JP2011075673A - 光源装置、投影装置及び投影方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構成を採らずにスペックルノイズの発生を確実に抑制する。
【解決手段】青色レーザ光を発生する半導体レーザ部21、及び該青色レーザ光を用い、波長を変化させずに出射する期間と波長を変換して赤色光または緑色光を出射する期間とを周期的に繰返すカラーホイール24を含む光源部17と、カラーホイール24で青色光を出射する期間中、半導体レーザ部21を間欠駆動する投影光処理部36及びＣＰＵ37と、画像信号を入力する入力系11，12と、光源部17から出射する光を用い、入力する画像信号に対応したカラーの光像を形成して投影する投影系13〜16，18，19とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタ装置等に好適な光源装置、投影装置及び投影方法に関する。

従来、スクリーンに投射される連続光のぎらつきの発生を抑えると共に、装置全体の信頼性を向上させるプロジェクタとして、被投射面に向けてレーザ光を射出する光源装置と、該光源装置から射出されたレーザ光を走査する走査手段と、該走査手段により走査されたレーザ光を拡散する光拡散部材と、該光拡散部材から射出されたレーザ光を被投射面に集光する集光手段とを備えたものが考えられている。（特許文献１）

特開２００７−０２５４６６号公報

レーザ光を光源とする装置では、スペックルノイズと称される斑点状の模様が発生し、画像がちらついて見えることがある。

このスペックルノイズは、金属やプラスチックの粗面など拡散反射する表面にレーザ光を照射することで、散乱光どうしの干渉等により表れるものであり、レーザ光の波長が単一で位相の揃った光であり、コヒーレンスが非常に高いために生じる特有の現象である。

レーザ光を光源とするプロジェクタの場合、上記特許文献に記載された技術も含め、拡散部材を光学系に挿入することでスペックルノイズを低減するようにしているが、常に一定光量の光を照射するとスペックルノイズを完全に抑制することができず、投影する画像中にちらつきとなって現出するのを回避できない。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複雑な構成を採ることなく、レーザ光源に伴うスペックルノイズの発生を確実に抑制することが可能な光源装置、投影装置及び投影方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、レーザ光を発生する光源と、上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間と、上記レーザ光の波長を変換して出射する期間と、を周期的に繰返す波長変換手段と、上記波長変換手段で上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間中、上記光源を間欠駆動する光源制御手段とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、レーザ光を発生する光源と、上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間と、上記レーザ光の波長を変換して出射する期間と、を周期的に繰返す波長変換手段と、上記波長変換手段で上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間中、上記光源を間欠駆動する光源制御手段と、画像信号を入力する入力手段と、上記波長変換手段から出射する光を用い、上記入力手段で入力する画像信号に対応したカラーの光像を形成して投影する投影手段とを具備したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、上記光源は、複数のレーザ発光素子を有し、上記光源制御手段は、上記波長変換手段で上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間中、上記光源の複数のレーザ発光素子を循環的に間欠駆動することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、上記請求項２または３記載の発明において、上記レーザ光は、青色のレーザ光であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、上記請求項４記載の発明において、上記波長変換手段はカラーホイールであって、上記レーザ光が照射されるカラーホイールの周上には、赤色蛍光反射板、緑色蛍光反射板、及び青色用拡散板が合わせてリング状となるように形成されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、レーザ光を発生する光源、上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間と、上記レーザ光の波長を変換して出射する期間と、を周期的に繰返す波長変換部、画像信号を入力する入力部、及び上記波長変換部から出射する光を用い、上記入力部で入力する画像信号に対応したカラーの光像を形成して投影する投影部を備えた投影装置での投影方法であって、上記波長変換部で上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間中、上記光源を間欠駆動する光源制御工程を有したことを特徴とする。

本発明によれば、複雑な構成を採ることなく、レーザ光源に伴うスペックルノイズの発生を確実に抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るデータプロジェクタ装置全体の機能構成を示すブロック図。 同実施形態に係る半導体レーザ部の外観構成を示す斜視図。 同実施形態に係るカラーホイール及びモータの外観構成を示す斜視図。 同実施形態に係るカラー画像１フレームを構成するＲ，Ｇ，Ｂの各フィールドとレーザダイオードの発光タイミングとの関係を例示するタイミングチャート。

