JP2021158409A - Laser projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光を走査ミラーで２次元走査して画像表示を行うレーザ投射表示装置に関する。 The present invention relates to a laser projection display device that displays an image by two-dimensionally scanning a laser beam with a scanning mirror.
近年、半導体レーザとＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等を用いて画像を投射するレーザ投射表示装置が実用化されている。レーザ投射表示装置は、高速で揺動するＭＥＭＳミラーに、揺動位置に応じた画像信号で変調したレーザ光を当て、その反射光がスクリーン（表示領域）上を走査することで、画像を表示するものである。 In recent years, a laser projection display device that projects an image using a semiconductor laser and a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror or the like has been put into practical use. The laser projection display device displays an image by irradiating a MEMS mirror that swings at high speed with laser light modulated by an image signal according to the swing position, and scanning the reflected light on a screen (display area). Is what you do.
ＭＥＭＳミラーは、１枚あるいは２枚のミラーが揺動して、レーザ光をスクリーン上で左右上下に走査するものであるが、安定に画像を表示するため、ＭＥＭＳミラーの揺動位置（角度）と位相を検出し、これに同期して画像信号を供給するよう制御されている。 In the MEMS mirror, one or two mirrors swing to scan the laser beam left, right, up and down on the screen, but in order to display an image stably, the swing position (angle) of the MEMS mirror. It is controlled to detect the phase and supply an image signal in synchronization with this.
しかしながら、ＭＥＭＳミラーに外部振動が与えられると、正常な走査動作から外れ、表示画像が乱れる場合がある。これに関連する技術として、特許文献１にはＭＥＭＳ技術を用いた光スキャナが開示され、光をスキャンする可動片の振動状態を判定する手段と、該判定手段により異常振動と判定された場合にスキャン動作を中止する手段を有することが記載されている。
However, when external vibration is applied to the MEMS mirror, it may deviate from the normal scanning operation and the displayed image may be distorted. As a technique related to this,
レーザ投射表示装置を自動車等に搭載して使用する場合は、走行路面の凹凸を乗り越える際や、車の加減速・停止・発進、エンジン回転にともなう振動により、ＭＥＭＳミラーはランダムな外部振動を３方向から受けることになる。発明者等が実験により確認した外部振動による表示画像への影響（走査歪の形態）を列記すると、以下の通りである。 When using a laser projection display device mounted on an automobile, etc., the MEMS mirror will generate random external vibrations when overcoming irregularities on the road surface, due to vibrations caused by acceleration / deceleration / stop / start of the vehicle, and engine rotation. You will receive it from the direction. The effects (forms of scanning distortion) on the displayed image due to external vibration confirmed by the inventors through experiments are as follows.
（１）外部振動の方向により、投射画像が上下左右に揺れる（画面ブレ）。
（２）表示画像のサイズが振動方向に伸び縮みする（画角の変化）。
（３）表示画像の明るさ（輝度）が、フレーム間で変化する（フリッカ）。
その他、振動状態が１回の走査の途中で変化すると、１つの画像内で乱れる。また、振動周波数とフレームレートが近い場合、走査歪はより顕著になる。
(1) The projected image sways up, down, left and right depending on the direction of external vibration (screen blur).
(2) The size of the displayed image expands and contracts in the vibration direction (change in angle of view).
(3) The brightness (brightness) of the displayed image changes between frames (flicker).
In addition, if the vibration state changes in the middle of one scan, it is disturbed in one image. Further, when the vibration frequency and the frame rate are close to each other, the scanning distortion becomes more remarkable.
なお、外部振動による表示画像への影響を軽減するため、ＭＥＭＳミラーの防振対策も考えられるが、適用対象の振動周波数や加速度が制約される。また、アクティブ除震構造の追加では、装置サイズや製品コストが増大し、アクティブ除振構造の可動により発生する振動ノイズがＭＥＭＳミラー動作に影響することも考慮しなければならない。 In order to reduce the influence of external vibration on the displayed image, vibration isolation measures for the MEMS mirror can be considered, but the vibration frequency and acceleration to be applied are restricted. In addition, it must be considered that the addition of the active vibration isolation structure increases the device size and product cost, and the vibration noise generated by the movement of the active vibration isolation structure affects the operation of the MEMS mirror.
前記特許文献１の手法は、異常振動と判定された場合はスキャン動作を中止するものであるから、ユーザは異常振動が治まるまで待機しなければならない。
Since the method of
本発明の目的は、外部振動を受けた場合でも、画像の走査歪を抑圧しながら継続して画像を表示するレーザ投射表示装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser projection display device that continuously displays an image while suppressing scanning distortion of the image even when it receives external vibration.
本発明は、画像信号に応じたレーザ光を投射して画像を表示するレーザ投射表示装置において、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を駆動する光源駆動部と、前記光源駆動部に表示用の画像信号を供給する画像処理部と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を反射し水平および垂直の２次元状に走査する走査ミラーと、前記走査ミラーを２軸方向に回転させる水平および垂直駆動信号を供給するミラー駆動部と、振動センサからの振動検出信号を解析し主要な振動成分を抽出する振動抽出部と、主要な振動成分の周波数と位相を基に同期引き込みの信号を生成する同期処理部と、前記振動抽出部と前記同期処理部からの信号に基づき、前記画像処理部と前記ミラー駆動部を制御するシステム制御部と、を備える。前記振動抽出部が抽出する振動成分とは、前記走査ミラーが低速で回転する垂直方向成分であり、前記システム制御部は、振動成分の周波数と位相に同期させて、前記ミラー駆動部が供給する垂直駆動信号の周波数（フレームレート）と位相を制御する。 The present invention relates to a laser light source that emits laser light, a light source driving unit that drives the laser light source, and the light source driving unit in a laser projection display device that projects a laser beam corresponding to an image signal to display an image. An image processing unit that supplies an image signal for display, a scanning mirror that reflects the laser light emitted from the laser light source and scans it in two dimensions horizontally and vertically, and a horizontal that rotates the scanning mirror in two axial directions. And the mirror drive unit that supplies the vertical drive signal, the vibration extraction unit that analyzes the vibration detection signal from the vibration sensor and extracts the main vibration components, and the synchronous pull-in signal based on the frequency and phase of the main vibration components. It includes a synchronous processing unit to be generated, and a system control unit that controls the image processing unit and the mirror drive unit based on signals from the vibration extraction unit and the synchronous processing unit. The vibration component extracted by the vibration extraction unit is a vertical component in which the scanning mirror rotates at a low speed, and the system control unit supplies the vibration component in synchronization with the frequency and phase of the vibration component. Controls the frequency (frame rate) and phase of the vertical drive signal.
本発明によれば、外部振動を受けても画像の走査歪の発生を抑圧し、継続して視認性の良好な画像を表示するレーザ投射表示装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a laser projection display device that suppresses the occurrence of scanning distortion of an image even when subjected to external vibration and continuously displays an image with good visibility.
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。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態を説明するものであり、本発明の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description describes one embodiment of the present invention and does not limit the scope of the present invention.
実施例１では、レーザ投射表示装置の構成と、外部振動を受けたときのＭＥＭＳ駆動タイミングと、駆動信号の補正について説明する。すなわち、外部振動の周波数に同期してＭＥＭＳ駆動信号のフレームレートを設定するとともに、外部振動の振幅に応じて駆動信号の振幅を補正する。 In the first embodiment, the configuration of the laser projection display device, the MEMS drive timing when receiving external vibration, and the correction of the drive signal will be described. That is, the frame rate of the MEMS drive signal is set in synchronization with the frequency of the external vibration, and the amplitude of the drive signal is corrected according to the amplitude of the external vibration.
