JP6814966B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を表示する画像表示装置に関し、たとえば、乗用車等の移動体に搭載して好適なものである。

近年、ヘッドアップディスプレイと称される画像表示装置の開発が進められ、乗用車等の移動体に搭載されている。たとえば、乗用車に搭載されるヘッドアップディスプレイでは、映像信号により変調された光がウインドシールド（フロントガラス）に投射され、その反射光が運転者の目に入射する。これにより、運転者は、ウインドシールド前方に、画像の虚像を見ることができる。たとえば、車速や外気温等が、虚像として表示される。

上記ヘッドアップディスプレイでは、光源として、レーザ光源が用いられ得る。この場合、レーザ光は、映像信号に応じて変調されつつ、スクリーンを走査する。その後、レーザ光は、スクリーンで拡散され、運転者の目付近のアイボックスへと導かれる。これにより、運転者は、多少頭を動かしても、良好かつ安定的に画像（虚像）を見ることができる。アイボックスは、たとえば、横長の矩形形状である。

以下の特許文献１には、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイによってスクリーンが構成された画像表示装置が記載されている。ここでは、スクリーンに対し、主走査方向にレーザ光を高速走査させるとともに、主走査方向に直交する副走査方向にレーザ光を走査させることにより、スクリーンがレーザ光により２次元的に走査される。

特開２０１６−９０７６９号

上記のようにマイクロレンズアレイによってスクリーンが構成される場合、通常、スクリーン上におけるレーザ光のスポット径が各レンズの幅以下となるように調整される。そして、レーザ光は、走査方向に１列に並ぶレンズ群の中央をビームスポットが通るようにして走査される。１列のレンズ群の走査が終わると、この列に隣接する次の列に対して同様の走査が行われる。こうして、スクリーン上の全ての列のレンズ群が順番に走査され、スクリーン上に１つの画像が生成される。

このような走査方法では、走査においてビームスポットが各列のレンズ群の中央から走査方向に垂直な方向にずれた場合に、表示画像に干渉縞が生じて表示画像の視認性が低下することが発明者らによって確認された。このため、この走査方法では、ビームスポットが各レンズ群の中央を通るように、光学系やスクリーン等の位置を厳格に調整しなければならず、煩雑な作業が必要であった。また、光学系やスクリーン等の位置を適正に調整したとしても、その後の温度変化等によってスクリーンに変形等が生じると、ビームスポットの走査位置とレンズ群との間に位置ずれが生じてしまう。このため、上記走査方法を用いる場合は、干渉縞を抑制して表示画像の視認性を良好に維持することが極めて困難であった。

かかる課題に鑑み、本発明は、スクリーンをレーザ光で走査して表示画像を生成する画像表示装置において、干渉縞による表示画像の視認性の低下を簡易かつ円滑に抑制することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、画像表示装置に関する。本態様に係る画像表示装置は、レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光で２次元に走査されることにより画像が描画されるスクリーンと、前記レーザ光を前記スクリーンに対し走査させる走査部と、第１の方向に平行な複数の走査ラインに沿って一方向に前記レーザ光が前記スクリーン上を移動するよう前記走査部を駆動する駆動部と、前記スクリーンに描画された画像の虚像を生成する光学系と、を備える。前記スクリーンには、前記第１の方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向にそれぞれ並ぶように複数のレンズ領域が配置される。前記駆動部は、前記第２の方向における前記レンズ領域のピッチに対する前記走査ラインのピッチの割合が、０．５以上０．７以下の範囲となるように、前記複数の走査ラインを設定する。

本態様に係る画像表示装置によれば、各走査ラインを走査したときに表示画像に生じた干渉縞が、ヒトの目で認識される際に互いに平均化されて、干渉縞が目立たなくなる。これにより、干渉縞による表示画像の視認性の低下を抑制できる。また、各走査ラインに基づく干渉縞を互いに平均化する構成であるため、温度変化等によってスクリーンに変形等が生じて、各走査ラインに基づく干渉縞の生じ方が変化したとしても、変化に伴い干渉縞は随時平均化されて、表示画像上において目立たなくなる。よって、温度変化等によってスクリーンに変形等が生じたとしても、表示画像の視認性は良好に維持される。また、第２の方向におけるレンズ領域のピッチに対する走査ラインのピッチの割合が０．５以上０．７以下の範囲に設定されているため、干渉縞を顕著に目立たなくすることができる。

以上のとおり、本発明によれば、走査ラインのピッチとレンズ領域のピッチとの関係を調整するといった極めて簡易な構成により、干渉縞による表示画像の視認性の低下を円滑に抑制することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る画像表示装置の使用形態を模式的に示す図、図１（ｃ）は、実施の形態に係る画像表示装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、実施の形態に係る画像表示装置の照射光生成部および照射光生成部に用いる回路の構成を示す図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係るスクリーンをレーザ光の入射側および出射側から見た状態を模式的に示す図である。 図４は、実施の形態に係るスクリーンの一部を拡大して示す図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施の形態に係る非レンズ領域の構成例を示す図である。 図６（ａ）は、実施の形態に係るスクリーンの構成を模式的に示す斜視図、図６（ｂ）は、スクリーンに対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。 図７（ａ）は、実施の形態に係るスクリーンの領域設定方法を示す図、図７（ｂ）は、実施の形態に係るスクリーンの発散角の設定方法を示す図である。 図８（ａ）は、比較例１に係るアイボックス内の光量分布を示すグラフ、図８（ｂ）は、実施の形態に係るアイボックス内の光量分布を示すグラフである。 図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施の形態に係るスクリーンの位置調整方法を示す図である。 図１０（ａ）は、比較例２に係るレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。図１０（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、比較例２に係る走査方法においてレーザ光の走査位置が第２レンズ部の並び方向に変位した場合に表示画像に生じる干渉縞を模式的に示す図である。 図１１（ａ）は、実施の形態に係るレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。図１１（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、実施の形態に係る走査方法においてレーザ光の走査位置が第２レンズ部の並び方向に変位した場合に表示画像において視認される干渉縞を模式的に示す図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る実験において、第２レンズ部のピッチに対する走査ラインのピッチの割合を変化させた場合に表示画像に生じる干渉縞を撮像した撮像画像を示す図である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る実験において、第２レンズ部のピッチに対する走査ラインのピッチの割合を変化させた場合に表示画像に生じる干渉縞を撮像した撮像画像を示す図である。 図１４（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る実験において、第２レンズ部のピッチに対する走査ラインのピッチの割合を変化させた場合に表示画像に生じる干渉縞を撮像した撮像画像を示す図である。 図１５（ａ）は、実施の形態の走査方法における第２のレンズ部とレーザビームの強度分布との関係を示す図である。図１５（ｂ）は、比較例２の走査方法における第２のレンズ部とレーザビームの強度分布との関係を示す図である。 図１６（ａ）は、変更例１に係るスクリーンをレーザ光の入射側から見た状態を模式的に示す図、図１６（ｂ）は、変更例に係るスクリーンの一部拡大図である。 図１７は、変更例２に係る画像表示装置の照射光生成部および照射光生成部に用いる回路の構成を示す図である。 図１８（ａ）は、変更例２に係るスクリーンの移動工程の一例を示す図、図１８（ｂ）は、変更例２に係る画像表示装置においてスクリーンを移動させることにより表示される画像の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、適宜、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。

図１（ａ）、（ｂ）は、画像表示装置２０の使用形態を模式的に示す図である。図１（ａ）は、乗用車１の側方から乗用車１の内部を透視した模式図、図１（ｂ）は、乗用車１の内部から走行方向前方を見た図である。

本実施の形態は、車載用のヘッドアップディスプレイに本発明を適用したものである。図１（ａ）に示すように、画像表示装置２０は、乗用車１のダッシュボード１１の内部に設置される。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、画像表示装置２０は、映像信号により変調されたレーザ光を、ウインドシールド１２下側の運転席寄りの投射領域１３に投射する。レーザ光は、投射領域１３で反射され、運転者２の目の位置周辺の横長の領域（アイボックス領域）に照射される。これにより、運転者２の前方の視界に、虚像として所定の画像３０が表示される。運転者２は、ウインドシールド１２の前方の景色上に、虚像である画像３０を重ね合わせて見ることができる。すなわち、画像表示装置２０は、虚像である画像３０をウインドシールド１２の投射領域１３の前方の空間に結像させる。

