JP2020194116A - Laser scanning type video device - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書による開示は、レーザ走査式映像装置に関する。 The disclosure by this specification relates to a laser scanning imaging device.
従来、レーザビームを、投射レンズを経てスクリーンに投射されるように走査し、当該スクリーンに映像を構成するレーザ走査式映像装置が知られている。特許文献１には、赤、青、緑のパルス状に発光される３本のレーザビームをポリゴンミラー（回転多面鏡）が反射することにより走査する技術が開示されている。こうしたポリゴンミラーによるレーザビームの走査は、一般的に等速の走査となる。
Conventionally, there is known a laser scanning image device that scans a laser beam so as to be projected onto a screen through a projection lens and forms an image on the screen.
そして、３本のレーザビームは、投射レンズにおいて色収差を生じるため、レーザビーム間に生じる色収差分だけ予め画像信号を、画像データである補正データを求めることによって、逆補正して出力する。その際に、パルスのクロック数をｎ倍すると共に、補完演算によって補正データの画素密度をｎ倍している。 Since the three laser beams cause chromatic aberration in the projection lens, the image signal is reverse-corrected and output by obtaining the correction data which is the image data in advance by the amount of the chromatic aberration generated between the laser beams. At that time, the number of pulse clocks is multiplied by n, and the pixel density of the correction data is multiplied by n by the complement operation.
特許文献１において、補正データの画素密度をｎ倍とすると、その分だけ色収差の精細な補正を実現することができる。ただし、相反として、補正データのデータ処理量が増加するため、例えば処理の遅延、消費電力の増加等の問題が懸念されている。
In
この明細書の開示による目的のひとつは、データ処理量の増加を抑制しつつ、投射レンズの色収差を精細に補正可能なレーザ走査式映像装置を提供することにある。 One of the objects of the disclosure of this specification is to provide a laser scanning image device capable of finely correcting the chromatic aberration of the projection lens while suppressing an increase in the amount of data processing.
ここに開示された態様のひとつは、レーザビームを、投射レンズ（１５）を経てスクリーン（１１）に投射されるように走査し、スクリーンに映像を構成するレーザ走査式映像装置であって、
相互に異なる波長のレーザビームをパルス状に発光する複数のレーザ発光部（２２ａ〜ｃ）と、
各レーザ発光部から発光された各レーザビームを共通の光路に案内するレーザ案内部（２４）と、
スクリーンに映像が描画されるように、共通の光路から入射する各レーザビームを反射することにより走査する走査ミラー部（２６）と、
走査ミラー部による各レーザビームを共振方向（Ｄ１）に共振駆動走査をさせるように、走査ミラー部の向きを制御すると共に、各レーザ発光部から発光される各レーザビームの発光タイミングを個別に制御する制御部であって、映像の同一画素を構成するパルス状の各レーザビームがスクリーン上で共振方向に一致する座標に投射されるように、各レーザ発光部間にて同一画素における発光タイミングをずらすタイミングずらし制御を実施可能な映像制御部（２８）と、を備える。
One of the embodiments disclosed herein is a laser scanning image device that scans a laser beam so as to be projected onto a screen (11) through a projection lens (15) to form an image on the screen.
A plurality of laser emitting units (22a to c) that emit laser beams of different wavelengths in a pulse shape, and
A laser guide unit (24) that guides each laser beam emitted from each laser light emitting unit to a common optical path, and
A scanning mirror unit (26) that scans by reflecting each laser beam incident from a common optical path so that an image is drawn on the screen.
The direction of the scanning mirror unit is controlled so that each laser beam emitted from the scanning mirror unit is resonantly driven in the resonance direction (D1), and the emission timing of each laser beam emitted from each laser emitting unit is individually controlled. The emission timing of the same pixel is set between the laser emitting units so that the pulsed laser beams constituting the same pixel of the image are projected on the screen at the coordinates matching the resonance direction. A video control unit (28) capable of performing shift timing shift control is provided.
このような態様によると、各レーザビームを反射する走査ミラー部の向きの制御にあたっては、各レーザビームは、共振方向に共振駆動走査される。共振駆動走査では、走査ミラー部の向きが振り子の如く固有振動するので、レーザビームの共振方向の走査は、非等速の走査となる。詳細に、スクリーン上での走査範囲の共振方向中央側では、走査速度が比較的速くなる一方、共振方向外側では、走査速度が比較的遅くなる。したがって、所定のクロックにてレーザビームの発光タイミングが制御される場合に、走査速度が遅くなる共振方向外側では、パルス状のレーザビームが投射されるスクリーン上の座標は、遅い速度によって、共振方向中央よりも高精度に調整することができる。 According to such an aspect, in controlling the direction of the scanning mirror unit that reflects each laser beam, each laser beam is resonantly driven and scanned in the resonance direction. In resonance-driven scanning, the direction of the scanning mirror unit vibrates naturally like a pendulum, so scanning in the resonance direction of the laser beam is non-constant velocity scanning. In detail, the scanning speed is relatively high on the central side of the scanning range on the screen in the resonance direction, while the scanning speed is relatively slow on the outside of the resonance direction. Therefore, when the emission timing of the laser beam is controlled by a predetermined clock, the coordinates on the screen on which the pulsed laser beam is projected are in the resonance direction due to the slow speed outside the resonance direction in which the scanning speed becomes slow. It can be adjusted with higher precision than the center.
