JP2022109605A - Picture display device and illumination device - Google Patents
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Images
Landscapes
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Abstract
Description
本発明は、空間光変調器に光を照射して画像を表示する画像表示装置および当該画像表示装置に用いて好適な照明装置に関する。 The present invention relates to an image display device that displays an image by irradiating a spatial light modulator with light, and an illumination device suitable for use in the image display device.
従来、液晶パネル等の空間光変調器にレーザ光を照射して画像を表示する画像表示装置が商品化されている。この種の画像表示装置では、空間光変調器で変調されたレーザ光を、入射領域に形成されたホログラムで回折させて伝搬し、出射領域から出射させるホログラム導光素子が用いられ得る。これにより、光学系を小型化でき、且つ、ホログラムの回折パターンを調整することで、所望の回折作用をレーザ光に付与できる。 2. Description of the Related Art Conventionally, an image display device that displays an image by irradiating a spatial light modulator such as a liquid crystal panel with a laser beam has been commercialized. This type of image display device may use a hologram light guide element that causes laser light modulated by a spatial light modulator to be diffracted by a hologram formed in an incident area, propagated, and emitted from an emitting area. Thereby, the optical system can be miniaturized, and a desired diffraction effect can be imparted to the laser light by adjusting the diffraction pattern of the hologram.
しかしながら、ホログラムの回折効率は、ホログラムに対するレーザ光の入射角に応じて変化する。他方、空間光変調器の光変調領域から出射された光は、レンズを介してホログラム導光素子の入射領域に投影されるため、入射領域に形成されたホログラムに入射する光線の入射角は、光変調領域の位置に応じて相違する。このため、光の回折効率は、入射領域の位置ごとに相違することになる。通常、光変調領域の中心に入射する光線の回折効率が最大となるように、ホログラム導光素子が配置される。このため、光変調領域の端に入射する光は、ホログラムによる回折効率が低下し、結果、表示画像も端が暗くなってしまう。 However, the diffraction efficiency of the hologram changes according to the angle of incidence of the laser beam on the hologram. On the other hand, the light emitted from the light modulation area of the spatial light modulator is projected onto the incident area of the hologram light guide element via the lens, so the incident angle of the light beam entering the hologram formed in the incident area is It differs according to the position of the light modulation area. Therefore, the diffraction efficiency of light differs for each position of the incident region. Generally, the hologram light guide element is arranged so as to maximize the diffraction efficiency of the light beam incident on the center of the light modulation area. For this reason, the diffraction efficiency of the light incident on the edge of the light modulation region is reduced by the hologram, and as a result, the edge of the displayed image becomes dark.
以下の特許文献１には、ホログラムによる回折効率の低下により表示画像の端が暗くなることを補正可能な虚像表示装置が記載されている。この装置では、空間光変調器に照明光を提供するバックライト用の導光板の両側にそれぞれ光源が配置される。これにより、導光板の上面から照射される照明光の強度分布が、各光源側の端部において高められる。こうして、表示画像の両端がホログラムの回折効率の低下によって暗くなることが補正され、結果、表示画像の輝度ムラが抑制される。
しかしながら、上記特許文献１の方法では、導光板の両側にそれぞれ複数の光源を配置する必要があるため、画像表示装置の構成の複雑化とコストの上昇を招く。また、各光源から出射された光は、直接、空間光変調器を照明せず、バックライト用の導光板を介して空間光変調器に照射されるため、光源から出射される光の利用効率が低下する。さらに、バックライト用の導光板に入射した光は、導光板内部を伝搬する間にランダム偏光となる。このため、空間光変調器が、入射側に偏光方向調整用の偏光子を備える場合、空間光変調器に取り込まれる光の光量が減少し、光の利用効率がさらに低下することになる。
However, in the method of
かかる課題に鑑み、本発明は、光の利用効率を高く維持しながら、簡素な構成により、表示画像の輝度むらを抑制することが可能な画像表示装置および照明装置を提供することを目的とする。 In view of such problems, it is an object of the present invention to provide an image display device and a lighting device capable of suppressing luminance unevenness of a displayed image with a simple configuration while maintaining high light utilization efficiency. .
本発明の第１の態様は、画像表示装置に関する。本態様に係る画像表示装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が照射される空間光変調器と、前記空間光変調器により変調された前記レーザ光を、入射領域に形成されたホログラムにより回折させて伝搬させ、出射領域から出射させるホログラム導光素子と、前記レーザ光源と前記空間光変調器との間に配置され、前記レーザ光を強度ピーク位置で前記ホログラムの回折方向に２分割し、２分割した前記各レーザ光の強度分布を反転させて前記各レーザ光を重ね合わせる光学素子と、を備える。 A first aspect of the present invention relates to an image display device. An image display device according to this aspect includes a laser light source, a spatial light modulator irradiated with laser light emitted from the laser light source, and the laser light modulated by the spatial light modulator formed in an incident area. a hologram light guide element for diffracting and propagating by the hologram formed thereon and emitting it from an emission area; and an optical element that divides the beam into two, inverts the intensity distribution of each of the laser beams divided into two, and superimposes the laser beams.
本態様に係る画像表示装置によれば、レーザ光が強度ピーク位置でホログラムの回折方向に２分割され、２分割された各レーザ光の強度分布を反転させて各レーザ光が重ね合わせられる。これにより、空間光変調器の照明光が生成される。一般に、レーザ光は、中心の強度が高く、周辺の強度が低い強度分布を有する。このため、このように照明光が生成されることにより、照明光は、回折方向の両端の強度が中央の強度よりも高い強度分布となる。よって、この照明光が空間光変調器に照射されることで、ホログラム導光素子における回折効率の低下により表示画像の両端が暗くなることが、照明光の強度分布により補償される。その結果、表示画像の輝度むらを抑制することができる。 According to the image display device of this aspect, the laser beam is split into two in the diffraction direction of the hologram at the intensity peak position, and the intensity distribution of each split laser beam is inverted to superimpose the laser beams. Thereby, illumination light for the spatial light modulator is generated. In general, laser light has an intensity distribution with high intensity in the center and low intensity in the periphery. Therefore, by generating the illumination light in this manner, the illumination light has an intensity distribution in which the intensity at both ends in the diffraction direction is higher than the intensity at the center. Therefore, when the spatial light modulator is irradiated with the illumination light, the intensity distribution of the illumination light compensates for the darkening of both ends of the displayed image due to the decrease in the diffraction efficiency of the hologram light guide element. As a result, it is possible to suppress luminance unevenness of the display image.
また、本態様に係る画像表示装置は、光学素子によりレーザ光を２分割して重ね合わせる構成であるため、レーザ光の利用効率が低下することがない。また、別途、光学素子が配置されるのみであるため、照明光を生成するための光学系が顕著に複雑になることもない。 In addition, since the image display device according to this aspect has a configuration in which the laser light is divided into two by the optical element and superimposed, the utilization efficiency of the laser light does not decrease. Moreover, since only an optical element is separately arranged, the optical system for generating the illumination light does not become significantly complicated.
このように、本態様による画像表示装置によれば、光の利用効率を高く維持しながら、簡素な構成により、表示画像の輝度むらを抑制することができる。 As described above, according to the image display device according to this aspect, it is possible to suppress the luminance unevenness of the displayed image with a simple configuration while maintaining high light utilization efficiency.
