JPWO2018056112A1 - 虚像表示装置 - Google Patents
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Abstract
ワーピングによる表示画像の補正量を低減し、また表示品位の高い虚像を表示することができる。透過型スクリーン13を、第1の方向Xを軸として、光源部11から入射する光ビーム100に垂直な面12Pに対してスキャナ12を傾斜させた第1の回転角A1と逆符号の第2の回転角A2で、入射する走査ビーム200の光軸200Aに垂直な面13Pに対して傾斜させることで、表示画像Mを、第1の方向Xと直交する第2の方向Yの負方向に概ね沿って湾曲させ、該表示画像Mの湾曲方向が、第1のミラー20、第2のミラー30及びウインドシールド2の曲面形状により生じる虚像Vの湾曲を、打ち消す方向となるように、透過型スクリーン13を配置する。
Description
本発明は、車両の運転者に虚像を視認させる虚像表示装置に関する。
従来の虚像表示装置は、視認者の前方に位置する表示部材(車両のウインドシールド)に表示デバイスが表示画像を投影することで、虚像を視認させるものである。このような虚像表示装置は、表示デバイスが表示した表示画像の表示光を、鏡などの反射部(リレー光学系)や表示部材で反射して、折り曲げたり、拡大したりすることが一般的である。そのため、表示画像の一部が拡大、縮小して歪んだ虚像が視認されてしまう。
特許文献1に記載の虚像表示装置は、リレー光学系により発生する虚像の歪みを相殺するように、表示画像の一部を押し広げたり、絞り込んだりするワーピングと呼ばれる処理を施した表示画像を表示デバイスに表示することで、歪みの少ない虚像を視認させている。
しかしながら、このようなワーピング処理でのみ虚像の歪みを軽減させる場合、表示画像を大きくワーピングさせる必要がある。言い換えると、表示画像の一部を大きく押し広げたり、表示画像の一部を大きく絞り込んだりする必要があり、同じ表示画像を表示する場合でも、表示デバイス上で押し広げられる領域と、絞り込まれる領域とで、表示デバイス上で表示される大きさが異なる。すなわち、押し広げられる領域の単位面積に含まれる画素数と、絞り込まれる領域の単位面積に含まれる画素数が大きく異なってしまい、表示される領域毎で虚像の解像度が異なってしまう問題があった。
また、虚像の歪み量が大きい場合、ワーピング処理だけでは虚像の歪みを打ち消すことができず、結局、虚像が歪んでしまうという問題があった。
そこで本発明の課題の一つは、ワーピングによる表示画像の補正量を低減し、また表示品位の高い虚像を表示することができる虚像表示装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、光源(11)から出射された光ビーム(100)を、スキャナ(13)によって、主走査方向(Dx)と、該主走査方向と直交する副走査方向(Dy)とに走査ビーム(200)として走査することで光透過性の透過型スクリーン(13)に表示画像(M)を表示し、該表示画像に基づく虚像(V)を表示部材に重ねて視認させるリレー光学系(20,30)を有する虚像表示装置において、
前記透過型スクリーンは、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間の前記走査ビームの光路上に前記走査ビームを反射する反射部材が配置されないまたは前記反射部材が偶数個配置される場合、第1の方向(X)を軸として、入射する前記光ビームに垂直な面(12P)に対してスキャナ(12)を傾斜させた第1の回転角(A1)と逆符号の第2の回転角(A2)で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な面(13P)に対して傾斜し、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間に前記反射部材を奇数個配置する場合、前記第1の方向(X)を軸として、前記第1の回転角と同じ符号の第2の回転角(A2)で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な前記面に対して傾斜し、