図１は、レーザ投射表示装置の全体構成を示す図である。レーザ投射表示装置１（以下、単に表示装置とも呼ぶ）は、レーザ投射部として、レーザ光２５を出射するレーザ光源２４（以下、単に光源とも呼ぶ）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）２６、レーザ光２５を反射する走査ミラー５（以下、単にミラーとも呼ぶ）、を有する。またレーザ投射制御部として、システム制御部１２、ミラー駆動部１４、画像処理部２２、光源駆動部２３、を有する。これにより表示装置１は表示領域（スクリーン）３にレーザ光２を投射し、水平方向及び垂直方向に２次元走査することで画像４を表示する。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a laser projection display device. The laser projection display device 1 (hereinafter, also simply referred to as a display device) includes a laser light source 24 (hereinafter, also simply referred to as a light source) that emits a
さらに本実施例では、外部振動対策として、振動センサ３０を設け、その振動検出信号から制御に用いる振動成分を抽出する振動抽出部１５、抽出した振動成分に同期する信号を生成する同期処理部１６、振動周波数とフレームレートの関係を保持するテーブル（以下、ＬＵＴ）１７、入力画像（Video_in）を一旦書き込み、表示用の画像信号として読み出す画像記録・再生部１８、を有する。なお、図では省略しているが、ミラーの機械特性は周囲温度で変化するので、これを補償するために温度補償機能を備えている。
Further, in this embodiment, as a countermeasure against external vibration, a
システム制御部１２は、ミラー駆動部１４に対し水平駆動情報（Hinfo）と垂直駆動情報（Vinfo）を送る。これらの駆動情報には、ミラーの水平／垂直走査を行う周波数、振幅、位相の情報が含まれる。ミラー駆動部１４は、水平駆動情報（Hinfo）と垂直駆動情報（Vinfo）に従い、正弦波の水平駆動信号（Hdrive）と鋸歯状波の垂直駆動信号（Vdrive）を生成し、ＭＥＭＳ２６に供給する。これに従いＭＥＭＳ２６の走査ミラー５は、水平軸と垂直軸の周りに揺動回転を行う。
The
画像処理部２２は、外部から入力される画像信号（Video_in）に各種補正を加えた投射用の画像信号を生成し、画像記録・再生部１８に一旦格納する。システム制御部１２は画像処理部２２に対し、ミラー回転に同期して水平同期信号（h_sync）と垂直同期信号（v_sync）を送る。画像処理部２２は、同期信号（h_sync、v_sync）に同期して画像記録・再生部１８から画像信号を読出し、光源駆動部２３へ供給する。
The
光源駆動部２３は、画像処理部８から供給された画像信号に応じて、レーザ光源２４の駆動電流を変調する。光源２４は、例えばＲＧＢ用に３個の半導体レーザを有し、画像信号のＲＧＢ成分に対応したレーザ光２５を出射する。ＲＧＢの３つのレーザ光２５は、図示しないダイクロイックミラーにより合成され、走査ミラー５に照射される。
The light
光源２４から出射されたレーザ光２５は、水平軸と垂直軸の周りに揺動回転する走査ミラー５で反射されることにより、表示領域３を２次元状に走査され、画像４を描画する。なお、水平方向の走査は往復走査（HscanA、HscanB）で描画される。
The
本実施例の基本動作は、表示領域３に表示解像度１２８０×７２０、フレームレート６０Ｈｚ、画角約１６インチの画像を表示する場合とする。走査ミラー５は、水平揺動角θh＝±１０度、垂直揺動角θv＝±６度、水平駆動周波数h_freq＝３０ｋＨｚ（共振モード）、垂直駆動周波数v_freq＝６０Ｈｚ（非共振モード）で駆動する。レーザ光２、２５は、光量変調速度１００ＭＨｚで制御・駆動する。１フレーム当たりの水平走査数は１０００本（３０ｋＨｚ／６０Ｈｚ×２）存在するが、そのうち７２０本を光量変調の対象の垂直有効表示期間とする。また、走査ミラー５のミラー径を２ｍｍ、レーザ光２，２５のビーム径を１ｍｍとする。なお、走査ミラー５の水平方向、垂直方向の揺動角をθh、θvに対し、反射されたレーザ光２の表示領域３上の走査角は２倍の２θh、２θvとなる。また、走査ミラー５の揺動角θh、θvと１フレーム当たりの水平走査数と、垂直有効表示期間は、システム制御部１２により適宜に調整するものである。
The basic operation of this embodiment is a case where an image having a display resolution of 1280 × 720, a frame rate of 60 Hz, and an angle of view of about 16 inches is displayed in the
次に、外部振動に対する表示装置１の構成を説明する。表示装置１は、手持して使用する場合や、自動車などの可動式の構造物に組み込まれて使用する場合等、外部から振動を受ける。例えば、タイヤが凹凸を乗り越えた際や、車の加減速・停止・発進、エンジン回転にともなう振動により、例えば振動周波数が〜２００Ｈｚ、振動振幅＜１０ｍｍの振動成分をランダムに受けることが想定される。
Next, the configuration of the
この外部振動を検出するために、振動センサ３０を設けている。振動センサ３０は、加速度センサ、重力センサ、傾きセンサ等、いずれでも良く、画像表示に連動する振動成分の方向と加速度を検出する。設置場所は、表示装置１の走査ミラー５の近傍、あるいは車体の近接する周辺部位に取り付けることで、表示装置１（走査ミラー５）の受ける振動成分を電気信号に変換する。さらに、振動検出信号が車体振動と視認者の振動の相対信号であっても良い。
A
振動センサ３０では、３方向（水平ｘ／垂直ｙ／前後ｚ）の振動成分を検出するが、画像の視認性に影響を与えるのは、走査ミラー５に加わる垂直方向の振動成分である。すなわち、走査ミラー５の水平／垂直軸のうち低速回転側の軸と直交する成分である。そこで振動抽出部１５は、検出信号のうち垂直方向の振動成分を抽出する。垂直方向に複数の周波数成分を有する場合は、走査ミラー５に最も影響する周波数成分を抽出し、振動周波数c_freq、およびその位相c_phase、振幅c_ampを取得する。
The
同期処理部１６は、所謂ＰＬＬ回路であり、前記の振動周波数c_freqと位相c_phaseを目標として、引込信号の周波数s_freqと位相s_phaseを生成する。同時に、引込状態を示す同期状態s_lockを生成する。すなわち、検出した外部振動の周期に同期させて走査ミラー５を駆動させることで、外部振動による走査歪を抑える構成としている。ここでは簡単のため、ＰＬＬ回路は振動周波数c_freqの約１周期以内で引き込むものとする。
The
外部振動の振動周波数c_freqは様々であるから、それに最も適した走査ミラー５の垂直同期信号v_sync、すなわちフレームレートv_freqを決定する必要がある。本実施例では、表示装置１のＬＵＴ１７にこの関係を保持している。
Since the vibration frequency c_freq of the external vibration varies, it is necessary to determine the most suitable vertical synchronization signal v_sync of the
図２は、振動周波数c_freqと走査ミラー５の垂直同期信号v_syncのフレームレートv_freqとの関係の一例を示す図である。横軸は振動周波数c_freqで、左側縦軸は、フレームレートv_freq（実線）を示す。また右側縦軸は、両者の倍率multi（破線）を示す。すなわち、振動周波数c_freqに対しフレームレートv_freqが比例関係を保つよう設定する。ただしその比例係数（倍率）multiは、振動周波数c_freqの範囲に応じて切り替えるようにしている。
