CN116057448A - 控制装置、图像形成装置、控制方法及控制程序 - Google Patents

Abstract

控制装置的FPGA在使根据利萨茹曲线进行了空间调制的激光束进行扫描、且根据分割激光束的扫描区域而得到的每个部分区域中要形成的图像来对激光束的强度进行时间调制而形成图像的情况下，进行以下控制。FPGA进行如下控制：将由通过利萨茹曲线的多个交点中的在X方向上连续的多个交点的网格线和通过利萨茹曲线的多个交点中的在与X方向相交的Y方向上连续的多个交点的网格线包围的区域设为部分区域。

Description

控制装置、图像形成装置、控制方法及控制程序

技术领域

本发明涉及一种控制装置、图像形成装置、控制方法及控制程序。

背景技术

一般，作为扫描用于图像显示的电磁波的方式，在水平轴及垂直轴的两轴上都进行正弦驱动，并通过描绘利萨茹(Lissajous)曲线来网罗画面的利萨茹扫描方式受到关注。

例如，在日本专利公表2005-526289号公报中，记载有通过根据利萨茹曲线扫描图像光束来形成图像的技术。并且，在日本特开2019-082634号公报中，记载有通过根据利萨茹曲线对光进行扫描而形成图像的技术。

发明内容

发明要解决的技术课题

利萨茹方式中，由于产生不均匀等，有时所形成的图像的画质下降。在日本特开2019-082634号公报中记载的技术中，记载有如下技术：在光的扫描区域中，通过降低扫描线的疏密来降低图像不均匀。然而，在日本特开2019-082634号公报中记载的技术中，有时并不足以提高所形成的图像的画质。

本发明是考虑上述情况而完成的，提供一种能够提高由根据利萨茹曲线扫描的电磁波形成的图像的画质的控制装置、图像形成装置、控制方法及控制程序。

用于解决技术课题的手段

本发明的第1方式的控制装置具备至少1个处理器，其中，处理器进行如下处理：在使根据利萨茹曲线进行了空间调制的电磁波进行扫描、且根据分割电磁波的扫描区域而得到的每个部分区域中要形成的图像来对电磁波的强度进行时间调制而形成图像的情况下，进行如下控制：将由通过利萨茹曲线的多个交点中的在第1方向上连续的多个交点的第1直线和通过利萨茹曲线的多个交点中的在与第1方向相交的第2方向上连续的多个交点的第2直线包围的区域设为部分区域。

本发明的第2方式的控制装置在第1方式的控制装置中，处理器进行如下处理：不将设置在扫描区域的端部的部分区域用于图像的形成。

本发明的第3方式的控制装置在第1方式的控制装置中，处理器进行如下处理：将设置在扫描区域的端部的相邻的多个部分区域合在一起当作1个部分区域。

本发明的第4方式的控制装置在第1方式或第2方式的控制装置中，通过部分区域的利萨茹曲线为1条。

本发明的第5方式的控制装置在第1方式至第4方式中任一方式的控制装置中，部分区域为矩形形状。

并且，本发明的第6方式的图像形成装置具备：输出部，输出电磁波；空间调制部，其基于空间调制信号，根据利萨茹曲线对扫描的电磁波的角度或位置进行空间调制；时间调制部，其基于时间调制信号，根据分割电磁波的扫描区域而得到的每个部分区域中要形成的图像来对电磁波的强度进行时间调制；以及本发明的控制装置。

本发明的第7方式的图像形成装置在第6方式的图像形成装置中，还具备校正部，该校正部对进行了空间调制及时间调制的电磁波的失真进行校正。

并且，本发明的第8方式的控制方法是用于处理器执行如下处理的方法：在使根据利萨茹曲线进行了空间调制的电磁波进行扫描、且根据分割电磁波的扫描区域而得到的每个部分区域中要形成的图像来对电磁波的强度进行时间调制而形成图像的情况下，进行如下控制：将由通过利萨茹曲线的多个交点中的在第1方向上连续的多个交点的第1直线和通过利萨茹曲线的多个交点中的在与第1方向相交的第2方向上连续的多个交点的第2直线包围的区域设为部分区域。