さて、走査ミラー部により走査された各レーザビームが投射レンズに屈折される際に、相互に波長が異なる各レーザビーム毎の屈折角が異なることにより、色収差が生じる。そこで本態様では、当該色収差を相殺するように、映像の同一画素を構成するパルス状の各レーザビームがスクリーン上で共振方向に実質的に一致する座標に投射される。これは、各レーザ発光部間にて同一画素における発光タイミングがずらされるタイミングずらし制御が実施されることにより、実現される。 When each laser beam scanned by the scanning mirror unit is refracted by the projection lens, chromatic aberration occurs because the refraction angles of the laser beams having different wavelengths are different from each other. Therefore, in this embodiment, the pulsed laser beams constituting the same pixel of the image are projected on the screen at coordinates substantially matching the resonance direction so as to cancel the chromatic aberration. This is realized by performing timing shift control in which the light emission timing of the same pixel is shifted between the laser light emitting units.
ここで、投射レンズによる色収差は、近軸では無視できる程小さいため、補正の必要性が比較的低いが、外側では大きくなるため、補正の必要性が高い。この点、本態様では、色収差が比較的大きくなる共振方向外側において、走査速度が遅くなっている。したがって、共振方向外側において１クロック分発光タイミングをずらした時のスクリーン上の座標のずれが小さいので、各レーザビームが投射される当該座標を微小に個別調整して、色収差を精細に補正することができる。このタイミングずらし制御では、補正に用いるデータを倍化させる必要性が低減されているので、当該データ処理量の増加を抑制することができる。 Here, since the chromatic aberration due to the projection lens is so small that it can be ignored in the paraxial axis, the need for correction is relatively low, but it is large in the outside, so the need for correction is high. In this respect, in this aspect, the scanning speed is slow on the outside of the resonance direction where the chromatic aberration becomes relatively large. Therefore, since the deviation of the coordinates on the screen when the emission timing is shifted by one clock outside the resonance direction is small, the coordinates on which each laser beam is projected should be finely adjusted individually to finely correct the chromatic aberration. Can be done. In this timing shift control, the need to double the data used for correction is reduced, so that an increase in the amount of data processing can be suppressed.
なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。 The reference numerals in parentheses exemplify the correspondence with the parts of the embodiments described later, and are not intended to limit the technical scope.
一実施形態を図面に基づいて説明する。 One embodiment will be described with reference to the drawings.
（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態によるレーザ走査式映像装置２１は、車両１に搭載されるように構成されたヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤ）１０に用いられている。レーザ走査式映像装置２１は、ＨＵＤ１０に設けられたスクリーン１１に投影される映像を、レーザビームを走査することによって、構成する。スクリーン１１に投影された映像は、スクリーン１１から拡散された表示光がＨＵＤ１０により車両１のウインドシールド３に向けて投射されることによって、当該ウインドシールド３を挟んで乗員のアイポイントＥＰとは反対側の車外に、虚像ＶＲＩとして結像される。虚像ＶＲＩは、車外の景色と重畳し、さらには現実を拡張する拡張現実（Augmented Reality；ＡＲ）表示を含んでいる。
(First Embodiment)
As shown in FIG. 1, the laser
車両１のウインドシールド３は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透明部材であり、車両１のインストルメントパネル２よりも車両上方に配置されている。ウインドシールド３は、車両前方から車両後方へ向かう程、インストルメントパネル２とは離間するように傾斜している。なお、スクリーン１１に投影された映像は、ウインドシールド３ではなく、車両１と別体となって車内に設置されたコンバイナに、投影されてもよい。
The
図２に示すように、車両１には、映像生成ＥＣＵ（Electric Control Unit）４が搭載されている。映像生成ＥＣＵ４は、いわゆるコンピュータであり、少なくとも１つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリないし磁気ディスクによって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラム及びデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記録媒体である。
As shown in FIG. 2, the
映像生成ＥＣＵ４は、車両１等から各種情報を取得し、当該情報に基づいて、ＨＵＤ１０によって表示される映像データを生成する。映像生成ＥＣＵ４は、生成した映像データを、レーザ走査式映像装置２１へ向けて逐次出力する。
