JP2020071475A - Display unit, display system, and movable body - Google Patents

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JP2020071475A JP2019133724A JP2019133724A JP2020071475A JP 2020071475 A JP2020071475 A JP 2020071475A JP 2019133724 A JP2019133724 A JP 2019133724A JP 2019133724 A JP2019133724 A JP 2019133724A JP 2020071475 A JP2020071475 A JP 2020071475A
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心平 荻野
Shimpei Ogino
心平 荻野
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Abstract

To provide a display unit that displays a virtual image having an appropriate brightness.SOLUTION: A display unit comprises: a light source that radiates light; a light deflection unit that deflects the radiated light to be incident in a main scanning direction and a sub scanning direction; a divergent optical system that diverges deflected light to be incident, and the display unit forms a virtual image to be visually recognized by an observer with divergent light diverged by the divergent optical system. The display unit has a dioptric system refracting the deflected light to be incident on a light path between the light deflection unit and the divergent optical system, and the refractive power in the main scanning direction and the refractive power in the sub scanning direction are different in the dioptric system.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本発明は、表示装置、表示システムおよび移動体に関する。   The present invention relates to a display device, a display system and a moving body.

車両等の移動体において、少ない視線移動で運転者(観察者)に各種情報(車両情報、
警告情報、ナビゲーション情報等)を視認させるアプリケーションとして、HUD(Head Up Display)等の表示装置が利用されている。
In a moving body such as a vehicle, various information (vehicle information,
A display device such as a HUD (Head Up Display) is used as an application for visually recognizing warning information, navigation information, and the like.

例えば特許文献1には、光源から出射された画像光を光走査手段によって主走査方向および副走査方向へ二次元走査して光発散部上に中間像を形成し、中間像を車両のフロントガラス等の被投射部材に向けて拡大投射することによって、観察者の視野に重ねて虚像を表示させる表示装置が記載されている。   For example, in Patent Document 1, image light emitted from a light source is two-dimensionally scanned in a main scanning direction and a sub scanning direction by an optical scanning unit to form an intermediate image on a light diverging portion, and the intermediate image is formed on a windshield of a vehicle. A display device that displays a virtual image by superimposing and projecting it on a projection target member such as the above is displayed.

また特許文献2には、干渉性を有する光束を生成する光源と、前記光束の径よりも大きい周期で配置された複数の微小レンズを有し、前記光束の発散角を制御する光学板と、を備えたことを特徴とする表示装置が記載されている。   Further, in Patent Document 2, a light source that generates a light flux having coherence, and an optical plate that has a plurality of microlenses arranged at a cycle larger than the diameter of the light flux and controls the divergence angle of the light flux, There is described a display device comprising:

本発明は、適切な輝度を有する虚像を表示する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 device that displays a virtual image having appropriate brightness.

上記課題を解決するために、請求項1にかかる発明は、光を照射する光源と、入射される前記照射された光を主走査方向および副走査方向に偏向する光偏向部と、入射される前記偏向された偏向光を発散させる発散光学系と、を有し、前記発散光学系によって発散された発散光によって観察者に視認させる虚像を形成する表示装置であって、前記光偏向部と前記発散光学系との間の光路上に、入射される前記偏向光を屈折させる屈折光学系を有し、前記屈折光学系の前記主走査方向の屈折力と前記副走査方向の屈折力が異なる表示装置である。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 provides a light source that emits light, and a light deflector that deflects the incident light that is incident in the main scanning direction and the sub-scanning direction. A divergence optical system for diverging the deflected deflected light, and a display device for forming a virtual image to be visually recognized by an observer by the divergent light diverged by the divergent optical system. A display having a refraction optical system for refracting the incident deflected light on an optical path between the refraction optical system and the refraction power in the main scanning direction and the refraction power in the sub scanning direction of the refraction optical system. It is a device.

本発明によれば、適切な輝度を有する虚像を表示する表示装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a display device that displays a virtual image having appropriate brightness.

第1の実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the system configuration of the display system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the display apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of functional composition of a display concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the light source device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the optical deflection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of the screen which concerns on 1st Embodiment. マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference in an operation | movement by the difference in the magnitude relationship of an incident light beam diameter and a lens diameter in a micro lens array. 光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correspondence of the mirror of a light deflection device, and a scanning range. 2次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the scanning line locus at the time of two-dimensional scanning. スクリーンで発散される光束の強度分布を示す図である。It is a figure which shows the intensity distribution of the light beam diverged by the screen. 第1の実施形態に係る表示システムにおける光路長の概略を示した図である。It is the figure which showed the outline of the optical path length in the display system which concerns on 1st Embodiment. 比較例に係る表示システムにおける各構成要素の相対的な位置関係の一例を概略的に説明するための図である。It is a figure for explaining roughly an example of the relative physical relationship of each component in the display system concerning a comparative example. 本実施形態に係る表示システムにおける各構成要素の相対的な位置関係の一例を概略的に説明するための図である。It is a figure for explaining roughly an example of the relative physical relationship of each component in the display system concerning this embodiment. 表示システムのシステム構成の第一の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of the system configuration of a display system. 表示システムのシステム構成の第二の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of the system configuration of a display system. 本実施形態に係る屈折光学系を構成する光学素子の第一の例である。It is a first example of an optical element that constitutes the refractive optical system according to the present embodiment. 本実施形態に係る屈折光学系を構成する光学素子の第二の例である。It is a second example of an optical element forming the refractive optical system according to the present embodiment. 本実施形態に係る屈折光学系を構成する光学素子の第三の例である。It is the 3rd example of the optical element which constitutes the refraction optical system concerning this embodiment. 本実施形態に係る屈折光学系を構成する光学素子の第四の例である。It is the 4th example of the optical element which constitutes the refraction optical system concerning this embodiment. 屈折光学系を構成する光学素子により発生する非点隔差を説明するため図である。It is a figure for demonstrating the astigmatic difference produced by the optical element which comprises a refractive optical system. 屈折光学系の焦点位置と光偏向部へ入射する光ビームのビーム径の関係を説明するため図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the focus position of a refraction optical system, and the beam diameter of the light beam which injects into a light deflection part.

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

●システム構成
図1は、第1の実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。表示システム1は、表示装置10から投射される投射光を、透過反射部材に投射させることによって観察者3に表示画像を視認させる。表示画像は、観察者3の視界に虚像45として重畳して表示する画像である。表示システム1は、例えば、車両、航空機もしくは船舶等の移動体、または操縦シミュレーションシステムもしくはホームシアターシステム等の非移動体に備えられる。本実施形態は、表示システム1が、移動体の一例である自動車に備えられた場合について説明する。なお、表示システム1の使用形態は、これに限られるものではない。
System Configuration FIG. 1 is a diagram showing an example of the system configuration of the display system according to the first embodiment. The display system 1 causes the observer 3 to visually recognize the display image by projecting the projection light projected from the display device 10 onto the transmissive / reflecting member. The display image is an image displayed as a virtual image 45 superimposed on the field of view of the observer 3. The display system 1 is provided, for example, in a moving body such as a vehicle, an aircraft or a ship, or a non-moving body such as an operation simulation system or a home theater system. In the present embodiment, a case will be described in which the display system 1 is provided in an automobile, which is an example of a moving body. Note that the usage pattern of the display system 1 is not limited to this.

表示システム1は、例えば、フロントガラス50を介して車両の操縦に必要なナビゲーション情報(例えば車両の速度、進路情報、目的地までの距離、現在地名称、車両前方における物体(対象物)の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報等の情報等)を、観察者3(操縦者)に視認させる。この場合、フロントガラス50は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材として機能する。観察者3の視点位置からフロントガラス50までの距離は、数十cm〜1m程度である。   The display system 1 uses, for example, navigation information (for example, vehicle speed, route information, distance to a destination, current location name, presence / absence of an object (object) in front of the vehicle) necessary for steering the vehicle through the windshield 50. The observer 3 (pilot) visually recognizes a position, a speed limit, and other signs, traffic jam information, and the like). In this case, the windshield 50 functions as a transflective member that transmits a part of the incident light and reflects at least a part of the remaining light. The distance from the viewpoint of the observer 3 to the windshield 50 is about several tens of cm to 1 m.

表示システム1は、表示装置10、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50を備える。表示装置10は、例えば、移動体の一例である自動車に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置(HUD装置)である。表示装置10は、自動車のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置される。表示装置10は、例えば、自動車のダッシュボードの下方に配置されてもよく、ダッシュボード内に埋め込まれていてもよい。   The display system 1 includes a display device 10, a free-form curved mirror 30, and a windshield 50. The display device 10 is, for example, a head-up display device (HUD device) mounted on an automobile, which is an example of a moving body. The display device 10 is arranged at an arbitrary position according to the interior design of the automobile. The display device 10 may be arranged, for example, below a dashboard of an automobile, or may be embedded in the dashboard.

表示装置10は、光源装置11、光偏向装置13、スクリーン15を備える。光源装置11は、光源から出射されたレーザ光を、装置外部へ照射するデバイスである。光源装置11は、例えば、R、G、Bの3色のレーザ光を合成したレーザ光を照射してもよい。光源装置11から出射されたレーザ光は、光偏向装置13の反射面に導かれる。光源装置11は、光源として、LD(Laser Diode)等の半導体発光素子を有する。なお、光源は、これに限られず、LED(light emitting diode)等の半導体発光素子を有してもよい。   The display device 10 includes a light source device 11, a light deflection device 13, and a screen 15. The light source device 11 is a device that irradiates the laser light emitted from the light source to the outside of the device. The light source device 11 may irradiate, for example, laser light obtained by combining laser light of three colors of R, G, and B. The laser light emitted from the light source device 11 is guided to the reflecting surface of the light deflecting device 13. The light source device 11 has a semiconductor light emitting element such as an LD (Laser Diode) as a light source. The light source is not limited to this, and may have a semiconductor light emitting element such as an LED (light emitting diode).

