图像显示装置的制作方法

专利名称：图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过激光进行扫描来在投射面上显示图像的图像显示装置。
背景技术：
在专利文献I中公开了如下的激光投影仪:使从激光源出射的激光在扫描反射镜上发生反射之后投射到投射面上，从而在该投射面上显示图像。扫描反射镜在两轴方向上自由地位移，通过使反射镜在反射镜固有的共振频率下振动，来进行激光扫描。在这种激光投影仪中，存在因激光固有的相干性(Coherence)而引起的叫做斑点噪声(Speckle noise)的微小斑点状的闪动的问题。为了减少斑点噪声，从以往到现在，提出了各种方法，作为其中之一，在专利文献2中公开了一种利用激光源的弛豫振荡的方法。在该方法中，使用交替反复地进行打开(ON)和关闭(OFF)的矩形状的波形图案(波形模式)，来驱动激光源。激光源在从关闭(OFF)上升为打开(ON)的时间点开始弛豫振荡，在此后的打开(ON)期间内，持续进行弛豫振荡。将该打开(ON)期间设定为与弛豫振荡收敛的时间相等，或者，设定为比弛豫振荡收敛的时间短。因此，由于在打开(ON)的整个期间内，激光源的输出电平不稳定地发生变动，导致激光的相干性下降，所以能够减少斑点噪声。在像专利文献I这种由共振频率驱动的激光扫描中，投射在投射面上的激光光斑沿着扫描方向移动的速度即扫 描速度不恒定，扫描速度因投射面上的图像区域不同而不同。这种速度特性是因扫描反射镜自身在单位时间内的摆角(角速度)周期性发生变动而产生的。通过与共振频率相当的频率的驱动电流来驱动扫描反射镜，使扫描反射镜的摆角在时间轴上呈正弦波状变化。在摆角最小时，反射镜的角速度变得最快，在摆角最大时，角速度变得最慢。因此，与反射镜的角速度联动的扫描速度，也在与最小摆角相当的图像中央区域变得最快，在与最大摆角相当的图像侧边区域(左右端附近)变得最慢。由于存在这种扫描速度的不同，所以即使在显示相同灰度的情况下，也有高速的中央区域看起来暗、低速的侧边区域看起来亮的趋势。这是因为，用户所感觉的亮度依赖于利用时间对激光的输出强度进行积分而得到的积分值。为了消除这种亮度的不均匀性，在专利文献3中公开了如下的图像显示装置:根据图像的显示位置，对激光二极管的驱动信号即电流电平自身进行修正，以提高中央区域的显示亮度，另一方面，降低侧边区域的显示亮度。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2009-175428号公报专利文献2:日本特开2001-189520号公报专利文献3:日本特开2008-309935号公报

发明内容
发明要解决的问题在进行专利文献I公开的与扫描速度的变动相伴的激光扫描时，在一律应用像专利文献2那样的波形图案的情况下，会产生如下问题:在扫描速度慢的像素(像素显示期间长的像素)的区域中，不能获得充分减少斑点噪声的效果。这是因为，在波形图案中，在从关闭(OFF)到打开(ON)的上升次数恒定的情况下，换言之，在弛豫振荡的次数恒定的情况下，一个像素的显示期间越长，则该期间中弛豫振荡所占的时间比率越会相对下降。其结果，无论是否施行斑点噪声对策，在图像的侧边区域都容易局部地暂存斑点噪声。本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，有效地减少因进行扫描速度变动的的激光扫描而导致残存的局部斑点噪声，并且消除图像的亮度的不均匀性。用于解决问题的手段为了解决上述问题，本发明提供一种图像显示装置，其具有激光控制部、激光源、扫描反射镜，通过进行扫描速度变动的的激光的扫描，来在投射面上显示图像。激光控制部针对第一像素，在第一像素显示期间内，选择包括第一打开期间和第一关闭期间的第一波形图案。激光控制部针对以比第一像素更慢的扫描速度来进行扫描的第二像素，在比第一像素显示期间长的第二像素显示期间内，选择包括第二打开期间和第二关闭期间的第二波形图案。在此，将第二波形图案的第二打开期间划分得比第一波形图案的第一打开期间更细。另外，第二波形图案中第二打开期间所占的时间比率，小于第一波形图案中第一打开期间所占的时间比率。在由激光控制部选择的第一波形图案的第一打开期间内，激光源出射与第一像素的显示灰度对应的电流电平的激光，在由激光控制部选择的第二波形图案的第二打开期间内，激光源出射与第二像素的显示灰度对应的电流电平的激光，并且，在第一关闭期间及第二关闭期间内，与显示灰度无关地，将电流设定在激光源的偏置电流以下。扫描反射镜按照规定的扫描顺序，根据扫描反射镜的摆角，对从激光源出射的与第一像素及第二像素相关的激光进行反射，并将所反射的光投射在投射面上。在此，在本发明中，优选地，第二波形图案中的第二打开期间的时间总和与第一波形图案中的第一打开期间的时间总和大致相等。在本发明中，优选地，第一关闭期间短，短至能够连续形成在该第一关闭期间的前一个第一打开期间内投影在投射面上的激光光斑和在该第一关闭期间的后一个第一打开期间内的激光光斑。另外，优选地，第二关闭期间短，短至能够连续形成该第二关闭期间的前一个第二打开期间的激光光斑和该第二关闭期间的后一个第二打开期间的激光光斑。