(57)【要約】【課題】  レーザー光を光源に用いる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おいて、スペックルノイズを抑えることで画像品質の向上を図る。【解決手段】  本発明のプロジェクタ装置１０は、レーザー光を光源１１として照射光を出力する照明部と、照明部から出力される照射光を拡散し拡散光を生成する光拡散板１３２と、入力される画像情報に基づいて画像を形成するとともに、拡散光にて投影像を生成する透過型表示素子１３１と、を有する画像形成部１３と、光拡散板１３２を加振する加振部１３３と、を備えることを特徴としている。【選択図】図５
2011158542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を光源として照射光を出力する照明部と、
前記照明部から出力される照射光を拡散し拡散光を生成する光拡散板と、入力される画像情報に基づいて画像を形成するとともに、前記拡散光にて投影像を生成する透過型表示素子と、を有する画像形成部と、
前記光拡散板を加振する加振部と、を備えることを特徴とする
プロジェクタ装置。
【請求項２】
前記透過型表示素子は、液晶表示素子であることを特徴とする
請求項１に記載のプロジェクタ装置。
【請求項３】
前記加振部は、前記光拡散板を縦方向に加振する縦加振部と、前記光拡散板を横方向に加振する横加振部とを有することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ装置。
【請求項４】
レーザー光を光源として照射光を出力する照明部と、
前記照明部から出力される照射光を拡散し拡散光を生成する光拡散板と、入力される画像情報に基づいて画像を形成するとともに、前記拡散光にて投影像を生成する透過型表示素子と、を有する画像形成部と、
前記画像形成部で生成された投影像を回折し、観察位置に観察像を形成するホログラフィック光学系と、
前記光拡散板を加振する加振部と、を備えることを特徴とする
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、画像を光学的に投影するプロジェクタ装置に関するものであり、さらには、プロジェクタ装置による投影像を利用し、自動車などの操縦者に対して計器情報などの各種情報を視覚的に提供するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車などの移動体において、液晶ディスプレイなどにより形成された計器情報、ナビゲーション装置における地図情報などの各種情報映像を、フロントウィンドウに投影し、操縦者に情報を伝達するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。特許文献１には、車両にこのようなヘッドアップディスプレイ装置を用いることについての開示がみられる。
【０００３】
特許文献１には、ヘッドアップディスプレイ装置におけるコンバイナとして、反射回折により拡散光を再生する透明なホログラムを用いることが開示されている。このようなホログラムを用いたコンバイナを用いることで、非常に高い平面性が要求されることなく、ボケが少なく、しかも明るい再生像を観察できるコンバイナ、そして、ヘッドアップディプレイ装置を提供することが可能となる。
【０００４】
ここで、図８、図９を用いて、ヘッドアップディスプレイ装置の一実施形態を簡単に紹介する。図８はヘッドアップディスプレイ装置の各種構成をインストルメントパネル内に組み込んだ場合の実施形態である。液晶表示パネル上には、車両の計器情報や、ナビゲーション装置からの地図情報などの映像情報が出力表示される。液晶表示パネル背面には光源としてのバックライトが設置され、液晶表示パネルを背面から照射することで、光学系拡大素子としての凹面ミラーに液晶表示パネルに形成される映像を照射する。凹面ミラーで反射、拡大された映像はフロントウィンドウ又はフロントウィンドウ上に設けた透過性反射板の内側に投影される。
【０００５】
操縦者は、フロントウィンドウ前方に位置する表示像（虚像）を車外の景色と同時に視認することができる。また、表示像までの距離（距離Ｌ）をできるだけ遠方にすることで、操縦者は少ない焦点位置の移動量で計器情報や地図情報などの映像情報を確認することができる。
【０００６】
