JP5557913B2

JP5557913B2 - 画像生成装置

Info

Publication number: JP5557913B2
Application number: JP2012525282A
Authority: JP
Inventors: 義博花田
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: WO2012011183A1; US9019176B2; JPWO2012011183A1; US20130120225A1

Description

本発明は、走査型の画像生成装置に関する。

従来、画像生成装置として、レーザ光などの光が照射されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを高速駆動させるものが知られている。このような画像生成装置では、ＭＥＭＳミラーを垂直方向及び水平方向の双方に対してそれぞれ共振駆動させることで、リサージュ図形を描くように走査（以下、リサージュ走査という）させて描画を行うことがある。この場合、描画位置を垂直成分である垂直走査線Ｙと水平成分である水平走査線Ｘとに分けて記述することができ、垂直走査線Ｙは、垂直方向角周波数（共振周波数）をωｙ、時間をｔとすると以下の式１で表され、水平走査線Ｘは、垂直方向角周波数（共振周波数）をωｘ、時間をｔとすると以下の式２で表される。
Ｙ＝ｓｉｎωｙｔ・・・（式１）
Ｘ＝ｓｉｎ（ωｘｔ＋φ）・・・（式２）
ここで、φは垂直走査線Ｙに対する位相差であり、位相差φが無い場合（φ＝０）には、図６（ａ）に示されるように、往路Ｔａ（実線）と復路Ｔｂ（破線）とが均等に配置される描画軌跡（走査軌跡）を描く。なお、図６（ａ）は、垂直方向に１往復（１周期）する期間内に１フレームの描画を行うリサージュ走査の例示である。

しかしながら、ＭＥＭＳミラーの共振周波数は温度等の条件によって変化するため、垂直走査線Ｙに対する水平走査線Ｘの位相差φが変化して、図６（ｂ）に示されるように、往路Ｔａ（実線）と復路Ｔｂ（破線）との間隔が近づいた描画軌跡を描き、描画ポイントによって描画軌跡の密度が変化してしまう（描画軌跡にムラができる）虞があった。

そこで、例えば特許文献１に記載されるように、走査線のうち少なくとも隣接する２本の走査線の、副走査方向（垂直方向）の間隔及び主走査方向（水平方向）の走査方向を検出可能な走査線検出手段と、この走査線検出手段で検出した少なくとも隣接する２本の走査線の副走査方向の間隔が一定で、主走査方向の走査方向が互いに逆になるように、偏光器（ＭＥＭＳミラー）の偏向角度の位相を制御する制御手段とを備えることが考えられる。

特開２００８−２１６２９９号公報（請求項５、段落００２１）

このような構成によれば、確かに、隣接する走査線の間隔を一定に保つことができ、正確なリサージュ走査制御ができるので、走査面に形成される画像の質を高めることができると考えられる。しかしながら、ＭＥＭＳミラーのような偏光器は、共振周波数（固有周波数）によって駆動させることで低消費電力ながら高い駆動性を実現できるものである。そのため、上記構成では、偏光器の主走査方向及び副走査方向における駆動周波数が本来の共振周波数と異なるように制御されてしまい、偏光器の駆動に必要な消費電力が増大してしまう虞がある。さらに、駆動周波数が共振周波数に対して大きく異なる場合には、偏光器の駆動振幅（振れ角）が減少すると考えられ、駆動制御そのものが困難になる虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上述のような問題を解決することを課題の一例とするものであり、これらの課題を解決することができる画像生成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る画像生成装置は、走査部によって光源からの光を主走査方向と該主走査方向に直交する副走査方向とに対してそれぞれ所定の共振周波数によって正弦駆動で走査して画像を表示する画像生成装置であって、共振周波数の変化に追従して変化後の共振周波数によって走査部の駆動を制御する駆動制御部と、走査部の主走査方向における変位と副走査方向における変位とを検出する検出部と、該検出部によって検出される主走査方向における変位と副走査方向における変位とから主走査方向と副走査方向との位相差及び周波数比を検出する位相比較部と、該位相比較部によって検出された位相差及び周波数比に基づいて前記走査部による走査の軌跡を推定し、該軌跡に対応する画素データを生成する画像データ生成部とを備え、前記走査部は、副走査方向の走査が一方向に駆動している期間内に１フレームの走査を行うことを特徴とする。

