JP6781930B2 - 光走査装置、投影装置及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置、投影装置及び表示装置に関する。

表示装置及び投影装置として、例えば、プロジェクタや、自動車、航空機、船舶などの移動体に搭載され、操縦者が少ない視線移動で警報又は情報を視認することが可能になるヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」という。）が知られている。

特許文献１には、中間像を形成するスクリーンを湾曲させたヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。

ところで、表示装置及び投影装置は、小さいほど設置の自由度が増す。特に、移動体に搭載されるＨＵＤにおいては、移動体の内部空間を有効活用するために小型化が望まれている。

本発明は、投影装置や表示装置の小型化に好適な光走査装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源と、光源から射出される光束を走査領域に向かって、第一の方向及び前記第一の方向と直交する第二の方向とからなる二次元に偏向走査する走査部材と、光源から射出される光束を走査部材へと入射する入射光学系と、を有し、走査領域は、第一の領域と、前記第一の領域の周囲に前記第一の領域を囲んで配置された第二の領域とを有し、前記第一の領域は画像領域、前記第二の領域は非画像領域であり、前記入射光学系は、前記走査部材側から前記走査領域を観察すると、前記第一の領域と重複せず、かつ、入射光学系の少なくとも一部は、走査部材側から走査領域を観察すると、第一の方向に平行な線分で走査領域を二分した一方の側の記第二の領域と重複して配置されていることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、投影装置や表示装置の小型化に好適な光走査装置を実現できる。

本発明に係る表示装置の実施形態を示す構成図である。 上記表示装置が備える光源部の構成を示す光学配置図である。 本発明に係る表示装置の他の実施形態を示す構成図である。 上記光源部からの光束が、上記表示装置が備える光偏向器により走査されて走査領域に中間像を形成する様子を示す光路図である。 上記走査領域を主走査方向および副走査方向に垂直な方向から見た図である。 上記走査領域における像形成領域と非像形成領域を示す図である。 上記非像形成領域内に配置された検知領域と非検知領域の配置関係を示す図である。 上記検知領域と上記検知領域に配置された検知部を示す図である。 上記非像形成領域における、光量測定領域を示す図である。 上記走査領域と上記光源部が備えるレンズの位置関係を示す図である。 本発明に係る表示装置における、上記光偏向器へ入射する光束が走査領域に至る様子を示す光路図である。 従来の表示装置における、従来の表示装置が備える光偏向器へ入射する光束が走査領域に至る様子を示す光路図である。 本発明に係る表示装置の、他の実施形態における走査領域の様子を示す図である。 本発明に係る表示装置の、さらに他の実施形態における走査領域の様子を示す図である。 本発明に係る表示装置の、さらに他の実施形態における光源部の構成を示す光学配置図である。

●表示装置（１）●
以下、本発明に係る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。まず、本発明に係る表示装置の実施形態であるＨＵＤ１について説明する。

●表示装置の概要●
図１に示すように、ＨＵＤ１は、自動車や航空機、船舶などの移動体に搭載される装置である。ＨＵＤ１は、当該移動体の操縦者の視界内に情報を表示する。この「情報」とは、例えば、当該移動体の移動に関連する情報や当該移動体の動作に関連する情報等である。また、移動体の動作状態を報知する警報なども含まれる。

ＨＵＤ１は、後述する像形成部に中間像を形成し、操縦者の視界に投射することで、中間像に対応する虚像２を視認させる装置である。

●表示装置の構成
図１に示すように、ＨＵＤ１は、入射光学系の例である光源部１００と、走査光学系２００と、観察光学系３００と、を備えている。本実施形態では、ＨＵＤ１を自動車に搭載した場合を例に用いて説明する。

●光源部１００の概要
光源部１００は、虚像２の元になる中間像の形成に用いる光束を出射する。虚像２をカラー画像にするのであれば、光源部１００からはカラー画像に必要な光の三原色に相当する光束が出射される。

●走査光学系２００の概要
走査光学系２００は、光源部１００から出射された光束に基づいて、像形成部２２に中間像を形成する。

●観察光学系３００の構成
観察光学系３００は、凹面ミラー３１と、光コンバイナ３２と、を有してなる。

走査光学系２００において形成された中間像は、観察光学系３００の反射光学素子である凹面ミラー３１において拡大されて投射される。拡大投射された中間像は、観察光学系３００の一部を構成する光コンバイナ３２において観察者３に向けて反射される。

