JP2014164204A - Illumination device and display device employing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ走査型の表示装置で、ビーム形状保持とスペックル低減をおこない、解像度が高く、滑らか画質が表示可能な技術を提供する。
【解決手段】コヒーレント性をもつビーム光を走査して表示をおこなう表示装置のビーム光の照明装置は、コヒーレント性をもつビーム光が入射され、反射面の面形状が時間変化して回折光を反射する反射型の動的回折格子と、動的回折格子で反射した回折光のうちのn次回折光(nは0以外の整数)を集光して結像する集光部と、前記集光部で集光されたn次回折光と前記動的回折格子で反射した回折光のうちの0次回折光とを出射ビームとして合波する合波部とを備えるようにし、合波部で形成された出射ビームを走査して映像を表示するようにした。
【選択図】図1The present invention provides a technique capable of displaying a high resolution and smooth image quality by maintaining a beam shape and reducing speckles in a laser scanning display device.
An illumination device for a light beam of a display device that scans and displays a coherent beam light is incident on the light beam having a coherent property, and the surface shape of a reflecting surface changes with time to generate a diffracted light beam. A reflective dynamic diffraction grating that reflects, a condensing unit that focuses n-th order diffracted light (n is an integer other than 0) out of the diffracted light reflected by the dynamic diffraction grating, and the condensing unit And a combining unit that combines the nth-order diffracted light collected at the portion and the 0th-order diffracted light of the diffracted light reflected by the dynamic diffraction grating as an output beam. The outgoing beam was scanned to display an image.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体レーザ等のコヒーレント光源のビーム光を走査して映像表示をおこなう表示装置の照明装置に関する。 The present invention relates to an illumination device for a display device that performs image display by scanning a beam of a coherent light source such as a semiconductor laser.
近年の半導体レーザ技術の向上により、所望の波長成分を有する高出力な光出力を得られるようになってきた。さらに、半導体素子やパッケージング技術向上等による電気−光変換効率の効率向上と小型・低コスト化により、様々な用途に応用されている。例えば、可視光の波長成分からなるレーザ光を光源に用いて画像を描画する画像表示装置への応用も盛んである。 With recent improvements in semiconductor laser technology, it has become possible to obtain a high-power optical output having a desired wavelength component. Furthermore, it has been applied to various applications by improving the efficiency of electro-optical conversion efficiency and reducing the size and cost by improving semiconductor devices and packaging technology. For example, an application to an image display device that draws an image using laser light having a wavelength component of visible light as a light source is also popular.
一方、レーザ光は、波長が揃ったコヒーレントな光である特徴を有していることから、レーザ光が照射された対象を目視した場合、干渉によるスペックル(細かな粒子状の輝点)がノイズとして視認してしまうことが知られている。この為、様々なスペックルノイズ低減技術が提案されている。 On the other hand, since laser light has the characteristic of being coherent light having a uniform wavelength, speckles (fine particle-like bright spots) due to interference are observed when the object irradiated with the laser light is viewed. It is known to be visually recognized as noise. For this reason, various speckle noise reduction techniques have been proposed.
例えば、特許文献1には、拡散板であるスクリーンを振動させる方式やバンドルファイバによる方式でスペックノイズを解消する技術が開示され、また、レーザダイオードを駆動する電流パルスを変調制御することでインコヒーレントな状態を成して、スペックルノイズを低減する方法が開示されている。
For example,
また、特許文献2には、レーザ光の進行方向に配した回転させた偏向素子でレーザ光を偏向させて、スペックルノイズのパターンを常に変動させ、時間積分像を認識することでスペックルノイズを低減する方法が開示されている。
Further,
また、特許文献3には、回折型光変調器で変調した回折映像をスキャナに伝達するイメージレンズと位相変調部を備え、1次回折光映像に対し0次回折光映像も交互投射表示してスペックルを除去するシステムと方法が開示されている。
上記の特許文献1、2に開示されるように、1軸或いは2軸で揺動するMEMSミラーにレーザ光を当て、反射光を対象物にラスタスキャンさせて投射表示するようにした画像表示装置を構成する場合、レーザ光は、微小径なビーム状の平行光が望ましい。この場合、拡散材を使用するとビーム品質の低下、すなわち映像品質の劣化を避けられない。また、特許文献3に開示される1次回折光映像と0次回折光映像の交互投射表示方法は、面単位の変調であり、スペックルノイズの除去性能が限定される。
As disclosed in
本発明は、上記のインコヒーレント化技術の課題を鑑みてなされたものであり、小型で低背な機構でスペックルノイズ低減を実現する照明装置並びにそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the incoherent technology described above, and an object thereof is to provide an illumination device that realizes speckle noise reduction with a small and low-profile mechanism and a display device using the same. And
上記課題を解決するために、本発明のコヒーレント性をもつビーム光を走査して表示をおこなう表示装置のビーム光の照明装置は、前記コヒーレント性をもつビーム光が入射され、反射面の面形状が時間変化して回折光を反射する反射型の動的回折格子と、前記動的回折格子で反射した回折光のうちのn次回折光(nは0以外の整数)を集光して結像する集光部と、前記集光部で集光されたn次回折光と前記動的回折格子で反射した回折光のうちの0次回折光とを出射ビームとして合波する合波部とを備えるようにし、前記合波部で形成された出射ビームを走査して映像を表示するようにした。 In order to solve the above-described problems, the beam light illumination device of the display device that performs display by scanning the coherent beam light according to the present invention is configured such that the coherent beam light is incident and the surface shape of the reflecting surface is Reflective dynamic diffraction grating that reflects diffracted light with time varying, and nth-order diffracted light (n is an integer other than 0) of the diffracted light reflected by the dynamic diffraction grating is focused to form an image. And a combining unit that combines the nth-order diffracted light collected by the condensing unit and the 0th-order diffracted light of the diffracted light reflected by the dynamic diffraction grating as an outgoing beam. In addition, an image is displayed by scanning the outgoing beam formed by the multiplexing unit.
