JP2013200475A - Image display device and control method for image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置および画像表示装置の制御方法に関する。より具体的には、レーザー走査型のプロジェクションディスプレーおよびその制御方法に関する。 The present invention relates to an image display device and a control method for the image display device. More specifically, the present invention relates to a laser scanning projection display and a control method thereof.
レーザー光を走査ミラーで反射させ、光線のラスター走査により投射面に画像を表示させる画像表示装置が知られている(例えば特表2010−539525号)。すなわち、レーザー走査型のプロジェクションディスプレーは、走査ミラーを左右に往復揺動させて水平方向の走査線を描くと同時に、画像を構成する走査線の数に合わせて走査ミラーを垂直方向に往復揺動させる。このような画像表示装置は、半導体レーザーダイオードやMEMSミラーを利用することによって非常に小型化できる可能性があり、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイなど様々な応用製品が現在開発されてきている。 An image display device that reflects laser light with a scanning mirror and displays an image on a projection surface by raster scanning of light rays is known (for example, Japanese Translation of PCT International Publication No. 2010-539525). In other words, a laser scanning projection display reciprocally swings the scanning mirror left and right to draw horizontal scanning lines, and simultaneously reciprocates the scanning mirror vertically according to the number of scanning lines constituting the image. Let Such an image display device may be very miniaturized by using a semiconductor laser diode or a MEMS mirror, and various application products such as a head-up display and a head-mounted display have been developed.
ところで、レーザー走査型のプロジェクションディスプレーではレーザー光を使用している。そして、レーザー光を眼の網膜に導き、網膜上で画像を結像させるという特徴を有している。そのため、眼に入射するレーザー光の強度は定められた基準を超えてはならない。 By the way, laser light is used in the laser scanning projection display. Then, the laser light is guided to the retina of the eye and an image is formed on the retina. For this reason, the intensity of the laser beam incident on the eye must not exceed a predetermined standard.
レーザー走査型プロジェクションディスプレーは、小型化が可能であるので可搬性に優れることが期待されるが、それゆえに、落下、衝撃、強い振動などを受ける可能性がある。また、レーザー走査型プロジェクションディスプレーを車に搭載すると便利であるが、路面の状況によっては車の走行中に継続的に強い揺れを受けることも考えられる。使用状態によっては部品が脱落したり破損したりすることもあり得る。 A laser scanning projection display is expected to be excellent in portability because it can be miniaturized. Therefore, there is a possibility that the laser scanning projection display is subject to dropping, impact, strong vibration, and the like. In addition, it is convenient to mount a laser scanning projection display on a car, but depending on the road surface conditions, it may be possible to continuously receive strong shaking while the car is running. Depending on the state of use, parts may fall off or be damaged.
そこで、本発明は、
光束を出力する光源部(130)と、
入力画像データに基づいて前記光源部(130)を駆動させる光源駆動部(116)と、
主走査方向及び副走査方向に駆動されることで、前記光源部(130)からの光束をラスター走査するよう反射する走査ミラー部(200)と、
前記光源部(130)から出力される光束の光路上に配設される射出瞳拡大器(152)と、
前記射出瞳拡大器(152)が前記光路上に存在するか否かを検出する検出手段(146)と、
前記検出手段(146)による前記射出瞳拡大器(152)の検出結果に応じて光路に出入りするシャッター(135)と、を備える
ことを特徴とする画像表示装置を提供する。
Therefore, the present invention provides
A light source unit (130) for outputting a luminous flux;
A light source driving unit (116) for driving the light source unit (130) based on input image data;
A scanning mirror unit (200) that reflects the light beam from the light source unit (130) so as to perform raster scanning by being driven in the main scanning direction and the sub-scanning direction;
An exit pupil expander (152) disposed on an optical path of a light beam output from the light source unit (130);
Detecting means (146) for detecting whether or not the exit pupil expander (152) is on the optical path;
There is provided an image display device comprising: a shutter (135) that enters and exits an optical path according to a detection result of the exit pupil expander (152) by the detection means (146).
上記画像表示装置において、
前記検出手段(146)によって前記射出瞳拡大器(152)の存在を検出できなかった場合には、前記シャッター(135)を光路に挿入する
ようにしてもよい。
In the above image display device,
If the detection means (146) fails to detect the presence of the exit pupil expander (152), the shutter (135) may be inserted into the optical path.
また、上記画像表示装置において、
前記光源部(130)は発光素子(132R、132G、132B)を発光させることによって前記光束を出力し、
前記シャッター(135)は、前記発光素子(132R、132G、132B)と前記走査ミラー(200)との間に配置される
ようにしてもよい。
In the above image display device,
The light source unit (130) outputs the luminous flux by causing the light emitting elements (132R, 132G, 132B) to emit light,
The shutter (135) may be disposed between the light emitting element (132R, 132G, 132B) and the scanning mirror (200).
また、上記画像表示装置において、
前記シャッター(135)は、光を遮光する遮光部材である
ようにしてもよい。
In the above image display device,
The shutter (135) may be a light blocking member that blocks light.
上記画像表示装置において、
前記シャッター(135)は、光の透過量を削減するフィルタである
ようにしてもよい。
In the above image display device,
The shutter (135) may be a filter that reduces the amount of light transmitted.
上記画像表示装置において、
前記シャッター(135)は、カラーフィルタである
ようにしてもよい。
In the above image display device,
The shutter (135) may be a color filter.
また、上記画像表示装置において、
前記検出手段(146)によって前記射出瞳拡大器(152)の存在を検出できた場合にのみ、前記シャッターを開状態にする
ようにしてもよい。
In the above image display device,
The shutter may be opened only when the detection means (146) can detect the presence of the exit pupil expander (152).
