JP6375799B2 - 画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、スクリーンに画像を投影するための画像投影装置に関する。

例えば、赤色成分（Ｒ）のレーザ光、緑色成分（Ｇ）のレーザ光及び青色成分（Ｂ）のレーザ光を合成して投影面に投影することにより、投影面上にカラーの画像を投影する画像投影装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この画像投影装置は、例えば、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）等として実用化されている。ヘッドアップディスプレイとは、プロジェクタから投影された画像を自動車等のフロントガラスに設けられたコンバイナ（透光性反射部材）で運転者に向けて反射させることにより、運転者がフロントガラスの前方の景色と虚像である画像とを重ねて視認できるようにするものである。

特開２０１２−２０８４４０号公報

しかしながら、例えば上記特許文献１に開示されるような画像投影装置などに用いられるレーザ光源では、例えば白画面を投影するためにレーザ光を連続発光していると、レーザ光源を構成するレーザチップの温度が上昇してしまい、レーザ光の出力が変動して投影される画面内で色ムラが発生してしまうという課題がある。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光を連続発光しても、投影される画面内で色むらの発生を抑制することができ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、本発明の一態様に係る画像投影装置は、スクリーンに画像を投影するための画像投影装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を前記スクリーンに向けて偏向する偏向装置と、を備え、前記レーザ光源は、それぞれ略同一波長のレーザ光を時分割に出射する２以上の発光点と、前記２以上の発光点から出射されたレーザ光を略平行光に変換する第１の光学素子と、前記２以上の発光点から出射されたレーザ光の光束を偏向する第２の光学素子とを有し、前記２以上の発光点は、順次切り替えられて出射する。

この構成により、レーザ光を連続発光しても、投影される画面内で色むらの発生を抑制することができる画像投影装置を実現することができる。

ここで、例えば、前記２以上の発光点は、２つの発光点であり、前記２つの発光点は、交互に切り替えられてレーザ光を出射するとしてもよい。

また、例えば、前記第２の光学素子は、前記第１の光学素子と前記偏向装置との間に配置され、前記２以上の発光点から出射され、前記第１の光学素子で略平行光に変換されたレーザ光を、前記偏向装置に向けて偏向するとしてもよい。

また、例えば、前記第２の光学素子は、前記２以上の発光点と前記第１の光学素子との間に配置され、前記２以上の発光点から出射されたレーザ光を、前記第２の光学素子の光軸上の発光点から出射されたとみなせる向きに偏向し、前記第１の光学素子は、前記第２の光学素子で偏向されたレーザ光を略平行光に変換するとしてもよい。

また、例えば、前記２以上の発光点は、前記２以上の発光点の発光特性に基づき前記２以上の発光点が出射するレーザ光の発光パワーをそろえるデューティで切り替えられてレーザ光を出射するとしてもよい。

また、例えば、さらに、前記レーザ光源に駆動電流を供給するドライバを備え、前記ドライバは、前記２以上の発光点の一を時分割に選択し、選択した前記２以上の発光点の一に、対応する駆動電流を供給することで、前記２以上の発光点を時分割に切り替えて前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させるとしてもよい。

また、例えば、前記ドライバは、前記２以上の発光点を、前記画像を構成する各画素を更新する周波数であるピクセルクロックに応じて切り替えることにより、前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させるとしてもよい。

また、例えば、前記ドライバは、前記２以上の発光点を、前記画像を構成する各画素のうちの複数の画素を更新する周波数に応じて切り替えることにより、前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させるとしてもよい。

また、例えば、前記ドライバは、前記２以上の発光点を、動作クロックに応じて切り替えることにより、前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させるとしてもよい。

また、例えば、前記ドライバは、前記２以上の発光点を、動作クロックとして複数のクロック毎に切り替えることにより、前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させるとしてもよい。

また、例えば、前記ドライバは、前記２以上の発光点を、前記スクリーンの端部と中央部とで異なるクロック数の動作クロック毎に切り替えるとしてもよい。

なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本発明によれば、レーザ光を連続発光しても、投影される画面内で色むらの発生を抑制することができる画像投影装置を実現することができる。