該透過型スクリーンの傾斜により前記第1の方向と直交する第2の方向(Y)に生じる、前記透過型スクリーン上に表示される前記表示画像の湾曲の方向が、前記リレー光学系及び前記表示部材により生じる前記虚像の湾曲を打ち消す方向と、なるように配置される、虚像表示装置に関する。
前記透過型スクリーンは、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間の前記走査ビームの光路上に前記走査ビームを反射する反射部材が配置されないまたは前記反射部材が偶数個配置される場合、第1の方向(X)を軸として、入射する前記光ビームに垂直な面(12P)に対してスキャナ(12)を傾斜させた第1の回転角(A1)と逆符号の第2の回転角(A2)で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な面(13P)に対して傾斜し、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間に前記反射部材を奇数個配置する場合、前記第1の方向(X)を軸として、前記第1の回転角と同じ符号の第2の回転角(A2)で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な前記面に対して傾斜し、
該透過型スクリーンの傾斜により前記第1の方向と直交する第2の方向(Y)に生じる、前記透過型スクリーン上に表示される前記表示画像の湾曲の方向が、前記リレー光学系及び前記表示部材により生じる前記虚像の湾曲を打ち消す方向と、なるように配置される、虚像表示装置に関する。
本発明によれば、ワーピングによる表示画像の補正量を低減し、また表示品位の高い虚像を表示することができる。
(第1実施形態)
以下、本実施の第1実施形態に係る虚像表示装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る虚像表示装置は、例えば、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置(以下、「HUD装置」と称する)1である。このHUD装置1は、いわゆる光走査型表示装置10を備えるものである。HUD装置1は、例えば、車両のダッシュボード内に設けられ、表示画像Mを表す表示光L1、L2、L3をウインドシールド(表示部材の一例)2に向けて照射する。ウインドシールド(投射部材)2に反射した表示光L1、L2、L3は、所定のアイボックスEに照射され、視認者(主に運転者)は、視点をこのアイボックスE内におくことで、表示画像Mの虚像Vを視認することができる。
以下、本実施の第1実施形態に係る虚像表示装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る虚像表示装置は、例えば、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置(以下、「HUD装置」と称する)1である。このHUD装置1は、いわゆる光走査型表示装置10を備えるものである。HUD装置1は、例えば、車両のダッシュボード内に設けられ、表示画像Mを表す表示光L1、L2、L3をウインドシールド(表示部材の一例)2に向けて照射する。ウインドシールド(投射部材)2に反射した表示光L1、L2、L3は、所定のアイボックスEに照射され、視認者(主に運転者)は、視点をこのアイボックスE内におくことで、表示画像Mの虚像Vを視認することができる。
HUD装置1は、図1に示すように、表示画像Mを表示する光走査型表示装置10と、光走査型表示装置10が表示する表示画像Mの表示光L1,L2,L3をアイボックスEに向けるリレー光学系である第1のミラー20及び第2のミラー30と、これら光走査型表示装置10と第1のミラー20及び第2のミラー30を収納するハウジング40と、HUD装置1の電気的な制御を行う制御部50と、を備える。
