(57)【要約】【課題】光走査範囲における画像描画領域の割合を大きくして、画角を大きくする。【解決手段】光走査装置は、光源と、光源からの光を偏向して被走査面上で主走査方向および副走査方向に走査させる光偏向器と、被走査面上を走査した光を検出する光検出器と、光検出器が光を検出したタイミングに基づいて、光源の動作と光偏向器の動作との少なくとも一方を制御するコントローラと、を備える。そして、被走査面上の光が走査される範囲である光走査範囲６０の少なくとも主走査方向の端部に、光検出器により光を検出するための検出領域６１を有し、光走査範囲６０内の画像描画に用いる画像描画領域６２が、検出領域６１に対して主走査方向に隣接する領域と、検出領域６１に対して副走査方向に隣接する領域とを含む。【選択図】図４
2018005007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を偏向して被走査面上で主走査方向および副走査方向に走査させる光偏向器と、
前記被走査面上を走査した光を検出する光検出器と、
前記光検出器が光を検出したタイミングに基づいて、前記光源の動作と前記光偏向器の動作との少なくとも一方を制御するコントローラと、を備え、
前記被走査面上の光が走査される範囲である光走査範囲の少なくとも主走査方向の端部に、前記光検出器により光を検出するための検出領域を有し、前記光走査範囲内の画像描画に用いる画像描画領域が、前記検出領域に対して主走査方向に隣接する領域と、前記検出領域に対して副走査方向に隣接する領域とを含むこと
を特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記画像描画領域は、前記検出領域の位置を基準として、互いに異なる種類の画像を描画するための複数の描画領域に分割されていること
を特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記被走査面は、マイクロレンズアレイを有する中間スクリーンであり、
前記中間スクリーン上の前記光走査範囲の少なくとも主走査方向の端部に、光を反射して前記光検出器に入射させる反射部が設けられ、
前記検出領域は、前記反射部が設けられた前記中間スクリーン上の領域であること
を特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記反射部は、前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの配列ピッチと略等しい間隔で設けられた複数の反射面を含むこと
を特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記反射部の複数の反射面の１つで反射された光を前記光検出器が検出したタイミングと、前記反射部の複数の反射面の他の１つで反射された光を前記光検出器が検出したタイミングとに基づいて、前記光源の発光タイミングを制御すること
を特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記マイクロレンズアレイは、個々のマイクロレンズの中心が前記被走査面上で走査される光の軌跡と略一致するように各マイクロレンズを配列した構成であること
を特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記反射部は、主走査制御用反射部と副走査制御用反射部とを含み、
前記コントローラは、前記主走査制御用反射部で反射された光を前記光検出器が検出したタイミングに基づいて、前記光偏向器の主走査方向の振幅を制御するとともに、前記副走査制御用反射部で反射された光を前記光検出器が検出したタイミングに基づいて、前記光偏向器の副走査方向の振幅を制御すること
を特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光走査装置を備え、
前記被走査面上の前記画像描画領域を走査する光により描画される画像をスクリーンに投影して表示するプロジェクタ装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光走査装置を備え、
前記被走査面上の前記画像描画領域を走査する光により描画される画像を観察位置の前方のガラス部材に投射して、前記観察位置から前記ガラス部材を介して前記画像の虚像を視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、プロジェクタ装置およびヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばＭＥＭＳプロセスにより作製されたＭＥＭＳミラーを光偏向器として用い、この光偏向器により光源からのレーザ光を偏向して被走査面上で二次元方向（主走査方向および副走査方向）に走査させることで画像を描画する光走査装置が知られている。
【０００３】
この種の光走査装置では、光偏向器に対する印加電圧を一定に保っていても、例えば温度変動や経時変化などによって光偏向器の共振周波数に対する振幅感度が変化するなどの要因により、光偏向器の振幅量が変動する。このため、被走査面上を走査したレーザ光を検出するための光検出器を設け、この光検出器がレーザ光を検出したタイミングに基づいて光偏向器の振幅を制御することが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２等を参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被走査面上を走査したレーザ光を光検出器により検出するには、被走査面上のレーザ光が走査される範囲（以下、これを「光走査範囲」と呼ぶ）内に、光検出器によりレーザ光を検出するための領域（以下、これを「検出領域」と呼ぶ）を設ける必要がある。例えば特許文献１に記載の装置では、被走査面となるレンズアレイ上の光走査範囲内において、画像描画に用いる画像描画領域、つまり、画像情報に応じて変調されたレーザ光が照射される画像描画領域に対して主走査方向に外れた位置に、光検出器を設けている（特許文献１の図４参照）。また、特許文献２に記載の装置では、被走査面となるカバーガラス上の光走査範囲内において、画像描画領域に対して副走査方向に外れた位置に、レーザ光を反射して光検出器に入射させるための反射部が設けられている（特許文献２の図４参照）。
