creation device and an image display device that are capable of creating a display image of a virtual image that is small and easy for an observer to recognize.

本発明は、光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、を備え、前記反射光学素子は、前記中間画像の一部を除いて前記結合光学素子に導光する形状を有する、ことを主な特徴とする。   The present invention provides a light source unit that emits light from a light source element to a scanning optical system, a scanning optical system that creates an intermediate image on an intermediate screen by a light beam emitted from the light source unit, and the intermediate image as a coupling optical element. A reflective optical element for guiding, the reflective optical element having a shape for guiding to the coupling optical element except for a part of the intermediate image.

本発明によれば、小型で、かつ、観察者が認知しやすい虚像の表示用の画像を作成することができる。   According to the present invention, it is possible to create an image for displaying a virtual image that is small and easily recognized by an observer.

本発明に係る表示画像作成装置を含む画像表示装置の実施形態の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of embodiment of the image display apparatus containing the display image production apparatus which concerns on this invention. 上記表示画像作成装置が備える光源部の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the light source part with which the said display image production apparatus is provided. 上記表示画像作成装置が備える走査光学系の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the scanning optical system with which the said display image production apparatus is provided. 上記画像作成装置のハードウェア構成の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of the hardware constitutions of the said image production apparatus. 上記表示画像作成装置の機能構成の例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the example of a function structure of the said display image production apparatus. 上記表示画像作成装置が備える光偏向器の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the optical deflector with which the said display image production apparatus is provided. 上記表示画像作成装置が備える反射光学素子の形状の例と配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of a shape and arrangement example of the reflective optical element with which the said display image production apparatus is provided. 上記表示画像作成装置が備える被走査面素子、反射光学素子、結合光学素子の関係の例を示す図である、It is a diagram showing an example of the relationship between a scanned surface element, a reflective optical element, and a coupling optical element provided in the display image creation device 上記画像表示装置の例を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the example of the said image display apparatus. 上記表示画像作成装置の別の実施形態に係る中間スクリーンとセンサの配置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the intermediate | middle screen which concerns on another embodiment of the said display image production apparatus, and a sensor. 上記表示画像作成装置の中間スクリーンとセンサの配置を比較例とともに示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the intermediate | middle screen and sensor of the said display image production apparatus with a comparative example. 上記表示画像作成装置のさらに別の実施形態に係る中間スクリーンとセンサの配置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the intermediate | middle screen and sensor which concern on another embodiment of the said display image production apparatus. 従来の画像表示装置の例を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the example of the conventional image display apparatus.

以下、本発明に係る表示画像作成装置の実施形態、および同表示画像作成装置を備える画像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の実施形態であるHUD1について説明する。   Hereinafter, embodiments of a display image creation device according to the present invention and embodiments of an image display device including the display image creation device will be described with reference to the drawings. First, HUD1 which is embodiment of the image display apparatus based on this invention is demonstrated.

●画像表示装置の概要●
図1に示すようにHUD1は、自動車や航空機、船舶などの移動体に搭載される装置である。HUD1は、当該移動体の操縦者の視界内において、当該移動体の操縦に有用な情報を表示する。なお、「移動体の操縦に有用な情報」とは、当該移動体の操縦者の視界に存在するものに関連する情報、当該移動体の動作に関連する情報等を含む。例えば、移動体の動作状態を報知する警報なども含まれる。本明細書において、「移動体の操縦に有用な情報」を単に「情報」と表記することもある。
● Outline of image display device ●
As shown in FIG. 1, the HUD 1 is a device mounted on a moving body such as an automobile, an aircraft, or a ship. The HUD 1 displays information useful for maneuvering the mobile object within the field of view of the operator of the mobile object. Note that “information useful for maneuvering a mobile object” includes information related to information existing in the field of view of the operator of the mobile object, information related to the operation of the mobile object, and the like. For example, an alarm for notifying the operating state of the moving body is also included. In this specification, “information useful for maneuvering a moving object” may be simply referred to as “information”.

HUD1は、操縦者が認知可能な状態で情報を虚像2として表示する。この虚像2は、中間画像に基づいて現れる画像であり、中間画像は、虚像2を表示するための画像である。HUD1は中間画像の作成装置(表示画像作成装置)を備えている。表示画像作成装置の実施形態の詳細は、後述する。   The HUD 1 displays information as a virtual image 2 in a state that can be recognized by the pilot. The virtual image 2 is an image that appears based on the intermediate image, and the intermediate image is an image for displaying the virtual image 2. The HUD 1 includes an intermediate image creation device (display image creation device). Details of the embodiment of the display image creation device will be described later.

HUD1は、表示画像作成装置において作成された中間画像を画像光として操縦者の視界に投射し、これを虚像2として当該操縦者の視界内に表示する。画像光を投射する光学系には、画像光を操縦者に向けて反射し、かつ、操縦者の視界に存在する周囲環境の反射光(外部光)を透過する光学素子を備えている。この光学素子は、画像光と外部光を結合し、結合した光を操縦者が見えるようにする素子である。この結合した光によって、画像光が投射されている位置よりも離れた位置に虚像2があるかのように操縦者は認知する。   The HUD 1 projects the intermediate image created in the display image creation device as image light onto the pilot's field of view, and displays this as a virtual image 2 in the pilot's field of view. An optical system that projects image light includes an optical element that reflects image light toward the pilot and transmits reflected light (external light) of the surrounding environment that exists in the driver's field of view. This optical element is an element that combines image light and external light so that the operator can see the combined light. With this combined light, the driver recognizes as if the virtual image 2 is at a position away from the position where the image light is projected.

●画像表示装置の構成
図1に示すように、HUD1は、光源部10と、走査光学系20と、観察光学系30と、を備えている。HUD1は、すでに説明のとおり、操縦者である観察者3の視界内に虚像2を表示する装置である。
Configuration of Image Display Device As shown in FIG. 1, the HUD 1 includes a light source unit 10, a scanning optical system 20, and an observation optical system 30. As already described, the HUD 1 is a device that displays the virtual image 2 in the field of view of the observer 3 who is the pilot.

本実施形態では、HUD1を自動車に搭載した場合を例に用いて説明する。HUD1において虚像2の元になる中間画像は、光源部10と走査光学系20と観察光学系30を構成する凹面ミラー31によって作成される。したがって、本発明に係る表示画像作成装置の実施形態である画像作成装置100は、光源部10と走査光学系20と凹面ミラー31によって構成される。   In the present embodiment, a case where the HUD 1 is mounted on an automobile will be described as an example. An intermediate image that is a source of the virtual image 2 in the HUD 1 is created by the concave mirror 31 that constitutes the light source unit 10, the scanning optical system 20, and the observation optical system 30. Therefore, the image creating apparatus 100 which is an embodiment of the display image creating apparatus according to the present invention includes the light source unit 10, the scanning optical system 20, and the concave mirror 31.

画像作成装置100で作成された中間画像は、観察光学系30の一部を構成する光コンバイナ32に投射される。光コンバイナ32は、中間画像と上記の外部光を結合し、観察者3が視認可能にする結合光学素子である。   The intermediate image created by the image creation device 100 is projected onto an optical combiner 32 that forms part of the observation optical system 30. The light combiner 32 is a combined optical element that combines the intermediate image and the external light and makes the viewer 3 visible.

本実施形態では、光コンバイナ32としてフロントウインドシールド50(いわゆるフロントガラス)を用いている。また、専用の結合光学素子を光コンバイナ32として観察者3の視界内に配置してもよい。   In the present embodiment, a front windshield 50 (so-called windshield) is used as the optical combiner 32. In addition, a dedicated coupling optical element may be arranged in the field of view of the observer 3 as the optical combiner 32.

●光源部10の概要
光源部10は、虚像2の元になる中間画像の作成に用いる光束を出射する。虚像2をカラー画像にするのであれば、光源部10からはカラー画像に必要な光の三原色に相当する光束が出射される。
Overview of the light source unit 10 The light source unit 10 emits a light beam used to create an intermediate image that is the basis of the virtual image 2. If the virtual image 2 is to be a color image, a light beam corresponding to the three primary colors of light necessary for the color image is emitted from the light source unit 10.

●走査光学系20の概要
走査光学系20は、光源部10から出射された光束に基づいて、虚像2において所定の情報を表示するための中間画像を作成する。一般的に、中間画像の外形は、長方形や正方形などの矩形である。
Overview of Scanning Optical System 20 The scanning optical system 20 creates an intermediate image for displaying predetermined information in the virtual image 2 based on the light beam emitted from the light source unit 10. In general, the outer shape of the intermediate image is a rectangle such as a rectangle or a square.

●観察光学系30の概要
走査光学系20において作成された中間画像は、観察光学系30の反射光学素子である凹面ミラー31において拡大されて投射される。拡大投射された中間画像は、光コンバイナ32において観察者3に向けて反射される。
Overview of Observation Optical System 30 The intermediate image created in the scanning optical system 20 is enlarged and projected by a concave mirror 31 that is a reflection optical element of the observation optical system 30. The intermediate image thus magnified and projected is reflected toward the observer 3 by the optical combiner 32.

光コンバイナ32において中間画像が反射されると、観察者3の視覚には、光コンバイナ32の物理的な位置とは異なる位置(観察者3から離れる方向の位置)に虚像2が現れる。すでに説明したとおり、虚像2において認知できる情報は、自動車の動作に関連する情報であって、例えば、自動車の速度や走行距離、行き先表示等のナビゲーション情報等である。   When the intermediate image is reflected by the optical combiner 32, the virtual image 2 appears at a position different from the physical position of the optical combiner 32 (a position in a direction away from the observer 3). As already described, the information recognizable in the virtual image 2 is information related to the operation of the automobile, for example, navigation information such as the speed, travel distance, and destination display of the automobile.

なお、観察者3の視点は、単に基準となる視点位置(基準アイポイント)を示している。観察者3の視点範囲は、自動車の運転者アイレンジ(JIS D0021)と同等かそれ以下である。   The viewpoint of the observer 3 simply indicates a reference viewpoint position (reference eye point). The viewpoint range of the observer 3 is equal to or less than the driver's eye range (JIS D0021) of the automobile.

