(57)【要約】【課題】  拡散素子を振動させる際の振動周波数や振幅量を最適化した照明装置及びそれを用いた投射型表示装置を提供する。【解決手段】  加振駆動部の駆動に基づいて、光源駆動部の駆動を制御する。【選択図】図１
2008203699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を映像表示素子で光学像に変調し、前記光学像を投射レンズから投射する投射型表示装置であって、
前記光束を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からの光束を拡散する拡散光学素子と、
前記拡散光学素子を振動させる加振部と、
前記加振部を駆動する加振駆動部と、
前記レーザ光源を駆動する光源駆動部と、
前記加振駆動部の駆動に基づいて、前記光源駆動部の駆動を制御する制御部を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型表示装置であって、
前記加振部の駆動を遅延する遅延部を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投射型表示装置であって、
前記加振部は複数個で形成され、
前記複数個の加振部の各々に対応して複数個の加振駆動部を備え、
前記複数個の加振駆動部の各々は、前記振動の位相差が異なるように駆動することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
光束を映像表示素子で光学像に変調し、前記光学像を投射レンズから投射する投射型表示装置であって、
前記光束を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源からの光束を拡散する拡散光学素子と、
前記拡散光学素子を振動させる加振部と、
前記加振部を駆動する加振駆動部と、
前記レーザ光源を駆動する光源駆動部と、
前記光源駆動部の駆動を制御するパルス信号を生成するパルス生成部と、
駆動波形を生成し、前記加振駆動部に伝達するとともに、前記駆動波形の閾値を生成し、前記パルス生成部に伝達する駆動波形生成部を備え、
前記光源駆動部は、前記駆動波形の閾値に基づいて制御されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の投射型表示装置であって、
前記光源駆動部は、前記駆動波形の閾値の絶対値よりも大である場合に駆動することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
請求項４に記載の投射型表示装置であって、
前記加振駆動部の駆動を遅延する遅延部を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項７】
請求項４に記載の投射型表示装置であって、
前記加振部は複数個で形成され、
前記複数個の加振部の各々に対応して複数個の加振駆動部を有し、
前記複数個の加振駆動部の各々は、前記振動の位相差が異なるように駆動することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項８】
光束を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光束を拡散する拡散光学素子と、
前記拡散光学素子を振動させる加振部と、
前記加振部を駆動する加振駆動部と、
前記レーザ光源を駆動する光源駆動部と、
前記加振駆動部の駆動に基づいて、前記光源駆動部の駆動を制御する制御部を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項８に記載の照明装置であって、
前記加振部の駆動を遅延する遅延部を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の照明装置であって、
前記加振部は複数個で形成され、
前記複数個の加振部の各々に対応して複数個の加振駆動部を備え、
前記複数個の加振駆動部の各々は、前記振動の位相差が異なることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント性を有するレーザ光源からの光束を映像表示素子に照射して投射する投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−１４４９３６号公報には、半導体レーザから入射するコヒーレント光の強度分布を変化させて所定の強度分布に配光して拡散させる拡散素子と、この拡散素子を振動させる加振手段とを備えた照明装置が開示されている。
【０００３】
特開平３−１６３３３３号公報には、レーザ光のコヒーレント性に着眼して、レーザ光のオン・オフを高速シャッタで制御することにより、高速で変化する磁区像の特定変化点を抽出する同期化磁区観測装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４４９３６号公報
