激光投射显示装置的制作方法

本发明涉及用二维扫描反射镜使半导体激光等光源光扫描而进行影像显示的激光投射显示装置。

背景技术：

近年来，使用半导体激光源和mems(microelectromechanicalsystems，微机电系统)反射镜等二维扫描反射镜的小型投射投影仪已实用化，例如用作辅助汽车驾驶用的平视显示器。这样的激光投射显示装置中，使二维扫描反射镜在水平和垂直方向上扫描，同时对激光源进行调制，由此对投射面投射要求的图像。此处，为了提高投射图像的辨认性，提出了与周围的亮度相应地调整投射光的强度的调光机构。

例如，在专利文献1中，记载了车载用的平视显示器，结构具有将要显示的信息导向规定位置的组合器、基于背景亮度改变组合器的透过光量的透过光量调整单元、和检测背景亮度的亮度检测单元。

另外，在专利文献2中，记载了平视显示器的调光机构，结构包括至少由液晶部件和透光性反射部件层叠形成的屏幕，和按照规定的指示信号对屏幕中层叠的液晶部件施加电压来调整透过屏幕的光量的控制单元。

专利文献1：日本特开2010-072365号公报

专利文献2：日本特开2002-104017号公报

发明要解决的技术问题

对于投射图像的亮度，要求进行与周围亮度相应地变更投射光的强度的调光动作。例如在车载用的平视显示器中，需要与车辆外部的亮度相应地细致地进行调光。例如，在日间行驶时这样外部明亮时将调光调节为最大，在夜间行驶时和隧道内行驶时这样外部阴暗时将调光调节为最小。因此，调光幅度是非常广的范围。

另一方面，作为光源的半导体激光器的发光特性，不是发光强度相对于驱动电流均匀地变化，而是具有光量以阈值电流为界急剧增加的性质(非线性特性)。由此，如上所述进行广范围的调光的情况下，存在跨阈值电流工作时，发光输出(图像亮度)变得不稳定的问题。

上述专利文献1、2中记载的调光方式，是基于背景亮度等使光源的出射光的强度衰减，但没有考虑半导体激光器具有的非线性的发光特性，不能避免在阈值电流附近发光的情况下投射图像的亮度变得不稳定的现象。

技术实现要素：

本发明鉴于上述问题，目的在于提供一种避免半导体激光器在非线性的发光区域中工作，能够对投射图像的亮度广范围且稳定地调光的激光投射显示装置。

用于解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明是一种投射与图像信号相应的激光来显示与上述图像信号相应的图像的激光投射显示装置，其包括：产生上述激光的激光源；激光驱动器，其驱动上述激光源，使上述激光源以与上述图像信号相应的强度产生激光；扫描部，其使上述激光源产生的激光与关于上述图像信号的同步信号相应地扫描并投射；液晶元件，其使上述激光源产生的激光以规定的透射率通过；液晶驱动器，其对上述液晶元件施加电压来改变上述透射率；和图像处理部，其生成上述图像信号，控制上述激光驱动器和上述液晶驱动器。上述图像处理部，在上述激光源产生的激光的光量是该激光源在非线性区域工作的情况下的光量时，对上述激光驱动器进行控制，使上述激光源的驱动强度增加规定量g而移动至上述非线性区域以外的区域，并且，对上述液晶驱动器进行控制，使上述液晶元件的透射率衰减规定量1/g。

