JP6624275B2 - Image display device - Google Patents
Image display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6624275B2 JP6624275B2 JP2018236115A JP2018236115A JP6624275B2 JP 6624275 B2 JP6624275 B2 JP 6624275B2 JP 2018236115 A JP2018236115 A JP 2018236115A JP 2018236115 A JP2018236115 A JP 2018236115A JP 6624275 B2 JP6624275 B2 JP 6624275B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser light
- image
- viewpoint position
- laser
- spot
- 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
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 95
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 66
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 60
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 25
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、例えばヘッドアップディスプレイ等の画像表示装置の技術分野に関する。 The present invention relates to the technical field of an image display device such as a head-up display.
従来から、ヘッドアップディスプレイやレーザプロジェクタ等の画像表示装置が提案されている。例えば特許文献1には、表示像を映し出す表示器と、表示器から投影された光が入射されることで虚像を表示するコンバイナとを備えるHUD(Head Up Display:ヘッドアップディスプレイ)が開示されている。
Conventionally, an image display device such as a head-up display or a laser projector has been proposed. For example,
このような画像表示装置は、所望の視点位置(例えば、観察者にとっての視認性が良好となる視点位置)において画像が観察可能となるように画像を表示することが好ましい。つまり、このような画像表示装置は、所望の視点位置に位置する観察者が画像を観察することができるように、画像を表示することが好ましい。そこで、特許文献1に記載されたHUDは、所望の視点位置に画像を表示するために、コンバイナを移動させている。
It is preferable that such an image display device displays an image so that the image can be observed at a desired viewpoint position (for example, a viewpoint position at which visibility is good for an observer). That is, it is preferable that such an image display device displays an image so that an observer located at a desired viewpoint position can observe the image. Therefore, the HUD described in
尚、特許文献1の他に、先行技術文献として特許文献2から特許文献4があげられる。
In addition to
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、画像表示装置は、所望の視点位置において画像が観察可能となるように画像を表示するために、相対的にサイズが大きいコンバイナを移動させる必要がある。このため、特許文献1に記載された技術では、画像表示装置は、コンバイナを移動させるための相対的に複雑で且つサイズが大きい駆動機構を新たに備える必要がある。このため、画像表示装置のコスト及びサイズが増大してしまうという技術的問題点が生ずる。
However, in the technology described in
本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、比較的容易に所望の視点位置(例えば、観察者にとっての視認性が良好となる視点位置)において画像が観察可能となるように画像を表示することが可能な画像投影装置を提供することを課題とする。 The problems to be solved by the present invention include those described above as examples. The present invention provides an image projection apparatus capable of relatively easily displaying an image so that the image can be observed at a desired viewpoint position (for example, a viewpoint position at which visibility is good for an observer). The task is to
上記課題を解決するために、画像表示装置は、レーザ光を出射する出射手段と、前記出射手段が出射する前記レーザ光が走査する走査面に沿って規則的に配列すると共に夫々が前記レーザ光を拡散する複数の光学素子を含む拡散手段と、前記複数の光学素子の夫々によって前記レーザ光が所望の拡散方向に向かって拡散されるように、前記走査面上で前記レーザ光が形成する光スポットの、前記複数の光学素子の夫々に対する形成位置を調整する調整手段とを備える。前記調整手段は、前記所望の拡散方向に応じた前記光学素子の中心に対する前記光スポットのずれ量であるシフト量に基づき、前記光スポットの形成位置を変えることにより前記レーザ光により表示される画像が観察可能となる視点位置を調整する。
In order to solve the above-mentioned problem, an image display device includes: an emitting unit that emits a laser beam; and a laser beam emitted by the emitting unit is regularly arranged along a scanning surface on which the laser beam scans. Diffusing means including a plurality of optical elements for diffusing light, and light formed by the laser light on the scanning surface such that the laser light is diffused in a desired diffusion direction by each of the plurality of optical elements. Adjusting means for adjusting the formation position of the spot with respect to each of the plurality of optical elements. An image displayed by the laser light by changing a formation position of the light spot based on a shift amount that is a shift amount of the light spot with respect to a center of the optical element according to the desired diffusion direction; Adjusts the viewpoint position at which can be observed.
以下、画像表示装置の実施形態について順に説明する。 Hereinafter, embodiments of the image display device will be described in order.
<1>
本実施形態の画像表示装置は、レーザ光を出射する出射手段と、前記出射手段が出射する前記レーザ光が走査する走査面に沿って規則的に配列すると共に夫々が前記レーザ光を拡散する複数の光学素子を含む拡散手段と、前記複数の光学素子の夫々によって前記レーザ光が所望の拡散方向に向かって拡散されるように、前記走査面上で前記レーザ光が形成する光スポットの、前記複数の光学素子の夫々に対する形成位置を調整する調整手段とを備える。
<1>
The image display device according to the present embodiment includes: an emission unit that emits a laser beam; and a plurality of emission units that are regularly arranged along a scanning surface on which the laser beam emitted by the emission unit scans and each diffuse the laser beam. A diffusing unit including an optical element, and a light spot formed by the laser light on the scanning surface, such that the laser light is diffused in a desired diffusion direction by each of the plurality of optical elements. Adjusting means for adjusting the formation position of each of the plurality of optical elements.
本実施形態の画像表示装置によれば、出射手段は、レーザ光を出射する。レーザ光は、画像を表示する(言い換えれば、投影する又は描画する)ために用いられるレーザ光である。出射手段が出射したレーザ光は、拡散手段の走査面を走査するように、走査面に照射される。尚、レーザ光は、走査面を走査することで走査面上に中間像を描画している。走査面に照射されたレーザ光は、複数の光学素子の夫々によって拡散される。拡散されたレーザ光は、観察者に到達する。その結果、観察者は、レーザ光が走査面上に描画した中間像に応じた画像を、虚像として(或いは、場合によっては実像として)観察することができる。 According to the image display device of the present embodiment, the emitting unit emits a laser beam. The laser beam is a laser beam used to display an image (in other words, to project or draw). The laser beam emitted from the emission unit is applied to the scanning surface so as to scan the scanning surface of the diffusion unit. The laser beam scans the scanning surface to draw an intermediate image on the scanning surface. The laser light applied to the scanning surface is diffused by each of the plurality of optical elements. The diffused laser light reaches the observer. As a result, the observer can observe an image corresponding to the intermediate image drawn on the scanning surface by the laser light as a virtual image (or as a real image in some cases).
本実施形態では特に、調整手段は、走査面上における光スポットの形成位置を調整することができる。より具体的には、調整手段は、複数の光学素子の夫々に対する光スポットの形成位置(言い換えれば、複数の光学素子の夫々と光スポットの形成位置との間の相対的な位置関係)を調整する。 In the present embodiment, in particular, the adjusting unit can adjust the formation position of the light spot on the scanning surface. More specifically, the adjusting means adjusts the light spot forming position for each of the plurality of optical elements (in other words, the relative positional relationship between each of the plurality of optical elements and the light spot forming position). I do.
ここで、各光学素子に対する光スポットの形成位置が変わると、各光学素子が拡散するレーザ光の拡散方向が変わる。レーザ光の拡散方向が変わると、当該レーザ光が表示する画像を観察可能な視点位置が変わる。逆に言えば、各光学素子が拡散するレーザ光の拡散方向が調整されることで、所望の視点位置(例えば、観察者にとっての視認性が良好となる視点位置)において画像が観察可能となるように画像が表示されると推定される。 Here, when the formation position of the light spot with respect to each optical element changes, the diffusion direction of the laser light diffused by each optical element changes. When the diffusion direction of the laser light changes, the viewpoint position at which the image displayed by the laser light can be observed changes. Conversely, by adjusting the diffusion direction of the laser light that is diffused by each optical element, an image can be observed at a desired viewpoint position (for example, a viewpoint position where visibility is good for an observer). It is estimated that the image is displayed as follows.