図９は、車両運転席背後からの様子を示した図であり、フロントウィンドウの破線で囲んだ表示範囲内に各種の映像情報が映し出され、運転者はインストルメントパネル内に配置されている各種計器類などに視線を落とさなくても、車両の運転に注意を払いながら映像による各種情報を取得することができる。
【０００７】
ところで、このようなヘッドアップディスプレイ装置における光源としてレーザー光を用いることが知られている。レーザー光源を用いることで、ランプなどを用いた場合と比較して装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【０００８】
しかしながら、レーザー光を光源に用いた場合には、レーザー光のコヒーレント性のためにスペックルノイズにより画像品質が劣化する問題がある。図１は、レーザー光源によるスペックルノイズ（スペックル模様）形成の様子を示したものである。レーザー光のようなコヒーレント光が物体面で反射すると、表面の微視的な点から多くのコヒーレント光の小波が生じ、それらが空間を伝達する。このとき、光の波長に対して物体表面から散乱した小波は各々進む距離が異なるため位相差が生じる。観測側では、これらの干渉の結果
、光強度のランダムな粒状パターンとなる。凹凸のない完全な鏡面であれば、反射光配送の乱れが生じないためスペックルノイズが生じることはないが、光の波長は可視光で３８０nm〜７５０nmと微細であり、ほとんどの物体表面はこれより粗いため多くの場合においてスペックルが発生する。プロジェクタ装置においてスペックルが発生した場合、スペックルによる濃淡により像は粒状感が強くなり画像品質は劣化する。
【０００９】
特許文献２には、主光源（超高圧水銀ランプ）では不足してしまう赤色光を補う補助照明装置としてレーザー光源を利用した液晶プロジェクタにおいて、レーザー光源により生じるスペックルノイズを視認されにくくするため、補助照明装置が出力するレーザー光を振動させる振動発生部を設けることが記載されている。このように補助照明装置が出力するレーザー光を振動させることで、スペックルノイズを時間的に移動させスペックルノイズの影響を擬似的になくして、表示される画像の品位を向上させることができる。また、表示させる画像を振動させずに照明光を振動させるようにしているため、表示画像の品位が低下してしまうこともない。
【００１０】
特許文献３には、レーザー光源を振動させることでスペックルノイズを時間的に変化させ、画像に対する影響を抑制する照明光学装置において、光軸と略直交する方向に沿って移動自在に支持された第１及び第２の光学部材を、それぞれ互いに異なる第１および第２の方向に沿って振動させることが開示されている。このような照明光学装置によれば、振動の上死点、下死点で移動方向を変える際のごく短い停止時間中に生じるスペックルノイズの影響を抑制することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−１７９０５８号公報
【特許文献２】特開２００５−１０７７２号公報
【特許文献３】特開２００９−３０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように特許文献２、特許文献３には、スペックルノイズによる画像劣化を抑制するため、照明光学装置内の各種光学素子を振動させることの開示がみられる。具体的には、特許文献２では、レーザー光源５３、リレーレンズ５９、レーザー光源５３やリレーレンズを支持するホルダ８１を振動させており、また特許文献３では集光レンズ５２、リレーレンズ５９を振動させている。
【００１３】
しかしながら、光源にレーザー光を利用する照明光学装置において振動を加えることは、照明光学装置が有する厳しい光学的制限、そして、耐久性の観点において必ずしも好ましいものではない。例えば、数百〜数千Ｈｚといった比較的機械的なダメージを受けやすい周波数で加振した場合、光学的調整に狂いを生じる可能性があるとともに、レーザー半導体自身の故障や配線の断線などの可能性がある。
【００１４】
また、このような照明光学装置内の各種構成は、比較的重量を有するものであるため、十分な加振力を有する振動発生手段が必要とされるとともに、当該振動発生手段に十分な電力を供給する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明のプロジェクタ装置は、レーザー光を光源として照射光を出力する照明部と、前記照明部から出力される照射光を拡散し拡散光を生成する光拡散板と、入力される画像情報に基づいて画像を形成するとともに、前記拡散光にて投影像
