CN103246140B - 激光投影仪 - Google Patents

Abstract

基于MEMS镜等的二维扫描的激光投影仪中，通过光束的来回扫描，在画面的水平端部由于光束折返，光束间隔变成不等间隔。因此，存在画面分辨率降低的问题。本发明的激光投影仪包括：激光光源，其输出根据影像信息调制的激光；扫描器，其在水平方向和垂直方向上2轴驱动，将所述激光二维地扫描；扫描镜驱动部，其输出所述扫描器的驱动信号；光源数据转换部，其进行输入到所述激光光源的数据的水平方向的排序；和时序生成部，其使所述扫描镜驱动部和光源数据转换部同步动作，按所述影像信息的每一帧改变水平方向的激光扫描的开始方向。

Description

激光投影仪

技术领域

本发明涉及根据图像信息被调制后的激光光源发出的光在投影面上扫描而显示图像的激光投影仪。

背景技术

激光投影仪通过MEMS镜等偏转元件使束状光线二维地扫描，从而绘制图像，投影显示图像。上述束状光线能够通过激光和透镜的组合实现，不必为严格的平行光束，可以在离目标一定距离聚焦。

此外，上述偏转元件有例如物理地使小型镜片振动的元件。为了显示二维图像，组合高速动作的轴与低速动作的轴较为普遍。其中高速动作的轴通过使镜片共振动作，实现低耗电下的大振幅。并且，低速动作的轴通过非共振动作，能够使显示期间变长，减少失真。

专利文献1公开了上述激光投影仪的一个例子。

专利文献1：日本专利特表2005-526289号公报

发明内容

上述激光投影仪中，镜片在一个轴方向上以共振状态高速动作，在左右方向（水平方向）上振动，同时，在另一个轴方向上以非共振状态低速动作，在上下方向（垂直方向）上振动。通过该镜片动作，进行与图1所示的影像信息的一帧对应的投影画面的激光扫描。具体地，镜片的共振动作对应构成影像信息的一帧的多行，反复左方向的激光扫描和右方向的激光扫描进行显示。

如图1所示，由于在激光扫描的左右方向（水平方向）的端部发生扫描光束的折返，光束间隔成不均匀的疏密状态。另一方面，激光扫描的中央，光束间隔均匀。

如上所述，由于画面中央部与端部的光束间隔不同，画面中央部与端部上分辨率不同，尤其的端部，存在纵向的分辨率变低的问题。 因此，现有技术中通过利用光束扫描的折返的影响较少的中央部分来回避问题。然而，该方法中，由于扫描期间中显示周期变少，存在扫描画面尺寸变小、并且发光效率（Duty）降低的问题。

本发明的目的是提供解决上述问题、在画面端部抑制分辨率降低的激光投影仪。

为了解决上述问题，本发明的激光投影仪为基于高速动作的轴与低速动作的轴使束状光线二维地扫描来构成画面的显示装置，其扫描方法为：低速动作的轴以高速动作的轴的动作周期的2n+1倍的周期动作，构成显示画面的期间分割成两个（种）场，在一个场中的高速动作的轴的第一次动作方向与另一个场中的高速动作的轴的第一次动作方向相反，其中，在设定的观看距离，束状光线的大小为上述低速动作的轴所表现的画面范围除以显示线数所得的值的大致1.5倍以上的大小。

此外，本发明的激光投影仪为基于高速动作的轴与低速动作的轴使束状光线二维地扫描来构成画面的显示装置，其扫描方法为：低速动作的轴以高速动作的轴的动作周期的n+1/2倍的周期动作，构成显示画面的期间分割成四个（种）场，在第一和第三场中，高速动作的轴的第一次动作从端部开始，在第二和第三场中，高速动作的轴的第一次动作从中央开始，其中，在设定的观看距离，束状光线的大小为上述低速动作的轴所表现的画面范围除以显示线数所得的值的大致1.5倍以上的大小。