［フレームレートv_freq］＝［振動周波数c_freq］×［倍数multi］
FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the vibration frequency c_freq and the frame rate v_freq of the vertical synchronization signal v_sync of the
[Frame rate v_freq] = [Vibration frequency c_freq] x [Multiple multi]
振動周波数c_freqに対する倍率multiを予め定義し、ＬＵＴ１７に保持する。同期処理部１６は、ＬＵＴ１７を参照し、振動周波数c_freqに対する倍率multiを読み出してフレームレートv_freqを決定する。
The magnification multi for the vibration frequency c_freq is defined in advance and held in the
画像を快適に視認するためには、フレームレートv_freqには適正な範囲がある。本例では４８Ｈｚから７２Ｈｚ間を適正範囲とする。振動周波数c_freqがフレームレートの適正範囲の上限（７２Ｈｚ）を超えると、視認される影響は少ないので、外部振動に基づく走査ミラー５の制御を行わない。振動周波数c_freqがフレームレートの上限と同等、あるいはそれ以下の場合を考えればよい。
The frame rate v_freq has an appropriate range for comfortable viewing of the image. In this example, the appropriate range is between 48 Hz and 72 Hz. When the vibration frequency c_freq exceeds the upper limit (72 Hz) of the appropriate range of the frame rate, the effect of being visually recognized is small, so the
よって、対応すべき振動周波数c_freqの上限は、走査ミラー５の最大フレームレート（７２Ｈｚ）としている。振動周波数c_freqが低くなり、最小フレームレート（４８Ｈｚ）未満になる場合には、適正範囲に入るよう倍率multiを１以上とする。本例では、倍率multiを０．５ステップで設定し、フレームレートv_freqが適正範囲（４８Ｈｚから７２Ｈｚ間）に入るよう定義している。なお、振動抽出部１５が抽出した振動成分の周波数（c_freq）が、画像を視認するのに適正なフレームレート（v_freq）の上限を超える場合は、振動成分に基づくミラー駆動部１４の制御を行わない。
Therefore, the upper limit of the vibration frequency c_freq to be supported is the maximum frame rate (72 Hz) of the
図１に戻り、フレームレートv_freq決定後の動作を説明する。システム制御部１２は、入力した制御信号による走査ミラー５の動作目標に基づき、走査ミラー５の水平駆動条件（周波数、振幅、位相）を決定し、水平駆動情報Hinfoをミラー駆動部１４に指示する。ミラー駆動部１４は、水平駆動情報Hinfoに従い３０ｋＨｚの正弦波の水平駆動信号Hdriveを生成してＭＥＭＳ２６を駆動する。
Returning to FIG. 1, the operation after the frame rate v_freq is determined will be described. The
またシステム制御部１２は、同期処理部１６の引込信号の同期状態s_lockと周波数s_freqと位相s_phaseと振幅c_ampを得て、走査ミラー５の垂直駆動条件（周波数、振幅、位相）を決定し、垂直駆動情報Vinfoをミラー駆動部１４に指示する。垂直駆動情報Vinfoには、垂直同期信号v_sync、鋸波比v_duty、駆動方向v_direction、駆動振幅v_ampが含まれる。
Further, the
一方システム制御部１２は、画像処理部２２に対し、水平同期信号h_sync、垂直同期信号v_syncとともに、所望の遅延時間s_delayを有して同期し、かつ表示画像４の垂直解像度を実現する期間を示す垂直有効表示期間v_displayを指示する。例えば、本例の基本動作（７２０ｐ，６０Ｈｚ，３０ｋＨｚ）の垂直有効表示期間v_displayは、遅延時間s_delay（＝約２．３３３ｍｓ）経過後、水平走査数７２０本分を表示する期間１２ｍｓである。もちろん、表示歪補正用に期間の長さを調整する。さらに、光源の輝度比を示す調光比dimmingを生成して、画像処理部２２に指示する。
On the other hand, the
またシステム制御部１２は、垂直同期信号v_syncの周波数に一致するフレーム数fm_rate（＝６０）と、垂直有効表示期間v_displayの水平走査線数fm_Line（＝７２０）を生成し、画像記録・再生部１８に指示する。
Further, the
画像記録・再生部１８は、入力画像情報Video_inを、フレーム数fm_rateと、水平走査線数fm_Line（＝７２０）と図示しない画像歪補正情報に基づいて、フレームレートと解像度と歪補正の画像形式に変換して記録する。なお、入力画像情報Video_inを一旦記録後、これを再生して画像形式変換後に再度記録しても良い。あるいは、画像形式の変換は、再生時に実施しても良い。
The image recording /
画像処理部２２では、システム制御部１２から上記の信号を得て、走査ミラー５に同期する画素アドレスrd_add（水平画素アドレス、ラインアドレス）を生成し、画像記録・再生部１８を再生することで表示用の画像信号pict_dataを得る。さらに、調光比dimmingで画像信号pict_dataの信号レベルを調整し、光源駆動部２３へ送る。
The
光源駆動部２３では、画像信号pict_dataの信号レベルで所望の輝度が得られるように光源２４を発光駆動する。光源２４から出射されたレーザ光はＭＥＭＳ２６により表示領域（スクリーン）３を２次元走査され、画像４が表示される。
The light
次に、ＭＥＭＳ駆動と走査表示の動作についてタイミング図を用いて説明する。
＜基本表示動作＞
図３は、外部振動がない場合のＭＥＭＳ駆動と走査表示の基本動作を示す図である。
（１）において、システム制御部１２はミラー駆動部１４に対し、垂直同期信号v_syncと、駆動方向v_directionと、有効期間と帰線期間を示す鋸波比v_dutyと、駆動振幅v_ampを指示する。これを基にミラー駆動部１４は、垂直同期信号v_sync（例えば６０Ｈｚ）の立ち上がりエッジを開始基準とし、駆動方向v_directionが０／１（＝下り／上り）、鋸波比v_duty（例えば８０％）、駆動振幅v_ampの鋸波振幅（例えば基準値１）となる垂直駆動信号Vdriveを生成する。この例では、鋸波の上り側が有効期間であり、走査ミラー５は下から上の方向に走査する（順方向走査）。
Next, the operation of the MEMS drive and the scanning display will be described with reference to the timing diagram.
<Basic display operation>
FIG. 3 is a diagram showing a basic operation of MEMS drive and scanning display when there is no external vibration.