そして、前記動的回折格子は、複数の所定幅の短冊ミラーが一方向に配設されて成り、前記短冊ミラーは所定間隔でビーム光の入射方向に可動して、前記ビーム光の入射方向に垂直な面に凹凸形状の回折面を形成するようにした。 The dynamic diffraction grating includes a plurality of strip mirrors having a predetermined width arranged in one direction, and the strip mirror is movable in the incident direction of the beam light at a predetermined interval so as to move in the incident direction of the beam light. An uneven diffractive surface is formed on a vertical surface.
また、本発明のコヒーレントなビーム光を走査して表示をおこなう表示装置は、映像情報で変調されたコヒーレントなビーム光を出射するレーザ光源と、1軸或いは2軸で揺動するミラーで前記レーザ光源のビーム光を反射して対象物上にビーム光をラスタ走査する走査ミラーと、前記コヒーレントなビーム光が入射され、分光された0次回折光とn次回折光(nは0以外の整数)を集光してインコヒーレントなビーム光を出射するをコヒーレンス変換部とを備えるようにし、前記コヒーレンス変換部で変換されたビーム光が前記走査ミラーで走査されて表示をおこなうようにした。 According to another aspect of the present invention, there is provided a display device that scans and displays a coherent beam of light, a laser light source that emits a coherent beam of light modulated by video information, and a mirror that oscillates in one or two axes. A scanning mirror that reflects the beam light of the light source and raster-scans the beam light onto the object, and the 0th-order diffracted light and the nth-order diffracted light (n is an integer other than 0) that is split by the incidence of the coherent beam light. A coherence conversion unit is provided for condensing and emitting incoherent beam light, and the beam light converted by the coherence conversion unit is scanned by the scanning mirror for display.
本発明によれば、ビーム形状を保持したままスペックルノイズを低減できるので、解像度低下のない高画質な映像表示が可能となる。 According to the present invention, speckle noise can be reduced while maintaining the beam shape, so that high-quality video display without a reduction in resolution is possible.
以下、本発明の実施形態について添付の図面を用いて説明する。尚、各図または各実施例において、同一の構成、機能または作用を有する要素には同じ番号を付し、重複した説明を省略するものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each drawing or each embodiment, elements having the same configuration, function, or action are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1実施例に係る照明装置である。詳細は後述するが、入射ビームをPBS(5)を介して動的回折格子1に照射し、動的回折格子1から反射される0次回折光とそれ以外のn次回折光に分光する。0次回折光は、n次回折光とは異なる光路長の光路を進行し、出射側で0次回折光とn次回折光が合波されて照明装置の出射ビームとされる。これにより、出射ビームに位相の異なるビーム光が含まれ、出射ビームのスペックルノイズを低減することができる。 FIG. 1 shows an illumination apparatus according to a first embodiment of the present invention. As will be described in detail later, an incident beam is irradiated onto the dynamic diffraction grating 1 through PBS (5), and is split into zeroth order diffracted light reflected from the dynamic diffraction grating 1 and other nth order diffracted light. The 0th order diffracted light travels an optical path having an optical path length different from that of the nth order diffracted light, and the 0th order diffracted light and the nth order diffracted light are combined on the exit side to become an exit beam of the illumination device. Thereby, the outgoing beam includes light beams having different phases, and speckle noise of the outgoing beam can be reduced.
本実施例では、入射ビームR_i/G_i/B_iが、図示しないR(赤色)/G(緑色)/B(青色)レーザ光源から発した光束を集光したビーム光とし、波長がそれぞれλr/λg/λb=630nm/530nm/450nmの可視光で、ビーム光のスポットサイズはφ1mmの場合について説明する。 In this embodiment, the incident beams R_i / G_i / B_i are beam lights obtained by converging light beams emitted from R (red) / G (green) / B (blue) laser light sources (not shown), and the wavelengths are λr / λg, respectively. A case where visible light of / λb = 630 nm / 530 nm / 450 nm and the spot size of the beam light is φ1 mm will be described.
動的回折格子は、MEMS技術等により微細な短冊ミラーが列状に形成し、この短冊ミラーに電圧を印加して変形させ、短冊ミラーの配列方向の凹凸形状により光を回折させる光回折素子である。図2、図3、図4により本実施例の動的回折格子1の模式図と動作図を示す。 A dynamic diffraction grating is an optical diffraction element in which fine strip mirrors are formed in rows by MEMS technology, etc., and a voltage is applied to the strip mirrors to deform them, and the light is diffracted by the uneven shape in the arrangement direction of the strip mirrors. is there. A schematic diagram and an operation diagram of the dynamic diffraction grating 1 of this embodiment are shown in FIG. 2, FIG. 3, and FIG.
本実施例の動的回折格子1は、図3に示すように、垂直に入射するビーム光のスポットサイズφ1に合せて、ミラー長(長手方向)MH=1mmとミラー幅MW=1mmの反射面をもつ。そして、反射面は1.3μmのピッチで769本配列された短冊ミラーで構成される(短冊ミラーm_0〜m_768)。 As shown in FIG. 3, the dynamic diffraction grating 1 of the present embodiment has a reflecting surface having a mirror length (longitudinal direction) MH = 1 mm and a mirror width MW = 1 mm in accordance with the spot size φ1 of vertically incident beam light. It has. The reflecting surface is composed of 769 strip mirrors arranged at a pitch of 1.3 μm (strip mirrors m_0 to m_768).
