WO2018003589A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2018003589A1
WO2018003589A1 PCT/JP2017/022621 JP2017022621W WO2018003589A1 WO 2018003589 A1 WO2018003589 A1 WO 2018003589A1 JP 2017022621 W JP2017022621 W JP 2017022621W WO 2018003589 A1 WO2018003589 A1 WO 2018003589A1
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WO
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laser beams
light source
combined
laser
combined laser
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PCT/JP2017/022621
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English (en)
French (fr)
Inventor
俊 関谷
中原　剛
Original Assignee
日本精機株式会社
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    • G09G3/02—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes by tracing or scanning a light beam on a screen

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display device.
  • Laser light emitted from a semiconductor laser is irradiated onto a transmission screen having a plurality of microlenses through a mirror or the like, and the irradiation position of the laser light on the transmission screen is two-dimensionally scanned on the screen.
  • a head-up display device that generates a display image has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • this head-up display device in order to prevent speckle patterns and interference fringes called speckles called speckles that occur in the display image due to laser beam interference, only one-half the scanning line pitch is used in the sub-scanning direction using one laser beam.
  • the beam diameter of the laser light irradiated on the transmissive screen is made smaller than the pitch (the distance between the centers of adjacent microlenses in the sub-scanning direction).
  • the present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a head-up display device having good visibility of a virtual image corresponding to a display image.
  • a head-up display device includes: A transmissive screen having a plurality of microlenses; Two combined laser beams are emitted, and the irradiation position of the two combined laser beams on the transmission type screen is reciprocated in the main scanning direction that is the arrangement direction of the plurality of microlenses, and the sub-ratio orthogonal to the main scanning direction.
  • An optical scanning display device that displays an image on a projection member on which display light emitted from the transmissive screen is projected by two-dimensional scanning so as to move toward one side in the scanning direction. , The optical scanning display device emits the two combined laser beams so that the irradiation positions of the two combined laser beams on the transmissive screen are shifted in the sub-scanning direction of the two combined laser beams.
  • a head-up display device with good visibility of a virtual image corresponding to a display image is provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a head-up display device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a partial configuration of an optical scanning display device according to a first embodiment.
  • 2A and 2B are diagrams for explaining the polarization direction of laser light according to Embodiment 1
  • FIG. 3A is a diagram for explaining the polarization direction of laser light emitted from a light source device
  • FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the head-up display device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a transmission screen according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the head-up display device according to the first embodiment. It is a figure which shows the result of having measured the illuminance distribution in the eye box which concerns on Embodiment 1,
  • A) is a figure which shows the result when only one of two synthetic
  • (B) is a figure which shows the result when only the other of two synthetic
  • C) is a case where both two synthetic
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a partial configuration of an optical scanning display device according to a second embodiment. It is a figure which shows the structure of a part of optical scanning display apparatus which concerns on a modification. It is a figure which shows the structure of a part of optical scanning display apparatus which concerns on a modification.
  • the head-up display device (hereinafter referred to as “HUD device”) according to the present embodiment includes a so-called optical scanning display device.
  • the HUD device 1 is provided in a dashboard of a vehicle and irradiates display light L31 and L32 representing a display image toward the windshield 2.
  • the viewer 3 (mainly the driver) receives the display lights L31 and L32 reflected by the windshield (projection member) 2 and can visually recognize the virtual image V of the display image.
  • the HUD device 1 includes an optical scanning display device 10, a mirror 20, a field lens 30, a transmission screen 41, a quarter wavelength plate 42, a plane mirror 50, a concave mirror 60, and the like.
  • the housing 70 and the control unit 100 are provided.
  • the optical scanning display device 10 emits two synthetic laser beams L21 and L22.
  • the irradiation positions of the two combined laser beams L21 and L22 on the transmission screen 41 are two-dimensionally aligned along the arrangement direction of a plurality of microlenses 411a included in the transmission screen 41 described later. Let it scan. Accordingly, the optical scanning display device 10 displays an image on the windshield 2 by projecting display light emitted from the transmissive screen 41 onto the windshield 2.
  • the optical scanning display device 10 has two synthetic laser beams so that the irradiation positions of the two synthetic laser beams L21 and L22 on the transmission screen 41 are shifted in the sub-scanning direction of the two synthetic laser beams L21 and L22. L21 and L22 are emitted.
  • the housing 70 is formed in a box shape from a hard resin material or the like.
  • An opening 70 a is formed in a portion of the peripheral wall of the housing 70 that faces the windshield 2.
  • the opening 70a is closed by a window 71 formed from a transparent resin material or the like.
  • the display lights L31 and L32 pass through the window 71 and travel from the inside of the housing 70 toward the windshield 2.
  • Each component of the HUD device 1 excluding the control unit 100 is built in the housing 70.
  • the control unit 100 may be provided in the housing 70.
  • the optical scanning display device 10 includes a light source device 11, a composite mirror 12, an aperture 13, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror 14, and a window 15.
  • a light source device 11 a composite mirror 12, an aperture 13, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror 14, and a window 15.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • the light source device 11 includes semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b, condenser lenses 112r, 112g, and 112b, and dichroic mirrors 113r, 113g, and 113b.
  • the semiconductor laser 111r emits laser light in a red wavelength band (wavelength band in the range of 620 nm to 750 nm).
  • the semiconductor laser 111g emits laser light in the green wavelength band (wavelength band in the range of 495 nm to 570 nm).
  • the semiconductor laser 111b emits laser light in a blue wavelength band (wavelength band in the range of 400 nm to 490 nm).
  • the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b change the output of the laser light in accordance with a control signal input from the control unit 100.
  • the condensing lenses 112r, 112g, and 112b are for condensing the laser beams emitted radially from the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b.
  • the condensing lenses 112r, 112g, and 112b are disposed on the emission direction side of the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b.
  • the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b irradiate the dichroic mirrors 113r, 113g, and 113b with laser beams via the condenser lenses 112r, 112g, and 112b.
  • Each of the dichroic mirrors 113r, 113g, and 113b is made of a dielectric multilayer film having a different refractive index.
  • the dichroic mirror 113r reflects only the wavelength region of red laser light toward the dichroic mirror 113g, and transmits light in other wavelength regions.
  • the dichroic mirror 113g reflects only the wavelength region of the green laser light toward the dichroic mirror 113b, and transmits light in other wavelength regions including the red laser light from the dichroic mirror 113r.
  • the dichroic mirror 113b transmits only the wavelength region of blue laser light toward the composite mirror 12, and reflects light in other wavelength regions including the laser light from the dichroic mirrors 113r and 113g.
  • the dichroic mirrors 113r, 113g, and 113b are arranged so that the laser beams reflected by them are mixed to form one synthetic laser beam L1.
  • the shapes of the condenser lenses 112r, 112g, and 112b and the distances between the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b and the condenser lenses 112r, 112g, and 112b are such that the combined laser beams L21 and L22 are condensed on the transmission screen 41.
  • the dichroic mirrors 113r, 113g, and 113b generate a combined laser beam L1 that is a combination of the laser beams emitted from the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b.
  • the composite mirror 12 reflects the combined laser beam L1 emitted from the light source device 11 to generate two combined laser beams L21 and L22.
  • the composite mirror 12 includes a first base 121, a second base 123, and a bonding member 122 for connecting the first base 121 and the second base 123.
  • a PBS (Polarizing ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Beam ⁇ ⁇ Splitter) film (first reflective film) 124 is interposed between the first base member 121 and the bonding member 122, and a reflective film is interposed between the bonding member 122 and the second base member 123. (Second reflective film) 125 is interposed.
  • the PBS film 124 and the reflective film 125 face each other while being separated by the thickness of the bonding member 122 (for example, several tens of ⁇ m).
  • the 1st base material 121 and the 2nd base material 123 are formed from glass.
  • the bonding member 122 is made of a UV (Ultra Violet) curable resin material having a refractive index substantially equal to that of glass.
  • the PBS film 124 is composed of a dielectric multilayer film, and reflects only S-polarized light and transmits P-polarized light with respect to the incident surface of the synthetic laser light L1.
  • the reflective film 125 is composed of a dielectric multilayer film or a metal film, and reflects S-polarized light and P-polarized light.
  • the PBS film 124 is stacked on the first substrate 121, and the reflective film 125 is stacked on the second substrate 123.
  • the composite mirror 12 is provided so as to be inclined so that the PBS film 124 and the reflection film 125 intersect the synthetic laser light L1. Further, the PBS film 124 is provided at a position where the synthetic laser light L1 is incident before the reflective film 125. Thereby, the composite mirror 12 can generate two synthetic laser beams L21 and L22 from the synthetic laser beam L1.
