JPWO2004031832A1 - 光走査装置、像の位置の較正方法、及び画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1次元の画素表示素子として、米国Silicon Light Machine社が開発された回折ライトバルブ(GLV:grating light valve)が知られている(たとえば、特許公報第3164824号、米国特許第5841579号)。
通常の2次元表示装置と比較して、GLVを用いた場合は、縦方向の画像数は同じになるが、横方向は少なくとも1個あれば良いので、2次元画像表示に必要な画素数は少ない。また、GLVのリボン素子と呼ばれている電極部分は、サイズが非常に小さいので(約1×40μm)、高い解像度、高速なスイッチング速度及び広い帯域幅の表示が可能である一方、低い印加電圧で動作されるので、非常に小型化された表示装置を実現することが期待されている。
図1〜図3を参照して、GLVを用いた画像表示装置の一般構成を簡単に説明する。
図1は、GLVを用いた画像表示装置の構成の一例を示す図である。
図1に示されている画像表示装置100は、スクリーン101、スキャンミラー102、スキャナモータ103、投影光学系104、GLV素子からなる1次元光変制素子105、GLV素子105に駆動電圧を供給する駆動回路106、インターフェイス回路107、画像データ変換回路108、スキャナドライバ109、システム制御回路SYS−CNT110を有する。スキャンミラー102とスキャナモータ103を含む構成をスキャナ102aと呼ぶ。
たとえば、複数の半導体レーザからなる光源LSは、赤(R)、緑(G)、又は青色(B)の照明光束を射出し、該照明光束は、不図示の照明光学系により平行光に変換され、GLV素子105に照射する。
GLV105は、複数の画素が1次元に配列してなる。表示する画像に応じた駆動電圧が駆動回路106によりGLV素子105に印加され、これに応じて、GLV素子105が入射された照明光を反射又は回折し、反射光又は回折光を投影光学系104に射出する。
投影光学系104は、GLV素子105から射出された反射光、又は、回折光を平行光に変換する。また、投影光学系104は、±1次回折光と0次光が分離し、±1次回折光を通過させ、スキャンミラー102に到達させ、0次光を遮蔽する。また、投影光学系104は、GLV素子105からの主に±1次回折光により形成された1次元の像を拡大し、スキャンミラー102を介して、スクリーン101に投影し、結像する。
スキャナモータ103は、スキャナドライバ109からのスキャナ駆動信号SDSに駆動されて、連動するスキャンミラー102を往復に回転させる。スキャンミラー102が往復に回転しながら、投影光学系104から射出されている1次元画像を含む±1次回折光をスキャンして逐次にスクリーン101に射出し、2次元画像を形成する。スキャンミラー102は、例えば、ガルバノミラーである。
画像表示装置100に入力された画像データVDは、例えば、DVD等の映像再生機器より入力された色差信号YCbCr(YPbPr)であり、それを画像表示装置100で処理するために、画像データ変換回路108とインターフェイス回路107において、その入力された画像データの形式が変換され、1次元画像ごとに(1ラインと呼ぶ)駆動回路106に出力される。
システム制御回路SYS−CNT110は、CPU111とメモリ112を有し、上記した画像表示装置100の各構成成分の同期を取る為のフレーム同期信号FRMsyncを分配する。また、スキャンミラー102を駆動する為の基本データとそのデータに対して位相、振幅、及び周期情報を含むスキャナ指示信号SISを出力する。また、各種データを用いて、GLV素子105の変調と投影タイミングを示す変調投影信号RQTを生成する。
図2Aは、スキャンミラー102のスキャニング動作を模式的に説明する図であり、図2Bは、スキャンミラー102の走査により、スクリーン101上に形成された2次元画像を示す。
図2Aに示すように、スキャンミラー102は、所定の角度範囲内に往復回転しながら、投影光学系104から投影された1次元画像光をスクリーン101逐次に照射し、スクリーン101上に2次元の画像を形成する。
スキャナ102a(スキャンミラー102とスキャナモータ103)は、図3に示す鋸波状の信号により駆動される。
図3に示すように、立ち上がり特性(時間と振幅)と立ち下がり特性(時間と振幅)とが非対称で鋸の歯の形状をしている鋸波状の信号によりスキャナ102aを駆動する場合は、T1a及びT1の期間内に、図示した駆動電圧がスキャナ102aに印加され、スキャナ102aが駆動される。期間T1a内に、スキャンミラー102は回転速度がゼロから所定の速度まで加速される。T1の期間内に、スキャンミラー102は、図2Aに示す往路方向に沿って、位置aから、位置bを経て、位置cまで一定の速度で回転し、それぞれの位置で、入射された1次元画像光を反射し、スクリーン101へ光束La、Lb、Lcを射出し、図2Bに示された1次元画像Sa、Sb、Scを形成する。
図3に示す期間T1内に、スキャンミラー102が位置cまで回転する。
その後、図3に示すT2の期間に、スキャンミラー102は回転速度がゼロになるまで減速し、図2Aに示された復路方向に沿って加速しながら逆回転し始める。
T2の期間には、スキャンミラー102が上記復路方向に回転するが、T2期間において、スキャンミラー102が次回投影のために元の位置に戻るだけ、投影や結像などをしない。
以上のように、鋸波状の信号に応じたスキャニングによって像を投影する場合は、T1期間内だけ投影を行ない、戻り方向の移動時間T2内に投影をしないので、T2の無駄時間が生じ、そのため、スキャナ102aの光投影効率が低かった。スキャナ102aの光投影効率を高めようとする場合は、戻り方向の移動時間T2を短縮する方法があるが、短時間にスキャンミラー102を戻すために、スキャンミラー102に対して大きな力を加えなければならない。そのため、スキャニングシステムの電力量の増大とスキャンミラーの機械的な強度を高める要求が高くなり、それを実現するために、スキャニングシステムが大型化かつ高価になるという問題があった。
本発明の第2の目的は、以上のような光走査装置と像の位置の較正方法を用いた画像表示装置を提供することにある。
本発明の第1の観点によれば、画像データに応じて変調された入射光を偏向し該入射光を被走査面上に走査して像を形成する光走査装置であって、正回転方向及び逆回転方向に回転し、該正回転と逆回転に応じて前記入射光を偏向する走査手段と、前記正回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置とを一致させる較正手段とを有する光走査装置が提供される。
すなわち、光走査装置において正回転方向と逆回転方向ともに投影を行ない、光投影効率を向上させる。正回転方向と逆回転方向ともに投影する場合は、正回転方向の像と逆回転方向の像の投影位置を一致させなければならない。本発明においては、像の位置を較正する較正手段を設け、正回転方向の像と逆回転方向の像の投影位置を一致させる。
好ましくは、角度検出手段を用いて、走査装置の実回転角度を測定し、一画面を形成する際に、走査装置の各時刻における実回転角度データを記憶手段に記憶する。変調制御手段は、該記憶された角度データから、走査手段の各実回転角度に対応する時刻を算出し、該時刻において画像データの変調や走査手段の投影タイミングを決める指令を出力する。
また好ましくは、角度検出手段が走査手段の回転角度を随時に読取り、その読取った角度の結果に基づいて、角度検出手段が出力する、走査手段の各回転角度データの位相遅れを測定する。該位相遅れ量に応じた時間を経過した時刻の角度データを、実回転角度とする。
さらに好ましくは、光位置測定手段を設け、走査手段が静止する時の角度データと、走査手段が回転する時の角度データとを測定し、その差から走査手段の各回転角度データの位相遅れを測定する。
