JP5867225B2 - 画像表示装置、および、画像表示装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置および画像表示装置の制御方法に関する。より具体的には、レーザー走査型のプロジェクションディスプレーおよびその制御方法に関する。

レーザー光を走査ミラーで反射させ、光線のラスター走査により投射面に画像を表示させる画像表示装置が知られている（例えば特表２０１０−５３９５２５号）。すなわち、レーザー走査型のプロジェクションディスプレーは、走査ミラーを左右に往復揺動させて水平方向の走査線を描くと同時に、画像を構成する走査線の数に合わせて走査ミラーを垂直方向に往復揺動させる。このような画像表示装置は、半導体レーザーダイオードやＭＥＭＳミラーを利用することによって非常に小型化できる可能性があり、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイなど様々な応用製品が現在開発されてきている。

ところで、レーザー走査型のプロジェクションディスプレーではレーザー光を使用している。そして、レーザー光を眼の網膜に導き、網膜上で画像を結像させるという特徴を有している。そのため、眼に入射するレーザー光の強度は定められた基準を超えてはならない。

特表２０１０−５３９５２５号公報

レーザー走査型プロジェクションディスプレーは、小型化が可能であるので可搬性に優れることが期待されるが、それゆえに、落下、衝撃、強い振動などを受ける可能性がある。また、レーザー走査型プロジェクションディスプレーを車に搭載すると便利であるが、路面の状況によっては車の走行中に継続的に強い揺れを受けることも考えられる。使用状態によっては部品が脱落したり破損したりすることもあり得る。

そこで、本発明は、
光束を出力する光源部（１３０）と、
入力画像データに基づいて前記光源部（１３０）を駆動させる光源駆動部（１１６）と、
主走査方向及び副走査方向に駆動されることで、前記光源部（１３０）からの光束をラスター走査するよう反射する走査ミラー部（２００）と、
前記光源部（１３０）から出力される光束の光路上に配設される射出瞳拡大器（１５２）と、
前記射出瞳拡大器（１５２）が前記光路上に存在するか否かを検出する検出手段（１４６）と、
前記検出手段（１４６）による前記射出瞳拡大器（１５２）の検出結果に応じて光路に出入りするシャッター（１３５）と、を備える
ことを特徴とする画像表示装置を提供する。

上記画像表示装置において、
前記検出手段（１４６）によって前記射出瞳拡大器（１５２）の存在を検出できなかった場合には、前記シャッター（１３５）を光路に挿入する
ようにしてもよい。

また、上記画像表示装置において、
前記光源部（１３０）は発光素子（１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂ）を発光させることによって前記光束を出力し、
前記シャッター（１３５）は、前記発光素子（１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂ）と前記走査ミラー（２００）との間に配置される
ようにしてもよい。

また、上記画像表示装置において、
前記シャッター（１３５）は、光を遮光する遮光部材である
ようにしてもよい。

上記画像表示装置において、
前記シャッター（１３５）は、光の透過量を削減するフィルタである
ようにしてもよい。

上記画像表示装置において、
前記シャッター（１３５）は、カラーフィルタである
ようにしてもよい。

また、上記画像表示装置において、
前記検出手段（１４６）によって前記射出瞳拡大器（１５２）の存在を検出できた場合にのみ、前記シャッターを開状態にする
ようにしてもよい。

さらに本発明は、
光源部（１３０）から出力される光束の光路上に配設される射出瞳拡大器（１５２）と、前記射出瞳拡大器（１５２）が前記光路上に存在するか否かを検出する検出手段（１４６）と、前記光路に出入りするシャッターと、を備えた画像表示装置の制御方法であって、
前記検出手段（１４６）が、前記射出瞳拡大器（１５２）が前記光路上に存在するか否かを検出し（ＳＴ１０３）、
前記射出瞳拡大器（１５２）の存在を検出できた場合には、前記シャッターを開状態にするとともに、前記光源部（１３０）からの光束を、走査ミラー部（２００）を主走査方向および副走査方向に駆動することでラスター走査するように反射して入力画像に基づく画像を表示し、
前記射出瞳拡大器（２００）の存在を検出できなかった場合には（ＳＴ１０４でＮＯ）、シャッター（１３５）を光路に挿入する（ＳＴ１０８）
ことを特徴とする画像表示装置の制御方法を提供する。

