JP2021144131A - 表示装置、及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】発光部の面積が大きい光源を用いる場合に表示画像の輝度を確保すること。【解決手段】本発明の一態様に係る表示装置は、光を射出する光源部と、前記光源部の射出光を偏向させる偏向面を有し、前記偏向面を駆動させて前記射出光を被走査面上で走査する光偏向器と、前記光源部と前記偏向面との間に設けられ、前記射出光を前記偏向面に導光する複数の導光素子と、を備え、前記射出光は前記複数の導光素子の間で収束する。【選択図】図１０

Description

本発明は、表示装置、及び移動体に関する。

車両等の移動体に搭載され、前景に画像を表示して運転者に少ない視線移動で情報を視認させるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ； Head Up Display）等の表示装置が知られている。

また表示装置における画像形成方式として、偏向面を有する光偏向器により光源部からの光を走査して形成した中間像を用いる方式が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の構成では、光源部にマルチビームモードのレーザ光を射出するレーザ等の発光部の発光面積が大きい光源を用いると、光偏向器の偏向面上に光を効率よく集光できず、表示画像の輝度を確保できない場合がある。

本発明は、発光部の面積が大きい光源を用いる場合に表示画像の輝度を確保することを課題とする。

本発明の一態様に係る表示装置は、光を射出する光源部と、前記光源部の射出光を偏向させる偏向面を有し、前記偏向面を駆動させて前記射出光を被走査面上で走査する光偏向器と、前記光源部と前記偏向面との間に設けられ、前記射出光を前記偏向面に導光する複数の導光素子と、を備え、前記射出光は前記複数の導光素子の間で収束する。

本発明によれば、発光部の面積が大きい光源を用いる場合に表示画像の輝度を確保できる。

実施形態に係るＨＵＤの全体構成例を示す図である。 実施形態に係るＨＵＤのハードウェア構成例の図である。 実施形態に係るＨＵＤの機能構成例の図である。 実施形態に係るＨＵＤの光源部の構成例の図である。 半導体レーザの発振波長例を示す図である。 実施形態に係る光偏向器の構成例の図である。 実施形態に係るスクリーンの構成例の図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は側方から見た光路図である。 第１実施形態に係る導光素子の構成例を示す図である。 第１実施形態に係る導光素子の諸元例を示す図である。 比較例に係る導光素子の構成例を示す図である。 比較例に係る導光素子の諸元例を示す図である。 第２実施形態に係る導光素子の構成例を示す図である。 第２実施形態に係る導光素子の諸元例を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。

［実施形態］
＜ヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤという）１の全体構成例＞
まず、実施形態に係るＨＵＤ１の全体構成について、図１を参照して説明する。図１は、ＨＵＤ１の全体構成の一例を説明する図である。ＨＵＤ１は、一例として、車両、航空機、船舶等の移動体に搭載され、該移動体のフロントガラス５０（フロントウインドシールド）を介して該移動体の操縦に必要な速度や走行距離等のナビゲーション情報等を視認可能に表示する表示装置である。

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も機能する。以下では、ＨＵＤ１がフロントガラス５０を備える自動車に搭載される場合を一例として説明する。

図１に示すように、ＨＵＤ１は、光照射部１０と、シリンダミラー２０と、スクリーン３０と、凹面ミラー４０とを備えている。ＨＵＤ１は、フロントガラス５０に対して光を照射するで、観察者Ａの視点から虚像Iを視認可能に表示する。

光照射部１０は光源部１１を備えており、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの３色のレーザ光を合波して出力する。なお、以下の説明で、部品番号に付した添え字ＲはＲｅｄを表し、ＧはＧｒｅｅｎを表し、ＢはＢｌｕｅを表すものとする。３色を合波したレーザ光は、光偏向器１５の反射面に向かって導かれる。

光偏向器１５は、半導体プロセス等で作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）であり、直交する２軸に対して揺動（回動）駆動させる単一の微小な偏向面を備えている。なお、１軸に揺動する２つのミラーを直交して配置した対ミラーであってもよい。

光偏向器１５により偏向されたレーザ光は、シリンダミラー２０により折り返され、スクリーン３０に２次元の中間像を描画する。スクリーン３０はレーザ光を所望の発散角で発散させる機能を有しており、マイクロレンズアレイ構造が好適である。