本発明の第２の態様は、照明装置に関する。本態様に係る照明装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を強度ピーク位置で２分割し、２分割した前記各レーザ光の強度分布を反転させて前記各レーザ光を重ね合わせる光学素子と、を備える。 A second aspect of the present invention relates to a lighting device. The illumination device according to this aspect includes a laser light source, and a laser light emitted from the laser light source is divided into two parts at an intensity peak position, and the intensity distribution of each of the two divided laser lights is reversed to overlap each laser light. and a mating optical element.
本態様に係る照明装置によれば、上記第１の態様と同様、光学素子により２分割されたレーザ光を、強度分布を反転させて重ね合わせて照明光が生成されるため、光の利用効率を高く維持しながら、簡素な構成により、両端の強度が中央よりも高い照明光を生成できる。 According to the illumination device according to this aspect, as in the first aspect, the illumination light is generated by superimposing the laser beam split into two by the optical element with the intensity distribution inverted, so that the light utilization efficiency is is kept high, a simple configuration can generate illumination light with a higher intensity at both ends than in the center.
以上のとおり、本発明によれば、光の利用効率を高く維持しながら、簡素な構成により、表示画像の輝度むらを抑制することが可能な画像表示装置および照明装置を提供できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an image display device and a lighting device capable of suppressing luminance unevenness of a displayed image with a simple configuration while maintaining high light utilization efficiency.
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects and significance of the present invention will become clearer from the description of the embodiments shown below. However, the embodiment shown below is merely one example of the implementation of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments described below.
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。以下の実施形態には、本発明が適用される画像表示装置がヘッドアップディスプレイである場合の構成例が示されている。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸正方向は、空間光変調器により変調された光（映像光）の投射方向である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments show configuration examples in which the image display device to which the present invention is applied is a head-up display. For convenience, each figure is labeled with mutually orthogonal X, Y, and Z axes. The Z-axis positive direction is the projection direction of light (image light) modulated by the spatial light modulator.
＜実施形態１＞
図１（ａ）は、画像表示装置１の光学系を示す側面図、図１（ｂ）は、画像表示装置１の光学系を示す平面図である。
<
1A is a side view showing the optical system of the
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、画像表示装置１は、照明装置１０と、空間光変調器２０と、結合レンズ３０と、ホログラム導光素子４０とを備える。照明装置１０は、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１全体に照明光を照射する。ここでは、照明光は、赤、緑、青の各波長帯のレーザ光が統合された光である。光変調領域Ｒ１は、２つの短辺がＹ軸に平行で、２つの長辺がＸ軸に平行な長方形の輪郭を有する。光変調領域Ｒ１は、照明装置１０の照明領域に対応する。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
空間光変調器２０は、照明装置１０から入射する照明光を映像信号に応じて変調して、表示画像を生成する。空間光変調器２０は、たとえば、カラー画像を生成可能な液晶パネルである。空間光変調器２０は、照明装置１０から入射する赤、緑、青の波長帯のレーザ光を、映像信号に応じて画素ごとに変調してカラーの表示画像を生成する。
The spatial
図１（ａ）、（ｂ）の構成では、透過型の空間光変調器２０が用いられているが、反射型の空間光変調器が用いられてもよい。この場合、空間光変調器２０として、反射型の液晶パネル（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Silicon）の他、各画素位置にＭＥＭＳミラーが配置されたマイクロミラーアレイが用いられてもよい。
In the configuration of FIGS. 1A and 1B, a transmissive spatial
結合レンズ３０は、空間光変調器２０で生成された映像光をホログラム導光素子４０の入射領域Ｒ１１に入射させる。結合レンズ３０は、必ずしも単一のレンズから構成されなくてもよく、複数のレンズを組み合わせて構成されてもよい。また、結合レンズ３０に代えて、凹面形状の反射面を有するミラーが用いられてもよく、レンズとミラーが組み合わせられた投射光学系が用いられてもよい。
The
ホログラム導光素子４０は、空間光変調器２０により変調された前記レーザ光を、入射領域Ｒ１１から取り込んで、出射領域Ｒ１２へと伝搬させる。図３（ａ）に示すように、ホログラム導光素子４０は、平面視において長方形の板状の部材である。ホログラム導光素子４０の入射領域Ｒ１１には、入射した映像光を長手方向（Ｘ軸方向）に回折するホログラム４１が形成されている。
The hologram
図１（ａ）、（ｂ）を参照して、入射領域Ｒ１１から取り込まれた映像光は、ホログラム導光素子４０の入射側および出射側の各面で反射して、ホログラム導光素子４０内部（導光路）を伝搬し、出射領域Ｒ１２へと向かう。ホログラム導光素子４０の出射領域Ｒ１２には、ホログラム導光素子４０の内部を伝搬した映像光を回折してＺ軸方向に投射するホログラム４２が形成されている。ホログラム４２は、車両のウインドシールド（図示せず）を介して、運転者の目付近に映像光を投射する。これにより、運転者は、空間光変調器２０に表示される画像の虚像１００を、ホログラム導光素子４０の奥側（Ｚ軸負側）に見ることができる。
1(a) and 1(b), the image light taken in from incident region R11 is reflected by the surfaces of hologram
照明装置１０は、レーザ光源１１ａ～１１ｃと、コリメータレンズ１２ａ～１２ｃと、ダイクロイックミラー１３、１４と、レンズアレイ１５と、光学素子１６と、フィールドレンズ１７と、拡散板１８と、集光レンズ１９とを備える。
The