光偏向装置13は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等を利用してレーザ光の進行方向を変化させるデバイスである。光偏向装置13は、例えば、直交する2軸に対して揺動する単一の微小なMEMSミラー、または1軸に対して揺動もしくは回転する2つのMEMSミラーからなるミラー系等の走査手段を利用して構成される。光偏向装置13から出射したレーザ光は、スクリーン15に走査される。なお、光偏向装置13は、MEMSミラーに限られず、ポリゴンミラー等を用いて構成されてもよい。   The light deflector 13 is a device that changes the traveling direction of the laser light by using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) or the like. The optical deflecting device 13 includes, for example, a scanning unit such as a single minute MEMS mirror that swings about two orthogonal axes, or a mirror system that includes two MEMS mirrors that swing or rotate about one axis. It is configured by using. The laser light emitted from the light deflector 13 is scanned on the screen 15. The light deflection device 13 is not limited to the MEMS mirror, and may be configured using a polygon mirror or the like.

スクリーン15は、レーザ光を所定の発散角で発散させる機能を有する発散部材である。スクリーン15は、例えば、EPE(Exit Pupil Expander)の形態として、マイクロレンズアレイ(MLA)または拡散板等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子によって構成される。なお、スクリーン15は、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子によって構成されてもよい。スクリーン15は、光偏向装置13から出射されたレーザ光がスクリーン15上に走査されることによって、スクリーン15上に二次元像である中間像40を形成する。   The screen 15 is a diverging member having a function of diverging the laser light at a predetermined divergence angle. The screen 15 is formed of a transmission type optical element having a light diffusion effect, such as a microlens array (MLA) or a diffusion plate, in the form of, for example, EPE (Exit Pupil Expander). The screen 15 may be composed of a reflective optical element having a light diffusion effect, such as a micromirror array. The screen 15 forms an intermediate image 40, which is a two-dimensional image, on the screen 15 by scanning the laser light emitted from the optical deflector 13 onto the screen 15.

ここで、表示装置10の投射方式は、液晶パネル、DMDパネル(デジタルミラーデバイスパネル)または蛍光表示管(VFD)等イメージングデバイスで中間像40を形成する「パネル方式」と、光源装置11から出射されたレーザ光を走査手段で走査して中間像40を形成する「レーザ走査方式」がある。   Here, the projection system of the display device 10 is a “panel system” in which the intermediate image 40 is formed by an imaging device such as a liquid crystal panel, a DMD panel (digital mirror device panel) or a fluorescent display tube (VFD), and the light source device 11 emits light. There is a "laser scanning method" in which the scanning means scans the generated laser light to form an intermediate image 40.

第1の実施形態に係る表示装置10は、後者の「レーザ走査方式」を採用する。「レーザ走査方式」は、各画素に対して発光または非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。なお、表示装置10は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよい。   The display device 10 according to the first embodiment employs the latter “laser scanning method”. In the “laser scanning method”, light emission or non-light emission can be assigned to each pixel, and thus an image with high contrast can generally be formed. The display device 10 may use the “panel method” as the projection method.

スクリーン15から出射されたレーザ光(光束)によって、自由曲面ミラー30およびフロントガラス50に投射された虚像45は、中間像40から拡大されて表示される。自由曲面ミラー30は、フロントガラス50の湾曲形状による画像の傾き、歪、位置ずれ等を相殺するように設計および配置されている。自由曲面ミラー30は、所定の回転軸を中心として回転可能に設置されてもよい。これにより、自由曲面ミラー30は、スクリーン15から出射したレーザ光(光束)の反射方向を調整し、虚像45の表示位置を変化させることができる。   The virtual image 45 projected on the free-form curved mirror 30 and the windshield 50 by the laser light (light flux) emitted from the screen 15 is enlarged and displayed from the intermediate image 40. The free-form surface mirror 30 is designed and arranged so as to cancel the inclination, distortion, positional deviation, etc. of the image due to the curved shape of the windshield 50. The free-form surface mirror 30 may be installed rotatably around a predetermined rotation axis. Thereby, the free-form surface mirror 30 can adjust the reflection direction of the laser light (light flux) emitted from the screen 15 and change the display position of the virtual image 45.

ここでは、自由曲面ミラー30は、虚像45の結像位置が所望の位置になるように、一定の集光パワーを有するように既存の光学設計シミュレーションソフトを用いて設計されている。表示装置10は、虚像45が観察者3の視点位置から例えば1m以上かつ30m以下(好ましくは10m以下)の位置(奥行位置)に表示されるように、自由曲面ミラー30の集光パワーが設定される。なお、自由曲面ミラー30は、凹面ミラーや曲面ミラーであってもよい。自由曲面ミラー30は、結像光学系の一例である。   Here, the free-form curved surface mirror 30 is designed by using existing optical design simulation software so that the image forming position of the virtual image 45 becomes a desired position and has a constant condensing power. The display device 10 sets the condensing power of the free-form surface mirror 30 so that the virtual image 45 is displayed at a position (depth position) of, for example, 1 m or more and 30 m or less (preferably 10 m or less) from the viewpoint position of the observer 3. To be done. The free-form curved mirror 30 may be a concave mirror or a curved mirror. The free-form surface mirror 30 is an example of an imaging optical system.

フロントガラス50は、レーザ光(光束)の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる機能(部分反射機能)を有する透過反射部材である。フロントガラス50は、観察者3に前方の景色および虚像45を視認させる半透過鏡として機能する。虚像45は、例えば、車両情報(速度、走行距離等)、ナビゲーション情報(経路案内、交通情報等)、警告情報(衝突警報等)等を観察者3に視認させるための画像情報である。なお、透過反射部材は、フロントガラス50とは別途設けられたフロントウインドシールド等であってもよい。フロントガラス50は、反射部材の一例である。   The windshield 50 is a transflective member having a function (partial reflection function) of transmitting a part of laser light (light flux) and reflecting at least a part of the rest. The windshield 50 functions as a semi-transparent mirror that allows the observer 3 to visually recognize the front scene and the virtual image 45. The virtual image 45 is image information for allowing the observer 3 to visually recognize vehicle information (speed, mileage, etc.), navigation information (route guidance, traffic information, etc.), warning information (collision warning, etc.), for example. The transflective member may be a windshield or the like provided separately from the windshield 50. The windshield 50 is an example of a reflecting member.

虚像45は、フロントガラス50の前方の景色と重畳するように表示されてもよい。また、フロントガラス50は、平面でなく、湾曲している。そのため、虚像45の結像位置は、自由曲面ミラー30とフロントガラス50の曲面によって決定される。なお、フロントガラス50は、部分反射機能を有する個別の透過反射部材としての半透過鏡(コンバイナ)を利用してもよい。   The virtual image 45 may be displayed so as to overlap with the scenery in front of the windshield 50. Further, the windshield 50 is not flat but curved. Therefore, the image forming position of the virtual image 45 is determined by the curved surfaces of the free-form surface mirror 30 and the windshield 50. The windshield 50 may use a semi-transmissive mirror (combiner) as an individual transmission / reflection member having a partial reflection function.

このような構成により、スクリーン15から出射されたレーザ光(光束)は、自由曲面ミラー30に向けて投射され、フロントガラス50によって反射される。観察者3は、フロントガラス50で反射された光によって、スクリーン15に形成された中間像40が拡大された虚像45を視認することができるようになる。   With such a configuration, the laser light (light flux) emitted from the screen 15 is projected toward the free-form surface mirror 30 and reflected by the windshield 50. The observer 3 can visually recognize the virtual image 45 in which the intermediate image 40 formed on the screen 15 is enlarged by the light reflected by the windshield 50.

●ハードウエア構成
図2は、第1の実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。なお、図2に示すハードウエア構成は、各実施形態において同様の構成を備えていてもよく、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
Hardware Configuration FIG. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the display device according to the first embodiment. The hardware configuration shown in FIG. 2 may have the same configuration in each embodiment, and constituent elements may be added or deleted as necessary.

表示装置10は、表示装置10の動作を制御するための制御装置17を有する。制御装置17は、表示装置10の内部に実装された基板またICチップ等のコントローラである。制御装置17は、FPGA(Field−Programmable Gate Array)1001、CPU(Central Processing Unit)1002、ROM(Read Only Memory)1003、RAM(Random Access Memory)1004、I/F(Interface)1005、バスライン1006、LDドライバ1008、MEMSコントローラ1010およびモータドライバ1012を含む。   The display device 10 has a control device 17 for controlling the operation of the display device 10. The control device 17 is a controller such as a board or an IC chip mounted inside the display device 10. The control device 17 includes an FPGA (Field-Programmable Gate Array) 1001, a CPU (Central Processing Unit) 1002, a ROM (Read Only Memory) 1003, a RAM (Random Access Memory) 1004, and an I / F 1006 I / F (Inf) 100f. , LD driver 1008, MEMS controller 1010 and motor driver 1012.

