(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉性を有する光束を生成する光源と、
前記光束の径よりも大きい周期で配置された複数の微小レンズを有し、前記光束の発散角を制御する光学板と、
前記光束を前記光学板の面内に走査する走査部と、
を備え、
前記光源は、前記光束が前記微小レンズの境界部に実質的に照射されないように、前記光束を間欠的に生成することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記光学板は、前記微小レンズの境界部に設けられた遮光層をさらに有することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記光学板は、レンズの延在方向が互いに直交し、前記レンズが互いに対向するように配置された２枚のレンチキュラー板を有することを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記光束は、視認者の片目のみに入射されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の表示装置と、
前記表示装置から出射された前記光束が投影される投影板と、
を備えたことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置及びそれを用いた移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示の視認性の向上のために、表示輝度を向上させることは重要であるが、単純に表示輝度を高めると消費電力の増大を招き、実用的でない場合がある。そこで、表示面積、あるいは表示を視認できる空間領域を制限し、輝度を向上させることが検討されている。例えば、レーザ等の低消費電力で高輝度の光源を用いた表示装置において、視認できる空間領域を制限するために、レーザ光源と視認者の間に、例えばマイクロレンズアレイシートを挿入し、このマイクロレンズの光学特性を適切に設計することにより、レーザ光の発散角を制御し、視認できる空間領域を制御し、消費電力に悪影響を与えないで表示輝度を向上させる方法がある。しかしながら、レーザ光のように干渉性のある光をマイクロレンズアレイシートに照射すると、スペックルが視認されてしまい実用的でなかった。  
一方、例えば、車両のフロントガラスに各種の運行情報を表示し、外側の背景視野の画像情報と同時に運行情報を視認する、いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ： Head-Up Display）において、スペックルの低減のために、レーザ光の光路中に挿入した拡散板を振動させる技術が提案されている（特許文献１）。しかしながら、この方法は、拡散板を振動させるため、構造が複雑であり、また、スペックルを完全には除去できなかった。さらに、拡散板は、レーザ光の発散角を制御できないために、運行情報の表示を視認できる空間領域をある一定の広さに制御する（例えば、片目だけで見えるように制御する）ことによって、ＨＵＤの視認性を高めることには、この拡散板を用いる方法は応用できない。
【特許文献１】特開平２−１９５３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記の課題に基づいたものであり、その目的は、干渉性のある光源を用いた場合に発生するスペックルを低減し、表示均一性の高い、発散角が制御された表示装置及びそれを用いた移動体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、干渉性を有する光束を生成する光源と、前記光束の径よりも大きい周期で配置された複数の微小レンズを有し、前記光束の発散角を制御する光学板と、前記光束を前記光学板の面内に走査する走査部と、を備え、前記光源は、前記光束が前記微小レンズの境界部に実質的に照射されないように、前記光束を間欠的に生成することを特徴とする表示装置が提供される。
【０００５】
本発明の別の一態様によれば、上記の表示装置と、前記表示装置から出射された前記光束が投影される投影板と、を備えたことを特徴とする移動体が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、干渉性のある光源を用いた場合に発生するスペックルを低減し、表示均一性の高い、発散角が制御された表示装置及びそれを用いた移動体が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。  
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。  
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。  
