JP2009058676A

JP2009058676A - 画像生成装置

Info

Publication number: JP2009058676A
Application number: JP2007224730A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 洋志田中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-03-19
Also published as: US8107133B2; US20090059193A1

Abstract

【課題】一次元型の光変調装置を用いて走査投影により画像を生成するにあたって、横スジを抑制すると共に、画像のちらつきも抑える。
【解決手段】光源と、一次元型の光変調装置と、走査光学系を含む投影光学系と、を有し、走査光学系は、主走査光学系と、光軸及び主走査光学系による走査方向と直交する方向に走査を行う副走査光学系とを備える。副走査光学系による副走査は、主走査光学系による主走査のフレーム間に行い、フレームレートをＲｆとし、副走査原点から副走査原点に戻るまでの実質的移動回数の平均をＮｓとすると、Ｒｆ／Ｎｓ＞１５とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば回折格子を用いて光の回折角度を変化することによって光を変調する、一次元型の光変調装置を備えて画像投影を行う画像生成装置に関する。

プロジェクターやプリンター等の画像生成装置において、一次元的な画像情報を有する画像光を、光走査手段で走査しながらスクリーンや印画紙等の画像形成手段に投影することで、２次元画像を形成する画像生成装置が知られている。
このように一次元的な画像を得る装置として、光学的な機能を有する微小電気機械素子、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いた光変調装置が提案されている。
ＭＥＭＳ素子を用いた光変調装置の多くは、光の進行方向の制御や光のオン／オフを行うような、広義の光スイッチングシステムとして用いられている。
この光スイッチングシステムの一種として、回折格子の機能を有するＭＥＭＳ素子より成るいわゆる一次元型の光変調素子を用いる回折格子型の光変調装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

この回折格子型の光変調装置によって、光源からの光を画像情報等に対応して変調することにより、画像を投影し、平面スクリーンや円筒スクリーン、室内の壁面等に投影することによって、又は印画紙等に走査することによって、２次元画像を表示すなわち生成することができる。
このように回折格子型等の一次元型の光変調装置を用いて画像生成装置を構成することにより、光量の変化の大きい変調度が実現でき、広い帯域幅の表示が可能になる。これにより、高い解像度を有し、動作電圧が低い小型の画像生成装置を提供することが可能になる。

特許第３４０１２５０号明細書特許第３１６４８２４号明細書

しかしながら、上述した光変調装置を用いたプロジェクターやプリンター等の画像生成装置では、光変調装置の製造過程において、画素毎に設けるＭＥＭＳ素子のばらつきが生じることがあり、このようなばらつきを生じていると、駆動電力に対して設計通りの回折光が生じなくなってしまう。そのため、光変調装置により変調した一次元状の画像光を、走査ミラー等によって横方向等に走査することによりスクリーン等の表示部上に投影すると、画像に横スジが入ってしまうという問題がある。また光変調装置以外にも、光源のムラや投影光学系のキズ、またキャリブレーションの取れ残りなども同様に横スジ発生の要因となる。

上述したような回折格子型の光変調装置は、例えば６本の梁状の回折格子を１組として画素を構成し、全部で例えば１０８０組の電極構造を有する回折格子により構成される。このような回折格子を均一に生産性よく製造するのは、現状では大変困難である。また、光源の時間や温度に対する変動、機械構造部の温度に対する変動などを制御するのも大変困難である。

このような光変調装置の構造的なばらつきに起因する横筋の発生の問題を解決するために、本出願人は先の出願（特願２００６−２２６８０９号、平成１８年８月２３日出願）において、スクリーン上で光軸および主走査方向（一般には横方向）とは直交する方向（一般には縦方向）に画素を移動させ、横スジを平均化する技術を提案した。これにより横筋は改善され、良好な画像表示が可能になるという効果が得られた。しかしながら、副走査により画像を移動させる回数が極端に多いと、ちらつきが発生する恐れがある。

上述した問題の解決のために、本発明においては、一次元型の光変調装置を用いて走査投影により画像を生成するにあたって、横スジを抑制すると共に、画像のちらつきも抑えることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明による画像生成装置は、光源と、一次元型の光変調装置と、走査光学系を含む投影光学系と、を有し、走査光学系は、主走査光学系と、光軸及び前記主走査光学系による走査方向と直交する方向に走査を行う副走査光学系と、を備える。そして、副走査光学系による副走査は、主走査光学系による主走査のフレーム間に行われる。フレームレートをＲｆとし、副走査原点から副走査原点に戻るまでの実質的移動回数の平均をＮｓとすると、
Ｒｆ／Ｎｓ＞１５・・・（１）
として構成する。

