JP2018010179A - Display unit and head-up display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示装置、および、この表示装置を備えたヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a display device and a head-up display device including the display device.
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。
The information display device described in
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。
However, in an apparatus that displays an image of information by scanning a laser beam on a screen in which a plurality of microlenses are arranged, such as the information display apparatus described in
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。 Therefore, the present invention provides a display device capable of suppressing a reduction in display quality due to moire in an image formed by irradiating light to a microlens array in which microlenses are arranged, and a head-up display device including the display device. For the purpose.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様の表示装置は、光源と、光源からの出射光に基づいて複数の画素光を形成する画像形成部と、複数の画素光が入射し、複数のマイクロレンズが周期的に配列されたマイクロレンズアレイと備え、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において周期的に配列され、複数のマイクロレンズは少なくとも1つの配列方向に沿うように配列され、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において、配列方向とは一致しない所定角度ずれた方向に沿って配列されていることを特徴としている。
これにより、表示画像を見る者の目の分解能に対応してモアレのピッチを制御できるため、モアレが視認されにくいピッチに設定することができ、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。
In order to solve the above problems, a display device according to a first aspect of the present invention includes a light source, an image forming unit that forms a plurality of pixel lights based on light emitted from the light source, and a plurality of pixel lights. And a microlens array in which a plurality of microlenses are periodically arranged. The plurality of pixel lights are periodically arranged on the microlens array, and the plurality of microlenses are arranged along at least one arrangement direction. The plurality of pixel lights are arranged on the microlens array along a direction shifted by a predetermined angle that does not coincide with the arrangement direction.
As a result, the pitch of the moire can be controlled in accordance with the resolution of the eyes of the person viewing the display image, so that the moire can be set at a pitch where it is difficult to visually recognize, thereby suppressing deterioration in display quality due to the moire. It becomes possible.
本発明の第1の態様の表示装置において、複数のマイクロレンズは少なくとも2つの配列方向に沿うように配列され、所定角度は、マイクロレンズの隣り合う2つの配列方向の間の方向に対応する角度であることが好ましい。
これにより、マイクロレンズの配列方向からずれた方向に画素光を配置できるため、モアレが視認されにくくなり、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。
In the display device according to the first aspect of the present invention, the plurality of microlenses are arranged along at least two arrangement directions, and the predetermined angle corresponds to a direction between two adjacent arrangement directions of the microlenses. It is preferable that
Accordingly, since the pixel light can be arranged in a direction deviated from the arrangement direction of the microlenses, it is difficult for the moire to be visually recognized, thereby suppressing the deterioration in display quality due to the moire.
本発明の第2の態様の表示装置は、光源と、光源からの出射光に基づいて複数の画素光を形成する画像形成部と、複数の画素光が入射し、複数のマイクロレンズが周期的に配列されたマイクロレンズアレイと備え、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において周期的に配列され、複数のマイクロレンズは第1のピッチPmで配列され、複数の画素光は、マイクロレンズアレイ上において、第1のピッチPmとは一致しない第2のピッチPpで配列されていることを特徴としている。
これにより、マイクロレンズと画素光の配列をずらして配置することができるため、モアレが視認されにくくなり、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。
The display device according to the second aspect of the present invention includes a light source, an image forming unit that forms a plurality of pixel lights based on light emitted from the light source, a plurality of pixel lights incident, and a plurality of microlenses periodically. The plurality of pixel lights are periodically arranged on the microlens array, the plurality of microlenses are arranged at the first pitch Pm, and the plurality of pixel lights are arranged in the microlens array. In the above, it is characterized by being arranged at a second pitch Pp that does not coincide with the first pitch Pm.
Accordingly, since the arrangement of the microlens and the pixel light can be shifted, it is difficult for the moire to be visually recognized, and it is possible to suppress the deterioration of display quality due to the moire.