このように、走査面上における光スポットの形成位置の調整は、レーザ光の拡散方向の調整につながる。更に、レーザ光の拡散方向の調整は、レーザ光によって表示される画像を観察可能な視点位置の調整に繋がる。従って、調整手段は、走査面上における光スポットの形成位置を調整することで、レーザ光の拡散方向を調整することができる。その結果、調整手段は、当該レーザ光によって表示される画像を観察可能な視点位置を調整することができる。例えば、調整手段は、拡散手段によってレーザ光が所望の拡散方向に向かって拡散されるように走査面上における光スポットの形成位置を調整することで、所望の視点位置において画像が観察可能となるように、画像を観察可能な視点位置を調整することができる。その結果、画像表示装置は、所望の視点位置(例えば、観察者にとっての視認性が良好となる視点位置)において画像が観察可能となるように画像を表示することができる。 As described above, the adjustment of the formation position of the light spot on the scanning surface leads to the adjustment of the diffusion direction of the laser light. Further, adjustment of the diffusion direction of the laser light leads to adjustment of a viewpoint position at which an image displayed by the laser light can be observed. Therefore, the adjusting means can adjust the diffusion direction of the laser light by adjusting the position where the light spot is formed on the scanning surface. As a result, the adjusting means can adjust the viewpoint position at which the image displayed by the laser light can be observed. For example, the adjusting unit adjusts the formation position of the light spot on the scanning surface so that the laser light is diffused in a desired diffusion direction by the diffusion unit, so that an image can be observed at a desired viewpoint position. Thus, the viewpoint position at which the image can be observed can be adjusted. As a result, the image display device can display an image so that the image can be observed at a desired viewpoint position (for example, a viewpoint position at which visibility is good for an observer).
<2>
本実施形態の画像表示装置の他の態様では、前記調整手段は、前記拡散手段によって前記レーザ光が所望の方向に向かって拡散されることで当該レーザ光によって表示される画像が所望の視点位置から観察可能となるように、前記光スポットの形成位置を調整する。
<2>
In another aspect of the image display device according to the present embodiment, the adjusting unit diffuses the laser beam in a desired direction by the diffusing unit so that an image displayed by the laser beam has a desired viewpoint position. The position where the light spot is formed is adjusted so that the light spot can be observed.
この態様によれば、調整手段は、拡散手段によってレーザ光が所望の拡散方向に向かって拡散されるように走査面上における光スポットの形成位置を調整することで、所望の視点位置において画像が観察可能となるように、画像を観察可能な視点位置を調整することができる。 According to this aspect, the adjusting unit adjusts the formation position of the light spot on the scanning surface so that the laser light is diffused in the desired diffusion direction by the diffusion unit, so that the image is formed at the desired viewpoint position. The viewpoint position at which the image can be observed can be adjusted so that the image can be observed.
<3>
本実施形態の画像表示装置の他の態様では、前記複数の光学素子は、前記走査面上における前記レーザ光の走査方向に沿って規則的に配列しており、前記調整手段は、前記レーザ光の走査方向に交わる方向に沿って前記光スポットが移動するように、前記光スポットの形成位置を調整する。
<3>
In another aspect of the image display device according to the present embodiment, the plurality of optical elements are regularly arranged along a scanning direction of the laser light on the scanning surface, and the adjusting unit includes the laser light. The formation position of the light spot is adjusted so that the light spot moves in a direction intersecting the scanning direction of the light spot.
この態様によれば、調整手段は、レーザ光の走査方向に交わる方向に沿って光スポットが移動するように光スポットの形成位置を調整することで、所望の視点位置において画像が観察可能となるように、画像を観察可能な視点位置を調整することができる。 According to this aspect, the adjusting unit adjusts the formation position of the light spot so that the light spot moves along the direction intersecting the scanning direction of the laser light, so that an image can be observed at a desired viewpoint position. Thus, the viewpoint position at which the image can be observed can be adjusted.
<4>
本実施形態の画像表示装置の他の態様では、前記複数の光学素子のうちの第1の光学素子によって拡散される前記レーザ光によって表示される第1の画像部分を観察可能な視点位置と、前記複数の光学素子のうちの前記第1の光学素子とは異なる第2の光学素子によって拡散される前記レーザ光によって表示される第2の画像部分を観察可能な視点位置とが一致する又は重複するように、前記光スポットの形成位置を調整する。
<4>
In another aspect of the image display device of the present embodiment, a viewpoint position at which a first image portion displayed by the laser light diffused by a first optical element of the plurality of optical elements can be observed, A viewpoint position at which a second image portion displayed by the laser light diffused by a second optical element different from the first optical element among the plurality of optical elements can be observed matches or overlaps The position where the light spot is formed is adjusted so that the light spot is formed.
この態様によれば、調整手段は、第1の画像部分と第2の画像部分とを組み合わせることで構成される画像が所望の視点位置において観察可能となるように、画像を観察可能な視点位置を調整することができる。 According to this aspect, the adjustment unit is configured to control the viewpoint position at which the image can be observed so that the image formed by combining the first image portion and the second image portion can be observed at the desired viewpoint position. Can be adjusted.
<5>
本実施形態の画像表示装置の他の態様では、前記光スポットの径は、前記複数の光学素子のうち隣り合う2つの光学素子の配列間隔よりも小さい。
<5>
In another aspect of the image display device of the present embodiment, a diameter of the light spot is smaller than an arrangement interval between two adjacent optical elements among the plurality of optical elements.
隣り合う2つの光学素子の配列間隔よりも光スポットの径が小さくなる場合には、走査面上における光スポットの形成位置の調整は、レーザ光の拡散方向の調整(更には、レーザ光によって表示される画像を観察可能な視点位置の調整)に繋がる又は繋がりやすくなる。従って、この態様によれば、調整手段は、隣り合う2つの光学素子の配列間隔よりも小さい径を有する光スポットの形成位置を調整することで、レーザ光によって表示される画像を観察可能な視点位置を調整することができる。 When the diameter of the light spot is smaller than the interval between the two adjacent optical elements, the adjustment of the formation position of the light spot on the scanning surface is performed by adjusting the diffusion direction of the laser light (further, display by the laser light is performed). (Adjustment of the viewpoint position at which the image to be observed can be observed). Therefore, according to this aspect, the adjusting means adjusts the formation position of the light spot having a diameter smaller than the arrangement interval of the two adjacent optical elements, so that the image displayed by the laser light can be observed. The position can be adjusted.
更に、この態様によれば、光スポットの径が相対的に小さくなるがゆえに、光スポットの径が隣り合う2つの光学素子の配列間隔よりも小さくない場合と比較して、レーザ光によって表示される画像の輝度が大きくなる。その結果、画像表示装置は、相対的に大きな輝度の画像を、所望の視点位置において観察可能となるように表示することができる。つまり、画像表示装置は、画像の輝度と画像を観察可能な視点位置との双方の要求を相応に満たすことができる。 Furthermore, according to this aspect, since the diameter of the light spot is relatively small, compared to the case where the diameter of the light spot is not smaller than the arrangement interval between two adjacent optical elements, the light spot is displayed by the laser light. The brightness of the image is increased. As a result, the image display device can display an image having a relatively large luminance so as to be observable at a desired viewpoint position. That is, the image display device can appropriately satisfy both requirements of the luminance of the image and the viewpoint position at which the image can be observed.
<6>
上述の如く隣り合う2つの光学素子の配列間隔よりも光スポットの径が小さくなる画像表示装置の他の態様では、前記光スポットの形成位置を調整しない場合に前記レーザ光によって表示される画像が所定の視点位置から観察可能となる前記レーザ光の拡散角度をαとし、前記光スポットの形成位置を調整する場合に前記画像が前記所定の視点位置から観察可能となる前記レーザ光の拡散角度をβとすると、前記光スポットの径は、前記配列間隔×β/αである。
<6>
As described above, in another aspect of the image display device in which the diameter of the light spot is smaller than the arrangement interval between two adjacent optical elements, an image displayed by the laser light when the formation position of the light spot is not adjusted is reduced. The diffusion angle of the laser light that can be observed from a predetermined viewpoint position is α, and the diffusion angle of the laser light at which the image can be observed from the predetermined viewpoint position when adjusting the formation position of the light spot is α. Assuming β, the diameter of the light spot is the arrangement interval × β / α.
