JP2009086365A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置に関し、特に、光源と、光源に所定のバイアス電流を供給しておくことにより光源の応答性を高めつつ、光源を駆動して画像信号に応じた強度の光束を出射させる光源駆動部と、光源から出射された光束を走査する走査部とを備え、画像信号に応じた画像を所定領域に投影表示する画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device, and more particularly, a light source and a light beam having an intensity corresponding to an image signal are emitted by driving the light source while improving a light source responsiveness by supplying a predetermined bias current to the light source. The present invention relates to an image display device that includes a light source driving unit that causes the light source to scan and a scanning unit that scans a light beam emitted from the light source, and projects and displays an image according to an image signal in a predetermined area.
従来から、特許文献1に記載されているように、光源と、光源に所定のバイアス電流を供給しておくことにより光源の応答性を高めつつ、光源を駆動して画像信号に応じた強度の光束を出射させる光源駆動部と、光源から出射された光束を走査する走査部とを備え、画像信号に応じた画像を所定領域に投影表示する画像表示装置が知られている。
Conventionally, as described in
この画像表示装置では、光源の閾値電流に近いバイアス電流を予め光源に供給することにより光源の応答性を高めていた。
しかしながら、従来の画像表示装置では、このバイアス電流の供給によって、表示する画像のコントラスト比が低下してしまうという問題が生じていた。すなわち、バイアス電流の供給による光源の発光によって表示する画像の最小輝度が制限されてしまい、その結果、表示する画像のコントラスト比が低下してしまっていた。 However, the conventional image display apparatus has a problem that the contrast ratio of the image to be displayed is lowered by the supply of the bias current. That is, the minimum luminance of the displayed image is limited by the light emission of the light source by supplying the bias current, and as a result, the contrast ratio of the displayed image is lowered.
また、表示する画像の輝度は、光源へ供給する駆動電流の大小で制御することになることから、微少な駆動電流の増減で光源の発光強度が変化するような場合、所望の画像階調を得ようとするためには、光源への駆動電流の供給精度を高める必要があった。 In addition, since the brightness of the image to be displayed is controlled by the magnitude of the drive current supplied to the light source, if the light emission intensity of the light source changes due to a slight increase or decrease of the drive current, the desired image gradation is set. In order to obtain it, it was necessary to improve the supply accuracy of the drive current to the light source.
そこで、本発明は、簡易な構成で、表示する画像のコントラスト比を向上できると共に、画像の高階調化を実現できる画像表示装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an image display apparatus that can improve the contrast ratio of an image to be displayed with a simple configuration and can achieve higher gradation of the image.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、光源と、前記光源に所定のバイアス電流を供給しておくことにより前記光源の応答性を高めつつ、前記光源を駆動して画像信号に応じた強度の光束を出射させる光源駆動部と、前記光源から出射された光束を走査する走査部とを備え、前記画像信号に応じた画像を所定領域に投影表示する画像表示装置において、前記光源と前記所定領域との間における前記光束の光路上に配設され、前記光束の強度を低減させて、前記所定領域に投影表示する画像の輝度を低減する光強度低減手段を備え、前記光源駆動部は、前記光強度低減手段によって低減させた前記光束の最大強度を前記所定領域において所定の強度となるように前記光源から出射する光束の強度を増加可能としたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an image signal is generated by driving the light source while improving the responsiveness of the light source by supplying a predetermined bias current to the light source and the light source. In an image display device that includes a light source driving unit that emits a light beam having an intensity corresponding to the light source and a scanning unit that scans the light beam emitted from the light source, and projects and displays an image according to the image signal in a predetermined area. A light intensity reducing unit disposed on an optical path of the light flux between the light source and the predetermined area, and reducing the intensity of the light flux to reduce the luminance of an image projected and displayed on the predetermined area; The drive unit can increase the intensity of the light beam emitted from the light source so that the maximum intensity of the light beam reduced by the light intensity reducing unit becomes a predetermined intensity in the predetermined region.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記光強度低減手段は、NDフィルタ及び/又は前記走査部の反射膜を含むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the light intensity reducing means includes an ND filter and / or a reflection film of the scanning unit.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記光強度低減手段は、前記光束を拡散させる光拡散部材を含み、該拡散された光束の一部が実効光強度となることで光束の強度を低減させることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the light intensity reducing means includes a light diffusing member that diffuses the light flux, and a part of the diffused light flux is effective. It is characterized in that the intensity of the light beam is reduced by the light intensity.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記光強度低減手段は、前記光源から出射された光束を2以上の光束に分割する光分割部材を含み、前記走査部は、前記光分割部材によって分割した光束の一つを走査することを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the light dividing member according to any one of
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記光強度低減手段は、前記光源から出射された光束の一部を遮蔽する絞りを含むことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the light intensity reducing means includes a diaphragm that blocks a part of the light beam emitted from the light source. Features.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記光源を3原色にそれぞれ対応して設け、これらの光源から出射される光束を合波する合波器を備え、前記合波器において前記光源から出射される光束の強度を低減させつつ合波することにより、前記合波器を前記光強度低減手段として機能させることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the light source is provided corresponding to each of the three primary colors, and the light beams emitted from these light sources are combined. A multiplexer is provided, and the multiplexer is combined with reducing the intensity of the light beam emitted from the light source, thereby causing the multiplexer to function as the light intensity reducing means.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記合波器において、前記3原色にそれぞれ対応させて設けた光源から各色の光束を取り出し、これらの光束を合波するダイクロイック光学素子を有し、このダイクロイック光学素子と前記光源との間の前記光束の光路上に前記光強度低減手段を設けたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the present invention, the dichroic that extracts the luminous flux of each color from the light source provided corresponding to each of the three primary colors in the multiplexer, and multiplexes these luminous fluxes. An optical element is provided, and the light intensity reducing means is provided on the optical path of the light beam between the dichroic optical element and the light source.
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発明において、前記合波器において光ファイバを備え、前記光ファイバの光軸をずらすことにより、前記合波器を前記光強度低減手段として機能させることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the invention according to any one of
請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の発明において、前記光源駆動部は、画像表示を行わない無効走査期間のうち少なくとも所定期間は、前記バイアス電流の前記光源への供給を停止又は低減することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to eighth aspects, the light source driving unit is configured to reduce the bias current during at least a predetermined period of the invalid scanning period in which image display is not performed. The supply to the light source is stopped or reduced.
請求項10に記載の発明は、請求項1〜9のいずれか1項に記載の画像表示装置は、画像信号に応じて変調した光を光走査装置により2次元方向に走査することによって、ユーザの少なくとも一方の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to ninth aspects, the light modulated in accordance with the image signal is scanned in a two-dimensional direction by the optical scanning device. It is a retinal scanning image display device that projects an image on at least one of the retinas and displays the image.
請求項1に記載の発明によれば、光源と、光源に所定のバイアス電流を供給しておくことにより光源の応答性を高めつつ、光源を駆動して画像信号に応じた強度の光束を出射させる光源駆動部と、光源から出射された光束を走査する走査部とを備え、画像信号に応じた画像を所定領域に投影表示する画像表示装置において、光源と所定領域との間における光束の光路上に配設され、光束の強度を低減させて、所定領域に投影表示する画像の輝度を低減する光強度低減手段を備え、光源駆動部は、光強度低減手段によって低減させた光束の最大強度を所定領域において所定の強度となるように光源から出射する光束の強度を増加可能としたので、光強度低減手段によってバイアス電流による光源の発光の影響を低減させることにより、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができると共に、光強度低減手段による光強度の低減量に応じて、予め光源駆動部により光源から出射する光束の強度を増加することによって、光源に供給する駆動電流の増減に対する発光強度の変化を低減することができ、その結果、光源への駆動電流の供給精度を高めることなく、投影表示画像の高階調化を実現することができる。 According to the first aspect of the present invention, a light source and a predetermined bias current are supplied to the light source, thereby improving the response of the light source and driving the light source to emit a luminous flux having an intensity corresponding to the image signal. A light source driving unit that scans a light beam emitted from the light source, and a light beam between the light source and the predetermined region in an image display device that projects and displays an image according to an image signal on the predetermined region A light intensity reduction unit is provided on the road to reduce the intensity of the light beam and reduce the brightness of the image projected and displayed on the predetermined area. The light source driving unit has the maximum intensity of the light beam reduced by the light intensity reduction unit. Since the intensity of the light beam emitted from the light source can be increased so that the predetermined intensity in the predetermined area can be increased, the image signal can be reduced by reducing the influence of light emission of the light source due to the bias current by the light intensity reducing means. The contrast ratio of the corresponding projected display image can be improved, and the intensity of the light beam emitted from the light source by the light source driving unit is increased in advance according to the amount of light intensity reduced by the light intensity reducing means, thereby allowing the light source to It is possible to reduce the change in the light emission intensity with respect to increase / decrease of the supplied drive current, and as a result, it is possible to realize high gradation of the projected display image without increasing the supply accuracy of the drive current to the light source.
