JP5223452B2 - プロジェクタ及び投影画像形成方法及び車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏向光学素子により光束を２次元的に走査することによって投影対象に２次元的な投影画像を形成するプロジェクタ及び投影画像形成方法に関し、更には車両用のヘッドアップディスプレイ装置に応用可能なプロジェクタに関する。

従来から、プロジェクタとして、光源を含む照明光学系と、この照明光学系によって照明される空間光変調装置と、この空間光変調装置の像を投影する投影レンズとを備えたものが提案され、普及しつつある。これに伴って、プロジェクタの小型化に対する要求が急速に高まっている。

更に、光源としてＬＥＤ、LD（レーザダイオード）が普及しつつあり、携帯電話機等の小型機器にプロジェクタを搭載した電子機器も開発されつつある。

また、プロジェクタには、空間光変調装置を用いる方式とは別の方式として、光源からの光束を偏向光学素子によって２次元的に偏向し、投影対象の面上を結像スポットにより２次元的に走査し、その残像効果によって２次元的な投影画像を形成する光走査方式のものも各種提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

この走査方式のプロジェクタでは、光源からの光束を偏向する偏向素子として、ポリゴンミラーやガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ- Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：（微小機械システム）技術等を用いて作製されたＭＥＭＳミラーが用いられている。
特開2001-154263号公報 特開2001-174919号公報 特開2005-309221号公報 特開2007-199251号公報

この種のプロジェクタは、図１に模式的に示すように、制御装置１と光走査装置２とから概略構成されている。制御装置１は元画像の各画素の画素データとしての輝度データＧ（ｉ、ｊ）に対応する発光量制御データが入力されて後述する光源（例えば、レーザーダイオード）の発光量を制御する発光量制御部３と、元画像の各画素データの位置データが入力されて後述する偏向光学素子（例えば、ガルバノミラー）の偏向方向を制御する偏向光学素子駆動制御部４とを備えている。

光走査装置２は、光源５と、発散角変換素子（例えば、投影レンズ）６と、偏向光学素子７とを備えている。発散角変換素子６は、光源５からの光束に基づき投影対象（例えば、スクリーン）Ｓｃに結像スポットＳが形成されるように発散角度を変換する。

偏向光学素子７は、その発散角変換素子６からの光束Ｐを第一走査方向とこの第一走査方向と直交する方向に偏向して元画像の各画素位置（ｉ、ｊ）に対応する画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）にその結像スポットＳを形成する。偏向光学素子駆動制御部４は、その画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）にその結像スポットＳが形成されるようにその偏向光学素子７を画素の位置データ（ｉ、ｊ）に基づいて２次元的に制御する。発光量制御部３は、その元画像の各画素毎の輝度データＧ（ｉ、ｊ）に対応する発光量制御データによりその光源５の発光量を制御する。

この種のプロジェクタでは、発散角変換素子６と偏向光学素子７とを含む投影光学系に基づき投影画像が劣化することがある。

例えば、偏向光学素子７としてガルバノミラー等の可動ミラーを用いて投影画像をスクリーンＳｃに形成する際、スクリーンＳｃに対してより至近距離から投影したい場合や高解像度の投影画像をスクリーンＳｃに形成したい場合がある。

このような場合、可動ミラーの偏向角θとしての傾き角度（振幅）をより一層大きく、かつ、可動ミラーを高速に可動させる必要がある。また、安定した駆動力を得るために、可動ミラーを薄く形成する工夫又は可動ミラーの面積を小さくする工夫を行って軽くしなければならない。

しかしながら、可動ミラーを薄くすると、可動ミラーの可動時にミラー部の撓み量が大きくなる。その結果、結像スポットＳが劣化し、解像度の低下した投影画像になる。また、可動ミラーのミラー部の面積を小さくすると、光源５から出射される光束（ビーム）Ｐの大きさを小さくしなければならない。 ところが、可動ミラーのミラー部の面積を小さくすると、回折現象が生じて、結像スポットＳが劣化する。このため、可動ミラーの面積を小さくすることにも限界がある。

すなわち、図２に示すように、投影光学系の光軸中心Ｏ１に対応する投影画像中心位置Ｏ１’から画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）の位置が遠くなればなるほど、結像スポットＳの径が大きくなったり、歪んだりする。

このように、結像スポットＳを走査することにより投影対象としてのスクリーンＳｃに投影画像を形成する従来のプロジェクタには、発散角変換素子６と偏向光学素子７とを含む投影光学系に基づく投影画像の劣化がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、新たな光学素子を用いることなく、発散角変換素子と偏向光学素子とを含む投影光学系に基づく投影画像の劣化を解消し得るプロジェクタ及び投影画像形成方法及びこのプロジェクタを有するヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、 光源からの光束に基づき投影対象に結像スポットが形成されるように発散角度を変換する発散角変換素子と、前記発散角変換素子からの光束を第一走査方向とこの第一走査方向と直交する方向に偏向して元画像の各画素の位置に対応する前記投影対象の画素対応箇所に前記結像スポットを形成するための偏向光学素子と、前記各画素毎の位置データに基づき前記画素対応箇所に前記結像スポットが形成されるように前記偏向光学素子を制御する偏向光学素子駆動制御部と、前記各画素毎の輝度データに基づき前記光源の発光量を制御する発光量制御部とを有して、前記結像スポットを走査することにより前記投影対象に前記元画像に対応する投影画像を形成するプロジェクタにおいて、
前記発散角変換素子と前記偏向光学素子とを含む投影光学系に基づく前記投影画像の劣化分を各画素毎に是正するために予め求められた前記投影画像の劣化分データに基づき前記各画素毎に輝度データを補正して補正処理後の輝度データを前記発光量制御部に出力すると共に前記位置データを前記偏向光学素子駆動制御部に出力する画像処理部を備え、
前記画像処理部は、前記投影画像の劣化分データに基づき前記各画素毎に輝度データを補正する画素データ補正部と、前記補正処理後の輝度データが前記発光量制御部による画像の表現可能範囲を超えているか否かを１画素以上の画素単位で判別する判別部と、該判別部により表現可能範囲を超えていると判定された補正処理後の輝度データを表現可能範囲内の輝度データに再補正する再補正処理部とを有し、前記補正処理を行う画素を注目画素として、前記画素データ補正部は、前記注目画素についての投影画像の画像劣化分データと前記注目画素に隣接する隣接画素の輝度の影響分とを含めて前記補正処理後の輝度データを算出することを特徴とするプロジェクタである。

請求項２に記載の発明は、前記画素データ補正部は、前記画像劣化分データにより得られた輝度データから前記隣接画素の輝度の影響分を差し引いて前記補正処理後の輝度データを算出することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタである。
請求項３に記載の発明は、前記画素データ補正部には、ＭＴＦフィルタの逆補正フィルタを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロジェクタである。

請求項４に記載の発明は、前記偏向光学素子が第１偏向素子と第２偏向素子とからなり、前記第１偏向素子と前記第２偏向素子とが一体又は別体に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタである。
請求項５に記載の発明は、前記偏向光学素子が正弦波駆動され、前記画素データ補正部は、前記投影画像の劣化分に基づき補正された補正処理後の輝度データを光量分布特性に基づき補正する機能を有し、前記判別部は当該光量分布特性に基づき補正された補正処理後の輝度データが前記発光量制御部による画像の表現可能範囲を超えているか否かを判別することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタである。

請求項６に記載の発明は、発散角変換素子により光源からの光束に基づき投影対象に結像スポットが形成されるように発散角度を変換し、発散角度が変換された光束を偏向光学素子により第一走査方向とこの第一走査方向と直交する方向に偏向して元画像の各画素の位置に対応する投影対象の画素対応箇所に前記結像スポットを走査形成することにより、前記投影対象に前記元画像に対応する投影画像を形成する投影画像形成方法において、
前記発散角変換素子と前記偏向光学素子とを含む投影光学系に基づく前記投影画像の劣化分を各画素毎に是正するために予め求められた前記投影画像の劣化分データに基づき前記各画素毎に輝度データを補正する補正処理工程と、
補正処理後の各画素毎の輝度データに基づき前記光源の発光量を制御すると共に前記各画素毎の位置データに基づき前記偏向光学素子の角度を制御する制御工程とを含み、
前記補正処理工程は、前記投影画像の劣化分データに基づき前記各画素毎に輝度データを補正する画素データ補正工程と、前記補正処理後の輝度データが発光量制御による画像の表現可能範囲を超えているか否かを１画素以上の画素単位で判別する判別工程と、該判別工程により表現可能範囲を超えていると判定された補正処理後の輝度データを表現可能範囲内の輝度データに再補正する再補正処理工程とを有し、前記補正処理を行う画素を注目画素として、前記画素データ補正工程は、前記注目画素についての投影画像の画像劣化分データと前記注目画素に隣接する隣接画素の輝度の影響分とを含めて前記補正処理後の輝度データを算出することを特徴とする投影画像形成方法である。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のプロジェクタを有する車両用ヘッドアップディスプレイ装置である。

