JP2010139688A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走査部の動作やレーザ光の光量を制御するとともに、波面を変換する光学系によりレーザ光を適正に結像して投影することにより、観察者に見やすい画面、及び、画像を実現する、ＨＵＤやＨＭＤ等の画像投影装置を提供する。
【解決手段】本発明の画像投影装置は、制御部１７が検出部１６からの検出信号に対応して、走査部１４により走査光１４ａの走査角１４ｂの範囲を変えることにより、被投影部１５に投影される画面１５ａの投影面積を変化させて、被投影部１５に文字、又は、画像を投影している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源としてレーザ光を使用して高輝度の表示を実現する画像投影装置に関する。

近年、光源としてレーザ光を使用する画像投影装置は、レーザ光の単色性と高輝度性を活かした、色再現範囲の広い高輝度の表示ができる画像投影装置として注目されている。

このような優れた特長を持つ画像投影装置がレーザ光を走査して画像表示を行っている場合に、レーザ光の光束をスクリーンなどの被投影部や観察者の眼の網膜の上などに走査して画像を投影している。しかし、外界の明るさなどの状況により観察者にとって画像が見えにくくなるという問題があった。

また、ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）等の画像投影装置を自動車などの車両に搭載する、あるいはＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）など、場所を移動して使用することを想定した場合には、画像投影装置の画面の大きさを切り替えて使用する必要も生じることとなる。そうすると、外界の明るさなどの状況により観察者にとってさらに画像が見えにくくなる場合が多く発生するという問題があった。

このような問題を解決するために、プロジェクタにおいて投射レンズをズームレンズとし、このズームレンズの焦点距離に連動して光源の明るさを調整している。、又は、、焦点距離が大きくなり、画面サイズが小さくなったときに光源ランプの出力を絞るようにして画面の明るさを調整している（例えば、特許文献１参照）。このようにすると画面サイズの大きさの変化による画面の明るさの変化が抑えられ、全ての画面サイズでの視認性が向上するとしている。

また、画像信号に基づいて生成した光束を２次元的に走査することにより画像を表示する光走査部と、この光走査部の動作を制御する制御部とを有し、表示する画像の輝度を調整するときに制御部は、光走査部に対して光束の走査角を変更させる制御を行なうことにより、表示する画像の輝度や画面の大きさを調整している（例えば、特許文献２、３参照）。このことにより、表示画像の輝度を上げることができる。したがって、非常に明るい場所においても使用することができる画像投影装置が実現可能だとしている。
特開２００３−１３１３２３号公報 特開２００８−８９９３４号公報 特開２００８−８９９３１号公報

上記で説明した従来の技術においては、画像投影装置により投影される画面の大きさや画像の輝度を調整して非常に明るい場所においても必要な明るさや輝度を確保して観察者が見やすい画面の明るさや輝度を実現しようとしている。しかしながら、画面の大きさや輝度が変化したときの画像を投影するときの結像状態を適正にするなどの画像の鮮明さについては、考慮も示唆もされていないという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、レーザ光をスクリーンなどの被投影部に走査部により走査するときに外界の明るさなどの状況も考慮して、走査部の動作やレーザ光の光量を制御するとともに波面を変換する光学系によりレーザ光を適正に結像して投影する。このように、本発明は、観察者に見やすい画面、及び、画像を実現する画像投影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像投影装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光の波面を変換する光学系と、上記レーザ光を走査して走査光を出射する走査部と、上記走査光が投影される被投影部と、周囲の光量、及び、移動速度の少なくともいずれかを検出する検出部と、上記レーザ光源、上記光学系、上記走査部、上記被投影部、及び、上記検出部を制御する制御部とを備え、上記制御部は上記検出部からの検出信号に対応して、上記走査部により上記走査光の走査角の範囲を変えることにより上記被投影部に投影される画面の投影面積を変化させて、前記被投影部に文字、又は、画像を投影している構成からなる。

このような構成とすることにより、周囲の光量や移動速度などに的確に対応して画面の大きさや輝度を変化させることができ、観察者に見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、走査光の走査角の大きさに対応してレーザ光の光軸に沿った方向に光学系の少なくとも一部を移動させることにより、画面に文字、又は、画像を結像させている構成としてもよい。

このような構成とすることにより、輝度の高い鮮明な画像を表示することができるので、観察者に見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、走査光の走査角の大きさに対応してレーザ光の光軸に沿った方向に光学系の少なくとも一部を移動させることにより、観察者の眼に文字、又は、画像を結像させている構成としてもよい。

このような構成とすることにより、輝度の高い鮮明な画像を表示することができるので、観察者に見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、画面の投影面積が大きい面積から小さい面積へと変化する場合に、画面に投影される物体の画像の大きさが変わらない構成としてもよい。