本発明の第2の観点によれば、走査手段を正回転方向及び逆回転方向に回転させ、該正回転と逆回転に応じて画像データに応じて変調された入射光を偏向させ、該偏向された入射光が被走査面上に形成した像の位置を較正する方法であって、前記正回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置とを一致させる較正工程を有する像の位置の較正方法が提供される。
本発明の第3の観点によれば、照明手段と、入力された画像データに応じて、前記照明手段からの入射光を変調し、1次元画像を形成する結像光を射出する光変調素子と、前記画像データに応じて正回転方向及び逆回転方向に回転し、前記結像光を偏向させる走査手段と、前記正回転に応じて偏向された前記結像光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記結像光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置とを一致させる較正手段と、前記較正された結像光に照射され、2次元画像を表示する表示手段とを有する画像表示装置が提供される。
図2Aおよび図2Bは図1に図解した画像表示装置において、スキャンミラーにより、2次元画像を形成する原理を説明する図である。
図3は従来の画像表示装置においた、スキャンミラーを駆動する、立ち上がり特性と立ち下がり特性が非対称で鋸の歯の形状の波形をしている鋸波信号を示す説明する図である。
図4は本発明の実施形態に関わるの画像表示装置において、スキャンミラーを駆動する、立ち上がり特性と立ち下がり特性が対称な三角形波信号を説明する図である。
図5は本発明の実施形態に関わるの画像表示装置において、スキャンミラーの往復スキャンにより、2次元画像を形成する様子を示す図である。
図6は本発明の実施形態に関わる画像表示装置、及びスキャンシステムの調整手段の構成の一例を示す図である。
図7は図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、1次元変調素子回路の構成の一例を示す図である。
図8は図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、1次元変調素子の構成を示す図である。
図9は図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、インターフェイス回路の構成の一例を示す図である。
図10は図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、データ変換回路の構成の一例を示す図である。
図11は図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、フレーム同期信号と変調投影信号のタイミングチャートである。
図12A〜図12Gは、図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、各種信号のタイミングチャートである。
図13Aおよび図13Bは、図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、フレーム同期信号の切り替わりタイミングと角度信号の切り替わりタイミングのズレを説明する図である。
図14A〜図14Cは、図13Aおよび図13Bに示されたフレーム同期信号の切り替わりタイミングと角度信号の切り替わりタイミングのズレを補正した後の、フレーム同期信号、角度信号、及び速度信号のタイミングチャートである。
図15は図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置のシステム制御回路におけるスキャンミラーの参照角度と角度信号の参照値を測定する方法を説明するフローチャートである。
図16A1〜図16C3は、システム制御回路におけるスキャンミラーの参照角度と角度信号の参照値の測定において、光の位置を測定する方法を説明する図である。
図17は図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置のシステム制御回路における、スキャンミラーの実角度に対する角度信号の位相遅延を測定する方法を説明するフローチャートである。
図18A〜図18Dは、システム制御回路における角度信号の位相遅延の測定において、変調投影信号のタイミングを調整することによって、投影光の位置を合わせる方法を説明する図である。
図19A1〜図19C3は、システム制御回路における角度信号の位相遅延の測定において、光の位置を測定する方法を説明する図である。
図20Aおよび図20Bは、図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置のシステム制御回路における角度信号の位相遅延を計算する方法を説明する図である。
図21は図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置のシステム制御回路において、角度信号の位相遅延を補正し、スキャンミラーの実角度を求める方法を説明する図である。
図22A〜図22Dは、図6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置のシステム制御回路における変調投影タイミングとスキャンミラーの回転角度を整合させ、1次元画像を形成する処理を説明する図である。
〔三角形波駆動方式〕
図4と図5を参照して、本発明のスキャン方法を説明する。
図4は、本実施形態において、スキャニングシステムを制御する三角形波信号を示す図であり、図5は、本実施形態に関わるスキャンミラーのスキャニング動作を模式的に説明する図である。
なお、本明細書および図面において、三角形波信号とは、図4に図解したように、立ち上がり特性(時間と振幅)と、立ち下がり特性(時間と振幅)とが対称な波形信号をいう。これに対して、鋸波信号とは、図3に図解したように、立ち上がり特性(時間と振幅)と、立ち下がり特性(時間と振幅)とが非対称な波形信号をいう。
本発明の実施の形態に関わる画像表示装置では、スキャンミラーを往復回転させる時に、往路と復路両方において、光投影を行なわせ、光投影効率を向上する。
本実施形態において、図4に示す三角形波の駆動信号により、図5に示すスキャンミラーを駆動し、往復光投影を実現する。
図4に示された三角形波の信号によりスキャナを駆動する場合は、駆動電圧により図5に示されたスキャンミラー2が往復回転する。具体的に、図4に示されたT3aの期間内に、スキャンミラー2が所定の回転速度に加速される。図4に示すT3の期間内に、スキャンミラー2が図5に示す往路の方向に沿って、位置aから、位置bを経て、位置cまで上述した所定の速度で回転し、それぞれの位置で、入射された1次元画像を表示する光束を反射し、スクリーン1へ光束La、Lb、Lcを射出する。
図4に示す期間T4内に、スキャンミラー2は回転速度がゼロになるまで減速し、そして、図5に示された復路方向に沿って所定の速度まで加速しながら逆回転し始める。期間T4において、スキャンミラー2が復路での投影のために、回転方向を転換するだけ、投影や結像などをしない。
図4に示すT5の期間内に、スキャンミラー2が図5に示す復路の方向に沿って、位置cから、位置bを経て、位置aまで上記した所定の速度で回転し、それぞれの位置で、入射された1次元画像を表示する光束を反射し、スクリーン1へ光束Lc’、Lb’、La’を射出する。
図4に示されたT5aの期間内に、スキャンミラー2は、回転速度がゼロになるまで減速される。
このように、三角形波信号によるスキャンミラー2の走査によって、スキャナシステムは往復回転双方において光投影を行なうので、光の投影が高効率化になり、スキャナミラーに要求する機械的な要求が低下する。
上述した往路と復路両方投影する場合に解決しなければならない問題の対策は、往路像と復路像の投影位置を一致させることである。スキャナシステムの特性が理想的であれば、即ち、スキャナの往復路での実角度が対称であり、回転速度が常に一定である(回転方向を反転する変極点付近を除く)などの条件で、スキャナの位相と一次元像光投影タイミングの同期を取り、周期的に一次元像光を投影することにより、往路像と復路像を一致させることが可能である。
