本發(fā)明涉及透射型屏幕，特別是涉及平視顯示器中使用的透射型屏幕。

背景技術：

在人的視野內(nèi)映出信息的平視顯示器(以下稱作“HUD”)，在飛機、汽車等交通工具的前玻璃上顯示信息，從而用于輔助操縱或駕駛。

對HUD的結(jié)構(gòu)進行簡單說明。圖12表示現(xiàn)有的典型的HUD的結(jié)構(gòu)。HUD典型地具有影像源、透射型屏幕和組合器(combiner)。作為HUD的一個方式，存在使用虛像光學系統(tǒng)的方式。根據(jù)該方式，從影像源出射的光束，由作為透明體(例如玻璃)的透射型屏幕聚光，形成(顯示)實像。透射型屏幕作為二次光源發(fā)揮功能，將聚光后的光束向組合器出射。組合器具有將透射型屏幕中形成的影像放大顯示在遠方的功能，還具有將影像重疊到風景上進行顯示的功能。組合器基于被照射的光束形成虛像。由此，操縱者或駕駛者能夠通過組合器一同確認風景和影像。

專利文獻1公開了一種包括多個微透鏡排列而成的第一和第二微透鏡陣列(以下稱為“MLA”)的透射型屏幕的HUD。如專利文獻1的圖3所示，在透射型屏幕配置有相互相對的第一和第二MLA。相鄰的微透鏡之間的間距在各個MLA之間不同，以第二MLA的間距比第一MLA的間距大的方式構(gòu)成各MLA。另外，以透射第一MLA內(nèi)的多個微透鏡的光被第二MLA內(nèi)的單一的微透鏡聚光的方式設計透射型屏幕。

被第一MLA內(nèi)的多個微透鏡聚光的光，入射到第二MLA內(nèi)的單一的微透鏡。由第一MLA形成的多個像素，通過第二MLA，匯集為具有比該多個像素的各像素所具有的直徑的總和大的直徑的像素，像素亮點變得不顯眼。根據(jù)專利文獻1的HUD，能夠抑制過度的像素亮點的產(chǎn)生(亮度不均)。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許第4954346號

發(fā)明要解決的技術問題

但是，根據(jù)本發(fā)明者的研究，在使用專利文獻1中公開的透射型屏幕的情況下，從透射型屏幕向組合器出射的光束的配光的控制不充分，存在光的利用效率低下的問題。

出于低耗電的觀點，上述的HUD方式中，為了提高光的利用效率，優(yōu)選考慮駕駛者等能夠看到關于信息的影像的范圍(視域)，充分限定組合器上的光束的照射范圍。其中，視域一般被稱為“Eye Box”。

專利文獻1中公開的那樣的微透鏡的結(jié)構(gòu)中，通過了2塊MLA的光束，呈圓形狀地發(fā)散，其范圍例如圖12所示的以組合器的中心為中心的圓形狀。出于提高光的利用效率的觀點，如果僅照射組合器的區(qū)域則是充分的。但是，根據(jù)專利文獻1的結(jié)構(gòu)，組合器的區(qū)域以外的區(qū)域也會被光束照射，無法高效地只照射組合器的區(qū)域。像這樣，朝向組合器去的光束的照射區(qū)域的損失變大。

其結(jié)果是，在現(xiàn)有技術中，難以與視域一致地出射光束，光的利用效率低下，難以實現(xiàn)低耗電化。

由于人眼在橫向上排列，所以橫向的視野比縱向的視野大。因此，橫向的視野要求大，縱向的視野比橫向的視野小也沒問題。因此，以朝向組合器去的光束的照射形狀考慮視域而成為矩形或橢圓形的方式構(gòu)成透射型屏幕是高效的。

另外，在使用激光光源作為影像源的情況下，透射MLA的光束相互干涉，在光束的照射區(qū)域產(chǎn)生光斑(speckle)。該光斑被駕駛者等視認為更加明暗的圖案，所以顯示品質(zhì)顯著降低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于控制從透射型屏幕向組合器出射的光束的配光，提高光的利用效率。另外，減少光斑。

用于解決問題的技術手段

本發(fā)明的實施方式的透射型屏幕具有使光束各向異性地聚光或發(fā)散的至少2個光學元件，上述至少2個光學元件具有：接收顯示光的受光面；和向組合器出射發(fā)散光束的出射面。上述發(fā)散光束根據(jù)截面形狀在上述組合器上形成大致矩形或橢圓形的照射區(qū)域。

在某個實施方式中，上述至少2個光學元件使上述光束在1軸或2軸方向上聚光或發(fā)散。

在某個實施方式中，上述至少2個光學元件包括柱狀透鏡。

在某個實施方式中，上述至少2個光學元件包括：多個半圓柱狀透鏡在第一方向上排列而成的第一柱狀透鏡；和多個半圓柱狀透鏡在與上述第一方向交叉的第二方向上排列而成的第二柱狀透鏡，上述第一柱狀透鏡的透鏡面朝向上述出射面配置，上述第二柱狀透鏡的透鏡面以與上述第一柱狀透鏡的透鏡面相對的方式朝向上述受光面配置。

