JP2018010179A - 表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイに光を照射することによって形成する画像において、モアレによる表示品質の低下を抑える。【解決手段】光源と、光源からの出射光に基づいて複数の画素光を形成する画像形成部と、複数の画素光が入射し、複数のマイクロレンズが周期的に配列されたマイクロレンズアレイと備え、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において周期的に配列され、複数のマイクロレンズは少なくとも１つの配列方向に沿うように配列され、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において、配列方向とは一致しない所定角度ずれた方向に沿って配列されている。【選択図】図７

Description

本発明は、表示装置、および、この表示装置を備えたヘッドアップディスプレイ装置に関する。

特許文献１に記載の情報表示装置は、走査系を介してレーザー光を拡散スクリーン上で走査する装置であって、拡散スクリーンからの拡散光が情報視認者の眼に入射して所定の情報が視認される。ここで、拡散スクリーンとしては、微小なレンズを複数個、密に敷き詰めたスクリーンが挙げられている。

特開平７−２７０７１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の情報表示装置のように、複数の微小レンズを並べたスクリーン上でレーザー光を走査することによって情報の画像を表示させる装置においては、モアレの発生によって画像の表示品質が低下するおそれがあった。このようなモアレとしては、レーザー光の走査に起因して発生するスキャンモアレや、スクリーンに入射したレーザー光がスクリーン内部で干渉または回折することに起因する回折モアレがある。

そこで本発明は、マイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイに光を照射することによって形成する画像において、モアレによる表示品質の低下を抑えることができる表示装置およびこれを備えたヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の表示装置は、光源と、光源からの出射光に基づいて複数の画素光を形成する画像形成部と、複数の画素光が入射し、複数のマイクロレンズが周期的に配列されたマイクロレンズアレイと備え、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において周期的に配列され、複数のマイクロレンズは少なくとも１つの配列方向に沿うように配列され、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において、配列方向とは一致しない所定角度ずれた方向に沿って配列されていることを特徴としている。
これにより、表示画像を見る者の目の分解能に対応してモアレのピッチを制御できるため、モアレが視認されにくいピッチに設定することができ、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。

本発明の第１の態様の表示装置において、複数のマイクロレンズは少なくとも２つの配列方向に沿うように配列され、所定角度は、マイクロレンズの隣り合う２つの配列方向の間の方向に対応する角度であることが好ましい。
これにより、マイクロレンズの配列方向からずれた方向に画素光を配置できるため、モアレが視認されにくくなり、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。

本発明の第２の態様の表示装置は、光源と、光源からの出射光に基づいて複数の画素光を形成する画像形成部と、複数の画素光が入射し、複数のマイクロレンズが周期的に配列されたマイクロレンズアレイと備え、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において周期的に配列され、複数のマイクロレンズは第１のピッチＰｍで配列され、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において、第１のピッチＰｍとは一致しない第２のピッチＰｐで配列されていることを特徴としている。
これにより、マイクロレンズと画素光の配列をずらして配置することができるため、モアレが視認されにくくなり、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。

本発明の第１および第２の態様の表示装置において、複数のマイクロレンズのピッチＰｍと、マイクロレンズアレイ上における複数の画素光のピッチＰｐは、次式（１）または次式（２）を満足することが好ましい。
１．５×Ｐｐ≦Ｐｍ≦１．９×Ｐｐ （１）
０．１×Ｐｐ≦Ｐｍ≦０．５×Ｐｐ （２）
これにより、モアレのピッチを表示画像を見る者の分解能以下とすることができるため、モアレが視認されにくくなり、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。

本発明の第１および第２の態様の表示装置において、マイクロレンズアレイ上における画素光の径は、マイクロレンズのピッチの２／３以下であることが好ましい。
これにより、マイクロレンズにおける余計な回折の発生を抑えることができるため、表示画像の解像度を高めることができる。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、上述のいずれかの表示装置と、マイクロレンズアレイに形成された中間画像を被投影体に投影する投影光学系とを備え、被投影体は、車両のウインドシールド、または、ウインドシールドの内側に配置されるコンバイナであることを特徴としている。
これにより、ヘッドアップディスプレイ装置において投影される画像において、モアレによる表示品質の低下を抑えることができる。