このような構成とすることにより、観察者に必要な画像情報などを元のままに投影しつつ画面の大きさを変えることができるので、観察者に必要な見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、画面の投影面積が小さい面積から大きい面積へと変化する場合に、画面に投影される物体の画像の大きさが変わらない構成としてもよい。

このような構成とすることにより、観察者に必要な画像情報などを元のままに投影しつつ画面の大きさを変えることができるので、観察者に必要な見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、画面の投影面積が所定の変更比により変化する場合に、画面に投影される物体の画像の大きさの変更比が所定の変更比よりも小さくしている構成としてもよい。

このような構成とすることにより、観察者に必要な画像情報などを元のままに投影しつつ画面の大きさを変え、かつ輝度を維持することができるので、観察者に必要な見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、画面の投影面積を変化させたときに制御部によりレーザ光源からのレーザ光の光量を増大、、又は、、減少させて画面の明るさ、、又は、、輝度の少なくともいずれかを一定とした構成としてもよい。

このような構成とすることにより、観察者に必要な見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、画面の前記投影面積を変化させたときに投影面積の増大量、又は、減少量に比例して制御部によりレーザ光源からのレーザ光の光量を増大、又は、減少させて画面の明るさ、又は、輝度の少なくともいずれかを調整している構成としてもよい。

このような構成とすることにより、観察者に必要な見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、光学系は焦点制御用のレンズを含み、レンズを光軸方向に移動するときの駆動の振幅を、走査部の走査角の範囲の拡大、又は、縮小に対応して増大、又は、減少させている構成としてもよい。

このような構成とすることにより、走査部により走査される走査光の投影される範囲の大きさに応じてレンズの駆動の振幅を制御しているので、輝度の高い鮮明な画像を表示することができる。したがって、観察者に見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、レンズ、及び、走査部を駆動するときの駆動周波数を一定としている構成としてもよい。

このような構成とすることにより、簡単な光学系や走査部の構成により観察者に見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、被投影部は透過型表示部を含み、透過型表示部は表面には反射層が形成されて、この反射層により走査光を観察者に反射し、外界の景色を裏面から透過して観察者に視認させている構成としてもよい。

このような構成とすることにより、シースルー型の被投影部においても観察者に見やすい明るさの画面、及び、高輝度の画像を提供する画像投影装置を実現することができる。

また、反射層は、回折光学素子、又は、誘電体反射膜を少なくとも含んで形成されている構成としてもよい。

このような構成とすることにより、被投影部を薄型で量産性のある簡易な構造により形成することができる。

また、走査部の走査角の範囲が拡大、又は、縮小する場合に、被投影部において投影される画面の画面中心の位置をシフトさせている構成としてもよい。

このような構成とすることにより、画面の大きさが変化しても観察者が見やすい位置に画面を配置することができる。

また、走査部を起動するときに、走査光の走査角の範囲を増大させて被投影部において投影されることが予定されている予定画面の表示範囲を超えて文字、又は、画像を表示したのちに走査角の範囲を減少させて予定画面を表示している構成としてもよい。

このような構成とすることにより、起動時に観察者に注意を促して画像を投影し、観察者が画像の内容に注意することをさらに促すことができる。

また、走査部を起動するときに、走査光の走査角の範囲を増大させて被投影部において投影されることが予定されている予定画面の表示範囲を超えて文字、又は、画像を表示したのちに走査角の範囲を減少させて予定画面の表示範囲よりも小さい投影面積に文字、又は、画像を表示し、そののちに予定画面を表示している構成としてもよい。

このような構成とすることにより、起動時に観察者に注意を促して画像を投影し、観察者が画像の内容に注意することをさらに促すことができる。

また、レーザ光源は、少なくとも赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、及び、青色レーザ光源からなるＲＧＢ光源を含む構成としてもよい。

このような構成とすることにより、色再現範囲が広く高輝度で低消費電力の画像投影装置を実現することができる。

本発明の画像投影装置によれば、走査部によりレーザ光をスクリーンなどの被投影部に走査するときに外界の明るさなどの状況も考慮して、走査部の動作やレーザ光の光量を制御するとともに、波面を変換する光学系によりレーザ光を適正に結像して投影している。このことにより、観察者に見やすい明るい画面、及び、高輝度の画像を鮮明に投影することができるという大きな効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、形状等については正確な表示ではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置１０の概略構成を示す模式図である。（ａ）はレーザ光１１を走査して画像を表示しているときの動作を示す構成図、（ｂ）は車両に搭載された画像投影装置１０とその車両の構造を示す側面図である。なお、図１（ｂ）は車両の運転席と助手席との間で車両を上下に切断し、側面から運転席側を見たときの図として示されている。

