CN106873299B

CN106873299B - 扫描投影仪透射式屏幕以及扫描投影仪***

Info

Publication number: CN106873299B
Application number: CN201610920435.7A
Authority: CN
Inventors: 杉山哲也
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2019-03-01
Anticipated expiration: 2036-10-21
Also published as: US20170115553A1; JP2017078830A; CN106873299A; US20170160543A1; DE102016220742A1

Abstract

提供了一种扫描投影仪透射式屏幕，该扫描投影仪透射式屏幕具有微透镜阵列形成在其上的第一表面和形成为单透镜形状的第二表面。

Description

扫描投影仪透射式屏幕以及扫描投影仪***

技术领域

本发明涉及一种扫描投影仪透射式屏幕。

背景技术

扫描投影仪将经过亮度调制的R、G和B色的激光束结合成一束，并且使它们与亮度调制同步地被扫描在屏幕上，从而在屏幕上形成二维图像。与投射二维图像的方法相比，扫描投影仪具有容易提供高分辨率、小型化和低电力消耗的性能特点。

利用这些性能特点，扫描投影仪在实践中用于车载平视显示器中。这里，平视显示器是这样的装置：其显示信息，使得信息叠置在视线前方的背景上。

图6是示出使用扫描投影仪的传统车载平视显示器的示例性构造的示意图。如图6所示，平视显示器包括扫描投影仪400、透射式屏幕300、物镜310、放大镜320和挡风玻璃330。

透射式屏幕300是形成为矩形形状的透明或半透明的部件，并且设置有由多个微透镜构成的微透镜阵列301，该多个微透镜形成在透射式屏幕300的位于扫描投影仪400侧处的表面上。这是为了通过加宽透过透射式屏幕300的光束而加宽视角。

通过扫描投影仪400投射在透射式屏幕300上的图像(即，中间图像)经由物镜310入射到放大镜320。此外，图像在放大镜320上被反射，并且被投射在挡风玻璃330上，并且由位于观察箱(eye box)中的驾驶员的眼睛识别。这里，代替挡风玻璃330，称为合成器的透射式屏幕机构可以单独地设置以投射图像。

如图7A所示，从扫描投影仪400发出的光扫描预定的角度范围。已经入射到透射式屏幕300的光由于微透镜阵列301而扩散，并且光的扩散方向受到光相对于透射式屏幕300的入射角的影响。即，对于入射扫描方向上的中心部的光，光相对于屏幕300垂直地入射，并从而以垂直方向为中心扩散。然而，入射角朝着屏幕的端部变大，从而扩散光的行进方向向外扩展。因此，在不采取任何措施的情况下，到达放大镜320的光在图像的端部处减少，使得在观察箱中所识别到的图像的端部处的亮度降低。

能够通过改变微透镜的曲率来调整光的扩散范围；然而，不能解决中心部和端部处的亮度的不均一。因此，为了解决该问题，将物镜310定位在透射式屏幕300的光出射侧附近，以使端部处的扩散光的行进方向向内改变，如图7B所示。因此，能够在观察箱中识别到整体清晰的图像。

专利文献1：JP 2010-145924 A

发明内容

由于使用扫描投影仪的显示装置，特别是平视显示器构造成将图像投射在挡风玻璃上，所以需要将用于进行投射的投射单元容纳在车辆的仪表板等中。同时，诸如手柄这样的驱动机构以及诸如仪表和警告灯这样的显示机构布置在仪表板中，因而用于投射单元的安装空间非常有限。因此，优选地，使包含在使用扫描投影仪的显示装置中的部件的数量少。

如上所述，通过将物镜310安置在其上形成有微透镜阵列的透射式屏幕300附近，能够得到整体清晰的图像。然而，这导致部件数量的增加，鉴于壳体的尺寸和成本的增加，这是不优选的。

因此，本发明的目的是提供一种使用扫描投影仪的显示装置，该使用扫描投影仪的显示装置能够得到整体清晰的图像，而不增加部件的数量。

为了解决以上问题，根据本发明的扫描投影仪透射式屏幕包括形成有微透镜的第一表面和形成为单透镜形状的第二表面。已经从扫描投影仪出射而后入射到用于扫描投影仪的透射式屏幕的光由于形成在入射面上的微透镜阵列而在与入射角相对应的行进方向上在透射式屏幕内扩散。即，对于垂直入射到透射式屏幕的中央部的光，光以垂直方向为中心扩散，但是随着其靠近透射式屏幕的端部，扩散光的行进方向向外扩展。当从透射式屏幕发出扩散光时，由于形成在出射面上的单透镜的功能，扩散光的行进方向随着靠近端部而改变为更加向内。即，根据本发明的用于扫描投影仪的透射式屏幕具有传统透射式屏幕和布设在传统透射式屏幕附近的透镜二者的功能。因此，不需要设置独立的透镜，从而减少了部件的数量。单透镜形状可以形成凸透镜。因此，扩散光的行进方向能够随着其靠近端部而改变为向内。在这种情况下，单透镜形状可以形成菲涅耳透镜。因此，能够减小透射式屏幕的厚度。单透镜形状可以形成凹透镜。因此，扩散光的行进方向能够随着其靠近端部而改变为向外。

