JP2012078532A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常光量に対してより安全性の高い画像表示装置を提供すること。
【解決手段】光量モニタを備えた光源部と、光源部からの光束の出射を制御する制御部と、光束を２次元走査する走査部とを備え、前記制御部内に設けられ、光量モニタの検出出力に基づいて前記光束の光量の異常を検出して前記光束の光量を調整する第１の異常光量検出手段と、制御部外に設けられ、光量モニタの検出出力に基づいて、前記光束の光量の異常を検出する第２の異常光量検出手段と、制御部外に設けられ、光源部から出射された光束の光量を光源部より後段にて検出する外部光量検出部を有し、当該外部光量検出部の検出出力に基づいて光束の光量の異常を検出する第３の異常光量検出手段とを備え、前記制御部は、第２の異常光量検出手段又は第３の異常光量検出手段により光量の異常が検出された場合、光源部からの光束の出射を停止させることとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関し、詳しくは、２次元走査された光束を投影表示する走査型の画像表示装置に関する。

従来、走査型の画像表示装置として、眼の網膜に画像を形成させるようにした網膜走査型画像表示装置が知られている。すなわち、画像信号に応じた強度の光束を出射する光源部と、前記光源部から出射された光束を２次元走査する走査部と、この走査部で走査された光束を被投射対象である眼の網膜に投射する投射部とを備えた画像表示装置である。また、かかる網膜走査型画像表示装置には、光源部からの光束の出射を制御する制御部が設けられている。

光源部には、電気信号を光に変換するレーザダイオードが用いられるが、上述したように、網膜走査型画像表示装置はレーザ光を眼の網膜に直接投射するため、前記制御部によって光量調整を行うようにしている。

前記制御部としては、レーザダイオードの光量モニタの検出結果に基づいて光量調整を行うＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が制御手段として用いられることが多い。ＦＰＧＡとは、現場において回路の書換えが可能なＬＳＩである。

他方、例えば、特許文献１に開示されているように、レーザダイオードからの出力光量の異常を検出可能とした異常光量検出手段を備えた構成も広く知られている。

レーザ光を眼の網膜に直接投射するものである網膜走査型画像表示装置では、安全性が極めて高く要求されるため、ＦＰＧＡのようなソフトウェアに依存する安全回路系と、上記異常光量検出手段のようなハード的な安全回路系とを組み合わせて、安全性をより高めるようにした構成とすることが望ましいと考えられる。

特開平５−２６７７６９号公報

しかし、上述したように、ハード的な安全回路系としては、レーザダイオードからの出力光量の異常を検出可能としたものが殆どである。レーザダイオードからの出力光量の異常は、電流を電圧に変換して検知するのであるが、その変換回路に異常があって、電圧が低く出力されてしまった場合、制御部では、より光量を増加する方向に制御してしまう。また、互いに波長の異なる複数の光束を合波する合波部を備え、合波した光束を走査部に出射する構成の場合、合波部で異常が発生して光量が著しく増加したような場合でも、合波部の後段では光量異常の検出ができないのが現状である。

そこで、本発明では、より安全性を高めるために、ハード的な安全回路系として、レーザダイオードからの出力光量の異常のみならず、光源部の後段側においても光量異常を検出可能な構成とした画像表示装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、画像信号に応じた強度の光束を出射するとともに、出射する前記光束の光量を検出する光量モニタを備えた光源部と、前記光源部からの光束の出射を制御する制御部と、前記光源部から出射された光束を２次元走査する走査部と、を備え、前記２次元走査された光束を投影表示する画像表示装置であって、前記制御部内に設けられ、前記光量モニタの検出出力に基づいて前記光束の光量の異常を検出して前記光束の光量を調整する第１の異常光量検出手段と、前記制御部外に設けられ、前記光量モニタの検出出力に基づいて、前記光束の光量の異常を検出する第２の異常光量検出手段と、前記制御部外に設けられ、前記光源部から出射された光束の光量を前記光源部より後段にて検出する外部光量検出部を有し、当該外部光量検出部の検出出力に基づいて光束の光量の異常を検出する第３の異常光量検出手段と、を備え、前記制御部は、前記第２の異常光量検出手段又は前記第３の異常光量検出手段により光量の異常が検出された場合、前記光源部からの光束の出射を停止させることとした。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記光源部は、互いに波長の異なる複数の光束を出射することができ、前記複数の光束を合波し前記走査部に出射する合波部を備えることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の画像表示装置において、前記第３の異常光量検出手段は、前記合波部と前記走査部との間の光路上に配置されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の画像表示装置において、前記走査部は、第１の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する主走査部と、前記第１の走査方向とは略直交する第２の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する副走査部と、を有し、前記第３の異常光量検出手段は、前記主走査部と前記副走査部との間の光路上に配置されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１又は２に記載の画像表示装置において、前記第３の異常光量検出手段は、前記走査部の後段の光路上に配置されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の画像表示装置において、前記走査部において走査される光束の走査タイミングを、前記第３の異常光量検出手段の外部光量検出部の検出出力に基づいて検出する光検出手段をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記光源部からの光束の出射を停止させる際に、前記制御部は、前記光源部への電源の供給を停止させることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置において、前記走査部で走査された光束の投射対象を、観察者の少なくとも一方の眼の網膜とし、前記走査部によって走査された光束を、前記網膜に入射して、画像を表示することを特徴とする。