The
ＨＵＤ１０は、車両１のインストルメントパネル２に搭載されている虚像ディスプレイである。ＨＵＤ１０は、レーザ走査式映像装置２１に加えて、スクリーン１１、導光部１３、投射レンズ１５等を具備している。
The
図１，３，４に示すスクリーン１１は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウム等の金属膜を蒸着させること等により、マイクロミラーアレイ状に形成された反射型のスクリーンである。スクリーン１１は、光を反射する複数のミラー曲面を有する複数のマイクロミラーを、ベース面１１ａに沿って格子状に配列した板状に形成されている。各ミラー曲面は、ベース面１１ａの曲率に対して十分に大きな曲率の絶対値を有する凸面状又は凹面状に形成されている。本実施形態のスクリーン１１のベース面１１ａが平面状に形成されていることで、スクリーン１１は平板状に形成されている。
The
こうしたスクリーン１１にレーザビームが入射されると、当該スクリーン１１は、当該ミラー曲面の近傍にレーザビームを結像させつつ、当該ビームの拡がり角を拡大させて、スクリーン１１から射出させることができる。この結果、車内において乗員が虚像ＶＲＩを視認可能となる空間領域、すなわちアイボックスが拡大される。
When a laser beam is incident on such a
図１に示す導光部１３は、スクリーン１１から射出されたレーザビームを、ウインドシールド３へ向けて導光する光学系である。導光部１３としては、１つの凹面鏡からなる構成、１つの平面鏡と１つの凹面鏡を組み合わせた構成、１つの凸面鏡と１つの凹面鏡を組み合わせた構成、他の構成等、各種の構成を採用することができる。ここで導光部１３は、正の光学パワーを有することにより、スクリーン１１に投影された映像に対して、乗員に視認される虚像ＶＲＩを、拡大する機能を有していることが好ましい。
The
図１，３，４に示す投射レンズ１５は、ｆθレンズとも称されており、レーザ走査式映像装置２１とスクリーン１１との間の光路上に配置されている。投射レンズ１５は、レーザビームのスクリーン１１への入射角を調整する。投射レンズ１５は、正の光学パワーを有する。投射レンズ１５としては、１つの平凸レンズからなる構成、複数の平凸レンズからなる構成、他の構成等、各種の構成を採用することができる。これら構成物であるレンズは、例えばガラスないし合成樹脂からなる透光性の光学材料であって、可視領域に対して正常分散を示す光学材料により形成される。
The
レーザ走査式映像装置２１は、複数のレーザ発光部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、レーザ案内部２４、走査ミラー部２６、及び映像制御部２８等により構成されている。
The laser
図２，４に示すように、レーザ発光部２２ａ〜ｃは、例えば３つ設けられ、それぞれレーザビームをパルス状に発光する。本実施形態において各レーザ発光部２２ａ〜ｃには、レーザダイオードが採用されている。
As shown in FIGS. 2 and 4, for example, three laser
３つのレーザ発光部２２ａ〜ｃは、相互に異なる波長α，β，γのレーザビームを発光するようになっている。レーザ発光部２２ａが発するレーザビームのピーク波長αは、例えば５００〜５６０ｎｍの範囲、好ましくは５４０ｎｍである緑色波長となっている。レーザ発光部２２ｂが発するレーザビームのピーク波長βは、例えば４３０〜４７０ｎｍの範囲、好ましくは４５０ｎｍである青色波長となっている。レーザ発光部２２ｃが発するレーザビームのピーク波長γは、例えば６００〜６５０ｎｍの範囲、好ましくは６４０ｎｍである赤色波長となっている。
The three laser
図４に示すレーザ案内部２４は、各レーザ発光部２２ａ〜ｃから発光された各レーザビームが重ね合されるように、共通の光路に案内する。レーザ案内部２４は、複数の集光レンズ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、折り返しミラー２４ｄ、及びダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆ等により構成されている。集光レンズ２４ａ〜ｃは、レーザ発光部２２ａ〜ｃと同数（例えば３つ）設けられている。ダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆは、レーザ発光部２２ａ〜ｃよりも１つ少ない数（例えば２つ）設けられている。
The
３つの集光レンズ２４ａ〜ｃは、それぞれ対応するレーザ発光部２２ａ〜ｃに対して、各レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置されている。各集光レンズ２４ａ〜ｃは、例えば合成樹脂ないしガラスにより、透光性を有して形成されている。各集光レンズ２４ａ〜ｃは、対応するレーザ発光部２２ａ〜ｃからのレーザビームを屈折により集光して、各レーザビームのビームウエストが、スクリーン１１の近傍ないしスクリーン１１上に位置するように、調整する。
The three
折り返しミラー２４ｄは、集光レンズ２４ａに対して、レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置され、集光レンズ２４ａを透過した緑色波長のレーザビームを反射する。
The folded
２つのダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆは、それぞれ対応する集光レンズ２４ｂ，２４ｃに対して、各レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置されている。各ダイクロイックミラー２４ｅ，２４ｆは、集光レンズ２４ａ〜ｃを透過した各レーザビームのうち、特定波長のレーザビームを反射し、その他のレーザビームを透過させる。具体的には、集光レンズ２４ｂに対応するダイクロイックミラー２４ｅは、青色波長のレーザビームを反射し、緑色波長のレーザビームを透過させる。集光レンズ２４ｃに対応するダイクロイックミラー２４ｆは、赤色波長のレーザビームを反射し、緑色波長及び青色波長のレーザビームを透過させる。
The two
ここで、折り返しミラー２４ｄによる反射後の緑色波長のレーザビームの進行方向には、ダイクロイックミラー２４ｅが所定の間隔を空けて配置されている。また、ダイクロイックミラー２４ｅによる反射後の青色波長のレーザビームの進行方向には、ダイクロイックミラー２４ｆが所定の間隔を空けて配置されている。これら配置形態により、折り返しミラー２４ｄによる反射後の緑色波長のレーザビームが、ダイクロイックミラー２４ｅを透過し、ダイクロイックミラー２４ｅによる反射後の青色波長のレーザ光束と重ね合される。また、緑色波長及び青色波長のレーザビームが、ダイクロイックミラー２４ｆを透過し、ダイクロイックミラー２４ｆによる反射後の赤色波長のレーザビームと重ね合される。
Here, the
また、図２に示すように、各レーザ発光部２２ａ〜ｃは、映像制御部２８と電気的に接続されている。各レーザ発光部２２ａ〜ｃは、映像制御部２８からの電気信号に従って、レーザビームをパルス状に発光する。そして、各レーザ発光部２２ａ〜ｃから発光される３色のレーザビームを加色混合することで、映像の各画素において種々の色の再現が可能となる。こうして各レーザビームは、共通の光路上に重ね合された状態で、実質的に同一の方向から走査ミラー部２６へと入射することとなる。
Further, as shown in FIG. 2, each