本実施形態では、光コンバイナ３２としてフロントウインドシールド５０、いわゆるフロントガラスを用いている。または、専用の光コンバイナ３２を観察者３の視界内に配置してもよい。

光コンバイナ３２において拡大投射された中間像が反射されると、観察者３の視覚には、光コンバイナ３２の物理的な位置とは異なる位置（観察者３から離れる方向の位置）に虚像２が現れる。すでに説明したとおり、虚像２において観察者３に認知される情報は、例えば自動車の運転に関連する情報であって、具体的には、自動車の速度や走行距離、行き先表示等のナビゲーション情報等である。

一般的に中間像が投射される光コンバイナ３２としてのフロントウインドシールド５０は、平面ではない。したがって、投射された中間像に係る光束は平面ではない面に投射されることになる。

すなわち、現れる虚像２は、フロントウインドシールド５０の形状に即して歪む。そこで、この歪みを補正するために、単一の凹面ミラー３１の形状は工夫されている。例えば、凹面ミラー３１は、中間像の水平線が上または下に凸形状になる光学歪み要素を補正するような反射面を有している。凹面ミラー３１は、反射面によって虚像２の歪みが補正される位置に配置される。

凹面ミラー３１と光コンバイナ３２によって、観察者３は、中間像を視野内の広い領域に虚像２として視認する。これによって、観察者３が頭を少々動かしたり、視点を動かしたりしても虚像２を確実に視認できる。

なお、観察者３の視点は、単に基準となる視点位置、すなわち基準アイポイントを示している。観察者３の視点範囲は、自動車の運転者アイレンジ（ＪＩＳ Ｄ００２１）と同等かそれ以下である。

ここで、本発明に係る実施形態の説明に共通して用いる３次元直交座標系を説明する。図１に示すように、観察者３の視野方向である移動体の前進方向をＺ軸とする。この場合、虚像２から観察者３へ向かう方向、すなわち移動体の後退方向を＋Ｚ方向とし、観察者３の視線方向、すなわち移動体の前進方向を−Ｚ方向とする。観察者３の視野の左右方向をＸ方向とする。この場合、観察者３の右方向、すなわち紙面奥方向を＋Ｘ方向とし、観察者３の左方向、すなわち紙面手前方向を−Ｘ方向、とする。また観察者３の視野の上下方向をＹ方向とする。観察者３の上方向を＋Ｙ方向とし、観察者３の下方向を−Ｙ方向とする。

以上をまとめて言い換えると、本発明に係る実施形態の説明に用いる移動体を自動車とした場合に、自動車の幅方向をＸ方向、自動車の高さ方向をＹ方向、自動車の長さ方向をＺ方向とする。観察者３からみて左手方向が−Ｘ方向であって、右手方向が＋Ｘ方向である。観察者３からみて上方向が＋Ｙ方向である。自動車の後退方向が＋Ｚ方向であって、進行方向が−Ｚ方向である。

●光源部１００の構成
次に、光源部１００の詳細な構成について図２を用いて説明する。光源部１００は、カラーの中間像を形成するために用いられる像形成用ビーム１０１を出射する。像形成用ビーム１０１は、赤（以下「Ｒ」と表示する。）、緑（以下「Ｇ」と表示する。）、青（以下「Ｂ」と表示する。）の３色のビームを１本に合成した光ビームである。

光源部１００は、光源素子として、各色のレーザー光を出射する半導体レーザー素子を備えている。各色に対応する半導体レーザー素子を、第１レーザー素子１１０、第２レーザー素子１２０、第３レーザー素子１３０、とする。

また、光源部１００は、各レーザー素子から出射されるレーザー光の発散性を抑止するカップリングレンズを備えている。各色のレーザー光に対応するカップリングレンズを、第１カップリングレンズ１１１、第２カップリングレンズ１２１、第３カップリングレンズ１３１、とする。

また、光源部１００は、各カップリングレンズからの各レーザー光の光束径を規制して整形するアパーチャを備えている。各レーザー光に対応するアパーチャを、第１アパーチャ１１２、第２アパーチャ１２２、第３アパーチャ１３２、とする。

