(57)【要約】【課題】観察者に視認させる画像の輝度の低下を抑制することができる。【解決手段】表示装置１０は、アレイ状に配列された複数のマイクロレンズ１５０を有し、マイクロレンズ１５０によって光を発散するマイクロレンズアレイ２００と、光源装置１１から射出された光によって、マイクロレンズアレイ２００を二次元走査する光偏向装置１３を備える。また、マイクロレンズ１５０から発散された発散光によって結像される虚像４５を所定の画像として視認可能なアイボックス４７の長軸方向と、マイクロレンズ１５０の長軸方向とが一致する。【選択図】図２１
2019164217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配列された複数の微細レンズを有し、前記微細レンズによって光を発散する光学素子と、
光源から射出された光によって、前記光学素子を二次元走査する走査部と、を備え、
前記微細レンズから発散された発散光によって結像される虚像を所定の画像として視認可能な視認範囲の長軸方向と、前記微細レンズの長軸方向とが一致する表示装置。
【請求項２】
前記光学素子は、前記走査部による主走査および副走査によって二次元走査され、
前記主走査の走査方向と前記微細レンズの長軸方向とが一致する、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記副走査の走査方向における走査線ピッチは、前記微細レンズの長軸方向におけるレンズ径よりも短く、かつ前記走査部によって走査される光の前記副走査の走査方向のビーム径よりも小さい、請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記光学素子は、所定の方向に湾曲した形状であり、
前記光学素子の湾曲方向と前記微細レンズの前記長軸方向が一致する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記光学素子は、隣接して配列された前記微細レンズの頂点位置を結ぶ線分が非平行である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記光学素子は、複数の前記微細レンズのそれぞれの頂点位置が、規則的のある仮想点からずれて配列されており、
前記頂点位置の前記仮想点からのずれ量の総和が大きい方向は、前記微細レンズの前記長軸方向である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記光源から高パワー出力によって射出される光による高パワー描画点が隣接する距離は、前記微細レンズの前記長軸方向の長さより短い、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記微細レンズは、六角形形状であり、
前記光学素子は、複数の前記微細レンズがハニカム型に配列されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記光学素子は、複数の前記微細レンズがアームチェア型に配列されている、請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、複数の前記微細レンズがアレイ状に配列されたマイクロレンズアレイである、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の表示装置と、
前記光学素子からの光を反射させる反射部材と、
前記光学素子からの光を前記反射部材に向けて投射して前記虚像を結像させる結像光学系と、
を備える表示システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の表示システムを備え、
前記反射部材は、フロントガラスである移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、表示システムおよび移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の移動体において、少ない視線移動で運転者（観察者）に各種情報（車両情報、警告情報、ナビゲーション情報等）を視認させるアプリケーションとして、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）等の表示装置が利用されている。
【０００３】
また、光学素子として用いられるマイクロレンズアレイ上に光を走査することで中間像を形成する表示装置において、マイクロレンズの形状と入射光の形状を適切に制御することで、コヒーレンス性の高いレーザ光による干渉ノイズを低減することができることが知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、マイクロレンズアレイのような光学素子を使用するレーザ走査型のＨＵＤにおいて、マイクロレンズアレイが有する微細レンズを縦長とする内容を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の方法では、マイクロレンズアレイ等の光学素子を構成する微細レンズの曲率をＸＹ方向（縦横方向）で一定とした場合、観察者が画像を視認できる範囲は縦長となる。そのため、車両等の移動体に表示装置を搭載した場合、運転者（観察者）の視点が動きやすい横方向における視認範囲を確保しようとすると、縦方向への視認範囲を拡大しなければならず、観察者に視認させる画像の輝度が低下してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る表示装置は、アレイ状に配列された複数の微細レンズを有し、前記微細レンズによって光を発散する光学素子と、光源から射出された光によって、前記光学素子を二次元走査する走査部と、を備え、前記微細レンズから発散された発散光によって結像される虚像を所定の画像として視認可能な視認範囲の長軸方向と、前記微細レンズの長軸方向とが一致する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、観察者に視認させる画像の輝度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。
【図２】実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。
【図３】実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る光源装置の具体的構成の一例を示す図である。
【図５】実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。
【図６】実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。
【図７】マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。
【図８】光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。
【図９】二次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。
【図１０】マイクロレンズアレイ上の描画点について説明するための図である。
【図１１】マイクロレンズにおける光束の入射位置と該マイクロレンズ上の点像強度の関係を示す図である。
【図１２】光源装置を一定の出力で連続点灯したときのマイクロレンズアレイ上の点像強度分布について説明するための図である。
【図１３】各マイクロレンズを走査中に高出力モードと低出力モードを実行したときのマイクロレンズアレイ上の点像強度分布について説明するための図である。
【図１４】間引き点灯を実施したときのマイクロレンズアレイ上の点像強度分布について説明するための図である。
【図１５】（ａ）〜（ｆ）出力パターンの具体例について説明するための図である。
【図１６】間引き周期とレンズ周期とモアレの関係について説明するための図である。
【図１７】実施形態に係る表示システムにおける各構成要素の相対的な位置関係の一例を概略的に説明するための図である。
【図１８】マイクロレンズアレイとアイボックスとの関係を説明するための概略図である。
【図１９】中間像と虚像との関係を説明するための概略図である。
【図２０】（ａ）（ｂ）比較例のマイクロレンズの形状とアイボックスの形状との関係を説明するための概略図である。
【図２１】実施形態に係るマイクロレンズの形状とアイボックスの形状との関係を説明するための図である。
【図２２】（ａ）（ｂ）（ｃ）実施形態に係るマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列の一例を示す図である。
【図２３】ランダム配列レンズアレイの各マイクロレンズの頂点位置について説明するための図である。
【図２４】（ａ）（ｂ）（ｃ）横長ランダム配列レンズアレイの具体例を説明するための図である。
【図２５】（ａ）〜（ｃ）比較例のマイクロレンズの頂点位置について説明するための図である。（ｄ）〜（ｆ）実施形態の横長マイクロレンズの頂点位置について説明するための図である。
【図２６】実施形態に係るマイクロレンズアレイの構造の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
●実施形態●
●システム構成
図１は、実施形態に係る表示システムのシステム構成の一例を示す図である。図１に示す表示システム１は、観察者３が視認する表示画像の解像度を下げることなく、表示画像の輝度の低下を抑制することができるシステムである。
【００１１】
表示システム１は、表示装置１０から投射される投射光を、透過反射部材に投射させることによって観察者３に表示画像を視認させる。表示画像は、観察者３の視界に虚像４５として重畳して表示する画像である。表示システム１は、例えば、車両、航空機もしくは船舶等の移動体、または操縦シミュレーションシステムもしくはホームシアターシステム等の非移動体に備えられる。本実施形態は、表示システム１が、移動体の一例である自動車に備えられた場合について説明する。なお、表示システム１の使用形態は、これに限られるものではない。
【００１２】
表示システム１は、例えば、フロントガラス５０を介して車両の操縦に必要なナビゲーション情報（例えば車両の速度、進路情報、目的地までの距離、現在地名称、車両前方における物体（対象物）の有無や位置、制限速度等の標識、渋滞情報等の情報等）を、観察者３（運転者）に視認させる。この場合、フロントガラス５０は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材として機能する。観察者３の視点位置からフロントガラス５０までの距離は、数十ｃｍ〜１ｍ程度である。
【００１３】
