WO2013153655A1 - 光学素子、ヘッドアップディスプレイ及び光源ユニット - Google Patents

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WO2013153655A1
WO2013153655A1 PCT/JP2012/060035 JP2012060035W WO2013153655A1 WO 2013153655 A1 WO2013153655 A1 WO 2013153655A1 JP 2012060035 W JP2012060035 W JP 2012060035W WO 2013153655 A1 WO2013153655 A1 WO 2013153655A1
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WO
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microlens array
optical element
microlens
light
curvature
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PCT/JP2012/060035
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French (fr)
Inventor
野本　貴之
育也 菊池
Original Assignee
パイオニア株式会社
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0043—Inhomogeneous or irregular arrays, e.g. varying shape, size, height
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility

Definitions

  • the present invention relates to a display technology using a microlens array.
  • Patent Document 1 proposes an image forming apparatus including a laser projector that uses a laser beam as a light source and projects an image formed by an array of a plurality of pixels, and a microlens array in which a plurality of microlenses are arrayed. ing.
  • a microlens array When a microlens array is used, incident light can be appropriately dispersed and a necessary diffusion angle (emission angle) can be freely designed.
  • the viewing angle in each axial direction is controlled by adjusting the curvature radius and the aspherical coefficient separately along two axes orthogonal to each other on a plane perpendicular to the optical axis. The technique to be performed is described.
  • techniques related to the present invention are disclosed in Patent Documents 3 and 4.
  • the main object of the present invention is to provide an optical element, a head-up display, and a light source unit that allow an observer to visually recognize the entire display image while appropriately adjusting the luminance.
  • the invention according to claim 1 is an optical element having a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, and the microlens array has a plurality of regions having different curvature radii of the arranged microlenses. In the plurality of regions, the radius of curvature of the arranged microlenses is smaller as the region is farther from the center of the microlens array.
  • the invention according to claim 7 is a light source unit comprising: an optical element having a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged; and a light source that emits light constituting a display image on the optical element,
  • the microlens array has a plurality of regions with different curvature radii of the arranged microlenses, and the plurality of regions have a curvature radius of the arranged microlenses as a region away from the center of the microlens array. It is small.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a head-up display. It is a block diagram which shows a part of light source unit.
  • the front view of the optical element for intermediate image generation concerning a present Example is shown. A state in which light enters the microlens is shown. In an Example, it is the figure which showed schematically the breadth of the light which injects into an eye point from a combiner. In a comparative example, it is the figure which showed roughly the breadth of the light which injects into an eye point from a combiner.
  • the front view of the optical element for intermediate image generation which concerns on the modification 1 is shown.
  • the front view of the optical element for intermediate image generation which concerns on the modification 2 is shown.
  • FIG. 10 is a perspective view of an intermediate image generating optical element according to Modification 3. It is a figure which shows the specific structure of a 1st micro lens array and a 2nd micro lens array.
  • FIG. 10 is a perspective view of an intermediate image generating optical element according to Modification 3.
  • an optical element having a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, wherein the microlens array has a plurality of regions having different curvature radii of the arranged microlenses. In the plurality of regions, the radius of curvature of the arranged microlenses is smaller as the region is farther from the center of the microlens array.
  • the above optical element has a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged.
  • the microlens array has a plurality of regions with different curvature radii of the arranged microlenses. In the plurality of regions, the radius of curvature of the arranged microlenses is smaller as the region is farther from the center of the microlens array.
  • the light emitted to a position close to the center of the microlens array constitutes a pixel close to the center of the display image visually recognized by the observer
  • the light emitted to the outer position of the microlens array is a display visually recognized by the observer.
  • the diffusion angle of light emitted from the region increases as the region where the microlenses having a small curvature radius are arranged.
  • the optical element is configured such that the radius of curvature of the arranged microlenses becomes smaller in a region farther from the center of the microlens array.
  • the microlens array includes, as the plurality of regions, an outer region provided in an outer peripheral portion of the microlens array, and an inner region surrounded by the outer region,
  • the curvature radius of the microlens arranged in the outer region is smaller than the curvature radius of the microlens arranged in the inner region.
  • the microlens array includes, as the plurality of regions, outer regions formed at both ends of the microlens array in the longitudinal direction of the microlens array, and the outer regions in the longitudinal direction. And the radius of curvature of the microlens arranged in the outer region is smaller than the radius of curvature of the microlens arranged in the inner region.
  • the portion of the display image formed by the light transmitted through both end portions in the longitudinal direction of the microlens array tends to be missing from the observer's field of view. Therefore, according to this aspect, the optical element allows the viewer to visually recognize the entire display image while clearly viewing the inner portion of the display image on which relatively important information is displayed with high brightness. it can.
  • the microlens array further includes one or a plurality of intermediate regions existing between the outer region and the inner region as the plurality of regions, and the intermediate region
  • the radius of curvature of the microlens arranged in the inner region is smaller than the radius of curvature of the microlens arranged in the inner region and larger than the radius of curvature of the microlens arranged in the outer region.
  • the optical element can increase the luminance stepwise from the outer side to the inner side of the display image and improve the visibility.
  • the first microlens array or the second microlens has a first microlens array and a second microlens array in which a plurality of microlenses are arranged and arranged to face each other. At least one of the arrays is configured as the microlens array.
  • the inner part of the display image on which relatively important information is displayed is preferably displayed to the observer with high brightness. The observer can visually recognize the entire display image while clearly visualizing the image.
  • the head-up display includes the optical element described above, and causes an image formed by the optical element to be visually recognized as a virtual image from the position of the user's eyes.
  • the head-up display includes the above-described optical element, so that the viewer can clearly see the inner part of the display image on which relatively important information is displayed with high brightness, and the entire display image can be viewed by the viewer. Can be visually recognized.
  • a light source unit comprising: an optical element having a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged; and a light source that emits light constituting a display image on the optical element.
  • the microlens array has a plurality of regions having different curvature radii of the arranged microlenses, and the plurality of regions are arranged such that the regions farther from the center of the microlens array are closer to the curvature radius of the arranged microlenses. Is small.
  • the light source is a laser scanning light source.
  • the scanning speed becomes slower as it approaches the both ends of the optical element in the light scanning direction (sub-scanning direction) due to the nature of the laser scanning light source.
  • the luminance tends to increase toward both ends of the display image in the horizontal direction. Therefore, according to this aspect, the light source unit allows the observer to clearly see the inner part of the display image on which relatively important information is displayed with high brightness, and the outer part of the display image has sufficient brightness. Can keep.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a head-up display 100.
  • the head-up display 100 includes the light source unit 1 and the combiner 16, and is mounted on a vehicle including a windshield 25, a ceiling portion 27, a hood 28, a dashboard 29, and the like. Is done.
  • the light source unit 1 is installed on the ceiling portion 27 in the passenger compartment, and directs light constituting an image indicating information for assisting driving such as the position of the vehicle, the traveling speed of the vehicle, map information, and facility data to the combiner 16. And exit. Specifically, the light source unit 1 generates an intermediate image in the light source unit 1 and emits light constituting the image to the combiner 16 so that the driver can visually recognize the virtual image “Iv” via the combiner 16.
  • the combiner 16 projects the display image emitted from the light source unit 1 and reflects the display image to the driver's eye point “Pe” to display the display image as a virtual image Iv.
  • the combiner 16 has a support shaft portion 15 installed on the ceiling portion 27 and rotates around the support shaft portion 15 as a support shaft.
  • the support shaft portion 15 is installed, for example, in the vicinity of a ceiling portion 27 near the upper end of the windshield 25, in other words, a position where a sun visor (not shown) for the driver is installed.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a part of the light source unit 1.
  • the light source unit 1 includes an image signal input unit 2, a video ASIC 3, a frame memory 4, a ROM 5, a RAM 6, a laser driver ASIC 7, a MEMS control unit 8, and a laser light source unit 9. , A MEMS mirror 10 and an intermediate image generating optical element 11.
  • the image signal input unit 2 receives an image signal input from the outside and outputs it to the video ASIC 3.
  • the video ASIC 3 is a block that controls the laser driver ASIC 7 and the MEMS control unit 8 based on the image signal input from the image signal input unit 2 and the scanning position information “Sc” input from the MEMS mirror 10, and the ASIC (Application) It is configured as Specific Integrated Circuit).
  • the video ASIC 3 includes a synchronization / image separation unit 31, a bit data conversion unit 32, a light emission pattern conversion unit 33, and a timing controller 34.
  • the synchronization / image separation unit 31 separates the image data displayed on the screen as the image display unit and the synchronization signal from the image signal input from the image signal input unit 2 and writes the image data to the frame memory 4.
  • the bit data conversion unit 32 reads the image data written in the frame memory 4 and converts it into bit data.
  • the light emission pattern conversion unit 33 converts the bit data converted by the bit data conversion unit 32 into a signal representing the light emission pattern of each laser.
  • the timing controller 34 controls the operation timing of the synchronization / image separation unit 31 and the bit data conversion unit 32.
  • the timing controller 34 also controls the operation timing of the MEMS control unit 8 described later.
  • the image data separated by the synchronization / image separation unit 31 is written.
  • the ROM 5 stores a control program and data for operating the video ASIC 3. Various data are sequentially read from and written into the RAM 6 as a work memory when the video ASIC 3 operates.
  • the laser driver ASIC 7 is a block that generates a signal for driving a laser diode provided in a laser light source unit 9 described later, and is configured as an ASIC.
  • the laser driver ASIC 7 includes a red laser driving circuit 71, a blue laser driving circuit 72, and a green laser driving circuit 73.
