(57)【要約】  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。
2018003589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９０７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
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。
【符号の説明】
【００５０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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