(57)【要約】【課題】  レーザープロジェクタ、並びに、マイクロレンズアレイを利用した画像形成装置、又は、それを利用したヘッドアップディスプレイ装置において、高輝度化、並びに、高解像度化を図る。【解決手段】  複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザープロジェクタ１と、マイクロレンズ３１が水平配列方向、及び、垂直配列方向に配列されると共に、隣接するマイクロレンズ３１の水平配列方向の間隔が、少なくとも１つ異なるように配列されたマイクロレンズアレイ３と、レーザープロジェクタ１とマイクロレンズアレイ３の光路間に配設され、各マイクロレンズ３１に入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズ３１の開口角に収まるように補正して投影する光学系補正素子２とを含んで構成される。【選択図】      図１８
2010145922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を光源とし、レーザー光を水平走査方向に走査する水平走査手段と、レーザー光を垂直走査方向に走査する垂直走査手段により、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザープロジェクタと、
マイクロレンズが水平配列方向、及び、垂直配列方向に配列されると共に、隣接するマイクロレンズの水平配列方向の間隔が、少なくとも１つ異なるように配列されたマイクロレンズアレイと、
レーザープロジェクタとマイクロレンズアレイの光路間に配設され、各マイクロレンズに入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズの開口角に収まるように補正して投影する光学系補正素子と、
マイクロレンズアレイの放射面に形成される映像を拡大する光学系拡大素子とを備える
画像形成装置。
【請求項２】
隣接するマイクロレンズの水平方向の間隔は、所定の基準点から離れる程、狭くなるように配列される
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
レーザープロジェクタの水平走査方向と、マイクロレンズの水平配列方向は、所定角度を有するように配置される
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置を備え、
光学系拡大素子による映像を透過性反射板に投影する
ヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザープロジェクタを用いて複数画素の配列で形成される映像を投影する画像形成装置、及び、その画像形成装置を利用して、自動車などの操縦者に対し計器情報などの各種情報を提供するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車などの移動体において、液晶ディスプレイなどにより形成された計器情報、ナビゲーション装置における地図情報などの各種情報映像を、フロントウィンドウに投影し、操縦者に情報を伝達するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。特許文献１〜特許文献３には、車両に各種ヘッドアップディスプレイ装置を用いることが開示されている。
【０００３】
特許文献１には、グラフィック表示可能な透過型ドットマトリックス液晶表示パネルの背後に配置される調光用スクリーンと、該調光用スクリーンの背後に配置されたバックライト光源とを備え、フロントガラス又はフロントガラス手前に設けた透光性反射板に情報表示を反射させる表示器を備えたヘッドアップディスプレー装置が開示されている。このヘッドアップディスプレー装置によれば、表示器の表示像を運転席の前方視野内に配設された透光性反射板（コンバイナ）に投影表示する車両用ヘッドアップ装置における表示器のウォッシュアウト現象を防ぐとともに、その表示器を透過照明するのに用いられるバックライトの耐久性の向上を図ることができる。
【０００４】
また、特許文献２には、運転席上方に位置するルーフパネルの車室内側に、各種走行データ等の表示像を放射する放射機構を含んだ発光表示源を配し、インストルメントパネルの所定部位に、発光表示源から放射される表示像を運転席前方のフロントウインドパネルに投影するミラーを配設した車両用ヘッドアップディスプレイが開示されている。この車両用ヘッドアップディスプレイによれば、車両のインストルメントパネル内方に大きな設置スペースを必要とせずレイアウトが容易となる。
【０００５】
そして、特許文献３には、半透過反射面に計器表示源の情報を光学的に投射する車両用ヘッドアップディスプレイにおいて、計器表示源と半透過反射面との間に計器表示源からの透光を複数回反射させる反射鏡を設けることが開示されている。この開示によれば、反射鏡で計器表示源と半透過反射面までの距離をかせぐことで、運転者により視認される表示源の反射像を車両から遠ざけることが可能となる。
