圖像顯示裝置和物體裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及圖像顯示裝置和物體裝置，其目的在于提供能夠防止畫質下降同時實現(xiàn)裝置小型化的圖像顯示裝置。圖像顯示裝置中透鏡陣列(MLA3)構成為，在X方向上多個微鏡排列構成的透鏡行沿著Y方向排列，該透鏡陣列(MLA3)中B1＜B2且M1＞M2或者B1＞B2且M1＜M2成立，其中，M1是透鏡陣列(MLA3)中X方向上相鄰兩個微鏡的光學中心之間在X方向上的距離的平均值，M2是在透鏡陣列(MLA3)中相鄰兩根在第一方向上延伸，且通過透鏡行中多個微鏡的光學中心在Y方向上的平均位置的軸間距離平均值，B1是包含凹面鏡(9)及反射面元件(10)的觀察光學系統(tǒng)的X方向倍率，B2是觀察光學系統(tǒng)在Y方向倍率。
【專利說明】
圖像顯示裝置和物體裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及圖像顯示裝置和物體裝置，具體涉及能夠視覺認知光形成的圖像的虛 像的圖像顯示裝置、以及具備該圖像顯示裝置的物體裝置。
【背景技術】
[0002] 在以往的技術中，如專利文獻1(JP特開2014-139655號公報)提出了一種圖像顯示 裝置，該圖像顯示裝置以光形成圖像，而且用形成該圖像的光照射微鏡陣列，進而將透過該 微鏡陣列的光引導到透射反射部件(例如移動體的風擋玻璃)上。
[0003] 但是，上述專利文獻1公開的圖像顯示裝置存在無法在抑制畫質下降的同時實現(xiàn) 裝置小型化的問題。

【發(fā)明內容】

[0004] 鑒于上述問題，本發(fā)明提出一種圖像顯示裝置，其中具備:光源部；圖像形成元件， 用于以所述光源部發(fā)射的光形成圖像;微鏡陣列，其受到圖像形成用的光的照射；以及，投 影光學系統(tǒng)，用來使得透過所述微鏡陣列的光射往透射反射部件，所述圖像顯示裝置包含 透鏡列群，該透鏡列群構成為，在第一方向上多個微鏡排列構成的透鏡列沿著與該第一方 向正交的第二方向排列，該透鏡列群中以下關系式成立，B1<B2且M1>M2,或者，B1>B2且 Ml <M2,其中，Ml是所述透鏡列群中所述第一方向上相鄰兩個微鏡的光學中心之間在該第 一方向上的距離的平均值，M2是在所述透鏡列群中，相鄰兩根在所述第一方向上延伸，且通 過所述透鏡列中所述多個微鏡的光學中心在所述第二方向上的平均位置的軸之間的距離 的平均值，B1是包含所述投影光學系統(tǒng)以及所述透射反射部件在內的光學系統(tǒng)在所述第 一方向上的倍率，B2是所述光學系統(tǒng)在所述第二方向上的倍率。
[0005] 上述本發(fā)明的效果在于，該圖像顯示裝置能夠在防止畫質下降的同時實現(xiàn)裝置小 型化。
【附圖說明】
[0006] 圖1的(a)至(c)是用來描述本發(fā)明的圖像顯示裝置的一種實施方式的示意圖。
[0007] 圖2的（a)和（b)分別是用來描述光通過微細凸鏡發(fā)散和干涉性雜質發(fā)生的示意 圖。
[0008] 圖3的(a)至(c)是用來描述關于去除干涉性雜質的示意圖。
[0009] 圖4的(a)至(c)是三例微細凸鏡排列方式的示意圖。
[0010] 圖5的(a)至(e)是另外五例微細凸鏡排列方式的示意圖。
[0011] 圖6的(a)和(b)是用來描述變形的微細凸鏡的示意圖。
[0012] 圖7的(a)和(b)是一例用來描述被掃描面元件的示意圖。
[0013] 圖8是另外五例微細凸鏡排列方式中的一例示意圖。
[0014] 圖9是圖像顯示裝置的硬件結構圖。
[0015] 圖10是圖像顯示裝置的功能模塊圖。
[0016] 圖11是用來描述作為二維偏轉部的光偏轉器的俯視圖。
[0017] 圖12的(a)和(b)分別是描述HUD的微鏡陣列(MLA)的示意圖。
[0018] 圖13是用來描述MLA的透鏡間距的示意圖。
[0019] 圖14的(a)和(b)分別是描述微鏡陣列的蜂窩狀排列(其一和其二)的示意圖。
[0020] 圖15是描述微鏡隨機排列的示意圖。
[0021] 圖16是透鏡交界方向發(fā)散的示意圖
[0022]圖17的(a)和(b)分別是透鏡交界方向發(fā)散的隨機排列透鏡陣列RLA和ARLA的示意 圖。
[0023] 圖18是實施例1的微鏡陣列(MLA1)的示意圖。
[0024] 圖19是實施例2的微鏡陣列(MLA2)的示意圖。
[0025] 圖20是實施例3的微鏡陣列(MLA3)的示意圖。
[0026] 圖21是實施例4的微鏡陣列(MLA4)的示意圖。
[0027] 圖22是實施例5的微鏡陣列(MLA5)的示意圖。
[0028] 圖23是實施例6的微鏡陣列(MLA6)的示意圖。
[0029]圖24是實施例7的微鏡陣列(MLA7)的示意圖。
[0030] 圖25是實施例8的微鏡陣列(MLA8)的示意圖。
[0031] 圖26是實施例9的微鏡陣列(MLA9)的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]以下描述一種實施方式。
[0033]圖1是用來描述圖像顯示裝置的一種實施方式的示意圖。
[0034]圖1所示的圖像顯示裝置1000是顯示二維彩色圖像的抬頭顯示裝置，圖1的（a)顯 示整個裝置結構的示意圖。
[0035]圖像顯示裝置1000,例如搭載在車輛、航空器、船舶等移動體上，通過設置在該移 動體上的透射反射部件(例如前窗），來認知操縱該移動體所需要的導航信息(例如速度、行 駛距離等）。以下用設于移動體上的XYZ三維直角坐標系統(tǒng)(和移動體一起移動的坐標系統(tǒng)） 描述。所謂透射反射部件是指入射光中的一部分透射，剩下部分中至少一部分受到反射。
[0036] 圖1的(a)中，標記100表示光源部，彩色圖像顯示用的像素顯示用光束LC從該光源 部100向+Z方向射出。
[0037] 像素顯示用光束LC是用紅色（以下用"R"表示）、綠色（以下用"G"表示）、藍色（以下 用"B"表不）的三色光合成的一束光。
[0038] 光源部100具體構成為例如如圖1的(b)所示。
[0039] 在圖1的（b)中，以標記RS、GS、BS表示的光源均為半導體激光，分別發(fā)射R、G、B激 光。在此各半導體激光使用端面發(fā)光的激光二極管（LD)。另外，也可以用面發(fā)光激光 (VCSEL)來取代端面發(fā)光激光。
[0040] 以標記RCP、GCP、BCP表示的偶合鏡用來抑制半導體激光RS、GS、CS發(fā)射的各激光光 束的發(fā)散性。
[0041 ] 光圈RAP、GAP、BAP對發(fā)散性受到偶合鏡RCP、GCP、BCP抑制的各色激光光束進行整 形(限制光束直徑）。
[0042] 經過整形的各色激光光束入射光束合成菱鏡101。
[0043] 光束合成菱鏡101具有讓R色光透射而反射G色光的分光膜D1和能夠讓R、G色光透 射而反射B色光的分光膜D2。
[0044] 這樣，從光束合成菱鏡101射出的光將R、G、B各色激光光束合成為一束光束。
[0045] 射出的光束通過透鏡102被轉換為具有規(guī)定光束直徑的平行光束。該平行光束即 是像素顯不用光束LC。
[0046] 按照需要顯示的二維彩色圖像的圖像信號(根據圖像信息（圖像數(shù)據）），對構成像 素顯示用光束LC的R、G、B的各色激光光束的強度進行調節(jié)。關于強度調節(jié)，既可以使用直接 對半導體激光光源進行調制的直接調制方式，也可以對從半導體激光光源發(fā)射的激光光束 進行調制的外部調制方式。
[0047]換言之，未圖示驅動裝置按照R、G、B各色成分的圖像信號，對半導體激光RS、GS、BS 的發(fā)光強度進行調制。
[0048]從光源部100發(fā)射的像素顯示用光束LC入射作為圖像形成元件的二維偏光部6,受 到二維偏轉。
[0049]在本實施方式中以微鏡構成二維偏轉部6,該微鏡以互相正交的兩根軸為搖動軸， 圍繞搖動作搖動。
[0050] 換言之，二維偏光部6具體是以半導體工程等制作的搖動微鏡元件的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)。
[0051] 但是，本發(fā)明的二維偏轉部不局限于上述MEMS，其他結構，如以兩個圍繞一根軸轉 動的微鏡構成，微鏡相互之間的搖動方向正交，等等。
[0052]受到上述二維偏轉的像素顯示用光束LC入射凹鏡7,受到凹鏡7反射后射往被掃描 面元件8。
[0053]凹鏡7的光學作用是，消除經過二維偏轉的像素顯示用光束LC在反射面元件10上 形成的圖像的變形。
[0054]換言之，經過凹面鏡7反射的像素顯示用光束LC隨著受到二維偏轉部6的偏轉而平 行移動，入射被掃描面元件8,對該被掃描面元件8進行二維掃描。
[0055] 通過二維掃描，被掃描面原件8上形成彩色二維圖像。
[0056] 在此，圖象形成部包含光源部100、二維偏轉部6、凹鏡7、被掃描面元件8,用光形 成圖像。
[0057]當然，被掃描面元件8上各個瞬間只顯示像素顯示用光束LC在該瞬間照射的像素。 [0058]通過像素顯示用光束LC的二維掃描形成的彩色二維圖像為，各個瞬間顯示的圖像 的集合。
[0059] 被掃描面元件8上形成上述彩色二維圖像，上述圖像信息的像素單位的光(對應各 個像素的光)即像素光在入射凹鏡9后受到反射。
[0060] 被掃描面元件8具有圖1中沒有顯示的下述微細凸鏡結構。凹鏡9構成虛像成像光 學系統(tǒng)。
[0061 ]虛像成像光學系統(tǒng)讓所述彩色二維圖像的放大虛像12成像。
[0062]放大虛像12的成像位置之前設置反射面元件10,其反射放大虛像12的成像光束， 使該成像光束射往觀察者11(圖1的(a)圖中顯示的觀察者的眼睛)一方。此時，凹鏡9構成將 來自被掃描面元件8的像素光透射到反射面元件10的投射光學系統(tǒng)。觀察者11(例如操縱移 動體的操縱者)在受到反射面元件1〇(透射反射部件)反射激光光路上的規(guī)定位置上視覺識 別虛像。
[0063]通過該反射光，觀察者11能夠視覺識別放大虛像12。
[0064] 如圖1的(a)圖所示，圖的縱向為Y方向，垂直于圖平面的方向為X方向。
[0065] 圖1的(a)圖中，對于觀察者11來說，Y方向通常為上下方向即縱向。
[0066] 而X方向對觀察者11來說，通常為左右方向即橫向。
[0067] 被掃描面元件8具有如上所述的微細凸鏡結構機構。
