JP6492966B2 - 光源ユニット、画像表示装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明に係る画像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1に示すように、画像表示装置であるヘッドアップディスプレイ(以下「HUD(Head Up Display)」という。)1は、光源ユニット10と、走査光学系20と、観察光学系30と、を有する。
HUD1は、自動車や航空機、船舶等の移動体に搭載される。以下、本実施形態では、HUD1が移動体の一例である自動車に装備された場合について説明する。
図2に示すように、HUD1は、ハードウェア構成として、FPGA(field-programmable gate array)600、CPU(Central Processing Unit)602を有する。また、HUD1は、ROM(Read Only Memory)604、RAM(Random Access Memory)606、I/F(Interface)608、バスライン610を有する。また、HUD1は、LD(Laser Diode)ドライバ6111、MEMSコントローラ615を有する。
図3に示すように、HUD1は、機能構成として、車両情報入力部800、外部情報入力部802、画像生成部804、画像表示部806という機能ブロックを有する。車両情報入力部800には、CAN等から速度、走行距離等の車両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例えばGPS(Global Positioning System)からの位置情報など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および外部情報入力部802から入力される情報に基づいて、画像を生成する制御を実行する。画像表示部806は、光源ユニット10および走査光学系20の動作を制御する制御部8060を備えている。制御部8060の制御により、HUD1では、フロントウインドシールド50に画像光が投射される。以上の機能ブロックの動作によって、HUD1では、利用者3の視点において虚像2が視認できる状態になる。
HUD1が備える光源ユニット10について説明する。上述のように、光源ユニット10は、本発明に係る光源ユニットの一実施の形態である。
光源ユニット10は、互いに異なる波長(色)のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ素子を有している。半導体レーザ素子は、発する波長ごとに、赤色光を出射する第1レーザ素子111Rと、緑色光を出射する第2レーザ素子111Gと、青色光を出射する第3レーザ素子111Bが設けられている。以下の説明において、第1レーザ素子111R、第2レーザ素子111G、第3レーザ素子111Bを発光部ともいう。
光源ユニット10は、各レーザ素子から出射されたレーザ光の発散性を抑止する第1カップリングレンズ112Rと、第2カップリングレンズ112Gと、第3カップリングレンズ112Bと、を有する。本実施の形態において、第1カップリングレンズ112R、第2カップリングレンズ112G、第3カップリングレンズ112Bは、焦点距離がいずれも8mmのレンズを用いている。
光源ユニット10は、光ビームを通過させる開口により各カップリングレンズからの各レーザ光の光束径を規制して整形する第1アパーチャ113Rと、第2アパーチャ113Gと、第3アパーチャ113Bとを有する。第1アパーチャ113R、第2アパーチャ113G、第3アパーチャ113Bは、楕円形状の開口を備え、それぞれ垂直方向と水平方向の開口径が下記の値である。
第2アパーチャ113G:1.6mm×3.0mm
第3アパーチャ113B:1.5mm×2.6mm
光源ユニット10は、第2アパーチャ113Gにより整形された緑色光と第3アパーチャ113Bにより整形された青色光のレーザ光束を合成する合成素子115Gを有する。また、光源ユニット10は、合成素子115Gにより合成された光ビームと第1アパーチャ113Rにより整形された赤色光のレーザ光束を合成する合成素子115Rを有する。合成素子115Gと合成素子115Rは、プレート状或いはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じて光束を反射または透過して1つの光として画像表示用ビームに合成する光路合成部である。
光源ユニット10は、合成素子115Rにより合成された画像表示用ビームを、後述する光偏向器21に向かって出射する集光レンズ116を有する。集光レンズ116は、例えば出射側に凹面を向けて発光部側に凸面を向けているメニスカスレンズである。つまり、集光レンズ116は、入射面と出射面の両面が発光部に向かって凸面である。
図5に示すように、光偏向器21は、半導体プロセスにて製造されるMEMSミラーである微小ミラー210を備えている。なお、図6において、光偏向器21の長手方向の軸をx軸、短手方向の軸をy軸、x軸とy軸に直行し光偏向器21で反射された光の進行方向をz軸とする。図5におけるx軸、y軸、z軸は、図1において示したX軸方向、Y軸方向、Z軸方向とは異なる。
図6に示すとおり、HUD1は、光源ユニット10から出射された光を用いて虚像2を形成するための走査光学系と観察光学系として、光偏向器21と、中間スクリーンである被走査面素子23と、凹面ミラー31と、コンバイナ32とを有している。なお、図6は一部の光学素子の図示を省略している。
以上説明したHUD1の光源ユニット10の各発光色に対応する構成要素について、面番号ごとの曲率半径Rと面間隔Dと屈折率Nの数値実施例を表1に示す。表1において、第1レーザ素子111RをLD:R、第2レーザ素子111GをLD:G、第3レーザ素子111BをLD:Bとして示す。