  • the synthetic laser light L1 emitted from the light source device 11 is linearly polarized in a direction inclined by 45 degrees with respect to a virtual plane PP corresponding to a main scanning direction to be described later. .
  • This is realized by adjusting the postures of the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b so that the polarization directions of the laser beams emitted from the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b are inclined by 45 degrees with respect to the virtual plane PP.
  • the S-polarized component (component parallel to the virtual plane PP) with respect to the incident surface of the PBS film 124 in the synthetic laser light L1 is reflected by the PBS film 124, and the synthetic laser light L21 is generated.
  • a component of P-polarized light (component perpendicular to the virtual plane PP) with respect to the incident surface of the PBS film 124 in the synthetic laser light L1 is transmitted through the PBS film 124 and reflected by the reflective film 125, thereby generating a synthetic laser light L22.
  • the thickness of the bonding member 122 is about several tens of ⁇ m, and the PBS film 124 and the reflective film 125 are separated by about several tens of ⁇ m.
  • the combined laser beams L21 and L22 are such that the beam centers CL21 and CL22 are separated in the direction orthogonal to the virtual plane PP and the polarization directions are orthogonal to each other.
  • the distance between the beam centers CL21 and CL22 is a distance dV1 / 2 that is half the center distance dV1 (pitch in the sub-scanning direction) between two adjacent microlenses 411a of a transmission screen 41 described later. Is set.
  • the distance between the beam centers CL21 and CL22 is determined by the incident angle of the combined laser beam L1 to the composite mirror 12, the refractive index of the first base member 121, the bonding member 122, and the thickness of the bonding member 122.
  • the aperture 13 has an opening 13a and is disposed on the optical path of the combined laser beams L21 and L22.
  • the opening 13a has a circular shape in plan view, and is larger than an outer dimension of a reflecting portion 14a of the MEMS mirror 14 described later.
  • the reflected light L24 reflected by the surface is blocked by the aperture 13.
  • the combined laser beams L21 and L22 pass through the opening 13a of the aperture 13.
  • the thicknesses of the first base material 121 and the second base material 123 of the composite mirror 12 are set so that the reflected lights L23 and L24 are guided to the outside of the opening 13a of the aperture 13.
  • the MEMS mirror 14 is composed of, for example, a piezoelectric drive type biaxial laser beam scanning mirror. As shown in FIG. 2, in the MEMS mirror 14, the reflecting portion 14 a swings in the biaxial direction according to a control signal input from the control portion 100. As a result, as shown in FIG. 5, the irradiation positions on the transmission screen 41 of the combined laser beams L21 and L22 reflected by the reflecting portion 14a are scanned two-dimensionally.
  • the MEMS mirror 14 reciprocates the irradiation position in the main scanning direction on the transmissive screen 41 in accordance with a control signal input from the control unit 100, while on the one side in the sub scanning direction (for example, in FIG. 5). Scan to move toward the lower side. Further, the scanning angle of the reflecting portion 14a of the MEMS mirror 14 is set to about ⁇ 20 degrees.
  • the window 15 is made of transparent glass or resin material.
  • the resin material include polycarbonate resin, cycloolefin polymer resin, and cyclic olefin copolymer resin.
  • the window 15 has a shape having negative refractive power.
  • the window 15 is attached to a part of the housing of the optical scanning display device 10, for example.
  • the surface shape of the window 15 may be a spherical surface, an aspherical surface, a free-form surface, or an axisymmetric shape in which the central axis deviates from the optical axis.
  • the control unit 100 includes a microcomputer, an external interface, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like.
  • the control unit 100 outputs a control signal to the light source device 11 and the MEMS mirror 14 according to the content of the display image.
  • the mirror 20 reflects the combined laser beams L21 and L22 emitted from the optical scanning display device 10 toward the transmission screen 41.
  • the mirror 20 is configured such that the incident surfaces of the combined laser beams L21 and L22 are inclined with respect to the incident direction of the combined laser beams L21 and L22 on the transmissive screen 41, and the combined laser beams L21, The optical path is corrected so that the beam diameters of L22 are substantially the same.
  • the mirror 20 has a shape having a free curved surface that is axially symmetric with respect to the central axis of the mirror 20, for example.
  • the field lens 30 is made of transparent glass or resin material.
  • the field lens 30 is for adjusting the incident angle of the combined laser beams L21 and L22 to the transmission screen 41.
  • the field lens 30 has a shape having a positive refractive power.
  • the surface shape of the field lens 30 is, for example, a free-form surface that is axially symmetric with respect to the central axis of the field lens 30.
  • the surface shape of the field lens 30 may be an aspherical surface.
  • the transmission screen 41 forms an image with the combined laser beams L21 and L22 emitted from the optical scanning display device 10.
  • the transmissive screen 41 includes a microlens array 411 having a plurality of microlenses 411 a and a black matrix 412.
  • the plurality of microlenses 411 a are arranged in a matrix when viewed from the thickness direction of the transmission screen 41.
  • the distance between the center of the incident surface of the microlens 411a and the corresponding black matrix 412 is set to a distance substantially equal to the focal length f of the microlens 411a.
  • the microlens array 411 is formed from a transparent resin material.
  • the black matrix 412 is formed from a black plate-shaped black base material 412b, and a plurality of openings 412a are formed in the black base material 412b so as to be arranged in a matrix shape when viewed from the thickness direction of the transmission screen 41.
  • the black matrix 412 is arranged so that a plurality of openings 412a are positioned in the vicinity of the focal point of each microlens array 411.
  • the plurality of microlenses 411a condense the incident combined laser beams L21 and L22, respectively, into the corresponding openings 412a of the black matrix 412.
  • the transmissive screen 41 is disposed in a state inclined with respect to the optical axis direction of the combined laser beams L21 and L22.
  • invaded the inside of the housing 70 from the window 71 is reduced. Moreover, it can suppress that the return light reflected by the entrance plane of the transmissive screen 41 among the synthetic laser beams L21 and L22 affects the operating state of the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b of the light source device 11. Further, as shown in FIG. 7, the combined laser beam L21 has an intensity distribution with the strongest intensity at the approximate center of the microlens 411a of the transmission screen 41. On the other hand, the synthetic laser beam L22 has an intensity distribution with the strongest intensity at the edge of the microlens 411a.
  • the quarter-wave plate 42 is attached to the exit surface of the transmissive screen 41 as shown in FIG.
  • the quarter-wave plate 42 converts the linearly polarized display light emitted from the transmissive screen 41 into circularly polarized display lights L31 and L32.
  • the display lights L31 and L32 correspond to the combined laser lights L21 and L22, respectively.
  • One of the display lights L31 and L32 is left circularly polarized light, and the other is right circularly polarized light. Thereby, the coherence of the display lights L31 and L32 is reduced.
  • the plane mirror 50 reflects the display lights L31 and L32 incident from the quarter-wave plate 42 toward the concave mirror 60.
  • the concave mirror 60 reflects the display lights L31 and L32 incident from the plane mirror 50 toward the windshield 2.
  • the shape of the reflecting surface of the concave mirror 60 is such that the magnification of the image formed by the display lights L31 and L32 incident from the plane mirror 50, correction of the distortion of the virtual image V caused by the shape of the windshield 2, and the formation of the virtual image V It is set as appropriate based on the position.
  • the distance between the centers of two microlenses 411a adjacent to each other is dV1.
  • the combined laser beams L21 and L22 are separated so that the distance between the beam centers is dV1 / 2 corresponding to half of the center distance dV1 of the microlens 411a.
  • the light is emitted from the optical scanning display device 10. That is, one irradiation position and the other irradiation position of the two synthetic laser beams L21 and L22 are separated by a half of the distance between the centers of the two adjacent microlenses 411a. Then, as shown in FIG.
  • the combined laser beams L21 and L22 are scanned on the transmissive screen 41 in a state separated by a distance dV1 / 2 in the V direction. That is, two parallel scanning lines by the combined laser beams L 21 and L 22 are drawn on the transmissive screen 41.
  • the display lights L31 and L32 emitted from the transmissive screen 41 and the quarter-wave plate 42 are guided to the eye box EY through the plane mirror 50, the concave mirror 60, and the windshield 2.
  • the “eye box EY” is an upper, lower, left, and right area having a predetermined width including the position of the eye of the viewer 3.
