JP2016156867A - Image forming apparatus - Google Patents

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Kiyoyuki Kawai
清幸 川井
満 清水
Mitsuru Shimizu
満 清水
大西　道久
Michihisa Onishi
道久 大西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image forming apparatus that scans laser beams by using a scanner to form an image on a screen, the image forming apparatus efficiently using laser beams emitted from a laser light source to increase the luminance of an image to be formed.SOLUTION: There is provided an image forming apparatus 10, comprising: a light source part 20 that emits laser beams L1 and L2 having amplitudes modulated; and scanning means that scans the laser beams L1 and L2 to irradiate a screen 50 with the laser beams, and thereby forming an image, where the scanning means includes two scanners 31 and 41 that reciprocatingly scan the laser beams in the horizontal direction to irradiate the screen 50 with the laser beams; the two scanners 31 and 41 are driven with a single resonance frequency, and the phases of its drive pattern are shifted from each other by a predetermined shift amount; the light source part 20 switches irradiation of the two scanners 31 and 41 with the laser beams for each of periods corresponding to the predetermined shift amount.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ光を走査してスクリーン上に画像を形成する画像形成装置に関する。   The present invention relates to an image forming apparatus that forms an image on a screen by scanning a laser beam.

特許文献１は、ＭＥＭＳスキャナを用いてレーザ光を透過スクリーンに走査することによって画像を形成する車両用表示装置を開示している。この装置のように、映像ディスプレイ用にスキャナを用いた場合、水平方向の走査では高速動作が必要となるため、スキャナは共振周波数で駆動されることが多い。このような共振型のスキャナを用いた走査では、スクリーン上に描かれる走査パターンは正弦波状の形状となる。この走査パターンは、走査方向が水平方向に沿って直線状に延びる主走査領域と、走査方向が往路方向と復路方向の一方から他方へ曲線状に切り替わる遷移領域とからなる。   Patent Document 1 discloses a vehicle display device that forms an image by scanning a transmissive screen with laser light using a MEMS scanner. When a scanner is used for an image display like this device, a high-speed operation is required for horizontal scanning, so the scanner is often driven at a resonance frequency. In scanning using such a resonance type scanner, the scanning pattern drawn on the screen has a sinusoidal shape. This scanning pattern includes a main scanning region in which the scanning direction extends linearly along the horizontal direction, and a transition region in which the scanning direction switches in a curved shape from one of the forward path direction and the backward path direction to the other.

特開２０１４−５８２０４号公報JP 2014-58204 A

共振型のスキャナによる走査では、上記遷移領域において、走査軌跡が直線性ではなくなり、さらに走査方向が変化することによって走査速度が低下する。このため、従来の装置においては、走査速度が安定し、走査方向がほぼ一定とみなせる上記主走査領域のみを画像形成に用い、遷移領域はレーザ光をスクリーンに照射しないブランキング期間としている。ここで、主走査領域は、走査の軌跡としては全体の７０％程度を占めるが、遷移領域で走査速度が低下することを考慮すると、時間としては主走査領域における走査は全体の５０％程度となってしまう。このため、スクリーンに照射されるレーザ光は、全時間にわたって照射する場合の半分になってしまうため、形成される画像の輝度もレーザ光源の出射能力の５０％にしかならないという問題があった。   In the scanning by the resonance type scanner, the scanning locus is not linear in the transition region, and the scanning speed is lowered by changing the scanning direction. For this reason, in the conventional apparatus, only the main scanning area where the scanning speed is stable and the scanning direction is considered to be almost constant is used for image formation, and the transition area is a blanking period during which the screen is not irradiated with laser light. Here, the main scanning area occupies about 70% of the entire scanning trajectory, but considering that the scanning speed decreases in the transition area, the scanning in the main scanning area is about 50% of the entire time. turn into. For this reason, since the laser light irradiated to the screen is half that when irradiated over the entire time, there is a problem that the luminance of the formed image is only 50% of the emission ability of the laser light source.

そこで本発明は、スキャナを用いてレーザ光を走査することによってスクリーンに画像を形成する画像形成装置において、レーザ光源から出射されるレーザ光を効率的に利用し、形成される画像の高輝度化を図ることを目的とする。   Accordingly, the present invention provides an image forming apparatus that forms an image on a screen by scanning a laser beam with a scanner, and efficiently uses the laser beam emitted from the laser light source to increase the brightness of the formed image. It aims to plan.

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、振幅変調したレーザ光を出射する光源部と、レーザ光を走査してスクリーン上に照射して画像を形成する走査手段とを備えた画像形成装置であって、走査手段は、レーザ光を水平方向に往復走査してスクリーンに照射させる２つのスキャナを有し、２つのスキャナは同一の共振周波数で駆動され、かつ、その駆動パターンの位相が所定ずれ量だけずれており、光源部は、所定ずれ量に対応した期間ごとに、２つのスキャナへのレーザ光の照射を切り替えることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, an image forming apparatus according to the present invention includes a light source unit that emits amplitude-modulated laser light, and a scanning unit that scans the laser light and irradiates the screen to form an image. In the image forming apparatus, the scanning unit includes two scanners that reciprocately scan the laser beam in the horizontal direction and irradiate the screen, and the two scanners are driven at the same resonance frequency and have the drive pattern The phase is shifted by a predetermined shift amount, and the light source unit switches the irradiation of the laser light to the two scanners for each period corresponding to the predetermined shift amount.

