(57)【要約】【課題】モアレによる表示品質の低下を抑えることができる表示装置およびこれを備えたヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】光源と、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、光源からの出射光に基づいて、複数のマイクロレンズのそれぞれに光を入射させ、これによってマイクロレンズアレイに中間画像を形成する画像形成部と、画像形成部による中間画像の形成を制御する制御部とを備え、制御部は、複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の入射位置が、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるように光源または画像形成部の動作を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
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、
前記光源からの出射光に基づいて、前記複数のマイクロレンズのそれぞれに光を入射させ、これによって前記マイクロレンズアレイに中間画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部による前記中間画像の形成を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の入射位置が、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるように前記光源または前記画像形成部の動作を制御することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記光源はレーザー光を出射するレーザー光源であり、
前記画像形成部は回動可能な走査ミラーを備え、前記光源が出射した前記レーザー光を前記走査ミラーで反射させることによって、前記複数のマイクロレンズのそれぞれに対して光を入射させることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記光源から前記レーザー光が出射される時間間隔を調整することによって、前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の入射位置が、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるように制御することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記光源は所定の時間間隔ごとにレーザー光を出射するレーザー光源であり、
前記制御部は、前記走査ミラーの回動を調整することによって、前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の入射位置が、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるように制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
レーザー光のビーム径は、前記マイクロレンズのピッチの２／３以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表示装置と、
前記マイクロレンズアレイに形成された中間画像を被投影体に投影する投影光学系とを備え、
前記被投影体は、車両のウインドシールド、または、前記ウインドシールドの内側に配置されるコンバイナであることを特徴と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、表示装置、および、この表示装置を用いたヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の情報表示装置は、走査系を介してレーザー光を拡散スクリーン上で走査する装置であって、拡散スクリーンからの拡散光が情報視認者の眼に入射して所定の情報が視認される。ここで、拡散スクリーンとしては、微小なレンズを複数個、密に敷き詰めたスクリーンが挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７０７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の情報表示装置のように、複数の微小レンズを並べたスクリーン上でレーザー光を走査することによって、情報の画像を表示させる装置においては、モアレの発生によって画像の表示品質が低下するおそれがあった。このようなモアレとしては、レーザー光の走査に起因して発生するスキャンモアレや、スクリーンに入射したレーザー光がスクリーン内部で干渉または回折することに起因する回折モアレがある。
【０００５】
そこで本発明は、マイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイに光を照射することによって形成する画像において、モアレによる表示品質の低下を抑えることができる表示装置およびこれを備えたヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の表示装置は、光源と、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、光源からの出射光に基づいて、複数のマイクロレンズのそれぞれに光を入射させ、これによってマイクロレンズアレイに中間画像を形成する画像形成部と、画像形成部による中間画像の形成を制御する制御部とを備え、制御部は、複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の入射位置が、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるように光源または画像形成部の動作を制御することを特徴としている。
これにより、マイクロレンズアレイのそれぞれのマイクロレンズについて、描画フレームごとに光の入射位置をずらすことが可能となる。したがって、各フレーム画像においてモアレが発生していたとしても、フレーム画像ごとの入射位置をばらつかせることによってモアレによる表示ムラが平均化され、連続して描かれる画像を見る使用者にはモアレが認識されにくくなり、よって、表示品質の低下を抑えることが可能となる。
