JP2011075958A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置に関する。詳細には、画像信号を含む駆動信号に応じた強度のレーザ光を出射するレーザを備えた画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device. Specifically, the present invention relates to an image display device including a laser that emits laser light having an intensity corresponding to a drive signal including an image signal.
従来より、画像信号に応じて強度変調したレーザ光をレーザから出射し、このレーザ光を走査部により2次元方向に走査し、投射対象に投射して画像を表示する走査型画像表示装置が知られている。この種の画像表示装置として、例えば、投射対象をユーザの網膜とする網膜走査型画像表示装置や投射対象をスクリーンとするスクリーン走査型画像表示装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a scanning type image display device that emits laser light whose intensity is modulated according to an image signal, scans the laser light in a two-dimensional direction by a scanning unit, and projects the image onto a projection target to display an image. It has been. As this type of image display device, for example, a retinal scanning image display device in which a projection target is a user's retina and a screen scanning image display device in which a projection target is a screen are known.
この種の走査型画像表示装置では、走査部による走査を高速に行う必要があり、例えば、ガルバノミラーなどのようにレーザ光の方向を変える偏向素子が用いられている。偏向素子は駆動信号を入力して動作させるものであるが、高速に偏向させようとすると駆動信号に対する応答性が悪くなり偏向動作の遅延が生じる。この遅延は、偏向素子の個体差によって異なるため、走査部による走査位置が正確に把握できない。また、駆動信号のノイズや偏向素子の動作ノイズによっても、正確に把握できない場合がある。 In this type of scanning image display apparatus, it is necessary to perform scanning by the scanning unit at a high speed. For example, a deflecting element that changes the direction of laser light such as a galvanometer mirror is used. The deflecting element is operated by inputting a driving signal. However, if the deflecting element is to be deflected at a high speed, the response to the driving signal is deteriorated and the deflection operation is delayed. Since this delay varies depending on individual differences of deflection elements, the scanning position by the scanning unit cannot be accurately grasped. Further, there may be a case where it cannot be accurately grasped due to the noise of the drive signal or the operation noise of the deflection element.
そこで、従来の走査型画像表示装置では、走査部で走査されたレーザ光が入射する位置に光検出部を配設しており、この光検出部によるレーザ光の検出に基づき、光源部であるレーザからのレーザ光の出射タイミングを調整している(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in the conventional scanning image display device, the light detection unit is disposed at the position where the laser beam scanned by the scanning unit is incident, and the light detection unit is a light source unit based on the detection of the laser beam by the light detection unit. The emission timing of laser light from the laser is adjusted (see, for example, Patent Document 1).
走査型画像表示装置により表示する画像をカラー画像とする場合、波長の異なる複数のレーザが必要となる。一般に走査型画像表示装置では、赤色レーザ、緑色レーザ及び青色レーザが用いられており、これらのレーザから出射するレーザ光を同一光路上に合流させることで、レーザ光を合成して種々の色のレーザ光を生成している(例えば、特許文献2参照)。 When an image displayed by the scanning image display device is a color image, a plurality of lasers having different wavelengths are required. In general, a scanning image display apparatus uses a red laser, a green laser, and a blue laser. By combining laser beams emitted from these lasers on the same optical path, the laser beams are synthesized to have various colors. Laser light is generated (see, for example, Patent Document 2).
しかし、半導体レーザには、その入出力特性(電流−光出力特性)が急峻に変化して折れ曲がりが生じ、直線性が崩れる領域があるものがある。すなわち、電流の増減に対する光の出力強度の増減が緩やかな第1領域から光の出力強度の増減が急な第2領域へ連続することが望ましいが、第1領域と第2領域との間に、第2領域よりも光の出力強度の増減がさらに急な第3領域があるものがある。この領域は、キンク(kink)と呼ばれる。このキンク領域は、特に緑色レーザや青色レーザに顕著に現れる。 However, some semiconductor lasers have regions where the input / output characteristics (current-light output characteristics) change sharply to cause bending and the linearity is lost. That is, it is desirable that the light output intensity increase / decrease with respect to the current increase / decrease is continuous from the first area to the second area where the light output intensity increase / decrease is steep, but between the first area and the second area. In some cases, there is a third region in which the increase or decrease in the light output intensity is more steep than the second region. This region is called a kink. This kink region appears particularly prominently in green lasers and blue lasers.
かかるキンク領域のため、直線性を前提として階調レベルを割り当てた画素信号を上記半導体レーザに出力すると、低い階調レベルで階調つぶれが発生する。 Due to such a kink region, if a pixel signal assigned a gradation level on the premise of linearity is output to the semiconductor laser, gradation collapse occurs at a low gradation level.
そのため、半導体レーザを用いる場合、上記キンク領域に応じて、各階調レベルの画素信号を割り当てる必要があり、その割り当ての処理が難しく、低い階調レベルを精度よく再現することができなかった。 For this reason, when a semiconductor laser is used, it is necessary to assign pixel signals of each gradation level according to the kink region, and it is difficult to perform the assignment process, and a low gradation level cannot be accurately reproduced.
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、入出力特性にキンク領域が存在するレーザを用いた場合であっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易な画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is easy to accurately reproduce a low gradation level even when a laser having a kink region in input / output characteristics is used. An object is to provide an image display device.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、画像信号を含む駆動信号に応じた強度のレーザ光を出射する光源部と、前記光源部から出射されたレーザ光を2次元走査する走査部と、画像形成時に前記光源部から出射され、前記走査部により有効走査範囲で走査されたレーザ光を投射対象に投射する投射部と、前記走査部の走査タイミングを検出する時に前記光源部から出射され、前記走査部により走査されたタイミング検出用レーザ光が入射する位置に配置された光検出部と、前記光検出部による前記タイミング検出用レーザ光の検出タイミングに基づき、前記光源部からの前記レーザ光の出射タイミングを制御する制御部と、を備え、前記光源部は、前記駆動信号を生成する信号生成部と、前記駆動信号に応じた強度のレーザ光を出射するレーザと、前記レーザに入力される前記駆動信号に当該駆動信号の周期の逆数以上の周波数を有する高周波信号を重畳させる信号調整部と、を有しており、前記信号調整部は、前記信号生成部が前記タイミング検出用レーザ光を出射するための駆動信号を出力しているときには、前記駆動信号への前記高周波信号の重畳を停止することを特徴とする画像表示装置とした。
To achieve the above object, the invention according to
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の画像表示装置において、前記信号調整部は、前記走査部の走査範囲が前記有効走査範囲から前記有効走査範囲外に移行したときに、前記駆動信号への前記高周波信号の重畳を停止し、前記光検出部による前記タイミング検出用レーザ光の検出後に、前記駆動信号への前記高周波信号の重畳を開始することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, when the signal adjustment unit shifts the scanning range of the scanning unit from the effective scanning range to outside the effective scanning range, The superposition of the high-frequency signal on the drive signal is stopped, and the superposition of the high-frequency signal on the drive signal is started after the detection of the timing detection laser beam by the light detection unit.
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の画像表示装置において、前記走査部は、第1の方向に相対的に高速に前記レーザ光を走査する第1の走査部と、前記第1の方向に直交する第2の方向に相対的に低速に前記レーザ光を走査する第2の走査部とを備えており、前記光検出部は、画像形成時に前記光源部から出射されるレーザ光が前記第1の方向で走査されて前記第1の方向における前記有効走査範囲外になった直後に、前記光源部から出射される前記タイミング検出用レーザ光を入射する位置に配置されたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the first or second aspect, the scanning unit includes a first scanning unit that scans the laser light at a relatively high speed in the first direction. A second scanning unit that scans the laser light relatively slowly in a second direction orthogonal to the first direction, and the light detection unit emits from the light source unit during image formation. Immediately after the laser beam to be scanned is scanned in the first direction and is outside the effective scanning range in the first direction, the laser beam for timing detection emitted from the light source unit is disposed at a position where the laser beam is incident. It is characterized by that.