并且，本发明的第9方式的控制程序用于使处理器执行如下处理：在使根据利萨茹曲线进行了空间调制的电磁波进行扫描、且根据分割电磁波的扫描区域而得到的每个部分区域中要形成的图像来对电磁波的强度进行时间调制而形成图像的情况下，进行如下控制：将由通过利萨茹曲线的多个交点中的在第1方向上连续的多个交点的第1直线和通过利萨茹曲线的多个交点中的在与第1方向相交的第2方向上连续的多个交点的第2直线包围的区域设为部分区域。

发明效果

根据本发明，能够提高由根据利萨茹曲线扫描的电磁波形成的图像的画质。

附图说明

图1是表示实施方式的图像形成装置的一例的结构图。

图2是用于说明部分区域的说明图。

图3是用于说明比较例的说明图。

图4是表示实施方式的图像形成装置的一例的框图。

图5是用于说明扫描区域和输入图像区域的关系的一例的图。

图6是用于说明将多个部分区域合在一起当作1个部分区域的情况的图。

图7是用于对网格线的设置方法的一例进行说明的图。

图8是用于说明设置了校正部件的方式的图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本实施方式并不限定本发明。

作为一例，本实施方式中，对将本发明的技术适用于通过利萨茹方式对激光束进行扫描而在投影面上形成图像的图像形成装置的方式进行说明。本实施方式的激光束是本发明的电磁波的一例。

图1中，示出本实施方式的图像形成装置10的结构的一例。如图1所示，本实施方式的图像形成装置10具备控制部20、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)驱动器22、MEMS反射镜24、激光驱动器26、发光装置25、准直器30及投影面34。

发光装置25具有激光驱动器26及发光部28。本实施方式的激光驱动器26具有如下功能：基于由控制部20生成的时间调制信号(详细内容将在后面叙述)来驱动发光部28，并从发光部28输出用于形成图像的R(R：Red(红色))G(G：green(绿色))B(B：Blue(蓝色))各个激光束。本实施方式的发光装置25是本发明的时间调制部的一例。

从发光部28输出的激光束通过准直器30准直之后，通过MEMS反射镜24朝向投影面34反射。

MEMS驱动器22基于由控制部20生成的空间调制信号(详细内容将在后面叙述)来驱动MEMS反射镜24。MEMS反射镜24中，反射激光束的反射面相对于水平方向(X方向)和垂直方向(Y方向)的两轴独立地倾斜。本实施方式中，反射面通过空间调制信号倾斜，由此所反射的激光束在投影面34中以描绘利萨茹曲线的状态进行扫描。利萨茹曲线是指由X轴的频率、Y轴的频率及它们的相位确定的曲线。本实施方式的MEMS驱动器22及MEMS反射镜24是本发明的空间调制部的一例。并且，本实施方式的X方向是本发明的第1方向的一例，本实施方式的Y方向是本发明的第2方向的一例。

另外，本实施方式中，投影面34并不限定于屏幕等实际物体的表面，还包括空间上的假想面。

本实施方式的控制部20包括FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程逻辑门阵列)20A及存储由FPGA20A执行的控制程序等各种信息的非易失性存储器20B。本实施方式的控制部20是本发明的控制装置的一例。

本实施方式的控制部20进行如下控制：将由通过激光束进行扫描的利萨茹曲线的多个交点中的在水平方向上连续的多个交点的直线和通过激光束进行扫描的利萨茹曲线的多个交点中的在垂直方向上连续的多个交点的直线包围的区域设为在投影面34上成为形成图像的单位的部分区域。换言之，本实施方式的控制部20进行如下控制：形成以由通过激光束进行扫描的利萨茹曲线的多个交点中的在水平方向上连续的多个交点的直线和通过激光束进行扫描的利萨茹曲线的多个交点中的在垂直方向上连续的多个交点的直线包围的部分区域为描绘单位的图像。

