JP5292734B2 - 走査型画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査型画像表示装置に関するものである。

近年、レーザ光などのビーム状の光を被投射面上でラスタースキャンして画像を表示する走査型画像表示装置が提案されている。この装置では、レーザ光の供給を停止することで完全な黒を表現できるため、例えば液晶ライトバルブを用いたプロジェクタ等に比べて高コントラストの表示が可能である。また、レーザ光を使用した画像表示装置は、レーザ光が単一波長であるために色純度が高い、コヒーレンスが高いためにビームを整形しやすい（絞りやすい）等の特性を持つことから、高解像度、高色再現性を実現する高画質ディスプレイとして期待されている。また、走査型画像表示装置は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどと異なり、固定された画素を持たないため、画素数という概念がなく、解像度を変換し易いという利点も持っている。

走査型画像表示装置で画像を生成するには、ポリゴンミラー、ガルバノミラーなどのスキャナを用いて光を２次元に走査する必要がある。１個のスキャナを水平方向、垂直方向の２方向に振りつつ光を２次元に走査する方法もあるが、その場合、走査系の構成や制御が複雑になるという問題がある。そこで、光を１次元に走査するスキャナを２組用意し、各々に水平走査と垂直走査を受け持たせるようにした走査型画像表示装置が提案されている。従来は、双方のスキャナともにポリゴンミラーやガルバノミラーを使用するのが普通であり、双方のスキャナに回転多面鏡（ポリゴンミラー）を用いた投写装置が下記の特許文献１に開示されている。
特開平１−２４５７８０号公報

特許文献１ではポリゴンミラーを用いた装置が紹介されているが、画像フォーマットの高解像度化に伴い、スキャン周波数も高くなってきており、ポリゴンミラーやガルバノミラーでは限界を迎えつつある。そこで、近年、高速側のスキャナにＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用したシステムが発表されている。ＭＥＭＳ技術を利用したスキャナ（以下、単にＭＥＭＳスキャナという）とは、シリコン等の半導体材料の微細加工技術を用いて製作するものであり、トーションバネ等で支持したミラーを静電力等により駆動するものである。このスキャナは、静電力とバネの復元力との相互作用でミラーを往復運動させて、光を走査することができる。ＭＥＭＳスキャナを用いることにより、従来のスキャナに比べて高周波数、大偏角のスキャナを実現することができる。これにより、高解像度の画像を表示することが可能になる。

ところで、高速のＭＥＭＳスキャナを実現するには、ミラーを共振点で往復運動させなければならないため、ある解像度を想定し、その解像度に合うようにミラーの共振点を設計、製作する必要がある。しかしながら、ミラーの共振周波数が表示画像のリフレッシュレートの公倍数となるように製作できなかった場合、共振点からずらしてミラーを駆動することになり、十分な走査振幅が確保できなくなってしまう。逆に走査周波数を共振周波数に合わせてしまうと、水平走査と垂直走査の同期が取れなくなり、画像に乱れが生じてしまう。

さらに、たとえミラーの共振周波数が完全にリフレッシュレートの公倍数となるように製作できたとしても、使用環境や光の照射状態によってＭＥＭＳミラーの温度が変わることが十分考えられ、それによりミラーの共振点が微妙に変化してしまう。この場合も、上で述べたように、水平走査、垂直走査の同期が取れなくなり、画像に乱れが生じるという問題を有している。

また、上述のスキャナの製作誤差の問題、使用時の共振点変化の問題等が生じた場合、画像信号とスキャナの同期も取れなくなるため、表示できないフレームが発生するという問題もある。

以上、ＭＥＭＳミラーを用いた場合の問題点を例に挙げて説明したが、この問題点はＭＥＭＳミラーを用いた装置に限るものではなく、例えば共振型ガルバノミラーなど、他の共振型スキャナを用いた装置に共通の問題である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、水平走査と垂直走査の同期を確実に取ることによって良好な表示品位を確保し得る走査型画像表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の走査型画像表示装置は、光源と、前記光源から射出される光を主走査方向に走査する水平走査用スキャナと、前記光を前記主走査方向とは異なる副走査方向に走査する垂直走査用スキャナと、映像信号のフォーマットで決まる前記水平走査用スキャナが走査すべき目標走査線数と前記水平走査用スキャナが実際に走査可能な走査可能線数との間に差異があり、前記走査可能線数から前記目標走査線数を引いた差分が正の値である場合に、第１フレームにおける前記水平走査用スキャナによる水平走査が終了した時点から第２フレームにおける前記映像信号の垂直同期信号に対応する水平走査開始信号が入力される時点までの時間内で前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を待機させ、前記水平走査開始信号の入力タイミングと同期して前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を初期位置から再開するように、前記垂直走査用スキャナの動作を制御する垂直走査用スキャナ制御手段と、を備えたことを特徴とする。

なお、ここで言う「水平走査用スキャナ」は、２方向の走査のうち、高速側の走査を担うスキャナであり、「垂直走査用スキャナ」は、低速側の走査を担うスキャナであり、画像の水平・垂直とは必ずしも一致しない。例えば、画像フォーマット上は水平側が高速であっても、実際の装置を構成する場合には画像信号からの画素情報を再構成し、画像の垂直側を高速とする場合も考えられる。また、ここで言う「第１フレーム」とは、任意の１フレームのことであり、「第２フレーム」とは、前記第１フレームの次の１フレームのことである。