これにより、２つのスキャナのうちの一方で走査速度の落ちる期間に他方のスキャナで安定した速度の走査を行うことができるようになるため、レーザ光を効率的に利用でき、画像の輝度を高めることが可能となる。   As a result, one of the two scanners can perform scanning at a stable speed with the other scanner during a period when the scanning speed falls, so that laser light can be used efficiently and the brightness of the image is increased. It becomes possible.

本発明の画像形成装置において、スキャナによる走査パターンは、走査方向が水平方向に沿って直線状に延びる主走査領域と、走査方向が往路方向と復路方向の一方から他方へ曲線状に切り替わる遷移領域とからなり、上記所定ずれ量は主走査領域の期間に対応することが好ましい。   In the image forming apparatus according to the present invention, the scanning pattern by the scanner includes a main scanning region in which the scanning direction extends linearly along the horizontal direction, and a transition region in which the scanning direction switches from one of the forward direction and the backward direction to a curved shape. The predetermined amount of deviation preferably corresponds to the period of the main scanning region.

これにより、位相のずれ量に対応して２つのスキャナを切り替えることができるため、一方のスキャナの遷移領域の間に他方のスキャナの主走査領域で走査を行うことができるようになることから、レーザ光をより効率的に利用でき、これによって画像の輝度をさらにたかめることができる。   As a result, the two scanners can be switched in accordance with the amount of phase shift, so that scanning can be performed in the main scanning region of the other scanner between the transition regions of one scanner. Laser light can be used more efficiently, thereby further increasing the brightness of the image.

本発明の画像形成装置において、光源部は、主走査領域から遷移領域に移るタイミングで、レーザ光を照射するスキャナを切り替えることが好ましい。   In the image forming apparatus according to the aspect of the invention, it is preferable that the light source unit switches the scanner that emits the laser light at the timing of moving from the main scanning area to the transition area.

これにより、ブランキング期間をなくすことができるため、形成する画像の高輝度化を実現することができる。   Thereby, since the blanking period can be eliminated, it is possible to realize high brightness of an image to be formed.

本発明の画像形成装置において、光源部は、スキャナによる走査パターンのうち、往路方向及び復路方向の一方のみのタイミングで駆動されることが好ましい。   In the image forming apparatus according to the aspect of the invention, it is preferable that the light source unit is driven at the timing of only one of the forward path direction and the backward path direction among the scanning patterns by the scanner.

往路方向と復路方向で、水平方向に対する傾きが異なる場合には、一方の方向のタイミングでレーザ光を照射することにより、傾きの違いを補正することなく画像を形成することができるため、補正回路を必要としない、簡素で安価な構成を実現することができる。   When the inclination with respect to the horizontal direction is different between the forward direction and the backward direction, an image can be formed without correcting the difference in inclination by irradiating the laser beam at the timing in one direction. It is possible to realize a simple and inexpensive configuration that does not require the above.

本発明の画像形成装置において、２つのスキャナの駆動パターンの位相のずれはπ／２（ｒａｄ）であることが好ましい。   In the image forming apparatus of the present invention, the phase shift between the drive patterns of the two scanners is preferably π / 2 (rad).

これにより、ブランキング期間をなくすことができるため、形成する画像の高輝度化を実現することができる。   Thereby, since the blanking period can be eliminated, it is possible to realize high brightness of an image to be formed.

本発明の画像形成装置において、光源部は、レーザ光の出射方向を切り替えることによって２つのスキャナへの照射を切り替える光スイッチを備えることが好ましい。   In the image forming apparatus of the present invention, it is preferable that the light source unit includes an optical switch that switches irradiation to the two scanners by switching the emission direction of the laser light.

これにより、スキャナの切り替えがスムーズに行えるようになるため、レーザ光の走査の連続性を確保できる。   Thereby, since the scanner can be switched smoothly, the continuity of the laser beam scanning can be ensured.

本発明の画像形成装置において、スクリーンは、レーザ光の走査によって与えられた光を拡散させる拡散手段であり、スクリーンで結像した画像に基づいてウインドシールドに投影画像を生成する投影光学系を備えることが好ましい。
これにより、輝度が高く視認しやすい虚像を生成することができる。 In the image forming apparatus of the present invention, the screen is a diffusing unit that diffuses the light given by the scanning of the laser light, and includes a projection optical system that generates a projection image on the windshield based on the image formed on the screen. It is preferable.
Thereby, it is possible to generate a virtual image with high luminance and easy to visually recognize.

本発明によると、スキャナを用いてレーザ光を走査することによってスクリーンに画像を形成する画像形成装置において、レーザ光源から出射されるレーザ光を効率的に利用し、形成される画像の高輝度化を図ることができる。   According to the present invention, in an image forming apparatus that forms an image on a screen by scanning laser light using a scanner, the laser light emitted from the laser light source is efficiently used to increase the brightness of the formed image. Can be achieved.