上述したように、一次元型の光変調装置によって得られる一次元状の画像光を走査投影して２次元画像を生成するにあたって、主たる走査方向に加えてこれとほぼ直交する方向に走査する副走査を行うことにより、光変調装置等の不具合に起因する横スジの発生を抑えることができる。上述したようにこの副走査による移動箇所が極端に多いとちらつきが発生する恐れがあるが、本発明の画像生成装置においては、フレームレートＲｆと、副走査原点から副走査原点に戻るまでの実質的移動回数の平均Ｎｓを上記式（１）の関係とすることによって、後述するように、このようなちらつきを顕著に抑えることができる。

更に、本発明の画像生成装置においては、副走査の移動態様を、傾きをもたせた移動、細かく分割した移動又はなめらかな移動のうちのいずれか、もしくはこれらのいくつかを複合した移動とすることから、同様にちらつきを抑えることができると共に、後述するように、副走査のリンギングを抑えることもできる。
したがって、本発明の画像生成装置によれば、横筋を抑えるとともにちらつきの発生を抑制して、良好な画像を表示することが可能となる。

本発明によれば、一次元型の光変調装置を用いて走査投影により画像を生成するにあたって、横スジを抑制すると共に、画像のちらつきを抑えることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
まず、本発明の一実施の形態による画像生成装置の概略構成図を図１に示す。
図１に示すように、この画像生成装置２００は、例えば光の３原色である赤色、緑色、青色の各色のレーザ光（矢印Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｇ，Ｌ_Ｂで示す）を射出する、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを備える。
これらの光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから射出された各色光は、照明光学系１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを通過した後、図示しないミラーによって光路を曲げて、一次元型の光変調装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに入射される。これら光変調装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂから反射又は回折された光は、同様に図示しないミラーにより光路を曲げて、Ｌ型プリズム等の色合成部１０４に入射され、この色合成部１０４において一本の光束に纏められて、例えば３原色の光Ｌ_Ｔとして射出される。

この合成された光Ｌ_Ｔの光路上に、光選択部１０５、いわゆる空間フィルターが配置され、この空間フィルターにおいて例えば一次元画像光が選択される。選択された画像光の射出光路上に投影レンズ１０６が配置される。また、ガルバノミラーやポリゴンミラー等より成る副走査光学系１０７及び主走査光学系１０８を備える走査光学系１３０が配置されて、投影光学系１２０が構成される。
そして、主走査光学系１０８の例えば矢印ｒ２で示す回動又は回転により、一次元状の画像光が矢印Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３、・・・で示すように走査され、スクリーン等の表示部１４０の表面において矢印Ｓで示す方向に順次画像が投影される。

ここで光変調装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂとしては、前述の特許文献１及び２に記載の従来構成の一次元型の光変調装置を用いることができる。
また、光選択部１０５は、例えばオフナー光学系として構成され、空間フィルターとして例えばシュリーレンフィルター１０５Ｓを通過した１本の光束が、投影レンズ１０６により走査光学系１３０を介して表示部１４０上に結像される構成とする。なお、シュリーレンフィルター１０５Ｓは、例えばフーリエ面に配置される。

上記特許文献１及び２に記載の光変調装置では非駆動時は、光変調装置からの光がシュリーレンフィルター１０５Ｓで遮られる。
一方、駆動時には、光変調装置の回折格子により回折された例えば±１次（ｍ＝±１）の回折光が、シュリーレンフィルター１０５Ｓを通過する。

このような光変調装置を用いることにより、表示部１４０に投影すべき光のオン／オフを制御することができる。すなわち、例えば静電駆動による回折格子に対し、駆動回路１５０からの信号Ｓ_Ｒ、Ｓ_Ｇ及びＳ_Ｂによって光変調装置１２０の各変調素子に印加する電圧を変化させることで、回折光の強度を変化させて、階調制御を行うことができる。
回折格子型の光変調装置においては、寸法が非常に小さくかつ駆動電力に対する変調度が細かいので、高い解像度、高速なスイッチング動作、並びに広い帯域幅の表示が可能となる。さらには、低い印加電圧で動作させることができるので、非常に小型化された画像生成装置を実現することが可能である。

