Title:
Abtastprojektorschirm und Abtastprojektorsystem
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird ein Abtastprojektorschirm geschaffen, der die Inhomogenität eines Strahldurchmessers unterdrücken kann. Der Abtastprojektorschirm weist eine Schirmfläche auf, die in mindestens einer Richtung gekrümmt ist.




Inventors:
Sugiyama, Tetsuya (Shizuoka, Susono-shi, JP)
Nakamura, Go (Shizuoka, Susono-shi, JP)
Application Number:
DE102016218237A
Publication Date:
03/30/2017
Filing Date:
09/22/2016
Assignee:
Yazaki Corporation (Tokyo, JP)
International Classes:



Foreign References:
JP2012208440A2012-10-25
Attorney, Agent or Firm:
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB, 80802, München, DE
Claims:
1. Abtastprojektorschirm, der eine Schirmfläche, die in mindestens einer Richtung gekrümmt ist, umfasst.

2. Abtastprojektorsystem, das Folgendes umfasst:
einen Abtastprojektor; und
einen Schirm,
wobei der Abtastprojektor einen beweglichen Spiegel enthält, der ein Abtasten mit konvergentem Licht durch Ausführen einer oszillierenden Drehbewegung unter einem vorgegebenen Winkel um eine vorgegebene Drehachse durchführt, und
der Schirm derart gekrümmt ist, dass beide Enden des Schirms in einer Abtastrichtung näher bei der Drehachse angeordnet sind.

3. Abtastprojektorsystem nach Anspruch 2, wobei der Schirm derart gekrümmt ist, dass die Abstände zwischen der Drehachse und den jeweiligen Orten auf dem Schirm entlang der Abtastrichtung gleich sind.

4. Abtastprojektorsystem nach Anspruch 3, wobei der Abstand zwischen der Drehachse und den jeweiligen Orten in der Abtastrichtung derart bestimmt ist, dass das konvergente Licht auf den Schirm fokussiert wird.

Description:
HintergrundTechnisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abtastprojektorschirm.

Verwandtes Gebiet

Ein Abtastprojektor vereinigt die Laserstrahlen der R-, G- und B-Farben, die einer Helligkeitsmodulation unterworfen sind, zu einem Strahl und bewirkt, dass sie in Synchronisation mit der Helligkeitsmodulation einen Schirm abtasten, um auf dem Schirm ein zweidimensionales Bild zu bilden. Der Abtastprojektor weist das charakteristische Merkmal auf, dass es im Vergleich zu einem Verfahren zum Projizieren zweidimensionaler Bilder einfach ist, eine hohe Auflösung, ein Verkleinern und einen niedrigen Energieverbrauch bereitzustellen.

Wie als ein Beispiel in 4 gezeigt ist, enthält ein Abtastprojektor 400 eine Quelle 410R für rotes Laserlicht, eine Quelle 410G für grünes Laserlicht und eine Quelle 410B für blaues Laserlicht als Lichtquellen, und jede Lichtquelle (410R, 410G, 410B) wird bei Bedarf einer Intensitätshomogenisierung und einer Kollimation unterworfen und leistet und emittiert Laserlicht. Das emittierte Licht von jeder Lichtquelle (410R, 410G und 410B) wird in Synchronisation mit dem Abtasten in Bildpunkteinheiten einer Helligkeitsmodulation unterworfen.

Das jeweilige emittierte Licht durchläuft Sammellinsen (412R, 412G und 412B), die auf optischen Achsen nahe an den Lichtquellen (410R, 410G und 410B) angeordnet sind, wodurch konvergentes Licht bereitgestellt wird. Das konvergente Licht der drei R-, G- und B-Farben wird im Abtastprojektor 400 zu konvergentem Licht vereinigt.

In dem in 4 gezeigten Beispiel wird das grüne, konvergente Licht durch einen dichromatischen Spiegel 414G mit dem roten, konvergenten Licht vereinigt (d. h. multiplexiert), ferner wird das blaue, konvergente Licht durch einen dichromatischen Spiegel 414B mit diesen zu synthetischem Licht vereinigt (d. h. multiplexiert). Die Brennweite und die Anordnungsposition der jeweiligen Sammellinsen (412R, 412G und 412B) sind derart bestimmt, dass die jeweiligen konvergenten Lichtstrahlen der jeweiligen Farben auf dieselbe Position fokussiert werden.

