JP2021117433A

JP2021117433A - 光走査装置、表示システムおよび移動体

Info

Publication number: JP2021117433A
Application number: JP2020012407A
Authority: JP
Inventors: 智宏中島; Tomohiro Nakajima
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-08-10

Abstract

【課題】広角な被走査面を形成する光走査装置、表示システムおよび移動体を提供する。【解決手段】表示装置１００は、主走査方向に回転して入射光を反射するミラー１３０と、主走査方向において、単一のミラー１３０に対して、異なる角度でそれぞれ合波光Ｌ１、Ｌ２を入射する複数の光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂと、ミラー１３０が主走査方向に回転することにより、それぞれミラー１３０で反射された合波光Ｌ１、Ｌ２が、主走査方向に走査されるスクリーン１５と、を備え、スクリーン１５は、合波光Ｌ１により走査される被走査面１５Ａと、主走査方向において被走査面１５Ａとずれて配置され、合波光Ｌ２により走査される被走査面１５Ｂを含む。【選択図】図１２

Description

本発明は、光走査装置、表示システムおよび移動体に関する。

特許文献１には、画像データに応じて変調する発光源と、支持基体に設けられた一対のトーションバーで支持され、トーションバーを回転軸として揺動可能としてなる可動ミラーと、トーションバーを挟む可動ミラーの両端部に設けられ、印加する駆動電圧を切り換えることで、支持基板と可動ミラーとの間に引力又は反発力を周期的に発生させて可動ミラーを揺動させる可動ミラー揺動手段とを有する単位モジュールを、主走査方向に複数配列し、発光源から射出された光ビームを揺動する可動ミラーによって主走査方向に走査させて各々の被走査域をつなぎ合わせて画像記録を行う光走査装置が記載されている。

特許文献２には、複数のスクリーンによって異なる距離に同時に複数の虚像を生成することを可能にする一方で、分割線の無いサイズの大きな虚像についても生成することを可能にしたヘッドアップディスプレイ装置が記載されている。

本発明は、広角な被走査面を形成する光走査装置、表示システムおよび移動体を提供することを目的とする。

本発明にかかる光偏向装置は、第１の方向に回転して入射光を反射する反射面と、第１の方向において、反射面に対して、異なる角度で第１の出射光および第２の出射光を入射する第１の出射部および第２の出射部と、反射面が第１の方向に回転することにより、第１の出射光および第２の出射光がそれぞれ反射面で反射された第１の反射光および第２の反射光が、第１の走査方向に走査される被走査面と、を備え、被走査面は、第１の反射光により走査される第１の走査領域と、第１の走査方向において第１の走査領域とずれて配置され、第２の反射光により走査される第２の走査領域を含むことを特徴とする。

本発明によれば、広角な被走査面を形成する光走査装置、表示システムおよび移動体を提供できる。

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。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。実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。実施形態に係る光源部の具体的構成の一例を示す図である。実施形態に係る光量調整装置を説明する図である。実施形態に係る光源モジュールの分解斜視図である。実施形態に係る光偏向部の具体的構成の一例を示す図である。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。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。光偏向部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。２次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。実施形態に係る光路の説明図である。実施形態に係るミラーへの入射角の説明図である。実施形態の制御装置の詳細な機能構成を示す図である。実施形態の変形例を示す図である。実施形態の第２の変形例に係る光路を示す図である。実施形態の第２の変形例に係るミラーへの入射角の説明図である。実施形態の第３の変形例に係る光路を示す図である。

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。

●システム構成
図１は、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、光偏向装置の一例である表示装置１００から投射される投射光ＰＬ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。

表示システム１は、例えば、反射部材の一例としてのフロントガラス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。

表示システム１は、表示装置１００およびフロントガラス５０を備える。表示装置１００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１００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１００は、例えば、自動車のダッシュボード２００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。

表示装置１００は、筐体９０を備え、筐体９０は、画像形成ユニット１０、自由曲面ミラー３０を収納する。画像形成ユニット１０は、ユニット筐体１２を備え、ユニット筐体１２は、光源部１１、光偏向部１３、ミラー１４およびスクリーン１５を備える。

光源の一例としての光源部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。光源部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。光源部１１から出射されたレーザ光は、光偏向部１３の反射面に導かれる。光源部１１は、光源として、ＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）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（ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子を有してもよい。

光偏向部の一例としての光偏向部１３は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）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。光偏向部１３は、例えば、直交する２軸に対して揺動もしくは回転する単一の微小な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。光偏向部１３から出射したレーザ光は、ミラー１４に対して走査される。なお、光偏向部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。

ミラー１４は、一例として凹面ミラーであり、光偏向部１３から出射されてミラー１４の反射面を走査されるレーザ光を、スクリーン１５に向かって反射する。

スクリーン１５は、被走査面の一例であり、ミラー１４の反射面で反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上に二次元画像（中間像）である画像光を形成する。そしてスクリーン１５は、走査された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（ＥｘｉｔＰｕｐｉｌＥｘｐａｎｄｅｒ）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。

光源部１１、光偏向部１３、ミラー１４およびスクリーン１５はユニット筐体１２に保持され、画像形成ユニット１０の一部として機能する。なおスクリーン１５は、スクリーン１５によって発散された発散光を、画像形成ユニット１０の外部に出射できるように、ユニット筐体１２に全て覆われることなく、ユニット筐体１２にその一部を保持されている。なおユニット筐体１２は、一つの立体物であってもよいし、複数の部材を組み合わせた構造であってもよい。複数の部材を組み合わせた構造の一例として、光源部１１、光偏向部１３、ミラー１４とその間の光路全体を覆う大きさの立体物と、スクリーン１５を保持するホルダ等とを複数の部材として組み合わせて、ユニット筐体１２とすることができる。

スクリーン１５から出射された発散光であるレーザ光（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、スクリーン１５上に形成された中間像から拡大されて表示される。自由曲面ミラー３０は、スクリーン１５から出射された画像光を反射する曲面形状の反射部の一例であり、フロントガラス５０は、自由曲面ミラー３０により反射された画像光を反射する第２の反射部の一例である。