画像表示装置の典型的使用例を示す図。 画像表示装置の全体構成を示す機能ブロック図。 映像信号の処理の流れを示す図。 画像データの構成を説明するための図。 光射出ユニットの斜視図。 シャッター周辺部分の拡大図。 走査ミラー部の構造を示す図。 光射出ユニットから発射された画像光束Ｌ１が見る人の眼に到達するまでの光路を示す図。 マイクロレンズアレイの設置態様を示す図。 光学式センサの設置態様を示す図。 マイクロレンズアレイが脱落した状態を示す図。 中央制御部による制御動作の手順を示すフローチャート。 シャッターを閉じた状態を示す図。 シャッターの変形例を示す図。 変形例として、機械式センサの例を示す図。 変形例５を示す図。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の画像表示装置に係る第１実施形態について説明する。
図１は、本発明が想定する画像表示装置１００の典型的使用例である。
画像表示装置１００は、レーザー光を走査ミラーで反射させ、光線のラスター走査により投射面に画像を表示（描画）させるものである。
図１において、画像表示装置１００は、一例として自動車１０に搭載されている。画像表示装置１００からは所望の画像を表示させるように調整された画像光束Ｌ１が発射（出力）される。この画像光束Ｌ１は、フロントガラス１１での反射を介して運転者Ｐの眼に入射し、網膜上に像を結ぶ。同時に、フロントガラス１１には外界からの光Ｌ２も入射して透過していく。したがって、外界からの光Ｌ２と画像表示装置１００の画像光束Ｌ１とがオーバーレイ（重畳）し、運転者Ｐの視界には外界の実景と画像表示装置１００によって発射された画像とが同時に見えることになる。

図２は、画像表示装置１００の全体構成を示す機能ブロック図である。
画像表示装置１００は、画像信号処理部１１０と、光射出ユニット１２０と、結像光学系１５０と、タイミング処理部１６０と、中央制御部１８０と、を備える。
各機能部の構成および動作を以下に説明する。

画像信号処理部１１０は、ビデオインターフェース１１１と、ビデオデコーダ１１２と、メモリコントローラ１１３と、フレームメモリ１１４と、データバッファ１１５と、光源駆動部１１６と、を備える。

ビデオインターフェース１１１を介して原画像信号が入力される。
ビデオデコーダ１１２は、画像種別に応じてその原画像信号をデコード処理する。例えば、原画像信号がアナログ画像信号（コンポーネント映像信号）である場合には、デコード処理により、原画像信号を、３色（ＲＧＢ）のデジタル色信号で構成されるデジタル画像信号と、水平同期信号と垂直同期信号とを含む同期信号と、に分離する。

メモリコントローラ１１３は、書込み部１１３Ｗと読出し部１１３Ｒとを有する。
図３は、映像信号の処理の流れを示す図である。
書込み部１１３Ｗは、ビデオデコーダ１１２で処理した映像信号をフレームメモリ１１４に一旦書き込んでバッファさせる。そして、読出し部１１３Ｒは、指定されたドットクロックに基づいてフレームメモリ１１４から画像データを主走査線の一ラインずつ読み出す。このとき、読出し部１１３Ｒは、レーザー走査型のプロジェクションディスプレーに適したタイミングで画像データを読み出すとともに後段に出力する。すなわち、読出し部１１３Ｒは、タイミング処理部１６０で調整されたタイミング信号（ドットクロック、表示期間指示信号）に合わせて画像データを読み出す。
このように読み出された画像データはデータバッファ１１５に一時保持される。

データバッファ１１５には一ラインずつ読み出された画像データが一時保持され、さらに、画像データは順に光源駆動部１１６に出力される。

光源駆動部１１６は、Ｄ／Ａ変換部を備え、画像データに応じて光射出ユニット１２０の光源である各半導体レーザーダイオードに駆動電流を印加して各半導体レーザーダイオードを所望の輝度で発光させる。
光射出ユニット１２０の光源としては、ＲＧＢ３色を得るため、赤色レーザーダイオード、青色レーザーダイオード、および、緑色レーザーダイオードが設けられている（具体的な構造は図５を参照）。
それに合わせて、光源駆動部１１６としても、赤色ドライバ１１６Ｒと、緑色ドライバ１１６Ｇと、青色ドライバ１１６Ｂと、を備えている。

なお、当然のことであるが、画像データを構成する各画素データは、図４に示すように、画素ごとにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色で構成される色情報を有する。
それぞれのドライバ１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂはおのおの各画素の各色の情報に応じて半導体レーザーダイオードに電流を印加することで、色情報に応じた輝度で各半導体レーザーダイオードを発光させる。

光射出ユニット１２０は、光源部１３０と、走査ミラー部２００と、シャッター１３５と、を備える。
図５は、光射出ユニット１２０の斜視図であり、光源部１３０と走査ミラー部２００とは一例としてユニット化されている。
光源部１３０は、３色のレーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂと、複数のミラー１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃ、１３３Ｄと、複数の集光レンズ１３４と、を有する。
レーザーダイードとしては、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色のレーザー（レーザー光）をそれぞれ出力する、赤色レーザーダイオード１３２Ｒ、緑色レーザーダイオード１３２Ｇおよび青色レーザーダイオード１３２Ｂが設けられている。
なお、本実施形態は、３色より多いレーザーダイオードを用いた構成にも適用可能であるし、１色や２色のレーザーダイオードを用いた構成にも適用可能である。

