WO2019031440A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2019031440A1
WO2019031440A1 PCT/JP2018/029381 JP2018029381W WO2019031440A1 WO 2019031440 A1 WO2019031440 A1 WO 2019031440A1 JP 2018029381 W JP2018029381 W JP 2018029381W WO 2019031440 A1 WO2019031440 A1 WO 2019031440A1
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head
display device
base surface
display
light diffusion
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一寿 恩田
安藤　浩
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to a head-up display device.
  • a light diffusing member having a plurality of microlenses on a curved surface has been devised as a means for improving visibility.
  • a light diffusing member is disclosed in Patent Document 1.
  • a light diffusing member comprising a plurality of microlenses on a curved surface has a large gradient at the periphery of the light diffusing member.
  • the gradient is significantly large at the edge which is the boundary portion of the microlens array.
  • a head-up display device capable of improving visibility by suppressing the collapse of the shape.
  • One aspect of the present disclosure is a head-up display device configured to make a virtual image of the display image visible from a preset visual recognition area by projecting the display image on a display member.
  • a head-up display device includes a laser beam emitting unit configured to emit a laser beam, and a scanning unit configured to scan the laser beam emitted by the laser beam emitting unit. And a condensing unit configured to condense the laser beam scanned by the scanning unit to form a beam, and the beam formed by the condensing unit is incident, and the display image is formed.
  • a light diffusion member configured to be imaged, and a projection unit configured to project the display image formed on the light diffusion member onto the display member.
  • the light diffusing member comprises a plurality of closely arranged microlenses and has a convexly curved base surface with respect to the projection unit.
  • the edge angle ⁇ defined below is larger than the base surface angle change amount ⁇ defined below, and the base surface angle change amount ⁇ is larger than ⁇ defined by the following equation (1).
  • ⁇ in a cross section orthogonal to the base surface, a tangent of one of the two micro lenses passing through a boundary K of two adjacent micro lenses and one of the two micro lenses passing through the boundary K The angle between the other tangent and the other is defined as ⁇ .
  • ⁇ In the cross section, a reference line whose direction is constant is N 1, and a normal at an arbitrary position of the base surface is N 2 . Among the angles of the normal line N 2 with respect to the reference line N 1 , the maximum value is ⁇ max and the minimum value is ⁇ min . Let ⁇ be the absolute value of the difference between ⁇ max and ⁇ min .
  • L is the size of the light diffusion member.
  • the R m is a mirror curvature radius of the projection unit.
  • the Rw is a radius of curvature of the display member.
  • the R i is an allowable value of curvature of field based on physiological knowledge of the eye, represented by the following formula (2), and D is a distance from the visual recognition area to the virtual image.
  • the edge angle ⁇ and the base surface angle change amount ⁇ have the above-described magnitude relationship. Therefore, in any part of the light diffusion member, including the periphery of the boundary K, there is a mold release direction in which the draft is not negative (hereinafter referred to as a proper mold release direction). As a result, when the mold is released from the light diffusion member, if the mold release direction is set to the appropriate release direction, the light diffusion member and the mold do not easily interfere with each other, and the shape of the light diffusion member does not easily collapse.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a line IV-IV in FIG. It is sectional drawing of the light-diffusion member in x cross section. It is sectional drawing of the light-diffusion member in y cross section.
  • N 1y, N 2y in the y cross section a diagram of the .DELTA.N y. It is a sectional view in the x section showing the light diffusion member provided with a concave type micro lens. It is a sectional view in the x section showing the light diffusion member provided with the micro lens in which a curvature radius is not fixed. It is a top view showing the light diffusion member provided with the micro lens whose shape seen from the direction orthogonal to a base surface is a hexagon. It is a sectional view in the x section showing the light diffusion member provided with the micro lens whose height is not fixed. It is sectional drawing showing the light-diffusion member which equips the optical surface with the reflecting film.
  • First Embodiment 1 Overall Configuration of Head-Up Display Device 1
  • the overall configuration of the head-up display device 1 will be described based on FIG.
  • the head-up display device 1 is installed in a dashboard of a vehicle.
  • the head-up display device 1 includes a laser light emitting unit 3, a scanning unit 5, a light collecting unit 7, a light diffusing member 9, a projection unit 11, and a dustproof cover 13.
  • the laser beam emitting unit 3 emits a laser beam Q.
  • the scanning unit 5 is a MEMS scanner. MEMS means Micro Electro Mechanical System.
  • the scanning unit 5 is disposed on the optical path of the laser beam Q emitted by the laser beam emitting unit 3.
  • the scanning unit 5 scans the laser beam Q by tilting the mirror surface of the MEMS scanner.
  • a display image is formed on the light diffusion member 9 by this scanning.
  • the scanning unit 5 is conjugate to the pupil 29 of the driver described later.
  • the condensing unit 7 is an optical element having an effect of a convex lens.
  • the light collecting unit 7 is configured by a combination of optical elements such as a convex lens, a concave lens, a convex mirror, and a concave mirror.
  • the condensing unit 7 is disposed on the optical path of the laser beam Q scanned by the scanning unit 5.
  • the condensing unit 7 condenses the laser light Q to form a beam B.
  • the focusing unit 7 has a function of focusing the beam B on the light diffusion member 9.
  • the beam B formed by the light collecting unit 7 is incident on the light diffusion member 9.
  • a display image is formed on the light diffusion member 9.