また、請求項4に係る発明は、請求項1又は2に記載の画像表示装置において、前記走査部は、第1の方向に相対的に高速に前記レーザ光を走査する第1の走査部と、前記第1の方向に直交する第2の方向に相対的に低速に前記レーザ光を走査する第2の走査部とを備えており、前記光検出部は、画像形成時に前記光源部から出射されるレーザ光が前記第2の方向で走査されて前記第2の方向における前記有効走査範囲外になった直後に、前記光源部から出射される前記タイミング検出用レーザ光を入射する位置に配置されたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the image display device according to the first or second aspect, the scanning unit includes a first scanning unit that scans the laser light at a relatively high speed in the first direction. A second scanning unit that scans the laser light relatively slowly in a second direction orthogonal to the first direction, and the light detection unit emits from the light source unit during image formation. Immediately after the laser beam to be scanned is scanned in the second direction and is outside the effective scanning range in the second direction, the timing detection laser beam emitted from the light source unit is disposed at a position where the laser beam is incident. It is characterized by that.
また、請求項5に係る発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記信号調整部は、前記高周波信号を生成する高周波信号生成部と、前記信号調整部と前記信号生成部との間に設けられ、前記信号調整部から前記信号生成部への前記高周波信号の重畳を制御するスイッチと、を有しており、前記スイッチを制御して、前記高周波信号の重畳の停止と開始を制御することを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、高周波信号を駆動信号に重畳させるので、キンク領域で生じていた急峻な変化をなだらかな変化に変えることができる。そのため、入出力特性にキンク領域が存在するレーザであっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。しかも、走査部の走査タイミングを検出するときには、駆動信号への高周波信号の重畳を停止するため、走査部の走査タイミング検出を確実に行うことができる。 According to the present invention, since the high frequency signal is superimposed on the drive signal, the steep change occurring in the kink region can be changed into a gentle change. Therefore, even with a laser having a kink region in the input / output characteristics, it becomes easy to accurately reproduce a low gradation level. In addition, when the scanning timing of the scanning unit is detected, the superposition of the high-frequency signal on the drive signal is stopped, so that the scanning timing of the scanning unit can be reliably detected.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態とする。)を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
[1.画像表示装置1の概要構成]
図1に示すように、この画像表示装置1は、画像信号を含む駆動信号に応じた強度のレーザ光を出射する光源部2と、この光源部2から出射したレーザ光を2次元走査する走査部3と、この走査部3で走査されたレーザ光を投射対象に投射する投射部4と、光検出部10と、制御部11とを備えている。
[1. Outline Configuration of Image Display Device 1]
As shown in FIG. 1, the
光源部2は、駆動信号7を生成する信号生成部6と、信号生成部6から入力される駆動信号7に応じた強度のレーザ光を出射するレーザ5とを有している。信号生成部6は、画素単位の信号である画素信号7aや後述するタイミング検出用信号7bなどの駆動信号7を生成し、この駆動信号7をレーザ5に入力する。これにより、駆動信号7に応じて強度変調されたレーザ光がレーザ5から順次出射される。このレーザ5は、レーザダイオードなどの半導体レーザである。なお、画像表示装置1では、赤色レーザ、緑色レーザ、青色レーザを用いており、それぞれ信号生成部6が設けられるが、図1では、説明の便宜上、緑色レーザのみを図示しており、ここではレーザ5として説明する。
The
走査部3は、光源部2から出射したレーザ光を2次元走査する。図2に、光源部2による最大走査範囲Gと有効走査範囲Zとの関係を示す。ここで、「最大走査範囲G」とは、走査部3がレーザ光を走査できる最大の範囲を意味する。最大走査範囲Gのうち、走査部3の走査位置が有効走査範囲Zにあるタイミングで光源部2から画素信号7aに応じて強度変調されたレーザ光が出射される。これにより、画素信号7aに応じて強度変調されたレーザ光が、走査部3によって有効走査範囲Zで走査され、1フレーム分のレーザ光が走査される。この走査が1フレームの画像ごとに繰り返される。なお、図2には、光源部2からレーザ光が常時出射されたと仮定したときに走査部3によって走査されるレーザ光の軌跡γが仮想的に示されている。また、図2において、X方向が主走査方向であり、Y方向が副走査方向である。本実施形態では、主走査方向を水平方向とし副走査方向を垂直走査方向とするが、その逆でもよい。
The
本実施形態に係る画像表示装置1では、走査部3の走査位置を検出するために、光検出部10が設けられる。制御部11は、光源部2からタイミング検出用のレーザ光(以下、「タイミング検出用レーザ光」という)を出射させ、このレーザ光を光検出部10によって検出することで、光源部2からレーザ光を出射するタイミングを調整する。走査部3の走査位置が分からなければ、画像を形成するために有効走査範囲Zで画素信号7aに応じた強度のレーザ光を出射することができないからである。制御部11は、光源部2の信号生成部6を制御し、所定のタイミングでタイミング検出用信号7bを信号生成部6から駆動信号7として出力する。この駆動信号7はレーザ5に入力され、レーザ5からタイミング検出用レーザ光が出射される。
In the
ところで、画像表示装置1では、レーザ5として、図3に示すように、その入出力特性(電流−光出力特性)が急峻に変化して折れ曲がりが生じ、直線性が崩れるキンク領域(kink)Wがある半導体レーザが用いられる。すなわち、このレーザ5には、電流の増減に対する光の出力強度の増減が緩やかな第1領域と、光の出力強度の増減が急な第2領域とに加え、さらに、第1領域と第2領域との間に、第2領域よりも光の出力強度の増減がさらに急な第3領域であるキンク領Wがある。そのため、階調レベルに応じた電流値で信号生成部6から出力される画素信号では、低い階調レベルを精度よく再現することができない。
By the way, in the
そこで、光源部2には、レーザ5に入力される駆動信号7に高周波信号9を重畳させる信号調整部8が設けられている。レーザ5に入力される駆動信号7に高周波信号9を重畳させると、レーザ5から出射されるレーザ光は、その強度が高周波信号9の振幅の変化に応じて変動する。例えば、図3に示す入出力特性があるレーザ5に、図4に示すように、電流振幅Iaの高周波信号9を、電流値Ibの駆動信号7に重畳させて入力したとする。このとき、レーザ5に入力される電流の電流値は、電流値I1(=Ib−Ia/2)から電流値I2(=Ib+Ia/2)の間で周期的に増減する。従って、レーザ5から出射される光の強度も強度値Y1〜Y2の間で変化することになる。
Therefore, the
この駆動信号7に重畳させる高周波信号9の周波数は、信号調整部8により画素信号7aとして画素単位で生成される駆動信号7の生成周期Tの逆数1/T以上となる周波数(≧1/T)とする。駆動信号7の生成周期Tの逆数1/Tは、図示しないメモリから画像データを読み出す読み出しクロック信号の周波数に相当するものである。
The frequency of the high-frequency signal 9 to be superimposed on the drive signal 7 is a frequency (≧ 1 / T) that is equal to or greater than the reciprocal 1 / T of the generation period T of the drive signal 7 generated as a pixel signal 7a by the
このように、駆動信号7に高周波信号9を重畳させるとレーザ5から出射されるレーザ光は、その強度が高周波信号9の振幅の変化に応じて変動するが、ユーザに視認される各画素の明るさは、変動する強度を平均した強度に対応する明るさとなる。
