JP2010145922A - Image forming apparatus and head-up display device - Google Patents

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JP2010145922A JP2008325477A JP2008325477A JP2010145922A JP 2010145922 A JP2010145922 A JP 2010145922A JP 2008325477 A JP2008325477 A JP 2008325477A JP 2008325477 A JP2008325477 A JP 2008325477A JP 2010145922 A JP2010145922 A JP 2010145922A
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Kazuaki Fujii
一彰 藤井
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Equos Research Co Ltd
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Equos Research Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve high luminance and high resolution in an image forming apparatus using a laser projector and a microlens array, or in a head-up display device using the apparatus. <P>SOLUTION: The image forming apparatus comprises: a laser projector 1 projecting a video formed of an arrangement of a plurality of pixels; a microlens array 3 having microlenses 31 arranged in a horizontal arrangement direction and a vertical arrangement direction and arranged in such a manner that at least one interval of adjoining microlenses 31 in the horizontal arrangement direction is different from others; and an optical system correcting element 2, which is disposed in the optical paths between the laser projector 1 and the microlens array 3 and which corrects and projects a laser beam in such a manner that the incident angle of the laser beam to be incident on each microlens 31 is fitted within the aperture angle of the corresponding microlens 31. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザープロジェクタを用いて複数画素の配列で形成される映像を投影する画像形成装置、及び、その画像形成装置を利用して、自動車などの操縦者に対し計器情報などの各種情報を提供するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。   The present invention relates to an image forming apparatus that projects an image formed by an array of a plurality of pixels using a laser projector, and various information such as instrument information to a driver such as an automobile using the image forming apparatus. The present invention relates to a provided head-up display device.

従来より、自動車などの移動体において、液晶ディスプレイなどにより形成された計器情報、ナビゲーション装置における地図情報などの各種情報映像を、フロントウィンドウに投影し、操縦者に情報を伝達するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。特許文献1〜特許文献3には、車両に各種ヘッドアップディスプレイ装置を用いることが開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, in a moving body such as an automobile, a head-up display device that projects various information images such as instrument information formed by a liquid crystal display, map information in a navigation device, and the like on a front window and transmits the information to a driver is known. Are known. Patent Documents 1 to 3 disclose that various head-up display devices are used in a vehicle.

特許文献1には、グラフィック表示可能な透過型ドットマトリックス液晶表示パネルの背後に配置される調光用スクリーンと、該調光用スクリーンの背後に配置されたバックライト光源とを備え、フロントガラス又はフロントガラス手前に設けた透光性反射板に情報表示を反射させる表示器を備えたヘッドアップディスプレー装置が開示されている。このヘッドアップディスプレー装置によれば、表示器の表示像を運転席の前方視野内に配設された透光性反射板(コンバイナ)に投影表示する車両用ヘッドアップ装置における表示器のウォッシュアウト現象を防ぐとともに、その表示器を透過照明するのに用いられるバックライトの耐久性の向上を図ることができる。   Patent Document 1 includes a dimming screen disposed behind a transmissive dot matrix liquid crystal display panel capable of graphic display, and a backlight light source disposed behind the dimming screen. A head-up display device is disclosed that includes a display that reflects information display on a translucent reflector provided in front of the windshield. According to this head-up display device, the washout phenomenon of the display device in the head-up device for a vehicle that projects and displays the display image of the display device on a translucent reflector (combiner) disposed in the front view of the driver's seat. In addition, the durability of the backlight used to transmit and illuminate the display can be improved.

また、特許文献2には、運転席上方に位置するルーフパネルの車室内側に、各種走行データ等の表示像を放射する放射機構を含んだ発光表示源を配し、インストルメントパネルの所定部位に、発光表示源から放射される表示像を運転席前方のフロントウインドパネルに投影するミラーを配設した車両用ヘッドアップディスプレイが開示されている。この車両用ヘッドアップディスプレイによれば、車両のインストルメントパネル内方に大きな設置スペースを必要とせずレイアウトが容易となる。   Further, in Patent Document 2, a light emitting display source including a radiation mechanism that radiates display images such as various traveling data is arranged on the interior side of the roof panel located above the driver's seat, and a predetermined part of the instrument panel is arranged. Further, there is disclosed a vehicle head-up display provided with a mirror for projecting a display image radiated from a light emitting display source onto a front wind panel in front of a driver's seat. According to this vehicle head-up display, a large installation space is not required inside the vehicle instrument panel, and the layout becomes easy.

そして、特許文献3には、半透過反射面に計器表示源の情報を光学的に投射する車両用ヘッドアップディスプレイにおいて、計器表示源と半透過反射面との間に計器表示源からの透光を複数回反射させる反射鏡を設けることが開示されている。この開示によれば、反射鏡で計器表示源と半透過反射面までの距離をかせぐことで、運転者により視認される表示源の反射像を車両から遠ざけることが可能となる。   And in patent document 3, in the vehicle head-up display which optically projects the information of a meter display source on a semi-transmissive reflective surface, the light transmission from the meter display source is provided between the meter display source and the semi-transmissive reflective surface. It is disclosed to provide a reflecting mirror that reflects a plurality of times. According to this disclosure, the reflection image of the display source visually recognized by the driver can be moved away from the vehicle by increasing the distance between the instrument display source and the transflective surface with the reflecting mirror.

図25、図26を用いて、ヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態を簡単に紹介する。図25はヘッドアップディスプレイ装置の各種構成をインストルメントパネル内に組み込んだ場合の実施形態である。液晶表示パネル(LCD)上には、車両の計器情報や、ナビゲーション装置からの地図情報などの映像情報が出力表示される。LCD背面には光源としてのバックライトが設置され、LCDを背面から照射することで、光学系拡大素子としての凹面ミラーにLCDに形成される映像を照射する。凹面ミラーで反射、拡大された映像はフロントウィンドウ又はフロントウィンドウ上に設けた透過性反射板の内側に投影される。操縦者は、フロントウィンドウから前方に位置する表示像(虚像)を視認することができる。また、表示像までの距離(距離L)をできるだけ遠方にすることで、操縦者は少ない焦点位置の移動量で計器情報や地図情報などの映像情報を確認することができる。   An embodiment of a head-up display device will be briefly introduced with reference to FIGS. FIG. 25 shows an embodiment in which various configurations of the head-up display device are incorporated in an instrument panel. Video information such as vehicle instrument information and map information from the navigation device is output and displayed on a liquid crystal display panel (LCD). A backlight as a light source is installed on the back surface of the LCD. By irradiating the LCD from the back surface, a concave mirror as an optical system enlarging element is irradiated with an image formed on the LCD. The image reflected and enlarged by the concave mirror is projected on the inside of the front window or a transmissive reflector provided on the front window. The operator can visually recognize a display image (virtual image) positioned forward from the front window. In addition, by setting the distance to the display image (distance L) as far as possible, the operator can check video information such as instrument information and map information with a small amount of movement of the focal position.

図26は、車両運転席背後からの様子を示した図であり、フロントウィンドウの破線で
囲んだ表示範囲内に各種の映像情報が映し出され、運転者はインストルメントパネル内に配置されている各種計器類などに視線を落とさなくても、車両の運転に注意を払いながら映像による各種情報を取得することができる。
特開2000−131642号公報 実公平6−29095号公報 実開平1−59740号公報
FIG. 26 is a view showing the state from behind the vehicle driver's seat, in which various types of video information are displayed within a display range surrounded by a broken line in the front window, and the driver is provided with various types of information arranged in the instrument panel. It is possible to obtain various information by video while paying attention to driving the vehicle without dropping the line of sight to the instruments.
JP 2000-131642 A Japanese Utility Model Publication No. 6-29095 Japanese Utility Model Publication No. 1-59740

このようなヘッドアップディスプレイ装置では、特許文献1や図25で説明したように、画像形成装置として液晶表示装置を用いることが一般的であって、その光源には消費電力の大きい電流駆動方式が採用されている。この消費電力の問題を解決するため、本発明では、レーザー光を光源とするレーザープロジェクタを画像形成装置に利用することを前提とするものである。このレーザープロジェクタでは、光源として半導体レーザーなど比較的消費電力の小さい光源を利用することができ、ヘッドアップディスプレイ装置全体の低消費電力を実現することができる。   In such a head-up display device, as described in Patent Document 1 and FIG. 25, a liquid crystal display device is generally used as an image forming device. It has been adopted. In order to solve this power consumption problem, the present invention is premised on the use of a laser projector that uses laser light as a light source for an image forming apparatus. In this laser projector, a light source with relatively low power consumption such as a semiconductor laser can be used as the light source, and low power consumption of the entire head-up display device can be realized.