スクリーン３０で発散された発散レーザ光は、単一の凹面ミラー４０で反射され、またフロントガラス５０により一部が反射されて観察者Ａの眼に到達し、観察者Ａの視点でフロントガラス５０を通した前景に重畳して虚像Ｉが拡大表示される。

ここで、凹面ミラー４０は「投射部」の一例であり、シリンダミラー２０は「直交する２方向で曲率が異なる光学面」の一例である。またスクリーン３０は「被走査面」の一例であり、光偏向器１５により走査されるレーザ光は、「被走査光」の一例であり、フロントガラス５０は「被投射面」の一例である。

単一の凹面ミラー４０は、フロントガラス５０の影響で中間像の水平線が上または下に凸形状となる光学歪み要素を補正するように設計・配置されている。なお、フロントガラス５０と同じ機能を持つ別途の部分反射鏡(コンバイナ)を備えた構成であっても、実施形態を適用することができる。

＜ＨＵＤ１のハードウェア構成例＞
次に、ＨＵＤ１のハードウェア構成について、図２を参照して説明する。図２は、ＨＵＤ１のハードウェア構成の一例を説明するブロック図である。

図２に示すように、ＨＵＤ１は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）６００と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６０４と、ＲＡＭ（Radom Access Memory）６０６と、Ｉ／Ｆ（Interface）６０８と、バスライン６１０と、ＬＤ（Laser Diode）ドライバ６１１と、ＭＥＭＳコントローラ６１５とを備えている。

ＦＰＧＡ６００は、ＬＤドライバ６１１やＭＥＭＳコントローラ６１５により、ＬＤ１１１及びＭＥＭＳ１５を動作させる集積回路である。ＣＰＵ６０２は、ＨＵＤ１の各機能を統括的に制御するプロセッサである。ＲＯＭ６０４は、ＣＰＵ６０２がＨＵＤ１の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラムを記憶する不揮発性半導体メモリである。

ＲＡＭ６０６は、ＣＰＵ６０２のワークエリアとして使用される揮発性半導体メモリである。Ｉ／Ｆ６０８は、外部コントローラ等と通信するためのインターフェースであり、例えば、車両のＣＡＮ（Controller Area Network）等に接続することができる。

＜ＨＵＤ１の機能構成例＞
次に、ＨＵＤ１の機能構成について、図３を参照して説明する。図３は、ＨＵＤ１の機能構成の一例を説明するブロック図である。

図３に示すように、ＨＵＤ１は、車両情報入力部８００と、外部情報入力部８０２と、画像生成部８０４と、画像表示部８０６とを備えている。

これらのうち、車両情報入力部８００には、ＣＡＮ等から車両の速度や走行距離等の情報が入力される。外部情報入力部８０２には、外部ネットワークからＧＰＳ（Global Positioning System）からのナビゲーション情報等の車両外部の情報が入力される。

画像生成部８０４は、車両情報入力部８００及び外部情報入力部８０２から入力される情報に基づいて、ＨＵＤ１により表示するための画像を生成する。画像表示部８０６は、制御部８０６０を備え、制御部８０６０によって光照射部１０が制御されることで、フロントガラス５０に光を照射する。その結果、運転者Ａの視点から、画像生成部８０４により生成された画像の虚像Ｉが視認可能になる。

＜光源部１１の構成例＞
次に、光照射部１０の備える光源部１１の構成について、図４を参照して説明する。図４は、光源部１１の構成の一例を説明する図である。

図４に示すように、光源部１１は、発光素子１１１Ｒ,１１１Ｂ,１１１Ｇと、カップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂと、アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂと、合波素子１１５とを備えている。なお、以下の説明で色の区別をしない場合には、発光素子１１１、カップリングレンズ１１２、アパーチャ１１３と表記する。

発光素子１１１Ｒ,１１１Ｂ,１１１Ｇのそれぞれは、単数又は複数の発光点を有する発光素子である。発光素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、それぞれ半導体レーザ（ＬＤ）であり、互いに異なる波長λ_Ｒ，λ_Ｇ，λ_Ｂのレーザ光を射出する。例えば、λ_Ｒ＝６４０（ｎｍ）、λ_Ｇ＝５３０（ｎｍ）、λ_Ｂ＝４４５（ｎｍ）のレーザ光を射出する。