本発明の第1および第2の態様の表示装置において、複数のマイクロレンズのピッチPmと、マイクロレンズアレイ上における複数の画素光のピッチPpは、次式(1)または次式(2)を満足することが好ましい。
1.5×Pp≦Pm≦1.9×Pp (1)
0.1×Pp≦Pm≦0.5×Pp (2)
これにより、モアレのピッチを表示画像を見る者の分解能以下とすることができるため、モアレが視認されにくくなり、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。
In the display device according to the first and second aspects of the present invention, the pitch Pm of the plurality of microlenses and the pitch Pp of the plurality of pixel lights on the microlens array are expressed by the following formula (1) or (2): It is preferable to satisfy.
1.5 × Pp ≦ Pm ≦ 1.9 × Pp (1)
0.1 × Pp ≦ Pm ≦ 0.5 × Pp (2)
As a result, the pitch of the moiré can be made lower than the resolution of the person viewing the display image, so that the moiré is less likely to be visually recognized, thereby suppressing the deterioration in display quality due to the moiré.
本発明の第1および第2の態様の表示装置において、マイクロレンズアレイ上における画素光の径は、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、マイクロレンズにおける余計な回折の発生を抑えることができるため、表示画像の解像度を高めることができる。
In the display device according to the first and second aspects of the present invention, the diameter of the pixel light on the microlens array is preferably 2/3 or less of the pitch of the microlens.
Thereby, since the generation | occurrence | production of the extra diffraction in a micro lens can be suppressed, the resolution of a display image can be raised.
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、上述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、ヘッドアップディスプレイ装置において投影される画像において、モアレによる表示品質の低下を抑えることができる。
A head-up display device according to the present invention includes any one of the display devices described above and a projection optical system that projects an intermediate image formed on a microlens array onto a projection target, the projection target being a windshield of a vehicle. Or a combiner disposed inside the windshield.
Thereby, in the image projected in a head up display apparatus, the fall of the display quality by a moire can be suppressed.
本発明によると、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。 According to the present invention, it is possible to suppress deterioration in display quality due to moire in an image formed by irradiating light to a microlens array in which microlenses are arranged.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1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、本発明の第1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、第1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、第1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、第1実施形態におけるマイクロレンズアレイ40の構成例を示す平面図である。図1と図4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35の光軸35c、および、マイクロレンズアレイ40の全体の中心軸40x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。
(First embodiment)
Hereinafter, a display device and a head-up display device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a head-up
