JP4517601B2

JP4517601B2 - 投射型画像表示装置

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Publication number: JP4517601B2
Application number: JP2003272587A
Authority: JP
Inventors: 章弘小嶌
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Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2010-08-04
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Description

本発明は、光源にレーザーを用いて画像の表示を行う投射型画像表示装置に係わる。

大画面表示が可能な画像表示装置として、投射型画像表示装置、即ちいわゆるプロジェクタ装置が知られている。

そして、投射型画像表示装置において、映像信号による変調の容易さ、色再現性の良さ、明るさを充分に確保できる等の利点から、光源にレーザー光を用いて、レーザービームを走査することにより画像を表示することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、レーザー光は非常に小さい発光点から発光し、かつ発散角が小さい平行光であるため、その光を直接覗き込むと眼の網膜上に小さな点として集中し、そのレーザーパワーが大きいと眼の網膜に熱傷をもたらす性質を持っている。

そのため、レーザー光使用機器については、国際レーザー安全規格ＩＥＣ６０８２５シリーズ、及び各国のそれに準じた国内規格により、レーザー機器の製造者及び使用者に対する厳しい安全規格が設けられている。例えば、ＩＥＣ６０８２５−１では、レーザーパワーの大きさによってクラス１からクラス４までのクラス分類を行い、それぞれのクラスごとに、製造者及び使用者が守るべき指針を設けている。

例えば、近年、色鮮やかなレーザービームを用いたレーザーライトショーが、大きなイベント等で行われるようになって来ている。
このレーザーライトショーの場合も、機器製造者及び使用者は、上記安全規格に基づいた取り扱いをしなければならない。例えば、より明るいレーザービームでのレーザーライトショーを行うには、レーザー機器を熟知した管理者が必要である。

これに対して、レーザービームをスクリーン上に走査する画像表示装置の場合には、一旦スクリーンに当たって拡散反射されたレーザー光が、四方八方に拡散されるため、かなりの強度のレーザー（レーザークラス分類３Ｂ以下）でも安全であると確認されている。
特開平３−６５９１６号公報

ところが、万一、誤ってスクリーンに照射される以前のレーザービームを直接見てしまった場合には、レーザービームの光量が大きいと、眼の網膜を熱傷する危険性がある。

そこで、上述の問題を解決する方法として、以下の方法が考えられる。
まず、第１の方法として、レーザービームが眼に直接入射しても安全である範囲にて、動作させる方法がある。具体的には、レーザービーム被爆条件により異なるが、レーザークラス分類１又は２の範囲にて動作させる。
また、第２の方法として、観客が直接レーザービームを覗き見することが不可能なように、レーザー照射空間に人が入れないように遮蔽物を設ける。
また、第３の方法として、観客が直接レーザービームを覗き見することが不可能なように、レーザー照射空間への人の侵入を監視し、もしその照射空間に何らかの侵入物体があった場合には、レーザー光の出力を人に害のない程度に下げる。

しかしながら、第１の方法では、レーザーパワーが小さく規制されるため、画像表示を明るくすることができない。このため、レーザービームを用いた利点を充分に発揮することができない。
また、第２の方法では、遮蔽物が観客にとって目障りになる可能性が高い。
そこで、第３の方法が、表示される画像の品質への影響が最も少なく、一番望ましいと考えられる。

そして、上述の第３の方法を実現した構成として、画像表示用のレーザー光が走査される画像表示領域空間を含み、さらに、ある程度の外縁領域空間までを含む空間を監視して、人の侵入速度を考慮して画像表示領域に達する前にレーザー光の出力を人に害のない程度に下げる構成が考えられる。

しかしながら、この構成を採用した場合には、以下に挙げる短所がある。
まず、第１に、外縁領域空間だけに人が留まり、レーザー光が照射される画像表示領域空間には入らない場合でも、画像表示の輝度が下がってしまう。