  • the configuration of the light diffusion member 9 will be described later.
  • the projection unit 11 is configured by a combination of optical elements such as a concave mirror and a convex mirror.
  • the projection unit 11 is disposed on the light path of the light of which the light diffusion member 9 reflects the beam B.
  • the light reflected by the light diffusion member 9 is display light I representing a display image formed on the light diffusion member 9.
  • the projection unit 11 projects the display image on the display member 25 by reflecting the display light I in the direction of the display member 25.
  • the display member 25 is, for example, a transparent reflective member such as a wind shield.
  • the projection unit 11 has the effect of enlarging the displayed image.
  • the display image projected on the display member 25 is an image magnified more than the display image on the light diffusion member 9.
  • the dustproof cover 13 is made of a transparent member. The dustproof cover 13 transmits the display light I.
  • the visual recognition area means an area where the virtual image 31 can be visually recognized.
  • the structure of the light diffusing member 9 will be described with reference to FIGS.
  • the light diffusion member 9 is a reflective microlens array. As shown in FIGS. 2 to 4, a plurality of micro lenses 33 are arranged in close contact with the optical surface 9 A of the light diffusion member 9. The region P in FIG. 2 is a part of the optical surface 9A.
  • the microlenses 33 have a convex shape toward the projection unit 11.
  • the shape of the microlens 33 is rectangular when viewed in the direction orthogonal to the optical surface 9A.
  • the shape of the microlens 33 is rectangular as viewed from the direction orthogonal to the base surface 43 described later.
  • a rectangle corresponds to a polygon.
  • the main scanning direction of the beam B on the optical surface 9A is taken as the x direction.
  • a direction orthogonal to the x direction on the optical surface 9A is taken as ay direction.
  • Each microlens 33 has two sides 35 and 37. The two sides 35 and 37 are parallel to the x direction. The two sides 35, 37 face each other.
  • Each microlens 33 has two sides 39 and 41. The two sides 39 and 41 are parallel to the y direction. The two sides 39, 41 face each other.
  • the microlenses 33 are closely aligned in each of the x direction and the y direction. Close means that substantially no gap exists between adjacent microlenses 33.
  • the microlenses 33 are arranged at substantially equal intervals in the x direction.
  • the microlenses 33 are also arranged at substantially equal intervals in the y direction.
  • the base surface 43 of the light diffusion member 9 has a curved shape so as to be convex toward the projection unit 11.
  • the base surface 43 means the basic shape of the optical surface 9A, which excludes the shapes of the individual microlenses 33.
  • the optical surface 9A is an outer surface in a convex shape.
  • the base surface 43 is curved so as to be convex toward the projection unit 11 .
  • the base surface 43 is curved to be convex toward the projection unit 11. doing.
  • the x cross section and the y cross section are each a cross section passing through the center of the arrayed microlenses 33.
  • the shape of the base surface 43 in the x cross section and the y cross section is, for example, any of a cylinder shape, a toroidal shape, a spherical surface, an aspheric surface, and a free curved surface shape.
  • the radius of curvature of the microlens 33 in the x-section is taken as r x .
  • the radius of curvature of the micro lens 33 in the y cross section is r y .
  • r x and r y are different.
  • r x is substantially the same.
  • r y is substantially the same in any of the microlenses 33.
  • the heights of the apexes 45 of the microlenses 33 with respect to the base surface 43 are the same for any of the microlenses 33.
  • the x-section is shown in FIG. In this x section, the boundary between any two adjacent micro lenses 33A and 33B is K.
  • a tangent line of the microlens 33A in the x-section and passing through the boundary K is denoted by S A.
  • An angle formed by S A and S B is an edge angle ⁇ x .
  • the edge angle ⁇ x is a positive value.
  • FIG. 7 shows the same x-section as FIG. N 1x is a reference line which belongs to the x cross section and whose direction is always constant.
  • N 2 x is a straight line belonging to the x cross section and a normal at an arbitrary position of the base surface 43.
  • the angle of the normal N 2x with respect to the reference line N 1x is taken as ⁇ N x .
  • the angle ⁇ N x is defined for each position on the base surface 43 and is not necessarily constant.
  • the maximum angle .DELTA.N x and theta xmax In the overall x cross-section shown in FIG. 7, the minimum angle .DELTA.N x and theta xmin.
  • ⁇ xmax and ⁇ x min can be positive or negative depending on how the reference line N 1x is determined.
  • the edge angle ⁇ x at any boundary K is larger than the base surface angle variation ⁇ x .
  • the counterclockwise angle is positive, and the clockwise angle is negative.
  • the y-section is shown in FIG. In this y cross section, the boundary between any two adjacent micro lenses 33A and 33B is K.
  • a tangent line of the microlens 33A in the y cross section and passing through the boundary K is denoted by S A.
  • An angle formed by S A and S B is an edge angle ⁇ y .
  • the edge angle ⁇ y is a positive value.
  • FIG. 8 shows the same y-section as FIG. N 1y is a reference line which belongs to the y cross section and whose direction is always constant.
  • N 2 y is a straight line belonging to the y cross section and a normal at an arbitrary position of the base surface 43.
  • the angle ⁇ N y is defined for each position on the base surface 43 and is not necessarily constant.
  • the minimum angle .DELTA.N y and theta ymin In the overall y cross-section shown in FIG. 8, the minimum angle .DELTA.N y and theta ymin.