以上説明したように、光源ユニット10を搭載したHUD1によれば、光の波長に対応してアパーチャの開口径が異なるため、ビームウェスト径を小径化でき、かつビーム間偏差を小さくできるため、高画質化しつつ装置構成を小型化することができる。
本発明に係る光源ユニットの別の実施形態について、先に説明した実施形態の光源ユニット10との相違点を中心に説明する。
以上説明したように、光源ユニット11によれば、ビームウェスト径をさらに小径化できるため、光源ユニット11を搭載するHUD1の解像度を高くすることができる。
以上説明した光源ユニット11の各発光色に対応する構成要素について、面番号ごとの曲率半径Rと面間隔Dと屈折率Nの数値実施例を表1に示す。表1において、第1レーザ素子111RをLD:R、第2レーザ素子111GをLD:G、第3レーザ素子111BをLD:Bとして示す。
本発明に係る画像表示装置の別の実施形態であるHUD100について、先に説明した実施形態のHUD1との相違点を中心に説明する。
2 :虚像
3 :利用者
10 :光源ユニット
11 :光源ユニット
20 :走査光学系
21 :光偏向器
22 :走査ミラー
23 :被走査面素子
30 :観察光学系
31 :凹面ミラー
32 :コンバイナ
50 :フロントウインドシールド
100 :HUD
101 :画像表示用ビーム
102 :走査用ビーム
111R :第1レーザ素子
111G :第2レーザ素子
111B :第3レーザ素子
112R :第1カップリングレンズ
112G :第2カップリングレンズ
112B :第3カップリングレンズ
113R :第1アパーチャ
113G :第2アパーチャ
113B :第3アパーチャ
115G :合成素子
115R :合成素子
116 :集光レンズ
117 :集光レンズ
152 :蛇行状梁部
152a :第1梁部
152b :第2梁部
154 :枠部材
156 :圧電部材
210 :微小ミラー
600 :FPGA
602 :CPU
604 :ROM
606 :RAM
608 :I/F
610 :バスライン
615 :MEMSコントローラ
800 :車両情報入力部
802 :外部情報入力部
804 :画像生成部
806 :画像表示部
6111 :LDドライバ
8060 :制御部
Claims (12)
- 光により画像を形成する画像表示装置に搭載され、前記光を走査する走査光学系に光を照射する光源ユニットであり、
それぞれ波長の異なる光を発する複数の発光部と、
複数の前記発光部のそれぞれに対応して設けられていて、前記発光部からの前記光を通過させる複数のカップリングレンズと、
複数の前記カップリングレンズのそれぞれに対応して設けられていて、複数の前記発光部が発する前記光の波長に対応して開口径が異なり前記カップリングレンズからの前記光を通過させる複数のアパーチャと、
を有し、
前記アパーチャは、通過する前記光の波長が長いものの前記開口径が大きく設定されている、
光源ユニット。 - 前記アパーチャは、通過する前記光の波長が長いものの前記開口における垂直方向または水平方向のいずれか一方が大きく設定されている、
請求項1記載の光源ユニット。 - 光により画像を形成する画像表示装置に搭載され、前記光を走査する走査光学系に光を照射する光源ユニットであり、
それぞれ波長の異なる光を発する複数の発光部と、
複数の前記発光部のそれぞれに対応して設けられていて、前記発光部からの前記光を通過させる複数のカップリングレンズと、
複数の前記カップリングレンズのそれぞれに対応して設けられていて、複数の前記発光部が発する前記光の波長に対応して開口径が異なり前記カップリングレンズからの前記光を通過させる複数のアパーチャと、
を有し、
複数の前記カップリングレンズは、それぞれ焦点距離が同一である、光源ユニット。 - 前記カップリングレンズは、複数の前記発光部が発する前記光の波長に対応して前記光の収束状態を異ならせる、
請求項1乃至3のいずれかに記載の光源ユニット。 - 前記複数のアパーチャからの前記光を合成する光路合成部と、
前記光路合成部からの光を集光させる集光レンズと、
を有する請求項1乃至4のいずれかに記載の光源ユニット。 - 前記集光レンズは、前記発光部側のレンズ面が凸面である、
請求項5記載の光源ユニット。 - 光を照射する光源ユニットと、
反射面を有し、前記反射面に入射した前記光の向きを変化させて被走査面素子に中間画像を形成させる走査光学系と、
前記中間画像を虚像として表示させる観察光学系と、
を有する、画像表示装置であり、
前記光源ユニットは、請求項1乃至6のいずれかに記載の光源ユニットである、画像表示装置。 - 前記被走査面素子は、少なくとも主走査方向について湾曲している、
請求項7記載の画像表示装置。 - 前記画像表示装置は、車両に搭載される、
請求項7または8に記載の画像表示装置。 - 光を照射する光源ユニットと、
反射面を有し、前記反射面に入射した前記光の向きを変化させてスクリーン上に画像を形成させる走査光学系と、
を有する、画像表示装置であり、
前記光源ユニットは、請求項1乃至6のいずれかに記載の光源ユニットである、画像表示装置。 - 光を照射する光源ユニットと、
反射面を有し、前記反射面に入射した前記光の向きを変化させて被走査面素子に中間画像を形成させる走査光学系と、
前記中間画像を虚像として表示させる観察光学系と、
を有する、画像表示装置であり、
前記光源ユニットは、
それぞれ波長の異なる光を発する複数の発光部と、
複数の前記発光部のそれぞれに対応して設けられていて、前記発光部からの前記光を通過させる複数のカップリングレンズと、
複数の前記カップリングレンズのそれぞれに対応して設けられていて、複数の前記発光部が発する前記光の波長に対応して開口径が異なり前記カップリングレンズからの前記光を通過させる複数のアパーチャと、
を有し、
前記被走査面素子は、少なくとも主走査方向について湾曲している、
画像表示装置。 - 画像表示装置は、車両に搭載される、
請求項11記載の画像表示装置。
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