As described above, when the high frequency signal 9 is superimposed on the drive signal 7, the intensity of the laser light emitted from the
従って、駆動信号7に高周波信号9を重畳させた場合、レーザ5の入出力特性は、駆動信号7の電流値に応じて図5に示す実線のように強度変化する特性と見なせる。以下、このような入出力特性を見かけ上の入出力特性という。なお、図5に示す破線は、高周波信号9を駆動信号7に重畳させていない場合のレーザ5の入出力特性を示している。
Therefore, when the high-frequency signal 9 is superimposed on the drive signal 7, the input / output characteristics of the
本実施形態に係る画像表示装置1では、駆動信号7に高周波信号9を重畳させることで、キンク領域Wの影響を抑制し、駆動信号7の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにしている。このようにすることで、低い階調レベルに対する画素信号の電流値の割り当てが容易になる。
In the
しかし、駆動信号7に高周波信号9を重畳させた場合、タイミング検出用レーザ光の強度も高周波信号9の周波数で強弱が変動するため、タイミング検出用レーザ光が入射したときに、光検出部10から出力される検出信号が出力されないことがある。例えば、図6に示すように、時間t1〜t2の間にタイミング検出用レーザ光が光検出部10に入射したときには検出信号が出力されるが、時間t3〜t4の間にタイミング検出用レーザ光が光検出部10に入射したときには検出信号が出力されない。また、この光検出部10は、適正な入射光量の範囲では、所望の精度内の時間遅れで光を検出できる。しかし、入射光量がその範囲を超える場合、ノイズの影響が大きくなる等により、検出タイミングにズレが生じる。従って、このように光検出部10への入射光量が適正でない場合に、この光検出部10から出力される検出信号を用いると、画像の形成タイミングにズレが生じて、形成する画像の品質が劣化してしまうことになる。特に、主走査方向に往復走査する場合、往路時の画像形成タイミングと復路時に画像形成タイミングにズレが生じて画像の2重像化などが発生してしまうことになる。
However, when the high-frequency signal 9 is superimposed on the drive signal 7, the intensity of the timing detection laser light also varies depending on the frequency of the high-frequency signal 9, so that when the timing detection laser light is incident, the
そこで、駆動信号7として、タイミング検出用信号7bを信号生成部6から出力するときには、信号調整部8での高周波信号9の発生を停止して、駆動信号7に高周波信号9を重畳させないようにしている。このようにすることで、タイミング検出用レーザ光が入射した光検出部10から検出信号が確実に出力されるようにしている。
Therefore, when the timing detection signal 7 b is output from the
また、信号調整部8は、図7に示すように、走査部3の走査範囲が有効走査範囲Zから有効走査範囲Z外に移行したときに(タイミングt11)、高周波信号9の生成を停止して駆動信号7への高周波信号9の重畳を停止する。さらに、信号調整部8は、光検出部10によるタイミング検出用レーザ光の検出後(タイミングt13)に、高周波信号9の生成を再開して駆動信号7への高周波信号9の重畳を開始するようにしている。このようにすることで、駆動信号7への高周波信号9の重畳による消費電力を低減しつつも、走査部3の走査範囲が有効走査範囲Z内になるまでに確実に駆動信号7を生成し、駆動信号7の高周波信号9への重畳を行うことができる。
Further, as shown in FIG. 7, the
このように、本実施形態に係る画像表示装置1では、駆動信号7にそれぞれ高周波信号9を重畳させることで、キンク領域Wの影響を抑制し、駆動信号7の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにしている。従って、低い階調レベルに対する駆動信号7の電流値の割り当てが容易になる。そのため、入出力特性にキンク領域Wが存在するレーザであっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。
As described above, in the
しかも、走査部3の走査タイミングを検出するときには、駆動信号7への高周波信号9の重畳を停止するため、走査部3の走査タイミング検出を確実に行うことができる。そのため、画像形成時に光源部2からのレーザ光の出射タイミングの精度が向上し、ユーザが視認する画像にジッタが現れるなどの画像品質の低下を抑制することができる。
In addition, when the scanning timing of the
なお、画像表示装置1では、駆動信号7に重畳させる高周波信号9の電流振幅は、キンク領域Wの幅Ic以上としている。すなわち、高周波信号9が重畳されて電流値が変化する画素信号7の電流範囲がキンク領域Wの範囲をカバーすることが必要である。これは、キンク領域の幅Icよりも高周波信号の幅が小さいと、図8に示すように、キンク領域の影響を抑制できない領域W1が発生するからである。
In the
[2.網膜走査型画像表示装置への適用例]
以下、上記画像表示装置1を網膜走査型画像表示装置(以下、「RSD」という。)に適用した場合の具体的構成及び具体的動作について説明する。
[2. Application example to retinal scanning image display device]
Hereinafter, a specific configuration and a specific operation when the
[2.1.RSD100の電気的構成及び光学的構成]
まず、RSD100の電気的構成及び光学的構成について、図9を参照して説明する。
[2.1. Electrical configuration and optical configuration of RSD 100]
First, the electrical configuration and optical configuration of the
図9に示すように、本実施形態に係るRSD100は、光源部110、光ファイバー120、走査部130、投射部140を備えている。
As illustrated in FIG. 9, the
光源部110は、駆動信号供給回路111と、レーザ部115r,115g,115bと、コリメート光学系116r,116g,116bと、ダイクロイックミラー117r,117g,117bと、結合光学系118とを備えている。
The
駆動信号供給回路111は、入力される画像信号Sに基づいて、画像を形成するための要素となる三原色それぞれの色に対応する画素信号を画素単位で生成する。すなわち、駆動信号供給回路111からは、各色用の画像信号として、R(赤色)駆動信号112r,G(緑色)駆動信号112g,B(青色)駆動信号112bが生成されて出力される。また、駆動信号供給回路111からは、タイミング検出用信号として、G(緑色)駆動信号112gが生成されて出力される。さらに、駆動信号供給回路111は、高速走査部132で使用される高速駆動信号116と、低速走査部134で使用される低速駆動信号117とをそれぞれ出力する。また、駆動信号供給回路111は、駆動信号112g,112bに重畳する後述の高周波信号の振幅を制御する制御信号113g,113bを出力する。
Based on the input image signal S, the drive
Rレーザ部115r,Gレーザ部115g,Bレーザ部115bは、それぞれ駆動信号供給回路111から出力されるR駆動信号112r,G駆動信号112g,B駆動信号112bに応じて強度変調されたレーザ光(「光束」とも呼ぶ。)を出射する。
The
各レーザ部115r,115g,115bから出射したR(赤色)レーザ光Lr,G(緑色)レーザ光Lg、B(青色)レーザ光Lbは、コリメート光学系116r,116g,116bによってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー117r,117g,117bに入射される。その後、これらのダイクロイックミラー117r,117g,117bにより、三原色の各レーザ光が波長選択的に反射・透過して結合光学系118に達し、合波されて光ファイバー120へ出射される。このように光ファイバー120へ出射されるレーザ光は、画像光Lcであり、強度変調された各色のレーザ光が合波されたものである。
The R (red) laser light Lr, G (green) laser light Lg, and B (blue) laser light Lb emitted from the
走査部130は、コリメート光学系131、高速走査部132、第1リレー光学系133、低速走査部134により構成される。
The
コリメート光学系131は、光源部110で生成され、光ファイバー120を介して出射されるレーザ光を平行光化する。
The collimating
高速走査部132及び低速走査部134は、光ファイバー120から入射されたレーザ光を画像としてユーザの網膜101bに投影可能な状態にするために、主走査方向と副走査方向に走査する。高速走査部132は、コリメート光学系131で平行光化されて入射するレーザ光を画像表示のために主走査方向に往復走査する。また、低速走査部134は、高速走査部132で主走査方向に走査され、第1リレー光学系133を介して入射するレーザ光を主走査方向に略直交する副走査方向に走査する。
The high-speed scanning unit 132 and the low-
