JP2018146900A - Image display apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display apparatus which scans a screen using a laser beam to generate a display image and is capable of easily and smoothly suppressing degradation of visibility of the display image due to an interference pattern.SOLUTION: An image display apparatus 20 includes: a light source 101; a screen 108 on which an image is drawn by two-dimensional scanning using a laser beam; a scan part 106 that scans the laser beam on the screen; a mirror drive circuit 203 that drives the scan part 106; and an optical system that generates a virtual image of the image drawn on the screen 108. For the screen 108, a plurality of lens areas is disposed so as to be arranged in a first direction and a second direction perpendicular to the first direction. The mirror drive circuit 203 is configured to set plural scan lines so that a pitch of the scan lines is smaller than a pitch in the lens area in the second direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、画像を表示する画像表示装置に関し、たとえば、乗用車等の移動体に搭載して好適なものである。   The present invention relates to an image display device that displays an image, and is suitably mounted on a moving body such as a passenger car, for example.

近年、ヘッドアップディスプレイと称される画像表示装置の開発が進められ、乗用車等の移動体に搭載されている。たとえば、乗用車に搭載されるヘッドアップディスプレイでは、映像信号により変調された光がウインドシールド(フロントガラス)に投射され、その反射光が運転者の目に入射する。これにより、運転者は、ウインドシールド前方に、画像の虚像を見ることができる。たとえば、車速や外気温等が、虚像として表示される。   In recent years, an image display device called a head-up display has been developed, and is mounted on a moving body such as a passenger car. For example, in a head-up display mounted on a passenger car, light modulated by a video signal is projected onto a windshield (windshield), and the reflected light enters the driver's eyes. As a result, the driver can see a virtual image of the image in front of the windshield. For example, the vehicle speed, the outside temperature, etc. are displayed as a virtual image.

上記ヘッドアップディスプレイでは、光源として、レーザ光源が用いられ得る。この場合、レーザ光は、映像信号に応じて変調されつつ、スクリーンを走査する。その後、レーザ光は、スクリーンで拡散され、運転者の目付近のアイボックスへと導かれる。これにより、運転者は、多少頭を動かしても、良好かつ安定的に画像(虚像)を見ることができる。アイボックスは、たとえば、横長の矩形形状である。   In the head-up display, a laser light source can be used as a light source. In this case, the laser beam scans the screen while being modulated according to the video signal. Thereafter, the laser light is diffused by the screen and guided to an eye box near the driver's eyes. As a result, the driver can see the image (virtual image) satisfactorily and stably even if the driver moves his head slightly. The eye box has, for example, a horizontally long rectangular shape.

以下の特許文献1には、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によってスクリーンが構成された画像表示装置が記載されている。ここでは、スクリーンに対し、主走査方向にレーザ光を高速走査させるとともに、主走査方向に直交する副走査方向にレーザ光を走査させることにより、スクリーンがレーザ光により2次元的に走査される。   Patent Document 1 below describes an image display device in which a screen is configured by a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged. Here, the screen is scanned two-dimensionally with the laser beam by causing the laser beam to scan at high speed in the main scanning direction and scanning the laser beam in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction.

特開2016−90769号JP 2006-90769 A

上記のようにマイクロレンズアレイによってスクリーンが構成される場合、通常、スクリーン上におけるレーザ光のスポット径が各レンズの幅以下となるように調整される。そして、レーザ光は、走査方向に1列に並ぶレンズ群の中央をビームスポットが通るようにして走査される。1列のレンズ群の走査が終わると、この列に隣接する次の列に対して同様の走査が行われる。こうして、スクリーン上の全ての列のレンズ群が順番に走査され、スクリーン上に1つの画像が生成される。   When the screen is constituted by the microlens array as described above, the spot diameter of the laser beam on the screen is usually adjusted to be equal to or smaller than the width of each lens. The laser beam is scanned so that the beam spot passes through the center of the lens groups arranged in a line in the scanning direction. When the scanning of one lens group is completed, the same scanning is performed on the next row adjacent to this row. In this way, the lens groups of all the rows on the screen are scanned in order, and one image is generated on the screen.

このような走査方法では、走査においてビームスポットが各列のレンズ群の中央から走査方向に垂直な方向にずれた場合に、表示画像に干渉縞が生じて表示画像の視認性が低下することが発明者らによって確認された。このため、この走査方法では、ビームスポットが各レンズ群の中央を通るように、光学系やスクリーン等の位置を厳格に調整しなければならず、煩雑な作業が必要であった。また、光学系やスクリーン等の位置を適正に調整したとしても、その後の温度変化等によってスクリーンに変形等が生じると、ビームスポットの走査位置とレンズ群との間に位置ずれが生じてしまう。このため、上記走査方法を用いる場合は、干渉縞を抑制して表示画像の視認性を良好に維持することが極めて困難であった。   In such a scanning method, when the beam spot is shifted from the center of the lens group in each row in the direction perpendicular to the scanning direction, interference fringes are generated in the display image, and the visibility of the display image is lowered. Confirmed by the inventors. For this reason, in this scanning method, the positions of the optical system, the screen, and the like have to be strictly adjusted so that the beam spot passes through the center of each lens group, which requires complicated work. Even if the positions of the optical system, the screen, and the like are properly adjusted, if the screen is deformed due to a subsequent temperature change or the like, a positional deviation occurs between the scanning position of the beam spot and the lens group. For this reason, when the scanning method is used, it is extremely difficult to suppress the interference fringes and maintain the visibility of the display image.

かかる課題に鑑み、本発明は、スクリーンをレーザ光で走査して表示画像を生成する画像表示装置において、干渉縞による表示画像の視認性の低下を簡易かつ円滑に抑制することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。   In view of such problems, the present invention provides an image display that can easily and smoothly suppress a reduction in the visibility of a display image due to interference fringes in an image display device that generates a display image by scanning a screen with laser light. An object is to provide an apparatus.

本発明の第1の態様は、画像表示装置に関する。本態様に係る画像表示装置は、レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光で2次元に走査されることにより画像が描画されるスクリーンと、前記レーザ光を前記スクリーンに対し走査させる走査部と、第1の方向に平行な複数の走査ラインに沿って前記レーザ光が前記スクリーン上を移動するよう前記走査部を駆動する駆動部と、前記スクリーンに描画された画像の虚像を生成する光学系と、を備える。前記スクリーンには、前記第1の方向および前記第1の方向に垂直な第2の方向にそれぞれ並ぶように複数のレンズ領域が配置される。前記駆動部は、前記走査ラインのピッチが前記第2の方向における前記レンズ領域のピッチよりも小さくなるように、前記複数の走査ラインを設定する。   A first aspect of the present invention relates to an image display device. An image display device according to this aspect includes a light source that emits laser light, a screen on which an image is drawn by being scanned two-dimensionally with the laser light, and a scanning unit that scans the screen with the laser light. A driving unit that drives the scanning unit so that the laser light moves on the screen along a plurality of scanning lines parallel to the first direction, and an optical system that generates a virtual image of an image drawn on the screen And comprising. A plurality of lens regions are arranged on the screen so as to be aligned in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction. The drive unit sets the plurality of scan lines so that a pitch of the scan lines is smaller than a pitch of the lens regions in the second direction.

本態様に係る画像表示装置によれば、各走査ラインを走査したときに表示画像に生じた干渉縞が、ヒトの目で認識される際に互いに平均化されて、干渉縞が目立たなくなる。これにより、干渉縞による表示画像の視認性の低下を抑制できる。また、各走査ラインに基づく干渉縞を互いに平均化する構成であるため、温度変化等によってスクリーンに変形等が生じて、各走査ラインに基づく干渉縞の生じ方が変化したとしても、変化に伴い干渉縞は随時平均化されて、表示画像上において目立たなくなる。よって、温度変化等によってスクリーンに変形等が生じたとしても、表示画像の視認性は良好に維持される。   According to the image display apparatus according to this aspect, interference fringes generated in the display image when each scanning line is scanned are averaged with each other when recognized by the human eye, and the interference fringes become inconspicuous. Thereby, the fall of the visibility of the display image by an interference fringe can be suppressed. In addition, since the interference fringes based on each scanning line are averaged with each other, even if the screen is deformed due to a temperature change or the like, and the way the interference fringes are generated based on each scanning line is changed, The interference fringes are averaged at any time and become inconspicuous on the display image. Therefore, even if the screen is deformed due to a temperature change or the like, the visibility of the display image is maintained well.

以上のとおり、本発明によれば、走査ラインのピッチとレンズ領域のピッチとの関係を調整するといった極めて簡易な構成により、干渉縞による表示画像の視認性の低下を円滑に抑制することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to smoothly suppress a reduction in the visibility of a display image due to interference fringes with an extremely simple configuration in which the relationship between the pitch of scanning lines and the pitch of lens areas is adjusted. .

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。   The effects and significance of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments. However, the embodiment described below is merely an example when the present invention is implemented, and the present invention is not limited to what is described in the following embodiment.

図1(a)、(b)は、実施の形態に係る画像表示装置の使用形態を模式的に示す図、図1(c)は、実施の形態に係る画像表示装置の構成を模式的に示す図である。FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically illustrating a usage pattern of the image display device according to the embodiment, and FIG. 1C is a schematic diagram of the configuration of the image display device according to the embodiment. FIG. 図2は、実施の形態に係る画像表示装置の照射光生成部および照射光生成部に用いる回路の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an irradiation light generation unit and a circuit used for the irradiation light generation unit of the image display device according to the embodiment. 図3(a)、(b)は、それぞれ、実施の形態に係るスクリーンをレーザ光の入射側および出射側から見た状態を模式的に示す図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams schematically showing a state in which the screen according to the embodiment is viewed from the incident side and the emitting side of the laser beam. 図4は、実施の形態に係るスクリーンの一部を拡大して示す図である。FIG. 4 is an enlarged view of a part of the screen according to the embodiment. 図5(a)〜(c)は、それぞれ、実施の形態に係る非レンズ領域の構成例を示す図である。FIG. 5A to FIG. 5C are diagrams each illustrating a configuration example of the non-lens region according to the embodiment. 図6(a)は、実施の形態に係るスクリーンの構成を模式的に示す斜視図、図6(b)は、スクリーンに対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。FIG. 6A is a perspective view schematically illustrating the configuration of the screen according to the embodiment, and FIG. 6B is a diagram schematically illustrating a scanning method of laser light on the screen. 図7(a)は、実施の形態に係るスクリーンの領域設定方法を示す図、図7(b)は、実施の形態に係るスクリーンの発散角の設定方法を示す図である。FIG. 7A is a diagram illustrating a screen region setting method according to the embodiment, and FIG. 7B is a diagram illustrating a screen divergence angle setting method according to the embodiment. 図8(a)は、比較例1に係るアイボックス内の光量分布を示すグラフ、図8(b)は、実施の形態に係るアイボックス内の光量分布を示すグラフである。FIG. 8A is a graph showing the light quantity distribution in the eye box according to Comparative Example 1, and FIG. 8B is a graph showing the light quantity distribution in the eye box according to the embodiment. 図9(a)〜(c)は、それぞれ、実施の形態に係るスクリーンの位置調整方法を示す図である。FIGS. 9A to 9C are diagrams showing a screen position adjusting method according to the embodiment. 図10(a)は、比較例2に係るレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。図10(b)〜(e)は、それぞれ、比較例2に係る走査方法においてレーザ光の走査位置が第2レンズ部の並び方向に変位した場合に表示画像に生じる干渉縞を模式的に示す図である。FIG. 10A is a diagram schematically illustrating a laser beam scanning method according to Comparative Example 2. FIGS. 10B to 10E schematically show interference fringes generated in the display image when the scanning position of the laser light is displaced in the arrangement direction of the second lens portions in the scanning method according to Comparative Example 2, respectively. FIG. 図11(a)は、実施の形態に係るレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。図11(b)〜(e)は、それぞれ、実施の形態に係る走査方法においてレーザ光の走査位置が第2レンズ部の並び方向に変位した場合に表示画像において視認される干渉縞を模式的に示す図である。FIG. 11A is a diagram schematically illustrating a laser beam scanning method according to the embodiment. 11B to 11E schematically illustrate interference fringes visually recognized in the display image when the scanning position of the laser light is displaced in the arrangement direction of the second lens portions in the scanning method according to the embodiment. FIG. 図12(a)、(b)は、実施の形態に係る実験において、第2レンズ部のピッチに対する走査ラインのピッチの割合を変化させた場合に表示画像に生じる干渉縞を撮像した撮像画像を示す図である。12A and 12B show captured images obtained by capturing interference fringes generated in a display image when the ratio of the scanning line pitch to the second lens unit pitch is changed in the experiment according to the embodiment. FIG. 図13(a)、(b)は、実施の形態に係る実験において、第2レンズ部のピッチに対する走査ラインのピッチの割合を変化させた場合に表示画像に生じる干渉縞を撮像した撮像画像を示す図である。13A and 13B show captured images obtained by capturing interference fringes generated in a display image when the ratio of the scanning line pitch to the second lens unit pitch is changed in the experiment according to the embodiment. FIG. 図14(a)、(b)は、実施の形態に係る実験において、第2レンズ部のピッチに対する走査ラインのピッチの割合を変化させた場合に表示画像に生じる干渉縞を撮像した撮像画像を示す図である。14A and 14B show captured images obtained by capturing interference fringes generated in a display image when the ratio of the scanning line pitch to the pitch of the second lens unit is changed in the experiment according to the embodiment. FIG. 図15(a)は、実施の形態の走査方法における第2のレンズ部とレーザビームの強度分布との関係を示す図である。図15(b)は、比較例2の走査方法における第2のレンズ部とレーザビームの強度分布との関係を示す図である。FIG. 15A is a diagram illustrating a relationship between the second lens unit and the intensity distribution of the laser beam in the scanning method of the embodiment. FIG. 15B is a diagram showing the relationship between the second lens unit and the intensity distribution of the laser beam in the scanning method of Comparative Example 2. 図16(a)は、変更例1に係るスクリーンをレーザ光の入射側から見た状態を模式的に示す図、図16(b)は、変更例に係るスクリーンの一部拡大図である。FIG. 16A is a diagram schematically illustrating a state in which the screen according to the modification example 1 is viewed from the laser light incident side, and FIG. 16B is a partially enlarged view of the screen according to the modification example. 図17は、変更例2に係る画像表示装置の照射光生成部および照射光生成部に用いる回路の構成を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of an irradiation light generation unit and a circuit used for the irradiation light generation unit of the image display device according to the second modification. 図18(a)は、変更例2に係るスクリーンの移動工程の一例を示す図、図18(b)は、変更例2に係る画像表示装置においてスクリーンを移動させることにより表示される画像の一例を示す図である。18A is a diagram illustrating an example of a screen moving process according to the second modification, and FIG. 18B is an example of an image displayed by moving the screen in the image display device according to the second modification. FIG.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、適宜、互いに直交するX、Y、Z軸が付記されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For convenience, X, Y, and Z axes that are orthogonal to each other are appended to each drawing as appropriate.