[0068]微細凸鏡結構如以下將要描述的，由多個微細凸鏡以接近像素間距的距離緊密連 接排列。以下將詳述微細凸鏡結構，多個微細凹鏡以接近像素間距的距離緊密連接排列的 微細凹鏡結構也具有相同作用和效果。
[0069] 在此，多個微細凸鏡以凸面為入射面，沿著垂直于Z方向的平面(XY平面）以規(guī)定間 隔二維排列。具體的排列形態(tài)例如，以X方向為行方向，Y方向為列方向的點陣形狀排列，或 以蜂窩形狀排列。
[0070] 微細凸鏡的平面形狀(沿Z軸方向看到的形狀)例如為圓形、正η角形(η是3以上的 整數(shù))等。在此，各個微細凸鏡的曲率（曲率半徑)相等。
[0071] 各個微細凸鏡具有等向發(fā)散像素顯示用光束LC的功能。換言之，各個微細凸鏡具 有全方位均等發(fā)散的屈光度。以下簡述在此所述的發(fā)散功能。
[0072]圖1的（c)圖中，標記L1至L4表示入射被掃描面像素8的四束像素顯示用光束。
[0073]該四束像素顯示用光束L1至L4入射被掃描面像素8上形成的二維圖像的四個角 落。
[0074]該四束像素顯示用光束L1至L4透過被掃描面元件8后，變成為光束L11至L14。
[0075]假設以像素顯示用光束L1至L4圍繞的截面為矩形四邊形的光束入射被掃描元件 8,該光束將變成為以光束L11至L14圍繞的截面為矩形四邊形的發(fā)散性光束。
[0076]微細凸鏡的該功能為發(fā)散功能。
[0077]以光束L11至L14圍繞的發(fā)散性光束是如此在時間上集合轉變?yōu)榘l(fā)散性光束的像 素顯示用光束的結果。
[0078] 讓像素顯示用光束發(fā)散，是為了經過反射面元件10反射的光束能夠照射到觀察值 11的眼睛近旁的寬廣區(qū)域。
[0079] 而如果沒有上述發(fā)散功能，則經過反射面元件10反射的光束只能夠照射到觀察值 11的眼睛近旁的狹窄區(qū)域。
[0080] 在這種情況下，觀察者11移動頭部，眼睛的位置離開上述狹窄區(qū)域時，觀察者11便 無法用視覺認知放大虛像12。
[0081] 通過如上所述地發(fā)散像素顯示用光束IX，經過反射面元件10反射的反射光束便能 夠照射觀察者11的眼睛近旁的寬廣區(qū)域。
[0082] 這樣，即便觀察者的頭稍微搖動，也能夠視覺認知放大虛像12。
[0083] 如上所述，本實施方式中入射被掃描面元件8的像素顯示用光束LC是平行光束，但 在投射被掃描面元件8以后，便成為發(fā)散性光束。
[0084]本發(fā)明的被掃描面元件8具有微細凸鏡結構，其中用來發(fā)散像素顯示用光束LC的 多個微細凸鏡以接近像素間隔的間隔緊密排列。
[0085]微細凸鏡大于像素顯示用光束LC的光束直徑。
[0086]利用大于像素顯示用光束LC的光束直徑的微細凸鏡，是為了減輕干涉性雜質，對 此將在以下參考圖2和圖3詳述。
[0087]圖2中的(a)圖中標記802表示被掃描元件。
[0088]被掃描原件802具有排列微細凸鏡801的微細凸鏡結構。
[0089]以標記803表示的像素顯示用光束的光束直徑807小于微細凸鏡801的大小。
[0090]即微細凸鏡801的大小806大于光束807的直徑。
[0091 ]本實施方式中，像素顯不用光束803是激光光束，圍繞光束中心形成的光強度分布 呈高斯分布形。
[0092]為此，光束直徑807是在光強度分布中光強度降低到"Ι/e2"時光束半徑方向距離。 [0093]圖2的(a)圖中將光束直徑807描述為與微細凸鏡801的大小806相等，而實際上，光 束直徑807不必等于微細凸鏡801的大小806,只要不超過微細凸鏡801的大小806便可。 [0094]圖2的(a)所示的像素顯示用光束803全部入射一個微細凸鏡801后，被轉換為具有 發(fā)散角805的發(fā)散光束804。
[0095]在圖2的(a)圖所示的狀態(tài)下，發(fā)散光束804只有一束，沒有與其發(fā)生干涉的其他光 束，因此不會產生干涉性雜質。
[0096]可以根據微細凸鏡801的形狀適當設定上述發(fā)散角805的大小。
[0097]在圖2的（b)圖中，像素顯示用光束811的光束直徑為微細凸鏡排列間隔812的兩 倍，照射兩個微細凸鏡813和814。
[0098]在這種情況下，像素顯示用光束811通過其入射的兩個微細凸鏡813和814,發(fā)散成 為兩束發(fā)散光束815和816。
[0099]在區(qū)域817,兩束發(fā)散光束815和816重疊，互相干涉發(fā)生干涉性雜質。
[0100]圖3的（a)圖顯示像素顯示用光束824同時入射被掃描面元件821的兩個微細凸鏡 822和823的狀態(tài)。
[0101]像素顯示用光束824的光束直徑與微細凸鏡822等大小相同。
[0102]此時，入射微細凸鏡822的光束部分成為發(fā)散光束826,入射微細凸鏡823的光束部 分成為發(fā)散光束827。
[0103]發(fā)散光束826和827向互相離開的方向發(fā)散，為此，兩束光束不會互相重疊，因此， 在此狀態(tài)下不會產生干涉性雜質。
[0104] 換言之，如果將像素顯示用光束824的光束直徑設定在微細凸鏡822的大小以下， 則通過微細凸鏡而發(fā)散的光束不會產生干涉性雜質。
[0105] 以下例舉微細凸鏡的直徑和入射被掃描面元件的像素顯示用光束的直徑的具體 數(shù)值。
[0106] 例如設像素顯示用光束的直徑為150μπι左右。
[0107]此時可將具有微細凸鏡結構的微細凸鏡的大小設為150μπι以上，例如160μπι、200μπι 等。
[0108]圖3的（a)所示的被掃描像素元件821中微細凸鏡822、823 ......無間隙排 列。
[0109]為此，相鄰微細凸鏡表面的交界部分的寬度（以下稱為交界寬度)為0。
[0110]這樣，微細凸鏡822和823上，如圖3的（a)入射的像素顯示用光束824,其產生的發(fā) 散光束只有826和827。
[0111] 而實際形成的微細凸鏡結構中不存在相鄰微細凸鏡之間的交界寬度為0。
[0112] 也就是說，如圖3的(b)圖所示的被掃描面元件831，實際上形成的微細凸鏡結構中 微細凸鏡833和834之間的交界部分835的寬度不是0。
[0113] 微細凸鏡833和834的交界部分835形成微觀上平滑連續(xù)的曲面。
[0114]上述交界部分835形成的曲面在像素顯示用光束入射后，對該部分的入射光起到 微小透鏡面的作用。
[0115] 為此，同時入射微細凸鏡833和834的像素顯示用光束832在產生發(fā)散光束836和 837的同時，還產生發(fā)散光束838。
[0116] 在交界部分835的曲面的透鏡作用下產生的發(fā)散光束838,與發(fā)散光836和837在區(qū) 域839和840分別發(fā)生重疊干涉，產生干涉性雜質。
[0117] 圖3的（c)是用來描述在微細凸鏡結構中減輕或防止干涉性雜質發(fā)生的示意圖。
[0118] 微細凸鏡結構中，平緩連接微細凸鏡841和842的鏡面的交界部分843的曲面形狀 本身構成微小的鏡面。
[0119] 設鏡面交界部分843的曲面的曲率半徑為r。
[0120] 在此為了簡化說明，設定入射微細凸鏡結構的像素顯示用光束為單色激光光束， 其波長為λ。
[0121] 交界部分843的曲率半徑r大于像素顯示用光束的波長λ(Γ>λ)時，曲率半徑為r的 曲面對入射像素顯示用光束具有透鏡效果。
[0122] 為此，此時通過交界部分843的光束成分發(fā)散，并與通過微細凸鏡841和842成疊發(fā) 生干涉，產生干涉性雜質。
[0123] 而如果交界部分843的曲率半徑r小于像素顯示用光束的波長λ，則交界部分843相 對于像素顯示用光束成為子波長結構。
[0124] 眾所周知，子波長結構對于波長大于子波長結構的光沒有透鏡效果。
[0125] 因此，曲率半徑r小于波長λ的交界部分843不會對像素顯示用光束具有透鏡效果， 像素顯示用光束直線透射交界部分843,不會發(fā)散。
[0126] 為此，直線透射交接部分843的光束部分不會與經過微細凸鏡841、842發(fā)散了的發(fā) 散光束產生重疊，因發(fā)生干涉而產生干涉性雜質。
[0127] 據此，可以將像素顯示用光束直徑d、波長λ、微細凸鏡大小D、交界部分形成的面的 曲率半徑r之間的關系定義為如下，
[0128] D>da>r〇
[0129] 在需要顯示的二維放大虛像為黑白圖像時，用波長λ的單色干涉性光形成像素顯 示用光束。
[0130] 為此在這種情況下，通過將D、d、A、r設為能夠滿足上述大小關系，便能夠抑制干涉 性雜質的產生。
[0131] 而如果如本實施方式，在顯示二維彩色圖像的放大虛像時，則像素顯示用光束為 R、G、B三色光束的合成光束。
[0132] 設上述三色光束的波長分別為，SrAR( =640nm)、AG( = 510nm)、λΒ( =445nm)，其間 的大小關系為λ!?>λ6>λΒ。
[0133] 為此，從防止干涉性雜質的觀點出發(fā)，只需要將形成上述交界部分的面的曲率半 徑r設為小于最短波長便可，例如為400nm。
[0134] 但是，如果設定小于最大波長的曲率半徑r(例如600nm)，則能夠防止圖像顯示光 束中R成分的干涉性雜質發(fā)生。
[0135] 如果設定r(例如500nm)<XG，則能夠防止圖像顯示光束中R成分和G成分的光發(fā)生 干涉性雜質。
[0136] 圖像顯示用光束LC為R、G、B三色光束的合成光束時，該三色成分各自獨立產生干 涉性雜質。
[0137] 將互相獨立的三色R、G、B光束的干涉性雜質的總體被視覺認知為干涉性雜質。
[0138] 因此，三色干涉性雜質中，即便只消除一色干涉性雜質，也能夠使得被視覺認知的 干涉性雜質得到大幅度改善，有利于提高觀察圖像畫質。
[0139] 所以，對于干涉性雜質的防止效果，在三色中，即便只是波長為最長的R成分也有 效果，其次是G成分、再次是B成分，干涉性雜質的減少效果依次上升。
[0140] 因此，設定曲率半徑r(例如為600nm)小于XR，便能夠達到一定的干涉性雜質減少 效果。
[0141] 關于干涉性雜質的視覺性，其雜質強度會因波長、光束直徑、多模態(tài)/單一模態(tài)等 的不同而發(fā)生變化，但大小一般按照R * G>B的次序。
[0142] 即在人的視覺中，波長AR的光的視覺感度最低，干涉性雜質不醒目。
[0143] 所以，如果設定曲率半徑r (例如500nm)小于波長AG，便能減少視覺性現(xiàn)對較高的 波長為AR和AG的光的干涉性雜質。
