JP4458000B2

JP4458000B2 - 画像表示装置及び画像表示装置の制御方法

Info

Publication number: JP4458000B2
Application number: JP2005242242A
Authority: JP
Inventors: 高司武田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: CN1920907A; US7673994B2; CN100458876C; JP2007057755A; US20070046903A1

Description

本発明は、画像表示装置及び画像表示装置の制御方法、特に、画像信号に応じて変調されたビーム光を走査させることで画像を表示する画像表示装置の技術に関する。

近年、画像を表示する画像表示装置として、レーザ光を走査させることで画像を表示するレーザプロジェクタが提案されている。レーザ光は、単色性及び指向性が高いことを特徴とする。このため、レーザプロジェクタは、色再現性の良い画像を得られるという利点を有する。レーザプロジェクタは、例えば、矩形のパルス状の変調電流によるレーザ光の変調を用いて画像の表示を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１８９５２０号公報

特許文献１には、パルス幅変調によりレーザ光を変調する技術が提案されている。例えば、１９２０×１０８０ピクセルのフルハイビジョンの画像を毎秒３０フレームで表示する場合、各画素上をレーザ光が走査するタイミングを表す画素クロックは６２．２メガヘルツとなる。このとき、８ビットの階調表現を行うためには、１６ギガヘルツの変調周波数を要することとなる。このように高速な変調を行うために、光源を駆動させるための構成が複雑となると、製造コストが増大することとなる。特に高出力のレーザ光源は、１６ギガヘルツもの変調周波数において正確な駆動を行うことは非常に困難であることから、変調の正確さや装置の信頼性が低下することも考えられる。このように変調周波数を高めることが困難である場合に、複数のレーザ光を用いて階調表現することで、各レーザ光の変調周波数を低減することも考えられる。この場合、例えば１０個のレーザ光を用いて階調表現を行うこととしても最小パルス幅を１０倍にできるにすぎず、さらなる変調周波数の低下が望まれることとなる。

また、特許文献１には、各レーザ光の光量を２のべき乗に比例するように調整し、表示する階調数（量子化ビット数）に合わせてレーザ光を選択する技術についても提案されている。画素クロックに同期させた光源駆動パルス信号を用いるため、変調周波数を低下させることが可能である。例えば、８ビットの階調表現を行う場合、８個のレーザ光についてそれぞれ０ビットから７ビットが割り当てられる。最大ビット数である７ビットが割り当てられるレーザ光は、１２８階調に相当する光量となる。この場合、８個のレーザ光を用いて表示できる最大階調は２５５階調に相当する光量となることから、８個のレーザ光を用いても、最大ビット数が割り当てられるレーザ光の光量を２倍させた光量より少ない光量しか得られないこととなる。これと同様に１０個のレーザ光を用いる場合、得られる光量は、最大ビット数が割り当てられるレーザ光の光量の２倍の光量よりさらに少なくなる。このように、従来の技術によると、簡易かつ信頼性が高い構成により明るい画像を表示することが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、簡易かつ信頼性が高い構成により明るい画像を表示することが可能な画像表示装置、及び画像表示装置の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、複数のビーム光を走査させることにより画像を表示する画像表示装置であって、ビーム光を供給する光源部と、光源部からのビーム光を走査させる走査部と、を有し、光源部は、最小ビット数から最大ビット数までのうち割り当てられたビット数に応じて重み付けされた光量のビーム光を用いて階調を表現するように駆動され、かつ、最小ビット数から最大ビット数までのうち上位の少なくとも１ビットに対して、少なくとも２つのビーム光を割り当てることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。

最小ビット数から最大ビット数のうち下位のビットに対しては、ビット数に応じた光量の単独のビーム光が割り当てられる。また、上位の少なくとも１ビットに対しては、少なくとも２つのビーム光が割り当てられる。上位の少なくとも１ビットに対して複数のビーム光を割り当てることにより、全てのビットに対して単独のビーム光を割り当てる場合と比較して、最大階調時の光量を増大させることが可能となる。このため、表現可能な階調を増大させ、かつ明るい画像を表示することができる。また、表示する階調数（量子化ビット数）に合わせてビーム光を選択する構成とすることから、画素クロックに同期させた光源駆動パルス信号に応じて光源部を駆動させることが可能である。このため、従来のパルス幅変調により階調表現を行う場合と比較して、変調周波数を低下させることも可能である。このため、飛躍的に高速な変調を行うための複雑かつ高価な構成を不要とし、かつ信頼性が高い構成とすることができる。これにより、簡易かつ信頼性が高い構成により明るい画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光源部は、それぞれ２のべき乗に略比例する光量に調節された複数のビーム光を供給することが望ましい。これにより、表示する階調数（量子化ビット数）に合わせてビーム光を選択することで階調表現を行うことができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光源部は、複数のビーム光のうち一部のビーム光に対して２つ以上のビット数を割り当てるように駆動されることが望ましい。本態様によると、ビーム光を選択する組合せを増加させるとともに最大階調を増加させることを可能とし、表現可能な階調数を増大させることができる。これにより、高品質でさらに明るい画像を表示することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光源部は、最小ビット数から最大ビット数までを順次割り当てる場合と比較して、ビーム光ごとの出力差を平準化させてビット数を割り当てることが望ましい。これにより、各ビーム光の出力のばらつきを低減することができる。例えば、最大出力が同等である複数のレーザ素子を用いることを可能とし、レーザ素子ごとの出力差を平準化させることで無駄の低減を図ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、複数のビーム光のうち一部のビーム光について２つ以上のパルス幅に応じて点灯時間を切り換えるように駆動されることが望ましい。本態様によると、ビーム光を選択する組合せを増加させるとともに最大階調を増加させることを可能とし、表現可能な階調数を増大させることができる。これにより、高品質でさらに明るい画像を表示することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部を駆動させる光源駆動部を有し、光源駆動部は、最小ビット数から最大ビット数のうち下位のビットが割り当てられたビーム光を供給させるための第１駆動部と、最小ビット数から最大ビット数のうち上位のビットが割り当てられたビーム光を供給させるための第２駆動部とを備えることが望ましい。下位のビットが割り当てられるビーム光は小さい出力、上位のビットが割り当てられるビーム光は大きい出力を要する。また、下位のビットにおいては多値による制御を要する場合があるのに対して、上位のビットについては多値による制御が不要である。このため、下位のビットが割り当てられるビーム光に対して第１駆動部、上位のビットが割り当てられるビーム光に対して第２駆動部を用いることで、供給するビーム光に適した構成とすることが可能となる。これにより、部品の無駄を生じさせず、かつ消費電力を低減することを可能とし、省電力及び低コスト化を図ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、ビーム光を出射させる複数のビーム光出射部を有し、出射させるビーム光の光量が大きいビーム光出射部を光源部の一部の領域に配置することが望ましい。例えば、大きい出力のビーム光出射部を配置する領域に冷却部を設けることで、光源部の放熱を効率的に行うことが可能となる。また、放熱し易い領域に大きい出力のビーム光出射部を配置することとしても良い。このように、出力の大きいビーム光出射部を一部の領域に配置する構成とすることで、光源部の放熱を効率的に行うことが可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、ビーム光を出射させる複数のビーム光出射部を有し、出射させるビーム光の光量が大きいビーム光出射部の間に、出射させるビーム光の光量が小さいビーム光出射部を配置することが望ましい。これにより、各ビーム光出射部から生じる熱の局在を低減し、不具合の発生を低減することができる。