在某個實施方式中，上述至少2個光學元件包括：多個半圓柱狀透鏡在第一方向上排列而成的第一柱狀透鏡；和多個半圓柱狀透鏡在與上述第一方向交叉的第二方向上排列而成的第二柱狀透鏡，上述第一柱狀透鏡和上述第二柱狀透鏡的透鏡面朝向上述受光面或上述出射面而向同一方向配置。

在某個實施方式中，上述第一方向與上述第二方向相互正交。

在某個實施方式中，上述第一柱狀透鏡配置于上述第二柱狀透鏡的受光面?zhèn)?，上述第一柱狀透鏡和上述第二柱狀透鏡的透鏡面分別具有凸形狀，上述第一柱狀透鏡的焦距比上述第二柱狀透鏡的焦距長。

在某個實施方式中，上述第一柱狀透鏡配置于上述第二柱狀透鏡的受光面?zhèn)?，上述第一柱狀透鏡和上述第二柱狀透鏡的透鏡面分別具有凹形狀，上述第一柱狀透鏡的焦距比上述第二柱狀透鏡的焦距短。

在某個實施方式中，上述第一柱狀透鏡和上述第二柱狀透鏡形成為一體。

在某個實施方式中，上述至少2個光學元件還包括多個微透鏡排列而成的微透鏡陣列。上述微透鏡陣列優(yōu)選多個六邊形的微透鏡以六方最密堆積的方式排列。

在某個實施方式中，上述至少2個光學元件還包括多個微透鏡排列而成的微透鏡陣列，上述微透鏡陣列配置于上述第一柱狀透鏡和第二柱狀透鏡的受光面?zhèn)?。上述微透鏡陣列優(yōu)選多個六邊形的微透鏡以六方最密堆積的方式排列。

在某個實施方式中，上述至少2個光學元件還包括多個微透鏡排列而成的微透鏡陣列，上述微透鏡陣列配置于上述第一柱狀透鏡的受光面?zhèn)取Ｉ鲜鑫⑼哥R陣列優(yōu)選多個六邊形的微透鏡以六方最密堆積的方式排列。

在某個實施方式中，上述至少2個光學元件還包括多個微透鏡排列而成的微透鏡陣列，上述微透鏡陣列配置于上述第二柱狀透鏡的出射面?zhèn)?。上述微透鏡陣列優(yōu)選多個六邊形的微透鏡以六方最密堆積的方式排列。

在某個實施方式中，表示上述微透鏡陣列內(nèi)的相鄰的透鏡之間的透鏡的移位方向的多個矢量的各方向相互不同。

在某個實施方式中，上述多個矢量的各方向與表示上述柱狀透鏡內(nèi)的相鄰的透鏡之間的透鏡的移位方向的矢量的方向相互不同。

在某個實施方式中，上述至少2個光學元件包括光擴散板、多個光纖排列而成的光纖板、體積型或浮雕型的全息元件和衍射光柵中的任一者。上述光纖板優(yōu)選多個六邊形的光纖以六方最密堆積的方式排列。

在某個實施方式中，平視顯示器包括：出射顯示光的影像源；上述透射型屏幕；和組合器。上述平視顯示器優(yōu)選還包括場鏡。

在某個實施方式中，上述影像源為激光光源。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種能夠控制從透射型屏幕向組合器出射的光束的配光，提高光的利用效率的透射型屏幕和具有該透射型屏幕的平視顯示器。

附圖說明

圖1中(a)是從某個角度看本發(fā)明的第一實施方式的平視顯示器100時的示意圖，(b)是從其他角度看平視顯示器100時的示意圖。

圖2是用于說明能夠配置在透射型屏幕2內(nèi)的使光束各向異性地聚光或發(fā)散的光學元件的圖。

圖3中(a)和(e)是表示透射型屏幕2的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，(b)和(c)表示從透射型屏幕2的出射面11側(cè)看的柱狀透鏡13的形狀和從受光面10側(cè)看的柱狀透鏡14的形狀，(d)是表示柱狀透鏡13和14的焦距的關系的示意圖。

圖4中(a)和(d)是表示透射型屏幕2A的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，(b)是表示從(a)的透射型屏幕2A的受光面10側(cè)看的柱狀透鏡21的形狀的示意圖，(c)是表示從(d)的透射型屏幕2A的出射面11側(cè)看的柱狀透鏡21的形狀的示意圖。

圖5中(a)是表示透射型屏幕2B的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，(b)和(c)表示從透射型屏幕2B的出射面11側(cè)看的MLA12的形狀、從受光面10側(cè)看的柱狀透鏡13的形狀和從出射面11側(cè)看的柱狀透鏡14的形狀的示意圖。

圖6中(a)和(c)是表示透射型屏幕2C的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，(b)是表示從(a)所示的透射型屏幕2C的受光面10側(cè)看的MLA12的形狀和從出射面11側(cè)看的柱狀透鏡21的形狀的示意圖。