ハウジング40は、硬質の樹脂材料等から箱状に形成されている。ハウジング40の周壁のうちウインドシールド2に対向する部位に開口部41が形成されている。開口部41は、透明な樹脂材料等から形成された窓42により塞がれている。表示光L1、L2、L3は、窓42を透過してハウジング40内からウインドシールド2に向かう。ハウジング40内には、制御部50を除くHUD装置1の各構成が内蔵されている。なお、制御部50は、ハウジング40内に設けられていてもよい。
制御部50は、例えば、マイクロコンピュータ、外部インターフェース、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等から構成される。制御部50は、歪みの少ない虚像Vを表示するため、画像データのワーピング処理を行い、ワーピング処理した画像データに基づき、光走査型表示装置10を制御する。なお、制御部50は、ワーピング処理を行う制御部50と、光走査型表示装置10を制御する制御部50と、を別々に設けてもよく、ワーピング処理を行う制御部50と、光走査型表示装置10を制御する制御部50とは、共にHUD装置1のハウジング40内に収納されてもよく、一方または双方がHUD装置1のハウジング40外に配置されてもよい。
図2、図3は、光走査型表示装置10における各構成の配置を説明するための図である。なお、スキャナ12が透過型スクリーン13に向けて反射する走査ビーム200の光軸200Aに垂直な面13Pにおいて、第1の方向をX軸と規定し、第1の方向Xと直交する第2の方向をY軸と規定し、第1の方向X及び第2の方向Yとそれぞれ直交する第3の方向をZ軸と規定する。
図2に示す光走査型表示装置10は、光源部11と、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーからなるスキャナ12と、透過型スクリーン13と、を備え、透過型スクリーン13に表示画像Mを表示する。なお、表示画像Mは、リレー光学系(第1のミラー20,第2のミラー30)と表示部材(ウインドシールド2)により生じる歪み(湾曲)を打ち消すように、予め歪ませて透過型スクリーン13に表示される。この表示画像Mの歪みは、上述した制御部50によるワーピング処理と、これより説明する光走査型表示装置10の各構成の配置と、により生じる。
光源部11は、例えば、赤色、緑色、青色などの異なる複数色の光ビームを合成した合成光ビーム100を出射する。光源部11は、例えば、単色の光ビームを出射する図示しない半導体レーザー光源と、該半導体レーザー光源から出射された単色の光ビームの光路上に位置し、単色の光ビームを集光する図示しない集光レンズと、単色の光ビームの進行方向を揃えるダイクロイックミラーなどからなる図示しない光合成部などからなる。なお、光源部11から出射された合成光ビーム100の光路上に配置され、該合成光ビーム100をスキャナ12に向けて反射する折り返しミラー11aを有していてもよい。この場合、光源部11は、静的状態にあるスキャナ12の反射面の同一面の背面側に配置され、折り返しミラー11aは、スキャナ12の反射面の同一面の表面側に配置される。これにより、光源部11とスキャナ12が走査する走査ビーム200とが、干渉しにくくなり、光源部11、スキャナ12、透過型スクリーン13の配置の自由度が向上する。また、スキャナ12に入射する合成光ビーム100の入射角度を小さくすることができるため、前記入射角度が大きい場合と比較して、透過型スクリーン13上に走査ビーム200を集光させやすく、透過型スクリーン13上に表示される表示画像Mの表示品位を保ちやすくすることができる。なお、折り返しミラー11aは、省略されてもよい。また、折り返しミラー11aは、曲面状に形成され、受光した合成光ビーム100を光学的に調整した後、スキャナ12に反射するようにしてもよい。なお、以下では、合成光ビーム100を単に光ビーム100とも呼ぶこととする。
スキャナ12は、例えば圧電駆動型の2軸レーザー光走査ミラーから構成される。スキャナ12は、図2に示すように、制御部50から入力される制御信号に応じて反射面が2軸方向に揺動する。具体的には、スキャナ12は、光ビーム100を受光し、この光ビーム100を反射させた反射光である走査ビーム200を透過型スクリーン13に向ける。スキャナ12は、透過型スクリーン13上の走査ビーム200の照射位置を、第1の方向Xに概ね沿った主走査方向Dxに高速で往復移動させつつ、第2の方向Yに概ね沿った副走査方向Dyに低速で往復移動させる。ここでいう概ね沿うとは、所定の軸に対して20度以下であることを指すこととする。