図１（ａ）、及び、（ｂ）に示すように本実施の形態１の画像投影装置１０は、レーザ光１１を出射するレーザ光源１２と、レーザ光１１の波面を変換する光学系１３と、レーザ光１１を走査して走査光１４ａを出射する走査部１４と、走査光１４ａが投影される被投影部１５と、周囲の光量、及び、移動速度の少なくともいずれかを検出する検出部１６とを備えている。そして、画像投影装置１０はレーザ光源１２、光学系１３、走査部１４、被投影部１５、及び、検出部１６を制御する制御部１７をさらに備え、制御部１７は検出部１６からの検出信号に対応して、走査部１４により走査光１４ａの走査角１４ｂの範囲を変えている。このことにより、被投影部１５に投影される画面１５ａの投影面積を変化させて、被投影部１５に文字、又は、画像を投影している。

このような構成とすることにより、周囲の光量や移動速度などに的確に対応して画面の大きさや輝度を変化させることができ、観察者に見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置１０を実現することができる。

次に本実施の形態１の画像投影装置１０についての具体的な動作について説明する。

図１（ａ）に示すように、レーザ光源１２から出射されたレーザ光１１は光学系１３に含まれるレンズ１３ａを通過して走査部１４に入射している。このレーザ光１１は走査部１４により走査光１４ａを被投影部１５に走査することにより文字、又は、画像を投影している。ここで大画面１５ａを投影するときには走査光１４ａは走査部１４により大きい走査角１４ｂにより走査され、小画面１５ｂを投影するときには走査光１４ａは走査部１４により小さい走査角１４ｃにより走査されている。

このときに、走査光１４ａの走査角１４ｂ、１４ｃの大きさに対応してレーザ光１１の光軸１１ａに沿った方向、例えば矢印１３ｂに沿った方向に光学系１３の少なくとも一部である、例えばレンズ１３ａを移動させることにより、画面１５ａ、１５ｂに文字、又は、画像を結像させている。

このような構成とすることにより、輝度の高い鮮明な画像を表示することができるので、観察者に見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置１０を実現することができる。

画像投影装置１０によりカラー画像を投影したいときには、レーザ光源１２としてＲＧＢ光源を使用する。すなわち、レーザ光源１２は、少なくとも赤色レーザ光源（図示せず）、緑色レーザ光源（図示せず）、及び、青色レーザ光源（図示せず）からなるＲＧＢ光源（図示せず）を含む構成としてもよい。具体的には、赤色レーザ光源、及び、青色レーザ光源には、例えば波長６４０ｎｍ、及び、波長４４５ｎｍの赤色レーザ光、及び、青色レーザ光を出射する高出力半導体レーザを用い、緑色レーザ光源には、波長５３５ｎｍの緑色レーザ光を出射する半導体レーザ励起の高出力ＳＨＧレーザを用いて、ＲＧＢ光源を構成することができる。

このような構成とすることにより、色再現範囲が広く高輝度で低消費電力の画像投影装置１０を実現することができる。

さらに、図１（ａ）、及び、（ｂ）に示すように画像投影装置１０には検出部１６が備えられており、この検出部１６は、例えば画像投影装置１０が自動車に搭載されているときに、周囲の光量を検出して自動車の外部が昼か夜か、すなわち外部が明るいか暗いかを検出して、その検出信号が配線１６ａを介して制御部１７に伝達されている。また、検出部１６は周囲の光量を検出する、例えば受光素子や撮像素子などの他に速度センサや加速度センサなどを搭載して自動車の移動速度を検出することもできる。

なお、光量の検出部が、周囲の光量を直接検出する代わりに、ヘッドライト等の照明の点灯状態を検出し、点灯時は周囲の光量が少なく、消灯時は光量が多いと推測してもよい。

このように、検出部１６が周囲の光量、及び、移動速度の少なくともいずれかを検出することにより、画像投影装置１０は、周囲の明るさや自動車のスピードなどの周囲の状況に応じた輝度や大きさの画像などを画面１５ａ、１５ｂに投影している。

図１（ａ）に示すように画像投影装置１０は、ハンドル１８のある運転席（図示せず）の位置から見て、走査部１４の走査角１４ｂ、１４ｃの範囲が拡大、又は、縮小する場合に、被投影部１５において投影される画面１５ａ、１５ｂの画面中心１５ｃ、１５ｄの位置を、例えば矢印１５ｅの方向にシフトさせている。すなわち、大画面１５ａから小画面１５ｂに縮小する場合には、画面中心１５ｃの位置をハンドル１８に近い画面中心１５ｄの位置にシフトさせている。逆に小画面１５ｂから大画面１５ａに拡大する場合には、画面中心１５ｄの位置をハンドル１８に遠い画面中心１５ｃの位置にシフトさせている。