【０００７】
本発明の表示装置において、光源はレーザー光を出射するレーザー光源であり、画像形成部は回動可能な走査ミラーを備え、光源が出射したレーザー光を走査ミラーで反射させることによって、複数のマイクロレンズのそれぞれに対して光を入射させることが好ましい。
さらに、制御部は、光源からレーザー光が出射される時間間隔を調整することによって、複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の入射位置が、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるように制御することが好ましい。
これにより、コヒーレントな光であるレーザー光を用いる場合であっても、モアレによる表示ムラを平均化して表示品質の低下を抑えることができる。
【０００８】
本発明の表示装置において、光源は所定の時間間隔ごとにレーザー光を出射するレーザー光源であり、制御部は、走査ミラーの回動を調整することによって、複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の入射位置が、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるように制御することが好ましい。
これにより、コヒーレントな光であるレーザー光を用いる場合であっても、モアレによる表示ムラを平均化して表示品質の低下を抑えることができる。
【０００９】
本発明の表示装置において、レーザー光のビーム径は、マイクロレンズのピッチの２／３以下であることが好ましい。
これにより、画像中に回折パターンが発生することを抑えることができ、表示品質の向上に資することができる。
【００１０】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、上記のいずれかの表示装置と、マイクロレンズアレイに形成された中間画像を被投影体に投影する投影光学系とを備え、被投影体は、車両のウインドシールド、または、ウインドシールドの内側に配置されるコンバイナであることを特徴としている。
これにより、各フレーム画像においてモアレが発生していたとしても、モアレによる表示ムラが平均化され、連続して描かれる画像を見る運転者にはモアレが認識されにくくなり、表示品質の低下を抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、各フレームにおいてモアレが発生していたとしても、フレームごとの入射位置をばらつかせることによってモアレによる表示ムラが平均化され、連続して描かれる画像を見る使用者にはモアレが認識されにくくなり、表示品質の低下を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態における光源部の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態におけるマイクロレンズアレイの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態におけるマイクロレンズアレイの一部を拡大して示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の概略構成を示す側面図である。図２は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態における光源部２０の概略構成を示す図である。図４は、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ４２の構成を示す平面図である。図５は、マイクロレンズアレイ４２の一部を拡大して示す側面図である。図１、図４、および図５には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｘ方向は、レンズ４１の光軸４１ｃ、および、マイクロレンズアレイ４２の全体の中心軸４２ｘに沿っており、Ｙ−Ｚ面はＸ方向と垂直な平面である。以下の説明において、Ｘ方向に沿って見た状態を平面視ということがある。
【００１４】
図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、光源部２０と、画像形成部としての走査ミラー３１およびレンズ４１と、マイクロレンズアレイ４２（以下、ＭＬＡ４２と呼ぶことがある）と、投影光学系としての投影ミラー５１とを備え、また、図２に示すように、ミラードライバ３２と、制御部３３と、メモリ３４とを備える。ここで、レンズ４１とＭＬＡ４２は、図１に示すように、光軸の延長線がＸ方向に沿って互いに重なるように、走査ミラー３１側から投影ミラー５１側へ順に配置されている。また、図１における、光源部２０、走査ミラー３１、レンズ４１、および、ＭＬＡ４２と、図２における、ミラードライバ３２、制御部３３、および、メモリ３４とは、表示装置を構成する。メモリ３４には、制御部５０による制御に必要な情報、中間画像の画像データ作成のベースとなるデータなどが保存される。
【００１５】
光源部２０は、図２または図３に示すように、３つのレーザーダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃからなるレーザー光源２１と、レーザードライバ２２と、３つのコリメータレンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃと、ミラー２４ａと、２つのダイクロイックプリズム２４ｂ、２４ｃとを備える。
【００１６】
レーザーダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、可視領域のレーザー光を出射する光源であって、レーザードライバ２２から供給される電流量に応じた強度の光を出射する。この光は、その進行方向に直交する断面が点状であって、振幅の変調、及び、レーザードライバ２２から供給される電流量は制御部３３によって制御される。これによって、レーザーダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃから所定の時間間隔でレーザー光が出射される。