を生成する透過型表示素子と、を有する画像形成部と、前記光拡散板を加振する加振部と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
さらに、本発明のプロジェクタ装置において、前記透過型表示素子は、液晶表示素子であることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、本発明のプロジェクタ装置において、前記加振部は、前記光拡散板を縦方向に加振する縦加振部と、前記光拡散板を横方向に加振する横加振部とを有することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、レーザー光を光源として照射光を出力する照明部と、前記照明部から出力される照射光を拡散し拡散光を生成する光拡散板と、入力される画像情報に基づいて画像を形成するとともに、前記拡散光にて投影像を生成する透過型表示素子と、を有する画像形成部と、前記画像形成部で生成された投影像を回折し、観察位置に観察像を形成するホログラフィック光学系と、前記光拡散板を加振する加振部と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では光学的制限が比較的緩い光拡散板を加振することで、加振による光学的影響を抑制しつつスペックルノイズを効果的に排除することが可能となる。また、光拡散板はシートなどで構成される非常に軽量の部材であるため、この光拡散板を加振させる加振部に簡易なものを採用することができるとともに、加振部に供給する電力も抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】レーザー光源によるスペックル模様形成の様子を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す図。
【図３】ホログラフィック光学素子によるレンズ機能を説明するための図。
【図４】本発明の実施形態に係るプロジェクタ装置を示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る光拡散板加振の様子を示す図。
【図６】本発明の実施形態に係る光拡散板加振のための制御構成を示す図。
【図７】レーザー光源を加振する場合の各種実施形態を示す図。
【図８】従来のヘッドアップディスプレイ装置を示す図。
【図９】ヘッドアップディスプレイ装置による車室内での画像表示の様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図２は、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す図であって、自動車に採用された場合が示されている。なお、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、自動車に限らず、各種乗り物の操縦者に対する表示装置、あるいは、ゲーム機、シミュレーション装置などに採用することが可能である。また、本発明ではヘッドアップディスプレイ装置に適用されるプロジェクタ装置を説明するが、プロジェクタ装置としてはヘッドアップディプレイ装置に適用されるものに限らず、スクリーンに映像を投影する各種のものに適用することが可能である。
【００２２】
観察者の観察方向には、自動車のフロントウィンドウ２１が配置されており、内側にはホログラフィック光学系２０が貼付されている。ホログラフィック光学系２０は、外界光を損なわないシースルー（透明）性を有するとともに、回折機能を有する光学部材であって、物体光と参照光の干渉パターンを記録することで作成される。本実施形態では、観察位置において、車室外の景色とプロジェクタ装置１０の映像情報を重畳して提供するコンバイナとして機能する。
【００２３】
プロジェクタ装置１０は、入力される各種映像情報に基づいて映像を投影する装置であって、本実施形態では、液晶プロジェクタが用いることとしている。プロジェクタ装置１０から投影された映像は、ホログラフィック光学系２０で回折し、観察者の観察位置にて遠方に結像する虚像として観察される。観察者、すなわち、操縦者は視線を変動することなく、車室外の景色とプロジェクタ装置１０による映像情報を視認可能となる。また、本実施形態では、プロジェクタ装置１０の焦点距離を可変することにより、結像距離を変化させることが可能となる。これにより、前方車両が近くにある場合などでは結像距離を短く、前方車両が無い、あるいは遠い場合は結像距離を長く伸ばすなど、状況により操縦者の焦点距離を大きく変動させずに映像情報を視認可能にさせる。