ミラー１３３Ｂ、１３３Ｃはそれぞれ所定の波長の色を透過または反射させるダイクロイックミラーである。
光源部１３０が出力する光の経路を簡単に説明すると、第１ミラー１３３Ａは緑色レーザーダイオード１３２Ｇが出力する緑色レーザーを直角に反射して反射光を赤色レーザーの光路に導く。
第２ミラー１３３Ｂは、赤色レーザーダイオード１３２Ｒが出力する赤色レーザーを透過させるとともに緑色レーザーを反射して両者を合波する。
第３ミラー１３３Ｃは、前記第２ミラー１３３Ｂからの光を透過させるとともに、青色レーザーダイオード１３２Ｂが出力する青色レーザーを反射する。
これにより三つのレーザー光を一軸に合波した光束として、最後に第４ミラー１３３Ｄによって前記光束を走査ミラー部２００に所定の角度で入射させる。
なお、光路上に集光レンズ１３４が適宜配置されており、レーザー光を集光させる。
各集光レンズの光学特性および配置位置は、次段の結像光学系１５０との関係で決定される。

なお、図５において、光射出ユニット１２０の背面側に回路基板が設けられ、この回路基板上に画像信号処理部１１０、タイミング処理部１６０および中央制御部１８０が組み込まれており、例えば全体としてモジュール化されている。

次に、シャッター１３５について説明する。
シャッター１３５は、光射出ユニット１２０において、光源部１３０と走査ミラー部２００との間に配設されている。図５においては、第３ミラー１３３Ｃと第４ミラー１３３Ｄとの間で、揺動可能に設けられたシャッター１３５が光路に対して出入自在に設けられている例を図示している。図６は、シャッター１３５の周辺部分の拡大図である。
シャッター１３５は、軸１３６を中心として揺動可能であり、また、軸１３６に歯合したモータ（不図示）によって揺動駆動される。
シャッター１３５は光を遮光する部材で形成されている。
シャッターが光路に入っていない状態では、レーザー光は遮られずに光源部１３０から発射されるが、シャッターが光路に入った状態ではレーザー光が遮られ、光源部１３０から光が発射されない。仮にレーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂに駆動電流が印加されてレーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂから光が発射されていたとしても、シャッターを閉じていれば光は網膜に到達しない。

なお、本明細書では、シャッター１３５が光路に入ってレーザー光を遮っている状態を、シャッター１３５が閉じている、と表現することもある。
また、シャッター１３５が光路に入っていない状態を、シャッター１３５が開いている、と表現することもある。
シャッターの駆動タイミングについては後述する。

次に、走査ミラー部２００の構成を説明する。
走査ミラー部２００は、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスであって、半導体集積回路の加工技術を応用して製造される。走査ミラー部２００は、互いに直交する二つの揺動軸を有する二軸駆動可能であって、一面にミラーを有する。ミラーを揺動させることにより、光源部１３０から出力された、三つのレーザー光を一軸に合波した光束である画像光束をラスタースキャン（ラスター走査）するよう反射する。

走査ミラー部２００の典型的構造を図６を参照して説明する。
図７において、（Ａ）は走査ミラー部２００の平面図であり、（Ｂ）は断面模式図である。
なお、断面模式図においては、見易いように、誤解のない範囲でハッチングは省略した。
また、説明の都合上、図７（Ａ）における上下方向をｙ軸方向、左右方向をｘ軸方向として説明する。

走査ミラー部２００は、光を主走査方向および副走査方向に偏向させるように二軸駆動する光偏向素子２１０と、光偏向素子２１０を支える支持基台部２５０と、を備える。
光偏向素子２１０は、Ｓｉ（シリコン）ウェハから周知の半導体プロセスで作製される。
光偏向素子２１０は、図７（Ａ）においてｘ軸方向の両端に配置された二つの支持部２２０Ｌ、２２０Ｒと、前記二つの支持部２２０Ｌ、２２０Ｒの間において全体として副走査方向に揺動する副走査揺動体部２３０と、二つ支持部２２０Ｌ、２２０Ｒと副走査揺動体部２３０とを繋ぐ二つのアーム２４０Ｌ、２４０Ｒと、を有する。
二つのアーム２４０Ｌ、２４０Ｒは、上下方向のほぼ中央で支持部２２０Ｌ、２２０Ｒと副走査揺動体部２３０とを繋ぎ、これにより、副走査揺動軸Ｘｓを揺動軸として副走査揺動体部２３０が揺動可能になっている。

次に、副走査揺動体部２３０は、枠を構成する枠体２３１と、枠体２３１の枠内において枠体２３１から離間した状態で支持された主走査揺動片部２３２と、枠体２３１の内縁と主走査揺動片部２３２とを繋ぐ四つのＬ型梁部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ、２３３Ｄと、四つの圧電素子２３４Ａ、２３４Ｂ、２３４Ｃ、２３４Ｄと、ミラー２３５と、二つの磁石２３６Ｕ、２３６Ｄと、を備える。

Ｌ型梁部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ、２３３Ｄは、枠体２３１のうちのｙ軸に平行な内辺と、主走査揺動片部２３２のｘ軸に平行な辺と、を連結している。
このとき、Ｌ型梁部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ、２３３Ｄは、主走査揺動片部２３２の左右中央に近接した位置において主走査揺動片部２３２と連結されている。これにより、主走査揺動軸Ｙｓを揺動軸として主走査揺動片部２３２が揺動可能になっている。