本発明によれば、光量の異常が検出された場合、光源部からの光束の出射を停止させるようにした複数の異常検出手段を制御部外に設けたため、安全性を著しく高めることができる。したがって、例えば、より安全な網膜走査型画像表示装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像表示装置の概要を示す機能ブロック図である。 同画像表示装置の外観を示す説明図である。 同画像表示装置の電気的構成及び光学的構成を示す説明図である。 同画像表示装置のブロック図である。 同画像表示装置におけるＬＤに関する光量異常検出処理の第１の流れを示す説明図である。 同画像表示装置におけるＬＤに関する光量異常検出処理の第２の流れを示す説明図である。 同画像表示装置における光源部の合波後に関する光量異常検出処理の流れを示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係る画像表示装置について図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、画像表示装置を、２次元走査された光束を投影表示する走査型画像表示装置としている。

［画像表示装置の概要］
先ず、本実施形態に係る走査型画像表示装置の概要について、図１の機能ブロック図を参照しながら説明する。

図１に示すように、走査型画像表示装置は、画像信号に応じた強度の光束を出射する光源部と、前記光源部からの光束の出射を制御する制御部と、前記光源部から出射された光束を２次元走査する走査部とを備えている。また、前記光源部として、電気信号を光に変換するレーザダイオード（以下、「ＬＤ」と表記する場合がある）が用いられており、このＬＤは、出射する光束の光量を検出する光量モニタとしてフォトディテクタを備えている。

また、図示するように、走査型画像表示装置は、光量の異常を検出する手段として、以下の３つの異常光量検出手段を備えている。

（１）制御部内に設けられ、前記光量モニタの検出出力に基づいて前記光束の光量の異常を検出して前記光束の光量を調整する第１の異常光量検出手段。
（２）前記制御部外に設けられ、前記光量モニタの検出出力に基づいて、前記光束の光量の異常を検出する第２の異常光量検出手段。
（３）前記制御部外に設けられ、前記光源部から出射された光束の光量を前記光源部より後段にて検出する外部光量検出部を有し、当該外部光量検出部の検出出力に基づいて光束の光量の異常を検出する第３の異常光量検出手段。

そして、本実施形態に係る走査型画像表示装置の特徴は、上記第１〜第３の異常光量検出手段を備えるとともに、前記制御部が、前記第２の異常光量検出手段又は前記第３の異常光量検出手段により光量の異常が検出された場合、前記光源部からの光束の出射を停止させるようにした点にある。

このように、制御部内に設けられ、光源部の光量モニタの検出出力に基づいて光量調整を行う異常光量検出手段と、制御部外に設けられて、光源部からの光束の出射を停止させるようにした異常検出手段を設けたため、安全性をさらに高めることができる。

特に、本実施形態では、制御部外に設けたハード構成からなる異常検出手段として、光源部の光量モニタの検出出力に基づいて機能する第２の異常光量検出手段と、光源部から出射された光束の光量を当該光源部より後段にてする外部光量検出部の検出出力に基づいて機能する第３の異常光量検出手段とを備えている。

すなわち、光源部のレーザダイオードからの出力光量は、光量モニタを介して電流―電圧変換回路によって電流を電圧に変換して検知している。しかし、この光量モニタに依存する第２の異常光量検出手段のみであれば、前記電流―電圧変換回路に異常があった場合は異常検出ができなくなってしまう。例えば、電流―電圧変換回路から電圧が低く出力されてしまった場合、制御部では光量を増加する方向に制御することになり、実際の光源部から出力された光束の光量異常が検出できないのである。

また、例えば、互いに波長の異なる複数の光束を合波する合波部を備え、合波した光束を走査部に出射する構成が考えられる。その場合、合波部で異常が発生して光量が著しく増加したような場合でも、合波部の後段では光量異常の検出ができない。

したがって、本実施形態のように、光源部から出射された光束の光量を当該光源部より後段にてする外部光量検出部の検出出力に基づいて機能する第３の異常光量検出手段を備えた構成とすることにより、走査型表示装置の安全性を著しく高めることができる。

特に、図示するように、走査部で走査された光束を被投射対象に投射する投射部を備えた走査型画像表示装置であって、その被投射対象が眼の網膜である網膜走査ディスプレイ（Ｒｅｔｉｎａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下「ＲＳＤ」という。）の場合、本実施形態の構成は安全面において大きく寄与することになる。すなわち、それぞれ光量を検出する位置と検出結果に応じた制御との組み合わせが異なる３つの異常光量検出手段を備えさせ、その検出結果に応じて光量調整を行ったり、光源部からの光束の出射を停止させたりしたため、ＲＳＤに対する安全への信頼性が著しく向上する。