このような構成とすることにより、画面１５ａ、１５ｂの大きさが変化しても図１（ｂ）に示す観察者１９が見やすい位置に画面１５ａ、１５ｂを配置することができる。

図２は本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置１０の構成を示す正面図で、（ａ）、及び、（ｂ）は走査部１４、及び、被投影部１５を含む画像投影装置１０の正面図を示す。

図２（ａ）は図１（ａ）と同様に画像投影装置１０が自動車に搭載されているときに、自動車のフロントガラス１５ｆの一部を被投影部１５として画像、及び、文字を含む画面１５ｂが表示されている。

図２（ａ）に示す外界の景色１５ｇからわかるように、図２（ａ）の画像投影装置１０が搭載された自動車は、晴れた日の昼に走行しており、外界の景色１５ｇの明るさの中でも画像や文字を含む画像情報を明確に見ることができるように、輝度が高くて明るい画面（小画面）１５ｂが投影されている。

一方、図２（ｂ）に示す外界の景色１５ｇからわかるように、図２（ａ）の画像投影装置１０が搭載された自動車は、晴れた日の夜に走行しており、外界の景色１５ｇの暗い中でも画像情報を明確に見ることができるように、明るくて大きな画面（大画面）１５ａが投影されている。

このときに、図１（ｂ）に示す検出部により自動車の外部の周囲の光量を検出して、外部が夜か昼か、明るさはどのくらいかを検出して、この検出信号を元に投影される画面１５ａ、１５ｂの大きさ、明るさ、輝度などを選択して画像情報が画面１５ａ、１５ｂに表示されている。なお、このときの画面１５ａ、１５ｂの大きさは制御部１７により走査部１４の走査角１４ｂ、１４ｃを選択して制御することにより決められている。

図２（ａ）、及び、（ｂ）に示すように自動車で走行している間に自動車の外部が晴れた日の昼から夜に変わったときに、画面１５ａ、１５ｂの投影面積１５ｈが所定の変更比により変化する場合に、画面１５ａ、１５ｂに投影される物体の画像の大きさの変更比が所定の変更比よりも小さくしている。すなわち、投影面積１５ｈが拡大縮小するときの変化に比べて画像情報の拡大縮小する大きさの変化の方が小さくなるようにしている。

このように画像情報の大きさを投影面積１５ｈの大きさほど変化させない方が、観察者１９が見るときに画像情報に含まれる画像、又は、文字の情報を迅速に読み取ることができる。

このことにより、観察者１９に必要な画像情報などを元とさほど変わらないままに投影しつつ、画面１５ａ、１５ｂの大きさを変え、かつ輝度を維持することができるので、観察者１９に必要な見やすい画像情報を提供する画像投影装置１０を実現することができる。

また、図２（ａ）、及び、（ｂ）のように画面１５ａ、１５ｂの投影面積１５ｈを変化させたときに投影面積１５ｈの増大量、又は、減少量に比例して制御部１７によりレーザ光源１２からのレーザ光１１の光量を増大、又は、減少させて画面の明るさ、又は、輝度の少なくともいずれかを調整している。

このような構成とすることにより、観察者１９に必要な見やすい画像情報を提供する画像投影装置１０を実現することができる。

図３は図２と同様に本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置１０の構成を示す正面図で、（ａ）、及び、（ｂ）は走査部１４、及び、被投影部１５を含む画像投影装置１０の正面図を示す。

図３（ａ）、及び、（ｂ）に示す外界の景色１５ｇからわかるように画像投影装置１０が搭載された自動車は、いずれも晴れた日の昼に走行しており、観察者１９に対して運転に必要な画像情報がフロントガラス１５ｆの一部に投影されている。図３（ａ）、及び、（ｂ）に示すように画面１５ａ、１５ｂの投影面積１５ｈが大きい面積から小さい面積へと変化する場合に、画面１５ａ、１５ｂに投影される物体の画像の大きさが変わらない構成としている。

このような構成とすることにより、観察者１９に必要な画像情報などを元のままに投影しつつ画面１５ａ、１５ｂの大きさを変えることができるので、観察者１９に必要な見やすい画像情報を提供する画像投影装置１０を実現することができる。

また、図３（ａ）、及び、（ｂ）に示す場合とは反対に画面１５ａ、１５ｂの投影面積１５ｈが小さい面積から大きい面積へと変化する場合に、画面１５ａ、１５ｂに投影される物体の画像の大きさが変わらない構成としても上述の効果と同様の効果を得ることができる。

