JP6402854B2 - 透過型スクリーン及びそれを用いたヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

透過型スクリーン及びそれを用いたヘッドアップディスプレイ装置 Download PDF

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本発明は、画像周辺部の輝度低下を抑制することができる透過型スクリーン及びそのような透過型スクリーンを用いたヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
例えば、車両用ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＵＤ）装置は、運転者から見てフロントウインドシールドガラスの向こう側に、すなわち前方視野の前景に重畳して、運転情報（例えば、速度表示やナビゲーション表示など）を虚像として投影する。このようなＨＵＤを用いた車両用の表示システムによれば、運転情報を視認する際に運転者の視線移動を極力少なくすることができる。
また、上記のようなヘッドアップディスプレイやプロジェクターの分野においては、マイクロレンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ Ｌｅｎｓ Ａｒｒａｙ：ＭＬＡ）を透過型スクリーンとして用いることが提案されている。
マイクロレンズアレイを透過型スクリーンとして用いた装置の例としては、特許文献１（特開２０１０−１４５７４５号公報）に、レーザー光を光源とし、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザープロジェクターと、 複数のマイクロレンズが配列され
たマイクロレンズアレイと、 前記レーザープロジェクターと前記マイクロレンズアレイ
の光路間に配設され、各マイクロレンズに入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズの開角に収まるように補正して投影するコンデンサーレンズと、 前記マイクロレ
ンズアレイの放射面に形成される映像を拡大する光学系拡大素子と、を備える画像形成装置が開示されている。
特開２０１０−１４５７４５号公報
ヘッドアップディスプレイのための画像形成を行う装置としては、レーザープロジェクターが用いられることがあるが、レーザー光の振れ角がマイクロレンズアレイ裏面の周辺部に位置する単位マイクロレンズの開角に収まらないと、特に画像の周辺部において輝度低下が生じる。
そこで、特許文献１に開示されている装置では、レーザープロジェクターとマイクロレンズアレイとの間に、コンデンサーレンズを配置し、マイクロレンズアレイの単位マイクロレンズの開角に収まるようにして、レーザー光を補正して画像周辺部の輝度低下を抑制していた。
しかしながら、特許文献１に開示されている装置では、レーザープロジェクターとマイクロレンズアレイの光路間にコンデンサーレンズを配する構成であるので、コンデンサーレンズの分、部品点数が増えることによって、また、各部品間の位置合わせのための調整の必要が生じることで生産性が下がり、装置が高コスト化したり、コンデンサーレンズと空気界面における反射が増大し、光学性能が低下したりする、といった課題が存在していた。
本発明は以上のような課題を解決するためのものであり、本発明に係る透過型スクリーンは、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられ、前記凸レンズ構造部の前記第１方向の曲率半径が無限大であることを特徴とする。
また、本発明に係る透過型スクリーンは、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられ、前記凸レンズ構造部が回転対称軸を持たない非球面レンズであることを特徴とする。
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記単位マイクロレンズの前記第１方向と平行な面であって前記単位マイクロレンズの光軸を含む面における断面形状が、前記第２方向と平行な面であって前記単位マイクロレンズの光軸を含む面における断面形状と異なることを特徴とする。
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記単位マイクロレンズの第１主面側の頂点において、前記単位マイクロレンズの前記第１方向の曲率半径が、前記第２方向の曲率半径より大きいことを特徴とする。
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記凸レンズ構造部の前記第１方向と平行な面であって前記凸レンズ構造部の光軸を含む面における断面形状が、前記第２方向と平行な面であって前記凸レンズ構造部の光軸を含む面における断面形状と異なることを特徴とする。
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記凸レンズ構造部の第２主面側の頂点において、前記凸レンズ構造部の前記第１方向の曲率半径が、前記第２方向の曲率半径より大きいことを特徴とする。
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、前記のいずれかに記載の透過型スクリーンが用いられることを特徴とする。
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられる透過型スクリーン、が用いられるヘッドアップディスプレイ装置であって、レーザー光を発生するレーザー光源と、前記レーザー光を前記透過型スクリーンに走査する走査部と、を有し、前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造部は、前記レーザー光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記レーザー光を屈折させることを特徴とする。
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられる透過型スクリーン、が用いられるヘッドアップディスプレイ装置であって、光を発生するＬＥＤと、前記光を前記透過型スクリーンに反射するＬＣＯＳ素子と、を有し、前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造部は、前記光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記光を屈折させることを特徴とする。