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35と、マイクロレンズアレイ40(以下、MLA40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35とMLA40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35、および、MLA40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33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。
As shown in FIG. 1, the head-
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。
As shown in FIG. 2 or 3, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
The
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35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、縦横に周期的に配列された1フレーム分の光がレンズ35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、MLA40全体の中心軸40xの延長線上に配置されている。
The
レンズ35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MLA40全体の中心軸40xに平行にして、MLA40側へ出射させる。レンズ35からの出射光は、複数の画素光としてMLA40上において周期的に配列されるように入射し、これによって、MLA40に1フレームずつ中間画像が形成される。
The
マイクロレンズアレイ(MLA)40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、同一形状の複数のマイクロレンズ40aが互いに密接するように周期的に並んだ構成を備えている。マイクロレンズ40aはそれぞれ、平面視で正六角形状であり、各辺が隣り合うマイクロレンズ40aの1つの辺と接触しており、これによってMLA40は六方配列をなしている。図4は、MLA40の縦横の辺をZ方向およびY方向にそれぞれ沿うように配置した状態を示しており、この状態において、複数のマイクロレンズ40aは、Y方向に平行な第1方向D11と、第1方向D11に対して平面視で時計方向に60度傾斜した第2方向D12と、第1方向D11に対して平面視で反時計方向に60度傾斜した第3方向D13とにそれぞれ沿うように並んでいる。それぞれのマイクロレンズ40aは、図1に示すように、X方向に沿って、レンズ35側へ半球状に突出しており、それぞれの光軸はMLA40全体の中心軸40xと平行に延びている。マイクロレンズ40aは、それぞれにおいて、レンズ35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。MLA40は、例えば樹脂の成形によって形成される。
As shown in FIG. 4, the microlens array (MLA) 40 has a rectangular planar shape as a whole, and has a configuration in which a plurality of
マイクロレンズ40aは、図4に示す状態において、平面視の横方向(Y方向)においてはピッチPhで配列され、縦方向(Z方向)においてはピッチPvで配列されている。これらのピッチPh、Pvは、平面視で六角形のマイクロレンズ40aの中心の間隔である。
In the state shown in FIG. 4, the
投影ミラー51は、反射面51rを有する凹面鏡(拡大鏡)である。MLA40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の表示領域またはウインドシールドWの手前に設置されたコンバイナに投影される。このウインドシールドWまたはコンバイナ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Wまたはコンバイナの前方位置に虚像Vが形成される。ウインドシールドWまたはコンバイナの前方の虚像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。
The
図5と図6は、マイクロレンズアレイ40のマイクロレンズ40aと、マイクロレンズアレイ40上における画素光との配列例を示した平面図である。図5は、図4と同様に、MLA40の縦横の辺をZ方向およびY方向にそれぞれ沿うように配置した状態を示しており、MLA40の一部を拡大して示している。一方、図6は、図5の状態に対して、平面視においてMLA40を時計方向に15度傾斜させた状態を示す。
FIGS. 5 and 6 are plan views showing an example of the arrangement of the
第1実施形態のヘッドアップディスプレイ装置10においては、レンズ35からMLA40に入射する複数の画素光のそれぞれの中心位置と、MLA40の複数のマイクロレンズ40aのそれぞれの中心位置とが互いに一致しないように、例えば図6に示すように、MLA40上における複数の画素光の配列方向と、MLA40の複数のマイクロレンズ40aの配列方向とを所定角度ずらしている。以下、図5と図6を参照して、より具体的に説明する。
In the head-up
図5又は図6に示すように、レンズ35から出射したレーザー光は、複数の画素光41としてMLA40に与えられる、図5と図6に示す例では、複数の画素光41は、MLA40上において、第1方向D11、第2方向D12、および、第3方向D13に沿うように周期的に配列される。そして、画素光41は、図5に示す状態のMLA40のマイクロレンズ40aと同様に、平面視の横方向(Y方向)においてはピッチPhで配列され、縦方向(Z方向)においてはピッチPvで配列されている。これらのピッチPh、Pvは、平面視円形の画素光41の中心の間隔である。このような配列により、図5に示す状態においては、複数の画素光41はそれぞれ、複数のマイクロレンズ40aと中心位置が一致するように配列される。
As shown in FIG. 5 or FIG. 6, the laser light emitted from the
