JP2016057368A - Image projection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image projection device with a light source comprising laser emitting elements, capable of stably projecting images with a wide range of brightness without pulse-width-modulating drive current for the laser emitting element.SOLUTION: An image projection device comprises a laser light source that emits a laser beam by combining a plurality of first laser beams of wavelengths belonging to a same color generated by a plurality of emission points LD111, LD112 with a second laser beam. Whether to supply the drive current to some of the plurality of emission points (partial lighting) or to all the emission points (full lighting) is selected depending on whether or not a target intensity of the second laser beam is within a management range (Pb-Pa), which is a range of the second laser beam intensity obtained when the same drive current is distributed to all the emission points and one or more emission points are operating in a predefined unstable region that includes a mode competition region.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、画像投影装置に関し、特に、レーザ発光素子を光源に用いた画像投影装置に関する。   The present invention relates to an image projection apparatus, and more particularly to an image projection apparatus using a laser light emitting element as a light source.

従来、レーザ発光素子を光源に用いた画像投影装置が、レーザプロジェクターや、車載用のHUD(ヘッドアップディスプレイ)などとして用いられている。このような画像投影装置は、例えば、赤色光を出射するレーザ発光素子、緑色光を出射するレーザ発光素子、及び青色光を出射するレーザ発光素子を備え、これらのレーザ発光素子からそれぞれ出射される光をスクリーンに導くことにより、カラー画像を当該スクリーンに投影する。   Conventionally, an image projection apparatus using a laser light emitting element as a light source is used as a laser projector, a vehicle-mounted HUD (head-up display), or the like. Such an image projection apparatus includes, for example, a laser light emitting element that emits red light, a laser light emitting element that emits green light, and a laser light emitting element that emits blue light, and each of these laser light emitting elements emits light. A color image is projected onto the screen by directing light to the screen.

画像投影装置の性能の1つとして、安定的に投影できる画像の輝度範囲(ダイナミックレンジとも言う)の広さが挙げられる。例えば、画像投影装置が車載用HUDに用いられる場合、ダイナミックレンジが広ければ、例えば快晴の日中から闇夜まで、外光の強度が極端に異なるどのような状況下でも、状況に応じて運転者が視認するために適した輝度で画像を表示できる。   One of the performances of the image projection apparatus is a wide range of brightness of an image (also called a dynamic range) that can be stably projected. For example, when the image projection apparatus is used for a vehicle-mounted HUD, if the dynamic range is wide, for example, a driver depending on the situation under any circumstances where the intensity of outside light is extremely different from clear day to night. Can display an image with brightness suitable for viewing.

周知のように、レーザ発光素子には、レーザ発振を安定的に行うために必要な最小の駆動電流(いわゆるしきい値電流)が存在する。レーザ発光素子は、当該しきい値以上の駆動電流が供給されるとき、駆動電流の量に応じた強度のレーザ光を安定的に出射する。他方、当該しきい値未満の電流が供給されるとき、レーザ光を安定的に出射することができない。   As is well known, the laser light emitting element has a minimum driving current (so-called threshold current) necessary for stably performing laser oscillation. The laser light-emitting element stably emits laser light having an intensity corresponding to the amount of drive current when a drive current greater than the threshold value is supplied. On the other hand, when a current less than the threshold value is supplied, the laser beam cannot be stably emitted.

そこで、当該しきい値以上の振幅を有しかつパルス幅変調された駆動電流でレーザ発光素子をパルス発光させる技術が知られている(例えば、特許文献1)。この技術によれば、レーザ発光素子を連続発光させる場合と比べて実効的な強度が小さいレーザ光が安定的に得られる。   Therefore, a technique is known in which a laser light emitting element emits light with a drive current having an amplitude equal to or greater than the threshold value and pulse width modulated (for example, Patent Document 1). According to this technique, a laser beam having a small effective intensity can be stably obtained as compared with the case where the laser light emitting element continuously emits light.

国際公開第2012/104967号International Publication No. 2012/104967

しかしながら、レーザ発光素子をパルス発光させる場合、パルス幅変調された駆動電流を生成するために、比較的大きな電流を、少なくともピクセル周波数以上の高周波でチョッピングするスイッチング回路が必要となり、回路を簡素化する上での不利がある。   However, when the laser light emitting element emits pulses, a switching circuit that chops a relatively large current at a frequency higher than at least the pixel frequency is required to generate a pulse-width-modulated driving current, thereby simplifying the circuit. There are disadvantages in the above.

また、駆動電流が高周波のパルス電流であることから、波形歪みを低減しかつ電磁雑音を抑制するために、例えば、駆動電流の供給経路を極力短く設けるなど、実装上の制約が生じ易い。   Further, since the drive current is a high-frequency pulse current, mounting restrictions such as providing a drive current supply path as short as possible are likely to occur in order to reduce waveform distortion and suppress electromagnetic noise.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、レーザ発光素子を光源に用いた画像投影装置であって、当該レーザ発光素子の駆動電流をパルス幅変調することなく、かつ画像を広い輝度範囲で安定的に投影できる画像投影装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and is an image projection apparatus using a laser light emitting element as a light source, and without performing pulse width modulation on the driving current of the laser light emitting element, An object of the present invention is to provide an image projection apparatus capable of stably projecting in a wide luminance range.

上記目的を達成するために、開示される1つの態様に係る画像投影装置は、1つの色に属する波長の複数の第1レーザ光を出射する複数の発光点と前記複数の第1レーザ光を1つの第2レーザ光に結合するビーム整形器とを有するレーザ光源と、前記第2レーザ光の進行方向を周期的に変更するビーム偏向器と、可変の駆動電流を、前記複数の発光点のなかから選択される1つ以上の発光点に供給するドライバと、前記第2レーザ光の目標強度に応じて前記ドライバを制御し、前記目標強度が、全ての前記発光点に1つの駆動電流が分配されかつ1つ以上の前記発光点がモード競合領域を含むあらかじめ定められた不安定領域で動作する場合に得られる前記第2レーザ光の強度の範囲である管理範囲に含まれるか否かに応じて、1つの駆動電流を前記複数の発光点の一部に供給するか全てに分配するかを切り替えるコントローラと、を備える。   In order to achieve the above object, an image projection apparatus according to one aspect disclosed includes a plurality of light emitting points that emit a plurality of first laser beams having wavelengths belonging to one color, and the plurality of first laser beams. A laser light source having a beam shaper coupled to one second laser light; a beam deflector that periodically changes the traveling direction of the second laser light; and a variable drive current for the light emitting points. A driver for supplying to one or more light emitting points selected from among the drivers, and controlling the driver according to a target intensity of the second laser beam, wherein the target intensity is one drive current for all the light emitting points. Whether or not one or more of the emission points distributed is included in a management range that is a range of the intensity of the second laser beam obtained when operating in a predetermined unstable region including a mode competition region In response, one drive power The and a controller that switches whether distributed to all or to supply a portion of the plurality of light emitting points.

これにより、前記複数の発光点の全てを発光させて生成した場合に光強度が不安定になる懸念がある前記管理範囲の強度のレーザ光を、前記複数の発光点の一部を発光させて生成している。つまり、前記管理範囲の強度のレーザ光をより少ない個数の発光点を発光させて生成するので、個々の発光点で生成する光強度は、より大きくなる。その結果、個々の発光点が前記不安定領域を避けて動作することが可能になり、光強度が不安定になる懸念が緩和される。   As a result, when all of the plurality of light emitting points are emitted to generate light, there is a concern that the light intensity may become unstable. Is generated. That is, since the laser light having the intensity in the management range is generated by emitting a smaller number of light emitting points, the light intensity generated at each light emitting point becomes higher. As a result, each light emitting point can operate while avoiding the unstable region, and the concern that the light intensity becomes unstable is alleviated.

また、前記コントローラは、前記管理範囲に含まれる複数の強度の各々について、駆動電流の量として前記複数の発光点の前記一部に供給することによって当該強度が得られる電流量を示し、駆動電流の供給先として前記複数の発光点の前記一部を示し、前記管理範囲に含まれない複数の強度の各々について、駆動電流の量として前記複数の発光点の全てに分配することによって当該強度が得られる電流量を示し、駆動電流の供給先として前記複数の発光点の全てを示す対応情報を保持し、前記対応情報に従って前記ドライバを制御することにより、前記目標強度に対応する量の駆動電流を、前記目標強度に対応する供給先に供給してもよい。   In addition, the controller indicates the amount of current that can be obtained by supplying the intensity of each of the plurality of intensities included in the management range to the part of the plurality of light emitting points as the amount of drive current, The part of the plurality of light emitting points is shown as a supply destination of the light source, and each of the plurality of intensities not included in the management range is distributed to all of the plurality of light emitting points as an amount of drive current. By indicating correspondence between the plurality of light emitting points as a drive current supply destination and indicating the amount of current obtained, and controlling the driver according to the correspondence information, an amount of drive current corresponding to the target intensity is obtained. May be supplied to a supply destination corresponding to the target intensity.