【０００６】
図２５、図２６を用いて、ヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態を簡単に紹介する。図２５はヘッドアップディスプレイ装置の各種構成をインストルメントパネル内に組み込んだ場合の実施形態である。液晶表示パネル（ＬＣＤ）上には、車両の計器情報や、ナビゲーション装置からの地図情報などの映像情報が出力表示される。ＬＣＤ背面には光源としてのバックライトが設置され、ＬＣＤを背面から照射することで、光学系拡大素子としての凹面ミラーにＬＣＤに形成される映像を照射する。凹面ミラーで反射、拡大された映像はフロントウィンドウ又はフロントウィンドウ上に設けた透過性反射板の内側に投影される。操縦者は、フロントウィンドウから前方に位置する表示像（虚像）を視認することができる。また、表示像までの距離（距離Ｌ）をできるだけ遠方にすることで、操縦者は少ない焦点位置の移動量で計器情報や地図情報などの映像情報を確認することができる。
【０００７】
図２６は、車両運転席背後からの様子を示した図であり、フロントウィンドウの破線で
囲んだ表示範囲内に各種の映像情報が映し出され、運転者はインストルメントパネル内に配置されている各種計器類などに視線を落とさなくても、車両の運転に注意を払いながら映像による各種情報を取得することができる。
【特許文献１】特開２０００−１３１６４２号公報
【特許文献２】実公平６−２９０９５号公報
【特許文献３】実開平１−５９７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなヘッドアップディスプレイ装置では、特許文献１や図２５で説明したように、画像形成装置として液晶表示装置を用いることが一般的であって、その光源には消費電力の大きい電流駆動方式が採用されている。この消費電力の問題を解決するため、本発明では、レーザー光を光源とするレーザープロジェクタを画像形成装置に利用することを前提とするものである。このレーザープロジェクタでは、光源として半導体レーザーなど比較的消費電力の小さい光源を利用することができ、ヘッドアップディスプレイ装置全体の低消費電力を実現することができる。
【０００９】
このレーザープロジェクタでは、スポット径が小径なレーザー光を直接照射するため、照射領域では輝度は非常に高いが、照射範囲の狭いスポット領域を形成することとなる。このようなレーザー光が形成するスポット領域によれば、ハイビジョンクラスの非常に解像度の高い映像を実現することが可能となる。しかしながら、ある輝度以上では輝度の違いを判断できなくなる人間の視覚特性上、視認者の目には輝度の低い映像として視認されるものとなってしまう。
【００１０】
本発明者等は、輝度改善を図るため、このレーザープロジェクタを利用した画像形成装置において、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採用することを提案している。しかしながら、レーザーの走査により形成される画素が、均等に配列されたマイクロレンズ上に形成されない現象が確認されており、このような場合には、輝度改善効率が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述した現象に基づき、マイクロレンズの配列とレーザープロジェクタが形成する画素の位置関係を適切なものとすることにより、高輝度化、並びに、高解像度化を図る画像形成装置、並びに、ヘッドアップディスプレイ装置を提案するものである。
【００１２】
そのため、請求項１に係る画像形成装置は、レーザー光を光源とし、レーザー光を水平走査方向に走査する水平走査手段と、レーザー光を垂直走査方向に走査する垂直走査手段により、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザープロジェクタと、マイクロレンズが水平配列方向、及び、垂直配列方向に配列されると共に、隣接するマイクロレンズの水平配列方向の間隔が、少なくとも１つ異なるように配列されたマイクロレンズアレイと、レーザープロジェクタとマイクロレンズアレイの光路間に配設され、各マイクロレンズに入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズの開口角に収まるように補正して投影する光学系補正素子と、マイクロレンズアレイの放射面に形成される映像を拡大する光学系拡大素子とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、請求項２に係る画像形成装置は、請求項１に記載の画像形成装置において、隣接するマイクロレンズの水平方向の間隔が、所定の基準点から離れる程、狭くなるように配列されることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、請求項３に係る画像形成装置は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記