在本发明中，优选地，激光控制部基于与第一像素显示期间及第二像素显示期间不同步的基准时钟，生成第一波形图案及第二波形图案。在此，第一波形图案的第一打开期间，设定在第一像素显示期间与由基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内。另外，第二波形图案的第二打开期间，设定在第二像素显示期间与由基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内。在本发明中，激光控制部，针对第一像素，以规定的周期交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为第一波形图案，针对第二像素，每隔规定的期间交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为第二波形图案。另外，在本发明中，优选地，扫描反射镜使自身的摆角在时间轴上呈正弦波状发生位移，由此，以比第一像素更慢的扫描速度扫描第二像素。发明的效果根据本发明，利用包括打开(ON)期间和关闭(OFF)期间的第一及第二波形图案，使激光源弛豫振荡。此时，针对为了补偿扫描速度的差异而设定了较长像素显示期间的第二像素，将其打开(ON)期间划分得比将第二像素的像素显示期间设定得短的第一像的打开(ON)期间更细(更多)，从而产生更多的弛豫振荡。由此，能够抑制弛豫振荡的时间比率伴随像素显示期间变长而下降。其结果，不仅能够有效地减少在像素显示期间短的像素(扫描速度快的像素)的区域内的斑点噪声，还能够有效地在减少像素显示期间长的像素(扫描速度慢的像素)的区域内的斑点噪声。另外，就波形图案中打开(ON)期间所占的时间比率即打开(ON)占空比而言，若将第二波形图案的打开(ON)占空比设置为比第一波形图案更小，则能够抑制因扫描速度慢而导致激光的输出强度的时间积分有变大的趋势的第二像素的亮度。这样，通过使激光的输出强度的时间积分趋向均匀，能够消除图像的亮度的不均匀性。


图1是激光投影仪的结构框图。图2是扫描反射镜的外观立体图。图3是与水平扫描相关的反射镜的摆角的特性图。图4是对投射面进行激光扫描的说明图。图5是激光控制/驱动系统的时序图。图6是由不连续的激光光斑形成的不良的像素的说明图。图7是比较例的激光控制/驱动系统的时序图。图8是由连续的激光光斑形成的良好的像素的说明图。图9是激光的光强度分布的说明图。图10是投射面上的光斑的强度分布的说明图。图11是用于优化像素形状的波形图案的时序图。图12是由图11示出的波形图案形成的像素形状的说明图。图13是以帧为单位进行切换的波形图案的时序图。图14是由图13示出的波形图案形成的像素形状的说明图。
具体实施例方式图1是本实施方式的激光投影仪的结构框图。该激光投影仪I主体上由激光源2a 2c、各种光学兀件3 5、扫描反射镜6、各种驱动/控制单兀7 11构成。激光投影仪I通过对红蓝绿各成分的激光进行合成，将合成之后的激光投射到屏幕、墙壁等的投射面A上，由此将与影像信号对应的彩色图像显示在投射面A上。由于激光投影仪I利用指向性非常高的激光，所以具有如下突出优点:不需要根据与投射面A之间的距离进行对焦调整。通过从激光驱动器11分别供给的驱动电流，从而以使各激光源2a 2c彼此独立的方式驱动各个激光源2a 2c。由此，各激光源2a 2c以与应该显示特定波长激光的灰度对应的输出电平，来出射该特定波长的激光，例如，从激光源2a出射蓝色成分(B)的激光，从激光源2b出射绿色成分(G)的激光，从激光源2c出射红色成分(R)的激光。分色镜(dichroic mirror) 3、4仅透射具有特定波长的激光,并反射除此以外的激光,从而对从激光源2a 2c出射的各颜色成分的激光进行合成。具体来说，从激光源2a、2b出射的蓝色成分及绿色成分的激光在光路上游一侧的分色镜3进行合成之后，向光路下游一侧的分色镜4出射。该出射的合成光在分色镜4进一步与从激光源2c出射的红色成分的激光进行合成，此后，出射作为目标的最终的彩色光。该出射的彩色光经由透镜5，入射到扫描反射镜6。扫描反射镜6根据自身的摆角(相位)，对入射到扫描反射镜6自身的彩色光进行反射，并将其投射在投射面A上。该扫描反射镜6具有与投射面A的水平方向X及垂直方向Y对应的二维的自由度，通过与该二维的位移对应的线序扫描，在投射面A上形成图像。通过反复地使激光光斑P进行特定动作，来实现在一帧内连续地进行该线序扫描，该特定动作是指，使激光光斑P在投射面A上的某条水平线上沿着一个方向前进，然后在该水平线正下方的下一条水平线上沿着反方向返回。根据扫描反射镜6的驱动的方法,扫描反射镜6存在几种类型，使用哪一种都可以。就扫描反射镜6的类型而言,利用MEMS (Micro ElectroMechanical Systems:微型机电系统)技术的类型的扫描反射镜容易入手,并且有利于实现装置整体的小型化、低功耗化及处理的高速化。图2是扫描反射镜6的外观立体图。在矩形框状的基板6a的内侧，经由外旋转轴6c，以使矩形框状的外框6d自由摆动的方式安装有该矩形框状的外框6d。另外，在该外框6d的内侧，经由内旋转轴6e，以使矩形状的内框6f自由摆动的方式安装有该矩形状的内框6f，在该内框6f的中央设置有反射镜6b。