(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査式プロジェクタとスクリーンとを備えた走査式プロジェクタシステムであって、
前記走査式プロジェクタは、水平方向および垂直方向に収束光の走査を行なう２次元走査素子を備え、
前記スクリーンは、前記２次元走査素子を中心とした球の一部を切り出した形状で、矩形を長辺方向と短辺方向とで湾曲させたものであることを特徴とする走査式プロジェクタシステム。
【請求項２】
前記スクリーンと前記２次元走査素子との距離は、前記収束光が前記スクリーンで集光するように定められていることを特徴とする請求項１に記載の走査式プロジェクタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査式プロジェクタ用スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査式プロジェクタは、輝度変調されたＲＧＢ各色のレーザ光線を１本の光線に束ね、輝度変調と同期させてスクリーン上に走査させることで、スクリーン上に２次元画像を形成する。走査式プロジェクタは、２次元画像を投影する方式に比べ、高解像度化、小型化、低消費電力化が容易であるという特徴を有している。
【０００３】
図４に一例を示すように、走査式プロジェクタ４００は、光源として赤色レーザ光源４１０Ｒ、緑色レーザ光源４１０Ｇ、青色レーザ光源４１０Ｂを備えており、各光源（４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）は、必要に応じて強度均一、コリメート等の処理を施してレーザ光を出射する。なお、各光源（４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）からの出射光は画素単位で走査と同期して輝度変調される。
【０００４】
それぞれの出射光は、光源（４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）近傍の光軸上に配置された集光レンズ（４１２Ｒ、４１２Ｇ、４１２Ｂ）を通過して収束光となる。ＲＧＢ三色の収束光は走査式プロジェクタ４００内で１本の収束光に合成される。
【０００５】
本図の例では、緑色の収束光をダイクロイックミラー４１４Ｇで赤色の収束光に合波し、さらに青色の収束光をダイクロイックミラー４１４Ｂで合波することで、１本の合成光に合波している。なお、それぞれの集光レンズ（４１２Ｒ、４１２Ｇ、４１２Ｂ）は、各色の収束光が同じ位置で集光するように焦点距離と配置位置とが定められている。
【０００６】
合成光は、小型化のためミラー４２０で折り曲げられた後、高速２次元走査素子４３０で照射方向が制御され、２次元走査される。高速２次元走査素子４３０は、可動式のミラー４３０ａを用いて光走査を行なう素子であり、一般に２次元走査タイプのＭＥＭＳミラー（ＭＥＭＳ光スキャナ）が用いられるが、垂直走査用と水平走査用のＭＥＭＳミラーを組み合わせる場合もある。また、ガルバノミラーが用いられる場合もある。
【０００７】
合成光の集光面には矩形状のスクリーン５００が配置される。スクリーン５００は、透過型であっても反射型であってもよい。スクリーン５００上では、画素毎の合成光が高速に走査されるため、目の残像効果により２次元画像が知覚される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２０８４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
スクリーン５００の１辺方向、特に、長辺方向の走査に着目したとき、高速２次元走査素子４３０の可動式ミラー４３０ａは、所定の回転軸４３０ｂを中心とした所定角度の往復回転運動をする。
【００１０】
ここで、スクリーン５００の回転軸４３０ｂからの距離は、長辺方向の位置に応じて変化する。例えば、図４に示すように、画像の長辺方向中心部分の合成光がスクリーン５００の長辺方向中心に垂直に照射するような配置の場合、スクリーン５００の長辺方向中心部分までの距離が一番短く、中心から離れるにしたがって回転軸４３０ｂからの距離が長くなっている。
【００１１】
合成光は収束光であるため、スクリーン５００の長辺方向の位置により、ビーム径が異なることになる。例えば、スクリーン５００の長辺方向中心部分で集光する収束光であれば、中心から離れるにしたがってビーム径が大きくなっていく。ビーム径の不均一はスクリーン５００の短辺方向でも発生するが、より走査距離の長い長辺方向で顕著である。
【００１２】
レーザ光を用いた走査式プロジェクタはフォーカスフリーであるため、ビーム径の不均一はピントには影響を与えないが、ビーム径が不均一であれば、輝度むらが発生したり、隣接する画素間の境界状態に差異が生じたりすることにより画像の明瞭さが損なわれることになる。このため、ビーム径はスクリーンの走査方向ついて均一であることが望ましい。