  • the red laser driving circuit 71 drives the red laser LD1 based on the signal output from the light emission pattern conversion unit 33.
  • the blue laser drive circuit 72 drives the blue laser LD2 based on the signal output from the light emission pattern conversion unit 33.
  • the green laser drive circuit 73 drives the green laser LD3 based on the signal output from the light emission pattern conversion unit 33.
  • the MEMS control unit 8 controls the MEMS mirror 10 based on a signal output from the timing controller 34.
  • the MEMS control unit 8 includes a servo circuit 81 and a driver circuit 82.
  • the servo circuit 81 controls the operation of the MEMS mirror 10 based on a signal from the timing controller.
  • the driver circuit 82 amplifies the control signal of the MEMS mirror 10 output from the servo circuit 81 to a predetermined level and outputs the amplified signal.
  • the laser light source unit 9 emits laser light to the MEMS mirror 10 based on the drive signal output from the laser driver ASIC 7.
  • the MEMS mirror 10 as a scanning unit reflects the laser light emitted from the laser light source unit 9 toward the intermediate image generating optical element 11.
  • the MEMS mirror 10 forms an image to be displayed on the intermediate image generating optical element 11.
  • the MEMS mirror 10 moves so as to scan on the intermediate image generating optical element 11 under the control of the MEMS control unit 8 in order to display the image input to the image signal input unit 2.
  • Are output to the video ASIC 3 (for example, information such as a mirror angle).
  • the intermediate image generating optical element 11 is a transmissive optical element that generates an intermediate image, and is a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged.
  • the intermediate image generating optical element 11 appropriately disperses incident light. Specifically, the intermediate image generating optical element 11 diffuses light at a diffusion angle corresponding to the curvature of the arranged microlenses.
  • the curvature of the microlenses arranged in the intermediate image generating optical element 11 is designed in advance according to the required diffusion angle.
  • the intermediate image generating optical element 11 will be described in detail later in the section [Intermediate image generating optical element].
  • the light source unit 1 causes the combiner 16 to reflect the light emitted from the intermediate image generating optical element 11 as described above, and causes the image corresponding to the reflected light to be viewed as a virtual image Iv from the driver's eye point Pe.
  • the laser light source unit 9 includes a case 91, a wavelength selective element 92, a collimator lens 93, a red laser LD 1, a blue laser LD 2, a green laser LD 3, and a monitor light receiving element (simply called “light receiving element”). 50).
  • the case 91 is formed in a substantially box shape with resin or the like.
  • the case 91 is provided with a hole penetrating into the case 91 and a CAN attachment portion 91a having a concave cross section, and a surface perpendicular to the CAN attachment portion 91a. A hole penetrating inward is formed, and a collimator mounting portion 91b having a concave cross section is formed.
  • the wavelength-selective element 92 as a synthesis element is configured by, for example, a trichromatic prism, and is provided with a reflective surface 92a and a reflective surface 92b.
  • the reflection surface 92a transmits the laser light emitted from the red laser LD1 toward the collimator lens 93, and reflects the laser light emitted from the blue laser LD2 toward the collimator lens 93.
  • the reflecting surface 92b transmits most of the laser light emitted from the red laser LD1 and the blue laser LD2 toward the collimator lens 93 and reflects a part thereof toward the light receiving element 50.
  • the reflection surface 92 b reflects most of the laser light emitted from the green laser LD 3 toward the collimator lens 93 and transmits part of the laser light toward the light receiving element 50. In this way, the emitted light from each laser is superimposed and incident on the collimator lens 93 and the light receiving element 50.
  • the wavelength selective element 92 is provided in the vicinity of the collimator mounting portion 91b in the case 91.
  • the collimator lens 93 emits the laser beam incident from the wavelength selective element 92 to the MEMS mirror 10 as parallel light.
  • the collimator lens 93 is fixed to the collimator mounting portion 91b of the case 91 with a UV adhesive or the like. That is, the collimator lens 93 is provided after the synthesis element.
  • the red laser LD1 as a laser light source emits red laser light.
  • the red laser LD1 is fixed at a position that is coaxial with the wavelength selective element 92 and the collimator lens 93 in the case 91 while the semiconductor laser light source is in the chip state or the chip is mounted on a submount or the like. ing.
  • Blue laser LD2 as a laser light source emits blue laser light.
  • the blue laser LD2 is fixed at a position where the emitted laser light can be reflected toward the collimator lens 93 by the reflecting surface 92a while the semiconductor laser light source is in the chip state or the chip is mounted on the submount or the like. ing.
  • the positions of the red laser LD1 and the blue laser LD2 may be switched.
  • the green laser LD3 as a laser light source is attached to the CAN package or attached to the frame package, and emits green laser light.
  • the green laser LD 3 has a semiconductor laser light source chip B that generates green laser light in a CAN package, and is fixed to a CAN mounting portion 91 a of the case 91.
  • the light receiving element 50 receives a part of the laser light emitted from each laser light source.
  • the light receiving element 50 is a photoelectric conversion element such as a photodetector, and supplies a detection signal “Sd”, which is an electrical signal corresponding to the amount of incident laser light, to the laser driver ASIC 7.
  • Sd a detection signal
  • the laser driver ASIC 7 adjusts the power of the red laser LD1, the blue laser LD2, and the green laser LD3 according to the detection signal Sd.
  • the laser driver ASIC 7 operates only the red laser driving circuit 71, supplies a driving current to the red laser LD1, and emits red laser light from the red laser LD1. A part of the red laser light is received by the light receiving element 50, and a detection signal Sd corresponding to the amount of light is fed back to the laser driver ASIC7.
  • the laser driver ASIC 7 adjusts the drive current supplied from the red laser drive circuit 71 to the red laser LD1 so that the light amount indicated by the detection signal Sd is an appropriate light amount. In this way, power adjustment is performed.
  • the power adjustment of the blue laser LD2 and the power adjustment of the green laser LD3 are similarly performed.
  • FIG. 3 shows a plan view when the intermediate image generating optical element 11 according to the present embodiment is observed from the direction in which the light is incident.
  • the intermediate image generating optical element 11 includes a lens array inner region 12 ⁇ / b> X formed inside the intermediate image generating optical element 11 and a lens formed outside the intermediate image generating optical element 11. And an array outer region 12Y.
  • the intermediate image generating optical element 11 has a substantially rectangular outline, but instead, it may have another shape such as a substantially disk shape.
  • a plurality of microlenses 13X configured with a regular hexagonal lens contour in a plan view are formed in a lattice shape on one surface.
  • a plurality of microlenses 13Y configured with regular hexagonal lens contours in a plan view are formed in a lattice shape on one surface.
  • the microlens 13X and the microlens 13Y are arranged so that the distance between the centers of adjacent microlenses (also referred to as “lens pitch”) is equal.
  • the microlens 13X and the microlens 13Y have the same thickness (size) and the same refractive index.
  • the micro lens 13X in the lens array inner region 12X and the micro lens 13Y in the lens array outer region 12Y are designed to have different values of the curvature radius.
  • the curvature radius “Rin” of the microlens 13X in the lens array inner region 12X is larger than the curvature radius “Rout” of the microlens 13Y in the lens array outer region 12Y, as shown in the following formula (1). large. Rin> Rout (1)
  • the intermediate image generating optical element 11 is displayed by the viewer so that the curvature radius Rin of the microlens 13X and the curvature radius Rout of the microlens 13Y satisfy the expression (1).
  • the brightness of the inner part of the image can be increased, and the entire display image including the outer edge can be visually recognized by the observer.
  • FIG. 4 shows a diagram for explaining an intermediate image formed by a general microlens array 200.
  • an intermediate image having a focal point of each microlens 200a of the microlens array unit 200 as a pixel position is a surface denoted by reference numeral 201 (hereinafter referred to as a focal plane, hereinafter referred to as “intermediate surface”). It is called an “image plane”).
  • the intermediate image is composed of pixels 202, 203, and 204 formed at the focal position of the microlens 200a. Such intervals between the pixels 202, 203, and 204 are equal to the lens pitch of the microlens array 200.
  • the diffusion angle (also referred to as “diffusion angle ⁇ ”) in which the light emitted from the entire microlens array 200 spreads is equal to the diffusion angle “ ⁇ m” of each microlens 200a.
  • the diffusion angle ⁇ of the microlens array 200 satisfies the relationship expressed by the following formula (2) with the numerical aperture “NA” of the microlens 200a.
  • NA sin ( ⁇ / 2) (2)
  • the numerical aperture NA can be adjusted by designing the microlens 200a so that the curvature of the microlens 200a becomes an appropriate value.
  • the diffusion angle ⁇ can be adjusted by designing the microlens 200a so that the curvature of the microlens 200a becomes an appropriate value.
  • the diffusion angle ⁇ can be decreased by increasing the curvature radius of the microlens 200a
  • the diffusion angle ⁇ can be increased by decreasing the curvature radius of the microlens 200a.
  • the diffusion angle ⁇ has the same function as the viewing angle that is a performance index of a liquid crystal display or the like, and the smaller the diffusion angle ⁇ , the smaller the range (so-called eyebox) in which the portion of the corresponding display image is visible. .
  • the larger the diffusion angle ⁇ the wider the range in which light diffuses, and the smaller the amount of light that reaches the eye point Pe.
  • the curvature radius Rin of the microlens 13X is larger than the curvature radius Rout of the microlens 13Y, as shown in Expression (1).
  • the diffusion angle of light incident on the inner region 12X is smaller than the diffusion angle of light incident on the lens array outer region 12Y.
  • the light emitted from the intermediate image generating optical element 11 is reflected by the combiner 16, and the reflected light enters the eye point Pe.