[0144] 而視覺感度較低、波長為AR的光的干涉性雜質即便發(fā)生，也不至過于醒目。
[0145]當然，如果設定曲率半徑r (例如400nm)小于波長λΒ，則能夠更加有效地減少干涉 性雜質。
[0146] 構成微細凸鏡結構的多個微細凸鏡各自的大小如果是在如上所述的100μπι程度， 便能夠獲得一般的微鏡。
[0147] 排列多個微細凸鏡的微細凸鏡結構構成微鏡陣列。
[0148] 為此，在以下的描述中將微細凸鏡稱為微鏡，將微細凸鏡結構稱為微鏡陣列。
[0149] 微鏡陣列一般用具有微鏡陣列的鏡面陣列的轉印面的模具制作，將模具面轉印到 樹脂材料上。
[0150] 模具轉印面的形成方法有切削或光刻等向法。
[0151] 例如可以用射出成形來將轉印面轉印到樹脂材料上。
[0152] 可以通過減小交界寬度來減小相鄰微鏡交界部分上的曲率半徑。
[0153] 而通過將構成相鄰微鏡面的交界部分形成比較尖銳，能夠獲得較小的交界寬度。
[0154] 有多種方法可以將微鏡陣列用模具中相鄰微鏡之間的交界寬度大小減小到波長 級程度。
[0155] 例如專利文獻的JP特許第4200223號公報揭示了用異向蝕刻和離子加工來增加微 鏡曲率，去除微鏡交界部分的非透鏡部分的方法。
[0156] 專利文獻JP特許第5010445號公報揭示的方法是，用等向性干式蝕刻去除相鄰微 鏡之間的平坦面。
[0157] 利用上述公知的方法能夠制作相鄰微鏡之間交界部分的面的曲率半徑十分小的 微鏡陣列。
[0158]換言之，上述被掃描面元件可以構成為具有以多個微鏡互相接近排列結構的微鏡 陣列。
[0159] 如果將上述微鏡陣列形成為構成相鄰微鏡交界部分的面的曲率半徑r小于640nm， 則能夠防止R成分光的干涉性雜質。
[0160] 而如果將上述微鏡陣列形成為構成相鄰微鏡交界部分的面的曲率半徑r小于 51 Onm，則能夠防止R成分光和G成分光的干涉性雜質。
[0161] 進而如果將上述微鏡陣列形成為構成相鄰微鏡交界部分的面的曲率半徑r小于 445nm，則能夠防止R成分光和G成分光以及B成分光的干涉性雜質。
[0162] 以上描述了圖1所示的圖象顯示裝置(抬頭顯示裝置）。
[0163] 圖1所示的凹面鏡7具有消除圖象變形的功能，該圖像是經過二維偏轉的像素顯示 用光束LC在反射面元件10上形成的圖象。
[0164] 換言之，凹面鏡7起到偏轉范圍限制部的作用，其調整經過二維偏轉的像素顯示用 光束的偏轉范圍，限制被掃描面元件的掃描范圍。
[0165] 經過二維偏轉部6的二維偏轉后，如果像素顯示用光束的偏轉角度不太大，可以省 略上述偏轉范圍限制部。
[0166] 對于微細凸鏡結構(微鏡陣列)和微細凸鏡(微鏡），其條件如上所述。
[0167] 即大于像素顯示用光束的光束直徑的多個微細凸鏡以接近像素間距的間距緊密 排列構成微細凸鏡結構。
[0168] 圖4顯示滿足上述條件的微鏡陣列的三例具體形態(tài)。
[0169] 圖4的(a)圖顯示的微鏡陣列87以正方形微鏡871U8712......排列成正方 行列形。
[0170]抬頭顯示器裝置上顯示的二維圖像(放大虛像）的像素數(shù)量取決于微鏡陣列中的 微鏡的排列周期。
[0171] 設定圖4的(a)圖所示的排列中X軸向上相鄰微鏡8711中心與8712中心之間的間距 為XI。
[0172] 并設定排列中Y軸向上相鄰微鏡8711中心和8721中心之間的間距為Y1。
[0173]以下稱一個像素的有效大小為一個像素的實際間距或有效像素間距。
[0174]圖4的（b )圖顯示一例以密集排列具有正六角形形狀的微鏡8 8 1 1、 8821 ......構成的微鏡陣列88。
[0175]此時的微鏡排列中微鏡8811等在X軸向上沒有平行的邊。
[0176] 即，設于X軸向上的微鏡的上邊和下邊曲折不平，這種排列被稱為曲折方式排列。
[0177]圖4的（c )圖顯示一例以密集排列具有正六角形形狀的微鏡8 9 1 1、 8921 ......構成的微鏡陣列89。
[0178]該微鏡陣列的排列中，微鏡8911等的邊平行X軸向，這種排列被稱為扶手椅方式排 列。
[0179]曲折方式排列和扶手椅方式排列形成的排列方式均被稱為蜂窩方式排列。
[0180]圖4的（c)圖所示的扶手椅方式排列是將(b)圖的曲折方式排列轉動90度的排列。 [0181 ]在曲折方式排列中，可以將微鏡排列中的X2和Y2分別作為X軸向和Y軸向的有效像 素間距。
[0182] 扶手椅方式排列中，可以將微鏡排列中的X3和Y3分別作為X軸向和Y軸向的有效像 素間距。
[0183] 在圖4的(b)中，有效像素間距Y2是微鏡8821的中心與微鏡8811右側邊的中點之間 的距離。
[0184]在圖4的（c)中，有效像素間距X3是連接與微鏡8911右側相連的兩個微鏡的邊的中 心與微鏡8911的中心之間的距離。
[0185]曲折方式排列中，X軸向的有效像素間距X2較小，因而能夠提高圖像顯示中X軸向 的分辨率。
[0186] 扶手椅方式排列能夠提高Y軸向的分辨率。
[0187] 這樣，按照蜂窩方式排列微鏡，有望更加有效地顯示小于實際的透鏡大小的像素， 增加有效像素數(shù)量。
[0188] 如上所述，被掃描面元件的微細凸鏡結構(微鏡陣列）中相鄰微鏡的交界部分的曲 率半徑為r。
[0189] 曲率半徑r例如小于像素顯示用光束的R成分的波長XR。
[0190]為此，如上所述，能夠防止R成分的干涉光的干涉而產生的干涉性雜質。
[0191] 但是，如果上述曲率半徑r大于G成分的波長XG或B成分的波長λΒ，則這些光在交界 部分發(fā)散，互相依然會有干涉。
[0192] 從而發(fā)生干涉引起的干涉雜質。
[0193] 在這種情況下，如果以圖4的（a)圖所示的正方行列方式排列，則在交界部分上發(fā) 生的圖中Xa方向和Ya方向的發(fā)散分別為干涉性雜質的產生原因。
[0194] 對此，如果以圖4的（b)圖所示的方式排列，則在交界部分上發(fā)生的8A、8B、8C三個 方向的發(fā)散。而以圖4的（c)圖所示的方式排列，則在交界部分上發(fā)生的9A、9B、9C三個方向 的發(fā)散。
[0195]也就是說，交界部分上的發(fā)散，正方行列方式排列中在兩個方向上發(fā)生，蜂窩方式 排列中在三個方向發(fā)生。
[0196] 為此，干涉性雜質的發(fā)生，正方行列方式排列中在兩個方向上發(fā)生，蜂窩方式排列 中在三個方向發(fā)生。
[0197] 換言之，發(fā)生的干涉性雜質，在正方行列方式排列中為二方向分散，而在蜂窩方式 排列中為三方向分散。
[0198] 產生干涉性雜質的干涉光的最大強度一定。
[0199] 為此，分散數(shù)量越大，產生的干涉性雜質的對比度就越被減弱，從而難以視覺認知 (不醒目）。
[0200] 為此，在允許發(fā)生小于交界部分的曲率半徑r的波長成分的干涉性雜質的情況下， 可以按照蜂窩方式排列來排列微鏡。
[0201] 在交界寬度大于所述波長AR時，產生R成分干涉光引起的干涉性雜質。
[0202] 但是，相鄰微細凸鏡的鏡面間交界寬度十分小時，入射微小交界寬度部分的干涉 光的光能量也非常小。
[0203]為此，產生干涉性雜質的光能量便不會大。
[0204]在這種情況下，即便發(fā)生干涉性雜質，在蜂窩方式排列的情況下，如上所述，被分 散為三個方向，對比度十分弱小。
[0205] 這樣便有效減輕了干涉性雜質的視覺認知程度。
[0206] 如圖1的(a)所述，凹面鏡9構成使得二微放大虛像12成像的虛像成像光學系統(tǒng)。
[0207] 換言之，放大虛像12即是經過凹面鏡9成像的像素像的集合。
[0208]如果微細凸鏡即微鏡具有變形功能，則可以在互相正交的方向上使得微小凸鏡 的發(fā)散功能不同。
[0209] 圖6的（a)圖和(b)圖是以標記80表示被掃描面元件8上密集形成微鏡(微細凸鏡） 的示意圖。圖6的(a)所示的例子中，微細凸鏡為橢圓形，以陣列形狀排列。
[0210] 圖6的(b)所示的例子中，微細凸鏡80為具有平行于X軸向的邊的縱長六角形，以扶 手椅方式排列。
[0211 ]微細凸鏡80中，X軸向的鏡面曲率半徑和Y軸向的鏡面曲率半徑不同，X軸向的曲率 半徑Rx小于Y軸向的曲率半徑Ry。簡而言之，微細凸鏡80的X軸向曲率大于Y軸向曲率。
[0212 ]為此，微細凸鏡80的X軸向的屈光度(發(fā)散能)比Y軸向的屈光度(發(fā)散能)大。
[0213]而且，由于鏡面的X軸向和Y軸向均具有曲率，因而微細凸鏡如圖6的（b)所示，呈六 角形，能夠減弱如上所述的干涉性雜質的視覺認知程度。
[0214]圖6的(a)圖和(b)圖顯不像素顯不用光束LC入射一個微細凸鏡80時的情況。圖6的 (a)圖和(b)圖中各個微細凸鏡80的Y軸向的邊長均大于X軸向的邊長。
[0215]如圖6的（a)圖所示，設像素顯示用光束LC呈Y軸向較長的橢圓形，Y軸向的光束直 徑小于微細凸鏡80中Y軸向的直徑。
[0216] 這樣能夠使得像素顯示用光束LC不會跨透鏡交界入射，從微細凸鏡射出的發(fā)散光 束的截面形狀為X軸向較長(橫長)的橢圓形狀。
[0217] 微細凸鏡無論其Y軸向長度和X軸向長度如何，只要X軸向的曲率大于Y軸向的曲 率，從各微細凸鏡射出的發(fā)散光束的截面FX的Y軸向長度大于X軸向的長度。即橫長。
[0218] 上述抬頭顯示裝置例如用于作為汽車等的車載裝置，X軸向為從駕駛座位看到的 橫向，Y軸向為縱向。
[0219] 此時的反射面元件10為汽車的前窗。
[0220] 可以在前窗前方顯示放大虛像12,如導航圖像等，觀察者即駕駛員，坐在駕駛席上 幾乎不用移動視線便能觀察該圖像。
[0221]在這種情況下，如上所述，一般優(yōu)選被顯示的放大虛像為駕駛員觀察到的橫長圖 像，即微鏡上形成的圖像以及放大虛像為X軸向視角較大的圖像。
[0222] 如上所述，需要橫向視角大于縱向視角，用于使得觀察者即駕駛員從左右斜向看 到顯示圖像時也能夠認知顯示。
[0223] 為此，要求放大虛像的長邊方向的發(fā)散角度(X軸向）大于短邊方向（Y軸向）的發(fā)散 角度(非等向發(fā)散)。
[0224] 為此，優(yōu)選將被掃描面元件的微細凸鏡形成為變形透鏡，該變形透鏡在微鏡上形 成的圖像或放大虛像的長邊方向的曲率大于短邊方向的曲率，而且能夠使得像素顯示用光 束發(fā)散，出于發(fā)散角度，二維圖像的橫向大于縱向。
[0225] 這樣，被掃描面元件的微細凸鏡能夠使得光束在滿足抬頭顯示裝置的要求視角所 需要的最小限度范圍內發(fā)散，有利于提高光的利用效率和顯示圖像的灰度。
