JP2017003803A - Optical scanner, image display device, and object device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置、画像表示装置及び物体装置に係り、更に詳しくは、画像表示に用いられる光走査装置、該光走査装置を備える画像表示装置、該画像表示装置を備える物体装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device, an image display device, and an object device, and more particularly to an optical scanning device used for image display, an image display device including the optical scanning device, and an object device including the image display device.
近年、画像表示用の光走査装置の開発が盛んに行われている。 In recent years, development of optical scanning devices for image display has been actively conducted.
例えば、特許文献１〜４には、スクリーン部材（例えばマイクロレンズアレイ）を光走査する画像表示用の光走査装置が開示されている（例えば特許文献１〜４参照）。
For example,
しかしながら、特許文献１〜４に開示されている装置では、画質の低下を抑制することに関して向上の余地があった。
However, the devices disclosed in
本発明は、画像表示用の光走査装置であって、光源及び該光源からの光を偏向する偏向器を含む光走査系と、前記光走査系からの光が照射される、アレイ状に配列された複数の凸構造を有する光学素子と、を備え、前記光学素子の凸構造配列において、凸構造配列面内の第１の方向に直交する第２の方向の前記凸構造のピッチＰ２は前記第１の方向に変化していることを特徴とする光走査装置である。 The present invention relates to an optical scanning device for image display, and includes an optical scanning system including a light source and a deflector for deflecting light from the light source, and an array in which light from the optical scanning system is irradiated. An optical element having a plurality of convex structures, and in the convex structure arrangement of the optical elements, the pitch P2 of the convex structures in the second direction orthogonal to the first direction in the convex structure arrangement plane is The optical scanning device is characterized by changing in a first direction.
本発明によれば、画質の低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress deterioration in image quality.
《第１実施形態》
以下、第１実施形態を説明する。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, the first embodiment will be described.
図１は、第１実施形態の画像表示装置を説明するための図である。
図１に即して説明する画像表示装置１０００は、２次元のカラー画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であり、図１（ａ）に装置の全体を説明図的に示す。
FIG. 1 is a diagram for explaining the image display apparatus according to the first embodiment.
An
画像表示装置１０００は、一例として、車両、航空機、船舶等の移動体に搭載され、該移動体に設けられた透過反射部材（例えばフロントガラス）を介して該移動体の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば速度、走行距離等の情報）を視認可能にする。以下では、移動体に設定されたＸＹＺ３次元直交座標系（移動体と共に移動する座標系）を適宜用いて説明する。なお、「透過反射部材」とは、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる部材を意味する。
As an example, the
図１（ａ）において、符号１００で示す部分は「光源部」であり、この光源部１００からカラー画像表示用の画素表示用ビームＬＣが＋Ｚ方向に射出される。
In FIG. 1A, a portion denoted by
画素表示用ビームＬＣは、赤（以下「Ｒ」と表示する。）、緑（以下「Ｇ」と表示する。）、青（以下「Ｂ」と表示する。）の３色のビームを１本に合成したビームである。 The pixel display beam LC includes one beam of three colors of red (hereinafter referred to as “R”), green (hereinafter referred to as “G”), and blue (hereinafter referred to as “B”). This is a combined beam.
即ち、光源部１００は、例えば、図１（ｂ）の如き構成となっている。
That is, the
図１（ｂ）において、符号ＲＳ、ＧＳ、ＢＳで示す光源としての半導体レーザは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光を放射する。ここでは、各半導体レーザとして、端面発光レーザとも呼ばれるレーザダイオード（ＬＤ）が用いられている。なお、半導体レーザとして、端面発光レーザに代えて、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いても良い。 In FIG. 1B, semiconductor lasers as light sources denoted by reference signs RS, GS, and BS emit R, G, and B laser beams, respectively. Here, a laser diode (LD) also called an edge emitting laser is used as each semiconductor laser. Note that a surface emitting laser (VCSEL) may be used as the semiconductor laser instead of the edge emitting laser.
符号ＲＣＰ、ＧＣＰ、ＢＣＰで示すカップリングレンズは、半導体レーザＲＳ、ＧＳ、ＢＳから射出される各レーザ光の発散性を抑制する。 Coupling lenses indicated by reference characters RCP, GCP, and BCP suppress the divergence of each laser beam emitted from the semiconductor lasers RS, GS, and BS.
カップリングレンズＲＣＰ、ＧＣＰ、ＢＣＰにより発散性を抑制された各色レーザ光束は、アパーチュアＲＡＰ、ＧＡＰ、ＢＡＰにより整形される（光束径を規制される）。 Each color laser beam whose divergence is suppressed by the coupling lenses RCP, GCP, and BCP is shaped by the aperture RAP, GAP, and BAP (the beam diameter is regulated).
整形された各色レーザ光束はビーム合成プリズム１０１に入射する。
ビーム合成プリズム１０１は、Ｒ色光を透過させＧ色光を反射するダイクロイック膜Ｄ１と、Ｒ・Ｇ色光を透過させＢ色光を反射するダイクロイック膜Ｄ２を有する。
The shaped laser beam of each color enters the
The
従って、ビーム合成プリズム１０１からは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色レーザ光束が１本の光束に合成されて射出される。
Therefore, the R, G, and B color laser beams are combined into one beam and emitted from the
射出される光束は、レンズ１０２により所定の光束径の「平行ビーム」に変換される。
この「平行ビーム」が、画素表示用ビームＬＣである。
The emitted light beam is converted by the
This “parallel beam” is the pixel display beam LC.
画素表示用ビームＬＣを構成するＲ、Ｇ、Ｂの各色レーザ光束は、表示するべき「２次元のカラー画像」の画像信号により（画像情報（画像データ）に応じて）強度変調されている。強度変調は、半導体レーザを直接変調する直接変調方式であっても良いし、半導体レーザから射出されたレーザ光束を変調する外部変調方式であっても良い。 The R, G, and B color laser beams constituting the pixel display beam LC are intensity-modulated (in accordance with image information (image data)) by an image signal of a “two-dimensional color image” to be displayed. The intensity modulation may be a direct modulation system that directly modulates the semiconductor laser, or an external modulation system that modulates a laser beam emitted from the semiconductor laser.
即ち、半導体レーザＲＳ、ＧＳ、ＢＳは、図示されない駆動手段により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の画像信号により発光強度を変調される。 That is, the emission intensity of the semiconductor lasers RS, GS, and BS is modulated by image signals of R, G, and B color components by a driving unit (not shown).
光源部１００から射出された画素表示用ビームＬＣは、画像形成素子としての２次元偏向手段６に入射し、２次元的に偏向される。
２次元偏向手段６は、本実施形態では、微小なミラーを「互いに直交する２軸」を揺動軸として揺動するように構成されたものである。
The pixel display beam LC emitted from the
In the present embodiment, the two-dimensional deflecting means 6 is configured to swing a minute mirror with “two axes orthogonal to each other” as a swing axis.
即ち、２次元偏向手段６は具体的には、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）である。 That is, the two-dimensional deflection means 6 is specifically a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufactured as a micro oscillating mirror element by a semiconductor process or the like.
２次元偏向手段は、この例に限らず、他の構成のもの、例えば、１軸の回りに揺動する微小ミラーを２個、揺動方向が互いに直交するように組み合わせたもの等でもよい。また、２次元偏向手段として、２つのＭＥＭＳミラーの組み合わせや、２つのガルバノミラーの組み合わせや、２つのポリゴンミラーの組み合わせや、ＭＥＭＳミラー、ガルバノミラー、ポリゴンミラーのいずれか２つの組み合わせを採用しても良い。 The two-dimensional deflecting means is not limited to this example, but may be of another configuration, for example, a combination of two micro mirrors that swing around one axis so that the swing directions are orthogonal to each other. Also, as a two-dimensional deflection means, a combination of two MEMS mirrors, a combination of two galvanometer mirrors, a combination of two polygon mirrors, or a combination of any two of a MEMS mirror, a galvanometer mirror, and a polygon mirror is adopted. Also good.
上記の如く２次元的に偏向された画素表示用ビームＬＣは、凹面鏡７に入射し、被走査面素子８に向けて反射される。
The pixel display beam LC deflected two-dimensionally as described above enters the
凹面鏡７の光学作用は、２次元的に偏向された画素表示用ビームＬＣによって反射面素子１０上に形成される画像の歪みをとることである。
即ち、凹面鏡７により反射された画素表示用ビームＬＣは、２次元偏向手段６による偏向に伴い平行移動しつつ被走査面素子８に入射し、該被走査面素子８を２次元的に走査する。
The optical action of the
That is, the pixel display beam LC reflected by the
この２次元的な走査により、被走査面素子８に「カラーの２次元画像」が形成される。
By this two-dimensional scanning, a “color two-dimensional image” is formed on the scanned
そこで、光源部１００、２次元偏向手段６、凹面鏡７、被走査面素子８を含んで光走査装置が構成されている。
Therefore, an optical scanning device is configured including the
勿論、被走査面素子８に各瞬間に表示されるのは「画素表示用ビームＬＣが、その瞬間に照射している画素のみ」である。
Of course, what is displayed on the scanned
カラーの２次元画像は、画素表示用ビームＬＣによる２次元的な走査により「各瞬間に表示される画素の集合」として形成される。
被走査面素子８に、上記の如く「カラーの２次元画像」が形成され、上記画像情報の画素単位の光（各画素に対応する光）である画素光が、凹面鏡９に入射して反射される。
A color two-dimensional image is formed as a “collection of pixels displayed at each moment” by two-dimensional scanning with a pixel display beam LC.
A “color two-dimensional image” is formed on the scanned
図１には示されていないが、被走査面素子８は後述する「微細凸レンズ構造」を有している。凹面鏡９は「虚像結像光学系」を構成する。
Although not shown in FIG. 1, the scanned
「虚像結像光学系」は、前記「カラーの２次元画像」の拡大虚像１２を結像させる。
拡大虚像１２の結像位置の手前側には、反射面素子１０が設けられ、拡大虚像１２を結像する光束を、観察者１１（図１（ａ）には観察者の目を示す。）の側へ反射する。この場合、凹面鏡９は、被走査面素子８からの画素光を反射面素子１０に向けて投射する投射光学系を構成する。なお、観察者１１（例えば移動体を操縦する操縦者）は、反射面素子１０（透過反射部材）で反射されたレーザ光の光路上の所定の観察位置（視点）から虚像を視認する。
The “virtual image imaging optical system” forms an enlarged
A
この反射光により、観察者１１は拡大虚像１２を視認できる。
The
図１（ａ）に示す如く、図の上下方向を「Ｙ方向」、図面に直交する方向を「Ｘ方向」とする。 As shown in FIG. 1 (a), the vertical direction in the figure is the “Y direction”, and the direction orthogonal to the drawing is the “X direction”.
図１（ａ）に示す場合には、Ｙ方向は通常、観察者１１にとって上下方向であり、この方向を「縦方向」と呼ぶ。
In the case shown in FIG. 1A, the Y direction is usually the vertical direction for the
また、Ｘ方向は通常、観察者にとって左右方向であり、この方向を「横方向」と呼ぶ。 In addition, the X direction is usually the left-right direction for the observer, and this direction is referred to as the “lateral direction”.
被走査面素子８は、上述の如く、微細凸レンズ構造を有している。
後述するように、微細凸レンズ構造は「複数の微細凸レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列された」ものである。なお、以下では、微細凸レンズ構造について説明するが、「複数の微細凹レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列された」微細凹レンズ構造でも同様な作用、効果がある。
As described above, the scanned
As will be described later, the micro-convex lens structure is “a plurality of micro-convex lenses are closely arranged at a pitch close to the pixel pitch”. In the following description, the micro-convex lens structure will be described. However, a micro-concave lens structure in which “a plurality of micro-concave lenses are closely arranged at a pitch close to the pixel pitch” has the same operations and effects.
ここでは、複数の微細凸レンズは、凸面が入射面となるようにＺ方向に直交する平面（ＸＹ平面）に沿って所定ピッチで２次元配列されている。その具体的な配列形態としては、Ｘ方向を行方向、Ｙ方向を列方向とするマトリクス状の配列や、ハニカム状配列が挙げられる。 Here, the plurality of fine convex lenses are two-dimensionally arranged at a predetermined pitch along a plane (XY plane) orthogonal to the Z direction so that the convex surface becomes the incident surface. Specific arrangement forms include a matrix arrangement in which the X direction is the row direction and the Y direction is the column direction, and a honeycomb arrangement.
各微細凸レンズの平面形状（Ｚ軸方向から見た形状）は、例えば円形、正Ｎ角形（Ｎは３以上の自然数）等である。ここでは、微細凸レンズの各々は、互いに曲率（曲率半径）が等しい。 The planar shape (the shape seen from the Z-axis direction) of each fine convex lens is, for example, a circle, a regular N-gon (N is a natural number of 3 or more), and the like. Here, each of the fine convex lenses has the same curvature (curvature radius).
そして、個々の微細凸レンズは、画素表示用ビームＬＣを等方的に拡散させる機能を持つ。すなわち、各微細凸レンズは、全方位に均等な拡散パワーを持つ。以下に、この「拡散機能」を簡単に説明する。 Each fine convex lens has a function of isotropically diffusing the pixel display beam LC. That is, each fine convex lens has an even diffusion power in all directions. The “diffusion function” will be briefly described below.
図１（ｃ）において、符号Ｌ１〜Ｌ４は、被走査面素子８に入射する４本の画素表示用ビームを示している。
In FIG. 1C, reference symbols L <b> 1 to L <b> 4 indicate four pixel display beams incident on the scanned
これ等の４本の画素表示用ビームＬ１〜Ｌ４は、被走査面素子８に形成される２次元画像の４隅に入射する画素表示用ビームであるものとする。
These four pixel display beams L <b> 1 to L <b> 4 are pixel display beams incident on the four corners of the two-dimensional image formed on the scanned
これら４本の画素表示用ビームＬ１〜Ｌ４は、被走査面素子８を透過すると、ビームＬ１１〜Ｌ１４のように変換される。
These four pixel display beams L1 to L4 are converted into beams L11 to L14 after passing through the scanned
仮に、画素表示用ビームＬ１〜Ｌ４で囲まれる断面が横長の４辺形の光束を、被走査面素子８に入射させると、この光束は「ビームＬ１１〜Ｌ１４で囲まれる断面が横長の４辺形の発散性の光束」となる。
If a quadrangular light beam having a horizontally long cross section surrounded by the pixel display beams L1 to L4 is incident on the scanned
微細凸レンズのこの機能が「拡散機能」である。 This function of the micro-convex lens is a “diffusion function”.
「ビームＬ１１〜Ｌ１４で囲まれる発散性の光束」は、このように発散性光束に変換された画素表示用ビームを時間的に集合した結果である。 The “divergent light beam surrounded by the beams L11 to L14” is a result of temporally collecting the pixel display beams thus converted into the divergent light beam.
画素表示用ビームを拡散させるのは「反射面素子１０により反射された光束が、観察者１１の目の近傍の広い領域を照射する」ようにするためである。
The pixel display beam is diffused so that “the light beam reflected by the reflecting
上記拡散機能が無い場合には、反射面素子１０により反射された光束が「観察者１１の目の近傍の狭い領域」のみを照射する。
When there is no diffusion function, the light beam reflected by the reflecting
このため、観察者１１が頭部を動かして、目の位置が上記「狭い領域」から逸れると、観察者１１は拡大虚像１２を視認できなくなる。
For this reason, when the
上記のように、画素表示用ビームＬＣを拡散させることにより、反射面素子１０による反射光束は「観察者１１の目の近傍の広い領域」を照射する。
As described above, the light beam reflected by the
従って、観察者が「頭を少々動かし」ても、拡大虚像１２を確実に視認できる。
Therefore, even if the observer “moves his head a little”, the magnified
上記の如く、本実施形態において、被走査面素子８に入射する画素表示用ビームＬＣは平行ビームであるが、被走査面素子８を透過した後は発散性のビームとなる。
As described above, in the present embodiment, the pixel display beam LC incident on the scanned
この発明における被走査面素子８は、画素表示用ビームＬＣを拡散させる複数の微細凸レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列された「微細凸レンズ構造」を有する。
The to-
微細凸レンズは「画素表示用ビームＬＣのビーム径」より大きい。 The fine convex lens is larger than “the beam diameter of the pixel display beam LC”.
微細凸レンズを「画素表示用ビームＬＣのビーム径」より大きくするのは、干渉性ノイズ低減のためであり、以下これを、図２及び図３を参照して説明する。 The reason why the fine convex lens is made larger than “the beam diameter of the pixel display beam LC” is to reduce the coherent noise, and this will be described below with reference to FIGS.
図２（ａ）において、符号８０２は被走査面素子を示す。
被走査面素子８０２は、微細凸レンズ８０１を配列した微細凸レンズ構造を有する。
In FIG. 2A,
The scanned
符号８０３で示す「画素表示用ビーム」の光束径８０７は、微細凸レンズ８０１の大きさよりも小さい。
The
即ち、微細凸レンズ８０１の大きさ８０６は、光束径８０７よりも大きい。
なお、本実施形態では、画素表示用ビーム８０３はレーザ光束であり、光束中心のまわりにガウス分布状の光強度分布をなす。
従って、光束径８０７は、光強度分布における光強度が「１／ｅ２」に低下する光束半径方向距離である。
図２（ａ）では、光束径８０７は微細凸レンズ８０１の大きさ８０６に等しく描かれているが、光束径８０７が「微細凸レンズ８０１の大きさ８０６」に等しい必要は無い。
微細凸レンズ８０１の大きさ８０６をはみ出さなければよい。
That is, the
In this embodiment, the
Therefore, the
In FIG. 2A, the
It is sufficient that the
図２（ａ）において、画素表示用ビーム８０３は、その全体が１個の微細凸レンズ８０１に入射し、発散角８０５をもつ拡散光束８０４に変換される。
In FIG. 2A, the entire
なお、「発散角」は、以下において「拡散角」と呼ぶこともある。 The “divergence angle” may be referred to as “diffusion angle” below.
図２（ａ）の状態では、拡散光束８０４は１つで、干渉する光束が無いので、干渉性ノイズ（スペックルノイズ）は発生しない。
In the state of FIG. 2A, there is only one diffused
なお、発散角８０５の大きさは、微細凸レンズ８０１の形状により適宜設定できる。
The size of the
図２（ｂ）では、画素表示用ビーム８１１は、光束径が微細凸レンズの配列ピッチ８１２の２倍となっており、２個の微細凸レンズ８１３、８１４に跨って入射している。
In FIG. 2B, the
この場合、画素表示用ビーム８１１は、入射する２つの微細凸レンズ８１３、８１４により２つの発散光束８１５、８１６のように拡散される。
In this case, the
２つの発散光束８１５、８１６は、領域８１７において重なり合い、この部分で互いに干渉して干渉性ノイズを発生する。
The two divergent
図３（ａ）は、画素表示用ビーム８２４が、被走査面素子８２１の、２つの微細凸レンズ８２２、８２３に跨って入射している状態を示す。
FIG. 3A shows a state in which the pixel display beam 824 is incident across the two fine
画素表示用ビーム８２４の光束径は、微細凸レンズ８２２等の大きさに等しい。
この場合、微細凸レンズ８２２に入射したビーム部分は発散光束８２６となり、微細凸レンズ８２３に入射したビーム部分は発散光束８２７となって拡散される。
The beam diameter of the pixel display beam 824 is equal to the size of the fine
In this case, the beam portion incident on the fine
発散光束８２６と８２７とは、互いに遠ざかる方向へ拡散されるので、これらが相互に重なり合うことはなく、従って、この状態で干渉性ノイズは発生しない。
Since divergent
即ち、微細凸レンズにより拡散された光束による干渉性ノイズは、画素表示用ビーム８２４のビーム径を、微細凸レンズ８２２の大きさ以下に設定すれば発生しない。
That is, coherent noise due to the light beam diffused by the fine convex lens is not generated if the beam diameter of the pixel display beam 824 is set to be equal to or smaller than the size of the fine
微細凸レンズの径と、被走査面素子に入射する画素表示用ビームのビーム径の具体的な数値例を例示する。 Specific numerical examples of the diameter of the fine convex lens and the beam diameter of the pixel display beam incident on the scanned surface element will be exemplified.