［発明が解決しようとする課題］の項で述べたように、走査型画像表示装置には、スキャナの製作誤差の問題、スキャナ使用時の特性変化の問題等が生じることが考えられる。ここでは、「水平走査用スキャナ」側にこの種の問題が生じることを想定する。この種の問題が生じると、映像信号のフォーマットで決まる水平走査用スキャナが走査すべき走査線の本数（目標走査線数）と、製作された水平走査用スキャナが実際に走査可能な走査線の本数（走査可能線数）との間にずれ（差異）が生じることになる。このずれには２方向のずれが考えられる。すなわち、走査可能線数が目標走査線数よりも小さい（走査可能線数から目標走査線数を引いた差分が負）場合と、走査可能線数が目標走査線数よりも大きい（走査可能線数から目標走査線数を引いた差分が正）場合、の２通りである。ところが、走査可能線数が目標走査線数よりも小さい方向にずれが生じた場合、そのスキャナは画面全体を走査し終えることができない、つまり能力不足であるため、不良品とするしかない。したがって、本発明では、走査可能線数が目標走査線数よりも大きい（走査可能線数から目標走査線数を引いた差分が正）場合に対処することを目的とするものである。

走査可能線数が目標走査線数よりも大きい（走査可能線数から目標走査線数を引いた差分が正）場合、水平走査用スキャナが任意の第１フレームにおいて画面全体を水平走査し終った後、次の第２フレームの映像信号の垂直同期信号に対応する水平走査開始信号が入力されるまでの間に時間が余っていることになる。そこで、この余った時間内で、垂直走査用スキャナ制御手段が、垂直走査用スキャナによる垂直走査を待機させた後、第２フレームの水平走査開始信号の入力タイミングと同期して垂直走査用スキャナによる垂直走査を初期位置から再開させる。本発明によれば、垂直走査用スキャナ制御手段が上記のような制御を行うことにより、水平走査と垂直走査の同期が確実に取れ、画像の乱れ等がなく、良好な表示品位を持った走査型画像表示装置を提供することができる。また、映像信号の垂直同期信号に対応する水平走査開始信号に基づいて垂直走査を再開するので、画像信号とスキャナの同期も取れ、表示できないフレームが発生するという問題が生じることもない。

垂直走査用スキャナによる垂直走査を待機させる際の具体的な方法として、前記垂直走査用スキャナを一旦停止させたり、一旦停止させることなく第２フレームまでの余剰時間の全部を使って垂直走査用スキャナを初期位置に戻すことなどが考えられるが、前記垂直走査用スキャナを一旦停止させることにより前記垂直走査を待機させることが望ましい。
この構成によれば、スキャナ使用時の特性変化等に対してより柔軟に対応することができる。

また、垂直走査用スキャナによる垂直走査を一旦停止させた後、再開させる際のタイミングの制御には、２通りの方法が考えられる。
第１の方法は、前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記走査可能線数が整数でない場合にその値より大きい次の整数から前記走査可能線数を引いた差分に対応する停止時間を求め、前記第１フレームにおける前記水平走査用スキャナによる水平走査が終了した時点から前記停止時間だけ前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を停止し、前記停止時間を経過した後に前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を再開させ、第２フレーム以降も前記停止時間に基づいて当該フレームにおける停止時間を算出する、というものである。

第１の方法は、水平走査用スキャナの設計目標値と実力値とのずれ（走査可能線数から目標走査線数を引いた差分）が常に一定であり、各フレームにおいて水平走査用スキャナが走査する走査線数が一定である場合に特に有効である。この方法では、いずれのフレームにおいても垂直走査用スキャナによる垂直走査の開始タイミングを上記の計算により求めた停止時間だけで制御することができ、垂直走査用スキャナ制御手段が第２フレームの映像信号の垂直同期信号に対応する水平走査開始信号を監視しておく必要がない。そのため、垂直走査用スキャナ制御手段の回路構成が簡易なものとなる。

第２の方法は、前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記第２フレームにおける前記垂直同期信号が入力された後に初めて入力される前記水平走査開始信号をトリガーとして、前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を再開させる、というものである。

第２の方法は、水平走査用スキャナの設計目標値と実力値とのずれ（走査可能線数から目標走査線数を引いた差分）が一定でなく、フレーム毎に水平走査用スキャナが走査する走査線数が変動する場合などに特に有効である。フレーム毎の走査線数が変動する場合には、垂直走査用スキャナによる垂直走査の開始タイミングを停止時間だけで制御していると、描画位置が１走査線分ずれてしまう場合があり、画像が乱れることがある。その点、第２フレームにおける垂直同期信号が入力された後に初めて入力される水平走査開始信号をトリガーとして垂直走査用スキャナによる垂直走査を再開させれば、上記のような画像の乱れの問題は生じない。

また、前記水平走査用スキャナが往復走査を行うものである場合、前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記第２フレームにおける前記垂直同期信号の入力後に初めて入力される前記水平走査開始信号が、往路側の水平走査開始信号であるのか、復路側の水平走査開始信号であるのかを判別し、その判別結果に応じて前記水平走査用スキャナの走査方向と前記映像信号内の画素データ列の出力順序とを合致させる構成としても良い。

この構成は、水平走査用スキャナの設計目標値と実力値とのずれ（走査可能線数から目標走査線数を引いた差分）が一定でなく、時間的にランダムに変動する場合などに特に有効である。水平走査用スキャナが往復走査を行うものとし、例えば全体の走査の初期位置が画面の左上であったとすると、画面の最上行の第１走査線は左から右、その下の第２走査線は右から左と、１走査線毎に逆向きに走査が行われることになる。すなわち、往路側の走査線は左から右、復路側の走査線は右から左へと走査が行われる。

