JP5549459B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置に係り、特に、レーザ光の走査によって投射面上に表示される画像のスペックルノイズ対策に関する。

特許文献１には、レーザ光源から出射されたレーザ光を走査ミラーで反射し、投射面上に投影することによって、この投射面上に画像を表示するレーザプロジェクタが開示されている。走査ミラーは２軸方向に変位自在であり、ミラー固有の共振周波数でミラーを振動させることによってレーザ走査が行われる。このようなレーザプロジェクタでは、レーザ光固有のコヒーレンス性（可干渉性）に起因して、スペックルノイズと呼ばれる微小な斑点状のチラツキが問題となる。スペックルノイズを低減するために、従来から様々な手法が提案されているが、その一つとして、特許文献２にはレーザ光源の緩和振動を用いる手法が開示されている。この手法では、オンおよびオフを交互に繰り返す矩形状の波形パターンを用いて、レーザ光源を駆動させる。レーザ光源は、オフからオンへ立ち上がるタイミングで緩和振動を開始し、その後のオン期間において緩和振動を継続する。このオン期間は、緩和振動が収束する時間と同等、または、それよりも短く設定されている。したがって、オン期間の全域に亘って、レーザ光源の出力レベルが不安定に変動し、レーザ光のコヒーレンスが低下するので、スペックルノイズが低減される。

特開２００９−１７５４２８号公報 特開２００１−１８９５２０号公報

特許文献１のような共振周波数駆動によるレーザ走査では、投射面上をレーザスポットが走査方向に移動する速度、すなわち走査速度が一定ではなく、投射面上の画像領域によって走査速度が異なる。このような速度特性は、走査ミラー自体の単位時間当たりの振れ角（角速度）が周期的に変動することに起因する。走査ミラーは、共振周波数相当の駆動電流によって駆動し、時間軸上において正弦波状に振れ角が変化する。ミラーの角速度は、最小の振れ角の時が最も速く、最大の振れ角の時が最も遅くなる。したがって、ミラーの角速度と連動した走査速度も、最小の振れ角に相当する画像の中央領域で最も速く、最大の振れ角に相当する画像のサイド領域（左右端近傍）で最も遅くなる。この場合、１画素の表示期間が一定だとすると、速さと時間の積分にて定まる１画素の表示サイズ（走査方向の画素幅）は、中央領域よりもサイド領域の方が小さくなってしまう。画素サイズを一定に保つためには、１画素の表示期間を中央領域よりもサイド領域の方を長くして、速さの違いを時間で補償する必要がある。

このような走査速度の変動を伴うレーザ走査において、特許文献２のような波形パターンを一律に適用した場合、走査速度が遅い画素（画素表示期間が長い画素）の領域において、十分なスペックルノイズの低減効果が得られないという問題が生じる。なぜなら、波形パターンにおけるオフからオンへの立ち上がり回数が一定、換言すれば、緩和振動の回数が一定の場合、１画素の表示期間が長くなるほど、この期間に占める緩和振動の時間的な比率が低下するからである。その結果、スペックルノイズ対策を施しているにも関わらず、画像のサイド領域でスペックルノイズが局所的に残存し易い。

そこで、本発明の目的は、走査速度の変動を伴うレーザ走査に起因して残存する局所的なスペックルノイズを有効に低減し、画像全体の画質の向上を図ることである。

かかる課題を解決すべく、第１の発明は、レーザ光源と、走査ミラーとを有し、走査速度の変動を伴うレーザ光の走査によって、投射面上に画像を表示する画像表示装置を提供する。レーザ光源は、走査速度が遅くなるほど長く設定される画素表示期間内において、画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、走査速度が遅くなるほどレーザ光源固有の緩和振動の時間総和を長くしながら出射する。走査ミラーは、所定の走査順序にしたがって、レーザ光源から出射されたレーザ光を自己の振れ角に応じて反射して、投射面上に投射する。

第２の発明は、レーザ制御部と、レーザ光源と、走査ミラーとを有し、走査速度の変動を伴うレーザ光の走査によって、投射面上に画像を表示する画像表示装置を提供する。レーザ制御部は、第１の画素に関しては第１の波形パターンを選択し、第１の画素よりも遅い走査速度で走査される第２の画素に関しては第２の波形パターンを選択する。第１の波形パターンは、第１の画素表示期間内において、レーザ光源固有の緩和振動を生じさせる。第２の波形パターンは、第１の画素表示期間よりも長い第２の画素表示期間内において、第１の波形パターンよりも多くの緩和振動を生じさせる。レーザ光源は、第１の画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、レーザ制御部によって選択された第１の波形パターンにしたがって出射するとともに、第２の画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、レーザ制御部によって選択された第２の波形パターンにしたがって出射する。走査ミラーは、所定の走査順序にしたがって、レーザ光源から出射された第１の画素に関するレーザ光と、レーザ光源から出射された第２の画素に関するレーザ光とを、自己の振れ角に応じて反射して、投射面上に投射する。

