JP2017021079A - Microlens array and image display device - Google Patents
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Description
この発明は、マイクロレンズアレイおよび画像表示装置に関する。 The present invention relates to a microlens array and an image display device.
観察すべき画像を虚像として形成する画像表示装置として、例えば、ヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと略記する。）が知られている（特許文献１〜３等）。
ＨＵＤの如き画像表示装置では、光ビームを「表示すべき画像」に応じて信号化し、信号化された光ビームによりマイクロレンズアレイを２次元的に走査する。
As an image display device that forms an image to be observed as a virtual image, for example, a head-up display (hereinafter abbreviated as HUD) is known (Patent Documents 1 to 3, etc.).
In an image display apparatus such as an HUD, a light beam is converted into a signal according to an “image to be displayed”, and the microlens array is scanned two-dimensionally with the signalized light beam.
「表示すべき画像」は、この２次元的な走査によりマイクロレンズアレイに「原像」として表示される。この「原像」は、結像光学系により虚像として結像される。画像観察者（以下、単に「観察者」と言う。）は、虚像位置より手前側にある反射体、例えば、車両のフロントガラスにより反射された結像光束により、反射体越しに虚像を視認する。 The “image to be displayed” is displayed as an “original image” on the microlens array by this two-dimensional scanning. This “original image” is formed as a virtual image by the imaging optical system. An image observer (hereinafter simply referred to as “observer”) visually recognizes a virtual image through the reflector by an imaging light beam reflected by a reflector, for example, a windshield of a vehicle, on the near side of the virtual image position. .
上記の如き画像表示装置におけるマイクロレンズアレイの役割は「光ビームを個々のマイクロレンズにより発散させる」ことにある。このように、光ビームを発散させることにより、観察者に到達する光束の範囲が広がる。このため、観察者の眼の位置が少々移動しても、表示された虚像を視認できる。観察者に到達する光束の広がりが十分でないと、観察者の眼が少し動いただけで、虚像を視認できなくなる。 The role of the microlens array in the image display device as described above is to “diverge light beams by individual microlenses”. In this way, by diverging the light beam, the range of the light beam reaching the observer is expanded. For this reason, the displayed virtual image can be visually recognized even if the position of the observer's eyes is slightly moved. If the spread of the light beam reaching the observer is not sufficient, the observer's eyes will move only a little, and the virtual image cannot be visually recognized.
観察者の眼の位置が変化しても「虚像が視認可能である領域」を「虚像視認可能領域」と呼ぶことにする。 The “region where the virtual image is visible” even if the position of the eye of the observer changes is referred to as “virtual image visible region”.
マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズのレンズ面は「凸面・凹面」の何れも可能であり、面形状として一般的なのは「球面」形状である。
球面形状のマイクロレンズによるマイクロレンズアレイの場合、虚像視認可能領域内における観察者の眼の位置により、視認する虚像の明るさが異なる。即ち、観察者が虚像視認可能領域の中央部から虚像を視認する場合、視認される虚像は明るいが、虚像視認可能領域の周辺部から虚像を視認すると、視認される虚像は暗い。
The lens surface of the microlens constituting the microlens array can be either “convex surface or concave surface”, and the surface shape is generally “spherical”.
In the case of a microlens array using spherical microlenses, the brightness of a visible virtual image varies depending on the position of the observer's eyes in the virtual image viewable region. That is, when the observer visually recognizes the virtual image from the center of the virtual image visually recognizable area, the visually recognized virtual image is bright, but when the virtual image is visually recognized from the peripheral area of the virtual image visually recognizable area, the visually recognized virtual image is dark.
この発明は、虚像視認可能領域における、虚像を視認する位置による虚像の明るさの変化を軽減できる新規なマイクロレンズアレイの実現を課題とする。 This invention makes it a subject to implement | achieve the realization of the novel microlens array which can reduce the change of the brightness of a virtual image by the position which visually recognizes a virtual image in the virtual image visual recognition area | region.
この発明のマイクロレンズアレイは、互いに直交するＸ方向及びＹ方向にマイクロレンズを２次元に配列してなり、光ビームにより２次元的に走査され、個々のマイクロレンズにより前記光ビームをＸ方向およびＹ方向の少なくとも一方に発散させるマイクロレンズアレイであって、各マイクロレンズは頂点を有する曲面形状で、前記頂点をＸ、Ｙ方向の原点とし、マイクロレンズごとのＸ方向の座標：ｘ、Ｙ方向の座標：ｙとして曲率半径を正の量：Ｒ(ｘ，ｙ)とするとき、Ｒ(ｘ，０)、および、Ｒ(０，ｙ)のうちの少なくとも一方が、前記頂点において極小値となり、前記頂点における前記光ビームの発散角が、前記極小値となる方向において、マイクロレンズのレンズ面の周辺部における発散角より大きいマイクロレンズアレイ。 The microlens array of the present invention has microlenses arranged two-dimensionally in the X direction and Y direction orthogonal to each other, and is scanned two-dimensionally by a light beam. A microlens array that diverges in at least one of the Y directions, wherein each microlens has a curved surface shape having apexes, the apexes are the origins in the X and Y directions, and the X direction coordinates for each microlens: x and Y directions If the coordinate of y is y and the radius of curvature is a positive amount: R (x, y), at least one of R (x, 0) and R (0, y) is a minimum value at the vertex. A microlens array in which the divergence angle of the light beam at the apex is larger than the divergence angle at the periphery of the lens surface of the microlens in the direction of the minimum value.
この発明によれば、虚像視認可能領域における、虚像を視認する位置による虚像の明るさの変化を軽減できる新規なマイクロレンズアレイを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a novel microlens array capable of reducing the change in the brightness of the virtual image due to the position where the virtual image is viewed in the virtual image viewable region.
以下、実施の形態を説明する。
図１は、画像表示装置の実施の１形態を説明するための図である。
この画像表示装置は「２次元のカラー画像を表示するＨＵＤ」である。
図１に示す如き構成の画像表示装置は、特許文献１等により既に知られたものであるので、以下の説明は、概要である。
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an image display device.
This image display device is “HUD for displaying a two-dimensional color image”.
Since the image display apparatus having the configuration as shown in FIG. 1 is already known from Patent Document 1 and the like, the following description is an outline.
図１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光ビームＬＣが放射される。光ビームＬＣは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のビームを１本に合成した「平行光束状の光ビーム」である。
In FIG. 1, a portion denoted by
光ビームＬＣを構成するＲ、Ｇ、Ｂの各色のレーザ光束は、表示するべき「２次元のカラー画像」の画像信号により強度変調（信号化）されている。 The laser beams of R, G and B constituting the light beam LC are intensity-modulated (signaled) by an image signal of a “two-dimensional color image” to be displayed.
光源部１００から射出した光ビームＬＣは、偏向手段６に入射し、２次元的に偏向される。偏向手段６は、この形態例では、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。
即ち、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。勿論、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。
The light beam LC emitted from the
That is, the
偏向手段６により２次元的に偏向された光ビームＬＣは、凹面鏡７に入射し、マイクロレンズアレイ８に向けて反射される。
凹面鏡７の光学作用は、２次元的に偏向されて入射する光ビームＬＣを反射し、反射された光ビームＬＣの向きを、一定方向に揃えることである。
即ち、凹面鏡７により反射された光ビームＬＣは、偏向手段６による２次元的な偏向に伴い平行移動しつつマイクロレンズアレイ８に入射して２次元的に走査する。
この２次元的な走査により、マイクロレンズアレイ８に「カラーの２次元画像」が原像として形成される。勿論、各瞬間に表示されるのは「光ビームＬＣが、その瞬間に照射している画素のみ」である。
カラーの２次元画像は、光ビーム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。マイクロレンズアレイ８に上記の如く形成された「カラーの２次元画像」を構成する光は、凹面鏡９に入射して反射される。
凹面鏡９は、表示すべき２次元のカラー画像の虚像を結像する「結像光学系」である。
The light beam LC deflected two-dimensionally by the deflecting means 6 enters the
The optical action of the
That is, the light beam LC reflected by the
By this two-dimensional scanning, a “color two-dimensional image” is formed as an original image on the microlens array 8. Of course, what is displayed at each moment is “only the pixel irradiated with the light beam LC at that moment”.
