(57)【要約】      （修正有）【課題】白バランス制御用の基準光を消灯しても消灯する前の白バランスを維持することができるＭＥＭＳと半導体レーザ光源を用いた小型投射プロジェクタを提供する。【解決手段】環境温度と、光源の温度を測定するセンサと、光源の温度を所定値へ冷却または過熱するペルチェ素子と、温度センサの測定値に基づきペルチェ素子の温度を所定値へ制御する温度制御手段と、入力映像信号に重畳した基準光を光センサにて検出し、該基準光が一定になるように光源駆動手段を制御する補正手段と、基準光がスクリーンへ投射されないように遮光する手段を備える。外部からの振れ角設定信号に基づき反射ミラーの振れ角を設定する振れ角設定入力手段は、基準光が遮光手段から外れてスクリーンへ投射されると判別した場合、基準光を消灯し、補正手段、または、補正手段と温度制御手段とは、基準光の消灯時の状態を保持するよう制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を投射表示させる画像表示装置であって、
光源と、
前記光源を駆動する光源駆動手段と、
前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、
前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、
入力映像信号を信号処理する画像処理手段と、
複数の光源の光量を測定する光センサと、
環境温度を測定する第１の温度センサと、
前記光源の温度を測定する第２の温度センサと、
前記光源の温度を所定値へ冷却または過熱するペルチェ素子と、
前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの測定値に基づき前記ペルチェ素子の温度を所定値へ制御する温度制御手段と、
基準光を入力映像信号に重畳し、該基準光を前記光センサにて検出し、該基準光が一定になるように前記光源駆動手段を制御する補正手段と、
前記基準光がスクリーンへ投射されないように遮光する遮光手段と、
外部からの振れ角設定信号に基づき前記反射ミラーの振れ角を設定する振れ角設定入力手段と、
を備え、
前記振れ角設定入力手段は、前記基準光が前記遮光手段から外れて前記スクリーンへ投射されると判別した場合、基準光を消灯し、前記補正手段、または、前記補正手段と前記温度制御手段とは、前記基準光の消灯時の状態を保持するよう制御する画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置において、前記振れ角設定入力手段が、前記基準光が前記遮光手段から外れて前記スクリーンへ投射されると判別した場合、表示映像は白色および多段階の明るさで極力構成されない画像であることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等を用いた画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳと半導体レーザ光源を用いた小型投射プロジェクタが普及している。例えば、特許文献１には、「ＭＥＭＳ共振ミラーを用いてレーザ光をラスタースキャンし画像をスクリーンに投影する画像投影装置において、水平方向のラスタースキャン速度の変化に対応してレーザ光の発光強度を調整する制御手段を備えたことを特徴」とするプロジェクタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４３３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、２軸のＭＥＭＳミラーを水平および垂直方向にスキャンすると同時にレーザ光源を変調することで映像を投射するプロジェクタが開示されている。しかしながら、小型投射プロジェクタに使用される半導体レーザはその光量・順方向電流特性が温度により変化するため、表示画面の白バランスが変わるという課題がある。当該問題を解決する為に基準光を有効表示領域外に投射し、当該基準光を用いて常時表示画面の白バランスを制御することが行われている。また、当該基準光がスクリーンへ投射されないようにプロジェクタの出射口部に基準光を遮光する為の遮光板を装着している。