第１実施形態に係る画像形成装置の構成を示す機能ブロック図である。1 is a functional block diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus according to a first embodiment. （Ａ）は第１実施形態における光スイッチが第１反射光を出射する様子を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）の光スイッチが第２反射光を出射する様子を示す側面図である。(A) is a side view which shows a mode that the optical switch in 1st Embodiment radiate | emits 1st reflected light, (B) is a side view which shows a mode that the optical switch of (A) radiate | emits 2nd reflected light. . 第１実施形態のスクリーン上における走査パターンを説明する図である。It is a figure explaining the scanning pattern on the screen of 1st Embodiment. 第１実施形態における投影光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the projection optical system in 1st Embodiment. 第２実施形態における走査パターンを説明する図である。It is a figure explaining the scanning pattern in 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態に係る画像形成装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。   Hereinafter, an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、第１実施形態の画像形成装置１０の構成を示す機能ブロック図である。図２（Ａ）は第１実施形態の光スイッチ２３が第１反射光Ｌ１を出射する様子を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）の光スイッチが第２反射光Ｌ２を出射する様子を示す側面図である。図３は、第１実施形態のスクリーン５０上における走査パターンを説明する図である。図３において、Ｘ方向は水平方向、Ｙ方向は垂直方向である。   FIG. 1 is a functional block diagram illustrating the configuration of the image forming apparatus 10 according to the first embodiment. 2A is a side view showing a state in which the optical switch 23 of the first embodiment emits the first reflected light L1, and FIG. 2B shows a state in which the optical switch of FIG. 2A emits the second reflected light L2. FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a scanning pattern on the screen 50 according to the first embodiment. In FIG. 3, the X direction is the horizontal direction and the Y direction is the vertical direction.

図１に示すように、画像形成装置１０は、光源部２０と、第１スキャナ３１と、第１スキャナ駆動部３２と、第２スキャナ４１と、第２スキャナ駆動部４２と、スキャナ制御部３３と、スクリーン５０と、全体制御部６０とを備える。光源部２０は、レーザドライバ２１と、レーザ光源２２と、光スイッチ２３とを備える。   As shown in FIG. 1, the image forming apparatus 10 includes a light source unit 20, a first scanner 31, a first scanner driving unit 32, a second scanner 41, a second scanner driving unit 42, and a scanner control unit 33. And a screen 50 and an overall control unit 60. The light source unit 20 includes a laser driver 21, a laser light source 22, and an optical switch 23.

レーザドライバ２１は、スクリーン５０上に形成する画像に対応したパターンの信号をレーザ光源２２に供給する。レーザ光源２２は、可視領域のレーザ光を振幅変調して出射する光源であり、レーザドライバ２１から供給される信号の電流量変化に応じた強度の光を出射する。後述するようにスクリーン５０上への走査パターンは正弦波状であって、往路の走査方向と復路の走査方向は水平方向に対して異なる角度を有している。このため、レーザドライバ２１からレーザ光源２２に供給する信号は、往路と復路の傾きの違いを補正したデータに基づいて生成されている。   The laser driver 21 supplies a signal of a pattern corresponding to an image formed on the screen 50 to the laser light source 22. The laser light source 22 is a light source that emits an amplitude-modulated laser beam in the visible region, and emits light having an intensity corresponding to a change in the current amount of a signal supplied from the laser driver 21. As will be described later, the scanning pattern on the screen 50 is sinusoidal, and the forward scanning direction and the backward scanning direction have different angles with respect to the horizontal direction. For this reason, the signal supplied from the laser driver 21 to the laser light source 22 is generated based on data in which the difference in inclination between the forward path and the backward path is corrected.

光スイッチ２３は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、回転軸２３ｃを中心とする略円柱状の部材の表面に第１反射面２３ａと第２反射面２３ｂを設けた構成を備え、回転軸２３ｃを中心に回転可能である。光スイッチ２３の回転は全体制御部６０によって制御される。第１反射面２３ａと第２反射面２３ｂは、例えばアルミニウムの反射コーティングによって一定の反射特性が与えられている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the optical switch 23 has a configuration in which a first reflecting surface 23a and a second reflecting surface 23b are provided on the surface of a substantially cylindrical member centering on the rotation shaft 23c. Provided, and rotatable about the rotation shaft 23c. The rotation of the optical switch 23 is controlled by the overall control unit 60. The first reflecting surface 23a and the second reflecting surface 23b are given certain reflection characteristics by, for example, an aluminum reflective coating.

図２（Ａ）に示すように、光スイッチ２３においては、回転軸２３ｃを中心として等角度（４５°）に８つに分けた領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８が設定され、これらの領域について第１反射面２３ａと第２反射面２３ｂが交互に設定されている。第１反射面２３ａは曲率半径Ｒ１の曲面であり、第２反射面２３ｂは第１反射面２３ａの曲率半径Ｒ１よりも大きな曲率半径Ｒ２を有する曲面である。さらに、第１反射面２３ａと第２反射面２３ｂは異なる曲率が設定されており、これにより、同じ方向から入射した光に対して、異なる出射角α、β（図２（Ａ）、（Ｂ））で反射光が出射される。このような構成の光スイッチ２３にレーザ光源２２からレーザ光Ｌ０が入射すると、第１反射面２３ａに入射した場合には第１反射光Ｌ１が第１スキャナ３１に向けて出射され、第２反射面２３ｂに入射した場合には第２反射光Ｌ２が第２スキャナ４１に向けて出射される。   As shown in FIG. 2A, in the optical switch 23, the regions A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 divided into eight equal angles (45 °) around the rotation shaft 23c. Are set, and the first reflecting surface 23a and the second reflecting surface 23b are alternately set for these regions. The first reflecting surface 23a is a curved surface having a curvature radius R1, and the second reflecting surface 23b is a curved surface having a curvature radius R2 larger than the curvature radius R1 of the first reflecting surface 23a. Further, the first reflecting surface 23a and the second reflecting surface 23b have different curvatures, so that different emission angles α and β (FIGS. 2A and 2B) are obtained for light incident from the same direction. )), Reflected light is emitted. When the laser light L0 is incident from the laser light source 22 on the optical switch 23 having such a configuration, the first reflected light L1 is emitted toward the first scanner 31 when incident on the first reflecting surface 23a, and the second reflected light. When the light enters the surface 23b, the second reflected light L2 is emitted toward the second scanner 41.

