扫描型显示装置的制作方法

本发明涉及扫描型的显示装置。

背景技术：

作为将激光对屏幕进行光栅扫描而投影来显示图像的显示装置，例如在专利文献1中公开了使用通过MEMS(Micro Electro Mechanical System：微机电系统)元件进行共振(水平方向)和非共振(垂直方向)摆动的微小反射镜，将光束光进行光栅扫描而在屏幕上投影图像时，用基于光束光的扫描位置的影像信息来对光束光的光强度进行调制的方法。

因共振而摆动的微小反射镜根据使用条件而共振特性改变、摆动角变动，所以通过PLL(Phase Locked Loop：锁相环路)控制来保持共振状态和摆动角，但共振周期会发生变动。因此，即使在共振周期总是变动的情况下，也能够实现保持了视角和分辨率的影像显示。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4639973号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

得益于微小反射镜的共振频率的高频化和摆动量的扩大化，能够进行例如分辨率1024x768(XGA)、1280x768(WXGA：Wide Extended Graphics Array，宽扩展图形阵列)的显示，但是同时与共振频率和分辨率匹配的激光调制频率的高频化成为必须，难以实现显示图像的品质提高、高亮度化和高分辨率化。例如，激光调制频率固定时，由于显示像素的分辨性能不足，根据水平扫描方向的扫描位置而产生运算误差导致的像素排列的不均匀性，像素宽度的不均匀性、像素缺失、亮度不均等课题。

因此，本发明的目的在于，使得激光扫描型显示装置中，在微小反射镜的共振频率高频化和摆动量增大导致帧频率、分辨率和视角扩大时，即使激光调制频率固定，也能够进行保持了显示图像品质和亮度的高分辨率的显示。

用于解决课题的方法

用了解决上述课题，例如采用专利请求的范围所记载的结构。

本发明为了解决上述课题而包括多种技术方案，举出本发明的一例为一种扫描型显示装置，利用摆动反射镜将根据所输入的图像数据进行了调制的激光在垂直方向和水平方向上扫描来进行投影，所述扫描型显示装置的特征在于，包括：存储上述输入图像数据的图像存储器；判定上述摆动反射镜的垂直方向和水平方向上的扫描位置的扫描位置判定部；激光控制部，其求取与由该扫描位置判定部判定出的上述扫描位置对应的像素地址，从上述图像存储器读取与该图像地址对应的图像数据；和光源控制驱动部，其基于从该图像存储器读取的图像数据，驱动用于发出上述激光的光源来对上述激光进行调制，上述激光控制部包括：生成噪声的抖动噪声生成部；标准化部，其在由上述扫描位置判定部判定出的上述摆动反射镜的水平扫描位置上加上来自上述抖动噪声生成部的噪声，对加上了该噪声的上述水平扫描位置进行标准化；和保持与水平扫描位置对应的像素地址的像素地址表，参照上述像素地址表求取与由上述标准化部进行了标准化而得的水平扫描位置对应的图像地址，从上述图像存储器读取与该像素地址对应的图像数据。

发明效果

根据本发明，在微小反射镜的共振频率高频化和摆动量增大导致帧频率、分辨率和视角扩大时，即使激光调制频率固定，也能够保存像素重心，并使得像素地址分配扩散、均等化，能够进行保持了显示图像品质和亮度的高分辨率的显示。

附图说明

图1是本发明的第1实施例的扫描型显示装置的框图。

图2是本发明的第1实施例的激光控制部的详细框图。

图3是表示本发明的第1实施例的像素地址LUT的一例的图。

图4是表示本发明的第1实施例的像素丢失的图。

图5是表示本发明的第1实施例的像素扩展的图。

图6是本发明的第1实施例的时序图。

图7是本发明的第2实施例的扫描型显示装置的框图。

图8是本发明的第2实施例的像素插值和疏化抽取(間引き)的概念图。

图9是本发明的第3实施例的扫描型显示装置的框图。

图10是实施例的扫描型显示装置的位置构成图。

具体实施方式

用附图说明本发明的实施方式。其中，在各图或各实施例中，对具有相同的结构、功能和作用的要素附加相同的编号并省略重复的说明。而且，扫描型的投射型显示装置所特有的基本控制方法参照上述专利文献1等，在本实施例中省略详细说明。并且，在下面的实施例中限定了数值进行表示，但不限于此，反射镜个数和轴结构、摆动角度、影像的分辨率等大小可为任意，可根据适用的装置和用途而通过本实施例所示的方法来决定自然不言而喻。

