KR20150003882A

KR20150003882A - 스크린 부재 및 헤드업 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20150003882A
Application number: KR1020147033164A
Authority: KR
Inventors: 히로시 안도오; 다카유키 후지카와
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2015-01-09
Also published as: KR101643837B1; JP5673607B2; CN104350398B; JP2013250336A; CN104350398A; US9417451B2; DE112013002720T5; WO2013179649A1; US20150103410A1

Abstract

헤드업 디스플레이 장치(100)는, 윈드 쉴드(90)의 투영면(91)에 표시 화상(71)을 투영함으로써, 아이 박스(60)로부터 표시 화상(71)의 허상(70)을 시인자에게 시인시킨다. 이 장치(100)에 사용되는 스크린(30)은, 복수의 마이크로미러(34)에 의해 구성되어 있다. 각 마이크로미러(34)는, 레이저광을 아이 박스(60)를 향해 퍼지게 하도록 만곡되는 볼록 곡면부(32)를 각각 갖고 있다. 스크린(30)의 주사면(31)은, 각 볼록 곡면부(32)의 배열에 의해 형성되어 있다. 그리고, 주사면(31)에 교차하는 단면에 있어서, 인접하는 각 볼록 곡면부(32)의 만곡 형상이, 서로 다르다. 이에 의해, 마이크로렌즈 어레이 등의 스크린에 대해 간소한 구성을 유지하면서, 레이저광의 간섭에 의해 발생하는 표시 화상의 밝기의 불균일을 저감할 수 있다.

Description

스크린 부재 및 헤드업 디스플레이 장치 {SCREEN MEMBER AND HEADS-UP DISPLAY APPARATUS}

본 개시는, 2012년 5월 30일에 출원된 일본 출원 번호 제2012-123541호에 기초하는 것으로, 여기에 그 기재 내용을 원용한다.

본 개시는, 레이저광의 주사에 의해 표시 화상이 묘화되는 스크린 부재, 및 이 스크린 부재를 사용한 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.

종래부터, 차량의 윈드 쉴드 등에 표시 화상을 투영함으로써, 미리 상정된 시역으로부터 표시 화상의 허상을 시인시키는 헤드업 디스플레이 장치가 알려져 있다. 이러한 장치의 1종으로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 빔 발생기로부터 조사되는 주사 빔에 의해 표시 화상이 묘화되는 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 주사 빔 헤드업 표시 장치가 개시되어 있다. 이 마이크로렌즈 어레이는, 레이저광을 시역을 향해 퍼지게 하기 위한 복수의 소형 렌즈를 배열함으로써 형성되어 있다.

그런데, 동일 형상의 소형 렌즈를 배열하여 이루어지는 특허문헌 1의 마이크로렌즈 어레이에 주사 빔을 조사하면, 하나의 소형 렌즈에 의해 회절된 레이저광과, 당해 하나에 인접하는 소형 렌즈에 의해 회절된 레이저광이, 간섭함으로써 서로 강화되어 버린다. 각 소형 렌즈의 형상이 동일하면, 레이저광이 간섭에 의해 서로 강화되는 위치는, 표시 화상에 있어서 규칙적으로 배열되게 된다. 그러므로, 레이저광을 주사시켰다고 해도, 레이저광이 간섭에 의해 서로 강화되는 위치는, 실질적으로 이동하지 않는다. 그로 인해, 시역에 도달하는 레이저광의 강도 분포, 나아가서는 시인자에게 시인되는 표시 화상에는, 불균일이 발생해 버린다.

따라서, 특허문헌 1에 개시된 구성에서는, 1세트의 마이크로렌즈 어레이가, 대향하도록 배치되어 있다. 이상의 구성에서는, 한쪽의 마이크로렌즈 어레이를 통과한 레이저광을 다른 쪽의 마이크로렌즈에 의해 확산시킴으로써, 간섭에 의해 발생하는 강도 분포의 불균일이 고르게 되어 있었다. 그러나, 특허문헌 1의 장치에서는, 복수의 마이크로렌즈 어레이를 사용한 후에, 또한 이들의 위치 정렬을 고정밀도로 행할 필요가 있으므로, 마이크로렌즈 어레이에 관한 구성은, 복잡해질 수 밖에 없었다.

일본 특허 공표 제2007-523369호 공보(WO2005/078511A1에 대응)

본 개시는, 상기 문제점에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 마이크로렌즈 어레이 등의 스크린 부재에 대해 간소한 구성을 유지하면서, 레이저광의 간섭에 의해 발생하는 표시 화상의 밝기의 불균일을 저감할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

본 개시의 일 형태에 따르면, 레이저광의 주사면으로의 주사에 의해, 미리 규정된 시역으로부터 시인되는 표시 화상이 주사면에 묘화되는 스크린 부재이며, 레이저광을 시역을 향해 퍼지게 하도록 만곡되는 만곡면부를 각각 갖고, 각 만곡면부의 배열에 의해 주사면을 형성하는 복수의 광학 소자를 구비하고, 주사면에 교차하는 단면에 있어서, 인접하는 각 만곡면부의 만곡 형상이, 서로 다른 것을 특징으로 한다.

상기 스크린 부재에 있어서는, 주사면에 교차하는 단면에서의 만곡면부의 만곡 형상이 인접하는 광학 소자간에서 서로 다름으로써, 당해 만곡면부에서 회절한 레이저광이 간섭에 의해 서로 강화되는 위치는, 가지런하지 않은 배열에서 규정된다. 그러므로, 표시 화상을 묘화하기 위한 레이저광의 주사에 따르면, 레이저광이 간섭에 의해 서로 강화되는 위치는, 시간의 경과와 함께, 시인자가 지각할 수 없는 속도로 이동한다. 따라서, 시역에 도달하는 레이저광의 강도 분포는, 실질적으로 고르게 된 것으로 간주될 수 있다. 이상과 같이, 단면에 있어서의 만곡 형상이 서로 다른 만곡면부를 배열하는 것에 따르면, 스크린 부재의 구성의 복잡화를 회피하면서, 레이저광의 간섭에 의해 발생하는 표시 화상의 밝기의 불균일이 저감 가능해진다.

