JP2005107456A

JP2005107456A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2005107456A
Application number: JP2003344451A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Yamazaki; 哲朗山▲崎▼; Takashi Takeda; 高司武田; Masatoshi Yonekubo; 政敏米窪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】各色光について単独のレーザ光を用いて画像を表示可能な明るさと安全性とを確保できる画像表示装置を提供すること。
【解決手段】画像信号に応じて変調されたレーザ光を供給するレーザ光源部１０１と、レーザ光源部１０１からのレーザ光を、二次元方向に走査させる走査部１０６と、少なくともレーザ光源部１０１と、走査部１０６とを収納する筐体１１０と、を有し、筐体１１０は、走査部１０６により走査されるレーザ光を、射出部１０８から射出し、射出部１０８は、走査部１０６により走査されるレーザ光が、所定領域に、少なくとも所定値以下の強度で入射するような位置に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置、特に、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査させることによって画像を表示する画像表示装置の技術に関する。

従来、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査させることにより、画像を表示する画像表示装置が提案されている。画像信号に応じて変調されたレーザ光を用いる場合、レーザ光の供給を停止することにより、画像の黒色を表示する。レーザ光の供給を停止して黒色を表示可能であると、理論上コントラストを無限大にすることができることから、高コントラストな画像を表示することができる。また、レーザ光は指向性が高いことから、投写光学系を簡略にするか、又は投写光学系を不要とすることが可能である。このため、画像表示装置を小型かつ簡易な構成にできる。さらに、赤色レーザ光と、緑色レーザ光と、青色レーザ光とを用いることにより、カラー画像を容易に表示可能である。レーザ光は単色性が高いことから、色純度が高いカラー画像を表示することもできる。

レーザ光を走査させて画像を表示する場合、レーザ光の強度は、レーザ光の走査領域全体に分散される。このため、レーザ光は、走査領域全体において画像を表示可能な明るさであることを要する。これに対して、観察者の安全を確保する観点から、レーザ光の出力は、所定値以下とする必要もある。観察者の安全を確保し、さらに明るい画像を表示するために、複数に分割された走査領域に対してレーザ光を分担して走査させる、いわゆるマルチビームスキャン方式が提案されている。マルチビームスキャン方式によれば、レーザ光の強度は、分割されたそれぞれの走査領域内のみで分散されるため、小さく安全な強度のレーザ光を用いることができる。また、分割された各走査領域においてレーザ光が同時に走査することから、画像を明るくできる。マルチビームスキャン方式によりレーザ光を走査させる画像表示装置の技術としては、例えば、特許文献１に提案されているものがある。

特表２００３−５１０６２４号公報

しかしながら、複数に分割された走査領域に対してレーザ光を分担して走査させると、各色光について、それぞれ複数の光源が必要となる。各色光について複数の光源が必要となると、製造コストが大幅に高くなる。また、フロント投写型の画像表示装置の場合、画像表示装置からスクリーンまでの距離に応じて、走査領域の面積は変化する。このため、走査領域を分割すると、画像表示装置からスクリーンまでの距離を変化させる場合、レーザ光の走査領域どうしの間に重なり合い、あるいは空間的間隔が生じ、走査領域ごとにずれのある画像が表示される場合がある。このため、画像表示装置からスクリーンまでの距離を一定とするために画像表示装置を据え置きにする、あるいはピント合わせを行う等の必要が生じ、良好な画像を得ることが困難となる。このように、複数に分割された走査領域に対してレーザ光を分担して走査させると、製造コストが高くなる上、良好な画像を得ることが困難となる場合があるため問題である。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、各色光について単独のレーザ光を用いて、画像を表示可能な明るさと安全性とを確保できる画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、画像信号に応じて変調されたレーザ光を供給するレーザ光源部と、レーザ光源部からのレーザ光を、二次元方向に走査させる走査部と、少なくともレーザ光源部と、走査部とを収納する筐体と、を有し、筐体は、走査部により走査されるレーザ光を、射出部から射出し、射出部は、走査部により走査されるレーザ光が、所定領域に、少なくとも所定値以下の強度で入射するような位置に設けられていることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。

レーザ光を走査させて画像を表示する場合、レーザ光の強度は、レーザ光が走査する二次元方向の領域全体に分散される。観察者の瞳の位置を直接レーザ光が走査する場合、瞳の位置における二次元方向の走査領域全体にレーザ光の強度が分散されている。そして、瞳には、レーザ光の走査領域全体に対する瞳の領域に相当する強度のレーザ光が入射することとなる。レーザ光の走査領域は、走査部の位置から、レーザ光が射出される方向へ離れるほど大きくなる。また、レーザ光の走査領域が大きくなるほど、レーザ光のエネルギーが広い領域に分散され、瞳の領域に入射するレーザ光の強度は小さくなる。