第３の発明は、レーザ制御部と、レーザ光源と、走査ミラーとを有し、走査速度の変動を伴うレーザ光の走査によって、投射面上に画像を表示する画像表示装置を提供する。レーザ制御部は、第１の画素に関しては第１の波形パターンを選択し、第１の画素よりも遅い走査速度で走査される第２の画素に関しては第２の波形パターンを選択する。第１の波形パターンは、第１の画素表示期間内において、オフから立ち上がった少なくとも一つのオン期間を含む。第２の波形パターンは、第１の画素表示期間よりも長い第２の画素表示期間内において、オフから立ち上がったオン期間の個数が第１の波形パターンよりも多い。レーザ光源は、第１の画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、レーザ制御部によって選択された第１の波形パターンにしたがって出射するとともに、第２の画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、レーザ制御部によって選択された第２の波形パターンにしたがって出射する。走査ミラーは、所定の走査順序にしたがって、レーザ光源から出射された第１の画素に関するレーザ光と、レーザ光源から出射された第２の画素に関するレーザ光とを、自己の振れ角に応じて反射して、投射面上に投射する。

ここで、第３の発明において、第１の波形パターンおよび第２の波形パターンは、同一の基準クロックに基づいて生成されたオン期間およびオフ時間よりなる一定の変調周期を繰り返すことによって、構成されていることが好ましい。また、レーザ光源に供給される駆動電流は、オフ期間では、表示階調に関わりなく、レーザ光源のバイアス電流以下のレベルに設定され、オン期間では、表示階調に応じた電流レベルに設定されることが望ましい。

また、第１から第３の発明のいずれかにおいて、走査ミラーは、ミラー固有の共振周波数を有する駆動電流によって、ミラーの振れ角を時間軸上で正弦波状に変位させることが好ましい。

第１から第３の発明によれば、レーザ光源の緩和振動によって、レーザ光のコヒーレンスが低下するので、スペックルノイズが低減される。その際、走査速度の相違を補償するために画素表示期間が長く設定された画素に関しては、これが短く設定された画素よりも緩和振動を多く、または、緩和振動の時間総和を長く行う。これにより、画素表示期間が長くなったことに伴う緩和振動の時間的な比率の低下を抑制できる。その結果、画素表示期間が短い画素（走査速度が速い画素）の領域のみならず、画素表示期間が長い画素（走査速度が遅い画素）の領域におけるスペックルノイズも有効に低減できるので、画像全体の画質の向上を図ることが可能になる。

レーザプロジェクタのブロック構成図 走査ミラーの外観斜視図 水平走査に関するミラーの振れ角の特性図 投射面に対するレーザ走査の説明図 レーザ制御・駆動系のタイミングチャート 比較例におけるレーザ制御・駆動系のタイミングチャート

図１は、本実施形態に係るレーザプロジェクタのブロック構成図である。このレーザプロジェクタ１は、レーザ光源２ａ〜２ｃと、各種の光学素子３〜５と、走査ミラー６と、各種の駆動・制御ユニット７〜１１を主体に構成されている。レーザプロジェクタ１は、赤青緑の各成分のレーザ光を合成した上で、スクリーンや壁などの投射面Ａに投影することによって、映像信号に応じたカラー画像を投射面Ａ上に表示する。レーザプロジェクタ１は、指向性が極めて高いレーザ光を利用しているため、投射面Ａまでの距離に応じたフォーカス調整が不要といった優れた利点を有している。

それぞれのレーザ光源２ａ〜２ｃは、レーザドライバ１１から個別に供給される駆動電流によって互いに独立して駆動する。これによって、レーザ光源２ａからは青成分（Ｂ）、レーザ光源２ｂからは緑成分（Ｇ）、レーザ光源２ｃからは赤成分（Ｒ）といった如く、特定の波長のレーザ光が出射される。ダイクロックミラー３，４は、特定波長のレーザ光のみを透過し、それ以外を反射することによって、レーザ光源２ａ〜２ｃから出射された各色成分のレーザ光を合成する。具体的には、レーザ光源２ａ，２ｂから出射された青成分および緑成分のレーザ光は、光路上流側のダイクロックミラー３において合成された上で、光路下流側のダイクロックミラー４に出射される。この出射された合成光は、ダイクロックミラー４においてレーザ光源２ｃから出射された赤成分のレーザ光と更に合成され、目標となる最終的なカラー光として出射される。この出射されたカラー光は、レンズ５を介して走査ミラー６に入射される。

走査ミラー６は、自己に入射したカラー光を、自己の振れ角（位相）に応じて反射して投射面Ａ上に投射する。この走査ミラー６は、投射面Ａの水平方向Ｘおよび垂直方向Ｙに対応した二次元的な自由度を有しており、その二次元的な変位に対応した線順次走査によって、投射面Ａ上に画像を形成する。この線順次走査は、投射面Ａ上におけるある水平ラインで一方向にレーザスポットｐを進め、次の直下の水平ラインで逆方向にレーザスポットｐを戻すことの繰り返しによって、１フレーム内で連続して行われる。走査ミラー６には、その駆動の仕方に応じていくつかのタイプが存在し、いずれを用いてもよい。このタイプは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いたものが容易に入手可能であり、装置全体の小型化、低消費電力化および処理の高速化を図る上で有利である。