以下本発明をＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）方式のデータプロジェクタ装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るデータプロジェクタ装置１０の概略機能構成を示すブロック図である。
１１は入出力コネクタ部であり、例えばピンジャック（ＲＣＡ）タイプのビデオ入力端子、Ｄ−ｓｕｂ１５タイプのＲＧＢ入力端子、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）コネクタを含む。

入出力コネクタ部１１より入力される各種規格の画像信号は、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２、システムバスＳＢを介し、一般にスケーラとも称される画像変換部１３に入力される。

画像変換部１３は、入力された画像信号を投影に適した所定のフォーマットの画像信号に統一し、表示用のバッファメモリであるビデオＲＡＭ１４に適宜書込んだ後に、書込んだ画像信号を読出して投影画像処理部１５へ送る。

この際、ＯＳＤ（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じてビデオＲＡＭ１４で画像信号に重畳加工され、加工後の画像信号が読出されて投影画像処理部１５へ送られる。

投影画像処理部１５は、送られてきた画像信号に応じて、所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒］と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動により、空間的光変調素子（ＳＬＭ）であるマイクロミラー素子１６を表示駆動する。

このマイクロミラー素子１６は、アレイ状に配列された複数、例えばＸＧＡ（横１０２４画素×縦７６８画素）分の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン／オフ動作することでその反射光により光像を形成する。

一方で、光源部１７から時分割でＲ，Ｇ，Ｂの原色光が循環的に出射される。この光源部１７からの原色光が、ミラー１８で全反射して上記マイクロミラー素子１６に照射される。

そして、マイクロミラー素子１６での反射光で光像が形成され、形成された光像が投影レンズユニット１９を介して、投影対象となる図示しないスクリーンに投影表示される。

光源部１７は、それぞれ同一波長の青色のレーザ光を発する一群のレーザダイオードからなる半導体レーザ部（ＬＤＵ）２１を有する。

図２は、この半導体レーザ部２１の外観構成を示す斜視図である。同図に示す如く半導体レーザ部２１は、複数、例えば６個のレーザダイオード２１ａ〜２１ｆを有する。２行×３列で示す計６個のレーザダイオード２１ａ〜２１ｆは、同一の発光特性、同一の発光方向を有する単色のレーザ光源として用いるもので、本実施形態では上述した如く青色のレーザ光を発する。

半導体レーザ部２１の発する青色のレーザ光は、ダイクロイックミラー２２を透過し、レンズ２３を介してカラーホイール２４の周上の１点に照射される。

このカラーホイール２４は、モータ（Ｍ）２５により回転される。レーザ光が照射されるカラーホイール２４の周上には、赤色蛍光反射板２４Ｒ、緑色蛍光反射板２４Ｇ、及び青色用拡散板２４Ｂが合わせてリング状となるように形成されている。

図３は、カラーホイール２４及びモータ２５の外観構成を示す斜視図である。同図に示す如く、赤色蛍光反射板２４Ｒは、レーザ光が照射されるのとは反対側の図示しない面側がミラー光像となり、青色のレーザ光の照射により塗布されている蛍光体が赤色光を励起し、励起した赤色光を、レーザ光が照射されてきた方向に反射するように出射する。

同様に緑色蛍光反射板２４Ｇは、レーザ光が照射されるのとは反対側の図示しない面側がミラー構造となり、青色のレーザ光の照射により塗布されている蛍光体が緑光を励起し、励起した緑色光を、レーザ光が照射されてきた方向に反射するように出射する。

また、残る青色用拡散板２４Ｂは、磨り硝子状の透過部材で構成され、照射された青色のレーザ光は散乱しながら透過する。

カラーホイール２４の赤色蛍光反射板２４Ｒまたは緑色蛍光反射板２４Ｇがレーザ光の照射位置にある場合、レーザ光の照射により赤色光または緑色光が励起される。この励起された赤色光または緑色光は、カラーホイール２４で反射された後、上記レンズ２３を介して上記ダイクロイックミラー２２でも反射される。

その後、この赤色光または緑色光は、レンズ２６を介してミラー２７で反射され、レンズ２８を介してダイクロイックミラー２９で反射された後、レンズ３０を介してインテグレータ３１で輝度分布が略均一な光束とされた後にミラー３２で全反射されて、上記ミラー１８へ送られる。