実施の形態１に係る画像投影装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態１に係るレーザ光源の構成の一例を示す図である。 実施の形態１に係るレーザ光源の構成の別の一例を示す図である。 実施の形態１に係る回折格子の構成の一例を示す図である。 実施の形態１に係るＬＤドライバの構成の一例を示す図である。 実施の形態１に係る画像投影装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係るレーザ光源の構成の一例を示す図である。 実施の形態２に係る回折格子の構成の一例を示す図である。 実施の形態３に係る画像投影装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態３に係るレーザ光源の構成を説明するための図である。 実施の形態３に係るＬＤドライバの構成の一例を示す図である。 実施の形態３に係る画像投影装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態４に係るＨＵＤ装置の設置例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態１）
以下、本発明に係る画像投影装置の実施の形態等を、図を参照しつつ説明する。

＜構成＞
図１は、実施の形態１に係る画像投影装置１００の構成の一例を示す図である。図２は、実施の形態１に係るレーザ光源１１０の構成の一例を示す図である。図３は、実施の形態１に係るレーザ光源１１０の構成の別の一例を示す図である。

画像投影装置１００は、スクリーン２００に画像を投影するためのレーザプロジェクタである。画像投影装置１００は、図１に示すように、レーザ光源１１０と、ＭＥＭＳミラー素子１６０と、ＬＤドライバ１７０と、ミラードライバ１８０と、コントローラ１９０と、操作部１９１とを備える。なお、スクリーン２００は、画像投影装置１００により画像が投影される投影面の一例である。

コントローラ１９０は、ＬＤドライバ１７０とミラードライバ１８０とを制御する。コントローラ１９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などからなるコンピュータシステムとして構成される。なお、コントローラ１９０の一部又は全部の機能は、ＣＰＵがＲＡＭを作業用のメモリとして用いてＲＯＭに記録されたプログラムを実行することによって達成されてもよい。また、コントローラ１９０の一部又は全部の機能は、専用のハードウェア回路によって達成されてもよい。

操作部１９１は、画像投影装置１００の電源を入れる操作、画像の投影角度を変更する操作および画像の色調または輝度を変更する操作などのユーザによる操作を受け付ける。操作部１９１は、例えば、ハードウェアボタンやソフトウェアボタンにより構成されても良いし、リモコンとリモコンから送信される電波を受信する受信機とから構成されていても良い。

レーザ光源１１０は、レーザ光を出射する。より具体的には、レーザ光源１１０は、それぞれ略同一波長のレーザ光を時分割に出射する２以上の発光点と、２以上の発光点から出射されたレーザ光を略平行光に変換する第１の光学素子とを有する。２以上の発光点は、同時にはレーザ光を出射せず、順次切り替えられて出射する。ここで、例えば２以上の発光点が２つの発光点である場合、２つの発光点は、交互に切り替えられてレーザ光を出射する。

本実施の形態では、レーザ光源１１０は、例えば図２に示すように、レーザユニット１１１と、コリメートレンズ１１２とを備え、例えば赤色のレーザ光をＭＥＭＳミラー素子１６０に出射する。

レーザユニット１１１は、それぞれ略同一波長のレーザ光を時分割に出射する２以上の発光点を有する。ここで、２以上の発光点は、ワンチップで構成されているとしてもよいし、個別のチップで構成されているとしてもよい。本実施の形態では、レーザユニット１１１は、２つの発光点（発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂ）を有するとして説明する。

コリメートレンズ１１２は、第１の光学素子の一例であり、２以上の発光点から出射されたレーザ光を略平行光に変換する。本実施の形態では、コリメートレンズ１１２は、発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂから出射されたレーザ光を略平行光に変換する。ここで、コリメートレンズ１１２の光学的中心軸は、発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂの中心になるように配置される。そのため、発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂから出射されたレーザ光はコリメートレンズ１１２を通過後、ＭＥＭＳミラー素子１６０に向かって進む略平行光となる。

なお、レーザ光源１１０は、例えば図２に示す構成に限らず、例えば図３に示すレーザ光源１１０Ａのように、さらに、回折格子１１３を備えるとしてもよい。

回折格子１１３は、第２の光学素子の一例であり、２以上の発光点から出射されたレーザ光の光束を偏向する。より具体的には、回折格子１１３は、第１の光学素子と偏向装置との間に配置され、２以上の発光点から出射され、第１の光学素子で略平行光に変換されたレーザ光を、偏向装置に向けて偏向する。本実施の形態では、回折格子１１３は、コリメートレンズ１１２を透過した発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂから出射された略平行のレーザ光を、、ＭＥＭＳミラー素子１６０に向かう同一の進行方向をもつ平行なレーザ光とする。