本発明によると、マイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイに光を照射することによって形成する画像において、モアレによる表示品質の低下を抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における光源部の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態におけるマイクロレンズアレイの構成例を示す平面図である。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズと、マイクロレンズアレイ上における画素光との配列例を示した平面図である。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズと、マイクロレンズアレイ上における画素光との配列例を示した平面図である。 （Ａ）は、ＭＬＡの配置角度と、ＭＬＡに画素光を与えたときのモアレ周波数との関係を示すグラフ、（Ｂ）はＭＬＡの配置角度と、ＭＬＡに画素光を与えたときのΔｐとの関係を示すグラフである。 第２実施形態に係るマイクロレンズアレイのマイクロレンズと、マイクロレンズアレイ上における画素光との配列例を示した平面図である。 （Ａ）は、ＭＬＡの配置角度と、ＭＬＡに画素光を与えたときのモアレ周波数との関係を示すグラフ、（Ｂ）はＭＬＡの配置角度と、ＭＬＡに画素光を与えたときのΔｐとの関係を示すグラフである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の概略構成を示す側面図である。図２は、第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の構成を示すブロック図である。図３は、第１実施形態における光源部２０の概略構成を示す図である。図４は、第１実施形態におけるマイクロレンズアレイ４０の構成例を示す平面図である。図１と図４には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｘ方向は、レンズ３５の光軸３５ｃ、および、マイクロレンズアレイ４０の全体の中心軸４０ｘに沿っており、Ｙ−Ｚ面はＸ方向と垂直な平面である。以下の説明において、Ｘ方向に沿って見た状態を平面視ということがある。

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、光源部２０と、画像形成部としての走査ミラー３１およびレンズ３５と、マイクロレンズアレイ４０（以下、ＭＬＡ４０と呼ぶことがある）と、投影光学系としての投影ミラー５１とを備え、また、図２に示すように、ミラードライバ３２と、制御部３３と、メモリ３４とを備える。ここで、レンズ３５とＭＬＡ４０は、図１に示すように、光軸の延長線がＸ方向に沿って互いに重なるように、走査ミラー３１側から投影ミラー５１側へ順に配置されている。また、図１における、光源部２０、走査ミラー３１、レンズ３５、および、ＭＬＡ４０と、図２における、ミラードライバ３２、制御部３３、および、メモリ３４とは、表示装置を構成する。メモリ３４には、制御部３３による制御に必要な情報、中間画像の画像データ作成のベースとなるデータなどが保存される。

光源部２０は、図２または図３に示すように、３つのレーザーダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃからなるレーザー光源２１と、レーザードライバ２２と、３つのコリメータレンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃと、ミラー２４ａと、２つのダイクロイックプリズム２４ｂ、２４ｃとを備える。

レーザーダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、可視領域のレーザー光を出射する光源であって、レーザードライバ２２から供給される電流量に応じた強度の光を出射する。この光は、その進行方向に直交する断面が点状であって、振幅の変調、及び、レーザードライバ２２から供給される電流量は制御部３３によって制御される。これによって、レーザーダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃから所定の時間間隔でレーザー光が出射される。

レーザーダイオード２１ａは、例えば赤色のレーザー光を出射し、レーザーダイオード２１ａから出射されたレーザー光はコリメータレンズ２３ａで平行光とされ、ミラー２４ａによってダイクロイックプリズム２４ｂ側へ反射される。

レーザーダイオード２１ｂは、例えば緑色のレーザー光を出射し、レーザーダイオード２１ｂから出射されたレーザー光はコリメータレンズ２３ｂで平行光とされ、ダイクロイックプリズム２４ｂによってダイクロイックプリズム２４ｃ側へ反射される。ダイクロイックプリズム２４ｂは、コリメータレンズ２３ｂから出射された緑色光を反射させるとともに、ミラー２４ａで反射された赤色光をダイクロイックプリズム２４ｃ側へ透過させる。