本発明の画像表示装置は、走査部により走査されるレーザ光が、瞳の領域に、少なくとも、所定値以下の強度で入射するような位置に、射出部が設けられている。ここで、レーザ光の所定値以下の強度を、走査しているレーザ光が瞳に入射した場合であっても、まばたき等の嫌悪反応によって眼の保護がなされ、安全を確保できる強度とする。このようにして射出部を設けることにより、走査しているレーザ光によって眼の保護を十分に行えない程度にレーザ光の強度が集中している空間的領域は、射出部より走査部側、即ち、筐体の内部に密閉される。また、筐体の外部においては、いずれの位置で走査しているレーザ光が観察者の眼に入射するとしても眼を保護可能な程度にレーザ光の強度が分散され、安全を確保できる。

筐体の外部において走査しているレーザ光の強度が安全を確保可能な値となるように射出部を設けるため、明るい画像を得ることができる強度のレーザ光源部を用いることが可能である。これにより、画像を表示可能な明るさと安全性とを確保できる画像表示装置を得られる。なお、本発明の画像表示装置は、各色光について単独のレーザ光源を用いる構成にできることから、各色光について複数のレーザ光源を設ける場合よりも製造コストを安価にできる。また、走査領域を複数に分割する必要もないため、画像にずれが生じることもなく良好な画像を容易に得ることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、射出部におけるレーザ光の走査領域の面積をＳ、所定の領域の面積をＰ、レーザ光の出力をＬ（ｍＷ）、とすると、以下の条件式を満たすことが望ましい。
Ｌ×Ｐ／Ｓ≦５（１）

走査しているレーザ光が直接眼に入射するとき、眼の位置において二次元方向にレーザ光が走査している走査領域全体に、レーザ光の強度が分散している。そして、所定領域である観察者の瞳の領域には、走査領域全体における瞳の領域に対応する強度のレーザ光が入射する。安全を確保可能なレーザ光の最大強度として５ｍＷの値を用いると、レーザ光の出力と、瞳の領域の面積と、走査領域の面積とから、式（１）が求められる。

レーザ光の走査領域は、走査部の位置からレーザ光が射出される方向へ離れるほど大きくなる。また、上述のように、レーザ光の走査領域が大きくなるに従い、瞳の領域に入射するレーザ光の強度は小さくなる。そこで、走査部からレーザ光が射出される方向の位置であって、レーザ光の二次元方向の走査領域が式（１）で求められる面積にまで広がるような位置に、射出面を設ける。このようにして、走査部により走査されるレーザ光が、瞳の領域に、安全を確保できる強度で入射するような位置に射出部を設けることができる。また、射出面の位置を予め決定し、式（１）を用いて、射出面におけるレーザ光の走査領域の面積と、瞳の領域の面積とから、レーザ光源部からのレーザ光の出力を決定することもできる。これにより、画像表示装置の安全性を確保することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、射出部におけるレーザ光の走査領域の面積をＳ、所定領域の面積をＰ、レーザ光の出力をＬ（ｍＷ）、としたときに、以下の条件式を満たすことが望ましい。

瞳の領域に入射しても安全を確保可能なレーザ光の最大強度としては、レーザ光の波長ごと、及び露光時間ごとに定められている被曝放出限界（ＡＥＬ）を用いることができる。ＡＥＬを用いると、レーザ光の出力と、瞳の領域の面積と、走査領域の面積とから、式（２）が求められる。式（２）を用いて、射出面におけるレーザ光の走査領域の面積と、瞳の領域の面積とから、レーザ光源部からのレーザ光の出力を決定することができる。また、レーザ光の出力を予め決定し、式（２）を用いて、レーザ光の出力と、瞳の領域の面積とから、レーザ光の走査領域の面積を決定することもできる。走査領域の面積を決定することにより、レーザ光の二次元方向の走査領域が式（２）によって求めた面積にまで広がるような位置に、射出面を設けることができる。これにより、画像表示装置の安全性を確保することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、射出面から射出されるレーザ光によって表示面に画像を表示し、筐体は、レーザ光が表示面の法線と０度以外の所定の角度をもって、表示面に入射するような位置に配置されることが望ましい。例えば、表示面に対して、表示面の法線より下側の位置から斜めにレーザ光を照射すると、画像は、上下方向に引き伸ばされて表示面に写し出される。このため、引き伸ばされる方向のみについて画像を縮小させるようにレーザ光の走査領域を縮小することにより、正常な縦横比の画像を得ることができる。