［ＲＳＤ（網膜走査型ディスプレイ）］
次に、本実施形態に係るＲＳＤ（網膜走査型ディスプレイ）について、図２及び図３を参照しながら具体的に説明する。

（ＲＳＤの外観）
本実施形態に係るＲＳＤは、図２に示すように、ＲＳＤは、画像信号に応じた強度の光を出射する光源部３００（図３）が配設されたコントロールユニット２と、レーザ光を使用者の眼に投射して画像を視認させる投射部５００（図３）が配設された画像表示ユニット１とを備えている。これら画像表示ユニット１とコントロールユニット２とは、光ファイバ１４０（図３）を有する伝送ケーブル３により接続されている。

そして、画像表示ユニット１を、アタッチメント１８を介して眼鏡型フレーム５に取付けて使用者の頭部に装着可能とする一方、コントロールユニット２は、使用者の衣服のポケットなどに収納して携行可能としている。

また、図示するように、画像表示ユニット１は、眼鏡型フレーム５の左側（使用者から見て）に取り付けられるが、この画像表示ユニット１は、当該画像表示ユニット１の外観を構成する平面視略Ｌ字状の筺体４を有している。そして、かかる筺体４内に、コントロールユニット２の光源部３００から出射された光束を２次元走査する走査部４００を備えた投射部５００が配設されている。なお、筺体４の基端部１７には、伝送ケーブル３の一端が接続されている。

また、筺体４の先端部には、使用者の眼と対向するようにハーフミラー９が設けられている。なお、ハーフミラー９は、筺体４の先端に着脱自在に取り付けられたミラーホルダ８に前後回動自在に枢支されている。そして、かかるハーフミラー９を前側へ回動させた開放位置において、投射部５００から出射されたレーザ光がハーフミラー９を介して使用者の眼の方向へ反射される。

すなわち、コントロールユニット２の光源部からの各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）毎に強度変調されたレーザ光を合波するとともに、合波したレーザ光を投影部の走査部４００で２次元方向に走査し、走査したレーザ光を、ハーフミラー９を介して使用者の眼に入射させ、使用者の眼の網膜上でレーザ光を２次元方向に走査する（図３を参照）。こうして、使用者は網膜上で走査された光により画像信号に応じた画像を視認することになる。

また、外光もハーフミラー９を透過して使用者の眼に入射される。すなわち、投影部から出射されるレーザ光がハーフミラー９で反射して使用者の眼に入射される一方、外光もハーフミラー９を透過して使用者の眼に入射されることになる。そのため、使用者は外光による外景にレーザ光による画像を重ねて視認することができる。このように、本実施形態に係るＲＳＤは、外光を透過しつつ、画像信号に応じた強度のレーザ光を使用者の眼に投射するシースルー型となっている。

ところで、コントロールユニット２は、外部入力端子１０９（図３）を備えており、この外部入力端子１０９を介して外部からの画像信号を入力することができる。また、この外部入力端子１０９を介して図示しないパーソナルコンピュータ等との間で画像信号を形成するためのコンテンツ情報などの送受信を行うことができる。そして、コントロールユニット２は、受信したコンテンツ情報に基づいて画像信号を形成し、この画像信号に応じた強度のレーザ光を伝送ケーブル３の光ファイバへ出射している。

また、眼鏡型フレーム５は、フロント部１５と左右のテンプル部１６，１６とを備えている。そして、テンプル部１６は、撓み量を増やせるように、その中途部を平面視及び側面視でＺ型に形成したサスペンション構造１６ａを備える構成としている。したがって、使用者の頭部形状の違いに応じてテンプル部１６が撓んでその形状を変化させることにより、様々な使用者の頭部に可及的にフィットさせることができる。そして、かかる眼鏡型フレーム５を頭部に装着することにより、画像表示ユニット１の先端部分に設けられたハーフミラー９を、眼前に容易に配置することができる。

（ＲＳＤの電気的構成及び光学的構成）
次に、ＲＳＤの電気的構成及び光学的構成について説明する。本実施形態に係るＲＳＤは、図３に示すように、コントロールユニット２（図１参照）内に設けられ、外部入力端子１０９から入力された画像信号Ｓに応じた強度の光束を出射する光源部３００と、画像表示ユニット１（図１参照）内に配設され、光源部３００から入射する光束を利用者の網膜に走査して画像を形成する走査部４００を備えた投射部５００とで構成されている。

光源部３００は、互いに波長の異なる複数の光束を出射することができる構成となっており、複数の光束を合波し走査部４００に出射する合波部を備えている。すなわち、光源部３００は、後述するＲレーザ部１２１Ｒ、Ｇレーザ部１２１Ｇ及びＢレーザ部１２１Ｂからの各レーザ光を合波する合波部としての光合成部６００を備えている。

このように、光源部３００は、外部入力端子１０９から入力された画像信号Ｓに基づいて、画像を形成するための要素となるＲ（赤色）駆動信号１２０ｒ，Ｇ（緑色）駆動信号１２０ｇ，Ｂ（青色）駆動信号１２０ｂを画素単位で生成する。

また、光源部３００は、当該光源部３００の光量調整を行うことのできる制御部１１０を備えている。この制御部１１０は、後述する光量モニタの検出結果に基づいて光量調整を行うことのできるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を備えている。

