JP2015087596A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の発光部から発せられたレーザ光を位相変調アレイの変換領域に正確に照射させてホログラム像を成形する画像処理装置を提供する。【解決手段】 発光部２３Ａから発せられる赤色系のコリメート光束Ｂ１ｒと、発光部２３Ｂから発せられる緑色系のコリメート光束Ｂ１ｇとが、位相変調アレイ３１の異なる変換領域Ｍ１，Ｍ２に離れて照射される。位相変調アレイ３１では複数のピクセルで光の位相が変換され、干渉光となる変調光束が得られ、変調光束がスクリーンに結像してホログラム画像が生成される。発光部２３Ａと発光部２３Ｂは別々のブロックとして構成され、基準ベース２２上で重ねられ、それぞれが個別に位置決めされて固定される。【選択図】図６

Description

本発明は、波長が相違する複数のレーザ光源を使用してホログラム画像を生成する画像処理装置に関する。

特許文献１に、異なる波長の光をＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）で変換してスクリーンに画像を表示する画像表示装置が開示されている。

この画像表示装置は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの波長の光を発する３種類の光源が使用されている。駆動方式としては、映像信号の１フレーム期間が３分割され、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの波長の光が１／３フレーム期間ごとに発光させられる。また、それぞれの光が与えられるＬＣＯＳは、発光の時分割と同期して駆動させられる。

この時分割が繰り返され、スクリーンには、１フレーム期間に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色相が混合した画像が表示される。

特開２０１１−１１８０６７号公報

特許文献１に記載されているように、波長が相違する光を時分割で発光させて画像を表示するものでは、ＬＣＯＳを１／３フレーム期間に同期させて高速に切り替えることが必要となり、ＬＣＯＳを駆動するための回路負担が大きくなる。また、自動車に搭載したときのように常に振動が作用する環境下で使用すると、時分割して表示される赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色相の表示に相互の位置ずれが生じることがあり、表示品質が低下することになる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、時分割駆動を行うことなく、異なる波長のレーザ光でホログラム画像を生成することができる画像処理装置を提供することを目的としている。

本発明は、レーザ光源と、それぞれのレーザ光源から発せられるレーザ光を位相変調する位相変調アレイと、が設けられた画像処理装置において、
波長が相違する複数のレーザ光源が設けられ、それぞれのレーザ光源から発せられるレーザ光が、前記位相変調アレイの所定の領域に照射され、前記位相変調アレイにより、波長が相違する複数のレーザ光が同時に位相変調されて、ホログラム画像が生成されることを特徴とするものである。

本発明の画像処理装置は、異なる波長のレーザ光が、時分割されることなく、時間軸での相関関係を設けることなく、位相変調アレイに照射される。位相変調アレイの個々のピクセルで光の位相が変換（変調）され、位相変調アレイを通過した光束は、同じ波長のレーザ光どうしが干渉するとともに、異なる波長のレーザ光も互いに干渉する。その結果、多様な色相を含むホログラム画像が生成される。

本発明は、前記位相変調アレイで位相変調された変調光束がＦＴレンズに与えられ、ＦＴレンズによってスクリーンにホログラム画像が結像されるものとして構成される。

本発明では、異なる波長のレーザ光は、前記位相変調アレイの重複しない領域に照射されることが好ましい。

上記手段では、位相変調アレイのそれぞれの領域で、単一の波長のレーザ光を位相変調すればよく、異なる波長のレーザ光の位相を同じ領域で変調する必要がないため、位相変調アレイの駆動制御が複雑になるのを避けることができる。

本発明は、それぞれの前記レーザ光源の発光方向の前方にコリメートレンズが設けられ、それぞれの前記レーザ光源から発せられるレーザ光は、コリメートレンズにより平行光束とされて、位相変調アレイに照射される。
例えば、前記コリメートレンズは長方形であり、前記平行光束は断面が長方形である。

この場合に、前記位相変調アレイに前記平行光束が照射される領域は長方形であり、異なる波長のレーザ光が照射される前記領域の長方形の長辺どうしが互いに平行に位置している。

それぞれの波長のレーザ光を断面が長方形の平行光束にすると、位相変調アレイにレーザ光が照射される領域が長方形となり、それぞれの波長のレーザ光を位相変調アレイに効果的に与えることができる。

本発明は、１つの前記レーザ光源とこれに対応する前記コリメートレンズが位置決めブロックに位置決めされて固定されており、
複数の位置決めブロックが上下に重ねられて固定され、それぞれの位置決めブロックから送り出される平行光束が、前記位相変調アレイに与えられる。

この場合に、前記位置決めブロックと、前記位相変調アレイが、同じ基準ベース上に固定されていることが好ましい。

位置決めブロックと位相変調アレイが同じ基準ベース上に固定されているため、レーザ光源とコリメートレンズならびに位相変調アレイの相対位置を高精度に保つことができる。また、外力が作用して装置全体に歪みが与えられたときに、前記各部材の相対位置にずれが生じにくくなる。
なお、異なる波長のレーザ光源は２種類でもいいし、３種類以上が使用されてもよい。

さらに、本発明は、前記レーザ光源と前記位相変調アレイがケース内の光学ベースに固定されており、前記ケースが取付け母材に固定され、前記光学ベースは前記ケースに弾性部材を介して支持されているものが好ましい。

本発明の画像処理装置は、異なる波長のレーザ光源から発せられるレーザ光が、移動変換アレイで同時に位相変調されるため、複数のレーザ光源を時分割で駆動する必要がなく、回路負担を低減できる。また、ホログラム画像での色ずれの問題も生じにくくなる。

本発明の実施の形態の画像処理装置が車両に搭載された例を示す説明図、 画像処理装置による表示画像の一例を示す説明図、 本発明の実施の形態の画像処理装置の分解斜視図、 本発明の実施の形態の画像処理装置の主要部品の配置を示す平面図、 位相変調部の構成を示すものであり、図４に示すＶ矢視方向から見た部分斜視図、 図５に示す位相変調部の組立て調整構造を説明するための分解斜視図、 発光部でのレーザユニットの取付け調整構造を示す拡大分解斜視図、 位相変調部での光路を説明する部分拡大平面図、 図８のＩＸ矢視図、 送光ミラーの傾き調整機構を示す分解斜視図、 ホログラム結像部の構成を示すものであり、図４に示すＸＩ矢視方向から見た部分斜視図、