In (1), the
またシステム制御部１２は画像処理部２２に対し、垂直同期信号v_syncと、垂直有効表示期間v_displayを指示する。画像処理部２２は、画像記録・再生部１８から、垂直同期信号v_syncと垂直有効表示期間v_displayに同期して該当するフレームの画像信号pict_dataを再生し、各フレーム（ｆ１，ｆ２，ｆ３・・）の信号として順次光源駆動部２３へ供給する。
Further, the
（２）は、走査表示を時系列で示す。走査ミラー５は各フレーム（ｆ１，ｆ２，ｆ３・・）について表示領域を下から上の方向に走査する。図では、水平方向の走査をＨＤ、垂直方向の走査をＶＤで示す。各フレームの走査開始、及び終了位置は一定で、操作幅が一定である。また（３）は、視認者の見る画面で、表示領域３内の各フレームの画像４は安定して見える。
(2) shows the scanning display in chronological order. The
なお、他の駆動方式として、（１）の駆動方向v_directionを逆にし、鋸波の下り側が有効期間として、走査ミラー５を上から下の方向に走査しても良い（逆方向走査）。この場合にも、（３）のように、各フレームの画像４は安定して見える。
As another driving method, the
次に、外部振動を受けた場合の同期処理とＭＥＭＳ駆動、および表示画像の走査歪について、図４〜図９のタイミング図を用いて説明する。このうち図４、図５は、比較例として外部振動による走査歪が発生した状態を、図６〜図９は、本実施例により走査歪みを抑圧した状態を示す。なお、図３で述べた基本動作については、重複する説明を省略する。 Next, the synchronization process and the MEMS drive when the external vibration is received, and the scanning distortion of the displayed image will be described with reference to the timing diagrams of FIGS. 4 to 9. Of these, FIGS. 4 and 5 show a state in which scanning distortion is generated due to external vibration as a comparative example, and FIGS. 6 to 9 show a state in which scanning distortion is suppressed by this embodiment. The basic operation described in FIG. 3 will not be duplicated.
＜比較例１＞
図４は、比較例１として、外部振動の周波数が一定の場合の走査歪みを示す図である。ここでは、外部振動に対し同期処理を行いＭＥＭＳ駆動を行っている。
<Comparative example 1>
FIG. 4 is a diagram showing scanning distortion when the frequency of external vibration is constant as Comparative Example 1. Here, the external vibration is synchronously processed and the MEMS drive is performed.
（１）は、抽出した外部振動の信号波形の例を示す。周波数c_freqは３０Ｈｚで、振幅c_ampは画像４の垂直サイズの約３０％（約６ｃｍ）の大きさとする。（２）は、上記振動検出信号に同期した状態s_lock（＝０）を示し、位相同期信号s_phaseを生成する。
(1) shows an example of the signal waveform of the extracted external vibration. The frequency c_freq is 30 Hz, and the amplitude c_amp is about 30% (about 6 cm) of the vertical size of the
（３）はＭＥＭＳ駆動タイミングを示す。この場合、図２のＬＵＴ１７を参照すると倍率multi＝２であり、フレームレートv_freqは２ｘ３０Ｈｚ＝６０Ｈｚに設定し、これに従い垂直同期信号v_syncを生成する。この例では、垂直同期信号v_syncの立ち上がり点は、外部振動の振幅の最下点（フレームｆ１，ｆ３，ｆ５・・）と最上点（フレームｆ２，ｆ４・・）に一致するよう位相同期を行っている。また、垂直同期信号v_sync（＝６０Ｈｚ）に合わせ、駆動方向v_directionを１（順方向走査）とする垂直駆動信号Vdriveを生成している。
(3) indicates the MEMS drive timing. In this case, referring to
ただしこの例では、駆動振幅（鋸波振幅）v_ampは一定（基準値１）としている。（１）の通り、振動振幅c_ampは垂直駆動信号振幅の約３０％存在するので、それが走査歪の原因となる。 However, in this example, the drive amplitude (sawtooth amplitude) v_amp is constant (reference value 1). As shown in (1), the vibration amplitude c_amp exists at about 30% of the vertical drive signal amplitude, which causes scanning distortion.
（４）は、外部振動が有る場合の走査表示を、時系列（フレームｆ１，ｆ２，ｆ３・・）で示す。外部振動により、走査ミラー５による光線２の垂直走査方向と、外部振動による表示装置１（ＭＥＭＳ２６）の移動方向の関係は、フレームｆ１，ｆ３，ｆ５では同一方向、フレームｆ２，ｆ４では逆方向である。光線２の走査方向の速度と、振動方向の速度との相対速度により、実効的な走査距離が決まる。それぞれが同一方向であれば走査距離は１３０％に増大し、それぞれが逆方向であれば走査距離は７０％に減少することから、画像４の垂直サイズがフレーム毎に伸縮を繰り返す。すなわち、フレームｆ１，ｆ３，ｆ５では垂直サイズが拡大し、フレームｆ２，ｆ４では垂直サイズが縮小する。また、走査ミラー５の走査開始位置が、外部振動の位相によってフレーム毎に異なってくる。
(4) shows the scanning display when there is an external vibration in a time series (frames f1, f2, f3 ...). The relationship between the vertical scanning direction of the
その結果、（５）に示すように、画像４が上下に伸縮するとともに上下に揺れる走査歪み（画角の変化、画面ブレ）が発生し、前記図３（３）の振動なしの画像と比べ、視認性が悪くなる。
As a result, as shown in (5), the
これと同時に、表示領域（スクリーン）３の単位面積当たりのレーザ照射量が増減、すなわち明るさ（輝度）の変化により、画像のフレーム間やフレーム内の明暗が変わるように視認される（フリッカ発生）。 At the same time, the amount of laser irradiation per unit area of the display area (screen) 3 increases or decreases, that is, the brightness (luminance) changes, so that the light and darkness between the frames of the image and within the frames is visually recognized as changing (flicker generation). ).
なお、駆動信号Vdriveの駆動方向を逆方向（V_direction＝０）とした場合には、各フレームの画像４の垂直サイズは図４（４）と逆の伸縮パターンで表示されるが、視認者の見え方は（５）と同様であり、視認性の悪い画像となる。
When the drive direction of the drive signal Vdrive is set to the opposite direction (V_direction = 0), the vertical size of the
＜比較例２＞
図５は、比較例２として、外部振動の周波数が変動する場合の走査歪みを示す図である。（１）には、外部振動の周波数が３０Ｈｚから３６Ｈｚに変動する場合を示す。これに対し（２）の同期処理では同期外れが生じ、同期引き込み処理を行う。その間（３）のＭＥＭＳ駆動信号Vdriveは、前記図４（３）と同様のタイミング信号を継続する。その結果、外部振動成分が走査方向と非同期で重畳するため、（４）に示す走査表示となる。すなわち表示領域３の垂直幅が走査毎に変化し、各フレームｆ１〜ｆ５で全て不均等となり、（５）のように視認性がさらに悪い画像４となる。
<Comparative example 2>
FIG. 5 is a diagram showing scanning distortion when the frequency of external vibration fluctuates as Comparative Example 2. (1) shows a case where the frequency of the external vibration fluctuates from 30 Hz to 36 Hz. On the other hand, in the synchronization process of (2), a synchronization loss occurs, and a synchronization pull-in process is performed. Meanwhile, the MEMS drive signal Vdrive in (3) continues the same timing signal as in FIG. 4 (3). As a result, the external vibration component is superimposed asynchronously with the scanning direction, so that the scanning display shown in (4) is obtained. That is, the vertical width of the
上記した、外部振動の影響を抑えて画像の視認性を改善するため、本実施例の表示装置１は、複数の処理（以下に列挙する１０モード）を組み合わせて、ミラー駆動部１４と画像処理部２２（光源駆動部２３）を制御する。
In order to suppress the influence of the external vibration and improve the visibility of the image, the
（Ａ）同期処理に関する、（Ａ１）同期モード、（Ａ２）同期外れモード、（Ａ３）同期引き込みモード。
（Ｂ）フレームレート変換に関する、（Ｂ１）レート変換、（Ｂ２）発光期間変換（以下Ｄｕｔｙ変換）。
（Ｃ）ＭＥＭＳミラー駆動に関する、（Ｃ１）駆動方向変換、（Ｃ２）駆動振幅変換、（Ｃ３）駆動前値保持。
（Ｄ）光源駆動に関する、（Ｄ１）光源点灯、（Ｄ２）光源消灯。
(A) Synchronous mode, (A2) Synchronous out-of-synchronous mode, (A3) Synchronous pull-in mode related to synchronous processing.