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、回転軸３０１を中心として回転可能であり、これにより、自由曲面ミラー３０の傾きが変化する。回転軸３０１は、一例として自由曲面ミラー３０の重心を通り、図１紙面垂直方向に平行な直線を軸として回転させることで、図１紙面上下方向の虚像４５の表示位置を変更できる。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、観察者３の目の位置に合わせて虚像４５の表示位置を変更させることができる。なお、回転軸３０１は、車両搭載性等を考慮した上で、自由曲面ミラー３０の重心を通らない位置に配置されても良い。

結像光学系の一例としての自由曲面ミラー３０は、スクリーン１５から出射された発散光によって虚像を結像するために、発散光を反射して投射光ＰＬを投射する。したがって自由曲面ミラー３０は虚像４５の結像位置が所望の位置になるように、また一定の集光パワーを有するように、一例として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１００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（観察者３から見て奥行位置）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、結像光学系は、集光機能を有する集光素子を一つ以上含む光学系であればよい。集光機能を有する集光素子としては自由曲面ミラー３０のような自由曲面ミラーに限られず、凹面ミラー、曲面ミラー、フレネル反射素子等であってもよい。また、集光素子は、高反射率のアルミや銀などの金属薄膜を蒸着やスパッタリングなどで形成されている。これにより、集光素子に入射した光の投射光ＰＬとしての利用効率を最大限に上げることができ、輝度の高い虚像が得られる。

筐体９０の上部には、開口Ｈが形成された仕切り部材９０１が、一体的に設けられる。自由曲面ミラー３０で反射された投射光ＰＬは、開口Ｈから表示装置１００の外部に投射され、フロントガラス５０に入射される。

開口Ｈは、自由曲面ミラー３０により反射された画像光を透過させる透過領域の一例である。仕切り部材９０１は、自由曲面ミラー３０とフロントガラス５０部の間に設けられ、自由曲面ミラー３０側の空間とフロントガラス５０側の空間を仕切っており、開口Ｈを除く部分は、筐体９０の内部と外部の間で光を遮蔽する。仕切り部材９０１は、筐体９０とは別体で、例えばダッシュボード２００と一体的に設けられてもよい。

そして、開口Ｈを塞ぐように防塵窓４０が設けられている。防塵窓４０は、筐体９０内に開口Ｈから外部の異物が進入することを防止するために設けられており、特に投射光ＰＬを透過する材料で形成されることが好ましい。

反射部材の一例としてのフロントガラス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。

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。

開口Ｈは、少なくとも観察者３のアイリプス領域への虚像４５の投影に必要な画角分を確保できる大きさを備える。アイリプスとは、ＪＩＳＤ００２１によって規定されており、観察者３の目の位置の分布を統計的に表したアイレンジを長円の範囲で示したものである。

そして自由曲面ミラー３０は、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３０の面形状に従って自由曲面ミラー３０によって反射される。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。

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に向けて投射される。自由曲面ミラー３０によって集光された投射光は、筐体９０の開口を通過してフロントガラス５０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。

なお、表示装置１００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を形成する「パネル方式」と、光源部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を形成する「レーザ走査方式」がある。

実施形態に係る表示装置１００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１００は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよく、いずれの方式であっても実像が形成される面であるスクリーンの一部及び全体が樹脂部材である場合に本発明は特に好適である。

●ハードウエア構成
図２は、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。

表示装置１００は、表示装置１００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１００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−ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）１００１、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１００２、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）１００３、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）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。

ＦＰＧＡ１００１は、表示装置１００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１００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（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等に接続される。

ＬＤ１００７は、例えば、光源部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、光偏向部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３０１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。

●機能構成
図３は、実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。制御装置１７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。

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。

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。

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。

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に中間像を形成し、中間像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。

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、中間像を形成するために、光源部１１および光偏向部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。

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。

●光源部
図４は、実施形態に係る光源部の具体的構成の一例を示す図である。光源部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（コリメートレンズ）１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ、アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂ、合成素子１１４，１１５，１１６を含む。

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（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）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。

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、各光源素子１１１の発散角のばらつきがあっても、射出径が一定となるように、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。

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、光量調整装置１１７およびレンズ１１８を通り、光偏向部１３に導かれる。

ここで、車載用のＨＵＤ装置では、投影画像の虚像を視認するために、昼間の明るい環境下では、数千〜数万ｃｄ／ｍ２の輝度が必要とされ、逆に夜やトンネル内といった暗い環境下では、輝度を数ｃｄ／ｍ２に抑える必要があり、光源部１１から光偏向部１３に至る光路上に、光量調整装置１１７が配置される。

図５は、光量調整装置１１７を説明する図である。光量調整装置１１７は、光源部１１からの光束の透過光量を調整する減光フィルタにより構成される。光量調整装置１１７では、透過率が互いに異なる複数（例えば５つ）の光透過部１１７ａ〜１１７ｅが、主走査方向Ｘ軸方向に並んでおり、Ｙ軸方向に駆動するアクチュエータにより切り換える構成となっている。ＦＰＧＡ１００１に内蔵される輝度制御部が、照度センサからの明るさ情報に基づいて、アクチュエータを動作させる。

このような構成により、光源部１１の出力変更と、光透過部１１７ａ〜１１７ｅにより段階的に透過率を切り換えることを併用することで、より滑らかに輝度が切り換わる。

図６は、実施形態に係る光源モジュールの分解斜視図である。

出射部の一例としての光源モジュール１１０は、図４で説明した光源部１１を単位モジュールとして構成される。本実施形態では、後述するように、表示装置１００が、このような光源モジュール１１０を複数備えており、各々を単位モジュールとして組み合わせる構成とし、光源部１１の生産を効率化している。また、複数の光源部１１を１つのケース内に収めて単位モジュールとしてもよい。

光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１ＢはＣＡＮパッケージ型を用いており、ステム基準面を揃えて一列に配置され、放熱性を考慮してアルミダイカスト製のケース１１１０の側壁面に保持される。各光源素子１１１の偏光方向は、図示するように同一方向に合わせている。

カップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂは、各光源素子１１１に一対で配備され、光軸上に各光源素子１１１の発光点が揃うようにｘｚ方向をアライメント調整されるとともに、集束位置（結像位置）が所定面に合うように焦点位置を発光点からシフトしてｙ方向をアライメント調整される。各カップリングレンズ１１２は、ケース１１１０の底面に形成した座面との間隙にエポキシ樹脂等を充填して固定する。

合成素子１１４，１１５，１１６は、プレート状のダイクロイックミラーであり、光源素子１１１Ｂからの光軸に光源素子１１１Ｇの光軸を揃えて合流し、さらに、光源素子１１１Ｒの光軸を揃えて合流することで、同一軸上に揃えられた合波光（出射光）Ｌがケース１１１０の射出口１１１１から射出するようにしている。

ケース１１１０は、散乱光が外部に漏れないように、カップリングレンズ１１２、合成素子１１４，１１５，１１６を収納する空間をカバー１１１６により封止している。

ケース１１１０は、外壁に形成されたフランジ部１１１２、１１１３、１１１４にて、放熱フィンが形成されたブラケット１１１５にネジ締結され、単一の光源モジュール１１０を構成する。

一般に、エポキシ樹脂は、耐熱性の高い熱硬化型接着剤が使われることが多く、数時間、炉に入れて固化させる必要があるため、光源部１１を単位モジュールとしての光源モジュール１１０により構成することで、生産性を向上することができる。

なお実施例では、後述する集光レンズとの組み合わせで、スクリーン１５の面に集束位置が合うように焦点位置を発光点からシフトし、集光光束を射出するよう調整する例を示すが、焦点位置が発光点に揃うように、つまり平行光束となるように後段の光学系を構成してもよい。

●光偏向部
図７は、実施形態に係る光偏向部の具体的構成の一例を示す図である。光偏向部１３は、半導体プロセスにより製造されるＭＥＭＳミラーであり、反射面の一例であるミラー１３０、蛇行状梁部１３２、枠部材１３４、および圧電部材１３６を含む。光偏向部１３は、走査部の一例である。

ミラー１３０は、光源部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。光偏向部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。

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、光偏向部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。

●スクリーン
図８は、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。スクリーン１５は、光源部１１の一部を構成するＬＤ１００７から出射されたレーザ光を結像させる。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８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、一例として５０μｍ〜３００μｍの範囲で最適化され、本実施形態では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。

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。

また頂点の光軸方向の高さを変化させてもよい。配列方向の偏心や光軸方向のシフトをランダムに設定することで、隣接するマイクロレンズの境界を通過したレーザ光の干渉によって生じるスペックルや周期的な配列によるモアレなどを低減することができる。

スクリーン１５に到達したレーザ光は、マイクロレンズ１５０の中を走査され、走査中にレーザ光がオンオフされることにより複数ドットが打たれ、例えばオンオフ光の組み合わせによって階調表示が可能である。あるいは、レーザ光の強度自体を変調させて階調表示をおこなってもよい。

図９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９（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。

図９（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。

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９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。

以上図８、図９を用いて説明したように画像形成部の一例であるスクリーン１５は、走査されたレーザ光を一定の角度で発散させる機能を有しており、この機能により観察者３がアイボックスの範囲で画像が認識できる、つまり観察者３が運転席に着座した状態である程度の目の位置が変わっても視認される範囲を持つことができる。

したがってマイクロレンズ１５０を搭載したスクリーン１５はマイクロレンズ１５０の形状については、光を適切に発散させるための一定の精度が求められる。さらに量産性に富むものが好ましい。そのためスクリーン１５は、一例として樹脂材料の成型加工により形成される。マイクロレンズ１５０に求められる光学的物性を満たす樹脂の具体例としては、メタアクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン樹脂などが挙げられるがこれらに限られない。

図１０は、光偏向部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。光源部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。光源部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１０に示すように、光偏向部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、光偏向部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。

走査範囲は、光偏向部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第１の方向の一例の主走査方向（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第２の方向の一例の副走査方向（Ｙ軸方向）に片道走査する。すなわち、光偏向部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１００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。

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。

図１１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１１に示すように、中間像が描画される（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１５Ｒ１（有効走査領域）と、非画像領域１５Ｒ２を含む。非画像領域１５Ｒ２は、画像領域１５Ｒ１を取り囲むフレーム状の領域である。画像領域１５Ｒ１の中心がＣと示されている。

走査範囲は、スクリーン１５における画像領域１５Ｒ１と非画像領域１５Ｒ２の一部（画像領域１５Ｒ１の外縁近傍の部分）を併せた範囲とする。図１１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１１において、走査線の本数は、説明の便宜上、実際よりも少ない本数を示している。

さらに、スクリーン１５は、走査範囲における画像領域１５Ｒ１の周辺領域（非画像領域１５Ｒ２の一部）に、受光素子を含む同期検知領域１５Ｒ３を含む。図１１において、同期検知領域１５Ｒ３は、画像領域１５Ｒ１の−Ｘ側かつ＋Ｙ側の隅部に設定される。一例としてユニット筐体１２の、同期検知領域１５Ｒ３に入射する走査光を検知する位置に配置された光検出器１２１によって検知された信号がＦＰＧＡ１００１に出力される。ＦＰＧＡ１００１は、信号を受信したタイミングによって光偏向部１３の動作を検出し、その結果、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定できる。

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拡散効果を持つ透過型の光学素子で構成されているがこれに限られない。つまり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。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。

図１１に示される例においては、スクリーン１５の中心と、中間像が描画される（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１５Ｒ１（有効走査領域）の中心Ｃとが略一致する。この場合、画像領域１５Ｒ１の中心Ｃはスクリーン１５の中心とほぼ一致するということもできる。

スクリーン１５、画像領域１５Ｒ１の形状は図１１に示されるものに限られない。例えば図１１においてはスクリーン１５と画像領域１５Ｒ１とは略相似で、かつ互いの中心がほぼ一致しているがこれに限られず、略相似であっても互いの中心がずれて、つまり一致していなくてもよい。さらに、スクリーン１５と画像領域１５Ｒ１とは相似でなくてもよい。つまり例えばスクリーン１５が平面の長方形であるときに、画像領域１５Ｒ１は平面の長方形である必要はなく、曲面であったり、スクリーン１５の長方形とは異なる矩形や多角形であったりしてもよい。