本発明の一実施の形態に係る画像生成装置による走査と描画の概念図である。本発明の一実施の形態に係る画像生成装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施の形態に係る画像生成装置における画素データ生成部の制御を示すフローチャートである。画素データ生成部によって予測される描画軌跡を示す模式図である。画素データ生成部によって予測される描画軌跡を示す模式図である。（ａ）リサージュ走査の例を示す模式図である。（ｂ）リサージュ走査の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。なお、本発明は、主走査方向と副走査方向とに対してそれぞれ正弦駆動で走査部を走査する画像生成装置に広く適用可能であるが、ここでは本発明を、ＭＥＭＳミラーを主走査方向と副走査方向とに対してそれぞれ共振駆動させる画像生成装置に適用した場合の一例について説明する。

図１は、本実施形態における走査の概念図を示したものである。水平走査線Ｘ（水平方向の位置）及び垂直走査線Ｙ（垂直方向の位置）が、横軸を時間、縦軸を振幅として描かれている。本実施形態では、垂直方向の走査が一方向に駆動している期間内に１フレーム分の走査を行うものとした。すなわち、垂直走査線Ｙの振幅が１から−１になる期間内（往路期間Ａ）及び−１から１になる期間内（復路期間Ｂ）に水平走査線Ｘによってそれぞれ１フレーム分の水平走査線数を描画し、これを繰り返すものである。このような構成により、１フレーム分の描画における描画軌跡の密度が変化することがなく、画像の輝度にムラがでることがない。

上記構成のために、水平方向の駆動を行う共振周波数及び垂直方向の駆動を行う共振周波数は、以下の式３のように設定され、共振周波数ωｙはフレームレートの１／２に設定される。
共振周波数ωｙ：共振周波数ωｘ＝１：水平走査線数・・・（式３）
以下、水平走査線数を２０本、フレームレートを６０ｆｐｓとした場合を例として、さらに説明する。なお、この例では、式３にしたがい、共振周波数ωｙ＝３０Ｈｚ、共振周波数ωｘ＝６００Ｈｚとなる。

図２に本実施形態に係る画像生成装置１のブロック図を示す。本実施例における画像生成装置１は、画素データ生成部１０によって生成された画素データがレーザ駆動部２０に入力され、このレーザ駆動部２０によって駆動されるＬＤ（Laser Diode）等のレーザ光源２５からのレーザ光が走査部としてのＭＥＭＳミラー３０に対して照射されるものである。ＭＥＭＳミラー３０は、ミラー駆動制御部４０によって、主走査方向である水平方向とこれに直交する副走査方向である垂直方向の双方に対してそれぞれ正弦波によって共振駆動（正弦駆動）するものである。なお、画像生成装置１には、ＭＥＭＳミラー３０の水平方向の位置を検出する水平位置センサ及び垂直方向の位置を検出する垂直位置センサが設けられており（図示省略）、これらの位置センサからの出力がミラー駆動制御部４０にフィードバックされている。

ミラー駆動制御部４０は、ＭＥＭＳミラー３０の水平方向及び垂直方向それぞれの標準状態における共振周波数（共振周波数ωｙ＝３０Ｈｚ、共振周波数ωｘ＝６００Ｈｚ）が記憶されており、標準状態においては、この共振周波数をもつ正弦波による駆動信号をＭＥＭＳミラー３０に出力し共振駆動させるものである。そして、ミラー駆動制御部４０では、ＭＥＭＳミラー３０に出力する駆動信号の周波数を僅かにずらしたときのＭＥＭＳミラー３０の振れ角を水平位置センサ及び垂直位置センサによって監視し、常に最大の振れ角になる周波数を有する駆動信号をＭＥＭＳミラー３０に出力するようになっている。これにより、ＭＥＭＳミラー３０は、温度等の条件の変化によって共振周波数が変化した際にも、常に変化した共振周波数で駆動することになり、電力消費量を抑制しつつ大きな振れ角とすることができる。

また、ＭＥＭＳミラー３０に設けられた垂直位置センサの出力及び水平位置センサの出力は、それぞれ位相比較部５０に入力される。なお、図示例では、水平位置センサの出力は、１／Ｎ分周器５５を通過してから位相比較部５０に入力されるものであり、この１／Ｎ分周器５５における「Ｎ」は水平走査線数である「２０」に設定されている。位相比較部５０では、入力された垂直位置センサの出力と１／Ｎ分周器５５を通過した水平位置センサの出力とから、垂直走査線Ｙに対する水平走査線Ｘの位相差φと、周波数比Ｒとを算出し、画素データ生成部１０に出力する。ここで周波数比Ｒは、例えば以下の式４として求められ、これは（共振周波数ωｘ）／（共振周波数ωｙ）に比例するものである。
周波数比Ｒ＝（１／Ｎ分周器を通過した水平位置センサの出力）／（垂直位置センサの出力）・・・（式４）
なお、標準状態では、位相差φ＝０であり、周波数比Ｒ＝１となっており、これが基準値となる。