レーザーダイオード２１ｃは、例えば青色のレーザー光を出射し、レーザーダイオード２１ｃから出射されたレーザー光はコリメータレンズ２３ｃで平行光とされ、ダイクロイックプリズム２４ｃによって走査ミラー３１側へ反射される。ダイクロイックプリズム２４ｃは、コリメータレンズ２３ｃから出射された青色光を反射させるとともに、ダイクロイックプリズム２４ｂから出射した、赤色光と緑色光の合成光を走査ミラー３１側へ透過させる。
なお、レーザー光源２１は、単色のレーザーダイオードで構成してもよい。

走査ミラー３１は、例えばガルバノミラーであって、２次元スキャナとして、ミラードライバ３２によって反射面３１ｒが２つの回動軸を中心として回動する。光源部２０から出射したレーザー光は、回動する反射面３１ｒで反射されることにより走査光として出射される。この走査においては、まず、Ｚ方向に沿った第１の回動軸（不図示）を中心とした回動によって１ライン分の光がレンズ３５上に照射される。次に、Ｙ方向に沿った第２の回動軸（不図示）を中心とした所定量の回動の後に、再び第１の回動軸を中心とする回動を行うことによって次の１ライン分の光がＺ方向下側に照射され、これらを繰り返すことによって、縦横に周期的に配列された１フレーム分の光がレンズ３５上に照射される。走査ミラー３１の回動方向及び回動速度は、制御部３３によって制御され、制御部３３からの制御信号にしたがって、ミラードライバ３２は走査ミラー３１を回動させる。走査ミラー３１の第２の回動軸は、ＭＬＡ４０全体の中心軸４０ｘの延長線上に配置されている。

レンズ３５は、正の屈折力を有するレンズであって、走査ミラー３１からの反射光をＭＬＡ４０全体の中心軸４０ｘに平行にして、ＭＬＡ４０側へ出射させる。レンズ３５からの出射光は、複数の画素光としてＭＬＡ４０上において周期的に配列されるように入射し、これによって、ＭＬＡ４０に１フレームずつ中間画像が形成される。

マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）４０は、図４に示すように、全体として矩形状の平面形状を有し、同一形状の複数のマイクロレンズ４０ａが互いに密接するように周期的に並んだ構成を備えている。マイクロレンズ４０ａはそれぞれ、平面視で正六角形状であり、各辺が隣り合うマイクロレンズ４０ａの１つの辺と接触しており、これによってＭＬＡ４０は六方配列をなしている。図４は、ＭＬＡ４０の縦横の辺をＺ方向およびＹ方向にそれぞれ沿うように配置した状態を示しており、この状態において、複数のマイクロレンズ４０ａは、Ｙ方向に平行な第１方向Ｄ１１と、第１方向Ｄ１１に対して平面視で時計方向に６０度傾斜した第２方向Ｄ１２と、第１方向Ｄ１１に対して平面視で反時計方向に６０度傾斜した第３方向Ｄ１３とにそれぞれ沿うように並んでいる。それぞれのマイクロレンズ４０ａは、図１に示すように、Ｘ方向に沿って、レンズ３５側へ半球状に突出しており、それぞれの光軸はＭＬＡ４０全体の中心軸４０ｘと平行に延びている。マイクロレンズ４０ａは、それぞれにおいて、レンズ３５からの入射光を回折させ、出射角及び位相が互いに異なる複数の回折光を投影ミラー５１側へ出射させる。ＭＬＡ４０は、例えば樹脂の成形によって形成される。

マイクロレンズ４０ａは、図４に示す状態において、平面視の横方向（Ｙ方向）においてはピッチＰｈで配列され、縦方向（Ｚ方向）においてはピッチＰｖで配列されている。これらのピッチＰｈ、Ｐｖは、平面視で六角形のマイクロレンズ４０ａの中心の間隔である。

投影ミラー５１は、反射面５１ｒを有する凹面鏡（拡大鏡）である。ＭＬＡ４０で結像した中間画像を含む投影光は、投影ミラー５１で拡大・反射される。この反射光は、車両のウインドシールドＷの表示領域またはウインドシールドＷの手前に設置されたコンバイナに投影される。このウインドシールドＷまたはコンバイナは半反射面として機能するため、入射したイメージ光は、運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールドＷまたはコンバイナの前方位置に虚像Ｖが形成される。ウインドシールドＷまたはコンバイナの前方の虚像Ｖを目視することで、運転者の目Ｅには、ステアリングホイールの上方の前方に各種の情報が表示されているように見える。