ここで、水平走査用スキャナの走査周波数がランダムに変動したとすると、垂直走査用スキャナの停止時間もランダムに変動することになる。その場合、垂直走査用スキャナによる走査を再開する際に、往路側、復路側のいずれの水平走査開始信号が最初にくるかは一義的に決まらない。すると、垂直同期信号入力後、最初の水平走査開始信号が復路側であったとすると、上の例では水平走査用スキャナは右から左と走査する一方、垂直同期信号に同期した画像データ列は本来の初期位置である左から右へと並んでいるため、画像が左右反転してしまう恐れがある。しかしながら、本発明の構成のように、垂直走査用スキャナ制御手段が、垂直同期信号の入力後、初めての水平走査開始信号が往路側か、復路側かを判別し、その判別結果に応じて水平走査用スキャナの走査方向と画素データ列の出力順序とを合致させれば、画像の反転等の不具合を防止することができる。

また、水平走査用スキャナの走査方向と映像信号内の画素データ列の出力順序とを合致させるには、次の２通りの方法がある。
第１の方法は、前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記第２フレームにおける前記垂直同期信号の入力後に初めて入力される前記水平走査開始信号が、前記往路側の水平走査開始信号、前記復路側の水平走査開始信号のうち、前記水平走査用スキャナの走査方向が前記映像信号内の画素データ列の出力順序と合致していない方の水平走査開始信号であると判断したとき、前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を停止したままにしておき、前記水平走査用スキャナの走査方向が前記映像信号内の画素データ列の出力順序と合致している方の水平走査開始信号であると判断したとき、当該水平走査開始信号をトリガーとして、前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を再開させる、というものである。

すなわち、第１の方法は、水平走査用スキャナの走査方向が画素データ列の出力順序と合致している方の水平走査開始信号であると判断されたときに初めて、当該水平走査開始信号をトリガーとして垂直走査用スキャナの垂直走査を再開させるものである。したがって、垂直走査用スキャナ制御手段が、合致していない方の水平走査開始信号であると判断したときには合致している方の次の水平走査開始信号がくるまでの間、垂直走査用スキャナの動作を停止しておけばよい。

第２の方法は、前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記第２フレームにおける前記垂直同期信号の入力後に初めて入力される前記水平走査開始信号が、前記往路側の水平走査開始信号、前記復路側の水平走査開始信号のうち、前記水平走査用スキャナの走査方向が前記映像信号の画素データの出力順序と合致していない方の水平走査開始信号であると判断したとき、当該水平走査開始信号をトリガーとして前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を再開させるとともに、前記映像信号内の画素データ列の出力順序を逆転させる、というものである。

すなわち、第２の方法は、垂直走査用スキャナ制御手段が、水平走査用スキャナの走査方向が画素データ列の出力順序と合致していない水平走査開始信号であると判断しても、それをトリガーとして垂直走査用スキャナの垂直走査を再開させてしまい、映像信号内の画素データ列の出力順序の方を逆転させればよい、という発想から生まれたものである。

これら第１の方法、第２の方法には一長一短があり、第１の方法の長所は、画素データ列はメモリ等の記憶手段に格納されることになるが、画素データ列を逆転させる必要がない分、メモリからの画素データの読み出しを制御する回路や光源の駆動回路の構成が簡単になるという点である。一方、第１の方法の短所は、合致していない方の水平走査開始信号であったときに垂直走査用スキャナの動作を停止する間、画素データをメモリ等に格納しておく必要があるため、大きい記憶容量が必要であるという点である。第２の方法の長所、短所は第１の方法と逆であり、長所はメモリ等の記憶容量が少なくて済む点、短所は画素データの読み出し制御回路や光源の駆動回路の構成が複雑になるという点である。

また、前記水平走査用スキャナの走査周波数を検出する水平走査周波数検出手段を備え、前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記水平走査周波数検出手段が検出した前記水平走査用スキャナの走査周波数の変動に追従して前記垂直走査用スキャナの走査周波数を変動させる機能をさらに備えることが望ましい。

例えば水平走査用スキャナの走査周波数がランダムに変動するような場合、垂直走査用スキャナを設計値通りに動作させていたのでは、水平走査用スキャナの走査周波数の変動に連動して、各水平走査線毎の描画位置がずれることになる。しかしながら、上記の構成によれば、垂直走査用スキャナ制御手段が、水平走査用スキャナの走査周波数の変動に追従して垂直走査用スキャナの走査周波数を変動させる機能を備えているため、各水平走査線毎の描画位置のずれも補正することができ、表示品位をより高めることができる。

あるいは、本発明の他の走査型画像表示装置は、光源と、前記光源から射出される光を水平方向に走査する水平走査用スキャナと、前記光を垂直方向に走査する垂直走査用スキャナと、第１フレームにおける前記水平走査用スキャナによる水平走査が終了した時点から第２フレームにおける前記映像信号の垂直同期信号に対応する水平走査開始信号が入力される時点までの時間内で前記垂直走査用スキャナが一旦停止するように、前記垂直走査用スキャナの動作を制御する垂直走査用スキャナ制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本構成においても、第１フレームにおいて画面全体を水平走査し終った後、次の第２フレームの映像信号の垂直同期信号に対応する水平走査開始信号が入力されるまでの間の余剰時間内で、垂直走査用スキャナ制御手段が垂直走査用スキャナを一旦停止させる。垂直走査用スキャナ制御手段が上記のような制御を行うことにより、水平走査と垂直走査の同期を確実に取ることができ、画像の乱れ等がなく、良好な表示品位を持った走査型画像表示装置を提供することができる。
なお、本発明の全般にわたって「一旦停止」との文言を用いているが、本発明における「一旦停止」とは、スキャナを停止させ、その停止状態を所定時間維持することを意味しており、スキャナが往復運動する際に折り返しの死点で一瞬停止することとは異なる概念である。