図１（ａ）に表したように、本発明の第１の実施形態の表示装置１０は、干渉性を有する光束１１２を生成する光源１１０を有している。光源１１０には、各種の固体レーザ、ガスレーザの他、半導体レーザ、レーザダイオード（ＬＤ： Laser Diode）等を用いることができ、光源１１０で生成されたレーザ光（光束１１２）は干渉性を有する。光束１１２は、光源１１０から出射された後、第１のミラー１２０、投影レンズ１３０、光学板１４０を通り、第２のミラー１５０、拡大光学系１６０を経て、所定の発散角で出射する。
そして、所定の発散角を持った光束１１２は、表示装置１０から出射し、投影板３１０に投影され、視認者５１０に届く。投影板３１０は、ミラーや半透過の透明板等で構成でき、例えば、透明体で、表面で一部が光を反射する構造とすることができる。そして、視認者５１０は、投影板３１０の背面に形成された虚像３５０を視認できる。  
なお、光源１１０は、光束１１２を細く絞る（図示しない）光学系を含むことができる。
【０００８】
図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する部分模式図である。  
図１（ｂ）に例示したように、光学板１４０は、例えば、光束１１２が入射する第１の主面１４１が平面状で、その反対の面である、第２の主面１４２には、例えば、微小レンズ１４５が設けられている。そして、複数の微小レンズ１４５が、ピッチｐの間隔で規則性を持って配列している。この微小レンズ１４５の光学特性によって、入射した光束１１２の発散角を所定の範囲に制御することができる。光学板１４０は、図１（ｂ）に例示したように、微小レンズが規則性を持って２次元的に配置されたフライアイ構造とすることができる。  
なお、後述するように、光学板１４０としては、微小レンズ（シリンドリカルレンズ）が複数配列したレンチキュラー板を、微小レンズの延在方向が略直交するように、微小レンズが互いに対向するように配置した構造等、各種の構成を用いることができる。
【０００９】
そして、図１（ｂ）に表したように、表示装置１０においては、光学板１４０の微小レンズ１４５のピッチｐは、光束１１２の径φよりも実質的に大きく設定されている。このような光学板１４０から出射した後、光束１１２は、各種の光学素子を通過し、視認者に到達する。図１（ｂ）の右部は、視認者の目を模式的に表しており、光束１１２は、視認者の目のレンズ４１０を経て、視認者の網膜４２０に到達する。図１（ｂ）に表したように、光束１１２の径φは、微小レンズ１４５のピッチｐより小さいため、光束１１２が微小レンズ１４５の１つのレンズの範囲内に収まり、網膜４２０の上で干渉することがなく、スペックルが実質的に発生しない。  
このように、図１に例示した表示装置１０では、スペックルの発生が無く、表示均一性の高い、発散角が制御された表示が実現できる。
【００１０】
（第１の比較例）  
以下、第１の比較例の表示装置について説明する。  
図２は、第１の比較例の表示装置の構成を例示する模式図である。  
図２に表したように、第１の比較例の表示装置においては、光束８１２の径φは、光学板８４０の微小レンズ８４５のピッチｐより大きい。図２の例では、光束１１２の径φが、ピッチｐの約３倍となっている。図２に表したように、光束８１２は、光学板８４０を出射した後、３つの光束８１２ａ、８１２ｂ、８１２ｃとなり、それが、視認者の目のレンズ４１０を経て、視認者の網膜４２０に到達する。そのとき、３つの光束８１２ａ、８１２ｂ、８１２ｃは干渉性があるため、干渉し、これがスペックルとなって見える。このように、光束８１２の径φが微小レンズ８４５のピッチｐより大きいと、微小レンズ８４５によって複数の光束が生成され、スペックルが発生してしまう。
【００１１】
これに対して、本実施形態の表示装置１０では、光束１１２の径φを、微小レンズ１４５のピッチより小さく設定しているので、スペックルが実質的に無い、表示均一性の高い、発散角が制御された表示装置を実現できる。これにより、表示を視認できる空間領域を制限した明るい表示が実現でき、また、表示を視認できる空間領域を制御（例えば、片目だけで見えるように制御）した、視認性の高いＨＵＤが実現できる。
【００１２】
以下、本発明の実施形態と比較例に関しての実験結果について詳しく説明する。  
図３は、本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置についての実験に用いた光学系を示す模式図である。  
図３に表したように、実験に用いた光学系において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源３５２から出射した光束（レーザビーム）１１２は、ビーム拡大光学系３５６、ＮＤフィルタ３５８、第１のレンズ３６０、光学板１４０、第２のレンズ３６４、第３のミラー３６６、第４のミラー３６８を経て、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子３７０に到達する。Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源３５２の出射位置から第１のレンズ３６０までの距離は２１０ｍｍ、第１のレンズ３６０から光学板１４０までの距離は２４５ｍｍ、光学板１４０から第２のレンズ３６４までの距離は２５０ｍｍとした。そして、第２のレンズ３６４からＣＣＤ素子３７０までの距離を、結像する３３０ｍｍを中心に±２５ｍｍの範囲で変えた。また、第１のレンズ３６０、第２のレンズ３６４の焦点距離は、それぞれ１００ｍｍと１５０ｍｍとした。そして、光学板１４０としては、焦点距離が１００ｍｍの微小レンズ（シリンドリカルレンズ）を１．５ｍｍのピッチｐで配置したレンチキュラー板とした。そして、光束１１２の径φを、微小レンズのピッチｐより小さい１．０ｍｍ、または、微小レンズのピッチｐより大きい４．５ｍｍに調整した。この光束１１２の径φの調整は、ビーム拡大光学系３５６によって行った。