根据本发明，能够提供一种以避开激光源动作不稳定的非线性区域的方式工作从而能够在非常广范围的亮度中进行稳定的调光动作的激光投射显示装置。

附图说明

图1是表示激光投射显示装置的一个结构例的框图。

图2是表示激光投射显示装置的其他结构例的框图。

图3是表示半导体激光器的光量－正向电流特性的一例的图。

图4a是表示半导体激光器的工作区域的一例的图。

图4b是说明半导体激光器的工作区域的切换的图。

图5是表示液晶元件的透射率－电压特性的一例的图。

图6是表示激光投射动作的流程图。

附图标记的说明

1……激光投射显示装置，

2……图像处理部，

3……帧存储器，

4……激光驱动器，

5……激光源

5a、5b、5c……半导体激光器(ld)，

6……反射镜

7……mems扫描反射镜，

8……mems驱动器，

9……放大器，

10……光传感器1，

11……照度传感器，

12……cpu，

13……显示图像，

14……液晶元件，

15……光传感器2，

16a……反射镜，

16b……玻璃板，

17……液晶驱动器。

具体实施方式

以下用附图详细说明本发明的实施方式。首先，用图1、图2说明本发明的激光投射显示装置的结构例。

图1是表示激光投射显示装置的一个结构例的框图。激光投射显示装置1具有图像处理部2、帧存储器3、激光驱动器(激光源驱动部)4、激光源5、反射镜6、mems(microelectromechanicalsystems，微机电系统)扫描反射镜7、mems驱动器8、放大器9、光传感器1(10)、照度传感器11、cpu(centralprocessingunit，中央处理单元)12、液晶元件14、光传感器2(15)、反射镜16a、液晶驱动器(液晶元件驱动部)17，将显示图像13显示在投射面上。对各部的动作进行说明。

图像处理部2生成对从外部输入的图像信号施加各种修正后的投射用的图像信号，并且生成与其同步的水平同步(h同步)信号和垂直同步(v同步)信号，对mems驱动器8供给。图像处理部2中进行的各种修正包括mems扫描反射镜7的扫描引起的图像畸变的修正、图像的色阶调整等。其中，图像畸变是因为激光投射显示装置1与投射面的相对角不同、激光源5与mems扫描反射镜7的光轴偏差等而发生的。生成的图像信号先保存在帧存储器3中，按照与水平同步信号和垂直同步信号同步的读取信号读取，对激光驱动器4供给。

另外，图像处理部2与从cpu12和放大器9取得的信息相应地，控制激光驱动器4和液晶驱动器17，进行激光源5的输出调整和液晶元件14的透射率的调整。其详情在后文中叙述。

激光驱动器4接收从图像处理部2输出的图像信号，与其相应地对激光源5调制驱动电流。激光源5例如具有用于3色(r、g、b)的3个半导体激光器(以下简称为ld)5a、5b、5c，按图像信号的rgb分别出射与图像信号相应的rgb的激光。

rgb这3束激光被反射镜6合成，透过液晶元件14对mems扫描反射镜7照射。反射镜6具有使特定波长的光反射并使其他波长的光透过的3个分色镜6a、6b、6c，将r、g、b激光合成为1束激光，对mems扫描反射镜7供给。

液晶驱动器17接收从图像处理部2输出的控制信号，对液晶元件14施加规定的电压。液晶元件14与施加的电压相应地改变分子的方向，改变通过其的激光的透过量。即，使用液晶元件14作为使激光强度衰减的元件。通过液晶元件14后的激光，通过反射镜16a入射到mems扫描反射镜7。

mems扫描反射镜7是具有2轴的旋转机构的图像扫描部，使中央的反射镜部在水平方向(h方向)和垂直方向(v方向)这2个方向上振动。mems驱动器8与来自图像处理部2的水平同步信号同步地生成正弦波，并且生成与垂直同步信号同步的锯齿波，控制mems扫描反射镜7的驱动。由此，激光按如图1的显示图像13所示的轨迹扫描，该扫描与激光驱动器4进行的调制动作同步，由此能够光学地投射输入图像。

光传感器1(10)测定从激光源5出射的激光的光量。即，检测反射镜6c中的激光的数％的漏光(反射光和透过光)，对放大器9输出。另一方面，光传感器2(15)测定通过液晶元件14后的激光的光量。即，检测反射镜16a中的激光的数％的漏光(反射光)，对放大器9输出。放大器9对光传感器1(10)和光传感器2(15)的输出放大，对图像处理部2输出。