  • ⁇ ymax and ⁇ ymin can be positive or negative depending on how to determine the reference line N 1 y .
  • an edge angle ⁇ y at an arbitrary boundary K is larger than a base surface angle change amount ⁇ y .
  • the counterclockwise angle is positive, and the clockwise angle is negative.
  • the base surface angle change amount ⁇ x is larger than ⁇ x defined by the following equation (1 x).
  • L x is the size of the light diffusion member 9 in the x direction.
  • R mx is the imaging mirror radius of curvature in the x direction.
  • R Wx is a radius of curvature of the display member 25 in the x direction.
  • R i is a tolerable value of curvature of field based on physiological knowledge of the eye, represented by the following formula (2x).
  • D is the distance from the visual recognition area 27 to the virtual image 31.
  • the base surface angle change amount ⁇ y is larger than ⁇ y defined by the following equation (1 y).
  • L y is the size of the light diffusion member 9 in the y direction.
  • R my is the imaging mirror radius of curvature in the y direction.
  • R Wy is a radius of curvature of the display member 25 in the y direction.
  • R i is a tolerable value of curvature of field based on physiological knowledge of the eye, represented by the following formula (2y).
  • D is the distance from the visual recognition area 27 to the virtual image 31.
  • the light diffusion member 9 is made of resin.
  • resin a polycarbonate, an acryl, a cycloolefin polymer etc. are mentioned, for example.
  • a cycloolefin polymer what is described as COP, what is described as COC, etc. are mentioned, for example.
  • the light diffusion member 9 can be manufactured using a mold.
  • Examples of the method of manufacturing using a mold include injection molding and the like.
  • In the case of manufacturing the light diffusion member 9 using a mold there is a process of releasing the mold from the light diffusion member 9 which is a molded product. The direction of movement of the mold with respect to the light diffusion member 9 when the mold is released from the light diffusion member 9 is taken as the mold release direction.
  • the light diffusion member 9 has a curved shape, there is an appropriate release direction in which the draft does not become negative at any part of the light diffusion member 9 including the periphery of the boundary K.
  • the release direction is set to the appropriate release direction, the light diffusion member 9 and the mold do not easily interfere with each other, and the shape of the light diffusion member 9 is not easily deformed.
  • the shape of the microlens 33 is less likely to collapse.
  • the visibility of the head-up display device 1 is improved by the fact that the shape of the microlens 33 is unlikely to collapse.
  • the edge angle ⁇ x is preferably at least three times the base surface angle change amount ⁇ x .
  • the edge angle ⁇ y is preferably at least three times the base surface angle change amount ⁇ y . In this case, when the mold is released from the light diffusion member 9, the shape of the light diffusion member 9 is further less likely to be deformed.
  • the shape of the base surface 43 is any one of a cylinder shape, a toroidal shape, a spherical surface, an aspheric surface, and a free curved surface shape. Therefore, the visibility is higher than in the case of other shapes.
  • the light diffusion member 9 is made of resin. Therefore, it is easy to manufacture the light diffusion member 9 using a mold.
  • the light diffusion member 9 is a reflection type light diffusion member. Stray light is less likely to be generated, and visibility is further enhanced, as compared to a transmissive light diffusion member.
  • the microlens 33 has a convex shape with respect to the projection unit 11. Compared to the case where the microlens 33 is a concave lens, the edge shape at the boundary of the microlens array is less likely to be broken.
  • the shape of the micro lens 33 viewed from the direction orthogonal to the base surface 43 is a polygon. Therefore, adjustment of the eye box shape is easier than in the case of other shapes.
  • the light diffusion member 9 may be provided with a concave micro lens 133.
  • FIG. 9 shows the x-section. In this x cross section, the boundary between any two adjacent micro mirrors 133A and 133B is K. A tangent of the micro mirror 133A in the x-section and passing through the boundary K is S A. A tangent of the micromirror 133B in the x section, the tangent line passing through the boundary K and S B. An angle formed by S A and S B is an edge angle ⁇ x . The edge angle ⁇ x is a positive value. Similarly, the edge angle ⁇ y can be defined in the y cross section.
  • the shape of the microlens 33 viewed from the direction orthogonal to the base surface 43 may be a polygon other than a quadrangle.
  • the shape of the micro lens 33 may be, for example, a triangle or may be a hexagon as shown in FIG.
  • FIG. 11 there are an X cross section and a Y cross section as a cross section perpendicular to the base surface 43 and along the arrangement direction of the microlenses 33.
  • the edge angle ⁇ and the base surface angle change amount ⁇ can be calculated in the X and Y cross sections as well as in the first embodiment.
  • the edge angle ⁇ is larger than the base surface angle change amount ⁇ in any of the X cross section and the Y cross section. Therefore, the effect of the above (1A) can be exhibited.
  • the base surface angle change amount ⁇ may be larger than ⁇ calculated similarly to the formula (1x) or the formula (1y). In this case, the effect of the above (1G) can be exhibited.
  • the height of the micro lens 33 may not be constant.
  • the height of the microlens 33 means the height based on the base surface 43.
  • FIG. 12 shows the x-section.
  • microlenses 33 having a height h A and microlenses 33 having a height h B may be alternately arranged.
  • h A is larger than h B
  • a step is generated between the apexes of the adjacent microlenses 33.
  • the visibility is higher than in the case where the height of the microlens 33 is constant.
  • the curvature radius of the micro lens 33 may not be constant.