図５と図６は、マイクロレンズアレイ４０のマイクロレンズ４０ａと、マイクロレンズアレイ４０上における画素光との配列例を示した平面図である。図５は、図４と同様に、ＭＬＡ４０の縦横の辺をＺ方向およびＹ方向にそれぞれ沿うように配置した状態を示しており、ＭＬＡ４０の一部を拡大して示している。一方、図６は、図５の状態に対して、平面視においてＭＬＡ４０を時計方向に１５度傾斜させた状態を示す。

第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１０においては、レンズ３５からＭＬＡ４０に入射する複数の画素光のそれぞれの中心位置と、ＭＬＡ４０の複数のマイクロレンズ４０ａのそれぞれの中心位置とが互いに一致しないように、例えば図６に示すように、ＭＬＡ４０上における複数の画素光の配列方向と、ＭＬＡ４０の複数のマイクロレンズ４０ａの配列方向とを所定角度ずらしている。以下、図５と図６を参照して、より具体的に説明する。

図５又は図６に示すように、レンズ３５から出射したレーザー光は、複数の画素光４１としてＭＬＡ４０に与えられる、図５と図６に示す例では、複数の画素光４１は、ＭＬＡ４０上において、第１方向Ｄ１１、第２方向Ｄ１２、および、第３方向Ｄ１３に沿うように周期的に配列される。そして、画素光４１は、図５に示す状態のＭＬＡ４０のマイクロレンズ４０ａと同様に、平面視の横方向（Ｙ方向）においてはピッチＰｈで配列され、縦方向（Ｚ方向）においてはピッチＰｖで配列されている。これらのピッチＰｈ、Ｐｖは、平面視円形の画素光４１の中心の間隔である。このような配列により、図５に示す状態においては、複数の画素光４１はそれぞれ、複数のマイクロレンズ４０ａと中心位置が一致するように配列される。

図５に示す状態に対して、画素光４１の配列は変えずに、ＭＬＡ４０をＹＺ平面内で時計回りに１５度傾斜させた状態が図６に示す状態である。図６に示すように、マイクロレンズ４０ａは、第１方向Ｄ１１、第２方向Ｄ１２、および、第３方向Ｄ１３からそれぞれ１５度ずれた、配列方向Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３に沿って配列されている。このため、マイクロレンズ４０ａのピッチＰｈ、Ｐｖはいずれも変化しており、画素光４１の中心位置とマイクロレンズ４０ａの中心位置にずれが生じている。

図７（Ａ）、（Ｂ）は、図４に示すように複数のマイクロレンズ４０ａを六方配列させたＭＬＡ４０の配置角度（ＭＬＡ角度（単位：度））と、このＭＬＡ４０に画素光を与えたときのモアレ周波数（単位：ｍｍ／ｃｙｃｌｅ）（図７（Ａ））またはピッチ差Δｐ（単位：ｍｍ）（図７（Ｂ））との関係を示すグラフである。これらのグラフ中において、実線で示す「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」の曲線は、Ｙ方向におけるマイクロレンズ４０ａのピッチＰｈの変化を示しており、破線で示す「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」の曲線は、Ｚ方向におけるピッチＰｖの変化を示している。

図７（Ａ）の縦軸に示すモアレ周波数は、投影ミラー５１によってウインドシールドＷに投影された画像を撮影し、この撮影画像に現れた濃淡の縞状のモアレにおいて、隣り合う濃淡１本ずつのモアレ画像を１サイクルとして、１サイクルあたりの幅（単位ｍｍ）で示している。

図７（Ｂ）の縦軸に示すピッチ差Δｐは、ＭＬＡ４０のマイクロレンズ４０ａのピッチと、ＭＬＡ４０上における画素光のピッチとの差である。このピッチ差Δｐは、実線で示す「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」については、Ｙ方向におけるマイクロレンズ４０ａのピッチＰｈの平均値と画素光のピッチの平均値との差の絶対値であり、破線で示す「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」については、Ｚ方向におけるマイクロレンズ４０ａのピッチＰｈの平均値と画素光のピッチの平均値との差の絶対値である。

