JP2014235368A - 立体映像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影部からのレーザ光の光利用効率を高めることにより、立体投影画像を高輝度化することが可能な立体映像投影装置を提供する。
【解決手段】この立体映像投影装置１００は、立体投影画像１０１を投影するためのレーザ光を走査して出射する走査型プロジェクタ１と、走査型プロジェクタ１からのレーザ光の拡散角を所定の角度に制御した状態でレーザ光を拡散するマイクロレンズアレイ２ａと、マイクロレンズアレイ２ａにより拡散角が制御されたレーザ光が照射されるとともに、マイクロレンズアレイ２ａからのレーザ光を内部で反射させてマイクロレンズアレイ２ａとは反対側にレーザ光を出射することにより、マイクロレンズアレイ２ａとは面対称の位置に立体投影画像１０１を投影する面対称結像素子３とを備え、マイクロレンズアレイ２ａは、面対称結像素子３に対して傾斜して配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、立体映像投影装置に関し、特に、立体投影画像を投影する面対称結像素子を備える立体映像投影装置に関する。

従来、立体投影画像を投影する面対称結像素子を備える立体映像投影装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、液晶ディスプレイ（投影部）と、反射型面対称結像素子（面対称結像素子）とを備えた表示装置（立体映像投影装置）が開示されている。この表示装置は、液晶ディスプレイから発せられた光線を反射型面対称結像素子において反射および透過させることにより、反射型面対称結像素子に対して液晶ディスプレイと面対称の位置に空中映像（立体投影画像）を投影するように構成されている。

特開２０１１−８１２９６号公報

しかしながら、上記特許文献１の表示装置（立体映像投影装置）では、光源として視野角の広い液晶ディスプレイが使用されるので、液晶ディスプレイからの光があらゆる方向に拡散してしまい、多くの光が反射型面対称結像素子（面対称結像素子）に到達しないと考えられる。したがって、光のエネルギー損失が大きくなる。すなわち、液晶ディスプレイで一部の光しか反射型面対称結像素子による空中映像（立体投影画像）の結像に利用されないので、光利用効率が低くなり、結果として、空中映像の輝度が低下してしまうという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、投影部からのレーザ光の光利用効率を高めることによって、立体投影画像を高輝度化することが可能な立体映像投影装置を提供することである。

この発明の一の局面による立体映像投影装置は、立体投影画像を投影するためのレーザ光を走査して出射する投影部と、投影部からのレーザ光の拡散角を所定の角度に制御した状態でレーザ光を拡散するマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイにより拡散角が制御されたレーザ光が照射されるとともに、マイクロレンズアレイからのレーザ光を内部で反射させてマイクロレンズアレイとは反対側にレーザ光を出射することにより、マイクロレンズアレイとは面対称の位置に立体投影画像を投影する面対称結像素子とを備え、マイクロレンズアレイは、面対称結像素子に対して傾斜して配置されている。

この発明の一の局面による立体映像投影装置では、上記のように、投影部からのレーザ光を所定の角度に拡散するとともに、拡散角を制御するマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイにより拡散角が制御されたレーザ光が照射されるとともに、マイクロレンズアレイからのレーザ光を内部で反射させてマイクロレンズアレイとは反対側にレーザ光を出射することにより、マイクロレンズアレイとは面対称の位置に立体投影画像を投影する面対称結像素子とを設ける。これにより、マイクロレンズアレイにより、所定の角度に拡散角が制御されたレーザ光が拡散されることによって、所望の方向以外へのレーザ光の出射を抑制することができるので、面対称結像素子に到達しないレーザ光が生じるのを抑制することができ、面対称結像素子に到達しないレーザ光によるエネルギー損失を低減することができる。その結果、投影部からのレーザ光の光利用効率を高めることによって、面対称結像素子により投影される立体投影画像を高輝度化することができる。また、マイクロレンズアレイが面対称結像素子に対して傾斜して配置されることにより、面対称結像素子を基準としてマイクロレンズアレイとは面対称の位置に立体投影画像を投影することができる。

上記一の局面による立体映像投影装置において、好ましくは、マイクロレンズアレイは、レーザ光の拡散角を制御することにより略すべてのレーザ光が面対称結像素子に照射するように構成されている。このように構成すれば、面対称結像素子上の領域にレーザ光が略漏れることなく照射されるので、容易に光のエネルギー損失を低減することができる。

上記一の局面による立体映像投影装置において、好ましくは、面対称結像素子に対して傾斜して配置されるとともに、マイクロレンズアレイに対して略平行に配置され、マイクロレンズアレイに投影部からのレーザ光が略垂直に入射するように投影部からのレーザ光を平行なレーザ光に補正するレンズをさらに備えている。このように構成すれば、マイクロレンズアレイにレーザ光が略垂直に入射するので、マイクロレンズアレイから拡散されるレーザ光の拡散角を所定の角度により正確に制御することができる。