また発光素子１１１Ｒ,１１１Ｂ,１１１Ｇは、それぞれマルチビームモードのレーザ光を射出するレーザである。ここで、マルチビームモードとは、レーザ光の光束形状が複数の円や楕円に形成され、光強度のピークもランダムに分布しているモードをいう。

発光素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂから射出された波長λ_Ｒ，λ_Ｇ，λ_Ｂのレーザ光は、それぞれカップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂにより、後続の光学系にカップリング（結合）される。

カップリングされたレーザ光は、波長毎に設けられたアパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂにより整形される。アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂは、レーザ光の発散角等に応じて円形、楕円形、長方形、又は正方形等の様々な形状に形成することができる。

その後、合波素子１１５によって光路合成される。合波素子１１５は、プレート状又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を反射又は透過し、１つの光路に合成する。合成されたレーザ光は、結像レンズ１１６を通って光偏向器１５の偏向面に導かれる。ここで、カップリングレンズ１１２、アパーチャ１１３及び結像レンズ１１６を含む構成を導光部２００と称する。この導光部２００については別途詳述する。

ところで、所望の色の虚像を表示するためには、各波長λ_Ｒ，λ_Ｇ，λ_Ｂで合成されるレーザ束の合成比率、つまり波長に応じた射出光量のパワーバランスを適正に調整することが望ましい。

つまり、発光素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂの射出光量の比を所望の色を生成するための波長λ_Ｒ，λ_Ｇ，λ_Ｂに応じたパワーバランスａ：ｂ：ｃに設定する。しかしながら、発光素子としての半導体レーザの発振波長は、半導体レーザチップが実装されるパッケージの温度Ｔｐに応じて変化するため、所望の色の光を生成できなくなることが懸念される。

ここで、図５も参照して半導体レーザの発振波長について説明する。図５は半導体レーザの発振波長の一例を説明する図である。図５に示すように、パッケージの温度Ｔｐは、周辺の雰囲気温度や射出光量に応じ、半導体レーザに注入される印加電流に伴って変動する。

例えば、白を表示する場合、Ｒ，Ｇ，Ｂのパワーバランスは約２．５：１：０．５であり、赤の発光素子１１１Ｒの射出光量が高く、青の発光素子１１１Ｇの射出光量が低いため、表示時間が同じであっても、パッケージの温度Ｔｐに差がでてくる。

つまり、所望の色の虚像を表示するためには、雰囲気温度や射出光量をタイムリーに監視して各半導体レーザの現在の波長を推定し、推定した波長に基づいて発光素子それぞれの射出光量のパワーバランスを適切に制御することが好ましい。このようにすることで、適切な色味の虚像を表示できる。

そこで、合波素子１１５で合成されたレーザ光を、分波手段の一例としての分波素子１１７により分波し、発光素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ毎に光検出器６３０で光量を検出して、取得した光量情報に基づきパワーバランスが一定に保たれるように、画像生成部８０４によって各々の光出力が制御される。

波長推定部６２０は、光検出器６３０からの光量情報に加えて、温度センサで雰囲気温度を検出し、発光素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂのそれぞれから出射されるレーザ光の現在の波長を推定する。

このとき、発光素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂの射出光の現在の波長λは、以下の（１）式で表すことができる。
λ＝λ（０）＋α×｛Ｔａ−Ｔａ（０）｝＋β×｛Ｐ−Ｐ（０）｝ ・・・（１）
なお、（１）式におけるλ（０）は基準波長、αは雰囲気温度係数、Ｔａは現在の雰囲気温度、Ｔａ（０）は基準波長測定時の雰囲気温度、βは光量係数、Ｐは現在の射出光量、Ｐ（０）は基準波長測定時の射出光量である。

ここで、基準波長λ（０）、基準波長測定時の雰囲気温度Ｔａ（０）、基準波長測定時の射出光量Ｐ（０）は、製造時に測定され、個体毎の特有値として、予め不揮発性メモリ（ＲＯＭ）等に記憶される。一方、温度係数α、光量係数βは発光素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂによる個体差がほとんどないため、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎に一定値を用いることができる。