ここで、レーザ光の出力が最大であるとき、式（２）の等式が成り立つ。式（２）の等式が成り立つとき、レーザ光の走査領域を小さくする場合、レーザ光の走査領域を小さくする割合に比較して、安全を確保するために減少させなければならないレーザ光の出力の割合は小さい。例えば、レーザ光の走査領域を半分にまで減少する場合に、レーザ光の出力を半分の値より大きい値としても、画像表示装置の安全性を確保できる。このため、表示面に対して斜め方向からレーザ光を照射させる構成とすると、レーザ光を表示面の法線上の位置から表示面に照射させる構成とする場合より、大きい強度のレーザ光を用いることが可能となる。これにより、安全で明るい画像の画像表示装置を得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置１００の概略構成を示す。本実施例では、まず画像表示装置１００の構成の概略を説明し、次いで、表示された画像を観察する観察者の安全を確保するための構成を詳細に説明する。画像表示装置１００は、画像信号に応じたレーザ光をスクリーン１２０の観察者の側から供給することによって画像を表示する、いわゆるフロント投写型の画像表示装置である。画像表示装置１００は、筐体１１０の内部に、レーザ光源部１０１と、ビーム整形光学系１０３と、走査部であるガルバノミラー１０６とを収納している。

レーザ光源部１０１は、赤色レーザ光（以下、「Ｒ光」という。）を供給するＲ光用光源１０２Ｒと、緑色レーザ光（以下、「Ｇ光」という。）を供給するＧ光用光源１０２Ｇと、青色レーザ光（以下、「Ｂ光」という。）を供給するＢ光用光源１０２Ｂとを有する。各色光用光源１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂは、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を、制御部１０７からの画像信号に応じて変調して供給する。各色光用光源１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂとしては、レーザ光を変調するための変調部を設けた半導体レーザや、固体レーザを用いることができる。

レーザ光源部１０１からのＲ光と、Ｇ光と、Ｂ光とは、各色光に対応して設けられたビーム整形光学系１０３の凸レンズ１０４に、それぞれ入射する。ビーム整形光学系１０３は、凸レンズ１０４と、凹レンズ１０５とから構成されている。凸レンズ１０４は、レーザ光源部１０１から広がり角をもって供給された各色光を、集光して凹レンズ１０５に入射させる。凹レンズ１０５は、凸レンズ１０４によって集光された各色光を、ビーム状の平行光に変換する。このようにして、ビーム整形光学系１０３は、各色光を、指向性の高い略平行光、例えば、直径０．５ｍｍのビーム形状に整形する。なお、ビーム整形光学系１０３は凸レンズ１０４と、凹レンズ１０５とを有する構成に限られず、適宜変更可能である。また、各色光用光源１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂからの各色光の指向性が十分高い場合、ビーム整形光学系１０３を省略しても良い。

ビーム整形光学系１０３にて指向性の高い略平行光に整形された各色光は、ガルバノミラー１０６に入射する。ガルバノミラー１０６に入射した各色光は、射出部である透明平板１０８の方向へ反射される。ガルバノミラー１０６は、互いに直交する所定の２軸を中心として回動することによって、各色光を二次元方向に走査させる。ガルバノミラー１０６の回動は、制御部１０７によって制御されている。ガルバノミラー１０６で反射された各色光は、透明平板１０８を透過して、スクリーン１２０の方向へ進行する。

透明平板１０８は、硝子、樹脂等の光学的に透明な部材により形成された、矩形形状の平行板である。筐体１１０に透明平板１０８を設けることにより、人体の一部が筐体１１０の内部へ侵入することを防ぎ、さらに防塵の効果がある。射出部としては、透明平板１０８を設けず、各色光を射出するための開口部のみを設けることとしても良い。スクリーン１２０は、ガルバノミラー１０６により走査された各色光によって画像を表示する。なお、各色光を１つのガルバノミラー１０６で走査させる構成に限らず、各色光に対応して３つのガルバノミラーを設け、色光ごとに走査させることとしても良い。

次に、表示された画像を観察する観察者の安全を確保するための構成を詳細に説明する。ここでは、各色光として、出力が５Ｗの連続発信レーザを用いる場合を例として、安全を確保可能な筐体１１０を設ける構成を説明する。出力が５Ｗのレーザ光は、約１５００ルーメンの明るさを有する。約１５００ルーメンとは、通常使用されているフロント型画像表示装置から供給される光束の明るさと略同等である。これに対して、レーザ製品は、ＪＩＳＣ６８０２に定められるレーザ強度ごとの安全基準に従うことによって、安全を確保する必要がある。

