CN106255915A - 透射型屏幕和平视显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明的透射型屏幕(2)具有使光束各向异性地聚光或发散的至少2个光学元件(13和14)，至少2个光学元件具有：接收显示光的受光面(10)；和向组合器(4)出射发散光束的出射面(11)。

Description

透射型屏幕和平视显示器
技术领域
本发明涉及透射型屏幕，特别是涉及平视显示器中使用的透射型屏幕。
背景技术
在人的视野内映出信息的平视显示器(以下称作“HUD”)，在飞机、汽车等交通工具的前玻璃上显示信息，从而用于辅助操纵或驾驶。
对HUD的结构进行简单说明。图12表示现有的典型的HUD的结构。HUD典型地具有影像源、透射型屏幕和组合器(combiner)。作为HUD的一个方式，存在使用虚像光学系统的方式。根据该方式，从影像源出射的光束，由作为透明体(例如玻璃)的透射型屏幕聚光，形成(显示)实像。透射型屏幕作为二次光源发挥功能，将聚光后的光束向组合器出射。组合器具有将透射型屏幕中形成的影像放大显示在远方的功能，还具有将影像重叠到风景上进行显示的功能。组合器基于被照射的光束形成虚像。由此，操纵者或驾驶者能够通过组合器一同确认风景和影像。
专利文献1公开了一种包括多个微透镜排列而成的第一和第二微透镜阵列(以下称为“MLA”)的透射型屏幕的HUD。如专利文献1的图3所示，在透射型屏幕配置有相互相对的第一和第二MLA。相邻的微透镜之间的间距在各个MLA之间不同，以第二MLA的间距比第一MLA的间距大的方式构成各MLA。另外，以透射第一MLA内的多个微透镜的光被第二MLA内的单一的微透镜聚光的方式设计透射型屏幕。
被第一MLA内的多个微透镜聚光的光，入射到第二MLA内的单一的微透镜。由第一MLA形成的多个像素，通过第二MLA，汇集为具有比该多个像素的各像素所具有的直径的总和大的直径的像素，像素亮点变得不显眼。根据专利文献1的HUD，能够抑制过度的像素亮点的产生(亮度不均)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4954346号
发明要解决的技术问题
但是，根据本发明者的研究，在使用专利文献1中公开的透射型屏幕的情况下，从透射型屏幕向组合器出射的光束的配光的控制不充分，存在光的利用效率低下的问题。
出于低耗电的观点，上述的HUD方式中，为了提高光的利用效率，优选考虑驾驶者等能够看到关于信息的影像的范围(视域)，充分限定组合器上的光束的照射范围。其中，视域一般被称为“Eye Box”。
专利文献1中公开的那样的微透镜的结构中，通过了2块MLA的光束，呈圆形状地发散，其范围例如图12所示的以组合器的中心为中心的圆形状。出于提高光的利用效率的观点，如果仅照射组合器的区域则是充分的。但是，根据专利文献1的结构，组合器的区域以外的区域也会被光束照射，无法高效地只照射组合器的区域。像这样，朝向组合器去的光束的照射区域的损失变大。
其结果是，在现有技术中，难以与视域一致地出射光束，光的利用效率低下，难以实现低耗电化。
由于人眼在横向上排列，所以横向的视野比纵向的视野大。因此，横向的视野要求大，纵向的视野比横向的视野小也没问题。因此，以朝向组合器去的光束的照射形状考虑视域而成为矩形或椭圆形的方式构成透射型屏幕是高效的。
另外，在使用激光光源作为影像源的情况下，透射MLA的光束相互干涉，在光束的照射区域产生光斑(speckle)。该光斑被驾驶者等视认为更加明暗的图案，所以显示品质显著降低。
发明内容
本发明的目的在于控制从透射型屏幕向组合器出射的光束的配光，提高光的利用效率。另外，减少光斑。
用于解决问题的技术手段
本发明的实施方式的透射型屏幕具有使光束各向异性地聚光或发散的至少2个光学元件，上述至少2个光学元件具有：接收显示光的受光面；和向组合器出射发散光束的出射面。上述发散光束根据截面形状在上述组合器上形成大致矩形或椭圆形的照射区域。
在某个实施方式中，上述至少2个光学元件使上述光束在1轴或2轴方向上聚光或发散。
在某个实施方式中，上述至少2个光学元件包括柱状透镜。
在某个实施方式中，上述至少2个光学元件包括：多个半圆柱状透镜在第一方向上排列而成的第一柱状透镜；和多个半圆柱状透镜在与上述第一方向交叉的第二方向上排列而成的第二柱状透镜，上述第一柱状透镜的透镜面朝向上述出射面配置，上述第二柱状透镜的透镜面以与上述第一柱状透镜的透镜面相对的方式朝向上述受光面配置。
在某个实施方式中，上述至少2个光学元件包括：多个半圆柱状透镜在第一方向上排列而成的第一柱状透镜；和多个半圆柱状透镜在与上述第一方向交叉的第二方向上排列而成的第二柱状透镜，上述第一柱状透镜和上述第二柱状透镜的透镜面朝向上述受光面或上述出射面而向同一方向配置。