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられる透過型スクリーン、が用いられるヘッドアップディスプレイ装置であって、光を発生するＬＥＤと、前記光を前記透過型スクリーンに反射するＤＭＤ素子と、を有し、前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造部は、前記光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記光を屈折させることを特徴とする。
本発明に係る透過型スクリーンは、第１主面に、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、第２主面に、凸レンズ構造部が設けられているので、このような本発明に係る透過型スクリーンによれば、画像周辺部の輝度低下を抑制することが可能となると共に、部品点数を減らせるので、当該透過型スクリーンが組み込まれる装
置のコストを抑制することができ、装置の光学特性の低下も防止できる。
また、上記のような透過型スクリーンが用いられた本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、装置のコストを抑制することができると共に、装置の光学特性の低下も防止できる。
本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００が搭載された車両５を示す図である。 本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００で情報の重畳画像表示を行った様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る透過型スクリーン５０の斜視図であり、点線によって囲まれている箇所は単位マイクロレンズ５５の拡大図である。 第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。 透過型スクリーン５０の凸レンズ構造部６０によるレーザー光の補正の効果を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。 本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。 本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。 本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。 本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。 本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。 本発明の他の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００が搭載された車両５を示す図である。また、図２は本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なる場合もある。
本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両５などに搭載されるものであり、ウインドシールド６、または、運転者とウインドシールド６の間に設けられたコンバイナー(不図示)に、投影ユニット８５から速度情報表示やナビゲーション情報表示などを虚像として投影することによって、前記虚像を前方視野の前景に重畳表示するものである。
図３は本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００で情報の重畳画像表示を行った様子を示す図である。図３は、車両５の運転者からの視点Ｅで視覚されるウ
インドシールド６の像の一例である。
次に、ヘッドアップディスプレイ装置１００を構成する投影ユニット８５の詳細について説明する。図２は、主として、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の投影ユニット８５の構造の一例を示している。なお、投影ユニット８５内の座標を、図２に示すｘｙｚの３次元直交座標により定義する。例えば、第１光源１１から出射される光はｘ方向と平行な方向に向けて出射される光である。また、透過型スクリーン５０の光軸はｚ方向と平行な方向にあるものとする。透過型スクリーン５０の光軸は、マイクロレンズアレイ５７の重心を通る第１主面の法線と定義する。
なお、特許請求の範囲においては、ｘ軸に平行な軸の方向を第１方向、及び、ｙ軸に平行な軸の方向を第２方向（前記第１方向とは直交関係）と称している。
投影部１０からは表示される画像の光が出射される。投影部１０は、第１光源１１、第２光源１２、第３光源１３、第１ダイクロイックプリズム２１、第１ダイクロイックプリズム２１、コリメータレンズ２６等を有している。
第１光源１１、第２光源１２及び第３光源１３は相互に異なる波長の光を出射するものであって、第１光源１１からは第１の波長の光、第２光源１２からは第２の波長の光、第３光源１３からは第３の波長の光が出射される。本実施の形態においては、例えば、第１光源１１から出射される第１の波長の光を青色の光、第２光源１２から出射される第２の波長の光を緑色の光、第３光源１３から出射される第３の波長の光を赤色の光とすることができる。
第１光源１１、第２光源１２及び第３光源１３は、コヒーレント光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー装置（レーザー光源）など各種レーザー装置を用いることができる。
本実施の形態においては、第１光源１１より出射された第１の波長の光と第２光源１２より出射された第２の波長の光は、第１ダイクロイックプリズム２１の異なる面に各々入射し、第３光源１３より出射された第３の波長の光は、第２ダイクロイックプリズム２２に入射するように配置されている。
第１ダイクロイックプリズム２１においては、第１光源１１より出射された第１の波長の光は透過し、第２光源１２より出射された第２の波長の光は反射される。これにより、第１の波長の光と第２の波長の光が合波される。
このように合波された第１の波長の光と第２の波長の光は、第２ダイクロイックプリズム２２に入射する。
第２ダイクロイックプリズム２２においては、第１光源１１より出射された第１の波長の光及び第２光源１２より出射された第２の波長の光は透過し、第３光源１３より出射された第３の波長の光は反射される。これにより、第１の波長の光、第２の波長の光、第３の波長の光が合波される。