画素表示用ビームのビーム径を、例えば１５０μｍ程度に設定することは容易である。 It is easy to set the beam diameter of the pixel display beam to, for example, about 150 μm.
この場合には、微細凸レンズ構造を構成する微細凸レンズの大きさは、上記１５０μｍ以上の大きさ、例えば、１６０μｍ、２００μｍ等に設定すれば良い。 In this case, the size of the fine convex lens constituting the fine convex lens structure may be set to the size of 150 μm or more, for example, 160 μm or 200 μm.
図３（ａ）に示す被走査面素子８２１では、微細凸レンズ８２２、８２３・・は隙間なく配列されている。
In the scanned
従って、隣接する微細凸レンズ面の「境界部の幅（以下「境界幅」とも言う。）は０」である。
このため、微細凸レンズ８２２、８２３に、図３（ａ）の如く入射する画素表示用ビーム８２４から発生する発散光束は、発散光束８２６、８２７のみである。
Therefore, the “boundary width (hereinafter also referred to as“ boundary width ”)” of the adjacent fine convex lens surfaces is 0.
Therefore, the divergent light beams generated from the pixel display beam 824 that enters the fine
しかしながら、実際に形成される微細凸レンズ構造では「隣接する微細凸レンズの境界幅が０となる」ことは無い。 However, in the actually formed fine convex lens structure, “the boundary width between adjacent fine convex lenses is not zero”.
即ち、図３（ｂ）に示す被走査面素子８３１のように、実際に形成される微細凸レンズ構造では、微細凸レンズ８３３、８３４の境界部８３５は「幅：０」とはならない。
That is, in the actually formed fine convex lens structure as in the scanned
微細凸レンズ８３３、８３４の境界部８３５は、微視的には「曲面が滑らかに連続」しており、境界部８３５には曲面が形成される。
Microscopically, the
このように境界部８３５に形成された曲面は、この部分に画素表示用ビームが入射すると、入射光部分に対して「微小なレンズ面」として作用する。
The curved surface formed in the
従って、微細凸レンズ８３３、８３４に跨って入射する画素表示用ビーム８３２は、発散光束８３６、８３７とともに発散光束８３８も発生させる。
Accordingly, the
発散光束８３８は境界部８３５の曲面のレンズ作用により発生し、発散光束８３６、８３７と、領域８３９、８４０において重なり合って干渉し、干渉性ノイズを発生させる。
The
図３（ｃ）は、微細凸レンズ構造における「干渉性ノイズの軽減ないし防止」を説明するための図である。 FIG. 3C is a diagram for explaining “reduction or prevention of coherent noise” in the fine convex lens structure.
微細凸レンズ構造において、微細凸レンズ８４１、８４２のレンズ面が緩やかに繋がった境界部８４３の曲面形状は、それ自体が「微小なレンズ面」をなしている。
In the micro-convex lens structure, the curved surface shape of the
境界部８４３の曲面形状の曲率半径を図の如く「ｒ」とする。
The curvature radius of the curved surface shape of the
ここで、説明の簡単のため、微細凸レンズ構造に入射する画素表示用ビームを「波長：λの単色レーザ光束」とする。 Here, for simplicity of explanation, the pixel display beam incident on the fine convex lens structure is referred to as a “monochromatic laser beam having a wavelength of λ”.
境界部８４３の曲率半径：ｒが、画素表示用ビームの波長：λよりも大きい場合（ｒ＞λ）、曲率半径：ｒの曲面は、入射する画素表示用ビームに対してレンズ作用を及ぼす。
When the curvature radius r of the
従ってこの場合、境界部８４３を通過するビーム成分は発散され、微細凸レンズ８４１、８４２により拡散された光束と重なり合って干渉し、干渉性ノイズを発生する。
Therefore, in this case, the beam component passing through the
一方、境界部８４３の曲率半径：ｒが、画素表示用ビームの波長：λより小さくなると、境界部８４３は画素表示用ビームに対して「サブ波長構造」となる。
周知の如く、サブ波長構造は「サブ波長構造よりも大きい波長の光」に対してはレンズ作用を生じない。
従って、波長：λより小さい曲率半径：ｒをもった境界部８４３は「レンズ」として作用せず、画素表示用ビームを直進的に透過させ、発散させることがない。
On the other hand, when the radius of curvature r of the
As is well known, the sub-wavelength structure does not cause a lens action for “light having a wavelength larger than that of the sub-wavelength structure”.
Therefore, the
このため、境界部８４３を直進的に透過したビーム部分と、微細凸レンズ８４１、８４２により拡散された発散光束とは重なり合わず、干渉による干渉性ノイズは発生しない。
For this reason, the beam portion transmitted straight through the
即ち、画素表示用ビームのビーム径：ｄ、波長：λ、微細凸レンズの大きさ：Ｄ、境界部をなす面の曲率半径：ｒの大小関係は、以下のように定めるのが良い。
Ｄ＞ｄ、λ＞ｒ 。
That is, the size relationship between the beam diameter of the pixel display beam: d, the wavelength: λ, the size of the fine convex lens: D, and the radius of curvature of the surface forming the boundary portion: r is preferably determined as follows.
D> d, λ> r.
表示すべき２次元の拡大虚像がモノクロ画像である場合には、波長：λの単色のコヒーレント光により画素表示用ビームを形成する。
従って、この場合には、上記Ｄ、ｄ、ｒ、λが上記大小関係を満足するように設定することにより、干渉性ノイズを抑制できる。
When the two-dimensional enlarged virtual image to be displayed is a monochrome image, a pixel display beam is formed by monochromatic coherent light having a wavelength: λ.
Therefore, in this case, coherent noise can be suppressed by setting D, d, r, and λ so as to satisfy the magnitude relationship.
本実施形態のように、２次元のカラー画像（拡大虚像）を表示する場合、画素表示用ビームＬＣは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のビームの合成されたものである。 When displaying a two-dimensional color image (enlarged virtual image) as in the present embodiment, the pixel display beam LC is a combination of R, G, and B beams.
これ等の３ビームの波長をλＲ（＝６４０ｎｍ）、λＧ（＝５１０ｎｍ）、λＢ（＝４４５ｎｍ）とすると、これらの大小関係は「λＲ＞λＧ＞λＢ」である。 Assuming that the wavelengths of these three beams are λR (= 640 nm), λG (= 510 nm), and λB (= 445 nm), the magnitude relationship between them is “λR> λG> λB”.
従って、干渉性ノイズ防止の観点からすれば、上記境界部をなす面の曲率半径：ｒを、最短波長：λＢよりも小さく、例えば、４００ｎｍとすればよい。 Therefore, from the viewpoint of preventing coherent noise, the radius of curvature r of the surface forming the boundary may be smaller than the shortest wavelength λB, for example, 400 nm.
しかし、最長波長：λＲよりも小さい曲率半径：ｒ（例えば６００ｎｍ）を設定すれば、画像表示ビームのＲ成分による干渉性ノイズを防止できる。 However, if a radius of curvature: r (for example, 600 nm) smaller than the longest wavelength: λR is set, coherent noise due to the R component of the image display beam can be prevented.
即ち、干渉性ノイズを有効に軽減させることができる。 That is, coherent noise can be effectively reduced.
「ｒ（例えば５００ｎｍ）＜λＧ」とすれば、画像表示ビームのＲ成分およびＧ成分の光による干渉性ノイズを防止できる。
画素表示用ビームＬＣが「Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のビームの合成されたもの」である場合、干渉性ノイズは、これら３色の成分について独立に発生する。
そして、これら独立した３色Ｒ、Ｇ、Ｂのビームの干渉性ノイズの「総体」が、視認される干渉性ノイズとなる。
従って、３色の干渉性ノイズのうち、１色でも干渉性ノイズが無くなれば、視認される干渉性ノイズは大幅に改善され、観察画像の画質向上に寄与する。
従って、干渉性ノイズの防止効果は、３色のうちで「最も長波長のＲ成分」のみでも効果があり、次いでＧ成分、Ｂ成分という順で「低減効果」が向上する。
したがって、最長波長：λＲよりも小さい曲率半径：ｒ（例えば６００ｎｍ）を設定すれば、干渉性ノイズの軽減上、一定の効果を達成できる。
干渉性ノイズの視認性は、波長やビーム径・マルチ／シングルモードなどでノイズ強度は変わるが、一般的にはＲ≒Ｇ＞Ｂの順で高い。
即ち、波長：λＢの光は人間の眼の視感度が低く、干渉性ノイズは目立ちにくい。
従って、波長：λＧよりも小さい曲率半径：ｒ（例えば５００ｎｍ）を設定すれば、視認性の比較的高い波長：λＲとλＧの光による干渉性ノイズを軽減できる。
視感度が低い波長：λＢの光による干渉性ノイズは発生しても、さほど目立たない。
勿論、波長：λＢよりも小さい曲率半径：ｒ（例えば４００ｎｍ）を設定すれば、上記の如く、干渉性ノイズを更に有効に軽減できる。
If “r (for example, 500 nm) <λG”, coherent noise due to the R component and G component light of the image display beam can be prevented.
When the pixel display beam LC is “combined of three color beams of R, G, and B”, coherent noise is generated independently for these three color components.
The “total” of coherent noises of these independent three-color R, G, and B beams is visually recognized coherent noise.
Therefore, if no interference noise is detected even in one of the three colors of interference noise, the visually recognized interference noise is greatly improved, contributing to an improvement in the image quality of the observation image.
Therefore, the effect of preventing coherent noise is effective only with “the longest wavelength R component” of the three colors, and then the “reduction effect” is improved in the order of the G component and the B component.
Therefore, if a radius of curvature: r (for example, 600 nm) smaller than the longest wavelength: λR is set, a certain effect can be achieved in reducing coherent noise.
The visibility of the coherent noise is generally higher in the order of R≈G> B, although the noise intensity varies depending on the wavelength, beam diameter, multi / single mode, and the like.
That is, the light of wavelength λB has low visibility of human eyes, and coherent noise is not noticeable.
Therefore, if the radius of curvature: r (for example, 500 nm) smaller than the wavelength: λG is set, the coherent noise due to the light with relatively high visibility: λR and λG can be reduced.
Even if coherent noise is generated by light having a wavelength of low visibility: λB, it is not so noticeable.
Of course, if the curvature radius: r (for example, 400 nm) smaller than the wavelength: λB is set, the coherent noise can be further effectively reduced as described above.
微細凸レンズ構造を構成する複数の微細凸レンズそれぞれの大きさは、上記の如く、１００μｍオーダであり、これは通常の「マイクロレンズ」として実現できる。 The size of each of the plurality of fine convex lenses constituting the fine convex lens structure is on the order of 100 μm as described above, and this can be realized as a normal “micro lens”.
また、複数の微細凸レンズを配列した微細凸レンズ構造は「マイクロレンズアレイ」として実現できる。 Further, a fine convex lens structure in which a plurality of fine convex lenses are arranged can be realized as a “microlens array”.
従って、以下、微細凸レンズを「マイクロレンズ」とも呼び、微細凸レンズ構造を「マイクロレンズアレイ」とも呼ぶこととする。 Therefore, hereinafter, the fine convex lens is also referred to as “micro lens”, and the fine convex lens structure is also referred to as “micro lens array”.
マイクロレンズアレイは、一般に、マイクロレンズアレイのレンズ面アレイの転写面を持つ金型を作製し、この金型を用いて、樹脂材料に金型面を転写して作製される。
金型における転写面の形成は、切削やフォトリソグラフィなどを用いて形成する方法が知られている。
In general, the microlens array is manufactured by manufacturing a mold having a transfer surface of the lens surface array of the microlens array and transferring the mold surface to a resin material using the mold.
As a method for forming a transfer surface in a mold, a method of forming by using cutting or photolithography is known.
また、樹脂材料への転写面の転写は、例えば「射出成形」で行うことができる。 The transfer surface can be transferred to the resin material by, for example, “injection molding”.
隣接マイクロレンズの境界部における曲率半径を小さくすることは、境界幅を小さくすることにより実現できる。
小さい境界幅は、隣接マイクロレンズ面の形成する境界部の「尖鋭化」することにより実現できる。
Reducing the radius of curvature at the boundary between adjacent microlenses can be achieved by reducing the boundary width.
A small boundary width can be realized by “sharpening” a boundary portion formed by adjacent microlens surfaces.
マイクロレンズアレイ用の金型において、「隣接マイクロレンズ間の境界幅」の大きさを波長オーダまで小さくする工法は、種々の方法が知られている。 Various methods are known for reducing the size of the “border width between adjacent microlenses” to the order of wavelengths in a mold for a microlens array.
例えば、特許第４２００２２３号公報は、異方性エッチングおよびイオン加工により各マイクロレンズの曲率半径を増加させ、境界部の非レンズ部分を除去する方法を開示している。 For example, Japanese Patent No. 4200283 discloses a method of increasing the radius of curvature of each microlens by anisotropic etching and ion processing to remove the non-lens portion at the boundary.
また、特許第５０１０４４５号公報は、等方性ドライエッチングを用いて、隣接マイクロレンズ間の平坦面を除去する方法を開示している。 Japanese Patent No. 5010445 discloses a method of removing a flat surface between adjacent microlenses by using isotropic dry etching.
例えば、これらの公知の方法を用いることにより、隣接マイクロレンズ間の境界部を成す面の曲率半径が、十分に小さいマイクロレンズアレイを作製可能である。
即ち、上に説明した被走査面素子は、複数のマイクロレンズが相互に近接して配列した構造を有するマイクロレンズアレイとして構成できる。
隣接するマイクロレンズの境界部をなす面の曲率半径：ｒを６４０ｎｍよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成することにより、Ｒ成分光の干渉性ノイズを防止できる。
また、上記曲率半径：ｒを５１０ｎｍよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成すれば、Ｒ成分光とＧ成分光による干渉性ノイズを防止できる。
隣接するマイクロレンズの境界部をなす面の曲率半径：ｒを４４５ｎｍよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成すれば、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分光の干渉性ノイズを防止できる。
For example, by using these known methods, it is possible to produce a microlens array in which the radius of curvature of the surface forming the boundary between adjacent microlenses is sufficiently small.
That is, the scanned surface element described above can be configured as a microlens array having a structure in which a plurality of microlenses are arranged close to each other.
By forming the radius of curvature of the surface that forms the boundary between adjacent microlenses as a microlens array having r smaller than 640 nm, coherent noise of R component light can be prevented.
Further, if the curvature radius r is formed as a microlens array smaller than 510 nm, coherent noise due to R component light and G component light can be prevented.
If the radius of curvature of the surface forming the boundary between adjacent microlenses is formed as a microlens array having r smaller than 445 nm, coherent noise of R, G, and B component light can be prevented.
上には、図１に示す画像表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）について説明した。 The image display device (head-up display device) shown in FIG. 1 has been described above.
図１に示す凹面鏡７は、「２次元的に偏向された画素表示用ビームＬＣによって反射面素子１０上に形成される画像の歪みをとる機能」を持つ。
即ち、凹面鏡７は「２次元的に偏向された画素表示用ビームの偏向範囲を調整し、被走査面素子の走査範囲を規制する偏向範囲規制手段」として機能する。
The
That is, the
このような偏向範囲規制手段は、２次元偏向手段６により２次元的に偏向された画素表示用ビームの偏向角がさほど大きくない場合には、省略することもできる。 Such a deflection range restricting means can be omitted when the deflection angle of the pixel display beam deflected two-dimensionally by the two-dimensional deflecting means 6 is not so large.
微細凸レンズ構造（マイクロレンズアレイ）および微細凸レンズ（マイクロレンズ）に対する条件は上記の如くである。 The conditions for the fine convex lens structure (microlens array) and the fine convex lens (microlens) are as described above.
即ち、「画素表示用ビームのビーム径より大きい複数の微細凸レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列されて微細凸レンズ構造を構成」する。 That is, “a plurality of fine convex lenses larger than the beam diameter of the pixel display beam are closely arranged at a pitch close to the pixel pitch to form a fine convex lens structure”.
そこで、このような条件を満足するマイクロレンズアレイの具体的な形態を３例、図４に示す。
図４（ａ）に形態例を示すマイクロレンズアレイ８７は、正方形形状のマイクロレンズ８７１１、８７１２・・等を正方行列状に配列したものである。
FIG. 4 shows three specific examples of microlens arrays that satisfy these conditions.
4A is a
ヘッドアップディスプレイ装置において表示される２次元画像（拡大虚像）の画素数は、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列周期で決定される。 The number of pixels of the two-dimensional image (enlarged virtual image) displayed in the head-up display device is determined by the arrangement period of the microlenses in the microlens array.
図４（ａ）の配列の場合、Ｘ軸方向に隣接するマイクロレンズ８７１１、８７１２の中心間距離をＸ１とする。 In the case of the arrangement shown in FIG. 4A, the distance between the centers of the microlenses 8711 and 8712 adjacent in the X-axis direction is X1.
また、図においてＹ軸方向に隣接するマイクロレンズ８７１１、８７２１の中心間距離をＹ１とする。これら、Ｘ１、Ｙ１を「１画素の実効サイズ」と見做すことができる。
In the drawing, the distance between the centers of the
「１画素の実効サイズ」を以下において「１画素の実効ピッチ」あるいは「実効画素ピッチ」とも呼ぶ。 The “effective size of one pixel” is hereinafter also referred to as “effective pitch of one pixel” or “effective pixel pitch”.
図４（ｂ）に形態例を示すマイクロレンズアレイ８８は、正六角形形状のマイクロレンズ８８１１、８８２１・・を稠密に配列したものである。
4B is a
この場合のマイクロレンズの配列では、配列されるマイクロレンズ８８１１等は、Ｘ軸方向に平行な辺を持たない。
In the arrangement of the microlenses in this case, the arranged
即ち、Ｘ軸方向に配列するマイクロレンズの上辺・下辺は「ジグザク状」になるので、このような配列を「ジグザグ型配列」と呼ぶ。 That is, since the upper and lower sides of the microlenses arranged in the X-axis direction are “zigzag”, such an arrangement is called “zigzag type arrangement”.
