JP2018200489A - Lens array, image display device, and movable body - Google Patents

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慎 稲本
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Abstract

To provide a lens array that can increase visibility of an optical image to be formed irrespective of the shapes of lenses.SOLUTION: A microlens array is a lens array in which a plurality of microlenses 881 are individually arranged on a plurality of lattice points (virtual points) having a pitch with periodicity (regularity). The plurality of microlenses each have a length in a Y-direction longer than a length in an X-direction orthogonal to the Y-direction. The apex positions 884 of the plurality of microlenses are shifted from the lattice points on which the microlenses are arranged. The sum total of the amounts of shift in the Y-direction of the apex positions from the lattice points is larger than the sum total of the amounts of shift in the X-direction.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本発明は、レンズアレイ、画像表示装置、及び移動体に係り、更に詳しくは、複数のレンズを含むレンズアレイ、該レンズアレイを備える画像表示装置、及び該画像表示装置を備える移動体に関する。   The present invention relates to a lens array, an image display device, and a moving body, and more particularly to a lens array including a plurality of lenses, an image display device including the lens array, and a moving body including the image display device.

従来、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが知られている(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, a microlens array including a plurality of microlenses is known (see, for example, Patent Document 1).

ところで、特許文献1に開示されているマイクロレンズアレイでは、マイクロレンズの形状によっては、当該マイクロレンズアレイにより形成される光学像の視認性に向上の余地があった。   Incidentally, the microlens array disclosed in Patent Document 1 has room for improvement in the visibility of an optical image formed by the microlens array, depending on the shape of the microlens.

本発明は、ピッチに規則性のある複数の仮想点上に複数のレンズが個別に配置されたレンズアレイにおいて、前記複数のレンズそれぞれは、第1の方向の長さが該第1の方向に直交する第2の方向の長さよりも長く、前記複数のレンズのうち少なくとも1つのレンズの頂点位置は、該レンズが配置された前記仮想点からずれており、前記頂点位置の前記仮想点からの前記第1の方向のずれ量の総和は、前記第2の方向のずれ量の総和よりも大きいことを特徴とするレンズアレイである。   The present invention provides a lens array in which a plurality of lenses are individually arranged on a plurality of virtual points having regularity in pitch, and each of the plurality of lenses has a length in a first direction in the first direction. The vertex position of at least one lens among the plurality of lenses is longer than the length in the second direction orthogonal to each other, and is shifted from the virtual point where the lens is disposed, and the vertex position from the virtual point is In the lens array, the sum of the shift amounts in the first direction is larger than the sum of the shift amounts in the second direction.

本発明によれば、レンズの形状によらず、当該レンズアレイにより形成される光学像の視認性を向上できる。   According to the present invention, the visibility of an optical image formed by the lens array can be improved regardless of the shape of the lens.

図1(a)〜図1(c)は、それぞれ本発明の一実施形態の画像表示装置を説明するための図(その1〜その3)である。FIG. 1A to FIG. 1C are views (No. 1 to No. 3) for explaining an image display device according to an embodiment of the present invention. 図2(a)及び図2(b)は、それぞれ微細凸レンズによる拡散と干渉性ノイズ発生を説明するための図(その1及びその2)である。FIGS. 2A and 2B are diagrams (No. 1 and No. 2) for explaining the diffusion by the fine convex lens and the generation of coherent noise, respectively. 図3(a)〜図3(c)は、それぞれ干渉性ノイズの除去を説明するための図(その1〜その3)である。FIGS. 3A to 3C are diagrams (No. 1 to No. 3) for explaining the removal of coherent noise, respectively. 図4(a)〜図4(c)は、微細凸レンズの配列形態例を3例示す図である。FIG. 4A to FIG. 4C are diagrams showing three examples of arrangement forms of the micro-convex lenses. 図5(a)〜図5(e)は、微細凸レンズの配列形態の他の例を5例示す図である。Fig.5 (a)-FIG.5 (e) are figures which show 5 examples of the other example of the arrangement | sequence form of a micro convex lens. 図6(a)及び図6(b)は、アナモフィックな微細凸レンズを説明するための図である。FIG. 6A and FIG. 6B are diagrams for explaining an anamorphic microconvex lens. 図7(a)及び図7(b)は、被走査面素子の例を2例説明する図である。FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating two examples of scanned surface elements. 微細凸レンズの配列形態の他の例を1例示す図である。It is a figure which shows one example of the other example of the arrangement | sequence form of a micro convex lens. 従来のマイクロレンズアレイ上に形成される干渉縞について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the interference fringe formed on the conventional microlens array. ランダム配列レンズアレイについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating a random array lens array. ランダム配列レンズアレイの各マイクロレンズの頂点位置について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the vertex position of each micro lens of a random array lens array. 図12(a)〜図12(c)は、それぞれ縦長ランダム配列レンズアレイの具体例を説明するための図である。FIG. 12A to FIG. 12C are diagrams for explaining specific examples of the vertically long random array lens array. 図13(a)〜図13(d)は、それぞれ比較例1〜4の縦長マイクロレンズの頂点位置について説明するための図であり、図13(e)〜図13(h)は、それぞれ実施例1〜4の縦長マイクロレンズの頂点位置について説明するための図である。FIGS. 13A to 13D are diagrams for explaining the apex positions of the vertically long microlenses of Comparative Examples 1 to 4, and FIGS. 13E to 13H are respectively implemented. It is a figure for demonstrating the vertex position of the vertically long microlens of Examples 1-4. 図14(a)〜図14(e)は、それぞれ実施例5〜9の縦長ランダム配列レンズアレイについて説明するための図である。FIG. 14A to FIG. 14E are diagrams for explaining the longitudinally long random array lens arrays of Examples 5 to 9, respectively.

以下、一実施形態を説明する。
図1は、一実施形態の画像表示装置を説明するための図である。
Hereinafter, an embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram for explaining an image display apparatus according to an embodiment.

図1に即して説明する画像表示装置1000は、2次元のカラー画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であり、図1(a)に装置の全体を説明図的に示す。   An image display apparatus 1000 described with reference to FIG. 1 is a head-up display apparatus that displays a two-dimensional color image, and FIG. 1A schematically illustrates the entire apparatus.

画像表示装置1000は、一例として、車両、航空機、船舶等の移動体に搭載され、該移動体に設けられた透過反射部材(例えばフロントガラス)を介して該移動体の操縦に必要なナビゲーション情報(例えば速度、走行距離等の情報)を視認可能にする。以下では、移動体に設定されたXYZ3次元直交座標系(移動体と共に移動する座標系)を適宜用いて説明する。なお、「透過反射部材」とは、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる部材を意味する。   As an example, the image display apparatus 1000 is mounted on a moving body such as a vehicle, an aircraft, and a ship, and navigation information necessary for maneuvering the moving body via a transmission / reflection member (for example, a windshield) provided on the moving body. (For example, information such as speed and travel distance) is made visible. In the following description, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system (coordinate system that moves with the moving body) set for the moving body is used as appropriate. The “transmission / reflection member” means a member that transmits a part of incident light and reflects at least a part of the remaining part.

図1(a)において、符号100で示す部分は「光源部」であり、この光源部100からカラー画像表示用の画素表示用ビームLCが+Z方向に射出される。   In FIG. 1A, a portion denoted by reference numeral 100 is a “light source unit”, and a pixel display beam LC for color image display is emitted from the light source unit 100 in the + Z direction.

画素表示用ビームLCは、赤(以下「R」と表示する。)、緑(以下「G」と表示する。)、青(以下「B」と表示する。)の3色のビームを1本に合成したビームである。   The pixel display beam LC includes one beam of three colors of red (hereinafter referred to as “R”), green (hereinafter referred to as “G”), and blue (hereinafter referred to as “B”). This is a combined beam.

即ち、光源部100は、例えば、図1(b)の如き構成となっている。   That is, the light source unit 100 has a configuration as shown in FIG.

図1(b)において、符号RS、GS、BSで示す光源としての半導体レーザは、それぞれR、G、Bのレーザ光を放射する。ここでは、各半導体レーザとして、端面発光レーザとも呼ばれるレーザダイオード(LD)が用いられている。なお、半導体レーザとして、端面発光レーザに代えて、面発光レーザ(VCSEL)を用いても良い。   In FIG. 1B, semiconductor lasers as light sources denoted by reference signs RS, GS, and BS emit R, G, and B laser beams, respectively. Here, a laser diode (LD) also called an edge emitting laser is used as each semiconductor laser. Note that a surface emitting laser (VCSEL) may be used as the semiconductor laser instead of the edge emitting laser.

符号RCP、GCP、BCPで示すカップリングレンズは、半導体レーザRS、GS、BSから射出される各レーザ光の発散性を抑制する。   Coupling lenses indicated by reference characters RCP, GCP, and BCP suppress the divergence of each laser beam emitted from the semiconductor lasers RS, GS, and BS.

カップリングレンズRCP、GCP、BCPにより発散性を抑制された各色レーザ光束は、アパーチュアRAP、GAP、BAPにより整形される(光束径を規制される)。   Each color laser beam whose divergence is suppressed by the coupling lenses RCP, GCP, and BCP is shaped by the aperture RAP, GAP, and BAP (the beam diameter is regulated).

整形された各色レーザ光束はビーム合成プリズム101に入射する。
ビーム合成プリズム101は、R色光を透過させG色光を反射するダイクロイック膜D1と、R・G色光を透過させB色光を反射するダイクロイック膜D2を有する。
The shaped laser beam of each color enters the beam combining prism 101.
The beam combining prism 101 includes a dichroic film D1 that transmits R color light and reflects G light, and a dichroic film D2 that transmits R and G color light and reflects B color light.

従って、ビーム合成プリズム101からは、R、G、Bの各色レーザ光束が1本の光束に合成されて射出される。   Therefore, the R, G, and B color laser beams are combined into one beam and emitted from the beam combining prism 101.

射出される光束は、レンズ102により所定の光束径の「平行ビーム」に変換される。
この「平行ビーム」が、画素表示用ビームLCである。
The emitted light beam is converted by the lens 102 into a “parallel beam” having a predetermined light beam diameter.
This “parallel beam” is the pixel display beam LC.

画素表示用ビームLCを構成するR、G、Bの各色レーザ光束は、表示するべき「2次元のカラー画像」の画像信号により(画像情報(画像データ)に応じて)強度変調されている。強度変調は、半導体レーザを直接変調する直接変調方式であっても良いし、半導体レーザから射出されたレーザ光束を変調する外部変調方式であっても良い。   The R, G, and B color laser beams constituting the pixel display beam LC are intensity-modulated (in accordance with image information (image data)) by an image signal of a “two-dimensional color image” to be displayed. The intensity modulation may be a direct modulation system that directly modulates the semiconductor laser, or an external modulation system that modulates a laser beam emitted from the semiconductor laser.

即ち、半導体レーザRS、GS、BSは、図示されない駆動手段により、R、G、Bの各色成分の画像信号により発光強度を変調される。   That is, the emission intensity of the semiconductor lasers RS, GS, and BS is modulated by image signals of R, G, and B color components by a driving unit (not shown).

光源部100から射出された画素表示用ビームLCは、画像形成素子としての2次元偏向手段6に入射し、2次元的に偏向される。
2次元偏向手段6は、本実施形態では、微小なミラーを「互いに直交する2軸」を揺動軸として揺動するように構成されたものである。
The pixel display beam LC emitted from the light source unit 100 is incident on the two-dimensional deflection unit 6 serving as an image forming element and is two-dimensionally deflected.
In the present embodiment, the two-dimensional deflecting means 6 is configured to swing a minute mirror with “two axes orthogonal to each other” as a swing axis.

即ち、2次元偏向手段6は具体的には、半導体プロセス等で微小揺動ミラー素子として作製されたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)である。   That is, the two-dimensional deflection means 6 is specifically a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufactured as a micro oscillating mirror element by a semiconductor process or the like.

2次元偏向手段は、この例に限らず、他の構成のもの、例えば、1軸の回りに揺動する微小ミラーを2個、揺動方向が互いに直交するように組み合わせたもの等でもよい。   The two-dimensional deflecting means is not limited to this example, but may be of another configuration, for example, a combination of two micro mirrors that swing around one axis so that the swing directions are orthogonal to each other.

上記の如く2次元的に偏向された画素表示用ビームLCは、凹面鏡7に入射し、被走査面素子8に向けて反射される。   The pixel display beam LC deflected two-dimensionally as described above enters the concave mirror 7 and is reflected toward the scanned surface element 8.

凹面鏡7の光学作用は、2次元的に偏向された画素表示用ビームLCによって反射面素子10上に形成される画像の歪みをとることである。
即ち、凹面鏡7により反射された画素表示用ビームLCは、2次元偏向手段6による偏向に伴い平行移動しつつ被走査面素子8に入射し、該被走査面素子8を2次元的に走査する。
The optical action of the concave mirror 7 is to take distortion of the image formed on the reflective surface element 10 by the pixel display beam LC deflected two-dimensionally.
That is, the pixel display beam LC reflected by the concave mirror 7 is incident on the scanned surface element 8 while moving in parallel with the deflection by the two-dimensional deflecting means 6, and scans the scanned surface element 8 two-dimensionally. .

この2次元的な走査により、被走査面素子8に「カラーの2次元画像」が形成される。   By this two-dimensional scanning, a “color two-dimensional image” is formed on the scanned surface element 8.

勿論、被走査面素子8に各瞬間に表示されるのは「画素表示用ビームLCが、その瞬間に照射している画素のみ」である。   Of course, what is displayed on the scanned surface element 8 at each moment is “only the pixel irradiated with the pixel display beam LC at that moment”.

カラーの2次元画像は、画素表示用ビームLCによる2次元的な走査により「各瞬間に表示される画素の集合」として形成される。
被走査面素子8に、上記の如く「カラーの2次元画像」が形成され、上記画像情報の画素単位の光(各画素に対応する光)である画素光が、凹面鏡9に入射して反射される。
A color two-dimensional image is formed as a “collection of pixels displayed at each moment” by two-dimensional scanning with a pixel display beam LC.
A “color two-dimensional image” is formed on the scanned surface element 8 as described above, and pixel light, which is light in pixel units (light corresponding to each pixel) of the image information, is incident on the concave mirror 9 and reflected. Is done.

図1には示されていないが、被走査面素子8は後述する「微細凸レンズ構造」を有している。凹面鏡9は「虚像結像光学系」を構成する。   Although not shown in FIG. 1, the scanned surface element 8 has a “fine convex lens structure” to be described later. The concave mirror 9 constitutes a “virtual image imaging optical system”.

「虚像結像光学系」は、前記「カラーの2次元画像」の拡大虚像12を結像させる。
拡大虚像12の結像位置の手前側には、反射面素子10が設けられ、拡大虚像12を結像する光束を、観察者11(図1(a)には観察者の目を示す。)の側へ反射する。なお、観察者11(例えば移動体を操縦する操縦者)は、反射面素子10(透過反射部材)で反射されたレーザ光の光路上の所定の観察位置から虚像を視認する。
The “virtual image imaging optical system” forms an enlarged virtual image 12 of the “color two-dimensional image”.
A reflective surface element 10 is provided on the near side of the imaging position of the magnified virtual image 12, and the light beam that forms the magnified virtual image 12 is shown as an observer 11 (FIG. 1 (a) shows the eyes of the observer). Reflects to the side. Note that the observer 11 (for example, an operator who controls a moving body) visually recognizes a virtual image from a predetermined observation position on the optical path of the laser light reflected by the reflecting surface element 10 (transmission / reflection member).

この反射光により、観察者11は拡大虚像12を視認できる。   The observer 11 can visually recognize the magnified virtual image 12 by the reflected light.

図1(a)に示す如く、図の上下方向を「Y方向」、図面に直交する方向を「X方向」とする。   As shown in FIG. 1 (a), the vertical direction in the figure is the “Y direction”, and the direction orthogonal to the drawing is the “X direction”.

図1(a)に示す場合には、Y方向は通常、観察者11にとって上下方向であり、この方向を「縦方向」と呼ぶ。   In the case shown in FIG. 1A, the Y direction is usually the vertical direction for the observer 11, and this direction is referred to as the “vertical direction”.

また、X方向は通常、観察者にとって左右方向であり、この方向を「横方向」と呼ぶ。   In addition, the X direction is usually the left-right direction for the observer, and this direction is referred to as the “lateral direction”.

被走査面素子8は、上述の如く、微細凸レンズ構造を有している。
後述するように、微細凸レンズ構造は「複数の微細凸レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列された」ものである。
As described above, the scanned surface element 8 has a fine convex lens structure.
As will be described later, the micro-convex lens structure is “a plurality of micro-convex lenses are closely arranged at a pitch close to the pixel pitch”.

ここでは、複数の微細凸レンズは、凸面が入射面となるようにZ方向に直交する平面(XY平面)に沿って所定ピッチで2次元配列されている。その具体的な配列形態としては、X方向を行方向、Y方向を列方向とするマトリクス状の配列や、ハニカム配列(ジグザグ配列)が挙げられる。一例として、各微細凸レンズの光軸は、Z軸に平行となっている。   Here, the plurality of fine convex lenses are two-dimensionally arranged at a predetermined pitch along a plane (XY plane) orthogonal to the Z direction so that the convex surface becomes the incident surface. Specific arrangement forms include a matrix arrangement in which the X direction is the row direction and the Y direction is the column direction, and a honeycomb arrangement (zigzag arrangement). As an example, the optical axis of each fine convex lens is parallel to the Z axis.

各微細凸レンズの平面形状(Z軸方向から見た形状)は、例えば円形、正N角形(Nは3以上の自然数)等である。ここでは、微細凸レンズの各々は、互いに曲率(曲率半径)が等しい。   The planar shape (the shape seen from the Z-axis direction) of each fine convex lens is, for example, a circle, a regular N-gon (N is a natural number of 3 or more), and the like. Here, each of the fine convex lenses has the same curvature (curvature radius).

そして、個々の微細凸レンズは、画素表示用ビームLCを等方的に拡散させる機能を持つ。すなわち、各微細凸レンズは、全方位に均等な拡散パワーを持つ。以下に、この「拡散機能」を簡単に説明する。   Each fine convex lens has a function of isotropically diffusing the pixel display beam LC. That is, each fine convex lens has an even diffusion power in all directions. The “diffusion function” will be briefly described below.

図1(c)において、符号L1〜L4は、被走査面素子8に入射する4本の画素表示用ビームを示している。   In FIG. 1C, reference symbols L <b> 1 to L <b> 4 indicate four pixel display beams incident on the scanned surface element 8.

これらの4本の画素表示用ビームL1〜L4は、被走査面素子8に形成される2次元画像の4隅に入射する画素表示用ビームであるものとする。   These four pixel display beams L1 to L4 are pixel display beams incident on the four corners of the two-dimensional image formed on the scanned surface element 8.

これら4本の画素表示用ビームL1〜L4は、被走査面素子8を透過すると、ビームL11〜L14のように変換される。   These four pixel display beams L1 to L4 are converted into beams L11 to L14 after passing through the scanned surface element 8.

仮に、画素表示用ビームL1〜L4で囲まれる断面が横長の4辺形の光束を、被走査面素子8に入射させると、この光束は「ビームL11〜L14で囲まれる断面が横長の4辺形の発散性の光束」となる。   If a quadrilateral light beam having a horizontally long cross section surrounded by the pixel display beams L1 to L4 is incident on the surface element 8 to be scanned, this light beam will be expressed as “four cross sections surrounded by the beams L11 to L14 having a horizontally long side. A divergent luminous flux of shape.

微細凸レンズのこの機能が「拡散機能」である。   This function of the micro-convex lens is a “diffusion function”.