なお画像領域１５Ｒ１の形状は、一例として図１で示したユニット筐体１２のスクリーン１５を保持する部分の形状で定めることが可能である。つまり、ユニット筐体１２またはユニット筐体１２の一部であるスクリーン１５の保持部によって、非画像領域１５Ｒ２を覆うようにスクリーン１５が保持されれば、保持されている部分は光がユニット筐体１２で遮られて自由曲面ミラー３０に照射されないため、画像領域１５Ｒ１の中間像の発散光のみ自由曲面ミラー３０に照射される。このように画像領域１５Ｒ１の形状を規定することにより、所望の形状の虚像４５が形成される。

レーザ走査方式ＨＵＤにおいては、レーザ光を走査して画像を生成するため、広画角化するためには、ＭＥＭＳミラーである光偏向部１３のミラー１３０の振れ角を拡大する必要がある。

しかしながら、ＭＥＭＳミラーはミラー１３０を軸支持する梁部１３２ａ，１３２ｂを捩じることで揺動させるため、振れ角を拡大するために梁部１３２ａ，１３２ｂを長くすると、必然的に共振周波数が低くなり、走査速度が遅くなる。そのため、画像を切換えるフレームレートが低くなり、ちらつきが発生して視認性の劣化を招く。しかも、梁部１３２ａ，１３２ｂの繰返し捩じりによって、耐久性が劣化するという問題がある。

また、発光源についても、被走査面の面積に相応して、必要な出力が増大するため、所望の輝度を得るためには、高出力のＬＤ（半導体レーザ）を用いる必要がある。

ところが、ＬＤ（半導体レーザ）は、ディレーティングにより、低温時、高温時には常温に比べ出力が低下するため、車載環境で求められる−２０℃〜８０℃において、投影画像の虚像を視認可能な、数千〜数万ｃｄ／ｍ２の輝度を確保する出力が得られない。

一方で、ＭＥＭＳミラーの振れ角を拡大せずに、スクリーン１５のサイズを大画面化するには、ＭＥＭＳミラーからスクリーン１５までの光路長を伸ばすしかなく、光偏向部１３の大型化を招く。

本実施形態は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＡＲ表示に対応した広画角、大画面化を図る一方で、ダッシュボード２００内に収納可能なケース容量を達成しうる表示装置１００を提供することを目的とする。

図１２は、実施形態に係る光路の説明図である。

画像形成ユニット１０は、第１、第２の出射部の一例としての一対の光源モジュール１１０Ａおよび１１０Ｂと、集光レンズ１２０（集光素子の一例）と、反射ミラー１２２と、光偏向部１３と、プリント基板１２７と、シリンダミラー１２８と、スクリーン１５と、を備える。

一対の光源モジュール１１０Ａおよび１１０Ｂは、集光レンズ１２０の光軸に対して対称に配置される。各光源モジュール１１０Ａおよび１１０Ｂから出射される第１、第２の出射光の一例としての合波光Ｌ１、Ｌ２は、集光レンズ１２０の光軸に対して、主走査方向ｘに偏心して入射される。集光レンズ１２０は球面レンズの上下をカットして光線透過部のみを残した形状としている。

集光レンズ１２０を透過した合波光Ｌ１、Ｌ２は、交差する方向に屈曲され、反射ミラー１２２により副走査方向ｙに折返されて、主走査方向ｘにおいて異なる角度でミラー１３０に入射される。ここで、集光レンズ１２０の光軸は、光偏向部１３の主走査方向ｘの回転軸（揺動軸）１２５を含む面内に揃えている。

光源モジュール１１０Ａおよび１１０Ｂは、合波光Ｌ１およびＬ２が、ミラー１３０の法線に対して主走査方向ｘに対称に入射されるように、配置される。また、光源モジュール１１０Ａおよび１１０Ｂは、合波光Ｌ１、Ｌ２の交差位置が、Ｙ軸方向におけるミラー１３０の近傍、かつＸＺ平面における光偏向部１３の主走査方向ｘの回転軸１２５と副走査方向ｙの回転軸（揺動軸）１２６との交点の近傍となるように配置される。

合波光Ｌ１、Ｌ２がそれぞれミラー１３０により反射された合波光Ｌ１、Ｌ２（第１、第２の反射光の一例）は、主走査方向ｘに曲率を有するシリンダミラー１２８で反射され、スクリーン１５の被走査面１５Ａおよび１５Ｂに結像する。

シリンダミラー１２８は、スクリーン１５を構成するマイクロレンズの透過光が所望の拡散度合いとなるように曲率が設定される。

スクリーン１５は、合波光Ｌ１およびＬ２のスポット径が、被走査面内で均一となるように結像特性に合わせて主走査方向に湾曲した形状をなしている。

第１の走査領域の一例としての被走査面１５Ａには、光源モジュール１１０Ａからの合波光Ｌ１によって画像が形成され、第１の走査領域の一例としての被走査面１５Ｂには、光源モジュール１１０Ｂからの合波光Ｌ２によって画像が形成される。被走査面１５Ａおよび被走査面１５Ｂは、それぞれ図１０および図１１に示した走査範囲に対応しており、主走査方向において互いにずれて配置される。また、被走査面１５Ａおよび被走査面１５Ｂは、それぞれ図１１に示した画像領域１５Ｒ１を含んでおり、被走査面１５Ａの画像領域１５Ｒ１と被走査面１５Ｂの画像領域１５Ｒ１は、主走査方向において互いにずれて配置される。

光源モジュール１１０Ａおよび１１０Ｂを構成する各ＬＤのリード端子は、駆動回路が形成されるプリント基板１２７のスルーホールに半田付けされ、接続配線される。

ミラー１３０は、各光源モジュール１１０Ａおよび１１０Ｂからの合波光Ｌ１、Ｌ２の出射軸を含む面と平行となるよう配置され、基準面の一例としてのプリント基板１２７上に直接実装されている。