また、図３（ａ）、及び、（ｂ）に示す画像投影装置１０において、画面１５ａ、１５ｂの投影面積１５ｈを変化させたときに制御部１７によりレーザ光源１２からのレーザ光１１の光量を増大、又は、減少させて画面の明るさ、又は、輝度の少なくともいずれかを一定としている。このようにすることにより、画像情報のうちの観察者１９に必要な情報が画面１５ａ、１５ｂの大きさに関わりなく、同じ大きさ、明るさ、及び、輝度で表示され続けることとなる。

このような構成とすることにより、観察者１９に必要な見やすい画像情報を提供する画像投影装置１０を実現することができる。

図４（ａ）、及び、（ｂ）は本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置１０の走査部１４により被投影部１５に投影される走査光１４ａの動作を示す模式図である。

図４（ａ）に示すように、レーザ光源１２から出射されるレーザ光１１は、例えば、対物レンズからなるレンズ１３ａで波面を変換されて収束光としたのちに走査部１４により矢印１４ｇの方向に走査されて走査光１４ａが被投影部１５の大画面１５ａの中央に焦点１４ｆを結び結像している。そして、走査光１４ａは走査部１４により大画面１５ａ上を矢印１４ｇの方向に走査され、かつレンズ１３ａを矢印１３ｃの方向に移動させて大画面１５ａ上での結像状態を保つように光学的に調整されている。このような光学的な調整は、例えばレーザ光源１２の近傍や光学系１３の一部に受光素子（図示せず）を配置し、レーザ光１１、又は、走査光１４ａのレーザ光源１２への戻り光の一部を検出し、大画面１５ａ上での走査光１４ａの結像状態やフォーカスエラーの状態を検出することにより容易に実現することができる。

図４（ｂ）は図４（ａ）とは逆の方向に走査光１４ａを走査している例を示している。

図４（ａ）の場合は矢印１４ｇの方向に沿って進むにしたがって焦点１４ｆは走査部１４から離れていく。一方、図４（ｂ）の場合は矢印１４ｈの方向に沿って進むにしたがって焦点１４ｆは走査部１４に近づいていく。このときにレンズ１３ａを光軸１１ａに沿って矢印１３ｃのように走査部１４に近づける、あるいは矢印１３ｄのように遠ざけることにより走査光１４ａの結像状態を維持している。

また、光学系１３は焦点制御用のレンズ１３ａを含み、レンズ１３ａを光軸１１ａ方向に移動するときの駆動の振幅を、走査部１４の走査角１４ｂ、１４ｃの範囲の拡大、又は、縮小に対応して増大、又は、減少させている。

このような構成とすることにより、走査部１４により走査される走査光１４ａの投影される範囲の大きさに応じてレンズ１３ａの駆動の振幅を制御しているので、輝度の高い鮮明な画像を表示することができる。したがって、観察者１９に見やすい画像情報を提供する画像投影装置１０を実現することができる。

このときに、画像情報を投影する画面１５ａを安定に表示するためにレンズ１３ａ、及び、走査部１４を駆動するときの駆動周波数を一定としている。このような構成とすることにより、簡単な光学系１３や走査部１４の構成により観察者１９に見やすい画像情報を提供する画像投影装置１０を実現することができる。

ところで、図１（ｂ）、図２、図３、及び、図４に示すように本実施の形態１に示す画像投影装置１０において、被投影部１５はフロントガラス１５ｆの一部である透過型表示部１５ｊを含んでいる。図１（ｂ）に示すように透過型表示部１５ｊは表面には反射層１５ｋが形成されて、この反射層１５ｋにより走査光１４ａを観察者１９に反射し、外界の景色１５ｇを裏面１５ｍから透過して観察者１９に視認させている。

このような構成とすることにより、シースルー型の被投影部１５においても観察者１９に見やすい明るさの画面１５ａ、及び、高輝度の画像を提供する画像投影装置１０を実現することができる。

さらに反射層１５ｋは、回折光学素子、又は、誘電体反射膜を少なくとも含んで形成されている。この構成により、薄型で回折による反射の効率のよい反射層１５ｋを構成することができる。したがって、被投影部１５を薄型で量産性のある簡易な構造により形成することができる。

上述したように、本実施の形態１の画像投影装置１０によれば、走査部１４によりレーザ光１１をスクリーンなどの被投影部１５に走査するときに外界の明るさなどの状況も考慮して、走査部１４の動作やレーザ光１１の光量を制御するとともに、波面を変換する光学系１３によりレーザ光１１を適正に結像して投影している。このことにより、観察者１９に見やすい明るい画面１５ａ、及び、高輝度の画像を鮮明に投影することができる。