第２に、一つのセンサーのみで監視を行う構成とすると、監視領域の一部のどの領域で異常を感知（侵入物体を感知）しても、画像表示全体の輝度が下がってしまう。
例えば、現行のレーザー安全国際規格（ＩＥＣ６０８２５−１）を最も安全側で解釈すると、子供の指を検出しなければならないが、その程度の大きさの虫（直径１２ｍｍ程度）が飛行して侵入した場合でも画像表示全体の輝度が下がってしまう。
そこで、複数のセンサーで監視を行う構成とする、若しくは高度な画像処理を行って侵入物体の侵入位置を確定し、侵入位置付近の部分のみ画像表示輝度を下げる構成とすることが考えられるが、これらの構成を採用すると、その分装置のコストが増大する。

第３に、投射レンズから２次元平面である画像表示スクリーンを包含する広い領域を常時監視する必要があるため、１次元もしくはポイントでの監視をする場合と比較して、検知信号を出力するまでに長い時間がかかってしまう。

上述した問題の解決のために、本発明においては、画像表示用の投射空間内に侵入物体があったときに、短時間で容易に検知を行うことができると共に、画像表示に対する影響を抑制することを可能にする投射型画像表示装置を提供するものである。

本発明の投射型画像表示装置は、レーザー光を走査することにより、画像を表示するスクリーンに画像を投射する投射手段と、この投射手段とスクリーンとの間の侵入物体の有無を検知する検知手段とを備え、この検知手段は、人間の眼に見えない検知光を照射して、反射した検知光を受光検出して、侵入物の有無を検知する構成とされ、レーザー光の走査の方向においてレーザー光よりも間隔をおいて先行する位置のみに検知光を照射して、検知手段による検知が行われるものである。

上述の本発明の投射型画像表示装置の構成によれば、レーザー光を走査することにより画像を表示するスクリーンに画像を投射する投射手段とスクリーンとの間の侵入物体の有無を検知する検知手段とを備え、この検知手段が、人間の眼に見えない検知光を照射して、反射した検知光を受光検出して、侵入物の有無を検知する構成とされ、レーザー光の走査の方向においてレーザー光よりも間隔をおいて先行する位置のみに検知光を照射して、検知手段による検知が行われることにより、レーザー光が侵入物体に照射される前に、先行して侵入物体の有無を検知することができる。

上述の本発明によれば、画像表示用のレーザー光の投射空間内に侵入物体があったときに、侵入物体にレーザー光が照射される前に、短時間で容易に検知を行うことができる。

そして、例えば、侵入物体があったときには、画像表示用のレーザー光の出力が低減される構成とすれば、人に害を与えない程度のレーザー光とすることができ、充分な安全性を確保することが可能となり、眼に安全な投射型画像表示装置の構築が可能になる。また、画像表示用のレーザー光の投射空間に侵入した侵入物体がスクリーンに投影される近傍のみ画像用レーザービームの出力を低減することも容易になるため、表示画像に対する侵入物体の影響を抑制して、観客に不満を与えないようにすることが可能になる。

さらに、走査鏡や投射レンズ等の投射手段を、検知手段と画像表示用のレーザー光とで共用とすることが可能であり、このように投射手段を共用する構成としたときには、投射型画像表示装置とスクリーンとの距離を変更した場合の設定手順を簡略化することができ、また装置のコストを削減することができる。

まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概念を説明する。
本発明は、レーザー光を走査してスクリーンに投射することにより画像を表示する投射型表示装置において、画像表示用のレーザービームが照射される予定の行路を、何らかの検知方法で先行して監視するものである。
即ち、例えば図８に示すように、スクリーン１に照射される画像表示用レーザー光２の走査行路４において、これからレーザービームが照射される予定の行路（図中の点線部分）において、即ち例えば検知位置５において、先行して侵入物体の有無を検知するものである。侵入物体の有無を検知する方法は、特に限定されないが、例えば図８に示す検知光（例えば眼に安全な出力レベルの赤外線レーザー光等）３を検知位置５に照射すればよい。

このようにすれば、画像表示用レーザー光２が照射される前に、侵入物体の有無が検知できるため、侵入物体が有った場合には、例えば、画像表示用レーザー光２の出力を低減させることにより、人に害のない程度にすることができる。
そして、前述した画像表示領域を包含する外縁領域も含む領域空間を監視する場合と比較して、レーザー出力を低減させる領域が小さくなるため、画像が暗くなる領域を小さくすることができる。

