JP3351888B2 - 階調表現方法及び画像表現装置 - Google Patents
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Description
5) (5)第3実施例の階調表示方法(図1、図6) (6)他の実施例 発明の効果
現装置に関し、特にオンオフ型空間光変調素子として画
像データの画素に応じて微小鏡面素子が配置された画像
表示装置上で階調表示する場合に適用し得る。
た画像表示装置として、微小鏡面素子でなるオンオフ型
空間光変調素子を、画像データの画像を形成する画素に
応じて平面状に配置し、各微小鏡面素子の傾きを画素に
応じて制御することにより、微小鏡面素子への入射光に
対する反射光で画像を表示するものが提案されている
(特開昭60-179781 号公報、特開平3-40693 号公報、特
開平3-174112号公報)。
の画素の配列(例えば 768× 576個でなる)に応じて、
例えば17〔μm〕角程度でなる微小鏡面素子が複数配列
されて構成されている。これにより1/2インチCCD
(固体撮像素子)と同程度の大きさの反射面が形成され
る。この微小鏡面素子は画像データの画素の配列に応じ
たフレームメモリの各メモリセルに対応して配置され、
各メモリセルの状態に応じて対応する微小鏡面素子の傾
き状態がそれぞれ各別に制御される。
鏡面素子は中立状態に対して、メモリセルがオン状態の
とき+10°傾き(図7(A))、逆にメモリセルがオフ
状態のとき−10°傾く(図7(B))ようになされてい
る。これにより入射光Lに対して各微小鏡面素子の鏡面
で反射される反射光が、画を形成するために必要な有効
反射光L1と、画像を形成するために不要な無効反射光
L2で20°の光路差を有するように切り換られ、かくし
て有効反射光L1で所望の画像を表示し得るようになさ
れている。
ンオフ型空間光変調素子を用いた画像表示装置におい
て、オンオフによる2階調の表示のみならず中間階調を
表示しようとする場合には、各画像データの画素におけ
るデジタル値のビツトの重みに相当する時間長だけ明滅
を保持するというパルス幅変調による方法が用いられて
いる。
た時間長で制御される。ところがパルス幅変調による階
調表示方法では、多階調を表示しようとする場合にフレ
ーム周波数は単位時間の数百倍以上になるため、単位時
間を短くできないときにはフリツカが感じられるほどフ
レーム周波数が低くなる問題があつた。
で、オンオフ型空間光変調素子を用いて階調表現する
際、フリツカの発生を有効に回避して多階調を確実に表
現し得る階調表現方法及び画像表現装置を提案しようと
するものである。
め本発明においては、画像表現装置1を用いて画像デー
タS3に基づく画像の階調を表現する階調表現方法にお
いて、タイミング制御手段5により、記録手段4に画像
データS3をビツトフレームデータS8単位で一旦書き
込む書き込みタイミング及び当該記録手段4からビツト
フレームデータS8を読み出す読み出しタイミングと、
記録手段4から読み出したビツトフレームデータS8に
応じて画像データの画素の空間光変調をオン又はオフに
設定するためにオンオフ型空間光変調素子2にビツトフ
レームデータS8を書き込む書き込みタイミングと、当
該画素の空間光変調をオン又はオフに設定したオンオフ
型空間光変調素子2に照射した光の光強度を上記画素の
階調に応じて変調する変調タイミングとを制御し、ビツ
トフレームデータS8に応じて画素の空間光変調をオン
又はオフに設定したオンオフ型空間光変調素子2に光を
照射している間に、記録手段4からオンオフ型空間光変
調素子2に新たなビツトフレームデータS8を転送する
ようにした。
変調素子2に対してビツトフレームデータS8に応じて
画素の空間光変調をオン又はオフに設定する毎に、光の
光強度を上記画素の階調に応じて段階的に変調するよう
にした。
光変調素子2に対して所定数のビツトフレームデータS
8に応じて順次画素の空間光変調をオン又はオフに設定
する毎に、光の光強度を上記画素の階調に応じて段階的
に変調すると共に、当該光の光強度の段階的な変調に合
わせてオンオフ型空間光変調素子2に対する画素の空間
光変調のオン又はオフの保持時間を調整するパルス幅変
調を実行するようにした。
光変調素子2に対して所定数のビツトフレームデータS
8に応じて順次画素の空間光変調をオン又はオフに設定
する毎に、光の光強度を上記画素の階調に応じて連続的
に変調すると共に、当該光の光強度の連続的な変調に合
わせてオンオフ型空間光変調素子2に対する画素の空間