[0226] 當然，本發(fā)明并不局限于上述的非等向發(fā)散，也可以是縱向發(fā)散角度和橫向發(fā)散 角度相等的等向發(fā)散。
[0227] 但是，如果是汽車等的車載用抬頭顯示裝置，駕駛員經常相對于顯示圖像從上下 方向觀察。
[0228] 在這種情況下，優(yōu)選被掃描面元件的微細凸鏡鏡面如上所述，能夠使得像素顯示 用光束發(fā)散，發(fā)散角度使得二維圖像的橫向大于縱向。
[0229] 利用現(xiàn)有技術，可以將微細凸鏡(微鏡)的鏡面形成為非球面。
[0230] 上述變形透鏡的鏡面也是非球面，但是微細凸鏡的鏡面可以形成為更加普通的非 球面，也可以實行像差補償。
[0231]通過像差補償，能夠減小發(fā)散強度不均。
[0232]圖4的（a)至(c)圖所示的微細凸鏡結構(微鏡陣列）中，各個微細凸鏡(微鏡)為正 方形或六角形。
[0233] 但是，微細凸鏡的形狀并不需要為正多邊形，也可以是圖4(a)至(c)的微鏡形狀向 著某一個方向延伸的形狀。
[0234] 在這種情況下，正方形稱為長方形，六角形成為細長變形六角形。
[0235] 在圖4的(a)至(c)圖所示的排列中，微細凸鏡結構的有效像素間距在X軸向分別為 XI至X3，Y軸向分別為Y1至Y3。
[0236]當設定X軸向的有效像素間距為SX，Y軸向的有效像素間距為SY時，兩者之比SY/SX 被稱為縱橫比。
[0237] 圖4的(a)圖中的縱橫比為Y1/X1，因 XI =Y1，為此縱橫比為1。
[0238] 圖4的（b)圖中的縱橫比為Y2/X2,因 Y2>X2,為此縱橫大于1。圖4的（c)圖中的縱橫 比為Υ3/Χ3，因 Υ3 < Χ3，為此縱橫小于1。
[0239]圖5中的（a)至（c)所示的微鏡陣列91至95的微細凸鏡結構中，與圖4相同，如下設 定有效像素間距。
[0240] X軸向和Y軸向的有效像素間距為徒5的(X11，Y11)、(X12，Y12)、(X13，Y13)。
[0241] 圖5(a)所示的微細凸鏡結構為，按照正方行列形狀排列長方形微細凸鏡9111、 9112、·· 9121 ··，縱橫比大于 1。
[0242] 圖5的(b)至(e)所示的微鏡陣列92至95的微細凸鏡結構為蜂窩方式排列。
[0243] 圖5的(b)、（d)、（e)圖所示的蜂窩方式排列中，縱橫比Y12/X12、Y13/X13均大于1。
[0244] 圖5的(a)至(e)圖所示的五個微細凸鏡結構例均為Υ軸向長度大于X軸向長度。
[0245] 在上述Y軸向長度大于X軸向長度的微細凸鏡中，X軸向曲率大于Y軸向曲率的微細 凸鏡形狀比較容易。
[0246] 為此，易于實現(xiàn)上述X軸向屈光度大于Y軸向屈光度的變形光學性能。
[0247] 例如，在圖5的（a)所示的例子中，具體可以設乂11 = 15(^111，￥11 = 20(^1]1，縱橫比= 200/150 = 4/3>1〇
[0248] 而此時像素顯示用光束的直徑為X軸向小于150μπι，Υ軸向小于200μπι。
[0249] 圖5的(b)至(d)圖所示的微細凸鏡的排列均為蜂窩方式排列，各個微細凸鏡均呈Υ 軸向較長的形狀。
[0250] 圖5的(b)圖所示的排列為曲折方式，圖5的（c)至(e)的排列均為扶手椅方式。
[0251 ]圖5的(b)圖所示的排列為曲折方式的縱長蜂窩排列和(c)圖的扶手椅方式的縱長 蜂窩排列均可以使所用。
[0252] 但是，圖5中，（c)圖相對于(b)圖具有以下有利之處。
[0253] 即，與(b)圖相比，（c)圖的排列方式能夠使得微細凸鏡中X軸向與Y軸向的大小之 差更小，從而縮小縱橫方向的有效像素大小之差。
[0254] 具體大小如下。
[0255] 例如，圖5的（b)中的微細凸鏡9211、9212等乂軸向的半徑1?21=10(^111，￥軸向的半徑 R2y = 200μπι。
[0256] 此時，X軸向的有效像素間距XI2為1 ΟΟμπι，Υ軸向的有效像素間距Y12為150um。
[0257] 同樣，圖5的（c)中的微細凸鏡9311、9312等乂軸向的半徑1?1=10(^111，￥軸向的半徑 R3y = 200μηι。
[0258] 微細凸鏡9311等六角形上下邊長為50μπι。
[0259] 此時，X軸向的有效像素間距XI3為75μπι，Υ軸向的有效像素間距Υ13為1 ΟΟμπι。
[0260]為此，圖5中（c)所示排列（75μπι和100μπι)的有效像素間距之間，比（b)所示排列（50 μπι和1 ΟΟμπι)的有效像素間距之間更加互相接近。
[0261]圖5的（c)至(e)圖中，設X軸向有效像素間距為XI3，Υ軸向有效像素間距為Υ13。
[0262] 這是因為，圖5的（c)至(e)圖的蜂窩方式排列(扶手椅方式的蜂窩排列）中，X軸向 的像素間距以及Y軸向的像素間距具有相同定義。
[0263] 圖5的（d)圖中，微細凸鏡9411和9421等的沿X軸向平行的上下邊短，斜邊長。
[0264] 圖5的（e)圖中，也是微細凸鏡9511和9521等的沿X軸向平行的上下邊短，斜邊長。
[0265] 如這些圖所示，通過微細凸鏡的六角形形狀的變形，能夠調整X軸向的像素間距 XI3和Y軸向的像素間距Y13。
[0266] 與圖5的（c)相同，圖5的(d)和(e)所示的排列也是微細凸鏡結構為縱長結構，因而 也能夠使得X、Y軸向的實效像素間距變得均等。
[0267] 例如，圖8所示的微鏡陣列96的微鏡961U9612等具有與圖5的(d)相同的縱長六角 形形狀。
[0268] 例如，圖8所示的微鏡陣列96的微鏡9611、9621等具有與圖5的(d)所示的微鏡陣列 95相同的六角形形狀。
[0269] 圖8所示的微鏡9611等的排列是與圖5的（c)圖相同的扶手椅方式縱長蜂窩排列。
[0270] 微鏡9611等的六角形形狀被設定為，X軸向的有效像素間距X14與Y軸向的有效像 素間距Y14完全相等。
[0271] 這樣，在扶手椅方式的縱長蜂窩排列中，可以將縱橫比設定為1。在微細凸鏡的大 小大于像素顯示用光束直徑以及與像素顯示用光束直徑相同程度的的情況下，只要該微細 凸鏡的有效像素間距的縱橫比為1，對于作為虛像投影的圖像數(shù)據，能夠提高虛像的再現(xiàn) 性。這是因為，這種情況使得作為虛像投影的圖像數(shù)據在微鏡陣列上的像素間距能夠與有 效像素間距保持一致，或者相比于其他有效像素間距，此時的有效像素間距能夠接近在被 作為虛像投影的圖像數(shù)據的微鏡陣列上的圖像數(shù)據的像素間距。
[0272] 以上出于方便，將縱向稱為上下方向，將橫向稱為左右方向。
[0273] 但是，在實際的空間中，哪個方向是縱向取決于微鏡陣列在圖像顯示裝置中的安 裝方向以及圖形顯示裝置在車輛等移動體中的安裝方向。
[0274] 二維偏轉部6在圍繞一根軸來回搖動（第一軸的搖動）期間，還圍繞另一根軸多次 來回搖動(第二軸的搖動），在多數(shù)情況下，將放大虛像的長邊方向即X方向設定為，第二軸 搖動使得像素顯示用光束LC在微鏡陣列上的掃描方向。為此，扶手椅方式的六角形中平行 于微鏡X軸向的上下邊大致平行于像素顯示用光束LC掃描微鏡陣列的掃描方向，扶手椅方 式的縱長蜂窩結構是指，拉長扶手椅方式的六角形中最平行于像素顯示用光束掃描微鏡陣 列的掃描方向的兩條邊之間的間距，換言之，沿著與該兩條邊正交的方向，拉長最平行于像 素顯示用光束掃描微鏡陣列的掃描方向的邊和與該邊相對的邊之間的間距。
[0275] 為此，扶手椅方式的縱長蜂窩排列除了提高灰度以及有效像素數(shù)量以外，還能夠 減小X軸向（橫向）與Y軸向（縱向）之間的有效像素間距之差。
[0276] 對于如圖5的（c)至(e)圖所示的微細凸鏡的形狀，例如為了控制發(fā)散光束的發(fā)散 角度控制，可以任意選擇。
[0277] 在圖1的(a)所示的抬頭顯示裝置中，像素顯示用光束LC垂直入射被掃描面元件8 的微細凸鏡結構。
[0278] 但是，像素顯示用光束入射被掃描面的入射方式并不局限于垂直入射。
[0279]例如，對從光源部到反射面元件的光學元件的排列上下功夫，在抬頭顯示裝置簡 潔緊湊布置的情況下，可以考慮圖7的(a)所示的入射方式。
[0280] 即如圖7的(a)所示，像素顯示用光束LC傾斜入射被掃描面元件。
[0281] 但是，在設定微細凸鏡的鏡面為非球面鏡面的情況下，像素顯示用光束LC相對于 光軸傾斜入射，無法發(fā)揮非球面作用。
[0282]在這種情況下，如圖7的（b)圖所示的被掃描面元件8a，可以將微細凸鏡ML的鏡面 光軸AX相對于被掃描面元件8a垂直的方向傾斜。
[0283]這樣，能夠使得鏡面光軸AX平行于，或者接近平行于像素顯示用光束LC的入射方 向。
[0284] 被掃描面元件8a的基準面為微細凸鏡ML的陣列排列面。
[0285] 這樣便能夠使得光學系統(tǒng)小型化，提高光利用效率，使得通過微細凸鏡發(fā)散的像 素顯示用光束的發(fā)散方向均質化。
[0286] 上述抬頭顯示裝置并不局限于搭載在上述的汽車上，還可以搭載于火車、船舶、直 升飛機、飛行器等各種可操縱移動體上。例如，可以用摩托車的擋風板作為投射反射部件。
[0287] 此時，只要將駕駛席前方的前窗作為反射面元件便可。
[0288]抬頭顯示裝置還可以作為例如觀賞電影用的圖像顯示裝置來使用。
[0289] 如上所述，用來發(fā)散像素顯示用光束的微細凸鏡結構的微細凸鏡，在某些情況下 可以僅向X和Y兩個方向中的一個方向發(fā)散。
[0290] 此時，微細凸鏡的鏡面可以采用微細凸柱面。
[0291] 微細凸鏡的形狀為六角形，排列為蜂窩方式排列，這些可以從以往的有關微鏡陣 列的制造方法中得知。
[0292] 上述抬頭顯示裝置可以作為例如汽車等的車載用，X方向為在駕駛席看到的橫向， Y方向為在駕駛席看到的縱向。
[0293] 此時的反射面元件10為汽車的前窗。
[0294] 在這種情況下，可在前窗上顯示虛像，例如導航圖像，作為觀察者的駕駛員可以坐 在駕駛席上，幾乎不需要將視線離開前窗，便能夠看到該圖像。
[0295] 此時如上所述，顯示的放大虛像為駕駛著看到的橫邊長圖像，換言之，優(yōu)選在微鏡 上形成的圖像以及放大虛像為X方向視角較大的圖像，即橫邊長圖像。
[0296] 已知微細凸鏡(微鏡)鏡面可以形成為非球面。
[0297] 將微細凸鏡的鏡面形成為更加普通的非球面，可以實行像差補償。
[0298]通過像差補償，能夠降低發(fā)散強度不均。