なお、検知した情報によって画像表示用レーザービーム２の出力強度を制御する時間が確保されるように、画像表示用レーザービーム２の照射位置に対して検知位置５を先行させる量を設定する。

続いて、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施の形態の投射型画像表示装置の概略構成図を図１に示す。図１Ａは投射型画像表示装置全体の概略図を示し、図１Ｂは要部の拡大平面図を示し、図１Ｃは要部の拡大斜視図を示している。
この投射型画像表示装置１０は、図示しないレーザー光源からの、赤Ｒ・緑Ｇ・青Ｂの各色のレーザー光を用いて、これらのレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを合波して、画像表示用レーザービーム１５を作製し、この画像表示用レーザービーム１５を走査してスクリーン１に照射することにより、スクリーン１に画像を表示するものである。
また、この投射型画像表示装置１０は、レーザー光源からの各色のレーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂを１次元方向に長く伸ばされたレーザービームに変調するＧＬＶ（Grating Light Valve）素子１１と、レーザー光の光路を変えて合波するためのハーフミラー１２と、合波されたレーザービーム１５を走査させる走査鏡（Scanning Mirror ）１３と、レーザービーム１５を拡大照射する投射レンズ１４とを備えている。

レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂは、ＧＬＶ素子１１に照射されることにより、１次元方向に、例えばスクリーン１の画面（画像表示領域）の上下方向に対応する方向に、長く伸ばされた縦長のレーザービームに変調された後に、ハーフミラー１２を経て合波される。そして、走査鏡１３により、スクリーン１の画面（画像表示領域）の水平方向（レーザービームの長手方向とは略垂直な方向）に走査される。
これにより、スクリーン１の画面にカラー画像が表示される。

本実施の形態の投射型画像表示装置１０は、特に、画像表示用レーザービーム１５をスクリーン１に投射するための構成の他に、前述したように先行して侵入物体の検知を行うための検知手段を備えている。
即ち、図示しない赤外線レーザー光源と、この光源からの赤外線レーザービーム１６（ＩＲ）の光路を変更するハーフミラー１２と、赤外線レーザービーム１６が反射して戻ってきた戻り光を受光検出するディテクタ１７と、図示しないがディテクタ１７で受光検出した戻り光と出射光とのパルス位相差を計測して、反射距離を算出する手段とを備えている。
なお、赤外線レーザービーム１６が、ＧＬＶ素子１１により縦長に変調された画像表示用レーザービーム１５に対応するように、縦長のビームとなってスクリーン１に照射されるように、赤外線レーザー光源や光学系が構成される。
また、図示しないが、画像表示用レーザービーム１５の出力を制御するために、各色Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザー光源の出力を制御する制御手段も備えている。

さらに、赤外線レーザービーム１６を、画像表示用レーザービーム１５よりも先行してスクリーン１の画面に照射するために、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、走査鏡１３に入射する角度を異ならせている。走査鏡１３は、軸の回りに回動する鏡面により構成され、この鏡面の回動により、画像表示用レーザービーム１５及び赤外線レーザービーム１６の走査が行われる。
なお、走査鏡１３の反射面での反射位置は同じであり、いずれのレーザービーム１５，１６も軸中心にて反射するように入射させている。

また、本実施の形態の投射型画像表示装置１０のスクリーン１付近の状態を、図２Ａ及び図２Ｂに示す。図２Ａは、スクリーン１の上方から眺めた平面図を示し、図２Ｂは投射型画像表示装置１０側からスクリーン１を眺めた平面図である。
上述したように、走査鏡１３に入射する角度を異ならせたことにより、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、画像表示用レーザービーム１５に対して、走査方向ＳＣに距離Ｄの間隔をおいて、赤外線レーザービーム（測距用レーザービーム）１６を先行させている。
距離Ｄは、例えば１０〜２０画素分とすることができる。