第１スキャナ３１と第２スキャナ４１は、光スイッチ２３で反射されたレーザ光を、スクリーン５０上に水平方向及び垂直方向に走査し、これによってスクリーン５０上に画像を形成する走査手段を構成する。第１スキャナ３１は、光スイッチ２３から出射された第１反射光Ｌ１が入射するように配置され、第２スキャナ４１は、光スイッチ２３から出射された第２反射光Ｌ２が入射するように配置されている。第１スキャナ３１は、スキャナ制御部３３からの指示信号に従って第１スキャナ駆動部３２が生成した駆動信号によって、レーザ光を水平方向及び垂直方向に走査するように駆動される。第２スキャナ４１は、スキャナ制御部３３からの指示信号に従って第２スキャナ駆動部４２が生成した駆動信号によって、レーザ光を水平方向及び垂直方向に走査するように駆動される。   The first scanner 31 and the second scanner 41 constitute scanning means for scanning the laser beam reflected by the optical switch 23 in the horizontal direction and the vertical direction on the screen 50, thereby forming an image on the screen 50. . The first scanner 31 is arranged so that the first reflected light L1 emitted from the optical switch 23 enters, and the second scanner 41 is arranged so that the second reflected light L2 emitted from the optical switch 23 enters. Has been. The first scanner 31 is driven so as to scan the laser beam in the horizontal direction and the vertical direction by the drive signal generated by the first scanner drive unit 32 in accordance with the instruction signal from the scanner control unit 33. The second scanner 41 is driven so as to scan the laser beam in the horizontal direction and the vertical direction by the drive signal generated by the second scanner drive unit 42 according to the instruction signal from the scanner control unit 33.

第１スキャナ３１と第２スキャナ４１による垂直方向の駆動周波数ｆｖ及び位相は互いに同一である。これに対して、第１スキャナ３１と第２スキャナ４１による水平方向の駆動周波数ｆｈは、共振周波数であって、互いに同一であるが、駆動パターンの位相は互いにπ／２（ｒａｄ）ずらしている。このずれ量は、水平方向の駆動周期で規格化すると０．２５となる。   The vertical driving frequency fv and phase of the first scanner 31 and the second scanner 41 are the same. On the other hand, the horizontal driving frequency fh by the first scanner 31 and the second scanner 41 is the resonance frequency and the same, but the phases of the driving patterns are shifted from each other by π / 2 (rad). . This deviation amount is 0.25 when normalized by the horizontal driving cycle.

第１スキャナ３１による走査パターンは、図３において一点鎖線（一部実線）で示す正弦波状のパターンＳ１であり、第２スキャナ４１による走査パターンは破線（一部実線）で示す正弦波状のパターンＳ２である。ここで、図３における座標は、縦軸の１目盛をπ／４（ｒａｄ）に対応させ、横軸は駆動パターンの振幅の最大値が１、最小値が−１となるように設定している。第１スキャナ３１による走査パターンＳ１は、スクリーン５０上において、一点鎖線又は実線の矢印で示すように往復しており、第２スキャナ４１による走査パターンＳ２は、スクリーン５０上において、破線又は実線の矢印で示すように往復する。   The scanning pattern by the first scanner 31 is a sinusoidal pattern S1 indicated by a one-dot chain line (partial solid line) in FIG. 3, and the scanning pattern by the second scanner 41 is a sinusoidal pattern S2 indicated by a broken line (partial solid line). It is. Here, the coordinates in FIG. 3 are set so that one scale of the vertical axis corresponds to π / 4 (rad), and the horizontal axis is set so that the maximum value of the drive pattern amplitude is 1 and the minimum value is −1. Yes. The scanning pattern S1 by the first scanner 31 reciprocates on the screen 50 as indicated by a one-dot chain line or a solid arrow, and the scanning pattern S2 by the second scanner 41 has a broken line or a solid arrow on the screen 50. Go back and forth as shown in.