前記水平走査用スキャナとして、共振型のＭＥＭＳスキャナを用いることが望ましい。
共振型のＭＥＭＳスキャナは、小型、高速、高精度、静粛性が高い等の特徴を持っているため、この構成によれば、小型、静粛で表示品位の高い走査型画像表示装置を実現することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態では、レーザ光を走査してスクリーン上に画像を表示するレーザスキャン型画像表示装置（走査型画像表示装置）を例に挙げて説明する。
図１は本実施形態のレーザスキャン型画像表示装置の要部を示す斜視図、図２は同装置の制御部を示すブロック図、図３は同制御部内の各種制御信号のタイミングチャート、である。

本実施形態のレーザスキャン型画像表示装置（以下、単に画像表示装置という）１は、図１に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のレーザ光を射出するレーザ光源（光源）２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと、ダイクロイックミラー３Ａ，３Ｂと、ＭＥＭＳスキャナ（水平走査用スキャナ）４と、ガルバノスキャナ（垂直走査用スキャナ）５と、投射方向変更ミラー６と、スクリーン７と、筐体８とを備えている。本実施形態の画像表示装置１は、筐体８内にレーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂや上記の各種光学系を収納し、透過型のスクリーン７の背面側から投射した画像をスクリーン７の前面から鑑賞する、いわゆるリアプロジェクションタイプの画像表示装置である。

赤色レーザ光源２Ｒから射出される赤色光Ｌｒの光路に対して、青色レーザ光源２Ｂから射出される青色光Ｌｂの光路と緑色レーザ光源２Ｇから射出される緑色光Ｌｇの光路とが直交するように、各レーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが配置されている。赤色レーザ光源２Ｒからの赤色光Ｌｒの光路と青色レーザ光源２Ｂからの青色光Ｌｂの光路とが交差する位置に、青色光Ｌｂを反射し、赤色光Ｌｒを透過するダイクロイックミラー３Ａが設置されている。赤色光Ｌｒと青色光Ｌｂが合成された光Ｌｒｂの光路と緑色レーザ光源２Ｇからの緑色光Ｌｇの光路とが交差する位置に、緑色光Ｌｇを反射し、赤色光Ｌｒと青色光Ｌｂを透過するダイクロイックミラー３Ｂが設置されている。各ダイクロイックミラー３Ａ，３Ｂは、青色光Ｌｂまたは緑色光Ｌｇがミラーの反射面に対して４５°の入射角で入射する角度で配置されている。これらダイクロイックミラー３Ａ，３Ｂにより、各レーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂからの各色光が合成され、フルカラーの画像を形成する光となる。

ＭＥＭＳスキャナ４は、ダイクロイックミラー３Ａ，３Ｂにより合成された後の光Ｌｒｇｂをスクリーン７の水平方向に走査するものであり、合成後の光Ｌｒｇｂの光路上に配置されている。本実施形態におけるＭＥＭＳスキャナ４は、スクリーン７の左から右への光の走査時、右から左への光の走査時のそれぞれに往復で画像を描画する。ＭＥＭＳスキャナ４は、例えば単結晶シリコンのマイクロマシニング技術を用いて可動ミラー９、トーションバー１０、支持枠１１を一体加工したものである。可動ミラー９が、例えば静電力によるトーションバー１０の捩れと復元によってトーションバー１０を中心として所定の角度範囲内で往復回動運動を行う。この動作により、ＭＥＭＳスキャナ４は回動運動の周方向に所定の偏角をもって光を走査することができる。

ガルバノスキャナ５は、ダイクロイックミラー３Ａ，３Ｂにより合成された後の光Ｌｒｇｂをスクリーン７の垂直方向に走査するものであり、ＭＥＭＳスキャナ４を射出した後の光の光路上に配置されている。本実施形態におけるガルバノスキャナ５は、スクリーン７の上から下への走査の片道で画像を描画する。ガルバノスキャナ５は、モータ１２の駆動軸１３を中心として回転可能とされたミラー１４を備えている。ミラー１４の回転動作により、ガルバノスキャナ５は回転運動の周方向に所定の偏角をもって光を走査することができる。

本実施形態の画像表示装置１の制御部（垂直走査用スキャナ制御手段）２１は、図２に示すように、映像フォーマット検出部２２、カウンタ２３、ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４、メモリ制御部２５、データ格納用メモリ２６、等を備えている。映像信号の中には、各画素毎の色情報、輝度情報等を含む画素データ、垂直同期信号（以下、v_syncと記載することもある）、水平同期信号（以下、h_syncと記載することもある）が含まれている。映像フォーマット検出部２２は、映像信号中の水平同期信号h_syncを受けて、現在入力されている映像信号のフォーマット（解像度）を検出する。また、カウンタ２３は、ＭＥＭＳスキャナ４からの一連の水平走査開始信号を受けて、１フレーム内でＭＥＭＳスキャナ４が走査した走査線の数（１フレーム内の水平走査開始信号のパルス数に対応する）をカウントする。

ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４は、映像フォーマット、垂直同期信号v_sync、水平同期信号h_sync、およびカウンタ２３からの当該フレーム内の走査線数データを受けて、入力された水平走査開始信号が後述する垂直同期信号入力後の初めての水平走査開始信号であるか否かの判断、垂直同期信号の入力後に初めて入力される水平走査開始信号が往路側のものか、復路側のものかの判別などを行って、垂直走査開始信号、速度信号等を生成する。