【特許文献２】特開平３−１６３３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ光源を用いた照明装置において、コヒーレント性に起因して、投射される映像の一部に発生する斑点（以下、スペックルノイズと云う）を抑えるために、特開２００４−１４４９３６号公報では、半導体レーザと導光体の間に拡散素子を設けている。しかし、拡散素子を動作させる際の半導体レーザの制御等に関しては何ら記載されていない。また、特開平３−１６３３３３号公報は、磁区像の変化に対応して、高速シャッタを制御するものであって、レーザ光源の制御について何ら記載されていない。
【０００６】
本発明は、上記した課題に鑑みて成されたもので、拡散素子を振動させる際の振動周波数や振幅量を最適化した投射型表示装置及び照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一面は、加振駆動部の駆動に基づいて、光源駆動部の駆動を制御する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、実施例１による照明装置を示すブロック図である。図２は動作と装置の状態を補足するタイミング図である。
【００１０】
図１において、１は同期部、２は周波数・位相制御部、３はパルス生成部、４は光源駆動部、５はレーザ光源、６は駆動波形生成部、７は振幅制御部、８は加振駆動部、９は、例えばVCM（Voice Coil Motor）である加振部、１０は拡散光学素子である拡散フィルタ、１１は拡散された光束である。図２は、図示しない外部から入力された周期T（周波数freq）の基本タイミング信号v_sync、駆動波形生成部６で生成された周波数freqと加振部９の応答遅延を考慮して生成された位相差dt1を有する駆動波形wave、加振部９により振動する拡散フィルタ１０の振動速度v1、パルス生成部３で生成されたパルス信号sw、各時間t0,t1,t2,t3・・・における拡散フィルタ１０の状態を示している。
【００１１】
なお、実施例１では、拡散フィルタ１０の材質等は、特に限定して示さないが、透過光束を拡散する性質を有するものとする。
【００１２】
同期部１では、外部タイミング信号v_syncを得て、基本タイミング信号（実施例１ではv_syncと一致するものとして示す）を生成する。周波数・位相制御部２では、基本タイミング信号v_syncの周波数と位相を検出して、図示しないシステム制御μcomを得て、α逓倍（本実施例ではα=1）した振動周波数α・freqと位相差dt1,dt2並びに波形閾値thを生成する。駆動波形生成部６では、振動周波数α・freqと、基本タイミング信号v_syncと位相差dt1から、正弦波となる駆動波形waveを生成する。振幅制御部７ではシステム制御μcomを得て、拡散フィルタ１０の振幅量を定める駆動波形waveの振幅増幅量AMPを指示する。加振駆動部８により駆動波形waveを振幅増幅量AMP分増幅した駆動信号を印加することで、加振部９は振動周波数α・freqと振幅strと振動速度v1を有する往復振動を成し、振動部に取り付けた拡散フィルタ１０が、これに連動する。この時、図２に示すように、駆動波形waveに対して、拡散フィルタ１０の応答遅延時間dt2を有して振動速度v1が応答する。また、振動速度v1の時間的変化（t0,t1,t2,t3,t0…）と拡散フィルタ１０の往復振動の状態を示す。
【００１３】
一方、パルス波形生成部３では、往復振動する拡散フィルタ１０が反転動作に在る期間、すなわち減速・停止・初期加速にかかる期間を波形閾値thと駆動波形waveの信号振幅量との大小から判断する。例えば、図２に示すように、信号振幅量が+thより小さく且つ-thより大きい場合は、反転動作に在る期間としてLow信号（オフ期間）、それ以外の期間を所望の速度以上で振動している期間としてHigh信号（オン期間）とする信号を、遅延時間dt2分だけ遅延してパルス波形信号swを生成する。本実施例では、１周期を４分割するパルス波形となる。
【００１４】
レーザ光源５は、パルス波形信号swがオン期間に、外部から指示する所望の強度で光源駆動部４により駆動して、発振・発光する。この際、図２に示すように、レーザ光源５からの光束の光軸を、往復振動する拡散フィルタ１０の中央に配置する。これにより、拡散フィルタ１０が往復振動し、所望の移動速度以上に在る期間（オン期間）、拡散フィルタ１０を透過した光束は拡散且つ、拡散状態が移動する光束１１を生成する。一方、所望の移動速度以下に在る期間（オフ期間）では、レーザ光源は消灯する。
【００１５】
ここで、振幅閾値ｔｈや振幅増幅量AMPは、固定でもよく、或いは、選択する拡散フィルタ１０の材質と、観察者の好みにより調整してもよい。
【００１６】
