KR101741938B1 - 헤드업 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

HUD 장치(100)는, 표시 화상(71)이 되는 레이저광을 투사하는 레이저 스캐너(10)와, 격자 형상으로 배열되는 복수의 광학 소자(32)를 갖고, 레이저 스캐너(10)로부터 광학 소자(32)에 입사되는 레이저광을 확산해서 투영면(91)측에 유도하는 스크린 부재(30)를 구비한다. 각 광학 소자(32)는, 공통된 만곡 형태로서 볼록 형상 만곡 형태를 나타내는 만곡면(33)을 표면에 형성하고, 당해 만곡면(33)을 통해서 투영면(91)측에 출사시키는 레이저광을 확산하고, 또한 각 광학 소자(32)는, 격자 형상 배열 중 적어도 일 배열 방향에 인접하는 광학 소자(32)와는 당해 인접 방향의 소자 폭(W)이 상이하도록 형성되어 있다.

Description

헤드업 디스플레이 장치{HEAD-UP DISPLAY DEVICE}
본 개시는, 차량 등의 이동체의 투영면에 표시 화상을 투영함으로써, 당해 표시 화상의 허상을 이동체의 실내에서 시인 가능하게 표시하는 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다.
종래부터, 표시 화상이 되는 레이저광을 스크린 부재로 확산해서 투영면측에 유도함으로써, 표시 화상의 허상 표시를 실현하는 헤드업 디스플레이 장치(이하, 「HUD 장치」라고 함)가 알려져 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에 개시되어 있는 HUD 장치는, 투사기로부터 투사되어 스크린 부재에 입사되는 레이저광을, 격자 형상 배열의 복수의 광학 소자에 의해 확산시키고 있다. 이렇게 해서 확산되어 투영면에 투영되는 레이저광은, 표시 화상의 허상으로서, 이동체 실내의 시인자에 의해 시인되게 된다.
일본 특허 공개 제2009-128659호 공보
그러나, 격자 형상 배열에 의해 규칙성을 가진 광학 소자의 패턴에, 가간섭성이 높은 레이저광이 입사되어 확산되면, 당해 레이저광을 허상으로서 시인하는 시인자가 느끼는 휘도에는, 불균일이 발생해버린다.
본 개시는, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 휘도 불균일을 억제하는 HUD 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명자들은, 각 광학 소자에 의해 레이저광을 확산해서 출사시키는 스크린 부재에 대해서, 예의 연구를 행해 왔다. 그 결과, 인접하는 광학 소자간의 경계를 통해서 레이저광이 출사될 때, 당해 경계로의 회절에 의해, 출사각에 따라 물결치는 강도 분포가 출사광에 발생하고, 그러한 경계 회절에 기인해서 휘도 불균일이 야기된다는 지견을, 본 발명자들은 얻었다.
따라서, 이러한 지견에 기초하여 창작된 본 개시의 제1 형태에 따르면, 헤드업 디스플레이 장치는, 이동체의 투영면에 표시 화상을 투영함으로써, 표시 화상의 허상을 이동체의 실내에서 시인 가능하게 표시하는 헤드업 디스플레이 장치이며, 표시 화상이 되는 레이저광을 투사하는 투사기와, 격자 형상으로 배열되는 복수의 광학 소자를 갖고, 투사기로부터 광학 소자에 입사되는 레이저광을 확산해서 투영면측에 유도하는 스크린 부재를 구비한다. 각 광학 소자는, 볼록 형상 만곡 및 오목 형상 만곡 중 어느 한쪽이며 서로 공통된 만곡 형태를 나타내는 만곡면을 표면에 형성하고, 당해 만곡면을 통해서 투영면측에 출사시키는 레이저광을 확산하고, 또한 각 광학 소자는, 격자 형상 배열 중 적어도 일 배열 방향에 인접하는 광학 소자와는 당해 인접 방향의 소자 폭이 상이하도록 형성되어 있다.
제1 형태에 따른 헤드업 디스플레이 장치에 있어서, 인접하는 광학 소자간의 경계를 통해서 출사되는 레이저광이 회절에 의해 서로 간섭함으로써, 그들 각 광학 소자로부터의 출사광에는, 출사각에 따라 물결치는 강도 분포가 발생한다. 그러나, 격자 형상 배열 중 적어도 일 배열 방향에서 인접하는 광학 소자끼리에서는, 소자 폭의 차에 따라 강도 분포의 기복이 서로 어긋나게 된다. 이에 의하면, 인접하는 각 광학 소자로부터의 출사광은, 강도 분포의 기복이 어긋난 상태에서 시인자에 의해 허상으로서 시인될 수 있으므로, 시인자가 느끼는 휘도 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명자들은, 인접하는 광학 소자 표면의 만곡면을 통해서 출사된 레이저광끼리가 서로 간섭함으로써, 출사각에 따라 복수 차수의 회절 피크를 부여하는 강도 분포의 회절광이 발생하고, 그러한 다중 회절에 기인해서 휘도 불균일이 야기된다는 지견도 얻었다.
따라서, 본 개시의 제2 형태에 따르면, 헤드업 디스플레이 장치에 있어서, 각 광학 소자는, 인접하는 것끼리에서 만곡면의 면 정점부터 상호간의 경계까지의 새그량이 상이하도록 형성된다. 이러한 상이한 새그량의 설정에 의하면, 하나의 광학 소자가 그 양측의 인접 광학 소자 사이에서 발생시키는 회절광의 회절 피크는 서로 어긋나게 된다. 이 어긋남 작용을 이용하여, 하나의 광학 소자와 편측의 인접 광학 소자의 사이에서 발생하는 회절광의 회절 피크를, 하나의 광학 소자와 반대측의 인접 광학 소자의 사이에서 발생하는 회절광의 회절 밸리와 겹치는 것에 의하면, 그들 회절광을 허상으로서 시인하는 시인자가 느끼는 휘도 불균일을 억제할 수 있다. 또한, 회절 밸리란, 회절광의 강도 분포에서 회절 피크간의 골짜기가 되는 부분을 의미한다.
본 개시에 관한 상기 목적 및 기타의 목적, 특징이나 이점은, 첨부의 도면을 참조하면서 하기의 상세한 기술에 의해, 보다 명확해진다.
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 HUD 장치의 차량에의 탑재 상태를 도시하는 모식도이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 따른 HUD 장치의 개략 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 따른 HUD 장치의 표시 상태를 도시하는 정면도이다.
도 4는, 제1 실시 형태에 따른 HUD 장치의 구체적 구성을 도시하는 모식도이다.
도 5는, 제1 실시 형태의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 평면도이다.
도 6은, 제1 실시 형태의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 5의 VIx-VIx선 단면 및 VIy-VIy선 단면에 대응하는 모식도이다.
도 7은, 비교예의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 6에 상당하는 모식도이다.
도 8은, 비교예에 따른 출사광의 중첩에 대해서 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는, 제1 실시 형태에 따른 출사광의 강도 분포에 대해서 설명하기 위한 특성도이다.
도 10은, 제1 실시 형태에 따른 출사광의 중첩에 대해서 설명하기 위한 특성도이다.
도 11은, 제1 실시 형태에 따른 출사광의 광로차에 대해서 설명하기 위한 모식도이다.
도 12는, 제1 실시 형태에 따른 회절광의 강도 분포에 대해서 설명하기 위한 특성도이다.
도 13은, 제1 실시 형태에 따른 회절광의 중첩에 대해서 설명하기 위한 특성도이다.
도 14는, 제1 실시 형태에서의 새그량 차이의 설정에 대해서 설명하기 위한 특성도이다.
도 15는, 도 5에 도시한 스크린 부재의 주요부를 확대해서 도시하는 평면도이다.
도 16은, 제2 실시 형태의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 6에 상당하는 모식도이다.
도 17은, 제3 실시 형태의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 6에 상당하는 모식도이다.
도 18은, 제4 실시 형태의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 6에 상당하는 모식도이다.
도 19는, 제4 실시 형태에 의한 출사광의 광로차에 대해서 설명하기 위한 특성도이다.
도 20은, 제1 실시 형태에 적용한 변형예 1의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 6에 상당하는 모식도이다.
도 21은, 제4 실시 형태에 적용한 변형예 1, 변형예 6의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 18에 상당하는 모식도이다.
도 22는, 제2 실시 형태에 적용한 변형예 2의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 16에 상당하는 모식도이다.
도 23은, 제4 실시 형태에 적용한 변형예 2의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 18에 상당하는 모식도이다.