【００１３】
そこで、本発明は、ビーム径の不均一を抑制する走査式プロジェクタ用スクリーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である走査式プロジェクタ用スクリーンは、スクリーン面の少なくとも１方向が湾曲していることを特徴とする。
このような走査式プロジェクタ用スクリーンを、収束光を出力する走査式プロジェクタが備える可動式ミラーの回転軸に湾曲面の両端部が回転軸に近づくように配置することで、スクリーン面上の各点と、回転軸との距離が均一化される。このため、ビーム径の不均一を抑制することができる。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である走査式プロジェクタシステムは、走査式プロジェクタとスクリーンとを備えた走査式プロジェクタシステムであって、前記走査式プロジェクタは、所定の回転軸を中心とした所定角度の往復回転運動により収束光の走査を行なう可動式ミラーを備え、前記スクリーンは、前記走査方向について両端部が前記回転軸に近づくように湾曲していることを特徴とする。
スクリーンが、走査方向について両端部が可動式ミラーの回転軸に近づくように湾曲しているため、スクリーン面上の走査方向の各点と、回転軸との距離が均一化される。このため、ビーム径の不均一を抑制することができる。
このとき、前記スクリーンは、前記走査方向の各位置が、前記回転軸から等距離となるように湾曲してもよい。
これにより、スクリーン面上の走査方向の各点においてビーム径を等しくすることができる。
このとき、前記走査方向の各位置と前記回転軸との距離は、前記収束光が前記スクリーンで集光するように定めることができる。
スクリーンの各位置においてビーム径が最小径で統一されるため、明瞭な画像となることが期待される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ビーム径の不均一を抑制する走査式プロジェクタ用スクリーンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の走査式プロジェクタシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本実施形態の走査式プロジェクタシステムを車載用のヘッドアップディスプレイに適用した場合を示す図である。
【図３】長辺方向の面が湾曲したスクリーンと、長辺方向に加え短辺方向の面が湾曲したスクリーンとを示す図である。
【図４】従来の走査式プロジェクタとスクリーンとを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の走査式プロジェクタシステム１０の構成を模式的に示す図である。本図に示すように、走査式プロジェクタシステム１０は、走査式プロジェクタ１００とスクリーン２００とを備えている。走査式プロジェクタ１００は、従来技術で説明した走査式プロジェクタ４００と同様の構成とすることができる。
【００１８】
すなわち、走査式プロジェクタ１００は、光源として赤色レーザ光源１１０Ｒ、緑色レーザ光源１１０Ｇ、青色レーザ光源１１０Ｂを備えており、各光源（１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ）は、必要に応じて強度均一、コリメート等の処理を施してレーザ光を出射する。なお、各光源（１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ）からの出射光は、図示しない画像処理装置の制御により画素単位で走査と同期して輝度変調される。
【００１９】
それぞれの出射光は、光源（１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ）近傍の光軸上に配置された集光レンズ（１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂ）を通過して収束光となる。ＲＧＢ三色の収束光は走査式プロジェクタ１００内で１本の収束光に合成される。
【００２０】
本図の例では、緑色の収束光をダイクロイックミラー１１４Ｇで赤色の収束光に合波し、さらに青色の収束光をダイクロイックミラー１１４Ｂで合波することで、１本の合成光に合波している。１本の収束光への合成は他の方法であってもよい。なお、それぞれの集光レンズ（１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂ）は、各色の収束光が同じ位置で集光するように焦点距離と配置位置とが定められている。
【００２１】
合成光は、小型化のためミラー１２０で折り曲げられた後、高速２次元走査素子１３０で照射方向が制御され、２次元走査される。高速２次元走査素子１３０は、２次元走査タイプのＭＥＭＳミラーを用いることができるが、垂直走査用と水平走査用のＭＥＭＳミラーを組み合わせてもよい。高速２次元走査素子１３０としてガルバノミラーを用いてもよい。