例えば、必要に応じてレーザ光の供給を自動で停止するインターロック等の取り付けを不要とするためには、使用するレーザ光が、レーザクラス３Ｒレベル以下の強度であることを要する。レーザクラス３Ｒレベルのレーザ光は、例えば、ガルバノミラー１０６によって走査させて瞬間的に瞳を通過した場合の危険性について考慮を要しないものである。レーザクラス３Ｒのレーザ光の最大出力は、５ｍＷである。出力５Ｗのレーザ光は、レーザクラス３Ｒのレーザ光の最大出力の１０００倍に相当するものである。従って、安全性を確保するためには、何ら安全確保のための措置を取らずそのまま出力５Ｗのレーザ光を製品に使用することは不可能である。

フロント型の画像表示装置１００の場合、画像表示装置１００から射出されるレーザ光が直接眼に入る事態が起こる場合が考えられる。ガルバノミラー１０６によってレーザ光を走査させて画像を表示する場合、レーザ光のエネルギーは、二次元方向におけるレーザ光の走査領域全体に分散される。ガルバノミラー１０６によって走査しているレーザ光が直接眼に入射する場合、レーザ光の強度は、眼の位置における二次元方向の走査領域全体に分散している。このため、所定領域である眼の領域には、走査領域全体のうち瞳の領域に対応する強度のレーザ光が入射することになる。レーザ光の走査領域が大きいほど、レーザ光のエネルギーが広い領域に分散され、瞳の領域に入射するレーザ光の強度は小さくなる。

ガルバノミラー１０６によるレーザ光の走査速度は略一定であるから、各色光のエネルギーは、二次元方向の走査領域に略均一に分散しているとみなすことができる。このとき、走査領域の面積をＳ（ｍｍ²）、瞳の領域の面積をＰ（ｍｍ²）、レーザ光の出力をＬ（ｍＷ）、とすると、瞳に入射するレーザ光の強度は、Ｌ×Ｐ／Ｓ（ｍＷ）と算出される。安全を確保可能なレーザ光の最大強度が５ｍＷであるため、レーザ光の出力Ｌと、瞳の領域の面積Ｐと、走査領域の面積Ｓの関係について、式（１）を導くことができる。
Ｌ×Ｐ／Ｓ≦５（１）

レーザ光の走査領域は、ガルバノミラー１０６の位置からレーザ光が射出される方向へ離れるほど、大きくなる。また、上述のように、レーザ光の走査領域が大きくなるに従い、瞳の領域に入射するレーザ光の強度は小さくなる。そこで、ガルバノミラー１０６からレーザ光が射出される方向の位置であって、レーザ光の走査領域が式（１）で求められる面積Ｓにまで広がるような平面上の位置に、透明平板１０８を設ける。即ち、透明平板１０８において、レーザ光は、面積Ｓの走査領域を走査している。このようにして透明平板１０８が設けられた筐体１１０によって、瞳の領域に入射するレーザ光の強度が５ｍＷより大きい値となるような空間的領域を密閉することができる。また、筐体１１０の外部においては、レーザ光の強度は、走査しているレーザ光がいずれの位置で観察者の眼に入射する事態があっても安全を確保できるような値にできる。このように、本実施例の画像表示装置１００は、ガルバノミラー１０６により走査されるレーザ光が、瞳の領域に、少なくとも、所定値である５ｍＷ以下の強度で入射するような位置に、透明平板１０８が設けられていることを特徴とする。

各色光用光源１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂからのレーザ光の出力Ｌが５Ｗであるときの走査領域の面積Ｓを算出し、透明平板１０８の位置を決定する例を、具体的に説明する。ここで、瞳の直径を一般的な数値の７ｍｍとすると、瞳の領域の面積Ｐは、以下の数式により算出される。
Ｐ＝（７／２）²×π≒３８．５（ｍｍ²）
式（１）の等号が成立するとき、
Ｓ＝｛１／５（ｍＷ）｝×Ｌ×Ｐ
式（１）の等式にＬ＝５Ｗ（＝５０００ｍＷ）、Ｐ＝３８．５（ｍｍ²）を代入すると、
Ｓ＝｛１／５（ｍＷ）｝×５０００（ｍＷ）×３８．５（ｍｍ²）
＝３８５００ｍｍ²

従って、各色光用光源１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂからの各色光の出力が５Ｗであるとき、レーザ光の走査領域の面積が３８５００ｍｍ²以上となる平面上の位置に、透明平板１０８を設けることによって、安全を確保できる。瞳の領域に入射するレーザ光の強度が５ｍＷより大きい値となるような空間的領域は、筐体１１０によって密閉される。ここで、透明平板１０８は、３８５００ｍｍ²以上の面積を要することになる。透明平板１０８の矩形領域の長辺と短辺との比を４：３とすると、３８５００ｍｍ²の透明平板１０８の矩形領域の対角線の長さは、約１１．２インチとなる。図２は、１１．２インチの透明平板１０８を備えた画像表示装置１００を用いて、スクリーン１２０に約８０インチの画像を表示する構成を示す。