본 개시에 관한 상기 목적 및 그 밖의 목적, 특징이나 이점은, 첨부의 도면을 참조하면서 하기의 상세한 기술에 의해, 보다 명확해진다. 도면에 있어서,
도 1a는 본 개시의 제1 실시 형태에 의한 헤드업 디스플레이 장치의 차량에 있어서의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시하는 헤드업 디스플레이 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 레이저 스캐너의 구성 및 작동을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 헤드업 디스플레이 장치에 있어서 스크린으로서 사용되는 마이크로미러 어레이의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는 스크린으로서 사용되는 마이크로미러 어레이에 있어서, 2종류의 마이크로미러의 배열을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 도 4의 V-V선 단면도이다.
도 6은 마이크로미러의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 마이크로미러의 형상과 레이저광의 에너지 분포의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 마이크로미러의 측면도이다.
도 9는 마이크로미러의 정면도이다.
도 10은 도 6의 X-X선 단면도이다.
도 11은 도 6의 XI-XI선 단면도이다.
도 12는 도 6의 XII-XII선 단면도이다.
도 13은 회절에 의해 레이저광이 간섭하는 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 주사면에 있어서, 법선 방향이 동일해지는 부위의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 15는 본 개시의 제1 실시 형태에 있어서, 레이저광의 간섭에 의해 발생하는 명부(明部)의 패턴을 예시하는 도면이다.
도 16은 본 개시의 제1 실시 형태에 있어서, 명부의 패턴을 복수 겹쳐 이루어지는 허상을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 개시의 제2 실시 형태에 있어서, 스크린으로서 사용되는 마이크로미러 어레이의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 18은 본 개시의 제2 실시 형태에 의한 마이크로미러 어레이에 있어서, 3종류의 마이크로미러의 배열을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 19는 본 개시의 제3 실시 형태에 있어서, 스크린으로서 사용되는 마이크로미러 어레이의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.

이하, 본 개시의 복수의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 각 실시 형태에 있어서 대응하는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여함으로써, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다. 각 실시 형태에 있어서 구성의 일부분만을 설명하고 있는 경우, 당해 구성의 다른 부분에 대해서는, 선행하여 설명한 다른 실시 형태의 구성을 적용할 수 있다. 또한, 각 실시 형태의 설명에 있어서 명시하고 있는 구성의 조합뿐만 아니라, 특별히 조합에 지장이 발생하지 않으면, 명시하고 있지 않아도 복수의 실시 형태의 구성끼리를 부분적으로 조합할 수 있다.

(제1 실시 형태)

도 1a, 1b에 도시하는 본 개시의 제1 실시 형태에 의한 헤드업 디스플레이 장치(100)는, 예를 들어 차량의 인스트루먼트 패널(80) 내에 수용되어 있다. 헤드업 디스플레이 장치(100)는, 개구부(51)를 막는 투광성의 방진 커버(50)를 투과시킨 표시 화상(71)을, 차량의 윈드 쉴드(90) 등의 표시 부재에 투영함으로써, 미리 상정된 아이 박스(60)로부터 표시 화상(71)의 허상(70)을 시인 가능하게 한다. 이 아이 박스(60)는, 예를 들어 수평 방향으로 100∼200밀리미터, 연직 방향으로 40∼90밀리미터 정도의 크기로 규정되어 있다. 윈드 쉴드(90)의 차실측의 면에는, 헤드업 디스플레이 장치(100)에 의해 표시 화상(71)의 투영되는 투영면(91)이 형성되어 있다. 오목면 형상으로 만곡됨으로써 확대 작용을 갖는 투영면(91)에 투영된 표시 화상(71)의 광은, 당해 투영면(91)에 의해 아이 박스(60)를 향해 반사되어, 시인자의 아이 포인트(61)에 도달한다. 이 표시 화상(71)의 광을 지각하는 시인자는, 윈드 쉴드(90)의 전방에 결상된 당해 표시 화상(71)의 허상(70)을 시인할 수 있다. 투영면(91)에 투영되는 표시 화상(71)은, 차량의 연직 방향보다도 수평 방향으로 큰 가로로 긴 화상이다. 이것은 일반적으로, 시인자의 아이 포인트(61)의 이동이 연직 방향보다도 수평 방향으로 용이한 것에 의한다. 표시 화상(71)에는, 예를 들어, 헤드업 디스플레이 장치(100)가 탑재되어 있는 차량의 주행 속도, 내비게이션 시스템에 의한 진행 방향의 지시, 및 차량의 워닝 등을 나타내는 화상부가 포함되어 있다.

(기본 구성)

우선, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 기본 구성을, 도 1a∼3에 기초하여 설명한다. 헤드업 디스플레이 장치(100)는, 레이저 스캐너(10), 스크린(30) 및 오목 거울(40)을 구비하고 있다.

레이저 스캐너(10)는, 연직 방향에 있어서 스크린(30)을 사이에 두고 투영면(91)과는 반대의 방향으로 배치되어 있고, 광원부(13), 광학부(20), 미소 전기 기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems;MEMS) 미러부(26) 및 컨트롤러(11)를 갖고 있다.