図３に示すように、走査パターンＳ１、Ｓ２は、走査方向が水平方向にほぼ沿って直線状に延びる主走査領域Ｂ１と、主走査領域の外側の遷移領域Ｂ２とからなる。遷移領域Ｂ２は、走査方向が往路方向（図３において左から右へ向かう方向）と復路方向（図３において右から左へ向かう方向）の一方から他方へ曲線状に切り替わる領域である。走査パターンＳ１、Ｓ２のいずれにおいても、π／２（ｒａｄ）ごとに、主走査領域Ｂ１の期間と遷移領域Ｂ２の期間が入れ替わっている。さらに、走査パターンＳ１、Ｓ２とでは、一方が主走査領域Ｂ１に入っているときは、他方が遷移領域Ｂ２に入っている。したがって、一方の走査パターンで主走査領域Ｂ１の期間から遷移領域Ｂ２の期間に移るタイミングと、他方の走査パターンで遷移領域Ｂ２の期間から主走査領域Ｂ１の期間に移るタイミングとは重なっている。   As shown in FIG. 3, the scanning patterns S <b> 1 and S <b> 2 include a main scanning region B <b> 1 whose scanning direction extends linearly along the horizontal direction and a transition region B <b> 2 outside the main scanning region. The transition region B2 is a region where the scanning direction is switched in a curved shape from one of the forward direction (the direction from left to right in FIG. 3) and the backward direction (the direction from right to left in FIG. 3). In both the scanning patterns S1 and S2, the period of the main scanning area B1 and the period of the transition area B2 are switched every π / 2 (rad). Further, in the scanning patterns S1 and S2, when one is in the main scanning area B1, the other is in the transition area B2. Therefore, the timing for shifting from the period of the main scanning area B1 to the period of the transition area B2 in one scanning pattern and the timing for shifting from the period of the transition area B2 to the period of the main scanning area B1 in the other scanning pattern overlap.

以上の構成において、全体制御部６０は、第１スキャナ３１と第２スキャナ４１の水平方向の駆動周波数ｆｈに同期させるように光スイッチ２３を回転駆動させる。この回転駆動においては、走査パターンの位相π／２（ｒａｄ）に対応する期間ごとに、レーザ光Ｌ０が入射する反射面が第１反射面２３ａと第２反射面２３ｂで切り替わっている。これにより、走査パターンＳ１、Ｓ２のうち、主走査領域Ｂ１の期間に入る走査パターンに対応するスキャナに対して、レーザ光が入射するように光スイッチ２３の反射面が切り替えられ、この走査パターンが遷移領域Ｂ２の期間に移るタイミングで、他方の走査パターンに対応するスキャナに対してレーザ光が入射するように、光スイッチ２３の反射面がさらに切り替わる。これを繰り返すことにより、遷移領域Ｂ２の走査パターンを用いることなく、主走査領域Ｂ１内で連続的に直線状の走査を行うことが可能となる。より具体的には、図３の主走査領域Ｂ１において、（１）第１反射光Ｌ１による走査パターンＳ１の直線状パターンＴ１（実線部分）、（２）第２反射光Ｌ２による走査パターンＳ２の直線状パターンＴ２（実線部分）、（３）第１反射光Ｌ１による走査パターンＳ１の直線状パターンＴ３（実線部分）、（４）第２反射光Ｌ２による走査パターンＳ２の直線状パターンＴ４（実線部分）、（５）第１反射光Ｌ１による走査パターンＳ１の直線状パターンＴ５（実線部分）、（６）第２反射光Ｌ２による走査パターンＳ２の直線状パターンＴ６（実線部分）、及び、（７）第１反射光Ｌ１による走査パターンＳ１の直線状パターンＴ７（実線部分）の順に、スクリーン５０上にレーザ光が走査される。したがって、全期間の走査が主走査領域Ｂ１内で行われるため、常時レーザ光を走査することとなる。よって、遷移領域Ｂ２ではレーザ光を照射しない従来の装置と比較すると、レーザ光を照射する時間が２倍となることから、形成される画像の輝度を２倍にすることが可能となる。   In the above configuration, the overall control unit 60 rotationally drives the optical switch 23 so as to synchronize with the horizontal driving frequency fh of the first scanner 31 and the second scanner 41. In this rotational drive, the reflection surface on which the laser light L0 is incident is switched between the first reflection surface 23a and the second reflection surface 23b for each period corresponding to the phase π / 2 (rad) of the scanning pattern. As a result, the reflecting surface of the optical switch 23 is switched so that the laser light is incident on the scanner corresponding to the scanning pattern that enters the period of the main scanning region B1 out of the scanning patterns S1 and S2, and this scanning pattern is changed. At the timing of transition to the transition region B2, the reflection surface of the optical switch 23 is further switched so that the laser light is incident on the scanner corresponding to the other scanning pattern. By repeating this, it becomes possible to perform linear scanning continuously in the main scanning region B1 without using the scanning pattern of the transition region B2. More specifically, in the main scanning region B1 of FIG. 3, (1) the linear pattern T1 (solid line portion) of the scanning pattern S1 by the first reflected light L1, and (2) the scanning pattern S2 by the second reflected light L2. Linear pattern T2 (solid line part), (3) Linear pattern T3 (solid line part) of scanning pattern S1 by first reflected light L1, (4) Linear pattern T4 (solid line) of scanning pattern S2 by second reflected light L2 (Part), (5) linear pattern T5 (solid line part) of scanning pattern S1 by first reflected light L1, (6) linear pattern T6 (solid line part) of scanning pattern S2 by second reflected light L2, and ( 7) The laser beam is scanned on the screen 50 in the order of the linear pattern T7 (solid line portion) of the scanning pattern S1 by the first reflected light L1. Accordingly, since scanning for the entire period is performed in the main scanning region B1, laser light is always scanned. Therefore, compared with the conventional device that does not irradiate laser light in the transition region B2, the time for irradiating the laser light is doubled, so that the brightness of the formed image can be doubled.