スキャナ12は、例えば、主走査方向Dxの走査角及び副走査方向Dyの走査角ともに±20度以下に設定され、図4に示すように、透過型スクリーン13上に第1の方向Xの範囲MXが長く、第2の方向Yの範囲MYが短い、表示画像Mを表示可能と規定された表示可能範囲MAを有する。なお、上述したスキャナ12が静的状態にあるとは、スキャナ12の反射面が、主走査方向Dxの略中心に走査ビーム200を向ける走査角であり、かつ副走査方向Dyの略中心に走査ビーム200を向ける走査角である状態を指すこととする。本実施形態のスキャナ12は、静的状態において、第1の方向X周りでは、図2に示されるように、入射する光ビーム100と直交する面12Pに対してCCW方向に第1の回転角A1だけ傾き、第2の方向Y周りでは、図3に示されるように、入射する光ビーム100と直交するように配置される。なお、図2の走査ビーム200Yは、スキャナ12が第1の方向X周りの副走査方向Dyで静的状態である場合の走査ビーム200であり、透過型スクリーン13上の表示可能範囲MAの副走査方向Dyの範囲MYの略中心に入射し、図3の走査ビーム200Xは、スキャナ12が第2の方向Y周りの主走査方向Dxで静的状態である場合の走査ビーム200であり、透過型スクリーン13上の表示可能範囲MAの主走査方向Dxの範囲MXの略中心に入射する。なお、以下では、上述した走査ビーム200Yを、副走査光軸200Yとも呼び、また、走査ビーム200Xを、主走査光軸200Xとも呼ぶ。なお、本実施形態では、スキャナ12は、静的状態において、第2の方向Y周りでは、入射する光ビーム100と直交するように配置されているが、これに限定されず、入射する光ビーム100に対して傾いて配置されてもよい。
透過型スクリーン13は、入射した走査ビーム200を受光し、射出瞳を拡大する射出瞳拡大素子(EPE)として機能し、例えば、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である。本実施形態では、透過型スクリーン13は、平板状であるが、一部または全体が湾曲していてもよい。透過型スクリーン13は、第1の方向X周りでは、図2に示されるように、副走査光軸200Yと直交する面13Pに対して、透過型スクリーン13が光ビーム100と直交する面12Pに対する傾き方向(CCW方向)と逆のCW方向に第2の回転角A2だけ傾き、第1の方向Xと直交する第2の方向Y周りでは、図3に示されるように、入射する主走査光軸200Xと直交するように配置される。
なお、図2に示される第1の方向X周りでは、上記実施形態のスキャナ12は、静的状態において、入射する光ビーム100と直交する面12Pに対してCCW方向に傾き、透過型スクリーン13は、副走査光軸200Yと直交する面13Pに対してCW方向に傾いていたが、変形例として、図5に示すように、スキャナ12が面12Pに対してCW方向に傾き、透過型スクリーン13が面13Pに対してCCW方向に傾いていてもよい。
なお、図2に示される第1の方向X周りでは、上記実施形態のスキャナ12は、静的状態において、入射する光ビーム100と直交する面12Pに対してCCW方向に傾き、透過型スクリーン13は、副走査光軸200Yと直交する面13Pに対してCW方向に傾いていたが、変形例として、図5に示すように、スキャナ12が面12Pに対してCW方向に傾き、透過型スクリーン13が面13Pに対してCCW方向に傾いていてもよい。
図4は、スキャナ12が透過型スクリーン13上の第1の方向Xに5段階、第2の方向Yに5段階の計25箇所に各走査ビーム200を照射した際の各走査ビーム200のスポット位置のプロットを第3の方向Zから見た図であり、スポット位置の湾曲の例を示す図である。なお、図4に示された25箇所のスポット位置は、スキャナ12が主走査方向Dxに均等に5段階、及び副走査方向Dyに均等に5段階の計25箇所に走査ビーム200を照射した際のスポット位置であり、スキャナ12の走査ビーム200の光軸200Aと直交する面13Pに照射された場合、面13P上に糸巻き型に歪んで配列される。すなわち、図4は、上述したように、透過型スクリーン13を、第1の方向Xを軸として、入射する走査ビーム200の光軸200Aに垂直な面13Pに対して、入射する光ビーム100に垂直な面12Pに対してスキャナ12を傾斜させた第1の回転角A1と逆符号の第2の回転角A2で傾斜させたことにより生じる、走査ビーム200のスポット位置の湾曲を示す。