「ビームL11〜L14で囲まれる発散性の光束」は、このように発散性光束に変換された画素表示用ビームを時間的に集合した結果である。   The “divergent light beam surrounded by the beams L11 to L14” is a result of temporally collecting the pixel display beams thus converted into the divergent light beam.

画素表示用ビームを拡散させるのは「反射面素子10により反射された光束が、観察者11の目の近傍の広い領域を照射する」ようにするためである。   The pixel display beam is diffused so that “the light beam reflected by the reflecting surface element 10 irradiates a wide area near the eyes of the observer 11”.

上記拡散機能が無い場合には、反射面素子10により反射された光束が「観察者11の目の近傍の狭い領域」のみを照射する。   When there is no diffusion function, the light beam reflected by the reflecting surface element 10 irradiates only “a narrow area near the eyes of the observer 11”.

このため、観察者11が頭部を動かして、目の位置が上記「狭い領域」から逸れると、観察者11は拡大虚像12を視認できなくなる。   For this reason, when the observer 11 moves his / her head and the position of the eyes deviates from the “narrow area”, the observer 11 cannot visually recognize the magnified virtual image 12.

上記のように、画素表示用ビームLCを拡散させることにより、反射面素子10による反射光束は「観察者11の目の近傍の広い領域」を照射する。   As described above, the light beam reflected by the reflective surface element 10 irradiates a “wide area near the eyes of the observer 11” by diffusing the pixel display beam LC.

従って、観察者が「頭を少々動かし」ても、拡大虚像12を確実に視認できる。   Therefore, even if the observer “moves his head a little”, the magnified virtual image 12 can be reliably recognized.

上記の如く、本実施形態において、被走査面素子8に入射する画素表示用ビームLCは平行ビームであるが、被走査面素子8を透過した後は発散性のビームとなる。   As described above, in the present embodiment, the pixel display beam LC incident on the scanned surface element 8 is a parallel beam, but after passing through the scanned surface element 8, it becomes a divergent beam.

ところで、レーザ光により被走査媒体(例えば透過型又は反射型のスクリーン)を走査して画像を形成する走査型の画像表示装置では、コヒーレント光であるレーザ光の強い干渉性によって視認される虚像が不規則にちらつくスペックルノイズが生じる。そこで、走査型の画像表示装置における被走査媒体として、レーザ光のビーム径に近いピッチで複数のマイクロレンズ(微細凸レンズ)が配列されたマイクロレンズアレイ(微細凸レンズ構造)を用いることで、スペックルノイズの強度を低減しつつ発散角を任意に制御して虚像の視認性を向上させることが行われている。   By the way, in a scanning type image display apparatus that forms an image by scanning a scanned medium (for example, a transmission type or a reflection type screen) with laser light, a virtual image that is visually recognized by strong coherence of laser light that is coherent light is generated. Speckle noise flickers irregularly. Therefore, by using a microlens array (microconvex lens structure) in which a plurality of microlenses (microconvex lenses) are arranged at a pitch close to the beam diameter of the laser beam as a scanned medium in a scanning image display device, speckles are used. The visibility of a virtual image is improved by arbitrarily controlling the divergence angle while reducing the intensity of noise.

この発明における被走査面素子8は、画素表示用ビームLCを拡散させる複数の微細凸レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列された「微細凸レンズ構造」を有する。   The to-be-scanned surface element 8 in the present invention has a “fine convex lens structure” in which a plurality of fine convex lenses that diffuse the pixel display beam LC are closely arranged at a pitch close to the pixel pitch.

微細凸レンズは「画素表示用ビームLCのビーム径」より大きい。   The fine convex lens is larger than “the beam diameter of the pixel display beam LC”.

微細凸レンズを「画素表示用ビームLCのビーム径」より大きくするのは、干渉性ノイズ低減のためであり、以下これを、図2及び図3を参照して説明する。   The reason why the fine convex lens is made larger than “the beam diameter of the pixel display beam LC” is to reduce the coherent noise, and this will be described below with reference to FIGS.

図2(a)において、符号802は被走査面素子を示す。
被走査面素子802は、微細凸レンズ801を配列した微細凸レンズ構造を有する。
In FIG. 2A, reference numeral 802 denotes a scanned surface element.
The scanned surface element 802 has a fine convex lens structure in which fine convex lenses 801 are arranged.

符号803で示す「画素表示用ビーム」の光束径807は、微細凸レンズ801の大きさよりも小さい。   The beam diameter 807 of the “pixel display beam” indicated by reference numeral 803 is smaller than the size of the fine convex lens 801.

即ち、微細凸レンズ801の大きさ806は、光束径807よりも大きい。
なお、本実施形態では、画素表示用ビーム803はレーザ光束であり、光束中心のまわりにガウス分布状の光強度分布をなす。
従って、光束径807は、光強度分布における光強度が「1/e」に低下する光束半径方向距離である。
図2(a)では、光束径807は微細凸レンズ801の大きさ806に等しく描かれているが、光束径807が「微細凸レンズ801の大きさ806」に等しい必要は無い。
微細凸レンズ801の大きさ806をはみ出さなければよい。
That is, the size 806 of the fine convex lens 801 is larger than the beam diameter 807.
In this embodiment, the pixel display beam 803 is a laser beam, and forms a Gaussian light intensity distribution around the center of the beam.
Therefore, the light beam diameter 807 is a distance in the radial direction of the light beam at which the light intensity in the light intensity distribution decreases to “1 / e 2 ”.
In FIG. 2A, the light beam diameter 807 is drawn equal to the size 806 of the fine convex lens 801, but the light beam diameter 807 does not have to be equal to “the size 806 of the fine convex lens 801”.
It is sufficient that the size 806 of the fine convex lens 801 does not protrude.

図2(a)において、画素表示用ビーム803は、その全体が1個の微細凸レンズ801に入射し、発散角805をもつ拡散光束804に変換される。   In FIG. 2A, the entire pixel display beam 803 is incident on one fine convex lens 801 and converted into a diffused light beam 804 having a divergence angle 805.

なお、「発散角」は、以下において「拡散角」と呼ぶこともある。   The “divergence angle” may be referred to as “diffusion angle” below.

図2(a)の状態では、拡散光束804は1つで、干渉する光束が無いので、干渉性ノイズ(スペックルノイズ)は発生しない。   In the state of FIG. 2A, there is only one diffused light beam 804 and no interfering light beam, so no coherent noise (speckle noise) is generated.

なお、発散角805の大きさは、微細凸レンズ801の形状により適宜設定できる。   The size of the divergence angle 805 can be set as appropriate depending on the shape of the fine convex lens 801.

図2(b)では、画素表示用ビーム811は、光束径が微細凸レンズの配列ピッチ812の2倍となっており、2個の微細凸レンズ813、814に跨って入射している。   In FIG. 2B, the pixel display beam 811 has a light beam diameter that is twice the arrangement pitch 812 of the fine convex lenses and is incident across the two fine convex lenses 813 and 814.

この場合、画素表示用ビーム811は、入射する2つの微細凸レンズ813、814により2つの発散光束815、816のように拡散される。   In this case, the pixel display beam 811 is diffused as two divergent light beams 815 and 816 by the two incident micro convex lenses 813 and 814.

2つの発散光束815、816は、領域817において重なり合い、この部分で互いに干渉して干渉性ノイズを発生する。   The two divergent light beams 815 and 816 overlap in a region 817 and interfere with each other in this portion to generate coherent noise.

図3(a)は、画素表示用ビーム824が、被走査面素子821の、2つの微細凸レンズ822、823に跨って入射している状態を示す。   FIG. 3A shows a state in which the pixel display beam 824 is incident across the two fine convex lenses 822 and 823 of the scanned surface element 821.

画素表示用ビーム824の光束径は、微細凸レンズ822等の大きさに等しい。
この場合、微細凸レンズ822に入射したビーム部分は発散光束826となり、微細凸レンズ823に入射したビーム部分は発散光束827となって拡散される。
The beam diameter of the pixel display beam 824 is equal to the size of the fine convex lens 822 and the like.
In this case, the beam portion incident on the fine convex lens 822 becomes a divergent light beam 826, and the beam portion incident on the fine convex lens 823 is diffused as a divergent light beam 827.

発散光束826と827とは、互いに遠ざかる方向へ拡散されるので、これらが相互に重なり合うことはなく、従って、この状態で干渉性ノイズは発生しない。   Since divergent light beams 826 and 827 are diffused away from each other, they do not overlap each other, and therefore no coherent noise is generated in this state.

即ち、微細凸レンズにより拡散された光束による干渉性ノイズは、画素表示用ビーム824のビーム径を、微細凸レンズ822の大きさ以下に設定すれば発生しない。   That is, coherent noise due to the light beam diffused by the fine convex lens is not generated if the beam diameter of the pixel display beam 824 is set to be equal to or smaller than the size of the fine convex lens 822.

微細凸レンズの径と、被走査面素子に入射する画素表示用ビームのビーム径の具体的な数値例を例示する。   Specific numerical examples of the diameter of the fine convex lens and the beam diameter of the pixel display beam incident on the scanned surface element will be exemplified.

画素表示用ビームのビーム径を、例えば150μm程度に設定することは容易である。   It is easy to set the beam diameter of the pixel display beam to, for example, about 150 μm.

この場合には、微細凸レンズ構造を構成する微細凸レンズの大きさは、上記150μm以上の大きさ、例えば、160μm、200μm等に設定すれば良い。   In this case, the size of the fine convex lens constituting the fine convex lens structure may be set to the size of 150 μm or more, for example, 160 μm or 200 μm.

図3(a)に示す被走査面素子821では、微細凸レンズ822、823・・は隙間なく配列されている。   In the scanned surface element 821 shown in FIG. 3A, the fine convex lenses 822, 823,... Are arranged without a gap.

従って、隣接する微細凸レンズ面の「境界部の幅(以下「境界幅」とも言う。)は0」である。
このため、微細凸レンズ822、823に、図3(a)の如く入射する画素表示用ビーム824から発生する発散光束は、発散光束826、827のみである。
Therefore, the “boundary width (hereinafter also referred to as“ boundary width ”)” of the adjacent fine convex lens surfaces is 0.
Therefore, the divergent light beams generated from the pixel display beam 824 that enters the fine convex lenses 822 and 823 as shown in FIG. 3A are only the divergent light beams 826 and 827.

しかしながら、実際に形成される微細凸レンズ構造では「隣接する微細凸レンズの境界幅が0となる」ことは無い。   However, in the actually formed fine convex lens structure, “the boundary width between adjacent fine convex lenses is not zero”.

即ち、図3(b)に示す被走査面素子831のように、実際に形成される微細凸レンズ構造では、微細凸レンズ833、834の境界部835は「幅:0」とはならない。   That is, in the actually formed fine convex lens structure as in the scanned surface element 831 shown in FIG. 3B, the boundary portion 835 of the fine convex lenses 833 and 834 is not “width: 0”.

微細凸レンズ833、834の境界部835は、微視的には「曲面が滑らかに連続」しており、境界部835には曲面が形成される。   Microscopically, the boundary portion 835 of the micro convex lenses 833 and 834 is “a curved surface is smoothly continuous” microscopically, and a curved surface is formed at the boundary portion 835.

このように境界部835に形成された曲面は、この部分に画素表示用ビームが入射すると、入射光部分に対して「微小なレンズ面」として作用する。   The curved surface formed in the boundary portion 835 in this way acts as a “micro lens surface” with respect to the incident light portion when the pixel display beam is incident on this portion.

従って、微細凸レンズ833、834に跨って入射する画素表示用ビーム832は、発散光束836、837とともに発散光束838も発生させる。   Accordingly, the pixel display beam 832 incident across the fine convex lenses 833 and 834 generates a divergent light beam 838 together with the divergent light beams 836 and 837.

発散光束838は境界部835の曲面のレンズ作用により発生し、発散光束836、837と、領域839、840において重なり合って干渉し、干渉性ノイズを発生させる。   The divergent light beam 838 is generated by the lens action of the curved surface of the boundary portion 835 and overlaps and interferes with the divergent light beams 836 and 837 in the regions 839 and 840 to generate coherent noise.

図3(c)は、微細凸レンズ構造における「干渉性ノイズの軽減ないし防止」を説明するための図である。   FIG. 3C is a diagram for explaining “reduction or prevention of coherent noise” in the fine convex lens structure.

微細凸レンズ構造において、微細凸レンズ841、842のレンズ面が緩やかに繋がった境界部843の曲面形状は、それ自体が「微小なレンズ面」をなしている。   In the micro-convex lens structure, the curved surface shape of the boundary portion 843 where the lens surfaces of the micro-convex lenses 841 and 842 are gently connected itself forms a “micro lens surface”.

境界部843の曲面形状の曲率半径を図の如く「r」とする。   The curvature radius of the curved surface shape of the boundary portion 843 is “r” as shown in the figure.

ここで、説明の簡単のため、微細凸レンズ構造に入射する画素表示用ビームを「波長:λの単色レーザ光束」とする。   Here, for simplicity of explanation, the pixel display beam incident on the fine convex lens structure is referred to as a “monochromatic laser beam having a wavelength of λ”.

境界部843の曲率半径:rが、画素表示用ビームの波長:λよりも大きい場合(r>λ)、曲率半径:rの曲面は、入射する画素表示用ビームに対してレンズ作用を及ぼす。   When the curvature radius r of the boundary portion 843 is larger than the wavelength λ of the pixel display beam (r> λ), the curved surface having the curvature radius r has a lens effect on the incident pixel display beam.

従ってこの場合、境界部843を通過するビーム成分は発散され、微細凸レンズ841、842により拡散された光束と重なり合って干渉し、干渉性ノイズを発生する。   Therefore, in this case, the beam component passing through the boundary portion 843 is diverged and overlaps and interferes with the light beam diffused by the fine convex lenses 841 and 842 to generate coherent noise.

一方、境界部843の曲率半径:rが、画素表示用ビームの波長:λより小さくなると、境界部843は画素表示用ビームに対して「サブ波長構造」となる。
周知の如く、サブ波長構造は「サブ波長構造よりも大きい波長の光」に対してはレンズ作用を生じない。
従って、波長:λより小さい曲率半径:rをもった境界部843は「レンズ」として作用せず、画素表示用ビームを直進的に透過させ、発散させることがない。
On the other hand, when the radius of curvature r of the boundary portion 843 is smaller than the wavelength λ of the pixel display beam, the boundary portion 843 has a “sub-wavelength structure” with respect to the pixel display beam.
As is well known, the sub-wavelength structure does not cause a lens action for “light having a wavelength larger than that of the sub-wavelength structure”.
Therefore, the boundary portion 843 having a radius of curvature “r” smaller than the wavelength “λ” does not act as a “lens”, and does not allow the pixel display beam to pass straight through and diverge.

このため、境界部843を直進的に透過したビーム部分と、微細凸レンズ841、842により拡散された発散光束とは重なり合わず、干渉による干渉性ノイズは発生しない。   For this reason, the beam portion transmitted straight through the boundary portion 843 and the divergent light beam diffused by the fine convex lenses 841 and 842 do not overlap with each other, and no coherent noise is generated due to interference.

即ち、画素表示用ビームのビーム径:d、波長:λ、微細凸レンズの大きさ:D、境界部をなす面の曲率半径:rの大小関係は、以下のように定めるのが良い。
D>d、λ>r 。
That is, the size relationship between the beam diameter of the pixel display beam: d, the wavelength: λ, the size of the fine convex lens: D, and the radius of curvature of the surface forming the boundary portion: r is preferably determined as follows.
D> d, λ> r.

表示すべき2次元の拡大虚像がモノクロ画像である場合には、波長:λの単色のコヒーレント光により画素表示用ビームを形成する。
従って、この場合には、上記D、d、r、λが上記大小関係を満足するように設定することにより、干渉性ノイズを抑制できる。
When the two-dimensional enlarged virtual image to be displayed is a monochrome image, a pixel display beam is formed by monochromatic coherent light having a wavelength: λ.
Therefore, in this case, coherent noise can be suppressed by setting D, d, r, and λ so as to satisfy the magnitude relationship.

本実施形態のように、2次元のカラー画像(拡大虚像)を表示する場合、画素表示用ビームLCは、R、G、Bの3色のビームの合成されたものである。   When displaying a two-dimensional color image (enlarged virtual image) as in the present embodiment, the pixel display beam LC is a combination of R, G, and B beams.

これらの3ビームの波長をλR(=640nm)、λG(=510nm)、λB(=445nm)とすると、これらの大小関係は「λR>λG>λB」である。   Assuming that the wavelengths of these three beams are λR (= 640 nm), λG (= 510 nm), and λB (= 445 nm), the magnitude relationship between them is “λR> λG> λB”.

従って、干渉性ノイズ防止の観点からすれば、上記境界部をなす面の曲率半径:rを、最短波長:λBよりも小さく、例えば、400nmとすればよい。   Therefore, from the viewpoint of preventing coherent noise, the curvature radius r of the surface forming the boundary may be smaller than the shortest wavelength λB, for example, 400 nm.

しかし、最長波長:λRよりも小さい曲率半径:r(例えば600nm)を設定すれば、画像表示ビームのR成分による干渉性ノイズを防止できる。   However, if a curvature radius: r (for example, 600 nm) smaller than the longest wavelength: λR is set, coherent noise due to the R component of the image display beam can be prevented.

即ち、干渉性ノイズを有効に軽減させることができる。   That is, coherent noise can be effectively reduced.

「r(例えば500nm)<λG」とすれば、画像表示ビームのR成分およびG成分の光による干渉性ノイズを防止できる。
画素表示用ビームLCが「R、G、Bの3色のビームの合成されたもの」である場合、干渉性ノイズは、これら3色の成分について独立に発生する。
そして、これら独立した3色R、G、Bのビームの干渉性ノイズの「総体」が、視認される干渉性ノイズとなる。
従って、3色の干渉性ノイズのうち、1色でも干渉性ノイズが無くなれば、視認される干渉性ノイズは大幅に改善され、観察画像の画質向上に寄与する。
従って、干渉性ノイズの防止効果は、3色のうちで「最も長波長のR成分」のみでも効果があり、次いでG成分、B成分という順で「低減効果」が向上する。
したがって、最長波長:λRよりも小さい曲率半径:r(例えば600nm)を設定すれば、干渉性ノイズの軽減上、一定の効果を達成できる。
干渉性ノイズの視認性は、波長やビーム径・マルチ/シングルモードなどでノイズ強度は変わるが、一般的にはR≒G>Bの順で高い。
即ち、波長:λBの光は人間の眼の視感度が低く、干渉性ノイズは目立ちにくい。
従って、波長:λGよりも小さい曲率半径:r(例えば500nm)を設定すれば、視認性の比較的高い波長:λRとλGの光による干渉性ノイズを軽減できる。
視感度が低い波長:λBの光による干渉性ノイズは発生しても、さほど目立たない。
勿論、波長:λBよりも小さい曲率半径:r(例えば400nm)を設定すれば、上記の如く、干渉性ノイズを更に有効に軽減できる。
If “r (for example, 500 nm) <λG”, coherent noise due to the R component and G component light of the image display beam can be prevented.
When the pixel display beam LC is “combined of three color beams of R, G, and B”, coherent noise is generated independently for these three color components.
The “total” of coherent noises of these independent three-color R, G, and B beams is visually recognized coherent noise.
Therefore, if no interference noise is detected even in one of the three colors of interference noise, the visually recognized interference noise is greatly improved, contributing to an improvement in the image quality of the observation image.
Therefore, the effect of preventing coherent noise is effective only with “the longest wavelength R component” of the three colors, and then the “reduction effect” is improved in the order of the G component and the B component.
Therefore, if a radius of curvature: r (for example, 600 nm) smaller than the longest wavelength: λR is set, a certain effect can be achieved in reducing coherent noise.
The visibility of the coherent noise is generally higher in the order of R≈G> B, although the noise intensity varies depending on the wavelength, beam diameter, multi / single mode, and the like.
That is, the light of wavelength λB has low visibility of human eyes, and coherent noise is not noticeable.
Therefore, if the radius of curvature: r (for example, 500 nm) smaller than the wavelength: λG is set, the coherent noise due to the light with relatively high visibility: λR and λG can be reduced.
Even if coherent noise is generated by light having a wavelength of low visibility: λB, it is not so noticeable.
Of course, if the curvature radius: r (for example, 400 nm) smaller than the wavelength: λB is set, the coherent noise can be further effectively reduced as described above.