走査ミラー部２６は、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems；ＭＥＭＳ）を用い、レーザビームを時間的に走査（スキャン）可能に構成されたＭＥＭＳミラーである。図４に示すように、走査ミラー部２６において、ダイクロイックミラー２４ｆと所定の間隔を空けて対向する面には、アルミニウムの金属蒸着等により、反射面２６ａが形成されている。反射面２６ａは、当該反射面２６ａの接平面に沿って、実質直交して配置された２つの回転軸Ａｘ，Ａｙのまわりに揺動可能となっている。
The
図５に詳細を示すように、反射面２６ａは、支持梁２６ｂによって両持ち支持されている。支持梁２６ｂは、例えば回転軸Ａｙに沿うように配置されている。支持梁２６ｂの外側には、反射面２６ａの外周を全周囲むように内枠体２６ｃ及び外枠体２６ｄが形成されている。内枠体２６ｃは支持梁２６ｂを支持し、外枠体２６ｄは内枠体２６ｃを支持している。
As shown in detail in FIG. 5, the
このような走査ミラー部２６は、映像制御部２８と電気的に接続されており、その電気信号によって揺動することで、向きを変更することができる。こうして走査ミラー部２６は、映像制御部２８に向きを制御されることで、レーザビームの反射面２６ａへの入射箇所である偏向点ＴＰを起点として、時間的にレーザビームの反射方向を偏向することが可能となっている。偏向点ＴＰでの偏向によってレーザビームは走査されて、スクリーン１１上に映像を、矩形状の走査範囲ＳＲに描画することができる。
Such a
ここで、回転軸Ａｙのまわりに反射面２６ａが揺動されると、レーザビームは、映像の長手方向ＬＤに走査される。映像の長手方向ＬＤは、虚像ＶＲＩにおける車両左右方向に対応している。回転軸Ａｘのまわりに反射面２６ａが揺動されると、レーザビームは、映像の短手方向ＳＤに走査される。映像の短手方向ＳＤは、虚像ＶＲＩにおける上下方向に対応している。
Here, when the reflecting
スクリーン１１上の映像の走査範囲ＳＲの中心画素ＣＰと、投射レンズ１５の光軸ＯＡとは、互いに合わせられている。具体的に本実施形態では、投射レンズ１５の光軸ＯＡのスクリーン１１側への延長線上に、走査範囲ＳＲの中心画素ＣＰが位置している。また、投射レンズ１５の光軸ＯＡの走査ミラー部２６側への延長線上に、走査ミラー部２６の偏向点ＴＰが位置している。
The central pixel CP of the scanning range SR of the image on the
図３に示すように、スクリーン１１においてベース面１１ａは、光軸ＯＡ及び各レーザビームの中心画素ＣＰへの入射方向に対して傾斜している。具体的にベース面１１ａは、回転軸Ａｘと実質平行な軸のまわりに例えば５〜４５度程度回転するように傾斜している。
As shown in FIG. 3, in the
図２に示す映像制御部２８は、複数のレーザ発光部２２ａ〜ｃ及び走査ミラー部２６を介して、スクリーン１１に構成される映像、延いてはＨＵＤ１０が表示する虚像ＶＲＩを制御する。映像制御部２８は、走査ミラードライバ部２９、共振駆動走査センサ部３０、強制駆動走査センサ部３１、レーザドライバ部３２、緑色波長レーザ制御部３３、青色波長レーザ制御部３４、赤色波長レーザ制御部３５、光検出器３６、及びＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）３７を有している。
The
映像制御部２８による処理の一部ないし全部は、プロセッサがコンピュータプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現されてもよく、古典的なアナログ回路、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等によってハードウエア的に実現されてもよい。また、映像制御部２８による処理の一部ないし全部は、ニューラルネットワークを用いた人工知能アルゴリズムによって実現されてもよい。
Part or all of the processing by the
走査ミラードライバ部２９は、共振駆動走査センサ部３０及び強制駆動走査センサ部３１を用いて、反射面２６ａの向きを制御する電子回路である。共振駆動走査センサ部３０及び強制駆動走査センサ部３１は、それぞれ個別に対応する走査の状態を検出する電子回路である。
The scanning
走査ミラードライバ部２９は、圧電素子へ印加する電圧を制御することによって、支持梁２６ｂをねじることで、反射面２６ａを回転軸Ａｙのまわりに揺動する。支持梁２６ｂがねじれると、支持梁２６ｂの弾性反力がねじれ方向とは逆方向に作用する。この弾性反力を利用して、反射面２６ａを、支持梁２６ｂのばね定数に応じた所定の固有振動周波数にて共振させることができる。走査ミラードライバ部２９は、共振駆動走査センサ部３０が検出する共振駆動に係る電圧をモニタリングする。これにより、反射面２６ａを持続的に共振方向Ｄ１（本実施形態では映像の長手方向ＬＤに対応）に共振させることができる。以上により、走査ミラー部２６は、共振方向Ｄ１に非等速の共振駆動走査をさせられる。
The scanning
また、走査ミラードライバ部２９は、共振駆動走査とは別の圧電素子へ印加する電圧を制御することにより、内枠体２６ｃの角度を、反射面２６ａと共に回転軸Ａｘのまわりに揺動する。これは強制駆動と称される。この揺動の駆動波形は、共振駆動走査における固有振動周波数よりも十分に大きいものとされる。走査ミラードライバ部２９は、強制駆動走査センサ部３１が検出する強制駆動に係る電圧をモニタリングする。これにより、反射面２６ａを高精度に共振方向Ｄ１とは交差する強制方向Ｄ２（本実施形態では映像の短手方向ＳＤに対応）に駆動することができる。以上により、走査ミラー部２６は、強制方向Ｄ２に実質等速の強制駆動走査をさせられる。
Further, the scanning
レーザドライバ部３２は、緑色波長レーザ制御部３３、青色波長レーザ制御部３４及び赤色波長レーザ制御部３５を用いて、各レーザ発光部２２ａ〜ｃが連携するように制御する電子回路である。各レーザ制御部３３，３４，３５は、それぞれ個別に対応するレーザ発光部２２ａ〜ｃの発光タイミング及び発光パワーを制御している電子回路である。
The
発光タイミングは、図示しないクロック発振器を利用して、実質的に一定の動作クロックに基づいて制御される。映像の１画面を描画する時間に対するクロック数を、当該１画面の画素数よりも十分に大きく設定する（例えば５倍以上）ことで、映像は、非等速の共振方向Ｄ１にも、画素ピッチが比較的均一になるように描画され得る。 The light emission timing is controlled based on a substantially constant operating clock using a clock oscillator (not shown). By setting the number of clocks for the time to draw one screen of the image sufficiently larger than the number of pixels of the one screen (for example, 5 times or more), the image can have a pixel pitch even in the non-constant velocity resonance direction D1. Can be drawn to be relatively uniform.