FPGA1001は、表示装置10の設計者による設定変更が可能な集積回路である。LDドライバ1008、MEMSコントローラ1010、およびモータドライバ1012は、FPGA1001からの制御信号に応じて駆動信号を生成する。CPU1002は、表示装置10全体を制御するための処理を行う集積回路である。ROM1003は、CPU1002を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。RAM1004は、CPU1002のワークエリアとして機能する記憶装置である。I/F1005は、外部装置と通信するためのインターフェースである。I/F1005は、例えば自動車のCAN(Controller Area Network)等に接続される。   The FPGA 1001 is an integrated circuit whose setting can be changed by the designer of the display device 10. The LD driver 1008, the MEMS controller 1010, and the motor driver 1012 generate a drive signal according to the control signal from the FPGA 1001. The CPU 1002 is an integrated circuit that performs processing for controlling the entire display device 10. The ROM 1003 is a storage device that stores a program that controls the CPU 1002. The RAM 1004 is a storage device that functions as a work area for the CPU 1002. The I / F 1005 is an interface for communicating with an external device. The I / F 1005 is connected to, for example, a CAN (Controller Area Network) of an automobile.

LD1007は、例えば、光源装置11の一部を構成する半導体発光素子である。LDドライバ1008は、LD1007を駆動する駆動信号を生成する回路である。MEMS1009は、光偏向装置13の一部を構成し、走査ミラーを変位させるデバイスである。MEMSコントローラ1010は、MEMS1009を駆動する駆動信号を生成する回路である。モータ1011は、自由曲面ミラー30の回転軸を回転させる電動機である。モータドライバ1012は、モータ1011を駆動する駆動信号を生成する回路である。   The LD 1007 is, for example, a semiconductor light emitting element that forms a part of the light source device 11. The LD driver 1008 is a circuit that generates a drive signal that drives the LD 1007. The MEMS 1009 is a device that constitutes a part of the optical deflector 13 and displaces the scanning mirror. The MEMS controller 1010 is a circuit that generates a drive signal that drives the MEMS 1009. The motor 1011 is an electric motor that rotates the rotating shaft of the free-form surface mirror 30. The motor driver 1012 is a circuit that generates a drive signal that drives the motor 1011.

●機能構成
図3は、第1の実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。表示装置10により実現される機能は、車両情報受信部171、外部情報受信部172、画像生成部173および画像表示部174を含む。
Functional Configuration FIG. 3 is a diagram showing an example of the functional configuration of the display device according to the first embodiment. The functions implemented by the display device 10 include a vehicle information reception unit 171, an external information reception unit 172, an image generation unit 173, and an image display unit 174.

車両情報受信部171は、CAN等から自動車の情報(速度、走行距離等の情報)を受信する機能である。車両情報受信部171は、図2に示したI/F1005およびCPU1002の処理、並びにROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。   The vehicle information receiving unit 171 has a function of receiving vehicle information (information such as speed and mileage) from a CAN or the like. The vehicle information receiving unit 171 is realized by the processing of the I / F 1005 and the CPU 1002 shown in FIG. 2, the program stored in the ROM 1003, and the like.

外部情報受信部172は、外部ネットワークから自動車外部の情報(GPSからの位置情報、ナビゲーションシステムからの経路情報または交通情報等)を受信する機能である。外部情報受信部172は、図2に示したI/F1005およびCPU1002の処理、並びにROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。   The external information receiving unit 172 has a function of receiving information on the outside of the vehicle (position information from GPS, route information or traffic information from the navigation system, etc.) from the external network. The external information receiving unit 172 is realized by the processing of the I / F 1005 and the CPU 1002 shown in FIG. 2, the program stored in the ROM 1003, and the like.

画像生成部173は、車両情報受信部171および外部情報受信部172により入力された情報に基づいて、中間像40および虚像45を表示させるための画像情報を生成する機能である。画像生成部173は、図2に示したCPU1002の処理、およびROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。   The image generation unit 173 has a function of generating image information for displaying the intermediate image 40 and the virtual image 45 based on the information input by the vehicle information reception unit 171 and the external information reception unit 172. The image generation unit 173 is realized by the processing of the CPU 1002 illustrated in FIG. 2, the program stored in the ROM 1003, and the like.

画像表示部174は、画像生成部173により生成された表示情報に基づいて、スクリーン15に中間像40を形成し、中間像40を構成したレーザ光(光束)をフロントガラス50に向けて投射して虚像45を表示させる機能である。画像表示部174は、図2に示したCPU1002、FPGA1001、LDドライバ1008、MEMSコントローラ1010およびモータドライバ1012の処理、並びにROM1003に記憶されたプログラム等により実現される。   The image display unit 174 forms the intermediate image 40 on the screen 15 based on the display information generated by the image generation unit 173, and projects the laser light (light flux) forming the intermediate image 40 toward the windshield 50. Function to display the virtual image 45. The image display unit 174 is realized by the processing of the CPU 1002, the FPGA 1001, the LD driver 1008, the MEMS controller 1010 and the motor driver 1012 shown in FIG. 2, the program stored in the ROM 1003, and the like.

画像表示部174は、制御部175、中間像形成部176および投影部177を含む。制御部175は、中間像40を形成するために、光源装置11および光偏向装置13の動作を制御する制御信号を生成する。また、制御部175は、虚像45を所定の位置に表示させるために、自由曲面ミラー30の動作を制御する制御信号を生成する。   The image display unit 174 includes a control unit 175, an intermediate image forming unit 176, and a projection unit 177. The control unit 175 generates a control signal for controlling the operations of the light source device 11 and the light deflection device 13 in order to form the intermediate image 40. Further, the control unit 175 generates a control signal for controlling the operation of the free-form curved surface mirror 30 in order to display the virtual image 45 at a predetermined position.

中間像形成部176は、制御部175によって生成された制御信号に基づいて、スクリーン15に中間像40を形成する。投影部177は、観察者3に視認させる虚像45を形成するために、中間像40を構成したレーザ光を、透過反射部材(フロントガラス50等)に投射させる。   The intermediate image forming unit 176 forms the intermediate image 40 on the screen 15 based on the control signal generated by the control unit 175. The projection unit 177 projects the laser light forming the intermediate image 40 onto the transmissive / reflecting member (the windshield 50 or the like) in order to form the virtual image 45 visually recognized by the observer 3.

●光源装置
図4は、第1の実施形態に係る光源装置の具体的構成に一例を示す図である。光源装置11は、光源素子111R,111G,111B(以下、区別する必要のないときは、光源素子111とする。)、カップリングレンズ112R,112G,112B、アパーチャ113R,113G,113B、合成素子114,115,116、およびレンズ117を含む。
Light Source Device FIG. 4 is a diagram showing an example of a specific configuration of the light source device according to the first embodiment. The light source device 11 includes light source elements 111R, 111G, and 111B (hereinafter, referred to as light source element 111 when there is no need to distinguish them), coupling lenses 112R, 112G, and 112B, apertures 113R, 113G and 113B, and a combining element 114. , 115, 116, and lens 117.

3色(R,G,B)の光源素子111R,111G,111Bは、例えば、それぞれ単数または複数の発光点を有するLD(Laser Diode)である。光源素子111R,111G,111Bは、互いに異なる波長λR,λG,λB(例えばλR=640nm,λG=530nm,λB=445nm)のレーザ光(光束)を放射する。   The three color (R, G, B) light source elements 111R, 111G, 111B are, for example, LDs (Laser Diodes) each having a single or a plurality of light emitting points. The light source elements 111R, 111G, and 111B emit laser beams (light fluxes) having different wavelengths λR, λG, and λB (for example, λR = 640 nm, λG = 530 nm, λB = 445 nm).

放射された各レーザ光(光束)は、それぞれカップリングレンズ112R,112G,112Bによりカップリングされる。カップリングされた各レーザ(光束)は、それぞれアパーチャ113R,113G,113Bにより整形される。アパーチャ113R,113G,113Bは、レーザ光(光束)の発散角等の所定の条件に応じた形状(例えば円形、楕円形、長方形、正方形等)を有する。   The emitted laser beams (light fluxes) are coupled by coupling lenses 112R, 112G, and 112B, respectively. The coupled lasers (light fluxes) are shaped by the apertures 113R, 113G, 113B, respectively. The apertures 113R, 113G, 113B have a shape (for example, a circle, an ellipse, a rectangle, a square, etc.) according to a predetermined condition such as a divergence angle of the laser light (light flux).

アパーチャ113R,113G,113Bにより整形された各レーザ光(光束)は、3つの合成素子114,115,116により合成される。合成素子114,115,116は、プレート状またはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じてレーザ光(光束)を反射または透過し、1つの光束に合成する。合成された光束は、レンズ117を通り、光偏向装置13に導かれる。   The laser beams (light fluxes) shaped by the apertures 113R, 113G, 113B are combined by the three combining elements 114, 115, 116. The combining elements 114, 115, and 116 are plate-shaped or prism-shaped dichroic mirrors, which reflect or transmit the laser light (light flux) according to the wavelength and combine them into one light flux. The combined light flux passes through the lens 117 and is guided to the light deflector 13.

●光偏向装置
図5は、第1の実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。光偏向装置13は、半導体プロセスにより製造されるMEMSミラーであり、ミラー130、蛇行状梁部132、枠部材134、および圧電部材136を含む。光偏向装置13は、走査部の一例である。
Optical Deflection Device FIG. 5 is a diagram showing an example of a specific configuration of the optical deflection device according to the first embodiment. The light deflection device 13 is a MEMS mirror manufactured by a semiconductor process, and includes a mirror 130, a meandering beam portion 132, a frame member 134, and a piezoelectric member 136. The light deflection device 13 is an example of a scanning unit.