載の画像形成装置において、レーザープロジェクタの水平走査方向と、マイクロレンズの水平配列方向は、所定角度を有するように配置されることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項４に係るヘッドアップディスプレイ装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置を備え、前記光学系拡大素子による映像を透過性反射板に投影することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、レーザープロジェクタを用いる画像形成装置において、マイクロレンズとレーザープロジェクタがマイクロレンズアレイ上に形成する画素の位置関係を適切なものとし、高輝度化、並びに、高解像度化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係るレーザープロジェクタの主要構成を説明するための図である。本実施形態で使用するレーザープロジェクタ１は、制御部１１と、各色のレーザー光源１２と、ダイクロイックミラー群１３と、水平走査ミラー１４と、垂直走査ミラー１５とで構成されている。
【００１８】
制御部１１は、入力される映像信号に基づいて、レーザー光源１２を変調制御するコントローラ機能、並びに、水平走査ミラー１４、垂直走査ミラー１５を制御してレーザー光源１２からのレーザー光を偏向し映像を形成するコントローラ機能を備えている。
【００１９】
本実施形態のレーザー光源１２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色毎に設けられ、制御部１１による制御によりレーザー光の出力が制御される。出力されたレーザー光は、ダイクロイックミラー群１３にて１つのビーム光として合成される。このような３原色を用いた本実施形態の構成では、フルカラー色のレーザー光を生成することが可能である。ダイクロイックミラー群１３にて合成されたレーザー光は、水平走査ミラー１４、垂直走査ミラ−１５にて偏向されて投影面７に映像を形成する。この水平ミラー１４、垂直ミラー１５による走査には、ガルバノメータやポリゴンミラー、プリズム、音響光学素子等複雑な機構を用いてもよいが、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）技術を利用することで、小型
化、集積化が可能となる。
【００２０】
また、レーザープロジェクタ１では、水平走査ミラー１４、垂直走査ミラー１５を適宜制御することで、ＬＣＤのような矩形のみならず、適宜形状にて映像を投射することが可能である。ヘッドアップディスプレイ装置では、フロントウィンドウなどの平面でない投射面に投影することとなるため、矩形映像をそのまま投射すると視認される映像に歪みが生じることとなるが、フロントウィンドウの形状、配置などを考慮した映像を投射することにより歪みのない映像として視認することが可能となる。また、水平・垂直走査ミラーの制御によって映像形状を変形することができるため、車種によって異なるフロントウィンドウの形状による歪みなどに柔軟に対処することができる。さらに、各種センサーにて周囲光を検出し、レーザープロジェクタのレーザー光出力を補正する構成を採用することで、周囲光に適した輝度の映像を提供できると共に、消費電力を低減することが可能となる。また、水平走査ミラー１４、垂直走査ミラー１５は図中においてはそれぞれ１軸のミラーを使用した別体としているが、２軸のミラーを用いて１ユニット化し更に小型化を図ることが可能である。
【００２１】
なお、本実施形態のレーザープロジェクタ１は、Ｒ、Ｇ、Ｂ、３色を利用してフルカラー映像を生成可能とするものであるが、これに限らず、適宜数のレーザー光源１２にて構成することとしてもよい。単一のレーザー光源１２にて単色の映像を投射する場合には、必要に応じてダイクロイックミラー１３は省略できる。以上が、レーザープロジェクタ１
の概略であるが、次に図２を用いて本発明の実施形態に係る画像形成装置について説明する。
【００２２】