The two-dimensional color image is formed as “a set of pixels displayed at each moment” by two-dimensional scanning with the light beam LC. The light constituting the “color two-dimensional image” formed on the microlens array 8 as described above is incident on the
The
凹面鏡９は、カラーの２次元画像の虚像１２を、拡大して結像させる。
虚像１２の結像位置の手前側には反射体１０が設けられ、虚像１２を結像する光束を、観察者１１（図には観察者の目を示す。）の側へ反射する。
この反射光により、観察者１１は、カラーの２次元画像の虚像１２を視認できる。
The
A
By this reflected light, the
即ち、図１の画像表示装置は、表示すべき画像に応じて信号化された光ビームＬＣにより、マイクロレンズアレイ８を２次元的に走査し、マイクロレンズアレイにおける個々のマイクロレンズにより前記光ビームＬＣを発散させ、該発散光を結像光学系９により虚像１２として結像せしめる画像表示装置である。
図１の画像表示装置はまた、表示すべき画像に応じて信号化された光ビームＬＣを射出する光源部１００と、前記光ビームを２次元的に偏向させる偏向手段６と、該偏向手段により２次元的に偏向された前記光ビームにより２次元的に走査されるマイクロレンズアレイ８と、該マイクロレンズアレイからの光により前記表示すべき画像の虚像を結像させる結像光学系９と、を有する。
図１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。
That is, the image display apparatus of FIG. 1 scans the microlens array 8 two-dimensionally with a light beam LC signaled in accordance with an image to be displayed, and the light beam with each microlens in the microlens array. This is an image display device that diverges LC and forms the divergent light as a
The image display apparatus of FIG. 1 also includes a
As shown in FIG. 1, the vertical direction in the figure is “Y direction”, and the direction orthogonal to the drawing is “X direction”.
図１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、以下、この方向を「縦方向」と呼ぶ。Ｘ方向は通常、観察者１１にとって左右方向であり、以下、この方向を「横方向」と呼ぶ。また、Ｘ方向を「光ビームＬＣによる主走査方向」とも呼ぶ。
In the case shown in FIG. 1, the Y direction is usually the vertical direction for the
マイクロレンズアレイ８の個々のマイクロレンズは、光ビームＬＣを発散させる。
この発散作用を、図２に即して説明する。繁雑を避けるため、図２（ａ）、（ｂ）において、混同の恐れが無いと思われるものについては符号を共通化する。
図２は、図１に示すマイクロレンズアレイ８の２つの例を示している。
図２（ａ）は「凸面のマイクロレンズ」の２次元的な配列を形成されたマイクロレンズアレイ８Ａを説明図として示しており、（ｂ）は「凹面のマイクロレンズ」の２次元的な配列を形成されたマイクロレンズアレイ８Ｂを説明図として示している。
マイクロレンズアレイ８Ａ、８Ｂは共に、板状透明体の片面にマイクロレンズを２次元的にアレイ配列して形成されている。
マイクロレンズアレイ８Ａのマイクロレンズ８Ａｉは「凸面」で、レンズ面の曲率中心は、マイクロレンズアレイ８Ａの内部に位置する。
マイクロレンズアレイ８Ｂのマイクロレンズ８Ｂｉは「凹面」で、レンズ面の曲率中心は、マイクロレンズアレイ８Ｂの外部に位置する。
図２（ａ）、（ｂ）において、上下方向をＸ方向（横方向）、図面に直交する方向をＹ方向（縦方向）とし、これらＸ、Ｙ方向に直交する方向をＺ方向とする。
光ビームＬＣは、マイクロレンズアレイ８Ａ、８Ｂの、マイクロレンズ８Ａｉ、８Ｂｉが形成された側を入射側としてＺ方向に入射する。
The individual microlenses of the microlens array 8 diverge the light beam LC.
This diverging action will be described with reference to FIG. In order to avoid complications, in FIGS. 2 (a) and 2 (b), common symbols are used for those that are not likely to be confused.
FIG. 2 shows two examples of the microlens array 8 shown in FIG.
2A shows a
Both
The microlens 8Ai of the
The microlens 8Bi of the
2A and 2B, the vertical direction is the X direction (horizontal direction), the direction orthogonal to the drawing is the Y direction (vertical direction), and the direction orthogonal to the X and Y directions is the Z direction.
The light beam LC is incident in the Z direction with the side of the
図２（ａ）は、マイクロレンズアレイ８Ａを走査する光ビームＬＣが、１個のマイクロレンズ８Ａｉに入射して、マイクロレンズ８Ａｉにより発散光束に変換される様子を示している。即ち、マイクロレンズ８Ａｉに入射した光ビームＬＣは、マイクロレンズ８Ａｉの凸面により集光され、点状に集光したのち発散光束ＤＬＣとして射出する。
図２（ｂ）は、マイクロレンズアレイ８Ｂを走査する光ビームＬＣが、１個のマイクロレンズ８Ｂｉに入射して、マイクロレンズＬＢｉにより発散光束に変換される様子を示している。即ち、マイクロレンズ８Ｂｉに入射した光ビームＬＣは、マイクロレンズＬＢｉの凹面により発散され、発散光ＤＬＣとして射出する。
図２（ａ）、（ｂ）に示す角：２θを「発散角」と呼び、「θ」は「発散角の半値幅」と呼ぶ。発散角の半値幅：θは通常２０度〜５０度程度である。
FIG. 2A shows a state in which a light beam LC that scans the
FIG. 2B shows a state in which the light beam LC that scans the
The angle shown in FIGS. 2A and 2B: 2θ is called “divergence angle”, and “θ” is called “half-value width of divergence angle”. Half-value width of divergence angle: θ is usually about 20 to 50 degrees.
発散角：２θで発散される発散光束ＤＬＣの「単位角あたりの光強度」を、「発散光束の密度」と言う。 Divergence angle: “Light intensity per unit angle” of divergent light beam DLC diverged at 2θ is referred to as “density of divergent light beam”.
この発明のマイクロレンズアレイは、２次元的に配列されたマイクロレンズ８Ａｉや８Ｂｉのレンズ面の形状に特徴があるが、その説明に先立ち、レンズ面形状として従来、一般的な「球面形状」の場合について光ビームＬＣの発散につき説明する。
発散角：２θの大きさは、マイクロレンズ８Ａｉ、８Ｂｉの面形状が球面形状であれば、Ｘ、Ｙ方向共に等しい。
マイクロレンズ８Ａｉ、８Ｂｉの面形状が球面である場合、発散光束ＤＬＣの「発散光束の密度」は一様ではなく、発散角内における「偏向角」により変化する。
即ち、光ビームＬＣの入射方向をＺ方向とし、マイクロレンズ８Ａｉ、８Ｂｉの中心を通るＺ方向の軸をｚ軸とし、このｚ軸から測った発散光束の偏向角：αを、
−θ≦α≦＋θ
とするとき、発散光束ＤＬＣの密度は、偏向角：αの関数として変化する。
発散光束の密度の「偏向角：αによる変化」を「偏向角特性」と呼ぶ。
偏向角特性の具体的な１例を、図３に示す。
図３の上の図は、１個のマイクロレンズの形状を示しており、光軸に直交する方向から見た形状は「六角形形状」で、レンズ面の形状は「凸球面」である。
The microlens array of the present invention is characterized by the shape of the lens surfaces of the two-dimensionally arranged microlenses 8Ai and 8Bi. Prior to the description thereof, the conventional “spherical shape” as the lens surface shape is known. The case will be described with respect to the divergence of the light beam LC.
