JP2011221060A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカスフリーな特徴を有し拡大レンズを用いない小型プロジェクタを構成する際、投射距離が増減して投射画面サイズが増減しても、表示画面の輝度を安定に保つ、小型で低コストな投射型表示装置を提供する。
【解決手段】レーザ等の光源光が表示画面に照射される際に、投射対象物からの反射光のＴＯＦをフォトセンサを用いた測距により、投射距離を測り、投射距離に連動して、入力信号を増減するように制御することで光源の出射光束量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動する微小ミラー（鏡）に、ビーム光を当て、得られる反射光を対象物に投射表示する表示装置に関する。

半導体レーザは、CDプレーヤやDVDプレーヤ等のAV機器、光通信等の光源に用いられる等、広く一般化している。更に、半導体レーザ技術の向上、近年のMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術の向上、その小型・低コスト化により、レーザーの走査手段として検討されている。特許文献１には、その一例が開示されている。

一方、配置が自由な投射型表示装置は、光をスクリーン上に投影して画像表示するシステムであり、所望の画像表示が成されるよう制御することが一般的であり、特許文献２、３にも開示されている。

近年、1軸或いは2軸で往復振動するMEMSミラーを用い、MEMSミラーにビーム光を当てて得られる反射光を対象物にラスタスキャンさせることで投射表示するようにした画像表示装置を構成することが可能となってきた。

このシステムには光の直進性に優れるレーザ光源が最適である。さらに近年の半導体技術の向上により、レーザ光源の出力エネルギーや電光変換の向上と、可視光内の発振波長の選択性向上が進み、R色／G色／B色それぞれのレーザ光源を組み合わせる事により、色再現範囲の向上や高輝度化も容易で且つ、低コストな画像表示装置を構成できる。

この様な画像表示装置で映像を形成するには、ビーム光の走査位置に対応する画素の画像情報に基づき、R色／G色／B色レーザ光源の発光強度を変調することで画像を形成できる。また直進性に優れるビーム光であることから、何れの投射距離でも焦点が合った画像表示を得られる特徴が有ることからり、平面形状のみならず、様々な凹凸形状を有する物に投射表示しても、焦点のあったボケのない画像を表示できる。

特開2006-18250号公報 特開2002-341437公報（第5頁、第１図） 特開2005-101825公報（第8頁、第1図）

しかしながら、上記したようにフォーカスフリーな特徴を活かし且つ、製品の小型化を図る上で、拡大レンズを用いない簡易型プロジェクタを構成する際、投射距離が増ほどに、投射範囲が拡大つまり投射画面サイズが拡大する。しかしながら、プロジェクタの出射光束量が一定の場合、投射画面サイズに拡大とともに画面が暗くなってしまう。一方、投射距離が短くなるに従い、明るくなり、強いては眩しく正視が厳しく成る等の課題がある。

本発明の目的は、上記画像装置の利用形態や利便性を向上するべく、投射距離が変化しても画面輝度を安定に保つ為に、簡易な構造と簡便な検出・制御方法で実現し、小型で低コストな画像表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の光源と、入力信号により光源の強弱信号に変調する信号変調手段に基づき前記光源を駆動する光源駆動手段と、を有する投射型表示装置は、入力信号増幅手段と、TOF開始信号生成手段と、入力信号増幅結果とTOF開始信号の重畳手段と、投射対象物からの戻り光を検出するフォトセンサと、戻り光からTOF開始信号成分を抽出する選別手段と、投射対象物までの距離を測距するTOF検出手段と、投射対象物までの距離と入力信号の増幅量の関係を保持するLUTと、を備える構成とし、光源から投射対象物までの投射距離を測り、投射距離に連動して入力信号を増減する様に制御することで光源からの出射光束量を制御するようにした。

本発明の投射表示装置によれば、製品コストや製品サイズを増すことなく，投射距離が変わっても、フォーカスフリーかつ画面輝度を安定に保つ表示が可能となる。

本発明による第1の実施例の投射表示装置を示す構成図である。 本発明による第１の実施例の投射表示装置の動作を示すタイミング図である。 本発明による第１の実施例の投射表示装置の動作を示すタイミング図である。 本発明による第２の実施例の投射表示装置を示す構成図である。