Das synthetische Licht wird zum Verkleinern durch einen Spiegel 420 gebeugt, daraufhin wird eine Strahlungsrichtung des synthetischen Lichts durch ein Element 430 zum zweidimensionalen Hochgeschwindigkeitsabtasten gesteuert und zweidimensional abgetastet. Das Element 430 zum zweidimensionalen Hochgeschwindigkeitsabtasten ist ein Element, das unter Verwendung eines beweglichen Spiegels 430a ein optisches Abtasten durchführt. Im Allgemeinen enthält das Element 430 zum zweidimensionalen Hochgeschwindigkeitsabtasten einen MEMS-Spiegel zum zweidimensionalen Abtasten (optischer MEMS-Abtaster); jedoch können MEMS-Spiegel zum vertikalen Abtasten und MEMS-Spiegel zum horizontalen Abtasten kombiniert werden. Alternativ kann ein Galvanometerspiegel verwendet werden.

Auf einer Lichtfokussierungsfläche des synthetischen Lichts ist ein rechtwinkliger Schirm 500 mit einer rechtwinkligen Form angeordnet. Der Schirm 500 kann ein durchlässiger Typ oder ein reflektierender Typ sein. Das synthetische Licht von jedem Bildpunkt wird auf dem Schirm 500 mit hoher Geschwindigkeit abgetastet, daher wird das zweidimensionale Bild als ein Ergebnis einer Nachbildwirkung der Augen wahrgenommen.
Patentliteratur 1: JP 2012-208440 A

Zusammenfassung

Bei Konzentration auf das Abtasten in einer Seitenrichtung des Schirms 500, genauer in einer longitudinalen Richtung (d. h. eine Richtung der langen Seite), führt der bewegliche Spiegel 430a des Elements 430 zum zweidimensionalen Hochgeschwindigkeitsabtasten unter einem vorgegebenen Winkel eine oszillierende Drehbewegung um eine vorgegebene Drehachse 430b aus.

Hierbei verändert sich ein Abstand zwischen dem Schirm 500 und der Drehachse 430b entsprechend einer Position der longitudinalen Richtung des Schirms 500. Zum Beispiel ist, wie in 4 gezeigt ist, im Fall einer Anordnung, in der das synthetische Licht in einem Mittenabschnitt eines Bilds in einer longitudinalen Richtung senkrecht in longitudinaler Richtung auf eine Mitte des Schirms 500 gestrahlt wird, ein Abstand zum Mittenabschnitt des Schirms 500 in longitudinaler Richtung am kürzesten und der Abstand von der Drehachse 430b wird mit dem Abstand von der Mitte größer.

Da das synthetische Licht konvergentes Licht ist, variiert ein Strahldurchmesser in Abhängigkeit von der Position der longitudinalen Richtung des Schirms 500. Zum Beispiel wird der Strahldurchmesser des konvergenten Lichts, das in longitudinaler Richtung auf den Mittenabschnitt des Schirms 500 fokussiert wird, mit dem Abstand von der Mitte größer. Obwohl die Inhomogenität des Strahldurchmessers in Richtung der kurzen Seite des Schirms 500 auftritt, ist die Inhomogenität in longitudinaler Richtung mit einem längeren Abtastabstand stärker bemerkbar.

Der Abtastprojektor, der Laserlicht verwendet, ist fokusfrei, weshalb er die Inhomogenität des Strahldurchmessers die Fokuseinstellung nicht beeinflusst. Jedoch kann die Helligkeit ungleichmäßig sein und/oder kann in einem Grenzzustand zwischen benachbarten Bildpunkten ein Unterschied erzeugt werden, wenn der Strahldurchmesser inhomogen ist, wobei eine Verringerung der Klarheit des Bilds bewirkt wird. Deshalb wird bevorzugt, dass der Strahldurchmesser in der Schirmabtastrichtung homogen ist.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abtastprojektorschirm zu schaffen, der die Inhomogenität des Strahldurchmessers unterdrückt.

Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, schafft ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Abtastprojektorschirm, der eine Schirmfläche aufweist, die in mindestens einer Richtung gekrümmt ist. Durch Anordnen eines derartigen Abtastprojektorschirms derart, dass beide Enden der gekrümmten Schirmfläche näher an der Drehachse auf einer Drehachse eines beweglichen Spiegels eines Abtastprojektors angeordnet sind, der konvergentes Licht ausgibt, werden die Abstände zwischen der Drehachse und den jeweiligen Punkten auf der Schirmfläche gleich. Folglich kann die Inhomogenität eines Strahldurchmessers unterdrückt werden. Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, schafft ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Abtastprojektorsystem, das einen Abtastprojektor und einen Schirm enthält, wobei der Abtastprojektor einen beweglichen Spiegel enthält, der durch Ausführen einer oszillierenden Drehbewegung unter einem vorgegebenen Winkel um eine vorgegebene Drehachse das Abtasten eines konvergenten Lichts durchführt, und der Schirm derart gekrümmt ist, dass beide Enden des Schirms in einer Abtastrichtung näher an der Drehachse angeordnet sind. Da der Schirm derart gekrümmt ist, dass die beiden Enden des Schirms in der Abtastrichtung derart angeordnet sind, dass sie der Drehachse des beweglichen Spiegels näher kommen, sind die Abstände zwischen der Drehachse und den jeweiligen Punkten auf dem Schirm in Abtastrichtung gleich. Folglich kann die Inhomogenität eines Strahldurchmessers unterdrückt werden. In diesem Fall kann der Schirm derart gekrümmt sein, dass die jeweiligen Orte auf dem Schirm in der Abtastrichtung im gleichen Abstand von der Drehachse angeordnet sind. Folglich kann der Strahldurchmesser für die jeweiligen Punkte auf der Schirmfläche in Abtastrichtung angeglichen werden. In diesem Fall kann der Abstand zwischen der Drehachse und den jeweiligen Orten in Abtastrichtung derart bestimmt werden, dass das konvergente Licht auf dem Schirm fokussiert wird. Da der Strahldurchmesser an den jeweiligen Orten auf dem Schirm minimal ausgelegt ist, kann ein klares Bild erhalten werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abtastprojektorschirm geschaffen, der die Inhomogenität des Strahldurchmessers unterdrückt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Abtastprojektorsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;

2 veranschaulicht den Fall, in dem das Abtastprojektorsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf ein Head-up-Display in einem Fahrzeug angewendet wird;

3 zeigt einen Schirm, dessen Fläche in einer longitudinalen Richtung gekrümmt ist, und einen Schirm, dessen Fläche in einer longitudinalen Richtung und in einer Richtung der kurzen Seite gekrümmt ist; und

4 ist ein schematisches Diagramm, das einen herkömmlichen Abtastprojektor und -schirm zeigt.

Genaue Beschreibung

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Abtastprojektorsystems 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Abtastprojektorsystem 10 einen Abtastprojektor 100 und einen Schirm 200. Der Abtastprojektor 100 kann die gleiche Konfiguration aufweisen wie der oben beschriebene, herkömmliche Abtastprojektor 400.

Das heißt, der Abtastprojektor 100 enthält eine Quelle 110R für rotes Laserlicht, eine Quelle 110G für grünes Laserlicht und eine Quelle 110B für blaues Laserlicht als Lichtquellen, und jede Lichtquelle (110R, 110G und 110B) wird bei Bedarf einer Intensitätshomogenisierung und einer Kollimation unterworfen und leistet und emittiert Laserlicht. Das emittierte Licht von jeder Lichtquelle (110R, 110G und 110B) wird in Synchronisation mit dem Abtasten in Bildpunkteinheiten unter der Steuerung einer Bildverarbeitungsvorrichtung, die nicht gezeigt ist, einer Helligkeitsmodulation unterworfen.

Die jeweils emittierten Lichtstrahlen laufen durch Sammellinsen (112R, 112G und 112B), die auf optischen Achsen nahe den Lichtquellen (110R, 110G und 110B) angeordnet sind, wodurch ein konvergentes Licht bereitgestellt wird. Die konvergenten Lichtstrahlen der drei R-, G- und B-Farben werden im Abtastprojektor 100 zu einem konvergenten Licht vereinigt.