  • the measurement result of the illuminance distribution of the display lights L31 and L32 in the eye box EY will be described.
  • the eye box EY has the eye box EY in the V-axis direction corresponding to the sub-scanning direction.
  • An illuminance distribution of a quadratic curve with the highest illuminance at the approximate center is obtained.
  • the synthetic laser light L22 is incident on the transmission screen 41, that is, when only the display light L32 is present, as shown in FIG. 8B, the most at both ends of the eye box EY in the V-axis direction.
  • An illuminance distribution is obtained in which the illuminance increases and the illuminance decreases in the center of the eye box EY.
  • FIG. 8C FIG.
  • the illuminance distribution in FIG. 8B and the illuminance distribution in FIG. 8B overlap, so that the illuminance is substantially uniform over the entire area of the eyebox EY in the V-axis direction.
  • the optical scanning display device 10 has two irradiation positions of the two combined laser beams L21 and L22 on the transmissive screen 41. Two combined laser beams L21 and L22 are emitted so as to be shifted in the sub-scanning direction of L21 and L22. Thereby, since illumination intensity can be made substantially uniform in the entire eye box EY, the display quality of the virtual image V is improved.
  • the HUD device 1 simultaneously draws two identical images that are shifted from each other by half the scanning line pitch in the sub-scanning direction, using two synthetic laser beams.
  • the “scanning line” corresponds to a line extending in the main scanning direction along the locus of the irradiation position of the combined laser beams L21 and L22 and arranged in the sub-scanning direction.
  • the two combined laser beams L21 and L22 are linearly polarized light, and the polarization directions are orthogonal to each other. Therefore, since interference between the two synthetic laser beams L21 and L22 can be suppressed, the quality of the display image is improved.
  • the HUD device 1 includes a 1 ⁇ 4 wavelength plate 42 disposed on the transmission screen 41 on the side from which the display lights L31 and L32 are emitted.
  • a 1 ⁇ 4 wavelength plate 42 disposed on the transmission screen 41 on the side from which the display lights L31 and L32 are emitted.
  • the composite mirror 12 according to the present embodiment is disposed apart from the PBS film 124 that reflects a part of the combined laser light L1 incident from the light source device 11 and the PBS film 124, and out of the combined laser light L1.
  • a reflective film 125 that reflects the synthetic laser light transmitted through the PBS film 124.
  • the HUD device 201 As shown in FIG. 9, the HUD device 201 according to the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of an optical scanning display device 210 and a mirror 212.
  • the light source device 211 emits two combined laser beams L11 and L12 that are parallel to each other.
  • the light source device 11 includes a first laser light source group 111a composed of semiconductor lasers (laser light sources) 111r, 111g, and 111b that emit laser beams of different colors, and a semiconductor laser that emits laser beams of different colors.
  • Laser light source 114r, 114g, 114b, a second laser light source group 114a, condenser lenses 112r, 112g, 112b, 115r, 115g, 115b, PBS (polarizing beam splitter) 116r, 116g, 116b, dichroic Mirrors 117r, 117g, and 117b.
  • PBS polarizing beam splitter
  • the semiconductor laser 114r emits laser light in the red wavelength band.
  • the semiconductor laser 114g emits a laser beam having a green wavelength band.
  • the semiconductor laser 114b emits laser light in a blue wavelength band.
  • the shapes of the condensing lenses 112r, 112g, and 112b and the distances between the semiconductor lasers 111r, 111g, 111b, 114r, 114g, and 114b and the condensing lenses 112r, 112g, 112b, 115r, 115g, and 115b are determined by the combined laser beam.
  • L11 and L12 are adjusted so as to be condensed on the transmission screen 41.
  • Laser light from the semiconductor laser 111b is incident on one surface of the PBS 116b, and the laser light is emitted from the other surface of the PBS 116b toward the dichroic mirror 117b.
  • Laser light from the semiconductor laser 114b is incident on the other surface of the PBS 116b, and the laser light is reflected toward the dichroic mirror 117b.
  • Laser light from the semiconductor laser 111g is incident on one surface of the PBS 116g, and the laser light is emitted toward the dichroic mirror 117g from the other surface of the PBS 116g. Further, the laser beam from the semiconductor laser 114g is incident on the other surface of the PBS 116g, and the laser beam is reflected toward the dichroic mirror 117g.
  • Laser light from the semiconductor laser 111r is incident on one surface of the PBS 116r, and the laser light is emitted from the other surface of the PBS 116r toward the dichroic mirror 117r. Further, laser light from the semiconductor laser 114r is incident on the other surface of the PBS 116r, and the laser light is reflected toward the dichroic mirror 117r.
  • the dichroic mirror 117b reflects only the wavelength region of blue laser light toward the dichroic mirror 117g, and transmits light in other wavelength regions.
  • the dichroic mirror 117g reflects only the wavelength region of the green laser light toward the dichroic mirror 117r, and transmits light in other wavelength regions including the blue laser light from the dichroic mirror 117b.
  • the dichroic mirror 117r transmits only the wavelength region of red laser light toward the composite mirror 12, and reflects light in other wavelength regions including laser light from the dichroic mirrors 117b and 117g.
  • the dichroic mirrors 117r, 117g, and 117b combine the laser beams emitted from the semiconductor lasers (first laser light sources) 111r, 111g, and 111b to generate the combined laser beam L11.
  • the dichroic mirrors 117r, 117g, and 117b combine the laser beams emitted from the semiconductor lasers (second laser light sources) 114r, 114g, and 114b to generate the combined laser beam L12.
  • the dichroic mirrors 117r, 117g, and 117b combine the laser beams of different colors from the first laser light source group 111a to generate the combined laser light L11, and the laser beams of different colors from the second laser light source group 114a. Is configured to generate a combined laser beam L12.
  • the light source device 211 includes the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b for generating the synthetic laser light L11 and the semiconductor lasers 114r, 114g for generating the synthetic laser light L12. 114b is different.
  • the illuminance distribution in the eye box EY can be appropriately adjusted by changing the intensity of the combined laser beams L11 and L12 individually. Therefore, the display quality of the virtual image V can be further improved.
  • the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment.
  • the HUD device 1 according to the first embodiment may be configured to include an optical member 312 as shown in FIG.
  • the difference from the above embodiments will be mainly described.
  • FIG. 11 the same reference numerals as those in FIG. 3 are assigned to the same configurations as those in the first embodiment.
  • the optical member 312 includes a first prism 321, a second prism 323, and a bonding member 322 for coupling the first prism 321 and the second prism 323.
  • the first prism 321 and the second prism 323 are formed of right-angled prisms having a right triangular prism shape, and the slopes are arranged so as to face each other.
  • a PBS film 324 is interposed between the first prism 321 and the bonding member 322, and a reflective film 125 is interposed between the bonding member 322 and the second prism 323.
  • the first prism 321 and the second prism 323 are made of transparent glass.
  • the bonding member 322 is formed of the same material as the bonding member 122 described in the first embodiment.
  • the PBS film 324 and the reflective film 325 have the same configuration as the PBS film 124 and the reflective film 125 described in the first embodiment.
  • the optical member 312 is disposed so that one of the two orthogonal surfaces of the first prism 321 is orthogonal to the incident direction of the synthetic laser light L1 as an incident surface.
  • the incident surface of the first prism 321 for the combined laser beam L1 is orthogonal to the incident direction of the combined laser beam L1
  • the reflected light reflected by the incident surface of the first prism 321 is the aperture 13. Propagation to the side can be prevented. Accordingly, unnecessary light propagating to the aperture 13 side is reduced, and there is an advantage that the quality of the display image is improved.
  • the PBS film 124 reflects only the S-polarized component of the synthetic laser light L1.
  • the present invention is not limited thereto, and the PBS film 124 reflects only the P-polarized component of the synthetic laser light L1. You may do.
  • the configuration in which the optical paths corresponding to the combined laser beams L11 and L12 are separately formed in the PBSs 116r, 116g, and 116b and the dichroic mirrors 117r, 117g, and 117b has been described.
  • the combined laser beams L ⁇ b> 11 and L ⁇ b> 12 are generated and then the distance between the generated combined laser beams L ⁇ b> 11 and L ⁇ b> 12 is set by the dichroic mirror 518. Also good.
  • the semiconductor lasers 111r, 111g, and 111b constituting the first laser light source group 111a irradiate the dichroic mirrors 516r, 516g, and 516b with laser light via the condenser lenses 112r, 112g, and 112b.