光変調のオン又はオフの保持時間を調整するパルス幅変
調を実行するようにした。
光変調をオン又はオフに設定したオンオフ型空間光変調
素子2に光を照射している間に、記録手段4からオンオ
フ型空間光変調素子2に新たなビツトフレームデータS
8を転送するようにしたことにより、1フレームの時間
を短くしてフレーム周波数を上げることができる。
画素の空間光変調をオン又はオフに設定する毎に、光の
光強度を上記画素の階調に応じて段階的に変調するよう
にしたことにより、1フレームの時間をビツトフレーム
データS8の転送に最低限必要な時間のみへと短くして
フレーム周波数を大幅に上げることができる。さらにオ
ンオフ型空間光変調素子2に対して所定数のビツトフレ
ームデータS8に応じて順次画素の空間光変調をオン又
はオフに設定する毎に、光の光強度を上記画素の階調に
応じて段階的又は連続的に変調すると共に、パルス幅変
調を実行するようにしたことにより、1フレームの時間
を短くしてフレーム周波数を上げることができ、かくし
てフリツカの発生を有効に回避して多階調を確実に表現
することができる。
する。
法を実施する微小鏡面素子によるオンオフ型空間光変調
素子2を用いた画像表示装置を示す。微小鏡面素子2に
表示する映像信号S1は、映像信号処理回路3において
同期信号S2と画像データS3へ変換される。そしてそ
の画像データS3はビデオRAM4に書き込まれビツト
フレームの集まりとして一時保存される。
ら分離された同期信号S2及び内部で生成するタイミン
グ信号を基にして、ビデオRAM4への書き込み(S
4)、ビデオRAM4からの読み出し(S5)、微小鏡
面素子2への書き込み(S6)及び光源6の光強度を変
える(S7)タイミングを制御する。
3は、タイミング制御回路5からの書き込み制御信号S
6に従つてビツトフレーム毎に微小鏡面素子2に読み込
まれる。その画像データS8によつて、微小鏡面素子2
の各画素の状態がオン又はオフに変えられる。そして、
微小鏡面素子2の各画素の状態がオン又はオフに変えら
れると同時に、タイミング制御回路5から光強度変調回
路7へ光強度制御信号S7が送られ、さらに光強度変調
回路7から光強度を決める光強度信号S9が光源6に送
られる。
成の画像表示装置1を用いて、画像データS8の転送の
タイミング、微小鏡面素子2の各画素をオン又はオフに
するタイミング及び光源6から出る光の強度を変えるこ
とにより階調表示する。図2〜図6に本発明による階調
表示方法を、微小鏡面素子2におけるタイミングで示
す。なおこの実施例では、画像表示装置1で64階調を表
示する場合について説明する。
たり6ビツトのデジタルデータを持ち、ビデオRAM4
が6枚のビツトフレームから構成されている。またビツ
トフレーム1枚分の画像データを微小鏡面素子2に転送
するため、映像信号S1の1フレーム時間の4/71の時
間がかかるものと設定している。さらに微小鏡面素子2
は、画素データ転送後のセツト信号によりオン又はオフ
に設定され、その他に強制的にオフにするリセツト信号
が入力可能である。
従来について上述したパルス幅変調で階調表示する場合
のタイミングを示す。階調を表示するための画素の明滅
の時間長のうち、デジタルデータの最小の重みを持つビ
ツトに対応する明滅の時間長は、1フレーム時間の1/
63以下にする必要がある。そのため、6ビツトのうち重
みの小さい2ビツトには、階調を表示するための点滅時
間のほかに、ビツトフレーム1枚分の画像データを微小
鏡面素子に転送する時間を設ける必要がある。このよう
にすると、1フレーム時間の1/71が最小ビツトに対応
する明滅の時間長となる。以下では、単位時間に相当す
るこの時間長をビツトタイムと呼び表す。
手順としては、まずビツトフレームデータを微小鏡面素
子2に転送(図2(A))した後、微小鏡面素子2の状
態を設定する信号(図2(B))により、ビツトフレー
ムデータが微小鏡面素子2の状態(図2(C))に反映
される。そして、ある時間長だけ保持された後、次のビ
ツトフレームデータについて同じように、データ転送、
状態設定、状態保持が行なわれる。ただし、明滅の時間
長がビツトフレームデータの転送時間長より短くなる重
みの小さい2ビツトのフレームデータの場合には、微小
鏡面素子の状態を強制的にオフにするリセツト信号(図
2(D))を用い、次のフレームデータを転送中は微小
鏡面素子の状態(図2(C))をオフにするようにして
いる。この間中光源の明るさは一定である。
表示では、明滅の時間長すなわち微小鏡面素子2の状態