(实施例1)

图1和图2是本实施例的投射型显示装置的框图。本实施例的投射型显示装置具有1280x768(水平1280像素、垂直768像素)的WXGA显示分辨率，使用容易进行光束的出射和高速地进行光量调制的半导体激光器作为光源17。而且，将具有约100MHz的固定频率的激光调制用时钟施加到光源17来以像素单位对激光进行调制。当然，也可以代替半导体激光器而将LED光源、使LED光源聚光成束状的光学部件和光量的调制部件同时使用。此外，2轴的摆动反射镜11、12具有φL＝1.0mm的大小，且具有共振动作的高速侧11(以下称为H轴)和非共振动作的低速侧12(以下称为V轴)的摆动轴，使用H轴的驱动频率fhm＝约30.0kHz的驱动信号Hdrive、V轴的驱动频率fvm＝60Hz的驱动信号Vdrive，来在各自的摆动角±θh和±θv(光学抖动角±26度/±16度)的范围内被驱动。摆动反射镜的驱动方式是电磁感应、压电驱动、静电驱动等摆动反射镜的方式即可，可为任意方式。而且，摆动角根据本实施例的驱动信号Hdrive/Vdrive的振幅进行调节。并且，H轴侧的显示范围为摆动角的整个区域，即无回扫期间地使用。

这里，为了说明，一般将光束的放射强度成为峰值或光轴上的值的1/e²(13.5％)的位置定义为斑直径(光束直径)，斑直径为φ1mm以下的大小，是能够满足要显示的影像所要求的分辨率的大小。而且，发出光束的光源17包括发出各色可见光的激光的3个光源，以分别发出三原色的红(r)绿(g)蓝(b)的可见光，各可见光的波长为λr＝640nm、λg＝530nm、λb＝450nm。

以下说明本实施例的动作的概要。在图1中，系统控制部4被输入未图示的CPU的动作条件等各种设定信息μCOM和影像同步信号输入1、2，生成用于实现WXGA分辨率的控制信息——例如水平频率信息(H_Freq)、水平相位信息(H_phas)、垂直频率信息(V_Freq)、垂直相位信息(V_phas)并将它们输出。而且，系统控制部4生成写入信号Wadd并将其输出，该写入信号Wadd用于控制将输入到影像输入3的图像数据iVideo写入到图像存储器14。在此，图像存储器14使用RAM，所以以下将图像存储器14称为图像RAM14。当然也可以用RAM以外的存储器。

共振(H轴)和非共振(V轴)摆动的反射镜11、12根据环境温度、激光强度、时效老化等使用条件而共振频率和摆动幅度(振幅)发生变动。反射镜控制部5进行反馈控制来抑制这样的变动而将共振频率和振幅保持为一定，以下说明其动作。反射镜控制部5输入来自系统控制部4的上述控制信息(水平频率/相位信息、垂直频率/相位频率)和来自扫描位置判定部13的、基于由反射镜11、12检测出的反射镜11、12的相位和振幅的信号。该信号是作为表示反射镜11、12的相位和振幅值的摆动状态信号的Hposition和Vposition，将其作为反馈信号输入至上述反射镜控制部5。而且，反射镜控制部5以控制信息(水平频率/相位信息、垂直频率/相位信息)为基准、将摆动状态信号(Hposition和Vposition)作为反馈信号，通过PLL(Phase Locked Loop：锁相环路)控制生成水平波形读取地址Hadd和垂直波形读取地址Vadd并将它们输出。