これにより、前記コントローラは、前記対応情報に従って前記ドライバを制御することにより、前述の効果を得ることができる。   Accordingly, the controller can obtain the above-described effect by controlling the driver according to the correspondence information.

また、前記複数の発光点の各々には、レーザ発振を開始するために必要な動作電流の最小値である個別のしきい値があり、前記複数の発光点の各々の前記不安定領域は、当該発光点の前記しきい値の周りにあらかじめ定められる電流範囲によって規定されてもよい。   Each of the plurality of light emitting points has an individual threshold value that is a minimum value of an operating current necessary for starting laser oscillation, and the unstable region of each of the plurality of light emitting points is: It may be defined by a predetermined current range around the threshold value of the light emitting point.

これにより、前記しきい値に基づいて前記ドライバを制御することにより、前述の効果を得ることができる。   Thereby, the above-mentioned effect can be obtained by controlling the driver based on the threshold value.

また、前記コントローラは、前記目標強度が前記管理範囲に含まれる場合、前記ドライバを制御することにより、前記駆動電流を前記複数の発光点のうち前記しきい値が最も小さい1つの発光点に供給してもよい。   In addition, when the target intensity is included in the management range, the controller controls the driver to supply the driving current to one light emitting point having the smallest threshold among the plurality of light emitting points. May be.

これにより、前記管理範囲内の光強度のレーザ光を、より小さい駆動電流で生成できる可能性が高まるので、前記画像投影装置の省電力性の点で有利である。   This increases the possibility that laser light having a light intensity within the management range can be generated with a smaller drive current, which is advantageous in terms of power saving of the image projection apparatus.

また、前記複数の発光点はそれぞれ異なるレーザ発光素子に設けられ、前記ビーム整形器は、前記複数の第1レーザ光を前記第2レーザ光に結合するビーム結合器と、前記第2レーザ光を略平行光に変換するコリメートレンズと、で構成されてもよい。   The plurality of light emitting points are provided in different laser light emitting elements, and the beam shaper includes a beam combiner for combining the plurality of first laser lights with the second laser light, and the second laser light. And a collimating lens that converts the light into substantially parallel light.

これにより、前記レーザ光源を、前記発光点と、前記ビーム結合器と前記コリメートレンズとで構成することができる。   Thereby, the laser light source can be constituted by the light emitting point, the beam combiner, and the collimating lens.

また、前記複数の発光点の各々は単一のレーザ発光素子に設けられ、前記ビーム整形器は、前記複数の第1レーザ光の各々を略平行光に変換するコリメートレンズと、略平行光に変換後の前記複数の第1レーザ光を各異なる領域で受けて略同一の進行方向に回折させる回折格子板と、で構成されてもよい。   Each of the plurality of light emitting points is provided in a single laser light emitting element, and the beam shaper includes a collimator lens that converts each of the plurality of first laser lights into substantially parallel light, and substantially parallel light. The plurality of first laser beams after conversion may be received in different regions and diffracted in substantially the same traveling direction.

また、前記複数の発光点の各々は単一のレーザ発光素子に設けられ、前記ビーム整形器は、前記複数の第1レーザ光を各異なる領域で受けて各異なる進行方向に回折させる回折格子板と、前記回折後の前記複数の第1レーザ光の各々を略平行光に変換するコリメートレンズと、で構成され、前記回折格子板は、前記複数の第1レーザ光を、前記コリメートレンズの光軸上の1点から出射されたとみなせる向きに回折させてもよい。   Each of the plurality of light emitting points is provided in a single laser light emitting element, and the beam shaper receives the plurality of first laser beams in different regions and diffracts them in different traveling directions. And a collimating lens that converts each of the plurality of first laser lights after diffraction into substantially parallel light, and the diffraction grating plate converts the plurality of first laser lights into light of the collimating lens. You may make it diffract in the direction which can be considered that it was radiate | emitted from one point on an axis | shaft.

これにより、前記レーザ光源を、前記発光点と、前記コリメートレンズと、前記回折格子板とで構成することができる。   Thereby, the laser light source can be constituted by the light emitting point, the collimating lens, and the diffraction grating plate.

また、複数の色の各々に対応して前記レーザ光源が設けられ、前記画像投影装置は、色ごとの前記第2レーザ光を1つの第3レーザ光に結合するビーム結合器をさらに備え、前記ビーム偏向器は、前記第3レーザ光の進行方向を周期的に変更し、前記ドライバは、色ごとに可変の駆動電流を、当該色に対応する前記レーザ光源に含まれる前記複数の発光点のなかから選択される1つ以上の発光点に供給し、前記コントローラは、色ごとに、当該色の前記第2レーザ光の目標強度に対応する量の駆動電流を、当該色に対応する前記複数の発光点の一部に供給するか全てに分配するかを切り替えてもよい。   The laser light source is provided corresponding to each of a plurality of colors, and the image projection apparatus further includes a beam combiner that combines the second laser light for each color into one third laser light, The beam deflector periodically changes the traveling direction of the third laser light, and the driver applies a variable driving current for each color of the plurality of light emitting points included in the laser light source corresponding to the color. The controller supplies to one or more light emitting points selected from among the plurality of light emitting points corresponding to the color, for each color, a drive current of an amount corresponding to a target intensity of the second laser light of the color. It may be switched between supplying to a part of the light emitting points and distributing to all of the light emitting points.

これにより、カラー画像投影装置が得られる。   Thereby, a color image projector is obtained.

なお、本発明は、このような画像投影装置として実現することができるだけでなく、このような画像投影装置において実行されるステップを含む画像投影装置の制御方法として実現することもできる。また、そのような制御方法を、コンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。   The present invention can be realized not only as such an image projection apparatus but also as a control method of an image projection apparatus including steps executed in such an image projection apparatus. Moreover, such a control method can also be realized as a program for causing a computer to execute.

本発明によれば、レーザ発光素子を光源に用いた画像投影装置であって、当該レーザ発光素子の駆動電流をパルス幅変調することなく、かつ画像を広い輝度範囲で安定的に投影できる画像投影装置が得られる。   According to the present invention, an image projection apparatus using a laser light emitting element as a light source, which can stably project an image in a wide luminance range without performing pulse width modulation on the drive current of the laser light emitting element. A device is obtained.

実施の形態1に係る画像投影装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。2 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the image projection apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るレーザ光源の機能的な構成の一例を示すブロック図である。2 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a laser light source according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るレーザドライバの機能的な構成の一例を示すブロック図である。2 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a laser driver according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る対応情報の一例を示す図である。6 is a diagram showing an example of correspondence information according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るレーザドライバの主要な入出力信号の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart illustrating an example of a time change of main input / output signals of the laser driver according to the first embodiment. 比較例に係る画像投影装置の制御方法の一例を説明するグラフである。It is a graph explaining an example of the control method of the image projector concerning a comparative example. 実施の形態1に係る画像投影装置の制御方法の一例を説明するグラフである。6 is a graph illustrating an example of a control method for the image projection apparatus according to the first embodiment. 実施の形態2に係るレーザ光源の機能的な構成の一例を示すブロック図である。6 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a laser light source according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る回折格子板の詳細な構成の一例を示す概念図である。6 is a conceptual diagram illustrating an example of a detailed configuration of a diffraction grating plate according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係るレーザ光源の機能的な構成の一例を示すブロック図である。10 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a laser light source according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る回折格子板の詳細な構成の一例を示す概念図である。6 is a conceptual diagram illustrating an example of a detailed configuration of a diffraction grating plate according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態4に係るカーナビゲーションシステムにおける画像投影装置の使用例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a usage example of an image projection device in a car navigation system according to a fourth embodiment. レーザダイオードの典型的な発光特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the typical light emission characteristic of a laser diode.

(本発明の基礎となった知見)
背景技術の欄で述べたように、本発明者は、レーザ発光素子をパルス幅変調により発光させる場合、回路を簡素化する上での不利があり、また、実装上の制約が生じやすいことを指摘した。そこで、本発明者は、レーザ発光素子を連続発光させながら、かつ強度のダイナミックレンジが広いレーザ光を得るための方策を検討した。
(Knowledge that became the basis of the present invention)
As described in the section of the background art, the present inventor has a disadvantage in simplifying the circuit when the laser light emitting element emits light by pulse width modulation, and that mounting restrictions are likely to occur. It pointed out. Accordingly, the present inventor has studied a method for obtaining a laser beam having a wide dynamic range of intensity while continuously emitting laser light emitting elements.

この検討において、本発明者は、まず、レーザ発光素子の発光特性を確認した。   In this examination, the present inventor first confirmed the light emission characteristics of the laser light emitting element.