それぞれの短冊ミラーの長手方向両端部には、個々の短冊ミラーを変位させる変位発生部14を有し、短冊ミラーの変位を制御して動的回折格子の凹凸面を形成する。変位発生部14は、例えば、駆動電圧ch_0〜ch_768を印加する事で変位が発生する圧電素子で構成される。圧電素子は、短冊ミラーが所望凹み(深さ)となる歪みと変化速度を得るべく、圧電体の材料と塗布量と印加電圧を定めるものである。もちろん静電気力や磁力を用いた変位発生手段を用いても良い。また、短冊ミラーの配列数は、上記の数に限定されるものではなく、後述する反射光に回折が生じる本数であればよい。
図4に、短冊ミラーの長手方向の断面を示す。図4に示される断面は、短冊ミラーに歪みの無いOFF状態(0%ON)と、短冊ミラーの歪みによる凹みが波長λr/8長(=78.5nm)となるON状態(50%ON)と、短冊ミラーの歪みによる凹みが波長λr/4長(=157nm)となるON状態(100%ON)の状態を示している。短冊ミラー毎に0〜λr/4長の範囲で所望の凹みとなるよう駆動電圧(ch_0〜ch_768)を印加することで、動的回折格子1の反射面の凹凸を形成する。もちろん駆動電圧は、λr/4長以上の凹みとなる電圧であっても良い。
FIG. 4 shows a longitudinal section of the strip mirror. The cross section shown in FIG. 4 shows an OFF state (0% ON) in which the strip mirror has no distortion, and an ON state (50% ON) in which the recess due to the distortion of the strip mirror has a wavelength λr / 8 length (= 78.5 nm). FIG. 6 shows an ON state (100% ON) in which a recess due to distortion of a strip mirror has a wavelength λr / 4 length (= 157 nm). By applying a driving voltage (ch_0 to ch_768) so as to form a desired depression in the range of 0 to λr / 4 length for each strip mirror, irregularities on the reflecting surface of the
図5〜9は、動的回折格子を構成する複数の短冊ミラーのそれぞれに印加する駆動電圧の組合わせて反射面を形成する実施例を示している。図5〜9の動的回折格子1の短冊ミラーは、前述のOFF状態(0%ON)あるいはON状態(100%ON)の2種類の駆動電圧が印加される。
5 to 9 show an embodiment in which a reflecting surface is formed by a combination of drive voltages applied to each of a plurality of strip mirrors constituting a dynamic diffraction grating. The strip mirror of the
図5は、全ての短冊ミラーがOFF状態に駆動電圧が印加されている状態(以後、mode00と記す)を示している。mode00では短冊ミラーによる凹凸面は形成されていないため回折は生じることはなく、入射光はすべて反射する(全反射)。 FIG. 5 shows a state in which all the strip mirrors are in the OFF state and a drive voltage is applied (hereinafter referred to as mode00). In mode00, since the concave and convex surface by the strip mirror is not formed, diffraction does not occur and all incident light is reflected (total reflection).
図8は、全ての短冊ミラーがON状態(100%ON)に駆動電圧が印加されている状態(以後、mode11と記す)を示している。mode11では、図5のmode00と同様に、短冊ミラーによる凹凸面は形成されていないため回折は生じることはなく、入射光はすべて反射する(全反射)。しかし、すべての短冊ミラーの歪みによる凹みが波長λr/4長(=157nm)となっているため、mode00と比べるとスクリーンまでの光路長が波長λr/2分長くなっている
図6、図7は、短冊ミラーが交互にOFF状態とON状態(100%ON)に駆動電圧が印加されている状態(以後、mode01、mode10と記す)を示している。mode01とmode10では、短冊ミラーにより、2.6μmのピッチで波長λr/4長(=157nm)の凹み量の凹凸面が形成される。
FIG. 8 shows a state (hereinafter referred to as mode 11) in which the drive voltage is applied to all the strip mirrors in the ON state (100% ON). In
この凹凸面により、回折光が生じる。ここで、+1次光と−1次光の回折角θと波長λと回折格子のピッチDの関係は、以下で定義されることから、
sinθ=λ/D (数1)
ピッチD=1.3μmである本実施例ではR/G/Bビーム光の回折角θr/θg/θbは、それぞれ、14.023度/11.762度/9.967度となる。
Due to the uneven surface, diffracted light is generated. Here, the relationship between the diffraction angle θ and the wavelength λ of the + 1st order light and the −1st order light and the pitch D of the diffraction grating is defined as follows.
sinθ = λ / D (Equation 1)
In the present embodiment in which the pitch D = 1.3 μm, the diffraction angles θr / θg / θb of the R / G / B light beams are 14.023 degrees / 11.762 degrees / 9.967 degrees, respectively.
mode01とmode10では、駆動電圧ch_0〜ch_768の増減により(例えば、50%ONの駆動電圧)、凹み量を変えることができる。これにより、回折光の光量を制御することができる。λr/4長の凹みで回折光の反射量が最大となる。 In mode01 and mode10, the dent amount can be changed by increasing or decreasing the drive voltages ch_0 to ch_768 (for example, a drive voltage of 50% ON). Thereby, the light quantity of diffracted light is controllable. The reflection amount of the diffracted light is maximized by the λr / 4 long recess.