この態様によれば、調整手段は、隣り合う2つの光学素子の配列間隔に対してβ/αを掛け合わせることで得られる値に相当する径を有する光スポットの形成位置を調整することで、レーザ光によって表示される画像を観察可能な視点位置を調整することができる。更には、光スポットの径が隣り合う2つの光学素子の配列間隔よりも小さくない場合と比較して、レーザ光によって表示される画像の輝度がα/β倍になる。その結果、画像表示装置は、相対的に大きな輝度の画像を、所望の視点位置において観察可能となるように表示することができる。 According to this aspect, the adjusting unit adjusts the formation position of the light spot having a diameter corresponding to a value obtained by multiplying β / α with the arrangement interval between two adjacent optical elements, The viewpoint position at which the image displayed by the laser light can be observed can be adjusted. Further, the brightness of the image displayed by the laser light becomes α / β times as compared with the case where the diameter of the light spot is not smaller than the arrangement interval between two adjacent optical elements. As a result, the image display device can display an image having a relatively large luminance so as to be observable at a desired viewpoint position.
本実施形態のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施例から更に明らかにされる。 The operation and other advantages of the present embodiment will become more apparent from the examples explained below.
以上説明したように、本実施形態の画像表示装置は、出射手段と、拡散手段と、調整手段とを備える。従って、比較的容易に所望の視点位置(例えば、観察者にとっての視認性が良好となる視点位置)において画像が観察可能となるように画像を表示することができる。 As described above, the image display device according to the present embodiment includes the emission unit, the diffusion unit, and the adjustment unit. Therefore, an image can be displayed relatively easily so that the image can be observed at a desired viewpoint position (for example, a viewpoint position at which visibility is good for an observer).
以下、図面を参照しながら、画像表示装置の実施例について説明する。尚、本実施例では、画像表示装置がヘッドアップディスプレイである例を用いて説明を進める。ヘッドアップディスプレイは、画像を虚像としてユーザに観察させることができる。言い換えれば、ヘッドアップディスプレイは、画像を、ユーザの目の位置(いわゆる、アイポイント)から虚像として観察させることができる。但し、画像表示装置は、ヘッドアップディスプレイ以外の任意の画像表示装置(例えば、MEMSディスプレイや、プロジェクタ等)であってもよい。 Hereinafter, embodiments of the image display device will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the description will be given using an example in which the image display device is a head-up display. The head-up display can make a user observe an image as a virtual image. In other words, the head-up display can allow an image to be observed as a virtual image from the position of the user's eyes (a so-called eye point). However, the image display device may be any image display device other than the head-up display (for example, a MEMS display, a projector, or the like).
(1)画像表示装置1の構成
はじめに、図1を参照しながら、本実施例の画像表示装置1の構成について説明する。図1は、本実施例の画像表示装置1の構成を示すブロック図である。
(1) Configuration of
図1に示すように、画像表示装置1は、「出射手段」の一具体例であるレーザ光源ユニット11と、集光レンズ13と、「調整手段」の一具体例であるMEMSミラー14と、「拡散手段」の一具体例であるスクリーン15と、走査位置検出板16と、コンバイナ17と、コントローラ18とを備える。
As shown in FIG. 1, the
レーザ光源ユニット11は、後述するレーザ制御部181の制御の下で、画像表示装置1が表示するべき画像を示す画像信号に基づいて、レーザ光LBを出射する。レーザ光源ユニット11は、集光レンズ13を介して、レーザ光LBをMEMSミラー14に向けて出射する。
The laser
尚、図面の簡略化のために図示していないものの、レーザ光源ユニット11は、赤色レーザ光を出射するレーザダイオードと、緑色レーザ光を出射するレーザダイオードと、青色レーザ光を出射するレーザダイオードとを備えていてもよい。この場合、3つのレーザダイオード111が出射した3つのレーザ光は、レーザ光源ユニット11が備える光学素子によって1つのレーザ光LBに合波されることが好ましい。その結果、画像表示装置1は、フルカラーの画像を表示することができる。
Although not shown for simplicity of the drawing, the laser
集光レンズ13は、レーザ光源ユニット11とMEMSスキャナ14との間におけるレーザ光LBの光路上に配置されている。集光レンズ13は、レーザ光源ユニット11が出射したレーザ光LBを、MEMSスキャナ14の反射面に集光する。
The
MEMSスキャナ14は、集光レンズ13によって集光されたレーザ光LBをスクリーン15に向けて反射する。このため、MEMSスキャナ14は、レーザ光LBをスクリーン15に向けて反射可能な反射面を含んでいる。MEMSスキャナ14が含む反射面は、後述するMEMS制御部183の制御の下で、レーザ光LBがスクリーン15の走査面153(図2(a)及び図2(b)参照)を走査するように遥動する。その結果、MEMSスキャナ14によって反射されたレーザ光LBは、スクリーン15上に画像(例えば、中間像)を描画することができる。
The
スクリーン15は、MEMSスキャナ14によって反射されたレーザ光LBが透過する透過型のスクリーンである。ここで、図2(a)及び図2(b)を参照しながら、スクリーン15の構成について説明する。図2(a)は、レーザ光LBの光路に沿った方向(Z軸方向)から観察されるスクリーン15を示す平面図である。図2(b)は、図2(a)に示すスクリーンのII−II’断面図である。尚、図2(a)及び図2(b)では、説明の便宜上、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸から構成されるXYZ座標系を用いて、スクリーン15の説明を進める。
The
図2(a)及び図2(b)に示すように、スクリーン15は、レーザ光LBが照射される(言い換えれば、レーザ光LB1が走査する)板状の部材である。但し、スクリーン15は、板状の形状とは異なる形状(例えば、円盤状)の部材であってもよい。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
スクリーン15は、複数のマイクロレンズ152が配列されているマイクロレンズアレイ151を含んでいる。図2(b)に示すように、各マイクロレンズ152は、当該マイクロレンズ152のレンズ面に入射するレーザ光LBを拡散する(言い換えれば、分散させる)。従って、マイクロレンズアレイ151は、当該マイクロレンズアレイ151を構成するマイクロレンズ152の曲率等に応じて定まる拡散角度でレーザ光LBを拡散する。
The
マイクロレンズアレイ151は、図2(a)中に点線の矢印で示すレーザ光LBの走査方向(図2では、Y軸方向)に沿って規則的に(言い換えれば、周期的に)配列される複数のマイクロレンズ152を含んでいる。レーザ光LBの走査方向に沿って規則的に配列される複数のマイクロレンズ152からなるレンズ群は、レーザ光LBの走査方向に交わる方向(図2(a)及び図2(b)では、X軸方向)に沿って配列されている。つまり、複数のマイクロレンズ152は、マトリクス状に又は格子状に配列されている。
The
複数のマイクロレンズ152の夫々のレンズ面の外形は、平面視において(つまり、XY平面上において)正六角形である。但し、複数のマイクロレンズ152のうちの少なくとも一つレンズ面の外形は、平面視において正六角形以外の任意の形状(例えば、円形や、四角形や、任意の矩形や、その他任意の形状等)であってもよい。
The outer shape of each lens surface of the plurality of
複数のマイクロレンズ152の特性(例えば、レンズ面の外形や曲率等)は同一である。但し、複数のマイクロレンズ152の少なくとも一部の特性は、複数のマイクロレンズ152の少なくとも他の一部の特性と異なっていてもよい。
The characteristics (for example, the outer shape and curvature of the lens surface) of the plurality of
各マイクロレンズ152の一方のレンズ面の形状は、凸レンズ状である。各マイクロレンズ152の他方のレンズ面の形状は、平面状である。
The shape of one lens surface of each
複数のマイクロレンズ152は、各マイクロレンズ152のレンズ面がレーザ光LBの光路に交わるように配列されている。従って、複数のマイクロレンズアレイ152のレンズ面(特に、レーザ光LBが照射されるレンズ面)は、レーザ光LBが走査する走査面153を構成している。このため、走査面153は、レーザ光LBの光路に交わる面となる。
The plurality of
走査面153に照射されるレーザ光LBは、走査面153上でレーザスポットLSを形成する。レーザスポットLSは、レーザ光LBの走査に伴って移動する。例えば、レーザ光LBは、複数のマイクロレンズ152によって順番に拡散されるように、走査面153を走査する。この場合、レーザスポットLSは、レーザ光LBの走査に伴って、複数のマイクロレンズ152のレンズ面上に順に位置することになるように移動する。
The laser beam LB applied to the