圖7中(a)是表示透射型屏幕2D的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，(b)和(c)表示從透射型屏幕2D的出射面11側(cè)看的光纖板20的形狀、從受光面10側(cè)看的柱狀透鏡13的形狀和從出射面11側(cè)看的柱狀透鏡14的形狀的示意圖。

圖8中(a)是表示透射型屏幕2E的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，(b)和(c)是表示從出射面11和受光面10側(cè)看的柱狀透鏡21的形狀的示意圖。

圖9中(a)是表示透射型屏幕2F的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，(b)是表示從出射面11和受光面10側(cè)看的方形配置的MLA22的形狀的示意圖。

圖10是本發(fā)明的第三實施方式的平視顯示器200的示意圖。

圖11中(a)是表示透射型屏幕2G的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，(b)是表示從透射型屏幕2G的出射面11側(cè)看的MLA12的形狀和從受光面10側(cè)看的變形六方最密配置的MLA23的形狀的示意圖。

圖12是現(xiàn)有的平視顯示器的典型的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明者經(jīng)過反復研究，結(jié)果想到了通過將使光束各向異性地聚光或發(fā)散的光學元件(例如、柱狀透鏡)組合，能夠?qū)l(fā)散光束呈大致矩形或橢圓形地向組合器照射的新的透射型屏幕。

本發(fā)明的實施方式的透射型屏幕，具有使光束各向異性地聚光或發(fā)散的至少2個光學元件。該至少2個光學元件，具有接收顯示光的受光面和向組合器出射發(fā)散光束的出射面。通過將該透射型屏幕用于平視顯示器，能夠提高光的利用效率。

以下參照附圖，對本發(fā)明的實施方式的透射型屏幕和具有該透射型屏幕的平視顯示器進行說明。以下的說明中，對相同或類似的構(gòu)成要素標注相同的參照標記。另外，本發(fā)明的實施方式的平視顯示器并不限定于以下例示的平視顯示器。

(第一實施方式)

參照圖1～圖3，對本實施方式的透射型屏幕2和具有其的平視顯示器100的結(jié)構(gòu)和功能進行說明。

圖1(a)表示從某個角度看本實施方式的平視顯示器100時的示意圖，圖1(b)表示從其他角度看平視顯示器100時的示意圖。

平視顯示器100包括：影像源1、透射型屏幕2、場鏡3和組合器4。另外，如后所述，也可以不包含場鏡3。

從影像源1出射的光束，被透射型屏幕2聚光，形成實像。透射型屏幕2作為二次光源發(fā)揮功能，將聚光后的光束以其照射區(qū)域5成為大致矩形的方式向組合器4出射。組合器4基于被照射的光束形成虛像。由此，操縱者或駕駛者能夠通過組合器一同確認風景和影像。

對平視顯示器100的各構(gòu)成要素進行詳細說明。

影像源1是描畫影像的器件，能夠廣泛使用公知的影像源。影像源1構(gòu)成為使顯示光向透射型屏幕2出射。例如，作為描畫的方式，已知有使用LCOS(Liquid Crystal On Silicon：硅上液晶)或LCD(Liquid Crystal Display：液晶顯示)的方式、使用DLP(Digital Light Processing：數(shù)字光處理)的方式、使用激光投影儀的方式等。

使用LCOS或LCD的方式中，主要使用三原色(R、G、B)的LED(Light Emitting Device：電致發(fā)光器件)光源和LCOS或LCD。另外，DLP的方式中，主要使用三原色(R、G、B)的LED光源和DMD(Digital Micromirror Device：數(shù)字微鏡器件)。這些方式中，各LED光源對LCD、LCOS或DMD整體照射光束，對影像無貢獻的不要的光被LCD、LCOS或DMD遮斷。

另一方面，在使用激光投影儀的方式中，主要使用三原色的激光光源和MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微機電系統(tǒng))反射鏡。該方式中，通過光柵掃描方式僅描畫作為對象的顯示區(qū)域的影像。

圖2表示能配置在透射型屏幕2內(nèi)的使光束各向異性地聚光或發(fā)散的光學元件的例子。光學元件使光束在1軸或2軸方向上聚光或發(fā)散。如圖2例示的那樣，作為使光束在1軸方向(圖2中的X軸方向)聚光或發(fā)散的光學元件，能夠使用柱狀透鏡。另外，作為使光束在2軸方向(圖2中的X和Y軸方向)聚光或發(fā)散的光學元件，能夠使用具有層疊結(jié)構(gòu)的柱狀透鏡。另外，作為使光束在2軸方向聚光或發(fā)散的光學元件，還能夠使用變形六方最密配置的MLA。其中，對它們的詳細情況在后面敘述。

圖3(a)和圖3(e)是表示透射型屏幕2的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖。圖3(b)和圖3(c)表示從透射型屏幕2的出射面11側(cè)看的柱狀透鏡13的形狀和從受光面10側(cè)看的柱狀透鏡14的形狀。圖3(d)是表示柱狀透鏡13和14的焦距的關系的示意圖。