The divergence angle: 2θ is the same in both the X and Y directions if the surface shape of the microlenses 8Ai and 8Bi is spherical.
When the surface shape of the microlenses 8Ai and 8Bi is a spherical surface, the “density of the divergent light beam” of the divergent light beam DLC is not uniform and changes depending on the “deflection angle” within the divergent angle.
That is, the incident direction of the light beam LC is the Z direction, the Z direction axis passing through the centers of the microlenses 8Ai and 8Bi is the z axis, and the divergent light beam deflection angle: α measured from the z axis is
−θ ≦ α ≦ + θ
, The density of the divergent light beam DLC changes as a function of the deflection angle: α.
The “deflection angle: change due to α” of the density of the divergent light beam is called “deflection angle characteristic”.
A specific example of the deflection angle characteristic is shown in FIG.
The upper drawing of FIG. 3 shows the shape of one microlens, the shape viewed from the direction orthogonal to the optical axis is a “hexagonal shape”, and the shape of the lens surface is a “convex spherical surface”.
上の図の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向とする。
この例では、１個のマイクロレンズの、Ｘ方向のレンズ径は１６８μｍ、Ｙ方向のレンズ径は１４０μｍで、レンズ面をなす凸球面の曲率半径は１３０μｍである。
図３の下の図は、該マイクロレンズにより発散された発散光束の「偏向角特性（シミュレーションによる計算値である。）」を示している。レンズ面形状が凸球面であるので、発散光束は、Ｘ、Ｙ方向に直交するＺ方向に軸対称である。横軸は、偏向角：αを示し、縦軸は「単位立体角：Ｓｒ当たりの密度：Ｗ（ワット）」を示している。
この図では、凸球面により発散された発散光束の偏向角：αの範囲は±２０度程度である。偏向角特性は、偏向角：α＝０における密度が最大で、偏向角：α≒±２０度では、偏向角：α＝０における密度の１／２程度の大きさである。
The left-right direction in the above figure is the X direction, and the up-down direction is the Y direction.
In this example, the lens diameter in the X direction of one microlens is 168 μm, the lens diameter in the Y direction is 140 μm, and the curvature radius of the convex spherical surface forming the lens surface is 130 μm.
The lower diagram of FIG. 3 shows the “deflection angle characteristic (calculated value by simulation)” of the divergent light beam diverged by the microlens. Since the lens surface shape is a convex spherical surface, the divergent light beam is axially symmetric in the Z direction orthogonal to the X and Y directions. The horizontal axis represents deflection angle: α, and the vertical axis represents “unit solid angle: density per Sr: W (watts)”.
In this figure, the range of the deflection angle: α of the divergent light beam diverged by the convex spherical surface is about ± 20 degrees. The deflection angle characteristic is such that the density at the deflection angle: α = 0 is maximum, and the deflection angle: α≈ ± 20 degrees is about half the density at the deflection angle: α = 0.
前述の如く、マイクロレンズアレイ８に形成されるカラーの２次元画像は、光ビーム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。
従って、図１に示す凹面鏡９により結像される「２次元のカラー画像の虚像」は、上記の「画素」の虚像の集合である。
各画素から凹面鏡９に入射する光は発散光束で、虚像は拡大像であるので、反射体１０により観察者１１の側に反射される光束は、虚像として結像した画素から発散する光束となる。
As described above, the color two-dimensional image formed on the microlens array 8 is formed as “a set of pixels displayed at each moment” by two-dimensional scanning with the light beam LC.
Accordingly, the “virtual image of a two-dimensional color image” formed by the
Since the light incident on the
従って、観察者が瞬間ごとに視認する画素（虚像）の輝度は、虚像の中心で高く、周辺で低い。観察者によって視認される２次元のカラー画像は、このような画素の集合であるから、虚像視認可能領域の中心部から視認される２次元のカラー画像は「輝度の高い明るいもの」になる。また、虚像視認可能領域の周辺部から視認される２次元のカラー画像は「輝度の低い暗いもの」になる。
即ち、凸球面形状のレンズ面を持つマイクロレンズアレイを用いた場合、虚像視認可能領域内における観察者の眼の位置（視点位置）により、視認されるカラー画像の輝度が異なる「輝度のむら」が生じてしまう。
また、観察者の左右の眼の視点位置が、虚像視認可能領域内で異なる時に、左右の眼が視認するカラー画像の輝度が異なる場合もあり、このときには「両眼視野闘争」が生じて、２次元のカラー画像が「ちらついて見える」状態を生じる。
同様の現象は、レンズ面形状が「凹球面」の場合にも生じる。
Therefore, the luminance of the pixel (virtual image) visually recognized by the observer every moment is high at the center of the virtual image and low at the periphery. Since the two-dimensional color image visually recognized by the observer is such a set of pixels, the two-dimensional color image visually recognized from the central portion of the virtual image viewable region becomes “a bright one with high luminance”. In addition, a two-dimensional color image viewed from the periphery of the virtual image viewable region is “a dark one with low luminance”.
That is, when a microlens array having a convex spherical lens surface is used, “brightness unevenness” in which the brightness of the color image to be viewed varies depending on the position of the eye of the observer (viewpoint position) within the virtual image viewable region. It will occur.
In addition, when the viewpoint positions of the left and right eyes of the observer are different in the virtual image viewable region, the brightness of the color image visually recognized by the left and right eyes may be different. A two-dimensional color image results in a “flickering” state.
A similar phenomenon occurs when the lens surface shape is a “concave spherical surface”.
この発明のマイクロレンズアレイでは、上に説明した「偏向角特性」を改良できる。
即ち、この発明のマイクロレンズアレイでは、マイクロレンズアレイを構成する個々のマイクロレンズは「頂点を有する曲面形状」である。「頂点を有する曲面」は、マイクロレンズのレンズ面が凸面であるときは、面の高さが、頂点に向かって滑らか且単調に高くなる曲面である。また、レンズ面が凹面である場合には、面の深さが、頂点に向かって滑らか且単調に低くなる曲面である。即ち、凸面のレンズ面では面の高さが「頂点で最も高く」なり、凹面のレンズ面では面の深さが「頂点で最も深く」なる。
マイクロレンズアレイの各マイクロレンズに対し、該マイクロレンズの頂点の位置を原点としてＸ方向およびＹ方向の座標：ｘ、ｙを定める。
即ち、個々のマイクロレンズにおいて（ｘ＝０，ｙ＝０）は、マイクロレンズごとの原点で、頂点の位置である。このように「ｘ，ｙ座標を設定されたマイクロレンズ」の、レンズ面の曲率半径をＲ(ｘ、ｙ)とする。曲率半径：Ｒ(ｘ，ｙ)は「正の量」とする。即ち、レンズ面の曲率中心からレンズ面を見るとき、レンズ面の形状は常に「凹面」である。
In the microlens array of the present invention, the “deflection angle characteristics” described above can be improved.