また、制御部１１０は、走査部４００の主走査部である高速走査部１５０で使用される高速駆動信号１１１と、副走査部である低速走査部１６０で使用される低速駆動信号１１２とをそれぞれ出力する。なお、主走査部である高速走査部１５０は、例えば水平方向の第１の走査方向に対して相対的に高速に光を走査し、副走査部である低速走査部１６０は、前記第１の走査方向とは略直交する例えば垂直方向の第２の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する。

Ｒレーザ部１２１Ｒは、Ｒレーザドライバ１２６と、Ｒレーザダイオード１２３と、これと一緒にパッケージされた光量モニタとしてのＲフォトダイオード１２３ａとを備えている。また、Ｇレーザ部１２１Ｇは、Ｇレーザドライバ１２７と、Ｇレーザダイオード１２４と、これと一緒にパッケージされた光量モニタとしてのＧフォトダイオード１２４ａとを備えている。同様に、Ｂレーザ部１２１Ｂは、Ｂレーザドライバ１２８と、Ｂレーザダイオード１２５と、これと一緒にパッケージされた光量モニタとしてのＢフォトダイオード１２５ａとを備えている。

Ｒレーザドライバ１２６，Ｇレーザドライバ１２７，Ｂレーザドライバ１２８は、それぞれ制御部１１０から出力されるＲ駆動信号１２０ｒ，Ｇ駆動信号１２０ｇ，Ｂ駆動信号１２０ｂをもとに、Ｒレーザダイオード１２３，Ｇレーザダイオード１２４，Ｂレーザダイオード１２５へそれぞれ駆動電流を供給する。各レーザダイオード１２３，１２４，１２５は、各レーザドライバ１２６，１２７，１２８から供給される駆動電流に応じて強度変調されたレーザ光を出射する。

そして、各レーザダイオード１２３，１２４，１２５から出射した赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光は、光合成部６００のコリメート光学系１３１，１３２，１３３によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー１３４，１３５，１３６に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー１３４，１３５，１３６により、３原色の各レーザ光が波長選択的に反射・透過して結合光学系１３７に達し、合波されて光ファイバ１４０へ出射される。

光ファイバ１４０を介して出射されるレーザ光は、コリメート光学系１４１により平行光化されて走査部４００の高速走査部１５０（主走査部）へ入射される。高速走査部１５０は、レーザ光を水平方向に走査するための偏向面（反射ミラー）１５２を有する共振型偏向素子１５１を備えており、高速走査駆動回路１５３により高速駆動信号１１１に基づいて共振型偏向素子１５１を駆動し、偏向面１５２によりレーザ光を偏向して走査する。高速走査部１５０と副走査部である低速走査部１６０との間には、第１リレー光学系１５５が設けられており、高速走査部１５０（主走査部）により操作されたレーザ光が、低速走査部１６０（副走査部）に入射する。

低速走査部１６０は、レーザ光を垂直方向に走査するための偏向面（反射ミラー）１６２を有する非共振型偏向素子１６１を有しており、低速走査駆動回路１６３により低速駆動信号１１２に基づいて非共振型偏向素子１６１を駆動する。この低速走査部１６０は、表示すべき画像の１フレームごとに、画像を形成するためのレーザ光を最初の走査線から最後の走査線に向かって垂直方向に走査する。ここで「走査線」とは、高速走査部１５０による水平方向への片側一走査を意味する。非共振型偏向素子１６１によって走査されたレーザ光は、正の屈折力を持つ２つのレンズ１７０ａ，１７０ｂが直列配置された第２リレー光学系１７０を介して、眼２０１の前方に位置させたハーフミラー９で反射されてユーザの瞳孔２０１ａに入射する。これにより、網膜２０１ｂ上に画像信号Ｓに応じた画像が投影され、ユーザは瞳孔２０１ａに入射するレーザ光を画像として認識する。また、ハーフミラー９は外光Ｌａを透過してユーザの瞳孔２０１ａに入射させるようにしており、これによりユーザは外光Ｌａに基づく外景にレーザ光に基づく画像を重ねた画像を視認することができる。

また、主走査部である高速走査部１５０と副走査部である低速走査部１６０との間に、フォトダイオードによって構成されたＢＤセンサ１５４を設けている。より具体的には、共振型偏向素子１５１と第１リレー光学系１５５との間にＢＤセンサ１５４を設けている。

かかるＢＤセンサ１５４は、共振型偏向素子１５１によって往復走査される光ビームを検出して電気信号に変換する。すなわち、光源部３００から出射された光束の光量を当該光源部３００より後段にて検出する外部光量検出部として機能するとともに、走査部４００の共振型偏向素子１５１において走査される光束の走査タイミングを検出するタイミングセンサ（光検出手段）としての機能を果たしている。

そして、制御部１１０は、ＢＤセンサ１５４により光ビームが検出されたときの電気信号（ＢＤ信号）に応答して、基準信号を生成する。また、制御部１１０は、画像信号供給回路を有し、基準信号が生成された時点（つまり、ＢＤセンサ１５４により光ビームが検出された時点）から予め設定された基準時間が経過するのを待って、外部から入力した画像信号を記憶しているＲＡＭ（図示せず）から画像信号Ｓを読み出し、光源部３００に出力する。

