CN101498883A - 图像形成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种图像形成装置，不依赖于投影面的形状，就能够纠正投影面上的像素密度的差异，在投影面上描绘图像，使得不管从哪一个位置观看投影面，都能够观测到没有扭曲和变形的自然的图像。图像形成装置(1)构成为通过用来自于图像形成装置本体(3)的光扫描屏幕(2)的投影面(21)来描绘图像。图像形成装置本体(3)包括：光发射部(4)；包括执行器(51)的光扫描部(5)；驱动模式生成装置(7)，生成光发射部的驱动模式，使得光发射部以纠正投影面(21)上的像素密度的差异的定时及发射时间来发射光；以及与驱动模式相对应地控制光发射部(4)的动作的控制装置(8)。

Description

图像形成装置
技术领域
本发明涉及一种图像形成装置。
背景技术
例如，作为通过投影光来显示图像的图像形成装置，已知有专利文献1那样的投射型投影仪。
专利文献1的投射型投影仪包括用于校正被称之为“梯形变形”的变形的梯形变形校正装置，其中，所谓的变形是指，相对于屏幕倾斜配置投影仪本体的情况下，在放映到屏幕上的图像(视频)的上侧和下侧，屏幕的横向上的长度不同。
但是，在专利文献1的投射型投影仪中，在向平面屏幕上投影图像的情况下，能够形成变形被校正了的自然图像，但是，例如向弯曲成半圆柱体形的非平面状的屏幕上投影图像的情况下，在屏幕的各个部位，由于相对于屏幕的光的入射角以及与投影仪本体之间的间隔距离不同，因此，屏幕上的像素密度(单位长度的像素的数量)变得不均匀，图像发生变形和扭曲，无法形成自然的图像。
如果更加具体地说明，例如，当屏幕各个部位的光入射角不同的情况下，如果与在平面屏幕上描绘图像的时候同样地使投影仪动作，则光入射角大的部位的单位像素的尺寸变得比光入射角小的部位的单位像素大，因此，发生像素密度(单位长度的单位像素的数量)的疏密，在图像上发生变形和扭曲。
另外，对于屏幕的各个部位与投影仪本体之间的间隔距离不同的情况，间隔距离大的部位的单位像素的尺寸变得比间隔距离小的部位的单位像素大，因此，发生像素密度的疏密，在图像上发生变形和扭曲。
专利文献1：特开2001-249401号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像形成装置，其不依赖于投影面的形状，能够纠正投影面上的像素密度的差异，并在投影面上描绘图像，从而不管从哪一个位置观看投影面，都能够观测到没有扭曲和变形的自然的图像。
下述的本发明实现了这样的目的。
关于本发明的图像形成装置，该图像形成装置通过用光扫描设置在对象物表面上的投影面来描绘图像，包括：光发射部，用于发射光；具有执行器的光扫描部，执行器被设置成可动板能够向至少一个方向或相互正交的两个方向转动，并基于该转动，使用被光反射部反射的光对投影面进行扫描，其中，可动板具有反射从光发射部发射的光的光反射部；驱动模式生成装置，用于生成光发射部的驱动模式，其中，光发射部以用于校正投影面上的像素密度差异的定时和发射时间发射光，投影面上的像素密度差异由相对于投影面的光的入射角或投影面与光发射部的间隔距离所引起；以及控制装置，根据驱动模式生成装置生成的驱动模式，控制光发射部的动作。
据此，能够描绘不管从哪一个位置观看投影面都没有扭曲和变形的自然的图像，而不依赖于投影面的形状。
在本发明的图像形成装置中，优选驱动模式生成装置设定投影面上的光的扫描方向上的长度分别几乎相等的多个单位照射区域，并且，对于每个单位照射区域，生成用于向该区域投射光的驱动模式。
据此，能够在光扫描面上几乎均匀地设定单位照射区域，能够描绘出没有非本意的扭曲和变形的自然的图像。
在本发明的图像形成装置中，优选上述驱动模式生成装置包括：形状指定部，指定上述投影面的形状；照射轨迹设定部，基于通过该形状指定部指定的形状，设定上述光在上述投影面上的照射轨迹；以及单位照射区域设定部，在设定的上述照射轨迹上设定上述多个单位照射区域。
据此，能够以比较简单的构成生成高精度的光发射部的驱动模式。
在本发明的图像形成装置中，优选构成为：假设相互正交的x轴、y轴以及z轴三个坐标轴，并将与该各坐标轴对应的投影面上的坐标设为x、y以及z时，投影面形成几何学的形状，并且形状可以用函数f(x、y、z)表示或者近似时，形状指定部基于函数指定投影面的形状。
据此，能够更正确地指定投影面的形状。
在本发明的图像形成装置中，优选构成为：在上述投影面形成具有不规则地进行弯曲和/或屈曲的部位的形状的情况下，上述形状指定部将上述投影面定义为多个多角形(多边形)的集合体，由各个多角形的顶点的三维坐标指定上述投影面的形状。
据此，能够更正确地指定投影面的形状。
在本发明的图像形成装置中，优选上述驱动模式生成装置生成如下上述驱动模式：相对于上述单位照射区域的上述光的入射角越大，则从上述光发射部发射的光的发射时间越短。
据此，能够更有效地在投影面上描绘出没有扭曲和变形的自然的图像。
在本发明的图像形成装置中，优选上述驱动模式生成装置生成如下上述驱动模式：上述单位照射区域与上述光发射部的间隔距离越长，则从上述光发射部发射的光的发射时间越短。
据此，能够更有效地在投影面上描绘出没有扭曲和变形的自然的图像。
在本发明的图像形成装置中，优选针对每个上述单位照射区域，上述驱动模式生成装置生成使照射到该区域的上述光的强度变化的上述驱动模式。
据此，能够抑制描绘在投影面上的图像发生明暗的不均匀，能够在投影面上描绘出更自然的图像。