[0299]圖9是圖像顯示裝置1000的硬件結構圖。如圖所示，圖像顯示裝置100具備 FPGAeOOXHJeOShROMeOtRAMeoeU/FeOS、主線 610、LD 驅動器6111、MEMS控制器 615等。 FPGA600通過LD驅動器6111和MEMS615等，使得光源部100的LD(半導體激光）以及下述光偏 轉器15動作。CPU602控制圖像顯示裝置100的各項功能。R0M604保存供CPU602執(zhí)行的用來控 制圖像顯示裝置1000的各項功能的圖像處理用程序。RAM606被作為CPU602的工作區(qū)域。1/ F608是用于與外部控制器等通信的接口，例如用來連接汽車的CAN(Controller Area Network)等。
[0300] 圖10是圖像顯示裝置1000的功能模塊圖。如圖所示，圖象顯示裝置100具備車輛信 息輸入部900、外部信息輸入部902、圖像生成部904、圖像顯示部906。車輛信息輸入部900中 被輸入CAN等車輛信息(速度、行駛距離等信息）。外部信息輸入部902中被輸入來自外部網 絡的車輛外部的信息(GPS的導航信息等）。圖像生成部904包含CPU602、R0M604、RAM606j| 據車輛信息輸入部900和外部信息輸入部902中的輸入信息，生成需要顯示的圖像。圖像顯 示部906包含F(xiàn)PGA600、LD驅動器6111、MEMS控制器615、LD、光偏轉器15,將基于圖像生成部 904生成的圖像的圖像光照射到反射面元件上。其結果，從觀察者11的視點能夠視覺認知到 放大虛像12。
[0301] 圖11顯示作為二維偏轉部6的一例的光偏轉器15的俯視圖。光偏轉器15是圖2顯示 的利用半導體工序制造的MEMS鏡，具有反射面，并且具有鏡150和支持體，鏡150受到能夠圍 繞第一軸搖動的第一框架部件151的支持，支持體用來支持第一框架部件151圍繞第二軸搖 動，該第二軸垂直于第一軸。支持體具有一對將多條梁連接起來構成的曲折延伸部152、和 用來支持該曲折延伸部的第二框架部件154。各曲折延伸部的一端連接第一框架部件151， 另一端連接第二框架部件154。各曲折延伸部中的多條梁上分別設有多個壓電部件156(例 如PZT)。各曲折延伸部中相鄰兩條梁152a和152b上分別設有的兩個壓電部件上施加不同電 壓，從而使得相鄰兩條梁向不同方向彎曲，彎曲累積后，鏡150以較大角度圍繞第二軸搖動。 用這樣的構成，圍繞第二軸的光掃描(例如副掃描方向的光掃描)能夠為低電壓。另一方面， 圍繞第一軸，例如利用連接鏡150的扭桿、以及連接在該扭桿與第一框架部件151之間且包 含懸臂梁和壓電元件(例如PZT)在內的壓電執(zhí)行器等發(fā)生共振來進行光掃描(例如住掃描 方向的光掃描）。光偏轉器15具有用來檢測鏡150圍繞第一軸、第二軸的搖動位置的檢測器， 該檢測器的檢測信息被輸出到處理裝置50。處理裝置50根據該檢測信息以及圖像信息，控 制各半導體激光的驅動。
[0302]但是近年來，用于車載HUU(抬頭顯示器)的技術開發(fā)不斷進步，關于駕駛員以較少 的視線移動便能夠視覺認知警報/信息的應用軟件的市場期待不斷提高。尤其是隨著以 ADAS(Advanced Driving Assistance System)稱謂為代表的車載傳感技術的發(fā)展，車輛能 夠取得各種各樣的行駛環(huán)境信息以及車內乘客信息，HUD用來將這些信息傳送給駕駛員，其 作為ADAS的出口，也受到矚目。
[0303] HUD的投影方式有，面板方式和激光掃描方式，前者是用如液晶以及DMD的圖像設 備來顯示中間像，后者則是用二維掃描設備掃描激光二極管發(fā)射的激光光束，形成中間像。 激光掃描方式與用全畫面發(fā)光的部分遮光形成圖像的面板方式不同，能夠對各個像素進行 發(fā)光/非發(fā)光的分配，通常用于高對比度的圖象形成。
[0304] 市場對于HUD的要求大致可以歸納為以下兩點。
[0305] 1.簡潔緊湊性
[0306] 2.視覺認知壓力低
[0307] 關于簡潔緊湊性，要求盡量不會影響到儀表盤、管路、測試儀、除霜器、車身結構 等。這是因為為搭載HUD而犧牲儀表盤、管路、測試儀、除霜器、車身結構等，將致使空調性 能、除霜性能、車身強度性能下降。
[0308] 關于視覺認知壓力低，由于HUD的影像始終在駕駛員視野周圍顯示信息，因而要求 不會對駕駛環(huán)境、駕駛員狀態(tài)產生壓力的影像顯示。上述ADAS技術的發(fā)展使得投影到HUD上 的內容量增多。然而，人的認知處理有限，如果大量傳感信息直接顯示到HUD上，會使得駕駛 員感到焦躁，信息顯示裝置的HUD反而成為駕駛視野障礙因素。
[0309]上述HUD即抬頭顯示器中，包含光源以及圖像形成元件的圖像形成部形成的圖像 光被投影到屏幕(例如被掃描面元件)上后，例如通過包含凹面鏡的投影光學系統(tǒng)投影，經 由透射反射部件(例如前窗或)進入人的眼睛(借助于透射反射部件可以視覺認知）。該屏幕 例如以微鏡陣列構成，通過透鏡曲率可以任意控制光的發(fā)散角度。此時，顯示圖像(虛像)的 X方向以及Y方向的像素間距取決于包含投影光學系統(tǒng)以及前窗在內的光查光學系統(tǒng)的曲 率、以及微鏡陣列在X方向和Y方向的有效透鏡間距。
[0310]但是，現(xiàn)有的抬頭顯示裝置(例如參見專利文獻1)，在通過觀察光學系統(tǒng)將經由微 鏡陣列的圖像光引導到人的眼睛時，顯示圖像(虛像）的X方向與Y方向之間，縱橫像素間距 之差較大。
[0311]顯示圖像的縱橫像素間距之差大的狀態(tài)具體為像素再現(xiàn)性差以及圖像整體畫質 低。
[0312]也就是說，現(xiàn)有的抬頭顯示裝置在微鏡陣列的設計上完全沒有考慮到如何減小顯 示圖像在X方向與Y方向之間像素間距之差的問題，其結果導致圖像畫質差。
[0313]觀察光學系統(tǒng)的倍率越高，畫質差的問題就越是顯著。例如，在保持顯示圖像大小 不變的同時力求裝置小型化的情況下，需要縮短屏幕到投影光學系統(tǒng)的光路長度，且提高 投影光學系統(tǒng)的倍率，此時畫質差的問題便會變得顯著。
[0314]對此，以下將要描述的作為圖像顯示裝置的抬頭顯示裝置（以下稱為HUD)能夠在 抑制畫質下降的同時，實現(xiàn)裝置的小型化。HUD的整體構成與圖像顯示裝置1000(抬頭顯示 裝置)相同。HUD可以采用上述圖像顯示裝置100的所有結構。
[0315]如圖12和圖13所示，HUD具備與XY平面平行設置的微鏡陣列。
[0316] MLA具有多個微鏡以陣列形狀無間隙排列結構，并以需要的發(fā)散角度發(fā)散光源部 100的激光。微鏡的橫向寬度例如約為200μπι。微鏡的平面形狀(Z軸向俯視形狀)并不局限于 四角形，也可以是三角形或六角形。
[0317]圖12的（a)圖和圖13中的Py表示Υ方向的透鏡間距。圖12的（b)圖以及圖13的Ρχ表 示X方向的透鏡間距。MLA中各微鏡的幾何中心與光學中心保持一致。在此，微鏡的幾何中心 是指，沿著Ζ軸向觀察微鏡時該微鏡的幾何中心。微鏡的光學中心是指，該微鏡的光軸位置 或該微鏡的透射光強度分布最大位置。
[0318]如圖12所示，MLA受到入射光束201掃描時，該入射光束201通過微鏡發(fā)散，成為發(fā) 散光202。對MLA的X方向和Υ方向的透鏡間距Ρχ和ΡΥ分別進行單獨控制，能夠使得入射光束 201以需要的發(fā)散角度θχ和0y發(fā)散。
[0319] MLA的透鏡個數(shù)取決于HUD的中間像的像素個數(shù)。在圖13中，可以將以相鄰兩個微 鏡中心之間的X方向和Y方向的距離Ρχ和Py為縱橫邊長的長方形大小，作為微鏡中一個像素 的大小。此時，Y方向上的透鏡數(shù)量大于X方向上的透鏡數(shù)量，且Px>Py。而對于觀察光學系 統(tǒng)，其在X方向和Y方向上的倍率Βχ和By之間，Bx < By。
[0320] 即HUD中以下的關系式（1)成立。
[0321] Px>Py 且 Bx<By (1)
[0322] 在此，在HUD中光束202受到X方向和Y方向的透鏡間距為Ρχ和Py的MLA發(fā)散，該發(fā)散 光束按照觀察光學系統(tǒng)的X方向和Y方向的倍率Bx和By放大，從而能夠減小顯示圖像在X方 向和Y方向之間的像素間距(像素密度)之差，抑制畫質降低。
[0323]與此相同，從減小顯示圖像在X方向和Y方向之間的像素間距之差的觀點出發(fā)，也 可以讓以下的關系式(2)成立。
[0324] Bx>By 且 Px<Py (2)
[0325] 在上述式（1)或式(2)成立的情況下，優(yōu)選進一步讓以下的關系式(3)成立。
[0326] ΡχχΒχ1 PyxBy (3)
[0327] 此時，顯示圖像在X方向和Y方向之間的像素間距之差非常小(幾乎為0)，因而能夠 進一步抑制畫質降低。
[0328] 例如，設定（Bx，By) = (15.4, 14. 2)，（Px，Py) = (130μηι，140μηι)， 15.4χ 13〇l14·2 χ 140,顯示圖像在X方向和Υ方向上的像素間距基本一致。在此，基本一 致是指前兩位數(shù)相同或前三位數(shù)在四舍五入的情況下相同。
[0329]關于?1、？7、81、87的設定，既可以先設定(8乂，87)，再據此設定(？1，？7)，也可以先 設定(Px，Py)，再據此設定(Bx，By)，進而還可以先設定(Ρχ，Βχ)，再據此設定(By，Py)，或者 先設定(By，Py)，再據此設定(Px，Bx)。
[0330] 但是，在HUD的設計上，觀察光學系統(tǒng)的倍率(Bx，By)對整個結構影響較大，因此先 設定(Bx，By)，而后再據此設定MLA的透鏡間距(Px，Py)比較合理。
[0331] 以下是一個例子。用HUD顯示的虛像，其水平視角為8°，垂直視角為3°，虛像顯示 距離離開視點位置6m。虛像大小為X方向838mm，Y方向314mm。中間像的橫向寬度為57mm，縱 向寬度為24mm。為此，虛像與中間像的大小之比即觀察光學系統(tǒng)的倍率(Bx，By)為（14.7， 13.1)3方向的倍率與Y方向的倍率不同的原因在于，包含投影光學系統(tǒng)以及前窗在內的觀 察光學系統(tǒng)為非轉動對稱的偏心光學系統(tǒng)。而且，為了 HUD小型化，投影光學系統(tǒng)實施高倍 率，在此基礎上，倍率間的不同帶來的影響將變得更大。當設定(Bx，By ) = (14.7，13.1)時， MLA的X方向和Y方向的透鏡間距(Px，Py)為（130μπι，140μπι)，用以使得顯示圖像(虛像)在X方 向的像素間距和Υ方向之間的像素間距基本保持一致。