光検出器３６は、各レーザ発光部２２ａ〜ｃから発光されるレーザビームの発光パワーを検出する。光検出器３６には、例えばフォトダイオードが採用されている。光検出器３６は、ＦＰＧＡ３７へ検出結果を出力する。
The
ＦＰＧＡ３７は、いわゆるＰＬＤ（Programmable logic device）等の集積的な電子回路の一種であり、広義のプロセッサに含まれる。ＦＰＧＡ３７は、多数の論理ゲートを配列して複雑な処理を実現するものであるが、コンピュータプログラムの実行による処理よりも高速にそれを実行することができる。
The
本実施形態のＦＰＧＡ３７は、走査ミラードライバ部２９、レーザドライバ部３２及び光検出器３６と電気的に接続されている。また、ＦＰＧＡ３７は、映像生成ＥＣＵ４と通信可能に接続されている。ここでいう通信としては、例えばＣＡＮ（登録商標）等の通信規格が挙げられるが、有線通信、無線通信を問わず各種の好適な通信方式が採用され得る。したがって、ＦＰＧＡ３７は、例えば無線通信機を介して、映像生成ＥＣＵ４と通信可能に接続されてもよい。
The
ＦＰＧＡ３７は、映像生成ＥＣＵ４から入力された映像の信号を、走査ミラードライバ部２９を制御する信号及びレーザドライバ部３２を制御する信号に変換して出力し、走査ミラードライバ部２９とレーザドライバ部３２とを連携させつつ制御する変換処理部となっている。レーザドライバ部３２に出力する信号においては、発光タイミングを制御するための信号及び発光パワーを制御するための信号が含まれる。発光パワーの制御において、ＦＰＧＡ３７は、光検出器３６で検出した発光パワーをフィードバック制御する。
The
ＦＰＧＡ３７による発光タイミングの制御においては、投射レンズ１５での各波長のレーザビーム間における色収差の発生が考慮される。色収差は、投射レンズ１５の光軸ＯＡから、レーザビームの投射レンズ１５上の通過位置までの距離に概ね比例する。当該本実施形態では、図６に示すように、発光タイミングの制御態様が異なる２つの範囲ＮＣＲ，ＣＲが、設定されている。第１の範囲は、タイミング一致制御が実施される色収差非補正範囲ＮＣＲである。第２の範囲は、タイミングずらし制御が実施される色収差補正範囲ＣＲである。
In controlling the emission timing by the
色収差非補正範囲ＮＣＲは、矩形状の走査範囲ＳＲのうち、中心画素ＣＰを含む範囲であって、当該中心画素ＣＰから所定距離以下の円形状の範囲に、設定されている。所定距離が映像の強制方向Ｄ２における半サイズよりも大きく設定されることで、範囲ＮＣＲの円形状の上下が部分的に欠けていてもよい。 The chromatic aberration non-correction range NCR is set in a rectangular scanning range SR including the central pixel CP and in a circular range of a predetermined distance or less from the central pixel CP. By setting the predetermined distance to be larger than the half size in the forced direction D2 of the image, the upper and lower sides of the circular shape of the range NCR may be partially missing.
色収差非補正範囲ＮＣＲに対応する各波長のレーザビームは、投射レンズ１５の近軸を透過及び屈折される。故に、色収差非補正範囲ＮＣＲにおいて、同一画素を構成する各波長のレーザビームは、色収差を比較的生じない。換言すると、各レーザ発光部２２ａ〜ｃ間でこの同一画素の発光タイミングを実質同じにしても、パルス状の各レーザビームは、スクリーン１１上で概ね一致する座標に投射される。したがって、色収差非補正範囲ＮＣＲにおける同一画素を構成する各波長のレーザビームは、上述のクロックに基づいて、実質一致したタイミングで発光される。各波長のレーザビームの発光タイミングを一致させることにより、発光タイミングを制御するための信号を生成するためのデータ処理量を低減させることができる。
The laser beam of each wavelength corresponding to the chromatic aberration non-correction range NCR is transmitted and refracted through the paraxial axis of the
色収差補正範囲ＣＲは、矩形状の走査範囲ＳＲのうち、中心画素ＣＰを基準とした色収差非補正範囲ＮＣＲよりも外側の領域に、設定されている。色収差非補正範囲ＮＣＲに対応する各波長のレーザビームは、投射レンズ１５の光軸外としての外側を透過及び屈折される。故に、色収差補正範囲ＣＲにおいて同一画素を構成する各波長のレーザビームは、色収差を比較的生じる。換言すると、各レーザ発光部２２ａ〜ｃ間でこの同一画素の発光タイミングを仮に同じにすると、パルス状の各レーザビームは、スクリーン１１上で互いにずれた座標に投射される。したがって、色収差補正範囲ＣＲにおいて同一画素を構成する各波長のレーザビームは、上述のクロックに基づいて、相互にずれたタイミングで発光される。
The chromatic aberration correction range CR is set in a region outside the chromatic aberration non-correction range NCR based on the central pixel CP in the rectangular scanning range SR. The laser beam of each wavelength corresponding to the chromatic aberration non-correction range NCR is transmitted and refracted outside the
例えば本実施形態の投射レンズ１５では、可視領域にて、短波長の屈折率が長波長の屈折率に対して小さい。したがって、各レーザ発光部２２ａ〜ｃ間でこの同一画素の発光タイミングを仮に同じにすると、青色波長のレーザビームは、緑色波長のレーザビームに対して、光軸ＯＡ側（換言すると中心画素ＣＰ側）にずれた座標に投射されてしまう。また、緑色波長のレーザビームは、赤色波長のレーザビームに対して、光軸ＯＡ側（換言すると中心画素ＣＰ側）にずれた座標に投射されてしまう。
For example, in the
そこで、共振駆動走査における共振方向Ｄ１の中央側から共振方向Ｄ１の外側への走査においては、同一画素を構成する長波長のレーザビームを当該画素を構成する短波長のレーザビームよりも早いタイミングでパルス状に発光させるように、制御がなされる。具体的に、上述のクロックに基づいて、赤色波長のレーザビーム、緑色波長のレーザビーム、青色波長のレーザビームの順に、発光タイミングがずらされる。そうすると、図７に示すように、各波長のレーザビームがスクリーン１１上で共振方向Ｄ１に実質一致する座標に投射されるようになる。すなわち、共振方向Ｄ１の色収差が補正される。
Therefore, in the scanning from the center side of the resonance direction D1 to the outside of the resonance direction D1 in the resonance drive scanning, the long wavelength laser beam constituting the same pixel is at an earlier timing than the short wavelength laser beam constituting the pixel. Control is performed so that the light is emitted in a pulsed manner. Specifically, based on the above-mentioned clock, the emission timing is shifted in the order of the red wavelength laser beam, the green wavelength laser beam, and the blue wavelength laser beam. Then, as shown in FIG. 7, the laser beam of each wavelength is projected on the
