WO2015125283A1 - 光学素子、及び、ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

光学素子、及び、ヘッドアップディスプレイ Download PDF

Info

Publication number
WO2015125283A1
WO2015125283A1 PCT/JP2014/054212 JP2014054212W WO2015125283A1 WO 2015125283 A1 WO2015125283 A1 WO 2015125283A1 JP 2014054212 W JP2014054212 W JP 2014054212W WO 2015125283 A1 WO2015125283 A1 WO 2015125283A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser light
optical element
pitch
incident
light
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/054212
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
野本　貴之
Original Assignee
パイオニア株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パイオニア株式会社 filed Critical パイオニア株式会社
Priority to EP14883255.3A priority Critical patent/EP3109688B1/en
Priority to JP2016503883A priority patent/JPWO2015125283A1/ja
Priority to PCT/JP2014/054212 priority patent/WO2015125283A1/ja
Publication of WO2015125283A1 publication Critical patent/WO2015125283A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/021—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
    • G02B5/0215—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures the surface having a regular structure

Definitions

  • the present invention relates to an optical screen of a laser projector.
  • a head-up display (hereinafter also referred to as “HUD”) is an image (real image) projected on a screen of a liquid crystal display or a laser projector by a half mirror called a combiner placed in front of the driver's field of view. It is a device that allows the driver to visually recognize it as a virtual image. As a result, the driver can view the instrument, navigation information, and the like superimposed on the scenery without looking down while looking forward.
  • Patent Documents 1 and 2 are cited as prior arts related to an HUD optical screen using a laser projector.
  • Patent Document 1 includes a plurality of optical element portions in which an optical element constituting an optical screen has a curved surface, and the pitch of the optical element portion is set so that the diffraction width of the light beam diffused by the optical element is equal to or smaller than the pupil diameter of the viewer. The method of setting is described.
  • Patent Document 2 describes a method in which speckle noise is considered to be generated by the edge of the lens, and the lens pitch is made larger than the diameter of the laser light so that the laser light does not strike the edge of the lens.
  • JP 2013-64985 A Japanese Patent No. 5075595
  • Patent Document 1 does not consider the incident NA (numerical aperture) of laser light incident on an optical element in the setting of the pitch of the optical element portion constituting the optical element. Further, although the viewer's pupil diameter is set as a reference in setting the pitch, there is a problem that the appearance changes due to a change in the position of the viewer, particularly a change in the position in the front-rear direction.
  • Patent Document 2 has a problem that the entire lens cannot be effectively used because the laser beam is prevented from hitting the edge of the lens.
  • An object of the present invention is to provide an optical element that can reliably see the entire virtual image at any viewpoint position.
  • the invention described in claim is an optical element that diffuses laser light incident from a laser light source, and includes a microlens array or a diffraction grating, and a pitch of the microlens array or diffraction grating is an incident aperture of the laser light.
  • the distribution of diffracted light emitted from the optical element is determined to be uniform based on the number and the wavelength of the laser light.
  • the schematic structure of HUD which concerns on an Example is shown.
  • a mode that a laser beam is scanned on an optical screen is shown typically. It is a figure explaining lens pitch and incident NA of a laser beam. It is a figure explaining the mode of the emitted light from an optical screen.
  • the relationship between a lens array and diffracted light distribution is shown.
  • the relationship between the incident NA of laser light and diffracted light is shown.
  • the distribution of the diffracted light by an Example is shown. It is a figure explaining other conditions for obtaining desired emitted light.
  • the structure of a reflective optical screen is shown.
  • the structure of the optical screen using a diffraction grating is shown.