（車載構造）
図１に示すように、本発明の実施の形態の画像処理装置１０は、自動車１の車室内前方のダッシュボード２の内部に埋設されていわゆるヘッドアップディスプレイとして使用される。

画像処理装置１０からウインドシールド３の表示領域３ａに、図２に示す表示画像７０が投影される。表示領域３ａは半反射面として機能するため、表示領域３ａに投影された表示画像７０は、表示領域３ａにおいて運転者５に向けて反射されるとともに、ウインドシールド３の前方に虚像６が結像する。ウインドシールド３の前方の虚像６を目視することで、運転者５には、ステアリングホイール４の上方の前方に各種の情報が表示されているように見える。

（画像処理装置１０の全体構造）
図３に示すように、画像処理装置１０のケースは、下部ケース１１と上部ケース１２とに分離されており、ケースの内部に光学ユニット２０が収納されている。光学ユニット２０は光学ベース２１を有しており、光学ベース２１は、下部ケース１１の内部で、エラストマーや金属ばねなどの弾性部材を介して支持されている。例えば、光学ベース２１の下面から突出する支持突部が下部ケース１１の底部に開口する支持穴に挿入され、前記支持突部と前記支持穴との隙間がエラストマーで埋められている。

下部ケース１１は、車室内のダッシュボード２の内部などの取付け母材に固定されるが、光学ベース２１が弾性部材を介して支持されているため、車体振動が光学ユニット２０に直接に影響を与えるのを防止できる。下部ケース１１と上部ケース１２とが合成樹脂材料で形成され、光学ベース２１がアルミニウムなどの金属からダイキャスト成形法などで形成されていると、下部ケース１１と光学ベース２１との熱膨張係数の相違によって光学ベース２１に大きな応力が作用することがある。しかし、前記弾性部材による支持構造を採用することで、下部ケース１１から光学ベース２１に過大な熱応力が作用するのを防止できる。

光学ユニット２０が内部に収納された状態で、下部ケース１１と上部ケース１２は、下部ケース１１に一体に形成された位置決めピン１５による凹凸嵌合で互いに位置決めされる。下部ケース１１の複数か所に雌ねじ穴１６が形成されており、上部ケース１２に挿通された固定ねじが雌ねじ穴１６に螺着されて、下部ケース１１と上部ケース１２とが互いに固定される。

上部ケース１２に、投影窓１３が開口している。この投影窓１３がダッシュボード２の上面に露出して配置され、投影窓１３からウインドシールド３の表示領域３ａに表示画像７０が投影される。投影窓１３には透光性のカバー板１４が装着されている。カバー板１４によってケース内部に塵埃が侵入するのが防止されている。投影窓１３からケース内部に外光が直接入り込まないように、カバー板１４は、表示領域３ａに投影されるホログラム画像の表示光以外の波長の光の透過を抑制する光学フィルターで構成されることが好ましい。

図３と図４に示すように、光学ユニット２０では光学ベース２１上に各種光学部品が実装されている。図４に示すように、光学部品の構成により、光学ユニット２０は、位相変調部２０Ａとホログラム結像部２０Ｂならびに投影部２０Ｃとに区分される。

（位相変調部２０Ａの構造）
図５と図６に示すように、位相変調部２０Ａには、基準ベース２２が設けられており、この基準ベース２２が、光学ベース２１の上にねじ止めにより固定されている。

基準ベース２２上に、第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂとが重ねて配置されている。第１の発光部２３Ａは第１の位置決めブロック２４Ａを有し、第２の発光部２３Ｂは第２の位置決めブロック２４Ｂを有している。

図６に示すように、基準ベース２２の上面に位置決め基準面２２Ａが形成されている。位置決め基準面２２Ａの４か所に、浅い凹部２２Ｄが形成されており、それぞれの凹部２２Ｄの底部に雌ねじ穴２２Ｅが形成されている。凹部２２Ｄの内部に調整スペーサ６１が設置される。第１の位置決めブロック２４Ａは、調整スペーサ６１の上に設置され、図５に示すように、複数の固定ねじ２５Ａが第１の位置決めブロック２４Ａに挿通されて雌ねじ穴２２Ｅに螺着されている。

調整スペーサ６１は厚さの異なるものが複数種類用意されており、いずれかの厚さのものが選択されて使用され、第１の位置決めブロック２４Ａの垂直方向（ｉｉ）での高さが決められる。第１の位置決めブロック２４Ａの高さ調整の際に調整スペーサ６１が不要な場合には、第１の位置決めブロック２４Ａは、位置決め基準面２２Ａに直接固定される。

図６に示すように、第１の位置決めブロック２４Ａの上面に位置決め基準面２４Ｃが形成されている。位置決め基準面２４Ｃの４か所に浅い凹部２４Ｄが形成され、凹部２４Ｄの底部に雌ねじ穴２４Ｅが形成されている。凹部２４Ｄ内に調整スペーサ６２が設置される。第２の位置決めブロック２４Ｂは、調整スペーサ６２の上に設置され、第２の位置決めブロック２４Ｂに挿入された複数の固定ねじ２５Ｂが雌ねじ穴２４Ｅに螺着される。厚さの相違する複数種類の調整スペーサ６２の中から最適なものを選択することで、第２の位置決めブロック２４Ｂの垂直方向（ｉｉ）での高さを調整することができる。調整スペーサ６２が不要な場合には、第２の位置決めブロック２４Ｂが、位置決め基準面２４Ｃに直接に固定される。

