JP6448472B2 - Display device - Google Patents
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Description
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置などの表示装置に関するものである。 The present invention relates to a display device such as a head-up display device.
自動車用のヘッドアップディスプレイは、ダッシュボード側からフロントウィンドウのシールドガラスに向けて映像を投影し、運転者の視界の前方に虚像として各種の情報を表示させるものであり、近年、様々なタイプの製品が実用化されている。 A head-up display for an automobile projects an image from the dashboard side toward the shield glass of the front window, and displays various information as a virtual image in front of the driver's field of view. The product is in practical use.
一般的なヘッドアップディスプレイでは、デフューザなどのスクリーンに結像された中間像を投影光学系(拡大ミラーなど)によってフロントウィンドウのガラス(フロントガラス)に投影する。従って、投影光学系の位置が固定されている場合でも、中間像が結像されるスクリーンの位置を変えることによって、運転者に見える虚像の前後方向の位置を変えることができる。 In a general head-up display, an intermediate image formed on a screen such as a diffuser is projected onto a front window glass (front glass) by a projection optical system (magnifying mirror or the like). Therefore, even when the position of the projection optical system is fixed, the position of the virtual image seen by the driver in the front-rear direction can be changed by changing the position of the screen on which the intermediate image is formed.
下記の特許文献1に記載されるヘッドアップディスプレイ装置では、3つのスクリーン31〜33にそれぞれ映像が描画され、その映像がミラー4で反射されてフロントガラスに投影される(特許文献1の図3)。スクリーン31〜33は投影手段であるミラー4からの距離が異なるため、スクリーン31〜33の映像に対応する3つの虚像は、運転者から見て前後方向の位置が異なるように見える。 In the head-up display device described in Patent Document 1 below, images are drawn on the three screens 31 to 33, respectively, and the images are reflected by the mirror 4 and projected onto the windshield (FIG. 3 of Patent Document 1). ). Since the screens 31 to 33 have different distances from the mirror 4 that is the projection means, the three virtual images corresponding to the images on the screens 31 to 33 appear to have different positions in the front-rear direction when viewed from the driver.
また、下記の特許文献2に記載されるヘッドアップディスプレイ装置では、2つのスクリーン14,16にそれぞれ映像が描画され、その映像が光学部18の凹面鏡において反射されてフロントガラスに投影される(特許文献2の図1,図5)。このヘッドアップディスプレイ装置においても、スクリーン14,16の映像に対応する2つの虚像は、運転者からみて前後方向の位置が異なるように見える。 In the head-up display device described in Patent Document 2 below, images are drawn on the two screens 14 and 16, respectively, and the images are reflected by the concave mirror of the optical unit 18 and projected onto the windshield (patent). Fig. 1 and Fig. 5 in Literature 2. Also in this head-up display device, the two virtual images corresponding to the images on the screens 14 and 16 appear to have different positions in the front-rear direction when viewed from the driver.
光線の走査によってスクリーンに中間像を結像させる場合、ビーム径が小さいほど解像度が向上するため、通常は、スクリーンに入射する光線を光学系によって集束させる。光学系により光線を集束させるため、ビーム径は光学系からの距離に応じて異なる。スクリーンが1つであれば、そのスクリーンで焦点が合うように(ビーム径が最小となるように)光学系を構成することで、良好な解像度が得られる。ところが、スクリーンが複数の場合、何れか1つのスクリーンに光線の焦点を合わせると、他のスクリーンにおいてビーム径が大きくなる。そのため、上述した特許文献1に記載されるヘッドアップディスプレイ装置では、1つのスクリーンに光線の焦点を合わせた場合、他の2つのスクリーンにおいて解像度が低下する。光線を平行光へ近づけるように光学系を構成すれば、スクリーンの位置によるビーム径の違いは小さくなるが、この方法ではビーム径を十分に絞ることができないため、各スクリーンの解像度が低下する。 When an intermediate image is formed on the screen by scanning the light beam, the resolution is improved as the beam diameter is smaller. Therefore, the light beam incident on the screen is usually focused by an optical system. Since the light beam is focused by the optical system, the beam diameter varies depending on the distance from the optical system. If there is one screen, a good resolution can be obtained by configuring the optical system so that the screen is focused (the beam diameter is minimized). However, in the case where there are a plurality of screens, when the light beam is focused on one of the screens, the beam diameter increases on the other screens. Therefore, in the head-up display device described in Patent Document 1 described above, when the light beam is focused on one screen, the resolution is reduced on the other two screens. If the optical system is configured so that the light beam approaches the parallel light, the difference in the beam diameter depending on the position of the screen is reduced. However, the beam diameter cannot be sufficiently reduced by this method, so the resolution of each screen is lowered.