図２は、走査ミラー６の外観斜視図である。矩形枠状の基板６ａの内側には、外回転軸６ｃを介して、矩形枠状の外フレーム６ｄが揺動自在に取り付けられている。また、この外フレーム６ｄの内側には、内回転軸６ｅを介して、矩形状の内フレーム６ｆが揺動自在に取り付けられており、この内フレーム６ｆの中央にミラー６ｂが設けられている。内外のフレーム６ｄ，６ｆを介して基板６ａに取り付けられたミラー６ｂの反射方向は、内回転軸６ｅを軸心とした内フレーム６ｆの回転量（振れ角θh）と、内回転軸６ｅと直交する外回転軸６ｃを軸心とした外フレーム６ｄの回転量（振れ角θv）とに基づいて一義的に特定される。一方、外フレーム６ｄには、ミラー６ｂの周囲を囲むように外コイル６ｇが配置されており、内フレーム６ｆには、ミラー６ｂの周囲を囲むように内コイル６ｈが配置されている。これらのコイル６ｇ，６ｈは、互いに電気的に分離された状態で一対の電極６ｉにそれぞれ接続されており、これらの電極６ｉを介して、それぞれに対する駆動電流の供給が個別に行われる。また、基板６ａの外側には、２セットの永久磁石対６ｊ〜６ｋが互いに直交して配置されている。一方の永久磁石対６ｊは、外回転軸６ｃの軸線方向においてＮ極とＳ極とが対向して配置されており、他方の永久磁石対６ｋは、内回転軸６ｅの軸線方向においてＮ極とＳ極とが対向して配置されている。

ミラー６ｂの走査を電磁駆動にて行う場合の動作原理は、概ね以下の通りである。まず、電極６ｉに水平走査用の駆動電流を供給した場合、この駆動電流が流れる内コイル６ｈと、一方の永久磁石対６ｊとの間に生じた電磁力によって、ミラー６ｂが内回転軸６ｅ周りに揺動する。そして、この揺動周期の１／２に相当する１水平走査期間において、レーザ光源２ａ〜２ｃから経時的に出射された１水平方向分のレーザ光を順次反射することによって、投射面Ａ上に１水平ライン分の画像が投射・表示される（水平走査）。これに対して、電極６ｉに垂直走査用の駆動電流を供給した場合、この駆動電流が流れる外コイル６ｇと、他方の永久磁石対６ｋとの間に生じた電磁力によって、ミラー６ｂが外回転軸６ｃ周りに揺動する。そして、この揺動周期の１／２に相当する１垂直走査期間において、１水平ライン分のレーザ光の反射を水平ラインの個数分だけ繰り返すことによって、投射面Ａ上に１フレームの画像が投射・表示される（垂直走査）。

図３は、水平走査に関するミラー６ｂの振れ角θhの特性図である。本実施形態において、水平走査に関してはミラー６ｂを共振周波数駆動させることによって、振れ角θhを連続的に変化させる。ここで、共振周波数とは、ミラー６ｂを振るために必要な電流値が最も小さくなる周波数をいい、ミラー６ｂの寸法、材料の密度、固さ等によって一義的に特定されるミラー固有の値である。共振周波数相当でミラー６ｂを振動させれば、小さな電流値で大きなミラー振幅（θh＝｜θ1｜）を得ることができる。ただし、共振周波数駆動と比べて大きな電流値を必要とするものの、共振周波数以外の周波数でミラー６ｂを振動させてもよい。

この場合、時間軸上における振れ角θhの変位が正弦波状になり、その１／２周期が１水平走査期間（１Ｈ）に相当する。ミラー６ｂの角速度ｄθh／dtは、θh＝0で最も速く、｜θh｜が増大するにつれて徐々に遅くなり、｜θh｜＝θ1（最大振れ角）で０になる。ただし、画像表示に実際に用いられる有効範囲としては、最大振れ角までの位相範囲（−｜θ1｜≦θ≦＋｜θ1｜）ではなく、これよりも狭い位相範囲（−｜θ2｜≦θ≦＋｜θ2｜）が用いられる。その理由は、最大振れ角｜θ1｜で角速度dθh／dtが０になるので、これを含めてしまうと、１画素の表示期間と走査速度の積分にて定まる投射面Ａ上の画素サイズ（水平方向の画素幅）が理論上０になってしまい、他の画素と同等のサイズを確保できないからである。