レーザ光源１１ａは、赤色波長帯のレーザ光をＺ軸正方向に出射する。レーザ光源１１ｂは、緑色波長帯のレーザ光をＹ軸正方向に出射する。レーザ光源１１ｃは、青色波長帯のレーザ光をＹ軸正方向に出射する。レーザ光源１１ａ～１１ｃは、たとえば、半導体レーザである。レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されるレーザ光の強度は、中心（出射光軸の位置）が最も高く、中心から離れるに従って低くなる。出射時のレーザ光の強度分布は、いわゆるガウス分布である。レーザ光源１１ａ～１１ｃとして、同様の強度分布を有する他の種類のレーザ光が用いられてもよい。また、表示色が１色の場合、当該色のレーザ光を出射するレーザ光源が１つだけ配置されてもよい。
The
コリメータレンズ１２ａ～１２ｃは、それぞれ、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズ１２ａ～１２ｃは、各色のレーザ光のビーム形状を所定の形状に整形するためのアパーチャを備えていてもよい。
The
ダイクロイックミラー１３は、レーザ光源１１ａから出射された赤色波長帯のレーザ光を透過し、レーザ光源１１ｂから出射された緑色波長帯のレーザ光を反射する。ダイクロイックミラー１４は、レーザ光源１１ａ、１１ｂからそれぞれ出射された赤色波長帯および緑色波長帯のレーザ光を透過し、レーザ光源１１ｃから出射された青色波長帯のレーザ光を反射する。
The
レーザ光源１１ａ～１１ｃとコリメータレンズ１２ａ～１２ｃは、ダイクロイックミラー１３、１４を経由した後の各色のレーザ光の光軸が互いに整合するように配置されている。すなわち、ダイクロイックミラー１４の後段において、レーザ光源１１ａ～１１ｃの光軸は、単一の光軸ＯＰに統合される。統合された光軸ＯＰは、Ｚ軸に平行である。光軸ＯＰは、照射装置１０の光軸を構成する。
The
図２（ａ）は、レンズアレイ１５の構成を示す斜視図、図２（ｂ）は、光学素子１６の構成を示す斜視図である。
2A is a perspective view showing the configuration of the
図２（ａ）に示すように、レンズアレイ１５は、入射面に、シリンドリカル形状の複数のレンズ部１５ａを備える。複数のレンズ部１５ａは、レンズ部１５ａの母線に垂直な方向に隣接して並ぶように、レンズアレイ１５に一体形成される。それぞれのレンズ部１５ａは、母線に垂直な方向のみに、各色のレーザ光を収束させ、母線に平行な方向には各色のレーザ光を収束させない。すなわち、レンズ部１５ａは、母線に垂直な方向のみに曲率を有する。
As shown in FIG. 2A, the
図２（ｂ）に示すように、光学素子１６は、入射面に、シリンドリカル形状の２つのレンズ部１６ａを備える。すなわち、各レンズ部１６ａは、シリンドリカルレンズである。２つのレンズ部１６ａは、レンズ部１６ａの母線に垂直な方向に隣接して並ぶように、光学素子１６に一体形成される。それぞれのレンズ部１６ａは、母線に垂直な方向のみに、各色のレーザ光を収束させ、母線に平行な方向には各色のレーザ光を収束させない。すなわち、レンズ部１６ａは、母線に垂直な方向のみに曲率を有する。
As shown in FIG. 2B, the
なお、図２（ａ）では、複数のレンズ部１５ａが、レンズアレイ１５の入射面に形成されたが、複数のレンズ部１５ａが、レンズアレイ１５の出射面に形成されてもよく、レンズアレイ１５の入射面と出射面の両方に形成されてもよい。同様に、図２（ｂ）では、２つのレンズ部１６ａが、光学素子１６の入射面に形成されたが、２つのレンズ部１６ａが、光学素子１６の出射面に形成されてもよく、光学素子１６の入射面と出射面の両方に形成されてもよい。また、光学素子１６は、必ずしも、２つのレンズ部１６ａが一体形成された構成でなくてもよく、２つの別体のシリンドリカルレンズがＸ軸方向に並べられる構成であってもよい。
In FIG. 2A, the plurality of
図１（ａ）、（ｂ）に戻り、レンズアレイ１５は、複数のレンズ部１５ａの母線がＸ軸に平行となるように配置され、光学素子１６は、複数のレンズ部１６ａの母線がＹ軸に平行となるように配置される。
Returning to FIGS. 1A and 1B, the
レンズアレイ１５は、複数のレンズ部１５ａによって形成される焦線が、それぞれ、光軸ＯＰに垂直な基準平面に位置付けられるように配置される。これらの焦線によって、基準平面上に、２次光源が形成される。
The
各色のレーザ光は、これらの２次光源からＹ軸方向に広がって、フィールドレンズ１７に入射する。フィールドレンズ１７は、各２次光源から入射する各色のレーザ光を、それぞれ、Ｙ軸方向において拡散板１８の物面領域Ｒ２の全体に広がるように照射する。すなわち、各２次光源からのレーザ光は、フィールドレンズ１７によって、拡散板１８の物面領域Ｒ２上でＹ軸方向に重ね合わされる。これにより、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されるレーザ光のビームプロファイルが上記のようにガウス分布状であっても、Ｙ軸方向に略均一な強度分布の照明光（各色のレーザ光）が、拡散板１８の物面領域Ｒ２に照射される。
The laser light of each color spreads in the Y-axis direction from these secondary light sources and enters the
光学素子１６は、２つのレンズ部１６ａが、各色のレーザ光を強度ピークの位置でＸ軸方向に２分割するように配置されている。すなわち、レンズアレイ１５を透過した各色のレーザ光は、２つのレンズ部１６ａの境界の中央に光軸が整合するように、光学素子１６に入射する。２つのレンズ部１６ａによってＸ軸方向に２分割されたレーザ光は、それぞれ、対応するレンズ部１６ａでＸ軸方向に収束されて焦線を形成した後、Ｘ軸方向に広がって、拡散板１８の物面領域Ｒ２に照射される。２分割された各レーザ光は、拡散板１８の入射面において、光軸ＯＰ側の部分が互いに重なる。
The
拡散板１８は、物面領域Ｒ２に入射した各色のレーザ光を拡散させる。物面領域Ｒ２は、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１の輪郭（長方形）に対応する形状である。拡散板１８は、樹脂やガラス等の光透過性の材料からなる板状の部材であり、入射面または出射面に微細な凹凸が形成されている。物面領域Ｒ２により拡散された各色のレーザ光が合成されて、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１を照明するための照明光が生成される。
The
集光レンズ１９は、物面領域Ｒ２から出射された各色のレーザ光（照明光）を、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に集光する。物面領域Ｒ２と光変調領域Ｒ１は、集光レンズ１９について、物体と像との関係にある。すなわち、集光レンズ１９は、物面領域Ｒ２における各色のレーザ光（照明光）の強度分布を、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に投影する。
The
拡散板１８によって照明光を拡散させることにより、運転者の目の位置がずれて運転者がホログラム導光素子４０を見る方向が多少変化しても、運転者は、虚像１００を適正に見ることができる。また、使用する空間光変調器２０のサイズが変化して光変調領域Ｒ１のサイズが変化した場合も、集光レンズ１９および空間光変調器２０の配置を調整することにより、拡散板１８の物面領域Ｒ２の像を空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に結像させることができる。
By diffusing the illumination light with the
ところで、ホログラム導光素子４０の入射領域Ｒ１１に形成されたホログラム４１の回折効率は、ホログラム４１に対するレーザ光の入射角に応じて変化する。
By the way, the diffraction efficiency of the
図３（ｂ）は、ホログラム４１に対するレーザ光の入射角と回折効率との関係を示すグラフである。図３（ｃ）は、ホログラム導光素子４０の入射領域Ｒ１１に対するレーザ光の入射状態を模式的に示す図である。
FIG. 3B is a graph showing the relationship between the angle of incidence of the laser beam on the
図３（ｂ）のグラフは、発明者らが実験により求めた実験結果である。このグラフは、緑の波長帯のレーザ光に対する回折効率である。赤、青の波長帯のレーザ光に対する回折効率も、図３（ｂ）と同様である。 The graph of FIG. 3(b) is an experimental result obtained by the inventors through an experiment. This graph is the diffraction efficiency for laser light in the green wavelength band. The diffraction efficiency for laser light in the red and blue wavelength bands is also the same as in FIG. 3(b).
