(57)【要約】【課題】画像投射装置の画像描画光について、各光源からの光の強度バランスを補正することである。【解決手段】画像投射装置1は、異なる波長光を供給する三色光源2と、三色光源2からの光を一本のビームにする光学系3と、繰り返し走査を行うことによりビームを走査する光偏向器5と、光偏向器5で偏向された光の一部12の光強度を検出する光センサ11と、光センサ11の検出情報をもとに、三色光源2からの光の強度を所望の強度バランスにする為に必要とされる光源2からの光の強度の補正量を算出する補正手段13を有する。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長光を供給する三色光源と、前記三色光源からの光を一本のビームにする光学系と、繰り返し走査を行うことにより該ビームを走査する少なくとも１つ以上の光偏向器と、該光偏向器で偏向された光の一部の光強度を検出する光センサと、該光センサの検出情報をもとに、前記三色光源からの光の強度を所望の強度バランスにする為に必要とされる少なくとも１つの光源からの光の強度の補正量を算出する補正手段とを具備したことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記光源が、光の三原色を供給する３つの光源であることを特徴とする請求項1に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記光源からの光を複数の前記光偏光器により二次元走査することを特徴とする請求項1または2に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記光偏向器の少なくとも１つ以上が共振型であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記光センサが複数の画素を有するイメージセンサであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像投射装置
【請求項６】
異なる波長光を供給する三色光源と、前記三色光源からの光を一本のビームにする光学系と、繰り返し走査を行うことにより該ビームを走査する少なくとも１つ以上の光偏向器を具備した画像投射装置の制御方法において、該光偏向器で偏向された光の一部の光強度を光センサで検出し、該光センサの検出情報をもとに少なくとも１つの光源からの光の強度を補正する補正量を算出し、該補正量を用いて該少なくとも１つの光源からの光の強度を補正することにより、前記三色光源からの光の強度のバランスを所望の強度バランスに制御することを特徴とする画像投射装置の制御方法。
【請求項７】
前記三色光源からの光について、前記光偏向器の異なる走査線において光センサにより光強度を検出することを特徴とする請求項6に記載の制御方法。
【請求項８】
前記三色光源からの光を、高速な主走査方向用と低速な副走査方向用の２つの光偏向器により二次元走査し、かつ、前記光センサであるイメージセンサの画素が二次元配置されている画像投射装置を用い、主走査方向用の光偏向器の異なる周期、かつ、副走査方向用の光偏向器の同一周期で、全ての前記光源の光強度を検出することを特徴とする請求項6に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザディスプレイ、スキャナ等の画像投射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでに、直接変調が可能なレーザダイオード、ＬＥＤ等の半導体素子の光源を用い、光源からの光を繰り返し偏向する光偏向器にマイクロミラーを用いた投射型ディスプレイが提案されている。画像情報に応じて直接変調が可能な半導体素子を用いることで、電気光学変調器や音響光学変調器が必要な気体レーザ等に比べ、コストダウンおよび小型化を図ることが出来る。
【０００３】
さらに、マイクロメカニクスと呼ばれる技術を用いた半導体材料であるシリコンの加工技術により、光偏向器として、ミラーの大きさが数ｍｍ角の超小型光偏向器が実現されている（特許文献１参照）。図6に、このマイクロメカニクス技術を用いて作製したマイクロミラーを示す。このマイクロミラーは、シリコン基板31、可動板32、トーションバー33、平面コイル34、ミラー35、電極端子36、永久磁石37から構成される。そして、平面コイル34に駆動電流を流し、永久磁石37との間のロ−レンツ力を利用して可動板32、ミラー35を駆動する電磁型である。
【０００４】
その他にも、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いる。上記の半導体発光素子とこれらのマイクロミラーを用いて、小型、省電力の投射型ディスプレイを実現することができる。