In dem in 1 gezeigten Beispiel wird das grüne, konvergente Licht durch einen dichromatischen Spiegel 114G mit dem roten, konvergenten Licht vereinigt (d. h. multiplexiert), ferner wird das blaue, konvergente Licht durch einen dichromatischen Spiegel 114B mit diesen zu synthetischem Licht vereinigt (d. h. multiplexiert). Das Vereinigen der Lichtstrahlen zu konvergentem Licht kann unter Verwendung anderer Technologien erreicht werden. Außerdem sind die Brennweite und die Anordnungsposition der jeweiligen Sammellinsen (112R, 112G und 112B) derart bestimmt, dass die jeweiligen konvergenten Lichtstrahlen der jeweiligen Farben auf dieselbe Position fokussiert werden.

Das synthetische Licht wird zum Verkleinern durch einen Spiegel 120 gebeugt, woraufhin seine Strahlungsrichtung durch ein Element 130 zum zweidimensionalen Hochgeschwindigkeitsabtasten derart gesteuert wird, dass das synthetische Licht zweidimensional abgetastet wird. Das Element 130 zum zweidimensionalen Hochgeschwindigkeitsabtasten kann einen MEMS-Spiegel zum zweidimensionalen Abtasten enthalten; jedoch können ein MEMS-Spiegel zum vertikalen Abtasten und ein MEMS-Spiegel zum horizontalen Abtasten kombiniert und verwendet werden. Alternativ kann ein Galvanometerspiegel als das Element 130 zum zweidimensionalen Hochgeschwindigkeitsabtasten verwendet werden.

Der MEMS-Spiegel ist eine Vorrichtung zum optischen Abtasten, die unter Verwendung einer MEMS-Technologie (Technologie der mikro-elektromechanischen Systeme) hergestellt wird, und ein beweglicher Spiegel 130a führt das optische Abtasten durch Ausführen einer oszillierenden Drehbewegung unter einem vorgegebenen Winkel um eine vorgegebene Drehachse 130b in einer Abtastrichtung durch.

Die Drehachse 130b kann durch eine mechanische Welle definiert sein oder kann virtuell definiert sein, ohne eine explizite Welle vorzusehen. Als MEMS-Spiegel können diverse Verfahren eingesetzt werden, die vorgeschlagen wurden, wie etwa in Form einer sich auf elektromagnetische Weise bewegenden Spule, in Form eines sich auf elektromagnetische Weise bewegenden Magneten, auf elektrostatische Weise und in einer Piezo-Form.

Der Schirm 200 ist auf einer Lichtfokussierungsfläche des synthetischen Lichts angeordnet. Der Schirm 200 kann ein durchlässiger Typ oder ein reflektierender Typ sein. Das synthetische R-, G-, und B-Licht, das pro Bildpunkt einer Helligkeitsmodulation unterworfen ist, wird durch den Schirm 200 mit hoher Geschwindigkeit abgetastet, somit wird das zweidimensionale Bild als ein Ergebnis einer Nachbildwirkung der Augen wahrgenommen.

In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Schirmfläche des Schirms 200 mit einer vorgegebenen Krümmung in einer longitudinalen Richtung (d. h. eine Richtung der langen Seite) gekrümmt und ist durch Biegen einer rechtwinkligen Form nach einer Tiefenseite von einer Strahlungsfläche des synthetischen Lichts aus gesehen in einer Bogenformausgebildet, wobei die beiden kurzen Seiten der rechtwinkligen Form gestützt sind. Insbesondere ist die Fläche des Schirms 200 mit einem Krümmungsradius R derart gekrümmt, dass die Abstände zwischen den jeweiligen Orten in der longitudinalen Richtung des Schirms 200 (d. h. die Orte auf der langen Seite des Schirms 200) und der Drehachse 130b des beweglichen Spiegels 130a konstant sind. In diesem Fall besteht ein Referenzzustand darin, dass die Drehachse 130b parallel zur Richtung der kurzen Seite des Schirms 200 ist.