しかし、実際のスキャナシステムにおいては、構成要素の特性、物理的条件、回路構成の特性等により、往復路の対称性は完全には成立せず、変極点付近を除く角度領域においても、回転速度も一定ではない。このような条件下において、スキャナの回転タイミングと一次元像投影タイミングとは一致せず、往復の像はずれを生じる可能性がある。
また、一次元像をスキャンミラーの回転により順次スクリーンに投影するので、スキャンミラーの回転速度が変化すると、スクリーン上に1次元像の間隔は一定ではなくなり、生じた往復路の像のずれは像位置により一義的には決まらない。そのため、1次元像全体の位相を調整するだけでは像全体を一致させることは困難である。
本発明の実施の形態においては、角度センサを設け、スキャンミラーの角度を随時に読取ることを可能とし、その読取った角度の結果に基づいて、往路像と復路像の投影位置を一致させる制御を行なうことにより、上述した課題を克服する。
〔画像表示装置の構成〕
図6は、本実施形態に係わる画像表示装置19の構成の一例を示す図である。
図6に示した画像表示装置19は、スクリーン1、スキャンミラー2、スキャナモータ3、投影光学系4、三原色である赤(R)、緑(G)、青(B)の照射光を変調する1次元光変調素子5a、5b、5c、これら1次元光変調素子a、5b、5cに駆動電圧を出力する駆動回路6a、6b、6c、インターフェイス回路7a、7b、7c、画像データ変換回路8a、8b、8c、スキャナドライバ9、システム制御回路10を有する。
1次元光変調素子5a、5b、5cには、GLVを用いている。なお、以下の記述において、1次元光変調素子5a、5b、5cを総称して、1次元光変調素子5と記載することもある。
本明細書において、1次元光変調素子5a、5b、5cとその駆動回路6a、6b、6cなどを含み、照明光を1次元像に変換する回路を1次元光変調回路17a、17b、17cと呼ぶ。
たとえば、半導体レーザからなる複数の光源LS−R,LS−G,LS−Bは、それぞれ赤(R)、緑(G)、青(B)色の照明光束を射出し、これらの照明光束は、不図示の照明光学系により平行光に変換され、1次元画像素子5a、5b、5cに照射する。
1次元光変調素子5a、5b、5cは、複数の画素が1次元に配列してなる。表示する画像に応じた駆動電圧が駆動回路6a、6b、6cにより1次元光変調素子5a、5b、5cに印加され、これに応じて、1次元光変調素子5a、5b、5cが入射された照明光を反射又は回折し、反射光又は回折光を投影光学系4に射出する。
投影光学系4は、1次元光変調素子5a、5b、5cから射出された反射光又は回折光を平行光に変換する。また、投影光学系4は、±1次回折光と0次光が分離し、±1次回折光を通過させ、スキャンミラー2に到達させ、0次光を遮蔽する。また、投影光学系4は、1次元光変調素子5a、5b、5cからの主に±1次回折光により形成された1次元の像を拡大し、スキャンミラー2を介して、スクリーン1に投影し、結像する。
画像データ変換回路8a、8b、8cとインターフェイス回路7a、7b、7cは、画像表示装置19に入力された赤(R)、緑(G)、青(B)色の画像データVD−R,VD−G,VD−Bの形式を変換し、1ラインごとに駆動回路6a、6b、6cに出力する。
スキャナモータ3は、スキャナドライバ9からのスキャナ駆動信号SDSに駆動されて、連動するスキャンミラー2を往復に回転させる。スキャンミラー2が往復に回転しながら、投影光学系4から射出されている±1次回折光をスキャンして逐次にスクリーン1に射出し、1次元画像を展開して2次元画像を形成する。スキャンミラー2は、例えば、ガルバノミラーである。
スキャナモータ3には、角度センサ16が内蔵されている。したがって、本実施の形態においては、角度センサ16で検出したスキャナモータ3の回転角度に基づいて、スキャナモータ3と連動するスキャンミラー2の現在の角度を正確に求め、角度センサ16で検出した角度信号SASをシステム制御回路SYS−CNT10の角度データ補正部13に出力し、往路像と復路像を一致させる処理を行なう。
システム制御回路(SYS−CNT)10は、CPU11、メモリ12、角度データ補正部13、光位置検出部14を含み、画像データ変換回路8a、8b、8c、インターフェイス回路7a、7b、7cは、1次元光変調素子5a、5b、5cと駆動回路6a、6b、6cを含む1次元光変調回路17a、17b、17cなどの同期を取る為のフレーム同期信号FRMsyncを分配する。また、SYS−CNT10は、スキャンミラー2を駆動する為の基本データとそのデータに対して位相、振幅、及び周期情報を含むスキャナ指示信号SISを出力する。また、SYS−CNT10は、各種データを用いて、1次元光変調素子5の変調と投影タイミングを示す変制投影信号RQTを生成する。
スキャナモータ3とスキャンミラー2が回転している時に、角度センサ16から出力された角度信号SASは、実角度ANGに対して位相遅延が生じる。これによって、往路像と復路像のズレが生じる。
角度データ補正部13は、角度センサ16から入力された角度信号SASについて、スキャンミラー2の実角度ANGに対する位相遅れを補正し、システム制御回路(SYS−CNT)10において他の処理と合わせて、スキャンミラーの角度、スクリーン1上の投影位置、及び1次元光変調素子5a、5b、5cの変調タイミングとの関係を確立して制御し、往路像と復路像の投影位置を一致させる。
たとえば、画像表示装置19を製造して出荷する前の段階で、角度信号SASの位相遅れを測定して補正をする。その測定と補正のために、スクリーン1の前に位置感知型検出器(PSD:Position Sensitive Detector)15が設けられている。スキャンミラー2から射出された1次元像を形成する光束は、PSD15に照射している時は、PSD15は、光束の照射位置に関わる、光軸を中心に左右2つの信号PSD−SIG1とPSD−SIG2を出力し、システム制御回路10における光位置検出部14に入力する。
光位置検出部14において、PSD−SIG1とPSD−SIG2より、たとえば、光ディスクにおける位置検出および焦点ずれ検出のように、PSD−SIG1とPSD−SIG2との差に応じて(差動方式)、光の照射位置を求め、スキャンミラー2の物理的な位置を推測し、角度信号SASに示された角度の値と比較することにより、角度信号SASの位相遅れが得られる。
図7は、1次元光変調素子5a、5b、5cと駆動回路6a、6b、6cを含む1次元光変調回路17a、17b、17cの構成の一例を示すブロック図である。
以降、簡略化のため、1次元光変調素子5a、5b、5c、駆動回路6a、6b、6c、1次元光変調回路17a、17b、17cについての赤(R)、緑(G)、青(B)三色の照明光に共通する構成について、インデックスa、b、cを省略して、1次元光変調素子5、駆動回路6、1次元光変調回路17とする。
図7に示すように、1次元光変調回路17は、1次元光変調素子5とその駆動回路6の他に、1ライン分の駆動電圧データを記憶するメモリ28と駆動回路6の動作を制御する制御回路27を含む。
前段のインターフェイス回路7から出力された、1次元画像を表示するための駆動電圧データが入力され、メモリ28に記憶される。また、上記駆動電圧データをインターフェイス回路7から転送する指示をする転送開始信号TSSと、その駆動信号を1次元光変調素子5に出力する指示をする駆動指示信号DISとは、インターフェイス回路7から制御回路27に入力される。
図8は、1次元光変調素子5の構造を示す斜視図である。
図8に示すように、1次元光変調素子5において、シリコン基板上のポリシリコン薄膜からなる共通電極22の上に、共通電極22と所定の間隔を保って、条帯状(ストリップ)のリボン素子20a、21a、20b、21b、20c、21c、20dが形成されている。リボン状の形状を持つ素子(以下、リボン素子という)20a、21a、20b、21b、20c、21c、20dは、上面に反射膜(不図示)が形成されており、反射部材として作用する。