さらに、本発明によれば、ビーム光を走査させることにより画像を表示する画像表示装置の制御方法であって、複数のビーム光を供給するビーム光供給工程と、ビーム光を、被照射領域において第１の方向と、第１の方向に略直交する第２の方向へ走査させる走査工程と、を含み、ビーム光供給工程において、最小ビット数から最大ビット数までのうち割り当てられたビット数に応じて重み付けされた光量のビーム光を用いて階調を表現し、かつ、最小ビット数から最大ビット数までのうち上位の少なくとも１ビットに対して、少なくとも２つのビーム光を割り当てることを特徴とする画像表示装置の制御方法を提供することができる。上位の少なくとも１ビットに対して複数のビーム光を割り当てることにより、全てのビットに対して単独のビーム光を割り当てる場合と比較して、最大階調時の光量を増大させることが可能となる。このため、表現可能な階調を増大させ、かつ明るい画像を表示することができる。また、表示する階調数（量子化ビット数）に合わせてビーム光を選択する構成とすることから、画素クロックに同期させた光源駆動パルス信号に応じてビーム光を供給することが可能である。このため、従来のパルス幅変調により階調表現を行う場合と比較して、変調周波数を低下させることも可能である。このため、飛躍的に高速な変調を行うための複雑かつ高価な構成を不要とし、かつ信頼性が高い構成とすることができる。これにより、簡易かつ信頼性が高い構成により明るい画像を表示することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置１００の概略構成を示す。画像表示装置１００は、スクリーン１１０の一方の面にレーザ光を供給し、スクリーン１１０の他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタである。画像表示装置１００は、複数のビーム光であるレーザ光を水平方向であるＸ方向、及び垂直方向であるＹ方向へ走査させることにより画像を表示する。

図２は、レーザ装置１０１の概略構成を示す。レーザ装置１０１は、ビーム光である赤色レーザ光（以下、「Ｒ光」という。）を供給するＲ光用光源部１２１Ｒと、ビーム光である緑色レーザ光（以下、「Ｇ光」という。）を供給するＧ光用光源部１２１Ｇと、ビーム光である青色レーザ光（以下、「Ｂ光」という。）を供給するＢ光用光源部１２１Ｂと、を有する。

各色光用光源部１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂは、それぞれ画像信号に応じて変調された１０個のレーザ光を供給する。各色光用光源部１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂは、例えば、レーザ光を供給する１０個のレーザダイオード素子を備えている。レーザ装置１０１には、２つのダイクロイックミラー１２４、１２５が設けられている。ダイクロイックミラー１２４は、Ｒ光を透過し、Ｇ光を反射する。ダイクロイックミラー１２５は、Ｒ光及びＧ光を透過し、Ｂ光を反射する。Ｒ光用光源部１２１ＲからのＲ光は、ダイクロイックミラー１２４、１２５を透過した後、レーザ装置１０１から出射する。

Ｇ光用光源部１２１ＧからのＧ光は、ダイクロイックミラー１２４で反射することにより、光路が略９０度折り曲げられる。ダイクロイックミラー１２４で反射したＧ光は、ダイクロイックミラー１２５を透過した後、レーザ装置１０１から出射する。Ｂ光用光源部１２１ＢからのＢ光は、ダイクロイックミラー１２５で反射することにより、光路が略９０度折り曲げられる。ダイクロイックミラー１２５で反射したＢ光は、レーザ装置１０１から出射する。レーザ装置１０１は、このようにして、画像信号に応じて変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光を供給する。

図１に戻って、レーザ装置１０１からのレーザ光は、照明光学系１０２を経た後走査部２００へ入射する。走査部２００からの光は、投写光学系１０３を経た後、反射部１０５に入射する。照明光学系１０２及び投写光学系１０３は、レーザ装置１０１からのレーザ光をスクリーン１１０上へ投写させる。反射部１０５は、走査部２００からのレーザ光をスクリーン１１０の方向へ反射する。筐体１０７は、筐体１０７内部の空間を密閉する。

スクリーン１１０は、筐体１０７の所定の一面に設けられている。スクリーン１１０は、画像信号に応じて変調されたレーザ光を透過させる透過型スクリーンである。反射部１０５からの光は、スクリーン１１０の、筐体１０７の内部側の面から入射した後、観察者側の面から出射する。観察者は、スクリーン１１０から出射する光を観察することで、画像を鑑賞する。なお、画像表示装置１００は、各色について１０個のレーザ光をそれぞれ並列させて走査させる構成としても良く、１０個のうち一部又は全てを重畳させて走査させる構成としても良い。