基于以内旋转轴6e为轴心的内框6f的旋转量(摆角9h)和以与内旋转轴6e正交的外旋转轴6c为轴心的外框6d的旋转量(摆角θ v)，能够唯一确定经由内外框6d、6f而安装于基板6a上的反射镜6b的反射方向。另一方面，在外框6d上，以包围在反射镜6b的周围的方式配置有外线圈6g ;在内框6f上，以包围在反射镜6b的周围的方式配置有内线圈6h。这些线圈6g、6h分别与彼此处于电气隔离(绝缘)的状态的一对电极6i连接，经由这些电极6i，分别向线圈6g、6h供给驱动电流。另外，在基板6a的外侧,配置有两组永磁铁对6j 6k,这两组永磁铁对6j 6k彼此正交。一方的永磁铁对6j配置成与在外旋转轴6c的轴线方向上的N极和S极相对置(相向)，另一方的永磁铁对6k配置成与在内旋转轴6e的轴线方向中的N极和S极相对置(相向)。利用电磁驱动进行反射镜6b的扫描的情况的动作原理大致如下所述。首先，在向电极6i供给水平扫描用的驱动电流的情况下，通过在该驱动电流流过的内线圈6h与一方的永磁铁对6j之间产生的电磁力，使反射镜6b围绕内旋转轴6e摆动。在与该摆动周期的1/2相当的一个水平扫描期间内，通过依次对随着时间的经过而从激光源2a 2c出射的与一条水平线对应的激光进行反射，来在投射面A上投射/显示一条水平线的图像(水平扫描)。与此相对，在向电极6i供给垂直扫描用的驱动电流的情况下，通过在该驱动电流流过的外线圈6g与另一方的永磁铁对6k之间产生的电磁力，使反射镜6b围绕外旋转轴6c摆动。在与该摆动周期的1/2相当的一个垂直扫描期间内，通过反复(重复)地反射与一条水平线对应的激光，且所反复(重复)的次数为水平线的数量，从而在投射面A上投射/显示一帧的图像(垂直扫描)。图3为与水平扫描相关的反射镜6b的摆角Θ h的特性图。在本实施方式中，就水平扫描而言，通过以共振频率驱动的方式驱动反射镜6b，来使摆角0h连续地变化。在此，共振频率是指，使摆动反射镜6b所需的电流值变为最小的频率，是根据反射镜6b的尺寸、材料的密度、硬度等唯一确定的反射镜固有的值。若采用相当于共振频率的频率使反射镜6b振动，则能够通过很小的电流值获得很大的反射镜振幅(0h= I Θ 1|)。然而，也可以采用共振频率以外的频率使反射镜6b振动，但需要比共振频率驱动大的电流值。在该情况下，在时间轴上的摆角Θ h的位移变为正弦波状，该1/2周期相当于一个水平扫描期间(1H)。反射镜6b的角速度d Θ h/dt在Θ h = O时最快，随着I Θ h|增大而逐渐地变慢，在I 0h| = Θ1 (最大摆角)时变为O。但是，不采用直至最大摆角为止的相位范围(-1 Θ 1|彡Θ彡+ I Θ 1|)，而是采用比该范围更窄的相位范围(-1 Θ2|彡Θ彡+
Θ2|)，来作为实际用来显示图像的有效范围。其理由为，由于在最大摆角I Θ1|时角速度d0 h/dt变为0，所以若包含该最大摆角I Θ 1|，则由一个像素的显示期间和扫描速度的积分决定的在投射面A上的像素大小(水平方向的像素宽度)会在理论上变为0，不能确保与其它的像素相同的大小。另一方面，不通过上述的共振频率驱动的方式而是通过DC (直流)驱动来控制进行垂直扫描的反射镜6b的摆角θν。因此，摆角Θ V根据驱动电流的电平而逐步地变化，在变化至相当于该电平的摆角Θ V时静止。在一个垂直扫描期间内，反复地切换驱动电流的电平，并且所切换的次数为水平线的条数，由此，确保与应该显示的图像的高度(水平线的条数)相当的摆角Θ V的相位范围。在该情况下，与水平扫描的情况不同，在时间轴上的摆角Θ V的位移为线性的，反射镜6b的角速度d0v/dt恒定。此外，在电磁驱动型扫描反射镜中，还存在水平/垂直扫描都是通过共振频率驱动来进行的类型，也可以采用这种类型来作为扫描反射镜6。扫描反射镜驱动器7通过向扫描反射镜6供给驱动电流，来按照规定的扫描顺序，驱动扫描反射镜6。并且,扫描反射镜驱动器7检测扫描反射镜6中的反射镜6b的位置(摆角ΘΚ θν)。将该检测出的位置信息作为位置检测信号，通知给扫描反射镜控制部8。只要通过如下的方式检测反射镜6b的位置即可，该方式是指:例如，分别在连接在基板6a与外框6d之间的旋转轴6c及连接在内外框6d、6f之间的旋转轴6e上设置扭转传感器，利用扭转传感器分别检测这 些旋转轴6c、6e的扭转角。另外，可以在反射镜6b的附近配置受光元件(光电二极管等)，利用受光元件检测与反射镜6b的摆角联动的反射光的位置。扫描反射镜控制部8对扫描反射镜6进行控制，以使得入射到扫描反射镜6的激光以规定的频率扫描规定的图像区域。通过扫描反射镜控制部8向扫描反射镜驱动器7输出驱动信号，来进行该控制。另外，扫描反射镜控制部8基于来自扫描反射镜驱动器7的位置检测信号，生成水平同步信号HSNC及垂直同步信号VSNC，并向影像处理部9输出这些信号。从激光源2a 2c出射激光的出射时间点需要与扫描反射镜6的相位控制同步，使用水平/垂直同步信号HSNC、VSNC，来实现上述出射时间点与上述相位控制同步。S卩，在本激光投影仪I中，以扫描反射镜6的驱动为主体，激光源2a 2c基于在内部生成的水平/垂直同步信号HSNC、VSNC,以与扫描反射镜6的驱动同步的方式从动地进行驱动。