根据本发明，提供了一种使用扫描投影仪的显示装置，该使用扫描投影仪的显示装置能够得到整体清晰的图像，而不增加部件的数量。

附图说明

图1是示出根据该实施例的扫描投影仪***的构造的示意图；

图2图示出透射式屏幕；

图3是示出在将根据该实施例的扫描投影仪***应用于车载平视显示器的情况下的构造的示意图；

图4是菲涅耳透镜形成为要与透射式屏幕组合的单透镜的实施例的图示；

图5是凹透镜作为单透镜与透射式屏幕组合的实施例的图示。

图6是示出使用扫描投影仪的传统车载平视显示器的实例的示意图；以及

图7图示出物镜的功能。

参考标记列表

10 扫描投影仪***

100 扫描投影仪

110 激光光源

112 聚光透镜

114 二向色镜

120 镜子

130 二维扫描元件

200 透射式屏幕

201 微透镜阵列

202 单透镜(凸透镜)

220 放大镜

230 挡风玻璃

260 透射式屏幕

261 微透镜阵列

262 单透镜(菲涅尔透镜)

280 透射式屏幕

281 微透镜阵列

282 单透镜(凹透镜)

具体实施方式

将参考附图详细描述本发明的实施例。图1是示出根据该实施例的扫描投影仪***10的构造的示意图。扫描投影仪***10可以优选地用于车载平视显示器。当然，扫描投影仪***10也可以应用于其它显示装置。如图1所示，扫描投影仪***10包括扫描投影仪100和透射式屏幕200。

扫描投影仪100包括作为光源的红色激光光源110R、绿色激光光源110G和蓝色激光光源110B，并且根据需要对各个光源(110R、110G和110B)进行强度均一化和校准，并且进行且发射激光。此外，在未示出的图像处理设备的控制下，与每像素单元扫描同步地，对来自各个光源(110R、110G和110B)的出射光进行亮度调制。

各个发出的光穿过靠近光源(110R、110G和110B)的布设在光轴上的聚光透镜(112R、112G和112B)，并从而提供会聚光。R、G和B三个颜色的会聚光在扫描投影仪100内结合成一个会聚光。

在图1所示的实例中，绿色会聚光通过二向色镜114G与红色会聚光结合(即，复用)，并且此外，蓝色会聚光通过二向色镜114B与它们结合(即，复用)成一个合成光。可以使用其它技术实现将光结合成一个会聚光。另外，确定各个聚光透镜(112R、112G和112B)的焦距和布设位置，使得各个颜色的各个会聚光聚焦在同一位置处。

通过用于小型化的镜子120使合成光转向，而后通过高速二维扫描元件130控制其照射方向，以二维地扫描该合成光。高速二维扫描元件130可以包括二维扫描MEMS镜；然而，可以组合并且使用垂直扫描MEMS镜和水平扫描MEMS镜。可选择地，可以将检流计镜用作高速二维扫描元件130。

MEMS镜是使用MEMS(微电子机械***)技术制造的光学扫描装置，并且可移动镜130a通过在扫描方向上以预定的旋转轴130b为中心进行预定角度的往复转动运动而进行光学扫描。旋转轴130b可以通过机械轴来限定，或者可以虚拟限定而不设置明确的轴。作为MEMS镜，可以采用各种方法，诸如已经提出的电磁式移动线圈型、电磁式移动磁石型、静电型和压电型。

具有矩形形状的透射式屏幕200布设在合成光的光聚焦面上。通过屏幕200以高速扫描经受每像素亮度调制的R、G和B合成光，从而由于眼睛的余像效果而感知到二维图像。

在该实施例中，透射式屏幕200在其设置有微透镜阵列201，该微透镜阵列201形成在透射式屏幕200的位于扫描投影仪100侧的表面上。微透镜阵列201由多个微透镜构成。在透射式屏幕200的相反一侧上形成单透镜202。在所示实例中，凸透镜形成为单透镜202。

根据该构造，入射到透射式屏幕200的光由于形成在入射面上的微透镜阵列201而在与入射面相对应的行进方向上在透射式屏幕200内扩散。即，对于垂直入射到透射式屏幕200的中央部的光，光以垂直方向为中心扩散，但是随着靠近透射式屏幕200的端部，扩散光的行进方向向外扩展。

当从透射式屏幕200发出扩散光时，通过形成在出射面上的单透镜202的凸透镜的作用，随着越靠近端部，扩散光的行进方向改变为更加向内，从而使照射范围变窄。即，根据该实施例的透射式屏幕200具有传统透射式屏幕300和布设在传统透射式屏幕300附近的物镜310二者的功能。因此，不需要设置物镜310，并且能够减少部件的数量。

图2A是示出从形成有微透镜阵列201的入射面观看的透射式屏幕200的图示。微透镜的排列仅仅是一个实例，并且微透镜可以根据其它规则性排列。图2B是沿着图2A中的线X-X截取的截面图。凸透镜在其上形成为单透镜202的表面在中央部处膨出。图2C是沿着图2A中的线Y-Y截取的截面图。在该Y-Y截面图中，凸透镜在其上形成为单透镜202的表面不膨出。