レーザスポットLSのスポット径は、隣り合う2つのマイクロレンズ152の配列間隔よりも小さい。従って、レーザ光源ユニット11は、レーザスポットLSのスポット径が隣り合う2つのマイクロレンズ152の配列間隔よりも小さくなるように、適切なレーザ光LBを出射してもよい。或いは、画像表示装置1は、レーザスポットLSのスポット径が隣り合う2つのマイクロレンズ152の配列間隔よりも小さくなるように、レーザ光源ユニット11が出射したレーザ光LBのビーム径を調整する光学素子(例えば、ビームエキスパンダ)を備えていてもよい。
The spot diameter of the laser spot LS is smaller than the arrangement interval between two adjacent
再び図1において、走査位置検出板16は、レーザ光LBの光路に沿ってスクリーン15と隣接するように配置される部材である。走査位置検出板16は、スクリーン15上におけるレーザ光LBの走査位置を検出する部材である。つまり、走査位置検出板16は、スクリーン15の走査面153上におけるレーザスポットLSの形成位置を検出する部材である。
Referring again to FIG. 1, the scanning
ここで図3(a)から図3(e)を参照しながら、走査位置検出板16の構成について説明する。図3(a)は、レーザ光LBの光路に沿った方向から観察される走査位置検出板16を示す平面図である。図3(b)は、スクリーン15が備えるマイクロレンズ152と走査位置検出板16が備える受光素子162との位置関係を示す、マイクロレンズ152及び受光素子162の断面図である。図3(c)は、マイクロレンズ152のレンズ面の中心に対してレーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ってレーザスポットLSの中心がずれていない場合の、マイクロレンズ152を透過したレーザ光LBの受光素子162による受光の様子を示す、マイクロレンズ152及び受光素子162の断面図である。図3(d)は、各マイクロレンズ152のレンズ面の中心に対してレーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ってレーザスポットLSの中心がずれている場合の、マイクロレンズ152を透過したレーザ光LBの受光素子162による受光の様子を示す、マイクロレンズ152及び受光素子162の断面図である。図3(e)は、一対の受光素子162から出力される差分信号と、マイクロレンズ152のレンズ面の中心に対するレーザスポットLSの中心のシフト量(ずれ量)との関係を示すグラフである。尚、図3では、スクリーン15の説明と同様に、説明の便宜上、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸から構成されるXYZ座標系を用いて、走査位置検出板16の説明を進める。
Here, the configuration of the scanning
図3(a)に示すように、走査位置検出板16は、板状の部材である。但し、走査位置検出板16は、板状の形状とは異なる形状(例えば、円盤状)の部材であってもよい。
As shown in FIG. 3A, the scanning
走査位置検出板16は、走査位置検出板16の表面のうちスクリーン15に対向する表面である検出面161がスクリーン15の走査面153と平行になるように配置される。走査位置検出板16の検出面161のうちの少なくとも一部の領域には、レーザ光LBの走査方向に交わる方向(X軸方向)に沿って配列されている複数の受光素子162が配置されている。図2に示す例では、レーザ光LBの走査方向(Y軸方向)に沿ったマイクロレンズアレイ151(走査面153)の両端部の夫々とレーザ光LBの光路(Z軸方向)に沿って重なる検出面161の一部の領域に、レーザ光LBの走査方向に交わる方向(X軸方向)に沿って配列されている複数の受光素子162が配置されている。
The scanning
複数の受光素子162は、複数のマイクロレンズ152と所定の位置関係を有するように配置されている。具体的には、図3(b)に示すように、レーザ光LBの走査方向に交わる方向(X軸方向)に沿って隣接する一対の受光素子162が1つのマイクロレンズアレイ152に対応するように、複数の受光素子162が配置されている。言い換えれば、図3(b)に示すように、レーザ光LBの走査方向に交わる方向(X軸方向)に沿って隣接する一対の受光素子162と1つのマイクロレンズアレイ152とがレーザ光LBの光路(Z軸方向)に沿って隣接するように、複数の受光素子162が配置されている。特に、レーザ光LBの光路に沿って、各マイクロレンズ152のレンズ面の中心と一対の受光素子162の境界線とが並ぶように、複数の受光素子162が配置されている。
The plurality of light receiving
複数の受光素子162が複数のマイクロレンズ152と所定の位置関係を有するように配置されているがゆえに、各マイクロレンズ152に対応する一対の受光素子162の受光結果に基づいて、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿った各マイクロレンズ152に対するレーザスポットLSの形成位置が検出される。具体的には、図3(c)に示すように、各マイクロレンズ152のレンズ面の中心に対してレーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ってレーザスポットLSの中心がずれていない場合には、レーザ光LBは、各マイクロレンズ152に対応する一対の受光素子162に均等に照射される。従って、各マイクロレンズ152に対応する一対の受光素子162の受光結果の差分信号(いわゆる、プッシュプル信号)の信号レベルはゼロになる。一方で、図3(d)に示すように、各マイクロレンズ152のレンズ面の中心に対してレーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ってレーザスポットLSの中心がずれている場合には、レーザ光LBは、各マイクロレンズ152に対応する一対の受光素子162に均等に照射されない。従って、各マイクロレンズ152に対応する一対の受光素子162の受光結果の差分信号の信号レベルはゼロにならない。
Since the plurality of light receiving
このため、図3(e)に示すように、差分信号の信号レベルは、各マイクロレンズ152のレンズ面の中心を基準とする、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ったレーザスポットLSの中心のシフト量(ずれ量)に応じた信号レベルとなる。つまり、差分信号の信号レベルは、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿った各マイクロレンズ152に対するレーザスポットLSの形成位置に応じた信号レベルとなる。従って、各マイクロレンズ152に対応する一対の受光素子162の受光結果の差分信号の信号レベルに基づいて、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿った各マイクロレンズ152に対するレーザスポットLSの形成位置が検出される。逆に言えば、差分信号の信号レベルを所望の信号レベルに一致させる制御が行われると、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ってレーザスポットLSの形成位置が調整される。
For this reason, as shown in FIG. 3E, the signal level of the difference signal is based on the center of the lens surface of each
尚、図3(a)から図3(e)では、レーザ光LBの走査方向に交わる方向(X軸方向)に沿って隣接する一対の受光素子162が1つのマイクロレンズアレイ152に対応するように、複数の受光素子162が配置されている。この場合、上述したように、差分信号の信号レベルに基づいて、各マイクロレンズ152のレンズ面の中心を基準とするレーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ったレーザスポットLSの中心のシフト量が検出される。一方で、レーザ光LBの走査方向及び当該走査方向に交わる方向に沿って格子状に隣接する4つの受光素子162が1つのマイクロレンズアレイ152に対応するように、複数の受光素子162が配置されていてもよい。この場合、差分信号の信号レベルに基づいて、各マイクロレンズ152のレンズ面の中心を基準とする任意の方向に沿ったレーザスポットLSの中心のシフト量が検出される。
3A to 3E, a pair of light receiving
再び図1において、コンバイナ17は、スクリーン15を透過したレーザ光LB(つまり、拡散光)を観察者に向けて反射する。その結果、観察者は、スクリーン15を透過したレーザ光LBによって表示される画像(言い換えれば、レーザ光LBがスクリーン15上に形成する画像)を、虚像として観察することができる。
In FIG. 1 again, the
コントローラ18は、画像表示装置1を制御する中央処理装置である。本実施例では特に、コントローラ18は、その内部に実現される論理的な処理ブロックとして、レーザ制御部181と、「調整手段」の一具体例であるMEMS制御部183とを備えている。
The
レーザ制御部181は、レーザ光源ユニット11を制御する。具体的には、レーザ制御部181は、画像信号に基づいて、レーザ光源ユニット11によるレーザ光LBの出射パターンを決定する。その後、レーザ制御部181は、MEMS制御部183の制御下で遥動するMEMSスキャナ14の遥動タイミングに同期しながら、決定した出射パターンでレーザ光LBを出射するようにレーザ光源ユニット11を制御する。
The
MEMS制御部183は、MEMSスキャナ14を制御する。具体的には、MEMS制御部183は、レーザ光源ユニット11によるレーザ光LBの出射パターンに同期しながらMEMSスキャナ14が遥動するように、MEMSスキャナ14を制御する。つまり、MEMS制御部183は、MEMSスキャナ14が反射したレーザ光LBがスクリーン15の走査面153を適切に走査するように、MEMSスキャナ14を制御する。
The
加えて、MEMS制御部183は、走査位置検出部16の検出結果に基づいて、走査面153上におけるレーザスポットLSの形成位置を調整するようにMEMSスキャナ14を制御する。より具体的には、MEMS制御部183は、走査位置検出部16の検出結果に基づいて、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ったレーザスポットLSの形成位置(例えば、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿った各マイクロレンズ152に対するレーザスポットLSの形成位置)を調整するようにMEMSスキャナ14を制御する。この場合、MEMS制御部183は、例えば、MEMSスキャナ14の遥動態様(例えば、遥動タイミングや、遥動角度や、遥動量等)を調整することで、レーザスポットLSの形成位置を調整するようにMEMSスキャナ14を制御する。尚、MEMS制御部182の制御下で行われるレーザスポットLSの形成位置の調整動作は、後に詳述する(図5(a)から図5(e)参照)。
In addition, the
(2)画像の輝度と画像を観察可能な視点位置との関係について
続いて、図4を参照しながら、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像の輝度と当該画像を観察可能な視点位置との関係について説明する。図4(a)は、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に小さい場合のスクリーン15によるレーザ光LBの拡散の様子を示す説明図である。図4(b)は、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に大きい場合のスクリーン15によるレーザ光LBの拡散の様子を示す説明図である。
(2) Relationship between luminance of image and viewpoint position at which image can be observed Subsequently, with reference to FIG. 4, luminance of an image displayed by laser light LB diffused by