また、光源部１００は、整形された各色のレーザー光束を合成して像形成用ビーム１０１を出射するビーム合成プリズム１４０と、レンズ１５０と、を有する。

第１レーザー素子１１０は、赤色の像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第２レーザー素子１２０は、緑色の像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。第３レーザー素子１３０は、青色の像を形成するレーザー光を出射するレーザー素子である。

第１レーザー素子１１０から出射されるレーザー光束の波長λＲは、例えば６４０ｎｍである。第２レーザー素子１２０から出射されるレーザー光束の波長λＧは、例えば５３０ｎｍである。第３レーザー素子１３０から出射されるレーザー光束の波長λＢは、例えば４４５ｎｍである。

ビーム合成プリズム１４０は、赤色のレーザー光を透過させて緑色のレーザー光を反射する第１ダイクロイック膜１４１と、赤色と緑色のレーザー光を透過させて青色のレーザー光を反射する第２ダイクロイック膜１４２と、を有する。

第１レーザー素子１１０から出射される赤色レーザー光は、第１カップリングレンズ１１１と第１アパーチャ１１２を介してビーム合成プリズム１４０に入射する。ビーム合成プリズム１４０に入射する赤色レーザー光は、第１ダイクロイック膜１４１を通過して直進する。

第２レーザー素子１２０から出射される緑色レーザー光は、第２カップリングレンズ１２１と第２アパーチャ１２２を介してビーム合成プリズム１４０に入射する。ビーム合成プリズム１４０に入射する緑色レーザー光は、第１ダイクロイック膜１４１で反射されて赤色レーザー光と同方向、すなわち第２ダイクロイック膜１４２の方向へ導光される。

第３レーザー素子１３０から出射される青色レーザー光は、第３カップリングレンズ１３１と第３アパーチャ１３２を介してビーム合成プリズム１４０に入射する。ビーム合成プリズム１４０に入射する青色レーザー光は、第２ダイクロイック膜１４２において赤色レーザー光及び緑色レーザー光と同方向に反射される。

各アパーチャには、光束の発散角等に応じて、円形、楕円形、長方形、正方形等の様々な形状のものを用いればよい。

以上のように、第２ダイクロイック膜１４２を通過する赤色レーザー光及び緑色レーザー光と、第２ダイクロイック膜１４２で反射される青色レーザー光がビーム合成プリズム１４０から出射される。したがって、ビーム合成プリズム１４０から出射されるレーザー光は、赤色レーザー光と緑色レーザー光と青色レーザー光が１本のレーザー光束として合成されたものである。

ビーム合成プリズム１４０から出射されるレーザー光は、レンズ１５０によって所定の光束径に変換される。この所定の光束径に変換されたレーザー光が、像形成用ビーム１０１である。なお、レンズ１５０は、後述する光偏向器２０に向かって凹面をなすメニスカスレンズである。

また、光源部１００は図１４に示した構成であってもよい。図１４に示した光源部１００では、第１レーザー素子１１０から射出されるレーザー光をミラー１６０で反射させ、ビーム合成プリズム１６１により、第２レーザー素子１２０から射出されるレーザー光と合成する。ビーム合成プリズム１６１から射出される合成ビームは、第３レーザー素子１３０から射出されるレーザー光とビーム合成プリズム１６２で合成される。したがって、ビーム合成プリズム１６２から射出されるレーザー光は、赤色レーザー光と緑色レーザー光と青色レーザー光とが１本のレーザー光束として合成されたものである。なお、第１レーザー素子１１０は青色、第２レーザー素子１２０は緑色、第３レーザー素子１３０は赤色でもよい。

像形成用ビーム１０１を構成するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色レーザー光束は、表示対象である「二次元のカラー画像」に係る画像信号に応じて、または、当該画像情報を示す画像データに応じて強度変調される。このレーザー光束の強度変調は、各色の半導体レーザーを直接変調する方式、すなわち直接変調方式でも良いし、各色の半導体レーザーから出射されたレーザー光束を変調する方式、すなわち外部変調方式でも良い。すなわち、各半導体レーザー素子は、それぞれを駆動する駆動手段によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の画像信号により発光強度を変調された各色のレーザー光を出射する。