透射型屏幕2如圖3(a)所示，具有從影像源1接收顯示光的受光面10和向組合器4出射具有大致矩形的截面形狀的發(fā)散光束的出射面11。其中，“大致矩形的截面形狀”是指與光軸垂直的面的發(fā)散光束的截面形狀為大致矩形。

透射型屏幕2中，柱狀透鏡13配置于受光面10側(cè)，柱狀透鏡14配置于出射面11側(cè)。柱狀透鏡13的透鏡面朝向出射面11配置，柱狀透鏡14的透鏡面以與柱狀透鏡13的透鏡面相對的方式朝向受光面10配置。其中，本說明書中“透鏡面”是指透鏡的凸面或凹面。

如圖3(e)所示，柱狀透鏡13和14的透鏡面，可以朝向出射面11地向同一方向配置，或者也可以朝向受光面10地向同一方向配置(未圖示)。透射型屏幕2作為二次光源發(fā)揮功能，將來自影像源1的顯示光擴展，將發(fā)散光束向組合器4照射。發(fā)散光束的擴展角度，例如根據(jù)構(gòu)成柱狀透鏡13和14的各透鏡的尺寸和焦距來確定。

柱狀透鏡13通過將多個半圓柱狀透鏡(半柱面透鏡)在圖3(a)中的第一方向(X軸方向)排列而形成。另外，柱狀透鏡14通過將多個半圓柱狀透鏡在與第一方向交叉的第二方向(Z軸方向)排列而形成。第一排列方向和第二排列方向，使發(fā)散光束的截面形狀為大致矩形，出于有效利用光的方面優(yōu)選相互正交。但是，第一排列方向和第二排列方向也可以不正交，可以例如兩方向所成角度為45°～135°的范圍。

另外，只要以第一排列方向和第二排列方向相互交叉的方式配置柱狀透鏡13和14，柱狀透鏡13的第一排列方向和柱狀透鏡14的第二排列方向也可以如圖3(c)所示，與圖3(b)所示的排列方向各自相反。

參照圖3(d)對柱狀透鏡13和14內(nèi)的透鏡的焦距的關系進行說明。

柱狀透鏡13和14的透鏡面分別具有凸形狀時，柱狀透鏡13的焦距比柱狀透鏡14的焦距長。另外，柱狀透鏡13和14的透鏡面分別具有凹形狀時，柱狀透鏡13的焦距比柱狀透鏡14的焦距短。

本實施方式中，通過改變柱狀透鏡13和14內(nèi)的相鄰透鏡之間的間距、透鏡的曲率半徑、或第一和第二排列方向，能夠改變其截面形狀為大致矩形的發(fā)散光束的照射形狀(照射區(qū)域5)的縱橫比。

參照圖4對透射型屏幕2的變形例進行說明。

圖4(a)和(d)是表示透射型屏幕2A的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，圖4(b)表示從圖4(a)的透射型屏幕2A的受光面10側(cè)看的柱狀透鏡21的形狀，(c)表示從圖4(d)的透射型屏幕2A的出射面11側(cè)看的柱狀透鏡21的形狀。

透射型屏幕2A包括具有層疊結(jié)構(gòu)的柱狀透鏡21。2塊柱狀透鏡以各自的透鏡面朝向透射型屏幕2A的受光面10，各自的透鏡的排列方向相互交叉的方式配置成一體。由此，形成具有層疊結(jié)構(gòu)的柱狀透鏡21。其中，各自的透鏡的排列方向，使發(fā)散光束的截面形狀為大致矩形，出于有效利用光的方面優(yōu)選相互正交。

另外，如圖4(c)所示，2塊柱狀透鏡能以各自透鏡面朝向透射型屏幕2A的出射面11，各自的透鏡的排列方向相互交叉的方式配置。由此，可以形成具有層疊結(jié)構(gòu)的柱狀透鏡21。其中，各自的透鏡的排列方向，使發(fā)散光束的截面形狀為大致矩形，出于有效利用光的方面優(yōu)選相互正交。

另外，通過將柱狀透鏡21配置于透射型屏幕2A，能夠從透射型屏幕2A的出射面11出射具有大致矩形的截面形狀的發(fā)散光束，能夠?qū)⒐獾恼丈鋮^(qū)域5收于組合器4的區(qū)域內(nèi)。由此，能夠充分限定發(fā)散光束的照射范圍，提高光的利用效率。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)低耗電化和/或影像的高亮度化。

再次參照圖1。場鏡3配置在透射型屏幕2與組合器4之間且透射型屏幕2的附近。場鏡3例如由凸透鏡形成，改變從透射型屏幕2出射的光束的行進方向。通過使用場鏡3，能夠進一步提高光的利用效率。另外，場鏡3根據(jù)設計規(guī)格等，也可以配置在影像源1與透射型屏幕2之間，還可以不設置。

組合器4一般使用例如半反射鏡，但也可以使用全息元件等。組合器4將來自透射型屏幕2的發(fā)散光束反射，形成光的虛像。組合器4具有將透射型屏幕2中形成的影像放大顯示在遠方的功能，還具有將影像重疊到風景上進行顯示的功能。由此，操縱者或駕駛者能夠通過組合器一同確認風景和影像。能夠根據(jù)組合器4的曲率，改變虛像的大小和虛像形成的位置。