そして、四つＬ型梁部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ、２３３Ｄにおいて、ｘ軸に平行な部分に圧電素子２３４Ａ、２３４Ｂ、２３４Ｃ、２３４Ｄが配置されている。圧電素子２３４Ａ、２３４Ｂ、２３４Ｃ、２３４Ｄは、詳しくは図示しないが、下部電極と上部電極との間に圧電体膜を挟んだ積層構造である。

ミラー２３５は、主走査揺動片部２３２の一面に形成されている。ミラー２３５は、反射率の高い金属（例えばＡｌやＡｕ）の蒸着によって形成できる。
ここまでの構造で明らかなように、ミラー２３５は、アーム２４０Ｌ、２４０Ｒによる支持によって副走査方向に揺動するとともに、Ｌ型梁部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ、２３３Ｄの支持によって主走査方向にも揺動できる。

二つの磁石２３６Ｕ、２３６Ｄは、主走査揺動片部２３２においてｙ軸に沿った上下にそれぞれ配置されている。ミラー２３５が形成された面を表面とすると、磁石２３６Ｕ、２３６Ｄは副走査揺動体部２３０の裏面に貼設されている。

支持基台部２５０は、台部２５１と、二つの電磁コイル２５２Ｕ、２５２Ｄと、を有する。電磁コイル２５２Ｕ、２５２Ｄは、それぞれ磁石２３６Ｕ、２３６Ｄと対になるように配置されている。

最後に、電気的配線について説明する。
４つの圧電素子２３４Ａ、２３４Ｂ、２３４Ｃ、２３４Ｄが設けられているところ、二つの圧電素子２３４Ａ、２３４Ｂで主走査揺動片部２３２に振動を誘起し、二つの圧電素子２３４Ｃ、２３４Ｄで主走査揺動片部２３２の振動を検出する。
すなわち、図７（Ａ）において、主走査揺動軸Ｙｓを間にして左側に配置されている二つの駆動用圧電素子２３４Ａ、２３４Ｂには駆動信号を印加する。すると、左側の二つの駆動用圧電素子２３４Ａ、２３４Ｂの振動がＬ型梁部２３３Ａ、２３３Ｂを介して主走査揺動片部２３２に伝達され、主走査揺動片部２３２が主走査揺動軸Ｙｓを揺動軸として揺動する。また、主走査揺動軸Ｙｓを間にして右側に配置されている二つの検出用圧電素子２３４Ｃ、２３４Ｄで主走査揺動片部２３２の振動を検出する。ここで、検出用圧電素子２３４Ｃ、２３４Ｄから得られる振動検出信号に対して所定の位相差をもった駆動電圧信号を駆動用圧電素子２３４Ａ、２３４Ｂにフィードバックすることにより、主走査揺動片部２３２を共振駆動させることができる。

また、電磁コイル２５２Ｕ、２５２Ｄには、所定周期で副走査揺動体部２３０を揺動させる駆動電流を印加する。
これにより、電磁コイル２５２Ｕ、２５２Ｄと磁石２３６Ｕ、２３６Ｄとが反発および接近を交互に繰り返し、副走査揺動体部２３０が副走査揺動軸Ｘｓを揺動軸として揺動する。副走査方向の揺動は、非共振駆動であり、画像データの垂直駆動の周期に合わせて調整される。

次に、結像光学部１５０について説明する。
図８は、光射出ユニット１２０から発射された画像光束Ｌ１が見る人の眼に到達するまでの光路を概略的に示した図である。
なお、結像光学部１５０の構成は、光射出ユニット１２０から射出された画像光束Ｌ１を見る人の眼に導くものであればよく、特定の構成に限定されるものではない。
後述する射出瞳拡大器としてのマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）１５２が配設される位置も光源部１３０から出力される光束の光路上であればよい。
つまり、画像光束Ｌ１に基づく画像を見ているユーザの眼と、光源部１３０との間の光路上であればよい。
結像光学部１５０は、平面ミラー１５１と、マイクロレンズアレイ１５２と、平面ミラー１５３と、凹面ミラー１５４と、を備える。
また、図８には、コンバイナ（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）としてのフロントガラス１１と、を備える。

マイクロレンズアレイ１５２は、光透過型であって、マイクロレンズをマトリックス状に配列したものである。マイクロレンズアレイ１５２は、レーザー特有のスペックルを低減する効果があり、放射角や色ムラを考慮して最適設計されている。そして、このマイクロレンズアレイ１５２によってレーザー光を拡散（放射）することにより、単位面積当たりのレーザー強度が小さくなる。これにより、眼に対する負担が軽くなり、光束が眼に入射しても安全である。

走査ミラー部２００で反射された光束Ｌ１は、マイクロレンズアレイ１５２上で一旦中間像を結ぶ。
その後、平面ミラー１５３、凹面ミラー１５４、フロントガラス１１での反射を介して画像光束Ｌ１は見る者の眼に届く。
また、コンバイナとしてのフロントガラス１１において、画像光束Ｌ１と外界からの実景とがオーバーレイされる。