なお、光源部１００としてレーザー素子を用いて説明したが、レーザー素子に代えてＬＥＤ素子を用いてもよい。

光源部１００は、図１では光軸がＸ軸に略平行となる位置に設置されていたが、これに限られるものではない。図３のように、光軸がＹ軸に略平行となる位置でもよいし、いずれの軸とも異なる方向に設置されていてもよい。光源部１００の設置位置に応じて、走査光学系２００及び観察光学系３００の各部品の位置や角度は異なる。

●走査光学系２００の構成
図４に示すように、走査光学系２００は、走査部材の例である光偏向器２０と、カバーガラス２１と、像形成部２２と、を有してなる。

●光偏向器２０の概要
光偏向器２０は、光源部１００から出射される像形成用ビーム１０１を偏向走査し、像形成部２２上を二次元偏向走査する像形成素子である。光偏向器２０は、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーである。ＭＥＭＳミラーは、ミラー面を主走査方向、副走査方向に揺動して二次元走査を行う。

光偏向器２０として用いることができる像形成素子は、上記の例に限るものではない。例えば、光偏向器２０は、微小なミラーの集合体で構成され、各微小ミラーが互いに直交する二軸を用いて揺動するように構成された微小揺動ミラー素子（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ，Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）であってもよい。また、光偏向器２０として用いる像形成素子として、透過型液晶パネルを含む透過液晶型素子や、反射型液晶パネルを含む液晶デバイスである反射液晶型素子などを用いてもよい。

光偏向器２０において像形成用ビーム１０１が二次元的に偏向されると、偏向されたビームはカバーガラス２１を透過し、走査用ビーム１０２として像形成部２２に入射する。

走査用ビーム１０２は、像形成部２２上において主走査方向と副走査方向に走査される。すなわち、光偏向器２０は走査用ビーム１０２を二軸偏向しており、主走査方向に関しては正弦波振動を、副走査方向に関しては鋸波振動をすることで、像形成部２２を二次元的に偏向走査する。

●像形成部２２の概要
走査用ビーム１０２により像形成部２２を二次元偏向走査することで、中間像が形成される。なお、ここで作成された中間像は、カラーの二次元像である。本実施形態では、カラー画像を前提として説明するが、像形成部２２においてモノクロの中間像を作成するものでもよい。

なお、走査用ビーム１０２による二次元偏向走査の各瞬間において、像形成部２２に形成される中間像は「走査用ビーム１０２が、その瞬間に照射している画素のみ」である。したがって、上記の「カラーの二次元像」は、走査用ビーム１０２の二次元的な走査によって「各瞬間に表示される画素の集合」として作成される。

●像形成部２２の構成
像形成部２２は、微細な凸レンズが二次元的に配列されているマイクロレンズアレイであって、この微細凸レンズに入射した走査用ビーム１０２が出射面から拡散して出射される。像形成部２２の走査は、例えば、主走査方向は高速で走査されて、副走査方向は低速で走査されるラスタースキャンである。走査された像形成部２２から出射される拡散光によって中間像が形成される。すなわち、中間像は、像形成部２２の出射面側（観察光学系３００側）に現れる。

図５に示すように、像形成部２２の表面が属する面上において、光偏向器２０が偏光走査することで走査用ビーム１０２が物理的に照射されうる領域を走査領域Ｇ１と定義する。

図６を用いて、本実施例における走査領域Ｇ１を２次元走査する際の走査方向について説明する。

図６において、光偏向器２０は、走査領域Ｇ１の垂直方向について、走査部材側から見て下側から上側に向かって走査する。また、光偏向器２０は、走査領域Ｇ１の水平方向について、奇数本目の水平走査は走査領域Ｇ１の左端から右端に向かって走査し、偶数本目の水平走査は直前の水平走査が終了した位置である走査領域Ｇ１右端から左端に向かって走査する２次元走査を行う。つまり、１つの中間像を形成するための２次元走査は、図６において右側最下端から走査が開始され、右上最上端で走査が終了する。以降の説明において走査領域Ｇ１上における水平走査の方向（主走査方向）をＭ軸、垂直走査の方向（副走査方向）をＳ軸とする。また、水平走査方向について奇数本目の水平走査において走査開始側から走査終了端側へ向かう方向を＋Ｍ方向とし、垂直走査方向について走査開始側から走査終了端側へ向かう方向を＋Ｓ方向とする。

