JP4620905B2 - 2次元光走査装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像情報に基づき光源を直接変調した出力光を、第1方向と第2方向へ走査することに基き2次元画像を表示する2次元光走査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
第1方向に走査している光を第2方向にも走査することに基き2次元画像を表示する2次元光走査装置が、従来から提案されている。
【0003】
図10は、従来の2次元光走査装置(レーザディスプレイ装置)の構造の一例を示す模式図である。かかる装置の場合、レーザ光源1から出射された光L0は、光変調器Kにて変調された後、第1光偏向器(例えば、ポリゴンミラーやガルバノミラーなど)Aによって水平方向xに走査され、第2光偏向器(例えば、ポリゴンミラーやガルバノミラーなど)Bによって垂直方向yに走査されるようになっている。
【0004】
このレーザディスプレイ装置では、気体レーザを光源としているため高解像度を表示するためには直接変調ができず、その変調は光変調器Kによって行われていた。この光変調器Kとしては電気光学変調器や音響光学変調器が用いられるが、いずれも高価であって、かつ装置自体が大掛かりなものになってしまい、装置・スクリーンとも据え置きの表示装置であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような装置の光源として、レーザダイオードやLEDなどの半導体発光素子を用いた場合には、光の変調を光源自体で直接行うことが可能となる(図11参照)。かかる装置の場合、光変調器が不要となるため、小型化や、コストダウンが図れる。
【0006】
ところで、半導体発光素子であるレーザダイオードを光源1に用いたような場合には、ドループ特性の影響を受けてしまい、供給されている電流が一定であっても(内部発熱に伴う温度変化によって)光強度が変化してしまう問題がある。図13は、レーザダイオードをあるパルスで変調した場合の光出力に現れるドループ特性の例を示す図である。
【0007】
このような光強度の不安定出力を回避するために、従来より自動光量制御(APC制御)が行われている。すなわち、レーザダイオードの光出力を光センサ(光検知部)によってモニタしておき、モニタ光量が低下すれば光出力を高くし、モニタ光量が高くなれば光出力を低くするようにしている。
【0008】
一般的にPD(フォトダイオード)付きのレーザダイオードのパッケージは、図14のような構造となっている。符号62,63はケースを示し、符号64はリード線を示し、符号65はガラスを示す。レーザダイオード60から前方には画像表示用の光(符号L1参照)を出射するが、後方にはモニター用の光(符号Lb参照)を出射させ、フォトダイオード61でその光量を検知するようになっていた。表示装置等では表示領域で任意のパターンで変調を行なう必要があるため、光量モニタのタイミングは、画像表示用光が非表示領域に走査された時点で行うようになっている。しかし、このモニタ中においては、モニタ用光Lbがフォトダイオード61に向かって照射されるだけでなく、画像表示用の光L1がスクリーンに向かって照射される。これは、レーザビームプリンタなどの感光体へ投射する装置では問題にならないが、レーザディスプレイとして用いる場合には、ディスプレイとしては不要な投射パターンであり表示画像の品質低下をもたらすという問題がある。これは、PD付きのレーザダイオードのパッケージを用いた場合に限らず、外部に光量モニタ部を設けてAPCを行なう場合でも同様の問題が発生する。
【0009】
一方、上記の装置に用いる光偏向器は、温度変化等の要因により光偏向特性の変化が起こりやすく、表示画像の低下を招くといった問題がある。そのため、良質な画像を表示させるためには、画像情報を変調するタイミングと光偏向部の駆動タイミング間での同期をリアルタイムにモニタして調節する必要がある。同様の理由で、光偏向部の駆動タイミング及び周期をリアルタイムに検出する必要がある。画像表示領域において駆動タイミング及び周期を検出することはできないため、非画像領域で検出する必要がある。しかし、走査型画像表示装置においては、非画像領域での任意変調パターンでの検出を行なうと画像表示時間を減少させる必要があり、輝度低下、ちらつきの増加の原因となり、表示画像の品質低下をもたらす。
【0010】
従来から1次元光走査を行なうレーザビームプリンタでは、1走査毎に水平同期信号による変調が行なわれ、その変調光をミラーに反射させ、光検出を行い、変調開始タイミングを決定している。しかし、この方法は、ポリンゴンミラーなどの走査速度一定の1次元への光走査に特化した同期検出方法であるため、光偏向器で2次元光走査している場合の駆動タイミングと変調可能な光源の変調タイミングを表示画像に影響を与えることなく、リアルタイムに検出して同期を取ることはできない。
【0011】