図5に示す状態に対して、画素光41の配列は変えずに、MLA40をYZ平面内で時計回りに15度傾斜させた状態が図6に示す状態である。図6に示すように、マイクロレンズ40aは、第1方向D11、第2方向D12、および、第3方向D13からそれぞれ15度ずれた、配列方向D21、D22、D23に沿って配列されている。このため、マイクロレンズ40aのピッチPh、Pvはいずれも変化しており、画素光41の中心位置とマイクロレンズ40aの中心位置にずれが生じている。
The state shown in FIG. 6 is a state in which the
図7(A)、(B)は、図4に示すように複数のマイクロレンズ40aを六方配列させたMLA40の配置角度(MLA角度(単位:度))と、このMLA40に画素光を与えたときのモアレ周波数(単位:mm/cycle)(図7(A))またはピッチ差Δp(単位:mm)(図7(B))との関係を示すグラフである。これらのグラフ中において、実線で示す「Horizontal」の曲線は、Y方向におけるマイクロレンズ40aのピッチPhの変化を示しており、破線で示す「Vertical」の曲線は、Z方向におけるピッチPvの変化を示している。
7A and 7B, as shown in FIG. 4, the arrangement angle (MLA angle (unit: degree)) of the
図7(A)の縦軸に示すモアレ周波数は、投影ミラー51によってウインドシールドWに投影された画像を撮影し、この撮影画像に現れた濃淡の縞状のモアレにおいて、隣り合う濃淡1本ずつのモアレ画像を1サイクルとして、1サイクルあたりの幅(単位mm)で示している。
The moiré frequency shown on the vertical axis in FIG. 7A is obtained by taking an image projected on the windshield W by the
図7(B)の縦軸に示すピッチ差Δpは、MLA40のマイクロレンズ40aのピッチと、MLA40上における画素光のピッチとの差である。このピッチ差Δpは、実線で示す「Horizontal」については、Y方向におけるマイクロレンズ40aのピッチPhの平均値と画素光のピッチの平均値との差の絶対値であり、破線で示す「Vertical」については、Z方向におけるマイクロレンズ40aのピッチPhの平均値と画素光のピッチの平均値との差の絶対値である。
The pitch difference Δp shown on the vertical axis in FIG. 7B is the difference between the pitch of the
図7(A)、(B)における横軸に示すMLA角度は、図4または図5に示す配置のときを角度ゼロ(単位deg(度))とし、平面視において、時計回りにMLA40を傾けた角度を示している。したがって、15度傾けた状態は図6に対応する。ここで、MLA40のマイクロレンズ40aは正六角形の平面形状を有するため、マイクロレンズ40aのY方向におけるピッチは、MLA角度が0度の場合と60度の場合とで互いに同一となる。同様に、マイクロレンズ40aのZ方向におけるピッチも、MLA角度が0度の場合と60度の場合とで互いに同一となる。このため、図7(B)に示すピッチ差Δpでは、「Horizontal」と「Vertical」の曲線のいずれにおいても、MLA角度が60度変わるごとにピッチ差Δpが同一となる。また、図7(B)における「Horizontal」と「Vertical」の曲線は、上に凸の曲線となっており、それぞれの曲線においてピッチ差Δpが最小値となるMLA角度を基準とし、これに対して30度の位置でピッチ差Δpが最大となっている。例えば、「Vertical」の曲線のピッチ差Δpの最小値に対応するMLA角度は0度と60度であって、その中間の30度の位置でピッチ差Δpが最大値を取っている。
The MLA angle shown on the horizontal axis in FIGS. 7A and 7B is zero when the arrangement shown in FIG. 4 or FIG. 5 is used (unit deg (degrees)), and the
図7(A)に示すモアレ周波数は、図7(B)に示すピッチ差Δpの変化に対して凹凸が逆向きとなるように変化している。すなわち、「Horizontal」と「Vertical」の曲線のいずれにおいても、MLA角度が60度変わるごとにモアレ周波数が同一の値となっており、かつ、いずれの曲線も下に凸の曲線となっている。そして、それぞれの曲線の最大値に対応するMLA角度を基準とし、これに対して30度シフトした位置でモアレ周波数が最小となっている。例えば、「Vertical」の曲線のモアレ周波数の最大値に対応するMLA角度は0度と60度であって、その中間の30度の位置でモアレ周波数が最小値を取っている。 The moire frequency shown in FIG. 7A changes so that the unevenness is opposite to the change in the pitch difference Δp shown in FIG. 7B. That is, in both the “Horizontal” and “Vertical” curves, the moire frequency is the same every time the MLA angle changes by 60 degrees, and both curves are curved downward. . Then, with the MLA angle corresponding to the maximum value of each curve as a reference, the moire frequency is minimum at a position shifted by 30 degrees with respect to this. For example, the MLA angle corresponding to the maximum value of the moire frequency of the “Vertical” curve is 0 degree and 60 degrees, and the moire frequency takes the minimum value at the middle 30 degrees.
