JP2018010100A - レーザ投射表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ投射表示装置において表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけ遮光物による強度検出用発光の遮光を容易に実現する。
【解決手段】画像信号に応じた複数の色のレーザ光を走査ミラーの揺動により走査して前記画像信号に応じた画像を表示するレーザ投射表示装置において、走査ミラーをレーザ光源が発生したレーザ光を画像信号に係る同期信号に応じて第一方向における走査を行う第一走査手段と、第一走査手段よりも低速で前記第一方向に略直交する第二方向における走査を行う第二走査手段を有する走査ミラー駆動部とを有し、走査ミラー駆動部は強度検出用発光期間の前記第一走査手段により走査する振れ角の角度範囲を表示期間の振れ角の角度範囲よりも大きくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体レーザ等からの出射光を２次元走査ミラーで走査して画像表示を行うレーザ投射表示装置に関する。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等の２次元走査ミラーと半導体レーザ光源を用いたレーザ投射表示装置が普及している。その際、表示する映像の明るさ（輝度）を安定させるために、レーザ光強度を検出する強度検出用発光を用いてレーザ光強度をモニタし、その出力が一定になるように駆動電流を制御する技術が提案されている。

例えば特許文献１の要約には、「所定面上に良好なる画質のカラー画像を表示することができる画像表示装置が得ること。 」を課題とし、その解決手段として、「画像情報に基づいて光変調され、互いに異なる波長帯域の光束を発光する複数の光源手段と、該複数の光源手段からの光束を１つの光束に合成する光合成手段と、該光合成手段からの光束を走査し被走査面上に画像情報を形成する走査手段と、該走査手段と該複数の光源手段を同期制御する制御手段とを有する画像表示装置において、該走査手段の光入射側の任意の光路中に、光束を複数に分割するための光束分割手段と、該光束分割手段で分割された一方の光束中に受光手段と、該受光手段で受光される光量に基づいて、該複数の光源手段のうちの１以上の光源手段の発光量を調整する調整手段と、を有していること。 」が記載されている。

特開２００６−３１７６８１号公報

特許文献１では、図９に示すように、スクリーン９０に画像９１を表示する期間以外の非画像表示期間に強度検出用発光を行い、レーザ光強度の調整を行う。この図９において、実線９２は画像を表示する領域を走査する走査線であり、破線９３は非画像表示領域を走査する走査線である。 この非画像表示領域を走査する走査線の部分で、赤、緑、青の半導体レーザを発光させ（各９４，９５，９６）、レーザ光強度の調整を行う。尚、実線９７は走査線の帰線を示している。このように、特許文献１に記載の技術は、非画像表示領域に強度検出用発光を行うことでレーザ光強度の調整を行っている。しかしながら、表示画像９１と強度検出用発光９４〜９６の位置が近いため、スクリーン９０内に強度検出用発光が投射されないようにするには、遮蔽物を高精度に組み付ける必要がある。これには、精度が要求される新たな部材が必要となり、コストアップの要因となる。特許文献１では、上記表示画像９１と強度検出用発光９４〜９６の位置関係を遠ざける方法に関して考慮されていない。また、走査する角度を大きくし非画像表示領域を走査する走査線を増やすことで表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけることも可能であるが、画像１フレームにおける画像を表示する部分の割合が小さくなるため、表示画面の輝度が低くなるという課題がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、レーザ投射表示装置において、表示画像の明るさを下げることなく、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけ、遮光物による強度検出用発光の遮光を、容易に実現することを目的とする。

上記目的は、例えば、特許請求の範囲に記載の発明により達成することができる。
より具体的な例を挙げれば、本発明のレーザ投射表示装置は、複数の色のレーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光源が発生したレーザ光を画像信号の同期信号に従って走査して画像を投射する走査部と、前記画像信号を表示する表示期間と、前記レーザ光の強度を検出する強度検出用発光期間とを時間的に分割するタイミング調整部と、前記複数の色のレーザ光を発生するレーザ光源と、前記タイミング調整部からの信号に同期して前記レーザ光源を駆動するレーザ光源駆動部と、前記走査ミラーを、前記レーザ光源が発生したレーザ光を前記画像信号に係る同期信号に応じて第一方向における走査を行う第一走査手段と、該第一走査手段よりも低速で前記第一方向に略直交する第二方向における走査を行う第二走査手段を有する走査ミラー駆動部と、を備える。走査ミラー駆動部は、前記強度検出用発光期間の前記第一走査手段により走査する振れ角の角度範囲を、前記表示期間の振れ角の角度範囲よりも大きくする。

本発明によれば、表示画像の明るさを下げることなく、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけ、遮光物による強度検出用発光の遮光を容易に実現できるレーザ投射表示装置を提供できる。