このレーザープロジェクタでは、スポット径が小径なレーザー光を直接照射するため、照射領域では輝度は非常に高いが、照射範囲の狭いスポット領域を形成することとなる。このようなレーザー光が形成するスポット領域によれば、ハイビジョンクラスの非常に解像度の高い映像を実現することが可能となる。しかしながら、ある輝度以上では輝度の違いを判断できなくなる人間の視覚特性上、視認者の目には輝度の低い映像として視認されるものとなってしまう。   Since this laser projector directly irradiates a laser beam having a small spot diameter, although the brightness is very high in the irradiation region, a spot region having a narrow irradiation range is formed. According to such a spot region formed by laser light, it is possible to realize a high-definition image with a very high resolution. However, due to the human visual characteristics that make it impossible to determine the difference in luminance above a certain luminance, the viewer will see the image as a low luminance image.

本発明者等は、輝度改善を図るため、このレーザープロジェクタを利用した画像形成装置において、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを採用することを提案している。しかしながら、レーザーの走査により形成される画素が、均等に配列されたマイクロレンズ上に形成されない現象が確認されており、このような場合には、輝度改善効率が低下してしまう。   In order to improve luminance, the present inventors have proposed to employ a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged in an image forming apparatus using this laser projector. However, it has been confirmed that the pixels formed by laser scanning are not formed on evenly arranged microlenses. In such a case, the luminance improvement efficiency is lowered.

本発明は、上述した現象に基づき、マイクロレンズの配列とレーザープロジェクタが形成する画素の位置関係を適切なものとすることにより、高輝度化、並びに、高解像度化を図る画像形成装置、並びに、ヘッドアップディスプレイ装置を提案するものである。   The present invention is based on the above-described phenomenon, and by making the positional relationship between the microlens array and the pixels formed by the laser projector appropriate, an image forming apparatus that achieves high brightness and high resolution, and A head-up display device is proposed.

そのため、請求項1に係る画像形成装置は、レーザー光を光源とし、レーザー光を水平走査方向に走査する水平走査手段と、レーザー光を垂直走査方向に走査する垂直走査手段により、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザープロジェクタと、マイクロレンズが水平配列方向、及び、垂直配列方向に配列されると共に、隣接するマイクロレンズの水平配列方向の間隔が、少なくとも1つ異なるように配列されたマイクロレンズアレイと、レーザープロジェクタとマイクロレンズアレイの光路間に配設され、各マイクロレンズに入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズの開口角に収まるように補正して投影する光学系補正素子と、マイクロレンズアレイの放射面に形成される映像を拡大する光学系拡大素子とを備えることを特徴とするものである。   For this reason, the image forming apparatus according to claim 1 uses a laser beam as a light source, a horizontal scanning unit that scans the laser beam in the horizontal scanning direction, and a vertical scanning unit that scans the laser beam in the vertical scanning direction. The laser projector that projects the image formed in the above and the microlens are arranged in the horizontal arrangement direction and the vertical arrangement direction, and the interval in the horizontal arrangement direction of the adjacent microlens is arranged so that it is different by at least one. An optical system that is disposed between the optical paths of the microlens array and the laser projector and the microlens array, and corrects and projects the incident angle of the laser light incident on each microlens within the aperture angle of the microlens. A correction element and an optical system enlarging element for enlarging an image formed on the radiation surface of the microlens array And it is characterized in and.

さらに、請求項2に係る画像形成装置は、請求項1に記載の画像形成装置において、隣接するマイクロレンズの水平方向の間隔が、所定の基準点から離れる程、狭くなるように配列されることを特徴とするものである。   Furthermore, the image forming apparatus according to claim 2 is arranged such that in the image forming apparatus according to claim 1, the horizontal interval between adjacent microlenses becomes narrower as the distance from the predetermined reference point increases. It is characterized by.

さらに、請求項3に係る画像形成装置は、請求項1または請求項2のいずれか1項に記
載の画像形成装置において、レーザープロジェクタの水平走査方向と、マイクロレンズの水平配列方向は、所定角度を有するように配置されることを特徴とするものである。
The image forming apparatus according to claim 3 is the image forming apparatus according to claim 1, wherein the horizontal scanning direction of the laser projector and the horizontal arrangement direction of the microlenses are at a predetermined angle. It is arrange | positioned so that it may have.

また、請求項4に係るヘッドアップディスプレイ装置は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置を備え、前記光学系拡大素子による映像を透過性反射板に投影することを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a head-up display device comprising the image forming apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein an image formed by the optical system enlarging element is projected onto a transmissive reflector. It is characterized by.

本発明によれば、レーザープロジェクタを用いる画像形成装置において、マイクロレンズとレーザープロジェクタがマイクロレンズアレイ上に形成する画素の位置関係を適切なものとし、高輝度化、並びに、高解像度化を図ることが可能となる。   According to the present invention, in an image forming apparatus using a laser projector, the positional relationship between the microlens and the pixel formed on the microlens array by the laser projector is made appropriate to achieve high brightness and high resolution. Is possible.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態に係るレーザープロジェクタの主要構成を説明するための図である。本実施形態で使用するレーザープロジェクタ1は、制御部11と、各色のレーザー光源12と、ダイクロイックミラー群13と、水平走査ミラー14と、垂直走査ミラー15とで構成されている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining the main configuration of a laser projector according to an embodiment of the present invention. The laser projector 1 used in this embodiment includes a control unit 11, laser light sources 12 for each color, a dichroic mirror group 13, a horizontal scanning mirror 14, and a vertical scanning mirror 15.

制御部11は、入力される映像信号に基づいて、レーザー光源12を変調制御するコントローラ機能、並びに、水平走査ミラー14、垂直走査ミラー15を制御してレーザー光源12からのレーザー光を偏向し映像を形成するコントローラ機能を備えている。   The control unit 11 modulates and controls the laser light source 12 based on the input video signal, and controls the horizontal scanning mirror 14 and the vertical scanning mirror 15 to deflect the laser light from the laser light source 12 and image. The controller function is formed.

本実施形態のレーザー光源12は、R、G、Bの各色毎に設けられ、制御部11による制御によりレーザー光の出力が制御される。出力されたレーザー光は、ダイクロイックミラー群13にて1つのビーム光として合成される。このような3原色を用いた本実施形態の構成では、フルカラー色のレーザー光を生成することが可能である。ダイクロイックミラー群13にて合成されたレーザー光は、水平走査ミラー14、垂直走査ミラ−15にて偏向されて投影面7に映像を形成する。この水平ミラー14、垂直ミラー15による走査には、ガルバノメータやポリゴンミラー、プリズム、音響光学素子等複雑な機構を用いてもよいが、MEMS(micro electro mechanical system)技術を利用することで、小型
化、集積化が可能となる。
The laser light source 12 of this embodiment is provided for each of R, G, and B colors, and the output of the laser light is controlled by the control of the control unit 11. The outputted laser light is combined as one beam light by the dichroic mirror group 13. With the configuration of the present embodiment using such three primary colors, it is possible to generate full-color laser light. The laser light synthesized by the dichroic mirror group 13 is deflected by the horizontal scanning mirror 14 and the vertical scanning mirror 15 to form an image on the projection surface 7. For scanning by the horizontal mirror 14 and the vertical mirror 15, a complicated mechanism such as a galvanometer, a polygon mirror, a prism, an acoustooptic device, or the like may be used. However, miniaturization is achieved by using MEMS (micro electro mechanical system) technology. Integration is possible.

