JP5501187B2 - レーザプロジェクタ - Google Patents

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Description

本発明は、映像信号に応じて変調されたコヒーレント光源からの光を走査させることで映像を表示する表示装置に関し、表示時のスペックル・ノイズを低減させる技術に関するものである。
レーザプロジェクタは、例えば、図１に示されるように、３色のレーザ発光素子10,11,12からの光をコリメートレンズ20,21,22で略平行光にし、稼動するミラー50に当てて反射させ、スクリーン100上に映像を表示するように構成されている。特許文献１に、同様の構成の表示装置が記載されている。このようなコヒーレント性の高いレーザ光を用いるディスプレイでは、ランダムな斑模様が発生するスペックル現象が発生し、表示品位が低下する問題がよく知れれている。
かかるスペックル現象を低減する為、例えば特許文献２に示されているように、光路を機械的に振動させる方法が挙げられるが、スペックルを十分に低減する為には周波数が不足して効果が小さいという問題がある。
また、光を操作する方法の他に、特許文献３に示されているように、画像情報に応じて光変調素子によって変調された画像を拡大投影する方法も提案されている。この方法でも同じようにスペックルが課題となるが、こちらに関しては特許文献４では、一対の透明基板の間に液晶を密封したスペックル・キャンセラが提案されている。
特開２００３−０２１８００号公報 特許０４１４４７１３号公報 特開平６−２０８０８９号公報 特開２００７−１６３７０２号公報
図１に特許文献２と同様に、レーザ・ビーム全体を揺動させた場合のレーザ・ビームとスクリーンの拡大図を示す。この場合には、１つのビーム９０がスクリーン１００に投影された範囲内のスクリーンの凹凸を反映してスペックルが発生する。揺動前のビーム９０と揺動後のビーム９１とはスクリーン１００上の投影範囲がずれ、長さaだけ重なっているとすると、aの範囲では凹凸の形状は変わらず、従ってスペックルも変化しない。すなわち、特許文献２による方法では、揺動の振幅が大きく、揺動前後のビームの重なりが少ないほどスペックル低減効果が大きくなるが、同時に副作用として画像のぶれが大きいという問題がある。
本発明は、スペックルノイズを低減し、高品位の表示をおこなえるレーザプロジェクタを提供することにある。
上記課題を解決するために、本願発明のマルチモード・レーザ光源が出力するレーザビームを走査して画像を表示するレーザプロジェクタは、表示フレームごとに、前記レーザビーム形状の２次元出力パターンが異なるように前記マルチモード・レーザ光源を駆動するレーザ駆動部を備えるようにした。
より詳しくは、前記レーザ駆動部は、１ドットの表示時間中のレーザ光源の出力強度と出力時間の積が同一で、表示フレームごとに異なる出力強度と出力時間の駆動波形パターンを前記マルチモード・レーザ光源に印加するようにした。
本発明によれば、スペックル・パターンを時間的に変化させることで、人間の認識上で時間積分されて、スペックルノイズを見かけ上低減できるので、高品位の表示をおこなうことができる。
表示装置の全体構成を示す図である。 ビーム全体を揺動させた場合の説明図である。 マルチモードＬＤの２次元出力プロファイル(TEM00)の例を示す図である。 マルチモードＬＤの２次元出力プロファイル(TEM01)の例を示す図である。 マルチモードＬＤの２次元出力プロファイル(TEM10)の例を示す図である。 マルチモードＬＤの２次元出力プロファイル(TEM11)の例を示す図である。 同じ強度を得るための瞬時出力と時間の組合せの例の例を示す図である。 第１の実施形態を説明する図である。 第２の実施形態を説明する図である。 第３の実施形態を説明する図である。 第４の実施形態を説明する図である。
一般的にマルチモードＬＤの出力は波長的にも発光プロファイル的にも不安定だといわれている。図３に、出力強度によって、出現する幾つかのビーム断面の光強度分布の形状の例を示す。図中TEMxyと表示しているx、yはそれぞれX およびY 方向の強度の小さな節の数を表す。ビーム形状は、出力強度によって異なるし、ある出力が出るまでに過渡的にも変化する。
本実施形態では、出力ビーム形状の不安定なマルチモードＬＤ（レーザ・ダイオード）を用い、同じ輝度を得るのに、出力強度と出力時間の異なる複数の組合せをフレーム単位あるいは１ドット表示時間内に変化させてＬＤを駆動する事で、レーザビーム形状を変化させ、各部からの反射光の干渉を時間平均してスペックルを軽減する。以下に、詳細に説明する。
図４に、１ドットを表示する際に同じ出力強度１を得るための瞬時出力強度と時間の例を示す。図中の時間１０が１つのドットの表示時間に相当する。出力強度は瞬時出力強度と時間の積で表されるため、強度が強い場合には短い時間、強度が弱い場合には長い時間出力すればよい。それぞれの強度で異なる２次元出力パターンが生じるため、それぞれ出現するスペックル・パターンが異なる。