根据来自反射镜控制部5的水平波形读取地址Hadd和垂直波形读取地址Vadd，保持于波形LUT(Look Up Table：查阅表)7的H轴用SIN波形Hwv和V轴用锯齿波波形Vwv的数据以H轴用SIN波形Hwv和V轴用锯齿波Vwv成为所期望的周期和相位的方式被读取。而且，波形LUT7的存储内容也可以根据各种设定信息μCOM而被改写。另外，反射镜控制部5根据上述控制信息和摆动状态信号生成振幅控制信号H_AMP和V_AMP，用乘法器8、9对从波形LUT7读取的H轴用SIN波形Hwv和V轴用锯齿波波形Vwv的数据乘以振幅控制信号H_AMP和V_AMP，使得上述H轴用SIN波形Hwv和V轴用锯齿波波形Vwv成为期望的摆动角±θh、±θv。

来自乘法器8、9的输出信号(即振幅被控制了的H轴用SIN波形Hwv和V轴用锯齿波波形Vwv的数据)被输入到反射镜驱动部10，在反射镜驱动部10中，用来自乘法器8、9的输出信号生成适于反射镜11、12的驱动信号Hdrive/Vdrive并将其施加到反射镜11、12。由此，抑制了上述共振频率和振幅的变动，将共振频率和振幅维持为大致一定。

而且，反射镜11、12具有检测各反射镜的振幅等并输出检测信号Hsensor/Vsensor的功能。扫描位置判定部13取得从反射镜11、12输出的检测信号Hsensor/Vsensor，生成表示各自的相位和振幅值的上述摆动状态信号Hposition/Vposition，将其作为反馈信号如上所述输出至反射镜控制部5。

激光控制部6取得来自扫描位置判定部13的摆动状态信号Hposition/Vposition，生成H轴方向和V轴方向的同步信号HLDsync/VLDsync、将WXGA的分辨率投影到相同视角和扫描位置而生成的像素地址、以及线地址(Line Address)。同步信号HLDsync/VLDsync被供给至图像处理部15，在图像处理部15中作为用于以线单位或帧单位进行图像处理的同步信号而加以利用。而且，像素地址和线地址被供给至图像RAM14，利用该像素地址和线地址从图像RAM14读取图像数据video。激光控制部6的详细情况后述。

从图像RAM14读取的图像数据video以同步信号HLDsync/VLDsync为基准，由图像处理部15实施像素插值和亮度修正等图像处理。由图像处理部15实施图像处理而得到的图像数据LDvideo被供给至光源控制驱动部16，光源控制驱动部16基于该图像数据LDvideo生成适于光源17的驱动信号LD Drive来驱动光源17。由此，光源17生成基于图像数据而以像素单位进行了调制的激光。在光源17包含分别发出R光、G光、B光的3个光源的情况下，用R用、G用和B用的图像数据驱动各光源。

来自光源17的激光被聚光透镜18聚光而作为光束光向着反射镜11出射。反射镜11、12基于驱动信号Hdrive/Vdrive而在水平、垂直方向上摆动，所以由反射镜11反射后的光束光如轨迹19所示那样被投影成扫描显示区域20。由此，在显示区域20形成投影影像。

根据上述结构，即使在水平方向的光栅扫描中的往复扫描的周期变动的情况下，也能够通过激光控制部6实现相同像素数的显示。

在如上所述的结构的投射型显示装置中，为了提高投影影像的品质，例如高亮度化和高分辨率化，优选用具有与共振频率、分辨率和非发光期间(回扫期间)匹配的频率的激光调制时钟来驱动光源17。但是，在激光调制时钟为固定的频率的情况下，例如由于显示像素的分辨率性能不足(之后详述)，根据水平扫描方向的扫描位置而由运算误差导致产生像素排列的不均匀性，发生像素丢失。发生这样的像素丢失时，投影影像的像素不均匀，并且产生像素宽度缺失、亮度不均等。

该像素丢失的情形示于图4。该图表示以时钟频率为100MHz固定的激光调制用时钟和水平驱动频率为30.0kHz的驱动信号Hdrive驱动光源和摆动反射镜时的像素地址的情形。如图所示，在理想状态下不发生像素地址的丢失。但是如上所述由于显示像素的分辨性能不足产生像素的丢失。在该图所示的例子的像素丢失状态下，第639像素丢失。本实施例用于解决上述那样的课题，以下说明其详细情况。