도 24는, 제1 실시 형태에 적용한 변형예 3, 변형예 8의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 5에 상당하는 평면도이다.
도 25는, 제1 실시 형태에 적용한 변형예 4의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 15에 상당하는 평면도이다.
도 26은, 제1 실시 형태에 적용한 변형예 5, 변형예 7의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 6에 상당하는 평면도이다.
도 27은, 제4 실시 형태에 적용한 변형예 6의 스크린 부재를 부분적으로 도시하는 도면이며, 도 18에 상당하는 모식도이다.
이하, 본 개시의 복수의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 각 실시 형태에서 대응하는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여함으로써, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다. 각 실시 형태에서 구성의 일부분만을 설명하고 있는 경우, 당해 구성의 다른 부분에 대해서는, 선행해서 설명한 다른 실시 형태의 구성을 적용할 수 있다. 또한, 각 실시 형태의 설명에서 명시하고 있는 구성의 조합뿐만 아니라, 특히 조합에 지장이 생기지 않으면, 명시하고 있지 않아도 복수의 실시 형태의 구성끼리를 부분적으로 조합할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 HUD 장치(100)는, 「이동체」로서의 차량(1)에 탑재되고, 인스트루먼트 패널(80) 내에 수용되어 있다. HUD 장치(100)는, 차량(1)의 「표시 부재」인 윈드쉴드(90)에 표시 화상(71)을 투영한다. 여기서 차량(1)에 있어서, 윈드쉴드(90)의 실내측의 면은, 표시 화상(71)이 투영되는 투영면(91)을, 만곡하는 오목면 형상 또는 평탄한 평면 형상 등으로 형성하고 있다. 또한, 차량(1)에서 윈드쉴드(90)는, 실내측의 면과 실외측의 면에서, 광로차를 억제하기 위한 각도 차를 갖는 것이어도 되고, 또는 당해 광로차 억제를 위해서 증착막 내지는 필름 등을 실내측의 면에 설치한 것이어도 된다.
표시 화상(71)이 투영면(91)에 투영되는 차량(1)에서는, 그 실내에 있어서, 투영면(91)에 의해 반사된 당해 화상(71)의 광속이 시인자의 아이포인트(61)에 도달한다. 시인자는, 아이포인트(61)에의 도달 광속을 지각함으로써, 윈드쉴드(90)의 전방에 결상된 표시 화상(71)의 허상(70)을 시인한다. 이 때, 허상(70)의 시인은, 도 2에 도시한 시인자의 시인 영역(60) 내에 아이포인트(61)가 위치함으로써, 가능해진다.
이상, 투영면(91)에의 표시 화상(71)의 투영에 의해 HUD 장치(100)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 표시 화상(71)의 허상(70)을 차량(1)의 실내에서 시인 가능하게 표시하게 된다. 또한, 허상(70)으로서는, 차량(1)의 주행 속도의 지시 표시(70a)나, 네비게이션 시스템에 의한 차량(1)의 진행 방향의 지시 표시(70b), 차량(1)에 관한 워닝 표시(70c) 등이 표시된다.
(HUD 장치의 전체적 특징)
이하, HUD 장치(100)의 전체적인 특징을 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이 HUD 장치(100)는, 레이저 스캐너(10), 컨트롤러(29), 스크린 부재(30) 및 광학계(40)를, 하우징(50) 내에 구비하고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 「투사기」인 레이저 스캐너(10)는, 광원부(13), 도광부(20), 미소 전기 기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems; MEMS)(26)을 갖고 있다.
광원부(13)는, 3개의 레이저 투사부(14, 15, 16) 등으로 구성되어 있다. 각 레이저 투사부(14, 15, 16)는, 전기 접속된 컨트롤러(29)로부터의 제어 신호에 따라, 서로 다른 색상의 단일 파장 레이저광을 각각 투사한다. 구체적으로 레이저 투사부(14)는, 예를 들어 피크 파장이 600 내지 650nm의 범위(바람직하게는 640nm)에 나타나는 적색 레이저광을 투사한다. 레이저 투사부(15)는, 예를 들어 피크 파장이 430 내지 470nm의 범위(바람직하게는 450nm)에 나타나는 청색 레이저광을 투사한다. 레이저 투사부(16)는, 예를 들어 피크 파장이 490 내지 530nm의 범위(바람직하게는 515nm)에 나타나는 녹색의 레이저광을 투사한다. 이와 같이 각 레이저 투사부(14, 15, 16)로부터 투사되는 3색의 레이저광을 가색 혼합함으로써, 다양한 색의 재현이 가능해진다.
도광부(20)는, 3개의 콜리메이트 렌즈(21), 다이크로익 필터(22, 23, 24) 및 집광 렌즈(25) 등으로 구성되어 있다. 각 콜리메이트 렌즈(21)는, 각각 대응하는 레이저 투사부(14, 15, 16)에 대하여, 레이저광의 투사측에 예를 들어 0.5mm의 간격을 두고 배치되어 있다. 각 콜리메이트 렌즈(21)는, 대응하는 레이저 투사부(14, 15, 16)로부터의 레이저광을 굴절시킴으로써, 당해 레이저광을 평행광에 콜리메이트 한다.
각 다이크로익 필터(22, 23, 24)는, 각각 대응하는 콜리메이트 렌즈(21)에 대하여, 각 레이저 투사부(14, 15, 16)의 투사측에 예를 들어 4mm의 간격을 두고 배치되어 있다. 각 다이크로익 필터(22, 23, 24)는, 대응하는 콜리메이트 렌즈(21)를 통과한 레이저광 중, 특정 파장의 레이저광을 반사하고 또한 그 이외의 파장의 레이저광을 투과한다. 구체적으로는, 레이저 투사부(14)의 투사측에 배치되는 다이크로익 필터(22)는, 적색 레이저광을 투과하고, 그 이외의 색의 레이저광을 반사한다. 레이저 투사부(15)의 투사측에 배치되는 다이크로익 필터(23)는, 청색 레이저광을 반사하고, 그 이외의 색의 레이저광을 투과한다. 레이저 투사부(16)의 투사측에 배치되는 다이크로익 필터(24)는, 녹색 레이저광을 반사하고, 그 이외의 색의 레이저광을 투과한다.
여기서, 다이크로익 필터(24)에 의한 녹색 레이저광의 반사측에는, 다이크로익 필터(23)가 예를 들어 6mm의 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 다이크로익 필터(23)에 의한 청색 레이저광의 반사측 또한 녹색 레이저광의 투과측에는, 다이크로익 필터(22)가 예를 들어 6mm의 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 다이크로익 필터(22)에 의한 적색 레이저광의 투과측 또한 청색 레이저광 및 녹색 레이저광의 반사측에는, 집광 렌즈(25)가 예를 들어 4mm의 간격을 두고 배치되어 있다. 이들 배치 형태에 의해, 다이크로익 필터(22)를 투과한 적색 레이저광과, 각각 다이크로익 필터(23, 24)에 의한 반사 후에 다이크로익 필터(22)로 반사된 청색 레이저광 및 녹색의 레이저광은, 집광 렌즈(25)에 입사됨으로써 혼색된다.
집광 렌즈(25)는, 평면 형상의 입사면 및 볼록면 형상의 출사면을 갖는 평볼록 렌즈이다. 집광 렌즈(25)는, 입사면에 입사의 레이저광을 굴절에 의해 집속시킨다. 그 결과, 집광 렌즈(25)를 통과한 레이저광은, MEMS(26)를 향해서 출사된다.
MEMS(26)는, 수평 주사 미러(27) 및 수직 주사 미러(28), 및 그들 주사 미러(27, 28)의 구동부(도시 생략) 등으로 구성되어 있다. 수평 주사 미러(27)에서 중심부가 예를 들어 5mm의 간격을 두고 집광 렌즈(25)와 대향하는 면에는, 박막 형상의 반사면(27b)이 알루미늄의 금속 증착 등에 의해 형성되어 있다. 또한, 수직 주사 미러(28)에서 중심부가 예를 들어 1mm의 간격을 두고 수평 주사 미러(27)와 대향하는 면에는, 박막 형상의 반사면(28b)이 알루미늄의 금속 증착 등에 의해 형성되어 있다. MEMS(26)의 구동부는, 전기적으로 접속된 컨트롤러(29)로부터의 제어 신호에 따라, 각 주사 미러(27, 28)를 각각 회전축(27a, 28a) 주위에 개별로 회전 구동한다.