なお、像形成部２２として用いる光学素子は、上記の例に限ることはなく、透過スクリーン、拡散板、反射スクリーンなどを採用してもよい。また、複数のマイクロレンズを１次元配列したもの、又は３次元配列したものを用いることもできる。

像形成部２２は、光偏向器２０側が凹面となるように湾曲していてもよい。像形成部２２が平面形状の場合、中間像の像面湾曲が生じる。主走査方向において湾曲形状を有する像形成部２２を用いることで、パワーを有する光学素子を配置することなく像面湾曲の発生を抑えることができる。すなわち、湾曲した像形成部２２は、パワーを有する光学素子による中間像の解像度や画質の低下を防ぐことができる。

図６に示すように、走査領域Ｇ１は、中間像を形成する像形成領域Ｇ１０及び中間像を形成しない非像形成領域Ｇ１１に区分される。

本実施の形態においては、走査領域Ｇ１の略中央に像形成領域Ｇ１０が配置されており、非像形成領域Ｇ１１は、像形成領域Ｇ１０の各辺の外側に、像形成領域Ｇ１０を取り囲むように配置されている。換言すると、非像形成領域Ｇ１１の外縁は、像形成領域Ｇ１０の外縁より大きい。

像形成領域Ｇ１０は、光偏向器２０が偏光走査することにより走査用ビーム１０２が照射されると、中間像が形成される領域である。この像形成領域Ｇ１０を光偏向器２０が走査するタイミング、換言すると、走査光路が像形成領域Ｇ１０に至るタイミングにおいては、形成する中間像の情報と光偏向器２０の走査する位置情報とに基づいて、光源部１００が明滅する。

非像形成領域Ｇ１１は、光偏向器２０が偏光走査することにより走査用ビーム１０２が照射されても、中間像が形成されない領域である。本実施例では、この非像形成領域Ｇ１１を光偏向器２０が走査するタイミング、換言すると、走査光路が非像形成領域Ｇ１１に至るタイミングにおいては、光偏向器２０の走査する位置情報に基づいて、必要なタイミング以外では光源部１００は消灯している。必要なタイミングとは、後述する走査タイミングを検出するタイミングや走査用ビーム１０２の光量測定を行なうタイミングである。

図７に示すように、非像形成領域Ｇ１１内に、検知領域Ｇ１２、検知領域Ｇ２２が配置されている。また、水平走査方向において検知領域Ｇ１２および検知領域Ｇ２２の間には、非検知領域Ｇ１３が定義される。

図８に示すように、検知領域Ｇ１２には、走査用ビーム１０２の受光を検知する第１検知部２２１が配置されている。検知領域Ｇ１２は、第１検知部２２１を配置するのに必要な面積のみを備える微小な領域である。

検知領域Ｇ２２には、走査用ビーム１０２の受光を検知する第２検知部２２２が配置されている。検知領域Ｇ２２は、検知領域Ｇ１２と同様、第２検知部２２２を配置するのに必要な面積のみを備える微小な領域である。第１検知部２２１及び第２検知部２２２は、例えばフォトダイオードである。

本実施の形態においては、検知領域Ｇ１２及び検知領域Ｇ２２は、垂直走査方向において像形成領域Ｇ１０が走査される前の領域に、水平走査方向において像形成領域Ｇ１０の両端部付近に配置されている。検知領域Ｇ１２および検知領域Ｇ２２を配置するために、非像形成領域Ｇ１１における像形成領域Ｇ１０が走査される前の領域は、像形成領域Ｇ１０が走査された後の領域よりも広くなっている。

第１検知部２２１および第２検知部２２２をこのように配置することにより、１つの中間像を形成する走査開始タイミングだけでなく、中間像における水平方向の走査タイミングを検出することが出来、走査タイミングを適切に調整して良好な中間像を形成している。

図９に示すように、本実施の形態においては、非像形成領域Ｇ１１における像形成領域Ｇ１０の左右両側の領域を光量測定領域Ｇ３０としている。そして、光量測定領域Ｇ３０にて、像形成領域Ｇ１０に照射される走査用ビーム１０２の光量測定を行っている。光偏向器２０が光量測定領域Ｇ３０を走査しているときに、像形成用ビーム１０１の一部をハーフミラーにより分光し測定系に入射させて光量を測定する。像形成用ビーム１０１の残りの光束は光偏向器２０に入射するが、光偏向器２０で走査され光量測定領域Ｇ３０に至るため、中間像に影響を与えることはない。