図３は、走査部２００の概略構成を示す。走査部２００は、反射ミラー２０２と、反射ミラー２０２の周囲に設けられた外枠部２０４とを有する、いわゆる二重ジンバル構造をなしている。外枠部２０４は、回転軸であるトーションばね２０６によって、不図示の固定部に連結されている。外枠部２０４は、トーションばね２０６の捩れと、元の状態への復元とを利用して、トーションばね２０６を中心として回動する。反射ミラー２０２は、トーションばね２０６に略直交する回転軸であるトーションばね２０７によって、外枠部２０４に連結されている。反射ミラー２０２は、レーザ装置１０１からのレーザ光を反射する。反射ミラー２０２は、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。

反射ミラー２０２は、外枠部２０４がトーションばね２０６を中心として回動することにより、スクリーン１１０においてレーザ光をＹ方向（図１参照）へ走査させるように変位する。また、反射ミラー２０２は、トーションばね２０７の捩れと、元の状態への復元とを利用して、トーションばね２０７を中心として回動する。反射ミラー２０２は、トーションばね２０７を中心として回動することにより、反射ミラー２０２で反射したレーザ光をＸ方向へ走査するように変位する。このように、走査部２００は、レーザ装置１０１からのレーザ光をＸ方向とＹ方向へ繰り返し走査させる。

図４は、走査部２００を駆動させるための構成を説明するものである。反射ミラー２０２がレーザ光を反射させる側を表側とすると、第１の電極３０１、３０２は、外枠部２０４の裏側の空間であって、トーションばね２０６に関して略対称な位置にそれぞれが設けられている。第１の電極３０１、３０２に電圧を印加すると、第１の電極３０１、３０２と、外枠部２０４との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。外枠部２０４は、第１の電極３０１、３０２に交互に電圧を印加することにより、トーションばね２０６を中心として回動する。

トーションばね２０７は、詳細には、第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね３０８とで構成されている。第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね３０８との間には、ミラー側電極３０５が設けられている。ミラー側電極３０５の裏側の空間には、第２の電極３０６が設けられている。第２の電極３０６に電圧を印加すると、第２の電極３０６とミラー側電極３０５との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。第２の電極３０６のいずれにも同位相の電圧を印加すると、反射ミラー２０２は、トーションばね２０７を中心として回動する。走査部２００は、このようにして反射ミラー２０２を回動させることで、レーザ光を二次元方向へ走査させる。走査部２００は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成することができる。

走査部２００は、例えば画像の１フレーム期間において、副走査方向であるＹ方向へ１回レーザ光を走査させる間に、主走査方向であるＸ方向について複数回レーザ光を往復させるように反射ミラー２０２を変位させる。Ｘ方向を第１の方向、Ｙ方向を第１の方向に略直交する第２の方向とすると、走査部２００は、第１の方向へレーザ光を走査する周波数が、第２の方向へレーザ光を走査する周波数に比べて高くなるように駆動される。なお、Ｘ方向へのレーザ光の走査を高速に行うために、走査部２００は、トーションばね２０７を中心として反射ミラー２０２を共振動作させる構成とすることが望ましい。反射ミラー２０２を共振動作させることにより、反射ミラー２０２の変位量を増大させることができる。反射ミラー２０２の変位量を増大させることにより、走査部２００は、少ないエネルギーで効率良くレーザ光を走査することができる。なお、反射ミラー２０２は、共振動作以外の動作により駆動することとしても良い。

走査部２００は、電位差に応じた静電力によって駆動する構成に限られない。例えば、圧電素子の伸縮力や電磁力を用いて駆動する構成であっても良い。走査部２００は、Ｘ方向にレーザ光を走査する反射ミラーと、Ｙ方向にレーザ光を走査する反射ミラーとを設ける構成としても良い。

図５は、本発明の画像表示装置１００においてレーザ光の光量を割り当てる例１と、従来技術によりレーザ光の光量を割り当てる比較例とを説明するものである。比較例、及び例１のいずれについても、最小ビット数から最大ビット数までのうち割り当てられたビット数に応じて重み付けされた光量のレーザ光を用いて階調を表現する。このうち比較例の場合、０ビットから９ビットが割り当てられた１０個のレーザ光を、表示する階調数（量子化ビット数）に合わせて選択することで、１０ビットの階調表現を行う。

比較例では、レーザダイオード素子（以下、適宜「ＬＤ」という。）１〜１０は、それぞれ０．２５ｍＷから１２８ｍＷまで、２のべき乗に比例し、かつ順次大きくように光量が割り当てられる。最大ビットである９ビットが割り当てられるレーザ光は、１２８階調に相当する光量となる。また、１０個のレーザ光により表示できる最大階調は２５５．７５階調に相当する光量となる。このことから、比較例によると、１０個のレーザ光を用いても、最大ビット数が割り当てられるレーザ光の光量を２倍させた２５６階調に相当する光量よりも少ない光量しか得られないこととなる。

本発明の画像表示装置１００は、ＬＤ１〜１０への光量の割り当てが比較例の場合と異なる。ＬＤ１〜１０は、それぞれ１ｍＷから１２８ｍＷまで、２のべき乗に比例する光量が割り当てられる。各色光用光源部は、それぞれ２のべき乗に比例する光量に調節された１０個のレーザ光を供給する。ＬＤ１〜８については、１ｍＷから１２８ｍＷまで順次大きくなるように光量が割り当てられる。これに対して、ＬＤ９、１０については、いずれもＬＤ８と同じ１２８ｍＷが割り当てられる。

ＬＤ１〜８には、それぞれ０ビットから７ビットが割り当てられている。ＬＤ９及びＬＤ１０には、８ビットが割り当てられている。ＬＤ９及びＬＤ１０は常にレーザ光の点灯及び消灯を同時に行うことにより、２つで合計２５６ｍＷの出力を担う。このように、本発明では、最小ビット数である０ビットから最大ビット数である８ビットまでのうち、上位の１ビットである８ビットに対して２つのレーザ光を割り当てる。例１の場合、０ビットから８ビットが割り当てられた１０個のレーザ光を、表示する階調数（量子化ビット数）に合わせて選択することで、９ビットの階調表現を行う。

