WO2016194515A1 - 光走査制御装置 - Google Patents

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豊樹 田中
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Mitsumi Electric Co Ltd
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    • G03B21/62—Translucent screens

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning control device.
  • An optical scanning control device that scans a laser beam and displays an image is known.
  • a microlens array may be used as a screen.
  • an interference pattern may be visually recognized due to the regularity of the lens arrangement.
  • it has first and second microlens array portions in which a plurality of microlenses are arranged, and the interval between the microlenses arranged in the first microlens array portion is set to the second microlens array portion. It has been proposed that the distance between the microlenses arranged in the lens array portion is narrower (see, for example, Patent Document 1).
  • two microlens arrays are required, and there is a problem that the cost increases.
  • an object of an embodiment of the present invention is to provide an optical scanning control apparatus capable of reducing speckle noise and interference patterns while suppressing an increase in cost.
  • the optical scanning control device (1) is scanned by scanning means (310) for scanning light emitted from lasers (211R, 211G, 211B) and the scanning means (310). And a screen (50) on which the light is imaged.
  • a plurality of microlenses (50m) are arranged on at least one of the light incident side and the light emitting side of the screen (50).
  • Each of the microlenses (50m) is arranged with a center-to-center distance at random in at least one of a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
  • an optical scanning control device capable of reducing speckle noise and interference patterns while suppressing an increase in cost.
  • FIG. 1 is an external view (part 1) illustrating an optical scanning control device according to an embodiment; It is an external view (the 2) which illustrates the optical scanning control apparatus which concerns on this Embodiment.
  • FIG. (The 1) which illustrates the microlens array which concerns on a comparative example.
  • FIG. (The 1) which illustrates the microlens array which concerns on this Embodiment.
  • FIG. (1) explaining a reference distance.
  • FIG. (The 2) which illustrates the microlens array which concerns on a comparative example.
  • FIG. 4 is a second diagram illustrating a microlens array according to the embodiment; It is FIG. (2) explaining a reference distance.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an optical scanning control apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an optical scanning unit constituting the optical scanning control device.
  • 3 and 4 are external views illustrating the optical scanning control apparatus according to this embodiment.
  • the optical scanning control device 1 includes, as main components, a circuit unit 10, a light source unit 20, an optical scanning unit 30, an optical unit 40, a screen 50, and a light quantity detection sensor 60. It is stored in the body 100.
  • the optical scanning control device 1 is, for example, a laser scanning projector.
  • the circuit unit 10 is a part that controls the light source unit 20 and the optical scanning unit 30, and can be configured by, for example, a system controller 11, a CPU (Central Processing Unit) 12, various driving circuits, and the like.
  • a system controller 11 a CPU (Central Processing Unit) 12, various driving circuits, and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • the light source unit 20 includes an LD module 21, a temperature control unit 22, a temperature sensor 23, and a neutral density filter 24.
  • the LD module 21 includes lasers 211R, 211G, and 211B that change the amount of light emitted according to the current value, a light amount detection sensor 215 that monitors the most recent light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B, and the like.
  • the laser 211R is, for example, a red semiconductor laser, and can emit light having a wavelength ⁇ R (for example, 640 nm).
  • the laser 211G is, for example, a green semiconductor laser, and can emit light having a wavelength ⁇ G (for example, 530 nm).
  • the laser 211B is, for example, a blue semiconductor laser, and can emit light having a wavelength ⁇ B (for example, 445 nm).
  • As the light quantity detection sensor 215, for example, a photodiode or the like can be used.
  • the light quantity detection sensor 215 can be disposed at an arbitrary position where the light quantity before passing through the neutral density filter 24 can be detected.
  • the temperature control unit 22 can control the lasers 211R, 211G, and 211B to a predetermined temperature.
  • the temperature sensor 23 can detect the temperatures of the lasers 211R, 211G, and 211B.
  • a Peltier element can be used.
  • a thermistor can be used.
  • the neutral density filter 24 is disposed in front of the mirror 310, and the light (the combined light) emitted from the lasers 211R, 211G, and 211B is incident thereon.
  • the neutral density filter 24 has a function of adjusting the luminance on the screen 50.
  • an ND (Neutral-Density) filter, a liquid crystal element, a polarizing filter, or the like can be used as the neutral density filter 24.
  • the neutral density filter 24 is inserted to be inclined with respect to the optical axis of incident light, and light that is not transmitted (light that is attenuated) is absorbed or reflected by the neutral density filter 24.
  • the optical scanning unit 30 is, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) that drives the mirror 310 with a piezoelectric element.
  • the mirror 310 reflects the light (combined light) emitted from the lasers 211R, 211G, and 211B, scans the incident light in two dimensions in the horizontal and vertical directions according to the video signal, and couples it to the screen 50. It functions as scanning means for imaging.
  • the mirror 310 is supported from both sides by torsion beams 331 and 332 constituting an axis.
  • Drive beams 351 and 352 are provided in pairs so as to sandwich the mirror 310 in a direction orthogonal to the torsion beams 331 and 332.