図２に示すように、画像形成装置は、レーザープロジェクタ１、マイクロレンズアレイ３（ＭＬＡ）、レーザープロジェクタ１とマイクロレンズアレイ３の光路間に配設されたコンデンサーレンズ２、拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４にて構成される。レーザープロジェクタ１から出力されたレーザー光は、コンデンサーレンズ２に入射される。このコンデンサーレンズ２は、マイクロレンズアレイ３を構成するマイクロレンズに入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズの開口角に収まるように補正を行う。マイクロレンズアレイ３は、複数のマイクロレンズの配列にて構成される。各マイクロレンズは、コンデンサーレンズ２にて補正されたレーザー光を入射し、その裏面にて像を形成する。本発明では、このようにマイクロレンズアレイ３にて像を形成するため、スクリーンを使用して像を形成する場合と比較して、視認方向に有効に光を伝達することが可能となり、輝度の増加を図ることが可能となる。また、少ない光量でも十分な輝度を得ることが可能となるため、レーザー光源１２の出力を抑制して小電力化を図ることができる。
【００２３】
マイクロレンズアレイ３上に形成された映像は、拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４にて拡大され投影面７に投影される。ヘッドアップディスプレイ装置の場合には、この投影面７は透過性反射板としてのフロントウィンドウとなる。なお、本発明における画像形成装置は、ヘッドアップディスプレイ装置のみならず、直接、投影面に映像を形成するプロジェクタ装置、あるいは、リアプロジェクタ装置にも適用することができる。
【００２４】
以上、本実施形態の画像形成装置は、レーザープロジェクタ１と、コンデンサーレンズ２と、マイクロレンズアレイ３と、拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４にて構成される。なお、本実施形態のコンデンサーレンズ２、拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４は、それぞれ、本発明でいう光学系補正素子、光学系拡大素子に相当するものである。
【００２５】
では、画像形成装置の構成要素であるマイクロレンズアレイ３について図３〜図５を用いて説明する。図３はマイクロレンズアレイの一実施形態を示した図であり、多数のマイクロレンズ３１が、ピッチ間隔ｄにて格子状に配置されている。このマイクロレンズ３１は円形であり、各マイクロレンズ３１間には縁部３２が形成されている。図４は、実際のマイクロレンズアレイ３の拡大写真であり、マイクロレンズ３１が規則的に配列されている様子が見て取れる。
【００２６】
図５は、別実施形態のマイクロレンズアレイ３の構成を示した図であり、マイクロレンズ３１は六方格子状に配列されている。この配列によれば、縁部３２の面積を抑え、マイクロレンズ３１を密に配列することができる。なお、図３〜図５の実施形態では、マイクロレンズは円形としたが、この形状に限ること無く適宜形状とすることができる。例えば、図３のマイクロレンズ３１の形状を正方形として縁部３２の無い配列としてもよい。
【００２７】
では、次に、図６〜図９を用いて、マイクロレンズアレイ３の放射特性について、スクリーンを用いた場合と比較して説明を行う。図６は、スクリーン５を用いた場合の模式図である。レーザープロジェクタ１からスクリーン５背面に照射される像は、スクリーン５上に焦点を置く拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４を介して視認される。模式図には示していないが、ヘッドアップディスプレイ装置においては、拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４と視認者の間には、フロントウィンドウによる反射が介在することとなる。スクリーン５には、透明な材料の中に散乱体を拡散した、通常リアプロジェクタに用いられるものが利用されている。このようなスクリーン５の放射面での指向特性を図８に示す。この指向特性は視認方向を０°とし、その利得を１として描いたものであり、散乱体で光を反射させて像を形成するというスクリーン５の性質上、その指向特性は鈍いものとなる。このよう
にスクリーン５を用いた場合には、視認方向以外の方向に光が拡散してしまうため、視認方向への利得は低くなってしまう。
【００２８】
これに対し、像形成にマイクロレンズアレイ３を用いた場合の模式図を図７に示す。レーザープロジェクタ１からコンデンサーレンズ２を介してマイクロレンズアレイ３に照射された像は、マイクロレンズアレイ３上に焦点を置く拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４を介して視認される。このようなマイクロレンズ３１の放射面での指向特性を図９に示す。０°で示される視認方向と角度をなすに従って急峻に利得が減衰する、すなわち、鋭い指向特性を有することがよく分かる。このようにマイクロレンズアレイ５を用いる場合には視認方向に対して有効に光を伝達することが可能となり、マイクロレンズアレイ５の放射面において輝度の高い像を形成することが可能となる。
【００２９】