実施例１の照明装置によれば、光束は、常に所望の移動速度にある拡散フィルタ１０で拡散できるため、拡散により得られるスペックルノイズを時間的に均等し、分散することが可能となり、スペックルノイズの視認性を低減できる。一方、拡散フィルタ１０が減速・停止・加速の状態で、所望の移動速度以下の期間、レーザ光源を発光させないことで、スペックルノイズの空間的な移動が少なく、時間的に固定することで、観察者の網膜上でスペックルノイズ成分が時間的に積分され、結果的にスペックルノイズとして視認する状態が軽減する。また、上記したスペックルノイズの空間的な移動が少なくなる時間を短縮すべく、振動周波数や振幅量の増大も低減させることが可能となる。これにより、スペックルノイズの平滑度を損なうことなく、拡散光学素子を振動させる際の振動周波数や振幅量の低減を図ることが可能となる。これにより、可動部である加振部９の寿命性能の向上、振動に起因する騒音の低減、或いは拡散フィルタ１０の材質として、拡散能力の軽減で選択範囲を拡大でき、低コストな照明装置を提供することが可能となる。さらに、外部の基準周波数に同期して、レーザ光源を駆動するため、所望の発光タイミングで点滅する照明装置を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００１７】
図３は、実施例２による照明装置を示すブロック図である。図４は、動作と装置の状態を補足するタイミング図である。
【００１８】
図３において、１２は遅延部、１３，１４は拡散フィルタ１０のフィルタ形状を変形させた拡散フィルタである。図中、実施例１で示した同一符号は同一機能につき説明を省略するが、加振駆動部８と加振部９を複数個（例えば、実施例２では２個）有する。
【００１９】
拡散フィルタ１３，１４は、それぞれ同一形状であり、光束の同一光路上に配置される。さらに、図３で示すように、上下に振動するように配置した場合、光束の光軸上にあって、所望の移動速度に達しない拡散フィルタの領域（図３で上部と下部）では光束が透過するように形成されている。これは、透明フィルムや、切り取りにより形成する。
【００２０】
拡散フィルタ１３，１４は、実施例１と同一な動作で往復振動するが、拡散フィルタ１４については、図４に示すように、遅延部１２で駆動波形waveを90度位相した駆動波形wave2を基準に振幅量strと移動速度v2で往復振動する。また、パルス生成部３では、駆動波形waveとwave2の何れかの信号振幅量が+th以上或いは-th以下の期間、所望の速度以上で振動している期間としてHigh信号（オン期間）とする信号を、それ以外を、反転動作に在る期間としてLow信号（オフ期間）として、遅延時間dt2分だけ遅延してパルス波形信号swを生成する。もちろん、駆動波形waveとwave2は90度の位相差があることから、駆動波形waveのみ比較して且つ90度位相を遅延させて生成するようにしてもよい。
【００２１】
これにより、拡散フィルタ１３が減速・停止・初期加速でかつ、拡散フィルタ１４が所望の移動速度以上にある期間t0,t2でかつオン期間には、光束は拡散フィルタ１４により拡散される。一方、拡散フィルタ１４が減速・停止・初期加速でかつ、拡散フィルタ１３が所望の移動速度以上にある期間t1,t3でかつオン期間には、光束は拡散フィルタ１３で拡散された光束を生成し、拡散フィルタ１４を透過する。
【００２２】
実施例２の照明装置によれば、同一光軸上に配置した複数個の拡散フィルタを振動の位相が異なるように振動させることにより、所望の移動速度にある拡散フィルタを交互に発生させることが可能となるため、レーザ光源の駆動期間の増大による時間的な利用効率の向上や、各々の拡散フィルタでの拡散期間短縮による振動周波数や振幅量の低減が可能となり、拡散フィルタの長寿命化、低騒音化及び低コスト化された照明装置を提供することが可能となる。
【実施例３】
【００２３】
図５は、実施例３による投射型表示装置を示すブロック図である。図６は動作と装置の状態を補足するタイミング図である。
【００２４】
図５において、５はR/G/Bからなるレーザ光源、１６は１つの光変調部（例えば、ＤＬＰ、ＤＭＤ等の反射型又は透過型である映像表示素子）、１５，１７は光束、１８は投射部、１９はスクリーンである。
【００２５】
実施例１或いは２で示した照明装置と同様な方法により非コヒーレント化したレーザ光源からの光束１５を、光変調部１６で映像信号videoに基づき透過量を制御・変調して得た光束（光学像）１７を、投射部（例えば、投射レンズ等）１８からスクリーン１９上に投射する。例えば、映像信号videoのフレーム周波数が60Hzの場合、拡散フィルタ１０の振動周波数を30Hz（α=0.5逓倍）、60Hz（α=1逓倍）、90Hz（α=1.5逓倍）…とすると、レーザ光源５を各フレーム期間内にそれぞれ１回、２回、３回…発光できる。
【００２６】