上記一の局面による立体映像投影装置において、好ましくは、マイクロレンズアレイは、複数のレーザ光の照射領域を有するとともに、複数の照射領域に応じてマイクロレンズアレイ上に異なる表面形状を有することによって、異なる拡散角によりレーザ光を出射するように構成されている。このように構成すれば、マイクロレンズアレイの照射領域に応じて拡散角を制御することができるようになるので、面対称結像素子の位置に応じて異なる拡散角でレーザ光を拡散することができる。

この場合、好ましくは、マイクロレンズアレイは、面対称結像素子上のマイクロレンズアレイから遠い側にレーザ光を出射する照射領域における拡散角が、マイクロレンズアレイから近い側にレーザ光を出射する照射領域における拡散角よりも小さくなるような表面形状を有している。ここで、マイクロレンズアレイが面対称結像素子に対して傾斜していることにより、面対称結像素子のマイクロレンズアレイから遠い側では、近い側よりも、より広範囲にレーザ光が照射される。そこで、マイクロレンズアレイから遠い側にレーザ光を照射する照射領域における拡散角を小さくすることにより、マイクロレンズアレイから遠い側において、面対称結像素子上のレーザ光が照射される領域を小さくすることができる。これにより、面対称結像素子を小さくすることができるので、立体映像投影装置を小型化することができる。

上記面対称結像素子上のマイクロレンズアレイから遠い側へのレーザ光の拡散角が、近い側への拡散角よりも小さくなるような構成において、好ましくは、マイクロレンズアレイの照射領域は、面対称結像素子上のマイクロレンズアレイから近い側にレーザ光を比較的大きい拡散角で出射する第１照射領域と、面対称結像素子上のマイクロレンズアレイから遠い側にレーザ光を比較的小さい拡散角で出射する第２照射領域とを含んでいる。このように構成すれば、マイクロレンズアレイから近い側においては、レーザ光を広範囲に拡散させて、面対称結像素子上の小さな領域のみにレーザ光が照射されるのを抑制しつつ、マイクロレンズアレイから遠い側においては、レーザ光の拡散を抑制することにより、面対称結像素子上のレーザ光が照射される領域が大きくなるのを抑制することができる。

上記照射領域が第１照射領域と第２照射領域とを含んでいる構成において、好ましくは、マイクロレンズアレイは、第１照射領域から第２照射領域に向かって拡散角が徐々に小さくなるように構成されている。このように構成すれば、第１照射領域と第２照射領域との境界において拡散角が急に変化することがないので、第１照射領域と第２照射領域との境界が立体投影画像に投影されるのを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、投影部からのレーザ光の光利用効率を高めることにより、立体投影画像を高輝度化することができる。

本発明の第１実施形態による立体映像投影装置の全体の構成を示した図である。 本発明の第１実施形態による立体映像投影装置の走査型プロジェクタの構成を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態による立体映像投影装置のマイクロレンズアレイの構成を示した平面図である。 図３の４００−４００線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態による立体映像投影装置の面対称結像素子にレーザ光が照射された状態を示した底面図である。 本発明の第１実施形態による立体映像投影装置の面対称結像素子の構成を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による立体映像投影装置の面対称結像素子による投影原理について説明するための図である。 本発明の第２および第３実施形態による立体映像投影装置の全体の構成を示した図である。 本発明の第２実施形態による立体映像投影装置のマイクロレンズアレイの構成を示した平面図である。 図９の５００−５００線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態による立体映像投影装置のマイクロレンズアレイの構成を示した平面図である。 図１１の６００−６００線に沿った断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図７を参照して、本発明の第１実施形態による立体映像投影装置１００の構成について説明する。

第１実施形態による立体映像投影装置１００は、図１に示すように、面対称結像素子３によりレーザ光を反射させることにより、空間上に立体投影画像１０１を投影するように構成されている。詳細には、立体映像投影装置１００は、立体投影画像１０１を投影するためのレーザ光を走査して出射する走査型プロジェクタ１と、走査型プロジェクタ１からのレーザ光の拡散角を所定の角度（α）に制御した状態でレーザ光を拡散するマイクロレンズアレイ２ａと、マイクロレンズアレイ２ａにより拡散角が制御されたレーザ光が照射されるとともに、マイクロレンズアレイ２ａからのレーザ光を内部で反射させてマイクロレンズアレイ２ａとは反対側（Ｚ１方向側）にレーザ光を出射することにより、マイクロレンズアレイ２ａとは面対称の位置に立体投影画像１０１を投影する面対称結像素子３とを備えている。また、マイクロレンズアレイ２ａは、面対称結像素子３に対して傾斜して配置されている。また、マイクロレンズアレイ２ａは、フレネルレンズ４においてレーザ光が互いに平行となるように補正されることにより、略垂直にレーザ光が照射されるように構成されている。なお、走査型プロジェクタ１は、本発明の「投影部」の一例である。また、フレネルレンズ４は、本発明の「レンズ」の一例である。以下、立体映像投影装置１００の各構成について説明する。