また、共振駆動走査における共振方向Ｄ１の外側から共振方向Ｄ１の中央側への走査においては、同一画素を構成する短波長のレーザビームを当該画素を構成する長波長のレーザビームよりも早いタイミングでパルス状に発光させるように、制御がなされる。具体的に、上述のクロックに基づいて、青色波長のレーザビーム、緑色波長のレーザビーム、赤色波長のレーザビームの順に、発光タイミングがずらされる。そうすると、図７に示すように、各波長のレーザビームがスクリーン１１上で共振方向Ｄ１に実質一致する座標に投射されるようになる。すなわち、共振方向Ｄ１の色収差が補正される。
Further, in the scanning from the outside of the resonance direction D1 to the center side of the resonance direction D1 in the resonance drive scanning, the short wavelength laser beam constituting the same pixel is at an earlier timing than the long wavelength laser beam constituting the pixel. Control is performed so that the light is emitted in a pulsed manner. Specifically, the emission timing is shifted in the order of the blue wavelength laser beam, the green wavelength laser beam, and the red wavelength laser beam based on the above-mentioned clock. Then, as shown in FIG. 7, the laser beam of each wavelength is projected on the
さて、図８に示すように、共振駆動走査では、共振方向Ｄ１の走査速度が非等速となる。詳細には、共振駆動走査では、走査位置が時間に対して正弦曲線状に変化し、走査速度は余弦曲線状に変化する。共振方向Ｄ１の外側から共振方向Ｄ１の中央側へ向かうに従って走査は加速し、共振方向Ｄ１の中央側から共振方向Ｄ１の外側に向かうに従って走査は減速する。スクリーン１１上での走査範囲ＳＲの共振方向Ｄ１の中央では、走査速度が比較的速くなる一方、共振方向Ｄ１の外側では、走査速度が比較的遅くなる。
By the way, as shown in FIG. 8, in the resonance drive scanning, the scanning speed in the resonance direction D1 is non-constant. Specifically, in resonance-driven scanning, the scanning position changes in a sinusoidal curve with time, and the scanning speed changes in a cosine curve. The scan accelerates from the outside of the resonance direction D1 toward the center of the resonance direction D1, and decelerates from the center of the resonance direction D1 toward the outside of the resonance direction D1. The scanning speed is relatively high at the center of the resonance direction D1 of the scanning range SR on the
したがって、走査速度が比較的速い共振方向Ｄ１の中央側では、あるレーザ発光部の発光タイミングが仮に１クロック分ずれた場合に、レーザビームが投射されるスクリーン１１上の座標のずれは、比較的大きい。これは、タイミングずらし制御をした場合の精度が比較的低いことを意味するが、そもそも共振方向Ｄ１の中央では、色収差が比較的小さい傾向にあるため、補正の必要性が低い。
Therefore, on the central side of the resonance direction D1 where the scanning speed is relatively high, if the emission timing of a certain laser emitting unit is shifted by one clock, the deviation of the coordinates on the
対して走査速度が比較的遅い共振方向Ｄ１の外側では、あるレーザ発光部の発光タイミングが仮に１クロック分ずれた場合に、レーザビームが投射されるスクリーン１１上の座標のずれは、比較的大きい。これは、タイミングずらし制御をした場合の精度が比較的高いことを意味し、色収差が比較的大きく、その補正の必要性が高い傾向にある共振方向Ｄ１の外側の傾向と調和している。
On the other hand, outside the resonance direction D1 where the scanning speed is relatively slow, if the emission timing of a certain laser emitting unit is shifted by one clock, the deviation of the coordinates on the
以下では、本実施形態と、走査ミラー部にポリゴンミラーを用いて各レーザビームが等速に走査される比較例とを比較する。図９に示すように、本実施形態の共振駆動走査（実線）と、比較例の等速の走査（破線）とでは、走査の形態が異なっている。また、図１０に示すように、本実施形態と比較例との１クロック分のレーザビームが投射されるスクリーン上の座標のずれが比較されている。 In the following, the present embodiment will be compared with a comparative example in which each laser beam is scanned at a constant velocity by using a polygon mirror for the scanning mirror portion. As shown in FIG. 9, the resonance-driven scanning (solid line) of the present embodiment and the constant-velocity scanning (broken line) of the comparative example have different scanning modes. Further, as shown in FIG. 10, the deviation of the coordinates on the screen on which the laser beam for one clock is projected is compared between the present embodiment and the comparative example.