図６は、拡散フィルタ１０の振動周波数を、例えば90Hz（α=1.5逓倍）とした場合について示している。R/G/Bからなるレーザ光源５のオン期間t1,t3,t5において、オン期間毎にR/G/Bで交互に切り替えて点滅させ、各色成分の発光タイミングに同期して、映像信号videoのR/G/B信号で光変調部１６を順次変調する。これにより、１フレーム期間内にR/G/Bの映像をスクリーン１９上に投射する。一方、実施例３の投射型表示装置において、実施例２で示した拡散フィルタ１３，１４を用いても良く、同一振動周波数であっても、１フレーム期間内のR/G/Bのレーザ光源の点滅回数を２倍化でき、同時に映像信号videoのR/G/B信号による光変調部１６の変調も２倍とすることで、１フレーム期間内にR/G/B映像をスクリーン１９上に２回投射する。もちろん、逓倍数α＝0.75として振動周波数を45Hzにすれば、１フレーム期間内にR/G/B映像をスクリーン１９上に１回投射する。
【００２７】
実施例３によれば、スペックルノイズの視認性の低い投射型表示装置を提供できる。また、光変調部１６に映像信号videoに対する応答時間が必要な場合に在っても、本応答時間と、レーザ光源５のオフ期間すなわち、拡散フィルタ１０が停止状態の期間とを一致させることで、光変調部１６の画像再現性を向上させることが可能となる。
【実施例４】
【００２８】
図７は、実施例４による投射型表示装置を示すブロック図である。
【００２９】
実施例４の投射型表示装置は、実施例３で示した投射型表示装置と同様であるが、さらに、映像信号の少なくとも３原色（R/G/B）毎に、各色成分のレーザ光源２０，２１，２２からなる照明装置と、３個の光変調部１６を有する。各照明装置で生成したR/G/B光束２３，２４，２５を合成して得た光束１７は、投射部１８を介してスクリーン１９上に投射する。さらに、R/G/B毎の照明装置の拡散光学素子がそれぞれ加速して所望の移動速度に達した期間に、映像をスクリーンに投射する。
【００３０】
実施例４によれば、実施例３に対してR/G/B光源２０，２１，２２並びに３個の光変調部１６を独立で駆動できることから、レーザ光源の時間的利用効率の向上を図り、且つ、動画性能やスペックルノイズの視認性が少ない投射型表示装置を提供できる。
【実施例５】
【００３１】
図８は、実施例５による投射型表示装置を示すブロック図である。
【００３２】
図８において、実施例１で示した照明装置を複数個有し、さらに、映像信号videoにより光束の透過量を制御する光変調部２６を有する。もちろん、実施例２の照明装置を用いてもよい。ただし、レーザ光源は少なくとも３原色分有するものである。
【００３３】
実施例５において、それぞれの照明装置で拡散フィルタ１０が加速して所望の移動速度に達した期間に生成されたR/G/Bの光束１５を、光変調部２６に領域を分けて入射させ、変調された光束で映像を表示する。
【００３４】
実施例５によれば、光変調部２６の表示面積の大小に併せて、複数個から成る照明装置を配置できることから、各照明装置で生成された光束１５が各々均等に光変調部２６に入射するように配置の最適化が可能となる。また、各照明装置の振動位相をそろえ、且つ、光学変調部２６のフレーム毎の映像書き込み並びに応答時間に一致させることが容易であり、表示面積が増大しても、動画性能やスペックルノイズの視認性が少なく、画面内の輝度ムラの少ない直視表示型の投射型表示装置を提供できる。
【実施例６】
【００３５】
図９は、実施例６による投射型表示装置を示すブロック図である。
【００３６】
図９において、照明装置１４は、実施例５の投射型表示装置であって、複数個の照明装置は加振部９と拡散フィルタ１０を共有するが、実施例５と同様に動作させる。
【００３７】
以上、実施例６によれば、実施例５の効果に加え、拡散フィルタ１０を単品化することで、拡散ムラを均一化させることや、振動状態の単一化が容易となり、レーザ光源の発光タイミングの時間的な制約の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１の照明装置を示す図である。
【図２】実施例１の照明装置を補足するタイミング図である。
【図３】実施例２の照明装置を示す図である。
【図４】実施例２の照明装置を補足するタイミング図である。
【図５】実施例３の投射型表示装置を示す図である。
【図６】実施例３の投射型表示装置を補足するタイミング図である。
【図７】実施例４の投射型表示装置を示す図である。
【図８】実施例５の投射型表示装置を示す図である。
【図９】実施例６の投射型表示装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…同期部、２…周波数・位相制御部、３…パルス生成部、４…光源駆動部、５，２０，２１，２２…光源、６…駆動波形生成部、７…振幅制御部、８…加振駆動部、９…加振部、１０，１３，１４…拡散光学素子（フィルタ）、１１，１５，１７，２３，２４，２５…光束、１２…遅延部、１６，２６…光変調部、１８…投射部、１９…スクリーン。
【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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