走査ビーム200のスポット位置の湾曲は、第1の方向Xに湾曲した湾曲CXと、第2の方向Yに湾曲した湾曲CYと、に分類される。第2の方向Yに湾曲した湾曲CY(第3の湾曲CY3及び第4の湾曲CY4)は、第1の方向(X)に配列された5段階のスポット位置のうち最もスキャナ12に近いスポット位置を頂点として、第2の方向Yの負の方向に凸状に湾曲する。
第1の方向Xに湾曲した湾曲CX(第1の湾曲CX1及び第2の湾曲CX2)は、第2の方向Yに配列された5段階のスポット位置のうち最もスキャナ12の副走査光軸200Yに近いスポット位置を頂点として、概ね走査ビーム200の光軸200Aに向けて凸状に湾曲する。
第1のミラー(リレー光学系)20は、透過型スクリーン13が表示する表示画像Mに基づく表示光Lを反射するミラーであり、例えば、平面鏡で構成される。なお、第1のミラー20は、一方向のみ曲率を有するシリンドリカル曲面形状、一方向とこれと直交する方向とで曲率が異なるトロイダル曲面形状、または自由曲面形状などの反射面を有し、透過型スクリーン13に表示された表示画像Mを拡大した虚像Vとする拡大機能、ウインドシールド2の曲面形状により生じる虚像Vの歪みを補正する機能、虚像Vが結像される位置を調整する機能、などを有していてもよい。
第2のミラー(リレー光学系)30は、第1のミラー20が反射した表示光Lを補正してウインドシールド(表示部材)2に向けて反射する光補正機能を有するミラーであり、例えば、凹状の反射面を有する凹面鏡で構成される。第2のミラー30が有する光補正機能とは、主に、透過型スクリーン13に表示された表示画像Mを拡大した虚像Vとする拡大機能、ウインドシールド2の曲面形状により生じる虚像Vの歪みを補正する機能、虚像Vが結像される位置を調整する機能、などである。
なお、本発明における透過型スクリーン13に表示される表示画像Mの表示光Lを補正しながら、ウインドシールド2に投射することで、表示画像Mに基づく虚像Vをウインドシールド2に重ねて視認させるリレー光学系は、第1のミラー20、第2のミラー30のみに限定されない。前記リレー光学系は、例えば、第1のミラー20または/及び第2のミラー30を、レンズなどの屈折光学系やその他の光学機能部材で代替えしてもよい。また、上記の第1のミラー20、第2のミラー30とは別に、反射光学系、屈折光学系、その他の光学機能部材などを追加してもよい。
以上に説明したように、本実施形態の透過型スクリーン13は、第1の方向Xを軸として、入射する光ビーム100に垂直な面12Pに対してスキャナ12を傾斜させた第1の回転角A1と逆符号の第2の回転角A2で、入射する走査ビーム200の光軸200A(副走査光軸200Y)に垂直な面13Pに対して傾斜して配置されるため、透過型スクリーン13に表示される表示画像Mは、第1の方向Xと直交する第2の方向Yの負方向に概ね沿って湾曲する。そして、本実施形態のHUD装置1は、上述した透過型スクリーン13の傾斜により生じる透過型スクリーン13上に表示される表示画像Mの湾曲方向(第2の方向Yの負方向に概ね沿った方向)が、リレー光学系である第1のミラー20、第2のミラー30及びウインドシールド2の曲面形状により生じる虚像Vの湾曲を、打ち消す方向となるように、透過型スクリーン13を配置する。典型的には、HUD装置1がウインドシールド2に重ねて表示する虚像Vは、視認者から見て、鉛直下向きに湾曲するが、ウインドシールド2に投射される表示画像Mの湾曲方向を鉛直上向きになるように透過型スクリーン13を配置する。これにより、HUD装置1のリレー光学系(第1のミラー20、第2のミラー30)及び表示部材(ウインドシールド2)に起因する虚像Vの湾曲と、透過型スクリーン13の傾斜に起因する虚像Vの湾曲とが打ち消し合い、歪みの少ない虚像Vを生成することができる。なお、HUD装置1のリレー光学系(第1のミラー20、第2のミラー30)及び表示部材(ウインドシールド2)に起因する虚像Vの湾曲方向と、透過型スクリーン13の傾斜に起因する虚像Vの湾曲方向とは、厳密に逆方向(180deg)でなくてもよく、180deg±15deg程度の概ね逆方向であればよい。