  • the mirror 310 can be swung around the axis with the torsion beams 331 and 332 as axes.
  • the direction in which the mirror 310 swings about the axes of the torsion beams 331 and 332 is hereinafter referred to as the horizontal direction.
  • the horizontal displacement sensor 391 is a sensor that detects the horizontal tilt of the mirror 310 when the mirror 310 is oscillating in the horizontal direction.
  • driving beams 371 and 372 are provided in pairs outside the driving beams 351 and 352.
  • the piezoelectric element formed on each surface of the drive beams 371 and 372 can swing the mirror 310 in the vertical direction, which is a direction orthogonal to the horizontal direction.
  • the vertical displacement sensors 395 and 396 are sensors that detect the vertical inclination of the mirror 310 in a state where the mirror 310 is swinging in the vertical direction.
  • the optical scanning unit 30 is mounted on a ceramic package together with a drive circuit and the like, and is covered with a ceramic cover.
  • the optical unit 40 is an optical system for projecting the light scanned by the light scanning unit 30 onto the screen 50.
  • the mirror 43, the concave mirror 44, etc. can be included.
  • a lens may be used instead of the reflecting mirror.
  • the light incident on the optical unit 40 from the optical scanning unit 30 is converted into substantially parallel light by the concave mirror 44 and forms an image on the screen 50, and an image corresponding to the video signal is drawn on the screen 50.
  • the screen 50 is provided with a microlens array in order to remove noise in a granular image called speckle.
  • a microlens array corresponds to a pixel of the display, and it is desirable that the irradiated laser beam is equal to or smaller than the size of the microlens. Details of the microlens array constituting the screen 50 will be described later.
  • the light quantity detection sensor 60 can be disposed at any position where the light quantity after passing through the neutral density filter 24 can be detected.
  • the light amount detection sensor 60 can independently detect the light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B after passing through the neutral density filter 24.
  • the light quantity detection sensor 60 for example, one or a plurality of photodiodes can be used.
  • the system controller 11 can control the deflection angle of the mirror 310.
  • the system controller 11 monitors, for example, the horizontal and vertical inclinations of the mirror 310 obtained by the horizontal displacement sensor 391 and the vertical displacement sensors 395 and 396 via the buffer circuit 13, and sends an angle control signal to the mirror drive circuit 14.
  • the mirror drive circuit 14 supplies a predetermined drive signal to the drive beams 351 and 352 and the drive beams 371 and 372 based on the angle control signal from the system controller 11 to drive (scan) the mirror 310 at a predetermined angle. can do.
  • the system controller 11 can supply a digital video signal to the laser drive circuit 15, for example.
  • the laser drive circuit 15 supplies a predetermined current to the lasers 211R, 211G, and 211B based on the video signal from the system controller 11. Accordingly, the lasers 211R, 211G, and 211B emit red, green, and blue light modulated according to the video signal, and a color image can be formed by combining these light.
  • the CPU 12 can monitor the emitted light quantity at the base of the lasers 211R, 211G, and 211B by the output of the light quantity detection sensor 215 and supply a light quantity control signal to the LD module 21, for example.
  • the lasers 211 ⁇ / b> R, 211 ⁇ / b> G, and 211 ⁇ / b> B are current-controlled so as to obtain a predetermined output (light quantity) based on the light quantity control signal from the CPU 12.
  • the light amount detection sensor 215 can include three sensors that independently detect the emitted light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B.
  • the light amount detection sensor 215 may be composed of only one sensor.
  • the emitted light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B can be controlled by sequentially emitting the lasers 211R, 211G, and 211B and sequentially detecting them with one sensor.
  • the CPU 12 can monitor the temperatures of the lasers 211 R, 211 G, and 211 B based on the output of the temperature sensor 23 and supply a temperature control signal to the temperature control circuit 16. Then, the temperature control circuit 16 supplies a predetermined current to the temperature control unit 22 based on the temperature control signal from the CPU 12. Thereby, the temperature control part 22 is heated or cooled, and it can control so that each laser may become predetermined
  • the light quantity detection sensor 60 detects the light quantity after passing through the neutral density filter 24.
  • the light amount detection sensor 215 for adjusting the light amount of each laser is mounted in the LD module 21 and is the root of the lasers 211R, 211G, and 211B (before passing through the neutral density filter 24). ) The amount of emitted light is detected.
  • the image actually displayed by the optical scanning control device 1 is based on the light imaged on the screen 50, there is a case where correct adjustment cannot be performed by adjustment based on the laser light quantity at the base.
  • the neutral density filter 24 since the neutral density filter 24 is provided on the optical path, the expected attenuation ratio cannot be obtained depending on the characteristics of the neutral density filter 24. Therefore, the amount of light after passing through the neutral density filter 24 is as expected. It may not be possible. Further, when there is a variation in the R / G / B dimming ratio of the neutral density filter 24, the white balance after passing through the neutral density filter 24 may be lost. Further, the characteristics of the optical scanning unit 30 may fluctuate due to temperature and aging degradation. Such a problem cannot be solved no matter how precisely the amount of light before passing through the optical scanning unit 30 is controlled by the light amount detection sensor 215.