さらに本発明は、
光源部(130)から出力される光束の光路上に配設される射出瞳拡大器(152)と、前記光路に出入りするシャッターと、を備えた画像表示装置の制御方法であって、
前記射出瞳拡大器(152)が前記光路上に存在するか否かを検出し(ST103)、
前記射出瞳拡大器(152)の存在を検出できた場合には、前記シャッターを開状態にするとともに、前記光源部(130)からの光束を、走査ミラー部(200)を主走査方向および副走査方向に駆動することでラスター走査するように反射して前記入力画像に基づく画像を表示し、
前記射出瞳拡大器(200)の存在を検出できなかった場合には(ST104でNO)、シャッター(135)を光路に挿入する(ST108)
ことを特徴とする画像表示装置の制御方法を提供する。
Furthermore, the present invention provides
A control method of an image display device comprising: an exit pupil expander (152) disposed on an optical path of a light beam output from a light source unit (130); and a shutter that enters and exits the optical path,
Detecting whether or not the exit pupil expander (152) is on the optical path (ST103);
When the presence of the exit pupil expander (152) can be detected, the shutter is opened and the light beam from the light source unit (130) is passed through the scanning mirror unit (200) in the main scanning direction and the sub-scanning direction. By reflecting in the raster direction by driving in the scanning direction, an image based on the input image is displayed,
If the presence of the exit pupil magnifier (200) cannot be detected (NO in ST104), the shutter (135) is inserted into the optical path (ST108).
An image display apparatus control method is provided.
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
(第1実施形態)
本発明の画像表示装置に係る第1実施形態について説明する。
図1は、本発明が想定する画像表示装置100の典型的使用例である。
画像表示装置100は、レーザー光を走査ミラーで反射させ、光線のラスター走査により投射面に画像を表示(描画)させるものである。
図1において、画像表示装置100は、一例として自動車10に搭載されている。画像表示装置100からは所望の画像を表示させるように調整された画像光束L1が発射(出力)される。この画像光束L1は、フロントガラス11での反射を介して運転者Pの眼に入射し、網膜上に像を結ぶ。同時に、フロントガラス11には外界からの光L2も入射して透過していく。したがって、外界からの光L2と画像表示装置100の画像光束L1とがオーバーレイ(重畳)し、運転者Pの視界には外界の実景と画像表示装置100によって発射された画像とが同時に見えることになる。
An embodiment of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to elements in the drawing.
(First embodiment)
A first embodiment according to the image display device of the present invention will be described.
FIG. 1 is a typical use example of an
The
In FIG. 1, an
図2は、画像表示装置100の全体構成を示す機能ブロック図である。
画像表示装置100は、画像信号処理部110と、光射出ユニット120と、結像光学系150と、タイミング処理部160と、中央制御部180と、を備える。
各機能部の構成および動作を以下に説明する。
FIG. 2 is a functional block diagram showing the overall configuration of the
The
The configuration and operation of each functional unit will be described below.
画像信号処理部110は、ビデオインターフェース111と、ビデオデコーダ112と、メモリコントローラ113と、フレームメモリ114と、データバッファ115と、光源駆動部116と、を備える。
The image
ビデオインターフェース111を介して原画像信号が入力される。
ビデオデコーダ112は、画像種別に応じてその原画像信号をデコード処理する。例えば、原画像信号がアナログ画像信号(コンポーネント映像信号)である場合には、デコード処理により、原画像信号を、3色(RGB)のデジタル色信号で構成されるデジタル画像信号と、水平同期信号と垂直同期信号とを含む同期信号と、に分離する。
An original image signal is input via the
The
メモリコントローラ113は、書込み部113Wと読出し部113Rとを有する。
図3は、映像信号の処理の流れを示す図である。
書込み部113Wは、ビデオデコーダ112で処理した映像信号をフレームメモリ114に一旦書き込んでバッファさせる。そして、読出し部113Rは、指定されたドットクロックに基づいてフレームメモリ114から画像データを主走査線の一ラインずつ読み出す。このとき、読出し部113Rは、レーザー走査型のプロジェクションディスプレーに適したタイミングで画像データを読み出すとともに後段に出力する。すなわち、読出し部113Rは、タイミング処理部160で調整されたタイミング信号(ドットクロック、表示期間指示信号)に合わせて画像データを読み出す。
このように読み出された画像データはデータバッファ115に一時保持される。
The
FIG. 3 is a diagram showing a flow of processing of the video signal.
The
The image data read in this way is temporarily stored in the
データバッファ115には一ラインずつ読み出された画像データが一時保持され、さらに、画像データは順に光源駆動部116に出力される。
The
光源駆動部116は、D/A変換部を備え、画像データに応じて光射出ユニット120の光源である各半導体レーザーダイオードに駆動電流を印加して各半導体レーザーダイオードを所望の輝度で発光させる。
光射出ユニット120の光源としては、RGB3色を得るため、赤色レーザーダイオード、青色レーザーダイオード、および、緑色レーザーダイオードが設けられている(具体的な構造は図5を参照)。
それに合わせて、光源駆動部116としても、赤色ドライバ116Rと、緑色ドライバ116Gと、青色ドライバ116Bと、を備えている。
The light
As a light source of the
Accordingly, the
なお、当然のことであるが、画像データを構成する各画素データは、図4に示すように、画素ごとにR(赤)、G(緑)、B(青)の3色で構成される色情報を有する。
それぞれのドライバ116R、116G、116Bはおのおの各画素の各色の情報に応じて半導体レーザーダイオードに電流を印加することで、色情報に応じた輝度で各半導体レーザーダイオードを発光させる。
As a matter of course, each pixel data constituting the image data is composed of three colors of R (red), G (green), and B (blue) for each pixel as shown in FIG. Has color information.