레이저 스캐너(10)의 최종단을 구성하는 수직 주사 미러(28)의 중심부는, 스크린 부재(30)의 주사면(31)에 대하여, 예를 들어 100mm의 간격을 두고 배치되어 있다. 이러한 배치 형태에 의해, 집광 렌즈(25)로부터 주사 미러(27, 28)에 순차 입사된 레이저광은, 반사면(27b, 28b)에 의해 순차 반사됨으로써, 주사면(31)에 투사된다.
컨트롤러(29)는, 프로세서 등으로 구성되는 제어 회로이다. 컨트롤러(29)는, 각 레이저 투사부(14, 15, 16)에 제어 신호를 출력함으로써, 레이저광을 단속적으로 펄스 투사한다. 그와 함께 컨트롤러(29)는, 주사 미러(27, 28)의 구동부에 제어 신호를 출력함으로써, 주사면(31)에 대한 레이저광의 투사 방향을 복수의 주사선(LN)을 따라 도 4의 화살표 방향으로 변화시킨다. 이들 제어에 의해, 도 5와 같이 레이저광이 원형 스폿 형상으로 투사되는 영역(O)을 주사면(31)에서 이동시킴으로써, 표시 화상(71)이 묘화된다. 즉, 레이저 스캐너(10)로부터 투사되는 레이저광은, 주사면(31)을 수평 방향(x)과 수직 방향(y)에 주사함으로써, 표시 화상(71)이 된다. 여기서, 예를 들어 표시 화상(71)은, 수평 방향(x)에 480화소 또한 수직 방향(y)에 240화소를 갖는 화상으로서, 주사면(31)에 매초 60프레임 형성된다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이 주사면(31)의 수평 방향(x)은, 차량(1)의 수평 방향과 일치하고 있다. 한편, 주사면(31)의 수직 방향(y)은, 도 2에 도시한 바와 같이 차량(1)의 연직 방향에 대하여 기울어 있어도 되고, 또는 연직 방향과 일치하고 있어도 된다.
도 5, 도 6에 도시한 바와 같이 반사형의 스크린 부재(30)는, 수지 기재 내지는 유리 기재의 표면에 알루미늄을 증착시키는 것 등에 의해 형성되어 있다. 스크린 부재(30)는, 차량(1)에서 레이저 스캐너(10)보다도 상방에 배치되어 있다(도 1, 도 2 참조). 스크린 부재(30)는, 마이크로미러로서의 복수의 광학 소자(32)를 수평 방향(x)과 수직 방향(y)에 격자 형상 배열하여 이루어지고, 그들 광학 소자(32)의 표면(구체적으로는, 후에 상세하게 설명하는 만곡면(33)에 의해 주사면(31)을 구성하고 있다. 각 광학 소자(32)의 표면은, 주사면(31)에 투사된 레이저광을 반사함으로써, 당해 레이저광을 확산시켜서 출사한다. 여기서 도 5에 도시한 바와 같이, 주사면(31)에서 레이저광이 투사되는 투사 영역(O)의 직경(φo)은, 각 광학 소자(32)의 소자 폭(W)(바람직하게는, 후에 상세하게 설명하는 작은 소자 폭(Wb))의 반값 이상으로 설정된다. 또한, 각 광학 소자(32)는, 도 6에 도시한 바와 같이 전부 일체물로서 형성되어 있어도 되고, 또는 별개로 형성되어 공통 기재에 보유 지지되어 있어도 된다.
도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 광학계(40)는, 오목 거울(42) 및 그것의 구동부(도시 생략)를 갖고 있다. 오목 거울(42)은, 수지 기재 내지는 유리 기재의 표면에 알루미늄을 증착시키는 것 등에 의해 형성되어 있다. 오목 거울(42)은, 주사면(31)에서 확산된 레이저광을 반사면(42a)에 의해 반사함으로써, 당해 레이저광을 투영면(91)측에 유도해서 표시 화상(71)을 투영한다. 반사면(42a)은, 주사면(31) 및 투영면(91)으로부터 멀어지는 방향에 중심부가 오목해지는 오목면으로서, 매끄러운 곡면 형상으로 형성됨으로써, 표시 화상(71)을 확대하여 투영 가능하게 되어 있다.
광학계(40)의 구동부는, 전기적으로 접속된 컨트롤러(29)로부터의 제어 신호에 따라, 오목 거울(42)을 도 1의 요동축(42b) 주위에 요동 구동한다. 이러한 요동에 의해, 투영된 표시 화상(71)의 허상(70)의 결상 위치가 상하함에 따라, 시인 영역(60)도 상하한다. 여기서 시인 영역(60)의 위치는, 아이립스(62)를 고려해서 규정되어 있다. 구체적으로 아이립스(62)란, 차량(1)의 실내 중, 운전석에 착석한 임의의 시인자를 상정했을 때에 아이포인트(61)가 존재 가능한 공간 영역을 나타내고 있다. 따라서, 오목 거울(42)의 요동에 따라서 상하하는 시인 영역(60)은, 당해 요동의 범위에서는 적어도 일부가 아이립스(62) 내에 들어가도록 상정되어 있다.
또한, 광학계(40)에 대해서는, 오목 거울(42) 이외의 광학 요소를 오목 거울(42) 대신에, 또는 첨가해서 설치해도 된다. 또한, 광학계(40)(오목 거울(42))를 설치하지 않고, 각 광학 소자(32)에 의해 확산된 레이저광을, 직접 투영면(91)에 투사해도 된다.
(광학 소자의 상세 특징)
이어서, 제1 실시 형태에 따른 광학 소자(32)의 상세한 특징을 설명한다.
도 5, 도 6에 도시한 바와 같이 각 광학 소자(32)의 표면은, 서로 공통된 만곡 형태로서 볼록 형상으로 만곡하는 볼록 형상 만곡의 형태를 나타내는 것으로, 원호면 형상 등의 만곡면(33)을 형성하고 있다. 각 광학 소자(32) 표면에서 만곡면(33)은, 방향 x, y와의 직교 방향(z)(도 2도 참조) 중, 레이저 스캐너(10) 및 광학계(40)과 마주 향하는 측으로 돌출되고, 최돌출점을 면 정점(34)으로 하고 있다. 즉, 각 광학 소자(32) 표면의 만곡면(33)은, 스크린 부재(30)를 두께 방향(즉, 여기에서는 방향 z)에 끼운 양측 중, 레이저 스캐너(10) 및 광학계(40)와 마주 향하는 측의 주사면(31)에 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 레이저 스캐너(10)로부터 주사면(31)에 투사되는 레이저광은, 광학 소자(32) 표면의 만곡면(33)에 의해 반사됨으로써, 당해 만곡면(33)으로부터 확산되어 광학계(40)측에 출사된다.
각 방향(x, y)에서 인접하는 광학 소자(32)끼리는, 각각의 만곡면(33)의 외측 테두리를 서로 겹침으로써, 상호간에 경계(35)를 형성하고 있다. 여기서, 각 광학 소자(32) 표면의 만곡면(33)에 대해서는, 방향 z에서 기준이 되는 면 정점(34)부터 경계(종단면에서의 변곡점)(35)까지의 어긋남량인 깊이를, 새그량(S)이라 정의한다. 또한, 도 5에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 일부의 부호만을 붙여서 나타내고 있다.
이러한 각 광학 소자(32)에 의해 레이저광을 확산해서 출사시키는 스크린 부재(30)에 대해서, 본 발명자들은 예의 연구를 행해 왔다. 그 결과, 인접하는 광학 소자(32)간의 경계(35)를 통해서 레이저광이 출사될 때, 당해 경계(35)에서의 회절에 의해, 출사각에 따라 물결치는 강도 분포가 출사광에 발생하고, 그러한 경계 회절(개구 회절)에 기인해서 휘도 불균일이 야기된다는 지견을, 본 발명자들은 얻었다.
구체적으로, 특허문헌 1의 HUD 장치에 준한 구성의 도 7의 비교예에서는, 인접하는 광학 소자(132)끼리에서 소자 폭(W)이 어느 쪽의 방향(x, y)에서도 동등해지도록, 각 광학 소자(132)가 형성되어 있다. 이러한 비교예의 경우, 도 8에 도시한 바와 같이, 각 광학 소자(132)로부터의 출사각(θ)(본 비교예에서는, 반사각으로서의 θ)에 따른 강도 분포의 기복은, 서로 겹침으로써, 피크 강도를 서로 강화한다. 그러므로, 각 광학 소자(132)로부터의 출사광을 중첩한 강도 분포에서는, 경계(135)(도 7 참조)에 대응하는 출사각(θb)에서의 기복량이 커지므로, 회절광을 허상(70)으로서 시인하는 시인자는, 당해 기복량에 따른 휘도 불균일을 느끼게 된다.
