JP2014115442A

JP2014115442A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2014115442A
Application number: JP2012269133A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Terachi; 大輔寺地; Hideki Yoda; 英樹依田
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-26

Abstract

【課題】安価且つコンパクトな構成で画像を強調表示することが可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】レーザ制御部１０は、画像全体に対してスペックルノイズ低減に係るレーザ制御を行うのではなく、強調表示の対象に指定された領域については、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止する。これにより、強調表示の対象に指定された領域を走査するレーザ光の出力には緩和振動が発生せず、他の領域を走査するレーザ光の出力にのみ緩和振動が発生する。この結果、指定された領域ではスペックルノイズが低減されず、スペックルノイズによってぎらつきが生じる。そこで、ユーザに積極的に伝達したい情報（注意や警告など）を指定された領域に出力させることで、その表示がぎらつき、ユーザの視線を自然に惹きつけることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源から出力されるレーザ光を走査して画像を投影する画像表示装置に関する。

例えばレーザプロジェクタに代表されるように、赤成分（Ｒ）、緑成分（Ｇ）、青成分（Ｂ）のレーザ光を合成して投影面に投影することにより、投影面上にカラー画像を表示する各種の画像表示装置が実用化されている。

また、このような投影型の画像表示装置に関し、種々の発明が提案されている。
例えば、特許文献１には、所定の画像領域毎に個別に制御する空間変調素子と光透過制御部（液晶パネルなど）、光照射位置制御部を備えることで、任意の画像領域にスペックルノイズを発生させるようにした発明が開示されている。

特開２００９−１２２６６０号公報

特許文献１の発明は、任意の画像領域にスペックルノイズを発生させることで、所望の画像領域に強調表示するものであるが、高価且つ大規模な装置が必要となる。
本発明は、このような従来の事情に鑑みて為されたものであり、安価且つコンパクトな構成で画像を強調表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明では、レーザ光源から出力されるレーザ光を走査して画像を投影する画像表示装置において、前記レーザ光の出力に緩和振動を発生させるレーザ制御を行って、前記画像のスペックルノイズを低減させるレーザ制御部を備え、前記レーザ制御部は、前記画像について強調表示する場合に、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御の停止を行うようにした。

すなわち、本発明に係る画像表示装置では、スペックルノイズ低減を行うか否かをレーザ制御部の動作により切り替えることができ、画像の強調表示を任意に制御することができる。このため、従来例（特許文献１）における液晶パネルなどの光透過制御部を装置に設ける必要が無く、安価且つコンパクトな装置構成で画像を強調表示することが可能となる。

ここで、画像中の指定された領域について、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止する構成とすれば、当該領域についてのみ強調表示することが可能となる。
また、指定された時間について、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止する構成とすれば、当該時間においてのみ強調表示することが可能となる。
また、指定された色のレーザ光について、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止する構成とすれば、当該色についてのみ強調表示することが可能となる。
また、画像中の領域、時間、色を任意に組み合わせて強調表示の指定を行なっても構わない。

なお、本発明に係る画像表示装置におけるレーザ制御部は、電子部品を用いた回路構成とすることができる他、コンピュータハードウエアとソフトウエアを用いて、ソフトウエアをコンピュータハードウエアが実行することで構成される機能モジュールとして構成することができる。

本発明によれば、安価且つコンパクトな構成で画像を強調表示することが可能な画像表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図である。本発明の一実施形態に係る画像表示装置のレーザ制御部の構成例を示す図である。本発明の一実施形態に係る画像表示装置におけるスペックルノイズ低減駆動時の出力電流と光出力との関係を説明する図である。本発明の一実施形態に係る画像表示装置における通常駆動時の出力電流と光出力との関係を説明する図である。本発明の一実施形態に係る画像表示装置による投影画像の例を示す図である。

本発明は、レーザ光源から出力されるレーザ光を走査して画像を投影する種々の画像表示装置に適用できるものであるが、以下では、本発明を適用した具体例として、レーザプロジェクタを例に説明する。

図１には、レーザプロジェクタ１の構成例を示してある。
本例のレーザプロジェクタ１は、レーザ光源２（２ａ〜２ｃ）、各種の光学素子３〜５、走査ミラー６、各種の駆動・制御ユニット７〜１１を主体に構成されている。
本例のレーザプロジェクタ１では、赤成分（Ｒ）、緑成分（Ｇ）、青成分（Ｂ）の各レーザ光を合成し、この合成光をスクリーンや壁などの投影面Ａに投影することによって、映像入力の信号に応じたカラー画像を投影面Ａ上に投影表示する。