[0332] 關于MLA，并不局限于上述陣列形排列，例如也可以按照蜂窩形排列實質相同的多 個六角形微鏡。蜂窩形排列大致可分為兩種。
[0333] 即如圖14的(a)所示，具有平行于Υ方向的邊的曲折方式排列，和如圖14的(b)圖所 示，具有平行于X方向的邊的扶手椅方式排列。此時，各個微鏡中的幾何學中心 Cg與光學中 心Co保持一致。
[0334] 在圖14的(a)圖中，將在X方向上相鄰兩個微鏡的中心間距作為X方向的透鏡間距 Ρχ，以通過在X方向上排列的多個微鏡中心的軸為中心軸，將相鄰中心軸之間的間距作為Y 方向的透鏡間距Py。此時X方向的分辨率提高。
[0335] 在圖14的（b)圖中，將在Y方向上相鄰兩個微鏡的中心間距作為Y方向的透鏡間距 Py，以通過在Y方向上排列的多個微鏡中心的軸為中心軸，將相鄰中心軸之間的間距作為Y 方向的透鏡間距Ρχ。此時Y方向的分辨率提高。
[0336] 如果上述關系式（1)和（2)在上述蜂窩形排列的MLA中成立，則能夠減小顯示圖像 在X方向和Υ方向之間像素間距(像素密度)之差，抑制畫質降低。進而上述關系式(3)成立， 則能夠進一步抑制畫質下降。
[0337] 此外，出于斑點等畫質下降理由，MLA的透鏡還可以采用如圖15所示的不帶有周期 性的隨機排列。采用隨機排列，由于個透鏡元件861與862之間、862與863之間產生的干涉圖 案分別為具有不同方向和間距的干涉條紋，為此，在宏觀視覺上不會被認知為方向和間距 相同的干涉條紋。
[0338] 以上描述了減小透鏡周期性的應對方法，即透鏡間距的非周期化(無規(guī)則化)帶來 的透鏡較界方向的隨機化。有關該隨機化結構已被例如專利文獻JP特開2003-004907號公 報公開。
[0339] 經過透鏡交界方向隨機化的微鏡陣列（以下也稱為隨機排列透鏡陣列RLA)與常用 的隨機發(fā)散板不同。
[0340]普通的發(fā)散板在其表面上形成直徑不同的凹凸結構。例如比光束直徑小很多的凹 凸，該部分會發(fā)生強烈的干涉。為此普通的發(fā)散板將發(fā)生干涉。
[0341] 對此，在隨機排列透鏡陣列RLA中，為了抑制干涉，全面確保一定大小以上的透鏡 直徑，同時將該結構中的一部分隨機化。
[0342] 具體如圖16所示，例如在具有大致呈正方形微鏡的隨機排列陣列中，如上所述，按 照入射光束直徑<透鏡直徑的關系來設定該透鏡直徑。
[0343] 各透鏡的光學中心898如下設置，即相對于圖中的899顯示的周期性基準圖案(幾 何學中心），在以897表示的假想境界區(qū)域以內，使得每個透鏡各透鏡的光學中心898隨機變 位。對所有其它透鏡也均適用該操作，從而可以獲得每個透鏡區(qū)域中透鏡的光學中心位置 不同的微鏡陣列。這樣，相對于成為基準的透鏡境界，例如其境界方向如線893、894、895、 896那樣，獲得隨機偏離的透鏡形狀。該隨機化也適用于其它所有透鏡，從而獲得各透鏡的 境界方向不同的隨機排列透鏡陣列RLA。
[0344]圖17是一例隨機排列透鏡陣列RLA的示意圖。圖17的(a)圖顯示六角形曲折方式的 隨機排列透鏡陣列ZRLA，（b)圖顯示六角形扶手椅方式的隨機排列透鏡陣列ARLA。
[0345] 在此，關于ZRLA，設定X方向上相鄰兩個微鏡的光學中心Co的X方向距離的平均值 為X方向透鏡間距，相鄰兩根通過沿X方向排列的多個微鏡的光學中心Co在Y方向的平均位 置、在X方向上延伸的軸之間間距的平均值為Y方向透鏡間距。
[0346] 關于ARLA，設定Y方向上相鄰兩個微鏡的光學中心Co的Y方向距離的平均值為Y方 向透鏡間距，相鄰兩根通過沿Y方向排列的多個微鏡的光學中心Co在X方向的平均位置且在 Y方向上延伸的軸之間間距的平均值為X方向透鏡間距。
[0347] 在ZRLA和ARLA中也與上述相同，設定虛像的水平視角為8°，垂直視角為3°。虛像顯 示距離離開視點位置6m，此時虛像大小為，X方向839mm，Y方向314mm。設定實行光學中心Co (參見圖16的標記898)隨機化的假想交界區(qū)域(參見圖16的標記897)是間距比（與透鏡間距 之比）6 %左右的、以幾何學中心Cg(參見圖16的標記899)為中心、半徑為8μπι的圓。中間像 的橫向寬度為57mm，縱向寬度為24mm。為此，虛像與中間像的大小之比即觀察光學系統(tǒng)的X 方向倍率和Y方向倍率分別為14.7倍和13.1倍。在此，X方向的倍率與Y方向的倍率不同是因 為，包含投影光學系統(tǒng)以及前窗在內的觀察光學系統(tǒng)是非轉動對稱的偏心光學系統(tǒng)。而且， 為了 HUD的小型化，需要縮短屏幕與投影光學系統(tǒng)之間的距離，使得投影光學系統(tǒng)具有高倍 率，在此基礎上，該倍率之間的不同變得更大。針對觀察光學系統(tǒng)的倍率為X方向14.7倍及Y 方向13.1倍，可將MLA的X方向和Y方向的透鏡間距設定為，使得顯示圖像在X方向的像素間 距和Y方向像素間距為一定，例如為130μηι和140μηι。
[0348] 以下描述MLA的實施例1至9的微鏡陣列(MLA1至9)。為了方便，附圖中顯示微鏡陣 列的至少一部分。
[0349] [實施例1]
[0350] 在實施例1的MLA1中，如圖18所示，實質相同的多個縱長四角形(在此為縱長長方 形)微鏡按陣列形無間隙排列。
[0351] MLA1中，各微鏡的幾何學中心Cg與光學中心Co-致，X方向的透鏡間距為Ρ1，Υ方向 的透鏡間距為Ρ2。在此，?表示幾何學中心Cg，·表示光學中心Co(其他實施例相同）。
[0352]在圖18中，X方向上排列的多個微鏡構成的一行透鏡從+Y-方到-Y-方，依次稱為 第一行透鏡、第二行透鏡、第三行透鏡、第四行透鏡。此時，MLA1包含第一行至第四行透鏡構 成的透鏡行群。實施例2至6相同。
[0353]各行透鏡中通過排列在X方向上的多個微鏡中心的軸（中心軸)平行于X軸，相鄰兩 根中心軸之間的間距（中心軸的鄰接間距）一定(P2)。在此，還可以將中心軸的鄰接間距定 義為Y方向的透鏡間距。第一至第四行的中心軸為nc至Y4c(參見圖18)。
[0?4]當設實施例1的MLA1中Pl = Px，P2 = Py時，如果上述關系式（1)或（2)成立，則能夠 抑制畫質下降，進而關系式(3)成立，則能夠進一步抑制畫質下降。具體在實施例1中，使用 縱長微鏡，P1<P2,當B1>B2成立時，能夠抑制畫質下降。另一方面，與實施例1相反，在使用 橫長的微鏡的情況下，由于P2<P1，當B2>B1成立時，能夠抑制畫質下降。
[0355][實施例2]
[0356] 實施例2的MAL2如圖19所示，實質相同的多個縱長四角形(在此為縱長長方形)微 鏡按陣列形無間隙排列。
[0357] MLA2中各微鏡的光學中心Co偏離幾何學中心Cg，偏心方向和偏心量不規(guī)則（隨 機），限定偏心范圍的假想交界區(qū)域是以幾何學中心Cg為中心的的圓，半徑為rl。
[0358] 也就是說，MLA2在X方向和Y方向上整體上偏心范圍相同，且由于是隨機偏心，可以 認為X方向的偏心量的平均和Y方向的偏心量的平均相等。實質上，可以將這種情況視為與 實施例1的MLA1相同，即X方向和Y方向的透鏡間距分別為P1和P2的微鏡陣列。
[0359] 當設實施例2的MLA2中Pl = Px，P2 = Py時，如果上述關系式（1)或⑵成立，則能夠 抑制畫質下降，進而關系式(3)成立，則能夠進一步抑制畫質下降。具體在實施例2中，使用 縱長微鏡，PKP2,如果B1>B2,則能夠抑制畫質下降。另一方面，與實施例2相反，在使用橫 長微鏡的情況下，由于P2<P1，當B2>B1時，能夠抑制畫質下降。
[0360] [實施例3]
[0361] 實施例3的MAL3如圖20所示，與實施例2相同，實質相同的多個縱長四角形(在此為 縱長長方形)微鏡按陣列形無間隙排列，各微鏡的光學中心隨機偏心。
[0362] 在此設定MLA3中，X方向上相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離的平均值為 Ml，各行透鏡中，通過多個微鏡的光學中心Co在Y方向的平均位置且在X方向上延伸的軸的 鄰接間距的平均值為M2,觀察光學系統(tǒng)的X方向和Y方向的倍率分別為B1和B2時，如果Ml> M2且B1<B2,或者M1<M2且B1>B2成立，則能夠抑制畫質下降，在此基礎上，如果 Ρ1χΒ1?Ρ2χΒ2,則能夠進一步抑制畫質下降。具體在實施例3中，使用縱長微鏡，Ml < M2,如果B1>B2成立，則能夠抑制畫質下降。另一方面，與實施例3相反，在使用橫長微鏡的 情況下，由于M2<M1，當B2>B1成立時，能夠抑制畫質下降。此外，設定各行透鏡中能夠多個 微鏡的光學中心Co的Y坐標為yl、y2、· · ·、yN，此時該行透鏡在Y方向的光學中心Co的平 均位置為(yl+y2+ · · · +yN)/N。
[0363] 以下具體描述Ml和M2。
[0364] 第一行多個微鏡(例如八個）中相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為Mla、 Mlb、Mlc、Mld、Mle、Mlf、Mlg〇
[0365] 第二行多個微鏡(例如八個）中相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為Mlh、 11^1」、111^11、11111、1111。第三行多個微鏡(例如八個）中相鄰兩個微鏡的光學中心(：〇在父 方向的距離為 Mlo、Mlp、Mlq、Mlr、Mls、Mlt、Mlu。
[0366] 第四行多個微鏡(例如八個）中相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為Mlv、 Mlw、Mlx、Mly、Mlz、Mla、M10〇
[0367] 此時，Ml = (Mla+Mlb+Mlc+Mld+Mle+Mlf+Mlg+Mlh+Mli+Mlj+Mlk+Mll+Mlm+Mln+Mlo +Mlp+Mlq+Mlr+Mls+Mlt+Mlu+Mlv+Mlw+Mlx+Mly+Mlz+Mla+M10)/28。
[0368] 設通過第一行至第四行的多個(例如八個)微鏡的光學中心Co在Y方向的平均位置 的軸分別為￥1&、￥23、￥33、￥43，￥13與￥23之間的間距為123，￥23與￥33之間的間距為1213，￥3& 與Y4a之間的間距為M2c，此時，M2 = (M2a+M2b+M2c) /3。
[0369] [實施例4]