請求項１ないし請求項６に記載の発明によれば、新たな光学素子を設けることなく、発散角変換素子と偏向光学素子とを含む投影光学系に基づく投影画像の劣化を解消し得るという効果を奏する。

請求項６に記載の発明によれば、画像劣化の大きい投影画像の周辺領域で、画像処理による補正効果を大きくできるという効果を奏する。また、光量分布特性を考慮して補正を行っているので、補正処理後の輝度データの表現可能範囲のダイナミックレンジを大きくとることができるという効果がある。更に、省電力化も図ることができる。

請求項７に記載の発明によれば、元画像に対して忠実度の高い投影画像をドライバーに提供できる。

以下に、本発明に係わるプロジェクタの発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

＜共通実施例＞
図３は本発明に係わるプロジェクタの概略構成を示す説明図である。ここでは、プロジェクタは、光走査装置１０と、制御装置２０とから大略構成される。光走査装置１０は赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂ、青色光源１１ｃ、発散角変換素子（例えば、投影レンズ）１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、光路合成光学素子（例えば、光路合成ミラー）１３ａ、１３ｂ、偏向光学素子１４から大略構成される。その赤色光源１１ａ〜１１ｃ、発散角変換素子１２ａ〜１２ｃ、光路合成光学素子１３ａ、１３ｂ、偏向光学素子１４により投影対象としてのスクリーンＳｃに投影画像を投影する投影光学系が構成されている。なお、その図３において、符号Ｏ２は投影光学系の光軸を示している。

赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂ、青色光源１１ｃには単色光源、例えば、レーザ光源（レーザダイオード）が用いられる。適宜波長の光を発するレーザ光源を用いることにより、色純度が高く、鮮やかな画像を表示させることができる。例えば、青色光源１１ｃには波長460nmの半導体レーザ、赤色光源１１ａには波長638nmの半導体レーザ、緑色光源１１ｂには波長1060nmの半導体レーザの第２高調波530nmを用いる。

この赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂ、青色光源１１ｃの駆動制御と偏向光学素子１４との制御は、制御装置２０によって行われるが、その詳細は後述する。

赤色光源１１ａ、緑色光源１１ｂ、青色光源１１ｃから出射された各光束Ｐは、それぞれ発散角変換素子１２ａ〜１２ｃにより集光され、この発散角変換素子１２ａ〜１２ｃにより発散光束が収束光束に変換される。すなわち、発散角変換素子１２ａ〜１２ｃは光源１１ａ〜１１ｃからの各光束Ｐに基づきスクリーンＳｃに結像スポットＳが形成されるように発散角度を変換する機能を果たす。

その収束光束に変換された各光束は、光路合成光学素子１３ａ、１３ｂにより光路が合成されて、偏向光学素子１４に導かれるが、その詳細は後述する。光路合成光学素子１３ａ、１３ｂは、例えば、誘電体多層膜フィルターから構成され、所定の波長領域で光を反射し、所定の波長領域以外の光を透過する特性を有する。

ここでは、光路合成光学素子１３ａは、緑の波長領域510nm 〜570nmの光を95%以上反射し、それ以外の光は90%以上透過する特性を有する。また、光路合成光学素子１３ｂは青の波長領域400nm〜490nmの光を95%以上反射し、それ以外の光は90%以上透過する特性を有する。

赤色光源１１ａからの光束は、発散角変換素子１２ａにより収束光に変換され、光路合成光学素子１３ａ、１３ｂを透過して偏向光学素子１４に導かれ、緑色光源１１ｂからの光束は、発散角変換素子１２ｂにより収束光に変換されかつ光路合成光学素子１３ａにより反射された後、光路合成光学素子１３ｂを透過して偏向光学素子１４に導かれ、青色光源１１ｃからの光束は、発散角変換素子１２ｃにより収束光に変換され、光路合成光学素子１３ｂにより反射されて偏向光学素子１４に導かれる。

偏向光学素子１４は光路合成光学素子１３ａ、１３ｂにより光路が合成された光束を所定方向に偏向し、スクリーンＳｃの後述する画素の位置に対応する画素対応箇所に結像スポットＳが形成されるように、各光束を走査偏向する。

この偏向光学素子１４は、例えば、図４に示すように、第１の偏向素子としての矩形状の外枠部１４ａと第２の偏向素子としての矩形状の内枠部１４ｂと矩形状の可動ミラー部１４ｃとから大略構成されている。可動ミラー部１４ｃは一対の保持軸１４ｄ、１４ｄを介して内枠部１４ｂに回動可能に支持されている。内枠部１４ｂはこの一対の保持軸１４ｄ、１４ｄに対して直交する方向に延びる一対の保持軸１４ｅ、１４ｅを介して外枠部１４ａに回動可能に支持されている。

可動ミラー部１４ｃは、例えば、一対の保持軸１４ｄ、１４ｄを支軸にして左右方向に回転され、内枠部１４ｂは一対の保持軸１４ｅ、１４ｅを支軸にして上下方向に回転される。その偏向光学素子１４は公知のＭＥＭＳミラーから構成され、その材料にはシリコン結晶が用いられる。

例えば、この種のＭＥＭＳミラーは、シリコン結晶基板の底面基板から、エッチング技術により浮上させた位置に可動ミラー部１４ｃと内枠部と１４ｂとが形成される。

このＭＥＭＳミラーでは、可動ミラー部１４ｃの下側の底面基板に左右に分割された電極が形成され、可動ミラー部１４ｃの電極と底面基板の電極との間に電圧を印加することによる静電気力により可動ミラー部１４ｃが保持軸１４ｄ、１４ｄにねじれを生じさせる方向に傾斜される。また、内枠部１４ｂの下側の底面基板には上下に分割された電極が形成され、内枠部１４ｂの電極と底面基板の電極との間に電圧を印加することによる静電気力により内枠部１４ｂが保持軸１４ｅ、１４ｅにねじれを生じさせる方向に傾斜される。

このようなＭＥＭＳミラーを用いて光束（ビーム）を高速に偏向するには、可動ミラーを共振点付近で駆動させる必要がある。このために、偏向角を時間に対して正弦波状に変化させる。可動ミラー部１４ｃの大きさは約１ｍｍ角と小さいのでかつ回転モーメントも小さいので、保持軸１４ｄ、１４ｄの厚さや幅の設計によってねじれ方向の一次共振周波数を高くすることができ、左右方向の回転軸中心には容易に高い１次共振周波数を得ることができる。

通常の駆動方法によれば、可動ミラー部１４ｃの振幅を大きくすることは困難であり、更に、駆動力の不均一や空気抵抗等のため可動ミラー部１４ｃの駆動が安定しないが、このＭＥＭＳミラーによれば、可動ミラー部１４ｃを一次共振周波数付近で駆動させることにより、スクリーンＳｃの全面を走査するのに十分な大きさの振幅を有し、かつ、安定した駆動を実現できる。

なお、ＭＥＭＳミラーとしては、この構成に限らず、可動ミラー部１４ｃの裏面に磁性体を形成し、底面基板に形成したコイルから発生する磁力によって可動ミラー部１４ｃを傾ける構成としてもよい。

光路合成光学素子１３ａ、１３ｂにより光路合成された光束は、その偏向光学素子１４により二次元的に互いに直交する方向、すなわち、第１走査方向としての水平方向とこの第１走査方向と直交する第２走査方向としての垂直方向とに走査される。

なお、この共通実施例では、第１の偏向素子と第２の偏向素子とが一体に形成されているが、第１の偏向素子と第２の偏向素子とを別体に形成しても良い。第１の偏向素子と第２の偏向素子とを別体に形成する機構として、例えば、ステッピングモータの出力軸に平面ミラーを取付け、等角速度で平面ミラーを回転駆動する構成が考えられる。