That is, in the microlens array of the present invention, each microlens constituting the microlens array has a “curved surface shape having apexes”. The “curved surface having a vertex” is a curved surface whose surface height increases smoothly and monotonously toward the vertex when the lens surface of the microlens is a convex surface. When the lens surface is concave, the depth of the surface is a curved surface that decreases smoothly and monotonously toward the apex. That is, the height of the surface is “highest at the apex” in the convex lens surface, and the depth of the surface is “deepest at the apex” in the concave lens surface.
For each microlens of the microlens array, coordinates in the X and Y directions: x and y are determined with the position of the apex of the microlens as the origin.
That is, (x = 0, y = 0) in each microlens is the origin of each microlens and the apex position. In this way, the radius of curvature of the lens surface of the “microlens for which x, y coordinates are set” is R (x, y). Curvature radius: R (x, y) is a “positive amount”. That is, when the lens surface is viewed from the center of curvature of the lens surface, the shape of the lens surface is always “concave”.
ここで再び、図２を参照する。
曲率半径：Ｒ(ｘ，ｙ)を上記の如く定義すると、Ｒ(ｘ，０)は、マイクロレンズ８Ａｉ、８Ｂｉのレンズ面の頂点を通り、Ｘ方向に平行な断面における曲率半径を表わす。
Reference is again made to FIG.
When the radius of curvature: R (x, y) is defined as described above, R (x, 0) represents the radius of curvature in a cross section passing through the apex of the lens surfaces of the microlenses 8Ai and 8Bi and parallel to the X direction.
同様に、Ｒ(０，ｙ)は、マイクロレンズ８Ａｉ、８Ｂｉのレンズ面の頂点を通り、Ｙ方向に平行な断面における曲率半径を表わす。
周知の如く、レンズ面の屈折力は、レンズ面の曲率半径が小さくなるほど大きくなる。
Similarly, R (0, y) represents a radius of curvature in a cross section passing through the apex of the lens surfaces of the microlenses 8Ai and 8Bi and parallel to the Y direction.
As is well known, the refractive power of the lens surface increases as the radius of curvature of the lens surface decreases.
マイクロレンズのレンズ面が凸面である場合、レンズ面の曲率半径が小さいほど正の屈折力が強まり、図２（ａ）の場合に即して言えば、集束後の発散角：２θは大きくなる。 When the lens surface of the microlens is a convex surface, the smaller the radius of curvature of the lens surface, the stronger the positive refractive power. In the case of FIG. 2A, the divergence angle after focusing: 2θ increases. .
マイクロレンズのレンズ面が凹面である場合、レンズ面の曲率半径が小さいほど、負の屈折力が強まり、図２（ｂ）の場合に即して言えば、発散角：２θは大きくなる。 When the lens surface of the microlens is concave, the smaller the radius of curvature of the lens surface, the stronger the negative refractive power, and the divergence angle: 2θ increases in the case of FIG. 2B.
曲率半径：Ｒ(ｘ，０)、Ｒ(０，ｙ)は、マイクロレンズのレンズ面が球面であれば定数になり「ｘ、ｙによらず一定（球面の半径）」である。 Curvature radii: R (x, 0) and R (0, y) are constants if the lens surface of the microlens is a spherical surface, and are “constant regardless of x and y (spherical radius)”.
この発明のマイクロレンズアレイでは、Ｒ(ｘ，０)、及び、Ｒ(０，ｙ)のうちの少なくとも一方がレンズ面の頂点の位置において極小値となる。
例えば、曲率半径：Ｒ(ｘ，０)が、レンズ面の頂点（０，０）で極小値になる場合であれば、頂点（０，０）を通りｘ方向に平行な面内における屈折力は「頂点を含む微小なレンズ面領域」で最大になる。從って、このレンズ面領域の屈折力の作用を受けた発散光束部分の発散角は、レンズ面の周辺部による発散光束部分よりも大きくなる。
即ち、頂点における光ビームの発散角は「曲率半径が極小値となる方向（説明中の例ではｘ方向）」において、レンズ面の周辺部における発散角より大きい。
In the microlens array of the present invention, at least one of R (x, 0) and R (0, y) has a minimum value at the apex position of the lens surface.
For example, if the radius of curvature R (x, 0) is a minimum value at the vertex (0, 0) of the lens surface, the refractive power in the plane passing through the vertex (0, 0) and parallel to the x direction. Is the largest in the “small lens surface area including the apex”. Therefore, the divergence angle of the divergent light beam portion affected by the refracting power of the lens surface region is larger than that of the divergent light beam portion around the lens surface.
That is, the divergence angle of the light beam at the apex is larger than the divergence angle at the periphery of the lens surface in the “direction in which the radius of curvature is a minimum value (x direction in the example being described)”.
この点を、図４、図５を参照して説明する。
図４（ａ）は、マイクロレンズのレンズ面の断面形状を説明図的に示している。
この図は、マイクロレンズのレンズ面の「ｙｚ面内における断面形状」を示している。
This point will be described with reference to FIGS.
FIG. 4A illustrates the cross-sectional shape of the lens surface of the microlens in an explanatory manner.
This figure shows the “cross-sectional shape in the yz plane” of the lens surface of the microlens.
図４（ａ）において、「基準球面Ｒｓ」は基準となる凸球面を表しており、破線で示す形状は「円弧」である。「Ｒｓ」は曲率半径を表し「Ｒｓ＝一定」である。
「非球面Ｒ」は、この発明のマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのレンズ面の「ｙｚ面における断面形状（実線で示されている。）」の１例を表している。「Ｒ」は曲率半径で「ｘ、ｙの関数」である。
図４（ａ）に示された「Ｒ」は、上に説明した曲率半径：Ｒ（０，ｙ）に相当する。
図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す基準球面Ｒｓと非球面Ｒの曲率半径の差：Ｒ−Ｒｓをｘ、ｙを変数として示している。基準球面Ｒｓの曲率半径：Ｒｓは一定であるから、これを図の横軸で示し、差：Ｒ−Ｒｓを破線で示している。
図４（ａ）に示す如く、非球面Ｒの面の高さは中心部（頂点位置）において、基準球面Ｒｓの高さよりも大きい。
即ち、非球面Ｒの面形状は頂点の近傍では「基準球面Ｒｓよりも尖った形状」で、周辺部では「基準球面Ｒｓよりも傾斜の緩やかな形状」である。
このため、曲率半径：Ｒは、頂点近傍では曲率半径：Ｒｓよりも小さく、周辺部では曲率半径：Ｒｓより大きい。
従って、曲率半径の差：Ｒ−Ｒｓは図４（ｂ）の破線の如くになる。
このことは、以下の如くに言うこともできる。
ｙｚ面内の曲率半径：ＲをＲ(０，ｙ)とすると、Ｒ(０，ｙ)は、頂点位置（０，０）において「極小値」を取る。
即ち、Ｒ(０，ｙ)は、頂点位置（０，０）において、
∂(０，ｙ)/∂ｙ＝0、且つ、∂2(０，ｙ)/∂ｙ2≧0
を満足する。
In FIG. 4A, “reference spherical surface Rs” represents a convex spherical surface serving as a reference, and the shape indicated by a broken line is “arc”. “Rs” represents a radius of curvature, and “Rs = constant”.
“Aspherical surface R” represents an example of “a cross-sectional shape in the yz plane (shown by a solid line)” of the lens surface of the microlens in the microlens array of the present invention. “R” is a radius of curvature and is a “function of x and y”.
“R” shown in FIG. 4A corresponds to the radius of curvature R (0, y) described above.