高速走査部132は、揺動によりレーザ光を主走査方向に走査する反射ミラー132bを有する共振型の偏向素子132aと、この偏向素子132aを共振させて偏向素子132aの反射ミラー132bを揺動させる駆動信号を高速駆動信号116に基づいて発生する高速走査駆動回路132cを備えている。一方、低速走査部134は、揺動によりレーザ光を副走査方向に走査する反射ミラー134bを有する非共振型の偏向素子134aと、この偏向素子134aの反射ミラー134bを非共振状態で強制的に揺動させる駆動信号を低速駆動信号117に基づいて発生する低速走査駆動回路134cとを備える。この低速走査部134は、表示すべき画像の1フレームごとに、画像を形成するためのレーザ光を最初の走査線から最後の走査線に向かって副走査方向に走査する。ここで「走査線」とは、高速走査部132による主走査方向への1走査を意味する。なお、偏向素子132a,134aは、ここではガルバノミラーを用いることとするが、レーザ光を走査するようにその反射ミラー132b,134bを揺動又は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 high-speed scanning unit 132 swings the
第1リレー光学系133は、高速走査部132と低速走査部134との間でレーザ光を中継し、偏向素子132aの反射ミラー132bによって主走査方向に走査されたレーザ光を偏向素子134aの反射ミラー134bに収束させる。そして、このレーザ光が偏向素子134aの反射ミラー134bによって副走査方向に走査される。なお、ここでは、表示する画像の水平方向を主走査方向とし、表示する画像の垂直方向を副走査方向とするが、主走査方向が垂直方向、副走査方向が水平方向であっても良い。
The first relay
投射部140は、第2リレー光学系135と、ハーフミラー136とを有している。偏向素子134aによって走査されたレーザ光は、正の屈折力を持つ2つのレンズ135a,135bが直列配置された第2リレー光学系135を介して、眼101の前方に位置させたハーフミラー136で反射されてユーザの瞳孔101aに入射する。これにより、網膜101b上に画像信号Sに応じた画像が投影され、ユーザは瞳孔101aに入射するレーザ光(画像光Lc)を画像として認識する。また、ハーフミラー136は外光Laを透過してユーザの瞳孔101aに入射させるようにしており、これによりユーザは外光Laに基づく外景に画像光Lcに基づく画像を重ねた画像を視認することができる。
The
なお、第2リレー光学系135においては、レンズ135aによって、それぞれのレーザ光がそのレーザ光の中心線を相互に略平行にされ、かつそれぞれ収束レーザ光に変換される。そして、レンズ135bによってそれぞれほぼ平行なレーザ光となると共に、これらのレーザ光の中心線がユーザの瞳孔101aに収束するように変換される。
In the second relay
また、本実施形態に係るRSD1は、光源部110からのレーザ光の出射タイミングを調整するために、光検出部141を備えている。この光検出部141はフォトダイオード及びI−V変換器などから構成されており、レーザ光が入射したときに、検出信号143を出力する。
Further, the
図10には、図2と同様の図であり、高速走査部132及び低速走査部134の偏向素子132a,134aによる最大走査範囲Gと有効走査範囲Zとの関係が示されている。ここで、「最大走査範囲G」とは、偏向素子132a,134aがレーザ光を走査できる最大の範囲を意味する。最大走査範囲Gのうち、偏向素子132a,134aによる走査位置が有効走査範囲Zにあるタイミングで光源部110ら画像信号Sに応じて強度変調されたレーザ光である画像光Lcが出射される。なお、図10には、光源部110からレーザ光が常時出射されたと仮定したときに偏向素子132a,134aによって走査されるレーザ光の軌跡γが仮想的に示されている。ただし、偏向素子132aによる主走査方向の走査線数は、1フレームあたり数百又は千程度あり、図10ではレーザ光の軌跡γを簡略して記載している。
FIG. 10 is a diagram similar to FIG. 2, and shows the relationship between the maximum scanning range G and the effective scanning range Z by the
高速走査駆動回路132cは、高速駆動信号116を増幅して駆動信号を生成し、この駆動信号により偏向素子132aの反射ミラー132bを揺動している。また、低速走査駆動回路134cは、低速駆動信号117を増幅して駆動信号を生成し、この駆動信号により偏向素子134aの反射ミラー134bを揺動している。しかし、反射ミラー132b,134bの揺動軌跡γ1,γ2(図10参照)は、駆動信号116,117の信号波形と完全には一致せず、位相差などが生じる。特に、偏向素子132aは反射ミラー132bを高速に揺動させる必要があり、また共振タイプの偏向素子であるため、高速駆動信号116の信号波形との位相差は大きくなる。
The high-speed
そこで、本実施形態に係るRSD1では、図9及び図10に示すように、反射ミラー132b,134bによるレーザ光の走査タイミングを検出するために光検出部141を配置している。駆動信号供給回路111は、光源部110から出射させたレーザ光をこの光検出部141で検出させて、光源部110からのレーザ光の出射タイミングを調整する。
Therefore, in the
光検出部141は、最大走査範囲Gのうち有効走査範囲Z外の無効走査範囲Nで走査されたタイミング検出用レーザ光が入射する位置に配置されている。なお、無効走査範囲Nにおける光検出部141の背後には、有効走査範囲Z外で走査されたレーザ光がユーザの眼101に入射するのを防止するために遮光部142が設けられている。遮光部142は、例えば、図9に示すように、最大走査範囲Gのうち有効走査範囲Zで走査されたレーザ光が通過する開口を有する非透過性の板状部材を用いている。また、遮光部142を、光検出部141を固定するための固定部材として用いている。本実施形態においてはレンズ135aによって中間像面が形成され、この中間像面位置に遮光部142を配置するようにしている。このようにすることで、遮光部142を小型化することができ、しかも、走査部130で走査されたレーザ光のビーム径が最も小さくなる位置であるため光検出部141でのレーザ光の検出精度を向上させることができる。
The
[2.1.光源部110の具体的構成]
次に、本実施形態に係るRSD100の特徴的部分である、光源部110の具体的構成について、図11を参照してさらに説明する。光源部110は、上述のとおり、駆動信号供給回路111、レーザ部115r,115g,115bを含み構成されている。
[2.1. Specific Configuration of Light Source Unit 110]
Next, a specific configuration of the
駆動信号供給回路111は、CPU201、ROM202、RAM203、VRAM204、D/A変換器205r,205g,205b,208,209、A/D変換器210,211、出力ポート206g,206bなどを有している。これらはデータ通信用のバス212にそれぞれ接続されており、このバス212を介して各種情報の送受信を行う。この駆動信号供給回路111では、CPU201がROM202に記憶されている制御プログラムを実行することにより動作し、RSD100を構成する各部を動作させ、RSD100が備える各種機能を実行する。ROM202は、上述した制御プログラム以外に、例えば、後述する階調テーブルを記憶している。なお、CPU201がROM202に記憶されている制御プログラムを実行することにより、駆動信号供給回路111は、駆動信号を生成する信号生成部、レーザに入力される駆動信号に高周波信号を重畳させる信号調整部、光検出部141によるタイミング検出用レーザ光の検出タイミングに基づき、光検出部141からのレーザ光の出射タイミングを制御する制御部として機能する。
The drive
CPU201は、A/D変換器211から入力した画像信号Sを複数の画素データから構成される画像データに変換してVRAM204に書き込んで展開する。このVRAM204はフレームバッファとして用いられる。VRAM204に記憶される各画素データは、赤色成分のR画素データ、緑色成分のG画素データ、青色成分のB画素データとから構成される。CPU201は、このVRAM204に展開したR画素データ、G画素データ及びB画素データを画素単位で順次読み出して、D/A変換器205r,205g,205bによりアナログ化して画素信号を生成し、この画素信号を駆動信号112r,112g,112bとして順次出力する。
The
また、CPU201は、駆動信号112g,112bに重畳する後述の高周波発振器305g,305bを制御する制御信号113g,113bを出力ポート206g,206bから出力する。
Further, the
また、CPU201は、高速走査部132で使用される高速駆動信号116と、低速走査部134で使用される低速駆動信号117とをそれぞれをD/A変換器208,209でアナログ化して出力する。また、CPU201は、光検出部141から出力される検出信号143をA/D変換器210を介して入力し、この検出信号143を入力したタイミングに基づき、走査部130の走査位置を検出する。CPU201は、検出した走査部130の走査位置に基づき、画像信号Sに応じて強度変調されたレーザ光の光源部110からの出射タイミングを決定して光源部110からレーザ光を出射する。
Further, the
(Rレーザ部115r)
Rレーザ部115rは、Rレーザドライバ301r及びRレーザダイオード303rにより構成されている。
(
The
Rレーザドライバ301rは、駆動信号供給回路111から出力されるR駆動信号112rの電圧値に応じた電流値の駆動信号302rを生成し、この駆動信号302rをRレーザダイオード303rに供給する。
The
Rレーザダイオード303rからは、駆動信号302rに応じた強度の赤色のレーザ光が出射される。すなわち、Rレーザダイオード303rからは、駆動信号供給回路111から出力されるR駆動信号112rに応じた強度の赤色のレーザ光を出射される。
The
(Gレーザ部115g)
Gレーザ部115gは、Gレーザドライバ301g、Gレーザダイオード303g、高周波発振器305g及びコンデンサ307gにより構成されている。
(
The
Gレーザドライバ301gは、駆動信号供給回路111から出力されるG駆動信号112gの電圧値に応じた電流値の駆動信号302gを生成し、この駆動信号302gをGレーザダイオード303gに供給する。