請求項2に記載の発明によれば、光強度低減手段は、NDフィルタ及び/又は走査部の反射膜を含むので、NDフィルタの通過及び/又は走査部の反射膜における反射によってバイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。 According to the second aspect of the present invention, the light intensity reducing means includes the ND filter and / or the reflection film of the scanning unit. The effect of the light emission can be reduced, and the contrast ratio of the projected display image corresponding to the image signal can be improved.
請求項3に記載の発明によれば、光強度低減手段は、光束を拡散させる光拡散部材を含み、該拡散された光束の一部が実効光強度となることで光束の強度を低減させるので、バイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。 According to the third aspect of the present invention, the light intensity reducing means includes the light diffusing member that diffuses the light flux, and reduces the intensity of the light flux because a part of the diffused light flux becomes the effective light intensity. The influence of light emission of the light source due to the bias current can be reduced, and the contrast ratio of the projected display image corresponding to the image signal can be improved.
請求項4に記載の発明によれば、光強度低減手段は、光源から出射された光束を2以上の光束に分割する光分割部材を含み、走査部は、光分割部材によって分割した光束の一つを走査するので、光分割部材で光源から出射された光束を複数に分割してそのうちの一つを走査部によって走査することで、バイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the light intensity reducing means includes a light dividing member that divides the light beam emitted from the light source into two or more light beams, and the scanning unit is one of the light beams divided by the light dividing member. Since one of them is scanned, the light beam emitted from the light source by the light dividing member is divided into a plurality of parts, and one of them is scanned by the scanning unit, thereby reducing the influence of light emission of the light source due to the bias current, The contrast ratio of the projected display image corresponding to the image signal can be improved.
請求項5に記載の発明によれば、光強度低減手段は、光源から出射された光束の一部を遮蔽する絞りを含むので、絞りの通過によってバイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the light intensity reducing means includes a stop that blocks a part of the light beam emitted from the light source, so that the influence of light emission of the light source due to the bias current is reduced by passing through the stop. The contrast ratio of the projected display image according to the image signal can be improved.
請求項6に記載の発明によれば、光源を3原色にそれぞれ対応して設け、これらの光源から出射される光束を合波する合波器を備え、合波器において光源から出射される光束の強度を低減させつつ合波することにより、合波器を光強度低減手段として機能させるので、合波器の通過によってバイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the light source is provided corresponding to each of the three primary colors, the multiplexer is provided for combining the light beams emitted from these light sources, and the light beam emitted from the light source in the multiplexer. Since the multiplexer functions as a light intensity reducing means by reducing the intensity of the light, the influence of the light emission of the light source due to the bias current can be reduced by passing through the multiplexer. The contrast ratio of the projected display image can be improved.
請求項7に記載の発明によれば、合波器において、3原色にそれぞれ対応させて設けた光源から各色の光束を取り出し、これらの光束を合波するダイクロイック光学素子を有し、このダイクロイック光学素子と光源との間の光束の光路上に光強度低減手段を設けたので、3原色の光源のうち最もバイアス発光の強度が大きい光源から出射される光束の強度を集中的に低減することができ、その結果、光源全体のバイアス電流による光源の発光の影響を効率よく低減することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the multiplexer includes a dichroic optical element that extracts the light beams of the respective colors from the light sources provided corresponding to the three primary colors and combines the light beams, and this dichroic optical device. Since the light intensity reducing means is provided on the optical path of the light beam between the element and the light source, the intensity of the light beam emitted from the light source having the highest intensity of the bias light emission among the three primary color light sources can be intensively reduced. As a result, the influence of light emission of the light source due to the bias current of the entire light source can be efficiently reduced.
請求項8に記載の発明によれば、合波器において光ファイバを備え、光ファイバの光軸をずらすことにより、合波器を光強度低減手段として機能させるので、光源から出射される光束のうち一部の光束だけが、光ファイバへ出力されることになり、その結果、バイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the multiplexer includes the optical fiber, and the optical axis of the optical fiber is shifted so that the multiplexer functions as the light intensity reducing means. Only a part of the light beam is output to the optical fiber. As a result, the influence of light emission of the light source due to the bias current can be reduced, and the contrast ratio of the projected display image corresponding to the image signal is improved. be able to.
請求項9に記載の発明によれば、光源駆動部は、画像表示を行わない無効走査期間のうち少なくとも所定期間は、バイアス電流の光源への供給を停止又は低減するので、光強度低減手段による光強度の低減量に応じて、予め光源駆動部により光源から出射する光束の強度を増加することによって、光源に供給する駆動電流の範囲を拡張することができ、その結果、投影表示画像の高階調化を実現することができると共に、予め光源駆動部により光源から出射する光束の強度を増加したことに伴う消費電力の増大を可及的に低減することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the light source driving unit stops or reduces the supply of the bias current to the light source for at least the predetermined period of the invalid scanning period in which image display is not performed. The range of the drive current supplied to the light source can be expanded by increasing the intensity of the light beam emitted from the light source in advance by the light source drive unit according to the amount of light intensity reduction. It is possible to realize adjustment, and it is possible to reduce as much as possible the increase in power consumption caused by increasing the intensity of the light beam emitted from the light source by the light source driving unit in advance.
請求項10に記載の発明によれば、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができると共に、光源への駆動電流の供給精度を高めることなく、投影表示画像の高階調化を実現した網膜走査型画像表示装置を提供することができる。
According to the invention described in
以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、画像表示装置の一例として、画像信号に応じて変調した光を光走査装置により2次元方向に走査することによって、ユーザの少なくとも一方の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置に対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、光走査型画像表示装置等、光を走査して画像を表示する他の画像表示装置に対して適用することができるものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, as an example of an image display device, light that has been modulated in accordance with an image signal is scanned in a two-dimensional direction by an optical scanning device, whereby an image is projected onto at least one retina of a user. The case where the present invention is applied to a retinal scanning image display apparatus to be displayed will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and light scanning such as an optical scanning image display apparatus is performed. Thus, the present invention can be applied to other image display devices that display images.