图2中，示出本实施方式中的部分区域的一例。图2所示的例子中，扫描区域70中的部分区域76是被通过激光束的利萨茹曲线72的交点74中的在X方向上连续的多个交点74的网格线75x和通过激光束的利萨茹曲线72的交点74中的在Y方向上连续的多个交点74的网格线75y包围的区域。如图2所示，部分区域76越靠近扫描区域的中央越大，越靠近扫描区域的端部越小。并且，如图2所示，各部分区域76是以处于对角线上的2个顶点为交点74的矩形形状的区域。

通过本实施方式的部分区域76的利萨茹曲线72为1条。即，通过激光束的1次发光，在部分区域76中形成有图像。

图3中，作为比较例，与本实施方式不同，示出不考虑利萨茹曲线72的交点74而确定的部分区域176的一例。图3所示的例子中，示出由等间隔配置的网格线175x及网格线175y包围的部分区域176。即，图3所示的例子中，所有部分区域176为相同形状并且相同的大小。此时，如部分区域176₁，产生利萨茹曲线72不通过的部分区域176。由于利萨茹曲线72不通过，因此激光束未被扫描且不发光。因此，该部分区域176中未形成图像，可以说，成为产生点缺失的状态。如此，网格线175x、175y的数量越多，利萨茹曲线72不通过的部分区域176的数量越多。换言之，部分区域176的大小越小，利萨茹曲线72不通过的部分区域176的数量越多。可以说，形成在投影面34的图像的分辨率越高，点缺失越多。

并且，图3所示的例子中，如部分区域176₂，产生利萨茹曲线72通过多条的176。即，由于激光束通过多次，因此通过多次发光，形成与该部分区域176对应的图像。此时，若不控制投影的激光束的光量，则根据激光束的通过次数，更严格来说根据通过距离，在部分区域176形成的图像的浓度变浓。另一方面，在进行用于使在各部分区域176中投影的激光束的光量恒定的控制的情况下，该控制变得复杂。

并且，在通过部分区域176的利萨茹曲线72较短的情况下，即，在通过部分区域176的激光束的距离较短的情况下，必须使投影的激光束的每单位时间的光量更多。并且，必须在短时间内进行发光部28的发光及消光，但根据发光装置25的规格，有时无法进行充分光量的发光。

相对于这种图3所示的比较例，如图2所示，并且如上所示，本实施方式的图像形成装置10中，利萨茹曲线72各通过1次所有部分区域76。因此，不会产生未形成图像的部分区域76。而且，本实施方式的图像形成装置10中，能够使通过部分区域76的利萨茹曲线72的长度足够长。即，本实施方式的图像形成装置10中，在形成各部分区域76的图像的情况下，只要使发光部28各发光1次即可，因此容易进行控制。

图4中，示出表示本实施方式的图像形成装置10的一例的框图。图4中，包含表示控制部20的功能结构的一例的功能框图。如图4所示，本实施方式的控制部20具备输入部40、部分区域对应关系部50、时间调制信号生成部52、空间调制信号生成部54、部分区域导出部56及空间调制位置对应关系部58。作为一例，本实施方式的控制部20中，通过由FPGA20A执行存储在存储器20B的控制程序，从而FPGA20A作为输入部40、部分区域对应关系部50、时间调制信号生成部52、空间调制信号生成部54、部分区域导出部56及空间调制位置对应关系部58发挥作用。

输入部40中，输入表示要形成的图像的图像数据。以下，有时将与输入到输入部40的图像数据对应的图像称为输入图像。作为一例，本实施方式中，具有RGB各个颜色的彩色图像的图像数据输入到输入部40。输入到输入部40的图像数据输出到部分区域对应关系部50。另外，输入到输入部40的数据并不限定于本实施方式，只要是与输出的图像(图案)对应的数据即可。例如，可以是表示是否输出激光束的二值化的数据。并且例如，也可以是表示输出量的多值的数据。

部分区域对应关系部50具有将与从输入部40输入的图像数据对应的输入图像与部分区域76建立对应关联的功能。作为一例，本实施方式中，在整个扫描区域70中投影输入到输入部40的输入图像。因此，作为整个扫描区域70和输入图像一致的状态，将输入图像与部分区域76建立对应关联。更具体而言，对将输入图像分割为多个而得到的部分区域与哪个部分区域76对应的情况建立对应关联。

另外，并不限定于本实施方式，也可以设为使输入图像与扫描区域70中的一部分区域对应的方式。如上所示，部分区域76越靠近扫描区域70的中央越大，越靠近扫描区域70的端部越小。并且，根据利萨茹曲线72的特性，关于部分区域76的形状，接近扫描区域70的端部的一方变小，因此可以说成为失真的状态。因此，如图5所示的一例，也可以将基于扫描区域70的中央部的部分区域76的区域设为输入图像区域78。即，也可以设为在扫描区域70的端部附近的部分区域76中不投影输入图像的方式。此时，例如将表示相对于扫描区域70的输入图像区域78的位置的信息预先存储在控制部20的存储器20B中即可。另外，具体的输入图像区域78的位置等能够根据利萨茹曲线72的密度、即部分区域76的大小等来确定。

另外，将输入图像与扫描区域70建立对应关联的具体方法并无特别限定。例如，可以将输入图像的像素直接与各部分区域76建立对应关联。并且例如，可以通过对输入图像的图像数据进行仿射变换等，从而根据上述的部分区域76的失真使其变形之后，与各部分区域76建立对应关联。

并且，并不限定于本实施方式，可以将相邻的多个部分区域76合在一起当作1个部分区域。尤其，如上所示，由于越是扫描区域70的端部，部分区域76越小，因此如图6所示的一例，可以将扫描区域70的端部附近的部分区域76合在一起当作1个部分区域77。图6所示的例子中，示出将2个部分区域76合在一起作为1个部分区域77的例子。另外，合在一起的部分区域76的数量并无特别限定。例如，通过设为面积与位于扫描区域70的中央部的部分区域76成为相同程度的状态、或者在部分区域76及部分区域77中通过的利萨茹曲线72的长度(激光束的发光时间)成为相同程度的状态，能够在整个扫描区域70中，使部分区域76、77均匀化。另外，在重视水平分辨率的情况下，可以将在垂直方向上排列的部分区域76合在一起作为部分区域77，在重视垂直分辨率的情况下，可以将在水平方向上排列的部分区域76合在一起作为部分区域77。

空间调制信号生成部54生成用于描绘利萨茹曲线72的同步信号作为空间调制信号。作为一例，本实施方式中，生成与向MEMS驱动器22的输入信号同步的同步信号。另外，同步方法并不限定于本实施方式，例如，也可以使其与从MEMS反射镜24输入的传感器信号同步。

部分区域导出部56导出如上所示从利萨茹曲线72的交点74导出的由网格线75x和网格线75y包围的区域作为部分区域76。另外，如图7所示，网格线75x及网格线75y的间隔能够利用等间隔地分割了定义利萨茹曲线72的θ时的cosθ(0＜θ＜π)生成。在此，θ是将网格的线数设为n时初项为0且公差为π/(n-1)的等差数列。

空间调制位置对应关系部58根据利萨茹曲线72的扫描顺序，将对图像数据进行排序的位置、即部分区域76的位置建立对应关联。本实施方式中，按照利萨茹曲线72通过的顺序，在部分区域76中描绘图像。一般图像从左上的部分区域76开始向右侧依次配置各1个部分区域76，若到达右端，则从1个部分区域76下方的左端开始依次进行配置。然而，在利萨茹方式的情况下，由于不以这种顺序形成部分区域76的图像，因此按照利萨茹曲线72的描绘顺序对描绘位置建立对应关联。建立对应关联的信息输出到时间调制信号生成部52。建立对应关联的信息可以作为变换用表信息预先存储在控制部20的存储器20B等。并且，建立对应关联的信息也可以是用于逐次计算配置的信息。

时间调制信号生成部52为了在激光束通过部分区域76时，形成与通过的部分区域76对应的图像，基于从空间调制位置对应关系部58输入的建立对应关联的信息，在通过部分区域76的时刻，生成与通过部分区域76的通过时间成反比的输出强度的信号作为时间调制信号。