以上のように、表示装置１００の画像形成ユニット１０は、主走査方向に回転または揺動して入射光を反射するミラー１３０と、主走査方向において、単一のミラー１３０に対して、異なる角度で合波光Ｌ１、Ｌ２を入射する光源モジュール１１０Ａおよび１００Ｂと、ミラー１３０が主走査方向に回転することにより、それぞれミラー１３０で反射された合波光Ｌ１、Ｌ２が、主走査方向に走査されるスクリーン１５と、を備え、スクリーン１５は、合波光Ｌ１により走査される被走査面１５Ａと、主走査方向において被走査面１５Ａとずれて配置され、合波光Ｌ２により走査される被走査面１５Ｂを含む。

これにより、表示装置１００は、少なくとも主走査方向において、ミラー１３０の回転角度を大きくすることなく、複数の合波光Ｌ１、Ｌ２のそれぞれの偏向角度を合わせた偏向角度を大きくして、広角な被走査面を形成することができる。

画像形成ユニット１０は、ミラー１３０により反射された合波光Ｌ１、Ｌ２（反射光）により、スクリーン１５上に画像を形成し、スクリーン１５は、合波光Ｌ１により走査される被走査面１５Ａの画像領域１５Ｒ１（第１の画像領域の一例）と、主走査方向において被走査面１５Ａの画像領域１５Ｒ１とずれて配置され、合波光Ｌ２により走査される被走査面１５Ｂの画像領域１５Ｒ１（第２の画像領域の一例）を含む。これにより、画像形成ユニット１０は、少なくとも主走査方向において、被走査面１５Ａの画像領域１５Ｒ１と被走査面１５Ｂの画像領域１５Ｒ１を繋ぎ合わせた大画面の画像をスクリーン１５上に形成できるので、より広画角な画像を形成することができる。

スクリーン１５は、図８で説明したように、ミラー１３０により反射された合波光Ｌ１、Ｌ２を発散して出射するものであり、表示装置１００は、図１で説明したように、スクリーン１５から出射される合波光Ｌ１、Ｌ２をフロントガラス５０に向けて投射する自由曲面ミラー３０をさらに備える。これにより、表示装置１００は、フロントガラス５０を介して、少なくとも主走査方向に、より広画角な虚像４５が形成できるので、仮想的に重畳して表示できる背景の領域を広げることができる。例えば、５°×３°の光源モジュール１１０を組み合わせて、ＡＲ表示に必要な１０°×３°の広画角、大画面化に対応した表示装置１００を実現することができる。具体的には、交差点に進入する歩行者や自転車、隣接車線を走行する車等、水平方向に視野を広げた周辺状況に対応して警告やガイド情報をＡＲ表示できる。

複数の光源モジュール１１０Ａおよび１００Ｂは、ミラー１３０が配置されるプリント基板１２７と、複数の光源モジュール１１０Ａおよび１００Ｂから出射される複数の合波光Ｌ１、Ｌ２を含む面が平行になるように配置される。これにより、共通のプリント基板１２７に実装することができるので、複数の光源モジュール１１０Ａおよび１００Ｂの各々の駆動制御回路を集約でき、コスト低減を図ることができる。

複数の光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂがミラー１３０に対して入射する複数の合波光Ｌ１、Ｌ２は、Ｙ軸方向において、ミラー１３０が主走査方向に回転する主走査方向の回転軸１２５近傍で交差する。これにより、表示装置１００は、ミラー１３０の回転に伴って発生する奥行方向（光軸方向）の反射位置のずれを低減できるので、複数の合波光Ｌ１、Ｌ２による被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの間の相対位置がミラー１３０の回転角により変化することを抑制でき、被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの繋ぎ目が目立たない光走査が行える。

複数の光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂとミラー１３０の間の光路中に、複数の光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂが出射する複数の合波光Ｌ１、Ｌ２を集光する集光レンズ１２０を備え、主走査方向の回転軸１２５を含む面内に集光レンズ１２０の光軸を揃え、複数の合波光Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ集光レンズ１２０の光軸に対して対称となるように偏心して入射する。これにより、温度変化等により集光レンズ１２０の熱膨張や姿勢変動により光学特性が変化しても、複数の合波光Ｌ１、Ｌ２により走査される被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの間の相対位置のずれを低減でき、被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの間の繋ぎ目が目立たない光走査が行える。

ミラー１３０は、副走査方向にも回転し、複数の光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂがミラー１３０に対して入射する複数の合波光Ｌ１、Ｌ２は、ＸＺ平面において、ミラー１３０が主走査方向に回転する主走査方向の回転軸１２５と、ミラー１３０が副走査方向に回転する副走査方向の回転軸１２６の交点の近傍で交差する。

これにより、表示装置１００は、ミラー１３０の回転に伴って発生する主走査方向および副走査方向の反射位置のずれを低減できるので、、複数の合波光Ｌ１、Ｌ２による被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの間の相対位置がミラー１３０の回転角により変化することを抑制でき、被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの繋ぎ目が目立たない光走査が行える。

本実施形態では、被走査面１５Ａおよび１５Ｂをつなぎ合わせてスクリーン１５全面に表示画像を形成する例を示したが、走行車線外の情報、つまり隣接する車線や交差する道路の車両情報、歩道の歩行者や自転車等、表示領域が限定されるものであれば、被走査領域を全面とせずとも、必要な領域にのみ限定し、被走査面１５Ａおよび１５Ｂを部分的に離散させて設けてもよい。

図１３は、実施形態に係るミラーへの入射角の説明図である。

図中、ミラー１３０の法線とミラー１３０に入射する合波光Ｌ１とのなす主走査方向の角度をα１、副走査方向の角度をβ１とし、ミラー１３０によって走査された主走査方向の走査角を２θｘ１、振幅中心をｃ１、副走査方向の走査角を２θｙ１とする。

また、ミラー１３０の法線とミラー１３０に入射する合波光Ｌ２とのなす主走査方向の角度をα２、副走査方向の角度をβ２とし、ミラー１３０によって走査された主走査方向の走査角を２θｘ２、振幅中心をｃ２、副走査方向の走査角を２θｙ１とする。本実施形態では、β２＝β１としている。

以上において、走査角θに対するミラー１３０の振れ角σは走査角θの１／２となる。ここで、α１≦θｘ１、α２≦θｘ２とすることで、被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂとをつなぎ合わせることができる。