  • a preferred embodiment of the present invention is an optical element that diffuses laser light incident from a laser light source, and includes a microlens array or a diffraction grating, and the pitch of the microlens array or diffraction grating is the incidence of the laser light. Based on the numerical aperture and the wavelength of the laser light, the distribution of the diffracted light emitted from the optical element is set to be uniform.
  • the optical element is used as an optical screen, for example, and diffuses and outputs laser light incident from a laser light source.
  • the optical element includes a microlens array or a diffraction grating, and the pitch is set so that the distribution of the diffracted light emitted from the optical element is uniform based on the incident numerical aperture of the laser light and the wavelength of the laser light. Has been. Thereby, the light quantity distribution of the emitted light from the optical element can be made uniform regardless of the viewpoint position and without depending on the optical system arranged in the subsequent stage.
  • the optical element is a microlens array or a diffraction grating
  • the microlens array or the diffraction grating is formed on the basis of the spot diameter of the laser light applied to the microlens array or the diffraction grating.
  • the pitch is smaller than the spot diameter.
  • the pitch is p
  • the incident numerical aperture is NAinc
  • the wavelength is ⁇
  • the pitch p is
  • the laser beam includes laser beams of three colors of red, green, and blue, the pitch is p, the incident numerical aperture is NAinc, and the wavelength of the red laser beam is ⁇ RED , When the wavelength of the blue laser light is ⁇ BLUE , the pitch p is
  • a head-up display includes a laser light source, the optical element described above, an optical screen that emits laser light emitted from the laser light source, and the optical screen emitted from the optical screen. And a combiner that reflects the laser light.
  • FIG. 1 shows a configuration of a HUD according to an embodiment of the present invention.
  • the HUD includes a laser projector 10 and a combiner 5.
  • Laser light constituting an image to be visually recognized by the driver is emitted from the laser projector 10, reflected by the combiner 5 which is a concave mirror, and reaches the viewpoint of the driver.
  • the driver visually recognizes the image as a virtual image.
  • the laser projector 10 includes a laser light source 11, an optical screen 12, and a MEMS mirror 13.
  • the laser light source 11 includes laser light sources of three colors R (red), G (green), and B (blue), and emits RGB laser light L corresponding to an image to be visually recognized by the driver.
  • the optical screen 12 includes a lens array in which a plurality of microlenses (hereinafter simply referred to as “lenses”) 12x are arranged.
  • FIG. 2 shows a state in which the laser light L is scanned on the optical screen 12.
  • the laser light L emitted from the laser light source 11 is scanned on the optical screen 12 by the MEMS mirror 13. Thereby, an image to be visually recognized by the driver is drawn on the optical screen 12.
  • the lens pitch p of the lens array constituting the optical screen 12 is condensed on the lens array so that the driver can surely see the entire virtual image at any viewpoint position. It is characterized in that it is determined on the basis of the incident NA (numerical aperture) of the laser beam (incident light) and the wavelength of the laser beam. Specifically, the lens pitch p of the lens array constituting the optical screen 12 is determined so as to satisfy the following expression (1).
  • the lens pitch p is defined as a distance p between the centers of adjacent lenses 12x among the plurality of lenses 12x constituting the lens array.
  • FIG. 4A shows the emitted light when an ideal optical screen is used. Since an ideal optical screen diffuses incident light uniformly, the laser spot for one pixel spreads uniformly in the emitted light. Therefore, an image by incident light can be viewed in the same way at any viewpoint position.
  • FIG. 4B shows emitted light when a lens array is used as the optical screen.
  • the lens array is used, diffraction occurs due to the periodic structure of the microlens constituting the lens array, and the emitted light does not spread evenly. Therefore, depending on the viewpoint position, there are cases where an image can be seen and where it cannot be seen.