此外，本发明的激光投影仪为基于高速动作的轴与低速动作的轴使束状光线二维地扫描来构成画面的显示装置，其中，低速动作的轴以高速动作的轴的动作周期的2n+1倍的周期动作，构成显示画面的期间分割成两个（种）场，进一步将上述场分成两个子（种）场，一个子场中的低速动作的轴的动作方向与另一个子场中的低速动作的轴的动作方向相反，一个场中的高速动作的轴的第一次动作方向与另一个场中的高速动作的轴的第一次动作方向相反，并且，相对于高速动作的轴，低速动作的轴比高速动作的轴的动作周期延迟1/4。

此时，可使在设定的观看距离，束状光线的大小为上述低速动作的轴所表现的画面范围除以显示线数所得的值的大致1.5倍以上的大 小。

此外，基于高速动作的轴与低速动作的轴使束状光线二维地扫描来构成画面的显示装置，其驱动方法为：构成显示画面的期间分割成两个（种）以上的场或子场，上述场或子场中的光束轨迹不同，其中，在上述低速动作的轴方向上，使画面周边部的光束与画面中央部相比为1.5倍以上。

进一步，基于高速动作的轴与低速动作的轴使束状光线二维地扫描来构成画面的显示装置，其驱动方法为：构成显示画面的期间分割成两个（种）以上的场或子场，上述场或子场中的光束轨迹不同，其中，具有高速动作的轴与低速动作的轴的两个偏转元件，在上述高速动作的轴的偏转元件与低速动作的轴的偏转元件之间，具有使光束形状在周边部比在中央部的低速动作的轴的方向上扩大的光学元件。

根据本发明，能够抑制画面的水平端部的分辨率降低、扩大可显示周期，使得显示画面的扩大、发光效率的提高、画面亮度的提高变得可能。

附图说明

图1是表示光束扫描轨迹的图。

图2是实施例1的时序图。

图3是表示实施例1的光束扫描轨迹的图。

图4是表示为圆形光束的情况下的显示状态的图。

图5是表示为椭圆形光束的情况下的显示状态的图。

图6是说明实施例1的硬件结构的图。

图7是实施例2的时序图。

图8是表示实施例2的光束扫描轨迹的图。

图9是实施例3的时序图。

图10是表示实施例3的光束扫描轨迹的图。

图11是表示实施例4的光束显示状态的图。

图12是表示实施例4的其它光束显示状态的图。

图13是说明实施例4的硬件结构的图。

图14是说明实施例5的投影仪结构的图。

图15是表示实施例5的光束显示状态的图。

符号说明： 

1……图像数据 

2……图像调整器

3……处理后的图像数据

4……时序生成器

5……扫描数据生成器

6……光源数据转换器

7……扫描器用驱动器

8……扫描器 

9……光源用驱动器

10……光源

11……聚焦透镜 

12……光源

13……光束整形元件

14……水平方向偏转元件

15……垂直方向偏转元件

16……显示画面 

具体实施方式

下面根据附图说明本发明的激光投影仪的实施方式。

【实施例1】

如上所述，在现有的激光扫描中，对每帧以相同的方向开始激光扫描。在本实施例中，对每帧交替地改变光束扫描的开始方向。由此，在光束扫描的水平方向的端部，光束间隔的疏密每帧相反，因此能够防止所看到的分辨率降低。

图3是说明本实施例的光束扫描的图。在本实施例中，将显示面分为偶数帧与奇数帧两种帧种类交替地显示。在此，奇数帧中从左开始到右的扫描（左扫描），偶数帧从右开始到左的扫描（右扫描）。

如图3所示，使水平方向的光束扫描线数为奇数，并且使偶数帧 与奇数帧的垂直方向的开始位置相同，则在偶数帧的光束扫描线较疏的地方，成为奇数帧的光束扫描线较密的地方。因此，光束扫描线的疏密互补，提高了水平方向端部所看见的分辨率。