レーザ投射表示装置の全体構成を示すブロック図。 実施例１に係る第一および第二振れ角を説明する図。 実施例１に係る走査ミラーの動作と表示画像および強度検出用発光位置の一例を示す図。 実施例１に係る強度検出用発光処理のフローチャートを示す図。 実施例２に係るレーザ投射表示装置およびその周辺システムの斜視図。 実施例２に係る強度検出用発光処理のフローチャートを示す図。 実施例３に係る第一および第二振れ角を説明する図。 実施例３に係る走査ミラーの動作と強度検出用発光位置の一例を示す図。 従来例を説明する図。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。以下の説明は、本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素若しくは全要素をこれと同等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。尚、実施例中のレーザ投射表示装置は、走査ミラーとしてＭＥＭＳ走査ミラーを、走査ミラー駆動部としてＭＥＭＳドライバを使用する例を挙げて説明する。

図１は、実施例１に係るレーザ投射表示装置の全体構成を示すブロック図である。レーザ投射表示装置１は、画像処理部２、フレームメモリ３、レーザドライバ（レーザ光源駆動部）４、レーザ光源５、反射ミラー６、ＭＥＭＳ走査ミラー７、ＭＥＭＳドライバ８、増幅器９、光センサ１０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１を有し、投射面に表示画像１２を表示する。各部の構成と動作を説明する。

画像処理部２は、外部から入力される画像信号に各種補正を加えた画像信号を生成し、且つそれに同期した水平同期信号（Ｈ同期信号）及び垂直同期信号（Ｖ同期信号）を生成し、ＭＥＭＳドライバ８へ供給する。加えて画像処理部２は、走査ミラー７の振れ角を制御する振幅制御信号をＭＥＭＳドライバ８へ供給する。また、画像処理部２は、走査ミラー７の駆動状態、例えば走査ミラーの振れ角情報を示す走査ミラーセンサ信号を受信する。ここで水平同期信号及び垂直同期信号は、画像信号を投射する表示期間と画像信号を投射しない帰線期間からなり、それぞれ水平表示期間、水平帰線期間、垂直表示期間、垂直帰線期間を有する。以降、水平表示期間と垂直表示期間をまとめて表示期間、水平帰線期間と垂直帰線期間をまとめて帰線期間と呼ぶ。ここで、垂直表示期間と垂直帰線期間からなる１枚の画像に対応する期間を１フレームとする。また、画像処理部２はＣＰＵ１１より取得した情報もしくは増幅器９により増幅された光センサ１０の出力に応じてレーザドライバ４に対し電流設定信号を送出するとともに、各種補正を加えた画像信号をレーザドライバ４へ送出する。ここで、電流設定信号とは、レーザドライバ４が、画像信号を半導体レーザ５に供給する電流値に変換するのに用いる変換係数のことである。

また、画像処理部２は、帰線期間の一部期間を強度検出用発光期間とし、レーザ光源の光強度を検出するための強度検出用発光処理を実施する。この強度検出用発光処理については後述する。

ここで、画像処理部２で行う各種補正とは、ＭＥＭＳ走査ミラー７の走査に起因する画像歪み補正、ＬＯＯＫ ＵＰ ＴＡＢＬＥ（以下、ＬＵＴと記載）による画像の明るさの変更や階調調整などを含む。なお、画像歪みは、レーザ投射表示装置１と投射面との相対角が異なること、レーザ光源５とＭＥＭＳ走査ミラー７の光軸ずれなどのために発生する。

レーザドライバ４は、画像処理部２から出力される各種補正を加えた画像信号および電流設定信号を受け、それに応じてレーザ光源５の駆動電流を変調する。レーザ光源５は、例えばＲＧＢ用に３個の半導体レーザ（５ａ，５ｂ，５ｃ）を有し、画像信号のＲＧＢ毎に画像信号に対応したＲＧＢのレーザ光を出射する。

ＲＧＢの３つのレーザ光は、３つのミラーを有する反射ミラー６により合成され、ＭＥＭＳ走査ミラー７に照射される。反射ミラー６は特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する特殊な光学素子（ダイクロイックミラー）で構成される。詳しくは、半導体レーザ５ａから出射されたレーザ光（例えばＲ光）を反射し他の色のレーザ光を透過するダイクロイックミラー６ａと、半導体レーザ５ｂから出射されたレーザ光（例えばＧ光）を反射し他の色のレーザ光を透過するダイクロイックミラー６ｂと、半導体レーザ５ｃから出射されたレーザ光（例えばＢ光）を反射し他の色のレーザ光を透過するダイクロイックミラー６ｃとを有する。これにより、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のレーザ光を１つのレーザ光に合成して、ＭＥＭＳ走査ミラー７に供給する。