図７（Ａ）、（Ｂ）における横軸に示すＭＬＡ角度は、図４または図５に示す配置のときを角度ゼロ（単位ｄｅｇ（度））とし、平面視において、時計回りにＭＬＡ４０を傾けた角度を示している。したがって、１５度傾けた状態は図６に対応する。ここで、ＭＬＡ４０のマイクロレンズ４０ａは正六角形の平面形状を有するため、マイクロレンズ４０ａのＹ方向におけるピッチは、ＭＬＡ角度が０度の場合と６０度の場合とで互いに同一となる。同様に、マイクロレンズ４０ａのＺ方向におけるピッチも、ＭＬＡ角度が０度の場合と６０度の場合とで互いに同一となる。このため、図７（Ｂ）に示すピッチ差Δｐでは、「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」と「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」の曲線のいずれにおいても、ＭＬＡ角度が６０度変わるごとにピッチ差Δｐが同一となる。また、図７（Ｂ）における「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」と「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」の曲線は、上に凸の曲線となっており、それぞれの曲線においてピッチ差Δｐが最小値となるＭＬＡ角度を基準とし、これに対して３０度の位置でピッチ差Δｐが最大となっている。例えば、「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」の曲線のピッチ差Δｐの最小値に対応するＭＬＡ角度は０度と６０度であって、その中間の３０度の位置でピッチ差Δｐが最大値を取っている。

図７（Ａ）に示すモアレ周波数は、図７（Ｂ）に示すピッチ差Δｐの変化に対して凹凸が逆向きとなるように変化している。すなわち、「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」と「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」の曲線のいずれにおいても、ＭＬＡ角度が６０度変わるごとにモアレ周波数が同一の値となっており、かつ、いずれの曲線も下に凸の曲線となっている。そして、それぞれの曲線の最大値に対応するＭＬＡ角度を基準とし、これに対して３０度シフトした位置でモアレ周波数が最小となっている。例えば、「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」の曲線のモアレ周波数の最大値に対応するＭＬＡ角度は０度と６０度であって、その中間の３０度の位置でモアレ周波数が最小値を取っている。

図７（Ａ）に示すように、ＭＬＡ角度の２つの範囲Ｒ１１、Ｒ１２では、「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」と「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」のいずれにおいてもモアレ周波数が０．４以下となっている。これらの範囲では、モアレの濃淡の縞が非常に細かくなっているため、ウインドシールドＷに投影された画像を見た者の目にはモアレが認識しづらくなっており、モアレによる表示品質の低下が抑えられている。ここで、範囲Ｒ１１、Ｒ１２は、ＭＬＡ４０のマイクロレンズ４０ａの配列方向Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３（ＭＬＡ角度）とは一致しない方向に沿ってＭＬＡ４０を傾けた状態に対応しており、隣り合う２つの配列方向の中間とその近傍の角度範囲となる。なお、図７（Ａ）に示す例では、モアレ周波数が０．４以下を範囲Ｒ１１、Ｒ１２としたが、この範囲の設定は一例であり、投影画像の輝度その他の特性、自動車周辺の明るさ、自動車の速度その他の走行状態などに応じて任意に設定可能である。

また、範囲Ｒ１１、Ｒ１２においては、その前後のＭＬＡ角度と比べて、マイクロレンズ４０ａのピッチＰｍはＭＬＡ４０上における画素光のピッチＰｐよりも十分大きくなっている。ここで、マイクロレンズ４０ａのピッチＰｍは、マイクロレンズ４０ａのＹ方向のピッチとＺ方向のピッチの平均値であり、画素光のピッチＰｐは、ＭＬＡ４０上における画素光のＹ方向のピッチとＺ方向のピッチの平均値である。さらに、マイクロレンズ４０ａのピッチＰｍと画素光のピッチＰｐは次式（１）を満たすことが好ましい。この条件を満たすことにより、モアレを細かくすることができ、投影画像を見る者の目の分解能以下にすることができるため、投影画像を見た者がモアレを認識しづらくなり、これによって投影画像の表示品質の低下を抑えることが可能となる。
１．５×Ｐｐ≦Ｐｍ≦１．９×Ｐｐ （１）