次に、画像形成装置１０をヘッドアップディスプレイ装置に適用する構成について説明する。図４は、第１実施形態の投影光学系の構成を示す図である。   Next, a configuration in which the image forming apparatus 10 is applied to a head-up display device will be described. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the projection optical system of the first embodiment.

スクリーン５０は、例えば、第１スキャナ３１及び第２スキャナ４１からの入射光を、発散角を有する拡散光として出射するディフューザとして構成することができ、レーザ光の走査によって与えられた光を拡散させる拡散手段として機能する。画像形成装置１０を車両に設置し、スクリーン５０に形成される画像を中間画像とし、この中間画像を投影光学系によってウインドシールドに投影することによって虚像を形成するヘッドアップディスプレイ装置を構成することができる。   The screen 50 can be configured, for example, as a diffuser that emits incident light from the first scanner 31 and the second scanner 41 as diffused light having a divergence angle, and diffuses light provided by scanning with laser light. Functions as a diffusion means. It is possible to configure a head-up display device in which the image forming apparatus 10 is installed in a vehicle, an image formed on the screen 50 is an intermediate image, and this intermediate image is projected onto a windshield by a projection optical system to form a virtual image. it can.

投影光学系としての投影ミラー７０は、反射面７０ａを有する凹面鏡（拡大鏡）である。スクリーン５０で結像した画像を含む投影光は、投影ミラー７０で拡大・反射される。この反射光は、車両のウインドシールド８０の表示領域に投影される。この表示領域は半反射面として機能するため、入射したイメージ光は、運転者に向けて反射されるとともに、ウインドシールドの前方位置Ｐ１に虚像が形成される。ウインドシールド８０の前方の虚像を目視することで、運転者の目Ｅには、ステアリングホイール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。   The projection mirror 70 as the projection optical system is a concave mirror (magnifying mirror) having a reflecting surface 70a. Projection light including an image formed on the screen 50 is magnified and reflected by the projection mirror 70. This reflected light is projected onto the display area of the windshield 80 of the vehicle. Since this display area functions as a semi-reflective surface, the incident image light is reflected toward the driver and a virtual image is formed at the front position P1 of the windshield. By visually observing the virtual image in front of the windshield 80, it appears to the driver's eyes E that various types of information are displayed in front of the steering wheel.

以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）走査手段として、レーザ光を水平方向に往復走査してスクリーン５０に照射する２つのスキャナ３１、４１を設け、これらのスキャナの駆動パターンの位相が所定ずれ量（π／２（ｒａｄ））だけずれており、この所定ずれ量に対応した期間ごとに、２つのスキャナ３１、４１へのレーザ光の照射を切り替えている。これにより、２つのスキャナ３１、４１のうちの一方で遷移領域となる期間に、他方のスキャナで安定した速度で走査を行うことができるようになるため、レーザ光を効率的に利用でき、画像の輝度を高めることが可能となる。 With the configuration as described above, the following effects are achieved according to the first embodiment.
(1) As the scanning means, two scanners 31 and 41 that irradiate the screen 50 by reciprocally scanning a laser beam in the horizontal direction are provided, and the phase of the drive pattern of these scanners is a predetermined deviation amount (π / 2 (rad) ), And the irradiation of the laser light to the two scanners 31 and 41 is switched every period corresponding to the predetermined amount of deviation. As a result, scanning can be performed at a stable speed with the other scanner during the period of one of the two scanners 31 and 41, so that the laser beam can be used efficiently, and the image It is possible to increase the brightness.

（２）２つのスキャナ３１、４１による走査パターンが主走査領域と遷移領域からなり、上記所定ずれ量を主走査領域の期間に対応させている。これにより、位相のずれ量に対応して２つのスキャナ３１、４１を切り替えることができるため、一方のスキャナの遷移領域の間に他方のスキャナの主走査領域で走査を行うことができるようになることから、レーザ光をより効率的に利用でき、これによって画像の輝度をさらにたかめることができる。 (2) A scanning pattern by the two scanners 31 and 41 is composed of a main scanning region and a transition region, and the predetermined shift amount is made to correspond to the period of the main scanning region. Accordingly, since the two scanners 31 and 41 can be switched in accordance with the phase shift amount, scanning can be performed in the main scanning region of the other scanner between the transition regions of one scanner. For this reason, the laser beam can be used more efficiently, thereby further increasing the brightness of the image.

（３）主走査領域から遷移領域に移るタイミングで、レーザ光を照射するスキャナ３１、４１を切り替えることにより、ブランキング期間をなくすことができるため、形成する画像の高輝度化を実現することができる。 (3) Since the blanking period can be eliminated by switching the scanners 31 and 41 that irradiate laser light at the timing of moving from the main scanning area to the transition area, it is possible to increase the brightness of an image to be formed. it can.

（４）上記所定ずれ量をπ／２（ｒａｄ）とすることにより、ブランキング期間をなくすことができるため、形成する画像の高輝度化を実現することができる。 (4) By setting the predetermined deviation amount to π / 2 (rad), it is possible to eliminate the blanking period, and thus it is possible to achieve high brightness of the image to be formed.