【００２２】
ＭＥＭＳミラーは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）の技術で製作された光走査デバイスであり、可動式ミラー１３０ａが走査方向に所定の回転軸１３０ｂを中心とした所定角度の往復回転運動により光走査を行なう。回転軸１３０ｂは機械的な軸により定められていてもよいし、明確な軸を有さずに仮想的に定められるものであってもよい。ＭＥＭＳミラーは、電磁タイプムービングコイル型、電磁タイプムービングマグネット型、静電型、ピエゾ型等種々の方式が提案されているが、いずれの方式を採用してもよい。
【００２３】
合成光の集光面にはスクリーン２００が配置される。スクリーン２００は、透過型であっても反射型であってもよい。スクリーン２００上では、画素毎に輝度変調されるＲＧＢ合成光が高速に走査されるため、目の残像効果により２次元画像が知覚される。
【００２４】
本実施形態においてスクリーン２００は、長辺方向についてスクリーン面が所定の曲率で湾曲しており、矩形を、両短辺を支持して合成光照射面からみて奥側に撓ませた円弧形状となっている。具体的には、スクリーン２００の面は、長辺上の各位置が、可動式ミラー１３０ａの回転軸１３０ｂからの距離が一定となるように曲率半径Ｒで湾曲している。ただし、回転軸１３０ｂがスクリーン２００の短辺方向と平行である状態を基準とする。
【００２５】
このようにスクリーン２００が可動式ミラー１３０ａの回転軸１３０ｂを中心とした円弧状に湾曲しているため、収束光がスクリーン２００上で形成するビーム径は長辺走査方向で均一となる。
【００２６】
なお、ビーム径がスクリーン２００上で集光するようにスクリーン２００と走査式プロジェクタ１００との位置関係を定めることが望ましい。ビーム径が小さいほど輝度が高まるとともに隣接する画素間の干渉が減少するため、明瞭な画像となることが期待されるからである。
【００２７】
以上、本実施形態の走査式プロジェクタシステム１０について説明した。このような走査式プロジェクタ１００とスクリーン２００とを備えた走査式プロジェクタシステム１０は、例えば、図２に示すように車載用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に適用することができる。
【００２８】
本図の例では、スクリーン２００は、透明あるいは半透明の部材で形成された透過型スクリーンであり、合成光照射面２０１にマイクロレンズアレイ等の光拡散機構が形成されている。これは、スクリーン２００を透過する光線を広げることで、視野角を大きくするためである。光拡散機構は、光拡散シートで構成してもよい。一般に、ヘッドアップディスプレイでは、横方向が長辺になるが、本例では、便宜的に縦方向を長辺としている。
【００２９】
走査式プロジェクタ１００によってスクリーン２００に映し出された画像（中間画像）は、フィールドレンズ２１０を介して拡大鏡２２０に入射し、ウィンドシールド２３０に投影され、アイボックス内に位置する運転者の眼で認識される。ここで、フィールドレンズ２１０は、スクリーン２００から射出される光線の方向を変えるために用いられている。
【００３０】
上述のように、スクリーン２００は円弧状に湾曲しており、ビーム径が均一であるため、スクリーン２００には明瞭な中間画像が映し出される。このため、アイボックスからも明瞭な画質の投影画像を視認することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、その要旨内で種々の変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、スクリーン２００の長辺方向に着目し、図３（ａ）に示すように面を長辺方向で湾曲させるようにしていたが、図３（ｂ）に示すように長辺方向に加え、短辺方向で湾曲させてもよい。この場合、スクリーンは、球の一部を切り出した形状となる。
【００３２】
また、スクリーンは、可動式ミラー１３０ａの回転軸１３０ｂに向かって湾曲していればよく、湾曲の度合いは厳密に円周の一部である必要はない。例えば、端部ほど曲率が小さくなるような湾曲度合いでもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０  走査式プロジェクタシステム
１００  走査式プロジェクタ
１１０  レーザ光源
１１２  集光レンズ
１１４  ダイクロイックミラー
１２０  ミラー
１３０  ２次元走査素子
１３０ａ  可動式ミラー
１３０ｂ  回転軸
２００  スクリーン
２１０  フィールドレンズ
２２０  拡大鏡
２３０  ウィンドシールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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