【０００５】
しかし、特許文献１や特許文献２の構成では、光走査範囲における画像描画領域の割合が小さくなるため、特に機械的な制約によって最大振幅量が制限されるＭＥＭＳミラーを光偏向器として用いる場合、画角を大きくすることが難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明は、光源と、前記光源からの光を偏向して被走査面上で主走査方向および副走査方向に走査させる光偏向器と、前記被走査面上を走査した光を検出する光検出器と、前記光検出器が光を検出したタイミングに基づいて、前記光源の動作と前記光偏向器の動作との少なくとも一方を制御するコントローラと、を備え、前記被走査面上の光が走査される範囲である光走査範囲の少なくとも主走査方向の端部に、前記光検出器により光を検出するための検出領域を有し、前記光走査範囲内の画像描画に用いる画像描画領域が、前記検出領域に対して主走査方向に隣接する領域と、前記検出領域に対して副走査方向に隣接する領域とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光走査範囲における画像描画領域の割合を大きくして、画角を大きくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るプロジェクタ装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、光偏向器の具体例を示す図である。
【図３】図３は、被走査面となる光透過部材の光偏向器側の面を示す平面図である。
【図４】図４は、光走査範囲のレイアウトを示す図である。
【図５】図５は、レーザ駆動信号のタイミングを説明する図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係るプロジェクタ装置の概略構成を示す図である。
【図７】図７は、中間スクリーンの具体例を示す図である。
【図８】図８は、中間スクリーンと光検出器との位置関係を説明する図である。
【図９】図９は、図８における中間スクリーンの右側を拡大して示す図である。
【図１０】図１０は、光走査範囲のレイアウトを示す図である。
【図１１】図１１は、中間スクリーンの変形例を説明する図である。
【図１２】図１２は、中間スクリーンの変形例を説明する図である。
【図１３】図１３は、中間スクリーンの変形例を説明する図である。
【図１４】図１４は、中間スクリーンの変形例を説明する図である。
【図１５】図１５は、レーザ光源および光偏向器を含む光学ユニットの一例を示す図である。
【図１６】図１６は、第３の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。
【図１７】図１７は、ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両の概念図である。
【図１８】図１８は、ヘッドアップディスプレイ装置が備える光走査装置の概略構成を示す図である。
【図１９】図１９は、中間スクリーンに描画されて車両のフロントガラスに投射される画像の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、中間スクリーンに描画されて車両のフロントガラスに投射される画像の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、中間スクリーンに描画されて車両のフロントガラスに投射される画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る光走査装置、プロジェクタ装置およびヘッドアップディスプレイ装置の具体的な実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るプロジェクタ装置１００Ａの概略構成を示す図である。本実施形態のプロジェクタ装置１００Ａは、図１に示すように、光走査装置１０Ａと、画像処理装置３０とを備える。画像処理装置３０は、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの上位装置からの画像情報に対し、投影画像として表示するための各種の画像処理を施して光走査装置１０Ａに入力する。
【００１１】
光走査装置１０Ａは、光学系の構成要素として、レーザ光源１１、コリメートレンズ１２、光偏向器１３、および光検出器１４を備える。また、光走査装置１０Ａは、制御系の構成要素として、検出アンプ１６、コントローラ１７、光源ドライバ１８、および駆動ドライバ１９を備える。
【００１２】
レーザ光源１１は、コントローラ１７による制御に応じて、光源ドライバ１８の駆動によりレーザ光を出射する。レーザ光源１１から出射したレーザ光は、コリメートレンズ１２により略平行光にされて光偏向器１３に入射する。
【００１３】
光偏向器１３は、コントローラ１７による制御に応じて、駆動ドライバ１９の駆動により直交した２つの方向に所定角度（例えば数deg〜１０数deg程度）の振幅で振動し、レーザ光源１１からのレーザ光を被走査面上で二次元方向（主走査方向および副走査方向）に走査させる。本実施形態では光偏向器１３として、レーザ光を二次元走査するＭＥＭＳミラーを用いることを想定するが、一次元走査のものを２つ組み合わせて光偏向器１３を構成してもよい。また、片方の走査はポリゴンミラーなどの回転走査ミラーを使用することもできる。