それぞれのレーザ光源２は、互いに色成分の異なるレーザ光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）であり、レーザドライバ１１から個別に供給される駆動電流によって互いに独立して駆動する。これによって、レーザ光源２ａからは青成分（Ｂ）、レーザ光源２ｂからは緑成分（Ｇ）、レーザ光源２ｃからは赤成分（Ｒ）といったように、特定の波長の単色成分レーザ光が出射される。

ダイクロイックミラー３，４は、特定波長のレーザ光のみを反射し且つそれ以外を透過する性質のミラー素子であり、各々のレーザ光源２から出射された各色成分のレーザ光を合成する。具体的には、レーザ光源２ａ，２ｂから出射されたＢ，Ｇのレーザ光は、光路上流側のダイクロイックミラー３において合成された上で、光路下流側のダイクロイックミラー４に出射される。この出射された合成光は、ダイクロイックミラー４においてレーザ光源２ｃから出射されたＲのレーザ光と更に合成され、目標となる最終的なカラー合成光として出射される。
このように、ダイクロイックミラー３，４は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分のレーザ光を合成する光学部を形成しており、この合成されたカラー光はレンズ５を介して走査ミラー６に入射される。

走査ミラー６は、走査ミラー制御部８から駆動信号が入力される走査ミラードライバ７によって駆動走査され、自己に入射したカラー光をミラー面の振れ角に応じて反射して投影面Ａ上に投射する。この走査ミラー６は、投影面Ａの水平走査方向（Ｘ）および垂直走査方向（Ｙ）に対応した二次元的な自由度を有しており、その二次元的な変位に対応した線順次走査によって、投影面Ａ上にカラー画像を投影する。この線順次走査は、投射面Ａ上における或る水平走査ラインで一方向にレーザスポットｐを進め、次の水平走査ラインで逆方向にレーザスポットｐを戻すことの繰り返しによって、１画像フレーム内で連続して行われる。本例では、走査ミラー６として、小型化、低消費電力化、処理の高速化などで有利なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）型の走査ミラーを用いている。

映像処理部９は、パーソナルコンピュータ等の外部からの入力映像信号（映像信号及び同期信号を含む）に基づいて、所定の時間間隔で映像データをレーザ制御部１０に転送し、これにより、レーザ制御部１０は所定の走査位置における画素情報を得る。この映像データ転送処理では、映像処理部９は、走査ミラー制御部８から水平／垂直同期信号（ＨＳＮＣ、ＶＳＮＣ）として入力される水平走査位置及び垂直走査位置の情報に応じた順序で、映像データをレーザ制御部１０に転送する。

レーザドライバ１１は、上記のレーザ制御部１０による制御に基づいて、各レーザ光源２ａ〜２ｃを駆動して各色成分のレーザ光を出力させる。
各レーザ光源２ａ〜２ｃは、レーザドライバ１１から発振しきい値電流以上の電流が供給された場合にレーザ光を発光出力し、供給される電流値が大きくなるに従って光量（輝度）の大きいレーザ光を出力する。また、各レーザ光源２ａ〜２ｃは、発振しきい値電流未満の電流が供給された場合には、レーザ光の出力を停止する。

レーザ制御部１０について更に説明する。
本例のレーザ制御部１０は、投影面Ａに表示される画像に発生するスペックルノイズが低減するようにレーザ制御を行う機能を有する。ここで、スペックルノイズは、安定した波長のレーザ光の干渉に起因して発生するノイズ（被投影部に現れる白い点状のむら）であり、スペックルノイズの発生によって表示にぎらつきが生じる。

本例のレーザ制御部１０は、図２に構成例を示すように、スペックルノイズ低減画素選択回路１０ａ、駆動選択回路１０ｂ、レーザ駆動電流生成回路１０ｃを有しており、これらの回路によりスペックルノイズ低減に係るレーザ制御を行う。
スペックルノイズ低減画素選択回路１０ａは、１フレーム毎にスペックルノイズの低減を行う画素として所定割合（本例では約３３％）の画素が選択されるようにランダムパターンを生成し、このランダムパターンに基づいて、スペックルノイズの低減を行う画素を選択する。すなわち、１フレーム毎にスペックルノイズの低減を行う画素を変更する。これにより、複数フレームからなる長いフレーム期間においてスペックルノイズの発生が低減される領域を分散（平均化）することが可能となる。