他方、上述した特許文献2に記載されるヘッドアップディスプレイ装置では、光線の走査を行う焦点変更部86として、凹面鏡88の曲率を変更可能なMEMSミラーが用いられており、2つのスクリーン14,16にそれぞれ焦点を合わせることができる(特許文献2の図5)。しかしながら、MEMSミラーによる凹面鏡の曲率の制御では、複雑な曲率の制御が必要になるため演算負荷が重くなるという問題や、スポット径の小さい光線の焦点を精度よくスクリーンに合わせることが困難であるという問題がある。 On the other hand, in the head-up display device described in Patent Document 2 described above, a MEMS mirror capable of changing the curvature of the concave mirror 88 is used as the focus changing unit 86 for scanning the light beam, and the two screens 14 and 16 are used. (FIG. 5 of Patent Document 2). However, the control of the curvature of the concave mirror by the MEMS mirror requires a complicated control of the curvature, so that the calculation load becomes heavy, and it is difficult to accurately focus the light beam having a small spot diameter on the screen. There's a problem.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成でありながら、中間像が結像される複数のスクリーンの各々に焦点を合わせて光線を入射させることができる表示装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a display capable of focusing light on each of a plurality of screens on which intermediate images are formed while having a simple configuration. To provide an apparatus.
本発明に係る表示装置は、複数のスクリーンにそれぞれ結像される中間像に応じた画像を表示する表示装置であって、複数色の光成分からなる光線を出射する光源と、前記光源からの光線を前記複数のスクリーンの何れか1つに向けて選択的に反射し、当該反射した光線で前記スクリーンを走査するスキャナと、前記スキャナの光線の走査によって前記スクリーンに結像される前記中間像に応じた画像を投影する投影光学系と、前記スキャナから前記複数のスクリーンの各々へ至る光路の全て、又は、前記スキャナから1つの前記スクリーンを除く他のスクリーンの各々へ至る光路の全てに配置され、当該配置された光路上の前記スクリーンにおいて前記スキャナからの光線の焦点を合わせる少なくとも1つのレンズとを備える。前記複数のスクリーンは、前記スキャナからの距離が異なっており、前記複数のスクリーンのそれぞれにおいて、前記スキャナからの光線の焦点が合っている。前記レンズは、前記スキャナからの光線が垂直に入射する入射面と、前記スクリーンへの光線が垂直に出射する出射面とを有する。 A display device according to the present invention is a display device that displays an image according to an intermediate image formed on each of a plurality of screens, and includes a light source that emits light beams composed of light components of a plurality of colors, A scanner that selectively reflects light rays toward any one of the plurality of screens and scans the screen with the reflected light rays, and the intermediate image formed on the screen by scanning the light rays of the scanner A projection optical system for projecting an image corresponding to each of the plurality of optical paths from the scanner to each of the plurality of screens, or all of the optical paths from the scanner to each of the other screens except for the one screen. And at least one lens for focusing the light beam from the scanner on the screen on the arranged optical path. The plurality of screens have different distances from the scanner, and light beams from the scanner are in focus on each of the plurality of screens. The lens has an incident surface on which light rays from the scanner are vertically incident and an emission surface on which light rays to the screen are emitted vertically.
上記の構成によれば、前記スキャナから前記複数のスクリーンの各々へ至る光路の全て、又は、前記スキャナから1つの前記スクリーンを除く他のスクリーンの各々へ至る光路の全てに前記レンズが配置される。前記レンズが配置された光路上の前記スクリーンでは、前記レンズにより、前記スキャナからの光線の焦点が合わせられる。また、前記光路上に前記レンズが配置されない前記1つのスクリーンが存在する場合、その1つのスクリーンにおいては、前記レンズを用いずに前記スキャナからの光線の焦点が合わせられ、その他のスクリーンでは、前記レンズにより前記スキャナからの光線の焦点が合わせられる。従って、レンズを用いる簡易な構成でありながら、前記中間像が結像される前記複数のスクリーンの各々に焦点を合わせて光線を入射させることが可能となる。 According to said structure, the said lens is arrange | positioned in all the optical paths from the said scanner to each of these screens, or all of the optical paths from the said scanner to each of the other screens except one said screen. . In the screen on the optical path where the lens is arranged, the light beam from the scanner is focused by the lens. Further, when there is the one screen on which the lens is not disposed on the optical path, the light beam from the scanner is focused on the one screen without using the lens, A lens focuses the light beam from the scanner. Therefore, while having a simple configuration using a lens, it becomes possible to make a light beam incident on the plurality of screens on which the intermediate images are formed in focus.