【００１３】
図４は、本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置についての実験結果を例示する写真図である。  
図４（ａ）、（ｂ）は、光束１１２の径φが、微小レンズのピッチｐより小さい１．０ｍｍの場合と、微小レンズのピッチｐより大きい４．５ｍｍの場合を、それぞれ例示している。そして、これらの図は、第２のレンズ３６４からＣＣＤ素子３７０までの距離が３０５ｍｍの場合を例示している。すなわち、第２のレンズ３６４からＣＣＤ素子３７０までの距離が、結像する距離３３０ｍｍより２５ｍｍ短い場合を例示している。  
図４（ｂ）に表したように、光束１１２の径φがピッチｐより大きい４．５ｍｍの場合、横方向の縞模様３７２が見えている。この縞模様３７２は、レーザの光束が干渉していることを表す。すなわち、スペックルが発生している。  
これに対して、図４（ａ）に表したように、光束１１２の径φがピッチｐより小さい１．０ｍｍの場合、縞模様は見えない。すなわち、レーザの光束は干渉せず、スペックルの発生を防止できる。
【００１４】
以下、この現象に関するシミュレーション結果を説明する。  
図５は、本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置についてのシミュレーション結果を例示する模式図である。  
図４（ａ）、（ｂ）に結果を例示した実験では光学板１４０として微小レンズが複数配列した１次元のレンズの構成であったが、図５（ａ）、（ｂ）に例示するシミュレーションにおいては、光学板１４０を、微小レンズが２次元に配列したフライアイレンズの場合とした。なお、このフライアイレンズのピッチｐは、図４（ａ）、（ｂ）の実験と同様に１．５ｍｍとした。  
図５（ｂ）に表したように、光束１１２の径φがピッチｐより大きい４．５ｍｍの場合、輝点３７４が多数観察されている。この輝点３７４は、レーザの光束の干渉に対応する。すなわち、光束１１２の径φがピッチｐより大きい４．５ｍｍの場合、スペックルが発生する。  
これに対して、図５（ａ）に表したように、光束１１２の径φがピッチｐより小さい１．０ｍｍの場合、輝点３７４は実質的に見られない。すなわち、光束１１２の径φがピッチｐより小さい１．０ｍｍの場合は、レーザの光束は干渉せず、スペックルが発生しない。  
このように、光束１１２の径φをピッチｐより小さく設定すれば、スペックルの発生を防止できることがシミュレーションによっても確認できた。
【００１５】
なお、図４（ａ）、（ｂ）に例示したＣＣＤ素子３７０によるレーザ光の撮像結果においては、光束１１２の径φがピッチｐより大きい場合も小さい場合も、第２のレンズ３６４からＣＣＤ素子３７０までの距離が、結像距離の３３０ｍｍ以上の場合は、縞模様は発生しなかった。すなわち、第２のミラー３６８からＣＣＤ素子３７０までの距離が、結像距離の３３０ｍｍより短い場合に、光学板１４０で分離された複数の光束が、ＣＣＤ素子３７０の撮像面で干渉し、縞模様が発生する。
【００１６】
次に、本発明の実施形態に係わる表示装置についての目視観察実験の結果について説明する。  
図６は、本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置についての目視観察実験に用いた光学系を示す模式図である。  
図６に表したように、表示装置の表示を目視で観察する実験においては、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源３５２から出射した光束（レーザビーム）１１２は、ビーム拡大光学系３５６、ＮＤフィルタ３５８、光学板１４０、第５のミラー３７６を経て、視認者の目３７８に到達する。Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源３５２の出射位置からＮＤフィルタ３５８までの距離は２１０ｍｍ、ＮＤフィルタから光学板１４０までの距離は２４５ｍｍ、光学板１４０から視認者の目３７８までの距離は２０００ｍｍとした。そして、光学板１４０としては、図３に例示した光学板１４０と同様に、焦点距離が１００ｍｍの半円柱状レンズを１．５ｍｍのピッチｐで配置したレンチキュラー板とした。そして、光束１１２の径φを、微小レンズ（シリンドリカルレンズ）のピッチより小さい１．０ｍｍ、または、微小レンズのピッチより大きい４．５ｍｍに調整した。この光束１１２の径の調整は、ビーム拡大光学系３５６によって行った。