一方、垂直走査におけるミラー６ｂの振れ角θvは、上述した共振周波数駆動ではなくＤＣ駆動によって制御される。したがって、振れ角θvは、駆動電流のレベルに応じてステップ的に変化し、このレベル相当の振れ角θvで静止する。駆動電流のレベルの切り替えは、１垂直走査期間で水平ラインの本数分だけ繰り返され、これによって、表示すべき画像の高さ（水平ラインの本数）に相当する振れ角θvの位相範囲が確保される。この場合、水平走査の場合とは異なり、時間軸上における振れ角θvの変位は線形的になり、その角速度dθv／dtは一定になる。なお、電磁駆動型走査ミラーの中には、水平／垂直走査の双方を共振周波数駆動にて行うタイプも存在し、このタイプを走査ミラー６として用いてもよい。

走査ミラードライバ７は、走査ミラー６に駆動電流を供給することによって、所定の走査順序にしたがって走査ミラー６を駆動させる。それとともに、走査ミラードライバ７は、走査ミラー６におけるミラー６ｂの位置（振れ角θh，θv）を検出する。この検出された位置情報は、位置検出信号として走査ミラー制御部８に通知される。ミラー６ｂの位置検出は、例えば、基板６ａと外フレーム６ｄの間を連結する回転軸６ｃ、および、内外のフレーム６ｄ，６ｆ間を連結する回転軸６ｅのそれぞれにねじれセンサを設け、これらの回転軸６ｃ，６ｅのねじれ角をねじれセンサで個別に検出すればよい。また、ミラー６ｂの近傍に受光素子（フォトダイオード等）を配置し、ミラー６ｂの振れ角と連動する反射光の位置を受光素子で検出してもよい。

走査ミラー制御部８は、走査ミラー６に入射されるレーザ光が所定の画像領域を所定の周波数で走査するように、走査ミラー６を制御する。この制御は、走査ミラー制御部８が走査ミラードライバ７に駆動信号を出力することによって行われる。また、走査ミラー制御部８は、走査ミラードライバ７からの位置検出信号に基づいて、水平同期信号ＨＳＮＣおよび垂直同期信号ＶＳＮＣを生成し、これらを映像処理部９に出力する。レーザ光源２ａ〜２ｃからのレーザ光の出射タイミングは、走査ミラー６の位相制御と同期して行う必要があり、この同期を取るために水平／垂直同期信号ＨＳＮＣ，ＶＳＮＣが用いられる。すなわち、本レーザプロジェクタ１では、走査ミラー６の駆動が主体となり、内部生成された水平／垂直同期信号ＨＳＮＣ，ＶＳＮＣに基づいて、走査ミラー６の駆動と同期するようにレーザ光源２ａ〜２ｃが従動的に駆動する。

映像処理部９は、外部装置から供給された入力映像信号（映像データ）を、外部装置から供給された同期信号によって規定されたタイミングで、図示しないフレームバッファに随時書き込む。また、映像処理部９は、走査ミラー制御部８から供給された水平／垂直同期信号ＨＳＮＣ，ＶＳＮＣによって規定されたタイミングで、フレームバッファに格納された映像データを順次読み出し、これをレーザ制御部１０に転送する。

レーザ制御部１０は、映像処理部９から順次転送された映像データに基づいて、それぞれの画素に関する駆動電流（電流レベル）と、これに適用すべき波形パターンＰＴとを決定する。それぞれのレーザ光源２ａ〜２ｃは、色成分毎に設定された駆動電流および波形パターンＰＴに基づき、レーザドライバ１１を介して個別に制御・駆動される。本実施形態では、波形パターンＰＴが複数用意されており、画像平面上における画素の位置に応じて、適宜のものが選択的に適用される。また、レーザ制御部１０は、光検出器（図示せず）によって検出されたレーザ光の出射光量に基づいて、各階調における出射光量が安定するように、駆動電流のフィードバック制御を行う。これにより、レーザ光源２ａ〜２ｃの温度上昇によって光出力に変動が生じても、この変動に有効に対応することができる。

レーザドライバ１１は、それぞれの色成分に関して、レーザ制御部１０から出力された波形パターンＰＴを用いて駆動電流（電流レベル）を変調し、変調された駆動電流をレーザ光源２ａ〜２ｃに出力する。これにより、レーザ光源２ａ〜２ｃは、表示すべき階調に応じた出力レベルのレーザ光を波形パターンＰＴにしたがって出射する。各色成分の出射光を合成した最終的なカラー光は、レーザ光の出射と同期して位置制御される走査ミラー６に導かれて、投射面Ａ上の所望の画素位置に投射される。