[1.第1実施形態]
[1.1 画像表示装置の構成の概要について]
まず、本実施形態の画像表示装置1の構成の概要について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す説明図であり、図2は、本実施形態の画像表示装置の光走査部による光束の走査態様を説明するための図である。
[1. First Embodiment]
[1.1 Outline of image display device configuration]
First, an outline of the configuration of the
図1に示すように、画像表示装置1は、外部から供給される画像信号Sに応じて強度変調された光束を生成して出射する光束生成器20を備え、さらに、その光束生成器20と観察者の眼10との間には、光束生成器20が有する後述の光源から出射された光束を2次元的に走査する光走査部を備えている。この光走査部は、光束生成器20で生成されて出射される光束を光ファイバ100を介して入射し平行光化するコリメート光学系61と、このコリメート光学系61で平行光化された光束を画像表示のために水平方向に対して相対的に高速に走査する水平走査部70と、水平走査部70で水平方向に走査された光束を垂直方向に対して相対的に低速に走査する垂直走査部80と、水平走査部70と垂直走査部80との間に設けられた第1リレー光学系75と、このように水平方向と垂直方向に2次元的に走査された光束(以下、「走査光束」とする。)を瞳孔12へ入射させるための第2リレー光学系90とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
光束生成器20には、図1に示すように、画像を表示するための要素となる各信号等を発生する信号処理回路21が設けられる。この信号処理回路21は、水平走査部70で使用される水平同期信号23と、垂直走査部80で使用される垂直同期信号24とをそれぞれ出力する。さらに、信号処理回路21は、外部から供給される画像信号Sに基づいて、青(B)、緑(G)、赤(R)の各画像信号22a〜22cを生成して出力し、また、光源である後述の各レーザ34,35,36にバイアス電流を供給するためのバイアス電流供給信号27a〜27cを生成し、後述する各レーザドライバ31,32,33へ出力する。なお、バイアス電流供給信号27a〜27cは、青(B)、緑(G)、赤(R)の各画像信号22a〜22cに重畳して信号処理回路21から出力するようにしてもよい。
As shown in FIG. 1, the light beam generator 20 is provided with a
さらに、光束生成器20は、信号処理回路21から出力される3つの画像信号(B,R,G)22a〜22cをそれぞれ光束にする光源部30と、これらの3つの光束を1つの光束に結合して任意の光束を生成するための光合成部40とを備えている。
Further, the luminous flux generator 20 includes a
光源部30は、3原色にそれぞれ対応する複数の光源として、青色の光束を発生させるBレーザ34と、緑色の光束を発生させるGレーザ35と、赤色の光束を発生させるRレーザ36と、を備えている。これらBレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36は、画像信号に応じた強度の光束を出射する光源として機能するものであり、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。また、半導体レーザを用いる場合は駆動電流を直接変調して、光束の強度変調を行うことができるが、固体レーザを用いる場合は、各レーザそれぞれに外部変調器を備えて光束の強度変調を行う必要がある。
The
また、光源部30は、Bレーザ34を駆動するBレーザドライバ31と、Gレーザ35を駆動するGレーザドライバ32と、Rレーザ36を駆動するRレーザドライバ33と、を備えている。これらBレーザドライバ31、Gレーザドライバ32、Rレーザドライバ33は、信号処理回路21から出力されるバイアス電流供給信号27a〜27cに基づいて、それぞれBレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36にそれぞれ所定のバイアス電流を供給しておくことにより各レーザ34,35,36の応答性を高めつつ、光走査部が光束を走査して画像を表示する有効走査期間のときに、画像信号Sに応じた大きさの電流(以下、「駆動電流」とする。)を画素単位で順次Bレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36に供給することによって、それぞれBレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36を駆動して画像信号Sに応じた強度の光束を出射させる光源駆動部である。
The
光合成部40は、光源部30から入射する光束を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系41,42,43と、3原色にそれぞれ対応させて設けた光源であるBレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36からコリメート光学系41,42,43によってコリメートされた各色の光束を取り出し、これらの光束を合波するダイクロイック光学素子であるダイクロイックミラー44,45,46と、合波された光束を光ファイバ100に導く結合光学系47とを備えている。各レーザ34,35,36から出射した光束は、コリメート光学系41,42,43によってそれぞれ平行化された後に、ダイクロイックミラー44,45,46にそれぞれ入射される。その後、これらのダイクロイックミラー44,45,46により、各光束が波長に関して選択的に反射・透過されて結合光学系47に達し、この結合光学系47によって集光されて光ファイバ100へ出力される。このとき、光合成部40は、光源であるBレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36から出射された光束を合波する合波器として機能する。
The
水平走査部70及び垂直走査部80は、光ファイバ100から入射された光束を画像として投影可能な状態にするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とするものである。
The
水平走査部70は、光束を水平方向に走査するための反射面を有する走査素子71と、信号処理回路21から出力される水平同期信号23に基づいて、走査素子71の反射面を揺動させる駆動信号を発生する水平走査駆動回路72とを有している。走査素子71としては、ガルバノミラーなどを用いることができる。また、垂直走査部80は、光束を垂直方向に走査するための反射面を有する走査素子81と、信号処理回路21から出力される垂直同期信号24に基づいて、走査素子81を駆動させる垂直走査駆動回路82とを備えている。なお、走査素子71及び走査素子81としては、例えば、ガルバノミラーを使用することができる。また、走査素子71及び走査素子81は、光束を走査するようにその反射面が揺動(回転)させられるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。
The
また、上述のように、水平走査部70と垂直走査部80との間での光束を中継する第1リレー光学系75を備えており、走査素子71によって水平方向に走査された光束は、第1リレー光学系75を通って、走査素子81によって垂直方向に走査されて、2次元的に走査された走査光束として、第2リレー光学系90へ入射される。
Further, as described above, the first relay
すなわち、図2(a)に示すように、相対的に高速に揺動する走査素子71は、水平走査駆動回路72によって揺動され、入射した光束を水平方向Xに対して往復走査する。そして、走査素子71によって水平方向に走査された走査光は、第1リレー光学系75を介して、垂直走査部80に入射する。垂直走査部80の走査素子81は、垂直走査駆動回路82によって鋸波状に揺動され、入射された光束を垂直方向Yに対して走査する。そして、走査素子81によって垂直方向に走査された有効走査範囲Zの走査光束は、第2リレー光学系90を介して、ユーザの瞳孔12に入射する。
That is, as shown in FIG. 2A, the
図2(b)には、走査素子71及び走査素子81の揺動範囲W(垂直揺動範囲W1及び水平揺動範囲W2からなる範囲)と有効走査範囲Z(垂直有効走査範囲Z3及び水平有効走査範囲Z5からなる範囲)との関係が示されており、走査素子71及び走査素子81による揺動範囲Wのうち、範囲Z(以下、「有効走査範囲Z」とする。)のタイミングで光束生成器20から光束が出射されることによって、水平走査部70及び垂直走査部80によって光束が有効走査範囲Zで走査される。これにより1フレーム分の光束が走査される。この走査が1フレームの画像毎に繰り返される。なお、図2(b)に示すように、光束生成器20から常に光束が出射されたと仮定したときに水平走査部70及び垂直走査部80によって走査される光束の軌跡が仮想的に示されている。また、以下の説明において、揺動範囲Wのうち有効走査範囲Zを除く範囲Z1を「無効走査範囲Z1」と呼ぶこととする(図2(b)参照)。
In FIG. 2B, the
第2リレー光学系90は、図1に示すように、正の屈折力を持つレンズ系91,94を有している。垂直走査部80から出射された走査光束は、レンズ系91によって、それぞれの光束がその光束の中心線を相互に平行にされ、かつそれぞれ収束光束に変換される。そして、レンズ系94によってほぼ平行な光束となると共に、これらの光束の中心線が観察者の瞳孔12に収束するように変換される。このように、観察者の瞳孔12に光束を入射させて網膜14上に画像を投影することによって、観察者の瞳孔12に光束を入射させて網膜14上に画像を投影することによって、観察者の眼10の瞳孔12の前方において虚像を視認させることができる。
As shown in FIG. 1, the second relay
なお、本実施形態においては、光ファイバ100から入射された光束を、水平走査部70で水平方向に走査した後、垂直走査部80によって垂直方向に走査することとしたが、水平走査部70と垂直走査部80との配置を入れ替え、垂直走査部80によって垂直方向に走査した後、水平走査部70で水平方向に走査するようにしてもよい。
In this embodiment, the light beam incident from the
[1.2.レーザの駆動方法について]
次に、本実施形態における各レーザ34,35,36の駆動方法について説明する。
[1.2. Laser drive method]
Next, a method for driving the
まず、各レーザ34,35,36の特性について図面を参照して説明する。図3は、本実施形態の画像表示装置1の光源である各レーザ34,35,36へ供給する駆動電流とその発光量との関係を示す図であり、縦軸に発光量を、横軸に駆動電流値をそれぞれ示している。
First, the characteristics of the