【０００５】
また、ＭＥＭＳミラーの振れ角を所定の角度より小さくした場合には、基準光が遮光板から外れスクリーンへ投射され観測者に輝点として視認されるという課題がある。
【０００６】
本発明は、ＭＥＭＳミラーの振れ角を所定の角度より小さくて基準光が遮光板から外れスクリーンへ投射される場合は、基準光を消灯し観測者に輝点として視認されないようにし、基準光を消灯しても安定な白バランスを保つことが可能なレーザ投射プロジェクタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するため、例えば請求項に記載の構成を採用する。その一例として、画像を投射表示させる画像表示装置であって、光源と、前記光源を駆動する光源駆動手段と、前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、入力映像信号を信号処理する画像処理手段と、複数の光源の光量を測定する光センサと、環境温度を測定する第１の温度センサと、前記光源の温度を測定する第２の温度センサと、前記光源の温度を所定値へ冷却または過熱するペルチェ素子と、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの測定値に基づき前記ペルチェ素子の温度を所定値へ制御する温度制御手段と、基準光を入力映像信号に重畳し、該基準光を前記光センサにて検出し、該基準光が一定になるように前記光源駆動手段を制御する補正手段と、前記基準光がスクリーンへ投射されないように遮光する遮光手段と、外部からの振れ角設定信号に基づき前記反射ミラーの振れ角を設定する振れ角設定入力手段と、を備え、前記振れ角設定入力手段は、前記基準光が前記遮光手段から外れて前記スクリーンへ投射されると判別した場合、基準光を消灯し、前記補正手段、または、前記補正手段と前記温度制御手段とは、前記基準光の消灯時の状態を保持するよう制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基準光を消灯しても白バランスが変化しないレーザ投射プロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施例の投射型プロジェクタの基本構成を示した説明図である。
【図２】本実施例の環境温度に対するＬＤケース温度設定特性を示した図である。
【図３】本実施例の単色光源の光量・順方向電流特性を示した説明図である。
【図４】本実施例の画像処理部２の内部構成を示した説明図である。
【図５】本実施例の画像処理部２の動作を示したタイミング図である。
【図６】本実施例の基準光の表示位置を示した説明図である。
【図７】本実施例のＭＥＭＳ振れ角と表示輝度比を示した図である。
【図８】本実施例のＭＥＭＳ振れ角最大の場合の表示例を示した図である。
【図９】本実施例の縦方向ＭＥＭＳ振れ角を１／２にした場合の表示例を示した図である。
【図１０】本実施例の縦横方向ＭＥＭＳ振れ角を各１／２にした場合の表示例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００１１】
本実施例におけるＭＥＭＳを用いた投射型プロジェクタの構成例を図１に示す。投射型プロジェクタ１は画像処理部２、レーザドライバ３、レーザ４、反射ミラー５、光センサ６、ＭＥＭＳ７、ＭＥＭＳドライバ８、レーザ走査軌跡９、表示映像１０、遮光板１１、レーザーケース温度制御部１２、ペルチェ素子１３、ペルチェ素子とレーザーケースとの熱結合構造物１４、第１の温度センサ１５、第２の温度センサ１６、ＭＥＭＳ振れ角設定入力部１７で構成される。
【００１２】
画像処理部２は外部から入力される映像信号を一度フレームメモリへ格納し、ＭＥＭＳ固有の駆動周期信号(Ｈ同期信号、Ｖ同期信号)を生成し、前記信号に同期させてフレームメモリから映像信号を読み出す。また光センサ６より取得した光量によりレーザドライバ３を制御し、白バランスが一定となるよう調整する。その詳細は後述する。レーザドライバ３は画像処理部２から出力される画像信号を受け、画像信号のデータ値に比例してレーザ４へ供給する電流値を変調する。例えば高階調の映像を表示する場合はレーザ４への電流量を増加させ、低階調の映像を表示する場合はレーザ４への電流量を減少させる。