また、上記の構成によれば、前記レンズの前記入射面において前記スキャナからの光線が垂直に入射し、前記レンズの前記出射面において、前記スクリーンへの光線が垂直に出射するため、異なる色の光成分における屈折率の違いに起因した色収差が生じ難くなる。 Further, according to the above configuration, the light beam from the scanner is vertically incident on the incident surface of the lens, and the light beam to the screen is vertically emitted on the exit surface of the lens. Chromatic aberration due to the difference in the refractive index of the light component is less likely to occur.
好適に、前記入射面及び前記出射面は、前記スキャナからの光線の出射位置を中心とする球面に沿った形状を持ってよい。
上記の構成によれば、前記レンズが単純な形状を持つため、前記レンズの加工が容易となる。
Preferably, the entrance surface and the exit surface may have a shape along a spherical surface centering on the exit position of the light beam from the scanner.
According to said structure, since the said lens has a simple shape, the process of the said lens becomes easy.
好適に、前記スキャナは、前記光源から入射した光線を反射する反射面であって、姿勢が変化しても位置が変化しない静止点を持つように搖動自在に支持された反射面を有してよい。前記光源は、前記反射面の前記静止点に向けて光線を入射してよい。
上記の構成によれば、前記スキャナからの光線の前記出射位置が前記反射面の前記静止点になるため、前記反射面の姿勢の変化に伴って前記スキャナから前記レンズへ向けて出射される光線の方向が様々に変化しても、前記スキャナからの光線が前記入射面へ精度よく垂直に入射し、前記スクリーンへの光線が前記出射面から精度よく垂直に出射する。
Preferably, the scanner includes a reflecting surface that reflects a light beam incident from the light source and is supported so as to be freely slidable so as to have a stationary point whose position does not change even when the posture changes. Good. The light source may enter a light beam toward the stationary point of the reflecting surface.
According to the above configuration, since the emission position of the light beam from the scanner becomes the stationary point of the reflection surface, the light beam emitted from the scanner toward the lens with a change in the posture of the reflection surface. Even if the direction of the beam changes variously, the light beam from the scanner enters the incident surface perpendicularly with high accuracy, and the light beam to the screen exits perpendicularly with high accuracy from the emission surface.
好適に、前記スキャナから前記1つのスクリーンへ至る光路に前記レンズが配置されいなくてもよい。この場合、前記光源は、前記1つのスクリーンにおいて前記スキャナからの光線の焦点が合うように、前記スキャナへ出射する光線を集束させる光源側光学系を有してよい。
上記の構成によれば、前記光源側光学系によって前記スキャナへ出射する光線が集束させられるため、前記複数のスクリーンの各々における光線のビーム径を小さくなり、前記中間像の解像度が高くなる。
また、前記1つのスクリーンでは、前記光源側光学系により前記スキャナからの光線の焦点が合わせられるため、他のスクリーンの光路上に配置される前記レンズの光学特性とは独立に、前記1つのスクリーンにおいて光線の焦点を合わせることが可能となる。
Preferably, the lens may not be disposed in an optical path from the scanner to the one screen. In this case, the light source may include a light source side optical system that focuses the light emitted to the scanner so that the light from the scanner is focused on the one screen.
According to the above configuration, since the light beam emitted to the scanner is focused by the light source side optical system, the beam diameter of the light beam in each of the plurality of screens is reduced, and the resolution of the intermediate image is increased.
Further, in the one screen, since the light beam from the scanner is focused by the light source side optical system, the one screen is independent of the optical characteristics of the lens arranged on the optical path of the other screen. It is possible to focus the light beam at.
好適に、前記レンズは負の屈折力を持ってよい。この場合、前記レンズが配置された光路上に位置する前記スクリーンは、前記1つのスクリーンに比べて前記反射面から離れた場所に位置してよい。 Preferably, the lens may have a negative refractive power. In this case, the screen positioned on the optical path where the lens is disposed may be positioned farther from the reflecting surface than the one screen.