図１３では、合波光Ｌ１を振幅中心ｃ２に揃えてミラー１３０に入射させ、合波光Ｌ２を振幅中心ｃ２に揃えてミラー１３０に入射させ、α１＝θｘ１、α２＝θｘ２としており、スクリーン１５の中心で振り分けるように被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの端を合わせて、２θｘ１＋２θｘ２の画角に対応した画像形成を行っている。

なおα１＜θｘ１、α２＜θｘ２として被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂを一部オーバーラップさせてもよい。

以上のように、ミラー１３０が主走査方向に回転する回転角度（振れ角σ）は、合波光Ｌ１、Ｌ２がミラー１３０に対して入射するときになす角度差（α１＋α２）の２分の１以上である。これにより、表示装置１００は、主走査方向において、複数の合波光Ｌ１、Ｌ２による偏向角度を重ね合わせて、被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂを重ね合わせることができる。よって、表示装置１００は、主走査方向において、複数の合波光L１、L２による被走査面１５A、１５Bの書出し乃至は書き終りのタイミングを調整することで、各々の画像間の継ぎ目が目立たないように、相対位置を揃えることができる。

図１４は、実施形態の制御装置の詳細な機能構成を示す図である。

制御装置１７は、図２および図３に示したように、画像生成部１７３と、制御部１７５と、ＬＤドライバ１００８と、ＭＥＭＳコントローラ１０１０を備え、ＬＤ１００７およびＭＥＭＳ１００９を制御する。

ＬＤ１００７は、図１２に示した光源モジュール１１０Ａおよび１１０Ｂを含む。ＬＤドライバ１００８は、光源モジュール１１０Ａを制御するＬＤドライバＲ１００８Ｒ１、ＬＤドライバＢ１００８Ｂ１、およびＬＤドライバＧ１００８Ｇ１と、光源モジュール１１０Ｂを制御するＬＤドライバＲ１００８Ｒ２、ＬＤドライバＢ１００８Ｂ２、およびＬＤドライバＧ１００８Ｇ２を含む。

ＭＥＭＳコントローラ１０１０は、ＭＥＭＳ１００９の捩じり梁の歪検知により揺動方向が切り替わるタイミングを検出して、ミラー１３０の振れ角に合わせて画像書出しのタイミングをとるための同期信号を出力する。

制御部１７５は、図１２に示した被走査面１５Ａに形成する１ライン分の画像データを画像生成部１７３から読み出すラインバッファ１１７５１と、ＭＥＭＳコントローラ１０１０から出力される同期信号（タイミング信号）に基づき、ラインバッファ１１７５１が読みだした１ライン分の画像データをＬＤドライバＲ１００８Ｒ１、ＬＤドライバＢ１００８Ｂ１、およびＬＤドライバＧ１００８Ｇ１に送る書込制御部１１７６１を備える。

また、制御部１７５は、図１２に示した被走査面１５Ｂに形成する１ライン分の画像データを画像生成部１７３から読み出すラインバッファ２１７５２と、ＭＥＭＳコントローラ１０１０から出力される同期信号（タイミング信号）に基づき、ラインバッファ２１７５２が読みだした１ライン分の画像データをＬＤドライバＲ１００８Ｒ２、ＬＤドライバＢ１００８Ｂ２、およびＬＤドライバＧ１００８Ｇ２に送る書込制御部２１７６２を備える。

制御装置１７が、以上の動作をＭＥＭＳ１００９の走査ライン毎に繰返し行うことにより、被走査面１５Ａおよび被走査面１５Ｂ上に２次元画像が形成される。

図１５は、実施形態の変形例を示す図である。

画像形成ユニット１０は、図１２に示した実施形態とは異なり、反射ミラー１２２を備えておらず、集光レンズ１２０に代えて、合波光Ｌ１、Ｌ２が別々に入射される集光レンズ１２０Ａおよび１２０Ｂを備える。

図１６は、実施形態の第２の変形例に係る光路を示す図である。図１７は、実施形態の第２の変形例に係る入射角の説明図である。

画像形成ユニット１０は、図１２に示した実施形態に加えて、第３の出射部の一例としての光源モジュール１１０Ｃと、反射ミラー１２３と、を備える。

スクリーン１５は、被走査面１５Ａおよび被走査面１５Ｂに加えて、光源モジュール１１０Ｃから出射される第３の出射光の一例としての合波光Ｌ３によって画像が形成される第３の走査領域の一例としての被走査面１５Ｃを含む。被走査面１５Ｃは、図１０および図１１に示した走査範囲に対応しており、主走査方向において被走査面１５Ａに対してずれて配置される。また、被走査面１５Ｃは、図１１に示した画像領域１５Ｒ１を含んでおり、被走査面１５Ａの画像領域１５Ｒ１と被走査面１５Ｃの画像領域１５Ｒ１は、主走査方向において互いにずれて配置される。

光源モジュール１１０Ｃは、射出軸がミラー１３０の主走査方向ｘの回転軸１２５を含む面内となるように配置される。

反射ミラー１２３は、反射ミラー１２２よりも反射角が浅くなるように配置されており、合波光Ｌ３はミラー１３０に対して、合波光Ｌ１、Ｌ２よりも鈍角に入射される。つまり主走査方向の入射角はα＝０、副走査方向の入射角β３＞β１，β２となる。

従って、合波光Ｌ３は、合波光Ｌ１、Ｌ２とは、ミラー１３０に入射する副走査方向の入射角βが異なるので、スクリーン１５上では、Ｙ軸方向にずれた位置に被走査面１５Ｃが配置される。

このように、被走査面１５Ａを左側上方、被走査面１５Ｂを右側上方、被走査面１５Ｃを中央下方というふうに、表示コンテンツの設計に応じて、表示領域を部分的に設けて、必要な領域のみに画像形成することが可能となる。例えば、被走査面１５Ａおよび被走査面１５Ｂは、ＡＲ領域に対応した表示領域として、被走査面１５Ｃは、速度等の車両情報の表示領域とすることができる。