ＭＥＭＳ走査ミラー７は２軸の回転機構を有する走査部であって、中央のミラー部を第一方向および第一方向に略直行する第二方向の２つの方向に振動させることができる。ＭＥＭＳ走査ミラー７の振動制御はＭＥＭＳドライバ８により行われる。ＭＥＭＳドライバ８は、第一方向における走査を行う第一走査手段と第一走査手段よりも低速で第一方向と略垂直な方向である第二方向における走査を行う第二走査手段を有し、画像処理部２から送出される水平および垂直同期信号ならびに振幅制御信号に基づいた駆動信号を生成することで、ＭＥＭＳ走査ミラー７を駆動する。

図１の例では、第一方向は画像の水平方向、第二方向は画像の垂直方向とし、ＭＥＭＳ走査ミラー７は、ＭＥＭＳドライバ８からの正弦波駆動信号を受けて水平方向に正弦波共振運動を行う。これと同時に、ＭＥＭＳドライバ８からのノコギリ波駆動信号を受けて垂直方向に一方向の等速運動を行う。これにより、図１の表示画像１２に示すような軌跡でレーザ光は走査され、その走査動作がレーザドライバ４によるレーザ光の変調動作と同期することで、入力画像が光学的に投射されることになる。

光センサ１０は、投射されるレーザ光の光量を測定し、増幅器９に出力する。増幅器９は、光センサ１０の出力を、画像処理部２により設定された増幅率に従い増幅した後、画像処理部２へ出力する。図１では、光センサ１０は反射ミラー６により合成されたＲＧＢのレーザ光の漏れ光を検出する。即ち、光センサ１０を半導体レーザ５ｃに対しダイクロイックミラー６ｃを挟んで対向側に配置する。ダイクロイックミラー６ｃは半導体レーザ５ａ及び５ｂからのレーザ光を透過し、半導体レーザ５ｃからのレーザ光を反射する特性を持つが、その透過率もしくは反射率は１００％ではなく、各半導体レーザからのレーザ光の数％が光センサ１０に入射されることになる。

ＣＰＵ１１は、レーザ投射表示装置１全体の制御を行うとともに、外部からの制御信号、例えば、ＭＥＭＳ走査ミラーの所望の第一走査手段により走査する走査ミラーの振れ角（以降、第一振れ角）の値を受ける、設定入力部としての役割を有する。ＣＰＵ１１を介してＭＥＭＳ走査ミラー７の所望の第一振れ角の値は画像処理部２に送出され、画像処理部２にて強度検出用発光処理におけるＭＥＭＳ走査ミラー７の制御に用いられる。その詳細は後述する。

次に、表示画像の明るさを下げることなく、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけ、遮光物による強度検出用発光の遮光を、容易に実現する方法について詳細に説明する。具体的には、画像処理部２により、表示期間中の第一振れ角の角度範囲（以降、第一振幅）と、強度検出用発光を実行する強度検出用発光期間中の第一振幅を変化させることで、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざける。以下、図２および図３を用いて走査ミラーの軌跡および表示画像と強度検出用発光の位置関係を説明する。図２（ａ）は、第一振れ角を、図２（ｂ）は、第二走査手段により走査する振れ角（以降、第二振れ角）を示す。また、図３は（ａ）垂直表示期間２３および（ｂ）垂直帰線期間２４の走査ミラーの軌跡３０と表示画像１２および強度検出用発光位置（３１，３２，３３）の一例を示す図である。

図２（ｂ）における、第二振れ角が＋θ３から−θ３まで変化する期間が垂直表示期間２３であり、−θ３から＋θ３まで変化する期間が垂直帰線期間２４である。つまり、これらの合計が１フレーム２５となる。また、第二振れ角が＋θ３の時が図３（ａ）における表示画面１２の上端を、第二振れ角が−θ３の時が図３（ａ）における表示画面１２の下端を走査するタイミングである。つまり、第二走査手段により走査ミラーは、垂直表示期間２３中（図３（ａ））は表示画像の上端から下端に向かって走査され、垂直帰線期間２４中（図３（ｂ））は表示画像の下端から上端に向かって走査される。また、画像処理部２は、垂直表示期間２３中の水平表示期間に、走査ミラーの軌跡に合わせてレーザを駆動することで、表示画像１２を投射する。ここで、帰線期間２４中の単位時間当たりの第二振れ角の変化量を大きくすることで、１フレームあたりの垂直表示期間２３の割合を高くしている。このため、図３（ｂ）における走査線の軌跡は、図３（ａ）の走査線の軌跡に比べ疎になっている。