画素データ生成部１０は、位相差φ及び周波数比Ｒの他に、固定画素の画像データ、垂直位置センサの出力及び水平位置センサの出力が入力され、レーザ駆動部２０に出力するための画素データが生成されるものである。画素データ生成部１０における画素データの生成について、標準状態（共振周波数ωｙ＝３０Ｈｚ、共振周波数ωｘ＝６００Ｈｚ、位相差φ＝０）を初期の設定とした場合を例に図３乃至図５を参照して説明する。

まず、ミラー駆動制御部４０によって標準状態を初期の設定としてＭＥＭＳミラー３０が制御されている状態で、画素データ生成部１０の制御が開始される。この場合のＭＥＭＳミラー３０による描画軌跡は、図４のＴ１として示されるように、例えば表示画面の上部中央（描画開始ポイントＰ１）を始点として、Ｘ＝ｓｉｎωｘｔ、Ｙ＝ｓｉｎωｙｔにしたがった描画軌跡となる（以下、この標準状態におけるＭＥＭＳミラー３０の描画軌跡を標準軌跡という）。そこで、画素データ生成部１０は、標準軌跡を描画軌跡として初期の設定を行う（ステップＳ１０）。なお、温度等の条件の変化によってＭＥＭＳミラー３０の共振周波数は変化しており、この変化に追従して、ミラー駆動制御部４０はＭＥＭＳミラー３０の駆動制御を行うものである。

次に、画素データ生成部１０は、位相比較部５０から入力される位相差φによって、垂直走査線Ｙと水平走査線Ｘとに位相差が生じているかを判定する（ステップＳ２０）。温度等の条件が標準状態に近く、位相差φがない場合（φ＝０）には、描画開始ポイントが更新されることがない。一方、温度等の条件が標準状態からはずれ、位相差φがある場合（φ≠０）には、検出された位相差φの値に応じて描画開始ポイントを標準状態（描画ポイント１）から水平方向にシフトして描画軌跡を更新する（ステップＳ２５）。

例えば、垂直走査線Ｙに対して水平走査線Ｘの位相が遅れたときには、図４に示すように、描画開始ポイントを標準状態の描画開始ポイントＰ１から走査方向に位相差分だけシフトした描画開始ポイントＰ２として、標準軌跡よりも位相差分だけ上側にシフトした描画軌跡Ｔ２となる。また、垂直走査線Ｙに対して水平走査線Ｘの位相が進んだときには、描画開始ポイントを標準状態の描画開始ポイントＰ１から走査方向と逆側に位相差分だけシフトした描画開始ポイントＰ３として、標準軌跡よりも位相差分だけ下側にシフトした描画軌跡Ｔ３となる。

次に、画素データ生成部１０は、位相比較部５０から入力される周波数比Ｒが基準値（Ｒ＝１）と同じであるかを判定する（ステップＳ３０）。温度等の条件が標準状態に近く、共振周波数に変化がない場合や、共振周波数ωｘと共振周波数ωｙとが同じ比率で変化している場合には、周波数比Ｒは基準値である（Ｒ＝１）と判定され、描画軌跡が更新されることはない。一方、温度等の条件が標準状態から外れる等により、共振周波数ωｘと共振周波数ωｙとが異なる比率で変化した場合には、周波数比Ｒが基準値からずれることになる（Ｒ≠１）。この場合、入力された周波数比Ｒに応じて、描画方向を上下のいずれかにシフトして描画軌跡を更新する。

例えば、周波数比Ｒが基準値の「１」より大きくなるように変動したとき、すなわち共振周波数ωｙに対して共振周波数ωｘが相対的に高くなったときには、図５に示すように、垂直方向の描画間隔が狭くなるように、標準状態における描画方向Ｄ１から上側の描画方向Ｄ２にシフトさせる。一方、周波数比Ｒが基準値の「１」より小さくなるように変動したとき、すなわち共振周波数ωｙに対して共振周波数ωｘが相対的に低くなったときには、垂直方向の描画間隔が広くなるように、標準状態における描画方向Ｄ１から下側の描画方向Ｄ３にシフトさせる。