例えば、この組合せをフレーム毎に変化させれば、フレームごとにレーザ出力パターンが変わるため、人間の認識上、時間平均されることでスペックルノイズが軽減して見える。
また、動画の場合には、時間平均できないため、スペックル低減効果が小さい。このため、１つのドットをビームがスキャンしている間に２次元出力パターンがを変化させた方がスペックルノイズの低減効果が大きい。
以下図面を用いて実施形態を詳細に説明する。
装置の全体の構成は図１に示した従来のものと同様である。第１の実施形態では、例えば、図示していないレーザ駆動回路により駆動された緑色レーザ１０から発したビームは、コリメート・レンズ２０によって略平行ビームに整形され、ダイクロイック・プリズム３０およびダイクロイック・プリズム３１を透過して、稼動するミラー50で反射して、スクリーン100上に映像を表示する。
同様に、赤色レーザ１１から発したビームはコリメート・レンズ２１によって略平行ビームに整形され、ダイクロイック・プリズム３０で反射し、ダイクロイック・プリズム３１を透過して、稼動するミラー50で反射して、スクリーン100上に映像を表示する。
さらに、青色レーザ１２から発したビームはコリメート・レンズ２２によって略平行ビームに整形され、ダイクロイック・プリズム３１で反射し、稼動するミラー50で反射して、スクリーン100上に映像を表示する。
つぎに、図示していないレーザ駆動回路の制御方法をより詳細に説明する。図５は、緑色レーザ１０の１つの画素（ドット）に対応するレーザ出力をフレームごとに示した図である。レーザ出力は、１ドットの表示時間の1/10時間を単位に、レーザの瞬時出力強度を0.1単位に制御する。先に述べたように、１ドットのレーザ出力強度は、瞬時出力強度と時間の積で表されるため、図の面積に対応する。
図５(a)は、表示フレームnで、１の出力強度に対して１ドットの表示時間の1/10だけ出力した場合のレーザの駆動状態を示したものである。このときビームの形状は例えばTEM00の形状であり、１ドットの強度は1になる。
図５(b)は、表示フレームn+1で、0.5の出力強度に対して１ドットの表示時間の2/10だけ出力した場合のレーザの駆動状態を示したものである。このときビームの形状は例えばTEM01の形状であり、１ドットの強度は1になる。
図５(c)は、表示フレームn+2で、１ドットの表示時間の5/10だけ出力した場合のレーザの駆動状態を示したものである。このときビームの形状は例えばTEM11の形状であり、１ドットの強度は1になる。
図５(a) (b) (c)に示すように、フレーム毎にレーザの駆動波形を変えて同じレーザ出力の駆動をおこなうことにより、フレーム毎にフレームビームの２次元プロファイルが変化する。２次元プロファイルごとにスペックル・パターンが異なるため、観察者には、フレーム毎に発生するスペックル・パターンが時間積分されて、認識されるスペックルノイズが軽減される。
フレーム毎のレーザ駆動パターンは、図４に示した形式でレーザー駆動回路が記憶し、フレーム毎にパターンを切替えてレーザを駆動すればよい。
図６により、第2の実施形態について説明する。本実施例は、先に述べた第1の実施例のレーザ駆動パターンを、1つのドットの表示時間中に強度を変化させる例である。具体的には、図６に示した例の場合、強度1で１ドットの0.05の時間出力した後、0.5の強度で0.1の時間出力する。このとき、ビーム形状は最初はTEM00であり、次にTEM01に変化する。それぞれの発光時期でスペックル・パターンは変化するため、人間の認識上、時間積分されてスペックルが軽減される。
図６には、１つのレーザ駆動パターンしか示していないが、第1の実施形態と同様に、フレーム毎に異なるパターンでレーザ駆動をおこなうようしてもよい。その場合には、フレーム毎のレーザ駆動パターンを、レーザー駆動回路が記憶し、フレーム毎にパターンを切替えてレーザを駆動すればよい。
本実施例の場合、レーザ駆動パターンの重心が１ドットの表示時間の中心近辺にあるのが好ましい。
本実施例の場合、強度を変化させる過渡期に予期しないビーム形状が出現する可能性もあり、その場合はスペックル低減度合いが高めることができる。
図７により、第３の実施形態について説明する。本実施例は、先に述べた第２の実施例のレーザ駆動パターンと同様に、1つのドットの表示時間中に強度を変化させる例である。
具体的には、図７(a)に示すように、表示フレームnにおいて強度1で１ドットの0.05の時間出力した後、0.5の強度で0.1の時間出力する。このとき、ビーム形状は最初はTEM00であり、次にTEM01に変化する。