【００１７】
レーザーダイオード２１ａは、例えば赤色のレーザー光を出射し、レーザーダイオード２１ａから出射されたレーザー光はコリメータレンズ２３ａで平行光とされ、ミラー２４ａによってダイクロイックプリズム２４ｂ側へ反射される。
【００１８】
レーザーダイオード２１ｂは、例えば緑色のレーザー光を出射し、レーザーダイオード２１ｂから出射されたレーザー光はコリメータレンズ２３ｂで平行光とされ、ダイクロイックプリズム２４ｂによってダイクロイックプリズム２４ｃ側へ反射される。ダイクロイックプリズム２４ｂは、コリメータレンズ２３ｂから出射された緑色光を反射させるとともに、ミラー２４ａで反射された赤色光をダイクロイックプリズム２４ｃ側へ透過させる。
【００１９】
レーザーダイオード２１ｃは、例えば青色のレーザー光を出射し、レーザーダイオード２１ｃから出射されたレーザー光はコリメータレンズ２３ｃで平行光とされ、ダイクロイックプリズム２４ｃによって走査ミラー３１側へ反射される。ダイクロイックプリズム２４ｃは、コリメータレンズ２３ｃから出射された青色光を反射させるとともに、ダイクロイックプリズム２４ｂから出射した、赤色光と緑色光の合成光を走査ミラー３１側へ透過させる。
なお、レーザー光源２１は、単色のレーザーダイオードで構成してもよい。
【００２０】
走査ミラー３１は、例えばガルバノミラーであって、２次元スキャナとして、ミラードライバ３２によって反射面３１ｒが２つの回動軸を中心として回動する。光源部２０から出射したレーザー光は、回動する反射面３１ｒで反射されることにより走査光として出射される。この走査においては、まず、Ｚ方向に沿った第１の回動軸（不図示）を中心とした回動によって１ライン分の光がレンズ４１上に照射される。次に、Ｙ方向に沿った第２の回動軸（不図示）を中心とした所定量の回動の後に、再び第１の回動軸を中心とする回動を行うことによって次の１ライン分の光がＺ方向下側に照射され、これらを繰り返すことによって１フレーム分の光がレンズ４１上に照射される。走査ミラー３１の回動方向及び回動速度は、制御部３３によって制御され、制御部３３からの制御信号にしたがって、ミラードライバ３２は走査ミラー３１を回動させる。走査ミラー３１の第２の回動軸は、ＭＬＡ４２全体の中心軸４２ｘの延長線上に配置されている。
【００２１】
レンズ４１は、正の屈折力を有するレンズであって、走査ミラー３１からの反射光をＭＬＡ４２全体の中心軸４２ｘに平行にして、ＭＬＡ４２側へ出射させる。レンズ４１からの出射光は、ＭＬＡ４２が備える複数のマイクロレンズ４２ａのそれぞれに入射し、これによって、ＭＬＡ４２に１フレームずつ中間画像が形成される。
【００２２】
ＭＬＡ４２は、図４に示すように、全体として矩形状の平面形状を有し、複数のマイクロレンズ４２ａが縦横に、すなわちＺ方向とＹ方向に沿って、互いに密接するように並んだ構成を備えている。それぞれのマイクロレンズ４２ａは、図５に示すように、半球状であって、Ｘ方向に沿って突出した入射面４２ｂを有しており、それぞれの光軸４２ｃはＭＬＡ４２全体の中心軸４２ｘと平行に延びている。マイクロレンズ４２ａは、入射面４２ｂがレンズ４１側に向くように配置され、それぞれにおいて、レンズ４１からの入射光を回折させ、出射角及び位相が互いに異なる複数の回折光を投影ミラー５１側へ出射させる。ＭＬＡ４２は、例えば樹脂の成形によって形成される。
【００２３】
マイクロレンズ４２ａは、縦横の両方向において、ピッチＰで配置されている（図４、図５）。より具体的には、マイクロレンズ４２ａは、Ｘ方向に沿って見た平面視で円形をなしており、その中心の間隔がピッチＰとなっている。また、マイクロレンズ４２ａは縦横の両方向において互いに密接するように配列されているため、ピッチＰは、マイクロレンズ４２ａの平面形状の半径Ｒの２倍、すなわち、この円形の直径に等しい。
【００２４】
このような形状のマイクロレンズ４２ａに対して、レンズ４１から入射するレーザー光のビーム径は、ピッチＰの２／３以下とすることが好ましい。ビーム径をこのように設定すると、レンズ４１からの出射光は、それぞれのマイクロレンズ４２ａの中央にレーザー光が入射しやすくなり、これによって、余計な回折の発生を抑えることができるため、中間画像の解像度を高めることができる。
さらに、レンズ４１から入射するレーザー光のビーム径をピッチＰの３／５以下とすると、回折の発生を抑えられるだけでなく、画像の解像度も高めることができるため好ましい。
【００２５】
投影ミラー５１は、反射面５１ｒを有する凹面鏡（拡大鏡）である。ＭＬＡ４２で結像した中間画像を含む投影光は、投影ミラー５１で拡大・反射される。この反射光は、車両のウインドシールドＷの表示領域に投影される。このウインドシールドＷは半反射面として機能するため、入射したイメージ光は、運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールドの前方位置に虚像Ｖが形成される。ウインドシールドＷの前方の虚像Ｖを目視することで、運転者の目Ｅには、ステアリングホイールの上方の前方に各種の情報が表示されているように見える。
【００２６】
制御部３３においては、以下のように、画像形成部による中間画像の形成を制御する。すなわち、制御部３３は、レンズ４１からＭＬＡ４２の複数のマイクロレンズ４２ａのそれぞれに入射する光の入射位置が、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるように、レーザー光源２１または走査ミラー３１の動作を制御している。「ある入射タイミング」とは、ある１フレームの中間画像を形成するためのタイミングであり、「その次の入射タイミング」とは、次の１フレームの中間画像を形成するためのタイミングとなる。
ここで、マイクロレンズ４２ａへの入射位置とは、例えば、入射光の中心線、すなわち、入射光の進行方向に直交する断面の中心を結んだ線がマイクロレンズ４２ａの入射面４２ｂと交差する位置である。また、光の入射位置が、ある入射タイミングＴ１とその
次の入射タイミングＴ２とで互いに異なっていれば、さらに次の入射タイミングＴ３における入射位置が前記入射タイミングＴ１における入射位置と一致してもよい。
【００２７】