なお、上述したスペックルノイズの低減を行う画素の選択手法は一例に過ぎず、他の選択手法を用いてもよい。すなわち、例えば、ランダムパターンを随時生成するのではなく、スペックルノイズの低減を行う画素のパターンを予め複数用意しておき、１フレーム毎に使用するパターンを切り替えて用いる等の他の手法を用いてもよい。また、例えば、１フレーム毎にパターンを変化させるのではなく、数フレーム毎にパターンを変化させてもよい。

駆動選択回路１０ｂは、スペックルノイズ低減駆動の信号又は通常駆動の信号を選択的にレーザ駆動電流生成回路１０ｃへ出力する。具体的には、スペックルノイズ低減画素選択回路１０ａによりスペックルノイズの低減を行う画素が選択された場合にスペックルノイズ低減駆動の信号を出力し、他の場合に通常駆動の信号を出力する。

レーザ駆動電流生成回路１０ｃは、駆動選択回路１０ｂから出力された信号に応じたレーザ駆動電流波形をレーザドライバ１１へ出力する。これにより、スペックルノイズの低減を行う画素については、スペックルノイズ低減駆動の信号に応じたレーザ駆動電流波形が出力され、レーザドライバ１１からレーザ光源２ａ〜２ｃに対して図３（ａ）に示すような波形の出力電流が供給される。一方、他の画素については、通常駆動の信号に応じたレーザ駆動電流波形が出力され、レーザドライバ１１からレーザ光源２ａ〜２ｃに対して図４（ａ）に示すような波形の出力電流が供給される。
このようなスペックルノイズ低減に係るレーザ制御により、スペックルノイズの低減を行う画素については、緩和振動（後述する）の領域を含むレーザ光が出力され、他の画素については、緩和振動の領域を含まないレーザ光が出力される。

具体的には、レーザドライバ１１は、緩和振動の領域を含むレーザ光を出力する場合には、レーザ光源２ａ〜２ｃに対して発振しきい値電流Ｉ_th以上の大きさの電流を供給する制御、及び、発振しきい値電流Ｉ_th未満の大きさに電流を下げる制御を繰り返し行うように構成されている（図３（ａ）参照）。すなわち、緩和振動の領域を含むレーザ光を出力する場合には、１つの画素につき発振しきい値電流Ｉ_th未満の大きさに電流を下げる制御を少なくとも１回行うことで、レーザ光の出力を一時的に停止させる。
また、レーザドライバ１１は、緩和振動の領域を含まないレーザ光を出力する場合には、レーザ光源２ａ〜２ｃに対して発振しきい値電流Ｉ_th以上の大きさの電流を供給し続ける制御を行うように構成されている（図４（ａ）参照）。すなわち、緩和振動の領域を含まないレーザ光を出力する場合には、レーザ光を継続的に出力させる。

ここで、レーザ光源２ａ〜２ｃから出力されるレーザ光は、図３（ｂ）に示すように、レーザの発振初期において、レーザ光出力の形状が波形形状になる振動現象を示す。この波形形状は、レーザ光を出力する時間が経過するのに従って徐々に減衰する形状を示し、このレーザの発振初期におけるレーザ光が不安定になる振動現象は、緩和振動と呼ばれている。この緩和振動は、所定の期間（約３ｎｓｅｃ）が経過すると一定の出力に収束する。また、緩和振動の領域は、レーザ光出力の形状が波形形状であることから、他のレーザ光との干渉を緩和することができ、その結果、スペックルノイズ（被投影部に現れる白い点状のむら）の発生を低減することが可能となる。

すなわち、スペックルノイズ低減時には、１画素内で少なくとも１回光出力を停止することでレーザ光の出力に緩和振動を発生させ、レーザの波長スペクトラムをマルチモード化させて干渉を緩和させる。なお、光出力を停止することで低下する１画素あたりの光量は、レーザ光源２ａ〜２ｃに供給する電流値を上げて補正する。