図7(A)に示すように、MLA角度の2つの範囲R11、R12では、「Horizontal」と「Vertical」のいずれにおいてもモアレ周波数が0.4以下となっている。これらの範囲では、モアレの濃淡の縞が非常に細かくなっているため、ウインドシールドWに投影された画像を見た者の目にはモアレが認識しづらくなっており、モアレによる表示品質の低下が抑えられている。ここで、範囲R11、R12は、MLA40のマイクロレンズ40aの配列方向D11、D12、D13(MLA角度)とは一致しない方向に沿ってMLA40を傾けた状態に対応しており、隣り合う2つの配列方向の中間とその近傍の角度範囲となる。なお、図7(A)に示す例では、モアレ周波数が0.4以下を範囲R11、R12としたが、この範囲の設定は一例であり、投影画像の輝度その他の特性、自動車周辺の明るさ、自動車の速度その他の走行状態などに応じて任意に設定可能である。
As shown in FIG. 7A, in the two ranges of MLA angles R11 and R12, the moiré frequency is 0.4 or less in both “Horizontal” and “Vertical”. In these ranges, the moiré stripes are very fine, so it is difficult for the eyes of those who see the image projected on the windshield W to recognize the moiré, and the display quality deteriorates due to the moiré. Is suppressed. Here, the ranges R11 and R12 correspond to a state in which the
また、範囲R11、R12においては、その前後のMLA角度と比べて、マイクロレンズ40aのピッチPmはMLA40上における画素光のピッチPpよりも十分大きくなっている。ここで、マイクロレンズ40aのピッチPmは、マイクロレンズ40aのY方向のピッチとZ方向のピッチの平均値であり、画素光のピッチPpは、MLA40上における画素光のY方向のピッチとZ方向のピッチの平均値である。さらに、マイクロレンズ40aのピッチPmと画素光のピッチPpは次式(1)を満たすことが好ましい。この条件を満たすことにより、モアレを細かくすることができ、投影画像を見る者の目の分解能以下にすることができるため、投影画像を見た者がモアレを認識しづらくなり、これによって投影画像の表示品質の低下を抑えることが可能となる。
1.5×Pp≦Pm≦1.9×Pp (1)
Further, in the ranges R11 and R12, the pitch Pm of the
1.5 × Pp ≦ Pm ≦ 1.9 × Pp (1)
ここで、マイクロレンズ40aに対して、レンズ35から入射する画素光としてのレーザー光のビーム径は、ピッチPh、Pvのいずれについても、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35からの出射光は、それぞれのマイクロレンズ40a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35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。
Here, it is preferable that the beam diameter of laser light as pixel light incident from the
Furthermore, it is preferable to set the beam diameter of the laser light incident from the
以上のように構成されたことから、第1実施形態によれば、次の効果を奏する。
マイクロレンズアレイ40上において、画素光を、マイクロレンズ40aの配列方向とは一致しない所定角度ずれた方向に沿って配列することによって、表示画像を見る者の目の分解能に対応してモアレのピッチを制御できるようになるため、モアレが視認されにくいピッチに設定することができ、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。さらに、MLA40上における画素光の配列方向を、マイクロレンズ40aの隣り合う2つの配列方向の間の方向としたため、モアレが視認されにくくなり、これにより、モアレによる表示品質の低下を抑えることが可能となる。
With the configuration as described above, the following effects are achieved according to the first embodiment.
On the
以下に変形例について説明する。
図4〜図6では、マイクロレンズ40aの当ピッチとなる配列方向が3方向の場合を例示したが、配列方向が1方向、2方向、または、4方向以上の場合にも同様に適用できる。
上記第1実施形態では、図5に示す状態において、マイクロレンズ40aのピッチと画素光のピッチを同一としていたが、これに限定されない。
上記第1実施形態では、MLA40を回転させることによってピッチ差Δpを変化させたが、これに代えて、または、これに加えて、画像形成部側において、例えば走査ミラー31の向きを変えることによって画素光の配列方向を傾けることによってピッチ差Δpを変化させてもよい。
また、ピッチ差Δpの変化は、MLA40のマイクロレンズ40aの配列方向を傾けたり、MLA40上における画像光の配列方向を傾けるのではなく、MLA40及び/又はMLA40上における画像光を、Z方向及び/又はY方向にシフトさせることによっても実現できる。
A modification will be described below.