例１によると、比較例の場合よりも１ビット減少している。その代わりに、比較例の場合の最大出力が２５５．７５ｍＷであるのに対して、例１ではその略２倍に相当する５１１ｍＷの最大出力とすることが可能である。上位の少なくとも１ビットに対して複数のレーザ光を割り当てることにより、全てのビットに対して単独のレーザ光を割り当てる従来例より、最大階調時の光量を増大させることが可能となる。

このため、本発明の画像表示装置１００は、表現可能な階調を増大させ、かつ明るい画像を表示することができる。また、表示する階調数（量子化ビット数）に合わせてレーザ光を選択する構成とすることから、画素クロックに同期させた光源駆動パルス信号に応じて光源部を駆動させることが可能である。このため、従来のパルス幅変調により階調表現を行う場合と比較して、変調周波数を低下させることも可能である。このため、飛躍的に高速な変調を行うための複雑かつ高価な構成を不要とし、かつ信頼性が高い構成とすることができる。これにより、簡易かつ信頼性が高い構成により明るい画像を表示することができるという効果を奏する。

図６は、画像表示装置１００を制御するためのブロック構成を示すものである。画像信号入力部７１１は、入力端子から入力された画像信号の特性補正や増幅等を行う。例えば、画像信号入力部７１１は、アナログ形式の画像信号をディジタル形式の光源変調用強度信号に変換して出力する。この他、画像信号入力部７１１は、ディジタル形式の画像信号をディジタル形式の光源変調用強度信号として出力する構成としても良い。同期／画像分離部７１２は、画像信号入力部７１１からの信号を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれについての画像情報信号、垂直同期信号、水平同期信号に分離し、制御部７１３へ出力する。制御部７１３のうちの画像処理部７２１は、画像情報をフレームごとの情報に分けて、フレームメモリ７１４へ出力する。フレームメモリ７１４は、画像処理部７２１からの画像信号をフレーム単位で格納する。

制御部７１３のうちの走査制御部７２３は、垂直同期信号、水平同期信号に基づいて、走査部２００を駆動させる駆動信号を生成する。走査駆動部７１５は、制御部７１３からの駆動信号に応答して走査部２００を駆動させる。走査工程においては、かかる構成により、レーザ光を被照射領域においてＸ方向とＹ方向へ走査させる。水平角度センサ７１６は、スクリーン１１０にてレーザ光をＸ方向へ走査させる反射ミラー２０２（図３参照）の振り角を検出する。垂直角度センサ７１７は、スクリーン１１０にてレーザ光をＹ方向へ走査させる反射ミラー２０２の振り角を検出する。信号処理部７１８は、垂直角度センサ７１７の変位からフレーム開始信号Ｆ＿Ｓｙｎｃ、水平角度センサ７１６の変位からライン開始信号Ｌ＿Ｓｙｎｃをそれぞれ生成し、制御部７１３へ出力する。

制御部７１３は、フレーム開始信号Ｆ＿Ｓｙｎｃ、ライン開始信号Ｌ＿Ｓｙｎｃから演算された線速度、及び垂直同期信号、水平同期信号に基づいて、画素タイミングクロックを生成する。画素タイミングクロックは、レーザ光が各画素上を通るタイミングを知るための信号であって、画像信号に応じて変調されたレーザ光を正確な位置に入射させるためのものである。

Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、光源制御部７２２からの光源駆動パルス信号に基づいて、Ｒ光用光源部１２１Ｒを駆動させる。Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、光源駆動パルス信号に応じてＲ光用光源部１２１Ｒの１０個のＬＤ１〜１０を制御する。Ｇ光源駆動部７３２Ｇも、Ｒ光源駆動部７３２Ｒと同様にして、Ｇ光用光源部１２１Ｇを駆動させる。Ｂ光源駆動部７３２Ｂも、Ｒ光源駆動部７３２Ｒと同様にして、Ｂ光用光源部１２１Ｂを駆動させる。ビーム光供給工程においては、かかる構成により、複数のレーザ光を供給する。

図７は、Ｒ光用光源部１２１ＲのＬＤ１〜１０を駆動させる構成について詳細に説明するものである。ここでは各色光用光源部のうち、Ｒ光用光源部１２１Ｒを代表例として説明を行う。階調データ生成部７５０は、フレームメモリ７１４（図６参照）から読み出された画像情報信号に基づいて、最下位のビットである０ビットから最上位のビットである８ビットまでの９つの制御信号を生成する。Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、０ビットから７ビットまでの各制御信号を、それぞれＬＤ１〜８へ出力する。また、Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、８ビットの制御信号を、ＬＤ９及びＬＤ１０へ出力する。

図８は、Ｒ光源駆動部７３２ＲのうちＬＤ１を駆動させる構成を示す。スイッチ部８０１は、階調データ生成部７５０からの制御信号のうち、ＬＤ１に割り当てられた０ビットの制御信号に応じて、レーザ光の供給と停止とを制御する。電流制御部８０２は、電流値を、ＬＤ１に割り当てられた出力１ｍＷになるように調節する。かかる構成により、ＬＤ１からのレーザ光の供給と停止とを制御することができる。

Ｒ光用光源部１２１ＲのうちＬＤ２〜８は、ＬＤ１と同様の構成により、レーザ光の供給と停止とが制御される。ＬＤ９及びＬＤ１０については、それぞれのスイッチ部８０１が８ビットの制御信号に応じて連動して作動するように構成されている。これにより、ＬＤ９及びＬＤ１０によるレーザ光の供給と停止とを同時に行うことができる。

図９は、Ｒ光用光源部１２１Ｒにおける各ＬＤ１〜１０の配置について説明するものである。Ｒ光用光源部１２１Ｒは、３つのサブレーザアレイ９０１、９０２、９０３を並列させて構成されている。サブレーザアレイ９０１には、ビーム光出射部である４つのＬＤ１〜４が設けられている。サブレーザアレイ９０２には、ビーム光出射部である３つのＬＤ５〜７が設けられている。サブレーザアレイ９０３には、ビーム光出射部である３つのＬＤ８〜１０が設けられている。