  • the diffusion angle of the light that has passed through the lens array outer region 12Y is larger than the diffusion angle of the light that has passed through the lens array inner region 12X, so that the reflected light of the combiner 16 passes through the lens array inner region 12X.
  • the diffusion angle of the reflected light is reduced, and the diffusion angle of the reflected light that has passed through the lens array outer region 12Y is increased. This will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 5 is a diagram conceptually showing the spread of light incident on the eye point Pe from the combiner 16 when the combiner 16 and the eye point Pe are observed from the direction of the ceiling 27.
  • a position “P1” and a position “P3” are in the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the combiner 16 and indicate the position of the central portion in the short direction of the combiner 16, and the position “P2” is the position of the combiner 16.
  • the position of the central portion in the short direction of the combiner 16 is shown near the center in the longitudinal direction.
  • the light transmitted through the lens array outer region 12Y is incident on the positions P1 and P3, and the light transmitted through the lens array inner region 12X is incident on the position P2.
  • the light constituting the display image corresponding to the position P1 near the left end of the combiner 16 diffuses in the range between the light beam L1L and the light beam L1R forming the angle “ ⁇ out”, and the position P3 near the right end of the combiner 16.
  • the light constituting the display image corresponding to is diffused in the range between the light beam L3L and the light beam L3R forming the angle ⁇ out.
  • the light constituting the display image corresponding to the position P2 of the combiner 16 diffuses in the range between the light beam L2L and the light beam L2R forming the angle “ ⁇ in”.
  • the diffusion angle of the reflected light in the combiner 16 increases as the diffusion angle of the light transmitted through the intermediate image generating optical element 11 increases. Accordingly, the angle ⁇ out is larger than the angle ⁇ in.
  • the eye point Pe corresponds to the positions P1 and P3 near both ends in the longitudinal direction of the combiner 16, in addition to the light constituting the display image corresponding to the position P2 in the central portion in the longitudinal direction of the combiner 16. The light constituting the display image arrives.
  • the display image corresponding to the position within the irradiation range of the combiner 16 including the positions P1 to P3 is appropriately recognized by the observer, and the observer can visually recognize the entire display image.
  • the light constituting the display image corresponding to the position P2 near the center of the combiner 16 has a smaller diffusion angle than the light constituting the display image corresponding to the positions P1 and P3, a sufficient amount of light is provided. In this state, the light enters the eye point Pe. Therefore, the display image corresponding to the position P2 is visually recognized by the observer in a state where sufficient luminance is maintained.
  • the light source unit 1 forms the intermediate image generating optical element 11 as shown in FIG. 3, so that the light constituting the display image at the central portion enters the eye point Pe with an appropriate amount of light, and The light constituting the display image of the outer edge portion also enters the eye point Pe. Therefore, the light source unit 1 can appropriately maintain the luminance of the central portion of the display image on which relatively important information is displayed, and allow the viewer to visually recognize the entire display image.
  • the intermediate image generating optical element 11 when the intermediate image generating optical element 11 is irradiated with a laser scanning light source, due to the nature of the laser scanning light source, the closer to both ends of the intermediate image generating optical element 11 in the light scanning direction (sub-scanning direction). The scanning speed becomes slow. As a result, the luminance tends to increase toward both ends of the display image in the horizontal direction. Accordingly, when the intermediate image generating optical element 11 is irradiated by a laser scanning light source, the display image formed by the light reflected at both end portions in the longitudinal direction of the combiner 16 (positions P1 and P3 in the case of FIG. 5). The observer can also visually recognize the portion with sufficient luminance.
  • FIG. 6A is a diagram showing the spread of light incident on the eye point Pe from the combiner 16 when the microlenses 13Y having the radius of curvature Rout are arranged in the entire region of the intermediate image generating optical element 11.
  • FIG. 6A is a diagram showing the spread of light incident on the eye point Pe from the combiner 16 when the microlenses 13Y having the radius of curvature Rout are arranged in the entire region of the intermediate image generating optical element 11.
  • the light constituting the display image corresponding to the position P2 near the center in the longitudinal direction of the combiner 16 is diffused at an angle ⁇ out, similarly to the reflected light at the positions P1 and P3 near both ends of the combiner 16. Accordingly, in this case, the amount of light emitted from the position P2 in FIG. 6A is smaller than the amount of light emitted from the position P2 in FIG. In this way, when the microlenses 13Y having a small radius of curvature are arranged in the entire region of the intermediate image generating optical element 11, the brightness of the inner portion of the display image is lowered as compared with the present embodiment. As a result, in the comparative example shown in FIG. 6A, the observer cannot clearly see the inner part of the display image on which important information is displayed.
  • FIG. 6B is a diagram conceptually showing light rays that enter the eye point Pe from the combiner 16 when the microlenses 13 ⁇ / b> X having the radius of curvature Rin are arranged in the entire region of the intermediate image generating optical element 11. .
  • the light constituting the display image corresponding to the positions P1 and P3 near both ends of the combiner 16 is diffused at an angle ⁇ in, similarly to the light constituting the display image corresponding to the position P2 near the center of the combiner 16. .
  • the diffusion angle of the light constituting the display image corresponding to the positions P1 and P3 in FIG. 6B is larger than the diffusion angle of the light constituting the display image corresponding to the positions P1 and P3 in FIG. Get smaller.
  • the light constituting the display image corresponding to the positions P1 and P3 does not reach the eye point Pe.
  • the observer cannot visually recognize the portion of the display image corresponding to the irradiation area on the outer edge of the combiner 16 including the positions P1 and P3. The whole cannot be seen.
  • the intermediate image generating optical element 11 includes a lens array inner region 12X in which microlenses 13X having a curvature radius Rin are arranged, and a microlens 13Y having a curvature radius Rout smaller than the curvature radius Rin. Are arranged on the lens array outer region 12Y.
  • the lens array outer region 12Y is formed so as to surround the outer periphery of the lens array inner region 12X.
  • the configuration to which the present invention is applicable is not limited to this.
  • the lens array outer region 12Y may be formed only in a part of the region shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a front view of the intermediate image generating optical element 11a in the present modification.
  • the intermediate image generating optical element 11a has a lens array inner region 12Xa in which microlenses 13X having a radius of curvature Rin are arranged in the inner portion in the longitudinal direction, and at both end portions in the longitudinal direction. It has lens array outer regions 12Yaa and 12Yab in which microlenses 13Y having a curvature radius Rout are arranged.
  • the intermediate image generating optical element 11a has a lens array outer region in which the micro lenses 13Y having a small curvature radius are arranged only at both ends in the longitudinal direction where the transmitted light may not reach the eye point Pe. 12Yaa and 12Yab are provided. Also by this, the light source unit 1 increases the brightness of the inner part of the display image on which relatively important information is displayed, and makes the part clearly visible to the observer, and visually recognizes the entire display image to the observer. Can be made.
  • the lens array outer regions 12Yaa and 12Yab correspond to portions where the scanning speed is relatively slow. Therefore, the light source unit 1 can maintain the brightness of the display image formed by the light transmitted through the lens array outer regions 12Yaa and 12Yab sufficiently, and allow the observer to clearly see the entire display image.
  • the intermediate image generating optical element 11 is divided into two regions (lens array inner region 12X and lens array outer region 12Y) in which microlenses 13X and 13Y having different radii of curvature are arranged.
  • the configuration of the intermediate image generating optical element 11 to which the present invention is applicable is not limited to this.
  • the intermediate image generating optical element 11 may be divided into three or more regions in which microlenses having different radii of curvature are arranged. Thereby, the light source unit 1 makes the observer visually recognize the entire display image while gradually increasing the luminance of the display image from the outer edge portion to the center portion.
  • FIG. 8 is a front view of the intermediate image generating optical element 11b according to the second modification.
  • the intermediate image generating optical element 11b includes an innermost lens array inner region 12Xb, an outermost lens array outer region 12Yb, a lens array inner region 12Xb, and a lens array outer region.
  • Lens array intermediate region 12Zb which is an intermediate region sandwiched between 12Yb.
  • a microlens having a smaller curvature radius is arranged in a region located on the outer side.
  • the radius of curvature of the microlens 13Z arranged in the lens array intermediate region 12Zb is “Rmid”
  • the relationship in magnitude of the radius of curvature of the microlenses 13X, 13Y, and 13Z in each region is as follows. The relationship is shown in the following formula (3). Rin>Rmid> Rout (3)
  • the diffusion angle of light passing through the lens array inner region 12Xb is the smallest, and the diffusion angle of light passing through the lens array outer region 12Yb is the largest.
  • luminance of a display image becomes high in steps from an outer edge part to a center part.
  • the light source unit 1 increases the brightness of the inner part of the display image on which relatively important information is displayed, and displays the part clearly while allowing the observer to visually recognize the part.
  • the entire image can be viewed by an observer.
  • the intermediate image generating optical element 11 is composed of one microlens array. However, the configuration to which the present invention is applicable is not limited to this, and the intermediate image generating optical element 11 may be configured by two microlens arrays.
  • FIG. 9 is a perspective view of the intermediate image generating optical element 11c according to the third modification.
  • the intermediate image generating optical element 11c includes a first microlens array 11X and a second microlens array 11Y that are arranged to face each other with a predetermined distance therebetween.
  • Each of the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y has a substantially disk shape.
  • microlenses 13Xc and 13Yc are formed in a lattice shape on one surface, respectively.
  • the first microlens array 11X is disposed on the incident light side
  • the second microlens array 11Y is disposed on the outgoing light side. That is, the light first enters the first microlens array 11X, and the light emitted from the first microlens array 11X enters the second microlens array 11Y.
