JP5446450B2 - レーザプロジェクタ - Google Patents
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Description
そして、共振周波数とずれがある駆動信号で共振ミラーを駆動させた場合、共振ミラーの振り幅が小さくなってしまうなどして、スクリーンに投影される画像の画質が低下してしまうことがあるという問題があった。
レーザ光を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を投影面上の主走査方向および副走査方向に走査する走査手段と、
前記走査手段が前記レーザ光を主走査方向に走査するためのパルス信号を生成する走査信号生成手段と、
前記走査信号生成手段により生成されたパルス信号に応じて、前記走査手段を主走査方向に往復させる駆動手段と、
を備え、主走査方向に走査された前記レーザ光の軌跡を前記主走査方向と直交する副走査方向に並べるように、前記投影面に画像を形成するレーザプロジェクタにおいて、
前記走査手段が最適な主走査方向の走査を可能にする共振周波数の周期に基づき、所定のクロック信号の分解能に応じて生成可能なパルス信号の基本周期と、前記共振周波数の周期と前記基本周期との差分に相当する周期誤差を、前記走査信号生成手段によるパルス信号の生成開始から累積して前記クロック信号の分解能に応じて生成可能な補正周期量を設定する周期設定手段を備え、
前記走査信号生成手段は、前記周期設定手段により設定された前記基本周期のパルス信号を生成するとともに、前記補正周期量とするために前記周期誤差を前記パルス信号の生成開始から累積した第一の累積数ごとに、前記基本周期に前記補正周期量を加算した周期のパルス信号を生成することを特徴とする。
前記共振周波数に対応して良好なパルス幅に基づき、所定のクロック信号の分解能に応じて生成可能なパルス信号の基本パルス幅と、前記共振周波数に対応して良好なパルス幅と前記基本パルス幅との差分に相当するパルス幅誤差を、前記走査信号生成手段によるパルス信号の生成開始から累積して前記クロック信号の分解能に応じて生成可能な補正パルス幅量を設定するパルス幅設定手段を備え、
前記走査信号生成手段は、前記パルス幅設定手段により設定された前記基本パルス幅のパルス信号を生成するとともに、前記補正パルス幅量とするために前記パルス幅誤差を前記パルス信号の生成開始から累積した第二の累積数ごとに、前記基本パルス幅に前記補正パルス幅量を加算したパルス幅のパルス信号を生成することを特徴とする。
前記共振周波数を挟む所定範囲で周波数がウォブリングされるパルス信号を設定するウォブリング信号設定手段を備え、
前記走査信号生成手段は、前記ウォブリング信号設定手段により設定されたパルス信号を生成することで、ウォブリングされたパルス信号のうちの何れかを前記共振周波数に近似させたパルス信号を生成することを特徴とする。
前記走査手段がレーザ光を主走査方向に走査しつつ、始端から終端の副走査方向に走査位置が切り替えられて前記投影面に画像が形成される投影区間と、前記終端から前記始端に戻る副走査方向へ前記走査手段による走査位置が切り替えられる非投影区間と、を有し、
前記ウォブリング信号設定手段は、前記投影区間と前記非投影区間とからなる1フレーム毎に周波数が異なるパルス信号を設定することを特徴とする。
前記走査手段がレーザ光を主走査方向に走査しつつ、始端から終端の副走査方向に走査位置が切り替えられて前記投影面に画像が形成される投影区間と、前記終端から前記始端に戻る副走査方向へ前記走査手段による走査位置が切り替えられる非投影区間と、を有し、
前記ウォブリング信号設定手段は、前記非投影区間において周波数がウォブリングされたパルス信号を設定することを特徴とする。
前記走査手段がレーザ光を主走査方向に走査しつつ、始端から終端の副走査方向に走査位置が切り替えられて前記投影面に画像が形成される投影区間と、前記終端から前記始端に戻る副走査方向へ前記走査手段による走査位置が切り替えられる非投影区間と、を有し、
前記ウォブリング信号設定手段は、前記非投影区間毎に異なる周波数のパルス信号を設定することを特徴とする。
前記走査手段がレーザ光を主走査方向に走査しつつ、始端から終端の副走査方向に走査位置が切り替えられて前記投影面に画像が形成される投影区間と、前記終端から前記始端に戻る副走査方向へ前記走査手段による走査位置が切り替えられる非投影区間と、を有し、
前記ウォブリング信号設定手段は、前記投影区間と前記非投影区間とからなる1フレーム期間を1周期とするように、周波数がウォブリングされたパルス信号を設定することを特徴とする。