ここで、本実施形態に係るＲＳＤが備える安全回路系について、図３〜図７を参照して説明する。

本実施形態に係るＲＳＤは、図３に示すように、制御部１１０の内部に、各レーザダイオード１２３，１２４，１２５が備える光量モニタ（Ｒフォトダイオード１２３ａ、Ｇフォトダイオード１２４ａ、Ｂフォトダイオード１２５ａ）の検出出力に基づいて光束の光量の異常を検出して光束の光量を調整する第１の異常光量検出手段７００を設けている。

また、制御部１１０の外部には、前記光量モニタ（Ｒフォトダイオード１２３ａ、Ｇフォトダイオード１２４ａ、Ｂフォトダイオード１２５ａ）の検出出力に基づいて、光束の光量の異常を検出する第２の異常光量検出手段８００を設けている。

さらに、同じく制御部１１０の外部に、光源部３００から出射された光束の光量を当該光源部３００より後段にて検出する外部光量検出部を有し、当該外部光量検出部の検出出力に基づいて光束の光量の異常を検出する第３の異常光量検出手段９００を備えている。この第３の異常光量検出手段９００は、合波部である光合成部６００の後段の光路上に配置されていればよく、本実施形態では、主走査部である高速走査部１５０と副走査部である低速走査部１６０との間の光路上に配置している。

すなわち、第１の異常光量検出手段７００は、制御部１１０内に設けたＦＰＧＡ（図４）内に、前記光量モニタの検出出力に基づいて光束の光量の異常を検出して光束の光量を調整する第１の異常光量検出手段７００が設けられている。この第１の異常光量検出手段７００は、具体的には、図４に示すように、ＦＰＧＡ内に、送信アンプなどを備え、この送信アンプの出力値を検出し、検出結果に応じて送信アンプの増幅率を制御することにより送信出力を一定に制御するようにしたオートパワーコントロール回路（ＡＰＣ）３１０により構成される。このＡＰＣ３１０は、値取得用のアナログデジタル変換器（Ａ／ＤConverter）３９０と接続しており、光量モニタ（Ｒフォトダイオード１２３ａ、Ｇフォトダイオード１２４ａ、Ｂフォトダイオード１２５ａ）の電流―電圧（Ｉ−Ｖ）変換回路３２０から受信したＰＤ値を示すアナログ信号をデジタル変換して得た信号を受信する。そして、ＬＤ用バイアスデジタルアナログコンバータ（ＬＤ用Bias D／A Converter）３７０を介してレーザダイオード１２３，１２４，１２５に制御信号を送信する。また、ＡＰＣ３１０は、後述のエラー処理を行うエラー処理部３６０とも接続されている。

また、制御部１１０の外部に設けられた第２の異常光量検出手段８００は、具体的には、図４に示すように、光量モニタ（Ｒフォトダイオード１２３ａ、Ｇフォトダイオード１２４ａ、Ｂフォトダイオード１２５ａ）における電流―電圧変換回路３２０と接続する第１の閾値監視コンパレータ３３０により構成される。そして、第１の閾値監視コンパレータ３３０において、電流―電圧変換回路３２０からのＰＤ値が第１の閾値を超えている場合はＯＲゲート４１０を介して信号保持部であるラッチ回路４２０に信号を送信する。

さらに、同じく制御部１１０の外部に設けられた第３の異常光量検出手段９００は、具体的には、図４に示すように、外部光量検出部としてのＢＤセンサ１５４（図３参照）と、第２の閾値監視コンパレータ３４０とから構成される。そして、第２の閾値監視コンパレータ３４０において、ＢＤセンサ１５４からのＰＤ値が第２の閾値を超えている場合はＯＲゲート４１０を介して信号保持部であるラッチ回路４２０に信号を送信する。

上述の第２、第３の異常光量検出手段８００，９００により光量の異常が検出された場合、本実施形態では、図４に示すように、ラッチ回路４２０を介して電源ＯＦＦ信号が制御部１１０のエラー処理部３６０を介して、レーザダイオード１２３，１２４，１２５の電源制御を司るＬＤ電源制御部３８０に送られる。すなわち、制御部１１０は、第２の異常光量検出手段８００又は第３の異常光量検出手段９００による検出結果に基づいて、光源部３００からの光束の出射を停止させるようにしている。なお、本実施形態では、図示するように、第２、第３の異常光量検出手段８００，９００により光量の異常が検出された場合、ラッチ回路４２０からは電源ＯＦＦ信号がＬＤ電源制御部３８０に直接送られるようにもしている。

かかる構成により、ＲＳＤの安全性が著しく高められている。特に、第３の異常光量検出手段９００は、光源部３００の光合成部６００よりも後段に配設されているＢＤセンサ１５４の検出出力に基づいて機能する。そのため、光量モニタであるフォトダイオード１２３ａ，１２４ａ，１２５ａ（図３参照）の電流―電圧変換回路３２０に依存する第２の異常光量検出手段８００とは異なり、電流―電圧変換回路３２０に異常があった場合でも、光合成部６００で異常が発生して光量が著しく増加したような場合でも、光量異常の検出を行うことができる。したがって、本実施形態のように、レーザ光を使用者の眼に投射して画像を視認させる投射部５００（図３）を備えたＲＳＤの安全性を著しく高めることができる。