  • FIG. 10 is a diagram showing a specific configuration of the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y.
  • FIG. 10A shows a cross-sectional view of the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y cut along a plane perpendicular to the light traveling direction. Specifically, a cross-sectional view showing a part of the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y in an enlarged manner is shown.
  • a plurality of microlenses 13Xc and 13Yc are formed on opposing surfaces, respectively.
  • the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y are arranged to face each other at a position separated by a distance “D” that is at least longer than the focal length of the microlens 13Xc arranged in the first microlens array 11X. .
  • FIG. 10B is a plan view of the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y. Specifically, a plan view is shown in which a part of the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y is enlarged and observed from a direction along the light traveling direction.
  • the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y are configured.
  • the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y are configured so that the lens pitch Pa in the first microlens array 11X is smaller than the lens pitch Pb in the second microlens array 11Y.
  • the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y are configured so that the lens pitch Pa of the microlens 13Xc is equal to or less than “1 ⁇ 2” of the lens pitch Pb of the microlens 13Yc.
  • the light collected by the plurality of microlenses 13Xc of the first microlens array 11X is incident on one microlens 13Yc of the second microlens array 11Y.
  • two or more pixels formed by the plurality of microlenses 13Xc of the first microlens array 11X are aggregated by one microlens 13Yc of the second microlens array 11Y to form one pixel. That is, two or more pixels formed by the plurality of microlenses 13Xc of the first microlens array 11X have a larger size than the two or more pixels by one microlens 13Yc of the second microlens array 11Y. It is collected as a pixel having. Thereby, pixel luminescent spots can be made inconspicuous. Therefore, according to the configuration of this modification, it is possible to appropriately suppress the occurrence of excessive pixel bright spots even when the intermediate image by the second microlens array 11Y is enlarged and displayed.
  • At least one of the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y is provided with an outer region and an inner region in which microlenses having different curvature radii are arranged.
  • the curvature radius of the microlens arranged in the outer region is designed to be smaller than the curvature radius of the microlens arranged in the inner region.
  • FIG. 11 shows the intermediate image generating optical element 11c in the case where an outer region and an inner region in which microlenses having different curvature radii are arranged are provided in each of the first microlens array 11X and the second microlens array 11Y. It is a perspective view.
  • the curvature radius RinX of the microlens 13XXc arranged in the lens array inner region 12XX is larger than the curvature radius RoutX of the microlens 13XYc arranged in the lens array outer region 12XY as shown in the following formula (4). .
  • the second microlens array 11Y includes a lens array inner region 12YX in which microlenses 13YXc having a curvature radius “RinY” are arranged, and a lens array outer region in which microlenses 13YYc having a curvature radius “RoutY” are arranged. 12YY.
  • the curvature radius RinY of the microlens 13YXc arranged in the lens array inner area 12YX is larger than the curvature radius RoutY of the microlens 13YYc arranged in the lens array outer area 12YY as shown in the following equation (5). .
  • the light constituting the display image at the central portion is incident on the eye point Pe with an appropriate amount of light, and the light constituting the display image at the outer edge portion is also obtained. Incident on the eye point Pe. Therefore, as in the embodiment, the light source unit 1 makes the observer clearly see the inner part of the display image on which relatively important information is displayed with high brightness, and makes the entire display image visible to the observer. It can be visually recognized.
  • the configuration of the head-up display 100 shown in FIG. 1 is an example, and the configuration to which the present invention is applicable is not limited to this.
  • the head-up display 100 does not include the combiner 16, and the light source unit 1 may reflect the display image on the front window 25 to the driver's eye point Pe by projecting it onto the front window 25.
  • the position of the light source unit 1 is not limited to being installed on the ceiling portion 27, and may be installed inside the dashboard 29.
  • the dashboard 29 is provided with an opening for allowing light to pass through the combiner 16 or the front window 25.
  • the present invention can be used for a display device using a laser light source such as a head-mounted display.

Landscapes

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Abstract