首先，除之前的图1之外，参照图2、3、5、6说明第1实施例中的扫描型显示装置的动作概要。

图2是表示第1实施例的激光控制部6的一个结构例的图，图3表示第1实施例的像素地址LUT(Look UP Table：查阅表)的例子，图5是表示第1实施例的像素扩展的图，图6是第1实施例的噪声信号的时序图。

在图1中，反射镜控制部5中的H轴的PLL控制与现有技术相同而省略详细说明，驱动波形Hdrive与表示反射镜11的摆动状态的Hsensor的相位差为90度时是共振状态，所以增减驱动波形Hdrive的周期即H轴用SIN波形的读取周期以保持该关系。优选该增减的步长(step)PS中频率fld＝100MHz的激光调制用时钟的周期Tld＝10nsec，优选反射镜11的最大摆动角的变化量小，在本实施例中说明将Tld分割成16份的PS＝10/16nsec。

参照图2说明本实施例的激光控制部6的详情。如图所示，本实施例的激光控制部6包括扫描地址生成部24、抖动噪声生成部21、标准化部22和像素地址表(LUT)23。其中，标准化部22包含1/N LUT25、加法器26和乘法器27，像素地址LUT23包含加法器28和像素地址生成LUT29。

在扫描地址生成部24中，通过来自扫描位置判定部13的摆动状态信号V position和H position，生成与H轴或V轴的扫描开始位置匹配的同步信号HLDsync和VLDsync以及V轴方向的线地址。同步信号HLDsync和VLDsync被供给至前面说明的图像处理部15，并且也被供给至抖动噪声生成部21。而且，线地址如前面说明的那样用于从图像RAM14读取图像数据。并且，扫描地址生成部24用频率fld＝100MHz的激光调制用时钟对共振状态的反射镜11的去路和归路的各扫描期间进行计数，将时钟地址tn和时钟的总数TN(整数)生成为扫描地址信息。总数TN例如通过下式求出。

TN＝int(fld/fhm/2) (式1)

在本实施例中，TN＝int(100MHz/30kHz/2)＝1666。

接着详细说明标准化部22进行的时间地址tadd的生成方法。在本实施例中，表示了以TN的大约4.9倍精度即8192等分对各扫描期间进行标准化的情况，时间地址tadd(0～8191、13bit)由下式定义。

tadd＝int(tn/TN*8191) (式2)

为了减轻运算处理，本实施例的标准化部22是用乘法器27对从图2的1/N LUT25输出的1/N结果乘以时钟地址tn(0～1665)，标准化成tadd＝0～8191的结构。

通过本标准化，即使反射镜11的共振频率fhm的变动即TN的值变动的情况下，tadd也限定在0～8191的范围内。

在像素地址LUT23中，读取对应于时间地址tadd的水平扫描位置、即分辨率WXGA的像素地址add(11bit、0～1279)。图3的图表为像素地址add的一例，在图10的H摆动角θH＝±26度的情况下，例如通过下式的换算式求出。

add＝int(1280*(0.5-D*tan(asin(0.5*cos(θWtadd)))/0.5/sin(θH)))))

(式3)

时间地址tadd时的旋转角θWtadd为

θWtadd＝180度*tadd/8192 (式4)

考虑回扫期间(显示禁止期间)时，在除去对应的回扫期间的时间区间分配像素地址。

在本实施例中，着眼于画面中央附近的像素地址add＝640时，在100MHz时钟的步长中tn＝832～833，以8191标准化后的对应的时间地址tadd为4090和4095，如图4所示像素地址Add＝639没有被选择而丢失。为了防止这样的丢失，在本实施例中，抖动噪声生成部21生成标准化噪声NN和参照噪声RN，用加法器26对激光调制用时钟的总数TN加上标准化噪声NN，通过标准化部22标准化而生成时间地址tadd，用加法器28对该时间地址tadd加上参照噪声RN而成生像素地址add。用于生成标准化噪声NN和参照噪声RN的数据被通过各种设定信息μCOM存储在抖动噪声生成部21中。而且，也可以设定为该数据能够通过各种设定信息μCOM改写。