また、カラーホイール２４の青色用拡散板２４Ｂがレーザ光の照射位置にある場合、レーザ光は該拡散板２４Ｂで拡散されながらカラーホイール２４を透過した後、レンズ３３を介してミラー３４で全反射される。その後、この青色光は、レンズ３５を介して上記ダイクロイックミラー２９を透過し、レンズ３０を介して上記インテグレータ２９で輝度分布が略均一な光束とされた後にミラー３２で全反射されて、上記ミラー１８へ送られる。

以上の如く、ダイクロイックミラー２２，２９は共に、青色光を透過する一方で、緑色光及び赤色光を反射する。

光源部１７の半導体レーザ部２１の発光タイミング、及びモータ２５によるカラーホイール２４の回転を投影光処理部３６が統括して制御する。投影光処理部３６は、投影画像処理部１５から与えられる画像データのタイミングに応じて半導体レーザ部２１の発光タイミングとカラーホイール２４の回転を制御する。

上記各回路の動作すべてをＣＰＵ３７が制御する。このＣＰＵ３７は、メインメモリ３８及びプログラムメモリ３９と直接接続される。メインメモリ３８は、ＤＲＡＭで構成され、ＣＰＵ３７のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ３９は、電気的書換可能な不揮発性メモリで構成され、ＣＰＵ３７が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。ＣＰＵ３７は、上記メインメモリ３８及びプログラムメモリ３９を用いて、このデータプロジェクタ装置１０内の制御動作を実行する。

上記ＣＰＵ３７は、操作部４０からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。
この操作部４０は、データプロジェクタ装置１０の本体に設けられるキー操作部と、このデータプロジェクタ装置１０専用の図示しないリモートコントローラの間で赤外光を受光するレーザ受光部とを含み、ユーザが本体のキー操作部またはリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ３７へ直接出力する。

上記ＣＰＵ３７はさらに、上記システムバスＳＢを介して音声処理部４１とも接続される。音声処理部４１は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部４２を駆動して拡声放音させ、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。

次に上記実施形態の動作について説明する。
図４は、カラー画像１フレームを構成するＲ，Ｇ，Ｂの各フィールドと、半導体レーザ部２１を構成するレーザダイオード２１ａ〜２１ｆの発光タイミングとの関係を例示するタイミングチャートである。

図４（Ａ）は、投影動作中のカラー画像１フレームを構成するＲ，Ｇ，Ｂの各フィールドのタイミングを示す。
１フレームの先頭となるＲフィールドでは、半導体レーザ部２１の出射する青色のレーザ光の光路上にカラーホイール２４の赤色蛍光反射板２４Ｒが位置する。赤色蛍光反射板２４Ｒに塗布された蛍光体に青色のレーザ光が照射されることで、赤色光が励起する。

励起した赤色光は、レンズ２３、ダイクロイックミラー２２、レンズ２６、ミラー２７、及びレンズ２８の経路を通ってダイクロイックミラー２９で反射され、さらにレンズ３０、インテグレータ３１、ミラー３２、及びミラー１８を介してマイクロミラー素子１６に照射される。

このＲフィールド期間中にマイクロミラー素子１６では、投影画像処理部１５の駆動により赤色光に対応した階調画像を表示している。そのため、その反射光により赤色の光像が形成され、形成された赤色の光像が投影レンズユニット１９により拡大されて投影対象の図示しないスクリーンに投射される。

このＲフィールド期間においては、図４（Ｂ）〜図４（Ｇ）に示すように半導体レーザ部２１では６個のレーザダイオード２１ａ〜２１ｆが全てが期間中全体に渡って発光駆動される。

したがって、レーザダイオード２１ａ〜２１ｆからのレーザ光が照射される対象が例えば金属やプラスチックの粗面など、同じ波長で拡散反射する部材の表面であればスペックルノイズが発生するところであるが、ここでは赤色蛍光反射板２４Ｒに塗布された蛍光体にレーザ光の光エネルギーが吸収され、周波数変換される形態で代わって赤色光が励起される。そのため、スペックルノイズの発生を確実に回避できる。

上記Ｒフィールドに続くＧフィールドも同様であり、半導体レーザ部２１の出射する青色のレーザ光の光路上にカラーホイール２４の緑色蛍光反射板２４Ｇが位置する。緑色蛍光反射板２４Ｇに塗布された蛍光体に青色のレーザ光が照射されることで、緑色光が励起する。