図11は、レーザ発光素子の一例としてのレーザダイオードの典型的な発光特性の一例を示すグラフである。図11には、レーザダイオードの様々な駆動電流に対応して、当該レーザダイオードの動作モードと当該レーザダイオードから得られる光強度とが示されている。   FIG. 11 is a graph showing an example of typical light emission characteristics of a laser diode as an example of a laser light emitting element. FIG. 11 shows the operation mode of the laser diode and the light intensity obtained from the laser diode corresponding to various drive currents of the laser diode.

図11に示されるように、駆動電流が小さいLED(Light Emitting Diode)発光領域において、レーザダイオードは、発光ダイオードと同様、自然放出によって光ビームを出射する。LED発光領域で得られる光ビームは、インコヒーレントでスペクトルが広くかつ強度が小さいながらも、駆動電流とよく対応する安定した強度を持つ。   As shown in FIG. 11, in an LED (Light Emitting Diode) light emitting region having a small driving current, the laser diode emits a light beam by spontaneous emission, like the light emitting diode. The light beam obtained in the LED light emitting region has an incoherent, broad spectrum and low intensity, but has a stable intensity that corresponds well with the drive current.

駆動電流がより大きい多モード発振領域において、レーザダイオードは、相異なる波長に対応する多数の発振モードで同時にレーザ発振を生じる。多モード発振領域で得られるレーザ光は、複数の波長に強度のピークがあり、各波長の光強度の総和として、駆動電流とよく対応する安定した強度を持つ。   In the multimode oscillation region where the drive current is larger, the laser diode simultaneously oscillates in a number of oscillation modes corresponding to different wavelengths. The laser light obtained in the multimode oscillation region has intensity peaks at a plurality of wavelengths, and has a stable intensity that corresponds well with the drive current as the sum of the light intensities at the respective wavelengths.

駆動電流がさらに大きいモード競合領域において、レーザダイオードは、相異なる波長に対応する複数の発振モードのうちの1つを高速にホップしながらレーザ発振を生じる。モード競合領域で得られるレーザ光は、強度のピークが、レーザ発振している発振モードに対応する波長に高速に入れ替わる。そのため、当該レーザ光の強度は、時間平均では駆動電流と対応するものの、瞬時的には駆動電流に応じた範囲内で変動する。なお、レーザダイオードのしきい値は、モード競合領域に含まれる。   In the mode competition region where the drive current is larger, the laser diode oscillates while rapidly hopping one of a plurality of oscillation modes corresponding to different wavelengths. In the laser light obtained in the mode competition region, the intensity peak is rapidly switched to the wavelength corresponding to the oscillation mode in which the laser oscillation occurs. Therefore, although the intensity of the laser beam corresponds to the drive current on a time average, it varies instantaneously within a range corresponding to the drive current. Note that the threshold value of the laser diode is included in the mode competition region.

駆動電流がさらに大きい単一モード発振領域において、レーザダイオードは、単一の発振モードでレーザ発振を生じる。単一モード発振領域で得られるレーザ光は、コヒーレントでかつ単一の波長に強度のピークがあり、駆動電流とよく対応する安定した強度を持つ。   In the single mode oscillation region where the drive current is larger, the laser diode generates laser oscillation in a single oscillation mode. The laser light obtained in the single mode oscillation region is coherent, has a peak of intensity at a single wavelength, and has a stable intensity that corresponds well with the drive current.

このような発光特性に基づき、従来、レーザダイオードは単一モード発振で動作させるのが常識的な考え方である。実効的な強度が小さいレーザ光を得るために、レーザダイオードを、しきい値以上の振幅を有しかつパルス幅変調された駆動電流で発光させる従来の技術も、この考え方に基づいている。   Conventionally, based on such light emission characteristics, it is a common sense to operate a laser diode with single mode oscillation. In order to obtain a laser beam having a small effective intensity, a conventional technique in which a laser diode emits light with a drive current having an amplitude equal to or greater than a threshold value and pulse width modulated is also based on this concept.

これに対し、本発明者は、例えば画像投影装置のように、レーザ光のインコヒーレント性や、スペクトルの多少の広がりが許容される用途では、単一モード発振領域のみならず、多モード発振領域やLED発光領域をも用いて、レーザダイオードを連続発光させるとよいことに気付いた。ただし、その場合、レーザダイオードがモード競合領域で動作することを回避する必要がある。前述のとおり、モード競合領域で得られるレーザ光の強度には、時間的なゆらぎがあり、当該レーザ光でスクリーンを走査すると、投影される画像に輝度むらや色むらが生じる懸念があるためである。   On the other hand, the present inventor, for example, in an image projection apparatus, in an application that allows incoherence of a laser beam and a slight spread of a spectrum, not only a single mode oscillation region but also a multimode oscillation region It has been found that the laser diode should be allowed to emit light continuously using the LED emission region. In this case, however, it is necessary to avoid the laser diode from operating in the mode competition region. As described above, there is a temporal fluctuation in the intensity of the laser beam obtained in the mode competition region, and there is a concern that when the screen is scanned with the laser beam, luminance unevenness and color unevenness may occur in the projected image. is there.

しかしながら、モード競合領域を単純に除外しただけでは、モード競合領域に対応する強度範囲のレーザ光が得られないという問題が残る。   However, the problem that the laser beam in the intensity range corresponding to the mode competition region cannot be obtained simply by excluding the mode competition region is left.

本発明者は、このような知見に基づき鋭意検討を重ねた結果、本発明の画像投影装置に到達した。   As a result of intensive studies based on such knowledge, the present inventor has reached the image projection apparatus of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement of constituent elements, connection forms, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims are described as arbitrary constituent elements.

(実施の形態1)
実施の形態1に係る画像投影装置は、レーザ光源でピクセルごとに強度変調されたレーザ光を生成し、前記レーザ光でスクリーンを走査することにより、前記スクリーンに画像を投影する画像投影装置である。
(Embodiment 1)
The image projection apparatus according to Embodiment 1 is an image projection apparatus that generates laser light whose intensity is modulated for each pixel with a laser light source, and scans the screen with the laser light, thereby projecting an image on the screen. .

前記レーザ光源には複数の発光点が設けられており、前記画像投影装置は、目標強度のレーザ光を得ようとするとき、前記目標強度が管理範囲に含まれるか否かに応じて、1つの駆動電流を前記発光点の一部に供給するか全てに分配するかを切り替える。前記管理範囲は、1つの駆動電流が全ての前記発光点に分配されかつ1つ以上の前記発光点が前記モード競合領域を含むあらかじめ定められた不安定領域で動作する場合に得られる前記レーザ光の強度の範囲として定義される。   The laser light source is provided with a plurality of light emitting points, and the image projection apparatus is configured to obtain 1 laser light having a target intensity according to whether or not the target intensity is included in a management range. One drive current is switched to be supplied to a part of the light emitting points or distributed to all the light emitting points. The management range is the laser beam obtained when one drive current is distributed to all the light emission points and one or more of the light emission points operate in a predetermined unstable region including the mode competition region. Defined as a range of intensity.

図1は、実施の形態1に係る画像投影装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図1に示されるように、画像投影装置100は、レーザ光源110、120、130、ビーム結合器151、152、ビーム偏向器160、レーザドライバ170、偏向ドライバ180、コントローラ190、及び操作部191を備える。図1には、画像投影装置100と共に、画像が投影されるスクリーン200が示されている。   FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the image projection apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the image projection apparatus 100 includes laser light sources 110, 120, and 130, beam combiners 151 and 152, a beam deflector 160, a laser driver 170, a deflection driver 180, a controller 190, and an operation unit 191. Prepare. FIG. 1 shows a screen 200 on which an image is projected together with the image projector 100.

レーザ光源110、120、130は、例えば、赤、緑、青にそれぞれ対応して設けられ、対応する1つの色に属する波長の複数の第1レーザ光を1つの第2レーザ光L2に結合して出射するレーザ光源である。レーザ光源110、120、130の詳細については後述する。   The laser light sources 110, 120, and 130 are provided corresponding to, for example, red, green, and blue, respectively, and combine a plurality of first laser beams having wavelengths belonging to one corresponding color into one second laser beam L2. A laser light source that emits light. Details of the laser light sources 110, 120, and 130 will be described later.

ビーム結合器151、152は、レーザ光源110、120、130の各々から出射された色ごとの第2レーザ光L2を1つの第3レーザ光L3に結合する光学素子である。ビーム結合器151、152は、例えば、ダイクロイックプリズムで構成されてもよい。   The beam combiners 151 and 152 are optical elements that combine the second laser light L2 for each color emitted from each of the laser light sources 110, 120, and 130 into one third laser light L3. The beam combiners 151 and 152 may be constituted by, for example, dichroic prisms.

ビーム偏向器160は、第2レーザ光L2が結合された第3レーザ光L3の進行方向を周期的に変更する光学素子である。ビーム偏向器160は、第3レーザ光L3を、スクリーン200に向けて、スクリーン200を走査するように偏向する。ビーム偏向器160は、例えば、2軸の可動ミラーと当該可動ミラーを動かすアクチュエータとで構成されてもよい。   The beam deflector 160 is an optical element that periodically changes the traveling direction of the third laser light L3 combined with the second laser light L2. The beam deflector 160 deflects the third laser light L3 toward the screen 200 so as to scan the screen 200. The beam deflector 160 may be composed of, for example, a biaxial movable mirror and an actuator that moves the movable mirror.