[0370]實施例4的MAL4如圖21所示，實質相同的多個縱長六角形微鏡以曲折形無間隙排 列。
[0371] MLA4中，各微鏡的幾何學中心Cg與光學中心Co-致，X方向的透鏡間距為P1，Y方向 的透鏡間距為Ρ2。
[0372] 各行透鏡中通過排列在X方向的多個微鏡中心的軸（中心軸)平行于X軸，相鄰兩根 中心軸之間的間距（中心軸的鄰接間距）一定(Ρ2)。在此，還可以將中心軸的鄰接間距定義 為Υ方向的透鏡間距。第一至第四行的中心軸為nc至Y4c(參見圖21)。
[0373] 當設實施例1的MLA4中Pl = Px，P2 = Py時，如果上述關系式（1)或⑵成立，則能夠 抑制畫質下降，進而關系式(3)成立，則能夠進一步抑制畫質下降。具體在實施例4中，使用 縱長微鏡，P1<P2,當B1>B2成立時，能夠抑制畫質下降。另一方面，與實施例4相反，在使用 橫長的微鏡的情況下，由于P2<P1，當B2>B1成立時，能夠抑制畫質下降。
[0374] [實施例5]
[0375] 實施例5的MAL5如圖22所示，實質相同的多個縱長六角形微鏡按曲折形無間隙排 列。
[0376] MLA5中各微鏡的光學中心Co偏離幾何學中心Cg，偏心方向和偏心量不規(guī)則（隨 機），限定偏心范圍的假想交界區(qū)域B是以幾何學中心Cg為中心的的圓，半徑為r2。
[0377] 也就是說，MLA5在X方向和Y方向上整體上偏心范圍相同，且由于是隨機偏心，可以 認為X方向的偏心量的平均和Y方向的偏心量的平均相等。實質上，可以將這種情況視為與 實施例4的MLA4相同，即X方向和Y方向的透鏡間距分別為P1和P2的微鏡陣列。
[0378] 當設實施例5的MLA5中Pl = Px，P2 = Py時，如果上述關系式（1)或（2)成立，則能夠 抑制畫質下降，進而關系式(3)成立，則能夠進一步抑制畫質下降。具體在實施例5中，使用 縱長微鏡，PKP2,如果B1>B2,則能夠抑制畫質下降。另一方面，與實施例2相反，在使用橫 長微鏡的情況下，由于P2 <P1，當B2 >B1時，能夠抑制畫質下降。[實施例6 ]
[0379]實施例6的MAL6如圖23所不，與實施例5相同，實質相同的多個縱長六角形微鏡按 曲折形無間隙排列，各微鏡的光學中心Co隨機偏心。
[0380]在此設定MLA6中，X方向上相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離的平均值為 Ml，各行透鏡中，通過多個微鏡的光學中心Co在Y方向的平均位置且在X方向上延伸的軸的 鄰接間距的平均值為M2,觀察光學系統(tǒng)的X方向和Y方向的倍率分別為B1和B2時，如果Ml> M2且B1<B2,或者M1<M2且B1>B2成立，則能夠抑制畫質下降，在此基礎上，如果 Ρ1χΒ1_Ρ2χΒ2成立，則能夠進一步抑制畫質下降。具體在實施例3中，使用縱長微鏡，Ml <M2,如果B1>B2成立，則能夠抑制畫質下降。另一方面，與實施例3相反，在使用橫長微鏡 的情況下，由于M2<M1，當B1<B2成立時，能夠抑制畫質下降。此外，設定各行透鏡中能夠多 個微鏡的光學中心Co的Y坐標為yl、y2、· · ·、yN，此時該行透鏡在Y方向的光學中心Co的 平均位置為(yl+y2+ · · · +yN)/N。
[0381] 以下具體描述Ml和M2。
[0382] 第一行多個微鏡（例如四個）中，相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為 Mla、Mlb、Mlc〇
[0383] 第二行多個微鏡(例如五個）中相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為Mld、 Mle、Mlf、Mlg〇
[0384] 第三行多個微鏡(例如四個）中相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為Mlh、
[0385] 第四行多個微鏡(例如五個）中相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為Mlk、 Mll、Mlm、Mln〇
[0386] 此時，
[0387] Ml = (Mla+Mlb+Mlc+Mld+Mle+Mlf+Mlg+Mlh+Mli+Mlj+Mlk+Mll+Mlm+Mln)/14。設通 過第一至第四行的多個(例如四個或五個)微鏡的光學中心Co在Y方向的平均位置的軸分別 為Yla、Y2a、Y3a、Y4a，Yla與Y2a之間的間距為M2a，Y2a與Y3a之間的間距為M2b，Y3a與Y4a之 間的間距為 M2c，此時，M2 = (M2a+M2b+M2c) /3。
[0388] [實施例7]
[0389] 實施例7的MAL7如圖24所示，實質相同的多個縱長六角形微鏡以扶手椅形無間隙 排列。
[0390] MLA7中，各微鏡的幾何學中心Cg與光學中心Co-致，X方向的透鏡間距為P2，Y方向 的透鏡間距為P1。
[0391]在圖24中，Y方向上排列的多個微鏡構成的透鏡列從+X-方到-X-方，依次稱為第 一列透鏡、第二列透鏡、第三列透鏡、第四列透鏡。此時，MLA7包含第一列至第四列透鏡構成 的透鏡列群。
[0392] 各列透鏡中通過排列在Y方向上的多個微鏡中心的軸（中心軸)平行于Y軸，相鄰兩 根中心軸之間的間距（中心軸的鄰接間距）一定(P2)。在此，還可以將中心軸的鄰接間距定 義為X方向的透鏡間距。
[0393] 當設實施例7的MLA7中Pl = Py，P2 = Px，觀察光學系統(tǒng)在Y方向和X方向的倍率為B1 和B2時，如果上述關系式（1)或（2)成立，則能夠抑制畫質下降，進而關系式(3)成立，則能夠 進一步抑制畫質下降。具體在實施例7中，使用縱長微鏡，P2<P1，當B2>B1成立時，能夠抑 制畫質下降。另一方面，與實施例7相反，在使用橫長的微鏡的情況下，由于P1<P2,當B2> B1成立時，能夠抑制畫質下降。[實施例8]
[0394] 實施例8的MAL8如圖25所示，實質相同的多個縱長六角形微鏡以扶手椅形無間隙 排列。
[0395] MLA8中各微鏡的光學中心Co偏離幾何學中心Cg，偏心方向和偏心量不規(guī)則（隨 機），限定偏心范圍的假想交界區(qū)域B是以幾何學中心Cg為中心的圓，半徑為r3。
[0396] 也就是說，MLA8在X方向和Y方向上整體上偏心范圍相同，且由于是隨機偏心，可以 認為X方向的偏心量的平均和Y方向的偏心量的平均相等。實質上，可以將這種情況視為與 實施例7的MLA7相同，即X方向和Y方向的透鏡間距分別為P2和P1的微鏡陣列。
[0397] 當設實施例8的MLA8中Pl = Py，P2 = Px，觀察光學系統(tǒng)的Y方向和X方向的倍率為B1 和B2時，如果上述關系式（1)或（2)成立，則能夠抑制畫質下降，進而關系式(3)成立，則能夠 進一步抑制畫質下降。具體在實施例8中，使用縱長微鏡，P2<P1，如果B2>B1，則能夠抑制 畫質下降。另一方面，與實施例8相反，在使用橫長微鏡的情況下，由于PKP2,當B2<B1時， 能夠抑制畫質下降。
[0398] 實施例9的MAL9如圖26所示，實質相同的多個縱長六角形微鏡以扶手椅形無間隙 排列，各微鏡的光學中心Co隨機偏心。
[0399] 在此設定MLA9中，Y方向上相鄰兩個微鏡的光學中心Co在Y方向的距離的平均值為 Ml，各列透鏡中，通過多個微鏡的光學中心Co在X方向的平均位置且在Y方向上延伸的軸的 鄰接間距的平均值為M2,觀察光學系統(tǒng)的Y方向和X方向的倍率分別為B1和B2時，如果Ml> M2且B1<B2,或者M1<M2且B1>B2成立，則能夠抑制畫質下降，在此基礎上，如果 PlxBl?P2xB2成立，則能夠進一步抑制畫質下降。具體在實施例9中，使用縱長微鏡，Ml <M2,如果B1>B2成立，則能夠抑制畫質下降。另一方面，與實施例9相反，在使用橫長微鏡 的情況下，由于M1<M2,當B2<B1成立時，能夠抑制畫質下降。此外，設定各行透鏡中能夠多 個微鏡的光學中心Co的X坐標為xl、x2、· · ·、xN，此時該行透鏡在X方向的光學中心Co的 平均位置為(xl+x2+ · · · +xN)/N。
[0400] 以下具體描述Ml和M2。
[0401] 第一行多個微鏡（例如四個）中，相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為 Mla、Mlb、Mlc〇
[0402] 第二行多個微鏡(例如五個）中相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為Mld、 Mle、Mlf、Mlg〇
[0403] 第三行多個微鏡(例如四個）中相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為Mlh、
[0404] 第四行多個微鏡(例如五個）中相鄰兩個微鏡的光學中心Co在X方向的距離為Mlk、 Mll、Mlm、Mln〇
[0405] 此時，Ml = (Mla+Mlb+Mlc+Mld+Mle+Mlf+Mlg+Mlh+Mli+Mlj+Mlk+Mll+Mlm+Mln)/ 14〇
[0406] 設通過第一至第四行的多個(例如四個或五個)微鏡的光學中心Co在Υ方向的平均 位置的軸分別為￥1&、￥2&、￥3 &、￥4&，￥1&與￥2&之間的間距為12 &，￥2&與￥3&之間的間距為 M2b，Y3a 與 Y4a之間的間距為 M2c，此時，M2 = (M2a+M2b+M2c) /3。
[0407] 上述實施例1至9的MLA1至9在交界方向具有規(guī)則形，但是對于交界方向隨機分散 的隨機排列陣列，同樣適用上述描述。
[0408]上述本實施方式的HUD的第一個方面在于，具備光源部100;二維偏轉部6(圖像形 成元件），用于以該光源部100發(fā)射的光形成圖像;微鏡陣列(MLA、MLA1至9)，其受到圖像形 成用的光的照射；以及，凹面鏡9(投影光學系統(tǒng)），用來使得透過所述微鏡陣列的光射往反 射面元件1〇(透射反射部件），其中包含透鏡列群，該透鏡列群構成為，在第一方向上多個微 鏡排列構成的透鏡列沿著與該第一方向正交的第二方向排列，該微鏡列群中以下關系式成 立，
[0409] B1 <B2 且 Ml >M2，或者，B1 >B2 且 Ml <M2，