また、本実施例では、2つの短冊ミラーにより凹凸周期を形成しているが、より小さなピッチとし、2つのより多くの短冊ミラーにより凹凸周期を形成するようにしてもよい。これにより、数1のピッチDを調整することができ、回折角θr/θg/θbの減増を調整できる。
In this embodiment, the concave / convex period is formed by two strip mirrors, but the concave / convex period may be formed by a smaller pitch and by two more strip mirrors. Thereby, the pitch D of
上記の実施例では、動的回折格子の反射面を一様に凹凸させるようにしたが、図9に示されるように、動的回折格子1の反射面を4つの領域に分割し、それぞれの領域をmode00、mode01、mode10、mode11の状態にするようにしてもよい。この場合でも、ビーム光のコヒーレント性が弱くなり、スペックルノイズの減少効果がある。
In the above embodiment, the reflection surface of the dynamic diffraction grating is uniformly uneven, but the reflection surface of the
本発明のスペックルノイズ低減の効果は、本実施例のmode00〜mode11の状態の組み合わせに限定されるものではないことは言うまでも無い。 Needless to say, the effect of the speckle noise reduction of the present invention is not limited to the combination of the states of mode00 to mode11 of the present embodiment.
つぎに、動的回折格子の駆動タイミングの一例を図10のタイミング図により説明する。図1の変調様式生成部2は、動的回折格子1の所望の状態、例えば図5〜9で示した状態(mode00〜mode11)の組み合わせ方法と短冊ミラーの凹み量を予め定める設定条件μCOMと、時系列で等間隔或いは不連続に変化する走査アドレスscan_addを得て、走査アドレスscan_addに対応する状態(mode00〜mode11)と短冊ミラーの凹み量を決定し、各短冊ミラーの動作モードmode_chと凹み量amp_chを生成する。駆動部3は動作モードmode_chと凹み量amp_chから、各短冊ミラーの駆動量を定め駆動電圧ch0〜ch768を生成し、動的回折格子1を駆動する。
Next, an example of the driving timing of the dynamic diffraction grating will be described with reference to the timing chart of FIG. The modulation
図10に示すように、本実施例では、ビーム光の水平走査ライン毎(1H)に、動的回折格子の状態(mode00〜mode11)と短冊ミラーの凹み量(100%ON、50%ON)を順次変更するようにしている。水平走査ライン時間ごとにビーム光のコヒーレント性が変動するので、スペックルノイズを低減することができる。動的回折格子の状態の変化・短冊ミラーの凹み量の変化・調整間隔はこの例に限定されるものではない。 As shown in FIG. 10, in this embodiment, for each horizontal scanning line (1H) of the beam light, the state of the dynamic diffraction grating (mode00 to mode11) and the recess amount of the strip mirror (100% ON, 50% ON). Are changed sequentially. Since the coherency of the beam light varies every horizontal scanning line time, speckle noise can be reduced. The change in the state of the dynamic diffraction grating, the change in the recess amount of the strip mirror, and the adjustment interval are not limited to this example.
つぎに、本実施例の分光・合成部13のビーム光の光路構成を詳細に説明する。
分光・合成部13には、S偏光に揃えた状態の入射ビームR_i/G_i/B_iが入射され、PBS(5)により90度反射され、λ/4位相差板4で位相遅延された後に、動的回折格子1の反射面に垂直入射する。動的回折格子1は上述のとおり駆動されており、回折光を反射する。
Next, the optical path configuration of the beam light of the spectroscopic /
An incident beam R_i / G_i / B_i in a state aligned with S-polarized light is incident on the spectroscopic / synthesizing
反射回折光のうち、0次光のビームR_0/G_0/B_0とR_0d/G_0d/B_0dは、入射光と同方向に正反射し、λ/4位相差板4でP偏光成分となりPBS(5)を透過しミラー6、7、8で光路方向を調整し、λ/2位相差板9でS偏光成分とし、PBS(12)に入射し90度反射し、出射ビームR_o/G_o/B_oの一部となる。
Of the reflected diffracted light, the 0th-order light beams R_0 / G_0 / B_0 and R_0d / G_0d / B_0d are regularly reflected in the same direction as the incident light and become P-polarized light components by the λ / 4
ここで、0次光のビームR_0/G_0/B_0とR_0d/G_0d/B_0dは、先に述べた動的回折格子1がmode00やmode11の状態のときの短冊ミラーからの反射光であり、その光路長が異なる0次光のビームとなっている。
Here, the 0th-order light beams R_0 / G_0 / B_0 and R_0d / G_0d / B_0d are reflected light from the strip mirror when the
一方、動的回折格子1で所定の回折角で回折反射した+1次光のビームR_1p/G_1p/B_1pと−1次光のビームR_1m/G_1m/B_1mは、集光部10に入射後、合波干渉部11に再結像し、合波干渉器でビームR_1p/G_1p/B_1pとR_1m/G_1m/B_1mを合波する。
On the other hand, the + 1st order light beam R_1p / G_1p / B_1p and the −1st order light beam R_1m / G_1m / B_1m diffracted and reflected by the
PBS(5)とミラー6は、±1次回折光と干渉しないように、(数1)で規定される+1次光と−1次光の回折角θ以内の外形寸法をもつようにする。同様に、集光部10の外形も回折角θにより規定される。
The PBS (5) and the
ここで、集光部10や合波干渉部11の具体的な構成として、例えば特開2007-263711号公報で開示された手段を用いても良い。
Here, as a specific configuration of the
P偏光成分で合波した±1次回折光はPBS(12)を透過し、出射ビームR_o/G_o/B_oの一部とする(結束)。この際、ビームスポットと光路が一致する様に構造の位置調整を施す。実施例は、±2次回折光以上の光成分は集光部10では除外する構成となっている。
The ± first-order diffracted light combined with the P-polarized light component passes through the PBS (12) and becomes a part of the outgoing beam R_o / G_o / B_o (binding). At this time, the position of the structure is adjusted so that the beam spot matches the optical path. In the embodiment, the
以上説明した制御と動作により、出射ビームR_o/G_o/B_oはP偏光とS偏光と光路長の異なるS偏光成分を混在させ、且つそれぞれの配分を面積方向(ビーム光の分割)と時系列で変化させるものである。 With the control and operation described above, the outgoing beams R_o / G_o / B_o are mixed with P-polarized light, S-polarized light, and S-polarized light components with different optical path lengths, and their distribution is in the area direction (division of beam light) and time series. It is something to change.