レーザドライバ170は、コントローラ190による制御に基づいて、レーザ光源110、120、130に駆動電流を供給するドライバである。レーザドライバ170の詳細については後述する。   The laser driver 170 is a driver that supplies a drive current to the laser light sources 110, 120, and 130 based on control by the controller 190. Details of the laser driver 170 will be described later.

偏向ドライバ180は、コントローラ190による制御に基づいて、ビーム偏向器160の向きを制御するドライバである。   The deflection driver 180 is a driver that controls the direction of the beam deflector 160 based on the control by the controller 190.

コントローラ190は、レーザドライバ170及び偏向ドライバ180を制御することにより、ピクセルごとに強度変調されたレーザ光を生成し、前記レーザ光でスクリーン200を走査することにより、所望の画像をスクリーン200に投影する。コントローラ190は、例えば、画像投影装置100の外部から供給される映像信号(図示せず)で表される映像の各フレームをスクリーン200に投影してもよい。   The controller 190 controls the laser driver 170 and the deflection driver 180 to generate intensity-modulated laser light for each pixel, and scans the screen 200 with the laser light, thereby projecting a desired image on the screen 200. To do. For example, the controller 190 may project each frame of a video represented by a video signal (not shown) supplied from the outside of the image projection device 100 onto the screen 200.

コントローラ190は、例えば、MPU(Micro Processing Unit)、RAM(Ramdom Aceess Memory)、ROM(Read Only Memory)、I/O(Input/Output)ポートなどを有するワンチップマイコンで構成されてもよい。コントローラ190の制御機能は、ROMに記録されているプログラムを、RAMを作業用のメモリとして用いて、MPUが実行することにより果たされるソフトウェア機能であってもよい。   The controller 190 may be configured by, for example, a one-chip microcomputer having an MPU (Micro Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an I / O (Input / Output) port, and the like. The control function of the controller 190 may be a software function performed by the MPU executing a program recorded in the ROM using the RAM as a working memory.

操作部191は、画像投影装置100の動作を指示するためのユーザによる操作を受け付ける部である。操作部191がユーザから受け付ける指示には、例えば、画像投影装置100の電源を投入し切断する指示などが含まれ得る。操作部191は、画像投影装置100の筐体に設けられたメカニカルスイッチやタッチパネルで構成されてもよく、画像投影装置100とは別体のリモコンから送信される信号を受信するリモコンインターフェースで構成されてもよい。   The operation unit 191 is a unit that receives a user operation for instructing the operation of the image projection apparatus 100. The instruction received by the operation unit 191 from the user may include, for example, an instruction to turn on and off the power of the image projection apparatus 100. The operation unit 191 may be configured by a mechanical switch or a touch panel provided in the casing of the image projection apparatus 100, and is configured by a remote control interface that receives a signal transmitted from a remote controller separate from the image projection apparatus 100. May be.

次に、レーザ光源110、120、130の構成について説明する。   Next, the configuration of the laser light sources 110, 120, and 130 will be described.

図2は、レーザ光源110、120、130の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図2には、レーザ光源110、120、130と共に、ビーム結合器151、152が示されている。   FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the laser light sources 110, 120, and 130. FIG. 2 shows the beam combiners 151 and 152 together with the laser light sources 110, 120 and 130.

レーザ光源110、120、130は、何れも同等の構成を有するため、以下では、レーザ光源110の構成を代表して説明する。なお、以下の説明は、対応する構成要素の符号を読み替えることにより、レーザ光源120、130についても成り立つ。   Since all of the laser light sources 110, 120, and 130 have the same configuration, the configuration of the laser light source 110 will be described below as a representative. In addition, the following description is valid also about the laser light sources 120 and 130 by changing the code | symbol of a corresponding component.

図2に示さるように、レーザ光源110は、発光点111、112、ビーム結合器113、及びコリメートレンズ114を有している。   As shown in FIG. 2, the laser light source 110 includes emission points 111 and 112, a beam combiner 113, and a collimating lens 114.

発光点111、112の各々は、レーザ光源110に対応する色に属する波長の第1レーザ光L1を出射する。発光点111、112は、例えば、別々のパッケージに封入されたディスクリート部品としての単一ビーム出力型のレーザダイオードで構成されてもよい。発光点111、112から出射される第1レーザ光L1の波長は、厳密に一致している必要はなく、例えば、カラー画像投影装置で用いられる赤、緑、青のうちの何れか1色として視認される範囲での誤差があってもよい。   Each of the light emitting points 111 and 112 emits a first laser beam L1 having a wavelength belonging to a color corresponding to the laser light source 110. The light emitting points 111 and 112 may be constituted by, for example, single-beam output type laser diodes as discrete components enclosed in separate packages. The wavelength of the first laser light L1 emitted from the light emitting points 111 and 112 does not need to be exactly the same. For example, any one of red, green, and blue used in the color image projector is used. There may be an error in the visible range.

ビーム結合器113は、複数の第1レーザ光L1を1つの第2レーザ光L2に結合する光学素子である。ビーム結合器113は、例えば、偏光ビームスプリッタで構成されてもよい。   The beam combiner 113 is an optical element that combines a plurality of first laser beams L1 into one second laser beam L2. The beam combiner 113 may be configured with a polarization beam splitter, for example.

コリメートレンズ114は、第2レーザ光L2を略平行光に変換する光学素子である。第2レーザ光L2は、厳密な平行光であってもよく、また、光学系の精度に依存する誤差を含んだ平行光であってもよい。また、第2レーザ光L2を、意図的に、平行光からわずかにすぼむ収束光とし、スクリーン200上で収束させてもよい。   The collimating lens 114 is an optical element that converts the second laser light L2 into substantially parallel light. The second laser light L2 may be strictly parallel light, or may be parallel light including an error depending on the accuracy of the optical system. In addition, the second laser light L2 may be intentionally converged light that slightly deviates from parallel light, and may be converged on the screen 200.

ここで、ビーム結合器113及びコリメートレンズ114が、レーザ光源110におけるビーム整形器を構成する。   Here, the beam combiner 113 and the collimating lens 114 constitute a beam shaper in the laser light source 110.

次に、レーザドライバ170の構成及び動作について説明する。   Next, the configuration and operation of the laser driver 170 will be described.

図3は、レーザドライバ170の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図3には、レーザドライバ170と共に、レーザ光源110、120、130、及びコントローラ190が示されている。図3の例では、例えば、レーザ光源110において、発光点111、112はカソードコモンで接続されており、レーザ光源120、130についても同様である。   FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the laser driver 170. FIG. 3 shows the laser light sources 110, 120, and 130 and the controller 190 together with the laser driver 170. In the example of FIG. 3, for example, in the laser light source 110, the light emitting points 111 and 112 are connected by the cathode common, and the same applies to the laser light sources 120 and 130.

図3に示されるように、レーザドライバ170は、DAC(デジタル−アナログ変換器)171、ANDゲート172、ラッチ173、及びスイッチ174〜179を有している。   As shown in FIG. 3, the laser driver 170 includes a DAC (digital-analog converter) 171, an AND gate 172, a latch 173, and switches 174 to 179.

コントローラ190は、データ信号DATA、選択信号SEL、データクロック信号DCLK、及びピクセルクロック信号PCLKを、レーザドライバ170に供給する。   The controller 190 supplies the data signal DATA, the selection signal SEL, the data clock signal DCLK, and the pixel clock signal PCLK to the laser driver 170.

ここで、データ信号DATAは、レーザ光源110、120、130のそれぞれに供給されるべき駆動電流の量をデジタル値で示す。選択信号SELは、発光点111、112、121、122、131、132のそれぞれに駆動電流を供給するかしないかをバイナリ値で示す。データクロックDCLKは、データ信号DATAの同期を示す。ピクセルクロックPCLKは、ピクセルの同期を示す。   Here, the data signal DATA indicates the amount of drive current to be supplied to each of the laser light sources 110, 120, and 130 as a digital value. The selection signal SEL indicates, as a binary value, whether or not to supply a drive current to each of the light emitting points 111, 112, 121, 122, 131, and 132. The data clock DCLK indicates the synchronization of the data signal DATA. The pixel clock PCLK indicates pixel synchronization.

図4は、データ信号DATA、選択信号SEL、データクロック信号DCLK、及びピクセルクロック信号PCLKの一例、並びに、これらの信号に応じて発光点(図中ではLDと略記)111、112、121、122、131、132に供給される電流量の一例を示すタイミングチャートである。   FIG. 4 shows an example of the data signal DATA, the selection signal SEL, the data clock signal DCLK, and the pixel clock signal PCLK, and the light emitting points (abbreviated as LD in the drawing) 111, 112, 121, 122 according to these signals. , 131, 132 is a timing chart showing an example of the amount of current supplied to the circuit.