根據(jù)本實施方式，能夠根據(jù)透射型屏幕2的出射面11的形狀決定來自透射型屏幕2的發(fā)散光束的配光，能夠?qū)l(fā)散光束的照射區(qū)域5收于組合器4的區(qū)域內(nèi)。由此，能夠充分限定發(fā)散光束的照射范圍，提高光的利用效率。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)低耗電化和/或影像的高亮度化。

另外，通過將一般的光斑除去方法組合到本實施方式中，能夠得到光斑除去的效果。作為一般的光斑除去方法，例如具有以下方法：使透射型屏幕2搖動；增大光源的光譜寬度；使用多個光源；和在光路上賦予散射。另外，除這些方法以外，如后所述，通過將MLA等配置于透射型屏幕2，能夠有效減少光斑。通過使用這些方法，即使在使用激光光源作為影像源1的情況下，也能夠減少光斑。

(第二實施方式)

參照圖5和圖6，對本實施方式的透射型屏幕的結(jié)構(gòu)和功能進行說明。其中，與透射型屏幕2和2A的構(gòu)成要素相同的組件省略詳細說明。

本實施方式的透射型屏幕2B具有柱狀透鏡和MLA作為光學元件。柱狀透鏡為使光束各向異性地聚光或發(fā)散的光學元件，與之相對地，MLA為使光束各向同性地聚光或發(fā)散的光學元件。像這樣，透射型屏幕2B也可以還具有使光束各向同性地聚光或發(fā)散的光學元件。

圖5(a)是表示透射型屏幕2B的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，圖5(b)和(c)表示從透射型屏幕2B的出射面11側(cè)看的MLA12的形狀、從受光面10側(cè)看的柱狀透鏡13的形狀和從出射面11側(cè)看的柱狀透鏡14的形狀。

透射型屏幕2B如圖5(a)所示，具有從影像源1接收顯示光的受光面10和向組合器4出射具有大致矩形或橢圓形的截面形狀的發(fā)散光束的出射面11。透射型屏幕2B中，MLA12配置于受光面?zhèn)龋?塊柱狀透鏡13和14配置于出射面。透射型屏幕2B作為二次光源發(fā)揮功能，將來自影像源1的光束擴展，將發(fā)散光束照射向組合器4。發(fā)散光束的擴展角度，例如根據(jù)MLA12、柱狀透鏡13和14內(nèi)的各透鏡的尺寸和焦距來確定。

構(gòu)成MLA12的微透鏡例如如圖5(b)所示，具有正六邊形的形狀。MLA12通過正六邊形的微透鏡以六方最密堆積的方式排列而形成。MLA12的各透鏡的形狀也可以不是正六邊形，例如可以是矩形或圓形。其中，出于提高光的利用效率且減少光斑的觀點，優(yōu)選透鏡的形狀為正六邊形。

MLA12的透鏡面朝向出射面配置。MLA12將來自影像源1的顯示光聚光，在MLA12與柱狀透鏡13之間形成實像。

另外，MLA以外也能夠使用例如光擴散板。其中，考慮光的利用效率，使用MLA的方式在能夠控制光的配光的方面是有利的。

柱狀透鏡13的透鏡面朝向受光面10配置，與MLA12的透鏡面相對。另外，柱狀透鏡13優(yōu)選配置在至少從MLA12離開MLA12的透鏡(微透鏡)的焦距的位置。當比微透鏡的焦距更加相互接近時，除去光斑的效果會降低。另一方面，當比該焦距的2倍的距離更加相互遠離時，容易產(chǎn)生圖像模糊?？紤]這些情況，在令微透鏡的焦距為f的情況下，相互的間隔d優(yōu)選為0.5f～4f的范圍。

柱狀透鏡14的透鏡面朝向出射面11配置。像這樣，通過2塊柱狀透鏡13和14將柱狀透鏡層疊而得的“光學片”，形成于透射型屏幕2A的出射面11側(cè)。通過將光學片配置在出射面11側(cè)，能夠使發(fā)散光束的截面形狀為大致矩形。發(fā)散光束根據(jù)截面形狀在組合器4上形成大致矩形的照射區(qū)域5。

參照圖5(b)，對表示相鄰的透鏡之間的透鏡的移位方向的矢量進行說明。

MLA12中，如圖5(b)所示，作為表示相鄰的微透鏡之間的透鏡的移位方向的矢量，定義矢量e1、e2和e3。矢量e1是從微透鏡M1的中心向微透鏡M2的中心去的矢量，其方向表示以微透鏡M1的中心為基準的微透鏡M2的移位方向。同樣，矢量e2是從微透鏡M2的中心向微透鏡M3的中心去的矢量，其方向表示以微透鏡M2的中心為基準的微透鏡M3的移位方向。矢量e3是從微透鏡M3的中心向微透鏡M1的中心去的矢量，其方向表示以微透鏡M3的中心為基準的微透鏡M1的移位方向。像這樣，表示透鏡的移位方向的多個矢量(e1、e2和e3)的各方向相互不同。