また、回折格子１１３は、コリメートレンズ１１２から距離Ｌ離れた位置に配置される。このように配置されることで、発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂから出射され、コリメートレンズ１１２を通過したあと、さらに、回折格子１１３を通過した後のレーザ光の光束をもれなくＭＥＭＳミラー素子１６０に導くことができる。

図４は、実施の形態１に係る回折格子１１３の構成の一例を示す図である。

すなわち、回折格子１１３は、コリメートレンズ１１２側に溝の断面形状が鋸歯状である面（ブレーズド化された面）を有する回折格子面１１３１と回折格子面１１３２とを有する。

回折格子面１１３１および回折格子面１１３２のブレーズド化された面は、レーザユニット１１１の発振波長に最適化されている。そのため、図４に示すように回折格子面１１３１では、−１次光だけが出射されることでコリメートレンズ１１２の光学軸に沿う方向に回折され、回折格子面１１３２では、+１次光だけが出射されることでコリメートレンズ１１２の光学軸に沿う方向に回折される。

このように、レーザ光源１１０は、さらに回折格子１１３を備えることにより偏光プリズムを用いなくても、略同一波長である２つのレーザ光を同一方向に伝搬する平行光として結合することができる。

ＭＥＭＳミラー素子１６０は、レーザ光源１１０からのレーザ光をスクリーン２００に向けて偏向する偏向装置の一例である。本実施の形態では、ＭＥＭＳミラー素子１６０は、２軸ＭＥＭＳミラーであり、水平方向（Ｘ方向）および垂直方向（Ｙ方向）の２軸に駆動してレーザ光を走査する。ＭＥＭＳミラー素子１６０は、この２次元的な偏向走査により、レーザ光源１１０からのレーザ光をスクリーン２００の面に投影することで画像（２次元像）を形成する。なお、ＭＥＭＳミラー素子１６０の駆動制御は後述するミラードライバ１８０により行われる。

ミラードライバ１８０は、ＭＥＭＳミラー素子１６０に駆動信号を供給することにより、ＭＥＭＳミラー素子１６０の傾きを変更する。換言すると、ミラードライバ１８０は、ＭＥＭＳミラー素子１６０の傾きを制御することにより、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光をスクリーン２００上で走査する。これにより、ミラードライバ１８０は、スクリーン２００に画像を投影することができる。

ＬＤドライバ１７０は、レーザ光源１１０に駆動電流を供給することにより、レーザ光源１１０の光量を調整する。ＬＤドライバ１７０は、レーザ光源１１０が有する２以上の発光点の一を時分割に選択し、選択した２以上の発光点の一に、対応する駆動電流を供給することで、２以上の発光点を時分割に切り替えて２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させる。

例えば、ＬＤドライバ１７０は、２以上の発光点を、スクリーン２００に投影される画像を構成する各画素を更新する周波数であるピクセルクロックに応じて切り替えることにより、２以上の発光点に時分割にレーザ光を出射させるとしてもよい。ここで、ＬＤドライバ１７０は、２以上の発光点を、画像を構成する各画素のうちの複数の画素を更新する周波数に応じて切り替えることにより、２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させるとしてもよい。

また、例えば、ＬＤドライバ１７０は、２以上の発光点を、動作クロックに応じて切り替えることにより、２以上の発光点に時分割でレーザ光を出射させるとしてよい。ここで、動作クロックは、１クロックでもよいし、複数クロックでもよい。つまり、ＬＤドライバ１７０は、２以上の発光点を、動作クロックとして複数のクロック毎に切り替えることにより、２以上の発光点に時分割でレーザ光を出射させるとしてよい。また、動作クロックは、ＬＤドライバ１７０がデータを取り込むタイミング（データクロック）であってもよい。

＜ＬＤドライバの構成＞
図５は、実施の形態１に係るＬＤドライバ１７０の構成の一例を示す図である。

図５に示すように、ＬＤドライバ１７０は、レジスタ回路１７１と、選択回路１７２と、ＡＮＤ回路１７３と、スイッチ１７４と、スイッチ１７５とを備える。同図において、DATA信号は、映像データ信号を示し、CLK信号は、ＬＤドライバ１７０のクロック信号を示している。