このように、非像形成領域Ｇ１１は、良好な中間像を形成するために有用な構成である。そして、非像形成領域Ｇ１１のうち検知領域Ｇ１２以外の領域、例えば非像形成領域Ｇ１１の主走査方向において検知領域Ｇ１２と検知領域Ｇ２２との間の領域である非検知領域Ｇ１３や光量測定領域Ｇ３０には、走査用ビーム１０２が入射する必要はなく、前述したように、光源部１００は消灯している。したがって、光偏向器２０から非検知領域Ｇ１３や光量測定領域Ｇ３０に至る走査光路上に部品が配置されていても差し支えない。

図４及び図１０に示すように、光偏向器２０から非検知領域Ｇ１３に至る走査光路上には、光源部１００の部品の一部が配置されている。言い換えれば、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察すると、光源部１００の少なくとも一部が非像形成領域Ｇ１１と重複して配置されている。詳しくは、光偏向器２０の偏向面の中心位置から走査領域Ｇ１の中心位置を見た場合の視野において、光源部１００の少なくとも一部が非像形成領域Ｇ１１と重複して配置されている。以降の説明において、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察する際には、いずれも上述の視野で観察しているものとする。

光源部１００の少なくとも一部とは、本実施形態においてはレンズ１５０である。非像形成領域Ｇ１１と重複して配置される部品はレンズ１５０に限られず、光源部１００の他の部品、例えばレンズ１５０を保持する保持部材、例えば鏡筒であってもよい。

図１１Ａ及び図１１Ｂを用いて、上記構成の効果を説明する。図１１Ａは本実施の形態に係る表示装置（以下、「本表示装置」ともいう。）における光路の様子を示し、図１１Ｂは従来の表示装置における光路を示す。図１１Ａと図１１Ｂに示す走査領域Ｇ１は同一である。

走査光路１０２１および走査光路１０２２は、光偏向器２０が走査領域Ｇ１の−Ｓ側の端部を走査しているときに、光源部１００から射出された光束が光偏向器２０に入射した場合に走査領域Ｇ１に至るまでの光路を示す。走査光路１０２３および走査光路１０２４は、光偏向器２０が走査領域Ｇ１の＋Ｓ側の端部を走査しているときの光偏向器２０から走査領域Ｇ１に至るまでの光路を示す。なお、実際には、光源部１００は光偏向器２０が走査する位置に応じて点灯する。例えば、光源部１００は、光偏向器２０が走査している位置が、中間像を形成するために必要な位置や第１検知部２２１および第２検知部２２２を走査する位置であるタイミングで点灯する。つまり、走査光路１０２１〜１０２４は、光路を示しているに過ぎず、光偏向器２０が走査領域Ｇ１の−Ｓ側又は＋Ｓ側の端部を走査しているタイミングにおいて、実際の光束が光偏向器２０に入射している様子を示しているわけではない。

図１１Ａに示すように、本表示装置においては、走査光路１０２１上に、レンズ１５０が配置されている。一方、図１１Ｂに示すように、従来の表示装置においては、レンズ１５０は走査光路１０２２よりも−Ｓ側に配置されている。走査光路１０２１へ至る光線が光偏向器２０へ入射する前の像形成用ビーム１０１の光軸と入射後の光軸、すなわち走査光路１０２１又は走査光路１０２２の光軸とが成す角度を比較すると、本表示装置の方が従来の表示装置に比べて小さい。すなわち、本表示装置における像形成用ビーム１０１の光軸と走査光路１０２１とがなす偏向角θ１は、従来の表示装置における像形成用ビーム１０１の光軸と走査光路１０２２とがなす偏向角θ２よりも小さい。したがって、走査領域Ｇ１を光源部１００から射出された光線の光軸へ近づけることができる。