이에 비해, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이 제1 실시 형태에서는, 주사면(31) 전체 영역의 어느 쪽의 방향(x, y)에서도, 면 정점(34)을 통과하는 종단면에서의 경계(35)간의 소자 폭(W)이 인접 소자(32)끼리에서 상이하도록, 각 광학 소자(32)가 형성되어 있다. 즉, 각 광학 소자(32)는, 격자 형상 배열의 일 배열 방향(x)에 인접하는 광학 소자(32)와는 당해 인접 방향(x)의 소자 폭(W)이 상이하고, 또한 격자 형상 배열의 타 배열 방향(y)에 인접하는 광학 소자(32)와는 당해 인접 방향(y)의 소자 폭(W)가 상이하도록 형성되어 있다. 특히 제1 실시 형태의 소자 폭(W)으로서는, 대소 2종류의 소자 폭(Wa, Wb)이 설정되어 있고, 큰 소자 폭(Wa)의 광학 소자(32)와 작은 소자 폭(Wb)의 광학 소자(32)는, 어느 쪽의 방향(x, y)에서도 교대로 배열되어 있다. 이러한 배열 형태에 의해 각 광학 소자(32)는, 수평 방향(x)에서 인접하는 광학 소자(32)와 비교한 소자 폭(W)의 대소 관계와, 수직 방향(y)에서 인접하는 광학 소자(32)와 비교한 소자 폭(W)의 대소 관계에 대해서, 일치시켜져 있다.
이러한 제1 실시 형태의 경우, 도 9에 도시한 바와 같이, 각 광학 소자(32)로부터의 출사각(θ)(제1 실시 형태에서는, 반사각으로서의 θ)에 따른 강도 분포의 기복은, 큰 소자 폭(Wa)의 광학 소자(32)의 경우(그래프 중, 실선)와 작은 소자 폭(Wb)의 광학 소자(32)(그래프 중, 일점 쇄선)의 경우에서, 서로 어긋나서 피크 강도를 서로 강화하기 어렵다. 그러므로, 그들 각 소자 폭(Wa, Wb)의 광학 소자(32)로부터 출사되는 레이저광을 중첩한 도 10의 강도 분포에서는, 경계(35)에 대응하는 출사각(θb) 부근에서의 기복량이 작아지므로, 시인자가 느끼는 휘도 불균일이 당해 기복량에 따라서 억제될 수 있다. 여기에서 특히, 본 발명자들의 예의 연구에 의하면, 소자 폭(Wa, Wb)의 평균값(본 실시 형태에서는, 나중에 상세하게 설명하는 피크 피치(P)와 일치함)에 대하여, 각 소자 폭(Wa, Wb)이 ±3.5% 내지 ±5%의 범위 내가 되도록 설정되는 것이, 휘도 불균일의 억제에 바람직하다.
그런데, 본 발명자들은, 인접하는 광학 소자(32) 표면의 만곡면(33)을 통해서 출사된 레이저광끼리가 서로 간섭함으로써, 출사각에 따라 복수 차수의 회절 피크를 부여하는 강도 분포의 회절광이 발생하고, 그러한 다중 회절에 기인해서 휘도 불균일이 야기된다는 지견도 얻었다.
따라서, 도 6에 도시한 바와 같이 제1 실시 형태에서는, 인접하는 광학 소자(32)끼리에서 상이한 새그량(S)이, 주사면(31) 전체 영역에서 설정되어 있다. 특히 제1 실시 형태의 새그량(S)으로서는, 대소 2종류의 새그량(Sa, Sb)이 설정되어 있고, 많은 새그량(Sa)의 광학 소자(32)와 적은 새그량(Sb)의 광학 소자(32)는, 어느 쪽의 방향(x, y)에서도 교대로 배열되어 있다. 이러한 배열 형태에 의해, 인접하는 광학 소자(32)끼리는, 새그량(Sa, Sb)의 차(Sa-Sb)에 따라, 방향 z의 단차를 형성하고 있다.
이러한 제1 실시 형태에 있어서, 인접하는 각 광학 소자(32) 표면의 만곡면(33)으로부터 출사각(θ)(제1 실시 형태에서는, 반사각으로서의 도 9의 θ)으로 출사됨으로써 서로 간섭하는 레이저광끼리의 광로 길이 차(ΔL)는, 예를 들어 도 11과 같이 발생한다. 여기서 인접 소자(32)끼리에 대해서, 면 정점(34)간의 거리를 피크 피치(P)(도 5, 도 6 참조), 새그량(Sa, Sb)의 차를 ΔS라 정의했을 때, 광로 길이 차(ΔL)는, sinθ≒θ[rad]의 근사 하에, 당해 ΔS보다 충분히 큰 피크 피치(P)를 사용해서 다음의 식(1) 또는 식(2)에 의해 표현된다. 구체적으로 식(1)은, 큰 새그량(Sa)의 하나의 광학 소자(32)와, 그 편측(예를 들어 도 6의 우측)에 인접하는 작은 새그량(Sb)의 광학 소자(32) 사이에서 성립한다. 또한 한편, 식(2)는, 큰 새그량(Sa)의 하나의 광학 소자(32)와, 그 반대측(예를 들어 도 6의 좌측)에 인접하는 작은 새그량(Sb)의 광학 소자(32) 사이에서 성립한다. 또한, 레이저광의 파장을 λ라 정의했을 때, 광로 길이 차(ΔL)가 당해 파장(λ)분 변화하는 출사각(θ)의 각도차(α), 즉, 회절 피크의 차수가 1변화하는 출사각(θ)의 각도차(α)는, sinα≒α의 근사한 하에, 피크 피치(P)를 사용한 다음의 식(3)에 의해 표현된다.
ΔL=P·θ-2·ΔS …식(1)
ΔL=P·θ+2·ΔS …식(2)
α=λ/P …식(3)
이들 식(1), 식(2), 식(3)에 기초하여, 제1 실시 형태에서의 광로 길이 차(ΔL)가 0,±λ가 될 때, 즉 회절 피크의 차수가 0,±1이 될 때의 강도 분포를 생각해 보면, 도 12와 같이 출사각(θ)의 각도차(α)에 따른 강도 분포가 되는 것을 알 수 있었다. 이러한 강도 분포에서는, 식(1), 식(3)을 따라서 큰 새그량(Sa)의 하나의 광학 소자(32)가 작은 새그량(Sb)의 편측 인접 소자(32) 사이에서 발생시키는 회절 피크는, 0에 대하여 2·ΔS·α/λ분 어긋난 0차 회절각(θ0)으로부터 ±α마다의 출사각(θ)을 중심으로 발생한다(그래프 중, 실선). 또한 한편, 식(2), 식(3)을 따라서 큰 새그량(Sa)의 하나의 광학 소자(32)가 작은 새그량(Sb)의 반대측 인접 소자(32) 에서 발생시키는 회절 피크는, 0에 대하여 -2·ΔS·α/λ분 어긋난 0차 회절각(-θ0)으로부터 ±α마다의 출사각(θ)을 중심으로 발생한다(그래프 중, 일점 쇄선). 또한, 도 12는, ΔS=λ/8로 설정한 것에 의해, 회절 피크가 θ0=α/4 및 -θ0=-α/4의 각각으로부터 ±α마다 발생하고 있는 예를 나타내고 있다. 또한, 도 12의 그래프 실선에 찍힌 포인트(A 내지 G)는, 도 11에 예시한 각 광로 길이 차(ΔL)를 발생하는 회절광의 방향(A 내지 G)에 각각 대응하고 있다.
이와 같이 제1 실시 형태에서는, 하나의 광학 소자(32)가 그 양측의 인접 소자(32) 사이에서 발생시키는 회절광의 회절 피크는, 상이한 출사각(θ)을 중심으로 발생함으로써, 서로 어긋난다. 이 어긋남 작용의 결과, 하나의 광학 소자(32)와 어느 한쪽의 인접 소자(32) 사이에서 발생하는 회절 피크는, 하나의 광학 소자(32)와 임의의 다른 쪽의 인접 소자(32) 사이에서 발생하는 회절 밸리와 겹치게 되므로, 강도를 서로 강화하기 어렵다.