Ｒ光用光源部１２１Ｒのうち、サブレーザアレイ９０３には、図５を用いて説明したように、出射させるレーザ光の光量が大きいＬＤ８〜１０が配置されている。また、サブレーザアレイ９０１には、出射させるレーザ光の光量が小さいＬＤ１〜４が配置されている。Ｒ光用光源部１２１Ｒは、複数のビーム光出射部であるＬＤ１〜１０のうち、出射させるレーザ光の光量が大きいＬＤ８〜１０をＲ光用光源部１２１Ｒのうちの一部の領域であるサブレーザアレイ９０３上に配置するように構成されている。

また、Ｒ光用光源部１２１Ｒのうちサブレーザアレイ９０３が設けられる部分には、冷却部９０５が設けられている。冷却部９０５は、Ｒ光用光源部１２１Ｒで発生する熱を外部へ放出させるものであって、例えば、ペルチェ素子である。Ｒ光用光源部１２１Ｒは、出力の大きいＬＤ８〜１０を一部の領域に配置する構成とすることで、Ｒ光用光源部１２１Ｒの放熱を効率的に行うことが可能となる。

図１０及び図１１は、Ｒ光用光源部におけるＬＤ１〜１０の他の配置例について説明するものである。図１０に示すＲ光用光源部１０２１Ｒは、Ｒ光用光源部１０２１Ｒの外縁近傍に出力の大きいＬＤ８〜１０を配置するものである。かかる配置とすることで、Ｒ光用光源部１０２１Ｒの外部へ効率良く熱を放出させることが可能となる。図１１に示すＲ光用光源部１１２１Ｒは、出射させるレーザ光の光量が大きいＬＤ８〜１０の間に、出射させるレーザの光量が小さいＬＤ１〜４を配置するものである。Ｒ光用光源部１１２１Ｒ中で熱の局在を生じると、ＬＤごとの光量むら等の不具合を生じる場合がある。図１１に示す構成によると、各ＬＤ１〜１０から生じる熱の局在を低減することで、光量むら等の不具合の発生を低減することができる。

なお、各色光用光源部は、ＬＤ１〜１０をアレイ状に配置する構成に限られず、例えば、一方向へ並列させる構成としても良い。また、各色光用光源部は、ビーム光出射部としてＬＤを用いる構成に限られない。例えば、複数のＬＤに代えて、複数の開口部を備える面発光型レーザダイオードを用いても良い。この場合、レーザ光を出射させる複数の開口部が、ビーム光出射部として機能する。

図１２は、本発明の実施例２に係る画像表示装置について説明するものであって、レーザ光の光量を割り当てる２つの例について説明するものである。本実施例は、１０個のＬＤ１〜１０のうち一部のＬＤに対して２つ以上のビット数を割り当てるように各色光用光源部が駆動されることを特徴とする。

例２では、４つのＬＤ１〜４について、それぞれ２つの制御ビットが割り当てられている。ＬＤ１は、０ビットの制御信号と７ビットの制御信号が割り当てられ、１ｍＷの出力と１２８ｍＷの出力とを行う。ＬＤ２は、１ビットの制御信号と２ビットの制御信号が割り当てられ、２ｍＷの出力と４ｍＷの出力とを行う。ＬＤ３は、３ビットの制御信号と４ビットの制御信号が割り当てられ、８ｍＷの出力と１６ｍＷの出力とを行う。ＬＤ４は、５ビットの制御信号と６ビットの制御信号が割り当てられ、３２ｍＷの出力と６４ｍＷの出力とを行う。このように、４つのＬＤ１〜４には、下位ビットである０ビットから７ビットまでの制御信号が割り当てられている。なお、各ＬＤ１〜４は２値を選択的に出力するのみならず、２値を同時に出力することも可能とする。

６つのＬＤ５〜１０は、いずれも１２８ｍＷの出力が割り当てられている。このうちＬＤ５及びＬＤ６には、８ビットの制御信号が割り当てられている。ＬＤ５及びＬＤ６は常にレーザ光の点灯及び消灯を同時に行うことにより、２つで合計２５６ｍＷの出力を担う。４つのＬＤ７〜１０には、９ビットの制御信号が割り当てられている。ＬＤ７〜１０は常にレーザ光の点灯及び消灯を同時に行うことにより、４つで合計５１２ｍＷの出力を担う。このように、６つのＬＤ５〜１０には、上位ビットである８ビット及び９ビットの制御信号が割り当てられている。例２の場合、０ビットから９ビットの制御信号が割り当てられた１０個のレーザ光を、表示する階調数（量子化ビット数）に合わせて選択することで、１０ビットの階調表現を行う。

例２によると、ＬＤ１〜４に下位ビットの制御信号をそれぞれ２つ割り当てることにより、上記の実施例１の場合と比較してレーザ光を選択する組合せを増加させるとともにＲ光用光源部１２１Ｒ全体の最大出力を１０２３ｍＷにまで増加させ、表現可能な階調数を増大させることができる。これにより、高品質でさらに明るい画像を表示することができるという効果を奏する。なお、例１においては全てのＬＤ１〜１０について最大１２８ｍＷを出力可能であれば良いのに対し、例２の場合、ＬＤ１のみ最大１２９ｍＷを出力可能であることを要する。よって、本実施例では一部のレーザ光に対して２つのビット数の制御信号を割り当てること、及び１つのレーザ光について最大出力を１ｍＷ増加させることにより、１０ビットの階調表現を行うことが可能である。