  • FIG. 5A shows the lens pitch p of the lens array
  • FIG. 5B shows the distribution of diffracted light emitted from the lens array.
  • the interval of the diffracted light emitted from the lens array depends on the lens period. For example, when a lens array having a lens pitch p shown in FIG. 5A is used, the interval of diffracted light is (2 / ⁇ 3) ⁇ ( ⁇ / p).
  • the size of each diffracted light is determined by the incident NA of the incident light. Specifically, as shown in FIG. 6A, when the incident NA is large, the magnitude (angle ⁇ ) of the diffracted light becomes large. Further, as shown in FIG. 6B, when the incident NA is small, the magnitude (angle ⁇ ′) of the diffracted light is small.
  • the emission NA as shown in FIG. 8B is also an important design element. If the emission NA is too small, the viewpoint range becomes narrow, and if it is too large, the brightness of the virtual image becomes insufficient. In order to obtain an injection NA that meets the system specifications, the following condition (A) is further required.
  • the incident light spot needs to be larger than the diameter of a single lens. This is because the performance of a single lens cannot be fully exhibited unless incident light is incident on the entire surface of each lens. Therefore, as shown in FIG. 8A, the diameter of the incident light L is made larger than the diameter of the lens 12x.
  • the following formula (3) needs to be established.
  • Equation (1) includes a laser wavelength parameter.
  • the laser wavelength has a relationship of red>green> blue, so the following equation (4) is obtained.
  • ⁇ RED is the wavelength of the red laser light
  • ⁇ BLUE is the wavelength of the blue laser light.
  • the incident NA of laser light is set to 0.003.
  • the lens pitch p ⁇ about 123 ⁇ m.
  • an optical system for example, disposed at the rear stage of the optical screen 12 regardless of the viewpoint position.
  • the light quantity distribution of the light emitted from the optical screen 12 can be made uniform without depending on a combiner or the like.
  • the diffracted light should be arranged without a gap, but in reality, there is a gap between adjacent diffracted lights, or some of the adjacent diffracted lights overlap each other, and this Such gaps or overlapping portions are not strictly uniform. However, since the human eye is not a point, and it looks at the target object with a certain extent, such small gaps and overlaps are visually averaged and recognized. It will look uniform. In the present invention, the diffracted light is assumed to be uniform in this sense.
  • the optical screen 12 is configured as a transmission type, but the optical screen 12 may be configured as a reflection type.
  • FIG. 9 shows an example of a reflective optical screen 12R.
  • the reflective optical screen 12R is produced by forming a reflective film 12a on the curved surface of the lens array of the transmissive optical screen 12. The laser light incident on the lens array is reflected by the reflection film 12a on the lens array.
  • the individual lenses 12x constituting the lens array are hexagonal, but the application of the present invention is not limited to this. In other words, the individual lenses 12x may be squares or other polygons.
  • the pitches in all directions of the lens array may not be the same.
  • the lens 12x is a hexagon that is crushed in the vertical or horizontal direction, if both the vertical lens pitch and the horizontal lens pitch satisfy Expressions (1) and (4), the emitted light Can be made uniform. Further, there may be an interval between adjacent lenses 12x.
  • the optical screen 12 is constituted by a lens array, but the application of the present invention is not limited to this.
  • the optical screen only needs to have a periodic array, and for example, a diffraction grating may be used.
  • FIG. 10 shows a configuration of an optical screen 22 using a diffraction grating.
  • FIG. 10A is a perspective view of the optical screen 22
  • FIG. 10B is a plan view of the optical screen 22.
  • the optical screen 22 using a diffraction grating also diffracts incident light and emits it.
  • the grating pitch p so as to satisfy the expressions (1) and (4) described above, the light quantity distribution of the emitted light can be made uniform as in the embodiment of the lens array.
  • the present invention can be used for an optical screen of a laser projector.