次に、図２（ａ）を用いて第一振れ角の動作について説明する。図２（ａ）に示すように、第一振れ角の動作は垂直表示期間２３中と垂直帰線期間２４中で異なる。画像処理部２は、垂直表示期間２３中は第一振れ角を−θ１から＋θ１まで変化させる。本実施例における走査ミラーは第一方向に正弦波共振運動を行うため、表示画像１２の左端および右端を越えた位置まで走査される（図３（ａ））。これは、走査ミラーが第一方向において折り返すときに走査速度が遅くなるため、この折り返し部分を表示画像に用いない為である。つまり、表示画像１２に用いる第一振れ角の角度範囲２１Ａから求まる表示画像１２の左端から右端までの水平投射範囲２１Ｂは、垂直表示期間２３中の第一振幅２０Ａから求まる水平走査範囲２０Ｂよりも小さくなる。

次に、垂直帰線期間２４中の第一振れ角と強度検出用発光について説明する。画像処理部２は、垂直帰線期間２４に突入直後から第一振幅を徐々に大きくし、最終的に第一振れ角を−θ２から＋θ２まで変化させる（２２Ａ）。その後、図３（ｂ）に示すように、垂直表示期間２３中の水平走査範囲２０Ｂの端よりも、表示画像１２から離れた位置で強度検出用発光を実施することで、強度検出用発光位置（３１，３２，３３）を表示画像端から離すことが可能となる。ここで、強度検出用発光は、垂直帰線期間２４中の第一振幅２２Ａから求まる水平走査範囲２２Ｂの端部で行うことが好ましい。また、表示画像１２と強度検出用発光の位置を遠ざけるため、垂直帰線期間２４中の第一振幅２２Ａを垂直表示期間２３中の第一振幅２０Ａよりも２°以上大きくすることが望ましい。

次に画像処理部２は、所定の期間第一振幅を維持した後、次フレームの垂直表示期間に入るまでに第一振幅を徐々に小さくするよう変化させる。そして、次フレームの垂直表示期間開始時には、第一振れ角を−θ１から＋θ１になるように変化させる。

ここで、上記と同じ距離だけ、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざける別の方法としては、常時第一振れ角を−θ２から＋θ２まで変化させる場合、つまり水平走査範囲２２Ｂで表示画像１２を投射することが挙げられる。しかしながら、第一方向には所定の共振周波数で走査されているため、水平走査範囲２２Ｂに占める水平投射範囲２１Ｂの割合が小さくなり、表示画像１２が相対的に暗くなってしまう。これに対し、本実施例によれば、垂直表示期間２３中は水平走査範囲２０Ｂで走査するため、水平走査範囲２２Ｂで走査する場合に比べ、水平投射範囲２１Ｂの割合を大きくすることが可能となる。その結果、表示画像１２を相対的に明るくすることが可能となる。

このように、本実施例によれば、表示画像の明るさを下げることなく、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけることが可能となる。

次に、図４のフローチャートを用いて動作の詳細を説明する。図４は、強度検出用発光処理のフローチャートを示す図であり、レーザ投射表示装置１の電源投入直後にスタートし、動作は画像処理部２が制御する。

Ｓ４０では、画像処理部２は帰線期間中かを判断する。帰線期間でない場合は帰線期間に入るまで待機し、帰線期間中と判断した場合にＳ４１に移行する。Ｓ４１ではＭＥＭＳドライバ８へ第一振幅が大きくなるよう振幅制御信号を送出する。Ｓ４２では走査ミラー７からの走査ミラーセンサ信号を受信することで第一振れ角を検出する。Ｓ４３では、ＣＰＵ１１から受信した、ＭＥＭＳ走査ミラー７の所望の第一振れ角±θ２の値と、Ｓ４２で取得した第一振れ角の値を比較し、現在の振幅が所望の第一振幅２２Ａに満たない場合はＳ４１に戻り、Ｓ４１〜Ｓ４３を繰り返す。Ｓ４３で、現在の振幅が所望の第一振幅２２Ａを満たす時、Ｓ４４に移行し、強度検出用発光を１回もしくは複数回実施する。ここで、強度検出用発光は、図３（ｂ）で示すように、水平走査範囲２２Ｂの端部で行う。Ｓ４５では、Ｓ４４で実施した各強度検出用発光の強度値を光センサ１０および増幅器９を介して取得し、Ｓ４６では、Ｓ４５で取得した強度値に応じてレーザドライバ４に対して設定する電流設定信号を決定する。