在某个实施方式中，上述第一方向与上述第二方向相互正交。
在某个实施方式中，上述第一柱状透镜配置于上述第二柱状透镜的受光面侧，上述第一柱状透镜和上述第二柱状透镜的透镜面分别具有凸形状，上述第一柱状透镜的焦距比上述第二柱状透镜的焦距长。
在某个实施方式中，上述第一柱状透镜配置于上述第二柱状透镜的受光面侧，上述第一柱状透镜和上述第二柱状透镜的透镜面分别具有凹形状，上述第一柱状透镜的焦距比上述第二柱状透镜的焦距短。
在某个实施方式中，上述第一柱状透镜和上述第二柱状透镜形成为一体。
在某个实施方式中，上述至少2个光学元件还包括多个微透镜排列而成的微透镜阵列。上述微透镜阵列优选多个六边形的微透镜以六方最密堆积的方式排列。
在某个实施方式中，上述至少2个光学元件还包括多个微透镜排列而成的微透镜阵列，上述微透镜阵列配置于上述第一柱状透镜和第二柱状透镜的受光面侧。上述微透镜阵列优选多个六边形的微透镜以六方最密堆积的方式排列。
在某个实施方式中，上述至少2个光学元件还包括多个微透镜排列而成的微透镜阵列，上述微透镜阵列配置于上述第一柱状透镜的受光面侧。上述微透镜阵列优选多个六边形的微透镜以六方最密堆积的方式排列。
在某个实施方式中，上述至少2个光学元件还包括多个微透镜排列而成的微透镜阵列，上述微透镜阵列配置于上述第二柱状透镜的出射面侧。上述微透镜阵列优选多个六边形的微透镜以六方最密堆积的方式排列。
在某个实施方式中，表示上述微透镜阵列内的相邻的透镜之间的透镜的移位方向的多个矢量的各方向相互不同。
在某个实施方式中，上述多个矢量的各方向与表示上述柱状透镜内的相邻的透镜之间的透镜的移位方向的矢量的方向相互不同。
在某个实施方式中，上述至少2个光学元件包括光扩散板、多个光纤排列而成的光纤板、体积型或浮雕型的全息元件和衍射光栅中的任一者。上述光纤板优选多个六边形的光纤以六方最密堆积的方式排列。
在某个实施方式中，平视显示器包括：出射显示光的影像源；上述透射型屏幕；和组合器。上述平视显示器优选还包括场镜。
在某个实施方式中，上述影像源为激光光源。
发明效果
根据本发明的一个实施方式，提供一种能够控制从透射型屏幕向组合器出射的光束的配光，提高光的利用效率的透射型屏幕和具有该透射型屏幕的平视显示器。
附图说明
图1中(a)是从某个角度看本发明的第一实施方式的平视显示器100时的示意图，(b)是从其他角度看平视显示器100时的示意图。
图2是用于说明能够配置在透射型屏幕2内的使光束各向异性地聚光或发散的光学元件的图。
图3中(a)和(e)是表示透射型屏幕2的结构的示意性的截面图，(b)和(c)表示从透射型屏幕2的出射面11侧看的柱状透镜13的形状和从受光面10侧看的柱状透镜14的形状，(d)是表示柱状透镜13和14的焦距的关系的示意图。
图4中(a)和(d)是表示透射型屏幕2A的结构的示意性的截面图，(b)是表示从(a)的透射型屏幕2A的受光面10侧看的柱状透镜21的形状的示意图，(c)是表示从(d)的透射型屏幕2A的出射面11侧看的柱状透镜21的形状的示意图。
图5中(a)是表示透射型屏幕2B的结构的示意性的截面图，(b)和(c)表示从透射型屏幕2B的出射面11侧看的MLA12的形状、从受光面10侧看的柱状透镜13的形状和从出射面11侧看的柱状透镜14的形状的示意图。
图6中(a)和(c)是表示透射型屏幕2C的结构的示意性的截面图，(b)是表示从(a)所示的透射型屏幕2C的受光面10侧看的MLA12的形状和从出射面11侧看的柱状透镜21的形状的示意图。
图7中(a)是表示透射型屏幕2D的结构的示意性的截面图，(b)和(c)表示从透射型屏幕2D的出射面11侧看的光纤板20的形状、从受光面10侧看的柱状透镜13的形状和从出射面11侧看的柱状透镜14的形状的示意图。
图8中(a)是表示透射型屏幕2E的结构的示意性的截面图，(b)和(c)是表示从出射面11和受光面10侧看的柱状透镜21的形状的示意图。
图9中(a)是表示透射型屏幕2F的结构的示意性的截面图，(b)是表示从出射面11和受光面10侧看的方形配置的MLA22的形状的示意图。
图10是本发明的第三实施方式的平视显示器200的示意图。
图11中(a)是表示透射型屏幕2G的结构的示意性的截面图，(b)是表示从透射型屏幕2G的出射面11侧看的MLA12的形状和从受光面10侧看的变形六方最密配置的MLA23的形状的示意图。
图12是现有的平视显示器的典型的示意图。
具体实施方式
本发明者经过反复研究，结果想到了通过将使光束各向异性地聚光或发散的光学元件(例如、柱状透镜)组合，能够将发散光束呈大致矩形或椭圆形地向组合器照射的新的透射型屏幕。