FIG. 4B shows the difference in radius of curvature between the reference spherical surface Rs and the aspheric surface R shown in FIG. 4A: R−Rs as x and y as variables. Since the radius of curvature Rs of the reference spherical surface Rs is constant, this is indicated by the horizontal axis in the figure, and the difference R-Rs is indicated by a broken line.
As shown in FIG. 4A, the height of the surface of the aspheric surface R is larger than the height of the reference spherical surface Rs at the center (vertex position).
That is, the surface shape of the aspheric surface R is “a shape sharper than the reference spherical surface Rs” in the vicinity of the apex, and “a shape having a gentler inclination than the reference spherical surface Rs” in the peripheral portion.
For this reason, the radius of curvature: R is smaller than the radius of curvature: Rs in the vicinity of the apex, and larger than the radius of curvature: Rs in the peripheral portion.
Therefore, the difference in radius of curvature: R−Rs is as shown by the broken line in FIG.
This can also be said as follows.
Radius of curvature in the yz plane: If R is R (0, y), R (0, y) takes a “local minimum” at the vertex position (0, 0).
That is, R (0, y) is the vertex position (0, 0).
∂ (0, y) / ∂y = 0, and, ∂ 2 (0, y) / ∂
Satisfied.
図４に示す例では、レンズ面は「頂点を含み、ｚ方向に平行な軸の回りに回転対称」な場合を想定しており、非球面Ｒは、頂点（０，０）において、
∂(ｘ，０)/∂ｘ＝0、且つ、∂2(ｘ，０)/∂ｘ2≧0
も満足する。
このように、頂点位置において、レンズ面の曲率半径が極小値を取るようにすると、光ビームＬＣに対してマイクロレンズが作用する屈折力は、頂点位置において極大となり、頂点近傍のレンズ面で発散される発散光束部分の発散角が増大する。從って、レンズ面の頂点近傍で屈折された発散光束の密度は、レンズ面が球面である場合よりも低下する。
In the example shown in FIG. 4, it is assumed that the lens surface is “rotationally symmetric about an axis including the vertex and parallel to the z direction”, and the aspheric surface R is at the vertex (0, 0).
∂ (x, 0) / ∂x = 0, and, ∂ 2 (x, 0) / ∂x 2 ≧ 0
Also satisfied.
As described above, when the curvature radius of the lens surface is minimized at the vertex position, the refractive power that the microlens acts on the light beam LC is maximized at the vertex position and diverges at the lens surface near the vertex. The divergence angle of the divergent light beam portion to be increased increases. Therefore, the density of the divergent light beam refracted near the apex of the lens surface is lower than when the lens surface is a spherical surface.
その結果、虚像として結像されるカラーの２次元画像の「虚像視認可能領域内における観察者の視点位置による輝度のむら」が有効に軽減される。また、「両眼視野闘争によるカラー画像のちらつき」も有効に軽減される。
上記「発散光束の密度」は、原理的に、頂点におけるレンズ面の曲率半径が小さいほど小さくなり、輝度が下がる。頂点近傍で屈折される発散光束の輝度が下がることにより、前述の「輝度むら」が軽減される。
また、図４に示す非球面Ｒのように、頂点から離れるに従い曲率半径が大きくなると、この部分で屈折される発散光束の密度が高くなって輝度が上がり、このことも「輝度むらの軽減」を促進する。
As a result, “uneven brightness due to the viewpoint position of the observer in the virtual image viewable region” of the color two-dimensional image formed as a virtual image is effectively reduced. In addition, “flickering of color images due to binocular rivalry” is effectively reduced.
In principle, the “density of the divergent light beam” decreases as the radius of curvature of the lens surface at the apex decreases, and the luminance decreases. By reducing the brightness of the divergent light beam refracted in the vicinity of the apex, the aforementioned “brightness unevenness” is reduced.
Further, when the radius of curvature increases as the distance from the apex increases, as in the aspheric surface R shown in FIG. 4, the density of the divergent light beam refracted at this portion increases and the luminance increases. This is also “reduction in luminance unevenness”. Promote.
図４に示した例について、上に説明したところを、図５に説明図的に示した。
図５は、発散光束の密度（「発散光強度」と表記している。）を示している。
横軸の「角度」は前述の「偏向角：α」に相当する。
図５に示す如き発散光強度の分布の形状を「発散プロファイル」と呼ぶ。発散光強度の分布は前述の「偏向角特性」であり、この特性の形状が「発散プロファイル」である。
The above description of the example shown in FIG. 4 is illustrated in FIG.
FIG. 5 shows the density of the divergent light beam (denoted as “divergent light intensity”).
The “angle” on the horizontal axis corresponds to the aforementioned “deflection angle: α”.
The shape of the divergent light intensity distribution as shown in FIG. 5 is called a “divergence profile”. The distribution of the divergent light intensity is the aforementioned “deflection angle characteristic”, and the shape of this characteristic is the “divergence profile”.
図５において「球面」は、図４における「基準球面Ｒｓ」による発散光束の発散プロファイルで、破線で示す如く、レンズ中心から発散される光束の密度が高く、偏向角の大きい「周辺部」から発散される発散光束の密度は低い。
即ち、基準球面Ｒｓによる発散光束の密度は、偏向角：αの絶対値が０（レンズ中心）から増大するに従い、急速に減少するような発散プロファイルを持つ。
In FIG. 5, “spherical surface” is a divergence profile of the divergent light beam by the “reference spherical surface Rs” in FIG. 4. As shown by a broken line, the density of the light beam diverging from the center of the lens is high and the “peripheral part” having a large deflection angle. The density of the divergent light beam to be diverged is low.
That is, the density of the divergent light beam by the reference spherical surface Rs has a divergence profile that rapidly decreases as the absolute value of the deflection angle α increases from 0 (lens center).
図５の「非球面」は、図４における非球面Ｒによる発散光束の発散プロファイルで、実線に示す如くである。即ち「非球面Ｒによる発散光束の発散プロファイル」は、偏向角：αが０となる「中央」に近い部分では、球面の場合に比して密度（強度）が下がり、中心から離れると球面の場合に比して密度が上昇する。
このことを「発散プロファイルがフラットトップに近づく」と言う。発散プロファイルはまた「輝度分布」と呼ぶこともできる。
“Aspherical surface” in FIG. 5 is a divergent profile of a divergent light beam by the aspherical surface R in FIG. 4, as indicated by a solid line. That is, the “divergence profile of the divergent light beam by the aspherical surface R” has a density (intensity) that is lower in the portion near the “center” where the deflection angle: α is 0 than in the case of the spherical surface. The density increases compared to the case.
This is called "divergence profile approaches flat top". The divergence profile can also be referred to as a “luminance distribution”.
上の説明は、以下の様に敷衍できる。
即ち、Ｙ方向の曲率：Ｒ(０，ｙ)、Ｘ方向の曲率：Ｒ(ｘ、０)の少なくとも一方が、頂点位置で極小となれば、「極小となる方向における輝度分布」がフラットトップに近づくため、輝度むらの低減に効果がある。
個々のマイクロレンズのレンズ面が「ｘ、ｙ方向に直交する軸の回りに回転対称」であればＲ(ｘ，０)＝Ｒ(０，ｙ)であるが、これに限らず、Ｒ(ｘ，０)とＲ(０，ｙ)は、Ｒ(ｘ，０)≠Ｒ(０，ｙ)の関係を満足するものであってもよい。
即ち、マイクロレンズアレイのマイクロレンズは、光ビームを「Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一方」に発散させるものであることができる。
The above explanation can be extended as follows.
