JP6451827B2 - Image display apparatus, moving body and scanned surface element - Google Patents

Image display apparatus, moving body and scanned surface element Download PDF

Info

Publication number
JP6451827B2
JP6451827B2 JP2017251563A JP2017251563A JP6451827B2 JP 6451827 B2 JP6451827 B2 JP 6451827B2 JP 2017251563 A JP2017251563 A JP 2017251563A JP 2017251563 A JP2017251563 A JP 2017251563A JP 6451827 B2 JP6451827 B2 JP 6451827B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image display
light
display device
surface element
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2017251563A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018063447A (en
Inventor
慎 稲本
慎 稲本
賢一郎 齊所
賢一郎 齊所
佐藤 康弘
康弘 佐藤
渡部 順
順 渡部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Publication of JP2018063447A publication Critical patent/JP2018063447A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6451827B2 publication Critical patent/JP6451827B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48Laser speckle optics

Description

この発明は、画像表示装置及び移動体及び被走査面素子に関する。 The present invention relates to an image display device, a movable body, and a scanned surface element .

この発明の被走査面素子は、自動車、列車、船舶、ヘリコプター、飛行機など各種の運転可能な移動体に搭載される「ヘッドアップディスプレイ装置」に用いることができる。 The surface to be scanned element of the invention can be used automobiles, trains, ships, helicopters, the "head-up display device" to be mounted on various OPERATION enabled mobile body such as an airplane.

光ビームを走査して2次元画像を表示する2次元画像表示装置が、ヘッドアップディスプレイ装置等として提案され、実用化されつつある(特許文献1、2)。   2. Description of the Related Art A two-dimensional image display device that scans a light beam and displays a two-dimensional image has been proposed as a head-up display device or the like and is being put into practical use (Patent Documents 1 and 2).

このような2次元画像表示装置では、画像信号により強度変調される光ビームを、2次元偏向手段により2次元的に偏向させる。
そして、偏向された光ビームにより、被走査面素子を2次元的に走査し、被走査面素子に2次元画像を形成する。
形成された2次元画像を、虚像結像光学系により拡大虚像として結像させる。
In such a two-dimensional image display device, a light beam whose intensity is modulated by an image signal is deflected two-dimensionally by a two-dimensional deflection means.
Then, the scanned surface element is scanned two-dimensionally with the deflected light beam, and a two-dimensional image is formed on the scanned surface element.
The formed two-dimensional image is formed as an enlarged virtual image by a virtual image imaging optical system.

そして、拡大虚像の結像位置よりも手前に設けた反射面素子により結像光束を観察部側へ反射させて観察する。   Then, the imaging light flux is reflected to the observation unit side by the reflecting surface element provided in front of the imaging position of the enlarged virtual image and observed.

2次元画像形成に供する光ビームとしては、特許文献1、2に記載されたように、光エネルギ密度、指向性ともに高いレーザビームが好適である。   As a light beam used for two-dimensional image formation, as described in Patent Documents 1 and 2, a laser beam having high light energy density and high directivity is suitable.

しかし、レーザビームはコヒーレントであるため、観察画像に、スペックル等の干渉によるノイズが観察画像に表れやすい。
このようなノイズを以下「干渉性ノイズ」と呼ぶ。典型的な干渉性ノイズは「干渉縞」である。
However, since the laser beam is coherent, noise due to interference such as speckle is likely to appear in the observation image.
Such noise is hereinafter referred to as “coherent noise”. Typical coherent noise is “interference fringes”.

「干渉性ノイズ」は、観察画像の像質を損ない、その視認性を悪くする。   “Coherent noise” impairs the image quality of an observed image and deteriorates its visibility.

特許文献1は、干渉性ノイズを除去する方法として、以下の方法を開示している。
即ち、被走査面素子に、微小レンズ(凸シリンドリカルレンズ)を配列形成し、光走査するコヒーレントな光束の光束径を、微小レンズの配列ピッチよりも小さくする。
Patent Document 1 discloses the following method as a method for removing coherent noise.
That is, microlenses (convex cylindrical lenses) are arrayed on the surface to be scanned, and the beam diameter of the coherent light beam for optical scanning is made smaller than the array pitch of the microlenses.

そして、光束が微小レンズの境界部を跨いで照射しないように、光束の走査に同期して、光束をパルス発光させ、光束が微小レンズにのみ入射するようにする。   Then, in order not to irradiate the light beam across the boundary portion of the minute lens, the light beam is pulsed in synchronization with the scanning of the light beam so that the light beam is incident only on the minute lens.

別法としては、光束が微小レンズの境界部を照射しないように、境界部に遮光層を形成する。   Alternatively, a light shielding layer is formed at the boundary so that the light beam does not irradiate the boundary of the microlens.

これ等の方法は、干渉性ノイズの除去に有効である
しかし、光束の走査に同期して、光束をパルス発光させ、光束が微小レンズにのみ入射するようにするのは、光束を走査する部分の構成が複雑化する。
These methods are effective for removing coherent noise. However, in synchronization with the scanning of the luminous flux, the luminous flux is pulsed so that the luminous flux is incident only on the minute lens. The configuration of is complicated.

また、境界部に遮光層を形成する方法では、光束による連続走査が可能であるが、遮光部による遮光で、表示される2次元画像の明るさ(輝度)の低下を招来する。   In the method of forming a light shielding layer at the boundary, continuous scanning with a light beam is possible. However, the light shielding by the light shielding part causes a decrease in the brightness (luminance) of the displayed two-dimensional image.