  • FIG. 10 shows the x-section.
  • the radius of curvature of the microlens 33 there may be two types of r xA and r xB .
  • microlens 33 with r xB in radius of curvature the height lower than the microlens 33 with r xA radius of curvature, the small radius of curvature r xB.
  • the microlenses 33 having the curvature radius r xA and the microlenses 33 having the curvature radius r xB may be alternately arranged.
  • the microlenses 33 having a large radius of curvature and the microlenses 33 having a small radius of curvature may be alternately arranged.
  • the curvature radius of the micro lens 33 is constant, it is excellent in that the change of the visible area with the height variation of the micro lens can be suppressed and the visibility can be improved.
  • the light diffusing member 9 may be a transmissive light diffusing member.
  • the image display device other than the head-up display device may include the light diffusion member 9.
  • the optical film 9 A of the light diffusion member 9 may be provided with a reflective film 47.
  • the reflective film 47 improves the intensity of the reflected light.
  • a material of the reflective film 47 aluminum, a dielectric, etc. are mentioned, for example.
  • the plurality of functions possessed by one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or one function possessed by one component may be realized by a plurality of components . Also, a plurality of functions possessed by a plurality of components may be realized by one component, or one function realized by a plurality of components may be realized by one component.
  • part of the configuration of the above embodiment may be omitted.
  • at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other above embodiment.
  • all the aspects contained in the technical thought specified from the wording described in the claim are an embodiment of this indication.
  • the present disclosure can also be realized in various forms such as a light diffusion member, an optical system including the light diffusion member as a component, and an image display method.

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Abstract

ヘッドアップディスプレイ装置（１）を構成する光拡散部材（９）は、密接して配列された複数のマイクロレンズ（３３、１３３）を備え、湾曲したベース面（４３）を有する。以下で定義されるエッジ角度αは、以下で定義されるベース面角度変化量θより大きい。α：ベース面に直交する断面において、隣接する２つのマイクロレンズの境界Ｋを通る、２つのマイクロレンズのうちの一方の接線と、他方の接線とが成す角度をαとする。θ：断面において、方向が一定である基準線をＮ１とし、ベース面の任意の位置における法線をＮ２とする。基準線Ｎ１を基準とする法線Ｎ２の角度のうち、最大値をθｍａｘとし、最小値をθｍｉｎとする。θｍａｘとθｍｉｎとの差の絶対値をθとする。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置 関連出願の相互参照
本国際出願は、２０１７年８月７日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１７－１５２２７２号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１７－１５２２７２号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