　光学素子は、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を有する。マイクロレンズアレイは、配列されたマイクロレンズの曲率半径が異なる複数の領域を有する。そして、これらの複数の領域は、マイクロレンズアレイの中心から離れた領域ほど、配列されたマイクロレンズの曲率半径が小さい。

Description

光学素子、ヘッドアップディスプレイ及び光源ユニット
　本発明は、マイクロレンズアレイを用いた表示技術に関する。
　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などに、マイクロレンズアレイを中間像生成用の光学素子として用いる技術が提案されている。このような中間像生成用光学素子を用いた場合、拡散板を用いる場合と比較して、スペックルノイズによる影響を抑制できるといったメリットがある。
　例えば、特許文献１には、レーザ光を光源とし、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザプロジェクタと、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とを有する画像形成装置が提案されている。マイクロレンズアレイを用いた場合、入射された光を適切に分散させることができると共に、必要な拡散角（射出角）を自由に設計することができる。また、特許文献２には、光軸に垂直な平面上で直交する２つの軸に沿って曲率半径と非球面係数を個別に異なるように調整することにより、各軸方向における視野角の制御を行う技術が記載されている。その他、本発明に関連する技術が、特許文献３及び４に開示されている。
特開２０１０－１４５７４５号公報 特開２００７－５１７２５４号公報 特開２００５－０１８０５７号公報 特開２０１０－０１４９２５号公報
　一般に、ヘッドアップディスプレイなどにおいて、拡散角が大きくなるようにマイクロレンズアレイを設計した場合、観察者が表示像を視認可能な範囲（所謂アイボックス）が広がるという利点がある一方、視点位置（所謂アイポイント）に到達する光の光量が小さくなるという問題がある。従って、この場合、観察者は、視認する表示像が暗いと感じる可能性がある。一方、拡散角が小さくなるようにマイクロレンズアレイを設計した場合、アイポイントに到達する光の光量が大きくなり輝度が高くなるという利点がある一方、アイボックスが狭くなるという問題がある。従って、この場合、観察者は、表示像の一部が欠けて表示像の全体を視認することが出来なくなる可能性がある。
　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、輝度を適切に調整しつつ、表示像の全体を観察者に視認させることが可能な光学素子、ヘッドアップディスプレイ及び光源ユニットを提供することを主な目的とする。
　請求項１に記載の発明では、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を有する光学素子であって、前記マイクロレンズアレイは、配列された前記マイクロレンズの曲率半径が異なる複数の領域を有し、前記複数の領域は、前記マイクロレンズアレイの中心から離れた領域ほど、配列されたマイクロレンズの曲率半径が小さいことを特徴とする。
　請求項７に記載の発明では、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を有する光学素子と、前記光学素子に表示像を構成する光を出射する光源と、を有する光源ユニットであって、前記マイクロレンズアレイは、配列されたマイクロレンズの曲率半径が異なる複数の領域を有し、前記複数の領域は、前記マイクロレンズアレイの中心から離れた領域ほど、配列されたマイクロレンズの曲率半径が小さいことを特徴とする。
ヘッドアップディスプレイの概略構成を示す。 光源ユニットの一部を示す構成図である。 本実施例に係る中間像生成用光学素子の正面図を示す。 マイクロレンズに光が入射する様子を示す。 実施例において、コンバイナからアイポイントへ入射する光の広がりを概略的に示した図である。 比較例において、コンバイナからアイポイントへ入射する光の広がりを概略的に示した図である。 変形例１に係る中間像生成用光学素子の正面図を示す。 変形例２に係る中間像生成用光学素子の正面図を示す。 変形例３に係る中間像生成用光学素子の斜視図を示す。 第１マイクロレンズアレイ及び第２マイクロレンズアレイの具体的な構成を示す図である。 変形例３に係る中間像生成用光学素子の斜視図を示す。
　本発明の１つの好適な実施形態では、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を有する光学素子であって、前記マイクロレンズアレイは、配列された前記マイクロレンズの曲率半径が異なる複数の領域を有し、前記複数の領域は、前記マイクロレンズアレイの中心から離れた領域ほど、配列されたマイクロレンズの曲率半径が小さい。
　上記の光学素子は、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を有する。マイクロレンズアレイは、配列されたマイクロレンズの曲率半径が異なる複数の領域を有する。そして、これらの複数の領域は、マイクロレンズアレイの中心から離れた領域ほど、配列されたマイクロレンズの曲率半径が小さい。
　一般に、マイクロレンズアレイの中心に近い位置に出射する光は、観察者が視認する表示像の中心に近い画素を構成し、マイクロレンズアレイの外側位置に出射する光は、観察者が視認する表示像の外側位置の画素を構成する。また、曲率半径が小さいマイクロレンズが配列された領域ほど、当該領域から出射される光の拡散角は大きくなる。以上を勘案し、上記光学素子は、マイクロレンズアレイの中心から離れた領域ほど、配列されたマイクロレンズの曲率半径が小さくなるように構成される。これにより、当該光学素子を介して表示像を観察者に視認させる場合に、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分を輝度が高い状態で観察者に明確に視認させつつ、表示像全体を観察者に視認させることができる。
　上記光学素子の一態様では、前記マイクロレンズアレイは、前記複数の領域として、前記マイクロレンズアレイの外周部分に設けられた外側領域と、前記外側領域に囲まれた内側領域とを有し、前記外側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径は、前記内側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径よりも小さい。この態様により、光学素子は、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分を輝度が高い状態で観察者に明確に視認させつつ、表示像全体を観察者に視認させることができる。
　上記光学素子の他の一態様では、前記マイクロレンズアレイは、前記複数の領域として、前記マイクロレンズアレイの長手方向において前記マイクロレンズアレイの両端に形成された外側領域と、前記長手方向において前記外側領域に挟まれた内側領域とを有し、前記外側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径は、前記内側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径よりも小さい。一般に、マイクロレンズアレイの長手方向の両端部分を透過する光が構成する表示像の部分が観察者の視野から欠けやすい。従って、この態様により、光学素子は、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分を輝度が高い状態で観察者に明確に視認させつつ、表示像全体を観察者に視認させることができる。
　上記光学素子の他の一態様では、前記マイクロレンズアレイは、前記複数の領域として、前記外側領域と、前記内側領域との間に存在する１又は複数の中間領域をさらに有し、前記中間領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径は、前記内側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径よりも小さく、かつ、前記外側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径よりも大きい。この態様により、光学素子は、表示像の外側から内側にかけて段階的に輝度を高く設定し、視認性を向上させることができる。
　上記光学素子の他の一態様では、複数のマイクロレンズが配列され、互いに対向配置された第１マイクロレンズアレイ及び第２マイクロレンズアレイを有し、前記第１マイクロレンズアレイ又は前記第２マイクロレンズアレイの少なくともいずれか一方が、前記マイクロレンズアレイとして構成される。このように、光学素子は、２つのマイクロレンズアレイにより構成されていた場合であっても、好適に、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分を輝度が高い状態で観察者に明確に視認させつつ、表示像全体を観察者に視認させることができる。
　本発明の他の好適な実施形態では、ヘッドアップディスプレイは、上記記載の光学素子を備え、前記光学素子によって形成された画像をユーザの目の位置から虚像として視認させる。ヘッドアップディスプレイは、上記記載の光学素子を備えることで、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分を輝度が高い状態で観察者に明確に視認させつつ、表示像全体を観察者に視認させることができる。
　本発明のさらに別の実施形態では、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を有する光学素子と、前記光学素子に表示像を構成する光を出射する光源と、を有する光源ユニットであって、前記マイクロレンズアレイは、配列されたマイクロレンズの曲率半径が異なる複数の領域を有し、前記複数の領域は、前記マイクロレンズアレイの中心から離れた領域ほど、配列されたマイクロレンズの曲率半径が小さい。光源ユニットは、この態様により、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分を輝度が高い状態で観察者に明確に視認させつつ、表示像全体を観察者に視認させることができる。
　上記光源ユニットの一態様では、前記光源は、レーザスキャン型光源である。レーザスキャン型光源により光学素子を照射した場合、レーザスキャン型光源の性質上、光が走査する方向（副走査方向）における光学素子の両端に近づくほど走査速度が遅くなる。その結果、表示像の横方向における両端ほど輝度が大きく傾向がある。従って、この態様により、光源ユニットは、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分を輝度が高い状態で観察者に明確に視認させつつ、表示像の外側部分についても十分な輝度に保つことができる。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
　［ヘッドアップディスプレイの構成］
　図１は、ヘッドアップディスプレイ１００の概略構成図である。図１に示すように、本実施例に係るヘッドアップディスプレイ１００は、光源ユニット１と、コンバイナ１６とを備え、フロントガラス２５、天井部２７、ボンネット２８、及びダッシュボード２９などを備える車両に搭載される。
　光源ユニット１は、車室内の天井部２７に設置され、車両の位置、車両の走行速度、地図情報、及び施設データなどの運転を補助する情報を示す画像を構成する光を、コンバイナ１６に向けて出射する。具体的には、光源ユニット１は、光源ユニット１内に中間像を生成し、その画像を構成する光をコンバイナ１６へ出射することで、コンバイナ１６を介して運転者に虚像「Ｉｖ」を視認させる。