なお、第１の閾値監視コンパレータ３３０で監視される第１の閾値と第２の閾値監視コンパレータ３４０で監視される第１の閾値との間には、「第１の閾値＜第２の閾値」の関係があるように設定しているが、第１の閾値と第２の閾値とは等しくてもよい。

なお、図４において、符号３５０はＦＰＧＡ内に設けられた画像信号供給回路を有する画像タイミング制御部である。画像信号Ｓを入力すると、所定のＲＡＭ（不図示）に一旦格納するとともに、前述の基準信号が生成された時点から予め設定された基準時間が経過するのを待って、画像信号Ｓを読み出して光源部３００の各レーザドライバ１２６，１２７，１２８に出力する。

ここで、図５〜図７を参照しながら、本実施形態に係るＲＳＤの安全機能に関する処理の流れを簡単に説明する。

図５及び図６は、ＬＤ（レーザダイオード１２３，１２４，１２５）に関する光量異常検出処理の流れを示す説明図であり、図５は、制御部１１０内のＦＰＧＡに設けられた第１の異常光量検出手段７００による処理を示す。図示するように、第１の異常光量検出手段７００では、オートパワーコントロール回路（ＡＰＣ）３１０（図４参照）により、常時、レーザダイオード１２３，１２４，１２５の光量を監視しながら光量を調整する光量制御を行っている（Ｓ１１）。

そして、制御部１１０は、電流―電圧変換回路３２０（図４参照）から受信したＰＤ値が異常であると判断した場合（Ｓ１２Ｙ）、例えば、図示しない異常ランプを点灯したり、ブザーを鳴らしたりするなどして、光量異常に対して光量調整中であることを報知するエラー処理を実行する（Ｓ１３）。なお、Ｓ１２の処理でＰＤ値が異常ではないと判断した場合（Ｓ１２Ｎ）、制御部１１０は処理をＳ１１に戻す。

次いで、制御部１１０は、ＬＤ電源制御部３８０を調整してレーザダイオード１２３，１２４，１２５の光量を落とす処理（Ｓ１４）を行うとともに、各レーザドライバ１２６，１２７，１２８に画像タイミング制御部３５０を介して光量を低下させる信号を送信する（Ｓ１５）。なお、Ｓ１４とＳ１５との処理の順序は逆であってもよいし、平行処理であってもよい。

他方、図６は、制御部１１０外に設けられた第２の異常光量検出手段８００によるレーザダイオード１２３，１２４，１２５の光量異常検出処理を示す。図示するように、第２の異常光量検出手段８００では、第１の閾値監視コンパレータ３３０により、ＬＤ（レーザダイオード１２３，１２４，１２５）から出射される光束の光量をＰＤ値と第１の閾値とを比較しながら監視している（Ｓ１６）。なお、この第２の異常光量検出手段８００による光量異常検出処理は、第１の異常光量検出手段７００による処理に比べて異常検出タイミングが早くなっており、より優先的な制御処理が行われるようになっている。

そして、第１の閾値監視コンパレータ３３０による比較結果をＯＲゲート４１０で判定し、その判定結果が異常であると判断された場合（Ｓ１７Ｙ）、ラッチ回路４２０に保持させる（Ｓ１８）。なお、保持された判定結果は、再度電源がオンされ、起動されるなど異常な状態が解除されるまで維持される。一方、Ｓ１７の処理で判定結果が異常ではないと判断された場合（Ｓ１７Ｎ）、ラッチ回路４２０をスルーさせて処理をＳ１６に戻す。

判定結果が異常であった場合、制御部１１０は、その異常レベルが所定のレベルより大きいか否かを判断し（Ｓ１９）、所定のレベルより小さい場合（Ｓ１９Ｎ）、エラー処理部３６０にエラー処理を行わせる（Ｓ２０）。この処理におけるエラー処理は、やはり図示しない異常ランプを点灯したり、ブザーを鳴らしたりするなどして、光量異常により電源ＯＦＦになることを報知するようにしている。

次いで、制御部１１０は、ＬＤ電源制御部３８０を調整してレーザダイオード１２３，１２４，１２５の光量を落とす処理（Ｓ２１）を行うとともに、各レーザドライバ１２６，１２７，１２８に画像タイミング制御部３５０を介して光量を低下させる信号を送信する（Ｓ２２）。なお、Ｓ２１とＳ２２との処理の順序は逆であってもよいし、平行処理であってもよい。

一方、Ｓ１８でラッチ回路４２０に保持された異常結果の異常レベルが所定のレベルより大きい場合（Ｓ１９Ｙ）、制御部１１０は、ＬＤ電源制御部３８０に電源ＯＦＦ信号を直接出力して電源をＯＦＦさせる（Ｓ２３）とともに、各レーザドライバ１２６，１２７，１２８には出力停止信号を送信する（Ｓ２４）。なお、Ｓ２３とＳ２４との処理の順序は逆であってもよいし、平行処理であってもよい。ところで、Ｓ１７の判定結果で異常があると判定された結果をラッチ回路４２０に保持させた後は、Ｓ１９の判断をすることなく、Ｓ２０以降の処理とＳ２３以降の処理を並行して行ってもよい。