柱狀透鏡13和14中，如圖5(b)所示，作為表示相鄰的半圓柱狀透鏡之間的透鏡的移位方向的矢量，分別定義矢量e4和e5。矢量e4是連結(jié)相鄰的半圓柱狀透鏡的中心的矢量，其方向與第一排列方向(X軸方向)一致。矢量e5是連結(jié)相鄰的半圓柱狀透鏡的中心的矢量，其方向與第二排列方向(Z軸方向)一致。

像這樣，在MLA12、柱狀透鏡13和14之間，表示透鏡的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4和e5的方向相互不同。

光斑主要在表示透鏡的移位方向的矢量的方向發(fā)生。根據(jù)本實施方式，通過以相互避免光斑的產(chǎn)生的方式來確定各光學元件的透鏡的移位方向，能夠有效抑制光斑。

另外，本實施方式中，配置在透射型屏幕2B的最靠出射面11側(cè)的柱狀透鏡14，主要確定光束的配光。因此，通過改變柱狀透鏡14內(nèi)的相鄰透鏡之間的間距、透鏡的曲率半徑、或中心角，能夠改變截面形狀為大致矩形的發(fā)散光束的照射形狀(照射區(qū)域5)的縱橫比。

其結(jié)果是，能夠減少光斑，并且能夠提高光的利用效率。

另外，只要以第一排列方向與第二排列方向相互交叉的方式配置柱狀透鏡13和14，柱狀透鏡13的第一排列方向與柱狀透鏡14的第二排列方向如圖5(c)所示，也可以與圖5(b)所示的排列方向各自相反。

另外，透射型屏幕2B中，也可以將MLA12配置在透射型屏幕2的最靠出射面11側(cè)的位置。這樣的結(jié)構(gòu)，也能夠得到與上述的效果同樣的效果。

接著，參照圖6，對本實施方式的透射型屏幕的第一變形例進行說明。其中，與透射型屏幕2A和2B的構(gòu)成要素相同的組件省略詳細說明。

圖6中(a)和(c)是表示透射型屏幕2C的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，圖6(b)表示從圖6(a)所示的透射型屏幕2C的受光面10側(cè)看的MLA12的形狀和從出射面11側(cè)看的柱狀透鏡21的形狀。

透射型屏幕2C如圖6(a)所示，包括具有層疊結(jié)構(gòu)的柱狀透鏡21和MLA12。MLA12配置在柱狀透鏡21的受光面10側(cè)。透射型屏幕2C具有如下結(jié)構(gòu)：在圖4(d)所示的透射型屏幕2A中，在柱狀透鏡21的受光面10側(cè)配置有MLA12。MLA12的透鏡面朝向受光面10配置，柱狀透鏡21的透鏡面朝向出射面11配置。

圖6(b)中示出了表示相鄰的透鏡之間的透鏡的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4和e5。將表示柱狀透鏡21中的透鏡的移位方向的矢量，定義為矢量e4和e5。矢量e4和e5的方向分別與X軸和Z軸方向一致。本變形例中，在MLA12和柱狀透鏡21之間，表示透鏡的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4和e5的方向相互不同。

另外，如圖6(c)所示，也可以在柱狀透鏡13和14以各自的透鏡面相互相對的方式配置的圖3(a)所示的透射型屏幕2中，通過進一步在其受光面10側(cè)配置MLA12，來形成透射型屏幕2C。

根據(jù)圖6(a)和(c)所示的透射型屏幕的變形例，能夠有效減少光斑。

接著，參照圖7～圖9，對本實施方式的透射型屏幕的第二～第四變形例進行說明。其中，與透射型屏幕2C的構(gòu)成要素相同的組件省略詳細說明。

參照圖7對第二變形例進行說明。

圖7(a)是表示透射型屏幕2D的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，圖7(b)和圖7(c)表示從透射型屏幕2D的出射面11側(cè)看的光纖板20的形狀、從受光面10側(cè)看的柱狀透鏡13的形狀和從出射面11側(cè)看的柱狀透鏡14的形狀。

透射型屏幕2D的結(jié)構(gòu)，與透射型屏幕2B的結(jié)構(gòu)的不同點在于，在受光面10側(cè)替代MLA12配置有光纖板(以下稱為“FOP”)20。

透射型屏幕2D具有FOP20和柱狀透鏡13和14。FOP20通過將多個六邊形的光纖以六方最密堆積的方式排列而形成。另外，一般來說，F(xiàn)OP由多個光纖構(gòu)成，例如用作光學設備的光波導路。

FOP20配置于透射型屏幕2D的受光面10側(cè)，柱狀透鏡13和14以各自的透鏡的排列方向相互交叉的方式配置于出射面11側(cè)。其中，各自的透鏡的排列方向，使發(fā)散光束的截面形狀為大致矩形，出于有效利用光的方面優(yōu)選相互正交。