  • the dichroic mirrors 516r, 516g, and 516b are arranged so that the laser beams reflected by the dichroic mirrors 516r, 516g, and 516b are mixed to form one combined laser beam L11, as in the dichroic mirrors 113r, 113g, and 113b of the first embodiment. ing.
  • the semiconductor lasers 114r, 114g, and 114b constituting the second laser light source group 114a irradiate the dichroic mirrors 517r, 517g, and 517b with laser light via the condenser lenses 115r, 115g, and 115b.
  • the dichroic mirrors 517r, 517g, and 517b are arranged so that the laser beams reflected by the dichroic mirrors 517r, 517g, and 517b are mixed to form one combined laser beam L12, similarly to the dichroic mirrors 113r, 113g, and 113b of the first embodiment. ing.
  • the combined laser beam L11 is incident on one surface of the dichroic mirror 518, and the combined laser beam L11 transmitted from the other surface of the dichroic mirror 518 is emitted toward the mirror 212. Further, the combined laser beam L12 is incident on the other surface of the dichroic mirror 518, and the laser beam is reflected toward the mirror 212. Therefore, the dichroic mirror 518 emits the two combined laser beams L11 and L12 to the mirror 212 as in the first embodiment.
  • the dichroic mirrors 516r, 516g, and 516b constitute a light combining unit that generates combined laser light L11 by combining laser beams of different colors from the first laser light source group 111a.
  • the dichroic mirrors 517r, 517g, and 517b constitute a light combining unit that generates combined laser light L12 by combining laser beams of different colors from the second laser light source group 114a.
  • the configuration including the quarter wavelength plate 42 has been described.
  • the configuration without the quarter wavelength plate 42 may be used.
  • the display lights L31 and L32 are linearly polarized light orthogonal to each other.
  • an example in which the quarter wavelength plate 42 is disposed adjacent to the transmission screen 41 has been described.
  • the present invention is not limited thereto, and the quarter wavelength plate 42 is on the optical path of the display light.
  • the configuration may be arranged at a position separated from the transmissive screen 41.
  • the configuration including the three mirrors of the mirror 20, the plane mirror 50, and the concave mirror 60 has been described, but the number of mirrors is not limited to three. Depending on the size and arrangement of the optical scanning display devices 10 and 210, the number of mirrors may be appropriately changed to two or less or four or more.
  • the optical scanning display devices 10 and 210 may be covered with a protective cover.
  • the gap generated between the protective cover and the window 15 is set to a size that can prevent entry of foreign matter. This prevents foreign matter from adhering to the reflecting portion 14a of the MEMS mirror 14.
  • the structure by which the resin material was embedded between the protective cover and the window 15 may be sufficient.
  • optical scanning display devices 10 and 210 may be configured without the window 15.
  • the configuration having the black matrix 412 as the transmissive screen 41 has been described, but the configuration of the transmissive screen 41 is not limited to this.
  • the transmission screen may be configured to include a microlens array including a plurality of microlenses having convex shapes on both the incident surface side and the output surface side.
  • optical scanning display devices 10 and 210 include those in which laser beams output from a plurality of semiconductor lasers are respectively introduced into optical fibers and these optical fibers are coupled by a fiber coupler. It may be. In this case, it is possible to use high-power synthetic laser light.
  • the arrangement of the plurality of microlenses 411a is in a matrix. It is not limited to.
  • a plurality of microlenses may be arranged in a honeycomb shape.
  • the position where the quarter wavelength plate is provided is not limited thereto.
  • the position where the quarter wavelength plate is provided is not particularly limited as long as it is in the optical path of the two combined laser beams.

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Abstract

表示画像に応じた虚像の視認性が良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。　ＨＵＤ装置１は、複数のマイクロレンズを有する透過型スクリーン４１と、２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を出射し、透過型スクリーン４１上における２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の照射位置を二次元的に走査させることにより透過型スクリーン４１から出射される表示光Ｌ３１、Ｌ３２が投射されるウインドシールドに画像を表示する光走査型表示装置１０と、を備える。光走査型表示装置１０は、透過型スクリーン４１上における２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の照射位置が２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の副走査方向にずれるように、２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を出射する。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