【００１４】
本実施形態では、光走査装置１０Ａの出射口がカバーガラスなどの光透過部材１５で覆われており、この光透過部材１５の光偏向器１３側の面が、レーザ光が走査される被走査面とされているものとする。そして、被走査面となる光透過部材１５の光偏向器１３側の面に、光検出器１４が設けられている。
【００１５】
光検出器１４は、光偏向器１３によって被走査面上を走査されたレーザ光を検出するものであり、例えば、レーザ光が受光部を横切るタイミングで電気信号を出力するフォトディテクタなどが用いられる。光検出器１４の出力は検出アンプ１６により増幅されてコントローラ１７に入力される。コントローラ１７は、この光検出器１４の出力に応じて駆動ドライバ１９に供給する光偏向器１３の駆動信号を制御することで、光偏向器１３の動作を安定させている。
【００１６】
また、コントローラ１７は、被走査面上を走査するレーザ光により画像処理装置３０からの画像情報に応じた画像が被走査面上に描画されるように、光偏向器１３の動作に合せてレーザ光源１１の動作を制御する。すなわち、コントローラ１７は、光偏向器１３によって被走査面上に走査されるタイミングに合わせて、画像情報に応じて強度変調されたレーザ光がレーザ光源１１から出射されるように、光源ドライバ１８を制御する。強度変調はパルス幅を変調してもよいし、振幅を変調してもよい。この変調された信号を光源ドライバ１８によりレーザを駆動できる電流に変換してレーザ光源１１を駆動している。
【００１７】
本実施形態のプロジェクタ装置１００Ａは、画像情報に応じたレーザ光の二次元走査により被走査面（光透過部材１５の光偏向器１３側の面）上に描画された画像をスクリーン４０に投影することで、スクリーン４０に投影画像を表示する。なお、光透過部材１５の代わりに、例えば液晶パネルなどの光変調器を配置し、この光変調器に入射するレーザ光を画像情報に応じて変調して、スクリーン４０に投影する構成であってもよい。この場合、レーザ光が入射する光変調器の入射面が被走査面となる。
【００１８】
図２は、レーザ光源１１からのレーザ光を被走査面上で二次元方向に走査させる光偏向器１３の具体例を示す図である。図２に示す光偏向器１３はＭＥＭＳミラーとして構成された光偏向器１３の例である。
【００１９】
図２に示す光偏向器１３は、シリコン構造部材の片面に圧電材料が積層されたユニモルフ構造を有し、電圧印加によって駆動梁が変形することで動作する。この光偏向器１３は、レーザ光を反射させるミラー部５１が、入れ子構造によって直交した２つの方向に回転振動可能に、固定ベース５６に対して支持されている。ミラー部５１が回転振動する直交した２つの方向のうちの一方が、被走査面上でレーザ光が走査される主走査方向に対応し、他方が、被走査面上でレーザ光が走査される副走査方向に対応している。
【００２０】
ミラー部５１を直接支持する内側の支持構造は主走査軸（高速軸）であり、外側の支持構造は副走査軸（低速軸）である。主走査軸は、主走査駆動梁５３に対する電圧印加によりトーションバースプリング５２が捩れることでミラー部５１を振動させる。主走査軸の駆動は、ミラー部５１が振動する振動モードの共振周波数の正弦波状の電圧を印加する正弦波駆動（共振駆動）であり、共振動作を利用することで効率よくミラー部５１を振動させるようにしている。一方、副走査軸は、副走査駆動梁５５に対する電圧印加により可動枠５４が傾斜することでミラー部５１を振動させる。主走査軸の駆動は、鋸波の電圧を印加する鋸波駆動（非共振駆動）である。ユニモルフ構造における変形量は小さいため、非共振動作の副走査軸は大きな振幅を得ることが難しい。そのため、副走査駆動梁５５は、駆動梁が屈曲して連結された回転振幅を累積する構造（ミアンダ構造）となっている。
【００２１】
以上のように構成される光偏向器１３は、温度や環境によって圧電材料や構造部シリコン材料の物性値などが変動するため、一定の電圧振幅を与えていてもミラー部５１の振幅が変動してしまう。そのため、光偏向器１３により被走査面上を走査したレーザ光を検出する光検出器１４を設け、この光検出器１４がレーザ光を検出したタイミングに基づいて光偏向器１３の動作を制御することにより、安定した光走査を行えるようにしている。
【００２２】
被走査面上を走査したレーザ光を光検出器１４により検出するには、被走査面上のレーザ光が走査される範囲である光走査範囲内に、光検出器１４によりレーザ光を検出するための領域である検出領域を設ける必要がある。このため、被走査面上を走査したレーザ光により画像を描画するための領域である画像描画領域が検出領域によって制限されることになるが、本実施形態では、光走査範囲内にできるだけ大きな画像描画領域を確保できるように、検出領域と画像描画領域とをレイアウトしている。
【００２３】
図３は、本実施形態の光走査装置１０Ａにおいて被走査面となる光透過部材１５の光偏向器１３側の面を示す平面図であり、図４は、本実施形態における光走査範囲６０のレイアウトを示す図である。本実施形態では、例えば図３に示すように、被走査面上で二次元走査されるレーザ光を主走査方向の両端部および副走査方向の一方の端部で検出できるように、図の上側の主走査方向の両端部でレーザ光の軌跡ＳＴと重なる位置に、それぞれ光検出器１４を配置している。したがって、図４に示すように、光走査範囲６０の上側左右両端部が検出領域６１とされる。そして、本実施形態では、光走査範囲６０の検出領域６１を除いたすべての領域を、被走査面上を走査したレーザ光により画像を描画するための画像描画領域６２としている。つまり、画像描画領域６２が、検出領域６１に対して主走査方向に隣接する領域と、検出領域６１に対して副走査方向に隣接する領域とを含む構成としている。