ここで、本発明に係る実施形態の説明に共通して用いる3次元直交座標系の説明をする。図1に示すように、観察者3の視野方向(移動体の前進方向)をZ軸とする。この場合、虚像2から観察者3へ向かう方向(移動体の後退方向)を+Z方向とし、観察者3の視線方向(移動体の前進方向)を−Z方向とする。観察者3の視野の左右方向をX方向とする。この場合、観察者3の右方向(紙面奥方向)を+X方向とし、観察者3の左方向を−X方向(紙面手前方向)とする。また観察者3の視野の上下方向をY方向とする。観察者3の上方向を+Y方向とし、観察者3の下方向を−Y方向とする。   Here, a description will be given of a three-dimensional orthogonal coordinate system commonly used in the description of the embodiments according to the present invention. As shown in FIG. 1, the viewing direction of the observer 3 (the forward direction of the moving body) is taken as the Z axis. In this case, the direction from the virtual image 2 toward the observer 3 (retracting direction of the moving body) is the + Z direction, and the line-of-sight direction of the observer 3 (advancing direction of the moving body) is the −Z direction. The left-right direction of the visual field of the observer 3 is defined as the X direction. In this case, the right direction of the observer 3 (the depth direction on the paper surface) is the + X direction, and the left direction of the observer 3 is the −X direction (the front side of the paper surface). The vertical direction of the visual field of the observer 3 is defined as the Y direction. The upward direction of the observer 3 is defined as + Y direction, and the downward direction of the observer 3 is defined as -Y direction.

以上をまとめて言い換えると、本発明に係る実施形態の説明に用いる移動体を自動車とした場合に、自動車の幅方向をX方向、自動車の高さ方向をY方向、自動車の長さ方向をZ方向とする。観察者3からみて左手方向が−X方向であって、右手方向が+X方向である。観察者3からみて上方向が+Y方向である。自動車の後退方向が+Z方向であって、進行方向が−Z方向である。   In other words, when the mobile body used for the description of the embodiment according to the present invention is an automobile, the width direction of the automobile is the X direction, the height direction of the automobile is the Y direction, and the longitudinal direction of the automobile is Z. The direction. From the viewpoint of the observer 3, the left hand direction is the -X direction, and the right hand direction is the + X direction. The upward direction when viewed from the observer 3 is the + Y direction. The reverse direction of the automobile is the + Z direction, and the traveling direction is the -Z direction.

●光源部10の構成
次に、光源部10の詳細な構成について図2を用いて説明する。光源部10は、カラー画像である虚像2を形成するために用いられる画像作成用ビーム101を出射する。画像作成用ビーム101は、赤(以下「R」と表示する。)、緑(以下「G」と表示する。)、青(以下「B」と表示する。)の3色のビームを1本に合成した光ビームである。
Next, a detailed configuration of the light source unit 10 will be described with reference to FIG. The light source unit 10 emits an image creation beam 101 used to form a virtual image 2 that is a color image. The image creation beam 101 is one beam of three colors of red (hereinafter referred to as “R”), green (hereinafter referred to as “G”), and blue (hereinafter referred to as “B”). It is a light beam synthesized into

光源部10は、光源素子として、各色のレーザー光を出射する半導体レーザー素子を備えている。各色に対応する半導体レーザー素子を、第1レーザー素子110、第2レーザー素子120、第3レーザー素子130、とする。   The light source unit 10 includes a semiconductor laser element that emits laser light of each color as a light source element. The semiconductor laser elements corresponding to each color are referred to as a first laser element 110, a second laser element 120, and a third laser element 130.

また、光源部10は、各レーザー素子から出射されたレーザー光の発散性を抑止するカップリングレンズを備えている。各色のレーザー光に対応するカップリングレンズを、第1カップリングレンズ111、第2カップリングレンズ121、第3カップリングレンズ131、とする。   Further, the light source unit 10 includes a coupling lens that suppresses the divergence of the laser light emitted from each laser element. The coupling lenses corresponding to the laser beams of the respective colors are a first coupling lens 111, a second coupling lens 121, and a third coupling lens 131.

また、光源部10は、各カップリングレンズからの各レーザー光の光束径を規制して整形するアパーチャを備えている。各レーザー光に対応するアパーチャを、第1アパーチュア112、第2アパーチュア122、第3アパーチュア132、とする。   In addition, the light source unit 10 includes an aperture that regulates and shapes the beam diameter of each laser beam from each coupling lens. The apertures corresponding to the respective laser beams are a first aperture 112, a second aperture 122, and a third aperture 132.

また、光源部10は、整形された各色のレーザー光束を合成して画像作成用ビーム101を出射するビーム合成プリズム140と、レンズ150と、を有する。   In addition, the light source unit 10 includes a beam combining prism 140 that combines the shaped laser beams of the respective colors and emits an image forming beam 101, and a lens 150.

第1レーザー素子110は、赤色の画像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第2レーザー素子120は、緑色の画像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第3レーザー素子130は、青色の画像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。各レーザー素子には、端面発光レーザーと呼ばれるレーザーダイオード(LD)を用いることができる。また、端面発光レーザーに代えて、面発光レーザー(VCSEL)を用いることもできる。   The first laser element 110 is a laser element that emits a laser beam that forms a red image. The second laser element 120 is a laser element that emits laser light that forms a green image. The third laser element 130 is a laser element that emits a laser beam that forms a blue image. As each laser element, a laser diode (LD) called an edge emitting laser can be used. Further, a surface emitting laser (VCSEL) can be used instead of the edge emitting laser.

第1レーザー素子110から出射される光束(レーザー光)の波長λRは、例えば640nmである。第2レーザー素子120から出射される光束(レーザー光)の波長λGは、例えば530nmである。第3レーザー素子130から出射される光束(レーザー光)の波長λBは、例えば445nmである。   The wavelength λR of the light beam (laser light) emitted from the first laser element 110 is, for example, 640 nm. The wavelength λG of the light beam (laser light) emitted from the second laser element 120 is, for example, 530 nm. The wavelength λB of the light beam (laser light) emitted from the third laser element 130 is, for example, 445 nm.

ビーム合成プリズム140は、赤色のレーザー光を透過させて緑色のレーザー光を反射する第1ダイクロイック膜141と、赤色と緑色のレーザー光を透過させて青色のレーザー光を反射する第2ダイクロイック膜142と、を有する。   The beam synthesis prism 140 includes a first dichroic film 141 that transmits red laser light and reflects green laser light, and a second dichroic film 142 that transmits red and green laser light and reflects blue laser light. And having.

第1レーザー素子110から出射された赤色レーザー光は、第1カップリングレンズ111と第1アパーチュア112を介してビーム合成プリズム140に入射する。ビーム合成プリズム140に入射した赤色レーザー光は、第1ダイクロイック膜141を通過して直進する。   The red laser light emitted from the first laser element 110 enters the beam combining prism 140 through the first coupling lens 111 and the first aperture 112. The red laser light incident on the beam combining prism 140 passes straight through the first dichroic film 141.

第2レーザー素子120から出射された緑色レーザー光は、第2カップリングレンズ121と第2アパーチュア122を介してビーム合成プリズム140に入射する。ビーム合成プリズム140に入射した緑色レーザー光は、第1ダイクロイック膜141で反射されて赤色レーザー光と同方向(第2ダイクロイック膜142の方向)へ導光される。   The green laser light emitted from the second laser element 120 enters the beam combining prism 140 via the second coupling lens 121 and the second aperture 122. The green laser light incident on the beam combining prism 140 is reflected by the first dichroic film 141 and guided in the same direction as the red laser light (direction of the second dichroic film 142).

第3レーザー素子130から出射された青色レーザー光は、第3カップリングレンズ131と第3アパーチュア132を介してビーム合成プリズム140に入射する。ビーム合成プリズム140に入射した青色レーザー光は、第2ダイクロイック膜142において赤色レーザー光及び緑色レーザー光と同方向に反射される。   The blue laser light emitted from the third laser element 130 is incident on the beam combining prism 140 via the third coupling lens 131 and the third aperture 132. The blue laser light incident on the beam combining prism 140 is reflected by the second dichroic film 142 in the same direction as the red laser light and the green laser light.

各アパーチュアには、光束の発散角等に応じて、円形、楕円形、長方形、正方形等の様々な形状のものを用いればよい。   Each aperture may have various shapes such as a circle, an ellipse, a rectangle, and a square according to the divergence angle of the light beam.

以上のように、第2ダイクロイック膜142を通過した赤色レーザー光及び緑色レーザー光と、第2ダイクロイック膜142で反射された青色レーザー光がビーム合成プリズム140から出射される。したがって、ビーム合成プリズム140から出射されるレーザー光は、赤色レーザー光と緑色レーザー光と青色レーザー光が1本のレーザー光束として合成されたものである。   As described above, the red laser light and the green laser light that have passed through the second dichroic film 142 and the blue laser light reflected by the second dichroic film 142 are emitted from the beam combining prism 140. Therefore, the laser light emitted from the beam combining prism 140 is a combination of red laser light, green laser light, and blue laser light as one laser beam.

ビーム合成プリズム140から出射されたレーザー光は、レンズ150によって所定の光束径の「平行ビーム」に変換される。この「平行ビーム」が、画像作成用ビーム101である。なお、レンズ150は、後述する光偏向器21に向かって凹面をなすメニスカスレンズである。   The laser light emitted from the beam combining prism 140 is converted into a “parallel beam” having a predetermined beam diameter by the lens 150. This “parallel beam” is the image forming beam 101. The lens 150 is a meniscus lens having a concave surface toward the optical deflector 21 described later.

画像作成用ビーム101を構成するR(赤)、G(緑)、B(青)の各色レーザー光束は、表示対象である「二次元のカラー画像」に係る画像信号に応じて、または、当該画像情報を示す画像データに応じて強度変調される。このレーザー光束の強度変調は、各色の半導体レーザーを直接変調する方式(直接変調方式)でも良いし、各色の半導体レーザーから出射されたレーザー光束を変調する方式(外部変調方式)でも良い。すなわち、各半導体レーザー素子は、それぞれを駆動する駆動手段によって、R、G、Bの各色成分の画像信号により発光強度を変調された各色のレーザー光を出射する。   The R (red), G (green), and B (blue) laser beams constituting the image creation beam 101 are either in accordance with an image signal related to a “two-dimensional color image” to be displayed, or Intensity modulation is performed according to image data indicating image information. The intensity modulation of the laser beam may be a method of directly modulating the semiconductor laser of each color (direct modulation method) or a method of modulating the laser beam emitted from the semiconductor laser of each color (external modulation method). That is, each semiconductor laser element emits a laser beam of each color whose emission intensity is modulated by an image signal of each color component of R, G, and B by a driving unit that drives each semiconductor laser element.

なお、上記のような半導体レーザー素子に代えてLED素子を用いてもよい。   An LED element may be used instead of the semiconductor laser element as described above.

●走査光学系20の構成
図3に示すように、走査光学系20は、二次元偏向素子である光偏向器21と、走査ミラー22と、中間スクリーン23と、を有してなる。
Configuration of Scanning Optical System 20 As shown in FIG. 3, the scanning optical system 20 includes an optical deflector 21 that is a two-dimensional deflection element, a scanning mirror 22, and an intermediate screen 23.

