(57)【要約】【課題】光線の調芯を行っても、出力画像にちらつきや干渉が発生しない画像出力装置を提供する。【解決手段】入力光を受光して射出光を射出する射出部材と、射出光を走査して画像を表示する走査表示手段と、入力光の出力を小さくする入力制限手段２９と、射出部材に対して入力光を位置決めする位置決め手段５と、射出光の出力を検出して検出信号を出力する出力検出手段１１と、入力制限手段２９によって入力光の出力を小さくしている間に、位置決め手段５によって入力光を移動し、検出信号の変位に基づいて、入力光を射出部材に対して調芯する調芯制御手段３８とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を受光して射出光を射出する射出部材と、
前記射出光を走査して画像を表示する走査表示手段と、
前記入力光の出力を小さくする入力制限手段と、
前記射出部材に対して前記入力光を位置決めする位置決め手段と、
前記射出光の出力を検出して検出信号を出力する出力検出手段と、
前記入力制限手段が前記入力光の出力を小さくしている間に、前記位置決め手段によって前記入力光を移動し、前記検出信号の変位に基づいて、前記入力光を前記射出部材に対して調芯する調芯制御手段とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記入力制限手段が前記入力光の出力を小さくしたときの前記検出信号の最大値が、前記調芯制御手段が処理可能な信号の最大値に近くなるように、前記検出信号を増幅する増幅手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記入力制限手段が前記入力光の出力を小さくしている間であって、前記調芯制御手段が前記入力光を前記射出部材に対して調芯する前に、前記検出信号が所定の出力になるように前記入力光の出力を制御する入力光調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記入力制御手段は、前記走査表示手段が前記射出光を前記走査の終点から始点に復帰させるフライバックの間に、前記入力光の出力を小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記走査表示手段は、副走査方向に前記画像の外を走査するダミースキャンを行い、
前記入力制限手段は、前記ダミースキャンの間に、前記入力光の出力を小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記走査表示手段は、前記走査終了後、前記射出光を画像範囲の外の所定位置に停止させる退避動作を行い、
前記入力制限手段は、前記退避動作の間に、前記入力光の出力を小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャン方式により画像を表示する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、レーザ発振器などの投光部から発せられたレーザ光をレンズなどの光学部材（移動部材）によって、光ファイバのような受光部材に芯合わせして導くレーザ装置が記載されている。特許文献１では、光学部材を一定振幅で微小振動させ、光ファイバにおけるレーザ光の強度の変化を測定して、レーザ光の芯ずれ量を検出するウォブリング（wobbling）を行い、レーザ光を光ファイバに対して位置決めしている。
【０００３】
ウォブリングを行ってレーザ光を調芯するレーザモジュールを光源とするプロジェクタのような画像出力装置では、レーザ光を調芯するために実施されるウォブリングによって光量が変動し、出力画像にちらつきや干渉パターンが生じるという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３８７９５号公報