　本開示はヘッドアップディスプレイ装置に関する。
　従来、ヘッドアップディスプレイ装置等の画像表示装置において、視認性を向上させる手段として、湾曲した面上に複数のマイクロレンズを備える光拡散部材が考案されている。そのような光拡散部材は特許文献１に開示されている。
特開２０１６－１３６２２２号公報
　発明者の詳細な検討の結果、以下の課題が見出された。湾曲した面上に複数のマイクロレンズを備える光拡散部材は、光拡散部材における周辺部において勾配が大きい。特に、マイクロレンズアレイの境界部分であるエッジでは勾配が顕著に大きい。光拡散部材を型により成形する場合、離型工程において、抜き勾配が負となる部分が光拡散部材に生じやすくなる。抜き勾配が負となる部分が光拡散部材に生じると、光拡散部材と型とが干渉し、光拡散部材の形状が崩れるためにヘッドアップディスプレイ装置の視認性が悪化する。
　本開示の一局面では、形状の崩れを抑制して視認性を向上できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することが好ましい。
　本開示の一局面は、表示部材に表示画像を投影することにより、予め設定された視認領域から前記表示画像の虚像を視認可能とするように構成されたヘッドアップディスプレイ装置である。
　本開示の一局面であるヘッドアップディスプレイ装置は、レーザ光を射出するように構成されたレーザ光射出ユニットと、前記レーザ光射出ユニットが射出した前記レーザ光を走査するように構成された走査ユニットと、前記走査ユニットにより走査された前記レーザ光を集光してビームを形成するように構成された集光ユニットと、前記集光ユニットにより形成された前記ビームが入射し、前記表示画像が結像されるように構成された光拡散部材と、前記光拡散部材に結像された前記表示画像を前記表示部材に投影するように構成された投影ユニットと、を備える。
　前記光拡散部材は、密接して配列された複数のマイクロレンズを備えるとともに、前記投影ユニットに対して凸型に湾曲したベース面を有する。以下で定義されるエッジ角度αは、以下で定義されるベース面角度変化量θより大きく、前記ベース面角度変化量θは、以下の式（１）で定義されるβより大きい。
　α：前記ベース面に直交する断面において、隣接する２つのマイクロレンズの境界Ｋを通る、前記２つのマイクロレンズのうちの一方の接線と、前記境界Ｋを通る、前記２つのマイクロレンズのうちの他方の接線とが成す角度をαとする。
　θ：前記断面において、方向が一定である基準線をＮ１とし、前記ベース面の任意の位置における法線をＮ２とする。前記基準線Ｎ１を基準とする前記法線Ｎ２の角度のうち、最大値をθｍａｘとし、最小値をθｍｉｎとする。θｍａｘとθｍｉｎとの差の絶対値をθとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　前記式（１）において前記Ｌは前記光拡散部材の大きさである。前記Ｒｍは前記投影ユニットのミラー曲率半径である。前記ＲＷは前記表示部材の曲率半径である。前記Ｒｉは以下の式（２）で表される、眼球の生理学的知見に基づく像面湾曲の許容値であり、Ｄは前記視認領域から前記虚像までの距離である。
　本開示の一局面であるヘッドアップディスプレイ装置において、エッジ角度αとベース面角度変化量θとが上述した大小関係を有する。そのため、境界Ｋの周囲を含め、光拡散部材のいずれの部分でも、抜き勾配が負とならない離型方向（以下では適正離型方向とする）が存在する。その結果、光拡散部材から型を離型するとき、離型方向を適正離型方向とすれば、光拡散部材と型とが干渉しにくく、光拡散部材の形状が崩れにくい。
　なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
ヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態の全体構成を表す説明図である。 光拡散部材の構成を表す平面図、側面図、下面図、及び領域Ｐでの一部拡大図である。 図２におけるIII-III断面での断面図である。 図２におけるIV-IV断面での断面図である。 ｘ断面における光拡散部材の断面図である。 ｙ断面における光拡散部材の断面図である。 ｘ断面におけるＮ１ｘ、Ｎ２ｘ、ΔＮｘを表す説明図である。 ｙ断面におけるＮ１ｙ、Ｎ２ｙ、ΔＮｙを表す説明図である。 凹型マイクロレンズを備えている光拡散部材を表すｘ断面での断面図である。 曲率半径が一定でないマイクロレンズを備えている光拡散部材を表すｘ断面での断面図である。 ベース面に直交する方向から見た形状が６角形であるマイクロレンズを備えている光拡散部材を表す平面図である。 高さが一定でないマイクロレンズを備えている光拡散部材を表すｘ断面での断面図である。 光学面に反射膜を備えている光拡散部材を表す断面図である。
　本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
　１．ヘッドアップディスプレイ装置１の全体構成
　ヘッドアップディスプレイ装置１の全体構成を図１に基づき説明する。ヘッドアップディスプレイ装置１は、車両のダッシュボード内に設置される。
　ヘッドアップディスプレイ装置１は、レーザ光射出ユニット３と、走査ユニット５と、集光ユニット７と、光拡散部材９と、投影ユニット１１と、防塵カバー１３とを備える。
　レーザ光射出ユニット３は、レーザ光Ｑを射出する。走査ユニット５は、ＭＥＭＳスキャナである。ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systemを意味する。走査ユニット５は、レーザ光射出ユニット３が射出したレーザ光Ｑの光路上に配置される。走査ユニット５は、ＭＥＭＳスキャナのミラー面を傾斜させることにより、レーザ光Ｑを走査する。この走査により、光拡散部材９上に表示画像が形成される。走査ユニット５は、後述するドライバの瞳２９と共役である。