図1(a)、(b)は、画像表示装置20の使用形態を模式的に示す図である。図1(a)は、乗用車1の側方から乗用車1の内部を透視した模式図、図1(b)は、乗用車1の内部から走行方向前方を見た図である。   FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically illustrating how the image display device 20 is used. FIG. 1A is a schematic view of the inside of the passenger car 1 seen through from the side of the passenger car 1, and FIG. 1B is a view of the passenger car 1 as viewed from the front in the running direction.

本実施の形態は、車載用のヘッドアップディスプレイに本発明を適用したものである。図1(a)に示すように、画像表示装置20は、乗用車1のダッシュボード11の内部に設置される。   In the present embodiment, the present invention is applied to an in-vehicle head-up display. As shown in FIG. 1A, the image display device 20 is installed inside the dashboard 11 of the passenger car 1.

図1(a)、(b)に示すように、画像表示装置20は、映像信号により変調されたレーザ光を、ウインドシールド12下側の運転席寄りの投射領域13に投射する。レーザ光は、投射領域13で反射され、運転者2の目の位置周辺の横長の領域(アイボックス領域)に照射される。これにより、運転者2の前方の視界に、虚像として所定の画像30が表示される。運転者2は、ウインドシールド12の前方の景色上に、虚像である画像30を重ね合わせて見ることができる。すなわち、画像表示装置20は、虚像である画像30をウインドシールド12の投射領域13の前方の空間に結像させる。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the image display device 20 projects the laser light modulated by the video signal onto the projection area 13 near the driver seat below the windshield 12. The laser light is reflected by the projection region 13 and is irradiated to a horizontally long region (eye box region) around the eye position of the driver 2. Thus, the predetermined image 30 is displayed as a virtual image in the field of view ahead of the driver 2. The driver 2 can superimpose an image 30 that is a virtual image on the scenery in front of the windshield 12. That is, the image display device 20 forms an image 30 that is a virtual image in a space in front of the projection region 13 of the windshield 12.

図1(c)は、画像表示装置20の構成を模式的に示す図である。   FIG. 1C is a diagram schematically illustrating the configuration of the image display device 20.

画像表示装置20は、照射光生成部21と、ミラー22とを備える。照射光生成部21は、映像信号により変調されたレーザ光を出射する。ミラー22は曲面状の反射面を有し、照射光生成部21から出射されたレーザ光をウインドシールド12に向けて反射する。ウインドシールド12で反射されたレーザ光は、運転者2の目2aに照射される。照射光生成部21の光学系とミラー22は、ウインドシールド12の前方に虚像による画像30が所定の大きさで表示されるように設計されている。   The image display device 20 includes an irradiation light generation unit 21 and a mirror 22. The irradiation light generation unit 21 emits laser light modulated by the video signal. The mirror 22 has a curved reflecting surface, and reflects the laser light emitted from the irradiation light generation unit 21 toward the windshield 12. The laser beam reflected by the windshield 12 is applied to the eyes 2a of the driver 2. The optical system and the mirror 22 of the irradiation light generation unit 21 are designed so that a virtual image 30 is displayed in a predetermined size in front of the windshield 12.

図2は、画像表示装置20の照射光生成部21の構成および照射光生成部21に用いる回路の構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the irradiation light generation unit 21 of the image display device 20 and a configuration of a circuit used for the irradiation light generation unit 21.

照射光生成部21は、光源101と、コリメータレンズ102a〜102cと、アパーチャ103a〜103cと、ミラー104と、ダイクロイックミラー105a、105bと、走査部106と、補正レンズ107と、スクリーン108とを備える。   The irradiation light generation unit 21 includes a light source 101, collimator lenses 102a to 102c, apertures 103a to 103c, a mirror 104, dichroic mirrors 105a and 105b, a scanning unit 106, a correction lens 107, and a screen 108. .

光源101は、3つのレーザ光源101a〜101cを備える。   The light source 101 includes three laser light sources 101a to 101c.

レーザ光源101aは、600〜700nmの範囲に含まれる赤色波長のレーザ光を出射し、レーザ光源101bは、600〜600nmの範囲に含まれる緑色波長のレーザ光を出射し、レーザ光源101cは、400〜500nmの範囲に含まれる青色波長のレーザ光を出射する。本実施の形態では、画像30としてカラー画像を表示するために、光源101がこれら3つのレーザ光源101a〜101cを備える。画像30として単色の画像を表示する場合、光源101は、画像の色に対応する1つのレーザ光源のみを備えていてもよい。レーザ光源101a〜101cは、たとえば、半導体レーザからなっている。   The laser light source 101a emits laser light having a red wavelength included in the range of 600 to 700 nm, the laser light source 101b emits laser light having a green wavelength included in the range of 600 to 600 nm, and the laser light source 101c is 400 A laser beam having a blue wavelength included in a range of ˜500 nm is emitted. In the present embodiment, in order to display a color image as the image 30, the light source 101 includes these three laser light sources 101a to 101c. When displaying a monochromatic image as the image 30, the light source 101 may include only one laser light source corresponding to the color of the image. The laser light sources 101a to 101c are made of semiconductor lasers, for example.

レーザ光源101a〜101cから出射されたレーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ102a〜102cによって平行光に変換される。コリメータレンズ102a〜102c透過したレーザ光は、それぞれ、アパーチャ103a〜103cにより、略同じサイズの円形のビームに整形される。すなわち、アパーチャ103a〜103cは、レーザ光源101a〜101cからそれぞれ出射されたレーザ光のビームサイズおよびビーム形状を揃えるためのビーム整形部を構成する。   Laser light emitted from the laser light sources 101a to 101c is converted into parallel light by the collimator lenses 102a to 102c, respectively. The laser beams transmitted through the collimator lenses 102a to 102c are shaped into circular beams having substantially the same size by the apertures 103a to 103c, respectively. That is, the apertures 103a to 103c constitute a beam shaping unit for aligning the beam size and beam shape of the laser beams emitted from the laser light sources 101a to 101c, respectively.

なお、コリメータレンズ102a〜102cに代えて、レーザ光を円形のビーム形状に整形し且つ平行光化する整形レンズを用いてもよい。この場合、アパーチャは省略され得る。   Instead of the collimator lenses 102a to 102c, a shaping lens that shapes the laser beam into a circular beam shape and converts it into parallel light may be used. In this case, the aperture can be omitted.

その後、レーザ光源101a〜101cから出射された各色のレーザ光は、ミラー104と2つのダイクロイックミラー105a、105bによって光軸が整合される。ミラー104は、コリメータレンズ102aを透過した赤色レーザ光を略全反射する。ダイクロイックミラー105aは、コリメータレンズ102bを透過した緑色レーザ光を反射し、ミラー104で反射された赤色レーザ光を透過する。ダイクロイックミラー105bは、コリメータレンズ102cを透過した青レーザ光を反射し、ダイクロイックミラー105aを経由した赤色レーザ光および緑色レーザ光を透過する。ミラー104と2つのダイクロイックミラー105a、105bは、レーザ光源101a〜101cから出射された各色のレーザ光の光軸を整合させるように配置されている。ミラー104と2つのダイクロイックミラー105a、105bは、レーザ光源101a〜101cからそれぞれ出射されたレーザ光の光軸を整合させる光軸整合部を構成する。   Thereafter, the optical axes of the laser beams of the respective colors emitted from the laser light sources 101a to 101c are aligned by the mirror 104 and the two dichroic mirrors 105a and 105b. The mirror 104 substantially totally reflects the red laser light transmitted through the collimator lens 102a. The dichroic mirror 105a reflects the green laser light transmitted through the collimator lens 102b and transmits the red laser light reflected by the mirror 104. The dichroic mirror 105b reflects the blue laser light that has passed through the collimator lens 102c, and transmits the red laser light and the green laser light that have passed through the dichroic mirror 105a. The mirror 104 and the two dichroic mirrors 105a and 105b are arranged so that the optical axes of the laser beams of the respective colors emitted from the laser light sources 101a to 101c are aligned. The mirror 104 and the two dichroic mirrors 105a and 105b constitute an optical axis alignment unit that aligns the optical axes of the laser beams emitted from the laser light sources 101a to 101c, respectively.

走査部106は、ダイクロイックミラー105bを経由した各色のレーザ光を反射する。走査部106は、たとえば、MEMS(micro electro mechanical system)ミラーからなっており、ダイクロイックミラー105bを経由した各色のレーザ光が入射されるミラー106aを、駆動信号に応じて、Y軸に平行な軸とX軸に平行な軸の周りに回転させる構成を備える。このようにミラー106aを回転することにより、レーザ光の反射方向が、X−Z平面の面内方向およびY−Z平面の面内方向において変化する。これにより、後述のように、各色のレーザ光によってスクリーン108が2次元に走査される。   The scanning unit 106 reflects the laser light of each color that passes through the dichroic mirror 105b. The scanning unit 106 includes, for example, a micro electro mechanical system (MEMS) mirror, and a mirror 106a on which laser beams of various colors are incident via a dichroic mirror 105b is arranged in an axis parallel to the Y axis according to a drive signal. And a configuration for rotating around an axis parallel to the X axis. By rotating the mirror 106a in this way, the reflection direction of the laser light changes in the in-plane direction of the XZ plane and the in-plane direction of the YZ plane. Thereby, as will be described later, the screen 108 is two-dimensionally scanned by the laser light of each color.

なお、ここでは、走査部106が、2軸駆動方式のMEMSミラーにより構成されたが、走査部106は、他の構成であってもよい。たとえば、Y軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーと、X軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーとを組み合わせて走査部106が構成されてもよい。   Here, the scanning unit 106 is configured by a biaxially driven MEMS mirror, but the scanning unit 106 may have other configurations. For example, the scanning unit 106 may be configured by combining a mirror that is rotationally driven around an axis parallel to the Y axis and a mirror that is rotationally driven around an axis parallel to the X axis.

補正レンズ107は、走査部106によるレーザ光の振り角に拘わらず、各色のレーザ光をZ軸正方向に向かわせるように設計されている。   The correction lens 107 is designed to direct the laser light of each color in the positive direction of the Z axis regardless of the swing angle of the laser light by the scanning unit 106.

スクリーン108は、レーザ光が走査されることにより画像が形成され、入射したレーザ光を運転者2の目2aの位置周辺の領域(アイボックス領域)に拡散させる作用を有する。スクリーン108は、PET(ポリエチレンテレフタレート)等の透明な樹脂からなっている。スクリーン108の構成は、追って、図3(a)ないし図7(b)を参照して説明する。   The screen 108 scans the laser beam to form an image, and has an action of diffusing the incident laser beam to a region around the position of the eyes 2a of the driver 2 (eye box region). The screen 108 is made of a transparent resin such as PET (polyethylene terephthalate). The configuration of the screen 108 will be described later with reference to FIGS. 3 (a) to 7 (b).

画像処理回路201は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理ユニットやメモリを備え、入力された映像信号を処理してレーザ駆動回路202およびミラー駆動回路203を制御する。レーザ駆動回路202は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、レーザ光源101a〜101cの出射強度を変化させる。ミラー駆動回路203は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、走査部106のミラー106aを駆動する。画像表示動作時における画像処理回路201における制御については、追って、図6(b)および図11(a)を参照して説明する。   The image processing circuit 201 includes an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory, and processes the input video signal to control the laser driving circuit 202 and the mirror driving circuit 203. The laser drive circuit 202 changes the emission intensity of the laser light sources 101a to 101c in accordance with a control signal from the image processing circuit 201. The mirror driving circuit 203 drives the mirror 106 a of the scanning unit 106 in accordance with a control signal from the image processing circuit 201. Control in the image processing circuit 201 during the image display operation will be described later with reference to FIGS. 6B and 11A.

図3(a)、(b)は、それぞれ、スクリーン108をレーザ光の入射側および出射側から見た状態を模式的に示す図である。図3(a)の上側に、スクリーン108のX軸正側かつY軸正側の角付近をY軸正側から見た拡大図が模式的に示されている。また、図3(b)の右側に、スクリーン108のX軸負側かつY軸正側の角付近をX軸負側から見た拡大図が模式的に示されている。   FIGS. 3A and 3B are diagrams schematically showing a state in which the screen 108 is viewed from the laser light incident side and the light emitting side, respectively. On the upper side of FIG. 3A, an enlarged view of the vicinity of the corners of the screen 108 on the X-axis positive side and the Y-axis positive side from the Y-axis positive side is schematically shown. Further, on the right side of FIG. 3 (b), an enlarged view of the vicinity of the corner on the X-axis negative side and the Y-axis positive side of the screen 108 from the X-axis negative side is schematically shown.

図3(a)に示すように、スクリーン108のレーザ光入射側の面(Z軸負側の面)には、レーザ光をX軸方向に発散させるための複数の第1のレンズ部108aが、X軸方向に並ぶように形成されている。Y軸方向に見たときの第1のレンズ部108aの形状は略円弧形状である。第1のレンズ部108aのX軸方向の幅は、たとえば、50μmである。   As shown in FIG. 3 (a), a plurality of first lens portions 108a for diverging laser light in the X-axis direction are provided on the laser light incident side surface (Z-axis negative side surface) of the screen 108. , So as to be aligned in the X-axis direction. The shape of the first lens portion 108a when viewed in the Y-axis direction is a substantially arc shape. The width in the X-axis direction of the first lens unit 108a is, for example, 50 μm.

図3(b)に示すように、スクリーン108のレーザ光出射側の面(Z軸正側の面)には、レーザ光をY軸方向に発散させるための複数の第2のレンズ部108bが、Y軸方向に並ぶように形成されている。X軸方向に見たときの第2のレンズ部108bの形状は略円弧形状である。第2のレンズ部108bのY軸方向の幅は、たとえば、70μmである。第2のレンズ部108bのY軸方向の幅は、第1のレンズ部108aのX軸方向の幅と同じであってもよい。   As shown in FIG. 3B, a plurality of second lens portions 108b for diverging the laser light in the Y-axis direction are provided on the laser light emission side surface (the Z-axis positive side surface) of the screen 108. And are arranged in the Y-axis direction. The shape of the second lens portion 108b when viewed in the X-axis direction is a substantially arc shape. The width in the Y-axis direction of the second lens unit 108b is, for example, 70 μm. The width of the second lens portion 108b in the Y-axis direction may be the same as the width of the first lens portion 108a in the X-axis direction.

図4は、スクリーン108の一部を拡大して示す図である。図4には、スクリーン108をレーザ光の入射方向(Z軸正方向)に見たときのスクリーン108の一部が拡大して示されている。図4において、実線は第1のレンズ部108aの境界を示し、破線は第2のレンズ部108bの境界を示している。   FIG. 4 is an enlarged view showing a part of the screen 108. FIG. 4 shows an enlarged part of the screen 108 when the screen 108 is viewed in the laser beam incident direction (Z-axis positive direction). In FIG. 4, the solid line indicates the boundary of the first lens unit 108a, and the broken line indicates the boundary of the second lens unit 108b.