ミラー130は、光源装置11から出射されたレーザ光をスクリーン15側に反射する反射面を有する。光偏向装置13は、ミラー130を挟んで一対の蛇行状梁部132を形成する。蛇行状梁部132は、複数の折り返し部を有する。折り返し部は、交互に配置される第1の梁部132aと第2の梁部132bとから構成されている。蛇行状梁部132は、枠部材134に支持されている。圧電部材136は、隣接する第1の梁部132aと第2の梁部132bとを接続するように配置されている。圧電部材136は、第1の梁部132aと第2の梁部132bとに異なる電圧を印加し、梁部132a,132bのそれぞれに反りを発生させる。   The mirror 130 has a reflective surface that reflects the laser light emitted from the light source device 11 toward the screen 15 side. The light deflecting device 13 forms a pair of meandering beam portions 132 with the mirror 130 interposed therebetween. The meandering beam portion 132 has a plurality of folded portions. The folded portion is composed of first beam portions 132a and second beam portions 132b which are alternately arranged. The meandering beam portion 132 is supported by the frame member 134. The piezoelectric member 136 is arranged so as to connect the adjacent first beam portion 132a and second beam portion 132b. The piezoelectric member 136 applies different voltages to the first beam portion 132a and the second beam portion 132b and causes the beam portions 132a and 132b to warp.

これにより、隣接する梁部132a,132bは、異なる方向に撓む。ミラー130は、撓みが累積されることによって、左右方向の軸を中心として垂直方向に回転する。このような構成により、光偏向装置13は、垂直方向への光走査が低電圧で可能となる。上下方向の軸を中心とした水平方向の光走査は、ミラー130に接続されたトーションバー等を利用した共振により行われる。   As a result, the adjacent beam portions 132a and 132b bend in different directions. The mirror 130 rotates in the vertical direction about the axis in the left-right direction by accumulating the bending. With such a configuration, the optical deflecting device 13 can perform optical scanning in the vertical direction at a low voltage. Optical scanning in the horizontal direction about the vertical axis is performed by resonance using a torsion bar or the like connected to the mirror 130.

●スクリーン
図6は、第1の実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。また、スクリーン15は、所定の発散角で発散させる発散部材である。図6に示すスクリーン15は、六角形形状を有する複数のマイクロレンズ150が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。マイクロレンズ150の幅(対向する2辺間の距離)は、200μm程度である。スクリーン15は、マイクロレンズ150の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ150を高密度で配列することができる。
Screen FIG. 6 is a diagram showing an example of a specific configuration of the screen according to the first embodiment. The screen 15 is a diverging member that diverges at a predetermined divergence angle. The screen 15 shown in FIG. 6 has a microlens array structure in which a plurality of hexagonal microlenses 150 are arranged without gaps. The width of the microlens 150 (distance between two opposite sides) is about 200 μm. The screen 15 can arrange a plurality of microlenses 150 at high density by making the shape of the microlenses 150 hexagonal.

なお、マイクロレンズ150の形状は、六角形に限られるものではなく、例えば四角形、三角形等であってもよい。また、複数のマイクロレンズ150が規則正しく配列された構造を例示しているが、マイクロレンズ150の配列は、これに限られるものではなく、例えば、各マイクロレンズ150の中心を互いに偏心させ、不規則な配列としてもよい。このように偏心させた配列を採用する場合、各マイクロレンズ150は、互いに異なる形状となる。   The shape of the microlens 150 is not limited to the hexagon, and may be, for example, a quadrangle or a triangle. Further, although the structure in which the plurality of microlenses 150 are regularly arranged is illustrated, the arrangement of the microlenses 150 is not limited to this, and for example, the centers of the respective microlenses 150 are eccentric to each other and irregular. It may be an arbitrary array. When adopting such an eccentric arrangement, the respective microlenses 150 have different shapes.

図7は、マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。図7(a)において、スクリーン15は、マイクロレンズ150が整列して配置された光学板151によって構成される。光学板151上に入射光152を走査される場合、入射光152は、マイクロレンズ150により発散され、発散光153となる。スクリーン15は、マイクロレンズ150の構造により、入射光152を所望の発散角154で発散させることができる。マイクロレンズ150の周期155は、入射光152の径156aよりも大きくなるように設計される。これにより、スクリーン15は、レンズ間での干渉が起こさずに、スペックル(スペックルノイズ)を生じさせない。   FIG. 7 is a diagram for explaining a difference in action due to a difference in the magnitude relationship between the incident light beam diameter and the lens diameter in the microlens array. In FIG. 7A, the screen 15 is composed of an optical plate 151 on which microlenses 150 are aligned. When the incident light 152 is scanned on the optical plate 151, the incident light 152 is diverged by the microlens 150 and becomes divergent light 153. Due to the structure of the microlens 150, the screen 15 can diverge the incident light 152 at a desired divergence angle 154. The period 155 of the microlens 150 is designed to be larger than the diameter 156a of the incident light 152. As a result, the screen 15 does not cause speckle (speckle noise) without causing interference between the lenses.

図7(b)は、入射光152の径156bが、マイクロレンズ150の周期155の2倍大きい場合の発散光の光路を示す。入射光152は、二つのマイクロレンズ150a、150bに入射し、それぞれ発散光157、158を生じさせる。このとき、領域159において、二つの発散光が存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光が観察者の目に入った場合、スペックルとして視認される。   FIG. 7B shows an optical path of divergent light when the diameter 156b of the incident light 152 is twice as large as the cycle 155 of the microlens 150. Incident light 152 is incident on the two microlenses 150a and 150b and produces divergent lights 157 and 158, respectively. At this time, since two divergent lights exist in the region 159, light interference may occur. When this interference light enters the eyes of the observer, it is visually recognized as speckle.

以上を考慮して、スペックルを低減するため、マイクロレンズ150の周期155は、入射光の径156よりも大きく設計される。なお、図7は、凸面レンズの形態で説明したが、凹面レンズの形態においても同様の効果があるものとする。   In consideration of the above, in order to reduce the speckle, the period 155 of the microlens 150 is designed to be larger than the diameter 156 of the incident light. Although FIG. 7 has been described in the form of the convex lens, the same effect can be obtained in the form of the concave lens.

図8は、光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。光源装置11の各光源素子は、FPGA1001によって発光強度や点灯タイミング、光波形が制御される。光源装置11の各光源素子は、LDドライバ1008によって駆動され、レーザ光を出射する。各光源素子から出射され光路合成されたレーザ光は、図8に示すように、光偏向装置13のミラー130によってα軸周り、β軸周りに二次元的に偏向され、ミラー130を介して走査光としてスクリーン15に照射される。すなわち、スクリーン15は、光偏向装置13による主走査および副走査によって二次元走査される。   FIG. 8 is a diagram for explaining the correspondence between the mirrors of the optical deflector and the scanning range. The light emission intensity, the lighting timing, and the light waveform of each light source element of the light source device 11 are controlled by the FPGA 1001. Each light source element of the light source device 11 is driven by the LD driver 1008 and emits a laser beam. As shown in FIG. 8, the laser light emitted from each light source element and combined in the optical path is two-dimensionally deflected around the α axis and the β axis by the mirror 130 of the optical deflecting device 13 and scanned through the mirror 130. The screen 15 is irradiated with light. That is, the screen 15 is two-dimensionally scanned by the main scanning and the sub-scanning by the light deflecting device 13.

走査範囲は、光偏向装置13によって走査しうる全範囲である。走査光は、スクリーン15の走査範囲を、2〜4万Hz程度の速い周波数で主走査方向(X軸方向)に振動走査(往復走査)しつつ、数十Hz程度の遅い周波数で副走査方向(Y軸方向)に片道走査する。すなわち、光偏向装置13は、スクリーン15に対してラスタースキャンを行う。この場合、表示装置10は、走査位置(走査光の位置)に応じて各光源素子の発光制御を行うことで、画素ごとの描画または虚像の表示を行うことができる。   The scanning range is the entire range that can be scanned by the optical deflector 13. The scanning light oscillates (reciprocally scans) in the main scanning direction (X-axis direction) in the scanning range of the screen 15 at a high frequency of about 20 to 40,000 Hz, and at a slow frequency of about tens of Hz in the sub-scanning direction. One-way scanning is performed in the (Y-axis direction). That is, the light deflecting device 13 performs raster scanning on the screen 15. In this case, the display device 10 can perform drawing or virtual image display for each pixel by controlling the light emission of each light source element according to the scanning position (scanning light position).

一画面を描画する時間、すなわち1フレーム分の走査時間(二次元走査の1周期)は、上記のように副走査周期が数十Hzであることから、数十msecとなる。例えば、主走査周期を20000Hz、副走査周期を50Hzとした場合、1フレーム分の走査時間は、20msecとなる。   The time for drawing one screen, that is, the scanning time for one frame (one cycle of two-dimensional scanning) is several tens msec because the sub-scanning cycle is several tens Hz as described above. For example, when the main scanning cycle is 20000 Hz and the sub scanning cycle is 50 Hz, the scanning time for one frame is 20 msec.

図9は、二次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。スクリーン15は、図9に示すように、中間像40が描画される(画像データに応じて変調された光が照射される)画像領域61(有効走査領域)と、画像領域61を取り囲むフレーム領域62を含む。   FIG. 9 is a diagram showing an example of a scanning line locus during two-dimensional scanning. As shown in FIG. 9, the screen 15 has an image region 61 (effective scanning region) in which the intermediate image 40 is drawn (light modulated according to image data is irradiated) and a frame region surrounding the image region 61. 62 is included.

走査範囲は、スクリーン15における画像領域61とフレーム領域62の一部(画像領域61の外縁近傍の部分)を併せた範囲とする。図9において、走査範囲における走査線の軌跡は、ジグザグ線によって示される。図9において、走査線の本数は、便宜上、実際よりも少なくしている。   The scanning range is a range in which the image area 61 on the screen 15 and a part of the frame area 62 (a part near the outer edge of the image area 61) are combined. In FIG. 9, the loci of scanning lines in the scanning range are indicated by zigzag lines. In FIG. 9, the number of scanning lines is smaller than the actual number for convenience.