励起した緑色光は、レンズ２３、ダイクロイックミラー２２、レンズ２６、ミラー２７、及びレンズ２８の経路を通ってダイクロイックミラー２９で反射され、さらにレンズ３０、インテグレータ３１、ミラー３２、及びミラー１８を介してマイクロミラー素子１６に照射される。

このＧフィールド期間中にマイクロミラー素子１６では、投影画像処理部１５の駆動により緑色光に対応した階調画像を表示している。そのため、その反射光により緑色の光像が形成され、形成された緑色の光像が投影レンズユニット１９により拡大されて投影対象の図示しないスクリーンに投射される。

このＧフィールド期間においても、図４（Ｂ）〜図４（Ｇ）に示すように半導体レーザ部２１では６個のレーザダイオード２１ａ〜２１ｆが全てが期間中全体に渡って発光駆動される。

したがって、緑色蛍光反射板２４Ｇに塗布された蛍光体にレーザ光の光エネルギーが吸収され、周波数変換される形態で代わって緑色光が励起されるため、スペックルノイズの発生を確実に回避できる。

その後のＢフィールドでは、半導体レーザ部２１の出射する青色のレーザ光の光路上にカラーホイール２４の青色用拡散板２４Ｂが位置する。そのため、青色のレーザ光は波長を代えることなく青色用拡散板２４Ｂを拡散しながら透過する。

青色用拡散板２４Ｂを透過した青色光は、レンズ３３、ミラー３４、及びレンズ３５の経路を通ってダイクロイックミラー２９を透過し、さらにレンズ３０、インテグレータ３１、ミラー３２、及びミラー１８を介してマイクロミラー素子１６に照射される。

このＢフィールド期間中にマイクロミラー素子１６では、投影画像処理部１５の駆動により青色光に対応した階調画像を表示している。そのため、その反射光により青色の光像が形成され、形成された緑色の光像が投影レンズユニット１９により拡大されて投影対象の図示しないスクリーンに投射される。

このＢフィールド期間にあっては、図４（Ｂ）〜図４（Ｇ）に示すように半導体レーザ部２１では６個のレーザダイオード２１ａ〜２１ｆのうち、常に４個が発光し、残る２個が発光を停止するように順次発光位置を短い時間単位で切換えながら循環的に間欠駆動する。

具体的には、レーザダイオード２１ａと２１ｄ、レーザダイオード２１ｂと２１ｅ、レーザダイオード２１ｃと２１ｆをそれぞれ組として、点灯を停止する組を循環的に切り換えることで、このＢフィールド期間中には６個中４個のレーザダイオードによる間欠的な発光駆動を行なうものとする。

このようにＢフィールド期間内の短い周期でレーザダイオード２１ａ〜２１ｆの発光位置を切り換えることにより、たとえ青色用拡散板２４Ｂ部分でのレーザ光の拡散によりスペックルノイズが発生したとしても、その発生位置が非常に短い時間単位で移動するため、人間の肉眼では全く知覚できない。

したがって、結果として人間の肉眼で知覚することが可能なスペックルノイズの発生を確実に回避できる。

なお、上記画像１フレームにおけるＲ，Ｇ，Ｂ各フィールドの時間比は、モータ２５により定速で回転駆動されるカラーホイール２４の赤色蛍光反射板２４Ｒ、緑色蛍光反射板２４Ｇ、及び青色用拡散板２４Ｂの中心角によって決定される。

本実施形態では、上記図４（Ａ）で示したようにＲ＞Ｇ＞Ｂの順序でより時間が長くなるように設定した例を示したが、これは光源を構成するレーザダイオード２１ａ〜２１ｆの発光強度と発振周波数、赤色蛍光反射板２４Ｒ及び緑色蛍光反射板２４Ｇに塗布された各蛍光体の蛍光特性等に鑑みて適宜設定される。

以上詳記した如く本実施形態によれば、複雑な構成を採ることなく、半導体レーザ部２１を構成するレーザダイオード２１ａ〜２１ｆの間欠駆動によりスペックルノイズの発生を確実に抑制することが可能となる。

