JP2011221061A - レーザー照射による画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光を共振を用いた偏向素子により表示面を走査して映像情報のレーザー照射をおこなう画像表示装置において、画面周辺・中央の明るさ差の調整を効率低下させずに実現する。
【解決手段】レーザー照射をデューティ出力させ、前記レーザー出力デューティ比が、レーザー走査の中央部よりレーザー走査の両端部のほうを小さくする。これにより、全画面において、各ドットの点灯時間を同じとし、ドットの表示位置を同ドットの点灯可能範囲の中で、時間的・空間的に分散させる事で、ひずみを補正しながら、画面周辺・中央の明るさ差を同一とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、共振により動作する偏向素子を用いて、レーザー光を偏向させて画面を描画する方式のプロジェクタの表示技術に関するものである。

近年、小型で高効率なレーザーを光源として用い、そのレーザー光を角度を変化させたミラーにより偏向させ、画面を２次元的に走査するレーザープロジェクタが、小型・省電力という点で注目されている。これらのレーザープロジェクタでは、レーザー光の偏光素子としてMEMSミラーを用いたものがあるが、電気光学結晶による偏向を利用する事も考えられる。

これらの偏向素子は、高周波にて動作する必要があり、低電力で動作させるためには、共振を用いる事が有利となる。MEMSミラーを用いた場合には、水平方向は例えば１5kHz 〜30kHz 、垂直方向は60Hz の動作周波数で動作している。特に、水平方向では、機械的な共振を用いる必要がある。例えば、特許文献１にはガルバノミラーを用いてレーザースキャンをおこなうレーザープロジェクタが開示されている。

特開２００９−１２２４５５号公報

上述のように偏光素子を水平方向に共振させて、レーザー光を画面の水平方向に走査した場合には、画面の周辺では前記偏向素子の動作が遅くなってレーザー光の走査速度が小さくなり、画面の中央では前記偏向素子の動作が速くなりレーザー光の走査速度が大きくなる。このため、表示画像に応じてレーザー光を一定時間間隔で出力する場合には、画面の周辺部では映像が縮み、画面の中央部では映像が延びる問題がある。また、単位長さ当たりのレーザー照射量が水平走査方向で変化するために、輝度むらが生じる問題がある。

本発明は、共振する偏光素子によりレーザー光を走査して映像表示をおこなうレーザープロジェクタにおいて、上記のような表示画面の歪みや輝度むら等が生じないレーザープロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレーザー光を共振を用いた偏向素子により表示面を走査して映像情報のレーザー照射をおこなう画像表示装置は、レーザー照射がデューティ出力されて、前記レーザー出力デューティ比が、レーザー走査の中央部よりレーザー走査の両端部のほうを小さくした。さらに、デューティ出力されるレーザーのONタイミングは、ライン単位あるいはフレームごとに異なるようにした。

また、本発明のレーザー光を共振を用いた偏向素子により表示面を走査して映像情報のレーザー照射をおこなう画像表示装置は、レーザー走査の偏向位置と画像データ位置の対応関係を記録する第１のテーブルと画像データ値とレーザーの点灯タイミングを対応関係を記録する第２のテーブルとを有する構成とし、レーザー照射位置ごとにレーザーの点灯タイミングを制御するようにした。

本発明によれば、表示画面の歪みや輝度むらが生じることなく、レーザー照射をおこなうことができるので、高画質なレーザープロジェクタを提供することができる。

共振する偏向素子によりレーザー走査した際の画面表示状態を説明する図である。 共振する偏向素子によりレーザー走査した際の画面輝度状態を説明する図である。 レーザー発光タイミングを制御するブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１と図２は、本発明のレーザー走査の概念を説明する図であり、図３はレーザー走査回路のブロック構成を説明する図である。

図１と図２は、図面の縦方向（時間軸）が画面の水平走査方向に対応しており、図面の垂直方向の上下端が表示画面の水平左右端に対応している。曲線は、偏向素子であるMEMS動作を表すカーブであり、曲線の傾斜の変化がレーザーの走査速度の変化に対応している。つまり、図のMEMS動作を示す曲線の端部ほど走査速度が小さくなり、曲線の中央部ほど走査速度が大きくなることを示している。

上記のようなレーザー走査をおこなう際の表示データとレーザー走査による表示状態の関係を、図１により説明する。図１は一定間隔で表示データを入力してレーザー照射をおこなった場合を示すものであり、MEMS動作を示す曲線の端部では表示が縮み、中央部では表示が伸びる状態を示している。これは、表示がレーザー走査速度と照射間隔の積により決まるためであり、レーザー走査の端部での照射間隔を長くすることで縮みを解消し、レーザー走査の中央部での照射間隔を短くすることで伸びを解消することができる。