そこで、本発明は、投射面にAPCのモニタパターンが投射されることを防止し、表示画質に影響を与えることなく変調タイミングと光偏向部駆動タイミングの同期検出が容易にできる2次元光走査装置を提供することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、画像情報に基いて光を直接変調する光源と、該光源から出射された光を第1方向に走査する第1光偏向器と、該光を第2方向に走査する第2光偏向器と、を備えて2次元画像を表示すると共に、前記光源は前記2次元画像を表示する期間とは異なる光源強制点灯期間中にも光を出射し、前記光源強制点灯期間中に前記光源からの光を検知する第1光検知部が設けられ、前記第1光検知部により検知される光の出力が一定になるように前記光源の駆動電流を制御する2次元光走査装置において、前記第2光偏向器と前記2次元画像の投射面との間に設けられ、前記光源強制点灯期間中に投射される光の走査領域を遮蔽する遮蔽部と、前記遮蔽部の前記第2光偏向器側に設けられ、前記走査領域に投射される光を検知するための第2光検知部と、前記第2光検知部により検知された信号に基づき、前記第1光偏向器の光偏向タイミングと前記第2光偏向器の光偏向タイミングとの同期、及び、前記光源の変調タイミングと前記第2光偏向器の光偏向タイミングとの同期をとるよう、前記第1光偏向器と前記第2光偏向器と前記光源とを制御する信号処理回路と、を備えたことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図1乃至図4を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0014】
(1) まず、本発明に係る2次元光走査装置の全体構成について説明する。
【0015】
本発明に係る2次元光走査装置(画像表示装置)は、第1方向xに走査している光を第2方向yにも走査することに基き2次元画像を表示するようになっている(図1の符号D1参照)。本明細書において「光を第1方向xに走査」とは、第1方向xの正方向及び負方向に光を片側または往復走査することをも意味し、「光を第2方向yに走査」とは、第2方向yの正方向及び負方向に光を片側または往復走査することをも意味するものとする。
【0016】
また、本発に係る2次元光走査装置は光検知部2を備えており、光源1からの光量を検知できるようになっている。
【0017】
さらに、後述のように遮蔽部3や減光フィルタ4を配置しても良い。
【0018】
ところで、光源1は、出力光を直接変調できるものである。また、第1方向xへの光走査は、光源1から出射された光を第1光偏向器Aによって偏向することによって行えば良く、第2方向yへの光走査は、光源1から出射された光を第2光偏向器Bによって偏向することによって行えば良い。前記第1光偏向器Aは光の高速走査を行い、前記第2光偏向器Bは光の低速走査を行う、ようにすると良い。
【0019】
(2) 次に、各構成部品の詳細構成について説明する。
【0020】
ところで、第1光偏向器Aは、第1光偏向器駆動回路5によって駆動すると良く、第2光偏向器Bは、第2光偏向器駆動回路6によって駆動すると良い。
【0021】
また、光源1には光源変調駆動部8から変調信号を入力するようにすると良い。また、光源1は1ライン走査毎に、一定期間強制的に変調信号により点灯させ、光量をモニタすることにより、次走査の駆動電流の基準値を決定するようにするとよい。モニタ光量が低下すれば光出力を高くし、モニタ光量が高くなれば光出力を低くするようにするという自動光量制御(APC制御)を行なうと良い。その際の光量のモニタは、光源1のパッケージに内蔵されたフォトダイオードで行なっても良い。また、光源1がレーザダイオード等であればチップからのバックビームを外部でモニタして行なってもよい。
【0022】
光偏向器と投射面間に配置された遮蔽部3と、遮蔽部3の光偏向部側に光検知部2を配置すると良い。この場合の、走査光と光検知部2と遮蔽部3の関係図を図2に示す。光源1を強制点灯させて光量モニタを行なう(APC制御)ことにより、図2に投射されてしまう光投射領域をAPC検出パターンと呼ぶことにする。なお、APC検出パターンは、画像情報の変調開始信号12と同期を取って変調されるため、画像表示信号と位置関係が固定されている。つまり、例えば光源1と変調タイミングと光偏向部の走査タイミングの同期が取れなくなり、表示されている画像が右にずれた場合は、APC検出パターンも同様に右にずれることになる。この検出パターンは、表示画像領域の左右どちらか又は両側表示される線分状のパターンである。また、光検知部2の第2方向yの長さは、該光検知部を含む面上においての走査領域Gの低速走査方向の長さ(すなわち、第2方向yの長さ)と同等の長さにしても、該光検知部を含む面上においての走査領域Gの低速走査方向の長さ(すなわち、第2方向yの長さ)よりも短くし、画像表示領域Eの低速走査方向の長さ(すなわち、第2方向yの長さ)より長くしても良い。すなわち、APC光検知部2の長さは、上下の走査領域Gより短く、且つ画像表示領域Eの上下の幅以上ある必要がある。また、APC光検知部2は、第2光偏向器Bと遮蔽部3を含む面間のAPC検出パターン走査領域に対応した位置に配置されてもよく、第1光偏向器Aと第2光偏向器B間のAPC検出パターン走査領域に対応した位置に配置されてもよい。さらに、図7に示すように、前述のAPC検出パターン走査領域Fに対応した位置に、ミラー30を配置し、反射光を全て検出できる位置にAPC光検知部32を配置してもよい。またさらに、光検知部を光源1に設けても良い。また、APC光検知部2,32は、光導波路上にスリットを有する遮蔽部を有したものでもよく、複数の光検知部を配置したものでもよい。
【0023】
なお、前記第1光偏向軸Aによる高速走査を正弦波状駆動(走査時間に対し光偏向器の変位角が正弦波状に変位するような駆動)で行い、光検知部2を走査領域Fの高速走査方向xの両端に配置し(図8参照)、自動光量制御を高速走査による1ライン片側走査毎に行うと良い。
【0024】