データ格納用メモリ２６は、複数の水平走査線数分（本実施形態の場合、少なくとも２走査線分）の画素データを格納するためのメモリである。そして、メモリ制御部２５は、画素データや垂直同期信号v_sync、あるいはガルバノスキャナ駆動信号生成部２４からの水平走査開始信号の往路側、復路側の判別結果等を受けて、画素データと水平走査、垂直走査のずれの状態を検出する。そして、データ格納用メモリ２６に格納するデータ量等を決定するとともに、書込タイミング信号、読出タイミング信号、逆転読み出し信号などを生成する。

ガルバノスキャナ駆動回路２７は、ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４からの垂直走査開始信号、速度信号等を受け、ガルバノスキャナ５を実際に駆動するための信号を生成し、ガルバノスキャナ５を駆動する。レーザ駆動回路２８は、データ格納用メモリ２６から読み出された画素データを受け、各レーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを実際に駆動するための信号を生成し、各レーザ光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを駆動する。

ここで、本実施形態の画像表示装置１におけるスキャナ制御の一例を説明する。
映像フォーマットをシネマ対応、ハイビジョン対応時に用いられる１０８０ｐ（解像度：１９２０×１０８０｛２２００×１１２５｝，６０Ｈｚ）と仮定する。なお、｛ ｝内の解像度は光ビームの帰線時間を考慮した値である。この映像フォーマットを持つ映像信号に対応できるようにＭＥＭＳスキャナ４を設計すると、１／６０秒（１フレーム時間）間に１１２５ライン（目標走査線数）を走査する周波数で共振するＭＥＭＳスキャナ４を製作する必要がある。すなわち、本実施形態のＭＥＭＳスキャナ４が往復描画であることを考えると、１１２５ライン×６０Ｈｚ／２＝３３．７５ｋＨｚで共振するＭＥＭＳスキャナ４を製作する必要がある。

ところが、実際問題として、共振点から１ＨｚもずれることなくＭＥＭＳスキャナ４を製作するのは非常に難しい。例えば、設計目標値が３３．７５ｋＨｚのところ、３４ｋＨｚのＭＥＭＳスキャナ４、すなわち共振点での動作速度が設計値よりも速いスキャナができてしまったとする。この場合、共振周波数が３４ｋＨｚのＭＥＭＳスキャナ４は、１フレーム（１／６０秒）の間に１１３３．３３ライン（走査可能線数）を描画することになる。このとき、ガルバノスキャナ５を６０Ｈｚで駆動して通常の垂直走査（連続的な垂直走査）を行ったとすると、描画ライン数が整数でないため、垂直走査（ガルバノスキャナ５）側が初期位置（例えばスクリーン７の上端）に移動した時点で、水平走査（ＭＥＭＳスキャナ４）側は初期位置に戻っていない。水平走査の初期位置が例えばスクリーン７の左端だとすると、描画位置はスクリーン７の左端から０．３３ライン分（１／３ライン分）進んだところにある。すなわち、水平走査と垂直走査の同期が取れない状態となってしまう。なお、ガルバノスキャナ５の製作誤差はほとんどなく、無視できるものとする。

ところで、１０８０ｐの映像フォーマットにおいて、１０８１ラインから１１２５ラインの間の期間は帰線時間と呼ばれ、実際には何も描画されない（換言すると、黒が描画されている）時間である。したがって、ＭＥＭＳスキャナ４が１０８１ラインを超えて走査しても、そこには画素データがもともと存在しないため、画像には影響がない。そこで、図３に示すように、垂直同期信号、水平走査開始信号、垂直走査開始信号の全てが同期した任意の１フレーム（ここでは説明の便宜上、第１フレームと呼ぶ）において、１１３３．３３ライン分の水平走査が終了してから１１３４ライン目までの間の０．６７ライン分の時間はガルバノスキャナ５を一旦停止させ、垂直走査を止める。ただし、ただ単にガルバノスキャナ５を停止させるのではなく、上記の０．６７ライン分の時間内でガルバノスキャナ５の描画位置を初期位置に戻しておく。

そして、０．６７ライン分の時間が経過した時点でガルバノスキャナ５による垂直走査を再開させる。このとき、水平走査開始信号と垂直走査開始信号の入力タイミングが同期した状態となり、垂直走査の初期位置（例えばスクリーン７の上端）で水平走査が初期位置（例えばスクリーン７の左端）となる。なお、垂直同期信号は、１１３３．３３ライン分の水平走査が終了した時点で既に入力済みである。

以降、上記の制御の繰り返しにより、画面全体の描画を行う。
例えば、次の第２フレームでは、第１フレームの最初からの積算で考えると、１１３４ライン目から２２６６．６７ライン目までを描画することになる。このとき、水平走査の描画位置はスクリーン７の左端から０．６７ライン分（２／３ライン分）進んだところにある。ここで、今回は第２フレーム目なので、１フレームあたりのガルバノスキャナ５の停止時間である０．６７ライン×２＝１．３３ライン（４／３ライン分）が停止時間となる。すなわち、２２６６．６７ラインの水平走査が終了してから（２２６８ライン目までの間の）１．３３ライン分の時間はガルバノスキャナ５を一旦停止させて垂直走査を止め、１．３３ライン分の時間が経過した時点でガルバノスキャナ５による垂直走査を再開させる。