図４（ｃ）に形態例を示すマイクロレンズアレイ８９は、正六角形形状のマイクロレンズ８９１１、８９２１・・を稠密に配列したものである。
The
この場合のマイクロレンズの配列では、配列されるマイクロレンズ８９１１等は、Ｘ軸方向に平行な辺を持っている。この場合の配列を「アームチェア型配列」と呼ぶ。
In the arrangement of microlenses in this case, the arranged
ジグザグ型配列とアームチェア型配列を合わせて「ハニカム型配列」と呼ぶ。 The zigzag array and the armchair array are collectively referred to as a “honeycomb array”.
図４（ｃ）に示すアームチェア型配列は、図４（ｂ）に示すジグザグ型配列を、９０度回転させた配列である。
ジグザグ型配列では、マイクロレンズの配列では、図に示すＸ２を「Ｘ軸方向の実効画素ピッチ」、Ｙ２を「Ｙ軸方向の実効画素ピッチ」と見做すことができる。
The armchair arrangement shown in FIG. 4C is an arrangement obtained by rotating the zigzag arrangement shown in FIG. 4B by 90 degrees.
In the zigzag type array, in the microlens array, X2 shown in the figure can be regarded as “an effective pixel pitch in the X-axis direction” and Y2 can be regarded as an “effective pixel pitch in the Y-axis direction”.
アームチェア型配列では、図に示すＸ３を「Ｘ軸方向の実効画素ピッチ」、Ｙ３を「Ｙ軸方向の実効画素ピッチ」と見做すことができる。 In the armchair type arrangement, X3 shown in the figure can be regarded as “an effective pixel pitch in the X-axis direction”, and Y3 can be regarded as an “effective pixel pitch in the Y-axis direction”.
図４（ｂ）で、実効画素ピッチ：Ｙ２は、マイクロレンズ８８２１の中心と、マイクロレンズ８８１１の右側の辺の中点との距離である。
In FIG. 4B, the effective pixel pitch Y2 is the distance between the center of the
図４（ｃ）で、実効画素ピッチ：Ｘ３は、マイクロレンズ８９１１の右側に接する２つのマイクロレンズの接する辺の中点とマイクロレンズ８９１１の中心との距離である。
In FIG. 4C, the effective pixel pitch: X3 is the distance between the midpoint of the sides of the two microlenses that are in contact with the right side of the
ジグザク型配列においては、Ｘ軸方向の実効画素ピッチ：Ｘ２が小さいので、画像表示におけるＸ軸方向の分解能を向上させることができる。 In the zigzag type array, since the effective pixel pitch X2 in the X-axis direction is small, the resolution in the X-axis direction in image display can be improved.
また、アームチェア型配列においては、Ｙ軸方向の分解能を向上させることができる。 In the armchair type arrangement, the resolution in the Y-axis direction can be improved.
このように、マイクロレンズをハニカム型に配列することにより、実際のレンズ径よりも小さい画素を実効的に表現でき、実効画素数を向上させることが可能である。 In this way, by arranging the microlenses in a honeycomb shape, pixels smaller than the actual lens diameter can be effectively expressed, and the number of effective pixels can be improved.
上述の如く、被走査面素子の微細凸レンズ構造（マイクロレンズアレイ）において、隣接するマイクロレンズの境界部は、曲率半径：ｒを有する。 As described above, in the fine convex lens structure (microlens array) of the surface element to be scanned, the boundary between adjacent microlenses has a radius of curvature: r.
曲率半径：ｒは、例えば、画素表示用ビームのＲ成分の波長：λＲよりも小さい。 The radius of curvature r is smaller than the wavelength R of the R component of the pixel display beam, for example.
従って、前述の如く、「Ｒ成分のコヒーレント光の干渉による干渉性ノイズ」は防止される。 Therefore, as described above, “coherent noise due to interference of R component coherent light” is prevented.
しかし、画素表示用ビームのＧ成分光の波長：λＧやＢ成分光の波長：λＢよりも、前記曲率半径：ｒが大きければ、これ等の光は境界部で拡散され、互いに干渉する。 However, if the radius of curvature r is larger than the wavelength of the G component light: λG or the wavelength of the B component light: λB of the pixel display beam, these lights are diffused at the boundary and interfere with each other.
従って、この干渉による干渉性ノイズは発生する。 Therefore, coherent noise due to this interference is generated.
この場合、図４（ａ）の「正方行列状の配列」であると、境界部での発散（拡散）は、図のＸａ方向およびＹａ方向の２方向に生じ、それぞれが干渉性ノイズの原因となる。 In this case, in the case of the “square matrix-like arrangement” in FIG. 4A, divergence (diffusion) at the boundary portion occurs in two directions of the Xa direction and the Ya direction in the figure, and each causes the coherent noise. It becomes.
これに対し、図４（ｂ）の配列だと、境界部での発散は、８Ａ、８Ｂ、８Ｃの３方向に起こる。また、図４（ｃ）の場合だと、９Ａ、９Ｂ、９Ｃの３方向に拡散する。
On the other hand, in the arrangement of FIG. 4B, divergence at the boundary portion occurs in three
即ち、境界部での発散は、正方行列状配列では２方向に発生し、ハニカム状配列では３方向に生じる。 That is, the divergence at the boundary portion occurs in two directions in the square matrix arrangement and in three directions in the honeycomb arrangement.
従って、干渉性ノイズの発生は、正方行列状の配列では２方向的、ハニカム状の配列では３方向的に生じる。 Therefore, the generation of coherent noise occurs in two directions in a square matrix arrangement and in three directions in a honeycomb arrangement.
即ち、発生する干渉性ノイズは、正方行列状配列では「２方向に分散」されるのに対し、ハニカム状の配列では「３方向に分散」される。 That is, the generated coherent noise is “dispersed in two directions” in the square matrix arrangement, whereas “coherent noise is distributed in three directions” in the honeycomb arrangement.
干渉性ノイズを生じさせるコヒーレント光の最大強度は一定である。
従って、分散される数が大きいほど「発生する干渉性ノイズのコントラスト」は弱められて視認され難く（目立ち難く）なる。
The maximum intensity of coherent light that causes coherent noise is constant.
Therefore, the greater the number of dispersed elements, the weaker the “contrast of the generated coherent noise” becomes, and the more difficult it is to be visually recognized (not noticeable).
従って、「境界部の曲率半径：ｒよりも小さい波長の成分による干渉性ノイズ」の発生を許容する場合には、マイクロレンズの配列は「ハニカム状配列」とするのがよい。 Therefore, in the case where the generation of “coherent noise due to a component having a wavelength smaller than r at the radius of curvature of the boundary portion” is allowed, the arrangement of the microlenses is preferably a “honeycomb arrangement”.
なお、境界幅が前記波長：λＲより大きい場合には、Ｒ成分のコヒーレント光による干渉性ノイズも発生する。 When the boundary width is larger than the wavelength: λR, coherent noise due to R component coherent light is also generated.
しかし、隣接する微細凸レンズの「レンズ面間の境界幅」は微小であり、微小な境界幅の部分に入射するコヒーレント光の光エネルギは小さい。 However, the “boundary width between lens surfaces” of adjacent micro-convex lenses is very small, and the optical energy of coherent light incident on the portion having the very small boundary width is small.
従って、干渉性ノイズを発生させる光エネルギも大きくは無い。
従って、干渉性ノイズが発生したとしても、ハニカム状配列の場合は、上記の如く、３方向に分散されることで、コントラストは弱くなる。
Therefore, light energy that generates coherent noise is not large.
Therefore, even if coherent noise occurs, in the case of the honeycomb arrangement, the contrast is weakened by being dispersed in three directions as described above.
従って、干渉性ノイズの視認性は有効に軽減させることとなる。 Accordingly, the visibility of the coherent noise is effectively reduced.
図１（ａ）に即して説明したように、２次元の拡大虚像１２を結像する虚像結像光学系は、凹面鏡９により構成される。
As described with reference to FIG. 1A, the virtual image imaging optical system that forms the two-dimensional enlarged
即ち、拡大虚像１２は、凹面鏡９により結像される画素像の集合である。
微細凸レンズであるマイクロレンズに「アナモフィックな機能」を持たせると、微小凸レンズの拡散機能を、互いに直交する方向において異ならせることができる。
That is, the magnified
If the microlens that is a micro-convex lens has an “anamorphic function”, the diffusion function of the micro-convex lens can be made different in directions orthogonal to each other.
図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照すると、図６（ａ）及び図６（ｂ）において符号８０は、被走査面素子８に稠密に形成されたマイクロレンズ（微細凸レンズ）の個々を説明図として示している。図６（ａ）の例では、微細凸レンズは、縦長の楕円形であり、「マトリクス状配列」で配列されている。
図６（ｂ）の例では、微細凸レンズ８０は、Ｘ軸方向に平行な辺を持つ縦長の六角形であり、「アームチェア型配列」で配列されている。
微細凸レンズ８０は、そのレンズ面の曲率半径が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで異なり、Ｘ軸方向の曲率半径：Ｒｘは、Ｙ軸方向の曲率半径：Ｒｙよりも小さい。すなわち、微細凸レンズ８０は、Ｘ軸方向の曲率がＹ軸方向の曲率よりも大きい。
6 (a) and 6 (b),
In the example of FIG. 6B, the fine
The
従って、微細凸レンズ８０のＸ軸方向のパワー（拡散パワー）は、Ｙ軸方向のパワー（拡散パワー）よりも大きい。
また、レンズ面のＸ軸方向とＹ軸方向との両方に曲率を持たせたので、図６（ｂ）に示されるように、微細凸レンズを六角形にでき、上記の如く「干渉性ノイズの視認性」を弱めることができる。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、１個の微細凸レンズ８０に、画素表示用ビームＬＣが入射した場合を示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、個々の微細凸レンズ８０のＹ軸方向の幅がＸ軸方向の幅よりも長い。
Accordingly, the power (diffusion power) in the X-axis direction of the fine
Further, since the curvature is given to both the X-axis direction and the Y-axis direction of the lens surface, as shown in FIG. 6B, the fine convex lens can be formed into a hexagonal shape. "Visibility" can be weakened.
6A and 6B show a case where the pixel display beam LC is incident on one fine
また、図６（ａ）に示されるように、画素表示用ビームＬＣのビーム径を「Ｙ軸方向に長い楕円形状」とし、Ｙ軸方向における光束径を、微細凸レンズ８０のＹ軸方向の径より小さくする。
このようにすれば、画素表示用ビームＬＣを「レンズ境界を跨がずに入射」させることが可能であり、射出する発散光束の断面形状は、Ｘ軸方向に長い（横長の）楕円形状になる。
Further, as shown in FIG. 6A, the beam diameter of the pixel display beam LC is “ellipse shape long in the Y-axis direction”, and the light beam diameter in the Y-axis direction is the diameter of the fine
In this way, the pixel display beam LC can be “incident without straddling the lens boundary”, and the cross-sectional shape of the emitted divergent light beam is an elliptical shape that is long in the X-axis direction (horizontally long). Become.
微細凸レンズのＹ軸方向の長さおよびＸ軸方向の長さに拘わらず、Ｘ軸方向の曲率の方がＹ軸方向の曲率よりも大きければ、各微細凸レンズから射出する発散ビームの光束断面ＦＸは、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向の方が長くなる。すなわち、横長となる。 Regardless of the length in the Y-axis direction and the length in the X-axis direction of the fine convex lens, if the curvature in the X-axis direction is larger than the curvature in the Y-axis direction, the beam cross section FX of the divergent beam emitted from each fine convex lens Is longer in the X-axis direction than in the Y-axis direction. That is, it becomes horizontally long.
上に説明したヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、自動車等の車載用として用いることができ、Ｘ軸方向は「運転席から見て横方向」、Ｙ軸方向は「縦方向」である。 The head-up display device described above can be used, for example, for in-vehicle use such as an automobile, and the X-axis direction is “lateral direction when viewed from the driver's seat” and the Y-axis direction is “vertical direction”.
この場合の反射面素子１０は、自動車のフロントガラスである。
この場合、フロントガラス前方に拡大虚像１２として、例えば「ナビゲーション画像」を表示でき、観察者１１である運転者は、この画像を運転席に居ながらフロントガラス前方から視線をほとんど動かさずに観察できる。
In this case, the reflecting
In this case, for example, a “navigation image” can be displayed as a magnified
このような場合、上述の如く、表示される拡大虚像は「運転者から見て横長の画像」であること、即ち、マイクロレンズに形成される画像および、拡大虚像は、Ｘ軸方向に画角の大きい画像であることが一般に好ましい。 In such a case, as described above, the displayed enlarged virtual image is a “landscape image as viewed from the driver”, that is, the image formed on the microlens and the enlarged virtual image have an angle of view in the X-axis direction. It is generally preferable that the image is large.
また、上述の如く、観測者である運転者が、左右斜め方向から表示画像を見た場合にも、表示を認識できるように、横方向には「縦方向に比して大きな視野角」が要求される。
このため、拡大虚像の長手方向（Ｘ軸方向）には短手方向（Ｙ軸方向）に比して大きな拡散角（非等方拡散）が要求される。
In addition, as described above, when the driver who is an observer looks at the display image from the left and right oblique directions, the horizontal direction has a “large viewing angle compared to the vertical direction” so that the display can be recognized. Required.
For this reason, a larger diffusion angle (isotropic diffusion) is required in the longitudinal direction (X-axis direction) of the enlarged virtual image than in the lateral direction (Y-axis direction).
従って、被走査面素子の微細凸レンズをマイクロレンズ上に形成された画像もしくは拡大虚像の短手方向よりも長手方向の方が曲率が大きいアナモフィックなレンズとし、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「２次元画像の横方向を縦方向よりも広く」するのが好ましい。 Therefore, the micro convex lens of the surface element to be scanned is an anamorphic lens having a larger curvature in the longitudinal direction than the short direction of the image formed on the micro lens or the magnified virtual image, and has a diffusion angle for diffusing the pixel display beam. It is preferable that “the horizontal direction of the two-dimensional image is wider than the vertical direction”.
このようにして、ヘッドアップディスプレイ装置の要求画角を満たす必要最小限の範囲に光を発散させ、光の利用効率を向上させ、表示画像の輝度を向上させることが可能である。 In this way, it is possible to diverge light within the minimum necessary range that satisfies the required field angle of the head-up display device, improve the light use efficiency, and improve the brightness of the display image.
勿論、上記のような「非等方拡散」ではなく、縦方向と横方向で拡散角が等しい「等方拡散」とする場合も可能である。
しかし、自動車等の車載用として用いるヘッドアップディスプレイ装置の場合であれば、運転者が表示画像に対して上下方向の位置から観察を行なう場合はすくない。
従って、このような場合であれば、上記のように、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「２次元画像の横方向を縦方向よりも広く」するのが光利用効率の面から好ましい。
Of course, it is also possible to use “isotropic diffusion” in which the diffusion angles are equal in the vertical direction and the horizontal direction, instead of the “isotropic diffusion” as described above.
However, in the case of a head-up display device used for in-vehicle use such as an automobile, it is not easy for the driver to observe the display image from a vertical position.
Therefore, in such a case, as described above, it is preferable from the viewpoint of light utilization efficiency that the diffusion angle for diffusing the pixel display beam is “wider the horizontal direction of the two-dimensional image than the vertical direction”.
微細凸レンズ（マイクロレンズ）は、そのレンズ面を「非球面」として形成できることが従来から知られている。 It has been conventionally known that a micro-convex lens (micro lens) can be formed as an “aspherical surface”.
直上に説明したアナモフィックなレンズ面も「非球面」であるが、微細凸レンズのレンズ面をより一般的な非球面として形成でき、収差補正を行なうこともできる。 The anamorphic lens surface described immediately above is also “aspherical”, but the lens surface of the micro-convex lens can be formed as a more general aspherical surface, and aberration correction can also be performed.
収差の補正により「拡散の強度ムラ」を低減することも可能である。 It is also possible to reduce “diffuse intensity unevenness” by correcting aberrations.
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示した微細凸レンズ構造（マイクロレンズアレイ）における個々の微細凸レンズ（マイクロレンズ）は、正方形もしくは正六角形であった。 Each micro convex lens (micro lens) in the micro convex lens structure (micro lens array) shown in FIGS. 4A to 4C was a square or a regular hexagon.
微細凸レンズの形状はこのように正多角形である必要はなく、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示したマイクロレンズ形状を１方向に引き伸ばした形状でもよい。 The shape of the micro-convex lens does not have to be a regular polygon in this way, and may be a shape obtained by extending the micro lens shape shown in FIGS. 4A to 4C in one direction.
この場合、正方形形状であったものは「長方形形状」となり、正六角形状であったものは、細長い変形六角形になる。 In this case, a square shape is a “rectangular shape”, and a regular hexagonal shape is an elongated deformed hexagon.
微細凸レンズ構造の実効画素ピッチは、図４（ａ）〜図４（ｃ）の配列では、Ｘ軸方向につきＸ１〜Ｘ３、Ｙ軸方向につきＹ１〜Ｙ３であった。
このように定められるＸ軸方向の実効画素ピッチを一般に「ＳＸ」、Ｙ軸方向の実効画素ピッチを一般に「ＳＹ」とするとき、両者の比：ＳＹ／ＳＸを「アスペクト比」と言う。
The effective pixel pitch of the fine convex lens structure was X1 to X3 in the X-axis direction and Y1 to Y3 in the Y-axis direction in the arrangements of FIGS. 4 (a) to 4 (c).
When the effective pixel pitch in the X-axis direction thus determined is generally “SX” and the effective pixel pitch in the Y-axis direction is generally “SY”, the ratio between the two: SY / SX is referred to as “aspect ratio”.
図４（ａ）の場合、アスペクト比は「Ｙ１／Ｘ１」であり、Ｘ１＝Ｙ１であるから、アスペクト比は１である。 In the case of FIG. 4A, the aspect ratio is “Y1 / X1”, and X1 = Y1, so the aspect ratio is 1.
図４（ｂ）の場合のアスペクト比は「Ｙ２／Ｘ２」であり、Ｙ２＞Ｘ１であるから、アスペクト比は１より大きい。 In the case of FIG. 4B, the aspect ratio is “Y2 / X2”, and Y2> X1, so the aspect ratio is greater than 1.
図４（ｃ）の場合のアスペクト比は「Ｙ３／Ｘ３」であり、Ｙ３＜Ｘ３であるから、アスペクト比は１よりも小さい。 In the case of FIG. 4C, the aspect ratio is “Y3 / X3”, and Y3 <X3. Therefore, the aspect ratio is smaller than 1.
図５（ａ）〜図５（ｅ）に示すマイクロレンズアレイ９１〜９５の微細凸レンズ構造では、実効画素ピッチを、図４の場合と同様にして以下の如くに定める。
In the fine convex lens structures of the
即ち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の実効画素ピッチは、図５の「Ｘ１１、Ｙ１１」、「Ｘ１２、Ｙ１２」、「Ｘ１３、Ｙ１３」である。 That is, the effective pixel pitches in the X-axis direction and the Y-axis direction are “X11, Y11”, “X12, Y12”, and “X13, Y13” in FIG.