【００２４】
特許文献１で開示される従来技術では、上述したように、画像描画領域に対して主走査方向に外れた位置を検出領域としているため、検出領域に対して副走査方向に隣接する領域が画像描画領域に含まれない。また、特許文献２で開示される従来技術では、上述したように、画像描画領域に対して副走査方向に外れた位置を検出領域としているため、検出領域に対して主走査方向に隣接する領域が画像描画領域に含まれない。このように従来技術では、光走査範囲内の検出領域に対して主走査方向に隣接する領域、あるいは副走査方向に隣接する領域が画像描画領域に含まれない構成となっている。このため、光走査範囲における画像描画領域の割合が小さく、画角を大きくすることが難しい。
【００２５】
これに対して本実施形態では、光走査範囲６０内の画像描画領域６２が、検出領域６１に対して主走査方向に隣接する領域と、検出領域６１に対して副走査方向に隣接する領域とを含む構成としている。このため、光走査範囲６０における画像描画領域６２の割合を大きくすることができ、光偏向器１３の振幅が同じであったとしても、光走査範囲６０内に従来技術よりも広い画像描画領域６２を確保して、スクリーン４０に表示される投影画像の画角を大きくすることができる。
【００２６】
なお、本実施形態のように、光走査範囲６０の検出領域６１を除いたすべての領域を画像描画領域６２とする構成では、画像描画領域６２の形状が従来技術のように単純な矩形ではなくなる。このため、画像描画領域６２全体に単一の画像を描画しようとすると、画像に欠落などが生じて視認性の低下を招く場合がある。しかし、例えば検出領域６１の位置を基準として画像描画領域６２を複数の描画領域に分割し、互いに異なる種類の画像をそれぞれの描画領域に描画する構成とすることにより、画像描画領域６２の形状に合わせた適切な画像の描画を行うことができる。
【００２７】
例えば図４に示した例では、画像描画領域６２を検出領域６１に対して副走査方向に隣接する領域を含むメイン描画領域６３と、検出領域６１に対して主走査方向に隣接する領域を含むサブ描画領域６４とに分割する。そして、メイン描画領域６３には、画像サイズが比較的大きい主要な画像を描画し、サブ描画領域６４には、画像サイズが比較的小さいアイコンや文字画像などの副次的な画像を描画するといった利用方法が考えられる。プロジェクタ装置１００Ａによってスクリーン４０に投影画像を表示する場合、表示される投影画像は単一の画像ではなく複数の画像要素の集合である場合が多い。このため、以上のように画像描画領域６２を複数の描画領域に分割し、それぞれの描画領域に異なる種類の画像を描画することで、画像描画領域６２の形状が単純な矩形でなくとも画像描画領域６２を有効利用して適切な投影画像をスクリーン４０に表示することができる。
【００２８】
なお、図４に示した例では、光走査範囲６０の上側左右両端部を検出領域６１としているが、検出領域６１は、光偏向器１３により被走査面上で走査されるレーザ光を主走査方向の端部において光検出器１４が検出できるように設けられていればよい。つまり、光走査範囲６０の少なくとも主走査方向の端部に検出領域６１を有する構成であればよい。例えば、図４に例示した光走査範囲６０の上側左右両端部の検出領域６１に代えて、下側左右両端部に検出領域６１を有する構成であってもよいし、上下方向（副走査方向）の中間位置の左右両端部に検出領域６１を有する構成であってもよい。また、光走査範囲６０の左右両端部（主走査方向の両端部）ではなく、主走査方向の一方の端部のみに検出領域６１を有する構成であってもよい。これらの場合も、光検出器１４がレーザ光を検出したタイミングに基づいて光偏向器１３の動作を制御することにより、安定した光走査を行うことができる。
【００２９】
ところで、実際に光偏向器１３の振幅制御を行う場合、起動直後はＭＥＭＳミラーとして構成される光偏向器１３の振幅を急激に大きくすると主走査軸が破損する虞があるため、徐々に印加電圧を大きくして振幅量を調整していく。このとき、レーザ光源１１から常にレーザ光が出射されている状態であると、上述の画像描画領域６２に不要な画像が描画されてスクリーン４０に投影される。これを回避するため、起動直後に光偏向器１３の振幅調整を行う場合は、図５に示すように、光偏向器１３の正弦波振幅の端部領域（主走査方向の端部となる領域）のみでレーザ光源１１からレーザ光が出射されるように、光偏向器１３の駆動に同期させてレーザ光源１１にレーザ駆動信号を与えることが望ましい。実際には、図５に示すように、光偏向器１３に対する印加電圧と光偏向器１３の正弦波振幅との位相がずれているため、それに対応したタイミングでレーザ光源１１にレーザ駆動信号を与える。一旦、光検出器１４にレーザ光が入射して検知されれば、何らかの原因で光偏向器１３の駆動感度が変動することがあっても、所定範囲内で駆動電圧を制御することで一定の振幅を維持することが可能である。
【００３０】