図１３は、Ｒ光用光源部１２１ＲのＬＤ１〜１０を駆動させる構成について詳細に説明するものである。階調データ生成部７５０は、フレームメモリ７１４（図６参照）から読み出された画像情報信号に基づいて、０ビットから９ビットまでの１０個の制御信号を生成する。Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、０ビットの制御信号及び７ビットの制御信号をＬＤ１へ出力する。ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４へは、それぞれ１ビット及び２ビット、３ビット及び４ビット、５ビット及び６ビットの各制御信号を出力する。また、Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、８ビットの制御信号を、ＬＤ５及びＬＤ６へ出力する。さらに、Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、９ビットの制御信号を、ＬＤ７〜ＬＤ１０へ出力する。

図１４は、Ｒ光源駆動部７３２ＲのうちＬＤ１を駆動させる構成を示す。スイッチ部８０１は、階調データ生成部７５０からの０ビットの制御信号に応じて、レーザ光の供給と停止とを制御する。電流制御部８０２は、出力１ｍＷのレーザ光を出力するように電流値を制御する。さらに、スイッチ部１４０１は、階調データ生成部７５０からの７ビットの制御信号に応じて、レーザ光の供給と停止とを制御する。電流制御部１４０２は、ＬＤ１に割り当てられた出力１２８ｍＷとなるように電流値を制御する。かかる構成により、０ビットの制御信号に応じたレーザ光、及び７ビットの制御信号に応じたレーザ光の供給及び停止をそれぞれ独自に制御することができる。

Ｒ光用光源部１２１ＲのうちＬＤ２〜４は、ＬＤ１と同様の構成により制御される。ＬＤ５及びＬＤ６については、それぞれのスイッチ部が８ビットの制御信号に応じて連動して作動するように構成されている。ＬＤ７〜ＬＤ１０については、それぞれのスイッチ部が９ビットの制御信号に応じて連動して作動するように構成されている。

なお、Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、図１５に示すように、第１駆動部１５０１と第２駆動部１５０２とを備える構成としても良い。第１駆動部１５０１は、最小ビット数から最大ビット数のうち下位ビットである０ビットから７ビットまでの制御信号が割り当てられたＬＤ１〜４を駆動させる。第２駆動部１５０２は、上位ビットである８ビット及び９ビットの制御信号が割り当てられたＬＤ５〜１０を駆動させる。

下位ビットの制御信号が割り当てられるレーザ光は小さい出力、上位ビットの制御信号が割り当てられるレーザ光は大きい出力を要する。また、本実施例のように、下位ビットの制御信号が割り当てられるＬＤにおいては多値による制御を要する場合があるのに対して、上位ビットの制御信号が割り当てられるＬＤについては多値による制御が不要である。ＬＤ１〜１０は、下位ビットの制御信号が割り当てられるか上位ビットの制御信号が割り当てられるかによって、駆動の仕方が異なってくる。例えば、第１駆動部１５０１には、低電流駆動用トランジスタと、電流値を制御するための独立した回路とを設ける構成とすることができる。第２駆動部１５０２には、高電流駆動用トランジスタと、簡易な電流制御部とを設ける構成とすることができる。

このように、第１駆動部１５０１及び第２駆動部１５０２を設けることで、Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、出力に応じて最適化された構成とすることが可能となる。これにより、部品の無駄を生じさせず、かつ消費電力を低減することを可能とし、省電力及び低コスト化を図ることができる。なお、Ｒ光源駆動部７３２ＲのうちＬＤ１〜４を第１駆動部１５０１、ＬＤ５〜１０を第２駆動部１５０２により駆動させる構成に限られない。ＬＤ１〜１０に各ビットを割り当てる態様に応じて第１駆動部１５０１により駆動させるＬＤ、第２駆動部１５０２により駆動させるＬＤを適宜変更することとしても良い。

図１２に戻って、本実施例の変形例について説明する。例３では、１０個のＬＤ１〜１０のうちＬＤ１に２つのビット数、ＬＤ２及びＬＤ３については３つのビット数を割り当てるように光源部を駆動させる。ＬＤ２は、３ビット、４ビット、５ビットの各制御信号が割り当てられ、８ｍＷ、１６ｍＷ、３２ｍＷの出力を行う。ＬＤ３は、１ビット、２ビット、６ビットの各制御信号が割り当てられ、２ｍＷ、４ｍＷ、６４ｍＷの出力を行う。例３では、３つのＬＤ１〜３に下位ビットである０ビットから７ビットまでの制御信号が割り当てられている。

図１６は、ＬＤ２からのレーザ光による階調表現について説明するものである。ＬＤ２は、階調データ生成部７５０（図１３参照）からの３ビットの制御信号に応じて、出力８ｍＷのレーザ光を供給する。また、ＬＤ２は、４ビットの制御信号に応じて、出力１６ｍＷのレーザ光を供給する。さらに、ＬＤ２は、５ビットの制御信号に応じて、出力３２ｍＷのレーザ光を供給する。各レーザ光を適宜選択することにより、ＬＤ２からのレーザ光のみによって、８ｍＷ刻みの階調表現が可能となる。ＬＤ２からのレーザ光と、ＬＤ２以外の他のＬＤからのレーザ光とを組合せることで、図１２に示すように、出力１１５１ｍＷを最大階調とする階調表現を行うことが可能となる。

例３によると、ＬＤ２及びＬＤ３に３つのビット数の制御信号を割り当てることにより、上記の例２の場合と比較してさらに階調数を増大させ、１０ビット以上の階調表現を行うことが可能となる。なお、１つのレーザ光に割り当てる制御信号のビットは２つ又は３つとする場合に限られず、さらに増やすこととしても良い。この場合、さらに階調数を増大させることが可能である一方、各ビットの制御信号に応じたレーザ光を供給するための各色光用光源駆動部の構成が複雑になるというデメリットがある。

なお、例２において、最小ビット数である０ビットの制御信号から最大ビット数である９ビットの制御信号までをＬＤ１〜１０に順次割り当てることとすると、ＬＤ１の出力を１ｍＷと２ｍＷとに抑えることができる一方、ＬＤ４の出力が６４ｍＷと１２８ｍＷとに増加してしまう。この場合、ＬＤ４は単独で最大１９２ｍＷの出力が可能な構成とする必要が生じる。また、ＬＤ１については最大３ｍＷのみの出力を行うこととなる。図９を用いて説明するように複数のＬＤによりアレイレーザを形成する場合、通常、ＬＤごとの最大出力は同等となる。このため、各ＬＤについて最大１２８ｍＷを出力可能な構成とする場合に、ＬＤ１の出力をほとんど使わないことによる無駄を生じることとなる。