また、このような画像生成装置は、通常の２次元画像表示装置、例えば、液晶パネル等を用いた投射型表示装置と比べて、走査光学系によって走査を行うので、極めて滑らかで自然な画像表現が可能となる。しかも、３原色である赤色、緑色、青色のレーザを光源とし、これらの光を混合するので、極めて広い、自然な色再現範囲の画像を表現することができるといった、従来にはない、優れた表示性能を有する。
またその他の１次元型の光変調装置としては、例えばアレー状液晶素子、アレーＬＤ（レーザダイオード）、アレーＬＥＤ（発光ダイオード）などの光変調機能付発光素子を光源及び光変調装置に換えて用いることも可能である。

続いて、本発明の一実施の形態に係る画像生成装置のより具体的な構成例について、図２の概略構成図を参照して説明する。図２において、図１と対応する部分には同一符号を付して示す。なお、図２においては、赤、緑及び青色等の各色の合成前の光路は代表して１光路のみを示す。
図２に示すように、この画像生成装置２００は、レーザ光源１００、照明光学系１０１、一次元型の光変調装置１０２を具備し、また、光選択部１０５及び投影レンズ１０６と、副走査光学系１０７及び主走査光学系１０８を備える走査光学系１３０と、を含む投影光学系１２０を有して成る。ここで副走査光学系１０７は必ずしも投影レンズ１０６と主走査光学系１０８との間に配置される必要はなく、例えば光選択部１０５が備える構成とするとか、投影光学系１２０のいずれの光路上にも配置することができ、どの位置であっても横スジを抑制する効果はほぼ同等である。

レーザ光源１００には、例えば半導体レーザや固体レーザ等が用いられる。レーザ光源１００から射出された光は、照明光学系１０１により一次元状（線状）に適切に成形されて、光変調装置１０２に照射される。なお、照明光学系１０１には、ビーム整形やビーム拡大等のためのレンズ系が含まれる。

一次元型の光変調装置１０２は、図示しない駆動回路からの信号（画像信号に基づく信号）を受けて動作し、その回折光は光選択部１０５に入射する。この回折光は、オフナーリレー光学系等より成る光選択部１０５が備えるシュリーレンフィルター（図示せず）等により、例えば＋１次光が選択されて画像信号光となり、一次元型の光変調装置１０２と対応する位置に再び一次元像４６が生成される。この一次元像４６を投影光学系１２０において、走査、拡大等を行うことにより、二次元像をスクリーン等の表示部１４０上の表示領域４７に投影することができる。

図３に、本発明の画像生成装置に適用可能な一次元型の光変調装置の一実施の形態の概略断面構成図を示す。図３に示すように、この一次元型の光変調装置１０２は、基体１１２上に梁状等の回折格子型の光変調素子１１１が形成され、その上を覆うようにガラス板等の光透過部材１１３が、スペーサ１１５を介して例えば低融点金属材料より成る封止層１１４Ａ，１１４Ｂによって接合されて、構成される。また、必要に応じて、図示しない樹脂等の封止部材によって、封止される。

なお、一次元型の光変調装置１０２は、回折格子型の光変調素子１１１を備え、この素子数としては、例えば縦１０８０画素の画像を表示するためには最低限１０８０個程度必要であり、両端にそれぞれ余裕をもって１０８８個程度として構成する。すなわち、図３において紙面とほぼ直交する方向に１０８８の梁状の素子が並置配列される。
そしてこの光変調素子１１１は、図示しないフレキシブルケーブル等の配線部材を介して、駆動回路に接続される。駆動回路内の信号処理部から画像情報に対応する信号が供給されて、駆動電圧が光変調装置１０２の例えば１つおきの光変調素子１１１に供給される。電圧が供給されると、例えば梁状の素子が静電力によって歪んで表面が基体１１２側に近づく。１つおきの光変調素子がいわば基体１１２側に凹むことによって回折格子が形成され、レーザ光等を照射すると回折光が射出される。

次に、副走査光学系１０７について説明する。
副走査光学系１０７としては、例えばミラー、ボイスコイル、保持部材および駆動回路を具備する構成とする。ミラーの角度を調整する構成であれば、必ずしもこの構成に限定されるものではない。駆動回路からボイスコイルに駆動波形が入力され、ボイスコイルが前後に動くことを利用して、ミラーの角度を調整する。