在本发明的图像形成装置中，优选上述驱动模式生成装置生成根据上述光对所述单位照射区域的照射时间而改变从上述光发射部发射出的光的强度的上述驱动模式。
据此，能够抑制描绘在投影面上的图像发生明暗的不均匀，能够在投影面上描绘出更自然的图像。
在本发明的图像形成装置中，优选上述光扫描部包括一对上述执行器，上述一对执行器分别包括：上述可动板；支持该可动板使其能够转动的支持部；连接上述可动板和上述支持部的连接部；以及使上述可动板转动的驱动装置，并且，上述一对执行器设置为上述可动板的转动中心轴相互正交。
据此，能够以比较简单的构成，使用从光发射部发射的光对投影面进行二维扫描。
在本发明的图像形成装置中，优选上述光扫描部包括检测上述执行器的上述可动板的变动的变动检测机构，上述控制装置基于上述变动检测装置的检测结果以及上述驱动模式来控制上述光发射部的动作。
据此，能够更切实地推导出从光发射部投射光的定时。
在本发明的图像形成装置中，优选包括作为上述对象物的屏幕。
据此来提高图像的可视性。
附图说明
图1为本发明的图像形成装置的第一实施方式的构成图；
图2为图1所示的图像形成装置的框图；
图3为图2的执行器的示意性立体图；
图4为施加于图3所示的线圈上的一例电压的示意图；
图5为示出图3的执行器的驱动的示意性截面图；
图6为图2的驱动模式生成机构的框图；
图7为图6的照射轨迹设定部设定的照射轨迹的示意图；
图8为根据第二实施方式的图像形成装置所包括的屏幕的示意图；
图9为根据本发明第三实施方式的图像形成装置所包括的执行器的示意性平面图；
图10为图9中的B-B线截面图；
图11为图10所示的执行器所包括的驱动机构的框图；以及
图12为图11所示的第一电压发生部以及第二电压发生部中的一例发生电压的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明图像形成装置的优选实施方式进行说明。
(第一实施方式)
首先针对本发明的图像形成装置的第一实施方式进行说明。
图1为本发明的图像形成装置的第一实施方式的构成图，图2为图1所示的图像形成装置的框图，图3为图2的执行器的示意性立体图，图4为施加于图3所示的线圈上的一例电压的示意图，图5为示出图3的执行器的驱动的示意性截面图，图6为图2的驱动模式生成机构的框图，图7为图6的照射轨迹设定部设定的照射轨迹的示意图。下面，为了方便说明，将图3和图5中的上侧称为“上”，下侧称为“下”，右侧称为“右”，左侧称为“左”。另外，如图1所示，相互正交的三个轴分别为X轴、Y轴和Z轴。
如图1所示，图像形成装置1包括：屏幕2和在屏幕2上用光(激光)进行扫描来形成图像的图像形成装置本体3。这样的图像形成装置1构成为在屏幕2上描绘图像，使得未图示的观测者从任何场所观察屏幕2时都能够看到没有变形和扭曲的自然的图像。下面依次针对它们进行说明。
本实施方式的屏幕2形成人的脸部的形状，其形状和位置基本保持一定。而且，屏幕2被固定成相当于脸的部分朝向图像形成装置本体3的方向。这样的屏幕2的图像形成装置本体3侧的表面构成通过图像形成装置本体3扫描激光的光扫描面(投影面)21。通过使用这样的屏幕2，提高了图像的可视性。例如，在光扫描面21上，通过图像形成装置本体3描绘与光扫描面21的形状相对应的人脸。
作为这样的屏幕2的构成材料，只要能够基本保持一定的形状，没有特别的限定，例如可以列举聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、丙烯酸类树脂、ABS树脂、氟类树脂、环氧树脂、硅树脂、或以它们为主的共聚体、混合体、聚合物合金等，可以使用它们之中的一种或两种以上混合使用。
下面，针对图像形成装置本体3进行说明。
如图2所示，图像形成装置本体3包括：发射光的光源单元(光发射部)4；在光扫描面21上扫描从光源单元4发射的光的光扫描部5；生成光源单元4的驱动模式的驱动模式生成机构7；以及控制光源单元4的动作的动作控制装置(控制机构)8。下面依次针对它们进行说明。
如图2所示，光源单元4包括：各色的激光光源41r、41g、41b；与各个激光光源41r、41g、41b相对应地设置的准直透镜42r、42g、42b；以及分色镜43r、43g、43b。
各色的激光光源41r、41g、41b分别射出红色、绿色以及蓝色的激光RR、GG、BB。激光RR、GG、BB分别以与从动作控制装置8发送来的驱动信号(与后述的驱动模式相对应的信号)相对应而被调制的状态射出，通过作为准直光学元件的准直透镜42r、42g、42b而被平行化并形成为细激光束。
分色镜43r、43g、43b分别具有反射红色激光RR、绿色激光GG、蓝色激光BB的特性，将各色的激光RR、GG、BB结合，射出一束激光LL。
另外，可以使用准直镜来代替准直透镜42r、42g、42b，在这种情况下，也能够形成平行光束的细的光束。另外，在从各色激光光源41r、41g、41b射出平行光束的情况下，准直透镜42r、42g、42b可以省略。而且，对于激光光源41r、41g、41b，可以置换为产生同样光束的发光二极管等光源。
下面针对光扫描部5进行说明。
如图2所示，光扫描部5包括一对执行器51、51和检测各执行器51的变动的变动检测机构52。而且，由于一对执行器51、51相互之间为相同的构成，所以在下面以一个执行器51为代表进行说明，而省略了对另一个执行器51的说明。
如图3所示，执行器51包括：基体511、与基体511的下表面相对设置的对置基板513、以及在基体511和对置基板513之间设置的隔离部件512。