このように構成されていることにより、赤外線レーザー光源からの赤外線レーザービーム１６は、ハーフミラー１２で反射されて走査鏡１３に入射し、走査鏡１３で反射して、画像表示用レーザービーム１５よりも先行して、スクリーン１側に向けて照射される。
照射された赤外線レーザービーム１６は、スクリーン１或いはその手前の空間にある侵入物体により反射される。
反射した戻り光は、再び走査鏡１３で反射して、ハーフミラー１２を透過してディテクタ１７に入射する。
そして、ディテクタ１７で受光検出した戻り光と、赤外線レーザー光源からの出射光とのパルス位相差を計測することにより、赤外線レーザービーム１６の反射距離を算出することができる。
即ち、赤外線レーザービーム１６は、測距用レーザービームともなるものであり、算出された反射距離と、スクリーン１に向けて照射した方向とから、スクリーン１で反射したか、或いは侵入物体で反射したかを判別することができる。

こうして判別した結果、侵入物体で反射したことがわかった場合には、侵入物体に画像表示用レーザービーム１５が照射される間は、制御手段により画像表示用レーザービーム１５の出力が低減されるように、各色Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザー光源の出力を低減させる。
そして、赤外線レーザービーム１６による検知を引き続き継続して、赤外線レーザービーム１６がスクリーン１で反射するようになったら、侵入物体を通り過ぎたと判断して、画像表示用レーザービーム１５が侵入物体を通り過ぎてからは出力が元に戻るように、各色Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザー光源の出力を上げる。

これにより、画像表示用レーザービーム１５が侵入物体を通り過ぎるまでの間（例えば数百μ秒）、画像表示用レーザービーム１５の出力が低減されて、人に害を与えない程度のレーザービームとなる。

上述の本実施の形態の投射型画像表示装置１０によれば、画像表示用レーザービーム１５に対して先行するように、赤外線レーザービーム（測距用レーザービーム）１６をスクリーン１に照射して、測距用レーザービームが反射した戻り光をディテクタ１７で受光検出する構成とされているので、画像表示用レーザービーム１５が照射される前に、測距用レーザービーム１６の反射距離を測定して、その位置の侵入物体の有無を判別することができる。
また、判別により、侵入物体があることがわかった場合には、制御手段により画像表示用レーザービーム１５の出力が低減されるように、各色Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザー光源の出力を低減させることにより、人に害を与えない程度のレーザービームとすることができる。
従って、眼に安全なレーザー走査画像表示装置の構築が可能になる。

そして、画像表示用レーザービーム１５が侵入物体を通り過ぎるまでの間、画像表示用レーザービーム１５の出力を低減させることにより、表示される画像は、侵入物体に対応するごく一部の領域を除いて、通常の明るい画像が表示される。即ち、侵入物体がスクリーンに投影される近傍のみ、画像表示用レーザービームの出力強度を下げることが、容易にできる。
従って、フィルム映画の映写と同様に見ることができるため、観客に不満を与えずに安全性を確保することが可能になる。

さらに、測距用レーザービーム１６を走査させてスクリーン１に照射するための構成、即ち反射鏡１３及び投射レンズ１４等が、画像表示用レーザービーム１５と共用となっているため、投射レンズ１４からスクリーン１までの距離を変更したときの設定手順を簡略化することができると共に、コストを削減することができる。

次に、本発明の他の実施の形態の投射型画像表示装置の概略構成図を図３に示す。図３Ａは投射型画像表示装置全体の概略図を示し、図３Ｂは要部の拡大平面図を示し、図３Ｃは要部の拡大斜視図を示している。
この投射型画像表示装置２０は、画像表示用レーザービーム１５をスクリーン１に照射するための構成は、先の実施の形態の投射型画像表示装置１０と同様になっている。一方、侵入物体を検知する検知手段の構成は、先の実施の形態の投射型画像表示装置１０とは異なっている。

具体的には、図示しない赤外線光源（例えば赤外線投光機や赤外線を発生する発光ダイオード等）と、赤外線を受光検出するディテクタ１７とを備え、赤外線光源から（投射レンズ１４を経由せず）直接スクリーン１へ向けて赤外線２１が投射され、この赤外線が反射された反射光２２が、投射レンズ１４・走査鏡１３を経て、スクリーン１上に焦点が合う位置に配置されたディテクタ１７にて受光検出される構成となっている。赤外線は、スクリーン１全体に照射する。
この場合、ディテクタ１７には、例えば、赤外線ＩＲを検出する構成の、ＧＬＶ素子１１の長く伸張された方向に撮像画素が配置された１次元ＣＣＤ撮像素子を用いることができる。