図３（ｂ）に示すように、ホログラム４１の回折効率は、入射角が１０°付近である場合に最大となり、入射角が１０°から±６°程度変化すると、回折効率は、最大値の２０％以下に低下する。
As shown in FIG. 3B, the diffraction efficiency of the
これに対し、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１から出射された光は、結合レンズ３０を介してホログラム導光素子４０の入射領域Ｒ１１に投影されるため、入射領域Ｒ１１に形成されたホログラム４１に入射する光線の入射角は、図３（ｃ）に示すように、光変調領域Ｒ１の位置に応じて相違する。このため、各光線の回折効率は、光変調領域Ｒ１の位置ごとに相違する。
On the other hand, since the light emitted from the light modulation region R1 of the spatial
通常、光変調領域Ｒ１の中心から出射する光線Ｂ０の回折効率が最大となるように、ホログラム導光素子４０が配置される。すなわち、図１（ｂ）に示すように、ホログラム導光素子４０は、入射領域Ｒ１１の中心位置の法線と光軸ＯＰと間の、Ｘ－Ｚ平面に平行な方向におけるなす角が、最大の回折効率を与える入射角に一致するように、光軸ＯＰに対して傾いて配置される。このため、図３（ｃ）に示すように、光変調領域Ｒ１の端から出射する光線Ｂ１、Ｂ２は、ホログラム４１による回折効率が低下し、結果、表示画像（図１（ｂ）の虚像１００）もＸ軸方向の端の部分が暗くなってしまう。
Generally, the hologram
このような課題を解消するため、本実施形態では、図１（ａ）、（ｂ）に示したように、光学素子１６が配置され、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に照射される照明光の強度分布が調整されている。具体的には、光学素子１６によって、照明光の強度が、中央に比べて、ホログラム４１の回折方向（Ｘ軸方向）の両側が高くなるように、照明光の強度分布が光学素子１６によって調整されている。
In order to solve such a problem, in this embodiment, as shown in FIGS. The intensity distribution of illumination light is adjusted. Specifically, the intensity distribution of the illumination light is adjusted by the
図４は、光学素子１６の作用を示す図である。
4A and 4B are diagrams showing the action of the
便宜上、図４では、光学素子１６よりも前段の構成と、レンズアレイ１５およびフィールドレンズ１７の図示が省略されている。また、２つのレンズ部１６ａの境界線で２分割される各レーザ光のＸ軸方向の強度分布が、一点鎖線と破線の波形で示されている。さらに、光学素子１６に入射する前のレーザ光のＸ軸方向の強度分布を示すグラフと、拡散板１８の位置で重ね合わされる各レーザ光および重ね合わされた後の照明光のＸ軸方向の強度分布を示すグラフが、光学系の下方に図示されている。各グラフの横軸は、Ｘ軸方向の位置を示しており、横軸のゼロの位置は、光軸ＯＰの位置である。
For the sake of convenience, FIG. 4 omits the configuration prior to the
図４に示すように、光学素子１６に入射する前のレーザ光の強度分布は、光軸ＯＰの位置が最大強度の正規分布である。その後、レーザ光は、光学素子１６の２つのレンズ部１６ａの境界線の位置、すなわち、レーザ光の最大強度の位置で、Ｘ軸方向に２分割され、２分割された各レーザ光の強度分布が、対応するレンズ部１６ａによって、Ｘ軸方向に反転される。こうして、強度分布が反転されたレーザ光が、拡散板１８の位置で重ね合わせられる。
As shown in FIG. 4, the intensity distribution of the laser light before entering the
このとき、各レーザ光は、光軸ＯＰ側の裾野の部分のみが重ね合わされる。これにより、重ね合わせ後のレーザ光の強度分布は、拡散板１８の直下のグラフに実線で示すように、中央よりもＸ軸方向（入射領域Ｒ１１のホログラム４１の回折方向）の両側の方が高い強度分布となる。したがって、拡散板１８から出射されて空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に照明されるレーザ光（照明光）の強度分布も、中央よりもＸ軸方向（入射領域Ｒ１１のホログラム４１の回折方向）の両側の方が高い強度分布となる。これにより、ホログラム４１の回折効率により表示画像（虚像１００）のＸ軸方向の両端が暗くなることが、照明光の強度分布により補償され、結果、表示画像（虚像１００）の輝度むらを抑制することができる。
At this time, the laser beams are superimposed only at the skirt portion on the optical axis OP side. As a result, the intensity distribution of the superimposed laser beams is higher on both sides in the X-axis direction (the diffraction direction of the
図５は、図１（ａ）、（ｂ）と同様の光学系を用いた場合の、拡散板１８の位置におけるレーザ光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing simulation results of the intensity distribution of laser light at the position of the
図５には、緑の波長帯のレーザ光に対するシミュレーション結果が示されている。赤、青の波長帯のレーザ光に対する強度分布のシミュレーション結果も、図５と同様である。 FIG. 5 shows simulation results for laser light in the green wavelength band. The simulation result of the intensity distribution for laser light in the red and blue wavelength bands is also the same as in FIG.
図５の右上には、拡散板１８から放射されるレーザ光（照明光）の放射照度を示す画像が示されている。この画像の横軸および縦軸は、それぞれ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の座標位置である。横軸および縦軸のゼロの位置は、光軸ＯＰの位置である。画像の直下のグラフは、Ｙ軸座標がゼロの位置におけるＸ軸方向の強度分布を示している。画像の直左のグラフは、Ｘ軸座標がゼロの位置におけるＹ軸方向の強度分布を示し、その左のグラフは、画像上の左側の破線位置におけるＹ軸方向の強度分布を示している。
An image showing the irradiance of the laser light (illumination light) emitted from the
図５に示すように、このシミュレーションでは、拡散板１８から放射されるレーザ光（照明光）の放射照度は、Ｘ軸方向において、中央の強度より両側の強度が高い強度分布となることが確認できた。また、レーザ光（照明光）の放射照度は、Ｙ軸方向に略均一化できることが確認できた。よって、図１（ａ）、（ｂ）の光学系を用いることにより、Ｘ軸方向において中央の強度より両側の強度が高く、Ｙ軸方向において略均一な強度分布の照明光を、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に照射できることが確認できた。
As shown in FIG. 5, this simulation confirms that the irradiance of the laser light (illumination light) emitted from the
＜実施形態１の効果＞
上記実施形態１によれば、以下の効果が奏され得る。
<Effect of
According to the first embodiment, the following effects can be obtained.