図4に示すように、レーザ光の入射方向(Z軸正方向)に見た場合、第1のレンズ部108aと第2のレンズ部108bとが重なる領域(ハッチングが付された領域)が、1つのレンズ領域La1を構成する。レンズ領域La1は、X軸方向およびY軸方向に1列に並んでいる。各レンズ領域La1に入射したレーザ光は、第1のレンズ部108aによってX軸方向に収束された後拡散され、また、第2のレンズ部108bによってY軸方向に収束された後拡散される。こうして、各レンズ領域La1に入射したレーザ光が、運転者2の目2aの位置周辺の横長の領域(アイボックス領域)に導かれる。   As shown in FIG. 4, when viewed in the laser beam incident direction (Z-axis positive direction), the region where the first lens unit 108 a and the second lens unit 108 b overlap (the hatched region) One lens region La1 is configured. The lens regions La1 are arranged in a line in the X-axis direction and the Y-axis direction. The laser light incident on each lens region La1 is diffused after being converged in the X-axis direction by the first lens unit 108a, and is diffused after being converged in the Y-axis direction by the second lens unit 108b. In this way, the laser light incident on each lens region La1 is guided to a horizontally long region (eye box region) around the position of the eye 2a of the driver 2.

ここで、第1のレンズ部108aの曲率半径Rxと第2のレンズ部108bの曲率半径Ryは、互いに異なっている。曲率半径Rxは、曲率半径Ryよりも小さく設定される。従って、第1のレンズ部108aによってレーザ光が収束された後発散される広がり角は、第2のレンズ部108bによってレーザ光が収束された後発散される広がり角よりも大きくなる。このように第1のレンズ部108aおよび第2のレンズ部108bの曲率を設定することにより、スクリーン108を透過するレーザ光を、運転者2の目2aの位置周辺の横長の領域(アイボックス領域)に導くことができる。第1のレンズ部108aおよび第2のレンズ部108bの曲率半径は、アイボックス領域の形状に応じて決定される。   Here, the curvature radius Rx of the first lens portion 108a and the curvature radius Ry of the second lens portion 108b are different from each other. The curvature radius Rx is set smaller than the curvature radius Ry. Therefore, the divergence angle that diverges after the laser beam is converged by the first lens unit 108a is larger than the divergence angle that diverges after the laser beam is converged by the second lens unit 108b. By setting the curvatures of the first lens portion 108a and the second lens portion 108b in this manner, the laser light that passes through the screen 108 is transmitted to a horizontally long region (eye box region) around the position of the eye 2a of the driver 2. ). The curvature radii of the first lens unit 108a and the second lens unit 108b are determined according to the shape of the eye box region.

図3(a)に戻って、D10は、スクリーン108の描画領域である。すなわち、スクリーン108は、描画領域D10においてレーザ光により走査され、画像が形成される。描画領域D10よりも上側および下側の位置に、それぞれ、入射した光を発散させることなく通過させる所定サイズの非レンズ領域108c、108dが形成されている。非レンズ領域108c、108dのサイズは、互いに等しく設定される。非レンズ領域108c、108dのX軸方向の幅は、たとえば、50〜100μmであり、Y軸方向の幅は、たとえば、100〜200μmである。   Returning to FIG. 3A, D <b> 10 is a drawing area of the screen 108. That is, the screen 108 is scanned with the laser beam in the drawing area D10 to form an image. Non-lens regions 108c and 108d of a predetermined size that allow incident light to pass through without divergence are formed at positions above and below the drawing region D10, respectively. The sizes of the non-lens regions 108c and 108d are set to be equal to each other. The width in the X-axis direction of the non-lens regions 108c and 108d is, for example, 50 to 100 μm, and the width in the Y-axis direction is, for example, 100 to 200 μm.

非レンズ領域108c、108dは、それぞれ、スクリーン108のX軸方向の幅の中間位置に配置されている。非レンズ領域108c、108dの配置位置は、スクリーン108のX軸方向の幅の中間位置に限らず、他の位置であってもよい。また、非レンズ領域108c、108dの数は、1つずつでなくともよく、たとえば、非レンズ領域108c、108dの組が描画領域D10を挟んで2つ以上配置されてもよい。   The non-lens regions 108c and 108d are respectively arranged at intermediate positions of the width of the screen 108 in the X-axis direction. The arrangement positions of the non-lens regions 108c and 108d are not limited to the intermediate position of the width of the screen 108 in the X-axis direction, and may be other positions. Further, the number of the non-lens regions 108c and 108d may not be one each. For example, two or more sets of the non-lens regions 108c and 108d may be arranged with the drawing region D10 interposed therebetween.

図5(a)〜(c)は、非レンズ領域108cの構成例を示す図である。   5A to 5C are diagrams illustrating a configuration example of the non-lens region 108c.

図5(a)の構成例では、第1のレンズ部108aおよび第2のレンズ部108bを省略することにより、非レンズ領域108cが構成されている。すなわち、スクリーン108のレーザ光入射側(Z軸負側)の面およびレーザ光出射側(Z軸正側)の面は、非レンズ領域108cにおいて、X−Y平面に平行な平面となっている。   In the configuration example of FIG. 5A, the non-lens region 108c is configured by omitting the first lens portion 108a and the second lens portion 108b. That is, the laser beam incident side (Z-axis negative side) surface and the laser beam emission side (Z-axis positive side) surface of the screen 108 are planes parallel to the XY plane in the non-lens region 108c. .

図5(b)の構成例では、スクリーン108のレーザ光入射側(Z軸負側)の面からレーザ光出射側(Z軸正側)の面へと貫通する孔を形成することにより、非レンズ領域108cが構成されている。また、図5(c)の構成例では、スクリーン108のY軸正側の端縁からY軸負方向に凹んだ矩形の凹部を形成することにより、非レンズ領域108cが構成されている。   In the configuration example of FIG. 5B, by forming a hole penetrating from the laser light incident side (Z-axis negative side) surface of the screen 108 to the laser light emission side (Z-axis positive side) surface, A lens region 108c is configured. In the configuration example of FIG. 5C, the non-lens region 108c is configured by forming a rectangular recess recessed in the Y-axis negative direction from the edge on the Y-axis positive side of the screen 108.

非レンズ領域108cの構成は、図5(a)〜(c)の構成に限らず、入射した光を発散させることなく通過させる構成であれば、他の構成であってもよい。たとえば、Z軸方向に見たときの非レンズ領域108cの形状は、正方形に限られるものではなく、円形などの他の形状であってもよい。   The configuration of the non-lens region 108c is not limited to the configuration shown in FIGS. 5A to 5C, and may be other configurations as long as the incident light is allowed to pass through without diverging. For example, the shape of the non-lens region 108c when viewed in the Z-axis direction is not limited to a square, and may be another shape such as a circle.

なお、図5(a)〜(c)には、Y軸正側に配置される非レンズ領域108cの構成例を示したが、Y軸負側に配置される非レンズ領域108dも、図5(a)〜(c)と同様に形成され得る。   5A to 5C show a configuration example of the non-lens region 108c arranged on the Y axis positive side, the non-lens region 108d arranged on the Y axis negative side is also shown in FIG. It can be formed in the same manner as (a) to (c).

図6(a)は、スクリーン108の構成を模式的に示す斜視図である。図6(b)は、スクリーン108に対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。   FIG. 6A is a perspective view schematically showing the configuration of the screen 108. FIG. 6B is a diagram schematically illustrating a scanning method of the laser beam with respect to the screen 108.

上記構成を有するスクリーン108の入射面(Z軸負側の面)が、各色のレーザ光が重ねられたビームB1によって、X軸正方向に走査される。スクリーン108の入射面に対して、予め、ビームB1が通る走査ラインL1〜Lnが、Y軸方向に一定間隔で設定されている。走査ラインL1〜Lnの開始位置と終了位置は、X軸方向において一致している。したがって、走査ラインL1〜Lnを囲む領域は長方形である。ビームB1の径は、第2のレンズ部108bの幅よりも小さく設定される。たとえば、ビームB1の径は、35〜65μm程度に設定される。   The incident surface (surface on the negative side of the Z axis) of the screen 108 having the above configuration is scanned in the positive direction of the X axis by the beam B1 on which the laser beams of the respective colors are superimposed. Scan lines L1 to Ln through which the beam B1 passes are set in advance in the Y-axis direction at regular intervals with respect to the incident surface of the screen 108. The start position and the end position of the scanning lines L1 to Ln coincide with each other in the X-axis direction. Therefore, the area surrounding the scanning lines L1 to Ln is a rectangle. The diameter of the beam B1 is set smaller than the width of the second lens unit 108b. For example, the diameter of the beam B1 is set to about 35 to 65 μm.

映像信号により各色のレーザ光が変調されたビームB1により走査ラインL1〜Lnが高周波で走査されることにより、画像が構成される。こうして構成された画像が、スクリーン108と、ミラー22およびウインドシールド12(図1(c)参照)を介して、運転者2の目2aの位置周辺の領域(アイボックス)に投射される。これにより、運転者2は、ウインドシールド12の前方の空間に、虚像として画像30を視認する。   The scanning lines L1 to Ln are scanned at a high frequency by the beam B1 in which the laser light of each color is modulated by the video signal, thereby forming an image. The image thus configured is projected onto an area (eye box) around the position of the eye 2a of the driver 2 via the screen 108, the mirror 22 and the windshield 12 (see FIG. 1C). As a result, the driver 2 visually recognizes the image 30 as a virtual image in the space in front of the windshield 12.

ところで、上記のように、MEMSを用いた走査部106によりレーザ光がスクリーン108を走査する構成では、スクリーン108の中央からX軸方向の両端に向かうに従ってレーザ光の走査速度が低下する。このため、スクリーン108上の画像は、中央よりも走査方向の両端の領域が明るくなる。このように画像の明るさが不均一であると、画像を見た観察者に違和感を与えかねない。観察者が視認する画像は、なるべく全体の明るさが均一であることが好ましい。   Incidentally, as described above, in the configuration in which the laser beam scans the screen 108 by the scanning unit 106 using MEMS, the scanning speed of the laser beam decreases from the center of the screen 108 toward both ends in the X-axis direction. For this reason, the image on the screen 108 is brighter at both ends in the scanning direction than at the center. If the brightness of the image is non-uniform in this way, it may give a strange feeling to the viewer who has seen the image. The image visually recognized by the observer is preferably as uniform as possible in overall brightness.

そこで、本実施の形態では、画像が描画される描画領域D10のうち、走査方向(X軸方向)中央の所定範囲において、X軸方向の発散角が一定で、且つ、当該所定範囲を除いた両側の範囲において、X軸方向の発散角が、X軸方向の端に向かって徐々に大きくなるよう、スクリーン108が構成されている。   Therefore, in the present embodiment, the divergence angle in the X-axis direction is constant in the predetermined range in the center of the scanning direction (X-axis direction) in the drawing region D10 where the image is drawn, and the predetermined range is excluded. The screen 108 is configured so that the divergence angle in the X-axis direction gradually increases toward the end in the X-axis direction in the range on both sides.

図7(a)は、スクリーン108の領域設定方法を示す図、図7(b)は、スクリーン108の発散角の設定方法を示す図である。図7(b)のグラフにおいて、横軸は、スクリーン108のX軸方向の位置、縦軸は、X軸方向の発散角(度)である。横軸は、スクリーン108(描画領域D10)のX軸方向の幅の中間位置が0に設定されている。   FIG. 7A is a diagram showing a method for setting the area of the screen 108, and FIG. 7B is a diagram showing a method for setting the divergence angle of the screen 108. In the graph of FIG. 7B, the horizontal axis represents the position of the screen 108 in the X-axis direction, and the vertical axis represents the divergence angle (degree) in the X-axis direction. On the horizontal axis, the intermediate position of the width of the screen 108 (drawing area D10) in the X-axis direction is set to zero.

図7(b)に示すように、スクリーン108は、描画領域D10のうち、走査方向(X軸方向)中央の所定範囲W0において、X軸方向の発散角が一定に設定されている。所定範囲W0は、描画領域D10のX軸方向の中間位置からX軸正負方向にそれぞれ幅Δwの範囲である。所定範囲W0は、走査方向(X軸方向)における描画領域D10の全範囲の40%以上50%以下の範囲に設定される。   As shown in FIG. 7B, in the screen 108, the divergence angle in the X-axis direction is set constant in a predetermined range W0 in the center of the scanning direction (X-axis direction) in the drawing area D10. The predetermined range W0 is a range having a width Δw in the X-axis positive and negative directions from the intermediate position in the X-axis direction of the drawing region D10. The predetermined range W0 is set to a range of 40% to 50% of the entire range of the drawing region D10 in the scanning direction (X-axis direction).

また、スクリーン108は、所定範囲W0を除いた両側の範囲W1において、X軸方向の発散角が、X軸正負の端に向かって徐々に大きくなるように設定されている。より詳細には、両側の範囲W1に含まれる第1のレンズ部108aの曲率を変化させることにより、X軸方向の発散角が、両側の範囲W1の端に向かって徐々に大きくなるよう構成されている。   The screen 108 is set so that the divergence angle in the X-axis direction gradually increases toward the positive and negative ends of the X-axis in the range W1 on both sides excluding the predetermined range W0. More specifically, the divergence angle in the X-axis direction is gradually increased toward the ends of the range W1 on both sides by changing the curvature of the first lens portion 108a included in the range W1 on both sides. ing.

図7(b)に示す発散角の分布が得られるように、両側の範囲W1において、第1のレンズ部108aの曲率が、端に向かって段階的に変化している。具体的には、両側の範囲W1において、第1のレンズ部108aの曲率半径Rxが、端に向かって段階的に小さくなっている。これにより、両側の範囲W1において、X軸方向の発散角が、20度程度から50度程度まで段階的に変化している。   In order to obtain the divergence angle distribution shown in FIG. 7B, the curvature of the first lens portion 108a gradually changes toward the end in the range W1 on both sides. Specifically, in the range W1 on both sides, the radius of curvature Rx of the first lens portion 108a is gradually reduced toward the end. Thereby, in the range W1 on both sides, the divergence angle in the X-axis direction changes stepwise from about 20 degrees to about 50 degrees.

なお、両側の範囲W1において、第1のレンズ部108aの曲率は、X軸方向に隣り合う複数の第1のレンズ部108aを1つのグループとした場合に、グループ内では同一で、隣り合うグループ間において段階的に変化するように設定される。この他、隣り合う第1のレンズ部108a間で曲率が異なっていてもよい。   In the range W1 on both sides, the curvature of the first lens portion 108a is the same in the group when the plurality of first lens portions 108a adjacent in the X-axis direction are made into one group. It is set to change step by step. In addition, the curvature may be different between the adjacent first lens portions 108a.

所定範囲W0における第1のレンズ部108aの曲率半径Rxは、X軸方向の発散角が20度程度になるように設定されている。所定範囲W0における第1のレンズ部108aの曲率半径Rxは、たとえば、50μmである。所定範囲W0における第1のレンズ部108aの曲率半径Rxと第2のレンズ部108bの曲率半径Ryは、たとえば、Rx:Ry=1:2に設定される。   The curvature radius Rx of the first lens portion 108a in the predetermined range W0 is set so that the divergence angle in the X-axis direction is about 20 degrees. The curvature radius Rx of the first lens unit 108a in the predetermined range W0 is, for example, 50 μm. The curvature radius Rx of the first lens unit 108a and the curvature radius Ry of the second lens unit 108b in the predetermined range W0 are set to, for example, Rx: Ry = 1: 2.