図６に、第１の位置決めブロック２４Ａの内部構造が示され、図８に、第２の位置決めブロック２４Ｂの内部構造が示されている。

図６に示すように、第１の位置決めブロック２４Ａには、内部に光通路２６Ａが形成されている。光通路２６Ａの閉鎖側端部（図６の図示左側の端部）に、第１のレーザ光源である第１のレーザユニット２７Ａが取り付けられている。第１のレーザユニット２７Ａは、金属製のケースの内部に半導体レーザチップが収納されて構成されている。光通路２６Ａの内部にはコリメートレンズ２８Ａが固定されている。

図８に示すように、第２の発光部２３Ｂに設けられた第２の位置決めブロック２４Ｂの内部にも光通路２６Ｂが形成されており、その閉鎖端部に、第２のレーザ光源である第２のレーザユニット２７Ｂが装備されている。光通路２６Ｂの内部にコリメートレンズ２８Ｂが固定されている。

図８と図９では、説明の便宜上、第１のレーザユニット２７Ａから発せられるレーザ光束と、第２のレーザユニット２７Ｂから発せられるレーザ光束を、同じ符号Ｂ０で示している。レーザ光束Ｂ０は発散光である。図９に示すように、レーザ光束Ｂ０の断面形状は楕円形または長円形であり、長軸は基準ベース２２の上面と平行な水平方向（ｉ）に向けられ、短軸が基準ベース２２の上面に垂直な垂直方向（ｉｉ）に向けられている。

図９に示すように、コリメートレンズ２８Ａ，２８Ｂの有効径（有効領域）の形状は長方形であり、長方形の長辺が、レーザ光束Ｂ０の断面の長軸方向と同じ水平方向（ｉ）に向けられている。第１のレーザユニット２７Ａから発せられるレーザ光束Ｂ０がコリメートレンズ２８Ａを通過すると、断面が長方形のコリメート光束（平行光束）Ｂ１に変換される。同様に、第２のレーザユニット２７Ｂから発せられるレーザ光束Ｂ０がコリメートレンズ２８Ｂを通過すると、断面が長方形のコリメート光束Ｂ１に変換される。

図６に示すように、位置決めブロック２４Ａの光通路２６Ａの開口端は透光カバー２９Ａで塞がれている。同様に、図８に示すように、第２の位置決めブロック２４Ｂの光通路２６Ｂの開口端が透光カバー２９Ｂで塞がれている。

図９に示すように、レーザユニット２７Ａ，２７Ｂから発せられるレーザ光束Ｂ０には、Ｐ波成分の光の偏光方向が主に短軸方向に向けられているものがある。この場合には、透光カバー２９Ｂが１／２波長板で構成されることが好ましい。１／２波長板が使用されると、偏光方向が９０度変化させられ、コリメート光束Ｂ１では、偏光方向が水平方向（ｉ）となるＰ波成分が多くなる。その結果、図２に示すように、表示領域３ａでは、Ｐ波成分の偏光方向がウインドシールド３に対して水平方向（ｉ）に向けられるようになり、表示領域３ａで、表示画像７０が半反射しやすくなる。

図３と図４に示すように、位相変調部２０Ａには、第１のレーザユニット２７Ａと第２のレーザユニット２７Ｂから発せられる熱を放熱する放熱冷却部３７が設けられている。

第１の発光部２３Ａのレーザユニット２７Ａと第２の発光部２３Ｂのレーザユニット２７Ｂとで、発せられるレーザ光の波長が相違している。実施の形態の画像処理装置１０では、第１の発光部２３Ａから発せられるコリメート光束Ｂ１の波長が６４２ｎｍで赤色系であり、第２の発光部２３Ｂから発せられるコリメート光束Ｂ１の波長が５１５ｎｍであり緑色系である。

そこで、以下においては、第１の発光部２３Ａから得られるコリメート光束を符号Ｂ１ｒで説明し、第２の発光部２３Ｂから得られるコリメート光束を符号Ｂ１ｇで説明する。

図５に示すように、基準ベース２２には、位置決め保持部２２Ｂが一体に形成されており、位置決め保持部２２Ｂに形成された保持枠部２２Ｃの内部に位相変調アレイ３１が保持されている。同じ基準ベース２２に、第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂとを位置決めする位置決め基準面２２Ａと、保持枠部２２Ｃとが一体に形成されているため、第１の発光部２３Ａならびに第２の発光部２３Ｂと、位相変調アレイ３１との相対位置を、高精度に決めることができる。よって、第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂのそれぞれから発せられるコリメート光束Ｂ１ｒ，Ｂ１ｇを位相変調アレイ３１の光学面３１ａに対して最適な入射角度で入射させることができる。

位相変調アレイ３１は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）である。ＬＣＯＳは、液晶層とアルミニウムなどの電極層とを有する反射型パネルである。ＬＣＯＳは、液晶層に電界を与える電極が規則的に並んで複数のピクセルが構成されている。それぞれの電極に与えられる電界強度の変化により、液晶層内の結晶の層の厚さ方向への倒れ角度が変化し、反射されるレーザ光はピクセル毎に位相が変化させられる。

図３と図４に示すように、位相変調部２０Ａには、位相変調アレイ３１で発生する熱を放熱する放熱冷却部３８が設けられている。

図５と図６に示すように、第１の発光部２３Ａ内のコリメートレンズ２８Ａで変換されたコリメート光束Ｂ１ｒは、位相変調アレイ３１の下部の領域に与えられ、第２の発光部２３Ｂ内のコリメートレンズ２８Ｂで変換されたコリメート光束Ｂ１ｒは、位相変調アレイ３１の上部の領域に与えられる。位相変調アレイ３１では、コリメート光束Ｂ１ｒが与えられる領域が第１の変換領域Ｍ１となり、コリメート光束Ｂ１ｇが与えられる領域が第２の変換領域Ｍ２となる。

コリメート光束Ｂ１ｒとコリメート光束Ｂ１ｇは断面が長方形であるため、第１の変換領域Ｍ１と第２の変換領域Ｍ２も長方形となる。基準ベース２２で、第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂとの垂直方向（ｉｉ）での相対位置が調整されることで、第１の変換領域Ｍ１と第２の変換領域Ｍ２とが互いに重複しないように設定される。