このように、第２ダイクロイックプリズム２２において合波された第１の波長の光、第２の波長の光及び第３の波長のレーザー光は、コリメータレンズ２６を介し、投影ミラー３０において反射され、透過型スクリーン５０に入射する。投影ミラー３０は、２次元的に角度を変えることのできる機能を有しており、これにより、入射した光を２次元的にスキャンニングすることができ、所望のレーザー光による投影像が形成される。
なお、投影ミラー３０は、ｙ軸と平行な第１軸（不図示）を中心として回動する（ａ）方向の動き得るように、さらに、前記第１軸と直交する第２軸（不図示）を中心として回動する（ｂ）方向の動きえるようになっている。
なお、投影ミラー３０としては、入射した光を２次元的にスキャンニングすることができるものであれば、適宜他の光学部材に置換することが可能であり、このような光学部材としては、ガルバノメータミラー、ガルバノメータスキャナー、ポリゴンミラー、プリズム、音響光学素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いた光学素子等を適宜利用することができる。
また、本実施形態においては、投影ミラー３０においてレーザー光が入射し、これを反射する点と、透過型スクリーン５０の光軸と投影ミラー３０とが交わる点とは一致しており、投影ミラー３０におけるレーザー光の反射点ｒ0と透過型スクリーン５０の最上端部
で走査点ｓ1と間の光路長と、投影ミラー３０におけるレーザー光の反射点ｒ0と透過型スクリーン５０の最下端部で走査点ｓ2と間の光路長と、は等しい。
投影ミラー３０から出射されるレーザー光は、透過型スクリーン５０に走査される。ここで、透過型スクリーン５０は、所定以上の透過度を有する透明基材からなる光学部材である。
透過型スクリーン５０は、透明な有機樹脂材料を用いて成型することによって構成することもできるし、透明なガラスなどの無機材料を用いることで構成することもできる。
図４は本発明の実施形態に係る透過型スクリーン５０の斜視図であり、点線によって囲まれている箇所は単位マイクロレンズ５５の拡大図である。なお、点線によって囲まれている箇所は、図４のＡ方向から透過型スクリーン５０を見た図であり、この単位マイクロレンズ５５の拡大図は、点線によって囲まれている箇所内のｘｙｚ直交座標系によって方向関係が定められるものである。
ｘ軸に平行な軸の方向を第１方向、及び、ｙ軸に平行な軸の方向を第２方向（第１方向とは直交関係）として定義する。
上記のような定義の下、透過型スクリーン５０は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面５１と、第１主面５１と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面５２と、を有している。
透過型スクリーン５０の第１主面５１には、複数の単位マイクロレンズ５５が周期的に配列されてなるマイクロレンズアレイ５７が設けられている。図５は第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。図に示すように、本実施形態に係る透過型スクリーン５０においては、ｚ軸方向から見たとき、単位マイクロレンズ５５が、１辺の長さがｄである正方形であるものを用いている。
また、各単位マイクロレンズ５５は球面レンズ乃至非球面レンズであり、第１主面５１側の頂点において、第１方向に曲率半径Ｒ1の曲率を有しており、第２方向に曲率半径Ｒ2の曲率を有している。なお、頂点とは、各単位マイクロレンズ５５が最もｚ軸方向に突出している点をいう。
そして、各単位マイクロレンズ５５の第１方向と平行な面であって単位マイクロレンズ５５の光軸を含む面における断面形状を、第２方向と平行な面であって単位マイクロレン
ズ５５の光軸を含む面における断面形状と異ならせることが好ましい。より詳しくは、各単位マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1と、第
２方向の曲率半径Ｒ2とは等しくすることも可能であるが、異ならせることが好ましい。
これは、一般的に、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報の縦横比が異なっており、画像周辺部の輝度低下の抑制を、画像の上下端部周辺と、画像の左右端部周辺と同程度とするには、各単位マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1と、第２方向の曲率半径Ｒ2とが異なっていた方がよいからである。
さらに、一般的には、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報は横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
一方、透過型スクリーン５０の第２主面５２には、凸レンズ構造部６０が設けられている。投影ミラー３０から出射されるレーザー光は、この凸レンズ構造部６０に入射される。
この凸レンズ構造部６０は、マイクロレンズアレイ５７を構成する単位マイクロレンズ５５に入射するレーザー光の入射角が、当該単位マイクロレンズ５５の開角αに収まるように補正を行う。図６は透過型スクリーン５０の凸レンズ構造部６０によるレーザー光の補正の効果を説明する図である。図６に示すように、凸レンズ構造部６０の屈折作用により、それぞれの単位マイクロレンズ５５に入射するレーザー光は、単位マイクロレンズ５５の開角αに収まるようになっている。開角とは、レンズの焦点からレンズの両端を見込んだ角度をいう。
なお、ヘッドアップディスプレイ装置１００の透過型スクリーンとしては、拡散板なども用いることができるが、特に、ヘッドアップディスプレイ装置１００の光源として、レーザー光源を用いたヘッドアップディスプレイでは、拡散板に比べてマイクロレンズアレイ５７を用いることにより、レーザー光によるスペックルノイズが抑制されるという利点を有している。
本発明に係る透過型スクリーン５０では、このようにマイクロレンズアレイ５７にて像を形成するため、スクリーンを使用して像を形成する場合と比較して、視認方向に有効に光を伝達することが可能となり、輝度の増加を図ることが可能となる。また、少ない光量でも十分な輝度を得ることが可能となるため、各レーザー光源などの出力を抑制して小電力化を図ることができる。
ここで、本実施形態に係る透過型スクリーン５０の凸レンズ構造部６０についてより詳細について説明する。本実施形態に係る透過型スクリーン５０の凸レンズ構造部６０は球面レンズ乃至非球面レンズであり、第２主面５２側の頂点において、第１方向に曲率半径Ｒ3の曲率を有しており、第２方向に曲率半径Ｒ4の曲率を有している。なお、頂点とは、凸レンズ構造部６０が最もｚ軸方向に突出している点をいう。