表示システム１は、表示装置１０、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０を備える。表示装置１０は、例えば、移動体の一例である自動車に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）である。表示装置１０は、自動車のインテリアデザインに準拠して任意の位置に配置される。表示装置１０は、例えば、自動車のダッシュボードの下方に配置されてもよく、ダッシュボード内に埋め込まれていてもよい。
【００１４】
表示装置１０は、光源装置１１、光偏向装置１３、スクリーン１５を備える。光源装置１１は、光源から射出されたレーザ光を、装置外部へ照射するデバイスである。光源装置１１は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のレーザ光を合成したレーザ光を照射してもよい。光源装置１１から射出されたレーザ光は、光偏向装置１３の反射面に導かれる。光源装置１１は、光源として、ＬＤ（Laser Diode）等の半導体発光素子を有する。なお、光源は、これに限られず、ＬＥＤ（light emitting diode）等の半導体発光素子を有してもよい。
【００１５】
光偏向装置１３は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等を利用してレーザ光の進行方向を変化させるデバイスである。光偏向装置１３は、例えば、直交する２軸に対して揺動する単一の微小なＭＥＭＳミラー、または１軸に対して揺動もしくは回転する２つのＭＥＭＳミラーからなるミラー系等の走査手段を利用して構成される。光偏向装置１３から射出されたレーザ光は、スクリーン１５に走査される。なお、光偏向装置１３は、ＭＥＭＳミラーに限られず、ポリゴンミラー等を用いて構成されてもよい。
【００１６】
スクリーン１５は、レーザ光を所定の発散角で発散させる機能を有する発散部材である。スクリーン１５は、例えば、ＥＰＥ（Exit Pupil Expander）の形態として、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）または拡散板等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子によって構成される。なお、スクリーン１５は、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子によって構成されてもよい。スクリーン１５は、光偏向装置１３から射出されたレーザ光がスクリーン１５上に走査されることによって、スクリーン１５上に二次元像である中間像４０を形成する。
【００１７】
ここで、表示装置１０の投射方式は、液晶パネル、ＤＭＤパネル（デジタルミラーデバイスパネル）または蛍光表示管（ＶＦＤ）等イメージングデバイスで中間像４０を形成する「パネル方式」と、光源装置１１から射出されたレーザ光を走査手段で走査して中間像４０を形成する「レーザ走査方式」がある。
【００１８】
本実施形態に係る表示装置１０は、後者の「レーザ走査方式」を採用する。「レーザ走査方式」は、各画素に対して発光または非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。なお、表示装置１０は、投射方式として「パネル方式」を用いてもよい。
【００１９】
スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）によって、自由曲面ミラー３０およびフロントガラス５０に投射された虚像４５は、中間像４０から拡大されて表示される。自由曲面ミラー３０は、フロントガラス５０の湾曲形状による画像の傾き、歪、位置ずれ等を相殺するように設計および配置されている。自由曲面ミラー３０は、所定の回転軸を中心として回転可能に設置されてもよい。これにより、自由曲面ミラー３０は、スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）の反射方向を調整し、虚像４５の表示位置を変化させることができる。
【００２０】
ここでは、自由曲面ミラー３０は、虚像４５の結像位置が所望の位置になるように、一定の集光パワーを有するように既存の光学設計シミュレーションソフトを用いて設計されている。表示装置１０は、虚像４５が観察者３の視点位置から例えば１ｍ以上かつ３０ｍ以下（好ましくは１０ｍ以下）の位置（奥行位置）に表示されるように、自由曲面ミラー３０の集光パワーを設定する。なお、自由曲面ミラー３０は、凹面ミラーやその他集光パワーを有する素子であってもよい。自由曲面ミラー３０は、結像光学系の一例である。
【００２１】
フロントガラス５０は、レーザ光（光束）の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる機能（部分反射機能）を有する透過反射部材である。フロントガラス５０は、観察者３に前方の景色および虚像４５を視認させる半透過鏡として機能する。虚像４５は、例えば、車両情報（速度、走行距離等）、ナビゲーション情報（経路案内、交通情報等）、警告情報（衝突警報等）等を観察者３に視認させるための画像情報である。なお、透過反射部材は、フロントガラス５０とは別途設けられたフロントウインドシールド等であってもよい。フロントガラス５０は、反射部材の一例である。
【００２２】
虚像４５は、フロントガラス５０の前方の景色と重畳するように表示されてもよい。また、フロントガラス５０は、平面でなく、湾曲している。そのため、虚像４５の結像位置は、自由曲面ミラー３０とフロントガラス５０の曲面によって決定される。なお、フロントガラス５０は、部分反射機能を有する個別の透過反射部材としての半透過鏡（コンバイナ）を利用してもよい。
【００２３】
このような構成により、スクリーン１５から射出されたレーザ光（光束）は、自由曲面ミラー３０に向けて投射され、フロントガラス５０によって反射される。観察者３は、フロントガラス５０で反射された光によって、スクリーン１５に形成された中間像４０が拡大された虚像４５を視認することができるようになる。
【００２４】
●ハードウエア構成
図２は、実施形態に係る表示装置のハードウエア構成の一例を示す図である。なお、図２に示すハードウエア構成は、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
【００２５】
表示装置１０は、表示装置１０の動作を制御するための制御装置１７を有する。制御装置１７は、表示装置１０の内部に実装された基板またＩＣチップ等のコントローラである。制御装置１７は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）１００１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１００３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００４、Ｉ／Ｆ（Interface）１００５、バスライン１００６、ＬＤドライバ１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０およびモータドライバ１０１２を含む。
【００２６】
ＦＰＧＡ１００１は、表示装置１０の設計者による設定変更が可能な集積回路である。ＬＤドライバ１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０、およびモータドライバ１０１２は、ＦＰＧＡ１００１からの制御信号に応じて駆動信号を生成する。ＣＰＵ１００２は、表示装置１０全体を制御するための処理を行う集積回路である。ＲＯＭ１００３は、ＣＰＵ１００２を制御するプログラムを記憶する記憶装置である。ＲＡＭ１００４は、ＣＰＵ１００２のワークエリアとして機能する記憶装置である。Ｉ／Ｆ１００５は、外部装置と通信するためのインターフェースである。Ｉ／Ｆ１００５は、例えば自動車のＣＡＮ（Controller Area Network）等に接続される。
【００２７】
ＬＤ１００７は、例えば、光源装置１１の一部を構成する半導体発光素子である。ＬＤドライバ１００８は、ＬＤ１００７を駆動する駆動信号を生成する回路である。ＭＥＭＳ１００９は、光偏向装置１３の一部を構成し、走査ミラーを変位させるデバイスである。ＭＥＭＳコントローラ１０１０は、ＭＥＭＳ１００９を駆動する駆動信号を生成する回路である。モータ１０１１は、自由曲面ミラー３０の回転軸を回転させる電動機である。モータドライバ１０１２は、モータ１０１１を駆動する駆動信号を生成する回路である。
【００２８】
●機能構成
図３は、実施形態に係る表示装置の機能構成の一例を示す図である。表示装置１０により実現される機能は、車両情報受信部１７１、外部情報受信部１７２、画像生成部１７３および画像表示部１７４を含む。
【００２９】
車両情報受信部１７１は、ＣＡＮ等から自動車の情報（速度、走行距離等の情報）を受信する機能である。車両情報受信部１７１は、図２に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００３０】
外部情報受信部１７２は、外部ネットワークから自動車外部の情報（ＧＰＳからの位置情報、ナビゲーションシステムからの経路情報または交通情報等）を受信する機能である。外部情報受信部１７２は、図２に示したＩ／Ｆ１００５およびＣＰＵ１００２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００３１】
画像生成部１７３は、車両情報受信部１７１および外部情報受信部１７２により入力された情報に基づいて、中間像４０および虚像４５を表示させるための画像情報を生成する機能である。画像生成部１７３は、図２に示したＣＰＵ１００２の処理、およびＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００３２】
画像表示部１７４は、画像生成部１７３により生成された画像情報に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成し、中間像４０を構成したレーザ光（光束）をフロントガラス５０に向けて投射して虚像４５を表示させる機能である。画像表示部１７４は、図２に示したＣＰＵ１００２、ＦＰＧＡ１００１、ＬＤドライバ１００８、ＭＥＭＳコントローラ１０１０およびモータドライバ１０１２の処理、並びにＲＯＭ１００３に記憶されたプログラム等により実現される。
【００３３】
画像表示部１７４は、制御部１７５、中間像形成部１７６および投影部１７７を含む。制御部１７５は、中間像４０を形成するために、光源装置１１および光偏向装置１３の動作を制御する制御信号を生成する。また、制御部１７５は、虚像４５を所定の位置に表示させるために、自由曲面ミラー３０の動作を制御する制御信号を生成する。
【００３４】
中間像形成部１７６は、制御部１７５によって生成された制御信号に基づいて、スクリーン１５に中間像４０を形成する。投影部１７７は、観察者３に視認させる虚像４５を形成するために、中間像４０を構成したレーザ光を、透過反射部材（フロントガラス５０等）に投射させる。