図９，１０において座標領域は、走査の振幅を１とするように、規格化されている。時間領域は、１／４周期を１単位とするように、規格化されている。本実施形態において、クロックは、仮に、１単位当たり５０回発生することとする。座標領域及び時間領域が０に近い部分は、中心画素ＣＰに近い中央側を表す。座標領域及び時間領域が−１又は１に近い部分は、中心画素ＣＰから離れた外側を表す。図１１の各時間領域に対する１クロック分の座標のずれは、対象となる時間領域における平均値を表す。 In FIGS. 9 and 10, the coordinate region is standardized so that the scanning amplitude is 1. The time domain is standardized so that the quarter period is one unit. In the present embodiment, the clock is assumed to be generated 50 times per unit. The portion where the coordinate region and the time domain are close to 0 represents the central side close to the central pixel CP. The portion where the coordinate region and the time domain are close to -1 or 1 represents the outside away from the central pixel CP. The deviation of the coordinates for one clock with respect to each time domain in FIG. 11 represents an average value in the target time domain.
図１０によれば、比較例では、等速の走査であるから、座標領域が中央側か外側かに依存せず、１クロック分の座標のずれは０．０２で一定となっている。 According to FIG. 10, in the comparative example, since the scanning is performed at a constant velocity, the coordinate region does not depend on whether it is on the center side or the outside, and the coordinate deviation for one clock is constant at 0.02.
これに対し本実施形態において、時間領域の絶対値が０．６ないし０．７より大きな共振方向Ｄ１の外側にて、１クロック分の座標のずれは、０．０２よりも小さくなっている。したがって、色収差の補正の必要性が高い共振方向Ｄ１の外側において、比較例よりも高い補正の精度を発揮することできる。 On the other hand, in the present embodiment, the deviation of the coordinates for one clock is smaller than 0.02 outside the resonance direction D1 in which the absolute value of the time domain is larger than 0.6 to 0.7. Therefore, it is possible to exhibit higher correction accuracy than in the comparative example outside the resonance direction D1 where correction of chromatic aberration is highly necessary.
（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。
(Action effect)
The effects of the first embodiment described above will be described again below.
第１実施形態によると、各レーザビームを反射する走査ミラー部２６の向きの制御にあたっては、各レーザビームは、共振方向Ｄ１に共振駆動走査される。共振駆動走査では、走査ミラー部２６の向きが振り子の如く固有振動するので、レーザビームの共振方向Ｄ１の走査は、非等速の走査となる。詳細に、スクリーン１１上での走査範囲ＳＲの共振方向Ｄ１の中央では、走査速度が比較的速くなる一方、共振方向Ｄ１の外側では、走査速度が比較的遅くなる。したがって、所定のクロックにてレーザビームの発光タイミングが制御される場合に、走査速度が遅くなる共振方向Ｄ１の外側では、パルス状のレーザビームが投射されるスクリーン１１上の座標は、遅い速度によって、共振方向Ｄ１の中央よりも高精度に調整することができる。
According to the first embodiment, in controlling the direction of the
さて、走査ミラー部２６により走査された各レーザビームが投射レンズ１５に屈折される際に、相互に波長が異なるレーザビーム毎の屈折角が異なることにより、色収差が生じる。そこで本態様では、当該色収差を相殺するように、映像の同一画素を構成するパルス状の各レーザビームがスクリーン１１上で共振方向Ｄ１に実質的に一致する座標に投射される。これは、各レーザ発光部２２ａ〜ｃ間にて同一画素における発光タイミングがずらされるタイミングずらし制御が実施されることにより、実現される。
By the way, when each laser beam scanned by the
ここで、投射レンズ１５による色収差は、近軸では無視できる程小さいため、補正の必要性が比較的低いが、光軸外では大きくなるため、補正の必要性が高い。この点、本態様では、色収差が比較的大きくなる共振方向Ｄ１の外側において、走査速度が遅くなっている。したがって、共振方向Ｄ１の外側において１クロック分発光タイミングをずらした時のスクリーン上の座標のずれが小さいので、各レーザビームが投射される当該座標を微小に個別調整して、色収差を精細に補正することができる。このタイミングずらし制御では、補正に用いるデータを倍化させる必要性が低減されているので、データ処理量の増加を抑制することができる。
Here, since the chromatic aberration due to the
また、第１実施形態によると、映像のうち中心画素ＣＰを含む第１の範囲ＮＣＲに対しては、各レーザ発光部２２ａ〜ｃ間にて同一画素における発光タイミングを一致させるタイミング一致制御を実施される。色収差が小さな範囲ＮＣＲにて、処理を簡素化しているので、データ処理量の増加をさらに抑制することができる。
Further, according to the first embodiment, for the first range NCR including the central pixel CP in the video, timing matching control for matching the light emission timings of the same pixels between the laser
また、第１実施形態によると、共振駆動走査における共振方向Ｄ１の中央側から外側への走査においては、同一画素を構成する各レーザビームのうち、長波長のレーザビームは、短波長のレーザビームよりも早いタイミングで発光される。こうした発光タイミングのずらし方を用いることで、色収差を効果的に補正することができる。 Further, according to the first embodiment, in the scanning from the center side to the outside of the resonance direction D1 in the resonance drive scanning, the long wavelength laser beam among the laser beams constituting the same pixel is the short wavelength laser beam. It emits light at an earlier timing. Chromatic aberration can be effectively corrected by using such a method of shifting the light emission timing.
また、第１実施形態によると、共振駆動走査における共振方向Ｄ１の外側から中央側への走査においては、同一画素を構成する各レーザビームのうち、長波長のレーザビームは、短波長のレーザビームよりも早いタイミングで発光される。こうした発光タイミングのずらし方を用いることで、色収差を効果的に補正することができる。 Further, according to the first embodiment, in the scanning from the outside to the center side of the resonance direction D1 in the resonance drive scanning, the long wavelength laser beam among the laser beams constituting the same pixel is the short wavelength laser beam. It emits light at an earlier timing. Chromatic aberration can be effectively corrected by using such a method of shifting the light emission timing.