本发明的实施方式的透射型屏幕，具有使光束各向异性地聚光或发散的至少2个光学元件。该至少2个光学元件，具有接收显示光的受光面和向组合器出射发散光束的出射面。通过将该透射型屏幕用于平视显示器，能够提高光的利用效率。
以下参照附图，对本发明的实施方式的透射型屏幕和具有该透射型屏幕的平视显示器进行说明。以下的说明中，对相同或类似的构成要素标注相同的参照标记。另外，本发明的实施方式的平视显示器并不限定于以下例示的平视显示器。
(第一实施方式)
参照图1～图3，对本实施方式的透射型屏幕2和具有其的平视显示器100的结构和功能进行说明。
图1(a)表示从某个角度看本实施方式的平视显示器100时的示意图，图1(b)表示从其他角度看平视显示器100时的示意图。
平视显示器100包括：影像源1、透射型屏幕2、场镜3和组合器4。另外，如后所述，也可以不包含场镜3。
从影像源1出射的光束，被透射型屏幕2聚光，形成实像。透射型屏幕2作为二次光源发挥功能，将聚光后的光束以其照射区域5成为大致矩形的方式向组合器4出射。组合器4基于被照射的光束形成虚像。由此，操纵者或驾驶者能够通过组合器一同确认风景和影像。
对平视显示器100的各构成要素进行详细说明。
影像源1是描画影像的器件，能够广泛使用公知的影像源。影像源1构成为使显示光向透射型屏幕2出射。例如，作为描画的方式，已知有使用LCOS(Liquid Crystal OnSilicon：硅上液晶)或LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示)的方式、使用DLP(DigitalLight Processing：数字光处理)的方式、使用激光投影仪的方式等。
使用LCOS或LCD的方式中，主要使用三原色(R、G、B)的LED(Light EmittingDevice：电致发光器件)光源和LCOS或LCD。另外，DLP的方式中，主要使用三原色(R、G、B)的LED光源和DMD(Digital Micromirror Device：数字微镜器件)。这些方式中，各LED光源对LCD、LCOS或DMD整体照射光束，对影像无贡献的不要的光被LCD、LCOS或DMD遮断。
另一方面，在使用激光投影仪的方式中，主要使用三原色的激光光源和MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)反射镜。该方式中，通过光栅扫描方式仅描画作为对象的显示区域的影像。
图2表示能配置在透射型屏幕2内的使光束各向异性地聚光或发散的光学元件的例子。光学元件使光束在1轴或2轴方向上聚光或发散。如图2例示的那样，作为使光束在1轴方向(图2中的X轴方向)聚光或发散的光学元件，能够使用柱状透镜。另外，作为使光束在2轴方向(图2中的X和Y轴方向)聚光或发散的光学元件，能够使用具有层叠结构的柱状透镜。另外，作为使光束在2轴方向聚光或发散的光学元件，还能够使用变形六方最密配置的MLA。其中，对它们的详细情况在后面叙述。
图3(a)和图3(e)是表示透射型屏幕2的结构的示意性的截面图。图3(b)和图3(c)表示从透射型屏幕2的出射面11侧看的柱状透镜13的形状和从受光面10侧看的柱状透镜14的形状。图3(d)是表示柱状透镜13和14的焦距的关系的示意图。
透射型屏幕2如图3(a)所示，具有从影像源1接收显示光的受光面10和向组合器4出射具有大致矩形的截面形状的发散光束的出射面11。其中，“大致矩形的截面形状”是指与光轴垂直的面的发散光束的截面形状为大致矩形。
透射型屏幕2中，柱状透镜13配置于受光面10侧，柱状透镜14配置于出射面11侧。柱状透镜13的透镜面朝向出射面11配置，柱状透镜14的透镜面以与柱状透镜13的透镜面相对的方式朝向受光面10配置。其中，本说明书中“透镜面”是指透镜的凸面或凹面。
如图3(e)所示，柱状透镜13和14的透镜面，可以朝向出射面11地向同一方向配置，或者也可以朝向受光面10地向同一方向配置(未图示)。透射型屏幕2作为二次光源发挥功能，将来自影像源1的显示光扩展，将发散光束向组合器4照射。发散光束的扩展角度，例如根据构成柱状透镜13和14的各透镜的尺寸和焦距来确定。
柱状透镜13通过将多个半圆柱状透镜(半柱面透镜)在图3(a)中的第一方向(X轴方向)排列而形成。另外，柱状透镜14通过将多个半圆柱状透镜在与第一方向交叉的第二方向(Z轴方向)排列而形成。第一排列方向和第二排列方向，使发散光束的截面形状为大致矩形，出于有效利用光的方面优选相互正交。但是，第一排列方向和第二排列方向也可以不正交，可以例如两方向所成角度为45°～135°的范围。