＜光偏向器１５の構成例＞
次に、光偏向器１５の構成について、図６を参照して説明する。図６は光偏向器１５の構成の一例を説明する図である。

光偏向器１５は、半導体プロセスにより製造されるＭＥＭＳミラーである。図６に示すように、光偏向器１５は、反射面を有する走査ミラー１５０と、複数の折り返し部を有して蛇行して形成された一対の蛇行状梁部１５２とを備えている。

蛇行状梁部１５２は、一つおきに梁部Ａ（１５２ａ）と、梁部Ｂ（１５２ｂ）とに分けられ、枠部材１５４に支持されている。蛇行状梁部１５２a,１５２ｂには蛇行した隣り合う梁毎に独立の圧電部材（例えばＰＺＴ）１５６が設けられている。

これらの圧電部材１５６の一つおき（Ａ，Ｂ）に異なる電圧を印加して、蛇行状梁部１５２a,１５２ｂに反りを発生させることで、隣り合う梁が異なる方向に撓む。この撓みが累積されて、走査ミラー１５０をｘ軸回り（副走査方向）に大きな角度で回転させることができる。この構成により、ｘ軸を中心とした垂直方向への光走査を低電圧で実現できる。一方、ｙ軸を中心とした主走査方向では、走査ミラー１５０を支持する梁を回転軸とした一次共振により光走査が行われる。

＜スクリーン３０の構成例＞
次に、スクリーン３０の構成について、図７を参照して説明する。図７は、スクリーン３０の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は側方から見た光路図をそれぞれ示している。

図７（ａ）に示すように、スクリーン３０は、マイクロレンズ３００がアレイ状に整列して配置された光学板３０１を含んで構成された透過型のスクリーンである。光学板３０１上をレーザ光の入射光束３０２が走査する際に、入射光束３０２はマイクロレンズ３００により発散され、発散光３０３となる。

図７（ｂ）の左側の図に示すように、マイクロレンズ３００の構造により、入射光束３０２を所望の発散角３０４で発散させることできる。一般に、レーザ光等のコヒーレント光をスクリーン上で走査する場合、スペックルが課題となる場合がある。

図７（ｂ）の右側の図では、レーザ光の入射光束３０２の直径３０６が、光学板３０１におけるマイクロレンズ３００の周期３０５の２倍大きい場合の発散光の光路を示している。入射光束３０２は２つのマイクロレンズ３１３,３１４に同時入射し、それぞれ発散光束３１５,３１６を発生させる。このとき、領域３１７では、２つの発散光束が同時に存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光束が観察者の目に入ると、スペックルとして視認され、走査光により生成される虚像の視認性が低下する。

このようにマイクロレンズ３００の周期３０５より入射光束３０２の直径３０６が大きいとスペックルが生じる場合があるため、実施形態では、マイクロレンズ３００の周期３０５を入射光束３０２の直径３０６よりも大きくなるように設計している。これにより、マイクロレンズ３００間での干渉を回避し、スペックルの発生を抑えている。

なお、図７では、凸面のマイクロレンズ３００を例示したが、凹面においても同様の効果がある。また、透過型に代えて反射型のスクリーンを用いることもできる。

[第１実施形態]
＜導光部２００の構成例＞
次に第１実施形態に係る導光部２００の構成について説明する。

まず導光部２００の構成に先立ち、比較例に係る導光部２００Ｘの構成を説明する。図８は、導光部２００Ｘの構成を説明する図であり、図９は導光部２００Ｘの主な諸元を示す図である。

図８は、発光素子１１１から射出されたレーザ光がカップリングレンズ１１２、アパーチャ１１３、結像レンズ１１６及び走査ミラー１５０を介してスクリーン３０に到達するまでの光路を示している。ここで、カップリングレンズ１１２と結像レンズ１１６はそれぞれ「導光素子」の一例である。