以下、本発明を添付の図面を用いて説明する。

図1は本発明の第1の実施例による投射表示装置を示すブロック図を示す。図2、3は、状態の変化を説明するタイミング図である。詳しくは、図２は、以下に詳細を説明する距離w時のタイミング図であり、図３は、距離w +Δw時のタイミング図
図1で、1はvideo信号、2は信号増幅器、3は加算器、4は光源駆動、5は光源、6はコリメートレンズ、7は投射対象物、8はフォトセンサ、9はタイミング選別器、10は開始信号生成器、11はTOF検出器、12はLUTである。ここで、本実施例では、ビーム光且つ、高速で光量変調が容易なレーザ光源を光源に用いて説明する。もちろん、光束変調可能なLEDであっても良い。

尚、本実施例では一般的なTOF（Time of Flight）法を用いた測距を用いた場合で示す。TOF法の動作原理は従来と同様であり、詳細の動作説明は割愛する。

開始信号生成器10では、video信号を得て映像表示以外のタイミングで且つ、TOFに必要な基準パルス信号spと基準パルス信号spが投射対象物7を反射して戻ってくる必要な時間分、検出窓sp_window信号を生成する。

TOF検出器11で、基準パルス信号spと戻り基準パルス信号sp’から投射対象物7までの距離w+Δwを算出する。

LUT12では、予め保持する距離w+Δwに応じたVideo信号増幅量video_ampを参照し、増幅機２にてVideo信号を増幅vd_lする。距離w+Δwと増幅量video_ampの関係は例えば距離w+Δw の2乗に比例する関係にある。

加算器３でVideo信号の増幅vd_l結果に基準パルス信号spを重畳sp+vd_lさせ、光源駆動器４によりレーザ光源5を駆動する。レーザ光源5からの光束はコリメートレンズ6で集光した光ビームを、距離wにある投射対象物7或いは距離w＋Δwにある投射対象物7’に投射する。フォトセンサ8で、投射対象物7或いは7’を反射した一部の光ビームを受光し、受光量に応じた受光タイミング信号sp’+vd_l’を得る。選別器９では、受光タイミング信号sp’+vd_l’の内、検出窓sp_window信号の期間内に存在する戻り基準パルス信号sp’を選別する。

図４は、本発明の第2の実施例による投射表示装置を示すブロック図である。
ミラー駆動器15で揺動ミラー13、14を揺動駆動し、揺動ミラー13、14を反射した光ビームは、投射対象物7或いは7’にラスタスキャンする。この際、スキャン位置に応じた映像信号で光ビームの明暗を変調することで映像表示する構成である。

1…video信号、2…信号増幅器、3…加算器、4…光源駆動、5…光源、6…コリメートレンズ、7…投射対象物、8…フォトセンサ、9…タイミング選別器、10…開始信号生成器、11…TOF検出器、12…LUT、13、14…揺動ミラー、15…ミラー駆動器

Claims (3)

1. 光源と、
   入力信号により光源の強弱信号に変調する信号変調手段に基づき、前記光源を駆動する光源駆動手段と、を有する投射型表示測定装置において、
   入力信号増幅手段と、
   TOF開始信号生成手段と、
   入力信号増幅結果とTOF開始信号の重畳手段と、
   投射対象物からの戻り光を検出するフォトセンサと、
   戻り光からTOF開始信号成分を抽出する選別手段と、
   投射対象物までの距離を測距するTOF検出手段と、
   投射対象物までの距離と入力信号の増幅量の関係を保持するLUTと、を有し、
   光源から投射対象物までの投射距離を測り、投射距離に連動して入力信号を増減する様に制御することで光源からの出射光束量を制御することを特徴とする投射型表示装置。
2. 請求項1記載の投射型表示装置において、
   さらに、１軸或いは２軸で揺動するミラーを有し、
   ミラーで反射した光源からの出射光を投射対象物にラスタスキャンして映像表示することを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項1あるいは請求項２に記載の投射型表示装置において、
   前記光源は、量変調が容易なレーザー光源あるいは光束変調可能なLED光源であることを特徴とする投射型表示装置。

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