　コンバイナ１６は、光源ユニット１から出射される表示像が投影されると共に、表示像を運転者のアイポイント「Ｐｅ」へ反射することで当該表示像を虚像Ｉｖとして表示させる。コンバイナ１６は、天井部２７に設置された支持軸部１５を有し、支持軸部１５を支軸として回動する。支持軸部１５は、例えば、フロントガラス２５の上端近傍の天井部２７、言い換えると運転者用の図示しないサンバイザが設置される位置の近傍に設置される。
　［光源ユニットの構成］
　図２は、光源ユニット１の一部を示す構成図である。図２に示すように、光源ユニット１は、画像信号入力部２と、ビデオＡＳＩＣ３と、フレームメモリ４と、ＲＯＭ５と、ＲＡＭ６と、レーザドライバＡＳＩＣ７と、ＭＥＭＳ制御部８と、レーザ光源部９と、ＭＥＭＳミラー１０と、中間像生成用光学素子１１と、を備える。
　画像信号入力部２は、外部から入力される画像信号を受信してビデオＡＳＩＣ３に出力する。
　ビデオＡＳＩＣ３は、画像信号入力部２から入力される画像信号及びＭＥＭＳミラー１０から入力される走査位置情報「Ｓｃ」に基づいてレーザドライバＡＳＩＣ７やＭＥＭＳ制御部８を制御するブロックであり、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成されている。ビデオＡＳＩＣ３は、同期／画像分離部３１と、ビットデータ変換部３２と、発光パターン変換部３３と、タイミングコントローラ３４と、を備える。
　同期／画像分離部３１は、画像信号入力部２から入力された画像信号から、画像表示部であるスクリーンに表示される画像データと同期信号とを分離し、画像データをフレームメモリ４へ書き込む。
　ビットデータ変換部３２は、フレームメモリ４に書き込まれた画像データを読み出してビットデータに変換する。
　発光パターン変換部３３は、ビットデータ変換部３２で変換されたビットデータを、各レーザの発光パターンを表す信号に変換する。
　タイミングコントローラ３４は、同期／画像分離部３１、ビットデータ変換部３２の動作タイミングを制御する。また、タイミングコントローラ３４は、後述するＭＥＭＳ制御部８の動作タイミングも制御する。
　フレームメモリ４には、同期／画像分離部３１により分離された画像データが書き込まれる。ＲＯＭ５は、ビデオＡＳＩＣ３が動作するための制御プログラムやデータなどを記憶している。ＲＡＭ６には、ビデオＡＳＩＣ３が動作する際のワークメモリとして、各種データが逐次読み書きされる。
　レーザドライバＡＳＩＣ７は、後述するレーザ光源部９に設けられるレーザダイオードを駆動する信号を生成するブロックであり、ＡＳＩＣとして構成されている。レーザドライバＡＳＩＣ７は、赤色レーザ駆動回路７１と、青色レーザ駆動回路７２と、緑色レーザ駆動回路７３と、を備える。
　赤色レーザ駆動回路７１は、発光パターン変換部３３が出力する信号に基づき、赤色レーザＬＤ１を駆動する。青色レーザ駆動回路７２は、発光パターン変換部３３が出力する信号に基づき、青色レーザＬＤ２を駆動する。緑色レーザ駆動回路７３は、発光パターン変換部３３が出力する信号に基づき、緑色レーザＬＤ３を駆動する。
　ＭＥＭＳ制御部８は、タイミングコントローラ３４が出力する信号に基づきＭＥＭＳミラー１０を制御する。ＭＥＭＳ制御部８は、サーボ回路８１と、ドライバ回路８２と、を備える。
　サーボ回路８１は、タイミングコントローラからの信号に基づき、ＭＥＭＳミラー１０の動作を制御する。
　ドライバ回路８２は、サーボ回路８１が出力するＭＥＭＳミラー１０の制御信号を所定レベルに増幅して出力する。
　レーザ光源部９は、レーザドライバＡＳＩＣ７から出力される駆動信号に基づいて、レーザ光をＭＥＭＳミラー１０へ出射する。
　走査手段としてのＭＥＭＳミラー１０は、レーザ光源部９から出射されたレーザ光を中間像生成用光学素子１１に向けて反射する。こうすることで、ＭＥＭＳミラー１０は、中間像生成用光学素子１１上に表示すべき画像を形成する。また、ＭＥＭＳミラー１０は、画像信号入力部２に入力された画像を表示するためにＭＥＭＳ制御部８の制御により中間像生成用光学素子１１上を走査（スキャン）するように移動し、その際の走査位置情報（例えばミラーの角度などの情報）をビデオＡＳＩＣ３へ出力する。
　中間像生成用光学素子１１は、中間像を生成する透過型の光学素子であり、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である。中間像生成用光学素子１１は、入射された光を適度に分散させる。具体的には、中間像生成用光学素子１１は、配列されたマイクロレンズの曲率などに応じた拡散角にて光を拡散させる。中間像生成用光学素子１１において配列されたマイクロレンズの曲率などは、必要な拡散角に応じて予め設計される。中間像生成用光学素子１１については、［中間像生成用光学素子］のセクションで詳しく後述する。
　光源ユニット１は、上記のような中間像生成用光学素子１１から出射された光をコンバイナ１６で反射させ、その反射光に対応する画像を、運転者のアイポイントＰｅから虚像Ｉｖとして視認させる。
　次に、レーザ光源部９の詳細な構成を説明する。レーザ光源部９は、ケース９１と、波長選択性素子９２と、コリメータレンズ９３と、赤色レーザＬＤ１と、青色レーザＬＤ２と、緑色レーザＬＤ３と、モニタ用受光素子（単に「受光素子」とも呼ぶ。）５０とを備える。
　ケース９１は、樹脂などにより略箱状に形成される。ケース９１には、緑色レーザＬＤ３を取り付けるために、ケース９１内へ貫通する孔が設けられているとともに断面が凹状のＣＡＮ取付部９１ａと、ＣＡＮ取付部９１ａと直交する面に設けられ、ケース９１内へ貫通する孔が設けられているとともに断面が凹状のコリメータ取付部９１ｂと、が形成されている。
　合成素子としての波長選択性素子９２は、例えばトリクロイックプリズムにより構成され、反射面９２ａと反射面９２ｂが設けられている。反射面９２ａは、赤色レーザＬＤ１から出射されたレーザ光をコリメータレンズ９３へ向かって透過させ、青色レーザＬＤ２から出射されたレーザ光をコリメータレンズ９３へ向かって反射させる。反射面９２ｂは、赤色レーザＬＤ１および青色レーザＬＤ２から出射されたレーザ光の大部分をコリメータレンズ９３へ向かって透過させ、その一部を受光素子５０へ向かって反射させる。また、反射面９２ｂは、緑色レーザＬＤ３から出射されたレーザ光の大部分をコリメータレンズ９３へ向かって反射させ、その一部を受光素子５０へ向かって透過させる。こうして、各レーザからの出射光が重ね合わされて、コリメータレンズ９３および受光素子５０に入射される。なお、波長選択性素子９２は、ケース９１内のコリメータ取付部９１ｂの近傍に設けられている。
　コリメータレンズ９３は、波長選択性素子９２から入射したレーザ光を平行光にしてＭＥＭＳミラー１０へ出射する。コリメータレンズ９３は、ケース９１のコリメータ取付部９１ｂに、ＵＶ系接着剤などで固定される。即ち、合成素子の後段にコリメータレンズ９３が設けられている。
　レーザ光源としての赤色レーザＬＤ１は、赤色のレーザ光を出射する。赤色レーザＬＤ１は、半導体レーザ光源がチップ状態のまま、又は、チップがサブマウントなどに載置された状態で、ケース９１内の波長選択性素子９２及びコリメータレンズ９３と同軸となる位置に固定されている。
　レーザ光源としての青色レーザＬＤ２は、青色のレーザ光を出射する。青色レーザＬＤ２は、半導体レーザ光源がチップ状態のまま、又は、チップがサブマウントなどに載置された状態で、出射したレーザ光が反射面９２ａによってコリメータレンズ９３へ向かって反射できる位置に固定されている。この赤色レーザＬＤ１と青色レーザＬＤ２の位置は入れ替わってもよい。
　レーザ光源としての緑色レーザＬＤ３は、ＣＡＮパッケージに取り付けられた状態又はフレームパッケージに取り付けられた状態であり、緑色のレーザ光を出射する。緑色レーザＬＤ３は、ＣＡＮパッケージ内に緑色のレーザ光を発生する半導体レーザ光源チップＢが取り付けられており、ケース９１のＣＡＮ取付部９１ａに固定されている。
　受光素子５０は、各レーザ光源から出射されたレーザ光の一部を受光する。受光素子５０は、フォトディテクタなどの光電変換素子であり、入射したレーザ光の光量に応じた電気信号である検出信号「Ｓｄ」をレーザドライバＡＳＩＣ７へ供給する。実際には、パワー調整時には、赤色レーザ光、青色レーザ光及び緑色レーザ光のうちの１つが順に受光素子５０へ入射され、受光素子５０は、そのレーザ光の光量に対応する検出信号Ｓｄを出力する。レーザドライバＡＳＩＣ７は、検出信号Ｓｄに応じて、赤色レーザＬＤ１、青色レーザＬＤ２及び緑色レーザＬＤ３のパワー調整を行う。
　例えば、赤色レーザＬＤ１のパワー調整を行う場合、レーザドライバＡＳＩＣ７は赤色レーザ駆動回路７１のみを動作させ、赤色レーザＬＤ１へ駆動電流を供給して赤色レーザＬＤ１から赤色レーザ光を出射させる。この赤色レーザ光の一部は受光素子５０により受光され、その光量に応じた検出信号ＳｄがレーザドライバＡＳＩＣ７へフィードバックされる。レーザドライバＡＳＩＣ７は、検出信号Ｓｄが示す光量が適正な光量となるように、赤色レーザ駆動回路７１から赤色レーザＬＤ１へ供給される駆動電流を調整する。こうして、パワー調整がなされる。青色レーザＬＤ２のパワー調整及び緑色レーザＬＤ３のパワー調整も同様に行われる。
　［中間像生成用光学素子］
　次に、本実施例に係る中間像生成用光学素子１１の構成について具体的に説明する。
　図３は、本実施例に係る中間像生成用光学素子１１を光が入射する方向から観察した場合の平面図を示す。図３に示すように、中間像生成用光学素子１１は、中間像生成用光学素子１１の内側に形成されたレンズアレイ内側領域１２Ｘと、中間像生成用光学素子１１の外側に形成されたレンズアレイ外側領域１２Ｙとを備える。なお、図２では、中間像生成用光学素子１１は、略長方形状の輪郭を有するが、これに代えて、略円板状などの他の形状であってもよい。
　レンズアレイ内側領域１２Ｘには、平面視において正六角形状のレンズ輪郭で構成された複数のマイクロレンズ１３Ｘが、片側の面に格子状に形成されている。同様に、レンズアレイ外側領域１２Ｙには、平面視において正六角形状のレンズ輪郭で構成された複数のマイクロレンズ１３Ｙが、片側の面に格子状に形成されている。そして、マイクロレンズ１３Ｘとマイクロレンズ１３Ｙは、隣接するマイクロレンズの中心同士の間隔（「レンズピッチ」とも呼ぶ。）が等しくなるように配列されている。また、マイクロレンズ１３Ｘと、マイクロレンズ１３Ｙとは、厚さ（サイズ）及び材質の屈折率が等しい。
　ここで、レンズアレイ内側領域１２Ｘのマイクロレンズ１３Ｘと、レンズアレイ外側領域１２Ｙのマイクロレンズ１３Ｙとは、曲率半径が異なる値になるように設計されている。具体的には、レンズアレイ内側領域１２Ｘのマイクロレンズ１３Ｘの曲率半径「Ｒｉｎ」は、以下の式（１）に示すように、レンズアレイ外側領域１２Ｙのマイクロレンズ１３Ｙの曲率半径「Ｒｏｕｔ」よりも大きい。
　　　　　　　Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ　　　（１）
　このように、マイクロレンズ１３Ｘの曲率半径Ｒｉｎとマイクロレンズ１３Ｙの曲率半径Ｒｏｕｔとが式（１）を満たすように設計されることで、中間像生成用光学素子１１は、観察者が視認する表示像の内側部分の輝度を高くすると共に、外縁を含む表示像全体を観察者に視認させることができる。
　この効果について図４乃至図６を参照して詳しく説明する。
　図４は、一般的なマイクロレンズアレイ２００によって形成される中間像を説明するための図を示している。例えばレーザスキャン型光源にマイクロレンズアレイ２００を適用した場合、マイクロレンズアレイ部２００の各マイクロレンズ２００ａの焦点を画素位置とする中間像が、符号２０１で示す面（焦点面であり、以下「中間像面」と呼ぶ。）に形成される。図４に示す例では、中間像は、マイクロレンズ２００ａの焦点位置に形成された画素２０２、２０３、２０４によって構成されている。このような画素２０２、２０３、２０４の間隔は、マイクロレンズアレイ２００のレンズピッチと等しい。