筐体１１０の外部において走査しているレーザ光の強度が安全を確保可能な値となるように透明平板１０８を設けるため、明るい画像を得ることができる強度のレーザ光源１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂを用いることが可能である。これにより、画像を表示可能な明るさと安全性とを確保できるという効果を得られる。なお、本発明の画像表示装置１００は、各色光について単独のレーザ光源１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂを用いることから、各色光について複数のレーザ光源を設ける場合より安価に製造できる。また、走査領域を複数に分割する必要もないため、画像にずれが生じることもなく良好な画像を容易に得ることができる。これにより、安価で、良好な画像を容易に得ることができるという効果を奏する。

なお、本実施例では、各色光用光源１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂのレーザ光の出力Ｌから算出された走査領域の面積Ｓに基づいて透明平板１０８を設けることとしている。これに限らず、画像表示装置１００の設計により決定されている透明平板１０８の面積Ｓから、式（１）を用いてレーザ光の出力Ｌを決定しても良い。また、画像表示装置の構成は、画像表示装置１００のようにフロント型画像表示装置に限らず、筐体に備えられたスクリーンの一方の面にレーザ光を照射し、スクリーンの他方の面から鑑賞する、いわゆるリア型画像表示装置としても良い。リア型画像表示装置においては、スクリーンの破損により、レーザ光が直接筐体から射出する事態が起こることが考えられる。リア型画像表示装置において、式（１）を用いて算出された走査領域の面積に基づいてスクリーンを設けることにより、筐体の外部に射出するレーザ光の強度を、安全を確保可能な値とすることができる。これにより、リア型画像表示装置においても安全を確保することができる。

図３は、本発明の実施例２に係る画像表示装置３００の概略構成を示す。上記実施例１の画像表示装置１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例では、まず画像表示装置３００の構成の概略を説明し、次いで、表示された画像を観察する観察者の安全を確保するための構成を詳細に説明する。本実施例の画像表示装置３００は、スクリーン３２０の一方の面である第１面Ｓ１にレーザ光を照射し、スクリーン３２０の他方の面である第２面Ｓ２から鑑賞する、リア型画像表示装置である。

画像表示装置３００は、筐体３１０の内部に、レーザ光源部１０１と、ビーム整形光学系１０３と、走査部であるガルバノミラー１０６とを収納している。また、筐体３１０の、観察者側の面には、レーザ光を透過させるスクリーン３２０が設けられている。筐体３１０の内部の、スクリーン３２０と対向する面には、ガルバノミラー１０６からのレーザ光をスクリーン３２０の方向へ反射させる反射ミラー３０９が設けられている。筐体３１０は、レーザ光源部１０１からのレーザ光が筐体３１０の外部へ射出されることを防ぐために、密閉構造をなしている。

ガルバノミラー１０６に入射した各色光は、反射ミラー３０９の方向へ反射される。反射ミラー３０９の方向へ進行した各色光は、反射ミラー３０９で反射されてスクリーン３２０の方向へ進行する。各色光をミラー３０９で反射させてスクリーン３２０の方向へ進行させると、ガルバノミラー１０６からスクリーン３２０の第１面Ｓ１の略中央部分までの光路が長くなる。スクリーン３２０までの光路が長くなると、筐体３１０の小型化を維持したまま、ガルバノミラー１０６による走査角度を小さくすることができる。このため、各色光を容易にスクリーン３２０の全面に走査させることができる。なお、反射ミラー３０９を設けず、ガルバノミラー１０６からの各色光を、スクリーン３２０の第１面Ｓ１にそのまま入射させる構成としても良い。

反射ミラー３０９からスクリーン３２０の方向へ進行した各色光は、筐体３１０の内部側にあるスクリーン３２０の第１面Ｓ１に入射する。スクリーン３２０は、第１面Ｓ１に入射された各色光を、スクリーン３２０に対して略垂直方向に主軸がある拡散光に変換して、第２面Ｓ２から射出する。スクリーン３２０は、第２面Ｓ２から射出される光によって、画像を表示する。