図９は、マイクロレンズアレイ１５２の設置態様を示す図である。
なお、マイクロレンズアレイ１５２における各マイクロレンズの配列形状については、一般的なマイクロレンズアレイにおける配列形状と同じような形状を用いることができるため、図示を省略している。
マイクロレンズアレイ１５２は、図９に示すように、フレーム構造体１４０によって支持されることにより、その位置および姿勢が固定される。
フレーム構造体１４０は、窓部１４２を有する前面フレーム部１４１と、二つの側壁部１４４、１４４と、底面部１４５と、を有する。
二つの側壁部１４４、１４４と底面部１４５とで囲まれた空間に光射出ユニット１２０の全体または一部を収納することで、モジュール化してもよい。

前面フレーム部１４１は、マイクロレンズアレイ１５２を嵌め付け可能な窓部１４２を有する。
図９では、窓部１４２は、四角形の一辺を取り去ったコ字型であるが、窓部１４２の形状は円形でも四角形でも良いことは当然である。
また、図９では、窓部１４２を構成する３つの内側端面に溝条１４３を形成して、この溝条１４３にマイクロレンズアレイ１５２を嵌めているが、マイクロレンズアレイ１５２の固定方法も限定されるものではない。

さらに、前面フレーム部１４１には、マイクロレンズアレイ１５２の存在（光源部１３０から出力される光束の光路上に配設されているか否か）を検出する検出手段が配設されている。
検出手段は、ここでは、光学式センサ１４６である。
光学式センサ１４６は、図１０に示すように、発光部１４６Ｅと受光部１４６Ｒとを備え、発光部１４６Ｅと受光部１４６Ｒとがマイクロレンズアレイ１５２を間にして互いに反対側に設置されている。そして、発光部１４６Ｅから光を発射すると、この光はマイクロレンズアレイ１５２を介して受光部１４６Ｒに到達する。このとき、マイクロレンズアレイ１５２が存在していれば、光が拡散されるので、受光部１４６Ｒで受光する光の強度が弱くなる。よって、受光強度が所定値以下であれば、マイクロレンズアレイ１５２が存在していると判断できる。

一方、図１１は、マイクロレンズアレイ１５２が脱落した状態を示している。
図１１のようにマイクロレンズアレイ１５２が脱落してしまうと、発光部１４６Ｅからの光が直接に受光部１４６Ｒに入射する。よって、受光強度が所定値を超えていれば、マイクロレンズアレイ１５２が無いと判断できる。

受光部１４６Ｒによって光電変換された信号は、中央制御部１８０に出力される。

次に、タイミング処理部１６０について説明する。
タイミング処理部１６０は、ミラー駆動制御回路１６１と、振動検出部１６２と、タイミング調整部１７０と、を備える。
ここで、タイミング処理が必要な事項としては、走査ミラー部２００の主走査駆動制御、走査ミラー部２００の副走査駆動制御、および、画像信号処理部１１０での画像処理タイミングを走査ミラー部２００の駆動に合わせるためのタイミング信号の生成、がある。

ミラー駆動制御回路１６１は、走査ミラー部２００の主走査駆動制御を行う主走査駆動制御部１６１Ｈと、走査ミラー部２００の副走査駆動制御を行う副走査駆動制御部１６１Ｖと、を備える。

走査ミラー部２００の主走査駆動制御について説明すると、走査ミラー部２００の検出用圧電素子２３４Ｃ、２３４Ｄからの検出信号を振動検出部１６２で検出する。振動検出部１６２は、例えば、増幅回路やフィルタで構成することができる。検出された振動検出信号Ｓｎを主走査駆動制御部１６１Ｈにフィードバックし、走査ミラー部２００が主走査方向で共振するように位相調整を行い、主走査駆動制御信号ＳＨとして駆動用圧電素子２３４Ａ、２３４Ｂに印加する。これにより、走査ミラー部２００を主走査方向においては共振駆動させる。

一方、副走査駆動制御部１６１Ｖは、画像データの垂直駆動の周期に合わせて走査ミラー部２００を副走査方向に非共振駆動させる。副走査方向の振動周波数は、例えば、ＶＧＡであれば６０Ｈｚである。副走査駆動制御部１６１Ｖは、主走査駆動制御部１６１Ｈから出力される主走査駆動信号ＳＨとタイミングを合わせながら、６０Ｈｚで走査ミラー部２００を副走査方向で揺動させる副走査駆動信号ＳＶを出力する。

タイミング調整部１７０は、メモリコントローラの動作を走査ミラー部の駆動に合わせるようにタイミング処理する。具体的には、走査ミラー部の主走査方向の共振周波数を逓倍し、ドットクロックを生成する。ドットクロックは、タイミング信号として、読出し部１１３Ｒ、ＲＧＢデータバッファ１１５、光源駆動部１１６に供給される。

このように生成されたタイミング信号（ドットクロック、表示期間指示信号）に基づいて描画が行われる動作を順に説明する。
まず、読出し部１１３Ｒは、ドットクロックのタイミングで画像データを一ラインずつ読み出してＲＧＢデータバッファ１１５に出力する。
このＲＧＢデータバッファ１１５に一時保持された画像データが順送りに光源駆動部１１６に送られる。すると、各色の半導体レーザーダイオードそれぞれが画像データで指示された輝度で発光駆動される。各色の輝度、主走査、副走査の駆動が同期することにより、各画素が適切に描画され、これによって、所望の画像データが描画されることになる。