図8(a)は、比較例1に係るアイボックス内の光量分布を示すグラフ、図8(b)は、実施の形態に係るアイボックス内の光量分布を示すグラフである。   FIG. 8A is a graph showing the light quantity distribution in the eye box according to Comparative Example 1, and FIG. 8B is a graph showing the light quantity distribution in the eye box according to the embodiment.

比較例1では、第1のレンズ部108aの発散角が、描画領域D10の全ての範囲において一定に設定されている。比較例1では、全ての第1のレンズ部108aの発散角が、図7(b)の所定範囲W0と同様、20度程度に設定されている。比較例1において、第1のレンズ部108aの曲率半径Rxは、描画領域D10の全ての範囲において一定である。   In Comparative Example 1, the divergence angle of the first lens unit 108a is set to be constant in the entire range of the drawing region D10. In Comparative Example 1, the divergence angles of all the first lens portions 108a are set to about 20 degrees as in the predetermined range W0 in FIG. 7B. In Comparative Example 1, the radius of curvature Rx of the first lens unit 108a is constant in the entire range of the drawing region D10.

図8(a)、(b)には、それぞれ、比較例1に係るスクリーン108と、実施の形態に係るスクリーン108とを用いた場合のアイボックス内の光量分布(シミュレーション結果)が示されている。実施の形態に係るスクリーン108は、図7(b)に示すように発散角が調整されている。   FIGS. 8A and 8B show the light amount distribution (simulation result) in the eye box when the screen 108 according to the comparative example 1 and the screen 108 according to the embodiment are used, respectively. Yes. The screen 108 according to the embodiment has a divergence angle adjusted as shown in FIG.

図8(a)、(b)のグラフにおいて、横軸は、アイボックスの横方向の位置、縦軸は、単位時間当たりの光量である。横軸は、アイボックスの横方向の中間位置が0に設定されている。なお、アイボックスの横方向は、スクリーン108のX軸方向に対応する。縦軸は、X軸方向におけるアイボックスの横方向の中間位置における光量を1として規格化されている。図8(b)には、便宜上、図7(b)に示す所定範囲W0および両側の範囲W1に対応する範囲が、それぞれ、W0およびW1として示されている。   In the graphs of FIGS. 8A and 8B, the horizontal axis represents the position of the eye box in the horizontal direction, and the vertical axis represents the light amount per unit time. On the horizontal axis, the intermediate position of the eyebox in the horizontal direction is set to zero. Note that the horizontal direction of the eye box corresponds to the X-axis direction of the screen 108. The vertical axis is normalized with the light quantity at the intermediate position in the horizontal direction of the eye box in the X-axis direction as 1. In FIG. 8B, for convenience, the ranges corresponding to the predetermined range W0 and the ranges W1 on both sides shown in FIG. 7B are shown as W0 and W1, respectively.

図8(a)に示すように、比較例1では、アイボックス内における光量がアイボックスの両端に向かうに伴い大きくなっている。これは、走査部106によるレーザ光の走査速度が、描画領域D10のX軸方向の両端に向かうに伴い遅くなるためである。比較例1では、このように、アイボックス内における光量がアイボックスの両端に向かうに伴い大きくなるため、観察者が視認する画像30の明るさが不均一となる。   As shown in FIG. 8A, in Comparative Example 1, the amount of light in the eye box increases as it goes toward both ends of the eye box. This is because the scanning speed of the laser beam by the scanning unit 106 becomes slower as it goes to both ends of the drawing region D10 in the X-axis direction. In Comparative Example 1, as described above, the amount of light in the eye box increases as it goes toward both ends of the eye box, so that the brightness of the image 30 visually recognized by the observer becomes non-uniform.

図8(b)に示すように、実施の形態では、上記のように、走査方向(X軸方向)中央の所定範囲W0を除いた両側の範囲W1において、X軸方向の発散角が、端に向かって徐々に大きくなるよう、スクリーン108が構成されている。このため、アイボックス内における両側部分の光の光量が、端に向かうほど、中央部分に比べて弱められる。これにより、アイボックス内における画像全体の明るさが均一に近づけられている。その結果、実施の形態では、観察者が視認する画像の明るさが、アイボックス内の全領域において略均一となる。   As shown in FIG. 8B, in the embodiment, as described above, in the range W1 on both sides excluding the predetermined range W0 in the center in the scanning direction (X-axis direction), the divergence angle in the X-axis direction is the end. The screen 108 is configured to gradually increase toward the screen. For this reason, the light quantity of the light in both side portions in the eye box is weakened as compared to the center portion as it goes toward the end. As a result, the brightness of the entire image in the eye box is made closer to uniform. As a result, in the embodiment, the brightness of the image visually recognized by the observer is substantially uniform over the entire area in the eye box.

なお、図8(a)、(b)に付記した破線は、光量が、アイボックスの横方向の中間位置の光量の1.2倍となるレベルを示している。光量が1.2倍程度である範囲においては、画像の輝度ムラが小さいため、人の目により明るさの変化が視認されにくい。よって、この範囲においては、特に、アイボックス内の光量を調節せずとも、観察者に違和感を与えることなく画像を表示できる。   8A and 8B, the broken line indicates a level at which the light quantity is 1.2 times the light quantity at the intermediate position in the horizontal direction of the eyebox. In a range where the amount of light is about 1.2 times, the brightness unevenness of the image is small, and thus the change in brightness is hardly visually recognized by human eyes. Therefore, in this range, an image can be displayed without giving an uncomfortable feeling to the observer without adjusting the light quantity in the eye box.

所定範囲W0は、アイボックス内において、光量が、アイボックスの横方向の中間位置の光量の1.2倍以下となる範囲に対応している。具体的には、所定範囲W0は、スクリーン108を走査するレーザ光の強度が一定である場合に、単位時間当たりにスクリーン108を透過するレーザ光の光量が、走査方向(X軸方向)における描画領域D10の中間位置の1.2倍以下となる範囲に設定される。所定範囲W0は、この条件を満たすように設定されることが好ましい。   The predetermined range W0 corresponds to a range in which the light amount is 1.2 times or less of the light amount at the intermediate position in the horizontal direction of the eye box in the eye box. Specifically, in the predetermined range W0, when the intensity of laser light that scans the screen 108 is constant, the amount of laser light that passes through the screen 108 per unit time is drawn in the scanning direction (X-axis direction). The range is set to be 1.2 times or less of the intermediate position of the region D10. The predetermined range W0 is preferably set so as to satisfy this condition.

なお、所定範囲W0を、走査方向(X軸方向)における描画領域D10の全範囲の40%以上50%以下の範囲に設定した場合、所定範囲W0は、上述の条件を略満たし得る。したがって、所定範囲W0を、走査方向(X軸方向)における描画領域D10の全範囲の40%以上50%以下の範囲に設定することにより、観察者は、所定範囲W0において形成された画像を、輝度ムラによる違和感を持つことなく視認できる。   When the predetermined range W0 is set to a range of 40% to 50% of the entire drawing area D10 in the scanning direction (X-axis direction), the predetermined range W0 can substantially satisfy the above-described conditions. Therefore, by setting the predetermined range W0 to a range of 40% or more and 50% or less of the entire range of the drawing region D10 in the scanning direction (X-axis direction), the observer can select an image formed in the predetermined range W0. Visible without any discomfort due to uneven brightness.

図9(a)〜(c)は、それぞれ、スクリーン108の位置調整の方法を示す図である。この位置調整は、画像表示装置20の製造工程において、所定の位置調製装置を用いて行われる。   FIGS. 9A to 9C are diagrams showing a method for adjusting the position of the screen 108. This position adjustment is performed using a predetermined position adjusting device in the manufacturing process of the image display device 20.

図9(a)〜(c)には、それぞれ、左側にスクリーン108の状態が示され、右側に位置調整装置における撮像素子301の状態が示されている。位置調整装置は、X−Y平面に平行な方向におけるスクリーン108の位置調整を行うための機構部と、スクリーン108から出射された光を受光するための撮像素子301とを備えている。   9A to 9C, the state of the screen 108 is shown on the left side, and the state of the image sensor 301 in the position adjusting device is shown on the right side. The position adjustment device includes a mechanism unit for adjusting the position of the screen 108 in a direction parallel to the XY plane, and an image sensor 301 for receiving light emitted from the screen 108.

位置調整工程において、図2に示す画像処理回路201は、Y軸方向に延びる直線画像R10がスクリーン108上に描画されるように、レーザ駆動回路202とミラー駆動回路203を制御する。直線画像R10のY軸方向の長さは、描画領域D10のY軸方向の長さよりも長く設定され、たとえば、スクリーン108のY軸方向の長さと略同じに設定される。直線画像R10のX軸方向の幅は、非レンズ領域108c、108dのX軸方向の幅と略同じに設定される。   In the position adjustment step, the image processing circuit 201 shown in FIG. 2 controls the laser driving circuit 202 and the mirror driving circuit 203 so that the straight line image R10 extending in the Y-axis direction is drawn on the screen 108. The length of the straight line image R10 in the Y-axis direction is set to be longer than the length of the drawing area D10 in the Y-axis direction, and is set to be substantially the same as the length of the screen 108 in the Y-axis direction, for example. The width of the straight line image R10 in the X-axis direction is set to be substantially the same as the width of the non-lens regions 108c and 108d in the X-axis direction.

図9(a)は、スクリーン108が、X−Y平面に平行な平面上の正規の位置に位置付けられた状態を示している。この場合、直線画像R10の上端部および下端部は、それぞれ、非レンズ領域108c、108dに位置づけられ、発散されることなく非レンズ領域108c、108dを通過する。これにより、撮像素子301には、直線画像R10の上端部および下端部に基づく光線部分R21、R22が投影される。直線画像R10の上端部および下端部以外の中央部分は、描画領域D10に配置された第1のレンズ部108a(図3(a)参照)によって、X軸方向に拡散される。これにより、撮像素子301には、直線画像R10の中央部分に基づく拡散光R23が投影される。   FIG. 9A shows a state in which the screen 108 is positioned at a normal position on a plane parallel to the XY plane. In this case, the upper end portion and the lower end portion of the linear image R10 are positioned in the non-lens regions 108c and 108d, respectively, and pass through the non-lens regions 108c and 108d without being diverged. Thereby, the light ray portions R21 and R22 based on the upper end portion and the lower end portion of the linear image R10 are projected onto the image sensor 301. A central portion other than the upper end portion and the lower end portion of the linear image R10 is diffused in the X-axis direction by the first lens portion 108a (see FIG. 3A) arranged in the drawing region D10. Thereby, the diffused light R23 based on the central portion of the linear image R10 is projected onto the image sensor 301.

この場合、位置調整装置は、撮像素子301上に、光線部分R21、R22が同じ量だけ投影されていることを検出することにより、スクリーン108が、X−Y平面に平行な平面上の正規の位置に位置付けられていると判定する。   In this case, the position adjustment device detects that the light ray portions R21 and R22 are projected by the same amount on the image pickup element 301, so that the screen 108 is a regular one on a plane parallel to the XY plane. It is determined that it is positioned at a position.

図9(b)は、スクリーン108が、X−Y平面に平行な平面上において、正規の位置から反時計方向に回転した位置にある状態を示している。この場合、直線画像R10の上端のみが非レンズ領域108cに位置づけられている。このため、撮像素子301上には、直線画像R10の上端部に基づく光線部分R21は投影されるが、直線画像R10の下端部に基づく光線部分R22は投影されない。位置調整装置は、光線部分R21、R22のうち光線部分R21のみが撮像素子301上に投影されていることに基づき、スクリーン108を、上側の非レンズ領域108cを中心に、図8(b)に矢印で示すように時計方向に回転させる。これにより、図9(c)に示すように、直線画像R10の下端部が非レンズ領域108dに位置づけられ、下端部に基づく光線部分R22が撮像素子301に投影される。   FIG. 9B shows a state in which the screen 108 is in a position rotated counterclockwise from the normal position on a plane parallel to the XY plane. In this case, only the upper end of the straight line image R10 is positioned in the non-lens region 108c. For this reason, the light ray portion R21 based on the upper end portion of the linear image R10 is projected on the image sensor 301, but the light ray portion R22 based on the lower end portion of the linear image R10 is not projected. The position adjusting device is shown in FIG. 8B with the screen 108 centered on the upper non-lens region 108c based on the fact that only the light ray portion R21 is projected on the image sensor 301 among the light ray portions R21 and R22. Rotate clockwise as indicated by the arrow. As a result, as shown in FIG. 9C, the lower end portion of the linear image R10 is positioned in the non-lens region 108d, and the light ray portion R22 based on the lower end portion is projected onto the image sensor 301.

この場合、位置調整装置は、撮像素子301上において、光線部分R21の方が、光線部分R22よりも多く投影されているため、光線部分R21、R22が互いに同じ量だけ投影されるように、スクリーン108を、図9(c)に矢印で示すようにY軸正方向に移動させる。これにより、スクリーン108に対して直線画像R10が図8(a)のように位置付けられる。位置調整装置は、撮像素子301上において、光線部分R21、R22が互いに同じ投影量となることにより、X−Y平面に平行な平面上の正規の位置に位置付けられていると判定する。こうして、位置調整が行われた後、スクリーン108が、接着剤等の固着手段によって、画像表示装置20内に固定される。   In this case, since the light beam portion R21 is projected more on the image sensor 301 than the light beam portion R22, the position adjustment device is configured so that the light beam portions R21 and R22 are projected by the same amount. 108 is moved in the positive direction of the Y-axis as indicated by an arrow in FIG. As a result, the straight line image R10 is positioned with respect to the screen 108 as shown in FIG. The position adjustment device determines that the light ray portions R21 and R22 have the same projection amount on the image sensor 301 and are thus positioned at regular positions on a plane parallel to the XY plane. In this way, after the position adjustment is performed, the screen 108 is fixed in the image display device 20 by fixing means such as an adhesive.

なお、図9(b)の例では、直線画像R10の上端部が非レンズ領域108cに位置付けられたが、直線画像R10の上端部および下端部の両方が、それぞれ、非レンズ領域108c、108dに位置付けられない場合も起こり得る。この場合、位置調整装置は、撮像素子301の撮像画像を参照しつつ、所定の調整ステップによりスクリーン108をX−Y平面に平行な方向に回転および移動させて、図9(a)に示すように、直線画像R10の上端部および下端部が、それぞれ、非レンズ領域108c、108dに等しく位置づけられるように、スクリーン108に対する位置調整を実行する。   In the example of FIG. 9B, the upper end portion of the linear image R10 is positioned in the non-lens region 108c. However, both the upper end portion and the lower end portion of the linear image R10 are in the non-lens regions 108c and 108d, respectively. It may happen that it cannot be positioned. In this case, the position adjustment device rotates and moves the screen 108 in a direction parallel to the XY plane by a predetermined adjustment step while referring to the image captured by the image sensor 301, as shown in FIG. 9A. In addition, the position adjustment with respect to the screen 108 is performed so that the upper end portion and the lower end portion of the straight line image R10 are positioned equally to the non-lens regions 108c and 108d, respectively.

ところで、上記のように、スクリーン108上におけるレーザ光のスポット径が各レンズの幅以下に設定される場合、スクリーン108に対するレーザ光の走査方法として、たとえば、レーザ光の走査方向(X軸方向)に1列に並ぶレンズ領域La1(図4参照)の中央をビームB1が通るようにレーザ光を走査させる方法を用いることができる。   By the way, as described above, when the spot diameter of the laser beam on the screen 108 is set to be equal to or smaller than the width of each lens, as a laser beam scanning method for the screen 108, for example, the laser beam scanning direction (X-axis direction) A method in which the laser beam is scanned so that the beam B1 passes through the center of the lens regions La1 (see FIG. 4) arranged in a row in a row can be used.

図10(a)は、この場合の走査方法(比較例2)を示す図である。便宜上、図10(a)では、スクリーン108の入射面側に形成された第1のレンズ部108aの図示が省略されている。図10(a)の破線は、スクリーン108の出射面側に形成された第2のレンズ部108bの境界を示している。   FIG. 10A shows a scanning method (Comparative Example 2) in this case. For convenience, in FIG. 10A, illustration of the first lens portion 108a formed on the incident surface side of the screen 108 is omitted. The broken line in FIG. 10A indicates the boundary of the second lens portion 108b formed on the exit surface side of the screen 108.

比較例2の走査方法では、走査ラインL1〜Lnが、第2のレンズ部108bの幅方向(Y軸方向)の中央位置に設定される。したがって、第2のレンズ部108bのピッチP1と、走査ラインL1〜LnのピッチP2とが互いに同一である。なお、ピッチP1は、図4に示したレンズ領域La1のY軸方向のピッチに対応する。   In the scanning method of Comparative Example 2, the scanning lines L1 to Ln are set at the center position in the width direction (Y-axis direction) of the second lens unit 108b. Therefore, the pitch P1 of the second lens portion 108b and the pitch P2 of the scanning lines L1 to Ln are the same. The pitch P1 corresponds to the pitch in the Y-axis direction of the lens region La1 shown in FIG.

しかし、この走査方法では、レーザ光の走査位置とスクリーン108との位置関係が走査方向に垂直な方向(Y軸方向)にずれた場合に、表示画像に干渉縞が生じることが、発明者らによって確認された。   However, in this scanning method, when the positional relationship between the scanning position of the laser beam and the screen 108 is deviated in a direction perpendicular to the scanning direction (Y-axis direction), the inventors have found that interference fringes are generated in the display image. Confirmed by.

図10(b)〜(e)は、それぞれ、比較例2に係る走査方法において、レーザ光の走査位置と第2のレンズ部108bとの位置関係を走査方向に垂直な方向(Y軸方向)に変化させた場合に、画像30に生じる干渉縞を模式的に示す図である。   10B to 10E show the positional relationship between the scanning position of the laser beam and the second lens unit 108b in the scanning method according to Comparative Example 2, respectively, in the direction perpendicular to the scanning direction (Y-axis direction). It is a figure which shows typically the interference fringe which arises in the image 30 when it changes to.

図10(b)は、レーザ光の走査位置が第2のレンズ部108bの中央位置に位置付けられている場合、すなわち、レーザ光の走査位置とスクリーン108との位置関係が適正である場合の状態を示している。この場合、図10(b)に示すように、画像30に干渉縞は生じない。   FIG. 10B shows a state where the scanning position of the laser light is positioned at the center position of the second lens portion 108b, that is, the positional relationship between the scanning position of the laser light and the screen 108 is appropriate. Is shown. In this case, no interference fringes are generated in the image 30 as shown in FIG.

図10(c)〜(e)は、それぞれ、レーザ光の走査位置が第2のレンズ部108bの中央位置からY軸方向にずれた場合の干渉縞の状態を示している。図10(d)では、図10(c)の場合よりも走査位置のずれ量が大きく、図10(e)では、図10(d)の場合よりも走査位置のずれ量が大きい。   FIGS. 10C to 10E show states of interference fringes when the scanning position of the laser beam is shifted in the Y-axis direction from the center position of the second lens unit 108b. In FIG. 10D, the amount of deviation of the scanning position is larger than in the case of FIG. 10C, and in FIG. 10E, the amount of deviation of the scanning position is larger than in the case of FIG.

図10(c)〜(e)に示すように、比較例2の走査方法では、レーザ光の走査位置が第2のレンズ部108bの中央の位置からY軸方向にずれた場合に画像30に干渉縞が生じ、ずれ量が大きくなるに伴い、干渉縞の数が増加する。このように、比較例2の走査方法では、画像30に生じる干渉縞のために、画像30の視認性が低下する。   As shown in FIGS. 10C to 10E, in the scanning method of the comparative example 2, the image 30 is displayed when the scanning position of the laser beam is deviated from the center position of the second lens portion 108b in the Y-axis direction. Interference fringes are generated, and the number of interference fringes increases as the amount of deviation increases. Thus, in the scanning method of Comparative Example 2, the visibility of the image 30 is reduced due to the interference fringes generated in the image 30.

このような問題を避けるため、比較例2の走査方法では、スクリーン108の設置時において、レーザ光が第2のレンズ部108bの中央を通るように、スクリーン108の設置位置を厳格に調整する作業が必要となる。ところが、こうして設置時にスクリーン108の位置を適正に調整した場合も、その後の温度変化等によってスクリーン108に変形等が生じると、レーザ光の走査位置と第2のレンズ部108bとの位置関係が崩れて、画像30に干渉縞が生じてしまう。このため、比較例2の走査方法では、干渉縞を抑制して画像30の視認性を良好に維持することが極めて困難である。   In order to avoid such a problem, in the scanning method of the comparative example 2, when the screen 108 is installed, an operation for strictly adjusting the installation position of the screen 108 so that the laser beam passes through the center of the second lens unit 108b. Is required. However, even when the position of the screen 108 is appropriately adjusted at the time of installation in this way, if the screen 108 is deformed due to a subsequent temperature change or the like, the positional relationship between the scanning position of the laser beam and the second lens unit 108b is lost. Thus, interference fringes are generated in the image 30. For this reason, in the scanning method of Comparative Example 2, it is extremely difficult to suppress the interference fringes and maintain the visibility of the image 30 in a good manner.

このような不都合を解消するため、本実施の形態では、画像30に生じる干渉縞を目立たなくさせるために、以下のように、スクリーン108に対するレーザ光の走査方法が調整されている。   In order to eliminate such inconvenience, in this embodiment, in order to make the interference fringes generated in the image 30 inconspicuous, the scanning method of the laser beam with respect to the screen 108 is adjusted as follows.

図11(a)は、実施の形態におけるレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。図11(a)においても、便宜上、スクリーン108の入射面側に形成された第1のレンズ部108aの図示が省略されている。図11(a)の破線は、スクリーン108の出射面側に形成された第2のレンズ部108bの境界を示している。   FIG. 11A is a diagram schematically illustrating a laser beam scanning method according to the embodiment. Also in FIG. 11A, for the sake of convenience, the illustration of the first lens portion 108a formed on the incident surface side of the screen 108 is omitted. A broken line in FIG. 11A indicates a boundary of the second lens portion 108b formed on the emission surface side of the screen 108.

図11(a)に示すように、実施の形態の走査方法では、第2のレンズ部108bのピッチP1に比べて、走査ラインL1〜LnのピッチP2が小さく設定されている。したがって、所定の走査ラインにおいては、レーザ光の走査位置が第2のレンズ部108bの中央位置に対してY軸方向にずれる。また、これらの走査ラインでは、走査ラインごとに、第2のレンズ部108bの中央位置に対するレーザ光(ビームB1)の走査位置のずれ量が相違するようになる。さらに、所定の走査ラインにおいては、レーザ光(ビームB1)が、互いに隣り合う2つの第2のレンズ部108bに跨がることが起こり得る。   As shown in FIG. 11A, in the scanning method of the embodiment, the pitch P2 of the scanning lines L1 to Ln is set smaller than the pitch P1 of the second lens portion 108b. Therefore, in the predetermined scanning line, the scanning position of the laser beam is shifted in the Y-axis direction with respect to the center position of the second lens portion 108b. In these scanning lines, the amount of deviation of the scanning position of the laser beam (beam B1) with respect to the central position of the second lens unit 108b differs for each scanning line. Furthermore, in a predetermined scanning line, the laser beam (beam B1) may straddle two adjacent second lens portions 108b.

実施の形態の走査方法によれば、このように、走査ラインL1〜LnのピッチP2を調整することにより、追って実験結果で示すように、画像30に生じる干渉縞を目立たなくすることができる。   According to the scanning method of the embodiment, by adjusting the pitch P2 of the scanning lines L1 to Ln as described above, the interference fringes generated in the image 30 can be made inconspicuous as shown in the experimental results later.

図11(b)〜(e)は、それぞれ、実施の形態に係る走査方法において、レーザ光の走査位置と第2のレンズ部108bとの位置関係を走査方向に垂直な方向(Y軸方向)に変化させた場合に、画像30に生じる干渉縞を模式的に示す図である。   FIGS. 11B to 11E show the positional relationship between the scanning position of the laser beam and the second lens unit 108b in the scanning method according to the embodiment in the direction perpendicular to the scanning direction (Y-axis direction). It is a figure which shows typically the interference fringe which arises in the image 30 when it changes to.

図11(b)は、レーザ光の走査位置とスクリーン108との位置関係が適正である場合の干渉縞の状態を示している。また、図11(c)〜(e)は、レーザ光の走査位置がスクリーン108に対して相対的にY軸方向にずれた場合の干渉縞の状態を示している。図11(d)では、図11(c)の場合よりも走査位置のずれ量が大きく、図11(e)では、図11(d)の場合よりも走査位置のずれ量が大きい。   FIG. 11B shows the state of interference fringes when the positional relationship between the scanning position of the laser beam and the screen 108 is appropriate. 11C to 11E show the state of interference fringes when the scanning position of the laser beam is shifted relative to the screen 108 in the Y-axis direction. In FIG. 11D, the amount of deviation of the scanning position is larger than in the case of FIG. 11C, and in FIG. 11E, the amount of deviation of the scanning position is larger than in the case of FIG.

図11(b)に示すように、実施の形態の走査方法では、レーザ光の走査位置とスクリーン108との位置関係が適正である場合も、画像30に干渉縞が生じ得る。しかし、ここで生じる干渉縞は、微細、且つ、濃淡の差が小さいため、画像30において極めて目立ちにくいものとなる。特に、画像30の背景色が黒である場合、干渉縞は略視認され得ないものとなる。   As shown in FIG. 11B, in the scanning method of the embodiment, even when the positional relationship between the scanning position of the laser beam and the screen 108 is appropriate, interference fringes can occur in the image 30. However, the interference fringes generated here are very inconspicuous in the image 30 because they are fine and the difference in density is small. In particular, when the background color of the image 30 is black, the interference fringes cannot be substantially visually recognized.

また、図11(c)〜(e)に示すように、実施の形態の走査方法では、レーザ光の走査位置が正規の位置からY軸方向にずれた場合も、図11(b)の場合と同様の干渉縞が生じる。なお、ここでは、レーザ光の走査位置のずれ量に応じて、干渉縞が上下方向に移動する。しかし、これらの場合も、画像30に生じた干渉縞は、図11(b)の場合と同様、微細、且つ、濃淡の差が小さいため、画像30において極めて目立ちにくいものとなる。   Further, as shown in FIGS. 11C to 11E, in the scanning method of the embodiment, even when the scanning position of the laser beam is shifted from the normal position in the Y-axis direction, the case of FIG. Interference fringes similar to Here, the interference fringes move in the vertical direction in accordance with the shift amount of the scanning position of the laser light. However, also in these cases, the interference fringes generated in the image 30 are very inconspicuous in the image 30 because they are fine and the difference in light and shade is small as in the case of FIG.

このように、本実施の形態の走査方法によれば、画像30に生じる干渉縞が、微細、且つ、濃淡の差が小さいものとなるため、画像30において極めて目立ちにくくできる。よって、画像30の視認性を良好に維持できる。また、レーザ光の走査位置が正規の位置からY軸方向にずれても、干渉縞の生じ方が略変わらない。このため、温度変化等によってスクリーン108に変形等が生じて、スクリーン108に対するレーザ光の走査位置がY軸方向に相対的にずれたとしても、画像30の視認性を良好に維持することができる。   As described above, according to the scanning method of the present embodiment, the interference fringes generated in the image 30 are fine and the difference in density is small, so that the image 30 can be extremely inconspicuous. Therefore, the visibility of the image 30 can be maintained favorably. Further, even if the scanning position of the laser beam is shifted from the normal position in the Y-axis direction, the way in which the interference fringes are generated does not change substantially. Therefore, even if the screen 108 is deformed due to a temperature change or the like, and the scanning position of the laser beam with respect to the screen 108 is relatively displaced in the Y-axis direction, the visibility of the image 30 can be maintained well. .

<実験>
発明者らは、第2のレンズ部108bのピッチP1(図4に示すレンズ領域La1の走査方向に垂直な方向のピッチ)に対する走査ラインのピッチP2の割合を変化させた場合に画像30に生じる干渉縞を実験により確認した。
<Experiment>
The inventors generate the image 30 when the ratio of the scanning line pitch P2 to the pitch P1 of the second lens portion 108b (pitch in the direction perpendicular to the scanning direction of the lens region La1 shown in FIG. 4) is changed. Interference fringes were confirmed by experiments.

実験では、上記実施の形態と同様、入射面と出射面にそれぞれ第1のレンズ部108aと第2のレンズ部108bが形成されたスクリーン108を用いた。なお、第2のレンズ部108bについては、図7(b)に示した発散角の調整を行わず、第2のレンズ部108bの全てにおいて発散角を同一とした。   In the experiment, as in the above embodiment, the screen 108 having the first lens portion 108a and the second lens portion 108b formed on the entrance surface and the exit surface, respectively, was used. For the second lens portion 108b, the divergence angle shown in FIG. 7B is not adjusted, and the divergence angle is the same for all the second lens portions 108b.

実験の条件は、以下のように設定した。   The experimental conditions were set as follows.

・第1のレンズ部108aの幅 … 50μm
・第2のレンズ部108bの幅 … 50μm
・第1のレンズ部108aによるレーザ光の広がり角 … ±22度
・第2のレンズ部108bによるレーザ光の広がり角 … ±10度
・第1のレンズ部108aと第2のレンズ部108bとの距離 … 0.3mm
・スクリーン108の入射面におけるビーム径(FWHMの場合) … 45μm
・ Width of first lens portion 108a: 50 μm
・ Width of the second lens portion 108b: 50 μm
The spread angle of the laser beam by the first lens unit 108a is ± 22 degrees. The spread angle of the laser beam by the second lens unit 108b is ± 10 degrees. The difference between the first lens unit 108a and the second lens unit 108b. Distance: 0.3mm
-Beam diameter on the incident surface of the screen 108 (in the case of FWHM): 45 μm

上記条件のうち、レーザ光の広がり角は、レーザ光の光軸を中心として互いに離れる方向をそれぞれ正負として示した。また、スクリーン108は、第1のレンズ部108aと第2のレンズ部108bが、それぞれ、厚み0.3mmのシートの表裏面に形成されたものを用いた。したがって、第1のレンズ部108aと第2のレンズ部108bとの距離は0.3mmであった。   Among the above conditions, the spread angle of the laser beam is shown as positive and negative in the direction away from each other about the optical axis of the laser beam. As the screen 108, a screen in which the first lens portion 108a and the second lens portion 108b are respectively formed on the front and back surfaces of a sheet having a thickness of 0.3 mm was used. Therefore, the distance between the first lens portion 108a and the second lens portion 108b was 0.3 mm.

実験では、上記実施の形態と同様の光学系を備えた画像表示装置20で白色無地の画像30を表示させ、アイボックスの位置で画像30を撮像した。   In the experiment, a white plain image 30 was displayed on the image display device 20 having the same optical system as that in the above embodiment, and the image 30 was captured at the position of the eye box.

図12(a)〜図14(b)は、それぞれ、本実験において撮像された画像の写真である。各写真の右上の隅には、第2のレンズ部108bのピッチP1に対する走査ラインのピッチP2の割合(P2/P1)が付記されている。   FIG. 12A to FIG. 14B are photographs of images taken in this experiment, respectively. In the upper right corner of each photograph, the ratio (P2 / P1) of the scanning line pitch P2 to the pitch P1 of the second lens portion 108b is added.

図12(a)〜図14(b)を参照すると、実施の形態の走査方法によれば、画像30に生じた干渉縞の濃淡の差が小さく、干渉縞が目立ちにくいことが分かる。特に、図13(a)〜図14(a)を参照すると、第2のレンズ部108bのピッチP1に対する走査ラインのピッチP2の割合が0.5〜0.7の範囲では、画像30に生じる干渉縞が、微細、且つ、濃淡の差が小さいため、画像30において干渉縞が極めて目立ちにくくなることが分かる。とりわけ、第2のレンズ部108bのピッチP1に対する走査ラインのピッチP2の割合が0.6である場合は、図13(b)に示すように、画像30に殆ど干渉縞が視認され得ないことが分かる。   Referring to FIGS. 12A to 14B, it can be seen that according to the scanning method of the embodiment, the difference in density of the interference fringes generated in the image 30 is small, and the interference fringes are not conspicuous. In particular, referring to FIGS. 13A to 14A, when the ratio of the scanning line pitch P2 to the pitch P1 of the second lens portion 108b is in the range of 0.5 to 0.7, the image 30 is generated. It can be seen that the interference fringes are very inconspicuous in the image 30 because the interference fringes are fine and the difference in density is small. In particular, when the ratio of the scanning line pitch P2 to the pitch P1 of the second lens portion 108b is 0.6, almost no interference fringes can be visually recognized in the image 30 as shown in FIG. I understand.

以上の実験結果から、第2のレンズ部108bのピッチP1(図4に示したレンズ領域La1の走査方向に垂直な方向のピッチ)よりも走査ラインのピッチP2を小さく設定することにより、画像30に生じた干渉縞を目立たなくできることが確認できた。特に、第2のレンズ部108bのピッチP1に対する走査ラインのピッチP2の割合を0.5〜0.7の範囲に設定することにより、画像30に生じた干渉縞を目立たなくでき、とりわけ、第2のレンズ部108bのピッチP1に対する走査ラインのピッチP2の割合を0.6付近に設定することにより、画像30に殆ど干渉縞が視認され得ない状態にできることが確認できた。このことから、第2のレンズ部108bのピッチP1に対する走査ラインのピッチP2の割合は、0.5〜0.7の範囲に設定することが好ましく、とりわけ、この割合は、0.6付近に設定することが好ましいと言える。   From the above experimental results, by setting the scanning line pitch P2 smaller than the pitch P1 of the second lens portion 108b (pitch in the direction perpendicular to the scanning direction of the lens region La1 shown in FIG. 4), the image 30 It was confirmed that the interference fringes generated in 1 were made inconspicuous. In particular, by setting the ratio of the scanning line pitch P2 to the pitch P1 of the second lens portion 108b in the range of 0.5 to 0.7, interference fringes generated in the image 30 can be made inconspicuous. It was confirmed that by setting the ratio of the scanning line pitch P2 with respect to the pitch P1 of the second lens portion 108b to about 0.6, it is possible to make the image 30 hardly see any interference fringes. Therefore, the ratio of the scanning line pitch P2 to the pitch P1 of the second lens unit 108b is preferably set in the range of 0.5 to 0.7, and in particular, this ratio is in the vicinity of 0.6. It can be said that setting is preferable.

なお、発明者らは、上記実験において、スクリーン108に対するレーザ光の走査位置を走査方向に垂直な方向にずらしながら、干渉縞の状態を目視で確認した。その結果、それぞれのピッチP1に対するピッチP2の割合において、スクリーン108に対するレーザ光の走査位置を上記のようにずらしても、干渉縞が上下方向に移動するのみで、干渉縞のパターン自体は略変化しなかった。このことから、温度変化等によってスクリーン108に変形等が生じ、これにより、スクリーン108に対するレーザ光の走査位置が走査方向に垂直な方向(Y軸方向)に相対的にずれたとしても、干渉縞による画像30の劣化を抑制でき、画像30の視認性を良好に維持できることが確認できた。   In the experiment, the inventors visually confirmed the state of the interference fringes while shifting the scanning position of the laser beam with respect to the screen 108 in the direction perpendicular to the scanning direction. As a result, even if the scanning position of the laser beam with respect to the screen 108 is shifted as described above at the ratio of the pitch P2 to the pitch P1, the interference fringe pattern itself changes substantially even if the interference fringe moves up and down. I didn't. For this reason, deformation or the like occurs in the screen 108 due to a temperature change or the like, and even if the scanning position of the laser beam with respect to the screen 108 is relatively shifted in the direction perpendicular to the scanning direction (Y-axis direction), the interference fringes. It was confirmed that the degradation of the image 30 due to the image could be suppressed and the visibility of the image 30 could be maintained satisfactorily.

なお、実施の形態の走査方法において、上記のように干渉縞が微細、且つ、濃淡差が小さくなるのは、以下の理由によるものと考えられる。   In the scanning method of the embodiment, the reason why the interference fringes are fine and the contrast is small as described above is considered as follows.

図15(a)は、実施の形態の走査方法を示し、図15(b)は、比較例2の走査方法を示している。図15(a)、(b)には、それぞれ、第2のレンズ部108bとレーザビームの強度分布との関係が示されている。図15(a)の下段には、第2のレンズ部108b2に設定された2つの走査ラインをレーザビームが走査したときの強度分布が示されている。   FIG. 15A shows the scanning method of the embodiment, and FIG. 15B shows the scanning method of Comparative Example 2. FIGS. 15A and 15B show the relationship between the second lens portion 108b and the intensity distribution of the laser beam, respectively. The lower part of FIG. 15A shows the intensity distribution when the laser beam scans two scanning lines set in the second lens unit 108b2.

図15(a)に示すように、実施の形態では、走査ラインのピッチP2が第2のレンズ部108bのピッチP1よりも小さく設定されている。このため、ビームB1は、2つないし3つの第2のレンズ部108b(108b−1、108b−2、108b−3)を跨っており、それぞれ異なる強度分布で3つの第2のレンズ部108bから光が出射される。1本のレーザビームが複数の第2のレンズ部108bを通過して出射されることで、複数の開口から同位相の光が出力されるのと同じ効果となり、画像30に干渉縞が生じる。   As shown in FIG. 15A, in the embodiment, the scanning line pitch P2 is set smaller than the pitch P1 of the second lens portion 108b. For this reason, the beam B1 straddles two to three second lens portions 108b (108b-1, 108b-2, 108b-3), and the three second lens portions 108b have different intensity distributions. Light is emitted. One laser beam passes through the plurality of second lens portions 108 b and is emitted, so that the same effect is obtained as when light having the same phase is output from the plurality of openings, and interference fringes are generated in the image 30.

実施の形態では、1つの第2のレンズ部108bに対し複数の走査ラインで走査を行うことにより、1ラインごとに、3つの第2のレンズ部108bを通過する光強度が異なるため、生じる干渉縞のパターンが互いに異なるようになる。したがって、スクリーン108の全範囲が走査される間に、互いにパターンが異なる数種の干渉縞が生じることになる。このとき、上記のようにスクリーン108に対する走査周波数が高いため、これら数種の干渉縞が短時間の間に重畳的に視認される。このため、これら数種の干渉縞が視覚的に平均化され(撮像の場合は電気的に平均化され)、画像全体として視認される干渉縞が薄くなり、全体的に目立たなくなる。比較例2の走査方法では、1つの第2のレンズ部108bに対して走査ラインが1つだけ設定されているため、実施の形態の走査方法のように、互いにパターンが異なる数種の干渉縞が生じることがなく、生じた干渉縞が視覚的に平均化されることもない。   In the embodiment, when one second lens unit 108b is scanned with a plurality of scanning lines, the intensity of light passing through the three second lens units 108b differs for each line, and thus interference occurs. The stripe pattern is different from each other. Accordingly, while the entire range of the screen 108 is scanned, several kinds of interference fringes having different patterns are generated. At this time, since the scanning frequency for the screen 108 is high as described above, these several kinds of interference fringes are visually recognized in a short time. For this reason, these several kinds of interference fringes are visually averaged (electrically averaged in the case of imaging), and the interference fringes visually recognized as the entire image are thinned and become inconspicuous as a whole. In the scanning method of Comparative Example 2, since only one scanning line is set for one second lens unit 108b, several kinds of interference fringes having different patterns from each other as in the scanning method of the embodiment. Does not occur and the resulting interference fringes are not visually averaged.

したがって、上記実験の条件に拘わらず、ビームB1の径がレンズ領域La1のY軸方向の幅(第2のレンズ部108bの幅)よりも小さく、且つ、ピッチP1よりもピッチP2が小さく設定されれば、レンズ領域La1のサイズ等が上記条件と相違しても、上記実験と同様の効果が奏され得ると想定される。   Therefore, regardless of the conditions of the above experiment, the diameter of the beam B1 is set smaller than the width of the lens region La1 in the Y-axis direction (the width of the second lens portion 108b), and the pitch P2 is set smaller than the pitch P1. Then, even if the size of the lens region La1 is different from the above condition, it is assumed that the same effect as the above experiment can be achieved.

<実施形態の効果>
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
<Effect of embodiment>
As described above, according to the present embodiment, the following effects are exhibited.

図11(a)に示したように、第2のレンズ部108bのピッチP1(図4に示したレンズ領域La1の走査方向に垂直な方向のピッチ)よりも走査ラインのピッチP2が小さく設定されるため、上記実験で検証したとおり、画像30に生じる干渉縞を目立たなくすることができる。また、このようにピッチP2を設定することにより、温度変化等によりスクリーン108に変形等が生じてスクリーン108に対するレーザ光の走査位置が相対的に変化したとしても、画像30に生じる干渉縞を目立たない状態に維持できる。よって、画像30の視認性を良好に保つことができる。   As shown in FIG. 11A, the scanning line pitch P2 is set smaller than the pitch P1 of the second lens portion 108b (the pitch in the direction perpendicular to the scanning direction of the lens region La1 shown in FIG. 4). Therefore, as verified in the above experiment, the interference fringes generated in the image 30 can be made inconspicuous. Further, by setting the pitch P2 in this way, even if the screen 108 is deformed due to a temperature change or the like and the scanning position of the laser beam relative to the screen 108 is relatively changed, the interference fringes generated in the image 30 are conspicuous. It can be maintained in a state that is not. Therefore, the visibility of the image 30 can be kept good.

なお、上記実験で検証したとおり、第2のレンズ部108bのピッチP1(レンズ領域La1の走査方向に垂直な方向のピッチ)に対する走査ラインのピッチP2の割合(P2/P1)が、0.5以上0.7以下の範囲に設定されることが好ましい。これにより、図13(a)〜図14(a)に示したとおり、干渉縞を顕著に目立たなくすることができる。   As verified in the above experiment, the ratio (P2 / P1) of the scanning line pitch P2 to the pitch P1 of the second lens portion 108b (pitch in the direction perpendicular to the scanning direction of the lens region La1) is 0.5. It is preferable to set in the range of 0.7 or more and 0.7 or less. Thereby, as shown to Fig.13 (a)-FIG.14 (a), an interference fringe can be made not conspicuous conspicuously.

特に、第2のレンズ部108bのピッチP1(レンズ領域La1の走査方向に垂直な方向のピッチ)に対する走査ラインのピッチP2の割合(P2/P1)は、0.6付近に設定されることが好ましい。これにより、図13(b)に示したとおり、干渉縞が殆ど視認され得ない状態とすることができる。   In particular, the ratio (P2 / P1) of the scanning line pitch P2 to the pitch P1 of the second lens portion 108b (pitch in the direction perpendicular to the scanning direction of the lens region La1) may be set to around 0.6. preferable. Thereby, as shown in FIG.13 (b), it can be set as the state from which interference fringes can hardly be visually recognized.

図2に示したとおり、光源101とスクリーン108との間に、3つのレーザ光源101a〜101cからそれぞれ出射されたレーザ光の光軸を整合させるためのミラー104および2つのダイクロイックミラー105a、105b(光軸整合部)が配置されている。これにより、干渉縞に色割れが生じることを抑制することができる。すなわち、各波長のレーザ光の光軸が互いにずれていると、スクリーン108上における各波長のレーザ光の走査位置にずれが生じ、各波長のレーザ光に基づく干渉縞にずれが生じる。これにより、干渉縞の縁部分に、各波長に基づく色の線状の領域が互いに分離した状態で現れる。これに対し、本実施の形態では、各波長のレーザ光の光軸が互いに整合した状態で、各波長のレーザ光がスクリーン108に導かれるため、各波長のレーザ光に基づく干渉縞にずれが生じることがない。よって、干渉縞の縁部分に各波長の色の線状の領域が生じること、すなわち、干渉縞の色割れが抑制され得る。   As shown in FIG. 2, between the light source 101 and the screen 108, a mirror 104 and two dichroic mirrors 105a and 105b (for aligning the optical axes of the laser beams emitted from the three laser light sources 101a to 101c, respectively) An optical axis matching part) is arranged. Thereby, it can suppress that a color breakup arises in an interference fringe. That is, if the optical axes of the laser beams of the respective wavelengths are deviated from each other, the scanning positions of the laser beams of the respective wavelengths on the screen 108 are deviated, and the interference fringes based on the laser beams of the respective wavelengths are deviated. As a result, linear regions of colors based on the respective wavelengths appear at the edges of the interference fringes in a state of being separated from each other. On the other hand, in this embodiment, since the laser light of each wavelength is guided to the screen 108 in a state where the optical axes of the laser light of each wavelength are aligned with each other, the interference fringes based on the laser light of each wavelength are shifted. It does not occur. Therefore, a linear region having a color of each wavelength is generated at the edge of the interference fringe, that is, the color cracking of the interference fringe can be suppressed.

図2に示したとおり、光源101とスクリーン108との間に、レーザ光源101a〜101cからそれぞれ出射されたレーザ光のビームサイズおよびビーム形状を揃えるためのコリメータレンズ102a〜102cおよびアパーチャ103a〜103c(ビーム整形部)が配置されている。これにより、所定波長のビームB1の周りに他の波長のビームB1が大きくはみ出すことが抑制される。よって、各波長のレーザ光に基づく干渉縞を略同様の状態にでき、干渉縞に色割れが生じることを抑制できる。   As shown in FIG. 2, collimator lenses 102 a to 102 c and apertures 103 a to 103 c (for aligning the beam size and beam shape of laser light emitted from the laser light sources 101 a to 101 c, respectively, between the light source 101 and the screen 108 ( A beam shaping unit) is arranged. Thereby, it is suppressed that the beam B1 of another wavelength protrudes largely around the beam B1 of the predetermined wavelength. Therefore, the interference fringes based on the laser light of each wavelength can be made in substantially the same state, and the occurrence of color breakup in the interference fringes can be suppressed.

なお、レーザ光源101a〜101cのうち、赤色波長のレーザ光を出射するレーザ光源101aは、他の2つのレーザ光源101bに比べてレーザ光の放射角が大きいため、アパーチャ103aを透過した後の赤色波長のレーザ光のビームサイズが、青色波長のレーザ光と緑色波長のレーザ光に比べてやや大きくなり得る。しかし、この場合も、上記のように、各波長のレーザ光の光軸を整合させることにより、干渉縞に色割れが生じることを抑制することができる。   Of the laser light sources 101a to 101c, the laser light source 101a that emits a laser beam having a red wavelength has a larger emission angle of the laser light than the other two laser light sources 101b, and therefore the red color after passing through the aperture 103a. The beam size of the laser beam with the wavelength can be slightly larger than the laser beam with the blue wavelength and the laser beam with the green wavelength. However, also in this case, it is possible to suppress the occurrence of color breakup in the interference fringes by aligning the optical axes of the laser beams having the respective wavelengths as described above.

この他、スクリーン108が、図3(a)、(b)および図5(a)〜図7(b)の構成を備える場合は、以下の効果が奏され得る。   In addition, when the screen 108 has the configurations of FIGS. 3A and 3B and FIGS. 5A to 7B, the following effects can be achieved.

画像が描画される描画領域D10のうち、走査方向(X軸方向)中央の所定範囲W0を除いた両側の範囲W1において、X軸方向の発散角が、端に向かって徐々に大きくなるよう、スクリーン108が構成されているため、アイボックス内における両側部分の光の光量が、端に向かうほど、中央部分に比べて弱められる。このため、アイボックス内における画像全体の明るさを均一に近づけることができる。また、スクリーン108は、走査方向(X軸方向)中央の所定範囲W0において発散角が一定であるため、走査方向全範囲において発散角を精緻に調整する必要がない。よって、スクリーン108を容易に構成することができる。   In the drawing area D10 where the image is drawn, in the range W1 on both sides excluding the predetermined range W0 in the center of the scanning direction (X-axis direction), the divergence angle in the X-axis direction gradually increases toward the end. Since the screen 108 is configured, the amount of light on both side portions in the eye box is weaker as compared to the center portion as it goes toward the end. For this reason, the brightness of the entire image in the eye box can be made closer to uniform. Further, since the divergence angle of the screen 108 is constant in the predetermined range W0 in the center of the scanning direction (X-axis direction), it is not necessary to precisely adjust the divergence angle in the entire range in the scanning direction. Therefore, the screen 108 can be easily configured.

また、所定範囲W0は、走査方向(X軸方向)における描画領域D10の全範囲の40%以上50%以下の範囲に設定される。あるいは、所定範囲W0は、スクリーン108を走査するレーザ光の強度が一定である場合に、単位時間当たりにスクリーン108を透過するレーザ光の光量が、走査方向(X軸方向)における描画領域D10の中間位置の1.2倍以下となる範囲に設定される。このように所定範囲W0を設定することにより、特に、所定範囲W0においてX軸方向の発散角を調整せずとも、観察者に輝度ムラによる違和感なく、画像を視認させることができる。   The predetermined range W0 is set to a range of 40% to 50% of the entire range of the drawing region D10 in the scanning direction (X-axis direction). Alternatively, the predetermined range W0 is such that when the intensity of the laser beam that scans the screen 108 is constant, the amount of the laser beam that passes through the screen 108 per unit time is that of the drawing region D10 in the scanning direction (X-axis direction). The range is set to be 1.2 times or less of the intermediate position. By setting the predetermined range W0 in this way, it is possible to allow the observer to visually recognize an image without a sense of incongruity due to uneven brightness, particularly without adjusting the divergence angle in the X-axis direction in the predetermined range W0.

また、本実施の形態では、スクリーン108の入射面と出射面に、それぞれ、第1のレンズ部108aと第2のレンズ部108bとが配置されているため、入射面側の第1のレンズ部108aに対してのみ、発散角の調整を施せばよい。よって、スクリーン108に対する発散角の調整を容易に行い得る。   In the present embodiment, since the first lens portion 108a and the second lens portion 108b are respectively disposed on the incident surface and the exit surface of the screen 108, the first lens portion on the incident surface side. It is only necessary to adjust the divergence angle only for 108a. Therefore, the divergence angle with respect to the screen 108 can be easily adjusted.

さらに、本実施の形態では、描画領域D10よりも上側および下側の位置に、それぞれ、入射した光を発散させることなく通過させる所定サイズの非レンズ領域108c、108dが配置されている。これにより、図9(a)〜(c)を参照して説明したとおり、簡便な作業により、スクリーン108をX−Y平面に平行な平面上の所定の位置に位置付けることができる。   Furthermore, in the present embodiment, non-lens regions 108c and 108d of a predetermined size that allow incident light to pass through without divergence are disposed at positions above and below the drawing region D10, respectively. Accordingly, as described with reference to FIGS. 9A to 9C, the screen 108 can be positioned at a predetermined position on a plane parallel to the XY plane by a simple operation.

<変更例1>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、また、本発明の適用例も、上記実施の形態の他に、種々の変更が可能である。
<Modification 1>
The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and the application example of the present invention can be modified in various ways in addition to the above embodiment. Is possible.

たとえば、上記実施の形態では、スクリーン108の入射面と出射面に、それぞれ、第1のレンズ部108aと第2のレンズ部108bとを配置したが、スクリーン108の入射面と出射面の何れか一方に、レーザ光をX軸方向およびY軸方向に発散させるためのレンズ群を配置する構成であってもよい。   For example, in the above embodiment, the first lens portion 108a and the second lens portion 108b are arranged on the incident surface and the exit surface of the screen 108, respectively. On the other hand, a lens group for diverging laser light in the X-axis direction and the Y-axis direction may be arranged.

図16(a)は、スクリーン108の入射面に、レーザ光を走査方向(X軸方向)および走査方向に垂直な方向(Y軸方向)に発散させるための複数のレンズ部108e(マイクロレンズアレイ)を配置した構成例を示す図である。図16(b)は、図16(a)の一部の領域をZ軸正側から見た拡大図である。   FIG. 16A shows a plurality of lens portions 108e (microlens array) for diverging laser light in the scanning direction (X-axis direction) and the direction perpendicular to the scanning direction (Y-axis direction) on the incident surface of the screen 108. It is a figure which shows the structural example which has arrange | positioned. FIG. 16B is an enlarged view of a partial region of FIG. 16A as viewed from the Z-axis positive side.

なお、この構成では、1つのレンズ部108eが、図4に示した1つのレンズ領域La1に対応する。   In this configuration, one lens unit 108e corresponds to one lens region La1 shown in FIG.

図16(a)、(b)に示すように、スクリーン108の入射面には、平面視において矩形のレンズ部108eが、X軸に平行な横方向とY軸に平行な縦方向に所定数ずつ並ぶように形成されている。各レンズ部108eの横方向の幅Wxは互いに同一であり、また、各レンズ部108eの縦方向の幅Wyも互いに同一である。幅Wx、Wyは、数50μm程度である。図16(b)の例では、幅Wxと幅Wyが互いに同一の寸法に設定されているが、幅Wxと幅Wyの寸法が異なっていてもよい。   As shown in FIGS. 16A and 16B, on the incident surface of the screen 108, a predetermined number of rectangular lens portions 108e in a horizontal direction parallel to the X axis and a vertical direction parallel to the Y axis are seen in plan view. It is formed to line up one by one. The lateral widths Wx of the lens portions 108e are the same, and the vertical widths Wy of the lens portions 108e are also the same. The widths Wx and Wy are about several 50 μm. In the example of FIG. 16B, the width Wx and the width Wy are set to the same size, but the width Wx and the width Wy may be different.

各レンズ部108eは、X軸方向の曲率半径RxとY軸方向の曲率半径Ryが互いに異なっている。ここで、曲率半径Rxは曲率半径Ryよりも小さく設定される。従って、レンズ部108eは、X軸方向の曲率がY軸方向の曲率よりも大きくなっている。このようにレンズ部108eの曲率を設定することにより、上記実施の形態と同様、各レンズ部108eを透過するレーザ光を、効率良く、運転者2の目2aの位置周辺の横長の領域(アイボックス領域)に導くことができる。レンズ部108eの曲率は、アイボックス領域の形状に応じて決定される。   Each lens unit 108e has a different curvature radius Rx in the X-axis direction and a curvature radius Ry in the Y-axis direction. Here, the curvature radius Rx is set smaller than the curvature radius Ry. Accordingly, in the lens portion 108e, the curvature in the X-axis direction is larger than the curvature in the Y-axis direction. By setting the curvature of the lens portion 108e in this manner, the laser beam transmitted through each lens portion 108e can be efficiently and horizontally elongated around the position of the eye 2a of the driver 2 (eye Box area). The curvature of the lens unit 108e is determined according to the shape of the eye box region.

この変更例では、図7(a)に示す所定範囲W0において、各レンズ部108eの曲率半径Rxが一定であり、且つ、両側の範囲W1において、各レンズ部108eの曲率半径RxがX軸正負の両端に向かうに伴い小さくなるように設定され得る。これにより、図7(b)に示すX軸方向の発散角の分布が実現される。なお、各レンズ部108eの曲率半径Ryは、全てのレンズ部108eにおいて同一である。所定範囲W0における曲率半径Rxと、曲率半径Ryとの関係は、たとえば、Rx:Ry=1:2に設定される。   In this modified example, the curvature radius Rx of each lens unit 108e is constant in the predetermined range W0 shown in FIG. 7A, and the curvature radius Rx of each lens unit 108e is positive or negative on the X axis in the range W1 on both sides. It can be set so as to become smaller as it goes to both ends. Thereby, the distribution of the divergence angle in the X-axis direction shown in FIG. 7B is realized. In addition, the curvature radius Ry of each lens part 108e is the same in all the lens parts 108e. The relationship between the curvature radius Rx and the curvature radius Ry in the predetermined range W0 is set to Rx: Ry = 1: 2, for example.

このように、レンズ部108eの曲率半径Rx、Ryを設定することにより、本変更例においても、図7(b)に示す光量分布を実現できる。これにより、アイボックス内における画像全体の明るさを均一に近づけることができる。   As described above, by setting the curvature radii Rx and Ry of the lens portion 108e, the light quantity distribution shown in FIG. As a result, the brightness of the entire image in the eye box can be made nearly uniform.

なお、本変更例においても、描画領域D10よりも上側および下側の位置に、非レンズ領域108c、108dが設けられている。これにより、図9(a)〜(c)を参照して説明した簡便な作業により、スクリーン108を、X−Y平面の所定の位置に位置付けることができる。   Also in this modified example, non-lens regions 108c and 108d are provided at positions above and below the drawing region D10. Thereby, the screen 108 can be positioned at a predetermined position on the XY plane by the simple operation described with reference to FIGS.

また、上記実験で用いたレンズと同様、全てのレンズ部108eの曲率半径Rxが同一に設定され、全てのレンズ部108eにおけるX軸方向の発散角が同一であってもよい。   Similarly to the lens used in the above experiment, the curvature radii Rx of all the lens portions 108e may be set to be the same, and the divergence angles in the X-axis direction of all the lens portions 108e may be the same.

なお、発明者らは、上記実施の形態の走査方法により、変更例1に係るスクリーン108と上記実施の形態のスクリーン108を走査した場合とで、画像30において生じる干渉縞の状態が相違するかを目視により確認した。その結果、変更例1のスクリーン108を用いた場合にも、上記実施の形態のスクリーン108を用いた場合と同様、画像30において干渉縞を目立たなくできるとの効果が確認できた。   Note that the inventors differ in the state of interference fringes generated in the image 30 between the case where the screen 108 according to the first modification and the screen 108 according to the above embodiment are scanned by the scanning method according to the above embodiment. Was confirmed visually. As a result, even when the screen 108 of the modification example 1 was used, the effect that the interference fringes can be made inconspicuous in the image 30 was confirmed as in the case of using the screen 108 of the above embodiment.

ただし、変更例1のスクリーン108を用いた場合に比べて、上記実施の形態のスクリーン108を用いた場合は、干渉縞の色割れが抑制された。これは、上記実施の形態のスクリーン108では、第1のレンズ部108aと第2のレンズ部108bとが光軸方向に離間しているため、この離間距離によって、第1のレンズ部108aによって発散されたレーザ光のアイボックス付近の焦点位置と、第2のレンズ部108bによって発散されたレーザ光のアイボックス付近の焦点位置との間に、僅かなずれ(視差)が生じるためであると考えられる。   However, when the screen 108 according to the above embodiment is used, the color breakup of the interference fringes is suppressed as compared with the case where the screen 108 according to the first modification is used. This is because the first lens unit 108a and the second lens unit 108b are separated from each other in the optical axis direction in the screen 108 of the above-described embodiment, and thus the first lens unit 108a diverges due to the separation distance. It is considered that a slight deviation (parallax) occurs between the focal position of the laser beam near the eye box and the focal position of the laser beam diverged by the second lens unit 108b. It is done.

したがって、干渉縞の色割れを抑制して、干渉縞をより目立たなくするためには、上記実施の形態のように、レーザ光の入射面にレーザ光をX軸方向(第1の方向)のみに発散させる複数の第1のレンズ部108aを備え、レーザ光の出射面にレーザ光をY軸方向(第2の方向)に垂直な方向のみに発散させる複数の第2のレンズ部108bを備えたスクリーン108を用いることが好ましいと言える。   Therefore, in order to suppress interference fringes and make the interference fringes less noticeable, as in the above-described embodiment, the laser light is incident on the laser light incident surface only in the X-axis direction (first direction). And a plurality of second lens portions 108b for diverging laser light only in a direction perpendicular to the Y-axis direction (second direction) on the laser light emission surface. It can be said that the screen 108 is preferably used.

なお、上記実施の形態では、スクリーン108の入射面に第1のレンズ部108aが形成され、スクリーン108の出射面に第2のレンズ部108bが形成されたが、スクリーン108の入射面にレーザ光をY軸方向(第2の方向)に発散させる複数の第2のレンズ部108bが形成され、スクリーン108の出射面にレーザ光をX軸方向(第1の方向)に発散させる複数の第1のレンズ部108aが形成されてもよい。   In the above embodiment, the first lens portion 108a is formed on the incident surface of the screen 108, and the second lens portion 108b is formed on the exit surface of the screen 108. However, the laser beam is incident on the incident surface of the screen 108. Are formed in the Y-axis direction (second direction), and a plurality of first lenses for diverging laser light in the X-axis direction (first direction) on the exit surface of the screen 108 are formed. The lens portion 108a may be formed.