このように、第２の異常光量検出手段８００では、異常光量を検出すると、光源部３００からの光束の出射を停止させるが、その際に、制御部１１０は、光源部３００への電源の供給を停止させる制御を実行している。すなわち、電源をＯＦＦとし、かつラッチ回路４２０を用いた制御を行っているため、異常光量が発生した場合、自動復帰することはなく、誤って強い光量の下で画像表示される虞がない。

一方、図７は光源部３００の合波後に関する光量異常検出処理の流れを示す説明図である。この処理では、第３の異常光量検出手段９００が、ＢＤセンサ１５４からのＰＤ値と第２の閾値とを比較しながら光源部３００における合波後の光量を監視している（Ｓ３１）。

そして、第２の閾値監視コンパレータ３４０による比較結果をＯＲゲート４１０で判定し、その判定結果が異常であると判断された場合（Ｓ３２Ｙ）、ラッチ回路４２０に保持させる（Ｓ３３）。なお、保持された判定結果は、再度電源がオンされ、起動されるなど異常な状態が解除されるまで維持される。一方、Ｓ３２の処理で判定結果が異常ではないと判断された場合（Ｓ３２Ｎ）、ラッチ回路４２０をスルーさせて処理をＳ３１に戻す。

判定結果が異常であった場合、制御部１１０は、その異常レベルが所定のレベルより大きいか否かを判断し（Ｓ３４）、所定のレベルより小さい場合（Ｓ３４Ｎ）、エラー処理部３６０にエラー処理を行わせる（Ｓ３５）。この処理におけるエラー処理は、やはり図示しない異常ランプを点灯したり、ブザーを鳴らしたりするなどして、光量異常により電源ＯＦＦになることを報知するようにしている。

次いで、制御部１１０は、ＬＤ電源制御部３８０を調整してレーザダイオード１２３，１２４，１２５の光量を落とす処理（Ｓ３６）を行うとともに、各レーザドライバ１２６，１２７，１２８に画像タイミング制御部３５０を介して光量を低下させる信号を送信する（Ｓ３７）。なお、Ｓ３６とＳ３７との処理の順序は逆であってもよいし、平行処理であってもよい。

一方、Ｓ３４で異常レベルが所定のレベルより大きい場合（Ｓ３４Ｙ）、制御部１１０は、ＬＤ電源制御部３８０に電源ＯＦＦ信号を直接出力して電源をＯＦＦさせる（Ｓ３８）とともに、各レーザドライバ１２６，１２７，１２８には出力停止信号を送信する（Ｓ３９）。なお、Ｓ３８とＳ３９との処理の順序は逆であってもよいし、平行処理であってもよい。ところで、Ｓ３２の判定結果で異常があると判定された結果をラッチ回路４２０に保持させた後は、Ｓ３４の判断をすることなく、Ｓ３５以降の処理とＳ３８以降の処理を並行して行ってもよい。

このように、第３の異常光量検出手段９００において異常光量を検出した場合も光源部３００からの光束の出射を停止させるのであるが、その際に、制御部１１０は、やはり光源部３００への電源の供給を停止させる制御を実行する。この場合も、ラッチ回路４２０を用いた制御を行っているため、自動復帰するとはなく、誤って強い光量の下で画像表示される虞がない。

ところで、上述してきたように、本実施形態における第３の異常光量検出手段９００は、外部光量検出部としてＢＤセンサ１５４を兼用したが、専用の外部光量検出部を設けてもよい。ＢＤセンサ１５４では、走査タイミングによっては光量検出ができない場合も考えられるが、専用の外部光量検出部であれば確実に異常光量検出が行える。なお、外部光量検出部は、例えば、副走査部である低速走査部１６０の後段に設けるなど、走査部４００の後段の光路上に配置することもできる。

本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態によれば、以下のＲＳＤが実現される。

（１）画像信号に応じた強度の光束を出射するとともに、出射する前記光束の光量を検出する光量モニタ（例えば、フォトダイオードなど）を備えた光源部３００と、光源部３００からの光束の出射を制御する制御部１１０と、光源部３００から出射された光束を２次元走査する走査部４００と、を備えて、前記２次元走査された光束を投影表示する画像表示装置であって、制御部１１０内に設けられ、前記光量モニタの検出出力に基づいて前記光束の光量の異常を検出して前記光束の光量を調整する第１の異常光量検出手段７００と、前記制御部１１０外に設けられ、前記光量モニタの検出出力に基づいて、前記光束の光量の異常を検出する第２の異常光量検出手段８００と、前記制御部１１０外に設けられ、前記光源部３００から出射された光束の光量を光源部３００より後段にて検出する外部光量検出部（例えば、フォトダイオードなど）を有し、当該外部光量検出部の検出出力に基づいて光束の光量の異常を検出する第３の異常光量検出手段９００と、を備え、前記制御部１１０は、第２の異常光量検出手段８００又は第３の異常光量検出手段９００により光量の異常が検出された場合、光源部３００からの光束の出射を停止させる走査型画像表示装置。

かかる構成によれば、異常に大きな光量などが出射されることを防止でき、走査型画像表示装置としての安全性を著しく高めることができる。

（２）前記光源部３００は、互いに波長の異なる複数の光束（例えば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色））を出射することができ、前記複数の光束を合波し前記走査部４００に出射する光合成部６００（合波部）を備えた走査型画像表示装置。