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものである。
即ち、この発明は、干渉性ノイズを軽減できる新規な画像表示装置の実現を課題とするものである
The present invention has been made in view of the above-described circumstances.
That is, the present invention, it is an object to realize a novel image display device capable of reducing the interference noise.

この発明の画像表示装置は、光源部と、前記光源部からの光を偏向することにより前記光を走査する偏向手段と、前記光により走査される被走査面素子と、を備え、前記被走査面素子に照射された光を用いて画像を表示させる画像表示装置において、前記被走査面素子は、前記光源部からの光を発散光束に変換する複数の微細な光学面が、相互に近接して配列された微細光学面構造を有し、隣接する微細な光学面の境界部をなす面の曲率半径が、前記光の波長よりも小さいことを特徴とするThe image display device of the present invention includes a light source unit, a deflecting unit that scans the light by deflecting the light from the light source unit, and a scanned surface element that is scanned by the light, and the scanned image In the image display device that displays an image using light irradiated to a surface element, the scanned surface element has a plurality of fine optical surfaces that convert light from the light source unit into a divergent light beam close to each other. And the curvature radius of the surface that forms the boundary portion between adjacent fine optical surfaces is smaller than the wavelength of the light .

この発明によれば、干渉性ノイズを軽減できる新規な画像表示装置を実現することができる According to the present invention , a novel image display device capable of reducing coherent noise can be realized .

微細光学面構造の光学面(例えばマイクロレンズ)の境界部をなす面の曲率半径が、画素表示用ビームの波長よりも小さいので、この境界部で画素表示用の光は拡散されない。 Since the radius of curvature of the surface forming the boundary portion of the optical surface (for example, microlens) of the fine optical surface structure is smaller than the wavelength of the pixel display beam, the pixel display light is not diffused at this boundary portion.

従って、境界部を透過したコヒーレントな光と、微細な光学面で拡散された光束との干渉が有効に軽減され、干渉性ノイズを有効に軽減できる。 Therefore, the interference between the coherent light transmitted through the boundary portion and the light beam diffused by the fine optical surface is effectively reduced, and the coherent noise can be effectively reduced.

マイクロレンズアレイを被走査面素子として用いる画像表示装置の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of the image display apparatus which uses a microlens array as a to- be-scanned surface element . 微細凸レンズによる拡散と干渉性ノイズ発生を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the spreading | diffusion and interference noise generation by a micro convex lens. 干渉性ノイズの除去を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the removal of a coherent noise. 微細凸レンズの配列形態例を3例示す図である。It is a figure which shows three examples of the arrangement | sequence form example of a micro convex lens. 微細凸レンズの配列形態の他の例を5例示す図である。It is a figure which shows the 5 other examples of the arrangement | sequence form of a micro convex lens. 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。It is a figure for demonstrating an anamorphic micro convex lens. 被走査面素子の例を2例説明する図である。It is a figure explaining the example of a to-be-scanned surface element.

以下、実施の形態を説明する。
図1は、マイクロレンズアレイを被走査面素子として用いる画像表示装置(以下「2次元画像表示装置」とも言う。)の実施の1形態を説明するための図である。
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an image display apparatus (hereinafter also referred to as “two-dimensional image display apparatus”) using a microlens array as a scanning surface element .

図1に即して説明する2次元画像表示装置は、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。   A two-dimensional image display device described with reference to FIG. 1 is a head-up display device that displays a two-dimensional color image, and FIG. 1A schematically illustrates the entire device.

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が放射される。   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.

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 is a beam of three colors of red (hereinafter referred to as “R”), green (hereinafter referred to as “G”), and blue (hereinafter referred to as “B”). It is a beam synthesized into a book.

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。   In FIG. 1B, “semiconductor lasers as light sources” denoted by reference signs RS, GS, and BS emit R, G, and B laser beams, respectively.

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から放射される各色の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 laser light of each color 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により光束径を規制される。   The laser beam diameter of each color, whose divergence is suppressed by the coupling lenses RCP, GCP, and BCP, is regulated by the aperture RAP, GAP, and BAP.

光束径を規制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光を反射するダイクロイック膜D2を有する。
Each color laser beam whose beam diameter is regulated is incident on the beam combining prism 101.
The beam combining prism 101 includes a dichroic film D1 that transmits R light and reflects G light, and a dichroic film D2 that transmits R and G light and reflects B 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する。   Accordingly, the R, G, and B color laser beams are combined into one beam and emitted from the beam combining prism 101.

射出する光束は、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 into a “parallel beam” having a predetermined light beam diameter by the lens 102.
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」の画像信号により強度変調されている。   The R, G, and B color laser beams constituting the pixel display beam LC are intensity-modulated by an image signal of a “two-dimensional color image” to be displayed.

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から射出した画素表示用ビームLCは、2次元偏向手段6に入射し、2次元的に偏向される。
2次元偏向手段6は、この形態例では、微小なミラーを「互いに直交する2軸」を揺動軸として揺動するように構成されたものである。
The pixel display beam LC emitted from the light source unit 100 enters the two-dimensional deflection unit 6 and is two-dimensionally deflected.
In this embodiment, the two-dimensional deflection unit 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、「マイクロレンズアレイ」である被走査面素子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 which is a “microlens array”.