レーザドライバ170において、DAC171は、データクロックDCLKに同期してデータ信号DATAを取得し、レーザ光源110、120、130それぞれについて、取得されたデータ信号DATAで示される量の駆動電流を、ピクセルクロックPCLKに同期して生成する。   In the laser driver 170, the DAC 171 acquires the data signal DATA in synchronization with the data clock DCLK, and outputs the driving current of the amount indicated by the acquired data signal DATA for each of the laser light sources 110, 120, and 130 to the pixel clock PCLK. Generate in sync with.

ANDゲート172は、データクロックDCLKとピクセルクロックPCLKとの論理積を求めることによりラッチトリガ信号を生成する。   The AND gate 172 generates a latch trigger signal by obtaining a logical product of the data clock DCLK and the pixel clock PCLK.

ラッチ173は、ラッチトリガ信号に従って、ピクセルクロックPCLKごとに選択信号SELをラッチし、ラッチされた選択信号SELを、スイッチ174〜179の制御信号として出力する。   The latch 173 latches the selection signal SEL for each pixel clock PCLK according to the latch trigger signal, and outputs the latched selection signal SEL as a control signal for the switches 174 to 179.

スイッチ174〜179は、それぞれ発光点111、112、121、122、131、132の駆動電流の経路に設けられ、選択信号SELに従って導通しまた非導通となることで、対応する発光点への駆動電流の供給と遮断とを切り替える。例えば、選択信号SELに従ってスイッチ174、175の動作に応じて、レーザ光源110用に生成された1つの駆動電流が発光点111、112の一方に供給されるか両方に分配されるかが切り替わる。レーザ光源120、130についても、同様に、対応するスイッチの動作に応じて駆動電流の供給先が切り替わる。   The switches 174 to 179 are provided in the drive current paths of the light emitting points 111, 112, 121, 122, 131, 132, respectively, and are turned on and off according to the selection signal SEL, thereby driving to the corresponding light emitting point. Switch between current supply and interruption. For example, according to the operation of the switches 174 and 175 in accordance with the selection signal SEL, whether one driving current generated for the laser light source 110 is supplied to one of the light emitting points 111 and 112 or distributed to both is switched. Similarly, for the laser light sources 120 and 130, the supply destination of the drive current is switched according to the operation of the corresponding switch.

次に、光強度と駆動電流の量及び供給先との対応について説明する。   Next, the correspondence between the light intensity, the amount of drive current, and the supply destination will be described.

図5は、光強度と駆動電流の量及び供給先との対応を示す対応情報の一例を示す図である。図5に示される対応情報は、レーザ光源110から出射されるレーザ光(前述の第2レーザ光L2)の異なる複数の強度に対応して、レーザ光源110に供給される駆動電流の量、及び当該駆動電流を発光点111、112の何れに供給するかを示している。レーザ光源120、130についても、同様の対応情報により、光強度と駆動電流の量及び供給先との対応が示される。このような対応情報は、数表や数式など、周知のどのような方法で表現されてもよい。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of correspondence information indicating correspondence between the light intensity, the amount of drive current, and the supply destination. The correspondence information shown in FIG. 5 includes the amount of drive current supplied to the laser light source 110 corresponding to a plurality of different intensities of the laser light emitted from the laser light source 110 (the second laser light L2 described above), and It shows which of the light emitting points 111 and 112 the drive current is supplied to. For the laser light sources 120 and 130, the correspondence information indicates the correspondence between the light intensity, the amount of drive current, and the supply destination. Such correspondence information may be expressed by any known method such as a numerical table or a mathematical expression.

前記対応情報は、次のような考え方で、光強度と駆動電流の量及び供給先とを対応付ける。   The correspondence information associates the light intensity with the amount of drive current and the supply destination based on the following concept.

まず、レーザ光源110、120、130の各々の光強度に関して、管理範囲が定義される。当該管理範囲は、1つの駆動電流が当該レーザ光源に含まれる2つの発光点の両方に分配されかつ少なくとも一方の前記発光点が前記モード競合領域を含むあらかじめ定められた不安定領域で動作する場合に、当該レーザ光源から得られるレーザ光の強度の範囲として定義される。   First, a management range is defined for the light intensity of each of the laser light sources 110, 120, and 130. The management range is when one driving current is distributed to both of two light emitting points included in the laser light source and at least one of the light emitting points operates in a predetermined unstable region including the mode competition region Further, it is defined as the range of the intensity of the laser light obtained from the laser light source.

前記対応情報は、前記管理範囲に含まれる複数の光強度の各々について、駆動電流の量として前記複数の発光点の一方に供給することによって当該強度の前記第2レーザ光が得られる電流量を示し、駆動電流の供給先として前記複数の発光点の前記一方を示す。   The correspondence information includes, for each of a plurality of light intensities included in the management range, supplying a current amount of the second laser light having the intensity by supplying one of the plurality of light emitting points as a drive current amount. The one of the plurality of light emitting points is shown as a drive current supply destination.

また、前記対応情報は、前記管理範囲に含まれない複数の強度の各々について、駆動電流の量として前記複数の発光点の全てに分配することによって当該強度の前記第2レーザ光が得られる電流量を示し、駆動電流の供給先として前記複数の発光点の全てを示す。   Further, the correspondence information is obtained by distributing the driving current amount to all of the plurality of light emitting points for each of a plurality of intensities not included in the management range, thereby obtaining the second laser light having the intensity. All of the plurality of light emitting points as the supply destination of the drive current.

このような不安定領域、管理範囲、駆動電流の電流量及び供給先の技術的な意義について、詳細な説明を続ける。   Detailed description will be continued on the unstable area, the management range, the amount of drive current, and the technical significance of the supply destination.

図6は、前記不安定領域及び前記管理範囲を説明するための図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining the unstable region and the management range.

図6の(a)、(b)のグラフは、発光点111、112をそれぞれ単独で発光させたときの、駆動電流と光強度との関係を示すグラフである。先に図11を参照して説明したとおり、これらの個別の発光特性にはモード競合領域が存在する。   The graphs of FIGS. 6A and 6B are graphs showing the relationship between the drive current and the light intensity when the light emitting points 111 and 112 emit light independently. As described above with reference to FIG. 11, there is a mode competition region in these individual light emission characteristics.

そのようなモード競合領域を含む不安定領域があらかじめ定められる。不安定領域は、例えば、モード競合領域の幅を所定の安全余裕で広げた領域であってもよく、具体的には、発光点のしきい値の周りにあらかじめ定められる電流範囲によって規定されてもよい。そのような電流範囲は、例えば、しきい値電流に対する比率によって定められてもよい。一例として、しきい値電流が50mAであり、しきい値電流の±30%を不安定領域とするとき、35mA〜65mAの駆動電流の範囲が不安定領域として規定される。   An unstable region including such a mode competition region is determined in advance. The unstable region may be, for example, a region in which the width of the mode competition region is widened with a predetermined safety margin. Specifically, the unstable region is defined by a predetermined current range around the threshold value of the light emitting point. Also good. Such a current range may be defined by a ratio to a threshold current, for example. As an example, when the threshold current is 50 mA and ± 30% of the threshold current is defined as an unstable region, a driving current range of 35 mA to 65 mA is defined as the unstable region.

図6の(a)、(b)に示されるように、発光点111、112の不安定領域は、発光点111、112それぞれのしきい値Ith1、Ith2から上側に第1幅の電流範囲と下側に第2幅の電流範囲とを合わせた電流範囲によって規定されてもよい。なお、一般的には、しきい値Ith1としきい値Ith2とは異なり、図6の(a)、(b)に示される例では、しきい値Ith2はしきい値Ith1よりも小さい。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the unstable regions of the light emitting points 111 and 112 have a current range having a first width above the threshold values Ith1 and Ith2 of the light emitting points 111 and 112, respectively. You may prescribe | regulate by the electric current range which united the electric current range of the 2nd width | variety on the lower side. Generally, unlike the threshold value Ith1 and the threshold value Ith2, in the example shown in FIGS. 6A and 6B, the threshold value Ith2 is smaller than the threshold value Ith1.

図6の(c)のグラフは、発光点111、112の両方に1つの駆動電流を分配する(全部点灯とも言う)ときの、当該駆動電流とトータルでの光強度との関係を示すグラフである。全部点灯において、当該駆動電流は、発光点111、112の特性に応じた比率で、発光点111、112の両方に分配される。この分配に応じて、前述した光強度の管理範囲が次のように特定される。   The graph of FIG. 6C is a graph showing the relationship between the drive current and the total light intensity when one drive current is distributed to both the light emitting points 111 and 112 (also referred to as all lighting). is there. In all lighting, the drive current is distributed to both the light emitting points 111 and 112 at a ratio according to the characteristics of the light emitting points 111 and 112. In accordance with this distribution, the aforementioned light intensity management range is specified as follows.

