JP2013068859A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】MEMSと半導体レーザ光源を用いた小型投射プロジェクタを複数台重ねて使用する場合の画質劣化を低減する。
【解決手段】複数の光源と、前記複数の光源を駆動する複数の光源駆動手段と、前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、入力映像信号を信号処理する画像処理手段と、前記複数の光源を異なる光軸で反射ミラーに入射し異なる投射領域に投影し且つこれをまとめることで一つの入力映像信号の画像を表示させる画像表示装置において、複数の投射画像が光学的に重なり合う領域に対応する画像は１つの光源からの出射光となるように前記画像処理手段が制御を行う構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）等を用いた画像表示装置に関するものである。

近年、MEMSと半導体レーザ光源を用いた小型投射プロジェクタが普及している。例えば、特許文献１には、2軸のMEMSミラーを水平及び垂直方向にスキャンすると同時にレーザ光源を変調することで映像を投射するプロジェクタが開示されている。

しかしながら、小型投射プロジェクタに使用される半導体レーザ光は現時点ではまだ光出力が低いため、表示画面が暗くなるという問題がある。このため、複数の小型投射プロジェクタを並列駆動させて、光量不足を補う方法が特許文献２に開示されている。

また、特許文献３には、２つのレーザ光源のレーザー光をひとつのMEMSミラーにより走査する技術が開示され、詳しくは、MEMSミラーの水平方向の振動に連動し、２つのレーザ光源を水平方向の左右に分割して走査をおこなう技術が開示されている。

特開2006−343397号公報 特開2009−15125号公報 特開2008−32895号公報

しかしながら、特許文献２に開示される技術では、２つの別個の投射ユニットを並列駆動しており、コストが高い問題がある。

また、特許文献２に開示されている技術では、投射映像の重畳領域の輝度を制御して投影領域の境界をみえにくくする技術が開示されているに過ぎず、投影領域の投射歪みについては考慮されていない。

特許文献３に開示されている技術では、表示画面の輝度向上については考慮されていない。

本発明は、表示画面の輝度向上を図るとともに、MEMSミラーのスキャン精度やレーザ光学ユニットの精度に起因する表示画面の２次元的な歪みを補正可能なレーザ投射プロジェクタを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、複数の光源と、前記複数の光源を駆動する複数の光源駆動手段と、前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、入力映像信号を信号処理する画像処理手段と、前記複数の光源を異なる光軸で反射ミラーに入射し異なる投射領域に投影し且つこれをまとめることで一つの入力映像信号の画像を表示させる画像表示装置において、複数の投射画像が光学的に重なり合う領域に対応する画像は１つの光源からの出射光となるように前期画像処理手段が制御を行う構成とした。

本発明によれば、表示画面の輝度が高く、画像歪みのないレーザ投射プロジェクタを低コストに提供することができる。

本実施例の画像表示装置１の基本構成を示した説明図である。 本実施例の光学手段5の内部構成を示した説明図である。 表示画像のずれの一例を示した説明図である。 表示画像のずれの他例を示した説明図である。 画像の重ね合わせを示した一例の説明図である。 画像の重ね合わせを示した他例の説明図である。 本実施例の重ね合わせ動作を示した説明図である。 本実施例の画像処理部2の内部構成を示した説明図である。 本実施例の画像処理部2の動作を示した説明図である。 本実施例の重ね合わせ動作を示した説明図である。 本実施例の画像処理部2の動作を示した説明図である。 本実施例の画像処理部2の動作を示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

MEMSを用いた投射型プロジェクタ１の一般的な内部構成例を図１に示す。投射型プロジェクタ１はMEMS6、レーザドライバ4u及び4d、MEMSドライバ7、画像処理部2、メモリ3、光学手段5u及び5d、カメラ11で構成される。画像処理部2は外部から入力される映像信号に各種補正を加えた画像信号を生成し、且つそれに同期した水平同期信号及び垂直同期信号を生成する。

ここで、各種補正とは、詳細を後述するMEMS6の走査に起因する映像歪み補正や後述する並列処理における補正などを行うことを意味する。詳しくは、映像歪みは投射型プロジェクタ１と投射面との相対角で異なってくることや、光学手段5u及び5dとMEMS6の光軸ずれのために発生する。この映像歪み量は、カメラ11で投射面との相対角を測定し、映像歪み量を演算すること等により得ている。レーザドライバ4u及び4dは画像処理部2から出力される画像信号を受け、それに応じて光学手段5u及び5d内の後述するレーザ51を変調する。