The
高周波発振器305gは、所定振幅の電流値の高周波信号306gを生成して出力する。この高周波発振器305gは、その出力端がコンデンサ307gを介してGレーザドライバ301gとGレーザダイオード303gとの間に接続されており、コンデンサ307gを介して駆動信号302gに高周波信号306gを重畳する。高周波発振器305gは、駆動信号供給回路111から出力される制御信号113gによりそのON/OFFが制御される。すなわち、制御信号113gの電圧値がHighレベルの信号であるとき、高周波発振器305gは発振動作を行って、高周波信号306gを生成して出力する。一方、制御信号113gの電圧値がLowレベルの信号であるとき、高周波発振器305gは発振動作を停止して、高周波信号306gの生成を停止する。
The
高周波信号306gの周波数は、駆動信号供給回路111により画素信号として画素単位で生成されるG駆動信号112gの生成周期Ts(一つの画素のG駆動信号112gが出力される周期)の逆数1/Ts以上の周波数である。すなわち、高周波信号306gの周波数を、VRAM204から画像データを読み出す読み出しクロック信号の周波数以上の周波数としている。このように高周波信号306gの周波数faを読み出しクロック信号の周波数以上とすることで、図5に示す実線のように強度変化する特性を精度よく再現することができる。但し、反射ミラー132bが共振振動により揺動するため、走査速度が一定でない。この場合、画像データの読み出しクロック信号もその走査速度に応じて変化させる必要があり、その影響を軽減するためにも高周波信号306gの周波数はその読み出しクロック信号の周波数よりもできるだけ高いことが望ましい。なお、この高周波信号306gの周波数は、駆動信号供給回路111から連続して出力される駆動信号の周波数帯域の中で最高周波数の2倍を越える周波数ともいえる。通常、この2倍を越える周波数にその読み出しクロック信号を設定する。
The frequency of the high-
Gレーザダイオード303gは、Gレーザドライバ301から出力される駆動信号302gに高周波信号306gが重畳された電流が入力され、この電流に応じた強度の緑色のレーザ光を出射する。Gレーザダイオード303gが例えば、図3に示す入出力特性を有するとき、駆動信号302gに高周波信号306gを重畳することにより、Gレーザダイオード303gの入出力特性は図5に示す実線のように強度変化する特性と見なせる。
The
(Bレーザ部115b)
Bレーザ部115bは、Bレーザドライバ301b、Bレーザダイオード303b、高周波発振器305b及びコンデンサ307bにより構成されている。
(
The
このBレーザ部115bは、Gレーザ部115gと同様の構成を有している。すなわち、Bレーザドライバ301bは、駆動信号供給回路111から出力されるB駆動信号112bの電圧値に応じた電流値の駆動信号302bを生成する。一方、高周波発振器305bは、所定振幅の電流値の高周波信号306bを生成して出力する。高周波発振器305bは、コンデンサ307bを介してBレーザドライバ301bに接続されており、駆動信号302bに高周波信号306bが重畳されて、Bレーザダイオード303bに供給される。Bレーザダイオード303bが例えば、図3に示す入出力特性を有するとき、駆動信号302bに高周波信号306bを重畳することにより、Bレーザダイオード303bの入出力特性は図5に示す実線のように強度変化する特性と見なせる。なお、高周波発振器305bは、高周波発振器305gと同様に、駆動信号供給回路111から出力される制御信号113gによりその発振動作の開始や停止が制御される。
The
高周波信号306bの周波数は、高周波信号306gの周波数faと同様に、一つの画素のB駆動信号112bが出力される周期の逆数以上の周波数である。例えば、一つのB駆動信号112bがTr(秒)単位で出力されるとき、高周波信号306bの周波数fbは、1/Tr以上の周波数としている。すなわち、高周波信号306bの周波数fbを、VRAM204から画像データを読み出す読み出しクロック信号の周波数以上の周波数としている。但し、反射ミラー132bが共振振動により揺動するため、走査速度が一定でない。この場合、画像データの読み出しクロック信号もその走査速度に応じて変化させる必要があり、その影響を軽減するためにも高周波信号306bの周波数はその読み出しクロック信号の周波数よりもできるだけ高いことが望ましい。
The frequency of the high-
[2.2.RSD100の制御処理]
上記のように構成されたRSD100を構成する光源部110のCPU201による制御処理について図12を参照して説明する。CPU201による以下の処理は、例えば、RSD100の図示しない電源ボタンの押下による電源投入操作によりその処理を開始する。
[2.2. Control processing of RSD 100]
A control process by the
まず、CPU201は、ユーザの操作により電源ボタンが押下されると、RAM203の作業領域を初期化する等の初期設定処理を行い(ステップS10)、ステップS11に処理を移す。
First, when the power button is pressed by a user operation, the
ステップS11において、CPU201は、各レーザ部115r,115g,115b用の階調テーブルをROM202から読み出して、RAM203に記憶する。階調テーブルは、図12に示すように、各階調レベルと駆動信号112r,112g,112bの電圧レベルが関連づけられたテーブルであり、赤色用の階調テーブル、緑色用の階調テーブル及び青色用の階調テーブルがある。
In step S <b> 11, the
次に、CPU201は、走査部130の駆動を開始する(ステップS12)。この処理において、CPU201は、まず、低速走査部134の反射ミラー134bで反射されたレーザ光が光検出部141に入射するように低速駆動信号117を出力して、低速走査部134の反射ミラー134bの角度を変更する(図10に示すYの位置)。次に、CPU201は、正弦波状の高速駆動信号116を出力して、反射ミラー132bの揺動を開始する。その後、CPU201は、所定の電圧値のG駆動信号112gを出力して、Gレーザダイオード303gから所定強度のレーザ光をタイミング検出用レーザ光として出射する。反射ミラー132bは、タイミング検出用レーザ光を走査する。このとき、反射ミラー132bで走査されたタイミング検出用レーザ光は、光検出部141を通過して、光検出部141に入射する。光検出部141は、タイミング検出用レーザ光が入射したタイミングで検出信号143を出力する。CPU201は、この検出信号143に基づいて、偏向素子132aによる主走査方向の走査位置を検出する。次に、CPU201は、G駆動信号112gの出力を停止して、タイミング検出用レーザ光の出射を停止し、鋸波状の低速駆動信号117を出力して、反射ミラー134bの揺動を開始する。なお、低速走査部134の反射ミラー134bの角度が無効走査範囲Nにあるとき、光源部110から光を出射しても、走査部130から出力されたレーザ光は遮光部142で遮光され、ユーザの眼101には入射しない。
Next, the
次に、CPU201は、所定電圧の制御信号113g,113bを出力し、高周波発振器305g,305bの発振動作を開始させて高周波信号306g,306bの駆動信号302g,302bへの重畳を開始し(ステップS13)、処理をステップS14へ移行する。
Next, the
ステップS14において、CPU201は、1フレームの画像形成期間が開始したか否かを判定する。すなわち、CPU201は、走査部130の走査位置が、図10に示す走査開始位置z1となったか否かを判定する。
In step S <b> 14, the
画像形成期間が開始していないと判定すると(ステップS14:NO)、CPU201は、このステップS14の処理を繰り返し行う。一方、画像形成期間が開始したと判定すると(ステップS14:YES)、CPU201は、外部から画像信号Sの入力があるか否かを判定する(ステップS15)。この処理において、CPU201は、外部から画像信号Sの入力が開始されたとき、又は外部から画像信号Sの入力が行われているときに、外部から画像信号Sの入力があると判定する。外部から画像信号Sの入力があると判定すると(ステップS15:YES)、CPU201は、画素信号を生成して駆動信号112r,112g,112bとして出力する(ステップS16)。
If it is determined that the image forming period has not started (step S14: NO), the
このステップS16の処理において、CPU201は、入力されている画像信号SをVRAM204に画素単位で展開して記憶していき、画素単位でR駆動信号112r,G駆動信号112g,B駆動信号112bを出力する。このときCPU201は、RAM203に記憶した階調テーブルに基づいて、駆動信号112r,112g,112bを出力する。このとき、駆動信号302g,302bにはコンデンサ307g,307bを介して高周波電流が重畳される。
In the process of step S16, the
ステップS15の処理で、外部から画像信号Sの入力がないと判定したとき(ステップS15:NO)及びステップS16の処理が終了したとき、CPU201は、1フレームの画像形成期間が終了したか否かを判定する(ステップS17)。
When it is determined in the process of step S15 that there is no input of the image signal S from the outside (step S15: NO) and when the process of step S16 is completed, the
画像形成期間が終了していないと判定すると(ステップS17:NO)、CPU201は、ステップS15,S16の処理を繰り返し行う。一方、画像形成期間が終了したと判定すると(ステップS17:YES)、CPU201は、所定電圧の制御信号113g,113bを出力して、高周波発振器305g,305bの発振動作を停止させて、高周波信号306g,306bの駆動信号302g,302bへの重畳を停止し(ステップS18)、処理をステップS19へ移行する。