発光点111に不安定領域の上限の電流Ia1を分配する駆動電流をIa1+Ia2とすると、そのような駆動電流Ia1+Ia2に応じて発光点112には残りの電流Ia2が分配される。電流Ia1、Ia2によって発光点111、112で得られる光強度をそれぞれPa1、Pa2とすると、トータルの光強度Pa1+Pa2によって、管理範囲の上限が特定される。   Assuming that the driving current for distributing the upper limit current Ia1 of the unstable region to the light emitting point 111 is Ia1 + Ia2, the remaining current Ia2 is distributed to the light emitting point 112 in accordance with the driving current Ia1 + Ia2. When the light intensities obtained at the light emitting points 111 and 112 by the currents Ia1 and Ia2 are Pa1 and Pa2, respectively, the upper limit of the management range is specified by the total light intensity Pa1 + Pa2.

また、発光点112に不安定領域の下限の電流Ib2を分配する駆動電流をIb1+Ib2とすると、そのような駆動電流Ib1+Ib2に応じて発光点111には残りの電流Ib1が分配される。電流Ib1、Ib2によって発光点111、112で得られる光強度をそれぞれPb1、Pb2とすると、トータルの光強度Pb1+Pb2によって、光強度の管理範囲の下限が特定される。   Further, if the driving current for distributing the lower limit current Ib2 of the unstable region to the light emitting point 112 is Ib1 + Ib2, the remaining current Ib1 is distributed to the light emitting point 111 according to the driving current Ib1 + Ib2. When the light intensities obtained at the light emission points 111 and 112 by the currents Ib1 and Ib2 are Pb1 and Pb2, respectively, the lower limit of the light intensity management range is specified by the total light intensity Pb1 + Pb2.

このようにして、発光点111、112の両方に1つの駆動電流が分配されかつ発光点111、112の少なくとも一方が前記不安定領域で動作する場合にトータルで得られる光強度の範囲(つまり、光強度PbからPaまでの範囲)である、前記管理範囲が特定される。   In this way, a range of light intensity obtained in total when one drive current is distributed to both of the light emitting points 111 and 112 and at least one of the light emitting points 111 and 112 operates in the unstable region (that is, The management range that is the light intensity Pb to Pa) is specified.

図6に示される電流Io1、Io2は、発光点111、112の定格電流をそれぞれ表し、光強度Po1、Po2は、発光点111、112の定格光強度をそれぞれ表している。   The currents Io1 and Io2 shown in FIG. 6 represent the rated currents of the light emitting points 111 and 112, respectively, and the light intensities Po1 and Po2 represent the rated light intensities of the light emitting points 111 and 112, respectively.

前述したように、前記管理範囲に含まれる光強度のレーザ光を、レーザ光源110で全部点灯によって生成すると、発光点111、112の少なくとも一方が前記不安定領域で動作する懸念がある。そこで、レーザ光源110で生成するレーザ光の目標強度が前記管理範囲に含まれる場合、発光点111、112の一方のみに駆動電流を供給(一部点灯とも言う)する。また、発光点111、112の当該一方の単独で前記目標強度のレーザ光が得られる量の駆動電流を供給する。   As described above, there is a concern that at least one of the light emitting points 111 and 112 may operate in the unstable region when the laser light source 110 generates all the laser light having the light intensity included in the management range by lighting. Therefore, when the target intensity of the laser light generated by the laser light source 110 is included in the management range, a drive current is supplied to only one of the light emitting points 111 and 112 (also referred to as partial lighting). In addition, the drive current is supplied in such an amount that the laser beam having the target intensity can be obtained by one of the light emitting points 111 and 112 alone.

図7は、前記管理範囲に含まれる強度のレーザ光を一部点灯で生成するための駆動電流の量を説明するための図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining the amount of drive current for generating a part of the laser beam having an intensity included in the management range by lighting.

図7の(a)、(b)のグラフは、図6の(a)、(b)のグラフと同一である。図7の(c)の例では、前記管理範囲内の強度のレーザ光を得るために、発光点112のみを発光(一部点灯)させている。   The graphs of FIGS. 7A and 7B are the same as the graphs of FIGS. 6A and 6B. In the example of FIG. 7C, only the light emitting point 112 emits light (partially lights up) in order to obtain laser light having an intensity within the management range.

図7の(b)から、発光点112単独で前記管理範囲の下限Pb及び上限Paの光強度を得るための駆動電流は、それぞれIb、Iaである。そこで、図7の(c)の一部点灯では、IbからIaまでの範囲の駆動電流を、発光点112のみに供給することによって、前記管理範囲に含まれる目標強度のレーザ光を生成している。   From FIG. 7B, the drive currents for obtaining the light intensity of the lower limit Pb and the upper limit Pa of the management range with the light emitting point 112 alone are Ib and Ia, respectively. Therefore, in the partial lighting of FIG. 7C, by supplying a drive current in the range from Ib to Ia only to the light emitting point 112, laser light having a target intensity included in the management range is generated. Yes.

このような不安定領域、管理範囲、駆動電流の電流量及び供給先は、上記の考え方に基づいて特定される限り、例えば、実測により特定されてもよく、また、シミュレーション、論理計算、カタログスペックの参照など、周知のどのような方法で特定されてもよい。   As long as the unstable region, the management range, the amount of drive current, and the supply destination are specified based on the above-mentioned concept, for example, they may be specified by actual measurement, and simulation, logical calculation, catalog specifications It may be specified by any well-known method such as reference.

このようにして特定された管理範囲と、駆動電流の量及び供給先とが、図5の対応情報として保持される。   The management range identified in this way, the amount of drive current, and the supply destination are held as correspondence information in FIG.

コントローラ190は、例えば、図5に示される対応情報を、レーザ光源110、120、130のそれぞれについてあらかじめ保持していてもよい。コントローラ190は、保持している対応情報によって、ピクセルごとの光強度に対応付けられる駆動電流の電流量及び供給先を示すデータ信号DATA及び選択信号SELを生成して、レーザドライバ170に供給してもよい。   For example, the controller 190 may hold the correspondence information shown in FIG. 5 in advance for each of the laser light sources 110, 120, and 130. The controller 190 generates a data signal DATA and a selection signal SEL indicating a current amount and a supply destination of the drive current associated with the light intensity for each pixel based on the correspondence information held, and supplies the data signal DATA and the selection signal SEL to the laser driver 170. Also good.

これにより、不安定領域での動作が回避され、その結果、前記管理範囲内の強度のレーザ光が安定的に得られる。   Thereby, the operation in the unstable region is avoided, and as a result, the laser beam having the intensity within the management range can be stably obtained.

なお、上記では、例えば図7の(c)に示されるように、一部点灯において、発光点112のみに駆動電流を供給している。このように、一部点灯において、しきい値がより小さい発光点を点灯することで、前記管理範囲内の光強度のレーザ光をより小さい駆動電流で生成できる可能性が高まるので、画像投影装置100の省電力性の点で有利である。   In the above description, for example, as shown in FIG. 7C, the drive current is supplied only to the light emitting point 112 in partial lighting. In this way, in partial lighting, by turning on a light emitting point having a smaller threshold value, the possibility that laser light having a light intensity within the management range can be generated with a smaller driving current is increased. This is advantageous in terms of power saving performance of 100.

また、上記では、レーザ光源110、120、130の各々に、発光点を2つずつ設けたが、1つのレーザ光源に設けられる発光点の個数は限定されない。発光点の数は、3つ以上でもよく、レーザ光源ごとに異なってもよい。1つのレーザ光源に設けられる発光点の個数は、例えば、必要とされるレーザ光の最大強度に応じて定められてもよい。   In the above description, two light emitting points are provided in each of the laser light sources 110, 120, and 130, but the number of light emitting points provided in one laser light source is not limited. The number of light emitting points may be three or more, and may be different for each laser light source. The number of light emitting points provided in one laser light source may be determined, for example, according to the required maximum intensity of laser light.

また、全部点灯では全ての発光点を点灯させ、一部点灯では、1つ以上でかつ全てではない発光点を点灯させてもよい。1つのレーザ光源に設けられる発光点の個数、及び一部点灯で点灯させる発光点の個数は、例えば、一部点灯によって得られる光強度が管理範囲の光強度と一致するように、個々の発光点の発光特性を勘案して定められてもよい。   Further, all the light emitting points may be turned on in the all lighting, and one or more but not all the light emitting points may be turned on in the partial lighting. The number of light emission points provided in one laser light source and the number of light emission points to be turned on by partial lighting are, for example, individual light emission so that the light intensity obtained by partial lighting matches the light intensity in the management range. It may be determined in consideration of the light emission characteristics of points.

(実施の形態2)
実施の形態2に係る画像投影装置は、実施の形態1に係る画像投影装置と比べて、レーザ光源の構成が異なる。
(Embodiment 2)
The image projection apparatus according to the second embodiment is different in the configuration of the laser light source from the image projection apparatus according to the first embodiment.