【００２４】
図３は、このようなレンズ機能を持たせたホログラフィック光学系を説明するための図である。ホログラフィック光学系２０は、高いシースルー性を有しているため、外来光はほとんど損失のないままこのホログラフィック光学系２０を透過する。一方、プロジェクション装置１０から発せられた入射光（再生光）は、ホログラフィック光学系２０にて所定方向に回折する。回折光が集光点に向けて回折するようホログラフィック光学系２０を製作することでレンズ機能（光学拡大機能）を持たせることが可能となる。
【００２５】
図４は、本発明の実施形態に係るプロジェクタ装置を示す図である。本実施形態では、光源にレーザー光を用いるとともに、画像を形成する画像形成部に液晶表示素子を用いた構成としている。レーザー光源１１は、レーザー半導体１１２、発散光学系１１１などを含んで構成される光源装置であって、レーザー半導体１１２から放射された出力光を、発散光学系１１１にて所定の照射断面形状に揃えて外部に出力する。
【００２６】
レーザー光源１１から出力された出力光は、ビームエキスパンダ１２にて、バックライトとして必要な面積に調整された後、画像形成部１３の背後に照射される。本実施形態では、このレーザー光源１１とビームエキスパンダ１２にて照明部が形成される。本実施形態における画像形成部１３には、透過型表示素子として知られる液晶表示素子１３１が用いられ、入力される画像情報に基づいて画像が形成される。なお、画像形成部１３には、この液晶表示素子１３１に限らず各種透過型表示素子を用いることも可能である。
【００２７】
ビームエキスパンダ１２による出力光は、光拡散板１３２にて拡散され、その強度分布が均一となるように調整される。この光拡散板１３２は、入射する光を散乱、拡散させるための半透明なシート状の部材であって、フィルムあるいは板などで構成される。なお、光拡散板１３２は、１枚のみならず光軸方向に向かって複数枚重ねて配置するようにしてもよい。複数枚の光拡散板１３２を通過させることで、強度分布をより均一にすることが可能となる。光拡散板１３２で拡散された拡散光は、液晶表示素子１３１の背後から照射され、プロジェクション光学系１４を介して投影像が形成される。
【００２８】
観察者は、この投影像をホログラフィック光学系２０を介して観察することとなる。これは、ホログラフィック光学系２０が有する偏光機能により可能となるものであるが、ホログラフィック光学系２０にレンズ機能（光学拡大機能）を持たせることで、観察者に大きな映像を提供することができるとともに、プロジェクタ装置１０内のプロジェクション光学系１４の小型化を図り、プロジェクタ装置１０自体の小型化を図ることも可能となる。
【００２９】
本実施形態では、この光拡散板１３２を加振部１３３にて加振させることでスペックルノイズを防止することを可能としている。図５は、光拡散板１３２に取り付けられた加振部１３３の各種形態を示す図である。両図とも紙面を光束が貫くようにみた際の光拡散板１３２の正面図を示したものである。また、図６は、本発明の実施形態に係る光拡散板加
振のための制御構成を示す図である。
【００３０】
図５（ａ）の実施形態は、加振部１３３として、光拡散板１３２の下辺に取り付けられた第１の加振モジュール１３３ａと、左辺に取り付けられた第２の加振モジュール１３３ｂにて構成されるものが示されている。各加振モジュール１３３ａ、１３３ｂには、圧電素子などによるアクチュエータが利用される。
【００３１】
図６に示される制御構成により加振モジュール１３３ａ、１３３ｂの同期、非同期が制御される。図６に示されるように制御部３０は、それぞれの加振モジュール１３３ａ、１３３ｂの周期を制御する周期制御部３２と、各加振モジュール１３３ａ、１３３ｂを駆動する振動子制御部３１にて構成されている。図５（ａ）の実施形態の場合、各振動モジュール１３３ａ、１３３ｂの周期を等しくするとともに、位相を半波長分ずらして振動させることで、光拡散板１３２に歪みを生じさせることなく、また、光拡散板１３２自体が静止する期間を有することなく運動させることが可能となる。すなわち、一方の振動モジュール１３３の振動角速度が最小となるときに、他方の振動モジュール１３３の角速度が最大となるように制御される。
【００３２】