If it is determined that the image forming period has not ended (step S17: NO), the
ステップS19において、CPU201は、走査位置検出タイミングになったか否かを判定する。この処理において、CPU201は、副走査方向において、反射ミラー134bの角度が、光検出部141の位置(図10に示すYの位置)又はその直前位置となったとき、走査位置検出タイミングになったと判定する。すなわち、光源部110からタイミング検出用レーザ光を出射させたときに、タイミング検出用レーザ光が光検出部141を通過する副走査方向の位置又はその直前位置になったときに、走査位置検出タイミングになったと判定する。
In step S19, the
このステップS19において、走査位置検出タイミングになったと判定すると(ステップS19:YES)、CPU201は、タイミング調整処理を行う(ステップS20)。このタイミング調整処理において、CPU201は、まず、所定の電圧値のG駆動信号112gを出力して、Gレーザダイオード303gから所定強度のレーザ光をタイミング検出用レーザ光として所定期間だけ出射する。このとき、反射ミラー132bで走査されたタイミング検出用レーザ光は、光検出部141を通過して、光検出部141に入射する。光検出部141は、タイミング検出用レーザ光が入射したタイミングで検出信号143を出力する。CPU201は、この検出信号143に基づいて、偏向素子132aによる主走査方向の走査位置及び偏向素子134aによる副走査方向の走査位置を検出し、画像信号Sに応じて強度変調するレーザ光の出射するタイミングを調整する。すなわち、有効走査範囲Zで画像信号Sに応じて強度変調するレーザ光が光源部110から出射されるようにする。
If it is determined in step S19 that the scanning position detection timing has come (step S19: YES), the
ステップS19において走査位置検出タイミングになっていないと判定したとき(ステップS19:NO)又はステップS20の処理が終了したとき、CPU201は、所定電圧の制御信号113g,113bを出力し、高周波発振器305g,305bの発振動作を再開させて高周波信号306g,306bの駆動信号302g,302bへの重畳を開始し(ステップS21)、処理をステップS22へ移行する。
When it is determined in step S19 that the scanning position detection timing has not been reached (step S19: NO) or when the processing of step S20 is completed, the
ステップS22において、CPU201は、図示しない電源ボタンや画像停止ボタンが押下されるなどして、画像表示が停止されたか否かについて判断を行う。ここで画像表示が停止されていないと判断した場合(ステップS22:No)には、CPU201は、処理をステップS14へ戻す。一方、画像表示が停止されたと判断した場合(ステップS22:Yes)には、CPU201は、処理を終了する。
In step S22, the
以上のように、本実施形態に係るRSD100では、駆動信号にそれぞれ高周波信号を重畳させることで、キンク領域Wの影響を抑制し、駆動信号の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにしている。従って、低い階調レベルに対する画素信号である駆動信号の電流値の割り当てが容易になる。そのため、入出力特性にキンク領域Wが存在するレーザであっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。
As described above, in the
しかも、走査部130の走査タイミングを検出するときには、駆動信号への高周波信号の重畳を停止するため、走査部の走査タイミング検出を確実に行うことができる。そのため、画像形成時に光源部からのレーザ光の出射タイミングの精度が向上し、ユーザが視認する画像にジッタが現れるなどの画像品質の低下を抑制することができる。
In addition, when the scanning timing of the
上記実施形態では、図10に示すように、走査部130による最大走査範囲Gのうち、1フレームの画像形成前にレーザ光が入射する位置に光検出部141を配置することとしたが、これに限られるものではない。
In the above embodiment, as shown in FIG. 10, the
例えば、図14に示すように、画像形成時に光源部110から出射されるレーザ光が副走査方向で走査されて副走査方向における有効走査範囲Z外になった直後に、光源部110から出射されるタイミング検出用レーザ光を入射する位置に光検出部141’を配置するようにしてもよい。この場合、図15に示すように、走査部130の走査範囲が副走査方向における有効走査範囲Zから有効走査範囲Z外に移行したとき(タイミングt21)に、駆動信号112gへの高周波信号306gの重畳を停止し、光検出部141’によるタイミング検出用レーザ光の検出後(タイミングt22)に、駆動信号112gへの高周波信号306gの重畳を開始する。これにより、高周波発振器305gで発振により生成する高周波信号306gが安定するまでの時間を多くとることができ、画像の品質を向上させることができる。
For example, as shown in FIG. 14, the laser light emitted from the
また、例えば、図16に示すように、画像形成時に光源部110から出射されるレーザ光が主走査方向で走査されて主走査方向における有効走査範囲Z外になった直後に、光源部110から出射されるタイミング検出用レーザ光を入射する位置に光検出部141”を配置するようにしてもよい。この場合、図17に示すように、走査部130の走査範囲が主走査方向における有効走査範囲Zから有効走査範囲Z外に移行したとき(タイミングt31)に、駆動信号112gへの高周波信号306gの重畳を停止し、光検出部141”によるタイミング検出用レーザ光の検出後(タイミングt32)に、駆動信号112gへの高周波信号306gの重畳を開始する。これにより、高周波発振器305gで発振により生成する高周波信号306gが安定するまでの時間を多くとることができ、画像の品質を向上させることができる。
Further, for example, as shown in FIG. 16, from the
また、上述の実施形態では、タイミング検出用レーザ光をレーザダイオード303gから出射するようにしたが、レーザダイオード303bから出射するようにしてもよい。また、2つのレーザダイオード303g,303bから同時に出射するようにしてもよい。さらに、3つのレーザダイオード303r,303g,303bから同時に出射するようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the timing detection laser light is emitted from the
また、上述の実施形態では、高周波信号をG駆動信号112gとB駆動信号112bに重畳させることとしたが、Rレーザダイオードが図3に示すようなキンク領域を有するレーザダイオードであるときには、R駆動信号112rにも高周波信号を重畳させることで、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。
In the above-described embodiment, the high-frequency signal is superimposed on the
また、上述の実施形態では、駆動信号供給回路111から出力される制御信号112g,112bによって、高周波発振器305g,305bの発振動作をON/OFFを制御することしたが、高周波発振器305g,305bの発振動作をON/OFFせずに、スイッチを用いて駆動信号302g,302bへの高周波信号306g,306bの重畳を行うようにしてもよい。例えば、図18に示すように、高周波発振器305g,305bとレーザドライバ301g,301bとの間に、固定コンデンサ307g,307bに代えて、可変コンデンサ307g’,307b’を設ける。そして、駆動信号供給回路111から可変コンデンサ307g’,307b’の容量値を制御する制御信号113g’,113b’を出力する。駆動信号供給回路111は、高周波信号306g,306bの重畳を停止するときには、制御信号113g’,113b’により可変コンデンサ307g’,307b’の容量値を小さくし、高周波信号306g,306bの重畳を行うときには、制御信号113g’,113b’により可変コンデンサ307g’,307b’の容量値を大きくする。このように、可変コンデンサ307g’,307b’をスイッチとして用いることで、高周波発振器305g,305bの発振動作をON/OFFすることなく、高周波信号306g,306bの重畳の実行と停止を行うことができる。
In the above-described embodiment, the oscillation operations of the high-
また、レーザダイオード303r,303g,303bから出射されたレーザ光の強度を検出する強度検出部を設け、この強度検出部による検出結果に応じて、駆動信号供給回路111が、階調レベルの割り当てを行うこともできる。例えば、黒レベル及び白レベルのレーザ光の強度を予め設定しておき、各レーザダイオード303r,303g,303bから出射されたレーザ光の強度が予め設定した黒レベルの強度となったときに入力された駆動信号112r,112g,112bの電流値を黒レベルの画素信号とする。また、各レーザダイオード303r,303g,303bから出射されたレーザ光の強度が予め設定した白レベルの強度となったときに入力された駆動信号112r,112g,112bの電流値を白レベルの画素信号とする。さらに、黒レベルの画素信号と白レベルの画素信号との間の各階調レベルの画素信号を見かけ上の入出力特性に応じて割り当てる。このようにすることで、レーザダイオード303g,303bが温度変化により入出力特性が変化したときやレーザダイオード303g,303bに個体差があったとしても、階調レベルを適切に割り当てることが可能となる。なお、強度検出部では、高周波信号により強度が変動するレーザ光が入射することになるが、強度検出部において、入射するレーザ光の平均強度に応じた検出信号が出力されるようにしている。