図4(a)に示すように、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に小さい場合には、各マイクロレンズ152は、レーザ光LBを相対的に狭い範囲に向けて拡散する。レーザ光LBの拡散角度が相対的に小さい(つまり、各マイクロレンズ152がレーザ光LBを相対的に狭い範囲に向けて拡散する)と、ある視点位置に位置する観察者に到達するレーザ光LBの光量が相対的に多くなる。観察者に到達するレーザ光LBの光量が相対的に多くなると、当該観察者は、当該レーザ光LBによって表示される画像の輝度が相対的に大きい(つまり、相対的に高い)と認識する。
As shown in FIG. 4A, when the diffusion angle of the laser light LB in each
しかしながら、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に小さい場合には、スクリーン15が備える複数のマイクロレンズ152によって拡散されたレーザ光の全てが到達する領域が相対的に狭くなる。つまり、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に小さい場合には、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像全体を観察可能な視点位置は、相対的に狭い範囲に分布することになる。例えば、図4(a)に示す例では、視点位置A1では、スクリーン15が備える複数のマイクロレンズ152によって拡散されたレーザ光の全てが到達するがゆえに、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像全体が観察可能である。一方で、視点位置A2では、スクリーン15が備える複数のマイクロレンズ152のうち画素D及び画素Eに対応する一部のマイクロレンズ152によって拡散されたレーザ光LBが到達しない。言い換えれば、視点位置A2では、画素D及び画素Eに対応する一部のマイクロレンズ152をレーザ光LBが走査している間は、当該レーザLBが到達しない。このため、視点位置A2では、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像全体が観察可能ではない。典型的には、視点位置A2では、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像の一部(例えば、画素D及び画素Eが欠けた画像)が観察される。
However, when the diffusion angle of the laser light LB in each
このように、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に小さくなると、レーザ光LBによって表示される画像の輝度が相対的に大きくなるものの、レーザ光LBによって表示される画像を観察可能な視点位置が相対的に狭い範囲に分布する。従って、画像表示装置1が表示する画像を観察する観察者は、当該観察者の視点を相対的に狭い範囲に分布する視点位置(つまり、画像を観察可能な視点位置)に合わせる必要があるという制約を受ける。言い換えれば、画像表示装置1が表示する画像を観察する観察者は、所望の視点位置から画像を観察することが困難になる可能性がある。
As described above, when the diffusion angle of the laser light LB in each
そこで、レーザ光LBによって表示される画像を観察可能な視点位置の分布範囲を広げるべく、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度を相対的に大きくする対応策が想定される。尚、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度は、レーザスポットLSのスポット径が大きくなるほど大きくなる。
Therefore, in order to widen the distribution range of the viewpoint position at which the image displayed by the laser light LB can be observed, a countermeasure to increase the diffusion angle of the laser light LB in each
この場合、図4(b)に示すように、スクリーン15が備える複数のマイクロレンズ152によって拡散されたレーザ光の全てが到達する領域が相対的に広くなる。つまり、つまり、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に大きい場合には、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像全体を観察可能な視点位置は、相対的に広い範囲に分布することになる。例えば、図4(b)に示す例では、視点位置B1では、スクリーン15が備える複数のマイクロレンズ152によって拡散されたレーザ光の全てが到達するがゆえに、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像全体が観察可能である。図4(a)及び図4(b)を比較して分かるように、視点位置B1の分布範囲は、視点位置A1の分布範囲よりも広くなっている。
In this case, as shown in FIG. 4B, the area where all of the laser light diffused by the plurality of
しかしながら、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に大きい場合には、各マイクロレンズ152は、レーザ光LBを相対的に広い範囲に向けて拡散する。レーザ光LBの拡散角度が相対的に大きい(つまり、各マイクロレンズ152がレーザ光LBを相対的に広い範囲に向けて拡散する)と、ある視点位置に位置する観察者に到達するレーザ光LBの光量が相対的に少なくなる。観察者に到達するレーザ光LBの光量が相対的に少なくなると、当該観察者は、当該レーザ光LBによって表示される画像の輝度が相対的に小さい(つまり、相対的に低い)と認識する。
However, when the diffusion angle of the laser light LB in each
このように、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に大きくなると、レーザ光LBによって表示される画像を観察可能な視点位置が相対的に広い範囲に分布するものの、レーザ光LBによって表示される画像の輝度が相対的に小さくなってしまう。従って、観察者が相対的に暗い画像を観察することになってしまうおそれがある。
As described above, when the diffusion angle of the laser light LB in each
つまり、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度を調整するだけでは、画像表示装置1は、輝度が相対的に大きく、且つ、所望の視点位置から観察可能な画像を表示することが困難であると推定される。
In other words, it is difficult for the
そこで、本実施例の画像表示装置1は、まず、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に小さい状態を維持する(例えば、レーザスポットLSのスポット径を隣り合う2つのマイクロレンズ152の配列ピッチ(或いは、各マイクロレンズ152のレンズ面の径)よりも小さくする)ことで、表示される画像の輝度を大きくする。その上で、画像表示装置1は、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向を調整することで、所望の視点位置から観察可能な画像を表示する。その結果、画像表示装置1は、輝度が相対的に大きく、且つ、所望の視点位置から観察可能な画像を表示することができる。
Therefore, the
画像表示装置1は、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向を調整するために、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ったレーザスポットLSの形成位置(例えば、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿った各マイクロレンズ152に対するレーザスポットLSの形成位置)を調整する。
In order to adjust the diffusion direction of the laser light LB in each
以下、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向を調整するために行われるレーザスポットLSの形成位置の調整動作について更に説明する。
Hereinafter, the adjustment operation of the formation position of the laser spot LS performed for adjusting the diffusion direction of the laser beam LB in each
(3)MEMS制御部183によるレーザスポットLSの形成位置の調整動作
続いて、図5(a)から図5(b)並びに図6及び図7を参照して、MEMS制御部183によるレーザスポットLSの形成位置の調整動作について説明する。図5(a)から図5(e)は夫々、マイクロレンズ152のレンズ面の中心に対するレーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ったビームスポットLSの形成位置のシフト量と、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向との関係を示す説明図である。図6は、所望の視点位置#6から観察可能な画像を画像表示装置1が表示する場合のマイクロレンズ152のレンズ面の中心に対するビームスポットLSの形成位置を示す説明図である。図7は、所望の視点位置#7から観察可能な画像を画像表示装置1が表示する場合のマイクロレンズ152のレンズ面の中心に対するビームスポットLSの形成位置を示す説明図である。
(3) Adjusting operation of laser spot LS forming position by
図5(a)から図5(e)に示すように、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿った各マイクロレンズ152に対するレーザスポットLSの形成位置に応じて、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向が変わる。より具体的には、あるマイクロレンズ152にレーザ光LBが照射されている場合には、当該あるマイクロレンズ152に対するレーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ったレーザスポットLSの形成位置に応じて、当該あるマイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向が変わる。以下、マイクロレンズ152#5にレーザ光LBが照射されている場合を例にあげて説明を進める。
As shown in FIGS. 5A to 5E, the laser light in each
例えば、図5(a)の左側に示すように、マイクロレンズ152#5のレンズ面の中心に対するレーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿ったビームスポットLSの形成位置のシフト量が−d1となっている場合を想定する。尚、図5(a)から図5(e)では、レーザ光LBの進行方向(図5(a)から図5(e)では、図面左側から右側に向かう方向)に対して右側に向かうシフト量(図5(a)から図5(e)では、図面下側に向かうシフト量)を正のシフト量と定義する。この場合、図5(a)の中央に示すように、マイクロレンズ152#5におけるレーザ光LBの拡散方向は、第1の方向D1となる。