そして、凸レンズ構造部６０の第１方向と平行な面であって凸レンズ構造部６０の光軸を含む面における断面形状を、第２方向と平行な面であって凸レンズ構造部６０の光軸を含む面における断面形状と異ならせることが好ましい。より詳しくは、単位マイクロレンズ５５の場合と同様、凸レンズ構造部６０の第２主面５２側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ3と、第２方向の曲率半径Ｒ4とは等しくすることも可能であるが、異ならせることが好ましい。
これは、一般的に、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報の縦横比が異なっており、画像周辺部の輝度低下の抑制を、画像の上下端部周辺と、画像の左右端部周辺と同程度とするには、凸レンズ構造部６０の第１方向の曲率半径Ｒ3と、第２方向
の曲率半径Ｒ4とが異なっていた方がよいからである。
さらに、一般的には、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報は横長であることを考慮に入れると、凸レンズ構造部６０の第２主面５２側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ3が、第２方向の曲率半径Ｒ4より大きいことが好ましい。
以上のような透過型スクリーン５０のマイクロレンズアレイ５７に形成されたレーザー光による像は、凹面ミラー８０によって反射され、ウインドシールド６に投影される。
これにより、運転者は、ウインドシールド６において反射された画像を認識する。なお、投影ユニット８５には、車両のウインドシールド６に画像を投影する構造のものと、運転者とウインドシールド６の間に設けられたコンバイナー（不図示）に画像を投影する構造のものとがあり得る。
なお、透過型スクリーン５０とウインドシールド６、または、コンバイナー(不図示)との間に設ける光学部材としては、凹面ミラー８０に限らず、透過型スクリーン５０とウインドシールド６、または、コンバイナー（不図示）のレイアウトに応じて、その他の適当な光学部材を用いることができる。
以上のように、本発明に係る透過型スクリーン５０は、第１主面５１に、複数の単位マイクロレンズ５５からなるマイクロレンズアレイ５７が設けられ、第２主面５２に凸レンズ構造部６０が設けられているので、このような本発明に係る透過型スクリーン５０によれば、画像周辺部の輝度低下を抑制することが可能となると共に、部品点数を減らせるので、当該透過型スクリーン５０が組み込まれる装置のコストを抑制することができ、装置の光学特性の低下も防止できる。
また、上記のような透過型スクリーン５０が用いられた本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、装置のコストを抑制することができると共に、装置の光学特性の低下も防止できる。
なお、以上の実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置１００の描画方式として、投影部１０及び投影ミラー３０とからなるレーザープロジェクター方式を採用したものに、透過型スクリーン５０を適用した例に基づいて説明したが、本発明に係る透過型スクリーン５０は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の描画方式として、ＬＥＤと、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）素子とを用いたＬＣＯＳ方式を採用したもの、或いは、ＬＥＤと、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子とを用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式を採用したものなどにも適用することができる。すなわち、ＬＣＯＳ方式やＤＬＰ方式であっても、図６に示したように、凸レンズ構造部６０の屈折作用により、それぞれの単位マイクロレンズ５５に入射する光を単位マイクロレンズ５５の開角αに収まるように補正し、画像周辺部の輝度低下を抑制することができる。
なお、ＬＣＯＳ方式の場合には、光源であるＬＥＤからの光を、反射型の液晶素子であるＬＣＯＳ素子が、前記光を透過型スクリーン５０に対して選択的に反射することで、また、ＤＬＰ方式の場合には、光源であるＬＥＤからの光を、複数のマイクロミラーが配置された反射型の素子であるＤＭＤ素子が、前記光を透過型スクリーン５０に対して選択的
に反射することで、ヘッドアップディスプレイ装置１００を実現することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第２実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第２主面５２に設けられる凸レンズ構造部６０の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
図７は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の斜視図である。第１実施形態においては、透過型スクリーン５０の凸レンズ構造部６０として、凸レンズ構造部６０の第２主面５２側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ3が、第２方向の曲率半径Ｒ4より大きいことが好ましいことについて述べた。本実施形態では、これをさらに進めて、凸レンズ構造部６０の第１方向の曲率半径Ｒ3を無限大としている。
一般的には、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報は横長であるので、画像周辺部の輝度低下は、画像の上下端部周辺より、画像の左右端部周辺の方が起こりやすい。そこで、凸レンズ構造部６０の第１方向の曲率半径Ｒ3を無限大とし、特に、
画像の左右端部周辺での輝度低下を抑制するようにしている。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第３実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
図８は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第４実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、長方形として構成している。