第2光偏向器Bで偏向させた変調光が走査される領域には、遮蔽部3を配置すると良い。遮蔽部3は、直接変調する光源の光出力が一定になるように光源の駆動電流を制御する自動光量制御用の光源強制点灯期間の走査領域を遮蔽する。この遮蔽部3は属する平面上においてのAPC検出パターン走査表示領域をすべて含むものである。つまり、APC制御は、強制点灯したレーザをモニタ(レーザのパッケージ内のPD等でモニタ)し、この情報に基き電流値を決定するものであるが、このAPCによる強制点灯光が投射面に写らないようにするために遮蔽部3がある。この遮蔽部3には、光反射率が高い材料を用いても、光反射率が低い材料(光吸収材料)を用いても良い。この遮蔽部3は、光偏向器とスクリーンとの間に設けると良く、後述する出射補正光学系を用いるような場合には(図5の符号20参照)、その出射補正光学系のレンズ表面に部分的に金属等を蒸着させて遮蔽部としても良い。なお、この遮蔽部3は第2光偏向器Bに近接して配置されるのが望ましい。本実施の形態によれば、直接変調光源と光偏向器とを用いれば、携帯型のプロジェクターを実現することができ、壁や机などどこでもスクリーンとなり得る。そのような構成の場合には、遮蔽部3を、この装置からの光の出射部(具体的には、装置に設けた開口部)の周辺に設けると良い。これにより、APC制御のためのモニタ光は、スクリーンに到達する前に遮蔽されることとなる。
【0025】
ところで、上述した減光フィルタには、ガラス基板上にクロム膜を成膜した反射型NDフィルターや、特定の波長の透過をカットするカットフィルタや、偏光板や偏光フィルタなどを用いると良い。
【0026】
半導体発光素子であるレーザダイオードを高速に直接変調する際は、駆動電流を閾値電流付近にバイアスするため、変調信号がOFFされた状態でも、半導体発光素子は微小光量の発光を行っている。そのため、本来は何も投射されない筈の非画像領域に、発光領域が存在してしまうため、ディスプレイとしての表示画像の品質低下をもたらす。これは、光源の光量が増加するに従い、重大な問題となる。
【0027】
そのため、減光フィルタ4を用いることによって、非画像表示領域での微小な発光を任意の投射面上で観察者が気にならない程度まで低下させることにより、改善を図ることができる。すなわち、前記の2次元光走査型画像表示装置が、制御情報に基づき変調を行う非画像表示時間の走査領域をすべて含むように配置された減光フィルタを有しているようにしても良い。また、減光フィルタ4は、投射面上での輝度ムラや、輝度の低下が実用上問題程度であれば画像表示領域の一部またはすべてを含んでもよい。この減光フィルタ4は、
・ 光走査によって2次元画像が表示される面(図2に符号15で示すような走査光線が投射される面)であって、画像表示領域外側に配置されていても、
・ 該面15と光偏向器A及びBとの間に配置されていても、
・ 第1光偏向器Aと第2光偏向器Bとの間に配置されていても、
良い。すなわち、全ての減光フィルタ4を上記面15に配置しても、全ての減光フィルタ4を該面15と光偏向器との間に配置しても、全ての減光フィルタ4を第1光偏向器Aと第2光偏向器Bとの間に配置しても、一部の減光フィルタ4を上記面15に配置すると共に他の減光フィルタ4を面以外の部分(例えば、面と光偏向器との間や、光偏向器と光偏向器との間)に配置するようにしても良い。後述する出射補正光学系を用いるような場合には(図5の符号20参照)、その出射補正光学系のレンズ表面に配置しても良い。
【0028】
光源1としては、光を直接変調できるタイプのもの、例えばレーザダイオード、LED等の半導体発光素子、無機EL、有機EL等のエレクトロ・ルミネッセンス素子などを用いると良い。カラー画像を表示する場合には、複数の波長を有する複数種類の光源を組み合わせて構成してもよい。その場合光偏向器を1組しか用いない場合、光学系などなんらかの手段を用いて、複数の出力光を1本の光線にする必要がある。複数の光偏向器を用いる場合は、複数の光線を複数のミラーに入射させるようにしてもよい。また、光の変調は、強度変調方式によって行っても、パルス幅変調方式によって行っても良い。
【0029】
ここで、強度変調方式とは、光源の光量をアナログ的に変化させることにより各ドットの階調を表現する方式をいい、パルス幅変調方式とは、レーザ等の光源の光量を変化させずに一定にしたままでその点灯時間の長さ(パルス幅)を変化させることにより各ドットの階調を表現する方式をいう。
【0030】
光偏向器としては、ガルバノミラーや共振型偏向器を挙げることができる。第1光偏向器A及び第2光偏向器Bの両方にガルバノミラーを用いても、共振型光偏向器を用いても良い。また、一方の光偏向器をガルバノミラーとし、他方の光偏向器を共振型光偏向器としても良い。なお、第1光偏向器A及び第2光偏向器Bは別体に形成しても、一体型としても良い。すなわち、光偏向面を2つの軸(直交する光偏光軸)によって揺動自在に支持し、第1光偏向器Aによって水平方向への光走査を行い、第2光偏向器Bによって垂直方向への光走査を行うようにすると良い。
【0031】
これらの光偏向器としては、マイクロミラーを有するものであって、半導体加工技術を用いて作製されたものを用いることができる。ここで、この光偏向器について補足する。近年、半導体材料に用いるシリコン加工技術により、ミラー角が数mmの超小型光偏向器(マイクロミラー)が実現されている(特登録02722314号公報)。図12はそのような光偏向器(ガルバノミラー)の構造の一例を示す平面図であるが、符号50はシリコン基板、符号51は上側ガラス基板、符号52は下側ガラス基板を示す。また、符号53は可動板、符号54はトーションバー、符号55は平面コイル、符号56は全反射ミラー、符号57は電極端子、符号60〜63は永久磁石を示す。この光偏向器は、平面コイル55に駆動電流を流し、永久磁石とのローレンツ力を利用して駆動する電磁型である。その他には、静電型や圧電型のマイクロミラーも数多く提案されてきており、これらの光偏向器を用いることができる。