第１の変換領域Ｍ１に与えられたコリメート光束Ｂ１ｒは、位相変調アレイ３１の複数のピクセルのそれぞれを通過することで位相が変換され、第２の変換領域Ｍ２に与えられたコリメート光束Ｂ１ｇも、複数のピクセルのそれぞれを通過することで位相が変換される。図８に示すように、位相変調アレイ３１から反射される変調光束Ｂ２は、それぞれのピクセルを通過した光が互いに干渉した干渉光となる。この干渉光には、赤色系のコリメート光束Ｂ１ｒの光成分どうしの干渉と、緑色系であるコリメート光束Ｂ１ｇの光成分どうしの干渉、さらには、コリメート光束Ｂ１ｒの光成分とコリメート光束Ｂ１ｇの光成分との干渉も含まれる。

第１のレーザユニット２７Ａと第２のレーザユニット２７Ｂには、一定のピッチでパルス状の駆動電力が与えられ、それぞれのレーザユニット２７Ａ，２７Ｂ内の半導体レーザは、一定の周期で間欠的な発光を繰り返す。ただし、２つのレーザ光の発光タイミングは、時分割で制御されるものではなく、時間軸での相関関係を有するものではない。

コリメート光束Ｂ１ｒとコリメート光束Ｂ１ｇが、時間軸での相関関係を有することなく位相変調アレイ３１に与えられるため、位相変調アレイ３１で位相変調された変調光束Ｂ３には、赤色系のコリメート光束Ｂ１ｒの光成分どうしの干渉と、緑色系であるコリメート光束Ｂ１ｇの光成分どうしの干渉のみならず、コリメート光束Ｂ１ｒの光成分とコリメート光束Ｂ１ｇの光成分との干渉も含まれる。これにより、後に説明するスクリーン５１に結像するホログラム画像は、赤色系または緑色系さらには赤色系と緑色系とが混合した色相により表示される。

また、図５と図６に示すように、第１の変換領域Ｍ１と第２の変換領域Ｍ２が長方形であり、その長辺どうしが平行となるように配置され、第１の変換領域Ｍ１と第２の変換領域Ｍ２とがわずかな距離だけ離れている。そのため、位相変調アレイ３１の全面積を有効に使用して、それぞれの波長の光を位相変調できるようになる。

図３に示すように、位相変調部２０Ａには、レンズホルダ３２が設けられている。レンズホルダ３２は基準ベース２２上に位置決めされて固定されている。レンズホルダ３２にＦＴレンズ（フーリエ変換レンズ）３３が保持されている。位相変調アレイ３１で反射された変調光束Ｂ２は、ＦＴレンズ３３を透過してフーリエ変換された変調光束Ｂ３となる。

図３に示すように、位相変調部２０Ａには、ミラー保持部材３９に保持された送光ミラー３４が設けられている。送光ミラー３４は平面ミラーであり、その反射面にＦＴレンズ３３の光軸が所定の角度で入射している。ＦＴレンズ３３でフーリエ変換された変調光束Ｂ３は、送光ミラー３４で反射され、反射された変調光束Ｂ４が、光学ユニット２０内を通過して、ホログラム結像部２０Ｂへ送られる。

（ホログラム結像部２０Ｂの構造）
図３に示すように、ホログラム結像部２０Ｂには、ミラー保持部材３５ａに保持された第１の中間ミラー３５と、ミラー保持部材３６ａに保持された第２の中間ミラー３６とが設けられている。第１の中間ミラー３５と第２の中間ミラー３６は平面ミラーである。図４に示すように、第１の中間ミラー３５の反射面は、位相変調部２０Ａに設けられた前記送光ミラー３４の反射面に対向している。また、第１の中間ミラー３５と第２の中間ミラー３６の反射面は所定の角度で対向している。ホログラム結像部２０Ｂでは、第２の中間ミラー３６の反射面による反射方向にスクリーン５１が配置されている。

図４に示すように、送光ミラー３４で反射された変調光束Ｂ４は、ケース内を図示右方向へ進行してから第１の中間ミラー３５で反射され、反射された変調光束Ｂ５が第２の中間ミラー３６で反射される。そして、第２の中間ミラー３６で反射された変調光束Ｂ６がスクリーン５１に与えられる。

位相変調アレイ３１では、第１の変換領域Ｍ１において赤色系のレーザ光の位相が個々のピクセル毎に変換され、第２の変換領域Ｍ２において緑色系のレーザ光が個々のピクセル毎に変換される。赤色系と緑色系のレーザ光の干渉光が混在した光は、ＦＴレンズでフーリエ変換され、その変調光束Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６がケース内の光路を経てスクリーン５１にデフォーカス（defocus）状態で結像され、スクリーン５１にホログラム画像が結像する。

位相変調アレイ３１を経た干渉光がＦＴレンズ３３を経て集光されると、１次回折光がスクリーン５１に結像される。スクリーン５１には、図２に示す表示領域３ａに投稿される表示画像７０とほぼ同じ内容のホログラム画像が結像する。このホログラム画像は、赤色系と緑色系ならびに２つの色相の混合色で形成される。変調光束Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６は光の干渉成分を含んでいるため、位相変調アレイ３１からスクリーン５１に至る空間に、２次回折光や３次回折光などが生成する多数の迷光画像が存在する。そこで、位相変調アレイ３１からスクリーン５１までの光路上に、複数段のアパーチャーが形成されて、１次回折光のみがスクリーン５１に到達できるようにしている。

図３と図４に示すように、位相変調部２０Ａからの光の出射部に遮光壁４１ａが設けられ、遮光壁４１ａに矩形状の第１のアパーチャー４１が開口している。ホログラム結像部２０Ｂへの光の入射部には、遮光壁４２ａが設けられ、遮光壁４２ａに矩形状の第２のアパーチャー４２が開口している。第２の中間ミラー３６とスクリーン５１の間には遮光壁４３ａが設けられており、この遮光壁４３ａに矩形状の第３のアパーチャー４３が開口している。第３のアパーチャー４３は、図１１にも示されている。