また、レーザープロジェクタ1では、水平走査ミラー14、垂直走査ミラー15を適宜制御することで、LCDのような矩形のみならず、適宜形状にて映像を投射することが可能である。ヘッドアップディスプレイ装置では、フロントウィンドウなどの平面でない投射面に投影することとなるため、矩形映像をそのまま投射すると視認される映像に歪みが生じることとなるが、フロントウィンドウの形状、配置などを考慮した映像を投射することにより歪みのない映像として視認することが可能となる。また、水平・垂直走査ミラーの制御によって映像形状を変形することができるため、車種によって異なるフロントウィンドウの形状による歪みなどに柔軟に対処することができる。さらに、各種センサーにて周囲光を検出し、レーザープロジェクタのレーザー光出力を補正する構成を採用することで、周囲光に適した輝度の映像を提供できると共に、消費電力を低減することが可能となる。また、水平走査ミラー14、垂直走査ミラー15は図中においてはそれぞれ1軸のミラーを使用した別体としているが、2軸のミラーを用いて1ユニット化し更に小型化を図ることが可能である。   Further, in the laser projector 1, by appropriately controlling the horizontal scanning mirror 14 and the vertical scanning mirror 15, it is possible to project an image in an appropriate shape as well as a rectangle such as an LCD. In a head-up display device, projection is performed on a non-planar projection surface such as a front window. Therefore, if a rectangular image is projected as it is, distortion may occur in the visually recognized image, but the shape and arrangement of the front window are considered. By projecting such a video, it becomes possible to visually recognize it as a video without distortion. Further, since the image shape can be deformed by controlling the horizontal / vertical scanning mirrors, it is possible to flexibly cope with the distortion caused by the shape of the front window, which differs depending on the vehicle type. Furthermore, by adopting a configuration that detects ambient light with various sensors and corrects the laser light output of the laser projector, it is possible to provide a brightness image suitable for ambient light and reduce power consumption. Become. In addition, the horizontal scanning mirror 14 and the vertical scanning mirror 15 are separated from each other using a uniaxial mirror in the drawing, but can be further reduced in size by forming a single unit using a biaxial mirror. .

なお、本実施形態のレーザープロジェクタ1は、R、G、B、3色を利用してフルカラー映像を生成可能とするものであるが、これに限らず、適宜数のレーザー光源12にて構成することとしてもよい。単一のレーザー光源12にて単色の映像を投射する場合には、必要に応じてダイクロイックミラー13は省略できる。以上が、レーザープロジェクタ1
の概略であるが、次に図2を用いて本発明の実施形態に係る画像形成装置について説明する。
The laser projector 1 according to the present embodiment is capable of generating a full-color image using R, G, B, and three colors, but is not limited thereto, and is configured with an appropriate number of laser light sources 12. It is good as well. When a single color image is projected by the single laser light source 12, the dichroic mirror 13 can be omitted as necessary. The above is the laser projector 1
Next, an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図2に示すように、画像形成装置は、レーザープロジェクタ1、マイクロレンズアレイ3(MLA)、レーザープロジェクタ1とマイクロレンズアレイ3の光路間に配設されたコンデンサーレンズ2、拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4にて構成される。レーザープロジェクタ1から出力されたレーザー光は、コンデンサーレンズ2に入射される。このコンデンサーレンズ2は、マイクロレンズアレイ3を構成するマイクロレンズに入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズの開口角に収まるように補正を行う。マイクロレンズアレイ3は、複数のマイクロレンズの配列にて構成される。各マイクロレンズは、コンデンサーレンズ2にて補正されたレーザー光を入射し、その裏面にて像を形成する。本発明では、このようにマイクロレンズアレイ3にて像を形成するため、スクリーンを使用して像を形成する場合と比較して、視認方向に有効に光を伝達することが可能となり、輝度の増加を図ることが可能となる。また、少ない光量でも十分な輝度を得ることが可能となるため、レーザー光源12の出力を抑制して小電力化を図ることができる。   As shown in FIG. 2, the image forming apparatus includes a laser projector 1, a micro lens array 3 (MLA), a condenser lens 2 disposed between the optical paths of the laser projector 1 and the micro lens array 3, and a magnifying lens (or concave mirror). 4 is configured. The laser light output from the laser projector 1 is incident on the condenser lens 2. The condenser lens 2 performs correction so that the incident angle of the laser light incident on the microlens constituting the microlens array 3 falls within the aperture angle of the microlens. The microlens array 3 is configured by an array of a plurality of microlenses. Each microlens enters the laser beam corrected by the condenser lens 2 and forms an image on the back surface thereof. In the present invention, since the image is formed by the microlens array 3 in this way, it is possible to transmit light more effectively in the viewing direction than in the case of forming an image using a screen. An increase can be achieved. In addition, since sufficient luminance can be obtained even with a small amount of light, the output of the laser light source 12 can be suppressed to reduce power consumption.

マイクロレンズアレイ3上に形成された映像は、拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4にて拡大され投影面7に投影される。ヘッドアップディスプレイ装置の場合には、この投影面7は透過性反射板としてのフロントウィンドウとなる。なお、本発明における画像形成装置は、ヘッドアップディスプレイ装置のみならず、直接、投影面に映像を形成するプロジェクタ装置、あるいは、リアプロジェクタ装置にも適用することができる。   The image formed on the microlens array 3 is magnified by the magnifying lens (or concave mirror) 4 and projected onto the projection surface 7. In the case of a head-up display device, the projection surface 7 becomes a front window as a transmissive reflector. The image forming apparatus according to the present invention can be applied not only to a head-up display device but also to a projector device that directly forms an image on a projection surface or a rear projector device.

以上、本実施形態の画像形成装置は、レーザープロジェクタ1と、コンデンサーレンズ2と、マイクロレンズアレイ3と、拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4にて構成される。なお、本実施形態のコンデンサーレンズ2、拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4は、それぞれ、本発明でいう光学系補正素子、光学系拡大素子に相当するものである。   As described above, the image forming apparatus according to the present embodiment includes the laser projector 1, the condenser lens 2, the microlens array 3, and the magnifying lens (or concave mirror) 4. Note that the condenser lens 2 and the magnifying lens (or concave mirror) 4 of the present embodiment correspond to the optical system correcting element and the optical system magnifying element as used in the present invention, respectively.

では、画像形成装置の構成要素であるマイクロレンズアレイ3について図3〜図5を用いて説明する。図3はマイクロレンズアレイの一実施形態を示した図であり、多数のマイクロレンズ31が、ピッチ間隔dにて格子状に配置されている。このマイクロレンズ31は円形であり、各マイクロレンズ31間には縁部32が形成されている。図4は、実際のマイクロレンズアレイ3の拡大写真であり、マイクロレンズ31が規則的に配列されている様子が見て取れる。   Now, the microlens array 3 which is a component of the image forming apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a view showing an embodiment of a microlens array, in which a large number of microlenses 31 are arranged in a lattice pattern at a pitch interval d. The micro lens 31 is circular, and an edge 32 is formed between the micro lenses 31. FIG. 4 is an enlarged photograph of the actual microlens array 3, and it can be seen that the microlenses 31 are regularly arranged.

図5は、別実施形態のマイクロレンズアレイ3の構成を示した図であり、マイクロレンズ31は六方格子状に配列されている。この配列によれば、縁部32の面積を抑え、マイクロレンズ31を密に配列することができる。なお、図3〜図5の実施形態では、マイクロレンズは円形としたが、この形状に限ること無く適宜形状とすることができる。例えば、図3のマイクロレンズ31の形状を正方形として縁部32の無い配列としてもよい。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a microlens array 3 according to another embodiment, and the microlenses 31 are arranged in a hexagonal lattice shape. According to this arrangement, the area of the edge 32 can be suppressed and the microlenses 31 can be arranged densely. In the embodiment shown in FIGS. 3 to 5, the microlens is circular. However, the microlens is not limited to this shape, and can be appropriately formed. For example, the microlens 31 shown in FIG.