レーザプロジェクタ100は、図1に示すように、筐体100a内に、操作部1、レーザ光を照射するレーザ光源2、レーザ光源2からのレーザ光を合波するミラー部3、レーザ光源2からのレーザ光を投影面であるスクリーンS上に走査する電磁駆動型走査ミラー4、所定の周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成部6、駆動信号生成部6により生成された駆動信号に基づいて電磁駆動型走査ミラー4を駆動するミラー駆動部7、スクリーンSに走査する画像の画像データを記憶する画像メモリ8、画像データに基づいてレーザ光源2を駆動する光源駆動部9、制御部10等を備えて構成される。
ミラー基板31は、内側軸34によって内側フレーム32の内側に支持され、内側軸34の軸周りに揺動可能となっている。また、内側フレーム32は、内側軸34と直交する方向の外側軸35によって外側フレーム33の内側に支持され、外側軸35の軸周りに揺動可能となっている。
ミラー基板31の表面の略中央部にはミラーMが設けられており、ミラーMを囲む周縁部に平面状のコイル311が形成されている。また、内側フレーム32の表面の周縁部には平面状のコイル312が形成されており、各コイル311、312の両端は電極36に電気的に接続されている。
また、外側フレーム33の側面には、2対の永久磁石37、38が、N極とS極とが互いに対向するように配置されている。なお、対を成す永久磁石37は、内側軸34の軸線方向に対向しており、対を成す永久磁石38は、外側軸35の軸線方向に対向している。
特に、駆動信号生成部6は、走査信号生成手段として機能し、電磁駆動型走査ミラー4がレーザ光を左右方向に主走査するための駆動信号であるパルス信号を生成する。また、駆動信号生成部6は、電磁駆動型走査ミラー4がレーザ光を上下方向に副走査するための駆動信号を生成する。
なお、電磁駆動型走査ミラー4による左右方向の主走査は速く、上下方向の副走査は遅いものであり、左右方向に1往復の主走査が行われた後のタイミングに、下方向に一段ずれる副走査が行われるようになっている。ただし、最下行の主走査を行った後は、最上行の主走査を行うために上方向に比較的早く戻る副走査が行われる。
駆動信号生成部6は、例えば、図3に示すように、基準となる所定のクロック信号が入力される信号生成部61と、信号生成部61に周期設定データを入力する周期補正部62と、信号生成部61にパルス幅設定データを入力するパルス幅補正部63と、デューティ指示信号に基づくパルス幅指示信号をパルス幅補正部63に入力するパルス幅演算部64等を備えている。
なお、信号生成部61は、生成して更新した更新パルス信号を周期補正部62とパルス幅補正部63にフィードバックする。
周期補正部62は、制御部10による制御によって、周期指示信号PRDに基づく基本周期信号PRDbaseに対応する基本周期に関するデータを、補正周期演算部62aが周期設定データとして信号生成部61に出力する。なお、基本周期とは、電磁駆動型走査ミラー4の固有の共振周波数の周期に限りなく近似したものである。
また、周期補正部62は、制御部10による制御によって、周期指示信号PRDに基づく周期誤差信号PRDeを補正タイミング生成部62bでカウントして所定数(第一の累積数)となる補正タイミングに対応し、周期誤差信号PRDeを所定数累積した補正周期量Δpに関するデータを、補正周期演算部62aが周期設定データとして信号生成部61に出力する。
パルス幅補正部63は、制御部10による制御によって、パルス幅指示信号PWに基づく基本パルス信号PWbaseに対応する基本パルス幅に関するデータを、補正パルス幅演算部63aがパルス幅設定データとして信号生成部61に出力する。なお、基本パルス幅とは、電磁駆動型走査ミラー4の固有の共振周波数のパルス幅に限りなく近似したものである。
また、パルス幅補正部63は、制御部10による制御によって、パルス幅指示信号PWに基づくパルス幅誤差信号PWeを補正タイミング生成部63bでカウントして所定数(第二の累積数)となる補正タイミングに対応し、パルス幅誤差信号PWeを所定数累積した補正パルス幅量Δwに関するデータを、補正パルス幅演算部63aがパルス幅設定データとして信号生成部61に出力する。
従って、電磁駆動型走査ミラー4に流す駆動電流を制御することで、電磁駆動型走査ミラー4を、内側軸34と外側軸35を軸心とする直交する2つの方向(左右方向及び上下方向)に自在に揺動させることができる。
