JP5950404B2 - Laser display device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザディスプレイ装置に関し、より詳細には、スペックルノイズが低減されたレーザディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a laser display device, and more particularly to a laser display device with reduced speckle noise.
レーザディスプレイは、3原色のレーザを光源として用い、MEMSスキャナなどの走査手段によって光源を走査しながらスクリーンに投射することにより画像表示を行うディスプレイである。光源にレーザを用いているため、低消費電力である、色再現性が原理的に優れている、他の投射型ディスプレイに比べてプロジェクターの小型化が可能である、という利点を有している。 The laser display is a display that uses three primary color lasers as a light source and displays an image by projecting it onto a screen while scanning the light source with scanning means such as a MEMS scanner. Since a laser is used as the light source, it has the advantages of low power consumption, excellent color reproducibility in principle, and a smaller projector than other projection displays. .
しかしながら、光源にレーザを用いているため、コヒーレントなレーザ光がスクリーンの微小凹凸の干渉によって生じる斑点状の画像ノイズである「スペックルノイズ」が発生し、画質を著しく劣化させるといった問題があった。 However, since a laser is used as the light source, there is a problem that “speckle noise” that is speckled image noise generated by interference of minute unevenness of the screen is generated by the coherent laser light, and the image quality is significantly deteriorated. .
従来のディスプレイ装置は光スキャンを行う際、スクリーンに投射される点像を2次元的にスキャンして1フレーム分の画像を描画するだけであったため、スペックルノイズの発生が避けられない状況にあった。 When a conventional display device performs an optical scan, it only needs to two-dimensionally scan a point image projected on the screen and draw an image for one frame, so that speckle noise is unavoidable. there were.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズが低減されたレーザディスプレイ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a laser display device in which speckle noise in a laser display is reduced.
上述の目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の発明は、レーザ光源から出力された光を2次元光走査型投射光学系が2次元方向に走査しながらスクリーンに投射することにより表示画像を形成するレーザディスプレイ装置において、前記レーザ光源と前記2次元光走査型投射光学系との間の光路上に配置され、K1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)光スキャナで構成されたスペックルノイズ除去機構を備え、前記2次元光走査型投射光学系は目の解像度で識別可能な目の解像要素より小さい点像を前記スクリーン上に投射し、スペックルノイズ除去機構は、前記スクリーン上における目の解像要素内を塗りつぶすように前記点像が移動するように走査を行うことを特徴とするレーザディスプレイ装置である。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the light output from the laser light source is projected onto the screen while the two-dimensional light scanning projection optical system scans in the two-dimensional direction. In the laser display device that forms a display image by the above-described method, it is disposed on the optical path between the laser light source and the two-dimensional optical scanning projection optical system, and K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <1) A speckle noise removal mechanism including an optical scanner is provided, and the two-dimensional optical scanning projection optical system is smaller than an eye resolution element that can be identified by eye resolution. An image is projected on the screen, and the speckle noise removing mechanism performs scanning so that the point image moves so as to fill the inside of the resolution element of the eye on the screen. is there.
以上説明したように、本発明によれば、MEMS型の2次元スキャナあるいはK1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)2次元スキャナにより目の解像度より小さい点像を2次元スキャンするのに加えて、目の解像度内を塗りつぶすように、K1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)スキャナを走査することにより、目の解像点内の光の干渉によるスペックルノイズを除去し、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズを低減させることが可能となる。 As described above, according to the present invention, a MEMS type two-dimensional scanner or a K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <1) two-dimensional scanner is used. In addition to two-dimensional scanning of point images smaller than the eye resolution, K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y) <1) By scanning the scanner, it is possible to remove speckle noise due to light interference in the resolution point of the eye and reduce speckle noise in the laser display.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1に、本発明の基本的なレーザディスプレイの構成を示す。本発明のレーザディスプレイは、図1に示すように、レーザ光源101と、スペックルノイズ除去機構102と、2次元光走査型投射光学系103とを備えて構成される。
FIG. 1 shows the configuration of a basic laser display of the present invention. As shown in FIG. 1, the laser display of the present invention includes a
レーザ光源101は、赤色、緑色、青色の半導体レーザを用いて構成することができる。緑色レーザとしては波長変換レーザを用いてもよい。
The
スペックルノイズ除去機構102は、レーザ光源101から出力されたレーザ光を走査(光スキャン)して2次元光走査型投射光学系103に入力することにより、スペックルノイズを除去する手段であり、例えばK1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元光スキャナを用いて構成される。K1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元光スキャナは、高速に制御可能であるので、スペックルノイズ除去機構102により従来の光スキャナに比べて高速走査が実現できる。
The speckle
2次元光走査型投射光学系103は、スペックルノイズ除去機構102から入力されたレーザ光をラスタースキャンによりさらに走査(光スキャン)して、目の解像要素より小さく設定された点像をスクリーンに投射することにより表示画像を形成する手段である。2次元光走査型投射光学系103としては、例えば1次元MEMS型スキャナ2個、2次元MEMS型スキャナ1個、K1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元スキャナ2個のいずれかを用いることができる。目の解像要素とは、目で識別可能な領域のことをいい、具体的には観察すると想定された位置から人の目で識別可能な最小限の大きさのスクリーン上の領域のことをいう。例えば視力1の人がスクリーンから5m離れているときの解像要素はおよそ1.5mmである。
The two-dimensional optical scanning projection
ここでスペックルノイズ除去機構102によりスペックルが除去される原理について説明する。図2は、スペックルノイズ除去機構と2次元走査型投射光学系を合わせた光学系により走査される点像の軌跡を示す図である。本発明のレーザディスプレイ装置では、図2に示すように、2次元光走査型投射光学系103からスクリーンに投射される点像202は、目の解像要素201より小さく設定されている。この点像202は、スペックルノイズ除去機構102により走査されることにより軌跡203に示すように移動しながら、2次元光走査型投射光学系103により走査されることにより軌跡204に示す方向に移動する。なお、軌跡204のような光スキャンの方法はラスタースキャンといわれる。
Here, the principle that speckles are removed by the speckle
2次元走査型投射光学系103による光スキャンに、スペックルノイズ除去機構102による光スキャンが加わることにより、目の解像要素内が点像の軌跡で覆いつくされ、ひいてはスクリーンに形成される画面全体が覆い尽くされることになる。これにより、スクリーンの微小な凹凸で散乱した光が相互に干渉しあっても、干渉成分が互いにキャンセルされ平均化されるので、スペックルノイズを除去され、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズを低減可能である。
By adding a light scan by the speckle
従来のように、目の解像要素と同程度の大きさの点像を2次元走査型投射光学系により光スキャンをする場合と比べて、本発明の方法を用いると、本発明における点像の直径をs、目の解像要素の直径をdとすると、スペックルコントラストはs/dとなる。なお、スペックルコントラストは、値が小さいほどスペックルノイズが小さいことを意味する。 Compared with the conventional case where a point image having the same size as the resolution element of the eye is optically scanned by the two-dimensional scanning projection optical system, the point image in the present invention is used. Spectra contrast is s / d, where s is the diameter of the eye and d is the diameter of the eye resolution element. The speckle contrast means that the smaller the value, the smaller the speckle noise.
2次元走査投射光学系103とスペックルノイズ除去機構102における各光スキャナに求められる解像点数、及び走査周波数を以下の表1に示す。
Table 1 below shows the number of resolution points and scanning frequency required for each optical scanner in the two-dimensional scanning projection
表1において、Nx、Nyはそれぞれ、表示される画像の水平方向の解像要素の個数、垂直方向の解像要素の個数を示し、fFRはフレームレートを示す。 In Table 1, N x and N y indicate the number of resolution elements in the horizontal direction and the number of resolution elements in the vertical direction, respectively, and f FR indicates the frame rate.
表1に示すように、本発明においてスペックルノイズ除去機構102の走査周波数は非常に大きく、数MHzから数百MHzとなる。したがって、スペックルノイズ除去機構102として高速光偏向が実現できるK1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元光スキャナを用いている。
As shown in Table 1, in the present invention, the scanning frequency of the speckle
次に本発明の効果を例証するために、本発明に従ったレーザディスプレイ装置を作成した。レーザディスプレイの構成は図1と同様である。本実施例では、レーザ光源101は、赤色が波長640nm、緑色が波長515nm、青色が波長450nmの半導体レーザとした。2次元走査光学系103は、2次元MEMS型光スキャナ1個で構成した。スペックルノイズ除去機構102は、K1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元光スキャナで構成した。
Next, in order to demonstrate the effect of the present invention, a laser display device according to the present invention was prepared. The configuration of the laser display is the same as in FIG. In this embodiment, the
レーザディスプレイの画像を、水平方向、垂直方向、それぞれ800個、600個の解像要素で形成し、フレームレートは30Hzとした。各スキャナは以下の表2の解像点数及び走査周波数とし、スペックルコントラスト1/5を実現した。 Laser display images were formed with 800 and 600 resolution elements in the horizontal and vertical directions, respectively, and the frame rate was 30 Hz. Each scanner realized the speckle contrast 1/5 with the number of resolution points and the scanning frequency shown in Table 2 below.