【0032】
このマイクロミラーと、直接変調光源を用いることによって、携帯型の超小型プロジェクタを実現することができる。このプロジェクタに本発明を適用して、走査光の出射部に遮蔽部3と光検知部2を配置した装置を構成することができる。
【0033】
第1光偏向器Aとして、十数kHzから数十kHzでの光走査が可能な高速光偏向器を用い、第2光偏向器Bとして、数十Hzから百数十Hzでの光走査が可能な低速光偏向器を用い、水平方向のラスタ走査を行うようにしても良い。また逆に、第1光偏向器Aを低速光偏向器とし第2光偏向器Bを高速光偏向器として、垂直方向にラスタ走査を行なわせても、また走査周波数を上記以外の組み合わせとしても良く、リサージュ走査などの異なる走査法でも良い。
【0034】
なお、第2光偏向器Bによる光走査に伴い、第2光偏向器Bと画像表示領域Eとの間で光路が変化し、それに伴って、画像表示領域Eにおいて焦点ズレが発生するおそれがあるときは、出射補正光学系を該光路中に配置して(図5の符号20参照)、焦点ズレを補正するようにすると良い。この場合の出射補正光学系には、走査を行なうことにより光偏向器ミラーと走査光投射面間の光路の変化による投射面上での焦点ズレを補正するf−θレンズと、正弦波駆動型光偏向器の角速度の変化によるスポット形状の歪みを走査光投射面上で補正するアークサインレンズ等の機能を有したものを用いると良い。この出射補正光学系は、走査領域の大部分を補正することができるが、周辺部分までは補正を行なうことはできない。そのため、画像はこの光学系が補正できる領域に表示するようにすると良い。
【0035】
上記では、本発明の直接変調光源1を用いた2次元光走査型画像表示装置を、投射型画像表示装置として説明したが、上記以外の構成の投射型画像記録装置、走査型描画加工装置、走査型光検出装置など、光源を直接変調させるものであればすべての装置に用いることができる。
【0036】
(3) 次に、2次元光走査装置の駆動方法について説明する。
【0037】
光源1が、画像情報に基いて直接変調した光L1を出射すると、該光L1は、第1光偏向器Aによって偏向されることにより第1方向xに片側または往復走査される。この光は、その途中で第2光偏向器Bによっても偏向されるため、第2方向yにも片側または往復走査されることとなり、その結果、2次元画像が表示されることとなる。
【0038】
光量モニタ部によってその光量が検知され、検知光量が基準値よりも少ない場合には光量が増えるように制御され、検知光量が基準値よりも多い場合には光量が減るように制御されるようになっている。なお、この検知光量を用いて異常か否かを判断し、異常と判断した場合には、安全装置を起動して2次元光走査装置自体の駆動を停止させたり、或いは、警報を鳴らしたりアラーム表示行うようにすると良い。
【0039】
ところで、光源1は、画像走査中は当然ながら変調を行ないながら点灯または点滅されており(図3のt2〜t3)、画像走査後に消灯され(同図のt4〜t5)、その後再び、光量モニタのため強制点灯される(同図のt5〜t6)。光量モニタ部による光量検出は、第1方向xへの1ライン走査毎(すなわち、上述した高速光偏向器による1ライン走査が終了する毎)に行なう。また、光検知のための強制点灯は、画像情報の替わりにAPC検出用発光パターン情報を光源1に入力することによって行うようにすると良い。
【0040】
(4) 以下、図1に示す構成の2次元光走査装置の駆動方法について、図3に沿って具体的に説明する。
【0041】
図3(a) は、画像の表示状態を示す平面図であり、同図(b) は、(a) に符号Hで示す線に沿って光線が走査される場合において変調開始タイミング信号が出力されるタイミングを示すタイミングチャート図であり、同図(c) は、(a) に符号Hで示す線に沿って光線が走査される場合において変調信号等を示すタイミングチャート図である。
【0042】
いま、デジタル処理信号回路7から第1光偏向器駆動回路5に対して駆動タイミング信号が送られると、第1光偏向器駆動回路5は第1光偏向器Aに駆動信号を送って該光偏向器Aを駆動する。これにより、光の走査ポイントはC0からC1に移動する。ただし、この状態では、光は点灯されてはおらず、この間に、1ラインの画像情報がメモリ9に転送される。
【0043】
そして、時刻t1(すなわち、光の走査ポイントがC1に到達する時点)にて、デジタル処理信号回路7から光源変調駆動部8に対して変調開始タイミング信号12が送られる(図3(b) 参照)。これにより、メモリ9から光源駆動変調部8に対して画像情報が転送され始め、光源駆動変調部8から光源1には、画像情報に基づく変調信号が送られる。その結果、画像情報に基いて直接変調された光が光源1から出射されることとなり、該光は、第1光偏向器Aにて偏向されてC2→C3の方に走査される。なお、C1〜C4までが画像表示領域であるため、この間、光源1は点灯または点滅され(図3(a) に示す文字を表示すべく、実際にはC2〜C3の間だけ点灯または点滅され)、C4以降は消灯される。
【0044】