この図に示すように、各レーザ34,35,36は、固有の閾値電流Ithを超える駆動電流Iopが供給されたときに、発光量が急激に立ち上がる特性を有しており、閾値電流Ithまでの駆動電流では発光量の変化はほとんどない。従って、本実施形態における画像表示装置1では、閾値電流Ith以上の駆動電流Iopを各レーザ34,35,36へ供給して、画像を表示するための光束を各レーザ34,35,36から出射するようにしている。
As shown in this figure, each of the
各レーザ34,35,36は、上述のように半導体レーザなどを用いており容量成分を含むことから、閾値電流Ith以上の駆動電流Iopを流し始めてから発光し始めるまでに遅延時間が生じる。
Since each of the
図4は、各レーザ34,35,36の等価回路の一例を示す図である。この図に示すように、各レーザ34,35,36は、レーザダイオードLDに直列に寄生抵抗Rsが接続されたものに寄生容量Cpと寄生抵抗Rpとが並列に接続された回路と等価と考えることができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit of each
従って、図5に示すように、時間t=0において、駆動電流Iopを0から閾値電流Ithへと変化させたときに、Iopの一部はCpを充電するのに使用されるために、実際に発光に役立つ実行電流ILDは時定数Cp・Rs(通常成立するRp>>Rsを仮定した。)で立ち上がり、所望の電流値に達するのに時間を要する。このように各レーザ34,35,36に駆動電流Iopを流した後、発光を開始するまでに遅延が生じる。
Therefore, as shown in FIG. 5, when the drive current Iop is changed from 0 to the threshold current Ith at time t = 0, a part of Iop is used to charge Cp. The effective current I LD useful for light emission rises with a time constant Cp · Rs (assuming that Rp >> Rs is normally established), and it takes time to reach a desired current value. As described above, there is a delay until the light emission is started after the drive current Iop is supplied to each of the
そして、この発光遅延を抑制するために、一般に、各レーザ34,35,36にそれぞれ閾値電流Ithと同一の電流値又はそれよりも少し低い電流値のバイアス電流Ibを供給しておくことにより、各レーザ34,35,36の応答性を高めるように構成している。
In order to suppress this light emission delay, generally, a bias current Ib having the same current value as or slightly lower than the threshold current Ith is supplied to each of the
しかし、バイアス電流Ibの供給によって各レーザ34,35,36が僅かに発光し、このため、画像信号Sに応じた投影表示画像のコントラスト比が低下してしまう。すなわち、図3に示すように、バイアス電流Ibによる発光量Lbよりも少し高い発光量Lthが画像の最小輝度を表示するための各レーザ34,35,36の発光量となり、発光量Lop1を画像の最大輝度を表示するための各レーザ34,35,36の発光量とすると、コントラスト比はLop1/Lthとなることから、バイアス電流Ibを供給せずに画像の最小輝度を表示するための発光量をLthよりも小さくした場合に比べ、コントラスト比が低下することになる。
However, the supply of the bias current Ib causes each of the
そこで、本実施形態の画像表示装置1では、光源である各レーザ34,35,36と観察者の眼10における網膜14との間における光束の光路上に配設され、光束の強度を低減させて、所定領域としての網膜14に投影表示する画像の最小輝度を低減する光強度低減手段の一例であるND(neutral density)フィルタ50が、図1に示すように、ダイクロイックミラー44と結合光学系47と間に設けられており、このNDフィルタ50によってコントラスト比を低減するようにしている。
Therefore, in the
図6(a)は、NDフィルタ50を配設していない場合の各レーザ34,35,36における駆動電流と発光量との関係の一例を示す図である。なお、図6(a)においては、縦軸に発光量、横軸に駆動電流値がそれぞれ示されている。
FIG. 6A is a diagram illustrating an example of the relationship between the drive current and the light emission amount in each of the
各レーザ34,35,36において、閾値電流Ithの印加時における発光量Lthが、観察者の網膜14に画像を投影表示するために必要な駆動電流の最大値Iop1の印加時における発光量Lop1と比較して相対的に大きい場合には、画像の最小輝度が大きくなり、観察者の網膜14に投影表示された画像のコントラスト比Lop1/Lthは比較的に小さくなる。
In each of the
一方、各レーザ34,35,36において、閾値電流Ithの印加時における発光量Lthが、観察者の網膜14に画像を投影表示するために必要な駆動電流の最大値Iop1の印加時における発光量Lop1と比較して相対的に小さい場合には、観察者の網膜14に投影表示された画像のコントラスト比Lop1/Lthは比較的に大きくなる。
On the other hand, in each of the
そこで、本実施形態の画像表示装置1では、光源である各レーザ34,35,36と観察者の網膜14との間における光束の光路上にNDフィルタ50を配設し、光束の強度を下げるようにして、コントラスト比を向上させている。例えば、このNDフィルタ50が50%の透過率特性を有する場合、図6(a)に示すように、光源である各レーザ34,35,36が発光量Lthで発光したとき、観察者の網膜14に入射する光束は、発光量Lthのときに比べて1/2の強度の光束となり、表示する画像の最小輝度を1/2に低減することができることになる。
Therefore, in the
このNDフィルタ50は、光学的な色(波長)に依存せず、R(赤),G(緑),B(青)の各色の光束に対して同じ透過率を示す減光フィルタである。このNDフィルタ50を、光源である各レーザ34,35,36と観察者の眼10における網膜14との間における光束の光路上に配設することにより、各レーザ34,35,36から出射される光束の波長に依存せずに光束の強度を低減させて、網膜14に投影表示する画像の最小輝度を低減することができる。
The
なお、表示する画像の最小輝度を調整するために、光透過率を変えることができるように光強度低減手段を構成するようにしてもよい。例えば、NDフィルタ50は、光透過率が異なるものを複数枚、ターレット等に配置したり、光透過率が同じものを複数枚用意し、NDフィルタ50を重ねることにより、光透過率を変えるようにしたりする。
In order to adjust the minimum luminance of the image to be displayed, the light intensity reducing means may be configured so that the light transmittance can be changed. For example, the
ところで、このように光束の光路上に光強度低減手段を配置すると、観察者の網膜14に達する光束の強度が低下することから、単に光強度低減手段を光束の光路上に配置するだけでは、網膜14に投影表示する画像の最小輝度だけでなく最大輝度をも低下してしまうことになる。例えば、図6(a)に示すように、各レーザ34,35,36に駆動電流Iop1を流して発光量Lop1で発光させたとき、従来であれば網膜14に投影表示する画像の最大輝度となっていたが、光強度低減手段によって画像の最大輝度とならない。図6(a)においては、光強度を50%低減するNDフィルタ50を配置した例を示しており、従来であれば網膜14に投影表示する画像の最大輝度とするための駆動電流Iop1では、NDフィルタ50を通過したときには、投影表示する画像の輝度が半減していることを示している。
By the way, when the light intensity reducing means is arranged on the optical path of the light flux in this way, the intensity of the light flux reaching the
そこで、この画像表示装置1では、光源駆動部である各レーザドライバ31,32,33は、NDフィルタ50によって低減させた光束の最大強度を観察者の網膜14において所定の強度となるように各レーザ34,35,36から出射する光束の強度を増加することができるようにしている。
Therefore, in this
すなわち、NDフィルタ50を配置することによって網膜14に投影表示する画像の最小輝度及び最大輝度が低下するところ、低下した画像の最大輝度を所定輝度まで増加するために、NDフィルタ50による光強度の低減量に応じて、予め各レーザドライバ31,32,33により各レーザ34,35,36から出射する光束の強度を増加することによって、結果として、投影表示する画像のコントラスト比を向上することができる。しかも、各レーザ34,35,36に供給する駆動電流Iopの電流範囲を拡張することができ、この結果、投影表示画像の高諧調化が可能となる。
That is, when the
例えば、図6(b)に示すように、光強度を50%低減するNDフィルタ50を配置したとき、各レーザドライバ31,32,33が各レーザ34,35,36に駆動電流Iop1の約2倍の駆動電流Iop2を供給して、光源である各レーザ34,35,36の発光量をLop1から2Lop1に増加することにより、網膜14に投影表示する画像の最大輝度を所定輝度とすることができる。一方、観察者の網膜14に入射する光束は、NDフィルタ50の通過によって、光源である各レーザ34,35,36における発光量Lthのときに比べて1/2の強度(このときの発光量は1/2Lth)の光束となり、表示する画像の最小輝度を1/2に低減することができる。従って、この場合のコントラスト比は、NDフィルタ50を配置しないときに比べ、2倍の2Lop1/Lthに向上することになる。なお、図6(b)は、NDフィルタ50を配設した場合の各レーザ34,35,36における駆動電流と発光量との関係の一例を示す図である。
For example, as shown in FIG. 6B, when the
しかも、各レーザドライバ31,32,33から各レーザ34,35,36に供給される駆動電流の最大値がIop1からIop2まで増加されるため、光源である各レーザ34,35,36に供給する駆動電流の範囲を拡張(図6(b)では、ΔI1(=Iop1−Ith)からΔI2(=Iop2−Ith)まで拡張)することができ、その結果、観察者の網膜14に投影表示する画像の高階調化を実現することができる。