スクリーン15は、上述のように、マイクロレンズアレイ等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子で構成されている。画像領域61は、矩形または平面である必要はなく、多角形または曲面であってもよい。また、スクリーン15は、光拡散効果を持たない平板または曲板であってもよい。さらに、画像領域61は、装置レイアウトに応じて、例えば、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の素子とすることもできる。   As described above, the screen 15 is composed of a transmission type optical element having a light diffusion effect such as a microlens array. The image area 61 does not need to be rectangular or flat, but may be polygonal or curved. Further, the screen 15 may be a flat plate or a curved plate having no light diffusion effect. Further, the image area 61 may be a reflective element having a light diffusion effect, such as a micromirror array, depending on the device layout.

スクリーン15は、走査範囲における画像領域61の周辺領域(フレーム領域62の一部)に、受光素子を含む同期検知系60が備える。図9において、同期検知系60は、画像領域61の−X側かつ+Y側の隅部に配置される。同期検知系60は、光偏向装置13の動作を検出して、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定するための同期信号をFPGA1001に出力する。   The screen 15 is provided with a synchronous detection system 60 including a light receiving element in a peripheral area (a part of the frame area 62) of the image area 61 in the scanning range. In FIG. 9, the synchronization detection system 60 is arranged at the −X side and + Y side corners of the image area 61. The synchronization detection system 60 detects the operation of the optical deflector 13 and outputs a synchronization signal for determining the scan start timing and the scan end timing to the FPGA 1001.

●詳細
続いて、第1の実施形態に係る表示システム1の光学設計について説明する。図10を用いてスクリーン15において発散される発散光の発散角と強度の関係について説明する。
-Details Next, the optical design of the display system 1 according to the first embodiment will be described. The relationship between the divergence angle and the intensity of the divergent light emitted from the screen 15 will be described with reference to FIG.

図10(a)は、スクリーンで発散される光束の強度分布を示す図である。図10(a)の横軸は、スクリーン15に入射される光束を基準としたときのスクリーン15における発散光の発散角Δθである。図10(a)に示すように、発散角△θが大きくなるに従って強度が低下する強度プロファイルを持つ。ここで、発散角Δθは、スクリーン15に入射される光の入射角と、入射された光がスクリーン15によって発散されて観察者3の視点に到達する発散光の発散角中心との角度差である。   FIG. 10A is a diagram showing the intensity distribution of the light flux diverging on the screen. The horizontal axis of FIG. 10A is the divergence angle Δθ of the divergent light on the screen 15 when the luminous flux incident on the screen 15 is used as a reference. As shown in FIG. 10 (a), it has an intensity profile in which the intensity decreases as the divergence angle Δθ increases. Here, the divergence angle Δθ is an angle difference between the incident angle of the light incident on the screen 15 and the center of the divergence angle of the divergent light which is diverged by the screen 15 and reaches the viewpoint of the observer 3. is there.

また、図10(b)に示すように、スクリーン15に形成される中間像40の両端に入射される光束に対する発散角Δθが大きくなるにつれて、発散光の強度は低下する。中間像40の両端の発散光の強度が低下した場合、虚像45の端部付近の輝度は、低下する。結果として、観察者3が視認する虚像45の面内劣化が生じてしまう。   Further, as shown in FIG. 10B, the intensity of the divergent light decreases as the divergence angle Δθ with respect to the luminous flux incident on both ends of the intermediate image 40 formed on the screen 15 increases. When the intensity of the divergent light at both ends of the intermediate image 40 decreases, the brightness near the ends of the virtual image 45 decreases. As a result, in-plane deterioration of the virtual image 45 visually recognized by the observer 3 occurs.

本実施形態は、観察者3が視認する虚像45の端部における輝度の低下を抑制しつつ、良好な輝度分布を有する虚像45を観察者3に視認させるために、表示装置10の最適な光学設計を提案するものである。   In the present embodiment, in order to allow the observer 3 to visually recognize the virtual image 45 having a good luminance distribution while suppressing the decrease in luminance at the end of the virtual image 45 visually recognized by the observer 3, the optimum optical of the display device 10 is displayed. It is a design proposal.

図11は、第1の実施形態に係る表示システムにおける光路長の概略を示した図である。ここで、各光路長は、表示システム1の各構成要素におけるアイリプス中心(基準アイポイント)から観察した際の画像中心が通過する光路を用いて測定される。画像中心は、それぞれの構成要素における幾何学中心に略一致しているものとする。なお、アイリプス中心(基準アイポイント)は、観察者3の基準となる視点位置であり、アイボックスの中心である。   FIG. 11 is a diagram showing an outline of the optical path length in the display system according to the first embodiment. Here, each optical path length is measured using the optical path through which the image center when observed from the eye lip center (reference eye point) in each component of the display system 1. The image center is assumed to be substantially coincident with the geometric center of each component. The eye lip center (reference eye point) is the viewpoint position that is the reference of the observer 3, and is the center of the eye box.

なお、観察者3(例えば自動車を運転する運転者)は、フロントガラス50によって反射された光の光路上のアイボックス(観察者3の目の近傍の領域)から虚像45を視認する。ここで、アイボックスは、観察者3が視点の位置の調整をすることなく虚像45を視認可能な範囲を意味する。具体的には、アイボックスは、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。アイボックスは、運転者が虚像45を視認可能な領域として、座席に着座した運転者のアイポイントが存在可能な空間領域であるアイリプスに基づいて設定される。   The observer 3 (for example, a driver who drives a car) visually recognizes the virtual image 45 from an eye box (a region near the eyes of the observer 3) on the optical path of the light reflected by the windshield 50. Here, the eye box means a range in which the observer 3 can visually recognize the virtual image 45 without adjusting the position of the viewpoint. Specifically, the eye box is equal to or less than the driver's eye range (JIS D0021) of the automobile. The eye box is set as an area in which the driver can visually recognize the virtual image 45, based on the eye lip, which is a spatial area in which the eye point of the driver seated in the seat can exist.

表示システム1において、光偏向装置13からスクリーン15に形成される中間像40の画像中心までの光路長Ta、中間像40から発散された光束が自由曲面ミラー30を通過する領域の中心位置までの光路長をTb、自由曲面ミラー30中心と虚像45の中心までの光路長をTcとして定義される。   In the display system 1, the optical path length Ta from the light deflecting device 13 to the image center of the intermediate image 40 formed on the screen 15 and the center position of the region where the light flux diverged from the intermediate image 40 passes through the free-form surface mirror 30. The optical path length is defined as Tb, and the optical path length from the center of the free-form surface mirror 30 to the center of the virtual image 45 is defined as Tc.

光源装置11によって出射された光束は、光偏向装置13に入射し、スクリーン15上に二次元走査される。これにより、スクリーン15上に、図11で示した中間像40が形成される。スクリーン15は、上述のように、マイクロレンズアレイ等の光発散部材を備えており、スクリーン15に走査された光束は、スクリーン15を通過することによって、所定の発散角で発散される。図12において、スクリーン15から出射される光線は、発散光の中心光線を示す。スクリーン15から出射される光束は、自由曲面ミラー30へ入射する。   The light beam emitted by the light source device 11 enters the light deflecting device 13 and is two-dimensionally scanned on the screen 15. As a result, the intermediate image 40 shown in FIG. 11 is formed on the screen 15. The screen 15 is provided with a light diverging member such as a microlens array as described above, and the light beam scanned by the screen 15 is diverged at a predetermined divergence angle by passing through the screen 15. In FIG. 12, the light ray emitted from the screen 15 is the central ray of the divergent light. The light flux emitted from the screen 15 enters the free-form curved mirror 30.

自由曲面ミラー30は、図11で示したフロントガラス50で発生する光学歪を低減するように面形状が設計されている。自由曲面ミラー30に入射した光線は、自由曲面ミラーの面形状に従い、自由曲面ミラー30によって反射された光束はその後、フロントガラス50に入射し、少なくともアイリプス中心(基準アイポイント)を含む少なくともアイリプス領域内の一点の視点に到達する。フロントガラス50に入射した光束は、フロントガラス50の面形状に応じて反射される。   The free-form surface mirror 30 has a surface shape designed to reduce the optical distortion generated in the windshield 50 shown in FIG. The light beam incident on the free-form surface mirror 30 follows the surface shape of the free-form surface mirror, and the light flux reflected by the free-form surface mirror 30 subsequently enters the windshield 50, and at least the eyelip region including at least the eyelip center (reference eyepoint). Reach a point of view. The light flux incident on the windshield 50 is reflected according to the surface shape of the windshield 50.

図12は、表示システム1における各構成要素の間の光路を概略的に説明するための図である。図12には、図11で定義した光路長Ta、光路長Tbが示され、さらに、自由曲面ミラー30中心と虚像45の中心までの光路長がTcとして示されている。図12(a)は、光偏向装置13による副走査方向(Y方向)に垂直で主走査方向(X方向)に平行な断面を示している。つまり図12(a)の紙面左右方向が主走査方向である。図12(b)は、主走査方向(X方向)に垂直で副走査方向(Y方向)に平行な断面を示している。つまり図12(b)の紙面左右方向が副走査方向である。   FIG. 12 is a diagram for schematically explaining the optical paths between the respective components of the display system 1. FIG. 12 shows the optical path length Ta and the optical path length Tb defined in FIG. 11, and further shows the optical path length from the center of the free-form surface mirror 30 to the center of the virtual image 45 as Tc. FIG. 12A shows a cross section perpendicular to the sub-scanning direction (Y direction) by the optical deflector 13 and parallel to the main scanning direction (X direction). That is, the horizontal direction of the paper surface of FIG. 12A is the main scanning direction. FIG. 12B shows a cross section that is perpendicular to the main scanning direction (X direction) and parallel to the sub scanning direction (Y direction). That is, the horizontal direction of the paper surface of FIG. 12B is the sub-scanning direction.