图像处理部2对光传感器1(10)的检测输出与输入图像信号的亮度水平进行比较，控制激光驱动器4成为要求的强度。另外，图像处理部2根据光传感器1(10)与光传感器2(15)的检测输出的差，计算液晶元件14的透射率。然后，控制液晶驱动器17使液晶元件14的透射率成为要求的值。此时，如后所述，在从激光源5出射的激光的光量在特定范围中(如后所述，激光源5的动作不稳定的非线性区域)的情况下，图像处理部2对激光驱动器4进行控制，使对激光源5的驱动强度增加规定的增益而移动至非线性区域以外的区域，并且，对液晶驱动器17进行控制，使液晶元件14的透射率减小规定量。

照度传感器11检测激光投射显示装置1周围的照度并对cpu12输出。cpu12接收来自照度传感器11的信号或来自外部的控制信号，对图像处理部2供给用于控制图像处理部2生成的显示图像13的亮度的调光请求信号。

这样，本实施例的激光投射显示装置1具有以下结构：通过将液晶元件14作为激光的衰减元件来使用，从而以避开激光源5的动作不稳定的非线性区域的方式工作。此时，因为采用了非机械部件的液晶元件作为激光的衰减元件，所以可靠性高，例如对于车载用的平视显示器等是优选的。

图2是表示激光投射显示装置的其他结构例的框图。与图1的结构的不同在于液晶元件14的配置。即，图2的例子中，将液晶元件14配置在mems扫描反射镜7的出射侧。另外，采用了在液晶元件14的出射侧配置玻璃板16b，使通过液晶元件14后的一部分激光反射，由光传感器2(15)进行检测的结构。

在图2的结构中，也通过将液晶元件14作为激光的衰减元件来使用，从而能够避开激光源5的动作不稳定的区域地工作。

对图1和图2的结构进行比较，在如图1所示将液晶元件14配置在mems扫描反射镜7的入射侧的结构中，激光对液晶元件14的入射角固定，所以具有液晶元件14内的透射率均匀、显示图像13的亮度在画面内均匀的优点。另一方面，在如图2所示将液晶元件14配置在mems扫描反射镜7的出射侧的结构中，激光对液晶元件14扫描地入射，所以具有对液晶元件14的损伤较少的优点。由此，考虑激光投射显示装置的使用方式选择图1或图2的结构即可。

图3是表示半导体激光器的光量－正向电流特性的一例的图。横轴表示电流i，纵轴表示光量l，半导体激光器中具有以某一阈值电流ith为界，光量l急剧增加的非线性特性。将其分割为工作区域时，区域a是以小于阈值电流ith的电流使用的区域，称为“led区域”，区域c是以大于阈值电流ith的电流使用的区域，称为“ld区域”，夹在其中的区域b是跨阈值电流ith地使用的区域，称为“led-ld区域”。

本实施例的激光投射显示装置，例如设想为用作车载用的平视显示器。该情况下，需要与车辆外部的亮度相应地细致地进行调光。例如，在日间行驶时这样外部明亮时将调光调节为最大，在夜间行驶时和隧道内行驶时这样外部阴暗时将调光调节为最小。因此，输出的光量l的动态范围广，以跨所有区域a、b、c地工作为前提。

即，形成明亮图像时半导体激光器中流过的电流的范围是区域c，形成阴暗图像时半导体激光器中流过的电流的范围是区域a。另外，在其中间的亮度的情况下，半导体激光器中流过的电流的范围是区域b。

在区域b中使用的情况下，光量相对于输入电流的输出系数以阈值电流ith为界而有较大不同，所以难以使亮度线性地变化。结果，调光性能变得不稳定，并且存在rgb的颜色平衡(白平衡)失衡、配色性能也恶化的情况。将这样调光性能不稳定的跨阈值电流ith的区域b称为“非线性区域，或不稳定区域”。