Regarding (B) frame rate conversion, (B1) rate conversion and (B2) light emission period conversion (hereinafter referred to as Duty conversion).
(C) Drive direction conversion, (C2) drive amplitude conversion, (C3) pre-drive value retention regarding MEMS mirror drive.
(D) Light source drive, (D1) light source on, (D2) light source off.
以下、上記の処理を適用して視認性を改善させた制御例１〜４を説明する。基本処理として、同期モード（Ａ１）と、レート変換（Ｂ１）を行っている。 Hereinafter, control examples 1 to 4 in which the above processing is applied to improve the visibility will be described. As basic processing, synchronization mode (A1) and rate conversion (B1) are performed.
＜制御例１＞駆動振幅変換（Ｃ２）。
図６は、駆動振幅変換（Ｃ２）のみで制御する場合の例である。外部振動は図４（１）と同様の場合（３０ｋＨｚ一定）を想定する。（３）は垂直駆動信号Vdriveを示し、駆動振幅変換（Ｃ２）を適用する。破線は振幅変換前（図４と同様）、実線は振幅変換後である。駆動振幅変換では、（１）の振動検出信号の振幅c_ampに応じて垂直駆動信号Vdriveの振幅v_ampを増減することにより、画像４の垂直サイズを１００％とするものである。すなわち、（４ａ）の振幅変換前の走査表示は、（４ｂ）の振幅変換後の走査表示となる。その結果、（５）のように画像の上下方向に伸縮や振動のない、視認性の良い画像となる。
<Control example 1> Drive amplitude conversion (C2).
FIG. 6 shows an example in which control is performed only by the drive amplitude conversion (C2). It is assumed that the external vibration is the same as in FIG. 4 (1) (30 kHz constant). (3) shows the vertical drive signal Vdrive, and the drive amplitude conversion (C2) is applied. The broken line is before the amplitude conversion (similar to FIG. 4), and the solid line is after the amplitude conversion. In the drive amplitude conversion, the vertical size of the
なお、駆動振幅変換（Ｃ２）では、ＭＥＭＳミラー素子の故障や、画像４の表示範囲を逸脱するのを防止するため、ＭＥＭＳミラーの垂直軸の可動範囲内でVdriveの振幅を増減するものとする。すなわち、振動検出信号の振幅c_ampの大小に応じて垂直駆動信号Vdriveの振幅v_ampが増大し、走査位置が所定の表示領域３を逸脱する場合には、光源２４からのレーザ光の出射を止め、画像表示を停止する。
In the drive amplitude conversion (C2), the amplitude of the V drive is increased or decreased within the movable range of the vertical axis of the MEMS mirror in order to prevent the MEMS mirror element from failing or deviating from the display range of the
＜制御例２＞駆動方向変換（Ｃ１）。
図７は、駆動方向変換（Ｃ１）と駆動振幅変換（Ｃ２）により制御する場合である。（１）の外部振動は図４と同様の場合（３０ｋＨｚ一定）を想定する。
<Control example 2> Drive direction conversion (C1).
FIG. 7 shows a case where the control is performed by the drive direction conversion (C1) and the drive amplitude conversion (C2). It is assumed that the external vibration of (1) is the same as that of FIG. 4 (constant at 30 kHz).
（３）は、垂直駆動信号Vdriveを示し、駆動方向変換（Ｃ１）により、駆動方向V_directionをフレーム毎に切り替えている。すなわち、フレームｆ１、ｆ３は１（＝上り）、フレームｆ２、ｆ４は０（＝下り）、のように、双方向に切り替える。これにより、垂直駆動信号Vdriveは破線（振幅変換前）で示す形状となる。その結果、光線２の垂直走査方向と振動による表示装置１の移動方向が、いずれのフレームでも同一の関係になる。この例では同方向としたが、逆方向の関係としてもよい。
(3) shows the vertical drive signal Vdrive, and the drive direction V_direction is switched for each frame by the drive direction conversion (C1). That is, the frames f1 and f3 are switched to 1 (= up), the frames f2 and f4 are switched to 0 (= down), and so on. As a result, the vertical drive signal Vdrive has a shape shown by a broken line (before amplitude conversion). As a result, the vertical scanning direction of the
（４ａ）は、駆動方向変換（Ｃ１）のみの場合の走査表示であり、垂直走査方向と振動方向が同一方向であるため、画像４の垂直サイズが１３０％伸長する。そこで、駆動振幅変換（Ｃ２）によりサイズの補正を行う。
(4a) is a scanning display in the case of only the drive direction conversion (C1), and since the vertical scanning direction and the vibration direction are the same direction, the vertical size of the
（３）の垂直駆動信号Vdriveの実線（振幅変換後）は、（１）の振動検出信号の振幅c_ampに応じて垂直駆動信号Vdriveの振幅をv_ampまで減じたものである。その結果（４ｂ）に示す走査表示となり、画像の垂直サイズが１００％となる。これにより、（５）のように、画像の上下方向に伸縮のない視認性の良い画像となる。 The solid line (after amplitude conversion) of the vertical drive signal Vdrive in (3) is the amplitude of the vertical drive signal Vdrive reduced to v_amp according to the amplitude c_amp of the vibration detection signal in (1). As a result, the scanning display shown in (4b) is obtained, and the vertical size of the image is 100%. As a result, as in (5), the image has good visibility without expansion and contraction in the vertical direction of the image.
＜制御例３＞Ｄｕｔｙ変換（Ｂ２）を含む場合。
図８は、外部振動周波数がフレームレートと異なる場合の制御を示す図である。すなわち、倍数multi＝１及びmulti＝２のいずれでもない場合には、レート変換（Ｂ１）、Ｄｕｔｙ変換（Ｂ２）、駆動方向変換（Ｃ１）、駆動振幅変換（Ｃ２）、駆動前値保持（Ｃ３）などを組み合わせる。
<Control example 3> When the Duty conversion (B2) is included.
FIG. 8 is a diagram showing control when the external vibration frequency is different from the frame rate. That is, when neither of the multiples multi = 1 and multi = 2, rate conversion (B1), duty conversion (B2), drive direction conversion (C1), drive amplitude conversion (C2), and pre-drive value retention (C3) ) Etc. are combined.