Each of the
光射出ユニット120は、光源部130と、走査ミラー部200と、シャッター135と、を備える。
図5は、光射出ユニット120の斜視図であり、光源部130と走査ミラー部200とは一例としてユニット化されている。
光源部130は、3色のレーザーダイオード132R、132G、132Bと、複数のミラー133A、133B、133C、133Dと、複数の集光レンズ134と、を有する。
レーザーダイードとしては、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色のレーザー(レーザー光)をそれぞれ出力する、赤色レーザーダイオード132R、緑色レーザーダイオード132Gおよび青色レーザーダイオード132Bが設けられている。
なお、本実施形態は、3色より多いレーザーダイオードを用いた構成にも適用可能であるし、1色や2色のレーザーダイオードを用いた構成にも適用可能である。
The
FIG. 5 is a perspective view of the
The
As the laser diode, there are provided a
Note that this embodiment can be applied to a configuration using more than three colors of laser diodes, and can also be applied to a configuration using laser diodes of one color or two colors.
ミラー133B、133Cはそれぞれ所定の波長の色を透過または反射させるダイクロイックミラーである。
光源部130が出力する光の経路を簡単に説明すると、第1ミラー133Aは緑色レーザーダイオード132Gが出力する緑色レーザーを直角に反射して反射光を赤色レーザーの光路に導く。
第2ミラー133Bは、赤色レーザーダイオード132Rが出力する赤色レーザーを透過させるとともに緑色レーザーを反射して両者を合波する。
第3ミラー133Cは、前記第2ミラー133Bからの光を透過させるとともに、青色レーザーダイオード132Bが出力する青色レーザーを反射する。
これにより三つのレーザー光を一軸に合波した光束として、最後に第4ミラー133Dによって前記光束を走査ミラー部200に所定の角度で入射させる。
なお、光路上に集光レンズ134が適宜配置されており、レーザー光を集光させる。
各集光レンズの光学特性および配置位置は、次段の結像光学系150との関係で決定される。
Each of the
The path of the light output from the
The
The
As a result, finally, the
A condensing
The optical characteristics and arrangement positions of the respective condensing lenses are determined in relation to the imaging
なお、図5において、光射出ユニット120の背面側に回路基板が設けられ、この回路基板上に画像信号処理部110、タイミング処理部160および中央制御部180が組み込まれており、例えば全体としてモジュール化されている。
In FIG. 5, a circuit board is provided on the back side of the
次に、シャッター135について説明する。
シャッター135は、光射出ユニット120において、光源部130と走査ミラー部200との間に配設されている。図5においては、第3ミラー133Cと第4ミラー133Dとの間で、揺動可能に設けられたシャッター135が光路に対して出入自在に設けられている例を図示している。図6は、シャッター135の周辺部分の拡大図である。
シャッター135は、軸136を中心として揺動可能であり、また、軸136に歯合したモータ(不図示)によって揺動駆動される。
シャッター135は光を遮光する部材で形成されている。
シャッターが光路に入っていない状態では、レーザー光は遮られずに光源部130から発射されるが、シャッターが光路に入った状態ではレーザー光が遮られ、光源部130から光が発射されない。仮にレーザーダイオード132R、132G、132Bに駆動電流が印加されてレーザーダイオード132R、132G、132Bから光が発射されていたとしても、シャッターを閉じていれば光は網膜に到達しない。
Next, the
The
The
The
When the shutter is not in the optical path, the laser light is emitted from the
なお、本明細書では、シャッター135が光路に入ってレーザー光を遮っている状態を、シャッター135が閉じている、と表現することもある。
また、シャッター135が光路に入っていない状態を、シャッター135が開いている、と表現することもある。
シャッターの駆動タイミングについては後述する。
In this specification, the state where the
A state where the
The shutter drive timing will be described later.
次に、走査ミラー部200の構成を説明する。
走査ミラー部200は、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスであって、半導体集積回路の加工技術を応用して製造される。走査ミラー部200は、互いに直交する二つの揺動軸を有する二軸駆動可能であって、一面にミラーを有する。ミラーを揺動させることにより、光源部130から出力された、三つのレーザー光を一軸に合波した光束である画像光束をラスタースキャン(ラスター走査)するよう反射する。
Next, the configuration of the
The
走査ミラー部200の典型的構造を図6を参照して説明する。
図7において、(A)は走査ミラー部200の平面図であり、(B)は断面模式図である。
なお、断面模式図においては、見易いように、誤解のない範囲でハッチングは省略した。
また、説明の都合上、図7(A)における上下方向をy軸方向、左右方向をx軸方向として説明する。
A typical structure of the
7A is a plan view of the
In the schematic cross-sectional view, hatching is omitted in a range where there is no misunderstanding for easy viewing.
For convenience of explanation, the description will be made assuming that the vertical direction in FIG. 7A is the y-axis direction and the horizontal direction is the x-axis direction.