That is, if at least one of the curvature in the Y direction: R (0, y) and the curvature in the X direction: R (x, 0) is a minimum at the apex position, the “brightness distribution in the minimum direction” is a flat top. Therefore, the luminance unevenness is reduced.
If the lens surface of each microlens is “rotationally symmetric about an axis orthogonal to the x and y directions”, R (x, 0) = R (0, y). x, 0) and R (0, y) may satisfy the relationship of R (x, 0) ≠ R (0, y).
That is, the microlens of the microlens array can diverge the light beam in “at least one of the X direction and the Y direction”.
図１に即して説明したＨＵＤの場合のように、観察者１１にとって、Ｘ方向（主走査方向）が横方向、Ｙ方向が縦方向である場合、観察者１１の視点は一般に、虚像視認可能領域内で横方向、即ちＸ方向で変位することが多い。從って、この場合には、Ｘ方向の曲率：Ｒ(ｘ，０)が、頂点位置において極小となることが好ましい。
As in the case of the HUD described with reference to FIG. 1, for the
勿論、Ｘ方向、Ｙ方向共に「曲率半径が頂点位置で極小」になっていれば、Ｘ、Ｙ両方向において「輝度むらを低減」させることが出来る。 Of course, if “the radius of curvature is minimal at the apex position” in both the X and Y directions, “brightness unevenness” can be reduced in both the X and Y directions.
「曲率半径が頂点位置で極小」となるレンズ面形状は、図４に示すものに限らないことは言うまでもない。図４の面形状とは異なるレンズ面形状の１例を、図６に示す。
図６における縦軸「球面からの曲率半径差：Ｒ−Ｒｓ」は、図４（ｂ）の場合と同様であり、横軸は基準球面の曲率半径である。
図６に示す例では、レンズ面の曲率半径は、頂点位置で極小値を取り、レンズ径が大きくなるに従い増大し、極大値を超えたのち減少する。このような曲率半径分布を持つレンズ面形状でも「輝度むらを低減」できる。
Needless to say, the shape of the lens surface where the radius of curvature is minimal at the apex position is not limited to that shown in FIG. An example of a lens surface shape different from the surface shape of FIG. 4 is shown in FIG.
The vertical axis “difference in radius of curvature from spherical surface: R−Rs” in FIG. 6 is the same as in FIG. 4B, and the horizontal axis is the radius of curvature of the reference spherical surface.
In the example shown in FIG. 6, the radius of curvature of the lens surface takes a minimum value at the apex position, increases as the lens diameter increases, and decreases after exceeding the maximum value. Even with a lens surface shape having such a curvature radius distribution, “brightness unevenness” can be reduced.
また、上には、レンズ面として凸面の場合を説明したが、レンズ面が凹面の場合も同様である。
凸面のレンズ面では、曲率半径が小さい部分では「正の屈折力」が強くなり、光束は強く集束され「集束後の発散性」が強くなる。
一方、凹面のレンズ面は負の屈折力、即ち「平行光束を発散光束に変換する屈折力」を有し、曲率半径が小さい部分ほど「発散させる屈折力」が大きくなる。
従って、凹面のレンズ面でも、頂点位置における曲率半径が極小値となれば、輝度分布（発散プロファイル）がフラットトップに近づき、輝度むらの低減に効果がある。
In the above, the case where the lens surface is a convex surface has been described, but the same applies to the case where the lens surface is a concave surface.
On the convex lens surface, the “positive refractive power” becomes strong at the portion where the radius of curvature is small, the light beam is strongly focused, and the “divergence after focusing” becomes strong.
On the other hand, the concave lens surface has negative refractive power, that is, “refractive power for converting a parallel light beam into a divergent light beam”, and the smaller the radius of curvature, the larger “refractive power for diverging”.
Therefore, even with a concave lens surface, if the radius of curvature at the apex position becomes a minimum value, the luminance distribution (divergence profile) approaches a flat top, and this is effective in reducing luminance unevenness.
この発明のマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズによる発散角の半値幅：θは例えば「２５度〜５０度」程度で、マイクロレンズの配列ピッチは６０μｍ〜２００μｍ程度である。また、レンズ面の曲率半径の範囲は１００μｍ〜２００μｍで、発散プロファイルをフラットトップ化するための曲率半径偏差（前述の説明における「Ｒ−Ｒｓ」）の範囲は「５μｍ〜３０μｍ」程度である。 In the microlens array of the present invention, the half width of the divergence angle by the microlens: θ is, for example, about “25 degrees to 50 degrees”, and the arrangement pitch of the microlenses is about 60 μm to 200 μm. The range of the radius of curvature of the lens surface is 100 μm to 200 μm, and the range of the curvature radius deviation (“R-Rs” in the above description) for flattening the divergence profile is about “5 μm to 30 μm”.
上には、レンズ面の曲率半径：Ｒ(ｘ，ｙ)を用いて説明したが、この発明を実施するうえにおいて、曲率半径：Ｒ(ｘ，ｙ)の関数形が与えられている必要は必ずしもない。
即ち、発散プロファイルをフラットトップ化するレンズ面形状は、曲率中心から見て凹面の中心（光軸部分）で「球面より尖った形状」となっており、このような形状であれば、中心部（頂点位置）における曲率半径は極小値を取る。
従って、発散プロファイルをフラットトップ化するような表面形状を与えれば、この発明のマイクロレンズアレイのレンズ面形状を特定できる。
さらには「基準球面の発散プロファイルに比してフラットトップ化した発散プロファイル」を実現できる表面形状を、発散プロファイルの側から実験的に特定して、レンズ面形状を特定することもできる。
In the above description, the radius of curvature of the lens surface: R (x, y) has been described. However, in order to implement the present invention, the function form of the radius of curvature: R (x, y) needs to be given. Not necessarily.
In other words, the lens surface shape that flattenes the divergence profile is “a shape sharper than the spherical surface” at the center of the concave surface (optical axis portion) when viewed from the center of curvature. The radius of curvature at (vertex position) takes a minimum value.
Therefore, if a surface shape that flattenes the divergence profile is given, the lens surface shape of the microlens array of the present invention can be specified.
Furthermore, the surface shape capable of realizing the “divergence profile flattened compared to the divergence profile of the reference spherical surface” can be experimentally specified from the side of the divergence profile to specify the lens surface shape.
ここで、マイクロレンズアレイを走査する光ビームＬＣの光束径につき簡単に説明すると、光ビームＬＣの光束径は、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのレンズ径（マイクロレンズの配列ピッチ）と同程度あるいはレンズ径の２〜３倍程度が良い。
光ビームＬＣの光源としては、レーザ光源やＬＥＤ光源を用いることができる。
レーザ光源を用いる場合、光ビームＬＣはコヒーレントなレーザビームとなる。
この場合、レーザビームのビーム径が、マイクロレンズの配列ピッチの２倍より大きいと、レーザビームが隣接する２つのマイクロレンズに入射して発散された発散光束が互いに干渉してスペックルノイズを生じることが考えられる。
従って、この場合、光ビームＬＣとしてのレーザビームのビーム径は、マイクロレンズの配列ピッチ以下であることが好ましい。
光源としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤからの光ビームは干渉性が低いので、ビーム径が、マイクロレンズの配列ピッチの２倍より大きくても「問題となるほどのスペックルノイズ」は発生しない。
Here, the light beam diameter of the light beam LC that scans the microlens array will be briefly described. The light beam LC has the same light beam diameter as the lens diameter of the microlens (microlens array pitch) in the microlens array or a lens. About 2 to 3 times the diameter is good.
