JP6457164B1 - 走査型表示装置、走査型表示システム、及び光拡散部の製造方法 - Google Patents

走査型表示装置、走査型表示システム、及び光拡散部の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6457164B1
JP6457164B1 JP2018553491A JP2018553491A JP6457164B1 JP 6457164 B1 JP6457164 B1 JP 6457164B1 JP 2018553491 A JP2018553491 A JP 2018553491A JP 2018553491 A JP2018553491 A JP 2018553491A JP 6457164 B1 JP6457164 B1 JP 6457164B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
eye
unit
light diffusion
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018553491A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2018230509A1 (ja
Inventor
進也 岩科
進也 岩科
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Application granted granted Critical
Publication of JP6457164B1 publication Critical patent/JP6457164B1/ja
Publication of JPWO2018230509A1 publication Critical patent/JPWO2018230509A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48Laser speckle optics
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/101Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • G02B3/0012Arrays characterised by the manufacturing method
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • G02B3/0037Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/02Diffusing elements; Afocal elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/02Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/021Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/02Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0273Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
    • G02B5/0278Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use used in transmission
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14Details
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09FDISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F9/00Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/20Optical features of instruments
    • B60K2360/23Optical features of instruments using reflectors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/20Optical features of instruments
    • B60K2360/33Illumination features
    • B60K2360/333Lasers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0145Head-up displays characterised by optical features creating an intermediate image
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0147Head-up displays characterised by optical features comprising a device modifying the resolution of the displayed image
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • G02B3/0037Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0043Inhomogeneous or irregular arrays, e.g. varying shape, size, height

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