本实施例中，在区域b即不稳定区域中，同时使用透射率因施加电压而变化的液晶元件14进行调光。即，使半导体激光器移动至能够线性工作的高亮度区域c地工作，同时使用液晶元件14的光衰减作用，由此线性地实现区域b中的要求的亮度。

接着，对使用液晶元件14的半导体激光器的工作区域的切换进行说明。

图4a和图4b是表示半导体激光器的工作区域的一例的图。图4a是无工作切换的情况，图4b是有工作切换的情况。

图4a中，纵轴用对数刻度表示画面亮度y(相对值)，横轴表示与其对应的亮度设定值s(步进值)。亮度设定值s＝0时，画面亮度y是最大值＝1(相对值)，设定值s＝600时画面亮度y是最小值＝0.0001。该情况下，设想以10000倍使用画面亮度y的动态范围。其中，例如假设亮度y＝0.01～0.001的范围(记号p-q之间)是不稳定区域(非线性区域)。该不稳定区域对应于图3中说明的区域b(led-ld区域)，在设定值s＝s1～s2的区域中，亮度y并非线性地对应。

图4b是说明为了避开图4a中的不稳定区域而切换工作区域的图。在不稳定区域(p-q之间)中，使半导体激光器的工作强度向纵轴上方向(较亮方向)移动增益g，切换为在亮度y＝0.1～0.01的范围(记号p'-q'之间)工作。因此，本例中，使亮度的增益g增加10倍。换言之，对于横轴的亮度设定值s，使不稳定工作区域s1～s2移动至s1'～s2'的区域，使半导体激光器的工作范围移动至记号r-p的区域。另一方面，与半导体激光器的工作强度的切换对应地，使液晶元件的透射率减小到1/g、即1/10倍。结果，从液晶元件出射的激光的强度、即画面的亮度y能够实现要求的值(0.01～0.001)。通过这样的工作区域的切换，能够避开半导体激光器的不稳定区域地工作。

图5是表示液晶元件的透射率－电压特性的一例的图。横轴表示施加电压振幅vpp(交流方波)，纵轴表示透射率t。本例中，施加电压vpp＝0时的透射率t＝约0.6，所以将其作为基准。例如，为了使透射率t减小为0.06(1/10倍)，设定施加电压va＝约2v即可。当然，也可以总是对液晶元件施加0以外的电压，使透射率t减小规定量。

图6是表示激光投射动作的流程图的图。图像处理部2按图像信号的每帧执行以下的处理。处理单位也可以与显示的图像的种类、画质相应地切换。以下按步骤顺序进行说明。

在s101中，图像处理部2生成对输入的图像信号施加了各种修正后的投射用的图像信号。

在s102中，图像处理部2基于生成的图像信号，决定用于驱动半导体激光器(ld)的“亮度设定值s”(图4b的横轴)。

在s103中，判断“亮度设定值s”是否使用半导体激光器的不稳定区域(图4b的s1～s2区域)。使用的情况下前进至s104，不使用的情况下前进至s106。

在s104中，控制液晶驱动器17，使其对液晶元件14施加规定的电压(图5所示的va)而使透射率减小。

在s105中，对于激光驱动器4，变更半导体激光器的亮度设定值s。具体而言，如图4b所示使设定值移动至s1'～s2'的区域的对应位置。

在s106中，控制液晶驱动器17，使对于液晶元件14的施加电压vpp成为0。

在s107中，从激光驱动器4对半导体激光器施加电流，使激光源5发光。由此进行该图像信号的投射显示。

之后，返回上述s101，对于下一个图像信号反复同样的处理。

这样，本实施例的激光投射显示装置，采用了通过将液晶元件作为激光的衰减元件来使用，而以避开激光源的动作不稳定的非线性区域的方式工作的结构。由此，能够在非常广范围的亮度中进行稳定的调光动作。此时，因为采用了非机械部件的液晶元件作为激光的衰减元件，所以能够实现可靠性高的激光投射显示装置。