　半導体レーザから出射されるレーザ光を、ミラー等を介して複数のマイクロレンズを有する透過型スクリーンに向けて照射し透過型スクリーン上におけるレーザ光の照射位置を二次元的に走査させることによりスクリーン上に表示画像を生成するヘッドアップディスプレイ装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。このヘッドアップディスプレイ装置では、レーザ光の干渉によって表示画像に生じるスペックルと呼ばれる斑点模様や干渉縞を防止するために、１つのレーザ光を用いて、副走査方向に走査線のピッチの半分だけ互いにずれている２つの同じ画像を描画する。そして、透過型スクリーンに照射されるレーザ光のビーム径をピッチ（副走査方向で隣接するマイクロレンズの中心間距離）よりも小さくしている。
特開２０１６－９０７６９号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されたヘッドアップディスプレイ装置の場合、１つのレーザ光を用いて、２つの表示画像を描画するため、単位時間当たりに描画する表示画像の数（フレーム周波数）を２倍に増加させる必要がある。従って、表示画像を形成するために使用する走査線（主走査方向へ延び副走査方向に並ぶ走査線）の本数を減らさざるを得なくなり、その分、表示画像の解像度を低下させざるを得ない。そうすると、表示画像に応じた虚像の視認性が低下してしまう虞がある。
　本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、表示画像に応じた虚像の視認性が良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
　複数のマイクロレンズを有する透過型スクリーンと、
　２つの合成レーザ光を出射し、前記透過型スクリーン上における前記２つの合成レーザ光の照射位置を前記複数のマイクロレンズの配列方向である主走査方向に往復させつつ前記主走査方向に直交する副走査方向の一方側に向かって移動するように二次元的に走査させることにより前記透過型スクリーンから出射される表示光が投射される投射部材に画像を表示する光走査型表示装置と、を備え、
　前記光走査型表示装置は、前記透過型スクリーン上における前記２つの合成レーザ光の照射位置が前記２つの合成レーザ光の前記副走査方向にずれるように、前記２つの合成レーザ光を出射する。
　本発明によれば、表示画像に応じた虚像の視認性が良好なヘッドアップディスプレイ装置が提供される。
本発明の実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両を示す模式図である。 実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る光走査型表示装置の一部の構成を示す図である。 実施の形態１に係るレーザ光の偏光方向を説明するための図であり、（Ａ）は光源装置から出射されるレーザ光の偏光方向を説明するための図であり、（Ｂ）は複合ミラーで生成されたレーザ光の偏光方向を説明するための図である。 実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置の動作説明図である。 実施の形態１に係る透過型スクリーンの概略構成図である。 実施の形態１に係るヘッドアップディスプレイ装置の動作説明図である。 実施の形態１に係るアイボックスにおける照度分布を測定した結果を示す図であり、（Ａ）は２つの合成レーザ光のうちの一方のみが透過型スクリーンに入射した場合の結果を示す図であり、（Ｂ）は２つの合成レーザ光のうちの他方のみが透過型スクリーンに入射した場合の結果を示す図であり、（Ｃ）は２つの合成レーザ光の両方が透過型スクリーンに入射した場合の結果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。 実施の形態２に係る光走査型表示装置の一部の構成を示す図である。 変形例に係る光走査型表示装置の一部の構成を示す図である。 変形例に係る光走査型表示装置の一部の構成を示す図である。
（実施の形態１）
　以下、本実施の形態に係る表示装置について図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」と称する。）は、いわゆる光走査型表示装置を備えるものである。図１に示すように、ＨＵＤ装置１は、車両のダッシュボード内に設けられ、表示画像を表す表示光Ｌ３１、Ｌ３２をウインドシールド２に向けて照射する。視認者３（主に運転者）は、ウインドシールド（投射部材）２に反射した表示光Ｌ３１、Ｌ３２を受けて、表示画像の虚像Ｖを視認することができる。
　ＨＵＤ装置１は、図２に示すように、光走査型表示装置１０と、ミラー２０と、フィールドレンズ３０と、透過型スクリーン４１と、１／４波長板４２と、平面鏡５０と、凹面鏡６０と、ハウジング７０と、制御部１００と、を備える。光走査型表示装置１０は、２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を出射する。光走査型表示装置１０は、透過型スクリーン４１上における２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の照射位置を、後述の透過型スクリーン４１が有する複数のマイクロレンズ４１１ａの配列方向に沿って二次元的に走査させる。これにより、光走査型表示装置１０は、透過型スクリーン４１から出射される表示光をウインドシールド２に投射することでウインドシールド２に画像を表示する。そして、光走査型表示装置１０は、透過型スクリーン４１上における２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の照射位置が２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の副走査方向にずれるように、２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を出射する。
　ハウジング７０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７０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７０ａが形成されている。開口部７０ａは、透明な樹脂材料等から形成された窓７１により塞がれている。表示光Ｌ３１、Ｌ３２は、窓７１を透過してハウジング７０内からウインドシールド２に向かう。ハウジング７０内には、制御部１００を除くＨＵＤ装置１の各構成が内蔵されている。なお、制御部１００は、ハウジング７０内に設けられていてもよい。
　光走査型表示装置１０は、光源装置１１と、複合ミラー１２と、アパーチャ１３と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー１４と、ウィンドウ１５と、を備える。
　光源装置１１は、図３に示すように、半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂと、集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂと、ダイクロイックミラー１１３ｒ、１１３ｇ、１１３ｂと、を有する。半導体レーザ１１１ｒは、赤色の波長帯域（６２０ｎｍ乃至７５０ｎｍの範囲内の波長帯域）のレーザ光を出射する。半導体レーザ１１１ｇは、緑色の波長帯域（４９５ｎｍ乃至５７０ｎｍの範囲内の波長帯域）のレーザ光を出射する。半導体レーザ１１１ｂは、青色の波長帯域（４００ｎｍ乃至４９０ｎｍの範囲内の波長帯域）のレーザ光を出射する。半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂは、制御部１００から入力される制御信号に応じて、レーザ光の出力を変化させる。集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂは、半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂから放射状に出射されるレーザ光を集光するためのものである。集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂは、半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂの出射方向側に配置されている。半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂは、集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂを介してダイクロイックミラー１１３ｒ、１１３ｇ、１１３ｂへレーザ光を照射する。各ダイクロイックミラー１１３ｒ、１１３ｇ、１１３ｂは、屈折率のそれぞれ異なる誘電体の多層膜からなる。ダイクロイックミラー１１３ｒは、赤色のレーザ光の波長領域のみをダイクロイックミラー１１３ｇに向けて反射し、他の波長領域の光を透過させる。ダイクロイックミラー１１３ｇは、緑色のレーザ光の波長領域のみをダイクロイックミラー１１３ｂに向けて反射し、ダイクロイックミラー１１３ｒからの赤色のレーザ光を含む他の波長領域の光を透過させる。ダイクロイックミラー１１３ｂは、青色のレーザ光の波長領域のみを複合ミラー１２に向けて透過し、ダイクロイックミラー１１３ｒ，１１３ｇからのレーザ光を含む他の波長領域の光を反射させる。このように、ダイクロイックミラー１１３ｒ、１１３ｇ、１１３ｂは、それらで反射されたレーザ光が混合されて１つの合成レーザ光Ｌ１を形成するように配置されている。集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂの形状、並びに半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂと集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂとの間の距離は、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２が透過型スクリーン４１上に集光するように調整されている。ダイクロイックミラー１１３ｒ、１１３ｇ、１１３ｂは、各半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂから出射されたレーザ光を合波してなる合成レーザ光Ｌ１を生成する。