図４に示したように、レーザ光が強度ピーク位置でホログラム４１の回折方向（Ｘ軸方向）に２分割され、２分割された各レーザ光の強度分布を反転させて、各レーザ光が重ね合わせられて、空間光変調器２０の照明光が生成される。図４の下段左側のグラフに示すように、レーザ光は、中心の強度が高く、周辺の強度が低い強度分布を有する。このため、このように照明光が生成されることにより、照明光は、図４の下段右側に示すように、回折方向の両端の強度が中央の強度よりも高い強度分布となる。よって、回折効率の低下により表示画像（虚像１００）のＸ軸方向の両端が暗くなることが、照明光の強度分布により補償され、結果、表示画像（虚像１００）の輝度むらを抑制することができる。
As shown in FIG. 4, the laser beam is split into two in the diffraction direction (X-axis direction) of the
また、このように、照明装置１０は、レーザ光を２分割して重ね合わせる構成であるため、レーザ光の利用効率が低下することはない。また、照明装置１０は、照明光の強度分布の調整に、別途、光学素子１６を配置するのみであるため、照明光を生成するための光学系が顕著に複雑になることもない。このように、本実施形態による画像表示装置１によれば、光の利用効率を高く維持しながら、簡素な構成により、表示画像（虚像１００）の輝度むらを抑制することができる。
In addition, since the
図２（ｂ）および図４に示したように、光学素子１６は、２分割された各レーザ光を回折方向（Ｘ軸方向）にそれぞれ収束させる２つのレンズ部１６ａ（シリンドリカルレンズ）を備える。これにより、２つのレンズ部１６ａでレーザ光を２分割しつつ、２分割された各レーザ光の強度分布をＸ軸方向に反転させて重ね合わせることができる。
As shown in FIGS. 2B and 4, the
図１（ａ）、（ｂ）に示したように、画像表示装置１（照明装置１０）は、空間光変調器２０と光学素子１６との間に配置された拡散板１８を備え、光学素子１６は、２分割した各レーザ光を、強度分布を反転させて拡散板１８の入射面において重ね合わせる。これにより、拡散板１８から放射されるレーザ光を、照明光として、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に照射でき、且つ、照明光の強度分布を、中央に対して回折方向（Ｘ軸方向）の両側が高い強度分布に設定できる。よって、上述のように、表示画像（虚像１００）の輝度むらを抑制することができる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the image display device 1 (illumination device 10) includes a
図１（ａ）、（ｂ）に示したように、画像表示装置１（照明装置１０）は、空間光変調器２０におけるレーザ光（照明光）の強度分布を回折方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）に均一化する光学系（レンズアレイ１５、フィールドレンズ１７）を備える。これにより、回折方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）における表示画像（虚像１００）の輝度を均一化でき、回折方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）における表示画像（虚像１００）の輝度ムラをさらに抑制できる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the image display device 1 (illumination device 10) changes the intensity distribution of laser light (illumination light) in the spatial
＜実施形態２＞
上記実施形態１では、照明光の強度分布を調整するための光学素子として、２つのレンズ部１６ａ（シリンドリカルレンズ）を有する光学素子１６を用いたが、実施形態２では、光学素子１６に代えて、２つの傾斜面を有するプリズムが用いられる。
<Embodiment 2>
In
図６は、実施形態２に係る、画像表示装置１の光学系と光学素子５１の作用を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing the action of the optical system of the
図６に示すように、実施形態２では、図１（ａ）、（ｂ）に示した光学素子１６に代えて、光学素子５１が配置されている。画像表示装置１および照明装置１０の光学系のその他の構成は、図１（ａ）、（ｂ）に示した実施形態１の光学系の構成と同様である。便宜上、図６では、レンズアレイ１５よりも前段側の光学系の構成が省略されている。また、便宜上、図６では、図１（ａ）に対応する光学系の側面図が省略されている。
As shown in FIG. 6, in the second embodiment, an
図７は、光学素子５１の構成を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the
光学素子５１は、レーザ光の入射側に２つの傾斜面５１ａを有するプリズムである。２つの傾斜面５１ａは、Ｘ－Ｙ平面に対して同じ角度だけ傾いた平面である。光学素子５１の出射面は、Ｘ－Ｙ平面に平行な平面である。光学素子５１は、２つの傾斜面５１ａの境界のＹ軸方向の中央に光軸ＯＰが整合するように配置される。光学素子５１は、レーザ光の強度ピーク位置においてレーザ光をＸ軸方向に２分割し、２分割した各レーザ光をＸ軸方向に平行な互いに相反する２方向に、２つの傾斜面５１ａによって、それぞれ屈折させる。
The
図６には、２つの傾斜面５１ａの境界線で２分割される各レーザ光のＸ軸方向の強度分布が、一点鎖線と破線の波形で示されている。さらに、光学素子５１に入射する前のレーザ光のＸ軸方向の強度分布を示すグラフと、拡散板１８の位置で重ね合わされる各レーザ光および重ね合わされた後の照明光のＸ軸方向の強度分布を示すグラフが、光学系の下方に図示されている。各グラフの横軸は、Ｘ軸方向の位置を示しており、横軸のゼロの位置は、光軸ＯＰの位置である。
In FIG. 6, the intensity distribution in the X-axis direction of each laser beam divided into two by the boundary line of the two
図６に示すように、光学素子５１に入射する前のレーザ光の強度分布は、光軸ＯＰの位置が最大強度の正規分布である。その後、レーザ光は、光学素子５１の２つの傾斜面５１ａの境界線の位置、すなわち、レーザ光の最大強度の位置で、Ｘ軸方向に２分割され、２分割された各レーザ光が、２つの傾斜面５１ａによって、互いに反対方向に屈折される。これにより、各レーザ光は、強度分布が互いに反転された状態で、拡散板１８の位置で重ね合わせられる。
As shown in FIG. 6, the intensity distribution of the laser light before entering the
このとき、各レーザ光は、光軸ＯＰ側の裾野の部分のみが重ね合わされる。これにより、重ね合わせ後のレーザ光の強度は、拡散板１８の直下のグラフに実線で示すように、中央よりもＸ軸方向（入射領域Ｒ１１のホログラム４１の回折方向）の両側の方が高い強度分布となる。したがって、拡散板１８から出射されて空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に照明されるレーザ光（照明光）の強度分布も、中央よりもＸ軸方向（入射領域Ｒ１１のホログラム４１の回折方向）の両側の方が高い強度分布となる。これにより、ホログラム４１の回折効率により表示画像（虚像１００）のＸ軸方向の両端が暗くなることが、照明光の強度分布により補償され、結果、表示画像（虚像１００）の輝度むらを抑制することができる。
At this time, the laser beams are superimposed only at the skirt portion on the optical axis OP side. As a result, the intensity of the superimposed laser beams is higher on both sides in the X-axis direction (the diffraction direction of the
図８は、図６と同様の光学系を用いた場合の、拡散板１８の位置におけるレーザ光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing simulation results of the intensity distribution of the laser light at the position of the
図８には、緑の波長帯のレーザ光に対するシミュレーション結果が示されている。赤、青の波長帯のレーザ光に対する強度分布のシミュレーション結果も、図８と同様である。 FIG. 8 shows simulation results for laser light in the green wavelength band. The simulation result of the intensity distribution for laser light in the red and blue wavelength bands is also the same as in FIG.
図８の右上には、拡散板１８から放射されるレーザ光（照明光）の放射照度を示す画像が示されている。図５と同様、この画像の横軸および縦軸は、それぞれ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の座標位置である。横軸および縦軸のゼロの位置は、光軸ＯＰの位置である。画像の直下のグラフは、Ｙ軸座標がゼロの位置におけるＸ軸方向の強度分布を示している。画像の直左のグラフは、Ｘ軸座標がゼロの位置におけるＹ軸方向の強度分布を示している。
An image showing the irradiance of the laser light (illumination light) emitted from the
図８に示すように、図７に示す構成の光学素子５１を用いた場合も、上記実施形態１と同様、拡散板１８から放射されるレーザ光（照明光）の放射照度は、Ｘ軸方向において、中央の強度より両側の強度が高い強度分布となった。また、レーザ光（照明光）の放射照度は、Ｙ軸方向に略均一化された。よって、実施形態２においても、図６に示した光学系を用いることにより、Ｘ軸方向において中央の強度より両側の強度が高く、Ｙ軸方向において略均一な強度分布の照明光を、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に照射できることが確認できた。
As shown in FIG. 8, even when the
＜実施形態２の効果＞
実施形態２の構成によっても、実施形態１と同様、図６の下段右側に示すように、回折方向（Ｘ軸方向）の両端の強度が中央の強度よりも高い強度分布の照明光が、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に照射される。よって、ホログラム４１の回折効率により表示画像（虚像１００）のＸ軸方向の両端が暗くなることが、照明光の強度分布により補償され、結果、表示画像（虚像１００）の輝度むらを抑制することができる。
<Effect of Embodiment 2>
According to the configuration of the second embodiment, similarly to the first embodiment, as shown in the lower right part of FIG. The light modulation region R1 of the
また、図６および図７に示したように、光学素子５１は、２分割された各レーザ光を回折方向（Ｘ軸方向）に平行な互いに相反する２方向それぞれ屈折させる２つの傾斜面５１ａを備える。これにより、２つの傾斜面５１ａでレーザ光を２分割しつつ、２分割された各レーザ光の強度分布をＸ軸方向に反転させて重ね合わせることができる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
＜実施形態３＞
実施形態３では、上記実施形態１、２の構成に対し、さらに、光軸ＯＰに対する光学素子１６、５１の位置ずれを補正する構成が設けられる。
<Embodiment 3>
In the third embodiment, a configuration for correcting the positional deviation of the
図９（ａ）～（ｄ）は、光学素子１６、５１に位置ずれが生じた場合の拡散板１８の位置におけるレーザ光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
9A to 9D are diagrams showing simulation results of the intensity distribution of the laser light at the position of the
図９（ａ）～（ｄ）には、緑の波長帯のレーザ光に対するシミュレーション結果が示されている。赤、青の波長帯のレーザ光に対する強度分布のシミュレーション結果も、図９（ａ）～（ｄ）と同様である。 FIGS. 9A to 9D show simulation results for laser light in the green wavelength band. The simulation results of the intensity distribution for the laser beams in the red and blue wavelength bands are also similar to those shown in FIGS.