影像处理部9，在由从外部装置供给的同步信号所规定的时间点，随时向图中省略的帧缓冲器写入从外部装置供给的输入影像信号(影像数据)。另外，影像处理部9在由从扫描反射镜控制部8供给的水平/垂直同步信号HSNC、VSNC所规定的时间点，依次读取保存在帧缓冲器内的影像数据，并将其发送至激光控制部10。激光控制部10基于从影像处理部9依次发送来的影像数据，决定与各个像素相关的驱动电流Id (电流电平)和应该应用于驱动电流Id的波形图案(波形模式)PT。基于针对每个颜色成分设定的驱动电流Id及波形图案PT，借助激光驱动器11分别控制/驱动各个激光源2a 2c。在本实施方式中，准备多个波形图案PT，根据图像平面上的像素的位置，选择性地应用适当的波形图案。另外，激光控制部10基于由光检测器(图中省略)检测出的激光的出射光量，进行驱动电流的反馈控制，以使各灰度的出射光量稳定。由此，即使因激光源2a 2c的温度上升而导致输出的光产生变动，也能够有效地处理该变动。激光驱动器11针对各个颜色成分，利用从激光控制部10输出的波形图案PT，对驱动电流Id进行调制，将被调制后的驱动电流I’ d分别输出至激光源2a 2c。由此，激光源2a 2c根据波形图案PT，出射与应该显示的灰度对应的输出电平的激光。将对各颜色成分的出射光进行合成而得到的最终的彩色光，引导至与出射激光同步地被进行位置控制的扫描反射镜6，进而将激光投射到投射面A上的期望的像素位置。图4是对图1示出的投射面A进行激光扫描的说明图。将从激光投影仪I的出射点B出射的激光投射在投射面A上，由此，某条水平线L的一端(例如左端)形成/显示激光光斑P (参照图1)。该激光光斑P对应于反射镜6b的摆角Θ h的位移，而在水平线L上例如从左向右移动。在此，激光光斑P的扫描速度Vh与反射镜6b的角速度d Θ h/dt同样地变化。具体来说，在-1 Θ2| ^ 9h^+ I Θ2|的范围内进行图像显示的情况下，在与最大摆角(0h= ±| Θ2|)相当的两侧边的像素PO、P1023处的扫描速度最低(Vh = Vlow),扫描速度朝向中央的像素Ρ512而连续地变快(越接近中央像素Ρ512越快)(例如在像素Ρ76、Ρ947处Vh = Vmid)，并且在与最小的摆角(0h = O)相当的中央的像素P512处的扫描速度变得最快(Vh = Vhigh)。该扫描速度Vh的特性与角速度d Θ v/dt同样地，以图像中央为基准左右对称。此外，在垂直方向上排列的所有的线LO L767上的速度的特性都相同。图5是激光控制/驱动系统的时序图。下面，以依次扫描同一水平线L上的像素PO、P512、P1023 (参照图4)为例子，对激光控制部10及激光驱动器11的动作进行详细的说明。此外，图5示出的像素显示期间T1、T2由与水平/垂直同步信号HSNC、VSNC同步的点时钟信号规定 。在激光投影仪I中，与将像素形成为物理结构的液晶显示器等不同，通过照射激光来光学地形成像素。在该情况下，基于持续照射一个像素的激光的像素显示期间和激光光斑P的扫描速度Vlh的积分，来决定显示在投射面A上的一个像素的大小(水平方向的像素宽度)。例如,位于图像侧边的侧边像素P0、P1023的大小为VlowXTl，位于图像中央的中央像素P512的大小为VhighXT2。在针对每个像素扫描速度Vh都不同的情况下，为了保证所有的像素大小恒定，需要利用像素显示期间来调整(补偿)扫描速度Vh的差异，理论上，只要基于扫描速度Vh的反比例来设定即可。S卩，只要相对于扫描速度Vh的比(Vlow:Vhigh)，将像素显示期间的比(Tl:T2)设定为1/Vlow:1/Vhigh,即能够使像素大小均等化。由此，像素显示期间的关系为Tl > T2，从中央像素P512开始，越靠近侧边像素P0、P1023越逐渐变长。此外，在本实施方式中，以作为图像的最小单位的像素为单位设定像素显示期间，但如果无需要求到以像素为单位的时间精度，则可以采用比像素单位分辨率低的分辨率即总括多个相邻像素的区域(area)单位来设定像素显示期间。另外，在以区域为单位的情况下，不需要各区域的像素数相同，可以通过对扫描速度Vh的变化越大的区域划分地越细则分配越少的像素数的方式，使每个区域的像素数不同。就使激光源2a 2c弛豫振荡，降低激光的相干性(非相干性化)有助于实现斑点噪声的减少这一点而言，如上述的专利文献2所述。然而,在使所有的像素进行相同次数的驰豫振荡或在规定时间内使所有的像素弛豫振荡的情况下，会产生在扫描速度慢的像素(一个像素的显示期间长的像素)的区域内不能获得充分减少噪声的效果。例如，在图6示出的比较例中，所有像素共用具有两次从关闭(OFF)到打开(ON)的上升的波形图案PT。在该情况下，激光源2a 2c在各自的像素显示期间内，进行两次由波形图案PT规定的弛豫振荡。由于通过进行该弛豫振荡来出射相干性下降的激光，所以能够获得斑点噪声减少的效果。在此，若将因驱动电流Id的迅速上升而使激光源2a 2c开始弛豫振荡到弛豫振荡收敛为止的时间作为“弛豫振荡时间too”，则所有的像素在像素显示期间内的弛豫振荡时间too的总和Σ ι.ο为恒定值(Σ ι.ο = troX2)0在该情况下，随着像素显示期间按照T3、T2、T1的顺序变长，在像素显示期间中所占的时间总和Stix)的时间比率降低。