【００３５】
●光源装置
図４は、実施形態に係る光源装置１１の具体的構成に一例を示す図である。光源装置１１は、光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ（以下、区別する必要のないときは、光源素子１１１とする。）、カップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ、アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂ、合成素子１１４，１１５，１１６、およびレンズ１１７を含む。光源装置１１は、光源の一例である。
【００３６】
３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、例えば、それぞれ単数または複数の発光点を有するＬＤ（Laser Diode）である。光源素子１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、互いに異なる波長λＲ，λＧ，λＢ（例えばλＲ＝６４０ｎｍ，λＧ＝５３０ｎｍ，λＢ＝４４５ｎｍ）のレーザ光（光束）を放射する。
【００３７】
放射された各レーザ光（光束）は、それぞれカップリングレンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂによりカップリングされる。カップリングされた各レーザ（光束）は、それぞれアパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂにより整形される。アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂは、レーザ光（光束）の発散角等の所定の条件に応じた形状（例えば円形、楕円形、長方形、正方形等）を有する。
【００３８】
アパーチャ１１３Ｒ，１１３Ｇ，１１３Ｂにより整形された各レーザ光（光束）は、３つの合成素子１１４，１１５，１１６により合成される。合成素子１１４，１１５，１１６は、プレート状またはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じてレーザ光（光束）を反射または透過し、１つの光束に合成する。合成された光束は、レンズ１１７を通り、光偏向装置１３に導かれる。
【００３９】
●光偏向装置
図５は、実施形態に係る光偏向装置の具体的構成の一例を示す図である。光偏向装置１３は、半導体プロセスにより製造されるＭＥＭＳミラーであり、ミラー１３０、蛇行状梁部１３２、枠部材１３４、および圧電部材１３６を含む。光偏向装置１３は、走査部の一例である。
【００４０】
ミラー１３０は、光源装置１１から射出されたレーザ光をスクリーン１５側に反射する反射面を有する。光偏向装置１３は、ミラー１３０を挟んで一対の蛇行状梁部１３２を形成する。蛇行状梁部１３２は、複数の折り返し部を有する。折り返し部は、交互に配置される第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとから構成されている。蛇行状梁部１３２は、枠部材１３４に支持されている。圧電部材１３６は、隣接する第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとを接続するように配置されている。圧電部材１３６は、第１の梁部１３２ａと第２の梁部１３２ｂとに異なる電圧を印加し、梁部１３２ａ，１３２ｂのそれぞれに反りを発生させる。
【００４１】
これにより、隣接する梁部１３２ａ，１３２ｂは、異なる方向に撓む。ミラー１３０は、撓みが累積されることによって、左右方向の軸を中心として垂直方向に回転する。このような構成により、光偏向装置１３は、垂直方向への光走査が低電圧で可能となる。上下方向の軸を中心とした水平方向の光走査は、ミラー１３０に接続されたトーションバー等を利用した共振により行われる。
【００４２】
●スクリーン
図６は、実施形態に係るスクリーンの具体的構成の一例を示す図である。スクリーン１５は、光源装置１１の一部を構成するＬＤ１００７から射出されたレーザ光を結像させる。また、スクリーン１５は、所定の発散角で発散させる発散部材である。図６に示すスクリーン１５は、六角形形状を有する複数のマイクロレンズ１５０が隙間なく配列されたマイクロレンズアレイ構造を有している。マイクロレンズ１５０のレンズ径（対向する２辺間の距離）は、２００μｍ程度である。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０の形状を六角形とすることにより、複数のマイクロレンズ１５０を高密度で配列することができる。なお、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ２００およびマイクロレンズ１５０の詳細は、後述する。
【００４３】
図７は、マイクロレンズアレイにおいて、入射光束径とレンズ径の大小関係の違いによる作用の違いについて説明するための図である。図７（ａ）において、スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０が整列して配置された光学板１５１によって構成される。光学板１５１上に入射光１５２が走査される場合、入射光１５２は、マイクロレンズ１５０により発散され、発散光１５３となる。スクリーン１５は、マイクロレンズ１５０の構造により、入射光１５２を所望の発散角１５４で発散させることができる。マイクロレンズ１５０の周期１５５は、入射光１５２の径１５６ａよりも大きくなるように設計される。これにより、スクリーン１５は、レンズ間での干渉を起こさずに、干渉ノイズの発生を抑制する。
【００４４】
図７（ｂ）は、入射光１５２の径１５６ｂが、マイクロレンズ１５０の周期１５５の２倍大きい場合の発散光の光路を示す。入射光１５２は、二つのマイクロレンズ１５０ａ、１５０ｂに入射し、それぞれ発散光１５７,１５８を生じさせる。このとき、領域１５９において、二つの発散光が存在するため、光の干渉を生じうる。この干渉光が観察者の目に入った場合、干渉ノイズとして視認される。
【００４５】
以上を考慮して、干渉ノイズを低減するため、マイクロレンズ１５０の周期１５５は、入射光の径１５６よりも大きく設計される。なお、図７は、凸面レンズの形態で説明したが、凹面レンズの形態においても同様の効果があるものとする。
【００４６】
●光偏向装置による光走査
図８は、光偏向装置のミラーと走査範囲の対応関係について説明するための図である。光源装置１１の各光源素子は、ＦＰＧＡ１００１によって発光強度や点灯タイミング、光波形が制御される。光源装置１１の各光源素子は、ＬＤドライバ１００８によって駆動され、レーザ光を射出する。各光源素子から射出され光路合成されたレーザ光は、図８に示すように、光偏向装置１３のミラー１３０によってα軸周り、β軸周りに二次元的に偏向され、ミラー１３０を介して走査光としてスクリーン１５に照射される。すなわち、スクリーン１５は、光偏向装置１３による主走査および副走査によって二次元走査される。
【００４７】
走査範囲は、光偏向装置１３によって走査しうる全範囲である。走査光は、スクリーン１５の走査範囲を、２〜４万Ｈｚ程度の速い周波数で主走査方向（Ｘ軸方向）に振動走査（往復走査）しつつ、数十Ｈｚ程度の遅い周波数で副走査方向（Ｙ軸方向）に片道走査する。すなわち、光偏向装置１３は、スクリーン１５に対してラスタースキャンを行う。この場合、表示装置１０は、走査位置（走査光の位置）に応じて各光源素子の発光制御を行うことで、画素ごとの描画または虚像の表示を行うことができる。
【００４８】
一画面を描画する時間、すなわち１フレーム分の走査時間（二次元走査の１周期）は、上記のように副走査周期が数十Ｈｚであることから、数十ｍｓｅｃとなる。例えば、主走査周期を２００００Ｈｚ、副走査周期を５０Ｈｚとした場合、１フレーム分の走査時間は、２０ｍｓｅｃとなる。
【００４９】
図９は、二次元走査時の走査線軌跡の一例を示す図である。スクリーン１５は、図９に示すように、中間像４０が描画される（画像データに応じて変調された光が照射される）画像領域６１（有効走査領域）と、画像領域６１を取り囲むフレーム領域６２を含む。
【００５０】
走査範囲は、スクリーン１５における画像領域６１とフレーム領域６２の一部（画像領域６１の外縁近傍の部分）を併せた範囲とする。図９において、走査範囲における走査線の軌跡は、ジグザグ線によって示される。図９において、走査線の本数は、便宜上、実際よりも少なくしている。
【００５１】
スクリーン１５は、上述のように、マイクロレンズアレイ２００等の光拡散効果を持つ透過型の光学素子で構成されている。画像領域６１は、矩形または平面である必要はなく、多角形または曲面であってもよい。また、スクリーン１５は、装置レイアウトに応じて、例えば、マイクロミラーアレイ等の光拡散効果を持つ反射型の光学素子とすることもできる。以下の説明において、本実施形態は、スクリーン１５がマイクロレンズアレイ２００によって構成されるものとして説明する。
【００５２】
スクリーン１５は、走査範囲における画像領域６１の周辺領域（フレーム領域６２の一部）に、受光素子を含む同期検知系６０を備える。図９において、同期検知系６０は、画像領域６１の−Ｘ側かつ＋Ｙ側の隅部に配置される。同期検知系６０は、光偏向装置１３の動作を検出して、走査開始タイミングや走査終了タイミングを決定するための同期信号をＦＰＧＡ１００１に出力する。
【００５３】
●マイクロレンズアレイ上の描画点
続いて、マイクロレンズアレイ２００上に描画される描画点について図１０を参照して説明する。図１０は、マイクロレンズアレイ上の描画点について説明するための図である。描画点は、変調信号がハイレベルの場合に光源素子１１１から射出されるレーザ光（光束）によってマイクロレンズアレイ２００上に描画（形成）される点である。表示装置１０は、描画点の中心間隔が小さいほど、微細なパターンを描くことができる。描画点は、ビームスポットとも呼ばれる。
【００５４】
マイクロレンズアレイ２００上を走査光によって走査する場合、画像表示部１７４の制御部１７５は、画像生成部１７３からの画像データに基づいて光源素子１１１ごと（色ごと）の変調信号を生成する。そして、制御部１７５は、生成した変調信号をＬＤドライバ１００８に出力して、各光源素子１１１の発光強度を高速に変調する。光偏向装置１３は、スクリーン１５上を、主走査方向（Ｘ軸方向）に往復走査（往路８２１、復路８２２）する。
【００５５】
表示装置１０は、変調信号の周波数である変調周波数（以下、クロック周波数と称する）が高いほど、マイクロレンズアレイ２００上に微細なパターンを描画することができる。瞬間に描画される点８３１の間の、最小の描画幅８３２（隣接する２つの点８３１の中心間隔）は、クロック周波数と走査線の描画速度の関係から決定される。なお、光源素子１１１は、変調信号がハイレベル（１）のときに点灯し、ローレベル（０）のときに消灯する。また、光源素子１１１ごと（色ごと）の変調信号の強度は、画像データの画素ごとの色情報に占める各色（赤、緑または青）の割合に依存する。