そして、消灯された状態で、光の走査ポイントがC5に到達した時点t5で、光源1にはAPC検出用パターン情報が入力されてt5〜t6の間だけ光源1が強制点灯される(APC検出用パターン情報の入力が終了すると光源は消灯される)。この光は、光量モニタ部によってその光量が検知され、検知結果に基き、変調出力光の自動光量制御(APC)が行われる。すなわち、光量モニタ部からのAPC光検出信号がデジタル信号処理回路7にフィードバックされ、検知光量が基準値よりも少ない場合には、次の1ライン走査時において光源1への供給電流のレベルを上げて光量が全般的に増えるように制御され、反対に、検知光量が基準値よりも多い場合には、次の1ライン走査時において光源1への供給電流のレベルを下げて光量が全般的に減るように制御される。
【0045】
ここで、第1光偏向器Aによって走査される光は、その途中で第2光偏向器Bによっても偏向されるため、その結果、2次元画像が表示されることとなる。この第2光偏向器Bの駆動は、デジタル処理信号回路7から第2光偏向器駆動回路6に対して駆動タイミング信号が送られ、第2光偏向器駆動回路6から第2光偏向器Bに駆動信号が送られることにより達成される。
【0046】
以上のように、APC検出パターンは、表示画像に対して、ある距離をおいて平行線として投射されることになる。ここで、APCの方式、画像情報転送の方式は、上記に限ったことではなく、その他の方式を用いることもできる。
【0047】
(5) 次に、第1光偏向器の駆動タイミング信号10と第2光偏向器の駆動タイミング信号11との同期、並びに、画像情報の変調開始信号12と第1光偏向器の駆動タイミング信号10との同期について説明する。
【0048】
前記光検知部により検出された信号に基づき、前記第1光偏向器による光偏向タイミングと前記第2光偏向器による光偏向タイミングと光源の変調タイミングを制御するようにすると良い。
【0049】
例えば2次元光走査装置の場合、各光偏向器の同期が取れていない状態では、表示画像にズレが生じ、ひどい場合には画像が流れるように見え、表示画像の品質低下をもたらす。しかし、各光偏向器の駆動周期や駆動タイミングは一定ではなくて温度などの条件によって変動するものであるため、1度同期させれば足りるというようなものではなく、駆動周期や駆動タイミングを常にモニタしておいて同期(第1光偏向器の駆動タイミング信号10と第2光偏向器の駆動タイミング信号11との同期)を常に確保しておく必要がある。また、2次元画像は出射補正光学系の補正可能領域に表示する必要があり、その点からも、同期を確保しておく必要がある。
【0050】
特に、本実施の形態の場合には、APC光検知部2で検出される光量を最大にすることによって、第1光偏向器の駆動タイミング信号10と第2光偏向器の駆動タイミング信号11との関係を調節することを行なうことができる。この際、APC検出パターンF及びAPC光検知部2は、走査領域Gより若干上下長が短くなっているので、第1光偏向器Aと第2光偏向器Bとの同期が取れていないと、APC光検知部2から上下に、はみ出すAPC検出パターン部が存在してしまうので、同期が取れた場合に比べて、検出される光量が減少する(図4(a) (b) 参照)。そのため、APC光検知部2で検出される光量が最大になるように、第1光偏向器の駆動タイミング信号10と第2光偏向器の駆動タイミング信号11との関係を調節する。この際、APC検出パターンFは表示画面において上下に移動することになり、検出光量が最大になるように調整を行なうと、APC光検知部2と上下左右に関して完全に重なったAPC検出パターンFが走査表示される(図4(c) (d) 参照)。
【0051】
一方、出射補正光学系を用いる場合、表示画像を出射補正光学系の補正領域に表示するため、第1光偏向器の駆動タイミング信号10から、信号処理回路7で表示画面位置を調整するように画像情報の変調開始信号12を生成し、画像情報の変調開始信号12と第1光偏向器の駆動タイミング信号10との同期を取らせる必要がある。
【0052】
特に、本実施の形態の場合には、画像情報の変調開始信号12と第1光偏向器の駆動タイミング信号10との同期が取れていないと、APC光検知部2から左右に、はみ出すAPC検出パターン部が存在してしまうので、同期が取れた場合に比べて、検出される光量が減少する(図4(a) (c) 参照)。そのため、APC光検知部2で検出される光量が最大になるように、画像情報の変調開始信号12と第1光偏向器の駆動タイミング信号10との関係を調節する。この際、APC検出パターンFは表示画面において左右に移動することになり、検出光量が最大になるように調整を行なうと、APC光検知部2と左右に関しては完全に重なったAPC検出パターンFが走査表示される(図4(b) (d) 参照)。この際、APC光検知部2の上下部にAPC検出パターンFが走査表示されるかもしれないが、APC光検知部2の左右からはみ出さなければ、同期が取れていることになる。
【0053】
なお、これらの信号の同期(すなわち、第1光偏向器の駆動タイミング信号10と第2光偏向器の駆動タイミング信号11との同期、並びに、画像情報の変調開始信号12と第1光偏向器の駆動タイミング信号10との同期)は、前記光検知部2により検出された信号に基づき行えば良い。
【0054】
これらの信号の同期を常時繰り返し行なうことにより、光偏向器の走査特性のずれが起きても、光偏向器間の同期と、光偏向器と表示画像の同期を取り続けることができる。また、光偏向器の走査特性のズレは、主に温度変化などによって引き起こされるものであるので、特性は緩やかに変化する。そのため、テレビなどのように数10Hzという1画面走査毎に、調整を行なうだけで同期のズレに対応できる。
【0055】