また、上記実施形態では、半導体レーザ部２１を複数、例えば６個のレーザダイオード２１ａ〜２１ｆで構成するものとして説明したが、このように同一波長で発振する複数のレーザ光源を用いて、短い時間間隔で発光位置を順次切換ながら間欠駆動することで、より確実にスペックルノイズの発生を抑制することが可能となる。

なお、本発明はレーザ光源を構成する素子の個数やそれらのうちで一時的に発光を停止する個数を限定するものではない。

また、光源に１つのレーザ光源のみを用いるものとし、スペックルノイズの発生が予想される期間においてはその１つのレーザダイオードを間欠的に駆動させるものとしても良く、カラーホイール２４の青色用拡散板２４Ｂがレーザ光に対して相対的に移動（回転）していることを勘案しても、知覚可能なレベルでのスペックルノイズの発生を充分に抑制することが可能となる。

さらに、上記実施形態は本発明を単板式のＤＬＰ（登録商標）方式のデータプロジェクタ装置１０に適用した場合について説明したが、本発明はデータプロジェクタ装置の投影方式を限定するものではなく、例えば透過型のモノクロ液晶パネルを用いて光像を形成する液晶プロジェクタ装置にも同様に適用可能であり、またデータプロジェクタ装置のみならず、例えばリアプロジェクション方式のテレビ受像機等にも同様に適用し得る。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…データプロジェクタ装置、１１…入出力コネクタ部、１２…入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、１３…画像変換部（スケーラ）、１４…ビデオＲＡＭ、１５…投影画像処理部、１６…マイクロミラー素子（ＳＬＭ）、１７…光源部、１８…ミラー、１９…投影レンズユニット、２１…半導体レーザ部（ＬＤＵ）、２１ａ〜２１ｆ…レーザダイオード、２２…ダイクロイックミラー、２３…レンズ、２４…カラーホイール、２４Ｂ…青色用拡散板、２４Ｇ…緑色蛍光体反射板、２５…モータ（Ｍ）、２６…レンズ、２７…ミラー、２８…レンズ、２９…ダイクロイックミラー、３０…レンズ、３１…インテグレータ、３２…ミラー、３３…レンズ、３４…ミラー、３５…レンズ、３６…投影光処理部、３７…ＣＰＵ、３８…メインメモリ、３９…プログラムメモリ、４０…操作部、４１…音声処理部、４２…スピーカ部、ＳＢ…システムバス。

Claims (6)

1. レーザ光を発生する光源と、
   上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間と、上記レーザ光の波長を変換して出射する期間と、を周期的に繰返す波長変換手段と、
   上記波長変換手段で上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間中、上記光源を間欠駆動する光源制御手段と
   を具備したことを特徴とする光源装置。
2. レーザ光を発生する光源と、
   上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間と、上記レーザ光の波長を変換して出射する期間と、を周期的に繰返す波長変換手段と、
   上記波長変換手段で上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間中、上記光源を間欠駆動する光源制御手段と、
   画像信号を入力する入力手段と、
   上記波長変換手段から出射する光を用い、上記入力手段で入力する画像信号に対応したカラーの光像を形成して投影する投影手段と
   を具備したことを特徴とする投影装置。
3. 上記光源は、複数のレーザ発光素子を有し、
   上記光源制御手段は、上記波長変換手段で上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間中、上記光源の複数のレーザ発光素子を循環的に間欠駆動する
   ことを特徴とする請求項２記載の投影装置。
4. 上記レーザ光は、青色のレーザ光であることを特徴とする請求項２または３記載の投影装置。
5. 上記波長変換手段はカラーホイールであって、上記レーザ光が照射されるカラーホイールの周上には、赤色蛍光反射板、緑色蛍光反射板、及び青色用拡散板が合わせてリング状となるように形成されていることを特徴とする請求項４記載の投影装置。
6. レーザ光を発生する光源、上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間と、上記レーザ光の波長を変換して出射する期間と、を周期的に繰返す波長変換部、画像信号を入力する入力部、及び上記波長変換部から出射する光を用い、上記入力部で入力する画像信号に対応したカラーの光像を形成して投影する投影部を備えた投影装置での投影方法であって、
   上記波長変換部で上記レーザ光の波長を変化させずに出射する期間中、上記光源を間欠駆動する光源制御工程を有したことを特徴とする投影方法。

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