図４は、投射面Ａに対するレーザ走査の説明図である。レーザプロジェクタ１の出射点Ｂから出射されたレーザ光は投射面Ａに投射され、これによって、ある水平ラインＬの一端（例えば左端）にレーザスポットが形成・表示される。このレーザスポットは、ミラー６ｂの振れ角θhの変位に応じて、水平ラインＬ上を例えば左から右に向かって移動する。ここで、レーザスポットの走査速度Ｖhは、ミラー６ｂの角速度dθh／dtと同様に変化する。具体的には、−｜θ2｜≦θh≦＋｜θ2｜の範囲内で画像表示が行われる場合、最大の振れ角（θh＝±｜θ2｜）に相当する両サイドの画素Ｐ0，Ｐ799で最も低速で（Vh＝Vlow）、中央の画素Ｐ400に向かうにしがって連続的に速くなりながら（例えば画素Ｐ60，Ｐ739でＶh＝Ｖmid）、最小の振れ角（θh＝０）に相当する中央の画素Ｐ400で最も高速になる（Ｖh＝Vhigh）。この走査速度Ｖhの特性は、角速度dθv／dtと同様、画像中央を基準に左右対称になる。

図５は、レーザ制御・駆動系のタイミングチャートである。以下、同一水平ライン上を順番に走査される画素Ｐ0，Ｐ60，Ｐ400，Ｐ739，Ｐ799（図４参照）を例に、レーザ制御部１０およびレーザドライバ１１の動作について詳述する。なお、同図に示した画素表示期間Ｔ1〜Ｔ3は、水平／垂直同期信号ＨＳＮＣ，ＶＳＮＣと同期したドットクロック信号によって規定される。

レーザプロジェクタ１は、物理的な構造として画素が形成される液晶ディスプレイ等とは異なり、レーザ光の照射によって光学的に画素を形成する。この場合、投射面Ａ上に表示される１画素のサイズ（水平方向の画素幅）は、１画素分のレーザ光を照射し続ける画素表示期間と、レーザスポットの走査速度Ｖlhとの積分に基づいて決定される。例えば、画像サイドに位置するサイド画素Ｐ0，Ｐ799ではＶlow×T1、画像中央に位置する中央画素Ｐ400ではＶhigh×Ｔ3、これらの中間に位置する中間画素Ｐ60，Ｐ739ではＶmid×Ｔ2といった如くである。走査速度Ｖhが画素毎に異なる場合、すべての画素サイズを一定に保つためには、走査速度Ｖhの違いを画素表示期間にて調整する必要があり、理論上、走査速度Ｖhの逆比に基づいて設定すればよい。すなわち、走査速度Ｖhの比（Ｖlow：Vmid：Vhigh）に対して、画素表示期間の比（T1：Ｔ2：Ｔ3）を１／Ｖlow：１／Ｖmid：１／Ｖhighに設定すれば、画素サイズを一様化できる。これにより、画素表示期間の関係はＴ1＞Ｔ2＞Ｔ3となり、中央画素Ｐ400からサイド画素Ｐ0，Ｐ799に向かうにつれて徐々に長くなる。なお、本実施形態では、画像の最小単位である画素単位で画素表示期間が設定されるが、そこまでの時間的な精度が要求されないのであれば、画素単位よりも粗い分解能、すなわち複数の隣接画素を一纏めにしたエリア単位で行っても構わない。また、エリア単位で行う場合、各エリアの画素数は同一である必要はなく、走査速度Ｖhの変化が大きい領域ほど細分化して少ない画素数を割り当てるといった如く、エリア毎に画素数を相違させてもよい。

スペックルノイズの低減を図るためには、レーザ光源２ａ〜２ｃを緩和振動させて、レーザ光のコヒーレンスを低下させること（インコヒーレンス化）が有効である点は、上述した特許文献１に述べられている通りである。しかしながら、すべての画素に関して、同一回数または一定時間で緩和振動させた場合、走査速度が遅い画素（１画素の表示期間が長い画素）の領域で十分なノイズ低減効果が得られないという問題が生じる。例えば、図６に示す比較例では、オフからオンへの立ち上がりが２回ある波形パターンＰＴが全画素共通で用いられる。この場合、レーザ光源２ａ〜２ｃは、それぞれの画素表示期間において、波形パターンＰＴによって規定された２回の緩和振動を行う。この緩和振動によって、コヒーレンスが低下したレーザ光が出射されるので、スペックルノイズの低減効果が得られる。ここで、駆動電流Ｉdの急峻な立ち上がりによってレーザ光源２ａ〜２ｃが緩和振動し始めてから緩和振動が収束するまでの時間を「緩和振動時間ｔro」とすると、画素表示期間内における緩和振動時間ｔroの総和Σｔroは、すべての画素で一定値となる（Σｔro＝ｔro×２）。この場合、Ｔ3，Ｔ2，Ｔ1の順に画素表示期間が長くなるにつれて、画素表示期間に占める時間総和Σｔroの時間的な比率が低下する。これは、画素表示期間において、インコヒーレンス化されたレーザ光の出射比率が低下して、本来のコヒーレンスなレーザ光の出射比率が増大することを意味する。その結果、サイド画素Ｐ0，Ｐ799に向かうにしたがって、ノイズ低減効果が弱くなり、スペックルノイズが局所的に残存する。