另外，只要以第一排列方向和第二排列方向相互交叉的方式配置柱状透镜13和14，柱状透镜13的第一排列方向和柱状透镜14的第二排列方向也可以如图3(c)所示，与图3(b)所示的排列方向各自相反。
参照图3(d)对柱状透镜13和14内的透镜的焦距的关系进行说明。
柱状透镜13和14的透镜面分别具有凸形状时，柱状透镜13的焦距比柱状透镜14的焦距长。另外，柱状透镜13和14的透镜面分别具有凹形状时，柱状透镜13的焦距比柱状透镜14的焦距短。
本实施方式中，通过改变柱状透镜13和14内的相邻透镜之间的间距、透镜的曲率半径、或第一和第二排列方向，能够改变其截面形状为大致矩形的发散光束的照射形状(照射区域5)的纵横比。
参照图4对透射型屏幕2的变形例进行说明。
图4(a)和(d)是表示透射型屏幕2A的结构的示意性的截面图，图4(b)表示从图4(a)的透射型屏幕2A的受光面10侧看的柱状透镜21的形状，(c)表示从图4(d)的透射型屏幕2A的出射面11侧看的柱状透镜21的形状。
透射型屏幕2A包括具有层叠结构的柱状透镜21。2块柱状透镜以各自的透镜面朝向透射型屏幕2A的受光面10，各自的透镜的排列方向相互交叉的方式配置成一体。由此，形成具有层叠结构的柱状透镜21。其中，各自的透镜的排列方向，使发散光束的截面形状为大致矩形，出于有效利用光的方面优选相互正交。
另外，如图4(c)所示，2块柱状透镜能以各自透镜面朝向透射型屏幕2A的出射面11，各自的透镜的排列方向相互交叉的方式配置。由此，可以形成具有层叠结构的柱状透镜21。其中，各自的透镜的排列方向，使发散光束的截面形状为大致矩形，出于有效利用光的方面优选相互正交。
另外，通过将柱状透镜21配置于透射型屏幕2A，能够从透射型屏幕2A的出射面11出射具有大致矩形的截面形状的发散光束，能够将光的照射区域5收于组合器4的区域内。由此，能够充分限定发散光束的照射范围，提高光的利用效率。其结果是，能够实现低耗电化和/或影像的高亮度化。
再次参照图1。场镜3配置在透射型屏幕2与组合器4之间且透射型屏幕2的附近。场镜3例如由凸透镜形成，改变从透射型屏幕2出射的光束的行进方向。通过使用场镜3，能够进一步提高光的利用效率。另外，场镜3根据设计规格等，也可以配置在影像源1与透射型屏幕2之间，还可以不设置。
组合器4一般使用例如半反射镜，但也可以使用全息元件等。组合器4将来自透射型屏幕2的发散光束反射，形成光的虚像。组合器4具有将透射型屏幕2中形成的影像放大显示在远方的功能，还具有将影像重叠到风景上进行显示的功能。由此，操纵者或驾驶者能够通过组合器一同确认风景和影像。能够根据组合器4的曲率，改变虚像的大小和虚像形成的位置。
根据本实施方式，能够根据透射型屏幕2的出射面11的形状决定来自透射型屏幕2的发散光束的配光，能够将发散光束的照射区域5收于组合器4的区域内。由此，能够充分限定发散光束的照射范围，提高光的利用效率。其结果是，能够实现低耗电化和/或影像的高亮度化。
另外，通过将一般的光斑除去方法组合到本实施方式中，能够得到光斑除去的效果。作为一般的光斑除去方法，例如具有以下方法：使透射型屏幕2摇动；增大光源的光谱宽度；使用多个光源；和在光路上赋予散射。另外，除这些方法以外，如后所述，通过将MLA等配置于透射型屏幕2，能够有效减少光斑。通过使用这些方法，即使在使用激光光源作为影像源1的情况下，也能够减少光斑。
(第二实施方式)
参照图5和图6，对本实施方式的透射型屏幕的结构和功能进行说明。其中，与透射型屏幕2和2A的构成要素相同的组件省略详细说明。
本实施方式的透射型屏幕2B具有柱状透镜和MLA作为光学元件。柱状透镜为使光束各向异性地聚光或发散的光学元件，与之相对地，MLA为使光束各向同性地聚光或发散的光学元件。像这样，透射型屏幕2B也可以还具有使光束各向同性地聚光或发散的光学元件。
图5(a)是表示透射型屏幕2B的结构的示意性的截面图，图5(b)和(c)表示从透射型屏幕2B的出射面11侧看的MLA12的形状、从受光面10侧看的柱状透镜13的形状和从出射面11侧看的柱状透镜14的形状。
透射型屏幕2B如图5(a)所示，具有从影像源1接收显示光的受光面10和向组合器4出射具有大致矩形或椭圆形的截面形状的发散光束的出射面11。透射型屏幕2B中，MLA12配置于受光面侧，2块柱状透镜13和14配置于出射面。透射型屏幕2B作为二次光源发挥功能，将来自影像源1的光束扩展，将发散光束照射向组合器4。发散光束的扩展角度，例如根据MLA12、柱状透镜13和14内的各透镜的尺寸和焦距来确定。
构成MLA12的微透镜例如如图5(b)所示，具有正六边形的形状。MLA12通过正六边形的微透镜以六方最密堆积的方式排列而形成。MLA12的各透镜的形状也可以不是正六边形，例如可以是矩形或圆形。其中，出于提高光的利用效率且减少光斑的观点，优选透镜的形状为正六边形。