【００１３】
レーザ５は、例えば３原色のＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ用に３個（４ａ、４ｂ、４ｃ）用い、画像信号のＲＧＢ毎に変調が行われ、ＲＧＢのレーザ光を出力する。ＲＧＢのレーザ光は反射ミラー５により合成される。なお、反射ミラー５は特定の波長を反射しそれ以外の波長を透過するような特殊な光学素子が用いられており、一般的にはダイクロイックミラーと呼ばれている。例えば反射ミラー５ａは全てのレーザ光を反射、反射ミラー５ｂはレーザ４ａのレーザ光を透過しレーザ４ｂのレーザ光を反射、反射ミラー５ｃはレーザ４ａおよび４ｂのレーザ光を透過しレーザ４ｃのレーザ光を反射する特性である。これによりＲＧＢのレーザ光を１本に合成することができる。
【００１４】
合成されたレーザ光はＭＥＭＳ７に入射される。ＭＥＭＳ７は一つの素子に２軸の回転機構があり、中央のミラー部がその２軸で水平方向と垂直方向に振動させることができる。ミラーの振動制御はＭＥＭＳドライバ８により行われる。なお、図１ではＭＥＭＳ７は１素子２軸の例を示したが、１素子１軸のＭＥＭＳを２個組み合わせることでも構成できる。
【００１５】
ＭＥＭＳドライバ８は画像処理部２からのＨ同期信号に同期して正弦波を生成し、またＶ同期信号に同期してノコギリ波を生成してＭＥＭＳ７を駆動する。ＭＥＭＳ７は前記正弦波を受けて水平方向に正弦波運動を行うと同時に前記ノコギリ波を受けて垂直方向の一方向に等速運動を行う。これにより、図１のレーザ走査軌跡９のような軌跡でレーザ光が走査され、その走査がレーザドライバ４による変調動作と同期することで、入力画像が投射されることになる。
【００１６】
ここで光センサ６は、反射ミラー５により合成されるＲＧＢのレーザ光の漏れ光を検出するよう配置されている。即ち、光センサ６をレーザ４ｃの反射ミラー５ｃに対する対向側に配置する。反射ミラー５ｃはレーザ４ａおよび４ｂのレーザ光を透過し、レーザ４ｃのレーザ光を反射する特性であるが、１００％透過もしくは反射する特性には出来ず、一般的には数％は反射(レーザ４ａおよび４ｂ)もしくは透過(レーザ４ｃ)する。
【００１７】
したがしたがって図１の位置に光センサ６を配置することで、数％のレーザ４ｃａのレーザ光が透過、また数％のレーザ４ａおよび４ｂのレーザ光が反射して光センサ６に入射させることができる。光センサ６は入射される各レーザ光の光量を測定し、画像処理部２へ出力する。なお、光センサ６としては一般的にはフォトダイオードや光ディスクドライブ用のＯＥＩＣ(Opto-Electronic Integrated Circuit)が利用できる。
【００１８】
レーザ４の動作温度範囲は０℃から５０℃と他のデバイスと比較して狭いため、レーザーケース温度を前記範囲内に収めるよう温度制御が行われる。温度制御は、ペルチェ素子１３とペルチェ素子１３を制御するレーザーケース温度制御部１２により行われる。ペルチェ素子１３は、レーザ４とペルチェ素子とレーザーケースとの熱結合構造物１４で接続されている。図２に第１の温度センサ１５により測定される環境温度と前記環境温度に対応してレーザーケースの目標設定温度の特性例を示す。当該特性は、ペルチェ素子の消費電力を極力小さくなるように設定さる一例である。レーザーケース温度制御部１２は、前記目標温度と第２の温度センサ１６の測定温度が同じとなるようにペルチェ素子１３を制御する。温度センサ１５、１６にはサーミスタ素子を利用出来る。
【００１９】
次に、画像処理部２による白バランス制御を図３、図４により説明する。図３は、レーザの光量・順方向電流特性が温度により変化する動作を示す図、図４は画像処理部２の内部構成を示す図である。
【００２０】