図２は、表示データの入力タイミングを変えることで、照射間隔を調整した場合をしめしている。しかし、画面中央に対して周辺部分では、１画素期間の発光時間が長いため、明るくなるという問題が発生する。この明るさが異なる点を調整するために、中央に比べて周辺部分では、レーザーの最大出力を低くする事が考えられる。

しかし、レーザーは、その最大出力付近において、電力−光変換効率が高く、暗い状態では、変換効率が低い。その為、上記のとおり、レーザの出力を調整して明るさを調整すると、全体として効率が悪くなり、消費電力増加につながる。そこで、レーザーの駆動デューティーを変えて明るさを調整する。これにより、レーザの変換効率が低下することなく表示画面の歪みや輝度むら等が生じないレーザープロジェクタを提供することが可能となる。

つぎに、図３により、レーザーの発光制御方法について説明する。図３は、上述のように、レーザー走査の端部ではレーザー出力間隔を長くするともに、レーザーの駆動デューティーを小さくする回路ブロックの一例を示すものである。

MEMSミラー等の偏向素子の動作方向に合わせて、映像信号の画素タイミングに対応し、等時間間隔にて単調に増加もしくは減少するカウンタ１を用意する。例えば、レーザーの照射光点が左から右に移動するようにMEMSミラーが動作する場合には、単調に増加し、逆に動作する場合には、単調に減少するカウンタとなる。

このカウンタ値を、規格化部２により、水平走査表示位置（位置比率）にノーマライズする。

この規格化部２のノーマライズカウンタ値において、出力すべき映像データのアドレスを与えるデータアドレスLUT(3)を参照する。このデータアドレスLUT(3)は、MEMSミラー等の偏向素子の動作に合わせて、水平走査表示位置と画像データRAM(4)のアドレスを対応付けたものであり、事前にテーブルとして与える。このデータアドレスLUT(3)の出力を、画像データRAM(4)のアドレス情報をして、画像データを読み出し、レーザーを駆動する。

さらに本実施例では、複数のデータ点灯LUT(5)を用意する。これは、データを出力させるか否かを示すテーブルであり、前記データアドレスLUTにおいて、同一データを出力させるノーマライズカウンタ値範囲において少なくとも１個以上のONデータし、全データアドレスにおいてONデータ個数が同じとなっているものである。

または、複数のデータ点灯LUT(5)には、画像データに応じてレーザーの駆動タイミングが定義されている。つまり、同じ画像データに対しては、同一のレーザーON時間で異なる出力タイミングが設定された複数のテーブルを画像データの値ごとに用意する。

この複数個設けられたデータ点灯LUT(5)のいずれかの選択は、セレクタ6によりおこなわれる。セレクタ6は、ライン毎あるいはフレーム毎にいずれかのデータ点灯LUT(5)を選択する。この選択は、乱数にて行っても構わないし、順次的に選択していっても構わない。

このようなデータ点灯LUTは複数個用意できる。それらを任意個数用意し、ライン毎に異なったものを選択する。この選択は、乱数にて行っても構わないし、順次的に選択していっても構わない。このように、レーザーの駆動タイミングをライン単位あるいはフレーム単位に変えることで、スペックルノイズを低減することもできる。

１：カウンタ、２：規格化部、３：データアドレスLUT、４：画像データRAM、５：データ点灯LUT、６：セレクタ

Claims (3)

1. レーザー光を共振を用いた偏向素子により表示面を走査して映像情報のレーザー照射をおこなう画像表示装置において、
   レーザー照射はデューティ出力されて、前記レーザー出力デューティ比は、レーザー走査の中央部よりレーザー走査の両端部のほうが小さいことを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   デューティ出力されるレーザーのONタイミングは、ライン単位あるいはフレームごとに異なることを特徴とする画像表示装置。
3. レーザー光を共振を用いた偏向素子により表示面を走査して映像情報のレーザー照射をおこなう画像表示装置において、
   レーザー走査の偏向位置と画像データ位置の対応関係を記録する第1のテーブルと
   画像データ値とレーザーの点灯タイミングを対応関係を記録する第2のテーブルとを有し、
   レーザー照射位置ごとにレーザーの点灯タイミングを制御することを特徴とする画像表示装置。

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