本発明によれば、簡易な構成でありながら、中間像が結像される複数のスクリーンの各々に焦点を合わせて光線を入射させることができる。 According to the present invention, it is possible to make a light beam incident while focusing on each of a plurality of screens on which an intermediate image is formed with a simple configuration.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る表示装置は、複数のスクリーンに結像させた中間像を投影して画像を表示する装置であり、例えば、運転者から見て前方向の距離が異なる位置に虚像を表示する車両用のヘッドアップディスプレイ装置である。
Hereinafter, a display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The display device according to the present embodiment is a device that displays an image by projecting intermediate images formed on a plurality of screens. For example, a virtual image is displayed at a position where the distance in the forward direction is different from the driver. A head-up display device for a vehicle.
図1は、本実施形態に係る表示装置の構成の一例を示す図である。図2は、本実施形態に係る表示装置の制御に関連する構成の一例を示す図である。図1及び図2の例に示す表示装置は、光源10と、スキャナ20と、2つのスクリーン30a及び30bと、投影光学系40と、レンズ50と、制御部60と、記憶部70を有する。以下の説明では、2つのスクリーン(30a,30b)の各々を区別せずに「スクリーン30」と記す場合がある。 FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a display device according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration related to control of the display device according to the present embodiment. The display device shown in the example of FIGS. 1 and 2 includes a light source 10, a scanner 20, two screens 30a and 30b, a projection optical system 40, a lens 50, a control unit 60, and a storage unit 70. In the following description, each of the two screens (30a, 30b) may be referred to as “screen 30” without distinction.
光源10は、例えばレーザ光源であり、複数色(例えば赤,青,緑)の光成分からなる光線LB1を出射する。図1の例において、光源10は、それぞれ異なる色のレーザ光を発生する複数のレーザー発振器を含んだレーザー部11と、レーザー部11が発生した各色のレーザ光を合成して集束し、平行光に近い光線LB1をスキャナ20へ出射する光源側光学系12とを有する。 The light source 10 is, for example, a laser light source, and emits a light beam LB1 including light components of a plurality of colors (for example, red, blue, and green). In the example of FIG. 1, the light source 10 combines a laser unit 11 including a plurality of laser oscillators that generate laser beams of different colors, and the laser beams of the respective colors generated by the laser unit 11 to converge parallel light. And a light source side optical system 12 that emits a light beam LB1 close to.
レーザー部11は、後述する制御部60の制御に従って、スクリーン30に所望の中間像が得られるように各色のレーザー光の強度を調節する
光源側光学系12は、スキャナ20からスクリーン30aへ入射される光線の焦点がスクリーン30aにおいて合うように、スキャナ20へ出射する光線LB1を集束させる。光源側光学系12は、例えばコリメータレンズ等を含んで構成される。
The laser unit 11 adjusts the intensity of laser light of each color so that a desired intermediate image can be obtained on the screen 30 according to the control of the control unit 60 described later. The light source side optical system 12 is incident on the screen 30a from the scanner 20. The light beam LB1 emitted to the scanner 20 is focused so that the light beam focused on the screen 30a. The light source side optical system 12 includes, for example, a collimator lens.
スキャナ20は、光源10からの光線LB1をスクリーン30a及びスクリーン30bの何れか一方に向けて選択的に反射し、この反射した光線でスクリーン30を走査する。スキャナ20の光線が1つのスクリーン30を走査しているとき、その光線は他のスクリーン30には入射されない。 The scanner 20 selectively reflects the light beam LB1 from the light source 10 toward one of the screen 30a and the screen 30b, and scans the screen 30 with the reflected light beam. When the light beam of the scanner 20 scans one screen 30, the light beam is not incident on the other screen 30.
スキャナ20は、光源10から入射した光線LB1を反射する反射面21を有する。この反射面21は、姿勢が変化しても位置が変化しない静止点Oを持つように揺動自在に支持される。例えば反射面21は、静止点Oで直交する2つの軸のまわりにおいて回動自在に支持される。スキャナ20は、図示しないアクチュエータにより、各軸のまわりで反射面21を回動させ、これにより反射面21の姿勢を変化させる。 The scanner 20 has a reflecting surface 21 that reflects the light beam LB1 incident from the light source 10. The reflecting surface 21 is swingably supported so as to have a stationary point O whose position does not change even when the posture changes. For example, the reflecting surface 21 is supported so as to be rotatable around two axes orthogonal to each other at a stationary point O. The scanner 20 rotates the reflecting surface 21 around each axis by an actuator (not shown), thereby changing the posture of the reflecting surface 21.