ここで、本例のレーザ制御部１０は、画像全体に対して上記のレーザ制御を行なってスペックルノイズ低減を行うのではなく、強調表示の対象に指定された領域については、上記のレーザ制御を停止するようにしてある。これにより、上記の領域を走査するレーザ光の出力には緩和振動が発生せず、他の領域を走査するレーザ光の出力にのみ緩和振動が発生する。この結果、指定された領域ではスペックルノイズが低減されず、スペックルノイズによってぎらつきが生じる。そこで、ユーザに積極的に伝達したい情報（注意や警告など）を指定された領域に出力させることで、その表示がぎらつき、ユーザの視線を自然に惹きつけることが可能となる。

図５には、本例のレーザプロジェクタ１を搭載した車載用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）による投影画像の例を示してあり、投影画像の右上部分に強調表示する領域Ｒを設定してある。そして、ユーザに対する報知情報が生じた場合には、その報知情報を領域Ｒに出力して表示をぎらつかせることで、報知情報にユーザの視線を惹きつけることが可能となる。本例では、領域Ｒの背景部分を黒（Ｒ，Ｇ，Ｂの全てをオフ）にすることで、領域Ｒ内の報知情報のみをぎらつかせるが、領域Ｒの背景部分を黒以外の色にして、領域Ｒの全体をぎらつかせてもよい。

ここで、本例では、強調表示の対象に指定された領域を示す領域データをメモリに保持しておき、レーザ制御部１０は、当該領域データに基づいて、指定された領域でのスペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止している。なお、パーソナルコンピュータ等の外部からの入力映像信号に、強調表示の対象に指定された領域を示す領域データの信号を含めておき、この領域データを抽出してレーザ制御部１０に与えるようにすれば、映像の進行に伴って強調表示の領域を動的に変化させることもできる。

また、本例のレーザ制御部１０では、上記の領域データをスペックルノイズ低減画素選択回路１０ａに与えることで、該当領域でのスペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止している。すなわち、スペックルノイズ低減画素選択回路１０ａは、領域データで指定された領域内の画素については、スペックルノイズの低減を行う画素として選択しないようにする。なお、上記の領域データを駆動選択回路１０ｂやレーザ駆動電流生成回路１０ｃに与えることで、該当領域でのスペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止してもよい。すなわち、例えば、駆動選択回路１０ｂは、領域データで指定された領域内では常に通常駆動の信号を出力するように構成すればよい。また、例えば、レーザ駆動電流生成回路１０ｃは、領域データで指定された領域内では常に発振しきい値電流Ｉ_th以上となるレーザ駆動電流波形を出力するように構成すればよい。

ここで、投影画像の強調表示は、投影画像中の指定された領域について適用する態様だけでなく、他の態様による強調表示であってもよい。
すなわち、例えば、指定された時間（期間）について、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止して強調表示する。これにより、投影画像の表示を一時的にぎらつかせることができる。
また、例えば、指定された色のレーザ光について、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止して強調表示する。これにより、投影画像に含まれる特定色の表示をぎらつかせることができる。ここで、強調表示の対象とする色としては、Ｒ，Ｇ，Ｂといった基本色だけでなく、これらを所定の比率で混合させた混合色であってもよい。
なお、強調表示する画像中の領域、時間、色を個別に指定するのではなく、これらを任意に組み合わせて指定しても構わない。また、このような指定は、そのデータをメモリに予め記憶しておく態様の他、映像データに付随してレーザ制御部１０に与える態様にしてもよく、これにより強調表示の条件を動的に変化させることができる。

１：レーザプロジェクタ、２（２ａ〜２ｃ）：レーザ光源、３，４：ダイクロイックミラー、５：レンズ、６：走査ミラー、７：走査ミラードライバ、８：走査ミラー制御部、９：映像処理部、１０：レーザ制御部、１１：レーザドライバ、１１ａ：スペックルノイズ低減画素選択回路、１１ｂ：駆動選択回路、１１ｃ：レーザ駆動電流生成回路

Claims

レーザ光源から出力されるレーザ光を走査して画像を投影する画像表示装置において、
前記レーザ光の出力に緩和振動を発生させるレーザ制御を行って、前記画像のスペックルノイズを低減させるレーザ制御部を備え、
前記レーザ制御部は、前記画像について強調表示する場合に、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御の停止を行う、
ことを特徴とする画像表示装置。
前記レーザ制御部は、前記画像中の指定された領域について、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記レーザ制御部は、指定された時間について、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
前記レーザ制御部は、指定された色のレーザ光について、スペックルノイズ低減に係るレーザ制御を停止する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。