광원부(13)는, 3개의 레이저 투사부(14, 15, 16) 등에 의해 구성되어 있다. 각 레이저 투사부(14, 15, 16)는, 서로 다른 주파수, 즉, 다른 색상의 레이저광을 투사한다. 구체적으로는, 레이저 투사부(14)는, 적색의 레이저광을 투사한다. 레이저 투사부(15)는, 청색의 레이저광을 투사한다. 레이저 투사부(16)는, 녹색의 레이저광을 투사한다. 이상과 같이, 다른 색상의 레이저광을 가색 혼합함으로써, 다양한 색이 재현 가능하게 되어 있다. 각 레이저 투사부(14, 15, 16)는, 컨트롤러(11)와 접속되어 있다. 각 레이저 투사부(14, 15, 16)는, 컨트롤러(11)로부터의 제어 신호에 기초하여, 각 색상의 레이저광을 투사한다.

광학부(20)는, 3개의 콜리메이트 렌즈(21), 다이크로익 필터(22, 23, 24) 및 집광 렌즈(25) 등에 의해 구성되어 있다. 각 콜리메이트 렌즈(21)는, 각 레이저 투사부(14, 15, 16)의 레이저광의 투사 방향으로 각각 배치되어 있다. 콜리메이트 렌즈(21)는, 레이저광을 굴절시킴으로써, 평행광을 생성한다.

각 다이크로익 필터(22, 23, 24)는, 각 콜리메이트 렌즈(21)를 사이에 두고 각 레이저 투사부(14, 15, 16)의 투사 방향으로 각각 배치되어 있다. 레이저 투사부(14)의 투사 방향으로 배치되는 다이크로익 필터(22)는, 적색을 나타내는 주파수의 광을 투과시키고, 그 이외의 주파수의 광을 반사시킨다. 레이저 투사부(15)의 투사 방향으로 배치되는 다이크로익 필터(23)는, 청색을 나타내는 주파수의 광을 반사시키고, 그 이외의 주파수의 광을 투과시킨다. 레이저 투사부(16)의 투사 방향으로 배치되는 다이크로익 필터(24)는, 녹색을 나타내는 주파수의 광을 반사시키고, 그 이외의 주파수의 광을 투과시킨다. 각 다이크로익 필터(22, 23, 24)의 작용에 의해, 각 레이저 투사부(14, 15, 16)로부터 투사된 레이저광은, 집광 렌즈(25)에 도달한다.

집광 렌즈(25)는, 평면 형상의 입사면 및 볼록면 형상의 출사면을 갖는 평볼록 렌즈이다. 집광 렌즈(25)는, 입사면에 입사되는 레이저광을 굴절시킴으로써 수렴시킨다. 이에 의해 집광 렌즈(25)를 통과한 레이저광은, 스크린(30)의 후술하는 주사면(31)에서 집광된다.

MEMS 미러부(26)는, 수평 스캐너(27) 및 연직 스캐너(28) 등에 의해 구성되어 있다. 수평 스캐너(27) 및 연직 스캐너(28)는, 각각 컨트롤러(11)와 접속되어 있다. 수평 스캐너(27) 및 연직 스캐너(28)에는, 회전축(27a, 28a)과 알루미늄 등을 증착시켜 이루어지는 금속 박막이 형성된 MEMS 반사면(27b, 28b)이 각각 설치되어 있다.

수평 스캐너(27)는, 광학부(20) 및 연직 스캐너(28)에 MEMS 반사면(27b)을 향하게 한 자세로 배치되어 있다. MEMS 반사면(27b)은, 연직 방향으로 연신되는 회전축(27a)에 지지되어 있고, 이 회전축(27a) 주위로 회전 변위 가능하게 되어 있다. 수평 스캐너(27)에 설치된 구동부는, 컨트롤러(11)로부터의 구동 신호에 기초하여, 회전축(27a) 주위로 MEMS 반사면(27b)을 회전 변위시킨다.

한편, 연직 스캐너(28)는, 수평 스캐너(27)의 MEMS 반사면(27b) 및 스크린(30)에 MEMS 반사면(28b)을 향하게 한 자세로 배치되어 있다. MEMS 반사면(28b)은, 수평 방향으로 연신되는 회전축(28a)에 지지되어 있고, 이 회전축(28a) 주위로 회전 변위 가능하게 되어 있다. 연직 스캐너(28)에 설치된 구동부는, 컨트롤러(11)로부터의 구동 신호에 기초하여, 회전축(28a) 주위로 MEMS 반사면(28b)을 회전 변위시킨다.

컨트롤러(11)는, 프로세서 등에 의해 구성되는 제어 장치이며, 각 레이저 투사부(14, 15, 16) 및 각 스캐너(27, 28)와 접속되어 있다. 컨트롤러(11)는, 각 레이저 투사부(14, 15, 16)에 제어 신호를 출력함으로써, 레이저광을 단속적으로 펄스 점등시킨다. 덧붙여 말하면 컨트롤러(11)는, 각 스캐너(27, 28)에 구동 신호를 출력함으로써, 각 MEMS 반사면(27b, 28b)에 의해 반사되는 레이저광의 방향을, 도 2에 도시하는 주사선 SL과 같이 제어한다.

이상의 구성에 의한 레이저 스캐너(10)는, 컨트롤러(11)의 제어에 의해, 스크린(30)의 후술하는 주사면(31)에서 표시 화상(71)으로서 결상되는 광을 투사한다. 구체적으로는, 투사되는 레이저광에 의한 점 형상의 발광의 주사에 의해, 당해 점 형상의 발광을 하나의 화소로서 조립되는 표시 화상(71)이, 스크린(30)의 주사면(31)에 묘화 및 결상된다.