由时间调制信号生成部52生成的时间调制信号输出到发光装置25。发光装置25中，如上所述，基于时间调制信号，激光驱动器26使发光部28发光，并输出经时间调制的激光束。通过MEMS驱动器22基于由空间调制信号生成部54生成的空间调制信号使MEMS反射镜24动作，从而激光束根据利萨茹曲线72进行扫描，在投影面34上形成图像。

如以上所说明，上述各实施方式的控制部20具备FPGA20A作为至少1个处理器。FPGA20A在使根据利萨茹曲线72进行了空间调制的激光束进行扫描、且根据分割激光束的扫描区域70而得到的每个部分区域76中要形成的图像来对激光束的强度进行时间调制而形成图像的情况下，进行以下控制。FPGA20A进行如下控制：将由通过利萨茹曲线72的多个交点74中的在X方向上连续的多个交点74的网格线75x和通过利萨茹曲线72的多个交点74中的在与X方向相交的Y方向上连续的多个交点74的网格线75y包围的区域设为部分区域76。

根据上述结构，由于1条利萨茹曲线72通过所有部分区域76，因此能够提高由根据利萨茹曲线72扫描的激光束形成的图像的画质。

另外，如上所示，根据利萨茹曲线72的特性，可以说，利萨茹曲线72越向扫描区域的端部越成为失真的状态，因此在扫描区域70的附近和端部，部分区域76的大小不同，可以说图像成为失真的状态。因此，在MEMS反射镜24与投影面34之间，可以设置校正图像失真的校正部件。

图8所示的校正部件32中，通过对利萨茹曲线72的失真换言之激光束的失真进行校正来对图像的失真进行校正。本实施方式的校正部件32是本发明的校正部的一例。图8中，作为校正失真的校正部件32的一例，示出设置了非球面凸面镜的情况，所述非球面凸面镜中，中心部接近平面，仅在周边曲率较高，并且越靠近端部曲率越高。图8所示的校正部件32中，通过在凸面的曲率高的周边部分扩展光来校正激光束的失真，因此网格线75x及网格线75y成为等间隔。因此，根据校正部件32，能够校正图像的失真。

并且，本实施方式中，对将激光束作为电磁波的一例的方式进行了说明，但电磁波并不限定于激光束。例如，也可以是可见光或紫外线等其他电磁波。在适用于其他电磁波的情况下，作为时间调制部的一例，可以使用LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等电磁波发生器或显像管等电磁枪等来代替发光装置25。并且，在适用于其他电磁波的情况下，作为空间调制部的一例，可以使用生成磁场或电场的偏转轭(显像管)或共振摆等来代替MEMS驱动器22及MEMS反射镜24。

并且，描绘在投影面34的图像可以是人类不可视的图像，例如，可以是所谓的潜像等。

另外，本实施方式中，对用于形成图像的电磁波进行了说明，但也可以是使用油墨等液体、声波或粒子来代替电磁波的方式。

上述实施方式中，例如，作为输入部40、部分区域对应关系部50、时间调制信号生成部52、空间调制信号生成部54、部分区域导出部56及空间调制位置对应关系部58等执行各种处理的处理部(processing unit)的硬件结构，能够使用以下所示的各种处理器(processor)。上述各种处理器中，包括如前所述执行软件(程序)而作为各种处理部发挥作用的上述FPGA等在制造后能够变更电路结构的处理器即可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device：PLD)、作为通用处理器的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)及ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等具有为了执行特定的处理而专门设计的电路结构的处理器即专用电路等。

1个处理部可以由这些各种处理器中的1个构成，也可以由相同种类或不同种类的2个以上的处理器的组合(例如，多个FPGA的组合或CPU与FPGA的组合)构成。并且，也可以由1个处理器构成多个处理部。

作为由1个处理器构成多个处理部的例子，第一，有如下方式：由1个以上的CPU和软件的组合构成1个处理器，该处理器作为多个处理部发挥作用。第二，有如下方式：如以片上系统(System On Chip：SoC)等为代表，使用由1个IC(Integrated Circuit：集成电路)芯片实现包括多个处理部的系统整体的功能的处理器。如此，各种处理部作为硬件结构，使用上述各种处理器中的1个以上而构成。