では、次に、本発明における構成要素となる光学系補正素子について図１０、図１１を用いて説明する。図１０は、光学系補正素子を用いない場合を示した図であり、図１１は、光学系補正素子としてコンデンサーレンズ２を用いた本発明の実施形態を示した図である。
【００３０】
レーザープロジェクタ１は点光源として機能するため、水平、垂直走査により、振れ角αを生じる。一方、マイクロレンズ３１は、入射した光を効率よく放射するための開口角βを有する。図１０に示すように直接、マイクロレンズアレイ３に照射した場合には、マイクロレンズアレイ３の周辺部のマイクロレンズ３１では、レーザープロジェクタ１からの入射光は、振れ角αのために開口角βに収まらず、入射したレーザ光を効率よく放射することができなくなってしまう。そのため、マクロレンズアレイ３の周辺部では輝度低下が発生することとなる。
【００３１】
本発明では、このようなレーザープロジェクタ１とマイクロレンズアレイ３を組み合わせた場合の輝度低下を抑えるため、図１１に示すように両者の間にコンデンサーレンズ２などの光学系補正素子を利用することを特徴とするものである。このコンデンサーレンズ２は、入射する光を平行、あるいは略平行に整える機能を有するものであり、１乃至複数のレンズで構成されている。本実施形態においては、マイクロレンズアレイ３の周囲に位置するマイクロレンズ３１の開口角β内に収まるようにレーザー光を補正する。このように、コンデンサーレンズ２にてマイクロレンズアレイ３に入射するレーザー光を補正することで、マイクロレンズアレイ３の放射面において輝度の高い像を生成することが可能となる。
【００３２】
以上、説明したように、本発明の画像形成装置は、レーザープロジェクタ１、光学系補正素子としてのコンデンサーレンズ２、マイクロレンズアレイ３（ＭＬＡ）、光学系拡大素子としての拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４を備え、形成する映像の高輝度化、並びに、低電力化の実現を図るものである。
【００３３】
レーザープロジェクタ１では、レーザー光源１２から出力されるレーザー光を水平走査ミラー１４と垂直走査ミラー１５にて、それぞれ水平方向、垂直方向に走査することとなるが、これら水平走査ミラー１４、垂直走査ミラー１５の制御による画素形成について、図１２〜図１５を用いて説明する。図１２は、水平走査ミラー制御の様子を示した図であり、図１３は、垂直走査ミラー制御の様子を示した図であり、図１４は、走査による画素形成の様子を示した図であり、図１５は、理想的なマイクロレンズアレイ上での画素形成の様子を示したものである。
【００３４】
図１２に示す水平走査ミラー制御は、時間軸ｔに対する水平走査ミラー１４の振れ角θ1の関係を示したものとなっている。この実施形態では、振れ角θ1は正弦波形による振動
を繰り返す。レーザー光の水平走査には、この波形中、ほぼ直線とみなせる近似直線部分（図中、１点鎖線で示す線）が用いられる。図に示すような近似直線部分を用いた場合には、時間軸に記載する期間Ａが水平走査期間となる。このように時間に対して水平走査ミラー１４の振れ角θ１が線形な関係となる水平走査期間Ａにおいて、レーザー光源１２の点滅を繰り返すことで複数の画素からなる水平走査線が形成される。図１４の走査による画面形成の様子に示すように、１本の水平走査線は水平走査期間Ａにて形成される。
【００３５】
図１３に示す垂直走査ミラー制御は、時間軸ｔに対する垂直走査ミラー１５の振れ角θ2の関係を示したものとなっている。この実施形態では、振れ角θ2はノコギリ波系による振動を繰り返す。レーザー光の垂直走査には、水平走査と同様、ほぼ直線とみなせる近似直線部分（図中、２点鎖線で示す線）が用いられる。図に示すような近似直線部分を用いる場合には、時間軸に記載する期間Ｂが垂直走査期間となる。この垂直走査期間内において、水平走査を繰り返すことで、垂直走査方向に並んだ水平走査線を形成し、１画面の映像が形成される。図１４の走査による画面形成の様子には、垂直走査期間Ｂにおいて複数の水平走査線が形成され画面が形成される様子をみてとれる。
【００３６】
このような、水平走査ミラー１４、垂直走査ミラー１５の制御により形成される画素と、マイクロレンズアレイとの理想的な位置関係を図１５に示す。図は、マイクロレンズアレイ３の一部分を拡大した図であり、中央付近に示す基準線は、水平走査ミラー１４の振れ角中心を示している。また、隣接するマイクロレンズ３１は水平走査方向に距離ｅだけ離間して配列される。図に示すように、各マイクロレンズ３１内に画素（濃い四角形で示したもの）が収まり、かつ、各マイクロレンズ３１の中央付近に画素が位置するようにすることが理想的な位置関係となる。このような位置関係によれば、各マイクロレンズ３１と各画素が１対１の関係となり、マイクロレンズ３１で複数の画素が入射することによる混色の心配はない。また、各マイクロレンズ３１間に形成される縁部３２に画素が形成されることによる損失の心配もない。