そこで例２のように、最小ビット数の制御信号が割り当てられたＬＤ１に７ビットを割り当てることで、最小ビット数から最大ビット数まで制御信号を順次割り当てる場合と比較して、レーザ光ごとの出力差を平準化させる。これにより、各レーザ光の出力のばらつきを低減させ、１つのＬＤに必要となる最大出力を１２９ｍＷに抑えることができる。また、最大出力が同等であるＬＤを用いることを可能とし、ＬＤごとの出力差を平準化させることで無駄の低減を図ることができる。

例３の場合も、最小ビット数から最大ビット数まで制御信号をＬＤ１〜１０に順次割り当てることとすると、ＬＤ１に出力１、２、４ｍＷ、ＬＤ２に出力８、１６、３２ｍＷ、ＬＤ３に出力６４、１２８ｍＷを割り当てることとなる。この場合、ＬＤ２の最大出力５６ｍＷはＬＤ１の最大出力７ｍＷの８倍にもなる上、出力差も約５０ｍＷとなってしまう。そこで、ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の各最大出力を１２９ｍＷ、５６ｍＷ、７０ｍＷと割り当てることで、最小ビット数から最大ビット数まで制御信号をＬＤ１〜１０に順次割り当てる場合と比較してレーザ光ごとに出力差を平準化できる。例えば、ＬＤ２とＬＤ３について、最大出力差を１４ｍＷ、最大出力の比率を８０パーセントに近づけることができる。なお、各ＬＤに対するビット数の割り当ては本実施例で説明するものに限られず、最小ビット数から最大ビット数まで制御信号をＬＤ１〜１０に順次割り当てる場合と比較してレーザ光ごとの出力差が平準化されたものであれば良い。

図１７は、本発明の実施例３に係る画像表示装置について説明するものであって、レーザ光の光量を割り当てる例について説明するものである。上記実施例２では一部のレーザ光に対して２つ以上のビット数を割り当てるのに対して、本実施例は、一部のレーザ光について２つ以上のパルス幅に応じて点灯時間を切り換えることを特徴とする。ここでは、上記図６を用いて説明した構成によって生成される光源駆動パルス信号のパルス幅を１として説明を行う。

本実施例のＬＤ１〜１０は、それぞれ２のべき乗とは異なる光量に調節されたレーザ光を供給する。５つのＬＤ１〜５は、それぞれパルス幅０．５と１とを選択して点灯時間を切り換える。例えば、ＬＤ１は、パルス幅の選択により、１ｍＷに相当する光量と２ｍＷに相当する光量とを選択できる。なお、本実施例の場合、上記の実施例２とは異なり、ＬＤ１〜５は、２値を選択的に出力することが可能である一方、２値を同時に出力することはできない。５つのＬＤ１〜５は、全階調のうち低階調である０〜２４２階調の表示を担当する。

５つのＬＤ６〜１０は、いずれもパルス幅は１に固定されている。また、出力はいずれも１６２ｍＷが割り当てられている。５つのＬＤ６〜１０は、全階調のうち高階調である２４３〜１０５２階調の表示を担当する。本実施例の場合、１０個のレーザ光を表示する階調数（量子化ビット数）に合わせて選択することで、１０ビット（１０４２階調）の階調表現を行うことが可能である。

本実施例によると、ＬＤ１〜５に２つのパルス幅を選択させる構成とすることにより、上記の実施例１の場合と比較してレーザ光を選択する組合せを増加させるとともにＲ光用光源部１２１Ｒ全体の最大出力を１０５２ｍＷにまで増加させ、表現可能な階調数を増大させることができる。例えば、図５を用いて説明した比較例の場合と同様に最大出力が１２８ｍＷのＬＤを用いたとしても、本実施例によるとＲ光用光源部１２１Ｒ全体の最大出力を８３１ｍＷにまで増大でき、従来の場合の３倍以上の最大出力を得られる。これにより、高品質でさらに明るい画像を表示することができるという効果を奏する。

図１８は、Ｒ光用光源部１２１ＲのＬＤ１〜１０を駆動させる構成について詳細に説明するものである。階調データ生成部７５０は、フレームメモリ７１４（図６参照）から読み出された画像情報信号に基づいて、各レーザ光に割り当てる階調に応じた１０個の制御信号を生成する。また、パルス幅制御部７６０は、画像情報信号に基づいてパルス幅の切り換えを行う。

図１９は、Ｒ光源駆動部７３２ＲのうちＬＤ１を駆動させる構成を示す。パルス幅設定部１９０１は、選択可能なパルス幅を記憶する。本実施例の場合、パルス幅設定部１９０１には、パルス幅０．５、１の２値が記憶されている。スイッチ部１９０２は、階調データ生成部７５０からの０〜２階調の制御信号に応じて、レーザ光の供給と停止とを制御する。パルス幅選択部１９０３は、パルス幅制御部７６０による切り換えに応じて、パルス幅設定部１９０１に記憶された２値のうちいずれか一方を選択する。電流値設定部１９０４は、電流値を、ＬＤ１に割り当てられた出力２ｍＷになるように設定する。かかる構成により、パルス幅を０．５又は１に選択されたレーザ光の供給及び停止を行うことができる。ＬＤ２〜５は、ＬＤ１と同様の構成により制御される。ＬＤ６〜１０についてはパルス幅を選択するための構成は不要である。

なお、本実施例の場合も、上記実施例２と同様に、Ｒ光源駆動部７３２Ｒに第１駆動部、第２駆動部を備える構成としても良い。なお、各ＬＤに対する階調数の割り当ては本実施例で説明するものに限られない。選択可能なパルス幅や各ＬＤの出力を適宜設定することで、各ＬＤに対する階調数の割り当ては適宜変更することが可能である。