　ここで、マイクロレンズアレイ２００の全体から出射する光が広がる拡散角（「拡散角θ」とも呼ぶ。）は、各マイクロレンズ２００ａの拡散角「θｍ」と等しい。従って、マイクロレンズアレイ２００の拡散角θは、マイクロレンズ２００ａの開口数「ＮＡ」と、以下の式（２）に示す関係が成立する。
　　　　　　　ＮＡ＝ｓｉｎ（θ／２）　　　　（２）
　ここで、開口数ＮＡは、マイクロレンズ２００ａの曲率等が適切な値になるようにマイクロレンズ２００ａを設計することで調整可能である。従って、拡散角θについても、同様に、マイクロレンズ２００ａの曲率等が適切な値になるようにマイクロレンズ２００ａを設計することで調整することが可能である。具体的には、マイクロレンズ２００ａの曲率半径を大きくすることで拡散角θを小さくすることができ、マイクロレンズ２００ａの曲率半径を小さくすることで拡散角θを大きくすることができる。
　また、拡散角θは、液晶ディスプレイなどの性能指標である視野角と同様の働きを示し、拡散角θが小さいほど、対応する表示像の部分を視認可能な範囲（所謂アイボックス）は小さくなる。一方、拡散角θが大きいほど、光が拡散する範囲が広くなり、アイポイントＰｅに到達する光量が小さくなる。
　ここで、図３に示す中間像生成用光学素子１１の場合、式（１）に示すように、マイクロレンズ１３Ｘの曲率半径Ｒｉｎは、マイクロレンズ１３Ｙの曲率半径Ｒｏｕｔよりも大きいことから、レンズアレイ内側領域１２Ｘに入射した光の拡散角は、レンズアレイ外側領域１２Ｙに入射した光の拡散角よりも小さくなる。また、中間像生成用光学素子１１から出射された光は、コンバイナ１６で反射し、その反射光がアイポイントＰｅに入射する。このとき、レンズアレイ外側領域１２Ｙを通過した光の拡散角は、レンズアレイ内側領域１２Ｘを通過した光の拡散角よりも大きいことから、コンバイナ１６の反射光のうち、レンズアレイ内側領域１２Ｘを通過した反射光の拡散角は小さくなり、レンズアレイ外側領域１２Ｙを通過した反射光の拡散角は大きくなる。これについて、図５を参照してさらに詳しく説明する。
　図５は、コンバイナ１６及びアイポイントＰｅを天井部２７の方向から観察した場合に、コンバイナ１６からアイポイントＰｅへ入射する光の広がりを概念的に示した図である。図５において、位置「Ｐ１」及び位置「Ｐ３」は、コンバイナ１６の長手方向の両端近傍であって、コンバイナ１６の短手方向の中央部分の位置を示し、位置「Ｐ２」は、コンバイナ１６の長手方向の中央付近であって、コンバイナ１６の短手方向の中央部分の位置を示すものとする。
　図５の例では、位置Ｐ１及び位置Ｐ３には、レンズアレイ外側領域１２Ｙを透過した光が入射し、位置Ｐ２には、レンズアレイ内側領域１２Ｘを透過した光が入射する。この場合、コンバイナ１６の左端付近の位置Ｐ１に対応する表示像を構成する光は、角度「θｏｕｔ」を形成する光線Ｌ１Ｌ及び光線Ｌ１Ｒの間の範囲で拡散し、コンバイナ１６の右端付近の位置Ｐ３に対応する表示像を構成する光も同様に、角度θｏｕｔを形成する光線Ｌ３Ｌ及び光線Ｌ３Ｒの間の範囲で拡散する。一方、コンバイナ１６の位置Ｐ２に対応する表示像を構成する光は、角度「θｉｎ」を形成する光線Ｌ２Ｌ及び光線Ｌ２Ｒの間の範囲で拡散する。
　ここで、コンバイナ１６における反射光の拡散角は、中間像生成用光学素子１１を透過した光の拡散角が大きいほど大きくなる。従って、角度θｏｕｔは、角度θｉｎよりも大きい。これにより、アイポイントＰｅには、コンバイナ１６の長手方向において中央部分にある位置Ｐ２に対応する表示像を構成する光に加え、コンバイナ１６の長手方向において両端付近にある位置Ｐ１、Ｐ３に対応する表示像を構成する光が到達する。このように、位置Ｐ１乃至Ｐ３を含むコンバイナ１６の照射範囲にある位置に対応する表示像が適切に観察者に認識され、観察者は、表示像全体を視認することができる。
　また、コンバイナ１６の中央付近にある位置Ｐ２に対応する表示像を構成する光は、位置Ｐ１、Ｐ３に対応する表示像を構成する光と比較して、拡散角が小さいため、十分な光量を保った状態でアイポイントＰｅに入射する。従って、位置Ｐ２に対応する表示像は、十分な輝度が保たれた状態で、観察者に視認されることになる。
　このように、光源ユニット１は、図３に示すように中間像生成用光学素子１１を構成することで、中央部分の表示像を構成する光がアイポイントＰｅに適切な光量により入射し、かつ、外縁部分の表示像を構成する光についてもアイポイントＰｅに入射する。従って、光源ユニット１は、比較的重要な情報が表示される表示像の中央部分の輝度を適切に保ち、かつ、表示像の全体を観察者に視認させることができる。
　また、レーザスキャン型光源により中間像生成用光学素子１１を照射した場合、レーザスキャン型光源の性質上、光が走査する方向（副走査方向）における中間像生成用光学素子１１の両端に近づくほど走査速度が遅くなる。その結果、表示像の横方向における両端ほど輝度が大きく傾向がある。従って、レーザスキャン型光源により中間像生成用光学素子１１を照射した場合には、コンバイナ１６の長手方向における両端部分（図５の場合、位置Ｐ１、Ｐ３）で反射した光が構成する表示像の部分についても十分な輝度で観察者に視認させることができる。
　次に、中間像生成用光学素子１１の全領域で曲率半径が等しいマイクロレンズを配列した場合の比較例について図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
　図６（ａ）は、中間像生成用光学素子１１の全領域で曲率半径Ｒｏｕｔのマイクロレンズ１３Ｙを配列した場合に、コンバイナ１６からアイポイントＰｅへ入射する光の広がりを示した図である。
　この場合、コンバイナ１６の長手方向における中央付近の位置Ｐ２に対応する表示像を構成する光は、コンバイナ１６の両端付近の位置Ｐ１、Ｐ３の反射光と同様に、角度θｏｕｔで拡散する。従って、この場合、図６（ａ）において位置Ｐ２から出射した光の光量は、図５において位置Ｐ２から出射した光の光量よりも小さくなる。このように、中間像生成用光学素子１１の全領域で曲率半径が小さいマイクロレンズ１３Ｙを配列した場合には、本実施例と比較して、表示像の内側部分の輝度が低くなる。その結果、図６（ａ）に示す比較例では、重要な情報が表示される表示像の内側部分を明確に観察者に視認させることができない。
　図６（ｂ）は、中間像生成用光学素子１１の全領域で曲率半径Ｒｉｎのマイクロレンズ１３Ｘを配列した場合に、コンバイナ１６からアイポイントＰｅへ入射する光線を概念的に示した図である。
　この場合、コンバイナ１６の両端付近の位置Ｐ１、Ｐ３に対応する表示像を構成する光は、コンバイナ１６の中央付近の位置Ｐ２に対応する表示像を構成する光と同様に、角度θｉｎで拡散する。従って、この場合、図６（ｂ）の位置Ｐ１、Ｐ３に対応する表示像を構成する光の拡散角は、図５の位置Ｐ１、Ｐ３に対応する表示像を構成する光の拡散角よりも小さくなる。その結果、図６（ｂ）に示すように、位置Ｐ１、Ｐ３に対応する表示像を構成する光は、アイポイントＰｅまで到達しない。このように、図６（ｂ）に示す比較例では、観察者は、位置Ｐ１、Ｐ３を含むコンバイナ１６の外縁の照射領域に対応する表示像の部分を視認することができず、表示像の全体を視認することができなくなる。
　以上を勘案し、本実施例では、中間像生成用光学素子１１は、曲率半径Ｒｉｎのマイクロレンズ１３Ｘが配列されたレンズアレイ内側領域１２Ｘと、曲率半径Ｒｉｎよりも小さい曲率半径Ｒｏｕｔのマイクロレンズ１３Ｙが配列されたレンズアレイ外側領域１２Ｙとを有する。これにより、光源ユニット１は、コンバイナ１６を介して表示像を観察者に視認させる場合に、表示像の内側部分の輝度を高くして当該部分を明瞭に視認させつつ、表示像の外側部分が欠けることなく表示像全体を視認させることができる。
　［変形例］
　次に、本発明に好適な変形例について説明する。以下に示す変形例は、組み合わせて上述の実施例に適用されてもよい。
　（変形例１）
　図３では、レンズアレイ外側領域１２Ｙは、レンズアレイ内側領域１２Ｘの外周を囲むように形成されていた。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。これに代えて、レンズアレイ外側領域１２Ｙは、図３に示す領域の一部にのみ形成されていてもよい。
　図７は、本変形例における中間像生成用光学素子１１ａの正面図を示す。図７に示すように、中間像生成用光学素子１１ａは、長手方向の内側部分に、曲率半径Ｒｉｎのマイクロレンズ１３Ｘが配列されたレンズアレイ内側領域１２Ｘａを有し、長手方向の両端部分に、曲率半径Ｒｏｕｔのマイクロレンズ１３Ｙが配列されたレンズアレイ外側領域１２Ｙａａ、１２Ｙａｂを有する。
　このように、中間像生成用光学素子１１ａは、透過した光がアイポイントＰｅに到達しない可能性がある長手方向の両端部分にのみ、曲率半径が小さいマイクロレンズ１３Ｙが配置されたレンズアレイ外側領域１２Ｙａａ、１２Ｙａｂを設ける。これによっても、光源ユニット１は、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分の輝度を高くし、当該部分を明瞭に観察者に視認させると共に、表示像の全体を観察者に視認させることができる。
　また、レーザスキャン型光源により中間像生成用光学素子１１ａを照射した場合、レンズアレイ外側領域１２Ｙａａ、１２Ｙａｂは走査速度が比較的遅い部分に相当する。従って、光源ユニット１は、レンズアレイ外側領域１２Ｙａａ、１２Ｙａｂの透過光が構成する表示像の明るさを十分に保ち、表示像全体を明確に観察者に視認させることができる。
　（変形例２）
　図３では、中間像生成用光学素子１１は、曲率半径が異なるマイクロレンズ１３Ｘ、１３Ｙが配列された２つの領域（レンズアレイ内側領域１２Ｘ、レンズアレイ外側領域１２Ｙ）に分けられていた。しかし、本発明が適用可能な中間像生成用光学素子１１の構成は、これに限定されない。
　これに代えて、中間像生成用光学素子１１は、曲率半径が異なるマイクロレンズが配列された３つ以上の領域に分けられていてもよい。これにより、光源ユニット１は、表示像の輝度を外縁部分から中心部分にかけて段階的に高くしつつ、表示像の全体を観察者に視認させる。
　図８は、変形例２に係る中間像生成用光学素子１１ｂの正面図を示す。図８に示すように、中間像生成用光学素子１１ｂは、最も内側に存在するレンズアレイ内側領域１２Ｘｂと、最外周に存在するレンズアレイ外側領域１２Ｙｂと、レンズアレイ内側領域１２Ｘｂ及びレンズアレイ外側領域１２Ｙｂに挟まれた中間領域であるレンズアレイ中間領域１２Ｚｂとを有する。
　この場合、外側に位置する領域ほど、曲率半径が小さいマイクロレンズが配置される。具体的に、図８では、レンズアレイ中間領域１２Ｚｂに配置されたマイクロレンズ１３Ｚの曲率半径を「Ｒｍｉｄ」とすると、各領域内のマイクロレンズ１３Ｘ、１３Ｙ、１３Ｚの曲率半径の大小の関係は、以下の式（３）に示す関係となる。
　　　　　　　Ｒｉｎ＞Ｒｍｉｄ＞Ｒｏｕｔ　　　（３）
　この場合、レンズアレイ内側領域１２Ｘｂを通る光の拡散角が最も小さくなり、レンズアレイ外側領域１２Ｙｂを通る光の拡散角が最も大きくなる。そして、表示像の輝度は、外縁部分から中心部分にかけて段階的に高くなる。従って、変形例２の場合であっても、光源ユニット１は、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分の輝度を高くし、当該部分を明瞭に観察者に視認させつつ、表示像の全体を観察者に視認させることができる。
　（変形例３）
　中間像生成用光学素子１１は、一つのマイクロレンズアレイによって構成されていた。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されず、中間像生成用光学素子１１は、２つのマイクロレンズアレイによって構成されていてもよい。
　図９は、変形例３に係る中間像生成用光学素子１１ｃの斜視図を示す。図９に示すように、中間像生成用光学素子１１ｃは、所定の距離だけ離間させて対向配置された第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙを有する。第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙは、それぞれ、略円板状に構成されている。また、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙは、それぞれ、マイクロレンズ１３Ｘｃ、１３Ｙｃが、片側の面に格子状に形成されている。
　更に、図９に示すように、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘは入射光側に配置されており、第２マイクロレンズアレイ１１Ｙは出射光側に配置されている。つまり、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘに先に光が入射し、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘから出射された光が第２マイクロレンズアレイ１１Ｙに入射する。
　図１０は、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙの具体的な構成を示す図である。図１０（ａ）は、光の進行方向に垂直な面にて第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙを切断した断面図を示す。具体的には、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙの一部分を拡大して表した断面図を示している。図１０（ａ）に示すように、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙは、それぞれ、対向する面に複数のマイクロレンズ１３Ｘｃ、１３Ｙｃが形成されている。ここで、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘに配列されたマイクロレンズ１３Ｘｃの焦点距離よりも少なくとも長い距離「Ｄ」だけ離間した位置に、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙを対向配置する。
　図１０（ｂ）は、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙの平面図を示す。具体的には、光の進行方向に沿った方向から観察した、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙの一部分を拡大して表した平面図を示している。
　図１０（ｂ）に示すように、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘに配列されたマイクロレンズ１３Ｘｃのレンズピッチ「Ｐａ」と、第２マイクロレンズアレイ１１Ｙに配列されたマイクロレンズ１３Ｙｃのレンズピッチ「Ｐｂ」とが異なるように、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙを構成する。具体的には、第１マイクロレンズアレイ１１ＸにおけるレンズピッチＰａが第２マイクロレンズアレイ１１ＹにおけるレンズピッチＰｂよりも小さくなるように、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙを構成する。例えば、マイクロレンズ１３ＸｃのレンズピッチＰａがマイクロレンズ１３ＹｃのレンズピッチＰｂの「１／２」以下となるように、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙを構成する。
　この構成によれば、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘの複数のマイクロレンズ１３Ｘｃで集光された光が、第２マイクロレンズアレイ１１Ｙの１つのマイクロレンズ１３Ｙｃに入射することとなる。これにより、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘの複数のマイクロレンズ１３Ｘｃによって形成された２つ以上の画素が、第２マイクロレンズアレイ１１Ｙの１つのマイクロレンズ１３Ｙｃによって集約され、１つの画素が形成される。つまり、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘの複数のマイクロレンズ１３Ｘｃによって形成された２つ以上の画素が、第２マイクロレンズアレイ１１Ｙの１つのマイクロレンズ１３Ｙｃによって、当該２つ以上の画素よりも大きなサイズを有する画素として集約される。これにより、画素輝点を目立たなくすることができる。よって、本変形例の構成によれば、第２マイクロレンズアレイ１１Ｙによる中間像を拡大して表示させた場合にも、過度な画素輝点の発生を適切に抑制することができる。
　そして、この構成において、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙの少なくとも一方において、曲率半径が異なるマイクロレンズが配列された外側領域と内側領域とが設けられる。そして、外側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径は、内側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径よりも小さい値に設計される。これについて、図１１を参照して具体例を説明する。
　図１１は、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘ及び第２マイクロレンズアレイ１１Ｙのそれぞれに曲率半径が異なるマイクロレンズが配列された外側領域と内側領域とが設けられた場合の中間像生成用光学素子１１ｃの斜視図である。
　図１１に示すように、第１マイクロレンズアレイ１１Ｘは、曲率半径「ＲｉｎＸ」を有するマイクロレンズ１３ＸＸｃが配列されたレンズアレイ内側領域１２ＸＸと、曲率半径「ＲｏｕｔＸ」を有するマイクロレンズ１３ＸＹｃが配列されたレンズアレイ外側領域１２ＸＹとを有する。そして、レンズアレイ内側領域１２ＸＸに配列されたマイクロレンズ１３ＸＸｃの曲率半径ＲｉｎＸは、以下の式（４）に示すように、レンズアレイ外側領域１２ＸＹに配列されたマイクロレンズ１３ＸＹｃの曲率半径ＲｏｕｔＸよりも大きい。
　　　　　　　ＲｉｎＸ＞ＲｏｕｔＸ　　　（４）
　同様に、第２マイクロレンズアレイ１１Ｙは、曲率半径「ＲｉｎＹ」を有するマイクロレンズ１３ＹＸｃが配列されたレンズアレイ内側領域１２ＹＸと、曲率半径「ＲｏｕｔＹ」を有するマイクロレンズ１３ＹＹｃが配列されたレンズアレイ外側領域１２ＹＹとを有する。そして、レンズアレイ内側領域１２ＹＸに配列されたマイクロレンズ１３ＹＸｃの曲率半径ＲｉｎＹは、以下の式（５）に示すように、レンズアレイ外側領域１２ＹＹに配列されたマイクロレンズ１３ＹＹｃの曲率半径ＲｏｕｔＹよりも大きい。
　　　　　　　ＲｉｎＹ＞ＲｏｕｔＹ　　　（５）
　このように中間像生成用光学素子１１ｃを構成することで、中央部分の表示像を構成する光がアイポイントＰｅに適切な光量により入射し、かつ、外縁部分の表示像を構成する光についてもアイポイントＰｅに入射する。従って、実施例と同様、光源ユニット１は、比較的重要な情報が表示される表示像の内側部分については輝度が高い状態で明瞭に観察者に視認させると共に、表示像の全体を観察者に視認させることができる。
　（変形例４）
　図１に示すヘッドアップディスプレイ１００の構成は一例であり、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。例えば、ヘッドアップディスプレイ１００は、コンバイナ１６を有さず、光源ユニット１は、フロントウィンドウ２５へ投影することで、フロントウィンドウ２５に表示像を運転者のアイポイントＰｅへ反射させてもよい。また、光源ユニット１の位置は、天井部２７に設置される場合に限らず、ダッシュボード２９の内部に設置されてもよい。この場合、ダッシュボード２９には、コンバイナ１６又はフロントウィンドウ２５に光を通過させるための開口部が設けられる。
　本発明は、ヘッドマウントディスプレイなどのレーザ光源を利用した表示装置に利用することができる。
　１　光源ユニット
　３　ビデオＡＳＩＣ
　７　レーザドライバＡＳＩＣ
　８　ＭＥＭＳ制御部
　９　レーザ光源部
　１１　中間像生成用光学素子
　１６　コンバイナ
　１００　ヘッドアップディスプレイ

Claims (8)

  1. 　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を有する光学素子であって、
    　前記マイクロレンズアレイは、配列された前記マイクロレンズの曲率半径が異なる複数の領域を有し、
    　前記複数の領域は、前記マイクロレンズアレイの中心から離れた領域ほど、配列されたマイクロレンズの曲率半径が小さいことを特徴とする光学素子。
  2. 　前記マイクロレンズアレイは、前記複数の領域として、前記マイクロレンズアレイの外周部分に設けられた外側領域と、前記外側領域に囲まれた内側領域とを有し、
    　前記外側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径は、前記内側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  3. 　前記マイクロレンズアレイは、前記複数の領域として、前記マイクロレンズアレイの長手方向において前記マイクロレンズアレイの両端に形成された外側領域と、前記長手方向において前記外側領域に挟まれた内側領域とを有し、
    　前記外側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径は、前記内側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  4. 　前記マイクロレンズアレイは、前記複数の領域として、前記外側領域と、前記内側領域との間に存在する１又は複数の中間領域をさらに有し、
    　前記中間領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径は、前記内側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径よりも小さく、かつ、前記外側領域に配列されたマイクロレンズの曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項２または３に記載の光学素子。
  5. 　複数のマイクロレンズが配列され、互いに対向配置された第１マイクロレンズアレイ及び第２マイクロレンズアレイを有し、
    　前記第１マイクロレンズアレイ又は前記第２マイクロレンズアレイの少なくともいずれか一方が、前記マイクロレンズアレイとして構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学素子を備え、前記光学素子によって形成された画像をユーザの目の位置から虚像として視認させることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
  7. 　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を有する光学素子と、
    　前記光学素子に表示像を構成する光を出射する光源と、を有する光源ユニットであって、
    　前記マイクロレンズアレイは、配列されたマイクロレンズの曲率半径が異なる複数の領域を有し、
    　前記複数の領域は、前記マイクロレンズアレイの中心から離れた領域ほど、配列されたマイクロレンズの曲率半径が小さいことを特徴とする光源ユニット。
  8. 　前記光源は、レーザスキャン型光源であることを特徴とする請求項７に記載の光源ユニット。
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