基体511包括：可动板511a；支持可动板511a使其能够转动的支持部511b；以及连接可动板511a和支持部511b的一对连接部511c、511d。
在平面视图中，可动板511a大致形成为长方形状。在这样的511a的上表面设置有具有光反射性的光反射部511e。光反射部511e例如由Al、Ni等金属膜构成。另外，在可动板511a的下表面设置有永久磁石514。
在可动板511a的平面视图中，支持部511b设置为包围可动板511a的外周。也就是说，支持部511b形成为框状，可动板511a位于其内侧。
连接部511c在可动板511a的左侧连接可动板511a和支持部511b，连接部511d在可动板511a的右侧连接可动板511a和支持部511b。
连接部511c、511d分别形成为长条形状。而且，连接部511c、511d分别能够弹性变形。这样的一对连接部511c、511d相互同轴设置，以该轴(下面称作“转动中心轴”)为中心，可动板511a相对于支持部511b转动。
这样的基体511例如以硅为主要材料构成，并且可动板511a、支持部511b、连接部511c、511d一体形成。由于以硅为主要材料，因此，在实现优良的转动特性的同时，还能够发挥优良的可靠性。而且，允许进行微细处理(加工)，实现执行器51的小型化。
隔离部件512形成为框状，其上表面与基体511的下表面接合。另外，在可动板511a的平面视图中，隔离部件512与支持部511b的形状几乎相等。这样的隔离部件512例如由各种玻璃、各种陶瓷、硅和SiO2等构成。
对置基板513与隔离部件512同样地，例如由各种玻璃、硅和SiO2等构成。在这样的对置基板513的上表面上与可动板511a相对的部位上设置有线圈515。
永久磁石514形成为板棒状，沿着可动板511a的下表面设置。在可动板511a的平面视图中，这样的永久磁石514在与转动中心轴J正交的方向上被磁化(着磁)。也就是说，永久磁石514被设置成连接两极(S极、N极)的线段与转动中心轴J正交。在图5中，转动中心轴J的左侧为N极，右侧为S极。
作为这样的永久磁石514，没有特别的限定，例如可以使用镁磁石、铁素体磁石、钐钴磁石、铝铁镍钴磁石等。
在可动板511a的平面视图中，线圈515被设置成包围永久磁石514的外周。这样的线圈515与动作控制装置8相连接，被动作控制装置8施加规定的电压。
例如，如果通过动作控制装置8向线圈515施加如图4所示的交流电压，则产生可动板511a的厚度方向(图5中的上下方向)的磁场，并且，该磁场的方向周期性地切换。也就是说，线圈515的上侧附近成为S极、下侧附近成为N极的状态A与线圈515的上侧附近成为N极、下侧附近成为S极的状态B相互切换。
在状态A中，如图5(a)所示，永久磁石514的右侧由于与向线圈515通电而产生的磁场的排斥力，从而向上侧位移，同时，永久磁石514的左侧由于与所述磁场之间的吸引力而向下侧位移。据此，可动板511a向逆时针方向倾斜。
相反，在状态B中，如图5(b)所示，永久磁石514的右侧向下侧位移，同时，永久磁石514的左侧向上侧位移。据此，可动板511a向顺时针方向倾斜。
通过使这样的状态A和状态B交替反复，从而在连接部511c、511d扭转变形的同时，可动板511a绕转动中心轴J转动。
另外，作为这样的执行器51的构成，只要能够使可动板511a转动即可，没有特别的限制，既可以是所谓的双自由度振动系的执行器，也可以替代使用线圈515和永久磁石514的电磁驱动而采用使用压电元件的压电驱动或使用静电引力的静电驱动。
如图2所示，上述那样构成的执行器51、51被设置成转动中心轴J相互正交。据此，以比较简单的构成可对光扫描面21二维扫描从光源单元4射出的激光LL。
下面，针对变动检测机构52进行说明。
另外，由于检测其中一个执行器51的可动板511a的变动的机构和检测另一个执行器51的可动板511a的变动的机构互相之间为同样的构成，所以以一个执行器51为代表进行说明，省略了对另一个执行器的说明。
如图3所示，变动检测机构52包括：设置在执行器51的连接部511c上的压电元件521；检出由压电元件521产生的电动势的电动势检出部522；以及变动检测部523，用于基于电动势检出部522的检出结果检测可动板511a的变动。
当连接部511c随着可动板511a的转动而扭转变形时，压电元件521也伴随其而变形，产生与变形量相应大小的电动势。
变动检测部523基于电动势检出部522检出的电动势的大小来求出连接部511c的扭转程度，并进一步从该扭转的程度检测可动板511a的变动(转动角)。在变动检测部523检测到的可动板511a的变动信息的信号被发送到动作控制装置8。
这样的变动检测机构52既可以实时地检测可动板511a的变动，也可以例如在规定的定时(时刻)检测可动板511a的变动，然后基于该检测定时和施加在线圈515上的交流电压(波形或频率)来预测可动板511a的变动。
另外，作为变动检测机构52，只要能够检测可动板511a的变动即可，并不限定于本实施方式那样的使用压电元件，例如也可以使用光电二极管。在这种情况下，例如也可以构成为在可动板511a到达规定的转动角的时候，光电二极管接收光(或者光的接收被遮蔽)，并构成为从该光电二极管的光接收定时(或遮蔽定时)来检测可动板511a的变动。
下面，针对驱动模式生成机构7进行说明。
如图6所示，驱动模式生成机构7包括：形状指定部71，指定光扫描面21的形状；存储部72，存储执行器51等的三维坐标；照射轨迹设定部73，设定激光LL在光扫描面21上的照射轨迹；单位照射区域设定部74，在照射轨迹上设定多个单位照射区域；颜色决定部75，对每个单位照射区域决定照射的激光LL的颜色(各颜色的亮度)；光强度设定部76，对于每个单位照射区域，确定激光LL的照射时间及强度；生成部77，生成光源单元4的驱动模式。