MLA12的透镜面朝向出射面配置。MLA12将来自影像源1的显示光聚光，在MLA12与柱状透镜13之间形成实像。
另外，MLA以外也能够使用例如光扩散板。其中，考虑光的利用效率，使用MLA的方式在能够控制光的配光的方面是有利的。
柱状透镜13的透镜面朝向受光面10配置，与MLA12的透镜面相对。另外，柱状透镜13优选配置在至少从MLA12离开MLA12的透镜(微透镜)的焦距的位置。当比微透镜的焦距更加相互接近时，除去光斑的效果会降低。另一方面，当比该焦距的2倍的距离更加相互远离时，容易产生图像模糊。考虑这些情况，在令微透镜的焦距为f的情况下，相互的间隔d优选为0.5f～4f的范围。
柱状透镜14的透镜面朝向出射面11配置。像这样，通过2块柱状透镜13和14将柱状透镜层叠而得的“光学片”，形成于透射型屏幕2A的出射面11侧。通过将光学片配置在出射面11侧，能够使发散光束的截面形状为大致矩形。发散光束根据截面形状在组合器4上形成大致矩形的照射区域5。
参照图5(b)，对表示相邻的透镜之间的透镜的移位方向的矢量进行说明。
MLA12中，如图5(b)所示，作为表示相邻的微透镜之间的透镜的移位方向的矢量，定义矢量e1、e2和e3。矢量e1是从微透镜M1的中心向微透镜M2的中心去的矢量，其方向表示以微透镜M1的中心为基准的微透镜M2的移位方向。同样，矢量e2是从微透镜M2的中心向微透镜M3的中心去的矢量，其方向表示以微透镜M2的中心为基准的微透镜M3的移位方向。矢量e3是从微透镜M3的中心向微透镜M1的中心去的矢量，其方向表示以微透镜M3的中心为基准的微透镜M1的移位方向。像这样，表示透镜的移位方向的多个矢量(e1、e2和e3)的各方向相互不同。
柱状透镜13和14中，如图5(b)所示，作为表示相邻的半圆柱状透镜之间的透镜的移位方向的矢量，分别定义矢量e4和e5。矢量e4是连结相邻的半圆柱状透镜的中心的矢量，其方向与第一排列方向(X轴方向)一致。矢量e5是连结相邻的半圆柱状透镜的中心的矢量，其方向与第二排列方向(Z轴方向)一致。
像这样，在MLA12、柱状透镜13和14之间，表示透镜的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4和e5的方向相互不同。
光斑主要在表示透镜的移位方向的矢量的方向发生。根据本实施方式，通过以相互避免光斑的产生的方式来确定各光学元件的透镜的移位方向，能够有效抑制光斑。
另外，本实施方式中，配置在透射型屏幕2B的最靠出射面11侧的柱状透镜14，主要确定光束的配光。因此，通过改变柱状透镜14内的相邻透镜之间的间距、透镜的曲率半径、或中心角，能够改变截面形状为大致矩形的发散光束的照射形状(照射区域5)的纵横比。
其结果是，能够减少光斑，并且能够提高光的利用效率。
另外，只要以第一排列方向与第二排列方向相互交叉的方式配置柱状透镜13和14，柱状透镜13的第一排列方向与柱状透镜14的第二排列方向如图5(c)所示，也可以与图5(b)所示的排列方向各自相反。
另外，透射型屏幕2B中，也可以将MLA12配置在透射型屏幕2的最靠出射面11侧的位置。这样的结构，也能够得到与上述的效果同样的效果。
接着，参照图6，对本实施方式的透射型屏幕的第一变形例进行说明。其中，与透射型屏幕2A和2B的构成要素相同的组件省略详细说明。
图6中(a)和(c)是表示透射型屏幕2C的结构的示意性的截面图，图6(b)表示从图6(a)所示的透射型屏幕2C的受光面10侧看的MLA12的形状和从出射面11侧看的柱状透镜21的形状。
透射型屏幕2C如图6(a)所示，包括具有层叠结构的柱状透镜21和MLA12。MLA12配置在柱状透镜21的受光面10侧。透射型屏幕2C具有如下结构：在图4(d)所示的透射型屏幕2A中，在柱状透镜21的受光面10侧配置有MLA12。MLA12的透镜面朝向受光面10配置，柱状透镜21的透镜面朝向出射面11配置。
图6(b)中示出了表示相邻的透镜之间的透镜的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4和e5。将表示柱状透镜21中的透镜的移位方向的矢量，定义为矢量e4和e5。矢量e4和e5的方向分别与X轴和Z轴方向一致。本变形例中，在MLA12和柱状透镜21之间，表示透镜的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4和e5的方向相互不同。
另外，如图6(c)所示，也可以在柱状透镜13和14以各自的透镜面相互相对的方式配置的图3(a)所示的透射型屏幕2中，通过进一步在其受光面10侧配置MLA12，来形成透射型屏幕2C。