走査ミラー部200は、光を主走査方向および副走査方向に偏向させるように二軸駆動する光偏向素子210と、光偏向素子210を支える支持基台部250と、を備える。
光偏向素子210は、Si(シリコン)ウェハから周知の半導体プロセスで作製される。
光偏向素子210は、図7(A)においてx軸方向の両端に配置された二つの支持部220L、220Rと、前記二つの支持部220L、220Rの間において全体として副走査方向に揺動する副走査揺動体部230と、二つ支持部220L、220Rと副走査揺動体部230とを繋ぐ二つのアーム240L、240Rと、を有する。
二つのアーム240L、240Rは、上下方向のほぼ中央で支持部220L、220Rと副走査揺動体部230とを繋ぎ、これにより、副走査揺動軸Xsを揺動軸として副走査揺動体部230が揺動可能になっている。
The
The
The
The two
次に、副走査揺動体部230は、枠を構成する枠体231と、枠体231の枠内において枠体231から離間した状態で支持された主走査揺動片部232と、枠体231の内縁と主走査揺動片部232とを繋ぐ四つのL型梁部233A、233B、233C、233Dと、四つの圧電素子234A、234B、234C、234Dと、ミラー235と、二つの磁石236U、236Dと、を備える。
Next, the sub-scanning
L型梁部233A、233B、233C、233Dは、枠体231のうちのy軸に平行な内辺と、主走査揺動片部232のx軸に平行な辺と、を連結している。
このとき、L型梁部233A、233B、233C、233Dは、主走査揺動片部232の左右中央に近接した位置において主走査揺動片部232と連結されている。これにより、主走査揺動軸Ysを揺動軸として主走査揺動片部232が揺動可能になっている。
The L-shaped
At this time, the L-shaped beam portions 233 </ b> A, 233 </ b> B, 233 </ b> C, and 233 </ b> D are connected to the main scanning
そして、四つL型梁部233A、233B、233C、233Dにおいて、x軸に平行な部分に圧電素子234A、234B、234C、234Dが配置されている。圧電素子234A、234B、234C、234Dは、詳しくは図示しないが、下部電極と上部電極との間に圧電体膜を挟んだ積層構造である。
In the four L-shaped
ミラー235は、主走査揺動片部232の一面に形成されている。ミラー235は、反射率の高い金属(例えばAlやAu)の蒸着によって形成できる。
ここまでの構造で明らかなように、ミラー235は、アーム240L、240Rによる支持によって副走査方向に揺動するとともに、L型梁部233A、233B、233C、233Dの支持によって主走査方向にも揺動できる。
The
As apparent from the structure so far, the
二つの磁石236U、236Dは、主走査揺動片部232においてy軸に沿った上下にそれぞれ配置されている。ミラー235が形成された面を表面とすると、磁石236U、236Dは副走査揺動体部230の裏面に貼設されている。
The two
支持基台部250は、台部251と、二つの電磁コイル252U、252Dと、を有する。電磁コイル252U、252Dは、それぞれ磁石236U、236Dと対になるように配置されている。
The
最後に、電気的配線について説明する。
4つの圧電素子234A、234B、234C、234Dが設けられているところ、二つの圧電素子234A、234Bで主走査揺動片部232に振動を誘起し、二つの圧電素子234C、234Dで主走査揺動片部232の振動を検出する。
すなわち、図7(A)において、主走査揺動軸Ysを間にして左側に配置されている二つの駆動用圧電素子234A、234Bには駆動信号を印加する。すると、左側の二つの駆動用圧電素子234A、234Bの振動がL型梁部233A、233Bを介して主走査揺動片部232に伝達され、主走査揺動片部232が主走査揺動軸Ysを揺動軸として揺動する。また、主走査揺動軸Ysを間にして右側に配置されている二つの検出用圧電素子234C、234Dで主走査揺動片部232の振動を検出する。ここで、検出用圧電素子234C、234Dから得られる振動検出信号に対して所定の位相差をもった駆動電圧信号を駆動用圧電素子234A、234Bにフィードバックすることにより、主走査揺動片部232を共振駆動させることができる。
Finally, electrical wiring will be described.
When four
That is, in FIG. 7A, a drive signal is applied to the two drive
また、電磁コイル252U、252Dには、所定周期で副走査揺動体部230を揺動させる駆動電流を印加する。
これにより、電磁コイル252U、252Dと磁石236U、236Dとが反発および接近を交互に繰り返し、副走査揺動体部230が副走査揺動軸Xsを揺動軸として揺動する。副走査方向の揺動は、非共振駆動であり、画像データの垂直駆動の周期に合わせて調整される。
In addition, a drive current that swings the
As a result, the
次に、結像光学部150について説明する。
図8は、光射出ユニット120から発射された画像光束L1が見る人の眼に到達するまでの光路を概略的に示した図である。
なお、結像光学部150の構成は、光射出ユニット120から射出された画像光束L1を見る人の眼に導くものであればよく、特定の構成に限定されるものではない。
後述する射出瞳拡大器としてのマイクロレンズアレイ(MLA)152が配設される位置も光源部130から出力される光束の光路上であればよい。
つまり、画像光束L1に基づく画像を見ているユーザの眼と、光源部130との間の光路上であればよい。
結像光学部150は、平面ミラー151と、マイクロレンズアレイ152と、平面ミラー153と、凹面ミラー154と、を備える。
また、図8には、コンバイナ(combiner)としてのフロントガラス11と、を備える。
Next, the imaging
FIG. 8 is a diagram schematically showing an optical path until the image light beam L1 emitted from the
Note that the configuration of the imaging
The position where a microlens array (MLA) 152 as an exit pupil expander, which will be described later, is disposed may be on the optical path of the light beam output from the
That is, what is necessary is just to be on the optical path between the eye of the user who is viewing the image based on the image light flux L1 and the
The imaging
Further, FIG. 8 includes a