形状指定部71将屏幕2的光扫描面21的形状定义为多个多边形的集合体，由各多边形的顶点的三维坐标指定光扫描面21的形状。各顶点的三维坐标存储在形状指定部71中。如上所述，本实施方式的光扫描面21形成为人脸的形状，由于具有不规则地弯曲或屈曲的部位，所以通过这样地指定光扫描面21的形状，从而能够更加正确地指定光扫描面21的形状。不用说，多边形的数量越多，就越能够高精度地指定光扫描面21的形状。并且，一个多边形通常由三角形或四角形构成，但也可以是五角形以上。另外，“三维坐标”是指与X轴、Y轴和Z轴这三个坐标轴相对应的坐标。
在存储部72中存储有一对执行器51、51之间的激光LL的光路以及一对执行器51、51的三维坐标。
照射轨迹设定部73与形状指定部71以及存储部72连接。照射轨迹设定部73从形状指定部71接收与光扫描面21上的各顶点的三维坐标相关的信号的同时，还从存储部72接收与上述激光LL的光路以及各执行器51、51的三维坐标相关的信号。照射轨迹设定部73基于这些信号(信息)，求出一对执行器51、51与光扫描面21之间的相对位置关系。
而且，照射轨迹设定部73与上述的变动检测机构52连接，从该变动检测机构52接收与各个可动板511a的变动相关的信号。根据该信号和上述相对位置关系，能够使一对可动板511a、511a各自的倾斜与在其倾斜时从光源单元4发射的激光LL所投射到的光扫描面21上的部位相对应。
因此，照射轨迹设定部73能够求出在假设从光源单元4连续发射激光LL的情况下的光扫描面21上的激光LL的照射轨迹(路径)，并记录(设定)求得的照射轨迹。也就是说，照射轨迹设定部73记录激光LL怎样在光扫描面21上扫描。下面，为了说明的方便，以图7所示的照射轨迹R为代表进行说明，但不用说，照射轨迹并不限定于照射轨迹R。另外，设照射轨迹R的起点为“起点R1”，终点为“终点Rn”(其中，n为自然数)。
单位照射区域设定部74基于记录在照射轨迹设定部73中的照射轨迹R，在所述照射轨迹R上设定多个单位照射区域S1、S2...Sn-1，使它们在照射轨迹R上的长度(也就是说激光LL的扫描方向的长度)分别相等。本申请说明书中的“单位照射区域”是指激光LL所照射的区域，通过对每个单位照射区域照射激光LL，能够在光扫描面21上描绘所需的图像。通过这样地设定多个单位照射区域S1至Sn-1，能够几乎均匀地在光扫描面21上设定单位照射区域S1至Sn-1，据此，能够纠正像素密度的差异，描绘出没有非本意的变形以及扭曲的自然的图像。其中，“像素密度”指的是在照射轨迹R上的单位长度上存在的单位照射区域的数量。
在此，说明了单位照射区域S1至Sn-1的设定方法的一个例子，但是作为单位照射区域S1至Sn-1的设定方法，并不限定于此。
本实施方式的单位照射区域设定部74基于照射轨迹设定部73中设定的照射轨迹R来求出起点R1的三维坐标。接着，单位照射区域设定部74基于照射轨迹R求出点R2的三维坐标，点R2是从起点R1沿着照射轨迹R在扫描方向上移动规定长度(下面将该长度称作“长度L”)得到的。单位照射区域设定部74将照射轨迹R上的起点R1和点R2之间的区域设定为单位照射区域S1。
与此相同地，单位照射区域设定部74求出点R3的三维坐标，并将照射轨迹R上的点R2和点R3之间的区域设定为单位照射区域S2，其中点R3是从点R2沿着照射轨迹R在扫描方向上移动长度L得到的。像这样地，单位照射区域设定部74在整个照射轨迹R上(也就是说在起点R1和终点Rn之间)设定单位照射区域S1至Sn-1。根据这样的方法，能够正确且简单地设定单位照射区域S1至Sn-1。
根据上述单位照射区域设定部74，能够根据光扫描面21上描绘的图像所要求的品质(分辨率)来适当地变更长度L，并能够简单地设定与图像的品质对应的数量的单位照射区域，所以能够极其有效地在光扫描面21上描绘所需的图像(也就是说扭曲和变形被抑制了的图像)。作为单位照射区域的数量，因光扫描面21的大小和形状、描绘的图像所要求的品质等而不同，但优选为10万至1000万(例如横640×纵480)。
另外，在本实施方式中，就实际上没有隔开间隔来设定相邻的一对单位照射区域(例如单位照射区域S1和S2)进行了说明，但是并不局限于此，实际上也可以设定相邻的一对单位照射区域间隔开。在这种情况下，优选各个间隔分别相等。
颜颜色确定部75基于从未图示的外部装置输入的图像信息(信号)，对每个单位照射区域S1至Sn-1决定在该区域上显示的各颜色的亮度。例如，颜色确定部75也可以假想在光扫描面21形成与图像信息相对应的图像，通过指定在对应于各个单位照射区域S1至Sn-1的部位上显示的各颜色的亮度，进行上述各颜色的亮度的确定。
另外，光强度设定部76针对每一个单位照射区域S1至Sn-1确定照射到该区域的激光LL的照射时间以及强度。下面，描述一例激光LL的强度确定方法。
首先，光强度设定部76从单位照射区域设定部74分别读出位于单位照射区域S1的两端的一对点R1和R2的三维坐标。下面，光强度设定部76基于从变动检测机构52发送来的与各可动板511a、511a的变动相关的信号，求出从光源单元4发射的激光LL照射到单位照射区域S1的扫描方向上游侧的一端点R1到照射到下游侧的一端点R2的时间(也就是说照射时间)。与此相同地，光强度设定部76分别针对其它的单位照射区域S2至Sn-1求出照射时间。