  • a light quantity detection sensor 60 is provided as a light quantity detection means for detecting the light quantity after passing through the neutral density filter 24.
  • the detection result of the light quantity detection sensor 60 is input to the CPU 12 which is a control means, and the CPU 12 supplies a light quantity control signal for controlling the current value of each laser to the LD module 21 based on the light quantity detected by the light quantity detection sensor 60. Can do.
  • the light amount detection sensor 60 can independently detect the respective light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B, and the CPU 12 determines the current values of the respective lasers based on the respective light amounts detected by the light amount detection sensor 60. Can be controlled.
  • FIG. 5 is a diagram (part 1) illustrating a microlens array (conventional microlens array) according to a comparative example
  • FIG. 5A is a perspective view
  • FIG. 5B is a center position of each microlens. It is the top view which showed typically.
  • FIG. 6 is a diagram (part 1) illustrating the microlens array according to the present embodiment, where FIG. 6A is a perspective view, and FIG. 6B is a schematic view of the center position of each microlens. It is the top view shown in.
  • each microlens 500m is a quadrangle
  • the center 500c of each microlens 500m is orthogonal to the X direction (lateral direction) and the X direction. They are arranged at equal intervals in the Y direction (vertical direction).
  • the centers 50c of the microlenses 50m are arranged with randomness in the X direction and the Y direction. That is, the micro lenses 50m are arranged at random distances between the centers in the X direction and the Y direction (arranged at different intervals in the X direction and the Y direction).
  • the surface of the screen 50 on which the microlens array is formed can be only the surface on either the light incident side or the light emitting side. Even if the microlens array is formed on any surface, the effect of reducing the interference pattern while maintaining the speckle reduction function described later is equivalent. However, it is preferable to form the microlens array on the light incident side in that a smooth image can be visually recognized from the light emitting side. The same effect can be obtained when microlens arrays are formed on both the light incident side and the light exiting side and the arrangement of microlenses on at least one surface is random.
  • each microlens 50m of FIG. 6B the intersection of the cross lines indicates the position where the center 500c of FIG. 5B is located, and the arrow indicates that the center 50c is located with respect to the center 500c of FIG. The shifted direction is shown.
  • each microlens 50m may be either spherical or aspherical, but the thickness and radius of curvature of each microlens 50m are unified in any case. Thereby, the focal distance of each micro lens 50m can be made equal.
  • FIG. 7 is a diagram (part 1) for explaining the reference distance, and is a plan view schematically illustrating a microlens array.
  • the intersection of the cross lines indicates the position when the centers of the microlenses 50m are arranged at equal intervals in the X direction and the Y direction.
  • the distance between the centers of adjacent microlenses 50m in the X direction is defined as a reference distance Rx
  • the distance between the centers of adjacent microlenses 50m in the Y direction is defined as a reference distance Ry.
  • the reference distance Rx and the reference distance Ry can be appropriately determined according to the required specifications, but can be, for example, about several tens to several hundreds ⁇ m.
  • each micro lens 50m is arranged for each of the reference distance Rx and the reference distance Ry, and this becomes the standard dimension of the micro lens 50m.
  • the reference distance Rx and the reference distance Ry may be the same or different.
  • each microlens 50m The center coordinates of are shown in Table 1.
  • the average size of each micro lens 50m becomes substantially equal to the reference distance Rx and the reference distance Ry. Therefore, the diffusion angle of the screen 50 can be obtained from the numerical aperture NA (Numerical Aperture) of the lens whose size is determined by the reference distance Rx and the reference distance Ry.
  • NA numerical aperture
  • the amount of deviation is desirably 30% or less with respect to the reference distance Rx and the reference distance Ry, as studied by the inventors. That is, it is desirable that ⁇ x / Rx ⁇ 30% and ⁇ y / Ry ⁇ 30%. As a result, it is possible to reduce the interference pattern while maintaining the speckle reduction function.
  • planar shape of the microlens is a quadrangle (in the case of a square array arranged in a grid) has been described with reference to FIGS. 5 to 7, it is not limited to this.
  • the planar shape of the microlens may be a hexagonal shape (triangular arrangement arranged in a honeycomb shape), or may be a planar shape other than these.
  • FIG. 9 to 10 show the case where the planar shape of the microlens 500m is hexagonal.
  • FIG. 9 is a diagram (part 2) illustrating a microlens array (conventional microlens array) according to a comparative example.
  • FIG. 9A is a perspective view
  • FIG. 9B is a center position of each microlens. It is the top view which showed typically.
  • FIG. 10 is a diagram (part 2) illustrating the microlens array according to this embodiment.
  • FIG. 10A is a perspective view
  • FIG. 10B is a schematic view of the center position of each microlens. It is the top view shown in.
  • FIG. 11 is a diagram (part 2) for explaining the reference distance, and is a plan view schematically illustrating a microlens array.
  • the center 50c of each microlens 50m is random in the X direction and the Y direction by the same method as when the planar shape of the microlens 500m is a square. Can be arranged. It is desirable that the deviation amount distribution is a normal distribution or a uniform distribution, and the deviation amount is desirably 30% or less with respect to the reference distance Rx and the reference distance Ry (that is, ⁇ x / Rx ⁇ The same applies to 30% and ⁇ y / Ry ⁇ 30%.
  • the screen 50 is constituted by the microlens array 50m, and the center 50c of each microlens 50m is arranged with randomness in the X direction and the Y direction, so that the interference pattern is maintained while maintaining the speckle reduction function. Can be reduced.
  • the center 50c of each micro lens 50m is arranged with randomness in only one of the X direction and the Y direction, it is possible to reduce the interference pattern while maintaining the speckle reduction function. Become.
  • the spot diameter (FWHM: half width) of the light beam irradiated on the screen 50 is preferably smaller than the reference distance Rx and the reference distance Ry. If the spot diameter of the light beam applied to the screen 50 is larger than the reference distance Rx and the reference distance Ry, the probability that the light beam is applied across the plurality of microlenses 50m increases, and interference patterns are likely to occur. is there.
  • optical scanning control device for example, in the above-described embodiment, an example in which the optical scanning control device according to the present invention is applied to a laser scanning projector has been described.
  • the optical scanning control device according to the present invention is not limited to the above example.
  • the optical scanning control device according to the present invention can be applied to various devices that display an image on a screen. Examples of such devices include an on-vehicle head-up display, a laser printer, a laser scanning epilator, a laser head lamp, and a laser radar.
  • an in-vehicle head-up display with reduced speckle noise and interference patterns can be constructed by using the screen of the optical scanning control device according to the present invention as an intermediate screen and indirectly projecting an image on a windshield or a combiner.

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Abstract

レーザから出射された光を走査する走査手段と、前記走査手段により走査された光が結像するスクリーンと、を有する光走査制御装置。前記スクリーンの光の入射側若しくは出射側の少なくとも一方の面に複数のマイクロレンズが配列されている。　夫々の前記マイクロレンズは、第１の方向、前記第１の方向と直交する第２の方向の少なくとも１方向において、中心間距離をランダムにして配列されている。

Description

光走査制御装置
本発明は、光走査制御装置に関する。
レーザ光を走査して画像を表示する光走査制御装置が知られている。このような光制御装置において、スペックルノイズによる影響を抑制するために、スクリーンとしてマイクロレンズアレイを用いる場合がある。