【００５６】
以下の説明において、主走査方向（Ｘ軸方向）の点灯ドットの間隔（図１０に示す８３２）は、「点灯ドットピッチ」と称する。また、副走査方向の走査線の間隔（図１０に示す往８２１と復路８２２の間隔）は、「走査線ピッチ」と称する。
【００５７】
図１１は、マイクロレンズにおける光束の入射位置と該マイクロレンズ上の点像強度の関係を示す図である。ここでは、マイクロレンズ１５０における光学中心は、幾何学中心に一致しているものとする。
【００５８】
マイクロレンズ１５０に対する入射光１５２は、レーザ光特有のガウシアン分布の強度プロファイルを有する。入射光１５２は、光束の中心の強度が高く、光束の中心から遠ざかるほど強度が低下する。
【００５９】
ここで、マイクロレンズ１５０に対する入射光１５２をマイクロレンズ１５０の正面から観察する場合を考える。図１１におけるＡのように、マイクロレンズ１５０に対して実線のビーム強度の入射光１５２が入射された場合、マイクロレンズ１５０の中心と入射光束の中心が略一致するため、マイクロレンズ１５０上の点像強度は、大きくなる。
【００６０】
一方、図１１におけるＢのように、マイクロレンズ１５０に対して破線のビーム強度の入射光１５２が入射された場合、マイクロレンズ１５０の中心と入射光束の中心が大きくずれているため、マイクロレンズ１５０の中心を通る光束の強度は、ガウシアン分布の裾に対応する強度となる。そのため、マイクロレンズ１５０上の点像強度は、小さくなる。すなわち、マイクロレンズ１５０上の点像強度は、図１１においてＡよりもＢの方が小さくなる。
【００６１】
したがって、マイクロレンズ１５０上の点像強度は、マイクロレンズ１５０へ入射される光束の中心とマイクロレンズ１５０の中心とのずれが大きくなるほど小さくなる。そこで、表示装置１０は、各マイクロレンズ１５０の中心に複数の描画点の重なり部分が位置するようにマイクロレンズアレイ２００を走査することにより、マイクロレンズ１５０上の点像強度の低下を抑制することができ、マイクロレンズアレイ２００全体として輝度ムラの低減を図ることができる。
【００６２】
次に、マイクロレンズアレイ２００上を走査光により二次元走査した場合の点像強度分布について、図１２を参照して説明する。図１２は、光源装置を一定の出力で連続点灯したときのマイクロレンズアレイ上の点像強度分布について説明するための図である。図１２は、一例として、マイクロレンズアレイ２００の主走査方向の１列（主走査方向に並ぶ複数のマイクロレンズ１５０からなるレンズ列であって往路８２１に対応する列）における点像強度分布について説明する。
【００６３】
まず、すべての描画点を同一強度で光らせた場合について説明する。走査線上で隣り合う描画点８７３の中心間隔（点灯ドットピッチ）が十分狭い場合、光束は、各マイクロレンズ１５０の中心近傍を通過する。具体的には、マイクロレンズ１５０の主走査方向のレンズピッチよりも点灯ドットピッチの方が小さい場合、各マイクロレンズ１５０は、少なくとも１つの描画点を形成する。そのため、表示装置１０は、虚像４５の輝度ムラを抑制することができる。なお、レンズピッチは、各マイクロレンズ１５０の頂点位置の間隔である。
【００６４】
次に、マイクロレンズアレイ２００上を走査するときに高出力モード（例えば、光源装置１１を最大出力で点灯するモード）と低出力モード（例えば、光源装置１１を最大出力未満の出力で点灯するモード）を少なくとも１回ずつ含む出力パターンで光源装置１１を繰り返し点灯させる場合の点像強度分布について説明する。ここで、高出力モードは、光源装置１１を相対的に高い出力で点灯するモードを意味し、低出力モードは、光源装置１１を相対的に低い（高出力モードよりも低い）出力で点灯するモードを意味する。高出力モードは、光源装置１１を最大出力未満の出力で点灯するモードとしてもよい。
【００６５】
なお、ＲＧＢの３色に対応する３つの光源素子１１１からの光を合成して所望の色光（画像データの画素毎の色情報に応じた光）を生成する場合、各光源素子１１１（各色）の出力レベルを調整する必要がある。そのため、白色の色光を生成するとき以外は、画像データの画素ごとの色情報に占める各色の割合に応じて高出力モードと低出力モードの出力レベルを光源素子１１１の間で異ならせる必要がある。
【００６６】
この出力パターンの一例として、図１３は、高出力モードと低出力モードを１回ずつ含む出力パターンで光源装置を繰り返し点灯させることにより、図１２に示される複数の描画点８７３を高出力モードと低出力モードで交互に描画する例を示す。高出力モードで描画される描画点（図１３に示す白抜きの描画点）は、描画点８７３Ｈと表記し、低出力モードで描画される描画点（図１３に示す黒塗りの描画点）は、描画点８７３Ｌと表記する。以下、高出力モードで描画される描画点は、高パワー描画点と称し、低出力モードで描画される描画点は、低パワー描画点と称する。図１３において、高パワー描画点と低パワー描画点は、部分的に重なっている。
【００６７】
図１３の出力パターンを繰り返した場合、すべての描画点を一律に高出力モードで描画する場合に比べて周期的に低出力モードで光源装置１１を点灯させるため、表示装置１０は、マイクロレンズアレイ２００へ照射される総光量を減少させ、虚像４５の輝度を低減させることができる。
【００６８】
また、走査条件およびレンズ配列は、マイクロレンズ１５０の主走査方向のレンズ径よりも高パワー描画点のピッチが小さくなるように調整されている。これにより、各マイクロレンズ１５０は、少なくとも１つの高パワー描画点を形成する。そのため、表示装置１０は、各マイクロレンズ１５０における光量ムラを抑制することができ、画像全体の輝度ムラを抑制することができる。
【００６９】
次に、間引き点灯時のマイクロレンズ１５０上の点像強度分布について説明する。間引き点灯は、低出力モードを消灯モード（光源を消灯させるモード）で置き換えた出力パターン、すなわち高出力モード（点灯モード）と消灯モードを少なくとも１回ずつ含む出力パターンで光源装置１１を繰り返し点灯させることを意味する。図１４は、高出力モードと消灯モードを１回ずつ含む出力パターンで光源装置を繰り返し点灯させる例を示す。図１４において、符号８７４が付された小さな白丸は、消灯モードが行われるタイミングを示し、ゼロパワー点と称する。
【００７０】
図１４に示す出力パターンで描画した場合の総描画点数は、図１３に示した出力パターンで描画した場合の総描画点数の１／２個になる。そのため、図１３の出力パターンに対する図１４に示す出力パターンの虚像４５の輝度は、１／２になる。このように、表示装置１０は、低出力モードに変えて消灯モードを行うことで、減光率（輝度低減率）を大きくすることができる。
【００７１】
消灯モードにおいて、点灯ドットピッチが十分に小さければ（例えば、マイクロレンズ１５０の主走査方向のレンズ径＞点灯ドットピッチであれば）、各マイクロレンズ１５０は、少なくとも１つの描画点を形成する。そのため、図１１に示した点像強度の変動は、抑制される。よって、表示装置１０は、間引き点灯による画素の欠け（抜け）や輝度ムラを抑制することができる。
【００７２】
ここで、表示装置１０は、高出力モードと低出力モード（もしくは消灯モード）の回数の比率を変化させることで減光率を変化させることができる。この手法を用いることで、表示装置１０は、減光率が互いに異なる複数の出力パターンを得ることができる。そこで、減光率が互いに異なる複数の出力パターンの具体例について図１５を参照して説明する。図１５は、減光率が互いに異なる６つの出力パターンに対応する６つの描画点配列および６つの変調信号を示す。図１５は、各出力パターンにおいて高出力モードでの出力レベルが最大出力であり、低出力モードでの出力レベルが出力パターン間で等しいものとして説明する。
【００７３】
図１５（ａ）に示すように、高パワー描画点と低パワー描画点を交互に配置させた場合、すなわち１回の高出力モードと１回の低出力モードで構成される出力パターンで光源装置１１を繰り返し点灯させた場合、最大輝度（光源を最大出力で連続点灯したときの輝度）からの減光率は、最大で略５０％となる。
【００７４】
図１５（ｂ）に示すように、高パワー描画点とゼロパワー点を交互に配置させた場合、すなわち１回の高出力モードと１回の消灯モードで構成される出力パターンで光源装置１１を繰り返し点灯させた場合、最大輝度からの減光率は、５０％となる。
【００７５】
図１５（ｃ）に示すように、高パワー描画点を１点配置した後、低パワー描画点を２点連続して配置することを繰り返す場合、すなわち１回の高出力モードと連続する２回の低出力モードで構成される出力パターンで光源装置１１を繰り返し点灯させた場合、最大輝度からの減光率は、最大で略６６％となる。
【００７６】
図１５（ｄ）に示すように、高パワー描画点を１点配置した後、ゼロパワー点を２点連続して配置することを繰り返す場合、すなわち１回の高出力モードと連続する２回の消灯モードで構成される出力パターンで光源装置１１を繰り返し点灯させた場合、最大輝度からの減光率は、略６６％となる。
【００７７】
図１５（ｅ）に示すように、高パワー描画点を１点配置した後、低パワー描画点を３点連続して配置することを繰り返す場合、すなわち１回の高出力モードと連続する３回の低出力モードで構成される出力パターンで光源装置１１を繰り返し点灯させた場合、最大輝度からの減光率は、最大で略７５％となる。
【００７８】
図１５（ｆ）に示すように、高パワー描画点を１点配置した後、ゼロパワー点を３点連続して配置することを繰り返す場合、すなわち１回の高出力モードと連続する３回の消灯モードで構成される出力パターンで光源装置１１を繰り返し点灯させた場合、最大輝度からの減光率は、７５％となる。
【００７９】
このように、表示装置１０は、出力パターンにおける高出力モードと低出力モード（もしくは消灯モード）の組み合わせにより、減光率を変化させることができる。また、表示装置１０は、低パワー描画点やゼロパワー点の数が多いほど、減光率を大きくすることができる。低パワー描画点やゼロパワー点の数が増えるほど、輝度ムラは生じやすくなるが、いずれの場合であっても高パワー描画点の間隔をマイクロレンズのレンズ径以下とすることで、表示装置１０は、輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００８０】
なお、図１５は、隣接する描画点や、隣接する描画点とゼロパワー点が重なり部分を持たないように記載されているが、隣接する描画点や隣接する描画点とゼロパワー点は、実際には重なり部分を持つことが好ましい。また、図１５は、１回の高出力モードと１回の低出力モード（または消灯モード）や、連続する２回または３回の低出力モード（または消灯モード）で構成される出力パターンを例にとって説明したが、表示装置１０は、１回の高出力モードと連続する４回以上の低出力モード（もしくは消灯モード）で構成される出力パターンを用いてもよい。
【００８１】