次に、第３フレームでの停止時間を同様に計算すると、０．６７ライン（１フレームあたりのガルバノスキャナの停止時間）×３＝２ラインとなる。この場合、小数点以下の端数が出ないので、第３フレーム終了後の描画位置は水平走査の初期位置となる。したがって、ガルバノスキャナ５を停止させることなく、１回の垂直走査中の水平走査の回数を２回（２ライン分）減らせばよい。減らした２ライン分の時間は帰線時間に相当するので、画質には影響を与えない。第３フレームが終了すると、第４フレームの開始時点は第１フレームの開始時点と同様、再び垂直同期信号、水平走査開始信号、垂直走査開始信号の全てが同期した状態に戻る。そのため、以降はこれを繰り返せば、破綻なく画像を表示することができる。なお、図３においては、図面を見やすくするため、第１フレーム内の水平走査ラインを１０本、第２フレーム内の水平走査ラインを１０本、第３フレーム内の水平走査ラインを８本のみ図示した。

本実施形態の画像表示装置１においては、上述したように、ＭＥＭＳスキャナ４が任意の１フレームにおいて水平走査を終えた後の帰線時間内でガルバノスキャナ５による垂直走査を一旦停止させ、所定の停止時間が経過した後、次のフレームの水平走査開始信号と同期して垂直走査を初期位置から再開させる。このような制御により、水平走査と垂直走査の同期が確実に取れるため、画像の乱れ等がなく、良好な表示品位を持った走査型画像表示装置を実現することができる。また、映像信号とスキャナの同期も取れるため、表示できないフレームが発生するという問題が生じることもない。特に本実施形態の場合、いずれのフレームにおいてもガルバノスキャナ５による垂直走査の再開タイミングを計算により求めた停止時間だけで制御することができ、他の信号をトリガーとしないので、水平走査開始信号等を監視しておく必要がない。そのため、ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４内部の回路構成が簡易なものになる。

本実施形態では、ガルバノスキャナ５による垂直走査を完全に一旦停止させる構成としたが、ガルバノスキャナ５の制御を容易にするなどの目的で、完全に停止させず僅かに動かしていても良い。また、本実施形態で垂直走査が停止している時間と同じ時間をかけて、ガルバノスキャナ５を初期位置に戻す構成としても良い。

［第１の実施の形態の変形例］
上記実施形態では、ＭＥＭＳスキャナ４の動作速度が設計値よりも速く出来てしまった場合を考えたが、ここでは逆に遅く出来てしまった場合を考える。例えば、上記実施形態と同じ前提条件で設計目標値が３３．７５ｋＨｚのところ、３２．５ｋＨｚのＭＥＭＳスキャナ４ができてしまったとする。この場合、共振周波数が３２．５ｋＨｚのＭＥＭＳスキャナ４は、１フレーム（１／６０秒）の間に１０８３．３３ライン（走査可能線数）を描画することになる。この場合であっても、１０８１ラインから１１２５ラインの間の帰線期間は何も描画されないため、画像には影響がない。そこで、上記実施形態と同様、１０８３．３３ライン分の水平走査が終了してから１０８４ライン目までの間の０．６７ライン分の時間はガルバノスキャナ５を一旦停止させて垂直走査を止め、０．６７ライン分の時間が経過した後に垂直走査を再開させればよい。第２フレーム以降は上記実施形態と同様である。

なお、動作速度がさらに遅くなってしまい、例えば３２ｋＨｚのＭＥＭＳスキャナ４ができてしまったとする。この場合、このＭＥＭＳスキャナ４は、１フレーム（１／６０秒）の間に１０６６．６６ライン（走査可能線数）を描画することになる。すると、このＭＥＭＳスキャナ４は、もはや１フレーム内に１０８０ラインを描画することさえできない。この場合には、製作上の不良品として処理するしかなく、本発明の方法で制御できる対象とはならない。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。
本実施形態のレーザスキャン型画像表示装置の基本構成は第１実施形態と全く同様であり、垂直走査の再開タイミングの制御方法が第１実施形態と異なるのみである。よって、この点について図４を用いて説明する。図４は本実施形態の画像表示装置における制御部内の各種制御信号のタイミングチャート、である。

本実施形態の場合、図４に示すように、第１フレームの垂直走査開始信号から第２フレームの垂直走査開始信号までの間の水平走査ライン数（水平走査開始信号の数）が１１３４ライン、第２フレームの垂直走査開始信号から第３フレームの垂直走査開始信号までの間の水平走査ライン数が１１３３ラインとなっている。すなわち、１フレーム内の水平走査ライン数が一定ではなく、フレームによって異なっている。なお、図４においては、図面を見やすくするため、第１フレーム内の水平走査ラインを１４本、第２フレーム内の水平走査ラインを１３本のみ図示した。

ここで、第１実施形態と同様、共振周波数が３４ｋＨｚのＭＥＭＳスキャナ４ができ、１フレーム（１／６０秒）に１１３３．３３ラインを描画したとする。この場合、常に１１３３．３３ライン分の水平走査終了後、１１３４ライン目までガルバノスキャナ５を停止させたとすると、図４の例では第２フレームでの描画位置が１ライン分ずれてしまい、画像が乱れる恐れがある。そこで、ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４が、ガルバノスキャナ５を一旦停止させた後、第２フレームの垂直同期信号（v_sync）入力後に初めて入力される水平走査開始信号をトリガーとして、ガルバノスキャナ５による垂直走査を再開させる。このようにすれば、１フレーム毎に垂直走査開始信号と水平走査開始信号とを確実に同期させることができる。