しかしながら、スクリーンとしてマイクロレンズアレイを用いると、レンズ配列の規則性のために、干渉模様が視認される場合がある。これを防止するために、例えば、複数のマイクロレンズが配列された第１及び第２マイクロレンズアレイ部を有し、第１マイクロレンズアレイ部に配列されたマイクロレンズ同士の間隔を、第２マイクロレンズアレイ部に配列されたマイクロレンズ同士の間隔よりも狭く構成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、上記の光走査制御装置では、２枚のマイクロレンズアレイが必要となるため、コストが上昇するという問題があった。
特開２０１２－２２６３０３号公報
上記の課題に鑑みて、本発明の一実施例は、コスト上昇を抑制しつつスペックルノイズ及び干渉模様を低減することが可能な光走査制御装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施例では、本光走査制御装置（１）は、レーザ（２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ）から出射された光を走査する走査手段（３１０）と、前記走査手段（３１０）により走査された光が結像するスクリーン（５０）と、を有する。前記スクリーン（５０）の光の入射側若しくは出射側の少なくとも一方の面に複数のマイクロレンズ（５０ｍ）が配列されている。夫々の前記マイクロレンズ（５０ｍ）は、第１の方向、前記第１の方向と直交する第２の方向の少なくとも１方向において、中心間距離をランダムにして配列されている。　
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
本発明の実施例によれば、コスト上昇を抑制しつつスペックルノイズ及び干渉模様を低減することが可能な光走査制御装置を提供できる。
本実施の形態に係る光走査制御装置を例示するブロック図である。 光走査制御装置を構成する光走査部を例示する平面図である。 本実施の形態に係る光走査制御装置を例示する外観図（その１）である。 本実施の形態に係る光走査制御装置を例示する外観図（その２）である。 比較例に係るマイクロレンズアレイを例示する図（その１）である。 本実施の形態に係るマイクロレンズアレイを例示する図（その１）である。 基準距離について説明する図（その１）である。 マイクロレンズの座標の偏差量の分布について説明する図である。 比較例に係るマイクロレンズアレイを例示する図（その２）である。 本実施の形態に係るマイクロレンズアレイを例示する図（その２）である。 基準距離について説明する図（その２）である。
　　以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
　図１は、本実施の形態に係る光走査制御装置を例示するブロック図である。図２は、光走査制御装置を構成する光走査部を例示する平面図である。図３及び図４は、本実施の形態に係る光走査制御装置を例示する外観図である。
　（光走査制御装置の概略構成）
　まず、図１～図４を参照して、光走査制御装置１の概略構成について説明する。光走査制御装置１は、主要な構成要素として、回路部１０と、光源部２０と、光走査部３０と、光学部４０と、スクリーン５０と、光量検出センサ６０とを有し、これらは筐体１００に格納されている。光走査制御装置１は、例えば、レーザ走査型プロジェクタである。
　回路部１０は、光源部２０や光走査部３０を制御する部分であり、例えば、システムコントローラ１１やＣＰＵ（Central Processing Unit）１２、各種駆動回路等により構成することができる。
　光源部２０は、ＬＤモジュール２１と、温度制御部２２と、温度センサ２３と、減光フィルタ２４とを有する。
　ＬＤモジュール２１は、電流値に応じて出射する光量が変化するレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂや、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の直近の光量をモニタする光量検出センサ２１５等を備えている。レーザ２１１Ｒは、例えば、赤色半導体レーザであり、波長λＲ（例えば、６４０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｇは、例えば、緑色半導体レーザであり、波長λＧ（例えば、５３０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｂは、例えば、青色半導体レーザであり、波長λＢ（例えば、４４５ｎｍ）の光を出射することができる。光量検出センサ２１５としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。光量検出センサ２１５は、減光フィルタ２４を通過前の光量を検出できる任意の位置に配置することができる。
　温度制御部２２は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂを所定の温度に制御することができる。温度センサ２３は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の温度を検出することができる。温度制御部２２としては、例えば、ペルチェ素子を用いることができる。温度センサ２３としては、例えば、サーミスタを用いることができる。
　減光フィルタ２４は、ミラー３１０の前段に配置され、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された光（合成後の光）が入射する。減光フィルタ２４は、スクリーン５０上の輝度を調整する機能を有する。減光フィルタ２４としては、ＮＤ（Neutral Density）フィルタや液晶素子、偏光フィルタ等を用いることができる。減光フィルタ２４は、入射光の光軸に対して傾けて挿入され、透過しない光（減光される光）は、減光フィルタ２４によって吸収若しくは反射される。
　光走査部３０は、例えば、圧電素子によりミラー３１０を駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）である。ミラー３１０は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された光（合成後の光）を反射させ、映像信号に応じて入射光を水平方向及び垂直方向の２次元に走査してスクリーン５０に結像させる走査手段として機能する。
　具体的には、図２に示すように、ミラー３１０は、軸を構成する捻れ梁３３１及び３３２により両側から支持されている。捻れ梁３３１及び３３２と直交する方向に、ミラー３１０を挟むように、駆動梁３５１及び３５２が対をなして設けられている。駆動梁３５１及び３５２の夫々の表面に形成された圧電素子により、捻れ梁３３１及び３３２を軸として、ミラー３１０を軸周りに揺動させることができる。ミラー３１０が捻れ梁３３１及び３３２の軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。駆動梁３５１及び３５２による水平駆動には、例えば共振振動が用いられ、高速にミラー３１０を駆動することができる。水平変位センサ３９１は、ミラー３１０が水平方向に揺動している状態におけるミラー３１０の水平方向の傾き具合を検出するセンサである。
　又、駆動梁３５１及び３５２の外側には、駆動梁３７１及び３７２が対をなして設けられている。駆動梁３７１及び３７２の夫々の表面に形成された圧電素子により、ミラー３１０を水平方向と直交する方向である垂直方向に揺動させることができる。垂直変位センサ３９５及び３９６は、ミラー３１０が垂直方向に揺動している状態におけるミラー３１０の垂直方向の傾き具合を検出するセンサである。なお、光走査部３０は、例えば、ユニット１５０（図３（ｂ）参照）において、駆動回路等と共にセラミックパッケージに搭載され、セラミックカバーに覆われている。
　光学部４０は、光走査部３０にて走査された光をスクリーン５０に投射するための光学系であり、例えば、図３（ｂ）等に示すように、反射ミラー４１、反射ミラー４２、反射ミラー４３、凹面ミラー４４等を含んで構成することができる。但し、必要に応じ、反射ミラーに代えてレンズを用いてもよい。光走査部３０から光学部４０に入射した光は、凹面ミラー４４により略平行光とされてスクリーン５０に結像し、スクリーン５０に映像信号に応じた画像が描画される。
　スクリーン５０は、スペックルと呼ばれる粒状に見える画像のノイズを除去するため、マイクロレンズアレイを備えている。マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズは、ディスプレイの画素に相当し、照射されるレーザビームはマイクロレンズのサイズに比べて等しいか、より小さいことが望ましい。スクリーン５０を構成するマイクロレンズアレイの詳細については後述する。
　光量検出センサ６０は、減光フィルタ２４を通過後の光量を検出できる任意の位置に配置することができる。光量検出センサ６０は、減光フィルタ２４を通過後のレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の光量を独立に検出可能である。光量検出センサ６０としては、例えば、１つ又は複数のフォトダイオード等を用いることができる。
　（光走査制御装置の概略動作）
　次に、光走査制御装置１の概略動作について説明する。システムコントローラ１１は、例えば、ミラー３１０の振れ角制御を行うことができる。システムコントローラ１１は、例えば、水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６で得られるミラー３１０の水平方向及び垂直方向の傾きをバッファ回路１３を介してモニタし、ミラー駆動回路１４に角度制御信号を供給することができる。そして、ミラー駆動回路１４は、システムコントローラ１１からの角度制御信号に基づいて、駆動梁３５１及び３５２、駆動梁３７１及び３７２に所定の駆動信号を供給し、ミラー３１０を所定角度に駆動（走査）することができる。
　又、システムコントローラ１１は、例えば、ディジタルの映像信号をレーザ駆動回路１５に供給することができる。そして、レーザ駆動回路１５は、システムコントローラ１１からの映像信号に基づいて、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂに所定の電流を供給する。これにより、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂが映像信号に応じて変調された赤色、緑色、及び青色の光を発し、これらを合成することでカラーの画像を形成することができる。
　ＣＰＵ１２は、例えば、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの根元の出射光量を光量検出センサ２１５の出力によりモニタし、ＬＤモジュール２１に光量制御信号を供給することができる。レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂは、ＣＰＵ１２からの光量制御信号に基づいて、所定の出力（光量）になるように電流制御される。
　なお、光量検出センサ２１５は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの出射光量を独立に検出する３つのセンサを含む構成とすることができる。或いは、光量検出センサ２１５は、１つのセンサのみから構成してもよい。この場合には、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂを順次発光させて、１つのセンサで順次検出することで、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの出射光量の制御が可能となる。
　又、ＣＰＵ１２は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの温度を温度センサ２３の出力によりモニタし、温度制御回路１６に温度制御信号を供給することができる。そして、温度制御回路１６は、ＣＰＵ１２から温度制御信号に基づいて、温度制御部２２に所定の電流を供給する。これにより、温度制御部２２が加熱又は冷却され、各レーザが所定の温度になるように制御することができる。