（実施の形態２）
図５（ａ）、及び、（ｂ）は本発明の実施の形態２にかかる画像投影装置２０の動作について説明する模式図である。

図５（ａ）に示すように、走査部１４を起動するときに、走査光１４ａを走査角１４ｄの範囲で走査することで、文字、又は、画像を、被投影部１５へ大画面１５ａのサイズで表示する。その後に、図５（ｂ）に示すように走査角１４ｄの範囲を減少させて、予定画面２１を大画面１５ａより小さい小画面１５ｂのサイズで表示する。

ここで、図５（ａ）、及び、（ｂ）において外界の景色１５ｇは晴れた日の昼を示しており、このような場合には外部が明るいために画像投影装置２０が投影する画面は比較的小さくて明るく輝度が高いことが好ましい。このようにすると自動車を運転する観察者（図示せず）が、画面からの必要な文字や画像などの画像情報を瞬時に視認することができるからである。

しかしながら、このような予定画面２１が急に小画面１５ｂで表示されたとしても、運転者が急にそのタイミングで小画面１５ｂを視認することが難しい場合が生じることが想定される。そこで、上述のように予定画面２１である小画面１５ｂを表示する前に、この予定画面２１の表示範囲を超える大画面１５ａを表示して運転者に視認が必要であることを知らせるとともに注意を喚起している。例えば、エンジン起動時に、まず大画面１５aを表示する。その後に、光センサー等により外部の光量を検出し、光量が所定以上である場合に、小画面で表示することで実現することができる。このような構成とすることにより、起動時に観察者に注意を促して画像情報を投影し、観察者が画像の内容に注意することをさらに促すことができる。

図６（ａ）から（ｃ）は本発明の実施の形態２にかかる画像投影装置２０の他の動作について説明する模式図である。

図６（ａ）に示すように走査部１４を起動するときに、走査光１４ａの走査角１４ｄの範囲を増大させて、文字、又は、画像を、被投影部１５へ、大画面２２のサイズで表示する。その後に、図６（ｂ）に示すように走査角１４ｄの範囲を減少させて、大画面２２よりも小さい投影面積である画面、例えば小画面１５ｂに文字、又は、画像を表示する。その後、図６（ｃ）に示すように走査角１４ｄの範囲を再び増大させて、小画面１５ｂより大きく、かつ大画面２２より小さいサイズで、観察者が必要な画像情報を示す予定画面２１を表示する。

ここで、図６（ａ）から（ｃ）において外界の景色１５ｇは晴れた日の夜を示しており、このような場合には外部が暗いために画像投影装置２０が投影する画面は比較的大きくて明るく適当な輝度であることが好ましい。このようにすると自動車を運転する観察者（図示せず）が、画面からの必要な文字や画像などの画像情報を瞬時に視認することができるからである。

しかしながら、このような予定画面２１が急に表示されたとしても、運転者が急にそのタイミングで予定画面２１を視認することが難しい場合が生じる。そこで、上述のように予定画面２１である小画面１５ｂを表示する前に、この予定画面２１の表示範囲を超える大画面２２を表示したのちに小画面１５ｂを表示して運転者に視認が必要であることを知らせるとともに、注意を喚起している。例えば、エンジン起動時に、まず大画面２２を表示する。その後に、一度、小画面１５bを表示し、光センサー等により外部の光量を検出する。光量が所定以下である場合には、再度、画面を大きくし予定画面２１を表示することで実現することができる。また、小画面１５bは、表示しなくてもよく、大画面２２を表示した後に、予定画面２１を表示することでも実現可能である。このような構成とすることにより、起動時に観察者に注意を促して画像情報を投影し、観察者が画像の内容に注意することをさらに促すことができる。

（実施の形態３）
図７（ａ）、及び、（ｂ）は、本発明の実施の形態３にかかる画像投影装置３０の概略構成の斜視図を示す。図７（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイタイプの画像投影装置３０の透過型表示部３１の被投影部１５に大画面１５ａで画像情報を投影している場合を示す。また、図７（ｂ）は、同様に透過型表示部３１の被投影部１５に小画面１５ｂで画像情報を投影している場合を示す。本実施の形態３の画像投影装置３０の構成は、実施の形態１、及び、２の画像投影装置１０、２０と同様の構成をフレーム３２、及び、透過型表示部３１の上、及び、近傍に配置している。