送光ミラー３４で反射された変調光束がスクリーン５１へ至るまでの光路上に、３段階のアパーチャー４１，４２，４３が設けられて、１次回折光以外の迷光が遮光され、スクリーン５１に、ホログラム画像を形成する１次回折光のみが到達できるようになっている。

図１１に示すように、ホログラム結像部２０Ｂでは、第３のアパーチャー４３の先側（出光側）に、スクリーン５１が配置されている。第２の中間ミラー３６で反射された変調光束Ｂ６は、第３のアパーチャー４３を通過してスクリーン５１に到達し、スクリーン５１に１次回折光によるホログラム画像が生成される。スクリーン５１は、表面に細かな凹凸が形成された透過型のディフューザ（Diffuser）であり、スクリーン５１に結像したホログラム画像を含む光は、スクリーン５１を透過して発散光の投影光Ｂ７となる。図４に示すように、投影光Ｂ７は、遮光壁４２ａに形成された第４のアパーチャー４４を通過して投影部２０Ｃに与えられる。

図１１に示すように、ホログラム結像部２０Ｂでは、第３のアパーチャー４３が開口している遮光壁４３ａにモータ５２が固定されており、円板形状のスクリーン５１がモータ５２の動力で常に回転させられている。スクリーン５１を回転させることで、表示画像７０のチラツキの原因となるスペックルノイズ（speckle noise）を低減させることができる。

図１１に示すように、ホログラム結像部２０Ｂでは、遮光壁４３ａにモニタ検知部５３が設けられている。モニタ検知部５３は第３のアパーチャー４３の下側に設けられている。モニタ検知部５３は、赤色波長検知部５３ａと緑色波長検知部５３ｂならびに位置検知部５３ｃの３つの検知部で構成されている。検知部５３ａ，５３ｂ，５３ｃのそれぞれは閉鎖空間の内部にピンフォトダイオードなどの受光素子が収納され、第２の中間ミラー３６に対向する側に開口部が形成されている。赤色波長検知部５３ａでは、前記開口部が赤色光を透過させる波長フィルターで覆われ、緑色波長検知部５３ｂでは、前記開口部が緑色光を透過させる波長フィルターで覆われている。

各検知部５３ａ，５３ｂ，５３ｃには、１次回折光または１次回折光以外の多次回折光のいずれかが照射される。位置検知部５３ｃの検知出力に基づいて、第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂおよびその他の各光学部品の位置調整が行われる。また、赤色波長検知部５３ａと緑色波長検知部５３ｂからの検知出力に基づいて、第１のレーザユニット２７Ａと第２のレーザユニット２７Ｂの発光強度が自動調整され、また位相変調アレイ３１による位相変調動作も自動制御される。

（投影部２０Ｃの構造）
図３と図４に示すように、投影部２０Ｃには、第１の投影ミラー５５と第２の投影ミラー５６とが対向して設けられている。第１の投影ミラー５５の反射面５５ａと第２の投影ミラー５６の反射面５６ａは凹面鏡（拡大鏡）である。スクリーン５１で結像したホログラム画像を含む投影光Ｂ７はスクリーン５１で発散されて第１の投影ミラー５５に与えられる。第１の投影ミラー５５でホログラム画像を拡大した投影光Ｂ８は、第２の投影ミラー５６に与えられてホログラム画像がさらに拡大される。図３に示すように、第２の投影ミラー５６の反射面５６ａで反射された投影光Ｂ９は上向きの光束となり、カバー板１４を透過し、図１に示すように、ウインドシールド３の表示領域３ａに投影される。

図２に示すように、表示画像７０では、自動車の速度表示７１、シフトレバーのポジション情報７２、ナビゲーション情報７３など、自動車の走行に付随する各種情報が表示される。この表示画像７０は、赤色光または緑色光で表示され、あるいは、赤色光と緑色光との混合色で表示される。

ウインドシールド３が半反射面として機能するため、運転者５には、表示画像７０がウインドシールド３よりも前方の虚像６の結像位置に存在しているように見える。

この画像処理装置１０は、スクリーン５１に結像されたホログラム画像が拡大されて表示領域３ａに投影されるため、ウインドシールド３の外部からカバー板１４の内部を覗き見ることがあっても、人の目にレーザ光が直接に与えられることがなく、安全性を確保できる。

（位相変調部２０Ａでの調整）
位相変調アレイ３１では、第１の発光部２３Ａから発せられたコリメート光束Ｂ１ｒが照射される領域が第１の変換領域Ｍ１となり、第２の発光部２３Ｂから発せられたコリメート光束Ｂ１ｇが照射される領域が第２の変換領域Ｍ２となる。第１の変換領域Ｍ１と第２の変換領域Ｍ２は、位相変調アレイ３１において予め決められた領域に高精度に位置決めされて形成されることが必要である。第１の変換領域Ｍ１と第２の変換領域Ｍ２の領域設定に狂いが生じると、スクリーン５１にホログラム画像を正確に結像させることが困難になる。また、各レンズの相対位置を高精度に決めないと、スクリーンにホログラム画像を鮮明に結像させることができなくなる。

そのためには、位相変調部２０Ａでは、組立作業の際に以下の調整が行われる。
（１）位置決めブロック２４Ａ，２４Ｂに対するレーザユニット２７Ａ，２７Ｂの固定位置の調整
図６に示すように、第１の位置決めブロック２４Ａでは、このブロック単体において設計上の規定光軸Ｏ１が定められており、同様に第２の位置決めブロック２４Ｂでも、設計上の規定光軸Ｏ２が定められている。

図７に示すように、第１の位置決めブロック２４Ａの端面に、取付け面２４Ｆが形成され、取付け面２４Ｆに、光通路２６Ａに通じる送光穴２４Ｇが形成されている。規定光軸Ｏ１は送光穴２４Ｇの中心に位置しており、取付け面２４Ｆは規定光軸Ｏ１と垂直な平面となっている。