上記APC光検知部2で検出される光量が最大になるように調整する代わりに、予めAPC光検知部2で検出される光量を、APC光検知部2とAPC検出パターンとの位置関係から予測又は測定しておいて、その光量になるように調節してもよい。また、第1光偏向器の駆動タイミング信号10と第2光偏向器の駆動タイミング信号11との関係と、画像情報の変調開始信号12と第1光偏向器との駆動タイミング信号10の関係を予め測定しておいて、走査開始時はその関係をもとに走査し始めてもよい。
【0056】
また、予め、光量モニタ部で検出する1画面分の光量と、光検知部2で検出される1画面分の光量の関係を測定しておき、光量モニタ部で検出された光量を積算し1画面分の全光量として算出することにより、光検知部2で検出される最大光量を換算し、それを元に制御量の算出をしてもよい。
【0057】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【0058】
本実施の形態によれば、投射面上にAPCパターンを表示させることなく、且つ本来は不要なAPCパターンを利用して、APC光検知部で光量を検出することで、光偏向器の駆動周期、駆動タイミングと変調開始タイミングを簡単に同期させることができた。APC光検知部を、遮蔽部以外の場所に配置することによって、装置の小型化が行なえ、装置設計の自由度が増した。APC光検知部を複数配置することで、往復走査による画像の表示品質を向上させることができる。
【0059】
また、本実施の形態によれば、直接変調光源を用いた際、必要となるAPCの諸問題が解決でき、且つ画像表示に必要な同期を容易に取ることができ、高画質且つ高精細な表示画像を得ることができる。
【0060】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【0061】
(実施例1)
本実施例においては、図5に示す構造の投射型レーザーディスプレイ(2次元光走査装置)D2を作製し、図3に示す方法で駆動した。なお、図1に示すものと同じ部分は、同一符号を付して重複説明を省略する。
【0062】
図5において、符号20は出射補正光学系を示し、符号3は開口部を有した遮蔽部を示す。なお、この遮蔽部3は、第2光偏向器Bと投射する平面の間に配置され、開口部は遮蔽部3の平面上での、画像表示の走査領域を全て含んでいる。なお、本実施例においては、光源1として、単色の赤色レーザダイオードを使用した。また、第1光偏向器A及び第2光偏向器Bにはガルバノミラーを用い、第1光偏向器Aを10kHzでノコギリ波駆動することによって光の水平方向走査を行い、第2光偏向器Bを60Hzでノコギリ波駆動することによって光の垂直方向走査を行うようにした。なお、これらのガルバノミラーは、特性の変化を顕著なものにするために、温度調整機能等を有していないものを使用し、しかも、オープンループ制御で駆動した。なお、本実施例においては、レーザダイオードに一体化されているフォトダイオードと、開口部を有する遮蔽部面上にあるACP光検知部とを用いるが、前者は、出力光量の安定化のために1走査毎に光量をモニタするもので、後者は、走査タイミングや周期を検出するためのものである。
【0063】
次に、本実施例の駆動方法について説明する。
【0064】
いま、デジタル処理信号回路7から第1光偏向器駆動回路5に対して駆動タイミング信号が送られると、第1光偏向器駆動回路5は第1光偏向器Aに駆動信号を送って該光偏向器Aを駆動する。これにより、光の走査ポイントはC0からC1に移動する。ただし、この状態では、光は点灯されてはおらず、この間に、1ラインの画像情報がメモリ9に転送される。
【0065】
第1光偏向器Aを駆動している途中で、変調開始タイミング信号12が出力されると(図3(b) 参照)、メモリ9から信号処理回路7に画像情報が転送され始め、信号処理回路7から光源変調駆動部8には変調信号21が送られて、変調が開始される。その結果、画像情報に基いて直接変調された光が光源1から出射されることとなり、該光は、第1光偏向器Aにて偏向されてC2→C3の方に走査され、C4以降は消灯される。
【0066】
そして、消灯された状態で、光の走査ポイントがC5に到達した時点t5で、光源1にはAPC検出用パターン情報が入力されてt5〜t6の間だけ光源1が強制点灯される(APC検出用パターン情報の入力が終了すると光源は消灯される)。この光は、レーザダイオードに一体化されているフォトダイオードにより検知され、光量モニタを行なう。そして、フォトダイオードからのAPC光検出信号がデジタル信号処理回路7にフィードバックされ、検知光量が基準値よりも少ない場合には、次の1ライン走査時において光源1への供給電流のレベルを上げて光量が全般的に増えるように制御され、反対に、検知光量が基準値よりも多い場合には、次の1ライン走査時において光源1への供給電流のレベルを下げて光量が全般的に減るように制御される。APC光検知部は、開口部を有する遮蔽部面上にあり、同期が完全に取れた場合のAPCの強制点灯による走査パターン位置に対応するように配置した。
【0067】
第1光偏向器の駆動タイミング信号10と第2光偏向器の駆動タイミング信号11との関係と、画像情報の変調開始信号12と第1光偏向器との駆動タイミング信号10の関係を予め測定した。測定した関係をもとに走査し始めた。
【0068】