走査型表示装置は、投影表示用のレーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を走査する光走査部と、二次元に配列された複数の光拡散チャネルを有し、光走査部によって走査されたレーザ光を拡散させる光拡散部と、を備える。光拡散部は、複数の光拡散チャネルのうち互いに隣り合う任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度が、眼の解像角に基づいて設定された角度以上となるように、構成されている。

Description

本開示は、走査型表示装置、走査型表示システム、及び光拡散部の製造方法に関する。
投影表示用のレーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を走査する光走査部と、光走査部によって走査されたレーザ光を拡散させる光拡散部と、を備える走査型表示装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。光拡散部としては、例えば、透過型のマイクロレンズアレイ等、二次元に配列された複数の光拡散チャネルを有する光学素子が用いられている。
特開2016−133700号公報
上述したような走査型表示装置においては、レーザ光がコヒーレントな光であることに起因して、光拡散部でのレーザ光のサイズ(ビーム径)に依らず、表示されたイメージに輝度むら(不規則な輝度むら(スペックル)、規則的な輝度むらを含む)が生じる場合があった。
本開示は、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる走査型表示装置及び走査型表示システム、並びに、それらに用いられる光拡散部の製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一側面の走査型表示装置は、投影表示用のレーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を走査する光走査部と、二次元に配列された複数の光拡散チャネルを有し、光走査部によって走査されたレーザ光を拡散させる光拡散部と、を備え、光拡散部は、複数の光拡散チャネルのうち互いに隣り合う任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度が、眼の解像角に基づいて設定された角度以上となるように、構成されている。
この走査型表示装置によれば、任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度を、例えば眼の解像角以上とすることができる。したがって、この走査型表示装置によれば、光拡散部でのレーザ光のサイズ(ビーム径)に依らず、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示装置では、光拡散部は、光路の成す角度が1分以上となるように、構成されていてもよい。これによれば、視力が1.0である眼の解像角が1分であるため、任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度を、視力が1.0である眼の解像角以上とすることができる。したがって、1.0以上の視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示装置では、光拡散部は、光路の成す角度が1.42分以上となるように、構成されていてもよい。これによれば、視力が0.7である眼の解像角が1.42分であるため、任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度を、視力が0.7である眼の解像角以上とすることができる。したがって、0.7以上の視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示装置では、解像角をαとし、複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、光拡散部と眼との間に配置される光学系の倍率をMとし、光拡散部から眼までの距離をLとすると、光拡散部は、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、構成されていてもよい。これによれば、光拡散部と眼との間に光学系が配置されていたとしても、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示装置では、光路が光拡散部から眼に直接至る場合には、解像角をαとし、複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、光拡散部から眼までの距離をLとすると、光拡散部は、α≦tan−1(P/L)を満たすように、構成されていてもよい。これによれば、光拡散部と眼との間に光学系が配置されていない場合に、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示装置では、複数の光拡散チャネルの配列ピッチは、ランダムであってもよい。これによれば、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのをより確実に抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示装置では、光拡散部は、透過型のマイクロレンズアレイであってもよい。これによれば、二次元に配列された複数の光拡散チャネルによるレーザ光の拡散を確実に且つ容易に実現することができる。
本開示の一側面の走査型表示システムは、投影表示用のレーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を走査する光走査部と、二次元に配列された複数の光拡散チャネルを有し、光走査部によって走査されたレーザ光を拡散させる光拡散部と、を備え、光拡散部は、複数の光拡散チャネルのうち互いに隣り合う任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度が、眼の解像角に基づいて設定された角度以上となるように、構成されている。