另外，作为这些各种处理器的硬件结构，更具体而言，能够使用组合半导体元件等电路元件而成的电路(circuitry)。

并且，上述实施方式中，对本发明的控制程序预先存储(安装)在存储器20B的方式进行了说明，但并不限定于此。控制程序可以以记录在CD-ROM(Compact Disc Read OnlyMemory：光盘只读存储器)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory：数字通用光盘只读存储器)及USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)存储器等记录介质的方式进行提供。并且，控制程序也可以设为经由网络从外部装置下载的方式。

2020年8月12日申请的日本专利申请2020-136473号的发明的全部内容通过参考引用于本说明书中。

本说明书中所记载的所有文献、专利申请及技术标准与具体地且分别地记载通过参考而被并入的各个文献、专利申请及技术标准的情况相同程度地，通过参考并入本说明书中。

符号说明

10-图像形成装置，20-控制部，20A-FPGA，20B-存储器，22-MEMS驱动器，24-MEMS反射镜，25-发光装置，26-激光驱动器，28-发光部，30-准直器，32-校正部件，34-投影面，40-输入部，50-部分区域对应关系部，52-时间调制信号生成部，54-空间调制信号生成部，56-部分区域导出部，58-空间调制位置对应关系部，70-扫描区域，72-利萨茹曲线，74-交点，75x、75y、175x、175y-网格线，76、77、176、176₁、176₂-部分区域，78-输入图像区域，X、Y-方向。

Claims (9)

1.一种控制装置，其具备至少1个处理器，其中，

所述处理器进行如下处理：

在使根据利萨茹曲线进行了空间调制的电磁波进行扫描、且根据分割所述电磁波的扫描区域而得到的每个部分区域中要形成的图像来对电磁波的强度进行时间调制而形成所述图像的情况下，进行如下控制：将由通过所述利萨茹曲线的多个交点中的在第1方向上连续的多个交点的第1直线和通过所述利萨茹曲线的多个交点中的在与所述第1方向相交的第2方向上连续的多个交点的第2直线包围的区域设为所述部分区域。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述处理器进行如下处理：

不将设置在所述扫描区域的端部的部分区域用于所述图像的形成。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述处理器进行如下处理：

将设置在所述扫描区域的端部的相邻的多个部分区域合在一起当作1个部分区域。

4.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，

通过所述部分区域的所述利萨茹曲线为1条。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其中，

所述部分区域为矩形形状。

6.一种图像形成装置，其具备：

输出部，其输出电磁波；

空间调制部，其基于空间调制信号，根据利萨茹曲线对扫描的所述电磁波的角度或位置进行空间调制；

时间调制部，其基于时间调制信号，根据分割所述电磁波的扫描区域而得到的每个部分区域中要形成的图像来对电磁波的强度进行时间调制；以及

权利要求1至5中任一项所述的控制装置。

7.根据权利要求6所述的图像形成装置，其中，

所述图像形成装置还具备校正部，该校正部对进行了所述空间调制及所述时间调制的所述电磁波的失真进行校正。

8.一种控制方法，其中，处理器执行如下处理：

在使根据利萨茹曲线进行了空间调制的电磁波进行扫描、且根据分割所述电磁波的扫描区域而得到的每个部分区域中要形成的图像来对电磁波的强度进行时间调制而形成所述图像的情况下，进行如下控制：将由通过所述利萨茹曲线的多个交点中的在第1方向上连续的多个交点的第1直线和通过所述利萨茹曲线的多个交点中的在与所述第1方向相交的第2方向上连续的多个交点的第2直线包围的区域设为所述部分区域。

9.一种控制程序，其用于使处理器执行如下处理：

在使根据利萨茹曲线进行了空间调制的电磁波进行扫描、且根据分割所述电磁波的扫描区域而得到的每个部分区域中要形成的图像来对电磁波的强度进行时间调制而形成所述图像的情况下，进行如下控制：将由通过所述利萨茹曲线的多个交点中的在第1方向上连续的多个交点的第1直线和通过所述利萨茹曲线的多个交点中的在与所述第1方向相交的第2方向上连续的多个交点的第2直线包围的区域设为所述部分区域。

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