なお図８では、図を簡略化するため、カップリングレンズ１１２及び結像レンズ１１６を矢印で表している。矢印の向きはレンズのパワー（屈折力）の正負を表し、矢印が外側を向いているカップリングレンズ１１２は正のパワー、矢印が内側を向いている結像レンズ１１６は負のパワーをそれぞれ有することを示している。また発光素子１１１からスクリーン３０までに配置された各素子を直線状に並べて示し、レーザ光が走査ミラー１５０を透過するように示している。なお、これらの図の簡略化と図の見方については、導光部の構成を説明する以下の図１０及び図１２においても同様である。

また図８、図１０及び図１２において、英文字で示す各パラメータはそれぞれ以下に示す内容を意味している。
Ｈ１・・・カップリングレンズ１１２と結像レンズ１１６との合成光学系の像側主点と走査ミラー１５０との間の光路長。
Ｈ２・・・発光素子１１１と走査ミラー１５０との間の光路長。
δＬＤ・・発光素子における発光部の大きさ（長さ）。より詳しくは、発光部における中心光強度に対して１／（ｅ^２）以上の光強度のレーザ光を射出可能な領域の大きさ。
δＭＥ・・発光素子１１１における発光部の両端でそれぞれ射出されたレーザ光の主光線が走査ミラー１５０に入射する像高差。なお、主光線とは、アパーチャ１１３の中心を通る光線をいう。
φＲ・・・走査ミラー１５０上でのレーザ光束径。より詳しくは、光束における中心光強度の１／（ｅ^２）以上の光強度を有する領域の直径。

また図９におけるｆ１はカップリングレンズ１１２の焦点距離を表し、ｆ２は結像レンズ１１６の焦点距離を表している。またｔ１は発光素子１１１とカップリングレンズ１１２との間隔、ｔ２はカップリングレンズ１１２とアパーチャ１１３との間隔、ｔ３はカップリングレンズ１１２とアパーチャ１１３との間隔、ｔ４は結像レンズ１１６と走査ミラー１５０との間隔、ｔ５は走査ミラー１５０とスクリーン３０との間隔を意味する。図１１及び図１３においても同様である。

ここで、走査ミラー１５０に入射するレーザ光束径φＲはアパーチャ１１３の直径により決定される。虚像の輝度向上やスクリーン３０上のビームスポット径をより小さくするためには、走査ミラー１５０に入射するレーザ光束径φＲがより大きいと好適である。よって、走査ミラー１５０の面積内にレーザ光束径φＲが収まる範囲内で、アパーチャ１１３をできるだけ大きくすることが望ましい。

また発光素子１１１における発光部の両端からの主光線の走査ミラー１５０上での像高差δＭＥが大きいほど、走査ミラー１５０上で主光線がばらつくため、走査ミラー１５０上のレーザ光束径φＲが大きくなる。そのため、走査ミラー１５０の面積内にレーザ光束径φＲを収める場合、像高差δＭＥが大きいほど、アパーチャ１１３の直径を小さくしたほうがよい。アパーチャ１１３の直径を小さくすると、虚像の輝度低下やスクリーン３０上でのビーム直径の品質低下が生じる場合がある。

導光部２００Ｘの構成では、発光部の大きさδＬＤが４０μｍの場合、像高差δＭＥは３０３μｍとなり、レーザ光束径φＲが大きくなっている。これに応じて走査ミラー１５０の面積内にレーザ光束径φＲを収めるためにアパーチャ１１３の直径を小さくしているため、虚像の輝度低下やスクリーン３０上でのビーム直径の品質低下を生じさせる場合がある。

これに対し、図１０は、本実施形態に係る導光部２００の構成の一例を説明する図であり、図１１は導光部２００の主な諸元の一例を示す図である。

導光部２００では、光源部１１から射出されたレーザ光がカップリングレンズ１１２と結像レンズ１１６の間における収束位置３００で収束するように構成されている。

発光部の大きさδＬＤが４０μｍの場合、像高差δＭＥは２μｍとなり、比較例と比較して十分小さい。この構成により、発光素子１１１の発光部の大きさによらず、走査ミラー１５０の面積内にレーザ光束径φＲを収めつつ、アパーチャ１１３の直径を大きくできる。その結果、レーザ光の光利用効率を高めることができ、虚像輝度を確保するとともに、スクリーン３０上でのビーム直径の品質を確保できるようになっている。

なお、収束位置３００では、収束しさえすれば良好な収束（結像）性能が得られる必要はなく、球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差等が発生してもよい。