도 1a, 1b, 3에 도시하는 바와 같이, 스크린(30)은, 글래스 등의 기재의 표면에 알루미늄 등을 증착시킴으로써 형성되는 반사형의 스크린이다. 스크린(30)은, x축 방향 및 y축 방향의 각각에 있어서, 복수의 미소한 마이크로미러(34)를 배열하여 이루어지는 소위 마이크로미러 어레이이다. 스크린(30)이 갖는 주사면(31)은, 증착된 알루미늄 등에 의해 이루어지는 금속 박막에 의해 형성되어 있다. 각 마이크로미러(34)는, 반사면(41)(도 1b 등 참조)을 향해 레이저광을 반사 및 회절시키면서, 아이 박스(60)를 향해 레이저광을 퍼지게 하도록 만곡되는 볼록 곡면부(32)를 각각 갖고 있다. 주사면(31)은, 복수의 볼록 곡면부(32)의 배열에 의해 형성되어 있다.

도 1a, 1b에 도시하는 바와 같이, 오목 거울(40)은, 글래스 등의 기재의 표면에 알루미늄 등을 증착시킴으로써 형성되어 있다. 오목 거울(40)은, 스크린(30)의 수평 방향으로 위치하고 있다. 오목 거울(40)은, 스크린(30)의 주사면(31)에 의해 반사된 레이저광을 윈드 쉴드(90)의 투영면(91)을 향해 반사시키는 반사면(41)을 갖고 있다. 반사면(41)은, 중앙 부분이 주사면(31) 및 투영면(91)으로부터 멀어지는 방향으로 오목해지는 오목면 형상이며, 원활하게 만곡되어 있다. 반사면(41)은, 주사면(31)에 의해 반사된 표시 화상(71)을 확대하면서 반사시킴으로써, 투영면(91)에 당해 표시 화상(71)을 투영한다. 이 반사면(41)의 만곡에 의한 표시 화상(71)의 확대율은, 당해 표시 화상(71)의 수평 방향과 연직 방향에서 다르다. 구체적으로는, 반사면(41)에서는, 표시 화상(71)을 연직 방향보다도 수평 방향으로 크게 확대하도록, 수평 방향의 만곡이 연직 방향의 만곡보다도 크게 되어 있다.

(특징적 구성)

다음으로, 본 개시의 제1 실시 형태에 의한 헤드업 디스플레이 장치(100)의 특징적 구성인 스크린(30)에 대해 설명한다. 도 3∼5에 도시하는 바와 같이, 마이크로미러(34)에는, 제1 마이크로미러(35)(도 4에서 백색으로 나타냄) 및 제2 마이크로미러(36)(도 4에서 도트로 나타냄)가 포함되어 있다. 제1 마이크로미러(35)는, zx 평면에 대해 제2 마이크로미러(36)와 면 대칭인 형상이다. 제1 마이크로미러(35) 및 제2 마이크로미러(36)는, x축 방향 및 y축 방향의 각각에 있어서, 엇갈리게 배열되어 있다. 이러한 각 마이크로미러(35, 36)의 배열에 의해, 도 5에 도시하는 주사면(31)에 교차한 zx 단면에서는, 인접하는 각 볼록 곡면부(32)의 만곡 형상이, x축 방향에 있어서 서로 다른 것으로 된다. 마찬가지로, 주사면(31)에 교차하는 yz 단면에 있어서는, 인접하는 각 볼록 곡면부(32)의 만곡 형상이, y축 방향에 있어서 서로 다른 것으로 된다. 이상과 같이, 2종류의 서로 다른 만곡 형상을 나타내는 볼록 곡면부(32)가 엇갈리게 배열됨으로써, 주사면(31)은 형성되어 있다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 각 마이크로미러(35, 36)의 각 볼록 곡면부(32)는, 4변 형상 또한 사다리꼴 형상의 윤곽(39)을 형성하고 있다. 볼록 곡면부(32)에 있어서 윤곽(39)에 의해 둘러싸이는 영역을 각 마이크로미러(35, 36)의 개구(38)로 하면, 이 개구(38)의 면적은, 서로 맞추어져 있다. 이와 같이 하여, 각 볼록 곡면부(32)의 각 개구(38)의 면적이 실질적으로 동일하게 됨으로써, 각 볼록 곡면부(32)로부터 아이 박스(60)(도 1b 참조)를 향해 출사되는 레이저광이 양적인 편차가 억제된다.

또한, 볼록 곡면부(32)에 있어서의 상저부(32u)의 길이 P1과 하저부(32l)의 길이 P2의 비는, 1:1∼1:2의 범위로 규정되는 것이 바람직하고, 제1 실시 형태에서는, 약 1:2로 규정되어 있다. 상저부(32u)와 하저부(32l)의 비를 상술한 범위로 규정함으로써, 각 볼록 곡면부(32)에 조사되는 레이저광을 표시 화상(71)(도 2 참조)에 이용하는 이용 효율의 저하를 억제할 수 있다.

상세히 기재하면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 레이저광의 에너지는, 당해 레이저광의 중심으로부터 외주를 향함에 따라, 가우스 분포에 준하여 저하된다. 그리고 일반적으로, 표시 화상(71)으로서는, 1/(e^2)보다도 에너지가 높은 범위(도 7의 도트의 범위를 참조)가 이용 가능하다. 여기서, 후술하는 회절 간섭에 의한 불균일의 저감 효과는, 상저부(32u)의 길이 P1에 대한 하저부(32l)의 길이 P2의 비가 커질수록 향상된다. 그러나, 레이저광의 에너지가 0.9를 초과하는 범위(도 7의 사선의 범위를 참조)에 대응하도록 상저부(32u)의 길이 P1을 규정하면, P1에 대한 P2의 비를 크게 한 경우, 하저부(32l) 근방에 조사되는 레이저광의 에너지는, 1/(e^2)를 하회하게 된다. 그러면, 하저부(32l) 근방에서 반사되는 레이저광이 약한 것에 기인하여, 아이 박스(60)(도 1b 참조)에 도달하는 레이저광의 강도 분포에는, 불균일이 발생해 버린다. 이러한 사태를 회피하기 위해, 레이저광의 에너지가 1/(e^2)로 되는 2점간의 거리보다도 하저부(32l)의 길이 P2가 짧아지도록, P1과 P2의 비는, 1:2 정도까지 억제되는 것이 바람직한 것이다.

