图像显示装置和移动物体的制作方法

图像显示装置和移动物体的制作方法
【专利摘要】一种图像显示装置包括激光源；光学元件；和透射反射部件，图像显示装置通过从激光源发射的光形成图像并使得形成所述图像之后的图像光入射在所述透射反射部件上，来显示所述图像，其中，所述激光源被排列为使入射在所述透射反射部件上的所述图像光相对于所述透射反射部件的S偏光成分多于P偏光成分，以及包括图像显示装置的移动物体。
【专利说明】
图像显不装置和移动物体
技术领域
[0001]本发明涉及图像显示装置和移动物体，更具体地说，涉及能够经由透射反射部件直观地识别由光线形成的虚像的图像显示装置和其中安装了图像显示装置的移动物体。
【背景技术】
[0002]常规地，已知平视显示装置，该平视显示装置能够经由车辆挡风玻璃(透射反射部件)直观识别由光线形成的图像的虚像(例如，日本专利申请公开号H02-141720)。

【发明内容】

[0003]然而，在日本专利申请公开号H02-141720公开的平视显示装置中，存在对虚像的可见度进行改进的余地。
[0004]本发明的目标是提供一种能够经由透射反射部件直观地识别由光线形成的虚像的图像显示装置。
[0005]为了实现上述目标，本发明的实施例提供了图像显示装置，包含:激光源;光学元件;和透射反射部件，图像显示装置通过从激光源发射的光来形成图像，并使得形成所述图像之后的图像光入射在所述透射反射部件上，来显示所述图像，其中，所述激光源被排列为使入射在所述透射反射部件上的所述图像光相对于所述透射反射部件的S偏光成分多于P偏光成分。
[0006]根据本发明实施例，能够提高虚像的可见度。
【附图说明】
[0007]图1A到IC是说明根据本发明的一个实施例的图像显示装置的示意图。
图2A到2B是说明通过微小凸透镜形成的漫射和相干噪声的出现的示意图。
图3A到3C是说明除去相干噪声的示意图。
图4A到4C是说明微小凸透镜排列的三个实例的示意图。
图5A到5E是说明微小凸透镜排列的五个其它实例的示意图。
图6A和6B是说明变形的微小凸透镜的示意图。
图7A和7B是说明被扫描面元件的两个实例的示意图。
图8是说明微小凸透镜排列的另一个实例的示意图。
图9A和9B是各自说明来自半导体激光器的发射光的远场模式的示意图。
【具体实施方式】
[0008]以下，将说明实施例。
图1A到IC是说明根据本发明的一个实施例的图像显示装置的示意图。
[0009]参考图1A到IC来说明的图像显示装置1000是显示二维彩色图像的平视显示装置，并且图1A解释性地显示全部装置。
[0010]图像显示装置1000被安装在诸如车辆，航行器，船舶等等的移动物体中，并能够经由设置在移动物体中的透射反射部件(例如，挡风玻璃)，直观地识别驾驶移动物体所必需的导航信息(例如，关于移动速度，移动距离等等的信息)。
以下，将利用以移动物体为基准的XYZ三维正交座标系来进行说明。
这里，Z轴的方向是从移动物体的驾驶员11 (以下，也称为观察者11)观看的前后方向，并近似地平行于移动物体的移动方向。X轴的方向是从移动物体的驾驶员11观看的左右方向。Y轴的方向是从移动物体的驾驶员11观看的上下方向。
注意，术语透射反射部件是指可以透射一部分入射光并反射至少一部分其余的入射光的部件。
[0011 ]以下，例如，从移动物体的驾驶员11观看的左右方向(X轴方向)同样可称为水平方向。另外，例如，垂直于X轴的任意方向，诸如从移动物体的驾驶员11观看的前后方向(Z轴方向)和上下方向(Y轴方向)等等，同样可称为垂直方向。
[0012]图1A中，附图标记100表示的部分为光源部分，用于彩色图像显示的像素显示光束LC从光源部分100在+Z方向上被发射。
[0013]像素显示光束LC是红色(以下，称为R)，绿色(以下，称为G)，和蓝色(以下，称为B)三种颜色的光束结合为一条光束的光束。
[0014]S卩，例如，光源部分100是如图1B所示的结构。
[0015]图1B中，每个半导体激光器作为激光源各自由附图标记RS、GS、BS表示，并且半导体激光器RS、GS、BS分别发射激光束R、G、B。这里，使用激光二极管(LD)作为每个半导体激光器，激光二极管(LD)也被称为边缘发射激光器。
[0016]另外，作为一个实例，每个半导体激光器具有例如矩形、椭圆形等等的发射面(边缘)，发射面(边缘)具有纵向方向(长直径的方向)和垂直于纵向方向的横向方向(短直径的方向)，并且每个半导体激光器在垂直于发射面的方向(发射方向)上从发射面发射激光束。
[0017]作为一个实例，每个半导体激光器被设计为，在电场的振荡方向互相垂直的发射光中的第一偏光成分和第二偏光成分中，第一偏光成分多于偏光成分第二偏光成分。这里，第一偏光成分的电场的振荡方向平行于同时平行于发射面的纵向方向和发射方向的平面。第二偏光成分的电场的振荡方向平行于同时平行于发射面的横向方向和发射方向的平面。
[0018]注意，在发射光的光量是恒值的情形中，第一偏光成分和发射光的比率最好尽可能的大，并最好为接近于100% (第二偏光成分和发射光的比率最好为接近于0% )。
[0019]作为一个实例，排列每个半导体激光器，使得发射面垂直于YZ平面。
[0020]具体地，作为一个实例，排列半导体激光器RS，使得发射面的纵向方向平行于X轴，横向方向平行于Y轴，并且发射方向为+Z方向。在这种情况下，在半导体激光器RS中，第一偏光成分的电场的振荡方向垂直于YZ平面，并且第二偏光成分的电场的振荡方向平行于YZ平面。即，在来自半导体激光器RS的发射光中，电场的振荡方向垂直于YZ平面的偏光成分比电场的振荡方向平行于YZ平面的偏光成分多。
[0021]来自半导体激光器RS的发射光的近场中的有效横截面的纵向方向，即，近场模式的纵向方向为平行于X轴，并且近场模式的横向方向平行于Y轴。来自半导体激光器RS的发射光的远场中的有效横截面的纵向方向，即，远场模式的纵向方向是平行于Y轴，并且远场模式的横向方向平行于X轴(参见图9A)。就是说，来自半导体激光器RS的发射光的远场模式是纵向长的。
[0022]另外，排列每个半导体激光器GS和半导体激光器BS，使得发射面的纵向方向平行于X轴，横向方向平行于Z轴，并且发射方向为+Y方向。在这种情况下，在每个半导体激光器GS和半导体激光器BS中，第一偏光成分的电场的振荡方向垂直于YZ平面，第二偏光成分的电场的振荡方向平行于YZ平面。就是说，在来自每个半导体激光器GS和半导体激光器BS的发射光中，电场的振荡方向垂直于YZ平面的偏光成分比电场的振荡方向平行于YZ平面的偏光成分多。以下，为了方便起见，“电场的振荡方向垂直于YZ平面的偏光成分比电场的振荡方向平行于YZ平面的偏光成分多”被简单地描述为“有许多垂直于YZ平面的偏光分离”。
[0023]来自每个半导体激光器GS和半导体激光器BS的发射光的近场中的有效横截面的纵向方向，即，近场模式的纵向方向，是平行于X轴，并且近场模式的横向方向平行于Z轴。来自每个半导体激光器GS和半导体激光器BS的发射光的远场中的有效横截面的纵向方向，即，远场模式的纵向方向，是平行于Z轴，远场模式的横向方向平行于X轴(参见图9A)。也就是说，来自每个半导体激光器GS和BS的发射光的远场模式是纵向长的。
[0024]注意在图9A中，附图标记W表示远场模式中X轴方向上的发散角，附图标记H表示远场模式中Y轴方向或者Z轴方向上的发散角。
[0025]这里，“有效横截面”意思是在激光束的横截面中相对强度是20%到80%的部分(参见图9B)。
[0026]以下，“有效横截面的纵向方向平行于X轴”可同样描述为“有效横截面是横向长的”，“有效横截面的纵向方向垂直于X轴”可同样描述为“有效横截面是纵向长的”。
[0027]每个附图标记RCP、GCP、BCP表示一个耦合透镜。每个耦合透镜RCP、GCP、BCP抑制每个彩色激光束流的发散性，每个彩色激光束流从半导体激光器RS、GS、BS被发射，在每个彩色激光束流中，具有许多垂直于YZ平面的偏光成分，并且有效横截面是纵向长的。