図５（ａ）の微細凸レンズ構造は、長方形形状の微細凸レンズ９１１１、９１１２、・・９１２１・・を正方行列状に配列したものであり、アスペクト比は１よりも大きい。
The micro-convex lens structure of FIG. 5A is an array of rectangular
図５（ｂ）〜図５（ｅ）に示すマイクロレンズアレイ９２〜９５では、微細凸レンズ構造は、ハニカム型配列である。
In the
図５（ｂ）、図５（ｄ）、図５（ｅ）に示すハニカム型配列では、アスペクト比「Ｙ１２／Ｘ１２」、「Ｙ１３／Ｘ１３」はいずれも１より大きい。 In the honeycomb array shown in FIGS. 5B, 5D, and 5E, the aspect ratios “Y12 / X12” and “Y13 / X13” are both greater than 1.
図５（ａ）〜図５（ｅ）に示す微細凸レンズ構造の５例は何れも「微細凸レンズ」は、Ｙ軸方向の長さがＸ軸方向の長さよりも大きい。 In each of the five examples of the fine convex lens structure shown in FIGS. 5A to 5E, the “fine convex lens” has a length in the Y-axis direction larger than a length in the X-axis direction.
このように「Ｙ軸方向の長さがＸ軸方向の長さより大きい形状の微細凸レンズ」の場合、微細凸レンズの形状として、Ｘ軸方向の曲率をＹ軸方向の曲率より大きくするのが容易である。 Thus, in the case of “a fine convex lens whose length in the Y-axis direction is larger than the length in the X-axis direction”, it is easy to make the curvature in the X-axis direction larger than the curvature in the Y-axis direction as the shape of the fine convex lens. is there.
従って、前述した「Ｘ軸方向のパワーがＹ軸方向のパワーよりも大きくなるアナモフィックな光学機能」を実現しやすい。 Therefore, it is easy to realize the “anamorphic optical function in which the power in the X-axis direction is larger than the power in the Y-axis direction”.
例えば、図５（ａ）に示す例の場合、具体例として例えば、Ｘ１１＝１５０μｍ、Ｙ１１＝２００μｍ、アスペクト比＝２００／１５０＝４／３＞１を挙げることができる。 For example, in the case of the example shown in FIG. 5A, specific examples include X11 = 150 μm, Y11 = 200 μm, and aspect ratio = 200/150 = 4/3> 1.
勿論、この場合には、画素表示用ビームのビーム径はＸ軸方向を１５０μｍ未満、Ｙ軸方向を２００μｍ未満にする。 Of course, in this case, the beam diameter of the pixel display beam is less than 150 μm in the X-axis direction and less than 200 μm in the Y-axis direction.
図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示す微細凸レンズの配列は、何れもハニカム型配列であり、個々の微細凸レンズは「Ｙ軸方向に長い形状」となっている。 The arrangement of the micro-convex lenses shown in FIGS. 5B to 5D is a honeycomb type array, and each micro-convex lens has a “long shape in the Y-axis direction”.
図５（ｂ）の配列は「ジグザグ型」であり、図５（ｃ）〜図５（ｅ）の配列は何れも「アームチェア型」である。 The arrangement in FIG. 5B is a “zigzag type”, and the arrangements in FIGS. 5C to 5E are all “armchair types”.
図５（ｂ）の「ジグザグ型の縦長ハニカム型配列」と、図５（ｃ）の「アームチェア型の縦長ハニカム配列」は何れも使用可能であることは勿論である。 It is a matter of course that both the “zigzag-type vertically elongated honeycomb array” in FIG. 5B and the “armchair-shaped vertically honeycomb array” in FIG. 5C can be used.
しかし、図５（ｃ）の配列例は図５（ｂ）の配列例に対して以下の如き利点を有する。 However, the arrangement example in FIG. 5C has the following advantages over the arrangement example in FIG.
即ち、図５（ｂ）の配列に比して、図５（ｃ）の配列では、微小凸レンズにおける「Ｘ軸方向とＹ軸方向のサイズの差」が小さく、縦横方向における「実効画素サイズの差」が小さくなる。 That is, in the arrangement of FIG. 5C, the “difference in size between the X-axis direction and the Y-axis direction” in the micro-convex lens is smaller than in the arrangement of FIG. The “difference” becomes smaller.
具体的な寸法を挙げる。
例えば、図５（ｂ）において、微細凸レンズ９２１１、９２１２等のＸ軸方向のレンズ径：Ｒ２ｘ＝１００μｍ、Ｙ軸方向のレンズ径：Ｒ２ｙ＝２００ｕｍとする。
List specific dimensions.
For example, in FIG. 5B, the lens diameter in the X-axis direction of the fine
このとき、Ｘ軸方向の実効画素ピッチ（＝Ｘ１２）は５０μｍ、Ｙ軸方向の実効画素ピッチ（＝Ｙ１２）は１５０μｍとなる。 At this time, the effective pixel pitch (= X12) in the X-axis direction is 50 μm, and the effective pixel pitch (= Y12) in the Y-axis direction is 150 μm.
同様に、図５（ｃ）において、微細凸レンズ９３１１、９３１２等の、Ｘ軸方向のレンズ径：Ｒ３ｘ＝１００μｍ、Ｙ軸方向のレンズ径：Ｒ３ｙ＝２００μｍとする。
Similarly, in FIG. 5C, the lens diameter in the X-axis direction: R3x = 100 μm and the lens diameter in the Y-axis direction: R3y = 200 μm for the fine
また、微細凸レンズ９３１１等の六角形形状の、上下の辺の長さは５０μｍとする。
このとき、Ｘ軸方向の実効画素ピッチ（＝Ｘ１３）は７５μｍ、Ｙ軸方向の実効画素ピッチ（＝Ｙ１３）＝１００μｍとなる。
In addition, the length of the upper and lower sides of the hexagonal shape such as the fine
At this time, the effective pixel pitch in the X-axis direction (= X13) is 75 μm, and the effective pixel pitch in the Y-axis direction (= Y13) = 100 μm.
従って「Ｘ、Ｙ軸方向の実効画素ピッチ」は、図５（ｃ）の配列（７５μｍと１００μｍ）の方が図５（ｂ）の配列（５０μｍと１００μｍ）の場合よりも「互いに近い値」になる。 Therefore, the “effective pixel pitch in the X and Y axis directions” is “a value closer to each other” in the arrangement (75 μm and 100 μm) in FIG. 5C than in the arrangement (50 μm and 100 μm) in FIG. become.
図５（ｃ）、図５（ｄ）、図５（ｅ）においては、Ｘ軸方向の実効画素ピッチをＸ１３、Ｙ軸方向の実効画素ピッチをＹ１３としている。
これは、図５（ｃ）〜図５（ｅ）のハニカム型配列（アームチェア型のハニカム配列）において、Ｘ軸方向の画素ピッチ、Ｙ軸方向の画素ピッチが、同じように定義されることによる。
図５（ｄ）においては、微細凸レンズ９４１１、９４２１等は、Ｘ軸方向に平行な上下の辺が短く、斜辺が長い。
また、図５（ｅ）においては、微細凸レンズ９５１１、９５２１等は、Ｘ軸方向に平行な上下の辺が短く、斜辺が長い。
これらの図に示すように、微細凸レンズの六角形形状の変形により、Ｘ軸方向の画素ピッチ：Ｘ１３、Ｙ軸方向の画素ピッチ：Ｙ１３を調整できる。
In FIGS. 5C, 5D, and 5E, the effective pixel pitch in the X-axis direction is X13, and the effective pixel pitch in the Y-axis direction is Y13.
This is because the pixel pitch in the X-axis direction and the pixel pitch in the Y-axis direction are defined in the same way in the honeycomb type arrangement (armchair type honeycomb arrangement) of FIGS. 5 (c) to 5 (e). by.
In FIG. 5D, the fine
In FIG. 5E, the fine
As shown in these figures, the pixel pitch: X13 in the X-axis direction and the pixel pitch: Y13 in the Y-axis direction can be adjusted by deforming the hexagonal shape of the fine convex lens.
図５（ｃ）の場合と同様、これら図５（ｄ）、図５（ｅ）に示す配列においても「微細凸レンズ構造が縦長構造」であることにより、Ｘ、Ｙ軸方向の「実効画素ピッチの均等化」が可能である。
例えば、図８に示すマイクロレンズアレイ９６のマイクロレンズ９６１１、９６２１等は、図５（ｄ）に示すマイクロレンズアレイ９５と同様の縦長の六角形形状である。
図８に示すマイクロレンズ９６１１等の配列は、図５（ｃ）と同様の「アームチェア型の縦長ハニカム配列」である。
マイクロレンズ９６１１等の六角形形状は、Ｘ軸方向の実効画素ピッチ：Ｘ１４が、Ｙ軸方向の実効画素ピッチ：Ｙ１４と完全に等しくなるように設定されている。
このように、アームチェア型の縦長ハニカム配列では、アスペクト比を１に設定することができる。画素表示用ビームのビーム径より大きい微細凸レンズもしくは画素表示用ビームのビーム径と同じ程度の大きさの微細凸レンズの場合、実効画素ピッチのアスペクト比が１であれば、虚像として投影される画像データに対して、虚像による再現性が高まる。虚像として投影される画像データのマイクロレンズアレイ上における画素ピッチと実効画素ピッチとを一致させる、もしくは、他の実効画素ピッチと比較して、実効画素ピッチを虚像として投影される画像データのマイクロレンズアレイ上における画像データの画素ピッチに近づけることができるからである。
上には、縦方向を「上下方向」、横方向を「左右方向」として説明したが、これは説明の具体性のための便宜上のものである。
実際の空間において、どの方向が縦方向かは、マイクロレンズアレイの画像表示装置への取り付け方向、画像表示装置の車両等の移動体への取り付け方向による。
２次元偏向手段６は、１つの軸について１往復の揺動（第１軸の揺動）を行う間に、もう一方の軸について往復の揺動（第２軸の揺動）を複数回行うが、多くの場合、拡大虚像の長手方向であるＸ軸方向が、第２軸の揺動による画素表示用ビームＬＣのマイクロレンズアレイに対する走査の方向に設定される。したがって、「アームチェア型」の六角形形状のマイクロレンズのＸ軸方向に平行な上下の辺は、画素表示用ビームＬＣのマイクロレンズアレイに対する走査方向とほぼ平行となり、「アームチェア型」の六角形形状の画素表示用ビームのマイクロレンズアレイに対する走査方向に最も平行に近い２辺の間隔、言い換えれば、画素表示用ビームのマイクロレンズアレイに対する走査方向に最も平行に近い辺とその対向する辺との間隔を、これら２辺に直交する方向へ拡大するように引き伸ばした形状が「アームチェア型の縦長ハニカム構造」である。
As in the case of FIG. 5C, in the arrangements shown in FIGS. 5D and 5E, the “effective pixel pitch in the X and Y axis directions is obtained because the“ fine convex lens structure is a vertically long structure ”. Equalization ”is possible.
For example, the
The arrangement of the
The hexagonal shape of the
Thus, the aspect ratio can be set to 1 in the armchair-type vertically long honeycomb arrangement. In the case of a fine convex lens larger than the beam diameter of the pixel display beam or a fine convex lens having the same size as the beam diameter of the pixel display beam, if the aspect ratio of the effective pixel pitch is 1, image data projected as a virtual image On the other hand, reproducibility by a virtual image increases. The microlens of image data projected as a virtual image by matching the effective pixel pitch with the effective pixel pitch on the microlens array of the image data projected as a virtual image or compared with other effective pixel pitches This is because the pixel pitch of the image data on the array can be approached.
In the above description, the vertical direction is described as “vertical direction” and the horizontal direction as “horizontal direction”, but this is for convenience of description.
Which direction is the vertical direction in the actual space depends on the direction in which the microlens array is attached to the image display device and the direction in which the image display device is attached to a moving body such as a vehicle.
The two-dimensional deflection means 6 performs reciprocal oscillation (oscillation of the second axis) a plurality of times while performing reciprocal oscillation (oscillation of the first axis) about one axis. However, in many cases, the X-axis direction, which is the longitudinal direction of the enlarged virtual image, is set as the scanning direction of the pixel display beam LC with respect to the microlens array by the oscillation of the second axis. Accordingly, the upper and lower sides of the “armchair-type” hexagonal microlens parallel to the X-axis direction are substantially parallel to the scanning direction of the pixel display beam LC with respect to the microlens array, An interval between two sides that are closest to the scanning direction of the square-shaped pixel display beam with respect to the microlens array, in other words, a side that is closest to the scanning direction of the pixel display beam with respect to the microlens array and an opposite side thereof The shape in which the distance between the two is extended in a direction perpendicular to these two sides is an “armchair-type vertically long honeycomb structure”.
従って、アームチェア型の縦長ハニカム配列は、輝度及び実効画素数の向上に加え、Ｘ軸方向（横方向）、Ｙ軸方向（縦方向）の実効画素ピッチの差を小さくすることができる。
図５（ｃ）〜図５（ｅ）に示す如き「微細凸レンズの形状」は、例えば、発散光束の発散角制御のため、任意に選択することが可能である。
Therefore, the armchair-type vertically elongated honeycomb arrangement can reduce the difference in effective pixel pitch between the X-axis direction (horizontal direction) and the Y-axis direction (vertical direction) in addition to the improvement in luminance and the number of effective pixels.
The “shape of the fine convex lens” as shown in FIGS. 5C to 5E can be arbitrarily selected, for example, for controlling the divergence angle of the divergent light beam.
図１（ａ）に示したヘッドアップディスプレイ装置においては、画素表示用ビームＬＣは、被走査面素子８の微細凸レンズ構造に直交入射している。
In the head-up display device shown in FIG. 1A, the pixel display beam LC is orthogonally incident on the fine convex lens structure of the scanned
しかし、画素表示用ビームの被走査面素子への入射形態は、このような「直交入射」に限らない。 However, the incident form of the pixel display beam to the scanned surface element is not limited to such “orthogonal incidence”.
例えば、光源部から反射面素子に到る光学素子の配列を工夫して、ヘッドアップディスプレイ装置をコンパクト化する場合には、図７（ａ）のような入射形態が考えられる。 For example, in order to make the head-up display device compact by devising the arrangement of the optical elements from the light source unit to the reflective surface element, an incident form as shown in FIG.
即ち、図７（ａ）の例では、画素表示用ビームＬＣが、被走査面素子８に対して傾いて入射している。
That is, in the example of FIG. 7A, the pixel display beam LC is incident on the
微細凸レンズのレンズ面を「非球面」とするような場合、画素表示用ビームＬＣは、非球面の光軸に対して傾いて入射することになり、非球面の機能を生かせない場合もある。 When the lens surface of the fine convex lens is an “aspherical surface”, the pixel display beam LC is incident with an inclination relative to the optical axis of the aspherical surface, and the aspherical function may not be utilized.
このような場合には、図７（ｂ）の被走査面素子８ａのように、微細凸レンズＭＬのレンズ面光軸ＡＸを、被走査面素子８ａの基準面に対して直交方向から傾けるのが良い。 In such a case, as in the scanned surface element 8a in FIG. 7B, the lens surface optical axis AX of the fine convex lens ML is inclined from the orthogonal direction with respect to the reference surface of the scanned surface element 8a. good.
このようにして、レンズ面光軸ＡＸを画素表示用ビームＬＣの入射方向に平行、もしくはこれに近い方向とすることができる。 In this way, the lens surface optical axis AX can be made parallel to or close to the incident direction of the pixel display beam LC.
なお、被走査面素子８ａの基準面は、微細凸レンズＭＬがアレイ配列された面である。 The reference surface of the scanned surface element 8a is a surface on which the micro convex lenses ML are arrayed.
このようにすることにより、光学系の小型化や、光の利用効率の向上が可能となり「微細凸レンズによる画素表示用ビームの発散の方向」を均質化することが可能である。 By doing so, the optical system can be downsized and the light utilization efficiency can be improved, and the “direction of divergence of the pixel display beam by the fine convex lens” can be made uniform.
上に説明したヘッドアップディスプレイ装置は、上述の自動車への搭載に限らず、列車、船舶、ヘリコプター、飛行機など各種の、操縦可能な移動体に搭載できる。例えば、オートバイのウインドシールド（風よけ）を透過反射部材とすることもできる。 The head-up display device described above can be mounted not only on the above-described automobile but also on various types of steerable moving bodies such as trains, ships, helicopters, and airplanes. For example, a windshield of a motorcycle can be used as a transmission reflection member.
この場合、操縦席前方のフロントガラスを反射面素子とすればよい。 In this case, the windshield in front of the cockpit may be used as a reflective surface element.
勿論、ヘッドアップディスプレイ装置を、例えば「映画観賞用の画像表示装置」として実施できることは言うまでも無い。 Of course, it goes without saying that the head-up display device can be implemented as, for example, an “image display device for watching movies”.
微細凸レンズ構造の微細凸レンズは、上記の如く画素表示用ビームを拡散させるものであるが、Ｘ、Ｙの２方向のうち、１方向のみの拡散を行なう場合も考えられる。 The micro-convex lens having the micro-convex lens structure diffuses the pixel display beam as described above. However, it may be considered that only one of the X and Y directions is diffused.
このような場合には、微細凸レンズのレンズ面として「微細凸シリンダ面」を用いることができる。 In such a case, a “fine convex cylinder surface” can be used as the lens surface of the fine convex lens.
なお、微細凸レンズの形状を、六角形状とすることや、その配列をハニカム型配列とすることは、従来から、マイクロレンズアレイの製造方法に関連して知られている。 It has been conventionally known that the shape of the micro-convex lens is a hexagonal shape and the arrangement thereof is a honeycomb type in relation to the method of manufacturing the microlens array.
上に説明したヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、自動車等の車載用として用いることができ、Ｘ方向は「運転席から見て横方向」、Ｙ方向は「縦方向」である。 The head-up display device described above can be used, for example, for in-vehicle use such as an automobile, and the X direction is “horizontal when viewed from the driver's seat” and the Y direction is “vertical”.
この場合の反射面素子１０は、自動車のフロントガラスである。
この場合、フロントガラス前方に拡大虚像１２として、例えば「ナビゲーション画像」を表示でき、観察者１１である運転者は、この画像を運転席に居ながらフロントガラス前方から視線をほとんど動かさずに観察できる。
In this case, the reflecting
In this case, for example, a “navigation image” can be displayed as a magnified
このような場合、上述の如く、表示される拡大虚像は「運転者から見て横長の画像」であること、即ち、マイクロレンズに形成される画像および、拡大虚像は、Ｘ方向に画角の大きい画像、すなわち横長の画像であることが一般に好ましい。 In such a case, as described above, the displayed enlarged virtual image is a “landscape image viewed from the driver”, that is, the image formed on the microlens and the enlarged virtual image have an angle of view in the X direction. A large image, that is, a horizontally long image is generally preferable.
微細凸レンズ（マイクロレンズ）は、そのレンズ面を「非球面」として形成できることが従来から知られている。 It has been conventionally known that a micro-convex lens (micro lens) can be formed as an “aspherical surface”.
微細凸レンズのレンズ面をより一般的な非球面として形成でき、収差補正を行なうこともできる。 The lens surface of the fine convex lens can be formed as a more general aspherical surface, and aberration correction can also be performed.
収差の補正により「拡散の強度ムラ」を低減することも可能である。 It is also possible to reduce “diffuse intensity unevenness” by correcting aberrations.