以上説明したとおり、本発明によれば、2次元光走査型投射光学系が所定の周期で2次元方向に走査しながらスクリーンにレーザ光を点像としてスクリーン上に投射する際に、2次元光走査型投射光学系の走査周期よりも非常に短い周期で、スペックルノイズ除去機構が、レーザ光を一次元方向に走査することで、スクリーン上における目の解像要素内を塗りつぶすように点像が移動するので、目の解像要素内が点像の軌跡で覆いつくされることとなる。よって、スペックルノイズ除去機構により、目の解像点内の光の干渉によるスペックルノイズを除去し、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズを低減させることができる。 As described above, according to the present invention, when a two-dimensional light scanning projection optical system projects a laser beam onto a screen as a point image while scanning in a two-dimensional direction at a predetermined period, two-dimensional light is projected. The speckle noise removal mechanism scans the laser beam in a one-dimensional direction with a period much shorter than the scanning period of the scanning projection optical system, so that the point image is filled in the resolution element of the eye on the screen. Therefore, the inside of the resolving element of the eye is covered with the locus of the point image. Therefore, the speckle noise removal mechanism can remove speckle noise due to light interference within the resolution point of the eye and reduce speckle noise in the laser display.
以上の説明では、スペックルノイズ除去機構102は、2次元走査光学系103とは別体の走査手段として説明したが、2次元走査光学系103をK1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)光スキャナで構成する場合は、スペックルノイズ除去機構102と2次元走査光学系103とを、一体で構成することも可能である。例えば、2次元走査光学系103としてK1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元光スキャナ2個を用いた場合、2個のK1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元光スキャナのうち垂直方向に走査する1個に、スペックルノイズ除去機構102の機能を持たせることができる。
In the above description, the speckle
図3は、スペックルノイズ除去機構102の機能を兼ね備えた垂直方向に走査するK1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元光スキャナによる走査を説明するための図である。スキャン角度は、投射するスクリーンの垂直方向に対するK1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元光スキャナからの光の角度を示している。図3に示すように、K1-yLiyTa1-xNbxO3(0≦x≦1、0≦y<1)1次元光スキャナは、周期302でスペックルノイズ除去機構102としての光スキャンを行い、周期301で2次元走査光学系103としての光スキャンを行うこととなる。
FIG. 3 shows K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <1) one-dimensional light that scans in the vertical direction and also has the function of the speckle
101 レーザ光源
102 スペックルノイズ除去機構
103 2次元光走査型投射光学系
201 目の解像要素
202 点像
203 スペックル除去用スキャン
204 2次元光走査型投射光学系による光スキャンの軌跡
301 2次元走査型投射光学系の垂直方向の走査周波数に対応する周期
302 スペックル除去系の走査周波数に対応する周期
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記2次元光走査型投射光学系は、K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0≦x≦1、0≦y<1)1次元スキャナ2個により構成され、該2個の1次元スキャナのうちの1個は、目の解像度で識別可能な目の解像要素より小さい点像を前記スクリーン上に投射し、前記スクリーン上における目の解像要素内を塗りつぶすように前記点像が移動するように走査を行うスペックル除去機能を有することを特徴とするレーザディスプレイ装置。 In a laser display device that forms a display image by projecting light output from a laser light source onto a screen while scanning in a two-dimensional direction by a two-dimensional light scanning projection optical system ,
The two-dimensional optical scanning projection optical system includes two one-dimensional scanners K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <1). one of the one-dimensional scanner, as the eye resolution element is smaller than the point image that can be identified by the eyes of resolution projected on the screen, filling the pre-Symbol in eye resolution element on a screen A laser display device having a speckle removal function for performing scanning so that the point image moves.
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