【００１７】
図６で表した光学系において、光束１１２の径φを微小レンズのピッチより小さい１．０ｍｍとした場合、目の焦点を光学板１４０に合わせた時、及び、それより近くに合わせた時、遠くに合わせた時、のいずれの場合も、スペックルは観察されなかった。一方、光束１１２の径φを微小レンズのピッチより大きい４．５ｍｍとした場合、目の焦点を光学板１４０より近くにした時、及び、光学板１４０に合わせた時は、スペックルは観察されなかったが、目の焦点を光学板１４０より遠くに合わせた時にスペックルが観察された。
【００１８】
以下、この現象について詳しく説明する。  
図７は、本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置を視認する際の目の状態を説明する模式図である。  
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光束１１２の径φが微小レンズのピッチ１．５ｍｍより小さい１．０ｍｍの場合において、それぞれ、光学板１４０より近くを見た場合、光学板１４０を見た場合、光学板１４０より遠くを見た場合の、視認者の目の状態を例示している。一方、図７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、光束１１２の径φが微小レンズのピッチ１．５ｍｍより大きい４．５ｍｍの場合において、それぞれ、光学板１４０より近くを見た場合、光学板１４０を見た場合、光学板１４０より遠くを見た場合の、視認者の目の状態を例示している
図７（ｄ）に表したように、光束１１２の径φが微小レンズのピッチ１．５ｍｍより大きい４．５ｍｍ（光束１１２の径φが微小レンズのピッチｐの３倍）の場合、光学板１４０に入射した光束１１２は、光束１１２ａ〜１１２ｃの３つの光束に分離される。そして、光学板１４０より近くを見た場合（光学板１４０より近くに目３７８の焦点を合わせた場合）、視認者の目３７８のレンズ（水晶体）４１０によって、光束１１２ａ〜１１２ｃは、目３７８の網膜４２０より近くで集められる。そして、網膜４２０の位置では、光束１１２ａ〜１１２ｃは、互いに離れ、光束１１２ａ〜１１２ｃは互いに干渉しない。  
そして、図７（ｅ）に表したように、光学板１４０を見た場合（光学板１４０に焦点を合わせた場合）、レンズ（水晶体）４１０によって、光束１１２ａ〜１１２ｃは、網膜４２０の上で互いの光束の境界を接して集まり、この場合も光束１１２ａ〜１１２ｃは互いに干渉しない。  
これに対し、図７（ｆ）に表したように、光学板１４０より遠くを見た場合（光学板１４０より遠くに焦点を合わせた場合）、レンズ（水晶体）４１０によって、光束１１２ａ〜１１２ｃは、網膜４２０より遠くに集められ、この場合は、光束１１２ａ〜１１２ｃは網膜４２０の位置で互いに重なり合うため、互いに干渉する。これがスペックルの発生となる。
【００１９】
一方、図７（ａ）〜（ｃ）に表したように、光束１１２の径φが微小レンズのピッチ１．５ｍｍより小さい場合、光学板１４０に入射した光は、分離されることがなく、１つの光束１１２のままである。従って、光学板１４０より近くを見た場合も、遠くを見た場合も、光学板１４０を見た場合も、光束１１２において干渉現象は起きず、従ってスペックルの発生が無い。
【００２０】
このように、光束１１２の径φを微小レンズのピッチｐより小さく設定することにより、スペックルの発生を解消できる。
【００２１】
さらに、微小レンズのピッチｐと光束の径φと、干渉現象と、の関係を解析した結果を説明する。  
図８は、微小レンズのピッチｐと光束の径φと、干渉現象と、の関係のシミュレーション解析結果を例示する模式図である。  
図８（ａ）は、本シミュレーションで用いた光学系を例示する模式図である。  
図８（ａ）に表したように、光学板１４０と、凸レンズ３８８が配置され、光学板１４０と凸レンズ３８８との距離は２００ｍｍとした。そして、光学板１４０は、微小レンズ（シリンドリカルレンズ）が平行に並んだレンチキュラー板とし、微小レンズのピッチｐは０．５ｍｍ、曲率半径Ｒは１３ｍｍとした。そして、凸レンズ３８８の焦点距離は１００ｍｍと設定した。この光学系において、波長１μｍの光束１１２が、光学板１４０に入射し、凸レンズ３８８を経て、像形成位置３９０に到達する。凸レンズ３８８と像形成位置３９０との距離は、凸レンズの結像位置２００ｍｍより５０ｍｍ短い１５０ｍｍとした。この光学系において、光束１１２の径φを変えて、波動シミュレーションを行った。
【００２２】
図８（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、光束１１２の径φが、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、３．０ｍｍの時のシミュレーション結果を示す模式図である。  