이상으로부터, 하나의 광학 소자(32)가 양측 인접 소자(32) 사이에서 발생시키는 회절광(그래프 중, 이점 쇄선)을 중첩한 도 13의 강도 분포(그래프 중, 실선)에서는, 각 회절 피크 중심의 출사각(θ)(θ0, -θ0의 각각으로부터 ±α마다)과, 그 사이의 출사각(θ)에서, 강도 차(ΔI)가 작아진다. 예를 들어, 도 12와 마찬가지로 ΔS=λ/8로 한 도 13의 경우에는, α/4, -α/4의 각각으로부터 ±α마다의 출사각(θ)과, 0로부터 ±α/2마다의 출사각(θ)에서, 강도 차(ΔI)를 작게 할 수 있다. 그러므로, 시인자가 느끼는 휘도 불균일을, 작은 강도 차(ΔI)에 따라서 억제할 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같이 제1 실시 형태에서는, 만곡면(33)에서의 반사에 의해 각 광학 소자(32)가 레이저광을 확산해서 출사하는 구성을 채용하고 있다. 이러한 구성에 있어서, 1 이상의 임의의 홀수를 m이라 정의했을 때, 인접하는 광학 소자(32)끼리의 새그량의 차(ΔS)가 m·λ/4와 일치하면, 하나의 광학 소자(32)가 그 양측의 인접 소자(32) 사이에서 발생시키는 회절 피크는, 도 14와 같이 서로 겹칠 우려가 있다. 이것은, ΔS=m·λ/4의 경우(도 14의 예는, ΔS=λ/4의 경우), 회절 피크가 θ0=α/2 또한 -θ0=-α/2의 각각으로부터 ±α마다 발생하기 때문이다.
따라서, 제1 실시 형태에서 인접하는 광학 소자(32)끼리의 새그량 차(ΔS)는, 다음의 식(4)를 성립시키는 값으로 설정된다. 또한, 식(4)가 성립하는 한에서 새그량 차(ΔS)는, 다음의 식(5)를 성립시키는 값으로 설정되는 것이 바람직하고, 그 중에서도 특히, 다음의 식(6)을 성립시키는 값으로 설정되는 것이 보다 바람직하다.
ΔS≠m·λ/4… 식(4)
(2m-1)·λ/16 <ΔS <(2m+1)·λ/16… 식(5)
ΔS=m·λ/8… 식(6)
또한, 복수 색의 레이저광을 사용하는 제1 실시 형태에서는, 식(4), 식(5), 식(6)의 파장(λ)은, 적어도 1색의 레이저광에 대하여 상정된다. 예를 들어 1색의 레이저광에 대해서만 상정할 경우, 시감도가 높은 녹색 레이저광의 피크 파장, 또는 회절각이 큰 적색 레이저광의 피크 파장을, 파장(λ)으로서 상정하는 것이 바람직하다. 또한, 2색 이상의 레이저광에 대하여 상정할 경우에는, 각 색마다 상이한 m을 설정함으로써, 식(4), 식(5), 식(6)의 성립이 가능해진다.
이상, 식(4), 식(5), 식(6) 중 어느 하나를 성립시키는 제1 실시 형태에서는, 적어도 1색의 레이저광에 대해서, 인접하는 광학 소자(32)끼리의 새그량 차(ΔS)가 m·λ/4로부터 어긋나서, 회절 피크의 겹침이 확실하게 방지될 수 있다. 또한, 도 6에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 새그량 차(ΔS)를 실제보다도 크게 나타내고 있다.
그리고, 여기까지 설명의 특징을 모두 실현하기 위해서 제1 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 큰 소자 폭(Wa)의 광학 소자(32)에 큰 새그량(Sa)이 설정되고, 또한 작은 소자 폭(Wb)의 광학 소자(32)에 작은 새그량(Sb)이 설정되어 있다. 또한, 주사면(31) 전체 영역의 어느 쪽의 방향(x, y)에서도 각 광학 소자(32) 표면의 만곡면(33)에는, 면 정점(34)을 통과하는 종단면에서 서로 동등한 곡률 반경(R)이 설정되어 있다. 또한 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이, 주사면(31) 전체 영역의 어느 쪽의 방향(x, y)에서도 각 광학 소자(32)에는, 인접하는 광학 소자(32)끼리의 면 정점(34) 사이의 거리로서, 서로 동등한 피크 피치(P)가 설정되어 있다. 또한, 어느 쪽의 방향(x, y)에서도 피크 피치(P)의 2배값은, 큰 소자 폭(Wa) 및 작은 소자 폭(Wb)의 합(Wa+Wb)과 동등하게 설정되어 있다.
이들 설정 하에, 작은 소자 폭(Wb)의 광학 소자(32)는, 도 5와 같이 방향 z에서 볼 때 정사각 형상을 나타내는 것으로, 선 형상의 경계(35)를 개재하여 큰 소자 폭(Wa)의 4소자(32)와 인접하고 있다. 따라서, 작은 소자 폭(Wb)의 광학 소자(32)에 있어서 각 코너부의 내각(ψb)은, 도 15와 같이 90°가 된다. 또한 한편, 큰 소자 폭(Wa)의 광학 소자(32)는, 도 5와 같이 방향 z에서 볼 때 정사각 형상의 4코너를 커트한 대략 8각 형상을 나타내는 것으로, 선 형상의 경계(35)를 개재하여 작은 소자 폭(Wb)의 4소자(32)와 인접하고 있을뿐만 아니라, 큰 소자 폭(Wa)의 다른 4소자(32)와도 인접하고 있다. 따라서, 큰 소자 폭(Wa)의 광학 소자(32)에서 각 코너부의 내각(ψa)은, 도 15와 같이 135°가 된다.
(작용 효과)
이하, 상술한 제1 실시 형태의 작용 효과를 설명한다.
제1 실시 형태에서는, 인접하는 광학 소자(32)간의 경계(35)를 통해서 출사되는 레이저광이 회절에 의해 서로 간섭함으로써, 그들 각 광학 소자(32)로부터의 출사광에는, 물결치는 강도 분포가 발생한다. 그러나, 격자 형상 배열의 일 배열 방향 및 타 배열 방향인 수평 방향(x) 및 수직 방향(y)에서 인접하는 광학 소자(32)끼리에서는, 소자 폭(W)(Wa, Wb)의 차에 따라서 강도 분포의 기복이 서로 어긋나게 된다. 이에 의하면, 인접하는 각 광학 소자(32)로부터의 출사광은, 강도 분포의 기복이 어긋난 상태에서 시인자에 의해 허상(70)으로서 시인될 수 있으므로, 시인자가 느끼는 휘도 불균일의 새로운 억제 효과를 발휘할 수 있다.