Ｓ４７ではＭＥＭＳドライバ８へ第一振幅が小さくなるよう振幅制御信号を送出する。Ｓ４８では走査ミラー７からの走査ミラーセンサ信号を受信することで第一振れ角を検出する。Ｓ４９では、ＣＰＵ１１から受信した、ＭＥＭＳ走査ミラー７の所望の第一第一振れ角±θ１の値とＳ４８で取得した第一振れ角の値を比較し、現在の振幅が所望の第一振幅２０Ａより大きい場合はＳ４７に戻り、Ｓ４７〜Ｓ４９を繰り返す。Ｓ４９で現在の振幅が所望の第一振幅２０Ａを満たす時、Ｓ４０に戻り、次フレームの帰線期間まで待機する。

上記実施例１によれば、画像処理部２により表示期間中の第一振幅と、強度検出用発光期間中の第一振幅を変化させることで、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけることが可能になる。これにより、表示画像の明るさを下げることなく、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけ、遮光物による強度検出用発光の遮光を容易に実現できるレーザ投射表示装置を提供できる。

尚、上記の説明ではレーザ投射表示装置として画像を表示する投射型プロジェクタを例にして記載したがこの限りでなく、レーザ光源を使用した車載ヘッドライト等にも応用が可能である。ヘッドライトにおいてもレーザ投射範囲と強度検出用発光の位置を遠ざけることで、遮光物による強度検出用発光の遮光を容易に実現できる。

実施例１では、強度検出用発光処理において、走査ミラーセンサ信号を受信することで第一振れ角を検出する例について説明した。これに対し実施例２のレーザ投射表示装置では、レーザ光が走査ミラーにて走査された後の光路上に発光位置検出用光センサを有し、この発光位置検出用光センサを用いて強度検出用発光位置を特定する。つまり、遮光する領域に発光位置検出用光センサを設けることで、確実に強度検出用発光を遮光することが可能となる。また、位置検出用発光処理を加えることで、フィードバック制御により走査ミラーセンサ信号と第一振れ角の関係を精度良く対応付けることが可能となる。

以下、実施例２の実施形態を図５および図６を用いて説明をする。以下、実施例１と同一の構成、機能を有するものには同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図５はレーザ投射表示装置５０と、スクリーン５１、表示画像１２、発光位置検出用光センサ５２を含む斜視図である。ここでレーザ投射表示装置５０は、実施例１におけるレーザ投射表示装置１に対し、発光位置検出用光センサ５２からの出力を画像処理部２が受信する、図示しない受信部を有する点が異なる。ここで、発光位置検出用光センサ５２は、図５に示すように線状に光センサを並べる、もしくはアレイ状に光センサを並べるようなものでも、いずれでもよい。また、図５では表示画像１２に対し片側のみに発光位置検出用光センサ５２を配置しているが、この限りで無く、表示画像１２に対し両側に配置してよいことは言うまでも無い。

上記発光位置検出用光センサ５２は、スクリーン５１を保持する機構部に組み込むことで、遮光する領域に発光位置検出用光センサ５２を設けることになり、確実に強度検出用発光を遮光することが可能となる。他の例としては、発光位置検出用光センサ５２をレーザ投射表示装置５０の出射窓もしくは内部に供え、強度検出用発光を遮光する構成としてもよい。つまり、レーザ光が走査ミラーにて走査された後の光路上に発光位置検出用光センサを有すればいずれの形態でもよい。

次に、図６のフローチャートを用いて、実施例２における強度検出用発光処理を説明する。図６は、図４の強度検出用発光処理のフローチャートに、発光位置検出用光センサ５２を用いた位置検出用発光処理６００の動作を加えたフローチャートの一例であり、動作は画像処理部２が制御する。

本フローチャートは、レーザ投射表示装置５０の電源投入直後にスタートする。まず、Ｓ６０にてαに初期値を代入する。ここで、αとは、後述する位置検出用発光処理６００により得られる、目標となる振れ角を補正する補正量である。また、初期値とは図示しない記憶領域に前回起動時におけるαの値を保持しておき適用する、もしくはα＝０とし、初期化を行う。

Ｓ６１では、ＣＰＵ１１から受信した、ＭＥＭＳ走査ミラー７の所望の第一振れ角±θ２とαを加算した値と、Ｓ４２で取得した第一振れ角の値を比較し、現在の振れ角が所望の第一振れ角±θ２＋αに満たない場合はＳ４１に戻り、Ｓ４１〜Ｓ６１を繰り返す。Ｓ６１で、現在の振れ角が所望の第一振れ角±θ２＋αを満たす時、位置検出用発光処理６００に移行する。Ｓ６２では、位置検出用発光が表示画像１２対して十分に低い光強度になるように、レーザドライバ４に対し電流設定信号を送出する。ここで、位置検出用発光の光強度は、表示画像１２の最大光強度の１／１００以下にすることが望ましい。これにより、垂直帰線期間２４中に実施する位置検出用発光が表示画像１２と空間的に重なってしまっても、ユーザに視認されるリスクを軽減することが可能となる。