図９は、画像表示装置１０００のハードウェア構成図である。画像表示装置１０００は、図９に示されるように、ＦＰＧＡ６００、ＣＰＵ６０２、ＲＯＭ６０４、ＲＡＭ６０６、Ｉ/Ｆ６０８、バスライン６１０、ＬＤドライバ６１１１、ＭＥＭＳコントローラ６１５などを備えている。ＦＰＧＡ６００は、ＬＤドライバ６１１１やＭＥＭＳコントローラ６１５により、光源部１００のＬＤ（半導体レーザ）および後述する光偏向器１５を動作させる。ＣＰＵ６０２は、画像表示装置１０００の各機能を制御する。ＲＯＭ６０４は、ＣＰＵ６０２が画像表示装置１０００の各機能を制御するために実行する画像処理用プログラムを記憶している。ＲＡＭ６０６はＣＰＵ６０２のワークエリアとして使用される。Ｉ／Ｆ６０８は、外部コントローラ等と通信するためのインターフェイスであり、例えば自動車のＣＡＮ(Controller Area Network)等に接続されることができる。
FIG. 9 is a hardware configuration diagram of the
図１０は、画像表示装置１０００の機能ブロック図である。画像表示装置１０００は、図１０に示されるように、車両情報入力部９００、外部情報入力部９０２、画像生成部９０４、画像表示部９０６を備える。車両情報入力部８００には、ＣＡＮ等から車両の情報（速度、走行距離等の情報）が入力される。外部情報入力部９０２には、外部ネットワークから車両外部の情報（ＧＰＳからのナビ情報等）が入力される。画像生成部９０４は、ＣＰＵ６０２、ＲＯＭ６０４、ＲＡＭ６０６を含み、車両情報入力部９００および外部情報入力部９０２から入力される情報に基づいて、表示させる画像を生成する。画像表示部９０６は、ＦＰＧＡ６００、ＬＤドライバ６１１１、ＭＥＭＳコントローラ６１５、ＬＤ、光偏向器１５を含み、画像生成部９０４で生成された画像に応じた画像光を反射面素子１０に照射する。この結果、観察者１１の視点から拡大虚像１２が視認可能となる。
FIG. 10 is a functional block diagram of the
図１１には、２次元偏向手段６の一例としての光偏向器１５が平面図にて示されている。図２に示されるように、半導体プロセスにて製造されるＭＥＭＳミラーであり、反射面を有し、第１軸周りに揺動可能に第１枠部材１５１に支持されたミラー１５０と、第１枠部材１５１を第１軸に直交する第２軸周りに揺動可能に支持する支持体とを有する。支持体は、複数の梁が蛇行するように連結された一対の蛇行部１５２と、各蛇行部を支持する第２枠部材１５４とを有する。各蛇行部は、一端が第１枠部材１５１に接続され、他端が第２枠部材１５４に接続されている。各蛇行部の複数の梁には、複数の圧電部材１５６（例えばＰＺＴ）が個別に設けられている。各蛇行部の隣り合う２つの梁１５２ａ、１５２ｂに個別に設けられた２つの圧電部材１５６に異なる電圧を印加することで、隣り合う２つの梁１５２ａ、１５２ｂが異なる方向に撓み、それが累積されて、ミラー１５０が第２軸周りに大きな角度で揺動する。このような構成により、第２軸周りの光走査（例えば副走査方向の光走査）が、低電圧で可能となる。一方、第１軸周りには、例えばミラー１５０に接続されたトーションバー、該トーションバーと第１枠部材１５１との間に接続された、カンチレバーと圧電部材（例えばＰＺＴ）を含む圧電アクチュエータなどを利用した共振による光走査（例えば主走査方向の光走査）が行われる。また、光偏向器１５は、ミラー１５０の第１軸周り、第２軸周りの揺動位置を検出する検出器を有し、該検出器の検出情報が処理装置５０に出力される。処理装置５０は、この検出情報及び画像情報に基づいて各半導体レーザを駆動制御する。
FIG. 11 shows a plan view of an
ところで、近年、運転者が少ない視線移動で警報・情報を認知できるアプリケーションとして市場の期待が高まっており、車両に搭載するHUD（ヘッドアップディスプレイ）の技術開発が進んでいる。特に、ADAS(Advanced Driving Assistance System)という言葉に代表される車載センシング技術の進展に伴い、車両はさまざまな走行環境情報および車内乗員の情報を取り込むことができるようになっており、それらの情報を運転者に伝える「ADASの出口」としてもHUDが注目されている。 By the way, in recent years, market expectations are increasing as an application that allows drivers to recognize alarms and information with little line of sight movement, and technical development of HUD (head-up display) mounted on vehicles is progressing. In particular, with the development of in-vehicle sensing technology represented by the term ADAS (Advanced Driving Assistance System), vehicles are able to capture various driving environment information and in-vehicle occupant information. The HUD is also attracting attention as an “ADAS exit” to the driver.
HUDの投射方式は、液晶及びDMDのようなイメージングデバイスで中間像を表現する「パネル方式」と、レーザダイオードから射出したレーザビームを2次元走査デバイスで走査し中間像を形成する「レーザ走査方式」がある。特に後者のレーザ走査方式は、全画面発光の部分的遮光で画像を形成するパネル方式とは違い、各画素に対して発光/非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。 The HUD projection method is a “panel method” that represents an intermediate image with an imaging device such as liquid crystal or DMD, and a “laser scanning method” that forms an intermediate image by scanning a laser beam emitted from a laser diode with a two-dimensional scanning device. There is. In particular, the latter laser scanning method is different from the panel method in which an image is formed by partial shading of full-screen light emission, and light / non-light emission can be assigned to each pixel, so that generally a high-contrast image is formed. be able to.
市場のHUDに対する要求は、大きく下記２点に集約される。
１．コンパクト性
２．視認ストレスの低さ
The market demand for HUDs can be summarized in the following two points.
1.
「コンパクト性」に関しては、ダッシュボードに収納されているダクト・メータ・デフロスタ・車体構造などになるべく干渉しないサイズが求められている。HUD搭載のためにダクト・メータ・デフロスタ・車体構造を退避させてしまうと、エアコン性能・デフロスタ性能・車体強度性能の低下を招くためである。 With regard to “compactness”, a size that does not interfere as much as possible, such as ducts, meters, defrosters, and body structures housed in dashboards, is required. This is because if the duct, meter, defroster, or vehicle body structure is retracted to mount the HUD, air conditioner performance, defroster performance, and vehicle body strength performance will be reduced.
「視認ストレスの低さ」に関しては、HUDの映像は常に運転者の視界周辺に情報が表示されるため、運転環境・ドライバの状態によってストレスのない映像表現が求められている。上記ADAS技術の発展はHUDに投射するコンテンツ量の増加をもたらす。人間の認知処理には限界があるため、増加したセンシング情報をそのままHUDに表示すると、運転者はわずらわしさを感じてしまい、情報表示装置であるHUDが返って運転視界の阻害要因となってしまう。 With regard to “low visual stress”, HUD video always displays information around the driver's field of view, so there is a need for a stress-free video expression depending on the driving environment and driver status. The development of the ADAS technology will increase the amount of content projected on the HUD. Since human recognition processing is limited, if the increased sensing information is displayed on the HUD as it is, the driver will feel annoyance and the information display device HUD will return, which will impede driving visibility .
以上のようなHUD、すなわちヘッドアップディスプレイでは、光源及び画像形成素子を含む画像形成手段によって形成された画像光はスクリーン（例えば被走査面素子）に投影された後、例えば凹面鏡を含む投射光学系により投射され、透過反射部材（例えばフロントガラスやコンバイナ）を経て人間の目に入る（透過反射部材を介して視認可能となる）。このスクリーンは例えばマイクロレンズアレイで構成されており、光の発散角をレンズ曲率によって任意に制御する。その際、投射光学系及びフロントガラスを含む観察光学系の倍率、及びマイクロレンズアレイのＸ方向、Ｙ方向の実効レンズピッチによって、表示画像（虚像）のＸ方向、Ｙ方向の画素ピッチが決まる。 In the HUD as described above, that is, the head-up display, after the image light formed by the image forming means including the light source and the image forming element is projected onto the screen (for example, the scanning surface element), the projection optical system including the concave mirror, for example. And enters the human eye through a transmission / reflection member (for example, a windshield or a combiner) (becomes visible through the transmission / reflection member). This screen is composed of, for example, a microlens array, and the divergence angle of light is arbitrarily controlled by the lens curvature. At that time, the pixel pitch in the X direction and the Y direction of the display image (virtual image) is determined by the magnification of the observation optical system including the projection optical system and the windshield, and the effective lens pitch in the X direction and the Y direction of the microlens array.
そこで、発明者らは、画質の低下を抑制しつつ装置の小型化を図るべく、以下に説明する画像表示装置としてのヘッドアップディスプレイ装置（以下では「ＨＵＤ」とも呼ぶ）を開発した。ＨＵＤの全体構成は、画像表示装置１０００（ヘッドアップディスプレイ装置）と同様である。ＨＵＤにおいても、上述した画像表示装置１０００に関する全ての構成を採用し得る。
Accordingly, the inventors have developed a head-up display device (hereinafter also referred to as “HUD”) as an image display device described below in order to reduce the size of the device while suppressing deterioration in image quality. The overall configuration of the HUD is the same as that of the image display device 1000 (head-up display device). Also in the HUD, all the configurations related to the
ＨＵＤは、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１３に示されるようにＸＹ平面に平行に配置されたマイクロレンズアレイ（以下では「ＭＬＡ」とも呼ぶ）を備えている。 The HUD includes a microlens array (hereinafter also referred to as “MLA”) arranged parallel to the XY plane as shown in FIGS. 12 (a), 12 (b), and 13.
ＭＬＡは、複数のマイクロレンズがマトリクス状（２次元格子状）に隙間なく配列された構造を有しており、光源部１００からのレーザ光を所望の発散角で発散させる。マイクロレンズは、横幅が例えば２００ｕｍ程度のレンズである。なお、マイクロレンズは、平面形状（Ｚ軸方向から見た形状）が四角形のものに限らず、六角形や三角形のものを採用することもできる。
The MLA has a structure in which a plurality of microlenses are arranged in a matrix (two-dimensional lattice) without gaps, and diverges the laser light from the
図１２（ａ）及び図１３における「Ｐｙ」は、Ｙ方向のレンズピッチを表す。図１２（ｂ）及び図１３における「Ｐｘ」は、Ｘ方向のレンズピッチを表す。なお、ＭＬＡでは、各マイクロレンズにおいて幾何学中心と光学中心が一致している。なお、「マイクロレンズの幾何学中心」は、該マイクロレンズをＺ軸方向から見たときの該マイクロレンズの幾何学的な中心を意味する。「マイクロレンズの光学中心」は、「該マイクロレンズの光軸の位置」もしくは「該マイクロレンズの透過光強度分布が最大の位置」を意味する。 “Py” in FIGS. 12A and 13 represents the lens pitch in the Y direction. “Px” in FIGS. 12B and 13 represents the lens pitch in the X direction. In MLA, the geometric center and optical center of each microlens coincide. The “geometric center of the microlens” means the geometric center of the microlens when the microlens is viewed from the Z-axis direction. “The optical center of the microlens” means “the position of the optical axis of the microlens” or “the position where the transmitted light intensity distribution of the microlens is maximum”.
図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示されるように、ＭＬＡが入射光束２０１で走査されるとき、該入射光束２０１はマイクロレンズにより発散され、発散光２０２となる。ＭＬＡのＸ方向、Ｙ方向のレンズピッチＰｘ、Ｐｙを独立に制御することで、入射光束２０１を所望の発散角θｘ、θｙで発散させることが可能である。
As shown in FIGS. 12A and 12B, when the MLA is scanned with the
ここで、ＨＵＤの中間像の画素数は、ＭＬＡのレンズ数で決定される。図１３において、隣り合う２つのマイクロレンズの中心間のＹ方向、Ｘ方向の距離Ｐｙ、Ｐｘを縦横とする長方形の大きさを、マイクロレンズにおける１画素のサイズとみなすことができる。 Here, the number of pixels of the HUD intermediate image is determined by the number of lenses of the MLA. In FIG. 13, the size of a rectangle having vertical and horizontal distances Py and Px in the Y direction and X direction between the centers of two adjacent microlenses can be regarded as the size of one pixel in the microlens.
ＭＬＡは、上述したマトリクス状配列に限らず、例えば複数の六角形のマイクロレンズを用いたハニカム状配列とすることもできる。ハニカム状配列は、大きく分けて２通りある。 The MLA is not limited to the matrix-like arrangement described above, and may be a honeycomb-like arrangement using a plurality of hexagonal microlenses, for example. There are two types of honeycomb arrangements.
すなわち、ハニカム状配列には、図１４（ａ）に示されるようにＹ方向に平行な辺を持つ「ジグザグ型配列」と、図１４（ｂ）に示されるようにＸ方向に平行な辺を持つ「アームチェア型配列」がある。ここでも、各マイクロレンズにおいて幾何学中心と光学中心が一致しているものとする。 That is, the honeycomb array has a “zigzag array” having sides parallel to the Y direction as shown in FIG. 14A and a side parallel to the X direction as shown in FIG. There is an “armchair type arrangement”. Again, it is assumed that the geometric center and the optical center of each microlens coincide.
図１４（ａ）において、Ｘ方向に隣り合う２つのマイクロレンズの中心間の距離をＸ方向のレンズピッチＰｘとみなすことができ、Ｘ方向に配列された複数のマイクロレンズの中心を通る軸（中心軸）の隣接間隔をＹ方向のレンズピッチＰｙとみなすことができる。この場合、Ｘ方向の分解能が向上する。 In FIG. 14 (a), the distance between the centers of two microlenses adjacent in the X direction can be regarded as the lens pitch Px in the X direction, and the axis passing through the centers of a plurality of microlenses arranged in the X direction ( The adjacent interval of the central axis) can be regarded as the lens pitch Py in the Y direction. In this case, the resolution in the X direction is improved.
図１４（ｂ）において、Ｙ方向に隣り合う２つのマイクロレンズの中心間の距離をＹ方向のレンズピッチＰｙとみなすことができ、Ｙ方向に配列された複数のマイクロレンズの中心を通る軸（中心軸）の隣接間隔をＸ方向のレンズピッチＰｘとみなすことができる。この場合、Ｙ方向の分解能が向上する。 In FIG. 14B, the distance between the centers of two microlenses adjacent in the Y direction can be regarded as the lens pitch Py in the Y direction, and an axis passing through the centers of a plurality of microlenses arranged in the Y direction ( The adjacent interval of the central axis) can be regarded as the lens pitch Px in the X direction. In this case, the resolution in the Y direction is improved.
ところで、図１５には、比較例のマイクロレンズアレイのレンズ配列構造が示されている。ここでは、レンズ配列構造は、アームチェア型配列であり、Ｘ方向のレンズピッチＰｘ、Ｙ方向のレンズピッチＰｙは、いずれも一定となっている。このような構造にする理由は、特許文献２にも開示されているように、レーザ光の拡散性能を持たせつつ、レーザ光による干渉性ノイズであるスペックルを低減するためである。
Incidentally, FIG. 15 shows a lens arrangement structure of a microlens array of a comparative example. Here, the lens arrangement structure is an armchair arrangement, and the lens pitch Px in the X direction and the lens pitch Py in the Y direction are both constant. The reason for adopting such a structure is to reduce speckle, which is coherent noise due to laser light, while providing laser light diffusion performance as disclosed in
一方、レーザ走査方式の走査線軌跡としては、例えば図１６のような正弦波走査と等速走査を組み合わせたもの（ラスタースキャン、特許文献３と同様）や、図１７のような２方向に対して正弦波走査とするもの（リサジュ曲線、特許文献４と同様）が知られている。 On the other hand, as the scanning line trajectory of the laser scanning method, for example, a combination of sinusoidal scanning and constant speed scanning as shown in FIG. 16 (raster scanning, similar to Patent Document 3), or two directions as shown in FIG. A sine wave scan (Lissajous curve, similar to Patent Document 4) is known.
このような走査線軌跡とマイクロレンズアレイ（被走査面素子）のレンズ配列構造とを重ね合わせたときに形成される光強度分布が、観察される画像（虚像）となる。 The light intensity distribution formed when such a scanning line locus and the lens arrangement structure of the microlens array (scanned surface element) are superposed is an observed image (virtual image).
しかし、この場合に、走査線の周期（走査線間隔）とレンズ配列構造の周期（レンズピッチ）の干渉によるモアレが画質劣化の要因となる。モアレの発生は、一般的に、２種の周期構造の周期の差がわずかにあると大きくなり、この差を大きくとることにより視覚的には低減できる。 However, in this case, moire due to interference between the scanning line period (scanning line interval) and the lens arrangement structure period (lens pitch) becomes a factor in image quality degradation. The occurrence of moiré generally increases when there is a slight difference in the period between the two types of periodic structures, and can be visually reduced by taking this difference large.
図１８は、図１６のようなラスタースキャンによる走査線軌跡をとるときのマイクロレンズアレイを透過した光の光強度分布（画像）であって、走査端における走査線間隔Ｐｓ（図１６参照）とＹ方向（副走査方向）のレンズピッチＰｙが略等しい場合（ここではＰｙ＝Ｐｓ＝１０５）の画像の左半分を示している。なお、以下の議論は、画像の右半分についても同様に成立する。 FIG. 18 shows the light intensity distribution (image) of the light transmitted through the microlens array when taking the scanning line locus by raster scanning as shown in FIG. 16, and the scanning line interval Ps (see FIG. 16) at the scanning end. The left half of the image when the lens pitches Py in the Y direction (sub-scanning direction) are substantially equal (here Py = Ps = 105) is shown. The following discussion holds true for the right half of the image.
図１９は、図１８のＸ方向の中央部と周辺部についてＹ方向の光強度分布（画像）を示したものである。図１９から、ＰｓとＰｙが略等しいときには、光強度分布が可視レベルの周期の分布、つまりモアレとなって観測されることがわかる。モアレは、画像の中央部でも周辺部でも確認できる。 FIG. 19 shows the light intensity distribution (image) in the Y direction for the central portion and the peripheral portion in the X direction of FIG. From FIG. 19, it can be seen that when Ps and Py are substantially equal, the light intensity distribution is observed as a visible level period distribution, that is, a moire pattern. Moire can be confirmed at the center and the periphery of the image.
図２０は、図１６のようなラスタースキャンによる走査線軌跡をとるときのマイクロレンズアレイを透過した光の光強度分布（画像）であって、走査線間隔Ｐｓ（図１６参照）とＹ方向（副走査方向）のレンズピッチＰｙの関係がＰｙ＞Ｐｓである場合（ここではＰｙ＝１４０、Ｐｓ＝１０５）の画像の左半分を示している。なお、以下の議論は、画像の右半分についても同様に成立する。 FIG. 20 shows the light intensity distribution (image) of the light transmitted through the microlens array when taking the scanning line locus by the raster scan as shown in FIG. 16, and the scanning line interval Ps (see FIG. 16) and the Y direction (see FIG. 16). The left half of the image when the relationship of the lens pitch Py in the sub-scanning direction is Py> Ps (here Py = 140, Ps = 105) is shown. The following discussion holds true for the right half of the image.