光拡散板１３２の加振周波数は、人間の視覚特性を考慮して５０Ｈｚ以上に設定される。このように光拡散板１３２を加振することでスペックルノイズを時間的に移動させ、画像面においてスペックルノイズ自体を時間平均することで、スペックルノイズを効果的に取り除くことができる。また、光拡散板１３２は非常に軽量であるため、レーザー光源１１、ビームエキスパンダ１２などで構成された照明部の各種構成を加振する場合と比較して、簡易な構成の加振部１１３を採用することが可能となるとともに、耐久性の面においても問題が少ない。また、光拡散板１３２は、光を拡散させるという比較的光学的制限の緩い機能であるため、加振することで生じる光学的調整上の問題を抑制できる。
【００３３】
図５（ｂ）は、他の実施形態における加振部１３３の構成を示した図である。各加振モジュール１３３ａ〜１３３ｄは、光学的に影響のない箇所を選んで四隅に配置される。図６に示される制御構成にて、各加振モジュール１３３ａ〜１３３ｄを、周期、振幅をともに同期させて円運動させ、光拡散板１３２に歪みを発生させることなく円周運動させることが可能となる。なお、本実施形態では、特に光拡散板１３２に歪みを生じさせない観点から、光拡散板１３２の四隅に加振モジュール１３３ａ〜１３３ｄを配置する構成としたが、光拡散板１３２自体が剛性を有する場合には、その数を減らして設ける（１個以上）とすることも可能である。
【００３４】
以上、加振モジュール１３３ａ〜１３３ｄにて構成された加振部１３３の各種実施形態について説明したが、光拡散板１３２を加振する構成としては、この実施形態に限られるものではなく、各種形態を採用することができる。また、光拡散板１３２が複数枚設けられた画像形成部１３の場合には、複数枚の光拡散板１３２に加振モジュール１３３を設けることとしてもよい。この場合、各光拡散板１３２を一方向に加振した場合であっても、光拡散板１３２毎に加振方向を変えることで、効果的にスペックルノイズを抑制することが可能となる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態によれば、レーザー光を光源に利用したプロジェクタ装置において、光拡散板１３２を加振することでスペックルノイズを防止することが可能となる。特に、光拡散板１３２が軽量である、また、光学的制限が緩いことを利用したものであって、照明部における各種構成を加振する場合と比較して有利な効果を得ることが可能となっている。
【００３６】
なお、光拡散板１３２を加振することに加え、照明部側の構成を加振するように構成す
ることとしてもよい。この場合、照明部側の構成を加振することになるが、光拡散板１３２を加振することで、照明部側における負担を減らすことが可能となり、小振幅、低周波数の加振であっても十分な効果を上げることが可能となる。加振量が減ることで照明部の耐久性の維持を図るとともに、光学特性に対する影響も少ないものとなる。
【００３７】
図７は、このような照明部側の構成を加振する場合の各種実施例を記載した図であって、図４で説明したレーザー光源１１内の各種構成を加振する場合について記載したものである。図７（ａ）は、レーザー光源１１内のレーザー半導体１１２を加振する実施形態であり、図７（ｂ）は、レーザー光源１１内の発散光学系１１１を加振する実施形態であり、図７（ｃ）は、レーザー半導体１１２、発散光学系１１１を含むレーザー光源ユニットを加振する実施形態であり、何れの場合においても出力するレーザー光を振動させている。なお、加振の方法については、光拡散板１３２を加振した場合と同様、光軸と垂直な面内で振動させるように実行される。
【００３８】
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０…プロジェクタ装置、１１…レーザー光源、１１１…発散光学系、１１２…レーザー半導体、１１３…加振部、１２…ビームエキスパンダ、１３…画像形成部、１３１…液晶表示素子、１３２…光拡散板、１３３…加振部、１３３ａ〜１３３ｄ…加振モジュール、１４…プロジェクション光学系、２０…ホログラフィック光学系、２１…フロントウィンドウ、３０…制御部、３１…振動子駆動部、３２…周期制御部
【図１】
2011158542.tif 000003
【図２】
2011158542.tif 000004
【図３】
2011158542.tif 000005
【図４】
2011158542.tif 000006
【図５】
2011158542.tif 000007
【図６】
2011158542.tif 000008
【図７】
2011158542.tif 000009
【図８】
2011158542.tif 000010
【図９】
2011158542.tif 000011