次にＳ６３において、位置検出用発光を実施し、Ｓ６４において発光位置検出用光センサ５２の出力値を取得する。Ｓ６５にて発光位置検出用光センサ５２に光が入射したか否か、つまりＳ６４で出力値が取得出来たかを判断する。ここでＳ６３における位置検出用発光は、垂直表示期間２３中の第一振れ角±θ１から、垂直帰線期間２４中の第一振れ角±θ２＋αの間の連続した第一振れ角の中で継続して発光することが望ましい。このようにすることで、Ｓ６５にて位置検出用発光が発光位置検出用光センサ５２に光が入射しなかった場合、Ｓ６１の判断に用いた、第一振れ角±θ２＋αの値では振れ角が足りないと判断することが可能となる。この場合、Ｓ６７にてＭＥＭＳドライバ８へ第一振幅が大きくなるよう振幅制御信号を送出し、Ｓ６３に戻る。Ｓ６５にて発光位置検出用光センサ５２に光が入射した場合は、Ｓ６６に移行し、α値を保持する。ここで、αとは、目標となる振れ角を補正する補正量であるため、Ｓ６６では走査ミラーセンサ信号による第一振れ角を検出し、ＭＥＭＳ走査ミラー７の所望の第一振れ角±θ２と差分を取ることで算出する。Ｓ６８では、強度検出用発光の光強度になるように、レーザドライバ４に対し電流設定信号を送出する。

このように位置検出用発光処理６００を加えることで、位置検出用発光処理を加えることで、フィードバック制御により走査ミラーセンサ信号と第一振れ角の関係を精度良く対応付けることが可能となる。

尚、上記の例では、毎フレームの帰線期間に発位置検出用発光処理６００を実施したがこの限りでなく、数フレームに毎や、表示画像１２が明るい場合にのみ実施してもよい。その場合は、αを図示しない記憶領域に保持しておくことで、上記の例と同等のフィードバック効果が得られる。

また、上記の例では、走査ミラーセンサ信号を用いる例を説明したが、その限りでなく、走査ミラーセンサ信号を用いずに、位置検出用発光処理６００をＭＥＭＳドライバ８へ送出する振幅制御信号と直接関連付けてもよい。具体的には、位置検出用光センサ５２に光が入射する時の振幅制御信号値を保持することで、強度検出用発光位置を特定することが可能となる。

上記実施例２によれば、位置検出用光センサを用いて、画像処理部２により表示期間中の第一振幅と、強度検出用発光期間中の第一振幅を変化させることで、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけることが可能になる。これにより、表示画像の明るさを下げることなく、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけ、遮光物による強度検出用発光の遮光を容易に実現できるレーザ投射表示装置を提供できる。

実施例１では、ＭＥＭＳ走査ミラー７は、ＭＥＭＳドライバ８からの正弦波駆動信号を受けて第一方向である水平方向に正弦波共振運動を行い、ノコギリ波駆動信号を受けて第二方向である垂直方向に一方向の等速運動を行う例について説明した。これに対し実施例３のレーザ投射表示装置におけるＭＥＭＳ走査ミラーは、ＭＥＭＳドライバからの正弦波駆動信号を受けて第一方向である水平方向に正弦波共振運動を行い、ＭＥＭＳドライバから水平方向とは異なる正弦波駆動信号を受けて第二方向である垂直方向にも正弦波共振運動を行う。

つまり、詳細は後述するが、本実施例における走査ミラーは、第二方向である垂直方向においても正弦波共振運動を行うため、表示画像１２の上端および下端を越えた位置まで走査される。これは、走査ミラーが第二方向において折り返すときに走査速度が遅くなるため、この折り返し部分を表示画像に用いない為である。また、表示画像の上端および下端近傍は、画面中央部に比べ走査ミラーの走査速度が遅くなるため、レーザ光源から一定の光強度を投射した場合は画面中央部に比べ相対的に明るくなる。

そこで、本実施例では、第二走査手段により走査する振れ角に応じて、第一走査手段の１周期における画像信号を表示する表示期間の割合を変化させると共に、第一振幅を変化させる。これにより、第一走査手段の１周期における表示期間以外の期間をレーザ光の強度を検出する強度検出用発光期間とすることで、表示画像１２と強度検出用発光の位置を遠ざけることが可能となる。また、画面上端および下端近傍の輝度を、画面中央部の輝度に近づけることも可能となる。以下、実施例１と同一の構成、機能を有するものには同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図７および図８を用いて実施例３における走査ミラーの軌跡および表示画像と強度検出用発光の位置関係を説明する。図７（ａ）は、第一振れ角を、図７（ｂ）は、第二振れ角を示す。また、図８は（ａ）第一垂直表示期間７３および（ｂ）第二垂直表示期間７４の走査ミラーの軌跡８０と表示画像１２および強度検出用発光位置（８１，８２，８３）の一例を示す図である。