本実施例では0次と±1次の回折光に着目したが、集光部10を調整することにより、±2次以上の回折光であっても上記同様に処理でき、光束の利用効率も向上する。
In this embodiment, attention is paid to the 0th order and ± 1st order diffracted light. However, by adjusting the condensing
尚、ビーム光のスポットサイズφ1の場合、PBS(5)を必要最小限の大きさ、動的回折格子1から集光部10までを最短距離化とし且つ、±1次回折光が干渉しない様に短冊ミラーのピッチD=1.3μmを選択することで分光・合波部13の低背と小型化を実現するものである。もちろん、ピッチDの選択によりビーム光のスポットサイズや使用する波長、光学部材や配置に合せて最適化(例えば構造を最小とする条件)するものであればこれに限定されない。
When the beam spot size is φ1, PBS (5) is set to the minimum size, the distance from the
短冊ミラーは凹み方向に変化する場合で示したが、凸方向でも同様である。 Although the strip mirror is shown in the case of changing in the dent direction, the same applies to the convex direction.
動的回折格子1は、面積内で複数の回折モード(格子パターン)で構成し、上記走査アドレスscan_addで動的回折格子1を振動しても良い。
The
本発明によれば、小型で低背な機構が可能で且つ、ビーム形状保持とスペックル低減が可能となる。 According to the present invention, a small and low-profile mechanism is possible, and beam shape maintenance and speckle reduction are possible.
つぎに、2軸で揺動するMEMSミラーにレーザ光を当て、反射光を対象物にラスタスキャンさせ投射表示するようにした表示装置に第1実施例で示した照明装置の実施例を、図11、12、13、14、15を参照して説明する。 Next, an embodiment of the illumination device shown in the first embodiment is shown in a display device in which a laser beam is applied to a MEMS mirror that swings about two axes, and the reflected light is raster-scanned and projected on an object. 11, 12, 13, 14 and 15.
本実施例では、ビーム光且つ、高速で光量変調が容易なレーザ光源を光源に用いた場合について説明する。もちろん、コヒーレント性の光源を、ビーム状に集光させる光学部品や、光量の変調部品とともに用いても良い。尚、本実施例では、揺動ミラー21、22の制御・駆動方法に言及するものではなく、揺動ミラー21、22の制御・駆動は、電磁誘導、圧電駆動、静電駆動等により、ミラーを揺動するものであれば何れであっても良く、公知の制御・駆動と同様な処理にて映像再現するものであり、詳細説明を避ける。 In this embodiment, a description will be given of a case where a laser beam source and a laser light source that is easy to modulate light quantity at high speed is used as the light source. Of course, a coherent light source may be used together with an optical component for condensing in a beam shape or a light amount modulating component. In this embodiment, the control / drive method of the oscillating mirrors 21 and 22 is not mentioned, but the control / drive of the oscillating mirrors 21 and 22 is performed by electromagnetic induction, piezoelectric drive, electrostatic drive, etc. Any of them may be used so long as the image is oscillated, and the image is reproduced by a process similar to that of known control and drive, and detailed description is avoided.
また、説明の為、解像度XGA(1024x768画素)の映像信号であって、揺動ミラー21、22はφL=1.2mmの大きさで、30kHzを共振周期とする1軸方向に揺動(H揺動)する構成とする。ミラー駆動部20の60Hz低速揺動信号v_driveと、30kHzの高速揺動信号h_driveにより揺動する。揺動角は、本揺動信号により調整するものである。
For the sake of explanation, it is a video signal with a resolution of XGA (1024 × 768 pixels), and the oscillating mirrors 21 and 22 have a size of φL = 1.2 mm and oscillate in one axis direction with a resonance period of 30 kHz (H oscillation). To be operated). Oscillation is caused by the 60 Hz low-speed oscillation signal v_drive of the
アドレス生成部18は、ミラー駆動部20で検出した揺動位置信号H/V_sensorから、映像信号のフレーム開始信号VM_syncと、ライン開始信号HM_syncと、映像信号の画素クロック(60MHz)と走査アドレスscan_addを生成する。
The address generation unit 18 receives the frame start signal VM_sync of the video signal, the line start signal HM_sync, the pixel clock (60 MHz) of the video signal, and the scanning address scan_add from the swing position signal H / V_sensor detected by the
一方、入力端子15、16、17にて60kHzの水平同期信号H_syncと60Hzの垂直同期信号V_syncと映像信号17とを受けるが、フレーム開始信号VM_syncとライン開始信号HM_syncと非同期である場合、RAM23を用いてタイミングの変換を行っても良い。
On the other hand, when the 60 kHz horizontal synchronization signal H_sync, the 60 Hz vertical synchronization signal V_sync and the
信号変調部24と光源駆動部25では、入力映像信号videoから、VM_syncとHM_syncを基準に読み出した画素毎の映像信号でRGBレーザ光源26r/26g/26bの発光量を変調駆動する。RGBレーザ光源26r/26g/26bの波長λr=630nm、λg=530nm、λb=450nmで光束をコリメートレンズ27で集光しφ1mm径の平行ビーム光、且つS偏光に揃えた状態とする。
The signal modulating unit 24 and the light
RGBレーザ光は、さらにダイクロイックミラー28、29により同一軸上に合波して平行ビーム光を得て、実施例1の入射ビームR_i/G_i/B_iとする。分光・合波部13では、実施例1で説明した動作を施して、出射ビームR_o/G_o/B_oを出射する。出射ビームR_o/G_o/B_oは、2軸揺動ミラー21、22で反射走査され、ラスタスキャン軌跡30が表示領域31に投射表示される。
The RGB laser light is further multiplexed on the same axis by the dichroic mirrors 28 and 29 to obtain parallel beam light, which is used as the incident beam R_i / G_i / B_i in the first embodiment. The spectroscopic /
以上説明した構成で動作する際、図5〜9で示した状態(mode00〜mode11)の組み合わせ方法と凹み量を予め定める設定条件μCOMとして、例えばμCOM=Type_0_100で、図14である場合は、図12のタイミング図の前半で示す動作であり、同様にμCOM=Type_1_50で、図15であれば図12の後半で示す動作となる。 When operating in the configuration described above, the combination method of the states (mode00 to mode11) shown in FIGS. 5 to 9 and the setting condition μCOM for predetermining the dent amount are, for example, μCOM = Type_0_100 and FIG. 12 is the operation shown in the first half of the timing diagram. Similarly, if μCOM = Type_1_50 and FIG. 15 is used, the operation shown in the second half of FIG. 12 is performed.