In addition, an intensity detection unit that detects the intensity of the laser light emitted from the
さらに、図18に示す構成とした場合、駆動信号供給回路111は、駆動信号112g,112bの電流値に応じて制御信号113g’,113b’の電圧値を変更して高周波信号306g,306bの振幅を変更することができるようにしている。このようにすることで、駆動信号112g,112bの電流値とレーザ光の強度とをより比例関係に近づけることができる。例えば、図3に示す入出力特性を有しているレーザに対しては、図19に示すように、駆動信号供給回路111は、駆動信号112g,112bの電流値がキンク領域Wの中心になるまで重畳させる高周波信号306g,306bの振幅を大きくしていく。一方、駆動信号供給回路111は、駆動信号112g,112bの電流値がキンク領域Wの中心を過ぎると重畳させる高周波信号306g,306bの振幅を小さくしていくようにする。
Further, in the case of the configuration shown in FIG. 18, the drive
本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態によれば、以下の効果が期待できる。 Although the present invention has been described through the above-described embodiments, the following effects can be expected according to this embodiment.
(1)画像信号を含む駆動信号7(駆動信号302r,302g,302b)に応じた強度のレーザ光を出射する光源部2(光源部110)と、光源部2(光源部110)から出射されたレーザ光を2次元走査する走査部3(走査部130)と、画像形成時に光源部2(光源部110)から出射され、走査部3(走査部130)により有効走査範囲Zで走査されたレーザ光を投射対象に投射する投射部4(投射部140)と、走査部3(走査部130)の走査タイミングを検出する時に光源部2(光源部110)から出射され、走査部3(走査部130)により走査されたタイミング検出用レーザ光が入射する位置に配置された光検出部10(光検出部141)と、光検出部10(光検出部141)によるタイミング検出用レーザ光の検出タイミングに基づき、光検出部10(光検出部141)からのレーザ光の出射タイミングを制御する制御部11(駆動信号供給回路111)とを備えている。光源部2(光源部110)は、駆動信号7(駆動信号302r,302g,302b)を生成する信号生成部6(駆動信号供給回路111,レーザドライバ301g,301b)と、駆動信号7(駆動信号302r,302g,302b)応じた強度のレーザ光を出射するレーザ5(レーザダイオード303r,303g,303b)と、レーザ5(レーザダイオード303g,303b)に画素信号として入力される駆動信号7(駆動信号302g,302b)にこの駆動信号7(駆動信号302g,302b)の周期の逆数1/T(1/Ts,1/Tb)以上の周波数を有する高周波信号9(高周波信号306g,306b)を重畳させる信号調整部8(駆動信号供給回路111,高周波発振器305g,305b,コンデンサ307g,307b)と、を有しており、信号調整部8(駆動信号供給回路111,高周波発振器305g,305b,コンデンサ307g,307b)は、信号生成部6(駆動信号供給回路111,レーザドライバ301g,301b)がタイミング検出用レーザ光を出射するための駆動信号7(駆動信号302g,302b)を出力しているときには、駆動信号7(駆動信号302g,302b)への高周波信号9(高周波信号306g,306b)の重畳を停止する。このように、駆動信号にそれぞれ高周波信号を重畳させることで、キンク領域Wの影響を抑制し、駆動信号の電流値とレーザ光の強度とが比例関係に近づくようにしている。従って、低い階調レベルに対する駆動信号の電流値の割り当てが容易になる。そのため、入出力特性にキンク領域Wが存在するレーザであっても、低い階調レベルを精度よく再現することが容易となる。しかも、走査部の走査タイミングを検出するときには、駆動信号への高周波信号の重畳を停止するため、走査部の走査タイミング検出を確実に行うことができる。そのため、画像形成時に光源部からのレーザ光の出射タイミングの精度が向上し、ユーザが視認する画像にジッタが現れるなどの画像品質の低下を抑制することができる。
(1) Light source unit 2 (light source unit 110) that emits laser light having an intensity corresponding to drive signal 7 (drive signals 302r, 302g, and 302b) including an image signal and light source unit 2 (light source unit 110) The scanning unit 3 (scanning unit 130) for two-dimensionally scanning the laser beam and the light source unit 2 (light source unit 110) emitted during image formation and scanned by the scanning unit 3 (scanning unit 130) in the effective scanning range Z When detecting the scanning timing of the projection unit 4 (projection unit 140) that projects laser light onto the projection target and the scanning unit 3 (scanning unit 130), the light is emitted from the light source unit 2 (light source unit 110), and the scanning unit 3 (scanning). Detecting the timing detection laser beam by the light detection unit 10 (light detection unit 141) disposed at the position where the timing detection laser light scanned by the unit 130) enters and the light detection unit 10 (light detection unit 141) T Based on timing, and a
(2)信号調整部8(駆動信号供給回路111,高周波発振器305g,305b,コンデンサ307g,307b)は、走査部3(走査部130)の走査範囲が有効走査範囲Zから有効走査範囲Z外に移行したときに、駆動信号7(駆動信号302g,302b)への高周波信号9(高周波信号306g,306b)の重畳を停止し、光検出部10(光検出部141)によるタイミング検出用レーザ光の検出後に、駆動信号7(駆動信号302g,302b)への高周波信号9(高周波信号306g,306b)の重畳を開始する。このように、光検出部によるタイミング検出用レーザ光の検出後に駆動信号への高周波信号の重畳を開始するので、信号調整部で発振により生成する高周波信号が安定するまでの時間を多くとることができ、画像の品質を向上させることができる。
(2) The signal adjustment unit 8 (the drive
(3)走査部130は、主走査方向(第1の方向)に相対的に高速にレーザ光を走査する高速走査部132(第1の走査部)と、主走査方向に直交する副走査方向(第2の方向)に相対的に低速にレーザ光を走査する低速走査部134(第2の走査部)とを備えており、光検出部141”は、画像形成時に光源部110から出射されるレーザ光が主走査方向で走査されて主走査方向における有効走査範囲Z外になった直後に、光源部110から出射されるタイミング検出用レーザ光を入射する位置に配置されているため、信号調整部で発振により生成する高周波信号が安定するまでの時間をより多くとることができ、画像の品質を向上させることができる。
(3) The
(4)走査部130は、主走査方向(第1の方向)に相対的に高速にレーザ光を走査する高速走査部132(第1の走査部)と、主走査方向に直交する副走査方向(第2の方向)に相対的に低速にレーザ光を走査する低速走査部134(第2の走査部)とを備えており、光検出部141’は、画像形成時に光源部110から出射されるレーザ光が副走査方向で走査されて副走査方向における有効走査範囲Z外になった直後に、光源部110から出射されるタイミング検出用レーザ光を入射する位置に配置されているため、信号調整部で発振により生成する高周波信号が安定するまでの時間をより多くとることができ、画像の品質を向上させることができる。
(4) The
(5)信号調整部として、高周波信号を生成する高周波発振器305g,305b(高周波信号生成部)と、高周波発振器305g,305bとレーザドライバ301g,301b(信号生成部)との間に設けられ、高周波発振器305g,305b(高周波信号生成部)から信号生成部6(レーザドライバ301g,301b)への高周波信号306g。306bの重畳を制御するスイッチとして可変コンデンサ307g’,307b’を有しており、可変コンデンサ307g’,307b’を制御して、高周波信号306g。306bの重畳の停止と開始を制御するので、信号調整部において、高周波信号を生成するための発振動作を停止する必要が無く、画像の品質を向上させることができる。
(5) As a signal adjustment unit, provided between the
1 画像表示装置
2,110 光源部
3,130 走査部
4 投射部
5 レーザ