そして、図３Ｂ及び図３Ｃにも示すように、反射光２２の赤外線は、図１Ｂ及び図１Ｃの測距用レーザービーム１６とはちょうど逆向きで反射鏡に入射している。
反射光２２と画像表示用のレーザービーム１５は、向きが反対で反射位置がいずれも走査鏡１３の鏡面の軸中心であり、入射角度・反射角度が異なっている。

また、本実施の形態の投射型画像表示装置２０のスクリーン１付近の状態を、図４Ａ及び図４Ｂに示す。図４Ａは、スクリーン１の上方から眺めた平面図を示し、図４Ｂは投射型画像表示装置２０側からスクリーン１を眺めた平面図である。
図４Ａに示すように、赤外線光源からの赤外線２１は、スクリーン１で反射し、その一部が反射光２２となって、投射型画像表示装置２０側に入射するようになっている。なお、図４Ｂは図２Ｂと同様になっている。

その他の構成は、先の実施の形態の投射型画像表示装置１０と同様であるので、重複説明を省略する。

このように構成されていることにより、投射型画像表示装置２０とスクリーン１との間に侵入物体があると、反射光２２が遮られてディテクタ１７に達しなくなる。
従って、ディテクタ１７で反射光２２の有無を検知することにより、侵入物体の有無を検知することができる。

そして、特にディテクタ１７を１次元ＣＣＤ撮像素子により構成すれば、図４Ｂに示した線状の反射光２２のうち、どの部分が侵入物体で遮られているかを検知することができるため、制御手段によりレーザー光源の出力を低減させる領域を、侵入物体で遮られた部分のみに限定することが可能になる。

さらに、本実施の形態において、赤外線光源からの赤外線２１は、動的に検知位置に照射される構成としても、スクリーン１の画面全体に照射される構成としてもよい。

なお、ディテクタ１７の代わりに、撮像素子が組み込まれた赤外線感知カメラを使用することも可能である。この場合、カメラを調整して、スクリーン１上に焦点が合うように設定する。

上述の本実施の形態の投射型画像表示装置２０によれば、画像表示用レーザービーム１５に対して先行する検知位置において反射した、反射光（赤外線）２２をディテクタ１７で受光検出する構成とされているので、画像表示用レーザービーム１５が照射される前に、その位置の侵入物体の有無を判別することができる。
また、判別により、侵入物体があることがわかった場合には、制御手段により画像表示用レーザービーム１５の出力が低減されるように、各色Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザー光源の出力を低減させることにより、人に害を与えない程度のレーザービームとすることができる。
従って、眼に安全なレーザー走査画像表示装置の構築が可能になる。

次に、本発明のさらに他の実施の形態の投射型画像表示装置の概略構成図を図５に示す。図５Ａは投射型画像表示装置全体の概略図を示し、図５Ｂは要部の拡大平面図を示し、図５Ｃは要部の拡大斜視図を示している。
この投射型画像表示装置３０は、画像表示用レーザービーム１５をスクリーン１に照射するための構成は、先の実施の形態の投射型画像表示装置１０と同様になっている。
一方、侵入物体を検知する検知手段の構成は、先の実施の形態の投射型画像表示装置１０と概略は同じであるが、スクリーン１に照射される範囲が異なっている。

具体的には、図５Ｃに示すように、測距用レーザービーム１６の幅が、画像表示用レーザービーム１５の幅よりも小さくなっている。
そして、本実施の形態の投射型画像表示装置３０のスクリーン１付近の状態を、図６Ａ及び図６Ｂに示す。図６Ａは、スクリーン１の上方から眺めた平面図を示し、図６Ｂは投射型画像表示装置３０側からスクリーン１を眺めた平面図である。
図６Ｂに示すように、測距用レーザービーム１６は、スクリーン１の下側の一部の領域のみに照射されるようになっている。なお、図６Ａは図２Ａと同様になっている。
その他の構成は、先の実施の形態の投射型画像表示装置１０と同様であるので、重複説明を省略する。

このように構成されていることにより、検知手段の検知領域の範囲が画像表示領域内の一部の領域と小さくなるため、例えば判別を行う際の演算をより短い時間で行うことができ、素早く画像表示用レーザービーム１５の出力を低減を行うことが可能になる。
この場合、横方向や上方からの侵入は検知できないので、スクリーン１を床面からある程度以上の高さに設置することが望ましい。
なお、図５Ｃ及び図６Ｂでは、検知位置を幅の小さい部分としているが、スクリーン１の下端の１画素を検知位置とすることも可能である。

上述の本実施の形態の投射型画像表示装置３０によれば、画像表示用レーザービーム１５に対して先行するように、赤外線レーザービーム（測距用レーザービーム）１６をスクリーン１に照射して、測距用レーザービームが反射した戻り光をディテクタ１７で受光検出する構成とされているので、画像表示用レーザービーム１５が照射される前に、測距用レーザービーム１６の反射距離を測定して、その位置の侵入物体の有無を判別することができる。
また、判別により、侵入物体があることがわかった場合には、制御手段により画像表示用レーザービーム１５の出力が低減されるように、各色Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザー光源の出力を低減させることにより、人に害を与えない程度のレーザービームとすることができる。
従って、眼に安全なレーザー走査画像表示装置の構築が可能になる。

また、本発明の別の実施の形態として、図５及び図６に示した投射型画像表示装置３０の構成を変形して、測距用レーザービーム１６の照射位置を、スクリーン１の画像表示領域よりも下にした構成とすることも可能である。
この構成のスクリーン１付近の状態を、図７に示す。図７に示すように、画像表示用レーザービーム１５の照射位置に対して、走査方向ＳＣに先行し、かつスクリーン１の画像表示領域よりも下の位置に、測距用レーザービーム１６が照射されている。
このような照射を行うためには、走査鏡の鏡面を広げて、鏡面の軸中心の画像表示用レーザービーム１５の反射位置と重ならない部分で測距用レーザービーム１６を反射させる構成とすればよい。
このように構成されていることにより、例えば画像表示用レーザービーム１５に対して、走査鏡とスクリーン１との間で何らかの変調（例えば、スペックル低減のためのディフューザの挿入）を行う場合に、その影響を測距用レーザービーム１６に及ぼさないようにすることが可能になる。

なお、図３の投射型画像表示装置２０の説明で記載した、ディテクタ１７に１次元ＣＣＤ撮像素子を用いる構成は、他の実施の形態の投射型画像表示装置１０，３０にも同様に適用することができる。また、１次元ＣＣＤ撮像素子に限らず、ＣＭＯＳ型撮像素子等その他の撮像素子による１次元撮像素子を用いることにより、同様の効果が得られる。
１次元撮像素子等を用いることにより、撮像素子の出力をそのまま利用して、縦方向の検知位置のうち、どの部分に侵入物体があるかを、容易にかつ素早く検知することが可能になる。

上述の各実施の形態では、走査方向ＳＣをスクリーン１の水平方向とした水平走査の場合であったが、本発明では走査方式及び走査方向は特に限定されず、その他の構成も可能である。

ここで、走査方式による違いを図９を参照して説明する。
侵入物体の検知についての情報処理にかかる時間は、その検知回路の処理スピードにより、今後の半導体技術の進歩と共に更に短縮されることが予想されるが、現状では１００μ秒程度かかる。

そこで、ここでは、検知位置を１００μ秒分だけ画像表示用レーザービームよりも先行させるとした構成において、走査方式による違いを比較検討する。
また、画像信号は、ハイビジョン方式１０３５ｉ(垂直方向画素１０３５点、水平方向画素１９２０点)・走査効率７０％として、フレーム周波数が６０Ｈｚ並びに７２Ｈｚである場合について計算した。