　集光ユニット７は、凸レンズの効果を有する光学素子である。集光ユニット７は、凸レンズ、凹レンズ、凸面鏡、凹面鏡等の光学素子の組合せにより構成される。集光ユニット７は、走査ユニット５が走査したレーザ光Ｑの光路上に配置される。集光ユニット７は、レーザ光Ｑを集光してビームＢを形成する。集光ユニット７は、ビームＢを光拡散部材９上に結像させる機能を有する。
　光拡散部材９には、集光ユニット７により形成されたビームＢが入射する。そのビームＢが走査されることにより、光拡散部材９上に表示画像が結像される。光拡散部材９の構成は後述する。
　投影ユニット１１は凹面鏡や凸面鏡等の光学素子の組み合わせにより構成される。投影ユニット１１は、光拡散部材９がビームＢを反射した光の光路上に配置される。光拡散部材９が反射した光は、光拡散部材９に結像された表示画像を表す表示光Ｉである。投影ユニット１１は、その表示光Ｉを表示部材２５の方向に反射することで、表示部材２５に表示画像を投影する。表示部材２５は、例えば、ウィインドシールド等の透明な反射部材である。投影ユニット１１は表示画像を拡大する効果を有している。表示部材２５に投影された表示画像は、光拡散部材９上の表示画像よりも拡大された画像である。防塵カバー１３は透明な部材から成る。防塵カバー１３は表示光Ｉを透過させる。
　予め設定された視認領域２７内にあるドライバの瞳２９から表示部材２５を見ると、車両前方に表示画像の虚像３１を視認することができる。視認領域とは、虚像３１を視認可能な領域を意味する。
　２．光拡散部材９の構成
　光拡散部材９の構成を図２～図８に基づき説明する。光拡散部材９は、反射型のマイクロレンズアレイである。図２～図４に示すように、光拡散部材９の光学面９Ａには、複数のマイクロレンズ３３が密接して配列されている。図２における領域Ｐは光学面９Ａの一部である。
　図１、図３、図４に示すように、マイクロレンズ３３は投影ユニット１１に向かって凸型の形状を有する。図２に示すように、光学面９Ａに直交する方向から見て、マイクロレンズ３３の形状は長方形である。また、後述するベース面４３に直交する方向から見ても、マイクロレンズ３３の形状は長方形である。長方形は多角形に対応する。
　図２に示すように、光学面９Ａ上でのビームＢの主走査方向をｘ方向とする。光学面９Ａ上でｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。各マイクロレンズ３３は２辺３５、３７を備える。２辺３５、３７はそれぞれｘ方向に平行である。２辺３５、３７は対向する。また、各マイクロレンズ３３は２辺３９、４１を備える。２辺３９、４１はそれぞれｙ方向に平行である。２辺３９、４１は対向する。マイクロレンズ３３は、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれにおいて、密接して並んでいる。密接とは、隣り合うマイクロレンズ３３の間に隙間が実質的に存在しないことを意味する。マイクロレンズ３３は、ｘ方向において略等間隔に配列されている。また、マイクロレンズ３３は、ｙ方向においても略等間隔に配列されている。
　図３、図４に示すように、光拡散部材９のベース面４３は、投影ユニット１１に向かって凸となるように湾曲した形状を有する。ベース面４３とは、個々のマイクロレンズ３３の形状を捨象した、光学面９Ａにおける基本的な形状を意味する。光学面９Ａは、凸形状における外側の面である。
　図３に示すように、ベース面４３に直交し、ｘ方向に平行な断面（以下ではｘ断面とする）において、ベース面４３は、投影ユニット１１に向かって凸となるように湾曲している。また、図４に示すように、ベース面４３に直交し、ｙ方向に平行な断面（以下ではｙ断面とする）においても、ベース面４３は、投影ユニット１１に向かって凸となるように湾曲している。なお、以下では、特に断らない限り、ｘ断面、ｙ断面は、それぞれ、配列されたマイクロレンズ３３の中央を通る断面である。
　ｘ断面及びｙ断面におけるベース面４３の形状は、例えば、シリンダ形状、トロイダル形状、球面、非球面、及び自由曲面形状のうちのいずれかの形状である。
　図５に示すように、ｘ断面におけるマイクロレンズ３３の曲率半径をｒｘとする。図６に示すように、ｙ断面におけるマイクロレンズ３３の曲率半径をｒｙとする。ｒｘとｒｙとは異なる。そのことにより、長方形である視認領域２７の長辺と短辺との比率を調整する効果がある。いずれのマイクロレンズ３３でも、ｒｘは略同一である。また、いずれのマイクロレンズ３３でも、ｒｙは略同一である。
　ベース面４３を基準とする、マイクロレンズ３３の頂点４５の高さは、いずれのマイクロレンズ３３でも同一である。
　図５にｘ断面を示す。このｘ断面において、隣接する任意の２つのマイクロレンズ３３Ａ、３３Ｂの境界をＫとする。ｘ断面におけるマイクロレンズ３３Ａの接線であって、境界Ｋを通る接線をＳＡとする。ｘ断面におけるマイクロレンズ３３Ｂの接線であって、境界Ｋを通る接線をＳＢとする。ＳＡとＳＢとが成す角度をエッジ角度αｘとする。エッジ角度αｘは正の値である。
　図７は、図５と同じｘ断面を示す。Ｎ１ｘは、ｘ断面に属し、方向が常に一定の基準線である。Ｎ２ｘは、ｘ断面に属する直線であって、ベース面４３の任意の位置における法線である。基準線Ｎ１ｘを基準とする法線Ｎ２ｘの角度をΔＮｘとする。角度ΔＮｘは、ベース面４３上の位置ごとに規定され、必ずしも一定ではない。図７に示すｘ断面の全体の中で、最大の角度ΔＮｘをθｘｍａｘとする。また、図７に示すｘ断面の全体の中で、最小の角度ΔＮｘをθｘｍｉｎとする。なお、θｘｍａｘ、θｘｍｉｎは、基準線Ｎ１ｘの決め方に応じて、正の値にも、負の値にも成り得る。θｘｍａｘとθｘｍｉｎとの差の絶対値をベース面角度変化量θｘとする。任意のｘ断面において、任意の境界Ｋでのエッジ角度αｘは、ベース面角度変化量θｘより大きい。図７において反時計回りの角度を正とし、時計回りの角度を負とする。
　図６にｙ断面を示す。このｙ断面において、隣接する任意の２つのマイクロレンズ３３Ａ、３３Ｂの境界をＫとする。ｙ断面におけるマイクロレンズ３３Ａの接線であって、境界Ｋを通る接線をＳＡとする。ｙ断面におけるマイクロレンズ３３Ｂの接線であって、境界Ｋを通る接線をＳＢとする。ＳＡとＳＢとが成す角度をエッジ角度αｙとする。エッジ角度αｙは正の値である。