　複合ミラー１２は、光源装置１１から出射される合成レーザ光Ｌ１を反射して２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を生成する。複合ミラー１２は、第１基材１２１と、第２基材１２３と、第１基材１２１と第２基材１２３とを結合するためのボンディング部材１２２と、を有する。第１基材１２１とボンディング部材１２２との間には、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter）膜（第１反射膜）１２４が介在し、ボンディング部材１２２と第２基材１２３との間には、反射膜（第２反射膜）１２５が介在している。すなわち、ＰＢＳ膜１２４と反射膜１２５とは、ボンディング部材１２２の厚さ分（例えば数十μｍ）だけ離間しつつ対面している。第１基材１２１と第２基材１２３とは、ガラスから形成されている。ボンディング部材１２２は、ガラスの屈折率と略等しい屈折率を有するＵＶ（Ultra Violet）硬化性樹脂材料から形成されている。ＰＢＳ膜１２４は、誘電体多層膜から構成され、その合成レーザ光Ｌ１の入射面に対するＳ偏光のみを反射し、Ｐ偏光を透過する。反射膜１２５は、誘電体多層膜または金属膜から構成され、Ｓ偏光およびＰ偏光を反射する。ＰＢＳ膜１２４は、第１基材１２１上に積層され、反射膜１２５は第２基材１２３上に積層されている。そして、複合ミラー１２は、ＰＢＳ膜１２４および反射膜１２５が合成レーザ光Ｌ１に交わるように傾斜して設けられている。また、ＰＢＳ膜１２４は、反射膜１２５よりも先に合成レーザ光Ｌ１が入射する位置に設けられる。これにより、複合ミラー１２は、合成レーザ光Ｌ１から２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を生成することができる。
　光源装置１１から出射される合成レーザ光Ｌ１は、図４（Ａ）に示すように、後述する主走査方向に対応する仮想平面ＰＰに対して斜め４５度だけ傾いた方向に直線偏光している。これは、半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂから出射されるレーザ光の偏光方向が仮想平面ＰＰに対して斜め４５度だけ傾くように、半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂの姿勢を調整することにより実現される。そして、合成レーザ光Ｌ１のうちＰＢＳ膜１２４の入射面に対するＳ偏光の成分（仮想平面ＰＰに平行な成分）がＰＢＳ膜１２４で反射され、合成レーザ光Ｌ２１が生成される。また、合成レーザ光Ｌ１のうちＰＢＳ膜１２４の入射面に対するＰ偏光の成分（仮想平面ＰＰに垂直な成分）がＰＢＳ膜１２４を透過して反射膜１２５で反射され、合成レーザ光Ｌ２２が生成される。ボンディング部材１２２の厚さは、数１０μｍ程度であり、ＰＢＳ膜１２４と反射膜１２５とは、数１０μｍ程度離間している。これにより、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２は、図４（Ｂ）に示すように、ビーム中心ＣＬ２１、ＣＬ２２が仮想平面ＰＰに直交する方向に離間し且つ偏光方向が互いに直交したものとなる。ここで、ビーム中心ＣＬ２１、ＣＬ２２間の距離は、後述の透過型スクリーン４１の隣接する２つのマイクロレンズ４１１ａの中心間距離ｄＶ１（副走査方向のピッチ）の半分ｄＶ１／２の距離となるように設定されている。このビーム中心ＣＬ２１、ＣＬ２２間の距離は、合成レーザ光Ｌ１の複合ミラー１２への入射角、第１基材１２１、ボンディング部材１２２の屈折率およびボンディング部材１２２の厚さにより決定する。
　アパーチャ１３は、開口部１３ａを有し、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の光路上に配置されている。開口部１３ａは、平面視円形であり、後述のＭＥＭＳミラー１４の反射部１４ａの外形寸法よりも大きい。図３に示すように、複合ミラー１２の第１基材１２１のＰＢＳ膜１２４側とは反対側の面で反射された反射光Ｌ２３と、第２基材１２３の反射膜１２５側とは反対側の面で反射された反射光Ｌ２４とは、アパーチャ１３により遮断される。一方、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２は、アパーチャ１３の開口部１３ａを通過する。これにより、アパーチャ１３よりも光源装置１１側の光学系で発生する不要な反射光や散乱光がＭＥＭＳミラー１４に照射されることが防止されている。複合ミラー１２の第１基材１２１、第２基材１２３の厚さは、反射光Ｌ２３、Ｌ２４がアパーチャ１３の開口部１３ａの外側に導光されるように設定される。
　ＭＥＭＳミラー１４は、例えば圧電駆動型の２軸レーザ光走査ミラーから構成される。ＭＥＭＳミラー１４は、図２に示すように、制御部１００から入力される制御信号に応じて反射部１４ａが２軸方向に揺動する。これにより、図５に示すように、反射部１４ａで反射された合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の透過型スクリーン４１上における照射位置が、二次元的に走査される。ここで、ＭＥＭＳミラー１４は、制御部１００から入力される制御信号に応じて、照射位置を、透過型スクリーン４１上における主走査方向に往復させつつ、副走査方向の一方側（例えば図５中の下側）に向かって移動させるように走査する。また、ＭＥＭＳミラー１４の反射部１４ａの走査角は、±２０度程度に設定されている。
　ウィンドウ１５は、透明なガラスまたは樹脂材料から形成されている。樹脂材料としては、ポリカーボネード樹脂やシクロオレフィンポリマー樹脂、環状オレフィンコポリマー樹脂等が挙げられる。ウィンドウ１５は、負の屈折力を有する形状である。ウィンドウ１５は、例えば光走査型表示装置１０の筐体の一部に取り付けられている。なお、ウィンドウ１５の表面形状は、球面、非球面、自由曲面または中心軸が光軸から外れた軸対称形状であってもよい。
　制御部１００は、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１００は、表示画像の内容に応じて、光源装置１１とＭＥＭＳミラー１４とへ制御信号を出力する。
　ミラー２０は、光走査型表示装置１０から出射された合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を、透過型スクリーン４１に向けて反射する。このミラー２０は、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の入射面が合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の透過型スクリーン４１への入射方向に対して傾斜している透過型スクリーン４１の入射面で合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２のビーム径が略同じとなるように光路補正する形状を有する。また、ミラー２０は、例えばミラー２０の中心軸に対して軸対称である自由曲面を有する形状を有する。
　フィールドレンズ３０は、透明なガラスまたは樹脂材料から形成されている。フィールドレンズ３０は、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の透過型スクリーン４１への入射角を調整するためのものである。フィールドレンズ３０は、正の屈折力を有する形状である。また、フィールドレンズ３０の表面形状は、例えばフィールドレンズ３０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３０の表面形状は、非球面であってもよい。
　透過型スクリーン４１は、光走査型表示装置１０から出射される合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２により画像を形成するものである。透過型スクリーン４１は、図６に示すように、複数のマイクロレンズ４１１ａを有するマイクロレンズアレイ４１１と、ブラックマトリクス４１２と、を有する。複数のマイクロレンズ４１１ａは、透過型スクリーン４１の厚さ方向から見て、マトリクス状に配列している。マイクロレンズ４１１ａの入射面の中心とそれに対応するブラックマトリクス４１２との間の距離は、マイクロレンズ４１１ａの焦点距離ｆと略等しい距離に設定されている。マイクロレンズアレイ４１１は、透明な樹脂材料から形成されている。ブラックマトリクス４１２は、黒色板状の黒色基材４１２ｂから形成され、黒色基材４１２ｂには、透過型スクリーン４１の厚さ方向から見て、マトリクス状に配列するように複数の開口部４１２ａが形成されている。ブラックマトリクス４１２は、マイクロレンズアレイ４１１それぞれの焦点近傍に複数の開口部４１２ａが位置するように配置されている。そして、複数のマイクロレンズ４１１ａは、それぞれ入射する合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を、ブラックマトリクス４１２の対応する開口部４１２ａに集光させる。また、透過型スクリーン４１は、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の光軸方向に対して傾斜した状態で配置されている。これにより、窓７１からハウジング７０の内側に侵入した外光の表示画像への影響が低減される。また、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２のうち透過型スクリーン４１の入射面で反射された戻り光が、光源装置１１の半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂの動作状態に影響することを抑制できる。また、図７に示すように、合成レーザ光Ｌ２１は、透過型スクリーン４１のマイクロレンズ４１１ａの略中心での強度が最も強い強度分布を有する。一方、合成レーザ光Ｌ２２は、マイクロレンズ４１１ａの端縁での強度が最も強い強度分布を有する。
　１／４波長板４２は、図２に示すように、透過型スクリーン４１の出射面に貼り付けられている。１／４波長板４２は、透過型スクリーン４１から出射した直線偏光している表示光を、円偏光している表示光Ｌ３１、Ｌ３２に変換する。ここで、表示光Ｌ３１、Ｌ３２は、それぞれ合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２に対応する。また、表示光Ｌ３１、Ｌ３２のいずれか一方が左円偏光であり、他方が右円偏光である。これにより、表示光Ｌ３１、Ｌ３２の可干渉性が低減されている。
　平面鏡５０は、１／４波長板４２から入射する表示光Ｌ３１、Ｌ３２を、凹面鏡６０へ向けて反射する。凹面鏡６０は、平面鏡５０から入射する表示光Ｌ３１、Ｌ３２を、ウインドシールド２へ向けて反射する。凹面鏡６０の反射面の形状は、平面鏡５０から入射する表示光Ｌ３１、Ｌ３２により形成される画像の拡大度、ウインドシールド２の形状に起因して生じる虚像Ｖの歪みの補正および虚像Ｖの結像位置に基づいて適宜設定される。
　次に、本実施の形態に係るＨＵＤ装置１の動作について説明する。図６に示すように、互いに隣り合う２つのマイクロレンズ４１１ａの中心間距離をｄＶ１とする。この場合、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２は、図４（Ｂ）に示すように、ビーム中心の間隔がマイクロレンズ４１１ａの中心間距離ｄＶ１の半分に相当するｄＶ１／２となるように離間した状態で、光走査型表示装置１０から出射される。即ち、２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２のうちの一方の照射位置と他方の照射位置とは、隣り合う２つのマイクロレンズ４１１ａの中心間距離の半分だけ離れている。そして、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２は、図５に示すように、透過型スクリーン４１上においてＶ方向に距離ｄＶ１／２だけ離間した状態で走査される。即ち、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２による２本の互いに平行な走査線が、透過型スクリーン４１上に描画される。