Abstract

　光学素子は、例えば光学スクリーンとして使用され、レーザ光源から入射するレーザ光を拡散して出力する。光学素子は、マイクロレンズアレイ又は回折格子を備え、そのピッチは、前記レーザ光の入射開口数及び前記レーザ光の波長に基づき、前記光学素子から射出する回折光の分布が均一となるように設定されている。

Description

光学素子、及び、ヘッドアップディスプレイ
　本発明は、レーザプロジェクタの光学スクリーンに関する。
　ヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」とも記す。）は、液晶ディスプレイの画面やレーザプロジェクタで投影されたスクリーン上の画像（実像）を、運転者の視界前方に置かれたコンバイナと呼ばれるハーフミラーによって虚像として運転者に視認させる装置である。これにより運転者は前方を見たまま視線を下げることなく計器類やナビゲーション情報等を景色に重畳した状態で視認することができる。
　レーザプロジェクタを用いたＨＵＤでは、光源からのレーザ光を光学スクリーンに投射して、運転者に虚像として視認させる画像を生成する。レーザプロジェクタを用いたＨＵＤの光学スクリーンに関連する先行技術として特許文献１、２が挙げられる。
　特許文献１は、光学スクリーンを構成する光学素子が曲面を有する複数の光学素子部を備え、光学素子により拡散された光束の回折幅が視認者の瞳孔径以下となるように光学素子部のピッチを設定する手法を記載している。
　特許文献２は、スペックルノイズがレンズの縁により発生するものと考え、レンズの縁にレーザ光が当たらないように、レーザ光の径よりもレンズピッチを大きくする手法を記載している。
特開２０１３－６４９８５号公報 特許５０７５５９５号公報
　特許文献１では、光学素子を構成する光学素子部のピッチの設定において、光学素子に入射するレーザ光の入射ＮＡ（開口数）を考慮していない。また、ピッチの設定において視認者の瞳孔径を基準としているが、視認者の位置の変化、特に前後方向の位置の変化により見え方が変わってしまうという課題を有する。
　特許文献２では、レンズの縁にレーザ光が当たらないようにしているため、レンズ全体を有効に利用できていないという課題を有する。
　本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、どのような視点位置でも虚像全体を確実に見ることが可能な光学素子を提供することを目的とする。
　請求項に記載の発明は、レーザ光源より入射するレーザ光を拡散する光学素子であって、マイクロレンズアレイ又は回折格子を備え、前記マイクロレンズアレイ又は回折格子のピッチは、前記レーザ光の入射開口数及び前記レーザ光の波長に基づき、前記光学素子から射出する回折光の分布が均一となるように定められていることを特徴とする。
実施例に係るＨＵＤの概略構成を示す。 光学スクリーン上にレーザ光をスキャンする様子を模式的に示す。 レンズピッチ、及び、レーザ光の入射ＮＡを説明する図である。 光学スクリーンからの射出光の様子を説明する図である。 レンズアレイと回折光分布との関係を示す。 レーザ光の入射ＮＡと回折光の関係を示す。 実施例による回折光の分布を示す。 所望の射出光を得るための他の条件を説明する図である。 反射型の光学スクリーンの構成を示す。 回折格子を用いた光学スクリーンの構成を示す。
　本発明の好適な実施形態は、レーザ光源より入射するレーザ光を拡散する光学素子であって、マイクロレンズアレイ又は回折格子を備え、前記マイクロレンズアレイ又は回折格子のピッチは、前記レーザ光の入射開口数及び前記レーザ光の波長に基づき、前記光学素子から射出する回折光の分布が均一となるように設定されている。
　上記の光学素子は、例えば光学スクリーンとして使用され、レーザ光源から入射するレーザ光を拡散して出力する。光学素子は、マイクロレンズアレイ又は回折格子を備え、そのピッチは、前記レーザ光の入射開口数及び前記レーザ光の波長に基づき、前記光学素子から射出する回折光の分布が均一となるように設定されている。これにより、視点位置に拘わらず、また、後段に配置される光学系に依存せず、光学素子からの射出光の光量分布を均一とすることができる。
　上記の光学素子の一態様では、前記光学素子はマイクロレンズアレイ又は回折格子であり、前記マイクロレンズアレイ又は回折格子に照射された前記レーザ光のスポット径に基づき、前記マイクロレンズアレイ又は回折格子のピッチが前記スポット径以下の大きさである。これにより、所望の仕様に設計されたマイクロレンズ自体の性能を発揮することができる。
　好適な例では、前記ピッチをｐ、前記入射開口数をＮＡinc、前記波長をλとすると、前記ピッチｐは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 を満足する。