次に図７(b)に示すように、表示フレームn+1において強度0.2で１ドットの0.25の時間出力した後、0.5の強度で0.1の時間出力する。このとき、ビーム形状は最初はTEM11であり、次にTEM01に変化する。
次に図７(c)に示すように、表示フレームn+2において強度0.2で１ドットの0.17の時間出力した後、0.5の強度で0.67の時間出力した後、1の強度で0.3の時間出力する。このとき、ビーム形状は最初はTEM11であり、次にTEM01に、最後にTEM00に変化する。それぞれのスペックル・パターンは変化するため、人間の認識上、時間積分されてスペックルが軽減される。
上記のように、レーザ駆動パターンは、レーザの瞬時出力強度が増える方向でも減る方向でもよく、また、段階数も図の２段階や３段階に限定されるものではない。
また、本実施例の場合、レーザ駆動パターンの重心が１ドットの表示時間の中心近辺にあるのが好ましい。
本実施例の場合、強度を変化させる過渡期に予期しないビーム形状が出現する可能性もあり、その場合はスペックル低減度合いが高めることができる。
また、本実施例の場合、強度を変化させる過渡期に予期しないビーム形状が出現する可能性もあり、その場合はスペックル低減度合いが高まる。
また、本実施例の場合、スペックル・パターンの認識上の重畳がフレーム毎にも行われるため、スペックル低減効果は大きい。
図８により、第４の実施形態について説明する。本実施例は、先に述べた実施例のレーザ駆動パターンと異なり、1つのドットの表示時間中に離散的に駆動パルスを印加する例である。
具体的には、図８に示した例の場合、表示フレームnにおいて強度1で１ドットの0.05の時間出力した後、出力を０に戻し、次に0.5の強度で0.1の時間出力する。このとき、ビーム形状は最初はTEM00であり、次にTEM01に変化する。
さらに、本実施例の場合、強度を変化させる過渡期に予期しないビーム形状（TEM11、TEM10）が出現する可能性が他の実施例より大きく、スペックル低減度合いが高まる。
本実施例の場合も、図８のパターンで限定されるものではなく、また、レーザ駆動パターンの重心が１ドットの表示時間の中心近辺にあるのが好ましい。
実施例１から実施例４では、緑のレーザについて説明したが、同様の操作を赤レーザ、青レーザで行っても良いし、全てで実施しても良い。
10：緑色レーザー、11：赤色レーザー、12：青色レーザー、20-22：コリメートレンズ、30-31：ダイクロイック・プリズム、50：MEMSミラー、90-92：レーザ・ビーム、100：スクリーン

Claims (6)

  1. マルチモード・レーザ光源が出力するレーザビームを走査して画像を表示するレーザプロジェクタにおいて、
    表示フレームごとに、前記レーザビーム形状の２次元出力パターンが異なるように前記マルチモード・レーザ光源を駆動するレーザ駆動部を備え、
    前記レーザ駆動部は、１ドットの表示時間中のレーザ光源の出力強度と出力時間の積が同一で、表示フレームごとに異なる出力強度と出力時間の駆動波形パターンを前記マルチモード・レーザ光源に印加することを特徴とするレーザプロジェクタ。
  2. 請求項１に記載のレーザプロジェクタにおいて、
    前記レーザ駆動部は、レーザ光源に印加する前記駆動波形パターンを複数個有し、表示フレーム毎に前記駆動波形パターンを変えて前記マルチモード・レーザ光源に印加することを特徴とするレーザプロジェクタ。
  3. マルチモード・レーザ光源が出力するレーザビームを走査して画像を表示するレーザプロジェクタにおいて、
    表示フレームごとに、前記レーザビーム形状の２次元出力パターンが異なるように前記マルチモード・レーザ光源を駆動するレーザ駆動部を備え、
    前記レーザ駆動部は、１ドットの表示時間中に、異なる２次元出力パターンのレーザビームが出力されるように前記マルチモード・レーザ光源を駆動することを特徴とするレーザプロジェクタ。
  4. 請求項３に記載のレーザプロジェクタにおいて、
    前記レーザ駆動部は、１ドットの表示時間中に、第１の出力時間の間に第１の出力強度で前記マルチモード・レーザ光源を駆動し、第２の出力時間の間に前記第１の出力強度と異なる第２の出力強度で前記マルチモード・レーザ光源を駆動することを特徴とするレーザプロジェクタ。
  5. 請求項４に記載のレーザプロジェクタにおいて、
    前記レーザ駆動部は、１ドットの表示時間中に、前記第１の出力強度と前記第２の出力強度の前記マルチモード・レーザ光源駆動を分散しておこなうことを特徴とするレーザプロジェクタ。
  6. 請求項１に記載のレーザプロジェクタにおいて、
    前記レーザ駆動部は、前記出力強度と出力時間の駆動波形パターンの重心が１ドットの表示時間中の中心に位置するように、前記マルチモード・レーザ光源を駆動することを特徴とするレーザプロジェクタ。
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