　そして、透過型スクリーン４１および１／４波長板４２から出射した表示光Ｌ３１、Ｌ３２は、平面鏡５０、凹面鏡６０およびウインドシールド２を介して、アイボックスＥＹに導かれる。ここで、「アイボックスＥＹ」とは、視認者３の目の位置を含む所定の幅を有する上下左右の領域である。
　ここで、アイボックスＥＹにおける表示光Ｌ３１、Ｌ３２の照度分布の測定結果について説明する。合成レーザ光Ｌ２１のみが透過型スクリーン４１に入射した場合、即ち、表示光Ｌ３１のみが存在する場合、図８（Ａ）に示すように、副走査方向に対応するＶ軸方向においてアイボックスＥＹの略中心で最も照度が高くなるような二次曲線の照度分布が得られる。一方、合成レーザ光Ｌ２２のみが透過型スクリーン４１に入射した場合、即ち、表示光Ｌ３２のみが存在する場合、図８（Ｂ）に示すように、Ｖ軸方向におけるアイボックスＥＹの両端部で最も照度が高くなり、アイボックスＥＹの中央で照度が低くなるような照度分布が得られる。そして、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の両方が、透過型スクリーン４１に入射した場合、即ち、表示光Ｌ３１、Ｌ３２の両方が存在する場合、図８（Ｃ）に示すように、図８（Ａ）の照度分布と図８（Ｂ）の照度分布とが重なり合うことで、アイボックスＥＹのＶ軸方向における全域において照度が略均一になる。
　以上説明したように、本実施の形態に係るＨＵＤ装置１によれば、光走査型表示装置１０が、透過型スクリーン４１上における２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の照射位置が２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の副走査方向にずれるように、２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を出射する。これにより、アイボックスＥＹ全域において照度を略均一にすることができるので、虚像Ｖの表示品質が向上する。
　また、本実施の形態に係るＨＵＤ装置１では、２つの合成レーザ光を用いて、副走査方向に走査線のピッチの半分だけ互いにずれている２つの同じ画像を同時に描画する。これにより、単位時間当たりに描画する表示画像の数に相当するフレーム周波数を増加させる必要がないので、表示画像を形成するために使用する走査線の数を減らす必要がなく、表示画像の解像度を維持できるという利点がある。なお、「走査線」とは、図５に示すように、合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２の照射位置の軌跡に沿って主走査方向に延び、副走査方向に並ぶ線に相当するものである。
　また、本実施の形態に係るＨＵＤ装置１では、２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２が、直線偏光であり、偏光方向が互いに直交している。これにより、２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２同士の干渉を抑制することができるので、表示画像の品質が向上する。
　更に、本実施の形態に係るＨＵＤ装置１は、透過型スクリーン４１における表示光Ｌ３１、Ｌ３２が出射される側に配置された１／４波長板４２を備える。これにより、表示光Ｌ３１、Ｌ３２が円偏光となるので、例えば視認者３が偏光サングラスを掛けている場合でも明瞭な虚像Ｖを視認することができる。
　また、本実施の形態に係る複合ミラー１２は、光源装置１１から入射する合成レーザ光Ｌ１の一部を反射するＰＢＳ膜１２４と、ＰＢＳ膜１２４から離間して配置され、合成レーザ光Ｌ１のうちＰＢＳ膜１２４を透過した合成レーザ光を反射する反射膜１２５と、を有する。これにより、１つの合成レーザ光Ｌ１を出射する光源装置１１を用いて、２つの合成レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２を生成することができるので、光源装置１１の構成を簡素にできる。
（実施の形態２）
　図９に示すように、本実施の形態に係るＨＵＤ装置２０１は、光走査型表示装置２１０とミラー２１２の構成が実施の形態１と相違する。なお、図９において、実施の形態１と同様の構成については図２と同一の符号を付している。以下、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。光源装置２１１は、互いに平行な２つの合成レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２を出射する。
　光源装置１１は、図１０に示すように、異なる色のレーザ光を発する半導体レーザ（レーザ光源）１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂからなる第１のレーザ光源群１１１ａと、異なる色のレーザ光を発する半導体レーザ（レーザ光源）１１４ｒ、１１４ｇ、１１４ｂからなる第２のレーザ光源群１１４ａと、集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂ、１１５ｒ、１１５ｇ、１１５ｂと、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１１６ｒ、１１６ｇ、１１６ｂと、ダイクロイックミラー１１７ｒ、１１７ｇ、１１７ｂと、を有する。なお、図１０において、実施の形態１と同様の構成については図３と同一の符号を付している。半導体レーザ１１４ｒは、赤色の波長帯域のレーザ光を出射する。半導体レーザ１１４ｇは、緑色の波長帯域のレーザ光を出射する。半導体レーザ１１４ｂは、青色の波長帯域のレーザ光を出射する。集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂの形状、並びに半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂ、１１４ｒ、１１４ｇ、１１４ｂと集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂ、１１５ｒ、１１５ｇ、１１５ｂとの間の距離は、合成レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２が透過型スクリーン４１上に集光するように調整されている。ＰＢＳ１１６ｂの一面には、半導体レーザ１１１ｂからのレーザ光が入射され、ＰＢＳ１１６ｂの他面からそのレーザ光がダイクロイックミラー１１７ｂに向けて出射される。また、ＰＢＳ１１６ｂの他面には、半導体レーザ１１４ｂからのレーザ光が入射され、そのレーザ光がダイクロイックミラー１１７ｂに向けて反射される。ＰＢＳ１１６ｇの一面には、半導体レーザ１１１ｇからのレーザ光が入射され、ＰＢＳ１１６ｇの他面からそのレーザ光がダイクロイックミラー１１７ｇに向けて出射される。また、ＰＢＳ１１６ｇの他面には、半導体レーザ１１４ｇからのレーザ光が入射され、そのレーザ光がダイクロイックミラー１１７ｇに向けて反射される。ＰＢＳ１１６ｒの一面には、半導体レーザ１１１ｒからのレーザ光が入射され、ＰＢＳ１１６ｒの他面からそのレーザ光がダイクロイックミラー１１７ｒに向けて出射される。また、ＰＢＳ１１６ｒの他面には、半導体レーザ１１４ｒからのレーザ光が入射され、そのレーザ光がダイクロイックミラー１１７ｒに向けて反射される。ダイクロイックミラー１１７ｂは、青色のレーザ光の波長領域のみをダイクロイックミラー１１７ｇに向けて反射し、他の波長領域の光を透過させる。ダイクロイックミラー１１７ｇは、緑色のレーザ光の波長領域のみをダイクロイックミラー１１７ｒに向けて反射し、ダイクロイックミラー１１７ｂからの青色のレーザ光を含む他の波長領域の光を透過させる。ダイクロイックミラー１１７ｒは、赤色のレーザ光の波長領域のみを複合ミラー１２に向けて透過し、ダイクロイックミラー１１７ｂ，１１７ｇからのレーザ光を含む他の波長領域の光を反射させる。このように、ダイクロイックミラー１１７ｒ、１１７ｇ、１１７ｂは、半導体レーザ（第１レーザ光源）１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂから出射されたレーザ光を合波して合成レーザ光Ｌ１１を生成する。また、ダイクロイックミラー１１７ｒ、１１７ｇ、１１７ｂは、半導体レーザ（第２レーザ光源）１１４ｒ、１１４ｇ、１１４ｂから出射されたレーザ光を合波して合成レーザ光Ｌ１２を生成する。なお、２つの合成レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２は、上記実施の形態１と同様に、ｄＶ１／２だけ離間している。ダイクロイックミラー１１７ｒ、１１７ｇ、１１７ｂは、第１のレーザ光源群１１１ａからの異なる色のレーザ光を合成することで合成レーザ光Ｌ１１を生成し、第２のレーザ光源群１１４ａからの異なる色のレーザ光を合成することで合成レーザ光Ｌ１２を生成する光合成部を構成している。
　以上説明したように、本実施の形態に係る光源装置２１１は、合成レーザ光Ｌ１１を生成するための半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂと、合成レーザ光Ｌ１２を生成するための半導体レーザ１１４ｒ、１１４ｇ、１１４ｂとが異なる。これにより、例えば合成レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２の強度を個別に変更することにより、アイボックスＥＹにおける照度分布を適宜調整することができる。従って、虚像Ｖの表示品質を更に向上させることができる。
（変形例）
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば実施の形態１に係るＨＵＤ装置１において、複合ミラー１２の代わりに、図１１に示すような光学部材３１２を備える構成であってもよい。以下、上記各実施形態との相違点を中心に説明する。なお、図１１において、実施の形態１と同様の構成については図３と同一の符号を付している。
　光学部材３１２は、第１プリズム３２１と、第２プリズム３２３と、第１プリズム３２１と第２プリズム３２３とを結合するためのボンディング部材３２２と、を有する。第１プリズム３２１と第２プリズム３２３とは、直角三角柱状の直角プリズムから構成され、斜面が互いに対向する形で配置されている。第１プリズム３２１とボンディング部材３２２との間には、ＰＢＳ膜３２４が介在し、ボンディング部材３２２と第２プリズム３２３との間には、反射膜１２５が介在している。第１プリズム３２１と第２プリズム３２３とは、透明なガラスから形成されている。ボンディング部材３２２は、実施の形態１で説明したボンディング部材１２２と同様の材料から形成されている。ＰＢＳ膜３２４、反射膜３２５は、実施の形態１で説明したＰＢＳ膜１２４、反射膜１２５と同様の構成を有する。光学部材３１２は、第１プリズム３２１の２つの直交面の一つが入射面として合成レーザ光Ｌ１の入射方向に対して直交するように配置されている。