또한, 도 8, 9에 도시하는 바와 같이, 각 볼록 곡면부(32)의 zx 단면에 있어서의 곡률 반경은, y축 방향으로의 이동에 따라, 연속적으로 변화하고 있다. 도 11에 도시하는 바와 같이, y축 방향을 따른 중심 부분에서의 zx 단면에 있어서의 볼록 곡면부(32)의 곡률 반경을 R0으로 하면, 도 10에 도시하는 상저부 부분에서의 zx 단면에 있어서의 곡률 반경 R1은, R1＝2×P1/(P1＋P2)×R0으로 설정되어 있다. 한편, 도 12에 도시하는 하저부 부분에서의 zx 단면에 있어서의 곡률 반경 R2는, R2＝2×P2/(P1＋P2)×R0으로 설정되어 있다. 이상과 같은 각 곡률 반경 R0∼R2의 설정에 의해, 인접하는 각 마이크로미러(35, 36) 사이의 경계에 있어서, z축 방향을 따른 단차면의 발생을 회피하는 것이 가능해진다.

다음으로, 표시 화상(71)에 밝기의 불균일이 발생하는 이유를 설명한다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 주사면(31)에 조사되는 레이저 LB의 직경은, 각 마이크로미러(35, 36)보다도 크게 되어 있다. 그리고 주사면(31)에는, 인접하는 볼록 곡면부(32)에 있어서 법선의 방향의 일치하는 부위(도 13에서, Bi로 나타냄)가 형성된다. 그러므로, 주사면(31)에 조사된 레이저광 LB의 일부는, 인접하는 마이크로미러(35, 36)의 각각으로부터 동일한 방향으로 반사 및 회절된다. 이들 동일한 방향으로 반사된 레이저광의 광로차 ΔL이, ΔL＝P×sin(2θ)＝n×λ를 만족시키는 경우, 이들 레이저광은, 간섭에 의해 서로 강화되게 된다. 그로 인해, 표시 화상(71)의 허상(70)에는, 강도 분포가 발생해 버리는 것이다. 또한, 상기 식의 P는 서로 인접하는 볼록 곡면부(32) 사이에서 법선 방향이 일치하는 부위 Bi의 간격, θ는 레이저광의 입사각, λ는 레이저광의 파장, n은 차수이다.

상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 스크린(30)에서는, 인접하는 각 볼록 곡면부(32)의 만곡 형상이 서로 다른 것으로 되어 있으므로, 도 14에 도시하는 바와 같이, 인접하는 볼록 곡면부(32) 사이에서 법선 방향이 일치하는 부위 Bi끼리의 간격은, 가지런하지 않게 된다. 예를 들어, 법선 방향이 z축 방향을 따르는 볼록 곡면부(32)의 중심을 부위 Ba로 한다. 그리고, 특정한 제1 마이크로미러(35c)의 부위 Ba와, 당해 미러(35c)를 둘러싸는 각 제2 마이크로미러(36u, 36r, 36d, 36l)의 각 부위 Ba 사이에 있어서의 각 간격을, 각각 Pa_u, Pa_r, Pa_d, Pa_l로 한다. 이들 각 간격 Pa_u, Pa_r, Pa_d, Pa_l에 대해, 간격 Pa_r과 간격 Pa_l은 동등한 값으로 되지만, 각 간격 Pa_u, Pa_r(Pa_l), Pa_d는, 서로 다른 값으로 된다.

또한, 볼록 곡면부(32)의 중심 이외에서 법선 방향의 일치하는 부위를 Bb로 한다. 그리고, 특정한 제2 마이크로미러(36d)의 부위 Bb와, 당해 미러(36d)를 둘러싸는 각 제1 마이크로미러(35c, 35r, 35d, 35l)의 각 부위 Bb 사이에 있어서의 간격을, 각각 Pb_u, Pb_r, Pb_d, Pb_l로 한다. 그러면, 이들 각 간격 Pb_u, Pb_r, Pb_d, Pb_l은, 서로 다른 값으로 되고, 또한 부위 Ba에 있어서의 각 Pa_u, Pa_r, Pa_d, Pa_l 모두 각각 다른 값으로 될 수 있다.

이러한 구성의 스크린(30)에 의해 반사 및 회절된 레이저광이 간섭에 의해 발생시키는 스폿 형상의 명부 BP의 패턴에 대해, 그 예를 도 15에 기초하여 설명한다. 제1 마이크로미러(35c)와 제2 마이크로미러(36u)에 레이저광이 조사된 경우에는, 도 15의 (a)에 도시하는 명부 BP의 패턴이 형성된다. 레이저 스캐너(10)(도 2 참조)에 의한 주사에 의해, 제1 마이크로미러(35c)와 제2 마이크로미러(36d)(도 14 참조)에 레이저광이 조사된 경우에는, 도 15의 (b)에 도시하는 명부 BP의 패턴이 형성된다. 또한, 제1 마이크로미러(35c)와 제2 마이크로미러(36r)(도 14 참조)에 레이저광이 조사된 경우에는, 도 15의 (c)에 도시하는 명부 BP의 패턴이 형성된다. 그리고, 제1 마이크로미러(35c)와 제2 마이크로미러(36l)(도 14 참조)에 레이저광이 조사된 경우에는, 도 15의 (d)에 도시하는 명부 BP의 패턴이 형성된다.