Wie oben beschrieben ist der Strahldurchmesser, der durch das konvergente Licht auf dem Schirm 200 gebildet wird, in der longitudinalen Abtastrichtung homogen, weil der Schirm 200 in einer Bogenform um die Drehachse 130b des beweglichen Spiegels 130a gekrümmt ist.

Es wird bevorzugt, eine positionsbezogene Beziehung zwischen dem Schirm 200 und dem Abtastprojektor 100 derart zu definieren, dass der Strahldurchmesser auf den Schirm 200 fokussiert wird. Dies ist der Fall, weil die Helligkeit umso größer und die Interferenz zwischen den benachbarten Bildpunkten umso geringer ist, je kleiner der Strahldurchmesser ist, weshalb erwartet wird, dass die Bilder klar werden.

Oben wurde das Abtastprojektorsystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Abtastprojektorsystem 10, das den Abtastprojektor 100 und den Schirm 200 wie oben beschrieben enthält, kann z. B., wie in 2 gezeigt ist, auf ein Head-up-Display (HUD) in einem Fahrzeug angewendet werden.

In dem in 2 gezeigten Beispiel ist der Schirm 200 ein durchlässiger Schirm, der aus einem durchsichtigen oder halbdurchsichtigen Element hergestellt ist, und mit einem Lichtstreumechanismus versehen, wie etwa einer Mikrolinsengruppe, die auf einer Strahlungsfläche 201 des synthetischen Lichts ausgebildet ist. Dies ist so vorgesehen, um durch Aufweiten eines Strahls, der durch den Schirm 200 läuft, einen Blickwinkel aufzuweiten. Der Lichtstreumechanismus kann aus einer lichtstreuenden Folie zusammengesetzt sein. Im Allgemeinen entspricht die lange Seite des Schirms für das Head-up-Display einer horizontalen Richtung; trotzdem entspricht die lange Seite im gezeigten Beispiel aus beschreibenden Gründen einer vertikalen Richtung.

Ein Bild (d. h. ein Zwischenbild), das durch den Abtastprojektor 100 auf den Schirm 200 projiziert wird, wird über eine Feldlinse 210 in ein Vergrößerungsglas 220 eingegeben und daraufhin auf eine Windschutzscheibe 230 projiziert und von den Augen des Fahrers erkannt, die sich in einem Augenbereich befinden. Hierbei wird die Feldlinse 210 verwendet, um eine Richtung des Strahls zu ändern, der von dem Schirm 200 emittiert wird.

Wie oben beschrieben ist der Schirm 200 in der Bogenform gekrümmt und weist den Strahldurchmesser auf, der homogen ist, wodurch das klare Zwischenbild bereitgestellt wird, das auf den Schirm 200 projiziert wird. Folglich kann das projizierte Bild von dem Augenbereich aus mit einer klaren Bildqualität gesehen werden.

Oben wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt und kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung auf diverse Weisen modifiziert werden. Zum Beispiel ist die obige Ausführungsform auf die longitudinale Richtung des Schirms 200 konzentriert, und die Fläche ist, wie in 3A gezeigt ist, in der longitudinalen Richtung gekrümmt. Die Fläche kann jedoch in der longitudinalen Richtung und in der Richtung der kurzen Seite gekrümmt sein, wie in 3B gezeigt ist.

In diesem Fall ist der Schirm in einer Form ausgebildet, die durch Ausschneiden eines Teils einer Kugel gebildet wird.

Ferner muss der Krümmungsgrad des Schirms nicht genau ein Teil eines Kreisumfangs sein, und der Schirm muss lediglich zur Drehachse 130b des beweglichen Spiegels 130a gekrümmt sein. Zum Beispiel kann der Krümmungsgrad des Schirms derart eingestellt sein, dass die Krümmung zu einem seiner Enden hin kleiner ist.

Bezugszeichenliste

10
Abtastprojektorsystem
100
Abtastprojektor
110
Laserlichtquelle
112
Sammellinse
114
dichromatischer Spiegel
120
Spiegel
130
Element zum zweidimensionalen Abtasten
130a
beweglicher Spiegel
130b
Drehachse
200
Schirm
210
Feldlinse
220
Vergrößerungsglas
230
Windschutzscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • JP 2012-208440 A [0007]