　図８は、図６と同じｙ断面を示す。Ｎ１ｙは、ｙ断面に属し、方向が常に一定の基準線である。Ｎ２ｙは、ｙ断面に属する直線であって、ベース面４３の任意の位置における法線である。基準線Ｎ１ｙを基準とする法線Ｎ２ｙの角度をΔＮｙとする。角度ΔＮｙは、ベース面４３上の位置ごとに規定され、必ずしも一定ではない。図８に示すｙ断面の全体の中で、最大の角度ΔＮｙをθｙｍａｘとする。また、図８に示すｙ断面の全体の中で、最小の角度ΔＮｙをθｙｍｉｎとする。なお、θｙｍａｘ、θｙｍｉｎは、基準線Ｎ１ｙの決め方に応じて、正の値にも、負の値にも成り得る。θｙｍａｘとθｙｍｉｎとの差の絶対値をベース面角度変化量θｙとする。任意のｙ断面において、任意の境界Ｋでのエッジ角度αｙは、ベース面角度変化量θｙより大きい。図８において反時計回りの角度を正とし、時計回りの角度を負とする。
　任意のｘ断面において、ベース面角度変化量θｘは、以下の式（１ｘ）で定義されるβｘより大きい。式（１ｘ）においてＬｘはｘ方向における光拡散部材９の大きさである。Ｒｍｘはｘ方向における結像ミラー曲率半径である。ＲＷｘは表示部材２５のｘ方向における曲率半径である。Ｒｉは以下の式（２ｘ）で表される、眼球の生理学的知見に基づく像面湾曲の許容値である。Ｄは視認領域２７から虚像３１までの距離である。
　任意のｙ断面において、ベース面角度変化量θｙは、以下の式（１ｙ）で定義されるβｙより大きい。式（１ｙ）においてＬｙはｙ方向における光拡散部材９の大きさである。Ｒｍｙはｙ方向における結像ミラー曲率半径である。ＲＷｙは表示部材２５のｙ方向における曲率半径である。Ｒｉは以下の式（２ｙ）で表される、眼球の生理学的知見に基づく像面湾曲の許容値である。Ｄは視認領域２７から虚像３１までの距離である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　光拡散部材９は樹脂から成る。樹脂として、例えば、ポリカーボネート、アクリル、シクロオレフィンポリマー等が挙げられる。シクロオレフィンポリマーとして、例えば、ＣＯＰと表記されるもの、ＣＯＣと表記されるもの等が挙げられる。
　光拡散部材９は、型を用いて製造することができる。型を用いて製造する方法として、例えば、射出成形等が挙げられる。型を用いて光拡散部材９を製造する場合、成形品である光拡散部材９から、型を離型する工程がある。光拡散部材９から型を離型するときの、光拡散部材９に対する型の移動方向を離型方向とする。
　３．光拡散部材９及びヘッドアップディスプレイ装置１が奏する効果
　（１Ａ）光拡散部材９において、エッジ角度αｘとベース面角度変化量θｘとが上述した大小関係を有し、エッジ角度αｙとベース面角度変化量θｙとが上述した大小関係を有する。
　そのため、光拡散部材９が湾曲形状を有していても、境界Ｋの周囲を含め、光拡散部材９のいずれの部分でも抜き勾配が負とならない適正離型方向が存在する。その結果、光拡散部材９から型を離型するとき、離型方向を適正離型方向とすれば、光拡散部材９と型とが干渉しにくく、光拡散部材９の形状が崩れにくい。特に、マイクロレンズ３３の形状が崩れにくい。さらに、マイクロレンズ３３の形状が崩れにくいことにより、ヘッドアップディスプレイ装置１における視認性が向上する。
　エッジ角度αｘは、ベース面角度変化量θｘの３倍以上であることが好ましい。また、エッジ角度αｙは、ベース面角度変化量θｙの３倍以上であることが好ましい。この場合、光拡散部材９から型を離型するとき、光拡散部材９の形状が一層崩れにくい。
　（１Ｂ）ベース面４３の形状は、シリンダ形状、トロイダル形状、球面、非球面、及び自由曲面形状のうちのいずれかである。そのため、その他の形状である場合に比べて、視認性が一層高い。
　（１Ｃ）光拡散部材９は樹脂から成る。そのため、型を用いて光拡散部材９を製造することが容易である。
　（１Ｄ）光拡散部材９は反射型の光拡散部材である。透過型の光拡散部材に比べて、迷光が発生しにくく、視認性が一層高い。
　（１Ｅ）マイクロレンズ３３は投影ユニット１１に対して凸型の形状を有する。マイクロレンズ３３が凹レンズである場合に比べて、マイクロレンズアレイ境界のエッジ形状が一層崩れにくい。
　（１Ｆ）ベース面４３に直交する方向から見た前記マイクロレンズ３３の形状は多角形である。そのため、それ以外の形状である場合に比べて、アイボックス形状の調整が容易である。
　（１Ｇ）ベース面角度変化量θｘは、βｘより大きい。また、ベース面角度変化量θｙは、βｙより大きい。そのため、像面湾曲を抑制し、視認性を向上できる。
＜他の実施形態＞
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
　（１）図９に示すように、光拡散部材９は、凹型マイクロレンズ１３３を備えていてもよい。図９はｘ断面を示す。このｘ断面において、隣接する任意の２つのマイクロミラー１３３Ａ、１３３Ｂの境界をＫとする。ｘ断面におけるマイクロミラー１３３Ａの接線であって、境界Ｋを通る接線をＳＡとする。ｘ断面におけるマイクロミラー１３３Ｂの接線であって、境界Ｋを通る接線をＳＢとする。ＳＡとＳＢとが成す角度をエッジ角度αｘとする。エッジ角度αｘは正の値である。同様にして、ｙ断面においてエッジ角度αｙを規定することができる。
　（２）ベース面４３に直交する方向から見たマイクロレンズ３３の形状は、四角形以外の多角形であってもよい。マイクロレンズ３３の形状は、例えば、三角形であってもよいし、図１１に示すように、六角形であってもよい。
　図１１に示すように、ベース面４３に直交する断面であって、マイクロレンズ３３の配列方向に沿った断面として、Ｘ断面、Ｙ断面がある。Ｘ断面、Ｙ断面においても、第１実施形態と同様に、エッジ角度α、ベース面角度変化量θを算出できる。Ｘ断面、Ｙ断面のいずれにおいても、エッジ角度αはベース面角度変化量θより大きい。そのため、前記（１Ａ）の効果を奏することができる。
　また、例えば、Ｘ断面、Ｙ断面のいずれにおいても、ベース面角度変化量θは、前記式（１ｘ）、前記式（１ｙ）と同様に算出されるβより大きくてもよい。この場合、前記（１Ｇ）の効果を奏することができる。