また、第１実施形態によると、スクリーン１１は、共振方向Ｄ１に平行な軸のまわりに回転するように、傾斜した板状に形成されている。このようなスクリーン１１に投射レンズ１５を経て各レーザビームを投射する形態では、共振方向Ｄ１の色収差の空間対称性が崩れることを抑制することができる。故に、中心画素ＣＰを共振方向Ｄ１に挟んだ両側の範囲で発光タイミングのずらし量を共通化することが可能となり、データ処理を簡素化することができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、反射型のスクリーン１１が採用された場合では、上述の傾斜によって、走査ミラー部２６からスクリーン１１へ入射するビームと、スクリーン１１から射出されたビームとの干渉を抑制することができる。
Further, when the
（他の実施形態）
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
(Other embodiments)
Although one embodiment has been described above, the present disclosure is not construed as being limited to the embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist of the present disclosure.
具体的に変形例１としては、図１１に示すように、スクリーン１１のベース面１１ａは、曲面状であってもよい。またスクリーン１１は投射レンズ１５の光軸ＯＡに対して傾斜していなくてもよい。
Specifically, as a
変形例２としては、スクリーン１１は、マイクロレンズアレイ状に形成された透過型のスクリーンであってもよい。また、スクリーン１１は、拡散板であってもよい。
As a second modification, the
変形例３としては、レーザ発光部２２ａ〜ｃは、相互に異なる波長のレーザビームをパルス状に発光するものであれば、２つ設けられていてもよく、４つ以上設けられていてもよい。
As a
変形例４としては、タイミング一致制御が実施される第１の範囲ＮＣＲは、円形状に設定されていなくてもよく、例えば矩形状に設定されていてもよい。
As a
変形例５としては、走査範囲ＳＲのうち、全範囲でタイミングずらし制御が実施されてもよい。 As a modification 5, timing shift control may be performed in the entire scanning range SR.
変形例６としては、投射レンズ１５を含めてレーザ走査式映像装置２１がモジュール化されていてもよく、投射レンズ１５及びスクリーン１１を含めてレーザ走査式映像装置２１がモジュール化されていてもよい。
As a modification 6, the laser
変形例７としては、レーザ走査式映像装置２１は、ＨＵＤ１０以外の虚像ディスプレイ、あるいは実像ディスプレイに適用されてもよい。
As a
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウエア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The control unit and its method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer constituting a processor programmed to execute one or more functions embodied by a computer program. Alternatively, the apparatus and method thereof described in the present disclosure may be realized by a dedicated hardware logic circuit. Alternatively, the apparatus and method thereof described in the present disclosure may be realized by one or more dedicated computers configured by a combination of a processor that executes a computer program and one or more hardware logic circuits. Further, the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.
１１：スクリーン、１５ 投射レンズ、２２ａ〜ｃ：レーザ発光部、２４：レーザ案内部、２６：走査ミラー部、２８：映像制御部、Ｄ１：共振方向 11: Screen, 15 projection lens, 22a to c: Laser light emitting unit, 24: Laser guide unit, 26: Scanning mirror unit, 28: Image control unit, D1: Resonance direction
Claims (5)
相互に異なる波長の前記レーザビームをパルス状に発光する複数のレーザ発光部（２２ａ〜ｃ）と、
各前記レーザ発光部から発光された各前記レーザビームを共通の光路に案内するレーザ案内部（２４）と、
前記スクリーンに前記映像が描画されるように、前記共通の光路から入射する各前記レーザビームを反射することにより走査する走査ミラー部（２６）と、
前記走査ミラー部による各前記レーザビームを共振方向（Ｄ１）に共振駆動走査をさせるように、前記走査ミラー部の向きを制御すると共に、各前記レーザ発光部から発光される各前記レーザビームの発光タイミングを個別に制御する制御部であって、前記映像の同一画素を構成するパルス状の各前記レーザビームが前記スクリーン上で前記共振方向に一致する座標に投射されるように、各前記レーザ発光部間にて前記同一画素における前記発光タイミングをずらすタイミングずらし制御を実施可能な映像制御部（２８）と、を備えるレーザ走査式映像装置。 A laser scanning image device that scans a laser beam so as to be projected onto a screen (11) through a projection lens (15) and forms an image on the screen.
A plurality of laser emitting units (22a to c) that emit the laser beams having different wavelengths in a pulse shape, and
A laser guide unit (24) that guides each of the laser beams emitted from each of the laser light emitting units to a common optical path, and
A scanning mirror unit (26) that scans by reflecting each laser beam incident from the common optical path so that the image is drawn on the screen.
The direction of the scanning mirror unit is controlled so that the laser beam generated by the scanning mirror unit is resonantly driven in the resonance direction (D1), and the laser beam emitted from each laser emitting unit emits light. A control unit that individually controls the timing, and each laser emission is emitted so that each of the pulsed laser beams constituting the same pixel of the image is projected on the screen at coordinates corresponding to the resonance direction. A laser scanning image device including an image control unit (28) capable of performing timing shift control for shifting the light emission timing of the same pixel between the units.
前記映像のうち中心画素（ＣＰ）を含む第１の範囲（ＮＣＲ）に対しては、各前記レーザ発光部間にて前記同一画素における前記発光タイミングを一致させるタイミング一致制御を実施し、
前記映像のうち前記第１の範囲よりも外側の第２の範囲（ＣＲ）に対しては、前記タイミングずらし制御を実施する請求項１に記載のレーザ走査式映像装置。 The video control unit
For the first range (NCR) including the central pixel (CP) of the video, timing matching control for matching the light emission timing in the same pixel is performed between the laser light emitting units.
The laser scanning video apparatus according to claim 1, wherein the timing shift control is performed for a second range (CR) outside the first range of the video.
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