では、次に、図6〜図9を用いて、マイクロレンズアレイ3の放射特性について、スクリーンを用いた場合と比較して説明を行う。図6は、スクリーン5を用いた場合の模式図である。レーザープロジェクタ1からスクリーン5背面に照射される像は、スクリーン5上に焦点を置く拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4を介して視認される。模式図には示していないが、ヘッドアップディスプレイ装置においては、拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4と視認者の間には、フロントウィンドウによる反射が介在することとなる。スクリーン5には、透明な材料の中に散乱体を拡散した、通常リアプロジェクタに用いられるものが利用されている。このようなスクリーン5の放射面での指向特性を図8に示す。この指向特性は視認方向を0°とし、その利得を1として描いたものであり、散乱体で光を反射させて像を形成するというスクリーン5の性質上、その指向特性は鈍いものとなる。このよう
にスクリーン5を用いた場合には、視認方向以外の方向に光が拡散してしまうため、視認方向への利得は低くなってしまう。
Next, the radiation characteristics of the microlens array 3 will be described using FIGS. 6 to 9 in comparison with the case where a screen is used. FIG. 6 is a schematic diagram when the screen 5 is used. An image irradiated from the laser projector 1 to the back surface of the screen 5 is visually recognized through a magnifying lens (or concave mirror) 4 that is focused on the screen 5. Although not shown in the schematic diagram, in the head-up display device, reflection by the front window is interposed between the magnifying lens (or concave mirror) 4 and the viewer. As the screen 5, a screen normally used for a rear projector in which a scatterer is diffused in a transparent material is used. The directivity characteristics on the radiation surface of the screen 5 are shown in FIG. This directional characteristic is drawn with the viewing direction set to 0 ° and the gain set to 1, and the directional characteristic is dull due to the property of the screen 5 in which an image is formed by reflecting light with a scatterer. When the screen 5 is used in this way, light is diffused in a direction other than the viewing direction, so that the gain in the viewing direction is low.

これに対し、像形成にマイクロレンズアレイ3を用いた場合の模式図を図7に示す。レーザープロジェクタ1からコンデンサーレンズ2を介してマイクロレンズアレイ3に照射された像は、マイクロレンズアレイ3上に焦点を置く拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4を介して視認される。このようなマイクロレンズ31の放射面での指向特性を図9に示す。0°で示される視認方向と角度をなすに従って急峻に利得が減衰する、すなわち、鋭い指向特性を有することがよく分かる。このようにマイクロレンズアレイ5を用いる場合には視認方向に対して有効に光を伝達することが可能となり、マイクロレンズアレイ5の放射面において輝度の高い像を形成することが可能となる。   In contrast, FIG. 7 shows a schematic diagram when the microlens array 3 is used for image formation. An image irradiated on the microlens array 3 from the laser projector 1 via the condenser lens 2 is visually recognized via a magnifying lens (or concave mirror) 4 that is focused on the microlens array 3. The directivity characteristics on the radiation surface of such a microlens 31 are shown in FIG. It can be clearly seen that the gain is steeply attenuated as it forms an angle with the viewing direction indicated by 0 °, that is, it has a sharp directivity. As described above, when the microlens array 5 is used, light can be effectively transmitted in the viewing direction, and an image with high luminance can be formed on the radiation surface of the microlens array 5.

では、次に、本発明における構成要素となる光学系補正素子について図10、図11を用いて説明する。図10は、光学系補正素子を用いない場合を示した図であり、図11は、光学系補正素子としてコンデンサーレンズ2を用いた本発明の実施形態を示した図である。   Next, an optical system correction element that is a component in the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a diagram showing a case where the optical system correction element is not used, and FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of the present invention using the condenser lens 2 as the optical system correction element.

レーザープロジェクタ1は点光源として機能するため、水平、垂直走査により、振れ角αを生じる。一方、マイクロレンズ31は、入射した光を効率よく放射するための開口角βを有する。図10に示すように直接、マイクロレンズアレイ3に照射した場合には、マイクロレンズアレイ3の周辺部のマイクロレンズ31では、レーザープロジェクタ1からの入射光は、振れ角αのために開口角βに収まらず、入射したレーザ光を効率よく放射することができなくなってしまう。そのため、マクロレンズアレイ3の周辺部では輝度低下が発生することとなる。   Since the laser projector 1 functions as a point light source, a deflection angle α is generated by horizontal and vertical scanning. On the other hand, the microlens 31 has an opening angle β for efficiently emitting incident light. As shown in FIG. 10, when the microlens array 3 is directly irradiated, in the microlens 31 in the peripheral portion of the microlens array 3, the incident light from the laser projector 1 has an opening angle β due to the shake angle α. In other words, the incident laser beam cannot be efficiently emitted. For this reason, a decrease in luminance occurs in the peripheral portion of the macro lens array 3.

本発明では、このようなレーザープロジェクタ1とマイクロレンズアレイ3を組み合わせた場合の輝度低下を抑えるため、図11に示すように両者の間にコンデンサーレンズ2などの光学系補正素子を利用することを特徴とするものである。このコンデンサーレンズ2は、入射する光を平行、あるいは略平行に整える機能を有するものであり、1乃至複数のレンズで構成されている。本実施形態においては、マイクロレンズアレイ3の周囲に位置するマイクロレンズ31の開口角β内に収まるようにレーザー光を補正する。このように、コンデンサーレンズ2にてマイクロレンズアレイ3に入射するレーザー光を補正することで、マイクロレンズアレイ3の放射面において輝度の高い像を生成することが可能となる。   In the present invention, in order to suppress a decrease in luminance when the laser projector 1 and the microlens array 3 are combined, an optical system correction element such as a condenser lens 2 is used between them as shown in FIG. It is a feature. The condenser lens 2 has a function of adjusting incident light to be parallel or substantially parallel, and includes one or more lenses. In the present embodiment, the laser light is corrected so as to be within the opening angle β of the microlens 31 positioned around the microlens array 3. As described above, by correcting the laser light incident on the microlens array 3 by the condenser lens 2, it is possible to generate an image with high brightness on the radiation surface of the microlens array 3.

以上、説明したように、本発明の画像形成装置は、レーザープロジェクタ1、光学系補正素子としてのコンデンサーレンズ2、マイクロレンズアレイ3(MLA)、光学系拡大素子としての拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4を備え、形成する映像の高輝度化、並びに、低電力化の実現を図るものである。   As described above, the image forming apparatus of the present invention includes a laser projector 1, a condenser lens 2 as an optical system correction element, a microlens array 3 (MLA), and a magnifying lens (or concave mirror) 4 as an optical system magnifying element. In order to achieve higher brightness and lower power of the image to be formed.

レーザープロジェクタ1では、レーザー光源12から出力されるレーザー光を水平走査ミラー14と垂直走査ミラー15にて、それぞれ水平方向、垂直方向に走査することとなるが、これら水平走査ミラー14、垂直走査ミラー15の制御による画素形成について、図12〜図15を用いて説明する。図12は、水平走査ミラー制御の様子を示した図であり、図13は、垂直走査ミラー制御の様子を示した図であり、図14は、走査による画素形成の様子を示した図であり、図15は、理想的なマイクロレンズアレイ上での画素形成の様子を示したものである。   In the laser projector 1, the laser light output from the laser light source 12 is scanned in the horizontal direction and the vertical direction by the horizontal scanning mirror 14 and the vertical scanning mirror 15, respectively. The pixel formation by 15 control will be described with reference to FIGS. 12 is a diagram showing how the horizontal scanning mirror is controlled, FIG. 13 is a diagram showing how the vertical scanning mirror is controlled, and FIG. 14 is a diagram showing how pixels are formed by scanning. FIG. 15 shows a state of pixel formation on an ideal microlens array.