[0028]通过每个耦合透镜RCP、GCP、BCP抑制来从半导体激光器RS、GS、BS发射的、具有许多垂直于YZ平面的偏光成分并且有效横截面是纵向长的每个彩色激光束流的发散性。并且通过每个光圈RAP、GAP、BAP对发散性已被每个耦合透镜RCP、GCP、BCP所抑制的每个彩色激光束流进行整形。
[0029]具有许多垂直于YZ平面的偏光成分并且有效横截面是纵向长的每个被整形的彩色激光束流入射到光束合成棱镜101中。
光束合成棱镜101具有透射R色光并反射G色光的分色膜Dl，和透射R和G色光并反射B色光的分色膜D2。
[0030]这里，已经由光圈RAP整形后的、有效横截面的纵向方向平行于Y轴且横向方向平行于X轴(有效横截面是纵向长)的R色光在+Z方向上透射穿过分色膜D1，然后在+Z方向上透射穿过分色膜D2透射。也就是说，透射穿过分色膜D2透射的R色光是有效横截面为纵向长的激光束。
[0031]已经被光圈GAP整形后的G色光在有效横截面的纵向方向平行于Z轴以及横向方向平行于X轴(有效横截面纵向长的)的状态下入射到分色膜Dl，通过分色膜Dl在+Z方向上被反射(光路被弯曲90度角)，并且在有效横截面的纵向方向平行于Y轴以及横向方向平行于X轴的状态下在+Z方向透射穿过分色膜D2。也就是说，透射穿过分色膜D2的G色光是有效横截面为纵向长的激光束。
[0032]已经被光圈BAP整形后的B色光，在有效横截面的纵向方向平行于Z轴以及横向方向平行于X轴(有效横截面是纵向长的)的状态下，入射到分色膜D2，并被分色膜D2在+Z方向反射(光路被弯曲90度角)。也就是说，被分色膜D2反射的B色光是有效横截面为纵向长的激光束。
[0033]结果，有许多垂直于YZ平面的偏光成分并且有效横截面是纵向长的R、G、B色的激光束流被合成为一个光束流，并在+Z方向上从光束合成棱镜1I被发射。
[0034]从光束合成棱镜101发射的光束流通过透镜102被转换为具有预定横截面面积的平行光束。
平行光束为像素显示光束LC。
[0035]构成像素显示光束LC的每个R、G、B色的激光束流通过要显示的二维彩色图像的图像信号(根据图像数据)被强度调制。强度调制可以通过直接调制方法或者外部调制方法进行，在直接调制方法中，直接调制半导体激光器，在外部调制方法中，调制从半导体激光器发射的激光束流。
[0036]也就是说，从半导体激光器RS、GS、BS发射的激光束的发射强度是通过未图释的驱动装置，由每个R、G、B彩色分量的图像信号来调制。
[0037]具有许多垂直于YZ平面的偏光成分并且有效横截面是纵向长的从光源部分100发射的图像显示光束LC入射到二维偏转装置6并被二维地偏转。
在本实施例中，二维偏转装置6构造为使得其中互相垂直的两个杆作为摇摆杆的微小的镜摇摆。
[0038]也就是说，具体地，二维偏转装置6是在半导体处理等中作为微小摇摆镜元件制成的MEMS (微电镀机械系统)。
[0039]二维偏转装置6并不局限于上述实例，还可以是具有另外的结构的二维偏转装置等等，例如，两个摇摆微小镜在一个杆周围被组合，使得摇摆的方向彼此垂直。
[0040]从而，有许多垂直于YZ平面的偏光成分并且有效横截面是纵向长的二维偏转后的像素显示光束LC入射到凹面镜7并向被扫描面元件8反射。
[0041]凹面镜7的光学作用是反射经二维偏转后的入射的像素显示光束LC，并将反射后的像素显示光束LC的方向调整为恒定的方向。
也就是说，有许多垂直于YZ平面的偏光成分并且有效横截面是纵向长的被凹面镜7反射的像素显示光束LC入射到被扫描面元件8，同时根据二维偏转装置6的偏转而平行移动，并且二维地扫描被扫描面元件8。
[0042]通过这个二维扫描，在被扫描面元件8上形成二维彩色图像。
[0043]毋庸置疑，只有每时每刻由像素显示光束LC照射的像素此刻才会显示在被扫描面元件8上。
[0044]二维彩色图像由大量像素形成，大量像素每时每刻由像素显示光束LC通过二维扫描被显示。
[0045]这里，被扫描面元件8以近似90度角旋转有许多垂直于YZ平面的偏光成分并且有效横截面是纵向长的入射的像素显示光束LC的有效横截面的纵向方向，并发射像素显示光束LC。也就是说，像素显示光束LC的有效横截面通过被扫描面元件8从纵向长的转换为横向长的。换言之，像素显示光束LC的有效横截面的纵向方向和横向方向在透射穿过被扫描面元件8前后被颠倒。
也就是说，如上所述，在被扫描面元件8上，通过根据图像数据被调制的光来形成二维彩色图像，并且在形成二维图像后的、有许多垂直于YZ平面的偏光成分并且有效横截面是横向长的图像光入射到凹面镜9上并被反射。
[0046]虽然图1A到IC中没有显示，但是被扫描面元件8具有下文会描述的微小凸透镜结构。凹面镜9构成虚像形成光学系统。
[0047 ]虚像形成光学系统形成二维彩色图像的放大的虚像12。
在放大虚像12的图像形成位置的前侧设置有反射面元件1，形成放大虚像12的有效横截面是横向长的光束流被反射到观察者11侧(附图中，显示出观察者的眼睛)。
[0048]通过这个反射光，观察者11可以直观地识别放大虚像12。
[0049]这里，反射面元件10由扁平平面的透射反射部件构成，并被排列为垂直于YZ平面并向XZ平面倾斜。在这种情况下，在入射到(这里，倾斜地入射到)反射面元件10的图像光(反射面元件10上的入射光)中，电场的振荡方向垂直于入射面的S偏光成分比电场的振荡方向平行于入射面的P偏光成分多。相反地，排列光源部分100的每个半导体激光器，使得入射在反射面元件10上的图像光相对于反射面元件10的S偏光成分多于P偏光成分。
[0050]这里，“入射面”意指包括法线和入射在反射面元件10上的图像光(反射面元件10上的入射光)的表面，该法线在图像光入射的反射面元件10中的表面上。
[0051]结果，有效横截面是横向长的并且S偏光成分多于P偏光成分的图像光入射在反射面元件10上。
[0052]在这种情况下，因为图像光相对于反射面元件10的S偏光成分的反射率高于P偏光成分，所以与图像光的S偏光成分少于P偏光成分的情形相比，有可能反射到观察者11的光的光量会增加。另外，因为反射到观察者11的光的有效横截面是横向长的，所以光的水平方向上的视角变宽。结果，这有可能会提高虚像的可见度。
[0053]如上所述，扫描面元件具有微小凸透镜结构。
作为稍后描述，微小凸透镜结构是多个微小凸透镜以接近像素间距的间距紧密地排列的结构。这里，作为一个实例，每个微小凸透镜的光轴平行于Z轴。另外，作为一个实例，微小凸透镜沿着平行于XY平面的预定平面被二维地排列。
[0054]每个微小凸透镜具有漫射像素显示光束LC的功能。以下，将简要地解释这个漫射功能。
[0055]图1C中，附图标记LI到L4表示入射在被扫描面元件8上的四个像素显示光束。
[0056]四个像素显示光束LI到L4是在被扫描面元件8上形成的二维图像的四个角上入射的像素显示光束。
[0057]四个像素显示光束LI到L4在透射穿过被扫描面元件8时，被转换为光束Lll到L14。
[0058]如果由像素显示光束LI到L4围成的横截面是纵向长的四边形的光束流入射在被扫描面元件8上，则光束流变为由光束LU到L14围成横截面是横向长的四边形的发散光束流。注意，图1C中，由像素显示光束LI到L4围成的横截面看起来是横向长的;然而，实际上是纵向长的。
[0059]微小凸透镜的这个功能就是漫射功能。
[0060]由光束LII到L14围成的发散光束流是如此被转换为发散光束流的像素显示光束暂时地聚集的结果。
[0061]漫射像素显示光束使得由反射面元件10反射的光束流照射观察者11的眼睛附近的宽的区域。
[0062]在没有漫射功能的情形中，被反射面元件10反射的光束流仅照射观察者11的眼睛附近的窄的区域。
[0063]因此，当观察者11移动他的/她的头部以及眼睛的位置偏离上述窄的区域时，观察者11不可能直观地识别放大虚像12。
[0064]如上所述，通过漫射像素显示光束LC，通过反射面元件10反射的光束流照射观察者11的眼睛附近的宽的区域。
[0065]因此，即便观察者11轻微地移动他的/她的头部，也能够可靠地直观地识别放大虚像12。
[0066]如上所述，在本实施例中，入射在被扫描面元件8上的像素显示光束LC是平行光束;然而，在透射被扫描面元件8之后，像素显示光束LC变为发散光束。
[0067]这里，在微小凸透镜中，关于X轴方向的折射率(漫射功率)大于关于Y轴方向的折射率(漫射功率)。也就是说，在微小凸透镜中，关于X轴方向的曲率大于关于Y轴方向的曲率。并且，入射在微小凸透镜上的纵向长的像素显示光束LC的有效横截面的横向方向(短直径的方向)与X轴方向一致。
[0068]在这种情况下，微小凸透镜将入射的像素显示光束LC的有效横截面，从纵向长的转换为横向长的，并发射像素显示光束LC。也就是说，微小凸透镜以近似90度角旋转像素显示光束LC的有效横截面的纵向方向(长直径的方向)。
[0069]然后，在相对于反射面元件10的S偏光成分多于P偏光成分并且有效横截面是横向长的状态下，已经从被扫描面元件8发射的、并通过凹面镜9被放大和反射的像素显示光束LC入射在反射面元件1上。
[0070]结果，在反射面元件10上，入射激光束流，在该激光束流中，几乎维持了从光源部分100发射的像素显不光束LC的光量，S偏光成分多于P偏光成分，并且有效横截面是横向长的。
[0071 ]这里，入射在反射面元件10上的激光束流的S偏光成分的反射率大于P偏光成分的反射率。
[0072]在这种情况下，与入射在反射面元件10上的激光束流的光量相同并且P偏光成分多于S偏光成分的情形相比，通过反射面元件10反射的激光束流的光量得以增加，并且经由反射面元件10的虚像的可见度得以改善。
[0073]附带地，通常，因为将通过平视显示器经由透射反射部件以可直观显示的方式被显示的虚像是横向长的(原始图像同样是横向长的)显示出来，所以，形成虚像的原始图像的每一个像素所必需的视场角在水平方向上大于在垂直方向上。另外，因为观察者不仅从正前方而且还从斜水平方向观察虚像，所以必须比垂直方向更加确保水平方向上的视角。
[0074]因此，在被扫描面元件8中，将X轴方向的发散角设计为大于Y轴方向的发散角，使得能够在满足图像显示装置1000所需的视场角的最低要求范围内漫射光线，并提高光的使用效率，同时还有可能提高入射在观察者眼睛的图像光的亮度。
[0075]在本发明的实施例中，被扫描面元件8具有微小凸透镜结构，在该微小凸透镜结构中，漫射像素显示光束LC的多个微小凸透镜以接近于像素间距的间距被紧密地排列。
[0076]微小凸透镜大于像素显示光束LC的光束直径。
[0077]使微小凸透镜大于像素显示光束LC的光束直径是为了减少相干噪声。以下，将参考图2A到3C做出说明。
[0078]在图2A中，附图标记802表示被扫描面元件。
被扫描面元件802具有微小凸透镜结构，在微小凸透镜结构中，排列有微小凸透镜801。
[0079]由附图标记803表示的像素显示光束的光束流直径807小于微小凸透镜801的尺寸。
[0080]
也就是说，微小凸透镜801的尺寸806是大于光束流直径807的。
注意，在本实施例中，像素显示光束803是激光束流，该激光束流具有围绕光束流中心成高斯分布的光强分布。
因此，光束流直径807是在光强分布中的光强度下降到“Ι/e2”的光束流的径向的距离。图2A中，光束流直径807显示为等于微小凸透镜801的尺寸806;然而，光束流直径807并不需要等于微小凸透镜801的尺寸806。
光束流807仅仅需要不超过微小凸透镜801的尺寸806。
[0081 ]图2A中，全部像素显示光束803入射在一个微小凸透镜801上，并且被转换为具有漫射角805的漫射光束流804。
[0082]以下，发散角同样称为漫射角。
[0083]在图2A的状态中，有一个漫射光束流804并且没有干涉光束流，因此，没有产生相干噪声(斑点噪声)。
[0084]注意，发散角805的尺寸可以适当地由微小凸透镜801的形状设置。
[0085]图2B中，像素显示光束811的光束流直径为微小凸透镜的排列间隔812的两倍大，并且入射在微小凸透镜813、814上。
[0086]在这种情况下，像素显示光束811入射在两个相邻的微小凸透镜813、814上，并且通过两个相邻的微小凸透镜813、814，作为两个发散光束流815、816来漫射。
[0087]两个发散光束流815、816在区域817中互相重叠，在该区域内彼此干涉，并且产生相干噪声。
[0088]图3A中，显示了像素显示光束824入射在被扫描面元件821的两个相邻的微小凸透镜822、823上的状态。
[0089]像素显示光束824的光束流直径等于微小凸透镜822的尺寸，等等。
在这种情况下，入射在微小凸透镜822上的光束部分变为发散光束流826，入射在微小凸透镜823上的光束部分变为发散光束流827，并且它们被漫射。
[0090]因为发散光束流826、827是在远离彼此的方向上漫射，所以它们没有互相重叠，因此，相干噪声以这个状态被生成。
[0091]也就是说，当像素显示光束824的光束直径被设置为小于或者等于微小凸透镜822的尺寸时，由于被微小凸透镜漫射的光束流而产生的相干噪声不会被产生。
[0092]描述微小凸透镜的直径和入射在被扫描面元件上的像素显示光束的光束直径的具体的数值实例。
[0093]例如，可以容易地设置像素显示光束的光束直径为近似150μπι。
[0094]在这种情况下，构成微小凸透镜结构的微小凸透镜的尺寸，仅仅需要被设置为等于或者大于上述150μηι的尺寸，例如，160μηι，200μηι，等等。
[0095]在图3Α中显示的被扫描面元件821中，相邻的微小凸透镜822、823，等等被没有任何间隔地排列。
[0096]因此，相邻的微小凸透镜822、823之间的透镜表面的边界部分825的宽度(以下，也称为边界宽度)是0(零)。
因此，如图3Α所显示，从入射在相邻的微小凸透镜822、823上的像素显示光束824只产生发散光束流826、827。
[0097]然而，在实际形成的微小凸透镜结构中，没有相邻的微小凸透镜之间的边界宽度是O的情况。
[0098]也就是说，如图3Β所显示的被扫描面元件831，在实际形成的微小凸透镜结构中，相邻的微小凸透镜833、834之间的边界部分835的宽度不为O。
[0099]在相邻的微小凸透镜833、834之间的边界部分835中，在显微镜下曲面是平滑连续的，并且在边界部分835中形成曲面。
[0100]当像素显示光束832入射在这个部分时，如此在边界部分835中形成的曲面用作相对于一部分入射光的微透镜面。
[0101]因此，从入射在相邻的微小凸透镜833、834上的像素显示光束832中，不仅产生了发散光束流836、837，而且也产生了发散光束流838。
[0102]发散光束流838是通过边界部分835的曲面的透镜作用而产生，该发散光束流838在区域839、840中与发散光束流836、837重叠和干涉，并产生相干噪声。
[0103]图3C是说明微小凸透镜结构中的相干噪声减少或者防止的示意图。
[0104]在微小凸透镜结构中，边界部分843的曲面本身形成了微透镜面，在相邻的微小凸透镜841、842之间的边界部分843的曲面是平缓连续的。
[0105]如附图所显示，边界部分843的曲面的曲率半径用r表示。
[0106]这里，为了说明的简明性，入射在微小凸透镜结构上的像素显示光束被当作波长λ的单色激光束流。
[0107]在边界部分843的曲率半径r大于像素显示光束的波长λ(Γ>λ)的情况中，曲率半径为r的曲面对于入射的像素显示光束起透镜功能。