以上のように、ミラー１３０は、主走査方向に直交する副走査方向にも回転または揺動し、光源モジュール１１０Ａまたは１１０Ｂ、と１１０Ｃは、副走査方向において、ミラー１３０に対して、合波光Ｌ１と異なる角度で合波光Ｌ３を入射する光源モジュール１１０Ｃを備え、スクリーン１５は、ミラー１３０が副走査方向に回転することにより、ミラー１３０で反射された合波光Ｌ３（第３の反射光の一例）および合波光Ｌ１が、副走査方向（第２の走査方向の一例）に走査され、副走査方向において被走査面１５Ａとずれて配置され、合波光Ｌ３により走査される被走査面１５Ｃを含む。これにより、副走査方向においても、ミラー１３０の回転角度を大きくすることなく、複数の合波光Ｌ１、Ｌ３のそれぞれの偏向角度を合わせた偏向角度を大きくして、被走査面を大きくすることができる。

図１８は、実施形態の第３の変形例に係る光路を示す図である。

画像形成ユニット１０は、図１６に示した第２の変形例に加えて、光源モジュール１１０Ｄと、集光レンズ１２０Ｄと、を備える。

スクリーン１５は、被走査面１５Ａ、被走査面１５Ｂおよび被走査面１５Ｃに加えて、光源モジュール１１０Ｄから出射される合波光Ｌ４によって画像が形成される被走査面１５Ｄを含む。

合波光Ｌ４は、合波光Ｌ３と対向する側から反射ミラー１２４を介して、ミラー１３０の主走査方向ｘの回転軸１２５を含む面内において入射される。

従って、合波光Ｌ４は、合波光Ｌ３に対して、ミラー１３０に入射する副走査方向の入射角βの正負が反転するので、スクリーン１５上では、被走査面１５Ｃに対して上下方向にずれた位置に被走査面１５Ｄが配置される。

以上説明したように、本発明の一実施形態に係る表示装置１００（光走査装置の一例）は、主走査方向（第１の方向の一例）に回転または揺動して入射光を反射するミラー１３０（反射面の一例）と、主走査方向において、単一のミラー１３０に対して、異なる角度でそれぞれ合波光Ｌ１、Ｌ２（第１、第２の出射光の一例）を入射する光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂ（第１、第２の出射部の一例）と、ミラー１３０が主走査方向に回転することにより、それぞれミラー１３０で反射された合波光Ｌ１、Ｌ２（第１、第２の反射光の一例）が、主走査方向（第１の走査方向の一例）に走査されるスクリーン１５（被走査面の一例）と、を備え、スクリーン１５は、合波光Ｌ１により走査される被走査面１５Ａ（第１の走査領域の一例）と、主走査方向において被走査面１５Ａとずれて配置され、合波光Ｌ２により走査される被走査面１５Ｂ（第２の走査領域の一例）を含む。光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂのそれぞれは、波長の異なる複数の光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂからそれぞれ出射される複数の出射光を合波して同一軸上に揃えて合波光Ｌ１、Ｌ２として出射する。

ミラー１３０は、主走査方向に直交する副走査方向（第２の方向の一例）にも回転または揺動し、副走査方向において、ミラー１３０に対して、合波光Ｌ１と異なる角度で合波光Ｌ３（第３の出射光の一例）を入射する光源モジュール１１０Ｃ（第３の出射部の一例）を備え、スクリーン１５は、ミラー１３０が副走査方向に回転することにより、ミラー１３０で反射された合波光Ｌ３（第３の反射光の一例）および合波光Ｌ１が、副走査方向（第２の走査方向の一例）に走査されるとともに、副走査方向において被走査面１５Ａとずれて配置され、合波光Ｌ３により走査される被走査面１５Ｃ（第３の走査領域の一例）を含む。これにより、副走査方向においても、ミラー１３０の回転角度を大きくすることなく、複数の合波光Ｌ１、Ｌ３のそれぞれの偏向角度を合わせた偏向角度を大きくして、被走査面を大きくすることができる。

ミラー１３０が主走査方向に回転する回転角度（振れ角σ）は、合波光Ｌ１、Ｌ２がミラー１３０に対して入射するときになす角度差（α１＋α２）の２分の１以上である。これにより、表示装置１００は、主走査方向において、複数の出射光による偏向角度を重ね合わせて、被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂを重ね合わせることができる。よって、表示装置１００は、主走査方向において、複数の合波光L１、L２による被走査面１５A、１５Bの書出し乃至は書き終りのタイミングを調整することで、各々の画像間の継ぎ目が目立たないように、相対位置を揃えることができる。

複数の光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂがミラー１３０に対して入射する複数の合波光Ｌ１、Ｌ２は、ミラー１３０が主走査方向に回転する主走査方向の回転軸１２５の近傍で交差する。これにより、表示装置１００は、ミラー１３０の回転に伴って発生する奥行方向（光軸方向）の反射位置のずれを低減できるので、複数の合波光Ｌ１、Ｌ２による被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの間の相対位置がミラー１３０の回転角により変化することを抑制でき、被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの繋ぎ目が目立たない光走査が行える。

複数の光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂとミラー１３０の間の光路中に、複数の光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂが出射する複数の合波光Ｌ１、Ｌ２を集光する集光素子の一例としての集光レンズ１２０を備え、主走査方向の回転軸１２５を含む面内に集光レンズ１２０の光軸を揃え、複数の合波光Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ集光レンズ１２０の光軸に対して対称となるように偏心して入射する。これにより、温度変化等により集光レンズ１２０の熱膨張や姿勢変動により光学特性が変化しても、複数の合波光Ｌ１、Ｌ２により走査される被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの間の相対位置のずれを低減でき、被走査面１５Ａと被走査面１５Ｂの間の繋ぎ目が目立たない光走査が行える。

ミラー１３０は、主走査方向に直交する副走査方向に回転し、複数の光源モジュール１１０Ａ、１１０Ｂがミラー１３０に対して入射する複数の合波光Ｌ１、Ｌ２は、ミラー１３０が主走査方向に回転する主走査方向の回転軸１２５と、ミラー１３０が副走査方向に回転する副走査方向の回転軸１２６の交点の近傍で交差する。