次に、間引き周期とレンズ周期（主走査方向のレンズピッチ）に起因して発生するモアレについて、図１６を参照して説明する。図１６は、間引き周期とレンズ周期とモアレの関係について説明するための図である。間引き周期は、間引き点灯時の点灯周期（点灯モードの周期）や、消灯周期（消灯モードの周期）や、点灯ドットピッチや、ゼロパワー点のピッチ（ゼロパワー点の中心間隔）を意味する。
【００８２】
図１６において、描画点８７３と描画点８７３の間の暗領域８７４（ゼロパワー点）の幅が大きくなると、表示画像上の輝度ムラが生じやすくなる。一般的に、間引き周期とレンズ周期を正確に一致させることはできず、図１６に示すように、ゼロパワー点とレンズは、異なる周期で配置される。この場合、レンズ中心と描画点との位置関係は、各レンズで連続的に変化していく。その結果、間引き周期とレンズ周期は、空間的なうなりを生じ、図１６下図のように点像の輝度は、主走査方向に長周期パターンとして視認されてしまう。この現象は、間引き周期とレンズ周期に起因して発生するモアレ（干渉縞）である。
【００８３】
元々の間引き周期がレンズ１個程度の幅であっても、レンズ数個〜数十個にわたる長周期のパターンに拡大されて生じるため、モアレ（干渉縞）は、観察者３の眼に非常に判別されやすく、画像の視認性を下げてしまう。したがって、表示装置１０は、モアレを抑制するため、各マイクロレンズ１５０に少なくとも１つの描画点が形成されるように光源装置１１を点灯させる。
【００８４】
●詳細●
続いて、図１７乃至図２５を用いて、本実施形態に係る表示装置１０の詳細な構成について説明する。まず、図１７乃至図２１を用いて、マイクロレンズ１５０とアイボックス４７との関係について説明する。
【００８５】
図１７は、実施形態に係る表示システムにおける各構成要素の相対的な位置関係の一例を概略的に説明するための図である。図１７は、便宜上、各構成要素がＸＺ平面上に平行に配置されているものとして説明するが、実際には、各構成要素の配置は、図１に示すように、必ずしもＸＺ平面に平行ではない。
【００８６】
光源装置１１によって合成された光束は、光偏向装置１３の点ａ１に入射し、光偏向装置１３によってスクリーン１５上に二次元走査される。スクリーン１５は、Ｘ軸方向（主走査方向）の幅Ｒの中間像４０を形成する。
【００８７】
＋Ｘ方向端部の中間像４０を形成する場合、光源装置１１から射出された光束が光偏向装置１３によって＋Ｘ方向に偏向され、中間像４０の一部は、点ｂ１に描画される。また、−Ｘ方向端部の中間像４０を形成する場合、光源装置１１から射出された光束が光偏向装置１３によって−Ｘ方向に偏向され、中間像４０の一部は、点ｃ１に描画される。なお、スクリーン１５上に描画される像は、制御装置１７の画像生成部１７３によって設定される。
【００８８】
スクリーン１５は、マイクロレンズアレイ２００によって構成される。スクリーン１５に走査された光束は、マイクロレンズアレイ２００を通過することによって、所定の発散角で発散される。図１７において、マイクロレンズアレイ２００から射出される光線は、発散光の中心光線を示す。マイクロレンズアレイ２００から射出される光束は、自由曲面ミラー３０へ入射する。自由曲面ミラー３０に対する光束の通過幅は、Ｑである。
【００８９】
この場合、＋Ｘ方向端部の像を形成する場合、発散光の中心光線は、自由曲面ミラー３０の点ｄ１に入射する。−Ｘ方向端部の像を形成する場合、発散光の中心光線は、自由曲面ミラー３０の点ｅ１に入射する。
【００９０】
自由曲面ミラー３０は、フロントガラス５０で発生する光学歪を低減するように面形状が設計されている。自由曲面ミラー３０を通過した光束は、その後フロントガラス５０に入射し、観察者３の基準アイポイントを含む少なくともアイリプス領域内の一点の視点に到達する。フロントガラス５０に入射した光束は、フロントガラス５０の面形状に応じて反射される。
【００９１】
例えば、図１に示した表示システム１において、観察者３（例えば、自動車を運転する運転者）は、フロントガラス５０によって反射された光の光路上のアイボックス（観察者３の目の近傍の領域）内において虚像４５を視認する。ここで、アイボックスは、観察者３が視点の位置の調整をすることなく虚像４５を視認可能な範囲である。具体的には、アイボックス４７は、自動車の運転者アイレンジ（ＪＩＳ  Ｄ００２１）と同等かそれ以下である。アイボックス４７は、運転者が虚像４５を視認可能な領域として、座席に着座した運転者のアイポイントが存在可能な空間領域であるアイリプスに基づいて設定される。
【００９２】
続いて、図１８を用いて、スクリーン１５を構成するマイクロレンズアレイ２００とアイボックスの関係を説明する。図１８は、マイクロレンズアレイ２００と、アイボックス４７との関係を説明するための図である。図１８は、便宜上、マイクロレンズアレイ２００以降の光路上に位置する各構成要素を省略し、マイクロレンズアレイ２００から観察者３までを直線的に表現している。
【００９３】
図１８に示すマイクロレンズアレイ２００は、図８で示したように、二次元領域にアレイ状に配列されたマイクロレンズ１５０を有している。画像データの情報を含む入射光１５２は、マイクロレンズアレイ２００を構成する各マイクロレンズ１５０に入射される。観察者３は、各マイクロレンズ１５０から発散された発散光１５３を視認できる範囲（アイボックス４７）において、所定の情報を含む表示画像を視認することができる。
【００９４】
アイボックス４７は、マイクロレンズ１５０から発散される発散光１５３によって定まる。そのため、二次元領域（ＸＹ領域）上におけるマイクロレンズ１５０のＸ軸方向およびＹ軸方向は、アイボックス４７のＸ軸方向およびＹ軸方向と一致する。また、マイクロレンズ１５０のＸ軸方向（横方向）とＹ軸方向（縦方向）のアスペクト比（ＭＸ／ＭＹ）は、アイボックス４７のＸ軸方向（横方向）とＹ軸方向（縦方向）のアスペクト比（ＡＸ／ＡＹ）と等しい。
【００９５】
ここで、アイボックス４７のＹ軸方向（縦方向）は、自動車を運転する運転者等の観察者３の視線の鉛直方向である。一方で、アイボックス４７のＸ軸方向（横方向）は、観察者３の視線の鉛直方向に対して垂直な水平方向である。
【００９６】
さらに、マイクロレンズ１５０の曲率半径がＸ軸方向とＹ軸方向で一定である場合、マイクロレンズ１５０からの発散光１５３の形状すなわちアイボックス４７の形状は、マイクロレンズ１５０の形状と対応する。すなわち、マイクロレンズ１５０の形状は、アイボックス４７（視認範囲）の所望の形状に応じて、設計すればよい。
【００９７】
図１９は、中間像４０と虚像４５との関係を説明するための図である。中間像４０は、光偏向装置１３から射出されたレーザ光がスクリーン１５上で走査されることによって形成される画像である。虚像４５は、表示装置１０から投射される投射光を、フロントガラス５０で反射させることによって観察者３に視認させるための画像である。
【００９８】
スクリーン１５に形成された中間像４０は、拡大されてフロントガラス５０に向けて投射される。すなわち、中間像４０と虚像４５の形状は、相似関係にある。図１９の場合、例えば、幅Ｗおよび高さＨの虚像４５は、幅ｗおよび高さｈの中間像４０を拡大させた画像である。
【００９９】
続いて、図２０および図２１を用いて、マイクロレンズの形状とアイボックスの関係について説明する。以下は、マイクロレンズ１５０の曲率半径は、Ｘ軸方向とＹ軸方向で一定であるものとして説明する。図２０（ａ）、（ｂ）は、比較例に係るマイクロレンズの形状とアイボックスの形状の関係を説明するための概略図である。
【０１００】
図２０（ａ）は、平面視で正方形のマイクロレンズ１６０ａに入射した入射光１５２が、マイクロレンズ１６０ａによって発散され、発散された発散光１５３によってアイボックス４６ａが形成される様子を示す。アイボックス４６ａの形状は、図１８で説明したように、マイクロレンズ１６０ａの形状と一致するため、正方形となる。
【０１０１】
図２０（ｂ）は、平面視で縦長の長方形のマイクロレンズ１６０ｂに入射された入射光１５２が、マイクロレンズ１６０ｂによって発散され、発散された発散光１５３によってアイボックス４６ｂが形成される様子を示す。アイボックス４６ａの形状は、図２０（ａ）と同様に、マイクロレンズ１６０ｂの形状と一致するため、縦長の長方形となる。
【０１０２】
ここで、図１に示す表示システム１は、例えば、自動車等の移動体として用いられる場合、Ｘ軸方向が運転席から見て横方向、Ｙ軸方向が縦方向となる。この場合、表示装置１０は、フロントガラス５０前方に虚像４５として、例えば、ナビゲーション画像を表示する。観察者３である運転者は、表示された画像を運転席に居ながらフロントガラス５０前方から視線をほとんど動かさずに観察できる。このような場合、フロントガラス５０が横長であることから、虚像４５は、運転者から見て横長の画像が求められる。すなわち、マイクロレンズに形成される中間像４０および虚像４５は、Ｘ軸方向に画角の大きい画像であることが好ましい。
【０１０３】
また、運転者（観察者３）が、左右斜め方向から表示画像を見た場合も、表示を認識できるように、表示画像の横方向（Ｘ軸方向）は、縦方向（Ｙ方向）に対して大きな視野角が要求される。このため、虚像４５のＸ軸方向（横方向）は、Ｙ軸方向（縦方向）に対して大きな発散角（非等方拡散）が要求される。すなわち、表示装置１０は、アイボックス４７のＸ軸方向（横方向）がＹ軸方向（縦方向）に対して大きい範囲として設定する必要がある。
【０１０４】
しかしながら、図２０（ａ）、（ｂ）に示す比較例に係るアイボックス４６ａ、４６ｂのＸ軸方向（横方向）の長さは、Ｙ軸方向（縦方向）の長さと比較して等しいまたは短い。そのため、運転者（観察者３）の視点が動きやすい横方向における視認範囲を確保しようとすると、縦方向への視認範囲を拡大しなければならず、観察者３に視認させる画像の輝度が低下してしまう。
【０１０５】
そこで、このような課題を解決するため、本実施形態に係る表示装置１０は、マイクロレンズアレイ２００を、マイクロレンズ１５０の長軸方向とアイボックス４７の長軸方向とを一致させるように配置している。図２１は、実施形態に係るマイクロレンズの形状とアイボックスの形状との関係を説明するための図である。本実施形態に係るマイクロレンズ１５０は、横長のアイボックス４７の形状に対応させた横長の形状である。図２１に示すように、マイクロレンズ１５０は、Ｘ軸方向（横方向）に長く、Ｙ軸方向（縦方向）に短い横長の長方形の形状を有している、このような形状のマイクロレンズ１５０を用いることで、表示装置１０は、マイクロレンズ１５０による発散光１５３によって形成されるアイボックス４７のＸ軸方向を、Ｙ軸方向よりも長くする（横長の形状）ことができる。
【０１０６】
本実施形態に係るマイクロレンズ１５０およびアイボックス４７において、Ｘ軸方向（横方向）は、長軸方向であり、Ｙ軸方向（縦方向）は、短軸方向である。アイボックス４７の長軸方向は、観察者３の視線の鉛直方向である。一方で、アイボックス４７の短軸方向は、観察者３の視線の鉛直方向に対して垂直な水平方向である。マイクロレンズ１５０の長軸方向は、アイボックス４７の長軸方向における範囲に対応する発散光１５３が射出された方向である。