在上述PLL控制的增减的步长PS＝10/16nsec的情况下，在由于共振频率的变动而激光调制用时钟的总数TN＝1666(整数)改变中，步长PS需要16步长的变动期间，在此期间，投影影像的各像素以1像素以下的变动量投影。

由此，抖动噪声生成部21生成的期望的标准化噪声NN定义为模拟地分割了16步长间的量，标准化噪声NN从-15～15的整数中选择。而且，在标准化部22中，按照变更前述的(式2)而成的下述(式5)进行标准化处理。

tadd＝int(tn/(TN+NN/16)*8191)(式5)

在图2的标准化部22中，将LUT的参照地址扩展下位4bit，利用TN+NN/16结果参照1/N LUT25来以8192对tn进行标准化。

如图5的标准化噪声NN所示，表示对基于(式5)的mode_b000～011分配NN＝0、4、8、12时的时间地址tadd，参照像素地址add的情况。虽然未图示，NN＝0、-4、-8、-12的情况也一样。由此，能够在图5的像素配置的理想状态下的重心上排列各像素。

而且，标准化噪声NN为0、8的2个以上即可。

而且，在标准化部22中，使运算误差的处理不同即可。例如，相对于(式5)中舍去小数点后数字而为整数，也可以用进行四舍五入而得到的结果通过上述同样的处理生成时间地址tadd，通过动作模式的扩大能够更加平滑化。

上述时间地址tadd(0-8191)将激光调制用时钟地址tn(0-1665)离散化成约4.9倍而不连续。抖动噪声生成部21的期望的参照噪声RN为-2～2(整数)，通过图2的像素地址LUT部23的结构，用加法器28加上时间地址tadd之后，通过参照像素地址生成LUT29，生成在像素地址add上赋予±0.5像素以内的变化。图5的参照噪声表示对mode_a000～110分配了0、1、2、-1、-2的情况的一例。图中赋予的像素编号是概念。

在此，根据使用的标准化精度确定参照噪声RN的值，只要是实现了像素地址add的±0.5像素以内的值即可。

标准化噪声NN和参照噪声RN的模式切换和模式的发生顺序只要是提高投影影像的显示品质的条件，则可以是任意的时刻。图6的时序图表示以H轴或V轴的同步信号HLDsync和VLDsync单位进行上述模式切换时的一例。其中，根据切换时刻和模式的发生顺序，也有在投影影像的一部分发生点灭(闪烁)现象、像素的大小不均匀、亮度不均没有改善的情况。而且，即使是相同的模式切换条件，也有随着共振频率的变动改善的好坏改变的情况，所以可以设定以各共振频率在最佳时刻和最适量的模式切换条件。

在此，优选上述反射镜控制部的控制精度是分解显示分辨率的精度的至少2倍以上(本实施例中为16倍)，上述标准化部的标准化精度是分解显示分辨率的精度的至少2倍以上(本实施例中为4.9倍)。

根据本实施例，即使在微小反射镜的共振频率的高频化和摆动量的扩大化且激光调制频率固定的情况下，也能够保存像素重心并使像素地址分配扩散、均等化，具有能够以保持了显示影像品质和亮度的高分辨率进行显示的效果。而且，能够扩大作为显示区域的能够确保的摆动量，能够提高基于提高激光使用效率的亮度、或者降低激光的平均强度。

进而，通过抑制匹配共振频率和分辨率的激光调制频率的高频化，能够抑制激光驱动用的传输线路设计的难易度、调制时的响应损失和电力增加。

而且，即使在通过提高激光调制频率而能够显示期望的分辨率的情况下，也能够通过与上述同样的处理使像素地址分配扩散、均等化，所以能够使像素大小均匀化。

而且，在本实施例中，确定了运算精度和计算式来进行了说明，但不限于此，只要是适用的结构、反射镜元件的性能、激光调制频率的最佳精度，能够通过与本实施例相同的处理获得同样的效果都可以。

(实施例2)

图7是第2实施例的扫描型投影显示装置的框图，图像处理部15与实施例1相比，在水平方向的像素间附加了像素的疏化抽取与插值和平滑化处理功能。以下用图4、8的概念图详细说明。

在H轴上摆动的反射镜11在画面两端较慢而在中央部较快地移动，所以在激光调制用时钟fld＝100MHz固定的情况下，在图4的理想状态下各像素地址的分配时间也长短不同。例如，在画面两端同一个像素地址多次连续，而在中央部为1次或者丢失。

因此，相对于实施例1，将像素地址LUT23所保持的像素地址add(11bit)信息扩展到4倍(13bit)，以附加了靠左、中央、靠右3种像素重心信息(2bit＝00/10/11)的0～5119进行保持，以实施例1所示的时间地址Tadd(13bit、0～8191)参照于此。

(像素的疏化抽取的说明)

在像素地址add的上位11bit(着眼地址)为相同且连续的情况下，例如在图8所示的画面两端的区域，像素重心仅为中央部(下位2bit＝10)的最初的时间地址Tadd的像素地址add，通过对应的影像信号Video进行激光发光。即，即使是相同的像素地址add，也能够仅在激光调制用时钟fld的1时钟周期发光。

(像素插值的说明)

在图8所示的画面中央的区域，着眼的像素地址add的上位11bit不同于激光调制用时钟fld的1时钟单位的相邻间的情况，根据着眼的像素地址add的像素重心信息(2bit＝00/10/11)，(1)靠左的情况，着眼的像素地址add和之前(-1)；(2)中央的情况，仅着眼的像素地址add；(3)靠右的情况，着眼的像素地址add和之后(+1)，利用各自的像素地址add所对应的影像信号Video进行插值来进行激光发光。本实施例以在插值影像信号时使用上述的重心信息为特征，对于影像信号的平滑化和强调处理等插值方法，并非本实施例所说明的内容，而可应用公知技术。由此，通过对应于像素重心的偏移的影像信号显示像素。

进而，实施例1所示的、通过标准化噪声NN的附加而使像素重心的偏移平滑化时，也通过对应于像素重心的偏移的影像信号显示像素。

在本实施例中，表示的是像素地址LUT23为显示分辨率的4倍(2bit扩展)的情况，但是优选保持精度的至少2倍以上，当然也可以是显示精度的4倍以上的精度。

以上，根据本实施例，即使反射镜11的扫描位置在任意位置，显示1像素的激光发光期间也能够相同，所以能够得到面内亮度均等的影像。进而，相对于实施例1中通过标准化噪声NN的附加而在面内中央部防止分辨率的劣化但像素模糊，能够改善像素模糊而无损显示品质。

(实施例3)

图9是表示第3实施例的显示装置的框图，图像RAM存储再现红(R)/绿(G)/蓝(B)的3原色的图像数据，激光光源17由红(R)/绿(G)/蓝(B)的3原色的光源和与各自对应的聚光透镜18构成。

在此情况下，显示区域20上3束光束分别在不同的位置扫描时，对各色实施与实施例1、2同样的处理。

根据实施例3，能够进行基于R/G/B的彩色的影像显示。

其中，实施例1至3中任一者都是即使在通过提高激光调制频率而能够显示期望的分辨率的情况下，也能够通过上述同样的处理实现均等化，所以能够实现像素均匀化。

以上限定方案进行了说明，但是不限于此，反射镜的结构和驱动方法、运算器的运算方法或各LUT根据适用的装置和用途确定即可。

附图标记说明

1、2、3 影像信号输入

4 系统控制部

5 反射镜控制部

6 激光控制部

7 波形LUT

8、9 乘法器

10 反射镜驱动部

11、12 2轴反射镜

13 扫描位置判定部

14 图像RAM

15 图像处理部

16 光源控制驱动部

17 光源

18 聚光透镜

19 光束光的轨迹

20 显示区域

21 抖动噪声生成部

22 标准化部

23 像素地址LUT

24 线地址生成部

25 1/N LUT

26 加法器

27 乘法器。