まず、APC光検知部2で検出される光量が最大になるように、画像情報の変調開始タイミング信号12と第1光偏向器の駆動タイミング信号10との関係を調節する。APC光検知部2で検出される光量が最大になるように調整できれば、画像情報の変調開始タイミング信号12と第1光偏向器の駆動タイミング10の同期が取れたことになる。次に、APC光検知部2で検出される光量が最大になるように、第1光偏向器の駆動タイミング信号10と第2光偏向器の駆動タイミング信号11との関係を調節する。APC光検知部2で検出される光量が最大になるよう調節できれば、画像情報の変調開始タイミング信号12と第2光偏向器の駆動タイミング信号11の同期が取れたことになる。この2つの調整を1画面走査毎に微調整することで、光偏向器の特性の変化が存在しても、同期の完全に取れた画像を表示することができた。
【0069】
(実施例2)
本実施例では、図6に示すように、遮蔽部3を含む面上に、減光フィルタ4を配置することを特徴とする。減光フィルタ4は、画像表示領域Eを囲むように配置した。その他の構成や駆動方法は実施例1と同じにした。
【0070】
この構成の装置を用いて、実施例1と同様にAPC検出パターンを用いての同期検出を行なった。その結果、第1、第2光偏向器と変調開始タイミング間10、11、12で同期を取ることができ、ある投射面上に静止した画像を表示することができた。また、ある投射面上での、非画像領域での直接変調光源を用いた場合特有な微小発光が無くなり、高画質な画像を得ることができた。
【0071】
(実施例3)
本実施例では、光路中に反射鏡30を配置すると共に、その反射光31をAPC光検知部32によって検知するようにした。その他の構成や駆動方法は実施例1と同じにした。
【0072】
この構成の装置を用いて、実施例1と同様にAPC検出パターンを用いての同期検出を行なった。その結果、第1、第2光偏向器と変調開始タイミング間10、11、12で同期を取ることができ、ある投射面上に静止した画像を表示することができた。また、開口部を有する遮蔽部3上に光検知部を設置する必要が無くなり、光検知部の配置の自由度が増加したため、装置を小型化することができた。
【0073】
(実施例4)
本実施例では、図8に示すように、遮蔽部3を含む面上に、2つのAPC光検知部2,2を配置した。そして、1ライン走査を開始する前と終了後にそれぞれAPC強制点灯を行い、光検知を行うようにした。また、第1光偏向器Aには、正弦波駆動のガルバノミラーを用いた。さらに、画像表示も、信号処理回路により、往復の走査を利用して描画している。その他の構成や駆動方法は実施例1と同じにした。
【0074】
この構成の装置を用いて、実施例1と同様にAPC検出パターンを用いての同期検出を行なった。その結果、第1、第2光偏向器と変調開始タイミング間10、11、12で同期を取ることができ、ある投射面上に静止した画像を表示することができた。また、往復走査を行なう場合、正走査方向、負走査方向のどちらの期間でも変調を行なうため、レーザの特性が変化し易く表示画質の低下という問題があるが、2箇所でAPCを行なうことで、安定したレーザの出力光を得ることができ、高画質で且つ高精細な画像を得ることができた。
【0075】
(実施例5)
本実施例では、図9に示すように、メモリ9に無線インターフェース40や映像信号復号装置41を接続し、無線インターフェース40で転送されてくる映像圧縮信号42を、映像信号復号装置41により復号し、映像信号43に変化しメモリ9に蓄えた。また、第1光偏向器Aや第2光偏向器Bには、正弦波状駆動の共振型マイクロミラーを用いた。さらに、信号処理回路7により、往復の走査を利用して画像表示するようにした。その他の構成や駆動方法は実施例1と同じにした。
【0076】
この構成の装置を用いて、実施例1と同様にAPC検出パターンを用いての同期検出を行なった。その結果、第1、第2光偏向器と変調開始タイミング間10、11、12で同期を取ることができ、無線インターフェース40で転送される画像を高画質、高精細に表示することができた。
【0077】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、投射面上に光源強制点灯期間中に光源から出射された光のパターンを表示させることなく、且つ光源強制点灯期間中に光源から出射された光のパターンを利用して、第2光検知部で光量を検出することで、光偏向器の駆動周期、駆動タイミングと変調開始タイミングを簡単に同期させることができた。第2光検知部を、遮蔽部以外の場所に配置することによって、装置の小型化が行なえ、装置設計の自由度が増した。第2光検知部を複数配置することで、往復走査による画像の表示品質を向上させることができる。
【0078】
また、本発明によれば、直接変調光源を用いた際、必要となるAPCの諸問題が解決でき、且つ画像表示に必要な同期を容易に取ることができ、高画質且つ高精細な表示画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る2次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図2】APC検知部等を示す平面図。
【図3】 (a) は、画像の表示状態を示す平面図、(b) は、(a) に符号Hで示す線に沿って光線が走査される場合において変調開始タイミング信号が出力されるタイミングを示すタイミングチャート図、(c) は、(a) に符号Hで示す線に沿って光線が走査される場合において変調信号等を示すタイミングチャート図。
【図4】APC検出パターン部と光検知部との一致を説明するための模式図。
【図5】本発明に係る2次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図6】減光フィルタ等の形状を示す平面図。