이상과 같이, 각 볼록 곡면부(32)(도 14 참조)에서 회절한 레이저광이 간섭에 의해 서로 강화되는 명부 BP의 위치는, 가지런하지 않은 배열에서 규정된다. 그러므로, 표시 화상(71)을 묘화하기 위해 레이저광이 고속으로 주사되는 것에 따르면, 레이저광이 간섭에 의해 서로 강화되는 명부 BP의 위치는, 시간의 경과와 함께, 시인자가 지각할 수 없는 속도로 이동한다. 따라서, 시인자는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 가지런하지 않은 배열에서 규정되는 명부 BP의 패턴을 복수 겹쳐 이루어지는 허상(70)을 시인하게 된다.

또한, 도 13에 도시하는 인접하는 볼록 곡면부(32)에 대해, 법선 방향이 일치하는 부위 Bi끼리의 간격 P의 평균을 Pav로 한다. 그리고, 도 1b에 도시하는 오목 거울의 반사면(41)과 윈드 쉴드(90)의 투영면(91)에 의한 표시 화상(71)의 확대율을 M으로 한다. 또한, 주사면(31)으로부터 아이 박스(60)까지의 광로 거리를 L로 하고, 레이저광의 최대 파장을 λmax로 한다. 그리고 또한, 시인자에 있어서 상정되는 동공의 직경을 d로 하면, 이들 값은, 하기 식 1을 만족하도록 규정되어 있다.

일반적으로, 동공의 직경 d는, 약 2밀리미터이다. 그러므로, 상기 식 1의 우변이 2밀리미터 미만으로 되도록 평균 간격 Pav를 규정함으로써, 아이 박스(60)에 도달하는 레이저광에 있어서, 간섭에 의해 서로 강화되는 명부 BP의 간격 a(도 15 참조)의 평균은, 시인자에 있어서 상정되는 동공의 직경 d보다도 작게 된다. 이상에 의해, 복수의 명부 BP가 동공에 시인된 상태가 유지 가능해진다.

여기까지 설명한 제1 실시 형태에 따르면, 도 16과 같이, 가지런하지 않은 배열에서 규정되는 명부 BP의 패턴을 복수 겹쳐 이루어지는 허상(70)에서는, 각 패턴의 명암이 서로 보완한다. 그러므로, 아이 박스(60)(도 1b 참조)에 도달하는 레이저광의 강도 분포는, 실질적으로 고르게 된 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 만곡 형상이 서로 다른 볼록 곡면부(32)를 배열함으로써, 스크린(30)의 구성의 복잡화를 회피하면서, 레이저광의 간섭에 의해 발생하는 표시 화상(71)의 밝기의 불균일이 저감 가능해진다.

덧붙여 말하면 제1 실시 형태에서는, 각 볼록 곡면부(32)의 윤곽(39)이 4변 형상이므로, x축 방향 및 y축 방향으로의 각 마이크로미러(35, 36)의 엇갈린 배열에 의해, 주사면(31)에 대해, 인접하는 각 볼록 곡면부(32)의 만곡 형상은, 서로 다른 형태로 된다. 이와 같이 하여, 주사면(31)의 형상의 복잡화가 억제됨으로써, 표시 화상(71)의 불균일을 저감 가능한 스크린(30)의 제조에 관한 실현성은 확보된다.

또한 제1 실시 형태에 따르면, 상저부(32u)의 길이 P1과 하저부의 길이 P2의 비를 약 1:2로 한 사다리꼴 형상의 윤곽(39)에 의해, 아이 박스(60)에 도달하는 레이저광의 강도 분포의 불균일이 커지는 사태는 회피되고 있다. 이와 같이 하여, 표시 화상(71)으로의 레이저광의 이용 효율 저하를 억제하는 것에 따르면, 표시 화상(71)의 전체의 밝기를 높게 유지한 후에, 당해 화상(71)에 발생하는 밝기의 불균일을 저감하는 것이 가능해진다. 따라서, 허상(70)의 표시 품질은, 한층 더 향상된다.

또한 제1 실시 형태에 따르면, 각 마이크로렌즈(34)의 각 개구(38)의 면적이 맞추어짐으로써, 허상(70)을 형성하는 화소마다의 밝기의 편차는 저감될 수 있다. 그러므로, 회절 간섭에 의한 밝기의 불균일뿐만 아니라, 화소마다 발생하는 밝기의 불균일도 저감 가능해진다.

또한 덧붙여 말하면 제1 실시 형태에 따르면, 복수의 명부 BP를 동공에 시인시킨 상태를 유지할 수 있음으로써, 표시 화상(71)의 허상(70)에 있어서의 명암은, 시인자에게 한층 더 지각되기 어려워진다. 따라서, 허상(70)의 표시 품질의 가일층의 향상이 가능해진다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서, 레이저 스캐너(10)가 협동으로 청구범위에 기재된 「레이저 주사 수단」에 상당하고, 오목 거울(40)이 청구범위에 기재된 「광학계」에 상당하고, 스크린(30)이 청구범위에 기재된 「스크린 부재」에 상당하고, 마이크로미러(34)가 청구범위에 기재된 「광학 소자」에 상당하고, 볼록 곡면부(32)가 청구범위에 기재된 「만곡면부」에 상당하고, 아이 박스(60)가 청구범위에 기재된 「시역」에 상당하고, 윈드 쉴드(90)가 청구범위에 기재된 「표시 부재」에 상당한다.