図８（ｄ）に表したように、光束１１２の径が、光学板１４０のピッチ０．５ｍｍより大きい３．０ｍｍの時、光学板１４０の微小レンズに対応した横方向の縞模様が観察されている。これは、光束１１２が複数の微小レンズ（シリンドリカルレンズ）にまたがって光学板１４０に入射され、複数の光束を生じ、これらが互いに干渉するためである。この場合、スペックルが発生する。  
一方、図８（ｂ）に表したように、光束１１２の径が、光学板１４０のピッチ０．５ｍｍより小さい０．２５ｍｍの時、縞模様は発生していない。これは、光束１１２が１つの微小レンズの中に収まっているため干渉が発生しないためである。従って、スペックルが発生しない。  
また、図８（ｃ）に表したように、光束１１２の径が、光学板１４０のピッチ０．５ｍｍと同じ時、縞模様が若干発生している。これは、光束１１２の径φが、光学板１４０のピッチ０．５ｍｍと同じ時、光束１１２の周辺の光が１つの微小レンズの中に収まらず、はみ出しているためである。これは、光束１１２の径φは、光束１１２の最大強度の１／ｅ２の所の大きさとされており、光束１１２の径φより外の領域にも若干の光束が存在し、これが、図８（ｃ）の若干の縞模様として発生したものである。この場合は、弱いスペックルが発生する。ただし、この弱いスペックルは、視認した時にあまり目立たないので、実用上は、問題が無い。
【００２３】
このように、光束１１２の径φが、光学板１４０の微小レンズのピッチ０．５ｍｍと同じ時のスペックルは実用上問題とならず、光束１１２の径φが、光学板１４０の微小レンズのピッチ０．５ｍｍより大きくなった時にスペックルが問題となる。従って、光束１１２の径φを光学板１４０のピッチより小さくすることで、スペックルが実質上解消できる。
【００２４】
なお、上記のように、本願明細書において、光束の径φは、光束の強度分布がガウス分布を持つとして、最大強度の１／ｅ２の所、すなわち、最大強度の約１３．５％の所の径とする。従って、光束の径φより大きい部分にも１３．５％より低い強度のレーザ光が照射されるが、それによって発生するスペックルの強度は小さいため、実用上問題とならないことが多い。従って、本発明の実施形態の表示装置においては、上記の定義の光束の径φが、微小レンズのピッチより小さければ、スペックルが実質的に解消できる。
【００２５】
以上のように、本実施形態の表示装置においては、光束１１２の径φが、光学板１４０の微小レンズ１４５のピッチｐより小さく設定されているので、スペックルの発生が無く、表示均一性の高い、発散角が制御された表示が実現できる。これにより、表示を視認できる空間領域を制限した明るい表示が実現でき、また、表示を視認できる空間領域を制御（例えば、片目だけで見えるように制御）した、視認性の高いＨＵＤが実現できる。
【００２６】
なお、本実施形態における光学板１４０としては、各種のものを用いることができる。  図９は、本発明の実施形態に係る表示装置に用いられる光学板を例示する模式斜視図である。  
図９（ａ）に表したように、光学板１４０として、シリンドリカルレンズ１４４が複数配列した２枚のレンチキュラー板１４６を、シリンドリカルレンズ１４４の延在方向が略直交するように、シリンドリカルレンズ１４４が対向するように配置したものを用いることができる。また、図９（ｂ）に表したように、平板の上にドーム状の微小レンズ１４５が、直線状に配列したマイクロレンズアレイを用いることもできる。また、図９（ｃ）に表したように、平板の上にドーム状の微小レンズ１４５が、六方稠密に配列したマイクロレンズアレイを用いることができる。さらに、図９（ｄ）に表したように、平板に略円形状に屈折率分布を持たせた、グレーテッドインデクス型マイクロレンズ１４７を配置したマイクロレンズアレイでも良い。このようなこれらの光学板において、シリンドリカルレンズ１４４やドーム状の微小レンズ１４５の形状や用いる材料の屈折率、グレーテッドインデクス型マイクロレンズ１４７の屈折率分布を制御することにより、光束の発散角を制御できる。なお、上記の他、例えば、三角柱状の山と溝が複数平行に配列したプリズムシートや、各種のルーバーシート、切頭三角錐状の導波管を複数配列させたもの等各種のものを光学板１４０に用いることができる。
なお、光学板１４０への光束１１２の入射は、光学板１４０の第１の主面（平坦面）からでも、第２の主面（微小レンズが設けられた面）からでも良い。さらには、光学板１４０の両方の主面に微小レンズを形成しても良い。
【００２７】
なお、図１に例示した本発明の第１の実施形態の表示装置１０において、第１のミラー（走査部）１２０は、例えば、光束１１２を走査（スキャン）する機能を持ち、第１のミラーの駆動部（図示せず）により設置角度を変えることによって、光束１１２をスキャンできる。さらに、第１のミラー１２０は、図１では、平板状のミラーとして描かれているが、凹面状のミラーとしても良い。また、像の歪みを補正する凸面状ミラーを凹面状ミラーに組み合わせた構成としても良い。  