図8は、実施の形態2に係るレーザ光源の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図8に示されるレーザ光源140は、実施の形態1に係る画像投影装置100のレーザ光源110、120、130と置き換えられる。   FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the laser light source according to the second embodiment. The laser light source 140 shown in FIG. 8 is replaced with the laser light sources 110, 120, and 130 of the image projection apparatus 100 according to the first embodiment.

レーザ光源140は、発光点141、142が形成された半導体チップ145と、コリメートレンズ114と、回折格子板143とを有する。   The laser light source 140 includes a semiconductor chip 145 on which light emitting points 141 and 142 are formed, a collimating lens 114, and a diffraction grating plate 143.

発光点141、142の各々は、レーザ光源140に対応する色に属する波長の第1レーザ光L1を出射する。発光点141、142は、例えば、単一のパッケージに封入されたディスクリート部品としてのマルチビーム出力型のレーザダイオードで構成されてもよい。   Each of the light emitting points 141 and 142 emits a first laser beam L1 having a wavelength belonging to a color corresponding to the laser light source 140. The light emitting points 141 and 142 may be constituted by, for example, a multi-beam output type laser diode as a discrete component enclosed in a single package.

コリメートレンズ114は、前記複数の第1レーザ光L1の各々を略平行光に変換する光学素子である。   The collimating lens 114 is an optical element that converts each of the plurality of first laser beams L1 into substantially parallel light.

回折格子板143は、略平行光に変換後の複数の第1レーザ光L1を各異なる領域で受けて略同一の進行方向に回折させる光学素子である。   The diffraction grating plate 143 is an optical element that receives a plurality of first laser beams L1 converted into substantially parallel light in different regions and diffracts them in substantially the same traveling direction.

レーザ光源140は、回折格子板143によって進行方向が揃った複数の第1レーザ光L1を、第2レーザ光L2として出射する。   The laser light source 140 emits a plurality of first laser beams L1 whose traveling directions are aligned by the diffraction grating plate 143 as the second laser beams L2.

図9は、回折格子板143の詳細な構成の一例を示す概念図である。   FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating an example of a detailed configuration of the diffraction grating plate 143.

図9に示されるように、回折格子板143は、領域1431で発光点142からの第1レーザ光L1を受け、領域1432で発光点141からの第1レーザ光L1を受ける。   As shown in FIG. 9, the diffraction grating plate 143 receives the first laser light L <b> 1 from the light emitting point 142 in the region 1431 and receives the first laser light L <b> 1 from the light emitting point 141 in the region 1432.

領域1431には、発光点142から入射した第1レーザ光L1の−1次光を強く出射する回折格子が設けられ、領域1432には、発光点141から入射した第1レーザ光L1の+1次光を強く出射する回折格子が設けられている。前記−1次光と前記+1次光の進行方向とは略同一方向である。回折格子は、例えば、溝の断面形状が鋸歯状である面(ブレーズド化された面)によって構成されてもよい。   The region 1431 is provided with a diffraction grating that strongly emits the −1st order light of the first laser light L1 incident from the light emitting point 142, and the region 1432 is the + 1st order of the first laser light L1 incident from the light emitting point 141. A diffraction grating that emits light strongly is provided. The traveling directions of the −1st order light and the + 1st order light are substantially the same. The diffraction grating may be constituted by, for example, a surface (blazed surface) whose groove has a sawtooth cross-sectional shape.

実施の形態2に係る画像投影装置では、このように構成されたレーザ光源140を、実施の形態1に係る画像投影装置100のレーザ光源110、120、130の代わりに用いることで、実施の形態1の画像投影装置100で説明した効果と同等の効果を得ることができる。   In the image projection apparatus according to the second embodiment, the laser light source 140 configured as described above is used in place of the laser light sources 110, 120, and 130 of the image projection apparatus 100 according to the first embodiment. It is possible to obtain the same effect as that described in the first image projection apparatus 100.

(実施の形態3)
実施の形態2では、レーザ光の進行方向に、発光点141、142、コリメートレンズ114、回折格子板143がこの順に配置されたレーザ光源140の例について説明したが、レーザ光源の構成要素の配置はこの例には限らない。実施の形態3では、構成要素の配置が異なるレーザ光源の例について説明する。
(Embodiment 3)
In the second embodiment, the example of the laser light source 140 in which the light emitting points 141 and 142, the collimating lens 114, and the diffraction grating plate 143 are arranged in this order in the traveling direction of the laser light has been described. However, the arrangement of the components of the laser light source is described. Is not limited to this example. In the third embodiment, an example of a laser light source having a different arrangement of components will be described.

図10は、実施の形態3に係るレーザ光源の構成の一例を示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration of a laser light source according to the third embodiment.

図10に示されるように、レーザ光源150は、図8に示すレーザ光源140と比べて、コリメートレンズ114と回折格子板143との並び順が逆になっている点が異なる。すなわち、レーザ光源150において、レーザ光の進行方向に、発光点141、142、回折格子板143、コリメートレンズ114がこの順に配置される。   As shown in FIG. 10, the laser light source 150 is different from the laser light source 140 shown in FIG. 8 in that the arrangement order of the collimating lens 114 and the diffraction grating plate 143 is reversed. That is, in the laser light source 150, the light emitting points 141 and 142, the diffraction grating plate 143, and the collimating lens 114 are arranged in this order in the traveling direction of the laser light.

図11は、回折格子板143の詳細な構成の一例を示す概念図である。   FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of a detailed configuration of the diffraction grating plate 143.

図11に示されるように、レーザ光源150における回折格子板143は、発光点141、142から出射された第1レーザ光L1を各異なる領域で受けて、コリメートレンズ114の光軸上の1点から出射されたとみなせる向きに回折させる。これにより、発光点141、142それぞれの虚像を一致させることができる。   As shown in FIG. 11, the diffraction grating plate 143 in the laser light source 150 receives the first laser light L1 emitted from the light emitting points 141 and 142 in different areas, and receives one point on the optical axis of the collimating lens 114. Diffracted in a direction that can be regarded as being emitted from. Thereby, the virtual images of the light emitting points 141 and 142 can be matched.

実施の形態3に係る画像投影装置では、このように構成されたレーザ光源150を、実施の形態1に係る画像投影装置100のレーザ光源110、120、130の代わりに用いることで、実施の形態1の画像投影装置100で説明した効果と同等の効果を得ることができる。   In the image projection apparatus according to the third embodiment, the laser light source 150 configured as described above is used in place of the laser light sources 110, 120, and 130 of the image projection apparatus 100 according to the first embodiment. It is possible to obtain the same effect as that described in the first image projection apparatus 100.

(実施の形態4)
図10は、実施の形態4に係る画像投影装置の使用例としてのHUDの一例を示す図である。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a HUD as an example of use of the image projection apparatus according to the fourth embodiment.

図10に示されるように、HUD1は、実施の形態1、2、3に係る画像投影装置100とスクリーン200とで構成される。HUD1は、例えば、自動車に搭載され、カーナビゲーションシステムの表示装置として用いられる。   As shown in FIG. 10, HUD 1 includes image projection apparatus 100 and screen 200 according to Embodiments 1, 2, and 3. The HUD 1 is mounted on, for example, an automobile and used as a display device for a car navigation system.

画像投影装置100は、ナビゲーション情報を含む画像をスクリーン200に投影する。スクリーン200は、投影された画像を、フロントガラスの先(車外の風景の中)にある虚像として運転者の視野中に映し出す。なお、HUDに用いられるスクリーン200は、コンバイナとも呼ばれる。   The image projection device 100 projects an image including navigation information on the screen 200. The screen 200 projects the projected image in the driver's field of view as a virtual image at the tip of the windshield (in the scenery outside the vehicle). The screen 200 used for the HUD is also called a combiner.

前述したように、画像投影装置100は、画像を広い輝度範囲で安定的に投影するために優れているので、例えば快晴の日中から闇夜まで、外光の強度が極端に異なるどのような状況下でも、状況に応じて運転者が視認するために適した輝度の画像で、カーナビゲーション情報を運転者に提示することができる。   As described above, the image projection apparatus 100 is excellent for stably projecting an image in a wide luminance range. For example, in any situation where the intensity of outside light is extremely different from a clear day to a dark night. Even underneath, the car navigation information can be presented to the driver with an image having a luminance suitable for the driver to visually recognize the situation.

以上、本発明の実施の形態に係る画像表示装置、及びその使用例としてのHUDについて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施した形態は、本発明の範囲内に含まれ得る。   The image display apparatus according to the embodiment of the present invention and the HUD as an example of use thereof have been described above, but the present invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which gave various deformation | transformation which those skilled in the art can think to this Embodiment can be contained in the scope of the present invention.

本発明はプロジェクタ装置として、例えば、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置などに適用できる。   The present invention can be applied as a projector device to, for example, a head-up display device mounted on an automobile.