●光偏向器21の概要
光偏向器21は、光源部10から出射された画像作成用ビーム101を偏向走査し、中間スクリーン23上を二次元偏向走査する画像形成素子である。光偏向器21は、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)である。例えば、光偏向器21は、微小なミラーの集合体で構成され、各微小ミラーが互いに直交する二軸を用いて揺動するように構成された微小揺動ミラー素子(DMD:Digital Micromirror Device,Texas Instruments社)である。
Overview of Optical Deflector 21 The optical deflector 21 is an image forming element that deflects and scans the image forming beam 101 emitted from the light source unit 10 and performs two-dimensional deflection scanning on the intermediate screen 23. The optical deflector 21 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufactured as a micro oscillating mirror element by a semiconductor process or the like. For example, the optical deflector 21 is composed of a collection of minute mirrors, and each minute mirror is configured to be swung using two axes perpendicular to each other. The minute oscillating mirror element (DMD: Digital Micromirror Device, Texas Instruments).

光偏向器21として用いることができる画像形成素子は、上記の例に限るものではない。上記と同様の微小揺動ミラー素子において、1軸に2個の微小なミラーを配置して、この1軸の周りに2個の微小なミラーが互いに直交する方向に揺動可能な構成でもよい。また、光偏向器21として用いる画像形成素子として、透過型液晶パネルを含む透過液晶型素子や、反射型液晶パネルを含む液晶デバイスである反射液晶型素子などを用いてもよい。   The image forming element that can be used as the optical deflector 21 is not limited to the above example. In the same micro-oscillation mirror element as described above, two micro mirrors may be disposed on one axis, and the two micro mirrors may swing in directions orthogonal to each other around the one axis. . Further, as the image forming element used as the optical deflector 21, a transmissive liquid crystal element including a transmissive liquid crystal panel, a reflective liquid crystal element that is a liquid crystal device including a reflective liquid crystal panel, or the like may be used.

●光偏向器21の構成
ここで、光偏向器21の詳細な構造について図6を用いて説明する。すでに説明のとおり、光偏向器21は半導体プロセスにて製造されるMEMSミラーであって微小ミラー210を備えている。なお、図6において、光偏向器21の長手方向の軸をx軸、x軸に直交する光偏向器21の短手方向の軸をy軸、x軸とy軸に直交し光偏向器21で反射された光が進行する方向をz軸とする。図6におけるx軸、y軸、z軸は、すでに図1において示した軸(X軸、Y軸、Z軸)とは示す方向が異なる軸である。
Configuration of Optical Deflector 21 Here, the detailed structure of the optical deflector 21 will be described with reference to FIG. As already described, the optical deflector 21 is a MEMS mirror manufactured by a semiconductor process and includes a micromirror 210. In FIG. 6, the longitudinal axis of the optical deflector 21 is the x axis, the short axis of the optical deflector 21 orthogonal to the x axis is the y axis, and the optical deflector 21 is orthogonal to the x axis and the y axis. The direction in which the light reflected by the light travels is taken as the z-axis. The x-axis, y-axis, and z-axis in FIG. 6 are axes having different directions from the axes already shown in FIG. 1 (X-axis, Y-axis, and Z-axis).

微小ミラー210の両側には、複数の折り返し部により蛇行して形成された一対の蛇行状梁部152が配置されている。蛇行状梁部152は、折り返されて隣接する梁のそれぞれを第1梁部152aと第2梁部152bとして分割していて、それぞれに圧電部材156を備える。ここで用いられる圧電部材156は、例えばPZTである。   On both sides of the micromirror 210, a pair of meandering beam portions 152 formed by meandering by a plurality of folded portions are disposed. The meandering beam portion 152 is folded and divided into adjacent beams as a first beam portion 152a and a second beam portion 152b, and each includes a piezoelectric member 156. The piezoelectric member 156 used here is, for example, PZT.

第1梁部152aと第2梁部152bに印加される電圧は、互いに隣接するものに対して独立して印加される。これら独立して印加される電圧は、互いに異なる電圧値である。第1梁部152aと第2梁部152bにおいて、互いに異なる電圧が印加されると、それぞれに反りが発生する。反りの方向は印加電圧によって決定されるので、隣接する第1梁部152aと第2梁部152bは異なる方向に撓むことになる。この撓みが蓄積されることで微小ミラー210はx軸周りに大きな角度で回転する。なお、蛇行状梁部152は、枠部材154に支持されている。   The voltages applied to the first beam portion 152a and the second beam portion 152b are independently applied to those adjacent to each other. These independently applied voltages have different voltage values. When different voltages are applied to the first beam portion 152a and the second beam portion 152b, warpage occurs. Since the direction of warping is determined by the applied voltage, the adjacent first beam portion 152a and second beam portion 152b bend in different directions. By accumulating this bending, the micromirror 210 rotates at a large angle around the x axis. The meandering beam portion 152 is supported by the frame member 154.

●光偏向器21の効果
以上の構成を備える光偏向器21を用いることで、x軸を中心とする垂直方向への光走査を低い電圧で行うことができる。一方、y軸を中心とした水平方向では、微小ミラー210に接続されたトーションバーなどを利用した共振による光走査を行うことができる。
Effect of optical deflector 21 By using the optical deflector 21 having the above configuration, optical scanning in the vertical direction centering on the x axis can be performed with a low voltage. On the other hand, in the horizontal direction around the y-axis, optical scanning by resonance using a torsion bar or the like connected to the micromirror 210 can be performed.

●光偏向器21の動作
図3に戻る。光偏向器21において画像作成用ビーム101が二次元的に偏向されると、この偏向されたビームが走査用ビーム102として走査ミラー22に入射する。走査ミラー22は、例えば、凹面鏡であって、中間スクリーン23で発生する走査線(走査軌跡)の曲がりを補正する効果を有する。走査ミラー22により反射された走査用ビーム102は、光偏向器21による偏向に伴い平行移動しつつ中間スクリーン23に入射する。
● Operation of Optical Deflector 21 Returning to FIG. When the image forming beam 101 is deflected two-dimensionally in the optical deflector 21, the deflected beam is incident on the scanning mirror 22 as a scanning beam 102. The scanning mirror 22 is, for example, a concave mirror, and has an effect of correcting the bending of the scanning line (scanning locus) generated on the intermediate screen 23. The scanning beam 102 reflected by the scanning mirror 22 enters the intermediate screen 23 while moving in parallel with the deflection by the optical deflector 21.

なお、光偏向器21に透過液晶型素子の光学素子を用いるときは、走査ミラー22を経由することなく、透過液晶型素子において二次元的に偏向された走査用ビーム102が中間スクリーン23に入射する。   When an optical element of a transmissive liquid crystal element is used for the optical deflector 21, the scanning beam 102 deflected two-dimensionally in the transmissive liquid crystal element is incident on the intermediate screen 23 without passing through the scanning mirror 22. To do.

中間スクリーン23に入射する走査用ビーム102は、主走査方向と副走査方向において走査される。すなわち、光偏向器21は走査用ビーム102を二軸偏向しており、主走査方向に関しては正弦波振動を、副走査方向に関しては鋸波振動をすることで、中間スクリーン23を二次元的に偏向走査する。   The scanning beam 102 incident on the intermediate screen 23 is scanned in the main scanning direction and the sub-scanning direction. That is, the optical deflector 21 deflects the scanning beam 102 biaxially, and sinusoidal vibration is performed in the main scanning direction and sawtooth vibration is performed in the sub-scanning direction. Perform deflection scanning.

●中間スクリーン23の概要
走査用ビーム102により中間スクリーン23を二次元偏向走査することで、中間画像が作成される。なお、ここで作成された中間画像は、カラーの二次元画像である。本実施形態では、カラー画像を前提として説明するが、中間スクリーン23においてモノクロの中間画像を作成するものでもよい。
Outline of Intermediate Screen 23 An intermediate image is created by two-dimensional deflection scanning of the intermediate screen 23 by the scanning beam 102. The intermediate image created here is a color two-dimensional image. In this embodiment, a color image is assumed. However, a monochrome intermediate image may be created on the intermediate screen 23.

なお、中間スクリーン23において各瞬間で表示される中間画像は「走査用ビーム102が、その瞬間に照射している画素のみ」で作成される。したがって、上記の「カラーの二次元画像」は、走査用ビーム102の二次元的な走査によって「各瞬間に表示される画素の集合」として作成される。   Note that the intermediate image displayed at each moment on the intermediate screen 23 is created by “only the pixels that the scanning beam 102 irradiates at that moment”. Therefore, the above-described “color two-dimensional image” is created as “a set of pixels displayed at each moment” by two-dimensional scanning of the scanning beam 102.

●中間スクリーン23の構成
中間スクリーン23は、微細な凸レンズが二次元的に配列されているマイクロレンズアレイであって、この微細凸レンズに入射した走査用ビーム102が出射面から拡散して出射される。中間スクリーン23の走査は、例えば、主走査方向は高速で走査されて、副走査方向は低速で走査されるラスタースキャンである。走査された中間スクリーン23から出射される拡散光によって中間画像が作成される。すなわち、中間画像は、中間スクリーン23の出射面側(観察光学系30側)に現れる。
Configuration of Intermediate Screen 23 The intermediate screen 23 is a microlens array in which fine convex lenses are two-dimensionally arranged, and the scanning beam 102 incident on the fine convex lenses is diffused and emitted from the emission surface. . The scanning of the intermediate screen 23 is, for example, a raster scan in which the main scanning direction is scanned at a high speed and the sub scanning direction is scanned at a low speed. An intermediate image is created by the diffused light emitted from the scanned intermediate screen 23. That is, the intermediate image appears on the exit surface side (observation optical system 30 side) of the intermediate screen 23.

なお、中間スクリーン23として用いる光学素子は、上記の例に限ることはなく、拡散板、透過スクリーン、反射スクリーンなどを採用してもよい。また、複数のマイクロレンズを1次元配列したもの、又は3次元配列したものを用いることもできる。   The optical element used as the intermediate screen 23 is not limited to the above example, and a diffusion plate, a transmission screen, a reflection screen, or the like may be adopted. A plurality of microlenses arranged one-dimensionally or three-dimensionally arranged can also be used.

●観察光学系30の構成
観察光学系30は、凹面ミラー31と、光コンバイナ32と、を有してなる。凹面ミラー31は、走査光学系20において作成された中間画像を拡大反射する。本実施形態では光コンバイナ32としてフロントウインドシールド50を用いている。
Configuration of Observation Optical System 30 The observation optical system 30 includes a concave mirror 31 and an optical combiner 32. The concave mirror 31 magnifies and reflects the intermediate image created in the scanning optical system 20. In the present embodiment, a front windshield 50 is used as the optical combiner 32.