　また、他の好適な例では、前記レーザ光は赤色、緑色、青色の３色のレーザ光を含み、前記ピッチをｐ、前記入射開口数をＮＡinc、前記赤色のレーザ光の波長をλRED、前記青色のレーザ光の波長をλBLUEとすると、前記ピッチｐは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 を満足する。
　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、レーザ光源と、上記の光学素子により構成され、前記レーザ光源から射出したレーザ光を照射する光学スクリーンと、前記光学スクリーンから射出されたレーザ光を反射するコンバイナと、を備える。
　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。
　［実施例］
　図１は、本発明の実施例に係るＨＵＤの構成を示す。ＨＵＤは、レーザプロジェクタ１０と、コンバイナ５と、を備える。運転者に視認させるべき画像を構成するレーザ光がレーザプロジェクタ１０から射出され、凹面鏡であるコンバイナ５により反射され、運転者の視点に到達する。これにより、運転者がその画像を虚像として視認する。
　レーザプロジェクタ１０は、レーザ光源１１と、光学スクリーン１２と、ＭＥＭＳミラー１３とを備える。レーザ光源１１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のレーザ光源を備え、運転者に視認させるべき画像に対応するＲＧＢのレーザ光Ｌを射出する。図３（ａ）に示すように、光学スクリーン１２は、複数のマイクロレンズ（以下、単に「レンズ」とも呼ぶ。）１２ｘを配列したレンズアレイにより構成される。
　図２は、レーザ光Ｌを光学スクリーン１２上にスキャンする様子を示す。レーザ光源１１から射出されたレーザ光Ｌは、ＭＥＭＳミラー１３により光学スクリーン１２上でスキャンされる。これにより、運転者に視認させるべき画像が光学スクリーン１２上に描画される。
　本実施例では、どんな視点位置であっても、運転者が虚像全体を確実に見ることができるようにするため、光学スクリーン１２を構成するレンズアレイのレンズピッチｐを、レンズアレイ上に集光するレーザ光（入射光）の入射ＮＡ（開口数）と、レーザ光の波長とに基づいて定める点に特徴を有する。具体的には、光学スクリーン１２を構成するレンズアレイのレンズピッチｐを、以下の式（１）を満足するように決定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　ここで、レンズピッチｐは、図３（ａ）に示すように、レンズアレイを構成する複数のレンズ１２ｘのうち、隣接するレンズ１２ｘの中心間の距離ｐとして定義される。また、入射ＮＡは、図３（ｂ）に示すように、光学スクリーン１２に入射する入射光Ｌの広がりを示す角θを用いて「入射ＮＡ＝ｓｉｎθ」と与えられる。
　以下、式（１）について説明する。図４（ａ）は、理想的な光学スクリーンを用いた場合の射出光を示す。理想的な光学スクリーンは入射光を均一に拡散させるため、射出光においては１画素分のレーザスポットが均等に広がる。よって、どの視点位置でも入射光による画像を同じように見ることができる。
　図４（ｂ）は、光学スクリーンとしてレンズアレイを用いた場合の射出光を示す。レンズアレイを使用すると、レンズアレイを構成するマイクロレンズの周期構造により回折が生じ、射出光が均等に広がらない。そのため、視点位置によって、画像が見えるときと見えないときとがある。
　図５（ａ）はレンズアレイのレンズピッチｐを示し、図５（ｂ）はレンズアレイから射出する回折光の分布を示す。グレーティング法則により、レンズアレイから射出する回折光の間隔はレンズ周期に依存する。例えば、図５（ａ）に示すレンズピッチｐのレンズアレイを用いた場合、回折光の間隔は（２／√３）・（λ／ｐ）となる。
　一方、スカラー回折理論により、個々の回折光の大きさは、入射光の入射ＮＡで決まる。具体的に、図６（ａ）に示すように入射ＮＡが大きいときは、回折光の大きさ（角度θ）は大きくなる。また、図６（ｂ）に示すように入射ＮＡが小さいときは、回折光の大きさ（角度θ’）は小さくなる。
　以上より、図７に示すように、入射ＮＡを大きくして回折光の隙間を埋めれば、回折光がほぼ均一に分布した射出光が得られる。即ち、回折光の大きさが回折光の間隔以上となる条件で、即ち以下の式（２）の関係が成立するときに、射出光の光量（輝度）分布が均一な、ほぼ理想的な光学スクリーンを得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　また、射出光においては図８（ｂ）に示すような射出ＮＡも重要な設計要素である。射出ＮＡが小さすぎると視点範囲が狭くなり、大きすぎると虚像の輝度が足りなくなる。システムの仕様に合った射出ＮＡを得るためには、さらに以下の条件（Ａ）が求められる。