そしてこの副走査光学系１０７による副走査は、主走査光学系１０８による主走査のフレーム間、つまり図２に示される画像の非表示領域４８ａ及び４８ｂを走査する期間中に行う。なお、画像の表示領域４７においては副走査光学系１０７のミラーは停止するようにする。本実施の形態において、フレームレートを例えば２４０ｆｐｓに設定すると、１フレームは約４ｍｓ（ミリ秒）である。そのうち画像が表示されている時間は約３．４ｍｓ、画像が表示されていない時間は約０．６ｍｓとなる。つまり、この画像が表示されていない０．６ｍｓの間に１回の副走査を完了する構成とする。

このような副走査により、例えばｎ画素幅移動させた場合は、そのままであると投影された画像もｎ画素幅移動してしまう。そのため、一次元型の光変調装置１０２に入力する画像信号を逆方向にｎ画素分移動させるための処理を駆動回路１５０内の制御回路で行い、画像自体は上下に移動せずに定位置に表示されるようにする。
一方、一次元型の光変調装置による不均一性、光源の時間や温度に対する変動、光学系のキズ、メカの温度変動およびキャリブレーション取れ残りなどにより発生する横スジは、副走査により上下に移動し、空間的に上下に拡散されるため、十分に軽減される。

このように、本発明においては上述したように画像信号を逆方向に移動させる処理を行うことにより、画像自体を定位置に表示させると共に、光変調装置１０２内の一部の素子の不具合によって生じる横スジを副走査によって平均化するものであるが、この横スジの平均化の代わりに発生するちらつきを抑えることが本発明の課題である。ちらつきを視聴者がなるべく感じないようにするために、できるだけ不規則に副走査を行うことが本発明の目的である。

なお、副走査の全移動幅が大きいほど様々な幅の横スジを抑制できる。例えば、７画素幅の中で副走査を行う場合、０画素幅から１４画素幅までの横スジに対してのみ効果があり、幅の大きい横スジを抑制する効果が少ない。それに対し、例えば３１画素幅で副走査を行った場合は、３１画素幅までの種々の幅の横スジをほぼ全て除去することができることとなる。したがって、副走査による移動の全移動幅は大きいほうが望ましい。

また、全移動箇所の数は大きい程横スジの空間的拡散効果が高く、いうまでもなく横スジ抑制効果が高くなる。
ここで、移動画素幅ｎは必ずしも整数画素幅である必要はなく、例えば１／２画素幅や１／３画素幅単位の移動とし、この移動幅に対応する画像信号を光変調装置１０２に供給することで、擬似的に解像度を上げることが可能である。

［１］第１の実施の形態
次に、本発明の第１の実施の形態として、横スジの抑制に加えてちらつきを抑える例について説明する。上述の構成の副走査光学系を備える画像生成装置における副走査光学系による移動態様の各例を以下に説明する。ここでちらつきの評価には全白画像や全黒画像を用いた。

本発明においては、図１及び図２において説明した副走査光学系１０７による副走査を、主走査のフレーム間（画像非表示中）に行うと共に、特に、フレームレートをＲｆ、副走査原点から副走査原点に戻るまでの実質的移動回数の平均をＮｓａとすると、
Ｒｆ／Ｎｓａ＞１５・・・（１）
となるように副走査の移動を選定する。
上述したように、副走査による移動箇所が多いとちらつきが発生するが、このちらつきは、上記式（１）の関係とすることによって、顕著に抑えることができる。

上記式（１）の関係を実現するためには、フレームレートＲｆを大きくするか、副走査原点から副走査原点に戻るまでの実質的移動回数の平均Ｎｓを小さくする必要がある。例えば、前者について、フレームレートを６０ｆｐｓ（フレーム／秒）から２４０ｆｐｓにした場合、１秒当たりの移動できる最大の回数が６０回から２４０回に増えることになり、その分移動によるちらつきが目立たなくなる。また、後者については、副走査１周期（すなわち副走査原点から各移動箇所に移動し原点に戻る間隔）あたりの移動回数が少なければ、やはりちらつきは目立たなくなる。ここで、実質的とあるのは、移動回数が同じでも、その移動順序を複雑にすることにより、ちらつきを抑制できるためである。また、平均とあるのは、必ずしも副走査１周期ごとに同じ移動回数又は同じ移動順序でくり返す必要がないためである。