マイクロレンズアレイ152は、光透過型であって、マイクロレンズをマトリックス状に配列したものである。マイクロレンズアレイ152は、レーザー特有のスペックルを低減する効果があり、放射角や色ムラを考慮して最適設計されている。そして、このマイクロレンズアレイ152によってレーザー光を拡散(放射)することにより、単位面積当たりのレーザー強度が小さくなる。これにより、眼に対する負担が軽くなり、光束が眼に入射しても安全である。
The
走査ミラー部200で反射された光束L1は、マイクロレンズアレイ152上で一旦中間像を結ぶ。
その後、平面ミラー153、凹面ミラー154、フロントガラス11での反射を介して画像光束L1は見る者の眼に届く。
また、コンバイナとしてのフロントガラス11において、画像光束L1と外界からの実景とがオーバーレイされる。
The light beam L1 reflected by the
Thereafter, the image light beam L1 reaches the eyes of the viewer through reflection on the
Further, on the
図9は、マイクロレンズアレイ152の設置態様を示す図である。
なお、マイクロレンズアレイ152における各マイクロレンズの配列形状については、一般的なマイクロレンズアレイにおける配列形状と同じような形状を用いることができるため、図示を省略している。
マイクロレンズアレイ152は、図9に示すように、フレーム構造体140によって支持されることにより、その位置および姿勢が固定される。
フレーム構造体140は、窓部142を有する前面フレーム部141と、二つの側壁部144、144と、底面部145と、を有する。
二つの側壁部144、144と底面部145とで囲まれた空間に光射出ユニット120の全体または一部を収納することで、モジュール化してもよい。
FIG. 9 is a diagram showing an installation mode of the
In addition, about the arrangement | sequence shape of each microlens in the
As shown in FIG. 9, the
The
The
前面フレーム部141は、マイクロレンズアレイ152を嵌め付け可能な窓部142を有する。
図9では、窓部142は、四角形の一辺を取り去ったコ字型であるが、窓部142の形状は円形でも四角形でも良いことは当然である。
また、図9では、窓部142を構成する3つの内側端面に溝条143を形成して、この溝条143にマイクロレンズアレイ152を嵌めているが、マイクロレンズアレイ152の固定方法も限定されるものではない。
The
In FIG. 9, the
In FIG. 9, the
さらに、前面フレーム部141には、マイクロレンズアレイ152の存在(光源部130から出力される光束の光路上に配設されているか否か)を検出する検出手段が配設されている。
検出手段は、ここでは、光学式センサ146である。
光学式センサ146は、図10に示すように、発光部146Eと受光部146Rとを備え、発光部146Eと受光部146Rとがマイクロレンズアレイ152を間にして互いに反対側に設置されている。そして、発光部146Eから光を発射すると、この光はマイクロレンズアレイ152を介して受光部146Rに到達する。このとき、マイクロレンズアレイ152が存在していれば、光が拡散されるので、受光部146Rで受光する光の強度が弱くなる。よって、受光強度が所定値以下であれば、マイクロレンズアレイ152が存在していると判断できる。
Further, the
Here, the detection means is an
As shown in FIG. 10, the
一方、図11は、マイクロレンズアレイ152が脱落した状態を示している。
図11のようにマイクロレンズアレイ152が脱落してしまうと、発光部146Eからの光が直接に受光部146Rに入射する。よって、受光強度が所定値を超えていれば、マイクロレンズアレイ152が無いと判断できる。
On the other hand, FIG. 11 shows a state where the
When the
受光部146Rによって光電変換された信号は、中央制御部180に出力される。
The signal photoelectrically converted by the
次に、タイミング処理部160について説明する。
タイミング処理部160は、ミラー駆動制御回路161と、振動検出部162と、タイミング調整部170と、を備える。
ここで、タイミング処理が必要な事項としては、走査ミラー部200の主走査駆動制御、走査ミラー部200の副走査駆動制御、および、画像信号処理部110での画像処理タイミングを走査ミラー部200の駆動に合わせるためのタイミング信号の生成、がある。
Next, the
The
Here, the items that require timing processing include main scanning drive control of the
ミラー駆動制御回路161は、走査ミラー部200の主走査駆動制御を行う主走査駆動制御部161Hと、走査ミラー部200の副走査駆動制御を行う副走査駆動制御部161Vと、を備える。
The mirror
走査ミラー部200の主走査駆動制御について説明すると、走査ミラー部200の検出用圧電素子234C、234Dからの検出信号を振動検出部162で検出する。振動検出部162は、例えば、増幅回路やフィルタで構成することができる。検出された振動検出信号Snを主走査駆動制御部161Hにフィードバックし、走査ミラー部200が主走査方向で共振するように位相調整を行い、主走査駆動制御信号SHとして駆動用圧電素子234A、234Bに印加する。これにより、走査ミラー部200を主走査方向においては共振駆動させる。
The main scanning drive control of the
一方、副走査駆動制御部161Vは、画像データの垂直駆動の周期に合わせて走査ミラー部200を副走査方向に非共振駆動させる。副走査方向の振動周波数は、例えば、VGAであれば60Hzである。副走査駆動制御部161Vは、主走査駆動制御部161Hから出力される主走査駆動信号SHとタイミングを合わせながら、60Hzで走査ミラー部200を副走査方向で揺動させる副走査駆動信号SVを出力する。
On the other hand, the sub-scanning
タイミング調整部170は、メモリコントローラの動作を走査ミラー部の駆動に合わせるようにタイミング処理する。具体的には、走査ミラー部の主走査方向の共振周波数を逓倍し、ドットクロックを生成する。ドットクロックは、タイミング信号として、読出し部113R、RGBデータバッファ115、光源駆動部116に供給される。
The
このように生成されたタイミング信号(ドットクロック、表示期間指示信号)に基づいて描画が行われる動作を順に説明する。
まず、読出し部113Rは、ドットクロックのタイミングで画像データを一ラインずつ読み出してRGBデータバッファ115に出力する。
このRGBデータバッファ115に一時保持された画像データが順送りに光源駆動部116に送られる。すると、各色の半導体レーザーダイオードそれぞれが画像データで指示された輝度で発光駆動される。各色の輝度、主走査、副走査の駆動が同期することにより、各画素が適切に描画され、これによって、所望の画像データが描画されることになる。
The operation of drawing based on the timing signal (dot clock, display period instruction signal) generated in this way will be described in order.