根据图6(a)和(c)所示的透射型屏幕的变形例，能够有效减少光斑。
接着，参照图7～图9，对本实施方式的透射型屏幕的第二～第四变形例进行说明。其中，与透射型屏幕2C的构成要素相同的组件省略详细说明。
参照图7对第二变形例进行说明。
图7(a)是表示透射型屏幕2D的结构的示意性的截面图，图7(b)和图7(c)表示从透射型屏幕2D的出射面11侧看的光纤板20的形状、从受光面10侧看的柱状透镜13的形状和从出射面11侧看的柱状透镜14的形状。
透射型屏幕2D的结构，与透射型屏幕2B的结构的不同点在于，在受光面10侧替代MLA12配置有光纤板(以下称为“FOP”)20。
透射型屏幕2D具有FOP20和柱状透镜13和14。FOP20通过将多个六边形的光纤以六方最密堆积的方式排列而形成。另外，一般来说，FOP由多个光纤构成，例如用作光学设备的光波导路。
FOP20配置于透射型屏幕2D的受光面10侧，柱状透镜13和14以各自的透镜的排列方向相互交叉的方式配置于出射面11侧。其中，各自的透镜的排列方向，使发散光束的截面形状为大致矩形，出于有效利用光的方面优选相互正交。
FOP20将来自影像源1的显示光聚光，朝向出射面11配置，以使得在FOP20与柱状透镜13之间形成实像。柱状透镜13的透镜面朝向受光面10配置，与的FOP20相对。另外，柱状透镜14的透镜面朝向出射面11配置，与透射型屏幕2同样，通过柱状透镜13和14在出射面11侧形成光学片。而且，从出射面11出射截面形状为大致矩形的发散光束。
FOP20具有减轻激光束的可干涉性的作用。因此，例如如上所述，在使用激光束作为影像源1的光源的情况下，容易产生光斑，但是通过使用FOP20，能够大幅抑制光斑的产生。另外，在使用FOP20的情况下，也能够从透射型屏幕2D的出射面11出射具有大致矩形的截面形状的发散光束，能够将光的照射区域5收于组合器4的区域内。由此，能够充分限定发散光束的照射范围。
其结果是，能够提高光的利用效率，能够大幅抑制光斑的产生。能够实现低耗电化和/或影像的高亮度化。
接着，参照图8对第三变形例进行说明。
图8(a)是表示透射型屏幕2E的结构的示意性的截面图，图8(b)和图8(c)表示从出射面11和受光面10侧看的柱状透镜21的形状。
透射型屏幕2E的结构与透射型屏幕2B的结构的不同点在于，2块柱状透镜以各自的透镜面朝向受光面10侧的方式配置在出射面11侧。其中，与透射型屏幕2B的构成要素相同的组件省略详细说明。
透射型屏幕2E具有MLA12和柱状透镜21。MLA12配置在透射型屏幕2E的受光面10侧，柱状透镜21配置于出射面11侧。MLA12的透镜面朝向出射面11配置，如图8(b)所示，2块柱状透镜以各自的透镜面朝向透射型屏幕2E的受光面10侧，各自的透镜的排列方向相互交叉的方式配置，通过2块柱状透镜一体形成具有层叠结构的柱状透镜21。其中，各自的透镜的排列方向，使发散光束的截面形状为大致矩形，出于有效利用光的方面优选相互正交。
MLA12将来自影像源1的显示光聚光，在MLA12与柱状透镜21之间形成实像。柱状透镜21的透镜面朝向受光面10配置，与透射型屏幕2B同样，由2块柱状透镜(柱状透镜21)在透射型屏幕2E的出射面11侧形成光学片。而且，从出射面11出射截面形状为大致矩形的发散光束。
另外，如图8(c)所示，2块柱状透镜能以各自透镜面朝向透射型屏幕2E的出射面11，各自的透镜的排列方向相互交叉的方式配置。像这样，可以通过2块柱状透镜一体地形成具有层叠结构的柱状透镜21。其中，各自的透镜的排列方向，使发散光束的截面形状为大致矩形，出于有效利用光的方面优选相互正交。
另外，图8(a)中，表示了在透射型屏幕2E的受光面10侧配置MLA12的例子，但也可以配置FOP20。
如图8(b)或(c)所示，通过将一体形成的柱状透镜21配置于透射型屏幕2E的出射面11侧，能够从透射型屏幕2E的出射面11出射具有大致矩形的截面形状的发散光束，能够将光的照射区域5收于组合器4的区域内。由此，能够充分限定发散光束的照射范围，提高光的利用效率。其结果是，能够实现低耗电化和/或影像的高亮度化。
接着，参照图9对第四变形例进行说明。
图9(a)是表示透射型屏幕2F的结构的示意性的截面图，图9(b)表示从出射面11和受光面10侧看的方形配置的微透镜阵列22的形状。
透射型屏幕2F的结构与透射型屏幕2E的结构的不同点在于，在出射面11侧配置有方形配置的MLA22。
透射型屏幕2F具有MLA12和MLA22。如上所述，MLA12中，多个六边形透镜以六方最密堆积的方式排列，与之相对地，MLA22中，多个四边形透镜呈方形地排列。MLA22是所谓方形配置的微透镜阵列。另外，MLA22的透镜的形状也可以不是正方形，而是例如长方形或圆形。其中，出于提高光的利用效率的观点，优选透镜的形状为矩形。