（５）レーザ光の出射方向を切り替えることによって２つのスキャナ３１、４１への照射を切り替える光スイッチ２３を設けたため、スキャナ３１、４１の切り替えがスムーズに行えるようになるため、レーザ光の走査の連続性を確保できる。 (5) Since the optical switch 23 for switching the irradiation of the two scanners 31 and 41 by switching the emission direction of the laser light is provided, the switching of the scanners 31 and 41 can be performed smoothly. Continuity can be secured.

（６）２つのスキャナ３１、４１を切り替えて走査することにより、一方のスキャナによる走査パターンの走査時間の半分を占めるブランキング期間において、他方のスキャナによる走査を実行できる。このため、ブランキング期間のあった従来の装置と比べて、実質的に有効な走査線数を２倍にすることができることから、垂直解像度を向上させることができる。 (6) By switching between the two scanners 31 and 41 for scanning, scanning by the other scanner can be executed in the blanking period that occupies half of the scanning time of the scanning pattern by one scanner. For this reason, since the effective number of scanning lines can be doubled compared to the conventional apparatus having a blanking period, the vertical resolution can be improved.

（７）光スイッチ２３は、回転軸２３ｃを中心にして、２つのスキャナ３１、４１による走査パターンの位相のずれに対応した速度で一定方向に回転させることにより、２つのスキャナ３１、４１へのレーザ光の入射を切り替えている。このため、例えばミラーを往復駆動させてレーザ光の反射方向を変更させるよりも、高速かつ確実にレーザ光を選択的に出射させることが可能となる。 (7) The optical switch 23 is rotated in a fixed direction around the rotation axis 23c at a speed corresponding to the phase shift of the scanning pattern by the two scanners 31 and 41, thereby moving the optical switch 23 to the two scanners 31 and 41. Laser light incidence is switched. For this reason, for example, it is possible to selectively emit laser light at high speed and more reliably than when the mirror is reciprocated to change the reflection direction of the laser light.

＜第２実施形態＞
つづいて、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る画像形成装置は、第１実施形態の画像形成装置１０と同じ構成であるため、構成の詳細な説明は省略する。 Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the image forming apparatus according to the second embodiment has the same configuration as the image forming apparatus 10 of the first embodiment, a detailed description of the configuration is omitted.

図５は、第２実施形態におけるスクリーン５０上の走査パターンを説明する図である。図５における走査パターンＳ１、Ｓ２は、図３に示す走査パターンＳ１、Ｓ２と同一である。第２実施形態においては、主走査領域Ｂ１内の走査パターンのうち、往路方向（図５において左から右へ向かう方向）のパターンでは、スキャナ３１、４１からスクリーン５０へレーザ光を反射させるが、復路方向（図５において右から左へ向かう方向）のパターンではレーザ光をスクリーン５０へ照射させないブランキング期間としている。より具体的には、図５の主走査領域Ｂ１において、（１）第２反射光Ｌ２による走査パターンＳ２の直線状パターンＴ２（実線部分）、（２）第１反射光Ｌ１による走査パターンＳ１の直線状パターンＴ３（実線部分）、（３）第２反射光Ｌ２による走査パターンＳ２の直線状パターンＴ６（実線部分）、及び、（４）第１反射光Ｌ１による走査パターンＳ１の直線状パターンＴ７（実線部分）の順に、スクリーン５０上にレーザ光が走査される。   FIG. 5 is a diagram for explaining a scanning pattern on the screen 50 in the second embodiment. Scan patterns S1 and S2 in FIG. 5 are the same as scan patterns S1 and S2 shown in FIG. In the second embodiment, among the scanning patterns in the main scanning region B1, the laser beam is reflected from the scanners 31 and 41 to the screen 50 in the pattern in the forward direction (the direction from left to right in FIG. 5). In the pattern in the return path direction (the direction from right to left in FIG. 5), the blanking period during which the laser beam is not irradiated onto the screen 50 is set. More specifically, in the main scanning region B1 of FIG. 5, (1) the linear pattern T2 (solid line portion) of the scanning pattern S2 by the second reflected light L2, and (2) the scanning pattern S1 by the first reflected light L1. Linear pattern T3 (solid line portion), (3) linear pattern T6 (solid line portion) of scanning pattern S2 by second reflected light L2, and (4) linear pattern T7 of scanning pattern S1 by first reflected light L1. Laser light is scanned on the screen 50 in the order of (solid line portion).

レーザ光をこのように走査すると、水平方向に対する傾きが同一である往路方向の走査パターンのみが用いられるため、傾きの異なる往路方向と復路方向の両方の走査パターンを用いる場合と比べて、傾きを考慮して画像を補正した信号をレーザドライバ２１で生成する必要がなくなる。したがって、信号を補正する演算回路が不要となるため、より簡素で安価な構成を実現することができる。   When scanning with laser light in this way, only the scan pattern in the forward direction with the same tilt relative to the horizontal direction is used, so the tilt is less than when using scan patterns in both the forward and return directions with different tilts. There is no need to generate a signal in which the image is corrected in consideration of the laser driver 21. Therefore, an arithmetic circuit for correcting the signal is not necessary, and a simpler and cheaper configuration can be realized.