リボン素子20a、21a、20b、21b、20c、21c、20dのうち、リボン素子20a、20b、20c、20dに駆動電圧が印加され、その駆動電圧に応じた静電力に起因する吸引力または反発力により、リボン素子20a、20b、20c、20dが上下方向に移動又は屈曲可能である。一方、リボン素子21a、21b、21cは指定された位置にあり、1次元光変調素子5が動作中には移動しない。移動又は屈曲するリボン素子20a、20b、20c、20dを可動リボン素子、移動又は屈曲せず固定のリボン素子21a、21b、21cは固定リボン素子と呼ぶ。
リボン素子の代表的な寸法の一例として、例えば、リボン素子の幅は3〜4μm、隣接するリボン素子間ギャップは約0.6μm、リボン素子の長さは200〜400μm程度である。
複数のリボン素子が1セットで1つの画素に用いることができる、たとえば、図8に示された隣接する6本のリボン素子20a、21a、20b、21b、20c、21cが1つの画素を表わすように用いることができる。この場合、1画素分の幅は約25μmである。
たとえば、実用化されつつある1080画素を表示する1次元光変調素子においては、図8の横方向に沿って、1080画素分のリボン素子が多数配置している。
1次元光変調素子5の動作は、リボン素子20a、21a、20b、21b、20c、21c、20dと共通電極12との間に印加する電圧により制御される。可動リボン素子20a、20b、20cへの駆動電圧をOFFとし、固定リボン素子21a、21b、21cを接地する場合(OFF状態)は、可動リボン素子20a、20b、20cが移動せず、すべてのリボン素子が同じ平面に位置し、平面鏡として作用し、入射された照明光束のほとんどを、回折または偏向せずに反射する。
なお、実際には、微量の±2回折光、±4回折光などの偶数次数の回折光も発生される。
一方、可動リボン素子20a、20b、20cに所定の駆動電圧を印加し、固定リボン素子21a、21b、21cを接地する場合(ON状態)、駆動電圧により可動リボン素子20a、20b、20cが、共通電極12の側に静電力で引き下げられ、移動又は屈曲する。例えば、可動リボン素子20a、20b、20cがλ/4移動又は歪曲する(λは、入射光の波長である)。1例として、λ=532nmの場合は、可動リボン素子の移動量は最大λ/4=133nmである。
この状態で照明光束が入射すると、可動リボン素子20a、20b、20cで反射される光束と固定リボン素子21a、21b、21cで反射される光束間の全光路差は半波長(λ/2)となる。これにより、1次元光変調素子5が反射型回折格子として作用することとなり、反射光束(0次光)同士は干渉して打ち消し合い、±1次光、±3次光など奇数次数の回折光が生じる。
生じた±1次光が投影光学系4を通過し、スクリーン1に1次元像を結像する。スキャンミラー2が走査する時は、スクリーン1に1次元像が展開されて、2次元像を形成する。
図9は、インターフェイス回路7の構成の一例を示すブロック図である。
インターフェイス回路7は、例えば、データ形式変換回路30、制御回路CNT31、及びメモリ32を有する。
データ形式変換回路30は、画像データ変換回路8から入力された1次元画像データ1Dim−Image−Dataを、1次元変調素子5の所定の画素の可動リボンに印加する駆動電圧に変換し、1次元変調回路17のメモリ28に出力して記憶する。また、インターフェイス回路7から入力された1次元画像を記憶し、また、データ形式変換回路30は、1次元変調回路17の制御回路27に、駆動電圧データを転送することを指示する転送開始信号TSSと、駆動回路6が動作し、1次元光変調素子5に駆動信号を出力することを指示する駆動指示信号DISとを出力する。
メモリ32は、1次元変調素子5の変調タイミングを決定する変調投影信号RQTの発生タイミングと位相データ(Tとψ)を保持する。
制御回路31は、フレーム同期信号FRMsyncを受け、インターフェイス回路7全体及び各構成成分の動作タイミングを調整する。また、メモリ32に記憶された変調投影信号RQTの発生タイミングと位相データ(Tとψ)に基づいて、1次元変調素子5の変調タイミングを決定する変調投影信号RQTを生成し、画像データ変換回路8に出力する。
図10は、画像データ変換回路8の構成の一例を示すブロック図である。
画像データ変換回路8は、例えば、画像入力回路35、XY変換回路36、フレームメモリ37、画像出力回路38、及び制御回路39を有する。
画像データ変換回路8a、8b、8cのうち、例えば、画像データ変換回路8aは、基準回路として、フレーム同期信号FRMsyncを生成し、システム制御回路10へ出力する。画像データ変換回路8aへ入力されるデータに基準となるフレーム同期信号が含まれており、画像データ変換回路8aにおいて、そのフレーム同期信号のタイミングが、制御回路39に設定されているタイミングに変換され、フレーム同期信号FRMsyncとして出力される。
たとえば、DVD等の映像再生機器よりプログレッシブ色差信号YCbCr(YPbPr)が画像入力回路35に入力される。画像入力回路35において、該色差信号YCbCr(YPbPr)からRGB信号に変換され、また、上記RGB信号には、非線型特性(γ特性)が付加されているため、画像入力回路35において、逆ガンマ補正処理が行なわれる。
1次元変調素子5を用いて1次元の縦像をスキャニングして2次元画像を表示するので、上記時系列に連続して入力されるプログレッシブ画像データの形式と違う。そのため、上記プログレッシブ画像データのデータ形式を2次元画像用の形式に変換することが必要である。XY変換回路36は、1画面の画像データについて、データの縦横変換をして、データ配列の順序を最適に入れ替え、1次元画像データを形成する。
変換された1画面分の画像データは、ライン単位でフレームメモリ37に記憶される。ここで、スキャンミラー2の回転方向によって、1次元変調素子5に駆動信号として供給する1次元画像データの順序が反対となるので、フレームメモリ37に記憶されるライン単位の画像データは、例えば、スキャンミラー2が戻り方向に回転する時は、1次元画像データの順序を予め反対とする。
制御回路39は、インターフェイス回路7からの変調投影信号RQTを受けて、該変調投影信号RQTに同期して、画像出力回路38を経由して、フレームメモリ37に記憶されている1画面分の画像データを1ラインずつインターフェイス回路7へ出力する。
図11は、フレーム同期信号FRMsyncと、1次元変調素子5の変調タイミングを決定する、画像データ変換回路8からインターフェイス回路7へ出力されている変調投影信号RQTとのタイミングチャートである。
図11に示すように、フレーム同期信号FRMsyncにおいて、示されたT6又はT7の期間内に、それぞれ1画面分のデータは画像データ変換回路8、インターフェイス回路7、駆動回路6を経由して転送され、駆動電圧に変換されて順次1次元変調素子5に印加され、スクリーン1にそれぞれ1画面が表示される。
T6の期間内には、例えば、スキャンミラー2は往路で回転してスキャニングし、スクリーン1上に往路像を投影する。一方、T7の期間内には、スキャンミラー2は復路で回転してスキャニングし、スクリーン1上に復路像を投影する。
期間T6、或は、T7において、たとえば、1920ラインからなる1画面を形成するための1920個の変調投影信号RQTが印加される1次元光変調素子5は、1920回変調を行なう。
図12A〜図12Gは、以上に説明した各信号のタイミングチャートである。
図12A〜図12Cは、画像データ変換回路8における各信号のタイミングチャートを示す。
画像データ変換回路8において、図12Aの変調投影信号RQTに同期して、図12Bに示すフレームメモリ37内の1ラインのデータは、図12Cに示すデータ・イネーブル(DE:Data Enable)期間内に、インターフェイス回路7へ出力される。
図12D〜図12Fは、インターフェイス回路7における各信号のタイミングチャートを示す。
インターフェイス回路7において、変換された1次元データを1次元光変調素子17へ出力することを指示する転送開始信号TSS(図12D)に続いて、図12Eに示す1次元データが出力され、そして、駆動回路6を動作させる駆動指示信号DIS(図12F)が出力される。
駆動指示信号DISに続いて、図12Gに示すタイミングで、1次元変調素子5が照射光を変調する。