这意味着，在像素显示期间中，非相干性化(incoherence)的激光的出射比率下降，原本具有相干性的激光的出射比率增大。其结果为，越靠近侧边像素P0、P1023，噪声减少效果越弱，局部残存斑点噪声。为了实现这种局部的斑点噪声的减少，如图5所示，在若扫描速度Vh越慢则设定为越长的像素显示期间内，扫描速度Vh变慢多少，只要相应地进行多少次的弛豫振荡即可。典型地，利用内部生成的基准时钟CLK，针对每个规定的单位生成与基准时钟CLK同步的波形图案PT，只要基于该波形图案PT来驱动激光源2a 2c即可。此外，在本实施方式中，假设采用像素单位设定波形图案PT，但也可以采用分辨率更低的区域单位来设定波形图案PT。具体来说，激光控制部10基于基准时钟CLK，生成与水平线L上的像素的位置对应的波形图案PT1、……、P2。就各波形图案PT1、……、PT2而言，规定在像素显示期间Tl、……、Τ2内的激光源2a 2c的打开(ON)期间及关闭(OFF)期间，像素显示期间T越长，则将波形图案PT设定得越长。在打开(ON)期间内，设定为与显示灰度对应的驱动电流Id (电流电平)，在关闭(OFF)期间内，则与显示灰度无关地，设定为在激光源2a 2c的偏置电流Ith (LED发光和激光振荡的边界值)以下的电流1ff (例如O)。在像素显示期间T内，为了在从关闭(OFF)上升 为打开(ON)的时间点开始弛豫振荡，设置有存在于相邻的打开(ON)期间之间的关闭(OFF)期间，就该期间的长度自身而言，只要适当地进行设定即可。另外，像素显示期间的最后的关闭(OFF)期间，含有为下一个像素显示期间的最初的打开(ON)做准备的含义，也含有将其作为抑制相邻的像素之间混色的间隔期间(blanking)的含义。例如，针对中央像素P512，设定例如基准时钟CLK的16个周期来作为最短的像素显示期间T2，并且设定与该期间对应的波形图案PT2。波形图案PT2由具有12个周期的时间总和的打开(ON)期间和具有4个周期的时间总和的关闭(OFF)期间构成。在此，就打开(ON)期间而言，12个周期不连续，而是分成两个以6个周期为单位的打开(ON)期间，这两个打开(ON)期间之间存在一个周期的关闭(OFF)期间。激光控制部10在各个打开(ON)期间内，生成与显示灰度D512对应的针对每个颜色成分的电流电平Id和颜色成分共用的波形图案PT2。为了使激光源2a 2c产生弛豫振荡，该波形图案PT2至少包括一个从关闭(OFF)上升的打开(ON)期间(在本实施方式中有两个)。激光驱动器11针对各个颜色成分，利用从激光控制部10输出的波形图案PT2，对驱动电流Id进行调制，将被调制后的驱动电流I’ d输出至激光源2a 2c。由此，激光源2a 2c根据波形图案PT2，出射与显示灰度D400对应的输出电平的激光。将对各颜色成分的出射光进行合成而得到的最终的彩色光，引导至与出射激光同步地被进行位置控制的扫描反射镜6，进而将激光投射到投射面A上的中央像素P512的位置。在显示中央像素P512时，在像素显示期间T2内产生两次弛豫振荡，两次弛豫振荡的时间总和Σ tro为troX 2。通过恰当地设定弛豫振荡的次数，能够有效地减少在中央像素P512的显示区域内的斑点噪声。另一方面，针对侧边像素PO (P1023)，设定例如基准时钟CLK的32个周期来作为最长的像素显示期间Tl，并且设定与该期间对应的波形图案PT1。波形图案PTl由具有12个周期的时间总和的打开(ON)期间和具有20个周期的时间总和的关闭(OFF)期间构成。波形图案PTl的打开(ON)期间分成以一个周期/两个周期为单位的8个打开(ON)期间，划分得比上述的波形图案PT2更细(更多)。激光控制部10在各个打开(ON)期间内，生成与显示灰度DO (D1023)对应的针对每个颜色成分的电流电平IdLc和颜色成分共用的波形图案PT I。为了产生比中央像素P512更多的弛豫振荡，该波形图案PT I具有8个从关闭(OFF )上升的打开(ON)期间。激光驱动器11针对各个颜色成分，利用从激光控制部10输出的波形图案PT1，对驱动电流Id进行调制，将被调制后的驱动电流I’ d输出至激光源2a 2c。由此，激光源2a 2c根据波形图案PT1，出射与显示灰度DO (D1023)对应的输出电平的激光。在显示侧边像素PO (P1023)时，在像素显示期间Tl内产生多于中央像素P512的八次弛豫振荡。通过预计像素显示期间Tl变长的时间来增多弛豫振荡的次数，增长弛豫振荡的时间总和Stro (= troX8)，也能够有效地减少在侧边像素PO (P1023)的显示区域中的斑点噪声。另外，作为波形图案PT1、PT2的其它特征，就波形图案的打开(ON)占空比即打开(ON)期间在波形图案中所占的时间比率而言，例举有将波形图案PTl的打开(ON)占空比设定为比波形图案PT2小的情况。在图示的例子中，与波形图案PT I的打开(0N)占空比为3/8(=12个周期/32个周期)相对地，波形图案PT2的打开(ON)占空比为3/4 (= 12个周期/16个周期)，满足波形图案PTl的打开(ON)占空比小于波形图案PT2的打开(ON)占空比的关系。波形图案的打开(ON)占空比从中央像素P512朝向侧边像素PO、P1023向逐渐地变小。以这种方式改变打开(ON)占空比的理由是用于消除图像的亮度的不均匀性。如上所述，用户所感觉的亮度依赖于利用时间对激光的输出强度进行积分而得到的积分值。因此，若将对所有的像素照射光的照射时间设为恒定，则会因扫描速度Vh的不同而导致高速的中央区域看起来暗、低速的侧边区域看起来亮。与此相对地，像本实施方式这样，若利用打开(ON)占空比来补偿扫描速度Vh的不同(即，若使每个像素的光照射时间不产生差值)，则能够使上述时间积分均匀化，因此，能够消除亮度的不均匀性。特别是若使包括波形图案PT1、PT2的所有的波形图案的打开(ON)期间的时间总和大致相同，则能够在理论上完全消除具有相同灰度的像素因位置不同而被看成为不同灰度的现象。接着，就通过对波形图案PT进行最优化来改善像素形状而言，提出了几种改善方法。第一改善方法是通过对关闭(OFF)期间进行最优化来改善像素形状。像图7 (a)示出的波形图案PT这样，考虑夹在前后的打开(ON)期间Ponl、0Pon2之间的关闭(OFF)期间Poff很长的情况。若关闭(OFF)期间Poff长，则如该图(b)所示，在打开(ON)期间Ponl形成的激光光斑Pl与在打开(ON)期间Pon2形成的激光光斑p2之间存在距离，激光光斑p1、P2不连续。其结果，使在投射面上析像的像素的形状不良，导致画质下降。此外，在此所说的激光光斑PU P2是指，通过仅在打开(ON)期间Ponl、Pon2投射激光，来在投射面上析像/形成的激光的形状。为了抑制这种形状不良，只要像图8 (a)示出的波形图案PT那样，更细地划分打开(ON)期间，在基准时钟CLK容许的分辨率的范围内，极力地缩短夹在前后打开(ON)期间之间的关闭(OFF)期间即可。若关闭(OFF)期间短，则分别在位于其前后的打开(ON)期间形成的激光光斑彼此接近。如该图(b)所示，若以能够连续地形成激光光斑的方式缩短关闭(OFF)期间，则在投射面上析像的像素的形状为良好，因此，能够实现提高画质。在此，为了连续形成彼此相邻的激光光斑，只要将关闭(OFF)期间设定为相当于光斑直径的1/6移动时间(扫描时间)即可。如图9所示，已知通常激光源2a 2c的光斑的强度分布为高斯分布。在将关闭(OFF)期间确保为仅为光斑直径φ的1/2的移动时间的情况下，形成在投射面A上的像素在水平方向上的强度分布变为图10(a)那样，根据该强度变化看出相邻的激光光斑彼此独立。另一方面，在进一步缩短关闭(OFF)期间，将关闭(OFF)期间设定为光斑直径1/6的移动时间的情况下，水平方向的强度分布变为该图(b)，大致抑制强度变化，使强度变化变得不明显。第二改善方法是改善与相邻的像素形状相关的不均匀性。如图11 (a)所示，在通过点时钟信号等规定理想的像素显示期间T660 T663的前提下，基于与像素显示期间T660 T663不同步的基准时钟CLK(参照该图(b))，考虑生成波形图案PT的情况。在生成在期间上与像素显示期间T660 T663完全一致的波形图案PT的情况下，如图12 (a)所示，形成在投射面上的各像素变为理想的均匀形状。然而，实际上，如图11 (b)所示，由于基于基准时钟CLK生成波形图案PT，所以在规定为基准时钟CLK的周期的整数倍的像素显示期间T’ 660 T’ 663与理想的像素显示期间T660 T663之间产生偏差。其结果，如图
12(b)所示，某个像素变得比原来的形状小，而相邻的像素变大，且该相邻像素变大的量为变小的像素所变小的量。为了消除这种像素形状的不均匀性，只要在理想的像素显示期间T与由基准时钟CLK规定的像素显示期间T’重叠的期间内设定波形图案的时间轴上的打开(ON)期间即可。在图11 (c)的例子中，波形图案PT的最初的两个打开(ON)期间在像素显示期间T660、T’ 660的重叠期间内，接下来的两个打开(ON)期间在像素显示期间T661、T’ 661的重叠期间内，再下来的两个打开(ON)期间在像素显示期间T662、T’ 662的重叠期间内，最后两个打开(ON)期间在像素显示期间Τ663、Τ’ 663的重叠期间内，都满足上述条件。由此，如图12 (c)所示，由于以不跨越理想的像素显示期间Τ660 Τ663的形状形成相邻的像素，所以能够实现像素形状的均匀化。作为第二改善方法的具体的方法，优选地，事先准备打开(ON)期间的个数不同及打开(ON)期间在时间轴上的位置不同的多个波形图案PT，通过参照表格方式(LUT)来选择某一个波形图案PT。在该情况下，能够利用(I)像素显示期间Τ、Τ’的开始时间点的差即开始误差、(2)像素显示期间Τ、Τ’的结束时间点的差即结束误差、及(3)每个像素的基准时钟CLK的个数，来作为向表格输入的内容。通过根据上述(I)、( 2 )改变波形图案PT，能够减小像素描画位置的偏差。另外，通过根据上述(3)改变波形图案PT，能够形成良好的形状的像素，并且能够进一步减小像素描画位置的偏差。第三改善方法是通过以规定的周期切换多种波形图案PT来改善不均匀性。如图13(a)所示，例如，在某个像素的像素显示期间T660内，准备打开(ON)期间的位置不同的两个波形图案PT，在偶数帧(该图(a))和奇数帧(该图(b))交替应用这两个波形图案PT。由此,如图14所示，通过偶数帧的激光光斑(该图(b))和奇数帧的激光光斑(该图(d))的时间积分，来以接近于理想光斑(该图(a))的形状形成合成光斑(该图(d))。由此，能够以更理想的形状/配置形成像素，并且能够期待通过使图案平均化来达到斑点噪声减少的效果。此外，作为第三改善方法的具体的方法，只要在上述的表格参照方式(LUT)中输入(4)帧的奇偶即可。如上所述，根据本实施方式，利用包括打开(ON)期间和关闭(OFF)期间的多种波形图案PT1、PT2，使激光源弛豫振荡。此时，就为了补偿扫描速度的差异而设定了较长的像素显示期间Tl的像素PO、P1023而言，将其打开(ON)期间划分得比将像素显示期间Tl设定得短的像素显示期间的像素P512打开(ON)期间更细(更多)，来产生更多的弛豫振荡。由此，能够抑制弛豫振荡的时间比率伴随像素显示期间变长而下降。其结果为，不仅能够有效地减少在像素显示期间短的像素P512 (Vh = Vhigh)的区域内的斑点噪声，还能够有效地减少在像素显示期间长的像素P0、P1023 (Vh = Vlow)的区域内的斑点噪声。另外，就波形图案PT中打开(ON)期间所占的时间比率即打开(ON)占空比而言，若将波形图案PTl的打开(ON)占空比设置为比波形图案PT2更小，则能够抑制因扫描速度慢而导致激光的输出强度的时间积分有变大的趋势的像素P0、P1023的亮度。这样，通过使激光的输出强度的时间积分趋向均匀化，能够消除图像的亮度的不均匀性。工业上的可利用性如上所述，本发明能够应用在以扫描反射镜型的激光投影仪为代表的，通过进行扫描速度变动的的激光的扫描，来在投射面上显示图像的图像显示装置。附图标记说明I激光投影仪2a 2c激光源3,4分色镜5 透镜6 扫描反射镜6a 基板6b反射镜6c、6e 旋转轴6d、6f 框6g、6h 线圈6i 一对电极6j 一方的永磁铁对6k另一方的永磁铁对7 扫描反射镜驱动器8 扫描反射镜控制部9 影像处理部10激光控制部
IOa驱动模式判断电路IOb驱动电流选择电路IOc波形图案选择电路11激光驱动器
权利要求
1.一种图像显示装置，其通过进行扫描速度变动的的激光的扫描，来在投射面上显示图像，其特征在于， 具有: 激光控制部，其针对第一像素，在第一像素显示期间内，选择包括第一打开期间和第一关闭期间的第一波形图案，针对以比所述第一像素的扫描速度更慢的扫描速度被进行扫描的第二像素，在比所述第一像素显示期间长的第二像素显示期间内，选择包括第二打开期间和第二关闭期间的第二波形图案，将所述第二波形图案的所述第二打开期间划分得比所述第一波形图案的所述第一打开期 间更细，并且使所述第二波形图案中所述第二打开期间所占的时间比率小于所述第一波形图案中所述第一打开期间所占的时间比率， 激光源，其在由所述激光控制部选择的所述第一波形图案的所述第一打开期间内，出射与所述第一像素的显示灰度对应的电流电平的激光，在由所述激光控制部选择的所述第二波形图案的所述第二打开期间内，出射与所述第二像素的显示灰度对应的电流电平的激光，并且在所述第一关闭期间及所述第二关闭期间内，与所述显示灰度无关地，将电流设定在所述激光源的偏置电流以下， 扫描反射镜，其按照规定的扫描顺序，根据所述扫描反射镜自身的摆角，对从所述激光源出射的与所述第一像素及所述第二像素相关的激光进行反射，将所反射的光投射在所述投射面上。
2.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于， 所述第二波形图案中的所述第二打开期间的时间总和，与所述第一波形图案中的所述第一打开期间的时间总和大致相等。
3.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于， 所述第一关闭期间短，短至能够使在该第一关闭期间的前一个所述第一打开期间内投影在所述投射面上的激光光斑和在该第一关闭期间的后一个所述第一打开期间内的所述激光光斑连续形成， 所述第二关闭期间短，短至能够使该第二关闭期间的前一个所述第二打开期间的所述激光光斑和该第二关闭期间的后一个所述第二打开期间的所述激光光斑连续形成。
4.如权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于， 所述第一关闭期间短，短至能够连使在该第一关闭期间的前一个所述第一打开期间内投影在所述投射面上的激光光斑和在该第一关闭期间的后一个所述第一打开期间内的所述激光光斑连续形成， 所述第二关闭期间短，短至能够使该第二关闭期间的前一个所述第二打开期间的所述激光光斑和该第二关闭期间的后一个所述第二打开期间的所述激光光斑连续形成。
5.如权利要求1 4中任一项所述的图像显示装置，其特征在于， 所述激光控制部，基于与所述第一像素显示期间及所述第二像素显示期间不同步的基准时钟，生成所述第一波形图案及所述第二波形图案， 所述第一波形图案的所述第一打开期间，设定在所述第一像素显示期间与由所述基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内， 所述第二波形图案的所述第二打开期间，设定在所述第二像素显示期间与由所述基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内。
6.如权利要求1 4中任一项所述的图像显示装置，其特征在于， 所述激光控制部，基于与所述第一像素显示期间及所述第二像素显示期间不同步的基准时钟，生成所述第一波形图案及所述第二波形图案， 所述第一波形图案的所述第一打开期间，设定在所述第一像素显示期间与由所述基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内， 所述第二波形图案的所述第二打开期间，设定在所述第二像素显示期间与由所述基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内， 所述激光控制部针对所述 第一像素，以规定的周期交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为所述第一波形图案， 所述激光控制部针对所述第二像素，每隔规定的期间交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为所述第二波形图案。
7.如权利要求1 4中任一项所述的图像显示装置，其特征在于， 所述激光控制部，基于与所述第一像素显示期间及所述第二像素显示期间不同步的基准时钟，生成所述第一波形图案及所述第二波形图案， 所述第一波形图案的所述第一打开期间，设定在所述第一像素显示期间与由所述基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内， 所述第二波形图案的所述第二打开期间，设定在所述第二像素显示期间与由所述基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内， 所述扫描反射镜使自身的摆角在时间轴上呈正弦波状发生位移，由此，以比所述第一像素更慢的扫描速度扫描所述第二像素。
8.如权利要求1 4中任一项所述的图像显示装置，其特征在于， 所述激光控制部针对所述第一像素，以规定的周期交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为所述第一波形图案， 所述激光控制部针对所述第二像素，每隔规定的期间交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为所述第二波形图案。
9.如权利要求1 4中任一项所述的图像显示装置，其特征在于， 所述激光控制部针对所述第一像素，以规定的周期交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为所述第一波形图案， 所述激光控制部针对所述第二像素，每隔规定的期间交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为所述第二波形图案， 所述扫描反射镜使自身的摆角在时间轴上呈正弦波状发生位移，由此，以比所述第一像素更慢的扫描速度扫描所述第二像素。
10.如权利要求1 4中任一项所述的图像显示装置，其特征在于， 所述扫描反射镜使自身的摆角在时间轴上呈正弦波状发生位移，由此，以比所述第一像素更慢的扫描速度扫描所述第二像素。
11.如权利要求1 4中任一项所述的图像显示装置，其特征在于， 所述激光控制部，基于与所述第一像素显示期间及所述第二像素显示期间不同步的基准时钟，生成所述第一波形图案及所述第二波形图案， 所述第一波形图案的所述第一打开期间，设定在所述第一像素显示期间与由所述基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内， 所述第二波形图案的所述第二打开期间，设定在所述第二像素显示期间与由所述基准时钟规定的像素显示期间重叠的期间内， 所述激光控制部针对所述第一像素，以规定的周期交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为所述第一波形图案， 所述激光控制部针对所述 第二像素，每隔规定的期间交替选择事先准备的多个不同的子图案来作为所述第二波形图案， 所述扫描反射镜使自身的摆角在时间轴上呈正弦波状发生位移，由此，以比所述第一像素更慢的扫描速度扫描所述第二像素。
全文摘要
有效地减少因进行伴随着扫描速度的变动的激光扫描而暂存的局部的斑点噪声，并且消除图像的亮度的不均匀性。针对中央像素P512，在像素显示期间T2内，选择包括打开期间和关闭期间的波形图案PT2。针对以比对中央像素P512进行扫描的扫描速度更慢的扫描速度来进行扫描的侧边像素P0、P1023，在比像素显示期间T2长的像素显示期间T1内，选择包括打开期间和关闭期间的波形图案PT1。在此，将波形图案PT1的打开期间划分成比波形图案PT1的打开期间更细(更多)，打开期间占用波形图案PT1的时间比率小于打开期间占用波形图案PT2的时间比率。
文档编号G09G3/02GK103201668SQ20118005385
公开日2013年7月10日 申请日期2011年11月1日 优先权日2010年11月8日
发明者近冈笃彦 申请人:船井电机株式会社