ここで、上述の説明では、往路方向のパターンについてのみレーザ光を照射させていたが、これに代えて、復路方向のパターンについてのみレーザ光を照射させてもよい。この場合は、図３の例では、直線状パターンＴ１、Ｔ４、Ｔ５についてレーザ光を照射させる。
なお、その他の構成、作用、効果は第１実施形態と同様である。 Here, in the above description, the laser beam is irradiated only for the pattern in the forward direction, but instead, the laser beam may be irradiated only for the pattern in the backward direction. In this case, in the example of FIG. 3, the laser light is irradiated on the linear patterns T1, T4, and T5.
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment.

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。   Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.

以上のように、本発明に係る画像形成装置は、高い輝度の画像の表示に有用であり、ヘッドアップディスプレイ装置に適用可能である。   As described above, the image forming apparatus according to the present invention is useful for displaying a high-luminance image and can be applied to a head-up display device.

１０ 画像形成装置
２０ 光源部
２１ レーザドライバ
２２ レーザ光源
２３ 光スイッチ
２３ａ 第１反射面
２３ｂ 第２反射面
２３ｃ 回転軸
３１ 第１スキャナ（走査手段）
３２ 第１スキャナ駆動部
３３ スキャナ制御部
４１ 第２スキャナ（走査手段）
４２ 第２スキャナ駆動部
５０ スクリーン
６０ 全体制御部
７０ 投影ミラー（投影光学系）
Ｂ１ 主走査領域
Ｂ２ 遷移領域
Ｌ０ レーザ光
Ｌ１ 第１反射光
Ｌ２ 第２反射光
Ｓ１、Ｓ２ 走査パターン
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７ 直線状パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Image forming apparatus 20 Light source part 21 Laser driver 22 Laser light source 23 Optical switch 23a 1st reflective surface 23b 2nd reflective surface 23c Rotating shaft 31 1st scanner (scanning means)
32 1st scanner drive part 33 Scanner control part 41 2nd scanner (scanning means)
42 Second scanner driving unit 50 Screen 60 Overall control unit 70 Projection mirror (projection optical system)
B1 main scanning region B2 transition region L0 laser light L1 first reflected light L2 second reflected light S1, S2 scanning pattern T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7 linear pattern

Claims (7)

振幅変調したレーザ光を出射する光源部と、
前記レーザ光を走査してスクリーン上に照射して画像を形成する走査手段とを備えた画像形成装置であって、
前記走査手段は、前記レーザ光を水平方向に往復走査して前記スクリーンに照射させる２つのスキャナを有し、前記２つのスキャナは同一の共振周波数で駆動され、かつ、その駆動パターンの位相が所定ずれ量だけずれており、
前記光源部は、前記所定ずれ量に対応した期間ごとに、前記２つのスキャナへの前記レーザ光の照射を切り替える
ことを特徴とする画像形成装置。 A light source that emits amplitude-modulated laser light;
An image forming apparatus comprising: a scanning unit that scans the laser beam and irradiates a screen to form an image;
The scanning means includes two scanners that reciprocately scan the laser beam in the horizontal direction and irradiate the screen, the two scanners are driven at the same resonance frequency, and the phase of the drive pattern is predetermined. It has shifted by the amount of shift,
The image forming apparatus, wherein the light source unit switches irradiation of the laser light to the two scanners for each period corresponding to the predetermined deviation amount. 前記スキャナによる走査パターンは、走査方向が水平方向に沿って直線状に延びる主走査領域と、走査方向が往路方向と復路方向の一方から他方へ曲線状に切り替わる遷移領域とからなり、
前記所定ずれ量は前記主走査領域の期間に対応する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。 The scanning pattern by the scanner is composed of a main scanning region in which the scanning direction extends linearly along the horizontal direction, and a transition region in which the scanning direction switches in a curved shape from one of the forward direction and the backward direction to the other,
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the predetermined shift amount corresponds to a period of the main scanning region. 前記光源部は、前記主走査領域から前記遷移領域に移るタイミングで、前記レーザ光を照射するスキャナを切り替える
ことを特徴とする請求項１から請求項のいずれか１項に記載の画像形成装置。 2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the light source unit switches a scanner that irradiates the laser light at a timing of moving from the main scanning region to the transition region. 前記光源部は、前記スキャナによる走査パターンのうち、前記往路方向及び前記復路方向の一方のみのタイミングで駆動される
ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 3, wherein the light source unit is driven at a timing of only one of the forward direction and the backward direction in a scanning pattern by the scanner. 前記２つのスキャナの駆動パターンの位相のずれはπ／２（ｒａｄ）である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。 5. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a phase shift between driving patterns of the two scanners is π / 2 (rad). 6. 前記光源部は、前記レーザ光の出射方向を切り替えることによって前記２つのスキャナへの照射を切り替える光スイッチを備える
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。 6. The image formation according to claim 1, wherein the light source unit includes an optical switch that switches irradiation of the two scanners by switching an emission direction of the laser light. apparatus. 前記スクリーンは、前記レーザ光の走査によって与えられた光を拡散させる拡散手段であり、
前記スクリーンで結像した画像に基づいてウインドシールドに投影画像を生成する投影光学系を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の画像形成装置。 The screen is a diffusing means for diffusing the light given by the scanning of the laser light,
The image forming apparatus according to claim 1, further comprising a projection optical system that generates a projection image on a windshield based on an image formed on the screen.
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