図12Aと図12Gに示すように、変調投影信号RQTと1次元変調素子5の変調タイミングTMの間に、ある時間遅延が存在する。
〔スキャンシステム〕
本実施形態において、スクリーン1に投影された垂直一次元像を水平にスキャニングすることで二次元像を生成し、変調投影信号RQTによりその垂直一次元像の投影タイミングを任意で変更できるという特徴をもっている。
そこで、スキャンミラー2の往復路に投影される二次元像の位置の一致は、往復路で投影される同一一次元像を往復路での同一位置となるタイミングで投影することにより実現される。
本実施形態において、次のような制御を行ない、スキャンミラー2の往復路に投影される二次元像の位置の一致を達成する。
〔スキャンシステム:スキャンミラーとフレーム同期信号の同期〕
本実施形態において、三角波でスキャンシステムを制御して、画像信号を往復路共に像を投影する。
図13Aおよび図13Bは、フレーム同期信号FRMsync(A)と角度センサ16が出力する角度信号SAS(B)のタイミングを比較する図である。
図13Bに示すように、時刻t1には、角度信号SASが最小値V1となっている。この時は、スキャンミラー2の角度がゼロであるとする。スキャンモータ3に印加されている三角形のスキャナ駆動信号によって、スキャンミラー2が、例えば、往路方向に所定の回転速度に加速され、往路方向に一定の速度で回転し、スキャンミラー2の角度が徐々に増大する。それに応じて、角度センサ16が出力する角度信号SASも徐々に増大する。
時刻t2には、スキャンミラー2が往路方向での最大角度に到達し、角度信号SASが最大値V2になる。その時に、スキャンミラー2は減速され、回転速度がゼロになり、復路方向に回転し始める。
変極点以外の領域に、スキャンモータ3とスキャンミラー2の回転速度はほぼ一定となっているので、図13Bに示すように、角度信号SASはほぼ直線に沿って変化する。
しかし、図13Aと図13Bに示すように、通常は、角度信号SASはフレーム同期信号FRMsyncと同期しておらず、ある位相差P−Diffが存在する。
本実施形態において、三角波信号でスキャンシステムを制御して、画像信号を往復路共に像を投影するためには、スキャンミラー2が一方向に回転している間に、一画面分の画像データを出力しなければならない。そのため、フレーム同期タイミングの切り替わりと、スキャンミラー2の移動方向の切り替わりタイミングが一致することが望ましい。即ち、スキャンミラーの方向切り替わりタイミング(角度信号SASの変極点)とフレーム同期信号FRMsyncの像の切り替わりタイミングの位相差が0となるようにする。
上記の制御は次のように行なう。
通常の状態で、画像信号の切り替わり信号(一方向)をトリガとして、角度センサ16の角度信号SASを用いて角度信号SASからスキャンミラー2の移動速度が0(変極点)となるタイミングと切り替わり信号との位相差を算出し、算出した位相差を用いて位相差が0となるようにスキャナ指示信号SISの位相を変更する。
また、像の投影方向が一定になるように、トリガタイミングで変極点の電位の極性が一定になるように、逆位相であれば180度転換する為の制御を行なう。
図14A〜図14Cは、以上の調整を行なった後のフレーム同期信号FRMsync、角度センサ16の角度信号SAS、及びスキャンミラー2の回転速度を示す速度信号SPD−SIGのタイミングを比較する図である。
図14Aと図14Bに示すように、スキャナ指示信号SISの位相を調整した後、フレーム同期信号FRMsyncの切り替わりタイミングと、スキャンミラー2の移動方向の切り替わりタイミングが一致している。
また、画像データのタイミングの制御を容易にするために、できる限りスキャナミラー2の速度変化の少ない領域で像を投影することが望ましい。
図14Cに示すように、変極点を除いて、スキャナミラー2の速度がほぼ安定している。
〔スキャンシステム:角度信号の位相遅れの測定〕
前述したように、スキャナモータ3が回転している時に、角度センサ16が出力する角度信号により読取ったスキャンミラー2の角度は、スキャンミラー2の実角度に対して位相遅れを持っている。往復スキャンにおける往路像と復路像の一致を実現するために、角度信号の位相遅れを正確に把握し、適切に補正しなければならない。
角度信号の位相遅れを測定するには、位相遅れを含まないスキャンミラー2の実角度を把握する必要がある。そこで、まず、その実角度を推定する為の参照値を測定する。
〔角度と角度信号の参照値の測定〕
図6に示すように、スクリーン1の前に、位置感知型検出器15(PSD:Position Sensitive Device)を搭載した位置測定装置を設置し、スキャンミラー2から投影されたライン画像を形成する光束を測定する。
スキャンミラー2を停止させた状態は、角度センサ16の角度信号に位相遅れが含まれないので、この状態では、PSD15の中心に光が投影された際のスキャンミラー2の角度を参照角度とし、角度センサ16の角度信号の値を参照値とする。
図15は、スキャナシステムを停止させる状態で、PSD15により、スキャンミラー2の参照角度と角度センサ16の角度信号の参照値を測定する方法を示すフローチャートである。この処理には、たとえば、システム制御回路10を用いる。システム制御回路10はコンピュータ11などの演算処理手段を内蔵しており、コンピュータ11などの演算処理手段に組み込まれたプログラムが下記の処理を行う。
ステップ21:
システム制御回路は、1次元変調素子5に任意の駆動電圧を印加し、照射光を変制して、出射された光束をスキャンミラー2に射出する。その光束はスキャンミラー2によって、スクリーン1に投影される。
ステップ22:
スクリーン1の前の所定の位置に設置されたPSD15に、スキャンミラー2からの光束が投影するように、システム制御回路は、スキャンミラー2の角度を変更させ、投影位置を調整する。
図16A1〜図16C1は、以上の処理工程を示している。
図16A1〜図16C3は、スキャナシステムを停止させる状態で、PSD15により、スキャンミラー2の参照角度と角度センサ16の角度信号の参照値を測定する工程を示す図である。
図16A1〜図16C1に示すように、スクリーン1の前にPSD15が設置されており、例えばPSD15の左右両端から、検出された光束の投影位置に関わる2つの信号PSD−SIG1とPSD−SIG2が出力される。
システム制御回路がスキャンミラー2の角度を順次変更させることで、投影光40はスクリーン1上に移動する。
ステップ23:
PSD15から出力される信号PSD−SIG1とPSD−SIG2がノイズしかない場合、即ち、投影光40を形成する光束はPSD15に当たっていない場合は、システム制御回路はステップ22の処理に戻って、スキャンミラー2の角度の調整を続ける。
PSD−SIG1とPSD−SIG2がノイズより十分大きい場合は、投影光40はPSD15を照射しているので、システム制御回路の処理は次のステップに進む。
ステップ24:
PSD15から出力される信号PSD−SIG1とPSD−SIG2より、システム制御回路は、PSD−SIG1とPSD−SIG2を加算した加算信号と減算した減算信号を演算する。
図16A2〜図16C2は、図16A1〜図16C1に示す投影光40の位置に対応する減算信号と加算信号を示す。
PSD15の特性より、投影光40の位置は、減算信号と加算信号の比に比例する。特に、図16B2に示すように、減算信号と加算信号の比がゼロになる位置は、PSD15の中心である。
投影光40の投影位置はPSD15の中心ではない場合は、システム制御回路は、ステップ22に戻って、引き続き、スキャンミラー2の角度を調整する。
投影光40の投影位置はPSD15の中心である場合は、ステップ25に進む。
ステップ25:
投影光40の投影位置はPSD15の中心であるので、システム制御回路は、この時のスキャンミラー2の角度は参照角度とする。
ステップ26:
上記スキャンミラー2の参照角度において、システム制御回路は、角度センサ16が出力する角度信号の値を測定し、その値を角度信号の参照値(位相遅れなし)とする。
システム制御回路の以上の測定によって、スキャンミラー2の実角度と角度センサ16が出力する角度信号の値の一対一の関係が確立する。
〔角度信号の位相遅延の測定〕
