JP2010243809A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性を確保しつつ明るい画像を表示可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の画像表示装置は、レーザー光源装置と、入力画像のリフレッシュレートより定まる基準表示期間Ｔ_０よりも短期間の実効表示期間Ｔ_１に整合させてレーザー光源装置から射出される光を変調する変調装置と、変調装置により変調された光を実効表示期間Ｔ_１に整合させて被走査面上で走査させる走査光学系と、を含む。走査光学系から射出される光の出力Ｐ_１は、基準表示期間Ｔ_０と実効表示期間Ｔ_１との比率に基づいて設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像表示装置に関する。

従来から、大画面の画像表示が可能な画像表示装置の１つとして、走査型のプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１）。走査型のプロジェクターは、変調されたレーザー光を被走査面上でラスタースキャンすることにより、画像を表示するものである。走査型のプロジェクターによれば、レーザー光の供給を停止することで完全な黒を表現することができる。したがって、液晶ライトバルブを用いたプロジェクター等と比べてコントラストを格段に高くすることができる。また、レーザー光は、単一波長であるために色純度が高く、コヒーレンスが高いためにビームを整形しやすい。以上のように走査型のプロジェクターは、高コントラスト、高色再現性及び高解像度を実現する画像表示装置として期待されている。

また、走査型のプロジェクターは、投射レンズが不要であること、液晶ライトバルブ等の代わりに変調回路により階調調整が可能であること等により、格段に小型にすることができる。小型のプロジェクターの具体的な用途として、例えば、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）等に小型のプロジェクターを内蔵、あるいは外付けして表示を拡大する用途が考えられる。携帯型の電子機器は、携帯性を向上させる観点から表示部が小さくなっているが、小型のプロジェクターにより表示を拡大して見やすくすることができる。これにより、手軽に複数人数で同じ画像を観賞することも可能になる。

ところで、レーザー光を射出する装置には、安全性の規格（クラス）が設けられている。プロジェクターにあっては、スクリーン等で拡散されて間接的に瞳に入射する光（画像）が安全上の問題を生じないように、レーザー光の出力が設定される。また、例えばレーザー光の射出部を覗き込むこと等により直接的にレーザー光が瞳に入射する場合も考慮して、レーザー光の出力が設定される。小型のプロジェクターにあっては、幅広い年齢層の使用が想定されるため、最も安全なレベルのクラス（例えば、国際基準ＩＥＣ−６０８２５ Ａｍｄ．２ クラスＩ）に準拠した出力にすることが好ましいと考えられる。

携帯可能な寸法のレーザー光源装置の光量としては、数十〜数百ルーメン程度にすることが可能である。しかしながら、従来の走査型のプロジェクターにおいて、クラスＩを満たすようにレーザー光の出力を設定すると、レーザー光の光量の上限値は１０ルーメン程度になる。このような光量で良好な画像を表示するには、室外の外光条件では画面の対角が数インチ程度、室内の外光条件では画面の対角が１０数インチ程度になってしまう。このように、携帯型のプロジェクターにあっては、安全性の観点で利便性を十分に活かすことが難しい。

安全性を確保しつつ高輝度の画像を表示可能にする技術として、特許文献２に開示されている技術が考えられる。特許文献２では、レーザー光の射出部からスクリーンまでの射出光路における物体の有無を検出する検出機構を設けている。検出機構により物体が検出されると、レーザー光の光量が調整されるようになっている。

特開平１−２４５７８０号公報 特開２００５−３１５３０号公報

特許文献２の技術によれば、射出光路に人がいない場合に、レーザー光の出力を直接光の安全基準以上であって間接光の安全基準以下に設定することができ、高輝度の画像を表示可能であるように思われる。しかしながら、実際に光量調整を良好に行わせることは、以下の理由により難しい。

射出光路に人が存在していても人が射出部に背を向けている場合や、射出光路に人以外の物体が存在する場合等には、光量調整が不要であると考えられる。光量調整が不要である場合に光量調整がなされると、良好に画像表示を行うことができなくなる。一方、人の存在を正確に検出させるためには検出機構が複雑になり、コストが高騰してしまうことや携帯性が低下すること等の不都合がある。人であるか否かを高精度に判定させると判定に要する処理時間が長くなり、レーザー光の光量調整が間に合わなくなるおそれもある。

本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、安全性を確保しつつ明るい画像を表示可能な画像表示装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の画像表示装置は、レーザー光源装置と、入力画像のリフレッシュレートより定まる基準表示期間よりも短期間の実効表示期間に整合させて前記レーザー光源装置から射出される光を変調する変調装置と、前記変調装置により変調された光を前記実効表示期間に整合させて被走査面上で走査させる走査光学系と、を含み、前記走査光学系から射出される光の出力は、前記基準表示期間に対する前記実効表示期間の比率に基づいて設定されることを特徴とする。