図２１は、図２０のＸ方向の中央部と周辺部についてＹ方向の光強度分布（画像）を示したものである。図２１からは、図１９のような周期的な変化（モアレ）は確認できないが、走査線間隔Ｐｓに対してレンズピッチＰｙ（Ｙ方向のレンズ長さ）が大きすぎることによる粒状度の悪化が確認できる。 FIG. 21 shows the light intensity distribution (image) in the Y direction for the central portion and the peripheral portion in the X direction of FIG. From FIG. 21, the periodic change (moire) as shown in FIG. 19 cannot be confirmed, but the granularity deteriorates due to the lens pitch Py (lens length in the Y direction) being too large with respect to the scanning line interval Ps. I can confirm.
図２２は、図１６のようなラスタースキャンによる走査線軌跡をとるときのマイクロレンズアレイを透過した光の光強度分布（画像）であって、走査線間隔Ｐｓ（図１６参照）とＹ方向（副走査方向）のレンズピッチＰｙの関係がＰｙ＜Ｐｓである場合（ここではＰｙ＝８０、Ｐｓ＝１０５）の画像の左半分を示している。なお、以下の議論は、画像の右半分についても同様に成立する。 FIG. 22 shows the light intensity distribution (image) of the light transmitted through the microlens array when taking the scanning line locus by the raster scan as shown in FIG. 16, and the scanning line interval Ps (see FIG. 16) and the Y direction (see FIG. 16). The left half of the image when the relationship of the lens pitch Py in the sub-scanning direction is Py <Ps (here Py = 80, Ps = 105) is shown. The following discussion holds true for the right half of the image.
図２３は、図２２のＸ方向の中央部と周辺部についてＹ方向の光強度分布（画像）を示したものである。図２３からは、図１９のような周期的な変化（モアレ）は確認できないが、走査線間隔Ｐｓに対してレンズピッチＰｙ（Ｙ方向のレンズ長さ）が小さすぎることによるスペックルノイズの増大が確認できる。 FIG. 23 shows the light intensity distribution (image) in the Y direction for the central portion and the peripheral portion in the X direction of FIG. Although the periodic change (moire) as shown in FIG. 19 cannot be confirmed from FIG. 23, the speckle noise increases due to the lens pitch Py (lens length in the Y direction) being too small with respect to the scanning line interval Ps. Can be confirmed.
以上説明したようなＰｙとＰｓの関係性による不具合に対する対策方法の１つとして、走査線の間隔を非常に密に（小さく）する方法が考えられる。 As one of countermeasures against the problems due to the relationship between Py and Ps as described above, a method of making the scanning line interval very close (small) can be considered.
しかし、この方法は、２次元偏向手段の動作周波数を大幅に向上させる必要があるため、例えばＭＥＭＳスキャナー等を２次元偏向手段として用いる場合には大きな問題となる。一般に、動作周波数を上げると、強度の面から動作振幅を小さくせざるを得ない。また、光を反射するミラー部の大きさを小さくする必要があるため、マイクロレンズアレイ上におけるビームスポット径を小さくするという画質向上に必要な構成にすることができなくなる。その理由を以下に説明する。 However, this method requires a significant improvement in the operating frequency of the two-dimensional deflecting unit, and thus becomes a serious problem when, for example, a MEMS scanner or the like is used as the two-dimensional deflecting unit. In general, when the operating frequency is increased, the operating amplitude must be reduced in terms of strength. Further, since it is necessary to reduce the size of the mirror part that reflects light, it becomes impossible to achieve a configuration necessary for improving the image quality by reducing the beam spot diameter on the microlens array. The reason will be described below.
一般的に収差の小さい光学系であれば、収束点へ向かう波長λの光束の収束角度θが大きいほど、収束させたときのビームウエスト径w0を小さくすることができる。θ＝λ/（πw0）なので、θが大きくなるほどw0が小さくなる。 In general, in an optical system with small aberrations, the larger the convergence angle θ of the light beam having the wavelength λ toward the convergence point, the smaller the beam waist diameter w0 when converged. Since θ = λ / (πw0), w0 decreases as θ increases.
θを大きくする方法は、ＭＥＭＳスキャナーと像面の距離を近づける方法と、ＭＥＭＳスキャナーへの入射光束の径を大きくする方法がある。 There are two methods for increasing θ: a method of reducing the distance between the MEMS scanner and the image plane, and a method of increasing the diameter of the incident light beam to the MEMS scanner.
ＭＥＭＳスキャナーと像面の距離を近づける場合には、ミラーを必要な画像サイズ分振る必要があるので、振り角限界により略距離が決まってしまう。 In order to reduce the distance between the MEMS scanner and the image plane, it is necessary to swing the mirror by a necessary image size, and therefore the approximate distance is determined by the swing angle limit.
一方、MEMSスキャナーへの入射光束の径を大きくする場合には、MEMSスキャナーのミラー径を大きくする必要がある。そのため、「光を反射するミラー部の大きさを小さくする必要がある」場合、ビームウエスト径を小さくすることに反するため、「マイクロレンズアレイ上におけるビームスポット径を小さくする」ことができなくなり、ビームスポット径を小さくできなければ、スペックルノイズを増加させるため、「画質向上に必要な構成にすることができなくなる。」 On the other hand, when increasing the diameter of the incident light beam to the MEMS scanner, it is necessary to increase the mirror diameter of the MEMS scanner. Therefore, in the case of “necessary to reduce the size of the mirror part that reflects light”, it is contrary to the reduction of the beam waist diameter, so it is impossible to “reducing the beam spot diameter on the microlens array” If the beam spot diameter cannot be reduced, speckle noise is increased, and “a configuration necessary for improving image quality cannot be achieved.”
また、走査線の間隔を疎に（大きく）しようとすると、マイクロレンズアレイ上を走査線で満たすことができないため明らかに画質劣化となる。 Further, if the scanning line interval is made sparse (larger), the microlens array cannot be filled with the scanning line, and the image quality is clearly deteriorated.
一方、マイクロレンズアレイのレンズ配列構造において、配列を密にすると単位構造のサイズ、例えばマイクロレンズ径が小さくなる。このとき、ビームスポット径の小径化には限界があるため、ビームスポットサイズが単位構造よりもかなり大きくなってしまい、スペックルノイズが許容できないほど発生してしまう。また、配列を疎にすると、１画素サイズが大きくなってしまい、粒状度の悪化という画質劣化が引き起こされる。 On the other hand, in the lens arrangement structure of the microlens array, when the arrangement is made dense, the size of the unit structure, for example, the microlens diameter becomes small. At this time, since there is a limit to reducing the beam spot diameter, the beam spot size becomes considerably larger than the unit structure, and speckle noise is unacceptably generated. Further, when the arrangement is sparse, the size of one pixel is increased, which causes image quality deterioration such as deterioration of granularity.
そこで、発明者は、モアレやスペックルノイズの発生、粒状度の悪化を抑制し、良好な２次元画像を表示するために、以下に説明する第２実施形態を発案した。 Therefore, the inventor has devised a second embodiment described below in order to suppress the generation of moire and speckle noise and the deterioration of granularity and to display a good two-dimensional image.
《第２実施形態》
第２実施形態の画像表示装置は、マイクロレンズアレイを除いて、上記第１実施形態の画像表示装置１０００と同様の構成を有する。
<< Second Embodiment >>
The image display device of the second embodiment has the same configuration as that of the
すなわち、第２実施形態の画像表示装置も、光源部１００、２次元偏向手段６、凹面鏡７及び被走査面素子としてのマイクロレンズアレイを有する光走査装置と、凹面鏡９と、を含んで構成されている。
That is, the image display apparatus according to the second embodiment is also configured to include the
第２実施形態のマイクロレンズアレイにおいても、上記第１実施形態と同様に、正方形や長方形のマイクロレンズを用いたマトリクス状配列、六角形のマイクロレンズを用いたハニカム状配列（ジグザグ型配列やアームチェア型配列）とすることが可能である。 Also in the microlens array of the second embodiment, similarly to the first embodiment, a matrix arrangement using square or rectangular microlenses or a honeycomb arrangement using hexagonal microlenses (zigzag arrangement or arm). Chair-type arrangement).
ここでは、図２４に示されるように、アームチェア型配列を採用している。ここでも、各マイクロレンズにおいて幾何学中心と光学中心が一致しているものとする。第２実施形態では、図２４から分かるように、マイクロレンズアレイのＹ方向のレンズピッチＰｙがＸ方向に変化している。図２４において、Ｐｙａ＞Ｐｙｂである。 Here, as shown in FIG. 24, an armchair type arrangement is adopted. Again, it is assumed that the geometric center and the optical center of each microlens coincide. In the second embodiment, as can be seen from FIG. 24, the lens pitch Py in the Y direction of the microlens array changes in the X direction. In FIG. 24, Pya> Pyb.
図２５には、第２実施形態における、走査線間隔ＰｓのＸ方向の分布（変化）と、マイクロレンズアレイのＹ方向のレンズピッチＰｙのＸ方向の分布（変化）が示されている。横軸はＸ方向であり、正弦波振動方向に一致させている。縦軸は凡例に示したＣａｓｅ.１〜４のＹ方向のレンズピッチＰｙを示している。ｓｃａｎとして示した曲線（以下では「ｓｃａｎ曲線」と呼ぶ）は、画面内での走査線間隔（走査線周期）について模式的に示したものである。「画面」とは、マイクロレンズアレイのレンズ配列面（画像描画領域）を意味する。
FIG. 25 shows a distribution (change) in the X direction of the scanning line interval Ps and a distribution (change) in the X direction of the lens pitch Py in the Y direction of the microlens array in the second embodiment. The horizontal axis is the X direction, and is made coincident with the sine wave vibration direction. The vertical axis indicates the lens pitch Py in the Y direction of
まず、ｓｃａｎ曲線について説明する。主走査方向における正弦波走査と副走査方向における等速走査の組み合わせ（ラスタースキャン）によって得られる走査線軌跡は、図２６（ａ）のようになる。この光強度分布の断面図は、図２６（ｂ）のようになり、実線で示したＸ方向中央（走査中央）では走査線間隔は、破線で示したＸ方向周辺（走査端）での走査線間隔Ｐｓの半分となることがわかる。つまり、走査線間隔は、Ｘ方向において画面中央部から画面周辺部に向かうにつれて、視覚的に徐々に大きくなるといえる。図２５に示されるｓｃａｎ曲線は、この現象を表している。ｓｃａｎ曲線は、画面中央部（Ｘ＝０％）ではＹ方向の走査線間隔＝Ｐｓ／２であり、画面周辺部（Ｘ≒１００％）ではＹ方向の走査線間隔＝Ｐｓであり、走査中央から走査端にかけて単調増加している。 First, the scan curve will be described. A scanning line locus obtained by a combination (raster scanning) of sine wave scanning in the main scanning direction and constant speed scanning in the sub-scanning direction is as shown in FIG. A cross-sectional view of this light intensity distribution is as shown in FIG. 26 (b), and the scanning line interval at the center in the X direction (scanning center) indicated by a solid line is the scanning in the X direction periphery (scanning end) indicated by a broken line. It can be seen that it is half the line spacing Ps. That is, it can be said that the scanning line interval visually increases gradually from the center of the screen toward the periphery of the screen in the X direction. The scan curve shown in FIG. 25 represents this phenomenon. In the scan curve, the scanning line interval in the Y direction = Ps / 2 at the center of the screen (X = 0%), and the scanning line interval in the Y direction = Ps at the peripheral part of the screen (X≈100%). It increases monotonically from the scanning end to the scanning end.
次に、Ｃａｓｅ.１について説明する。Ｃａｓｅ.１では、レンズピッチＰｙが、画面中央部（Ｘ＝０％）から画像周辺部にかけて徐々に小さくなっている（単調減少している）。すなわち、Ｃａｓｅ.１では、画面中央部と画面周辺部（Ｘ≒１００％）との間において、Ｙ方向のレンズピッチＰｙは、常にＰｓ＜Ｐｙを満たすように変化している。この場合、Ｃａｓｅ.１の曲線は、ｓｃａｎ曲線と交わることがなく、常にｓｃａｎ曲線よりも大の状態にある。つまり、走査線間隔ＰｓとレンズピッチＰｙの差が常に大きい。このことにより、画面のどの部分にもモアレが発生することがない。なお、上述の如く、モアレは、走査線間隔ＰｓとレンズピッチＰｙの差がわずかにあると大きくなり、この差が大きいと視覚的には低減される。 Next, Case.1 will be described. In Case.1, the lens pitch Py gradually decreases (monotonically decreases) from the center of the screen (X = 0%) to the periphery of the image. That is, in Case.1, the lens pitch Py in the Y direction changes so as to always satisfy Ps <Py between the screen center and the screen periphery (X≈100%). In this case, the curve of Case.1 does not intersect with the scan curve and is always in a larger state than the scan curve. That is, the difference between the scanning line interval Ps and the lens pitch Py is always large. This prevents moiré from occurring in any part of the screen. As described above, the moire increases when there is a slight difference between the scanning line interval Ps and the lens pitch Py, and is visually reduced when the difference is large.
なお、Ｃａｓｅ.１では、モアレを確実に抑制する観点から、画面中央部と画面周辺部との間において常にＰｙ−Ｐｓ＞１０ｕｍを満たすようにＰｙを変化させることが望ましい。 In Case.1, it is desirable to change Py so as to always satisfy Py−Ps> 10 μm between the screen center portion and the screen peripheral portion from the viewpoint of reliably suppressing moire.
また、レンズ径に対してビームスポット径が大きいと、すなわちレンズピッチに対してビームスポット径が大きいと、スペックルが発生することが既に知られている。なお、レンズピッチとレンズ径には相関があり、レンズピッチを大きくするほどレンズ径が大きくなる。 Further, it is already known that speckle occurs when the beam spot diameter is larger than the lens diameter, that is, when the beam spot diameter is larger than the lens pitch. There is a correlation between the lens pitch and the lens diameter, and the lens diameter increases as the lens pitch increases.
そこで、レンズ径に対して（レンズピッチに対して）ビームスポット径を一律に（均一に）小さくすることが考えられる。 Therefore, it is conceivable to make the beam spot diameter uniformly (uniformly) smaller than the lens diameter (relative to the lens pitch).
しかし、照射光学系の設計上、画面（画像描画領域）内でビームスポット径を一律に小さくすることは容易ではない。なお、「照射光学系」は、２次元偏向手段６、凹面鏡７を含む、光源部１００とマイクロレンズアレイとの間の光路上に配置された光学系を意味する。
However, due to the design of the irradiation optical system, it is not easy to uniformly reduce the beam spot diameter within the screen (image drawing area). The “irradiation optical system” means an optical system including the two-dimensional deflection unit 6 and the
このため、照射光学系を、画面内で部分的にビームスポット径が大きくなるように（例えば部分的にビームの結像位置が遠くなるように）、すなわちビームスポット径分布を許容するように設計しても、スペックルを抑制できることが望ましい。 For this reason, the irradiation optical system is designed so that the beam spot diameter is partially enlarged in the screen (for example, the imaging position of the beam is partially distant), that is, the beam spot diameter distribution is allowed. Even so, it is desirable that speckle can be suppressed.
そこで、Ｃａｓｅ.１では、照射光学系を画面内のビームスポット径分布を許容するように設計した場合でも、スペックルの発生を抑制できるよう、Ｙ方向のレンズピッチＰｙを画面内のビームスポット径分布に適合させるように変化させている。 Therefore, in Case.1, the lens pitch Py in the Y direction is set to the beam spot diameter in the screen so that the generation of speckle can be suppressed even when the irradiation optical system is designed to allow the beam spot diameter distribution in the screen. It is changed to fit the distribution.
ここでは、ビームスポット径は、照射光学系の設計により、画面中央部（Ｘ＝０％）から画面周辺部（Ｘ≒１００％）にかけて徐々に小さくなるように分布（単調減少）している。 Here, the beam spot diameter is distributed (monotonically decreased) so as to gradually decrease from the screen center (X = 0%) to the screen periphery (X≈100%) due to the design of the irradiation optical system.
Ｃａｓｅ.１では、上述の如く、Ｙ方向のレンズピッチＰｙ（Ｙ方向のレンズ長さ）を、画面中央部から画面周辺部にかけて徐々に小さくなるように変化（単調減少）させているため、画面内の任意の像高（Ｘ％）でビームスポット径に対してレンズピッチＰｙが小さくなるのを抑制でき、スペックルの発生を抑制できる。 In Case.1, as described above, the lens pitch Py in the Y direction (lens length in the Y direction) is changed (monotonically decreased) so as to gradually decrease from the center of the screen to the periphery of the screen. It is possible to suppress the lens pitch Py from becoming smaller with respect to the beam spot diameter at an arbitrary image height (X%), and to suppress the generation of speckles.
結果として、Ｃａｓｅ.１では、モアレ及びスペックルの発生を抑制できる。 As a result, in Case.1, generation of moire and speckle can be suppressed.
Ｃａｓｅ.４についてもＣａｓｅ.１と同様のことが言える。Ｃａｓｅ.４は、Ｃａｓｅ.１に比べて、Ｙ方向のレンズピッチＰｙ（Ｙ方向のレンズ長さ）が小さく、かつビームスポット径が小さい構成である。Ｃａｓｅ.４では、ビームスポット径を小さくすることにより技術的難度（特に照射光学系の設計難度）が高くなるが、画面内でビームスポット径が分布することを許容することができるため、より良好な画像の実現がしやすくなる。 The same can be said for Case.4. Case.4 has a smaller lens pitch Py in the Y direction (lens length in the Y direction) and a smaller beam spot diameter than Case.1. Case.4 increases the technical difficulty (particularly the design difficulty of the irradiation optical system) by reducing the beam spot diameter, but it is better because it allows the beam spot diameter to be distributed within the screen. Realization of a simple image is facilitated.
詳述すると、Ｃａｓｅ.４でも、レンズピッチＰｙは、画面中央部（Ｘ＝０％）から画面周辺部（Ｘ≒１００％）にかけて徐々に小さくなっている（単調減少している）。さらに、Ｃａｓｅ.４では、画面中央部と画面周辺部との間において、Ｙ方向のレンズピッチＰｙは、常にＰｙ＜Ｐｓ／２を満たすように変化している。この場合、Ｃａｓｅ.４の曲線は、ｓｃａｎ曲線と交わることがなく、常にｓｃａｎ曲線よりも小の状態にある。つまり、走査線周期とレンズピッチＰｙの差が常に大きい。このことにより、画面のどの部分にもモアレが発生することがない。 More specifically, in Case 4 as well, the lens pitch Py gradually decreases (monotonically decreases) from the screen center (X = 0%) to the screen periphery (X≈100%). Further, in Case.4, the lens pitch Py in the Y direction changes so as to always satisfy Py <Ps / 2 between the screen center and the screen periphery. In this case, the curve of Case 4 does not intersect with the scan curve, and is always in a state smaller than the scan curve. That is, the difference between the scanning line period and the lens pitch Py is always large. This prevents moiré from occurring in any part of the screen.
なお、Ｃａｓｅ.４では、モアレを確実に抑制する観点から、画面中央部と画面周辺部との間において常にＰｓ／２−Ｐｙ＞１０ｕｍを満たすようにＰｙを変化させることが望ましい。 In Case.4, it is desirable to change Py so that Ps / 2−Py> 10 μm is always satisfied between the center of the screen and the periphery of the screen from the viewpoint of reliably suppressing moire.