Moreover, since the maximum value of the drive current supplied from the
例えば、図6(b)に示すように、各レーザドライバ31,32,33において、各レーザ34,35,36への駆動電流の供給をΔIa毎に制御することができるとすると、各レーザ34,35,36に供給する駆動電流の範囲がΔI1の約2倍であるΔI2に拡張されることにより、投影表示する画像の階調数は、ΔI1/ΔIaからΔI2/ΔIaになる。この結果、投影表示する画像の階調数は、約2倍(=(ΔI2/ΔIa)/(ΔI1/ΔIa)となる。
For example, as shown in FIG. 6B, if the
このように、本実施形態の画像表示装置1では、光源である各レーザ34,35,36と観察者の網膜14との間における光束の光路上にNDフィルタ50を配設することによって、コントラスト比を向上させることができ、しかも、光源である各レーザ34,35,36に供給する駆動電流の範囲を拡張して、投影表示する画像の高階調化を実現することができる。
As described above, in the
[1.3 NDフィルタの配設位置について]
次に、NDフィルタ50の配設位置について図1を用いて説明する。
[1.3 Position of ND filter]
Next, the arrangement position of the
図1に示すように、本実施形態において、NDフィルタ50は、ダイクロイックミラー44と結合光学系47との間の位置に配設されている。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the
このように、NDフィルタ50を、光束の光路上においてダイクロイックミラー44と結合光学系47との間に設けているため、ダイクロイックミラー44において3原色の光束が合成された直後の1つの光束の強度を、1つのNDフィルタ50によって低減することができ、複数のNDフィルタ50を設けることなく効率良く光束の強度を低減することができる。
Thus, since the
また、NDフィルタ50は、上記したダイクロイックミラー44と結合光学系47との間の位置に代えて、光源である各レーザ34,35,36とダイクロイックミラー44,45,46との間の光束の光路上に設けても良く、より好ましくは、Bレーザ34とダイクロイックミラー44との間の光束の光路上に設けるのが良い。
Further, the
ここで、Bレーザ34のバイアス電流の供給による発光の強度は、一般的に、他のGレーザ35、Rレーザ36のバイアス電流による発光の強度に比較すると格段に大きい。したがって、NDフィルタ50をBレーザ34とダイクロイックミラー44との間の光束の光路上に設けることで、3原色の光源のうちバイアス電流による発光の強度が最も大きいBレーザ34から出射される光束の強度を集中的に低減することができ、その結果、光源である各レーザ34,35,36全体のバイアス電流による発光の強度を効率よく低減することができる。
Here, the intensity of light emission by supplying the bias current of the
また、NDフィルタ50は、上記した位置に限られず、コリメート光学系61と水平走査部70との間の位置、第1リレー光学系75と垂直走査部80との間の位置、第2リレー光学系90と観察者の網膜14との間の位置等に配設されても良い。要するに、NDフィルタ50は、各レーザ34,35,36から出射される光束の強度を低減することができれば、各レーザ34,35,36と観察者の網膜14との間における光束の光路上における任意の箇所に配設されても良い。
The
また、NDフィルタ50の設置数に制限はなく、各レーザ34,35,36と観察者の網膜14との間における光束の光路上において1個だけ設置しても、複数個設置しても良い。
The number of ND filters 50 is not limited, and only one or a plurality of ND filters 50 may be installed on the optical path of the light beam between the
[1.4 光強度低減手段について]
本実施形態では、光強度低減手段の一例としてNDフィルタ50を中心に説明したが、この光強度低減手段は、NDフィルタ50に限られず、以下に説明するように、光源である各レーザ34,35,36と観察者の網膜14との間における光束の光路上に配設され、光束の強度を低減させて、観察者の網膜14に投影表示する画像の最小輝度を低減するものであれば良い。
[1.4 Light intensity reduction means]
In the present embodiment, the
(光合成部における光強度低減について)
画像表示装置1では、図1に示す光合成部40において、光束の強度を低減させる構成とするようにしてもよい。
(About light intensity reduction in the photosynthesis unit)
In the
例えば、光合成部40において各レーザ34,35,36から出射される光束の強度を低減させつつ合波することにより、光合成部40を光強度低減手段として機能させる構成にする。
For example, the
すなわち、光合成部40において、ダイクロイックミラー44,45,46を、入射光の一部を直角方向に反射し、入射光の残りの一部を透過するように構成することによって、各レーザ34,35,36から出射される3原色の光束の強度をそれぞれ低減させつつ合波することができる。
That is, in the
このように、光合成部40を光強度低減手段として機能させることにより、光合成部40の通過によってバイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。
As described above, by causing the
また、図1に示す光合成部40において、光ファイバ100の光軸をずらすことにより、光合成部40を光強度低減手段として機能させる構成としても良い。
Further, in the
例えば、結合光学系47と光ファイバ100とを同一光軸上に配置する構成ではなく、結合光学系47から出射される光束のうち一部が光ファイバ100へ入射し、他の一部が光ファイバ100へ入射しないように、結合光学系47と光ファイバ100とをその光軸のずれた位置に配置する構成とすることによって、結合光学系47から出射される光束のうち一部の光束だけが、光ファイバ100へ入射するので、結合光学系47から出射される光束の強度は低減されることになる。
For example, the coupling
このように、光合成部40を光強度低減手段として機能させているため、結合光学系47から出射される光束のうち一部の光束だけが、光ファイバ100へ出力されることになり、バイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。
As described above, since the
(波面曲率変調光学系による光強度低減について)
上記した画像表示装置1において、表示される画像の呈示距離を変えたり、奥行き感を持たせたりするために、走査される光束の波面曲率(光束の拡がり具合)を変調する場合には、この波面曲率を変調する波面曲率変調光学系を設置することになるが、この波面曲率変調光学系において、光束の強度を低減させる構成とするようにしてもよい。
(Light intensity reduction by wavefront curvature modulation optical system)
In the
例えば、波面曲率変調光学系300を図7に示すように構成することによって、この波面曲率変調光学系300を通過する光束の強度を低減する。
For example, by configuring the wavefront curvature modulation
すなわち、波面曲率変調光学系300は、図7に示すように、コリメート光学系61によってコリメートされた光束を、透過光と、透過光の垂直方向に反射された反射光とに分割するビームスプリッタ101と、ビームスプリッタ101に反射された光束を収束する焦点距離fの凸レンズ102と、凸レンズ102に収束された光束を入射方向に反射する、可動可能な可動ミラー103とを同一光軸上に並設している。なお、図7は、波面曲率変調光学系300を備えた画像表示装置1の構成を示す説明図であり、図8は、波面曲率変調光学系300の動作態様を示す説明図である。
That is, as shown in FIG. 7, the wavefront curvature modulation
そして、波面曲率変調光学系300は、信号処理回路21から出力される波面変調信号26に基づいて凸レンズ102と可動ミラー103との間隔を変更することによって、コリメート光学系61から入射して水平走査部70へ向かう光束の波面曲率を変更するようにしている。例えば、図8に示すように、凸レンズ102と可動ミラー103との間の距離を焦点距離fよりも短いf−dに変更することにより、コリメート光学系61から入射して水平走査部70へ向う光束は、図8(a)に示す平行光から図8(b)に示す拡散光に変換される。
Then, the wavefront curvature modulation
ここで、図8に示すように、ビームスプリッタ101は、斜面101aに誘電体多層膜の施された直角プリズム2つが張り合わされたキューブ状の形状を成しており、その斜面101aにおいて、入射光の約50%を直角方向に反射し、入射光の残りの約50%を透過することにより入射光を2つに分割するようになっている。このため、コリメート光学系61からビームスプリッタ101に入射した光束は、その50%が斜面101aにおいて直角方向に反射されて凸レンズ102を通過した後、可動ミラー103で反射し、再度、凸レンズ102を通過した後に、さらに50%が斜面101aを透過して水平走査部70へ出射される。
Here, as shown in FIG. 8, the
したがって、ビームスプリッタ101から水平走査部70へ出射される光束は、ビームスプリッタ101を通過することによって分割され、その光束の強度は、コリメート光学系61からビームスプリッタ101へ入射する光束の強度に比べて1/4まで低減される。
Therefore, the light beam emitted from the
そして、走査部である水平走査部70及び垂直走査部80は、ビームスプリッタ101によって分割した光束の一つを走査することになる。
The
このように、ビームスプリッタ101により光源である各レーザ34,35,36から出射された光束を複数に分割してそのうちの一つを走査部によって走査することで、バイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。このとき、ビームスプリッタ101は、光源から出射された光束を2以上の光束に分割する光分割部材として機能する。
Thus, the