像高差δＭＥは、光学系の倍率関係に基づき、以下の（１）式で表される。

虚像の輝度やスクリーン上のビームスポット径の小径化を考えると、少なくとも走査ミラー１５０の大きさ（長さ）の半分以下に像高差δＭＥを抑えたほうが好ましい。従って、以下の（２）式を満足すると好適である。

図１０では、アパーチャ１１３をカップリングレンズ１１２の直後（結像レンズ１１６側）に配置する例を示したが、これに限定されるものではない。発光素子１１１からカップリングレンズ１１２の間、又は結像レンズ１１６から走査ミラー１５０の間等にアパーチャ１１３を配置することもできる。

結像レンズ１１６から走査ミラー１５０の間ではレーザ光は平行光束に近いため、ここにアパーチャ１１３を配置すると、アパーチャ１１３の直径の加工ばらつきによる光量変化やビームスポット径の変化が小さくなり、ロバスト性が上がるため、より好適である。

またカップリングレンズ１１２の直後に配置すると、例えば発光素子１１１としてＲ、Ｇ、Ｂの３つの発光素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂを配置する場合に、アパーチャ１１３の直径をそれぞれの発光素子１１１に合わせて設計可能となって設計が容易となる。

＜導光部２００の作用効果＞
次に、導光部２００の作用効果について説明する。

車両等の前景に警報や情報重畳表示することで、運転者が少ない視線移動で警報や情報を認識させるヘッドアップディスプレイ等の表示装置の技術開発が進んでいる。特に、ＡＤＡＳ（Advanced Driving Assistance System）という言葉に代表される車載センシング技術の進展に伴い、車両はさまざまな走行環境情報および車内乗員の情報を取り込むことができるようになっており、それらの情報を運転者に伝える「ＡＤＡＳの出口」としてもヘッドアップディルプレイは注目されている。

ヘッドアップディスプレイの投射方式として、液晶やＤＭＤ（Digital Micromirror Array）のようなイメージングデバイスで中間像を表現する「パネル方式」と、レーザ等の発光素子から射出されたレーザ光を２次元走査し中間像を形成する「レーザ走査方式」が挙げられる。

従来は、ビームモードがシングルモードのレーザを光源として、レーザ走査方式のヘッドアップディスプレイを設計する技術が主流であった。しかし今後、レーザ走査の広画角化が進むと、シングルモードのビームでは描画密度が低下して、表示される虚像の輝度を確保できない場合がある。そのため、シングルモードレーザに対して発光部の面積が大きいマルチモードレーザ等のレーザ光源が要求されると考えられる。

一方、ヘッドアップディスプレイの虚像距離及び画角を満たすために必要な振れ角及び共振周波数を有する走査ミラーの大きさは、一般に１ｍｍ四方程度である。従って発光部の面積が大きい光源からの光を走査ミラー上に光束を効率的に収めることが求められている。

本実施形態では、発光素子１１１と走査ミラー１５０との間に、発光素子１１１の射出するレーザ光を走査ミラー１５０に導光するカップリングレンズ１１２と結像レンズ１１６とを設け、カップリングレンズ１１２と結像レンズ１１６の間でレーザ光が収束するように構成する。

これにより、像高差δＭＥを十分小さくでき、発光素子１１１の発光部の大きさδＬＤによらずに、走査ミラー１５０の面積内にレーザ光の光束径φＲを収めつつ、アパーチャ１１３の直径を大きくできる。アパーチャ１１３の直径を大きくすることで、レーザ光の光利用効率を高め、虚像輝度を確保するとともに、スクリーン３０上でのビーム直径の品質を確保できる。換言すると、マルチモードレーザ等の発光部の面積が大きい光源を用いる場合に表示画像としての虚像の輝度を確保することができる。

なお、本実施形態では、カップリングレンズ１１２と結像レンズ１１６の間でレーザ光を収束させる例を示したが、これに限定されるものではない。結像レンズ１１６に代えてミラーを備え、カップリングレンズ１１２とミラーの間でレーザ光を収束させてもよい。結像レンズ１１６を用いないため、結像レンズ１１６での屈折による色収差を防ぎ、表示される虚像の品質をより向上させることができる。なお、このミラーは平面であっても曲面であってもよい。またこの場合のカップリングレンズ１１２は、集光素子の一例であり、ミラーは偏向素子の一例である。