For example, as shown on the left side of FIG. 5A, the shift amount of the formation position of the beam spot LS along the direction intersecting the scanning direction of the laser beam LB with respect to the center of the lens surface of the
尚、図5(a)の右側は、ビームスポットLSの形成位置のシフト量が−d1となる状況下で走査面153上のある1つの走査ラインに沿って走査しているレーザ光LBの拡散角度の分布(つまり、スクリーン15によるレーザ光LBの拡散分布)を示す。つまり、図5(a)の右側は、ビームスポットLSの形成位置のシフト量が−d1となる状況下で走査面153上のある1つの走査ラインに沿って走査しているレーザ光LBがスクリーン15によって拡散された後に仮想的な投影面に投影された場合の、当該投影面上でのレーザ光LBの投影分布を示す。従って、図5(a)の右側において、レーザ光LBが到達している領域(相対的に明るい領域)は、当該レーザ光LBによって表示される画像を観察可能な視点位置を示している。以下の図5(b)から図5(e)の夫々の右側も、ビームスポットLSの形成位置のシフト量が異なると言う点を除いて、図5(a)の右側と同様のレーザ光LBの拡散角度の分布を示している。
The right side of FIG. 5A illustrates the diffusion of the laser beam LB that scans along one scanning line on the
続いて、図5(b)の左側に示すように、MEMS制御部183が、ビームスポットLSの形成位置のシフト量が−d1から−d2(但し、d1>d2)へと変わるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整した場合を想定する。この場合、図5(b)の中央に示すように、マイクロレンズ152#5におけるレーザ光LBの拡散方向は、第1の方向D1とは異なる第2の方向D2に変わる。その結果、図5(b)の右側に示すように、マイクロレンズ152#5によって拡散されたレーザ光が到達している領域(つまり、当該レーザ光LBによって表示される画像を観察可能な視点位置)もまた変わる。
Subsequently, as shown on the left side of FIG. 5B, the
続いて、図5(c)の左側に示すように、MEMS制御部183が、ビームスポットLSの形成位置のシフト量が−d2から0へと変わるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整した場合を想定する。この場合、図5(c)の中央に示すように、マイクロレンズ152#5におけるレーザ光LBの拡散方向は、第1の方向D1及び第2の方向D2とは異なる第3の方向D3に変わる。その結果、図5(c)の右側に示すように、マイクロレンズ152#5によって拡散されたレーザ光が到達している領域(つまり、当該レーザ光LBによって表示される画像を観察可能な視点位置)もまた変わる。
Subsequently, as shown on the left side of FIG. 5C, the
続いて、図5(d)の左側に示すように、MEMS制御部183が、ビームスポットLSの形成位置のシフト量が0から+d2へと変わるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整した場合を想定する。この場合、図5(d)の中央に示すように、マイクロレンズ152#5におけるレーザ光LBの拡散方向は、第1の方向D1から第3の方向D3とは異なる第4の方向D4に変わる。その結果、図5(d)の右側に示すように、マイクロレンズ152#5によって拡散されたレーザ光が到達している領域(つまり、当該レーザ光LBによって表示される画像を観察可能な視点位置)もまた変わる。
Subsequently, as shown on the left side of FIG. 5D, when the
続いて、図5(e)の左側に示すように、MEMS制御部183が、ビームスポットLSの形成位置のシフト量が+d2から+d1へと変わるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整した場合を想定する。この場合、図5(e)の中央に示すように、マイクロレンズ152#5におけるレーザ光LBの拡散方向は、第1の方向D1から第4の方向D4とは異なる第5の方向D5に変わる。その結果、図5(e)の右側に示すように、マイクロレンズ152#5によって拡散されたレーザ光が到達している領域(つまり、当該レーザ光LBによって表示される画像を観察可能な視点位置)もまた変わる。
Subsequently, as shown on the left side of FIG. 5E, the
このように、レーザ光LBの走査方向に交わる方向に沿った各マイクロレンズ152に対するレーザスポットLSの形成位置に応じて、各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向が変わることが分かる。そうすると、逆に、レーザスポットLSの形成位置をマイクロレンズ152毎に調整すれば、各マイクロレンズ152は、レーザ光LBを所望の視点位置に対応する所望の拡散方向に向けて拡散することができると想定される。
As described above, it can be seen that the diffusion direction of the laser light LB in each
例えば、図6に示すように、画像表示装置1が視点位置#6から観察可能な画像を表示する場合を想定する。
For example, as shown in FIG. 6, it is assumed that the
この場合、MEMS制御部183は、画素Aに対応するマイクロレンズ152#Aに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が−d61となるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Aは、視点位置#6に対応する拡散方向#6A(つまり、視点位置#6にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#6A)に向けてレーザ光LBを拡散する。
In this case, the
同様に、MEMS制御部183は、画素Bに対応するマイクロレンズ152#Bに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が−d62となるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Bは、視点位置#6に対応する拡散方向#6B(つまり、視点位置#6にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#6B)に向けてレーザ光LBを拡散する。
Similarly, the
同様に、MEMS制御部183は、画素Cに対応するマイクロレンズ152#Cに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が0となるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Cは、視点位置#6に対応する拡散方向#6C(つまり、視点位置#6にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#6C)に向けてレーザ光LBを拡散する。
Similarly, the
同様に、MEMS制御部183は、画素Dに対応するマイクロレンズ152#Dに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が+d62となるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Dは、視点位置#6に対応する拡散方向#6D(つまり、視点位置#6にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#6D)に向けてレーザ光LBを拡散する。
Similarly, the
同様に、MEMS制御部183は、画素Eに対応するマイクロレンズ152#Eに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が+d61となるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Eは、視点位置#6に対応する拡散方向#6E(つまり、視点位置#6にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#6E)に向けてレーザ光LBを拡散する。
Similarly, the
MEMS制御部183は、その他全てのマイクロレンズ152についても、その他のマイクロレンズ152が視点位置#6に対応する拡散方向に向けてレーザ光LBを拡散するように、その他のマイクロレンズ152に対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が所定量となるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。
The
その結果、スクリーン15が備える複数のマイクロレンズ152によって拡散されたレーザ光の全てが、視点位置#6に到達する。従って、視点位置#6に位置する観察者は、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像全体を観察することができる。つまり、画像表示装置1は、視点位置#6から観察可能な画像を表示することができる。
As a result, all of the laser beams diffused by the plurality of
一方で、例えば、図7に示すように、画像表示装置1が、視点位置#6から観察可能な画像に代えて、視点位置#6とは異なる視点位置#7から観察可能な画像を新たに表示する場合を想定する。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 7, the
この場合、MEMS制御部183は、画素Aに対応するマイクロレンズ152#Aに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が−d61から−d71に変わるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Aは、視点位置#7に対応する拡散方向#7A(つまり、視点位置#7にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#7A)対応するに向けてレーザ光LBを拡散する。
In this case, the
同様に、MEMS制御部183は、画素Bに対応するマイクロレンズ152#Bに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が−d62から−d72に変わるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Bは、視点位置#7に対応する拡散方向#7B(つまり、視点位置#7にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#7B)に向けてレーザ光LBを拡散する。
Similarly, the
同様に、MEMS制御部183は、画素Cに対応するマイクロレンズ152#Cに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が0から−d73に変わるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Cは、視点位置#7に対応する拡散方向#7C(つまり、視点位置#7にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#7C)に向けてレーザ光LBを拡散する。