第１のレーザユニット２７Ａは、第１の位置決め部材６３と第２の位置決め部材６４を使用して前記取付け面２４Ｆに固定される。第１の位置決め部材６３はリング部材であり、中央に貫通穴６３ａが形成されている。第１の位置決め部材６３の取付け面２４Ｆに対面する固定面６３ｂは平面である。固定面６３ｂと逆側では、貫通穴６３ａの周囲に受け凹面６３ｃが形成されている。

第２の位置決め部材６４は筒状のブラケットであり、中央部に貫通穴６４ａが形成されている。第２の位置決め部材６４の第１の位置決め部材６３に対向する面が突き当て面６４ｂとなっている。第１の位置決め部材６３の受け凹面６３ｃと、第２の位置決め部材６４の突き当て面６４ｂは、共に球面の一部である。受け凹面６３ｃと突き当て面６４ｂの球面の曲率半径は一致している。あるいは、受け凹面６３ｃの曲率半径が、第２の突き当て面６４ｂの曲率半径よりもやや小さく形成されている。第２の位置決め部材６４には、突き当て面６４ｂと逆側に保持筒６４ｃが一体に形成されている。

第１の位置決めブロック２４Ａと、第１の位置決め部材６３ならびに第２の位置決め部材６４はステンレス鋼などの金属製であり、第１のレーザユニット２７Ａのケースもステンレス製である。第１のレーザユニット２７Ａのケースは、第２の位置決め部材６４の保持筒６４ｃの内部に挿入されて、レーザ溶接によって互いに固定される。第１のレーザユニット２７Ａが第２の位置決め部材６４に固定された状態で、第１のレーザユニット２７Ａのレーザ発光点が突き当て面６４ｂの曲率半径のほぼ中心に一致する。

第１の発光部２３Ａの組立作業では、コリメートレンズ２８Ａを保持した第１の位置決めブロック２４Ａが、光学調整装置の治具に固定される。光学調整装置には、治具で保持された第１の位置決めブロック２４Ａの前方にＦＴレンズと、ビームプロファイラーが設けられている。第１の発光部２３Ａの組立て調整作業に先立って、光学調整装置に基準レーザが設置され、ビームプロファイラーで理想的な光学パターンが読み取られてメモリに記憶されている。

第１の位置決めブロック２４Ａが治具に固定された状態で、第１のレーザユニット２７Ａが固定された第２の位置決め部材６４と、第１の位置決め部材６３とが組み合わされて取付け面２４Ｆに突き当てられる。第１のレーザユニット２７Ａに通電してレーザ光を発光させながら、第２の位置決め部材６４と共に第１の位置決め部材６３を、取付け面２４Ｆに沿って、Ｘ−Ｙ方向へ移動させ、ビームプロファイラーを参照して、第１のレーザユニット２７Ａの発光点を規定光軸Ｏ１に一致させる調整が行なわれる。

続いて、第２の位置決め部材６４の突き当て面６４ｂを、第１の位置決め部材６３の受け凹部６３ｃに対してθｘならびにθｙ方向へ摺動させ、ビームプロファイラーを参照しながら、第１のレーザユニット２７Ａの傾きを調整する。これにより、第１のレーザユニット２７Ａからのレーザ光の発光光軸と規定光軸Ｏ１との傾きがゼロとなるように調整される。

第１の位置決め部材６３と第２の位置決め部材６４との位置調整が完了したら、第１の位置決め部材６３と取付け面２４Ｆとをレーザ溶接で固定し、第１の位置決め部材６３と第２の位置決め部材６４とをレーザ溶接で固定する。

第２の発光部２３Ｂにおいても、第２のレーザユニット２７Ｂが、第１の位置決め部材６３と第２の位置決め部材６４によって、第２の位置決めブロック２４Ｂに対して、同様にして位置調整されて固定される。

（２）コリメートレンズ２８Ａ，２８Ｂの位置調整
図６に示すように、第１の発光部２３Ａに設けられているコリメートレンズ２８Ａは長方形状である。第１の位置決めブロック２４Ａに形成された光通路２６Ａ内では、左右両側壁に凹部が形成され、この凹部の底部に保持摺動平面６５，６５が互いに対向して形成されている。コリメートレンズ２８Ａの幅寸法は、保持摺動平面６５，６５の対向間隔とほぼ一致しており、保持摺動平面６５，６５の間に挿入されたコリメートレンズ２８Ａは、ほとんど傾くことなく、規定光軸Ｏ１に沿って前後に平行移動できるようになっている。

第１の位置決めブロック２４Ａが前記光学調整装置の治具に固定され、第１の位置決め部材６３と第２の位置決め部材６４ならびに第１のレーザユニット２７Ａの位置が調整されて固定された後に、第１の位置決めブロック２４Ａを治具に固定させたままの状態で、コリメートレンズ２８Ａの位置調整が行われる。

この位置調整では、コリメートレンズ２８Ａが吸引治具で保持され、吸引治具の移動に伴ってコリメートレンズ２８Ａが光通路２６Ａ内で規定光軸Ｏ１に沿って前後に移動させられる。前記ビームプロファイラーを参照し、ビームプロファイラーで測定された光強度分布が最適値に近い状態となったときに、ＵＶ接着剤によって、コリメートレンズ２８Ａが第１の位置決めブロック２４Ａに固定される。

第２の発光部２３Ｂにおいても同様に調整が行われ、第２の位置決めブロック２４Ｂの内部でコリメートレンズ２８Ｂの位置が調整されて固定される。

（３）第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂの組み付け調整
前記調整工程（１）（２）で説明したように、第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂはそれぞれが単体で調整されて組み立てられ、その後に基準ベース２２に組み付けられる。

第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂを光学ユニット２０に組み付ける作業では、図６に示すように、基準ベース２２の位置決め基準面２２Ａに、調整スペーサ６１を介して第１の位置決めブロック２４Ａが設置される。固定ねじ２５Ａで仮止めした状態で、第１のレーザユニット２７Ａを発光させ、位相変調アレイ３１にコリメート光束Ｂ１ｒを照射する。コリメート光束Ｂ１ｒが照射されている領域である第１の変換領域Ｍ１が、測定カメラで観察され、第１の変換領域Ｍ１が予め決められた高さとなるように、調整スペーサ６１が選択される。