First, the reading unit 113R reads the image data line by line at the timing of the dot clock and outputs it to the
The image data temporarily stored in the
次に、中央制御部180の動作について説明する。
中央制御部180は、画像表示装置100全体の動作を制御している。
特に本実施形態においては、結像光学系150の状態を監視するとともに、結像光学系150の状態に応じてシャッター135の開閉動作およびレーザー発光のオン/オフ動作を管理する。
中央制御部180は、検出判定部181と、シャッター駆動制御部183と、光源駆動管理部182と、を有する。
Next, the operation of the
The
In particular, in the present embodiment, the state of the imaging
The
検出判定部181は、光学式センサ(検出手段)146から出力された光電変換信号に基づいてマイクロレンズアレイ152の有無を判定する。すなわち、光電変換信号を所定閾値と対比して、光電変換信号のレベルが閾値以下であればマイクロレンズアレイ152が存在していると判定する。一方、光電変換信号のレベルが閾値を超えていた場合には、マイクロレンズアレイ152が無いと判定する。
The
シャッター駆動制御部183は、検出判定部181による判定結果に基づいて、シャッター135の開閉動作を制御する。
マイクロレンズアレイ152が有ると判定された場合、シャッター駆動制御部183は、シャッター135を開いた状態にする。この状態で半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bからレーザー光が発射されると、マイクロレンズアレイ152が有ると判定された場合の動作である通常動作になる。つまり、シャッター135を開いた状態で、例えば入力画像データに基づく画像をユーザが十分視認可能なように表示する。
The shutter
When it is determined that the
一方、マイクロレンズアレイ152が無いと判定された場合、シャッター駆動制御部183は、シャッターを閉じる。この場合、仮に半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bから光が発射されたとしても、シャッター135に遮られて、光は網膜に到達しない。
On the other hand, when it is determined that there is no
上記のシャッター駆動制御部183による動作に加えて、以下のような光源駆動管理部182による動作を合わせて行ってもよい。
光源駆動管理部182は、検出判定部181による判定結果に基づいて、光源駆動部116の動作を管理する。
マイクロレンズアレイ152が有ると判定された場合、光源駆動管理部182は光源駆動部116の動作を許可する。
この場合、画像表示装置100としては、通常動作を行うことになる。
すなわち、光源駆動部116から光源部130の半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bに駆動電流が印加され、半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bからの光がユーザの眼に入射して、ユーザは画像を見ることができる。
このように、通常動作においては、例えば入力画像データに基づく画像をユーザが十分視認可能なように表示する。
In addition to the operation by the shutter
The light source
When it is determined that the
In this case, the
That is, a driving current is applied from the light
As described above, in the normal operation, for example, an image based on the input image data is displayed so that the user can sufficiently recognize the image.
一方、マイクロレンズアレイ152が無いと判定された場合、光源駆動管理部182は光源駆動部116の動作を許可せず、光源駆動部116の動作を停止させる。
On the other hand, when it is determined that there is no
中央制御部180は、電源がONになったときにはまず最初にマイクロレンズアレイ152の検出判定を行い、さらに、画像表示装置100が動作している間は常に検出判定を継続して行うことが好ましい。
なお、図示しない振動センサを設け、その振動センサによって所定値以上の振動を検出した場合に、検出判定を行うようにしてもよい。
When the power is turned on, the
It should be noted that a vibration sensor (not shown) may be provided, and the detection determination may be performed when vibration of a predetermined value or more is detected by the vibration sensor.
中央制御部180による管理動作を図12のフローチャートを参照して説明する。
ユーザが画像表示装置100の電源をONにする(ST101)ことなどを契機として、まず、光学式センサ(検出手段)146が起動する(ST102)。
つまり、発光部146Eから光が発射され、その光が受光部146Rによって受光されることになる。
The management operation by the
When the user turns on the power of the image display apparatus 100 (ST101), the optical sensor (detection means) 146 is first activated (ST102).
That is, light is emitted from the
検出判定部181は、受光部146Rから出力される光電変換信号に基づいてマイクロレンズアレイ152の検出判定を実行する。
光電変換信号のレベルが閾値以下であれば(ST104:YES)、マイクロレンズアレイ152が存在していると判定し、シャッター駆動制御部183は、シャッターを開にし(ST105)、光路を開いた状態にする。
さらに、光源駆動管理部182は光源駆動部116の動作を許可する(ST105)。したがって、通常動作となり、半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bからの光が眼に入射して像を形成する。
つまり、入力画像データに基づく画像を表示する。これによりユーザは画像を見ることができる。そして、終了条件(例えばユーザが電源をOFFにした等)が満たされるまでST103からST106のループを繰り返す(ST107)。
The
If the level of the photoelectric conversion signal is equal to or lower than the threshold value (ST104: YES), it is determined that the
Further, the light source
That is, an image based on the input image data is displayed. Thereby, the user can see the image. Then, the loop from ST103 to ST106 is repeated until an end condition (for example, the user turns off the power) is satisfied (ST107).
ここで、ST104において、光電変換信号のレベルが閾値を超えていた場合(ST104:NO)、何らかの原因でマイクロレンズアレイ152が検出できていないことになる。
この場合、シャッター駆動制御部183は、シャッター135を閉じる(ST108)。
シャッターを閉じた状態を図13に示す。これにより、仮に半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bからレーザーが発射されていても、シャッター135で即時に光を遮り、ユーザの眼に光が届かなくなる。さらに、光源駆動管理部182は光源駆動部116の動作を停止させてもよい(ST109)。すると、半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bの発光が停止されることになる。また、半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bをまだ発光させていない場合は、発光させることを許可しない。
Here, in ST104, when the level of the photoelectric conversion signal exceeds the threshold (ST104: NO), the
In this case, the shutter
FIG. 13 shows a state where the shutter is closed. Thereby, even if the laser is emitted from the
このような構成を有する第1実施形態によれば、次の効果を奏する。
本実施形態では、マイクロレンズアレイ152の有無を検出して、マイクロレンズアレイ152が無い場合にはシャッター135を閉じるようにする。
これにより、マイクロレンズアレイ152による拡散を経た光だけが眼に入射し、拡散を受けないレーザー光が眼に入射することがなくなる。
したがって使用態様によって万が一にもマイクロレンズアレイ152が外れてしまったような場合であっても、レーザー光が眼に過剰な負担を掛けることはない。
According to 1st Embodiment which has such a structure, there exists the following effect.
In the present embodiment, the presence / absence of the
As a result, only light that has been diffused by the
Therefore, even if the
(変形例1)
上記実施形態では、シャッターが揺動することによってシャッターが光路に出入りする構成を例示したが、シャッターの構造や駆動機構が限定されないのはもちろんである。
例えば、図14のようにスライド機構によってシャッターを開閉するようにしてもよい。さらには、図示しないが、一般的にカメラで使用されるシャッター機構や絞り機構を適用してもよいことはもちろんである。
このようなシャッター機構や絞り機構は、例えば、特開平6−98216号公報、特開2001−66659号公報、特開平8−220592号公報などに記載されている。
(Modification 1)
In the above-described embodiment, the configuration in which the shutter enters and exits the optical path by swinging the shutter is exemplified, but it is needless to say that the structure and driving mechanism of the shutter are not limited.