FOP20將來自影像源1的顯示光聚光，朝向出射面11配置，以使得在FOP20與柱狀透鏡13之間形成實像。柱狀透鏡13的透鏡面朝向受光面10配置，與的FOP20相對。另外，柱狀透鏡14的透鏡面朝向出射面11配置，與透射型屏幕2同樣，通過柱狀透鏡13和14在出射面11側(cè)形成光學片。而且，從出射面11出射截面形狀為大致矩形的發(fā)散光束。

FOP20具有減輕激光束的可干涉性的作用。因此，例如如上所述，在使用激光束作為影像源1的光源的情況下，容易產(chǎn)生光斑，但是通過使用FOP20，能夠大幅抑制光斑的產(chǎn)生。另外，在使用FOP20的情況下，也能夠從透射型屏幕2D的出射面11出射具有大致矩形的截面形狀的發(fā)散光束，能夠?qū)⒐獾恼丈鋮^(qū)域5收于組合器4的區(qū)域內(nèi)。由此，能夠充分限定發(fā)散光束的照射范圍。

其結(jié)果是，能夠提高光的利用效率，能夠大幅抑制光斑的產(chǎn)生。能夠?qū)崿F(xiàn)低耗電化和/或影像的高亮度化。

接著，參照圖8對第三變形例進行說明。

圖8(a)是表示透射型屏幕2E的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，圖8(b)和圖8(c)表示從出射面11和受光面10側(cè)看的柱狀透鏡21的形狀。

透射型屏幕2E的結(jié)構(gòu)與透射型屏幕2B的結(jié)構(gòu)的不同點在于，2塊柱狀透鏡以各自的透鏡面朝向受光面10側(cè)的方式配置在出射面11側(cè)。其中，與透射型屏幕2B的構(gòu)成要素相同的組件省略詳細說明。

透射型屏幕2E具有MLA12和柱狀透鏡21。MLA12配置在透射型屏幕2E的受光面10側(cè)，柱狀透鏡21配置于出射面11側(cè)。MLA12的透鏡面朝向出射面11配置，如圖8(b)所示，2塊柱狀透鏡以各自的透鏡面朝向透射型屏幕2E的受光面10側(cè)，各自的透鏡的排列方向相互交叉的方式配置，通過2塊柱狀透鏡一體形成具有層疊結(jié)構(gòu)的柱狀透鏡21。其中，各自的透鏡的排列方向，使發(fā)散光束的截面形狀為大致矩形，出于有效利用光的方面優(yōu)選相互正交。

MLA12將來自影像源1的顯示光聚光，在MLA12與柱狀透鏡21之間形成實像。柱狀透鏡21的透鏡面朝向受光面10配置，與透射型屏幕2B同樣，由2塊柱狀透鏡(柱狀透鏡21)在透射型屏幕2E的出射面11側(cè)形成光學片。而且，從出射面11出射截面形狀為大致矩形的發(fā)散光束。

另外，如圖8(c)所示，2塊柱狀透鏡能以各自透鏡面朝向透射型屏幕2E的出射面11，各自的透鏡的排列方向相互交叉的方式配置。像這樣，可以通過2塊柱狀透鏡一體地形成具有層疊結(jié)構(gòu)的柱狀透鏡21。其中，各自的透鏡的排列方向，使發(fā)散光束的截面形狀為大致矩形，出于有效利用光的方面優(yōu)選相互正交。

另外，圖8(a)中，表示了在透射型屏幕2E的受光面10側(cè)配置MLA12的例子，但也可以配置FOP20。

如圖8(b)或(c)所示，通過將一體形成的柱狀透鏡21配置于透射型屏幕2E的出射面11側(cè)，能夠從透射型屏幕2E的出射面11出射具有大致矩形的截面形狀的發(fā)散光束，能夠?qū)⒐獾恼丈鋮^(qū)域5收于組合器4的區(qū)域內(nèi)。由此，能夠充分限定發(fā)散光束的照射范圍，提高光的利用效率。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)低耗電化和/或影像的高亮度化。

接著，參照圖9對第四變形例進行說明。

圖9(a)是表示透射型屏幕2F的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，圖9(b)表示從出射面11和受光面10側(cè)看的方形配置的微透鏡陣列22的形狀。

透射型屏幕2F的結(jié)構(gòu)與透射型屏幕2E的結(jié)構(gòu)的不同點在于，在出射面11側(cè)配置有方形配置的MLA22。

透射型屏幕2F具有MLA12和MLA22。如上所述，MLA12中，多個六邊形透鏡以六方最密堆積的方式排列，與之相對地，MLA22中，多個四邊形透鏡呈方形地排列。MLA22是所謂方形配置的微透鏡陣列。另外，MLA22的透鏡的形狀也可以不是正方形，而是例如長方形或圓形。其中，出于提高光的利用效率的觀點，優(yōu)選透鏡的形狀為矩形。

MLA12配置在透射型屏幕2F的受光面10側(cè)，MLA22配置于出射面11側(cè)。MLA12的柱狀透鏡MLA22的透鏡面朝向受光面10配置，MLA22的透鏡面朝向出射面11配置。從出射面11出射截面形狀為大致矩形的發(fā)散光束。