図９Ａは、従来の画像表示装置に一般的に用いられる、水平垂直走査方式に本発明を適用した場合を示している。
この水平垂直走査方式では、図９Ａに示すように、画像表示用レーザービーム６１をスクリーン１に対して水平方向及び垂直方向に走査して画像を表示する。
そして、上述の画像信号の場合、検知位置（測距用レーザービーム６２の照射位置）を１００μ秒先行させると、フレーム周波数が６０Ｈｚの場合には８５４７画素、フレーム周波数が７２Ｈｚの場合には１０２０４画素、それぞれ先行させることになる。これだけの画素の分先行させると、約５回の水平走査の折り返しが起こるため、走査方向ＳＣで見ると、必ずしも検知位置の方が先行しない。図９Ａは検知位置が走査方向ＳＣでは先行していない状態を示している。
このような状態では先行検知が難しくなり、特に侵入物体が動く場合（特に移動の垂直方向の成分がある場合）には出力を低減していない画像表示用レーザービーム６１が侵入物体に当たってしまう可能性がある。

図９Ｂは、前述した実施の形態で採用されていた、水平走査方式の場合を示している。
この水平走査方式では、上述の画像信号の場合、検知位置（測距用レーザービーム１６の照射位置）を１００μ秒先行させると、フレーム周波数が６０Ｈｚの場合には１６画素、フレーム周波数が７２Ｈｚの場合には２０画素、それぞれ先行させればよいことになる。
即ち、水平走査方式では約２０画素の先行検知で良いことになり、そのためには水平方向両側端で各２０画素程度オーバースキャン（過走査）するようにすれば良い。
この場合は、検知位置が、走査方向ＳＣで常に先行し、また間隔も約２０画素で済むため、容易にかつ確実に侵入物体の検知を行うことができる。
なお、検知位置が画像表示領域の走査開始端部にあるときに、画像表示用レーザービーム１５の照射位置が画像表示領域外となるので、画像表示用レーザービーム１５の照射位置が画像表示領域内に入るまで、画像表示用レーザービーム１５用の画像信号を停止することが望ましい。一方、画像表示用レーザービーム１５の照射位置が、画像表示領域の走査終了端部にあるときには、検知位置が画像表示領域外になり、測距用レーザービーム１６での検知を停止してもよい。
以上のように、現時点での検知回路の処理スピードを考えると、本発明の水平走査方式への適用は、容易である。また、今後の半導体技術の進歩により１０倍程度検知回路の処理スピードが向上すれば、水平垂直走査方式においても、先行検知が可能になり、本発明を適用できる。

また、侵入物体を検知して画像表示用レーザービームの出力を低減する投射型画像表示装置について、従来考えられていた構成と本発明の構成とを比較する。

従来考えられていた構成では、図１０Ａに示すように、スクリーンの画像表示領域５１とその周囲の部分を含んで広く監視領域５２を設定し、侵入物体があった場合にレーザービーム出力を低減する構成となっていた。
この構成では、監視領域５２内に侵入物体があると、画面全体が暗くなってしまう。そして、画像表示領域５１ではなく、その周囲の部分のみに侵入物体５４がある場合も、画面全体が暗くなってしまう。

これに対して、本発明の構成では、画像表示用のレーザービームに先行させた検知位置で検知を行う構成であるので、例えば侵入物体があった場合にレーザービーム出力を低減するように構成し、さらに例えばディテクタ１７に１次元ＣＣＤ撮像素子等を用いることにより、図１０Ｂに示すように、レーザープロジェクター（投射型画像表示装置）３１からスクリーン（画像表示領域）１までの領域空間に侵入物体３２がある場合だけ、レーザービーム出力が低減されると共に、侵入物体３２に対応する部分が例えば陰影３３のようにスクリーン１上に見えるだけで、画像全体を乱すことはない。
または、図１１に示すように、レーザープロジェクター（投射型画像表示装置）４１からスクリーン（画像表示領域）１までの領域空間に侵入物体４２がある場合だけ、レーザービーム出力が低減されると共に、侵入物体４２に対応する部分が例えば細い帯４３のようにスクリーン１上に見えるだけで、画像全体を乱すことはない。