[0108]因此，在这种情况下，穿过边界部分843的光束分量被发散，与通过微小凸透镜841、842被漫射的光束流重叠和干涉，并产生相干噪声。
[0109]另一方面，当边界部分843的曲率半径r小于像素显示光束的波长λ时，边界部分843变为对于像素显示光束的子波长结构。
众所周知，对于波长大于子波长结构的光，子波长结构没有起透镜功能。
因此，具有曲率半径r小于波长λ的边界部分843，没有起透镜的作用，直接地透射像素显示光束，并没有发散像素显示光束。
[0110]因此，直接被透射穿过边界部分843的光束部分没有和通过微小凸透镜841、842被漫射的发散光束流互相重叠，而且没有产生因干涉而产生的相干噪声。
[0111]也就是说，如下较好地定义了，像素显示光束的光束直径d，波长λ，微小凸透镜的尺寸D，和形成边界部分的表面的曲率半径r的大小关系。
D>d,λ>Γ
[0112]在要被显示的二维虚像为单色图像的情况中，像素显示光束由波长λ的单色相干光形成。
因此，在这种情况下，通过设置上述D、d、r，和λ满足大小关系，有可能抑制相干噪声。
[0113]如在本实施例中，在显示二维彩色图像(虚像)的情况中，像素显示光束LC为R、G、B三色光束被合成的光束。
[0114]当那三个光束的波长为，\以=64011111)，人6( = 51011111)，和人8(44511111)时，那些波长的大小关系可表示为XRHGHB。
[0115]因此，在相干噪声的防止方面，形成边界部分的表面的曲率半径r小于最短的波长λΒ，并较好地为400nmo
[0116]然而，如果曲率半径r被设置为比最长的波长AR小(例如，600nm)，则有可能防止由图像显不光束的R分量的光而产生的相干噪声。
[0117]也就是说，有可能有效地减少相干噪声。
[0118]如果r(例如，500nm)aG，则有可能防止由图像显示光束的R分量和G分量的光而产生的相干噪声。
在像素显示光束LC为R、G、B三色光束被合成的光束的情况中，相干噪声关于三个颜色的分量被各自产生。
R、G、B三个颜色的那些独立光束的所有相干噪声变为可见的相干噪声。
因此，由于三个颜色的相干噪声中缺少了一个，所以可见的相干噪声会有显著地改善，这样促使观察图像的图像质量得以改善。
因此，甚至仅仅通过三个颜色中的最长波长的R分量而获得防止相干噪声的效果，而且减少效果随后会按G分量和B分量的次序被提高。
因此，如果曲率半径r被设置为比最长的波长AR小(例如，600nm)，则有可能在相干噪声的减少方面获得一定效果。
虽然噪声强度会由于波长、光束直径、多/单模，等等而改变，但是相干噪声的可见度的顺序通常被表示为R?G>B。
也就是说，波长为λΒ的光在人眼的光谱灵敏度中是低的，难以注意到相干噪声。
因此，如果曲率半径r被设置为比波长AG小(例如，500nm)，则有可能减少由于可见度比较高的波长XRAG的光所产生的相干噪声。
即便由于光谱灵敏度低的波长λΒ的光所导致的相干噪声被产生，该相干噪声也近乎无法注意到。
更不用说，如果曲率半径r被设置为比波长λΒ小(例如，400nm)，如上所述，则更进一步有效地减少相干噪声。
[0119]构成微小凸透镜结构的多个微小凸透镜中的每个微小凸透镜的尺寸如上所述是ΙΟΟμπι的顺序，而且常规的微型透镜可以实现这个。
[0120]另外，多个微小凸透镜排列在其中的微小凸透镜结构可以实现作为微型透镜阵列。
[0121]因此，以下，微小凸透镜同样可称为微型透镜，微小凸透镜结构同样可称为微型透镜阵列。
[0122]通常，微型透镜阵列被制造为使得制造具有微型透镜阵列的透镜面阵列的转印面的模具，然后通过利用模具，将模具的表面转印到树脂材料。
通过利用切割、光刻法，等等在模具中形成转印面的方法是已知的。
[0123]另外，例如可以通过注射塑模进行将转印面转印到树脂材料。
[0124]通过使得边界宽度较小，可以实现使得相邻微型透镜之间的边界部分的曲率半径较小。
小的边界宽度可以通过磨锐由相邻的微型透镜之间的表面形成的边界部分来实现。
[0125]在用于微型透镜阵列的模具中，如使得相邻的微型透镜之间边界宽度的尺寸比波长顺序小的方法，已知各种方法。
[0126]例如，日本专利号4200223中，公开了通过各向异性刻蚀和离子处理增加每个微型透镜的曲率半径，并除去边界部分的非透镜部分的方法。
[0127]另外，在日本专利号5010445中，公开了通过利用各向同性的干刻蚀移去相邻的微型透镜之间的平整表面的方法。
[0128]例如，通过利用那些已知的方法，有可能制造足够小的微型透镜阵列，该微型透镜阵列具有形成相邻的微型透镜之间的边界部分的表面的曲率半径。
也就是说，如上所述的被扫描面元件可以被构成为具有多个微型透镜彼此相邻排列的结构的微型透镜阵列。
通过形成微型透镜阵列，使得形成相邻的微型透镜之间的边界部分的表面的曲率半径r小于640nm，则能够防止R分量的光的相干噪声。
另外，如果微型透镜阵列被形成为使得曲率半径r小于510nm，则能够防止R分量和G分量的光的相干噪声。
如果微型透镜阵列被形成为使得形成相邻的微型透镜之间的边界部分的表面的曲率半径r小于445nm，则能够防止R、G、B分量的光的相干噪声。
[0129]上文中，已说明了图1所显示的图像显示装置(平视显示装置)。
[0130]图1中所显示的凹面镜7，具有反射被二维偏转并入射的像素显示光束LC并调整反射的像素显示光束LC的方向到某个方向的功能。
也就是说，凹面镜7起偏转范围调节装置的功能，该偏转范围调节装置调整被二维偏转的像素显示光束的偏转范围并调节被扫描面元件的扫描范围。
[0131]在通过二维偏转装置6被二维偏转的像素显示光束的偏转角不是这样大的情况中，可以省略这种偏转范围调节装置。
[0132]接下来，将说明在微小凸透镜结构(微型透镜结构)中的多个微小凸透镜(微型透镜)的排列的实例。
[0133]微型透镜阵列和微型透镜的条件已在上文中描述。
[0134]也就是说，以接近像素间距的间距被紧密排列的大于像素显示光束的光束直径的多个微小凸透镜构成微小凸透镜结构。
[0135]图4A到4C中所显示的是满足这种条件的微型透镜阵列的三个具体实例。
图4A中，显示了微型透镜阵列87，在微型透镜阵列87中，正方形的微型透镜8711、8712等等以正方形矩阵的方式被排列。
[0136]在平视显示装置中显示的二维图像(虚像)的像素的数量是通过微型透镜阵列中微型透镜的排列周期来确定。
[0137]在图4A所显示的排列的情况中，在X轴方向上被相邻排列的微型透镜8711、8712的中心之间的距离是XI。
[0138]另外，附图中，在Y轴方向上被相邻排列的微型透镜8711、8721的中心之间的距离是Yl。
那些Xl和Yl可以当作是一个像素的有效尺寸。
[0139]以下，一个像素的有效尺寸同样可称为一个像素的有效间距，或者有效像素间距。
[0140]图4B中，显示了微型透镜阵列88，在微型透镜阵列88中，正六边形形状的微型透镜8811、8821等等被密集地排列。
[0141]在这种情况的微型透镜的排列中，排列的微型透镜8811等等没有平行于X轴方向的侧边。
[0142]也就是说，排列在X轴方向上的微型透镜的上侧边和下侧边处于Z字方式，因此，这样的排列被称为Z字类型排列。
[0143]图4C中，显示了微型透镜阵列89，在微型透镜阵列89中，正六边形形状的微型透镜8911、8921等等被密集地排列。
[0144]在这种情况的微型透镜的排列中，排列的微型透镜8911等等具有平行于X轴方向的侧边。这种情况的排列被称为扶手椅类型排列。
[0145]Z字类型排列和扶手椅类型排列各自被称为蜂窝型排列。
[0146]在图4C中所显示的扶手椅类型排列是将图4B中所显示的Z字类型排列以90度角旋转的排列。
在Z字类型排列中，在微型透镜的排列中，附图所显示的X2可以认为是在X轴方向上的有效像素间距，以及附图所显示的Y2可以认为是在Y轴方向上的有效像素间距。