半導体レーザは図３に示すように、その光量・順方向電流特性が温度により変化する。図３では、温度条件としてＴ１およびＴ２の２種類あり、Ｔ１＜Ｔ２の大小関係がある。一般的には温度が高くなると順方向電流の閾値電流（Ｉｔｈ）が大きくなり、かつ、傾きであるスロープ効率（η）が小さくなる傾向がある。したがって駆動電流が一定の場合、温度が変わると光量も変わる。
【００２１】
例えば、温度条件Ｔ１の時の電流特性において、電流Ｉ１の時は光量がＰ１、電流Ｉ２の時は光量がＰ２となるが、これが温度条件Ｔ２になると、電流Ｉ１の時は光量がＰ１’、電流Ｉ２の時は光量がＰ２’となり、同じ電流を流しても光量が下がる。
【００２２】
さらに、ＲＧＢで閾値とスロープ効率の変化量が異なるため、温度が変わると輝度だけではなく白バランスも変化してしまう。
【００２３】
そこで、Ｔ１時の電流Ｉ１およびＩ２の時のポイントＰ１、Ｐ２のそれぞれの光量Ｌ１、Ｌ２を計測しておき、その光量Ｌ１およびＬ２が常に一定になるようフィードバック制御を行う。一般的にはこのような制御をＡＰＣ（Auto Power Control）と呼ぶ。ＲＧＢの光量が一定であれば、白バランスも変化しない。
【００２４】
具体的には、まず温度条件Ｔ１の時の２ポイント（Ｐ１、Ｐ２）のそれぞれの光量Ｌ１、Ｌ２を光センサ９にて計測し、画像処理部２にてその２点より直線に近似する。そして、その近似直線のスロープ効率η、および、近似直線の光量が０となるＸ軸と交差するポイントＩｔｈを算出する。同様に、温度条件Ｔ２時の２ポイント（Ｐ１’、Ｐ２’）のそれぞれの光量Ｌ１’、Ｌ２’を計測し、η’およびＩｔｈ’を算出する。算出したηとη’およびＩｔｈとＩｔｈ’が、温度により変化するわけであるが、最初の初期状態のηおよびＩｔｈを図示されていない不揮発メモリ３に記憶しておき、温度変化後のη’およびＩｔｈ’の変化量にしたがって、光量が一定になるよう、レーザ駆動電流の補正を行う。
【００２５】
すなわち、光量が一定になるよう、ポイントＰ１’の光量をＬ１’からＬ１へ増加させてＰ１’’へ移動させるよう電流値をＩ１’に増加、また、ポイントＰ２’の光量をＬ２’からＬ２へ増加させてＰ２’’へ移動させるよう電流値をＩ２’に増加させる。電流値Ｉ１からＩ１’、および、Ｉ２からＩ２’に増加させるための計算方法は、まず図２の１点鎖線Ｔ１’のように閾値電流の変動値(Ｉｔｈ’-Ｉｔｈ)を、Ｉ１およびＩ２にオフセットとして加算し、さらにスロープ効率の変動値をＩ１およびＩ２に加算する。
【００２６】
スロープ効率の変動値の途中の計算過程は単純な一次関数の方程式なので省略するが、計算結果はポイントＰ１’’がＬ１×|１／η’-１／η|、ポイントＰ２’’がＬ２×|１／η’-１／η|となる。なお、計算結果を絶対値表記したのは、温度条件がＴ１＞Ｔ２の場合は、Ｔ２の順方向電流特性がＴ１に比べＩｔｈが小さくなり、かつ、傾きであるηが大きくなる傾向があり、(１／η’-１／η)が負の値になるためである。
【００２７】
次に図４は、レーザ駆動電流の補正を行うための画像処理部２の内部構成例である。画像処理部２は入力される映像信号(映像データ)を一旦フレームメモリ２０２へ格納(書込み)し、格納された映像データはＭＥＭＳの駆動周期に同期して読み出される。フレームメモリ２０２への書込みおよび読み出しの制御は、同期処理部２０１で行われる。また同期処理部２０１は基準光生成部２０３およびＭＥＭＳドライバ８へ制御信号（Ｈ同期信号、Ｖ同期信号）を供給する。
【００２８】
基準光生成部２０３は、図３におけるポイントＰ１、Ｐ２を取得するための基準光を映像信号の垂直帰線期間に重畳するためのタイミングおよび基準光レベルを生成する回路である。基準光を映像信号の垂直帰線期間に重畳するタイミングを図５、図６に示す。
【００２９】
図５の入力画像信号波形に示すように、基準光のポイントＰ１、Ｐ２は垂直帰線期間に重畳しかつ、図６のように、垂直帰線の中でもレーザ光が左端もしくは右端に来た時に基準光が発光するように、重畳する位置のタイミングを調整する。さらに、垂直帰線に比べて有効表示期間での表示エリアを基準光より内側になるように、画像処理部２で映像信号の水平方向を縮小処理することで、基準光が有効表示エリアに入り込むことはなくなる。さらにＭＥＭＳ７の出射側で基準光の位置を図１に示す遮光板１１にて物理的に遮光することで、基準光を見えなくしている。