下面，设单位照射区域Sm(m为1到n-1的整数)的照射时间为Tm、激光LL的最大强度为PMm时，光强度设定部76针对每个单位照射区域决定(变更)激光LL的最大强度PMm，使得(Tm×PMm)的值相等。在此，激光LL的最大强度PMm是指灰阶表现单位照射区域Sm的光亮度时的最大值。例如，想在单位照射区域S1中显示256等级的亮度级中的第127等级的亮度时，激光LL的强度P1为最大亮度PM1的0.5倍。另外，在单位照射区域S1的照射时间为单位照射区域S2的照射时间的2倍的情况下，照射到单位照射区域S1上的激光LL的最大强度PM1为照射到单位照射区域S2上的激光LL的最大强度PM2的0.5倍。
也就是说，光强度设定部76构成为根据照射时间来决定激光LL的最大强度，照射时间越长，则使激光LL的最大强度越小。
如上所述，由于对每个单位照射区域决定激光LL的最大强度PM，从而能够使照射到各个单位照射区域S1至Sn-1上的光量的最大值分别相等。其结果，能够抑制图像上发生明暗的不均匀，能够在光扫描面21上描绘更自然的图像。
生成部77连接颜色确定部75和光强度设定部76。生成部77在从颜色确定部75接收与各个单位照射区域S1至Sn-1的各色亮度信息相关的信号的同时，从光强度设定部76接收与各个单位照射区域S1至Sn-1的激光LL的照射时间以及最大强度相关的信号，基于这些信号，针对各个单位照射区域S1至Sn-1，分别使照射到该区域的激光LL的照射时间以及各色激光LL的强度相对应，并将其生成为驱动模式。与生成的驱动模式相关的信号被发送至动作控制装置8。
在此，相对于单位照射区域的激光LL的入射角(平均入射角)越大，激光LL从单位照射区域的扫描方向上游侧的点扫描到下游侧的点所需的时间越短。因此，在生成部77生成相对于单位照射区域的激光LL的入射角越大，则使激光LL照射到该区域的时间(照射时间)越短这样的驱动模式。据此，能够更高效地在光扫描面21上描绘出没有扭曲和变形的自然的图像。
另外，单位照射区域与光源单元4之间的间隔距离越长，也就是说，激光LL的光路越长，激光LL从单位照射区域的扫描方向上游侧的点扫描到下游侧的点所需的时间越短。因此，在生成部77生成单位照射区域与光源单元4之间的间隔距离越长，则使激光LL照射到该区域的时间越短这样的驱动模式。据此，能够更高效地在光扫描面21上描绘出没有扭曲和变形的自然的图像。
根据以上那样构成的驱动模式生成机构7，结构比较简单，并能生成高精度的光源单元4的驱动模式。
动作控制装置8与存储部72连接，从存储部72接收与上述一对执行器51、51之间的激光LL的光路和一对执行器51、51的三维坐标相关的信号。据此，能够推导出一对执行器51、51与各个点R1至Rn的相对位置关系，并能够使可动板511a、511a的倾斜与在该倾斜时从光源单元4发射的激光LL所投射到的光扫描面21上的部位相对应。
而且，动作控制装置8从变动检测机构52接收与一对可动板511a、511a的变动相关的信号。因此，与在生成部77生成的驱动模式相对应，例如，几乎在一对可动板511a、511a各自的倾斜与点R1相对应的同时，以与单位照射区域S1相对应的照射时间和各颜色的强度开始激光LL的发射，并在结束向单位照射区域S1照射激光LL的同时，以与单位照射区域S2相对应的照射时间和各色的强度开始激光LL的发射，对于单位照射区域S3及其以后的单位照射区域，也与此相同地进行光源单元4的动作。据此，能够在光扫描面21上描绘出没有扭曲和变形的自然的图像，不管观测者从哪个位置观测光扫描面21，都能够观测到自然的图像。
根据上述那样的图像形成装置1，由于构成为根据光扫描面21的形状设定多个作为激光LL所照射的区域的单位照射区域，并在该单位照射区域投射所需颜色的激光LL，从而能够纠正由相对于光扫描面21的激光LL的入射角以及光源单元4与各单位照射区域之间的间隔距离所引起的像素密度的差异，能够在光扫描面21上描绘出自然的图像。
(第二实施方式)
下面，针对本发明图像形成装置的第二实施方式进行说明。
图8为第二实施方式涉及的图像形成装置所包括的屏幕的示意图。
下面，围绕与上述实施方式的图像形成装置间的不同点，对第二实施方式的图像形成装置进行说明，其中省略了对同样事项的说明。
除了屏幕的形状不同之外，本发明第二实施方式所涉及的图像形成装置与第一实施方式的图像形成装置几乎同样。另外，与上述第一实施方式同样的构成采用相同的附图标记。
如图8所示，屏幕2A大致形成为球状，其表面构成了光扫描面21A。在这种情况下，将相互正交的三个轴分别作为X轴、Y轴和Z轴，设与各个坐标轴相对应的光扫描面21A上的坐标为x、y和z，这时，光扫描面21A的形状能够用函数(x、y、z)表示。例如，屏幕2A的中心点的坐标为(xO、yO、zO)，在半径为r的情况下，光扫描面21A能够用(x-xO)2+(y-yO)2+(z-zO)2＝r2来表示。
因此，在驱动模式生成机构7的形状指定部71中记录上述函数，基于该函数来指定光扫描面21A的形状。据此，能够更加正确地指定光扫描面21A的形状。另外，在光扫描面21A的形状能够用函数(x、y、z)近似的情况下，也可以基于函数(x、y、z)来指定光扫描面21A的形状。
根据这样的第二实施方式，也能够发挥与第一实施方式同样的效果。
(第三实施方式)
下面，针对本发明图像形成装置的第三实施方式进行说明。