[0147]在扶手椅类型排列中，附图所显示的X3可以认为是在X轴方向上的有效像素间距，以及附图所显示的Y3可以认为是在Y轴方向上的有效像素间距。
[0148]在图4B中，有效像素间距Y2是微型透镜8821的中心和微型透镜8811右侧边的中点之间的距离。
[0149]在图4C中，有效像素间距X3是在微型透镜8911右边相邻排列的相互接触的两个微型透镜的两个相互接触的侧边的中点和微型透镜8911的中心之间的距离。
[0150]在Z字类型排列中，在X轴方向上的有效像素间距X2小，因此，能够提高在图像显示中X轴方向的分辨率。
[0151]另外，在扶手椅类型排列中，能够提高Y轴方向的分辨率。
[0152]通过如此以蜂窝类型排列微型透镜，能够有效地呈现小于实际透镜直径的像素，并提尚有效像素的数量。
[0153]如上所述，在被扫描面元件的微小凸透镜结构(微型透镜阵列)中，相邻的微型透镜之间的边界部分具有曲率半径r。
[0154]例如，曲率半径r小于像素显示光束的R分量的波长AR。
[0155]因此，如上所述，防止了由于R分量的相干光的干涉而产生的相干噪声。
[0156]然而，如果曲率半径r大于像素显示光束的G分量的光的波长AG和B分量的光的波长λΒ，则光被漫射并互相干涉。
[0157]因此，相干噪声通过干涉而被产生。
[0158]在这种情况下，如果微型透镜的排列是图4Α中所显示的正方形矩阵方式的排列，则在边界部分中的发散(漫射)在附图中的Xa方向和Ya方向的两个方向上产生，并且各自引起相干噪声。
[0159]另一方面，如果微型透镜的排列是图4Β中所显示的排列，则在边界部分中的发散在8Α方向、8Β方向，和8C方向的三个方向上产生。另外，如果微型透镜的排列是图4C中所显示的排列，则在边界部分中的发散在9Α方向、9Β方向，和9C方向的三个方向上产生。
[0160]也就是说，在正方形矩阵排列中，在边界部分中的发散在两个方向上产生，而在蜂窝排列中，在边界部分中的发射在三个方向上产生。
[0161]因此，在正方形矩阵排列中，相干噪声在两个方向上产生，而在蜂窝排列中，相干噪声是在三个方向上产生。
[0162]也就是说，在正方形矩阵排列中，将要产生的相干噪声是在两个方向上漫射，而在蜂窝排列中，将要产生的相干噪声是在三个方向上漫射。
[0163]产生相干噪声的相干光的最大强度是恒值。
因此，随着将要漫射的方向的数量大，要产生的相干噪声的对比度是弱的，并且相干噪声难以被直观地识别(难以注意到)。
[0164]因此，在允许由波长小于边界部分的曲率半径r的分量而产生相干噪声的情况中，微型透镜的排列较好地为蜂窝排列。
[0165]注意，在边界宽度大于波长AR的情况中，也会产生由于R分量的相干光的相干噪声。
[0166]然而，相邻的微小凸透镜之间的透镜表面的边界宽度是微小的，入射在微小的边界宽度的部分上的相干光的光能量是小的。
[0167]因此，产生相干噪声的光能量不大。
相应地，在蜂窝排列的情况中，即便产生相干噪声，如上所述，通过在三个方向上被漫射，对比度被减弱。
[0168]因此，相干噪声的可见度被有效地减小。
[0169]如参考图1A的说明，形成二维放大虚像12的虚像形成光学系统由凹面镜9构成。
[0170]也就是说，放大虚像12是由凹面镜9形成的大量的像素图像。
[0171]当允许作为微小凸透镜的微型透镜具有变形功能时，能够使得微小透镜的漫射作用在互相垂直的方向上不同。
[0172]参考图6A和6B，在图6A和6B中，附图标记80表示每个在被扫描面元件8中密集地形成的微型透镜(微小凸透镜)，并且图6A和6B是说明性的示意图。
在图6A的实例中，微小凸透镜80具有纵向长的椭圆形状，并且以矩阵方式排列被排列。在图6B的实例中，微小凸透镜80具有纵向长的六边形形状，并且以扶手椅类型排列被排列，该六边形形状具有平行于X轴方向的侧边。
在图6B所显示的每个微小凸透镜80中，透镜表面的曲率半径在X轴方向和在Y轴方向是不同的，并且在X轴方向的曲率半径Rx小于在Y轴方向的曲率半径Ry。也就是说，在图6B所显示的每个微小凸透镜80中，在X轴方向的曲率大于在Y轴方向的曲率。
[0173]因此，在图6B所显示的每个微小凸透镜80的X轴方向上的功率(漫射功率)大于在Y轴方向上的功率(漫射功率)。
另外，因为允许透镜表面的X轴方向和Y轴方向具有曲率，如图6B所显示，所以能够将微小凸透镜形成为六边形形状，并且如上所述减弱相干噪声的可见度。
在每个图6A和6B中，显示了像素显示光束LC入射在一个微小凸透镜80的情况。在每个图6A和6B中，每个微小凸透镜80在Y轴方向的宽度长于每个微小凸透镜80在X轴方向的宽度。
[0174]另外，如图6A所显示，像素显示光束LC的光束直径具有在Y轴方向上是纵向长的椭圆形形状，并且在Y轴方向的光束流直径小于微小凸透镜80在Y轴方向上的直径。
相应地，像素显示光束LC可以不用与透镜边界相交而入射，并且将要发射的发散光束流的有效横截面的形状变为在X轴方向上长的(横向长的)椭圆形形状。
[0175]不管微小凸透镜在Y轴方向的长度和在X轴方向的长度，如果在X轴方向的曲率大于在Y轴方向的曲率，则将要从每个微小凸透镜发射的发散光束的光束流的横截面FX(有效横截面)变为在X轴方向长于在Y轴方向。也就是说，这是横向长的。
[0176]上文说明过的平视显示装置，例如，可以用作用于机动车的车载式平视显示装置等等，并且在这种情况下，X轴方向是当从驾驶员的座位观看的左右方向，并且Y轴方向是上下方向。
[0177]在这种情况下的反射面元件10是机动车的挡风玻璃。
在这种情况下，作为虚像12，例如，导航图像可以显示在挡风玻璃前面，并且作为观察者11的驾驶员，在坐在驾驶员的座位上的同时，可以观察图像，而不用从挡风玻璃前移开驾驶员的目光。
[0178]在这种情况下，如上所述，显示的放大虚像是从驾驶员观看是横向长的图像，也就是说，通常在微型透镜上形成的图像和放大的虚像较好地是在X轴方向上视场角大的图像。
[0179]另外，如上所述，同样在作为观察者的驾驶员从左右倾斜的方向看显示图像的情况中，为了识别显示器，与垂直方向相比，需要在水平方向大的视角。
因此，在放大虚像的纵向方向(X轴方向)中，与横向方向(Y轴方向)相比，需要大的漫射角(各向异性漫射)。
[0180]因此，较好地，被扫描面元件的微小凸透镜是变形透镜，在该变形透镜中，在微型透镜上形成的图像或者放大虚像的纵向方向上的曲率大于在横向方向上的曲率，并且漫射像素显示光束的漫射角在二维图像的水平方向上在大于垂直方向上。
[0181]因此，这样能够在满足平视显示装置的所需角度的必备的最小范围中漫射光，提尚光的使用效率，并提尚显不图像的壳度。
[0182]不必说，这不仅在上述各向异性漫射的情况中是可能的，而且在散射角在垂直方向和水平方向上相等的各向同性漫射的情况中也是可能的。
然而，在被用作用于机动车的车载式平视显示装置的平视显示装置等等的情况中，很少会有驾驶员从相对于显示图像的上下方向的位置观察显示图像的情况。
因此，在这种情况下，如上所述，在光的使用效率的方面，较佳地，漫射像素显示光束的漫射角在二维图像的水平方向上大于在垂直方向上。
[0183]通常已知，微小凸透镜(微型透镜)的透镜表面被形成为非球面。
[0184]虽然上述变形透镜表面也是非球面，但是能够将微小凸透镜的透镜表面形成为较普通的非球面，而且也能够进行像差校正。
[0185]另外，通过像差校正能够减少漫射强度的不均匀。
[0186]在图4A到4C所显示的微小凸透镜结构(微型透镜阵列)中的每个微小凸透镜具有正方形或者正六边形的形状。
[0187]微小凸透镜的形状没有必要是正多边形，而且图4A到4C中所显示的微型透镜的每种形状都可以朝一个方向延伸。
[0188]在这种情况下，正方形形状变为矩形形状，并且正六边形形状变为细长的变型的六边形形状。