여기에서 특히 제1 실시 형태에서는, 스크린 부재(30) 중 각 광학 소자(32) 표면의 만곡면(33)을 형성하는 측이 되는 주사면(31)의 전체 영역에서, 인접하는 광학 소자(32)끼리에서의 상이한 소자 폭(W)(Wa, Wb)이 실현되어 있다. 이에 의하면, 강도 분포의 기복 어긋남을 주사면(31)에서의 소자 위치에 따르지 않고 발생시켜서, 시인자가 느끼는 휘도 불균일의 높은 억제 효과를 달성 가능하게 된다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 각 광학 소자(32)는, 수평 방향(x)에서 인접하는 광학 소자(32)와 비교한 소자 폭(W)의 대소 관계와, 수직 방향(y)에서 인접하는 광학 소자(32)와 비교한 소자 폭(W)의 대소 관계를, 일치시킬 수 있다. 이에 의하면, 각 방향(x, y)에서의 배열에 필요한 각 광학 소자(32)의 형상을 가급적으로 단순화할 수 있으므로, 스크린 부재(30)의 구조를 간소하게 해서, 설계 용이성 내지는 제조 용이성을 높일 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 각 광학 소자(32)는, 인접하는 광학 소자(32)끼리에서 만곡면(33)의 면 정점(34)부터 상호간의 경계(35)까지의 새그량(S)(Sa, Sb)이 상이하도록 형성된다. 이러한 상이한 새그량(S)(Sa, Sb)의 설정에 의하면, 하나의 광학 소자(32)가 그 양측의 인접 소자(32) 사이에서 발생시키는 회절광의 회절 피크는, 서로 어긋나게 된다. 이 어긋남 작용을 이용하여, 하나의 광학 소자(32)와 편측의 인접 소자(32)의 사이에서 발생하는 회절광의 회절 피크를, 하나의 광학 소자(32)와 반대측의 인접 소자(32)의 사이에서 발생하는 회절광의 회절 밸리와 겹치는 것에 의하면, 그들 회절광을 허상(70)으로서 시인하는 시인자가 느끼는 휘도 불균일을 억제할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 16에 도시한 바와 같이, 본 개시의 제2 실시 형태는 제1 실시 형태의 변형예이다. 제2 실시 형태에서는, 피크 피치(P)가 서로 동등하고 또한 소자 폭(W)(Wa, Wb)이 상이한 각 광학 소자(2032)의 만곡면(2033)에 대해서, 인접 소자(2032)끼리에서 상이한 곡률 반경(R)이, 주사면(31)의 전체 영역에서 설정되어 있다. 특히 제2 실시 형태의 곡률 반경(R)으로서는, 대소 2종류의 곡률 반경(Ra, Rb)이 설정되어 있고, 대곡률 반경(Ra)의 광학 소자(2032)와 소곡률 반경(Rb)의 광학 소자(2032)는, 어느 쪽의 방향(x, y)에서도 교대로 배열되어 있다. 이러한 배열 형태에 의해 각 광학 소자(2032)는, 수평 방향(x)에서 인접하는 광학 소자(2032)와 비교한 곡률 반경(R)의 대소 관계와, 수직 방향(y)에서 인접하는 광학 소자(2032)와 비교한 곡률 반경(R)의 대소 관계에 대해서, 일치시켜져 있다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 대소자 폭(Wa)의 광학 소자(2032)에 대곡률 반경(Ra)이 설정되고, 또한 작은 소자 폭(Wb)의 광학 소자(2032)에 소곡률 반경(Rb)이 설정되어 있다. 또한, 제2 실시 형태의 방향 z에서 만곡면(2033)의 면 정점(2034)부터 경계(2035)까지의 새그량(S)은, 주사면(31)의 전체 영역에 있어서, 인접하는 광학 소자(2032)끼리에서 서로 동등해지도록 설정되어 있다.
이들 설정 하에 있어도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 작은 소자 폭(Wb)의 광학 소자(2032)는, 방향 z에서 볼 때 정사각 형상(도시 생략)을 나타냄으로써, 선 형상의 경계(2035)를 개재하여 대소자 폭(Wa)의 4소자(2032)와 인접하고 있다. 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로 대소자 폭(Wa)의 광학 소자(2032)는, 방향 z에서 볼 때 정사각 형상의 4코너를 커트한 대략 8각 형상(도시 생략)을 나타냄으로써, 선 형상의 경계(2035)를 개재하여 작은 소자 폭(Wb)의 4소자(2032)와 인접하고 있을뿐만 아니라, 대소자 폭(Wa)의 다른 4소자(2032)와도 인접하고 있다.
이러한 제2 실시 형태에서는, 인접하는 광학 소자(2032)끼리의 곡률 반경(R)이 상이해짐으로써, 휘도 불균일을 억제 가능한 상이한 소자 폭(W)(Wa, Wb)이 확실하게 확보될 수 있다. 그와 함께 제2 실시 형태에서는, 인접하는 광학 소자(2032)끼리에서 만곡면(2033)의 면 정점(2034)부터 상호간의 경계(2035)까지의 새그량(S)이 동등해짐으로써, 각 광학 소자(2032)의 형상은 가급적으로 단순화될 수 있다. 그러므로, 스크린 부재(30)의 구조를 간소하게 하여, 설계 용이성 내지는 제조 용이성을 높일 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 17에 도시한 바와 같이, 본 개시의 제3 실시 형태는 제1 실시 형태의 변형예이다. 제3 실시 형태에서 각 광학 소자(3032)의 표면은, 서로 공통된 만곡 형태로 해서 오목 형상으로 만곡하는 오목 형상 만곡 형태를 나타냄으로써, 원호 면 형상 등의 만곡면(3033)을 형성하고 있다. 각 광학 소자(3032) 표면에서 만곡면(3033)은, 방향 x, y와의 직교 방향(z) 중, 레이저 스캐너(10) 및 광학계(40)와 마주 향하는 측에서 반대측으로 함몰하고, 최대 함몰점을 면 정점(3034)으로 하고 있다. 즉, 각 광학 소자(3032) 표면의 만곡면(3033)은, 스크린 부재(30)를 두께 방향(즉, 여기에서는 방향 z)에 끼운 양측 중, 레이저 스캐너(10) 및 광학계(40)와 마주 향하는 측의 주사면(31)에 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 레이저 스캐너(10)로부터 주사면(31)에 투사되는 레이저광은, 광학 소자(3032) 표면의 만곡면(3033)에 의해 반사됨으로써, 당해 만곡면(3033)으로부터 확산되어 광학계(40)측에 출사된다.
각 방향(x, y)에서 인접하는 광학 소자(3032)끼리는, 각각의 만곡면(3033)의 외측 테두리(윤곽)를 서로 겹침으로써, 상호간에 경계(3035)를 형성하고 있다. 여기서, 제3 실시 형태에서의 각 광학 소자(3032) 표면의 만곡면(3033)에 대해서는, 방향 z에서 기준이 되는 면 정점(3034)부터 경계(종단면에서의 변곡점)(3035)까지의 어긋남량인 높이가, 새그량(S)이라 정의된다.
이상 설명의 특징을 제외하고 제1 실시 형태와 동일한 특징을 갖추고 있는 제3 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 발휘하는 것이 가능해진다.
(제4 실시 형태)
도 18에 도시한 바와 같이, 본 개시의 제4 실시 형태는 제1 실시 형태의 변형예이다. 제4 실시 형태의 각 광학 소자(4032) 표면에서 만곡면(4033)은, 방향 x, y와의 직교 방향(z) 중, 레이저 스캐너(10) 및 광학계(40)와 마주 향하는 측과는 반대측으로 돌출되어, 최대 돌출점을 면 정점(4034)으로 하고 있다. 즉, 각 광학 소자(4032) 표면의 만곡면(4033)은, 스크린 부재(30)을 두께 방향(즉, 여기에서는 방향 z)에 끼운 양측 중, 레이저 스캐너(10) 및 광학계(40)와 마주 향하는 측의 광학면(4036)과는 반대측의 주사면(4031)에 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 레이저 스캐너(10)로부터 광학면(4036)에 투사되는 레이저광은, 스크린 부재(30) 내를 투과하여, 광학 소자(4032) 표면의 만곡면(4033)에 입사된다. 그 결과로서 레이저광은, 도 19에 도시한 바와 같이, 광학 소자(4032) 표면의 만곡면(4033)에 의해 반사되어 스크린 부재(30) 내를 투과함으로써, 광학면(4036)으로부터 확산되어 광학계(40)측에 출사된다.
제4 실시 형태의 각 방향(x, y)에 있어서도, 도 18에 도시한 바와 같이 인접하는 광학 소자(4032)끼리는, 각각의 만곡면(4033)의 외측 테두리(윤곽)를 서로 겹침으로써, 상호간에 경계(4035)를 형성하고 있다. 또한, 각 광학 소자(4032) 표면의 만곡면(4033)에 대해서도, 방향 z에서 기준이 되는 면 정점(4034)부터 경계(종단면에서의 변곡점)(4035)까지의 어긋남량인 높이가, 새그량(S)이라 정의된다. 여기서, 인접하는 광학 소자(4032)끼리에는, 상이한 새그량(S), 즉, 제1 실시 형태에 준하는 대소 2종류의 새그량(Sa, Sb)이, 주사면(4031)의 전체 영역에서 설정되어 있다. 그와 함께, 인접하는 광학 소자(4032)끼리에는, 제1 실시 형태에 준해서 면 정점(4034)을 통과하는 종단면에서의 상이한 소자 폭(W), 즉, 대소 2종류의 소자 폭(Wa, Wb)이, 주사면(4031)의 전체 영역에서 설정되어 있다.
제4 실시 형태에서는, 인접하는 각 광학 소자(4032) 표면의 만곡면(4033)에 의해 반사되어, 광학면(4036)으로부터 출사각(θ)으로 출사됨으로써, 서로 간섭하는 레이저광끼리의 광로 길이 차(ΔL)는, 예를 들어 도 19와 같이 발생한다. 여기서 광로 길이 차(ΔL)는, 인접 소자(4032)끼리의 새그량(Sa, Sb)의 차(ΔS)라 정의했을 때, 제1 실시 형태와 마찬가지의 식(1) 또는 식(2)에 의해 나타낼 수 있다. 또한, 광로 길이 차(ΔL)가 파장(λ)분 변화하는 출사각(θ)의 각도차(α)는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 식(3)에 의해 나타낼 수 있다.