また、第２のミラー１５０は、光束１１２の投影位置を変更する際に、図示しない第２のミラー駆動部によって設置角度を変えることによって、投影位置を変更できる。例えば、視認者５１０の目の移動に追従させて投影位置を変更したい際に使用できる。この際、図示しないカメラによって、視認者の頭部を撮像し、撮像データを画像処理することによって、視認者の頭部や目を認識して、それに合わせて投影位置を自動制御するようにすることができる。ただし、第２のミラー１５０を、これら駆動部や撮像カメラなどにより自動的に制御する機構は、必ずしも必要ではなく、必要に応じて設ければ良い。  
また、これら第１のミラーの駆動部や第２のミラーの駆動部の動作を制御部１０８によって制御することができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。  
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。  
第２の実施形態に係る表示装置は、図１に例示した第１の実施形態の表示装置において、光束１１２を走査（スキャン）する構成としたものである。図１０は、第２の実施形態における、光学板１４０と光束１１２の相対位置の関係を例示する模式図である。
【００２９】
図１０に表したように、光束１１２の径φは、光学板１４０の微小レンズ１４５のピッチｐより小さく設定されている。そして、光束１１２は、走査方向１１３にスキャンされている。すなわち、ある時刻においては、光束１１２ｄ１が光学板１４０を通過し、光束１１２ｄ２となる。その後の時刻において、光束１１２ｅ１が光学板１４０を通過し、光束１１２ｅ２となる。そして、その後、光束１１２ｆ１が光学板１４０を通過し、光束１１２ｆ２となる。これら、光束１１２ｄ２、１１２ｅ２、１１２ｆ２は、時間的に独立しているので、互いに重なることながい。このため、互いに干渉せず、スペックルは発生しない。
【００３０】
この時、光束１１２のスキャンを行う場合、光束１１２が微小レンズ１４５の境界に掛かると、光束１１２は所望の方向には進行せず、干渉が発生してしまう。これを防止するために、光束１１２が、微小レンズ１４５の境界部に実質的に照射されないようにすることができる。これは、光束１１２の発生をパルス的（間欠的）に行い、パルスの発生と走査のタイミングを同期させることによって実現できる。これは、図１に例示した、光源１１０と第１のミラー１２０を制御する制御部１０８によって行うことができる。
【００３１】
このように、本実施形態の表示装置においては、光束１１２の径φが、光学板１４０の微小レンズ１４５のピッチｐより小さく設定され、また、光束１１２が微小レンズ１４５の境界部に実質的に照射されないようスキャンされているので、スペックルの発生が無く、表示均一性の高い、発散角が制御された表示が実現できる。これにより、表示を視認できる空間領域を制限した明るい表示が実現でき、また、表示を視認できる空間領域を制御（例えば、片目だけで見えるように制御）した、視認性の高いＨＵＤが実現できる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施形態の表示装置について説明する。第３の実施形態の表示装置は、微小レンズの境界領域に遮光層を設けたものである。  
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。  
図１１に表したように、第３の実施形態に係る表示装置は、図１に例示した第１の実施形態の表示装置において、微小レンズ１４５の境界部に遮光層１４８を設けたものであり、それ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。既に説明したように、光束１１２のスキャンを行う場合、光束１１２が微小レンズ１４５の境界に掛かると、光束１１２は所望の方向には進行せず、干渉が発生してしまう。これを防止するために、光束１１２が、微小レンズ１４５の境界部に実質的に照射されないよう、微小レンズ１４５の境界部に遮光層１４８が設けられている。これにより、光束１１２が微小レンズ１４５の境界部に入射・出射した際に発生するスペックルが解消できる。これにより、光束１１２の径φが微小レンズのピッチｐより多少大きくなっても、あるいは、光束１１２の走査の制御と微小レンズ１４５の位置とが多少ずれても、スペックルの発生を実質的に解消できる。これにより、表示装置１０の各種構成要素の設計マージンが拡大し、安定した性能を安価に実現できる。
【００３３】
このように、本実施形態の表示装置においては、光束１１２が、微小レンズ１４５の境界部に実質的に照射されないよう、微小レンズ１４５の境界部に遮光層１４８が設けられているので、スペックルの発生が無く、表示均一性の高い、発散角が制御された表示が実現できる。これにより、表示を視認できる空間領域を制限した明るい表示が実現でき、また、表示を視認できる空間領域を制御（例えば、片目だけで見えるように制御）した、視認性の高いＨＵＤが実現できる
なお、遮光層１４８には、例えば、カーボンや各種の無機顔料、各種の有機顔料を樹脂に混合した遮光性樹脂を用いることができ、周知のフォトリソグラフィ技術によって所定形状の遮光層１４８を微小レンズ１４５の境界部に形成することができる。この時、樹脂として例えば感光性アクリル樹脂などの感光性樹脂を用いると、工程省略ができ、有利である。また、インクジェット法などによって遮光層１４８を設けることができる。  