次に、中央制御部１８０の動作について説明する。
中央制御部１８０は、画像表示装置１００全体の動作を制御している。
特に本実施形態においては、結像光学系１５０の状態を監視するとともに、結像光学系１５０の状態に応じてシャッター１３５の開閉動作およびレーザー発光のオン／オフ動作を管理する。
中央制御部１８０は、検出判定部１８１と、シャッター駆動制御部１８３と、光源駆動管理部１８２と、を有する。

検出判定部１８１は、光学式センサ（検出手段）１４６から出力された光電変換信号に基づいてマイクロレンズアレイ１５２の有無を判定する。すなわち、光電変換信号を所定閾値と対比して、光電変換信号のレベルが閾値以下であればマイクロレンズアレイ１５２が存在していると判定する。一方、光電変換信号のレベルが閾値を超えていた場合には、マイクロレンズアレイ１５２が無いと判定する。

シャッター駆動制御部１８３は、検出判定部１８１による判定結果に基づいて、シャッター１３５の開閉動作を制御する。
マイクロレンズアレイ１５２が有ると判定された場合、シャッター駆動制御部１８３は、シャッター１３５を開いた状態にする。この状態で半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂからレーザー光が発射されると、マイクロレンズアレイ１５２が有ると判定された場合の動作である通常動作になる。つまり、シャッター１３５を開いた状態で、例えば入力画像データに基づく画像をユーザが十分視認可能なように表示する。

一方、マイクロレンズアレイ１５２が無いと判定された場合、シャッター駆動制御部１８３は、シャッターを閉じる。この場合、仮に半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂから光が発射されたとしても、シャッター１３５に遮られて、光は網膜に到達しない。

上記のシャッター駆動制御部１８３による動作に加えて、以下のような光源駆動管理部１８２による動作を合わせて行ってもよい。
光源駆動管理部１８２は、検出判定部１８１による判定結果に基づいて、光源駆動部１１６の動作を管理する。
マイクロレンズアレイ１５２が有ると判定された場合、光源駆動管理部１８２は光源駆動部１１６の動作を許可する。
この場合、画像表示装置１００としては、通常動作を行うことになる。
すなわち、光源駆動部１１６から光源部１３０の半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂに駆動電流が印加され、半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂからの光がユーザの眼に入射して、ユーザは画像を見ることができる。
このように、通常動作においては、例えば入力画像データに基づく画像をユーザが十分視認可能なように表示する。

一方、マイクロレンズアレイ１５２が無いと判定された場合、光源駆動管理部１８２は光源駆動部１１６の動作を許可せず、光源駆動部１１６の動作を停止させる。

中央制御部１８０は、電源がＯＮになったときにはまず最初にマイクロレンズアレイ１５２の検出判定を行い、さらに、画像表示装置１００が動作している間は常に検出判定を継続して行うことが好ましい。
なお、図示しない振動センサを設け、その振動センサによって所定値以上の振動を検出した場合に、検出判定を行うようにしてもよい。

中央制御部１８０による管理動作を図１２のフローチャートを参照して説明する。
ユーザが画像表示装置１００の電源をＯＮにする（ＳＴ１０１）ことなどを契機として、まず、光学式センサ（検出手段）１４６が起動する（ＳＴ１０２）。
つまり、発光部１４６Ｅから光が発射され、その光が受光部１４６Ｒによって受光されることになる。

検出判定部１８１は、受光部１４６Ｒから出力される光電変換信号に基づいてマイクロレンズアレイ１５２の検出判定を実行する。
光電変換信号のレベルが閾値以下であれば（ＳＴ１０４：ＹＥＳ）、マイクロレンズアレイ１５２が存在していると判定し、シャッター駆動制御部１８３は、シャッターを開にし（ＳＴ１０５）、光路を開いた状態にする。
さらに、光源駆動管理部１８２は光源駆動部１１６の動作を許可する（ＳＴ１０５）。したがって、通常動作となり、半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂからの光が眼に入射して像を形成する。
つまり、入力画像データに基づく画像を表示する。これによりユーザは画像を見ることができる。そして、終了条件（例えばユーザが電源をＯＦＦにした等）が満たされるまでＳＴ１０３からＳＴ１０６のループを繰り返す（ＳＴ１０７）。

ここで、ＳＴ１０４において、光電変換信号のレベルが閾値を超えていた場合（ＳＴ１０４：ＮＯ）、何らかの原因でマイクロレンズアレイ１５２が検出できていないことになる。
この場合、シャッター駆動制御部１８３は、シャッター１３５を閉じる（ＳＴ１０８）。
シャッターを閉じた状態を図１３に示す。これにより、仮に半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂからレーザーが発射されていても、シャッター１３５で即時に光を遮り、ユーザの眼に光が届かなくなる。さらに、光源駆動管理部１８２は光源駆動部１１６の動作を停止させてもよい（ＳＴ１０９）。すると、半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂの発光が停止されることになる。また、半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂをまだ発光させていない場合は、発光させることを許可しない。