また、第1の方向Xを軸として、入射する走査ビーム200の光軸200Aに垂直な面13Pに対して透過型スクリーン13が傾斜する第2の回転角A2の絶対値は、入射する光ビーム100の光軸100Aに垂直な面12Pに対してスキャナ12が傾斜する第1の回転角A1の絶対値以下にしてもよい。これにより、透過型スクリーン13上に表示される表示画像Mの第1の方向Xの湾曲CXを小さく抑えることができる。また、入射する走査ビーム200の光軸200Aに垂直な面13Pに対して透過型スクリーン13が傾斜する第2の回転角A2の絶対値は、入射する光ビーム100の光軸100Aに垂直な面12Pに対してスキャナ12が傾斜する第1の回転角A1の絶対値の0.3倍以上とすることが好ましい。
また、スキャナ12は、第1の方向Xを軸とした入射する光ビーム100に垂直な面12Pに対する第1の回転角A1の絶対値が、第2の方向Yを軸とした入射する光ビーム100に垂直な面12Pに対する第3の回転角A3の絶対値より大きくなるように配置されてもよい。これにより、透過型スクリーン13上に表示される表示画像Mの第1の方向Xの湾曲CXを小さく抑えることができる。また、第3の回転角A3を上記第1実施形態のようにゼロdegにしてもよい。
また、透過型スクリーン13の第2の回転角A2の回転方向は、透過型スクリーン13の法線13Nが第2のミラー30から離れる回転方向となるように設定されてもよい。これにより、HUD装置1の外部から侵入した外光が透過型スクリーン13の表面側で反射され、この反射光がアイボックスEに向かうことに起因する虚像Vのコントラスト低下を抑制することができる。
本発明の虚像表示装置の第2実施形態を説明する。第2実施形態は、上述した第1実施形態の変形例であるので、第1実施形態と異なる部分のみを説明し、同様の部分については説明を省略する。また、第1実施形態と共通する構成要素は、第1実施形態の説明に使用された符号と同じ符号を用いる。
まず、図5に示される第2実施形態の虚像表示装置の光走査型表示装置10は、スキャナ12と透過型スクリーン13との間の走査ビーム200の光路上に、1つの反射部材14を有する点で異なる。このように、スキャナ12と透過型スクリーン13との間の走査ビーム200の光路上に奇数個の反射部材14を設けた場合、第1実施形態で説明した光走査型表示装置10におけるスキャナ12と透過型スクリーン13との回転方向の関係が逆となる。すなわち、第2実施形態では、入射する光ビーム100に垂直な面12Pに対して傾斜させたスキャナ12の第1の回転角A1と、入射する走査ビーム200に垂直な面13Pに対して傾斜させた透過型スクリーン13の第2の回転角A2と、が同符号(図5では双方ともCCW方向)となる。ちなみに、スキャナ12と透過型スクリーン13との間の走査ビーム200の光路上に偶数個の反射部材14を配置した場合、第1実施形態と同様に、入射する光ビーム100に垂直な面12Pに対して傾斜させたスキャナ12の第1の回転角A1と、入射する走査ビーム200に垂直な面13Pに対して傾斜させた透過型スクリーン13の第2の回転角A2と、が逆符号となる。
反射部材14は、自由曲面形状を有し、該曲面形状によりスキャナ12からの走査ビーム200の光路を調整する。具体的には、反射部材14は、図4に示した第2の方向Yの湾曲CYの大きさを調整する湾曲調整手段として機能してもよい。反射部材14は、例えば、図4に示した透過型スクリーン13の傾斜により生じる比較的小さい第2の方向Yの湾曲である湾曲CY4が大きくなるように、走査ビーム200の光路を調整して透過型スクリーン13に向けて反射する。なお、反射部材14は、透過型スクリーン13の傾斜により生じる最も小さい第2の方向Yの湾曲である湾曲CY4を、第2の方向Yで最も大きい湾曲になるように、走査ビーム200の光路を調整して透過型スクリーン13に向けて反射してもよい。なお、反射部材14は、透過型スクリーン13上の第2の方向Yにおける全領域の湾曲CYが大きくなるように調整してもよく、また、一部の領域の湾曲CYのみ大きくなるように調整してもよい。