ところで、このような構成の投影光学系の場合、例えば、プロジェクタ１から近い至近距離にスクリーンＳｃを設けて、このスクリーンＳｃの全面に投影画像を高解像度で形成したい場合、可動ミラー部１４ｃを大きく振らなければならない。

すなわち、可動ミラー部１４ｃの偏向角θとしての振幅又は傾き角度を大きく、かつ、可動ミラー部１４ｃを高速で安定して駆動しなければならない。このために、可動ミラー部１４ｃの面積を小さくかつ薄くすることによって軽量化を図ることにすると、可動ミラー部１４ｃの駆動時の撓み量が大きくなり、その結果、スクリーンＳｃに形成される結像スポットＳに歪みが生じ、結像スポットＳが劣化することにより、投影画像が劣化するという不都合が生じる。

また、可動ミラー部１４ｃの面積を小さくするためには、光束の大きさを小さくしなければならず、可動ミラー部１４ｃが開口絞りとして機能するために、可動ミラー部１４ｃの面積を小さくすると、回折現象が生じて結像スポットＳが大きくなり、可動ミラー部１４ｃの面積を小さくすることによっても、結像スポットＳが劣化する。更に、図３に示すように、偏向角θが大きくなればなるほど、可動ミラー部１４ｃのたわみ量が大きくなるので、スクリーンＳｃの周辺ほど、結像スポットＳの劣化が大きくなる。

これに限らず、発散角変換素子１２ａ〜１２ｃと偏向光学素子１４とを含む投影光学系では、この投影光学系に固有の光学特性に基づく結像スポットＳの劣化が存在する。

図５は、この投影画像の劣化を説明するための模式図であり、図５（ａ）は横縦６４０×４８０個の元画像の各画素毎の画素データの配列を示している。その図５（ａ）において、横軸は水平方向の画素位置を示し、縦軸は垂直方向の画素位置を示す。ここでは、符号ｉ、ｊを用いて水平方向にｉ番目の位置、垂直方向にｊ番目の位置にある画素の輝度データをＧ（ｉ、ｊ）で表している。この画素の輝度データはＲ、Ｇ、Ｂについて、それぞれ、存在しているが、ここでは、説明の便宜のため、画素の輝度データは赤色光源１１ａについてのデータであるとする。

図５（ｂ）は垂直方向ｊ番目の行の各画素の輝度Ｇ（１、ｊ）〜Ｇ（６４０、ｊ）をグラフ化して示している。この図５（ｂ）において、横軸は、各画素位置に対応しており、縦軸は各画素の輝度又は光強度に対応している。また、符号Ｏ’はｊ番目の行の中心画素位置を示している。

制御装置２０は偏向光学素子駆動制御部２１と発光量制御部２２とを備えている。偏向光学素子駆動制御部２１は、偏向光学素子１４を画素位置データ（ｉ、ｊ）に基づいて制御する。例えば、水平方向にｉ番目、垂直方向にｊ番目の画素をスクリーンＳｃに投影するときには、水平方向にｉ番目、垂直方向にｊ番目の画素の輝度データＧ（ｉ、ｊ）を発光量制御部２２に向けて出力すると共に、この発光量制御部２２への輝度データＧ（ｉ、ｊ）への出力に同期して、（ｉ、ｊ）番目の画素位置に対応するスクリーンＳｃの画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）に結像スポットＳが形成されるように、偏向光学素子１４の制御信号を偏向光学素子駆動制御部２１に出力する。これにより、元画像に対応する投影画像がスクリーンＳｃに形成される。

しかしながら、投影光学系には、発散角変換素子１２ａ〜１２ｃの光学特性、偏向光学素子１４の光学特性等に起因する結像スポットＳの劣化、結像スポットＳが大きくなるという劣化が存在するため、図５（ｃ）に模式的に示すように、ＭＴＦの劣化やコントラストの低下が生じる。その図５（ｃ）において、破線で示す包絡線ＣＬは、そのＭＴＦの劣化やコントラストの低下を示している。

市販のカメラの場合、結像光学系を通じて得られた画像が劣化している場合、例えばＣＣＤの撮像面に結像された画像に歪み等の劣化がある場合には、フィルタ画像処理を行うことによって、画像の劣化を補正することができる。この補正処理後の画像をＬＣＤに表示させることにより、画像劣化分が補正されて、ある程度鮮明な画像をＬＣＤに表示することができる。

しかしながら、スクリーンＳｃに投影された投影画像では、この投影画像を補正して再度スクリーンＳｃに投影画像として表示させることができないため、如何にして投影画像の劣化を補正するかが問題となる。

ところが、元画像の各画素が投影光学系を通じてどの程度劣化するかは、各画素毎に予め求めることができる。というのは、投影光学系の設計により、画像がどの程度劣化するか、あらかじめ求めることができるからである。

本発明は、この投影画像の劣化があらかじめ求めることができるということに基づいて為されている。

例えば、元画像のｉ番目、ｊ番目の画素（ｉ、ｊ）に注目して、９×９の領域について考える。

図６（ａ）はその９×９の画素領域の例えばＲ色についての各画素の輝度データＧ（ｉ、ｊ）を模式的に示している。この図６（ａ）の各画素毎の輝度データＧ（ｉ、ｊ）を補正することなくこれに対応する発光量制御データをそのまま用いて赤色光源１１ａを点灯させて、図６（ｂ）に示すようにスクリーンＳｃ上の画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）に結像スポットＳを形成したときの結像スポットＳの輝度がＧ’（ｉ’、ｊ’）あったとする。なお、色については説明の便宜のため無視して考える。

この図６（ｂ）では、注目画素（ｉ、ｊ）番目の画素について、その輝度にα％の劣化があると仮定する。ここでは、劣化とは、結像スポットＳの大きさの増加に基づき注目画素（ｉ、ｊ）番目に対応する注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）の光量の低下をいう。注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）の劣化分の光量は、説明の便宜のため、上下左右に隣接する隣接画素対応箇所（ｉ’、ｊ’−１）、（ｉ’−１、ｊ’）、（ｉ’＋１、ｊ’）、（ｉ’、ｊ’＋１）に均等に振り分けられた仮定する。また、注目画素（ｉ、ｊ）に対して、斜め方向に隣接する画素については説明を省略する。

その図６（ｂ）は、注目画素対応箇所の輝度Ｇ’（ｉ’、ｊ’）が元の画像の注目画素（ｉ、ｊ）の輝度データＧ（ｉ、ｊ）に対してα％減少し、その減少分の輝度が均等に隣接画素対応箇所（ｉ’、ｊ’−１）、（ｉ’−１、ｊ’）、（ｉ’＋１、ｊ’）、（ｉ’、ｊ’＋１）に振り分けられている状態を模式的に示している。

図６（ｂ）に示す画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）の劣化分を補正するには、通常、図６（ｃ）に示すＦＩＲフィルタを用いることができる。ところが、このスクリーンＳｃ上の各画素対応箇所毎に直接ＦＩＲフィルタ処理を行うことはできない。

そこで、この共通実施例では、光源１１ａの発光量を補正することにより、投影光学系に基づく画像劣化を補正する。この補正を逆ＭＴＦ補正処理という。

このため、この共通実施例では、制御装置２０が画像処理部２３を備えている。この画像処理部２３は、投影画像の劣化分を各画素毎に是正するために予め求められた投影画像の劣化分データに基づき各画素毎に輝度データＧ（ｉ、ｊ）を補正して補正処理後の画素データの集合からなる補正画像を生成する機能を果たす。この補正処理後の画素データとしての輝度データに対応する光量制御データを用いて、光源１１ａを駆動することにすれば、投影光学系に基づく画像劣化分を補正できる。

しかしながら、単純に注目画素（ｉ、ｊ）の輝度データＧ（ｉ、ｊ）の減衰分α％を補正分とすることはできない。というのは、注目画素（ｉ、ｊ）番目に対応する注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）は、隣接画素対応箇所（ｉ’、ｊ’−１）、（ｉ’−１、ｊ’）、（ｉ’＋１、ｊ’）、（ｉ’、ｊ’＋１）に形成される結像スポットＳの影響を受けているからである。