また、上記した画像表示装置1において、波面曲率変調光学系300の変形例として、図9に示す波面曲率変調光学系302を配設し、この波面曲率変調光学系302において、光束の強度を低減させる構成としても良い。図9は、波面曲率変調光学系302の構成を示す模式図であり、図10は、波面曲率変調光学系302が備えた光束選択手段220の構成を示す模式図である。
Further, in the
この変形例である波面曲率変調光学系302は、図9に示すように、光束発生手段210によって、各レーザ34,35,36から出射された光束を4つの光束A〜Dに分割し、分割された4つの光束A〜Dのそれぞれに異なる曲率の波面変調(波面曲率a〜d)を施し、このうち少なくとも1つ(例えば、波面曲率bの光束B)を光束選択手段220によって選択的に出射し、選択された光束を水平走査部70及び垂直走査部80によって走査する構成としている。
As shown in FIG. 9, the wavefront curvature modulation
ここで、図10に示すように、光束選択手段220では、光束発生手段210から入射される光束A〜Dは、光スイッチ231,232,233,234によってそれぞれの光路が変化され、全反射ミラー235,合成ミラー236,237,238によって合成された光束は、その変化された光路が、スリット239を通過可能な光束と同軸上で重なる光路であった場合にのみ、光束A〜Dのいずれかの光束が、スリット239を介して水平走査部70(図9参照)に向けて出射される。
Here, as shown in FIG. 10, in the light
例えば、図10に示す例では、光束発生手段210から入射する波面曲率aの光束A,波面曲率cの光束C、波面曲率dの光束Dは、光スイッチ231,232,233,234によってそれぞれの光路が変化され、全反射ミラー235,合成ミラー236,237,238によって合成され、その光路がスリット239を通過可能な光束の軸とずれるため、スリット239に遮られて光束選択手段220から出射されない。一方、波面曲率bの光束Bは、その光路がスリット239を通過できる光束の軸と同軸上で重なる方向に合成ミラー236で反射されるように、光スイッチ232によって反射される。したがって、光束Bは、スリット239を通過することができ、光束選択手段220によって選択された波面曲率bの光束Bとして波面曲率変調光学系302から水平走査部70に向けて出射される。
For example, in the example shown in FIG. 10, the light flux A having the wavefront curvature a, the light flux C having the wavefront curvature c, and the light flux D having the wavefront curvature d incident from the light flux generating means 210 are respectively transmitted by the
波面曲率変調光学系302から水平走査部70に向けて出射された光束は、光束発生手段210において分割された4つ光束A〜Dのうち光束選択手段220によって選択されたいずれか1つの光束であるので、その光束の強度は、コリメート光学系61から波面曲率変調光学系302へ入射する光束の強度に比べて低減される。そして、走査部である水平走査部70及び垂直走査部80は、光束発生手段210及び光束選択手段220によって分割された光束の一つを走査することになる。
The light beam emitted from the wavefront curvature modulation
このように、波面曲率変調光学系302における光束発生手段210及び光束選択手段220により光源である各レーザ34,35,36から出射された光束を複数に分割してそのうちの一つを走査部によって走査することで、バイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。このとき、光束発生手段210及び光束選択手段220は、光源から出射された光束を2以上の光束に分割する光分割部材として機能する。
In this way, the light beam emitted from each of the
(回折格子による光強度低減について)
上記した画像表示装置1において、射出瞳を拡大する場合には、この画像表示装置1における光源である各レーザ34,35,36と観察者の網膜14との光束の光路上に、回折格子を設置することになるが、この回折格子によって光束の強度を低減させる構成とするようにしてもよい。
(About light intensity reduction by diffraction grating)
In the
例えば、回折格子54を、図1に示すレンズ系91とレンズ系94との間の中間像面から、レンズ系94の側に外れた位置に設置することによって、この回折格子54を通過する光束の強度を低減することができる。
For example, the light beam that passes through the
すなわち、回折格子54は、図11に示すように、透過型の回折素子であり、複数個の透過部と非透過部とが所定の回折ピッチで周期的に並んだ回折面54aを有しており、この回折面54aに入射した光束を回折し複数次数の回折光として拡散する。回折格子54によって回折された複数次数の回折光のうち、例えば、0次光の光束のみを投影表示のための光束として使用し、その他の次数の光束を投影表示のための光束として使用しないことによって、実効光強度を低減する。回折光における0次光の割合が小さくなるように回折格子54を構成することで、実効光強度の低減度合いを調整することができる。
That is, as shown in FIG. 11, the
このように、回折格子54を設置することによって、バイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。このとき、回折格子54は、光束を拡散させる光拡散部材の一例である。なお、回折格子54によって回折された複数次数の回折光のうち、0次光に加え、1次光と−1次の回折光を投影表示に用いて射出瞳を拡大するようにしてもよい。
Thus, by installing the
(その他の光強度低減手段について)
その他の光強度低減手段として、各レーザ34,35,36から出射された光束の一部を遮蔽する絞り(図示せず)を、光源である各レーザ34,35,36と観察者の網膜14との間における光束の光路上に設けても良い。
(Other light intensity reduction means)
As other light intensity reducing means, a diaphragm (not shown) that shields a part of the light beam emitted from each
このように、絞りを設ける場合には、絞りの通過によってバイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。 As described above, when the diaphragm is provided, the influence of light emission of the light source due to the bias current can be reduced by passing through the diaphragm, and the contrast ratio of the projected display image according to the image signal can be improved.
また、走査素子71又は走査素子81の反射面に、例えば、アルミニウム等の低反射率の金属膜から形成される反射膜(図示せず)をコーティングすることにより、走査素子71又は走査素子81が本来の走査機能の他に光束の強度を低減するという機能も果たすように構成しても良い。このとき、走査素子71又は走査素子81の反射膜が光強度低減手段として機能する。
Further, the reflective surface of the
このように、走査素子71又は走査素子81の反射膜を光強度低減手段とすることにより、画像表示装置1の部品点数を増加させることなく、バイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。
Thus, by using the reflection film of the
また、光強度低減手段として、研磨剤などによるランダムなパターンの表面を形成した散乱板を、光源である各レーザ34,35,36と観察者の網膜14との間における光束の光路上に配設することにより、入射する光束を散乱する構成としても良い。
Further, as a light intensity reducing means, a scattering plate having a random pattern surface made of an abrasive or the like is arranged on the optical path of the light flux between each of the
このように、散乱板を配設することにより、散乱板のパターンの幅よりも大きい波長の光束は鏡面反射され、散乱板のパターンの幅よりも小さい波長の光束はランダムに散乱されるので、バイアス電流による光源の発光の影響を低減することができ、画像信号に応じた投影表示画像のコントラスト比を向上することができる。 In this way, by arranging the scattering plate, a light beam having a wavelength larger than the width of the pattern of the scattering plate is specularly reflected, and a light beam having a wavelength smaller than the width of the pattern of the scattering plate is randomly scattered. The influence of light emission of the light source due to the bias current can be reduced, and the contrast ratio of the projected display image corresponding to the image signal can be improved.
なお、本実施形態において、上記した光強度低減手段を単独で備えた構成に限らず、複数の光強度低減手段を任意に組合わせた構成としても良い。 In addition, in this embodiment, it is good not only as a structure provided with the above-mentioned light intensity reduction means independently, but it is good also as a structure which combined several light intensity reduction means arbitrarily.