本表示装置において、像形成用ビーム１０１の光軸と光偏向器２０が走査領域Ｇ１の＋Ｓ側の端部を走査しているときの走査領域Ｇ１に至るまでの光路、すなわち走査光路１０２３との角度を偏向角θ３とする。従来の表示装置において、像形成用ビーム１０１の光軸と光偏向器２０が走査領域Ｇ１の＋Ｓ側の端部を走査しているときの走査領域Ｇ１に至るまでの光路、すなわち走査光路１０２４との角度を偏向角θ４とする。偏向角θ３および偏向角θ４は、副走査方向における光偏向器２０の最大偏向角度である。このとき、偏向角θ３は偏向角θ４よりも小さい。つまり、本表示装置は、副走査方向における光偏向器２０の最大偏向角度を小さくすることができる。

本実施の形態では、走査領域Ｇ１を光源部１００から射出された光束の光軸へ近づけることができるため、走査領域のＳ方向において、光偏向器２０が＋Ｓ端を走査する際の偏向角θ３が小さくて済む。言い換えれば、本表示装置における像形成用ビーム１０１と走査領域Ｇ１上端との距離２０１は、従来の表示装置における像形成用ビーム１０１と走査領域Ｇ１上端との距離２０２よりも小さい。すなわち、装置を小型化することができる。

移動体内部に搭載されるＨＵＤ１においては、装置を小型化することにより、車内空間を有効利用することができる。図３のように、像形成用ビーム１０１が移動体の高さ方向（＋Ｙ方向）に平行で、像形成部２２の断面がＹＺ平面上において傾いている場合、ＨＵＤ１のＺ方向の長さが小さくなる。ＨＵＤ１は、観察者３の足元付近に設置されるため、装置のＺ方向の長さが小さくなることで観察者３の足元のスペースを広くすることができる。

移動体内部におけるＨＵＤ１の各光学系の配置は、上記に限られない。移動体のＸＹＺ座標系における距離２０１の位置は、ＨＵＤ１の各光学系の位置関係により異なる。ＨＵＤ１の装置の大きさは、ＸＹＺ座標系において距離２０１が対応する方向に小さくなる。

本実施の形態においては、防塵等を目的として光偏向器２０の前面にカバーガラス２１が配置されている。本発明によれば光偏向器２０で偏向された光線が通過する領域が狭くなるため、カバーガラス２１を小さくすることができる。

レンズ１５０は、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察した場合に、非像形成領域Ｇ１１のうち垂直走査方向において像形成領域Ｇ１０よりも外側の領域において、第１検知部２２１よりも水平走査方向において中央部寄りに配置されている。この領域は、前述したように、走査用ビーム１０２が入射する必要がない領域であり、光偏向器２０がこの領域を走査するタイミングにおいて光源部１００は消灯している。したがって、光偏向器２０からこの領域に至る走査光路上にレンズ１５０を配置することで、装置を小型化することができる。

レンズ１５０は、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察した場合に、非像形成領域Ｇ１１のうち垂直走査方向において像形成領域Ｇ１０よりも外側の領域において、検知領域Ｇ１２と検知領域Ｇ２２の水平走査方向における間に配置されている。検知領域Ｇ１２及びＧ２２の間の領域は、前述したように、走査用ビーム１０２が入射する必要がない領域であり、光偏向器２０がこの領域を走査するタイミングにおいて光源部１００は消灯している。したがって、光偏向器２０から検知領域Ｇ１２及びＧ２２の間の領域に至る走査光路上にレンズ１５０を配置することで、装置を小型化することができる。

具体的な動作としては、光源部１００は、第１検知部２２１が走査用ビーム１０２を検知すると、一定時間消灯する。すなわち、光偏向器２０がレンズ１５０上を走査しているとき、光源部１００は消灯する。この構成により、走査用ビーム１０２がレンズ１５０に入射しないため、レンズ１５０が走査光路上に配置されていることによるゴースト光の発生を防ぐことができる。

図１２に示すように、像形成領域Ｇ１０のＳ方向において＋Ｓ端側の領域Ｇ１４に至る走査光路上に、部品１５１が配置されていてもよい。すなわち、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察したときに、領域Ｇ１４に部品１５１が重複して配置されていてもよい。同図においては、部品１５１はレンズ１５０以外の部品である。

検知領域Ｇ１２は像形成領域Ｇ１０のＳ方向において−Ｓ端側でありＭ方向において−Ｍ端側に、検知領域Ｇ２２は像形成領域Ｇ１１のＳ方向において＋Ｓ端側でありＭ方向において＋Ｍ端側に配置されている。部品１５２は、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察した場合に、水平走査方向において平行な方向に第２検知部２２２と並んで配置されている。第２検知部２２２の水平走査方向において平行な方向に並んだ領域Ｇ１４は非検知領域Ｇ１３と同様に同期検知に用いられない領域であることから、像形成領域Ｇ１０の上方の領域にも部品を配置することができる。