凹面鏡7の光学作用は、2次元的に偏向されて入射する画素表示用ビームLCを反射し、反射された画素表示用ビームLCの向きを、一定方向に揃えることである。
即ち、凹面鏡7により反射された画素表示用ビーム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、被走査面素子を2次元的に走査する。
The optical action of the concave mirror 7 is to reflect the incident pixel display beam LC which is deflected two-dimensionally, and to align the direction of the reflected pixel display beam LC in a certain direction.
That is, the pixel display beam LC reflected by the concave mirror 7 is incident on the scanned surface element 8 while being translated along with the deflection by the two-dimensional deflecting means 6, and scans the scanned surface element 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、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 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、上記の如く形成された「カラーの2次元画像」を構成する光は、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.
The light constituting the “color two-dimensional image” formed on the scanned surface element 8 as described above enters the concave mirror 9 and is reflected.

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。この微細凸レンズ構造と凹面鏡9とは、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 fine convex lens structure and the concave mirror 9 constitute 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(図には観察者の目を示す。)の側へ反射する。
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 front side of the imaging position of the magnified virtual image 12, and the light beam that forms the magnified virtual image 12 is reflected toward the viewer 11 (the viewer's eyes are shown in the figure). To do.

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”.

X方向は通常、観察者11にとって左右方向であり、この方向を「横方向」と呼ぶ。   The X direction is usually the left-right direction for the observer 11, 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「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 “the micro-convex lenses are closely arranged at a pitch close to the pixel pitch”.

そして、個々の微細凸レンズは、画素表示用ビームを拡散させる機能を持つ。
以下に、この拡散機能を簡単に説明する。
Each fine convex lens has a function of diffusing a pixel display beam.
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.

これ等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とする。   These four pixel display beams L <b> 1 to L <b> 4 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4辺形形状の光束を、被走査面素子8に入射させると、この光束は「ビームL11〜L14で囲まれる発散性の光束」となる。   If a quadrilateral light beam surrounded by the pixel display beams L1 to L4 is incident on the scanned surface element 8, the light beam becomes a "divergent light beam surrounded by the beams L11 to L14".

実際には、画素表示用ビームは、ある瞬間には被走査面素子8の特定部分に入射しており、微細凸レンズにより「発散性の光束」に変換される。   Actually, the pixel display beam is incident on a specific portion of the scanned surface element 8 at a certain moment, and is converted into a “divergent light beam” by the fine convex lens.

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」のみ照射する。   When there is no diffusing function, only the “narrow region near the eyes of the observer 11” is irradiated with the light beam reflected by the reflecting surface element 10.

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を拡散することにより、反射面素子10による反射光束は、観察者11の目の近傍の広い領域を照射する。   As described above, the light beam reflected by the reflecting 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、説明中の形態例において、被走査面素子8に入射する画素表示用ビームLCは平行ビームであるが、被走査面素子8を透過した後は発散性のビームとなる。   As described above, in the embodiment described, 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.

マイクロレンズアレイである被走査面素子8は、画素表示用ビームLCを拡散させる微細凸レンズが、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 that is a microlens array has a “microconvex lens structure” in which microconvex 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、干渉性ノイズの低減のためであり、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 coherent noise, and this will be described below with reference to FIGS. 2 and 3.

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の大きさは、光束径807よりも大きい。
なお、説明中の形態例で、画素表示用ビーム803はレーザ光束であり、光束中心のまわりにガウス分布状の光強度分布をなす。
従って、光束径807は、光強度分布における光強度が「1/e」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」に等しい必要は無い。
微細凸レンズ801の大きさを食み出さなければよい。
That is, the size of the fine convex lens 801 is larger than the beam diameter 807.
In the present 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 of the fine convex lens 801, but the light beam diameter 807 does not have to be equal to “the size of the fine convex lens 801”.
It is sufficient that the size of the fine convex lens 801 is not taken out.

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 that no coherent noise is generated.

なお、拡散角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 diffusion 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の干渉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」にすれば発生しない。   That is, the coherent noise due to the interference of 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 “the size of the fine convex lens 822 or less”.

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 the figure 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。   The boundary portion 835 of the micro convex lenses 833 and 834 has a curved surface that 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が形成される。
従って、上記の大小関係を満足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 of λ.
Therefore, coherent noise can be suppressed by satisfying the above magnitude relationship.

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

これ等の3ビームの波長をλR(=640nm)、λG(=510nm)、λB(=445nm)とすると、これらの大小関係は「λR>λG>λB」である。   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 beam of three colors R, G and B”,
Coherent noise is generated independently for these three color components.
Then, the “total” of these three independent colors of coherent noise becomes the 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 the coherent noise is effective only with the R component having the longest wavelength among 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微細凸レンズの大きさは、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。   As described above, the size of the fine convex lens constituting the fine convex lens structure is on the order of 100 μm, and this can be realized as a normal “micro lens”.

また、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 micro convex lens structure in which micro convex lenses are arranged can be realized as a “micro lens 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を「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” the boundary formed by the 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、特許文献3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, Patent Document 3 discloses a method of increasing the radius of curvature of each microlens by anisotropic etching and ion processing and removing a non-lens portion at the boundary.