この走査型表示システムによれば、光拡散部でのレーザ光のサイズに依らず、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示システムでは、光拡散部は、光路の成す角度が1分以上となるように、構成されていてもよい。これによれば、視力が1.0である眼の解像角が1分であるため、任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度を、視力が1.0である眼の解像角以上とすることができる。したがって、1.0以上の視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示システムでは、光拡散部は、光路の成す角度が1.42分以上となるように、構成されていてもよい。これによれば、視力が0.7である眼の解像角が1.42分であるため、任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度を、視力が0.7である眼の解像角以上とすることができる。したがって、0.7以上の視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示システムは、光拡散部の後段に配置された光学系を更に備え、解像角をαとし、複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、光学系の倍率をMとし、光拡散部から眼までの距離をLとすると、光拡散部は、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、構成されていてもよい。これによれば、光拡散部と眼との間に光学系が配置されていたとしても、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示システムでは、光路が光拡散部から眼に直接至る場合には、解像角をαとし、複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、光拡散部から眼までの距離をLとすると、光拡散部は、α≦tan−1(P/L)を満たすように、構成されていてもよい。これによれば、光拡散部と眼との間に光学系が配置されていない場合に、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制することができる。
本開示の一側面の走査型表示システムでは、複数の光拡散チャネルの配列ピッチは、ランダムであってもよい。これによれば、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのをより確実に抑制することができる。
本開示の一側面の光拡散部の製造方法は、投影表示用のレーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を走査する光走査部と、二次元に配列された複数の光拡散チャネルを有し、光走査部によって走査されたレーザ光を拡散させる光拡散部と、を備える走査型表示装置に用いられる光拡散部を製造する方法であって、複数の光拡散チャネルのうち互いに隣り合う任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度が、眼の解像角に基づいて設定された角度以上となるように、光拡散部を製造する。
この光拡散部の製造方法によれば、光拡散部でのレーザ光のサイズに依らず、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制し得る光拡散部を得ることができる。
本開示の一側面の光拡散部の製造方法は、解像角をαとし、複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、光拡散部と眼との間に配置される光学系の倍率をMとし、光拡散部から眼までの距離をLとすると、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、光拡散部を製造してもよい。これによれば、光拡散部と眼との間に光学系が配置されていたとしても、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制し得る光拡散部を得ることができる。
本開示の一側面の光拡散部の製造方法では、光路が光拡散部から眼に直接至る場合には、解像角をαとし、複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、光拡散部から眼までの距離をLとすると、α≦tan−1(P/L)を満たすように、光拡散部を製造してもよい。これによれば、光拡散部と眼との間に光学系が配置されていない場合に、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼について、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制し得る光拡散部を得ることができる。
本開示によれば、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる走査型表示装置及び走査型表示システム、並びに、それらに用いられる光拡散部の製造方法を提供することが可能となる。
図1は、一実施形態の走査型表示装置及び走査型表示システムの構成図である。 図2は、光走査部から光拡散部を介して眼に至る光路を示す図である。 図3は、眼に入射した光の状態を示す図である。 図4は、光走査部から光拡散部を介して眼に至る光路を示す図である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図1に示されるように、走査型表示システム10は、例えば自動車に搭載されるレーザ走査型プロジェクションディスプレイであり、自動車のフロントガラス100にイメージを表示(投影表示)する。走査型表示システム10は、走査型表示装置1と、光学系11と、を備えている。光学系11は、複数の平面ミラー11a,11bと、凹面ミラー11cと、フロントガラス100と、を有している。フロントガラス100は、光学系11において最後段の光学素子として機能する。走査型表示装置1から出射された投影表示用の光L2は、平面ミラー11a、平面ミラー11b、凹面ミラー11c及びフロントガラス100で順次に反射されて観察者の眼Eに入射する。