●観察光学系30の作用
すでに説明のとおり、中間スクリーン23の出射面側、すなわち、凹面ミラー31側に中間画像は現れる。この中間画像に係る画像光は凹面ミラー31の反射面によって光コンバイナ32に向けて反射される。
Operation of Observation Optical System 30 As already described, an intermediate image appears on the exit surface side of the intermediate screen 23, that is, on the concave mirror 31 side. The image light related to the intermediate image is reflected toward the optical combiner 32 by the reflecting surface of the concave mirror 31.

一般的に中間画像が投射される光コンバイナ32としてのフロントウインドシールド50は、平面ではない。したがって、投射された中間画像に係る画像光は平面ではない面に投射されることになる。これによって現れる虚像2はフロントウインドシールド50の形状に即して歪むことになる。そこで、この歪みを補正するために、単一の凹面ミラー31の形状は工夫されている。例えば、中間画像の水平線が上または下に凸形状になる光学歪み要素を補正するような反射面を凹面ミラー31は有していて、この効果によって虚像2の歪みが補正される位置に配置される。   Generally, the front windshield 50 as the optical combiner 32 on which an intermediate image is projected is not a plane. Accordingly, the image light related to the projected intermediate image is projected onto a surface that is not a flat surface. The virtual image 2 that appears thereby is distorted in accordance with the shape of the front windshield 50. Therefore, in order to correct this distortion, the shape of the single concave mirror 31 is devised. For example, the concave mirror 31 has a reflecting surface that corrects an optical distortion element in which the horizontal line of the intermediate image is convex upward or downward, and is arranged at a position where the distortion of the virtual image 2 is corrected by this effect. The

●観察光学系30の効果
凹面ミラー31と光コンバイナ32によって、中間画像は、観察者3の視野内の広い領域に虚像2として表示される。これによって、観察者3が頭を少々動かしても(視点を動かしても)虚像2を確実に視認できようになる。
Effect of Observation Optical System 30 By the concave mirror 31 and the optical combiner 32, the intermediate image is displayed as a virtual image 2 in a wide area within the field of view of the observer 3. Thereby, even if the observer 3 moves his head a little (moving the viewpoint), the virtual image 2 can be surely visually recognized.

●画像表示装置の制御系の構成
ここで、HUD1が備える画像作成装置100の動作を制御する制御系の構成について説明する。図4に示すようにHUD1は、FPGA600と、CPU602と、ROM604と、RAM606と、I/F608と、バスライン610と、LDドライバ6111と、MEMSコントローラー615と、を有してなる。
Configuration of Control System of Image Display Device Here, the configuration of the control system that controls the operation of the image creation device 100 included in the HUD 1 will be described. As illustrated in FIG. 4, the HUD 1 includes an FPGA 600, a CPU 602, a ROM 604, a RAM 606, an I / F 608, a bus line 610, an LD driver 6111, and a MEMS controller 615.

FPGA600は、LDドライバ6111やMEMSコントローラー615により、LAを備える光源部10とMEMSである光偏向器21を動作させる。CPU602は、HUD1が備える上記の各ハードウェアの動作を制御するプロセッサである。ROM604は、CPU602がHUD1の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラムを記憶する半導体メモリである。RAM606は、CPU602が各ハードウェアの制御処理を実行する際にワークエリアとして使用する半導体メモリである。   The FPGA 600 operates the light source unit 10 including LA and the optical deflector 21 that is a MEMS by an LD driver 6111 and a MEMS controller 615. The CPU 602 is a processor that controls the operation of each piece of hardware included in the HUD 1. The ROM 604 is a semiconductor memory that stores an image processing program executed by the CPU 602 to control each function of the HUD 1. The RAM 606 is a semiconductor memory used as a work area when the CPU 602 executes control processing of each hardware.

I/F608は、HUD1を外部コントローラー等と接続する接点である。I/F608を介して、例えば、HUD1をCAN(Controller Area Network)等に接続させる。これによって、HUD1は、CANを介して接続される他の外部コントローラー等と通信をしながら動作することができる。   The I / F 608 is a contact that connects the HUD 1 to an external controller or the like. For example, the HUD 1 is connected to a CAN (Controller Area Network) or the like via the I / F 608. As a result, the HUD 1 can operate while communicating with other external controllers connected via the CAN.

●画像作成装置100の機能構成
次に、HUD1が備える画像作成装置100の機能構成について説明する。図5に示すように画像作成装置100は、車両情報入力部800と外部情報入力部802と、画像情報生成部804と、画像作成部806と、を有してなる。
Functional configuration of image creating apparatus 100 Next, a functional configuration of the image creating apparatus 100 included in the HUD 1 will be described. As illustrated in FIG. 5, the image creation apparatus 100 includes a vehicle information input unit 800, an external information input unit 802, an image information generation unit 804, and an image creation unit 806.

車両情報入力部800は、I/F608を介して接続されている他の外部コントローラー等からの情報(例えば、当該自動車の走行速度や走行距離など)を取得する。   The vehicle information input unit 800 acquires information (for example, a traveling speed or a traveling distance of the vehicle) from another external controller or the like connected via the I / F 608.

外部情報入力部802は、I/F608を介して接続されている他の外部コントローラー等(例えば、GPSによる位置情報、ナビゲーション装置からの交通情報など)を取得する。   The external information input unit 802 acquires other external controllers connected via the I / F 608 (for example, position information by GPS, traffic information from the navigation device, etc.).

画像情報生成部804は、車両情報入力部800と外部情報入力部802から入力される除法に基づいて虚像2(図1参照)の元になる中間画像を作成するための情報を生成する処理を実行する。   The image information generation unit 804 generates a process for generating information for creating an intermediate image that is a source of the virtual image 2 (see FIG. 1) based on the division inputted from the vehicle information input unit 800 and the external information input unit 802. Run.

画像作成部806は、制御部8060を備えている。制御部8060は、画像情報生成部804が生成した情報に基づいて、光源部10や走査光学系20の動作を制御する。この制御機能によって、フロントウインドシールド50に投射される中間画像が生成される。以上の機能ブロックの動作によって、観察者3の視点において虚像2が視認される状態を作り出すことができる。   The image creation unit 806 includes a control unit 8060. The control unit 8060 controls operations of the light source unit 10 and the scanning optical system 20 based on information generated by the image information generation unit 804. With this control function, an intermediate image projected on the front windshield 50 is generated. By the operation of the functional blocks described above, it is possible to create a state where the virtual image 2 is visually recognized from the viewpoint of the observer 3.

●第1の実施形態
次に、画像作成装置100の特徴についてより詳細に説明する。すでに説明のとおり、画像作成装置100において作成される中間画像は、中間スクリーン23を走査用ビーム102が二次元走査することで作成される。言い換えると、中間画像は、中間スクリーン23上を、走査用ビーム102が主走査方向と副走査方向の二方向で走査して作成される。一般的に中間スクリーン23に対する走査の範囲は規定されていて、この走査の範囲を有効画像領域とする。有効画像領域は主走査方向と副走査方向において二次元偏向走査される領域であるから、その境界の形状は矩形になる。有効画像領域の形状に倣って中間画像の形状は決まるので、中間画像の外形は矩形になる。
First Embodiment Next, features of the image creating apparatus 100 will be described in more detail. As already described, the intermediate image created by the image creating apparatus 100 is created by two-dimensionally scanning the intermediate screen 23 with the scanning beam 102. In other words, the intermediate image is created on the intermediate screen 23 by scanning the scanning beam 102 in two directions, the main scanning direction and the sub-scanning direction. In general, a scanning range for the intermediate screen 23 is defined, and this scanning range is defined as an effective image area. Since the effective image area is an area that is two-dimensionally deflected and scanned in the main scanning direction and the sub-scanning direction, the shape of the boundary is rectangular. Since the shape of the intermediate image is determined following the shape of the effective image area, the outer shape of the intermediate image is rectangular.

画像作成装置100は、中間画像の一部を観察光学系30において遮る構成を備えている。画像作成装置100において作成された中間画像が虚像2として表示されるときの、虚像2の表示範囲の縁部分には、観察者3に認知して欲しい情報は配置されにくい。表示範囲を広げると視線の移動が大きくなるからである。   The image creating apparatus 100 has a configuration in which a part of the intermediate image is blocked by the observation optical system 30. When the intermediate image created by the image creation device 100 is displayed as the virtual image 2, information that the observer 3 wants to recognize is difficult to be placed at the edge of the display range of the virtual image 2. This is because the movement of the line of sight increases as the display range is expanded.

そこで、中間画像の外形の縁に相当する部分には、虚像2において表示すべき情報は配置されにくく、中間スクリーン23において作成された中間画像の縁部分の一部を欠落させても実効性に支障は生じない。   Therefore, information to be displayed in the virtual image 2 is difficult to be placed in the portion corresponding to the edge of the outer shape of the intermediate image, and even if a part of the edge portion of the intermediate image created on the intermediate screen 23 is deleted, it is effective. There will be no hindrance.

●凹面ミラー31の概要
HUD1において表示される虚像2は、観察者3の視界に存在する周囲の風景に重畳された状態で視認されるものである。したがって、中間スクリーン23の有効画像領域の全てを情報で埋め尽くしたような中間画像を作成すると、この中間画像に基づいて表示される虚像2の表示領域全体が情報で埋め尽されることになる。そのような大量の情報を虚像2として現すと、観察者3が認知すべき情報の量が多くなりすぎて、観察者3にストレスを与えることになる。
Overview of Concave Mirror 31 The virtual image 2 displayed on the HUD 1 is visually recognized in a state of being superimposed on the surrounding scenery existing in the field of view of the observer 3. Therefore, when an intermediate image is created in which all of the effective image area of the intermediate screen 23 is filled with information, the entire display area of the virtual image 2 displayed based on the intermediate image is filled with information. . When such a large amount of information appears as the virtual image 2, the amount of information that the observer 3 should recognize becomes too large, and the observer 3 is stressed.

移動体が自動車である場合、虚像2によって観察者3が認知できると都合のよい情報は、自動車の走行速度や、自動車の進行方向を案内するナビゲーション情報などである。これらの情報であれば、中間スクリーン23における有効画像領域の一部のみを使用して中間画像を作成すれば十分である。   When the moving body is an automobile, information convenient for the observer 3 to recognize by the virtual image 2 is the traveling speed of the automobile, navigation information for guiding the traveling direction of the automobile, and the like. With such information, it is sufficient to create an intermediate image using only a part of the effective image area on the intermediate screen 23.