As the light source of the light beam LC, a laser light source or an LED light source can be used.
When a laser light source is used, the light beam LC is a coherent laser beam.
In this case, if the beam diameter of the laser beam is larger than twice the arrangement pitch of the microlenses, the divergent light beams emitted by the laser beam incident on two adjacent microlenses interfere with each other to generate speckle noise. It is possible.
Therefore, in this case, the beam diameter of the laser beam as the light beam LC is preferably equal to or smaller than the arrangement pitch of the microlenses.
When an LED is used as the light source, the light beam from the LED has low coherence, so that “problem speckle noise” does not occur even if the beam diameter is larger than twice the arrangement pitch of the microlenses.
上の説明は、マイクロレンズアレイにおける「マイクロレンズの配列形態」によらず成立する。從って、この発明のマイクロレンズアレイでは、マイクロレンズの種々の配列形態が可能である。 The above description is valid regardless of the “microlens arrangement form” in the microlens array. Therefore, in the microlens array of the present invention, various arrangement forms of microlenses are possible.
図７に、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列例を７例示す。
図７（ａ）は、「正方形状のマイクロレンズ」を、正方格子状に配列した例である。
図７（ｂ）と（ｃ）は、「正六角形状のマイクロレンズ」を、ハニカム状に稠密配列した例である。
図７（ｄ）は、ｘ方向とｙ方向のレンズ面サイズが異なる矩形形状のマイクロレンズを、矩形格子状に配列した例である。
図７（ｅ）〜（ｈ）は、上下方向と左右方向とでサイズの異なる「六角形状のマイクロレンズ」を稠密に配列した例である。
FIG. 7 shows seven examples of arrangement of microlenses in the microlens array.
FIG. 7A shows an example in which “square microlenses” are arranged in a square lattice pattern.
FIGS. 7B and 7C are examples in which “regular hexagonal microlenses” are densely arranged in a honeycomb shape.
FIG. 7D shows an example in which rectangular microlenses having different lens surface sizes in the x direction and the y direction are arranged in a rectangular lattice shape.
FIGS. 7E to 7H are examples in which “hexagonal microlenses” having different sizes in the vertical direction and the horizontal direction are arranged densely.
図７（ａ）〜（ｃ）に示すレンズ配列の場合にも、レンズ面の頂点位置（＋印）における曲率半径が極小値をとれば「輝度むらの低減」に効果がある。
また、図７（ｄ）〜（ｈ）のように「マイクロレンズのアスペクト比」が異なる場合でも、曲率半径がレンズの頂点位置（＋印）で極小値を取るような曲率半径の分布を持ったレンズ面を設定でき、「輝度むら」を軽減できる。これら「アスペクト比の異なるレンズ形状」は、マイクロレンズのアスペクト比を光ビームのビーム径と合わせることで干渉を低減したり、縦横の発散角を制御したりするために適宜のものを選択できる。
また、図７（ｂ）〜（ｈ）に示す例では、レンズ面の頂点位置（＋印）がランダムに分布しているが、この場合でも、ランダムに配列した頂点位置で「曲率半径が極小値」となるようにレンズ面形状を設定することにより「輝度むら」を軽減できる。
レンズ面の頂点位置がランダムに分布する場合（図７（ｂ）〜（ｈ））、マイクロレンズのアレイ配列が非周期的になるため、虚像として結像される画像に「位相の揃った干渉縞やモアレ」が生じにくい。
Also in the case of the lens arrangements shown in FIGS. 7A to 7C, if the radius of curvature at the apex position (+ mark) on the lens surface takes a minimum value, it is effective in “reducing luminance unevenness”.
Further, even when the “microlens aspect ratio” is different as shown in FIGS. 7D to 7H, the curvature radius has such a distribution that the curvature radius takes a minimum value at the apex position (+) of the lens. Lens surface can be set, and "brightness unevenness" can be reduced. These “lens shapes with different aspect ratios” can be appropriately selected in order to reduce interference by controlling the aspect ratio of the microlens with the beam diameter of the light beam or to control the vertical and horizontal divergence angles.
In the example shown in FIGS. 7B to 7H, the vertex positions (+ marks) on the lens surface are randomly distributed. Even in this case, “the radius of curvature is minimal at the randomly arranged vertex positions. “Luminance unevenness” can be reduced by setting the lens surface shape to be “value”.
When the vertex positions of the lens surface are randomly distributed (FIGS. 7B to 7H), the array arrangement of the microlenses becomes aperiodic, and therefore, “phase-aligned interference” appears on the image formed as a virtual image. “Stripes and moire” are less likely to occur.
マイクロレンズアレイは、例えば「金型を用いた射出成形」で作製できる。
例えば、金型の各マイクロレンズ形状を「切削で非球面に削りだす方法」や、金型の曲面をドライエッチングプロセスで形成する際に、ガス流量によって選択比をコントロールする方法でマイクロレンズ面形状の型面を形成できる。
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
The microlens array can be manufactured by, for example, “injection molding using a mold”.
For example, the microlens surface shape is a method of controlling the selection ratio according to the gas flow rate when forming each microlens shape of the mold into a non-spherical surface by cutting, or when forming a curved surface of the mold by a dry etching process. The mold surface can be formed.
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the invention described in the claims unless otherwise specified in the above description. Various modifications and changes are possible within the scope of the above.
The effects described in the embodiments of the present invention are merely a list of suitable effects resulting from the invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments.
ＬＣ 光ビーム
６ 偏向手段
８ マイクロレンズアレイ
９ 凹面鏡（結像光学系）
１２ 虚像
８Ａｉ マイクロレンズ
８Ｂｉ マイクロレンズ
ＤＬＣ 発散光束
LC light beam
6 Deflection means
8 Micro lens array
9 Concave mirror (imaging optical system)
12 Virtual image
8Ai micro lens
8Bi micro lens
DLC divergent luminous flux
Claims (12)
各マイクロレンズは頂点を有する曲面形状で、前記頂点をＸ、Ｙ方向の原点とし、マイクロレンズごとのＸ方向の座標：ｘ、Ｙ方向の座標：ｙとして曲率半径を正の量：Ｒ(ｘ，ｙ)とするとき、
Ｒ(ｘ，０)、および、Ｒ(０，ｙ)
のうちの少なくとも一方が、前記頂点において極小値となり、
前記頂点における前記光ビームの発散角が、前記極小値となる方向において、マイクロレンズのレンズ面の周辺部における発散角より大きいマイクロレンズアレイ。 Microlenses are arranged two-dimensionally in the X and Y directions orthogonal to each other, scanned two-dimensionally with a light beam, and the light beams are diverged in at least one of the X and Y directions by the individual microlenses. A microlens array,
Each microlens has a curved surface shape having apexes, the apexes are the origins in the X and Y directions, the X direction coordinates: x, the Y direction coordinates: y for each microlens, and the curvature radius is a positive amount: R (x , Y)
R (x, 0) and R (0, y)
At least one of the local minimums at the vertex,
A microlens array in which a divergence angle of the light beam at the apex is larger than a divergence angle at a peripheral portion of a lens surface of the microlens in a direction in which the minimum value is reached.
Ｘ方向が光ビームによる主走査方向であり、
Ｒ(ｘ，０)、および、Ｒ(０，ｙ)
のうち、少なくとも、Ｒ(ｘ，０)が極小値となるマイクロレンズアレイ。 The microlens array according to claim 1, wherein
X direction is the main scanning direction by the light beam,
R (x, 0) and R (0, y)
Among them, at least R (x, 0) is a microlens array having a minimum value.