この電磁駆動型走査ミラー4に所定の周期で変動する駆動信号であるパルス信号を流すと、電磁駆動型走査ミラー4は、そのパルス信号の周期(周波数)に応じた所定の周期で振動することとなる。特に、共振周波数f0で駆動した場合、電磁駆動型走査ミラー4はその電流値における最大の振れ角で揺動するため、低電力で最も効率よく大きな画像を表示させることができる。つまり、電磁駆動型走査ミラー4を共振周波数f0のパルス信号で駆動した場合、最適な主走査方向の走査が可能になる。
クロック信号生成部104は、所定の分解能を有するクロック信号を生成し、CPU101や駆動信号生成部6に出力する。
また、ROM103には、電磁駆動型走査ミラー4が最適な主走査方向の走査を可能にする共振周波数に関するデータ、例えば、共振周波数に対応する良好なパルス幅のデータが記憶されている。なお、共振周波数に対応する良好なパルス幅とは、その共振周波数で電磁駆動型走査ミラー4を駆動させた際に、電磁駆動型走査ミラー4がより良好に駆動することに適したパルス幅のことであり、電磁駆動型走査ミラー4を駆動させる共振周波数における最適なパルス幅(デューティ比)、又は最適とみなせる好適なパルス幅(デューティ比)であるといえる。
CPU101は、パルス信号設定プログラム103aの実行において、駆動信号生成部6が生成するパルス信号の周期とパルス幅を変調させるなど、パルス信号のパルスパターンを変化させる。
CPU101は、かかるパルス信号設定プログラム103aを実行することにより、パルス信号設定手段として機能する。
CPU101は、周期設定プログラム103bの実行において、駆動信号生成部6が生成するパルス信号であって、所定のクロック信号の分解能に応じて周期を変調させたパルス信号を設定する。
CPU101は、かかる周期設定プログラム103bを実行することにより、周期設定手段として機能する。この周期設定手段はパルス信号設定手段の一部であるといえる。
そこで、周期設定手段としてのCPU101は、所定のクロック信号の分解能に応じて生成可能なパルス信号の周期であって、共振周波数の周期に近似する基本周期(PRDbase)と、そのクロック信号の分解能では表現できない誤差であって共振周波数の周期と基本周期との差分に相当する周期誤差(PRDe)を、所定数(第一の累積数)累積することでクロック信号の分解能に応じて生成可能となる補正周期量(Δp)を演算等により求めて、その基本周期(PRDbase)と補正周期量(Δp)に基づき、パルス信号の周期を設定するようになっている。
CPU101は、パルス幅設定プログラム103cの実行において、駆動信号生成部6が生成するパルス信号であって、所定のクロック信号の分解能に応じてパルス幅を変調させたパルス信号を設定する。
CPU101は、かかるパルス幅設定プログラム103cを実行することにより、パルス幅設定手段として機能する。このパルス幅設定手段はパルス信号設定手段の一部であるといえる。
そこで、パルス幅設定手段としてのCPU101は、所定のクロック信号の分解能に応じて生成可能なパルス信号のパルス幅であって、共振周波数に対応する最適なパルス幅に近似する基本パルス幅(PWbase)と、そのクロック信号の分解能では表現できない誤差であって共振周波数に対応して良好なパルス幅と基本パルス幅との差分に相当するパルス幅誤差(PWe)を、所定数(第二の累積数)累積することでクロック信号の分解能に応じて生成可能となる補正パルス幅量(Δw)を演算等により求めて、その基本パルス幅(PWbase)と補正パルス幅量(Δw)に基づき、パルス信号のパルス幅を設定するようになっている。
CPU101は、ウォブリング信号設定プログラム103dの実行において、駆動信号生成部6が生成するパルス信号であって、所定のウォブリング周期で周波数がウォブリングされるパルス信号を設定する。
CPU101は、かかるウォブリング信号設定プログラム103dを実行することにより、ウォブリング信号設定手段として機能する。このウォブリング信号設定手段はパルス信号設定手段の一部であるといえる。
なお、第一の累積数ごとに生成される、基本周期(PRDbase)に補正周期量(Δp)を加算したパルス信号を出力するタイミングは、補正タイミング生成部62b(図4参照)が第一の累積数の周期誤差信号をカウントした際に出力される周期補正信号(図6参照)に基づいている。
なお、第二の累積数ごとに生成される、基本パルス幅(PWbase)に補正パルス幅量(Δw)を加算したパルス信号を出力するタイミングは、補正タイミング生成部63b(図5参照)が第二の累積数のパルス幅誤差信号をカウントした際に出力されるパルス幅補正信号(図6参照)に基づいている。
そして、駆動信号生成部6が生成したパルス信号により電磁駆動型走査ミラー4を駆動させることで、電磁駆動型走査ミラー4の左右の振り幅を共振周波数に準じたものとすることができるので、スクリーンSに投影画像を好適に表示することが可能になる。