【００３７】
しかしながら、実際には、マイクロレンズ３１と画素の位置関係は、種々の要因によりこのような理想的なものとならない場合がある。図１６、図１７を用いて、水平走査方向におけるマイクロレンズ３１と画素のずれについて説明を行う。図１６は、水平走査方向での画素形成位置のずれの様子を示した模式図であり、時間軸ｔに対してマイクロレンズアレイ３上での水平走査方向における画素形成位置を示した図となっている。この実施形態では基準点を水平走査ミラー１４の振れ角中心としている。図に示すように時間軸に対して画素形成位置が線形となる理想特性においては、ｔ(ａ)〜ｔ(ｇ)のように等間隔Ｔのタイミングでレーザー光源を点灯させた場合、縦軸にａ〜ｇで示すように等間隔の位置にて画素が形成される。
【００３８】
しかしながら、図１２で説明した近似直線を採用したことによる誤差を主な要因とし、時間軸ｔと水平走査方向における画素形成位置の実際の関係は、図に曲線で示すような特性となる。なお、この図は、ずれを説明するため実際の特性のカーブを誇張した模式図としている。この図によれば、基準点から離れるに従って、理想特性との誤差が大きくなっている。具体的には、時間軸上、基準点より前方では理想特性よりも上に、基準点より後方では理想特性よりも下にカーブが形成される。このような実際の特性において、ｔ(ａ)〜ｔ(ｇ)のように等間隔Ｔのタイミングでレーザー光源を点灯させた場合には、縦軸に図中ａ'〜ｇ'で示すような位置に画素が形成されることとなる。図を見て分かるように基準点における画素形成位置ｄ'は、理想的な画素形成位置ｄと一致するものの、基準点から
離れるに従ってずれが大きくなることがみてとれる。具体的には、図のような実際の特性においては、画素形成位置の間隔Ａ〜ＣはＡ＞Ｂ＞Ｃの大小関係となる。
【００３９】
図１７は、このような水平走査方向での画素形成位置のずれを生じた場合におけるマイ
クロレンズアレイ３上での画素形成の様子を示した図である。マイクロレンズ３１は、図に示すように水平配列方向に等間隔ｅで配列されている。図中、濃い四角形で示した画素は、基準線（基準線と１水平走査線が交差する点が図１６の基準点）付近では、マイクロレンズ３１内に収まっているが、基準線から離れるに従って、画素間の距離が縮まるずれが拡大し、次第にマイクロレンズ３１の中心から外れ、縁部３２に画素の一部がかかったものとなっている。さらにこのずれが拡大すると隣のマイクロレンズ３１に画素が進入することとなる。このように水平走査方向に画素形成位置のずれが生じることとなると、縁部３２にかかることによるレーザー光の損失、また、隣のマイクロレンズ３１に画素が形成されることによる混色などが生じてしまい、輝度向上、解像度向上を図ることができない。
【００４０】
本実施形態は、このような課題を解決するため、マイクロレンズ３１の水平配列方向における間隔を調整したことを特徴とするものである。図１８を用いてその一実施形態について説明する。図１８は、図１７と同様、マイクロレンズアレイ３上に形成される画素の様子を示した図である。図１７とは、隣接するマイクロレンズ３１の水平配列方向の間隔ｅが調整されたものとなっている点で異なっている。図１６に示すように基準点から離れるに従って画素形成位置の間隔Ａ〜Ｃが小さくなる場合には、マイクロレンズ３１間の間隔ｅ１＞ｅ２＞ｅ３＞ｅ４＞ｅ５＞ｅ６のように基準点から離れるほど間隔を狭くする関係とすることで、マイクロレンズ３１の中心と画素の中心を一致させることができる。
【００４１】
マイクロレンズ３１間の間隔は、この実施形態に限るものではなく、基準点から離れる程、狭くなる配列とする関係として、実際のずれ量を考慮して適宜に選択することができる。例えば、ｅ１＝ｅ２＝ｅ３＞ｅ４＝ｅ５＝ｅ６のように、ｅ１〜ｅ３、ｅ４〜ｅ６、適宜単位にてグループ化して、大小関係を形成するようにしてもよい。このような場合、マイクロレンズ３１のほぼ中心に形成されない画素も出現する可能性もあるが、マイクロレンズ３１内に画素が収まるように選択することで縁部３２による輝度損失を防ぐことができる。
【００４２】
以上、本実施形態では、マイクロレンズ３１の水平配列方向における間隔を調整すること、具体的には、隣接するマイクロレンズ３１の水平配列方向の間隔の少なくとも１つが異なるように調整されたマイクロレンズアレイ３を採用することで、水平走査方向にて発生する画素とマイクロレンズ３１のずれを解消し、輝度向上、並びに、解像度向上を図ることができる。
【００４３】
では、次に図１９、図２０を用いて、垂直走査によるマイクロレンズ３１と画素のずれについて説明を行う。図１９は、垂直走査方向での画素形成位置のずれの発生を説明するための図である。図に示すように１垂直走査期間Ｂにおいて水平走査を繰り返し行い１つの映像が形成される。ここで、１本の水平走査線は水平走査方向と平行となることが望ましいが、本実施形態のように垂直走査ミラー１５にて垂直走査方向に連続的に走査する場合には、図に示すように水平走査線は傾いたものとなってしまう。この傾きが顕著になると、マイクロレンズ３１内に画素を収めることができず、輝度の低下、解像度の低下といった問題を生じることとなる。