[2. 第2実施形態]
ところで、図6を用いて上述したように、各レーザドライバ31,32,33は、光強度低減手段によって低減させた光束の最大強度を観察者の網膜14において所定の強度となるように予め各レーザ34,35,36から出射する光束の強度を増加しているため、画像表示装置1の全体としての消費電力が増大してしまうことになる。
[2. Second Embodiment]
By the way, as described above with reference to FIG. 6, the
そこで、第2実施形態に係る画像表示装置において、無効走査範囲Z1(図2(b)参照)のうち少なくとも所定範囲において、各レーザ34,35,36の発光遅延を抑制し応答性を高めるために、各レーザドライバ31,31,33から各レーザ34,35,36にそれぞれ供給していたバイアス電流Ib(図3参照)の供給を停止又は低減するように構成している。すなわち、各レーザドライバ31,32,33は、画像表示を行わない無効走査期間のうち、少なくとも所定期間は、光源である各レーザ34,35,36の応答性を高めるためのバイアス電流Ibの各レーザ34,35,36への供給を停止又は低減する。
Therefore, in the image display apparatus according to the second embodiment, in order to suppress the light emission delay of each of the
このように、光源駆動部である各レーザドライバ31,32,33が、所定期間において、各レーザ34,35,36へのバイアス電流の供給を停止又は低減することにより、光強度低減手段による光強度の低減量に応じて、予め各レーザドライバ31,32,33により各レーザ34,35,36から出射する光束の強度を増加することによって、各レーザ34,35,36に供給する駆動電流の範囲を拡張することができ、その結果、投影表示画像の高階調化を実現することができると共に、予め各レーザドライバ31,32,33により各レーザ34,35,36から出射する光束の強度を増加したことに伴う消費電力の増大を可及的に低減することができる。なお、バイアス電流Ibの供給の低減は、例えば、バイアス電流Ibの1/2の電流を供給することによって行うことができる。以下においては、バイアス電流の供給停止という場合には、バイアス電流の供給の停止のほか、バイアス電流の供給の低減を含むものとして説明する。
As described above, the
次に、バイアス電流Ibの供給開始及び供給停止を行う具体的な構成及び動作について図面を参照して説明する。図12及び図13は、垂直走査におけるバイアス電流の供給開始及び供給停止のタイミングを説明するための図である。 Next, a specific configuration and operation for starting and stopping the supply of the bias current Ib will be described with reference to the drawings. FIG. 12 and FIG. 13 are diagrams for explaining the timing for starting and stopping the supply of the bias current in the vertical scanning.
図12に示すように、走査素子81による垂直揺動範囲W1のうち有効走査範囲Zが含まれない垂直方向の範囲Z2(以下、「垂直無効走査範囲Z2」という。)では、光束生成器20から光束が出射されず画像が表示されない。また、垂直揺動範囲W1のうち有効走査範囲Zが含まれる垂直有効走査範囲Z3に移行したときからバイアス電流Ibを各レーザ34,35,36へ供給しておけば、各レーザ34,35,36の応答性を高めておくのには十分に間に合う。
As shown in FIG. 12, in the vertical range Z2 in which the effective scanning range Z is not included in the vertical swing range W1 by the scanning element 81 (hereinafter, referred to as “vertical invalid scanning range Z2”), the light beam generator 20. The light beam is not emitted from the light source and no image is displayed. Further, if the bias current Ib is supplied to each of the
そこで、特に、本実施形態の画像表示装置では、図12中斜線で示す垂直無効走査範囲Z2において、各レーザドライバ31,32,33から各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給を停止する構成しており、これにより消費電力を低減している。
Therefore, in particular, in the image display device of the present embodiment, the bias current Ib is supplied from the
ここで、このときの走査素子81による垂直走査とバイアス電流Ibの供給期間との関係を、図13を参照して説明する。この図13の左上図には走査素子81の反射面の角度と時間との関係を示し、左下図にはバイアス電流の供給開始・停止と時間との関係を示し、右上図には図2(b)と同様に有効走査範囲Zと無効走査範囲Z1との関係を示している。
Here, the relationship between the vertical scanning by the
この図に示すように、各レーザドライバ31,32,33は、垂直走査部80による走査が無効走査期間から画像表示を行う有効走査期間に移行する所定時間前(tc〜tbのタイミング)に、各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給を開始し、垂直走査部80による走査が有効走査期間から無効走査期間に移行した直後(tf〜tgのタイミング)に、光源へのバイアス電流Ibの供給を停止する。
As shown in this figure, the
すなわち、各レーザドライバ31,32,33は、垂直走査部80による走査位置が垂直無効走査範囲Z2から垂直有効走査範囲Z3に移行する直前の水平方向の走査ラインL1にあるときに、各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給を開始する。そして、各レーザドライバ31,32,33は、垂直走査部80による走査が垂直有効走査範囲Z3から垂直無効走査範囲Z2に移行した最初の水平方向の走査ラインL2にあるときに、各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給を停止する。
That is, the
このように、垂直走査の有効走査期間に移行する所定時間前にバイアス電流Ibの供給を開始していることから、有効走査範囲Zへ移行する時点では各レーザ34,35,36にバイアス電流Ibが供給され応答性の高い状態となっており、発光遅延による表示画像の画質低下を確実に防止することができると共に、垂直方向の無効走査期間における消費電力を低減することができる。
As described above, since the supply of the bias current Ib is started a predetermined time before the transition to the effective scanning period of the vertical scanning, the bias current Ib is supplied to each of the
しかも、画像の1フレームの走査において、バイアス電流Ibの供給の開始制御及び停止制御(又は低減制御)がそれぞれ1回ずつでよいことから、処理を複雑にせずに消費電力を低減することができる。 In addition, since the start control and the stop control (or reduction control) for supplying the bias current Ib only need to be performed once for scanning one frame of the image, the power consumption can be reduced without complicating the processing. .
ところで、各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給を開始するタイミングは、有効走査範囲Zへ移行する時点で各レーザ34,35,36にバイアス電流Ibが供給され応答性の高い状態となっていればよい。
By the way, the timing for starting the supply of the bias current Ib to each of the
各レーザ34,35,36の等価回路は、上述のように図4に示すようになっており、実効電流ILDの立ち上がり時定数Δtは、以下の式(1)で表される。
Equivalent circuit of each
Δt=−Cp・Rs ・・・(1)
ここで、通常成立するRp>>Rsを仮定した。
Δt = −Cp · Rs (1)
Here, it is assumed that Rp >> Rs, which is normally established.
従って、各レーザ34,35,36の有する固有の立ち上がり時定数を考慮し、垂直走査の有効走査期間に移行するΔt前にバイアス電流Ibの供給を開始し始めればよいことになり、より消費電力を低減することができる。
Therefore, in consideration of the inherent rise time constant of each
また、各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給停止は、有効走査範囲Zから無効走査範囲Z1に移行した直後(teのタイミング)に行うことで、より消費電力を低減することができる。
Further, the supply of the bias current Ib to the
以上のように、本実施形態における画像表示装置では、光源駆動部である各レーザドライバ31,32,33は、走査部による走査が無効走査期間のうち少なくとも所定期間にあるときに、光源である各レーザ34,35,36へのバイアス電流の供給を停止するので、ユーザの視認することのない無効走査期間における所定期間の消費電力を低減することができる。
As described above, in the image display apparatus according to the present embodiment, each of the
次に、本発明の画像表示装置の変形例について説明する。上記した実施形態においては、垂直走査部80による垂直走査が垂直無効走査範囲Z2にあるか垂直有効走査範囲Z3にあるかで、光源である各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給開始及び供給停止を行う構成としたが、本変形例においては、バイアス電流Ibの供給停止を行う範囲をさらに広げている。すなわち、本変形例においては、水平走査部70による水平走査に応じて、光源である各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給開始及び供給停止を行う構成としている。なお、上記した実施形態における画像表示装置とは同様の構成を有しており、処理等が一部異なるものであることから、本変形例においては特に異なる部分について説明する。
Next, a modification of the image display device of the present invention will be described. In the above-described embodiment, the bias current Ib is supplied to the
以下、変形例に係る画像表示装置について、図面を参照して具体的に説明する。図14及び図15は、水平走査におけるバイアス電流の供給開始及び供給停止を説明するための図である。 Hereinafter, an image display device according to a modification will be specifically described with reference to the drawings. 14 and 15 are diagrams for explaining supply start and supply stop of bias current in horizontal scanning.