MLA12配置在透射型屏幕2F的受光面10侧，MLA22配置于出射面11侧。MLA12的柱状透镜MLA22的透镜面朝向受光面10配置，MLA22的透镜面朝向出射面11配置。从出射面11出射截面形状为大致矩形的发散光束。
另外，图9(a)中，表示了在受光面10侧配置MLA12的例子，但也可以配置FOP20。
像这样，在使用MLA22的情况下，也能够从透射型屏幕2F的出射面11出射具有大致矩形的截面形状的发散光束，能够将光的照射区域5收于组合器4的区域内。由此，能够充分限定发散光束的照射范围，提高光的利用效率。其结果是，能够实现低耗电化和/或影像的高亮度化。另外，与本实施方式同样，能够有效减少光斑。
另外，在透射型屏幕的出射面11侧配置2块柱状透镜的情况下，照射区域5内的面内亮度容易变得均匀，但是在出射面11侧配置MLA22的情况下，照射区域5中难以得到均匀的面内亮度。另外，MLA22能够广泛使用通常的元件，所以在制造成本方面使用MLA22更为有利。可以考虑性能和成本的平衡，确定透射型屏幕的设计规格。
(第三实施方式)
参照图10和图11，对本实施方式的平视显示器200的结构和功能进行说明。
平视显示器200中，从透射型屏幕2G向组合器4出射具有大致椭圆形的截面形状的发散光束。发散光束根据截面形状在组合器4上形成大致椭圆形的照射区域5。
图10表示本实施方式的平视显示器200的示意图。
平视显示器200的结构与平视显示器100的不同点在于，从透射型屏幕2G向组合器4出射具有大致椭圆形的截面形状的发散光束。具体来说，透射型屏幕的结构不同。其中，对与平视显示器100的构成要素相同的组件省略详细说明。
平视显示器200包括：影像源1、透射型屏幕2G、场镜3、和组合器4。另外，也可以不包含场镜3。
图11(a)是表示透射型屏幕2G的结构的示意性的截面图，图11(b)表示从透射型屏幕2G的出射面11侧看的MLA12的形状和从受光面10侧看的变形六方最密配置的MLA23的形状。
透射型屏幕2G具有MLA12和MLA23。MLA12配置在透射型屏幕2G的受光面10侧，MLA23配置于出射面11侧。MLA12的柱状透镜MLA23的透镜面朝向受光面10配置，MLA22的透镜面朝向出射面11配置。
图11(a)中，H方向(第一方向)表示大致椭圆形的照射区域5的长轴方向，V方向(与第一方向正交的方向)表示短轴方向。MLA23中，微透镜以形成其轮廓的边中的至少1边和与其平行的边在H方向或V方向平行的方式排列。
图11(b)所示的例子中，以微透镜的2边与H方向平行的方式排列微透镜。另外，MLA23的微透镜具有将正六边形的形状向H方向和/或V方向压缩或伸长的形状。与六方最密配置相对地，将使具有这样的形状的微透镜六方最密配置称为“变形六方最密配置”。另外，MLA23的透镜的形状也可以不是六边形，而是例如圆形。但是，出于提高光的利用效率观点，优选透镜的形状为六边形。
图11(b)例示了使微透镜的形状在H方向伸长或在V方向压缩的、MLA23的透镜的形状。其伸长的边的方向与大致椭圆形的照射区域5的长轴方向一致，压缩的方向与短轴方向一致。由此，发散光束以其截面形状为大致椭圆形的方式从透射型屏幕2G的出射面11出射。
图11(b)中示出了表示相邻的透镜之间的透镜的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4、e5和e6。将表示MLA23中的透镜的移位方向的矢量，定义为矢量e4、e5和e6。矢量e4是从微透镜M4的中心向微透镜M5的中心去的矢量，其方向表示以微透镜M4的中心为基准的微透镜M5的移位方向。矢量e5和e6也同样。
本实施方式中，在MLA12和MLA23之间，表示透镜的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4、e5和e6的方向相互不同。
像这样，根据微透镜形状的压缩、伸长的比率来改变发散光束的照射区域5的长轴方向和短轴方向的比率，能够使发散光束的截面形状变化。由此，能够充分限定发散光束的照射范围，提高光的利用效率。其结果是，能够实现低耗电化和/或影像的高亮度化。另外，与第二实施方式同样，能够有效减少光斑。
产业上的可利用性
本发明的透射型屏幕能够用于HUD、头戴式显示器和其他虚像显示器等。
附图标记说明
1 影像源
2、2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G 透射型屏幕
3 场镜
4 组合器
5 照射区域
10 受光面
11 出射面
12、22、23 微透镜阵列
13、14、21 柱状透镜
20 光纤板
100、200 平视显示器。