以上のような観点から、副走査の移動順序がちらつきに与える影響を含むように、「副走査原点から副走査原点に戻るまでの実質的移動回数の平均（Ｎｓａ）」を以下の式（２）で示すように定義する。
Ｎｓａ＝「｛（Ｎｍ）×（２×Ｗｍ）／（Ｗｍａ）｝の繰り返し平均」・・・（２）

なお、上記式（２）においては、
Ｎｓａ：副走査原点から副走査原点に戻るまでの実質的移動回数の平均
Ｎｍ：副走査原点から副走査原点までの移動回数
Ｗｍ：全移動幅
Ｗｍａ：各移動幅の絶対値の和
とする。

ここで、上記式（２）の内容について、図４及び図５を用いて説明する。図４Ａ〜Ｃは、全移動箇所の数を８箇所とした場合の副走査による移動態様の例を示すもので、横軸はフレームを単位とする時間、縦軸は画素幅を単位とする副走査方向の位置である。
ここで、「副走査原点から副走査原点までの移動回数（Ｎｍ）」とは、副走査原点から移動し副走査原点に戻ってくる１周期の間のフレーム数、言い換えると、１周期の間に副走査による移動が可能な回数で、例えばランダムに移動させる場合等において、２回分同位置に静止した場合も回数に数えるものとする。

図４Ａに示す例においては、副走査により画素幅１単位毎に順に一方向に移動し、同様に順に逆方向に移動して元の位置に戻る移動パターンで、いわば三角波状の移動を繰り返す例を示す。この場合、移動箇所は８箇所であるが、その１周期での移動回数は１６回である。
図４Ｂに示す例では、図４Ａに示す例と同様に画素幅１単位毎に順に一方向に移動し、逆方向への戻りは７画素分１回の移動で戻る移動パターンであり、１周期での移動回数は８回である。
図４Ｃに示す例では、ランダムに移動する例を示し、１周期での移動回数は８回となる。

ここで「全移動幅（Ｗｍ）」とは、副走査位置の下端から上端までの幅であり、図４Ａ〜Ｃに示す例では全て７画素幅となる。「各移動幅の絶対値の和（Ｗｍａ）」とは、１周期内の各移動について、その移動幅の絶対値をとって全て足し合わせたものであり、図４Ａに示す例であれば、
Ｗｍａ＝１＋１＋１＋１＋１＋１＋１＋０＋１＋１＋１＋１＋１＋１＋１＋０＝１４
であり、図４Ｂに示す例では、
Ｗｍａ＝１＋１＋１＋１＋１＋１＋１＋７＝１４
となる。また、図４Ｃに示す例においては、
Ｗｍａ＝６＋４＋２＋３＋６＋４＋２＋５＝３２
となる。この値は上記式（２）にあるとおり、「全移動幅（Ｗｍ」」で規格化され、移動順序の複雑さの指標となる。

「繰り返し平均」とあるのは、必ずしも副走査１周期毎に同じ移動回数又は同じ移動順序で繰り返す必要がないためである。例えば、図５に示す例のように、１周期毎に移動順序や移動回数が異なってもよい。図５に示す例では、（ｎ−１）周期目、ｎ周期目、（ｎ＋１）周期目の各周期の上記式（２）中の（Ｎｍ）×（２×Ｗｍ）／（Ｗｍａ）の値はそれぞれ以下の通りとなる。
（ｎ−１）周期目
（Ｎｍ）×（２×Ｗｍ）／（Ｗｍａ）＝３×（２×３）／（３＋２＋１）＝３・・（３）
ｎ周期目
（Ｎｍ）×（２×Ｗｍ）／（Ｗｍａ）＝８×（２×７）／（６＋４＋２＋３＋６＋４＋２＋５）＝３．５・・（４）
（ｎ＋１）周期目
（Ｎｍ）×（２×Ｗｍ）／（Ｗｍａ）＝１３×（２×７）／（４＋２＋０＋５＋２＋４＋５＋２＋１＋２＋６＋６＋１）≒４．６・・（５）

以上の式（３）〜（５）から、図５に示す例での繰り返し平均の値は、
（３＋３．５＋４．６）／３＝３．７
となる。

上記式（２）と、フレームレートを用いて表される上記式（１）とは、ちらつきと極めて相関が高く、本発明におけるように、上記式（１）で示される左辺の値が１５を超えると、ちらつきが顕著に抑制される。
次に、実際にちらつきを抑える副走査移動態様の具体例を、図６および図７を参照して説明する。