なお、本発明において、透過型スクリーン13の傾斜により生じる表示画像Mの第2の方向Yの湾曲CYの大きさが他の領域よりも小さい表示画像Mの第2の方向Yの湾曲CYを大きくなるように調整する湾曲調整手段は、スキャナ12と透過型スクリーン13との間の走査ビーム200の光路上に配置され、走査ビーム200の光路を補正する単数または複数の屈折光学系または/及び反射光学系で構成されていてもよい。また、前記湾曲調整手段は、画像データをワーピング処理可能な制御部50で構成されてもよい。
また、第2実施形態の虚像表示装置の光走査型表示装置10は、スキャナ12と透過型スクリーン13との間の走査ビーム200の光路上の透過型スクリーン13の近傍に、フィールドレンズ15を配置してもよい。
フィールドレンズ15は、正の屈折力(光学的パワー)を有し、図示しない主面が透過型スクリーン13に非平行になるように配置され、走査ビーム200の透過型スクリーン13への入射角を調整する。フィールドレンズ15の表面形状は、例えばフィールドレンズ15の中心軸に対して軸対称である自由曲面である。なお、フィールドレンズ15の表面形状は、非球面であってもよく、走査ビーム200の光軸200Aに対し軸外しやチルトしていてもよい。
また、第2実施形態の虚像表示装置の光走査型表示装置10は、スキャナ12と透過型スクリーン13との間の走査ビーム200の光路上のスキャナ12の近傍に、ウィンドウ16を配置してもよい。
ウィンドウ16は、負の屈折力(光学的パワー)を有する形状である。ウィンドウ16の表面形状は、球面、非球面、自由曲面または中心軸が走査ビーム200の光軸200Aから外れた軸対称形状であってもよい。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用することができる。また、本出願で開示する各構成要素を組み合わせて、新たな実施例とすることも可能である。
本発明は、車両に搭載するヘッドアップディスプレイ装置などの虚像を視認させる表示装置として適用可能である。
1…HUD装置(虚像表示装置)、2…ウインドシールド(表示部材)、10…光走査型表示装置、11…光源部、11a…折り返しミラー、12…スキャナ、12P…面、13…透過型スクリーン、13N…法線、13P…面、14…反射部材(湾曲調整手段)、15…フィールドレンズ、16…ウィンドウ、20…第1のミラー(リレー光学系)、30…第2のミラー(リレー光学系)50…制御部(湾曲調整手段)、100…光ビーム(合成光ビーム)、100A…光軸、200…走査ビーム、200A…光軸、200X…主走査光軸、200Y…副走査光軸、A1…第1の回転角、A2…第2の回転角、A3…第3の回転角、CX…湾曲、CY…湾曲、Dx…主走査方向、Dy…副走査方向、E…アイボックス、L…表示光、M…表示画像、MA…表示可能範囲、V…虚像
Claims (12)
- 光源部(11)から出射された光ビーム(100)を、スキャナ(12)によって、主走査方向(Dx)と、該主走査方向と直交する副走査方向(Dy)とに走査ビーム(200)として走査することで光透過性の透過型スクリーン(13)に表示画像(M)を表示し、該表示画像に基づく虚像(V)を表示部材に重ねて視認させるリレー光学系(20,30)を有する虚像表示装置において、
前記透過型スクリーンは、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間の前記走査ビームの光路上に前記走査ビームを反射する反射部材が配置されないまたは前記反射部材が偶数個配置される場合、第1の方向(X)を軸として、入射する前記光ビームに垂直な面(12P)に対して前記スキャナを傾斜させた第1の回転角(A1)と逆符号の第2の回転角(A2)で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な面(13P)に対して傾斜し、