このような構成を有する第１実施形態によれば、次の効果を奏する。
本実施形態では、マイクロレンズアレイ１５２の有無を検出して、マイクロレンズアレイ１５２が無い場合にはシャッター１３５を閉じるようにする。
これにより、マイクロレンズアレイ１５２による拡散を経た光だけが眼に入射し、拡散を受けないレーザー光が眼に入射することがなくなる。
したがって使用態様によって万が一にもマイクロレンズアレイ１５２が外れてしまったような場合であっても、レーザー光が眼に過剰な負担を掛けることはない。

（変形例１）
上記実施形態では、シャッターが揺動することによってシャッターが光路に出入りする構成を例示したが、シャッターの構造や駆動機構が限定されないのはもちろんである。
例えば、図１４のようにスライド機構によってシャッターを開閉するようにしてもよい。さらには、図示しないが、一般的にカメラで使用されるシャッター機構や絞り機構を適用してもよいことはもちろんである。
このようなシャッター機構や絞り機構は、例えば、特開平６−９８２１６号公報、特開２００１−６６６５９号公報、特開平８−２２０５９２号公報などに記載されている。

（変形例２）
シャッターを設ける位置としては、半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂから網膜までの光路上であればどこでもよいことはもちろんである。
走査ミラー部２００とマイクロレンズアレイ１５２との間にシャッターを設けてもよく、結像光学系１５０の内部にシャッターを設けてもよい。図８でいうと、凹面ミラー１５４とフロントガラス１１との間のように、レーザー光が外部に射出する直前にシャッターを設けてもよい。
なお、上記実施形態のように走査ミラー２００の手前にシャッターを配置するようにするとシャッターを小さくできるので好ましいといえる。

（変形例３）
上記実施形態では、シャッターは光を遮光するとしたが、完全に遮光しなくても、光を弱めるものであってもよい。光を弱めるものとしては、光を吸収して透過量を減少させるフィルタが例として挙げられる。

また、シャッターとしてカラーフィルタを用いてもよい。この構成によれば、シャッターが閉じたときに光に色が付くので、異常が生じたことがユーザに分かりやすい。

シャッターをフィルタとした場合、フィルタを閉じて輝度を落とした状態で故障（異常）を知らせるメッセージ画像を表示するようにしてもよい。そして、その後に全ての半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂの発光を止めてもよい。

（変形例４）
検出手段は、光学式センサ１４６に限られず、機械式センサ１４７であってもよいことはもちろんである。
例えば、図１５に示すように、ロッド１４７Ｌをマイクロレンズアレイ１５２に当接させ、ロッド１４７Ｌの進退量に基づいてマイクロレンズアレイ１５２の有無を検出してもよい。
さらには、検出手段としては、光学式、機械式に限らず、マイクロレンズアレイ１５２の有無を検出するセンサであればよいのであり、その設置形態についても何ら限定されないのは明らかであろう。

（変形例５）
上記実施形態においては、中央制御部１８０によってシャッターの開閉動作を管理する構成を説明した。
変形例５として、中央制御部１８０を介さずに、検出手段１４６からの出力信号で直接にシャッターの開閉動作をコントロールしてもよい。
例えば、図１６に示すように、光学式センサ（検出手段）１４６の出力信号で直接にシャッター１３５を開閉するようにする。すなわち、光学式センサ（検出手段）１４６の出力信号で直接にシャッターの駆動モータを制御する。
そして、マイクロレンズアレイ１５２が存在することを検出できていない場合には、シャッターを閉じて光を遮光する。

（変形例６）
上記実施形態では、マイクロレンズアレイ１５２が無い場合には光源駆動部１１６の動作を停止させるとした。
つまり、マイクロレンズアレイ１５２が無い場合には半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂの発光が全て止まるとした。
ここで、マイクロレンズアレイ１５２が無い場合に、全ての半導体レーザーダイオード１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂの発光を止めてしまうのではなく、出力を弱くしてもよい。
例えば、光源駆動部１１６から光源部１３０への印加電流値を通常動作時よりも小さくしてもよく、例えば、半分にしてもよい。

あるいは、マイクロレンズアレイ１５２が無い場合には、赤色光、緑色光および青色光のうちの一つ以上を停止させてもよい。
例えば、マイクロレンズアレイ１５２が無い場合に緑色光および青色光の発光を停止させ、赤色光だけを発光させてもよい。

さらには、マイクロレンズアレイ１５２が無い場合には、赤色光、緑色光および青色光のうちの一つ以上を停止させ、かつ、発光する光については弱くしてもよい。
例えば、赤色半導体レーザーダイオード１３２Ｒだけを駆動し、かつ、その駆動電流も小さくする。

なお、本発明は上記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
射出瞳拡大器としてはマイクロレンズアレイ１５２に限らず、同等の作用を有するものであればよいのであり、例えば、マイクロスフィアや、ナノスフィア、散光器、ホログラフィック拡大器、回折格子などであってもよく、さらには、これらの二つ以上を組み合わせてもよい。
また、射出瞳拡大器の設置態様も図９に限定されないのはもちろんである。