　（Ａ）入射光のスポットはレンズ単体の径より大きい必要がある。これは、入射光を個々のレンズの全面に入射させないと、レンズ単体の性能を十分に発揮できないからである。よって、図８（ａ）に示すように、入射光Ｌの直径をレンズ１２ｘの直径よりも大きくする。ここで、レーザ光のスポット径としてエアリーディスクの直径（ｒ＝１．２２λ／ＮＡ）を利用すると、以下の式（３）が成立することが必要である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　以上の式（２）、（３）より、式（１）が成立するときに、射出光の光量分布が均一となり、かつ、所望の射出ＮＡを得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　なお、式（１）にはレーザ波長のパラメータが含まれている。レーザ光源１１からのレーザ光をＲＧＢのカラーのレーザ光とする場合、レーザ波長は赤＞緑＞青の関係を有するので、以下の式（４）が得られる。ここで、λREDは赤色レーザ光の波長であり、λBLUEは青色レーザ光の波長である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　次に、上記の式（４）を満足する数値例を検討する。一例として、レーザ光の入射ＮＡ＝０．００３とする。式（４）の赤色レーザ光の波長λRED＝０．６３８ｎｍとすると、レンズピッチｐ≧約１２３μｍとなる。また、式（４）の青色レーザ波長λBLUE＝０．４５０ｎｍとすると、レンズピッチｐ≦約１８３μｍとなる。よって、射出光を均一にするための光学スクリーン１２のレンズピッチｐ＝１２３～１８３μｍとなる。
　以上のように、上記の式（１）又は（４）を満足するようにレンズピッチｐを設定することにより、視点位置に拘わらず、また、光学スクリーン１２の後段に配置される光学系（例えばコンバイナなど）に依存せず、光学スクリーン１２からの射出光の光量分布を均一にすることができる。
　なお、回折光は理想的には隙間なく並ぶのが良いが、実際には隣接する回折光の間に隙間があるか、又は、隣接する回折光の一部が相互に重なることになり、このような隙間又は重なりの部分は厳密には均一ではない。しかし、人間の眼は点ではなく、ある程度の広がりを持って対象物を視認するので、このような微小な隙間や重なりは視覚上平均されて認識されるため、実際には人間の眼には均一に見えることになる。本発明では、この意味で回折光は均一であるとしている。
　（変形例）
　上記の実施例では、光学スクリーン１２を透過型に構成しているが、光学スクリーン１２を反射型に構成してもよい。図９は、反射型の光学スクリーン１２Ｒの例を示す。反射型の光学スクリーン１２Ｒは、透過型の光学スクリーン１２のレンズアレイの曲面上に反射膜１２ａを形成して作製される。レンズアレイに入射したレーザ光は、レンズアレイ上の反射膜１２ａにより反射される。光学スクリーンを反射型にすることにより、ＨＵＤ内の部品配置の自由度を高めることができる。
　また、上記の光学スクリーン１２では、レンズアレイを構成する個々のレンズ１２ｘが六角形であるが、本発明の適用はこれには限られない。即ち、個々のレンズ１２ｘを四角形や他の多角形としてもよい。
　また、上記の光学スクリーン１２では、レンズアレイの全ての方向のピッチが同じでなくてもよい。例えば、レンズ１２ｘが縦又は横方向につぶれた形状の六角形であっても、縦方向のレンズピッチと横方向のレンズピッチの両方が式（１）、（４）を満足すれば、射出光の光量分布を均一にすることができる。また、隣接するレンズ１２ｘの間に間隔があっても構わない。
　［他の実施例］
　上記の実施例では、光学スクリーン１２をレンズアレイにより構成しているが、本発明の適用はこれには限定されない。光学スクリーンは周期配列を有すればよく、例えば回折格子を用いてもよい。図１０は、回折格子を用いた光学スクリーン２２の構成を示す。図１０（ａ）は光学スクリーン２２の斜視図であり、図１０（ｂ）は光学スクリーン２２の平面図である。回折格子を用いた光学スクリーン２２も入射光を回折して射出する。この際、上述した式（１）、（４）を満足するように格子ピッチｐを設定することにより、レンズアレイの実施例と同様に、射出光の光量分布を均一にすることができる。
　本発明は、レーザプロジェクタの光学スクリーンに利用することができる。
　５　コンバイナ
　１０　レーザプロジェクタ
　１１　レーザ光源
　１２、２２　光学スクリーン
　１２ｘ　マイクロレンズ
　１３　ＭＥＭＳミラー