【００４４】
図２０は、このような水平走査線が傾いた場合の一例を示した図である。なお、この図は前述した水平走査方向での画素のずれも併せて記載したものとしている。水平走査線は水平走査方向に対して傾いたものとなり端に位置する画素は、マイクロレンズ３１内に収まらず、縁部３２にかかったものとなってしまう。さらにこのずれが拡大すると隣のマイクロレンズ３１に画素が進入することとなる。このように水平走査線に傾きが生じることとなると、縁部３２にかかることによるレーザー光の損失、また、隣のマイクロレンズ３１に画素が形成されることによる混色などが生じてしまい、輝度向上、解像度向上を図る
ことができない。
【００４５】
本実施形態は、このような水平走査線の傾きに伴うマイクロレンズ３１と画素のずれを解決するため、レーザープロジェクタ１とマイクロレンズアレイ３の配置関係に特徴を持たせている。具体的には、図２１に示すように、水平走査ミラー１４の水平走査方向に対し、マイクロレンズ３１の水平配列方向が所定角度γを有するように配置したものとしている。このように配置することで、各マイクロレンズ３１内に画素を形成することが可能となる。図では、マイクロレンズアレイ３が傾いたものとなっているが、このようにすると形成される映像も傾くこととなる。したがって、形成する映像を基準、即ち、マイクロレンズアレイ３を基準としてレーザープロジェクタ１を傾け、各マイクロレンズ３１内に画素を形成することとする。このようにすることで、各マイクロレンズ３１内に画素が形成されると共に、形成される映像に傾きを生じることもない。
【００４６】
以上、本実施形態では、水平走査方向の画素の位置ずれに加えて、水平走査線の傾きを考慮したものとなっており、水平走査ミラー１５が連続的に走査することで生じた水平走査線の傾きによる、画素とマイクロレンズ３１とのずれを解消し、更なる高輝度化、並びに、高解像度化を実現することができる。
【００４７】
なお、レーザープロジェクタ１は、周囲光の強度によりレーザー光源１２の強度を補正することとしてもよい。このような補正は、図１にて説明したレーザープロジェクタ１の制御部１１に、周囲光を検出するセンサーからの信号を入力することで実現できる。周囲光強度が強い場合にはレーザー光源１２の強度を上げ、周囲光強度が弱い場合には強度を下げることで周囲光に適した強度の映像を投影することで、視認性が高い映像を提供することが可能となると共に、小電力化を実現することができる。また、周囲光の強度のみならず、周囲光の色調を検出することで、レーザー光の色調を変化させて視認性の高い映像を提供することとしてもよい。例えば、夕方、あるいは、トンネル内など赤みの強い周囲光の場合には、緑、または、青のレーザー光源１２の強度を上げることで映像の視認性を高めることができる。
【００４８】
では、本実施形態の画像形成装置をヘッドアップディスプレイ装置として車室内に実装する場合について図２２〜図２４を用いて説明する。図２２は、図７で説明した画像形成装置をヘッドアップディスプレイ装置として車室内に実装した場合の不都合を説明するための図であり、図２３はそれを解決するための実施形態の模式図、図２４はその実装の様子を示した図となっている。ヘッドアップディスプレイ装置では、狭い室内において、フロントウィンドウまでの光路長を長く取るため各種の手法が採用される。特許文献２もみられるように、発光表示源をルーフパネルの車室内側に設置して視認者の視界内に光路を配置することで光路長を稼ぐこともしばしば行われる。本発明の実施形態に係る画像形成装置をこのように車室内に配置した場合には、図２２に示すように、コンデンサーレンズ２、マイクロレンズアレイ３などの構成が視認者（操縦者）の視界を妨げる位置となってしまい、視界上の不都合を生じてしまう。また、図のような配置においては表示像自体の妨げにもなってしまう。
【００４９】
このような配置上の不都合を解消するため、本実施形態はマイクロレンズアレイ３の後段に、光学系伝達素子としての投影レンズ６を配設することとしている。なお、投影レンズ６は、１つのレンズにて構成しても、あるいは、複数のレンズ群にて構成することとしてもよい。図２３に示すように、マイクロレンズアレイ３の後段に配置される投影レンズ６は、その背後に、実像、あるいは、虚像としての投影像を生成する。拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４は、この投影像上に焦点を置き、投影像を拡大することで視認者に拡大された映像を提供する。この構成によれば、図７における拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４からマイクロレンズアレイ３までの距離ａを、図２３における拡大レンズ（もしくは凹面