光源10は、この反射面21の静止点Oに向かって光線LB1を入射する。これにより、スキャナ20からの光線の出射位置は、反射面21の静止点Oとなる。そのため、反射面21の姿勢の変化により光線の出射方向が変化しても、光線の出射位置は変化しない。 The light source 10 enters the light beam LB1 toward the stationary point O of the reflecting surface 21. Thereby, the emission position of the light beam from the scanner 20 becomes the stationary point O of the reflecting surface 21. Therefore, even if the light emitting direction changes due to the change in the posture of the reflecting surface 21, the light emitting position does not change.
スキャナ20は、例えばガルバノミラーやMEMSミラーなどを含んで構成されており、制御部60の制御に従って反射面21の姿勢を変化させる。 The scanner 20 includes, for example, a galvanometer mirror, a MEMS mirror, and the like, and changes the posture of the reflecting surface 21 under the control of the control unit 60.
スクリーン30a,30bは、それぞれ中間像を結像させるための面であり、例えばスペックル雑音を低減するための拡散板(ディフューザ)を用いて構成される。スクリーン30bは、スクリーン30aに比べて反射面21から離れた場所に位置するとともに、スクリーン30aに比べて投影光学系40の近くに位置する。 Each of the screens 30a and 30b is a surface for forming an intermediate image, and is configured using, for example, a diffusion plate (diffuser) for reducing speckle noise. The screen 30b is located farther from the reflecting surface 21 than the screen 30a, and is located closer to the projection optical system 40 than the screen 30a.
投影光学系40は、スキャナ20の光線の走査によってスクリーン30に結像される中間像に応じた画像を投影する。図1の例において、投影光学系40は凹型の反射ミラーであり、フロントガラス等の投影面7に中間像の光を入射し、運転者5から見て投影面7の反対側に虚像IM1,IM2を投影する。投影光学系40から近い位置にあるスクリーン30bの中間像は、運転者5から近い位置に見える虚像IM1となり、投影光学系40から遠い位置にあるスクリーン30aの中間像は、運転者5から遠い位置に見える虚像IM2となる。 The projection optical system 40 projects an image corresponding to the intermediate image formed on the screen 30 by scanning the light beam of the scanner 20. In the example of FIG. 1, the projection optical system 40 is a concave reflection mirror, and the intermediate image light is incident on the projection surface 7 such as a windshield, and the virtual image IM <b> 1, Project IM2. The intermediate image of the screen 30b at a position close to the projection optical system 40 is a virtual image IM1 that appears at a position close to the driver 5, and the intermediate image of the screen 30a at a position far from the projection optical system 40 is a position far from the driver 5. The virtual image IM2 is visible.
レンズ50は、スキャナ20からスクリーン30bへ至る光路P2に配置されており、スクリーン30bにおいてスキャナ20からの光線の焦点を合わせる働きを持つ。スキャナ20からの光線の焦点は、上述した光源側光学系12により、スクリーン30bに比べてスキャナ20から近い位置にあるスクリーン30aに合わせられている。そのため、レンズ50は、焦点の位置がスキャナ20から遠ざかる方向へずれるように、光線を拡散させる働きを持つ。すなわちレンズ50は、負の屈折力を持つ。 The lens 50 is disposed in the optical path P2 from the scanner 20 to the screen 30b, and has a function of focusing the light beam from the scanner 20 on the screen 30b. The light beam from the scanner 20 is focused on the screen 30a closer to the scanner 20 than the screen 30b by the light source side optical system 12 described above. Therefore, the lens 50 has a function of diffusing light rays so that the focal position is shifted in a direction away from the scanner 20. That is, the lens 50 has a negative refractive power.
図3は、レンズ50の形状を説明するための図である。
本実施形態において、レンズ50は、スキャナ20からの光線が垂直に入射する入射面51と、スクリーン30bへの光線が垂直に出射する出射面52を有する。入射面51と出射面52は、図3において示すように、スキャナ20からの光線の出射位置である反射面21の静止点Oを中心とする球面に沿った形状を持つ。図3の例において、入射面51は、静止点Oを中心とする半径r1の球面に沿った形状を持つ。また、出射面52は、静止点Oを中心とする半径r2(r2>r1)の球面に沿った形状を持つ。レンズ50の厚みtは、「t=r2−r1」となる。このような同心球面凹レンズであるレンズ50は、光線を拡散させる負の屈折力を持っており、「r1」,「r2」を適宜設定することで焦点距離を所望の値にすることができる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the shape of the lens 50.