For example, the shutter may be opened and closed by a slide mechanism as shown in FIG. Furthermore, although not shown, it is a matter of course that a shutter mechanism or a diaphragm mechanism generally used in a camera may be applied.
Such a shutter mechanism and an aperture mechanism are described in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-98216, 2001-66659, and 8/220592.
(変形例2)
シャッターを設ける位置としては、半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bから網膜までの光路上であればどこでもよいことはもちろんである。
走査ミラー部200とマイクロレンズアレイ152との間にシャッターを設けてもよく、結像光学系150の内部にシャッターを設けてもよい。図8でいうと、凹面ミラー154とフロントガラス11との間のように、レーザー光が外部に射出する直前にシャッターを設けてもよい。
なお、上記実施形態のように走査ミラー200の手前にシャッターを配置するようにするとシャッターを小さくできるので好ましいといえる。
(Modification 2)
Of course, the position where the shutter is provided may be anywhere on the optical path from the
A shutter may be provided between the
In addition, it can be said that it is preferable to dispose the shutter in front of the
(変形例3)
上記実施形態では、シャッターは光を遮光するとしたが、完全に遮光しなくても、光を弱めるものであってもよい。光を弱めるものとしては、光を吸収して透過量を減少させるフィルタが例として挙げられる。
(Modification 3)
In the above embodiment, the shutter blocks light, but it may weaken light without completely blocking light. An example of a light-attenuator is a filter that absorbs light and reduces the amount of transmission.
また、シャッターとしてカラーフィルタを用いてもよい。この構成によれば、シャッターが閉じたときに光に色が付くので、異常が生じたことがユーザに分かりやすい。 A color filter may be used as the shutter. According to this configuration, since the light is colored when the shutter is closed, it is easy for the user to know that an abnormality has occurred.
シャッターをフィルタとした場合、フィルタを閉じて輝度を落とした状態で故障(異常)を知らせるメッセージ画像を表示するようにしてもよい。そして、その後に全ての半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bの発光を止めてもよい。
When the shutter is used as a filter, a message image that indicates a failure (abnormality) may be displayed in a state where the filter is closed and the brightness is lowered. And after that, you may stop light emission of all the
(変形例4)
検出手段は、光学式センサ146に限られず、機械式センサ147であってもよいことはもちろんである。
例えば、図15に示すように、ロッド147Lをマイクロレンズアレイ152に当接させ、ロッド147Lの進退量に基づいてマイクロレンズアレイ152の有無を検出してもよい。
さらには、検出手段としては、光学式、機械式に限らず、マイクロレンズアレイ152の有無を検出するセンサであればよいのであり、その設置形態についても何ら限定されないのは明らかであろう。
(Modification 4)
Of course, the detection means is not limited to the
For example, as shown in FIG. 15, the
Furthermore, the detection means is not limited to an optical type and a mechanical type, and any sensor that detects the presence / absence of the
(変形例5)
上記実施形態においては、中央制御部180によってシャッターの開閉動作を管理する構成を説明した。
変形例5として、中央制御部180を介さずに、検出手段146からの出力信号で直接にシャッターの開閉動作をコントロールしてもよい。
例えば、図16に示すように、光学式センサ(検出手段)146の出力信号で直接にシャッター135を開閉するようにする。すなわち、光学式センサ(検出手段)146の出力信号で直接にシャッターの駆動モータを制御する。
そして、マイクロレンズアレイ152が存在することを検出できていない場合には、シャッターを閉じて光を遮光する。
(Modification 5)
In the above embodiment, the configuration in which the
As a fifth modification, the opening / closing operation of the shutter may be directly controlled by an output signal from the
For example, as shown in FIG. 16, the
If the presence of the
(変形例6)
上記実施形態では、マイクロレンズアレイ152が無い場合には光源駆動部116の動作を停止させるとした。
つまり、マイクロレンズアレイ152が無い場合には半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bの発光が全て止まるとした。
ここで、マイクロレンズアレイ152が無い場合に、全ての半導体レーザーダイオード132R、132G、132Bの発光を止めてしまうのではなく、出力を弱くしてもよい。
例えば、光源駆動部116から光源部130への印加電流値を通常動作時よりも小さくしてもよく、例えば、半分にしてもよい。
(Modification 6)
In the above embodiment, the operation of the light
That is, in the absence of the
Here, when the
For example, the applied current value from the light
あるいは、マイクロレンズアレイ152が無い場合には、赤色光、緑色光および青色光のうちの一つ以上を停止させてもよい。
例えば、マイクロレンズアレイ152が無い場合に緑色光および青色光の発光を停止させ、赤色光だけを発光させてもよい。
Alternatively, when there is no
For example, when there is no
さらには、マイクロレンズアレイ152が無い場合には、赤色光、緑色光および青色光のうちの一つ以上を停止させ、かつ、発光する光については弱くしてもよい。
例えば、赤色半導体レーザーダイオード132Rだけを駆動し、かつ、その駆動電流も小さくする。
Furthermore, when there is no
For example, only the red
なお、本発明は上記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
射出瞳拡大器としてはマイクロレンズアレイ152に限らず、同等の作用を有するものであればよいのであり、例えば、マイクロスフィアや、ナノスフィア、散光器、ホログラフィック拡大器、回折格子などであってもよく、さらには、これらの二つ以上を組み合わせてもよい。
また、射出瞳拡大器の設置態様も図9に限定されないのはもちろんである。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
The exit pupil magnifier is not limited to the
Of course, the installation mode of the exit pupil magnifier is not limited to that shown in FIG.