レジスタ回路１７１は、コントローラ１９０から例えば８ビットずつ映像データ（輝度値）が入力され、入力された８ビットずつの映像データ（輝度値）を、レーザ光源１１０における発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂを駆動するための駆動電流に変換する。レジスタ回路１７１は、動作クロック毎に、８ビットずつの映像データに対応する駆動電流を書き換えて、LD-R INから発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂのカソードに印加する。なお、レジスタ回路１７１は、書き換えのタイミングを示す信号であるC_SEP信号がＨの状態、かつ、CLK信号（クロック信号）の立ち上がりのタイミングで、駆動電流を書き換える。

選択回路１７２は、レジスタ回路１７１が駆動電流を印加すべきレーザ光源１１０の２つの発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂのいずれかを選択する回路である。選択回路１７２は、C_SEP信号がＨの状態、かつ、かつ、CLK信号（クロック信号）の立ち上がりのタイミングで、スイッチ１７４およびスイッチ１７５の一方をＯＮに、他方をＯＦＦにすることにより、発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂのいずれかを選択する。ここで、選択回路１７２は、発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂのいずれかを選択するべきかを示す信号であるLD-R Select信号に従って、発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂのいずれかを選択する。このLD-R Select信号は、コントローラ１９０から供給される。

＜画像投影装置の動作＞
図６は、実施の形態１に係る画像投影装置１００の動作の一例を示すタイミングチャートである。図６に示す例では、動作クロックが複数のクロックである場合の例が示されている。

ＬＤドライバ１７０に対して、例えば赤の映像データの各ピクセルの輝度値が動作クロックに同期して送られ、レジスタ回路１７１のレジスタ（不図示）に順次書き込まれる。レジスタ回路１７１は、C_SEP信号がＨになっている状態で、かつ、CLK信号の立ち上がりのタイミングで、レジスタに書き込まれた輝度値に応じた電流値（駆動電流）であって発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂを駆動する電流値（駆動電流）に切り替える。このとき、LD-R SELECT信号がＨのときは、発光点１１１Ａを発光させ、発光点１１１Ｂを消灯させる。反対に、LD-R SELECT信号がＬのときは、発光点１１１Ｂを発光させ、発光点１１１Ｂは消灯させる。

このようにすることでC_SEP信号の周期に応じて、複数の発光点（ここでは発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂ）を高速に切り替えることができる。

このように、本実施の形態に係る画像投影装置１００を動作させることにより、レーザ光源１１０の二つの発光点（発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂ）は、常に１つの発光点でしか発光（駆動）していないことになる。そして、レーザ光源１１０の２つの発光点のうちの一方を発光させ他方を消光させることにより、レーザ光源１１０として連続照射したとしても二つのうちの他方の発光点に冷却期間を随時設けることができるので、レーザ光源１１０を構成するレーザチップの温度の上昇を抑制することができる。

なお、動作クロックは、１クロックでもよいし、複数クロックでもよい。また、動作クロックは、ＬＤドライバ１７０がデータを取り込むタイミング（データクロック）であるとしてもよいし、投影画像を構成する各画素を更新する周波数であるピクセルクロックであるとしてもよい。また、動作クロックは、画像を構成する各画素のうちの複数の画素を更新する周波数（タイミング）であってもよい。

また、上記では、ＬＤドライバ１７０は、同一の動作クロック毎に２以上の発光点の一を順次切り替えるとして説明したがそれに限らない。たとえば、ＬＤドライバ１７０は、スクリーン２００に投影される画像の端部では２クロック毎、中央部では３クロック毎に２以上の発光点を時分割に切り替えるとしてもよい。つまり、ＬＤドライバ１７０は、２以上の発光点を、スクリーン２００に投影される画像の端部と中央部とで異なるクロック数の動作クロック毎に切り替えるとしてもよい。

＜効果等＞
本実施の形態に係る画像投影装置１００によれば、レーザ光を連続発光しても、投影される画面内で色むらの発生を抑制することができる。

具体的には、本実施の形態によれば、レーザ光源１１０を構成する複数の発光点のうちの一を発光させその他を消光させることにより、レーザ光源１１０として連続照射したとしてもその他の発光点に冷却期間を随時設けることができる。その他の発光点に冷却期間を随時設けることにより、レーザ光源１１０を構成するレーザチップの温度の上昇を抑制することができるので、レーザチップの温度上昇によるレーザ光の出力変動を抑制でき、安定したレーザ光の出力を得ることができる。それにより、レーザ光を連続発光しても、投影される画面内で色むらの発生を抑制することができる。ここで、時分割の単位は、例えば数十nsec単位であり、msecオーダより小さい時間単位である。

また、２以上の発光点は、時分割で発光することにより、随時冷却期間を設けることができるので、レーザチップの温度上昇によるレーザ光の出力変動を抑制できるだけでなく、連続発光時と比較して単位時間あたりの発光パワーを上昇させることができる。例えば、レーザ光源１１０が一画素毎に切り替えられる２つの発光点で構成されている場合には、２つの発光点それぞれ時分割で発光している時間は、通常の時間すなわちレーザ光源１１０が１つの発光点のみで構成された場合において１つの発光点のみで発光している時間と比較して半分の時間となる。しかし、１つの発光点のみで発光している場合に印加される電流値と比較して倍の電流値を２つの発光点それぞれに印加することができるので、２つの発光点で構成されるレーザ光源１１０の明るさは、１つの発光点のみで構成されるレーザ光源と比較すると２倍の明るさを得ることができる。

したがって、本実施の形態によれば、略同一波長のレーザ出力パワーを増加させつつ、数十nsec単位で時分割にレーザを切り替えて発光することができ、複数の発光点から時分割に照射されるレーザ光はパルス発光とみなすことができる。そして、ひとつ発光点が照射するレーザ光の単位時間あたりの発光パワーを上昇させることができ、かつ特定時間では単一レーザで発光させることができるものの、映像データにかかわらずレーザチップの温度を一定とすることができる。それにより、レーザチップの温度上昇によるレーザ光の出力変動を抑制でき、安定したレーザ光の出力を得ることができるレーザ走査型の画像投影装置を実現することができる。例えば、ＸＧＡの解像度の投影画面で、６０フレームの映像データの場合、各々の発光点は、４０nsec以下での駆動となるため、白画面を投影する投影画面においても色ムラのない安定した輝度の投影画面を得ることができる。

なお、レーザ光源１１０を構成する複数の発光点の発光特性（発光パワーの特性）が異なる場合には、複数の発光点のそれぞれを同一時間からなる時分割に切り替えなくてもよい。この場合には、２以上の発光点を、２以上の発光点の発光特性に基づき２以上の発光点が出射するレーザ光の発光パワーをそろえるデューティで切り替えてレーザ光を出射するとしてもよい。このように、複数の発光点を発光させるためのデューティは均一でなくてもよく、発光点の発光特性に応じて算出されたデューティでもよい。

なお、デューティは、発光点の発光特性に応じて算出される場合に限らず、例えば寿命による発光ばらつきに応じて算出されるとしてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態１では、第２の光学素子である回折格子１１３が、コリメートレンズ１１２とＭＥＭＳ１６０との間に配置された場合の例について説明したが、それに限らない。本実施の形態では、回折格子が、レーザユニット１１１とコリメートレンズ１１２との間に配置される場合の例について説明する。

図７は、実施の形態２に係るレーザ光源の構成の一例を示す図である。

図７に示すレーザ光源１１０Ｂは、図３に示すレーザ光源１１０Ａに対して、回折格子１１３がなく、回折格子１１４が追加されている点で構成が異なる。

コリメートレンズ１１２は、第１の光学素子の一例であり、回折格子１１４で偏向されたレーザ光を略平行光に変換する。

回折格子１１４は、第２の光学素子の一例であり、２以上の発光点から出射されたレーザ光の光束を偏向する。より具体的には、回折格子１１４は、２以上の発光点と第１の光学素子との間に配置され、２以上の発光点から出射されたレーザ光を、第２の光学素子の光軸上の発光点から出射されたとみなせる向きに偏向する。

本実施の形態では、回折格子１１４は、図７に示すように、レーザユニット１１１とコリメートレンズ１１２との間に配置され、発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂから出射されたレーザ光の光束を所定の方向に偏向する。

図８は、実施の形態２に係る回折格子の構成の一例を示す図である。

なお、回折格子１１４は、コリメートレンズ１１２側に溝の断面形状が鋸歯状である面（ブレーズド化された面）を有する２つの回折格子面を有する。２つの回折格子面については、回折格子１１３と同様であるためここでの説明を省略する。

本実施の形態では、発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂから出射されたレーザ光は、回折格子１１４で、所定の方向に偏向されることで、偏向されたレーザ光の光束の発光点の虚像を一致させることができる。つまり、回折格子１１４は、発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂから出射されたレーザ光を、所定の方向に偏向させることで、例えば図８の点線円領域で示されるような回折格子１１４（およびコリメートレンズ１１２）の光軸上の１つの発光点（虚像の光源）から当該レーザ光の光束が出射されたとみなせるレーザ光とする。

＜効果等＞
本実施の形態によれば、複数の発光点を時分割で発光させても、すべての発光点から出射されたレーザ光を同一の発光点から出射されたレーザ光のように取り扱える。それにより、ＭＥＭＳミラー素子１６０等の制御をより簡単にすることができる。

（実施の形態３）
実施の形態１および２では、一つのレーザ光源を有する画像投影装置について説明したが、それに限らない。本実施の形態では、複数のレーザ光源を有する画像投影装置について説明する。

図９は、実施の形態３に係る画像投影装置１５０の構成の一例を示す図である。図１０は、実施の形態３に係るレーザ光源の構成を説明するための図である。図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

図９に示す画像投影装置１５０は、実施の形態１に係る画像投影装置１００に対して、レーザ光源１２０、レーザ光源１３０、ビームスプリッタ１５１およびビームスプリッタ１５２の構成が追加された点と、ＬＤドライバ１７０Ａの構成とが異なる。

レーザ光源１２０は、図１０に示すように、１つの発光点を有するレーザユニット１２１と、コリメートレンズ１２２とを備える。レーザ光源１２０は、例えば緑色のレーザ光を、ビームスプリッタ１５１を通過させてＭＥＭＳミラー素子１６０に照射する。

同様に、レーザ光源１３０は、図１０に示すように、１つの発光点を有するレーザユニット１３１と、コリメートレンズ１３２とを備える。レーザ光源１３０は、例えば青色のレーザ光を、ビームスプリッタ１５２を通過させてＭＥＭＳミラー素子１６０に照射する。

ＬＤドライバ１７０Ａは、レーザ光源１１０、レーザ光源１２０およびレーザ光源１３０それぞれに駆動電流を供給する。ＬＤドライバ１７０Ａは、レーザ光源１１０が有する２以上の発光点の一を時分割に選択し、選択した２以上の発光点の一に、対応する駆動電流を供給することで、２以上の発光点を時分割に切り替えて２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させる。また、ＬＤドライバ１７０Ａは、レーザ光源１２０およびレーザ光源１３０に対応する駆動電流を供給することで、レーザ光源１２０およびレーザ光源１３０を連続発光させる。

＜ＬＤドライバの構成＞
図１１は、実施の形態３に係るＬＤドライバ１７０Ａの構成の一例を示す図である。図５と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

図１１に示すように、ＬＤドライバ１７０Ａは、レジスタ回路１７１Ａと、選択回路１７２と、ＡＮＤ回路１７３と、スイッチ１７４と、スイッチ１７５とを備える。同図において、DATA信号は、映像データ信号を示し、CLK信号は、ＬＤドライバ１７０のクロック信号を示している。

レジスタ回路１７１Ａは、コントローラ１９０から例えば８ビットずつ赤・青・緑の映像データ（輝度値）が順に入力され、入力された８ビットずつの赤・青・緑の映像データ（輝度値）を、レーザ光源１１０における発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂを駆動するための駆動電流、レーザ光源１２０を駆動するための駆動電流およびレーザ光源１３０を駆動するための駆動電流に変換する。レジスタ回路１７１Ａは、動作クロック毎に、８ビットずつの映像データに対応する駆動電流を書き換えて、LD-R INから発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂのカソード、LD-G INからレーザ光源１２０のレーザユニット１２１のカソードおよびLD-B INからレーザ光源１３０のレーザユニット１３１のカソードに印加する。なお、レジスタ回路１７１Ａは、書き換えのタイミングを示す信号であるC_SEP信号がＨの状態、かつ、CLK信号（クロック信号）の立ち上がりのタイミングで、これら駆動電流を書き換える。

＜画像投影装置の動作＞
図１２は、実施の形態３に係る画像投影装置１５０の動作の一例を示すタイミングチャートである。図１２に示す例では、動作クロックが複数のクロック（３クロック）である場合の例が示されている。

ＬＤドライバ１７０Ａに対して、映像データの各ピクセルの輝度値が赤・青・緑の順にクロックに同期して送られ、レジスタ回路１７１Ａのレジスタ（不図示）に順次書き込まれる。レジスタ回路１７１Ａは、C_SEP信号がＨになっている状態で、かつ、CLK信号の立ち上がりのタイミングで、レジスタに書き込まれた輝度値に応じた電流値（駆動電流）であって発光点１１１Ａまたは発光点１１１Ｂ、レーザ光源１２０およびレーザ光源１３０を駆動する電流値（駆動電流）に切り替える。このとき、LD-R SELECT信号がＨのときは、発光点１１１Ａを発光させ、発光点１１１Ｂを消灯させる。反対に、LD-R SELECT信号がＬのときは、発光点１１１Ｂを発光させ、発光点１１１Ｂは消灯させるのは、実施の形態１と同じである。

このようにすることでC_SEP信号の周期に応じて、複数の発光点（ここでは発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂ）を高速に時分割に切り替えることができる。

このように、本実施形態に係る画像投影装置１５０を動作させることにより、レーザ光源１１０の二つの発光点（発光点１１１Ａおよび発光点１１１Ｂ）は、常に１つの発光点でしか発光（駆動）していないことになる。そして、レーザ光源１１０の２つの発光点のうちの一方を発光させ他方を消光させることにより、レーザ光源１１０として連続照射したとしても二つのうちの他方の発光点に冷却期間を随時設けることができるので、レーザ光源１１０を構成するレーザチップの温度の上昇を抑制することができる。

なお、動作クロックは、１クロックでもよいし、複数クロックでもよいなどは、実施の形態１と同様である。また、ＬＤドライバ１７０Ａは、２以上の発光点を、スクリーン２００に投影される画像の端部と中央部とで異なる数の動作クロック数毎に切り替えるとしてもよいのも実施の形態１と同様である。

また、上記では、レーザ光源１２０およびレーザ光源１３０にはそれぞれ１つの発光点しか有さない場合を説明したが、それに限らない。レーザ光源１２０およびレーザ光源１３０も、レーザ光源１１０と同様に複数の発光点を有するとしてもよい。

＜効果等＞
本実施の形態に係る画像投影装置１５０によれば、レーザ光を連続発光しても、投影される画面内で色むらの発生を抑制することができる。

具体的には、本実施の形態によれば、レーザ光源１１０を構成する複数の発光点のうちの一を発光させその他を消光させることにより、レーザ光源１１０として連続照射したとしてもその他の発光点に冷却期間を随時設けることができる。その他の発光点に冷却期間を随時設けることにより、レーザ光源１１０を構成するレーザチップの温度の上昇を抑制することができるので、レーザチップの温度上昇によるレーザ光の出力変動を抑制でき、安定したレーザ光の出力を得ることができる。それにより、レーザ光を連続発光しても、投影される画面内で色むらの発生を抑制することができる。

なお、レーザ光源１１０を構成する複数の発光点の発光特性（発光パワーの特性）が異なる場合には、複数の発光点のそれぞれを同一時間からなる時分割に切り替えなくてもよいが、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

また、本実施の形態では、緑色および青色のレーザ光を照射するレーザ光源１２０、１３０は単一の発光点を有するとして説明したが、それに限らない。これらのレーザ光源１２０、１３０も複数の発光点を有するとしてもよい。

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１〜実施の形態３の画像投影装置が実装されるもの（応用例）として、ヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤという）装置を例にとり、について説明する。ＨＵＤ装置とは、自動車のフロントガラスに画像を投影することで、フロントガラスの先（車外）に虚像を映し出し、ユーザ（運転者）の視野中に画像を映し出すシステムのことである。

図１３は、実施の形態４に係るＨＵＤ装置１の設置例を示す図である。図１３に示すように、ＨＵＤ装置１は、たとえば画像投影装置１００と、コンバイナ２００Ａ（透明表示板を構成する）とを備える。

画像投影装置１００は、例えば図１３に示す自動車のダッシュボードの上に設置される。画像投影装置１００は、コンバイナ２００Ａに光を照射することで、画像をコンバイナ２００Ａに投影する。

コンバイナ２００Ａは、実施の形態１および２におけるスクリーン２００に相当し、自動車のフロントガラスの一部に設置された投影面である。コンバイナ２００Ａは、偏光素子、波長選択素子、ハーフミラーなどから構成されるため、車外の風景上に、画像投影装置１００により投影された画像が重ね合わせて表示される。なお、フロントガラス自体がコンバイナ２００Ａの機能を兼ね備えている場合もある。

以上、本発明の画像投影装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施した形態や、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態が、本発明の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は画像投影装置として、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置などに適用できる。

１ ＨＵＤ装置
１００、１５０ 画像投影装置
１１０、１１０Ａ、１２０、１３０ レーザ光源
１１１、１２１、１３１ レーザユニット
１１１Ａ、１１１Ｂ 発光点
１１２、１２２、１３２ コリメートレンズ
１１３ 回折格子
１５１、１５２ ビームスプリッタ
１６０ ＭＥＭＳミラー素子
１７０、１７０Ａ ＬＤドライバ
１７１、１７１Ａ レジスタ回路
１７２ 選択回路
１７３ ＡＮＤ回路
１７４、１７５ スイッチ
１８０ ミラードライバ
１９０ コントローラ
１９１ 操作部
２００ スクリーン
２００Ａ コンバイナ
１１３１、１１３２ 回折格子面

Claims (9)

1. スクリーンに画像を投影するための画像投影装置であって、
   レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を前記スクリーンに向けて偏向する偏向装置と、を備え、
   前記レーザ光源は、
   それぞれ略同一波長のレーザ光を時分割に出射する２以上の発光点と、
   前記２以上の発光点から出射されたレーザ光を略平行光に変換する第１の光学素子と、
   前記２以上の発光点から出射されたレーザ光の光束を偏向する第２の光学素子とを有し、
   前記２以上の発光点は、順次切り替えられて出射し、
   前記第２の光学素子は、前記２以上の発光点と前記第１の光学素子との間に配置され、
   前記２以上の発光点から出射されたレーザ光を、前記第２の光学素子の光軸上の発光点から出射されたとみなせる向きに偏向し、
   前記第１の光学素子は、前記第２の光学素子で偏向されたレーザ光を略平行光に変換する、
   画像投影装置。
2. 前記２以上の発光点は、２つの発光点であり、
   前記２つの発光点は、交互に切り替えられてレーザ光を出射する、
   請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記２以上の発光点は、前記２以上の発光点の発光特性に基づき前記２以上の発光点が出射するレーザ光の発光パワーをそろえるデューティで切り替えられてレーザ光を出射する、
   請求項１または２に記載の画像投影装置。
4. さらに、前記レーザ光源に駆動電流を供給するドライバを備え、
   前記ドライバは、前記２以上の発光点の一を時分割に選択し、選択した前記２以上の発光点の一に、対応する駆動電流を供給することで、前記２以上の発光点を時分割に切り替えて前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させる、
   請求項１または２に記載の画像投影装置。
5. 前記ドライバは、前記２以上の発光点を、前記画像を構成する各画素を更新する周波数であるピクセルクロックに応じて切り替えることにより、前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させる、
   請求項４に記載の画像投影装置。
6. 前記ドライバは、前記２以上の発光点を、前記画像を構成する各画素のうちの複数の画素を更新する周波数に応じて切り替えることにより、前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させる、
   請求項４に記載の画像投影装置。
7. 前記ドライバは、前記２以上の発光点を、動作クロックに応じて切り替えることにより、前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させる、
   請求項４に記載の画像投影装置。
8. 前記ドライバは、前記２以上の発光点を、動作クロックとして複数のクロック毎に切り替えることにより、前記２以上の発光点にレーザ光を時分割で出射させる、
   請求項７に記載の画像投影装置。
9. 前記ドライバは、前記２以上の発光点を、前記スクリーンの端部と中央部とで異なるクロック数の動作クロック毎に切り替える、
   請求項８に記載の画像投影装置。

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