図１（ｃ）は、画像表示装置２０の構成を模式的に示す図である。

画像表示装置２０は、照射光生成部２１と、ミラー２２とを備える。照射光生成部２１は、映像信号により変調されたレーザ光を出射する。ミラー２２は曲面状の反射面を有し、照射光生成部２１から出射されたレーザ光をウインドシールド１２に向けて反射する。ウインドシールド１２で反射されたレーザ光は、運転者２の目２ａに照射される。照射光生成部２１の光学系とミラー２２は、ウインドシールド１２の前方に虚像による画像３０が所定の大きさで表示されるように設計されている。

図２は、画像表示装置２０の照射光生成部２１の構成および照射光生成部２１に用いる回路の構成を示す図である。

照射光生成部２１は、光源１０１と、コリメータレンズ１０２ａ〜１０２ｃと、アパーチャ１０３ａ〜１０３ｃと、ミラー１０４と、ダイクロイックミラー１０５ａ、１０５ｂと、走査部１０６と、補正レンズ１０７と、スクリーン１０８とを備える。

光源１０１は、３つのレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃを備える。

レーザ光源１０１ａは、６００〜７００ｎｍの範囲に含まれる赤色波長のレーザ光を出射し、レーザ光源１０１ｂは、６００〜６００ｎｍの範囲に含まれる緑色波長のレーザ光を出射し、レーザ光源１０１ｃは、４００〜５００ｎｍの範囲に含まれる青色波長のレーザ光を出射する。本実施の形態では、画像３０としてカラー画像を表示するために、光源１０１がこれら３つのレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃを備える。画像３０として単色の画像を表示する場合、光源１０１は、画像の色に対応する１つのレーザ光源のみを備えていてもよい。レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃは、たとえば、半導体レーザからなっている。

レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ１０２ａ〜１０２ｃによって平行光に変換される。コリメータレンズ１０２ａ〜１０２ｃ透過したレーザ光は、それぞれ、アパーチャ１０３ａ〜１０３ｃにより、略同じサイズの円形のビームに整形される。すなわち、アパーチャ１０３ａ〜１０３ｃは、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃからそれぞれ出射されたレーザ光のビームサイズおよびビーム形状を揃えるためのビーム整形部を構成する。

なお、コリメータレンズ１０２ａ〜１０２ｃに代えて、レーザ光を円形のビーム形状に整形し且つ平行光化する整形レンズを用いてもよい。この場合、アパーチャは省略され得る。

その後、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃから出射された各色のレーザ光は、ミラー１０４と２つのダイクロイックミラー１０５ａ、１０５ｂによって光軸が整合される。ミラー１０４は、コリメータレンズ１０２ａを透過した赤色レーザ光を略全反射する。ダイクロイックミラー１０５ａは、コリメータレンズ１０２ｂを透過した緑色レーザ光を反射し、ミラー１０４で反射された赤色レーザ光を透過する。ダイクロイックミラー１０５ｂは、コリメータレンズ１０２ｃを透過した青レーザ光を反射し、ダイクロイックミラー１０５ａを経由した赤色レーザ光および緑色レーザ光を透過する。ミラー１０４と２つのダイクロイックミラー１０５ａ、１０５ｂは、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃから出射された各色のレーザ光の光軸を整合させるように配置されている。ミラー１０４と２つのダイクロイックミラー１０５ａ、１０５ｂは、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃからそれぞれ出射されたレーザ光の光軸を整合させる光軸整合部を構成する。

走査部１０６は、ダイクロイックミラー１０５ｂを経由した各色のレーザ光を反射する。走査部１０６は、たとえば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）ミラーからなっており、ダイクロイックミラー１０５ｂを経由した各色のレーザ光が入射されるミラー１０６ａを、駆動信号に応じて、Ｙ軸に平行な軸とＸ軸に平行な軸の周りに回転させる構成を備える。このようにミラー１０６ａを回転することにより、レーザ光の反射方向が、Ｘ−Ｚ平面の面内方向およびＹ−Ｚ平面の面内方向において変化する。これにより、後述のように、各色のレーザ光によってスクリーン１０８が２次元に走査される。

なお、ここでは、走査部１０６が、２軸駆動方式のＭＥＭＳミラーにより構成されたが、走査部１０６は、他の構成であってもよい。たとえば、Ｙ軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーと、Ｘ軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーとを組み合わせて走査部１０６が構成されてもよい。

補正レンズ１０７は、走査部１０６によるレーザ光の振り角に拘わらず、各色のレーザ光をＺ軸正方向に向かわせるように設計されている。

スクリーン１０８は、レーザ光が走査されることにより画像が形成され、入射したレーザ光を運転者２の目２ａの位置周辺の領域（アイボックス領域）に拡散させる作用を有する。スクリーン１０８は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の透明な樹脂からなっている。スクリーン１０８の構成は、追って、図３（ａ）ないし図７（ｂ）を参照して説明する。

画像処理回路２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理ユニットやメモリを備え、入力された映像信号を処理してレーザ駆動回路２０２およびミラー駆動回路２０３を制御する。レーザ駆動回路２０２は、画像処理回路２０１からの制御信号に応じて、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃの出射強度を変化させる。ミラー駆動回路２０３は、画像処理回路２０１からの制御信号に応じて、走査部１０６のミラー１０６ａを駆動する。画像表示動作時における画像処理回路２０１における制御については、追って、図６（ｂ）および図１１（ａ）を参照して説明する。

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、スクリーン１０８をレーザ光の入射側および出射側から見た状態を模式的に示す図である。図３（ａ）の上側に、スクリーン１０８のＸ軸正側かつＹ軸正側の角付近をＹ軸正側から見た拡大図が模式的に示されている。また、図３（ｂ）の右側に、スクリーン１０８のＸ軸負側かつＹ軸正側の角付近をＸ軸負側から見た拡大図が模式的に示されている。

図３（ａ）に示すように、スクリーン１０８のレーザ光入射側の面（Ｚ軸負側の面）には、レーザ光をＸ軸方向に発散させるための複数の第１のレンズ部１０８ａが、Ｘ軸方向に並ぶように形成されている。Ｙ軸方向に見たときの第１のレンズ部１０８ａの形状は略円弧形状である。第１のレンズ部１０８ａのＸ軸方向の幅は、たとえば、５０μｍである。

図３（ｂ）に示すように、スクリーン１０８のレーザ光出射側の面（Ｚ軸正側の面）には、レーザ光をＹ軸方向に発散させるための複数の第２のレンズ部１０８ｂが、Ｙ軸方向に並ぶように形成されている。Ｘ軸方向に見たときの第２のレンズ部１０８ｂの形状は略円弧形状である。第２のレンズ部１０８ｂのＹ軸方向の幅は、たとえば、７０μｍである。第２のレンズ部１０８ｂのＹ軸方向の幅は、第１のレンズ部１０８ａのＸ軸方向の幅と同じであってもよい。

図４は、スクリーン１０８の一部を拡大して示す図である。図４には、スクリーン１０８をレーザ光の入射方向（Ｚ軸正方向）に見たときのスクリーン１０８の一部が拡大して示されている。図４において、実線は第１のレンズ部１０８ａの境界を示し、破線は第２のレンズ部１０８ｂの境界を示している。

図４に示すように、レーザ光の入射方向（Ｚ軸正方向）に見た場合、第１のレンズ部１０８ａと第２のレンズ部１０８ｂとが重なる領域（ハッチングが付された領域）が、１つのレンズ領域Ｌａ１を構成する。レンズ領域Ｌａ１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に１列に並んでいる。各レンズ領域Ｌａ１に入射したレーザ光は、第１のレンズ部１０８ａによってＸ軸方向に収束された後拡散され、また、第２のレンズ部１０８ｂによってＹ軸方向に収束された後拡散される。こうして、各レンズ領域Ｌａ１に入射したレーザ光が、運転者２の目２ａの位置周辺の横長の領域（アイボックス領域）に導かれる。

ここで、第１のレンズ部１０８ａの曲率半径Ｒｘと第２のレンズ部１０８ｂの曲率半径Ｒｙは、互いに異なっている。曲率半径Ｒｘは、曲率半径Ｒｙよりも小さく設定される。従って、第１のレンズ部１０８ａによってレーザ光が収束された後発散される広がり角は、第２のレンズ部１０８ｂによってレーザ光が収束された後発散される広がり角よりも大きくなる。このように第１のレンズ部１０８ａおよび第２のレンズ部１０８ｂの曲率を設定することにより、スクリーン１０８を透過するレーザ光を、運転者２の目２ａの位置周辺の横長の領域（アイボックス領域）に導くことができる。第１のレンズ部１０８ａおよび第２のレンズ部１０８ｂの曲率半径は、アイボックス領域の形状に応じて決定される。

図３（ａ）に戻って、Ｄ１０は、スクリーン１０８の描画領域である。すなわち、スクリーン１０８は、描画領域Ｄ１０においてレーザ光により走査され、画像が形成される。描画領域Ｄ１０よりも上側および下側の位置に、それぞれ、入射した光を発散させることなく通過させる所定サイズの非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄが形成されている。非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄのサイズは、互いに等しく設定される。非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄのＸ軸方向の幅は、たとえば、５０〜１００μｍであり、Ｙ軸方向の幅は、たとえば、１００〜２００μｍである。

非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄは、それぞれ、スクリーン１０８のＸ軸方向の幅の中間位置に配置されている。非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄの配置位置は、スクリーン１０８のＸ軸方向の幅の中間位置に限らず、他の位置であってもよい。また、非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄの数は、１つずつでなくともよく、たとえば、非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄの組が描画領域Ｄ１０を挟んで２つ以上配置されてもよい。

図５（ａ）〜（ｃ）は、非レンズ領域１０８ｃの構成例を示す図である。

図５（ａ）の構成例では、第１のレンズ部１０８ａおよび第２のレンズ部１０８ｂを省略することにより、非レンズ領域１０８ｃが構成されている。すなわち、スクリーン１０８のレーザ光入射側（Ｚ軸負側）の面およびレーザ光出射側（Ｚ軸正側）の面は、非レンズ領域１０８ｃにおいて、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面となっている。

図５（ｂ）の構成例では、スクリーン１０８のレーザ光入射側（Ｚ軸負側）の面からレーザ光出射側（Ｚ軸正側）の面へと貫通する孔を形成することにより、非レンズ領域１０８ｃが構成されている。また、図５（ｃ）の構成例では、スクリーン１０８のＹ軸正側の端縁からＹ軸負方向に凹んだ矩形の凹部を形成することにより、非レンズ領域１０８ｃが構成されている。

非レンズ領域１０８ｃの構成は、図５（ａ）〜（ｃ）の構成に限らず、入射した光を発散させることなく通過させる構成であれば、他の構成であってもよい。たとえば、Ｚ軸方向に見たときの非レンズ領域１０８ｃの形状は、正方形に限られるものではなく、円形などの他の形状であってもよい。

なお、図５（ａ）〜（ｃ）には、Ｙ軸正側に配置される非レンズ領域１０８ｃの構成例を示したが、Ｙ軸負側に配置される非レンズ領域１０８ｄも、図５（ａ）〜（ｃ）と同様に形成され得る。

図６（ａ）は、スクリーン１０８の構成を模式的に示す斜視図である。図６（ｂ）は、スクリーン１０８に対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。

上記構成を有するスクリーン１０８の入射面（Ｚ軸負側の面）が、各色のレーザ光が重ねられたビームＢ１によって、Ｘ軸正方向に走査される。スクリーン１０８の入射面に対して、予め、ビームＢ１が通る走査ラインＬ１〜Ｌｎが、Ｙ軸方向に一定間隔で設定されている。走査ラインＬ１〜Ｌｎの開始位置と終了位置は、Ｘ軸方向において一致している。したがって、走査ラインＬ１〜Ｌｎを囲む領域は長方形である。ビームＢ１の径は、第２のレンズ部１０８ｂの幅よりも小さく設定される。たとえば、ビームＢ１の径は、３５〜６５μｍ程度に設定される。

映像信号により各色のレーザ光が変調されたビームＢ１により走査ラインＬ１〜Ｌｎが高周波で走査されることにより、画像が構成される。こうして構成された画像が、スクリーン１０８と、ミラー２２およびウインドシールド１２（図１（ｃ）参照）を介して、運転者２の目２ａの位置周辺の領域（アイボックス）に投射される。これにより、運転者２は、ウインドシールド１２の前方の空間に、虚像として画像３０を視認する。

ところで、上記のように、ＭＥＭＳを用いた走査部１０６によりレーザ光がスクリーン１０８を走査する構成では、スクリーン１０８の中央からＸ軸方向の両端に向かうに従ってレーザ光の走査速度が低下する。このため、スクリーン１０８上の画像は、中央よりも走査方向の両端の領域が明るくなる。このように画像の明るさが不均一であると、画像を見た観察者に違和感を与えかねない。観察者が視認する画像は、なるべく全体の明るさが均一であることが好ましい。

そこで、本実施の形態では、画像が描画される描画領域Ｄ１０のうち、走査方向（Ｘ軸方向）中央の所定範囲において、Ｘ軸方向の発散角が一定で、且つ、当該所定範囲を除いた両側の範囲において、Ｘ軸方向の発散角が、Ｘ軸方向の端に向かって徐々に大きくなるよう、スクリーン１０８が構成されている。

図７（ａ）は、スクリーン１０８の領域設定方法を示す図、図７（ｂ）は、スクリーン１０８の発散角の設定方法を示す図である。図７（ｂ）のグラフにおいて、横軸は、スクリーン１０８のＸ軸方向の位置、縦軸は、Ｘ軸方向の発散角（度）である。横軸は、スクリーン１０８（描画領域Ｄ１０）のＸ軸方向の幅の中間位置が０に設定されている。

図７（ｂ）に示すように、スクリーン１０８は、描画領域Ｄ１０のうち、走査方向（Ｘ軸方向）中央の所定範囲Ｗ０において、Ｘ軸方向の発散角が一定に設定されている。所定範囲Ｗ０は、描画領域Ｄ１０のＸ軸方向の中間位置からＸ軸正負方向にそれぞれ幅Δｗの範囲である。所定範囲Ｗ０は、走査方向（Ｘ軸方向）における描画領域Ｄ１０の全範囲の４０％以上５０％以下の範囲に設定される。

また、スクリーン１０８は、所定範囲Ｗ０を除いた両側の範囲Ｗ１において、Ｘ軸方向の発散角が、Ｘ軸正負の端に向かって徐々に大きくなるように設定されている。より詳細には、両側の範囲Ｗ１に含まれる第１のレンズ部１０８ａの曲率を変化させることにより、Ｘ軸方向の発散角が、両側の範囲Ｗ１の端に向かって徐々に大きくなるよう構成されている。

図７（ｂ）に示す発散角の分布が得られるように、両側の範囲Ｗ１において、第１のレンズ部１０８ａの曲率が、端に向かって段階的に変化している。具体的には、両側の範囲Ｗ１において、第１のレンズ部１０８ａの曲率半径Ｒｘが、端に向かって段階的に小さくなっている。これにより、両側の範囲Ｗ１において、Ｘ軸方向の発散角が、２０度程度から５０度程度まで段階的に変化している。

なお、両側の範囲Ｗ１において、第１のレンズ部１０８ａの曲率は、Ｘ軸方向に隣り合う複数の第１のレンズ部１０８ａを１つのグループとした場合に、グループ内では同一で、隣り合うグループ間において段階的に変化するように設定される。この他、隣り合う第１のレンズ部１０８ａ間で曲率が異なっていてもよい。

所定範囲Ｗ０における第１のレンズ部１０８ａの曲率半径Ｒｘは、Ｘ軸方向の発散角が２０度程度になるように設定されている。所定範囲Ｗ０における第１のレンズ部１０８ａの曲率半径Ｒｘは、たとえば、５０μｍである。所定範囲Ｗ０における第１のレンズ部１０８ａの曲率半径Ｒｘと第２のレンズ部１０８ｂの曲率半径Ｒｙは、たとえば、Ｒｘ：Ｒｙ＝１：２に設定される。

図８（ａ）は、比較例１に係るアイボックス内の光量分布を示すグラフ、図８（ｂ）は、実施の形態に係るアイボックス内の光量分布を示すグラフである。

比較例１では、第１のレンズ部１０８ａの発散角が、描画領域Ｄ１０の全ての範囲において一定に設定されている。比較例１では、全ての第１のレンズ部１０８ａの発散角が、図７（ｂ）の所定範囲Ｗ０と同様、２０度程度に設定されている。比較例１において、第１のレンズ部１０８ａの曲率半径Ｒｘは、描画領域Ｄ１０の全ての範囲において一定である。

図８（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、比較例１に係るスクリーン１０８と、実施の形態に係るスクリーン１０８とを用いた場合のアイボックス内の光量分布（シミュレーション結果）が示されている。実施の形態に係るスクリーン１０８は、図７（ｂ）に示すように発散角が調整されている。

図８（ａ）、（ｂ）のグラフにおいて、横軸は、アイボックスの横方向の位置、縦軸は、単位時間当たりの光量である。横軸は、アイボックスの横方向の中間位置が０に設定されている。なお、アイボックスの横方向は、スクリーン１０８のＸ軸方向に対応する。縦軸は、Ｘ軸方向におけるアイボックスの横方向の中間位置における光量を１として規格化されている。図８（ｂ）には、便宜上、図７（ｂ）に示す所定範囲Ｗ０および両側の範囲Ｗ１に対応する範囲が、それぞれ、Ｗ０およびＷ１として示されている。

図８（ａ）に示すように、比較例１では、アイボックス内における光量がアイボックスの両端に向かうに伴い大きくなっている。これは、走査部１０６によるレーザ光の走査速度が、描画領域Ｄ１０のＸ軸方向の両端に向かうに伴い遅くなるためである。比較例１では、このように、アイボックス内における光量がアイボックスの両端に向かうに伴い大きくなるため、観察者が視認する画像３０の明るさが不均一となる。

図８（ｂ）に示すように、実施の形態では、上記のように、走査方向（Ｘ軸方向）中央の所定範囲Ｗ０を除いた両側の範囲Ｗ１において、Ｘ軸方向の発散角が、端に向かって徐々に大きくなるよう、スクリーン１０８が構成されている。このため、アイボックス内における両側部分の光の光量が、端に向かうほど、中央部分に比べて弱められる。これにより、アイボックス内における画像全体の明るさが均一に近づけられている。その結果、実施の形態では、観察者が視認する画像の明るさが、アイボックス内の全領域において略均一となる。

なお、図８（ａ）、（ｂ）に付記した破線は、光量が、アイボックスの横方向の中間位置の光量の１．２倍となるレベルを示している。光量が１．２倍程度である範囲においては、画像の輝度ムラが小さいため、人の目により明るさの変化が視認されにくい。よって、この範囲においては、特に、アイボックス内の光量を調節せずとも、観察者に違和感を与えることなく画像を表示できる。

所定範囲Ｗ０は、アイボックス内において、光量が、アイボックスの横方向の中間位置の光量の１．２倍以下となる範囲に対応している。具体的には、所定範囲Ｗ０は、スクリーン１０８を走査するレーザ光の強度が一定である場合に、単位時間当たりにスクリーン１０８を透過するレーザ光の光量が、走査方向（Ｘ軸方向）における描画領域Ｄ１０の中間位置の１．２倍以下となる範囲に設定される。所定範囲Ｗ０は、この条件を満たすように設定されることが好ましい。

なお、所定範囲Ｗ０を、走査方向（Ｘ軸方向）における描画領域Ｄ１０の全範囲の４０％以上５０％以下の範囲に設定した場合、所定範囲Ｗ０は、上述の条件を略満たし得る。したがって、所定範囲Ｗ０を、走査方向（Ｘ軸方向）における描画領域Ｄ１０の全範囲の４０％以上５０％以下の範囲に設定することにより、観察者は、所定範囲Ｗ０において形成された画像を、輝度ムラによる違和感を持つことなく視認できる。

図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、スクリーン１０８の位置調整の方法を示す図である。この位置調整は、画像表示装置２０の製造工程において、所定の位置調製装置を用いて行われる。

図９（ａ）〜（ｃ）には、それぞれ、左側にスクリーン１０８の状態が示され、右側に位置調整装置における撮像素子３０１の状態が示されている。位置調整装置は、Ｘ−Ｙ平面に平行な方向におけるスクリーン１０８の位置調整を行うための機構部と、スクリーン１０８から出射された光を受光するための撮像素子３０１とを備えている。

位置調整工程において、図２に示す画像処理回路２０１は、Ｙ軸方向に延びる直線画像Ｒ１０がスクリーン１０８上に描画されるように、レーザ駆動回路２０２とミラー駆動回路２０３を制御する。直線画像Ｒ１０のＹ軸方向の長さは、描画領域Ｄ１０のＹ軸方向の長さよりも長く設定され、たとえば、スクリーン１０８のＹ軸方向の長さと略同じに設定される。直線画像Ｒ１０のＸ軸方向の幅は、非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄのＸ軸方向の幅と略同じに設定される。

図９（ａ）は、スクリーン１０８が、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面上の正規の位置に位置付けられた状態を示している。この場合、直線画像Ｒ１０の上端部および下端部は、それぞれ、非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄに位置づけられ、発散されることなく非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄを通過する。これにより、撮像素子３０１には、直線画像Ｒ１０の上端部および下端部に基づく光線部分Ｒ２１、Ｒ２２が投影される。直線画像Ｒ１０の上端部および下端部以外の中央部分は、描画領域Ｄ１０に配置された第１のレンズ部１０８ａ（図３（ａ）参照）によって、Ｘ軸方向に拡散される。これにより、撮像素子３０１には、直線画像Ｒ１０の中央部分に基づく拡散光Ｒ２３が投影される。

この場合、位置調整装置は、撮像素子３０１上に、光線部分Ｒ２１、Ｒ２２が同じ量だけ投影されていることを検出することにより、スクリーン１０８が、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面上の正規の位置に位置付けられていると判定する。

図９（ｂ）は、スクリーン１０８が、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面上において、正規の位置から反時計方向に回転した位置にある状態を示している。この場合、直線画像Ｒ１０の上端のみが非レンズ領域１０８ｃに位置づけられている。このため、撮像素子３０１上には、直線画像Ｒ１０の上端部に基づく光線部分Ｒ２１は投影されるが、直線画像Ｒ１０の下端部に基づく光線部分Ｒ２２は投影されない。位置調整装置は、光線部分Ｒ２１、Ｒ２２のうち光線部分Ｒ２１のみが撮像素子３０１上に投影されていることに基づき、スクリーン１０８を、上側の非レンズ領域１０８ｃを中心に、図８（ｂ）に矢印で示すように時計方向に回転させる。これにより、図９（ｃ）に示すように、直線画像Ｒ１０の下端部が非レンズ領域１０８ｄに位置づけられ、下端部に基づく光線部分Ｒ２２が撮像素子３０１に投影される。

この場合、位置調整装置は、撮像素子３０１上において、光線部分Ｒ２１の方が、光線部分Ｒ２２よりも多く投影されているため、光線部分Ｒ２１、Ｒ２２が互いに同じ量だけ投影されるように、スクリーン１０８を、図９（ｃ）に矢印で示すようにＹ軸正方向に移動させる。これにより、スクリーン１０８に対して直線画像Ｒ１０が図８（ａ）のように位置付けられる。位置調整装置は、撮像素子３０１上において、光線部分Ｒ２１、Ｒ２２が互いに同じ投影量となることにより、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面上の正規の位置に位置付けられていると判定する。こうして、位置調整が行われた後、スクリーン１０８が、接着剤等の固着手段によって、画像表示装置２０内に固定される。

なお、図９（ｂ）の例では、直線画像Ｒ１０の上端部が非レンズ領域１０８ｃに位置付けられたが、直線画像Ｒ１０の上端部および下端部の両方が、それぞれ、非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄに位置付けられない場合も起こり得る。この場合、位置調整装置は、撮像素子３０１の撮像画像を参照しつつ、所定の調整ステップによりスクリーン１０８をＸ−Ｙ平面に平行な方向に回転および移動させて、図９（ａ）に示すように、直線画像Ｒ１０の上端部および下端部が、それぞれ、非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄに等しく位置づけられるように、スクリーン１０８に対する位置調整を実行する。

ところで、上記のように、スクリーン１０８上におけるレーザ光のスポット径が各レンズの幅以下に設定される場合、スクリーン１０８に対するレーザ光の走査方法として、たとえば、レーザ光の走査方向（Ｘ軸方向）に１列に並ぶレンズ領域Ｌａ１（図４参照）の中央をビームＢ１が通るようにレーザ光を走査させる方法を用いることができる。

図１０（ａ）は、この場合の走査方法（比較例２）を示す図である。便宜上、図１０（ａ）では、スクリーン１０８の入射面側に形成された第１のレンズ部１０８ａの図示が省略されている。図１０（ａ）の破線は、スクリーン１０８の出射面側に形成された第２のレンズ部１０８ｂの境界を示している。

比較例２の走査方法では、走査ラインＬ１〜Ｌｎが、第２のレンズ部１０８ｂの幅方向（Ｙ軸方向）の中央位置に設定される。したがって、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１と、走査ラインＬ１〜ＬｎのピッチＰ２とが互いに同一である。なお、ピッチＰ１は、図４に示したレンズ領域Ｌａ１のＹ軸方向のピッチに対応する。

しかし、この走査方法では、レーザ光の走査位置とスクリーン１０８との位置関係が走査方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）にずれた場合に、表示画像に干渉縞が生じることが、発明者らによって確認された。

図１０（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、比較例２に係る走査方法において、レーザ光の走査位置と第２のレンズ部１０８ｂとの位置関係を走査方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）に変化させた場合に、画像３０に生じる干渉縞を模式的に示す図である。

図１０（ｂ）は、レーザ光の走査位置が第２のレンズ部１０８ｂの中央位置に位置付けられている場合、すなわち、レーザ光の走査位置とスクリーン１０８との位置関係が適正である場合の状態を示している。この場合、図１０（ｂ）に示すように、画像３０に干渉縞は生じない。

図１０（ｃ）〜（ｅ）は、それぞれ、レーザ光の走査位置が第２のレンズ部１０８ｂの中央位置からＹ軸方向にずれた場合の干渉縞の状態を示している。図１０（ｄ）では、図１０（ｃ）の場合よりも走査位置のずれ量が大きく、図１０（ｅ）では、図１０（ｄ）の場合よりも走査位置のずれ量が大きい。

図１０（ｃ）〜（ｅ）に示すように、比較例２の走査方法では、レーザ光の走査位置が第２のレンズ部１０８ｂの中央の位置からＹ軸方向にずれた場合に画像３０に干渉縞が生じ、ずれ量が大きくなるに伴い、干渉縞の数が増加する。このように、比較例２の走査方法では、画像３０に生じる干渉縞のために、画像３０の視認性が低下する。

このような問題を避けるため、比較例２の走査方法では、スクリーン１０８の設置時において、レーザ光が第２のレンズ部１０８ｂの中央を通るように、スクリーン１０８の設置位置を厳格に調整する作業が必要となる。ところが、こうして設置時にスクリーン１０８の位置を適正に調整した場合も、その後の温度変化等によってスクリーン１０８に変形等が生じると、レーザ光の走査位置と第２のレンズ部１０８ｂとの位置関係が崩れて、画像３０に干渉縞が生じてしまう。このため、比較例２の走査方法では、干渉縞を抑制して画像３０の視認性を良好に維持することが極めて困難である。

このような不都合を解消するため、本実施の形態では、画像３０に生じる干渉縞を目立たなくさせるために、以下のように、スクリーン１０８に対するレーザ光の走査方法が調整されている。

図１１（ａ）は、実施の形態におけるレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。図１１（ａ）においても、便宜上、スクリーン１０８の入射面側に形成された第１のレンズ部１０８ａの図示が省略されている。図１１（ａ）の破線は、スクリーン１０８の出射面側に形成された第２のレンズ部１０８ｂの境界を示している。

図１１（ａ）に示すように、実施の形態の走査方法では、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１に比べて、走査ラインＬ１〜ＬｎのピッチＰ２が小さく設定されている。したがって、所定の走査ラインにおいては、レーザ光の走査位置が第２のレンズ部１０８ｂの中央位置に対してＹ軸方向にずれる。また、これらの走査ラインでは、走査ラインごとに、第２のレンズ部１０８ｂの中央位置に対するレーザ光（ビームＢ１）の走査位置のずれ量が相違するようになる。さらに、所定の走査ラインにおいては、レーザ光（ビームＢ１）が、互いに隣り合う２つの第２のレンズ部１０８ｂに跨がることが起こり得る。

実施の形態の走査方法によれば、このように、走査ラインＬ１〜ＬｎのピッチＰ２を調整することにより、追って実験結果で示すように、画像３０に生じる干渉縞を目立たなくすることができる。

図１１（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、実施の形態に係る走査方法において、レーザ光の走査位置と第２のレンズ部１０８ｂとの位置関係を走査方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）に変化させた場合に、画像３０に生じる干渉縞を模式的に示す図である。

図１１（ｂ）は、レーザ光の走査位置とスクリーン１０８との位置関係が適正である場合の干渉縞の状態を示している。また、図１１（ｃ）〜（ｅ）は、レーザ光の走査位置がスクリーン１０８に対して相対的にＹ軸方向にずれた場合の干渉縞の状態を示している。図１１（ｄ）では、図１１（ｃ）の場合よりも走査位置のずれ量が大きく、図１１（ｅ）では、図１１（ｄ）の場合よりも走査位置のずれ量が大きい。

図１１（ｂ）に示すように、実施の形態の走査方法では、レーザ光の走査位置とスクリーン１０８との位置関係が適正である場合も、画像３０に干渉縞が生じ得る。しかし、ここで生じる干渉縞は、微細、且つ、濃淡の差が小さいため、画像３０において極めて目立ちにくいものとなる。特に、画像３０の背景色が黒である場合、干渉縞は略視認され得ないものとなる。

また、図１１（ｃ）〜（ｅ）に示すように、実施の形態の走査方法では、レーザ光の走査位置が正規の位置からＹ軸方向にずれた場合も、図１１（ｂ）の場合と同様の干渉縞が生じる。なお、ここでは、レーザ光の走査位置のずれ量に応じて、干渉縞が上下方向に移動する。しかし、これらの場合も、画像３０に生じた干渉縞は、図１１（ｂ）の場合と同様、微細、且つ、濃淡の差が小さいため、画像３０において極めて目立ちにくいものとなる。

このように、本実施の形態の走査方法によれば、画像３０に生じる干渉縞が、微細、且つ、濃淡の差が小さいものとなるため、画像３０において極めて目立ちにくくできる。よって、画像３０の視認性を良好に維持できる。また、レーザ光の走査位置が正規の位置からＹ軸方向にずれても、干渉縞の生じ方が略変わらない。このため、温度変化等によってスクリーン１０８に変形等が生じて、スクリーン１０８に対するレーザ光の走査位置がＹ軸方向に相対的にずれたとしても、画像３０の視認性を良好に維持することができる。

＜実験＞
発明者らは、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１（図４に示すレンズ領域Ｌａ１の走査方向に垂直な方向のピッチ）に対する走査ラインのピッチＰ２の割合を変化させた場合に画像３０に生じる干渉縞を実験により確認した。

実験では、上記実施の形態と同様、入射面と出射面にそれぞれ第１のレンズ部１０８ａと第２のレンズ部１０８ｂが形成されたスクリーン１０８を用いた。なお、第２のレンズ部１０８ｂについては、図７（ｂ）に示した発散角の調整を行わず、第２のレンズ部１０８ｂの全てにおいて発散角を同一とした。

実験の条件は、以下のように設定した。

・第１のレンズ部１０８ａの幅 … ５０μｍ
・第２のレンズ部１０８ｂの幅 … ５０μｍ
・第１のレンズ部１０８ａによるレーザ光の広がり角 … ±２２度
・第２のレンズ部１０８ｂによるレーザ光の広がり角 … ±１０度
・第１のレンズ部１０８ａと第２のレンズ部１０８ｂとの距離 … ０．３ｍｍ
・スクリーン１０８の入射面におけるビーム径（ＦＷＨＭの場合） … ４５μｍ

上記条件のうち、レーザ光の広がり角は、レーザ光の光軸を中心として互いに離れる方向をそれぞれ正負として示した。また、スクリーン１０８は、第１のレンズ部１０８ａと第２のレンズ部１０８ｂが、それぞれ、厚み０．３ｍｍのシートの表裏面に形成されたものを用いた。したがって、第１のレンズ部１０８ａと第２のレンズ部１０８ｂとの距離は０．３ｍｍであった。

実験では、上記実施の形態と同様の光学系を備えた画像表示装置２０で白色無地の画像３０を表示させ、アイボックスの位置で画像３０を撮像した。

図１２（ａ）〜図１４（ｂ）は、それぞれ、本実験において撮像された画像の写真である。各写真の右上の隅には、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１に対する走査ラインのピッチＰ２の割合（Ｐ２／Ｐ１）が付記されている。

図１２（ａ）〜図１４（ｂ）を参照すると、実施の形態の走査方法によれば、画像３０に生じた干渉縞の濃淡の差が小さく、干渉縞が目立ちにくいことが分かる。特に、図１３（ａ）〜図１４（ａ）を参照すると、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１に対する走査ラインのピッチＰ２の割合が０．５〜０．７の範囲では、画像３０に生じる干渉縞が、微細、且つ、濃淡の差が小さいため、画像３０において干渉縞が極めて目立ちにくくなることが分かる。とりわけ、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１に対する走査ラインのピッチＰ２の割合が０．６である場合は、図１３（ｂ）に示すように、画像３０に殆ど干渉縞が視認され得ないことが分かる。

以上の実験結果から、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１（図４に示したレンズ領域Ｌａ１の走査方向に垂直な方向のピッチ）よりも走査ラインのピッチＰ２を小さく設定することにより、画像３０に生じた干渉縞を目立たなくできることが確認できた。特に、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１に対する走査ラインのピッチＰ２の割合を０．５〜０．７の範囲に設定することにより、画像３０に生じた干渉縞を目立たなくでき、とりわけ、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１に対する走査ラインのピッチＰ２の割合を０．６付近に設定することにより、画像３０に殆ど干渉縞が視認され得ない状態にできることが確認できた。このことから、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１に対する走査ラインのピッチＰ２の割合は、０．５〜０．７の範囲に設定することが好ましく、とりわけ、この割合は、０．６付近に設定することが好ましいと言える。

なお、発明者らは、上記実験において、スクリーン１０８に対するレーザ光の走査位置を走査方向に垂直な方向にずらしながら、干渉縞の状態を目視で確認した。その結果、それぞれのピッチＰ１に対するピッチＰ２の割合において、スクリーン１０８に対するレーザ光の走査位置を上記のようにずらしても、干渉縞が上下方向に移動するのみで、干渉縞のパターン自体は略変化しなかった。このことから、温度変化等によってスクリーン１０８に変形等が生じ、これにより、スクリーン１０８に対するレーザ光の走査位置が走査方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）に相対的にずれたとしても、干渉縞による画像３０の劣化を抑制でき、画像３０の視認性を良好に維持できることが確認できた。

なお、実施の形態の走査方法において、上記のように干渉縞が微細、且つ、濃淡差が小さくなるのは、以下の理由によるものと考えられる。

図１５（ａ）は、実施の形態の走査方法を示し、図１５（ｂ）は、比較例２の走査方法を示している。図１５（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、第２のレンズ部１０８ｂとレーザビームの強度分布との関係が示されている。図１５（ａ）の下段には、第２のレンズ部１０８ｂ２に設定された２つの走査ラインをレーザビームが走査したときの強度分布が示されている。

図１５（ａ）に示すように、実施の形態では、走査ラインのピッチＰ２が第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１よりも小さく設定されている。このため、ビームＢ１は、２つないし３つの第２のレンズ部１０８ｂ（１０８ｂ−１、１０８ｂ−２、１０８ｂ−３）を跨っており、それぞれ異なる強度分布で３つの第２のレンズ部１０８ｂから光が出射される。１本のレーザビームが複数の第２のレンズ部１０８ｂを通過して出射されることで、複数の開口から同位相の光が出力されるのと同じ効果となり、画像３０に干渉縞が生じる。

実施の形態では、１つの第２のレンズ部１０８ｂに対し複数の走査ラインで走査を行うことにより、１ラインごとに、３つの第２のレンズ部１０８ｂを通過する光強度が異なるため、生じる干渉縞のパターンが互いに異なるようになる。したがって、スクリーン１０８の全範囲が走査される間に、互いにパターンが異なる数種の干渉縞が生じることになる。このとき、上記のようにスクリーン１０８に対する走査周波数が高いため、これら数種の干渉縞が短時間の間に重畳的に視認される。このため、これら数種の干渉縞が視覚的に平均化され（撮像の場合は電気的に平均化され）、画像全体として視認される干渉縞が薄くなり、全体的に目立たなくなる。比較例２の走査方法では、１つの第２のレンズ部１０８ｂに対して走査ラインが１つだけ設定されているため、実施の形態の走査方法のように、互いにパターンが異なる数種の干渉縞が生じることがなく、生じた干渉縞が視覚的に平均化されることもない。

したがって、上記実験の条件に拘わらず、ビームＢ１の径がレンズ領域Ｌａ１のＹ軸方向の幅（第２のレンズ部１０８ｂの幅）よりも小さく、且つ、ピッチＰ１よりもピッチＰ２が小さく設定されれば、レンズ領域Ｌａ１のサイズ等が上記条件と相違しても、上記実験と同様の効果が奏され得ると想定される。

＜実施形態の効果＞
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。

図１１（ａ）に示したように、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１（図４に示したレンズ領域Ｌａ１の走査方向に垂直な方向のピッチ）よりも走査ラインのピッチＰ２が小さく設定されるため、上記実験で検証したとおり、画像３０に生じる干渉縞を目立たなくすることができる。また、このようにピッチＰ２を設定することにより、温度変化等によりスクリーン１０８に変形等が生じてスクリーン１０８に対するレーザ光の走査位置が相対的に変化したとしても、画像３０に生じる干渉縞を目立たない状態に維持できる。よって、画像３０の視認性を良好に保つことができる。

なお、上記実験で検証したとおり、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１（レンズ領域Ｌａ１の走査方向に垂直な方向のピッチ）に対する走査ラインのピッチＰ２の割合（Ｐ２／Ｐ１）が、０．５以上０．７以下の範囲に設定されることが好ましい。これにより、図１３（ａ）〜図１４（ａ）に示したとおり、干渉縞を顕著に目立たなくすることができる。

特に、第２のレンズ部１０８ｂのピッチＰ１（レンズ領域Ｌａ１の走査方向に垂直な方向のピッチ）に対する走査ラインのピッチＰ２の割合（Ｐ２／Ｐ１）は、０．６付近に設定されることが好ましい。これにより、図１３（ｂ）に示したとおり、干渉縞が殆ど視認され得ない状態とすることができる。

図２に示したとおり、光源１０１とスクリーン１０８との間に、３つのレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃからそれぞれ出射されたレーザ光の光軸を整合させるためのミラー１０４および２つのダイクロイックミラー１０５ａ、１０５ｂ（光軸整合部）が配置されている。これにより、干渉縞に色割れが生じることを抑制することができる。すなわち、各波長のレーザ光の光軸が互いにずれていると、スクリーン１０８上における各波長のレーザ光の走査位置にずれが生じ、各波長のレーザ光に基づく干渉縞にずれが生じる。これにより、干渉縞の縁部分に、各波長に基づく色の線状の領域が互いに分離した状態で現れる。これに対し、本実施の形態では、各波長のレーザ光の光軸が互いに整合した状態で、各波長のレーザ光がスクリーン１０８に導かれるため、各波長のレーザ光に基づく干渉縞にずれが生じることがない。よって、干渉縞の縁部分に各波長の色の線状の領域が生じること、すなわち、干渉縞の色割れが抑制され得る。

図２に示したとおり、光源１０１とスクリーン１０８との間に、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃからそれぞれ出射されたレーザ光のビームサイズおよびビーム形状を揃えるためのコリメータレンズ１０２ａ〜１０２ｃおよびアパーチャ１０３ａ〜１０３ｃ（ビーム整形部）が配置されている。これにより、所定波長のビームＢ１の周りに他の波長のビームＢ１が大きくはみ出すことが抑制される。よって、各波長のレーザ光に基づく干渉縞を略同様の状態にでき、干渉縞に色割れが生じることを抑制できる。

なお、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃのうち、赤色波長のレーザ光を出射するレーザ光源１０１ａは、他の２つのレーザ光源１０１ｂに比べてレーザ光の放射角が大きいため、アパーチャ１０３ａを透過した後の赤色波長のレーザ光のビームサイズが、青色波長のレーザ光と緑色波長のレーザ光に比べてやや大きくなり得る。しかし、この場合も、上記のように、各波長のレーザ光の光軸を整合させることにより、干渉縞に色割れが生じることを抑制することができる。

この他、スクリーン１０８が、図３（ａ）、（ｂ）および図５（ａ）〜図７（ｂ）の構成を備える場合は、以下の効果が奏され得る。

画像が描画される描画領域Ｄ１０のうち、走査方向（Ｘ軸方向）中央の所定範囲Ｗ０を除いた両側の範囲Ｗ１において、Ｘ軸方向の発散角が、端に向かって徐々に大きくなるよう、スクリーン１０８が構成されているため、アイボックス内における両側部分の光の光量が、端に向かうほど、中央部分に比べて弱められる。このため、アイボックス内における画像全体の明るさを均一に近づけることができる。また、スクリーン１０８は、走査方向（Ｘ軸方向）中央の所定範囲Ｗ０において発散角が一定であるため、走査方向全範囲において発散角を精緻に調整する必要がない。よって、スクリーン１０８を容易に構成することができる。

また、所定範囲Ｗ０は、走査方向（Ｘ軸方向）における描画領域Ｄ１０の全範囲の４０％以上５０％以下の範囲に設定される。あるいは、所定範囲Ｗ０は、スクリーン１０８を走査するレーザ光の強度が一定である場合に、単位時間当たりにスクリーン１０８を透過するレーザ光の光量が、走査方向（Ｘ軸方向）における描画領域Ｄ１０の中間位置の１．２倍以下となる範囲に設定される。このように所定範囲Ｗ０を設定することにより、特に、所定範囲Ｗ０においてＸ軸方向の発散角を調整せずとも、観察者に輝度ムラによる違和感なく、画像を視認させることができる。

また、本実施の形態では、スクリーン１０８の入射面と出射面に、それぞれ、第１のレンズ部１０８ａと第２のレンズ部１０８ｂとが配置されているため、入射面側の第１のレンズ部１０８ａに対してのみ、発散角の調整を施せばよい。よって、スクリーン１０８に対する発散角の調整を容易に行い得る。

さらに、本実施の形態では、描画領域Ｄ１０よりも上側および下側の位置に、それぞれ、入射した光を発散させることなく通過させる所定サイズの非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄが配置されている。これにより、図９（ａ）〜（ｃ）を参照して説明したとおり、簡便な作業により、スクリーン１０８をＸ−Ｙ平面に平行な平面上の所定の位置に位置付けることができる。

＜変更例１＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、また、本発明の適用例も、上記実施の形態の他に、種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、スクリーン１０８の入射面と出射面に、それぞれ、第１のレンズ部１０８ａと第２のレンズ部１０８ｂとを配置したが、スクリーン１０８の入射面と出射面の何れか一方に、レーザ光をＸ軸方向およびＹ軸方向に発散させるためのレンズ群を配置する構成であってもよい。

図１６（ａ）は、スクリーン１０８の入射面に、レーザ光を走査方向（Ｘ軸方向）および走査方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）に発散させるための複数のレンズ部１０８ｅ（マイクロレンズアレイ）を配置した構成例を示す図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の一部の領域をＺ軸正側から見た拡大図である。

なお、この構成では、１つのレンズ部１０８ｅが、図４に示した１つのレンズ領域Ｌａ１に対応する。

図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、スクリーン１０８の入射面には、平面視において矩形のレンズ部１０８ｅが、Ｘ軸に平行な横方向とＹ軸に平行な縦方向に所定数ずつ並ぶように形成されている。各レンズ部１０８ｅの横方向の幅Ｗｘは互いに同一であり、また、各レンズ部１０８ｅの縦方向の幅Ｗｙも互いに同一である。幅Ｗｘ、Ｗｙは、数５０μｍ程度である。図１６（ｂ）の例では、幅Ｗｘと幅Ｗｙが互いに同一の寸法に設定されているが、幅Ｗｘと幅Ｗｙの寸法が異なっていてもよい。

各レンズ部１０８ｅは、Ｘ軸方向の曲率半径ＲｘとＹ軸方向の曲率半径Ｒｙが互いに異なっている。ここで、曲率半径Ｒｘは曲率半径Ｒｙよりも小さく設定される。従って、レンズ部１０８ｅは、Ｘ軸方向の曲率がＹ軸方向の曲率よりも大きくなっている。このようにレンズ部１０８ｅの曲率を設定することにより、上記実施の形態と同様、各レンズ部１０８ｅを透過するレーザ光を、効率良く、運転者２の目２ａの位置周辺の横長の領域（アイボックス領域）に導くことができる。レンズ部１０８ｅの曲率は、アイボックス領域の形状に応じて決定される。

この変更例では、図７（ａ）に示す所定範囲Ｗ０において、各レンズ部１０８ｅの曲率半径Ｒｘが一定であり、且つ、両側の範囲Ｗ１において、各レンズ部１０８ｅの曲率半径ＲｘがＸ軸正負の両端に向かうに伴い小さくなるように設定され得る。これにより、図７（ｂ）に示すＸ軸方向の発散角の分布が実現される。なお、各レンズ部１０８ｅの曲率半径Ｒｙは、全てのレンズ部１０８ｅにおいて同一である。所定範囲Ｗ０における曲率半径Ｒｘと、曲率半径Ｒｙとの関係は、たとえば、Ｒｘ：Ｒｙ＝１：２に設定される。

このように、レンズ部１０８ｅの曲率半径Ｒｘ、Ｒｙを設定することにより、本変更例においても、図７（ｂ）に示す光量分布を実現できる。これにより、アイボックス内における画像全体の明るさを均一に近づけることができる。

なお、本変更例においても、描画領域Ｄ１０よりも上側および下側の位置に、非レンズ領域１０８ｃ、１０８ｄが設けられている。これにより、図９（ａ）〜（ｃ）を参照して説明した簡便な作業により、スクリーン１０８を、Ｘ−Ｙ平面の所定の位置に位置付けることができる。

また、上記実験で用いたレンズと同様、全てのレンズ部１０８ｅの曲率半径Ｒｘが同一に設定され、全てのレンズ部１０８ｅにおけるＸ軸方向の発散角が同一であってもよい。

なお、発明者らは、上記実施の形態の走査方法により、変更例１に係るスクリーン１０８と上記実施の形態のスクリーン１０８を走査した場合とで、画像３０において生じる干渉縞の状態が相違するかを目視により確認した。その結果、変更例１のスクリーン１０８を用いた場合にも、上記実施の形態のスクリーン１０８を用いた場合と同様、画像３０において干渉縞を目立たなくできるとの効果が確認できた。

ただし、変更例１のスクリーン１０８を用いた場合に比べて、上記実施の形態のスクリーン１０８を用いた場合は、干渉縞の色割れが抑制された。これは、上記実施の形態のスクリーン１０８では、第１のレンズ部１０８ａと第２のレンズ部１０８ｂとが光軸方向に離間しているため、この離間距離によって、第１のレンズ部１０８ａによって発散されたレーザ光のアイボックス付近の焦点位置と、第２のレンズ部１０８ｂによって発散されたレーザ光のアイボックス付近の焦点位置との間に、僅かなずれ（視差）が生じるためであると考えられる。

したがって、干渉縞の色割れを抑制して、干渉縞をより目立たなくするためには、上記実施の形態のように、レーザ光の入射面にレーザ光をＸ軸方向（第１の方向）のみに発散させる複数の第１のレンズ部１０８ａを備え、レーザ光の出射面にレーザ光をＹ軸方向（第２の方向）に垂直な方向のみに発散させる複数の第２のレンズ部１０８ｂを備えたスクリーン１０８を用いることが好ましいと言える。

なお、上記実施の形態では、スクリーン１０８の入射面に第１のレンズ部１０８ａが形成され、スクリーン１０８の出射面に第２のレンズ部１０８ｂが形成されたが、スクリーン１０８の入射面にレーザ光をＹ軸方向（第２の方向）に発散させる複数の第２のレンズ部１０８ｂが形成され、スクリーン１０８の出射面にレーザ光をＸ軸方向（第１の方向）に発散させる複数の第１のレンズ部１０８ａが形成されてもよい。