また、特許文献4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。   Patent Document 4 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2次元画像表示装置(ヘッドアップディスプレイ装置)について説明した。
2次元画像表示装置は、光源部と、該光源部からの光によって画像を形成するための画像形成素子と、前記画像を形成する光が照射される被走査面素子と、を備え、前記被走査面素子に照射された光を用いて画像を表示させる画像表示装置である。
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されたマイクロレンズアレイ構造を有し、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が、前記光の波長:λよりも小さい。
The two-dimensional image display device (head-up display device) shown in FIG. 1 has been described above.
The two-dimensional image display device includes a light source unit, an image forming element for forming an image by light from the light source unit, and a scanned surface element to which light for forming the image is irradiated. An image display device that displays an image using light irradiated to a scanning surface element.
The to-be-scanned surface element has a microlens array structure in which a plurality of microlenses are arranged close to each other, and the curvature radius r of the surface that forms the boundary between adjacent microlenses is the wavelength of the light: smaller than λ.

図1に示す凹面鏡7は「2次元的に偏向されて入射する画素表示用ビームLCを反射し、反射された画素表示用ビームLCの向きを、一定方向に揃える機能」を持つ。
即ち、凹面鏡7は「2次元的に偏向された画素表示用ビームの偏向範囲を調整し、被走査面素子の走査範囲を規制する偏向範囲規制手段」として機能する。
The concave mirror 7 shown in FIG. 1 has a “function of reflecting the pixel display beam LC incident after being two-dimensionally deflected and aligning the direction of the reflected pixel display beam LC in a certain direction”.
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.

次に、微細凸レンズ構造(マイクロレンズアレイ)における微細凸レンズ(マイクロレンズ)の配列形態の例を説明する。   Next, an example of the arrangement form of the micro convex lenses (micro lenses) in the micro convex lens structure (micro lens array) will be described.

マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズに対する条件は上記の如くである。   The conditions for the microlens array and the 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, “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”.

この条件が満足されれば、マイクロレンズの配列は適宜で良いが、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。
If this condition is satisfied, the arrangement of the microlenses may be appropriate. Three specific examples are shown in FIG.
4A is a microlens array 87 in which square-shaped microlenses 8711, 8712,... Are arranged in a square matrix.

このような配列を「正方行列状配列」と呼ぶ。   Such an arrangement is called a “square matrix arrangement”.

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 direction is X1.

また、図においてY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 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 direction.

即ち、X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 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方向に平行な辺を持っている。この場合の配列を「アームチェア型配列」と呼ぶ。
ジグザグ型配列とアームチェア型配列を合わせて「ハニカム型配列」と呼ぶ。
In the arrangement of the microlenses in this case, the arranged microlenses 8911 and the like have sides parallel to the X direction. This arrangement is called an “armchair arrangement”.
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方向の実効画素ピッチ」、Y2を「Y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 array, in the microlens array, X2 shown in the figure can be regarded as “an effective pixel pitch in the X direction” and Y2 as an “effective pixel pitch in the Y direction”.

アームチェア型配列では、図に示すX3を「X方向の実効画素ピッチ」、Y3を「Y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 "effective pixel pitch in the X direction", and Y3 can be regarded as "effective pixel pitch in the Y 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方向の分解能を向上させることができる。   In the zigzag array, since the effective pixel pitch X2 in the X direction is small, the resolution in the X direction in image display can be improved.

また、アームチェア型配列においては、Y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 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。   Accordingly, 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、これ等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 larger than the wavelength of the G component light: λG or the wavelength of the B component light: λB of the pixel display beam, 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 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, Become.

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、ハニカム状配列では3方向に生じる。   That is, the divergence at the boundary 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、正方行列状配列では2方向的、ハニカム状配列では3方向的に生じる。   Therefore, the occurrence of coherent noise occurs in two directions in the square matrix arrangement and in three directions in the 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ので、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にくくなる。   Since the maximum intensity of the coherent light that causes the coherent noise is constant, the greater the number of dispersed light, the weaker the contrast of the generated coherent noise and the less visible it becomes.

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”.

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とにより構成される。   As described with reference to FIG. 1A, the virtual image imaging optical system that forms the two-dimensional enlarged virtual image 12 includes the concave mirror 9.

即ち、個々のマイクロレンズで拡散された光束を便宜上「画素光束」と呼ぶと、この画素光束が凹面鏡9により当該画素の拡大虚像として結像される。
拡大虚像12は、凹面鏡9により虚像として結像される拡大画素像の集合である。
That is, when a light beam diffused by each microlens is referred to as a “pixel light beam” for convenience, the pixel light beam is formed as an enlarged virtual image of the pixel by the concave mirror 9.
The magnified virtual image 12 is a set of magnified pixel images formed as a virtual image by the concave mirror 9.

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、拡散される画素光束の発散角を直交する2方向で異ならせることができる。   If the microlens that is a fine convex lens has an “anamorphic function”, the divergence angle of the diffused pixel beam can be made different in two orthogonal directions.

図6を参照すると、図6において符号80は、被走査面素子8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楕円形状にして示している。
勿論、説明図であるから、マイクロレンズ相互の境界部の大きさは度外視されている。
図6におけるマイクロレンズ80は、X方向のパワーがY方向のパワーよりも大きい場合を示している。
即ち、マイクロレンズ面の曲率は、X方向の曲率がY方向の曲率より大きい。
Referring to FIG. 6, reference numeral 80 in FIG. 6 indicates each of the microlenses (fine convex lenses) formed on the scanned surface element 8 in an elliptical shape as an explanatory diagram.
Of course, since it is explanatory drawing, the magnitude | size of the boundary part between microlenses is overlooked.
The microlens 80 in FIG. 6 shows a case where the power in the X direction is larger than the power in the Y direction.
That is, the curvature of the microlens surface is larger in the X direction than in the Y direction.