以上、具体的な例を挙げながら説明したように、本実施形態によれば、被走査面上の光走査範囲６０の少なくとも主走査方向の端部に検出領域６１を有し、光走査範囲６０内の画像描画領域６２が、検出領域６１に対して主走査方向に隣接する領域と、検出領域６１に対して副走査方向に隣接する領域とを含む構成としているので、光走査範囲６０における画像描画領域６２の割合を大きくして、スクリーン４０に表示される投影画像の画角を大きくすることができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、画像描画領域６２を検出領域６１の位置を基準として複数の描画領域（メイン描画領域６３およびサブ描画領域６４）に分割し、それぞれの描画領域に種類の異なる画像を描画することにより、単純な矩形形状にならない画像描画領域６２を有効に活用することができる。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態に係るプロジェクタ装置１００Ｂの概略構成を示す図である。本実施形態のプロジェクタ装置１００Ｂは、上述の光走査装置１０Ａに代えて光走査装置１０Ｂを備える点が、第１の実施形態のプロジェクタ装置１００Ａと異なる。光走査装置１０Ｂは、上述の光走査装置１０Ａの光透過部材１５に代えて中間スクリーン２０が出射口に配置され、この中間スクリーン２０が、レーザ光が走査される被走査面とされている。そして、光検出器１４は中間スクリーン２０に直接設けられず、中間スクリーン２０に設けられた反射部により反射されたレーザ光を受光する位置に配置されている。その他の構成は第１の実施形態と同じであるため、以下では、同一もしくは対応する構成要素に対して共通の符号を付して重複した説明を適宜省略し、第１の実施形態との相違点のみ説明する。
【００３３】
中間スクリーン２０は、多数のマイクロレンズを主走査方向および副走査方向に配列したマイクロレンズアレイを有し、このマイクロレンズアレイによって二次元走査されるレーザ光の干渉による独特の輝度ムラ（スペックル）を抑制するものである。マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの曲率は、マイクロレンズとスクリーン４０との間の光路長に基づいて設定されている。この中間スクリーン２０は光走査装置１０Ｂの出射口に配置され、レーザ光が走査される被走査面とされている。そして、この中間スクリーン２０上の光走査範囲の少なくとも主走査方向の端部に、レーザ光を反射して光検出器１４に入射させる反射部が設けられている。
【００３４】
図７は、中間スクリーン２０の具体例を示す図である。中間スクリーン２０には、レーザ光が走査される光走査範囲内に、主走査方向および副走査方向に配列された多数のマイクロレンズにより構成されるマイクロレンズアレイ２１と、レーザ光を光検出器１４に導くための反射部２２とが設けられている。この図７に例示する中間スクリーン２０では、被走査面上で二次元走査されるレーザ光を主走査方向の両端部および副走査方向の一方の端部で検出できるように、図の上側の主走査方向の両端部でレーザ光の軌跡ＳＴと重なる位置に、それぞれ反射部２２が設けられている。この反射部２２で反射されたレーザ光は、光検出器１４に入射する。なお、光検出器１４の直前に受光レンズを設けることで、レーザ光のビーム径を調節してもよい。
【００３５】
反射部２２は、副走査方向に細長い主走査制御用反射部２３と、主走査方向に細長い副走査制御用反射部２４とを含む。本実施形態では、反射部２２をこのように構成することによって、光偏向器１３の振幅を主走査方向と副走査方向の双方において制御することができるようにしている。すなわち、コントローラ１７は、主走査制御用反射部２３で反射されたレーザ光を光検出器１４が検出したタイミングに基づいて、光偏向器１３の主走査方向の振幅を制御するとともに、副走査制御用反射部２４で反射されたレーザ光を光検出器１４が検出したタイミングに基づいて、光偏向器１３の副走査方向の振幅を制御する。
【００３６】
図８は、中間スクリーン２０と光検出器１４との位置関係を説明する図であり、中間スクリーン２０において二次元走査されるレーザ光の走査中心軸を上から垂直方向に見下ろした様子を示している。また、図９は、図８における中間スクリーン２０の右側を拡大して示す図である。図８および図９に示すように、主走査制御用反射部２３および副走査制御用反射部２４は、中間スクリーン２０の基板面に対して傾きを有しており、走査されたレーザ光の入射方向に対応してその反射方向が光検出器１４に向かうようになっている。近年、マイクロレンズアレイ２１は金型加工によって製造することができるようになっており、これら主走査制御用反射部２３および副走査制御用反射部２４を金型形状に反映しておくことで、一括で加工することも可能である。
【００３７】
上述した第１の実施形態では、被走査面となる光透過部材１５に光検出器１４を直接配置し、光走査範囲６０内の画像描画領域６２を、光検出器１４を配置した領域である検出領域６１に対して主走査方向に隣接する領域と、検出領域６１に対して副走査方向に隣接する領域とを含む構成とすることで、光走査範囲６０における画像描画領域６２の割合を大きくしていた。しかし、光検出器１４は実際にはそれ自身のパッケージとしてのサイズがあり、電気信号を得るために回路基板に実装されているため、ある程度の大きさが必要である。このため、第１の実施形態のように光検出器１４を被走査面に直接配置する構成では検出領域６１のサイズが大きくなり、その分、画像描画領域６２が小さくなる。
【００３８】
これに対し、本実施形態では、被走査面となる中間スクリーン２０に光検出器１４を配置せず、中間スクリーン２０に設けた反射部２２によって反射されたレーザ光が光検出器１４に入射するようにしているので、光検出器１４のパッケージサイズや回路基板の大きさの影響を受けることがなく、光走査範囲６０における検出領域６１のサイズを小さくして、画像描画領域６２を広げることができる。
【００３９】
図１０は、本実施形態における光走査範囲６０のレイアウトを示す図である。図１０に示すように、本実施形態においても、光走査範囲６０の検出領域６１を除いたすべての領域を、被走査面上を走査したレーザ光により画像を描画するための画像描画領域６２としている。つまり、画像描画領域６２が、検出領域６１に対して主走査方向に隣接する領域と、検出領域６１に対して副走査方向に隣接する領域とを含む構成としている。特に本実施形態では、図５に示した第１の実施形態の例と比較して、検出領域６１のサイズを小さくすることができるので、その分、画像描画領域６２を広げることができる。なお、本実施形態においても、画像描画領域６２を検出領域６１に対して副走査方向に隣接する領域を含むメイン描画領域６３と、検出領域６１に対して主走査方向に隣接する領域を含むサブ描画領域６４とに分割し、それぞれの描画領域６３，６４に種類の異なる画像を描画することにより、単純な矩形形状にならない画像描画領域６２を有効に活用することができる。