このように、共振周波数ωｘと共振周波数ωｙとの変動に伴って描画軌跡がシフトするが、位相差φに基づいて描画開始ポイントが算出され、周波数比Ｒを基に走査方向が算出されることによって、シフトした描画軌跡を予測することができる。そこで、画素データ生成部１０に入力された固定画素の画像データを基にして、更新された最新の描画軌跡に対応した１フレーム分の画素データ（ピクセルデータ）が生成してされる（ステップＳ４０）。

そして、画素データ生成部１０によって生成された１フレーム分の画素データがレーザ駆動部２０に対して出力され（ステップＳ５０）、該画素データに対応したレーザ光がレーザ光源２５からＭＥＭＳミラー３０に対して照射されるものである。次いで、画素データ生成部１０は、次のフレームの画像データがあれば、ステップＳ２０に戻り画素データの生成を繰り返し、次のフレームの画像データがなければ、制御を終了する（ステップＳ６０）。なお、上記説明では、描画開始ポイントの算出と描画方向の算出とを独立した別々のステップとしたが、描画開始ポイントと描画方向とを含んだ描画軌跡の算出は、入力される位相差φ及び周波数比Ｒに基づいて算出されるものであり、同一のステップとして処理されても構わない。

なお、本実施例のようにリサージュ走査による描画を行う場合、水平方向の描画軌跡は式２で表されるように正弦波状に変動するものである。そのため、この走査速度Ｖｘは画面の水平方向の中央で最も早く、端部側で最も遅くなり、画面の輝度は、画面の端部側が明るく、画面中央が暗くなる。そこで本実施例では、画素データに対して、走査速度Ｖｘの逆数（１／Ｖｘ）に比例した輝度補正を行うことで、画面の水平方向における中央と端部側とで輝度に差が生じないようにしている。そして、垂直方向の描画軌跡も正弦波状に変動するものであり、画面の垂直方向における端部側が明るく、中央が暗くなるため、同様の輝度補正を行うものである。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、具体的な走査線数や周波数は実施例に限定されず、適宜変更できるものである。

また、垂直走査線の往路期間及復路期間に水平走査線によってそれぞれ１フレーム分の水平走査線数を描画する例を示したが、これに限定されない。例えば、往路期間にのみ画像の描画を行うものとし、復路期間にはレーザを消灯するようにしても構わない。この場合、全てのフレームについて一方向からの描画となり、各フレーム毎の描画軌跡が変化し難くなるため、画質がさらに向上する。

また、１フレーム毎に描画軌跡を算出する例を示したが、これに限定されない。共振周波数は各フレーム毎に大きく変動するという性質のものではないため、たとえば、所定の複数フレーム毎に描画軌跡を算出しても構わない。

１画像生成装置
１０画素データ生成部
２０レーザ駆動部
３０ＭＥＭＳミラー（走査部）
４０ミラー駆動制御部
５０位相比較部
５５１／Ｎ分周器

Claims

走査部によって光源からの光を主走査方向と該主走査方向に直交する副走査方向とに対してそれぞれ所定の共振周波数によって正弦駆動で走査して画像を表示する画像生成装置であって、
共振周波数の変化に追従して変化後の共振周波数によって走査部の駆動を制御する駆動制御部と、
走査部の主走査方向における変位と副走査方向における変位とを検出する検出部と、
該検出部によって検出される主走査方向における変位と副走査方向における変位とから主走査方向と副走査方向との位相差及び周波数比を検出する位相比較部と、
該位相比較部によって検出された位相差及び周波数比に基づいて前記走査部による走査の軌跡を推定し、該軌跡に対応する画素データを生成する画像データ生成部とを備え、
前記走査部は、副走査方向の走査が一方向に駆動している期間内に１フレームの走査を行うことを特徴とする画像生成装置。
前記画像データ生成部は、検出部によって検出される走査部の主走査方向における変位及び副走査方向における変位と、位相比較部によって検出される位相及び周波数比に基づいて描画軌跡を推定し、該描画軌跡に対応する画素データを生成することを特徴とする請求項１記載の画像生成装置。
前記画像データ生成部は、副走査方向における走査線の密度分布に反比例した輝度補正を行うことを特徴とする請求項１記載の画像生成装置。