　本構成によれば、第１プリズム３２１の合成レーザ光Ｌ１の入射面が合成レーザ光Ｌ１の入射方向に対して直交しているので、第１プリズム３２１の入射面で反射した反射光がアパーチャ１３側へ伝播することを防止できる。従って、アパーチャ１３側へ伝播する不要な光が低減されるので、表示画像の品質が向上するという利点がある。
　また、実施の形態１では、ＰＢＳ膜１２４が合成レーザ光Ｌ１のＳ偏光成分のみを反射する例について説明したが、これに限らず、ＰＢＳ膜１２４が合成レーザ光Ｌ１のＰ偏光成分のみを反射するものであってもよい。
　更に、実施の形態２では、各ＰＢＳ１１６ｒ、１１６ｇ、１１６ｂと各ダイクロイックミラー１１７ｒ、１１７ｇ、１１７ｂとに合成レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２に対応する光路が別々に形成される構成について説明した。これに限らず、例えば図１２に示すように、合成レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２を生成してから、生成された合成レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２の間の距離がダイクロイックミラー５１８により設定される構成であってもよい。なお、図１２において、実施の形態２と同様の構成については図１０と同一の符号を付している。第１のレーザ光源群１１１ａを構成する半導体レーザ１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂは、集光レンズ１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂを介してダイクロイックミラー５１６ｒ、５１６ｇ、５１６ｂへレーザ光を照射する。ダイクロイックミラー５１６ｒ、５１６ｇ、５１６ｂは、上記実施の形態１のダイクロイックミラー１１３ｒ、１１３ｇ、１１３ｂと同様に、それらで反射されたレーザ光が混合されて１つの合成レーザ光Ｌ１１を形成するように配置されている。また、第２のレーザ光源群１１４ａを構成する半導体レーザ１１４ｒ、１１４ｇ、１１４ｂは、集光レンズ１１５ｒ、１１５ｇ、１１５ｂを介してダイクロイックミラー５１７ｒ、５１７ｇ、５１７ｂへレーザ光を照射する。ダイクロイックミラー５１７ｒ、５１７ｇ、５１７ｂは、上記実施の形態１のダイクロイックミラー１１３ｒ、１１３ｇ、１１３ｂと同様に、それらで反射されたレーザ光が混合されて１つの合成レーザ光Ｌ１２を形成するように配置されている。ダイクロイックミラー５１８の一面には、合成レーザ光Ｌ１１が入射し、ダイクロイックミラー５１８の他面から透過したその合成レーザ光Ｌ１１がミラー２１２に向けて出射される。また、ダイクロイックミラー５１８の他面には、合成レーザ光Ｌ１２が入射し、そのレーザ光がミラー２１２に向けて反射される。よって、ダイクロイックミラー５１８は、上記実施の形態１と同様に、２つの合成レーザ光Ｌ１１，Ｌ１２をミラー２１２に出射する。ダイクロイックミラー５１６ｒ、５１６ｇ、５１６ｂは、第１のレーザ光源群１１１ａからの異なる色のレーザ光を合成することで合成レーザ光Ｌ１１を生成する光合成部を構成している。また、ダイクロイックミラー５１７ｒ、５１７ｇ、５１７ｂは、第２のレーザ光源群１１４ａからの異なる色のレーザ光を合成することで合成レーザ光Ｌ１２を生成する光合成部を構成している。
　また、各実施の形態では、１／４波長板４２を備える構成について説明したが、１／４波長板４２が無い構成であってもよい。この場合、表示光Ｌ３１、Ｌ３２は、互いに直行する直線偏光となる。また、各実施の形態では、１／４波長板４２が透過型スクリーン４１に隣接して配置される例について説明したが、これに限らず、１／４波長板４２が表示光の光路上における透過型スクリーン４１から離間した位置に配置された構成であってもよい。
　更に、各実施の形態に係るＨＵＤ装置１、２０１では、ミラー２０、平面鏡５０および凹面鏡６０の３つのミラーを備える構成について説明したが、ミラーの数は３つの限定されるものではない。光走査型表示装置１０、２１０の大きさや配置に応じて適宜ミラーの数を２つ以下若しくは４つ以上に変更してもよい。
　また、各実施の形態に係る光走査型表示装置１０、２１０が保護カバーで覆われていてもよい。この場合、保護カバーとウィンドウ１５との間に生じる隙間を異物の侵入が防止できる程度の大きさに設定することが好ましい。これにより、異物がＭＥＭＳミラー１４の反射部１４ａに付着してしまうことが防止される。また、保護カバーとウィンドウ１５との間に樹脂材料が埋め込まれた構成であってもよい。
　更に、各実施の形態に係る光走査型表示装置１０、２１０において、ウィンドウ１５が無い構成であってもよい。
　また、各実施の形態では、透過型スクリーン４１としてブラックマトリクス４１２を有する構成について説明したが、透過型スクリーン４１の構成はこれに限定されない。例えば透過型スクリーンが、入射面側と出射面側との両方に凸となる形状を有する複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを有する構成であってもよい。
　更に、各実施の形態に係る光走査型表示装置１０、２１０において、複数の半導体レーザから出力されるレーザ光をそれぞれ光ファイバに導入し、それらの光ファイバをファイバカプラで結合したものを備えるものであってもよい。この場合、高出力な合成レーザ光を用いることが可能となる。
　また、各実施の形態では、複数のマイクロレンズ４１１ａが、透過型スクリーン４１の厚さ方向から見て、マトリクス状に配列している例について説明したが、複数のマイクロレンズ４１１ａの配列はマトリクス状に限定されない。例えば、複数のマイクロレンズが、ハニカム状に配列されていてもよい。
　更に、各実施の形態では、１／４波長板４２が、透過型スクリーン４１の出射面に貼り付けられている例について説明したが、１／４波長板が設けられる位置はこれに限定されない。２つの合成レーザ光の光路中であれば、１／４波長板が設けられる位置は特に限定されない。
　車両等の移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に適用可能である。
１，２０１：ＨＵＤ装置、２：ウインドシールド、３：視認者、１０，２１０：光走査型表示装置、１１，２１１，５１１：光源装置、１２：複合ミラー、１３：アパーチャ、１３ａ，７０ａ，４１２ａ：開口部、１４：ＭＥＭＳミラー、１４ａ：反射部、１５：ウィンドウ、２０，２１２：ミラー、３０：フィールドレンズ、４１：透過型スクリーン、４２：１／４波長板、５０：平面鏡、６０：凹面鏡、７０：ハウジング、７１：窓、１００：制御部、１１１ａ：第１のレーザ光源群、１１１ｂ，１１１ｇ，１１１ｒ，１１４ｂ，１１４ｇ，１１４ｒ：半導体レーザ、１１２ｂ，１１２ｇ，１１２ｒ，１１５ｒ，１１５ｇ，１１５ｂ：集光レンズ、１１３ｂ，１１３ｇ，１１３ｒ，１１７ｂ，１１７ｇ，１１７ｒ，５１６ｂ，５１６ｇ，５１６ｒ，５１７ｂ，５１７ｇ，５１７ｒ，５１８：ダイクロイックミラー、１１４ａ：第２のレーザ光源群、１１６ｂ，１１６ｇ，１１６ｒ：ＰＢＳ、１２１：第１基材、１２２，３２２：ボンディング部材、１２３：第２基材、１２４，３２４：ＰＢＳ膜、１２５，３２５：反射膜、３１２：光学部材、３２１：第１プリズム、３２３：第２プリズム、４１１：マイクロレンズアレイ、４１１ａ：マイクロレンズ、４１２：ブラックマトリクス、４１２ｂ：黒色基材、ＥＹ：アイボックス、Ｌ１，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２：合成レーザ光、Ｌ２３，Ｌ２４：反射光、Ｌ３１，Ｌ３２：表示光、ＰＰ：仮想平面、Ｖ：虚像

Claims (6)

  1. 　複数のマイクロレンズを有する透過型スクリーンと、
    　２つの合成レーザ光を出射し、前記透過型スクリーン上における前記２つの合成レーザ光の照射位置を前記複数のマイクロレンズの配列方向である主走査方向に往復させつつ前記主走査方向に直交する副走査方向の一方側に向かって移動するように二次元的に走査させることにより前記透過型スクリーンから出射される表示光が投射される投射部材に画像を表示する光走査型表示装置と、を備え、
    　前記光走査型表示装置は、前記透過型スクリーン上における前記２つの合成レーザ光の照射位置が前記２つの合成レーザ光の前記副走査方向にずれるように、前記２つの合成レーザ光を出射する、
    　ヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　前記２つの合成レーザ光のうちの一方の照射位置と他方の照射位置とは、隣り合うマイクロレンズの中心間距離の半分だけ離れている、
    　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　前記２つの合成レーザ光は、直線偏光しており、偏光方向が互いに直交している、
    　請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　前記２つの合成レーザ光の光路に介挿された１／４波長板を更に備える、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　前記光走査型表示装置は、
    　１つのレーザ光を出射する光源装置と、
    　前記光源装置から出射した前記１つのレーザ光から前記２つの合成レーザ光を生成する複合ミラーと、
    　前記複合ミラーから出射した２つの合成レーザ光を反射する反射部を有し、前記反射部の傾きを変化させることにより、前記透過型スクリーン上における前記２つの合成レーザ光の照射位置を二次元的に走査させるＭＥＭＳミラーと、を有し、
    　前記複合ミラーは、
    　前記光源装置から入射する前記１つのレーザ光の一部を反射する第１反射膜と、
    　前記第１反射膜から離間して配置され、前記１つのレーザ光のうち前記第１反射膜を透過したレーザ光を反射する第２反射膜と、を有する、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　前記光走査型表示装置は、
    　前記２つの合成レーザ光を出射する光源装置と、
    　前記光源装置から出射した前記２つの合成レーザ光を反射する反射部を有し、前記反射部の傾きを変化させることにより、前記透過型スクリーン上における前記２つの合成レーザ光の照射位置を二次元的に走査させるＭＥＭＳミラーと、を有し、
    　前記光源装置は、
    　互いに異なる色のレーザ光を発する複数のレーザ光源からなる第１のレーザ光源群と、
    　互いに異なる色のレーザ光を発する複数のレーザ光源からなる第２のレーザ光源群と、
    　前記第１のレーザ光源群を構成する前記複数のレーザ光源から発せられる前記互いに異なる色のレーザ光を合成することで前記２つの合成レーザ光のうち一方を生成し、前記第２のレーザ光源群を構成する複数のレーザ光源から発せられる前記互いに異なる色のレーザ光を合成することで前記２つの合成レーザ光のうち他方を生成する光合成部と、を有する、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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