保持の時間長の取り方について、長く保持するビツトは
1つの長い状態保持時間としていた。これに対してこの
実施例による階調表示方法では、各ビツトに対応する明
滅の時間長は一定にし、その時の光源6の明るさを制御
して階調を表示する。
本発明による階調表示方法の第1実施例のタイミングを
示す。この実施例による階調表示での表示手順は、まず
ビツトフレームデータを微小鏡面素子2に転送(図3
(A))した後、微小鏡面素子2の状態を設定する信号
(図3(B))により、ビツトフレームデータが微小鏡
面素子2の状態(図3(C))に反映される。このとき
光源から出る光の強度(図3(E))を決められた強度
に変えておく。
のビツトフレームデータについて、同じようにデータ転
送、光量制御、状態設定、状態保持が行なわれる。従つ
てある1フレームの間において微小鏡面素子2の画素が
オンになつている時の光の強度の総和によつて、その画
素の明るさ、すなわち階調が決められる。なお一般的に
は、ビツトに対応する光の強度は、最小の明るさの1、
2、4、8、16、32倍のように2の累乗に選定される。
ビツトフレームデータ転送に最低限必要な時間のみへと
短くすることができ、図2について上述したパルス幅変
調による階調表示方法に比べると、71ビツトタイム(図
2(F))から24ビツトタイム(図3(F))と1フレ
ームの時間が短くなることにより、フレーム周波数を上
げることができ、その結果階調表示の際のフリツカの発
生を有効に回避し得る。さらにリセツト信号(図3
(D))を使用していないので、リセツト信号自体を省
略することができ、その分タイミング制御回路4の構成
を簡略化し得る。
6がビツトフレーム毎に強度を変えることができないと
き、すなわち光源6の光強度の変調周波数がフレーム周
波数に近い場合での階調表示方法を説明する。図4に、
光源6の強度をフレーム周波数と同じ周波数の正弦波で
変調した場合のタイミングを示す。
は、ビツトフレームデータを微小鏡面素子2に転送(図
4(A))した後、微小鏡面素子2の状態を設定する信
号(図4(B))により、ビツトフレームデータが微小
鏡面素子2の状態(図4(C))に反映される。そし
て、この状態をある時間保持した後、次のビツトフレー
ムデータについて同じように、データ転送、光量制御、
状態設定、状態保持が行なわれる。このときの状態を保
持する時間長は、光源6から出る光の強度が時間的に変
化している(図4(E))ことから、その時間中に光源
6から照射される光量を積分したものが、対応するビツ
トの明るさになるように1フレームを分割して決められ
る。
や表示階調の数によつても変化するが、この実施例にお
ける1フレームの間の光強度の変化と状態保持時間の関
係を図5に示す。この場合D0、D1、D2、D3、D
4、D5の各ビツトに割り当てられる明るさが1、2、
4、8、16、32倍になるように、すなわち各時間間隔に
おける光量の積分値が1、2、……、32倍になるように
時間間隔が決められている。
短くすることができ、図2について上述したパルス幅変
調による階調表示方法に比べると、71ビツトタイム(図
2(F))から39ビツトタイム(図4(F))と1フレ
ームの時間が短くなることにより、フレーム周波数を上
げることができ、その結果階調表示の際のフリツカの発
生を有効に回避し得る。さらに光源6の制御を簡略化し
得ることに加えて、リセツト信号(図4(D))を使用
していないので、リセツト信号自体を省略することがで
き、その分タイミング制御回路4の構成を簡略化し得
る。
度の変調周波数がフレーム周波数に近い場合の他に、光
源6の変調の強度比が低い場合にも用いることができ
る。またこの階調表示方法において、あるビツトがビツ
トフレームデータ転送時間の2倍以上の時間状態を保持
するような場合には、この長く保持するビツトを分割
し、他のビツトと交互に配置するように入れ替えること
により、明滅の周波数が高くなりフリツカを避けること
ができる。
てのビツトフレーム毎に強度を変えることができないと
きや、光源6の光強度の段階数を多くとることができな
いときの階調表示方法を説明する。図6は、光源6の強
度が2つずつのビツトフレーム毎にまとめられて、3段
階に変調されている場合のタイミングを示す。
順は、ビツトフレームデータを微小鏡面素子2に転送
(図6(A))した後、微小鏡面素子2の状態を設定す
る信号(図6(B))により、ビツトフレームデータが
微小鏡面素子2の状態(図6(C))に反映される。そ
して、この状態をある時間保持した後、次のビツトフレ