　光量検出センサ６０は、減光フィルタ２４を通過後の光量を検出する。前述のように、各レーザの光量調整を実施するための光量検出センサ２１５はＬＤモジュール２１の中に実装されており、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの根元の（減光フィルタ２４を通過前の）出射光量を検出している。しかしながら、光走査制御装置１で実際に表示される画像はスクリーン５０に結像した光によるので、根元のレーザ光量による調整では正しい調整ができない場合がある。
　例えば、光路上に減光フィルタ２４を設けているので、減光フィルタ２４の特性によっては、期待通りの減光比が得られないことから、減光フィルタ２４を通過後の光量が期待通りにならない場合がある。又、減光フィルタ２４のＲ／Ｇ／Ｂ夫々の減光比にばらつきがある場合に至っては、減光フィルタ２４を通過後のホワイトバランスが崩れてしまうおそれがある。又、温度や経年劣化により、光走査部３０の特性が変動する場合もある。このような問題は、光量検出センサ２１５により、光走査部３０を通過前の光量を如何に精密に制御しても解決することはできない。
　そこで、光走査制御装置１では、減光フィルタ２４を通過後の光量を検出する光量検出手段として、光量検出センサ６０を設けている。光量検出センサ６０の検出結果は制御手段であるＣＰＵ１２に入力され、ＣＰＵ１２は光量検出センサ６０で検出した光量に基づいて、各レーザの電流値を制御する光量制御信号をＬＤモジュール２１に供給することができる。
　これにより、減光フィルタ２４や光走査部３０の特性の変動を含めたレーザ光の光量を検出できるため、スクリーン５０に実際に表示される画像に対応した正確な光量制御を行うことが可能となる。なお、光量検出センサ６０は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の光量を独立に検出可能であり、ＣＰＵ１２は、光量検出センサ６０で検出した夫々の光量に基づいて、夫々のレーザの電流値を制御すことができる。
　（マイクロレンズアレイ）
　以下、スクリーン５０のマイクロレンズアレイについて詳説する。図５は、比較例に係るマイクロレンズアレイ（従来のマイクロレンズアレイ）を例示する図（その１）であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は各マイクロレンズの中心位置を模式的に示した平面図である。又、図６は、本実施の形態に係るマイクロレンズアレイを例示する図（その１）であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は各マイクロレンズの中心位置を模式的に示した平面図である。
　図５に示すように、従来のマイクロレンズアレイは、例えば、個々のマイクロレンズ５００ｍの平面形状が四角形であり、各マイクロレンズ５００ｍの中心５００ｃが、Ｘ方向（横方向）及びＸ方向と直交するＹ方向（縦方向）に等間隔で配置されている。
　これに対して、図６に示すように、本実施の形態に係るマイクロレンズアレイは、各マイクロレンズ５０ｍの中心５０ｃが、Ｘ方向及びＹ方向にランダム性を持って配置されている。つまり、各マイクロレンズ５０ｍは、Ｘ方向及びＹ方向において、中心間距離をランダムにして配列されている（Ｘ方向及びＹ方向に異なる間隔で配置されている）。
　スクリーン５０においてマイクロレンズアレイが形成される面は、光の入射側若しくは出射側の何れかの面のみとすることができる。マイクロレンズアレイを何れの面に形成しても、後述のスペックル低減機能を保持しつつ干渉模様を低減する効果は同等である。但し、マイクロレンズアレイを光の入射側に形成すると、光の出射側から滑らかな画像を視認できる点で好適である。なお、光の入射側及び出射側の両面にマイクロレンズアレイを形成し、少なくとも一方の面のマイクロレンズの配置をランダムとした場合にも同様の効果が得られる。
　図６（ｂ）の各マイクロレンズ５０ｍにおいて、十字線の交点は図５（ｂ）の中心５００ｃがあった位置を示しており、矢印は図５（ａ）の中心５００ｃに対して中心５０ｃがずれた方向を示している。
　なお、各マイクロレンズ５０ｍの曲率は球面形状、非球面形状の何れであってもよいが、何れの場合も各マイクロレンズ５０ｍの厚み及び曲率半径は統一される。これにより、各マイクロレンズ５０ｍの焦点距離を等しくすることができる。
　次に、各マイクロレンズ５０ｍの中心５０ｃをランダム性を持って配置する手法について説明する。図７は、基準距離について説明する図（その１）であり、マイクロレンズアレイを模式的に例示する平面図である。
　図７の各マイクロレンズ５０ｍにおいて、十字線の交点は各マイクロレンズ５０ｍの中心がＸ方向及びＹ方向に等間隔で配置された場合の位置を示している。このとき、隣接するマイクロレンズ５０ｍのＸ方向の中心間距離を基準距離Ｒｘ、隣接するマイクロレンズ５０ｍのＹ方向の中心間距離を基準距離Ｒｙとする。基準距離Ｒｘ、基準距離Ｒｙは、要求仕様に応じて適宜決定できるが、例えば、数１０～数１００μｍ程度とすることができる。
　ここで、マイクロレンズ５０ｍがｎ個あるとし、各マイクロレンズ５０ｍの中心が等間隔で配置された場合の中心座標を（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、・・・（ｘｎ，ｙｎ）とする。この時、各マイクロレンズ５０ｍは基準距離Ｒｘ、基準距離Ｒｙ毎に配置され、これがマイクロレンズ５０ｍの標準寸法となる。基準距離Ｒｘと基準距離Ｒｙは等しくてもよいし、異なっていてもよい。
　次に、上記の中心座標に対する各マイクロレンズ５０ｍの座標の偏差を（Δｘ１，Δｙ１）、（Δｘ２，Δｙ２）、（Δｘ３，Δｙ３）、・・・（Δｘｎ，Δｙｎ）とすると、各マイクロレンズ５０ｍの中心座標は表１で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　ここで、偏差（Δｘｉ，Δｙｉ）（ｉ＝１～ｎ）は乱数によって設定されるランダムな数値である。その偏差量の分布は、０を中心として正負の値をとることになるので、その正負の分布割合が均等となることが望ましい。つまり、基準距離Ｒｘ、基準距離Ｒｙに対する各マイクロレンズ５０ｍの中心間距離の偏差量の正負の分布割合が均等であることが望ましい。これは、例えば、図８（ａ）に例示する正規分布、若しくは、図８（ｂ）に例示する一様分布等により実現することができる。
　偏差量の分布を均等とすることにより、各マイクロレンズ５０ｍのサイズの平均は、基準距離Ｒｘ、基準距離Ｒｙと略等しくなる。そのため、スクリーン５０の拡散角を、基準距離Ｒｘ、基準距離Ｒｙで大きさが決まるレンズの開口数ＮＡ（Numerical Aperture）で求めることができる。