4 to 6 exemplify the case where the arrangement directions of the
In the first embodiment, the pitch of the
In the first embodiment, the pitch difference Δp is changed by rotating the
Further, the change in the pitch difference Δp does not tilt the arrangement direction of the
(第2実施形態)
図8は第2実施形態に係るマイクロレンズアレイ140のマイクロレンズ140aと、マイクロレンズアレイ40上における画素光との配列例を示した平面図である。図8は、図5と同様に、MLA140の縦横の辺をZ方向およびY方向にそれぞれ沿うように配置した状態を示しており、マイクロレンズ140aの一部を拡大して示している。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a plan view showing an arrangement example of the microlens 140a of the
図8に示すMLA140においては、平面視で正方形状の同一形状の複数のマイクロレンズ140aが互いに密接するように周期的に並んだ構成を備えている。マイクロレンズ140aは、各辺が隣り合うマイクロレンズ140aの1つの辺と接触しており、各頂点も隣り合うマイクロレンズ140aの1つの頂点と接触している。図8は、MLA140の縦横の辺をZ方向およびY方向にそれぞれ沿うように配置した状態を示しており、この状態において、複数のマイクロレンズ140aは、Y方向に平行な第1方向D31と、第1方向D31に対して平面視で時計方向に45度傾斜した第2方向D32と、第2方向D32に対して45度傾斜した第3方向D33と、第3方向D33に対して45度傾斜した第4方向D34とにそれぞれ沿うように並んでいる。それぞれのマイクロレンズ140aは、上記第1実施形態におけるマイクロレンズ40aと同様に、X方向に沿って、レンズ35側へ半球状に突出するように配置されており、それぞれの光軸はMLA140全体の中心軸と平行に延びており、レンズ35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。また、マイクロレンズ140aは、平面視の横方向においてはピッチPhで配列され、縦方向においてはピッチPvで配列されている。これらのピッチPh、Pvは、平面視で正方形のマイクロレンズ140aの中心の間隔であり、図8に示すようにMLA140を傾けていない状態においては、ピッチPhとピッチPhは等しい。
The
レンズ35から出射したレーザー光は、複数の画素光141としてMLA140に与えられ、MLA140上において、第1方向D31、第2方向D32、第3方向D33、および、第4方向D34に沿うように周期的に配列される。図8に示す例では、画素光141は、MLA140のマイクロレンズ40aと同様に、平面視の横方向においてはピッチPhで配列され、縦方向においてはピッチPvで配列されており、複数の画素光141はそれぞれ、複数の140aと中心位置が一致するように配列される。
The laser light emitted from the
図9(A)、(B)は、図7(A)、(B)と同様に、MLA140の配列角度と、このMLA140に画素光を与えたときのモアレ周波数(単位:mm/cycle)(図9(A))またはピッチ差Δp(単位:mm)(図9(B))との関係を示すグラフである。これらの図において、「Horizontal」と「Vertical」の曲線は互いに重なっている。
9A and 9B show the arrangement angle of the
図9(A)、(B)の横軸に示すMLA角度は、図8に示す配列を角度ゼロ(単位deg(度))とし、平面視において、時計回りにMLA140を傾けた角度を示している。ここで、MLA140のマイクロレンズ140aは正方形の平面形状を有するため、マイクロレンズ140aのY方向におけるピッチは、MLA角度が0度の場合と90度の場合とで互いに同一となる。同様に、マイクロレンズ140aのZ方向におけるピッチも、MLA角度が0度の場合と90度の場合とで互いに同一となる。このため、図9(B)に示すピッチ差Δpでは、「Horizontal」と「Vertical」の曲線のいずれにおいても、MLA角度が90度変わるごとにピッチ差Δpが同一の値をとる。また、「Horizontal」と「Vertical」の曲線は、MLA角度が0度と90度のときに最大となっており、45度のときにも極大となっている。一方、0度と45度の間の35度近傍、および、45度と90度の間の55度近傍で極小となっている。
The MLA angle shown on the horizontal axis of FIGS. 9A and 9B is an angle obtained by inclining the
図9(A)に示すモアレ周波数は、図9(B)に示すピッチ差Δpの変化に対して凹凸が逆向きとなるように変化している。