図９（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に示した２つのレンズ部１６ａ（シリンドリカルレンズ）を備える光学素子１６を用いた場合のシミュレーション結果であり、図９（ｃ）、（ｄ）は、実施形態２に示した２つの傾斜面５１ａを備える光学素子５１を用いた場合のシミュレーション結果である。図９（ａ）、（ｃ）は、それぞれ、光学素子１６、５１のＸ軸方向の中心位置が光軸ＯＰに一致する場合のシミュレーション結果であり、図９（ｂ）、（ｄ）は、それぞれ、光学素子１６、５１のＸ軸方向の中心位置が光軸ＯＰからＸ軸方向（ホログラム４１の回折方向）に１ｍｍだけずれた場合のシミュレーション結果である。
FIGS. 9A and 9B are simulation results when using the
図９（ａ）、（ｃ）のシミュレーション結果は、図５および図８のシミュレーション結果と同様である。これらの検証結果では、放射照度が最も低い谷の部分が、Ｘ軸方向の中心位置（光軸ＯＰの位置）に生じ、放射照度の２つのピークが、谷の部分に対してＸ軸方向に対称な両側の位置に生じている。 The simulation results of FIGS. 9A and 9C are similar to the simulation results of FIGS. 5 and 8. FIG. In these verification results, the valley portion with the lowest irradiance occurs at the center position in the X-axis direction (the position of the optical axis OP), and two peaks of irradiance occur in the X-axis direction with respect to the valley portion. It occurs in symmetrical bilateral positions.
これに対し、図９（ｂ）のシミュレーション結果では、放射照度が最も低い谷の部分が、Ｘ軸方向の中心位置（光軸ＯＰの位置）からＸ軸方向に変位した位置に生じており、また、放射照度の２つのピークが、谷の部分に対してＸ軸方向に非対称な両側の位置に生じている。 On the other hand, in the simulation result of FIG. 9(b), the valley portion with the lowest irradiance is generated at a position displaced in the X-axis direction from the center position in the X-axis direction (the position of the optical axis OP). Also, two peaks of irradiance are generated at positions on both sides asymmetric in the X-axis direction with respect to the valley portion.
また、図９（ｄ）のシミュレーション結果では、図９（ｃ）の場合と同様、放射照度が最も低い谷の部分が、Ｘ軸方向の中心位置（光軸ＯＰの位置）に維持されている。しかしながら、放射照度の２つのピークは、谷の部分に対してＸ軸方向に非対称な両側の位置に生じている。 Further, in the simulation result of FIG. 9(d), similarly to the case of FIG. 9(c), the valley portion with the lowest irradiance is maintained at the center position in the X-axis direction (the position of the optical axis OP). . However, two peaks of irradiance occur at positions on both sides of the trough which are asymmetric in the X-axis direction.
図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、光学素子１６、５１に位置ずれが生じた場合の拡散板１８の位置におけるレーザ光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing simulation results of the intensity distribution of laser light at the position of the
図１０（ａ）、（ｂ）には、緑の波長帯のレーザ光に対するシミュレーション結果が示されている。赤、青の波長帯のレーザ光に対する強度分布のシミュレーション結果も、図１０（ａ）、（ｂ）と同様である。 FIGS. 10A and 10B show simulation results for laser light in the green wavelength band. The simulation results of the intensity distribution for laser light in the red and blue wavelength bands are also the same as in FIGS.
図１０（ａ）は、２つのレンズ部１６ａ（シリンドリカルレンズ）を備える光学素子１６を用いた場合のシミュレーション結果であり、図１０（ｂ）は、２つの傾斜面５１ａを備える光学素子５１を用いた場合のシミュレーション結果である。図１０（ａ）、（ｂ）には、光軸ＯＰに対する光学素子１６、５１の中心位置のＸ軸方向のずれ量が、０ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍの場合の拡散板１８の位置におけるレーザ光の強度分布（放射強度の強度分布）のシミュレーション結果がそれぞれ示されている。
FIG. 10(a) shows the simulation results when using an
図１０（ａ）のシミュレーション結果では、光学素子１６の位置ずれが大きくなるにつれて、低い谷の部分が中心位置（光軸ＯＰの位置）から変位しつつ、谷の部分の放射照度が低下している。さらに、このシミュレーション結果では、光学素子１６の位置ずれが大きくなるにつれて、放射照度の２つのピーク間の差分が大きくなっており、放射照度分布のアンバランスが拡大している。
In the simulation result of FIG. 10(a), as the positional deviation of the
これに対し、図１０（ｂ）のシミュレーション結果では、光学素子１６の位置ずれが大きくなっても、低い谷の部分は中心位置（光軸ＯＰの位置）に維持され、谷の部分の放射照度も位置ずれがない場合と同じ値に維持されている。他方、このシミュレーション結果では、光学素子１６の位置ずれが大きくなるにつれて、放射照度の２つのピーク間の差分が大きくなっており、放射照度分布のアンバランスが拡大している。しかし、このときの放射照度のピーク間の差分は、図１０（ａ）の場合に比べて小さく、放射照度分布のアンバランスの程度は、図１０（ａ）の場合に比べて抑制されている。
On the other hand, in the simulation result of FIG. 10B, even if the positional displacement of the
以上のシミュレーション結果から、実施形態２で用いた光学素子５１は、実施形態１で用いた光学素子１６よりも、位置ずれが生じた場合の放射照度の劣化が抑制されることが確認できた。すなわち、光学素子５１は、光学素子１６よりも位置ずれに強いことが分かった。
From the above simulation results, it was confirmed that the
実施形態２の光学素子５１では、光学素子５１にＸ軸方向の位置ずれが生じた場合、２つの傾斜面５１ａに入射するレーザ光の範囲は変化するものの、これに応じて、これら傾斜面５１ａにおける光学作用（屈折により光路を所定角度だけ曲げること）は何ら変化しない。このため、実施形態２の光学素子５１では、上記シミュレーション結果のように、谷の部分の位置および強度は位置ずれによって略変化せず、放射照度のピーク間の差異も抑制されるものと考えられる。
In the
これに対し、実施形態１の光学素子１６では、光学素子１６にＸ軸方向の位置ずれが生じた場合、２つのレンズ部１６ａに入射するレーザ光の範囲が変化し、これに応じて、２つのレンズ部１６ａによりレーザ光に付与されるレンズ作用（レーザ光の収束具合）が変化する。このため、実施形態１の光学素子１６では、上記シミュレーション結果のように、谷の部分の位置および強度が位置ずれによって変化し、さらに、放射照度のピーク間の差異も大きくなるものと考えられる。
On the other hand, in the
したがって、光学素子としては、実施形態１の光学素子１６よりも実施形態２の光学素子５１を用いる方が好ましいと言える。
Therefore, it can be said that it is preferable to use the
実施形態３では、以上の検証のもと、さらに、光学素子１６、５１の位置ずれを補正するための構成が用いられる。以下、この構成について説明する。以下では、便宜上、光学素子１６を用いる場合の構成を示すが、光学素子５１が用いられる場合も同様の構成が適用され得る。
In the third embodiment, a configuration for correcting the positional deviation of the
図１１は、実施形態３に係る、画像表示装置１の光学系を示す平面図である。画像表示装置１の光学系の側面図は、駆動機構６０および光検出器７０ａ、７０ｂの配置を除いて、図１（ａ）と同様である。