ここで、単位マイクロレンズ５５の、第１方向の長さｄ1と、第２方向の長さｄ2とを比較すると、ｄ1＜ｄ2であることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第４実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
図９は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズ
アレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第４実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正六角形として構成している。
本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第５実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
図１０は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第４実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正六角形でない六角形として構成している。
ここで、単位マイクロレンズ５５を構成する六角形としては、第２方向に平行な辺ののみが、他の辺の長さより長い、横長の六角形であることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第６実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
図１１は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第４実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、円形として構成している。
本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が横
長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第７実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
図１２は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第４実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、楕円形として構成している。
ここで、単位マイクロレンズ５５を構成する楕円形としては、長軸φ1が第２方向と平
行であり、短軸φ2が第１方向と平行である楕円形である、横長の楕円形であることが好
ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第８実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
図１３は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第４実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の単位マイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、小判形として構成している。
ここで、単位マイクロレンズ５５を構成する小判形としては、小判型の直線部が第２方向と平行である横長の小判形であることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情
報が横長であることを考慮に入れると、各単位マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第９実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、（１）投影ミラー３０においてレーザー光が入射し、これを反射する点と、凸レンズ構造部６０の光軸と投影ミラー３０とが交わる点とは一致しておらず、投影ミラー３０におけるレーザー光の反射点ｒ0と透過型スクリーン５０の最上端部で走査点ｓ1と間の光路長と、投影ミラー３０におけるレーザー光の反射点ｒ0と透過型スクリーン５０
の最下端部で走査点ｓ2と間の光路長とが異なる点、及び、（２）透過型スクリーン５０
の第２主面５２に設けられる凸レンズ構造部６０の構成、の２点であるので、以下、これらの点について説明する。
図１４は本発明の他の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を示す図である。
ヘッドアップディスプレイ装置１００の投影ユニット８５は、車両５における収納スペースの観点から、先の第１実施形態のように、投影ミラー３０においてレーザー光が入射し、これを反射する点と、透過型スクリーン５０の光軸と投影ミラー３０とが交わる点とを一致させることができない場合があり、図１４に示す、上記（１）のようなレイアウトを取らざるを得ないことがある。
このような場合、投影ミラー３０から透過型スクリーン５０に入射するレーザー光が、透過型スクリーン５０の最上端部の走査点ｓ1で入射する際の入射角と、透過型スクリー
ン５０の最下端部の走査点ｓ2で入射する際の入射角と、が大きく異なることとなる。
このため、本実施形態においては、凸レンズ構造部６０としては、凸レンズ構造部６０の第１方向の曲率半径Ｒ3が、第１方向の位置に応じて変化する、回転対称軸を持たない
非球面レンズを用いるようにしている。
上記のような第９実施形態によれば、透過型スクリーン５０の光軸と投影ミラー３０とが交わる点が、投影ミラー３０においてレーザー光が入射し、これを反射する点とが一致しないような場合でも、画像周辺部の輝度低下を抑制することが可能となると共に、部品点数を減らせるので、当該透過型スクリーン５０が組み込まれる装置のコストを抑制することができ、装置の光学特性の低下も防止できる。
なお、本発明は第１乃至第９の実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
５・・・車両
６・・・ウインドシールド
１０・・・投影部
１１・・・第１光源
１２・・・第２光源
１３・・・第３光源
２１・・・第１ダイクロイックプリズム
２２・・・第２ダイクロイックプリズム