光をスクリーン1に投影した時のスキャンミラー2の角度を正確に把握できれば、スクリーン1上の光の位置を確定することができ、その投影タイミングを制御することにより所望の位置へ像を出力することができ、往復方向に同一の像を投影する場合も像を重ね合わせることが可能となる。
しかし、実際に角度センサ16から出力される角度信号は、角度センサ16の特性、出力回路系の誤差などにより実角度に対してある位相遅れを持っており、投影タイミングでのスキャンミラー2の角度が、変調された画像データと整合する回転角度ではなく、所望の位置へ像を出力することができない。投影タイミングとスキャンミラー2の角度の関係を正確に把握するために、角度信号の位相遅れ量を検出して補正する必要がある。
次に、角度信号の位相遅れ量を測定と補正する方法を説明する。
角度信号の位相遅れを測定するために、図16に図解した時と同じように、PSD15をスクリーン1の前に設置し、スキャンミラー2からのライン画像を形成する光束をPSD1に投影してその投影位置を測定する。ただし、角度センサ16の角度信号の位相遅れを測定する時は、スキャンミラー2が回転している。
図17は、角度センサ16が出力する角度信号の位相遅れを測定する方法を示すフローチャートである。
ステップ31:
1画面に1ラインしか含まれていない画像データを作成し、その画像データに基づいて、1次元変調素子5に駆動電圧を印加し、光源からの照射光を変調して、上記ライン画像を形成する光束をスキャンミラー2に射出する。その光束はスキャンミラー2に走査されて、スクリーン1に投影される。
ステップ32:
スクリーン1の前に設置されたPSD15に上記投影光束40が投影されるように、システム制御回路10は、1次元変調素子5の変調と投影タイミングを決定する変調投影信号RQTのタイミングをライン単位で調整する。
角度と角度信号の参照値の測定において、該投影光40がPSD15の中心に照射するようにスキャンミラー2の角度を調整済みであるので(即ち、参照角度)、ここで、理想的に、スキャンミラー2の角度を参照角度に設定すれば、投影光がPSD15の中心に照射するはずである。しかし、実際に、スキャンモータ3とスキャンミラー2が回転すると、スキャンミラー2の実角度に対して、角度信号に位相遅れが生じるので、角度信号の値は参照値になったとしても、スキャンミラー2の角度は参照角度となっておらず、投影光40もPSD15の中心に形成されない。
図18A〜図18Dは、変調投影信号RQTのタイミングを調整することによって、ライン像41のスクリーン1における位置を調整する処理を示している。
図18Aに示すように、スクリーン1の前にPSD15が設置されており、例えば、PSD15の左右両端からは、検出された光束の投影位置に関わる2つの信号PSD−SIG1とPSD−SIG2が出力される。スクリーン1に投影された光により、ライン像41が形成されている。
図18Bは、フレーム同期信号FRMsyncであり、示された両期間において、それぞれ往路と復路の投影が行なわれる。一例として、図18Aにスクリーン1の上端に、投影方向が示されている。図18Aにおいて、左から右への投影方向は往路方向、右から左への投影方向は復路方向とする。
図18Cは、タイミングが補正されていない変調投影信号RQT1を示している。図18Cにおいて、時刻t1は、往路での投影開始タイミングであり、時刻t1には、スクリーン1の左端部に光を投影する。時刻t2には、測定に用いられるライン像41が投影され、投影位置は、例えば、PSD15の左端部である。
一方、復路では、時刻t3が投影開始タイミングであり、時刻t3に、スクリーン1の右端部に光を投影する。時刻t4に、ライン像41が投影され、投影位置は、例えば、PSD15の右端部である。
システム制御回路10は、投影開始タイミングt1またはt3を調整して、ライン像41の投影タイミングt2(往路の場合)、又は、t4(復路の場合)を変更させることによって、ライン像41をスクリーン1上に移動させ、位置を調整し、PSD15の中心を照射するための投影タイミングを探す。
システム制御回路10における以上のタイミングの調整では、変調投影信号の間隔(周期)を一定にし、変更しない。
ステップ33:
PSD15から出力される信号PSD−SIG1とPSD−SIG2がノイズしかない場合、即ち、ライン像41を形成する光束はPSD15に当たっていない場合は、システム制御回路10は、ステップ32に戻って、ライン像41の投影タイミングt2、又は、t4の調整を続ける。
PSD−SIG1とPSD−SIG2がノイズより十分大きい場合は、ライン像41を形成する光束はPSD15に照射しているので、システム制御回路10は、次のステップに進む。
ステップ34:
システム制御回路10は、PSD15から出力される信号PSD−SIG1とPSD−SIG2より、PSD−SIG1とPSD−SIG2を加算した加算信号と減算した減算信号を演算する。
図19A2〜図19C2および図19A3〜図19C3は、図19A1〜図19C1に示すライン像41の位置に対応する減算信号、および加算信号をそれぞれ示す。
ライン像41が移動しているので、図19A2〜図19C2に示すように、減算信号の値は一定とならない、この場合、システム制御回路10は、PSD15上における投影位置について、加算信号(Vadd)、及び減算信号の最大値(Vmax)と最小値(Vmin)を用いてその比率により計算を行なう。すなわち、
投影位置PX=(Vmax+Vmin)/Vadd
以上の計算によって、PSD15における投影位置PXを判断する。特に、PSD15の中心において、投影位置PXはゼロになる。
ライン像41の投影光の投影位置はPSDT5の中心ではない場合は、システム制御回路10は、ステップ32に戻り、スキャンミラー2の角度の調整を続ける。
ライン像41の投影光の投影位置はPSD15の中心である場合は、システム制御回路10はステップ35に進む。
ステップ35:
ライン像41の中心はPSD15の中心にあるので、その時の投影開始タイミングは、ライン像41をPSD15の中心に形成するための正しい投影開始タイミングである(信号転送により時間遅延を考慮する)。
図18Dは、このように調整した変調投影信号RQT2を示す。図18Dにおいて、投影開始タイミングがt5またはt7に変更され、ライン像41の投影タイミングがt6、又は、t8になっており、ライン像41はPSD15の中心に形成されている。
ステップ36:
システム制御回路10は、スキャンミラー2を停止させた場合に測定された角度参照値と上記ステップ35で得た投影タイミングでの角度センサ16が出力した角度信号の値とを比較し、参照値と角度信号の値の差から、角度信号の位相遅れを演算して求める。
図20は、角度信号の位相遅れを演算する方法を示す。
図20Aは、フレーム同期信号FRMsyncであり、図20Bにおいては、実線は角度センサ16が出力した角度信号SASを示し、破線はスキャンミラー2の実角度ANGを示す。白丸は、往路と復路で測定した参照角度に対応する角度信号SASの参照値Refである。t1とt2は、ライン像41がPSD15の中心に結像した時の投影タイミングを示しており、黒丸はt1とt2のタイミングに、すなわち、ライン像41がPSD15の中心に結像した時に、読取った角度信号SASの値を示す。図20Bに示すように、位相遅れがあるため、角度センサ16の角度信号SASの値が実角度ANG(角度の参照値Ref)と違っている。角度信号SASの値が実角度ANG(角度の参照値Ref)に対応する角度信号の参照値Refになるまでの時間は、角度信号SASの位相遅れdelay1とdelay2である。
このように、角度信号SASの位相遅れが求められる。
ステップ37:
以上の処理は、往路と復路両方向において行なう。
〔往路像と復路像の一致〕
投影のタイミングRQTを決める実角度ANGは、FRMsyncのタイミングに対する予め測定した1画面分の角度信号SASに、上記において得た位相遅れ量を補正し求められる角度データを、システム制御回路10におけるメモリ12をルックアップテーブルとして作成し、このルックアップテーブルと実際の投影時のFRMsyncのタイミングに対する時刻とから算出、推定する。