　なお、発明者らの検討により、偏差量は、基準距離Ｒｘ、基準距離Ｒｙに対して３０%以下とすることが望ましい。つまり、Δｘ／Ｒｘ≦３０％、Δｙ／Ｒｙ≦３０％とすることが望ましい。これにより、スペックル低減機能を保持しつつ、干渉模様を低減することが可能となる。
　なお、図５～図７を参照して、マイクロレンズの平面形状が四角形である場合（升目状に配置された四角配列の場合）について説明したが、これには限定されない。例えば、マイクロレンズの平面形状は六角形（蜂の巣状に配置された三角配列）であってもよいし、これら以外の平面形状であってもよい。
　マイクロレンズ５００ｍの平面形状が六角形の場合を図９～図１０に示す。図９は、比較例に係るマイクロレンズアレイ（従来のマイクロレンズアレイ）を例示する図（その２）であり、図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は各マイクロレンズの中心位置を模式的に示した平面図である。又、図１０は、本実施の形態に係るマイクロレンズアレイを例示する図（その２）であり、図１０（ａ）は斜視図、図１０（ｂ）は各マイクロレンズの中心位置を模式的に示した平面図である。図１１は、基準距離について説明する図（その２）であり、マイクロレンズアレイを模式的に例示する平面図である。
　マイクロレンズ５００ｍの平面形状が六角形の場合にも、マイクロレンズ５００ｍの平面形状が四角形である場合と同様の手法により、各マイクロレンズ５０ｍの中心５０ｃをＸ方向及びＹ方向にランダム性を持って配置することができる。偏差量の分布を正規分布若しくは一様分布等とすることが望ましい点、及び、偏差量を基準距離Ｒｘ、基準距離Ｒｙに対して３０%以下とすることが望ましい点（つまり、Δｘ／Ｒｘ≦３０％、Δｙ／Ｒｙ≦３０％とすることが望ましい点）についても同様である。
　このように、スクリーン５０をマイクロレンズアレイ５０ｍにより構成し、各マイクロレンズ５０ｍの中心５０ｃをＸ方向及びＹ方向にランダム性を持って配置することにより、スペックル低減機能を保持しつつ、干渉模様を低減することが可能となる。但し、各マイクロレンズ５０ｍの中心５０ｃをＸ方向、Ｙ方向の何れか１方向のみにおいてランダム性を持って配置しても、スペックル低減機能を保持しつつ、干渉模様を低減することが可能となる。
　なお、スクリーン５０に照射した光ビームのスポット径（FWHM：半値幅）は、基準距離Ｒｘ、基準距離Ｒｙよりも小さいことが望ましい。スクリーン５０に照射した光ビームのスポット径が基準距離Ｒｘ、基準距離Ｒｙよりも大きいと、光ビームが複数のマイクロレンズ５０ｍに跨って照射される確率が高まり、干渉模様が発生し易くなるからである。
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
　例えば、上記の実施の形態では、本発明に係る光走査制御装置をレーザ走査型プロジェクタに適用する例を示した。しかし、本発明に係る光走査制御装置は、上記の一例に限られない。本発明に係る光走査制御装置は、スクリーンに画像を表示する様々な機器に適用可能である。このような機器としては、例えば、車載用のヘッドアップディスプレイ、レーザプリンタ、レーザ走査型脱毛器、レーザヘッドランプ、レーザーレーダ等を挙げることができる。
なお、本発明に係る光走査制御装置のスクリーンを中間スクリーンとし、映像を間接的にフロントガラスやコンバイナに映すことで、スペックルノイズと干渉模様を低減した車載用のヘッドアップディスプレイが構築できる。　
又、上記の実施の形態では、３つのレーザを有する例を示したが、レーザは最低１つ有していればよい。この場合、単色の光走査制御装置を実現できる。
　本国際出願は２０１５年５月２９日に出願された日本国特許出願第２０１５－１０９５０４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１５－１０９５０４号の全内容を本国際出願に援用する。
１　　光走査制御装置
　１０　回路部
　１１　システムコントローラ
　１２　ＣＰＵ
　１３　バッファ回路
　１４　ミラー駆動回路
　１５　レーザ駆動回路
　１６　温度制御回路
　２０　光源部
　２１　ＬＤモジュール
　２２　温度制御部
　２３　温度センサ
　２４　減光フィルタ
　３０　光走査部
　４０　光学部
　４１、４２、４３　反射ミラー
　４４　凹面ミラー
　５０　スクリーン
　５０ｍ　マイクロレンズ
　５０ｃ　マイクロレンズの中心
　６０　光量検出センサ
　１００　筐体
　１５０　ユニット
　２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ　レーザ
　２１５　光量検出センサ
　３１０　ミラー
　３５１、３５２、３７１、３７２　駆動梁
　３９１　水平変位センサ
　３９５、３９６　垂直変位センサ

Claims (5)

  1. 　レーザから出射された光を走査する走査手段と、
    　前記走査手段により走査された光が結像するスクリーンと、を有し、
    　前記スクリーンの光の入射側若しくは出射側の少なくとも一方の面に複数のマイクロレンズが配列され、
    　夫々の前記マイクロレンズは、第１の方向、前記第１の方向と直交する第２の方向の少なくとも１方向において、中心間距離をランダムにして配列されている光走査制御装置。
  2. 　夫々の前記マイクロレンズが等間隔で配置された場合の中心間距離を基準距離としたときに、前記基準距離に対する夫々の前記マイクロレンズの中心間距離の偏差量の正負の分布割合が均等である請求項１記載の光走査制御装置。
  3. 　夫々の前記マイクロレンズが等間隔で配置された場合の中心間距離を基準距離としたときに、前記スクリーンに照射されるレーザのスポット径は、前記基準距離よりも小さい請求項１記載の光走査制御装置。
  4. 　夫々の前記マイクロレンズは、厚み及び曲率半径が統一されている請求項１記載の光走査制御装置。
  5. 　夫々の前記マイクロレンズは、前記スクリーンの光の入射側の面に配列されている請求項１記載の光走査制御装置。
     
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