このような局所的なスペックルノイズの低減を図るためには、図５に示したように、走査速度Ｖhが遅くなるほど長く設定される画素表示期間内において、走査速度Ｖhが遅くなるほど多くの緩和振動を行えばよい。典型的には、内部生成された基準クロックＣＬＫを用いて、基準クロックＣＬＫと同期した波形パターンＰＴを所定の単位毎に生成し、これに基づいてレーザ光源２ａ〜２ｃを駆動させればよい。なお、本実施形態では、波形パターンＰＴを画素単位で設定することを想定しているが、それよりも粗いエリア単位で行ってもよい。

具体的には、レーザ制御部１０は、基準クロックＣＬＫに基づいて、画素に応じた波形パターンＰＴ1〜ＰＴ3を生成する。それぞれの波形パターンＰＴ1〜ＰＴ3は、画素表示期間Ｔ1〜Ｔ3におけるレーザ光源２ａ〜２ｃのオン期間およびオフ期間を規定しており、画素表示期間Ｔ1〜Ｔ3が長くなるほど、波形パターンＰＴも長く設定される。オン期間では、表示階調に応じた駆動電流のレベルＬcに設定され、オフ期間では、表示階調に関わりなく、レーザ光源２ａ〜２ｃのバイアス電流Ｉth（ＬＥＤ発光とレーザ発振の境界値）以下の電流Ｉoff（例えば０）に設定される。画素表示期間Ｔ1〜Ｔ3において、隣接したオン期間の間に存在するオフ期間は、オフからオンに立ち上がるタイミングで緩和振動を開始させるために設けられており、その期間の長さ自体は適宜設定すればよい。また、画素表示期間の最後に存在するオフ期間は、次の画素表示期間における最初のオンへの立ち上げに備えるという意味もあるが、隣接した画素間における混色を抑制するブランキングとしての意味合いもある。

波形パターンＰＴをオンおよびオフよりなる一定の変調周期の繰り返しによって形成すれば、比較的単純な回路で精度のよい波形パターンを生成することができる。この変調周期におけるオン期間は、例えば、基準クロックＣＬＫの立ち上がりタイミング毎に発生させたワンショットパルスのパルス幅として規定することができる。この場合、すべての波形パターンＰＴにおいて、単一のオン期間および単一のオフ期間はそれぞれ一定になり、変調周期の繰り返し回数だけで波形パターンＰＴが規定されることになる。波形パターンＰＴに周期性を持たせる理由は、そのための生成回路を複雑化することなく、精度の高い波形生成が容易だからであり、この点を考慮しないのであれば、周期性のない複雑な波形パターンを用いても構わない。

最も短い画素表示期間Ｔ3の中央画素Ｐ400に関して、レーザ制御部１０は、基準クロックＣＬＫの３周期分に相当する前半期間において、表示階調Ｄ400に対応する色成分毎の電流レベルＬcと、色成分共通の波形パターンＰＴとを生成する。この波形パターンＰＴは、レーザ光源２ａ〜２ｃに緩和振動を生じさせるべく、オフから立ち上がったオン期間を少なくとも一つ含み、本実施形態では３個設けられている。レーザドライバ１１は、それぞれの色成分に関して、レーザ制御部１０から出力された波形パターンＰＴを電流レベルＬcを変調し、変調された駆動電流Ｉdをレーザ光源２ａ〜２ｃに出力する。これにより、レーザ光源２ａ〜２ｃは、表示階調Ｄ400に応じた出力レベルのレーザ光を波形パターンＰＴにしたがって出射する。各色成分の出射光を合成した最終的なカラー光は、レーザ光の出射と同期して位置制御される走査ミラー６に導かれて、投射面Ａ上における中央画素Ｐ400の位置に投射される。中央画素Ｐ400の表示に際しては、画素表示期間Ｔ3内で３回の緩和振動が生じ、その時間総和Σｔroはｔro×３となる。緩和振動の回数を適切に設定することで、中央画素Ｐ400の表示領域において、スペックルノイズが有効に低減される。

また、画素表示期間Ｔ2の中間画素Ｐ60（Ｐ739）に関して、レーザ制御部１０は、基準クロックＣＬＫの４周期分に相当する前半期間において、表示階調Ｄ60（Ｄ739）に対応する色成分毎の電流レベルＬcと、色成分共通の波形パターンＰＴとを生成する。この波形パターンＰＴは、中央画素Ｐ400よりも多い緩和振動を生じさせるべく、オフから立ち上がったオン期間が４個設けられている。レーザドライバ１１は、それぞれの色成分に関して、レーザ制御部１０から出力された波形パターンＰＴを電流レベルＬcを変調し、変調された駆動電流Ｉdをレーザ光源２ａ〜２ｃに出力する。これにより、レーザ光源２ａ〜２ｃは、表示階調Ｄ60（Ｄ739）に応じた出力レベルのレーザ光を波形パターンＰＴにしたがって出射する。中間画素Ｐ60（Ｐ739）の表示に際しては、画素表示期間Ｔ2内で中央画素Ｐ400よりも多い４回の緩和振動が生じる。画素表示期間Ｔ2が長くなった分を見越して、中央画素Ｐ400よりも緩和振動の回数を多くし、その時間総和Σｔro（＝ｔro×４）を長くすることで、中間画素Ｐ60（Ｐ739）の表示領域においても、スペックルノイズが有効に低減される。