In the present embodiment, the lens 50 has an incident surface 51 on which the light beam from the scanner 20 enters vertically and an output surface 52 on which the light beam to the screen 30b exits vertically. As shown in FIG. 3, the entrance surface 51 and the exit surface 52 have a shape along a spherical surface centered on the stationary point O of the reflection surface 21, which is the exit position of the light beam from the scanner 20. In the example of FIG. 3, the incident surface 51 has a shape along a spherical surface with a radius r <b> 1 centered on the stationary point O. Further, the emission surface 52 has a shape along a spherical surface with a radius r2 (r2> r1) centered on the stationary point O. The thickness t of the lens 50 is “t = r2−r1”. The lens 50 which is such a concentric spherical concave lens has a negative refractive power for diffusing light rays, and the focal length can be set to a desired value by appropriately setting “r1” and “r2”.
制御部60は、表示装置の全体的な動作の制御を行う装置であり、例えば記憶部70に格納されるプログラムに基づいて処理を実行するコンピュータを含んで構成される。制御部60は、スクリーン30において所望の中間像が得られるように、光源10から出射される光線LB1の各色の光強度の制御と、スキャナ20における光線の走査の制御を行う。 The control unit 60 is a device that controls the overall operation of the display device, and includes, for example, a computer that executes processing based on a program stored in the storage unit 70. The control unit 60 controls the light intensity of each color of the light beam LB1 emitted from the light source 10 and the scanning of the light beam in the scanner 20 so that a desired intermediate image is obtained on the screen 30.
図4は、光源10からスクリーン30a,30bへ至る光路を直線的に表した図である。図4Aはスクリーン30aへの光路P1を示し、図4Bはスクリーン30bへの光路P2を示す。
スクリーン30aへの光路P1には、途中にレンズ50が含まれていないため、スクリーン30へ入射される光線は、光源側光学系12のみの作用によって集束する。そのため、光源側光学系12の特性は、光源側光学系12から距離z1だけ離れたスクリーン30aにおいて光線の焦点が合う(光線のビーム径が最少となる)ように設定される。
FIG. 4 is a diagram linearly representing an optical path from the light source 10 to the screens 30a and 30b. 4A shows the light path P1 to the screen 30a, and FIG. 4B shows the light path P2 to the screen 30b.
Since the optical path P1 to the screen 30a does not include the lens 50 on the way, the light incident on the screen 30 is focused only by the action of the light source side optical system 12. Therefore, the characteristics of the light source side optical system 12 are set so that the light beam is focused on the screen 30a separated from the light source side optical system 12 by the distance z1 (the beam diameter of the light beam is minimized).
図5は、光源側光学系12からの距離と光線のビーム径との関係を説明するための図であり、スポット径が1mmの光線が光源側光学系12(コリメータレンズ)へ入力した場合の計算例を示す。図5における4つの曲線は、ビーム径が最少となる光源側光学系12からの距離(焦点距離)がそれぞれ異なる。この図5から分かるように、ビーム径が最少となる位置から僅かにずれただけで、ビーム径は急激に大きくなる。特に、光源側光学系12から近い位置でビーム径が最少となるように光源側光学系12の特性を設定した場合、この傾向は顕著になる。 FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the distance from the light source side optical system 12 and the beam diameter of the light beam, in the case where a light beam having a spot diameter of 1 mm is input to the light source side optical system 12 (collimator lens). An example of calculation is shown. The four curves in FIG. 5 have different distances (focal lengths) from the light source side optical system 12 where the beam diameter is minimized. As can be seen from FIG. 5, the beam diameter increases abruptly by a slight deviation from the position where the beam diameter is minimized. In particular, when the characteristics of the light source side optical system 12 are set so that the beam diameter is minimized at a position close to the light source side optical system 12, this tendency becomes remarkable.
そこで、図4に示すように、スクリーン30bへの光路P2では、焦点距離のずれによるビーム径の拡大を防ぐため、レンズ50によって焦点距離が更に調整される。すなわち、光源側光学系12によって距離z1の位置に調整された光線の焦点が、スクリーン30bの距離z2(z2>z1)まで遠方へシフトするように、レンズ50の特性が設定される。図4Bにおいて示すように、光源側光学系12の作用で集束する光線がレンズ50において拡散されることで、光線のビーム径はスクリーン30bにおいて最小となる。 Therefore, as shown in FIG. 4, in the optical path P2 to the screen 30b, the focal length is further adjusted by the lens 50 in order to prevent the beam diameter from expanding due to the deviation of the focal length. That is, the characteristics of the lens 50 are set so that the focal point of the light beam adjusted to the position of the distance z1 by the light source side optical system 12 is shifted far away to the distance z2 (z2> z1) of the screen 30b. As shown in FIG. 4B, the light beam focused by the action of the light source side optical system 12 is diffused in the lens 50, so that the beam diameter of the light beam is minimized on the screen 30b.
以上説明したように、本実施形態に係る表示装置によれば、途中にレンズ50が配置される光路P2上のスクリーン30bでは、そのレンズ50により、スキャナ20からの光線の焦点が合わせられる。また、途中にレンズ50が配置されない光路P1上のスクリーン30aでは、他の光学系、すなわち光源側光学系12により、スキャナ20からの光線の焦点が合わせられる。従って、レンズ50を用いる簡易な構成でありながら、2つのスクリーン30a,30bの各々に焦点を合わせて光線を入射させることができる。これにより、2つのスクリーン30a,30bにおいて結像される中間像の解像度を共に高めることができるため、画質を向上できる。 As described above, according to the display device according to the present embodiment, the light beam from the scanner 20 is focused by the lens 50 on the screen 30b on the optical path P2 in which the lens 50 is disposed. Further, on the screen 30a on the optical path P1 where the lens 50 is not disposed in the middle, the light beam from the scanner 20 is focused by another optical system, that is, the light source side optical system 12. Therefore, although it is a simple structure using the lens 50, a light beam can be made to focus on each of the two screens 30a and 30b. Thereby, since the resolution of the intermediate image formed on the two screens 30a and 30b can be increased, the image quality can be improved.
また、本実施形態に係る表示装置によれば、レンズ50の入射面51においてスキャナ20からの光線が垂直に入射し、レンズ50の出射面においてスクリーン30bへの光線が垂直に出射することにより、スクリーン30bに結像される中間像に色収差を生じ難くすることができるため、画質を向上できる。 Further, according to the display device according to the present embodiment, the light beam from the scanner 20 is vertically incident on the incident surface 51 of the lens 50, and the light beam to the screen 30b is vertically emitted on the exit surface of the lens 50. Since the chromatic aberration can be made difficult to occur in the intermediate image formed on the screen 30b, the image quality can be improved.
更に、本実施形態に係る表示装置によれば、レンズ50の入射面51と出射面52が、スキャナ20からの光線の出射位置を中心とする球面に沿った形状に形成されており、形状が単純であるため、レンズ50を簡易な工程で精度よく加工することができる。 Furthermore, according to the display device according to the present embodiment, the entrance surface 51 and the exit surface 52 of the lens 50 are formed in a shape along a spherical surface centering on the exit position of the light beam from the scanner 20. Since it is simple, the lens 50 can be accurately processed by a simple process.
しかも、本実施形態に係る表示装置によれば、光源10から反射面21の静止点Oに向けて光線が入射されることから、スキャナ20からの光線の出射位置は、反射面21の静止点Oになる。これにより、反射面21の姿勢の変化に伴ってスキャナ20からレンズ50に向けて出射される光線の方向が様々に変化しても、スキャナ20からの光線が入射面51へ精度よく垂直に入射し、スクリーン30bへの光線が入射面51から精度よく垂直に出射する。従って、スクリーン30bの広い範囲で色収差の影響を生じ難くすることができる。 In addition, according to the display device according to the present embodiment, the light beam is incident from the light source 10 toward the stationary point O of the reflecting surface 21, and therefore the emission position of the light beam from the scanner 20 is the stationary point of the reflecting surface 21. Become O. As a result, even if the direction of the light beam emitted from the scanner 20 toward the lens 50 changes in accordance with the change in the posture of the reflecting surface 21, the light beam from the scanner 20 enters the incident surface 51 with high accuracy and perpendicularly. Then, the light beam to the screen 30b is emitted vertically from the incident surface 51 with high accuracy. Therefore, the influence of chromatic aberration can be made difficult to occur over a wide range of the screen 30b.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Various modifications are included.
例えば、上述した実施形態ではスクリーン30が2つの場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、中間像を結像させるスクリーンが3以上であってもよい。例えばN個(Nは3以上の整数を示す。)のスクリーンにおいて中間像を結像させる場合、スキャナからの距離が最も短い1つのスクリーンを除く他のスクリーン(N−1個のスクリーン)へ至る光路の全てに、スキャナからの光線の焦点を合わせるためのレンズを設けてもよい。 For example, in the embodiment described above, the case where there are two screens 30 is taken as an example, but the present invention is not limited to this. In another embodiment of the present invention, the number of screens on which the intermediate image is formed may be three or more. For example, when an intermediate image is formed on N (N is an integer of 3 or more) screens, other screens (N-1 screens) except for one screen having the shortest distance from the scanner are reached. A lens for focusing the light beam from the scanner may be provided in all the optical paths.