まず、面対称結像素子３にレーザ光が照射されるまでの光学系の構成について説明する。すなわち、走査型プロジェクタ１、フレネルレンズ４およびマイクロレンズアレイ２ａについて説明する。

走査型プロジェクタ１、フレネルレンズ４およびマイクロレンズアレイ２ａは、図１に示すように、面対称結像素子３に対して傾斜して延びる同一の軸（軸Ｄ）線上に直列に配置されている。また、フレネルレンズ４は、マイクロレンズアレイ２ａに対して平行に配置されている。

走査型プロジェクタ１は、図２に示すように、メインＣＰＵ１１と、操作部１２と、３つ（青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ））のレーザ光源１３ａ〜１３ｃと、２つのビームスプリッタ１４ａおよび１４ｂと、集光レンズ１５と、レーザ光走査部１６と、表示制御部１７とを備えている。また、空間上に投影される立体投影画像１０１は、レーザ光源１３ａ〜１３ｃから出射されるレーザ光によって形成されている。レーザ光走査部１６は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー１６ａを含む。表示制御部１７は、映像処理部１７１と、光源制御部１７２と、ＬＤ（レーザダイオード）ドライバ１７３と、ミラー制御部１７４と、ミラードライバ１７５とを含む。走査型プロジェクタ１は、映像処理部１７１に入力された映像信号に基づいて立体投影画像１０１を投影するためのレーザ光をフレネルレンズ４に向けて出射するように構成されている。

メインＣＰＵ１１は、走査型プロジェクタ１の各部を制御するように構成されている。操作部１２は、走査型プロジェクタ１の電源を入れる操作などを受け付けるために設けられている。レーザ光源１３ａは、青色のレーザ光をビームスプリッタ１４ａおよび集光レンズ１５を通過させてＭＥＭＳミラー１６ａに照射するように構成されている。レーザ光源１３ｂおよび１３ｃは、それぞれ、緑色のレーザ光および赤色のレーザ光をビームスプリッタ１４ａ、１４ｂおよび集光レンズ１５を通過させてＭＥＭＳミラー１６ａに照射するように構成されている。

レーザ光走査部１６は、レーザ光をマイクロレンズアレイ２ａに投影するように構成されている。具体的には、レーザ光走査部１６のＭＥＭＳミラー１６ａが、レーザ光源１３ａ〜１３ｃから照射されたレーザ光を走査して、立体投影画像１０１をマイクロレンズアレイ２ａに投影するように構成されている。ＭＥＭＳミラー１６ａは、水平方向および垂直方向の２軸に駆動してレーザ光を走査するように構成されている。また、ＭＥＭＳミラー１６ａは、水平方向を共振駆動により高速走査するとともに、垂直方向を直流駆動により低速走査するように構成されている。

映像処理部１７１は、外部から入力される映像信号に基づいて、レーザ光による立体投影画像１０１の投影を制御するように構成されている。具体的には、映像処理部１７１は、外部から入力される映像信号に基づいて、ミラー制御部１７４を介して、ＭＥＭＳミラー１６ａの駆動を制御するとともに、光源制御部１７２を介して、レーザ光源１３ａ〜１３ｃによるレーザ光の照射を制御するように構成されている。

光源制御部１７２は、映像処理部１７１による制御に基づいて、ＬＤドライバ１７３を制御して、レーザ光源１３ａ〜１３ｃによるレーザ光の照射を制御するように構成されている。具体的には、光源制御部１７２は、ＭＥＭＳミラー１６ａが走査するタイミングに合せて映像信号の各画素に対応する色のレーザ光をレーザ光源１３ａ〜１３ｃから照射させる制御を行うように構成されている。

ミラー制御部１７４は、映像処理部１７１による制御に基づいて、ミラードライバ１７５を制御して、ＭＥＭＳミラー１６ａの駆動を制御するように構成されている。

フレネルレンズ４は、図１に示すように、走査型プロジェクタ１からのレーザ光を内部で屈折させることにより、透過したレーザ光が互いに平行（軸Ｄに平行）となるようにレーザ光の方向を補正するように構成されている。なお、フレネルレンズ４によりレーザ光を互いに平行となるように補正するためには、レーザ光の光源がフレネルレンズ４の焦点距離に置かれる必要がある。したがって、走査型プロジェクタ１は、フレネルレンズ４の焦点距離を考慮して、軸Ｄ上のフレネルレンズ４から所定距離離れた位置からレーザ光を出射するように配置されている。その結果、フレネルレンズ４は、マイクロレンズアレイ２ａに対してレーザ光を略垂直に補正して照射可能なように構成されている。

マイクロレンズアレイ２ａは、図３および図４に示すように、矩形の平板状に形成されている。なお、図３および図４に示すＡ方向、Ｂ方向およびＣ方向は互いに直交する方向を示している。また、Ａ方向およびＣ方向は、Ｘ方向およびＺ方向と同様に、図１を示す紙面に平行な直線を示している。また、図３および図４に示すマイクロレンズアレイ２ａは、表面形状の説明のため、実際よりも凸状のレンズ部を大きく描画している。また、以下の第２および第３実施形態におけるマイクロレンズアレイ２ｂおよび２ｃを示した図９〜図１２においても同様である。

また、マイクロレンズアレイ２ａは、図４に示すように、一方（Ｃ１方向）の面２０ａが複数のレンズ部２１を有するように形成されるとともに、他方（Ｃ２方向）の面２０ｂが略平坦状に形成されている。詳細には、マイクロレンズアレイ２ａは、平面視において、複数のレンズ部２１が敷き詰められて（平面充填されて）構成されている。この複数のレンズ部２１は、平面視において、楕円形状で、側面視において、凸形状になるように形成されている。また、マイクロレンズアレイ２ａの複数のレンズ部２１は、隣接するレンズ部２１とのレンズピッチが等しくなるようにマトリクス状（碁盤目状）に配置されている。また、マイクロレンズアレイ２ａのＣ２方向の面２０ｂは、走査型プロジェクタ１（図１参照）から出射されるとともに、フレネルレンズ４（図１参照）により平行に補正されたレーザ光が入射するように構成されている。

ここで、第１実施形態では、マイクロレンズアレイ２ａは、上記のように、同種の凸形状のレンズ部２１が敷き詰められて表面形状が形成されている。その結果、マイクロレンズアレイ２ａは、図１に示すように、側面視において、レンズ部２１によりレーザ光を屈折させて所定の拡散角（α）で拡散可能に構成されており、その結果、各々のレンズ部２１は、点光源となるように構成されている。また、レーザ光の拡散角は、マイクロレンズアレイ２ａの表面形状により、制御することが可能なように構成されている。その結果、マイクロレンズアレイ２ａは、図５に示すように、略すべてのレーザ光を面対称結像素子３上の所定の領域３０に照射可能に構成されている。これにより、立体映像投影装置１００は、面対称結像素子３に到達しないレーザ光を減少させることにより、光のエネルギー損失を低減することが可能なように構成されている。

次に、図６および図７を参照して、面対称結像素子３の構成について説明する。

面対称結像素子３は、図６および図７に示すように、２枚の透明な平板状の光制御パネル３１と光制御パネル３２とを密着させて貼り合わせることにより積層状に形成されている。詳細には、光制御パネル３１は、レーザ光を反射する複数の反射面３１ａを有している。また、光制御パネル３１は、厚み方向に延びるとともに、所定のピッチで平行に並べられた複数の反射面３１ａにより、複数の帯状体３１ｂに区分されるように構成されている。また、光制御パネル３２も、光制御パネル３１と同様に複数の反射面３２ａにより、複数の帯状体３２ｂに区分されるように構成されている。そして、面対称結像素子３は、光制御パネル３１および３２をそれぞれの帯状体３１ｂおよび３２ｂが互いに直交する状態で貼り合わせることにより積層状に構成されている。また、反射面３１ａおよび３２ａを除く光制御パネル３１および３２は、ともにレーザ光を透過するアクリル樹脂材料から構成されている。また、反射面３１ａおよび３２ａは、ともにレーザ光を反射する金属材料から構成されている。

面対称結像素子３によりマイクロレンズアレイ２ａ上の点Ｐ１から出射された複数のレーザ光が、立体投影画像１０１の一部を形成する点Ｐ２において結像する原理について簡単に説明する。

図７に示すように、マイクロレンズアレイ２ａ上の点Ｐ１から２つのレーザ光Ｌ１およびＬ２が面対称結像素子３の異なる位置に向けて出射される場合を考える。マイクロレンズアレイ２ａ上の点Ｐ１から面対称結像素子３に向けて出射されたレーザ光Ｌ１は、面対称結像素子３の光制御パネル３１側から入射した後、光制御パネル３１の反射面３１ａにおいて反射して、光制御パネル３１側から光制御パネル３２側にレーザ光が入射する。さらに、入射したレーザ光が、光制御パネル３２の反射面３２ａにおいて反射して、面対称結像素子３の外に出射される。図示しないが、このレーザ光Ｌ１の面対称結像素子３から出射される際の出射角（面対称結像素子３と面対称結像素子３から出射されるレーザ光Ｌ１とがなす角度）は、レーザ光Ｌ１の面対称結像素子３に入射する際の入射角（面対称結像素子３と面対称結像素子３に入射するレーザ光Ｌ１とがなす角度）と等しくなる。また、面対称結像素子３への入射前および出射後のレーザ光Ｌ１は、平面視において、略同一の軌跡を通る。また、レーザ光Ｌ１と同様に、レーザ光Ｌ２は、面対称結像素子３への入射角と出射角とが等しくなるとともに、入射前および出射後のレーザ光Ｌ２は、平面視において、略同一の軌跡を通る。したがって、レーザ光Ｌ１およびＬ２は、面対称結像素子３から出射した後、同一の点Ｐ２を通過する。この点Ｐ２は、面対称結像素子３に対して点Ｐ１と面対称となる位置に形成される。このように、マイクロレンズアレイ２ａ上の複数の点光源からレーザ光が拡散されることにより、面対称結像素子３を基準として、マイクロレンズアレイ２ａとは反対側の面対称の位置に立体投影画像１０１が投影される。

第１実施形態では、上記のように、走査型プロジェクタ１からのレーザ光の拡散角を所定の角度に制御した状態でレーザ光を拡散するマイクロレンズアレイ２ａと、マイクロレンズアレイ２ａにより拡散角が制御されたレーザ光が照射されるとともに、マイクロレンズアレイ２ａからのレーザ光を内部で反射させてマイクロレンズアレイ２ａとは反対側にレーザ光を出射することにより、マイクロレンズアレイ２ａとは面対称の位置に立体投影画像１０１を投影する面対称結像素子３とを設ける。これにより、マイクロレンズアレイ２ａにより、所定の角度αに拡散角が制御されたレーザ光が拡散されることによって、所望の方向以外へのレーザ光の出射を抑制することができるので、面対称結像素子３に到達しないレーザ光が生じるのを抑制することができ、面対称結像素子３に到達しないレーザ光によるエネルギー損失を低減することができる。その結果、走査型プロジェクタ１からのレーザ光の光利用効率を高めることによって、面対称結像素子３により投影される立体投影画像１０１を高輝度化することができる。また、マイクロレンズアレイ２ａが面対称結像素子３に対して傾斜して配置されることにより、面対称結像素子３を基準としてマイクロレンズアレイ２ａとは面対称の位置に立体投影画像１０１を投影することができる。

また、レーザ光を出射する走査型プロジェクタ１を設けることにより、液晶ディスプレイの光とは異なりレーザ光は指向性が高いので、レーザ光があらゆる方向に拡散するのを抑制することができるので、エネルギー損失を低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、マイクロレンズアレイ２ａを、レーザ光の拡散角を制御することにより略すべてのレーザ光が面対称結像素子３に照射するように構成する。これにより、面対称結像素子３上の領域にレーザ光が略漏れることなく照射されるので、容易に光のエネルギー損失を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、面対称結像素子３に対して傾斜して配置されるとともに、マイクロレンズアレイ２ａに対して略平行に配置され、マイクロレンズアレイ２ａに走査型プロジェクタ１からのレーザ光が略垂直に入射するように走査型プロジェクタ１からのレーザ光を平行なレーザ光に補正するフレネルレンズ４を設ける。これにより、マイクロレンズアレイ３にレーザ光が略垂直に入射するので、マイクロレンズアレイ２ａから拡散されるレーザ光の拡散角を所定の角度αにより正確に制御することができる。

（第２実施形態）
次に、図８〜図１０を参照して、本発明の第２実施形態による立体映像投影装置２００の構成について説明する。

この第２実施形態では、マイクロレンズアレイ２ａがレーザ光を拡散角αで拡散するように構成されている第１実施形態と異なり、マイクロレンズアレイ２ｂがレーザ光を拡散角αおよびβで拡散するように構成されている立体映像投影装置２００について説明する。なお、拡散角αは、拡散角βよりも大きい角度とする。

上記のようなマイクロレンズアレイ２ｂの拡散角を異ならせる構成は、マイクロレンズアレイ２ｂの表面形状のみに基づくものであるため、以下、マイクロレンズアレイ２ｂの表面形状について主に説明する。

マイクロレンズアレイ２ｂは、図９および図１０に示すように、矩形の平板状に形成されている。また、マイクロレンズアレイ２ｂは、レーザ光を照射する第１照射領域２４および第２照射領域２５を有するとともに、第１照射領域２４および第２照射領域２５に応じてそれぞれ異なる拡散角αおよびβによりレーザ光を出射するように構成されている。

詳細には、マイクロレンズアレイ２ｂは、図１０に示すように、一方（Ｃ１方向）の面２０ａのＡ１方向側の第１照射領域２４に形成された複数のレンズ部２２ａと、Ａ２方向側の第２照射領域２５に形成された複数のレンズ部２２ｂとを有するように形成されるとともに、他方（Ｃ２方向）の面２０ｂが略平坦状に形成されている。また、マイクロレンズアレイ２ｂは、図９に示すように、レンズ部２２ｂのＢ方向における長さＥ１がレンズ部２２ａのＢ方向における長さＥ１と等しくなるように構成されている。つまり、レンズ部２２ａは、平面視において、楕円形状に形成されており、レンズ部２２ｂは、平面視において、円形状に形成されている。なお、レンズ２２ａおよび２２ｂは、側面視において、凸形状を有している。

また、マイクロレンズアレイ２ｂは、レンズ部２２ｂのＡ方向における長さＥ２がレンズ部２２ａのＡ方向における長さＥ１よりも小さくなるように構成されている。また、マイクロレンズアレイ２ｂの第１照射領域２４および第２照射領域２５には、平面視において、それぞれ複数のレンズ部２２ａおよび２２ｂが敷き詰められて（平面充填されて）構成されている。また、マイクロレンズアレイ２ｂの第１照射領域２４の複数のレンズ部２２ａおよび第２照射領域２５の複数のレンズ部２２ｂは、それぞれ隣接するレンズピッチが等しくなるようマトリクス状に配置されている。また、図１０に示すように、マイクロレンズアレイ２ｂのＣ２方向の面２０ａは、走査型プロジェクタ１（図８参照）から出射されるとともに、フレネルレンズ４により平行なレーザ光に補正されたレーザ光が入射するように構成されている。

ここで、第２実施形態では、マイクロレンズアレイ２ｂは、上記のように、第１照射領域２４および第２照射領域２５にそれぞれ異なる形状のレンズ部２２ａおよび２２ｂが敷き詰められて表面形状が形成されている。そのため、マイクロレンズアレイ２ｂは、Ａ１方向側の第１照射領域２４の面２０ａ上に敷き詰められたレンズ部２２ａにより、レーザ光を屈折することにより拡散角αで拡散可能に構成されている。また、マイクロレンズアレイ２ｂは、Ａ２方向側の第２照射領域２５の面２０ａ上に敷き詰められたレンズ部２２ｂにより、レーザ光を屈折することにより拡散角αよりも小さい拡散角βで拡散可能に構成されている。すなわち、マイクロレンズアレイ２ｂは、面対称結像素子３上のマイクロレンズアレイ２ｂから遠い側にレーザ光を出射する第２照射領域２５における拡散角βが、マイクロレンズアレイ２ｂから近い側にレーザ光を出射する第１照射領域２４における拡散角αよりも小さくなるような表面形状に構成されている。

ここで、第２照射領域２５から拡散角αでレーザ光が出射される場合（第１実施形態の場合）と比べて、第２実施形態では、図８に示すように、拡散角βのときのＸ方向における面対称結像素子３上の照射領域が拡散角αの照射領域よりも小さくなる。したがって、マイクロレンズアレイ２ｂは、面対称結像素子３上のマイクロレンズアレイ２ｂから遠い側のレーザ光が照射される領域への拡散角を小さくすることにより、面対称結像素子３のマイクロレンズアレイ２ｂから遠い側（Ｘ１方向側）の端部３ａの一部が不要になるので、面対称結像素子３を小さくすることが可能である。

また、マイクロレンズアレイ２ｂは、図９および図１０に示すように、レンズ部２２ａを備えるレンズパーツ２６ａとレンズ部２２ｂを備えるレンズパーツ２６ｂとを張り合わせることにより製造される。このように、マイクロレンズアレイ２ｂは、異なる拡散角のレンズ部２２ａおよび２２ｂを備える部品を張り合わせるだけで、面２０ａにそれぞれ異なる拡散角を有する第１照射領域２４および第２照射領域２５を容易に形成することが可能なように構成されている。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、走査型プロジェクタ１からのレーザ光の拡散角を所定の角度に制御した状態でレーザ光を拡散するマイクロレンズアレイ２ｂと、マイクロレンズアレイ２ｂにより拡散角が制御されたレーザ光が照射されるとともに、マイクロレンズアレイからのレーザ光を内部で反射させてマイクロレンズアレイ２ｂとは反対側にレーザ光を出射することにより、マイクロレンズアレイ２ｂとは面対称の位置に立体投影画像１０１を投影する面対称結像素子３とを設ける。これにより、走査型プロジェクタ１からのレーザ光の光利用効率を高めることによって、面対称結像素子３により投影される立体投影画像１０１を高輝度化することができる。また、マイクロレンズアレイ２ｂが面対称結像素子３に対して傾斜して配置されることにより、面対称結像素子３を基準としてマイクロレンズアレイ２ｂとは面対称の位置に立体投影画像１０１を投影することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、マイクロレンズアレイ２ｂを、第１照射領域２４および第２照射領域２５にそれぞれ異なる形状のレンズ部２２ａおよび２２ｂが敷き詰められて表面形状を形成することによって、異なる拡散角によりレーザ光を出射するように構成する。これにより、マイクロレンズアレイ２ｂの第１照射領域２４および第２照射領域２５に応じて拡散角を制御することができるようになるので、面対称結像素子３の位置に応じて異なる拡散角でレーザ光を拡散することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、マイクロレンズアレイ２ｂを、面対称結像素子３上のマイクロレンズアレイ２ｂから遠い側にレーザ光を出射す第２照射領域２５における拡散角βが、マイクロレンズアレイ２ｂから近い側にレーザ光を出射する第１照射領域２４における拡散角αよりも小さくなるような表面形状に形成する。これにより、マイクロレンズアレイ２ｂから遠い側において、面対称結像素子３上のレーザ光が照射される領域を小さくすることができるので、面対称結像素子３を小さくすることができる。結果として、立体映像投影装置２００を小型化することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、マイクロレンズアレイ２ｂの照射領域を、面対称結像素子３上のマイクロレンズアレイ２ｂから近い側にレーザ光を比較的大きい拡散角αで出射する第１照射領域２４と、面対称結像素子３上のマイクロレンズアレイ２ｂから遠い側にレーザ光を比較的小さい拡散角βで出射する第２照射領域２５とから構成する。これにより、マイクロレンズアレイ２ｃから近い側においては、レーザ光を広範囲に拡散させて、面対称結像素子上３の小さな領域のみにレーザ光が照射されるのを抑制しつつ、マイクロレンズアレイ２ｃから遠い側においては、レーザ光の拡散を抑制することにより、面対称結像素子３上のレーザ光が照射される領域を小さくすることができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図８、図１１および図１２を参照して、本発明の第３実施形態による立体映像投影装置３００の構成について説明する。

この第３実施形態では、マイクロレンズアレイ２ｂがレーザ光を拡散角αおよびβで拡散するように構成されている第２実施形態と異なり、マイクロレンズアレイ２ｃがレーザ光を拡散角α以上β以下の範囲で拡散するように構成されている立体映像投影装置３００について説明する。

マイクロレンズアレイ２ｃは、図１１および図１２に示すように、Ａ１方向側に配置され、レーザ光の拡散角がαとなる第１照射領域２７と、Ａ２方向側に配置され、レーザ光の拡散角がβとなる第２照射領域２８と、第１照射領域２７と第２照射領域２８との間の領域に配置され、レーザ光の拡散角がα以上β以下となる第３照射領域２９とから構成されている。また、マイクロレンズアレイ２ｃは、第１照射領域２７から第２照射領域２８に向かって第３照射領域２９の拡散角が徐々に小さくなるように（拡散角がα以上β以下となるように）構成されている。

また、マイクロレンズアレイ２ｃは、図１１および図１２に示すように、一方（Ｃ１方向）の面２０ａの第３照射領域２９において、側面視凸形状のレンズ部２２ｃを有するように形成されている。このレンズ部２２ｃは、第１照射領域２７から第２照射領域２８に向かって平面視における形状が楕円形状から円形状に徐々に変化するように形成されている。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、上記のように、走査型プロジェクタ１からのレーザ光の拡散角を所定の角度に制御した状態でレーザ光を拡散するマイクロレンズアレイ２ｃと、マイクロレンズアレイ２ｃにより拡散角が制御されたレーザ光が照射されるとともに、マイクロレンズアレイからのレーザ光を内部で反射させてマイクロレンズアレイ２ｃとは反対側にレーザ光を出射することにより、マイクロレンズアレイ２ｃとは面対称の位置に立体投影画像１０１を投影する面対称結像素子３とを設ける。これにより、走査型プロジェクタ１からのレーザ光の光利用効率を高めることによって、面対称結像素子３により投影される立体投影画像１０１を高輝度化することができる。また、マイクロレンズアレイ２ｃが面対称結像素子３に対して傾斜して配置されることにより、面対称結像素子３を基準としてマイクロレンズアレイ２ｃとは面対称の位置に立体投影画像１０１を投影することができる。

第３実施形態では、上記のように、マイクロレンズアレイ２ｃは、第１照射領域２７から第２照射領域２８に向かって拡散角が徐々に小さくなるように構成されている。これにより、第１照射領域２７と第２照射領域２８との境界において拡散角が急に小さくなることがないので、第１照射領域２７と第２照射領域２８との境界が立体投影画像１０１に投影されるのを抑制することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施１〜第３実施形態では、マイクロレンズアレイのレンズ部が円形状または楕円形状から構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、マイクロレンズアレイのレンズ部が多角形形状から構成されるなど、レンズ部は、円形状または楕円形状以外の形状から構成されてもよい。

また、上記第２および第３実施形態では、マイクロレンズアレイは、面対称結像素子上のマイクロレンズアレイから遠い側にレーザ光を出射する照射領域における拡散角が、マイクロレンズアレイから近い側にレーザ光を出射する照射領域における拡散角よりも小さくなるような表面形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、マイクロレンズアレイは、面対称結像素子上のマイクロレンズアレイから近い側にレーザ光を出射する照射領域における拡散角が、マイクロレンズアレイから遠い側にレーザ光を出射する照射領域における拡散角よりも小さくなるような表面形状を有してもよい。

また、上記実施１〜第３実施形態では、平行なレーザ光に補正するためにフレネルレンズを利用したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、フレネルレンズ以外のレンズを使用して平行なレーザ光に補正してもよい。

また、上記第２および第３実施形態では、拡散角を異ならせるマイクロレンズアレイ上の照射領域をそれぞれ２つおよび３つで構成したが、本発明はこれに限られない。本発明では、レーザ光の照射領域を４つ以上で構成してもよい。

また、上記実施１〜第３実施形態では、面対称結像素子を２枚の透明な平板状の光制御パネルと光制御パネルとを密着させて貼り合わせることにより積層状に形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。

１ 走査型プロジェクタ（投影部）
２ａ、２ｂ、２ｃ マイクロレンズアレイ
３ 面対称結像素子
４ フレネルレンズ（レンズ）
２４、２７ 第１照射領域
２５、２８ 第２照射領域
１００、２００、３００ 立体映像投影装置
１０１ 立体投影画像

Claims (7)

1. 立体投影画像を投影するためのレーザ光を走査して出射する投影部と、
   前記投影部からのレーザ光の拡散角を所定の角度に制御した状態でレーザ光を拡散するマイクロレンズアレイと、
   前記マイクロレンズアレイにより拡散角が制御されたレーザ光が照射されるとともに、前記マイクロレンズアレイからのレーザ光を内部で反射させて前記マイクロレンズアレイとは反対側にレーザ光を出射することにより、前記マイクロレンズアレイとは面対称の位置に前記立体投影画像を投影する面対称結像素子とを備え、
   前記マイクロレンズアレイは、前記面対称結像素子に対して傾斜して配置されている、立体映像投影装置。
2. 前記マイクロレンズアレイは、レーザ光の拡散角を制御することにより略すべてのレーザ光が前記面対称結像素子に照射するように構成されている、請求項１に記載の立体映像投影装置。
3. 前記面対称結像素子に対して傾斜して配置されるとともに、前記マイクロレンズアレイに対して略平行に配置され、前記マイクロレンズアレイに前記投影部からのレーザ光が略垂直に入射するように前記投影部からのレーザ光を平行なレーザ光に補正するレンズをさらに備えた、請求項１または２に記載の立体映像投影装置。
4. 前記マイクロレンズアレイは、複数のレーザ光の照射領域を有するとともに、前記複数の照射領域に応じて前記マイクロレンズアレイ上に異なる表面形状を有することによって、異なる拡散角によりレーザ光を出射するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体映像投影装置。
5. 前記マイクロレンズアレイは、前記面対称結像素子上の前記マイクロレンズアレイから遠い側にレーザ光を出射する前記照射領域における拡散角が、前記マイクロレンズアレイから近い側にレーザ光を出射する前記照射領域における拡散角よりも小さくなるような表面形状を有している、請求項４に記載の立体映像投影装置。
6. 前記マイクロレンズアレイの照射領域は、前記面対称結像素子上の前記マイクロレンズアレイから近い側にレーザ光を比較的大きい拡散角で出射する第１照射領域と、前記面対称結像素子上の前記マイクロレンズアレイから遠い側にレーザ光を比較的小さい拡散角で出射する第２照射領域とを含む、請求項５に記載の立体映像投影装置。
7. 前記マイクロレンズアレイは、前記第１照射領域から前記第２照射領域に向かって拡散角が徐々に小さくなるように構成されている、請求項６に記載の立体映像投影装置。

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