そこで、画像作成装置100では、中間スクリーン23の有効画像領域に基づく中間画像の全てを用いるのではなく、必要な部分のみを虚像2に用いる中間画像を作成する構成を有している。具体的には、中間画像の中心部分、下端や上端の中央部分、などの一部分を虚像2に用いるように、中間画像を作成する。これによって、認知できると都合のよい情報を欠くことは防ぎ、かつ、画像作成装置100を小型にすることができる。   Therefore, the image creating apparatus 100 has a configuration in which not all of the intermediate image based on the effective image area of the intermediate screen 23 is used, but an intermediate image that uses only a necessary portion for the virtual image 2 is created. Specifically, the intermediate image is created so that a part such as the central portion of the intermediate image, the lower end or the central portion of the upper end is used for the virtual image 2. As a result, it is possible to prevent missing information that is convenient to be recognized, and to reduce the size of the image creating apparatus 100.

上記を踏まえて、画像作成装置100が備える凹面ミラー31の形状は、中間スクリーン23における有効画像領域のうち、一部の領域に係る光束を遮るように、反射面の一部を欠落させた形状とする。   In consideration of the above, the shape of the concave mirror 31 provided in the image creating apparatus 100 is a shape in which a part of the reflecting surface is omitted so as to block the light flux related to a part of the effective image area in the intermediate screen 23. And

●凹面ミラー31の構成
次に、凹面ミラー31の例について詳細に説明する。図7に示すように、凹面ミラー31は、中間画像の係る光束のうち、凹面ミラー31の四つの角に相当する光束を除いた光束を光コンバイナ32に導光する構造を有している。言い換えると、凹面ミラー31によって、中間画像に係る光束の一部は蹴られる。
Next, an example of the concave mirror 31 will be described in detail. As shown in FIG. 7, the concave mirror 31 has a structure for guiding, to the optical combiner 32, a light beam excluding the light beams corresponding to the four corners of the concave mirror 31 among the light beams related to the intermediate image. In other words, a part of the light flux related to the intermediate image is kicked by the concave mirror 31.

中間画像に係る光束のうち、凹面ミラー31の四つの角に相当する光束を光コンバイナ32に導光しない構造を有している。   Of the light beams related to the intermediate image, the light beams corresponding to the four corners of the concave mirror 31 are not guided to the optical combiner 32.

さらに言い換えると、凹面ミラー31の形状は、その反射面の輪郭の一部を構成する角部分を欠いた形状である。一般的に中間画像を光コンバイナ32へと反射する折り返しミラーの形状は矩形である。この点において凹面ミラー31は、反射面の形状が矩形の角を欠いた形状になっている。   Furthermore, in other words, the shape of the concave mirror 31 is a shape that lacks corner portions that constitute a part of the contour of the reflecting surface. Generally, the shape of the folding mirror that reflects the intermediate image to the optical combiner 32 is rectangular. In this respect, the concave mirror 31 is such that the shape of the reflecting surface lacks rectangular corners.

図7に示す実線は、凹面ミラー31の外形(輪郭)を示している。また、点線は、中間画像に係る光束が凹面ミラー31に至る範囲(有効画像領域の全体に相当する光束が到達する範囲)を示している。   The solid line shown in FIG. 7 shows the outer shape (contour) of the concave mirror 31. The dotted line indicates the range in which the light beam related to the intermediate image reaches the concave mirror 31 (the range in which the light beam corresponding to the entire effective image area reaches).

さらに言い換えると、凹面ミラー31は、中間画像が外接する面積最小の矩形を想定した場合、この矩形の角に相当する位置において、光束(中間画像の一部に係る光束)を反射しない構造を有している。   In other words, the concave mirror 31 has a structure that does not reflect a light beam (light beam related to a part of the intermediate image) at a position corresponding to a corner of the rectangle, assuming a rectangle with a minimum area that circumscribes the intermediate image. doing.

さらに別の言い換えをすると、凹面ミラー31は、上記の中間画像の一部(当該中間画像に外接する面積最小の矩形の角部分)が、光コンバイナ32において虚像2を表さないように作用する。すなわち、当該中間画像に外接する面積最小の矩形の角部分に相当する光束を透過して、光コンバイナ32へ向けて反射しないように作用する。   In other words, the concave mirror 31 acts so that a part of the intermediate image (a rectangular corner portion with the smallest area circumscribing the intermediate image) does not represent the virtual image 2 in the optical combiner 32. . That is, the light beam corresponding to the corner portion of the rectangle with the smallest area circumscribing the intermediate image is transmitted so as not to be reflected toward the optical combiner 32.

また、凹面ミラー31は、HUD1の筺体内部において、XZ平面に対して傾斜した状態で配置されている。言い換えると、凹面ミラー31はZ軸と並行の仮想軸を回転軸として所定量だけ回転した状態で配置されている。さらに言い換えると、凹面ミラー31は、中間スクリーン23から凹面ミラー31の反射面に導光されてくる光束(向かってくる光束)の進行方向の軸を中心に回転した状態で傾斜して配置されている。   Further, the concave mirror 31 is disposed in an inclined state with respect to the XZ plane inside the housing of the HUD 1. In other words, the concave mirror 31 is arranged in a state of being rotated by a predetermined amount with a virtual axis parallel to the Z axis as a rotation axis. In other words, the concave mirror 31 is inclined and arranged in a state of being rotated around the axis in the traveling direction of the light beam (the light beam coming toward the light beam) guided from the intermediate screen 23 to the reflection surface of the concave mirror 31. Yes.

なお、凹面ミラー31の形状は、図7(a)に示すように四つの角の全部を欠いた形状でもよいし、図7(b)に示すように対向する角のみを欠いた形状でもよい。凹面ミラー31は、中間画像として二次元走査される全領域によって形成される矩形のうち、面積が最小となる矩形の一部の角に相当する光束が、観察者3に視認されないように遮る構造を有している。   The shape of the concave mirror 31 may be a shape lacking all four corners as shown in FIG. 7A, or a shape lacking only the opposite corners as shown in FIG. 7B. . The concave mirror 31 has a structure that blocks the light flux corresponding to some corners of the rectangle having the smallest area out of the rectangle formed by the entire area that is two-dimensionally scanned as an intermediate image so as not to be viewed by the observer 3. have.

次に、凹面ミラー31と中間スクリーン23および光コンバイナ32との関係について説明する。図8(a)は、図7(a)に示した凹面ミラー31の例と同様である。図8(b)に示すように、中間スクリーン23の外形は矩形であって、実線で示した有効画像の領域231の形状は、中間スクリーン23の外形と同じ形状をなしている。中間スクリーン23から凹面ミラー31に向かう光束は、領域231の全領域から出射される光束である。なぜならば、中間スクリーン23は領域231の全てに対して主走査と副走査が行われるからである。   Next, the relationship between the concave mirror 31, the intermediate screen 23, and the optical combiner 32 will be described. FIG. 8A is the same as the example of the concave mirror 31 shown in FIG. As shown in FIG. 8B, the outer shape of the intermediate screen 23 is rectangular, and the shape of the effective image area 231 indicated by the solid line is the same as the outer shape of the intermediate screen 23. A light beam traveling from the intermediate screen 23 toward the concave mirror 31 is a light beam emitted from the entire region 231. This is because the intermediate screen 23 performs main scanning and sub-scanning on the entire area 231.

一方、光コンバイナ32における表示領域321は、図8(c)に示すように画像作成領域232と同様の形状になる。中間スクリーン23の領域231のうち、光コンバイナ32を介して虚像2が表示される領域を点線で示している。この表示領域321は、凹面ミラー31の形状に倣って、角が欠けた形状になる。   On the other hand, the display area 321 in the optical combiner 32 has the same shape as the image creation area 232 as shown in FIG. Of the area 231 of the intermediate screen 23, an area where the virtual image 2 is displayed via the optical combiner 32 is indicated by a dotted line. The display area 321 has a shape with corners imitating the shape of the concave mirror 31.

●凹面ミラー31の効果
図7に戻る。凹面ミラー31の形状を中間スクリーン23における有効画像領域の形状、すなわち作成される中間画像の形状とは異なる形状にすることで、画像作成装置100を小さくすることができる。また、画像作成装置100を備えるHUD1を小さくすることができる。以下、その理由を説明する。
● Effect of concave mirror 31 Returning to FIG. By making the shape of the concave mirror 31 different from the shape of the effective image area on the intermediate screen 23, that is, the shape of the intermediate image to be created, the image creating apparatus 100 can be made smaller. Moreover, HUD1 provided with the image production apparatus 100 can be made small. The reason will be described below.

図7に示すように、凹面ミラー31はHUD1の筺体の内部において傾いた状態で配置される。すでに説明のとおり、凹面ミラー31の傾きは、例えば、凹面ミラー31の長手方向の辺がXY平面に対して傾斜する。このように凹面ミラー31を傾斜させるのは、画像作成装置100を備えるHUD1におけるZ方向の寸法を小型にするためである。   As shown in FIG. 7, the concave mirror 31 is disposed in an inclined state inside the housing of the HUD 1. As already described, the inclination of the concave mirror 31 is such that, for example, the longitudinal side of the concave mirror 31 is inclined with respect to the XY plane. The reason for inclining the concave mirror 31 is to reduce the size in the Z direction in the HUD 1 including the image creating apparatus 100.

また、凹面ミラー31は、反射面に対する中間画像に係る光束の進行方向において回転した状態で配置される。凹面ミラー31は、外形の一部を欠いていることから、上記のように回転させてもY方向におけるHUD1の筺体との干渉は生じない。すなわち、凹面ミラー31を用いることで、HUD1のY方向の寸法は小さくすることができる。   The concave mirror 31 is arranged in a state of being rotated in the traveling direction of the light beam related to the intermediate image with respect to the reflection surface. Since the concave mirror 31 lacks a part of the outer shape, interference with the housing of the HUD 1 in the Y direction does not occur even if it is rotated as described above. That is, by using the concave mirror 31, the dimension of the HUD 1 in the Y direction can be reduced.

次に、凹面ミラー31をXY平面に対して傾斜させて得られる効果を詳細に説明する。図9は、HUD1を構成する光学素子の一部を省いた光学配置図であって、図1に示したものを+Y方向から見た図である。HUD1の車両の進行方向(Z方向)の寸法を短くして奥行き方向の寸法を小さくするには、車体の左右方向(X方向)において凹面ミラー31を大きく傾けて配置する。   Next, the effect obtained by tilting the concave mirror 31 with respect to the XY plane will be described in detail. FIG. 9 is an optical layout diagram in which a part of the optical elements constituting the HUD 1 is omitted, and is a diagram when the one shown in FIG. 1 is viewed from the + Y direction. In order to shorten the dimension of the HUD 1 in the traveling direction (Z direction) of the vehicle and reduce the dimension in the depth direction, the concave mirror 31 is inclined greatly in the left-right direction (X direction) of the vehicle body.