图6和图2表示进行上述光束扫描的光束扫描控制电路的结构和时序。

如图6所示，实施例的光束扫描控制电路由如下部分构成：用于产生光的光源10；根据输入数据使上述光源10发光的光源用驱动器9；根据光源的特性对输入的图像数据进行转换，将数据输出到上述光源用驱动器9的光源数据转换器6；MEMS镜等使上述光源10产生的光二维地扫描的扫描器8；根据输入数据驱动上述扫描器8的扫描器用驱动器7；对于期望的画面刷新率，生成与上述扫描器8的特性相应的驱动信号并输出到上述扫描器用驱动器的扫描数据生成器5；进行上述光源数据转换器与扫描数据生成器的同步的时序生成器4。此外，一般地具有进行图像调整的图像调整器2。

此外，在本发明中所用的“驱动器”、“转换器”、“扫描器”、“生成器”是要素的名称，作为更具体的实施方式，可为分开的IC组，或者具有多个要素合一的复合功能的IC组。此外，多个要素由多个IC组实现的情况也不脱离本发明的范围。

下面，利用图2的时序图说明实施例的光束扫描控制电路的动作。

通过实施例的光束扫描控制电路使光束扫描显示的图像数据1，被图像调整器2进行图像调整，生成处理后的图像数据3。时序生成器4与图像数据1同步，将图像数据1（处理后的图像数据3）分类成奇数帧和偶数帧两种帧。此外，时序生成器4控制作为与光源数据同步的扫描器8的驱动波形的水平扫描驱动波形和垂直扫描驱动波形的时序。

光源数据转换器6根据时序生成器4的奇数/偶数帧的分割信息，交替地改变水平扫描的图像数据的排列，使得奇数帧时从左扫描开始。同样地，交替地改变水平扫描的图像数据的排列，使得偶数帧时从右扫描开始。

本实施例中，也可以改变激光束径。图4是表示圆形光束的情况的图。为了使垂直方向的扫描光束的连续性良好，如图5所示，可以使光束的垂直方向的长度比垂直方向的画面长度除以垂直方向的显示 线的条数所得的值更大，设置有重叠。更具体地，通过为1.5倍左右，防止闪烁。

【实施例2】

实施例1中展示了改善水平方向的端部的分辨率降低的例子。然而，水平方向的端部与中央部的分辨率显得不同。本实施例中表示改善其的方法。实施例2中，将构成显示画面的4个帧期间分类成4帧，分别称为第一场、第二场、第三场、第四场。图8中表示本实施例的光束扫描轨迹。

如图8所示，第一和第三场中，从画面的右端或者左端开始画面绘制，第二和第四场中，从画面中央开始使用右扫描或者左扫描开始绘制。由于增加了水平方向的端部的折返点，并在中央部增加了扫描光束的交叉点，减小了水平方向的端部与中央部的视觉差异。

本实施例的光束扫描控制电路的动作在图7的时序图中表示。与实施例1同样地由时序生成器4进行时序控制。

通过进行本实施例的扫描，能够不增加水平方向的扫描速度而增加垂直方向所看到的线数，并且减少端部与中央部的视觉差异。

此外，在本实施例中，可与实施例1同样地，能够使光束的垂直方向的长度比垂直方向的画面长度除以显示线的条数所得的值更大，设置有重叠。

【实施例3】

通过图9、图10说明其它光束扫描的实施例。在本实施例中，将构成显示画面的2个帧期间分类成2种场，一种为偶数场，另一种为奇数场。进一步地，将上述偶数场和奇数场分别分类成2种子场。其中一种子场作为在画面垂直的从上往下方向绘制的期间，称为下子场（Down-subfield）。另一种作为在画面垂直的从下往上方向绘制的期间，称为上子场（Up-subfield）。场期间所包含的水平同步的个数为奇数个。由此，如果使奇数场从右扫描开始，则偶数场变成从左扫描开始。进一步地，使各场的开始位置延迟各扫描的扫描期间的1/4。在此扫描期间是指进行右扫描或左扫描的一系列的期间。