図２に、光学手段5u及び5dの構成の詳細を示す。光学手段5u及び5dは、それぞれ、レーザ51と反射ミラー52で構成される。レーザ51は、例えばＲＧＢ用に３個（51a、51b、51c）用い、画像信号のＲＧＢ毎に変調が行われ、ＲＧＢのレーザ光を出力する。ＲＧＢのレーザ光は反射ミラー52により合成される。なお、反射ミラー52は特定の波長を反射しそれ以外の波長を透過するような特殊な光学素子が用いられており、一般的にはタイクロイックミラーと呼ばれている。

例えば反射ミラー52aは全てのレーザ光を反射、反射ミラー52bはレーザ51aのレーザ光を透過しレーザ51bのレーザ光を反射、反射ミラー52cはレーザ51a及び51bのレーザ光を透過しレーザ51cのレーザ光を反射する特性である。これによりＲＧＢのレーザ光を１本に合成することができる。

図１に戻り、光学手段5で合成されたレーザ光はMEMS6に入射される。MEMS6は一つの素子に２軸の回転機構があり、中央のミラー部がその２軸で水平方向と垂直方向に振動させることができる。ミラーの振動制御はMEMSドライバ7により行われる。

ここでレーザドライバ4と光学手段5は２系統あり、レーザドライバ4uと光学手段5u、レーザドライバ4dと光学手段5dの組み合わせで駆動され、光学手段5uと光学手段5dは、MEMSミラーの水平方向の回転軸に沿って、垂直方向の上下に配置される。そしてMEMS6へ２つのレーザ光を入射される際には所定の角度を持ってMEMSミラーの中央の１点（２軸の振動機構の回転軸の交点に対応する位置）に入射される。

MEMSドライバ7は画像処理部2からの水平同期信号に同期して正弦波を生成し、また垂直同期信号に同期してノコギリ波を生成してMEMS6を駆動する。MEMS6は前記正弦波を受けて水平方向に正弦波運動を行うと同時に前記ノコギリ波を受けて垂直方向の一方向に等速運動を行う。これにより、図１の8u及び8dのような軌跡でレーザ光は走査され、その走査がレーザドライバ4による変調動作と同期することで、入力画像が投射されることになる。

ここでレーザドライバ4uと光学手段5uで変調されたレーザ光が画像上部の8u、レーザドライバ4dと光学手段5dで変調されたレーザ光が画像下部の8dを形成し、ひとつの画像を形成することになる。

つまり、本実施例の投射型プロジェクタ１では、水平方向に２つのレーザ光でミラー走査をおこない、フレーム画像の上下を異なるレーザ光で走査して、画像を形成している。このため、ひとつの画像のフレームの走査時間が短くなり、フレーム周波数を高くすることができるので、表示輝度を高めることができる。

水平方向に２つのレーザ走査をおこなうため、画像処理部2はメモリ3を用いて、映像信号を上部と下部の２系統に分離処理を行い、且つ上部と下部の重ね合わせ部の補間処理も行う。

次に図１の画像8u及び8dのレーザ光走査に関して詳細に説明する。図３は、光学手段5u及び5dのレーザ光の走査画像の一例を示す図である。MEMS6でレーザ光を走査する場合、投射された映像は正確な四角形とはならず、周辺が歪むことがある。この原因は、前述のとおり、投射型プロジェクタ１と投射面との相対角で異なってくることや、光学手段5u及び5dとMEMS6の光軸ずれ（位置および角度）によるものである。

この様な場合、光学手段5u及び5dからの２つのレーザ光の光軸を調整して、走査画像8uの上端走査ラインと走査画像8dの下端走査ラインが接するように走査面の位置調整をおこなうが、図３に示すように、水平方向に接しない場合が発生する。例えば、図３(a)(b)に示されるように、水平方向の中央部は一致するが、端部は離れてしまうことがある。つまり、画面中央部では画像の連続性は良いが、両端では画像歪みの影響で画像が抜けてしまう箇所ができてしまい、画質劣化となる。なお、図３(ａ)と図３(ｂ)は画像歪みの出方が画面上下で異なることを想定したものであるが、どちらにしても画像の抜けは発生してしまう。

図４は、画面両端部で上下が一致するようにMEMS6に入射される光学手段5u及び5dからの２つのレーザ光の角度を調整した場合である。この場合画面中央部では上下の走査ビームの重なり合いが複数ライン（図４のハッチ部）となる。