図21は、FRMsyncのタイミングに対する1フレーム分の角度信号SASに位相遅れ量を補正してルックアップテーブルを作成する方法を説明する図である。ここでは、1画面の周期を8333μsとし1μs毎に角度信号SASが取得されたときのルックアップテーブルの例を示している。メモリ12におけるルックアップテーブルは、FRMsyncのタイミングを0μsとして、0μsから8333μsまで1μs毎の各時刻に対する角度データが記録されている1行8334列のテーブルである。位相遅れ量の補正は、各時刻における角度データを、位相遅れ量に応じた時間経過した時刻の角度データに置き換えることにより補正する。例えば位相遅れ量が3μsであるときには、図21に示すように、3μs経過した時刻の角度データによりデータを置き換える。また、位相遅れ量が例えば1.5μsの場合には、1.5μs経過した時刻における角度データをテーブルの前後した時刻の角度データから補間し算出したうえ同様な補正を行なう。
なお、ここに示したルックアップテーブルは一実施例であり、時刻と角度データの一対一の関係が示されているテーブルであればどのようなテーブルでも良いことは言うまでもない。また、位相遅れ量の補正も、テーブルを2行8334列とし、角度データと同時に時刻の値も記録することにより、角度データは固定し時刻に対して位相遅れに相当する時間を減算することにより補正しても良い。
このルックアップテーブルの内容を、往路と復路両方について求める。
また、このようなルックアップテーブルの内容の作成は、直前の1画像を投影する際に同時に角度信号SASを取得し1画像毎、投影の直前に作成することが原理的には望ましい。しかしながら、このような制御では制御が煩雑になるうえ、実用上求められる制御精度からは1画像毎に作成するほどの必要性はない。そこで、上記のルックアップテーブルは、例えば、20画像毎に作成し、これをメモリ12に保存しておいて、ルックアップテーブル作成直後の20画像については同じルックアップテーブルを用いることにしても良い。
以上補正された往復の角度信号のルックアップテーブルを用いて、システム制御回路10は、実角度ANGを算出、推定し、FRMsyncのタイミングに対する投影タイミングRQTを制御することにより往復の全像領域を適正な位置で投影することが可能となる。
図22A〜図22Dは、その制御方法を説明する。
図22Aは、較正制御を何ら施していない場合において、スクリーン1上にライン像42が形成されるべきところが、ライン像43が形成される様子を示している。
図22Bは、このときの変調投影信号RQT3のタイミングを示す図である。スキャンミラー2が理想的に往復回転したと仮定してRQT3のタイミングが設定されており、時刻t2に、ライン像43を投影することになっている。
図22Cは、上記のルックアップテーブルのデータを用い算出、推定されたFRMsyncのタイミングに対する実角度ANGを示す。図22Cに示すように、ライン像42に対応する角度データの値aと変調投影信号RQT3のタイミングとは一致しない。
図22Dにおいて、システム制御回路10は、推定された実角度ANGに基づいて、角度データの値aにおいて発生させることにより、変調投影信号RQT3のタイミングを変更し、投影するタイミングがt2からt1にした。この変更された変調投影信号をRQT4と記する。変調投影信号RQT4のタイミングで投影すれば、ライン像42が正しく形成される。
このような較正処理は、各画像の各ラインについて往路と復路両方について、Sys−CNT10において行われる。
以上のように、往復の角度信号の補正されたルックアップテーブルを用いて実角度ANGを算出、推定し、この推定された実角度ANGを用いFRMsyncのタイミングに対する投影タイミングRQTを制御することにより往復の全像領域を適正な位置に投影することが可能となり、往路像と復路像を一致させることができる。
なお、以上の制御を簡単にするため、例えば、画像出力タイミングは16ラインを1ブロックとして、ブロック毎に間隔(周期)を変更し、この制御を全基準ラインデータに対して行なうことにより全画面領域の像を一致させても良い。
スキャンシステムの特性によって、スキャンミラー2の回転角度と角度信号の電圧の値の比例関係(V/deg)は、往復路において異なることがある。これにより、角度信号と実角度には誤差が生じる。
システム制御回路10においてこの誤差を補正するには、前記位相遅れ分のデータを入れ替えた角度信号を用いて、往復路で任意長の水平方向(スキャニング方向)の線像を投影し、往復の像の水平方向の長さが同一になるように像投影タイミングの制御を行なうことにより、往復路で回転角度と角度信号の電圧の値の比例関係(V/deg)の差を解消できる。
本実施形態によれば、往復スキャニングにおいて、一次元変調素子を用いる画像表示装置において発生する往復光の投影誤差を軽減することが出来る。これにより、往復スキャン(三角波スキャン)を実現することができ、光投影効率を向上することが可能となる。
三角波信号でスキャンシステムを制御することにより、鋸波と比較してスキャンミラーに必要な加速度が少なくて済む為省電力化が可能となり、小型化/低コスト化が実現可能。また、鋸波と比較して、スキャンミラーに必要な加速度が少なく、ミラーに加える力も小さいので、ミラーの小型化、軽量化、及び低コスト化が可能となる。また、鋸波と比較してスキャナに必要な加速度が少なく速度が遅い為、ミラーから発生される音の静音化が可能となる。
本実施形態の測定と制御を行なうには、たとえば、表示装置の出荷の段階で位置検出器により位相遅れを測定して、そのパラメータをシステムに記憶させておくことにより像の位置合せを実現可能である。
以上、本発明を好ましい実施の形態に基づき説明したが、本発明は以上に説明した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で、種々の改変が可能である。
本発明の上記の実施形態において、スクリーンに投影された垂直一次元像を水平にスキャニングすることで二次元像を生成する場合を例としたが、水平一次元像を垂直にスキャニングするシステムにおいても、本発明が適用できる。
本発明の上記の実施形態において、位置合せを行なう位置センサとしては位置感知型検出器(PSD)を用いたが、PSD以外の各種位置感知型検出器や、CCDを用いた物を使用しても、同様の効果が得られる。
本発明に説明した画像表示装置は、一例であり、その構成の各種の変更が可能である。例えば、その画像表示手段はスクリーンに限定せず、プリンターの感光体ドラムでも良く、即ち、本発明がプリンターにも適用できる。
また、本発明に説明した画像表示装置において、1次元光変調素子を構成するGLVの1画素は6本のリボン素子を含んでいるが、本発明はこれに限定されない。
本発明によれば、往復スキャニングを行なうことにより、一次元変調素子を用いる画像表示装置において発生する往復光の投影誤差を軽減することができ、これによって、往復スキャンを実現し、容易に高効率な光投影効率を実現できる。
また、往復路とも画像を出力することが出来ることにより、スキャンシステム駆動周波数の倍の周波数で画像を出力できる為フリッカを低減できる。
スキャンシステムの速度ムラ、センサ特性誤差などを吸収/補正することが出来るので、スキャナドライバの制御として特別な制御を用いる必要なく、汎用のスキャナシステム及び単純なスキャナシステムを使用することが可能となり、小型化と低コスト化が実現可能である。
また、往復スキャニングにより、スキャンシステムの低電力化、小型化、低コスト化、及び静音化が実現可能。
また、往復スキャンにより、120Hz投影フレームレートを実現できることから、24Hzの映画フォーマットの画像、60Hzの放送フォーマットの信号をフレーム落ち等による画像劣化を発生させずに同一投影レートで投影が可能となる。
2…スキャンミラー、
3…スキャンモータ、
4…投影光学系、
5a、5b、5c…1次元変調素子、
6a、6b、6c…1次元変調素子の駆動回路、
7a、7b、7c…インターフェイス回路、
8a、8b、8c…画像データ変換回路、
9…スキャナドライバ、
10…システム制御回路、
11…CPU、
12…メモリ、