1 HUD
100 画像投影装置
110、120、130、140、150 レーザ光源
111、112、121、122、131、132、141、142 発光点
113、123、133 ビーム結合器
114、124、134 コリメートレンズ
143 回折格子板
145 半導体チップ
151、152 ビーム結合器
160 ビーム偏向器
170 レーザドライバ
171 DAC
172 ANDゲート
173 ラッチ
174〜179 スイッチ
180 偏向ドライバ
190 コントローラ
191 操作部
200 スクリーン
1 HUD
100 Image projector 110, 120, 130, 140, 150 Laser light source 111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142 Light emitting point 113, 123, 133 Beam combiner 114, 124, 134 Collimator lens 143 Diffraction grating Plate 145 Semiconductor chip 151, 152 Beam combiner 160 Beam deflector 170 Laser driver 171 DAC
172 AND gate 173 Latch 174 to 179 Switch 180 Deflection driver 190 Controller 191 Operation unit 200 Screen

Claims (8)

1つの色に属する波長の複数の第1レーザ光を出射する複数の発光点と前記複数の第1レーザ光を1つの第2レーザ光に結合するビーム整形器とを有するレーザ光源と、
前記第2レーザ光の進行方向を周期的に変更するビーム偏向器と、
可変の駆動電流を、前記複数の発光点のなかから選択される1つ以上の発光点に供給するドライバと、
前記第2レーザ光の目標強度に応じて前記ドライバを制御し、前記目標強度が、全ての前記発光点に1つの駆動電流が分配されかつ1つ以上の前記発光点がモード競合領域を含むあらかじめ定められた不安定領域で動作する場合に得られる前記第2レーザ光の強度の範囲である管理範囲に含まれるか否かに応じて、1つの駆動電流を前記複数の発光点の一部に供給するか全てに分配するかを切り替えるコントローラと、
を備える画像投影装置。
A laser light source having a plurality of light emitting points that emit a plurality of first laser beams having wavelengths belonging to one color, and a beam shaper that couples the plurality of first laser beams to one second laser beam;
A beam deflector that periodically changes the traveling direction of the second laser light;
A driver for supplying a variable drive current to one or more light emitting points selected from the plurality of light emitting points;
The driver is controlled in accordance with a target intensity of the second laser light, and the target intensity is distributed in advance so that one driving current is distributed to all the light emitting points, and one or more of the light emitting points include a mode competition region in advance. Depending on whether or not it is included in the management range that is the range of the intensity of the second laser beam obtained when operating in a defined unstable region, one drive current is made a part of the plurality of light emitting points. A controller that switches between supplying or distributing to all,
An image projection apparatus comprising:
前記コントローラは、
前記第2レーザ光の複数の強度と駆動電流の量及び供給先との対応を示す対応情報を保持し、
前記対応情報は、前記管理範囲に含まれる複数の強度の各々について、駆動電流の量として前記複数の発光点の前記一部に供給することによって当該強度の前記第2レーザ光が得られる電流量を示し、駆動電流の供給先として前記複数の発光点の前記一部を示し、前記管理範囲に含まれない複数の強度の各々について、駆動電流の量として前記複数の発光点の全てに分配することによって当該強度の前記第2レーザ光が得られる電流量を示し、駆動電流の供給先として前記複数の発光点の全てを示し、
前記コントローラは、
前記対応情報に従って前記ドライバを制御することにより、前記目標強度に対応する量の駆動電流を、前記目標強度に対応する供給先に供給する、
請求項1に記載の画像投影装置。
The controller is
Holding correspondence information indicating the correspondence between the plurality of intensities of the second laser light, the amount of drive current, and the supply destination;
The correspondence information includes, for each of a plurality of intensities included in the management range, an amount of current by which the second laser beam having the intensity can be obtained by supplying the part of the plurality of light emission points as a drive current amount. The part of the plurality of light emission points is shown as a drive current supply destination, and the amount of drive current is distributed to all of the plurality of light emission points for each of a plurality of intensities not included in the management range. Showing the amount of current from which the second laser beam of the intensity can be obtained, showing all of the plurality of light emitting points as a drive current supply destination,
The controller is
By controlling the driver according to the correspondence information, an amount of drive current corresponding to the target strength is supplied to a supply destination corresponding to the target strength.
The image projection apparatus according to claim 1.
前記複数の発光点の各々には、レーザ発振を開始するために必要な動作電流の最小値である個別のしきい値があり、
前記複数の発光点の各々の前記不安定領域は、当該発光点の前記しきい値の周りにあらかじめ定められる電流範囲によって規定される、
請求項1又は2に記載の画像投影装置。
Each of the plurality of light emitting points has an individual threshold value that is a minimum value of an operating current necessary for starting laser oscillation,
The unstable region of each of the plurality of light emitting points is defined by a current range that is predetermined around the threshold value of the light emitting points.
The image projection device according to claim 1.
前記コントローラは、前記目標強度が前記管理範囲に含まれる場合、前記ドライバを制御することにより、前記駆動電流を前記複数の発光点のうち前記しきい値が最も小さい1つの発光点に供給する、
請求項3に記載の画像投影装置。
When the target intensity is included in the management range, the controller supplies the driving current to one light emitting point having the smallest threshold value among the plurality of light emitting points by controlling the driver.
The image projection apparatus according to claim 3.
前記複数の発光点はそれぞれ異なるレーザ発光素子に設けられ、
前記ビーム整形器は、前記複数の第1レーザ光を前記第2レーザ光に結合するビーム結合器と、前記第2レーザ光を略平行光に変換するコリメートレンズと、で構成される、
請求項1〜4の何れか1項に記載の画像投影装置。
The plurality of light emitting points are provided in different laser light emitting elements,
The beam shaper includes a beam combiner that combines the plurality of first laser lights with the second laser light, and a collimator lens that converts the second laser light into substantially parallel light.
The image projection apparatus of any one of Claims 1-4.
前記複数の発光点の各々は単一のレーザ発光素子に設けられ、
前記ビーム整形器は、前記複数の第1レーザ光の各々を略平行光に変換するコリメートレンズと、略平行光に変換後の前記複数の第1レーザ光を各異なる領域で受けて略同一の進行方向に回折させる回折格子板と、で構成される、
請求項1〜4の何れか1項に記載の画像投影装置。
Each of the plurality of light emitting points is provided in a single laser light emitting element,
The beam shaper receives substantially the same collimating lens that converts each of the plurality of first laser beams into substantially parallel light, and the plurality of first laser beams that have been converted into substantially parallel light in different regions. A diffraction grating plate that diffracts in the traveling direction,
The image projection apparatus of any one of Claims 1-4.
前記複数の発光点の各々は単一のレーザ発光素子に設けられ、
前記ビーム整形器は、前記複数の第1レーザ光を各異なる領域で受けて各異なる進行方向に回折させる回折格子板と、前記回折後の前記複数の第1レーザ光の各々を略平行光に変換するコリメートレンズと、で構成され、前記回折格子板は、前記複数の第1レーザ光を、前記コリメートレンズの光軸上の1点から出射されたとみなせる向きに回折させる、
請求項1〜4の何れか1項に記載の画像投影装置。
Each of the plurality of light emitting points is provided in a single laser light emitting element,
The beam shaper includes a diffraction grating plate that receives the plurality of first laser beams in different regions and diffracts them in different traveling directions, and makes each of the plurality of first laser beams after diffraction be substantially parallel beams. A collimating lens for conversion, and the diffraction grating plate diffracts the plurality of first laser lights in a direction that can be regarded as emitted from one point on the optical axis of the collimating lens.
The image projection apparatus of any one of Claims 1-4.
複数の色の各々に対応して前記レーザ光源が設けられ、
前記画像投影装置は、色ごとの前記第2レーザ光を1つの第3レーザ光に結合するビーム結合器をさらに備え、
前記ビーム偏向器は、前記第3レーザ光の進行方向を周期的に変更し、
前記ドライバは、色ごとに可変の駆動電流を、当該色に対応する前記レーザ光源に含まれる前記複数の発光点のなかから選択される1つ以上の発光点に供給し、
前記コントローラは、色ごとに、当該色の前記第2レーザ光の目標強度に対応する量の駆動電流を、当該色に対応する前記複数の発光点の一部に供給するか全てに分配するかを切り替える、
請求項1〜7の何れか1項に記載の画像投影装置。
The laser light source is provided corresponding to each of a plurality of colors,
The image projection apparatus further includes a beam combiner that combines the second laser light for each color into one third laser light,
The beam deflector periodically changes the traveling direction of the third laser light,
The driver supplies a variable drive current for each color to one or more light emitting points selected from the plurality of light emitting points included in the laser light source corresponding to the color,
Whether the controller supplies, for each color, a drive current of an amount corresponding to the target intensity of the second laser light of the color to some or all of the plurality of light emitting points corresponding to the color Switch
The image projection apparatus of any one of Claims 1-7.
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