【００４０】
以上、具体的な例を挙げながら説明したように、本実施形態によれば、マイクロレンズアレイ２１を有する中間スクリーン２０を被走査面とし、この被走査面上を走査するレーザ光により描画される画像をスクリーン４０に投影する構成としているので、レーザ光のスペックルを低減させた上で光利用効率を向上させ、スクリーン４０に高画質の投影画像を表示することができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、被走査面となる中間スクリーン２０に反射部２２を設け、この反射部２２でレーザ光を反射して光検出器１４に入射させる構成としているので、光走査範囲６０における画像描画領域６２の割合を第１の実施形態よりもさらに大きくして、スクリーン４０に表示される投影画像の画角をさらに大きくすることができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、反射部２２が主走査制御用反射部２３と副走査制御用反射部２４とを含み、主走査制御用反射部２３で反射されたレーザ光を光検出器１４が検出したタイミングに基づいて光偏向器１３の主走査方向の振幅を制御するとともに、副走査制御用反射部２４で反射されたレーザ光を光検出器１４が検出したタイミングに基づいて光偏向器１３の副走査方向の振幅を制御するようにしているので、光偏向器１３の主走査方向の振幅と副走査方向の振幅との双方を適切に制御することができる。
【００４３】
（中間スクリーンの変形例）
ここで、上述した光走査装置１０Ｂにおける中間スクリーン２０の変形例について説明する。図７に例示した中間スクリーン２０は、円形のマイクロレンズを主走査方向および副走査方向に配列したマイクロレンズアレイ２１を備えているが、マイクロレンズアレイ２１を構成する各マイクロレンズの形状は円形に限らない。例えば図１１に示すように、中間スクリーン２０のマイクロレンズアレイ２１を、多角形のマイクロレンズを主走査方向および副走査方向に配列した構成としてもよい。マイクロレンズアレイ２１を構成する各マイクロレンズアレイを図１１のような多角形の形状とすることにより、各マイクロレンズ間の隙間を埋めることができる。
【００４４】
また、中間スクリーン２０のマイクロレンズアレイ２１は、図１２乃至図１４に示すように、個々のマイクロレンズの中心が被走査面上におけるレーザ光の走査軌跡ＳＴと略一致するように各マイクロレンズを配列した構成としてもよい。具体的なマイクロレンズの配列の例としては、例えば、主走査方向の正弦波軌跡に対応して各マイクロレンズを配列することが考えられる。この場合、往路と走査線の画素に対応するマイクロレンズと復路の走査線の画素に対応するマイクロレンズとを水平方向に交互に配置することで、これらを分離するようになっている。
【００４５】
正弦波軌跡の場合、光走査範囲の主走査方向の端部で走査が折り返すため、副走査方向に隣接する走査線ピッチが他の走査領域よりも密になる。そのため、同一サイズのマイクロレンズを同一ピッチで配列していくと、図１２のような円形のマイクロレンズにより構成されるマイクロレンズアレイ２１だけでなく、図１３のような多角形のマイクロレンズで構成されるマイクロレンズアレイ２１においても、主走査方向の端部でマイクロレンズアレイ間に隙間ができてしまう。そこで、図１４に示すように、マイクロレンズアレイ２１を構成するマイクロレンズの多角形の形状を、主走査方向の中央部と端部とで異なる形状とすることにより、マイクロレンズ間の隙間を埋める構成としてもよい。
【００４６】
図１２乃至図１４に示す中間スクリーン２０の変形例のように、マイクロレンズアレイ２１を、個々のマイクロレンズの中心が被走査面上におけるレーザ光の走査軌跡ＳＴと略一致するように各マイクロレンズを配列した構成とすることで、レーザ光の走査軌跡ＳＴがマイクロレンズの配列に一致しないことに起因する画像の劣化を有効に抑制し、スクリーン４０に表示される投影画像の画像品質および光利用効率をさらに向上させることができる。
【００４７】
また、図１２乃至図１４に示す中間スクリーン２０の変形例では、反射部２２の主走査制御用反射部２３を、マイクロレンズアレイ２１を構成するマイクロレンズの主走査方向の配列ピッチと略等しい間隔で設けられた複数の反射面２３ａ，２３ｂを含む構成とし、反射部２２の副走査制御用反射部２４を、マイクロレンズアレイ２１を構成するマイクロレンズの副走査方向の配列ピッチと略等しい間隔で設けられた複数の反射面２４ａ，２４ｂを含む構成としている。
【００４８】
このように構成された中間スクリーン２０を用いる場合、主走査制御用反射部２３の一方の反射面２３ａで反射されたレーザ光を光検出器１４が検出したタイミングと他方の反射面２３ａで反射されたレーザ光を光検出器１４が検出したタイミングとに基づいて、レーザ光源１１がレーザ光を出射するタイミングを制御することで、マイクロレンズそれぞれの位置に対応してレーザ光を発光させることができるので、スクリーン４０に表示される投影画像の画質を向上させることができ、また、光利用効率を向上して明るい投影画像を表示することができる。
【００４９】