鏡）４から投影レンズ６までの距離ｂに拡大することが可能となる。この拡大された距離ｂの光路が視認者の視界を通過するよう各構成を配置することで、視認者の視界を妨げることなく画像形成装置を設置することができる。また、距離ｂは、拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４の焦点距離のみならず、投影レンズ６の選択でも調整できるため画像形成装置のレイアウトの自由度を高めることができる。
【００５０】
図２４は、図２３で説明した画像形成装置を車室内に実装した場合の図を示したものである。レーザープロジェクタ１と、コンデンサーレンズ２と、マイクロレンズアレイ３と、投影レンズ６は車内天井付近に取り付けられる。特に、その取り付け位置を車内前方付近とすることで、通常、物を載置することのないフロントウィンドウに近接して光路を確保することができ、画像形成装置の光路も妨げられることがない。また設置の際、これらの構成を適宜単位にてまとめ、かつ、まとめた構成間での光路を予め調整した上でユニット化しておけば、各構成間での光路調整が不要となり取り付けが簡単となる。
【００５１】
一方、拡大レンズ（この場合、凹面鏡）４は、各種計器などを収納するインストルメントパネル上に配設、あるいは、画像形成装置の光路を妨げないよう窓が設けられたインストルメントパネル内に配設される。このように投影レンズ６を利用することで、拡大レンズ（もしくは凹面鏡４）までの距離を延長した本実施形態によれば、視認者の視界を妨げることなく車室内に実装することが可能となる。また、投影レンズ６の選択により、拡大レンズ（もしくは凹面鏡）４までの距離を調整することも可能となり、実装の際の自由度も向上する。
【００５２】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザープロジェクタの構成を示した図。
【図２】本発明の実施形態に係る画像形成装置を示した図。
【図３】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの構成を示した図。
【図４】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの拡大写真。
【図５】本発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの構成を示した図。
【図６】スクリーンを使用した場合の画像形成装置を示した図。
【図７】本発明の実施形態に係る画像形成装置を示した図。
【図８】スクリーン放射面での光の指向特性を示した図。
【図９】マイクロレンズ放射面での光の指向特性を示した図。
【図１０】マイクロレンズへのビーム入射角を示した図。
【図１１】マイクロレンズへのビーム入射角を示した図。
【図１２】水平走査ミラー制御の様子を示した図。
【図１３】垂直走査ミラー制御の様子を示した図。
【図１４】走査による画面形成の様子を示した図。
【図１５】理想的なマイクロレンズアレイ上での画素形成の様子を示した図。
【図１６】水平走査方向での画素形成位置のずれの様子を示した図。
【図１７】マイクロレンズアレイ上での画素形成位置のずれを示した図。
【図１８】本発明の実施形態に係るマイクロレンズの配列の様子を示した図。
【図１９】垂直走査による画素形成位置のずれの様子を示した図。
【図２０】マイクロレンズアレイ上での画素形成位置のずれを示した図。
【図２１】本発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの配置の様子を示した図。
【図２２】画像形成装置の車室内への実装における不都合を説明する図。
【図２３】本発明の他の実施形態に係る画像形成装置を示した図。
【図２４】本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の車室内への実装を示した図。
【図２５】従来のヘッドアップディスプレイ装置を示した図。
【図２６】ヘッドアップディスプレイ装置による車室内での画像表示の様子を示した図。
【符号の説明】
【００５４】
１…レーザープロジェクタ、１１…制御部、１２…レーザー光源、１３…ダイクロイックミラー群、１４…水平走査ミラー、１５…垂直走査ミラー、２…コンデンサーレンズ、３…マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）、３１…マイクロレンズ、３２…縁部、４…拡大レンズ（もしくは凹面鏡）、５…スクリーン、６…投影レンズ、７…投影面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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