図12に示す水平走査ミラー制御は、時間軸tに対する水平走査ミラー14の振れ角θ1の関係を示したものとなっている。この実施形態では、振れ角θ1は正弦波形による振動
を繰り返す。レーザー光の水平走査には、この波形中、ほぼ直線とみなせる近似直線部分(図中、1点鎖線で示す線)が用いられる。図に示すような近似直線部分を用いた場合には、時間軸に記載する期間Aが水平走査期間となる。このように時間に対して水平走査ミラー14の振れ角θ1が線形な関係となる水平走査期間Aにおいて、レーザー光源12の点滅を繰り返すことで複数の画素からなる水平走査線が形成される。図14の走査による画面形成の様子に示すように、1本の水平走査線は水平走査期間Aにて形成される。
The horizontal scanning mirror control shown in FIG. 12 shows the relationship of the deflection angle θ1 of the horizontal scanning mirror 14 with respect to the time axis t. In this embodiment, the deflection angle θ1 repeats vibration with a sine waveform. In the horizontal scanning of the laser beam, an approximate straight line portion (a line indicated by a one-dot chain line in the figure) that can be regarded as a substantially straight line is used in this waveform. When an approximate straight line portion as shown in the figure is used, a period A described on the time axis is a horizontal scanning period. As described above, in the horizontal scanning period A in which the deflection angle θ1 of the horizontal scanning mirror 14 is linear with respect to time, the laser light source 12 is repeatedly blinked to form a horizontal scanning line composed of a plurality of pixels. As shown in the state of screen formation by scanning in FIG. 14, one horizontal scanning line is formed in the horizontal scanning period A.

図13に示す垂直走査ミラー制御は、時間軸tに対する垂直走査ミラー15の振れ角θ2の関係を示したものとなっている。この実施形態では、振れ角θ2はノコギリ波系による振動を繰り返す。レーザー光の垂直走査には、水平走査と同様、ほぼ直線とみなせる近似直線部分(図中、2点鎖線で示す線)が用いられる。図に示すような近似直線部分を用いる場合には、時間軸に記載する期間Bが垂直走査期間となる。この垂直走査期間内において、水平走査を繰り返すことで、垂直走査方向に並んだ水平走査線を形成し、1画面の映像が形成される。図14の走査による画面形成の様子には、垂直走査期間Bにおいて複数の水平走査線が形成され画面が形成される様子をみてとれる。   The vertical scanning mirror control shown in FIG. 13 shows the relationship of the deflection angle θ2 of the vertical scanning mirror 15 with respect to the time axis t. In this embodiment, the deflection angle θ2 repeats vibration by a sawtooth wave system. In the vertical scanning of the laser beam, an approximate straight line portion (a line indicated by a two-dot chain line in the figure) that can be regarded as a substantially straight line is used as in the horizontal scanning. When the approximate straight line portion as shown in the figure is used, the period B described on the time axis is the vertical scanning period. By repeating horizontal scanning within this vertical scanning period, horizontal scanning lines arranged in the vertical scanning direction are formed, and one screen image is formed. In the state of screen formation by scanning in FIG. 14, it can be seen that a plurality of horizontal scanning lines are formed in the vertical scanning period B to form a screen.

このような、水平走査ミラー14、垂直走査ミラー15の制御により形成される画素と、マイクロレンズアレイとの理想的な位置関係を図15に示す。図は、マイクロレンズアレイ3の一部分を拡大した図であり、中央付近に示す基準線は、水平走査ミラー14の振れ角中心を示している。また、隣接するマイクロレンズ31は水平走査方向に距離eだけ離間して配列される。図に示すように、各マイクロレンズ31内に画素(濃い四角形で示したもの)が収まり、かつ、各マイクロレンズ31の中央付近に画素が位置するようにすることが理想的な位置関係となる。このような位置関係によれば、各マイクロレンズ31と各画素が1対1の関係となり、マイクロレンズ31で複数の画素が入射することによる混色の心配はない。また、各マイクロレンズ31間に形成される縁部32に画素が形成されることによる損失の心配もない。   FIG. 15 shows an ideal positional relationship between the pixels formed by the control of the horizontal scanning mirror 14 and the vertical scanning mirror 15 and the microlens array. The figure is an enlarged view of a part of the microlens array 3, and the reference line near the center indicates the center of the deflection angle of the horizontal scanning mirror 14. Adjacent microlenses 31 are arranged at a distance e in the horizontal scanning direction. As shown in the figure, it is ideal that the pixel (shown by a dark square) fits in each microlens 31 and that the pixel is located near the center of each microlens 31. . According to such a positional relationship, each microlens 31 and each pixel have a one-to-one relationship, and there is no fear of color mixing due to a plurality of pixels incident on the microlens 31. In addition, there is no risk of loss due to the formation of pixels at the edge 32 formed between the microlenses 31.

しかしながら、実際には、マイクロレンズ31と画素の位置関係は、種々の要因によりこのような理想的なものとならない場合がある。図16、図17を用いて、水平走査方向におけるマイクロレンズ31と画素のずれについて説明を行う。図16は、水平走査方向での画素形成位置のずれの様子を示した模式図であり、時間軸tに対してマイクロレンズアレイ3上での水平走査方向における画素形成位置を示した図となっている。この実施形態では基準点を水平走査ミラー14の振れ角中心としている。図に示すように時間軸に対して画素形成位置が線形となる理想特性においては、t(a)〜t(g)のように等間隔Tのタイミングでレーザー光源を点灯させた場合、縦軸にa〜gで示すように等間隔の位置にて画素が形成される。   However, in practice, the positional relationship between the microlens 31 and the pixel may not be ideal due to various factors. The displacement between the microlens 31 and the pixel in the horizontal scanning direction will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a schematic diagram showing how the pixel formation position shifts in the horizontal scanning direction, and shows the pixel formation position in the horizontal scanning direction on the microlens array 3 with respect to the time axis t. ing. In this embodiment, the reference point is the center of the deflection angle of the horizontal scanning mirror 14. As shown in the figure, in the ideal characteristic where the pixel formation position is linear with respect to the time axis, the vertical axis is obtained when the laser light source is turned on at equal intervals T as shown in t (a) to t (g). As shown by a to g, pixels are formed at equally spaced positions.

しかしながら、図12で説明した近似直線を採用したことによる誤差を主な要因とし、時間軸tと水平走査方向における画素形成位置の実際の関係は、図に曲線で示すような特性となる。なお、この図は、ずれを説明するため実際の特性のカーブを誇張した模式図としている。この図によれば、基準点から離れるに従って、理想特性との誤差が大きくなっている。具体的には、時間軸上、基準点より前方では理想特性よりも上に、基準点より後方では理想特性よりも下にカーブが形成される。このような実際の特性において、t(a)〜t(g)のように等間隔Tのタイミングでレーザー光源を点灯させた場合には、縦軸に図中a'〜g'で示すような位置に画素が形成されることとなる。図を見て分かるように基準点における画素形成位置d'は、理想的な画素形成位置dと一致するものの、基準点から
離れるに従ってずれが大きくなることがみてとれる。具体的には、図のような実際の特性においては、画素形成位置の間隔A〜CはA>B>Cの大小関係となる。
However, mainly due to the error due to the adoption of the approximate straight line described with reference to FIG. 12, the actual relationship between the time axis t and the pixel formation position in the horizontal scanning direction has characteristics as indicated by a curve in the figure. This figure is a schematic diagram exaggerating the actual characteristic curve in order to explain the deviation. According to this figure, the error from the ideal characteristic increases as the distance from the reference point increases. Specifically, on the time axis, a curve is formed above the ideal characteristic before the reference point and below the ideal characteristic after the reference point. In such actual characteristics, when the laser light source is turned on at equal intervals T as in t (a) to t (g), the vertical axis indicates a ′ to g ′ in the drawing. A pixel is formed at the position. As can be seen from the figure, the pixel formation position d ′ at the reference point coincides with the ideal pixel formation position d, but it can be seen that the deviation increases as the distance from the reference point increases. Specifically, in the actual characteristics as shown in the figure, the intervals A to C of the pixel formation positions are in a size relationship of A>B> C.