先ず、フレームレートの影響を調べるため、全移動箇所を８箇所とし、かつ移動順序を図６Ａに示す移動態様とする場合についてちらつきの確認を行った。フレームレートが６０ｆｐｓの場合、上記式（１）の計算結果は、
６０／（８×（２×７）／（１＋１＋１＋１＋１＋１＋１＋７））＝７．５
となり、１５よりも小さく、実際にちらつきが目立った。
これに対し、１２０ｆｐｓの場合は、上記式（１）の計算結果は、
１２０／（８×（２×７）／（１＋１＋１＋１＋１＋１＋１＋７））＝１５
であり、実際にちらつきは視聴に耐える程度に目立たなくなった。

さらに、フレームレートが２４０ｆｐｓの場合、上記式（１）の計算結果は、
２４０／（８×（２×７）／（１＋１＋１＋１＋１＋１＋１＋７））＝３０＞１５
となり、顕著にちらつきが抑制された。

次に、実質的移動回数の影響、言い換えると、移動順序の影響を調べるため、全移動箇所を８箇所とし、フレームレートを６０ｆｐｓとした場合についてちらつきの確認を行った。移動順序が図６Ａに示す例（図４Ｂに示す例と同じ条件）の場合、上記式（１）の計算結果は、
６０／（８×（２×７）／（１＋１＋１＋１＋１＋１＋１＋７））＝７．５
となり、１５よりも小さく、実際にちらつきが目立った。
これに対し、移動順序を図６Ｂに示す例（図４Ｃに示す例と同じ条件）とする場合は、上記式（１）の計算結果は、
６０／（８×（２×７）／（６＋４＋２＋３＋６＋４＋２＋５））≒１７．１
となり、１５を超える値となる。この場合は、ちらつきは目立たなかった。

また、図５と同じ条件とする場合は、上記式（３）〜（５）から
６０／（３＋３．５＋４．６）≒１６．２
となり、１５を超える値となる。この場合は、ちらつきは目立たなかった。
その他例えば、フレームレートを２４０ｆｐｓとする場合、全移動箇所を１６個とする場合についても、同様の実験をさまざまな移動順序で行い、上記式（１）の値とちらつきに極めて高い相関があり、１５よりも大きい場合は、効果的にちらつきを抑えられるという結果が得られた。

上記式（１）の条件を満足する他の例における副走査の移動態様を図７に示す。フレームレートを２４０ｆｐｓとする場合で、副走査の条件は以下の通りである。この場合、図７に示すように、全移動箇所の数は１６個、全移動幅は３０画素（全移動箇所が８箇所で２画素間隔の場合、全移動幅は２画素×（１６−１）間隔＝全移動幅３０となる）であり、移動順序は図７に示す条件とする。このとき、上記式（１）は、
２４０／（１６×（２×３０）／（２４＋１６＋８＋１０＋２４＋１６＋８＋２０＋２４＋１６＋８＋１４＋２４＋１６＋８＋２０））＝６４
となり、基準の１５よりも十分大きく、実際ちらつきはほぼ認識できない程度である。

また図７に示す副走査の移動態様とする場合は、全移動幅を３０画素と大きく取ったので、画素起因の細いスジだけでなく、幅の大きい横スジまで低減効果が得られ、横スジの改善効果を更に高めることができる。

なお、上記式（１）は、「フレームレート／式（２）」で表されるので、式（２）に含まれる「各移動幅の絶対値の和（Ｗｍａ）」をできるだけ大きくすることが、ちらつきを抑えるためには有効である。しかし、実際に使用するに当たっては、例えば副走査光学系の駆動素子への負担を減らすことが要求される場合もある。この場合において、ちらつきを抑制する効果をある程度犠牲にして、必ずしも「各移動幅の絶対値の和（Ｗｍａ）」を最大にせず、上記式（１）に示す条件を満たす範囲で値を下げ、すなわちＲｆ／Ｎｓａ＞１５ではあるが、その値を１５に近い値とすることも考えられる。

また、上記式（２）には「全移動幅（Ｗｍ）」が含まれるので、上記式（１）は「全移動幅（Ｗｍ）」で規格化されていることとなり、これにより、「各移動幅の絶対値の和（Ｗｍａ）」から移動順序の複雑さのみを抽出することができる。これは、ちらつきに対して、全移動幅（Ｗｍ）の影響よりも、移動順序の影響の方が支配的であることを示している。