図9に示すようにHUD1は、中間スクリーン23に入射する光束が、中間スクリーン23の垂線に対する副走査方向の一方の側のみから入射する。このように、副走査方向に非対称にして(傾斜して)、中間スクリーン23に光束を入射させることで、副走査方向における偏向角を狭くすることができる。これによって、副走査方向について画像走査期間率を高くすることができ、輝度を向上させることができる。   As shown in FIG. 9, in the HUD 1, the light beam incident on the intermediate screen 23 is incident only from one side in the sub-scanning direction with respect to the perpendicular of the intermediate screen 23. In this way, by making the light flux incident on the intermediate screen 23 by making it asymmetric (tilted) in the sub-scanning direction, the deflection angle in the sub-scanning direction can be narrowed. Thereby, the image scanning period rate can be increased in the sub-scanning direction, and the luminance can be improved.

ここで、凹面ミラー31のX方向における傾きをθ2、中間スクリーン23のX方向における傾きをθ3、光コンバイナ32のX方向における傾きをθ1とする。HUD1において凹面ミラー31の傾きθ2は、光コンバイナ32の傾きθ1よりも大きい。すなわち、HUD1では、θ2>θ1になるように光学素子を配置する。   Here, the inclination of the concave mirror 31 in the X direction is θ2, the inclination of the intermediate screen 23 in the X direction is θ3, and the inclination of the optical combiner 32 in the X direction is θ1. In HUD 1, inclination θ 2 of concave mirror 31 is larger than inclination θ 1 of optical combiner 32. That is, in the HUD 1, the optical elements are arranged so that θ2> θ1.

凹面ミラー31の傾きθ2は、中間スクリーン23の傾きθ3よりも大きい。すなわち、HUD1では、θ2>θ3になるように光学素子を配置する。   The inclination θ2 of the concave mirror 31 is larger than the inclination θ3 of the intermediate screen 23. That is, in the HUD 1, the optical elements are arranged so that θ2> θ3.

凹面ミラー31をX方向において大きく傾けると、中間スクリーン23から凹面ミラー31に向かう画像光束103のマージナル光線の車体進行方向(Z方向)に対する傾きは、中間スクリーン23のX方向の両端の画像光束103において大きく異なる。   When the concave mirror 31 is greatly inclined in the X direction, the inclination of the image light beam 103 directed from the intermediate screen 23 toward the concave mirror 31 with respect to the vehicle body traveling direction (Z direction) of the image light beam 103 is the image light beam 103 at both ends of the intermediate screen 23 in the X direction. Is very different.

言い換えると、凹面ミラー31をXY平面に対して大きく傾けると、中間スクリーン23から出射される中間画像に係る光束のマージナル光線のZ方向に対する傾きが、中間スクリーン23のX方向の両端の画像光束103において大きく異なる。   In other words, when the concave mirror 31 is greatly tilted with respect to the XY plane, the inclination of the light beam related to the intermediate image emitted from the intermediate screen 23 with respect to the Z direction is the image light beam 103 at both ends of the intermediate screen 23 in the X direction. Is very different.

ここで、図13を参照して、従来の光学素子を用いて凹面ミラー31をXY平面に対して傾けた場合の比較例を説明する。図13に示すように光学素子を配置すると、主走査断面内における中間スクリーン23への入射角は対称になる。しかし、この場合、中間スクリーン23を含めた走査光学系20をXY平面に対してより大きく傾けなければならない。なお「主走査断面」とは、図1において示した3次元直交座標系において、XZ平面と平行の断面をいう。   Here, a comparative example when the concave mirror 31 is tilted with respect to the XY plane using a conventional optical element will be described with reference to FIG. When the optical element is arranged as shown in FIG. 13, the incident angle to the intermediate screen 23 in the main scanning section becomes symmetric. However, in this case, the scanning optical system 20 including the intermediate screen 23 must be tilted more greatly with respect to the XY plane. The “main scanning section” refers to a section parallel to the XZ plane in the three-dimensional orthogonal coordinate system shown in FIG.

そうすると、X方向における光コンバイナ32の傾きθ1、凹面ミラー31の傾きθ2、中間スクリーン23の傾きθ3の関係は、θ3>θ2>θ1になる。このような関係を満たす配置にする必要が有る理由は、虚像2の輝度への影響によるものである。   Then, the relationship between the inclination θ1 of the optical combiner 32 in the X direction, the inclination θ2 of the concave mirror 31, and the inclination θ3 of the intermediate screen 23 is θ3> θ2> θ1. The reason why the arrangement needs to satisfy such a relationship is due to the influence on the luminance of the virtual image 2.

虚像2の輝度を高くするには、中間スクリーン23に入射する光線(走査用ビーム102)のうち最周辺に向かう光線の向きと中間スクリーン23から出射される光線(画像光束103)のマージナル光線の向きはできるだけ一致することが望ましい。   In order to increase the brightness of the virtual image 2, the direction of the light ray that travels to the outermost periphery among the light rays (scanning beam 102) incident on the intermediate screen 23 and the marginal ray of the light ray (image light beam 103) emitted from the intermediate screen 23. It is desirable that the directions match as much as possible.

しかし、虚像2の表示領域321(虚像観察可能領域)を広げるためは、中間スクリーン23に拡散特性を与える必要がある。中間スクリーン23に拡散特性を与えると、上記の中間スクリーン23の最周辺に入射する光線の向きと、中間スクリーン23から凹面ミラー31に向けて出射される光線の向きのズレは大きくなる。   However, in order to widen the display area 321 (virtual image observable area) of the virtual image 2, it is necessary to give diffusion characteristics to the intermediate screen 23. When the diffusion characteristics are given to the intermediate screen 23, the deviation between the direction of the light incident on the outermost periphery of the intermediate screen 23 and the direction of the light emitted from the intermediate screen 23 toward the concave mirror 31 increases.

すなわち、虚像2の表示領域321を拡げると、その結果、虚像2の輝度が低下する。これを防ぐには、従来であれば、図13に示すようにHUD1の左右方向(X方向)において、走査光学系20を大きく出っ張らせる必要がある。これによって、HUD1の左右方向の寸法が大きくなる。   That is, when the display area 321 of the virtual image 2 is expanded, as a result, the brightness of the virtual image 2 decreases. In order to prevent this, conventionally, as shown in FIG. 13, it is necessary to project the scanning optical system 20 largely in the left-right direction (X direction) of the HUD 1. As a result, the horizontal dimension of the HUD 1 is increased.

そこで、本実施形態に係る走査光学系20は、HUD1の左右方向の寸法を小さくするために、まず、中間スクリーン23と凹面ミラー31との配置関係を上記のように傾ける。これによって、HUD1のX方向における寸法は小さくなる。   Therefore, in order to reduce the horizontal dimension of the HUD 1, the scanning optical system 20 according to the present embodiment first tilts the arrangement relationship between the intermediate screen 23 and the concave mirror 31 as described above. Thereby, the dimension in the X direction of HUD1 becomes small.

また、凹面ミラー31の四つの角の一部を欠いて、反射すべき光束が入射してくる方向を軸として回転させる。これによってY方向の寸法も小さくすることができる。   Further, a part of the four corners of the concave mirror 31 is omitted and the concave mirror 31 is rotated about the direction in which the light beam to be reflected enters. As a result, the dimension in the Y direction can also be reduced.

また、本実施形態に係る画像作成装置100は、凹面ミラー31をXY平面に対して大きく傾斜させた状態で配置することで、Z方向(奥行き方向)の寸法も小さくすることができる。   Further, the image creating apparatus 100 according to the present embodiment can also reduce the dimension in the Z direction (depth direction) by arranging the concave mirror 31 in a state of being largely inclined with respect to the XY plane.

HUD1は、中間スクリーン23以降に配置される光学素子の有効範囲を、四つの角を有する矩形ではなく、矩形の角の少なくとも一部を形状に制限する構成を有する。この有効範囲に併せて凹面ミラー31の形状を決定する。   The HUD 1 has a configuration in which the effective range of the optical element disposed after the intermediate screen 23 is not a rectangle having four corners, but at least a part of the corners of the rectangle is limited to a shape. The shape of the concave mirror 31 is determined in accordance with this effective range.

言い換えると、HUD1は、中間画像に係る光束のうち、中間画像の面積最小の矩形の四つの角に対応する光束が、中間画像を作成する光学素子よりも後段の光学素子において蹴られるように構成されている。上記のような構成を備えるHUD1によれば、従来のように虚像2の有効範囲を矩形にした場合と比較して、特に有効範囲の上下方向(Y方向)を狭くすることができる。これによって、HUD1を上下方向(Y方向)に関して小さくすることができる。   In other words, the HUD 1 is configured such that, among the light beams related to the intermediate image, the light beams corresponding to the four corners of the rectangular with the smallest area of the intermediate image are kicked by the optical element at the stage subsequent to the optical element that creates the intermediate image. Has been. According to the HUD 1 having the above-described configuration, the vertical direction (Y direction) of the effective range can be particularly narrow as compared with the conventional case where the effective range of the virtual image 2 is rectangular. As a result, the HUD 1 can be reduced in the vertical direction (Y direction).

また、走査光学系20はX方向とY方向において走査する。すなわち、走査光学系20における走査は二次元である。したがって、本実施形態のように中間画像の四つの角を有効範囲として用いないと虚像2は円形に近づく。これによって、走査光学系20の像高を低減できる。像高を低減できれば光学特性(歪み、像面湾曲など)をさらに改善することになる。   The scanning optical system 20 scans in the X direction and the Y direction. That is, the scanning in the scanning optical system 20 is two-dimensional. Therefore, if the four corners of the intermediate image are not used as the effective range as in the present embodiment, the virtual image 2 approaches a circle. Thereby, the image height of the scanning optical system 20 can be reduced. If the image height can be reduced, the optical characteristics (distortion, field curvature, etc.) will be further improved.

また中間スクリーン23は、光偏向器21からの光束に対して副走査方向(Y方向)に傾斜しているため、光偏向器21からみた副走査対応方向の見かけの角度を狭くできる。これによって、走査光学系20の副走査方向の像高を低減できるので、副走査方向の光学特性がさらに良くなる。   Further, since the intermediate screen 23 is inclined in the sub-scanning direction (Y direction) with respect to the light beam from the optical deflector 21, the apparent angle in the sub-scanning corresponding direction viewed from the optical deflector 21 can be narrowed. As a result, the image height in the sub-scanning direction of the scanning optical system 20 can be reduced, so that the optical characteristics in the sub-scanning direction are further improved.

以上のとおり、本実施形態に係るHUD1は、観察光学系30において、少なくとも一つの進行方向(Z方向)に対して回転した光学素子を有していても、特に上下方向(Y方向)において、小型のHUD1を得ることができる。   As described above, the HUD 1 according to the present embodiment has an optical element rotated in at least one traveling direction (Z direction) in the observation optical system 30, particularly in the vertical direction (Y direction). A small HUD 1 can be obtained.