13…角度データ補正部、
14…光位置検出部、
15…位置感知型検出器(PSD)、
16…角度センサ、
17…1次元変調回路、
19…画像表示装置、
20a、20b、20c、20d、21a、21b、21c…リボン素子、
22…共通電極、
27…制御回路、
28…メモリ、
30…データ形式変換回路、
31…制御回路、
32…メモリ、
35…画像出力回路、
36…XY変換回路、
37…メモリ、
38…画像出力回路、
39…制御回路、
40…投影位置、
41、42…1ライン像、
101…スクリーン、
102…スキャンミラー、
103…スキャンモータ、
104…投影光学系、
105…1次元変調素子、
106…1次元変調素子の駆動回路、
107…インターフェイス回路、
108…画像データ変換回路、
109…スキャナドライバ、
110…システム制御回路、
111…CPU、
112…メモリ、
SDS…スキャナ駆動信号、
SIS…スキャナ指示信号、
RQT…変調投影信号、
FRMsync…フレーム同期信号、
VD…ビデオデータ、
LS…光源、
PSD−SIG…PSD信号、
SAS…角度信号、
ANG…実角度、
TSS…転送開始信号、
DIS…駆動指示信号、
DE…データ・イネーブル信号、
TM…変調タイミング信号、
p−diff…位相差、
SPD−SIG…速度信号
Claims (15)
- 画像データに応じて変調された入射光を偏向し該入射光を被走査面上に走査して像を形成する光走査装置であって、
正回転方向及び逆回転方向に回転し、該正回転と逆回転に応じて前記入射光を偏向する走査手段と、
前記正回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置とを一致させる較正手段と
を有する
光走査装置。 - 前記較正手段は、
前記走査手段の回転角度を検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段により検出された、前記回転を指令する基準信号に対する各時刻における所定の1画面分の角度データを記憶する角度データ記憶手段と、
前記記憶された各時刻における所定の1画面分の角度データから、前記走査手段が所定の角度となる前記基準信号に対する時刻を算出し、該所定の角度となる時刻において前記画像データに応じた変調指令を出力する変調制御手段と
を有する
請求項1に記載の光走査装置。 - 前記角度データ記憶手段は、前記正回転方向における1画面分の角度データと、前記逆回転方向における1画面分の角度データをそれぞれ記憶する
請求項2に記載の光走査装置。 - 前記較正手段は、
前記角度検出手段から角度データを取得するまでに要する位相の遅れ量を記憶する位相遅れ記憶手段と、
前記角度検出手段により検出された各時刻の1画面分の角度データを前記位相遅れ量に応じた時間経過した時刻の前記1画面分の角度データにそれぞれ置き換える補正手段と
をさらに有する
請求項2に記載の光走査装置。 - 前記較正手段は、
前記走査手段の所定の回転角度に対応する所定の方向に着脱自在に配設され、前記走査手段により偏光された光束を検知する光位置測定手段と、
前記光位置測定手段に前記走査手段により偏光された光束が入射するように角度を設定し、静止された前記走査手段の前記角度検出手段により検出された第1の角度データを測定する第1の角度測定手段と、
前記光位置測定手段に回転中の前記走査手段により偏光された光束が入射したときの前記走査手段の前記角度検出手段により検出された第2の角度データを測定する第2の角度測定手段と、
前記第1の角度データと前記第2の角度データとを比較して前記位相の遅れ量を算出する算出手段と
をさらに有する
請求項4に記載の光走査装置。 - 走査手段を正回転方向及び逆回転方向に回転させ、該正回転と逆回転に応じて画像データに応じて変調された入射光を偏向させ、該偏向された入射光が被走査面上に形成する像の位置を較正する方法であって、
前記正回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置とを一致させる較正工程を
有する
像の位置の較正方法。 - 前記較正工程は、
前記走査手段の回転角度を検出し、前記走査手段の回転を指令する基準信号に対する各時刻における所定の1画面分の角度データを記憶する第1の工程と
前記記憶された各時刻における角度データから前記走査手段が所定の角度になる前記基準信号に対する時刻を求め、該所定の角度となる時刻において前記画像データに応じた変調指令を出力する第2の工程と
を有する
請求項6に記載の像の位置の較正方法。 - 前記較正工程において、前記正回転方向における1画面分の角度データと
前記逆回転方向における1画面分の角度データをそれぞれ記憶する
請求項7に記載の像の位置の較正方法。 - 前記較正工程は、
角度データが出力されるまでに要する位相の遅れ量を記憶する工程と、
前記検出された各時刻の1画面分の角度データを前記位相遅れ量に応じた時間経過した時刻の前記1画面分の角度データにそれぞれ置き換える工程と
をさらに有する
請求項7に記載の像の位置の較正方法。 - 前記較正工程は、
停止中の前記走査手段の角度データを測定する工程と、
回転中の前記走査手段の角度データを測定する工程と、
測定された静止中の前記走査手段の角度データと測定された回転中の前記走査手段の角度データを比較して前記位相の遅れ量を算出する工程と
をさらに有する
請求項9に記載の像の位置の較正方法。 - 照明手段と、
入力された画像データに応じて、前記照明手段からの入射光を変調し、1次元画像を形成する結像光を射出する光変調素子と、
前記画像データに応じて正回転方向及び逆回転方向に回転し、前記結像光を偏向させる走査手段と、
前記正回転に応じて偏向された前記結像光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記結像光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置とを一致させる較正手段と、
前記較正された結像光に照射され、2次元画像を表示する表示手段と
を有する
画像表示装置。 - 前記較正手段は、
前記走査手段の回転角度を検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段により検出された、前記回転を指令する基準信号に対する各時刻における所定の1画面分の角度データを記憶する角度データ記憶手段と、
前記記憶された各時刻における所定の1画面分の角度データから、前記走査手段が所定の角度となる前記基準信号に対する時刻を算出し、該所定の角度となる時刻において前記画像データに応じた変調指令を出力する変調制御手段と
を有する
請求項11に記載の画像表示装置。 - 前記角度データ記憶手段は、前記正回転方向における1画面分の角度データと、前記逆回転方向における1画面分の角度データをそれぞれ記憶する
請求項12に記載の画像表示装置。 - 前記較正手段は、
前記角度検出手段から角度データを取得するまでに要する位相の遅れ量を記憶する位相遅れ記憶手段と、
前記角度検出手段により検出された各時刻の1画面分の角度データを前記位相遅れ量に応じた時間経過した時刻の前記1画面分の角度データにそれぞれ置き換える補正手段と
をさらに有する
請求項12に記載の画像表示装置。 - 前記較正手段は、
前記走査手段の所定の回転角度に対応する所定の方向に着脱自在に配設され、前記走査手段により偏光された光束を検知する光位置測定手段と、
前記光位置測定手段に前記走査手段により偏光された光束が入射するように角度を設定し、静止された前記走査手段の前記角度検出手段により検出された第1の角度データを測定する第1の角度測定手段と、
前記光位置測定手段に回転中の前記走査手段により偏光された光束が入射したときの前記走査手段の前記角度検出手段により検出された第2の角度データを測定する第2の角度測定手段と、
前記第1の角度データと前記第2の角度データとを比較して前記位相の遅れ量を算出する算出手段と
をさらに有する
請求項14に記載の画像表示装置。
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