また、副走査制御用反射部２４の一方の反射面２４ａで反射されたレーザ光を光検出器１４が検出したタイミングと他方の反射面２４ａで反射されたレーザ光を光検出器１４が検出したタイミングとに基づいて、光偏向器１３に印加する副走査方向の駆動電圧のバイアス値を制御することによって、マイクロレンズそれぞれの位置に対応するようにレーザ光の走査軌跡ＳＴを調整することができるので、スクリーン４０に表示される投影画像の画質を向上させることができ、また、光利用効率を向上して明るい投影画像を表示することができる。
【００５０】
なお、主走査制御用反射部２３の反射面２３ａ，２３ｂや副走査制御用反射部２４の反射面２４ａ，２４ｂをマイクロレンズの配列ピッチと略等しい間隔で設けると各反射面の面積が小さくなりすぎて、光検出器１４に適切にレーザ光を導くことが困難になる場合がある。このような場合には、反射面２３ａ，２３ｂの間隔や反射面２４ａ，２４ｂの間隔をマイクロレンズの配列ピッチよりも大きくし、その比率に応じて光検出器１４がレーザ光を検出したタイミングを補正した上で、上記のような制御を行うようにしてもよい。
【００５１】
（レーザ光源および光偏向器の変形例）
次に、上述した光検出器１０Ｂにおけるレーザ光源１１および光偏向器１３の変形例について説明する。レーザ光源１１および光偏向器１３は、例えば図１５に示すような光学ユニット８０として一体に構成してもよい。図１５は、レーザ光源１１および光偏向器１３を含む光学ユニット８０の一例を示す図であり、ＲＧＢの３色のレーザ光を合成して中間スクリーン２０上を走査することで、カラー画像を描画できるように構成したものである。
【００５２】
図１５に例示する光学ユニット８０では、ＲＧＢの３色のレーザ光を出射するレーザ光源１１と光偏向器１３とが、筐体８１により支持されている。筐体８１内の３つのレーザ光源１１の出射端近傍には、各レーザ光源１１からの発散光を略平行光にするコリメートレンズ１２が配置されている。また、筐体８１内には、３色のレーザ光を合成する合成プリズム８２が配置されている。各レーザ光源１１から出射されコリメートレンズ１２により略平行光となった３色のレーザ光は、合成プリズム８２により合成され、光偏向器１３に入射する。光偏向器１３は、合成された３色のレーザ光を被走査面である中間スクリーン２０上で二次元方向に走査させ、中間スクリーン２０上にカラー画像を描画する。このカラー画像がスクリーン４０に投影されることで、スクリーン４０にカラーの投影画像を表示することができる。
【００５３】
＜第３の実施形態＞
上述した第１の実施形態および第２の実施形態ではプロジェクタ装置１００Ａ，１００Ｂへの適用例を説明したが、本実施形態ではヘッドアップディスプレイ装置への適用例を説明する。
【００５４】
図１６は、第３の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置２００の概略構成を示す図であり、図１７は、ヘッドアップディスプレイ装置２００を搭載した車両Ｖの概念図である。図１６および図１７に例示する本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置２００は、車両Ｖのフロントガラス２１０を投射面の一部として使用したウィンドウシールド方式のヘッドアップディスプレイ装置である。
【００５５】
このヘッドアップディスプレイ装置２００は、図１６に示すように、筐体２０１内のベース２０２上に防振材２０３を介して光走査装置１０Ｃを配置し、光走査装置１０Ｃにより描画される画像を、投影ミラー２０４で反射させて出射窓部２０５を介してフロントガラス２１０に投射する構成である。このヘッドアップディスプレイ装置２００は、図１７に示すように、光走査装置１０Ｃにより描画される画像を、車両Ｖのドライバの視点位置ＥＰ（観察位置）前方のフロントガラス２１０（ガラス部材）に投射することにより、ドライバの視点位置ＥＰからフロントガラス２１０を介して、光走査装置１０Ｃにより描画される画像の虚像ＶＩを視認可能にしている。すなわち、光走査装置１０Ｃにより描画される画像がフロントガラス２１０で反射されてドライバの視点位置ＥＰに届くことにより、ドライバの視点位置ＥＰからは、この画像の虚像ＶＩがフロントガラス２１０の数ｍ先のスクリーンに投影された画像として認識される。
【００５６】
図１８は、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置２００が備える光走査装置１０Ｃの概略構成を示す図である。光走査装置１０Ｃの基本的な構成は上述の第２の実施形態の光走査装置１０Ｂと同様であり、マイクロレンズアレイ２１および反射部２２を有する中間スクリーン２０を被走査面としている。ただし、本実施形態の光走査装置１０Ｃは、車両Ｖの限られた空間に適切に搭載できるように、光偏向器１３により偏向走査するレーザ光をミラー９０により折り返して中間スクリーン２０に照射する構成とすることで、サイズをコンパクト化している。
【００５７】
本実施形態の光走査装置１０Ｃにおいても、第２の実施形態の光走査装置１０Ｂと同様に、レーザ光源１１から出射したレーザ光が光偏向器１３により中間スクリーン２０上で主走査方向および副走査方向の二次元方向に走査される。そして、中間スクリーン２０上の光走査範囲６０の少なくとも主走査方向の端部において、レーザ光が反射部２２により反射されて光検出器１４に入射することで、被走査面上を走査したレーザ光を光検出器１４で検出できるようにしている。また、画像情報に応じて変調されたレーザ光により中間スクリーン２０上を走査することで、中間スクリーン２０上に画像情報に応じた画像が描画され、この画像が車両Ｖのフロントガラス２１０に投射される。なお、図１８ではレーザ光源１１を１つのみ図示しているが、図１５に示した光学ユニット８０のようにＲＧＢ３色のレーザ光源１１を備える構成とすることで、中間スクリーン２０にカラー画像を描画して車両Ｖのフロントガラス２１０に投射することもできる。
【００５８】