走査型表示装置1は、光源2と、光走査部3と、光拡散部4と、制御部5と、を備えている。光源2は、投影表示用のレーザ光L1を出射する。より具体的には、光源2は、複数の光出射部2aを有している。例えば、複数の光出射部2aは、それぞれ、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオード、青色レーザダイオードである。各光出射部2aは、可視域の波長を有するレーザ光L1を出射する。各光出射部2aから出射されたレーザ光L1は、ダイクロイックミラーを含む複数のミラー2bによって反射されて同一の光路上を進行し、光走査部3に入射する。
光走査部3は、光源2から出射されたレーザ光L1を走査する。より具体的には、光走査部3は、光源2から出射されたレーザ光L1を反射して走査するMEMSミラーである。MEMSミラーは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術によって製造された駆動ミラーであり、その駆動方式には、電磁駆動式、静電駆動式、圧電駆動式、熱駆動式等がある。光走査部3のミラー3aは、互いに直交する二軸回りで揺動可能であり、一方の軸回りでは共振周波数レベルで高速に揺動される。MEMSミラーである光走査部3は、光拡散部4に対してレーザ光L1を走査する。
光拡散部4は、二次元に配列された複数の光拡散チャネル4aを有しており、光走査部3によって走査されたレーザ光L1を拡散させる。より具体的には、光拡散部4は、透過型のマイクロレンズアレイである。すなわち、光拡散部4は、光走査部3によって走査されたレーザ光L1を透過させて拡散させる。光拡散チャネル4aは、例えばマトリックス状に配列された複数のマイクロレンズのそれぞれである。光拡散部4によって拡散されたレーザ光L1のうちイメージを構成する光が、投影表示用の光L2として、光拡散部4の後段に配置された光学系11に入射する。なお、光拡散部4の光入射面は、複数のマイクロレンズに対応した複数の凸面によって構成されている。一方、光拡散部4の光出射面は、平坦面である。
制御部5は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成されており、走査型表示装置1の動作を制御する。一例として、制御部5は、投影表示開始の入力信号を受信すると、光源2の各光出射部2aの出力を開始させる。これにより、光源2からレーザ光L1が出射される。これと略同時に、制御部5は、光走査部3の動作を開始させる。これにより、光走査部3では、ミラー3aの揺動が開始され、光源2から出射されたレーザ光L1が光拡散部4に対して走査される。このとき、制御部5は、各光出射部2aから出射されるレーザ光L1の比率を、光拡散部4内におけるレーザ光L1の走査位置に応じて変化させる。これにより、投影表示用の光L2(すなわち、光拡散部4によって拡散されたレーザ光L1のうちイメージを構成する光)が、平面ミラー11a、平面ミラー11b、凹面ミラー11c及びフロントガラス100で順次に反射されて観察者の眼Eに入射する。
ここで、表示されたイメージに輝度むら(不規則な輝度むら(スペックル)、規則的な輝度むらを含む)が生じる原理について説明する。図2は、光走査部3から光拡散部4を介して眼Eに至る光路を示す図である。図3は、眼に入射した光L2の状態を示す図である。説明の便宜上、図2では、光走査部3、光拡散部4及び眼Eを一直線上に示し、光学系11の図示を省略している。
図2に示されるように、光走査部3で反射されたレーザ光L1が、複数の光拡散チャネル4aのうち互いに隣り合う(具体的には、レーザ光L1の水平走査方向、垂直走査方向において互いに隣り合う)任意の一対の光拡散チャネル4a,4aに入射すると、一方の光拡散チャネル4aで拡散された光L2の一部は光路Aを通って眼Eに入射し、他方の光拡散チャネル4aで拡散された光L2の一部は光路Bを通って眼Eに入射する。そして、眼Eに入射した光L2は、水晶体Cによって網膜R上に集光される。
図3に示されるように、網膜R上での光L2の集光サイズは、眼Eの視力に依存する。図3の(a)に示される眼Eの視力は、図3の(b)に示される眼Eの視力よりも低いため、網膜R上での光L2の集光サイズが大きくなり、光路Aを通って眼Eに入射した光L2と光路Bを通って眼Eに入射した光L2とが網膜R上で重なっている。一方、図3の(b)に示される眼Eの視力は、図3の(a)に示される眼Eの視力よりも高いため、網膜R上での光L2の集光サイズが小さくなり、光路Aを通って眼Eに入射した光L2と光路Bを通って眼Eに入射した光L2とが網膜R上で重なっていない。光路Aを通って眼Eに入射した光L2と光路Bを通って眼Eに入射した光L2との間には位相差が生じるため、図3の(a)に示されるように、光路Aを通って眼Eに入射した光L2と光路Bを通って眼Eに入射した光L2とが網膜R上で重なった場合に、干渉が起こり、表示されたイメージに輝度むらが生じ得る。
光路Aを通って眼Eに入射した光L2と光路Bを通って眼Eに入射した光L2とを網膜R上で分離し得る最小限度角を眼Eの解像角という。例えば、図3の(a)に示されるように、眼Eの視力が低いと、網膜R上での光L2の集光サイズが大きくなるため、解像角は大きくなる。一般的に、視力が1.0であれば解像角は1分、視力が0.7であれば解像角は1.42分、視力が0.5であれば解像角は2分と言われている。
したがって、観察者の眼Eの位置及び視力を想定し、想定する眼Eの位置で決まる「光路A,Bの成す角度θ」(互いに隣り合う(具体的には、レーザ光L1の走査方向において互いに隣り合う)任意の一対の光拡散チャネル4a,4aを介して観察者の眼Eに至る光路A,Bの成す角度θ)を、想定する眼Eの視力で決まる「眼E解像角」以上とすれば、光路Aを通って眼Eに入射した光L2と光路Bを通って眼Eに入射した光L2とが網膜R上で重ならないから、干渉が起こらない。よって、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについては、表示されたイメージに輝度むらが生じない。