図の如く、画素表示用ビームLCがマイクロレンズ80に入射すると、射出する発散ビーム(拡散ビーム)は、その光束断面FXが「X方向に長い楕円形状」になる。   As shown in the figure, when the pixel display beam LC is incident on the microlens 80, the diverging beam (diffused beam) to be emitted has a light beam cross section FX having an “ellipse shape long in the X direction”.

換言すれば、マイクロレンズ80により拡散された画素光束の拡散角は、X方向の拡散角がY方向の拡散角より大きい。   In other words, the diffusion angle of the pixel light beam diffused by the microlens 80 is larger in the X direction than in the Y direction.

即ち、観察者11から見た拡大虚像12は、その視野角がX方向において大きい。
図6には、説明図として、マイクロレンズ80をY方向に長い縦長の楕円形状として示した。
マイクロレンズの形状は、例えば、後述の図5(b)に示すマイクロレンズ9211等のように「Y方向に長い縦長の6角形形状」であることもある。
この場合、X方向のパワーがY方向のパワーよりも大きい場合であれば、マイクロレンズ9211による拡散ビームの光束断面は「X方向に長い横長の6角形形状」となる。
That is, the magnified virtual image 12 viewed from the observer 11 has a large viewing angle in the X direction.
In FIG. 6, as an explanatory diagram, the microlens 80 is shown as a vertically long oval shape that is long in the Y direction.
The shape of the microlens may be, for example, a “long and long hexagonal shape that is long in the Y direction” such as a microlens 9211 shown in FIG. 5B described later.
In this case, if the power in the X direction is larger than the power in the Y direction, the light beam cross section of the diffused beam by the microlens 9211 becomes “a horizontally long hexagonal shape in the X direction”.

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”.

反射面素子10は、この場合、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観察できる。
In this case, the reflecting surface element 10 is a windshield of an automobile.
In this case, for example, a “navigation image” can be displayed as the enlarged virtual image 12 in front of the windshield, and the driver who is the observer 11 can observe this image while being in the driver's seat.

このような場合、表示される拡大虚像は「運転者の目の位置がX方向に移動しても確実に視認できる」ように、X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, it is generally preferable that the enlarged virtual image to be displayed is an image having a large angle of view in the X direction so that “the driver's eyes can be reliably recognized even if the eyes move in the X direction”.

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からである。
このため、長手方向(X方向)には短手方向(Y方向)に比して大きな拡散角(非等方拡散)が要求されるのである。
This is because a large viewing angle is required in the horizontal direction compared to the vertical direction so that the driver who is an observer can recognize the display even when viewing the display image from the diagonal direction.
For this reason, a larger diffusion angle (isotropic diffusion) is required in the longitudinal direction (X direction) than in the lateral direction (Y direction).

従って、被走査面素子の微細凸レンズを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, it is preferable that the fine convex lens of the surface element to be scanned is an anamorphic lens, and the diffusion angle for diffusing the pixel display beam is "wider the horizontal direction of the two-dimensional image than the vertical direction".

このようにして、ヘッドアップディスプレイ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 angle of view of the head-up display, improve the light utilization 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。   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.

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 FIG. 4 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 FIG. 4 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)〜(c)の配列では、X方向につきX1〜X3、Y方向につきY1〜Y3であった。
このように定められるX方向の実効画素ピッチを一般に「SX」、Y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 direction and Y1 to Y3 in the Y direction in the arrangement of FIGS.
When the effective pixel pitch in the X direction thus determined is generally “SX” and the effective pixel pitch in the Y 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)〜(e)に示す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 structure shown in FIGS. 5A to 5E, the effective pixel pitch is determined as follows in the same manner as in FIG.

即ち、X方向、Y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 direction and the Y 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・・の正方行列状配列であり、アスペクト比は1よりも大きい。   The micro-convex lens structure of FIG. 5A is a square matrix arrangement of rectangular micro-convex lenses 9111, 9112,... 9121, and the aspect ratio is greater than 1.

図5(b)〜(e)に示す微細凸レンズ構造は、ハニカム型配列である。   The micro-convex lens structure shown in FIGS. 5B to 5E is a honeycomb type array.

図5(b)〜(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 arrangement shown in FIGS. 5B to 5E, the aspect ratios “Y12 / X12” and “Y13 / X13” are both larger than 1.

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

このように「Y方向の長さがX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方向の曲率をY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 having a shape in which the length in the Y direction is larger than the length in the X direction”, it is easy to make the curvature in the X direction larger than the curvature in the Y direction as the shape of the fine convex lens.

従って、前述した「X方向のパワーがY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 direction is larger than the power in the Y 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150μmよりも小さくする。   Of course, in this case, the beam diameter of the pixel display beam is made smaller than 150 μm.

図5(b)〜(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 direction”.

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

図5(b)の「ジグザグ型の縦長ハニカム型配列」と、(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。   Both the “zigzag vertical honeycomb arrangement” in FIG. 5B and the “armchair vertical honeycomb arrangement” in FIG. 5C can be used.

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

即ち、(b)の配列に比して、(c)の配列では、微細凸レンズにおける「X方向とY方向のサイズの差」が小さく、縦横方向の実効画素サイズの差が小さくなる。   That is, in the arrangement (c), the “difference in size in the X direction and the Y direction” in the micro-convex lens is small and the difference in effective pixel size in the vertical and horizontal directions is small in the arrangement (c).