ームデータについて同じように、データ転送、光量制
御、状態設定、状態保持が行なわれる。
から出る光の強度が2つずつのビツトフレーム毎に変化
している(図6(E))ことから、その時間中に光源6
から照射される光量を積分したものが、対応するビツト
の明るさになるように決められる。一般的には、ビツト
に対応する光の強度は、最小の明るさの1、2、4、8
倍のように2の累乗倍に取るので、この実施例のように
光源の強度を2つずつのビツトフレーム毎にまとめた場
合、2つのうち明るいほうの時間長は暗い方の時間長の
2倍になる。
短くすることができ、図2について上述したパルス幅変
調による階調表示方法に比べると71ビツトタイム(図2
(F))から36ビツトタイム(図6(F))と1フレー
ムの時間が短くなることにより、フレーム周波数を上げ
ることができ、その結果階調表示の際のフリツカの発生
を有効に回避し得る。さらに光源6の制御を簡略化し得
ることに加えて、リセツト信号(図6(D))を使用し
ていないので、リセツト信号自体を省略することがで
き、その分タイミング制御回路4の構成を簡略化し得
る。
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、デジタ
ルデータとして表現し得る16階調や 256階調などより少
ない階調及びより多い階調に適用するようにしても上述
の実施例と同様の効果を実現できる。また階調表示自体
も、白黒表示に限らず、複数の光源及び微小鏡面素子を
組み合わせることにより、カラー表示にも適用すること
ができる。
素子として微小鏡面素子を用いたものに適用した場合に
ついて述べたが、これに限らず、液晶素子等他のオンオ
フ型の空間光変調素子を用いる画像表示装置にも広く適
用することができる。さらに本発明による階調表示方式
は、プリンタや写真、ホログラムの露光にも用いること
ができ、その場合にはフレーム周波数が高いことから高
速な露光が可能となる。さらにプリンタや写真、ホログ
ラムに使用する材料が反応する条件として光強度と時間
の積のみによつて階調が決まるのではなく、露光回数や
時間間隔などにより非線形的に露光条件が変わる場合
に、その非線形的効果を弱めることができる。
レームデータに応じて画素の空間光変調をオン又はオフ
に設定したオンオフ型空間光変調素子に光を照射してい
る間に、記録手段からオンオフ型空間光変調素子に新た
なビツトフレームデータを転送するようにしたことによ
り、1フレームの時間を短くしてフレーム周波数を上げ
ることができ、かくしてフリツカの発生を有効に回避し
て多階調を確実に表現し得る階調表現方法及び画像表現
装置を実現することができる。
素の空間光変調をオン又はオフに設定する毎に、光の光
強度を上記画素の階調に応じて段階的に変調するように
したことにより、1フレームの時間をビツトフレームデ
ータの転送に最低限必要な時間のみへと短くしてフレー
ム周波数を大幅に上げることができ、かくしてフリツカ
の発生を有効に回避して多階調を確実かつ高速に表現し
得る階調表現方法及び画像表現装置を実現することがで
きる。
装置の構成を示すブロツク図である。
るタイミングチヤートである。
に供するタイミングチヤートである。
に供するタイミングチヤートである。
態保持時間の関係を示す特性曲線図である。
に供するタイミングチヤートである。
明に供する略線図である。
信号処理回路、4……ビデオRAM、5……タイミング
制御回路、6……光源、7……光強度変調回路。
Claims (8)
- 【請求項1】画像表現装置を用いて画像データに基づく
画像の階調を表現する階調表現方法において、 記録手段に上記画像データをビツトフレームデータ単位
で一旦書き込む書き込みタイミング及び当該記録手段か
ら上記ビツトフレームデータを読み出す読み出しタイミ
ングと、上記記録手段から読み出した上記ビツトフレー
ムデータに応じて上記画素データの画素の空間光変調を
オン又はオフに設定するためにオンオフ型空間光変調素
子に上記ビツトフレームデータを書き込む書き込みタイ
ミングと、当該画素の上記空間光変調をオン又はオフに
設定した上記オンオフ型空間光変調素子に照射した光の
光強度を上記画素の階調に応じて変調する変調タイミン
グとを制御し、 上記ビツトフレームデータに応じて上記画素の上記空間
光変調をオン又はオフに設定した上記オンオフ型空間光
変調素子に上記光を照射している間に、上記記録手段か
ら上記オンオフ型空間光変調素子に新たなビツトフレー
ムデータを転送する ことを特徴とする階調表現方法。 - 【請求項2】上記オンオフ型空間光変調素子に対して上