이러한 제4 실시 형태에 있어서도, 하나의 광학 소자(4032)가 그 양측의 인접 소자(4032) 사이에서 발생시키는 회절광의 회절 피크는, 제1 실시 형태와 동일한 원리에 의해, 상이한 출사각(θ)을 중심으로 발생함으로써 서로 어긋난다. 이 어긋남 작용의 결과, 하나의 광학 소자(4032)와 어느 한쪽의 인접 소자(4032) 사이에서 발생하는 회절 피크는, 하나의 광학 소자(4032)와 임의의 다른 쪽의 인접 소자(4032) 사이에서 발생하는 회절 밸리와 겹치게 되므로, 강도를 서로 강화하기 어렵다. 따라서, 도시하고 있지 않지만, 하나의 광학 소자(4032)가 양측 인접 소자(4032) 사이에서 발생시키는 회절광을 중첩시킨 강도 분포에서는, 각 회절 피크 중심의 출사각(θ)과, 그 사이의 출사각(θ)에서, 강도 차가 작아진다. 그러므로, 시인자가 느끼는 휘도 불균일을, 작은 강도 차에 따라서 억제할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 제4 실시 형태에서는, 만곡면(4033)에서의 반사에 의해 각 광학 소자(4032)가 레이저광을 확산해서 당해 만곡면(4033)과는 반대측의 광학면(4036)으로부터 출사되는 구성을 채용하고 있다. 이러한 구성에 있어서, 1 이상의 임의의 홀수를 m이라 정의하고 또한 스크린 부재(30)의 굴절률을 n이라 정의했을 때, 인접하는 광학 소자(4032)끼리의 새그량의 차(ΔS)가 m·λ/4/n과 일치하는 경우를 상정한다. 이 경우, 하나의 광학 소자(4032)가 그 양측의 인접 소자(4032) 사이에서 발생시키는 회절 피크는, 서로 겹칠 우려가 있다. 이것은, ΔS=m·λ/4/n의 경우, 회절 피크가 θ0=α/2/n 또한 -θ0=-α/2/n의 각각으로부터 ±α마다 발생하기 때문이다.
따라서, 제4 실시 형태에서 인접하는 광학 소자(4032)끼리의 새그량 차(ΔS)는, 다음의 식(7)을 성립시키는 값으로 설정된다. 또한, 식(7)이 성립하는 한 새그량 차(ΔS)는, 다음의 식(8)을 성립시키는 값으로 설정되는 것이 바람직하고, 그 중에서도 특히, 다음의 식(9)를 성립시키는 값으로 설정되는 것이 보다 바람직하다. 이들 식(7), 식(8), 식(9) 중 어느 한쪽의 성립에 의해 제4 실시 형태에서는, 인접하는 광학 소자(4032)끼리의 새그량(S)(Sa, Sb)의 차(ΔS)를 m·λ/4/n과 일치시키지 않고, 회절 피크의 겹침을 확실하게 피할 수 있다.
ΔS≠m·λ/4/n …식(7)
(2m-1)·λ/16/n <ΔS <(2m+1)·λ/16/n …식(8)
ΔS=m·λ/8/n …식(9)
또한, 제4 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 복수 색의 레이저광을 사용하는 점에서, 식(7), 식(8), 식(9)의 파장(λ)은, 적어도 1색의 레이저광에 대하여 상정된다. 예를 들어 1색의 레이저광에 대해서만 상정할 경우, 녹색 레이저광, 또는 적색 레이저광의 피크 파장을, 파장(λ)으로서 상정하는 것이 바람직하다. 또한, 2색 이상의 레이저광에 대하여 상정할 경우에는, 각 색마다 상이한 m을 설정함으로써, 식(7), 식(8), 식(9)의 성립이 가능해진다.
이상 설명의 특징을 제외하고 제1 실시 형태와 동일한 특징을 갖추고 있는 제4 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 발휘하는 것이 가능해진다.
(다른 실시 형태)
이상, 본 개시의 복수의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 개시는, 그들의 실시 형태에 한정해서 해석되지 않고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 실시 형태 및 조합에 적용할 수 있다.
구체적으로, 제1, 제3 및 제4의 실시 형태에 따른 변형예 1로서는, 도 20, 도 21에 도시한 바와 같이, 인접하는 광학 소자(32, 4032)끼리에서 상이한 곡률 반경(R)(Ra, Rb)을, 제2 실시 형태에 준해서 설정해도 된다. 또한, 도 20은, 제1 실시 형태에 적용한 변형예 1을 도시하고 있고, 도 21은, 제4 실시 형태에 적용한 변형예 1을 도시하고 있다.
제2 및 제4의 실시 형태에 따른 변형예 2로서는, 도 22, 도 23에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태에 준해서 오목 형상으로 만곡하는 오목 형상 만곡 형태의 만곡면(2033, 4033)을 채용해도 된다. 또한, 도 22는, 제2 실시 형태에 적용한 변형예 2를 도시하고 있고, 도 23은, 제4 실시 형태에 적용한 변형예 2를 도시하고 있다.
제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 3으로서는, 도 24에 도시한 바와 같이, 방향 x, y 중 한쪽에서 인접하는 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)끼리에서는 소자 폭(W)이 상이한 (Wa, Wb)가, 방향 x, y 중 다른 쪽에서 인접하는 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)끼리에서는 소자 폭(W)이 동등한 구성을 채용해도 된다. 또한, 도 24는, 방향 x에서 상이한 소자 폭(W)(Wa, Wb), 또한 방향 y에서 동등한 소자 폭(W)(예를 들어 도 24와 같은 Wa)이 되는 제1 실시 형태의 변형예 3을 도시하고 있다.
제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 4로서는, 도 25에 도시한 바와 같이, 대략 8각 형상을 나타내는 대소자 폭(Wa)의 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)를, 평면부(37)(도 25의 격자 형상 해치 부분)를 개재해서 대소자 폭(Wa)의 다른 4소자(32, 2032, 3032, 4032)와 인접시켜도 된다. 이 경우, 작은 소자 폭(Wb)의 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)도, 작은 소자 폭(Wb)의 다른 4소자(32, 2032, 3032, 4032)에 대하여, 평면부(37)를 개재하여 인접한다. 또한, 도 25는, 제1 실시 형태에 적용한 변형예 4를 도시하고 있다.
제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 5로서는, 도 26에 도시한 바와 같이, 주사면(31, 4031) 중 일부에서, 인접하는 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)끼리의 소자 폭(W)이 상이하면, 동일한 면(31, 4031) 중 잔량부에서, 당해 인접 소자끼리의 소자 폭(W)을 동등하게 설정해도 된다. 또한, 도 26은, 제1 실시 형태에 적용한 변형예 5를 도시하고 있다.
제4 실시 형태에 따른 변형예 6으로서는, 도 21, 도 27에 도시한 바와 같이 제2 실시 형태에 준하여, 인접하는 광학 소자(4032)끼리의 새그량(S)을, 주사면(4031) 전체 영역에서 동등하게 설정해도 된다. 또한, 도 21은, 제4 실시 형태에 적용한 변형예 6도 동시에 도시하고 있고, 도 27은, 제4 실시 형태에 대하여 변형예 2와 함께 적용한 변형예 6을 도시하고 있다.
제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 7로서는, 도 26에 도시한 바와 같이, 주사면(31, 4031) 중 일부에서, 인접하는 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)끼리의 새그량(S)을 상이하게 하는 한편, 동일한 면(31, 4031) 중 잔량부에서, 당해 인접 소자끼리의 새그량(S)을 동등하게 설정해도 된다. 또한, 도 26은, 제1 실시 형태에 적용한 변형예 7도 동시에 도시하고 있다.
제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 8로서는, 도 24에 도시한 바와 같이, 동일한 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)에 대하여, 수평 방향(x)과 수직 방향(y)에서 상이한 소자 폭(W)(Wa 또는 Wb)을 설정해도 된다. 또한, 도 24는, 제1 실시 형태에 적용한 변형예 8도 동시에 도시하고 있다.
제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 9로서는, 동일한 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)에 대하여, 수평 방향(x)과 수직 방향(y)에서 상이한 곡률 반경(R)(Ra 또는 Rb)을 설정해도 된다.