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方向のレンズ径:R2x=100μm、Y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 direction of the fine convex lenses 9211 and 9212: R2x = 100 μm, and the lens diameter in the Y direction: R2y = 200 μm.

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

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

このとき、X方向の実効画素ピッチ(=X13)は75μm、Y方向の実効画素ピッチ(=Y13)=100μmとなる。   At this time, the effective pixel pitch in the X direction (= X13) is 75 μm, and the effective pixel pitch in the Y direction (= Y13) = 100 μm.

従って、X、Y方向の実効画素ピッチは、図5(c)の配列のほうが(b)の配列の場合よりも互いに近い値になる。   Therefore, the effective pixel pitches in the X and Y directions are closer to each other in the arrangement of FIG. 5C than in the arrangement of FIG. 5B.

図5の(d)と(e)に示すハニカム型配列は、何れも、図5(c)の配列のものとおなじ実効画素ピッチ:X13、Y13をもつ。
図5(d)においては、微細凸レンズ9411、9421等は、X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方向に平行な上下の辺が長く、斜辺が短い。
Each of the honeycomb type arrays shown in FIGS. 5D and 5E has the same effective pixel pitch: X13 and Y13 as the array of FIG. 5C.
In FIG. 5D, the fine convex lenses 9411, 9421 and the like have short upper and lower sides parallel to the X direction and long oblique sides.
In FIG. 5E, the fine convex lenses 9511 and 9521 have long upper and lower sides parallel to the X direction and short hypotenuses.

これら図5(d)、(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るX、Y方向の実効画素ピッチの均等化が可能である。
図5(c)〜(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。
このように、微細凸レンズの縦長六角形の形状は、どのような辺の長さでも良い。
Even in the arrangements shown in FIGS. 5D and 5E, the effective pixel pitch in the X and Y directions can be equalized because the fine convex lens structure is a vertically long structure.
The “shape of the fine convex lens” as shown in FIGS. 5C to 5E can be arbitrarily selected for controlling the divergence angle of the divergent light beam, for example.
As described above, the shape of the vertically long hexagon of the fine convex lens may be any side length.

従って、アームチェア型の縦長ハニカム配列は、輝度及び実行画素数の向上に加え、X方向(横方向)、Y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。   Therefore, the armchair-type vertically long honeycomb array can reduce the difference in effective pixel pitch between the X direction (horizontal direction) and the Y direction (vertical direction), in addition to the improvement in luminance and the number of effective pixels.

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、運転可能な移動体に搭載できる。   The head-up display device described above can be mounted not only on the above-described automobile but also on various movable mobile bodies such as trains, ships, helicopters, and airplanes.

この場合、運転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 driver's seat may be 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2次元画像表示装置」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, a “two-dimensional 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.

100 光源部
LC 画素表示用ビーム
6 2次元偏向手段
7 凹面鏡
8 被走査面素子
9 凹面鏡
10 反射面素子
11 観察者
12 拡大虚像
100 light source
LC pixel display beam
6 Two-dimensional deflection means 7 Concave mirror
8 Scanned surface element
9 concave mirror
10 Reflective surface element
11 Observer
12 Enlarged virtual image

特開2009−128659号公報JP 2009-128659 A 特開2010−145745号公報JP 2010-145745 A 特許第4200223号公報Japanese Patent No. 4200323 特許第5010445号公報Japanese Patent No. 5010445

Claims (14)