图9为本发明第三实施方式涉及的图像描绘装置所包括的执行器的示意形平面图，图10为图9中的B-B线截面图，图11为图10所示的执行器所包括的驱动机构的框图，图12为图11所示的第一电压发生部以及第二电压发生部中的一例发生电压的示意图。下面，为了方便说明，将图9中的纸面这一侧称为“上”，纸面的里侧称为“下”，右侧称为“右”，左侧称为“左”，将图10中的上侧称为“上”，下侧称为“下”，右侧称为“右”，左侧称为“左”。
下面，围绕与上述实施方式的图像形成装置间的不同点，对第三实施方式的图像显示装置进行说明，其中省略了对同样事项的说明。
除了图像描绘装置的光扫描部所具备的执行器的结构不同之外，本发明第三实施方式所涉及的图像形成装置与第一实施方式的图像形成装置几乎同样。另外，与上述第一实施方式同样的构成采用相同的附图标记。
光扫描部5包括一个执行器53。
执行器53包括：图9所示的包括第一振动系54a、第二振动系54b和支持部54c的基体54；与基体54相对配置的对置基板56；在基体54和对置基板56之间设置的隔离部件55；永久磁石57；以及线圈58。
第一振动系54a包括：设置在框状的支持部54c的内侧的框状的驱动部541a；以及将驱动部541a以双支撑方式支持在支持部54c上的一对第一连接部542a、543a。
第二振动系54b包括：设置在驱动部541a的内侧的可动板541b；以及将可动板541b以双支撑方式支持在驱动部541a上的一对第二连接部542b、543b。
在图9的平面视图中，驱动部541a形成为圆环状。但是，驱动部541a的形状只要是框状即可，没有特别的限定，例如，在图9的平面视图中，也可以形成为四角环状。在这样的驱动部541a的下面接合有永久磁石57。
第一连接部542a、543a分别形成为长条形状，能够弹性变形。第一连接部542a、543a分别将驱动部541a和支持部54c连接，从而使驱动部541a能够相对于支持部54c转动。这样的一对第一连接部542a、543a被构成为相互同轴设置，以该轴(下面称作“转动中心轴J1”)为中心，驱动部541a相对于支持部54c转动。
在第一连接部542a上设置有用于检测可动板541b的变动(绕转动中心轴J1的转动角)的压电元件521。
在图9的平面视图中，可动板541b形成为圆形。但是，可动板541b的形状没有特别的限制，只要能够形成在驱动部541a的内侧即可，例如，在图9的平面视图中，可以形成为椭圆形，也可以形成为四角形。在这样的可动板541b的上面形成有具有光反射性的光反射部544b。
第二连接部542b、543b分别形成为长条形状，能够弹性变形。第二连接部542b、543b分别将可动板541b和驱动部541a连接，以使可动板541b能够相对于驱动部541a转动。这样的一对第二连接部542b、543b被构成为相互同轴设置，以该轴(下面称作“转动中心轴J2”)为中心，可动板541b相对于驱动部541a转动。
在第二连接部542b上设置有用于检测可动板541b的变动(绕转动中心轴J2的转动角)的压电元件521。
如图9所示，转动中心轴J1和转动中心轴J2相互正交。另外，在图9的平面视图中，驱动部541a和可动板541b的中心分别位于转动中心轴J1和转动中心轴J2的交点上。另外，为了说明方便，下面也将转动中心轴J1和转动中心轴J2的交点称为“交点G”。
如图10所示，上述那样的基体54隔着隔离部件55与对置基板56接合。在对置基板56的上表面上设置有产生作用于永久磁石57的磁场的线圈58。
在图9的平面视图中，永久磁石57通过交点G，沿着相对于转动中心轴J1和转动中心轴J2各轴倾斜的线段(下面将该线段称作“线段M”)设置。
这样的永久磁石57相对于交点G较长方向的一侧成为S极，另一侧成为N极。在图10中，永久磁石57的长度方向的左侧成为S极，右侧成为N极。
在图9的平面视图中，线段M相对于转动中心轴X的倾斜角θ优选为30至60度，更加优选为40至50度，更进一步优选为大致45度。通过这样地设置永久磁石57，能够使可动板541b顺利地绕着转动中心轴J1和转动中心轴J2各轴转动。在本实施方式中，线段M相对于转动中心轴X和转动中心轴Y各轴倾斜约45度。
另外，如图10所示，在永久磁石57的上表面形成有凹部57a。该凹部57a为用于防止永久磁石57和可动板541b接触的回避部。通过形成这样的凹部57a，能够防止可动板541b绕转动中心轴J2转动时与永久磁石57接触。
如图9所示，在图9的平面视图中，线圈58被形成为围绕驱动部541a的外围。这样，在执行器53驱动的时候，能够可靠地防止驱动部541a与线圈58接触。其结果，能够使线圈58与永久磁石57之间的间隔距离较短，能够使线圈58产生的磁场有效地作用于永久磁石57。
线圈58与电压施加机构59电连接，当通过电压施加机构59向线圈58施加电压时，从线圈58产生与转动中心轴J1和转动中心轴J2各轴正交的轴方向的磁场。
如图11所示，电压施加机构59包括：生成用于使可动板541b绕转动中心轴J1转动的第一电压V1的第一电压发生部591；生成用于使可动板541b绕转动中心轴J2转动的第二电压V2的第二电压发生部592；以及将第一电压V1和第二电压V2叠加并将得到的电压施加到线圈58上的电压叠加部593。
如图12(a)所示，第一电压发生部591生成按周期T1周期性变化的第一电压V1(垂直扫描用电压)。
第一电压V1形成为锯齿形波那样的波形。因此，执行器53能够有效地将光垂直扫描(副扫描)。第一电压V1的波形并不局限于此。在此，第一电压V1的频率(1/T1)只要适合垂直扫描即可，没有特别的限制，优选为30至80Hz(60Hz左右)。
在本实施方式中，第一电压V1的频率被调整为与由驱动部541a和一对第一连接部542a、543a构成的第一振动系54a的扭转共振频率不同的频率。