【特許文献２】特開平６−２６５７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記問題点に鑑みて、本発明は、光線の調芯を行っても、出力画像にちらつきや干渉が発生しない画像出力装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明による画像出力装置は、入力光を受光して射出光を射出する射出部材と、前記射出光を走査して画像を表示する走査表示手段と、前記入力光の出力を小さくする入力制限手段と、前記射出部材に対して前記入力光を位置決めする位置決め手段と、前記射出光の出力を検出して検出信号を出力する出力検出手段と、前記入力制限手段によって前記入力光の出力を小さくしている間に、前記位置決め手段によって前記入力光を移動し、前記検出信号の変位に基づいて、前記入力光を前記射出部材に対して調芯する調芯制御手段とを有するものとする。
【０００７】
この構成によれば、入力光を射出部材に対して調芯するときは、入力光の出力を小さくしているので、出力画像の光量に対して調芯の際の光量の変動が小さく、観者に認識されるような画像のちらつきや干渉パターンを発生させない。
【０００８】
また、本発明の画像出力装置は、前記入力制限手段が前記入力光の出力を小さくしたときの前記検出信号の最大値が、前記調芯制御手段が処理可能な信号の最大値に近くなるように、前記検出信号を増幅する増幅手段をさらに有してもよい。
【０００９】
この構成によれば、調芯制御手段の分解能を有効に活用して、調芯の際の検出信号の変化を検出し、精度の高い調芯ができる。
【００１０】
また、本発明の画像出力装置は、前記入力制限手段が前記入力光の出力を小さくしている間であって、前記調芯制御手段が前記入力光を前記射出部材に対して調芯する前に、前記検出信号が所定の出力になるように前記入力光の出力を制御する入力光調整手段をさらに有してもよい。
【００１１】
この構成によれば、調芯制御手段の分解能を最大限に利用して、調芯の際の検出信号の変化を検出し、精度の高い調芯ができる。
【００１２】
また、本発明の画像出力装置において、前記入力制御手段は、前記走査表示手段が前記射出光を前記走査の終点から始点に復帰させるフライバックの間に、前記入力光の出力を小さくしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、フライバックの時間を利用して、画像に干渉パターンやちらつきを発生させることも、画像表示性能を低下させることもなく、入力光の調芯ができる。
【００１４】
また、本発明の画像出力装置において、前記走査表示手段は、副走査方向に前記画像の外を走査するダミースキャンを行い、前記入力制限手段は、前記ダミースキャンの間に、前記入力光の出力を小さくしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、ダミースキャンをすることで、調芯をするための時間を長くすることができる。
【００１６】
また、本発明の画像出力装置において、前記走査表示手段は、前記走査終了後、前記射出光を画像範囲の外の所定位置に停止させる退避動作を行い、前記入力制限手段は、前記退避動作の間に、前記入力光の出力を小さくしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、画像範囲の外の一点に調芯中の射出光を投影するので、調芯中の射出光の光点が観者に知覚されたとしても、画像品質に影響がない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、調芯の際は入力光の出力を小さくするので、調芯に伴う射出光の光量変化が、出力画像上に知覚可能なちらつきや干渉パターンを発生させない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の画像表示装置であるプロジェクタ１の概略構成を示す。プロジェクタ１は、レーザ光（入力光）を発生するレーザダイオード２と、固定された投光レンズ３と、レンズ駆動装置４によってレーザ光に直交するＸ−Ｙの２方向に移動可能な移動レンズ（位置決め手段）５と、投光レンズ３および移動レンズ５を介してレーザ光を受光して、半波長の第二次高調波（射出光）生成して射出する射出部材である第二次高調波発生素子（Second Harmonic Generation）６と、第二次高調波発生素子６の射出光を集光して射出する射出レンズ７と、ミラーアクチュエータ８によって姿勢制御され、射出光の照射位置を定める走査ミラー（走査表示手段）９と、第二次高調波発生素子６の射出光を分光するビームスプリッタ１０と、分光した射出光の出力レベルを電圧信号（検出信号）に変換して出力するパワーモニタ（出力検出手段）１１とを有している。