Claims (5)

  1. 　レーザ光源より入射するレーザ光を拡散する光学素子であって、
    　マイクロレンズアレイ又は回折格子を備え、
    　前記マイクロレンズアレイ又は回折格子のピッチは、前記レーザ光の入射開口数及び前記レーザ光の波長に基づき、前記光学素子から射出する回折光の分布が均一となるように設定されていることを特徴とする光学素子。
  2. 　前記光学素子はマイクロレンズアレイ又は回折格子であり、
    　前記マイクロレンズアレイ又は回折格子に照射された前記レーザ光のスポット径に基づき、前記マイクロレンズアレイ又は回折格子のピッチが前記スポット径以下の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  3. 　前記ピッチをｐ、前記入射開口数をＮＡinc、前記波長をλとすると、前記ピッチｐは、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     を満足することを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の光学素子。
  4. 　前記レーザ光は赤色、緑色、青色の３色のレーザ光を含み、
    　前記ピッチをｐ、前記入射開口数をＮＡinc、前記赤色のレーザ光の波長をλRED、前記青色のレーザ光の波長をλBLUEとすると、前記ピッチｐは、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     を満足することを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の光学素子。
  5. 　レーザ光源と、
    　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子により構成され、前記レーザ光源から射出したレーザ光を照射する光学スクリーンと、
    　前記光学スクリーンから射出されたレーザ光を反射するコンバイナと、
    を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
PCT/JP2014/054212 2014-02-21 2014-02-21 光学素子、及び、ヘッドアップディスプレイ WO2015125283A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14883255.3A EP3109688B1 (en) 2014-02-21 2014-02-21 Optical element and heads-up display
JP2016503883A JPWO2015125283A1 (ja) 2014-02-21 2014-02-21 光学素子、及び、ヘッドアップディスプレイ
PCT/JP2014/054212 WO2015125283A1 (ja) 2014-02-21 2014-02-21 光学素子、及び、ヘッドアップディスプレイ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/054212 WO2015125283A1 (ja) 2014-02-21 2014-02-21 光学素子、及び、ヘッドアップディスプレイ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015125283A1 true WO2015125283A1 (ja) 2015-08-27

Family

ID=53877816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/054212 WO2015125283A1 (ja) 2014-02-21 2014-02-21 光学素子、及び、ヘッドアップディスプレイ

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3109688B1 (ja)
JP (1) JPWO2015125283A1 (ja)
WO (1) WO2015125283A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109313327A (zh) * 2016-06-06 2019-02-05 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 显微镜和显微成像方法
JP2019191263A (ja) * 2018-04-19 2019-10-31 株式会社デンソー 虚像表示装置、スクリーン部材及びスクリーン部材の製造方法
KR102658878B1 (ko) * 2018-09-27 2024-04-19 엘지이노텍 주식회사 확산 렌즈 및 카메라 모듈

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10606073B1 (en) 2017-11-01 2020-03-31 Lockheed Martin Corporation Single lens head-up display apparatus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008114502A1 (ja) * 2007-03-19 2008-09-25 Panasonic Corporation レーザ照明装置及び画像表示装置
JP2012208440A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Nippon Seiki Co Ltd ヘッドアップディスプレイ装置
JP2012237968A (ja) * 2011-04-28 2012-12-06 Dainippon Printing Co Ltd 投射装置および投射制御装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3623250B2 (ja) * 1993-06-23 2005-02-23 オリンパス株式会社 映像表示装置
JP5075595B2 (ja) * 2007-11-26 2012-11-21 株式会社東芝 表示装置及びそれを用いた移動体
JP2013127489A (ja) * 2010-03-29 2013-06-27 Panasonic Corp シースルーディスプレイ
JP5344069B2 (ja) * 2011-08-29 2013-11-20 株式会社デンソー ヘッドアップディスプレイ装置
WO2013175549A1 (ja) * 2012-05-21 2013-11-28 パイオニア株式会社 光源ユニット及びヘッドアップディスプレイ
JP6098375B2 (ja) * 2013-05-31 2017-03-22 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
JP2015025977A (ja) * 2013-07-26 2015-02-05 日本精機株式会社 走査型投影装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008114502A1 (ja) * 2007-03-19 2008-09-25 Panasonic Corporation レーザ照明装置及び画像表示装置
JP2012208440A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Nippon Seiki Co Ltd ヘッドアップディスプレイ装置
JP2012237968A (ja) * 2011-04-28 2012-12-06 Dainippon Printing Co Ltd 投射装置および投射制御装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109313327A (zh) * 2016-06-06 2019-02-05 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 显微镜和显微成像方法
CN109313327B (zh) * 2016-06-06 2022-04-29 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 显微镜和显微成像方法
JP2019191263A (ja) * 2018-04-19 2019-10-31 株式会社デンソー 虚像表示装置、スクリーン部材及びスクリーン部材の製造方法
JP7081285B2 (ja) 2018-04-19 2022-06-07 株式会社デンソー 虚像表示装置、スクリーン部材及びスクリーン部材の製造方法
KR102658878B1 (ko) * 2018-09-27 2024-04-19 엘지이노텍 주식회사 확산 렌즈 및 카메라 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2015125283A1 (ja) 2017-03-30
EP3109688B1 (en) 2020-01-08
EP3109688A1 (en) 2016-12-28
EP3109688A4 (en) 2017-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3223059B1 (en) Light guide and display device having two reflective holographic elements
TWI585459B (zh) 影像投影機及光學組件
TWI627451B (zh) 多光束繞射格柵式近眼顯示器
US9989763B2 (en) Imaging using multiple different narrow bands of light having respective different emission peaks
TWI697693B (zh) 多光束元件式近眼顯示器、系統、與方法
JP6453861B2 (ja) ユーザの頭部に装着可能な、画像を生成する表示装置用の眼鏡レンズ、及び該眼鏡レンズを備えた表示装置
US10459140B2 (en) Image display device
US20180203230A1 (en) Optical device to improve image uniformity
US20170131552A1 (en) Luminous flux diameter enlarging element and display apparatus
CN107076986B (zh) 成像光学器件和数据眼镜
US20180067325A1 (en) Image display device
JP6265805B2 (ja) 画像表示装置
JP2016188901A (ja) 表示装置
US20180180892A1 (en) Optical element and display device
KR20170104370A (ko) 도광 장치 및 허상 표시 장치
US20230044063A1 (en) Ar headset with an improved displa
JP2021508383A (ja) マルチビーム素子ベースのヘッドアップディスプレイ、システム、および方法
US9618767B2 (en) Projector
WO2015125283A1 (ja) 光学素子、及び、ヘッドアップディスプレイ
JP6923016B2 (ja) 光学素子およびプロジェクタ
US20170045739A1 (en) Transmission-type screen and headup display
JP6658797B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ用光学素子
JP7293993B2 (ja) 表示装置
WO2022124024A1 (ja) 画像表示装置および画像表示方法
KR102470225B1 (ko) 광학 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14883255

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016503883

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014883255

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014883255

Country of ref document: EP