微細凸レンズ構造を構成する複数の微細凸レンズそれぞれの大きさは、上記の如く、100μmオーダであり、これは通常の「マイクロレンズ」として実現できる。   The size of each of the plurality of fine convex lenses constituting the fine convex lens structure is on the order of 100 μm as described above, and this can be realized as a normal “micro lens”.

また、複数の微細凸レンズを配列した微細凸レンズ構造は「マイクロレンズアレイ」として実現できる。   Further, a fine convex lens structure in which a plurality of fine convex lenses are arranged can be realized as a “microlens array”.

従って、以下、微細凸レンズを「マイクロレンズ」とも呼び、微細凸レンズ構造を「マイクロレンズアレイ」とも呼ぶこととする。   Therefore, hereinafter, the fine convex lens is also referred to as “micro lens”, and the fine convex lens structure is also referred to as “micro lens array”.

マイクロレンズアレイは、一般に、マイクロレンズアレイのレンズ面アレイの転写面を持つ金型を作製し、この金型を用いて、樹脂材料に金型面を転写して作製される。
金型における転写面の形成は、切削やフォトリソグラフィなどを用いて形成する方法が知られている。
In general, the microlens array is manufactured by manufacturing a mold having a transfer surface of the lens surface array of the microlens array and transferring the mold surface to a resin material using the mold.
As a method for forming a transfer surface in a mold, a method of forming by using cutting or photolithography is known.

また、樹脂材料への転写面の転写は、例えば「射出成形」で行うことができる。   The transfer surface can be transferred to the resin material by, for example, “injection molding”.

隣接マイクロレンズの境界部における曲率半径を小さくすることは、境界幅を小さくすることにより実現できる。
小さい境界幅は、隣接マイクロレンズ面の形成する境界部の「尖鋭化」することにより実現できる。
Reducing the radius of curvature at the boundary between adjacent microlenses can be achieved by reducing the boundary width.
A small boundary width can be realized by “sharpening” a boundary portion formed by adjacent microlens surfaces.

マイクロレンズアレイ用の金型において、「隣接マイクロレンズ間の境界幅」の大きさを波長オーダまで小さくする工法は、種々の方法が知られている。   Various methods are known for reducing the size of the “border width between adjacent microlenses” to the order of wavelengths in a mold for a microlens array.

例えば、特許第4200223号公報は、異方性エッチングおよびイオン加工により各マイクロレンズの曲率半径を増加させ、境界部の非レンズ部分を除去する方法を開示している。   For example, Japanese Patent No. 4200283 discloses a method of increasing the radius of curvature of each microlens by anisotropic etching and ion processing to remove the non-lens portion at the boundary.

また、特許第5010445号公報は、等方性ドライエッチングを用いて、隣接マイクロレンズ間の平坦面を除去する方法を開示している。   Japanese Patent No. 5010445 discloses a method of removing a flat surface between adjacent microlenses by using isotropic dry etching.

例えば、これらの公知の方法を用いることにより、隣接マイクロレンズ間の境界部を成す面の曲率半径が、十分に小さいマイクロレンズアレイを作製可能である。
即ち、上に説明した被走査面素子は、複数のマイクロレンズが相互に近接して配列した構造を有するマイクロレンズアレイとして構成できる。
隣接するマイクロレンズの境界部をなす面の曲率半径:rを640nmよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成することにより、R成分光の干渉性ノイズを防止できる。
また、上記曲率半径:rを510nmよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成すれば、R成分光とG成分光による干渉性ノイズを防止できる。
隣接するマイクロレンズの境界部をなす面の曲率半径:rを445nmよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成すれば、R、G、B成分光の干渉性ノイズを防止できる。
For example, by using these known methods, it is possible to produce a microlens array in which the radius of curvature of the surface forming the boundary between adjacent microlenses is sufficiently small.
That is, the scanned surface element described above can be configured as a microlens array having a structure in which a plurality of microlenses are arranged close to each other.
By forming the radius of curvature of the surface forming the boundary between adjacent microlenses as a microlens array having r smaller than 640 nm, coherent noise of R component light can be prevented.
Further, if the curvature radius r is formed as a microlens array smaller than 510 nm, coherent noise due to R component light and G component light can be prevented.
If the radius of curvature of the surface forming the boundary between adjacent microlenses is formed as a microlens array having r smaller than 445 nm, coherent noise of R, G, and B component light can be prevented.

上には、図1に示す画像表示装置(ヘッドアップディスプレイ装置)について説明した。   The image display device (head-up display device) shown in FIG. 1 has been described above.

図1に示す凹面鏡7は、「2次元的に偏向された画素表示用ビームLCによって反射面素子10上に形成される画像の歪みをとる機能」を持つ。
即ち、凹面鏡7は「2次元的に偏向された画素表示用ビームの偏向範囲を調整し、被走査面素子の走査範囲を規制する偏向範囲規制手段」として機能する。
The concave mirror 7 shown in FIG. 1 has “a function of taking distortion of an image formed on the reflecting surface element 10 by a two-dimensionally deflected pixel display beam LC”.
That is, the concave mirror 7 functions as a “deflection range regulating means for regulating the scanning range of the scanned surface element by adjusting the deflection range of the two-dimensionally deflected pixel display beam”.

このような偏向範囲規制手段は、2次元偏向手段6により2次元的に偏向された画素表示用ビームの偏向角がさほど大きくない場合には、省略することもできる。   Such a deflection range restricting means can be omitted when the deflection angle of the pixel display beam deflected two-dimensionally by the two-dimensional deflecting means 6 is not so large.

微細凸レンズ構造(マイクロレンズアレイ)および微細凸レンズ(マイクロレンズ)に対する条件は上記の如くである。   The conditions for the fine convex lens structure (microlens array) and the fine convex lens (microlens) are as described above.

即ち、「画素表示用ビームのビーム径より大きい複数の微細凸レンズが、画素ピッチに近いピッチで密接して配列されて微細凸レンズ構造を構成」する。   That is, “a plurality of fine convex lenses larger than the beam diameter of the pixel display beam are closely arranged at a pitch close to the pixel pitch to form a fine convex lens structure”.

そこで、このような条件を満足するマイクロレンズアレイの具体的な形態を3例、図4に示す。
図4(a)に形態例を示すマイクロレンズアレイ87は、正方形形状のマイクロレンズ8711、8712・・等を正方行列状に配列したものである。
FIG. 4 shows three specific examples of microlens arrays that satisfy these conditions.
4A is a microlens array 87 in which square-shaped microlenses 8711, 8712,... Are arranged in a square matrix.

ヘッドアップディスプレイ装置において表示される2次元画像(拡大虚像)の画素数は、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列周期で決定される。   The number of pixels of the two-dimensional image (enlarged virtual image) displayed in the head-up display device is determined by the arrangement period of the microlenses in the microlens array.

図4(a)の配列の場合、X軸方向に隣接するマイクロレンズ8711、8712の中心間距離をX1とする。   In the case of the arrangement shown in FIG. 4A, the distance between the centers of the microlenses 8711 and 8712 adjacent in the X-axis direction is X1.

また、図においてY軸方向に隣接するマイクロレンズ8711、8721の中心間距離をY1とする。これら、X1、Y1を「1画素の実効サイズ」と見做すことができる。   In the drawing, the distance between the centers of the microlenses 8711 and 8721 adjacent in the Y-axis direction is Y1. These X1 and Y1 can be regarded as “effective size of one pixel”.

「1画素の実効サイズ」を以下において「1画素の実効ピッチ」あるいは「実効画素ピッチ」とも呼ぶ。   The “effective size of one pixel” is hereinafter also referred to as “effective pitch of one pixel” or “effective pixel pitch”.

図4(b)に形態例を示すマイクロレンズアレイ88は、正六角形形状のマイクロレンズ8811、8821・・を稠密に配列したものである。   4B is a microlens array 88 in which regular hexagonal microlenses 8811, 8821,... Are densely arranged.

この場合のマイクロレンズの配列では、配列されるマイクロレンズ8811等は、X軸方向に平行な辺を持たない。   In the arrangement of the microlenses in this case, the arranged microlenses 8811 and the like do not have sides parallel to the X-axis direction.

即ち、X軸方向に配列するマイクロレンズの上辺・下辺は「ジグザク状」になるので、このような配列を「ジグザグ型配列」と呼ぶ。   That is, since the upper and lower sides of the microlenses arranged in the X-axis direction are “zigzag”, such an arrangement is called “zigzag type arrangement”.

図4(c)に形態例を示すマイクロレンズアレイ89は、正六角形形状のマイクロレンズ8911、8921・・を稠密に配列したものである。   The microlens array 89 shown in FIG. 4 (c) is an example in which regular hexagonal microlenses 8911, 8921,... Are densely arranged.

この場合のマイクロレンズの配列では、配列されるマイクロレンズ8911等は、X軸方向に平行な辺を持っている。この場合の配列を「アームチェア型配列」と呼ぶ。   In the arrangement of microlenses in this case, the arranged microlenses 8911 and the like have sides parallel to the X-axis direction. This arrangement is called an “armchair arrangement”.

ジグザグ型配列とアームチェア型配列を合わせて「ハニカム型配列」と呼ぶ。   The zigzag array and the armchair array are collectively referred to as a “honeycomb array”.

図4(c)に示すアームチェア型配列は、図4(b)に示すジグザグ型配列を、90度回転させた配列である。
ジグザグ型配列では、マイクロレンズの配列では、図に示すX2を「X軸方向の実効画素ピッチ」、Y2を「Y軸方向の実効画素ピッチ」と見做すことができる。
The armchair arrangement shown in FIG. 4C is an arrangement obtained by rotating the zigzag arrangement shown in FIG. 4B by 90 degrees.
In the zigzag type array, in the microlens array, X2 shown in the figure can be regarded as “an effective pixel pitch in the X-axis direction” and Y2 can be regarded as an “effective pixel pitch in the Y-axis direction”.

アームチェア型配列では、図に示すX3を「X軸方向の実効画素ピッチ」、Y3を「Y軸方向の実効画素ピッチ」と見做すことができる。   In the armchair type arrangement, X3 shown in the figure can be regarded as “an effective pixel pitch in the X-axis direction”, and Y3 can be regarded as an “effective pixel pitch in the Y-axis direction”.

図4(b)で、実効画素ピッチ:Y2は、マイクロレンズ8821の中心と、マイクロレンズ8811の右側の辺の中点との距離である。   In FIG. 4B, the effective pixel pitch Y2 is the distance between the center of the microlens 8821 and the midpoint of the right side of the microlens 8811.

図4(c)で、実効画素ピッチ:X3は、マイクロレンズ8911の右側に接する2つのマイクロレンズの接する辺の中点とマイクロレンズ8911の中心との距離である。   In FIG. 4C, the effective pixel pitch: X3 is the distance between the midpoint of the sides of the two microlenses that are in contact with the right side of the microlens 8911 and the center of the microlens 8911.

ジグザク型配列においては、X軸方向の実効画素ピッチ:X2が小さいので、画像表示におけるX軸方向の分解能を向上させることができる。   In the zigzag type array, since the effective pixel pitch X2 in the X-axis direction is small, the resolution in the X-axis direction in image display can be improved.

また、アームチェア型配列においては、Y軸方向の分解能を向上させることができる。   In the armchair type arrangement, the resolution in the Y-axis direction can be improved.

このように、マイクロレンズをハニカム型に配列することにより、実際のレンズ径よりも小さい画素を実効的に表現でき、実効画素数を向上させることが可能である。   In this way, by arranging the microlenses in a honeycomb shape, pixels smaller than the actual lens diameter can be effectively expressed, and the number of effective pixels can be improved.

上述の如く、被走査面素子の微細凸レンズ構造(マイクロレンズアレイ)において、隣接するマイクロレンズの境界部は、曲率半径:rを有する。   As described above, in the fine convex lens structure (microlens array) of the surface element to be scanned, the boundary between adjacent microlenses has a radius of curvature: r.

曲率半径:rは、例えば、画素表示用ビームのR成分の波長:λRよりも小さい。   The radius of curvature r is smaller than the wavelength R of the R component of the pixel display beam, for example.

従って、前述の如く、「R成分のコヒーレント光の干渉による干渉性ノイズ」は防止される。   Therefore, as described above, “coherent noise due to interference of R component coherent light” is prevented.

しかし、画素表示用ビームのG成分光の波長:λGやB成分光の波長:λBよりも、前記曲率半径:rが大きければ、これらの光は境界部で拡散され、互いに干渉する。   However, if the radius of curvature r is greater than the wavelength of the G component light: λG and the wavelength of the B component light of the pixel display beam: λB, these lights are diffused at the boundary and interfere with each other.

従って、この干渉による干渉性ノイズは発生する。   Therefore, coherent noise due to this interference is generated.

この場合、図4(a)の「正方行列状の配列」であると、境界部での発散(拡散)は、図のXa方向およびYa方向の2方向に生じ、それぞれが干渉性ノイズの原因となる。   In this case, in the case of the “square matrix-like arrangement” in FIG. 4A, divergence (diffusion) at the boundary portion occurs in two directions of the Xa direction and the Ya direction in the figure, and each causes the coherent noise. It becomes.

これに対し、図4(b)の配列だと、境界部での発散は、8A、8B、8Cの3方向に起こる。また、図4(c)の場合だと、9A、9B、9Cの3方向に拡散する。   On the other hand, in the arrangement of FIG. 4B, divergence at the boundary portion occurs in three directions 8A, 8B, and 8C. Further, in the case of FIG. 4C, diffusion is performed in three directions 9A, 9B, and 9C.

即ち、境界部での発散は、正方行列状配列では2方向に発生し、ハニカム状配列では3方向に生じる。   That is, the divergence at the boundary portion occurs in two directions in the square matrix arrangement and in three directions in the honeycomb arrangement.

従って、干渉性ノイズの発生は、正方行列状の配列では2方向的、ハニカム状の配列では3方向的に生じる。   Therefore, the generation of coherent noise occurs in two directions in a square matrix arrangement and in three directions in a honeycomb arrangement.

即ち、発生する干渉性ノイズは、正方行列状配列では「2方向に分散」されるのに対し、ハニカム状の配列では「3方向に分散」される。   That is, the generated coherent noise is “dispersed in two directions” in the square matrix arrangement, whereas “coherent noise is distributed in three directions” in the honeycomb arrangement.

干渉性ノイズを生じさせるコヒーレント光の最大強度は一定である。
従って、分散される数が大きいほど「発生する干渉性ノイズのコントラスト」は弱められて視認され難く(目立ち難く)なる。
The maximum intensity of coherent light that causes coherent noise is constant.
Therefore, the greater the number of dispersed elements, the weaker the “contrast of the generated coherent noise” becomes, and the more difficult it is to be visually recognized (not noticeable).

従って、「境界部の曲率半径:rよりも小さい波長の成分による干渉性ノイズ」の発生を許容する場合には、マイクロレンズの配列は「ハニカム状配列」とするのがよい。   Therefore, in the case where the generation of “coherent noise due to a component having a wavelength smaller than r at the boundary radius of curvature: r” is allowed, the arrangement of the microlenses is preferably a “honeycomb arrangement”.

なお、境界幅が前記波長:λRより大きい場合には、R成分のコヒーレント光による干渉性ノイズも発生する。   When the boundary width is larger than the wavelength: λR, coherent noise due to R component coherent light is also generated.

しかし、隣接する微細凸レンズの「レンズ面間の境界幅」は微小であり、微小な境界幅の部分に入射するコヒーレント光の光エネルギは小さい。   However, the “boundary width between lens surfaces” of adjacent micro-convex lenses is very small, and the optical energy of coherent light incident on the portion having the very small boundary width is small.

従って、干渉性ノイズを発生させる光エネルギも大きくは無い。
従って、干渉性ノイズが発生したとしても、ハニカム状配列の場合は、上記の如く、3方向に分散されることで、コントラストは弱くなる。
Therefore, light energy that generates coherent noise is not large.
Therefore, even if coherent noise occurs, in the case of the honeycomb arrangement, the contrast is weakened by being dispersed in three directions as described above.

従って、干渉性ノイズの視認性は有効に軽減させることとなる。   Accordingly, the visibility of the coherent noise is effectively reduced.

図1(a)に即して説明したように、2次元の拡大虚像12を結像する虚像結像光学系は、凹面鏡9により構成される。   As described with reference to FIG. 1A, the virtual image imaging optical system that forms the two-dimensional enlarged virtual image 12 is configured by the concave mirror 9.

即ち、拡大虚像12は、凹面鏡9により結像される画素像の集合である。
微細凸レンズであるマイクロレンズに「アナモフィックな機能」を持たせると、微小凸レンズの拡散機能を、互いに直交する方向において異ならせることができる。
That is, the magnified virtual image 12 is a set of pixel images formed by the concave mirror 9.
If the microlens that is a micro-convex lens has an “anamorphic function”, the diffusion function of the micro-convex lens can be made different in directions orthogonal to each other.

図6(a)及び図6(b)を参照すると、図6(a)及び図6(b)において符号80は、被走査面素子8に稠密に形成されたマイクロレンズ(微細凸レンズ)の個々を説明図として示している。図6(a)の例では、微細凸レンズは、縦長の楕円形であり、「マトリクス状配列」で配列されている。
図6(b)の例では、微細凸レンズ80は、X軸方向に平行な辺を持つ縦長の六角形であり、「アームチェア型配列」で配列されている。
微細凸レンズ80は、そのレンズ面の曲率半径が、X軸方向とY軸方向とで異なり、X軸方向の曲率半径:Rxは、Y軸方向の曲率半径:Ryよりも小さい。すなわち、微細凸レンズ80は、X軸方向の曲率がY軸方向の曲率よりも大きい。
6 (a) and 6 (b), reference numeral 80 in FIGS. 6 (a) and 6 (b) denotes an individual microlens (fine convex lens) densely formed on the surface element 8 to be scanned. Is shown as an explanatory diagram. In the example of FIG. 6A, the fine convex lenses are vertically long ellipses and are arranged in a “matrix arrangement”.
In the example of FIG. 6B, the fine convex lenses 80 are vertically long hexagons having sides parallel to the X-axis direction, and are arranged in an “armchair arrangement”.
The micro-convex lens 80 has different curvature radii between the X-axis direction and the Y-axis direction, and the curvature radius Rx in the X-axis direction is smaller than the curvature radius Ry in the Y-axis direction. That is, the micro convex lens 80 has a curvature in the X-axis direction that is larger than a curvature in the Y-axis direction.

従って、微細凸レンズ80のX軸方向のパワー(拡散パワー)は、Y軸方向のパワー(拡散パワー)よりも大きい。
また、レンズ面のX軸方向とY軸方向との両方に曲率を持たせたので、図6(b)に示されるように、微細凸レンズを六角形にでき、上記の如く「干渉性ノイズの視認性」を弱めることができる。
図6(a)及び図6(b)は、1個の微細凸レンズ80に、画素表示用ビームLCが入射した場合を示している。図6(a)及び図6(b)では、個々の微細凸レンズ80のY軸方向の幅がX軸方向の幅よりも長い。
Accordingly, the power (diffusion power) in the X-axis direction of the fine convex lens 80 is larger than the power (diffusion power) in the Y-axis direction.
Further, since the curvature is given to both the X-axis direction and the Y-axis direction of the lens surface, as shown in FIG. 6B, the fine convex lens can be formed into a hexagonal shape. "Visibility" can be weakened.
6A and 6B show a case where the pixel display beam LC is incident on one fine convex lens 80. FIG. In FIG. 6A and FIG. 6B, the width of each fine convex lens 80 in the Y-axis direction is longer than the width in the X-axis direction.

また、図6(a)に示されるように、画素表示用ビームLCのビーム径を「Y軸方向に長い楕円形状」とし、Y軸方向における光束径を、微細凸レンズ80のY軸方向の径より小さくする。
このようにすれば、画素表示用ビームLCを「レンズ境界を跨がずに入射」させることが可能であり、射出する発散光束の断面形状は、X軸方向に長い(横長の)楕円形状になる。
Further, as shown in FIG. 6A, the beam diameter of the pixel display beam LC is “ellipse shape long in the Y-axis direction”, and the light beam diameter in the Y-axis direction is the diameter of the fine convex lens 80 in the Y-axis direction. Make it smaller.
In this way, the pixel display beam LC can be “incident without straddling the lens boundary”, and the cross-sectional shape of the emitted divergent light beam is an elliptical shape that is long in the X-axis direction (horizontally long). Become.

微細凸レンズのY軸方向の長さおよびX軸方向の長さに拘わらず、X軸方向の曲率の方がY軸方向の曲率よりも大きければ、各微細凸レンズから射出する発散ビームの光束断面FXは、Y軸方向よりもX軸方向の方が長くなる。すなわち、横長となる。   Regardless of the length in the Y-axis direction and the length in the X-axis direction of the fine convex lens, if the curvature in the X-axis direction is larger than the curvature in the Y-axis direction, the beam cross section FX of the divergent beam emitted from each fine convex lens Is longer in the X-axis direction than in the Y-axis direction. That is, it becomes horizontally long.

上に説明したヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、自動車等の車載用として用いることができ、X軸方向は「運転席から見て横方向」、Y軸方向は「縦方向」である。   The head-up display device described above can be used, for example, for in-vehicle use such as an automobile, and the X-axis direction is “lateral direction when viewed from the driver's seat” and the Y-axis direction is “vertical direction”.

この場合の反射面素子10は、自動車のフロントガラスである。
この場合、フロントガラス前方に拡大虚像12として、例えば「ナビゲーション画像」を表示でき、観察者11である運転者は、この画像を運転席に居ながらフロントガラス前方から視線をほとんど動かさずに観察できる。
In this case, the reflecting surface element 10 is an automobile windshield.
In this case, for example, a “navigation image” can be displayed as a magnified virtual image 12 in front of the windshield, and the driver who is the observer 11 can observe the image from the front of the windshield with little movement while staying in the driver's seat. .

このような場合、上述の如く、表示される拡大虚像は「運転者から見て横長の画像」であること、即ち、マイクロレンズに形成される画像および、拡大虚像は、X軸方向に画角の大きい画像であることが一般に好ましい。   In such a case, as described above, the displayed enlarged virtual image is a “landscape image as viewed from the driver”, that is, the image formed on the microlens and the enlarged virtual image have an angle of view in the X-axis direction. It is generally preferable that the image is large.

また、上述の如く、観測者である運転者が、左右斜め方向から表示画像を見た場合にも、表示を認識できるように、横方向には「縦方向に比して大きな視野角」が要求される。
このため、拡大虚像の長手方向(X軸方向)には短手方向(Y軸方向)に比して大きな拡散角(非等方拡散)が要求される。
In addition, as described above, when the driver who is an observer looks at the display image from the left and right oblique directions, the horizontal direction has a “large viewing angle compared to the vertical direction” so that the display can be recognized. Required.
For this reason, a larger diffusion angle (isotropic diffusion) is required in the longitudinal direction (X-axis direction) of the enlarged virtual image than in the lateral direction (Y-axis direction).

従って、被走査面素子の微細凸レンズをマイクロレンズ上に形成された画像もしくは拡大虚像の短手方向よりも長手方向の方が曲率が大きいアナモフィックなレンズとし、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「2次元画像の横方向を縦方向よりも広く」するのが好ましい。   Therefore, the micro convex lens of the surface element to be scanned is an anamorphic lens having a larger curvature in the longitudinal direction than the short direction of the image formed on the micro lens or the magnified virtual image, and has a diffusion angle for diffusing the pixel display beam. It is preferable that “the horizontal direction of the two-dimensional image is wider than the vertical direction”.

このようにして、ヘッドアップディスプレイ装置の要求画角を満たす必要最小限の範囲に光を発散させ、光の利用効率を向上させ、表示画像の輝度を向上させることが可能である。   In this way, it is possible to diverge light within the minimum necessary range that satisfies the required field angle of the head-up display device, improve the light use efficiency, and improve the brightness of the display image.

勿論、上記のような「非等方拡散」ではなく、縦方向と横方向で拡散角が等しい「等方拡散」とする場合も可能である。
しかし、自動車等の車載用として用いるヘッドアップディスプレイ装置の場合であれば、運転者が表示画像に対して上下方向の位置から観察を行なう場合はすくない。
従って、このような場合であれば、上記のように、画素表示用ビームを拡散させる拡散角を「2次元画像の横方向を縦方向よりも広く」するのが光利用効率の面から好ましい。
Of course, it is also possible to use “isotropic diffusion” in which the diffusion angles are equal in the vertical direction and the horizontal direction, instead of the “isotropic diffusion” as described above.
However, in the case of a head-up display device used for in-vehicle use such as an automobile, it is not easy for the driver to observe the display image from a vertical position.
Therefore, in such a case, as described above, it is preferable from the viewpoint of light utilization efficiency that the diffusion angle for diffusing the pixel display beam is “wider the horizontal direction of the two-dimensional image than the vertical direction”.

微細凸レンズ(マイクロレンズ)は、そのレンズ面を「非球面」として形成できることが従来から知られている。   It has been conventionally known that a micro-convex lens (micro lens) can be formed as an “aspherical surface”.

直上に説明したアナモフィックなレンズ面も「非球面」であるが、微細凸レンズのレンズ面をより一般的な非球面として形成でき、収差補正を行なうこともできる。   The anamorphic lens surface described immediately above is also “aspherical”, but the lens surface of the micro-convex lens can be formed as a more general aspherical surface, and aberration correction can also be performed.

収差の補正により「拡散の強度ムラ」を低減することも可能である。   It is also possible to reduce “diffuse intensity unevenness” by correcting aberrations.

図4(a)〜図4(c)に示した微細凸レンズ構造(マイクロレンズアレイ)における個々の微細凸レンズ(マイクロレンズ)は、正方形もしくは正六角形であった。   Each micro convex lens (micro lens) in the micro convex lens structure (micro lens array) shown in FIGS. 4A to 4C was a square or a regular hexagon.

微細凸レンズの形状はこのように正多角形である必要はなく、図4(a)〜図4(c)に示したマイクロレンズ形状を1方向に引き伸ばした形状でもよい。   The shape of the micro-convex lens does not have to be a regular polygon in this way, and may be a shape obtained by extending the micro lens shape shown in FIGS. 4A to 4C in one direction.

この場合、正方形形状であったものは「長方形形状」となり、正六角形状であったものは、細長い変形六角形になる。   In this case, a square shape is a “rectangular shape”, and a regular hexagonal shape is an elongated deformed hexagon.

微細凸レンズ構造の実効画素ピッチは、図4(a)〜図4(c)の配列では、X軸方向につきX1〜X3、Y軸方向につきY1〜Y3であった。
このように定められるX軸方向の実効画素ピッチを一般に「SX」、Y軸方向の実効画素ピッチを一般に「SY」とするとき、両者の比:SY/SXを「アスペクト比」と言う。
The effective pixel pitch of the fine convex lens structure was X1 to X3 in the X-axis direction and Y1 to Y3 in the Y-axis direction in the arrangements of FIGS. 4 (a) to 4 (c).
When the effective pixel pitch in the X-axis direction thus determined is generally “SX” and the effective pixel pitch in the Y-axis direction is generally “SY”, the ratio between the two: SY / SX is referred to as “aspect ratio”.

図4(a)の場合、アスペクト比は「Y1/X1」であり、X1=Y1であるから、アスペクト比は1である。   In the case of FIG. 4A, the aspect ratio is “Y1 / X1”, and X1 = Y1, so the aspect ratio is 1.

図4(b)の場合のアスペクト比は「Y2/X2」であり、Y2>X1であるから、アスペクト比は1より大きい。   In the case of FIG. 4B, the aspect ratio is “Y2 / X2”, and Y2> X1, so the aspect ratio is greater than 1.

図4(c)の場合のアスペクト比は「Y3/X3」であり、Y3<X3であるから、アスペクト比は1よりも小さい。   In the case of FIG. 4C, the aspect ratio is “Y3 / X3”, and Y3 <X3. Therefore, the aspect ratio is smaller than 1.

図5(a)〜図5(e)に示すマイクロレンズアレイ91〜95の微細凸レンズ構造では、実効画素ピッチを、図4の場合と同様にして以下の如くに定める。   In the fine convex lens structures of the microlens arrays 91 to 95 shown in FIGS. 5A to 5E, the effective pixel pitch is determined as follows in the same manner as in FIG.

即ち、X軸方向、Y軸方向の実効画素ピッチは、図5の「X11、Y11」、「X12、Y12」、「X13、Y13」である。   That is, the effective pixel pitches in the X-axis direction and the Y-axis direction are “X11, Y11”, “X12, Y12”, and “X13, Y13” in FIG.

図5(a)の微細凸レンズ構造は、長方形形状の微細凸レンズ9111、9112、・・9121・・を正方行列状に配列したものであり、アスペクト比は1よりも大きい。   The micro-convex lens structure of FIG. 5A is an array of rectangular micro-convex lenses 9111, 9112,... 9121,.

図5(b)〜図5(e)に示すマイクロレンズアレイ92〜95では、微細凸レンズ構造は、ハニカム型配列である。   In the microlens arrays 92 to 95 shown in FIGS. 5B to 5E, the fine convex lens structure is a honeycomb type array.

図5(b)、図5(d)、図5(e)に示すハニカム型配列では、アスペクト比「Y12/X12」、「Y13/X13」はいずれも1より大きい。   In the honeycomb array shown in FIGS. 5B, 5D, and 5E, the aspect ratios “Y12 / X12” and “Y13 / X13” are both greater than 1.

図5(a)〜図5(e)に示す微細凸レンズ構造の5例は何れも「微細凸レンズ」は、Y軸方向の長さがX軸方向の長さよりも大きい。   In each of the five examples of the fine convex lens structure shown in FIGS. 5A to 5E, the “fine convex lens” has a length in the Y-axis direction larger than a length in the X-axis direction.

このように「Y軸方向の長さがX軸方向の長さより大きい形状の微細凸レンズ」の場合、微細凸レンズの形状として、X軸方向の曲率をY軸方向の曲率より大きくするのが容易である。   Thus, in the case of “a fine convex lens whose length in the Y-axis direction is larger than the length in the X-axis direction”, it is easy to make the curvature in the X-axis direction larger than the curvature in the Y-axis direction as the shape of the fine convex lens. is there.

従って、前述した「X軸方向のパワーがY軸方向のパワーよりも大きくなるアナモフィックな光学機能」を実現しやすい。   Therefore, it is easy to realize the “anamorphic optical function in which the power in the X-axis direction is larger than the power in the Y-axis direction”.

例えば、図5(a)に示す例の場合、具体例として例えば、X11=150μm、Y11=200μm、アスペクト比=200/150=4/3>1を挙げることができる。   For example, in the case of the example shown in FIG. 5A, specific examples include X11 = 150 μm, Y11 = 200 μm, and aspect ratio = 200/150 = 4/3> 1.

勿論、この場合には、画素表示用ビームのビーム径はX軸方向を150μm未満、Y軸方向を200μm未満にする。   Of course, in this case, the beam diameter of the pixel display beam is less than 150 μm in the X-axis direction and less than 200 μm in the Y-axis direction.

図5(b)〜図5(d)に示す微細凸レンズの配列は、何れもハニカム型配列であり、個々の微細凸レンズは「Y軸方向に長い形状」となっている。   The arrangement of the micro-convex lenses shown in FIGS. 5B to 5D is a honeycomb type array, and each micro-convex lens has a “long shape in the Y-axis direction”.

図5(b)の配列は「ジグザグ型」であり、図5(c)〜図5(e)の配列は何れも「アームチェア型」である。   The arrangement in FIG. 5B is a “zigzag type”, and the arrangements in FIGS. 5C to 5E are all “armchair types”.

図5(b)の「ジグザグ型の縦長ハニカム型配列」と、図5(c)の「アームチェア型の縦長ハニカム配列」は何れも使用可能であることは勿論である。   It is a matter of course that both the “zigzag-type vertically elongated honeycomb array” in FIG. 5B and the “armchair-shaped vertically honeycomb array” in FIG. 5C can be used.

しかし、図5(c)の配列例は図5(b)の配列例に対して以下の如き利点を有する。   However, the arrangement example in FIG. 5C has the following advantages over the arrangement example in FIG.

即ち、図5(b)の配列に比して、図5(c)の配列では、微小凸レンズにおける「X軸方向とY軸方向のサイズの差」が小さく、縦横方向における「実効画素サイズの差」が小さくなる。   That is, in the arrangement of FIG. 5C, the “difference in size between the X-axis direction and the Y-axis direction” in the micro-convex lens is smaller than in the arrangement of FIG. The “difference” becomes smaller.

具体的な寸法を挙げる。
例えば、図5(b)において、微細凸レンズ9211、9212等のX軸方向のレンズ径:R2x=100μm、Y軸方向のレンズ径:R2y=200umとする。
List specific dimensions.
For example, in FIG. 5B, the lens diameter in the X-axis direction of the fine convex lenses 9211 and 9212: R2x = 100 μm, and the lens diameter in the Y-axis direction: R2y = 200 μm.

このとき、X軸方向の実効画素ピッチ(=X12)は50μm、Y軸方向の実効画素ピッチ(=Y12)は150μmとなる。   At this time, the effective pixel pitch (= X12) in the X-axis direction is 50 μm, and the effective pixel pitch (= Y12) in the Y-axis direction is 150 μm.

同様に、図5(c)において、微細凸レンズ9311、9312等の、X軸方向のレンズ径:R3x=100μm、Y軸方向のレンズ径:R3y=200μmとする。   Similarly, in FIG. 5C, the lens diameter in the X-axis direction: R3x = 100 μm and the lens diameter in the Y-axis direction: R3y = 200 μm for the fine convex lenses 9311 and 9312 and the like.

また、微細凸レンズ9311等の六角形形状の、上下の辺の長さは50μmとする。
このとき、X軸方向の実効画素ピッチ(=X13)は75μm、Y軸方向の実効画素ピッチ(=Y13)=100μmとなる。
In addition, the length of the upper and lower sides of the hexagonal shape such as the fine convex lens 9311 is 50 μm.
At this time, the effective pixel pitch in the X-axis direction (= X13) is 75 μm, and the effective pixel pitch in the Y-axis direction (= Y13) = 100 μm.

従って「X、Y軸方向の実効画素ピッチ」は、図5(c)の配列(75μmと100μm)の方が図5(b)の配列(50μmと100μm)の場合よりも「互いに近い値」になる。   Therefore, the “effective pixel pitch in the X and Y axis directions” is “a value closer to each other” in the arrangement (75 μm and 100 μm) in FIG. 5C than in the arrangement (50 μm and 100 μm) in FIG. become.

図5(c)、図5(d)、図5(e)においては、X軸方向の実効画素ピッチをX13、Y軸方向の実効画素ピッチをY13としている。
これは、図5(c)〜図5(e)のハニカム型配列(アームチェア型のハニカム配列)において、X軸方向の画素ピッチ、Y軸方向の画素ピッチが、同じように定義されることによる。
図5(d)においては、微細凸レンズ9411、9421等は、X軸方向に平行な上下の辺が短く、斜辺が長い。
また、図5(e)においては、微細凸レンズ9511、9521等は、X軸方向に平行な上下の辺が短く、斜辺が長い。
これらの図に示すように、微細凸レンズの六角形形状の変形により、X軸方向の画素ピッチ:X13、Y軸方向の画素ピッチ:Y13を調整できる。
In FIGS. 5C, 5D, and 5E, the effective pixel pitch in the X-axis direction is X13, and the effective pixel pitch in the Y-axis direction is Y13.
This is because the pixel pitch in the X-axis direction and the pixel pitch in the Y-axis direction are defined in the same way in the honeycomb type arrangement (armchair type honeycomb arrangement) of FIGS. 5 (c) to 5 (e). by.
In FIG. 5D, the fine convex lenses 9411 and 9421 have short upper and lower sides parallel to the X-axis direction and long oblique sides.
In FIG. 5E, the fine convex lenses 9511 and 9521 have short upper and lower sides parallel to the X-axis direction and long oblique sides.
As shown in these figures, the pixel pitch: X13 in the X-axis direction and the pixel pitch: Y13 in the Y-axis direction can be adjusted by deforming the hexagonal shape of the fine convex lens.

図5(c)の場合と同様、これら図5(d)、図5(e)に示す配列においても「微細凸レンズ構造が縦長構造」であることにより、X、Y軸方向の「実効画素ピッチの均等化」が可能である。
例えば、図8に示すマイクロレンズアレイ96のマイクロレンズ9611、9621等は、図5(d)に示すマイクロレンズアレイ95と同様の縦長の六角形形状である。
図8に示すマイクロレンズ9611等の配列は、図5(c)と同様の「アームチェア型の縦長ハニカム配列」である。
マイクロレンズ9611等の六角形形状は、X軸方向の実効画素ピッチ:X14が、Y軸方向の実効画素ピッチ:Y14と完全に等しくなるように設定されている。
このように、アームチェア型の縦長ハニカム配列では、アスペクト比を1に設定することができる。画素表示用ビームのビーム径より大きい微細凸レンズもしくは画素表示用ビームのビーム径と同じ程度の大きさの微細凸レンズの場合、実効画素ピッチのアスペクト比が1であれば、虚像として投影される画像データに対して、虚像による再現性が高まる。虚像として投影される画像データのマイクロレンズアレイ上における画素ピッチと実効画素ピッチとを一致させる、もしくは、他の実効画素ピッチと比較して、実効画素ピッチを虚像として投影される画像データのマイクロレンズアレイ上における画像データの画素ピッチに近づけることができるからである。
上には、縦方向を「上下方向」、横方向を「左右方向」として説明したが、これは説明の具体性のための便宜上のものである。
実際の空間において、どの方向が縦方向かは、マイクロレンズアレイの画像表示装置への取り付け方向、画像表示装置の車両等の移動体への取り付け方向による。
2次元偏向手段6は、1つの軸について1往復の揺動(第1軸の揺動)を行う間に、もう一方の軸について往復の揺動(第2軸の揺動)を複数回行うが、多くの場合、拡大虚像の長手方向であるX軸方向が、第2軸の揺動による画素表示用ビームLCのマイクロレンズアレイに対する走査の方向に設定される。したがって、「アームチェア型」の六角形形状のマイクロレンズのX軸方向に平行な上下の辺は、画素表示用ビームLCのマイクロレンズアレイに対する走査方向とほぼ平行となり、「アームチェア型」の六角形形状の画素表示用ビームのマイクロレンズアレイに対する走査方向に最も平行に近い2辺の間隔、言い換えれば、画素表示用ビームのマイクロレンズアレイに対する走査方向に最も平行に近い辺とその対向する辺との間隔を、これら2辺に直交する方向へ拡大するように引き伸ばした形状が「アームチェア型の縦長ハニカム構造」である。
As in the case of FIG. 5C, in the arrangements shown in FIGS. 5D and 5E, the “effective pixel pitch in the X and Y axis directions is obtained because the“ fine convex lens structure is a vertically long structure ”. Equalization ”is possible.
For example, the microlenses 9611 and 9621 of the microlens array 96 shown in FIG. 8 have a vertically long hexagonal shape similar to the microlens array 95 shown in FIG.
The arrangement of the microlenses 9611 and the like shown in FIG. 8 is an “armchair-type vertically long honeycomb arrangement” similar to FIG.
The hexagonal shape of the microlens 9611 or the like is set so that the effective pixel pitch X14 in the X-axis direction is completely equal to the effective pixel pitch Y14 in the Y-axis direction.
Thus, the aspect ratio can be set to 1 in the armchair-type vertically long honeycomb arrangement. In the case of a fine convex lens larger than the beam diameter of the pixel display beam or a fine convex lens having the same size as the beam diameter of the pixel display beam, if the aspect ratio of the effective pixel pitch is 1, image data projected as a virtual image On the other hand, reproducibility by a virtual image increases. The microlens of image data projected as a virtual image by matching the effective pixel pitch with the effective pixel pitch on the microlens array of the image data projected as a virtual image or compared with other effective pixel pitches This is because the pixel pitch of the image data on the array can be approached.
In the above description, the vertical direction is described as “vertical direction” and the horizontal direction as “horizontal direction”, but this is for convenience of description.
Which direction is the vertical direction in the actual space depends on the direction in which the microlens array is attached to the image display device and the direction in which the image display device is attached to a moving body such as a vehicle.
The two-dimensional deflection means 6 performs reciprocal oscillation (oscillation of the second axis) a plurality of times while performing reciprocal oscillation (oscillation of the first axis) about one axis. However, in many cases, the X-axis direction, which is the longitudinal direction of the enlarged virtual image, is set as the scanning direction of the pixel display beam LC with respect to the microlens array by the oscillation of the second axis. Accordingly, the upper and lower sides of the “armchair-type” hexagonal microlens parallel to the X-axis direction are substantially parallel to the scanning direction of the pixel display beam LC with respect to the microlens array, An interval between two sides that are closest to the scanning direction of the square-shaped pixel display beam with respect to the microlens array, in other words, a side that is closest to the scanning direction of the pixel display beam with respect to the microlens array and an opposite side thereof The shape in which the distance between the two is extended in a direction perpendicular to these two sides is an “armchair-type vertically long honeycomb structure”.

従って、アームチェア型の縦長ハニカム配列は、輝度及び実効画素数の向上に加え、X軸方向(横方向)、Y軸方向(縦方向)の実効画素ピッチの差を小さくすることができる。
図5(c)〜図5(e)に示す如き「微細凸レンズの形状」は、例えば、発散光束の発散角制御のため、任意に選択することが可能である。
Therefore, the armchair-type vertically elongated honeycomb arrangement can reduce the difference in effective pixel pitch between the X-axis direction (horizontal direction) and the Y-axis direction (vertical direction) in addition to the improvement in luminance and the number of effective pixels.
The “shape of the fine convex lens” as shown in FIGS. 5C to 5E can be arbitrarily selected, for example, for controlling the divergence angle of the divergent light beam.

図1(a)に示したヘッドアップディスプレイ装置においては、画素表示用ビームLCは、被走査面素子8の微細凸レンズ構造に直交入射している。   In the head-up display device shown in FIG. 1A, the pixel display beam LC is orthogonally incident on the fine convex lens structure of the scanned surface element 8.

しかし、画素表示用ビームの被走査面素子への入射形態は、このような「直交入射」に限らない。   However, the incident form of the pixel display beam to the scanned surface element is not limited to such “orthogonal incidence”.

例えば、光源部から反射面素子に到る光学素子の配列を工夫して、ヘッドアップディスプレイ装置をコンパクト化する場合には、図7(a)のような入射形態が考えられる。   For example, in order to make the head-up display device compact by devising the arrangement of the optical elements from the light source unit to the reflective surface element, an incident form as shown in FIG.

即ち、図7(a)の例では、画素表示用ビームLCが、被走査面素子8に対して傾いて入射している。   That is, in the example of FIG. 7A, the pixel display beam LC is incident on the scan surface element 8 with an inclination.

微細凸レンズのレンズ面を「非球面」とするような場合、画素表示用ビームLCは、非球面の光軸に対して傾いて入射することになり、非球面の機能を生かせない場合もある。   When the lens surface of the fine convex lens is an “aspherical surface”, the pixel display beam LC is incident with an inclination relative to the optical axis of the aspherical surface, and the aspherical function may not be utilized.

このような場合には、図7(b)の被走査面素子8aのように、微細凸レンズMLのレンズ面光軸AXを、被走査面素子8aの基準面に対して直交方向から傾けるのが良い。   In such a case, as in the scanned surface element 8a in FIG. 7B, the lens surface optical axis AX of the fine convex lens ML is inclined from the orthogonal direction with respect to the reference surface of the scanned surface element 8a. good.

このようにして、レンズ面光軸AXを画素表示用ビームLCの入射方向に平行、もしくはこれに近い方向とすることができる。   In this way, the lens surface optical axis AX can be made parallel to or close to the incident direction of the pixel display beam LC.

なお、被走査面素子8aの基準面は、微細凸レンズMLがアレイ配列された面である。   The reference surface of the scanned surface element 8a is a surface on which the micro convex lenses ML are arrayed.

このようにすることにより、光学系の小型化や、光の利用効率の向上が可能となり「微細凸レンズによる画素表示用ビームの発散の方向」を均質化することが可能である。   By doing so, the optical system can be downsized and the light utilization efficiency can be improved, and the “direction of divergence of the pixel display beam by the fine convex lens” can be made uniform.

上に説明したヘッドアップディスプレイ装置は、上述の自動車への搭載に限らず、列車、船舶、ヘリコプター、飛行機など各種の、操縦可能な移動体に搭載できる。例えば、オートバイのウインドシールド(風よけ)を透過反射部材とすることもできる。   The head-up display device described above can be mounted not only on the above-described automobile but also on various types of steerable moving bodies such as trains, ships, helicopters, and airplanes. For example, a windshield of a motorcycle can be used as a transmission reflection member.

この場合、操縦席前方のフロントガラスを反射面素子とすればよい。   In this case, the windshield in front of the cockpit may be used as a reflective surface element.

勿論、ヘッドアップディスプレイ装置を、例えば「映画観賞用の画像表示装置」として実施できることは言うまでも無い。   Of course, it goes without saying that the head-up display device can be implemented as, for example, an “image display device for watching movies”.

微細凸レンズ構造の微細凸レンズは、上記の如く画素表示用ビームを拡散させるものであるが、X、Yの2方向のうち、1方向のみの拡散を行なう場合も考えられる。   The micro-convex lens having the micro-convex lens structure diffuses the pixel display beam as described above. However, it may be considered that only one of the X and Y directions is diffused.

このような場合には、微細凸レンズのレンズ面として「微細凸シリンダ面」を用いることができる。   In such a case, a “fine convex cylinder surface” can be used as the lens surface of the fine convex lens.

なお、微細凸レンズの形状を、六角形状とすることや、その配列をハニカム型配列とすることは、従来から、マイクロレンズアレイの製造方法に関連して知られている。   It has been conventionally known that the shape of the micro-convex lens is a hexagonal shape and the arrangement thereof is a honeycomb type in relation to the method of manufacturing the microlens array.

上に説明したヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、自動車等の車載用として用いることができ、X方向は「運転席から見て横方向」、Y方向は「縦方向」である。   The head-up display device described above can be used, for example, for in-vehicle use such as an automobile, and the X direction is “horizontal when viewed from the driver's seat” and the Y direction is “vertical”.

この場合の反射面素子10は、自動車のフロントガラスである。
この場合、フロントガラス前方に拡大虚像12として、例えば「ナビゲーション画像」を表示でき、観察者11である運転者は、この画像を運転席に居ながらフロントガラス前方から視線をほとんど動かさずに観察できる。
In this case, the reflecting surface element 10 is an automobile windshield.
In this case, for example, a “navigation image” can be displayed as a magnified virtual image 12 in front of the windshield, and the driver who is the observer 11 can observe the image from the front of the windshield with little movement while staying in the driver's seat. .

このような場合、上述の如く、表示される拡大虚像は「運転者から見て横長の画像」であること、即ち、マイクロレンズに形成される画像および、拡大虚像は、X方向に画角の大きい画像、すなわち横長の画像であることが一般に好ましい。   In such a case, as described above, the displayed enlarged virtual image is a “landscape image viewed from the driver”, that is, the image formed on the microlens and the enlarged virtual image have an angle of view in the X direction. A large image, that is, a horizontally long image is generally preferable.

微細凸レンズ(マイクロレンズ)は、そのレンズ面を「非球面」として形成できることが従来から知られている。   It has been conventionally known that a micro-convex lens (micro lens) can be formed as an “aspherical surface”.

微細凸レンズのレンズ面をより一般的な非球面として形成でき、収差補正を行なうこともできる。   The lens surface of the fine convex lens can be formed as a more general aspherical surface, and aberration correction can also be performed.

収差の補正により「拡散の強度ムラ」を低減することも可能である。   It is also possible to reduce “diffuse intensity unevenness” by correcting aberrations.

ところで、レンズ配列が周期的なマイクロレンズアレイを例えばヘッドアップディスプレイ装置等の光学機器の被走査面素子(例えば透過型スクリーンや反射型スクリーン)として用いた場合、マイクロレンズアレイ上に、一定方向に強め合った回折光による回折パターンやモアレ縞などの干渉パターン(干渉縞)が視認されることが知られている。このような干渉パターンが発生すると、マイクロレンズアレイによって形成される画像や虚像の視認性が低下してしまう。   By the way, when a microlens array having a periodic lens arrangement is used as a surface element to be scanned (for example, a transmissive screen or a reflective screen) of an optical apparatus such as a head-up display device, It is known that interference patterns (interference fringes) such as diffraction patterns and moire fringes due to strengthened diffracted light are visually recognized. When such an interference pattern is generated, the visibility of an image or virtual image formed by the microlens array is degraded.

ここで、「レンズ配列が周期的なマイクロレンズアレイ」とは、複数のマイクロレンズの頂点位置のピッチ(以下では、レンズピッチとも称する)、すなわち隣り合う2つのマイクロレンズの頂点の間隔が周期的(例えば一定)なマイクロレンズアレイ(以下では、周期配列レンズアレイとも称する)を意味する。   Here, “a microlens array having a periodic lens arrangement” means a pitch of apex positions of a plurality of microlenses (hereinafter also referred to as a lens pitch), that is, an interval between apexes of two adjacent microlenses is periodic. It means a (for example, constant) microlens array (hereinafter also referred to as a periodic array lens array).

なお、「マイクロレンズの頂点位置」とは、該マイクロレンズのレンズ面の頂点のXY平面内における位置を意味する。「マイクロレンズのレンズ面の頂点」とは、該マイクロレンズのレンズ面と光軸(ここではZ軸に平行)とが交わる点を意味する。   Note that “the position of the apex of the microlens” means the position of the apex of the lens surface of the microlens in the XY plane. “A vertex of the lens surface of the microlens” means a point where the lens surface of the microlens and the optical axis (here, parallel to the Z axis) intersect.

周期配列レンズアレイの具体例としては、例えば各マイクロレンズの頂点位置が該マイクロレンズの中心位置に一致し、かつ頂点位置(中心位置)のピッチ(レンズピッチ)が一定で、かつレンズ径(レンズサイズ)が一定のものが挙げられる。ここでは、各マイクロレンズの光軸は、該マイクロレンズの中心位置を通っている。この場合、干渉パターンが、縞の方向、ピッチが一様な縞模様として視認されることになる。   As a specific example of the periodic array lens array, for example, the vertex position of each microlens coincides with the center position of the microlens, the pitch (lens pitch) of the vertex position (center position) is constant, and the lens diameter (lens (Size) is mentioned. Here, the optical axis of each microlens passes through the center position of the microlens. In this case, the interference pattern is visually recognized as a stripe pattern having a uniform stripe direction and pitch.

なお、「マイクロレンズの中心位置」とは、該マイクロレンズの中心のXY平面内における位置を意味する。   The “center position of the microlens” means a position in the XY plane of the center of the microlens.

例えば、平面形状が四角形の同サイズの複数のマイクロレンズのレンズピッチが一定となるように複数配列された周期配列レンズアレイでは、縦横2方向の縞が視認される。また、例えば、平面形状が六角形ハニカムの同サイズの複数のマイクロレンズがレンズピッチが一定となるように配列された周期配列レンズアレイでは、6回対称の3方向縞として視認される。   For example, in a periodic array lens array in which a plurality of microlenses having the same planar shape and the same size have a constant lens pitch, stripes in two vertical and horizontal directions are visually recognized. Further, for example, in a periodic array lens array in which a plurality of microlenses having the same size and having a hexagonal honeycomb shape are arranged so as to have a constant lens pitch, it is visually recognized as a six-fold symmetric three-way stripe.

図9には、周期配列レンズアレイの水平方向に干渉が生じ、回折パターンが縦縞851、852として表示された場合の概略図が示されている。縞の方向853、ピッチ854が面内で均一のため、この回折パターンは視認されてしまう。   FIG. 9 shows a schematic diagram when interference occurs in the horizontal direction of the periodic array lens array and the diffraction pattern is displayed as vertical stripes 851 and 852. Since the stripe direction 853 and the pitch 854 are uniform in the plane, this diffraction pattern is visually recognized.

上記の議論を総括すると、レンズ径>ビーム径となるマイクロレンズアレイを用いることで隣り合う2つのマイクロレンズからの発散ビームの干渉は抑制されるが、ビームの裾野の広がりによる微小な干渉は依然として残存し、この微小な干渉は、縞の方向、ピッチがそろっているため可視性の高い干渉縞として視認されてしまう。   Summarizing the above discussion, the microlens array in which lens diameter> beam diameter is used to suppress the interference of diverging beams from two adjacent microlenses, but the minute interference due to the spread of the base of the beam still remains. The minute interference remains and is visually recognized as a highly visible interference fringe because the direction and pitch of the fringes are aligned.

この干渉縞の発生を低減するためには、干渉縞の周期性をなくし、可視性を下げる必要がある。   In order to reduce the generation of the interference fringes, it is necessary to eliminate the periodicity of the interference fringes and lower the visibility.

上述の如く、周期配列レンズアレイでは、レンズ配列の周期性により、ピッチ、方向が揃った周期的な干渉縞が生じる。そこで、マイクロレンズアレイのレンズ配列の周期性をなくすことで、すなわちレンズピッチをランダム化(非周期化)することで干渉縞の発生を低減することができる。   As described above, in the periodic array lens array, periodic interference fringes with uniform pitch and direction are generated due to the periodicity of the lens array. Therefore, generation of interference fringes can be reduced by eliminating the periodicity of the lens arrangement of the microlens array, that is, by randomizing (non-periodic) the lens pitch.

図10には、レンズピッチがランダム化されたマイクロレンズアレイ(以下では、「ランダム配列レンズアレイ」とも称する)が示されている。このランダム配列レンズアレイは、各マイクロレンズの頂点位置が該マイクロレンズの中心位置に一致する周期配列レンズアレイの各マイクロレンズの光軸を該光軸(Z軸)に直交する方向にランダムにずらした(オフセットさせた)構造、すなわちレンズピッチが不規則な構造を有している。この場合、各マイクロレンズの光軸は、該マイクロレンズの頂点を通るが中心を通らない。なお、図10に示されるランダム配列レンズアレイの各マクロレンズの中心位置は、例えば該マイクロレンズの外接円の中心であっても良いし、該マイクロレンズの内接円の中心であっても良い。   FIG. 10 shows a microlens array in which the lens pitch is randomized (hereinafter also referred to as “random array lens array”). In this random array lens array, the optical axis of each microlens of the periodic array lens array in which the apex position of each microlens coincides with the center position of the microlens is randomly shifted in a direction perpendicular to the optical axis (Z axis). (Offset) structure, that is, the lens pitch is irregular. In this case, the optical axis of each microlens passes through the apex of the microlens but does not pass through the center. Note that the center position of each macro lens of the random array lens array shown in FIG. 10 may be, for example, the center of the circumscribed circle of the micro lens or the center of the inscribed circle of the micro lens. .

例えば、図10に示されるような、レンズピッチ及びレンズ境界方向がランダム化(非周期化)されたマイクロレンズアレイであれば、隣接する2つのマイクロレンズ861、862間、隣接する2つのマイクロレンズ862、863間において生じる干渉縞は、方向、ピッチが異なり、巨視的には方向、ピッチの揃った干渉縞として視認されない。すなわち、レンズピッチのランダム化によって干渉縞の発生が低減され、かつレンズ境界方向のランダム化によって隣接する2つのマイクロレンズからの発散ビーム(以下では、隣接発散ビームとも称する)の干渉強度が分散される。   For example, as shown in FIG. 10, in the case of a microlens array in which the lens pitch and the lens boundary direction are randomized (non-periodic), two adjacent microlenses are disposed between two adjacent microlenses 861 and 862. Interference fringes generated between 862 and 863 have different directions and pitches, and are not visually recognized as interference fringes with uniform directions and pitches. That is, the generation of interference fringes is reduced by randomizing the lens pitch, and the interference intensity of diverging beams from two adjacent microlenses (hereinafter also referred to as adjacent diverging beams) is dispersed by randomizing the lens boundary direction. The

図10に示されるランダム配列レンズアレイでは、例えばレンズピッチp1〜p29は、全て異なっていても良いし、一部が同じで、残りが異なっていても良く、要は、レンズピッチが不規則であれば良い。なお、図10における黒丸は、各マイクロレンズの頂点位置を示す。図10における黒正方形は、各マイクロレンズの中心位置を示す。   In the random array lens array shown in FIG. 10, for example, the lens pitches p1 to p29 may all be different, or some of them may be the same and the rest may be different. In short, the lens pitch is irregular. I just need it. In addition, the black circle in FIG. 10 shows the vertex position of each micro lens. A black square in FIG. 10 indicates the center position of each microlens.

特に、レンズ配列方向のレンズピッチである(…p4、p9、p11…)、(…p23、p24、p25・・・)、(…p8、p12、p20…)等は、不規則であること(周期性がないこと)が好ましい。   In particular, the lens pitches in the lens arrangement direction (... p4, p9, p11 ...), (... p23, p24, p25 ...), (... p8, p12, p20 ...) are irregular ( It is preferable that there is no periodicity.

以下に、レンズピッチ及びレンズ境界方向のランダム化について説明する。   Hereinafter, randomization of the lens pitch and the lens boundary direction will be described.

先ず、本実施形態のマイクロレンズアレイが、スペックルノイズを低減するために用いられる通常の拡散板とは異なることを説明する。通常の拡散板では、表面に大きさの異なる凹凸構造が多数形成され、例えばビーム径よりも極端に小さい凹凸があると、その部分で反射光同士の干渉が強くなり、干渉縞が発生してしまう。   First, it will be described that the microlens array of the present embodiment is different from a normal diffuser plate used for reducing speckle noise. In ordinary diffuser plates, many uneven structures with different sizes are formed on the surface.For example, if there is unevenness that is extremely smaller than the beam diameter, the interference between reflected light becomes strong at that part, and interference fringes are generated. End up.

そこで、本実施形態では、全面において所定値以上のレンズ径(レンズサイズ)を有するランダム配列レンズアレイを提案する。   Therefore, in this embodiment, a random array lens array having a lens diameter (lens size) equal to or larger than a predetermined value on the entire surface is proposed.

このランダム配列レンズアレイは、例えば図11に格子状の破線で示される、複数の正方形のマイクロレンズが一定のレンズピッチで配列された周期配列レンズアレイをベースとした構造を有している。   This random array lens array has a structure based on a periodic array lens array in which a plurality of square microlenses are arrayed at a constant lens pitch, for example, as indicated by broken grid lines in FIG.

この周期配列レンズアレイでは、各マイクロレンズの中心位置は、正方格子の各格子点899(仮想点)である。そして、周期配列レンズアレイでは、各マイクロレンズの頂点位置は、該マイクロレンズの中心位置である格子点899に一致している。   In this periodic array lens array, the center position of each microlens is each lattice point 899 (virtual point) of a square lattice. In the periodic array lens array, the apex position of each microlens coincides with the lattice point 899 that is the center position of the microlens.

また、周期配列レンズアレイの各マイクロレンズでは、隣接する2つのマイクロレンズからの発散ビーム(隣接発散ビームとも称する)の干渉を抑制するためにレンズ径が入射ビーム径よりも大きく(上記所定値以上のレンズ径に)設定されている。   In addition, in each microlens of the periodic array lens array, the lens diameter is larger than the incident beam diameter (above the predetermined value or more) in order to suppress interference of diverging beams (also referred to as adjacent diverging beams) from two adjacent microlenses. Lens diameter).

ランダム配列レンズアレイは、周期配列レンズアレイの各マイクロレンズの頂点位置を、該マイクロレンズの中心位置(格子点899)を含む仮想領域897(円形破線内の領域)内で該中心位置から変位(偏心)させた(ずらした)構造を有している。すなわち、ランダム配列レンズアレイでは、各マイクロレンズの頂点位置は、偏心している。   In the random array lens array, the vertex position of each microlens of the periodic array lens array is displaced from the center position within a virtual area 897 (area within a circular broken line) including the center position (lattice point 899) of the microlens ( It has an eccentric structure. That is, in the random array lens array, the apex position of each microlens is eccentric.

換言すると、ランダム配列レンズアレイの複数のマイクロレンズは、配列ピッチが一定の複数の格子点899上に個別に配置され、各マイクロレンズの頂点位置は、該マイクロレンズが配置された格子点899からずれている。   In other words, the plurality of microlenses of the random array lens array are individually disposed on the plurality of lattice points 899 having a constant array pitch, and the apex position of each microlens is determined from the lattice point 899 where the microlenses are disposed. It's off.

一方、周期配列レンズアレイの複数のマイクロレンズは、配列ピッチが一定の複数の格子点上に個別に配置され、各マイクロレンズの頂点位置は、該マイクロレンズが配置された格子点に一致する。   On the other hand, the plurality of microlenses of the periodic array lens array are individually disposed on a plurality of lattice points having a constant array pitch, and the vertex positions of the microlenses coincide with the lattice points where the microlenses are disposed.

また、ランダム配列レンズアレイでは、複数のマイクロレンズそれぞれの頂点位置の該マイクロレンズの中心位置からのずれは不規則であり、結果的に、レンズピッチが不規則となっている。   Further, in the random array lens array, the deviation of the apex positions of the plurality of microlenses from the center position of the microlenses is irregular, and as a result, the lens pitch is irregular.

また、ランダム配列レンズアレイのレンズ境界方向(図11の各実線893、894、895、896の方向)は、周期配列レンズアレイのレンズ境界方向(図11の各格子線(破線)の方向)に対して、ランダム(不規則)にずれている。   Further, the lens boundary direction of the random array lens array (directions of the solid lines 893, 894, 895, and 896 in FIG. 11) is the lens boundary direction of the periodic array lens array (direction of the lattice lines (broken lines) in FIG. 11). On the other hand, it is shifted randomly (irregularly).

この場合、各マイクロレンズで互いに異なる方向の干渉縞が発生する。この結果、巨視的には、干渉縞の方向が揃わないため、干渉縞の視認度が下がることになる。   In this case, interference fringes in different directions are generated in each microlens. As a result, since the directions of the interference fringes are not aligned macroscopically, the visibility of the interference fringes decreases.

以上のように構成されるランダム配列レンズアレイでは、レンズ径(レンズサイズ)がほぼ一定に保たれているため、入射ビームのレンズからのはみ出しを防ぎ、隣接する2つのマイクロレンズからの発散ビームの干渉を抑制することができる。また、レンズピッチがランダムなため、干渉強度が低減され、干渉縞の発生が抑制される。また、レンズ境界方向がランダムなため、生じる干渉縞の向きがランダム化される。結果として、干渉縞の視認性を大きく下げることができる。そこで、ランダム配列レンズアレイによって形成される画像(光学像)の視認性を向上できる。   In the random array lens array configured as described above, since the lens diameter (lens size) is kept substantially constant, the protrusion of the incident beam from the lens is prevented, and the diverging beam from two adjacent microlenses is prevented. Interference can be suppressed. Further, since the lens pitch is random, the interference intensity is reduced and the generation of interference fringes is suppressed. Further, since the lens boundary direction is random, the direction of the interference fringes generated is randomized. As a result, the visibility of interference fringes can be greatly reduced. Therefore, the visibility of an image (optical image) formed by the random array lens array can be improved.

ここで、レーザ光によりマイクロレンズアレイを走査する場合に、縦長のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイを用いることが好ましい。詳述すると、一般に、LDからのレーザ光の有効断面は、円径ではなく楕円形であるため、そのレンズ径(レンズサイズ)を上述の議論の通り、入射ビーム径<マイクロレンズ径と決定する場合、レーザ光の有効断面の形状(楕円形)に応じたアスペクト比(例えば縦長)を選択することが望ましい。これにより、必要最小限のレンズ径でスペックルノイズおよび干渉縞を抑制することが可能となる。なお、「有効断面」とは、レーザ光の断面内で相対強度が20%〜80%の部分を意味する。   Here, when the microlens array is scanned with laser light, it is preferable to use a microlens array including a vertically long microlens. Specifically, since the effective cross section of the laser beam from the LD is generally an elliptical shape instead of a circular diameter, the lens diameter (lens size) is determined as incident beam diameter <microlens diameter as described above. In this case, it is desirable to select an aspect ratio (for example, vertically long) corresponding to the shape (elliptical shape) of the effective cross section of the laser light. This makes it possible to suppress speckle noise and interference fringes with the minimum necessary lens diameter. The “effective cross section” means a portion having a relative intensity of 20% to 80% in the cross section of the laser beam.

図12(a)〜図12(c)には、縦長のマイクロレンズを含むランダム配列レンズアレイ(以下では、縦長ランダム配列レンズアレイとも称する)の具体例が示されている。   12A to 12C show specific examples of a random array lens array (hereinafter, also referred to as a vertically long random array lens array) including vertically long microlenses.

図12(a)に示される縦長ランダム配列レンズアレイは、複数の長方形のマイクロレンズがマトリクス状に配列された周期配列レンズアレイをベースとした構造を有している。この周期配列レンズアレイの各マイクロレンズは、縦長のアスペクト比を有し、y>xが成立する。   The vertically long random array lens array shown in FIG. 12A has a structure based on a periodic array lens array in which a plurality of rectangular microlenses are arranged in a matrix. Each microlens of this periodic array lens array has a vertically long aspect ratio, and y> x is established.

図12(b)に示される縦長ランダム配列レンズアレイは、複数の縦長六角形のマイクロレンズがジグザグ型に配列された周期配列レンズアレイをベースとした構造を有している。   The vertically long random array lens array shown in FIG. 12B has a structure based on a periodic array lens array in which a plurality of vertically long hexagonal microlenses are arranged in a zigzag shape.

図12(c)に示される縦長ランダム配列レンズアレイは、複数の縦長六角形のマイクロレンズがアームチェア型に配列された周期配列レンズアレイをベースとして構造を有している。   The vertically long random array lens array shown in FIG. 12C has a structure based on a periodic array lens array in which a plurality of vertically long hexagonal microlenses are arranged in an armchair shape.

図12(a)〜図12(c)に示される縦長ランダム配列レンズアレイにおいても、レンズピッチ及びレンズ境界方向がランダム化され、ピッチの揃った干渉縞の発生を抑制できる。   Also in the vertically long random array lens array shown in FIGS. 12A to 12C, the lens pitch and the lens boundary direction are randomized, and the generation of interference fringes with uniform pitches can be suppressed.

図13(a)〜図13(d)には、それぞれ比較例1〜4の縦長ランダム配列レンズアレイが示されている。図13(e)〜図13(h)には、それぞれ実施例1〜4の縦長ランダム配列レンズアレイが示されている。各図では、「破線」が仮想境界、「黒塗りの小さい正方形」がマイクロレンズの中心位置、「+」がマイクロレンズの頂点位置を示している。   FIGS. 13A to 13D show the vertically long random array lens arrays of Comparative Examples 1 to 4, respectively. FIGS. 13 (e) to 13 (h) show the vertically long random array lens arrays of Examples 1 to 4, respectively. In each figure, “dashed line” indicates the virtual boundary, “small black square” indicates the center position of the microlens, and “+” indicates the apex position of the microlens.

図13(a)に示される比較例1の縦長ランダム配列レンズアレイにおいて、縦長長方形の各マイクロレンズ881の頂点位置884は、該マイクロレンズ881の中心位置882から等距離に設けられた円形の仮想境界883内にて等確率で選ばれたランダムな一点に設定される。すなわち、各マイクロレンズの頂点位置884は、仮想境界883内にてランダム偏心されている。この場合、各マイクロレンズの頂点位置の中心位置882からのずれ量の最大値を定めつつ、その頂点位置を分散できる。以下では、仮想境界内の領域(仮想領域)を「偏心領域」とも称する。   In the longitudinally random array lens array of Comparative Example 1 shown in FIG. 13A, the apex position 884 of each longitudinally rectangular microlens 881 is a circular virtual provided at the same distance from the center position 882 of the microlens 881. It is set to a random point selected with equal probability within the boundary 883. That is, the vertex position 884 of each microlens is randomly eccentric within the virtual boundary 883. In this case, it is possible to disperse the vertex positions while determining the maximum value of the deviation amount from the center position 882 of the vertex position of each microlens. Hereinafter, a region (virtual region) within the virtual boundary is also referred to as an “eccentric region”.

図13(b)に示される比較例2の縦長ランダム配列レンズアレイでは、正方形の仮想境界887が設けられている。この場合も、縦長長方形の各マイクロレンズの頂点位置888の中心位置886からのずれ量の最大値を定めつつ、その頂点位置を分散できる。   In the longitudinally long random array lens array of Comparative Example 2 shown in FIG. 13B, a square virtual boundary 887 is provided. Also in this case, the vertex positions can be dispersed while determining the maximum value of the deviation amount from the center position 886 of the vertex position 888 of each of the vertically long microlenses.

しかしながら、比較例1、2では、マイクロレンズが縦長であることを考慮していないため、該マイクロレンズの横方向の長さに対する横方向の相対的なランダム偏心量(以下では、横方向のランダム偏心比とも称する)が、該マイクロレンズの縦方向の長さに対する縦方向のランダム偏心量(以下では、縦方向のランダム偏心比とも称する)よりも大きくなる確率が高い。この場合、縦方向と横方向でランダム偏心の効果にばらつきが生じる。   However, in Comparative Examples 1 and 2, since the microlens is not considered to be vertically long, the relative random eccentricity in the horizontal direction with respect to the horizontal length of the microlens (hereinafter referred to as the random in the horizontal direction). There is a high probability that the eccentricity ratio (also referred to as eccentricity ratio) is larger than the random amount of vertical eccentricity with respect to the vertical length of the microlens (hereinafter also referred to as vertical random eccentricity ratio). In this case, variation occurs in the effect of random eccentricity in the vertical direction and the horizontal direction.

ここで、ランダム偏心比が大きいほど、干渉縞の低減効果は高くなるが、その分マイクロレンズアレイを視認したときには、その表面が拡散板に類似する粒状感を持つようになり、ざらついて見えてしまう。このため、縦方向と横方向のランダム偏心比を適切に制御し、粒状感を制御することが望まれる。なお、例えば、縦方向と横方向のランダム偏心量が同じ場合には、縦方向のランダム偏心比よりも横方向のランダム偏心比が大きくなる。   Here, the larger the random eccentricity ratio, the higher the interference fringe reduction effect. However, when the microlens array is visually recognized, the surface has a graininess similar to that of a diffuser plate, and appears rough. End up. For this reason, it is desired to appropriately control the random eccentric ratio in the vertical direction and the horizontal direction to control the graininess. For example, when the amount of random eccentricity in the vertical direction and the horizontal direction is the same, the random eccentricity ratio in the horizontal direction is larger than the random eccentricity ratio in the vertical direction.

そこで、図13(e)、図13(f)にそれぞれ示される実施例1、2では、縦長のマイクロレンズ889、891に対して、縦長の仮想境界890、892すなわち縦長の偏心領域(以下では、縦長偏心領域とも称する)が設けられている。この場合、縦方向と横方向のランダム偏心量を独立に制御することができる。   Therefore, in Examples 1 and 2 shown in FIGS. 13 (e) and 13 (f) respectively, the vertical virtual boundaries 890 and 892, that is, the vertical eccentric region (hereinafter, referred to as the vertical eccentric lens) , Also referred to as a vertically long eccentric region). In this case, the amount of random eccentricity in the vertical and horizontal directions can be controlled independently.

縦長ランダム配列レンズアレイでは、各マイクロレンズの頂点位置は、縦長偏心領域内で等確立的に選択(ランダム偏心)されるため、結果として、全マイクロレンズの頂点位置のY方向の偏心量(中心位置からのずれ量)の総和は、全マイクロレンズの頂点位置のX方向の偏心量(中心位置からのずれ量)の総和よりも大きくなる。この場合、「総和」を「平均」で置き換えても良い。この「平均」は、「相加平均」であっても良いし、「相乗平均」であっても良い。   In the longitudinally long random array lens array, the vertex positions of the microlenses are selected equidistantly within the longitudinally decentered region (random eccentricity). As a result, the amount of eccentricity in the Y direction (center) of the vertex positions of all the microlenses The sum of the deviation amounts from the position) is larger than the sum of the eccentric amounts (deviation amounts from the center position) in the X direction of the vertex positions of all the microlenses. In this case, “sum” may be replaced with “average”. This “average” may be an “arithmetic average” or a “synergistic average”.

すなわち、縦長ランダム配列レンズアレイにおいて、頂点位置のY方向の偏心量がX方向の偏心量よりも多いマイクロレンズの数は、頂点位置のX方向の偏心量がY方向の偏心量よりも多いマイクロレンズの数(0を含む)よりも多い。   That is, in the vertically long and randomly arrayed lens array, the number of microlenses in which the amount of eccentricity in the Y direction at the vertex position is larger than the amount of eccentricity in the X direction is the number of microlenses in which the amount of eccentricity in the X direction is larger More than the number of lenses (including 0).

また、縦長ランダム配列レンズアレイでは、Y方向のずれ量の最大値が当該マイクロレンズのY方向の長さの1/2未満であり、かつX方向のずれ量の最大値が当該マイクロレンズのX方向の長さの1/2未満であることが好ましい。   In the vertically long random array lens array, the maximum value of the shift amount in the Y direction is less than ½ of the length of the micro lens in the Y direction, and the maximum value of the shift amount in the X direction is X of the micro lens. The length is preferably less than ½ of the length in the direction.

さらに、縦長偏心領域のY方向(縦方向)の長さは当該マイクロレンズのY方向の長さの例えば4/5以下に設定され、かつ該縦長偏心領域のX方向(横方向)の長さは当該マイクロレンズのX方向の長さの例えば4/5以下に設定されることが好ましい。これは、縦長偏心領域が当該マイクロレンズに対して、大きくなり過ぎると、上述したように、粒状感が増してしまうからである。   Further, the length in the Y direction (vertical direction) of the vertically long eccentric region is set to, for example, 4/5 or less of the length of the micro lens in the Y direction, and the length of the vertically long eccentric region in the X direction (horizontal direction). Is preferably set to, for example, 4/5 or less of the length of the microlens in the X direction. This is because, when the vertically long eccentric region becomes too large with respect to the microlens, the graininess increases as described above.

また、マイクロレンズの曲率(発散角)に応じて縦長偏心領域の大きさを設定しても良い。具体的には、マイクロレンズの曲率(発散角)が大きいほど、縦長偏心領域を大きくしても良い。   The size of the vertically decentered region may be set according to the curvature (divergence angle) of the microlens. Specifically, the longitudinally decentered region may be increased as the curvature (divergence angle) of the microlens increases.

また、縦長偏心領域は、当該マイクロレンズからはみださないことが好ましい。すなわち、縦長偏心領域のY方向の長さが当該マイクロレンズのY方向の長さ未満であり、かつ該縦長偏心領域のX方向の長さが当該マイクロレンズのX方向の長さ未満であることが好ましい。   Further, it is preferable that the vertically long eccentric region does not protrude from the microlens. That is, the length of the longitudinally eccentric region in the Y direction is less than the length of the microlens in the Y direction, and the length of the longitudinally eccentric region in the X direction is less than the length of the microlens in the X direction. Is preferred.

また、縦長偏心領域の面積は、当該縦長のマイクロレンズのX方向の長さのうち最大の長さを直径とする円(図13(e)〜図13(h)の2点鎖線参照)に外接する正n角形(nは3以上の整数)の面積以下であることが好ましい。換言すると、縦長偏心領域の面積は、当該縦長のマイクロレンズに設定し得る最大の正n角形(nは3以上の整数)の偏心領域の面積以下であることが好ましい。なお、上記正n角形の代表例としては、正方形、正六角形が挙げられる。   In addition, the area of the vertically long eccentric region is a circle whose diameter is the maximum length in the X direction of the vertically long microlens (see the two-dot chain line in FIGS. 13E to 13H). It is preferably less than or equal to the area of the circumscribed regular n-gon (n is an integer of 3 or more). In other words, the area of the vertically eccentric region is preferably equal to or less than the area of the maximum positive n-gonal (n is an integer of 3 or more) eccentric region that can be set in the vertically long microlens. A typical example of the regular n-gon is a square or a regular hexagon.

この場合、縦長偏心領域の面積は、該縦長偏心領域と同一面積の正n角形(nは3以上の整数)の偏心領域に比べ、横方向のランダム偏心量を抑制でき、粒状感の増大を抑制できる。   In this case, the area of the vertically long eccentric region can suppress the amount of random random eccentricity in comparison with a regular n-square (n is an integer of 3 or more) eccentric region having the same area as that of the vertically long eccentric region. Can be suppressed.

さらに、縦長偏心領域の面積は、縦長のマイクロレンズのX方向の長さのうち最大の長さを直径とする円の面積以下であることがより好ましい。換言すると、縦長偏心領域の面積は、当該縦長のマイクロレンズに設定し得る最大の円形の偏心領域の面積以下であることが好ましい。この場合、縦長偏心領域と同一面積の円形の偏心領域に比べ、横方向のランダム偏心量を抑制でき、粒状感の増大を抑制できる。なお、この場合、縦長偏心領域の面積は、当該縦長のマイクロレンズに設定し得る最大の正n角形(nは3以上の整数)の偏心領域の面積以下となることは、言うまでもない。   Furthermore, the area of the vertically long eccentric region is more preferably equal to or less than the area of a circle whose diameter is the maximum length among the lengths of the vertically long microlenses in the X direction. In other words, the area of the vertically long eccentric region is preferably equal to or smaller than the area of the largest circular eccentric region that can be set for the vertically long microlens. In this case, compared to a circular eccentric region having the same area as the vertically long eccentric region, the amount of lateral random eccentricity can be suppressed, and an increase in graininess can be suppressed. In this case, it goes without saying that the area of the vertically decentered region is equal to or smaller than the area of the decentered region of the maximum regular n-gon (where n is an integer of 3 or more) that can be set for the vertically long microlens.

また、通常、縦方向と横方向のランダム偏心比を適切な値に調整するために、縦長偏心領域のアスペクト比は、当該マイクロレンズのアスペクト比(ここでは縦長)に基づいて設定することが好ましい。   In general, in order to adjust the random eccentric ratio in the vertical direction and the horizontal direction to an appropriate value, it is preferable to set the aspect ratio of the vertically eccentric region based on the aspect ratio of the microlens (here, vertically long). .

すなわち、縦長偏心領域のY方向の長さlyとX方向の長さlxの比ly/lxは、当該マイクロレンズのY方向の長さLyとX方向の長さLxの比Ly/Lxに基づいて設定されることが好ましい。具体的には、ly/lxがLy/Lxに等しくても良いし、ly/lxがLx/Lyよりも僅かに大きく又は僅かに小さくても良い。   That is, the ratio ly / lx between the length ly in the Y direction and the length lx in the X direction of the longitudinally eccentric region is based on the ratio Ly / Lx between the length Ly in the Y direction and the length Lx in the X direction of the microlens. Are preferably set. Specifically, ly / lx may be equal to Ly / Lx, or ly / lx may be slightly larger or slightly smaller than Lx / Ly.

この場合、縦方向のランダム偏心量よりも横方向のランダム偏心量を制限することができ、マイクロレンズアレイ上を視認した際の表面の粒状感、ザラつきを抑制することができる。   In this case, the amount of random random eccentricity in the horizontal direction can be limited more than the amount of random eccentricity in the vertical direction, and surface graininess and roughness when viewed on the microlens array can be suppressed.

仮想境界(偏心領域)の具体例としては、例えば、図13(e)に示される実施例1の縦長の楕円形状や、図13(f)に示される実施例2の縦長の長方形形状などが挙げられるが、縦長の形状であれば、他の形状でも、同様の効果が期待できる。   Specific examples of the virtual boundary (eccentric region) include, for example, the vertically long oval shape of the first embodiment shown in FIG. 13E and the vertically long rectangular shape of the second embodiment shown in FIG. As long as the shape is vertically long, the same effect can be expected with other shapes.

なお、比較例1、2、実施例1、2では、縦長の長方形のマイクロレンズを例に説明したが、同様の議論は、例えば、図13(c)、図13(d)にそれぞれ示される比較例3、4のような縦長の六角形形状のマイクロレンズ901、905、並びに図13(g)、図13(h)にそれぞれ示される実施例3、4のような縦長の六角形形状のマイクロレンズ909、911でも成立する。   In Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2, a vertically long rectangular microlens has been described as an example, but the same discussion is shown in FIGS. 13C and 13D, for example. Vertical hexagonal microlenses 901 and 905 as in Comparative Examples 3 and 4 and vertical hexagonal shapes as in Examples 3 and 4 shown in FIGS. 13 (g) and 13 (h), respectively. The same applies to the microlenses 909 and 911.

比較例3、4に比べて、実施例3、4では、縦方向のランダム偏心量よりも横方向のランダム偏心量が制限され、粒状感、ざらつきを抑制することができる。   Compared to Comparative Examples 3 and 4, in Examples 3 and 4, the random eccentric amount in the horizontal direction is limited rather than the random eccentric amount in the vertical direction, and graininess and roughness can be suppressed.

また、比較例3、4においては、ランダム偏心に起因して、ベースとなる縦長六角形形状の複数のマイクロレンズを含む周期配列レンズアレイからの横方向形状変化が大きくなってしまう。一方、実施例3、4では、ベースとなる周期配列レンズアレイからの形状変化を抑制することができる。   Further, in Comparative Examples 3 and 4, due to random eccentricity, the lateral shape change from the periodic array lens array including a plurality of vertically long hexagonal microlenses as a base becomes large. On the other hand, in Examples 3 and 4, it is possible to suppress the shape change from the periodic array lens array as a base.

なお、縦長偏心領域(仮想領域)は縦長の楕円、縦長の長方形に限らず、縦長の他の形状であっても良い。いずれの場合も、隣接発散ビームの干渉の強度に応じてそのランダム偏心量や干渉強度を調整することが可能である。また、縦長偏心領域の内部の確率分布に差を持たせても良い。例えば、縦長偏心領域内で頂点位置の分布密度を局所的に大きく又は小さくしても良い。   Note that the vertically long eccentric region (virtual region) is not limited to a vertically long ellipse and a vertically long rectangle, but may be other vertically long shapes. In either case, it is possible to adjust the amount of random eccentricity and the interference intensity according to the interference intensity of adjacent divergent beams. Moreover, you may give a difference in the probability distribution inside a vertically long eccentric area | region. For example, the distribution density of the vertex positions may be locally increased or decreased within the vertically long eccentric region.

以上説明した本実施形態のマイクロレンズアレイ(縦長ランダム配列レンズアレイ)は、第1の観点からすると、ピッチに周期性(規則性)のある複数の格子点(仮想点)上に複数のマイクロレンズが個別に配置されたレンズアレイであり、複数のマイクロレンズそれぞれは、Y方向の長さが該Y方向に直交するX方向の長さよりも長く、複数のマイクロレンズそれぞれの頂点位置は、該マイクロレンズが配置された格子点からずれており、前記頂点位置の前記格子点からのY方向のずれ量の総和は、X方向のずれ量の総和よりも大きい。   From the first viewpoint, the microlens array (longitudinal random array lens array) of the present embodiment described above has a plurality of microlenses on a plurality of lattice points (virtual points) having periodicity (regularity) in pitch. Are individually arranged lens arrays, and each of the plurality of microlenses has a length in the Y direction that is longer than a length in the X direction orthogonal to the Y direction. The total deviation amount in the Y direction from the lattice point at the vertex position is larger than the total deviation amount in the X direction.

また、本実施形態のマイクロレンズアレイ(縦長ランダム配列レンズアレイ)は、第2の観点からすると、中心位置(格子点)のピッチに周期性(規則性)のある複数のマイクロレンズを含むレンズアレイであり、複数のマイクロレンズそれぞれは、Y方向の長さが該Y方向に直交するX方向の長さよりも長く、複数のマイクロレンズそれぞれの頂点位置は、該レンズの中心位置からずれており、前記頂点位置の前記中心位置からのY方向のずれ量の総和は、X方向のずれ量の総和よりも大きい。   Further, the microlens array (longitudinal random array lens array) of the present embodiment includes a plurality of microlenses having periodicity (regularity) in the pitch of the center position (lattice point) from the second viewpoint. Each of the plurality of microlenses has a length in the Y direction that is longer than a length in the X direction orthogonal to the Y direction, and the vertex positions of the plurality of microlenses are shifted from the center position of the lens, The sum of the deviation amounts in the Y direction from the center position of the vertex position is larger than the sum of the deviation amounts in the X direction.

また、本実施形態のマイクロレンズアレイ(縦長ランダム配列レンズアレイ)は、第3の観点からすると、ピッチに周期性(規則性)のある複数の格子点(仮想点)上に複数のマイクロレンズが個別に配置されたレンズアレイであり、複数のマイクロレンズそれぞれは、Y方向の長さが該Y方向に直交するX方向の長さよりも長く、複数のマイクロレンズそれぞれの頂点位置は、該マイクロレンズが配置された格子点からずれており、該格子点を中心とし、Y方向の長さがX方向の長さよりも長い縦長偏心領域(仮想領域)内に位置している。   Further, from the third viewpoint, the microlens array (longitudinal random array lens array) of the present embodiment has a plurality of microlenses on a plurality of lattice points (virtual points) having periodicity (regularity) in pitch. Each of the plurality of microlenses has a length in the Y direction that is longer than a length in the X direction perpendicular to the Y direction. Is located in a vertically decentered region (virtual region) whose length in the Y direction is longer than the length in the X direction with the lattice point as the center.

また、本実施形態のマイクロレンズアレイ(縦長ランダム配列レンズアレイ)は、第4の観点からすると、中心位置(格子点)のピッチに周期性(規則性)のある複数のマイクロレンズを含むレンズアレイであり、複数のマイクロレンズそれぞれは、Y方向の長さが該Y方向に直交するX方向の長さよりも長く、複数のマイクロレンズそれぞれの頂点位置は、該レンズの中心位置からずれており、該中心位置を中心とし、Y方向の長さがX方向の長さよりも長い縦長偏心領域(仮想領域)内に位置している。   In addition, from the fourth viewpoint, the microlens array (longitudinal random array lens array) of the present embodiment includes a plurality of microlenses having periodicity (regularity) at the center position (lattice point) pitch. Each of the plurality of microlenses has a length in the Y direction that is longer than a length in the X direction orthogonal to the Y direction, and the vertex positions of the plurality of microlenses are shifted from the center position of the lens, It is located in a vertically long eccentric region (virtual region) having the center position as the center and the length in the Y direction being longer than the length in the X direction.

以上のように構成される本実施形態のマイクロレンズアレイでは、各マイクロレンズのY方向の長さとX方向の長さの比によらず、該マイクロレンズの頂点位置の対応する格子点(中心位置)からのY方向及びX方向のずれ量を適切に制御でき、該マイクロレンズアレイ上における干渉縞の発生を抑制しつつ粒状感の増大を抑制できる。   In the microlens array of the present embodiment configured as described above, regardless of the ratio of the length in the Y direction and the length in the X direction of each microlens, the corresponding lattice point (center position) of the apex position of the microlens ) In the Y direction and the X direction can be appropriately controlled, and an increase in graininess can be suppressed while suppressing generation of interference fringes on the microlens array.

この結果、各マイクロレンズの形状によらず、当該マイクロレンズアレイによって形成される画像(光学像)の視認性を向上できる。   As a result, the visibility of an image (optical image) formed by the microlens array can be improved regardless of the shape of each microlens.

なお、本実施形態のマイクロレンズアレイ(縦長ランダム配列レンズアレイ)では、Y方向の長さLyがX方向の長さLxよりも極僅かに長い、実質的にLy≒Lxのマイクロレンズに対しても、同様の効果を得ることができる。すなわち、例えば図10に示されるランダム配列レンズアレイも、縦長ランダム配列レンズアレイと見做して差し支えない。   In the microlens array (longitudinal random array lens array) of this embodiment, the length Ly in the Y direction is slightly longer than the length Lx in the X direction, and is substantially equal to the microlens with Ly≈Lx. The same effect can be obtained. That is, for example, the random array lens array shown in FIG. 10 may be regarded as a vertically long random array lens array.

また、上記第1及び第3の観点における縦長ランダム配列レンズアレイは、周期配列レンズアレイに必ずしも依拠しない構成を有していると言える。   In addition, it can be said that the vertically long random array lens arrays in the first and third aspects have a configuration that does not necessarily depend on the periodic array lens array.

一方、特許文献1(特開2003−004907号公報)には、マイクロレンズの規則配列に特有の回折光の影響やモアレ縞の発生といった問題を解決する目的で、複数のマイクロレンズが、相互に隣接するマイクロレンズの頂点間隔を全て等間隔Lとした基本パターンとは異なるように不規則にまたは確立分布的な規則性を持って形成されたマイクロレンズアレイ(ランダム配列レンズアレイ)が開示されている。   On the other hand, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-004907), a plurality of microlenses are mutually connected for the purpose of solving problems such as the influence of diffracted light peculiar to the regular arrangement of microlenses and the occurrence of moire fringes. Disclosed is a microlens array (random array lens array) that is formed irregularly or with established distribution regularity so as to be different from a basic pattern in which the vertex intervals of adjacent microlenses are all equal intervals L Yes.

特許文献1に開示されているマイクロレンズアレイでは、選択可能なレンズの形状が著しく限定されてしまう。すなわち、特許文献1では、レンズピッチが等間隔Lで配置されるという限定があり、正六角形(又は正方形)のマイクロレンズを含む周期配列レンズアレイをベースとしたランダム配列レンズアレイに限られている。すなわち、縦長ランダム配列レンズアレイについては、適用外である。   In the microlens array disclosed in Patent Document 1, selectable lens shapes are significantly limited. That is, in Patent Document 1, there is a limitation that the lens pitch is arranged at an equal interval L, which is limited to a random array lens array based on a periodic array lens array including regular hexagonal (or square) microlenses. . That is, it is not applicable to a vertically long random array lens array.

しかも、特許文献1では、周期配列レンズアレイのマイクロレンズの偏心領域を該マイクロレンズの頂点位置を中心とした円内に設定しているため、仮に縦長のマイクロレンズを含む周期配列レンズアレイにおいてその円内(偏心領域)にて頂点位置をランダム偏心した場合、横方向のランダム偏心比が縦方向のランダム偏心比に比べて相対的に大きくなり、マイクロレンズアレイ上を視認した際に粒状感となって視認されてしまう。すなわち、特許文献1では、マイクロレンズの形状によっては、当該マイクロレンズアレイにより形成される光学像の視認性に向上の余地があった。   Moreover, in Patent Document 1, since the eccentric region of the microlens of the periodic array lens array is set in a circle centered on the apex position of the microlens, the periodic array lens array including a vertically long microlens is assumed. When the vertex position is randomly eccentric within the circle (eccentric region), the random eccentric ratio in the horizontal direction becomes relatively larger than the random eccentric ratio in the vertical direction, and graininess and Become visible. That is, in Patent Document 1, there is room for improvement in the visibility of an optical image formed by the microlens array depending on the shape of the microlens.

本実施形態では、周期配列レンズアレイの縦長の各マイクロレンズに対して、縦長偏心領域を設け、該縦長偏心領域内にて該マイクロレンズの頂点位置をランダム偏心させるため、縦方向と横方向のランダム偏心量を独立に調整できる。そこで、横方向のランダム偏心量を縦方向のランダム偏心量に比べて相対的に少なくすることで、ランダム偏心によって生じるマイクロレンズアレイ上の粒状感を低減することができる。   In the present embodiment, a longitudinally decentered region is provided for each longitudinally long microlens of the periodic array lens array, and the apex position of the microlens is randomly decentered in the vertically decentered region. Random eccentricity can be adjusted independently. Therefore, by reducing the amount of random eccentricity in the horizontal direction relatively less than the amount of random eccentricity in the vertical direction, it is possible to reduce the graininess on the microlens array caused by random eccentricity.

また、本実施形態のマイクロレンズアレイは、上述したヘッドアップディスプレイ装置の被走査面素子として用いられる。この場合、高品質な画像(虚像)を表示できる。   Further, the microlens array of the present embodiment is used as a scanned surface element of the above-described head-up display device. In this case, a high-quality image (virtual image) can be displayed.

なお、上記実施形態では、縦長ランダム配列レンズアレイのレンズ境界方向は、ランダムとされているが、周期性があっても良い。すなわち、縦長ランダム配列レンズアレイは、各マイクロレンズの頂点位置の対応する格子点(該マイクロレンズの中心位置)からのずれのみがランダムであっても良い。   In the above embodiment, the lens boundary direction of the vertically long random array lens array is random, but may have periodicity. That is, in the vertically long random array lens array, only the deviation of the apex position of each microlens from the corresponding lattice point (the center position of the microlens) may be random.

例えば、図14(a)〜図14(e)には、それぞれ実施例5〜9のレンズ境界方向に周期性があり、かつマイクロレンズの中心位置のピッチに周期性がある縦長ランダム配列レンズアレイが示されている。各図において、「+」は、レンズの頂点位置を示している。   For example, FIG. 14A to FIG. 14E respectively show a vertically long random array lens array having periodicity in the lens boundary direction of Examples 5 to 9 and periodicity in the pitch of the center position of the microlens. It is shown. In each figure, “+” indicates the vertex position of the lens.

図14(a)に示される実施例5の縦長ランダム配列レンズアレイは、縦長長方形配列であり、y>xが成立する。14(b)に示される実施例6の縦長ランダム配列レンズアレイは、縦長六角形のジグザグ型配列である。図14(c)に示される実施例7の縦長ランダム配列レンズアレイは、縦長六角形のアームチェア型配列である。図14(d)に示される実施例8の縦長ランダム配列レンズアレイは、上下の辺が短く斜辺が長い、ひし形のような構造を持つ。図14(e)に示される実施例9の縦長ランダム配列レンズアレイは、上下の辺が長く斜辺が短い、長方形に近い構造をもつ。   The vertically long random array lens array of Example 5 shown in FIG. 14A is a vertically long rectangular array, and y> x is established. The longitudinally random array lens array of Example 6 shown in FIG. 14B is a longitudinally hexagonal zigzag array. The vertically long random array lens array of Example 7 shown in FIG. 14C is a vertically long hexagonal armchair array. The vertically long randomly arrayed lens array of Example 8 shown in FIG. 14D has a rhombus-like structure in which the upper and lower sides are short and the oblique sides are long. The longitudinally long random array lens array of Example 9 shown in FIG. 14E has a structure close to a rectangle with the upper and lower sides being long and the hypotenuse being short.

実施例5〜9の縦長ランダム配列レンズアレイでも、頂点位置がランダム偏心されており、ピッチの揃った干渉縞の発生を抑制できる。   Also in the vertically long random array lens arrays of Examples 5 to 9, the vertex positions are randomly decentered, and the generation of interference fringes with uniform pitches can be suppressed.

また、実施例5〜9では、各マイクロレンズの形状を、例えば入射ビームのスポット形状(有効断面の形状)に合致するようにすれば、該マイクロレンズからのビームのはみ出しを抑制することができ、干渉縞の強度自体を弱めることが可能である。   In Examples 5 to 9, if the shape of each microlens matches, for example, the spot shape of the incident beam (the shape of the effective cross section), the protrusion of the beam from the microlens can be suppressed. It is possible to weaken the interference fringe intensity itself.

以上の説明から分かるように、いかなる周期配列レンズアレイに対しても、頂点位置をランダム偏心させることにより、ピッチの揃った干渉縞の発生を抑制することができる。   As can be seen from the above description, the occurrence of interference fringes with uniform pitches can be suppressed by randomly decentering the apex position of any periodic array lens array.

なお、上記実施形態では、レンズピッチに周期性がある場合として、レンズピッチが一定の例について説明したが、これに限らず、レンズピッチがレンズ配列方向に例えば等差数列的に変化する場合や等比数列的に変化する場合もレンズピッチに周期性があると言える。また、レンズピッチがレンズ配列方向に例えば等差数列的又は等比数列的に変化する繰り返し単位が複数ある場合も周期性があると言える。   In the above-described embodiment, an example in which the lens pitch is constant has been described as the case where the lens pitch has periodicity. However, the present invention is not limited to this, and the case where the lens pitch changes, for example, in an arithmetic progression, It can be said that the lens pitch also has periodicity when it changes in a geometric progression. It can also be said that there is periodicity when there are a plurality of repeating units in which the lens pitch changes in the lens arrangement direction, for example, in an arithmetic progression or geometric progression.

また、上記実施形態では、周期配列レンズアレイにおけるレンズピッチに周期性がある場合について説明したが、要は、周期配列レンズアレイにおけるレンズピッチに何らかの規則性があれば良い。具体的には、レンズピッチがレンズ配列方向に例えば等差数列的又は等比数列的に変化する繰り返し単位が複数あっても良い。   In the above-described embodiment, the case where the lens pitch in the periodic array lens array has periodicity has been described. In short, it is sufficient that the lens pitch in the periodic array lens array has some regularity. Specifically, there may be a plurality of repeating units in which the lens pitch changes in the lens arrangement direction, for example, in an arithmetic progression or geometric progression.

また、上記実施形態では、縦長ランダム配列レンズアレイは、縦長のマイクロレンズアレイの長手方向がY方向(縦方向)、短手方向がX方向(横方向)となるように配置されているが、これに限られず、例えば、光学系のレイアウト等に応じて適宜変更可能である。   Further, in the above embodiment, the vertically long random array lens array is arranged so that the longitudinal direction of the vertically long microlens array is the Y direction (vertical direction) and the short direction is the X direction (lateral direction). However, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed according to, for example, the layout of the optical system.

また、上記実施形態では、マイクロレンズの頂点位置として、縦長偏心領域における一点をランダム(無作為)に選択することとしているが、要は、各マイクロレンズの頂点位置の対応する格子点(該マイクロレンズの中心位置)からのずれ(偏心)がランダム(不規則)であれば良い。すなわち、該ずれの「ずれ量」及び「ずれ方向」の少なくとも一方がランダムであれば良い。すなわち、ずれ量のみがランダムであっても良いし、ずれ方向のみがランダムであっても良いし、ずれ量及びずれ方向の双方がランダムであっても良い。   In the above embodiment, one point in the vertically decentered region is selected at random (randomly) as the apex position of the microlens, but the point is that the lattice point corresponding to the apex position of each microlens (the microlens) The deviation (eccentricity) from the lens center position) may be random (irregular). That is, it is sufficient that at least one of the “deviation amount” and “deviation direction” of the deviation is random. That is, only the shift amount may be random, only the shift direction may be random, or both the shift amount and the shift direction may be random.

また、上記実施形態では、縦長ランダム配列レンズアレイにおける各マイクロレンズの頂点位置を決定する際、縦長偏心領域を設定し、該縦長偏心領域内の一点を無作為に抽出しているが、これに限られず、要は、各マイクロレンズの頂点位置の対応する格子点からのY方向のずれ量の総和がX方向のずれ量の総和よりも大きくなるような点を選択すれば良い。すなわち、縦長偏心領域は、必ずしも設定されなくても良い。   Further, in the above embodiment, when determining the vertex position of each microlens in the vertically long random array lens array, a vertically long eccentric area is set, and one point in the vertically long eccentric area is randomly extracted. In short, the point is that the point where the sum of the deviation amounts in the Y direction from the corresponding lattice point of the apex position of each microlens is larger than the sum of the deviation amounts in the X direction may be selected. That is, the vertically long eccentric region does not necessarily have to be set.

また、上記実施形態では、縦長ランダム配列レンズにおける全マイクロレンズの頂点位置が対応する格子点からランダムにずれているが、これに限らず、要は、レンズピッチ(頂点間隔)が不規則になれば良く、少なくとも1つのマイクロレンズの頂点位置が対応する格子点からずれていれば良い。例えば、一部のマイクロレンズの頂点位置が対応する格子点からずれ、かつ残りのマイクロレンズの頂点位置が対応する格子点に一致していても良い。   In the above embodiment, the vertex positions of all the microlenses in the vertically long random array lens are randomly shifted from the corresponding lattice points. However, the present invention is not limited to this, and the point is that the lens pitch (vertex interval) may be irregular. It suffices if the vertex position of at least one microlens is shifted from the corresponding lattice point. For example, the vertex positions of some microlenses may deviate from the corresponding lattice points, and the vertex positions of the remaining microlenses may coincide with the corresponding lattice points.

また、上記実施形態では、縦長ランダム配列レンズアレイにおける各マイクロレンズの頂点位置として、縦長偏心領域内における一点をランダム(無作為)に選択することとしているが、例えば、縦長偏心領域内において、Y方向の偏心量(ずれ量)がX方向の偏心量(ずれ量)よりも大きくなる点のみを選択するようにしても良い。この場合、縦長偏心領域内で選択しても良いし、縦長偏心領域を設けずに選択しても良い。いずれにしても、全マイクロレンズの頂点位置のY方向の偏心量の総和は、X方向の偏心量の総和よりも大きくなる。   In the above embodiment, as a vertex position of each microlens in the vertically long random array lens array, one point in the vertically decentered area is selected randomly (randomly). For example, in the vertically decentered area, Y Only a point where the amount of eccentricity (deviation amount) in the direction is larger than the amount of eccentricity (deviation amount) in the X direction may be selected. In this case, the selection may be made within the vertically long eccentric region, or may be made without providing the vertically long eccentric region. In any case, the sum of the eccentric amounts in the Y direction at the apex positions of all the microlenses is larger than the sum of the eccentric amounts in the X direction.

なお、上記実施形態では、全マイクロレンズの頂点位置のY方向の偏心量の総和(前者)は、X方向の偏心量の総和(後者)よりも大きくなっているが、逆でも(後者が前者よりも大きくても)良いし、両者が等しくても良い。要は、各マイクロレンズの頂点位置が該マイクロレンズに設定された縦長偏心領域内に位置していれば良く、少なくとも1つのマイクロレンズの頂点位置が縦長偏心領域内でランダム偏心されていることが好ましい。   In the above embodiment, the sum of the eccentric amounts in the Y direction at the apex positions of all the microlenses (the former) is larger than the sum of the eccentric amounts in the X direction (the latter), but vice versa (the latter is the former). It may be larger) or both may be equal. In short, it is only necessary that the apex position of each microlens is located in the vertically long eccentric area set in the microlens, and the apex position of at least one microlens is randomly decentered in the vertically eccentric area. preferable.

また、上記実施形態では、縦長ランダム配列レンズアレイにおいて、複数のマイクロレンズが隣接しているが、これに限らず、互いに離間していても良い。例えば、隣り合う2つのマイクロレンズ間の領域を非レンズ領域としても良い。   In the above-described embodiment, a plurality of microlenses are adjacent to each other in the vertically long random array lens array. However, the present invention is not limited to this, and the microlenses may be separated from each other. For example, a region between two adjacent microlenses may be a non-lens region.

また、上記実施形態では、縦長ランダム配列レンズアレイの各マイクロレンズの形状として、長方形や六角形を例に挙げたが、これに限らず、要はN角形(Nは3以上の整数)であることが好ましく、また、楕円形であっても良い。これらの場合も、レンズ境界方向は、ランダムであることが好ましい。   In the above embodiment, the shape of each microlens of the vertically long random array lens array is exemplified by a rectangle or a hexagon. However, the present invention is not limited to this, and is essentially an N-gon (N is an integer of 3 or more). Preferably, it may be oval. Also in these cases, the lens boundary direction is preferably random.

また、上記実施形態では、縦長ランダム配列レンズアレイの各マイクロレンズの光軸をZ軸に直交する方向にオフセットさせて該マイクロレンズの頂点位置を中心位置からずらしているが、これに代えて、各マイクロレンズの光軸をZ軸に対して傾斜させて該マイクロレンズの頂点位置(光軸上にある頂点のXY平面内の位置)を中心位置からずらしても良い。この場合、各マイクロレンズの光軸は、該マイクロレンズの中心位置を通っていても良いし、通っていなくても良い。   In the above embodiment, the optical axis of each microlens of the vertically long random array lens array is offset in the direction perpendicular to the Z axis to shift the apex position of the microlens from the center position. The optical axis of each microlens may be inclined with respect to the Z axis, and the apex position of the microlens (the position of the apex on the optical axis in the XY plane) may be shifted from the center position. In this case, the optical axis of each microlens may or may not pass through the center position of the microlens.

また、上記実施形態のマイクロレンズアレイでは、複数のマイクロレンズが2次元配列されているが、これに代えて、1次元配列又は3次元配列されていても良い。   In the microlens array of the above embodiment, a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged, but instead of this, a one-dimensional array or a three-dimensional array may be arranged.

また、上記実施形態では、マイクロレンズアレイを2次元偏向手段(走査手段)を用いて2次元走査して2次元画像を形成しているが、例えば、MEMSミラー、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等を含む1次元偏向手段を用いて1次元走査して1次元画像を形成しても良い。   In the above embodiment, the microlens array is two-dimensionally scanned using a two-dimensional deflecting unit (scanning unit) to form a two-dimensional image. For example, the microlens array includes a MEMS mirror, a galvanometer mirror, a polygon mirror, and the like. A one-dimensional image may be formed by one-dimensional scanning using a one-dimensional deflection unit.

また、上記実施形態では、カラー画像を形成しているが、モノクロ画像を形成しても良い。   In the above embodiment, a color image is formed, but a monochrome image may be formed.

また、反射面素子10としての透過反射部材は、例えば、いわゆるコンバイナのように、移動体のフロントガラスとは別の部材で構成され、観察者から見て該フロントガラスの手前に配置されていても良い。   Further, the transmissive reflecting member as the reflecting surface element 10 is configured by a member different from the windshield of the moving body, for example, a so-called combiner, and is disposed in front of the windshield as viewed from the observer. Also good.

また、透過反射部材は、移動体のフロントガラスに限らず、例えばサイドガラス、リアガラス等であっても良く、要は、透過反射部材は、虚像を視認する操縦者により操縦される移動体に設けられ、操縦者が移動体の外部を視認するための窓部材であれば良い。   In addition, the transmission / reflection member is not limited to the windshield of the moving body, and may be, for example, a side glass, a rear glass, and the like. Any window member that allows the operator to visually recognize the outside of the moving body may be used.

また、画像表示装置によって虚像を視認可能にされる対象者は、移動体の操縦者に限らず、例えば該移動体に搭乗するナビゲータ、乗客等であっても良い。   The target person whose virtual image can be visually recognized by the image display device is not limited to the driver of the moving body, and may be, for example, a navigator or a passenger who rides on the moving body.

また、本発明の画像表示装置は、移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置のみならず、例えば観察者の頭部に到着されるヘッドマウントディスプレイや、プロジェクタへの応用も可能である。   The image display device of the present invention can be applied not only to a head-up display device mounted on a moving body, but also to a head-mounted display that arrives at the observer's head or a projector, for example.

すなわち、本発明は、レーザ光が照射されるマイクロレンズアレイを備える画像表示装置全般に適用可能である。   That is, the present invention can be applied to all image display apparatuses including a microlens array irradiated with laser light.

8…被走査面素子(マイクロレンズアレイ)、10…反射面素子(透過反射部材)。   8... Scanned surface element (microlens array), 10... Reflective surface element (transmission and reflection member).

特開2013−4907号公報JP 2013-4907 A

本発明は、ピッチに規則性のある複数の仮想点上に複数のレンズが個別に配置されたレンズアレイにおいて、前記複数のレンズそれぞれは、第1の方向の長さが該第1の方向に直交する第2の方向の長さよりも長く、前記複数のレンズのうち少なくとも1つのレンズの頂点位置は、該レンズが配置された前記仮想点からずれており、前記レンズアレイ中における前記頂点位置の前記仮想点からの前記第1の方向のずれ量の総和は、前記第2の方向のずれ量の総和よりも大きく、前記複数のレンズそれぞれは、前記第1の方向の拡散角が、前記第2の方向の拡散角とは異なることを特徴とするレンズアレイである。 The present invention provides a lens array in which a plurality of lenses are individually arranged on a plurality of virtual points having regularity in pitch, and each of the plurality of lenses has a length in a first direction in the first direction. longer than the length in a second direction perpendicular, the vertex position of at least one lens of the plurality of lenses are offset from the imaginary point of the lens is placed, the vertex position in the said lens array the sum of the shift amount of the first direction from the virtual point is the much larger than the second direction displacement amount of the sum, said plurality of lenses each, diffusion angle of the first direction, wherein The lens array is different from the diffusion angle in the second direction .

Claims (15)

ピッチに規則性のある複数の仮想点上に複数のレンズが個別に配置されたレンズアレイにおいて、
前記複数のレンズそれぞれは、第1の方向の長さが該第1の方向に直交する第2の方向の長さよりも長く、
前記複数のレンズのうち少なくとも1つのレンズの頂点位置は、該レンズが配置された前記仮想点からずれており、
前記頂点位置の前記仮想点からの前記第1の方向のずれ量の総和は、前記第2の方向のずれ量の総和よりも大きいことを特徴とするレンズアレイ。
In a lens array in which a plurality of lenses are individually arranged on a plurality of virtual points having regularity in pitch,
Each of the plurality of lenses has a length in a first direction longer than a length in a second direction orthogonal to the first direction,
The vertex position of at least one lens among the plurality of lenses is deviated from the virtual point where the lens is disposed,
2. The lens array according to claim 1, wherein a sum of deviation amounts in the first direction from the virtual point at the vertex position is larger than a sum of deviation amounts in the second direction.
中心位置のピッチに規則性のある複数のレンズを含むレンズアレイにおいて、
前記複数のレンズそれぞれは、第1の方向の長さが前記第1の方向に直交する第2の方向の長さよりも長く、
前記複数のレンズのうち少なくとも1つのレンズの頂点位置は、該レンズの中心位置からずれており、
前記頂点位置の前記中心位置からの前記第1の方向のずれ量の総和は、前記第2の方向のずれ量の総和よりも大きいことを特徴とするレンズアレイ。
In a lens array including a plurality of lenses having regularity in the central position pitch,
Each of the plurality of lenses has a length in a first direction longer than a length in a second direction orthogonal to the first direction,
The vertex position of at least one lens among the plurality of lenses is deviated from the center position of the lens,
2. The lens array according to claim 1, wherein a sum of deviation amounts in the first direction from the center position of the vertex position is larger than a sum of deviation amounts in the second direction.
前記第1の方向のずれ量の最大値は、当該レンズの前記第1の方向の長さの1/2未満であり、
前記第2の方向のずれ量の最大値は、当該レンズの前記第2の方向の長さの1/2未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載のレンズアレイ。
The maximum deviation amount in the first direction is less than half of the length of the lens in the first direction;
3. The lens array according to claim 1, wherein a maximum value of the shift amount in the second direction is less than ½ of a length of the lens in the second direction.
前記複数のレンズそれぞれの頂点位置は、前記第1の方向の長さが前記第2の方向の長さよりも長い仮想領域内に位置し、
前記仮想領域の面積は、当該レンズの前記第2の方向の長さを直径とする円の面積以下であることを特徴とする請求項3に記載のレンズアレイ。
The vertex position of each of the plurality of lenses is located in a virtual region in which the length in the first direction is longer than the length in the second direction,
The lens array according to claim 3, wherein an area of the virtual region is equal to or less than an area of a circle whose diameter is the length of the lens in the second direction.
前記仮想領域の前記第1及び第2の方向の長さの比は、当該レンズの前記第1及び第2の方向の長さの比に基づいて設定されていることを特徴とする請求項4に記載のレンズアレイ。   The ratio of the lengths of the virtual region in the first and second directions is set based on the ratio of the lengths of the lenses in the first and second directions. The lens array described in 1. ピッチに規則性のある複数の仮想点上に複数のレンズが個別に配置されたレンズアレイにおいて、
前記複数のレンズそれぞれは、第1の方向の長さが該第1の方向に直交する第2の方向の長さよりも長く、
前記複数のレンズのうち少なくとも1つのレンズの頂点位置は、該レンズが配置された前記仮想点からずれており、
前記複数のレンズそれぞれの頂点位置は、該レンズが配置された前記仮想点を中心とし、前記第1の方向の長さが前記第2の方向の長さよりも長い仮想領域内に位置することを特徴とするレンズアレイ。
In a lens array in which a plurality of lenses are individually arranged on a plurality of virtual points having regularity in pitch,
Each of the plurality of lenses has a length in a first direction longer than a length in a second direction orthogonal to the first direction,
The vertex position of at least one lens among the plurality of lenses is deviated from the virtual point where the lens is disposed,
The vertex position of each of the plurality of lenses is located in a virtual region in which the length in the first direction is longer than the length in the second direction, with the virtual point where the lens is disposed as the center. Characteristic lens array.
中心位置のピッチに規則性のある複数のレンズを含むレンズアレイにおいて、
前記複数のレンズそれぞれは、第1の方向の長さが前記第1の方向に直交する第2の方向の長さよりも長く、
前記複数のレンズのうち少なくとも1つのレンズの頂点位置は、該レンズの中心位置からずれており、
前記複数のレンズそれぞれの頂点位置は、該レンズの中心位置を中心とし、前記第1の方向の長さが前記第2の方向の長さよりも長い仮想領域内に位置することを特徴とするレンズアレイ。
In a lens array including a plurality of lenses having regularity in the central position pitch,
Each of the plurality of lenses has a length in a first direction longer than a length in a second direction orthogonal to the first direction,
The vertex position of at least one lens among the plurality of lenses is deviated from the center position of the lens,
The vertex position of each of the plurality of lenses is located in a virtual region in which the length in the first direction is longer than the length in the second direction, with the center position of the lens as the center. array.
前記仮想領域の前記第1の方向の長さは、当該レンズの前記第1の方向の長さ未満であり、
前記仮想領域の前記第2の方向の長さは、当該レンズの前記第2の方向の長さ未満であることを特徴とする請求項6又は7に記載のレンズアレイ。
A length of the virtual region in the first direction is less than a length of the lens in the first direction;
The lens array according to claim 6 or 7, wherein a length of the virtual region in the second direction is less than a length of the lens in the second direction.
前記仮想領域の面積は、当該レンズの前記第2の方向の長さを直径とする円の面積以下であることを特徴とする請求項8に記載のレンズアレイ。   9. The lens array according to claim 8, wherein the area of the virtual region is equal to or less than an area of a circle whose diameter is the length of the lens in the second direction. 前記仮想領域の前記第1及び第2の方向の長さの比は、当該レンズの前記第1及び第2の方向の長さの比に基づいて設定されていることを特徴とする請求項8又は9に記載のレンズアレイ。   9. The ratio of the length of the virtual region in the first and second directions is set based on the ratio of the length of the lens in the first and second directions. Or the lens array according to 9. 前記複数のレンズの頂点位置のピッチは、不規則であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のレンズアレイ。   11. The lens array according to claim 1, wherein pitches of apex positions of the plurality of lenses are irregular. 前記複数のレンズそれぞれの平面形状は、N角形(Nは3以上の整数)であり、
隣り合う2つの前記レンズの境界方向は、不規則であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
The planar shape of each of the plurality of lenses is an N-gon (N is an integer of 3 or more),
The lens array according to claim 1, wherein the boundary direction between two adjacent lenses is irregular.
前記複数のレンズには、レーザ光が照射され、
前記複数のレンズそれぞれは、照射される前記レーザ光の有効断面よりも大きいことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
The plurality of lenses are irradiated with laser light,
The lens array according to any one of claims 1 to 12, wherein each of the plurality of lenses is larger than an effective cross section of the irradiated laser beam.
請求項1〜13のいずれか一項に記載のレンズアレイにレーザ光を照射して画像を表示する画像表示装置。   An image display device that displays an image by irradiating the lens array according to any one of claims 1 to 13 with laser light. 請求項14に記載の画像表示装置を備え、
前記レンズアレイを介したレーザ光の光路上に透過反射部材が配置された移動体。
An image display device according to claim 14,
A moving body in which a transmission / reflection member is disposed on an optical path of laser light through the lens array.
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