如图10所示，奇数场-下子场中，以从画面右上端偏移水平扫描期间的1/4的位置为扫描基点，进行光束扫描，偶数场-下子场中，以从画面左上端偏移水平扫描期间的1/4的位置为扫描基点，进行光束扫描。奇数场-上子场中，以从画面右下端偏移水平扫描期间的1/4的位置为扫描基点，在画面垂直的从下往上方向进行光束扫描。偶数场-上子场中，以从画面左下端偏移水平扫描期间的1/4的位置为扫描基点，在画面垂直的从下往上方向进行光束扫描。

由于如图10所示的光束轨迹进行光束扫描，水平方向的中央部之外也产生扫描光束的交叉点，所以能够使画面的分辨率变化均匀。

本实施例的光束扫描控制电路的动作表示在图9的时序图中。与实施例1相同，通过时序生成器4控制时序。在此，在实施例3中，画面垂直的从下往上方向的光束扫描与实施例1、2的垂直回扫的动作相同地进行。

此外，在本实施例中，与实施例1相同，能够使光束的垂直方向的长度比画面的垂直方向的长度除以显示线数所得的值大，设置有重叠。

【实施例4】

如实施例1至3可知，通过将画面分割成多个场，对每个场使显示位置偏移，能够不提高水平扫描速度而增大显示线数，非常有效。然而，另一方面，在光束的重叠较少的情况下，存在意识到画面的闪烁(flicker)的问题。在实施例1至3中，该问题通过设置光束重叠来回避。然而，在该方法中，本来没有设置重叠的必要的画面中央部分也发生重叠，导致画面的锐利度的劣化。

因此，在实施例4中，如图11所示，使得在画面中央部与画面周边部的光束形状以及大小不同。即，在画面中央部，使光束大小与画面垂直方向的长度除以线数所得的值大致相同，在画面的周边部，使光束的垂直方向的长度比画面的垂直方向的长度除以线数所得的值大。

更具体地，利用画面中央部与周边部的光束传播距离的不同。如图12所示，画面周边部与中央部相比，到屏幕的光束传播距离长。因此，通过将光束设计为具有合适的扩展，使其为如图11所记载的光束。

进一步地，如图13所示，在光源与扫描器之间配置聚焦透镜11，通过时序生成器控制其聚焦。由此，能够适当地调整画面中央部与周 边部的聚焦大小。

【实施例5】

下面，说明控制画面中央部与周边部的光束直径的其它实施例。在实施例5中也与实施例4相同，使画面中央部与画面左右的周边部的光束形状和大小不同。即，在画面中央部，使光束大小与画面垂直方向的长度除以线数所得的值大致相同，在画面周边部，使光束的垂直方向的长度比画面的垂直方向的长度除以线数所得的值大。

本实施例的结构如图14所示。具体地，将偏转元件分割成水平方向与垂直方向，首先通过水平方向的偏转元件将束状光线变为线状，通过垂直方向的偏转元件变为面状。上述水平方向的偏转元件和垂直方向的偏转元件之间配置调整光束形状的光学元件(光束整形元件)13。更具体地，配置不扩大线中央部、在周边部的与上述线正交的方向上扩大的光学元件。

图15表示通过光束整形元件后，在垂直方向偏转元件上的光束轨迹。通过垂直方向偏转元件使该光束轨迹在垂直方向上扫描，能够在画面中央部抑制光束重叠，在周边部设置重叠。在本实施例中所使用的光束整形元件不需要主动控制，使系统简化变得可能。

本实施例中，对垂直方向的线间隔为一定的情况进行了说明，例如在倾斜地投影等情形的垂直方向的线间隔不是一定的情况下也有效。

Claims (10)