図17は、このような水平走査方向での画素形成位置のずれを生じた場合におけるマイ
クロレンズアレイ3上での画素形成の様子を示した図である。マイクロレンズ31は、図に示すように水平配列方向に等間隔eで配列されている。図中、濃い四角形で示した画素は、基準線(基準線と1水平走査線が交差する点が図16の基準点)付近では、マイクロレンズ31内に収まっているが、基準線から離れるに従って、画素間の距離が縮まるずれが拡大し、次第にマイクロレンズ31の中心から外れ、縁部32に画素の一部がかかったものとなっている。さらにこのずれが拡大すると隣のマイクロレンズ31に画素が進入することとなる。このように水平走査方向に画素形成位置のずれが生じることとなると、縁部32にかかることによるレーザー光の損失、また、隣のマイクロレンズ31に画素が形成されることによる混色などが生じてしまい、輝度向上、解像度向上を図ることができない。
FIG. 17 is a diagram showing a state of pixel formation on the microlens array 3 when such a shift in the pixel formation position in the horizontal scanning direction occurs. The microlenses 31 are arranged at equal intervals e in the horizontal arrangement direction as shown in the figure. In the drawing, the pixels indicated by dark rectangles are within the microlens 31 near the reference line (the point where the reference line and one horizontal scanning line intersect with each other is the reference point in FIG. 16), but as the distance from the reference line increases. The shift in which the distance between the pixels is reduced is enlarged, gradually deviating from the center of the microlens 31, and a part of the pixel is applied to the edge 32. If this shift further increases, the pixel enters the adjacent microlens 31. When the pixel formation position shifts in the horizontal scanning direction as described above, loss of laser light due to the edge 32 and color mixture due to formation of a pixel in the adjacent microlens 31 occur. Therefore, it is impossible to improve luminance and resolution.

本実施形態は、このような課題を解決するため、マイクロレンズ31の水平配列方向における間隔を調整したことを特徴とするものである。図18を用いてその一実施形態について説明する。図18は、図17と同様、マイクロレンズアレイ3上に形成される画素の様子を示した図である。図17とは、隣接するマイクロレンズ31の水平配列方向の間隔eが調整されたものとなっている点で異なっている。図16に示すように基準点から離れるに従って画素形成位置の間隔A〜Cが小さくなる場合には、マイクロレンズ31間の間隔e1>e2>e3>e4>e5>e6のように基準点から離れるほど間隔を狭くする関係とすることで、マイクロレンズ31の中心と画素の中心を一致させることができる。   The present embodiment is characterized in that the distance in the horizontal arrangement direction of the microlenses 31 is adjusted in order to solve such a problem. The embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a diagram illustrating a state of pixels formed on the microlens array 3 as in FIG. 17. FIG. 17 is different from FIG. 17 in that the interval e in the horizontal arrangement direction of the adjacent microlenses 31 is adjusted. As shown in FIG. 16, when the distances A to C between the pixel formation positions become smaller as the distance from the reference point increases, the distance from the reference point becomes such that the distance between the microlenses 31 is e1> e2> e3> e4> e5> e6. By making the interval narrower, the center of the microlens 31 and the center of the pixel can be matched.

マイクロレンズ31間の間隔は、この実施形態に限るものではなく、基準点から離れる程、狭くなる配列とする関係として、実際のずれ量を考慮して適宜に選択することができる。例えば、e1=e2=e3>e4=e5=e6のように、e1〜e3、e4〜e6、適宜単位にてグループ化して、大小関係を形成するようにしてもよい。このような場合、マイクロレンズ31のほぼ中心に形成されない画素も出現する可能性もあるが、マイクロレンズ31内に画素が収まるように選択することで縁部32による輝度損失を防ぐことができる。   The interval between the microlenses 31 is not limited to this embodiment, and can be appropriately selected in consideration of the actual shift amount as a relationship in which the arrangement becomes narrower as the distance from the reference point increases. For example, e1 = e2 = e3> e4 = e5 = e6, e1 to e3, e4 to e6, may be appropriately grouped to form a magnitude relationship. In such a case, there is a possibility that a pixel that is not formed at substantially the center of the microlens 31 may appear. However, by selecting the pixel so as to be accommodated in the microlens 31, luminance loss due to the edge portion 32 can be prevented.

以上、本実施形態では、マイクロレンズ31の水平配列方向における間隔を調整すること、具体的には、隣接するマイクロレンズ31の水平配列方向の間隔の少なくとも1つが異なるように調整されたマイクロレンズアレイ3を採用することで、水平走査方向にて発生する画素とマイクロレンズ31のずれを解消し、輝度向上、並びに、解像度向上を図ることができる。   As described above, in the present embodiment, the microlens array is adjusted such that the interval in the horizontal arrangement direction of the microlenses 31 is adjusted, specifically, at least one of the intervals in the horizontal arrangement direction of the adjacent microlenses 31 is different. By adopting 3, it is possible to eliminate the deviation between the pixel and the microlens 31 generated in the horizontal scanning direction, and to improve the luminance and the resolution.

では、次に図19、図20を用いて、垂直走査によるマイクロレンズ31と画素のずれについて説明を行う。図19は、垂直走査方向での画素形成位置のずれの発生を説明するための図である。図に示すように1垂直走査期間Bにおいて水平走査を繰り返し行い1つの映像が形成される。ここで、1本の水平走査線は水平走査方向と平行となることが望ましいが、本実施形態のように垂直走査ミラー15にて垂直走査方向に連続的に走査する場合には、図に示すように水平走査線は傾いたものとなってしまう。この傾きが顕著になると、マイクロレンズ31内に画素を収めることができず、輝度の低下、解像度の低下といった問題を生じることとなる。   Next, the displacement between the microlens 31 and the pixel due to vertical scanning will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a diagram for explaining the occurrence of displacement of the pixel formation position in the vertical scanning direction. As shown in the figure, horizontal scanning is repeated in one vertical scanning period B to form one image. Here, it is desirable that one horizontal scanning line be parallel to the horizontal scanning direction. However, when the vertical scanning mirror 15 continuously scans in the vertical scanning direction as in the present embodiment, it is shown in the figure. Thus, the horizontal scanning line is inclined. If this inclination becomes significant, the pixels cannot be accommodated in the microlens 31, and problems such as a decrease in luminance and a decrease in resolution occur.

図20は、このような水平走査線が傾いた場合の一例を示した図である。なお、この図は前述した水平走査方向での画素のずれも併せて記載したものとしている。水平走査線は水平走査方向に対して傾いたものとなり端に位置する画素は、マイクロレンズ31内に収まらず、縁部32にかかったものとなってしまう。さらにこのずれが拡大すると隣のマイクロレンズ31に画素が進入することとなる。このように水平走査線に傾きが生じることとなると、縁部32にかかることによるレーザー光の損失、また、隣のマイクロレンズ31に画素が形成されることによる混色などが生じてしまい、輝度向上、解像度向上を図る
ことができない。
FIG. 20 is a diagram showing an example where the horizontal scanning line is inclined. This figure also describes the pixel shift in the horizontal scanning direction described above. The horizontal scanning line is inclined with respect to the horizontal scanning direction, and the pixel located at the end does not fit in the microlens 31 but covers the edge 32. If this shift further increases, the pixel enters the adjacent microlens 31. If the horizontal scanning line is inclined as described above, the loss of laser light due to the edge 32 and color mixing due to the formation of pixels in the adjacent microlens 31 may occur, thereby improving the luminance. The resolution cannot be improved.

