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公開番号2021196502
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211227
出願番号2020102844
出願日20200615
発明の名称画像表示装置
出願人株式会社クラレ
代理人個人
主分類G02B 27/48 20060101AFI20211129BHJP(光学)
要約【課題】スペックルノイズを抑制し、輝度むらや色むらをさらに改善するとともに、ざらつきの発生を抑制することができる画像表示装置を提供すること。
【解決手段】レーザービームを発する光学素子1と、マイクロレンズアレイが形成された透過型または反射型の拡散板3と、を備える画像表示装置100であって、複数のマイクロレンズの有効径は同一であり、曲率は略同一であり、マイクロレンズアレイは、透過光または反射光に対し光路長差を生じさせる構造を有し、マイクロレンズの有効径をL、拡散板3の平面におけるマイクロレンズの位置xに入射するレーザービームの電界振幅分布をg(x)としたとき、下記式(1)で表される自己相関関数R(x)が、下記式(2)を満たす。
<img id="000010" he="5" wi="78" file="2021196502.tif" img-format="tif" img-content="drawing"/>
<img id="000011" he="5" wi="78" file="2021196502.tif" img-format="tif" img-content="drawing"/>
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
レーザービームを発する光学素子と、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイが形成された透過型または反射型の拡散板と、を備える画像表示装置であって、
前記複数のマイクロレンズの有効径は同一であり、前記複数のマイクロレンズの曲率は略同一であり、
前記マイクロレンズアレイは、透過光または反射光に対し光路長差を生じさせる構造を有し、
前記マイクロレンズの有効径をL、前記拡散板平面における前記マイクロレンズの位置xに入射するレーザービームの電界振幅分布をg(x)としたとき、下記式(1)で表される自己相関関数R(x)が、下記式(2)を満たす、画像表示装置。
続きを表示(約 570 文字)【請求項2】
前記レーザービームのレーザー径を、前記レーザービームの中心ピークの輝度の1/e

の輝度となる前記レーザービームの幅とし、
前記レーザー径は、前記マイクロレンズの前記有効径Lの0.8倍以上1.3倍以下である、請求項1に記載の画像表示装置。
【請求項3】
前記レーザービームのレーザー径が前記マイクロレンズの前記有効径の0.8倍以上1.0倍以下のとき、
前記レーザービームの中心ピークの外側のピークの輝度は、前記中心ピークの輝度の1.0%未満である、請求項1又は2に記載の画像表示装置。
【請求項4】
前記レーザービームのレーザー径が前記マイクロレンズの前記有効径の1.0倍より大きく1.1倍以下のとき、
前記レーザービームの中心ピークの外側のピークの輝度は、前記中心ピークの輝度の0.3%未満である、請求項1乃至3の何れか一項に記載の画像表示装置。
【請求項5】
前記レーザービームのレーザー径が前記マイクロレンズの前記有効径の1.1倍より大きく1.2倍以下のとき、
前記レーザービームの中心ピークの外側のピークの輝度は、前記中心ピークの輝度の0.1%以下である、請求項1乃至4の何れか一項に記載の画像表示装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、画像表示装置に関する。
続きを表示(約 2,000 文字)【背景技術】
【0002】
ヘッドアップディスプレイやレーザープロジェクタなどの画像表示装置に、マイクロレンズアレイを用いた拡散板をスクリーンとして適用する技術が提案されている。マイクロレンズアレイを用いた場合、乳半板やすりガラスなどの拡散板を用いる場合と比較して、スペックルノイズを抑制できるといったメリットがある。
【0003】
例えば、特許文献1には、レーザー光を光源とし、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザープロジェクタと複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイとを用いた拡散板を有する画像形成装置が提案されている。マイクロレンズアレイを用いた場合、入射された光を適切に拡散させることができると共に、必要な拡散角を自由に設計することができる。
特許文献2では、マイクロレンズなどの微細構造の形状または位置を定義するパラメータの少なくとも一つを予め定められた確率密度関数に従ってランダム分布させることで、微細構造の周期性に起因する回折光による輝度むらや色むらを改善するための方法が提案されている。
特許文献3および4では、各々のマイクロレンズを透過する光に対し光路長差を生じさせる機能をもつ第2の周期構造をマイクロレンズアレイに付与することで、従来の回折光の隙間に新たな回折光を生じさせることができ、輝度むらや色むらを改善するための方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2010−145745号公報
特表2004−505306号公報
国際公開第2016/139769号
特開2017−122773号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
一般的なマイクロレンズアレイを用いた場合にはその周期性により生じる回折スポットによる輝度むらが発生する。特許文献2には、レンズの形状または位置を定義するパラメータの少なくとも一つを予め定められた確率密度関数に従ってランダム分布させることで、当該輝度むらを改善することが記載されている。しかしながら特許文献2のように、レンズの形状や位置にランダム性を付与する場合、レンズアレイを透過する光にランダムな位相差が生じるため、スペックルノイズが発生しやすく、画質が悪化するという問題がある。また、ランダム分布によりマイクロレンズアレイの全体的平均としては輝度むらが改善されるが、局所的には改善されない部分が残存するという問題もある。
【0006】
特許文献3および4には、各々のマイクロレンズを透過する光に対し光路長差を生じさせる機能をもつ第2の周期構造をマイクロレンズアレイに付与することで、輝度むらを改善することが記載されている。しかしながら、特許文献3および4に記載されたマイクロレンズアレイを透過する光に付与された光路長差によって、隣り合うマイクロレンズを透過した光が干渉する。これにより、ヘッドアップディスプレイの画面上に表示された像に細かい明暗模様(以下、「ざらつき」と称する。)が発生してしまう。
【0007】
本発明は、スペックルノイズを抑制し、輝度むらや色むらをさらに改善するとともに、ざらつきの発生を抑制することができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る画像表示装置は、レーザービームを発する光学素子と、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイが形成された透過型または反射型の拡散板と、を備える画像表示装置である。また、前記複数のマイクロレンズの有効径は同一であり、前記複数のマイクロレンズの曲率は略同一である。また、前記マイクロレンズアレイは、透過光または反射光に対し光路長差を生じさせる構造を有する。そして、前記マイクロレンズの有効径をL、前記拡散板平面における前記マイクロレンズの位置xに入射するレーザービームの電界振幅分布をg(x)としたとき、下記式(1)で表される自己相関関数R(x)が、下記式(2)を満たす。
【0009】
前記レーザービームのレーザー径を、前記レーザービームの中心ピークの輝度の1/e

の輝度となる前記レーザービームの幅とし、前記レーザー径は、前記マイクロレンズの前記有効径Lの0.8倍以上1.3倍以下であることが好ましい。
【0010】
前記レーザー径が前記マイクロレンズの前記有効径の0.8倍以上1.0倍以下のとき、前記レーザービームの前記中心ピークの外側のピークの輝度は、前記中心ピークの輝度の1.0%未満であるであることが好ましい。
(【0011】以降は省略されています)

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