ミラー１３０が配置されるプリント基板１２７（基準面の一例）と、複数の光源モジュール１１０Ａおよび１００Ｂから出射される複数の合波光Ｌ１、Ｌ２を含む面が平行である。これにより、共通のプリント基板１２７に実装することができるので、複数の光源モジュール１１０Ａおよび１００Ｂの各々の駆動制御回路を集約でき、コスト低減を図ることができる。

複数の出射部のそれぞれは、波長の異なる複数の光源からそれぞれ出射される複数の出射光を合波して同一軸上に揃えて出射する。これにより、表示装置１００は、主走査方向において、ミラー１３０の回転角度よりも、複数の合波光の偏向角度を大きくすることができる。

表示装置１００は、ミラー１３０により反射された合波光Ｌ１、Ｌ２（反射光）により、スクリーン１５上に画像を形成し、スクリーン１５は、合波光Ｌ１により走査される被走査面１５Ａの画像領域１５Ｒ１（第１の画像領域の一例）と、主走査方向において被走査面１５Ａの画像領域１５Ｒ１とずれて配置され、合波光Ｌ２により走査される被走査面１５Ｂの画像領域１５Ｒ１（第２の画像領域の一例）を含む。これにより、表示装置１００は、少なくとも主走査方向において、被走査面１５Ａの画像領域１５Ｒ１と被走査面１５Ｂの画像領域１５Ｒ１を繋ぎ合わせた大画面の画像をスクリーン１５上に形成できるので、より広画角な画像を形成することができる。

スクリーン１５は、ミラー１３０により反射された合波光Ｌ１、Ｌ２を発散して出射するものであり、スクリーン１５から出射される合波光Ｌ１、Ｌ２（出射光）をフロントガラス５０（反射部材の一例）に向けて投射する自由曲面ミラー３０（結像光学系の一例）をさらに備える。これにより、表示装置１００は、フロントガラス５０を介して、少なくとも主走査方向に、より広画角な虚像４５が形成できるので、仮想的に重畳して表示できる背景の領域を広げることができる。例えば、交差点に進入する歩行者や自転車、隣接車線を走行する車等、水平方向に視野を広げた周辺状況に対応して警告やガイド情報をＡＲ表示できる。

１表示システム
１００表示装置（光走査装置の一例）
１０画像形成ユニット
１１光源部
１２ユニット筐体
１３光偏向部
１４ミラー
１５スクリーン（被走査面部の一例）
１５Ｒ１画像領域
３０自由曲面ミラー（結像光学系の一例）
３０１回転軸
４０防塵窓
４５虚像
５０フロントガラス（反射部材の一例）
７０遮光板（遮光部の一例）
１１０光源モジュール（出射部の一例）
１２０集光レンズ（集光素子の一例）
１２５主走査方向の回転軸（揺動軸）
１２６副走査方向の回転軸（揺動軸）
１３０ミラー（反射面の一例）
８０１回転軸

特許第４３４９７５６号公報特許第６０２７４９８号公報

Claims

第１の方向に回転して入射光を反射する反射面と、
前記第１の方向において、前記反射面に対して、それぞれ異なる角度で第１の出射光および第２の出射光を入射する第１の出射部および第２の出射部と、
前記反射面が前記第１の方向に回転することにより、前記第１の出射光および前記第２の出射光がそれぞれ前記反射面で反射された第１の反射光および第２の反射光が、第１の走査方向に走査される被走査面と、を備え、
前記被走査面は、
前記第１の反射光により走査される第１の走査領域と、
前記第１の走査方向において前記第１の走査領域とずれて配置され、前記第２の反射光により走査される第２の走査領域を含む光走査装置。
前記反射面は、前記第１の方向に直交する第２の方向にも回転し、
前記第２の方向において、前記反射面に対して、前記第１の出射光と異なる角度で第３の出射光を入射する第３の出射部を備え、
前記被走査面は、
前記反射面が前記第２の方向に回転することにより、前記第３の出射光が前記反射面で反射された第３の反射光および前記第１の反射光が、第２の走査方向に走査されるとともに、
前記第２の走査方向において前記第１の走査領域とずれて配置され、前記第３の反射光により走査される第３の走査領域を含む請求項１記載の光走査装置。
前記反射面が前記第１の方向に回転する回転角度は、前記第１の出射光および前記第２の出射光が前記反射面に対して入射するときになす角度差の２分の１以上である請求項１または２記載の光走査装置。
前記複数の出射部が前記反射面に対して入射する前記複数の出射光は、前記反射面が前記第１の方向に回転する第１の回転軸の近傍で交差する請求項１〜３の何れか光走査装置。
前記複数の出射部と前記反射面の間の光路中に、前記複数の出射部が出射する前記複数の出射光を集光する集光素子を備え、前記第１の回転軸を含む面内に前記集光素子の光軸を揃え、
前記複数の出射光は、それぞれ前記集光素子の光軸に対して対称となるように偏心して入射する請求項４記載の光走査装置。
前記反射面は、前記第１の方向に直交する第２の方向に回転し、
前記複数の出射部が前記反射面に対して入射する前記複数の出射光は、前記第１の回転軸と、前記反射面が前記第２の方向に回転する第２の回転軸の交点の近傍で交差する請求項４または５記載の光走査装置。
前記反射面が配置される基準面と、前記複数の出射部から出射される前記複数の出射光を含む面が平行である請求項１〜６の何れか記載の光走査装置。
前記複数の出射部のそれぞれは、波長の異なる複数の光源から出射される複数の出射光を合波して同一軸上に揃えて出射する請求項１〜７の何れか記載の光走査装置。
前記被走査面は、前記反射面により反射された反射光により、画像が形成されるスクリーンであり、
前記スクリーンは、
前記第１の反射光により走査される第１の画像領域と、
前記第１の走査方向において前記第１の画像領域とずれて配置され、前記第２の反射光により走査される第２の画像領域を含む請求項１〜８の何れか記載の光走査装置。
前記スクリーンは、前記反射面により反射された前記反射光を発散して出射するものであり、
前記スクリーンから出射される出射光を反射部材に向けて投射する結像光学系をさらに備えることを特徴とする請求項９記載の光走査装置。
請求項１０記載の光走査装置と、前記反射部材を備えた表示システム。
請求項１１記載の表示システムを備え、前記反射部材はフロントガラスである移動体。