以上の知見から、走査型表示システム10、延いては、走査型表示装置1では、光路A,Bの成す角度θが眼Eの解像角以上となるように、光拡散部4が構成されている。具体的には、光路A,Bの成す角度θが眼Eの解像角以上となるように、複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチ(複数の光拡散チャネル4aが二次元的に配列された平面に垂直な方向から見た場合における「互いに隣り合う(少なくとも、レーザ光L1の走査方向において互いに隣り合う)光拡散チャネル4aの中心間距離」又は「互いに隣り合う(少なくとも、レーザ光L1の走査方向において互いに隣り合う)光拡散チャネル4aの頂点間距離」)が設定されている。光路A,Bの成す角度θは、互いに隣り合う任意の一対の光拡散チャネル4a,4aを介して、光学系11における最後段の光学素子(ここでは、フロントガラス100)から観察者の眼Eに至る光路A,Bの成す角度θである。一例として、想定する眼Eの視力が1.0である場合には、解像角が1分であるから、光路A,Bの成す角度θが1分以上となるように、光拡散部4が構成される。また、想定する眼Eの視力が0.7である場合には、解像角が1.42分であるから、光路A,Bの成す角度θが1.42分以上となるように、光拡散部4が構成される。なお、光拡散部4がマイクロレンズアレイである場合には、複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチは、「互いに隣り合う(少なくとも、レーザ光L1の走査方向において互いに隣り合う)光拡散チャネル4aの頂点間距離」であり、光拡散チャネル4aの頂点は、マイクロレンズの頂点である。
複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチと眼Eの解像角との関係について、より詳細に説明する。図4は、光走査部3から光拡散部4を介して眼Eに至る光路を示す図である。説明の便宜上、図4では、光走査部3、光拡散部4、光学系11及び眼Eを一直線上に示し、特に光学系11を単純化して示している。
図4に示されるように、光学系11は、複数の光学素子(ここでは、平面ミラー11a、平面ミラー11b、凹面ミラー11c及びフロントガラス100)の集合体として、1次像面である光拡散部4でのイメージを拡大する機能を有している。光拡散部4の後段に光学系11が配置されている場合、光L2は、互いに隣り合う任意の一対の光拡散チャネル4a,4aから光路A,Bを通って眼Eに入射する。ここで、光学系11の倍率は、「光路A,Bの成す角度」/「光路A´,B´(光学系11がない場合の光路)の成す角度」である。
したがって、想定する眼Eの解像角をαとし、複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチをPとし、光拡散部4と眼Eとの間に配置される光学系11の倍率(「FOV:Field of View/視野角」の倍率)をMとし、光拡散部4から眼Eまでの距離(光拡散部4から光学系11を介して眼Eに至る光路の長さ)をLとすると、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、光拡散部4が構成されれば、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについては、表示されたイメージに輝度むらが生じない。よって、観察者の眼Eの位置及び視力を想定し、光学系11の有無、光学系11の倍率M等を考慮した上で、光路A,Bの成す角度θが眼Eの解像角以上となるように(光学系11がある場合にはα≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、又は、光学系11がない場合にはα≦tan−1(P/L)を満たすように)、光拡散部4を製造することができる。
以上説明したように、走査型表示装置1(及び走査型表示システム10)によれば、任意の一対の光拡散チャネル4a,4aを介して観察者の眼Eに至る光路A,Bの成す角度θを、例えば眼Eの解像角以上とすることができる。したがって、走査型表示装置1によれば、光拡散部4でのレーザ光L1のサイズ(ビーム径)に依らず、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる。
また、走査型表示装置1では、光路A,Bの成す角度θが1分以上となるように、光拡散部4が構成されている。これにより、光路A,Bの成す角度θを、視力が1.0である眼Eの解像角以上とすることができる。したがって、1.0以上の視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる。なお、光路A,Bの成す角度θが1.42分以上となるように、光拡散部4が構成されていてもよい。これにより、光路A,Bの成す角度θを、視力が0.7である眼Eの解像角以上とすることができる。したがって、0.7以上の視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制することができる。
また、走査型表示装置1では、想定する眼Eの解像角をαとし、複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチをPとし、光拡散部4と眼Eとの間に配置される光学系11の倍率をMとし、光拡散部4から眼Eまでの距離をLとすると、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、光拡散部4が構成されていている。これにより、光拡散部4と眼Eとの間に光学系11が配置されていたとしても、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制することができる。
また、走査型表示装置1では、光拡散部4が透過型のマイクロレンズアレイである。これにより、二次元に配列された複数の光拡散チャネル4aによるレーザ光L1の拡散を確実に且つ容易に実現することができる。
また、走査型表示システム10では、想定する眼Eの解像角をαとし、複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチをPとし、光拡散部4と眼Eとの間に配置される光学系11の倍率をMとし、光拡散部4から眼Eまでの距離をLとすると、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、光拡散部4が構成されていている。これにより、光拡散部4と眼Eとの間に光学系11が配置されていたとしても、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制することができる。