本実施形態は、このような水平走査線の傾きに伴うマイクロレンズ31と画素のずれを解決するため、レーザープロジェクタ1とマイクロレンズアレイ3の配置関係に特徴を持たせている。具体的には、図21に示すように、水平走査ミラー14の水平走査方向に対し、マイクロレンズ31の水平配列方向が所定角度γを有するように配置したものとしている。このように配置することで、各マイクロレンズ31内に画素を形成することが可能となる。図では、マイクロレンズアレイ3が傾いたものとなっているが、このようにすると形成される映像も傾くこととなる。したがって、形成する映像を基準、即ち、マイクロレンズアレイ3を基準としてレーザープロジェクタ1を傾け、各マイクロレンズ31内に画素を形成することとする。このようにすることで、各マイクロレンズ31内に画素が形成されると共に、形成される映像に傾きを生じることもない。   In the present embodiment, the arrangement relationship between the laser projector 1 and the microlens array 3 is characterized in order to solve such a displacement between the microlens 31 and the pixels due to the inclination of the horizontal scanning line. Specifically, as shown in FIG. 21, the horizontal arrangement direction of the microlenses 31 is arranged to have a predetermined angle γ with respect to the horizontal scanning direction of the horizontal scanning mirror 14. By arranging in this way, pixels can be formed in each microlens 31. In the figure, the microlens array 3 is tilted. However, when this is done, the image formed is also tilted. Accordingly, the laser projector 1 is tilted with reference to the image to be formed, that is, the microlens array 3 as a reference, and pixels are formed in each microlens 31. By doing so, pixels are formed in each microlens 31 and the formed image is not inclined.

以上、本実施形態では、水平走査方向の画素の位置ずれに加えて、水平走査線の傾きを考慮したものとなっており、水平走査ミラー15が連続的に走査することで生じた水平走査線の傾きによる、画素とマイクロレンズ31とのずれを解消し、更なる高輝度化、並びに、高解像度化を実現することができる。   As described above, in this embodiment, in addition to the positional deviation of the pixels in the horizontal scanning direction, the inclination of the horizontal scanning line is taken into consideration, and the horizontal scanning line generated by the continuous scanning by the horizontal scanning mirror 15 is considered. The deviation between the pixel and the microlens 31 due to the inclination of can be eliminated, and further increase in luminance and resolution can be realized.

なお、レーザープロジェクタ1は、周囲光の強度によりレーザー光源12の強度を補正することとしてもよい。このような補正は、図1にて説明したレーザープロジェクタ1の制御部11に、周囲光を検出するセンサーからの信号を入力することで実現できる。周囲光強度が強い場合にはレーザー光源12の強度を上げ、周囲光強度が弱い場合には強度を下げることで周囲光に適した強度の映像を投影することで、視認性が高い映像を提供することが可能となると共に、小電力化を実現することができる。また、周囲光の強度のみならず、周囲光の色調を検出することで、レーザー光の色調を変化させて視認性の高い映像を提供することとしてもよい。例えば、夕方、あるいは、トンネル内など赤みの強い周囲光の場合には、緑、または、青のレーザー光源12の強度を上げることで映像の視認性を高めることができる。   The laser projector 1 may correct the intensity of the laser light source 12 based on the intensity of ambient light. Such correction can be realized by inputting a signal from a sensor for detecting ambient light to the control unit 11 of the laser projector 1 described with reference to FIG. When the ambient light intensity is high, the intensity of the laser light source 12 is increased, and when the ambient light intensity is weak, the intensity is decreased to project an image having an intensity suitable for the ambient light, thereby providing an image with high visibility. In addition, it is possible to reduce power consumption. Further, not only the intensity of the ambient light but also the color tone of the ambient light may be detected to change the color tone of the laser light and provide a highly visible image. For example, in the evening or in the case of ambient light with strong redness such as in a tunnel, the visibility of the image can be improved by increasing the intensity of the green or blue laser light source 12.

では、本実施形態の画像形成装置をヘッドアップディスプレイ装置として車室内に実装する場合について図22〜図24を用いて説明する。図22は、図7で説明した画像形成装置をヘッドアップディスプレイ装置として車室内に実装した場合の不都合を説明するための図であり、図23はそれを解決するための実施形態の模式図、図24はその実装の様子を示した図となっている。ヘッドアップディスプレイ装置では、狭い室内において、フロントウィンドウまでの光路長を長く取るため各種の手法が採用される。特許文献2もみられるように、発光表示源をルーフパネルの車室内側に設置して視認者の視界内に光路を配置することで光路長を稼ぐこともしばしば行われる。本発明の実施形態に係る画像形成装置をこのように車室内に配置した場合には、図22に示すように、コンデンサーレンズ2、マイクロレンズアレイ3などの構成が視認者(操縦者)の視界を妨げる位置となってしまい、視界上の不都合を生じてしまう。また、図のような配置においては表示像自体の妨げにもなってしまう。   Then, the case where the image forming apparatus of this embodiment is mounted in a vehicle interior as a head-up display device will be described with reference to FIGS. 22 is a diagram for explaining inconveniences when the image forming apparatus described in FIG. 7 is mounted as a head-up display device in a vehicle interior, and FIG. 23 is a schematic diagram of an embodiment for solving the problem. FIG. 24 shows the state of the mounting. In the head-up display device, various methods are employed in order to increase the optical path length to the front window in a narrow room. As seen in Patent Document 2, it is often performed to increase the optical path length by installing the light emitting display source on the vehicle interior side of the roof panel and arranging the optical path in the visual field of the viewer. When the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention is arranged in the vehicle interior as described above, the configuration of the condenser lens 2, the microlens array 3, and the like is as shown in FIG. It becomes the position which obstructs, and will cause the inconvenience on a visual field. Further, in the arrangement as shown in the figure, the display image itself is hindered.

このような配置上の不都合を解消するため、本実施形態はマイクロレンズアレイ3の後段に、光学系伝達素子としての投影レンズ6を配設することとしている。なお、投影レンズ6は、1つのレンズにて構成しても、あるいは、複数のレンズ群にて構成することとしてもよい。図23に示すように、マイクロレンズアレイ3の後段に配置される投影レンズ6は、その背後に、実像、あるいは、虚像としての投影像を生成する。拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4は、この投影像上に焦点を置き、投影像を拡大することで視認者に拡大された映像を提供する。この構成によれば、図7における拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4からマイクロレンズアレイ3までの距離aを、図23における拡大レンズ(もしくは凹面
鏡)4から投影レンズ6までの距離bに拡大することが可能となる。この拡大された距離bの光路が視認者の視界を通過するよう各構成を配置することで、視認者の視界を妨げることなく画像形成装置を設置することができる。また、距離bは、拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4の焦点距離のみならず、投影レンズ6の選択でも調整できるため画像形成装置のレイアウトの自由度を高めることができる。
In order to eliminate such inconveniences in the arrangement, in the present embodiment, a projection lens 6 as an optical system transmission element is disposed at the subsequent stage of the microlens array 3. Note that the projection lens 6 may be constituted by a single lens or a plurality of lens groups. As shown in FIG. 23, the projection lens 6 disposed at the rear stage of the microlens array 3 generates a projection image as a real image or a virtual image behind it. The magnifying lens (or concave mirror) 4 focuses on the projected image and provides the viewer with a magnified image by enlarging the projected image. According to this configuration, the distance a from the magnifying lens (or concave mirror) 4 to the microlens array 3 in FIG. 7 can be enlarged to the distance b from the magnifying lens (or concave mirror) 4 to the projection lens 6 in FIG. It becomes possible. By disposing each configuration so that the optical path of the enlarged distance b passes through the viewer's field of view, the image forming apparatus can be installed without hindering the viewer's field of view. Further, since the distance b can be adjusted not only by the focal length of the magnifying lens (or concave mirror) 4 but also by the selection of the projection lens 6, the degree of freedom in the layout of the image forming apparatus can be increased.