6 信号生成部
7,112r,112g,112b,302r,302g,302b 駆動信号
8 信号調整部
9,306g,306b 高周波信号
10,141,141’,141” 光検出部
11 制御部
100 網膜走査型画像表示装置(RSD)
111 駆動信号供給回路(信号生成部,信号調整部,制御部)
303r,303g,303b レーザダイオード
DESCRIPTION OF
111 Drive signal supply circuit (signal generation unit, signal adjustment unit, control unit)
303r, 303g, 303b Laser diode
Claims (5)
前記光源部から出射されたレーザ光を2次元走査する走査部と、
画像形成時に前記光源部から出射され、前記走査部により有効走査範囲で走査されたレーザ光を投射対象に投射する投射部と、
前記走査部の走査タイミングを検出する時に前記光源部から出射され、前記走査部により走査されたタイミング検出用レーザ光が入射する位置に配置された光検出部と、
前記光検出部による前記タイミング検出用レーザ光の検出タイミングに基づき、前記光源部からの前記レーザ光の出射タイミングを制御する制御部と、を備え、
前記光源部は、
前記駆動信号を生成する信号生成部と、
前記駆動信号に応じた強度のレーザ光を出射するレーザと、
前記レーザに入力される前記駆動信号に当該駆動信号の周期の逆数以上の周波数を有する高周波信号を重畳させる信号調整部と、を有しており、
前記信号調整部は、前記信号生成部が前記タイミング検出用レーザ光を出射するための駆動信号を出力しているときには、前記駆動信号への前記高周波信号の重畳を停止することを特徴とする画像表示装置。 A light source unit that emits laser light having an intensity according to a drive signal including an image signal;
A scanning unit that two-dimensionally scans the laser light emitted from the light source unit;
A projection unit that projects laser light emitted from the light source unit during image formation and scanned in an effective scanning range by the scanning unit;
A light detection unit disposed at a position where a timing detection laser beam emitted from the light source unit and scanned by the scanning unit is incident when detecting the scanning timing of the scanning unit;
A control unit for controlling the emission timing of the laser beam from the light source unit based on the detection timing of the timing detection laser beam by the light detection unit,
The light source unit is
A signal generator for generating the drive signal;
A laser that emits laser light having an intensity according to the drive signal;
A signal adjustment unit that superimposes a high-frequency signal having a frequency equal to or higher than the reciprocal of the period of the drive signal on the drive signal input to the laser,
The signal adjustment unit stops superposition of the high-frequency signal on the drive signal when the signal generation unit outputs a drive signal for emitting the timing detection laser beam. Display device.
前記光検出部は、画像形成時に前記光源部から出射されるレーザ光が前記第1の方向で走査されて前記第1の方向における前記有効走査範囲外になった直後に、前記光源部から出射される前記タイミング検出用レーザ光を入射する位置に配置されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像表示装置。 The scanning unit scans the laser beam at a relatively high speed in a first direction, and the laser beam at a relatively low speed in a second direction orthogonal to the first direction. A second scanning section for scanning,
The light detection unit emits from the light source unit immediately after the laser light emitted from the light source unit during image formation is scanned in the first direction and is outside the effective scanning range in the first direction. The image display device according to claim 1, wherein the image display device is disposed at a position where the timing detection laser beam is incident.
前記光検出部は、画像形成時に前記光源部から出射されるレーザ光が前記第2の方向で走査されて前記第2の方向における前記有効走査範囲外になった直後に、前記光源部から出射される前記タイミング検出用レーザ光を入射する位置に配置されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像表示装置。 The scanning unit scans the laser beam at a relatively high speed in a first direction, and the laser beam at a relatively low speed in a second direction orthogonal to the first direction. A second scanning section for scanning,
The light detection unit emits from the light source unit immediately after the laser light emitted from the light source unit during image formation is scanned in the second direction and is outside the effective scanning range in the second direction. The image display device according to claim 1, wherein the image display device is disposed at a position where the timing detection laser beam is incident.
前記高周波信号を生成する高周波信号生成部と、
前記信号調整部と前記信号生成部との間に設けられ、前記信号調整部から前記信号生成部への前記高周波信号の重畳を制御するスイッチと、を有しており、
前記スイッチを制御して、前記高周波信号の重畳の停止と開始を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The signal adjustment unit
A high-frequency signal generator for generating the high-frequency signal;
A switch that is provided between the signal adjustment unit and the signal generation unit and controls superposition of the high-frequency signal from the signal adjustment unit to the signal generation unit,
The image display apparatus according to claim 1, wherein the switch is controlled to control stop and start of superposition of the high-frequency signal.
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JP2020148976A (en) * | 2019-03-15 | 2020-09-17 | 株式会社リコー | Optical scanner, display system, and moving object |
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