次に、観察者の安全を確保するための構成を詳細に説明する。ここでは、スクリーン３２０の矩形領域を８０インチとする場合に、安全を確保可能なレーザ光の出力を決定する例を説明する。画像表示装置３００は、スクリーン３２０の第２面Ｓ２においてレーザ光を拡散光に変換して射出するため、筐体３１０の外部に強いレーザ光は直接射出されない。但し、筐体３１０、特に、スクリーン３２０が破損したような場合に、レーザ光が筐体３１０の外部に進行し、直接眼に入る事態が起こることが考えられる。

実施例１において説明したレーザクラス３Ｒレベルのレーザ光の最大出力は、被曝放出限界（accessible emission limit；以下、「ＡＥＬ」という。）として、波長や、被曝する時間ごとに定められている。ＡＥＬは、INTERNATIONAL STANDARD［英和対訳版］IEC 60825-1, Amendment 2, Safety of laser products-, Part 1, Equipment classification, requirements and user's guide, ２１ページ、表３「クラス３Ｒレーザ製品の被曝放出限界」に基づき、波長と、露光時間とから求めることができる。まず、画像表示装置３００に用いられるレーザ光が可視光であることから、波長は、４００〜７００ｎｍとすることができる。露光時間については、走査しているレーザ光が瞳に入射している時間から求められる。

通常、可視光が眼に入射した場合、まばたき等の嫌悪反応によって眼を保護するまでの時間は、０．２５秒以内である。１フレーム期間を１／６０秒間として画像を表示する場合を考えると、０．２５秒は、１／６０秒間に対して十分に長い。このため、露光時間は、０．２５秒間に、走査領域の面積Ｓに対する、瞳の領域の面積の割合を掛け合わせることにより求められる。瞳の領域の面積を３８．５ｍｍ²とすると、露光時間ｔは、走査領域の面積Ｓから、以下の式（３）に基づいて求めることができる。
ｔ＝（３８．５／Ｓ）×０．２５≒９．６／Ｓ（３）

スクリーン３２０におけるレーザ光の走査領域が、対角線が数インチ〜８０インチの矩形領域であるとする。対角線が数インチ〜８０インチのときの走査領域の面積Ｓを用いて、式（３）より露光時間ｔを算出すると、およそ１．８×１０^-5秒〜０．２５秒となる。上記の表３において、波長４００〜７００ｎｍ、露光時間ｔが１．８×１０^-5秒〜０．２５秒の欄を見ると、ＡＥＬは３．５×１０^-3ｔ^0.75（Ｊ）と示されている。この数値から、レーザ光の出力Ｌは、以下の式（４）により求められる。
Ｌ＝ＡＥＬ／ｔ＝３．５×１０^-3ｔ^-0.25 （４）

瞳の領域の面積Ｐ、とすると、式（３）、（４）から、レーザ光の出力Ｌを、以下の式（５）により求められる。

式（５）を用いて算出されるレーザ光の出力Ｌは、安全を確保可能なレーザ光の最大出力である。このため、安全を確保可能なレーザ光の出力Ｌは、式（５）を用いて、以下の式（２）に示す不等式で表すことができる。

スクリーン３２０の矩形領域の面積と、走査領域の面積Ｓとを一致させると、スクリーン３２０の矩形領域の面積を基に、安全を確保可能なレーザ光の出力を式（２）から求めることができる。レーザ光の出力Ｌを、式（２）から求められる値とすることにより、スクリーン３２０が破損した場合にスクリーン３２０から直接射出するレーザ光の強度を、安全を確保可能な値とすることができる。

図４は、式（５）に基づくレーザ光の最大出力Ｌと、面積Ｓの走査領域である矩形領域の対角線長さとの関係を示す。面積Ｓの矩形領域の対角線長さは、矩形領域の長辺と短辺との比を４：３として算出したものである。例えば、図４に示す関係から、走査領域の面積Ｓが約８０インチの矩形領域である場合、レーザ光の最大出力Ｌは約７５ｍＷであることがわかる。従って、スクリーン３２０を約８０インチの矩形領域とする場合、レーザ光の出力Ｌを７５ｍＷ以下とすることにより、安全を確保することができる。

このようにしてＡＥＬを用いて、スクリーン３２０における各色光の走査領域の面積Ｓを基にレーザ光の出力Ｌを決定するため、スクリーン３２０の矩形領域の面積に応じて安全性を確保可能なレーザ光の出力Ｌを決定することができる。これにより、画像表示装置３００の安全性を確保することができるという効果を奏する。なお、本実施例ではスクリーン３２０の矩形領域の面積から、式（２）を用いてレーザ光の出力Ｌを決定することとしている。これに限らず、レーザ光の出力Ｌから算出された走査領域の面積Ｓに基づいてスクリーン３２０を設けることとしても良い。