ここで、マイクロレンズ４０ａに対して、レンズ３５から入射する画素光としてのレーザー光のビーム径は、ピッチＰｈ、Ｐｖのいずれについても、２／３以下とすることが好ましい。ビーム径をこのように設定すると、レンズ３５からの出射光は、それぞれのマイクロレンズ４０ａの中央にレーザー光が入射しやすくなり、これによって、余計な回折の発生を抑えることができるため、中間画像の解像度を高めることができる。
さらに、レンズ３５から入射するレーザー光のビーム径をピッチＰの３／５以下とすると、回折の発生を抑えられるだけでなく、画像の解像度も高めることができるため好ましい。

以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、次の効果を奏する。
マイクロレンズアレイ４０上において、画素光を、マイクロレンズ４０ａの配列方向とは一致しない所定角度ずれた方向に沿って配列することによって、表示画像を見る者の目の分解能に対応してモアレのピッチを制御できるようになるため、モアレが視認されにくいピッチに設定することができ、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。さらに、ＭＬＡ４０上における画素光の配列方向を、マイクロレンズ４０ａの隣り合う２つの配列方向の間の方向としたため、モアレが視認されにくくなり、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。

以下に変形例について説明する。
図４〜図６では、マイクロレンズ４０ａの当ピッチとなる配列方向が３方向の場合を例示したが、配列方向が１方向、２方向、または、４方向以上の場合にも同様に適用できる。
上記第１実施形態では、図５に示す状態において、マイクロレンズ４０ａのピッチと画素光のピッチを同一としていたが、これに限定されない。
上記第１実施形態では、ＭＬＡ４０を回転させることによってピッチ差Δｐを変化させたが、これに代えて、または、これに加えて、画像形成部側において、例えば走査ミラー３１の向きを変えることによって画素光の配列方向を傾けることによってピッチ差Δｐを変化させてもよい。
また、ピッチ差Δｐの変化は、ＭＬＡ４０のマイクロレンズ４０ａの配列方向を傾けたり、ＭＬＡ４０上における画像光の配列方向を傾けるのではなく、ＭＬＡ４０及び／又はＭＬＡ４０上における画像光を、Ｚ方向及び／又はＹ方向にシフトさせることによっても実現できる。

（第２実施形態）
図８は第２実施形態に係るマイクロレンズアレイ１４０のマイクロレンズ１４０ａと、マイクロレンズアレイ４０上における画素光との配列例を示した平面図である。図８は、図５と同様に、ＭＬＡ１４０の縦横の辺をＺ方向およびＹ方向にそれぞれ沿うように配置した状態を示しており、マイクロレンズ１４０ａの一部を拡大して示している。

図８に示すＭＬＡ１４０においては、平面視で正方形状の同一形状の複数のマイクロレンズ１４０ａが互いに密接するように周期的に並んだ構成を備えている。マイクロレンズ１４０ａは、各辺が隣り合うマイクロレンズ１４０ａの１つの辺と接触しており、各頂点も隣り合うマイクロレンズ１４０ａの１つの頂点と接触している。図８は、ＭＬＡ１４０の縦横の辺をＺ方向およびＹ方向にそれぞれ沿うように配置した状態を示しており、この状態において、複数のマイクロレンズ１４０ａは、Ｙ方向に平行な第１方向Ｄ３１と、第１方向Ｄ３１に対して平面視で時計方向に４５度傾斜した第２方向Ｄ３２と、第２方向Ｄ３２に対して４５度傾斜した第３方向Ｄ３３と、第３方向Ｄ３３に対して４５度傾斜した第４方向Ｄ３４とにそれぞれ沿うように並んでいる。それぞれのマイクロレンズ１４０ａは、上記第１実施形態におけるマイクロレンズ４０ａと同様に、Ｘ方向に沿って、レンズ３５側へ半球状に突出するように配置されており、それぞれの光軸はＭＬＡ１４０全体の中心軸と平行に延びており、レンズ３５からの入射光を回折させ、出射角及び位相が互いに異なる複数の回折光を投影ミラー５１側へ出射させる。また、マイクロレンズ１４０ａは、平面視の横方向においてはピッチＰｈで配列され、縦方向においてはピッチＰｖで配列されている。これらのピッチＰｈ、Ｐｖは、平面視で正方形のマイクロレンズ１４０ａの中心の間隔であり、図８に示すようにＭＬＡ１４０を傾けていない状態においては、ピッチＰｈとピッチＰｈは等しい。