另一方面，如图12(b)所示，第二电压发生部592生成按不同于周期T1的周期T2周期性变化的第二电压V2(水平扫描用电压)。
第二电压V2形成为正弦波那样的波形。因此，执行器53能够有效地将光进行主扫描。但第二电压V2的波形并不局限于此。
优选第二电压V2的频率高于第一电压V1的频率。据此，能够更可靠、顺利地使可动板541b一边以第一电压V1的频率绕转动中心轴J1转动，一边以第二电压V2的频率绕转动中心轴J2转动。
而且，第二电压V2的频率只要是与第一电压V1的频率不同，且是适合于水平扫描的频率即可，没有特别的限制，优选为10至40kHz。这样，通过使第二电压V2的频率为10至40kHz，并如上所述地使第一电压V1的频率为60Hz左右，从而能够以适合在屏幕上描绘的频率，使可动板541b绕转动中心轴J1和转动中心轴J2各轴转动。而且，只要能够使可动板541b绕转动中心轴J1和转动中心轴J2各轴转动，第一电压V1的频率和第二电压V2的频率的组合等就没有特别的限定。
在本实施方式中，第二电压V2的频率被调整为与由可动板541b和一对第二连接部542b、543b构成的第二振动系54b的扭转共振频率相同。据此，能够增大可动板541b绕转动中心轴J2的转动角。
而且，设第一振动系54a的共振频率为f1[Hz]、第二振动系54b的共振频率为f2[Hz]的时候，优选f1和f2满足f2>f1的关系，更加优选满足f2≥10f1的关系。据此，能够更顺利地使可动板541b一边以第一电压V1的频率绕转动中心轴J1转动，一边以第二电压V2的频率绕转动中心轴J2转动。
第一电压发生部591以及第二电压发生部592分别与动作控制装置8连接，基于来自该动作控制装置8的信号进行驱动。在这样的第一电压发生部591以及第二电压发生部592上连接有电压叠加部593。
电压叠加部593包括用于向线圈58施加电压的加法器593a。加法器593a从第一电压发生部591接收第一电压V1的同时，从第二电压发生部592接收第二电压V2，将这些电压叠加后施加到线圈58上。
上述那样构成的执行器53像下述那样地驱动。
例如，在电压叠加部593将图12(a)所示的第一电压V1与图12(b)所示的第二电压V2叠加，将叠加后的电压施加在线圈58上(将该叠加后的电压称作“电压V3”)。
这样，通过电压V3中的与第一电压V1相对应的电压，使永久磁石57的S极侧向线圈58靠近的同时、使N极侧离开线圈58的磁场与使永久磁石57的S极侧离开线圈58的同时、使N极侧向线圈58靠近的磁场交替切换。据此，在使第一连接部542a、543a扭转变形的同时，驱动部541a与可动板541b一起以第一电压V1的频率绕转动中心轴J1转动。
与第二电压V2的频率相比，第一电压V1的频率被设定得极低，而且，第一振动系54a的共振频率也被设计得低于第二振动系54b的共振频率。因此，第一振动系54a比第二振动系54b更容易振动，能够防止可动板541b因第一电压V1而绕转动中心轴J2转动。
另一方面，通过电压V3中的与第二电压V2相对应的电压，使永久磁石57的S极侧向线圈58靠近的同时、使N极侧离开线圈58的磁场与使永久磁石57的S极侧离开线圈58的同时、使N极侧向线圈58靠近的磁场交替切换。据此，在使第二连接部542b、543b扭转变形的同时，可动板541b以第二电压V2的频率绕转动中心轴J2转动。
由于第二电压V2的频率与第二振动系54b的扭转共振频率相等，所以通过第二电压V2，能够支配性地使可动板541b绕转动中心轴J2转动。因此，能够防止可动板541b因第二电压V2而绕转动中心轴J1转动。
根据以上那样的执行器53，能够通过一个执行器进行光的二维扫描，能够有望节省光扫描部5的空间。而且，在如第一实施方式那样地使用一对执行器的情况下，必须高精度地设定各个执行器之间的相对位置关系，在本实施方式中由于没有那样的必要，所以有望制造更为容易。
根据这样的第三实施方式，也能够发挥与第一实施方式相同的效果。
以上，基于图示的实施方式对本发明的图像形成装置进行了说明，但是本发明并不局限于此。例如，在本发明的图像形成装置中，各部的构成可以置换为发挥同样功能的任意的构成，而且，还可以添加任意的构成。
而且，在上述的实施方式中，针对图像形成装置本体在屏幕上描绘图像进行了说明，但是并不局限于此，例如还可以在岩、壁等上面描绘图像。而且，光扫描面的形状没有特别的限制，例如也可以形成平面状。
符号说明
1、1A 图像形成装置                   2、2A 屏幕
21、21A 光扫描面                     3 图像形成装置本体
4 光源单元(光发射部)                 41r、41g、41b 激光光源
42r、42g、42b 准直透镜               43r、43g、43b 分色镜
5 光扫描部                           51 执行器
511 基体                             511a 可动板
511b 支持部                          511c、511d 连接部
511e 光反射部                        512 隔离部件
513 对置基板                         514 永久磁石
515 线圈                             52 变动检测机构
521 压电元件                         522 电动势检出部