【図7】本発明に係る2次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図8】光検知部等の配置位置を説明するための平面図。
【図9】本発明に係る2次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図10】2次元光走査装置の従来構造の一例を示す模式図。
【図11】本発明に係る2次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図12】従来の光偏向器(ガルバノミラー)の構造の一例を示す平面図。
【図13】レーザダイオードをあるパルスで変調した場合の光出力に現れるドループ特性の例を示す図。
【図14】レーザダイオードのパッケージ構造を示す断面図。
【符号の説明】
A 第1光偏向器
B 第2光偏向器
D1 2次元光走査装置
D2 2次元光走査装置
D3 2次元光走査装置
D4 2次元光走査装置
Claims (17)
- 画像情報に基いて光を直接変調する光源と、該光源から出射された光を第1方向に走査する第1光偏向器と、該光を第2方向に走査する第2光偏向器と、を備えて2次元画像を表示すると共に、前記光源は前記2次元画像を表示する期間とは異なる光源強制点灯期間中にも光を出射し、前記光源強制点灯期間中に前記光源からの光を検知する第1光検知部が設けられ、前記第1光検知部により検知される光の出力が一定になるように前記光源の駆動電流を制御する2次元光走査装置において、
前記第2光偏向器と前記2次元画像の投射面との間に設けられ、前記光源強制点灯期間中に投射される光の走査領域を遮蔽する遮蔽部と、
前記遮蔽部の前記第2光偏向器側に設けられ、前記走査領域に投射される光を検知するための第2光検知部と、
前記第2光検知部により検知された信号に基づき、前記第1光偏向器の光偏向タイミングと前記第2光偏向器の光偏向タイミングとの同期、及び、前記光源の変調タイミングと前記第2光偏向器の光偏向タイミングとの同期をとるよう、前記第1光偏向器と前記第2光偏向器と前記光源とを制御する信号処理回路と、
を備えた2次元光走査装置。 - 前記第1光偏向器は光の高速走査を行い、前記第2光偏向器は光の低速走査を行い、かつ、
前記第2光検知部による光検知は1ライン往復走査毎に行う、ことを特徴とする請求項1に記載の2次元光走査装置。 - 前記第2光検知部は、前記走査領域の低速走査方向の長さと同等の長さを持つ、ことを特徴とする請求項2に記載の2次元光走査装置。
- 前記第2光検知部の長さが、前記走査領域の低速走査方向の長さより短く、画像表示領域の低速走査方向の長さより長い、ことを特徴とする請求項2に記載の2次元光走査装置。
- 前記第2光検知部にて検知される光量が最大となるように、前記第1光偏向器の駆動タイミング信号と前記光源の変調開始信号とを調整する、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
- 前記第2光検知部にて検知される光量が最大となるように、前記第2光偏向器の駆動タイミング信号と前記光源の変調開始信号とを調整する、ことを特徴とする請求項5に記載の2次元光走査装置。
- 前記第1光偏向器による高速走査を正弦波状駆動で行い、
前記第2光検知部を、前記光の走査領域の高速走査方向の両端に配置し、
前記第2光検知部による光検知を、高速走査による1ライン片側走査毎に行う、
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。 - 前記光源の変調方式が強度変調方式である、ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
- 前記光源の変調方式がパルス幅変調方式である、ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
- 前記光源がレーザダイオードである、ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
- 前記光源がLEDである、ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
- 前記光源が有機ELである、ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
- 前記第1及び第2光偏向器が一体に構成された、ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
- 前記第1及び第2光偏向器が、1つの光偏向面と、該光偏向面を揺動自在に支持する2つの光偏向軸と、を有する、ことを特徴とする請求項13に記載の2次元光走査装置。
- 前記第1及び第2光偏向器が、半導体加工技術にて形成されたマイクロミラーを有する、ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
- 画像が表示される領域の外側に減光フィルタが配置された、ことを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
- 前記第2光検知部により検知した結果に基き異常と判断した場合には安全装置を起動する、ことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の2次元光走査装置。
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