さらに、最も長い画素表示期間Ｔ1のサイド画素Ｐ0（Ｐ799）に関して、レーザ制御部１０は、基準クロックＣＬＫの６周期分に相当する前半期間において、表示階調Ｄ0（Ｄ799）に対応する色成分毎の電流レベルＬcと、色成分共通の波形パターンＰＴとを生成する。この波形パターンＰＴは、中央画素Ｐ400および中間画素Ｐ60（Ｐ739）よりも多い緩和振動を生じさせるべく、オフから立ち上がったオン期間が６個設けられている。レーザドライバ１１は、それぞれの色成分に関して、レーザ制御部１０から出力された波形パターンＰＴを電流レベルＬcを変調し、変調された駆動電流Ｉdをレーザ光源２ａ〜２ｃに出力する。これにより、レーザ光源２ａ〜２ｃは、表示階調Ｄ0（Ｄ779）に応じた出力レベルのレーザ光を波形パターンＰＴにしたがって出射する。サイド画素Ｐ0（Ｐ799）の表示に際しては、画素表示期間Ｔ1内で中央画素Ｐ400および中間画素Ｐ60（Ｐ739）よりも多い６回の緩和振動が生じる。画素表示期間Ｔ1が更に長くなった分を見越して緩和振動の回数を更に多くし、その時間総和Σｔro（＝ｔro×６）を長くすることで、サイド画素Ｐ0（Ｐ799）の表示領域においても、スペックルノイズが有効に低減される。

このように、本実施形態によれば、走査速度Ｖhが遅くなるほど長く設定される画素表示期間Ｔ1〜Ｔ3内において、画素の表示階調に応じた出力レベルＬcのレーザ光を、走査速度Ｖhが遅くなるほど緩和振動をより多く行いながら出射する。レーザ光源２ａ〜２ｃの緩和振動によって、出射されるレーザ光がインコヒーレンス化され、スペックルノイズが低減される。それとともに、画素表示期間Ｔ1〜Ｔ3が長くなったことに伴う緩和振動の時間的な比率の低下が抑制されるので、短い画素表示期間Ｔ3（Ｖh＝Ｖhigh）の画素Ｐ400の表示領域のみならず、長い画素表示期間Ｔ1（Ｖh＝Ｖlow）の画素Ｐ0，Ｐ799の表示領域においても、スペックルノイズを有効に低減できる。画像のサイド領域で局所的に残存し易いスペックルノイズを有効に低減することによって、画像全体の画質の向上を図ることが可能になる。

なお、上述した実施形態では、画素表示期間の長さに応じて、この表示期間内における緩和振動の回数を調整する手法について説明した。緩和振動時間ｔro以上の長さでオン期間を一定にした場合、緩和振動の回数が増えれば、時間総和Σｔroも必ず長くなる。すなわち、緩和振動の回数および緩和振動の時間総和Σｔroが比例関係になることが保証される。しかしながら、このような回数の調整以外に、緩和振動の回数を同一として、オン期間の長さを相違させても同様のことが実現できる。例えば、最も短い画素表示期間Ｔ3の中央画素Ｐ400に関しては、緩和振動時間ｔroよりも短いオン期間ｔonを設定し（ｔon＜ｔro）、これを画素表示期間Ｔ3内でｋ（ｋ≧１）回繰り返す。一方、最も長い画素表示期間Ｔ1のサイド画素Ｐ0，Ｐ799に関しては、緩和振動時間ｔroと同じ、または、それよりも長いオン期間を設定し、これを画素表示期間Ｔ1内でｋ回繰り返す。この場合、中央画素Ｐ400およびサイド画素Ｐ0，Ｐ799のどちらもオン期間の繰り返し回数はｋ回だが、緩和振動の時間総和Σｔroはサイド画素Ｐ0，Ｐ799の方が長くなる（ｔon×ｋ＜ｔro×ｋ）。これにより、上述した実施形態と同様の理由で、画素表示期間Ｔ3が長くなったことに伴う緩和振動の時間的な比率の低下が抑制される。また、緩和振動の回数およびオン期間の長さのいずれか一方を調整するのみならず、双方を調整してもよい。