次に、第１の位置決めブロック２４Ａの上に第２の位置決めブロック２４Ｂが設置される。このときも調整スペーサ６２を選択することで、第２の発光部２３Ｂの垂直方向（ｉｉ）での高さ位置が調整される。調整の確認は、第２のレーザユニット２７Ｂを発光させ、位相変調アレイ３１に第２の変換領域Ｍ２を形成し、これをカメラで観測することで行なわれる。

第１の位置決めブロック２４Ａと第２の位置決めブロック２４Ｂの設置高さが決められた後に、両位置決めブロック２４Ａ，２４Ｂから発せられるコリメート光束Ｂ１ｒ，Ｂ１ｇの水平方向での照射角度の調整が行われる。

前記高さ調整に続いて、固定ねじ２５Ａ，２５Ｂを完全に締め付けることなく、固定ねじ２５Ａ，２５Ｂと取付け穴との隙間の範囲内で、第１の位置決めブロック２４Ａと第２の位置決めブロック２４Ｂをそれぞれ水平方向へ動かして、レーザ照射方向を変化させる。この調整作業は、位相変調アレイ３１に対する赤色系のコリメート光束Ｂ１ｒの照射領域（第１の変換領域Ｍ１）と、緑色系のコリメート光束Ｂ１ｇの照射領域（第２の変換領域Ｍ２）をカメラで観察することで行なわれる。あるいは、表示画像６０の表示データに基づく駆動信号によって第１のレーザユニット２７Ａと第２のレーザユニット２７Ｂを点灯させ、実際にスクリーン５１にホログラム画像を結像させ、ホログラム像をカメラで撮影して、ホログラム画像の位置や色相ならびに鮮明度などを観察しながら行われる。

第１の位置決めブロック２４Ａと第２の位置決めブロック２４Ｂの向きが適正な状態となった段階で、固定ねじ２５Ａ，２５Ｂが締め付けられ、第１の位置決めブロック２４Ａと第２の位置決めブロック２７Ｂが固定される。

（４）ミラー調整
図１０に、位相変調部２０Ａに設けられた送光ミラー３４の支持構造が示されている。ミラー保持部材３９は、アルミニウムによるダイキャスト法で形成されたものであり、保持枠部３９ａと支持部３９ｂとが互いに直角となるように一体に形成されている。

保持枠部３９ａの背部に板ばね材料による支持材（図示せず）が固定されており、送光ミラー３４は保持枠部３９ａと支持材との間に弾性的に挟持されている。支持部３９ｂは三角形状であり、保持枠部３９ａに近い位置に一対の支点固定穴３９ｃ，３９ｃが形成され、保持枠部３９ａから離れた位置に調整固定穴３９ｄが形成されている。一対の支点固定穴３９ｃ，３９ｃと調整固定穴３９ｄは、三角形のそれぞれの頂点に配置される位置関係となっている。

図１０に示すように、ＦＴレンズ３３の側方において、光学ベース２１の上面に、突条部６６が一体に形成され、突条部６６の頂部に幅が細い支点突部６６ａが形成されている。支点突部６６ａは、送光ミラー３４の反射面３４ａの設計上の位置と平行となるように形成されている。突条部６６上の２か所に、支点突部６６ａを貫通する一対の支点雌ねじ穴６６ｂ，６６ｂが形成されている。

光学ベース２１に浅い凹部６７が形成され、凹部６７に調整固定雌ねじ穴６７ａが形成されている。一対の支点雌ねじ穴６６ｂ，６６ｂと、調整固定雌ねじ穴６７ａは、三角形のそれぞれの頂点に配置される位置関係となっている。

支持部３９ｂに形成された一対の支点固定穴３９ｃ，３９ｃに支点固定ねじ６９ａ，６９ａが挿通されて支点雌ねじ穴６６ｂ，６６ｂに螺着される。凹部６７の内部に調整スペーサ６８が設置され、調整固定ねじ６９ｂが調整固定穴３９ｄに挿入されて調整固定雌ねじ穴６７ａに螺着される。

調整スペーサ６８は厚さの相違するものが複数種類用意されており、いずれかの調整スペーサ６８を選択することで、送光ミラー３４の倒れ方向（α方向）の角度が調整される。支点固定ねじ６９ａ，６９ａならびに調整固定ねじ６９ｂで支持部３９ｂが固定されるときに、支持部３９ｂは細幅の支点突部６６ａを支点として傾くことができる。そのため、どのような厚さの調整スペーサ６８を使用しても、支持部３９ｂを、光学ベース２１にしっかりと固定することができる。

送光ミラー３４のα方向への傾き調整と同時に、またはその後で、３個の固定ねじ６９ａ，６９ａ，６９ｂが完全に締め付けられていない状態で、固定ねじ６９ａ，６９ａ，６９ｂと固定穴３９ｃ，３９ｃ，３９ｄとの隙間の範囲内で、ミラー保持部材３９を回転方向（β方向）へ動かして、β方向での傾き角度が調整される。α方向とβ方向の角度調整が完了したら、固定ねじ６９ａ，６９ａ，６９ｂが締め付けられ、光学ベース２１にミラー保持部材３９が固定される。

ホログラム結像部２０Ｂに設けられている前記第１の中間ミラー３５を保持しているミラー保持部材３５ａの形状は、図１０に示したミラー保持部材３９と実質的に同じである。ミラー保持部材３５ａの下には、図１０に示したのと同じ支持構造部が形成されており、第１の中間ミラー３５もα方向とβ方向での角度調整が可能となっている。

第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂとでレーザユニット２７Ａ，２７Ｂを発光させ、スクリーン５１にホログラム像を結像させた状態で、送光ミラー３４と第１の中間ミラー３５の双方の角度が調整されて、スクリーン５１におけるホログラム画像の結像位置が規定された領域となるように調整される。