本実施形態の構成によれば、水平走査と垂直走査の同期が確実に取れ、画像の乱れ等がより少なく、良好な表示品位を持った走査型画像表示装置を提供することができる。

［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。
本実施形態のレーザスキャン型画像表示装置の基本構成は第１実施形態と全く同様であり、垂直走査の再開タイミングの制御方法は第２実施形態と同様である。また、ＭＥＭＳスキャナの共振周波数の変動を考慮する点のみが第２実施形態と異なっている。図５は本実施形態の画像表示装置の制御部内の各種制御信号のタイミングチャート、である。

本実施形態では、第１実施形態と同じ前提条件の下、ＭＥＭＳスキャナ４が設計目標値通りに製作でき、共振周波数がちょうど３３．７５ｋＨｚになったとする。これならば、ガルバノスキャナ５を一旦停止させることなく、６０Ｈｚで連続的に駆動しても問題ないように思える。しかしながら、使用時のレーザによる熱やアクチュエータから発生する熱などによって、ＭＥＭＳスキャナ４の共振点は常に変動する。すると、ＭＥＭＳスキャナ４が設計通りにできたとしても、実際には第１実施形態と同様、画像の乱れが発生してしまう。

そこで、第２実施形態と同様、垂直同期信号が入力された直後の水平走査開始信号が入力されるまでの間、ガルバノスキャナ５を一旦停止させ、垂直走査の初期位置で水平走査の描画位置が左端にくるように制御したい、ということになる。ところが、本実施形態ではＭＥＭＳスキャナ４の共振周波数が一定ではないため、ガルバノスキャナ５の停止時間が周期的に変化するようなことはなく、停止時間がランダムになる。そのため、第１実施形態のように、各フレームにおけるガルバノスキャナ５の停止時間を単純に算出することができない。また、１フレーム内の水平走査ライン数が例えば１１３４ラインというように偶数であれば問題ないが、たまたま１１３３ラインというように奇数になったときには垂直走査の初期位置での水平走査の描画位置が右端になってしまう。一方、垂直同期信号に同期した画像データ列は本来の初期位置である左から右へと並んでいるため、画像が左右反転してしまう恐れがある。

そこで、本実施形態では、ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４が、垂直同期信号入力後、初めての水平走査開始信号が当該フレームにおける往路側の水平走査開始信号であるか、復路側の水平走査開始信号であるかを判別し、その判別結果に応じてＭＥＭＳスキャナ４による水平走査の走査方向と映像信号内の画素データ列の出力順序とを合致させる。これにより、画像の反転を防止することができる。

また、水平走査の走査方向と画素データ列の出力順序とを合致させるには、次の２通りの方法がある。
第１の方法は、ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４が「垂直同期信号入力後に初めて入力される水平走査開始信号が復路側の水平走査開始信号である」と判断したときには、ガルバノスキャナ５による垂直走査を停止したままにしておき、「往路側の水平走査開始信号である」と判断したときに、当該水平走査開始信号をトリガーとしてガルバノスキャナ５による垂直走査を再開させる、というものである。

一方、第２の方法は、ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４が「垂直同期信号入力後に初めて入力される水平走査開始信号が復路側の水平走査開始信号である」と判断したときには、当該水平走査開始信号をトリガーとしてガルバノスキャナによる垂直走査を再開させるとともに、その際にメモリ制御部２５に命令を出し、映像信号内の画素データ列の出力順序を逆転させる、というものである。このとき、ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４が「垂直同期信号入力後に初めて入力される水平走査開始信号が往路側の水平走査開始信号である」と判断したときには、当該水平走査開始信号をトリガーとしてガルバノスキャナによる垂直走査を普通に（画素データ列の出力順序を逆転させることなく）再開させる。

本実施形態の構成によれば、仮にＭＥＭＳスキャナ４の共振周波数が不安定に変動するようなことがあっても、水平走査と垂直走査との同期が取れるため、画像の乱れが生じることなく、高品位の画像を提供することができる。また、上記の第１の方法、第２の方法にはそれぞれ長所があり、第１の方法の長所は、画素データ列はデータ格納用メモリ２６に一旦格納されることになるが、画素データ列を逆転させる必要がない分、メモリ制御部２５とレーザ駆動回路２８の構成が簡単になるという点である。一方、第１の方法では、垂直同期信号入力後に初めて入力される水平走査開始信号が復路側の水平走査開始信号であったときに垂直走査を停止する間、画素データをデータ格納用メモリ２６に格納しておく必要があるため、その分の記憶容量が必要である。ところが、第２の方法ではその必要がないため、データ格納用メモリ２６の記憶容量が第１の方法に比べて少なくて済む。

［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態について説明する。
本実施形態のレーザスキャン型画像表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、さらに制御部２１内のカウンタ２３がＭＥＭＳスキャナ４の実際の走査周波数を検出する水平走査周波数検出手段として機能する。そして、ガルバノスキャナ駆動信号生成部２４が、ガルバノスキャナ駆動回路２７にガルバノスキャナ５の駆動速度を制御する速度信号を送出し、カウンタ２３が検出したＭＥＭＳスキャナ４の走査周波数の変動に追従してガルバノスキャナ５の走査周波数を変動させる機能をさらに有している。