また、上述した実施形態では、複数のスクリーンにおける1つのスクリーンについてはレンズ50を設けていないが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、スキャナから複数のスクリーンの各々へ至る光路の全て(図1の例では光路P1とP2の両方)に、各スクリーンで光線の焦点を合わせるためのレンズを配置してもよい。 In the above-described embodiment, the lens 50 is not provided for one of the plurality of screens, but the present invention is not limited to this. In another embodiment of the present invention, a lens for focusing the light beam on each screen is disposed in all the optical paths from the scanner to each of the plurality of screens (both optical paths P1 and P2 in the example of FIG. 1). May be.
5…運転者、7…投影面、10…光源、11…レーザー部、12…光源側光学系、20…スキャナ、21…反射面、30,30a,30b…スクリーン、40…投影光学系、50…レンズ、51…入射面、52…出射面、60…制御部、70…記憶部、LB…光線、O…静止点、IM1,IM2…虚像。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Driver, 7 ... Projection surface, 10 ... Light source, 11 ... Laser part, 12 ... Light source side optical system, 20 ... Scanner, 21 ... Reflective surface, 30, 30a, 30b ... Screen, 40 ... Projection optical system, 50 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Lens, 51 ... Incident surface, 52 ... Output surface, 60 ... Control part, 70 ... Memory | storage part, LB ... Light ray, O ... Rest point, IM1, IM2 ... Virtual image.
Claims (5)
複数色の光成分からなる光線を出射する光源と、
前記光源からの光線を前記複数のスクリーンの何れか1つに向けて選択的に反射し、当該反射した光線で前記スクリーンを走査するスキャナと、
前記スキャナの光線の走査によって前記スクリーンに結像される前記中間像に応じた画像を投影する投影光学系と、
前記スキャナから前記複数のスクリーンの各々へ至る光路の全て、又は、前記スキャナから1つの前記スクリーンを除く他のスクリーンの各々へ至る光路の全てに配置され、当該配置された光路上の前記スクリーンにおいて前記スキャナからの光線の焦点を合わせる少なくとも1つのレンズとを備え、
前記複数のスクリーンは、前記スキャナからの距離が異なっており、
前記複数のスクリーンのそれぞれにおいて前記スキャナからの光線の焦点が合っており、
前記レンズは、
前記スキャナからの光線が垂直に入射する入射面と、
前記スクリーンへの光線が垂直に出射する出射面とを有する
ことを特徴とする表示装置。 A display device that displays an image corresponding to an intermediate image formed on each of a plurality of screens,
A light source that emits light beams composed of light components of a plurality of colors;
A scanner that selectively reflects light from the light source toward any one of the plurality of screens and scans the screen with the reflected light;
A projection optical system for projecting an image corresponding to the intermediate image formed on the screen by scanning light beams of the scanner;
In all of the optical paths from the scanner to each of the plurality of screens, or in all of the optical paths from the scanner to each of the other screens except for the one screen, And at least one lens for focusing the light beam from the scanner,
The plurality of screens have different distances from the scanner,
The rays from the scanner are in focus on each of the plurality of screens;
The lens is
An incident surface on which light rays from the scanner are perpendicularly incident;
A display device comprising: an exit surface through which light rays to the screen exit vertically.
ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 The display device according to claim 1, wherein the incident surface and the emission surface have a shape along a spherical surface centering on an emission position of a light beam from the scanner.
前記光源は、前記反射面の前記静止点に向けて光線を入射する
ことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。 The scanner has a reflecting surface that reflects light incident from the light source and is slidably supported so as to have a stationary point whose position does not change even if the posture changes.
The display device according to claim 2, wherein the light source enters a light beam toward the stationary point of the reflecting surface.
前記光源は、前記1つのスクリーンにおいて前記スキャナからの光線の焦点が合うように、前記スキャナへ出射する光線を集束させる光源側光学系を有する
ことを特徴とする請求項3に記載の表示装置。 The lens is not arranged in the optical path from the scanner to the one screen,
The display device according to claim 3, wherein the light source has a light source side optical system that focuses light emitted to the scanner so that the light from the scanner is focused on the one screen.
前記レンズが配置された光路上に位置する前記スクリーンは、前記1つのスクリーンに比べて前記反射面から離れた場所に位置する
ことを特徴とする請求項4に記載の表示装置。 The lens has negative refractive power,
The display device according to claim 4, wherein the screen positioned on the optical path in which the lens is disposed is positioned farther from the reflecting surface than the one screen.
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