また、遮光層１４８の形状や大きさは、光束１１２の径φと微小レンズ１４５の相対関係により、微小レンズ１４５の境界部に入射した光束１１２を実質的に遮蔽できるように適切に設計される。なお、図１１では、光学板１４０の微小レンズ１４５が設けられている第２の主面１４２に遮光層１４８を設けた例を示したが、遮光層１４８は、それと反対側の第１の主面１４１側の微小レンズ１４５の境界部に相当する領域に設けても良い。
【００３４】
（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施形態の表示装置について説明する。第４の実施形態の表示装置は、３色の光源を用いることによりカラー表示を可能としたものである  
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。  
図１２に表したように、第４の実施形態に係る表示装置２０は、図１に例示した第１の実施形態の表示装置において、光源１１０として、３色の光源、すなわち、赤色ＬＤ１１０ｒ、緑色ＬＤ１１０ｇ、青色ＬＤ１１０ｂを用いたものである。赤色ＬＤ１１０ｒ、緑色ＬＤ１１０ｇ、青色ＬＤ１１０ｂで発生した光は、それぞれ、赤色用ミラー１１４ｒ、緑色用ミラー１１４ｇ、青色用ミラー１１４ｂを経て、偏光ビームスプリッタ１１６、１／４波長板１１７を経てＭＥＭＳ（ Micro-electro-mechanical System）スキャナ１１８に到る。ＭＥＭＳスキャナ１１８により、画像信号に基づいた各色の光が変調され、ＭＥＭＳスキャナ１１８から出射され、１／４波長板１１７、偏光ビームスプリッタ１１６を経て、投影レンズ１３０に入射し、それ以降は、図１に示した表示装置１０と同様の光学系を経て視認者５１０に到達する。これにより、視認者５１０は、カラーの表示を得ることができる。
【００３５】
そして、本実施形態の表示装置２０においては、３色の光束１１２の径φは、光学板１４０の微小レンズ１４５のピッチｐより小さく設定されている。そして、パルス的に発生された光束１１２が微小レンズ１４５の境界部に実質的に照射されないようにスキャンされている。これにより、スペックルの発生が無く、表示均一性の高い、発散角が制御されたカラー表示が実現できる。これにより、表示を視認できる空間領域を制限した明るいカラー表示が実現でき、また、表示を視認できる空間領域を制御（例えば、片目だけで見えるように制御）した、視認性の高いカラー表示のＨＵＤが実現できる。  
なお、本実施形態において、光束１１２が微小レンズ１４５の境界部に実質的に照射されないよう、光学板１４０に遮光層１４８を設けても良い。また、光学板１４０の微小レンズ１４５の境界部に遮光層１４８を設け、連続的に発生した光束１１２を用いても良い。
【００３６】
なお、図１２では、光源として３色の光源を用いたが、２色としても良く、あるいは４色以上としても良い。  
なお、本実施形態の場合は、ＭＥＭＳスキャナ１１８が走査部となっている。
【００３７】
（第５の実施の形態）  
次に本発明の第５の実施形態の表示装置について説明する。第５の実施形態の表示装置は、背面投射型の表示装置の例である。  
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。  
図１３に表したように、第５の実施形態に係る表示装置３０においては、図１２に例示した表示装置２０に加え、投影板３１２を有している。投影板３１２は、例えば、拡散性のある光学シートからなり、背面から入射した光束１１２によって、像３５１を形成する。その像３５１を視認者５１０は視認できる。すなわち、本実施形態の表示装置３０は、投影板３１２を備えた背面投射方式の表示装置である。本実施形態の表示装置３０においては、低電力で高輝度のレーザ光源を用いた場合でも、光束１１２の径φが微小レンズ１４５のピッチｐより小さく設定されているので、スペックルの発生が無く、表示均一性の高い表示が実現できる。なお、図１３は、光源として３色のＬＤを用いた例を示したが、それに限らず、１つの光源や２色の光源、４色以上の光源を用いても良い。さらに、光束１１２は、パルス的に発生し、そのパルスと同期をとって走査（スキャン）することにより、微小レンズ１４５の境界に光束１１２が入射しないようにできる。さらに、微小レンズ１４５の境界部に遮光層を設けても良い。
【００３８】
（第６の実施の形態）
なお、図１及び図１２において、投影板３１０は、例えば、車両のウインドシールド（フロントガラス）などとすることができ、これにより、車両のフロントガラスの外側の背景視野の画像情報と同時に、フロントガラスに各種の運行情報を表示し、運行情報を視認することができる。
【００３９】
図１４は、本発明の実施形態の表示装置を用いた移動体を例示する模式図である。  