さらに、上述した実施形態では、共振周波数駆動を用いた水平走査時に、画像の左右端領域に残存するスペックルノイズ対策について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、共振周波数駆動を用いた垂直走査にも同様に適用することができる。共振周波数駆動を用いた垂直走査では、画像の上下端領域にスペックルノイズが残存する。図４に示したように、垂直方向の走査速度Ｖvは、ミラー６ｂの振れ角θvと連動しており、画像中央のラインＬ199（θv≒０）よりも画像サイド（上下）のラインＬ0，Ｌ399の方が遅くなる。走査速度Ｖvの違いを補償するためには、中央ラインＬ199よりもサイドラインＬ0，399の方の１水平走査期間が長くした場合、水平方向Ｘの位置が同一である中央ラインＬ199上の画素と、サイドラインＬ0，Ｌ399上の画素とでは、後者の画素表示期間の方が長くなる。そこで、上述した水平走査の場合と同様、画素表示期間が長くなるほど（走査速度Ｖvが遅くなるほど）、緩和振動をより多く、または、緩和振動の時間総和を長く行う。これにより、画素表示期間に占める緩和振動の時間的な比率の低下が抑制されるので、垂直方向Ｙに残存するスペックルノイズの低減を図ることが可能になる。

以上のように、本発明は、走査ミラー型のレーザプロジェクタに代表されるように、走査速度の変動を伴うレーザ光の走査によって投射面上に画像を表示する画像表示装置に対して適用できる。

１ レーザプロジェクタ
２ａ〜２ｃ レーザ光源
３，４ ダイクロックミラー
５ レンズ
６ 走査ミラー
６ａ 基板
６ｂ ミラー
６ｃ，６ｅ 回転軸
６ｄ，６ｆ フレーム
６ｇ，６ｈ コイル
６ｉ 一対の電極
６ｊ 一方の永久磁石対
６ｋ 他方の永久磁石対
７ 走査ミラードライバ
８ 走査ミラー制御部
９ 映像処理部
１０ レーザ制御部
１０ａ 駆動モード判定回路
１０ｂ 駆動電流選択回路
１０ｃ 波形パターン選択回路
１１ レーザドライバ

Claims (6)

1. 走査速度の変動を伴うレーザ光の走査によって、投射面上に画像を表示する画像表示装置において、
   前記走査速度が遅くなるほど長く設定される画素表示期間内において、画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、前記走査速度が遅くなるほどレーザ光源固有の緩和振動の時間総和を長くしながら出射するレーザ光源と、
   所定の走査順序にしたがって、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を自己の振れ角に応じて反射して、前記投射面上に投射する走査ミラーと
   を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 走査速度の変動を伴うレーザ光の走査によって、投射面上に画像を表示する画像表示装置において、
   第１の画素に関しては、第１の画素表示期間内において、レーザ光源固有の緩和振動を生じさせる第１の波形パターンを選択するとともに、前記第１の画素よりも遅い走査速度で走査される第２の画素に関しては、前記第１の画素表示期間よりも長い第２の画素表示期間内において、前記第１の波形パターンよりも多くの前記緩和振動を生じさせる第２の波形パターンを選択するレーザ制御部と、
   前記第１の画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、前記レーザ制御部によって選択された前記第１の波形パターンにしたがって出射するとともに、前記第２の画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、前記レーザ制御部によって選択された前記第２の波形パターンにしたがって出射するレーザ光源と、
   所定の走査順序にしたがって、前記レーザ光源から出射された前記第１の画素に関するレーザ光と、前記レーザ光源から出射された前記第２の画素に関するレーザ光とを、自己の振れ角に応じて反射して、前記投射面上に投射する走査ミラーと
   を有することを特徴とする画像表示装置。
3. 走査速度の変動を伴うレーザ光の走査によって、投射面上に画像を表示する画像表示装置において、
   第１の画素に関しては、第１の画素表示期間内において、オフから立ち上がった少なくとも一つのオン期間を含む第１の波形パターンを選択するとともに、前記第１の画素よりも遅い走査速度で走査される第２の画素に関しては、前記第１の画素表示期間よりも長い第２の画素表示期間内において、オフから立ち上がったオン期間の個数が前記第１の波形パターンよりも多い第２の波形パターンを選択するレーザ制御部と、
   前記第１の画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、前記レーザ制御部によって選択された前記第１の波形パターンにしたがって出射するとともに、前記第２の画素の表示階調に応じた出力レベルのレーザ光を、前記レーザ制御部によって選択された前記第２の波形パターンにしたがって出射するレーザ光源と、
   所定の走査順序にしたがって、前記レーザ光源から出射された前記第１の画素に関するレーザ光と、前記レーザ光源から出射された前記第２の画素に関するレーザ光とを、自己の振れ角に応じて反射して、前記投射面上に投射する走査ミラーと
   を有することを特徴とする画像表示装置。
4. 前記第１の波形パターンおよび前記第２の波形パターンは、同一の基準クロックに基づいて生成された前記オン期間および前記オフ時間よりなる一定の変調周期を繰り返すことによって、構成されていることを特徴とする請求項３に記載された画像表示装置。
5. 前記レーザ光源に供給される駆動電流は、前記オフ期間では、表示階調に関わりなく、前記レーザ光源のバイアス電流以下のレベルに設定され、前記オン期間では、表示階調に応じた電流レベルに設定されることを特徴とする請求項３または４に記載された画像表示装置。
6. 前記走査ミラーは、ミラーの振れ角を時間軸上で正弦波状に変位させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載された画像表示装置。

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