[0189]在图4A到4C所显示的排列中，微小凸透镜结构的有效像素间距在X轴方向上是Xl到X3，在Y轴方向上是Yl到Y3。
在X轴方向上的每个有效像素间距和在Y轴方向上的每个有效像素间距通常由此分别定义为SX和SY，并且SY比SX的比率被称为长宽比，并且SY/SX表示长宽比的值。
[0190]在图4A的情况中，长宽比的值通过Y1/X1来表示，并且Xl= Yl,因此，长宽比的值是
1
[0191 ]在图4B的情况中，长宽比的值通过Y2/X2来表示，并且Y2>X2，因此，长宽比的值大于I。
[0192]在图4C的情况中，长宽比的值通过Υ3/Χ3来表示，并且Υ3〈Χ3，因此，长宽比的值小于I。
[0193]在图5Α到5Ε所显示的微型透镜阵列91到95的微小凸透镜结构中，类似于图4Α到4C的情况，有效像素间距定义如下。
[0194]也就是说，图5Α到5Ε中，在X轴方向上和Y轴方向上的有效像素间距是“XII，Υ11”，“XI2，Yl 2”，和 “XI3，Yl 3”。
[0195]图5Α中所显示的微小凸透镜结构是矩形形状的微小凸透镜9111、9112、9121等等以正方形矩阵排列被排列的结构，并且长宽比的值大于I。
[0196]在图5B、5C、5D，和5Ε中分别所显示的微型透镜阵列92、93、94，和95中，微小凸透镜结构为蜂窝类型排列。
[0197]在图5B、5D、5E中所显示的蜂窝类型排列中，由“Y12/X12”和“Y13/X13”表示的长宽比的值大于I。
[0198]在图5A到5E所显示的微小透镜结构的五个实例的每一个实例中，微小凸透镜在Y轴方向上的长度大于在X轴方向上的长度。
[0199]在微小凸透镜在Y轴方向上的长度大于在X轴方向上的长度的情况下，作为微小凸透镜的形状，容易使得在X轴方向上的曲率大于在Y轴方向上的曲率。
[0200]因此，获得上述在X轴方向上的功率大于在Y轴方向上的功率的变形光学功能是容易的。
[0201 ] 例如，在图5A所显示的实例的情况中，具体例如，当Xl I = 150μπι并且Yll = 200μπι时，长宽比的值通过200/150 = 4/3来表示，并且这个值大于I (4/3>I)。
[0202]不必说，在这种情况下，像素显示光束的光束直径在X轴方向上小于150μπι，而且在Y轴方向上小于200μπι。
[0203]在图5B到5E所显示的微小凸透镜的排列为蜂窝类型排列，并且每个微小凸透镜具有在Y轴方向上细长的形状。
[0204]图5B所显示的排列是Z字类型，并且图5C到E所显示的每个排列都是扶手椅类型。
[0205]不必说，图5B所显示的Z字类型的细长的蜂窝式排列和图5C所显示的扶手椅类型的细长的蜂窝式排列都是可用的。
[0206]然而，图5C所显示的排列的实例与图5B所显示的排列的实例相比具有以下优势。
[0207]也就是说，与图5B所显示的排列相比，在图5C的排列中，微小凸透镜在X轴方向的尺寸和在Y轴方向的尺寸之间的差异很小，并且在垂直方向上的有效像素间距和在水平方向上的有效像素间距之间的差异变小了。
[0208]将描述具体的测量。
例如，在图5B中，每个微小凸透镜9211、9212的等等在X轴方向的透镜直径R2x是ΙΟΟμπι，并且在Y轴方向的透镜直径R2y是200μπι。
[0209]在这时候，X轴方向的有效像素间距(=Xl2)是50μπι，而Y轴方向的有效像素间距(=Υ12)是 150μπι。
[0210]同样地，在图5C中，每个微小凸透镜9311、9312等等在X轴方向的透镜直径R3x是ΙΟΟμ??，并且在Y轴方向的透镜直径R3y是200μπι。
[0211]另外，每个微小凸透镜9311等的六边形形状的上边和下边各自的长度是50μπι。
在这时候，X轴方向的有效像素间距(=Xl3)是75μπι，而Y轴方向的有效像素间距(=Υ13)是 ΙΟΟμπι。
[0212]因此，在X轴和Y轴方向的有效像素间距的值，在图5C的排列(75μπι和ΙΟΟμπι)的情况中，比在图5Β的排列(50μπι和ΙΟΟμπι)的情况中，彼此更接近。
[0213]图5C到5Ε的每个中，X轴方向的有效像素间距是X13，并且Y轴方向的有效像素间距是 Υ130
这是因为图5C到5Ε的蜂窝类型排列(扶手椅类型蜂窝排列)中，类似地定义了 X轴方向上的像素间距和Y轴方向上的像素间距。
在图f5D中，每个微小凸透镜9411、9421等等中，平行于X轴方向的上边和下边是短边，倾斜的侧边是长边。
另外，在图5E中，每个微小凸透镜9511、9521等等中，平行于X轴方向的上边和下边是短边，倾斜的侧边是长边。
如那些附图所显示的，通过微小凸透镜的六边形形状的变形，X轴方向的像素间距X13和Y轴方向的像素间距Y13是可以调整的。
[0214]类似于图5C的情况，同样在图5D和5E所显示的排列中，具有纵向长的形状的微小凸透镜能够使X轴和Y轴方向的有效像素间距相等。
例如，图8所显示的微型透镜阵列96的每个微型透镜9611、9621等等具有类似于图f5D所显示的微型透镜阵列95的纵向长的六边形形状。
图8所显示的微型透镜9611等等的排列是类似于图5C的扶手椅类型纵向长的蜂窝排列。
设置每个微型透镜9611等等的六边形形状，使得X轴方向的有效像素间距X14和Y轴方向的有效像素间距Y14完全相等。 因此，在扶手椅类型纵向长的蜂窝排列中，能够设置长宽比的值为I。在微小凸透镜大于像素显示光束的光束直径或者微小凸透镜具有与像素显示光束的光束直径近似相同的尺寸的情况中，如果有效像素间距的长宽比的值是I，则关于要作为虚像被投影的图像数据，通过虚像的再现性得到增强。因为，能够使得要作为虚像被投影的图像数据的微型透镜阵列上的像素间距和有效像素间距相匹配，或者与其它的有效像素间距相比，能够使该有效像素间距接近要作为虚像被投影的图像数据的微型透镜阵列上的像素间距。
虽然二维偏转装置6相对于一个杆进行一次往复摇摆的移动(第一杆的摇摆移动)，二维偏转装置6相对于另一个杆进行多次往复摇摆的移动(第二的摇摆移动)；然而，在很多情况下，作为放大虚像的纵向方向的X轴方向，通过第二杆的摇摆运动，被设置为相对于像素显示光束LC的微型透镜阵列的扫描方向。因此，扶手椅类型的六边形形状的微型透镜的平行于X轴方向的上边和下边，变成近似平行于相对于像素显示光束LC的微型透镜阵列的扫描方向，并且，其中最接近并平行于相对于扶手椅类型的六边形形状的像素显示光束的微型透镜阵列的扫描方向的两个侧边之间的距离，换言之，最接近并平行于相对于像素显示光束的微型透镜阵列的扫描方向的一个侧边和该侧边的对面侧边之间的距离，在垂直于那两个侧边的方向上扩展并放大的形状是扶手椅类型的纵向长的蜂窝结构。
[0215]因此，扶手椅类型纵向长的蜂窝排列，除了在亮度和有效像素的数量的提高之外，还能够减少X轴方向(水平方向)的有效像素间距和Y轴方向(垂直方向)的有效像素间距之间的差异。
例如，为了控制发散光束流的发散角，图5C到5E所显示的微小凸透镜的形状可以任意选择。
[0216]在图1A所显示的平视显示装置中，像素显示光束LC正交地入射在被扫描面元件8的微小凸透镜结构上。
[0217]然而，像素显示光束入射在被扫描面元件上的方式并不局限于的这种正交入射。
[0218]例如，在从光源部分到反射面元件改变光学元件排列和小型化平视显示装置的情况中，则考虑图7A所显示的入射方式。
[0219]也就是说，在图7A所显示的实例中，像素显示光束LC相对于被扫描面元件8被倾斜地入射。
[0220]在微小凸透镜的透镜表面为非球面的情况中，像素显示光束LC相对于非球面的光轴被倾斜地入射，并且有非球面的功能没有被利用的情况。
[0221]在这种情况下，如图7B所显示的被扫描面元件8a，微小凸透镜ML的透镜表面的光轴AX较佳地从相对于被扫描面元件8A的基准面的正交方向被倾斜地入射。