２６・・・コリメータレンズ
３０・・・投影ミラー（走査部）
５０・・・透過型スクリーン
５１・・・第１主面
５２・・・第２主面
５５・・・単位マイクロレンズ
５７・・・マイクロレンズアレイ
６０・・・凸レンズ構造部
８０・・・凹面ミラー
８５・・・投影ユニット
１００・・・ヘッドアップディスプレイ装置

Claims (10)

  1. 第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、
    前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、
    前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、
    前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられ、
    前記凸レンズ構造部の前記第１方向の曲率半径が無限大であることを特徴とする透過型スクリーン。
  2. 第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、
    前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、
    前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、
    前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられ、
    前記凸レンズ構造部が回転対称軸を持たない非球面レンズであることを特徴とする透過型スクリーン。
  3. 前記単位マイクロレンズの前記第１方向と平行な面であって前記単位マイクロレンズの光軸を含む面における断面形状が、前記第２方向と平行な面であって前記単位マイクロレンズの光軸を含む面における断面形状と異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の透過型スクリーン。
  4. 前記単位マイクロレンズの第１主面側の頂点において、前記単位マイクロレンズの前記第１方向の曲率半径が、前記第２方向の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン。
  5. 前記凸レンズ構造部の前記第１方向と平行な面であって前記凸レンズ構造部の光軸を含む面における断面形状が、前記第２方向と平行な面であって前記凸レンズ構造部の光軸を含む面における断面形状と異なることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の透過型スクリーン。
  6. 前記凸レンズ構造部の第２主面側の頂点において、前記凸レンズ構造部の前記第１方向の曲率半径が、前記第２方向の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項５に記載の透過型スクリーン。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の透過型スクリーンが用いられることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、
    前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、
    前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、
    前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられる透過型スクリーン、が用いられるヘッドアップディスプレイ装置であって、
    レーザー光を発生するレーザー光源と、
    前記レーザー光を前記透過型スクリーンに走査する走査部と、を有し、
    前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造部は、前記レーザー光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記レーザー光を屈折させることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  9. 第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、
    前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、
    前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、
    前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられる透過型スクリーン、が用いられるヘッドアップディスプレイ装置であって、
    光を発生するＬＥＤと、
    前記光を前記透過型スクリーンに反射するＬＣＯＳ素子と、を有し、
    前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造部は、前記光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記光を屈折させることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  10. 第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、
    前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、
    前記第１主面には、複数の単位マイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、
    前記第２主面には、凸レンズ構造部が設けられる透過型スクリーン、が用いられるヘッドアップディスプレイ装置であって、
    光を発生するＬＥＤと、
    前記光を前記透過型スクリーンに反射するＤＭＤ素子と、を有し、
    前記透過型スクリーンの前記凸レンズ構造部は、前記光の前記マイクロレンズアレイへの入射角が、単位マイクロレンズの開角より小さくなるように、前記光を屈折させることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
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