図７（ａ）、及び、（ｂ）に示すように本実施の形態３の画像投影装置３０は、レーザ光１１を出射するレーザ光源１２と、レーザ光１１の波面を変換する光学系１３と、レーザ光１１を走査して走査光１４ａを出射する走査部１４と、走査光１４ａが投影される被投影部１５と、周囲の光量、及び、移動速度の少なくともいずれかを検出する検出部１６とを備えている。そして、画像投影装置１０はレーザ光源１２、光学系１３、走査部１４、被投影部１５、及び、検出部１６を制御する制御部１７をさらに備え、制御部１７は検出部１６からの検出信号に対応して、走査部１４により走査光１４ａの走査角１４ｂの範囲を変えている。このことにより、被投影部１５に投影される画面１５ａの投影面積を変化させて、被投影部１５に文字、又は、画像を投影している。ここで、制御部１７はフレーム３２の中に配置された配線（図示せず）により左右のレーザ光源１２、光学系１３、走査部１４、被投影部１５、及び、検出部１６を制御している。また、走査部１４から走査された走査光１４ａは、透過型表示部３１上の被投影部１５に投影・反射され、被投影部からの反射光の一部が観察者の眼に文字、又は、画像を結像させる。

さらに、走査光１４ａの走査角１４ｂの大きさに対応して、レーザ光１１の光軸１１ａに沿った方向に光学系１３の少なくとも一部を移動させることにより、観察者の眼（図示せず）に文字、又は、画像を結像させている。

このような構成とすることにより、周囲の光量や移動速度などに的確に対応して画面の大きさや輝度を変化させることができ、観察者に見やすい画面、及び、画像を提供する画像投影装置３０を実現することができる。

このように本実施の形態３の画像投影装置３０は、例えばヘッドマウントディスプレイとして装着して室外を歩行している場合に、実施の形態１、及び、２で説明したように室外が昼か夜か、あるいは明るいか暗いかに対応して被投影部１５に投影される画像情報の画面の大きさ、明るさ、輝度などを調整して見やすく表示することができる。また、同様に観察者が止まっている場合や歩いたりしている場合に、その移動速度に対応して同様に画像情報の画面の大きさ、明るさ、輝度などを調整して見やすく表示することができる。

このようにすることにより、本実施の形態３の画像投影装置３０は、適正な大きさ、明るさ、輝度などを調整して画像情報を投影するので低消費電力で適正な画像情報の投影を行うことができる。なお、光源にレーザ光源１２を使用しており、この光源はＲＧＢ光源を含む構成とすることもできるので、色再現範囲が広く高輝度で低消費電力の画像投影装置３０を実現することができる。

本発明の画像投影装置は、走査部によりレーザ光をスクリーンなどの被投影部に走査するときに外界の明るさなどの状況も考慮して、走査部の動作やレーザ光の光量を制御するとともに波面を変換する光学系によりレーザ光を適正に結像して投影しているので、観察者に見やすい明るい画面、及び、高輝度の画像を鮮明に投影することができる。したがって、自動車などの車両に搭載する、あるいはヘッドマウントディスプレイなどの場所を移動して使用するものに搭載することができ有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置において、レーザ光を走査して画像を表示しているときの動作を示す構成図、（ｂ）車両に搭載された、本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置とその車両の構造を示す側面図 （ａ）本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置において、走査部の走査範囲を縮小した場合の正面図、（ｂ）本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置において、走査部の走査範囲を拡大した場合の正面図 （ａ）本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置において、投影される物体の画像の大きさを変えない状態で、走査部の走査範囲を拡大した場合の正面図、（ｂ）本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置において、投影される物体の画像の大きさを変えない状態で、走査部の走査範囲を縮小した場合の正面図 （ａ）本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置の走査部により、走査光を横方向に走査する際の動作を示す模式図、（ｂ）本発明の実施の形態１にかかる画像投影装置の走査部により、走査光を縦方向に走査する際の動作を示す模式図 （ａ）本発明の実施の形態２にかかる画像投影装置において、起動時に大画面を表示する動作について説明する模式図、（ｂ）本発明の実施の形態２にかかる画像投影装置において、背景が明るい場合に、予定画面を表示する動作について説明する模式図 （ａ）本発明の実施の形態２にかかる画像投影装置において、起動時に大画面を表示する動作について説明する模式図、（ｂ）本発明の実施の形態２にかかる画像投影装置において、小画面を表示する動作について説明する模式図、（ｃ）本発明の実施の形態２にかかる画像投影装置において、背景が暗い場合に、予定画面を表示する動作について説明する模式図 （ａ）本発明の実施の形態３にかかる画像投影装置において、走査部の走査範囲を拡大した場合の斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態３にかかる画像投影装置において、走査部の走査範囲を縮小した場合の斜視図