【特許文献１】特登録02722314号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光偏向器とレーザダイオード、ＬＥＤ等の光源を用いて、一次元もしくは二次元に投影面に変調光を直接走査して高解像度の画像を生成する画像投射装置を実現しようとする際、次の様な問題点がある。すなわち、フルカラー画像の生成等を実現するために複数の光源により１つの画像を形成しようとした場合、投影面に投影される描画光について、コリメータレンズ、ダイクロイックミラー等の透過率、偏向器の反射率の経時変化や固体差などにより、また、各光源の光強度の温度や使用時間などによる変化により、それぞれの光源からの光の強度バランス（例えば、ホワイトバランス）を補正する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の画像投射装置は、異なる波長光を供給する三色光源と、三色光源からの光を一本のビームにする光学系と、繰り返し走査を行うことによりビームを走査する少なくとも１つ以上の光偏向器と、光偏向器で偏向された光の一部の光強度を検出する光センサと、光センサの検出情報をもとに、三色光源からの光の強度を所望の強度バランスにする為に必要とされる少なくとも１つの光源からの光の強度の補正量を算出する補正手段とを具備したことを特徴とする。
【０００７】
また、上記課題に鑑み、本発明の画像投射装置の制御方法は、異なる波長光を供給する三色光源と、三色光源からの光を一本のビームにする光学系と、繰り返し走査を行うことによりビームを走査する少なくとも１つ以上の光偏向器を具備した画像投射装置の制御方法において、光偏向器で偏向された光の一部の光強度を光センサで検出し、光センサの検出情報をもとに少なくとも１つの光源からの光の強度を補正する補正量を算出し、補正量を用いて少なくとも１つの光源からの光の強度を補正することにより、三色光源からの光の強度のバランスを所望の強度バランスに制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の画像投射装置ないしその制御方法によれば、三色光源から光偏向器などを経て来た光の強度を光センサで検出し、その検出情報にもとづいて前記三色光源からの光の強度を所望の強度バランスにするのに必要とされる少なくとも１つの光源からの光の強度の補正量を算出するので、三色光源からの光の強度バランスを自動的に補正する機能を有する様にできる。したがって、フルカラー画像の生成等を実現するために三色光源により１つの画像を形成しようとした場合において、諸条件が変化しても、それぞれの光源から光偏向器などを経て来た光の強度バランスが補正されて良好な画像を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の一実施形態について、その詳細および作用を説明する。
本発明の一実施形態による画像投射装置は、画像を形成する為の光を変調する手段を有する異なる波長光を供給する三色光源と、外部ソースからの描画用信号に検出用信号を付加する変調信号を生成する手段と、検出光と描画光を偏向・走査するための光偏向器と、光源から光偏向器などを経て来た光の強度を検出するための光センサと、光センサの検出情報を元に、三色光源からの光の強度を所望の光強度バランスにするのに必要とされる少なくとも１つの光源からの光の強度の補正量を算出する補正手段とを具備している。
【００１０】
本実施形態による画像投射装置1の代表的なブロック図を図1に示す。この画像投射装置1において、光を変調する手段を有する三色光源からなる光源部2から出射した光が、混色光学系3により１つの光軸に束ねられる。束ねられた光は、光偏向器駆動回路4により駆動される光偏向器5によって偏向され、偏向された描画光6は、投影面7上に画像として表示される。一方、三色光源にそれぞれ対応する変調信号は、外部ソース8と、描画光の投影面7での光強度を検出するのに用いられる検出光12を生成する検出用信号生成部9とから出力される三色光源にそれぞれ対応する信号により、画像信号出力部10によって生成される。そして、光センサ11により検出光12の光強度が検出され、この検出情報を元に、補正手段である光強度補正回路13によって少なくとも１つの光源からの光の強度補正量が設定され、これが光源部2へフィードバックされる。これらの光偏向器駆動回路4、検出用信号生成部9、画像信号出力部10、並びに光スポット光強度補正回路13は同期回路14によって同期している。
【００１１】