（１）には、外部振動周波数が４０Ｈｚの場合を示す。図２のＬＵＴ１７によれば、外部振動周波数c_freq＝４０Ｈｚ時は、倍率multi＝１．５であり、フレームレートv_freq＝１．５ｘ４０＝６０Ｈｚに設定する。しかしこれだけでは、振動の１周期毎に各フレームの走査を過不足なく割り当てることができない。
(1) shows a case where the external vibration frequency is 40 Hz. According to the
そこで（２）（３）のように、例えば、振動の２周期毎に、s_phase（２周期）とv_sync（３周期）の位相を一致させた垂直駆動信号Vdriveを生成する。さらに、レート変換（Ｂ１）、Ｄｕｔｙ変換（Ｂ２）によるv_syncの３フレーム中の２つのフレーム（ｆ１とｆ３、ｆ４とｆ６）が対称性を有するようにv_displayの位相を調整し、同時にｆ２，ｆ５は画像を表示しないＯＦＦ状態とする。さらに、v_direction（０／１＝下り／上り）を制御例２（図７）と同様に設定する。ＯＦＦ状態となるｆ２，ｆ５期間は、垂直駆動信号Vdriveに駆動前値保持（Ｃ３）による駆動レベルを変化させないレベル保持期間を設けた場合である。垂直駆動信号Vdriveは破線が振幅変換前、実線が振幅変換後を示す。 Therefore, as in (2) and (3), for example, a vertical drive signal Vdrive in which the phases of s_phase (2 cycles) and v_sync (3 cycles) are matched is generated every 2 cycles of vibration. Further, the phase of v_display is adjusted so that two frames (f1 and f3, f4 and f6) out of the three frames of v_sync by rate conversion (B1) and duty conversion (B2) have symmetry, and at the same time, f2 and f5. Is in the OFF state where the image is not displayed. Further, v_direction (0/1 = downlink / uplink) is set in the same manner as in control example 2 (FIG. 7). The f2 and f5 periods in the OFF state are cases where the vertical drive signal Vdrive is provided with a level holding period in which the drive level due to the pre-drive value holding (C3) is not changed. In the vertical drive signal Vdrive, the broken line indicates before the amplitude conversion, and the solid line indicates after the amplitude conversion.
これにより（４ａ）（４ｂ）のような、一部のフレーム（ｆ２、ｆ５）が間引かれた走査表示となる。また、垂直走査方向と振動方向が同一方向であるため、（４ａ）では画像の垂直サイズが１３０％伸長する。そこで、駆動振幅変換（Ｃ２）によりVdriveの駆動振幅を変換すると、（４ｂ）のような走査表示となる。その結果、（５）のように、画像の上下方向に伸縮のない視認性の良い画像となる。 This results in a scanning display in which some frames (f2, f5) are thinned out, as in (4a) and (4b). Further, since the vertical scanning direction and the vibration direction are the same, the vertical size of the image is extended by 130% in (4a). Therefore, when the drive amplitude of the Vdrive is converted by the drive amplitude conversion (C2), a scanning display as shown in (4b) is obtained. As a result, as shown in (5), the image has good visibility without expansion and contraction in the vertical direction of the image.
上記制御例３の変形として、他の振動周波数の場合は、図２に従い倍数multiを定める。各倍数multiの値によって、表示フレームは以下のように設定する。
・multi＝１の時、同期処理と１／１フレーム表示。
・multi＝１．５の時、同期処理と２／３フレーム表示。
・multi＝２の時、同期処理と１／１フレーム表示。
・multi＝２．５の時、同期処理と２／５フレーム表示。
・multi＝３の時、同期処理と２／３フレーム表示。
・multi＝３．５の時、同期処理と２／７フレーム表示。
・multi＝４の時、同期処理と２／４フレーム表示。
・multi＝４．５の時、同期処理と２／９フレーム表示。
As a modification of the above control example 3, in the case of other vibration frequencies, a multiple multi is determined according to FIG. The display frame is set as follows according to the value of each multiple multi.
-When multi = 1, synchronous processing and 1/1 frame display.
-When multi = 1.5, synchronous processing and 2/3 frame display.
-When multi = 2, synchronization processing and 1/1 frame display.
-When multi = 2.5, synchronous processing and 2/5 frame display.
-When multi = 3, synchronization processing and 2/3 frame display.
-When multi = 3.5, synchronous processing and 2/7 frame display.
-When multi = 4, synchronous processing and 2/4 frame display.
-When multi = 4.5, synchronous processing and 2/9 frame display.
このように、倍数multiが１及び２のいずれでもない時は、フレーム間引きを行う。なお、フレーム間引き期間では画像表示を停止するので、垂直駆動信号Vdriveの駆動レベルは上記以外でも構わない。 In this way, when the multiple multi is neither 1 nor 2, frame thinning is performed. Since the image display is stopped during the frame thinning period, the drive level of the vertical drive signal Vdrive may be other than the above.
＜制御例４＞同期外れモード（Ａ２）、光源消灯（Ｄ２）を含む場合。
図９は、フレームの途中で外部振動周波数あるいは位相が変動した場合を示す図である。この場合は、同期外れモード（Ａ２）、同期引き込みモード（Ａ３）、光源点灯（Ｄ１）、光源消灯（Ｄ２）、などを組み合わせる。
<Control example 4> When the out-of-synchronization mode (A2) and the light source are turned off (D2) are included.
FIG. 9 is a diagram showing a case where the external vibration frequency or phase fluctuates in the middle of the frame. In this case, the out-of-synchronization mode (A2), the synchronous pull-in mode (A3), the light source lighting (D1), the light source extinguishing (D2), and the like are combined.
（１）は、外部振動の検出信号で、振動周波数と位相が一定ではなく、動作途中で変動する場合を想定する。この例では、前記比較例２（図５）と同様に、フレームｆ２の途中で、外部振動が３０Ｈｚから３６Ｈｚに変化した場合とする。 (1) is an external vibration detection signal, and it is assumed that the vibration frequency and the phase are not constant and fluctuate during the operation. In this example, as in Comparative Example 2 (FIG. 5), it is assumed that the external vibration changes from 30 Hz to 36 Hz in the middle of the frame f2.
振動抽出部１５が振動周波数の変化を検出すると、同期処理部１６は、（２）（３）に示すように、同期外れモード（Ａ２）によりs_lockを解除し、光源消灯（Ｄ２）によるv_displayの表示停止を指示し、光源２４のレーザ発光を止める。そして、新たな周波数c_freqを特定して、同期引き込み処理に遷移する。その後、同期引き込みモード（Ａ３）による振動の１周期期間で周波数s_freq＝３６Ｈｚと位相s_phaseを引き込む。
When the
システム制御部１２は、ＬＵＴ１７からc_freq＝３６Ｈｚ時のmulti＝２．０を得て、２．０×３６＝７２Ｈｚで垂直駆動条件v_sync，v_directionと垂直駆動信号Vdriveを最適化する。
The
位相同期信号s_phaseの開始点で、同期モード（Ａ１）、レート変換（Ｂ１）、Ｄｕｔｙ変換（Ｂ２）によるv_displayを再開し、Ｄｕｔｙ変換（Ｂ２）、光源点灯（Ｄ１）によりフレームｆ４から画像を表示する。同期引き込み後は、上記同様の動作となる。垂直駆動信号Vdriveは破線が振幅変換前、実線が振幅変換後を示す。 At the start point of the phase synchronization signal s_phase, v_display by synchronization mode (A1), rate conversion (B1), and duty conversion (B2) is restarted, and the image is displayed from frame f4 by duty conversion (B2) and light source lighting (D1). do. After the synchronous pull-in, the same operation as described above is performed. In the vertical drive signal Vdrive, the broken line indicates before the amplitude conversion, and the solid line indicates after the amplitude conversion.