図１３に示すように、光偏向器２０側から走査領域Ｇ１を観察した場合に、像形成領域Ｇ１０の左右に配置された光量測定領域Ｇ３０の一方の領域Ｇ１５に、部品１５２が配置されていてもよい。同図では、検知領域Ｇ１２は像形成領域Ｇ１０のＳ方向において−Ｓ端側でありＭ方向において＋Ｍ端側に、検知領域Ｇ２２は像形成領域Ｇ１１のＳ方向において＋Ｓ端側でありＭ方向において−Ｍ端側に配置されている。そして、像形成領域Ｇ１０の左方の光量測定領域Ｇ３０に至る走査光路上に、部品１５２が配置されている。部品１５２は、レンズ１５０以外の部品であるが、同走査光路上にレンズ１５０が配置されていてもよい。

像形成部２２の近傍に配置する必要のある部品を適宜上記走査光路上に配置することにより、図１１Ａにおける距離２０１を小さくすることができる。すなわち、上記構成によれば、装置を小型化することができる。

１ ヘッドアップディスプレイ
２０ 光偏向器
２２ 像形成部
Ｇ１ 走査領域
Ｇ１０ 像形成領域
Ｇ１１ 非像形成領域
Ｇ１２ 検知領域
Ｇ１３ 非検知領域
１００ 光源部
２００ 走査光学系
３００ 観察光学系

特許５３７０４２７号

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源から射出される光束を走査領域に向かって、第一の方向及び前記第一の方向と直交する第二の方向とからなる二次元に偏向走査する走査部材と、
   前記光源から射出される光束を前記走査部材へと入射する入射光学系と、
   を有し、
   前記走査領域は、第一の領域と、前記第一の領域の周囲に前記第一の領域を囲んで配置された第二の領域とを有し、
   前記第一の領域は画像領域、前記第二の領域は非画像領域であり，
   前記入射光学系は、前記走査部材側から前記走査領域を観察すると、前記第一の領域と重複せず、かつ、前記入射光学系の少なくとも一部は、前記走査部材側から前記走査領域を観察すると、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域と重複して配置されている、光走査装置。
2. 前記走査部材による偏向走査の同期を検知するための同期検知素子を有し、
   前記同期検知素子は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域に配置され、
   前記入射光学系の少なくとも一部は、前記走査部材側から前記走査領域を観察すると、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域において、前記同期検知素子と前記第一の方向に平行な方向に並んで配置されている、請求項１記載の光走査装置。
3. 前記同期検知素子は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域において、前記第一の領域を前記第一の方向に走査する際の端部付近に配置され、
   前記入射光学系の少なくとも一部は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域において、前記同期検知素子よりも前記第一の方向において中央部寄りに配置されている、請求項２記載の光走査装置。
4. 前記走査部材による偏向走査の同期を検知するための前記同期検知素子とは異なる第二の同期検知素子を有し、
   前記同期検知素子は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域において、前記第一の領域を前記第一の方向に走査する際の一方の端部付近に配置され、
   前記第二の同期検知素子は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域において、前記第一の領域を前記第一の方向に走査する際の他方の端部付近に配置され、
   前記入射光学系の少なくとも一部は、前記第一の方向に平行な線分で前記走査領域を二分した一方の側の前記第二の領域であり且つ前記第二の方向において前記第一の領域よりも外側の領域の前記第一の方向において、前記同期検知素子と前記第二の同期検知素子との間に配置されている、請求項３記載の光走査装置。
5. 前記第一の方向は水平走査方向であり、前記第二の方向は垂直走査方向である、請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置。
6. 前記入射光学系の少なくとも一部は、前記入射光学系における光学素子である、請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置。
7. 前記入射光学系の少なくとも一部は、前記入射光学系において光学素子を保持する保持部材である、請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置を備え、
   前記走査部材が前記第一の領域を走査することにより形成された像を投影する、投影装置。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置を備え、
   前記走査部材が前記第一の領域を走査することにより形成された像を表示する、表示装置。
   

Images