図１４に表したように、本発明の第６の実施形態の、例えば、自動車、列車、船舶、ヘリコプター、飛行機など各種の移動体の、例えば窓には、光束１１２を投影することによって虚像を形成できる投影板３１０が設けられている。この投影板に、本発明の実施形態の表示装置により、光束を投影し、投影板３１０で虚像を形成することにより、窓の外側の背景視野の画像情報と同時に、スペックルの発生が無く、表示均一性の高い、発散角が制御された表示を提供できる。これにより、安全で効率の高い移動体の運行が可能となる。なお、投影板３１０は、移動体の、例えば窓となる、平板形状や曲線形状のガラスや各種樹脂板等で形成することができ、適切な反射性能と透過性能とを有するように設計され得る。
【００４０】
なお、本願明細書において、「平行」、「直交」は、製造工程のばらつき等による厳密な平行、直交からのずれが含まれるものとする。
【００４１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置及びそれを用いた移動体を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００４２】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置及びそれを用いた移動体を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置及びそれを用いた移動体も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００４３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
【図２】第１の比較例の表示装置の構成を例示する模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置についての実験に用いた光学系を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置についての実験結果を例示する写真図である。
【図５】本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置についてのシミュレーション結果を例示する模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置についての目視観察実験に用いた光学系を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る表示装置と比較例の表示装置を視認する際の目の状態を説明する模式図である。
【図８】微小レンズのピッチｐと光束の径φと、干渉現象と、の関係のシミュレーション解析結果を例示する模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係る表示装置に用いられる光学板を例示する模式斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
【図１４】本発明の実施形態の表示装置を用いた移動体を例示する模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０、２０、３０  表示装置
１０８  制御部
１１０  光源
１１０ｒ  赤色ＬＤ
１１０ｇ  緑色ＬＤ
１１０ｂ  青色ＬＤ
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ１、１１２ｄ２、１１２ｅ１、１１２ｄ２、１１２ｆ１、１１２ｆ２、１１２ｇ、１１２ｈ、８１２、８１２ａ、８１２ｂ、８１２ｃ  光束
１１３  走査方向
１１４ｒ  赤色用ミラー
１１４ｇ  緑色用ミラー
１１４ｂ  青色用ミラー
１１６  偏光ビームスプリッタ
１１７  １／４波長板
１１８  ＭＥＭＳスキャナ
１２０  第１のミラー
１３０  投影レンズ
１４０、８４０  光学板
１４１  第１の主面
１４２  第２の主面
１４４  シリンドリカルレンズ（微小レンズ）
１４５、８４５  微小レンズ
１４６  レンチキュラー板
１４７  グレーテッドインデクス型マイクロレンズ
１４８  遮光層
１５０  第２のミラー
１６０  拡大光学系
３１０、３１２  投影板
３５０  虚像
３５１  像
３５２  レーザ光源
３５６  ビーム拡大光学系
３５８  ＮＤフィルタ
３６０  第１のレンズ
３６４  第２のレンズ
３６６  第３のミラー
３６８  第４のミラー
３７０  ＣＣＤ素子
３７２  縞模様
３７４  輝点
３７６  第５のミラー
３７８  目
３８８  凸レンズ
３９０  像形成位置
４１０  レンズ
４２０  網膜
５１０  視認者
【図１】
0005075595.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005075595.tif 000009
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図４】
0005075595.tif 000013
【図５】
0005075595.tif 000014
【図８】
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