上記説明では、走査ミラー部としては、一体で二軸駆動が可能なＭＥＭＳミラーを例示したが、水平方向に揺動するミラーと垂直方向に揺動するミラーとが別体になっているなど、上記の例示に限定されず種々変更が可能である。

画像表示装置は、ヘッドアップディスプレイとしての車載タイプのみならず、ヘルメット内蔵型や眼鏡タイプなどのヘッドマウントディスプレイ、フロントプロジェクターなどに応用できることはいうまでもない。

１０・・・自動車、１１・・・フロントガラス、１００・・・画像表示装置、１１０・・・画像信号処理部、１１１・・・ビデオインターフェース、１１２・・・ビデオデコーダ、１１３・・・メモリコントローラ、１１３Ｒ・・・読出し部、１１３Ｗ・・・書込み部、１１４・・・フレームメモリ、１１５・・・データバッファ、１１６・・・光源駆動部、１１６Ｂ・・・青色ドライバ、１１６Ｇ・・・緑色ドライバ、１１６Ｒ・・・赤色ドライバ、１２０・・・光射出ユニット、１３０・・・光源部、１３２Ｂ・・・青色レーザーダイオード、１３２Ｇ・・・緑色レーザーダイオード、１３２Ｒ・・・赤色レーザーダイオード、１３３Ａ・・・ミラー、１３３Ｂ・・・ミラー、１３３Ｄ・・・ミラー、１３４・・・集光レンズ、１３５・・・シャッター、１３６・・・シャッターの軸、１４０・・・フレーム構造体、１４１・・・前面フレーム部、１４２・・・窓部、１４３・・・溝条、１４４・・・側壁部、１４５・・・底面部、１４６・・・光学式センサ（検出手段）、１４６Ｅ・・・発光部、１４６Ｒ・・・受光部、１４７・・・機械式センサ、１４７Ｌ・・・ロッド、１５０・・・結像光学系、１５１・・・平面ミラー、１５２・・・マイクロレンズアレイ、１５３・・・平面ミラー、１５４・・・凹面ミラー、１６０・・・タイミング処理部、１６１・・・ミラー駆動制御回路、１６１Ｈ・・・主走査駆動制御部、１６１Ｖ・・・副走査駆動制御部、１６２・・・振動検出部、１７０・・・タイミング調整部、１８０・・・中央制御部、１８１・・・検出判定部、１８２・・・光源駆動管理部、１８３・・・シャッター駆動制御部、１９０・・・電源部、２００・・・走査ミラー部、２１０・・・光偏向素子、２３０・・・副走査揺動体部、２３１・・・枠体、２３２・・・主走査揺動片部、２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ、２３３Ｄ・・・Ｌ型梁部、２３４Ａ、２３４Ｂ、２３４Ｃ、２３４Ｄ・・・圧電素子、２３５・・・ミラー、２３６Ｕ、２３６Ｄ・・・磁石、２４０Ｌ、２４０Ｒ・・・アーム、２５０・・・支持基台部、２５１・・・台部、２５２Ｕ、２５２Ｄ・・・電磁コイル。

Claims (8)

1. 光束を出力する光源部と、
   入力画像データに基づいて前記光源部を駆動させる光源駆動部と、
   主走査方向及び副走査方向に駆動されることで、前記光源部からの光束をラスター走査するよう反射する走査ミラー部と、
   前記光源部から出力される光束の光路上に配設される射出瞳拡大器と、
   前記射出瞳拡大器が前記光路上に存在するか否かを検出する検出手段と、
   前記検出手段による前記射出瞳拡大器の検出結果に応じて光路に出入りするシャッターと、を備える
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記検出手段によって前記射出瞳拡大器の存在を検出できなかった場合には、前記シャッターを光路に挿入する
   ことを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項２に記載の画像表示装置において、
   前記光源部は発光素子を発光させることによって前記光束を出力し、
   前記シャッターは、前記発光素子と前記走査ミラー部との間に配置されている
   ことを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記シャッターは、光を遮光する遮光部材である
   ことを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記シャッターは、光の透過量を削減するフィルタである
   ことを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記シャッターは、カラーフィルタである
   ことを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記検出手段によって前記射出瞳拡大器の存在を検出できた場合にのみ、前記シャッターを開状態にする
   ことを特徴とする画像表示装置。
8. 光源部から出力される光束の光路上に配設される射出瞳拡大器と、前記射出瞳拡大器が前記光路上に存在するか否かを検出する検出手段と、前記光路に出入りするシャッターと、を備えた画像表示装置の制御方法であって、
   前記検出手段が、前記射出瞳拡大器が前記光路上に存在するか否かを検出し、
   前記射出瞳拡大器の存在を検出できた場合には、前記シャッターを開状態にするとともに、前記光源部からの光束を、走査ミラー部を主走査方向および副走査方向に駆動することでラスター走査するように反射して入力画像に基づく画像を表示し、
   前記射出瞳拡大器の存在を検出できなかった場合には、前記シャッターを光路に挿入する
   ことを特徴とする画像表示装置の制御方法。

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