かかる構成によれば、光量異常のない安全な状態でカラーによる画像を楽しむことができる。

（３）前記第３の異常光量検出手段９００は、前記光合成部６００（合波部）と前記走査部４００との間の光路上に配置されている走査型画像表示装置。

かかる構成によれば、電流―電圧変換回路３２０に異常があった場合でも、また、光合成部６００で異常が発生して光量が著しく増加したような場合でも、光量異常の検出を行うことができ、走査型画像表示装置の安全性を著しく高めることができる。

（４）前記走査部４００は、高速走査部１５０（第１の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する主走査部）と、低速走査部１６０（前記第１の走査方向とは略直交する第２の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する副走査部）と、を有し、前記第３の異常光量検出手段９００は、前記主走査部と前記副走査部との間の光路上に配置されている走査型画像表示装置。

かかる構成によれば、例えば、通常、走査型画像表示装置に備えられているＢＤセンサ１５４を外部光量検出部として兼用する設計が行い易くなる。

（５）前記第３の異常光量検出手段９００は、前記走査部４００の後段の光路上に配置されている走査型画像表示装置。

かかる構成であれば、第３の異常光量検出手段９００の配置に関する設計自由度が高まる。

（６）前記走査部４００において走査される光束の走査タイミングを、前記第３の異常光量検出手段９００のＢＤセンサ１５４の検出出力に基づいて検出する光検出手段（外部光量検出部）をさらに備える走査型画像表示装置。

かかる構成によれば、外部光量検出部により走査タイミングを検出できるように、通常、走査型画像表示装置に備えられているＢＤセンサ１５４を外部光量検出部として兼用することができる。

（７）前記光源部３００からの光束の出射を停止させる際に、前記制御部１１０は、光源部３００への電源の供給を停止させる走査型画像表示装置。

かかる構成によれば、異常光量が発生した場合、電源の供給を停止するため自動復帰するとはなく、誤って強い光量の下で画像表示される虞がない。

（８）前記走査部４００で走査された光束の投射対象を、観察者の少なくとも一方の眼の網膜２０１ｂとし、走査部４００によって走査された光束を、前記網膜２０１ｂに入射して、画像を表示するＲＳＤ。

ＲＳＤは、光束を網膜２０１ｂに直接入射するため、上述してきた３つの異常光量検出手段を備えた構成とすることによって、ＲＳＤに対する安全への信頼性を著しく向上させることができる。

最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

１１０ 制御部
１２３ａ Ｒフォトダイオード（光量モニタ）
１２４ａ Ｇフォトダイオード（光量モニタ）
１２５ａ Ｂフォトダイオード（光量モニタ）
１５０ 高速走査部（主走査部）
１５４ ＢＤセンサ
１６０ 低速走査部（副走査部）
２０１ｂ 網膜
３００ 光源部
４００ 走査部
６００ 光合成部（合波部）
７００ 第１の異常光量検出手段
８００ 第２の異常光量検出手段
９００ 第３の異常光量検出手段

Claims (8)

1. 画像信号に応じた強度の光束を出射するとともに、出射する前記光束の光量を検出する光量モニタを備えた光源部と、
   前記光源部からの光束の出射を制御する制御部と、
   前記光源部から出射された光束を２次元走査する走査部と、
   を備え、前記２次元走査された光束を投影表示する画像表示装置であって、
   前記制御部内に設けられ、前記光量モニタの検出出力に基づいて前記光束の光量の異常を検出して前記光束の光量を調整する第１の異常光量検出手段と、
   前記制御部外に設けられ、前記光量モニタの検出出力に基づいて、前記光束の光量の異常を検出する第２の異常光量検出手段と、
   前記制御部外に設けられ、前記光源部から出射された光束の光量を前記光源部より後段にて検出する外部光量検出部を有し、当該外部光量検出部の検出出力に基づいて光束の光量の異常を検出する第３の異常光量検出手段と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第２の異常光量検出手段又は前記第３の異常光量検出手段により光量の異常が検出された場合、前記光源部からの光束の出射を停止させることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光源部は、
   互いに波長の異なる複数の光束を出射することができ、前記複数の光束を合波し前記走査部に出射する合波部を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記第３の異常光量検出手段は、前記合波部と前記走査部との間の光路上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記走査部は、第１の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する主走査部と、前記第１の走査方向とは略直交する第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する副走査部と、を有し、
   前記第３の異常光量検出手段は、前記主走査部と前記副走査部との間の光路上に配置されている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。
5. 前記第３の異常光量検出手段は、前記走査部の後段の光路上に配置されている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。
6. 前記走査部において走査される光束の走査タイミングを、前記第３の異常光量検出手段の外部光量検出部の検出出力に基づいて検出する光検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像表示装置。
7. 前記光源部からの光束の出射を停止させる際に、前記制御部は、前記光源部への電源の供給を停止させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記走査部で走査された光束の投射対象を、観察者の少なくとも一方の眼の網膜とし、前記走査部によって走査された光束を、前記網膜に入射して、画像を表示することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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