図14に示すように、走査素子71による水平揺動範囲W2のうち有効走査範囲Zを除外した無効走査範囲Z1(図14中斜線で示す領域)では、光束生成器20から光束が出射されることはなく画像が表示されることがない。このため、有効走査範囲Zへ移行する時点で各レーザ34,35,36が応答性の高い状態となっていれば、無効走査範囲Z1のほとんどの範囲では、各レーザ34,35,36の応答性を確保するために、各レーザ34,35,36に対してバイアス電流Ibを予め供給する必要がない。
As shown in FIG. 14, a light beam is emitted from the light beam generator 20 in the invalid scanning range Z1 (the region indicated by the oblique lines in FIG. 14) excluding the effective scanning range Z in the horizontal swing range W2 by the
そこで、特に、本変形例の画像表示装置では、図14中斜線で示した垂直無効走査範囲Z2だけでなく、有効走査範囲Zのほぼ全体において、各レーザドライバ31,32,33から各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給をしないように構成している。
Therefore, in particular, in the image display apparatus according to the present modification, not only the vertical invalid scanning range Z2 indicated by the oblique lines in FIG. 14 but also the
すなわち、図14に示すように、垂直有効走査範囲Z3(図12参照)のうち、さらに水平無効走査範囲Z4において、各レーザドライバ31,32,33から各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給をしないことで、消費電力をさらに低減することができる。
That is, as shown in FIG. 14, in the vertical effective scanning range Z3 (see FIG. 12), the bias current from each
但し、水平無効走査範囲Z4から有効走査範囲Zへ移行する時点で各レーザ34,35,36の応答性の高い状態となってなければならないことから、有効走査範囲Zへ移行する所定期間前までにバイアス電流Ibの供給を開始するようにすることが必要である。なお、ここでの所定期間は、上記した実施形態で説明した各レーザ34,35,36の立ち上がり時定数に応じた時間Δt(式(1)参照)よりも長い時間でなければならない。
However, since the responsiveness of each
ここで、走査素子71による水平走査とバイアス電流Ibの供給期間との関係を、図15を参照して説明する。この図15において、上段には走査素子81の反射面の角度と時間との関係を示し、中段には光束生成器20による光束の出射開始・停止と時間との関係を示し、後段にはバイアス電流Ibの供給開始・停止と時間との関係を示している。
Here, the relationship between the horizontal scanning by the
この図に示すように、走査素子71の反射面は、水平走査駆動回路72によって、所定の位置を基準(0度)として+θ1〜−θ1の角度範囲(水平揺動範囲W2)で揺動し、その反射面が±θ2の範囲(水平有効走査範囲Z5)で光束生成器20からの光束が出射されるように構成される。
As shown in this figure, the reflecting surface of the
そして、本実施形態では、図15に示すように、各レーザドライバ31,32,33は、水平走査部70による走査が水平無効走査期間Taから画像表示を行う水平有効走査期間Tbに移行する所定時間Δt前に、各レーザドライバ31,32,33へのバイアス電流Ibの供給を開始し、水平走査部70による走査が水平有効走査期間Tbから水平無効走査期間Taに移行するときに、各レーザドライバ31,32,33へのバイアス電流Ibの供給を停止又は低減する。なお、Δtは、各レーザ34,35,36の立ち上がり時定数に応じた時間であり、上記した式(1)で導かれる時間である。
In this embodiment, as shown in FIG. 15, each
すなわち、各レーザドライバ31,32,33は、垂直走査部80の走査が垂直有効走査範囲Z3(図12参照)にある状態で、水平走査部70による走査が水平揺動範囲W2のうち水平無効走査範囲Z4から水平有効走査範囲Z5に移行する所定時間(図15におけるΔt)前(図15中「t1」、「t1’」で示すタイミング)に、各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給を開始するようにしている。
That is, in each
また、各レーザドライバ31,32,33は、垂直走査部80の走査が垂直有効走査範囲Z3にある状態で、水平走査部70による走査が水平有効走査範囲Z5から水平無効走査範囲Z4に移行するときに、各レーザ34,35,36へのバイアス電流Ibの供給を停止するようにしている。
Further, in each
これにより、水平走査部70による走査が水平有効走査期間Tbとなる前に、各レーザ34,35,36に対してバイアス電流Ibが事前に供給されて応答性を高めた状態になっているので、各レーザ34,35,36の発光遅延を回避して有効走査範囲Zにおいて表示する画像の品質を確保しつつ、無効走査範囲Z1における消費電力を低減している。しかも、水平走査部70による走査が水平有効走査期間Tbから水平無効走査期間Taに移行するときに、バイアス電流Ibの供給を停止しているため、無効走査範囲Z1における消費電力を可及的に低減することができる。
As a result, before the scanning by the
これにより、水平走査部70による走査位置が有効走査範囲Zにある間は、各レーザ34,35,36の応答性を確保しつつ、消費電力を可及的に低減することができる。
As a result, while the scanning position by the
ところで、上述において各レーザ34,35,36の駆動電流と発光量との関係を図3に示したが、この関係は、図16に示すように周囲温度に応じて変化する。図16は、閾値電流値が周囲温度によって変動する様子を示すグラフであり、図3と同様に縦軸に発光量を、横軸に駆動電流値をそれぞれ示している。
Incidentally, in the above description, the relationship between the drive current of each
この図に示すように、各レーザ34,35,36において、高温(85℃)での閾値電流Ith2は常温(25℃)での閾値電流Ith1よりも大きくなっている。
As shown in this figure, in each of the
そこで、画像表示装置において、例えば、光束生成器20の内部に、光源であるBレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36の周囲温度を測定する温度測定部(図示せず)を備え、Bレーザドライバ31、Gレーザドライバ32、Rレーザドライバ33は、この温度測定部により測定したBレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36の周囲温度が所定の温度よりも高いときに、Bレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36へのバイアス電流Ibの供給停止を行うように構成しても良い。
Therefore, the image display device includes, for example, a temperature measurement unit (not shown) that measures the ambient temperature of the
このように構成することによって、周囲温度の上昇に伴って、Bレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36の発光に必要な駆動電流が大きくなった場合であっても、消費電力を低減することができる。
With this configuration, power consumption can be reduced even when the drive current necessary for light emission from the
また、上記した画像表示装置において、Bレーザドライバ31、Gレーザドライバ32、Rレーザドライバ33は、複数の光源であるBレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36のうち少なくとも一つの光源についてバイアス電流の供給停止を行うように構成しても良い。一般に、Bレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36のうちBレーザの動作電圧が最も高く、発光に必要な駆動電流も最も大きくなるので、これらのうちBレーザ34を対象としてバイアス電流の供給停止を行うように構成することが好ましい。
In the image display device described above, the
このように、複数の光源であるBレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36のうち発光に必要な駆動電流が大きいBレーザ34を対象としてバイアス電流の供給停止を行えば、バイアス電流の供給停止を行う光源が一つで済むため、すべての光源を対象としてバイアス電流の供給停止を行うよりも消費電力の低減を容易に行うことができる。
As described above, if the supply of the bias current is stopped for the
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。 As described above, some of the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, these are merely examples, and various embodiments can be made based on the knowledge of those skilled in the art including the aspects described in the section of the disclosure of the invention. The present invention can be implemented in other forms that have been modified or improved.
1 画像表示装置
20 光束生成器
21 信号処理回路
31〜33 光源駆動部
34〜36 光源
50 NDフィルタ
70 高速走査部
71 走査素子
80 低速走査部
81 走査素子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記光源と前記所定領域との間における前記光束の光路上に配設され、前記光束の強度を低減させて、前記所定領域に投影表示する画像の輝度を低減する光強度低減手段を備え、
前記光源駆動部は、前記光強度低減手段によって低減させた前記光束の最大強度を前記所定領域において所定の強度となるように前記光源から出射する光束の強度を増加可能としたことを特徴とする画像表示装置。 A light source, a light source driving section for driving the light source to emit a light beam having an intensity corresponding to an image signal, while supplying a predetermined bias current to the light source to improve the responsiveness of the light source, and the light source A scanning unit that scans the light beam emitted from the image display device, and projects and displays an image according to the image signal in a predetermined area.
A light intensity reducing means disposed on an optical path of the light flux between the light source and the predetermined area, and reducing the intensity of the light flux to reduce the luminance of an image projected and displayed on the predetermined area;
The light source driving unit can increase the intensity of the light beam emitted from the light source so that the maximum intensity of the light beam reduced by the light intensity reducing unit becomes a predetermined intensity in the predetermined region. Image display device.
前記走査部は、前記光分割部材によって分割した光束の一つを走査することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The light intensity reducing means includes a light splitting member that splits a light beam emitted from the light source into two or more light beams,
The image display device according to claim 1, wherein the scanning unit scans one of the light beams divided by the light dividing member.
前記合波器において前記光源から出射される光束の強度を低減させつつ合波することにより、前記合波器を前記光強度低減手段として機能させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The light source is provided corresponding to each of the three primary colors, and includes a multiplexer that combines the light beams emitted from these light sources,
6. The multiplexer according to claim 1, wherein the multiplexer is made to function as the light intensity reducing means by multiplexing while reducing the intensity of the light beam emitted from the light source. The image display device according to item 1.
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