前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間に前記反射部材を奇数個配置する場合、前記第1の方向(X)を軸として、前記第1の回転角と同じ符号の第2の回転角(A2)で、入射する前記走査ビームの光軸に垂直な前記面に対して傾斜し、
該透過型スクリーンの傾斜により前記第1の方向と直交する第2の方向(Y)に生じる、前記透過型スクリーン上に表示される前記表示画像の湾曲の方向が、前記リレー光学系及び前記表示部材により生じる前記虚像の湾曲を打ち消す方向と、なるように配置される、虚像表示装置。 - 前記透過型スクリーンは、前記第2の回転角の絶対値が、前記スキャナの前記第1の回転角の絶対値以下となるように配置される、請求項1に記載の虚像表示装置。
- 前記透過型スクリーンは、前記第2の回転角の絶対値が、前記スキャナの前記第1の回転角の絶対値の0.3倍以上となるように配置される、請求項1または請求項2に記載の虚像表示装置。
- 前記スキャナは、入射する前記光ビームに垂直な前記面に対する、前記第1の方向を軸とした前記第1の回転角の絶対値が、前記第2の方向を軸とした第3の回転角(A3)の絶対値より大きくなるように配置される、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記スキャナは、前記透過型スクリーン上に、前記第1の方向の長さ(MX)が前記第2の方向の長さ(MY)より長い前記表示画像を表示可能な表示可能範囲(MA)を有する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記リレー光学系は、前記透過型スクリーンの前記表示画像に基づく表示光(L)を反射する第1のミラー(20)と、該第1のミラーが反射する前記表示光を前記表示部材に向けて反射する第2のミラー(30)と、を少なくとも含み、
前記透過型スクリーンの前記第2の回転角は、前記透過型スクリーンの法線が、前記第2のミラーから離れる回転方向とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 - 前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間の前記走査ビームの光路上に、正の光学的パワーを有し、前記透過型スクリーンと非平行な主面を有するフィールドレンズをさらに備える、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記光源部と前記スキャナとの間の前記光ビームの光路上に、前記光源部が出射した前記光ビームを前記スキャナに向けて反射する折り返しミラーをさらに備え、
前記光源部は、前記スキャナの反射面の背面側に配置され、前記折り返しミラーは、前記スキャナの前記反射面の表面側に配置される、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 - 前記透過型スクリーンの傾斜により生じる前記表示画像の前記第2の方向の湾曲の大きさが他の領域よりも小さい前記表示画像の前記第2の方向の湾曲が、大きくなるように調整する湾曲調整手段、をさらに備える、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記透過型スクリーンの傾斜により生じる前記表示画像の前記第2の方向の湾曲の大きさが他の領域よりも小さい前記表示画像の前記第2の方向の湾曲が、前記第2の方向の湾曲で最も大きくなるように調整する湾曲調整手段、をさらに備える、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記湾曲調整手段は、前記スキャナと前記透過型スクリーンとの間の前記走査ビームの光路上に配置され、前記走査ビームの光路を補正する単数または複数の屈折光学系または/及び反射光学系を含む、請求項9または10に記載の虚像表示装置。
- 前記湾曲調整手段は、画像データをワーピング処理する制御部を含む、請求項9乃至11のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
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