そこで、注目画素（ｉ、ｊ）の輝度データＧ（ｉ、ｊ）の劣化分と隣接画素の輝度の影響分とを考慮すると以下の式が得られる。

補正後の注目画素（ｉ、ｊ）の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）は、
Ｇ”（ｉ、ｊ）＝｛Ｇ（ｉ、ｊ）／（１−α）｝−｛Ｇ（ｉ、ｊ−１）・α／４｝
−｛Ｇ（ｉ−１、ｊ）・α／４｝
−｛Ｇ（ｉ＋１ｊ）・α／４｝
−｛Ｇ（ｉ、ｊ＋１）・α／４｝
なお、ここでは、注目画素（ｉ、ｊ）に対応する注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）は、各画素の輝度データにより１／４の影響を受けていると仮定している。

この補正式は、本発明の理解の容易化のために一例として示したものであり、実際には、注目画素（ｉ、ｊ）に斜め方向に隣接する画素の輝度の影響、スクリーンＳｃから結像スポットＳの形成箇所までの間隔その他各種の要因を考慮して総合的に決定しなければならないが、これらの補正は、ＦＩＲフィルタ（ＭＴＦフィルタ）の逆補正フィルタを用いることによって容易に行うことができる。

輝度データの補正についてのイメージを描きやすくするために、具体的な数値を一例に挙げて以下に説明する。

例えば、補正前の注目画素（ｉ、ｊ）の輝度データＧ（ｉ、ｊ）が２５６段階レベルで表現して、中間灰色「１２８」であり、隣接画素（ｉ、ｊ−１）、（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）の輝度データＧ（ｉ、ｊ−１）、Ｇ（ｉ−１、ｊ）、Ｇ（ｉ＋１、ｊ）、Ｇ（ｉ、ｊ＋１）がそれぞれ白色「２５６」であったとする。この場合、補正前の注目画素（ｉ、ｊ）に対応する注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）の輝度Ｇ’は、α＝１０％の減衰があると仮定すると、Ｇ’（ｉ、ｊ）＝１２８−１２．８＋２５．６＝１４０．８となり、中間灰色よりも若干白側に寄った灰色に見えることになる。これに対して、隣接画素（ｉ、ｊ−１）、（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）に対応する隣接画素対応箇所
（ｉ’、ｊ’−１）、（ｉ’−１、ｊ’）、（ｉ’＋１、ｊ’）、（ｉ’、ｊ’＋１）は、
Ｇ’（ｉ’、ｊ’−１）＝Ｇ’（ｉ’−１、ｊ’）＝Ｇ’（ｉ’＋１、ｊ’）
＝Ｇ’（ｉ’、ｊ’＋１）＝２５６−２５．６＋３．２＝２３３．６となり、注目画素対応箇所に隣接する隣接画素対応箇所（ｉ’、ｊ’−１）、（ｉ’−１、ｊ’）、（ｉ’＋１、ｊ’）、（ｉ’、ｊ’＋１）は白色よりも若干灰色に見えることになる。このため、隣接画素対応箇所と注目画素対応箇所とのコントラストが相対的に若干低下し、その分画像が劣化する。

そこで、補正画像を生成するために元画像の各画素の輝度データを上記式に従って補正する。

注目画素（ｉ、ｊ）の輝度データＧ（ｉ、ｊ）の補正後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）は、
Ｇ”（ｉ、ｊ）＝｛１２８／（１−０．１）｝−２５．６＝（１２８０／９）−２５．６
＝１４２．２−２５．６＝１１６．６
となる。

隣接画素（ｉ、ｊ−１）、（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）については、これらに隣接する上下左右の隣接する画素のうち、注目画素（ｉ、ｊ）を除く画素の輝度データが白色「２５６」であったとすると、補正処理後の各隣接画素（ｉ、ｊ−１）、（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）の輝度データＧ”（ｉ、ｊ−１）、Ｇ”（ｉ−１、ｊ）、Ｇ”（ｉ＋１、ｊ）、Ｇ”（ｉ、ｊ＋１）は、それぞれ等しく、
Ｇ”（ｉ、ｊ−１）＝Ｇ”（ｉ−１、ｊ）＝Ｇ”（ｉ＋１、ｊ）＝Ｇ”（ｉ、ｊ＋１）
＝｛２５６／（１−０．１）｝−｛２５６×０．１×３／４｝−１２８×０．１／４
＝２８４．４−１９．２−３．２＝２６２．０
となる。

その補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）に対応する光量制御データに基づき光源１１ａを発光させて、注目画素（ｉ、ｊ）に対応する注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）に結像スポットＳを形成すると、この輝度データＧ”（ｉ、ｊ）の注目画素対応箇所（ｉ、ｊ’）に対応する寄与分は、「１１６．６−１１．６６＝１０４．９」となる。

また、隣接画素（ｉ、ｊ−１）、（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）の補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ−１）、Ｇ”（ｉ−１、ｊ）、Ｇ”（ｉ＋１、ｊ）、Ｇ”（ｉ、ｊ＋１）に対応する光量制御データに基づき光源１１ａを発光させて、各隣接画素に対応する隣接画素対応箇所（ｉ’、ｊ’−１）、（ｉ’−１、ｊ’）、（ｉ’＋１、ｊ’）、（ｉ’、ｊ’＋１）に結像スポットＳを形成すると、この輝度データＧ”（ｉ、ｊ−１）、Ｇ”（ｉ−１、ｊ）、Ｇ”（ｉ＋１、ｊ）、Ｇ”（ｉ、ｊ＋１）の各隣接画素対応箇所（ｉ’、ｊ’−１）、（ｉ’−１、ｊ’）、（ｉ’＋１、ｊ’）、（ｉ’、ｊ’＋１）に対する寄与分は「２６２．０−２６．２＝２３５．８」となる。

その一方、注目画素（ｉ、ｊ）に対応する注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）に対する隣接画素（ｉ、ｊ−１）、（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）の補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ−１）、Ｇ”（ｉ−１、ｊ）、Ｇ”（ｉ＋１、ｊ）、Ｇ”（ｉ、ｊ＋１）の影響分は、「２６．２」である。

従って、注目画素（ｉ、ｊ）に対応する注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）の補正処理後の結像スポットＳの輝度は、「１３１．１」となり、元の注目画素（ｉ、ｊ）の画素データに基づき投影画像が劣化することなく投影されたときの輝度「１２８」に近い値となる。

一方、隣接画素（ｉ、ｊ−１）、（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）に対応する隣接画素対応箇所（ｉ’、ｊ’−１）、（ｉ’−１、ｊ’）、（ｉ’＋１、ｊ’）、（ｉ’、ｊ’＋１）の補正処理後の結像スポットＳの輝度は、これらに上下左右に隣接する隣接画素の輝度が既述したように「２５６」であると仮定して、これらの影響分を考慮すると、「２３５．８＋２６２×（３／４）＋１１．６６／４＝２３５．８＋１９．６５＋２．９１＝２５８．４」となる。

従って、隣接画素対応箇所（ｉ’、ｊ’−１）、（ｉ’−１、ｊ’）、（ｉ’＋１、ｊ’）、（ｉ’、ｊ’＋１）の補正後の結像スポットＳの輝度は、元の隣接画素（ｉ、ｊ−１）、（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）の画素データに基づき投影画像が劣化することなく投影されたときの輝度「２５６」に近い値となる。

また、注目画素（ｉ、ｊ）の輝度データがＧ（ｉ、ｊ）＝１２８であったとして、隣接画素（ｉ、ｊ−１）、（ｉ−１、ｊ）、（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ、ｊ＋１）の輝度データが黒レベル、すなわち、Ｇ（ｉ、ｊ−１）、Ｇ（ｉ−１、ｊ）、Ｇ（ｉ＋１、ｊ）、Ｇ（ｉ、ｊ＋１）＝０であったとすると、注目画素（ｉ、ｊ）の輝度データＧ（ｉ、ｊ）の補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）は、Ｇ”（ｉ、ｊ）＝｛１２８／（１−０．１）｝＝１４２．２となり、補正処理後の画素の輝度データ「１４２．２」を用いて、注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）に投影すると、注目画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）の輝度は「１２７．９８」となり、この場合も、元の注目画素（ｉ、ｊ）の画素データに基づき投影画像が劣化することなく投影されたときの輝度「１２８」に近い値となる。