人間の瞳に光が入射する期間が長くなるほど、また瞳に入射する光の出力が高くなるほど、瞳が単位時間に受けるエネルギーが多くなる。前記のようにすれば、実効表示期間に整合させてレーザー光源から射出される光が変調され、変調された光が実効表示期間に整合させて走査される。したがって、１フレームの画像が表示される期間が、基準表示期間よりも短期間である実効表示期間となり、画像表示装置から射出された光が瞳に直接的に入射してしまった場合でも、瞳に直接光が入射する期間が短くなり、瞳が単位時間に受けるエネルギー量が減少する。よって、瞳が受けるエネルギーが減少した分だけ走査光学系から射出される光の出力を高くすることができ、表示された画像がＢｒｏｃａ‐Ｓｕｌｚｅｒ効果によって物理的輝度よりも明るく視覚される。以上のように、本発明の画像表示装置は、安全性を確保しつつ明るい画像を表示することができる。

また、前記走査光学系は、前記入力画像に含まれる画素が時間的に連続して表示されて並ぶ主走査方向において前記変調装置により変調された光を走査させる主走査ミラーを有し、前記入力画像のリフレッシュレートを検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記実効表示期間を規定する実効リフレッシュレートを設定する設定部と、を含み、前記主走査ミラーが前記実効リフレッシュレートに基づいて駆動され、前記変調装置が前記リフレッシュレートに対する前記実効リフレッシュレートの比率に基づいて前記レーザー光源装置から射出される光の出力を調整する構成にしてもよい。

このようにすれば、検出部が入力画像のリフレッシュレートを検出し、設定部が実効リフレッシュレートを設定される。変調装置が、リフレッシュレートに対する実効リフレッシュレートの比率に基づいて、レーザー光源装置から射出される光の出力を調整するので、入力画像のリフレッシュレートに応じてレーザー光源装置から射出される光の出力が調整される。これにより、瞳が単位時間に受けるエネルギー量が減少し、安全性を確保しつつ明るい画像を表示することができる。

また、前記実効表示期間が前記基準表示期間の半分以下になっているとともに、前記入力画像の今回フレームを表示する期間と前記入力画像の次回フレームを表示する期間との間に、前記入力画像の今回フレーム又は前記入力画像の次回フレームを表示する期間を含んでいる構成にしてもよい。

このようにすれば、今回フレームの表示期間と、次回フレームの表示期間との間に、今回フレーム又は次回フレームの入力画像が表示される。したがって、物理的輝度を高くなり、明るい画像を表示することができる。

また、前記実効表示期間が前記基準表示期間の半分以下になっているとともに、前記入力画像の今回フレームを表示する期間と前記入力画像の次回フレームを表示する期間との間に、前記入力画像の今回フレームと前記入力画像の次回フレームとにより定まる中間フレームの画像を表示する期間を含んでいる構成にしてもよい。

このようにすれば、今回フレームの表示期間と、次回フレームの表示期間との間に、中間フレームの画像が表示される。したがって、物理的輝度を高くなり、明るい画像を表示することができる。また、中間フレームの画像として、今回フレームと前回フレームとの補間画像を表示することができ、高品質な画像を表示することができる。

また、前記レーザー光源装置と前記変調装置と前記走査光学系とを含んだ画像表示系を複数含み、前記入力画像が複数の分割画像に分割されて表示されるとともに前記複数の分割画像の各々が前記複数の画像表示系の各々により表示されるようになっており、前記複数の画像表示系から射出される複数の光が、安全基準により定まる検査領域に同時に入射しないように、前記複数の光の間隔が調整されていてもよい。

このようにすれば、複数の画像表示系から射出される複数の光が検査領域に同時に入射しないので、１つの画像表示系から射出される光により安全基準を満たせばよく、安全性を確保することが容易になる。また、複数の画像表示系により入力画像が表示されるので、実効表示期間を基準表示期間に対して短くすることが容易になり、実効表示期間が短縮された分だけ走査光学系から射出される光の出力を高くすることができる。