また、画像表示装置の構成は、画像表示装置３００のようにリア型画像表示装置に限らず、実施例１の画像表示装置１００のようなフロント型画像表示装置としても良い。フロント型画像表示装置においては、画像表示装置から射出されるレーザ光が直接眼に入る事態が起こることが考えられる。フロント型画像表示装置において、式（２）を用いて算出された走査領域の面積に基づいて筐体を設けることにより、安全を確保することができる。

図５−１は、本発明の実施例３に係る画像表示装置５００を用いて、スクリーン１２０に画像を表示する構成を示す。図５−２は、図５−１に示す構成をスクリーン１２０の法線Ｎ上の位置から見た状態を示す。上記実施例１の画像表示装置５００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の画像表示装置５００は、フロント型画像表示装置である点において、実施例１の画像表示装置１００と同様である。本実施例の画像表示装置５００は、表示面であるスクリーン１２０に対して斜め方向から、いわゆる煽り角をもってレーザ光を入射させる場合の、観察者の安全を確保するための構成に特徴を有する。

画像表示装置５００の構成は、実施例１の画像表示装置１００の構成と同様であるため、図示と説明とを省略する。画像表示装置５００の筐体１１０は、スクリーン１２０の法線Ｎ上の位置から下側、即ちマイナスｙ方向にシフトした位置に配置されている。図５−１に示すように、スクリーン１２０の法線Ｎと、ｚ軸とは、略一致している。画像信号に応じて変調されて画像表示装置５００の透明平板１０８から射出された各色光は、スクリーン１２０の法線Ｎ上の位置から下側である、マイナスｙ方向にシフトした位置から、０（ゼロ）度以外の所定の角度θでスクリーン１２０に入射する。本実施例のように法線Ｎ上の位置から画像表示装置５００を移動させて配置すると、スクリーン１２０の正面の観察者は、画像表示装置５００によってスクリーン１２０を遮られることなく、画像を鑑賞することができる。また、スクリーン１２０の略中央部分に斜め方向に各色光を入射させる構成とすると、法線Ｎの方向に各色光を入射させる構成とする場合に比較して、ガルバノミラー１６０（図１参照）からスクリーン１２０までの光路が長くなる。ガルバノミラー１６０からスクリーン１２０までの光路が長くなることにより、ガルバノミラー１６０による走査角度を小さくすることができる。

画像表示装置５００からの各色光を角度θでスクリーン１２０に入射させると、スクリーン１２０の法線Ｎ上の位置から各色光を入射させる場合と異なり、スクリーン１２０上の画像は、上下方向、即ちｙ方向に長く引き伸ばされて表示される。スクリーン１２０上の画像がｙ方向に長く引き伸ばされて表示される場合、ｙ方向のみについて画像を縮小するように、各色光の走査領域ＳＣを縮小することができる。このように、スクリーン１２０において画像が引き伸ばされている方向に対応して走査領域ＳＣを縮小することによって、スクリーン１２０に表示される画像を正常な縦横比に近づけることができる。ここで走査領域ＳＣとは、光軸ＡＸに対して略垂直な平面上の領域である。

さらに、煽りの効果によって、スクリーン１２０の画像は、スクリーン１２０の上側がｘ方向に拡大されて表示される。例えば、矩形形状として表示されるべき領域は、図５−２の破線部に示すように、スクリーン１２０の上側に長辺を有する台形形状の領域となって表示されてしまう。この煽り効果による台形形状を正常な矩形形状に補正するために、図５−２のスクリーン１２０の位置に示す実線の矩形領域に各色光が入射するように調節することが望ましい。矩形領域以外の台形形状の領域においては各色光を消灯することにより、正常な矩形形状の領域に画像を表示することができる。

図６は、実施例２にて説明した式（５）に基づいて安全が確保可能なレーザ光の最大出力と、レーザ光の走査領域の面積との関係を示す。上述のように、式（５）は、レーザ光の波長と、露光時間とに基づいて決定されたＡＥＬから、安全が確保可能なレーザ光の最大出力を求めるための式である。図６に示すグラフは、走査領域である矩形領域の長辺と短辺との比が４：３であるとして、図４に示すグラフにおける矩形領域の対角線長さを、矩形領域の面積に換算して示したものである。

例えば、走査領域ＳＣを略半分とするために、走査領域の面積を２０００ｃｍ²から１０００ｃｍ²へ半分に縮小する場合を考える。走査領域の面積が２０００ｃｍ²であるとき、レーザ光の最大出力は、約７５ｍＷである。走査領域の面積が１０００ｃｍ²であるとき、レーザ光の最大出力は、約６３ｍＷである。走査領域の面積を２０００ｃｍ²から１０００ｃｍ²へ半分に縮小しても、安全を確保できるレーザ光の最大出力は、約７５ｍＷから約６３ｍＷへと、約１６％の減少にとどまる。このように、走査領域の面積を半減させる場合、レーザ光の最大出力は半分にまで減少させる必要がなく、半分の数値より大きい出力のレーザ光を用いても安全を確保できることになる。このとき、安全を確保可能なレーザ光の出力値を大きくできることにより、スクリーン１２０に表示される画像を明るくすることができる。