以上の例から、元画像の各画素の画素データとしての輝度データに補正処理を行うことによって得られた補正画像を用いて、スクリーンＳｃに投影することにすれば、投影光学系に基づく投影画像の劣化を補正できることが、イメージ的に描けるであろう。

画像処理部２３には、元画像の各画素毎の画素データとしての輝度データＧ（ｉ、ｊ）が入力される。画像処理部２３はこの元画像の各画素毎の輝度データＧ（ｉ、ｊ）を予め求められた投影画像の劣化分データに基づき補正する。この補正処理後の画素データのうちの輝度データＧ”（ｉ、ｊ）は発光量制御部２２に入力され、補正処理後の画素データのうちの位置データ（ｉ、ｊ）は偏向光学素子駆動制御部２１に入力される。

発光量制御部２２は、この補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）に基づいて光源１１ａを駆動制御する。光源１１ａからの光束は発散角変換素子１２ａにより収束光束に変換されて、光路合成光学素子１３ａ、１３ｂに導かれる。この光路合成光学素子１３ａ、１３ｂを通過した光束は、偏向光学素子１４により偏向され、スクリーンＳｃ上の画素（ｉ、ｊ）に対応する画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）に結像スポットＳとして結像される。

ところで、輝度データＧ（ｉ、ｊ）を補正したとしても、発光量制御部２２の出力には限界があり、発光量制御部２２による画像の表現可能範囲（発光量）の最小値Ｌｍｉｎ、最大値Ｌｍａｘには限界がある。

すなわち、投影光学系による画像劣化が大きい場合、隣接画素の白レベルの補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が発光量制御データとしての表現可能範囲の最大値Ｌｍａｘを上側に超えることがあり、また、この逆に、隣接画素の黒レベルの補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が発光量制御部データとしての表現可能範囲の最小値Ｌｍｉｎを下側に超えることもある。

図７はその補正処理後の画素の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）補正画像の周辺部で発光量制御部２２の表現可能範囲の最大値Ｌｍａｘ、Ｌｍｉｎを上側及び下側に超えている状態を模式的に示している。

この図７において、符号ＣＬ’は、その補正処理後の各画素の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）の包絡線を示し、Ｍ１〜Ｍ５は補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が最大値Ｌｍａｘを上側に超えている各画素を示し、Ｍ６〜Ｍ８は補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が最小値Ｌｍｉｎを下側に超えている各画素を示している。

このような場合には、これらの輝度データＧ”（ｉ、ｊ）を用いても、発光量制御部２２により光源１１ａを適切に駆動できないので、補正に起因する投影画像の劣化を防止できない。

以下に、補正に起因する投影画像の劣化分を考慮した本発明の具体的実施例を説明する。
＜実施例１＞
この実施例１では、図８に示すように、画像処理部２３は、元画像の各輝度データＧ（ｉ、ｊ）を予め求められた投影画像の劣化分データに基づき各画素毎に補正する画素データ補正部２３ａと、発光量制御部２２による画像の表現可能範囲の最大値（プロジェクタで提供可能な最大光量）Ｌｍａｘ、最小値（プロジェクタで提供可能な最小光量）Ｌｍｉｎを補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が超えているか否かを１画素以上の画素単位で判別する判別部２３ｂと、この判別部２３ｂにより表現可能範囲Ｌｍａｘ、Ｌｍｉｎを超えていると判定された補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）を表現可能範囲内の輝度データＧ（ｉ、ｊ）に戻す再補正処理部２３ｃと、再補正処理部２３ｃから出力された再補正処理後の画素データを位置データ（ｉ、ｊ）と輝度データＧ”（ｉ、ｊ）とに分けてそれぞれ発光量制御部２２と偏向光学素子駆動制御部２１とに出力する出力部２３ｄとを備えている。

ここでは、その再補正処理部２３ｃは、判別部２３ｂにより表現可能範囲を超えていると判定された画素の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）を補正処理前の元画像の輝度データＧ（ｉ、ｊ）に置換する置換処理部から構成されている。

例えば、注目画素（ｉ、ｊ）の補正処理前の輝度データＧ（ｉ、ｊ）が「２５６」であり、補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が「２６２．０」であり、補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）＝「２６２．０」が表現可能範囲の最大値Ｌｍａｘを超えているときには、補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）を補正処理前の元画像の輝度データＧ（ｉ、ｊ）＝「２５６」に置換する処理を行う。

図９はこの補正処理の一例を示すフローチャート図であって、まず、元画像の各画素の輝度データＧ（ｉ、ｊ）が画素データ補正部２３ａに入力される（Ｓ．１）。画素データ補正部２３ａは、既知の劣化分データに基づいて各画素毎に輝度データＧ（ｉ、ｊ）の補正を行う（Ｓ．２）。判別部２３ｂは、１単位各画素以上の画素毎に表現可能範囲に補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）があるか否かを判別する。（Ｓ．３）。判別部２３ｂは、例えば、２×２画素領域毎に表現可能範囲に補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）があるか否かを判別しても良い。

再補正処理部２３ｃは、判別部２３ｂの判別結果に基づき、補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が表現可能範囲にあるなら、そのまま出力部２３ｄに出力し（Ｓ．４）、補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が表現可能範囲にないなら、元の輝度データＧ（ｉ、ｊ）に置換した後（Ｓ．５）、出力部２３ｄに出力する（Ｓ．４）。出力部２３ｄは、再補正処理部２３ｃの輝度データと位置データとからなる画素データを発光量制御部２２と偏向光学素子駆動制御部２１とに向かって出力し、発光量制御部２２はその再補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）に基づいて光源１１ａを制御し、偏向光学素子駆動制御部２１はその再補正処理後の位置データ（ｉ、ｊ）に基づいて偏向光学素子１４を制御する。これにより、光束が走査され、スクリーンＳｃの画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）に結像スポットＳが形成される。

このような補正処理を行うと、図１０に示すように、再補正処理後の画素の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）のうちの補正に起因する劣化分は、元画像の画素の輝度データＧ（ｉ、ｊ）に置換されるので、補正処理に起因する画像品質の劣化を解消できる。また、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色についてこれらの再補正処理を行う場合、補正処理を受けた各画素の色データの相対比は、元画像の補正処理前の色データの相対比と変わらないので、色再現性も確保できる。
＜実施例２＞
この実施例２では、図８に示す再補正処理部２３ｃは、発光量制御部２２による画像の表現可能範囲を補正処理後の補正データが超えていると判定された画素のうち、発光量制御部２２による画像の表現可能範囲の最大値Ｌｍａｘを上側に超えているものについては最大値Ｌｍａｘに対応する輝度データに置換し、発光量制御部２２による画像の表現可能範囲の最小値Ｌｍｉｎを下側に超えているものについてはこの最小値Ｌｍｉｎに対応する輝度データに置換する置換処理部から構成されている。

ここでは、この置換処理部は、画素データＲ、Ｇ、Ｂの三色の色データのうちの一色について、輝度データ（強度データ）が発光量制御部２２による画像の表現可能範囲を超えていると判別部２３ｂが判別したとき、表現可能範囲を超えていると判定された画素について、発光量制御部２２による画像の表現可能範囲の最大値Ｌｍａｘを上側に超えている色の輝度データについてはこの最大値Ｌｍａｘに対応する輝度データに置換すると共に、残りの二色の輝度データについては、補正処理後のＲ、Ｇ、Ｂの相対輝度が補正処理前のＲ、Ｇ、Ｂの相対輝度と同じ相対輝度となるように各輝度データを置換し、発光量制御部２２による画像の表現可能範囲の最小値Ｌｍｉｎを下側に超えている色の輝度データ（強度データ）については、補正処理後のＲ、Ｇ、Ｂの相対輝度が補正処理前のＲ、Ｇ、Ｂの相対輝度と同じ相対輝度となるように各輝度データを置換する構成となっている。

例えば、注目画素（ｉ、ｊ）について、補正処理前のＲ、Ｇ、Ｂの各輝度データが（Ｒ＝１２０、Ｇ＝１２０、Ｂ＝２４０」として、補正処理後のＢ色の色データのうちの輝度データ（強度データ）が発光量制御部２２の表現可能範囲の最大値Ｌｍａｘ＝２６０を超えていると判断されて、補正処理後のＢ色の輝度データが最大値「Ｂ＝２６０」に置換されたとき、置換処理部は注目画素（ｉ、ｊ）について、補正処理後の各輝度データが（Ｒ＝１３０、Ｇ＝１３０、Ｂ＝２６０）となるように、Ｒ、Ｇの各輝度データを置換する処理を行う。