【００２０】
また、プロジェクタ１は、レーザダイオード２に電力を供給可能な電源回路１２と、レンズ駆動装置４を駆動するレンズ駆動回路１３と、ミラーアクチュエータ８を駆動するミラー駆動回路１４とを有する。さらに、プロジェクタ１は、パワーモニタ１１の検出信号を増幅する増幅器１５と、電源回路１２、レンズ駆動回路１３およびミラー駆動回路１４を、外部から入力される画像信号および増幅器１５で増幅した検出信号に基づいて制御するマイコンからなる制御装置１６とを有する。プロジェクタ１は、走査ミラー９によって反射した射出光を、スクリーン１７に走査投影して画像信号に応じた画像を映し出す。
【００２１】
第二次高調波発生素子６は、受光部の口径が１〜３μｍ程度である。移動レンズ５は、レーザ光を第二次高調波発生素子６の受光部と同程度の径になるように集光するとともに、第二次高調波発生素子６の受光部の中心にレーザ光の光軸を芯合わせする。移動レンズ５によってレーザ光の光軸が第二次高調波発生素子６の中心に一致している場合、レーザ光のエネルギーが全て第二次高調波発生素子６に入力されるので、第二次高調波発生素子６の出力が最大になり、パワーモニタ１１の検出信号も最大になる。
【００２２】
図２に、移動レンズ５を駆動するレンズ駆動装置４の構成を示す。レンズ駆動装置４は、筐体１８に固定されたＸ軸アクチュエータ１９と、Ｘ軸アクチュエータ１９によってＸ軸方向に移動させられ、Ｙ軸方向に移動レンズ５を移動させるＹ軸アクチュエータ２０とからなっている。Ｘ軸アクチュエータ１９は、筐体１８に一端が固定され、電圧が印加されるとＸ軸方向に伸縮するＸ軸圧電素子２１と、Ｘ軸圧電素子２１の伸縮によってＸ軸方向に往復移動するＸ軸駆動軸２２と、Ｘ軸駆動軸２２に摩擦係合するＸ軸摩擦係合部材２３と、Ｘ軸駆動軸２２の先端に設けられたＸ軸ストッパ２４とからなる。Ｙ軸アクチュエータ２０は、Ｘ軸摩擦係合部材２３に一端が固定され、電圧が印加されるとＹ軸方向に伸縮するＹ軸圧電素子２５と、Ｙ軸圧電素子２５の伸縮によってＹ軸方向に往復移動するＹ軸駆動軸２６と、Ｙ軸駆動軸２６に摩擦係合するＹ軸摩擦係合部材２７と、Ｙ軸駆動軸２６の先端に設けられたＹ軸ストッパ２８とからなり、Ｙ軸摩擦係合部材２７が移動レンズ５を保持している。Ｘ軸摩擦係合部材２３は、Ｘ軸圧電素子２１とＸ軸ストッパ２４との間を可動範囲として移動可能であり、Ｙ軸摩擦係合部材２７は、Ｙ軸圧電素子２５とＹ軸ストッパ２８との間を可動範囲として移動可能である。
【００２３】
図３に、プロジェクタ１の回路構成を詳しく示す。電源回路１２は、例えば出力が１ｍＷで一定の低出力電源２９と、例えば出力が１Ｗで一定の高出力電源３０と、低出力電源２９および高出力電源３０の出力を高速にスイッチング可能な階調制御スイッチ３１とからなる。レンズ駆動回路１３は、Ｘ軸アクチュエータ１９およびＹ軸アクチュエータ２０のＸ軸圧電素子２１およびＹ軸圧電素子２５にそれぞれ電源電圧を印加するブリッジ回路からなるＸ軸駆動回路３２およびＹ軸駆動回路３３からなる。
【００２４】
制御装置１６は、外部から入力される画像信号を処理する画像信号処理部３４と、階調制御スイッチ３１を制御する階調制御部３５と、ミラー駆動回路１４を制御するスキャン制御部３６とを有する。画像信号処理部３４は、画像信号に基づいて走査表示する画素の階調を階調制御部３５に入力し、走査表示する画素の座標をスキャン制御部３６に入力する。階調制御部３５は、各画素毎に、階調制御スイッチ３１を高速に（例えば画素毎に２５６サイクル）スイッチングし、レーザダイオード２へ電力供給する時間の比率を表示すべき階調に合わせる時分割制御を行う。スキャン制御部３６は、走査ミラー９を駆動して画像信号処理部３４から入力された座標位置に射出光を投影するように、ミラー駆動回路１４を制御する。画像信号処理部３４は、射出光が画像範囲全体を走査移動（スキャン）するように、階調制御部３５およびスキャン制御部３６に信号を入力する。