レンズ３５から出射したレーザー光は、複数の画素光１４１としてＭＬＡ１４０に与えられ、ＭＬＡ１４０上において、第１方向Ｄ３１、第２方向Ｄ３２、第３方向Ｄ３３、および、第４方向Ｄ３４に沿うように周期的に配列される。図８に示す例では、画素光１４１は、ＭＬＡ１４０のマイクロレンズ４０ａと同様に、平面視の横方向においてはピッチＰｈで配列され、縦方向においてはピッチＰｖで配列されており、複数の画素光１４１はそれぞれ、複数の１４０ａと中心位置が一致するように配列される。

図９（Ａ）、（Ｂ）は、図７（Ａ）、（Ｂ）と同様に、ＭＬＡ１４０の配列角度と、このＭＬＡ１４０に画素光を与えたときのモアレ周波数（単位：ｍｍ／ｃｙｃｌｅ）（図９（Ａ））またはピッチ差Δｐ（単位：ｍｍ）（図９（Ｂ））との関係を示すグラフである。これらの図において、「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」と「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」の曲線は互いに重なっている。

図９（Ａ）、（Ｂ）の横軸に示すＭＬＡ角度は、図８に示す配列を角度ゼロ（単位ｄｅｇ（度））とし、平面視において、時計回りにＭＬＡ１４０を傾けた角度を示している。ここで、ＭＬＡ１４０のマイクロレンズ１４０ａは正方形の平面形状を有するため、マイクロレンズ１４０ａのＹ方向におけるピッチは、ＭＬＡ角度が０度の場合と９０度の場合とで互いに同一となる。同様に、マイクロレンズ１４０ａのＺ方向におけるピッチも、ＭＬＡ角度が０度の場合と９０度の場合とで互いに同一となる。このため、図９（Ｂ）に示すピッチ差Δｐでは、「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」と「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」の曲線のいずれにおいても、ＭＬＡ角度が９０度変わるごとにピッチ差Δｐが同一の値をとる。また、「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」と「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」の曲線は、ＭＬＡ角度が０度と９０度のときに最大となっており、４５度のときにも極大となっている。一方、０度と４５度の間の３５度近傍、および、４５度と９０度の間の５５度近傍で極小となっている。

図９（Ａ）に示すモアレ周波数は、図９（Ｂ）に示すピッチ差Δｐの変化に対して凹凸が逆向きとなるように変化している。
図９（Ａ）に示すように、ＭＬＡ角度の２つの範囲Ｒ２１、Ｒ２２では、「Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ」と「Ｖｅｒｔｉｃａｌ」のいずれにおいてもモアレ周波数が０．４よりも大きく、特に、ＭＬＡ角度が３５度近傍および５５度近傍では１０程度となっている。これらの範囲Ｒ２１、Ｒ２２のうち、特に３５度近傍および５５度近傍では、モアレの濃淡の縞の幅が非常に大きくなっているため、ウインドシールドＷに投影された画像を見た者の目にはモアレが認識しづらくなっており、モアレによる表示品質の低下が抑えられている。ここで、範囲Ｒ２１、Ｒ２２は、ＭＬＡ１４０の１４０ａの配列方向Ｄ３１、Ｄ３２、Ｄ３３、Ｄ３４とは一致しない方向に沿ってＭＬＡ４０を傾けた状態に対応しており、隣り合う２つの配列方向の間の角度範囲となる。なお、図９（Ａ）に示す例では、モアレ周波数が０．４以上を範囲Ｒ１１、Ｒ１２としたが、この範囲の設定は一例であり、投影画像の輝度その他の特性、自動車周辺の明るさ、自動車の速度その他の走行状態などに応じて任意に設定可能である。