また、光拡散部4の製造方法では、光路A,Bの成す角度θが眼Eの解像角以上となるように、光拡散部4が製造される。これにより、光拡散部4でのレーザ光L1のサイズに依らず、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制し得る光拡散部4を得ることができる。
また、光拡散部4の製造方法では、想定する眼Eの解像角をαとし、複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチをPとし、光拡散部4と眼Eとの間に配置される光学系11の倍率をMとし、光拡散部4から眼までの距離をLとすると、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、光拡散部4を製造する。これにより、光拡散部4と眼Eとの間に光学系11が配置されていたとしても、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制し得る光拡散部4を得ることができる。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した一実施形態に限定されない。
例えば、光源2は、コヒーレントな光(レーザ光)を出射することができるものであれば、レーザダイオード(半導体レーザ)に限定されず、面発光レーザ、SLD(スーパールミネッセントダイオード)等であってもよい。また、光走査部3は、レーザ光を走査することができるものであれば、MEMSミラーに限定されず、ガルバノミラー等であってもよい。また、光拡散部4は、レーザ光を透過させて拡散させるものに限定されず、レーザ光を反射して拡散させるものであってもよい。つまり、光拡散部4は、二次元に配列された複数の光拡散チャネル4aを有するものであれば、透過型のマイクロレンズアレイに限定されず、反射型のマイクロレンズアレイ、マイクロミラーアレイ、回折格子、ファイバオプティックプレート等であってもよい。なお、光拡散部4が透過型のマイクロレンズアレイである場合には、光拡散部4の光入射面が平坦面である一方で、複数のマイクロレンズに対応した複数の凸面によって光拡散部4の光出射面が構成されていてもよい。また、複数の凸面に替えて、複数の凹面が、複数のマイクロレンズに対応するように形成されていてもよい。
また、光拡散部4は、光路A,Bの成す角度θが眼Eの解像角に基づいて設定された角度以上となるように製造され、そのように構成されていてもよい。例えば、光拡散部4は、光路A,Bの成す角度θが眼Eの解像角α±0.1分以上となるように製造され、そのように構成されていてもよい。つまり、全ての光拡散チャネル4aにおいて、光路A,Bの成す角度θが眼Eの解像角α以上という条件が満たされる必要はない。このことは、上述したα≦tan−1(P/L)×Mという条件、及び、後述するα≦tan−1(P/L)という条件についても、同様である。また、光拡散部4は、光路A,Bの成す角度θが眼Eの解像角α1(想定する視力の上限値に対応する解像角)以上且つ眼Eの解像角α2(想定する視力の下限値に対応する解像角)以下となるように製造され、そのように構成されていてもよい。光路A,Bの成す角度θに上限値を設定することで、表示されたイメージの解像度が低下するのを抑制することができる。
また、複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチは、一定である必要はなく、例えばランダムであってもよい。これによれば、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのをより確実に抑制することができる。
また、想定した眼Eの位置及び視力の少なくとも1つが変更された場合に、変更後の眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを抑制するために、光路A,Bの成す角度θを調整する手段が例えば光学系11に設けられていてもよい。光学系11では、例えば、光学系11の倍率M、光拡散部4から眼Eまでの距離Lを調整することが可能である。
また、走査型表示装置1(及び走査型表示システム10)では、光拡散部4の後段に光学系11が配置されていなくてもよい(図2参照)。つまり、光路A,Bが光拡散部4から眼Eに直接至ってもよい。その場合、想定する眼Eの解像角をαとし、複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチをPとし、光拡散部4から眼Eまでの距離をLとすると、α≦tan−1(P/L)を満たすように、光拡散部4が構成されればよい。これによれば、光拡散部4と眼Eとの間に光学系11が配置されていない場合に、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制することができる。また、光拡散部4の製造方法では、光路A,Bが光拡散部4から眼Eに直接至る場合には、解像角をαとし、複数の光拡散チャネル4aの配列ピッチをPとし、光拡散部4から眼Eまでの距離をLとすると、α≦tan−1(P/L)を満たすように、光拡散部4を製造してもよい。これによれば、光拡散部4と眼Eとの間に光学系11が配置されていない場合に、想定した位置に在り且つ想定した視力を有する眼Eについて、表示されたイメージに輝度むらが生じるのを確実に抑制し得る光拡散部4を得ることができる。
また、上述した走査型表示装置1は、車載タイプに限定されず、ヘルメット内蔵タイプ、眼鏡タイプ等、様々な場面で用いることができる。
1…走査型表示装置、2…光源、3…光走査部、4…光拡散部、4a…光拡散チャネル、10…走査型表示システム、11…光学系、L1…レーザ光。

Claims (16)

  1. 投影表示用のレーザ光を出射する光源と、
    前記光源から出射された前記レーザ光を走査する光走査部と、
    二次元に配列された複数の光拡散チャネルを有し、前記光走査部によって走査された前記レーザ光を拡散させる光拡散部と、を備え、
    前記光拡散部は、前記複数の光拡散チャネルのうち互いに隣り合う任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度が、前記眼の解像角に基づいて設定された角度以上となるように、構成されている、走査型表示装置。
  2. 前記光拡散部は、前記光路の成す角度が1分以上となるように、構成されている、請求項1に記載の走査型表示装置。