なお、上記式（１）の条件を満たすことによって、ちらつきを低減する効果が確実に得られる。なお、副走査に周期性を持たせずランダムに移動させる場合は、周期的なちらつきを抑制する効果があり、用途によっては周期性のないランダムな副走査を行うことが望ましいといえる。
一方、一定の周期性をもっていても、上記式（１）の条件を満たすことによって、効果的にちらつきを抑えることができる。例えば前述の図４、図７等に示すように、副走査による全移動箇所をｎ個とし、その全移動箇所へ１回ずつ移動する計ｎ回の移動を１周期とし、この１周期の移動をくり返す副走査とすることで、副走査光学系を駆動する駆動手段や駆動回路への負担を軽減し、実用的な装置構成をもって十分にちらつきを低減できることとなる。

更に、全移動箇所をｎ個とすると、このｎ個の全移動箇所への移動の確率を等しくする条件や、同一方向への移動が４回以上連続しないようにするという条件を加える場合は、移動幅の絶対値の和が大きくなる移動方法となり、いわば移動の偏りを減らすこととなる。したがって、まれに発生する移動の偏りによるちらつきを確実に抑制することができる。同一方向への移動が３回以下の場合はほぼちらつきが視認されることはないが、４回以上である場合は、ちらつきが視認される場合がある。したがって、同一方向への移動は４回以上続かない移動パターンとすることが望ましい。

以上説明したように、本発明の画像生成装置によれば、横スジ抑制を目的とした副走査により生じるちらつきを抑制することができる。
なお、式（１）の値の上限は、画像生成装置の最大動作フレームレートＲｆで決まる。例えば、Ｒｆが２４０の画像生成装置であれば、式（１）の上限は、２４０／１＝２４０となる。

［２］第２の実施の形態
次に、本発明の実施の形態に係る画像生成装置の他の例として、ここまで述べてきた構成の副走査光学系を備える画像生成装置において、更に、リンギングを抑制するように工夫する例を以下に示す。

副走査を行って横スジの低減を図る場合、ちらつき以外の課題として以下の問題がある副走査による移動が主走査のフレーム間、つまり画像非表示中に完了しないと、画像表示中に像が移動するため投影された二次元画像が歪むので、極力避けなければいけない。しかしながら、十分応答速度の速い駆動源を用いる場合でも、副走査光学系の重さ、剛性などの要素によりリンギングが発生することがあり、これが画像表示中にも及ぶことがある。

副走査光学系は、典型的には投影光学系のいずれかの場所におかれ、例えば、ミラーの傾きをガルバノモーター・ピエゾ素子・ボイスコイルなどで調整する副走査光学系や、または、主走査光学系としてポリゴンミラーを用い、その各面に傾きをもたせることにより副走査、すなわち主走査方向とほぼ直交する方向の走査をも行う構成としてもよい。なお副走査光学系はこれらの構成に限定されるものではなく、その他種々の構成とすることができる。

上述したようにミラーの角度を駆動素子で調整するような副走査光学系では、ミラー等の重さや剛性などの要素によりリンギングが発生し、それらの要素の最適化だけでは抑制しきれない場合がある。リンギングは、駆動素子に加える駆動波形に大きく依存し、一般によく用いられるステップ波形の駆動では発生しやすい。

そこで、本実施の形態においては、副走査光学系のボイスコイル等より成る駆動素子に対し、図８Ａに示すようなステップ状の波形ではなく、図８Ｂ〜Ｄに示すように、傾きをもたせた移動、細かく分割した移動、又はローパスフィルターをかけたようななめらかな移動を行う駆動電圧波形を加える構成とする。このような駆動波形とすることによって、リンギングの発生を効果的に抑制できる。
図８Ａに示す例は、ステップ状の駆動電圧波形を加えた比較例であり、光変調装置の画素幅よりも大きい幅でリンギングが発生してしまう。なお、図８Ａ〜Ｄ中Ｔｎｄは画像非表示期間を示す。この例において発生するリンギングは、画像の表示されない例えば０．６ｍｓ（ミリ秒）以内には収束せず、画像表示中に画像が歪むという悪影響を与えてしまう。