如上所述，在该实施例中，扩散光的行进方向在长边方向上的端部处改变，从而屏幕200形成为在长边方向上具有凸面的柱状。这是因为，扫描范围在长边方向上比在短边方向上宽，并从而光的入射角在端部处更大。

为了改变扩散光在短边方向上的行进方向，设置了在短边方向上具有凸面的柱状。为了改变扩散光在长边方向和短边方向二者上的行进方向，在长边方向和短边方向上设置了具有凸面的环状曲面形状。

图3是示出将根据该实施例的扫描投影仪***10应用于车载平视显示器的构造的示意图。利用形成在入射面上的微透镜阵列201，使通过扫描投影仪100入射到透射式屏幕200的光在与入射角相对应的行进方向上扩散，但是当从屏幕200出射时，由于形成在出射面上的单透镜202的凸透镜的作用，随着越靠近端部，扩散光的行进方向越向内改变。

投影在透射式屏幕200上的图像(即，中间图像)以入射到放大镜220的方式被投射在挡风玻璃230上，并且由位于观察箱中的驾驶员的眼睛识别。

来自透射式屏幕200的端部的光充分地入射到放大镜220，从而能够在观察箱中识别到整体清晰的图像。在这种情况下，不再需要传统所需的物镜。因此，能够得到整体清晰的图像，而不增加部件的数量。

另外，形成在透射式屏幕上的单透镜可以是菲涅耳透镜。通过使用菲涅耳透镜，能够使厚度变薄，从而提供进一步的空间节省。图4A图示出单透镜是菲涅耳透镜的透射式屏幕260的实例。如图所示，透射式屏幕260具有一个表面和另一个表面，在该一个表面上形成有微透镜阵列261，在该另一个表面上菲涅耳透镜形成为单透镜262。

在这种情况下，为了防止由于菲涅尔的立壁而导致的显示缺陷，优选地，使从给定的一个微透镜入射的光线群从一个菲涅耳面出射。例如，如图4B所示，优选地，当处于以光源P₀作为转动轴发出的光线1至光线2的范围内的光线群入射到微透镜261a时，该光线群从菲涅尔面262a出射。

这里，如果光源P₀与微透镜261a之间的水平距离是D₀，透射式屏幕260的厚度是D₁，光线1入射到的微透镜261a的边界是P₁，光线1从其出射的菲涅尔面262a的边界是P₂，光线的出射角是θ₀，并且光线到微透镜261a上的入射角和出射角分别是θ₁(基于透镜半径和透镜间距而是已知的)和θ₂，则能够如下计算P₀与P₁之间的垂直方向距离S₀、P₁与P₂之间的垂直方向距离S₁以及P₀与P₂之间的垂直方向距离S₂：

S₀＝D₀tanθ₀

S₁＝D₁tanθ₂，其中θ₂＝sin^-1((n₁/n₀)sinθ₁)

S₂＝S₀-S₁

其中，n₀是空气的折射率，并且n₁是透射式屏幕260的材料的折射率

也能够以相同的方式计算P₃和P₄的位置。从而，基于P₁、P₂、P₃和P₄的各个位置，能够确定一个微透镜261a与相应的菲涅尔面262a之间的位置关系。

以上已经描述了本发明的实施例。然而，根据本发明的透射式屏幕不限于以上实施例，并且能够在本发明的范围内以各种方式进行修改。例如，在本文所示的实例中，在微透镜阵列形成面的相反侧处，凸透镜形成为单透镜。然而，如图5所示，在形成有透射式屏幕280的微透镜阵列281的表面的相反侧的表面上，凹透镜可以形成为单透镜282。在这种情况下，端部处的扩散光的行进方向改变为向外。在来自光源的光将要在宽范围上照射的情况下，这是有效的。此外，透射式屏幕不限于平面状，并且可以是弯曲状。

Claims

1.一种扫描投影仪透射式屏幕，包括：

第一表面，微透镜阵列形成在该第一表面上，所述第一表面是所述扫描投影仪透射式屏幕的位于扫描投影仪侧的表面；和

第二表面，该第二表面形成为单透镜形状，

所述第一表面是光入射到扫描投影仪透射式屏幕的入射面，

所述第二表面位于所述扫描投影仪透射式屏幕的所述第一表面的相反一侧，并且是所述光从所述扫描投影仪透射式屏幕出射的出射面。

2.根据权利要求1所述的扫描投影仪透射式屏幕，其中，所述单透镜形状形成凸透镜。

3.根据权利要求1所述的扫描投影仪透射式屏幕，其中，所述单透镜形状形成菲涅耳透镜。

4.根据权利要求1所述的扫描投影仪透射式屏幕，其中，所述单透镜形状形成凹透镜。

5.一种扫描投影仪***，包括：

根据权利要求1至4的任意一项所述的扫描投影仪透射式屏幕；和

扫描投影仪。