例えば、図14は有効表示領域を時分割した表であって、列方向は1水平ラインを8個のブロックに時分割、行方向にはライン番号、フレーム番号0を表し、ビーム光のラスタスキャン位置(時間位置)でのモード(mode00〜mode11の下2桁)を明示している。
For example, FIG. 14 is a table in which the effective display area is time-divided. In the column direction, one horizontal line is time-divided into 8 blocks, the row direction indicates the line number and
例えばフレーム番号=0、ライン番号=0(ad_0_000)、1水平ラインが0ブロック(0)であればmode_00と参照し、振幅100%として図12のタイミング図となる。一方、図12のタイミング図後半でμCOM=Type_1_50であれば、例えばフレーム番号=0、ライン番号=0(ad_0_000)、1水平ラインが0ブロック(0)であればmode_11と参照し、振幅50%として図12のタイミング図となる。同様に、μCOM=Type_1_100で、図16の表であれば、図12のタイミング図となる。 For example, if frame number = 0, line number = 0 (ad_0_000), and 1 horizontal line is 0 block (0), it is referred to as mode_00 and the timing diagram of FIG. On the other hand, if μCOM = Type_1_50 in the second half of the timing diagram of FIG. 12, for example, frame number = 0, line number = 0 (ad_0_000), and if 1 horizontal line is 0 block (0), refer to mode_11 and amplitude 50% As shown in the timing chart of FIG. Similarly, if μCOM = Type_1_100 and the table of FIG. 16 is used, the timing diagram of FIG. 12 is obtained.
このように、設定条件μCOMと図13、14、15を一例とするモード表にて様々な動作条件を定めることで、ラスタ位置に応じてビーム光の強度を変調すると同時に、ミラーの駆動周期や、ビーム光の強度の変調周期で、投射表示面において時間的・面積的に偏光と光路長が異なる或いは平滑化するよう動的回折格子を制御する。 In this way, by setting various operating conditions with the setting condition μCOM and the mode table shown in FIGS. 13, 14, and 15 as an example, the intensity of the light beam is modulated according to the raster position, and at the same time, the mirror driving cycle and The dynamic diffraction grating is controlled so that the polarization and the optical path length are different or smoothed in terms of time and area on the projection display surface in the modulation period of the intensity of the beam light.
ここで、有効表示領域を時分割する一例を示したが、短冊ミラーの応答速度に応じた分割や、モードであればいずれでも良く、ラスタスキャンの各走査位置において、ビーム光の領域内でのモードの混在と、時間方向或いは面積方向で隣接するビーム光の状態(偏光方向と光路長差と、その配分)が混在するよう動作させれば良い。さらに、ラスタスキャンで1画素を表示する速度16.67n秒(画素クロック60MHz)の間でモードを切替える様にしても良い。 Here, an example in which the effective display area is time-divided is shown. However, any division or mode corresponding to the response speed of the strip mirror may be used, and at each scanning position of the raster scan, the beam light area is divided. What is necessary is just to operate so that the mixture of modes and the state of light beams adjacent in the time direction or area direction (polarization direction and optical path length difference and their distribution) are mixed. Further, the mode may be switched at a speed of 16.67 nsec (pixel clock 60 MHz) for displaying one pixel by raster scanning.
本発明によれば、レーザ走査型の表示装置において、小型で低背な機構が可能で且つ、ビーム形状保持とスペックル低減により、解像度が良く、滑らか画質が可能となる。 According to the present invention, in a laser scanning type display device, a small and low-profile mechanism is possible, and by maintaining the beam shape and reducing speckles, a high resolution and smooth image quality are possible.
また、ビーム光として、各色単一波長(シングルモード)の場合で示したが、波長幅をもったレーザ光源(マルチモード)であっても、回折角や合波部は、いずれの波長においても対応するものである。 In addition, the beam light is shown in the case of a single wavelength for each color (single mode). However, even in a laser light source (multimode) having a wavelength width, the diffraction angle and the combined portion are not limited at any wavelength. Corresponding.
また、短冊ミラーを独立に配置する構成で示したが、1軸あるいは2軸の揺動ミラー上に配置する構成であれば、光路長の変調や、0次光と±1次回折光を用いた光軸シフトによるラスタスキャン位置が異なった表示であっても、表示位置に合せた画像再配置表示により、同一表示位置に同一画像を重ねて表示することで、本実施例と同様の効果が得られる。 Also, the strip mirror is shown as being arranged independently. However, if the strip mirror is arranged on a uniaxial or biaxial oscillating mirror, modulation of the optical path length, 0th order light and ± 1st order diffracted light are used. Even if the raster scan position is different due to the shift of the optical axis, the same effect as this embodiment can be obtained by displaying the same image in the same display position by displaying the image rearranged in accordance with the display position. It is done.
R_i/G_i/B_i…入射ビーム、R_o/G_o/B_o…出射ビーム、1…動的回折格子、2…変調様式生成部、3…駆動部、4…λ/4位相差板、5、12…PBS、6、7、8…ミラー、9…λ/2位相差板、10…集光部、11…合波干渉部、13…分光・合波部、14…変位発生部、15、16…同期信号入力端子H_sync/V_sync、17…映像信号入力端子、18…アドレス生成部、19…駆動条件設定部、20…ミラー駆動部、21…水平揺動ミラー、22…垂直揺動部、23…RAM、24…信号変調部、25…光源駆動部、26r/g/b…光源、27…集光レンズ、28、29…ダイクロイックミラー、30…ラスタスキャン軌跡、31…表示領域。 R_i / G_i / B_i ... incident beam, R_o / G_o / B_o ... outgoing beam, 1 ... dynamic diffraction grating, 2 ... modulation mode generator, 3 ... driver, 4 ... λ / 4 phase difference plate, 5, 12 ... PBS, 6, 7, 8 ... mirror, 9 ... λ / 2 phase difference plate, 10 ... condensing unit, 11 ... multiplexing interference unit, 13 ... spectroscopic / multiplexing unit, 14 ... displacement generating unit, 15, 16 ... Sync signal input terminals H_sync / V_sync, 17 ... Video signal input terminal, 18 ... Address generation unit, 19 ... Drive condition setting unit, 20 ... Mirror drive unit, 21 ... Horizontal oscillating mirror, 22 ... Vertical oscillating unit, 23 ... RAM, 24 ... signal modulation unit, 25 ... light source driving unit, 26r / g / b ... light source, 27 ... condensing lens, 28, 29 ... dichroic mirror, 30 ... raster scan locus, 31 ... display area.
Claims (12)
前記コヒーレント性をもつビーム光が入射され、反射面の面形状が時間変化して回折光を反射する反射型の動的回折格子と、
前記動的回折格子で反射した回折光のうちのn次回折光(nは0以外の整数)を集光して結像する集光部と、
前記集光部で集光されたn次回折光と前記動的回折格子で反射した回折光のうちの0次回折光とを出射ビームとして合波する合波部とを備え、
前記合波部で形成された出射ビームを走査して映像が表示されることを特徴とする照明装置。 A beam light illumination device for a display device that scans and displays a coherent beam light,
A reflection type dynamic diffraction grating that receives the light beam having the coherent property and reflects the diffracted light by changing the surface shape of the reflection surface over time;
A condensing unit that condenses and images n-order diffracted light (n is an integer other than 0) of the diffracted light reflected by the dynamic diffraction grating;
A combining unit that combines the nth order diffracted light collected by the light collecting unit and the 0th order diffracted light of the diffracted light reflected by the dynamic diffraction grating as an output beam;
An illumination apparatus, wherein an image is displayed by scanning the outgoing beam formed by the multiplexing unit.
前記動的回折格子は、複数の所定幅の短冊ミラーが一方向に配設されて成り、
前記短冊ミラーは所定間隔でビーム光の入射方向に可動して、前記ビーム光の入射方向に垂直な面に凹凸形状の回折面を形成することを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 1.
The dynamic diffraction grating comprises a plurality of strip mirrors having a predetermined width arranged in one direction,
The strip mirror is movable in the incident direction of the beam light at a predetermined interval to form an uneven diffraction surface on a plane perpendicular to the incident direction of the beam light.
複数の短冊ミラーのうちの可動する短冊ミラーを決める駆動様式を複数もち、
前記短冊ミラーのそれぞれは、異なる時刻に異なる駆動様式に基づいて可動することを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 2,
There are multiple drive modes to determine the movable strip mirror among the multiple strip mirrors,
Each of the strip mirrors is movable based on different driving modes at different times.
前記短冊ミラーは、複数個の短冊ミラーから成るグループに分割され、
前記短冊ミラーは、グループ毎に、それぞれは異なる駆動様式に基づいて可動することを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 3.
The strip mirror is divided into a group of a plurality of strip mirrors,
The strip mirror is movable for each group based on different driving modes.
前記駆動様式には、隣接する短冊ミラーの間で同じ可動量の変形をおこなう場合が含まれ、
ビーム光の光路長が時間変化することを特徴とする照明装置。 In the illuminating device in any one of Claim 3 or 4,
The driving mode includes the case where the same movable amount is deformed between adjacent strip mirrors,
An illumination device characterized in that the optical path length of the beam light changes with time.
前記短冊ミラーは複数の可動量でビーム光の入射方向に可動でき、
前記短冊ミラーは異なる時刻に異なる可動量で可動することを特徴とする照明装置。 In the illuminating device as described in any one of Claims 2-5,
The strip mirror can be moved in the incident direction of the beam light by a plurality of movable amounts,
The strip mirror is movable with different movable amounts at different times.
前記動的回折格子は、所定の周期で前記短冊ミラーを可動することを特徴とする照明装置。 In the illuminating device as described in any one of Claims 1-6,
The dynamic diffraction grating moves the strip mirror at a predetermined period.
前記0次回折光の光路と前記n次回折光(nは0以外の整数)の光路が異なることを特徴とする照明装置。 In the illuminating device as described in any one of Claims 1-7,
An illumination device, wherein an optical path of the 0th-order diffracted light and an optical path of the nth-order diffracted light (n is an integer other than 0) are different.
S偏光に揃えられた前記コヒーレント性をもつビーム光が入射されて90度反射するとともに、前記動的回折格子からの0次回折光を透過する第1のPBSと、
透過光を位相遅延するλ/4板と、
前記第1のPBSを透過した0次回折光を前記合波部に導光する複数の反射ミラーと、を有するとともに、
前記合波部は、
コヒーレント光を合波する合波干渉部と、
透過光をS偏光に変換するλ/2板と、
前記動的回折格子からのn次回折光を透過し前記動的回折格子からの0次回折光を反射する第2のPBSと、から成り、
S偏光に揃えられた前記コヒーレント性をもつビーム光は、前記第1のPBSと前記λ/4板を経由して前記動的回折格子に照射され、
前記動的回折格子で回折反射した0次回折光は、前記λ/4板と前記第1のPBSを透過し、前記複数の反射ミラーにより導光されて、前記λ/2板によりS偏光変換され、
前記動的回折格子で回折角をもって回折反射したn次回折光は、前記λ/4板を透過し、前記集光部により前記合波干渉部に結像され、
前記第2のPBSでは、前記λ/2板でS偏光変換された0次回折光が90度反射されるとともに、前記合波干渉部からのn次回折光が透過することを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 8, further comprising:
A first PBS that receives the coherent beam light aligned with the S-polarized light and reflects it by 90 degrees, and transmits the 0th-order diffracted light from the dynamic diffraction grating;
A λ / 4 plate that delays the phase of transmitted light;
A plurality of reflecting mirrors for guiding the 0th-order diffracted light that has passed through the first PBS to the multiplexing unit, and
The multiplexing unit is
A multiplexing interference unit for multiplexing coherent light;
A λ / 2 plate that converts transmitted light into S-polarized light,
A second PBS that transmits nth order diffracted light from the dynamic diffraction grating and reflects zeroth order diffracted light from the dynamic diffraction grating,
The coherent beam light aligned with S-polarized light is applied to the dynamic diffraction grating via the first PBS and the λ / 4 plate,
The 0th-order diffracted light diffracted and reflected by the dynamic diffraction grating passes through the λ / 4 plate and the first PBS, is guided by the plurality of reflecting mirrors, and is S-polarized by the λ / 2 plate. ,
The nth-order diffracted light diffracted and reflected by the dynamic diffraction grating with a diffraction angle passes through the λ / 4 plate, and is imaged on the multiplexing interference unit by the condensing unit.
In the second PBS, the 0th-order diffracted light S-polarized by the λ / 2 plate is reflected by 90 degrees, and the nth-order diffracted light from the combined interference unit is transmitted.
映像情報で変調されたコヒーレントなビーム光を出射するレーザ光源と、
1軸或いは2軸で揺動するミラーで前記レーザ光源のビーム光を反射して対象物上にビーム光をラスタ走査する走査ミラーと、
前記コヒーレントなビーム光が入射され、分光された0次回折光とn次回折光(nは0以外の整数)を集光してインコヒーレントなビーム光を出射するをコヒーレンス変換部とを備え、
前記コヒーレンス変換部で変換されたビーム光が前記走査ミラーで走査されて表示をおこなうことを特徴とする表示装置。 In a display device that displays by scanning a coherent beam,
A laser light source that emits a coherent beam modulated with video information;
A scanning mirror that raster-scans the beam light on the object by reflecting the beam light of the laser light source with a mirror that swings in one or two axes;
A coherence conversion unit that collects the 0th-order diffracted light and the nth-order diffracted light (n is an integer other than 0) that is incident on the coherent beam and emits the incoherent beam;
A display device that performs display by scanning the light beam converted by the coherence conversion unit with the scanning mirror.
前記コヒーレント性をもつビーム光が入射され、反射面の面形状が時間変化して回折光を反射する反射型の動的回折格子と、
前記動的回折格子で反射した回折光のうちのn次回折光(nは0以外の整数)を集光する集光部と、
前記集光部で集光されたn次回折光と前記動的回折格子で反射した回折光のうちの0次回折光とを出射ビームとして合波する合波部と、から成ることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 10, wherein the coherence conversion unit includes:
A reflection type dynamic diffraction grating that receives the light beam having the coherent property and reflects the diffracted light by changing the surface shape of the reflection surface over time;
A condensing unit that condenses n-order diffracted light (n is an integer other than 0) of the diffracted light reflected by the dynamic diffraction grating;
And a combining unit that combines the nth-order diffracted light collected by the condensing unit and the 0th-order diffracted light of the diffracted light reflected by the dynamic diffraction grating as an output beam. apparatus.
前記動的回折格子は、複数の所定幅の短冊ミラーが一方向に配設されて成り、
前記短冊ミラーは所定間隔でビーム光の入射方向に前記走査ミラーの水平走査時間ごとに可動して、前記ビーム光の入射方向に垂直な面に凹凸形状の回折面を形成することを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 11,
The dynamic diffraction grating comprises a plurality of strip mirrors having a predetermined width arranged in one direction,
The strip mirror is movable at predetermined intervals in the incident direction of the beam light for every horizontal scanning time of the scanning mirror, and forms a concave and convex diffractive surface on a plane perpendicular to the incident direction of the beam light. Display device.
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106168986A (en) * | 2015-12-31 | 2016-11-30 | 盐城工学院 | Optimization method based on dynamic trait i-shaped roof beam Section Design |
| WO2024203893A1 (en) * | 2023-03-24 | 2024-10-03 | 株式会社Jvcケンウッド | Three-dimensional display device and three-dimensional display method |
-
2013
- 2013-02-27 JP JP2013036581A patent/JP2014164204A/en active Pending
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| WO2024203893A1 (en) * | 2023-03-24 | 2024-10-03 | 株式会社Jvcケンウッド | Three-dimensional display device and three-dimensional display method |
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