このような場合に、前述の特許文献２に開示されている技術で、画面中央部の上下の重なり合いの箇所に関して信号処理にて上下でレベルを各々半分にすることで見えにくくすることはできるが、走査ラインが上下で互いに斜めにクロスする箇所であるので、完全に補正することができず、中央の重なり箇所が他の画像箇所に比べて輝度の濃淡差や解像度の違いとして視認できてしまう。

そこで本実施例では、以下のように上下の画面走査を制御するとともに、走査画像の歪み補正をおこなう。
図５は図４（ａ）の画面両端部で上下が一致するようにMEMS6に入射される光学手段5u及び5dからの２つのレーザ光の角度を調整した場合の、ビーム走査ラインの詳細をしめすものである。本実施例では、画面中央のビーム走査ラインの重なり部分は上下のビーム走査で補間し合うのではなく、一方の画面のビーム走査で表示をおこなうようにした。即ち、画像8uのビーム走査は画像8dに重なり合う所では発光を止め、画面両端の隙間領域81uのみ発光するように、画像処理部2がレーザドライバ4uを制御する。

図６は、画像処理部2の内部構成を示す図であり、図７は、画像処理部2で処理されるメモリ３の画像8uのマッピング図である。例えば水平Ｎ画素、垂直Ｍ画素の画像マップである。以下、画像処理部2の内部処理を説明する。

画像処理部2は入力される映像信号をまず画質補正部20によりコントラスト調整やガンマ補正など一般的な画質補正処理が行われ、その結果がメモリ3に格納される。補正された画像データをメモリ3に書き込む際は、書込みアドレス部21が生成するアドレスに対応するメモリ座標に書き込まれる。そのメモリ座標は座標変換部23により計算される。

座標変換部23では、MEMS6の走査に起因する画像歪みを補正するために、画像処理部2に入力された映像信号の表示画像を、画像歪みに対応する画像変換の逆変換関数により変換して、メモリ３に画像データを格納する。例えば、クロスハッチ画像を表示した際に歪が無く真っ直ぐな縦線横線になるように座標変換する。

より詳しくは、キーストーン歪みの映像の歪み量が先にも述べたように投射型プロジェクタ１と投射面との相対角で異なってくるため、カメラ11で投射面との相対角を測定し、その値を補正係数部24へ入力する。補正係数部24は投射型プロジェクタ１と投射面との相対角で決まる画像歪み量を関数値として計算することができ、相対角に合わせて画像歪み補正量を変更するように補正係数を生成し、座標変換部23へ入力する。座標変換部23はこの補正係数に合わせて映像信号の座標値を調整する。

また、図３に示されるように、上下の走査画像の歪み量が異なる場合には、先のクロスハッチ画像を入力映像として表示し、表示画像をカメラ11により撮像して、２次元の画像歪みをもとめ、逆変換するようにする。このように歪み量を平面で検出することで、凹凸のあるスクリーンに表示する場合でも、表示歪みを補正することができる。

メモリ3に書き込まれた座標変換後の画像データは、ミラー走査に対応して、読出しアドレス部22で指定されたアドレスの順序で読み出される。メモリ3内の画像データは既に座標変換されているので、読出し時はメモリ3の先頭から順次読み出すよう読出しアドレス部22がアドレスを生成する。

読み出された画像データは並列処理部25に入力される。並列処理部25はレーザドライバ4u及び4dの２系統に分けるための分配処理を行う。

マスク処理部26は並列処理部25からの出力を受けて、ビーム走査が重畳する位置のレーザ発光の制御をおこなう。具体的には、図５の81uの表示をおこなうビーム走査で、画像8dに重なり合う位置でのレーザ発光を行わないように、出力データのマスク処理を行う。

上記のような処理を行った結果、図７のマッピング図10uように画像8dに重なり合う画面下部のグレーハッチの扇型の領域ではレーザ発光しないようにデータのマスク処理を行い、また隙間領域81uに相当する斜め斜線の領域ではレーザ発光させることになる。

図８は本実施例２を説明する図で、図４（ｂ）に示すレーザ走査ビームの重畳状態での制御内容を説明するものである。以下に詳細に説明するが、図４(b)の重畳状態の制御は、以下の制御方式に限られたものではなく、他の分担方法もある。

全体構成や画像処理部2の構成は、先の実施例と同様であり、説明は省略すが、図４（ｂ）に示すレーザ走査ビームの重畳領域を上下の光学手段5uと5dで走査するようにした点が、先の実施例と異なる。