Claims (18)

1.一种用于平视显示器的透射型屏幕，其特征在于：
具有使光束各向异性地聚光或发散的至少2个光学元件，
所述至少2个光学元件具有：
接收显示光的受光面；和
向组合器出射发散光束的出射面。
2.如权利要求1所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述至少2个光学元件使所述光束在1轴或2轴方向上聚光或发散。
3.如权利要求2所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述至少2个光学元件包括柱状透镜。
4.如权利要求3所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述至少2个光学元件包括：多个半圆柱状透镜在第一方向上排列而成的第一柱状透镜；和多个半圆柱状透镜在与所述第一方向交叉的第二方向上排列而成的第二柱状透镜，
所述第一柱状透镜的透镜面朝向所述出射面配置，所述第二柱状透镜的透镜面以与所述第一柱状透镜的透镜面相对的方式朝向所述受光面配置。
5.如权利要求3所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述至少2个光学元件包括：多个半圆柱状透镜在第一方向上排列而成的第一柱状透镜；和多个半圆柱状透镜在与所述第一方向交叉的第二方向上排列而成的第二柱状透镜，
所述第一柱状透镜和所述第二柱状透镜的透镜面朝向所述受光面或所述出射面而向同一方向配置。
6.如权利要求4或5所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述第一方向与所述第二方向相互正交。
7.如权利要求4～6中任一项所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述第一柱状透镜配置于所述第二柱状透镜的受光面侧，
所述第一柱状透镜和所述第二柱状透镜的透镜面分别具有凸形状，所述第一柱状透镜的焦距比所述第二柱状透镜的焦距长。
8.如权利要求4～6中任一项所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述第一柱状透镜配置于所述第二柱状透镜的受光面侧，
所述第一柱状透镜和所述第二柱状透镜的透镜面分别具有凹形状，所述第一柱状透镜的焦距比所述第二柱状透镜的焦距短。
9.如权利要求5所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述第一柱状透镜和所述第二柱状透镜形成为一体。
10.如权利要求3所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述至少2个光学元件还包括多个微透镜排列而成的微透镜阵列。
11.如权利要求9所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述至少2个光学元件还包括多个微透镜排列而成的微透镜阵列，
所述微透镜阵列配置于所述第一柱状透镜和所述第二柱状透镜的受光面侧。
12.如权利要求4所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述至少2个光学元件还包括多个微透镜排列而成的微透镜阵列，
所述微透镜阵列配置于所述第一柱状透镜的受光面侧。
13.如权利要求4所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述至少2个光学元件还包括多个微透镜排列而成的微透镜阵列，
所述微透镜阵列配置于所述第二柱状透镜的出射面侧。
14.如权利要求10～13中任一项所述的透射型屏幕，其特征在于：
表示所述微透镜阵列内的相邻的透镜之间的透镜的移位方向的多个矢量的各方向相互不同。
15.如权利要求14所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述多个矢量的各方向与表示所述柱状透镜内的相邻的透镜之间的透镜的移位方向的矢量的方向相互不同。
16.如权利要求1～15中任一项所述的透射型屏幕，其特征在于：
所述至少2个光学元件包括光扩散板、多个光纤排列而成的光纤板、体积型或浮雕型的全息元件和衍射光栅中的任一者。
17.一种平视显示器，其特征在于，包括：
出射显示光的影像源；
权利要求1～16中任一项所述的透射型屏幕；和
组合器。
18.如权利要求17所述的平视显示器，其特征在于：
所述影像源为激光光源。
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