1.一种激光投影仪，其特征在于，包括：

激光光源，其输出根据影像信息调制的激光；

扫描器，其在水平方向和垂直方向上2轴驱动，将所述激光二维地扫描；

扫描镜驱动部，其输出所述扫描器的驱动信号；

光源数据转换部，其进行输入到所述激光光源的数据的水平方向的排序；和

时序生成部，其使所述扫描镜驱动部和光源数据转换部同步动作，

按所述影像信息的每一帧改变水平方向的激光扫描的开始方向。

2.如权利要求1所述的激光投影仪，其特征在于：

按所述影像信息的每一帧改变水平方向的激光扫描的开始方向和水平方向的激光扫描开始位置。

3.如权利要求2所述的激光投影仪，其特征在于：

所述水平方向的激光扫描开始位置为水平方向的中央部或水平方向的两端部。

4.如权利要求2所述的激光投影仪，其特征在于：

按所述影像信息的每一帧改变水平方向的激光扫描的开始方向、水平方向的激光扫描开始位置和垂直方向的激光扫描开始位置。

5.如权利要求4所述的激光投影仪，其特征在于：

所述水平方向的激光扫描开始位置为比水平方向的两端部更靠中央的内侧，所述垂直方向的激光扫描开始位置为垂直方向的端部。

6.如权利要求1至5中任一项所述的激光投影仪，其特征在于：

使扫描的激光的垂直方向的光束长度大于垂直方向的画面长度除以垂直方向的显示线的条数所得的值。

7.如权利要求4所述的激光投影仪，其特征在于：

在水平方向上扫描的激光的光束截面形状，在中央部为圆形，在两端部为椭圆形。

8.一种激光投影仪，其特征在于，包括：

激光光源，其输出根据影像信息调制的激光；

扫描器，其在水平方向和垂直方向上2轴驱动，将所述激光二维地扫描；

扫描镜驱动部，其输出所述扫描器的驱动信号；

光源数据转换部，其进行输入到所述激光光源的数据的水平方向的排序；和

时序生成部，其使所述扫描镜驱动部和光源数据转换部同步动作，

所述影像信息被分类为多种帧，在第一种帧中，从水平方向的一个端部开始激光扫描，在第二种帧中，从与所述第一种帧相反的另一个端部开始激光扫描，二维地扫描影像信息的一帧。

9.一种激光投影仪，其特征在于，包括：

激光光源，其输出根据影像信息调制的激光；

扫描器，其在水平方向和垂直方向上2轴驱动，将所述激光二维地扫描；

扫描镜驱动部，其输出所述扫描器的驱动信号；

光源数据转换部，其进行输入到所述激光光源的数据的水平方向的排序；和

时序生成部，其使所述扫描镜驱动部和光源数据转换部同步动作，

所述影像信息被分类为多种帧，

在第一种帧中，从水平方向的一个端部向另一个端部开始激光扫描，

在第二种帧中，从水平方向的中央端部向水平方向的一个端部开始激光扫描，

在第三种帧中，从与所述第一种帧相反的端部，在与所述第一种帧相反的方向开始激光扫描，

在第四种帧中，从水平方向的中央端部向与所述第二种帧不同的端部开始激光扫描，

二维地扫描影像信息的一帧。

10.一种激光投影仪，其特征在于，包括：

激光光源，其输出根据影像信息调制的激光；

扫描器，其在水平方向和垂直方向上2轴驱动，将所述激光二维地扫描；

扫描镜驱动部，其输出所述扫描器的驱动信号；

光源数据转换部，其进行输入到所述激光光源的数据的水平方向的排序；和

时序生成部，其使所述扫描镜驱动部和光源数据转换部同步动作，

所述影像信息被分类为多种帧，

在第一种帧中，从垂直方向上部且为水平方向的一个端部，在相当于1/4水平时间内以内侧为基点，向垂直方向的下方开始激光扫描，

在第二种帧中，从垂直方向上部且为与所述第一种帧相反的端部，在相当于1/4水平时间内以内侧为基点，向垂直方向的下方开始激光扫描，

在第三种帧中，从垂直方向下部且为水平方向的一个端部，在相当于1/4水平时间内以内侧为基点，向垂直方向的上方开始激光扫描，

在第四种帧中，从垂直方向下部且为与所述第三种帧相反的端部，在相当于1/4水平时间内以内侧为基点，向垂直方向的上方开始激光扫描，

二维地扫描影像信息的一帧。