符号の説明

１０，２０，３０ 画像投影装置
１１ レーザ光
１１ａ 光軸
１２ レーザ光源
１３ 光学系
１３ａ レンズ
１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１４ｇ，１４ｈ，１５ｅ 矢印
１４ 走査部
１４ａ 走査光
１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 走査角
１４ｆ 焦点
１５ 被投影部
１５ａ，２２ 大画面
１５ｂ 小画面
１５ｃ，１５ｄ 画面中心
１５ｆ フロントガラス
１５ｇ 外界の景色
１５ｈ 投影面積
１５ｊ，３１ 透過型表示部
１５ｋ 反射層
１５ｍ 裏面
１６ 検出部
１６ａ 配線
１７ 制御部
１８ ハンドル
１９ 観察者
２１ 予定画面
３２ フレーム

Claims (16)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光の波面を変換する光学系と、
   前記レーザ光を走査して走査光を出射する走査部と、
   前記走査光が投影される被投影部と、
   周囲の光量、及び、移動速度の少なくともいずれかを検出する検出部と、
   前記レーザ光源、前記光学系、前記走査部、前記被投影部、及び、前記検出部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は前記検出部からの検出信号に対応して、前記走査部により前記走査光の走査角の範囲を変えることにより前記被投影部に投影される画面の投影面積を変化させて、前記被投影部に文字、又は、画像を投影していることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記走査光の前記走査角の大きさに対応して前記レーザ光の光軸に沿った方向に前記光学系の少なくとも一部を移動させることにより、前記画面に前記文字、又は、前記画像を結像させていることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記走査光の前記走査角の大きさに対応して前記レーザ光の光軸に沿った方向に前記光学系の少なくとも一部を移動させることにより、観察者の眼に前記文字、又は、前記画像を結像させていることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
4. 前記画面の前記投影面積が大きい面積から小さい面積へと変化する場合に、前記画面に投影される物体の画像の大きさが変わらないことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像投影装置。
5. 前記画面の前記投影面積が小さい面積から大きい面積へと変化する場合に、前記画面に投影される物体の画像の大きさが変わらないことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像投影装置。
6. 前記画面の前記投影面積が所定の変更比により変化する場合に、前記画面に投影される物体の画像の大きさの変更比が前記所定の変更比よりも小さくしていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像投影装置。
7. 前記画面の前記投影面積を変化させたときに前記制御部により前記レーザ光源からの前記レーザ光の光量を増大、又は、減少させて前記画面の明るさ、又は、輝度の少なくともいずれかを一定としたことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の画像投影装置。
8. 前記画面の前記投影面積を変化させたときに前記投影面積の増大量、又は、減少量に比例して前記制御部により前記レーザ光源からの前記レーザ光の光量を増大、又は、減少させて前記画面の明るさ、又は、輝度の少なくともいずれかを調整していることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の画像投影装置。
9. 前記光学系は焦点制御用のレンズを含み、前記レンズを前記光軸方向に移動するときの駆動の振幅を、前記走査部の前記走査角の範囲の拡大、又は、縮小に対応して増大、又は、減少させていることを特徴とする請求項２、又は、３に記載の画像投影装置。
10. 前記レンズ、及び、前記走査部を駆動するときの駆動周波数を一定としていることを特徴とする請求項９に記載の画像投影装置。
11. 前記被投影部は透過型表示部を含み、前記透過型表示部は表面には反射層が形成されて、この反射層により前記走査光を観察者に反射し、外界の景色を裏面から透過して観察者に視認させていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の画像投影装置。
12. 前記反射層は、回折光学素子、又は、誘電体反射膜を少なくとも含んで形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の画像投影装置。
13. 前記走査部の前記走査角の範囲が拡大、又は、縮小する場合に、前記被投影部において投影される前記画面の画面中心の位置をシフトさせていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の画像投影装置。
14. 前記走査部を起動するときに、前記走査光の前記走査角の範囲を増大させて前記被投影部において投影されることが予定されている予定画面の表示範囲を超えて前記文字、又は、前記画像を表示したのちに前記走査角の範囲を減少させて前記予定画面を表示していることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の画像投影装置。
15. 前記走査部を起動するときに、前記走査光の前記走査角の範囲を増大させて前記被投影部において投影されることが予定されている予定画面の表示範囲を超えて前記文字、又は、前記画像を表示したのちに前記走査角の範囲を減少させて前記予定画面の表示範囲よりも小さい投影面積に前記文字、又は、前記画像を表示し、そののちに前記予定画面を表示していることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の画像投影装置。
16. 前記レーザ光源は、少なくとも赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、及び、青色レーザ光源からなるＲＧＢ光源を含むことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の画像投影装置。

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