光源部と、
前記光源部からの光を偏向することにより前記光を走査する偏向手段と、
前記光により走査される被走査面素子と、を備え、
前記被走査面素子に照射された光を用いて画像を表示させる画像表示装置において、
前記被走査面素子は、前記光源部からの光を発散光束に変換する複数の微細な光学面が、相互に近接して配列された微細光学面構造を有し、隣接する微細な光学面の境界部をなす面の曲率半径が、前記光の波長よりも小さいことを特徴とする画像表示装置
A light source unit;
Deflecting means for scanning the light by deflecting the light from the light source unit;
A scanned surface element that is scanned by the light,
In an image display device that displays an image using light irradiated to the scanned surface element,
The scanned surface element has a fine optical surface structure in which a plurality of fine optical surfaces that convert light from the light source unit into a divergent light beam are arranged in close proximity to each other, and An image display device, wherein a radius of curvature of a surface forming a boundary portion is smaller than a wavelength of the light .
請求項1記載の画像表示装置において、
光源部は複数の光源を有し、
前記複数の光源は、互いに異なる波長の光を放射するものであり、
前記被走査面素子において、前記微細光学面構造における隣接する前記光学面の境界部の曲率半径が、前記複数の光の波長のうちの最長波長よりも小さいことを特徴とする画像表示装置
The image display device according to claim 1,
The light source unit has a plurality of light sources,
The plurality of light sources emit light having different wavelengths,
In the scanned surface element, an image display device characterized in that a radius of curvature of a boundary portion between adjacent optical surfaces in the fine optical surface structure is smaller than a longest wavelength among the wavelengths of the plurality of lights .
請求項1または2記載の画像表示装置において、
前記偏向手段は、前記光源部からの光を画素表示用ビームとして2次元的に偏向させる2次元偏向手段であり、
該2次元偏向手段により2次元的に偏向された前記画素表示用ビームの偏向範囲を調整し、前記被走査面素子の走査範囲を規制する偏向範囲規制手段を有することを特徴とする画像表示装置
The image display device according to claim 1 or 2,
The deflection means is a two-dimensional deflection means for two-dimensionally deflecting light from the light source unit as a pixel display beam,
An image display apparatus comprising: a deflection range regulating unit that regulates a deflection range of the beam for pixel display deflected two-dimensionally by the two-dimensional deflection unit and regulates a scanning range of the scanning surface element. .
請求項1〜3の任意の1に記載の画像表示装置において、
前記被走査面素子に形成された前記微細光学面構造の複数の微細な前記光学面の個々が、画像表示用ビームを縦方向よりも横方向に広い拡散角で拡散させるアナモフィックなレンズであることを特徴とする画像表示装置
The image display device according to any one of claims 1 to 3,
Each of the plurality of fine optical surfaces of the fine optical surface structure formed on the scanned surface element is an anamorphic lens that diffuses an image display beam with a wider diffusion angle in the horizontal direction than in the vertical direction. An image display device characterized by the above .
請求項1〜の任意の1に記載の画像表示装置において、
前記被走査面素子の有する個々の前記微細な光学面が、長方形形状であり、正方行列状に配列されていることを特徴とする画像表示装置
The image display device according to any one of claims 1 to 4 ,
The image display device, wherein each of the fine optical surfaces of the scanned surface element has a rectangular shape and is arranged in a square matrix .
請求項1〜4の任意の1に記載の画像表示装置において、
前記被走査面素子の有する個々の前記微細な光学面が、六角形形状であり、ハニカム状に配列されていることを特徴とする画像表示装置
The image display device according to any one of claims 1 to 4 ,
An image display device, wherein each of the fine optical surfaces of the scanned surface element has a hexagonal shape and is arranged in a honeycomb shape .
請求項記載の画像表示装置において、
前記微細な光学面のハニカム状の配列が、ジグザグ型配列であることを特徴とする画像表示装置
The image display device according to claim 6 .
The image display device, wherein the honeycomb-like arrangement of the fine optical surfaces is a zigzag arrangement .
請求項記載の画像表示装置において、
前記微細な光学面のハニカム状の配列が、アームチェア型配列であることを特徴とする画像表示装置
The image display device according to claim 6 .
The image display device, wherein the honeycomb-like arrangement of the fine optical surfaces is an armchair arrangement .
請求項〜8の任意の1に記載の画像表示装置において、
前記微細な光学面の配列における、横方向の実効画素ピッチ:SX、縦方向の実効画素ピッチ:SYの比であるアスペクト比:SY/SXが1より大きいことを特徴とする画像表示装置
The image display device according to any one of claims 5 to 8,
An image display apparatus, wherein an aspect ratio SY / SX, which is a ratio of an effective pixel pitch in the horizontal direction: SX and an effective pixel pitch in the vertical direction: SY in the arrangement of the fine optical surfaces, is greater than 1 .
請求項1〜9の任意の1に記載の画像表示装置において、
前記微細光学面構造の光学面は、レンズであり、前記レンズのレンズ面光軸が、前記被走査面素子の基準面に対して直交方向から傾いていることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to any one of claims 1 to 9 ,
The optical surface of the fine optical surface structure is a lens, and the lens surface optical axis of the lens is inclined from a direction orthogonal to the reference surface of the scanned surface element.
請求項1〜10の任意の1に記載の画像表示装置において、The image display device according to any one of claims 1 to 10,
前記被走査面素子により発散光束に変換され拡散された光の拡散光により拡大虚像を結像させる虚像結像光学系と、A virtual image imaging optical system that forms an enlarged virtual image by the diffused light of the light that has been converted into a divergent light beam by the scanned surface element and diffused;
前記拡大虚像の結像位置より手前に設けられ、前記拡大虚像を結像する結像光束を観察部側へ反射させる反射面素子と、を有する画像表示装置。An image display device, comprising: a reflecting surface element that is provided in front of an imaging position of the enlarged virtual image and reflects an imaging light beam that forms the enlarged virtual image toward the observation unit.
請求項11記載の画像表示装置において、The image display device according to claim 11,
運転席の前方に透明部材を備える移動体に搭載され、It is mounted on a moving body with a transparent member in front of the driver's seat,
前記透明部材を反射面素子として用い、前記透明部材の前方で、且つ、前記運転席から観察可能な位置に拡大虚像を形成することを特徴とする画像表示装置。An image display device, wherein the transparent member is used as a reflecting surface element, and an enlarged virtual image is formed in front of the transparent member and at a position that can be observed from the driver's seat.
請求項1〜12の任意の1に記載の画像表示装置を備え、An image display device according to any one of claims 1 to 12, comprising:
前記運転席の前方に備えられた前記透明部材を前記反射面素子として、前記運転席から観察可能な位置に前記拡大虚像を形成することを特徴とする移動体。The movable body, wherein the enlarged virtual image is formed at a position that can be observed from the driver seat, with the transparent member provided in front of the driver seat as the reflective surface element.
光源からの光を前記被走査面素子に照射することで発散光束に変換された可視画像を表示させる画像表示装置に用いられる被走査面素子であって、A scanned surface element used in an image display device that displays a visible image converted into a divergent light beam by irradiating the scanned surface element with light from a light source,
前記光源からの光を発散光束に変換する複数の微細な光学面が、相互に近接して配列された微細光学面構造を有し、隣接する前記光学面の境界部をなす面の曲率半径が、照射される前記光の波長よりも小さい被走査面素子。A plurality of fine optical surfaces that convert light from the light source into divergent light beams have a fine optical surface structure arranged close to each other, and a curvature radius of a surface that forms a boundary portion between the adjacent optical surfaces is A scanned surface element that is smaller than the wavelength of the irradiated light.
JP2017251563A 2012-12-21 2017-12-27 Image display apparatus, moving body and scanned surface element Expired - Fee Related JP6451827B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012279736 2012-12-21
JP2012279736 2012-12-21