【０１０７】
ここで、「マイクロレンズ１５０の長軸方向とアイボックス４７の長軸方向とが一致する」は、双方の長軸方向（軸方向）が厳密な平行関係を意味するのではなく、マイクロレンズ１５０から発散された発散光１５３の範囲または形状と、アイボックス４７の範囲または形状とを所定の光利用効率を維持させた範囲で一致させることを意味する。すなわち、マイクロレンズ１５０とアイボックス４７の長軸方向は、数度〜１０数度程度の所定の角度ずれがあってもよい。
【０１０８】
このようにして、表示装置１０は、要求画角を満たす必要最小限の範囲に光を発散させ、光の利用効率を向上させることで、観察者３に視認させる画像の輝度を向上させることができる。マイクロレンズ１５０は、微細レンズの一例であり、マイクロレンズアレイ２００は、光学素子の一例である。
【０１０９】
●マイクロレンズの配列
次に、マイクロレンズアレイ２００におけるレンズ配列について図２２を参照して説明する。図２２は、実施形態に係るマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列の一例を示す図である。
【０１１０】
図２２（ａ）〜（ｃ）に示すマイクロレンズアレイ２００は、図２１に示したように、Ｘ軸方向（横方向）の長さがＹ軸方向（縦方向）の長さよりも長いマイクロレンズ１５０が配列されることによって構成される。表示装置１０は、図２２（ａ）〜（ｃ）に示すマイクロレンズアレイ２００を用いることで、横長のアイボックス４７を形成することができる。
【０１１１】
なお、図２１において、図２２（ａ）に示す平面視で横長の長方形のマイクロレンズ１５０ａが配列されたマイクロレンズアレイ２００ａを例に説明したが、それ以外のレンズ形状、レンズ配列のマイクロレンズアレイにおいても同様の議論が可能である。例えば、図２２（ｂ）、図２２（ｃ）に示す平面視で横長の六角形のマイクロレンズ１５０ｂ,１５０ｃが配列されたマイクロレンズアレイ２００ｂ,２００ｃにも本実施形態を適用することができる。
【０１１２】
図２２（ｂ）に示すマイクロレンズアレイ２００ｂは、横長の六角形のマイクロレンズ１５０ｂを稠密に配列したものである。マイクロレンズ１５０ｂは、Ｘ軸方向（横方向）に平行な辺を持たない。すなわち、Ｘ軸方向（横方向）に配列するマイクロレンズ１５０ｂの上辺と下辺は、ジグザク状になる。マイクロレンズアレイ２００ｂの配列は、「ジグザグ型配列」と称する。
【０１１３】
図２２（ｃ）に示すマイクロレンズアレイ２００ｃは、横長の六角形のマイクロレンズ１５２ｃを稠密に配列したものである。マイクロレンズ１５０ｃは、Ｘ軸方向（横方向）に平行な辺を有する。マイクロレンズアレイ２００ｃの配列は、「アームチェア型配列」と称する。また、「ジグザグ型配列」と「アームチェア型配列」を合わせて「ハニカム型配列」と称する。
【０１１４】
ここで、マイクロレンズのレンズピッチを短くした場合、画像の解像度は高くなる。そのため、表示装置１０は、図２２（ｂ）または図２２（ｃ）に示した「ハニカム型配列」のマイクロレンズアレイ２００ｂ,２００ｃを用いることが好ましい。
【０１１５】
また、図１３等で示したように、マイクロレンズ１５０のＸ軸方向（横方向）の長さは、高パワー描画点の点灯ドットピッチよりも短いことが好ましい。すなわち、高パワー描画点が隣接する距離は、マイクロレンズ１５０の長軸方向の長さよりも短い。これによって、各マイクロレンズ１５０に少なくとも１つの高パワー描画点を形成することができるので、表示装置１０は、各マイクロレンズ１５０における光量のムラを抑制することができるとともに、画像全体の輝度ムラを抑制することができる。
【０１１６】
さらに、減光率を大きくするために消灯時間（ゼロパワー点の横幅）を大きくする場合、マイクロレンズ１５０の主走査方向のレンズ径を大きくする必要がある。観察者３に視認させる画像の解像度は、マイクロレンズ１５０の総数に依存し、マイクロレンズの総数が多いほど解像度が高くなる。そのため、各マイクロレンズ１５０を走査中に光源の光量を変化させることに加えて、副走査方向のレンズ径を主走査方向のレンズ径よりも小さくすることが好ましい。
【０１１７】
図２２（ａ）〜（ｃ）に示すように、主走査方向のレンズ径が副走査方向のレンズ径よりも大きいマイクロレンズ１５０を有するマイクロレンズアレイ２００は、各マイクロレンズ１５０を走査中に光源の光量を変化させやすくなる。すなわち、各マイクロレンズ１５０上に高パワー描画点と低パワー描画点（もしくはゼロパワー点）を少なくとも１つずつ形成しやすくなる。これにより、表示装置１０は、輝度ムラおよび解像度の低下を抑制しつつ、減光率を高くすることができる。
【０１１８】
また、横長のアイボックス４７における光利用効率を向上させるため、表示装置１０は、マイクロレンズアレイ２００を、光偏向装置１３による主走査方向とマイクロレンズ１５０の長軸方向とを一致させるように配置することが好ましい。そして、上述のように、副走査方向における走査線ピッチは、マイクロレンズ１５０のＹ軸方向（短軸方向）におけるレンズ径よりも短く、かつ副走査方向のビーム径よりも小さいことが好ましい。これによって、表示装置１０は、観察者３に視認させる画像のモアレを低減させることで、画質を向上させることができる。
【０１１９】
さらに、モアレの低減効果を高めるため、表示装置１０は、図２２（ｂ）に示した「アームチェア型配列」のマイクロレンズアレイ２００ｂを用いることが好ましい。原理的にモアレは、走査線方向とレンズ頂点の配列方向が近い場合、走査線とレンズ配列方向の少しの偏差でモアレ縞形状が大きく変化する特性をもつ。これは画像面内で走査線形状が変化した場合、たとえば画像中央から画像周辺にかけてモアレ縞形状が変化し、画像の視認性を低下させてしまう。走査線方向とレンズ配列方向によるモアレ発生を考慮した場合、図２２（ｃ）に示すジグザグ型のマイクロレンズ１５０ｃは、走査線方向とレンズ頂点を結ぶレンズ配列方向が一致するため、走査線方向とレンズ配列方向の少しの角度偏差によって、モアレ周期が大きく変化し、モアレが発生しやすくなる。一方、図２２（ｂ）に示すアームチェア型のマイクロレンズ１５０ｂである場合、走査線方向とレンズ配列方向は一致しないため、走査線方向とレンズ配列方向の角度偏差が発生しても、モアレ縞形状の著しい変化せず、モアレは発生しない。
【０１２０】
●偏心率
続いて、図２３乃至図２５を用いて、マイクロレンズ１５０のレンズピッチおよびレンズ境界方向のランダム化について説明する。まず、本実施形態のマイクロレンズアレイ２００は、スペックルを低減するために用いられる通常の拡散板とは異なることを説明する。通常の拡散板は、表面に大きさの異なる凹凸構造が多数形成され、例えば、ビームスポット径（入射光束径）よりも極端に小さい凹凸がある場合、凹凸部分で反射光同士の干渉が強くなり、モアレが発生してしまう。そこで、本実施形態は、全面において所定値以上のレンズ径を有するランダム配列レンズアレイを提案する。
【０１２１】
図２３は、ランダム配列レンズアレイの各マイクロレンズの頂点位置について説明するための図である。ランダム配列レンズアレイは、例えば、図２３に格子状の破線で示される、複数の正方形のレンズが一定のレンズピッチで配列された周期配列レンズアレイをベースとした構造を有している。周期配列レンズアレイは、複数のマイクロレンズの頂点位置のピッチ（レンズピッチ）、すなわち隣り合う２つのマイクロレンズの頂点の間隔が周期的（例えば一定）なマイクロレンズアレイである。
【０１２２】
周期配列レンズアレイにおいて、各マイクロレンズの中心位置は、正方格子の各格子点６０１（仮想点）である。周期配列レンズアレイにおいて、各マイクロレンズの頂点位置は、該マイクロレンズの中心位置である格子点６０１に一致している。また、周期配列レンズアレイの各マイクロレンズは、隣接する２つのマイクロレンズからの発散光（隣接発散光とも称する）の干渉を抑制するためにレンズ径がビームスポット径（入射光束径）よりも大きく（上記所定値以上のレンズ径に）設定されている。
【０１２３】
ランダム配列レンズアレイは、周期配列レンズアレイの各マイクロレンズの頂点位置を、該マイクロレンズの中心位置（格子点６０１）を含む仮想領域６０３内で該中心位置から変位（偏心）させた（ずらした）構造を有している。すなわち、ランダム配列レンズアレイの各マイクロレンズの頂点位置６０２は、偏心している。そして、ランダム配列レンズアレイの各マイクロレンズの頂点位置６０２は、該マイクロレンズが配置された格子点６０１からずれている。
【０１２４】
一方、周期配列レンズアレイの複数のマイクロレンズは、レンズピッチが一定の複数の格子点上に個別に配置され、各マイクロレンズの頂点位置は、該マイクロレンズが配置された格子点に一致する。なお、ランダム配列レンズアレイの各マクロレンズの中心位置は、例えば、該マイクロレンズの外接円の中心であってもよいし、該マイクロレンズの内接円の中心であってもよい。
【０１２５】
ランダム配列レンズアレイは、レンズピッチがランダム化されたマイクロレンズアレイである。ランダム配列レンズアレイは、各マイクロレンズの頂点位置６０２が該マイクロレンズの中心位置に一致する周期配列レンズアレイの各マイクロレンズの光軸（Ｚ軸）を、光軸に直交する方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）にランダムにずらした（オフセットさせた）構造、すなわちレンズピッチが不規則な構造を有している。この場合、ランダム配列レンズアレイのマイクロレンズに対する光は、各マイクロレンズの頂点位置６０２を通過するが、中心を通らない。
【０１２６】
また、ランダム配列レンズアレイは、複数のマイクロレンズそれぞれの頂点位置の該マイクロレンズの中心位置からのずれは不規則であり、結果的に、レンズピッチが不規則となっている。すなわち、ランダム配列レンズアレイは、光偏向装置１３による走査方向に隣接して配列されたマイクロレンズの頂点を結ぶ線分が、互いに非平行となる。
【０１２７】
さらに、ランダム配列レンズアレイのレンズ境界方向（図１４に示す各実線６０４,６０５,６０６,６０７の方向）は、周期配列レンズアレイのレンズ境界方向（図１４に示す各格子線（破線）の方向）に対して、ランダム（不規則）にずれている。この場合、各マイクロレンズで互いに異なる方向のモアレが発生する。この結果、巨視的には、モアレの方向が揃わないため、干渉ノイズの視認度が下がることになる。ランダム配列アレイを適用しなかった場合、隣接するレンズをまたいだコヒーレンス性の高いビームは、周期の揃った干渉ノイズとして視認される。そこで、マイクロレンズアレイをランダム配列アレイにすることで、隣接するレンズをまたいだビームによって発生する周期の揃った干渉ノイズをランダム化することができ、干渉強度が分散された結果、視認性を向上させることができる。
【０１２８】