【００２５】
また、制御装置１６は、増幅器１５によって増幅された検出信号をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器３７と、検出信号が最大となるように、Ｘ軸アクチュエータ１９およびＹ軸アクチュエータ２０の駆動量を定める調芯制御部３８と、調芯制御部３８が決定した駆動量に応じた駆動電圧波形をそれぞれ生成してレンズ駆動回路１３に対して駆動信号を出力するＸ軸パルス幅変調器３９およびＹ軸パルス変調器４０とを有する。
【００２６】
画像信号処理部３４は、表示画像の原点から終点に至るまでの走査の間はスキャン信号ＳＣＳを出力し、表示画像の終点から原点に復帰するフライバックの間はフライバック信号ＦＢＳを出力する。高出力電源３０は、スキャン信号ＳＣＳが入力されている間だけ電力を出力し、低出力電源２９は、フライバック信号ＦＢＳが入力されている間だけ電力を出力する。つまり、レーザダイオード２には、高出力電源３０および低出力電源２９のいずれか一方の出力が制御スイッチ３１を介して入力される。階調制御部３５は、スキャン時には、高出力電源３０の出力を表示すべき画素の階調に応じて時分割出力となるように階調制御スイッチ３１をスイッチングするが、フライバック時には、階調制御がなされず、階調制御スイッチ３１を連続してオンする。また、調芯制御部３８は、画像信号処理部３４からフライバック信号ＦＢＳが入力されると、所定の手順でレンズ駆動回路を制御して、レーザダイオード２の入力光を第二次高調波発生素子６に調芯するようになっている。
【００２７】
図４に、走査ミラー９による射出光の移動経路を簡略化して示す。射出光は、スクリーン１７の画像範囲の原点Ｐｏから水平に移動し、１画素分だけ下方に移動して逆方向に水平移動する。射出光が画像範囲の終点Ｐｅに達すると、フライバック信号ＦＢＳが入力されるので、レーザダイオード２への電力供給は、高出力電源３０から低出力電源２９に切り替えられ、レーザダイオード２の発する入力光の出力が低くなる結果、第二次高調波発生素子６の射出光の出力が小さくなり（入力制限手段）、低出力の射出光が画像範囲を斜めに横断して原点Ｐｏに復帰させられる。フライバック時（低出力電源２９から電力供給時）の射出光の出力は、スキャン時（高出力電源３０から電力供給時）の最大出力の１０００分の１でしかないので、表示画像上に重畳して投影されても、観者には殆ど知覚できない。
【００２８】
増幅器１５は制御装置１６と同じ電源で動作し、増幅器１５の出力レンジ（例えば０〜３Ｖ）は、制御装置１６のＡ／Ｄ変換器３７のディジタル変換可能レンジと同じである。増幅器１５の増幅率は、図５に示すように、低出力電源２９からレーザダイオード２に電力が供給されている場合の入力光が第二次高調波発生素子６に正確に調芯されたときのパワーモニタ１１の検出信号が、増幅器１５のダイナミックレンジ（設定された増幅率で増幅できる範囲）の上限より僅かに低くなるように設定されている。つまり、低出力電源２９を使用するとき、増幅器１５で増幅したパワーモニタ１１の検出信号の最大値が、Ａ／Ｄ変換器３７を介して調芯制御部３８にリニアに入力できる電圧信号の最大値より僅かに小さい。また、これは、高出力電源３０からレーザダイオード２に電力が供給されている場合、パワーモニタ１１の検出信号は増幅器１５のダイナミックレンジ、つまり、制御装置１６が処理可能な範囲をオーバーすることを意味する。
【００２９】
続いて、図６に、移動レンズ５の位置に対する、パワーモニタ１１の検出信号のプロファイルと、調芯制御部３８による調芯制御の原理を示す。パワーモニタ１１の検出信号のプロファイルは、移動レンズ５の位置がレーザダイオード２の入力光の光軸を第二次高調波発生素子６の中心に合致させるとき、検出信号が最大となるガウス分布を示す。調芯制御部３８は、レンズ駆動装置４によって移動レンズ５を現在位置Ｐｄから微少量だけ前後に移動させることで、検出信号の変位を観測することができる。