  3. 前記光拡散部は、前記光路の成す角度が1.42分以上となるように、構成されている、請求項2に記載の走査型表示装置。
  4. 前記解像角をαとし、前記複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、前記光拡散部と前記眼との間に配置される光学系の倍率をMとし、前記光拡散部から前記眼までの距離をLとすると、前記光拡散部は、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の走査型表示装置。
  5. 前記光路が前記光拡散部から前記眼に直接至る場合には、前記解像角をαとし、前記複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、前記光拡散部から前記眼までの距離をLとすると、前記光拡散部は、α≦tan−1(P/L)を満たすように、構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の走査型表示装置。
  6. 前記複数の光拡散チャネルの配列ピッチは、ランダムである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の走査型表示装置。
  7. 前記光拡散部は、透過型のマイクロレンズアレイである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の走査型表示装置。
  8. 投影表示用のレーザ光を出射する光源と、
    前記光源から出射された前記レーザ光を走査する光走査部と、
    二次元に配列された複数の光拡散チャネルを有し、前記光走査部によって走査された前記レーザ光を拡散させる光拡散部と、を備え、
    前記光拡散部は、前記複数の光拡散チャネルのうち互いに隣り合う任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度が、前記眼の解像角に基づいて設定された角度以上となるように、構成されている、走査型表示システム。
  9. 前記光拡散部は、前記光路の成す角度が1分以上となるように、構成されている、請求項8に記載の走査型表示システム。
  10. 前記光拡散部は、前記光路の成す角度が1.42分以上となるように、構成されている、請求項9に記載の走査型表示システム。
  11. 前記光拡散部の後段に配置された光学系を更に備え、
    前記解像角をαとし、前記複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、前記光学系の倍率をMとし、前記光拡散部から前記眼までの距離をLとすると、前記光拡散部は、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、構成されている、請求項8〜10のいずれか一項に記載の走査型表示システム。
  12. 前記光路が前記光拡散部から前記眼に直接至る場合には、前記解像角をαとし、前記複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、前記光拡散部から前記眼までの距離をLとすると、前記光拡散部は、α≦tan−1(P/L)を満たすように、構成されている、請求項8〜10のいずれか一項に記載の走査型表示システム。
  13. 前記複数の光拡散チャネルの配列ピッチは、ランダムである、請求項8〜12のいずれか一項に記載の走査型表示システム。
  14. 投影表示用のレーザ光を出射する光源と、
    前記光源から出射された前記レーザ光を走査する光走査部と、
    二次元に配列された複数の光拡散チャネルを有し、前記光走査部によって走査された前記レーザ光を拡散させる光拡散部と、を備える走査型表示装置に用いられる前記光拡散部を製造する方法であって、
    前記複数の光拡散チャネルのうち互いに隣り合う任意の一対の光拡散チャネルを介して観察者の眼に至る光路の成す角度が、前記眼の解像角に基づいて設定された角度以上となるように、前記光拡散部を製造する、光拡散部の製造方法。
  15. 前記解像角をαとし、前記複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、前記光拡散部と前記眼との間に配置される光学系の倍率をMとし、前記光拡散部から前記眼までの距離をLとすると、α≦tan−1(P/L)×Mを満たすように、前記光拡散部を製造する、請求項14に記載の光拡散部の製造方法。
  16. 前記光路が前記光拡散部から前記眼に直接至る場合には、前記解像角をαとし、前記複数の光拡散チャネルの配列ピッチをPとし、前記光拡散部から前記眼までの距離をLとすると、α≦tan−1(P/L)を満たすように、前記光拡散部を製造する、請求項14に記載の光拡散部の製造方法。
JP2018553491A 2017-06-13 2018-06-11 走査型表示装置、走査型表示システム、及び光拡散部の製造方法 Active JP6457164B1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017116328 2017-06-13
JP2017116328 2017-06-13
PCT/JP2018/022256 WO2018230509A1 (ja) 2017-06-13 2018-06-11 走査型表示装置、走査型表示システム、及び光拡散部の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6457164B1 true JP6457164B1 (ja) 2019-01-23
JPWO2018230509A1 JPWO2018230509A1 (ja) 2019-06-27

Family

ID=64659124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018553491A Active JP6457164B1 (ja) 2017-06-13 2018-06-11 走査型表示装置、走査型表示システム、及び光拡散部の製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11204497B2 (ja)
EP (1) EP3640707A4 (ja)