これに対し、図８Ｂ〜Ｄに示す駆動電圧波形とする場合は、リンギングの発生が抑えられる。図８Ｂに示す例では、傾きをもたせた移動を行うように駆動電圧波形を選定する場合である。
図８Ｃに示す例では、細かく分割した移動と成るように、移動を分割した駆動電圧波形とする例である。
また、図８Ｄに示す例は、例えばローパスフィルターをかけたような駆動電圧波形とする場合であり、なめらかな移動を行う例である。

このような駆動電圧波形をボイスコイルに入力し、ミラーの角度をオートコリメーターで測定し、その応答を調べた。その結果、傾きや分割数などのパラメータによってリンギングの大きさは変動するが、適当な値を選ぶことでリンギングは大幅に低減され、スクリーン上での画像の歪みは、目視にて認識できないレベルまで改善する。

なお、副走査光学系による副走査は図８Ｂ〜Ｄに示す移動態様に限定されるものではなく、例えばリンギングを相殺するような移動でもよい。また、図８Ｂ〜Ｄに示す移動のうちいくつかを複合した移動としてもリンギングを効率よく抑制することができる。

また、上記の実施の形態においては、副走査光学系による副走査が上記式（１）に示す条件を満たし、ちらつきを抑えると共に、リンギングを抑制する構成とする例を示すが、駆動波形を図８Ｂ〜Ｄに示す波形、又はリンギングを相殺する駆動波形とする構成のみを採用してもよく、この場合は、リンギングによるちらつきを抑制する効果が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、横スジ抑制を目的とした副走査に起因するちらつきを抑えることができる。また、副走査のリンギングを抑制することができ、画像表示時の像の歪みが発生することを防ぐことができる。

なお、本発明は上述の実施の形態の各例において説明した構成に限定されるものではなく、その他画像生成装置における光源や照明光学系、光変調装置の材料構成等、また副走査光学系の構成以外の投影光学系の材料構成等において、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。

本発明の一実施の形態に係る画像生成装置の概略構成図である。本発明の一実施の形態に係る画像生成装置の概略斜視構成図である。光変調装置の一例の概略断面図である。Ａ〜Ｃは副走査光学系による副走査の移動態様の各例を示す図である。副走査光学系による副走査の移動態様の一例を示す図である。Ａ及びＢは副走査光学系による副走査の移動態様の各例を示す図である。本発明の一実施の形態に係る画像生成装置における副走査の移動態様の一例を示す図である。Ａは比較例による副走査の移動態様を示す図である。Ｂ〜Ｄは本発明の一実施の形態に係る画像生成装置の副走査の移動態様を示す各例である。

符号の説明

４６．一次元像、４７．表示領域、４８ａ，４８ｂ．非表示領域、１００（１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ）．光源、１０１（１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂ）．照明光学系、１０２（１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ）．一次元型の光変調装置、１０４．色合成部、１０５．光選択部、１０６．投影レンズ、１０７．副走査光学系、１０８．主走査光学系、１１１．光変調素子、１１２．基体、１１３．光透過部材、１１４Ａ，１１４Ｂ．封止層、１２０．投影光学系、１３０．走査光学系、１４０．表示部、１５０．駆動回路、２００．画像生成装置

Claims

光源と、
一次元型の光変調装置と、
走査光学系を含む投影光学系と、を有し、
前記走査光学系は、主走査光学系と、光軸及び前記主走査光学系による走査方向と直交する方向に走査を行う副走査光学系と、を備え、
前記副走査光学系による副走査は、前記主走査光学系による主走査のフレーム間に行われ、
フレームレートをＲｆとし、副走査原点から副走査原点に戻るまでの実質的移動回数の平均をＮｓとすると、
Ｒｆ／Ｎｓ＞１５
とされる
ことを特徴とする画像生成装置。
前記副走査による全移動箇所がｎ個であり、前記全移動箇所へ１回ずつ移動する計ｎ回の移動を１周期とし、前記１周期の移動をくり返すことを特徴とする請求項１記載の画像生成装置。
前記副走査による全移動箇所がｎ個であり、前記全移動箇所ｎ個への移動の確率が等しいことを特徴とする請求項１記載の画像生成装置。
前記副走査による移動は、同一方向への移動が４回以上連続しないことを特徴とする請求項１記載の画像生成装置。
走査投影される画像光を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１記載の画像生成装置。
前記副走査の移動態様が、傾きをもたせた移動、細かく分割した移動又はなめらかな移動のうちのいずれか、もしくはこれらのいくつかを複合した移動であることを特徴とする請求項１記載の画像生成装置。