これにより（４ａ）（４ｂ）の走査表示となり、振動周波数の変化タイミングにおいて、フレームｆ２の一部の画像が、またこれに続くフレームｆ３の画像が間引かれる。この場合にも、駆動振幅変換（Ｃ２）によりVdriveの駆動振幅を変換すると、（４ｂ）のような走査表示となる。その結果、（５）のように、画像の上下方向に伸縮のない視認性の良い画像となる。 As a result, the scanning display of (4a) and (4b) is obtained, and at the change timing of the vibration frequency, a part of the image of the frame f2 and the image of the subsequent frame f3 are thinned out. Also in this case, if the drive amplitude of the Vdrive is converted by the drive amplitude conversion (C2), a scanning display as shown in (4b) is obtained. As a result, as shown in (5), the image has good visibility without expansion and contraction in the vertical direction of the image.
振動と表示位相の同期処理の上、光源点灯（Ｄ１）、光源消灯（Ｄ２）により、いずれか一方の垂直走査方向のみ画像としても良く、フレーム間引きにより、画像４の輝度は低下するが、視認性を確保するものである。これにより、Ｖ同期信号v_syncの周期が途中で変わる場合が混在する場合でも、その後安定した画像を提供できる。 After synchronizing the vibration and the display phase, the light source can be turned on (D1) and the light source can be turned off (D2) to produce an image in only one of the vertical scanning directions. It ensures sex. As a result, even when the period of the V synchronization signal v_sync changes in the middle, a stable image can be provided thereafter.
上記の各制御例で示したように、外部振動を受けた場合、またその振動周波数が変化した場合でも、外部振動に応じてミラー駆動部と光源駆動部を最適に駆動することで、走査歪の発生を抑圧し安定した画像を表示することができる。また、振動成分が複数ある場合であっても、走査ミラーに影響する振動成分のみ抽出することで、画面ブレや画角変化を効果的に軽減することができる。 As shown in each control example above, scanning distortion is achieved by optimally driving the mirror drive unit and the light source drive unit in response to the external vibration even when external vibration is received or the vibration frequency changes. It is possible to suppress the occurrence of the above and display a stable image. Further, even when there are a plurality of vibration components, screen blurring and changes in the angle of view can be effectively reduced by extracting only the vibration components that affect the scanning mirror.
もちろん、本実施例の表示装置１において、他の防振構造やアクティブ除震構造を併用しても良い。これにより、低域（例えば走査ミラー５の共振特性への影響が無い３０Ｈｚ以下）の外部振動に対し効果がある。その場合、本実施例の構成により防振機構の仕様を軽減でき、装置サイズやコスト軽減効果を望めることは言うまでもない。
Of course, in the
以上、本実施例の表示装置は、振動と表示位相の同期処理と、垂直走査方向を振動方向に一致させる切り替え処理により、走査範囲がそれぞれ対象となるフレームを存在させ、且つ、対象フレームのみ表示する処理により、上下振動の少ない、安定した視認性の良い画像を提供する。 As described above, in the display device of this embodiment, the vibration and the display phase are synchronized with each other, and the vertical scanning direction is switched to match the vibration direction. By the processing, a stable and highly visible image with little vertical vibration is provided.
実施例２では、実施例１で述べたレーザ投射表示装置を有するヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）について説明する。ここでは、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を自動車に搭載し、自動車の運転支援用の情報を表示する例について説明する。 In the second embodiment, the head-up display (HUD) having the laser projection display device described in the first embodiment will be described. Here, an example in which a head-up display (HUD) is mounted on an automobile and information for driving support of the automobile is displayed will be described.
図１０は、ＨＵＤの構成を示す図である。ＨＵＤ１００は、レーザ投射表示装置１０１（図１の符号１に相当）と電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０２を有する。ＥＣＵ１０２には、車両内の各種センサの検出情報や、通信網を介して取得した情報を入力する。例えば、車両の運転状態を示す速度情報やギア情報、ＧＰＳ情報などが含まれる。ジャイロセンサ１０３は車両の傾きや振動を検出するセンサであり、レーザ投射表示装置１０１の直近に配置し、レーザ投射表示装置１０１の振動を検出する。さらにジャイロセンサ１０３を複数用意し、車内に配置し、運転手／視認者の頭部の振動成分を検出してもよい。すなわちジャイロ１０３は、実施例１（図１）における振動センサ３０に相当する。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the HUD. The
ＥＣＵ１０２はジャイロセンサ１０３の検出信号をもとに、レーザ投射表示装置１０１の振動成分を表す振動検出信号を生成する。あるいは、レーザ投射表示装置１０１の振動成分と頭部の振動成分の相対成分を抽出して、振動検出信号を生成しても良い。さらに、運転者に提供する情報を含む画像信号を生成してレーザ投射表示装置１０１に出力する。その際、運転状態や車両の走行状態に応じて提供する情報を選択し、また外光の明るさに応じて画像信号のレベル（表示画像の明るさ）を調整する。
The
レーザ投射表示装置１０１は、実施例１で述べたように画像信号に応じたレーザ光２を自動車のフロントガラス１０６に向けて投射し、２次元状に走査する。フロントガラス１０６の内面には、半透過性の反射材料からなるコンバイナ（表示領域）１０４が貼り付けられており、このコンバイナ１０４にレーザ光２が投射されることで画像１０５が表示される。
As described in the first embodiment, the laser
走行中の自動車のタイヤが路面凹凸を乗り越えた際や、車の加減速・停止・発進、エンジン回転にともなう振動により、振動周波数が〜２００Ｈｚ、振動振幅＜１０ｍｍの振動成分を３方向（ｘ／ｙ／ｚ＝Ｈ／Ｖ／前後）からランダムに受けた際には、レーザ投射表示装置１０１の振動成分を振動検出信号で受け、実施例１で示した処理を行うことで、表示位置と表示サイズが安定した視認性の良い画像１０５を表示できる。
When the tires of a running car get over the unevenness of the road surface, or when the car accelerates / decelerates / stops / starts, or vibrates due to engine rotation, the vibration component has a vibration frequency of ~ 200 Hz and a vibration amplitude <10 mm in three directions (x /). When it is randomly received from y / z = H / V / before and after), the vibration component of the laser
１，１０１：レーザ投射表示装置（表示装置）、２，２５：レーザ光、３，１０４：表示領域、４，１０５：表示画像、５：走査ミラー、１２：システム制御部、１４：ミラー駆動部、１５：振動抽出部、１６：同期処理部、１７：テーブル（ＬＵＴ）、２２：画像処理部、２３：光源駆動部、２４：レーザ光源、２６：ＭＥＭＳ、３０：振動センサ、１００：ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、１０２：電子制御ユニット（ＥＣＵ）、１０３：ジャイロセンサ。 1,101: Laser projection display device (display device), 2,25: Laser light, 3,104: Display area, 4,105: Display image, 5: Scanning mirror, 12: System control unit, 14: Mirror drive unit , 15: Vibration extraction unit, 16: Synchronous processing unit, 17: Table (LUT), 22: Image processing unit, 23: Light source drive unit, 24: Laser light source, 26: MEMS, 30: Vibration sensor, 100: Head-up Display (HUD), 102: Electronic control unit (ECU), 103: Gyro sensor.
Claims (9)
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を駆動する光源駆動部と、
前記光源駆動部に表示用の画像信号を供給する画像処理部と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を反射し水平および垂直の２次元状に走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーを２軸方向に回転させる水平および垂直駆動信号を供給するミラー駆動部と、
振動センサからの振動検出信号を解析し主要な振動成分を抽出する振動抽出部と、
主要な振動成分の周波数と位相を基に同期引き込みの信号を生成する同期処理部と、
前記振動抽出部と前記同期処理部からの信号に基づき、前記画像処理部と前記ミラー駆動部を制御するシステム制御部と、を備え、
前記振動抽出部が抽出する振動成分とは、前記走査ミラーが低速で回転する垂直方向成分であり、
前記システム制御部は、振動成分の周波数と位相に同期させて、前記ミラー駆動部が供給する垂直駆動信号の周波数（以下、フレームレート）と位相を制御することを特徴とするレーザ投射表示装置。 In a laser projection display device that displays an image by projecting a laser beam corresponding to an image signal.