Ｘ方向が光ビームによる主走査方向であり、
Ｒ(ｘ，０)、および、Ｒ(０，ｙ)
が共に極小値となるマイクロレンズアレイ。 The microlens array according to claim 1, wherein
X direction is the main scanning direction by the light beam,
R (x, 0) and R (0, y)
Is a microlens array in which both become minimum values.
個々のマイクロレンズが、
Ｒ(０，ｙ)≠Ｒ(ｘ，０)
の関係を満たすマイクロレンズアレイ。 The microlens array according to any one of claims 1 to 3,
Individual microlenses
R (0, y) ≠ R (x, 0)
A microlens array that satisfies the above relationship.
マイクロレンズ面が凸面であるマイクロレンズアレイ。 The microlens array according to any one of claims 1 to 3,
A microlens array having a convex microlens surface.
マイクロレンズ面が凹面であるマイクロレンズアレイ。 The microlens array according to any one of claims 1 to 3,
A microlens array in which the microlens surface is concave.
２次元的に配列されたマイクロレンズの頂点位置が、ランダムであるマイクロレンズアレイ。 The microlens array according to any one of claims 1 to 6,
A microlens array in which the apex positions of two-dimensionally arranged microlenses are random.
マイクロレンズは板状透明体の片面にアレイ配列して形成され、マイクロレンズが形成された面を、光ビームの入射側とするマイクロレンズアレイ。 The microlens array according to any one of claims 1 to 6,
A microlens array is formed by arraying microlenses on one surface of a plate-like transparent body, and the surface on which the microlenses are formed is the light beam incident side.
マイクロレンズアレイとして、請求項１〜８の何れか１項に記載のものを用いる画像表示装置。 The microlens array is scanned two-dimensionally with the light beam for image display, the light beam is diverged by the individual microlenses in the microlens array, and the divergent light is imaged as a virtual image by the imaging optical system. An image display device,
The image display apparatus using the thing of any one of Claims 1-8 as a micro lens array.
前記光ビームを２次元的に偏向させる偏向手段と、
該偏向手段により２次元的に偏向された前記光ビームにより２次元的に走査されるマイクロレンズアレイと、
該マイクロレンズアレイからの光により前記表示すべき画像の虚像を結像させる結像光学系と、を有し、
前記マイクロレンズアレイとして、請求項１〜８の何れか１項に記載のものを用いる画像表示装置。 A light source unit that emits a light beam for image display;
Deflecting means for two-dimensionally deflecting the light beam;
A microlens array scanned two-dimensionally by the light beam deflected two-dimensionally by the deflecting means;
An imaging optical system that forms a virtual image of the image to be displayed by the light from the microlens array;
The image display apparatus using the thing of any one of Claims 1-8 as said micro lens array.
各マイクロレンズは、該マイクロレンズの中央部より周辺部の方が、曲率半径の大きさが大きいマイクロレンズアレイ。 A microlens array in which microlenses are arranged two-dimensionally in directions orthogonal to each other, and each microlens emits light,
Each microlens is a microlens array in which the radius of curvature is larger in the peripheral portion than in the central portion of the microlens.
各マイクロレンズは、中央部から周辺部に向かうにしたがって、徐々に曲率半径の大きさが大きくなっているマイクロレンズアレイ。 The microlens array according to claim 11, wherein
Each microlens is a microlens array in which the radius of curvature gradually increases from the center to the periphery.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9864195B2 (en) | 2015-03-11 | 2018-01-09 | Ricoh Company, Ltd. | Image display apparatus |
| US20190025473A1 (en) * | 2016-03-16 | 2019-01-24 | Yusuke Ohta | Screen member, image display apparatus, and object apparatus |
| WO2019106951A1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | Display apparatus for vehicle and display system for vehicle |
| WO2022107772A1 (en) * | 2020-11-17 | 2022-05-27 | 株式会社クラレ | Micro-array-type diffusion plate |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61156218A (en) * | 1984-12-28 | 1986-07-15 | Nec Corp | Two-dimensional exit lens |
| JPH05104979A (en) * | 1991-10-18 | 1993-04-27 | Asahi Glass Co Ltd | Head up display |
| US20040130790A1 (en) * | 2002-09-20 | 2004-07-08 | Sales Tasso R. M. | Random microlens array for optical beam shaping and homogenization |
| JP2009128659A (en) * | 2007-11-26 | 2009-06-11 | Toshiba Corp | Display apparatus and mobile object using the same |
| US20130121016A1 (en) * | 2010-07-15 | 2013-05-16 | Lg Chem., Ltd | Optical film having improved optical performance, and backlight unit comprising the same |
| JP2014038314A (en) * | 2012-07-19 | 2014-02-27 | Asahi Glass Co Ltd | Optical element, projection device, measurement device and manufacturing method |
| JP2014139657A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Ricoh Co Ltd | Two-dimensional image display device, optical scanning device for two-dimensional image display device, scanned surface element and movable body |
| JP2014139655A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Ricoh Co Ltd | Two-dimensional image display device, optical scanning device for two-dimensional image display device and scanned surface element |
| JP2014203032A (en) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | リコー光学株式会社 | Diffuser panel and optical instrument using the same |
-
2015
- 2015-07-07 JP JP2015136329A patent/JP2017021079A/en active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61156218A (en) * | 1984-12-28 | 1986-07-15 | Nec Corp | Two-dimensional exit lens |
| JPH05104979A (en) * | 1991-10-18 | 1993-04-27 | Asahi Glass Co Ltd | Head up display |
| US20040130790A1 (en) * | 2002-09-20 | 2004-07-08 | Sales Tasso R. M. | Random microlens array for optical beam shaping and homogenization |
| JP2009128659A (en) * | 2007-11-26 | 2009-06-11 | Toshiba Corp | Display apparatus and mobile object using the same |
| US20130121016A1 (en) * | 2010-07-15 | 2013-05-16 | Lg Chem., Ltd | Optical film having improved optical performance, and backlight unit comprising the same |
| JP2014038314A (en) * | 2012-07-19 | 2014-02-27 | Asahi Glass Co Ltd | Optical element, projection device, measurement device and manufacturing method |
| JP2014139657A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Ricoh Co Ltd | Two-dimensional image display device, optical scanning device for two-dimensional image display device, scanned surface element and movable body |
| JP2014139655A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Ricoh Co Ltd | Two-dimensional image display device, optical scanning device for two-dimensional image display device and scanned surface element |
| JP2014203032A (en) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | リコー光学株式会社 | Diffuser panel and optical instrument using the same |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9864195B2 (en) | 2015-03-11 | 2018-01-09 | Ricoh Company, Ltd. | Image display apparatus |
| US10191274B2 (en) | 2015-03-11 | 2019-01-29 | Ricoh Company, Ltd. | Image display apparatus |
| US10613321B2 (en) | 2015-03-11 | 2020-04-07 | Ricoh Company, Ltd. | Image display apparatus |
| US20190025473A1 (en) * | 2016-03-16 | 2019-01-24 | Yusuke Ohta | Screen member, image display apparatus, and object apparatus |
| US10598830B2 (en) | 2016-03-16 | 2020-03-24 | Ricoh Company, Ltd. | Screen member, image display apparatus, and object apparatus |
| WO2019106951A1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | Display apparatus for vehicle and display system for vehicle |
| JP2019098832A (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | Display device for vehicle and display system for vehicle |
| WO2022107772A1 (en) * | 2020-11-17 | 2022-05-27 | 株式会社クラレ | Micro-array-type diffusion plate |
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