(제2 실시 형태)

도 17, 18에 도시하는 본 개시의 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태의 변형예이다. 제2 실시 형태에 의한 스크린(230)은, 소위 육방 조밀 형상의 마이크로미러 어레이이다. 스크린(230)에 있어서, 마이크로미러(234)에는, 제1 마이크로미러(235)(도 18에서 백색으로 나타냄), 제2 마이크로미러(236)(도 18에서 도트로 나타냄) 및 제3 마이크로미러(237)(도 18에서 사선으로 나타냄)가 포함되어 있다.

제1∼제3 마이크로미러(235, 236, 237)는, y축 방향을 따라 특정한 순서로, 반복하여 배열되어 있다. 환언하면, 하나의 제1 마이크로미러(235)는 엇갈리게 배열되는 제2 마이크로미러(236) 및 제3 마이크로미러(237)에 의해 둘러싸여 있다(도 18 참조). 이러한 각 마이크로미러(235, 236, 237)의 배열에 의해, 인접하는 각 볼록 곡면부(232)의 만곡 형상이, 서로 다른 것으로 된다. 이상과 같이, 3종류의 서로 다른 만곡 형상을 나타내는 볼록 곡면부(232)가 특정한 순서로 반복하여 배열됨으로써, 제2 실시 형태의 주사면(231)은 형성되어 있다.

덧붙여 말하면, 도 17에 도시하는 제1∼제3 마이크로미러(235, 236, 237)에 있어서의 각 볼록 곡면부(232)는, 6변 형상의 윤곽(239)을 형성하고 있다. 제2 실시 형태에서도, 각 마이크로미러(235, 236, 237)의 각 개구(238)의 면적은, 서로 맞추어져 있다. 그러므로, 각 볼록 곡면부(232)로부터 아이 박스(60)(도 1b 참조)를 향해 출사되는 레이저광의 양적인 편차는 억제된다.

여기까지 설명한 제2 실시 형태에 의해서도, 가지런하지 않은 배열에서 규정되는 명부의 패턴을 복수 겹쳐 이루어지는 허상(70)(도 1b 참조)이, 시인자에 의해 시인 가능해진다. 그러므로, 각 패턴의 명암이 서로 보완함으로써, 아이 박스(60)(도 1b 참조)에 도달하는 레이저광의 강도 분포는, 실질적으로 고르게 된 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 육방 조밀 형상의 마이크로미러 어레이라도, 3종류 이상의 볼록 곡면부(232)의 배열에 의해 구성의 복잡화를 회피하면서, 레이저광의 간섭에 의해 발생하는 표시 화상(71)의 밝기의 불균일이 저감 가능해지는 것이다.

덧붙여 말하면 제2 실시 형태에서는, 각 볼록 곡면부(232)의 윤곽(239)이 6변 형상이므로, y축 방향으로의 각 마이크로미러(235, 236, 237)의 반복 배열에 의해, 주사면(231)에 대해, 인접하는 각 볼록 곡면부(232)의 만곡 형상은, 서로 다른 형태로 된다. 이와 같이 하여, 주사면(231)의 형상의 복잡화가 억제됨으로써, 스크린(230)의 제조에 관한 실현성이 확보된다.

또한, 제2 실시 형태에 있어서, 스크린(230)이 청구범위에 기재된 「스크린 부재」에 상당하고, 마이크로미러(234)가 청구범위에 기재된 「광학 소자」에 상당하고, 볼록 곡면부(232)가 청구범위에 기재된 「만곡면부」에 상당한다.

(제3 실시 형태)

도 19에 도시하는 본 개시의 제3 실시 형태는, 제1 실시 형태의 다른 변형예이다. 제3 실시 형태에 의한 스크린(330)에서는, 제1 마이크로미러(35)와 제2 마이크로미러(36) 사이에, 차광부(339)가 형성되어 있다. 차광부(339)는, 차광성의 수지 재료에 의해 격자 형상으로 형성되어 있고, 인접하는 각 볼록 곡면부(32) 사이의 경계(337)를 덮고 있다. 차광부(339)는, 레이저광의 투과를 차단함으로써, 경계(337) 근방에 있어서의 레이저광의 반사를 억제하고 있다. 또한, 차광부(339)는, 차광성의 인쇄 등에 의해 형성되어 있어도 된다. 또한, 차광부(339)에 의해 덮이는 면적은, 개구(38)의 면적에 대해 10퍼센트 미만으로 되는 것이 바람직하다.

여기까지 설명한 제3 실시 형태에서는, 주사면(31)의 형상이 급격하게 변화할 우려가 있는 각 볼록 곡면부(32) 사이의 경계(337)는, 차광부(339)에 의해 덮여 있다. 그러므로, 이러한 경계(337)에서 반사된 레이저광에 의해, 허상(70)(도 1b 참조)에 국소적인 밝기의 불균일이 발생하는 사태는 회피 가능해진다. 따라서, 아이 박스(60)(도 1b 참조)에 도달하는 레이저광의 강도 분포를 고르게 할 수 있는 효과와 아울러, 허상(70)의 표시 품질은, 한층 더 향상 가능해진다.

또한, 제3 실시 형태에 있어서, 스크린(330)이 청구범위에 기재된 「스크린 부재」에 상당한다.

(다른 실시 형태)

이상, 본 개시에 의한 복수의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 개시는, 상기 실시 형태에 한정하여 해석되는 것이 아니라, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양한 실시 형태 및 조합에 적용할 수 있다.