検出光12の光強度を補正するためのフローの一例を図2に示す。ここでは、光源部2の１つの光源の光強度を補正するためのフローを示している。先ず、検出用信号生成部9により、光センサ11に検出光12が入るタイミングで光源を発光させる変調信号を画像信号出力部10へ送る。画像信号出力部10からの信号により該光源から発光した検出光12は、混色光学系3を経て光偏向器5で偏向され、光センサ11に到達する。そして、光センサ11よって光強度が検出される。この検出情報を元に、光強度補正回路13によって、検出された光強度の所望の光強度（これは予め記憶されている）からのずれ具合が検出されて該光源の補正量（例えば、光源がオン・オフで変調されるような場合は、オン時の電流量の増減の補正量である）が設定され、光源部2へフィードバックされる。以上のループが、所望の光強度と検出光12の光強度が一致、もしくは検出光12の光強度が所望の光強度から或る一定の誤差範囲に収まるまで繰り返される。
【００１２】
さらに、他の光源についても同様の制御を行い、複数の光源の光強度バランスを所望のものとする。これらの制御は、同時的に行なうこともできるし、順に行うこともできる。こうして、何らかの理由で投影面7に到達する描画光6の光強度バランスが崩れたとしても、所望の光強度バランスが実現されて、描画が行われることになる。また、この制御の過程で検出光12の光強度が或る一定値を超えて高い値を示した場合、光源に流れる電流を下げるか、もしくは停止して、高い光強度の描画光を投射するのを防ぐ安全手段を付加することもできる。
【００１３】
上記の光強度バランス補正制御は任意の時に作動させることができる。予めの設定で自動的に行うようにしてもよいし、その都度、外部からの指令で行うようにしてもよい。こうした補正制御は、例えば、上記構成の画像投射装置に、上記手順を実行するためのプログラムを実装することでソフト的に実現できる。
【実施例】
【００１４】
以下、より具体的な実施例を挙げて本発明を説明する。
＜実施例１＞
本実施例は本発明による画像投射装置の第一態様である。本実施例の画像投射装置のブロック図は図１に示されるものと同一である。図3は本実施例の具体的な構成図である。
【００１５】
図3において、光源部2はレーザ光源Ｒ 15、光源Ｇ 16、光源Ｂ17の３色光源から成り、レーザ光源Ｒ15、光源Ｇ16、光源Ｂ17は、光の三原色となる波長630ｎｍ、波長520ｎｍ、波長450ｎｍを有する直接変調可能な３つの半導体レーザと、それぞれの半導体レーザを駆動する回路から成る。光源部2から出射した光は、３つのコリメートレンズ18、２つのダイクロイックミラー19、および集光レンズ20よりなる混色光学系3により１つの光軸に収束される。束ねられた光は光偏向器5により偏向され、描画光6はスクリーン21上に画像として表示される。光偏向器5は、トーションバーに支持されたミラーを有し、トーションバーの軸回りの回転反復振動により、ミラーに当たる光を偏向させる。ここで用いた光偏向器の他に、ポリゴンミラーを用いることも可能である。光偏向器5で走査される描画光6はスクリーン21に投影され画像を形成する。ここでは投影面をスクリーンとしたが、ヘッドマウントディスプレイにおける網膜（この場合は、光源としてはLEDなどを用いる）などを対象とすることも可能である。
【００１６】
光偏向器5によって偏向される光の一部である検出光12は、反射ミラー22で偏向され、光電素子であるフォトダイオード23へ向かう。本実施例ではフォトダイオードを用いたが、イメージセンサであるラインセンサ、エリアセンサ等を用いることも可能である。検出光12は、スクリーン21に影響の無い光偏向器5の走査の端で発光させることが望ましいが、光偏向器5の走査上のいかなる所でも発光可能である。
【００１７】
複数の光源15、16、17の検出光12の光強度の補正は、次のごとく行われる。異なる複数の光源からの検出光12について、光偏向器5の異なる走査線においてフォトダイオード23によりそれぞれ光強度を検出し、この検出情報を元に光強度補正回路13によって各光源の補正量を設定し（補正の必要がない場合もある）、光源部2へフィードバックする。このことで、それぞれの光源15、16、17の光強度のバランスが所望の光強度バランスになるように補正される。
【００１８】
こうして、本実施例により、ＲＧＢ三色の光源15、16、17と１つの光偏向器5を持つ画像投射装置において、少なくとも１つの光源からの検出光12の光強度を補正することで、描画光6を所望の光強度バランスに補正することが可能となった。
【００１９】
＜実施例２＞
本実施例は本発明による画像投射装置の第二態様である。本実施例の構成は図3に示す実施例1のものと略同様であるが、光偏向器を２つ搭載し、二次元投影の光偏向器に対応したものである。図4に本実施例の構成を示す。