＜変更例２＞
上記実施の形態では、スクリーン１０８の位置が固定であったが、画像の表示動作において、スクリーン１０８がＺ軸方向に移動されてもよい。

図１７は、変更例２に係る画像表示装置２０の照射光生成部２１および照射光生成部２１に用いる回路の構成を示す図である。

図１７に示すように、本変更例では、図２の構成に比べて、駆動部１０９と、スクリーン駆動回路２０４が追加されている。駆動部１０９は、スクリーン１０８をレーザ光の進行方向に平行な方向（Ｚ軸方向）に往復移動させる。駆動部１０９は、たとえば、コイルと磁石を用いたアクチュエータにより構成される。たとえば、スクリーン１０８を保持するホルダが、板バネを介して、レーザ光の進行方向に平行な方向（Ｚ軸方向）に移動可能に、ベースに支持される。コイルは、ホルダ側に設置され、磁石はベース側に設置される。スクリーン駆動回路２０４は、画像処理回路２０１からの制御信号に応じて、スクリーン１０８を駆動する。

図１８（ａ）は、変更例２に係るスクリーン１０８の移動工程の一例を示す図であり、図１８（ｂ）は、変更例２に係る画像表示装置２０においてスクリーン１０８を移動させることにより表示される画像の一例を示す図である。

図１８（ａ）に示すように、スクリーン１０８は、時刻ｔ０〜ｔ４を１サイクルとして移動が繰り返される。時刻ｔ０〜ｔ１の間に、スクリーン１０８は、初期位置Ｐｓ０から最遠位置Ｐｓ１へと移動され、時刻ｔ１〜ｔ４の間に、スクリーン１０８は、最遠位置Ｐｓ１から初期位置Ｐｓ０へと戻される。スクリーン１０８の移動周期、すなわち、時刻ｔ０〜ｔ４の時間は、たとえば、１／６０秒である。

時刻ｔ０〜ｔ１は、図１８（ｂ）において、奥行き方向に広がる奥行き画像Ｍ１を表示するための期間であり、時刻ｔ１〜ｔ４は、図１８（ｂ）において、鉛直方向に広がる鉛直画像Ｍ２を表示するための期間である。図１８（ｂ）の例において、奥行き画像Ｍ１は、ナビゲーション機能により乗用車１が道路Ｒ１を曲がるべき方向を運転者２に示唆するための矢印であり、鉛直画像Ｍ２は、歩行者Ｈ１が居ることを運転者２に注意喚起するためのマーキングである。たとえば、奥行き画像Ｍ１と鉛直画像Ｍ２は、互いに異なる色で表示される。

時刻ｔ０〜ｔ１において、スクリーン１０８は、初期位置Ｐｓ０から最遠位置Ｐｓ１まで線形に移動される。スクリーン１０８が移動すると、これに伴い、ウインドシールド１２前方の虚像が結像する位置が奥行き方向に移動する。したがって、奥行き画像Ｍ１の奥行き方向の各位置にスクリーン１０８が在るときに、奥行き画像Ｍ１に対応する走査ライン上の、奥行き画像Ｍ１に対応するタイミングにおいて、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃを発光させることにより、ウインドシールド１２の投射領域１３の前方に、図１８（ｂ）に示すような奥行き画像Ｍ１を虚像として表示させることができる。

一方、鉛直画像Ｍ２は、奥行き方向には変化せず、鉛直方向のみに広がっているため、スクリーン１０８を、鉛直画像Ｍ２に対応する位置に固定して、虚像の生成を行う必要がある。図１８（ａ）の停止位置Ｐｓ２は、鉛直画像Ｍ２の奥行き位置に対応するスクリーン１０８の位置である。スクリーン１０８は、最遠位置Ｐｓ１から初期位置Ｐｓ０に戻る間に、停止位置Ｐｓ２において、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間、停止される。この間に、鉛直画像Ｍ２に対応する走査ライン上の、鉛直画像Ｍ２に対応するタイミングにおいて、レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃを発光させることにより、ウインドシールド１２の投射領域１３の前方に、図１８（ｂ）に示すような鉛直画像Ｍ２を虚像として表示させることができる。

以上の制御は、図１７に示す画像処理回路２０１によって行われる。この制御により、時刻ｔ０〜時刻ｔ４の間に、奥行き画像Ｍ１と鉛直画像Ｍ２が虚像として表示される。上記の制御では、奥行き画像Ｍ１の表示タイミングと鉛直画像Ｍ２の表示タイミングにずれが生じるが、このずれは極めて短時間であるため、運転者２は、奥行き画像Ｍ１と鉛直画像Ｍ２を重ねた画像を認識する。こうして、運転者２は、投射領域１３の前方に、映像信号に基づく画像（奥行き画像Ｍ１、鉛直画像Ｍ２）を、道路Ｒ１および歩行者Ｈ１を含む風景に重ねて見ることができる。

なお、図１８（ｂ）では、鉛直画像Ｍ２が１つであったため、図１８（ａ）の工程において、スクリーン１０８の停止位置Ｐｓ２が１つに設定されたが、鉛直画像Ｍ２が複数あれば、それに応じて、図１８（ａ）の工程において、停止位置が複数設定される。ただし、図１８（ａ）の工程において、時刻ｔ０〜ｔ４の時間は一定であり、時刻ｔ４は不変であるため、停止位置の数の増減に応じて、停止位置前後のスクリーン１０８の移動速度（図１８（ａ）の波形の傾き）が変更されることになる。

この変更例２においても、上記実施の形態の走査方法を用いることにより、画像３０に生じる干渉縞を抑制できる。

＜その他の変更例＞
上記実施の形態では、光源１０１が３つのレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃを備える構成であったが、１つのレーザ光源の基板に出射波長が異なる複数の発光素子がマウントされたマルチ発光のレーザ光源が、光源１０１として用いられてもよい。この場合、各発光素子から出射されたレーザ光は、たとえば、波長選択性の回折格子によって光軸が整合される。

また、上記実施の形態では、本発明を乗用車１に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用した例を示したが、本発明は、車載用に限らず、他の種類の画像表示装置にも適用可能である。

また、画像表示装置２０および照射光生成部２１の構成は、図１（ｃ）および図２、図１７に記載された構成に限られるものではなく、適宜、変更可能である。さらに、第１のレンズ部１０８ａや第２のレンズ部１０８ｂ、レンズ部１０８ｅは、スクリーン１０８に一体形成されてもよく、あるいは、これらレンズ部を有する透明なシートをスクリーン１０８の基材に貼りつける構成であってもよい。

本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

２０ … 画像表示装置
２２ … ミラー（光学系）
１０１ … 光源
１０６ … 走査部
１０８ … スクリーン
１０８ａ … 第１のレンズ部
１０８ｂ … 第２のレンズ部
２０３ … ミラー駆動回路（駆動部）
Ｌａ１ … レンズ領域
Ｐ１、Ｐ２ … ピッチ
Ｌ１〜Ｌ７ … 走査ライン

Claims (5)

1. レーザ光を出射する光源と、
   前記レーザ光で２次元に走査されることにより画像が描画されるスクリーンと、
   前記レーザ光を前記スクリーンに対し走査させる走査部と、
   第１の方向に平行な複数の走査ラインに沿って一方向に前記レーザ光が前記スクリーン上を移動するよう前記走査部を駆動する駆動部と、
   前記スクリーンに描画された画像の虚像を生成する光学系と、を備え、
   前記スクリーンには、前記第１の方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向にそれぞれ並ぶように複数のレンズ領域が配置され、
   前記駆動部は、前記第２の方向における前記レンズ領域のピッチに対する前記走査ラインのピッチの割合が、０．５以上０．７以下の範囲となるように、前記複数の走査ラインを設定する、
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記レンズ領域の前記ピッチに対する前記走査ラインの前記ピッチの割合が、０．６付近に設定されている、
   ことを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１または２に記載の画像表示装置において、
   前記光源は、互いに異なる波長の複数種類のレーザ光を出射し、
   前記光源と前記スクリーンとの間に、前記複数種類のレーザ光の光軸を整合させる光軸整合部を備える、
   ことを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項３に記載の画像表示装置において、
   前記光源と前記スクリーンとの間に、前記複数種類のレーザ光のビームサイズおよびビーム形状を揃えるためのビーム整形部を備える、
   ことを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項３または４に記載の画像表示装置において、
   前記スクリーンは、前記レーザ光の入射面および出射面のうち、一方に、前記レーザ光を前記第１の方向のみに発散させる複数の第１のレンズ部を備え、他方に、前記レーザ光を前記第２の方向のみに発散させる複数の第２のレンズ部を備え、前記レーザ光の入射方向に見て前記第１のレンズ部と前記第２のレンズ部とが重なる領域が、前記１つのレンズ領域となっている、
   ことを特徴とする画像表示装置。