<変更例2>
上記実施の形態では、スクリーン108の位置が固定であったが、画像の表示動作において、スクリーン108がZ軸方向に移動されてもよい。
<Modification 2>
In the above embodiment, the position of the screen 108 is fixed. However, the screen 108 may be moved in the Z-axis direction in the image display operation.

図17は、変更例2に係る画像表示装置20の照射光生成部21および照射光生成部21に用いる回路の構成を示す図である。   FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a circuit used for the irradiation light generation unit 21 and the irradiation light generation unit 21 of the image display device 20 according to the second modification.

図17に示すように、本変更例では、図2の構成に比べて、駆動部109と、スクリーン駆動回路204が追加されている。駆動部109は、スクリーン108をレーザ光の進行方向に平行な方向(Z軸方向)に往復移動させる。駆動部109は、たとえば、コイルと磁石を用いたアクチュエータにより構成される。たとえば、スクリーン108を保持するホルダが、板バネを介して、レーザ光の進行方向に平行な方向(Z軸方向)に移動可能に、ベースに支持される。コイルは、ホルダ側に設置され、磁石はベース側に設置される。スクリーン駆動回路204は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、スクリーン108を駆動する。   As shown in FIG. 17, in this modified example, a drive unit 109 and a screen drive circuit 204 are added compared to the configuration of FIG. The drive unit 109 reciprocates the screen 108 in a direction (Z-axis direction) parallel to the traveling direction of the laser light. The drive part 109 is comprised by the actuator using a coil and a magnet, for example. For example, a holder that holds the screen 108 is supported by the base via a leaf spring so as to be movable in a direction parallel to the traveling direction of the laser light (Z-axis direction). The coil is installed on the holder side, and the magnet is installed on the base side. The screen drive circuit 204 drives the screen 108 according to the control signal from the image processing circuit 201.

図18(a)は、変更例2に係るスクリーン108の移動工程の一例を示す図であり、図18(b)は、変更例2に係る画像表示装置20においてスクリーン108を移動させることにより表示される画像の一例を示す図である。   FIG. 18A is a diagram illustrating an example of the moving process of the screen 108 according to the second modification example, and FIG. 18B is displayed by moving the screen 108 in the image display device 20 according to the second modification example. It is a figure which shows an example of the image performed.

図18(a)に示すように、スクリーン108は、時刻t0〜t4を1サイクルとして移動が繰り返される。時刻t0〜t1の間に、スクリーン108は、初期位置Ps0から最遠位置Ps1へと移動され、時刻t1〜t4の間に、スクリーン108は、最遠位置Ps1から初期位置Ps0へと戻される。スクリーン108の移動周期、すなわち、時刻t0〜t4の時間は、たとえば、1/60秒である。   As shown in FIG. 18A, the movement of the screen 108 is repeated with time t0 to t4 as one cycle. Between times t0 and t1, the screen 108 is moved from the initial position Ps0 to the farthest position Ps1, and between times t1 and t4, the screen 108 is returned from the farthest position Ps1 to the initial position Ps0. The moving period of the screen 108, that is, the time from time t0 to t4 is, for example, 1/60 seconds.

時刻t0〜t1は、図18(b)において、奥行き方向に広がる奥行き画像M1を表示するための期間であり、時刻t1〜t4は、図18(b)において、鉛直方向に広がる鉛直画像M2を表示するための期間である。図18(b)の例において、奥行き画像M1は、ナビゲーション機能により乗用車1が道路R1を曲がるべき方向を運転者2に示唆するための矢印であり、鉛直画像M2は、歩行者H1が居ることを運転者2に注意喚起するためのマーキングである。たとえば、奥行き画像M1と鉛直画像M2は、互いに異なる色で表示される。   The time t0 to t1 is a period for displaying the depth image M1 spreading in the depth direction in FIG. 18B, and the time t1 to t4 is the vertical image M2 spreading in the vertical direction in FIG. 18B. This is the period for display. In the example of FIG. 18B, the depth image M1 is an arrow for suggesting to the driver 2 the direction in which the passenger car 1 should turn on the road R1 by the navigation function, and the vertical image M2 has a pedestrian H1. This is a marking for alerting the driver 2. For example, the depth image M1 and the vertical image M2 are displayed in different colors.

時刻t0〜t1において、スクリーン108は、初期位置Ps0から最遠位置Ps1まで線形に移動される。スクリーン108が移動すると、これに伴い、ウインドシールド12前方の虚像が結像する位置が奥行き方向に移動する。したがって、奥行き画像M1の奥行き方向の各位置にスクリーン108が在るときに、奥行き画像M1に対応する走査ライン上の、奥行き画像M1に対応するタイミングにおいて、レーザ光源101a〜101cを発光させることにより、ウインドシールド12の投射領域13の前方に、図18(b)に示すような奥行き画像M1を虚像として表示させることができる。   At time t0 to t1, the screen 108 is linearly moved from the initial position Ps0 to the farthest position Ps1. As the screen 108 moves, the position where the virtual image in front of the windshield 12 is formed moves in the depth direction. Therefore, when the screen 108 exists at each position in the depth direction of the depth image M1, the laser light sources 101a to 101c are caused to emit light at the timing corresponding to the depth image M1 on the scanning line corresponding to the depth image M1. A depth image M1 as shown in FIG. 18B can be displayed as a virtual image in front of the projection region 13 of the windshield 12.

一方、鉛直画像M2は、奥行き方向には変化せず、鉛直方向のみに広がっているため、スクリーン108を、鉛直画像M2に対応する位置に固定して、虚像の生成を行う必要がある。図18(a)の停止位置Ps2は、鉛直画像M2の奥行き位置に対応するスクリーン108の位置である。スクリーン108は、最遠位置Ps1から初期位置Ps0に戻る間に、停止位置Ps2において、時刻t2〜時刻t3の間、停止される。この間に、鉛直画像M2に対応する走査ライン上の、鉛直画像M2に対応するタイミングにおいて、レーザ光源101a〜101cを発光させることにより、ウインドシールド12の投射領域13の前方に、図18(b)に示すような鉛直画像M2を虚像として表示させることができる。   On the other hand, since the vertical image M2 does not change in the depth direction and spreads only in the vertical direction, it is necessary to generate a virtual image with the screen 108 fixed at a position corresponding to the vertical image M2. The stop position Ps2 in FIG. 18A is the position of the screen 108 corresponding to the depth position of the vertical image M2. While the screen 108 returns from the farthest position Ps1 to the initial position Ps0, the screen 108 is stopped at the stop position Ps2 from time t2 to time t3. During this period, the laser light sources 101a to 101c are caused to emit light at the timing corresponding to the vertical image M2 on the scanning line corresponding to the vertical image M2, so that the front of the projection region 13 of the windshield 12 is as shown in FIG. It is possible to display a vertical image M2 as shown in FIG.

以上の制御は、図17に示す画像処理回路201によって行われる。この制御により、時刻t0〜時刻t4の間に、奥行き画像M1と鉛直画像M2が虚像として表示される。上記の制御では、奥行き画像M1の表示タイミングと鉛直画像M2の表示タイミングにずれが生じるが、このずれは極めて短時間であるため、運転者2は、奥行き画像M1と鉛直画像M2を重ねた画像を認識する。こうして、運転者2は、投射領域13の前方に、映像信号に基づく画像(奥行き画像M1、鉛直画像M2)を、道路R1および歩行者H1を含む風景に重ねて見ることができる。   The above control is performed by the image processing circuit 201 shown in FIG. By this control, the depth image M1 and the vertical image M2 are displayed as virtual images between time t0 and time t4. In the above control, there is a difference between the display timing of the depth image M1 and the display timing of the vertical image M2, but since this shift is extremely short, the driver 2 is an image obtained by superimposing the depth image M1 and the vertical image M2. Recognize In this way, the driver 2 can view the image (depth image M1 and vertical image M2) based on the video signal in front of the projection area 13 over the landscape including the road R1 and the pedestrian H1.

なお、図18(b)では、鉛直画像M2が1つであったため、図18(a)の工程において、スクリーン108の停止位置Ps2が1つに設定されたが、鉛直画像M2が複数あれば、それに応じて、図18(a)の工程において、停止位置が複数設定される。ただし、図18(a)の工程において、時刻t0〜t4の時間は一定であり、時刻t4は不変であるため、停止位置の数の増減に応じて、停止位置前後のスクリーン108の移動速度(図18(a)の波形の傾き)が変更されることになる。   In FIG. 18B, since there is one vertical image M2, the stop position Ps2 of the screen 108 is set to one in the process of FIG. 18A, but if there are a plurality of vertical images M2. Accordingly, a plurality of stop positions are set in the process of FIG. However, in the process of FIG. 18A, the time from time t0 to t4 is constant and time t4 is not changed, so that the moving speed of the screen 108 before and after the stop position (in accordance with the increase or decrease in the number of stop positions ( The slope of the waveform in FIG. 18A is changed.

この変更例2においても、上記実施の形態の走査方法を用いることにより、画像30に生じる干渉縞を抑制できる。   Also in this modified example 2, interference fringes generated in the image 30 can be suppressed by using the scanning method of the above embodiment.

<その他の変更例>
上記実施の形態では、光源101が3つのレーザ光源101a〜101cを備える構成であったが、1つのレーザ光源の基板に出射波長が異なる複数の発光素子がマウントされたマルチ発光のレーザ光源が、光源101として用いられてもよい。この場合、各発光素子から出射されたレーザ光は、たとえば、波長選択性の回折格子によって光軸が整合される。
<Other changes>
In the above embodiment, the light source 101 is configured to include the three laser light sources 101a to 101c. However, a multi-emitting laser light source in which a plurality of light emitting elements having different emission wavelengths are mounted on a substrate of one laser light source, The light source 101 may be used. In this case, the optical axes of the laser beams emitted from the respective light emitting elements are aligned by, for example, a wavelength selective diffraction grating.

また、上記実施の形態では、本発明を乗用車1に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用した例を示したが、本発明は、車載用に限らず、他の種類の画像表示装置にも適用可能である。   Moreover, in the said embodiment, although the example which applied this invention to the head-up display mounted in the passenger car 1 was shown, this invention is applicable not only to vehicle-mounted but another kind of image display apparatus. It is.

また、画像表示装置20および照射光生成部21の構成は、図1(c)および図2、図17に記載された構成に限られるものではなく、適宜、変更可能である。さらに、第1のレンズ部108aや第2のレンズ部108b、レンズ部108eは、スクリーン108に一体形成されてもよく、あるいは、これらレンズ部を有する透明なシートをスクリーン108の基材に貼りつける構成であってもよい。   The configurations of the image display device 20 and the irradiation light generation unit 21 are not limited to the configurations described in FIG. 1C, FIG. 2, and FIG. 17, and can be changed as appropriate. Further, the first lens portion 108a, the second lens portion 108b, and the lens portion 108e may be integrally formed on the screen 108, or a transparent sheet having these lens portions is attached to the base material of the screen 108. It may be a configuration.

本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。   The embodiments of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims.

20 … 画像表示装置
22 … ミラー(光学系)
101 … 光源
106 … 走査部
108 … スクリーン
108a … 第1のレンズ部
108b … 第2のレンズ部
203 … ミラー駆動回路(駆動部)
La1 … レンズ領域
P1、P2 … ピッチ
L1〜L7 … 走査ライン
20 ... Image display device 22 ... Mirror (optical system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Light source 106 ... Scanning part 108 ... Screen 108a ... 1st lens part 108b ... 2nd lens part 203 ... Mirror drive circuit (drive part)
La1 ... Lens area P1, P2 ... Pitch L1 to L7 ... Scan line

Claims (6)

レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光で2次元に走査されることにより画像が描画されるスクリーンと、
前記レーザ光を前記スクリーンに対し走査させる走査部と、
第1の方向に平行な複数の走査ラインに沿って前記レーザ光が前記スクリーン上を移動するよう前記走査部を駆動する駆動部と、
前記スクリーンに描画された画像の虚像を生成する光学系と、を備え、
前記スクリーンには、前記第1の方向および前記第1の方向に垂直な第2の方向にそれぞれ並ぶように複数のレンズ領域が配置され、
前記駆動部は、前記走査ラインのピッチが前記第2の方向における前記レンズ領域のピッチよりも小さくなるように、前記複数の走査ラインを設定する、
ことを特徴とする画像表示装置。
A light source that emits laser light;
A screen on which an image is drawn by being scanned two-dimensionally with the laser beam;
A scanning unit for scanning the screen with the laser beam;
A driving unit that drives the scanning unit so that the laser beam moves on the screen along a plurality of scanning lines parallel to a first direction;
An optical system that generates a virtual image of an image drawn on the screen,
In the screen, a plurality of lens regions are arranged so as to be aligned in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction, respectively.
The drive unit sets the plurality of scan lines such that a pitch of the scan lines is smaller than a pitch of the lens regions in the second direction;
An image display device characterized by that.
請求項1に記載の画像表示装置において、
前記レンズ領域の前記ピッチに対する前記走査ラインの前記ピッチの割合が、0.5以上0.7以下の範囲に設定されている、
ことを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 1,
The ratio of the pitch of the scanning line to the pitch of the lens region is set in a range of 0.5 to 0.7.
An image display device characterized by that.
請求項1に記載の画像表示装置において、
前記レンズ領域の前記ピッチに対する前記走査ラインの前記ピッチの割合が、0.6付近に設定されている、
ことを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 1,
The ratio of the pitch of the scanning line to the pitch of the lens area is set to around 0.6.
An image display device characterized by that.
請求項1ないし3の何れか一項に記載の画像表示装置において、
前記光源は、互いに異なる波長の複数種類のレーザ光を出射し、
前記光源と前記スクリーンとの間に、前記複数種類のレーザ光の光軸を整合させる光軸整合部を備える、
ことを特徴とする画像表示装置。
In the image display device according to any one of claims 1 to 3,
The light source emits a plurality of types of laser beams having different wavelengths,
Between the light source and the screen, provided with an optical axis alignment unit that aligns the optical axes of the plurality of types of laser light,
An image display device characterized by that.
請求項4に記載の画像表示装置において、
前記光源と前記スクリーンとの間に、前記複数種類のレーザ光のビームサイズおよびビーム形状を揃えるためのビーム整形部を備える、
ことを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 4,
A beam shaping unit for aligning beam sizes and beam shapes of the plurality of types of laser light between the light source and the screen,
An image display device characterized by that.
請求項4または5に記載の画像表示装置において、
前記スクリーンは、前記レーザ光の入射面および出射面のうち、一方に、前記レーザ光を前記第1の方向のみに発散させる複数の第1のレンズ部を備え、他方に、前記レーザ光を前記第2の方向に垂直な方向のみに発散させる複数の第2のレンズ部を備え、前記レーザ光の入射方向に見て前記第1のレンズ部と前記第2のレンズ部とが重なる領域が、前記1つのレンズ領域となっている、
ことを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 4 or 5,
The screen includes a plurality of first lens portions that diverge the laser light only in the first direction on one of the incident surface and the emission surface of the laser light, and the laser light on the other side. A plurality of second lens portions that diverge only in a direction perpendicular to the second direction, and a region in which the first lens portion and the second lens portion overlap when viewed in the incident direction of the laser light, It is the one lens area,
An image display device characterized by that.
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Citations (5)

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