【００３０】
加算器２０４は、基準光生成部２０３で生成されるタイミングおよびレベルで基準信号を映像信号へ加算もしくは切り替え処理する。また、基準光生成部２０３は、図５のＡ１およびＡ２に示すラッチ信号のタイミングを生成し、当該信号はＡＰＣ処理部２０５へ接続され、光センサ６の出力をサンプリングし、ＡＰＣ処理部２０５の内部へ取り込む。ＡＰＣ処理部２０５は、基準光データより、図２で説明した閾値電流の変動値(Ｉｔｈ’-Ｉｔｈ)やスロープ効率の変動値（Ｌ１×|１／η’-１／η|、Ｌ２×|１／η’-１／η|）を演算し、レーザドライバ３内のゲイン回路３０１とオフセット回路３０２を制御する。
【００３１】
具体的には、スロープ効率の変動値でゲイン回路３０１を、閾値電流の変動値でオフセット回路３０２を制御する。なお、基準信号を重畳する期間は光センサ６の応答時間を考慮し、一般的には数１０ｕｓから数１００ｕｓ程度でよい。
【００３２】
次に、ＭＥＭＳ振れ角が変更された場合のＡＰＣ処理およびレーザーケース温度制御方法を説明する。
【００３３】
図１のＭＥＭＳ振れ角設定入力部１７は、ユーザにより設定される振れ角設定信号を受けて横および縦のＭＥＭＳ振れ角設定値をＭＥＭＳドライバ８に設定する。ＭＥＭＳドライバ８は前記設定値によりＭＥＭＳ駆動信号(Ｈ方向正弦波、Ｖ方向ノコギリ波)の電圧振幅を変更することでＭＥＭＳ振れ角を制御する。
【００３４】
図７にＭＥＭＳ振れ角と輝度の関係を示す。図７のＮｏ.１の行は、図８で示すように、ＭＥＭＳ振れ角が縦横共に最大に設定した場合である。Ｎｏ.２の行は、図９で示すように、縦のＭＥＭＳ振れ角を１／２に設定した場合であり、表示面積はＮｏ.１に対して１／２となるが輝度は２倍になる。更に、Ｎｏ.３の行は、図１０で示すように、縦横共ＭＥＭＳ振れ角を１／２に制御した場合であり、表示面積はＮｏ.１に対して１／４となるが、輝度は４倍となる。注意喚起を必要とする映像を表示する場合にＭＥＭＳ振れ角を制御することで、通常表示より明るい映像を出力する。
【００３５】
図１０のように横方向の振れ角も小さく設定する場合、遮光板１１の遮光領域から基準光(Ｐ１、Ｐ２)が外れスクリーンへ輝点として表示される。当該状態の場合、ＭＥＭＳ振れ角設定入力部１７は基準光消灯信号を出力する。当該信号は、ＡＰＣ処理部２０５とレーザーケース温度制御部１２へ接続される。ＡＰＣ処理部２０５は、基準光の重畳を停止、即ち消灯する。
【００３６】
この時、レーザドライバ３のゲイン回路３０１とオフセット回路３０２へ設定されている値は、基準光消灯直前の設定値が保持される。更に加えて、レーザーケース温度制御部１２は、基準光消灯信号が入力されると、環境温度が変化しても基準光消灯直前のレーザーケース温度を保持する制御とする。当該制御により環境温度が変化してもレーザーケース温度が変化しないため、基準光を消灯してＡＰＣ処理をＯＦＦにしても白バランスを維持するので良好な表示を行うことが可能となる。より良好な表示を行うには、白色および多段階の明るさで極力構成されない画像、例えば、原色と黒色から構成される画像であることが好ましい。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１…プロジェクタユニット、２…画像処理部、３…レーザドライバ、４…レーザ、５…反射ミラー、６…光センサ、７…ＭＥＭＳ、８…ＭＥＭＳドライバ、９…レーザ走査軌跡、１０…表示映像、１１…遮光板、１２…レーザーケース温度制御部、１３…ペルチェ素子、１４…熱結合構造物、１５…第１の温度センサ、１６…第２の温度センサ、１７…ＭＥＭＳ触れ角設定入力部、２０１…同期処理部、２０２…フレームメモリ、２０３…基準光生成部、２０４…加算器、２０５…ＡＰＣ処理部、３０１…ゲイン回路、３０２…オフセット回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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