ある入射タイミングとその次の入射タイミングとにおける、複数のマイクロレンズ４２ａのそれぞれへの光の入射位置のずれ量Ｄは、レンズ４１からマイクロレンズ４２ａへの入射光のビーム径を考慮して、隣接するマイクロレンズ４２ａ内に光が入射しない程度が好ましく、例えば、マイクロレンズ４２ａのピッチＰの１／２以下が好ましく、さらに好ましくは１／４以下であるとよい。また、ずれ量Ｄがゼロより大きければ、マイクロレンズ４２ａの入射面４２ｂにおいて、ある入射タイミングの入射光とその次の入射タイミングの入射光の一部が互いに重なっても良い。ここで、図５においては、入射位置のずれ量の例として、ある入射タイミングにおけるマイクロレンズ４２ａへの入射光Ｌ１と、その次の入射タイミングにおける、同じマイクロレンズ４２ａへの入射光Ｌ２とのずれ量Ｄを示している。
【００２８】
マイクロレンズ４２ａに対する入射位置をずらすためにレーザー光源２１の動作を制御する場合には、レーザー光源２１から走査ミラー３１へ出射するレーザー光の時間間隔、すなわち出射間隔を調整する。このとき、走査ミラー３１については、レーザー光源２１の動作を制御しない状態と同様に制御する。このような制御により、レーザー光の時間間隔の変化に応じて、走査ミラー３１上においてレーザー光が入射する位置がずれるため、複数のマイクロレンズ４２ａのそれぞれに入射する光の入射位置についても、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるようになる。
【００２９】
これに対して、走査ミラー３１の動作を制御する場合には、走査ミラー３１の回動速度を変更し、または、間欠的に回動させる。このとき、レーザー光源２１については、走査ミラー３１の動作を制御しない状態と同様に、一定の時間間隔でレーザー光を出射させる。このような制御により、走査ミラー３１の回動状態の変化に応じて、走査ミラー３１上においてレーザー光が入射する位置がずれるため、複数のマイクロレンズ４２ａのそれぞれに入射する光の入射位置についても、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるようになる。
【００３０】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、マイクロレンズアレイ４２のそれぞれのマイクロレンズ４２ａについて、描画フレームごとに光の入射位置をずらすことが可能となる。したがって、各フレーム画像においてモアレが発生していたとしても、フレーム画像ごとの入射位置をばらつかせることによってモアレによる表示ムラが平均化され、連続して描かれる画像を見る使用者にはモアレが認識されにくくなり、表示品質の低下を抑えることが可能となる。
【００３１】
以下に変形例について説明する。
上記実施形態においては、レーザー光源を用いたが、これ以外の光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いても良い。
上記実施形態の画像形成部において走査ミラー３１を用いたが、これに代えて、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）やＬＣＯＳ（商標、Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いることもできる。ＤＭＤを用いる場合は、光源部２０からの入射光をマトリックス状に配列した複数のマイクロミラーのそれぞれで反射させる。ＬＣＯＳは、透過型と反射型のいずれを用いることができ、ＬＣＯＳでの透過光または反射光によってＭＬＡ４２上に中間画像を形成する。
【００３２】
上記実施形態においては、レーザー光源２１または走査ミラー３１の動作を制御することによって、マイクロレンズ４２ａのそれぞれに入射する光の入射位置が、ある入射タイミングとその次の入射タイミングとで互いに異なるように制御していたが、これに代えて、または、これに加えて、光の入射のタイミングに合わせて、ＭＬＡ４２をＹ−Ｚ面内の所定の方向にシフトさせてもよい。
また、レーザー光源２１、走査ミラー３１、および、ＭＬＡ４２のいずれか２つ以上の動作を制御して、入射位置のずれ量を形成しても良い。
【００３３】
上記実施形態では、投影ミラー５１からの反射光を、被投影体としてのウインドシールドＷに投影させていたが、被投影体としてウインドシールドＷの内側にコンバイナを配置し、投影ミラー５１からの反射光をコンバイナに投影する構成も可能である。この構成においては、コンバイナが半反射面として機能するため、入射したイメージ光は、対象者としての運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールドＷの前方位置に虚像が形成される。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明に係る表示装置およびヘッドアップディスプレイ装置は、各フレーム画像においてモアレが発生していたとしても表示品質の低下を抑えることができる点で有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１０    ヘッドアップディスプレイ装置
２０    光源部
２１    レーザー光源
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  レーザーダイオード
２２    レーザードライバ
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ  コリメータレンズ
２４ａ  ミラー
２４ｂ、２４ｃ  ダイクロイックプリズム
３１    走査ミラー
３１ｒ  反射面
３２    ミラードライバ
３３    制御部
３４    メモリ
４１    レンズ
４２    マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）
４２ａ  マイクロレンズ
４２ｂ  入射面
４２ｃ  マイクロレンズの光軸
４２ｘ  マイクロレンズアレイの全体の中心軸
５１    投影ミラー
５１ｒ  反射面
Ｄ      入射位置のずれ量
Ｐ      ピッチ
Ｒ      半径
Ｗ      ウインドシールド
Ｖ      虚像
【図１】
2018008612.tif 000003
【図２】
2018008612.tif 000004
【図３】
2018008612.tif 000005
【図４】
2018008612.tif 000006
【図５】
2018008612.tif 000007