図１９乃至図２１は、中間スクリーン２０に描画されて車両Ｖのフロントガラス２１０に投射される画像の一例を示す図である。
【００５９】
図１９に示す例では、光走査範囲６０の上側左右両端部を検出領域６１とし、それ以外の領域を画像描画領域６２としている。そして、検出領域６１の位置を基準として画像描画領域６２を大サイズのメイン描画領域６３と小サイズのサブ描画領域６４とに分割し、メイン描画領域６３にスピードメータとナビゲーション画面、サブ描画領域６４に警告灯を描画する構成としている。このように、検出領域６１の位置を基準として画像描画領域６２をメイン描画領域６３とサブ描画領域６４とに分割し、それぞれの領域に適した画像を描画することで、画像描画領域６２の形状が単純な矩形でなくとも画像描画領域６２を有効利用して適切な画像を車両Ｖのフロントガラス２１０に投射することができる。
【００６０】
図２０に示す例では、光走査範囲６０の下側左右両端部を検出領域６１とし、それ以外の領域を画像描画領域６２としている。そして、検出領域６１の位置を基準として画像描画領域６２を大サイズのメイン描画領域６３と小サイズのサブ描画領域６４とに分割し、メイン描画領域６３にＡＲ（拡張現実）画像、スピードメータ、およびナビゲーション画面を描画し、サブ描画領域６４に警告灯を描画する構成としている。また、図２１に示す例では、光走査範囲６０の垂直方向の中央部の左右両端部を検出領域６１とし、それ以外の領域を画像描画領域６２としている。そして、検出領域６１の位置を基準として画像描画領域６２を大サイズのメイン描画領域６３と小サイズのサブ描画領域６４とに分割し、メイン描画領域６３にスピードメータ、ナビゲーション画面、および警告灯を描画し、サブ描画領域６４にＡＲ画像を描画する構成としている。
【００６１】
近年、車両Ｖに搭載するヘッドアップディスプレイ装置２００においても拡張現実（ＡＲ：Augmented  Reality）が応用されてきており、具体例として、例えば衝突安全を目的とした前方検知に関連する内容をＡＲ画像として表示するものがある。このようなＡＲ画像を適切に表示するために、画像描画領域６２の上側は水平方向に広い領域をＡＲ画像を描画するための領域６５として確保したいという要求がある。図２０に示す例や図２１に示す例では、光走査範囲６０の下側左右両端部や中央部の左右両端部を検出領域６１としているので、光走査範囲６０の上側にＡＲ画像の描画に適した水平方向に広い領域６５を確保することができる。
【００６２】
以上、具体的な例を挙げながら説明したように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置２００によれば、上述した第２の実施形態のプロジェクタ装置１００Ｂと同様に、光走査範囲６０における画像描画領域６２の割合を大きくすることができ、車両Ｖのフロントガラス２１０に投射する画像の画角を大きくすることができる。また、マイクロレンズアレイ２１を有する中間スクリーン２０を被走査面とし、この被走査面上を走査するレーザ光により描画される画像を車両Ｖのフロントガラス２１０に投射する構成としているので、レーザ光のスペックルを低減させた上で光利用効率を向上させ、車両Ｖのフロントガラス２１０に高画質の画像を投射することができる。
【００６３】
以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明の一適用例を示したものである。本発明は、上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や変更を加えて具体化することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  光走査装置
１１  レーザ光源
１３  光偏向器
１４  光検出器
１７  コントローラ
２０  中間スクリーン
２１  マイクロレンズアレイ
２２  反射部
２３  主走査制御用反射部
２４  副走査制御用反射部
６０  光走査範囲
６１  検出領域
６２  画像描画領域
６３  メイン描画領域
６４  サブ描画領域
１００Ａ，１００Ｂ  プロジェクタ装置
２００  ヘッドアップディスプレイ装置
２１０  フロントガラス
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開２０１５−４９２６６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４８６５４号公報
【図１】
2018005007.tif 000003
【図２】
2018005007.tif 000004
【図３】
2018005007.tif 000005
【図４】
2018005007.tif 000006
【図５】
2018005007.tif 000007
【図６】
2018005007.tif 000008
【図７】
2018005007.tif 000009
【図８】
2018005007.tif 000010
【図９】
2018005007.tif 000011
【図１０】
2018005007.tif 000012
【図１１】
2018005007.tif 000013
【図１２】
2018005007.tif 000014
【図１３】
2018005007.tif 000015
【図１４】
2018005007.tif 000016
【図１５】
2018005007.tif 000017
【図１６】
2018005007.tif 000018
【図１７】
2018005007.tif 000019
【図１８】
2018005007.tif 000020
【図１９】
2018005007.tif 000021
【図２０】
2018005007.tif 000022
【図２１】
2018005007.tif 000023