FIG. 11 is a plan view showing the optical system of the
図１１に示すように、実施形態３では、実施形態１の構成に対し、駆動機構６０と、一対の光検出器７０ａ、７０ｂが追加されている。実施形態３のその他の構成は、図１（ａ）、（ｂ）に示した実施形態１の構成と同様である。
As shown in FIG. 11, in the third embodiment, a
駆動機構６０は、光学素子１０６をＸ軸方向に移動可能に支持する支持部と、支持部に支持された光学素子１０６をＸ軸方向に移動させるモータとを備える。モータは、たとえば、ステッピングモータである。駆動機構６０は、中立位置において、光学素子１６の中心位置、すなわち、２つのレンズ部１６ａの境界の中心位置が光軸ＯＰに整合するように、光学素子１０６を支持する。
The
一対の光検出器７０ａ、７０ｂは、空間光変調器２０の入射側の面に配置される。一対の光検出器７０ａ、７０ｂは、光学素子１６により重ね合わされたレーザ光の回折方向（Ｘ軸方向）における強度バランスを検出可能に配置される。一対の光検出器７０ａ、７０ｂは、レーザ光に対して互いに共役な位置に配置されればよい。たとえば、一対の光検出器７０ａ、７０ｂは、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１の外側の光変調領域Ｒ１に隣接する位置に配置される。一対の光検出器７０ａ、７０ｂは、Ｘ軸方向に直線状に並んで配置されてよい。
A pair of
光学素子１６の中心位置、すなわち、２つのレンズ部１６ａの境界の中間位置が光軸ＯＰに一致する場合、一対の光検出器７０ａ、７０ｂの検出信号は互いに等しい。光学素子１６の中心位置が光軸ＯＰからＸ軸方向に位置ずれすると、一対の光検出器７０ａ、７０ｂの検出信号は、位置ずれに応じて一方が他方より大きくなる。このとき、光検出器７０ａ、７０ｂの検出信号の何れが大きいかによって光学素子１６の位置ずれの方向が分かり、検出信号間の差分によって光学素子１６の位置ずれの大きさが分かる。
When the center position of the
なお、一対の光検出器７０ａ、７０ｂの配置位置は、空間光変調器２０の入射側の面に限らず、光学素子１６により重ね合わされたレーザ光の回折方向（Ｘ軸方向）における強度バランスを検出可能な限りにおいて、他の場所であってもよい。
The arrangement position of the pair of
たとえば、一対の光検出器７０ａ、７０ｂが、拡散板１８に配置されてもよく、あるいは、光学素子１６に配置されてもよい。また、一対の光検出器７０ａ、７０ｂが、光学部品が配置されていないレーザ光の光路の範囲において、光学素子１６により重ね合わされたレーザ光の回折方向（Ｘ軸方向）における強度バランスを検出可能な位置に配置されてもよい。これらの場合も、一対の光検出器７０ａ、７０ｂは、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１へと到達するレーザ光には掛からないように配置されればよい。また、強度バランスの検出のために配置される光検出器は、一対でなくてもよく、たとえば、２対以上の光検出器が配置されてもよい。
For example, a pair of
図１２は、実施形態３に係る、画像表示装置１の回路系を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing the circuit system of the
画像表示装置１は、回路系の構成として、コントローラ１０１と、光学素子駆動回路１０２と、光源駆動回路１０３と、変調器駆動回路１０４と、信号処理回路１０５とを備える。
The
コントローラ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶媒体を備え、記憶媒体に記憶されたプログラムに従って各部を制御する。コントローラ１０１は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）によって構成されてもよい。
The
光学素子駆動回路１０２は、コントローラ１０１からの制御に応じて、駆動機構６０を駆動する。光源駆動回路１０３は、コントローラ１０１からの制御に応じて、レーザ光源１１ａ～１１ｃを駆動する。変調器駆動回路１０４は、コントローラ１０１からの制御に応じて、映像信号に基づく画像が描画されるように、空間光変調器２０を駆動する。信号処理回路１０５は、一対の光検出器７０ａ、７０ｂの検出信号に、増幅およびノイズ除去等の処理を行い、処理後の検出信号をコントローラ１０１に出力する。
The optical
コントローラ１０１は、たとえば、画像表示装置１の動作時に所定周期で光検出器７０ａ、７０ｂの検出信号を参照し、これら検出信号の差分および大小関係を取得する。そして、コントローラ１０１は、取得した差分および大小関係に基づいて、当該差分が解消される方向に差分に応じた移動量だけ、光学素子１６を移動させる。こうして、コントローラ１０１は、光学素子１６の中心位置を光軸ＯＰに整合させるフィードバック制御を行う。これにより、光学素子１６の中心位置が光軸ＯＰに整合する状態が維持される。
For example, the
なお、当該フィードバック制御は、上記タイミング以外に実行されてもよい。たとえば、車両のエンジンが起動されて画像表示装置１が起動されたタイミングにおいて、レーザ光源１１ａ～１１ｃの何れかが一定出力で駆動されて、上記フィードバック制御が行われ、その後、画像表示装置１の動作が終了するまでの間、光学素子１６の位置が、フィードバック制御により設定された位置に固定されてもよい。
In addition, the said feedback control may be performed other than the said timing. For example, at the timing when the engine of the vehicle is started and the
＜実施形態３の効果＞
図１１および図１２に示したように、画像表示装置１は、光学素子１６をホログラム４１の回折方向（Ｘ軸方向）に変位させる駆動機構６０と、光学素子１６により重ね合わされたレーザ光の回折方向における強度バランスを検出する一対の光検出器７０ａ、７０ｂと、光検出器７０ａ、７０ｂの検出結果に基づいて前記強度バランスが均等になるように、駆動機構６０により光学素子１６を変位させるコントローラ１０１と、を備える。これにより、光学素子１６の中心位置が光軸ＯＰからホログラム４１の回折方向（Ｘ軸方向）にずれることを抑制できる。このため、空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に照射される照明光のバランスが図１０（ａ）、（ｂ）のように崩れることを抑制でき、適正な強度バランスの照明光を空間光変調器２０の光変調領域Ｒ１に照射できる。よって、表示画像（虚像１００）の輝度むらを、より適正に抑制することができる。
<Effect of Embodiment 3>
As shown in FIGS. 11 and 12, the
＜変更例＞
上記実施形態１～３では、レンズアレイ１５が光学素子１６よりもレーザ光源１１ａ～１１ｃ側に配置されたが、光学素子１６がレンズアレイ１５よりもレーザ光源１１ａ～１１ｃ側に配置されてもよい。
<Change example>
In
また、照明装置１０を構成する各光学部材の構成は、上記実施形態に示した構成に限られるものではなく、適宜、変更可能である。たとえば、レンズアレイ１５の構成は、図２（ａ）の構成に限られるものではなく、レンズ部１５ａの数は、適宜変更され得る。
Moreover, the configuration of each optical member that constitutes the
また、ホログラム導光素子４０は、必ずしも、入射領域Ｒ１１と出射領域Ｒ１２がＸ軸方向に並んだ構成でなくてもよく、たとえば、入射領域Ｒ１１と出射領域Ｒ１２との間に中継領域が介在し、入射領域Ｒ１１と中継領域とを結ぶ方向と、中継領域と出射領域Ｒ１２とを結ぶ方向とが、平面視において垂直になっていてもよい。この場合、中継領域に形成されたホログラムは、たとえば、入射領域Ｒ１１から伝搬したレーザ光の進行方向を平面視において９０度回転させて、出射領域Ｒ１２へと向かわせる回折作用を有していればよい。
Further, the hologram
また、上記実施形態１～３では、赤、緑、青の波長帯のレーザ光をそれぞれ出射する３種のレーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃが用いられたが、表示画像が単色である場合、当該色の波長帯のレーザ光を出射する１種のレーザ光源のみが配置されてもよい。たとえば、表示画像が赤単色である場合、図１（ａ）、（ｂ）の構成において、レーザ光源１１ａおよびコリメータレンズ１２ａはそのまま残されて、レーザ光源１１ｂ、１１ｃ、コリメータレンズ１２ｂ、１２ｃおよびダイクロイックミラー１３、１４が省略される。
Further, in
また、上記実施形態１～３では、画像表示装置１がヘッドアップディスプレイであったが、液晶プロジェクタ等の他の種類の画像表示装置に、本発明が適用されてもよい。この場合、拡散板１８は省略されもよい。また、照明装置１０は、画像表示装置１以外の他の装置の照明光源として用いられてもよい。
Further, in the first to third embodiments, the
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。 In addition, the embodiments of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea indicated in the scope of claims.
１ 画像表示装置
１０ 照明装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ レーザ光源
１５ レンズアレイ（光学系）
１６ 光学素子
１７ フィールドレンズ（光学系）
１７ａ レンズ部（シリンドリカルレンズ）