このような補正処理を行うと、図１１に示すように、再補正処理後の画素データＧ”（ｉ、ｊ）は表現可能範囲の最大値Ｌｍａｘ、最小値Ｌｍｉｎに置換されるので、補正処理に起因する画像品質の劣化を解消できる。また、再補正処理を受けた各画素の色データの相対比は、補正処理を受ける前の元画像の色データの相対比と変わらないので、色再現性も確保できる。
＜実施例３＞
ところで、ＭＥＭＳミラーを共振点付近で駆動して光束（ビーム）を高速に偏向して駆動すると、偏向角は時間に対して正弦波状に変化する。

図１２（ａ）は、ＭＥＭＳミラーの中心角度位置を時間軸の「０」として走査角αの最大振幅になるまでの時間を示している。この時間は共振周期の半分の時間であり、この図１２（ａ）では、4分の１周期の時間を「１」に規格化して示している。なお、この図１２（ａ）では、ＭＥＭＳミラーは−１５度から＋１５度の角度範囲で振られるものとされている。図１２（ｂ）はその時間軸とＭＥＭＳミラーの走査速度との関係を示している。その時間は、共振周期の半分の時間を示しており、4分の１周期の時間を「１」、「−１」として規格化している。

図１２（ａ）、図１２（ｂ）から理解できるように、時間軸の「０」、すなわち、ＭＥＭＳミラーの走査角αが「ゼロ」の時点の走査速度が最も速く、走査角αが大きくなるに伴って走査速度は遅くなる。従って、一定の明るさの光束（一定の光量の光束）を走査させると、走査角αが小さいスクリーンＳｃ（投影面）上の画素対応箇所でのスポットＳは暗くなるように見え、走査角αが最大の位置でのスクリーンＳｃ（投影面）上の画素対応箇所でのスポットＳが明るくなるように見える。これは、スクリーンＳｃの中央分と周辺部分とでは、その画素対応箇所における単位時間当たりの照射光量が異なるからである。

ＭＥＭＳミラーの振幅が大きいと、すなわち、走査角αが大きいと、その角度位置でのＭＥＭＳミラーのたわみ量が大きくなる。従って、スポットＳはスクリーン（投影面）Ｓｃの周辺へ向かうに伴って結像性能が劣化する。

また、図１３に示すように、光学素子２４をスクリーンＳｃと偏向光学素子１４との間に設置して、偏向光学素子１４の偏向角をより一層大きく変換する構成とした場合にも、走査角αが大きくなると、光学素子２４で発生する収差が大きくなり、スポットＳの結像性能の劣化が大きくなる。

その光学素子２４と発散角変換素子１２ａ〜１２ｃとは、例えば、両面非球面形状レンズである。この両面非球面レンズは、面の頂点を原点とし、光源から投射面へ向かう光軸方向を＋Ｘ軸とした直交座標系において、rを近軸曲率半径、κを円錐係数、Ａ,B,C,D,E,F,G,H,J,・・・・を非球面係数、xを面の光軸方向の距離、ｙを面の光軸方向に対して垂直な距離、ｚを面の光軸方向に対して垂直かつｙ軸に対して垂直な距離とするとき、面の光軸方向の距離xと半径Rの関係より、非球面形状は、下記の数１式で表される。

また、各面の面データ及び各レンズに用いる材料を下記の表１、表２に示す。

この光学素子２４を用いると、偏向角θ’が7.5degであっても、走査角αは15degとなり、同じ大きさの投影面積を得るための投影距離を小さくすることができる。しかしながら、偏向角θ’がゼロのときの結像スポットＳの大きさが0.8mm程度に対して、偏向角θ’が7.5degと大きくなると走査角αは15degと大きくできるが、これに伴って、結像スポットＳの大きさが２倍になる。

なお、光学素子２４は、歪み補正や、台形補正等の機能を有するものでもよいが、投影面の周辺に向かえば向かうほど、結像スポットＳの性能が劣化する。

しかしながら、従来の液晶やマイクロミラーアレイ等の空間光変調装置に均一な照明を行い、投影レンズで投影するプロジェクタとは異なり、この実施例のプロジェクタは、走査角の大きいスクリーンＳｃの周辺部の光量分布を大きくできるので、この光量分布を利用して投影画像の劣化を低減することが可能である。

すなわち、偏向光学素子を正弦駆動した場合、図１４（ａ）に示すように、元画像の輝度データに基づき得られる光束の結像スポットＳの強度は、光軸中心（スクリーンＳｃの中心Ｏ１’）Ｏ２よりも周辺部に向かうに従って大きくなるため、発光量分布曲線がスクリーンＳｃの中心Ｏ１’から周辺部に向かうに伴って大きくなる。この図１４（ａ）には、符号Ｋはその発光量分布曲線のうちの最大限界曲線が示されている。

従って、実施例１、実施例２のように、表現可能範囲を一定として補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）をその最大値Ｌｍａｘ、Ｌｍｉｎと比較して判断することにした場合、実際には、補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が発光量制御部２２による表現可能範囲であるのに、表現不可能であると判定されることがある。そこで、以下の図１５に示す手順に基づき、輝度データＧ（ｉ、ｊ）を補正することとする。

まず、元画像の各画素データがＧ（ｉ、ｊ）が画素データ補正部２３ａに入力される（Ｓ．１１）。画素データ補正部２３ａは、既知の劣化分データに基づいて各画素毎に補正を行う（Ｓ．１２）。これにより、図１４（ｂ）に示すような補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）が得られる。なお、図１４（ｂ）では、この補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）は、実施例１と同様に元画像のｊ行目の画素について、ｉ＝１番目からｉ＝ｊ番目の画素の輝度データＧ（ｉ、ｊ）に対応する補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）をグラフ化して示している。この図１４（ｂ）では、補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）の一部が光軸中心Ｏ２から遠い側で、最大限界曲線Ｋからはみ出している状態が示され、Ｍ１０〜Ｍ１３は表現不可能範囲に存在する補正処理後の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）を示している。

画素データ補正部２３ａは、ついで、この補正処理後の画素データについて、最大限界曲線Ｋの逆特性に従う光量補正処理を行う。すなわち、補正処理後の各画素の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）に対して最大限界曲線Ｋの逆曲線Ｋ’に従う補正処理を行う（Ｓ．１３）。これにより、図１４（ｃ）に示す補正処理後の輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）が得られる。

この補正処理後の輝度データＧＩが判別部２３ｂに入力される。判別部２３ｂは、１単位以上の各画素領域毎に表現可能範囲に輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）があるか否かを判別する（Ｓ．１４）。図１４（ｄ）にはその補正処理後の輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）のうち、表現不可能範囲に存在する輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）が、符号Ｍ’１０、Ｍ’１２、Ｍ’１３として示している。なお、判別部２３ｂは、例えば、２×２画素領域毎に表現可能範囲に輝度データＧＩがあるか否かを判別しても良い。

再補正処理部２３ｃは、判別部２３ｂの判別結果に基づき、輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）が表現可能範囲にあるならば、そのまま出力部２３ｄに出力し（Ｓ．１５）、輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）が表現不可能範囲にあるなら、元画像の輝度データＧ（ｉ、ｊ）に置換した後（Ｓ．１６）、出力部２３ｄに出力する（Ｓ．１５）。図１４（ｅ）はその再補正処理部２３ｃにより再補正された補正処理後の輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）を示している。出力部２３ｄは、再補正処理部２３ｃにより再補正された画素のデータを発光量制御部２２と偏向光学素子駆動部２１とに向かって出力し、発光量制御部２２はその補正処理後の輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）に基づいて光源１１ａを制御し、偏向光学素子駆動制御部２１はその補正処理後の位置データ（ｉ、ｊ）に基づいて偏向光学素子１４を制御する。これにより、光束が走査され、スクリーンＳｃの画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）に結像スポットＳが形成される。

この実施例３によれば、光量分布特性を考慮して補正を行っているので、補正処理後の輝度データＧＩの表現可能範囲のダイナミックレンジを大きくとることができるという効果がある。