【００３０】
図７に、パワーモニタ１１の検出信号のプロファイルと移動レンズ５を所定の微小量だけ順送りしたときと所定の微小量だけ逆送りしたときとの検出信号の差分である位相検波出力のプロファイルとを示す。この図は、Ｘ方向でもＹ方向でも同様である。図示するように、位相検波出力のプロファイルは、移動レンズ５によって位置決めされる入力光の光軸が第二次高調波発生素子６の中心近傍にあるとき、入力光の第二次高調波発生素子６に対するずれ量に略比例する。
【００３１】
つまり、図６に示すように、現在の位置Ｐｄを基準に、移動レンズ５を所定の微小量（例えば２パルス）順送りしたときと、移動レンズ５を同じ量（例えば２パルス）逆送りしたときとの検出信号の偏差（図中のハッチング領域の面積で算出）は、入力光の光軸中心を第二次高調波発生素子６の中心に一致させる位置に対する移動レンズ５のずれ量に比例する。よって、制御回路１１は、位相検波出力（検出信号の偏差）に比例した駆動パルスをＸ軸パルス幅変調器３９またはｙ軸パルス幅変調器４０によって生成して駆動装置４に入力することで、レーザダイオード２の入力光を第二次高調波発生素子６に調芯できる（ウォブリング制御）。
【００３２】
以上のように、本実施形態のプロジェクタ１では、射出光の走査による画像表示のフライバック時に、射出光の出力を小さくして調芯しているので、調芯のためのウォブリング制御によって、出力画像にちらつきや干渉パターンを発生させない。また、増幅器１５によって小さくした射出光の検出信号が、制御装置１６の略フルレンジになるように増幅して調芯制御を行っているので、調芯精度が高い。
【００３３】
本実施形態において、調芯制御に時間がかかり、通常の走査速度でのフライバックの間だけでは調芯が完了できない場合、フライバック時の射出光の移動速度（走査ミラー９の駆動速度）を遅くしてもよいが、射出光の移動速度があまりに遅くなると、表示画像上にフライバック時の射出光の軌跡が視認できるようになる。そこで、図８に、本実施形態のプロジェクタ１の走査表示の代案を示す。この案では、出力画像の画像範囲の外、具体的には、走査の終点Ｐｅの後にも、水平方向に数回の走査をするダミースキャンを行う。
【００３４】
本案では、ダミースキャン時に調芯制御部３８によってパワーモニタ１１の検出信号に基づいた調芯制御を実行し、フライバック時には高出力電源３０および低出力電源２９はいずれも出力を停止する。これによって、出力画像上に調芯制御のための射出光が重畳されないので画像品質が高く、ダミースキャンによる射出光も光量が小さいので、調芯制御の際のウォブリングによる光量のゆらぎが視認されにくくなる。無論、フライバック時にも低出力電源２９からレーザダイオード２に電源を供給し、ダミースキャン時とフライバック時とにまたがって調芯制御を行ってもよい。
【００３５】
さらに、図９に、本実施形態のプロジェクタ１の走査表示のさらなる代案を示す。本案では、射出光が走査の終点Ｐｅに達した後、出力画像の画像範囲の外の所定の退避位置Ｐｖに射出光を所定時間だけ停止させる退避動作を行い、この退避動作の間、低出力電源２９からレーザダイオード２に電力供給を行い、調芯制御部３８による調芯制御を行う。この場合、調芯制御時の射出光が視認されやすくなることがあるが、射出光の像は画像範囲外の一点だけであるので、観者の邪魔にならない。
【００３６】
図１０に、本発明の第２実施形態のプロジェクタ１の回路構成を示す。以降の説明において、先に説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態の電源回路１２は、最大電力が第１実施形態の高出力電源３０と同じで、出力を例えば１０２４段階（０〜１０２３）に調節可能な１台の高出力可変電源３０ａからなる。高出力可変電源３０ａは、画像信号処理部３４が出力する階調信号に応じた電力を出力すし、画像信号処理部３４は、フライバック時には、高出力可変電源３０ａに所定の低出力（例えば出力１）を出力させるような階調信号を入力するようになっている。本実施形態においても、フライバック時に調芯制御部３８によって調芯制御を行うことで、第１実施形態と同様に、出力画像に干渉パターンやちらつきを生じさせずに、レーザダイオード２の入力光を第二次高調波発生素子６に調芯して、出力画像の光量を最大化できる。