そして図12の説明において、中間像40を形成するための光偏向装置13による偏向光の光束のうち、画像端に該当する偏向光を直線Li+と直線Li−とする。そして図12(a)の直線Lix+、直線Lix−は、画像の主走査方向両端それぞれに該当するスクリーン15への入射光、図12(b)の直線Liy+、直線Liy−は、画像の副走査方向両端それぞれに該当するスクリーン15への入射光を示す。   In the description of FIG. 12, among the luminous fluxes of the deflected light by the optical deflector 13 for forming the intermediate image 40, the deflected light corresponding to the image end is a straight line Li + and a straight line Li−. The straight line Lix + and the straight line Lix− in FIG. 12A are the incident lights on the screen 15 corresponding to both ends of the image in the main scanning direction, and the straight line Liy + and the straight line Liy− in FIG. The incident light on the screen 15 corresponding to both ends in the direction is shown.

さらに図12の説明において、スクリーン15と虚像45の画像端とを結ぶ直線Lo+、直線Lo−は、中間像40の画像端の光線がアイリプス中心(基準アイポイント)に向かう光路である。そして図12(a)の直線Lox+、直線Lox−は、画像の主走査方向両端それぞれに該当するスクリーン15からの光路を示し、図12(b)の直線Loy+、直線Loy−は画像の副走査方向両端それぞれに該当するスクリーン15からの光路を示す。   Further, in the description of FIG. 12, a straight line Lo + and a straight line Lo− connecting the screen 15 and the image end of the virtual image 45 are optical paths in which light rays at the image end of the intermediate image 40 are directed to the center of the eyelips (reference eye point). The straight line Lox + and the straight line Lox− in FIG. 12A indicate the optical paths from the screen 15 corresponding to both ends in the main scanning direction of the image, and the straight line Loy + and the straight line Loy− in FIG. The optical paths from the screen 15 corresponding to both ends in the direction are shown.

図10において説明したように、スクリーン15に形成される中間像40の両端に入射される光束に対する発散角Δθが大きくなるにつれて、発散光の強度は低下する。中間像40の両端の発散光の強度が低下した場合、虚像45の端部付近の輝度は、低下する。したがって観察者3の視認するアイリプス領域に虚像の輝度ムラがなく視認するためには、スクリーン15に形成される中間像40の両端に入射される光束に対する発散角Δθは、アイボックス内に光線を到達させられる範囲で、できるだけ小さいことが望ましい。また、虚像45の画像端部の輝度低下を抑制するために、図12に示す直線Li+と直線Lo+とがなす角度差Δθ+、直線Li−と直線Lo−とがなす角度差Δθ−は、小さいことが好ましい。   As described with reference to FIG. 10, the intensity of the divergent light decreases as the divergence angle Δθ with respect to the luminous flux incident on both ends of the intermediate image 40 formed on the screen 15 increases. When the intensity of the divergent light at both ends of the intermediate image 40 decreases, the brightness near the ends of the virtual image 45 decreases. Therefore, in order for the viewer 3 to visually recognize the virtual image without unevenness in brightness in the eye-lips area, the divergence angle Δθ with respect to the light beams incident on both ends of the intermediate image 40 formed on the screen 15 is such that the light beam is present in the eye box. It is desirable to be as small as possible within the reachable range. Further, in order to suppress the decrease in the luminance of the image end portion of the virtual image 45, the angle difference Δθ + formed by the straight line Li + and the straight line Lo + and the angle difference Δθ− formed by the straight line Li− and the straight line Lo− shown in FIG. 12 are small. Preferably.

アイボックスの、主走査方向の幅の方が副走査方向の幅に比べて広い場合、主走査方向におけるアイボックス端部から見た虚像45の輝度は、副走査方向におけるアイボックス端部から見た虚像45の輝度よりも小さくなる。特に、虚像45の主走査方向の画像端部は、虚像45の副走査方向の画像端部より輝度低下が大きくなる。   When the width of the eye box in the main scanning direction is wider than the width in the sub scanning direction, the brightness of the virtual image 45 seen from the eye box end in the main scanning direction is seen from the eye box end in the sub scanning direction. The brightness is smaller than the brightness of the virtual image 45. In particular, the image end portion of the virtual image 45 in the main scanning direction has a larger decrease in luminance than the image end portion of the virtual image 45 in the sub scanning direction.

ここで、虚像45の幅が一定でアイボックスの幅が大きくなることは、アイボックスの単位長さあたりの虚像45の幅が小さくなることなので、仮想的に、アイボックスの幅が一定で虚像45の幅が小さくなる(直線Lo+と直線Lo−のなす角度が小さくなる)と、置き換えることができる。   Here, the fact that the width of the virtual image 45 is constant and the width of the eye box is large means that the width of the virtual image 45 per unit length of the eye box is small. Therefore, virtually, the width of the eye box is constant and the virtual image is constant. If the width of 45 becomes smaller (the angle formed by the straight line Lo + and the straight line Lo− becomes smaller), it can be replaced.

すなわち、アイボックスの、主走査方向の幅の方が副走査方向の幅に比べて広い場合、主走査方向の角度差△θx+、△θx−の方が、副走査方向の角度差△θy+、△θy−よりもそれぞれ大きくなる。例えば、Ta=100、Tb=300、Tc=3100、アイボックスから虚像45までの距離(虚像距離)Td=3600、主走査方向のアイボックスの幅Ex=130、副走査方向のアイボックスの幅Ey=40のとき、△θx+は11.2°であるのに対し、△θy+は4.1°である。この結果、虚像45の主走査方向の画像端部の方が副走査方向の画像端部より輝度低下が大きくなる。   That is, when the width of the eye box in the main scanning direction is wider than the width in the sub scanning direction, the angular differences Δθx + and Δθx− in the main scanning direction are the angular differences Δθy + in the sub scanning direction. Each becomes larger than Δθy−. For example, Ta = 100, Tb = 300, Tc = 3100, the distance from the eye box to the virtual image 45 (virtual image distance) Td = 3600, the eye box width Ex = 130 in the main scanning direction, and the eye box width in the sub scanning direction. When Ey = 40, Δθx + is 11.2 °, whereas Δθy + is 4.1 °. As a result, the image end portion of the virtual image 45 in the main scanning direction has a larger decrease in luminance than the image end portion in the sub scanning direction.

図13(a)(b)は、図12(a)(b)に示した各構成要件に加え、光を屈折させる屈折力を持つ屈折光学系80をさらに配置した光学系である。屈折光学系80は、図13に示されるように、偏向装置13とスクリーン15との間の光路上に配置される。つまり屈折光学系80は、偏向装置13から出射される偏向光を屈折させ、屈折された偏向光がスクリーン15に入射する。屈折光学系80は、主走査方向と副走査方向とで異なる屈折力を有する光学系である。したがって、スクリーン15に入射する偏向光の入射角度を変えて虚像45の画像端部の輝度低下を抑制できる。   FIGS. 13A and 13B show an optical system in which, in addition to the constituent elements shown in FIGS. 12A and 12B, a refractive optical system 80 having a refractive power for refracting light is further arranged. The refracting optical system 80 is arranged on the optical path between the deflecting device 13 and the screen 15, as shown in FIG. That is, the refracting optical system 80 refracts the deflected light emitted from the deflecting device 13, and the refracted deflected light enters the screen 15. The refractive optical system 80 is an optical system having different refractive powers in the main scanning direction and the sub scanning direction. Therefore, the incidence angle of the deflected light incident on the screen 15 can be changed to suppress the decrease in the luminance of the image end portion of the virtual image 45.

本実施形態では,主走査方向と副走査方向とで異なる屈折力を有する例として、主走査方向には屈折力を有し、副走査方向には屈折力を有していない場合を説明する。図13(a)に示されるように、屈折光学系80を配置することで、屈折光学系80を通過後の主走査方向のLix+、Lix−で示される画像端光に、画像中心に向かって屈折させる屈折力(以降正の屈折力と呼ぶことがある)を与える。このとき図13(a)においては、スクリーン15に入射する画像端に該当する偏向光はLjx+、Ljx−と示される。したがって図13においては,スクリーン15に入射する画像端に該当する偏向光と、中間像40の画像端の光線がスクリーン15により発散されアイリプス中心に向かう光、つまり画像端に該当する偏向光との角度は、直線Ljx+、直線Lox+と、直線Ljx−、直線Lox−のなす角度差Δθx+´、Δθx−´となる。その結果、Δθx+´、Δθx−´は、それぞれ図12(a)のΔθx+、Δθx−より小さくなる。一方、屈折光学系80は副走査方向には屈折力を有していないため△θy+、θy−は図12(b)、図13(b)いずれにおいても変わらない。   In the present embodiment, as an example in which the main scanning direction and the sub-scanning direction have different refracting powers, a case will be described in which the main scanning direction has refracting power and the sub-scanning direction does not have refracting power. As shown in FIG. 13A, by disposing the refracting optical system 80, the image end light indicated by Lix + and Lix− in the main scanning direction after passing through the refracting optical system 80 is directed toward the image center. Gives the refracting power to refract (sometimes referred to as positive refracting power hereinafter). At this time, in FIG. 13A, the deflected lights corresponding to the image edges incident on the screen 15 are shown as Ljx + and Ljx−. Therefore, in FIG. 13, the deflected light corresponding to the image end incident on the screen 15 and the light at the image end of the intermediate image 40 diverged by the screen 15 toward the center of the eye lip, that is, the deflected light corresponding to the image end. The angles are the angle differences Δθx + ′ and Δθx− ′ formed by the straight line Ljx + and the straight line Lox +, and the straight line Ljx− and the straight line Lox−. As a result, Δθx + ′ and Δθx− ′ are smaller than Δθx + and Δθx− in FIG. On the other hand, since the refracting optical system 80 has no refracting power in the sub-scanning direction, Δθy + and θy− are the same in both FIG. 12B and FIG. 13B.