なお、前述した実施の形態では、投射型画像表示装置から投射された、縦長の眼に安全な出力レベルの赤外線レーザービーム１６を測距用レーザービームとして使用して、反射光をディテクタ１７で受光検出して反射距離を算出して、侵入物体の有無を判別していたが、検知の方法及び検知手段の構成は、その他の構成も可能である。
例えば、縦長の赤外線レーザービームの反射光を半円筒形レンズで集光して、その積分値の変化から、物体の有無を判別する構成も考えられる。この場合、縦方向（スクリーン１画面の垂直方向）の位置はわからないので、侵入物体があった部分は、図１１に示した細い帯４３のような表示となる。

また、前述した実施の形態の投射型画像表示装置１０，３０では、走査鏡１３及び投射レンズ１４を、画像表示用レーザービーム１５と先行させる赤外線レーザービーム１６とで共用する構成となっていたが、これらの実施の形態の構成に対して、赤外線レーザービーム１６用の走査鏡や投射レンズを別個に設けることも可能である。
即ち、本発明では、スクリーンに投射するための光学部品を、画像表示用レーザービームと先行検知用の検知手段とで、共用する構成も、別個に設ける構成も、いずれの構成も可能である。

また、上述の各実施の形態では、検知手段の検知光として赤外線を使用していたが、人の眼に見えない光であり、表示される画像に影響を及ぼしたり、その他の問題を生じたりしないのであれば、赤外線以外の光を検知光として使用してもよい。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

Ａ〜Ｃ本発明の一実施の形態の投射型画像表示装置の概略構成図である。Ａ、Ｂ図１の投射型画像表示装置のスクリーン付近における状態を示す図である。Ａ〜Ｃ本発明の他の実施の形態の投射型画像表示装置の概略構成図である。Ａ、Ｂ図３の投射型画像表示装置のスクリーン付近における状態を示す図である。Ａ〜Ｃ本発明のさらに他の実施の形態の投射型画像表示装置の概略構成図である。Ａ、Ｂ図５の投射型画像表示装置のスクリーン付近における状態を示す図である。本発明の別の実施の形態の投射型画像表示装置のスクリーン付近における状態を示す図である。本発明の概念を説明する図である。Ａ、Ｂ本発明の投射型画像表示装置において、走査方式による違いを示す図である。Ａ、Ｂ本発明の構成と従来の構成とを比較して説明する図である。本発明によりレーザー光の出力を低減した他の形態を示す図である。

符号の説明

１スクリーン、１０，２０，３０，３１，４１投射型画像表示装置、１１ＧＬＶ素子、１３走査鏡、１５画像用レーザービーム、１６眼に安全な出力レベルの赤外線レーザービーム（測距用レーザービーム）、２２赤外線反射光

Claims

レーザー光を走査することにより、画像を表示するスクリーンに画像を投射する投射手段と、
前記投射手段と前記スクリーンとの間の侵入物体の有無を検知する検知手段とを備え、
前記検知手段は、人間の眼に見えない検知光を照射して、反射した検知光を受光検出して、前記侵入物の有無を検知する構成とされ、
前記レーザー光の走査の方向において、前記レーザー光よりも間隔をおいて先行する位置のみに前記検知光を照射して、前記検知手段による検知が行われる
投射型画像表示装置。
前記検知手段は、前記検知光により前記侵入物体までの距離を測定することが可能な構成とされている請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記投射手段から、前記レーザー光が１次元方向に変調されたレーザービームの状態で前記スクリーンに投射され、前記ビームの長手方向とは略垂直な方向に前記走査が行われる請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記投射手段において、軸の回りに回動する鏡面により前記レーザー光の走査がなされ、前記検知光が前記レーザー光の前記鏡面への入射角度とは異なる角度で前記鏡面に入射する構成とされている請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記検知手段は、前記スクリーンの画像表示領域内のうちの一部の領域を検知領域とする構成とされている請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記検知手段は、前記スクリーンの画像表示領域外の領域を検知領域とする構成とされている請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記投射手段により前記検知光が照射される請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記検知手段が前記検知光を受光検知する受光部を備え、前記受光部が１次元撮像素子により構成されている請求項１に記載の投射型画像表示装置。