　（３）図１２に示すように、マイクロレンズ３３の高さは一定でなくてもよい。マイクロレンズ３３の高さとは、ベース面４３を基準とする高さを意味する。図１２はｘ断面を表す。例えば、図１２に示すように、高さｈＡを有するマイクロレンズ３３と、高さｈＢを有するマイクロレンズ３３とが交互に並んでいてもよい。ｈＡはｈＢより大きい。この場合、隣接するマイクロレンズ３３の頂点の間に段差が生じる。上記の形態の場合、マイクロレンズ３３の高さが一定である場合に比べて、視認性が一層高い。
　（４）図１０に示すように、マイクロレンズ３３の曲率半径は一定でなくてもよい。図１０はｘ断面を表す。例えば、マイクロレンズ３３の曲率半径として、ｒｘＡと、ｒｘＢとの２種類があってもよい。ｒｘＢを曲率半径に持つマイクロレンズ３３は、ｒｘＡを曲率半径に持つマイクロレンズ３３よりも高さが低く、曲率半径ｒｘＢが小さい。また、ｘ方向において、曲率半径ｒｘＡを有するマイクロレンズ３３と、曲率半径ｒｘＢを有するマイクロレンズ３３とが交互に並んでいてもよい。
　また、同様に、ｙ方向においても、曲率半径が大きいマイクロレンズ３３と、曲率半径が小さいマイクロレンズ３３とが交互に並んでいてもよい。
　上記の形態の場合、マイクロレンズ３３の曲率半径が一定である場合に比べて、マイクロレンズの高さ変動に伴う視認領域の変化を抑制し、視認性を向上できる点で優れる。
　（５）光拡散部材９は透過型の光拡散部材であってもよい。
　（６）ヘッドアップディスプレイ装置以外の画像表示装置が光拡散部材９を備えていてもよい。
　（７）図１３に示すように、光拡散部材９の光学面９Ａに反射膜４７を備えていてもよい。反射膜４７は反射光の強度を向上させる。反射膜４７の材質として、例えば、アルミ、誘電体等が挙げられる。
　（８）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
　（９）上述したヘッドアップディスプレイ装置の他、光拡散部材、当該光拡散部材を構成要素とする光学システム、画像表示方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims (7)

  1. 　表示部材（２５）に表示画像を投影することにより、予め設定された視認領域（２７）から前記表示画像の虚像（３１）を視認可能とするように構成されたヘッドアップディスプレイ装置（１）であって、
    　レーザ光を射出するように構成されたレーザ光射出ユニット（３）と、
    　前記レーザ光射出ユニットが射出した前記レーザ光を走査するように構成された走査ユニット（５）と、
    　前記走査ユニットにより走査された前記レーザ光を集光してビームを形成するように構成された集光ユニット（７）と、
    　前記集光ユニットにより形成された前記ビームが入射し、前記表示画像が結像されるように構成された光拡散部材（９）と、
    　前記光拡散部材に結像された前記表示画像を前記表示部材に投影するように構成された投影ユニット（１１）と、
    　を備え、
    　前記光拡散部材は、密接して配列された複数のマイクロレンズ（３３、１３３）を備えるとともに、前記投影ユニットに対して凸型に湾曲したベース面（４３）を有し、
    　以下で定義されるエッジ角度αが、以下で定義されるベース面角度変化量θより大きく、前記ベース面角度変化量θは、以下の式（１）で定義されるβより大きいヘッドアップディスプレイ装置。
    　α：前記ベース面に直交する断面において、隣接する２つのマイクロレンズの境界Ｋを通る、前記２つのマイクロレンズのうちの一方の接線と、前記境界Ｋを通る、前記２つのマイクロレンズのうちの他方の接線とが成す角度をαとする。
    　θ：前記断面において、方向が一定である基準線をＮ１とし、前記ベース面の任意の位置における法線をＮ２とする。前記基準線Ｎ１を基準とする前記法線Ｎ２の角度のうち、最大値をθｍａｘとし、最小値をθｍｉｎとする。θｍａｘとθｍｉｎとの差の絶対値をθとする。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　前記式（１）において前記Ｌは前記光拡散部材の大きさである。前記Ｒｍは前記投影ユニットのミラー曲率半径である。前記ＲＷは前記表示部材の曲率半径である。前記Ｒｉは以下の式（２）で表される、眼球の生理学的知見に基づく像面湾曲の許容値であり、Ｄは前記視認領域から前記虚像までの距離である。
  2. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記ベース面の形状は、シリンダ形状、トロイダル形状、球面、非球面、及び自由曲面形状のうちのいずれかであるヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　前記光拡散部材は樹脂から成るヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　請求項１～３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であって、
    　前記光拡散部材は反射型であるヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　請求項１～４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であって、
    　前記マイクロレンズは前記投影ユニットに対して凸形状であるヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　請求項１～５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であって、
    　前記エッジ角度αは、前記ベース面角度変化量θの３倍以上であるヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 　請求項１～６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であって、
    　前記ベース面に直交する方向から見た前記マイクロレンズの形状は、多角形であるヘッドアップディスプレイ装置。
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