另外，圖9(a)中，表示了在受光面10側(cè)配置MLA12的例子，但也可以配置FOP20。

像這樣，在使用MLA22的情況下，也能夠從透射型屏幕2F的出射面11出射具有大致矩形的截面形狀的發(fā)散光束，能夠?qū)⒐獾恼丈鋮^(qū)域5收于組合器4的區(qū)域內(nèi)。由此，能夠充分限定發(fā)散光束的照射范圍，提高光的利用效率。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)低耗電化和/或影像的高亮度化。另外，與本實施方式同樣，能夠有效減少光斑。

另外，在透射型屏幕的出射面11側(cè)配置2塊柱狀透鏡的情況下，照射區(qū)域5內(nèi)的面內(nèi)亮度容易變得均勻，但是在出射面11側(cè)配置MLA22的情況下，照射區(qū)域5中難以得到均勻的面內(nèi)亮度。另外，MLA22能夠廣泛使用通常的元件，所以在制造成本方面使用MLA22更為有利。可以考慮性能和成本的平衡，確定透射型屏幕的設計規(guī)格。

(第三實施方式)

參照圖10和圖11，對本實施方式的平視顯示器200的結(jié)構(gòu)和功能進行說明。

平視顯示器200中，從透射型屏幕2G向組合器4出射具有大致橢圓形的截面形狀的發(fā)散光束。發(fā)散光束根據(jù)截面形狀在組合器4上形成大致橢圓形的照射區(qū)域5。

圖10表示本實施方式的平視顯示器200的示意圖。

平視顯示器200的結(jié)構(gòu)與平視顯示器100的不同點在于，從透射型屏幕2G向組合器4出射具有大致橢圓形的截面形狀的發(fā)散光束。具體來說，透射型屏幕的結(jié)構(gòu)不同。其中，對與平視顯示器100的構(gòu)成要素相同的組件省略詳細說明。

平視顯示器200包括：影像源1、透射型屏幕2G、場鏡3、和組合器4。另外，也可以不包含場鏡3。

圖11(a)是表示透射型屏幕2G的結(jié)構(gòu)的示意性的截面圖，圖11(b)表示從透射型屏幕2G的出射面11側(cè)看的MLA12的形狀和從受光面10側(cè)看的變形六方最密配置的MLA23的形狀。

透射型屏幕2G具有MLA12和MLA23。MLA12配置在透射型屏幕2G的受光面10側(cè)，MLA23配置于出射面11側(cè)。MLA12的柱狀透鏡MLA23的透鏡面朝向受光面10配置，MLA22的透鏡面朝向出射面11配置。

圖11(a)中，H方向(第一方向)表示大致橢圓形的照射區(qū)域5的長軸方向，V方向(與第一方向正交的方向)表示短軸方向。MLA23中，微透鏡以形成其輪廓的邊中的至少1邊和與其平行的邊在H方向或V方向平行的方式排列。

圖11(b)所示的例子中，以微透鏡的2邊與H方向平行的方式排列微透鏡。另外，MLA23的微透鏡具有將正六邊形的形狀向H方向和/或V方向壓縮或伸長的形狀。與六方最密配置相對地，將使具有這樣的形狀的微透鏡六方最密配置稱為“變形六方最密配置”。另外，MLA23的透鏡的形狀也可以不是六邊形，而是例如圓形。但是，出于提高光的利用效率觀點，優(yōu)選透鏡的形狀為六邊形。

圖11(b)例示了使微透鏡的形狀在H方向伸長或在V方向壓縮的、MLA23的透鏡的形狀。其伸長的邊的方向與大致橢圓形的照射區(qū)域5的長軸方向一致，壓縮的方向與短軸方向一致。由此，發(fā)散光束以其截面形狀為大致橢圓形的方式從透射型屏幕2G的出射面11出射。

圖11(b)中示出了表示相鄰的透鏡之間的透鏡的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4、e5和e6。將表示MLA23中的透鏡的移位方向的矢量，定義為矢量e4、e5和e6。矢量e4是從微透鏡M4的中心向微透鏡M5的中心去的矢量，其方向表示以微透鏡M4的中心為基準的微透鏡M5的移位方向。矢量e5和e6也同樣。

本實施方式中，在MLA12和MLA23之間，表示透鏡的移位方向的矢量e1、e2、e3、e4、e5和e6的方向相互不同。

像這樣，根據(jù)微透鏡形狀的壓縮、伸長的比率來改變發(fā)散光束的照射區(qū)域5的長軸方向和短軸方向的比率，能夠使發(fā)散光束的截面形狀變化。由此，能夠充分限定發(fā)散光束的照射范圍，提高光的利用效率。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)低耗電化和/或影像的高亮度化。另外，與第二實施方式同樣，能夠有效減少光斑。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的透射型屏幕能夠用于HUD、頭戴式顯示器和其他虛像顯示器等。

附圖標記說明

1 影像源

2、2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G 透射型屏幕

3 場鏡

4 組合器

5 照射區(qū)域

10 受光面

11 出射面

12、22、23 微透鏡陣列

13、14、21 柱狀透鏡

20 光纖板

100、200 平視顯示器。