図７（ｂ）における、第二振れ角が＋θ３から−θ３まで変化する期間が第一垂直表示期間７３であり、−θ３から＋θ３まで変化する期間が第二垂直表示期間７４である。ここで、走査ミラーは、第二方向である垂直方向においても正弦波共振運動を行うため、表示画像１２の上端および下端を越えた位置である＋θ４および−θ４まで走査される。これは、走査ミラーが第二方向において折り返すときに走査速度が遅くなるため、この折り返し部分を表示画像に用いない為である。ここで、第二振れ角が−θ３から−θ４を介し、再び−θ３に戻るまで、もしくは＋θ３から＋θ４を介し、再び＋θ３に戻るまでの期間を垂直帰線期間７５とする。

また、第二振れ角が＋θ３の時が図８における表示画面１２の上端を、第二振れ角が−θ３の時が図８における表示画面１２の下端を走査するタイミングである。つまり、第二走査手段により走査ミラーは、第一垂直表示期間７３中（図３（ａ））は表示画像の上端から下端に向かって走査され、第二垂直表示期間７４中（図３（ｂ））は表示画像の下端から上端に向かって走査される。

次に、図７（ａ）を用いて第一振れ角の動作について説明する。図７（ａ）に示すように、第一振れ角の動作は第二振れ角に応じて変化させる。
画像処理部２は、第二振れ角が０となる近傍（垂直方向画面略中央部を走査している時）では第一振れ角を−θ１から＋θ１まで変化させる。本実施例における走査ミラーは第一方向に正弦波共振運動を行うため、表示画像１２の左端および右端を越えた位置まで走査される（図８）。これは、走査ミラーが第一方向において折り返すときに走査速度が遅くなるため、この折り返し部分を表示画像に用いない為である。つまり、表示画像１２における垂直方向画面略中央部に用いる第一振れ角の角度範囲７１Ａから求まる表示画像１２の左端から右端までの水平投射範囲７１Ｂは、第一垂直表示期間７３および第二垂直表示期間７５中の第一振幅７０Ａから求まる水平走査範囲７０Ｂよりも小さくなる。
次に、第二振れ角が＋θ３もしくは−θ３近傍である時、つまり第二走査手段が表示画像の上端もしくは下端近傍を走査している時の、第一振れ角と強度検出用発光について説明する。画像処理部２は、第二振れ角が０となる近傍（垂直方向画面略中央部を走査している場合）から第二振れ角の絶対値が大きくなるにつれて第一振幅を徐々に大きくし、最終的に第一振れ角を−θ２から＋θ２まで変化させる（７２Ａ）。その後、図８に示すように、垂直方向画面略中央部を走査している時の水平走査範囲７０Ｂの端よりも、表示画像１２から離れた位置で強度検出用発光を実施することで、強度検出用発光位置（８１，８２，８３）を表示画像端から離すことが可能となる。ここで、強度検出用発光は、第一振幅７２Ａから求まる水平走査範囲７２Ｂの端部で行うことが好ましい。

その後、画像処理部２は、所定の期間第一振幅を維持した後、第二振れ角の絶対値が小さくなるにつれて第一振幅を徐々に小さくし、最終的に第二振れ角が０となる近傍で第一振れ角を−θ１から＋θ１まで変化させる。

ここで、画像処理部２は、上記の通り第二振れ角に応じて第一振幅を変化させるが、同時に第一走査手段の１周期における画像信号を表示する表示期間の割合を変化させる。つまり、いずれの第一振幅においても、表示画像１２の左端から右端までの水平投射範囲７１Ｂを常に一定とするようにレーザを駆動する。第一方向には所定の共振周波数で走査されているため、水平走査範囲７０Ｂに占める水平投射範囲７１Ｂの割合に対し、水平走査範囲７２Ｂに占める水平投射範囲７１Ｂの割合は小さくなり、その結果輝度は減少する。しかしながら、この輝度減少分は、第二方向の正弦波共振運動に起因する、画面上端および下端近傍輝が画面中央部に比べ明るくなる輝度増加分と相殺できる。

上記実施例３によれば、画像処理部２により第二走査手段により走査する振れ角に応じて、第一走査手段の１周期における画像信号を表示する表示期間の割合を変化させると共に、第一振幅を変化させることで、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけることが可能になる。これにより、画面上端および下端近傍の輝度を、画面中央部の輝度に近づけると同時に、表示画像と強度検出用発光の位置を遠ざけ、遮光物による強度検出用発光の遮光を容易に実現できるレーザ投射表示装置を提供できる。