一例として、図13(a)において光偏向装置13と屈折光学系80の光路長をTo、屈折光学系80が曲率半径Rxだけ湾曲したシリンダ状のミラーであった場合、Rx=−200、To=40、Ta=100、Tb=300、Tc=3100、Td=3600、Ex=130、Ey=40のとき△θx´=6.5°となり、図12(a)の角度差△θx=11.2°とくらべて狭くできる。したがってシリンダミラー等の屈折光学系80を配置することで、アイボックス領域に効率よく光束を発散させて、虚像45の画像端部、特に主走査の画像端部の輝度を向上させる効果を確認できる。   As an example, in FIG. 13A, when the optical path length of the optical deflecting device 13 and the refracting optical system 80 is To and the refracting optical system 80 is a cylindrical mirror curved by a radius of curvature Rx, Rx = −200, To. = 40, Ta = 100, Tb = 300, Tc = 3100, Td = 3600, Ex = 130, Ey = 40, Δθx ′ = 6.5 °, and the angle difference Δθx = 11 in FIG. Can be made narrower than 2 °. Therefore, by arranging the refracting optical system 80 such as a cylinder mirror, it is possible to confirm the effect that the luminous flux is efficiently diverged in the eye box region and the luminance of the image end portion of the virtual image 45, particularly, the image end portion of the main scanning is improved. ..

一方、屈折光学系80は副走査方向には屈折力を有していないため図13(b)に示されるように、Li+、Li−の走査線は図12(b)と同じである。つまり△θy+、θy−は図12(b)、図13(b)いずれにおいても4.1°である。   On the other hand, since the refracting optical system 80 has no refractive power in the sub-scanning direction, the scanning lines for Li + and Li− are the same as in FIG. 12 (b), as shown in FIG. 13 (b). That is, Δθy + and θy− are 4.1 ° in both FIG. 12 (b) and FIG. 13 (b).

このように、屈折光学系80はスクリーン15へ入射する偏向光のうち、虚像の画像端に該当する偏向光である画像端に該当する偏向光と、入射した画像端に該当する偏向光がスクリーン15によって発散されて観察者の視点に到達する発散光である画像端に該当する偏向光とのなす角度を小さくする屈折力を有しており、主走査方向の屈折力が副走査方向の屈折力より大きいため、屈折光学系80を、光偏向部部13とスクリーン15との間に設けることで、主走査と副走査の当該角度の大きさを近づけ、その結果、虚像45面内の輝度偏差を少なくすることができる。   As described above, in the refraction optical system 80, among the deflected light incident on the screen 15, the deflected light corresponding to the image end, which is the deflected light corresponding to the image end of the virtual image, and the deflected light corresponding to the incident image end are screened. 15 has a refracting power that reduces the angle formed by the deflected light corresponding to the image end, which is the divergent light that is diverged by 15 and reaches the observer's viewpoint, and the refracting power in the main scanning direction is refracting in the sub scanning direction. Since the force is larger than the force, the refraction optical system 80 is provided between the light deflection unit 13 and the screen 15 to bring the magnitudes of the angles of the main scanning and the sub-scanning close to each other, and as a result, the brightness in the plane of the virtual image 45. The deviation can be reduced.

なお以上の説明では屈折力が正の場合について述べたが、表示システム1のレイアウトや各光学系の性質状、屈折力が負、つまり発散光学系に入射する画像端部に該当する光線を画像中心と反対方向に屈折させることにより発散光学系への入射光の入射角、出射光の出射角の角度差が小さくなる場合もある。その場合は負の方向の屈折力の大きさを比較して主走査方向の屈折力を副走査方向の屈折力より大きくすればよい。   In the above description, the case where the refractive power is positive has been described, but the layout of the display system 1 and the nature of each optical system, the refractive power is negative, that is, the light beam corresponding to the edge of the image entering the diverging optical system By refracting in the direction opposite to the center, the angle difference between the incident angle of the incident light and the outgoing angle of the emitted light to the divergence optical system may be reduced. In that case, the refracting power in the negative scanning direction may be compared to make the refracting power in the main scanning direction larger than the refracting power in the sub scanning direction.

図14は、屈折光学系80として、主走査方向に正の屈折力を持つ反射ミラーを用いた場合の表示システム1Aの例を示す。この場合図16に示されるように、光偏向装置13を出射し偏向された偏向光は、屈折光学系80で反射され、反射光がスクリーン15に入射する。このように屈折光学系80として反射ミラーを採用することで、色収差がないため、波長の異なる光源が複数含まれていても色ずれの発生しない、品質のよい画像を提供することが可能となる。   FIG. 14 shows an example of a display system 1A in which a reflecting mirror having a positive refractive power in the main scanning direction is used as the refracting optical system 80. In this case, as shown in FIG. 16, the deflected light emitted from the optical deflector 13 and deflected is reflected by the refraction optical system 80, and the reflected light is incident on the screen 15. By adopting the reflection mirror as the refraction optical system 80 in this manner, since there is no chromatic aberration, it is possible to provide a high-quality image in which no color shift occurs even if a plurality of light sources having different wavelengths are included. ..

図15は、屈折光学系80として、主走査方向に正の屈折力を持つレンズを用いた場合の表示システム1Bの例を示す。この場合図16に示されるように、光偏向装置13を出射し偏向された偏向光は、屈折光学系80を透過し、透過光がスクリーン15に入射する。このように屈折光学系80として透過レンズを採用することで、光線を折り返す必要がなく、表示装置を車両等に搭載した場合、表示システム1や車両全体を考慮し、レイアウト上有利になる場合がある。   FIG. 15 shows an example of the display system 1B when a lens having a positive refractive power in the main scanning direction is used as the refraction optical system 80. In this case, as shown in FIG. 16, the deflected light emitted from the optical deflector 13 and deflected is transmitted through the refraction optical system 80, and the transmitted light is incident on the screen 15. By adopting a transmissive lens as the refraction optical system 80 in this way, it is not necessary to turn back the light rays, and when the display device is mounted in a vehicle or the like, it may be advantageous in layout considering the display system 1 and the entire vehicle. is there.

図16は、屈折光学系を構成する光学素子の第一の例である。図16に、主走査方向に正の屈折力を持つミラーの形状例を示す。屈折光学系80として反射ミラーを採用することで、色収差がないため、波長の異なる光源が複数含まれていても色ずれの発生しない、品質のよい画像を提供することが可能となる   FIG. 16 shows a first example of the optical element that constitutes the refractive optical system. FIG. 16 shows an example of the shape of a mirror having a positive refractive power in the main scanning direction. By using a reflection mirror as the refraction optical system 80, since there is no chromatic aberration, it is possible to provide a high-quality image in which no color shift occurs even if a plurality of light sources having different wavelengths are included.

図17は、屈折光学系を構成する光学素子の第二の例である。図17に、主走査方向に正の屈折力を持つレンズの形状例を示す。屈折光学系80として透過レンズを採用することで、光線を折り返す必要がなく、車両レイアウト上有利になる場合がある。   FIG. 17 shows a second example of the optical element that constitutes the refractive optical system. FIG. 17 shows an example of the shape of a lens having a positive refractive power in the main scanning direction. By adopting a transmissive lens as the refraction optical system 80, it is not necessary to turn back the light beam, which may be advantageous in vehicle layout.

図18は、屈折光学系を構成する光学素子の第三の例である。図18に示す反射ミラーは、同じ反射面に、屈折光学系80としての反射面と発散光学系としてのスクリーン15の発散面を有する。つまり屈折光学系80の屈折光学面と発散光学系としてのスクリーン15の発散光学面は同一の光学面である。例えば、反射ミラー面上にマイクロミラーアレイが並べられた構成である。このような構成のため、同一の光学素子で入射した光束を所定の発散角で発散させつつ、△θを好適に狭くすることができるため、装置の部品点数を減らすことが出来る。   FIG. 18 shows a third example of the optical element that constitutes the refracting optical system. The reflecting mirror shown in FIG. 18 has a reflecting surface as the refracting optical system 80 and a diverging surface of the screen 15 as the diverging optical system on the same reflecting surface. That is, the refracting optical surface of the refracting optical system 80 and the diverging optical surface of the screen 15 as the diverging optical system are the same optical surface. For example, it has a configuration in which micromirror arrays are arranged on a reflecting mirror surface. With such a configuration, Δθ can be suitably narrowed while diverging the light beams incident on the same optical element at a predetermined divergence angle, so that the number of parts of the device can be reduced.