[0222]因此，透镜表面的光轴AX可以平行于像素显示光束LC的入射方向或者是接近像素显示光束LC的入射方向的方向。
[0223]注意，被扫描面元件8a的基准面是微小凸透镜以阵列排列的方式被排列的平面。
[0224]这能够获得光学系统的小型化，并且提高光的使用效率，因此，能够通过微小凸透镜使像素显示光束的发散方向均衡。
[0225]上述说明的平视显示装置不仅可以安装在上述机动车上，而且可以安装在各种可驾驶的移动物体上，诸如火车、船舶、直升机、飞机，等等。例如，能够使摩托车的防风物为透射反射部件。
[0226]在这种情况下，驾驶员的座位前面的挡风玻璃可以是反射面元件。
[0227]不必说，平视显示装置可以被实现为用于观看电影的图像显示装置。
[0228]如上所述，微小透镜结构的微小凸透镜是用于漫射像素显示光束;然而，也考虑到只在X轴和Y轴两个方向中的一个方向上进行漫射的情况。
[0229]在这种情况下，微小凸形椭圆形表面可以用做微小凸透镜的透镜表面。
[0230]注意，参考微型透镜阵列的制造方法，通常已知，将微小凸透镜的形状形成为六边形和将要排列的微小凸透镜的排列形成为蜂窝类型排列。
[0231]上述说明的图像显示装置1000是一种显示装置，在该显示装置中，图像由来自半导体激光器的光形成，并且形成图像之后的图像光入射在透射反射部件(反射面元件10)上，并且排列半导体激光器使入射在透射反射部件上的图像光的相对于透射反射部件的S偏光成分多于P偏光成分。
[0232]在这种情况下，与如果入射在透射反射部件上的图像光相对于透射反射部件的S偏光成分少于或者等于P偏光成分的情况相比，能够提高虚像的可见度。
[0233]另外，因为入射在透射反射部件上的图像光的有效横截面是横向长的，所以与图像光的有效横截面是纵向长的情况相比，能够提高虚像的可见度。
[0234]另外，在图像显示装置1000中，特别是在图像是横向长的情况中，能够提高光线的使用效率。
[0235]另外，图像显示装置包括发射光的光源(半导体激光器)，在该光中，对应于入射在透射反射部件上的图像光的S偏光成分的偏光成分(电场的振荡方向垂直YZ平面的偏光成分)偏光成分多于对应于P偏光成分的偏光成分(电场的振荡方向平行于YZ平面的偏光成分)。
[0236]在这种情况下，能够通过透射反射部件朝向观察者(移动物体的驾驶员)反射更多从光源发射的光。另外，例如，与在从光源发射的光的光量是恒值、并且与相对于透射反射部件的S偏光成分相对应的偏光成分与光的比率和与相当于透射反射部件的P偏光成分相对应的偏光成分与光的比率是相等，光入射在偏振滤光器上，只有S偏光成分被透射并入射在透射反射部件上的情况相比，光量有少许损失，并且能够增加来自透射反射部件的反射光的光量。也就是说，能够提高光的使用效率。
[0237]另外，通过使与S偏光成分相对应的偏光成分与从光源发射的光的比率近似于100%，能够最大限度地提高虚像的可见度。
[0238]另外，从光源发射的光的远场模式具有纵向方向，因此，能够使有效横截面是横向长的光相对比较容易地入射在透射反射部件上。
[0239]另外，图像显示装置1000包括排列在光源和透射反射部件之间的光路上的光学元件(被扫描面元件8)，并且该光学元件以近似于90度角旋转从光源发射的光的有效横截面的纵向方向。
[0240]在这种情况下，即使从光源发射的光的远场模式是纵向长的，光仍可以在有效横截面是横向长的状态下入射在透射反射部件上。
[0241]另外，图像显示装置1000包括排列在光源和透射反射部件之间的光路上的二维偏转装置6，该二维偏转装置6 二维地偏转从光源发射的光。光学元件包括具有多个微型透镜的微型透镜阵列，通过二维偏转装置6偏转的光形成在该微型透镜上。在多个微型透镜的每个微型透镜中，关于在垂直于光轴(Z轴)的平面中互相垂直的X轴方向(左右方向)和Y轴方向(上下方向)的曲率是不同的。更具体地说，在每个微透镜中，关于X轴方向(左右方向)的曲率大于关于Y轴方向(上下方向))的曲率。
[0242]在这种情况下，能够将入射在每个微型透镜上的光的有效横截面从纵向长的转换为横向长的，并更进一步地提高虚像的可见度。
[0243]另外，光源是半导体激光器，因此，能够容易地获得低功率高亮度的光。
[0244]因此，在安装了虚像的可见度极好的图像显示装置100的移动物体中，能够在驾驶的同时，迅速而可靠地识别经由透射反射部件直观地显示的导航信息。
[0245]注意，在入射在透射反射部件上的图像光的入射角是在布鲁斯特角附近的情况中，也就是说，例如，在入射角是从布鲁斯特角-10度到布鲁斯特角+10度的情况中，图像显示装置1000是特别有利的。在这种情况下，因为在透射反射部件的P偏光成分的反射率极其低，所以可以极其有效地增加入射在透射反射部件上的图像光的S偏光成分而比P偏光成分多。
[0246]如上所述，在作为被扫描面元件8的微型透镜阵列中，较好地，X轴方向的发散角大于Y轴方向的发散角。在这种情况下，每个微型透镜的长宽比(Y轴方向的有效像素间距/X轴方向的有效像素间距)的值是大于I的，特别是，当在微型透镜阵列中形成的图像的垂直方向的长度是Y，并且水平方向的长度是X时，较好地，Y/X的值大于I (γ/χ>1)。结果，微型透镜的X轴方向的曲率大于Y轴方向的曲率。在这种情况下，水平方向的发散角变大，而平视显示装置所必需的横向长的图像的视场角得到有效地满足，并且能够提高亮度。
[0247]注意，上述图像显示装置的结构是可以适当改变的。例如，作为被扫描面元件8，可以使用透射图像光的透射类型屏(不具有微型透镜)或反射图像光的反射类型屏(不具有微型透镜)，来代替微型透镜阵列。或者可以使用漫射板。在这种情况下，例如，光源(例如，LD)被排列为使发射光的远场模式是横向长的，并且有效横截面是横向长的图像光可以入射在反射面元件10上。
[0248]另外，图像显示装置可以包括，例如，透射类型液晶板、反射类型液晶板，DMD(数字微镜装置)的任何一种，来代替二维偏转装置6、凹面镜7、被扫描面元件8，和凹面镜9。在任何情况下，在透射反射部件(例如，移动物体的挡风玻璃)上，只有相对于透射反射部件的S偏光成分多于P偏光成分的图像光必须要入射。另外，入射在透射反射部件上的图像光的有效横截面较佳地是横向长的。在那些情况中，作为光源，例如，可以使用灯泡。
[0249]另外，在图像显示装置中，作为光源，例如，可以使用发光二极管、有机EL元件，是半导体激光器的一个类型的垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)等等，来代替边缘发射激光器。在这种情况下，即使发射光的远场模式没有纵向方向(例如，即使在圆形或者正多边形的情况中)，有效横截面是横向长的图像光从微型透镜阵列的每个微型透镜被发射。
[0250]另外，可以提供至少一个以近似于90度角旋转从光源发射的光的有效横截面的纵向方向(使有效横截面的纵向方向和横向方向颠倒)的光学元件(例如，关于X轴方向的曲率和关于Y轴方向的曲率是不同的透镜)，来代替或者添加微型透镜阵列。例如，可以在二维偏转装置6的前面或者后面设置光学元件。然而，在二维偏转装置6后面设置光学元件的情况中，即，在偏转光线的光路上提供光学元件的情况中，透镜阵列包含形成扫描面的相对大的单透镜，或者多个具有与透镜尺寸相当的透镜是有利的。在这种情况下，关于微型透镜阵列的每个微型透镜的X轴方向的曲率和关于Y轴方向的曲率可以相同(例如，圆形或者正多边形的微型透镜)。也就是说，每个微型透镜可以是在所有方向近似相等地漫射入射到激光束的透镜。此外，除微型透镜阵之外，在提供光学元件的情况中，关于每个微型透镜的X轴方向的曲率可以小于关于Y轴方向的曲率。
[0251]另外，在图像显示装置中，在光源被排列为使发射光的远场模式是横向长的情况中，可以设置偶数个光学元件或者不设置光学元件，使得有效横截面是横向长的图像光可以入射在透射反射部件上，其中，该光学元件以近似于90度角旋转从光源发射的光的有效横截面的纵向方向(颠倒有效横截面的纵向方向和横向方向)。