以上説明のとおり、本実施形態に係る画像作成装置100は、走査光学系20と凹面ミラー31を工夫することで、全体的に小さくすることができる。また、この画像作成装置100を備えるHUD1は、観察光学系30において、少なくとも一つの進行方向(Z方向)に対して回転した光学素子を有し、特に上下方向(Y方向)の寸法を小さくすることができる。また、HUD1は、小型であっても、観察者3が視認すべき情報を欠くこと無く、必要な情報を虚像2として表示することができる。   As described above, the image creating apparatus 100 according to the present embodiment can be made small overall by devising the scanning optical system 20 and the concave mirror 31. In addition, the HUD 1 provided with the image creating apparatus 100 has an optical element rotated in at least one traveling direction (Z direction) in the observation optical system 30, and particularly reduces the size in the vertical direction (Y direction). be able to. Moreover, even if the HUD 1 is small, the necessary information can be displayed as the virtual image 2 without missing information that the observer 3 should visually recognize.

また、本実施形態に係るHUD1は、全体を小さくすることを目的として偏心光学系を用いている。さらに、偏心光学系おいて中間画像に外接する面積最小の矩形のうち、HUD1の大きさの決定に寄与する部分(中間画像に外接する矩形の角)に対応する光束を、観察光学系30の光学素子で蹴るように構成する。これによって、走査範囲(イメージサークル)を小さくできるので、光学性能面でも有利となり、光学性能向上も期待できる。   Further, the HUD 1 according to the present embodiment uses a decentered optical system for the purpose of reducing the overall size. Further, in the decentered optical system, the light beam corresponding to the portion (rectangular corner circumscribing the intermediate image) that contributes to the determination of the size of the HUD 1 out of the rectangle with the smallest area circumscribing the intermediate image is transmitted to the observation optical system 30. It is configured to kick with an optical element. As a result, the scanning range (image circle) can be reduced, which is advantageous in terms of optical performance and can be expected to improve optical performance.

●第2の実施形態
次に、画像作成装置100の別の実施形態について説明する。第1の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。第2の実施形態に係る画像作成装置100は、中間スクリーン23aの外形が第1の実施形態とは異なる。また、中間スクリーン23aの外形に合わせて、同期検知センサ24が配置されている。
Second Embodiment Next, another embodiment of the image creating apparatus 100 will be described. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The image creating apparatus 100 according to the second embodiment is different from the first embodiment in the outer shape of the intermediate screen 23a. Further, a synchronization detection sensor 24 is arranged in accordance with the outer shape of the intermediate screen 23a.

すでに説明のとおり、画像作成装置100において作成された中間画像の四隅に係る光束は、HUD1が虚像2を表示する際には用いられない。したがって、本実施形態に係る画像作成装置100は、虚像2の表示に用いない光束に係る位置の中間画像を形成しないような形状の中間スクリーン23aを備える。図10に示すように、中間スクリーン23aの外形は、虚像2に用いられない光束に対応する中間画像に相当する部分を欠いた形状からなる。   As already described, the luminous fluxes associated with the four corners of the intermediate image created by the image creation device 100 are not used when the HUD 1 displays the virtual image 2. Therefore, the image creating apparatus 100 according to the present embodiment includes the intermediate screen 23 a having a shape that does not form an intermediate image at a position related to a light beam that is not used for displaying the virtual image 2. As shown in FIG. 10, the outer shape of the intermediate screen 23 a has a shape lacking a portion corresponding to an intermediate image corresponding to a light beam not used for the virtual image 2.

中間スクリーン23aの外形は、全体の形状が矩形ではなく、副走査方向の一方の両角は斜めに欠落し、副走査方向の他方の両角は、矩形状に欠落している。言い換えると、中間スクリーン23aは、副走査方向の一方の角の有効画像領域は斜めに狭められていて、副走査方向の他方の角の有効画像領域は矩形状に狭められている。   The outer shape of the intermediate screen 23a is not rectangular as a whole, one corner in the sub-scanning direction is missing obliquely, and the other corner in the sub-scanning direction is missing in a rectangular shape. In other words, in the intermediate screen 23a, the effective image area at one corner in the sub-scanning direction is narrowed obliquely, and the effective image area at the other corner in the sub-scanning direction is narrowed in a rectangular shape.

中間スクリーン23aは主走査方向と副走査方向において走査される。そこで、安定した偏向走査を行うために、走査タイミングを検知する同期検知センサ24を所定の位置に配置する。同期検知センサ24は、光偏向器21(図3参照)からの走査用ビーム102を用いて二次元走査をする範囲を検出するためのセンサであって、例えば、PD(フォトダイオード)からなる。   The intermediate screen 23a is scanned in the main scanning direction and the sub-scanning direction. Therefore, in order to perform stable deflection scanning, a synchronization detection sensor 24 that detects scanning timing is disposed at a predetermined position. The synchronization detection sensor 24 is a sensor for detecting a range in which two-dimensional scanning is performed using the scanning beam 102 from the optical deflector 21 (see FIG. 3), and includes, for example, a PD (photodiode).

同期検知センサ24は、少なくとも一部が中間画像に外接する面積最小の矩形の内側に配置される。同期検知センサ24は、光線進行方向に関して中間スクリーン23aとほぼ同一の位置に配置される。同期検知センサ24は、中間スクリーン23aの角のうち、矩形状に欠落している部分に配置されている。中間スクリーン23aの形状は中間画像の形状に沿った形状になっているので、上記のように配置しても、同期検知センサ24と中間スクリーン23aの干渉を避けることができる。   The synchronization detection sensor 24 is disposed inside a rectangle with the smallest area that circumscribes the intermediate image. The synchronization detection sensor 24 is disposed at substantially the same position as the intermediate screen 23a in the light beam traveling direction. The synchronization detection sensor 24 is disposed at a portion of the corner of the intermediate screen 23a that is missing in a rectangular shape. Since the shape of the intermediate screen 23a is a shape that follows the shape of the intermediate image, interference between the synchronization detection sensor 24 and the intermediate screen 23a can be avoided even when arranged as described above.

ここで、同期検知センサ24の配置と中間スクリーン23aとの関係について説明する。なお、光偏向器21において偏向された光束が一方の同期検知センサ24で検知されてから他方の同期検知センサ24で検知されなくなるまでの時間を計測すると、図11に示す走査期間241と画像走査期間242が識別される。   Here, the relationship between the arrangement of the synchronization detection sensor 24 and the intermediate screen 23a will be described. When the time from when the light beam deflected by the optical deflector 21 is detected by one synchronization detection sensor 24 until it is not detected by the other synchronization detection sensor 24 is measured, the scanning period 241 and image scanning shown in FIG. A period 242 is identified.

本実施形態の比較例として図11(b)を用いる。まず、比較例について説明する。図11(b)に示す比較例において、同期検知センサ24の配置は、中間スクリーン23における主走査方向端部の外側になる。   FIG. 11B is used as a comparative example of the present embodiment. First, a comparative example will be described. In the comparative example shown in FIG. 11B, the arrangement of the synchronization detection sensor 24 is outside the end portion of the intermediate screen 23 in the main scanning direction.

次に、本実施形態について図11(a)を用いて説明する。中間スクリーン23aに対する同期検知センサ24の配置は、中間スクリーン23aに外接する面積最小の矩形の内側になる。このように配置することができるのは、中間スクリーン23aの外形が同期検知センサ24を配置する方の端部において矩形状に欠かれていることによる。   Next, the present embodiment will be described with reference to FIG. The arrangement of the synchronization detection sensor 24 with respect to the intermediate screen 23a is inside the rectangle with the smallest area circumscribing the intermediate screen 23a. The reason why it can be arranged in this way is that the outer shape of the intermediate screen 23a is lacking in a rectangular shape at the end where the synchronization detection sensor 24 is arranged.

図11(a)と図11(b)を比較すると明らかなとおり、本実施形態は比較例に比べると、走査期間241を狭くすることができる。走査期間241を狭くすることができると、主走査方向の走査期間241に対する画像走査期間242の割合が高くなり、走査光学系20において作成される中間画像の輝度をより高くすることができる。   As is clear when FIG. 11A is compared with FIG. 11B, this embodiment can narrow the scanning period 241 compared to the comparative example. If the scanning period 241 can be narrowed, the ratio of the image scanning period 242 to the scanning period 241 in the main scanning direction increases, and the brightness of the intermediate image created in the scanning optical system 20 can be further increased.

言い換えると、中間スクリーン23aは、比較例よりも主走査方向における走査範囲を狭くすることができるので、主走査方向について光偏向器21の振幅における画像走査期間242の割合が高くなる。これによって、走査光学系20において作成される中間画像の輝度をより高くすることができる。   In other words, since the intermediate screen 23a can narrow the scanning range in the main scanning direction as compared with the comparative example, the ratio of the image scanning period 242 in the amplitude of the optical deflector 21 in the main scanning direction becomes high. Thereby, the brightness of the intermediate image created in the scanning optical system 20 can be further increased.

特に、主走査方向は正弦波振動のため、振幅の端ほど走査速度が遅くなる。このため振幅の端に相当する部分の輝度が高くなる。したがって、画像走査期間率を高くすることが求められる。以上説明した実施形態によれば、中間スクリーン23aの主走査方向の振幅を狭くでき、HUD1の輝度を向上させる。   In particular, since the main scanning direction is sinusoidal vibration, the scanning speed becomes slower at the end of the amplitude. For this reason, the brightness of the portion corresponding to the end of the amplitude is increased. Therefore, it is required to increase the image scanning period rate. According to the embodiment described above, the amplitude of the intermediate screen 23a in the main scanning direction can be narrowed, and the luminance of the HUD 1 is improved.

言い換えると、観察者3が視認可能な領域(アイボックス)に到達しない中間画像の縁部分の一部を削るように同期検知センサ24を配置することで、光偏向器21の主走査方向の最大振幅を減らすことができる。これによって、主走査方向について画像走査期間率を高められるので、HUDの輝度を向上できる。   In other words, by arranging the synchronization detection sensor 24 so as to cut off a part of the edge portion of the intermediate image that does not reach the region (eye box) that can be viewed by the observer 3, the optical deflector 21 in the maximum main scanning direction can be obtained. The amplitude can be reduced. As a result, the image scanning period rate can be increased in the main scanning direction, so that the brightness of the HUD can be improved.

●第3の実施形態
次に、画像作成装置100のさらに別の実施形態について説明する。第1および第2の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。第3の実施形態に係る画像作成装置100は、走査光学系20が備える同期検知センサ24の配置が、第2の実施形態とは異なる。
Third Embodiment Next, still another embodiment of the image creating apparatus 100 will be described. The same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The image creating apparatus 100 according to the third embodiment is different from the second embodiment in the arrangement of the synchronization detection sensor 24 provided in the scanning optical system 20.