（ケース内の光路の説明）
この画像処理装置１０は、自動車に設置された状態で、光学ユニット２０の光学ベース２１がほぼ水平に向けられる。図４に示すように、第１の発光部２３Ａと第２の発光部２３Ｂから発せられるコリメート光束Ｂ１ｒ，Ｂ１ｇと、位相変調アレイ３１で変換された変調光束Ｂ２、ならびにＦＴレンズを経た変調光束Ｂ３の光軸は、全て光学ベース２１と平行となるように水平に延びている。また、送光ミラー３４で反射された変調光束Ｂ４と、第１の中間ミラー３５で反射された変調光束Ｂ５、ならびに第２の中間ミラー３６で反射された変調光束Ｂ６の光軸も、光学ベース２１と平行で水平に延びている。スクリーン５１を通過した投影光Ｂ７の光軸も水平であり、第１の投影ミラー５５で反射された投影光Ｂ８がやや上向きとなって第２の投影ミラー５６に与えられ、第２の投影ミラー５６で反射された投影光Ｂ９がウインドシールド３に向けて上向きに照射される。

投影光Ｂ８，Ｂ９以外の光成分の光束が、投影光Ｂ９の上向きの投影方向と交差してほぼ水平に向けられているため、画像処理装置１０を薄型に構成することが可能になり、ダッシュボード２の内部に埋設しやすくなる。

図３と図４に示すように、送光ミラー３４から第１の中間ミラー３５に至る変調光束Ｂ４は、第１の投影ミラー５５と第２の投影ミラー５６との間を通過し、第１の投影ミラー５５から第２の投影ミラー５６に向かう投影光Ｂ８が、前記変調光束Ｂ４と交差している。投影部２０Ｃで光を交差させることで、ＦＴレンズ３３からスクリーン５１までの光路を長く確保でき、スクリーン５１に適度な倍率でホログラム画像を結像させることができる。また光束を交差させることにより、光路が長くても、画像処理装置１０を小型に構成することが可能になる。

図４に示すように、送光ミラー３４から第１の中間ミラー３５に向かう変調光束Ｂ４と、第２の中間ミラー３６からスクリーン５１に向かう変調光束Ｂ６とで、光の向きが逆である。また、スクリーン５１から第１の投影ミラー５５に向かう投影光Ｂ７の向きも前記変調光束Ｂ４の向きと逆である。このように、ケース内で光束の向きを逆にすることによっても、装置全体を小型に構成することができる。

１ 自動車
２ ダッシュボード
３ ウインドシールド
５ 運転者
１０ 画像処理装置
１１ 下部ケース
１２ 上部ケース
１４ カバー板
２０ 光学ユニット
２０Ａ 位相変調部
２０Ｂ ホログラム結像部
２０Ｃ 投影部
２１ 光学ベース
２３Ａ，２３Ｂ 発光部
２４Ａ，２４Ｂ 位置決めブロック
２５Ａ，２５Ｂ 固定ねじ
２７Ａ，２７Ｂ レーザユニット
２８Ａ，２８Ｂ コリメートレンズ
３１ 位相変調アレイ
３３ ＦＴレンズ
３４ 送光ミラー
３５ 第１の中間ミラー
３６ 第２の中間ミラー
４１，４２，４３，４４ アパーチャー
５１ スクリーン
５５ 第１の投影ミラー
５６ 第２の投影ミラー
６１，６２，６８ 調整スペーサ
６３ 第１の位置決め部材
６４ 第２の位置決め部材
６６ａ 支点突部
７０ 表示画像
Ｂ０ レーザ光束
Ｂ１ｒ，Ｂ１ｇ コリメート光束
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６ 変調光束
Ｂ７，Ｂ８ 投影光
Ｍ１ 第１の変換領域
Ｍ２ 第２の変換領域

Claims (10)

1. レーザ光源と、それぞれのレーザ光源から発せられるレーザ光を位相変調する位相変調アレイと、が設けられた画像処理装置において、
   波長が相違する複数の前記レーザ光源が設けられ、それぞれの前記レーザ光源から発せられるレーザ光が、前記位相変調アレイの所定の領域に照射され、前記位相変調アレイにより、波長が相違する複数の前記レーザ光が同時に位相変調されて、ホログラム画像が生成されることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記位相変調アレイで位相変調された変調光束がＦＴレンズに与えられ、前記ＦＴレンズによってスクリーンにホログラム画像が結像される請求項１記載の画像処理装置。
3. 異なる波長のレーザ光は、前記位相変調アレイの重複しない領域に照射される請求項１または２記載の画像処理装置。
4. それぞれの前記レーザ光源の発光方向の前方にコリメートレンズが設けられ、それぞれの前記レーザ光源から発せられるレーザ光は、前記コリメートレンズにより平行光束とされて、前記位相変調アレイに照射される請求項１ないし３のいずれかに記載の画像処理装置。
5. 前記コリメートレンズは長方形であり、前記平行光束は断面が長方形である請求項４記載の画像処理装置。
6. 前記位相変調アレイに前記平行光束が照射される領域は長方形であり、異なる波長のレーザ光が照射される前記領域の長方形の長辺どうしが互いに平行に位置している請求項５記載の画像処理装置。
7. １つの前記レーザ光源とこれに対応する前記コリメートレンズが位置決めブロックに位置決めされて固定されており、
   複数の前記位置決めブロックが上下に重ねられて固定され、それぞれの前記位置決めブロックから送り出される平行光束が、前記位相変調アレイに与えられる請求項４ないし６のいずれかに記載の画像処理装置。
8. 前記位置決めブロックと、前記位相変調アレイが、同じ基準ベース上に固定されている請求項７記載の画像処理装置。
9. 前記位置決めブロックと、前記位相変調アレイの位置調整はスペーサを挿入してなされる請求項７記載の画像処理装置。
10. 前記レーザ光源と前記位相変調アレイがケース内の光学ベースに固定されており、前記ケースが取付け母材に固定され、前記光学ベースは前記ケースに弾性部材を介して支持されている請求項１ないし９のいずれかに記載の画像処理装置。

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