よって、レーザプロジェクタ100に、高精度のクロック信号が得られる構成や機能を付与することなく、共振周波数に準じた左右の振り幅で電磁駆動型走査ミラー4を駆動させることができ、スクリーンSに投影画像を好適に表示することができる。
次に、本発明に係るレーザプロジェクタ100の実施形態2について説明する。なお、実施形態1と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
図7に示すように、レーザプロジェクタ100における電磁駆動型走査ミラー4によってレーザ光の走査が行われる区間には、電磁駆動型走査ミラー4がレーザ光を左右方向(主走査方向)に走査しつつ、フレームの始端である最上行側からフレームの終端である最下行側の上下方向(副走査方向)に走査位置が切り替えられて、スクリーンSに画像が形成される投影区間(区間a)と、終端である最下行側から始端である最上行側に戻る上下方向へ電磁駆動型走査ミラー4による走査位置が切り替えられる非投影区間(区間b)と、がある。なお、電磁駆動型走査ミラー4による走査が最上行(「+θ」の位置)から最下行(「−θ」の位置)に移行する間における、最上行より僅かに下側の行と最下行より僅かに上側の行との間が、実際にレーザ光が走査されて画像が形成される投影区間(区間a)となっている。
そして、この投影区間(区間a)と非投影区間(区間b)とからなる1フレームの画像を連続して投影することで、スクリーンSに画像が表示される。
そして、ウォブリングするように設定されたパルス信号を駆動信号生成部6が生成することで、ウォブリングされたパルス信号のうちの何れかのパルス信号の周波数を共振周波数f0に近似させて、パルス信号を生成する。なお、共振周波数f0に近似する周波数のパルス信号であれば、電磁駆動型走査ミラー4の左右の振り幅を共振周波数に準じたものとすることができる。
具体的には、図9に示すように、例えば、12フレーム分の期間を1周期とするウォブリング周期で周波数をウォブリングさせて、フレーム毎に異なる周波数を設定することで、ウォブリングされたパルス信号のうち、1フレーム目と7フレーム目のパルス信号の周波数を共振周波数f0に近似させる。
具体的には、図10に示すように、例えば、非投影区間(区間b)を8分割し、8分割された非投影区間(区間b)を1周期とするウォブリング周期で周波数をウォブリングさせて、その8分割された期間(第一期間から第八期間)毎に異なる周波数を設定することで、ウォブリングされたパルス信号のうち、非投影区間(区間b)における第一期間と第五期間のパルス信号の周波数を共振周波数f0に近似させる。
具体的には、図11に示すように、例えば、非投影区間(区間b)毎に6種の周波数を切り替えるように、共振周波数f0を挟む所定範囲で周波数をウォブリングさせるパルス信号を設定することで、投影区間(区間a)におけるパルス信号の周波数を共振周波数f0に近似させる。
具体的には、図12に示すように、例えば、共振周波数f0を挟む所定範囲で周波数をウォブリングさせるパルス信号を設定し、ウォブリングによって低周波数から高周波数へ周波数が変調される際や、高周波数から低周波数へ周波数が変調される際に、一時的に共振周波数f0とするようにして、パルス信号の周波数を共振周波数f0に近似させる。
そして、駆動信号生成部6が生成したパルス信号により電磁駆動型走査ミラー4を駆動させることで、電磁駆動型走査ミラー4の左右の振り幅を共振周波数に準じたものとすることができるので、スクリーンSに投影画像を好適に表示することが可能になる。
例えば、実施形態1における処理(共振周波数の特性に限りなく近似した基本周期(PRDbase)と基本パルス幅(PWbase)を有するパルス信号を生成する処理)に、実施形態2における処理(共振周波数を挟む所定範囲で周波数をウォブリングさせて、ウォブリングされたパルス信号のうちの何れかを共振周波数f0に近似させたパルス信号として生成する処理)を組み合わせて行うことに限らず、例えば、実施形態1における処理と、実施形態2における処理を、それぞれ独立して行うようにしてもよい。
2 レーザ光源
3 ミラー部
4 電磁駆動型走査ミラー(走査手段)
6 駆動信号生成部(走査信号生成手段)
61 信号生成部
62 周期補正部
63 パルス幅補正部
7 ミラー駆動部(駆動手段)
8 画像メモリ
9 光源駆動部
10 制御部
101 CPU(周期設定手段、パルス幅設定手段)
102 RAM
103 ROM
103a パルス信号設定プログラム
103b 周期設定プログラム