Ｃａｓｅ.４でも、照射光学系を画面内のビームスポット径分布を許容するように設計した場合でも、スペックルの発生を抑制できるよう、Ｙ方向のレンズピッチＰｙを画面内のビームスポット径分布に適合させるように変化させている。 In Case 4 as well, even when the irradiation optical system is designed to allow the beam spot diameter distribution in the screen, the lens pitch Py in the Y direction is changed to the beam spot diameter distribution in the screen so that speckle generation can be suppressed. It is changed to adapt.
ここでも、ビームスポット径は、照射光学系の設計により、画面中央部（Ｘ＝０％）から画面周辺部（Ｘ≒１００％）にかけて徐々に小さくなるように分布（単調減少）している。 Here too, the beam spot diameter is distributed (monotonically decreased) so as to gradually decrease from the screen center (X = 0%) to the screen periphery (X≈100%) due to the design of the irradiation optical system.
そこで、Ｃａｓｅ.４でも、Ｙ方向のレンズピッチＰｙ（Ｙ方向のレンズ長さ）を、画面中央部から画面周辺部にかけて徐々に小さくなるように変化（単調減少）させている。 Therefore, also in Case.4, the lens pitch Py in the Y direction (lens length in the Y direction) is changed (monotonically decreased) so as to gradually decrease from the center of the screen to the periphery of the screen.
この場合、画面内の任意の像高（Ｘ％）でビームスポット径に対してレンズピッチＰｙが小さくなるのを抑制でき、スペックルの発生を抑制できる。 In this case, it is possible to suppress the lens pitch Py from becoming smaller with respect to the beam spot diameter at an arbitrary image height (X%) in the screen, and it is possible to suppress the generation of speckles.
結果として、Ｃａｓｅ.４では、モアレ及びスペックルを抑制でき、さらにレンズピッチＰｙが小さいため粒状度の悪化も抑制できる。 As a result, in Case.4, moire and speckle can be suppressed, and furthermore, since the lens pitch Py is small, deterioration of granularity can also be suppressed.
なお、Ｃａｓｅ.１、４とは、逆に、照射光学系の設計により、ビームスポット径を、画面中央部（Ｘ＝０％）から画面周辺部（Ｘ≒１００％）にかけて徐々に大きくなるように分布（単調増加）させても良い。この場合、Ｙ方向のレンズピッチＰｙを、Ｐｙ＞ＰｓもしくはＰｙ＜Ｐｓ／２の条件下で、画面中央部から画面周辺部にかけて単調増加させることが好ましい。Ｃａｓｅ.１、４とは逆の変化をさせると、画像主要部である画像中央部での粒状度の悪化を抑制できる。
In contrast to
特に、Ｃａｓｅ.１とは逆の変化では、上述の如く走査線周期は画面中央部から画面周辺部にかけて単調増加するため、画面内の任意の像高で走査線周期とレンズピッチＰｙとの差が大きくなりすぎるのを抑制でき、モアレやスペックルの発生に加えて、粒状度の悪化を抑制することもできる。なお、上述の如く、走査線周期に対してレンズピッチＰｙ（Ｙ方向のレンズ長さ）が大きすぎると、粒状度が悪化してしまう。 In particular, in a change opposite to Case.1, the scanning line period monotonously increases from the center of the screen to the peripheral part of the screen as described above, and therefore the difference between the scanning line period and the lens pitch Py at an arbitrary image height within the screen. Can be suppressed, and in addition to the generation of moire and speckles, the deterioration of granularity can also be suppressed. As described above, when the lens pitch Py (lens length in the Y direction) is too large with respect to the scanning line period, the granularity is deteriorated.
次に、Ｃａｓｅ.２、３について説明する。
ここでは、ビームスポット径は、照射光学系の設計により、画面中央部（Ｘ＝０％）から画面周辺部（Ｘ≒１００％）にかけて徐々に大きくなるように分布している。
Next,
Here, the beam spot diameter is distributed so as to gradually increase from the screen center (X = 0%) to the screen periphery (X≈100%) due to the design of the irradiation optical system.
そこで、Ｃａｓｅ.２、３では、ビームスポット径分布及び走査線周期分布に適合させるべく、Ｙ方向のレンズピッチＰｙ（Ｙ方向のレンズ長さ）を、画面中央部から画面周辺部にかけて徐々に大きくなるように変化（単調増加）させている。
Therefore, in
この場合、画面内の任意の像高（Ｘ％）でビームスポット径に対してレンズピッチＰｙが小さくなるのを抑制でき、ひいてはスペックルの発生を抑制できる。 In this case, it is possible to suppress the lens pitch Py from becoming smaller with respect to the beam spot diameter at an arbitrary image height (X%) in the screen, and thus to suppress the generation of speckles.
また、画面内の任意の像高（Ｘ％）で走査線周期とレンズピッチＰｙとの差が大きくなるのを抑制でき、ひいては粒状度の悪化を抑制することができる。また、画像の主要部分である中央部のレンズ径をより小さくすることができ、粒状度の悪化を更に抑制できる。なお、レンズ径が大きいほど粒状感が増し、画像の均一性が損なわれる。 In addition, it is possible to suppress an increase in the difference between the scanning line period and the lens pitch Py at an arbitrary image height (X%) in the screen, and thus it is possible to suppress deterioration in granularity. Further, the lens diameter at the central portion, which is the main part of the image, can be made smaller, and the deterioration of granularity can be further suppressed. Note that the larger the lens diameter, the greater the graininess, and the uniformity of the image is impaired.
Ｃａｓｅ.２では、さらに、画面中央部（Ｘ＝０％）においてＰｙ＜Ｐｓ／２を満たし、かつ画面周辺部（Ｘ≒１００％）においてＰｙ＜Ｐｓを満たしている。 In Case.2, Py <Ps / 2 is satisfied at the center of the screen (X = 0%), and Py <Ps is satisfied at the periphery of the screen (X≈100%).
Ｃａｓｅ.３では、さらに、画面中央部（Ｘ＝０％）においてＰｓ／２＜Ｐｙ＜Ｐｓを満たし、画面周辺部（Ｘ≒１００％）においてＰｙ＞Ｐｓを満たしている。 In Case.3, Ps / 2 <Py <Ps is satisfied at the center of the screen (X = 0%), and Py> Ps is satisfied at the periphery of the screen (X≈100%).
結果として、Ｃａｓｅ.２の曲線とｓｃａｎ曲線は互いに交わることがなく、Ｃａｓｅ.３とｓｃａｎ曲線は互いに交わることがなく、Ｃａｓｅ.２、３では、モアレが発生しない。
As a result, the curve of Case.2 and the scan curve do not cross each other, the case.3 and the scan curve do not cross each other, and
なお、Ｃａｓｅ.２では、モアレ及びスペックルを確実に抑制する観点から、画面中央部において１０ｕｍ＜Ｐｓ／２−Ｐｙ＜２５ｕｍを満たし、かつ画面周辺部において１０ｕｍ＜Ｐｓ−Ｐｙ＜２５ｕｍを満たすことが望ましい。 In Case.2, from the viewpoint of reliably suppressing moire and speckles, 10 um <Ps / 2−Py <25 um is satisfied at the center of the screen and 10 um <Ps−Py <25 um is satisfied at the periphery of the screen. Is desirable.
また、Ｃａｓｅ.３では、モアレの発生及び粒状度の悪化を確実に抑制する観点から、画面中央部において１０ｕｍ＜Ｐｙ−Ｐｓ／２＜３０ｕｍを満たし、かつ画面周辺部において１０ｕｍ＜Ｐｙ−Ｐｓ＜３０ｕｍを満たすことが望ましい。 In Case.3, 10um <Py-Ps / 2 <30um is satisfied at the center of the screen and 10um <Py-Ps <at the periphery of the screen from the viewpoint of surely suppressing the occurrence of moire and deterioration of granularity. It is desirable to satisfy 30 um.
結果として、Ｃａｓｅ.２、３では、モアレ及びスペックルの発生、並びに粒状度の悪化を抑制できる。
As a result, in
以上の説明から分かるように、Ｃａｓｅ.２、３の構成は、Ｃａｓｅ.１、４に対して、画像全体の画質の向上が期待できる。
As can be seen from the above description, the configurations of
なお、Ｃａｓｅ.１、４におけるレンズピッチＰｙのＸ方向の変化は、レンズピッチＰｙが大きくなる方向に凸の曲線であるが、レンズピッチＰｙが小さくなる方向に凸の曲線であっても良いし、傾斜した直線であっても良い。
The change in the X direction of the lens pitch Py in
また、Ｃａｓｅ.２、３におけるレンズピッチＰｙのＸ方向の変化は、レンズピッチＰｙが小さくなる方向に凸の曲線であるが、これに限らず、例えば、レンズピッチＰｙが大きく方向に凸の曲線であっても良いし、傾斜した直線であっても良い。
Further, the change in the X direction of the lens pitch Py in
また、Ｃａｓｅ.１〜４におけるレンズピッチＰｙのＸ方向の変化は、単調減少又は単調増加であるが、これに限らず、例えば、走査中央から走査端までの間に極値を少なくとも１つ持っても良い。
In addition, the change in the X direction of the lens pitch Py in
第２実施形態の変形例１として、図２７に示されるマイクロレンズアレイを説明する。 As a first modification of the second embodiment, a microlens array shown in FIG. 27 will be described.
変形例１では、Ｙ方向のレンズピッチＰｙだけでなく、Ｘ方向のレンズピッチＰ２も画面内で変化させている。図２７において、Ｐｙｃ＞Ｐｙｄ、Ｐｘａ＞Ｐｘｂである。 In the first modification, not only the lens pitch Py in the Y direction but also the lens pitch P2 in the X direction is changed in the screen. In FIG. 27, Pyc> Pyd and Pxa> Pxb.
図１７のようなリサジュ曲線により２次元走査を行うなど、副走査方向の走査速度が一定でない場合に、図２７のような構成をとることが有効になる。 When the scanning speed in the sub-scanning direction is not constant, such as when performing two-dimensional scanning with a Lissajous curve as shown in FIG. 17, it is effective to adopt the configuration as shown in FIG.
以上説明した第２実施形態の光走査装置は、画像表示用の光走査装置であって、光源及び該光源からの光を偏向する２次元偏向手段６（偏向器）を含む光走査系と、該光走査系からの光が照射されるマイクロレンズアレイ（アレイ状に配列された複数の凸構造を有する光学素子）とを備え、該マイクロレンズアレイのレンズ配列において、ＸＹ平面（マイクロレンズアレイのレンズ配列面）内のＸ方向（第１の方向）に直交するＹ方向（第２の方向）のレンズピッチＰｙは、Ｘ方向に変化している。 The optical scanning device according to the second embodiment described above is an optical scanning device for image display, and includes an optical scanning system including a light source and two-dimensional deflection means 6 (deflector) for deflecting light from the light source, A microlens array (optical elements having a plurality of convex structures arranged in an array) that is irradiated with light from the optical scanning system, and in the lens array of the microlens array, an XY plane (of the microlens array) The lens pitch Py in the Y direction (second direction) orthogonal to the X direction (first direction) in the lens arrangement surface) changes in the X direction.
この場合、例えばマイクロレンズアレイ上における走査線の態様に応じて、レンズピッチＰｙをＸ方向に変化させることにより、モアレの発生、スペックルの発生、粒状度の悪化の少なくとも１つを抑制できる。 In this case, for example, by changing the lens pitch Py in the X direction according to the mode of the scanning line on the microlens array, at least one of generation of moire, generation of speckles, and deterioration of granularity can be suppressed.
この結果、画質の低下を抑制できる。 As a result, deterioration in image quality can be suppressed.
また、Ｙ方向のレンズ長さをＸ方向に変化させることにより、レンズピッチＰｙをＸ方向に変化させるため、レンズを敷き詰めることができ、ひいてはスペックルの発生を抑制できる。 Further, since the lens pitch Py is changed in the X direction by changing the lens length in the Y direction in the X direction, it is possible to spread the lenses, thereby suppressing the generation of speckles.
また、光走査系は、光源からの光によりマイクロレンズアレイをＸ方向に周期的に往復走査しつつ第２の方向に等速で片道走査し、すなわちラスタースキャンし、レンズピッチＰｙは、マイクロレンズアレイに形成される走査線の周期のＸ方向の変化に応じて変化している。 In addition, the optical scanning system periodically scans the microlens array in the X direction with light from the light source and performs one-way scanning in the second direction at a constant speed, that is, raster scanning, and the lens pitch Py is the microlens It changes in accordance with the change in the X direction of the period of the scanning lines formed in the array.
この場合、Ｘ方向の走査範囲の任意の位置（像高）におけるレンズピッチＰｙと走査線の周期との差を画質の低下を抑制可能な大きさにすることができる。具体的には、モアレ発生、スペックル発生及び粒状度悪化を抑制できる。 In this case, the difference between the lens pitch Py and the scanning line cycle at an arbitrary position (image height) in the scanning range in the X direction can be set to a size that can suppress degradation in image quality. Specifically, moiré generation, speckle generation, and deterioration of granularity can be suppressed.
この結果、画質の低下を更に抑制できる。 As a result, it is possible to further suppress deterioration in image quality.
また、マイクロレンズアレイのＸ方向の任意の位置においてレンズピッチＰｙと走査線の周期は一致しないため、画質の低下をより確実に抑制できる。 In addition, since the lens pitch Py does not coincide with the scanning line cycle at an arbitrary position in the X direction of the microlens array, it is possible to more reliably suppress deterioration in image quality.
また、走査線の周期は、Ｘ方向の走査中央から走査端にかけて単調増加し、レンズピッチＰｙは、Ｘ方向の走査中央から走査端にかけて単調増加する場合、Ｘ方向の走査範囲の任意の位置でレンズピッチＰｙと走査線の周期との差を画質の低下を抑制可能な大きさに設定することができる。 In addition, when the scanning line cycle monotonically increases from the scanning center in the X direction to the scanning end, and the lens pitch Py monotonously increases from the scanning center in the X direction to the scanning end, at any position in the scanning range in the X direction. The difference between the lens pitch Py and the scanning line cycle can be set to a size that can suppress the deterioration in image quality.
また、走査端における走査線の周期をＰｓ（走査中央における走査線の周期をＰｓ／２）としたときにマイクロレンズアレイのＸ方向の任意の位置においてＰｓ＜Ｐｙ又はＰｓ／２＞Ｐｙが成立する場合には、レンズピッチＰｙが走査線の周期に近づくことを抑制できるため、Ｘ方向の走査範囲の任意の位置において、モアレの発生を抑制できる。 Further, when the scanning line period at the scanning end is Ps (the scanning line period at the scanning center is Ps / 2), Ps <Py or Ps / 2> Py is established at an arbitrary position in the X direction of the microlens array. In this case, it is possible to suppress the lens pitch Py from approaching the cycle of the scanning line. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of moire at an arbitrary position in the scanning range in the X direction.
なお、Ｐｓは、Ｘ方向の周期的な往復走査の１周期におけるＹ方向の光の移動量と捉えることもできる。 Ps can also be regarded as the amount of movement of light in the Y direction in one cycle of periodic reciprocating scanning in the X direction.
また、走査端における走査線の周期をＰｓ（走査中央における走査線の周期をＰｓ／２）としたときに走査中央においてＰｓ／２＜Ｐ２＜Ｐｓが成立し、かつ走査端においてＰ２＞Ｐｓが成立する場合には、レンズピッチＰｙが走査線の周期に近づくことを抑制できるため、Ｘ方向の走査範囲の任意の位置において、モアレの発生を抑制できる。 Further, assuming that the scanning line period at the scanning end is Ps (the scanning line period at the scanning center is Ps / 2), Ps / 2 <P2 <Ps is established at the scanning center, and P2> Ps is satisfied at the scanning end. If it is established, it is possible to suppress the lens pitch Py from approaching the period of the scanning line, and therefore it is possible to suppress the occurrence of moire at an arbitrary position in the scanning range in the X direction.
また、走査端における走査線の周期をＰｓ（走査中央における走査線の周期をＰｓ／２）としたときに走査中央においてＰ２＜Ｐｓ／２が成立し、かつ前記走査端においてＰｓ／２＜Ｐ２＜Ｐｓが成立する場合には、レンズピッチＰｙが走査線の周期に近づくことを抑制できるため、Ｘ方向の走査範囲の任意の位置において、モアレの発生を抑制できる。 Further, assuming that the scanning line period at the scanning end is Ps (the scanning line period at the scanning center is Ps / 2), P2 <Ps / 2 is established at the scanning center, and Ps / 2 <P2 at the scanning end. When <Ps is established, it is possible to suppress the lens pitch Py from approaching the period of the scanning line, and therefore it is possible to suppress the occurrence of moire at any position in the scanning range in the X direction.
また、マイクロレンズアレイに照射される光のビームスポット径がＸ方向に変化し、レンズピッチＰｙがビームスポット径のＸ方向の変化に応じて変化している場合には、スペックルの発生を効果的に抑制できる。 In addition, when the beam spot diameter of the light irradiated to the microlens array changes in the X direction and the lens pitch Py changes according to the change in the X direction of the beam spot diameter, the generation of speckle is effective. Can be suppressed.
また、更にマイクロレンズアレイのＸ方向のレンズピッチＰ１がＹ方向に変化している場合には、２次元的にレンズピッチを変えることができ、例えばＹ方向（副走査方向）に等速走査しない場合でも、モアレの発生を画面全域において抑制できる。 Further, when the lens pitch P1 in the X direction of the microlens array is changed in the Y direction, the lens pitch can be changed two-dimensionally, for example, no constant speed scanning is performed in the Y direction (sub-scanning direction). Even in this case, the generation of moire can be suppressed over the entire screen.
また、マイクロレンズアレイが、ハニカム型に敷き詰められた六角形の複数のマイクロレンズを含む場合には、干渉性ノイズの発生する方向が３方向に分散されるため、干渉性ノイズ（スペックル）のコントラストが低くなり、干渉性ノイズとして視認されにくい。また、単純な形状であるため工法が容易である。 In addition, when the microlens array includes a plurality of hexagonal microlenses laid out in a honeycomb shape, the direction in which the coherent noise is generated is dispersed in three directions. Contrast becomes low and it is hard to be visually recognized as coherent noise. Moreover, since it is a simple shape, the construction method is easy.
また、マイクロレンズアレイが、敷き詰められた四角形の複数のマイクロレンズアレイを含む場合には、マイクロレンズアレイの発散プロファイルを制御しやすくなる。また、単純な形状であるため工法が容易である。 In addition, when the microlens array includes a plurality of rectangular microlens arrays spread out, the divergence profile of the microlens array can be easily controlled. Moreover, since it is a simple shape, the construction method is easy.
また、第２実施形態の画像表示装置は、第２実施形態の光走査装置と、該光走査装置のマイクロレンズアレイを介した光を透過反射部材（反射面素子１０）に導く凹面鏡９（光学系）と、備えているため、視認性の良い画像を表示できる。 In addition, the image display apparatus according to the second embodiment includes an optical scanning apparatus according to the second embodiment and a concave mirror 9 (optical) that guides light that passes through the microlens array of the optical scanning apparatus to a transmission / reflection member (reflection surface element 10). System), an image with good visibility can be displayed.