例えば第３実施形態のように、ＭＥＭＳスキャナ４の走査周波数がランダムに変動するような場合、ＭＥＭＳスキャナ４が３３．７５ｋＨｚで動いているときと同様の速度でガルバノスキャナ５側が駆動していたとすると、ＭＥＭＳスキャナ４の走査周波数の変動に伴って各水平ライン毎の描画位置が微妙にずれることになる。ただし、通常、ＭＥＭＳスキャナ４の走査周波数の変動はたかだか数Ｈｚであるから、描画位置のずれは０．０１％（数十ｋＨｚに対する数Ｈｚ）程度であり、影響は少ない。しかしながら、例えば大画面で高精細な画像を鑑賞する際などにこの程度のずれも補正する必要がある場合には、上記の構成により水平走査（ＭＥＭＳスキャナ４）側が設計値に対して０．０１％速いのであれば、垂直走査（ガルバノスキャナ５）側も０．０１％速くすればよい。これにより、水平ライン毎の描画位置の微細なずれも補正でき、表示品位をより高めることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では水平走査用スキャナがＭＥＭＳスキャナであり、垂直走査用スキャナがガルバノスキャナである例を示したが、これらスキャナはこれらに限ることなく、他の形態のスキャナを用いることもできる。ただし、高速側の水平走査用スキャナは共振型スキャナであることが望ましい。また、水平走査用スキャナが初期位置を左端とする往復走査、垂直走査用スキャナが初期位置を上端とする片道走査の例を挙げたが、これも適宜変更が可能である。その他、画像表示装置の構成や映像フォーマット等に関する上記の具体的な記載はほんの一例であり、適宜変更が可能である。また、画像表示装置全体としてリアプロジェクションタイプの画像表示装置の例を挙げたが、本発明はフロントプロジェクションタイプの画像表示装置にも適用可能である。

本発明の第１実施形態の画像表示装置の要部を示す斜視図である。 同、画像表示装置の制御部を示すブロック図である。 同、制御部内の各種制御信号のタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態のタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態のタイミングチャートである。

符号の説明

１…画像表示装置、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ…レーザ光源（光源）、４…ＭＥＭＳスキャナ（水平走査用スキャナ）、５…ガルバノスキャナ（垂直走査用スキャナ）、７…スクリーン、２１…制御部（垂直走査用スキャナ制御手段）、２２…映像フォーマット検出部、２３…カウンタ（水平走査周波数検出手段）、２４…ガルバノスキャナ駆動信号生成部、２５…メモリ制御部、２６…データ格納用メモリ。

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源から射出される光を水平方向に走査する共振型の水平走査用スキャナと、
   前記光を垂直方向に走査する垂直走査用スキャナと、
   前記水平走査用スキャナが走査可能な走査可能線数から映像表示において映像信号のフォーマットから定まる前記水平走査用スキャナによる目標走査線数を引いた差分が正の値である場合に、第１フレームにおける前記水平走査用スキャナによる前記目標走査線数の水平走査が終了した時点から第２フレームにおける前記映像信号の垂直同期信号に対応する水平走査開始信号が入力される時点までの時間内で前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を停止又は垂直走査の走査速度を遅くさせ、前記水平走査開始信号の入力タイミングと同期して前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を初期位置から開始するように、前記垂直走査用スキャナの動作を制御する垂直走査用スキャナ制御手段と、を備えたことを特徴とする走査型画像表示装置。
2. 前記垂直走査用スキャナを停止させることにより前記垂直走査を待機させることを特徴とする請求項１に記載の走査型画像表示装置。
3. 前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記走査可能線数が整数でない場合にその値より大きい次の整数から前記走査可能線数を引いた差分に相当する停止時間を決定し、前記第１フレームにおける前記水平走査用スキャナによる水平走査が終了した時点から前記停止時間だけ前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を停止し、前記停止時間を経過した後に前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を開始し、前記第２フレーム以降も前記停止時間に基づいて当該フレームにおける停止時間を決定することを特徴とする請求項２に記載の走査型画像表示装置。
4. 前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記第２フレームにおける前記垂直同期信号が入力された後に初めて入力される前記水平走査開始信号をトリガーとして、前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の走査型画像表示装置。
5. 前記水平走査用スキャナが往復走査を行うものであり、
   前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記第２フレームにおける前記垂直同期信号の入力後に初めて入力される前記水平走査開始信号が、往路側の水平走査開始信号であるのか、復路側の水平走査開始信号であるのかを判別し、その判別結果に応じて前記水平走査用スキャナの走査方向と前記映像信号内の画素データ列の出力順序とを合致させることを特徴とする請求項４に記載の走査型画像表示装置。
6. 前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記第２フレームにおける前記垂直同期信号の入力後に初めて入力される前記水平走査開始信号が、前記往路側の水平走査開始信号、前記復路側の水平走査開始信号のうち、前記水平走査用スキャナの走査方向が前記映像信号内の画素データ列の出力順序と合致していない水平走査開始信号であると判断したとき、前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を停止したままにしておき、前記水平走査用スキャナの走査方向が前記映像信号内の画素データ列の出力順序と合致している水平走査開始信号であると判断したとき、当該水平走査開始信号をトリガーとして、前記垂直走査用スキャナの垂直走査を開始することを特徴とする請求項５に記載の走査型画像表示装置。
7. 前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記第２フレームにおける前記垂直同期信号の入力後に初めて入力される前記水平走査開始信号が、前記往路側の水平走査開始信号、前記復路側の水平走査開始信号のうち、前記水平走査用スキャナの走査方向が前記映像信号内の画素データ列の出力順序と合致していない水平走査開始信号であると判断したとき、当該水平走査開始信号をトリガーとして前記垂直走査用スキャナによる垂直走査を開始し、前記映像信号内の画素データ列の出力順序を逆転させることを特徴とする請求項５に記載の走査型画像表示装置。
8. 前記水平走査用スキャナの走査周波数を検出する水平走査周波数検出手段を備え、
   前記垂直走査用スキャナ制御手段が、前記水平走査周波数検出手段が検出した前記水平走査用スキャナの走査周波数の変動に追従して前記垂直走査用スキャナの走査周波数を変動させる機能をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の走査型画像表示装置。

Images