また本実施形態では、光源部１１とスクリーン３０との間に、シリンダミラー２０を設けている。これにより、光源部１１から射出されるレーザ光の光束の直径が、非点収差やマルチモードにより直交方向で異なる場合にも、レーザ光の光束の直径を補正により直交方向で合わせることが容易になる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る導光部２００ａについて説明する。

図１２は、導光部２００ａの構成の一例を説明する図であり、図１３は導光部２００ａの主な諸元の一例を示す図である。

図１２に示すように、導光部２００ａは、走査ミラー１５０とスクリーン３０との間に集光部２５０を備えている。

集光部２５０は、正のパワーを有し、走査ミラー１５０により走査されるレーザ光をスクリーン３０上に集光する機能を有する。集光部２５０は、レンズで構成されてもよいし、ミラーで構成されてもよいし、これらを組み合わせて構成されてもよい。

ここで、図１２におけるφｓはスクリーン３０上でのレーザスポット径を示している。また図１３におけるｆ３は集光部２５０の焦点距離を表し、ｔ６は走査ミラー１５０と集光部２５０との間隔、ｔ７は集光部２５０とスクリーン３０との間隔を意味する。
集光部２５０を備えることで、発光素子１１１からスクリーン３０までの光学系の倍率を下げられるため、スクリーン３０上のレーザスポット直径を小さくできる。これにより、スクリーン３０による拡散光同士の重複領域を小さくでき、重複領域での拡散光の干渉によるスペックルノイズを低減できる。そして、スペックルノイズを抑えた視認性の良好な虚像を表示することができる。

これ以外の効果は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

１ ＨＵＤ（表示装置の一例）
１０ 光照射部
１１ 光源部
１５ 光偏向器
１５０ 走査ミラー（偏向面の一例）
３０ スクリーン（被走査面の一例）
４０ 凹面ミラー（投射部に一例）
５０ フロントガラス（被投射面の一例）
１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ 発光素子
１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ カップリングレンズ（導光素子の一例）
１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂ アパーチャ
１１５ 合波素子
１１６ 結像レンズ（導光素子の一例）
２００ 導光部
２５０ 集光部
３００ 収束位置
δＭＥ 像高差
φＲ レーザ光束径
δＬＤ 発光部の大きさ
φｓ スクリーン上でのレーザスポット径

特許６６１７９４５号公報

Claims (8)

1. 光を射出する光源部と、
   前記光源部の射出光を偏向させる偏向面を有し、前記偏向面を駆動させて前記射出光を被走査面で走査する光偏向器と、
   前記光源部と前記偏向面との間に設けられ、前記射出光を前記偏向面に導光する複数の導光素子と、を備え、
   前記射出光は前記複数の導光素子の間で収束する
   表示装置。
2. 前記複数の導光素子は、集光素子と、偏向素子と、を含み、
   前記射出光は前記集光素子と前記偏向素子の間で収束する
   請求項１に記載の表示装置。
3. 正のパワーを有し、前記光偏向器による被走査光を前記被走査面に集光する集光部を備える
   請求項１、又は２に記載の表示装置。
4. 前記光源部と前記被走査面との間に、直交する２方向で曲率が異なる光学面を備える
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の表示装置。
5. 前記光源部は、マルチビームモードのレーザ光を射出するレーザを含む
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の表示装置。
6. 以下の（１）式及び（２）式を満足し、
   

   

   

   Ｈ１は前記複数の導光素子の合成光学系における像側主点と前記偏向面の間の光路長、Ｈ２は前記光源部と前記偏向面の間の光路長、δＬＤは中心光強度の１／（ｅ^２）以上の光強度の前記射出光を射出可能な領域の大きさ、δＭＥは前記光源部における発光部の両端でそれぞれ射出されたレーザ光の主光線が前記偏向面に入射する像高差、である
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の表示装置。
7. 前記光偏向器により前記被走査面に形成される画像を被投射面に投射する投射部を備える
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の表示装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の表示装置を備える
   移動体。

Images