また、範囲Ｒ２１、Ｒ２２においては、その前後のＭＬＡ角度と比べて、マイクロレンズ１４０ａのピッチＰｍはＭＬＡ１４０上における画素光のピッチＰｐよりも十分小さくなっている。ここで、マイクロレンズ１４０ａのピッチＰｍは、マイクロレンズ１４０ａのＹ方向のピッチとＺ方向のピッチの平均値であり、画素光のピッチＰｐは、ＭＬＡ１４０上における画素光のＹ方向のピッチとＺ方向のピッチの平均値である。さらに、マイクロレンズ１４０ａのピッチＰｍと画素光のピッチＰｐは次式（２）を満たすことが好ましい。この条件を満たすことにより、モアレを粗くすることができ、画像を見る者の目の分解能以下とすることができるため、投影画像を見た者がモアレを認識しづらくなり、これによって投影画像の表示品質の低下を抑えることが可能となる。
０．１×Ｐｐ≦Ｐｍ≦０．５×Ｐｐ （２）
なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置は、マイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイに光を照射することによって形成する画像において、モアレによる表示品質の低下を抑えることができる点で有用である。

１０ ヘッドアップディスプレイ装置
２０ 光源部
２１ レーザー光源
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ レーザーダイオード
２２ レーザードライバ
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ コリメータレンズ
２４ａ ミラー
２４ｂ、２４ｃ ダイクロイックプリズム
３１ 走査ミラー
３１ｒ 反射面
３２ ミラードライバ
３３ 制御部
３４ メモリ
３５ レンズ
４０、１４０ マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）
４０ａ、１４０ａ マイクロレンズ
４０ｘ マイクロレンズアレイの全体の中心軸
４１、１４１ 画素光
５１ 投影ミラー
５１ｒ 反射面
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ３１、Ｄ３２、Ｄ３３ 配列方向
Ｐｈ、Ｐｍ、Ｐｐ、Ｐｖ ピッチ
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２ 範囲
Ｗ ウインドシールド
Ｖ 虚像

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源からの出射光に基づいて複数の画素光を形成する画像形成部と、
   前記複数の画素光が入射し、複数のマイクロレンズが周期的に配列されたマイクロレンズアレイと備え、
   前記複数の画素光は、前記マイクロレンズアレイ上において周期的に配列され、
   前記複数のマイクロレンズは少なくとも１つの配列方向に沿うように配列され、
   前記複数の画素光は、前記マイクロレンズアレイ上において、前記配列方向とは一致しない所定角度ずれた方向に沿って配列されていることを特徴とする表示装置。
2. 前記複数のマイクロレンズは少なくとも２つの配列方向に沿うように配列され、
   前記所定角度は、前記マイクロレンズの隣り合う２つの配列方向の間の方向に対応する角度であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 光源と、
   前記光源からの出射光に基づいて複数の画素光を形成する画像形成部と、
   前記複数の画素光が入射し、複数のマイクロレンズが周期的に配列されたマイクロレンズアレイと備え、
   前記複数の画素光は、前記マイクロレンズアレイ上において周期的に配列され、
   前記複数のマイクロレンズは第１のピッチＰｍで配列され、
   前記複数の画素光は、前記マイクロレンズアレイ上において、前記第１のピッチＰｍとは一致しない第２のピッチＰｐで配列されていることを特徴とする表示装置。
4. 前記複数のマイクロレンズのピッチＰｍと、前記マイクロレンズアレイ上における前記複数の画素光のピッチＰｐは、次式（１）または次式（２）を満足することを特徴とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表示装置。
   １．５×Ｐｐ≦Ｐｍ≦１．９×Ｐｐ （１）
   ０．１×Ｐｐ≦Ｐｍ≦０．５×Ｐｐ （２）
5. 前記マイクロレンズアレイ上における前記画素光の径は、前記マイクロレンズのピッチの２／３以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表示装置と、
   前記マイクロレンズアレイに形成された中間画像を被投影体に投影する投影光学系とを備え、
   前記被投影体は、車両のウインドシールド、または、前記ウインドシールドの内側に配置されるコンバイナであることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

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