第1の実施形態においてすでに説明したとおり、画像作成装置100およびHUD1は、走査光学系20において作成される中間画像の四隅の画像領域を虚像2の表示に用いないように構成されている。   As already described in the first embodiment, the image creating apparatus 100 and the HUD 1 are configured not to use the image areas at the four corners of the intermediate image created in the scanning optical system 20 for displaying the virtual image 2.

安定した偏向走査をするためには、中間画像の四角に相当する位置を検知して走査タイミングを制御する必要がある。そのために、所定の位置に同期検知センサ24を配置する。同期検知センサ24の位置は、少なくとも一部が中間画像に外接する面積最小の矩形の内側でよい。   In order to perform stable deflection scanning, it is necessary to detect the position corresponding to the square of the intermediate image and control the scanning timing. For this purpose, the synchronization detection sensor 24 is arranged at a predetermined position. The position of the synchronization detection sensor 24 may be inside the rectangle with the smallest area that circumscribes at least a part of the intermediate image.

本実施形態に画像作成装置100は、図12(c)および(d)に示すように、中間スクリーン23を走査面に対して光束が入射する方向に同期検知センサ24の配置をシフトさせている。言い換えると、同期検知センサ24は、中間スクリーン23よりも光偏向器21に近い方に配置されている。   In this embodiment, as shown in FIGS. 12C and 12D, the image creating apparatus 100 shifts the arrangement of the synchronization detection sensor 24 in the direction in which the light beam is incident on the scanning surface of the intermediate screen 23. . In other words, the synchronization detection sensor 24 is disposed closer to the light deflector 21 than the intermediate screen 23.

第3の実施形態における中間画像の形状も、第2の実施形態に係る中間画像の形状と同様に、副走査方向の一方の二角は斜めに削られていて、副走査方向の他方の二角は矩形に削られている。矩形に削られている方に同期検知センサ24を配置する。   Similarly to the shape of the intermediate image according to the second embodiment, the shape of the intermediate image in the third embodiment is also obliquely cut at one corner in the sub-scanning direction, and the other two in the sub-scanning direction. The corners are cut into rectangles. The synchronization detection sensor 24 is arranged on the side cut into a rectangle.

なお、中間スクリーン23の形状は、第2の実施形態に係る中間スクリーン23aとは異なり、矩形である。中間スクリーン23の形状を矩形のままにしても、同期検知センサ24が光線進行方向に関して中間スクリーン23よりも光偏向器21側にあるので、中間画像とは干渉しない。   The intermediate screen 23 has a rectangular shape unlike the intermediate screen 23a according to the second embodiment. Even if the shape of the intermediate screen 23 remains rectangular, the synchronization detection sensor 24 is closer to the light deflector 21 than the intermediate screen 23 in the light traveling direction, and therefore does not interfere with the intermediate image.

中間スクリーン23の形状を矩形にすることで、第2の実施形態と比較すると第3の実施形態に係る画像作成装置100は、走査光学系20の構造が簡素になり、より安価に製造できる。   By making the shape of the intermediate screen 23 rectangular, the structure of the scanning optical system 20 can be simplified and the image creating apparatus 100 according to the third embodiment can be manufactured at a lower cost than the second embodiment.

同期検知センサ24を少なくとも一部が前記中間画像に外接する面積最小の矩形の内側に配置することで、同じ同期検知センサ24を用いた場合に、走査範囲を狭くすることができる(図1を参照)。これにより、偏向器の振幅において画像走査期間の割合が高くなり、走査光学系の輝度をより高くすることができる。   By disposing the synchronization detection sensor 24 inside a rectangle with the smallest area circumscribing the intermediate image, the scanning range can be narrowed when the same synchronization detection sensor 24 is used (see FIG. 1). reference). Thereby, the ratio of the image scanning period is increased in the amplitude of the deflector, and the luminance of the scanning optical system can be further increased.

特に、主走査方向は正弦波振動をするために振幅の端ほど走査速度が遅くなって輝度が高くなる。したがって、画像走査期間率を高くすることが求められる。以上説明した実施形態は、中間スクリーン23の主走査方向の振幅を狭くでき、HUDの輝度を向上させるので望ましい。   In particular, since the main scanning direction vibrates sinusoidally, the scanning speed becomes slower and the luminance becomes higher at the end of the amplitude. Therefore, it is required to increase the image scanning period rate. The embodiment described above is desirable because the amplitude of the intermediate screen 23 in the main scanning direction can be reduced and the luminance of the HUD is improved.

1 HUD
2 虚像
3 利用者
10 光源部
20 走査光学系
21 光偏向器
22 走査ミラー
23 中間スクリーン
30 観察光学系
31 凹面ミラー
32 コンバイナ
50 フロントガラス
101 画像表示用ビーム
102 走査用ビーム
1 HUD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Virtual image 3 User 10 Light source part 20 Scanning optical system 21 Optical deflector 22 Scanning mirror 23 Intermediate screen 30 Observation optical system 31 Concave mirror 32 Combiner 50 Front glass 101 Image display beam 102 Scanning beam

特開2004−101829号公報JP 2004-101829 A

HUD1は、操縦者が認知可能な状態で情報を虚像2として表示する。この虚像2は、中間画像に基づいて現れる像であり、中間画像は、虚像2を表示するための画像である。HUD1は中間画像の作成装置(表示画像作成装置)を備えている。表示画像作成装置の実施形態の詳細は、後述する。 The HUD 1 displays information as a virtual image 2 in a state that can be recognized by the pilot. The virtual image 2 is a Ru image appears on the basis of the intermediate image, the intermediate image is an image for displaying a virtual image 2. The HUD 1 includes an intermediate image creation device (display image creation device). Details of the embodiment of the display image creation device will be described later.

Claims (10)

光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像の一部を除いて前記結合光学素子に導光する形状を有する、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
A light source unit for emitting light from the light source element to the scanning optical system;
A scanning optical system for creating an intermediate image on an intermediate screen by the light beam emitted from the light source unit;
A reflective optical element for guiding the intermediate image to a coupling optical element;
With
The reflective optical element has a shape that guides to the coupling optical element except a part of the intermediate image,
A display image creating apparatus characterized by that.
光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する部分を除いた前記中間画像を前記結合光学素子に導光する、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
A light source unit for emitting light from the light source element to the scanning optical system;
A scanning optical system for creating an intermediate image on an intermediate screen by the light beam emitted from the light source unit;
A reflective optical element for guiding the intermediate image to a coupling optical element;
With
The reflective optical element guides the intermediate image to the coupling optical element excluding a portion corresponding to a rectangular corner having a minimum area circumscribing the intermediate image;
A display image creating apparatus characterized by that.
光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束を蹴る、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
A light source unit for emitting light from the light source element to the scanning optical system;
A scanning optical system for creating an intermediate image on an intermediate screen by the light beam emitted from the light source unit;
A reflective optical element for guiding the intermediate image to a coupling optical element;
With
The reflective optical element kicks the luminous flux corresponding to a rectangular corner with a minimum area circumscribing the intermediate image;
A display image creating apparatus characterized by that.
光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の角に対応する前記光束を透過して前記結合光学素子に反射しない、
ことを特徴とする表示画像作成装置。
A light source unit for emitting light from the light source element to the scanning optical system;
A scanning optical system for creating an intermediate image on an intermediate screen by the light beam emitted from the light source unit;
A reflective optical element for guiding the intermediate image to a coupling optical element;
With
The reflective optical element transmits the light beam corresponding to the rectangular corner with the smallest area circumscribing the intermediate image and does not reflect the light to the coupling optical element;
A display image creating apparatus characterized by that.
前記反射光学素子は、外形が矩形であって、四つの角のうちの少なくとも一つのかどが切り欠かれている、
請求項1乃至4のいずれかに記載の表示画像作成装置。
The reflective optical element has a rectangular outer shape, and at least one corner of four corners is cut away.
The display image creation apparatus according to claim 1.
前記反射光学素子は、前記走査光学系の前記中間スクリーンからの前記光束の進行方向において回転している、
請求項1乃至5のいずれかに記載の表示画像作成装置。
The reflective optical element rotates in the traveling direction of the light beam from the intermediate screen of the scanning optical system,
The display image creation apparatus according to claim 1.
前記走査光学系は、前記光束による前記中間スクリーンの走査範囲を検知するセンサを有し、
前記センサの少なくとも一部は、前記中間画像に外接する面積最小の矩形の内側に配置されている、
請求項1乃至6のいずれかに記載の表示画像作成装置。
The scanning optical system has a sensor that detects a scanning range of the intermediate screen by the light flux,
At least a part of the sensor is disposed inside a rectangle having a minimum area that circumscribes the intermediate image.
The display image creation apparatus according to claim 1.
少なくとも1つの前記センサは、前記中間スクリーンの走査面に対して、前記中間スクリーンに前記光束が入射する方向にシフトしている、
請求項7記載の表示画像作成装置。
At least one of the sensors is shifted in a direction in which the light beam is incident on the intermediate screen with respect to the scanning surface of the intermediate screen.
The display image creation apparatus according to claim 7.
前記中間スクリーンに入射する前記光束は、前記中間スクリーンの垂線に対して副走査方向について一方の側のみから入射する、
請求項1乃至8のいずれかに記載の表示画像作成装置。
The luminous flux incident on the intermediate screen is incident only from one side in the sub-scanning direction with respect to the normal of the intermediate screen.
The display image creation apparatus according to claim 1.
移動体に搭載され、前記移動体に関する情報を前記移動体の操縦者が認知可能な虚像として形成する画像表示装置であって、
光源素子からの光を走査光学系へ出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束により中間スクリーンに中間画像を作成する走査光学系と、
前記中間画像を結合光学素子に導く反射光学素子と、前記中間画像を前記虚像として現す結合光学素子と、を有する観察光学系と、
を備え、
前記反射光学素子は、前記中間画像の一部を除いて前記結合光学素子に導光する形状を有する、
ことを特徴とする画像表示装置。
An image display device that is mounted on a moving body and forms information about the moving body as a virtual image that can be recognized by a driver of the moving body,
A light source unit for emitting light from the light source element to the scanning optical system;
A scanning optical system for creating an intermediate image on an intermediate screen by the light beam emitted from the light source unit;
An observation optical system comprising: a reflective optical element that guides the intermediate image to a coupling optical element; and a coupling optical element that represents the intermediate image as the virtual image;
With
The reflective optical element has a shape that guides to the coupling optical element except a part of the intermediate image,
An image display device characterized by that.
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