また、第２実施形態の画像表示装置と、該画像表示装置が搭載される移動体と、を備える移動体装置は、移動体の操縦者に視認性の良い画像を提供できる。 In addition, a mobile device including the image display device according to the second embodiment and a mobile body on which the image display device is mounted can provide a highly visible image to a driver of the mobile body.
また、マイクロレンズの光学中心と幾何学中心が略一致している場合には、マイクロレンズアレイの設計及び製造を簡素化できる。 In addition, when the optical center and the geometric center of the microlens are substantially coincident, the design and manufacture of the microlens array can be simplified.
第２実施形態の変形例２、３として、図２８、図２９に示されるマイクロレンズアレイを説明する。
As
変形例２、３のマイクロレンズアレイのレンズ形状は、それぞれひし形、長方形である。このようなレンズ形状は、レンズの加工上、断面の曲率半径を制御する際に変化することがあり、光発散プロファイルが、後段の観察光学系にとって望ましい形状をとるように、調整することができる。
The lens shapes of the microlens arrays of
また、同様な観点から、マイクロレンズアレイのレンズ形状は、ひし形や長方形以外の平行四辺形、台形等であっても良い。いずれの形状を選択する場合においても、スペックル抑制の観点から、レンズを稠密に配置することが好ましい。 From the same viewpoint, the lens shape of the microlens array may be a parallelogram other than a rhombus or a rectangle, a trapezoid, or the like. Whichever shape is selected, it is preferable to arrange the lenses densely from the viewpoint of speckle suppression.
また、上記各実施形態において、被走査面素子として、マイクロレンズアレイ（微細凸レンズ構造を有する光学素子）の代わりに、マイクロミラーアレイ（微細凸ミラー構造、すなわちアレイ状に配列された複数の凸構造を有する光学素子）を採用することもできる。すなわち、上記第１及び第２の実施形態を、マイクロレンズアレイをマイクロミラーアレイに置き換えて実施することができる。 In each of the above embodiments, instead of a microlens array (an optical element having a fine convex lens structure), a micromirror array (a fine convex mirror structure, that is, a plurality of convex structures arranged in an array) is used as the surface element to be scanned. It is also possible to employ an optical element). That is, the first and second embodiments can be implemented by replacing the microlens array with a micromirror array.
図３０には、微細凸ミラー構造を有する光学素子としてのマイクロミラーアレイ（以下ではＭＭＡと略称する）が一例として示されている。ＭＭＡは、図３０に示されるように、アレイ状に配列された複数の微細凸ミラー３００１を有している。
FIG. 30 shows, as an example, a micro mirror array (hereinafter abbreviated as MMA) as an optical element having a fine convex mirror structure. As shown in FIG. 30, the MMA has a plurality of fine
微細凸ミラー３００１は「画素表示用ビームＬＣのビーム径」より大きい。微細凸ミラー３００１を「画素表示用ビームＬＣのビーム径」より大きくするのは、干渉性ノイズ低減のためであり、以下これを、図３０を参照して説明する。
The fine
画素表示用ビームＬＣの光束径ＬＣａは、微細凸ミラー３００１の大きさ３００１ａよりも小さい。
The beam diameter LCa of the pixel display beam LC is smaller than the
即ち、微細凸ミラー３００１の大きさ３００１ａは、光束径ＬＣａよりも大きい。
なお、ここでは、画素表示用ビームＬＣはレーザ光束であり、光束中心のまわりにガウス分布状の光強度分布をなす。
That is, the
Here, the pixel display beam LC is a laser beam, and forms a Gaussian light intensity distribution around the center of the beam.
従って、光束径ＬＣａは、光強度分布における光強度が「１／ｅ２」に低下する光束径方向距離である。 Therefore, the light beam diameter LCa is a light beam radial direction distance at which the light intensity in the light intensity distribution decreases to “1 / e 2 ”.
図３０では、光束径ＬＣａは微細凸ミラー３００１の大きさ３００１ａに等しく描かれているが、光束径ＬＣａが「微細凸ミラー３００１の大きさ３００１ａ」に等しい必要は無い。
In FIG. 30, the light beam diameter LCa is drawn equal to the
要は、微細凸ミラー３００１への入射光束が該微細凸ミラー３００１からはみ出さなければ良い。
In short, it is sufficient that the incident light beam on the fine
図３０において、画素表示用ビームＬＣは、その全体が１個の微細凸ミラー３００１に入射し、発散角３００５をもつ拡散光束３００４に変換される。なお、「発散角」は、「拡散角」と呼ぶこともある。
In FIG. 30, the entire pixel display beam LC enters one fine
図３０においては、拡散光束３００４は１つであり、干渉する光束が無いので、干渉性ノイズ（スペックルノイズ）は発生しない。
In FIG. 30, there is only one diffused
なお、発散角３００５の大きさは、微細凸ミラー３００１の形状により適宜設定できる。
The size of the
なお、上記第２実施形態では、走査線周期のＸ方向の変化及びビームスポット径分布（ビームスポット径のＸ方向の変化）に応じてＹ方向のレンズピッチＰｙを変化させているが、走査線周期のＸ方向の変化にのみ応じて、Ｙ方向のレンズピッチＰｙを変化させても良い。 In the second embodiment, the lens pitch Py in the Y direction is changed according to the change in the X direction of the scanning line period and the beam spot diameter distribution (change in the X direction of the beam spot diameter). The lens pitch Py in the Y direction may be changed only in accordance with the change in the X direction of the cycle.
この場合に、照射光学系の設計によるマイクロレンズアレイ上のビームスポット径分布を補正しても良い。ビームスポット径を調整する方法は、いくつかあるが、例えば、波長可変レーザを用いる方法、ビーム径可変光学系を用いる方法（特開１９９５−０８９１３１号公報に開示された光学系、径の異なる複数のピンホールを有する板状部材をビームの光路を横切る方向に移動させる光学系、ビーム結像位置を変える光学系）がある。 In this case, the beam spot diameter distribution on the microlens array based on the design of the irradiation optical system may be corrected. There are several methods for adjusting the beam spot diameter. For example, a method using a wavelength variable laser, a method using a beam diameter variable optical system (the optical system disclosed in JP-A-1995-089131, a plurality of different diameters). There are an optical system for moving a plate-shaped member having a pinhole in the direction crossing the optical path of the beam and an optical system for changing the beam imaging position).
具体的には、光偏向器１５が有する、ミラー１５０の第１軸周り、第２軸周りの揺動位置を検出する検出器の検出情報に基づいて、処理装置５０が、ビームスポット径可変手段（波長可変レーザやビーム径可変光学系）を制御し、主走査方向の位置（像高Ｘ）に応じてビームスポット径を変えることにより、マイクロレンズアレイ上におけるビームスポット径を均一にしても良い。
Specifically, based on detection information of a detector that detects the oscillation position of the
また、上記ビームスポット径可変手段を用いて、第２実施形態のマイクロレンズアレイの設計誤差、製造誤差、経時の形状誤差等により発生するスペックルの発生を抑制するようにしても良い。具体的には、Ｘ方向の走査範囲の任意の位置において、レンズピッチＰｙに対してビームスポット径が大きくなり過ぎないように該ビームスポット径を調整する。 The beam spot diameter varying means may be used to suppress the generation of speckles caused by the design error, manufacturing error, shape error with time, etc. of the microlens array of the second embodiment. Specifically, the beam spot diameter is adjusted so that the beam spot diameter does not become too large with respect to the lens pitch Py at an arbitrary position in the scanning range in the X direction.
また、上記第２実施形態では、走査線周期のＸ方向の変化及びビームスポット径分布に応じてＹ方向のレンズピッチＰｙを変化させているが、ビームスポット径分布の変化にのみ応じて、Ｙ方向のレンズピッチＰｙを変化させても良い。 Further, in the second embodiment, the lens pitch Py in the Y direction is changed according to the change in the X direction of the scanning line period and the beam spot diameter distribution, but only according to the change in the beam spot diameter distribution, the Y The lens pitch Py in the direction may be changed.
また、上記第２実施形態では、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズの幾何学中心と光学中心は一致しているが、Ｙ方向のレンズピッチＰｙを変化させることで、モアレの発生、スペックルの発生、粒状度の悪化の少なくとも１つを抑制できれば、多少ずれていても構わない。 In the second embodiment, the geometric center and optical center of each microlens of the microlens array coincide with each other. However, by changing the lens pitch Py in the Y direction, moiré and speckle are generated. As long as at least one of the deterioration of granularity can be suppressed, it may be slightly deviated.
また、上記第２実施形態では、ビームスポット径分布を設定し、該ビームスポット径のＸ方向の変化に応じて、Ｙ方向のレンズピッチＰｙをＸ方向に変化させているが、これに代えて、Ｙ方向のレンズピッチＰｙのＸ方向の分布（変化）を設定し、該分布に応じて、ビームスポット径をＸ方向に変化させても良い。この場合にも、スペックルを効果的に抑制することができる。具体的には、照射光学系の設計によりＸ方向のビームスポット径分布を設定しても良いし、上記ビームスポット径可変手段によりＸ方向のビームスポット径分布を設定しても良い。 In the second embodiment, the beam spot diameter distribution is set, and the lens pitch Py in the Y direction is changed in the X direction according to the change in the X direction of the beam spot diameter. A distribution (change) in the X direction of the lens pitch Py in the Y direction may be set, and the beam spot diameter may be changed in the X direction according to the distribution. Also in this case, speckle can be effectively suppressed. Specifically, the beam spot diameter distribution in the X direction may be set by the design of the irradiation optical system, or the beam spot diameter distribution in the X direction may be set by the beam spot diameter varying means.
また、上記各実施形態のマイクロレンズアレイでは、複数のマイクロレンズが２次元配列されているが、これに代えて、３次元配列されていても良い。例えば、マイクロレンズアレイが全体として湾曲していても良い。 In the microlens array of each of the above embodiments, a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged. However, instead of this, a three-dimensional array may be arranged. For example, the microlens array may be curved as a whole.
また、上記各実施形態では、投射光学系は、凹面鏡９から構成されているが、これに限らず、例えば、凸面鏡から構成されても良いし、曲面鏡（凹面鏡や凸面鏡）と、該曲面鏡と被走査面素子との間に配置された折り返しミラーとを含んで構成されても良い。 In each of the above embodiments, the projection optical system is configured by the concave mirror 9, but is not limited thereto, and may be configured by, for example, a convex mirror, a curved mirror (concave mirror or convex mirror), and the curved mirror. And a folding mirror disposed between the scanning surface element and the scanning surface element.
また、上記各実施形態では、光走査装置は、凹面鏡７を有しているが、有していなくても良い。この場合、凹面鏡９は、反射面素子１０の影響で中間像の水平線が上または下に凸形状となる光学歪み要素を補正するように設計・配置されることが好ましい。
Moreover, in each said embodiment, although the optical scanning device has the
また、上記各実施形態では、光源として半導体レーザを用いているが、他のレーザ等を用いても良い。 In each of the above embodiments, a semiconductor laser is used as a light source, but other lasers or the like may be used.
また、上記各実施形態では、画像表示装置は、カラー画像に対応するように構成されているが、モノクロ画像に対応するように構成されても良い。 In each of the above embodiments, the image display device is configured to support a color image, but may be configured to support a monochrome image.
また、反射面素子１０としての透過反射部材は、例えば、いわゆるコンバイナのように、移動体のウインドシールドとは別の部材で構成され、観察者から見て該ウインドシールドの手前に配置されていても良い。
Further, the transmissive reflecting member as the reflecting
また、透過反射部材は、移動体のフロントガラスに限らず、例えばサイドガラス、リアガラス等であっても良く、要は、透過反射部材は、虚像を視認する操縦者により操縦される移動体に設けられ、操縦者が移動体の外部を視認するための窓部材（ウインドシールド）であれば良い。 In addition, the transmission / reflection member is not limited to the windshield of the moving body, and may be, for example, a side glass, a rear glass, and the like. A window member (wind shield) for the operator to visually recognize the outside of the moving body may be used.
また、画像表示装置によって虚像を視認可能にされる対象者は、移動体の操縦者に限らず、例えば該移動体に搭乗するナビゲータ、乗客等の同乗者であっても良い。 The target person whose virtual image can be visually recognized by the image display device is not limited to a driver of a moving body, and may be a passenger such as a navigator or a passenger who rides on the moving body.
また、上記各実施形態では、画像表示装置（ＨＵＤ）は、例えば車両、航空機、船舶等の移動体に搭載されるものを一例として説明したが、要は、物体に搭載されるものであれば良い。なお、「物体」は、移動体の他、恒常的に設置されるものや運搬可能なものを含む。 In each of the above embodiments, the image display device (HUD) has been described as an example mounted on a moving body such as a vehicle, an aircraft, or a ship. good. Note that the “object” includes, in addition to a moving object, a permanently installed object and a transportable object.
また、本発明の画像表示装置は、ヘッドアップディスプレイ装置のみならず、例えばヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置への応用も可能である。 The image display device of the present invention can be applied not only to a head-up display device but also to a head-mounted display device, a prompter device, and a projector device, for example.
例えば、プロジェクタ装置に応用する場合には、該プロジェクタ装置は、上記第１又は第２の実施形態の光走査装置と、該光走査装置のマイクロレンズアレイを介した光を投影面に導くように構成される。 For example, when applied to a projector device, the projector device guides light to the projection surface through the optical scanning device of the first or second embodiment and the microlens array of the optical scanning device. Composed.
また、上記各実施形態に記載した具体的な数値、形状等は、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更である。 In addition, the specific numerical values, shapes, and the like described in the above embodiments are examples, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
以下に、発明者が上記第２実施形態を発案するに至った思考プロセスを説明する。 Below, the thought process which the inventor came up with the said 2nd Embodiment is demonstrated.
従来、光走査装置は、光プリンタやデジタル複写機、光プロッタ等の画像形成装置に関連して広く知られているが、近年、二次元走査するミラーに多色の光束を入射させ、カラー二次元画像を得る走査型プロジェクタが広く提案されている。 Conventionally, optical scanning devices are widely known in connection with image forming apparatuses such as optical printers, digital copying machines, and optical plotters. Scanning projectors that obtain dimensional images have been widely proposed.
特に、半導体レーザ光源は、その放出する光束の高い指向性により、高い光利用効率を得られることから上記走査型プロジェクタに適していると言われている。 In particular, it is said that the semiconductor laser light source is suitable for the scanning projector because high light utilization efficiency can be obtained due to the high directivity of the emitted light beam.
半導体レーザによる走査型プロジェクタは、キセノンランプのような巨大な放熱器を設けることなく、機器内で強い光を発することができ、且つ指向性の高さから小型な光学系においても明るい画像を形成することができる。したがって様々な機器に組み込まれたプロジェクタユニットとして期待されている。 Scanning projectors based on semiconductor lasers can emit strong light in equipment without providing a huge heatsink such as a xenon lamp, and form bright images even in small optical systems due to their high directivity. can do. Therefore, it is expected as a projector unit incorporated in various devices.
ヘッドアップディスプレイは、乗用車に組み込まれた虚像投影器である。ここでも半導体レーザ走査型プロジェクタが有効であり、様々な発明が提案されている。 A head-up display is a virtual image projector incorporated in a passenger car. The semiconductor laser scanning projector is also effective here, and various inventions have been proposed.
レーザディスプレイ固有の課題として、スペックルノイズの発生がある。これを回避するための技術として、マイクロレンズアレイの適用が提案されている（特許文献２参照）。 A problem inherent to laser display is the generation of speckle noise. As a technique for avoiding this, application of a microlens array has been proposed (see Patent Document 2).
一方、マイクロレンズアレイは周期的な配列構造を持つため、２次元走査の走査線周期との干渉により、モアレが観察され、画質が低減するという問題がある。 On the other hand, since the microlens array has a periodic arrangement structure, there is a problem that moire is observed due to interference with the scanning line cycle of two-dimensional scanning, and image quality is reduced.
そこで、発明者は、スペックルやモアレの発生を抑制すべく、上記第２実施形態を発案した。 Therefore, the inventor has devised the second embodiment to suppress the generation of speckles and moire.
７…凹面鏡（光走査系の一部）、８…被走査面素子（マイクロレンズアレイ、光走査系の一部）、６…２次元偏向手段（偏向器、光走査系の一部）、９…凹面鏡（光学系）、１０…反射面素子（透過反射部材）、１００…光源部。 7 ... concave mirror (part of optical scanning system), 8 ... surface element to be scanned (microlens array, part of optical scanning system), 6 ... two-dimensional deflection means (deflector, part of optical scanning system), 9 ... concave mirror (optical system), 10 ... reflective surface element (transmission / reflection member), 100 ... light source part.
Claims (16)
光源及び該光源からの光を偏向する偏向器を含む光走査系と、
前記光走査系からの光が照射される、アレイ状に配列された複数の凸構造を有する光学素子と、を備え、
前記光学素子の凸構造配列において、凸構造配列面内の第１の方向に直交する第２の方向の前記凸構造のピッチＰ２は前記第１の方向に変化していることを特徴とする光走査装置。 An optical scanning device for image display,
An optical scanning system including a light source and a deflector for deflecting light from the light source;
An optical element having a plurality of convex structures arranged in an array, irradiated with light from the optical scanning system,
In the convex structure arrangement of the optical element, the pitch P2 of the convex structure in the second direction orthogonal to the first direction in the convex structure arrangement plane is changed in the first direction. Scanning device.
前記ピッチＰ２は、前記光学素子に形成される走査線の間隔の前記第１の方向の変化に応じて変化していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。 The optical scanning system performs one-way scanning in the second direction while reciprocatingly scanning the optical element in the first direction by light from the light source,
3. The optical scanning device according to claim 1, wherein the pitch P <b> 2 changes according to a change in the first direction of an interval between scanning lines formed in the optical element.
前記ピッチＰ２は、前記走査中央から前記走査端にかけて単調増加することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。 The interval between the scanning lines monotonously increases from the scanning center to the scanning end in the first direction,
The optical scanning device according to claim 3, wherein the pitch P2 monotonously increases from the scanning center to the scanning end.
前記ピッチＰ２は、前記ビームスポット径の前記第１の方向の変化に応じて変化していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光走査装置。 The beam spot diameter of the light applied to the optical element changes in the first direction,
9. The optical scanning device according to claim 1, wherein the pitch P <b> 2 changes according to a change in the first direction of the beam spot diameter.
前記光走査装置の前記光学素子を介した光を透過反射部材に導く光学系と、備える画像表示装置。 An optical scanning device according to any one of claims 1 to 12,
An image display device comprising: an optical system that guides light through the optical element of the optical scanning device to a transmission / reflection member.
前記光走査装置の前記光学素子を介した光を投影面に導く画像表示装置。 An optical scanning device according to any one of claims 1 to 12,
An image display device that guides light through the optical element of the optical scanning device to a projection surface.
前記画像表示装置が搭載される物体と、を備える物体装置。 An image display device according to claim 13,
And an object device on which the image display device is mounted.
前記画像表示装置は、ヘッドアップディスプレイ装置であることを特徴とする請求項１５に記載の物体装置。
The object is a moving body;
The object device according to claim 15, wherein the image display device is a head-up display device.
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