このような特性を生かすため、本実施形態のマイクロレンズアレイ２００は、ランダム配列レンズアレイによって構成されている。マイクロレンズアレイ２００は、レンズ頂点位置が微小シフトするものの、レンズ径がほぼ一定に保たれているため、入射光がレンズからのはみ出しを防ぎ、隣接する２つのマイクロレンズ１５０からの発散光の干渉を抑制することができる。
【０１２９】
また、マイクロレンズアレイ２００は、レンズピッチがランダムであり、光偏向装置１３による走査方向に隣接して配列されたマイクロレンズの頂点を結ぶ線分が互いに非平行であるため、干渉強度が低減され、干渉ノイズの発生が抑制される。さらに、マイクロレンズアレイ２００は、レンズ境界方向がランダムであるため、生じる干渉ノイズの向きがランダム化されるので、干渉ノイズの視認性を大きく下げることができる。したがって、表示装置１０は、ランダム配列レンズアレイによって形成される画像（光学像）の視認性を向上させることできる。
【０１３０】
ここで、光源装置１１から射出されたレーザ光の有効断面は、円形ではなく楕円形である。そのため、マイクロレンズ１５０のレンズ径を、図７で示したように入射光のビーム径＜レンズ径と決定する場合、アスペクト比（例えば、横長）は、レーザ光の有効断面の形状（楕円形）に応じて選択されることが望ましい。これにより、横長のマイクロレンズ１５０を含むマイクロレンズアレイ２００は、必要最小限のレンズ径で干渉ノイズを抑制することができる。なお、有効断面は、レーザ光の断面内で相対強度が２０％〜８０％の部分を意味する。
【０１３１】
図２４は、横長のマイクロレンズを含むランダム配列レンズアレイ（以下、横長ランダム配列レンズアレイと称する）の具体例を説明するための図である。以下、本実施形態に係る横長のマイクロレンズ１５０を有するマイクロレンズアレイ２００は、横長ランダム配列レンズアレイと称する。図２４（ａ）に示す横長ランダム配列レンズアレイは、複数の長方形のマイクロレンズがマトリクス状に配列された周期配列レンズアレイをベースとした構造を有している。この周期配列レンズアレイの各マイクロレンズは、横長のアスペクト比を有し、ｘ＞ｙの関係が成立する。
【０１３２】
図２４（ｂ）に示す横長ランダム配列レンズアレイは、複数の横長の六角形のマイクロレンズが「ジグザグ型配列」された周期配列レンズアレイをベースとした構造を有している。図２４（ｃ）に示される横長ランダム配列レンズアレイは、複数の横長の六角形のマイクロレンズが「アームチェア型配列」された周期配列レンズアレイをベースとした構造を有している。図２４（ａ）〜（ｃ）に示す横長ランダム配列レンズアレイは、レンズピッチおよびレンズ境界方向がランダム化され、ピッチの揃った干渉ノイズの発生を抑制できる。
【０１３３】
図２５（ａ）〜（ｃ）は、比較例のマイクロレンズの頂点位置について説明するための図である。各図は、「破線」が仮想境界、「黒塗りの小さい正方形」がマイクロレンズの中心位置、「＋」がマイクロレンズの頂点位置を示している。
【０１３４】
図２５（ａ）に示す横長の長方形のマイクロレンズ１６０ａの頂点位置６０２ａは、マイクロレンズ１６０ａの中心位置６０１ａから等距離に設けられた円形の仮想境界６０３ａ内にて等確率で選ばれたランダムな一点に設定される。すなわち、マイクロレンズ１６０ａの頂点位置６０２ａは、仮想境界６０３ａ内でランダム偏心される。この場合、マイクロレンズ１６０ａの頂点位置６０２ａは、中心位置６０１ａからのずれ量の最大値を定めつつ分散させることできる。以下、仮想境界内の領域（仮想領域）は、「偏心領域」と称する。
【０１３５】
しかしながら、図２５（ａ）に示すマイクロレンズ１６０ａは、横長であることを考慮していない。マイクロレンズのＹ軸方向（縦方向）の長さに対するＹ軸方向（縦方向）の相対的なランダム偏心量（以下、縦方向のランダム偏心比と称する。）は、マイクロレンズのＸ方向（横方向）の長さに対するＸ方向（横方向）のランダム偏心量（以下、横方向のランダム偏心比と称する。）よりも大きくなる確率が高い。この場合、ランダム偏心の効果は、Ｙ方向（縦方向）とＸ方向（横方向）でばらつきが生じる。
【０１３６】
ここで、干渉ノイズの低減効果は、ランダム偏心比が大きいほど高くなるが、レンズアレイ面内でレンズ粗密が生じてしまい、構造的な縞または粒状感が増して、ざらついて見えてしまう。このため、Ｙ方向（縦方向）とＸ方向（横方向）のランダム偏心比を適切に制御し、粒状感を制御することが望まれる。なお、例えば、Ｙ方向（縦方向）とＸ方向（横方向）のランダム偏心量が同じ場合、Ｙ方向（縦方向）のランダム偏心比よりもＸ方向（横方向）のランダム偏心比が大きくなる。
【０１３７】
なお、図２５（ａ）は、横長の長方形のマイクロレンズ１６０ａを例に説明したが、同様の議論は、例えば、図２５（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す横長の六角形のマイクロレンズ１６０ｂ、１６０ｃでも成立する。
【０１３８】
図２５（ｄ）〜（ｆ）は、実施形態の横長マイクロレンズの頂点位置について説明するための図である。図２５（ｄ）〜（ｆ）にそれぞれ示す横長のマイクロレンズ１５０ａ,１５０ｂ,１５０ｃは、横長の仮想境界６０３ｄ,６０３ｅ,６０３ｆすなわち横長の偏心領域（以下、横長偏心領域と称する。）をそれぞれ設けている。この場合、Ｙ軸方向（縦方向）とＸ軸方向（横方向）のランダム偏心量は、独立に制御することができる。
【０１３９】
横長ランダム配列レンズアレイにおいて、各マイクロレンズ１５０の頂点位置は、横長偏心領域内で等確立的に選択（ランダム偏心）される。そのため、横長ランダム配列レンズアレイに含まれるマイクロレンズ１５０の頂点位置のＸ軸方向の偏心量（中心位置からのずれ量）の総和は、マイクロレンズ１５０の頂点位置のＹ軸方向の偏心量（中心位置からのずれ量）の総和よりも大きくなる。すなわち、横長ランダム配列レンズアレイは、複数のマイクロレンズ１５０のそれぞれの頂点位置６０２（６０２ｄ,６０２ｅ,６０３ｆ）を、格子点６０１（６０１ｄ,６０１ｅ,６０１ｆ）からずらして配列し、頂点位置の格子点からのずれ量の総和が大きい方向は、マイクロレンズ１５０の長軸方向である。
【０１４０】
この場合、「総和」は、「平均」で置き換えてもよい。「平均」は、「相加平均」であってもよいし、「相乗平均」であってもよい。すなわち、横長ランダム配列レンズアレイにおいて、頂点位置のＸ軸方向の偏心量がＹ軸方向の偏心量よりも多いマイクロレンズの数は、頂点位置のＹ軸方向の偏心量がＸ軸方向の偏心量よりも多いマイクロレンズの数（０を含む）よりも多い。
【０１４１】
また、横長ランダム配列レンズアレイにおいて、Ｘ軸方向の偏心量の最大値は、マイクロレンズ１５０のＸ軸方向の長さの１／２未満であり、かつＹ軸方向の偏心量の最大値は、マイクロレンズ１５０のＸ軸方向の長さの１／２未満であることが好ましい。
【０１４２】
さらに、横長偏心領域のＸ軸方向（横方向）の長さは、例えば、マイクロレンズ１５０のＸ軸方向の長さの４／５以下に設定され、かつ横長偏心領域のＹ軸方向（縦方向）の長さは、例えば、マイクロレンズ１５０のＹ軸方向の長さの４／５以下に設定されることが好ましい。これは、横長偏心領域がマイクロレンズ１５０に対して大きくなり過ぎる場合、粒状感が増してしまうからである。
【０１４３】
また、横長偏心領域の大きさは、マイクロレンズ１５０の曲率（発散角）に応じて設定されてもよい。具体的には、横長偏心領域の大きさは、マイクロレンズ１５０の曲率（発散角）が大きいほど、大きくしてもよい。
【０１４４】
さらに、横長偏心領域は、マイクロレンズ１５０からはみださないことが好ましい。すなわち、横長偏心領域のＸ軸方向の長さは、マイクロレンズ１５０のＸ軸方向の長さ未満であり、かつ横長偏心領域のＹ軸方向の長さは、当該マイクロレンズ１５０のＹ軸方向の長さ未満であることが好ましい。
【０１４５】
また、横長偏心領域の面積は、横長のマイクロレンズ１５０のＹ軸方向の長さのうち最大の長さを直径とする円（図２５（ｄ）〜（ｆ）の６０４ｄ,６０４ｅ,６０４ｆ）に外接する正ｎ角形（ｎは３以上の整数）の面積以下であることが好ましい。言い換えれば、横長偏心領域の面積は、横長のマイクロレンズ１５０に設定し得る最大の正ｎ角形（ｎは３以上の整数）の偏心領域の面積以下であることが好ましい。なお、上記正ｎ角形は、正方形、正六角形等である。この場合、横長偏心領域の面積は、横長偏心領域と同一面積の正ｎ角形（ｎは３以上の整数）の偏心領域に比べ、縦方向のランダム偏心量を抑制でき、粒状感の増大を抑制できる。
【０１４６】
さらに、横長偏心領域の面積は、横長のマイクロレンズ１５０のＹ軸方向の長さのうち最大の長さを直径とする円の面積以下であることが好ましい。言い換えれば、横長偏心領域の面積は、横長のマイクロレンズに設定できる最大の円形の偏心領域の面積以下であることが好ましい。この場合、横長偏心領域と同一面積の円形の偏心領域に比べ、Ｙ軸方向（縦方向）のランダム偏心量を抑制でき、粒状感の増大を抑制することができる。なお、この場合、横長偏心領域の面積は、横長のマイクロレンズ１５０に設定できる最大の正ｎ角形（ｎは３以上の整数）の偏心領域の面積以下となる。
【０１４７】
また、Ｘ軸方向（横方向）とＹ軸方向（縦方向）のランダム偏心比を適切な値に調整するため、横長偏心領域のアスペクト比は、マイクロレンズ１５０のアスペクト比に基づいて設定されることが好ましい。すなわち、横長偏心領域のＸ軸方向の長さ１ｘとＹ軸方向の長さｌｙの比（ｌｘ／ｌｙ）は、マイクロレンズ１５０のＸ軸方向の長さＬｘとＹ軸方向の長さＬｙの比（Ｌｘ／Ｌｙ）に基づいて設定されることが好ましい。具体的には、ｌｘ／ｌｙは、Ｌｘ／Ｌｙと等しくなるように設定される。なお、ｌｘ／ｌｙは、Ｌｘ／Ｌｙよりもわずかに大きく、またはわずかに小さくなるように設定されてもよい。この場合、Ｘ軸方向のランダム偏心量よりもＹ軸方向のランダム偏心量を制限することができ、マイクロレンズアレイ２００上を視認した際の表面の粒状感、ザラつきを抑制することができる。
【０１４８】
仮想境界（偏心領域）の形状は、例えば、図２５（ｄ）〜（ｆ）に示す横長の楕円形状が挙げられるが、横長の形状であれば、同様の効果が得られる。例えば、仮想境界（偏心領域）の形状は、横長の長方形形状等であってもよい。いずれの場合も、隣接発散ビームの干渉の強度に応じてそのランダム偏心量や干渉強度を調整することが可能である。また、縦長偏心領域の内部の確率分布に差を持たせても良い。例えば、縦長偏心領域内で頂点位置の分布密度を局所的に大きくまたは小さくしてもよい。
【０１４９】
●マイクロレンズの製造方法
続いて、本実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法について説明する。マイクロレンズアレイは、一般に、マイクロレンズアレイのレンズ面アレイの転写面を持つ金型を作製し、この金型を用いて、樹脂材料に金型面を転写して作製される。金型における転写面の形成は、切削やフォトリソグラフィ等を用いて形成することができる。また、樹脂材料への転写面の転写は、例えば、射出成形で行うことができる。このように、本実施形態に係るマイクロレンズは、例えば、横長のマイクロレンズのレンズ面の転写面を持つ金型を用いて、樹脂材料による射出成形によって生成される。