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015001646A Division JP6265140B2 (en) 2012-12-21 2015-01-07 Microlens array and moving body

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018232391A Division JP6645567B2 (en) 2012-12-21 2018-12-12 Image display device, moving body, and scanned surface element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018063447A JP2018063447A (en) 2018-04-19
JP6451827B2 true JP6451827B2 (en) 2019-01-16

Family

ID=53439181

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015001646A Active JP6265140B2 (en) 2012-12-21 2015-01-07 Microlens array and moving body
JP2017251563A Expired - Fee Related JP6451827B2 (en) 2012-12-21 2017-12-27 Image display apparatus, moving body and scanned surface element
JP2018232391A Active JP6645567B2 (en) 2012-12-21 2018-12-12 Image display device, moving body, and scanned surface element

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015001646A Active JP6265140B2 (en) 2012-12-21 2015-01-07 Microlens array and moving body

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018232391A Active JP6645567B2 (en) 2012-12-21 2018-12-12 Image display device, moving body, and scanned surface element

Country Status (1)

Country Link
JP (3) JP6265140B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019056923A (en) * 2012-12-21 2019-04-11 株式会社リコー Image display device, moving body and scanned surface element

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6504353B2 (en) 2015-04-28 2019-04-24 株式会社リコー Image display device and object device
JP6741029B2 (en) 2016-02-08 2020-08-19 株式会社リコー Information display device
JP6806097B2 (en) 2016-02-08 2021-01-06 株式会社リコー Image display device and image display method
EP3415373B1 (en) 2016-02-10 2020-10-07 Ricoh Company, Ltd. Information providing device
WO2017159443A1 (en) 2016-03-16 2017-09-21 株式会社リコー Screen member and image display device
JP2020106604A (en) * 2018-12-26 2020-07-09 日本板硝子株式会社 Emission angle conversion element
DE112020001446T5 (en) 2019-03-25 2021-12-02 Aisin Takaoka Co., Ltd. FLEXIBLE FLYWHEEL

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5713436A (en) * 1980-06-27 1982-01-23 Canon Inc Focal plate
JP3346629B2 (en) * 1993-11-26 2002-11-18 オリンパス光学工業株式会社 Manufacturing method of reticle and reticle forming mold
JP2002357869A (en) * 2001-06-01 2002-12-13 Toppan Printing Co Ltd Microlens sheet, rear projection type screen using the same and display device
JP4188611B2 (en) * 2002-03-12 2008-11-26 株式会社リコー Manufacturing method of microlens array
JP2005141202A (en) * 2003-11-03 2005-06-02 Arisawa Mfg Co Ltd Transmission type screen
JP2007012323A (en) * 2005-06-28 2007-01-18 Cheil Ind Co Ltd Surface light source device, and liquid crystal display device
JP4981300B2 (en) * 2005-10-13 2012-07-18 キヤノン株式会社 Focus plate and optical viewfinder having the same
US8491121B2 (en) * 2007-10-09 2013-07-23 Elbit Systems Of America, Llc Pupil scan apparatus
CN101533205B (en) * 2008-03-13 2012-10-03 Hoya株式会社 Imaging device
EP2418534B1 (en) * 2009-04-10 2013-08-28 Panasonic Corporation High-resolution image display apparatus using laser sources
JP2011180420A (en) * 2010-03-02 2011-09-15 Mitsubishi Gas Chemical Co Inc Light diffusion sheet and surface light source apparatus using the same
WO2012140766A1 (en) * 2011-04-14 2012-10-18 パイオニア株式会社 Optical element, head-up display, and light source unit
JP5112556B2 (en) * 2011-12-21 2013-01-09 パイオニア株式会社 Light source unit and head-up display
JP6265140B2 (en) * 2012-12-21 2018-01-24 株式会社リコー Microlens array and moving body

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019056923A (en) * 2012-12-21 2019-04-11 株式会社リコー Image display device, moving body and scanned surface element

Also Published As

Publication number Publication date
JP6645567B2 (en) 2020-02-14
JP2018063447A (en) 2018-04-19
JP2019056923A (en) 2019-04-11
JP6265140B2 (en) 2018-01-24
JP2015108838A (en) 2015-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6753490B2 (en) Image display device and moving object
JP5682692B2 (en) Image display device
JP6237124B2 (en) Two-dimensional image display device, optical scanning device for two-dimensional image display device, scanned surface element, and moving body
JP6315240B2 (en) Image display device, moving body, and lens array
US11079595B2 (en) Image display device and vehicle incorporating the same
JP6451827B2 (en) Image display apparatus, moving body and scanned surface element
JP6340807B2 (en) Image display device and moving body
JP6504353B2 (en) Image display device and object device
JP2015169804A (en) Lens array, image display device, and moving body
JP6579485B2 (en) Optical scanning device, image display device, and object device
JP2018200489A (en) Lens array, image display device, and movable body
JP6651139B2 (en) Image display device and moving object
JP2018136558A (en) Image display device and movable body

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180125

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180202

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181108

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181113

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181126

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6451827

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees