JP2019164217A - 表示装置、表示システムおよび移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
●システム構成
図1は、実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。図1に示す表示システム1は、観察者3が視認する表示画像の解像度を下げることなく、表示画像の輝度の低下を抑制することができるシステムである。
図2は、実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。なお、図2に示すハードウエア構成は、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
図3は、実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。表示装置10により実現される機能は、車両情報受信部171、外部情報受信部172、画像生成部173および画像表示部174を含む。
図4は、実施形態に係る光源装置11の具体的構成に一例を示す図である。光源装置11は、光源素子111R,111G,111B(以下、区別する必要のないときは、光源素子111とする。)、カップリングレンズ112R,112G,112B、アパーチャ113R,113G,113B、合成素子114,115,116、およびレンズ117を含む。光源装置11は、光源の一例である。
図5は、実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。光偏向装置13は、半導体プロセスにより製造されるMEMSミラーであり、ミラー130、蛇行状梁部132、枠部材134、および圧電部材136を含む。光偏向装置13は、走査部の一例である。
図6は、実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。スクリーン15は、光源装置11の一部を構成するLD1007から射出されたレーザ光を結像させる。また、スクリーン15は、所定の発散角で発散させる発散部材である。図6に示すスクリーン15は、六角形形状を有する複数のマイクロレンズ150が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。マイクロレンズ150のレンズ径(対向する2辺間の距離)は、200μm程度である。スクリーン15は、マイクロレンズ150の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ150を高密度で配列することができる。なお、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ200およびマイクロレンズ150の詳細は、後述する。
図8は、光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。光源装置11の各光源素子は、FPGA1001によって発光強度や点灯タイミング、光波形が制御される。光源装置11の各光源素子は、LDドライバ1008によって駆動され、レーザ光を射出する。各光源素子から射出され光路合成されたレーザ光は、図8に示すように、光偏向装置13のミラー130によってα軸周り、β軸周りに二次元的に偏向され、ミラー130を介して走査光としてスクリーン15に照射される。すなわち、スクリーン15は、光偏向装置13による主走査および副走査によって二次元走査される。
続いて、マイクロレンズアレイ200上に描画される描画点について図10を参照して説明する。図10は、マイクロレンズアレイ上の描画点について説明するための図である。描画点は、変調信号がハイレベルの場合に光源素子111から射出されるレーザ光(光束)によってマイクロレンズアレイ200上に描画(形成)される点である。表示装置10は、描画点の中心間隔が小さいほど、微細なパターンを描くことができる。描画点は、ビームスポットとも呼ばれる。
続いて、図17乃至図25を用いて、本実施形態に係る表示装置10の詳細な構成について説明する。まず、図17乃至図21を用いて、マイクロレンズ150とアイボックス47との関係について説明する。
次に、マイクロレンズアレイ200におけるレンズ配列について図22を参照して説明する。図22は、実施形態に係るマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列の一例を示す図である。
続いて、図23乃至図25を用いて、マイクロレンズ150のレンズピッチおよびレンズ境界方向のランダム化について説明する。まず、本実施形態のマイクロレンズアレイ200は、スペックル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、ビームスポット径(入射光束径)よりも極端に小さい凹凸がある場合、凹凸部分で反射光同士の干渉が強くなり、モアレが発生してしまう。そこで、本実施形態は、全面において所定値以上のレンズ径を有するランダム配列レンズアレイを提案する。
続いて、本実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法について説明する。マイクロレンズアレイは、一般に、マイクロレンズアレイのレンズ面アレイの転写面を持つ金型を作製し、この金型を用いて、樹脂材料に金型面を転写して作製される。金型における転写面の形成は、切削やフォトリソグラフィ等を用いて形成することができる。また、樹脂材料への転写面の転写は、例えば、射出成形で行うことができる。このように、本実施形態に係るマイクロレンズは、例えば、横長のマイクロレンズのレンズ面の転写面を持つ金型を用いて、樹脂材料による射出成形によって生成される。
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る表示装置は、アレイ状に配列された複数のマイクロレンズ150(微細レンズの一例)を有し、マイクロレンズ150によって光を発散するマイクロレンズアレイ200(光学素子の一例)と、光源装置11(光源の一例)から射出された光によって、マイクロレンズアレイ200を二次元走査する光偏向装置13(走査部の一例)を備える。また、マイクロレンズ150から発散された発散光によって結像される虚像45を所定の画像として視認可能なアイボックス47(視認範囲の一例)の長軸方向と、マイクロレンズ150の長軸方向とが一致する。そのため、表示装置10は、発散光153の形状(マイクロレンズ150の形状)をアイボックス47の形状と一致させることで、観察者3に視認させる画像の輝度の低下を抑制することができる。
なお、本発明の一実施形態に係る表示装置、表示システムおよび移動体について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到することができる範囲内で変更することができる。
10 表示装置
11 光源装置(光源の一例)
13 光偏向装置(走査部の一例)
15 スクリーン
30 自由曲面ミラー(結像光学系の一例)
45 虚像
47 アイボックス(視認範囲の一例)
50 フロントガラス(反射部材の一例)
150 マイクロレンズ(微細レンズの一例)
200 マイクロレンズアレイ(光学素子の一例)
Claims (12)
- アレイ状に配列された複数の微細レンズを有し、前記微細レンズによって光を発散する光学素子と、
光源から射出された光によって、前記光学素子を二次元走査する走査部と、を備え、
前記微細レンズから発散された発散光によって結像される虚像を所定の画像として視認可能な視認範囲の長軸方向と、前記微細レンズの長軸方向とが一致する表示装置。 - 前記光学素子は、前記走査部による主走査および副走査によって二次元走査され、
前記主走査の走査方向と前記微細レンズの長軸方向とが一致する、請求項1に記載の表示装置。 - 前記副走査の走査方向における走査線ピッチは、前記微細レンズの長軸方向におけるレンズ径よりも短く、かつ前記走査部によって走査される光の前記副走査の走査方向のビーム径よりも小さい、請求項2に記載の表示装置。
- 前記光学素子は、所定の方向に湾曲した形状であり、
前記光学素子の湾曲方向と前記微細レンズの前記長軸方向が一致する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記光学素子は、隣接して配列された前記微細レンズの頂点位置を結ぶ線分が非平行である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記光学素子は、複数の前記微細レンズのそれぞれの頂点位置が、規則的のある仮想点からずれて配列されており、
前記頂点位置の前記仮想点からのずれ量の総和が大きい方向は、前記微細レンズの前記長軸方向である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記光源から高パワー出力によって射出される光による高パワー描画点が隣接する距離は、前記微細レンズの前記長軸方向の長さより短い、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記微細レンズは、六角形形状であり、
前記光学素子は、複数の前記微細レンズがハニカム型に配列されている、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の表示装置。 - 前記光学素子は、複数の前記微細レンズがアームチェア型に配列されている、請求項8に記載の表示装置。
- 前記光学素子は、複数の前記微細レンズがアレイ状に配列されたマイクロレンズアレイである、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の表示装置。
- 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の表示装置と、
前記光学素子からの光を反射させる反射部材と、
前記光学素子からの光を前記反射部材に向けて投射して前記虚像を結像させる結像光学系と、
を備える表示システム。 - 請求項11に記載の表示システムを備え、
前記反射部材は、フロントガラスである移動体。
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