【０１５０】
隣接するマイクロレンズの境界部における曲率半径を小さくすることは、境界幅を小さくすることにより実現できる。小さい境界幅は、隣接するマイクロレンズ面の形成する境界部の「尖鋭化」することにより実現できる。
【０１５１】
マイクロレンズアレイ用の金型において、「隣接マイクロレンズ間の境界幅」の大きさを波長オーダまで小さくする工法は、異方性エッチングおよびイオン加工により各マイクロレンズの曲率半径を増加させ、境界部の非レンズ部分を除去する方法や、等方性ドライエッチングを用いて、隣接マイクロレンズ間の平坦面を除去する方法がある。これらの方法を用いることにより、隣接マイクロレンズ間の境界部を成す面の曲率半径が、十分に小さいマイクロレンズアレイを作製可能である。即ち、上に説明した被走査面素子は、複数のマイクロレンズが相互に近接して配列した構造を有するマイクロレンズアレイとして構成できる。
【０１５２】
隣接するマイクロレンズの境界部をなす面の曲率半径ｒを６４０ｎｍよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成することにより、Ｒ成分光の干渉性ノイズを防止できる。また、曲率半径ｒを５１０ｎｍよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成すれば、Ｒ成分光とＧ成分光による干渉性ノイズを防止できる。隣接するマイクロレンズの境界部をなす面の曲率半径ｒを４４５ｎｍよりも小さいマイクロレンズアレイとして形成すれば、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分光の干渉性ノイズを防止できる。
【０１５３】
また、図２６に示すように、マイクロレンズアレイ２００は、アレイ構造全体で湾曲させた構造を持たせてもよい。この場合、マイクロレンズアレイ２００の湾曲方向（Ｘ軸方向）とマイクロレンズ１５０の長軸方向（Ｘ軸方向）とを対応させることが好ましい。これによって、表示装置１０は、マイクロレンズアレイ２００のサイズに変化させずに、マイクロレンズ１５０から射出される発散光１５３の発散角を要求画角に対して調整することができるので、光利用効率を向上させることができる。
【０１５４】
また、表示装置１０は、マイクロレンズアレイ２００のレンズアレイ面を湾曲させることで、光走査素子（ＭＥＭＳミラー）とレンズアレイ面との光路長差を一定に保つことができる。レンズアレイ面に形成されるビーム径は、光路長によって決まるため、表示装置１０は、レンズアレイ面を湾曲させたほうがビーム径を一定に保つことができる。さらに、干渉ノイズは、レンズからビームがはみ出したことによる干渉が原因で発生するため、表示装置１０は、ビーム径を一定に保つことができる結果、干渉ノイズを低減でき、高画質化できる。
【０１５５】
●まとめ●
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る表示装置は、アレイ状に配列された複数のマイクロレンズ１５０（微細レンズの一例）を有し、マイクロレンズ１５０によって光を発散するマイクロレンズアレイ２００（光学素子の一例）と、光源装置１１（光源の一例）から射出された光によって、マイクロレンズアレイ２００を二次元走査する光偏向装置１３（走査部の一例）を備える。また、マイクロレンズ１５０から発散された発散光によって結像される虚像４５を所定の画像として視認可能なアイボックス４７（視認範囲の一例）の長軸方向と、マイクロレンズ１５０の長軸方向とが一致する。そのため、表示装置１０は、発散光１５３の形状（マイクロレンズ１５０の形状）をアイボックス４７の形状と一致させることで、観察者３に視認させる画像の輝度の低下を抑制することができる。
【０１５６】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置において、マイクロレンズアレイ２００（光学素子の一例）は、光偏向装置１３（走査部の一例）による主走査および副走査によって二次元走査され、主走査の走査方向とマイクロレンズ１５０（微細レンズの一例）の長軸方向とが一致するように配置される。そのため、表示装置１０は、マイクロレンズ１５の長軸方向を光偏向装置１３による主走査方向と一致させることで、観察者３に視認させる画像の消光比を高めることができる。
【０１５７】
さらに、本発明の一実施形態に係る表示装置において、光偏向装置１３（走査部に一例）による副走査の走査方向における走査線ピッチは、マイクロレンズ１５０（微細レンズの一例）の長軸方向におけるレンズ径よりも短く、かつ光偏向装置１３によって走査される光の副走査の走査方向のビーム径よりも小さい。そのため、表示装置１０は、観察者３に視認させる画像のモアレを低減させることで、画質を向上させることができる。
【０１５８】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置において、マイクロレンズアレイ２００（光学素子の一例）は、所定の方向に湾曲した形状であり、マイクロレンズアレイ２００の湾曲方向とマイクロレンズ１５０（微細レンズの一例）の長軸方向とが一致する。そのため、表示装置１０は、マイクロレンズアレイ２００のサイズに変化させずに、マイクロレンズ１５０から射出される発散光の発散角をより大きくすることができるので、光利用効率を向上させることができる。
【０１５９】
さらに、本発明の一実施形態に係る表示装置において、マイクロレンズアレイ２００（光学素子の一例）は、光偏向装置１３（走査部の一例）による走査方向に隣接して配列されたマイクロレンズ１５０（微細レンズの一例）の頂点を結ぶ線分が、互いに非平行である。そのため、表示装置１０は、マイクロレンズ１５０の頂点位置をランダムに配列することで、周期的な干渉ノイズおよびモアレを低減させ、画質を向上させることができる。
【０１６０】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置において、マイクロレンズアレイ２００（光学素子の一例）は、複数のマイクロレンズ１５０（微細レンズの一例）のそれぞれの頂点位置６０２が、格子点６０１（規則的のある仮想点の一例）からずれて配列されている。そして、頂点位置６０２の格子点６０１からのずれ量の総和が大きい方向は、マイクロレンズ１５０の長軸方向である。そのため、表示装置１０は、観察者３に視認させる画像の輝度の低下を抑制しつつ、画質を向上させることができる。
【０１６１】
さらに、本発明の一実施形態に係る表示装置において、光源装置１１（光源の一例）から高パワー出力によって射出される光による高パワー描画点が隣接する距離は、マイクロレンズ１５０（微細レンズの一例）の長軸方向の長さより短い。そのため、表示装置１０は、観察者３に視認させる画像の輝度の低下を抑制しつつ、減光率を高めることができる。
【０１６２】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置において、マイクロレンズ１５０（微細レンズの一例）は、六角形形状であり、マイクロレンズアレイ２００（光学素子の一例）は、複数のマイクロレンズ１５０がハニカム型に配列されている。そのため、表示装置１０は、マイクロレンズ１５０のレンズピッチを短くすることで、周期的な干渉のノイズやモアレを低減させ、観察者３に視認させる画像の画質を向上させることができる。
【０１６３】
さらに、本発明の一実施形態に係る表示装置において、マイクロレンズ１５０（微細レンズの一例）は、六角形形状であり、マイクロレンズアレイ２００（光学素子の一例）は、複数のマイクロレンズ１５０がアームチェア型に配列されている。そのため、表示装置１０は、走査線方向とマイクロレンズ１５０のレンズ配列方向が一致しないため、画像面内におけるモアレ縞の著しい変化を低減することができるので、観察者３に視認させる画像の画質を向上させることができる。
【０１６４】
また、本発明の一実施形態に係る表示システムは、表示装置１０と、マイクロレンズアレイ２００（光学素子の一例）からの発散光１５３を反射させるフロントガラス５０（反射部材の一例）と、マイクロレンズアレイ２００からの発散光１５３をフロントガラス５０に向けて投射して虚像４５を結像させる自由曲面ミラー３０（結像光学系の一例）と、を備える。そのため、表示システム１は、観察者３に視認させる画像の輝度の低下を抑制することができる。
【０１６５】
●補足●
なお、本発明の一実施形態に係る表示装置、表示システムおよび移動体について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到することができる範囲内で変更することができる。
【０１６６】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置は、ＨＵＤ装置に限られず、例えば、ヘッドマウントディスプレイ装置、プロンプタ装置、プロジェクタ装置であってもよい。例えば、本発明の一実施形態に係る表示装置をプロジェクタ装置に適用する場合、プロジェクタ装置を表示装置１０と同様に構成することができる。すなわち、表示装置１０は、自由曲面ミラー３０を介した画像光を映写幕や壁面等に投影すればよい。なお、表示装置１０は、自由曲面ミラー３０を介さずに、スクリーン１５を介した画像光を映写幕や壁面等に投影してもよい。
【符号の説明】
【０１６７】
１    表示システム
１０    表示装置
１１    光源装置（光源の一例）
１３    光偏向装置（走査部の一例）
１５    スクリーン
３０    自由曲面ミラー（結像光学系の一例）
４５    虚像
４７    アイボックス（視認範囲の一例）
５０    フロントガラス（反射部材の一例）
１５０    マイクロレンズ（微細レンズの一例）
２００    マイクロレンズアレイ（光学素子の一例）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１６８】
【特許文献１】特開２０１４−１３９６５７号公報
【図１】
2019164217.tif 000003
【図２】
2019164217.tif 000004
【図３】
2019164217.tif 000005
【図４】
2019164217.tif 000006
【図５】
2019164217.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019164217.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019164217.tif 000011
【図１０】
2019164217.tif 000012
【図１１】
2019164217.tif 000013
【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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