103c パルス幅設定プログラム
103d ウォブリング信号設定プログラム
100 レーザプロジェクタ
S スクリーン(投影面)
Claims (7)
- レーザ光を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を投影面上の主走査方向および副走査方向に走査する走査手段と、
前記走査手段が前記レーザ光を主走査方向に走査するためのパルス信号を生成する走査信号生成手段と、
前記走査信号生成手段により生成されたパルス信号に応じて、前記走査手段を主走査方向に往復させる駆動手段と、
を備え、主走査方向に走査された前記レーザ光の軌跡を前記主走査方向と直交する副走査方向に並べるように、前記投影面に画像を形成するレーザプロジェクタにおいて、
共振周波数の周期に基づき、所定のクロック信号の分解能に応じて生成可能なパルス信号の基本周期と、前記共振周波数の周期と前記基本周期との差分に相当する周期誤差を、前記走査信号生成手段によるパルス信号の生成開始から累積して前記クロック信号の分解能に応じて生成可能な補正周期量を設定する周期設定手段を備え、
前記走査信号生成手段は、前記周期設定手段により設定された前記基本周期のパルス信号を生成するとともに、前記補正周期量とするために前記周期誤差を前記パルス信号の生成開始から累積した第一の累積数ごとに、前記基本周期に前記補正周期量を加算した周期のパルス信号を生成することを特徴とするレーザプロジェクタ。 - 所定のパルス幅に基づき、所定のクロック信号の分解能に応じて生成可能なパルス信号の基本パルス幅と、前記共振周波数に対応して良好なパルス幅と前記基本パルス幅との差分に相当するパルス幅誤差を、前記走査信号生成手段によるパルス信号の生成開始から累積して前記クロック信号の分解能に応じて生成可能な補正パルス幅量を設定するパルス幅設定手段を備え、
前記走査信号生成手段は、前記パルス幅設定手段により設定された前記基本パルス幅のパルス信号を生成するとともに、前記補正パルス幅量とするために前記パルス幅誤差を前記パルス信号の生成開始から累積した第二の累積数ごとに、前記基本パルス幅に前記補正パルス幅量を加算したパルス幅のパルス信号を生成することを特徴とする請求項1に記載のレーザプロジェクタ。 - 前記共振周波数を挟む所定範囲で周波数がウォブリングされるパルス信号を設定するウォブリング信号設定手段を備え、
前記走査信号生成手段は、前記ウォブリング信号設定手段により設定されたパルス信号を生成することを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザプロジェクタ。 - 前記走査手段がレーザ光を主走査方向に走査しつつ、始端から終端の副走査方向に走査位置が切り替えられて前記投影面に画像が形成される投影区間と、前記終端から前記始端に戻る副走査方向へ前記走査手段による走査位置が切り替えられる非投影区間と、を有し、
前記ウォブリング信号設定手段は、前記投影区間と前記非投影区間とからなる1フレーム毎に周波数が異なるパルス信号を設定することを特徴とする請求項3に記載のレーザプロジェクタ。 - 前記走査手段がレーザ光を主走査方向に走査しつつ、始端から終端の副走査方向に走査位置が切り替えられて前記投影面に画像が形成される投影区間と、前記終端から前記始端に戻る副走査方向へ前記走査手段による走査位置が切り替えられる非投影区間と、を有し、
前記ウォブリング信号設定手段は、前記非投影区間において周波数がウォブリングされるパルス信号を設定することを特徴とする請求項3に記載のレーザプロジェクタ。 - 前記走査手段がレーザ光を主走査方向に走査しつつ、始端から終端の副走査方向に走査位置が切り替えられて前記投影面に画像が形成される投影区間と、前記終端から前記始端に戻る副走査方向へ前記走査手段による走査位置が切り替えられる非投影区間と、を有し、
前記ウォブリング信号設定手段は、前記非投影区間毎に異なる周波数のパルス信号を設定することを特徴とする請求項3に記載のレーザプロジェクタ。 - 前記走査手段がレーザ光を主走査方向に走査しつつ、始端から終端の副走査方向に走査位置が切り替えられて前記投影面に画像が形成される投影区間と、前記終端から前記始端に戻る副走査方向へ前記走査手段による走査位置が切り替えられる非投影区間と、を有し、
前記ウォブリング信号設定手段は、前記投影区間と前記非投影区間とからなる1フレーム期間を1周期とするように、周波数がウォブリングされたパルス信号を設定することを特徴とする請求項3に記載のレーザプロジェクタ。
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