JP (1) JP6457164B1 (ja)
KR (1) KR20200016206A (ja)
CN (1) CN110741306B (ja)
TW (1) TWI780164B (ja)
WO (1) WO2018230509A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016035607A1 (ja) * 2014-09-03 2016-03-10 三菱電機株式会社 画像表示装置
JP2016535323A (ja) * 2014-09-05 2016-11-10 インテル・コーポレーション イメージプロジェクタおよび光アセンブリ
JP2017078830A (ja) * 2015-10-22 2017-04-27 矢崎総業株式会社 走査式プロジェクタ用透過型スクリーン、走査式プロジェクタシステム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006137326A1 (ja) 2005-06-20 2006-12-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 2次元画像表示装置、照明光源及び露光照明装置
JP5075595B2 (ja) 2007-11-26 2012-11-21 株式会社東芝 表示装置及びそれを用いた移動体
JP5953311B2 (ja) 2010-11-08 2016-07-20 シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニムSeereal Technologies S.A. 表示装置
JP5344069B2 (ja) * 2011-08-29 2013-11-20 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置
JP2014149405A (ja) * 2013-01-31 2014-08-21 Nippon Seiki Co Ltd ヘッドアップディスプレイ装置
JP6489841B2 (ja) 2015-01-21 2019-03-27 パイオニア株式会社 ヘッドアップディスプレイ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016035607A1 (ja) * 2014-09-03 2016-03-10 三菱電機株式会社 画像表示装置
JP2016535323A (ja) * 2014-09-05 2016-11-10 インテル・コーポレーション イメージプロジェクタおよび光アセンブリ
JP2017078830A (ja) * 2015-10-22 2017-04-27 矢崎総業株式会社 走査式プロジェクタ用透過型スクリーン、走査式プロジェクタシステム

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2018230509A1 (ja) 2019-06-27
KR20200016206A (ko) 2020-02-14
US20200166748A1 (en) 2020-05-28
US11204497B2 (en) 2021-12-21
EP3640707A4 (en) 2021-03-10
TWI780164B (zh) 2022-10-11
TW201909144A (zh) 2019-03-01
EP3640707A1 (en) 2020-04-22
CN110741306B (zh) 2021-11-09
WO2018230509A1 (ja) 2018-12-20
CN110741306A (zh) 2020-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10502972B2 (en) Image display device and mobile object
TWI585459B (zh) 影像投影機及光學組件
CN110741305B (zh) 扫描型显示装置及扫描型显示***
US20170115553A1 (en) Scanning projector transmissive screen, and scanning projector system
US9891514B2 (en) Light source apparatus and projection display apparatus
JP6402854B2 (ja) 透過型スクリーン及びそれを用いたヘッドアップディスプレイ装置
JP6127714B2 (ja) レーザープロジェクター
JP2015225216A (ja) 画像表示装置
JP2015225218A (ja) 画像表示装置
JP6457164B1 (ja) 走査型表示装置、走査型表示システム、及び光拡散部の製造方法
US10527923B2 (en) Scanning projector transmissive screen, and scanning projector system
JP6608557B2 (ja) 走査型表示装置及び走査型表示システム
JP2017227681A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP7098594B2 (ja) 走査型表示装置及び走査型表示システム
JP6624275B2 (ja) 画像表示装置
JP2020042290A (ja) 画像表示装置
JP2018008612A (ja) 表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181011

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20181011

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20181121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181127

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6457164

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250