１、５０…レーザ投射表示装置、２…画像処理部、３…フレームメモリ、４…レーザドライバ（レーザ光源駆動部）、５…レーザ光源、６…反射ミラー、７…ＭＥＭＳ走査ミラー（走査ミラー）、８…ＭＥＭＳドライバ（走査ミラー駆動部）、９…増幅器、１０…光センサ、１１…ＣＰＵ、１２…表示画像、２０Ａ、２２Ａ…第一振幅、２１Ｂ…第一振れ角の角度範囲、２０Ｂ、２２Ｂ…水平走査範囲、２１Ｂ…水平投射範囲、２４…垂直帰線期間、２５…１フレーム期間、３０…走査線軌跡、３１〜３３…強度検出用発光位置、４００…強度検出用発光処理、５１…スクリーン、５２…発光位置検出用光センサ、６００…位置検出用発光処理、７０Ａ、７２Ａ…第一振幅、７１Ａ…第一振れ角の角度範囲、７０Ｂ、７２Ｂ…水平走査範囲、７１Ｂ…水平投射範囲、７３…第一垂直表示期間、７４…第二垂直表示期間、７５…垂直帰線期間、８０…走査線軌跡、８１〜８３…強度検出用発光位置。

Claims (8)

1. 画像信号に応じた複数の色のレーザ光を走査ミラーの揺動により走査して前記画像信号に応じた画像を表示するレーザ投射表示装置であって、
   前記画像信号を表示する表示期間と、前記レーザ光の強度を検出する強度検出用発光期間とを時間的に分割するタイミング調整部と、
   前記複数の色のレーザ光を発生するレーザ光源と、
   前記タイミング調整部からの信号に同期して前記レーザ光源を駆動するレーザ光源駆動部と、
   前記走査ミラーを、前記レーザ光源が発生したレーザ光を前記画像信号に係る同期信号に応じて第一方向における走査を行う第一走査手段と、該第一走査手段よりも低速で前記第一方向に略直交する第二方向における走査を行う第二走査手段を有する走査ミラー駆動部とを有し、
   前記走査ミラー駆動部は、前記強度検出用発光期間の前記第一走査手段により走査する振れ角の角度範囲を、前記表示期間の振れ角の角度範囲よりも大きくすることを特徴とするレーザ投射表示装置。
2. 請求項１に記載のレーザ投射表示装置であって、
   投射表示画像に対する前記第二走査手段による走査方向が、前記表示期間と前記強度検出用発光期間で異なることを特徴とするレーザ投射表示装置。
3. 請求項１に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記強度検出用発光期間は、前記画像信号の垂直帰線期間であることを特徴とするレーザ投射表示装置。
4. 請求項１に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記強度検出用発光期間の前記第一走査手段により走査する振れ角の角度範囲は、前記表示期間の振れ角の角度範囲よりも２°以上大きいことを特徴とするレーザ投射表示装置。
5. 請求項１に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記レーザ光が前記走査ミラーにて走査された後の光路上に発光位置検出用光センサを有し、
   前記発光位置検出用光センサの出力を検知する事で、前記強度検出用発光の位置を特定することを特徴とするレーザ投射表示装置。
6. 請求項５に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記強度検出用発光期間に現在表示中の表示画像の輝度である第１の輝度とは異なる第２の輝度で前記レーザ光源を駆動し、前記発光位置検出用光センサの出力を検知する事で前記強度検出用発光の位置を特定することを特徴とするレーザ投射表示装置。
7. 請求項６に記載のレーザ投射表示装置であって、
   前記第２の輝度とは、前期第１の輝度の１／１００以下であることを特徴とするレーザ投射表示装置。
8. 画像信号に応じた複数の色のレーザ光を走査ミラーの揺動により走査して前記画像信号に応じた画像を表示するレーザ投射表示装置であって、
   前記複数の色のレーザ光を発生するレーザ光源と、
   前記レーザ光源を駆動するレーザ光源駆動部と、
   前記走査ミラーを、前記レーザ光源が発生したレーザ光を前記画像信号に係る同期信号に応じて第一方向における走査を行う第一走査手段と、該第一走査手段よりも低速で前記第一方向に略直交する第二方向における走査を行う第二走査手段を有する走査ミラー駆動部とを有し、
   前記第二走査手段により走査する振れ角に応じて、前記第一走査手段の１周期における前記画像信号を表示する表示期間と、前記レーザ光の強度を検出する強度検出用発光期間との割合を変化するタイミング調整部とを有し、
   前記走査ミラー駆動部は、前記表示期間の前記第一走査手段の１周期における割合に応じて前記第一走査手段により走査する振れ角の角度範囲を変化させることを特徴とするレーザ投射表示装置。

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