この実施例３では、実施例１と同様に、補正処理後の輝度データＧＩの再補正処理において、表現可能範囲を超えている輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）については、元画像の各画素の輝度データＧ（ｉ、ｊ）に置換することにしたが、実施例２と同様に、補正処理後の輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）の再補正処理において、図１４（ｆ）に示すように、表現可能範囲の最大値Ｌｍａｘ、最小値Ｌｍｉｎに対応する輝度データに置換する構成としても良い。
＜実施例１−実施例３の効果＞
図１６はスクリーンＳｃの周辺部において、投影画像をフーリエ変換した空間周波数とＭＴＦ強度との関係を示すグラフである。横軸は投影画像の空間周波数、縦軸はＭＴＦ（コントラスト値（強度（明暗比）））である。通常、コントラスト値は規格値「１」で表す。

元画像のＭＴＦ曲線をここでは符号ＭＴＦ１で示す。この元画像には、ＭＴＦ曲線が空間周波数ｆに対して線形で表されるチャート画像を用いた。

この元画像を投影光学系を介してスクリーンＳｃにそのまま投影すると、結像スポットＳの劣化により投影画像が劣化する。その結像スポットＳの劣化は高周波成分の側で顕著であり、この投影光学系の投影画像の劣化に基づくＭＴＦ曲線をＭＴＦ２で示している。元画像をそのまま投影光学系を用いて投影すると、高周波成分の領域で、コントラストの低下が大きく、投影画像のぼけが生じる。

これに対して、実施例１、実施例２で説明したように、元画像を逆ＭＴＦ処理により補正し、補正処理後の画素の輝度データＧ”（ｉ、ｊ）を用いて、投影光学系を介してスクリーンＳｃに投影すると、ＭＴＦ曲線がＭＴＦ３で表されるように改善され、結像スポットＳの劣化による投影画像のボケが改善され、より高品質な画像が得られる。

また、実施例３で説明したように、周辺光量が大きくなる偏向光学素子としてＭＥＭＳミラーを用い、光量分布特性により逆補正し、この逆補正処理後の画素の輝度データＧＩ（ｉ、ｊ）を用いて、投影光学系を介してスクリーンＳｃに投影すると、ＭＴＦ曲線がＭＴＦ４で示すように更に改善され、より高品質の投影画像が形成される。

更に、実施例３によれば、光量の均一でない領域についても遮光することなく、高品質の結像スポットＳを提供できるので、光利用効率の低下を防止しつつ、すなわち、消費電力の増加を防止しつつ、高品質の投影画像を提供できる。

また、光量分布が一定のプロジェクタを用いたときに得られる補正処理後の元画像と比較して、結像スポットＳのＭＴＦ劣化が大きい周辺部ほど光量が強い実施例３のプロジェクタを用いて補正処理を行うことにすると、補正処理後の投影画像の表現不可能範囲が少なくなるので、補正処理の際のダイナミックレンジも広げることができる。
＜実施例４＞
図１７は本発明の実施形態に係るプロジェクタを車両用ヘッドアップディスプレイ装置として用いた例を示している。その図１７において、４０はヘッドアップディスプレイ装置である。このヘッドアップディスプレイ装置４０は、 プロジェクタ４０Ａとこのプロジェクタ４０Ａから射出された投影光を反射するフロントウインドウガラス４１とから大略構成されている。そのフロントウインドウガラス４１にはプロジェクタ４０Ａから射出された光源１１ａ〜１１ｃからの光束を反射する部分反射面４１ａが形成されている。部分反射面４１ａの内面には光源１１ａ〜１１ｃからの各光束の反射率を向上させるために、金属薄膜、誘電体多層膜等が形成されていても良い。

その部分反射面４１ａは外来光を透過可能であると共に、部分反射面４１ａにより反射された光源１１ａ〜１１ｃからの各光束を運転席のドライバー４２のアイポイント高さ位置に向けて反射する。

プロジェクタ４０Ａは投影画像を光軸方向所定箇所の位置に形成する。プロジェクタ４０Ａを駆動すると、光源１１ａ〜１１ｃからの各光束は部分反射面４１ａに導かれ、この部分反射面４１ａにより反射された各光束は、運転席のドライバー４２の目の方向に導かれる。その各光束に基づく投影画像の虚像Ｓｃ’がその部分反射面４１ａによりフロントウインドウガラス４１の前方に形成されるので、ドライバー４２には、部分反射面４１ａにより反射された各光束による投影画像が虚像Ｓｃ’として提示されることになる。
＜実施例５＞
その図１７では、プロジェクタ４０Ａから出射された光束が部分反射面４１ａに向かう方向前方の位置を仮想投影対象とみなして、部分反射面４１ａを介して反射された光束による投影画像を網膜に形成することにしたが、図１８に示すように、インストルメントパネル（ダッシュボード）の上部にスクリーンＳｃを配設し、このスクリーンＳｃにプロジェクタ４０Ａにより投影画像を投影し、このスクリーンＳｃに投影された投影画像を部分反射面４１ａを介して、ドライバー４２に提示する構成とすることもできる。この場合、スクリーンＳｃに投影された投影画像がフロントウインドウガラス４１の前方に虚像Ｓｃ’として提示されることとなる。

ここでは、そのスクリーンＳｃは、反射型を用いるのが望ましく、図１９に示すように、このスクリーンＳｃにはその入射面Ｓｃａに一定方向に傾斜した凹面鏡Ｓｃｂが複数個形成されている。

また、プロジェクタ４０Ａは、スクリーンＳｃの入射面Ｓｃａに対して斜めに配設され、プロジェクタ４０Ａの光源１１ａ〜１１ｃから射出された光束は凹面鏡Ｓｃｂに斜入射されるようになっている。

その各凹面鏡Ｓｃｂは、プロジェクタ４０Ａから射出された光束をフロントウインドウガラス４１に向けて反射する役割を有し、これにより、スクリーンＳｃにはプロジェクタ４０Ａから射出された光束をフロントウインドウガラス４０Ａが存在する方向に向けて反射する指向性が付与されている。

すなわち、各凹面鏡Ｓｃｂの形状は、運転席からフロントウインドウガラス４１に向かうに伴ってその形状が異ならされており、各凹面鏡Ｓｃｂは、フロントウインドウガラス４１の所定領域に向かって射出側指向性を有する形状に設計されている。

このヘッドアップディスプレイ装置４０によれば、光源からの光束が斜め方向からスクリーンＳｃに入射され、この光束は各凹面鏡Ｓｃｂにより指向性が与えられてフロントウインドウガラス４１に向けて反射される。

この光源からの光束は、そのフロントウインドウガラス４１の部分反射面４１ａによって運転席方向に向けて反射され、ドライバー４２はその部分反射面４１ａにより反射された光束に基づき、フロントウインドウガラス４１の前方に提示された虚像Ｓｃ’としての投影画像を視認する。

この図１８に示す車両用ヘッドアップディスプレイ装置によれば、プロジェクタ４０Ａから射出されてあらゆる方向からスクリーンＳｃに入射した光束をフロントウインドウガラス４１の方向に向かわせる指向性をスクリーンＳｃに付与しているため、プロジェクタ４０Ａから射出された光束の光量損失の減少を図りつつフロントウインドウガラス４１に光束が導かれることになり、その結果、ドライバー４２に提示される投影画像の輝度が高くなり、ドライバー４２にとって視認し易い表示が可能となる。
＜実施例６＞
図２０はドライバー４２の網膜上に残像効果を利用して直接投影画像を形成する網膜直接描画型のプロジェクタを用いた車両用ヘッドアップディスプレイ装置を示す図である。

この網膜直接描画型プロジェクタは、２次元方向に偏向された光束を１次結像面に中間結像させ、次いで、接眼光学系を通してドライバー（観察者）４２の網膜上に２次元画像を形成するものであるが、この車両用ヘッドディスプレイ装置の網膜直接描画型のプロジェクタ４０Ａには、実施例１〜実施例３で用いたプロジェクタと同じものを用いる。

この車両用ヘッドアップディスプレイ装置では、プロジェクタ４０Ａの前方に接眼光学系４４が配設されている。プロジェクタ４０Ａから射出された光源からの光束は一次結像面４５で一旦中間結像され、この一次結像面４５に一旦中間結像した光束は拡散光束となり、接眼光学系４４に入射する。 接眼光学系４４は、その中間結像した光束を平行光束に変換してドライバー４２の眼の瞳に導かれ、ドライバ４２の瞳から眼に入射した光束は、眼の水晶体の作用によって網膜上に結像スポットが形成される。