図８に示されるように、画像8uと8dに対応するレーザ走査ビームは、上下対称におこなう。したがって、画像8u側の処理は、画像8dと同様におこなえばよい。

画像8dのビーム走査は、図８の81dの箇所だけを発光させることとし、画像8dの画像8uに重なり合う所では発光を止め、画面両端の隙間領域81dのみ発光するように画像処理部2がレーザドライバ4dを制御する。

図９は画像処理部2内の画像8dのマッピング図10dで、例えば水平Ｎ個、垂直Ｍ個の画像マップである。図９のように画像8uに重なり合う画面上部のグレーハッチの扇型の部分では発光しないように映像を黒表示にマスク処理を行う。また隙間領域81dに相当する斜め斜線の領域では発光させる。なお画像処理部2内の動作は図７の際と同様なので省略する。

図１０は図８を前提にクロスハッチ画像を表示したときの発光例を示したもので、クロスハッチ縦線91と、クロスハッチ横線92を表示させたい場合の発光点93の一部を示す。このように隙間領域81u,81dは他の領域同様の画像歪み補正を行うためのマッピング処理を画像処理部2で行うことで、クロスハッチ画像を表示した場合でも歪みのない正常な画像表示を行うことができる。

なお、本実施例ではレーザ光を２つ組み合わせた場合を例としたが、３つ以上のレーザ光を２つ組み合わせた場合でも適用可能である。また、投射型プロジェクタ１と投射面との相対角を測定するため、カメラ11を用いたが、それに限らず、投射型プロジェクタ１の傾きだけを検知するだけであれば傾きセンサや重力センサなどでもよい。

1…投射型プロジェクタ、2…画像処理部、3…メモリ、4…レーザドライバ、
5…光学手段、6…ＭＥＭＳ、7…ＭＥＭＳドライバ、10…画像マップ、
11…カメラ、
20…画質補正部、21…書込みアドレス部、22…読出しアドレス部、
23…座標変換部、24…補正係数部、25…並列処理部、26…マスク処理部、
52…反射ミラー、51…レーザ、8u…画像上部、8d…画像下部、
81u…画像上部隙間領域、81d…画像下部隙間領域、91…クロスハッチ縦線、
92…クロスハッチ横線、93…発光点

Claims (5)

1. 複数の光源と、
   前記複数の光源を駆動する複数の光源駆動手段と、
   前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、
   前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、
   入力映像信号を信号処理する画像処理手段と、
   前記複数の光源を異なる光軸で反射ミラーに入射し異なる投射領域に投影し且つこれをまとめることで一つの入力映像信号の画像を表示させる画像表示装置において、
   複数の投射画像が光学的に重なり合う領域に対応する画像は１つの光源からの出射光となるように前記画像処理手段が制御を行うことを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１の画像表示装置において、前期画像処理手段は複数の投射画像が光学的に重なり合う領域に対応する画像は１つの光源からの出射光となるように、当該領域では１つの領域は発光させ、他の光源が発光しないように制御を行うことを特徴とする画像表示装置
3. 請求項１の画像表示装置において、前期画像処理手段は複数の投射画像が光学的に重なり合う領域に対応する画像は１つの光源からの出射光となるように、当該領域では１つの領域は発光させ、他の光源が発光しないように制御を行うと共に、当該領域で所望の映像が表示させるよう歪み補正制御を行うことを特徴とする画像表示装置。
4. レーザ光をミラー走査して画像情報を表示する画像表示装置において、
   表示画像の上側の画像を照射する第1のレーザ光学部と、
   表示画像の下側の画像を照射する第2のレーザ光学部と、
   前記第1のレーザ光学部のビーム光と第2のレーザ光学部のビーム光を２次元走査する反射ミラーと、
   表示画像の照射歪み量を検知する歪み検出手段と、
   前記歪み検出手段で検出した照射歪み量に基づいて画像情報の表示位置を変換する座標変換部と前記第1のレーザ光学部によるビーム走査ラインと前記第２のレーザ光学部によるビーム走査ラインが重畳する領域のレーザ発光を制御するマスク処理部とを有する画像処理手段と、を備え、
   前記第1のレーザ光学部と第2のレーザ光学部は、前記画像処理手段により処理された画像情報に基づいてレーザ発光をおこなうことを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項４に記載の画像表示装置において、
   前記第1のレーザ光学部と前記第2のレーザ光学部は、前記反射ミラーの水平方向走査の回転軸に沿って設置され、前記反射ミラーの回転中心にビーム光軸が向かうように設置されることを特徴とする画像表示装置。

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