記ビツトフレームデータに応じて上記画素の上記空間光
変調をオン又はオフに設定する毎に、上記光の上記光強
度を上記画素の階調に応じて段階的に変調することを特
徴とする請求項1に記載の階調表現方法。 - 【請求項3】上記オンオフ型空間光変調素子に対して所
定数の上記ビツトフレームデータに応じて順次上記画素
の上記空間光変調をオン又はオフに設定する毎に、上記
光の上記光強度を上記画素の階調に応じて段階的に変調
すると共に、上記光の上記光強度の上記段階的な変調に
合わせて上記オンオフ型空間光変調素子に対する上記画
素の上記空間光変調のオン又はオフの保持時間を調整す
るパルス幅変調を実行することを特徴とする請求項1に
記載の階調表現方法。 - 【請求項4】上記オンオフ型空間光変調素子に対して所
定数の上記ビツトフレームデータに応じて順次上記画素
の上記空間光変調をオン又はオフに設定する毎に、上記
光の上記光強度を上記画素の階調に応じて連続的に変調
すると共に、上記光の上記光強度の上記連続的な変調に
合わせて上記オンオフ型空間光変調素子に対する上記画
素の上記空間光変調のオン又はオフの保持時間を調整す
るパルス幅変調を実行することを特徴とする請求項1に
記載の階調表現方法。 - 【請求項5】画像データに基づく画像の階調を表現する
画像表現装置において、 上記画像データをビツトフレームデータ単位で一旦記録
する記録手段と、 上記画像データの画素に応じて配置され、上記記録手段
から読み出された上記ビツトフレームデータが書き込ま
れたタイミングで当該ビツトフレームデータに応じて上
記画素の空間光変調がオン又はオフに設定されるオンオ
フ型空間光変調素子と、 上記ビツトフレームデータに応じて上記画素の上記空間
光変調がオン又はオフに設定された上記オンオフ型空間
光変調素子に光を照射する光源と、 上記オンオフ型空間光変調素子に照射される上記光の光
強度を変調する光強度変調手段と、 上記記録手段に対する上記ビツトフレームデータの書き
込みタイミング及び読み出しタイミングと、当該記録手
段から読み出した上記ビツトフレームデータのオンオフ
型空間光変調素子に対する書き込みタイミングと、上記
光強度変調手段に対する上記画素の階調に応じた上記光
強度の変調タイミングとを制御するタイミング制御手段
と を具え、上記タイミング制御手段は、 上記ビツトフレームデータに応じて上記画素の上記空間
光変調をオン又はオフに設定した上記オンオフ型空間光
変調素子に上記光を照射している間に、上記記録手段か
ら上記オンオフ型空間光変調素子に新たなビツトフレー
ムデータを転送 するように上記記録手段に対する上記新
たなビツトフレームデータの上記読み出しタイミングを
制御する ことを特徴とする画像表現装置。 - 【請求項6】上記タイミング制御手段は、 上記オンオフ型空間光変調素子に対して上記ビツトフレ
ームデータに応じて上記画素の上記空間光変調をオン又
はオフに設定する毎に、上記光の上記光強度を上記画素
の階調に応じて段階的に変調するように上記光強度変調
手段に対する上記光強度の変調タイミングを制御する こ
とを特徴とする請求項5に記載の画像表現装置。 - 【請求項7】上記タイミング制御手段は、 上記オンオフ型空間光変調素子に対して所定数の上記ビ
ツトフレームデータに応じて順次上記画素の上記空間光
変調をオン又はオフに設定する毎に、上記光の上記光強
度を上記画素の階調に応じて段階的に変調するように上
記光強度変調手段に対する上記光強度の変調タイミング
を制御すると共に、上記光の上記光強度の上記段階的な
変調に合わせて上記オンオフ型空間光変調素子に対する
上記画素の上記空間光変調のオン又はオフの保持時間を
調整するパルス幅変調を実行する ことを特徴とする請求
項5に記載の画像表現装置。 - 【請求項8】上記タイミング制御手段は、 上記オンオフ型空間光変調素子に対して所定数の上記ビ
ツトフレームデータに応じて順次上記画素の上記空間光
変調をオン又はオフに設定する毎に、上記光の上記光強
度を上記画素の階調に応じて連続的に変調するように上
記光強度変調手段に対する上記光強度の変調タイミング
を制御すると共に、上記光の上記光強度の上記連続的な
変調に合わせて上記オンオフ型空間光変調素子に対する
上記画素の上記空間光変調のオン又はオフの保持時間を
調整するパルス幅変調を実行する ことを特徴とする請求
項5に記載の画像表現装置。
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