Similarly, the
同様に、MEMS制御部183は、画素Dに対応するマイクロレンズ152#Dに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が+d62から−d74に変わるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Dは、視点位置#7に対応する拡散方向#7D(つまり、視点位置#7にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#7D)に向けてレーザ光LBを拡散する。
Similarly, the
同様に、MEMS制御部183は、画素Eに対応するマイクロレンズ152#Eに対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が+d61から−d75に変わるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。この場合、マイクロレンズ152#Eは、視点位置#7に対応する拡散方向#7E(つまり、視点位置#7にレーザ光LBを到達させることが可能な拡散方向#7E)に向けてレーザ光LBを拡散する。
Similarly, the
MEMS制御部183は、その他全てのマイクロレンズ152についても、その他のマイクロレンズ152が視点位置#7に対応する拡散方向に向けてレーザ光LBを拡散するように、その他のマイクロレンズ152に対するビームスポットLSの形成位置のシフト量が所定量となるようにMEMSスキャナ14の遥動態様を調整する。
The
その結果、スクリーン15が備える複数のマイクロレンズ152によって拡散されたレーザ光の全てが、視点位置#7に到達する。従って、視点位置#7に位置する観察者は、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像全体を観察することができる。或いは、観察者の視点が視点位置#6から視点位置#7に移動した場合であっても、観察者は、依然として、スクリーン15によって拡散されたレーザ光LBによって表示される画像全体を観察することができる。
As a result, all of the laser beams diffused by the plurality of
このように、本実施例の画像表示装置1は、主として各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度が相対的に小さい状態を維持することで、表示される画像の輝度を大きくすることができる。更に、本実施例の画像表示装置1は、主として各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向を調整することで、所望の視点位置から観察可能な画像を表示することができる。つまり、本実施例の画像表示装置1は、主として各マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向を調整することで、実質的には、画像を観察可能な視点位置を相対的に広い範囲に分布させることができる。その結果、画像表示装置1は、輝度が相対的に大きく、且つ、所望の視点位置から観察可能な画像を表示することができる。
As described above, the
尚、レーザスポットLSの形成位置の調整がマイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向の調整に繋がるのは、典型的には、レーザスポットLSのスポット径がマイクロレンズ152の配列ピッチよりも小さい場合である。つまり、レーザスポットLSのスポット径がマイクロレンズ152の配列ピッチよりも大きい場合には、レーザスポットLSの形成位置の調整がマイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向の調整に繋がらない又は繋がりにくい。従って、画像の輝度を大きくする目的に加えて又は代えて、レーザスポットLSの形成位置の調整によってマイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散方向の調整を実現するという目的のためにも、レーザスポットLSのスポット径はマイクロレンズ152の配列ピッチよりも小さいことが好ましい。
Adjustment of the formation position of the laser spot LS leads to adjustment of the diffusion direction of the laser light LB in the
ここで、ある視点位置から観察可能な画像を画像表示装置1が表示する場合の、マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度をβと定義する。一方で、レーザスポットLSの形成位置を調整しない比較例の画像表示装置が同一の視点位置から観察可能な画画像を表示する場合の、マイクロレンズ152におけるレーザ光LBの拡散角度をαと定義する。この場合、レーザスポットLSのスポット径及びマイクロレンズ152の配列ピッチは、レーザスポットLSのスポット径=マイクロレンズ152の配列ピッチ×(β/α)という関係を有することが好ましい。この場合、画像表示装置1及び比較例の画像表示装置は、共にある視点位置から観察可能な画像を表示可能である。一方で、画像表示装置1が表示する画像の輝度は、比較例の画像表示装置が表示する画像の輝度の(α/β)倍となる。従って、画像表示装置1は、比較例の画像表示装置と比較して、ある視点位置から観察可能な画像を相対的に大きな輝度で表示することができる。
Here, when the
加えて、本実施例では、画像表示装置1は、MEMSスキャナ14の遥動態様を調整することで、所望の視点位置から観察可能な画像を表示することができる。つまり、画像表示装置1は、比較的サイズの大きいコンバイナ17(或いは、その他の物理的な構成要素)を移動させることなく、所望の視点位置から観察可能な画像を表示することができる。従って、画像表示装置1の相対的な低コスト化及び相対的な小型化が実現される。
In addition, in this embodiment, the
尚、図1から図7を用いて説明した画像表示装置1の構成及び動作は一例である。従って、画像表示装置1の構成及び動作の少なくとも一部が適宜改変されてもよい。以下、画像表示装置1の構成及び動作の少なくとも一部の改変の例について説明する。
The configuration and operation of the
MEMS制御部183は、観察者の視点位置に応じて、いわば自動的にMEMSスキャナ14の遥動態様を調整してもよい。例えば、MEMS制御部183は、観察者の視点位置から観察可能な画像を表示するように、自動的にMEMSスキャナ14の遥動態様を調整してもよい。この場合、画像表示装置1は、観察者の視点位置を検出する又は観察者の視点位置に関する情報を取得することが好ましい。或いは、MEMS制御部183は、視点位置を指定する観察者の指示内容に応じて、MEMSスキャナ14の遥動態様を調整してもよい。例えば、MEMS制御部183は、観察者が指定した視点位置から観察可能な画像を表示するように、MEMSスキャナ14の遥動態様を調整してもよい。
The
上述したスクリーン15は、レーザ光LBを透過する透過型のスクリーンである。しかしながら、レーザ光LBを反射する反射型のスクリーンが、スクリーン15として用いられてもよい。
The above-described
スクリーン15は、マイクロレンズアレイ151に加えて又は代えて、レーザ光LBを拡散可能な素子部分又は素子領域が周期的に配列されている任意の光学素子を含んでいてもよい。スクリーン15は、マイクロレンズアレイ151に加えて又は代えて、レーザ光LBを拡散可能な素子部分又は素子領域が周期的に配列されている任意の光学素子であってもよい。このような光学素子として、例えば、回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element)が一例としてあげられる。
The
画像表示装置1は、単一の視点位置に画像を表示することに加えて又は代えて、複数の視点位置に同一の又は異なる画像を表示してもよい。以下、図8及び図9を参照しながら、複数の視点位置に画像を表示する例について説明する。図8及び図9は、夫々、複数の視点位置に画像を表示する例を示す説明図である。
The
図8に示すように、MEMS制御部183は、スクリーン15の相対的に一方側(図8では、上側)に位置するマイクロレンズ152#A及び152#Bが視点位置#8−1に対応する拡散方向#8−1に向けてレーザ光LBを拡散するように、マイクロレンズ152#A及び152#Bの夫々に対するビームスポットLSの形成位置のシフト量を調整してもよい。一方で、MEMS制御部183は、スクリーン15の相対的に他方側(図8では、下側)に位置するマイクロレンズ152#C、152#D及び152#Eが視点位置#8−2に対応する拡散方向#8−2に向けてレーザ光LBを拡散するように、マイクロレンズ152#C、152#D及び152#Eの夫々に対するビームスポットLSの形成位置のシフト量を調整してもよい。MEMS制御部183は、その他全てのマイクロレンズ152についても、その他のマイクロレンズ152が視点位置#8−1及び#8−2のいずれかに対応する拡散方向に向けてレーザ光LBを拡散するように、その他のマイクロレンズ152に対するビームスポットLSの形成位置のシフト量を調整してもよい。その結果、画像表示装置#1は、視点位置#8−1から観察可能な第1の画像及び視点位置#8−2から観察可能な第2の画像(但し、第2の画像は、第1の画像と同じであってもよいし、異なっていてもよい)を実質的に同時に表示することができる。例えば、画像表示装置#1が車両に搭載されている場合には、画像表示装置#1は、運転席に対応する視点位置#8−1及び助手席に対応する視点位置#8−2の双方から観察可能なナビゲーション用の画像を実質的に同時に表示することができる。或いは、例えば、画像表示装置#1が車両に搭載されている場合には、画像表示装置#1は、相対的に上方から見下ろす視点位置#8−1から観察可能な速度計に相当する画像及び相対的に下方から見上げる視点位置#8−2から観察可能なナビゲーション用の画像を実質的に同時に表示することができる。
As shown in FIG. 8, the
図9に示すように、MEMS制御部183は、レーザ光LBの走査方向に交わる方向(図9では、上下方向)に沿って隣り合う2つのマイクロレンズ152が夫々異なる視点位置に対応する拡散方向に向けてレーザ光LBを拡散するように、マイクロレンズ152に対するビームスポットLSの形成位置のシフト量を調整してもよい。例えば、MEMS制御部183は、マイクロレンズ152#B及び152#Dが視点位置#8−1に対応する拡散方向#8−1に向けてレーザ光LBを拡散するように、マイクロレンズ152#B及び152#Dの夫々に対するビームスポットLSの形成位置のシフト量を調整してもよい。一方で、例えば、MEMS制御部183は、マイクロレンズ152#A、152#C及び152#Eが視点位置#8−2に対応する拡散方向#8−2に向けてレーザ光LBを拡散するように、マイクロレンズ152#A、152#C及び152#Eの夫々に対するビームスポットLSの形成位置のシフト量を調整してもよい。
As illustrated in FIG. 9, the
また、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う画像表示装置もまた本発明の技術思想に含まれる。 In addition, the present invention can be appropriately changed within a scope that does not contradict the gist or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and an image display device with such a change is also a technical idea of the present invention. include.
1 画像表示装置
11 レーザ光源ユニット
13 集光レンズ
14 MEMSスキャナ
15 スクリーン
151 マイクロレンズアレイ
152 マイクロレンズ
153 走査面
16 走査位置検出板
161 検出面
162 受光素子
17 コンバイナ
18 コントローラ
181 レーザ制御部
183 MEMS制御部
LB レーザ光
LS レーザスポット
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記出射手段が出射する前記レーザ光が走査する走査面に沿って規則的に配列すると共に夫々が前記レーザ光を拡散する複数の光学素子を含む拡散手段と、
前記複数の光学素子の夫々によって前記レーザ光が所望の拡散方向に向かって拡散されるように、前記走査面上で前記レーザ光が形成する光スポットの、前記複数の光学素子の夫々に対する形成位置を調整する調整手段と
を備え、
前記調整手段は、前記所望の拡散方向に応じた前記光学素子の中心に対する前記光スポットのずれ量であるシフト量に基づき、前記光スポットの形成位置を変えることにより前記レーザ光により表示される画像が観察可能となる視点位置を調整することを特徴とする画像表示装置。 Emitting means for emitting laser light;
Diffusion means including a plurality of optical elements that are regularly arranged along a scanning surface scanned by the laser light emitted by the emission means and each diffuse the laser light,
Forming position of a light spot formed by the laser light on the scanning surface with respect to each of the plurality of optical elements so that the laser light is diffused in a desired diffusion direction by each of the plurality of optical elements. and an adjustment means for adjusting the,
An image displayed by the laser light by changing a formation position of the light spot based on a shift amount that is a shift amount of the light spot with respect to a center of the optical element according to the desired diffusion direction; An image display device for adjusting a viewpoint position at which an image can be observed .
前記調整手段は、前記一又は複数の第1の光学素子によって拡散される前記レーザ光により表示される第1の画像部分が第1の視点位置で観察可能となり、前記一又は複数の第2の光学素子によって拡散される前記レーザ光により表示される第2の画像部分が前記第1の視点位置とは異なる第2の視点位置で観察可能となるように、前記光スポットの形成位置を変える、The adjusting means enables a first image portion displayed by the laser light diffused by the one or more first optical elements to be observed at a first viewpoint position, and the one or more second Changing a formation position of the light spot so that a second image portion displayed by the laser light diffused by an optical element can be observed at a second viewpoint position different from the first viewpoint position;
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein:
前記調整手段は、第1の前記シフト量に応じて前記複数の第1光学素子の夫々に対する前記光スポットの形成位置を変え、第2の前記シフト量に応じて前記複数の第2の光学素子の夫々に対する前記光スポットの形成位置を変える、The adjusting unit changes the position of the light spot with respect to each of the plurality of first optical elements according to a first shift amount, and adjusts the plurality of second optical elements according to a second shift amount. Changing the formation position of the light spot with respect to each of
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein:
前記調整手段は、前記レーザ光により表示される画像が観察可能となる視点位置が前記検出手段により検出された視点位置になるように、前記光スポットの形成位置を変える、The adjusting means changes the formation position of the light spot so that a viewpoint position at which an image displayed by the laser light becomes observable is a viewpoint position detected by the detection means.
請求項1乃到3の何れか1項に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1.
前記調整手段は、前記レーザ光により表示される画像が観察可能となる視点位置が前記視線位置指定手段により指定された視点位置になるように、前記光スポットの形成位置を変える、The adjusting unit changes the formation position of the light spot so that a viewpoint position at which an image displayed by the laser light can be observed is a viewpoint position designated by the line-of-sight position designation unit.
請求項1乃到3の何れか1項に記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018236115A JP6624275B2 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Image display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018236115A JP6624275B2 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Image display device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014109964A Division JP2015225216A (en) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Image display device |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019208053A Division JP6850422B2 (en) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | Image display device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019079059A JP2019079059A (en) | 2019-05-23 |
JP2019079059A5 JP2019079059A5 (en) | 2019-11-14 |
JP6624275B2 true JP6624275B2 (en) | 2019-12-25 |
Family
ID=66626611
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018236115A Expired - Fee Related JP6624275B2 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Image display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6624275B2 (en) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008287149A (en) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Seiko Epson Corp | Image display device |
US7791810B2 (en) * | 2007-12-21 | 2010-09-07 | Microvision, Inc. | Scanned beam display having high uniformity and diminished coherent artifacts |
JP5221965B2 (en) * | 2008-01-29 | 2013-06-26 | キヤノン株式会社 | Two-dimensional scanning device and projection-type image display device |
JP2010145745A (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Equos Research Co Ltd | Image forming apparatus and head-up display device |
JP2010145922A (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Equos Research Co Ltd | Image forming apparatus and head-up display device |
JP5292464B2 (en) * | 2009-06-19 | 2013-09-18 | 株式会社日立製作所 | Optical scanning image display device |
JP6107185B2 (en) * | 2013-02-05 | 2017-04-05 | 株式会社リコー | Image forming apparatus and image display apparatus |
-
2018
- 2018-12-18 JP JP2018236115A patent/JP6624275B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019079059A (en) | 2019-05-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5310810B2 (en) | Head-up display device | |
US20170160543A1 (en) | Scanning projector transmissive screen, and scanning projector system | |
JP2015145962A (en) | Image display device, moving body, and lens array | |
US20200310114A1 (en) | Display device, display system, and mobile object | |
US20160274374A1 (en) | Projector and Screen | |
WO2017098913A1 (en) | Optical scanning device, image display apparatus, and vehicle | |
JP2015225216A (en) | Image display device | |
JP6402854B2 (en) | Transmission screen and head-up display device using the same | |
US10598830B2 (en) | Screen member, image display apparatus, and object apparatus | |
JP2015225218A (en) | Image display device | |
US20180374407A1 (en) | Image display device | |
US9386286B2 (en) | Sparse source array for display pixel array illumination with rotated far field plane | |
US10527923B2 (en) | Scanning projector transmissive screen, and scanning projector system | |
JP6624275B2 (en) | Image display device | |
JP6850422B2 (en) | Image display device | |
EP3176627B1 (en) | Light source apparatus, image display apparatus and system | |
JP2021135472A (en) | Display device and movable body | |
US10462435B2 (en) | Image display device and screen for car windshield and manufacturing thereof | |
JP2020154111A (en) | Optical scanner, display system, and mobile object | |
JP7400605B2 (en) | heads up display | |
US10976548B2 (en) | Display system, mobile object, and optical element | |
US11204497B2 (en) | Scanning-type display device, scanning-type display system, and method for manufacturing light-diffusing part | |
JP2013235224A (en) | Image display module and image display device | |
WO2017026327A1 (en) | Transmission-type screen and head-up display | |
JP2020086168A (en) | Display device, display system and moving body |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181218 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20190723 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190801 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191011 |
|
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: 20191029 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191111 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6624275 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |