JP2015148664A - 画像表示装置及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】虚像の視認性を向上させることができる画像表示装置を提供すること。【解決手段】 画像表示装置１０００は、半導体レーザからの光により画像を形成し、該画像を形成した後の画像光を透過反射部材（反射面素子１０）に入射させる画像表示装置であり、透過反射部材に入射される画像光の透過反射部材に対するＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多くなるように半導体レーザが配置されている。この場合、虚像の視認性を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置及び移動体に係り、更に詳しくは、光により形成された画像の虚像を透過反射部材を介して視認可能にする画像表示装置及び該画像表示装置が搭載された移動体に関する。

従来、光により形成された画像の虚像を車両のフロントガラス（透過反射部材）を介して視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示されているヘッドアップディスプレイ装置では、虚像の視認性に向上の余地があった。

本発明は、レーザ光源からの光により画像を形成し、該画像を形成した後の画像光を透過反射部材に入射させる画像表示装置において、前記透過反射部材に入射される前記画像光の前記透過反射部材に対するＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多くなるように前記レーザ光源が配置されていることを特徴とする画像表示装置である。

本発明によれば、虚像の視認性を向上させることができる。

図１（ａ）〜図１（ｃ）は、画像表示装置の実施の１形態を説明するための図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、微細凸レンズによる拡散と干渉性ノイズ発生を説明するための図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、干渉性ノイズの除去を説明するための図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、微細凸レンズの配列形態例を３例示す図である。 図５（ａ）〜図５（ｅ）は、微細凸レンズの配列形態の他の例を５例示す図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、アナモフィックな微細凸レンズを説明するための図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、被走査面素子の例を２例説明する図である。 微細凸レンズの配列形態の他の例を１例示す図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、それぞれ半導体レーザからの射出光のファーフィールドパターンを説明するための図（その１及びその２）である。

以下、実施の形態を説明する。
図１は、画像表示装置の実施の１形態を説明するための図である。

図１に即して説明する画像表示装置１０００は、２次元のカラー画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であり、図１（ａ）に装置の全体を説明図的に示す。

画像表示装置１０００は、一例として、車両、航空機、船舶等の移動体に搭載され、該移動体に設けられた透過反射部材（例えばフロントガラス）を介して該移動体の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば移動速度、移動距離等に関する情報）を視認可能にする。以下では、移動体を基準に設定されたＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。ここでは、Ｚ軸方向は、移動体の操縦者１１（以下では、観察者１１とも称する）から見て前後方向であり、移動体の移動方向に概ね平行である。Ｘ軸方向は、移動体の操縦者１１から見て左右方向である。Ｙ軸方向は、移動体の操縦者１１から見て上下方向である。なお、「透過反射部材」とは、入射した光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる部材を意味する。

以下では、例えば移動体の操縦者１１から見た左右方向（Ｘ軸方向）を「横方向」とも呼ぶ。また、例えば移動体の操縦者１１から見た前後方向（Ｚ軸方向）、上下方向（Ｙ軸方向）等のＸ軸に直交する任意の方向を「縦方向」とも呼ぶ。

図１（ａ）において、符号１００で示す部分は「光源部」であり、この光源部１００からカラー画像表示用の画素表示用ビームＬＣが＋Ｚ方向に射出される。

画素表示用ビームＬＣは、赤（以下「Ｒ」と表示する。）、緑（以下「Ｇ」と表示する。）、青（以下「Ｂ」と表示する。）の３色のビームを１本に合成したビームである。

即ち、光源部１００は、例えば、図１（ｂ）の如き構成となっている。

図１（ｂ）において、符号ＲＳ、ＧＳ、ＢＳで示すレーザ光源としての半導体レーザは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光を射出する。ここでは、各半導体レーザとして、端面発光レーザとも呼ばれるレーザダイオード（ＬＤ）が用いられている。

また、各半導体レーザは、一例として、例えば矩形、楕円形等の長手方向（長径方向）及び該長手方向に直交する短手方向（短径方向）を有する射出面（端面）を有し、該射出面から該射出面に垂直な方向（射出方向）にレーザ光を射出する。

各半導体レーザは、一例として、射出光における電界の振動方向が互いに直交する第１及び第２の偏光成分のうち第１の偏光成分が第２の偏光成分よりも多くなるように設計されている。ここでは、第１の偏光成分の電界の振動方向は、射出面の長手方向及び射出方向のいずれにも平行な平面に平行である。第２の偏光成分の電界の振動方向は、射出面の短手方向及び射出方向のいずれにも平行な平面に平行である。

なお、射出光の光量を一定とした場合に、該射出光に占める第１の偏光成分の割合は、極力大きいことが好ましく、略１００％であること（射出光に占める第２の偏光成分の割合が略０％であること）が最も好ましい。

各半導体レーザは、一例として、射出面がＹＺ平面に垂直となるように配置されている。

詳述すると、半導体レーザＲＳは、一例として、射出面の長手方向がＸ軸に平行となり、かつ短手方向がＹ軸に平行となり、かつ射出方向が＋Ｚ方向となるように配置されている。この場合、半導体レーザＲＳでは、第１の偏光成分の電界の振動方向がＹＺ平面に垂直となり、かつ第２の偏光成分の電界の振動方向がＹＺ平面に平行となる。すなわち、半導体レーザＲＳからの射出光は、電界の振動方向がＹＺ平面に垂直な偏光成分が、電界の振動方向がＹＺ平面に平行な偏光成分よりも多い。

半導体レーザＲＳからの射出光のニアフィールドでの有効断面、すなわちニアフィールドパターン（近視野像）は、長手方向がＸ軸に平行となり、短手方向がＹ軸に平行となる。そして、半導体レーザＲＳからの射出光のファーフィルドでの有効断面、すなわちファーフィールドパターン（遠視野像）は、長手方向がＹ軸に平行となり、短手方向がＸ軸に平行となる（図９（ａ）参照）。すなわち、半導体レーザＲＳからの射出光のファーフィールドパターンは、縦長である。

また、半導体レーザＧＳ、ＢＳそれぞれは、射出面の長手方向がＸ軸に平行となり、かつ短手方向がＺ軸に平行となり、かつ射出方向が＋Ｙ方向となるように配置されている。この場合、半導体レーザＧＳ、ＢＳそれぞれでは、第１の偏光成分の電界の振動方向がＹＺ平面に垂直となり、かつ第２の偏光成分の電界の振動方向がＹＺ平面に平行となる。すなわち、半導体レーザＧＳ、ＢＳそれぞれからの射出光は、電界の振動方向がＹＺ平面に垂直な偏光成分が、電界の振動方向がＹＺ平面に平行な偏光成分よりも多い。以下では、「電界の振動方向がＹＺ平面に垂直な偏光成分が、電界の振動方向がＹＺ平面に平行な偏光成分よりも多い」を便宜上「ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い」と略記する。

半導体レーザＧＳ、ＢＳそれぞれからの射出光のニアフィールドでの有効断面、すなわちニアフィールドパターン（近視野像）は、長手方向がＸ軸に平行となり、短手方向がＺ軸に平行となる。そして、半導体レーザＧＳ、ＢＳそれぞれからの射出光のファーフィルドでの有効断面、すなわちファーフィールドパターン（遠視野像）は、長手方向がＺ軸に平行となり、短手方向がＸ軸に平行となる（図９（ａ）参照）。すなわち、半導体レーザＧＳ、ＢＳそれぞれからの射出光のファーフィールドパターンは、縦長である。

なお、図９（ａ）の符号ＷはファーフィールドパターンでのＸ軸方向の発散角を示し、符号ＨはファーフィールドパターンでのＹ軸方向又はＺ軸方向の発散角を示している。

ここで、「有効断面」とは、レーザ光の断面内で相対強度が２０％〜８０％の部分を意味する（（図９（ｂ））参照）。

以下では、「有効断面の長手方向がＸ軸に平行な」を「有効断面が横長の」とも称し、「有効断面の長手方向がＸ軸に直交する」を「有効断面が縦長の」とも称する。

符号ＲＣＰ、ＧＣＰ、ＢＣＰで示すカップリングレンズは、半導体レーザＲＳ、ＧＳ、ＢＳから射出された、ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が縦長の各色レーザ光束の発散性を抑制する。

カップリングレンズＲＣＰ、ＧＣＰ、ＢＣＰにより発散性を抑制された、ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が縦長の各色レーザ光束は、アパーチュアＲＡＰ、ＧＡＰ、ＢＡＰにより整形される。

整形された、ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が縦長の各色レーザ光束はビーム合成プリズム１０１に入射する。
ビーム合成プリズム１０１は、Ｒ色光を透過させＧ色光を反射するダイクロイック膜Ｄ１と、Ｒ・Ｇ色光を透過させＢ色光を反射するダイクロイック膜Ｄ２を有する。

ここでは、アパーチュアＲＡＰで整形された、有効断面の長手方向がＹ軸に平行かつ短手方向がＸ軸に平行な（有効断面が縦長の）Ｒ色光は、ダイクロイック膜Ｄ１を＋Ｚ方向に透過した後、ダイクロイック膜Ｄ２を＋Ｚ方向に透過する。すなわち、ダイクロイック膜Ｄ２を透過したＲ色光は、有効断面が縦長のレーザ光である。

また、アパーチュアＧＡＰで整形されたＧ色光は、有効断面の長手方向がＺ軸に平行かつ短手方向がＸ軸に平行な（有効断面が縦長の）状態でダイクロイック膜Ｄ１に入射し、該ダイクロイック膜Ｄ１で＋Ｚ方向に向けて反射され（光路を９０°折り曲げられ）、有効断面の長手方向がＹ軸に平行かつ短手方向がＸ軸に平行な状態でダイクロイック膜Ｄ２を＋Ｚ方向に透過する。すなわち、ダイクロイック膜Ｄ２を透過したＧ色光は、有効断面が縦長のレーザ光である。

また、アパーチュアＢＡＰで整形されたＢ色光は、有効断面の長手方向がＺ軸に平行かつ短手方向がＸ軸に平行な（有効断面が縦長の）状態でダイクロイック膜Ｄ２に入射し、該ダイクロイック膜Ｄ２で＋Ｚ方向に向けて反射される（光路を９０°折り曲げられる）。すなわち、ダイクロイック膜Ｄ２を透過したＢ色光は、有効断面が縦長のレーザ光である。

結果として、ビーム合成プリズム１０１からは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が縦長のレーザ光束が１本の光束に合成されて＋Ｚ方向に射出される。この場合、合成された光束も、ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が縦長のレーザ光束となる。

ビーム合成プリズム１０１から射出された光束は、レンズ１０２により所定の断面積の「平行ビーム」に変換される。
この「平行ビーム」が、画素表示用ビームＬＣである。

画素表示用ビームＬＣを構成するＲ、Ｇ、Ｂの各色レーザ光束は、表示するべき「２次元のカラー画像」の画像信号により（画像データに応じて）強度変調されている。強度変調は、半導体レーザを直接変調する直接変調方式であっても良いし、半導体レーザから射出されたレーザ光束を変調する外部変調方式であっても良い。

即ち、半導体レーザＲＳ、ＧＳ、ＢＳは、図示されない駆動手段により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分の画像信号により発光強度を変調される。

光源部１００から射出された、ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が縦長の画素表示用ビームＬＣは、２次元偏向手段６に入射し、２次元的に偏向される。
２次元偏向手段６は、この形態例では、微小なミラーを「互いに直交する２軸」を揺動軸として揺動するように構成されたものである。

即ち、２次元偏向手段６は具体的には、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）である。

２次元偏向手段は、この例に限らず、他の構成のもの、例えば、１軸の回りに揺動する微小ミラーを２個、揺動方向が互いに直交するように組み合わせたもの等でもよい。

上記の如く２次元的に偏向された、ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が縦長の画素表示用ビームＬＣは、凹面鏡７に入射し、被走査面素子８に向けて反射される。

凹面鏡７の光学作用は、２次元的に偏向されて入射する画素表示用ビームＬＣを反射し、反射された画素表示用ビームＬＣの向きを、一定方向に揃えることである。
即ち、凹面鏡７により反射された、ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が縦長の画素表示用ビームＬＣは、２次元偏向手段６による偏向に伴い平行移動しつつ被走査面素子８に入射し、該被走査面素子８を２次元的に走査する。

この２次元的な走査により、被走査面素子８に「カラーの２次元画像」が形成される。

勿論、被走査面素子８に各瞬間に表示されるのは「画素表示用ビームＬＣが、その瞬間に照射している画素のみ」である。

カラーの２次元画像は、画素表示用ビームＬＣによる２次元的な走査により「各瞬間に表示される画素の集合」として形成される。

ここで、被走査面素子８は、入射された、ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が縦長の画素表示用ビームＬＣの有効断面の長手方向を略９０°回転させ射出する。すなわち、該画素表示用ビームＬＣは、被走査面素子８で有効断面が縦長から横長に変換される。つまり、画素表示用ビームＬＣは、被走査面素子８を透過する前後で有効断面の長手方向と短手方向が逆になる。
すなわち、被走査面素子８に、上記の如く、画像データに応じて変調された光により「カラーの２次元画像」が形成され、該２次元画像を形成した後の、ＹＺ平面に垂直な偏光成分が多い有効断面が横長の画像光が凹面鏡９に入射して反射される。

図１には示されていないが、被走査面素子８は後述する「微細凸レンズ構造」を有している。凹面鏡９は「虚像結像光学系」を構成する。

「虚像結像光学系」は、前記「カラーの２次元画像」の拡大虚像１２を結像させる。
拡大虚像１２の結像位置の手前側には、反射面素子１０が設けられ、拡大虚像１２を結像する有効断面が横長の光束を、観察者１１（図には観察者の目を示す。）の側へ反射する。

この反射光により、観察者１１は、拡大虚像１２を視認できる。

ここでは、反射面素子１０は、平板状の透過反射部材から成り、ＹＺ平面に垂直に、かつＸＺ平面に対して傾斜するように配置されている。この場合、反射面素子１０に入射（ここでは斜入射）される画像光（反射面素子１０への入射光）は、入射面に電界の振動方向が垂直なＳ偏光成分が該入射面に電界の振動方向が平行なＰ偏光成分よりも多い。逆に言うと、光源部１００の各半導体レーザは、反射面素子１０に入射される画像光の反射面素子１０に対するＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多くなるように配置されている。

ここで、「入射面」とは、反射面素子１０における画像光が入射される面の法線と、反射面素子１０に入射される画像光（反射面素子１０への入射光）とを含む面を意味する。

結果として、反射面素子１０には、有効断面が横長であり、かつＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多い画像光が入射される。

この場合、画像光の反射面素子１０に対するＳ偏光成分はＰ偏光成分よりも反射率が高いため、仮に該画像光のＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも少ない場合に比べて、観察者１１に向けて反射する光の光量を大きくすることができる。また、観察者１１に向けて反射する光の有効断面が横長であるため、該光の横方向の視野角が広くなる。結果として、虚像の視認性を向上させることができる。

被走査面素子８は、上述の如く、微細凸レンズ構造を有している。
後述するように、微細凸レンズ構造は「複数の微細凸レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列された」ものである。ここでは、各微細凸レンズの光軸は、一例として、Ｚ軸に平行となっている。また、複数の微細凸レンズは、一例として、ＸＹ平面に平行な所定平面に沿って２次元配列されている。

そして、個々の微細凸レンズは、画素表示用ビームＬＣを拡散させる機能を持つ。以下に、この「拡散機能」を簡単に説明する。

図１（ｃ）において、符号Ｌ１〜Ｌ４は、被走査面素子８に入射する４本の画素表示用ビームを示している。

これ等の４本の画素表示用ビームＬ１〜Ｌ４は、被走査面素子８に形成される２次元画像の４隅に入射する画素表示用ビームであるものとする。

これら４本の画素表示用ビームＬ１〜Ｌ４は、被走査面素子８を透過すると、ビームＬ１１〜Ｌ１４のように変換される。

仮に、画素表示用ビームＬ１〜Ｌ４で囲まれる断面が縦長の４辺形の光束を、被走査面素子８に入射させると、この光束は「ビームＬ１１〜Ｌ１４で囲まれる断面が横長の４辺形の発散性の光束」となる。なお、図１（ｃ）では、Ｌ１〜Ｌ４で囲まれる断面は横長に見えるが、実際には縦長である。

微細凸レンズのこの機能が「拡散機能」である。

「ビームＬ１１〜Ｌ１４で囲まれる発散性の光束」は、このように発散性光束に変換された画素表示用ビームを時間的に集合した結果である。

画素表示用ビームを拡散させるのは「反射面素子１０により反射された光束が、観察者１１の目の近傍の広い領域を照射する」ようにするためである。

上記拡散機能が無い場合には、反射面素子１０により反射された光束が「観察者１１の目の近傍の狭い領域」のみを照射する。

このため、観察者１１が頭部を動かして、目の位置が上記「狭い領域」から逸れると、観察者１１は拡大虚像１２を視認できなくなる。

上記のように、画素表示用ビームＬＣを拡散することにより、反射面素子１０による反射光束は「観察者１１の目の近傍の広い領域」を照射する。

従って、観察者が「頭を少々動かし」ても、拡大虚像１２を確実に視認できる。

上記の如く、説明中の形態例において、被走査面素子８に入射する画素表示用ビームＬＣは平行ビームであるが、被走査面素子８を透過した後は発散性のビームとなる。

ここで、微細凸レンズは、Ｘ軸方向に関する屈折率（拡散パワー）がＹ軸方向に関する屈折率（拡散パワー）よりも大きい。すなわち、微細凸レンズは、Ｘ軸方向に関する曲率がＹ軸方向に関する曲率よりも大きい。そして、微細凸レンズに入射される縦長の画素表示用ビームＬＣの有効断面の短手方向（短径方向）は、Ｘ軸方向に一致している。

この場合、微細凸レンズは、入射された画素表示用ビームＬＣを、有効断面を縦長から横長に変換して射出する。すなわち、微細凸レンズは、画素表示用ビームＬＣの有効断面の長手方向（長径方向）を略９０°回転させる。

そして、被走査面素子８から射出され凹面鏡９で拡大反射された画素表示用ビームＬＣは、反射面素子１０に対するＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多く有効断面が横長の状態で反射面素子１０に入射される。

結果として、反射面素子１０には、光源部１００から射出された画素表示用ビームＬＣの光量をほぼ維持した、Ｓ偏光成分がＰ偏光成分よりも多い有効断面が横長のレーザ光束が入射される。

ここで、反射面素子１０に入射したレーザ光束のうちＳ偏光成分の反射率は、Ｐ偏光成分の反射率よりも大きい。

この場合、反射面素子１０に入射されるレーザ光束の光量が同じでＳ偏光成分よりもＰ偏光成分が多い場合に比べて、反射面素子１０で反射されるレーザ光束の光量が多くなり、反射面素子１０を介した虚像の視認性が向上する。

ところで、一般に、ヘッドアップディスプレイによって透過反射部材を介して視認可能に表示される虚像は横長（原画像も横長）であるため、該虚像の原画像の各画素を形成するのに必要とされる画角は、縦方向よりも横方向に大きい。また、観察者は、正面のみならず斜め横方向からも虚像を観察するため、縦方向よりも横方向の視野角を確保する必要がある。

そこで、被走査面素子８においてＹ軸方向の発散角よりもＸ軸方向の発散角を大きく設定することで、画像表示装置１０００の要求画角を満たす必要最小限の範囲に光を発散させ、光の利用効率を向上させることができ、観察者の目に入射される画像光の輝度を向上させることが可能である。

この発明における被走査面素子８は、画素表示用ビームＬＣを拡散させる複数の微細凸レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列された「微細凸レンズ構造」を有する。

微細凸レンズは「画素表示用ビームＬＣのビーム径」より大きい。

微細凸レンズを「画素表示用ビームＬＣのビーム径」より大きくするのは、干渉性ノイズ低減のためであり、以下これを、図２及び図３を参照して説明する。

図２（ａ）において、符号８０２は被走査面素子を示す。
被走査面素子８０２は、微細凸レンズ８０１を配列した微細凸レンズ構造を有する。

符号８０３で示す「画素表示用ビーム」の光束径８０７は、微細凸レンズ８０１の大きさよりも小さい。

即ち、微細凸レンズ８０１の大きさ８０６は、光束径８０７よりも大きい。
なお、説明中の形態例で、画素表示用ビーム８０３はレーザ光束であり、光束中心のまわりにガウス分布状の光強度分布をなす。
従って、光束径８０７は、光強度分布における光強度が「１／ｅ^２」に低下する光束半径方向距離である。
図２（ａ）では、光束径８０７は微細凸レンズ８０１の大きさ８０６に等しく描かれているが、光束径８０７が「微細凸レンズ８０１の大きさ８０６」に等しい必要は無い。
微細凸レンズ８０１の大きさ８０６をはみ出さなければよい。

図２（ａ）において、画素表示用ビーム８０３は、その全体が１個の微細凸レンズ８０１に入射し、発散角８０５をもつ拡散光束８０４に変換される。

なお、「発散角」は、以下において「拡散角」と呼ぶこともある。

図２（ａ）の状態では、拡散光束８０４は１つで、干渉する光束が無いので、干渉性ノイズ（スペックルノイズ）は発生しない。

なお、発散角８０５の大きさは、微細凸レンズ８０１の形状により適宜設定できる。

図２（ｂ）では、画素表示用ビーム８１１は、光束径が微細凸レンズの配列ピッチ８１２の２倍となっており、２個の微細凸レンズ８１３、８１４に跨って入射している。

この場合、画素表示用ビーム８１１は、入射する２つの微細凸レンズ８１３、８１４により２つの発散光束８１５、８１６のように拡散される。

２つの発散光束８１５、８１６は、領域８１７において重なり合い、この部分で互いに干渉して干渉性ノイズを発生する。

図３（ａ）は、画素表示用ビーム８２４が、被走査面素子８２１の、２つの微細凸レンズ８２２、８２３に跨って入射している状態を示す。

画素表示用ビーム８２４の光束径は、微細凸レンズ８２２等の大きさに等しい。
この場合、微細凸レンズ８２２に入射したビーム部分は発散光束８２６となり、微細凸レンズ８２３に入射したビーム部分は発散光束８２７となって拡散される。

発散光束８２６と８２７とは、互いに遠ざかる方向へ拡散されるので、これらが相互に重なり合うことはなく、従って、この状態で干渉性ノイズは発生しない。

即ち、微細凸レンズにより拡散された光束による干渉性ノイズは、画素表示用ビーム８２４のビーム径を、微細凸レンズ８２２の大きさ以下に設定すれば発生しない。

微細凸レンズの径と、被走査面素子に入射する画素表示用ビームのビーム径の具体的な数値例を例示する。

画素表示用ビームのビーム径を、例えば１５０μｍ程度に設定することは容易である。

この場合には、微細凸レンズ構造を構成する微細凸レンズの大きさは、上記１５０μｍ以上の大きさ、例えば、１６０μｍ、２００μｍ等に設定すれば良い。

図３（ａ）に示す被走査面素子８２１では、微細凸レンズ８２２、８２３・・は隙間なく配列されている。

従って、隣接する微細凸レンズ面の「境界部の幅（以下「境界幅」とも言う。）は０」である。
このため、微細凸レンズ８２２、８２３に、図３（ａ）の如く入射する画素表示用ビーム８２４から発生する発散光束は、発散光束８２６、８２７のみである。

しかしながら、実際に形成される微細凸レンズ構造では「隣接する微細凸レンズの境界幅が０となる」ことは無い。

即ち、図３（ｂ）に示す被走査面素子８３１のように、実際に形成される微細凸レンズ構造では、微細凸レンズ８３３、８３４の境界部８３５は「幅：０」とはならない。

微細凸レンズ８３３、８３４の境界部８３５は、微視的には「曲面が滑らかに連続」しており、境界部８３５には曲面が形成される。

このように境界部８３５に形成された曲面は、この部分に画素表示用ビームが入射すると、入射光部分に対して「微小なレンズ面」として作用する。

従って、微細凸レンズ８３３、８３４に跨って入射する画素表示用ビーム８３２は、発散光束８３６、８３７とともに発散光束８３８も発生させる。

発散光束８３８は境界部８３５の曲面のレンズ作用により発生し、発散光束８３６、８３７と、領域８３９、８４０において重なり合って干渉し、干渉性ノイズを発生させる。

図３（ｃ）は、微細凸レンズ構造における「干渉性ノイズの軽減ないし防止」を説明するための図である。

微細凸レンズ構造において、微細凸レンズ８４１、８４２のレンズ面が緩やかに繋がった境界部８４３の曲面形状は、それ自体が「微小なレンズ面」をなしている。

境界部８４３の曲面形状の曲率半径を図の如く「ｒ」とする。

ここで、説明の簡単のため、微細凸レンズ構造に入射する画素表示用ビームを「波長：λの単色レーザ光束」とする。

境界部８４３の曲率半径：ｒが、画素表示用ビームの波長：λよりも大きい場合（ｒ＞λ）、曲率半径：ｒの曲面は、入射する画素表示用ビームに対してレンズ作用を及ぼす。

従ってこの場合、境界部８４３を通過するビーム成分は発散され、微細凸レンズ８４１、８４２により拡散された光束と重なり合って干渉し、干渉性ノイズを発生する。

一方、境界部８４３の曲率半径：ｒが、画素表示用ビームの波長：λより小さくなると、境界部８４３は画素表示用ビームに対して「サブ波長構造」となる。
周知の如く、サブ波長構造は「サブ波長構造よりも大きい波長の光」に対してはレンズ作用を生じない。
従って、波長：λより小さい曲率半径：ｒをもった境界部８４３は「レンズ」として作用せず、画素表示用ビームを直進的に透過させ、発散させることがない。

このため、境界部８４３を直進的に透過したビーム部分と、微細凸レンズ８４１、８４２により拡散された発散光束とは重なり合わず、干渉による干渉性ノイズは発生しない。

即ち、画素表示用ビームのビーム径：ｄ、波長：λ、微細凸レンズの大きさ：Ｄ、境界部をなす面の曲率半径：ｒの大小関係は、以下のように定めるのが良い。
Ｄ＞ｄ、λ＞ｒ。

表示すべき２次元の拡大虚像がモノクロ画像である場合には、波長：λの単色のコヒーレント光により画素表示用ビームを形成する。
従って、この場合には、上記Ｄ、ｄ、ｒ、λが上記大小関係を満足するように設定することにより、干渉性ノイズを抑制できる。

説明中の実施の形態のように、２次元のカラー画像（拡大虚像）を表示する場合、画素表示用ビームＬＣは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のビームの合成されたものである。

これ等の３ビームの波長をλＲ（＝６４０ｎｍ）、λＧ（＝５１０ｎｍ）、λＢ（＝４４５ｎｍ）とすると、これらの大小関係は「λＲ＞λＧ＞λＢ」である。

従って、干渉性ノイズ防止の観点からすれば、上記境界部をなす面の曲率半径：ｒを、最短波長：λＢよりも小さく、例えば、４００ｎｍとすればよい。

しかし、最長波長：λＲよりも小さい曲率半径：ｒ（例えば６００ｎｍ）を設定すれば、画像表示ビームのＲ成分による干渉性ノイズを防止できる。

即ち、干渉性ノイズを有効に軽減させることができる。

「ｒ（例えば５００ｎｍ）＜λＧ」とすれば、画像表示ビームのＲ成分およびＧ成分の光による干渉性ノイズを防止できる。
画素表示用ビームＬＣが「Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のビームの合成されたもの」である場合、干渉性ノイズは、これら３色の成分について独立に発生する。
そして、これら独立した３色Ｒ、Ｇ、Ｂのビームの干渉性ノイズの「総体」が、視認される干渉性ノイズとなる。
従って、３色の干渉性ノイズのうち、１色でも干渉性ノイズが無くなれば、視認される干渉性ノイズは大幅に改善され、観察画像の画質向上に寄与する。
従って、干渉性ノイズの防止効果は、３色のうちで「最も長波長のＲ成分」のみでも効果があり、次いでＧ成分、Ｂ成分という順で「低減効果」が向上する。
したがって、最長波長：λＲよりも小さい曲率半径：ｒ（例えば６００ｎｍ）を設定すれば、干渉性ノイズの軽減上、一定の効果を達成できる。
干渉性ノイズの視認性は、波長やビーム径・マルチ／シングルモードなどでノイズ強度は変わるが、一般的にはＲ≒Ｇ＞Ｂの順で高い。
即ち、波長：λＢの光は人間の眼の視感度が低く、干渉性ノイズは目立ちにくい。
従って、波長：λＧよりも小さい曲率半径：ｒ（例えば５００ｎｍ）を設定すれば、視認性の比較的高い波長：λＲとλＧの光による干渉性ノイズを軽減できる。
視感度が低い波長：λＢの光による干渉性ノイズは発生しても、さほど目立たない。
勿論、波長：λＢよりも小さい曲率半径：ｒ（例えば４００ｎｍ）を設定すれば、上記の如く、干渉性ノイズを更に有効に軽減できる。

微細凸レンズ構造を構成する複数の微細凸レンズそれぞれの大きさは、上記の如く、１００μｍオーダであり、これは通常の「マイクロレンズ」として実現できる。

また、複数の微細凸レンズを配列した微細凸レンズ構造は「マイクロレンズアレイ」として実現できる。

従って、以下、微細凸レンズを「マイクロレンズ」とも呼び、微細凸レンズ構造を「マイクロレンズアレイ」とも呼ぶこととする。

マイクロレンズアレイは、一般に、マイクロレンズアレイのレンズ面アレイの転写面を持つ金型を作製し、この金型を用いて、樹脂材料に金型面を転写して作製される。
金型における転写面の形成は、切削やフォトリソグラフィなどを用いて形成する方法が知られている。

また、樹脂材料への転写面の転写は、例えば「射出成形」で行うことができる。

隣接マイクロレンズの境界部における曲率半径を小さくすることは、境界幅を小さくすることにより実現できる。
小さい境界幅は、隣接マイクロレンズ面の形成する境界部の「尖鋭化」することにより実現できる。

マイクロレンズアレイ用の金型において、「隣接マイクロレンズ間の境界幅」の大きさを波長オーダまで小さくする工法は、種々の方法が知られている。

例えば、特許第４２００２２３号公報は、異方性エッチングおよびイオン加工により各マイクロレンズの曲率半径を増加させ、境界部の非レンズ部分を除去する方法を開示している。

また、特許第５０１０４４５号公報は、等方性ドライエッチングを用いて、隣接マイクロレンズ間の平坦面を除去する方法を開示している。

例えば、これらの公知の方法を用いることにより、隣接マイクロレンズ間の境界部を成す面の曲率半径が、十分に小さいマイクロレンズアレイを作製可能である。
即ち、上に説明した被走査面素子は、複数のマイクロレンズが相互に近接して配列した構造を有するマイクロレンズアレイとして構成できる。
隣接するマイクロレンズの境界部をなす面の曲率半径：ｒを６４０ｎｍよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成することにより、Ｒ成分光の干渉性ノイズを防止できる。
また、上記曲率半径：ｒを５１０ｎｍよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成すれば、Ｒ成分光とＧ成分光による干渉性ノイズを防止できる。
隣接するマイクロレンズの境界部をなす面の曲率半径：ｒを４４５ｎｍよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成すれば、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分光の干渉性ノイズを防止できる。

上には、図１に示す画像表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）について説明した。

図１に示す凹面鏡７は「２次元的に偏向されて入射する画素表示用ビームＬＣを反射し、反射された画素表示用ビームＬＣの向きを、一定方向に揃える機能」を持つ。
即ち、凹面鏡７は「２次元的に偏向された画素表示用ビームの偏向範囲を調整し、被走査面素子の走査範囲を規制する偏向範囲規制手段」として機能する。

このような偏向範囲規制手段は、２次元偏向手段６により２次元的に偏向された画素表示用ビームの偏向角がさほど大きくない場合には、省略することもできる。

次に、微細凸レンズ構造（マイクロレンズアレイ）における複数の微細凸レンズ（マイクロレンズ）の配列形態の例を説明する。

マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズに対する条件は上記の如くである。

即ち、「画素表示用ビームのビーム径より大きい複数の微細凸レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列されて微細凸レンズ構造を構成」する。

そこで、このような条件を満足するマイクロレンズアレイの具体的な形態を３例、図４に示す。
図４（ａ）に形態例を示すマイクロレンズアレイ８７は、正方形形状のマイクロレンズ８７１１、８７１２・・等を正方行列状に配列したものである。

ヘッドアップディスプレイ装置において表示される２次元画像（拡大虚像）の画素数は、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列周期で決定される。

図４（ａ）の配列の場合、Ｘ軸方向に隣接するマイクロレンズ８７１１、８７１２の中心間距離をＸ１とする。

また、図においてＹ軸方向に隣接するマイクロレンズ８７１１、８７２１の中心間距離をＹ１とする。これら、Ｘ１、Ｙ１を「１画素の実効サイズ」と見做すことができる。

「１画素の実効サイズ」を以下において「１画素の実効ピッチ」あるいは「実効画素ピッチ」とも呼ぶ。

図４（ｂ）に形態例を示すマイクロレンズアレイ８８は、正六角形形状のマイクロレンズ８８１１、８８２１・・を稠密に配列したものである。

この場合のマイクロレンズの配列では、配列されるマイクロレンズ８８１１等は、Ｘ軸方向に平行な辺を持たない。

即ち、Ｘ軸方向に配列するマイクロレンズの上辺・下辺は「ジグザク状」になるので、このような配列を「ジグザグ型配列」と呼ぶ。

図４（ｃ）に形態例を示すマイクロレンズアレイ８９は、正六角形形状のマイクロレンズ８９１１、８９２１・・を稠密に配列したものである。

この場合のマイクロレンズの配列では、配列されるマイクロレンズ８９１１等は、Ｘ軸方向に平行な辺を持っている。この場合の配列を「アームチェア型配列」と呼ぶ。

ジグザグ型配列とアームチェア型配列を合わせて「ハニカム型配列」と呼ぶ。

図４（ｃ）に示すアームチェア型配列は、図４（ｂ）に示すジグザグ型配列を、９０度回転させた配列である。
ジグザグ型配列では、マイクロレンズの配列では、図に示すＸ２を「Ｘ軸方向の実効画素ピッチ」、Ｙ２を「Ｙ軸方向の実効画素ピッチ」と見做すことができる。

アームチェア型配列では、図に示すＸ３を「Ｘ軸方向の実効画素ピッチ」、Ｙ３を「Ｙ軸方向の実効画素ピッチ」と見做すことができる。

図４（ｂ）で、実効画素ピッチ：Ｙ２は、マイクロレンズ８８２１の中心と、マイクロレンズ８８１１の右側の辺の中点との距離である。

図４（ｃ）で、実効画素ピッチ：Ｘ３は、マイクロレンズ８９１１の右側に接する２つのマイクロレンズの接する辺の中点とマイクロレンズ８９１１の中心との距離である。

ジグザク型配列においては、Ｘ軸方向の実効画素ピッチ：Ｘ２が小さいので、画像表示におけるＸ軸方向の分解能を向上させることができる。

また、アームチェア型配列においては、Ｙ軸方向の分解能を向上させることができる。

このように、マイクロレンズをハニカム型に配列することにより、実際のレンズ径よりも小さい画素を実効的に表現でき、実効画素数を向上させることが可能である。

上述の如く、被走査面素子の微細凸レンズ構造（マイクロレンズアレイ）において、隣接するマイクロレンズの境界部は、曲率半径：ｒを有する。

曲率半径：ｒは、例えば、画素表示用ビームのＲ成分の波長：λＲよりも小さい。

従って、前述の如く、「Ｒ成分のコヒーレント光の干渉による干渉性ノイズ」は防止される。

しかし、画素表示用ビームのＧ成分光の波長：λＧやＢ成分光の波長：λＢよりも、前記曲率半径：ｒが大きければ、これ等の光は境界部で拡散され、互いに干渉する。

従って、この干渉による干渉性ノイズは発生する。

この場合、図４（ａ）の「正方行列状の配列」であると、境界部での発散（拡散）は、図のＸａ方向およびＹａ方向の２方向に生じ、それぞれが干渉性ノイズの原因となる。

これに対し、図４（ｂ）の配列だと、境界部での発散は、８Ａ、８Ｂ、８Ｃの３方向に起こる。また、図４（ｃ）の場合だと、９Ａ、９Ｂ、９Ｃの３方向に拡散する。

即ち、境界部での発散は、正方行列状配列では２方向に発生し、ハニカム状配列では３方向に生じる。

従って、干渉性ノイズの発生は、正方行列状の配列では２方向的、ハニカム状の配列では３方向的に生じる。

即ち、発生する干渉性ノイズは、正方行列状配列では「２方向に分散」されるのに対し、ハニカム状の配列では「３方向に分散」される。

干渉性ノイズを生じさせるコヒーレント光の最大強度は一定である。
従って、分散される数が大きいほど「発生する干渉性ノイズのコントラスト」は弱められて視認され難く（目立ち難く）なる。

従って、「境界部の曲率半径：ｒよりも小さい波長の成分による干渉性ノイズ」の発生を許容する場合には、マイクロレンズの配列は「ハニカム状配列」とするのがよい。

なお、境界幅が前記波長：λＲより大きい場合には、Ｒ成分のコヒーレント光による干渉性ノイズも発生する。

しかし、隣接する微細凸レンズの「レンズ面間の境界幅」は微小であり、微小な境界幅の部分に入射するコヒーレント光の光エネルギは小さい。

従って、干渉性ノイズを発生させる光エネルギも大きくは無い。
従って、干渉性ノイズが発生したとしても、ハニカム状配列の場合は、上記の如く、３方向に分散されることで、コントラストは弱くなる。

従って、干渉性ノイズの視認性は有効に軽減させることとなる。

図１（ａ）に即して説明したように、２次元の拡大虚像１２を結像する虚像結像光学系は、凹面鏡９により構成される。

即ち、拡大虚像１２は、凹面鏡９により結像される画素像の集合である。

微細凸レンズであるマイクロレンズに「アナモフィックな機能」を持たせると、微小凸レンズの拡散機能を、互いに直交する方向において異ならせることができる。

図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照すると、図６（ａ）及び図６（ｂ）において符号８０は、被走査面素子８に稠密に形成されたマイクロレンズ（微細凸レンズ）の個々を説明図として示している。図６（ａ）の例では、微細凸レンズは、縦長の楕円形であり、「マトリクス状配列」で配列されている。
図６（ｂ）の例では、微細凸レンズ８０は、Ｘ軸方向に平行な辺を持つ縦長の六角形であり、「アームチェア型配列」で配列されている。
微細凸レンズ８０は、そのレンズ面の曲率半径が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで異なり、Ｘ軸方向の曲率半径：Ｒｘは、Ｙ軸方向の曲率半径：Ｒｙよりも小さい。すなわち、微細凸レンズ８０は、Ｘ軸方向の曲率がＹ軸方向の曲率よりも大きい。

従って、微細凸レンズ８０のＸ軸方向のパワー（拡散パワー）は、Ｙ軸方向のパワー（拡散パワー）よりも大きい。
また、レンズ面のＸ軸方向とＹ軸方向との両方に曲率を持たせたので、図６（ｂ）に示されるように、微細凸レンズを六角形にでき、上記の如く「干渉性ノイズの視認性」を弱めることができる。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、１個の微細凸レンズ８０に、画素表示用ビームＬＣが入射した場合を示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、個々の微細凸レンズ８０のＹ軸方向の幅がＸ軸方向の幅よりも長い。

また、図６（ａ）に示されるように、画素表示用ビームＬＣのビーム径を「Ｙ軸方向に長い楕円形状」とし、Ｙ軸方向における光束径を、微細凸レンズ８０のＹ軸方向の径より小さくする。
このようにすれば、画素表示用ビームＬＣを「レンズ境界を跨がずに入射」させることが可能であり、射出する発散光束の有効断面の形状は、Ｘ軸方向に長い（横長の）楕円形状になる。

微細凸レンズのＹ軸方向の長さおよびＸ軸方向の長さに拘わらず、Ｘ軸方向の曲率の方がＹ軸方向の曲率よりも大きければ、各微細凸レンズから射出する発散ビームの光束断面ＦＸ（有効断面）は、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向の方が長くなる。すなわち、横長となる。

上に説明したヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、自動車等の車載用として用いることができ、Ｘ軸方向は「運転席から見て左右方向」、Ｙ軸方向は「上下方向」である。

この場合の反射面素子１０は、自動車のフロントガラスである。
この場合、フロントガラス前方に拡大虚像１２として、例えば「ナビゲーション画像」を表示でき、観察者１１である運転者は、この画像を運転席に居ながらフロントガラス前方から視線をほとんど逸らさずに観察できる。

このような場合、上述の如く、表示される拡大虚像は「運転者から見て横長の画像」であること、即ち、マイクロレンズに形成される画像および、拡大虚像は、Ｘ軸方向に画角の大きい画像であることが一般に好ましい。

また、上述の如く、観測者である運転者が、左右斜め方向から表示画像を見た場合にも、表示を認識できるように、横方向には「縦方向に比して大きな視野角」が要求される。
このため、拡大虚像の長手方向（Ｘ軸方向）には短手方向（Ｙ軸方向）に比して大きな拡散角（非等方拡散）が要求される。

従って、被走査面素子の微細凸レンズをマイクロレンズ上に形成された画像もしくは拡大虚像の短手方向よりも長手方向の方が曲率が大きいアナモフィックなレンズとし、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「２次元画像の横方向を縦方向よりも広く」するのが好ましい。

このようにして、ヘッドアップディスプレイ装置の要求画角を満たす必要最小限の範囲に光を発散させ、光の利用効率を向上させ、表示画像の輝度を向上させることが可能である。

勿論、上記のような「非等方拡散」ではなく、縦方向と横方向で拡散角が等しい「等方拡散」とする場合も可能である。
しかし、自動車等の車載用として用いるヘッドアップディスプレイ装置の場合であれば、運転者が表示画像に対して上下方向の位置から観察を行なう場合はすくない。
従って、このような場合であれば、上記のように、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「２次元画像の横方向を縦方向よりも広く」するのが光利用効率の面から好ましい。

微細凸レンズ（マイクロレンズ）は、そのレンズ面を「非球面」として形成できることが従来から知られている。

直上に説明したアナモフィックなレンズ面も「非球面」であるが、微細凸レンズのレンズ面をより一般的な非球面として形成でき、収差補正を行なうこともできる。

収差の補正により「拡散の強度ムラ」を低減することも可能である。

図４に示した微細凸レンズ構造（マイクロレンズアレイ）における個々の微細凸レンズ（マイクロレンズ）は、正方形もしくは正六角形であった。

微細凸レンズの形状はこのように正多角形である必要はなく、図４に示したマイクロレンズ形状を１方向に引き伸ばした形状でもよい。

この場合、正方形形状であったものは「長方形形状」となり、正六角形状であったものは、細長い変形六角形になる。

微細凸レンズ構造の実効画素ピッチは、図４（ａ）〜図４（ｃ）の配列では、Ｘ軸方向につきＸ１〜Ｘ３、Ｙ軸方向につきＹ１〜Ｙ３であった。
このように定められるＸ軸方向の実効画素ピッチを一般に「ＳＸ」、Ｙ軸方向の実効画素ピッチを一般に「ＳＹ」とするとき、両者の比：ＳＹ／ＳＸを「アスペクト比」と言う。

図４（ａ）の場合、アスペクト比は「Ｙ１／Ｘ１」であり、Ｘ１＝Ｙ１であるから、アスペクト比は１である。

図４（ｂ）の場合のアスペクト比は「Ｙ２／Ｘ２」であり、Ｙ２＞Ｘ１であるから、アスペクト比は１より大きい。

図４（ｃ）の場合のアスペクト比は「Ｙ３／Ｘ３」であり、Ｙ３＜Ｘ３であるから、アスペクト比は１よりも小さい。

図５（ａ）〜図５（ｅ）に示すマイクロレンズアレイ９１〜９５の微細凸レンズ構造では、実効画素ピッチを、図４の場合と同様にして以下の如くに定める。

即ち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の実効画素ピッチは、図５の「Ｘ１１、Ｙ１１」、「Ｘ１２、Ｙ１２」、「Ｘ１３、Ｙ１３」である。

図５（ａ）の微細凸レンズ構造は、長方形形状の微細凸レンズ９１１１、９１１２、・・９１２１・・を正方行列状に配列したものであり、アスペクト比は１よりも大きい。

図５（ｂ）〜図５（ｅ）に示すマイクロレンズアレイ９２〜９５では、微細凸レンズ構造は、ハニカム型配列である。

図５（ｂ）、図５（ｄ）、図５（ｅ）に示すハニカム型配列では、アスペクト比「Ｙ１２／Ｘ１２」、「Ｙ１３／Ｘ１３」はいずれも１より大きい。

図５に示す微細凸レンズ構造の５例は何れも「微細凸レンズ」は、Ｙ軸方向の長さがＸ軸方向の長さよりも大きい。

このように「Ｙ軸方向の長さがＸ軸方向の長さより大きい形状の微細凸レンズ」の場合、微細凸レンズの形状として、Ｘ軸方向の曲率をＹ軸方向の曲率より大きくするのが容易である。

従って、前述した「Ｘ軸方向のパワーがＹ軸方向のパワーよりも大きくなるアナモフィックな光学機能」を実現しやすい。

例えば、図５（ａ）に示す例の場合、具体例として例えば、Ｘ１１＝１５０μｍ、Ｙ１１＝２００μｍ、アスペクト比＝２００／１５０＝４／３＞１を挙げることができる。

勿論、この場合には、画素表示用ビームのビーム径はＸ軸方向を１５０μｍ未満、Ｙ軸方向を２００μｍ未満にする。

図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示す微細凸レンズの配列は、何れもハニカム型配列であり、個々の微細凸レンズは「Ｙ軸方向に長い形状」となっている。

図５（ｂ）の配列は「ジグザグ型」であり、図５（ｃ）〜図５（ｅ）の配列は何れも「アームチェア型」である。

図５（ｂ）の「ジグザグ型の縦長ハニカム型配列」と、図５（ｃ）の「アームチェア型の縦長ハニカム配列」は何れも使用可能であることは勿論である。

しかし、図５（ｃ）の配列例は図５（ｂ）の配列例に対して以下の如き利点を有する。

即ち、図５（ｂ）の配列に比して、図５（ｃ）の配列では、微小凸レンズにおける「Ｘ軸方向とＹ軸方向のサイズの差」が小さく、縦横方向における「実効画素サイズの差」が小さくなる。

具体的な寸法を挙げる。
例えば、図５（ｂ）において、微細凸レンズ９２１１、９２１２等のＸ軸方向のレンズ径：Ｒ２ｘ＝１００μｍ、Ｙ軸方向のレンズ径：Ｒ２ｙ＝２００ｕｍとする。

このとき、Ｘ軸方向の実効画素ピッチ（＝Ｘ１２）は５０μｍ、Ｙ軸方向の実効画素ピッチ（＝Ｙ１２）は１５０μｍとなる。

同様に、図５（ｃ）において、微細凸レンズ９３１１、９３１２等の、Ｘ軸方向のレンズ径：Ｒ３ｘ＝１００μｍ、Ｙ軸方向のレンズ径：Ｒ３ｙ＝２００μｍとする。

また、微細凸レンズ９３１１等の六角形形状の、上下の辺の長さは５０μｍとする。
このとき、Ｘ軸方向の実効画素ピッチ（＝Ｘ１３）は７５μｍ、Ｙ軸方向の実効画素ピッチ（＝Ｙ１３）＝１００μｍとなる。

従って「Ｘ、Ｙ軸方向の実効画素ピッチ」は、図５（ｃ）の配列（７５μｍと１００μｍ）の方が（ｂ）の配列（５０μｍと１００μｍ）の場合よりも「互いに近い値」になる。

図５（ｃ）、図５（ｄ）、図５（ｅ）においては、Ｘ軸方向の実効画素ピッチをＸ１３、Ｙ軸方向の実効画素ピッチをＹ１３としている。
これは、図５（ｃ）〜図５（ｅ）のハニカム型配列（アームチェア型のハニカム配列）において、Ｘ軸方向の画素ピッチ、Ｙ軸方向の画素ピッチが、同じように定義されることによる。
図５（ｄ）においては、微細凸レンズ９４１１、９４２１等は、Ｘ軸方向に平行な上下の辺が短く、斜辺が長い。
また、図５（ｅ）においては、微細凸レンズ９５１１、９５２１等は、Ｘ軸方向に平行な上下の辺が短く、斜辺が長い。
これらの図に示すように、微細凸レンズの六角形形状の変形により、Ｘ軸方向の画素ピッチ：Ｘ１３、Ｙ軸方向の画素ピッチ：Ｙ１３を調整できる。

図５（ｃ）の場合と同様、これら図５（ｄ）、図５（ｅ）に示す配列においても「微細凸レンズ構造が縦長構造」であることにより、Ｘ、Ｙ軸方向の「実効画素ピッチの均等化」が可能である。
例えば、図８に示すマイクロレンズアレイ９６のマイクロレンズ９６１１、９６２１等は、図５（ｄ）に示すマイクロレンズアレイ９５と同様の縦長の六角形形状である。
図８に示すマイクロレンズ９６１１等の配列は、図５（ｃ）と同様の「アームチェア型の縦長ハニカム配列」である。
マイクロレンズ９６１１等の六角形形状は、Ｘ軸方向の実効画素ピッチ：Ｘ１４が、Ｙ軸方向の実効画素ピッチ：Ｙ１４と完全に等しくなるように設定されている。
このように、アームチェア型の縦長ハニカム配列では、アスペクト比を１に設定することができる。画素表示用ビームのビーム径より大きい微細凸レンズもしくは画素表示用ビームのビーム径と同じ程度の大きさの微細凸レンズの場合、実効画素ピッチのアスペクト比が１であれば、虚像として投影される画像データに対して、虚像による再現性が高まる。虚像として投影される画像データのマイクロレンズアレイ上における画素ピッチと実効画素ピッチとを一致させる、もしくは、他の実効画素ピッチと比較して、実効画素ピッチを虚像として投影される画像データのマイクロレンズアレイ上における画像データの画素ピッチに近づけることができるからである。
２次元偏向手段６は、１つの軸について１往復の揺動（第１軸の揺動）を行う間に、もう一方の軸について往復の揺動（第２軸の揺動）を複数回行うが、多くの場合、拡大虚像の長手方向であるＸ軸方向が、第２軸の揺動による画素表示用ビームＬＣのマイクロレンズアレイに対する走査の方向に設定される。したがって、「アームチェア型」の六角形形状のマイクロレンズのＸ軸方向に平行な上下の辺は、画素表示用ビームＬＣのマイクロレンズアレイに対する走査方向とほぼ平行となり、「アームチェア型」の六角形形状の画素表示用ビームのマイクロレンズアレイに対する走査方向に最も平行に近い２辺の間隔、言い換えれば、画素表示用ビームのマイクロレンズアレイに対する走査方向に最も平行に近い辺とその対向する辺との間隔を、これら２辺に直交する方向へ拡大するように引き伸ばした形状が「アームチェア型の縦長ハニカム構造」である。

従って、アームチェア型の縦長ハニカム配列は、輝度及び実効画素数の向上に加え、Ｘ軸方向（横方向）、Ｙ軸方向（縦方向）の実効画素ピッチの差を小さくすることができる。
図５（ｃ）〜図５（ｅ）に示す如き「微細凸レンズの形状」は、例えば、発散光束の発散角制御のため、任意に選択することが可能である。

図１（ａ）に示したヘッドアップディスプレイ装置においては、画素表示用ビームＬＣは、被走査面素子８の微細凸レンズ構造に直交入射している。

しかし、画素表示用ビームの被走査面素子への入射形態は、このような「直交入射」に限らない。

例えば、光源部から反射面素子に到る光学素子の配列を工夫して、ヘッドアップディスプレイ装置をコンパクト化する場合には、図７（ａ）のような入射形態が考えられる。

即ち、図７（ａ）の例では、画素表示用ビームＬＣが、被走査面素子８に対して傾いて入射している。

微細凸レンズのレンズ面を「非球面」とするような場合、画素表示用ビームＬＣは、非球面の光軸に対して傾いて入射することになり、非球面の機能を生かせない場合もある。

このような場合には、図７（ｂ）の被走査面素子８ａのように、微細凸レンズＭＬのレンズ面光軸ＡＸを、被走査面素子８ａの基準面に対して直交方向から傾けるのが良い。

このようにして、レンズ面光軸ＡＸを画素表示用ビームＬＣの入射方向に平行、もしくはこれに近い方向とすることができる。

なお、被走査面素子８ａの基準面は、微細凸レンズＭＬがアレイ配列された面である。

このようにすることにより、光学系の小型化や、光の利用効率の向上が可能となり「微細凸レンズによる画素表示用ビームの発散の方向」を均質化することが可能である。

上に説明したヘッドアップディスプレイ装置は、上述の自動車への搭載に限らず、列車、船舶、ヘリコプター、飛行機など各種の、操縦可能な移動体に搭載できる。例えば、オートバイのウインドシールド（風よけ）を透過反射部材とすることもできる。

この場合、操縦席前方のフロントガラスを反射面素子とすればよい。

勿論、ヘッドアップディスプレイ装置を、例えば「映画観賞用の画像表示装置」として実施できることは言うまでも無い。

微細凸レンズ構造の微細凸レンズは、上記の如く画素表示用ビームを拡散させるものであるが、Ｘ、Ｙの２方向のうち、１方向のみの拡散を行なう場合も考えられる。

このような場合には、微細凸レンズのレンズ面として「微細凸シリンダ面」を用いることができる。

なお、微細凸レンズの形状を、六角形状とすることや、その配列をハニカム型配列とすることは、従来から、マイクロレンズアレイの製造方法に関連して知られている。

以上説明した画像表示装置１０００は、半導体レーザからの光により画像を形成し、該画像を形成した後の画像光を透過反射部材（反射面素子１０）に入射させる画像表示装置であり、透過反射部材に入射される画像光の透過反射部材に対するＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多くなるように半導体レーザが配置されている。

この場合、仮に透過反射部材に入射される画像光の透過反射部材に対するＳ偏光成分がＰ偏光成分以下である場合に比べて、虚像の視認性を向上させることができる。

また、透過反射部材に入射される画像光の有効断面は横長であるため、該画像光の有効断面が縦長の場合に比べて、虚像の視認性を向上させることができる。

また、画像表示装置１０００では、特に前記画像が横長である場合に、光利用効率の向上を図ることができる。

また、画像表示装置１０００は、透過反射部材に入射される画像光のＳ偏光成分に対応する偏光成分（電界の振動方向がＹＺ平面に垂直な偏光成分）がＰ偏光成分に対応する偏光成分（電界の振動方向がＹＺ平面に平行な偏光成分）よりも多い光を射出する光源（半導体レーザ）を備えている。

この場合、光源からの光を透過反射部材で観察者（移動体の操縦者）に向けてより多く反射させることができる。また、例えば、光源から射出される光の光量、及び該光の透過反射部材に対するＳ偏光成分に対応する偏光成分と該透過反射部材に対するＰ偏光成分に対応する偏光成分との比がそれぞれ同一の条件で該光を偏光フィルタに入射させＳ偏光成分のみを透過させて透過反射部材に入射させる場合に比べて、光量のロスがほとんどなく、透過反射部材からの反射光の光量を大きくすることができる。すなわち、光利用効率を向上させることができる。

また、光源から射出された光に占める前記Ｓ偏光成分に対応する偏光成分の割合を略１００％とすることで、虚像の視認性を最大限に向上させることができる。

また、光源から射出された光の遠視野像は長手方向を有するため、有効断面が横長の光を比較的容易に透過反射部材に入射させることができる。

また、画像表示装置１０００は、光源と透過反射部材との間の光路上に配置され、光源からの光の有効断面の長手方向を略９０°回転させる光学素子（被走査面素子８）を備えている。

この場合、光源から射出された光の遠視野像が縦長であっても、該光を、有効断面を横長にした状態で透過反射部材に入射させることができる。

また、画像表示装置１０００は、光源と透過反射部材との間の光路上に配置され、前記光源からの光を２次元的に偏向する２次元偏向手段６を備え、前記光学素子は、前記２次元偏向手段６で偏向された光により前記画像が形成される、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを含み、前記複数のマイクロレンズそれぞれは、光軸（Ｚ軸）に直交する面内で互いに直交するＸ軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（上下方向）に関する曲率が異なる。より詳細には、各マイクロレンズは、Ｘ軸方向（左右方向）に関する曲率がＹ軸方向（上下方向）に関する曲率よりも大きい。

この場合、各マイクロレンズに入射された光の有効断面を縦長から横長に変換できるとともに、虚像の視認性をより一層向上させることができる。

また、前記光源は、半導体レーザであるため、低電力で高輝度の光を容易に取り出すことができる。

そこで、虚像の視認性に優れた画像表示装置１０００が搭載された移動体では、操縦時に透過反射部材を介して視認可能に表示されるナビゲーション情報を迅速かつ正確に認識することができる。

なお、画像表示装置１０００は、透過反射部材への画像光の入射角がブリュースタ角近傍である場合、すなわち例えばブリュースタ角−１０°〜ブリュースタ角＋１０°である場合に、特に、好適である。この場合、透過反射部材でのＰ偏光成分の反射率が非常に低いため、透過反射部材に入射させる画像光のＳ偏光成分をＰ偏光成分よりも多くすることが極めて効果的である。

上述の如く、被走査面素子８としてのマイクロレンズアレイは、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向の発散角を大きくすることが好ましい。この場合、各マイクロレンズのアスペクト比（縦／横）を１よりも大きくし、特に、マイクロレンズアレイに形成される画像の縦方向の長さをＹ、横方向の長さをＸとしたときにＹ／Ｘ＞１とすることが好ましい。この結果、マイクロレンズのＸ軸方向の曲率が、Ｙ軸方向の曲率よりも大きくなる。この場合、横方向の発散角が大きくなり、ヘッドアップディスプレイに必要とされる横長の画像の画角を効率よく満たし、輝度を向上させることができる。

なお、上述した画像表示装置の構成は、適宜変更可能である。例えば、被走査面素子８として、マイクロレンズアレイに代えて、画像光を透過させる透過型スクリーン（マイクロレンズを有しないもの）や画像光を反射させる反射型スクリーン（マイクロレンズを有しないもの）を用いても良い。また、拡散板を用いても良い。この場合、例えば射出光の遠視野像が横長になるように光源（例えばＬＤ）を配置し、有効断面が横長の画像光を反射面素子１０に入射させることとしても良い。

また、画像表示装置は、２次元偏向手段６、凹面鏡７、被走査面素子８及び凹面鏡９の代わりに、例えば透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）のいずれかを備えていても良い。いずれにしても、透過反射部材（例えば移動体のフロントガラス）に、透過反射部材に対してＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多い画像光を入射させることとすれば良い。また、透過反射部材に入射される画像光の有効断面を横長とすることが好ましい。これらの場合には、光源として例えばランプを用いることもできる。

また、画像表示装置では、光源として、端面発光レーザに代えて、例えば発光ダイオード、有機ＥＬ素子、半導体レーザの一種である面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等を用いても良い。この場合に、仮に射出光の遠視野像が長手方向を有していなくても（例えば円形、正多角形の場合でも）、上記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズからは有効断面が横長の画像光が射出される。

また、マイクロレンズアレイに代えて又は加えて、光源からの光の有効断面の長手方向を略９０°回転させる（有効断面の長手方向と短手方向を逆にする）光学素子（例えばＸ軸方向に関する曲率とＹ軸方向に関する曲率が異なるレンズ）を少なくとも１つ設けても良い。該光学素子は、例えば２次元偏向手段６の前段に設けても良いし、後段に設けても良い。但し、後段に設ける場合、すなわち偏向された光の光路上に設ける場合は、被走査面を形成するようなある程度大きい単一のレンズ又は該レンズと同等の大きさの、複数のレンズを含むレンズアレイとすることが好ましい。この場合、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズのＸ軸方向に関する曲率とＹ軸方向に関する曲率を同じにしても良い（例えば円形又は正多角形のマイクロレンズ）。すなわち、各マイクロレンズを、入射されたレーザ光を全方位に略均等に拡散するものとしても良い。また、マイクロレンズアレイに加えて上記光学素子を設ける場合には、各マイクロレンズのＸ軸方向に関する曲率をＹ軸方向に関する曲率以下にしても良い。

また、画像表示装置において、射出光の遠視野像が横長となるように光源を配置する場合は、透過反射部材に有効断面が横長の画像光を入射させるために、光源からの光の有効断面の長手方向を略９０°回転させる（有効断面の長手方向と短手方向を逆にする）光学素子を、偶数個設けても良いし、１つも設けなくても良い。

一方、画像表示装置において、射出光の遠視野像が縦長となるように光源を配置する場合は、透過反射部材に有効断面が横長の画像光を入射させるために、光源からの光の有効断面の長手方向を略９０°回転させる（有効断面の長手方向と短手方向を逆にする）光学素子を、奇数個設けることが好ましい。

また、画像表示装置において、光源からの射出光の遠視野像が長手方向を有しない場合は、透過反射部材に有効断面が横長の画像光を入射させるために、光源からの光の有効断面を横長とする光学素子を設けることが好ましい。

また、上記マイクロレンズアレイは、２次元配列された複数のマイクロレンズを含んでいるが、これに代えて、１次元配列された複数のマイクロレンズを含んでいても良い。この場合、光によりマイクロレンズアレイを走査するための光偏向手段として、１次元偏向手段を用いても良い。この１次元偏向手段としては、例えばポリゴンミラー、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラーを含む１軸のスキャナ等が挙げられる。

また、反射面素子１０は、移動体のフロントガラスに限らず、サイドガラス、リアガラス等であっても良く、要は、移動体の外部を視認するための窓部材であれば良い。また、上記透過反射部材は、ガラス製の部材に限らず、要は、光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる性質を有する部材であれば良い。

また、反射面素子１０は、例えば観察者（操縦者）から見て移動体に設けられた窓部材の手前に配置された例えばコンバイナのような透過反射部材であっても良い。

また、光源部１００は、光の３原色に対応する３つの半導体レーザを有しているが、これに限らず、要は、少なくとも１つの光源（例えば半導体レーザ）を有していれば良い。すなわち、画像表示装置は、カラー画像を表示するものに限らず、モノクロ画像を表示するものであっても良い。

また、光源（例えば半導体レーザ）の配置は、図１（ｂ）に示される配置に限らず、要は、透過反射部材（例えば反射面素子１０）に入射される画像光の該透過反射部材に対するＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多くなるように配置されていれば良い。また、光源の配置に応じて、光源部１００の光学系の構成及び配置も適宜変更可能である。

また、被走査面素子８（例えばマイクロレンズアレイ）における複数の微細凸レンズ（例えばマイクロレンズ）は、図１（ａ）に示される配置（ＸＹ平面に平行な所定平面に沿って２次元配列）に限らず、例えばＸＹ平面と交差する所定平面に沿って２次元配列されても良い。具体例として、マイクロレンズアレイにおける複数のマイクロレンズを、ＸＺ平面に平行な所定平面に沿って２次元配列し、該マイクロレンズアレイに対して＋Ｙ方向から光を入射させ、該マイクロレンズアレイを−Ｙ方向に透過した光を少なくとも１つのミラーで反射面素子１０に導くこととしても良い。この場合、各マイクロレンズのＸ軸方向（横方向）に関する曲率をＺ軸方向（縦方向）に関する曲率よりも大きくすれば、反射面素子１０に横長の光を入射させることができる。

また、以上の説明では、移動体の操縦者１１から見た左右方向（Ｘ軸方向）を「横方向」と呼び、移動体の操縦者１１から見た前後方向（Ｚ軸方向）、上下方向（Ｙ軸方向）を「縦方向」と呼んでいるが、光源、マイクロレンズアレイ等の配置によっては、実情に沿わない場合もあるため、適宜、呼び方を変えることが望ましい。例えば、射出面の長手方向がＺ軸に平行かつ短手方向がＹ軸に平行となるように光源（例えばＬＤ）が配置される場合、Ｘ軸方向及びＺ軸方向を「横方向」と呼び、Ｙ軸方向を「縦方向」と呼んでも良い。また、例えばマイクロレンズアレイにおける複数のマイクロレンズがＹＺ平面に平行な所定平面に沿って２次元配列される場合、Ｘ軸方向及びＺ軸方向を「横方向」と呼び、Ｙ軸方向を「縦方向」と呼んでも良い。

また、透過反射部材に入射される画像光の有効断面は、横長に限らず、縦長であっても良いし、長手方向を有していなくても良い。具体的には、例えば射出光の遠視野像が縦長となるように光源（例えばＬＤ）を配置し、有効断面が縦長の光で画像を形成し、該画像を形成後の有効断面が縦長の画像光を反射面素子１０に入射させても良い。また、例えばＶＣＳＥＬからの有効断面が略円形の光で画像を形成し、該画像を形成後の有効断面が円形の画像光を反射面素子１０に入射させることとしても良い。但し、いずれにしても、反射面素子１０に入射される画像光の該反射面素子１０に対するＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多くなるように光源（例えばＬＤ）が配置されることが好ましい。

また、画像表示装置１０００は、例えばヘッドマウントディスプレイに応用することも可能である。この場合、反射面素子１００として、小型の透過反射部材を用いることができる。

ＬＣ…画素表示用ビーム（レーザ光源からの光）、６…２次元偏向手段（光偏向手段）、８…被走査面素子（レンズアレイ）、１０…反射面素子（透過反射部材）。

特開平２−１４１７２０号公報

Claims (12)

1. レーザ光源からの光により画像を形成し、該画像を形成した後の画像光を透過反射部材に入射させる画像表示装置において、
   前記透過反射部材に入射される前記画像光の前記透過反射部材に対するＳ偏光成分がＰ偏光成分よりも多くなるように前記レーザ光源が配置されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記レーザ光源からの光の光路上に配置され、前記画像が形成される、複数のレンズを有するレンズアレイを備え、
   前記レーザ光源からの光の有効断面は、長径方向及び該長径方向に直交する短径方向を有し、
   前記複数のレンズそれぞれは、該レンズを前記レーザ光源からの光が透過する前後で、該光の有効断面の長径方向と短径方向とが逆になるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記複数のレンズそれぞれは、光軸に直交する面内で互いに直交する第１及び第２の方向に関する曲率が異なることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記レーザ光源からの光の有効断面の短径方向と、前記レンズの第１の方向と第２の方向のうち、曲率が大きい方の方向とが一致することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記透過反射部材に入射される前記画像光の有効断面は、横長であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
6. 前記有効断面は、光の断面内で相対強度が２０％〜８０％の部分であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
7. 前記画像は、横長であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
8. 前記透過反射部材に入射される前記画像光に占める前記Ｓ偏光成分の割合は、略１００％であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
9. 前記透過反射部材への前記画像光の入射角は、ブリュースタ角近傍であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
10. 前記レーザ光源は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の画像表示装置が搭載され、前記透過反射部材を介して前記画像の虚像を視認する操縦者により操縦される移動体。
12. 前記透過反射部材が設けられ、
    前記透過反射部材は、前記操縦者が前記移動体の外部を視認するための窓部材であることを特徴とする請求項１１に記載の移動体。