523 变动检测部                       53 执行器
54 基体                              54a 第一振动系
541a 驱动部                          542a、543a 第一连接部
54b 第二振动系                       541b 可动板
542b、543b 第二连接部                544b 光反射部
54c 支持部                           55 隔离部件
56 对置基板                          57 永久磁石
57a 凹部                             58 线圈
59 电压施加机构                      591 第一电压发生部
592 第二电压发生部                   593 电压叠加部
593a 加法器                          7 驱动模式生成机构
71 形状指定部                 72 存储部
73 照射轨迹设定部             74 单位照射区域设定部
75 颜色确定部                 76 光强度设定部
77 生成部                     8 动作控制装置。

Claims (12)

1.一种图像形成装置，所述图像形成装置通过用光扫描设置在对象物表面上的投影面来描绘图像，所述图像形成装置其特征在于，包括：
光发射部，用于发射光；
具有执行器的光扫描部，所述执行器被设置成可动板能够向至少一个方向或相互正交的两个方向转动，并基于该转动，使用被所述光反射部反射的光对所述投影面进行扫描，其中，所述可动板具有反射从所述光发射部发射的光的光反射部；
驱动模式生成装置，用于生成所述光发射部的驱动模式，其中，所述光发射部以用于校正所述投影面上的像素密度差异的定时和发射时间发射所述光，所述投影面上的像素密度差异由相对于所述投影面的所述光的入射角或所述投影面与所述光发射部的间隔距离所引起；以及
控制装置，根据所述驱动模式生成装置生成的所述驱动模式，控制所述光发射部的动作。
2.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中，
所述驱动模式生成装置设定所述投影面上的所述光的扫描方向上的长度分别几乎相等的多个单位照射区域，并且，对于每个所述单位照射区域，生成用于向该区域投射所述光的驱动模式。
3.根据权利要求2所述的图像形成装置，其中，所述驱动模式生成装置包括：
形状指定部，用于指定所述投影面的形状；
照射轨迹设定部，基于通过所述形状指定部指定的形状，设定所述光在所述投影面上的照射轨迹；以及
单位照射区域设定部，在设定的所述照射轨迹上设定所述多个单位照射区域。
4.根据权利要求3所述的图像形成装置，其中，
假设相互正交的x轴、y轴以及z轴三个坐标轴，并将与该各坐标轴对应的所述投影面上的坐标设为x、y以及z时，所述投影面形成几何学的形状，并且所述形状可以用函数f(x、y、z)表示或者近似时，所述形状指定部基于所述函数指定所述投影面的形状。
5.根据权利要求3所述的图像形成装置，其中，
在所述投影面形成具有不规则地进行弯曲和/或屈曲的部位的形状的情况下，所述形状指定部将所述投影面定义为多个多角形的集合体，由各个多角形的顶点的三维坐标指定所述投影面的形状。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的图像形成装置，其中，
所述驱动模式生成装置生成如下所述驱动模式：相对于所述单位照射区域的所述光的入射角越大，则从所述光发射部发射的光的发射时间越短。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的图像形成装置，其中，
所述驱动模式生成装置生成如下所述驱动模式：所述单位照射区域与所述光发射部的间隔距离越长，则从所述光发射部发射的光的发射时间越短。
8.根据权利要求2至5中任一项所述的图像形成装置，其中，
针对每个所述单位照射区域，所述驱动模式生成装置生成使照射到该区域的所述光的强度变化的所述驱动模式。
9.根据权利要求8所述的图像形成装置，其中，
所述驱动模式生成装置生成根据所述光对所述单位照射区域的照射时间而改变从所述光发射部发射出的光的强度的所述驱动模式。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的图像形成装置，其中，
所述光扫描部包括一对所述执行器，
所述一对执行器分别包括：所述可动板；可转动地支持所述可动板的支持部；连接所述可动板和所述支持部的连接部；以及使所述可动板转动的驱动装置，并且，所述一对执行器设置为所述可动板的转动中心轴相互正交。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的图像形成装置，其中，
所述光扫描部包括检测所述执行器的所述可动板的变动的变动检测装置，所述控制装置基于所述变动检测装置的检测结果以及所述驱动模式来控制所述光发射部的动作。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的图像形成装置，包括作为所述对象物的屏幕。
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