１８ 拡散板
２０ 空間光変調器
４０ ホログラム導光素子
４１ ホログラム
５１ 光学素子
５１ａ 傾斜面
６０ 駆動機構
７０ａ、７０ｂ 光検出器
１００ 虚像
１０１ コントローラ
Ｒ１１ 入射領域
Ｒ１２ 出射領域
16
17a lens part (cylindrical lens)
18
Claims (9)
前記レーザ光源から出射されたレーザ光が照射される空間光変調器と、
前記空間光変調器により変調された前記レーザ光を、入射領域に形成されたホログラムにより回折させて伝搬させ、出射領域から出射させるホログラム導光素子と、
前記レーザ光源と前記空間光変調器との間に配置され、前記レーザ光を強度ピーク位置で前記ホログラムの回折方向に２分割し、２分割した前記各レーザ光の強度分布を反転させて前記各レーザ光を重ね合わせる光学素子と、を備える、
ことを特徴とする画像表示装置。 a laser light source;
a spatial light modulator irradiated with laser light emitted from the laser light source;
a hologram light guide element that causes the laser light modulated by the spatial light modulator to be diffracted by a hologram formed in an incident area, propagated, and emitted from an emitting area;
is arranged between the laser light source and the spatial light modulator, the laser beam is split into two in the diffraction direction of the hologram at the intensity peak position, and the intensity distribution of each of the split laser beams is inverted to and an optical element that superimposes the laser beams,
An image display device characterized by:
前記光学素子は、２分割した前記各レーザ光を前記回折方向にそれぞれ収束させる２つのシリンドリカルレンズである、
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The optical element is two cylindrical lenses that converge the laser beams divided into two in the diffraction direction,
An image display device characterized by:
前記光学素子は、２分割した前記各レーザ光を前記回折方向に平行な互いに相反する２方向にそれぞれ屈折させる２つの傾斜面を有するプリズムである、
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The optical element is a prism having two inclined surfaces that refract each of the laser beams divided into two in two opposite directions parallel to the diffraction direction,
An image display device characterized by:
前記空間光変調器と前記光学素子との間に配置された拡散板を備え、
前記光学素子は、２分割した前記各レーザ光を、強度分布を反転させて前記拡散板の入射面において重ね合わせる、
ことを特徴とする画像表示装置。 In the image display device according to any one of claims 1 to 3,
a diffusion plate disposed between the spatial light modulator and the optical element;
wherein the optical element reverses the intensity distribution of each of the laser beams divided into two and overlaps them on the incident surface of the diffusion plate;
An image display device characterized by:
前記光学素子を前記回折方向に変位させる駆動機構と、
前記光学素子により重ね合わされた前記レーザ光の前記回折方向における強度バランスを検出する少なくとも一対の光検出器と、
前記光検出器の検出結果に基づいて前記強度バランスが均等になるように、前記駆動機構により前記光学素子を変位させるコントローラと、を備える、
ことを特徴とする画像表示装置。 In the image display device according to any one of claims 1 to 4,
a drive mechanism that displaces the optical element in the diffraction direction;
at least a pair of photodetectors for detecting an intensity balance in the diffraction direction of the laser beams superimposed by the optical element;
a controller that displaces the optical element by the drive mechanism so that the intensity balance is uniform based on the detection result of the photodetector;
An image display device characterized by:
前記空間光変調器における前記レーザ光の強度分布を前記回折方向に垂直な方向に均一化する光学系を備える、
ことを特徴とする画像表示装置。 In the image display device according to any one of claims 1 to 5,
an optical system for uniformizing the intensity distribution of the laser light in the spatial light modulator in a direction perpendicular to the diffraction direction;
An image display device characterized by:
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を強度ピーク位置で２分割し、２分割した前記各レーザ光の強度分布を反転させて前記各レーザ光を重ね合わせる光学素子と、を備える、
ことを特徴とする照明装置。 a laser light source;
an optical element that divides the laser beam emitted from the laser light source into two at the intensity peak position, inverts the intensity distribution of each of the divided laser beams, and superimposes the laser beams;
A lighting device characterized by:
前記光学素子は、２分割された前記各レーザ光を分割方向にそれぞれ収束させる２つのシリンドリカルレンズである、
ことを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 7,
The optical element is two cylindrical lenses that converge the laser beams divided into two in the direction of division,
A lighting device characterized by:
前記光学素子は、２分割された前記各レーザ光を分割方向に平行な互いに相反する２方向にそれぞれ屈折させる２つの傾斜面を有するプリズムである、
ことを特徴とする照明装置。
The lighting device according to claim 7,
The optical element is a prism having two inclined surfaces that refract each of the laser beams divided into two in two opposite directions parallel to the division direction,
A lighting device characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021005000A JP2022109605A (en) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | Picture display device and illumination device |
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2021
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