【００２０】
本画像投射装置では、高速に偏向する主方向光偏向器24と低速に偏向する副方向光偏向器25により二次元画像をスクリーン21に投影する。主方向光偏向器24は、トーションバーに支持されたミラーを有し、トーションバーの軸回りの回転反復振動により、ミラーに当たる光を偏向させる。副方向光偏向器25は、ノコギリ波駆動するステッピングモータの軸にミラーを取り付け、ミラーに当たる光を偏向させる。ここでも、光偏向器の他にポリゴンミラーを用いることも可能である。光偏向器24、25で偏向走査される描画光6は、スクリーン21に投影され画像を形成する。本実施例でも、投影面をスクリーンとしたが、ヘッドマウントディスプレイにおける網膜などを対象とすることも可能である。
【００２１】
光偏向器24、25によって偏向される光の一部である検出光12は、反射ミラー22で偏向され、検出用集光レンズ26によってイメージセンサであるエリアセンサ27上に集光する。本実施例では描画光6を主走査方向および副走査方向の中心で発光するため、検出光12は、主走査方向の両端付近、もしくは副走査方向の両端付近で発光することが望ましいが、２つの偏向器24、25の走査領域のいかなる所でも発光可能である。本実施例ではエリアセンサを用いたが、ラインセンサを用いることも可能である。
【００２２】
本実施例の画像投射装置を用いた複数の光源15、16、17の検出光12の補正は、次のように行われる。主方向光偏向器24の異なる走査線、かつ、副方向光偏向器25の同一走査線において検出光12を発光することで、エリアセンサ27上では、例えば図5(a)のように光源Ｒ15、光源Ｇ16、光源Ｂ17の検出光12が集光して光スポット28、29、30が形成され、エリアセンサ27によって変換される光量分布は図5(b)に示すようになる。それぞれの検出光12の光強度はエリアセンサ27の各画素の光量の和とし、光強度補正回路13によりそれぞれの検出光の光強度を算出し、算出した光強度と所望の光強度の関係から各光源15、16、17の補正量を設定し、光源部2へフィードバックする。このことで、それぞれの光源15、16、17の光強度が所望の光強度バランスになるように補正される。
【００２３】
本実施例では、検出光12の光強度をエリアセンサ27の各画素の光量の和としたが、例えば光量分布の最大値を検出光の光強度としてもよい。この場合には、これに合わせて、補正基準となる所望の光強度のバランスを記憶させておけばよい。本実施例により、ＲＧＢ三色の光源と２つの光偏向器24、25を持つ二次元画像投射装置において、少なくとも１つの光源による検出光の光強度を補正することで、描画光6を所望の光強度バランスに補正することが可能となった。
【００２４】
上記実施例では１つの光センサを用いたが、同時に発光させた三色光源からの光を三色分解プリズムで分解し、３つの光センサにより一度に各光源による光スポットの光量を検出することも可能である。また、イメージセンサの画素ごとにＲＧＢのフィルタを形成した１つのカラーのイメージセンサを用いて一度に各光源による光スポットの光量を検出することも可能である。
【００２５】
また、上記実施例では、光源として、直接変調可能な半導体レーザを用いたが、その他に、ＬＥＤ、あるいはＡＯＭ（音響光学変調器）などの外部変調手段を有した固体レーザ、ガスレーザなど、出射光を変調できる光源であればどの様なものでも用いられる。外部変調手段を用いる場合、上記の補正量は、光源を連続発光させておく為の電流量の増減の量である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態による画像投射装置を説明するブロック図。
【図２】制御フローを示す図。
【図３】実施例１による画像投射装置を示すブロック図。
【図４】実施例２による画像投射装置を示すブロック図。
【図５】エリアセンサ上での各検出光の関係(a)と、エリアセンサ上での検出光の光量分布(b)を示す図。
【図６】従来技術におけるマイクロミラーを示す図。
【符号の説明】
【００２７】
1  画像投射装置
2  光源部（三色光源）
3  混色光学系
4  光偏向器駆動回路
5、24、25  光偏向器
11、23、27  光センサ
12  検出光（光の一部）
13  光強度補正回路（補正手段）
【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６】
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【図５】
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