図24は、図23で説明した画像形成装置を車室内に実装した場合の図を示したものである。レーザープロジェクタ1と、コンデンサーレンズ2と、マイクロレンズアレイ3と、投影レンズ6は車内天井付近に取り付けられる。特に、その取り付け位置を車内前方付近とすることで、通常、物を載置することのないフロントウィンドウに近接して光路を確保することができ、画像形成装置の光路も妨げられることがない。また設置の際、これらの構成を適宜単位にてまとめ、かつ、まとめた構成間での光路を予め調整した上でユニット化しておけば、各構成間での光路調整が不要となり取り付けが簡単となる。   FIG. 24 shows a diagram in the case where the image forming apparatus described in FIG. 23 is mounted in a vehicle interior. The laser projector 1, the condenser lens 2, the microlens array 3, and the projection lens 6 are attached near the ceiling inside the vehicle. In particular, by setting the mounting position in the vicinity of the front in the vehicle, it is possible to ensure an optical path in the vicinity of the front window where no object is normally placed, and the optical path of the image forming apparatus is not hindered. In addition, when installing these components, if necessary, and unitizing them after adjusting the optical path between the combined components in advance, it is not necessary to adjust the optical path between each component, and installation is easy. Become.

一方、拡大レンズ(この場合、凹面鏡)4は、各種計器などを収納するインストルメントパネル上に配設、あるいは、画像形成装置の光路を妨げないよう窓が設けられたインストルメントパネル内に配設される。このように投影レンズ6を利用することで、拡大レンズ(もしくは凹面鏡4)までの距離を延長した本実施形態によれば、視認者の視界を妨げることなく車室内に実装することが可能となる。また、投影レンズ6の選択により、拡大レンズ(もしくは凹面鏡)4までの距離を調整することも可能となり、実装の際の自由度も向上する。   On the other hand, the magnifying lens (in this case, a concave mirror) 4 is disposed on an instrument panel that houses various instruments or the like, or is disposed in an instrument panel provided with a window so as not to obstruct the optical path of the image forming apparatus. Is done. By using the projection lens 6 in this way, according to the present embodiment in which the distance to the magnifying lens (or the concave mirror 4) is extended, the projection lens 6 can be mounted in the vehicle interior without disturbing the visual field of the viewer. . Further, by selecting the projection lens 6, it is possible to adjust the distance to the magnifying lens (or concave mirror) 4, and the degree of freedom in mounting is improved.

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。   Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and embodiments configured by appropriately combining the configurations of the respective embodiments also fall within the scope of the present invention. Is.

本発明の実施形態に係るレーザープロジェクタの構成を示した図。The figure which showed the structure of the laser projector which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像形成装置を示した図。1 is a diagram illustrating an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの構成を示した図。The figure which showed the structure of the microlens array which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの拡大写真。The enlarged photograph of the micro lens array which concerns on embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの構成を示した図。The figure which showed the structure of the microlens array which concerns on other embodiment of this invention. スクリーンを使用した場合の画像形成装置を示した図。The figure which showed the image forming apparatus at the time of using a screen. 本発明の実施形態に係る画像形成装置を示した図。1 is a diagram illustrating an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. スクリーン放射面での光の指向特性を示した図。The figure which showed the directional characteristic of the light in a screen radiation | emission surface. マイクロレンズ放射面での光の指向特性を示した図。The figure which showed the directional characteristic of the light in a micro lens radiation | emission surface. マイクロレンズへのビーム入射角を示した図。The figure which showed the beam incident angle to a micro lens. マイクロレンズへのビーム入射角を示した図。The figure which showed the beam incident angle to a micro lens. 水平走査ミラー制御の様子を示した図。The figure which showed the mode of horizontal scanning mirror control. 垂直走査ミラー制御の様子を示した図。The figure which showed the mode of the vertical scanning mirror control. 走査による画面形成の様子を示した図。The figure which showed the mode of screen formation by scanning. 理想的なマイクロレンズアレイ上での画素形成の様子を示した図。The figure which showed the mode of pixel formation on an ideal microlens array. 水平走査方向での画素形成位置のずれの様子を示した図。The figure which showed the mode of the shift | offset | difference of the pixel formation position in a horizontal scanning direction. マイクロレンズアレイ上での画素形成位置のずれを示した図。The figure which showed the shift | offset | difference of the pixel formation position on a micro lens array. 本発明の実施形態に係るマイクロレンズの配列の様子を示した図。The figure which showed the mode of the arrangement | sequence of the micro lens which concerns on embodiment of this invention. 垂直走査による画素形成位置のずれの様子を示した図。The figure which showed the mode of the shift | offset | difference of the pixel formation position by vertical scanning. マイクロレンズアレイ上での画素形成位置のずれを示した図。The figure which showed the shift | offset | difference of the pixel formation position on a micro lens array. 本発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの配置の様子を示した図。The figure which showed the mode of arrangement | positioning of the micro lens array which concerns on other embodiment of this invention. 画像形成装置の車室内への実装における不都合を説明する図。The figure explaining the inconvenience in mounting the image forming apparatus in the passenger compartment. 本発明の他の実施形態に係る画像形成装置を示した図。FIG. 6 is a diagram illustrating an image forming apparatus according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の車室内への実装を示した図。The figure which showed the mounting to the vehicle interior of the image forming apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 従来のヘッドアップディスプレイ装置を示した図。The figure which showed the conventional head-up display apparatus. ヘッドアップディスプレイ装置による車室内での画像表示の様子を示した図。The figure which showed the mode of the image display in the vehicle interior by a head-up display apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザープロジェクタ、11…制御部、12…レーザー光源、13…ダイクロイックミラー群、14…水平走査ミラー、15…垂直走査ミラー、2…コンデンサーレンズ、3…マイクロレンズアレイ(MLA)、31…マイクロレンズ、32…縁部、4…拡大レンズ(もしくは凹面鏡)、5…スクリーン、6…投影レンズ、7…投影面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser projector, 11 ... Control part, 12 ... Laser light source, 13 ... Dichroic mirror group, 14 ... Horizontal scanning mirror, 15 ... Vertical scanning mirror, 2 ... Condenser lens, 3 ... Micro lens array (MLA), 31 ... Micro Lens, 32 ... edge, 4 ... magnifying lens (or concave mirror), 5 ... screen, 6 ... projection lens, 7 ... projection surface

Claims (4)

レーザー光を光源とし、レーザー光を水平走査方向に走査する水平走査手段と、レーザー光を垂直走査方向に走査する垂直走査手段により、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザープロジェクタと、
マイクロレンズが水平配列方向、及び、垂直配列方向に配列されると共に、隣接するマイクロレンズの水平配列方向の間隔が、少なくとも1つ異なるように配列されたマイクロレンズアレイと、
レーザープロジェクタとマイクロレンズアレイの光路間に配設され、各マイクロレンズに入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズの開口角に収まるように補正して投影する光学系補正素子と、
マイクロレンズアレイの放射面に形成される映像を拡大する光学系拡大素子とを備える
画像形成装置。
A laser projector for projecting an image formed by an array of a plurality of pixels by using a laser beam as a light source, and a horizontal scanning unit that scans the laser beam in a horizontal scanning direction; and a vertical scanning unit that scans the laser beam in a vertical scanning direction;
A microlens array in which the microlenses are arranged in a horizontal arrangement direction and a vertical arrangement direction, and an interval between adjacent microlenses in the horizontal arrangement direction is different by at least one;
An optical system correction element that is disposed between the optical paths of the laser projector and the microlens array and corrects and projects the incident angle of the laser light incident on each microlens within the aperture angle of the microlens;
An image forming apparatus comprising: an optical system enlarging element that magnifies an image formed on a radiation surface of a microlens array.
隣接するマイクロレンズの水平方向の間隔は、所定の基準点から離れる程、狭くなるように配列される
請求項1に記載の画像形成装置。
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the horizontal intervals between adjacent microlenses are arranged so as to become narrower as they move away from a predetermined reference point.
レーザープロジェクタの水平走査方向と、マイクロレンズの水平配列方向は、所定角度を有するように配置される
請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の画像形成装置。
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the horizontal scanning direction of the laser projector and the horizontal arrangement direction of the microlenses are arranged to have a predetermined angle.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置を備え、
光学系拡大素子による映像を透過性反射板に投影する
ヘッドアップディスプレイ装置。
An image forming apparatus according to claim 1, comprising the image forming apparatus according to claim 1,
A head-up display device that projects an image from an optical expansion element onto a transmissive reflector.
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