図9(A)に示すように、MLA角度の2つの範囲R21、R22では、「Horizontal」と「Vertical」のいずれにおいてもモアレ周波数が0.4よりも大きく、特に、MLA角度が35度近傍および55度近傍では10程度となっている。これらの範囲R21、R22のうち、特に35度近傍および55度近傍では、モアレの濃淡の縞の幅が非常に大きくなっているため、ウインドシールドWに投影された画像を見た者の目にはモアレが認識しづらくなっており、モアレによる表示品質の低下が抑えられている。ここで、範囲R21、R22は、MLA140の140aの配列方向D31、D32、D33、D34とは一致しない方向に沿ってMLA40を傾けた状態に対応しており、隣り合う2つの配列方向の間の角度範囲となる。なお、図9(A)に示す例では、モアレ周波数が0.4以上を範囲R11、R12としたが、この範囲の設定は一例であり、投影画像の輝度その他の特性、自動車周辺の明るさ、自動車の速度その他の走行状態などに応じて任意に設定可能である。
The moire frequency shown in FIG. 9 (A) changes so that the unevenness is opposite to the change in the pitch difference Δp shown in FIG. 9 (B).
As shown in FIG. 9A, in the two ranges of MLA angles R21 and R22, the moiré frequency is larger than 0.4 in both “Horizontal” and “Vertical”, and in particular, the MLA angle is around 35 degrees. And around 55 degrees, it is about 10. Of these ranges R21 and R22, especially in the vicinity of 35 degrees and 55 degrees, the width of the moiré stripes is very large. Is difficult to recognize moire, and display quality deterioration due to moire is suppressed. Here, the ranges R21 and R22 correspond to a state in which the
また、範囲R21、R22においては、その前後のMLA角度と比べて、マイクロレンズ140aのピッチPmはMLA140上における画素光のピッチPpよりも十分小さくなっている。ここで、マイクロレンズ140aのピッチPmは、マイクロレンズ140aのY方向のピッチとZ方向のピッチの平均値であり、画素光のピッチPpは、MLA140上における画素光のY方向のピッチとZ方向のピッチの平均値である。さらに、マイクロレンズ140aのピッチPmと画素光のピッチPpは次式(2)を満たすことが好ましい。この条件を満たすことにより、モアレを粗くすることができ、画像を見る者の目の分解能以下とすることができるため、投影画像を見た者がモアレを認識しづらくなり、これによって投影画像の表示品質の低下を抑えることが可能となる。
0.1×Pp≦Pm≦0.5×Pp (2)
なお、その他の作用、効果、変形例は第1実施形態と同様である。
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。
Further, in the ranges R21 and R22, the pitch Pm of the microlenses 140a is sufficiently smaller than the pitch Pp of the pixel light on the
0.1 × Pp ≦ Pm ≦ 0.5 × Pp (2)
Other operations, effects, and modifications are the same as those in the first embodiment.
Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.
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、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点で有用である。 As described above, the display device and the head-up display device according to the present invention can suppress deterioration in display quality due to moire in an image formed by irradiating light to a microlens array in which microlenses are arranged. It is useful in.