前記複数の分割画像の数をｎとし、前記入力画像の走査周波数をｆとすると、前記走査光学系がｆ／ｎよりも大きい周波数で駆動される構成にしてもよい。
このようにすれば、画像表示系が１系統である場合に比べて、画像表示系全体での光量が大きくなり、明るい画像を表示することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 （ａ）は画像表示方法の説明図、（ｂ）は画像例の平面図、（ｃ）、（ｄ）は、射出光の出力の時間変化を示す説明図である。 （ａ）は瞳に直接光が入射する場合の位置関係を示す説明図、（ｂ）、（ｃ）は瞳への入射光の出力の時間変化を示す説明図である。 （ａ）は第２実施形態の画像信号処理系を示す模式図、（ｂ）は射出光の出力の時間変化を示す説明図、（ｃ）は瞳への入射光の出力の時間変化を示す説明図である。 第３実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 第３実施形態における射出光の位置関係を示す模式図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。また、実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター１の概略構成を示す模式図、図２（ａ）は、プロジェクター１により画像が表示される仕組みを示す説明図、図２（ｂ）は、表示される画像の一例を示す平面図、図２（ｃ）、（ｄ）は、プロジェクター１から射出される光の出力の時間変化を示す説明図である。

図１に示すように、プロジェクター１は、画像信号処理系１０、レーザー光源装置１１、リレー光学系１２、走査光学系１３を含んでいる。プロジェクター１は、概略すると以下のように動作する。

ＰＣ等の信号源８から入力画像に対応した電気信号が供給されると、この電気信号は画像信号処理系１０により処理されて、レーザー光源装置１１や走査光学系１３に出力される。レーザー光源装置１１は、電気信号に応じて階調が時間変化する光Ｌを射出する。光Ｌは、リレー光学系１２を経て走査光学系１３に入射する。走査光学系１３に入射した光Ｌは、走査光学系１３により壁やスクリーン等の被走査面９に向けて射出される。

走査光学系１３は、射出する光Ｌの光軸を電気信号に応じて主走査方向、副走査方向に時間変化させる。主走査方向は、時間的に連続して画素が描画される方向であり、例えば被走査面９における水平方向である。副走査方向は、時間的に連続して描画される複数の画素群（走査ライン）が並ぶ方向であり、例えば被走査面９において水平方向と直交する垂直方向である。このように光Ｌが被走査面９を走査することにより、被走査面９に画像が描画（表示）される。プロジェクター１は、通常表示モードと高輝度表示モードとを切替可能になっている。以下、プロジェクター１の構成要素を詳しく説明する。

画像信号処理系１０は、インターフェース（検出部）１０１、画像信号処理回路１０２、変調回路（変調装置）１０３、タイミング生成回路（設定部）１０４、及びミラー駆動回路１０５を含んでいる。インターフェース１０１は、信号源８から画像信号や同期信号を含んだ電気信号を受け取り、この電気信号を画像信号と同期信号とに分離する。画像信号には、入力画像の画素ごとの階調データが含まれている。同期信号には、入力画像の画素数やリフレッシュレート等のデータが含まれている。分離された画像信号は、画像信号処理回路１０２に出力される。分離された同期信号は、タイミング生成回路１０４に出力される。

タイミング生成回路１０４は、入力画像の画素数やリフレッシュレート、走査方式等に応じて、画素ごとの表示タイミングを示すタイミング信号を生成する。タイミング信号により、画像信号をプロジェクター１の走査方式に整合した形式に変換することが可能になっている。タイミング生成回路１０４は、高輝度表示モードでは、入力画像のフレッシュレートよりも高周波数である実効リフレッシュレートを設定する。タイミング生成回路１０４は、表示される画像が実効リフレッシュレートで書換えられるようにタイミング信号を生成する。タイミング信号は、画像信号処理回路１０２やミラー駆動回路１０５に出力される。

ここでは、入力画像がＸＧＡ形式であり、画素数が１０２４×７６８であるとする。１０２４個の画素が並ぶ方向が主走査方向に設定されており、フレームレートが６０フレーム毎秒（６０ｆｐｓ）であるとする。また、主走査方向において一方から他方に向かう往路での走査（往路）、他方から一方に向かう復路での走査の双方において画像を描画する走査方式であるとする。

このような条件では、リフレッシュレートが６０Ｈｚであり、リフレッシュレートに対応する１フレームの表示期間（基準表示期間）が１／６０秒である。タイミング生成回路１０４は、例えばリフレッシュレートの２倍の周波数（１２０Ｈｚ）を実効リフレッシュレートとしてタイミング信号を生成する。実効リフレッシュレートに対応する１フレームの表示期間（実効表示期間）は、１／１２０秒である。

画像信号処理回路１０２は、画像信号にガンマ処理等の各種画像処理を行う。また、画像信号処理回路１０２は、画像信号に含まれる階調データが走査方式に整合した時間順次で変調回路１０３に出力されるように、タイミング信号に基づいて画像信号を調整する。例えば、入力画像の１フレームに含まれる複数の画素について階調データをフレームバッファに記憶させておき、階調データを走査される時間順次で読み出して、変調回路１０３に出力する。前記のように、往路の走査と復路の走査とで画像を描画する場合には、例えば、往路と復路とでフレームバッファからデータを読み出す順番を反転させる。

変調回路１０３は、レーザー光源装置１１から射出される光Ｌの光量が画素ごとの階調に対応して時間変化するように、画像信号に基づいてレーザー光源装置１１の出力を調整する。高輝度表示モードでは、表示される画像が実効リフレッシュレートで書換えられるようにタイミング信号が生成されており、変調回路１０３は、実効表示期間で１フレームが表示されるように出力調整を行う。ここでは、画素数を１０２４×７６８、実効リフレッシュレートを１２０Ｈｚとしているので、帰線時間を無視して単純計算すると出力調整の周波数は９４．４ＭＨｚ程度である。この周波数の逆数が１画素あたりの描画時間に相当する。

また、変調回路１０３は、リフレッシュレートに対する実効リフレッシュレートの比率Ｎ（ここでは、１２０／６０＝２）に応じて、以下のようにレーザー光源装置１１の出力を調整する。リフレッシュレートで画像を表示する場合の出力を基準出力、実効リフレッシュレートで画像を表示する場合の出力を実効出力と称する。変調回路１０３は、１より大きく比率Ｎ（ここでは２）以下の範囲内に設定された係数と、基準出力との積を実効出力とし、レーザー光源装置１１の出力を実効出力に調整する。ここでは、係数が２に設定されており、実効出力が基準出力の２倍になるように出力が調整される。

レーザー光源装置１１は、その詳細な構成を図示しないが、射出光の波長が異なる複数の半導体レーザー素子を含んでいる。変調回路１０３は、複数の半導体レーザー素子のそれぞれに対して出力を調整する。複数の半導体レーザー素子から射出された光は、ダイクロイックミラー等の色合成素子により合成され、合成された光Ｌがレーザー光源装置１１から射出される。

リレー光学系１２は、コリメート光学系１２１及び集光光学系１２２を含んでいる。レーザー光源装置１１から射出された光Ｌは、コリメート光学系１２１により平行化された後に、集光光学系１２２により集光される。リレー光学系１２に関しては、レーザー光源装置１１の配光特性等に応じて適宜変更することができる。例えば、光源装置から射出される光の平行度が極めて高い場合には、リレー光学系１２を簡略化、あるいは省略することもできる。また、光源から射出される光の光軸に直交する面における光束の断面形状や寸法を調整する機能（ビーム成形機能）等をリレー光学系１２に持たせてもよい。

ミラー駆動回路１０５は、第１偏向ミラー１３１、第２偏向ミラー１３２の駆動信号をタイミング信号に基づいて生成し、駆動信号を走査光学系１３に出力する。ここでは、走査ラインが７６８本、実効リフレッシュレートが１２０Ｈｚであるので、走査ライン一本あたりの走査時間は、帰線時間を無視して単純計算すると１／９２１６０秒である。往路の走査、復路の走査がそれぞれ１本の走査ラインと対応するので、主走査方向の走査周波数は、４６０８０Ｈｚ程度である。

走査光学系１３は、入射光の光軸を主走査方向に変化させる第１偏向ミラー（主走査ミラー）１３１と、入射光の光軸を副走査方向に変化させる第２偏向ミラー１３２とを含んでいる。第１偏向ミラー１３１はＭＥＭＳ技術等により形成されるマイクロメカニカルミラー等により構成され、第２偏向ミラー１３２はガルバノミラー等により構成される。

第１偏向ミラー１３１は、ミラー駆動部（図示略）に駆動される。ミラー駆動部は、ミラー駆動回路１０５から駆動量を受け取り、所定の回転軸まわりに第１偏向ミラー１３１を駆動量に応じた角速度、振幅で回動させる。ここでは、ミラー駆動部が、第１偏向ミラー１３１を主走査方向の走査周波数（４６０８０Ｈｚ）で駆動する。これにより、第１偏向ミラー１３１において光が入射する面の法線方向が、入射する光Ｌの光軸に対して変化し、この面で反射した光の光軸がタイミング信号に基づいて変化する。第２偏向ミラー１３２は、第１偏向ミラー１３１と同様にミラー駆動部により駆動される。

図２（ａ）に示すように、走査光学系１３から射出された光は、画素Ｐ（０，０）から画素Ｐ（ｉ，０）の各々の位置に対応して階調が変化しつつ主走査方向に沿ってスクリーンを走査して、第１の走査ラインＳＬ_０を描画する。第１の走査ラインＳＬ_０の描画が終了すると、副走査方向における走査位置が第２の走査ラインＳＬ_１に対応する位置にシフトされた後、主走査方向に沿って第２の走査ラインＳＬ_１を描画する。以下同様に、主走査方向における走査線の描画と、副走査方向における位置のシフトとを交互に繰り返すことにより、アドレス０〜ｉ（ここではｉ＝１０２３）、アドレス０〜ｊ（ここではｊ＝７６７）に対応する画素が描画されて、画像が表示される。

例えば、図２（ｂ）に示すような画像を表示する場合には、図２（ｃ）、（ｄ）に示すようにレーザー光源装置１１の出力を時間変化させる。なお、図２（ｃ）には通常表示モードで画像を表示する場合の出力を図示しており、図２（ｄ）には高輝度表示モードで画像を表示する場合の出力を図示している。

図２（ｂ）に示す画像は、輪郭が略矩形であり、１つの角（図中左上）からその対角（図中右下）に向かうにつれて明るさが増加するグラデーション状の画像である。画像を描画するためには、第１の走査ラインＳＬ_０を描画する期間において出力を漸次高くする。第１の走査ラインＳＬ_０と描画方向が反転した第２の走査ラインＳＬ_１を描画する期間において、出力を漸次低くする。

図２（ｃ）に示すように、リフレッシュレートで画像を表示する場合（通常表示モード）の基準出力の最大値をＰ_０、１フレームの表示に要する基準表示期間をＴ_０とする。また、図２（ｄ）に示すように、実効リフレッシュレートで画像を表示する場合（高輝度表示モード）の実効出力の最大値をＰ_１、１フレームの表示に要する実効表示期間をＴ_１とする。実効リフレッシュレートが、リフレッシュレートの２倍に設定されているので、Ｔ_１はＴ_０の１／２になる。走査ラインＳＬ_０〜ＳＬ_ｊに対応する各々の実効出力が基準出力の２倍になっており、Ｐ_１はＰ_０の２倍になる。

通常のプロジェクターは、リフレッシュレートで画像が表示されるようになっており、レーザー光源装置の出力が所定の安全基準値に設定されている。安全基準値は、例えば、国際基準ＩＥＣ−６０８２５ Ａｍｄ．２ クラスＩに規定される値である。このようにして設定されたレーザー光源装置の出力が、通常表示モードにおける基準出力である。

本実施形態のプロジェクター１は、実効出力が基準出力の２倍になっているので、表示された画像がＢｒｏｃａ‐Ｓｕｌｚｅｒ効果によって物理的輝度よりも明るく視覚される。また、リフレッシュレートよりも高周波数の実効リフレッシュレートで画像を表示しているので、プロジェクター１から射出される光の出力が安全基準を満たすようになっている。以下、プロジェクター１から射出される光の走査範囲内に、人が立ち入った場合の安全性について説明する。

図３（ａ）は、プロジェクターから人の瞳に直接光が入射する場合の位置関係を示す説明図、図３（ｂ）は、通常表示モードで人の瞳に入射する直接光の出力の時間変化を示す説明図、図３（ｃ）は、高輝度表示モードで人の瞳に入射する直接光の出力の時間変化を示す説明図である。

被走査面９に表示された画像を視認する場合には、人の瞳に入射する光は、被走査面９で散乱された間接光であり、間接光により安全上の問題を生じないようにレーザー光源装置１１の出力が調整されている。図３（ａ）に示すように、プロジェクター１と被走査面９との間に人が立ち入った場合には、人Ｍの瞳Ｅに直接光が入射することがありえる。このような場合であっても、安全上の問題を生じないようにレーザー光源装置１１の出力を調整する必要がある。

国際基準ＩＥＣ−６０８２５ Ａｍｄ．２ クラスＩは、最も安全性が高いクラスであり、例えば玩具等に適用される。クラスＩに分類されるためには、単一のパルスのエネルギーが所定の上限値を超えないこと（条件１）、全パルスの平均エネルギーが所定の上限値を超えないこと（条件２）、連続するパルスの回数によって定められるエネルギーが所定の上限値を超えないこと（条件３）、の３つの条件をいずれも満たす必要がある。

ここでいうパルスは、所定の検査領域に入射する一連の光のことである。プロジェクター１にあっては、１本の走査ラインが検査領域を通るとパルス数が１になる。所定の検査領域は、人Ｍの瞳Ｅに対応する領域である。国際基準ＩＥＣ−６０８２５ Ａｍｄ．２ クラスＩにおいて所定の検査領域は、レーザー光の射出部、すなわちプロジェクター１の第２偏向ミラー１３２からの距離ｄ_１が１０ｃｍの面内において直径ｄ_２が７ｍｍの円の内側の領域に規定されている。プロジェクター１では、レーザー光の射出部は第２偏向ミラー１３２に相当する。

前記のパルス数は、プロジェクター１から射出された光が瞳Ｅ内を走査する範囲Ｒに含まれる走査ラインの数により定まる。また、単一のパルスのエネルギーは、プロジェクター１から射出されるレーザー光の出力と、検査領域をレーザー光が走査する時間（単一パルスの幅）との積により定まる。単一パルス幅は、走査周波数の反比例量である。

人Ｍの瞳Ｅに入射するレーザー光のエネルギー量が最も多い状態は、瞳Ｅと重なる走査ラインがいずれも最大輝度（最大出力）である場合である。この場合に瞳Ｅに入射する光の出力の時間変化は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように矩形波状になる。高輝度表示モードでは、通常表示モードに対して走査周波数が２倍になっているので単一パルス幅が１／２になっており、また単一パルスの出力が２倍になっている。このように高輝度表示モードでの単一パルスのエネルギーは、通常表示モードと同じになっている。すなわち、高輝度表示モードでは、通常表示モードと同様に前記の条件１が満たされる。また、２倍の実効リフレッシュレートで描画するため、基準表示期間の略半分の期間で１フレームの画像の描画が終了する。これにより基準表示期間の略半分が余分になるが、この余分な期間に画像を表示しないので、パルス数や平均エネルギーが通常表示モードと同じになる。したがって、前記条件２、３を満たすことになり、条件１〜３をいずれも満たすことになる。

以上のように、本実施形態のプロジェクター１は、安全性を確保しつつ明るい画像を表示することが可能なものになっている。また、プロジェクターから射出された光の走査範囲における物体の侵入を検知する手法に比べて、センサー等が不要でありシンプルな構成にすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態のプロジェクターを説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、高輝度表示モードにおいてフレーム間の期間に画像を表示させる点である。

図４（ａ）は、第２実施形態のプロジェクターにおける画像信号処理系２０の概略構成を示す模式図、図４（ｂ）は、高輝度表示モードにおいてプロジェクターから射出される光の出力の時間変化を示す説明図、図４（ｃ）は、高輝度表示モードにおいて瞳に入射する直接光の出力の時間変化を示す説明図である。

図４（ａ）に示すように、画像信号処理系２０は、画像メモリー２０１を含んでいる点で第１実施形態の画像信号処理系１０と異なる。画像信号処理回路１０２は、高輝度表示モードにおいて１フレーム（今回フレーム）の画像信号を画像メモリー２０１に記憶させる。また、画像信号処理回路１０２は、入力画像の今回フレームが表示された後に、今回フレームの画像信号を画像メモリー２０１から読み出して変調回路１０３に再度出力する。例えば、図２（ｂ）に示した画像を表示する場合には、図４（ｂ）に示すように基準表示期間（Ｔ_０）内に、実効表示期間（Ｔ_１）に対応する出力パターンの光がプロジェクターから２回射出される。なお、今回フレームを２回表示する場合には、実効出力の最大値Ｐ_２を基準出力の最大値Ｐ_０の２^{−０．２５}倍以下に設定する。

図４（ｃ）に示すように、瞳Ｅ（図３（ａ）参照）と重なる走査ラインがいずれも最大輝度である場合に、瞳Ｅに入射する直接光のパルスは、瞳Ｅが連続した領域であるので実効表示期間内の一部に密集している。２つの実効表示期間の各々においてパルスが密集する期間は、２つの実効表示期間で略一致する。すなわち、２つのパルス群は、Ｔ_１と略一致する時間間隔だけ離れている。このような場合に、前記の条件３を満たすためには、連続するパルス数をｎとしたとき、単一パルスのエネルギーの上限を、ｎ^{−０．２５}にすればよい。ここでは、パルス数が２倍になっているので、単一パルスの出力を２^{−０．２５}（０．８４）倍以下にすればよい。これにより、条件１〜３のいずれも満たすことになり、安全性を確保することができる。また、今回フレームを２回表示するので、今回フレームが表示される間の総光量としては、１．６８倍程度になる。
このように、第２実施形態のプロジェクターは、物理的輝度を高めることができるので、安全性を確保しつつ明るい画像を表示することが可能なものになっている。

なお、第２実施形態では、入力画像の今回フレームを連続して表示させているが、例えば入力画像の先読み等により、今回フレームの表示後に次回フレームを連続して表示させてもよい。また、今回フレームの画像信号と、次回フレームの画像信号とに基づいて中間フレームの画像信号を生成し、今回フレームの表示期間と次回フレームの表示期間と間に中間フレームを表示させてもよい。この場合には、例えば画像信号処理回路に補間処理を行う機能を持たせて、補間処理により中間フレームの画像信号を生成させるとよい。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態のプロジェクターを説明する。第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、入力画像を複数の画像表示系で分担させて画像を表示させる点である。

図５は、第３実施形態のプロジェクター３の概略構成を示す模式図、図６はプロジェクター３から射出される光の位置関係を示す模式図である。図５に示すように、プロジェクター３は、画像信号処理系３０、レーザー光源装置３１ａ、３１ｂ、走査光学系３３ａ、３３ｂを含んでいる。レーザー光源装置３１ａ、３１ｂは、いずれも第１実施形態のレーザー光源装置１１と同様のものである。

本実施形態においても第１実施形態と同様に、入力画像がＸＧＡ形式であり、リフレッシュレートが６０Ｈｚであるとする。タイミング生成回路１０４は、通常表示モードにおけるリフレッシュレートを６０Ｈｚに設定してタイミング信号を生成する。このタイミング信号に基づいてミラー駆動回路１０５が駆動信号を生成し、駆動信号により走査光学系３３ａ、３３ｂが駆動される。タイミング生成回路１０４は、高輝度表示モードにおける実効リフレッシュレートを１２０Ｈｚに設定してタイミング信号を生成する。

画像信号処理系３０の変調回路３０３は、レーザー光源装置３１ａから射出される光Ｌａを変調する変調部（変調装置）と、レーザー光源装置３１ｂから射出される光Ｌｂを変調する変調部（変調装置）とを含んでいる。変調回路３０３は、通常表示モードにおいて、レーザー光源装置３１ａ、３１ｂから射出される光の最大出力を、第１実施形態における基準出力の１／２に調整するようになっている。また、変調回路３０３は、高輝度表示モードにおいて、レーザー光源装置３１ａ、３１ｂから射出される光の最大出力を通常表示モードの２倍に調整するようになっている。なお、レーザー光源装置３１ａ、３１ｂは、いずれも第１実施形態のレーザー光源装置１１と同様のものである。

走査光学系３３ａ、３３ｂは、いずれも２軸型の構造になっている。走査光学系３３ａは、走査ミラーと、走査ミラーを第１軸周りに回動可能に保持する第１フレームと、このフレームを第２軸周りに回動可能に保持する第２フレームと、第２フレームを保持する第３フレームとを含んでいる。第１軸は、第２軸と軸方向が直交している。走査ミラーを第１軸周りに回動させることにより、走査ミラーに入射する光を副走査方向に走査させることが可能になっている。第１フレームを第２軸周りに回動させることにより、走査ミラーに入射する光を主走査方向に走査させることが可能になっている。

レーザー光源装置３１ａ、３１ｂから射出された光Ｌａ、Ｌｂは、走査光学系３３ａ、３３ｂにより被走査面９上を走査する。光Ｌａの走査範囲は、光Ｌｂの走査範囲と独立しており、２つの走査範囲を合せた領域に画像全体が表示される。光Ｌａの走査範囲は、光Ｌｂの走査範囲と副走査方向に並んでいる。

図６に示すように、走査光学系３３ａ、３３ｂから射出される光Ｌａ、Ｌｂの走査範囲が所定の検査領域Ａにともに掛かることがないように、レーザー光源装置３１ａ、３１ｂの配置や走査光学系３３ａ、３３ｂの配置が調整されている。検査領域Ａは、安全基準により定められた領域である。前記のように国際基準ＩＥＣ−６０８２５ Ａｍｄ．２ クラスＩでは、検査領域Ａが、走査光学系３３ａ、３３ｂからの距離ｄ_１が１０ｃｍの面内において直径ｄ_２が７ｍｍの円の内側の領域に規定されている。

本実施形態では、光Ｌａの走査範囲が光Ｌｂの走査範囲と接近する部分に光Ｌａ、Ｌｂがともに入射すると仮定した場合に、検査領域Ａに光Ｌａ、Ｌｂが同時に入射しないようになっている。なお、本実施形態では、副走査方向において光Ｌａの光軸が変化する向きが、副走査方向において光Ｌｂの光軸が変化する向きと一致している。したがって、実際には光Ｌａ、Ｌｂが互いに近づくように走査されることがなく、検査領域Ａを含んだ面内における光Ｌａ、Ｌｂの間隔は、検査領域Ａの直径に対して十分なマージンを有している。

以上のようなプロジェクター３にあっては、検査領域Ａに光Ｌａ、Ｌｂの両方の走査範囲が掛かることがないので、仮にプロジェクター３と被走査面９との間に人が立ち入った場合にも人の瞳に光Ｌａ、Ｌｂの両方が入射することはない。すなわち、レーザー光源装置３１ａ、３１ｂの各々から射出される光Ｌａ、Ｌｂが、独立して安全基準を満たしていればよい。光Ｌａに着目すると、高輝度表示モードでは通常表示モードに対して出力が２倍になっており、光Ｌａによる表示期間が半分になっている。よって、第１実施形態と同様の理由により、安全性を確保しつつ明るい画像を表示することができる。

また、２つの画像表示系で分担させて画像全体を表示しており、２つの画像表示系の各々に割り当てられる走査ラインの数が半分になるので、基準表示期間に所定数の走査ラインを描画させる走査周波数が低くなる。したがって、高輝度表示モードにおいて通常表示モードよりもリフレッシュレートを高くすることが容易になる。端的には、１つの画像表示系で画像を表示する場合と同じ走査周波数にすれば、高輝度表示モードにおける走査周波数を通常表示モードの２倍にすることができる。このように、第３実施形態のプロジェクター３にあっては、実現しやすい装置構成でありながら、安全性を確保しつつ明るい画像を表示することが可能になっている。

なお、本発明の技術範囲は前記実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、第１実施形態では、通常表示モード、高輝度表示モードを切替可能なプロジェクターを説明したが、高輝度表示モードのみで動作させるプロジェクターであってもよい。

また、本実施形態においては高輝度表示モードにおける実効リフレッシュレートを１２０Ｈｚに設定しているが、６０Ｈｚの１／２倍である３０Ｈｚよりも高ければよい。すなわち、画像の表示を分担する複数の分割画像の数をｎとし、入力画像の水平走査周波数をｆとしたときに、走査光学系の走査周波数がｆ／ｎより大きければよい。これにより、複数系統の画像表示系から光を射出することにより、画像表示系が１系統である場合に比べて、画像表示系全体から射出される光量を増すことができる。

１、３・・・プロジェクター、１１、３１ａ、３１ｂ・・・レーザー光源装置、１３、３３ａ、３３ｂ・・・走査光学系、１０１・・・インターフェース（検出部）、１０２・・・画像信号処理回路、１０３、３０３・・・変調回路（変調装置）、１０４・・・タイミング生成回路（設定部）、９・・・被走査面、Ｔ_０・・・基準表示期間、Ｔ_１・・・実効表示期間

Claims (6)

1. レーザー光源装置と、
   入力画像のリフレッシュレートより定まる基準表示期間よりも短期間の実効表示期間に整合させて前記レーザー光源装置から射出される光を変調する変調装置と、
   前記変調装置により変調された光を前記実効表示期間に整合させて被走査面上で走査させる走査光学系と、を含み、
   前記走査光学系から射出される光の出力は、前記基準表示期間に対する前記実効表示期間の比率に基づいて設定されることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記走査光学系は、前記入力画像に含まれる画素が時間的に連続して表示されて並ぶ主走査方向において前記変調装置により変調された光を走査させる主走査ミラーを有し、
   前記入力画像のリフレッシュレートを検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて、前記実効表示期間を規定する実効リフレッシュレートを設定する設定部と、を含み、
   前記主走査ミラーが前記実効リフレッシュレートに基づいて駆動され、
   前記変調装置が前記リフレッシュレートに対する前記実効リフレッシュレートの比率に基づいて前記レーザー光源装置から射出される光の出力を調整すること特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記実効表示期間が前記基準表示期間の半分以下になっているとともに、前記入力画像の今回フレームを表示する期間と前記入力画像の次回フレームを表示する期間との間に、前記入力画像の今回フレーム又は前記入力画像の次回フレームを表示する期間を含んで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。
4. 前記実効表示期間が前記基準表示期間の半分以下になっているとともに、前記入力画像の今回フレームを表示する期間と前記入力画像の次回フレームを表示する期間との間に、前記入力画像の今回フレームと前記入力画像の次回フレームとにより定まる中間フレームの画像を表示する期間を含んで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. 前記レーザー光源装置と前記変調装置と前記走査光学系とを含んだ画像表示系を複数含み、前記入力画像が複数の分割画像に分割されて表示されるとともに前記複数の分割画像の各々が前記複数の画像表示系の各々により表示されるようになっており、
   前記複数の画像表示系から射出される複数の光が、安全基準により定まる検査領域に同時に入射しないように、前記複数の光の間隔が調整されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
6. 前記複数の分割画像の数をｎとし、前記入力画像の走査周波数をｆとすると、前記走査光学系がｆ／ｎよりも大きい周波数で駆動されることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。

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