상기 실시 형태에 있어서, 스크린은, 광학 소자로서의 마이크로미러를 배열하여 이루어지는 마이크로미러 어레이였다. 그러나, 광학 소자로서의 마이크로렌즈를 배열하여 이루어지는 마이크로렌즈 어레이가, 스크린으로서 사용되어 있어도 된다.

상기 실시 형태에 있어서, 표시 화상(71)의 확대율은, 오목 거울(40)의 반사면(41)에 의한 확대율과, 윈드 쉴드(90)의 투영면(91)에 의한 확대율을 광학적으로 조합한 값으로 되어 있었다. 그러나, 예를 들어 투영면이 평탄한 형상이라면, 식 1에 있어서의 확대율 M은, 광학계인 오목 거울의 반사면에 의한 확대율과 실질적으로 등가로 된다. 마찬가지로, 광학계에 있어서의 반사면이 평탄한 형상이라면, 식 1에 있어서의 확대율 M은, 헤드업 디스플레이 장치의 탑재가 상정되는 차량의 투영면에 의한 확대율과 실질적으로 등가로 된다.

상기 제1, 제3 실시 형태에 있어서, 스크린은, 2종류의 마이크로렌즈를 교대로 배열하여 이루어지는 격자 형상의 마이크로렌즈 어레이였다. 그러나, 배열되는 마이크로렌즈의 형상의 종류는, 3종류 이상이어도 된다. 또한, 제2 실시 형태와 같이, 육방 조밀 형상의 마이크로렌즈 어레이라면, 스크린은, 4종류 이상의 마이크로렌즈를 조합함으로써 형성되어 있어도 된다. 또한, 마이크로렌즈에 있어서의 개구의 형상은, 4변 형상 및 6변 형상에 한정되지 않는다. 예를 들어 스크린은, 개구 면적이 맞추어진 부정 형상의 다각형을 배열함으로써 주사면을 형성하는 형태여도 된다.

상기 실시 형태에 있어서, 각 마이크로렌즈의 개구의 면적은, 서로 맞추어져 있었다. 그러나, 개구의 면적은, 15퍼센트 정도의 변동에 들어가는 것이라면, 정확하게 동일하게 되지 않아도 된다.

그리고, 상기 실시 형태에서는, 차량에 탑재되어, 윈드 쉴드(90)에 표시 화상(71)을 투영하는 헤드업 디스플레이 장치에 본 개시를 적용한 예를 나타냈지만, 본 개시는, 각종 수송 기기에 탑재되어, 표시 화상(71)의 허상(70)을 시인자에게 시인 가능하게 하는 다양한 헤드업 디스플레이 장치에 적용할 수 있다.

Claims

레이저광의 주사면(31)으로의 주사에 의해, 미리 규정된 시역(60)으로부터 시인되는 표시 화상(71)이 상기 주사면에 묘화되는 스크린 부재(30, 230, 330)이며,
레이저광을 상기 시역을 향해 퍼지게 하도록 만곡되는 만곡면부(32, 232)를 각각 갖고, 각 상기 만곡면부의 배열에 의해 상기 주사면을 형성하는 복수의 광학 소자(34, 234)를 구비하고,
상기 주사면에 교차하는 단면에 있어서, 인접하는 상기 각 만곡면부의 만곡 형상이, 서로 다른 것을 특징으로 하는, 스크린 부재.
제1항에 있어서, 상기 각 만곡면부는, 4변 형상의 윤곽(39)을 형성하고,
상기 주사면은, 2종류 이상의 서로 다른 만곡 형상을 나타내는 상기 만곡면부를, 엇갈리게 배열함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 스크린 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 만곡면부는, 사다리꼴 형상의 윤곽(39)을 형성하고,
상기 만곡면부에 있어서의 상저부(32u)와 하저부(32l)의 비는, 1:1 내지 1:2의 범위로 규정되는 것을 특징으로 하는, 스크린 부재.
제1항에 있어서, 상기 각 만곡면부는, 6변 형상의 윤곽(239)을 형성하고,
상기 주사면은, 3종류 이상의 서로 다른 만곡 형상을 나타내는 상기 만곡면부를, 특정한 순서로 반복하여 배열함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 스크린 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 만곡면부의 윤곽에 의해 둘러싸이는 각 상기 광학 소자의 각 개구(38)에 있어서의 면적은, 서로 맞추어지는 것을 특징으로 하는, 스크린 부재.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 인접하는 상기 각 만곡면부간의 경계(337)를 덮음으로써 레이저광의 투과를 차단하는 차광부(339)를, 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 스크린 부재.
표시 부재(90)에 형성되는 투영면(91)에 상기 표시 화상을 투영함으로써, 상기 시역으로부터 상기 표시 화상의 허상(70)을 시인자에게 시인시키는 헤드업 디스플레이 장치이며,
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 스크린 부재와,
레이저광의 주사에 의해 상기 주사면에 상기 표시 화상을 묘화하는 레이저 주사 수단(10)과,
상기 주사면에 묘화되는 상기 표시 화상을 확대하여 상기 투영면에 투영하는 광학계(40, 90)
를 구비하는 것을 특징으로 하는, 헤드업 디스플레이 장치.
제7항에 있어서, 인접하는 상기 만곡면부에 대해 법선 방향이 일치하는 부위(Bi)끼리의 간격의 평균 Pav와, 상기 광학계 및 상기 투영면에 의한 상기 표시 화상의 확대율 M과, 상기 주사면으로부터 상기 시역까지의 광로 거리 L과, 상기 레이저 주사 수단이 조사하는 레이저광의 최대 파장 λmax와, 상기 시인자에 있어서 상정되는 동공의 직경 d가, 하기 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 헤드업 디스플레이 장치.