[0410] 其中，Ml是所述透鏡列群中第一方向上相鄰兩個微鏡的光學中心之間在該第一方 向上的距離的平均值，M2是在所述透鏡列群中，相鄰兩根在所述第一方向上延伸，且通過所 述透鏡列中所述多個微鏡的光學中心在所述第二方向上的平均位置的軸之間的距離的平 均值，B1是包含凹面鏡9以及反射面元件10在內的觀察光學系統(tǒng)在第一方向上的倍率，B2 是觀察光學系統(tǒng)在第二方向上的倍率。如果透鏡列群中只有兩列透鏡，即只有一個相鄰間 距時，該相鄰間距的平均值即為M2。
[0411] 在這種情況下，顯示圖像(借助于反射面元件10視覺認知的虛像)的第一方向和第 二方向之間的像素間距之差能夠得到減小。
[0412] 其結果是能夠在抑制畫質下降的同時實現(xiàn)裝置小型化。
[0413] 進而，在Ρ1 χΒII Ρ2χΒ2成立的情況下，顯示圖像在第一方向以及第二方向的像 素間距基本一致，從而能夠進一步抑制畫質下降。
[0414] 本實施方式的HUD的第二個方面在于，具備光源部100;二維偏轉部6(圖像形成元 件），用于以該光源部100發(fā)射的光形成圖像;微鏡陣列(MLA、MLA1至9)，其受到圖像形成用 的光的照射；以及，凹面鏡9(投影光學系統(tǒng)），用來使得透過所述微鏡陣列的光射往反射面 元件1〇(透射反射部件），其中包含透鏡列群，該透鏡列群構成為，幾何學中心在第一方向上 以間距P1排列的多個微鏡構成的透鏡列沿著與該第一方向正交的第二方向以間距P2排列， 該微鏡列群中以下關系式成立，
[0415] 81<82且卩1>?2，或者，81>82且卩1<?2，
[0416] 其中，B1是包含凹面鏡9以及反射面元件10在內的觀察光學系統(tǒng)在第一方向上的 倍率，B2是觀察光學系統(tǒng)在第二方向上的倍率。
[0417] 在這種情況下，顯示圖像(借助于反射面元件10視覺認知的虛像)的第一方向和第 二方向之間的像素間距之差能夠得到減小。
[0418] 其結果是能夠在抑制畫質下降的同時實現(xiàn)裝置小型化。
[0419] 進而，在P1xB1IP2xB2成立的情況下，顯示圖像在第一方向以及第二方向的像 素間距基本一致，從而能夠進一步抑制畫質下降。
[0420] 微鏡的光學中心與幾何學中心保持基本一致時，能夠簡化微鏡陣列的設計及制 造。
[0421 ]微鏡陣列中各微鏡的光學中心偏離該微鏡的幾何學中心，且在第一方向上的偏心 范圍與第二方向上的偏心范圍基本相同時，能夠抑制顯示圖像(虛像)上出現(xiàn)干涉條紋。 [0422]由于入射微鏡的光束直徑小于該微鏡的透鏡直徑，因而能夠減少斑點等的干涉， 抑制畫質下降。
[0423]在微鏡陣列的透鏡交界方向隨機發(fā)散的情況下，能夠抑制顯示圖像(虛像)上出現(xiàn) 干涉條紋。
[0424]具備HUD和搭載該HUD的移動體的移動體裝置能夠在抑制視覺性下降的同時減小 HUD的設置空間。
[0425] HUD中的微鏡偏心范圍的假想交界區(qū)域的形狀不局限于圓形，其關鍵在于優(yōu)選至 少X方向的偏心范圍與Y方向的偏心范圍相同。例如，具有平行于X方向和Y方向的邊的正方 形。此外，X方向的偏心范圍和Y方向的偏心范圍也可以不一致，但在這種情況下，優(yōu)選X方向 和Y方向中透鏡間距較大一方的偏心范圍在透鏡間距較小一方的偏心范圍以上。偏心范圍 的大小可以適當改變。
[0426] 在微鏡陣列中微鏡的光學中心偏心的情況下，并不需要所有微鏡的光學中心偏 心，關鍵在于至少有一個微鏡的光學中心偏心。
[0427] 關于微鏡陣列中的微鏡的形狀，以上例舉了四角形中的正方形和長方形，除此之 外，也可以是平行四邊形、梯形等形狀。
[0428] 上述實施方式中用二維偏轉部(光掃描方式)作為圖像形成元件，但是本發(fā)明不受 此限制，還可以使用例如透射型液晶面板、反射型液晶面板、DMD(數(shù)字微鏡器件)面板等空 間光調制方式。
[0429] 上述實施方式中用微細凸鏡結構(維鏡陣列)作為被掃描面元件，但是本發(fā)明不受 此限制，還可以用例如表面形成為凹凸的發(fā)散反射板，表面平滑的反射屏幕等。
[0430] 上述實施方式的微鏡陣列中二維排列多個微鏡，對此也可以用線性排列或三位排 列來取而代之。
[0431] 上述實施方式用二維偏轉部在微鏡陣列上形成二維圖像，對此，也可以用包含例 如MEMS鏡、反射鏡電流計、多角鏡等在內的線性偏轉部形成線形圖像。
[0432] 上述實施方式以凹面鏡構成投影光學系統(tǒng)，但本發(fā)明不受此限制，還可以用例如 凸面鏡構成，或者構成為包含曲面鏡和該曲面鏡與被掃描面元件之間設置的反射鏡。
[0433] 上述實施方式的圖像形成部具有凹面鏡7,但也可以沒有該凹面鏡。在沒有凹面鏡 的情況下，優(yōu)選將凹面鏡9設計并設置為能夠補償因反射面元件10的影響中間像的水平線 成為向上或向下凸出形狀的光學變形要素。
[0434] 上述實施方式中圖像顯示裝置構成為能夠應對彩色圖像，對此，也可以構成為能 夠應對黑白圖像。
[0435] 作為反射面元件10的透射反射部件，例如，所謂的組合器(combiner)之類、以有別 于移動體的風擋玻璃的其他部件構成，在觀察者來看，被設置于該風擋玻璃之前的部件。
[0436] 透射反射部件不局限于移動體的前窗，還可以是例如側窗玻璃、后窗玻璃等，只要 是設置在視覺認知虛像的操縱者操縱的移動體上，且是用于操作者視覺認知移動體外部的 窗部件便可以作為透射反射部件。
[0437] 能夠通過圖像顯示裝置視覺認知虛像的對象并不局限于移動的操縱者，還可以使 例如搭載于移動體上的導航儀、乘客等同乘者。
[0438] 上述實施方式將圖像顯示裝置(HUD)描述為一例搭載于車輛、航空器、船舶等移動 體上的裝置，對此，只要搭載在物體上便可。在此，物體除了指移動體以外，還包含常設物或 可搬動物。
[0439]本發(fā)明的圖像顯示裝置不僅適用于抬頭顯示器，也可以用于例如安裝在觀察者頭 部的平視顯示器。
【主權項】
1. 一種圖像顯示裝置，其中具備： 光源部； 圖像形成元件，用于W所述光源部發(fā)射的光形成圖像； 微鏡陣列，其受到圖像形成用的光的照射；W及， 投影光學系統(tǒng)，用來使得透過所述微鏡陣列的光射往透射反射部件， 所述圖像顯示裝置包含透鏡列群，該透鏡列群構成為，在第一方向上多個微鏡排列構 成的透鏡列沿著與該第一方向正交的第二方向排列，該透鏡列群中W下關系式成立， B1 <B2 且 Ml >M2，或者，B1 >B2 且 Ml <M2， 其中，Ml是所述透鏡列群中所述第一方向上相鄰兩個微鏡的光學中屯、之間在該第一方 向上的距離的平均值，M2是在所述透鏡列群中，相鄰兩根在所述第一方向上延伸，且通過所 述透鏡列中所述多個微鏡的光學中屯、在所述第二方向上的平均位置的軸之間的距離的平 均值，B1是包含所述投影光學系統(tǒng)W及所述透射反射部件在內的光學系統(tǒng)在所述第一方向 上的倍率，B2是所述光學系統(tǒng)在所述第二方向上的倍率。2. 根據權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于，W下關系式進一步成立，3. -種圖像顯示裝置，其中具備： 光源部； 圖像形成元件，用于W所述光源部發(fā)射的光形成圖像； 微鏡陣列，其受到圖像形成用的光的照射；W及， 投影光學系統(tǒng)，用來使得透過所述微鏡陣列的光射往透射反射部件， 所述圖像顯示裝置包含透鏡列群，該透鏡列群構成為，幾何學中屯、在第一方向上W間 距P1排列的多個微鏡構成的透鏡列沿著與該第一方向正交的第二方向W間距P2排列，該透 鏡列群中W下關系式成立， B1<B2 且 P1>P2,或者，B1>B2 且 P1<P2， 其中，B1是包含所述投影光學系統(tǒng)W及所述透射反射部件在內的光學系統(tǒng)在所述第一 方向上的倍率，B2是所述光學系統(tǒng)在所述第二方向上的倍率。4. 根據權利要求3所述的圖像顯示裝置，其特征在于，W下關系式進一步成立，5. 根據權利要求1至4中任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述微鏡的光學 中屯、與幾何學中屯、保持一致。6. 根據權利要求1至5中任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述微鏡陣列中 至少一個所述微鏡的光學中屯、隨機偏離該微鏡的幾何學中屯、，且第一方向上的偏屯、范圍與 第二方向上的偏屯、范圍相同。7. 根據權利要求1至6中任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，入射所述微鏡的 光束的直徑小于該微鏡的透鏡直徑。8. 根據權利要求1至7中任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述多個微鏡在 所述第一方向和所述第二方向上W陣列狀排列。9. 根據權利要求1至7中任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述微鏡的形狀 為六角形，所述多個微鏡w蜂窩形狀排列。10. 根據權利要求1至9中任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述微鏡按照曲 折方式作蜂窩形狀排列。11. 根據權利要求1至9中任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述微鏡按照扶 手椅方式作蜂窩形狀排列。12. 根據權利要求8至11中任意一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述微鏡陣列 的透鏡交界方向隨機分散。13. -種物體裝置，其中具備權利要求1至12中任意一項所述的圖像顯示裝置和搭載所 述圖像顯示裝置的物體。14. 根據權利要求13所述的物體裝置，所述物體為移動體，所述透射反射部件為所述移 動體的風擋玻璃。
【文檔編號】G02B26/10GK106094063SQ201610265311
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月26日 公開號201610265311.X, CN 106094063 A, CN 106094063A, CN 201610265311, CN-A-106094063, CN106094063 A, CN106094063A, CN201610265311, CN201610265311.X
【發(fā)明人】中村健翔, 市井大輔, 稲本慎, 田邊啟之
【申請人】株式會社理光