上記説明では、走査ミラー部としては、一体で二軸駆動が可能なMEMSミラーを例示したが、水平方向に揺動するミラーと垂直方向に揺動するミラーとが別体になっているなど、上記の例示に限定されず種々変更が可能である。 In the above description, as the scanning mirror unit, the MEMS mirror capable of being integrally and biaxially driven is exemplified, but the mirror that swings in the horizontal direction and the mirror that swings in the vertical direction are separate, Various modifications are possible without being limited to the above examples.
画像表示装置は、ヘッドアップディスプレイとしての車載タイプのみならず、ヘルメット内蔵型や眼鏡タイプなどのヘッドマウントディスプレイ、フロントプロジェクターなどに応用できることはいうまでもない。 Needless to say, the image display device can be applied not only to a vehicle-mounted type as a head-up display, but also to a head-mounted display such as a helmet built-in type or a glasses type, a front projector, and the like.
10・・・自動車、11・・・フロントガラス、100・・・画像表示装置、110・・・画像信号処理部、111・・・ビデオインターフェース、112・・・ビデオデコーダ、113・・・メモリコントローラ、113R・・・読出し部、113W・・・書込み部、114・・・フレームメモリ、115・・・データバッファ、116・・・光源駆動部、116B・・・青色ドライバ、116G・・・緑色ドライバ、116R・・・赤色ドライバ、120・・・光射出ユニット、130・・・光源部、132B・・・青色レーザーダイオード、132G・・・緑色レーザーダイオード、132R・・・赤色レーザーダイオード、133A・・・ミラー、133B・・・ミラー、133D・・・ミラー、134・・・集光レンズ、135・・・シャッター、136・・・シャッターの軸、140・・・フレーム構造体、141・・・前面フレーム部、142・・・窓部、143・・・溝条、144・・・側壁部、145・・・底面部、146・・・光学式センサ(検出手段)、146E・・・発光部、146R・・・受光部、147・・・機械式センサ、147L・・・ロッド、150・・・結像光学系、151・・・平面ミラー、152・・・マイクロレンズアレイ、153・・・平面ミラー、154・・・凹面ミラー、160・・・タイミング処理部、161・・・ミラー駆動制御回路、161H・・・主走査駆動制御部、161V・・・副走査駆動制御部、162・・・振動検出部、170・・・タイミング調整部、180・・・中央制御部、181・・・検出判定部、182・・・光源駆動管理部、183・・・シャッター駆動制御部、190・・・電源部、200・・・走査ミラー部、210・・・光偏向素子、230・・・副走査揺動体部、231・・・枠体、232・・・主走査揺動片部、233A、233B、233C、233D・・・L型梁部、234A、234B、234C、234D・・・圧電素子、235・・・ミラー、236U、236D・・・磁石、240L、240R・・・アーム、250・・・支持基台部、251・・・台部、252U、252D・・・電磁コイル。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
入力画像データに基づいて前記光源部を駆動させる光源駆動部と、
主走査方向及び副走査方向に駆動されることで、前記光源部からの光束をラスター走査するよう反射する走査ミラー部と、
前記光源部から出力される光束の光路上に配設される射出瞳拡大器と、
前記射出瞳拡大器が前記光路上に存在するか否かを検出する検出手段と、
前記検出手段による前記射出瞳拡大器の検出結果に応じて光路に出入りするシャッターと、を備える
ことを特徴とする画像表示装置。 A light source that outputs a luminous flux;
A light source driving unit for driving the light source unit based on input image data;
A scanning mirror unit that is driven in a main scanning direction and a sub-scanning direction to reflect a light beam from the light source unit so as to perform raster scanning;
An exit pupil expander disposed on an optical path of a light beam output from the light source unit;
Detecting means for detecting whether the exit pupil expander is present on the optical path;
An image display apparatus comprising: a shutter that enters and exits an optical path according to a detection result of the exit pupil magnifier by the detection unit.
前記検出手段によって前記射出瞳拡大器の存在を検出できなかった場合には、前記シャッターを光路に挿入する
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The image display apparatus, wherein the shutter is inserted into an optical path when the detection means cannot detect the presence of the exit pupil magnifier.
前記光源部は発光素子を発光させることによって前記光束を出力し、
前記シャッターは、前記発光素子と前記走査ミラーとの間に配置されている
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 2,
The light source unit emits the luminous flux by causing a light emitting element to emit light,
The said shutter is arrange | positioned between the said light emitting element and the said scanning mirror. The image display apparatus characterized by the above-mentioned.
前記シャッターは、光を遮光する遮光部材である
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 1 to 3,
The image display apparatus, wherein the shutter is a light blocking member that blocks light.
前記シャッターは、光の透過量を削減するフィルタである
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 1 to 3,
The image display apparatus, wherein the shutter is a filter that reduces a light transmission amount.
前記シャッターは、カラーフィルタである
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 1 to 3,
The image display apparatus, wherein the shutter is a color filter.
前記検出手段によって前記射出瞳拡大器の存在を検出できた場合にのみ、前記シャッターを開状態にする
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The image display device, wherein the shutter is opened only when the presence of the exit pupil magnifier can be detected by the detection means.
前記射出瞳拡大器が前記光路上に存在するか否かを検出し、
前記射出瞳拡大器の存在を検出できた場合には、前記シャッターを開状態にするとともに、前記光源部からの光束を、走査ミラー部を主走査方向および副走査方向に駆動することでラスター走査するように反射して前記入力画像に基づく画像を表示し、
前記射出瞳拡大器の存在を検出できなかった場合には、前記シャッターを光路に挿入する
ことを特徴とする画像表示装置の制御方法。 A control method of an image display device comprising: an exit pupil expander disposed on an optical path of a light beam output from a light source unit; and a shutter that enters and exits the optical path,
Detecting whether the exit pupil magnifier is on the optical path;
When the presence of the exit pupil expander can be detected, the shutter is opened and the light beam from the light source unit is scanned in the main scanning direction and the sub-scanning direction by driving the scanning mirror unit in the main scanning direction and the sub-scanning direction. To reflect and display an image based on the input image,
When the presence of the exit pupil expander cannot be detected, the shutter is inserted into an optical path.
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