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
35 レンズ
40、140 マイクロレンズアレイ(MLA)
40a、140a マイクロレンズ
40x マイクロレンズアレイの全体の中心軸
41、141 画素光
51 投影ミラー
51r 反射面
D11、D12、D13、D21、D22、D23、D31、D32、D33 配列方向
Ph、Pm、Pp、Pv ピッチ
R11、R12、R21、R22 範囲
W ウインドシールド
V 虚像
DESCRIPTION OF
40a,
Claims (6)
前記光源からの出射光に基づいて複数の画素光を形成する画像形成部と、
前記複数の画素光が入射し、複数のマイクロレンズが周期的に配列されたマイクロレンズアレイと備え、
前記複数の画素光は、前記マイクロレンズアレイ上において周期的に配列され、
前記複数のマイクロレンズは少なくとも1つの配列方向に沿うように配列され、
前記複数の画素光は、前記マイクロレンズアレイ上において、前記配列方向とは一致しない所定角度ずれた方向に沿って配列されていることを特徴とする表示装置。 A light source;
An image forming unit that forms a plurality of pixel lights based on light emitted from the light source;
The plurality of pixel lights are incident and a microlens array in which a plurality of microlenses are periodically arranged,
The plurality of pixel lights are periodically arranged on the microlens array,
The plurality of microlenses are arranged along at least one arrangement direction,
The display device, wherein the plurality of pixel lights are arranged on the microlens array along a direction shifted by a predetermined angle that does not coincide with the arrangement direction.
前記所定角度は、前記マイクロレンズの隣り合う2つの配列方向の間の方向に対応する角度であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 The plurality of microlenses are arranged along at least two arrangement directions,
The display device according to claim 1, wherein the predetermined angle is an angle corresponding to a direction between two adjacent arrangement directions of the microlenses.
前記光源からの出射光に基づいて複数の画素光を形成する画像形成部と、
前記複数の画素光が入射し、複数のマイクロレンズが周期的に配列されたマイクロレンズアレイと備え、
前記複数の画素光は、前記マイクロレンズアレイ上において周期的に配列され、
前記複数のマイクロレンズは第1のピッチPmで配列され、
前記複数の画素光は、前記マイクロレンズアレイ上において、前記第1のピッチPmとは一致しない第2のピッチPpで配列されていることを特徴とする表示装置。 A light source;
An image forming unit that forms a plurality of pixel lights based on light emitted from the light source;
The plurality of pixel lights are incident and a microlens array in which a plurality of microlenses are periodically arranged,
The plurality of pixel lights are periodically arranged on the microlens array,
The plurality of microlenses are arranged at a first pitch Pm,
The display device, wherein the plurality of pixel lights are arranged at a second pitch Pp that does not coincide with the first pitch Pm on the microlens array.
1.5×Pp≦Pm≦1.9×Pp (1)
0.1×Pp≦Pm≦0.5×Pp (2) The pitch Pm of the plurality of microlenses and the pitch Pp of the plurality of pixel lights on the microlens array satisfy the following formula (1) or the following formula (2): The display device according to any one of claims 1 to 3.
1.5 × Pp ≦ Pm ≦ 1.9 × Pp (1)
0.1 × Pp ≦ Pm ≦ 0.5 × Pp (2)
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。 A display device according to any one of claims 1 to 5,
A projection optical system that projects an intermediate image formed on the microlens array onto a projection object;
The head-up display device, wherein the projection target is a windshield of a vehicle or a combiner disposed inside the windshield.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016139135A JP2018010179A (en) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Display unit and head-up display device |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019239525A1 (en) * | 2018-06-13 | 2019-12-19 | 三菱電機株式会社 | Optical element device and optical element aligning method |
-
2016
- 2016-07-14 JP JP2016139135A patent/JP2018010179A/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
| WO2019239525A1 (en) * | 2018-06-13 | 2019-12-19 | 三菱電機株式会社 | Optical element device and optical element aligning method |
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