제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 10으로서는, 3종류 이상의 소자 폭(W)을 설정해도 된다. 또한, 제1, 제3 및 제4의 실시 형태에 따른 변형예 11로서는, 3종류 이상의 새그량(S)을 설정해도 된다. 또한, 제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 12로서는, 주사면(31, 4031)에 투사된 레이저광을 투과함으로써, 당해 레이저광을 확산시켜서 출사하는 만곡면(33, 2033, 3033, 4033)을, 마이크로렌즈로서의 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)의 표면에 형성해도 된다.
제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 13으로서는, 「투사기」인 레이저 스캐너(10)의 MEMS(26)로서, 2축 방향으로 회전 가능한 하나의 주사 미러를 채용해도 된다. 또한, 제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 14로서는, 차량(1)의 투영면(91)을 형성하는 「표시 부재」에 윈드쉴드(90) 이외의 요소를 채용해도 되고, 예를 들어 윈드쉴드(90)의 실내측의 면에 부착한 또는 윈드쉴드(90)와는 별개로 형성된 컴바이너 등을 채용해도 된다. 또한, 제1 내지 제4의 실시 형태에 따른 변형예 15로서는, 차량(1) 이외의 선박 내지는 비행기 등의 각종 이동체(수송기기)에, 본 개시를 적용해도 된다.
본 개시는, 2013년 2월 6일에 출원된 일본 출원 번호 제2013-21730호 및 2013년 9월 20일에 출원된 일본 출원 번호 제2013-195858호에 기초하는 것으로, 여기에 그 기재 내용을 원용한다.

Claims (7)

  1. 이동체(1)의 투영면(91)에 표시 화상(71)을 투영함으로써, 상기 표시 화상의 허상(70)을 상기 이동체의 실내에서 시인 가능하게 표시하는 헤드업 디스플레이 장치이며,
    상기 표시 화상이 되는 레이저광을 투사하는 투사기(10)와,
    격자 형상으로 인접하여 배열되는 복수의 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)를 갖고, 상기 투사기로부터 상기 광학 소자에 입사되는 상기 레이저광을 확산해서 상기 투영면측에 유도하는 스크린 부재(30)를 구비하고,
    각 상기 광학 소자는, 볼록 형상 만곡 및 오목 형상 만곡 중 어느 한쪽이며 서로 공통된 만곡 형태를 나타내는 만곡면(33, 2033, 3033, 4033)을 표면에 형성하고, 당해 만곡면을 통해서 상기 투영면측에 출사시키는 상기 레이저광을 확산하고,
    또한 각 상기 광학 소자는 큰 소자 폭(Wa)을 갖는 광학 소자와, 큰 소자 폭보다도 작은 작은 소자 폭(Wb)을 갖는 광학 소자를 포함하고, 큰 소자 폭을 갖는 상기 광학 소자와 작은 소자 폭을 갖는 상기 광학 소자는 격자 형상 배열 중 일 배열 방향 및 타 배열 방향으로 교대로 인접하도록 배치됨으로써, 인접하는 상기 광학 소자끼리는 당해 인접 방향의 소자 폭(W, Wa, Wb)이 상이하도록 형성되어 있고,
    작은 소자 폭을 갖는 광학 소자는 정사각 형상을 나타내고, 선 형상의 경계(35, 2035, 3035, 4035)를 개재하여 큰 소자 폭의 광학 소자와 인접하고, 큰 소자 폭을 갖는 광학 소자는 정사각 형상의 4코너를 커트한 8각 형상을 나타내고, 선 형상의 경계(35, 2035, 3035, 4035)를 개재하여 작은 소자 폭의 광학 소자와 큰 소자 폭의 광학 소자와 인접하고 있는, 헤드업 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각 상기 광학 소자(32, 3032, 4032)는, 인접하는 것끼리에서 상기 만곡면(33, 3033, 4033)의 면 정점(34, 3034, 4034)부터 상호간의 경계(35, 3035, 4035)까지의 새그량(S, Sa, Sb)이 상이하도록 형성되어 있는, 헤드업 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    각 상기 광학 소자(2032)는, 인접하는 것끼리에서 상기 만곡면(2033)의 면 정점(2034)부터 상호간의 경계(2035)까지의 새그량(S)이 동등하고, 곡률 반경(R, Ra, Rb)이 상이해지도록 형성되어 있는, 헤드업 디스플레이 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 상기 광학 소자(2032)는, 인접하는 것끼리에서 상기 만곡면(2033)의 곡률 반경(R, Ra, Rb)이 상이하도록 형성되어 있는, 헤드업 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    각 상기 광학 소자(32, 3032, 4032)는, 인접하는 것끼리에서 상기 만곡면(2033)의 곡률 반경(R, Ra, Rb)이 동등해지도록 형성되어 있는, 헤드업 디스플레이 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접하는 상기 광학 소자(32, 2032, 3032, 4032)끼리의 상기 소자 폭은, 상기 스크린 부재 중 각 상기 광학 소자 표면의 상기 만곡면을 형성하는 측의 면(31, 4031)의 전체 영역에서 상이한, 헤드업 디스플레이 장치.
  7. 삭제
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6292069B2 (ja) * 2014-07-30 2018-03-14 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置
EP3407113B1 (en) * 2016-01-19 2020-12-23 Nippon Seiki Co., Ltd. Head-up display device and lens unit
CN105842971B (zh) * 2016-05-27 2018-05-11 华为技术有限公司 一种投影装置及方法
JP6807177B2 (ja) * 2016-07-05 2021-01-06 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 反射型スクリーン
TWI615596B (zh) * 2016-08-05 2018-02-21 致伸科技股份有限公司 車用投射系統
CN108427192A (zh) * 2017-02-13 2018-08-21 怡利电子工业股份有限公司 窄角扩散片抬头显示设备
US20180252915A1 (en) * 2017-03-01 2018-09-06 E-Lead Electronic Co., Ltd. Head-up display device with narrow angle diffusion sheet
JP6457164B1 (ja) * 2017-06-13 2019-01-23 浜松ホトニクス株式会社 走査型表示装置、走査型表示システム、及び光拡散部の製造方法
US10690923B1 (en) * 2017-06-15 2020-06-23 Facebook Technologies, Llc Scanning system for a tiling display
TWI648570B (zh) * 2017-07-20 2019-01-21 宏達國際電子股份有限公司 光學透鏡、光學系統及製作光學透鏡的方法
CN112034620A (zh) * 2019-06-04 2020-12-04 怡利电子工业股份有限公司 标靶反射式扩散片抬头显示设备
CN113547989B (zh) * 2020-04-24 2023-07-21 上海汽车集团股份有限公司 汽车及其抬头显示***

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009048169A (ja) * 2007-07-20 2009-03-05 Seiko Epson Corp スクリーン
JP2010262264A (ja) * 2009-04-10 2010-11-18 Seiko Epson Corp 反射型スクリーン、投影システム、フロントプロジェクションテレビ及び反射型スクリーンの製造方法
JP2012163613A (ja) * 2011-02-03 2012-08-30 Denso Corp 虚像表示装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07270711A (ja) 1994-03-30 1995-10-20 Canon Inc 情報表示装置
JP2005059469A (ja) * 2003-08-18 2005-03-10 Fuji Photo Film Co Ltd 防眩性フィルム及び防眩性フィルムの製造方法
DE602005016528D1 (de) 2004-02-04 2009-10-22 Microvision Inc Raster-head-up-display und entsprechende systeme und verfahren
CN101355659A (zh) * 2007-07-27 2009-01-28 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 固态图像感测器
JP5075595B2 (ja) 2007-11-26 2012-11-21 株式会社東芝 表示装置及びそれを用いた移動体
JP5298585B2 (ja) * 2008-03-17 2013-09-25 セイコーエプソン株式会社 スクリーン及びプロジェクタ
JP2010145746A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Equos Research Co Ltd ヘッドアップディスプレイ装置
JP5239832B2 (ja) * 2008-12-24 2013-07-17 セイコーエプソン株式会社 スクリーン
JP5370427B2 (ja) * 2011-07-24 2013-12-18 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置
JP5310810B2 (ja) * 2011-08-27 2013-10-09 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009048169A (ja) * 2007-07-20 2009-03-05 Seiko Epson Corp スクリーン
JP2010262264A (ja) * 2009-04-10 2010-11-18 Seiko Epson Corp 反射型スクリーン、投影システム、フロントプロジェクションテレビ及び反射型スクリーンの製造方法
JP2012163613A (ja) * 2011-02-03 2012-08-30 Denso Corp 虚像表示装置

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DE112014000695T5 (de) 2015-10-22

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