図２０は、本発明の実施例４に係る画像表示装置１７００の概略構成を示す。画像表示装置１７００は、観察者側に設けられたスクリーン１７０５にレーザ光を供給し、スクリーン１７０５で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。走査部２００からのレーザ光は、投写光学系１０３を透過した後、スクリーン１７０５に入射する。本実施例の場合も、簡易かつ信頼性が高い構成により明るい画像を表示することができる。

なお、上記の実施例において、各色光用光源部はレーザダイオード素子を用いる構成としているが、ビーム状の光を供給可能な構成であれば、これに限られない。例えば、各色光用光源部は、固体レーザ、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子のほか、液体レーザやガスレーザを用いる構成としても良い。

以上のように、本発明に係る画像表示装置は、複数のビーム光を用いて画像を表示する場合に適している。

本発明の実施例１に係る画像表示装置の概略構成を示す図。レーザ装置の概略構成を示す図。走査部の概略構成を示す図。走査部を駆動させるための構成を説明する図。レーザ光の光量の割り当てについて説明する図。画像表示装置を制御するためのブロック構成を示す図。レーザダイオード素子を駆動させる構成について説明する図。１つのレーザダイオード素子を駆動させる構成を示す図。レーザダイオード素子の配置について説明する図。レーザダイオード素子の他の配置について説明する図。レーザダイオード素子の他の配置について説明する図。本発明の実施例２に係る画像表示装置について説明する図。レーザダイオード素子を駆動させる構成について説明する図。１つのレーザダイオード素子を駆動させる構成を示す図。第１駆動部と第２駆動部とを備える構成について説明する図。階調表現について説明する図。本発明の実施例３に係る画像表示装置について説明する図。レーザダイオード素子を駆動させる構成について説明する図。１つのレーザダイオード素子を駆動させる構成を示す図。本発明の実施例４に係る画像表示装置の概略構成を示す図。

符号の説明

１００画像表示装置、１０１レーザ装置、１０２照明光学系、１０３投写光学系、１０５反射部、１０７筐体、１１０スクリーン、２００走査部、１２１ＲＲ光用光源部、１２１ＧＧ光用光源部、１２１ＢＢ光用光源部、１２４、１２５ダイクロイックミラー、２０２反射ミラー、２０４外枠部、２０６トーションばね、２０７トーションばね、３０１、３０２第１の電極、３０５ミラー側電極、３０６第２の電極、３０７第１のトーションばね、３０８第２のトーションばね、７１１画像信号入力部、７１２同期／画像分離部、７１３制御部、７１４フレームメモリ、７１５走査駆動部、７１６水平角度センサ、７１７垂直角度センサ、７１８信号処理部、７２１画像処理部、７２２光源制御部、７２３走査制御部、７３２ＲＲ光源駆動部、７３２ＧＧ光源駆動部、７３２ＢＢ光源駆動部、７５０階調データ生成部、ＬＤ１〜１０レーザダイオード素子、８０１スイッチ部、８０２電流制御部、９０１、９０２、９０３サブレーザアレイ、９０５冷却部、１０２１ＲＲ光用光源部、１１２１ＲＲ光用光源部、１４０１スイッチ部、１４０２電流制御部、１５０１第１駆動部、１５０２第２駆動部、７６０パルス幅制御部、１９０１パルス幅設定部、１９０２スイッチ部、１９０３パルス幅選択部、１９０４電流値設定部、１７００画像表示装置、１７０５スクリーン

Claims

複数のビーム光を走査させることにより画像を表示する画像表示装置であって、
前記ビーム光を供給する光源部と、
前記光源部からの前記ビーム光を走査させる走査部と、を有し、
前記光源部は、最小ビット数から最大ビット数までのうち割り当てられたビット数に応じて重み付けされた光量の前記ビーム光を用いて階調を表現するように駆動され、かつ、前記最小ビット数から前記最大ビット数までのうち上位の少なくとも１ビットに対して、少なくとも２つの前記ビーム光を割り当てることを特徴とする画像表示装置。
前記光源部は、それぞれ２のべき乗に略比例する光量に調節された複数の前記ビーム光を供給することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記光源部は、複数の前記ビーム光のうち一部のビーム光に対して２つ以上の前記ビット数を割り当てるように駆動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
前記光源部は、前記最小ビット数から前記最大ビット数までを順次割り当てる場合と比較して、前記ビーム光ごとの出力差を平準化させて前記ビット数を割り当てることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
前記光源部は、複数の前記ビーム光のうち一部のビーム光について２つ以上のパルス幅に応じて点灯時間を切り換えるように駆動されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
前記光源部を駆動させる光源駆動部を有し、
前記光源駆動部は、前記最小ビット数から前記最大ビット数のうち下位のビットが割り当てられた前記ビーム光を供給させるための第１駆動部と、前記最小ビット数から前記最大ビット数のうち上位のビットが割り当てられた前記ビーム光を供給させるための第２駆動部とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
前記光源部は、前記ビーム光を出射させる複数のビーム光出射部を有し、出射させる前記ビーム光の光量が大きい前記ビーム光出射部を前記光源部の一部の領域に配置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
前記光源部は、前記ビーム光を出射させる複数のビーム光出射部を有し、出射させる前記ビーム光の光量が大きい前記ビーム光出射部の間に、出射させる前記ビーム光の光量が小さい前記ビーム光出射部を配置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
ビーム光を走査させることにより画像を表示する画像表示装置の制御方法であって、
複数の前記ビーム光を供給するビーム光供給工程と、
前記ビーム光を、被照射領域において第１の方向と、前記第１の方向に略直交する第２の方向へ走査させる走査工程と、を含み、
前記ビーム光供給工程において、最小ビット数から最大ビット数までのうち割り当てられたビット数に応じて重み付けされた光量の前記ビーム光を用いて階調を表現し、かつ、前記最小ビット数から前記最大ビット数までのうち上位の少なくとも１ビットに対して、少なくとも２つの前記ビーム光を割り当てることを特徴とする画像表示装置の制御方法。