図19は、屈折光学系を構成する光学素子の第四の例である。図19に示す透過レンズは、屈折光学面と発散光学面とを有する。例えば図19に示すように、入射面側に屈折光学系80として機能する屈折面、出射面側に発散光学系として機能するマイクロレンズアレイが並べられて発散面が設けられた構成である。このような構成のため、△θを好適に狭くしつつ、入射した光束を所定の拡散角で拡散する機能を同一の光学素子で完結させることができる。図19の構成に限られず、入射面側にマイクロレンズアレイを設け、出射面側に屈折面が配置されている構成や、入射面に、屈折光学系80としての入射面と発散光学系としてのスクリーン15の発散面を有する場合や、出射面に、屈折光学系80としての出射面と発散光学系としてのスクリーン15の発散面を有する場合であっても同様の効果が得られる。   FIG. 19 shows a fourth example of the optical element that constitutes the refracting optical system. The transmission lens shown in FIG. 19 has a refractive optical surface and a divergent optical surface. For example, as shown in FIG. 19, a refracting surface that functions as the refracting optical system 80 is provided on the incident surface side, and a microlens array that functions as a diverging optical system is arranged on the exit surface side to provide a diverging surface. With such a configuration, it is possible to complete the function of diffusing the incident light flux at a predetermined diffusion angle with the same optical element while appropriately reducing Δθ. Not limited to the configuration of FIG. 19, a configuration in which a microlens array is provided on the incident surface side and a refracting surface is disposed on the exit surface side, or an incident surface as a refracting optical system 80 and a diverging optical system as an incident surface are provided. The same effect can be obtained even if the screen 15 has a divergent surface or if the exit surface has an exit surface as the refraction optical system 80 and a divergent surface of the screen 15 as the divergence optical system.

図20は、屈折光学系80により発生する非点隔差の概念図である。図20は、屈折光学系80が主走査方向にのみ正の屈折力を有している場合を示している。図20(a)は、主走査方向の断面図、図20(b)は副走査方向の断面図である。図20(a)に示されるように副走査方向の焦点距離は屈折光学系80を含む光学素子の焦点距離fであるのに対し、図20(b)に示される主走査方向の焦点位置fiは、被走査面であるスクリーン15に対してδFずれてしまう。このとき焦点位置ずれ量δFは、スネルの法則を用いて以下のように求められる。   FIG. 20 is a conceptual diagram of the astigmatic difference generated by the refractive optical system 80. FIG. 20 shows a case where the refracting optical system 80 has a positive refracting power only in the main scanning direction. 20A is a sectional view in the main scanning direction, and FIG. 20B is a sectional view in the sub scanning direction. The focal length in the sub-scanning direction is the focal length f of the optical element including the refractive optical system 80 as shown in FIG. 20 (a), while the focal position fi in the main scanning direction as shown in FIG. 20 (b). Is displaced from the screen 15 which is the surface to be scanned by δF. At this time, the focus position shift amount δF is obtained as follows using Snell's law.

なお、Soは光源素子111のレーザー発光点と、光源素子111と光偏向装置13の間に配置されレンズ112間の距離、f1はレンズ112の焦点距離、f2は屈折光学系80の焦点距離、dはレンズ112と屈折光学系80の距離である。   Note that So is the distance between the laser emission point of the light source element 111 and the lens 112 arranged between the light source element 111 and the light deflector 13, f1 is the focal length of the lens 112, f2 is the focal length of the refractive optical system 80, and d is the distance between the lens 112 and the refractive optical system 80.

図21は、レンズ112の焦点距離が8mm、アパーチャ113の直径が1.2mmの場合のビーム径の位置依存性である。   FIG. 21 shows the position dependence of the beam diameter when the focal length of the lens 112 is 8 mm and the diameter of the aperture 113 is 1.2 mm.

ここで、ビーム径とは、強度が中心軸上の強度の13.5%に低下する周縁部の径のことをいう。そして焦点位置はスクリーン15上を0としている。図21のグラフに示されるように、焦点位置から±20mmよりもずれた位置において、ビーム径が急峻に太くなる傾向が確認できる。よって、スペックルを低減するため、図7に示したマイクロレンズアレイの周期155に対して入射光束の径156aを十分に細くするには、シリンダミラー等である屈折光学系80の焦点位置ずれδFを±20mm以下になるように設計すればよい。   Here, the beam diameter means the diameter of the peripheral portion where the intensity is reduced to 13.5% of the intensity on the central axis. The focal position is 0 on the screen 15. As shown in the graph of FIG. 21, it can be confirmed that the beam diameter tends to be steeply thick at a position displaced from the focus position by more than ± 20 mm. Therefore, in order to reduce the speckle, in order to make the diameter 156a of the incident light beam sufficiently small with respect to the period 155 of the microlens array shown in FIG. 7, the focus position shift δF of the refracting optical system 80 such as a cylinder mirror is required. Should be designed to be ± 20 mm or less.

つまり、(式1)より、一例としてシリンダミラーである屈折光学系80の焦点距離・面間隔等を(式2)の関係式に収まるように設定することにより、輝度低下・スペックルノイズ悪化を抑えつつ、表示装置を小型化することが可能となる。   That is, according to (Equation 1), as an example, by setting the focal length, surface spacing, etc. of the refracting optical system 80, which is a cylinder mirror, within the relational expression of (Equation 2), it is possible to reduce luminance and deteriorate speckle noise. It is possible to reduce the size of the display device while suppressing it.

以上、実施形態に係る画像形成装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。   Although the image forming apparatus according to the exemplary embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above exemplary embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention.

1A、1B 表示システム
10 表示装置
11 光源装置(光源の一例)
13 光偏向装置(光偏向部の一例)
15 スクリーン(発散光学系の一例)
30 自由曲面ミラー(結像光学系の一例)
45 虚像
50 フロントガラス(反射部材の一例)
80 屈折光学系
1A, 1B Display system 10 Display device 11 Light source device (an example of a light source)
13 Light Deflection Device (Example of Light Deflection Unit)
15 screen (an example of divergence optical system)
30 Free-form surface mirror (an example of imaging optical system)
45 Virtual image 50 Windshield (an example of a reflection member)
80 Refractive optics

特開2013−61554JP, 2013-61554, A 特開2009−128659JP, 2009-128659, A

Claims (9)

光を照射する光源と、
入射される前記光を主走査方向および副走査方向に偏向する光偏向部と、
入射される前記偏向された光である偏向光を発散させる発散光学系と、
を有し、
前記発散光学系によって発散された発散光によって観察者に視認させる虚像を形成する表示装置であって、
前記光偏向部と前記発散光学系との間の光路上に、前記発散光学系に入射される前記偏向光を屈折させる屈折光学系を有し、
前記屈折光学系の前記主走査方向の屈折力と前記副走査方向の屈折力が異なる表示装置。
A light source that emits light,
A light deflector for deflecting the incident light in the main scanning direction and the sub scanning direction,
A divergence optical system that diverges the deflected light that is the incident deflected light,
Have
A display device for forming a virtual image to be visually recognized by an observer by divergent light diverged by the divergent optical system,
A refraction optical system for refracting the deflected light incident on the divergence optical system on an optical path between the light deflector and the divergence optical system,
A display device in which the refracting power of the refracting optical system in the main scanning direction is different from the refracting power in the sub-scanning direction.
前記屈折力は、前記発散光学系へ入射する前記偏向光のうち、前記虚像の画像端に該当する前記偏向光と、入射した前記偏向光が前記発散光学系によって発散されて前記観察者の視点に到達する前記発散光とのなす角度を小さくする屈折力であり、
前記主走査方向の前記屈折力が前記副走査方向の前記屈折力より大きい請求項1の表示装置。
Of the deflected light incident on the diverging optical system, the refracting power corresponds to the deflected light corresponding to the image end of the virtual image, and the incident deflected light is diverged by the divergent optical system to make a viewpoint of the observer. Is a refracting power that reduces the angle formed by the divergent light reaching
The display device according to claim 1, wherein the refractive power in the main scanning direction is larger than the refractive power in the sub-scanning direction.
前記屈折光学系は反射ミラーを含む請求項1または2いずれか一項の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein the refraction optical system includes a reflection mirror. 前記屈折光学系は透過レンズを含む請求項1または2いずれか一項の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein the refraction optical system includes a transmission lens. 前記屈折光学系と前記発散光学系は、同一の光学素子を有する請求項1ないし4いずれか一項の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein the refraction optical system and the divergence optical system have the same optical element. 前記屈折光学系の屈折光学面と前記発散光学系の発散光学面は同一の光学面である請求項5の表示装置。   The display device according to claim 5, wherein the refracting optical surface of the refracting optical system and the diverging optical surface of the diverging optical system are the same optical surface. 以下に示す(式1)および(式2)を満たす請求項1ないし6いずれか1項の表示装置。
(Soは前記光源と、前記光源と前記光偏向部の間に配置されたレンズ間の距離、f1は前記レンズの焦点距離、f2は前記屈折光学系の焦点距離、dは前記レンズと前記屈折光学系の距離とする。)
7. The display device according to claim 1, which satisfies the following (formula 1) and (formula 2).
(So is a distance between the light source and a lens disposed between the light source and the light deflection unit, f1 is a focal length of the lens, f2 is a focal length of the refracting optical system, and d is the lens and the refraction. The distance of the optical system.)
請求項1ないし7いずれか一項の表示装置と、
前記発散光学系によって発散された発散光によって前記虚像を結像させる結像光学系を有し、
前記結像光学系から出射された光を反射させる反射部材と、
を有する表示システム。
A display device according to any one of claims 1 to 7,
An image forming optical system for forming the virtual image by the divergent light diverged by the divergent optical system,
A reflecting member that reflects the light emitted from the imaging optical system,
Display system having.
請求項8に記載の表示システムを有し、
前記反射部材は前記発散光を反射させるフロントガラスである移動体。
The display system according to claim 8,
The movable body is a windshield that reflects the divergent light.
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