[0252]另一方面，在图像显示装置中，在光源别排列为使发射光的远场模式是纵向长的情况中，有利的是，可以设置奇数个光学元件，使得有效横截面是横向长的图像光可以入射在透射反射部件上，其中，光学元件以近似于90度角旋转从光源发射的光的有效横截面的纵向方向(颠倒有效横截面的纵向方向和侧向方向)。
[0253]另外，在图像显示装置中，在从光源发射的光的远场模式没有纵向方向的情况中，有利的是，设置使从光源发射的光的有效横截面是横向长的光学元件，使得有效横截面是横向长的图像光可以入射在透射反射部件上。
[0254]另外，微型透镜阵列包括多个二维排列的微型透镜;然而，微型透镜阵列可以包含多个一维排列的微型透镜来代替二维排列的微型透镜。在这种情况下，当光偏转装置通过光来扫描微型透镜阵列时，可以使用一维偏转装置。作为一维偏转装置，例如，可以使用包括多角镜、加尔瓦诺镜，和MEMS镜的单轴扫描器。
[0255]另外，反射面元件10不局限于移动物体的挡风玻璃，也可以是侧面玻璃、后玻璃，等等。也就是说，只需要是可直观识别移动物体外面的窗体部件。另外，透射反射部件不局限于玻璃材料部件，也就是说，只必需是具有透射一部分光线并反射一部分其余光线的特征的部件。
[0256]另外，例如，反射面元件10可以是透射反射部件，诸如当从观察者(驾驶员)观看时，排列在移动物体中设置的窗体部件前面的合成体。
[0257]另外，光源部分100具有相当于光的三原色的三个半导体激光器;然而，并不局限于这样，也就是说，只必需具有至少一个光源(例如，半导体激光器)。
也就是说，图像显示装置不局限于显示彩色图像的装置，也可以是显示单色图像的装置。
[0258]另外，光源(例如，半导体激光器)的排列不局限于图1B所显示的排列，也就是说，只必需是使得入射在透射反射部件上的图像光的相对于透射反射部件(例如，反射面元件10)的S偏光成分多于P偏光成分的排列。另外，根据光源的排列，光源部分100的光学系统的结构和排列是可以适当改变的。
[0259]另外，被扫描面元件8(例如，微型透镜阵列)的多个微小凸透镜(例如，微型透镜)的排列并不局限于图1A所显示的排列(沿着平行于XY平面的预定的平面的二维排列)，例如也可以沿着垂直于XY平面的预定的平面二维地排列微型透镜。作为具体的实例，微型透镜阵列的微型透镜可以沿着平行于XZ平面的预定的平面二维地排列，使得光从相对于微型透镜阵列的+Y方向入射并且通过至少一个镜子从-Y方向透射穿过微型透镜阵列的光到反射面元件10。在这种情况下，如果关于每个微型透镜的X轴方向(水平方向)的曲率是大于关于Z轴方向(垂直方向)的曲率，那么横向长的光可以入射在反射面部件10上。
[0260]另外，在上述说明中，当从移动物体的驾驶员11观看时的左右方向(X轴方向)被认为是水平方向，并且当从移动物体的驾驶员11观看时的前后方向(Z轴方向)和上下方向(Y轴方向)被认为是垂直方向。然而，基于光源、微型透镜阵列，等等的排列，较佳地，方向被适当地参考。例如，在光源(例如，LD)排列为使发射面的纵向方向平行于Z轴并且横向方向平行于Y轴方向的情况中，每个X轴方向和Z轴方向可以被认为是水平方向，并且Y轴方向可以被认为是垂直方向。另外，例如，在微型透镜阵列的多个微型透镜是沿着平行于YZ平面的预定的平面二维地排列的情况中，每个X轴方向和Z轴方向可以被认为是水平方向，并且Y轴方向可以被认为是垂直方向。
[0261]另外，入射在透射反射部件上的图像光线的有效横截面并不局限于横向长的，也可以是纵向长的，并且可以不具有纵向方向。具体地，光源(例如，LD)被排列为使发射光的远场模式是纵向长的，并且图像是由有效横截面是纵向长的光形成的，并且有效横截面是纵向长的图像光在形成图像之后可以入射在反射面元件10上。另外，例如，图像是由从VCSEL发射的有效横截面是近似圆形的光形成的，并且有效横截面是圆形的图像光在形成图像之后可以入射在反射面元件10上。然而，在任何情况下，光源(例如，LD)较好地被排列为使入射在反射面元件10上的图像光相对于反射面元件10的S偏光成分多于P偏光成分。
工业实用性
[0262]图像显示装置1000可以应用于，例如，头戴显示器。在这种情况下，可以使用小的透射反射部件作为反射面元件10。
[0263]虽然本发明已依据示范性的实施例来描述，但本发明并不限制于实施例。本领域技术人员可以在不超出本发明以下权利要求所定义的保护范围的前提下，制造已描述的实施例的变型方案。
相互参照相关的申请
[0264]本申请是以2014年2月5日提交的日本专利申请号2014-020221为基础，并且请求日本专利申请号2014-020221的优先权，该优先权的公开内容通过引用被结合在此。
【主权项】
1.一种图像显示装置，其特征在于，包含: 激光源； 光学元件;和 透射反射部件， 所述图像显示装置通过从所述激光源发射的光来形成图像，并使得形成所述图像之后的图像光入射在所述透射反射部件上，来显示所述图像， 其中，所述激光源被排列为使入射在所述透射反射部件上的所述图像光相对于所述透射反射部件的S偏光成分多于P偏光成分。2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述光学元件被排列在所述激光源和所述透射反射部件之间的光路上，并且是透镜阵列，所述透镜阵列包括其上形成所述图像的多个透镜，从所述激光源发射的所述光的有效横截面具有长直径方向和垂直于所述长直径方向的短直径方向，所述多个透镜中的每一个透镜被排列为，在从所述激光源发射的所述光透射穿过所述每一个透镜前后，使从所述激光源发射的所述光的所述有效横截面的所述长直径方向和所述短直径方向被颠倒。3.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，所述多个透镜中的每一个透镜具有关于第一方向和第二方向不同的曲率，所述第一方向和所述第二方向在垂直于光轴的平面内彼此垂直。4.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，从所述激光源发射的所述光的所述有效横截面的所述短直径方向与所述每一个透镜的所述第一方向和所述第二方向中曲率较大的方向相一致。5.根据权利要求1到4中任一项所述图像显示装置，其特征在于，入射在所述透射反射部件上的所述图像光的有效横截面是横向长的。6.根据权利要求2到5中任一项所述图像显示装置，其特征在于，所述有效横截面是所述激光源和所述透射反射部件之间的所述光路中的光的横截面中相对强度是20%到80%的部分。7.根据权利要求1到6中任一项所述图像显示装置，其特征在于，所述图像是横向长的。8.根据权利要求1到7中任一项所述图像显示装置，其特征在于，所述S偏光成分与从所述激光源发射的所述光的比率是100%。9.根据权利要求1到8中任一项所述图像显示装置，其特征在于，入射在所述透射反射部件上的所述图像光的入射角是在布鲁斯特角附近。10.根据权利要求1到9中任一项所述图像显示装置，其特征在于，所述激光源是半导体激光器。11.一种由驾驶员驾驶的移动物体，其特征在于，包含: 根据权利要求1到10中任一项所述的图像显示装置， 其中，所述驾驶员经由所述透射反射部件直观地识别所述图像的虚像。12.根据权利要求11所述的移动物体，其特征在于，所述透射反射部件是窗体部件，所述驾驶员通过所述窗体部件直观地识别所述移动物体的外面。
【文档编号】H04N5/74GK105940336SQ201580006165
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年2月4日
【发明人】齐所贤郎, 齐所贤一郎, 稻本慎
【申请人】株式会社理光