従って、偏向光学素子によって光束を２次元方向に偏向走査することにより、結像スポットＳがドライバ４２の網膜上で２次元方向に走査され、その結果、ドライバ４２の網膜で走査された結像スポットの残像効果によって、投影画像がドライバー４２に認識される。

従来のプロジェクタの光学系を示す概要図である。 従来のプロジェクタの光学系を用いてスクリーンに形成した結像スポットの劣化の一例を示す説明図である。 本発明の共通実施例に用いるプロジェクタの光学系と制御系との概要を示すブロック図である。 図３に示す偏向光学素子に用いるＭＥＭＳミラーの構造の一例を示す平面図である。 従来のプロジェクタによる投影画像の劣化を模式的に説明する説明図であって、（ａ）は元画像の一般的画素配列状態を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に示す元画像のｊ行目の画素の輝度データをグラフ化して示した模式図、（ｃ）は従来のプロジェクタを用いてｊ行目の画素の輝度データに基づき結像スポットをスクリーンに形成したときに得られた輝度をグラフ化して示した模式図である。 本発明の共通実施例の補正処理に用いる説明図であって、（ａ）は３×３の画素領域の元画像の注目画素の輝度データを示す図、（ｂ）は注目画素の輝度データに基づきスクリーンに形成された結像スポットの輝度を示す図、（ｃ）は一般的ＦＩＲフィルタ処理の一例を示す説明図である。 共通実施例による補正処理を行った場合の不具合を説明するための説明図であって、補正処理後のｊ行目の画素の輝度データをグラフ化して示した模式図である。 本発明の実施例１に係わるプロジェクタの光学系と制御系との概要を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係わる補正処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施例１による再補正処理後のｊ行目の画素の輝度データをグラフ化して示した模式図である。 本発明の実施例２による再補正処理後のｊ行目の画素の輝度データをグラフ化して示した模式図である。 本発明の実施例３に係わる偏向光学素子の駆動制御を説明するための説明図であって、（ａ）はＭＥＭＳミラーの偏向角と時間との関係を示す図、（ｂ）は時間とＭＥＭＳミラーの回動速度との関係を示す図である。 本発明の実施例３に係わるプロジェクタの光学系と制御系とを示すブロック図であって、偏向光学素子とスクリーンとの間に偏向角を変換するための光学素子を設けた図である。 本発明の実施例３に係わる補正処理を行うための説明図であって、（ａ）は補正処理前の結像スポットの光量分布状態と補正処理前の元画像の輝度データとの関係を示す図、（ｂ）は元画像の補正処理後の輝度データと光量分布との関係を示す図、（ｃ）は補正処理後の輝度データについて光量分布特性の逆分布特性により補正処理された輝度データと表現可能な範囲の最大値、最小値との関係を示す図、（ｄ）は（ｃ）に示す輝度データと表現可能範囲の最大値、最小値との関係を示す図、（ｅ）は表現不可能な輝度データを元画像の輝度データに置換して得られた輝度データと表現可能範囲の最大値、最小値との関係を示す図、（ｆ）は表現不可能な輝度データと表現可能範囲の最大値、最小値の輝度データに置換して得られた輝度データと表現可能範囲の最大値、最小値との関係を示す図である。 本発明の実施例３に係わる補正処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施例１−実施例３に係わるプロジェクタの作用効果をＭＴＦ曲線を用いて示した図である。 本発明に係わるプロジェクタを用いたヘッドアップディスプレイ装置の第１の実施形態を示す概要図である。 本発明に係わるプロジェクタを用いたヘッドアップディスプレイ装置の第２の実施形態を示す概要図である。 図１８に示すスクリーンの概略構成を示す側面図である。 本発明に係わるプロジェクタを用いたヘッドアップディスプレイ装置の第３の実施形態を示す概要図である。

符号の説明

Ｓｃ…スクリーン（投影対象）
Ｓ…結像スポット
１２ａ…発散角変換素子
１４…偏向光学素子
２１…偏向光学素子駆動制御部
２２…発光量制御部
２３…画像処理部

Claims (7)

1. 光源からの光束に基づき投影対象に結像スポットが形成されるように発散角度を変換する発散角変換素子と、前記発散角変換素子からの光束を第一走査方向とこの第一走査方向と直交する方向に偏向して元画像の各画素の位置に対応する前記投影対象の画素対応箇所に前記結像スポットを形成するための偏向光学素子と、前記各画素毎の位置データに基づき前記画素対応箇所に前記結像スポットが形成されるように前記偏向光学素子を制御する偏向光学素子駆動制御部と、前記各画素毎の輝度データに基づき前記光源の発光量を制御する発光量制御部とを有して、前記結像スポットを走査することにより前記投影対象に前記元画像に対応する投影画像を形成するプロジェクタにおいて、
   前記発散角変換素子と前記偏向光学素子とを含む投影光学系に基づく前記投影画像の劣化分を各画素毎に是正するために予め求められた前記投影画像の劣化分データに基づき前記各画素毎に輝度データを補正して補正処理後の輝度データを前記発光量制御部に出力すると共に前記位置データを前記偏向光学素子駆動制御部に出力する画像処理部を備え、
   前記画像処理部は、前記投影画像の劣化分データに基づき前記各画素毎に輝度データを補正する画素データ補正部と、前記補正処理後の輝度データが前記発光量制御部による画像の表現可能範囲を超えているか否かを１画素以上の画素単位で判別する判別部と、該判別部により表現可能範囲を超えていると判定された補正処理後の輝度データを表現可能範囲内の輝度データに再補正する再補正処理部とを有し、前記補正処理を行う画素を注目画素として、前記画素データ補正部は、前記注目画素についての投影画像の画像劣化分データと前記注目画素に隣接する隣接画素の輝度の影響分とを含めて前記補正処理後の輝度データを算出することを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記画素データ補正部は、前記画像劣化分データにより得られた輝度データから前記隣接画素の輝度の影響分を差し引いて前記補正処理後の輝度データを算出することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記画素データ補正部には、ＭＴＦフィルタの逆補正フィルタを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記偏向光学素子が第１偏向素子と第２偏向素子とからなり、前記第１偏向素子と前記第２偏向素子とが一体又は別体に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
5. 前記偏向光学素子が正弦波駆動され、前記画素データ補正部は、前記投影画像の劣化分に基づき補正された補正処理後の輝度データを光量分布特性に基づき補正する機能を有し、前記判別部は当該光量分布特性に基づき補正された補正処理後の輝度データが前記発光量制御部による画像の表現可能範囲を超えているか否かを判別することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
6. 発散角変換素子により光源からの光束に基づき投影対象に結像スポットが形成されるように発散角度を変換し、発散角度が変換された光束を偏向光学素子により第一走査方向とこの第一走査方向と直交する方向に偏向して元画像の各画素の位置に対応する投影対象の画素対応箇所に前記結像スポットを走査形成することにより、前記投影対象に前記元画像に対応する投影画像を形成する投影画像形成方法において、
   前記発散角変換素子と前記偏向光学素子とを含む投影光学系に基づく前記投影画像の劣化分を各画素毎に是正するために予め求められた前記投影画像の劣化分データに基づき前記各画素毎に輝度データを補正する補正処理工程と、
   補正処理後の各画素毎の輝度データに基づき前記光源の発光量を制御すると共に前記各画素毎の位置データに基づき前記偏向光学素子の角度を制御する制御工程とを含み、
   前記補正処理工程は、前記投影画像の劣化分データに基づき前記各画素毎に輝度データを補正する画素データ補正工程と、前記補正処理後の輝度データが発光量制御による画像の表現可能範囲を超えているか否かを１画素以上の画素単位で判別する判別工程と、該判別工程により表現可能範囲を超えていると判定された補正処理後の輝度データを表現可能範囲内の輝度データに再補正する再補正処理工程とを有し、前記補正処理を行う画素を注目画素として、前記画素データ補正工程は、前記注目画素についての投影画像の画像劣化分データと前記注目画素に隣接する隣接画素の輝度の影響分とを含めて前記補正処理後の輝度データを算出することを特徴とする投影画像形成方法。
7. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタを有する車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

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