【００３７】
さらに、図１１に、本発明の第３実施形態のプロジェクタ１の回路構成を示す。本実施形態の電源回路１２は、高出力可変電源３０ａと、例えば最大電力５ｍＷの２５６段階に調節可能な低出力可変電源２９ａとからなる。また、制御装置１６は、増幅器１５で増幅した後のパワーモニタ１１の検出信号が所定の出力（例えば２．７Ｖ）になるように、低出力可変電源２９ａの出力調節信号を設定してレーザダイオード２が発する入力光の出力を制御する出力制御部（入力光調整手段）４１を有する。
【００３８】
出力制御部４１は、画像信号処理部３４からフライバック信号ＦＢＳの入力がないとき（スキャン時）は、低出力可変電源２９ａの出力を停止させ、フライバック信号ＦＢＳが入力されると、フライバック信号ＦＢＳが入力された瞬間の検出信号に基づいて、出力設定信号を決定する。本実施形態の調芯制御部３８は、フライバック信号ＦＢＳが入力されてから、力制御部４１によって低出力可変電源２９ａの出力が決定されてパワーモニタ１１の検出信号が安定するのに要する所定の時間だけ遅れて調芯制御を開始する。また、本実施形態の画像信号処理部３４は、フライバック時には、階調信号を出力０にして高出力可変電源３０ａの出力を停止させるようになっている。
【００３９】
本実施形態では、図１２に示すように、レーザダイオード２の入力光が第二次高調波発生素子６に対して芯ずれしている位置Ｐｄにおいても、Ａ／Ｄ変換器３７に入力される検出信号が２．７Ｖになるように、レーザダイオード２の入力光を調整するので、移動レンズ５を微小量だけ前後に移動したときの検出信号の変化が大きくなる。これにより、芯ずれが大きい場合の芯ずれ量の検出精度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態のプロジェクタの概略構成図。
【図２】図１のプロジェクタのレンズ駆動装置の詳細図。
【図３】図１のプロジェクタの回路構成を示すブロック図。
【図４】図１のプロジェクタの走査表示を示す図。
【図５】図１のプロジェクタの検出信号のプロファイルを示す図。
【図６】図１のプロジェクタの検出信号のプロファイルと位相検波出力とを示す図。
【図７】図１のプロジェクタの調芯制御の原理を示す図。
【図８】図４の代案の走査表示を示す図。
【図９】図４のさらなる代案の走査表示を示す図。
【図１０】本発明の第２実施形態のプロジェクタのブロック図。
【図１１】本発明の第３実施形態のプロジェクタのブロック図。
【図１２】図１１のプロジェクタの調芯時の検出信号を示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１…プロジェクタ（画像表示装置）
２…レーザダイオード
４…レンズ駆動装置
５…移動レンズ（位置決め手段）
６…第二次高調波発生素子（射出部材）
８…ミラーアクチュエータ
９…走査ミラー（走査表示手段）
１０…ビームスプリッタ
１１…パワーモニタ（出力検出手段）
１２…レンズ駆動回路
１３…電源回路
１４…ミラー駆動回路
１５…増幅器（増幅手段）
１６…制御装置
２９…低出力電源（入力制限手段）
２９ａ…低出力可変電源（入力制限手段）
３０…高出力電源
３０ａ…高出力可変電源
３１…階調制御スイッチ
３４…画像信号処理部
３５…階調制御部
３６…スキャン制御部
３７…Ａ／Ｄ変換器
３８…調芯制御部（調芯制御手段）
４１…出力制御部（入力光調整手段）
【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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【図１１】
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【図１２】
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