A laser light source that emits laser light and
A light source driving unit that drives the laser light source and
An image processing unit that supplies an image signal for display to the light source driving unit,
A scanning mirror that reflects the laser light emitted from the laser light source and scans it horizontally and vertically in two dimensions.
A mirror drive unit that supplies horizontal and vertical drive signals that rotate the scanning mirror in two axial directions,
A vibration extractor that analyzes the vibration detection signal from the vibration sensor and extracts the main vibration components,
A synchronization processing unit that generates a synchronous pull-in signal based on the frequency and phase of the main vibration components,
A system control unit that controls the image processing unit and the mirror drive unit based on the signals from the vibration extraction unit and the synchronization processing unit is provided.
The vibration component extracted by the vibration extraction unit is a vertical component in which the scanning mirror rotates at a low speed.
The system control unit is a laser projection display device characterized in that the frequency (hereinafter, frame rate) and phase of a vertical drive signal supplied by the mirror drive unit are controlled in synchronization with the frequency and phase of a vibration component.
前記振動抽出部が抽出した振動成分の周波数（c_freq）と、前記ミラー駆動部が供給する垂直駆動信号のフレームレート（v_freq）との関係を保持するテーブル（ＬＵＴ）を備え、
前記テーブルには、フレームレート（v_freq）が画像を視認するのに適正な範囲となるよう、振動成分の周波数（c_freq）に対するフレームレート（v_freq）の倍率（multi）が定められていることを特徴とするレーザ投射表示装置。 In the laser projection display device according to claim 1,
A table (LUT) that holds the relationship between the frequency (c_freq) of the vibration component extracted by the vibration extraction unit and the frame rate (v_freq) of the vertical drive signal supplied by the mirror drive unit is provided.
The table is characterized in that the magnification (multi) of the frame rate (v_freq) with respect to the frequency (c_freq) of the vibration component is set so that the frame rate (v_freq) is in an appropriate range for visually recognizing the image. Laser projection display device.
前記振動抽出部が抽出した振動成分の周波数（c_freq）が、画像を視認するのに適正なフレームレート（v_freq）の上限を超える場合は、前記システム制御部は、振動成分に基づく前記ミラー駆動部の制御を行わないことを特徴とするレーザ投射表示装置。 In the laser projection display device according to claim 2.
When the frequency (c_freq) of the vibration component extracted by the vibration extraction unit exceeds the upper limit of the frame rate (v_freq) appropriate for visually recognizing the image, the system control unit is the mirror drive unit based on the vibration component. A laser projection display device characterized in that the control of the frequency is not performed.
前記システム制御部は前記ミラー駆動部に対し、前記振動抽出部が抽出した振動成分の振幅に合わせて垂直駆動信号の振幅を増減することを特徴とするレーザ投射表示装置。 In the laser projection display device according to claim 2 or 3.
The system control unit is a laser projection display device that increases or decreases the amplitude of a vertical drive signal with respect to the mirror drive unit according to the amplitude of the vibration component extracted by the vibration extraction unit.
前記システム制御部は、前記ミラー駆動部における垂直駆動信号の振幅が増大し、前記走査ミラーの走査位置が所定の表示領域を逸脱する場合には、前記画像処理部を介し、前記レーザ光源からのレーザ光の出射を停止させることを特徴とするレーザ投射表示装置。 In the laser projection display device according to claim 4,
When the amplitude of the vertical drive signal in the mirror drive unit increases and the scanning position of the scanning mirror deviates from a predetermined display region, the system control unit transmits the image processing unit to the laser light source. A laser projection display device characterized by stopping the emission of laser light.
前記システム制御部は前記ミラー駆動部に対し、前記走査ミラーの走査方向と前記振動抽出部の抽出した振動方向とが、いずれのフレームでも同方向または逆方向の関係になるよう制御することを特徴とするレーザ投射表示装置。 In the laser projection display device according to any one of claims 2 to 5.
The system control unit controls the mirror drive unit so that the scanning direction of the scanning mirror and the vibration direction extracted by the vibration extraction unit are in the same direction or in the opposite direction in any frame. Laser projection display device.
前記振動抽出部が抽出した振動成分の周波数（c_freq）に対し、前記テーブルの定めたフレームレート（v_freq）の倍率（multi）が１及び２のいずれでもない場合には、前記システム制御部は前記ミラー駆動部に対し、垂直駆動信号の駆動レベルを変化させないレベル保持期間を設けるとともに、前記画像処理部を介し、前記レベル保持期間では前記レーザ光源からのレーザ光の出射を停止させることを特徴とするレーザ投射表示装置。 In the laser projection display device according to any one of claims 2 to 6.
When the magnification (multi) of the frame rate (v_freq) defined in the table is neither 1 nor 2 with respect to the frequency (c_freq) of the vibration component extracted by the vibration extraction unit, the system control unit is described. The mirror drive unit is provided with a level holding period that does not change the drive level of the vertical drive signal, and the emission of laser light from the laser light source is stopped during the level holding period via the image processing unit. Laser projection display device.
前記振動抽出部が抽出した振動成分の周波数あるいは位相が変動した場合、前記システム制御部は前記画像処理部を介し、前記レーザ光源からのレーザ光の出射を停止させ、前記同期処理部による同期引き込み後に、前記レーザ光源からのレーザ光の出射を再開させることを特徴とするレーザ投射表示装置。 In the laser projection display device according to any one of claims 2 to 7.
When the frequency or phase of the vibration component extracted by the vibration extraction unit fluctuates, the system control unit stops the emission of laser light from the laser light source via the image processing unit, and the synchronization processing unit simultaneously draws in the laser light. Later, a laser projection display device characterized in that the emission of laser light from the laser light source is restarted.
入力した各種情報をもとに前記レーザ投射表示装置にて表示する画像信号を生成する電子制御ユニットと、
前記レーザ投射表示装置の振動を検出するジャイロセンサを備え、
前記電子制御ユニットは、前記ジャイロセンサの検出信号から前記レーザ投射表示装置の振動成分を表す振動検出信号を生成して前記レーザ投射表示装置に出力し、
前記レーザ投射表示装置は、前記電子制御ユニットから入力する画像信号と振動検出信号に基づいて、前記システム制御部により前記画像処理部と前記ミラー駆動部を制御し、画像信号に応じたレーザ光を投射して画像を表示することを特徴とするヘッドアップディスプレイ。 In a head-up display having the laser projection display device according to any one of claims 1 to 8.
An electronic control unit that generates an image signal to be displayed on the laser projection display device based on various input information.
A gyro sensor for detecting the vibration of the laser projection display device is provided.
The electronic control unit generates a vibration detection signal representing a vibration component of the laser projection display device from the detection signal of the gyro sensor and outputs the vibration detection signal to the laser projection display device.
The laser projection display device controls the image processing unit and the mirror drive unit by the system control unit based on the image signal and the vibration detection signal input from the electronic control unit, and emits laser light according to the image signal. A head-up display characterized by projecting and displaying an image.
Priority Applications (1)
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