さらに、各色光の走査領域ＳＣの縮小によって走査領域の面積が縮小されると、透明平板１０８の領域の面積も縮小することができる。例えば、スクリーン１２０に表示される画像をｙ方向のみについて略半分に縮小するように走査領域ＳＣを縮小する場合、略半分に領域が縮小された透明平板１０８を用いることができる。透明平板１０８の領域を小さくすることが可能であるから、筐体１１０を小型にすることが可能となる。

以上のように、スクリーン１２０の法線Ｎに対して斜め方向から、画像表示装置５００によって各色光を照射させる場合、各色光を法線Ｎ上の位置から照射させる場合より、安全を確保可能なレーザ光の出力値を大きくできる。レーザ光の出力値を大きくできると、スクリーン１２０に表示される画像を明るくすることができる。また、透明平板１０８の領域を小さくすることが可能であることから、筐体１１０を小型にすることも可能となる。これにより、明るい画像を得られる上、筐体１１０を小型にできるという効果を奏する。

なお、本実施例の画像表示装置５００は、スクリーン１２０の法線Ｎに対して下側の位置から斜め方向に各色光を入射させる構成としているが、これに限られない。画像表示装置５００は、法線Ｎに対して０（ゼロ）度以外の角度で各色光を入射させる構成であれば良い。例えば、法線Ｎに対して上側の位置から斜め下方向に各色光を入射させる構成としても、本実施例と同様の効果を得られる。

また、各実施例において、各色光について単独のレーザ光を用いて画像を表示することとしているが、各色光について複数のレーザ光を用いるマルチビームスキャン方式によって画像を表示することとしても良い。マルチビームスキャン方式により画像を表示する構成とすることにより、さらに明るい画像を得ることができる。さらに、各実施例において、各色光としてレーザ光を用いる構成としているが、ビーム状の光を用いる構成であれば、これに限られない。例えば、画像表示装置の光源として、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）を用いる構成としても良い。

以上のように、本発明に係る画像表示装置は、プレゼンテーションや動画を表示する場合に有用である。

本発明の実施例１に係る画像表示装置の概略構成図。画像表示装置を用いてスクリーンに画像を表示する構成を示す図。本発明の実施例２に係る画像表示装置の概略構成図。レーザ出力と、走査領域の対角線の長さとの関係を示す図。実施例３に係る画像表示装置により画像を表示する構成を示す図。図５−１の構成をスクリーンの法線上の位置から見た状態を示す図。レーザ出力と、走査領域の面積との関係を示す図。

符号の説明

１００画像表示装置、１０１レーザ光源部、１０２ＲＲ光用光源、１０２ＧＧ光用光源、１０２ＢＢ光用光源、１０３ビーム整形光学系、１０４凸レンズ、１０５凹レンズ、１０６ガルバノミラー、１０７制御部、１０８透明平板、１１０筐体、１２０スクリーン、３００画像表示装置、３０９反射ミラー、３１０筐体、３２０スクリーン、５００画像表示装置、Ｓ１第１面、Ｓ２第２面、ＡＸ光軸、Ｎ法線、ＳＣ走査領域、θ 角度

Claims

画像信号に応じて変調されたレーザ光を供給するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部からの前記レーザ光を、二次元方向に走査させる走査部と、
少なくとも前記レーザ光源部と、前記走査部とを収納する筐体と、を有し、
前記筐体は、前記走査部により走査される前記レーザ光を、射出部から射出し、
前記射出部は、前記走査部により走査される前記レーザ光が、所定領域に、少なくとも所定値以下の強度で入射するような位置に設けられていることを特徴とする画像表示装置。
前記射出部における前記レーザ光の走査領域の面積をＳ、前記所定領域の面積をＰ、前記レーザ光の出力をＬ（ｍＷ）、とすると、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
Ｌ×Ｐ／Ｓ≦５
前記射出部における前記レーザ光の走査領域の面積をＳ、前記所定領域の面積をＰ、前記レーザ光の出力をＬ（ｍＷ）、とすると、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
前記射出部から射出される前記レーザ光によって表示面に画像を表示し、
前記筐体は、前記レーザ光が前記表示面の法線と０度以外の所定の角度をもって、前記表示面に入射するような位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。