JPWO2013046329A1 - 光軸ずれ補正装置、制御方法、及びヘッドアップディスプレイ - Google Patents

光軸ずれ補正装置、制御方法、及びヘッドアップディスプレイ Download PDF

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Abstract

本発明の光軸ずれ補正装置は、第一光源から照射される第一ビームと、第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正するため、走査手段(10)と、受光素子(100)と、制御手段と、検出手段と、補正手段とを備える。前記走査手段(10)は、前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査領域に対して走査させる。前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームが走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる。前記検出手段は、前記受光素子(100)が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び第二ビームの光軸のずれを検出する。前記補正手段は、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビームと前記第二ビームとの光軸ずれを補正する。

Description

本発明は、レーザ光の光軸ずれを補正する技術分野に関する。
映像の描画に用いられる各色の光源の光軸のずれを検出する技術が知られている。例えば、特許文献1には、複数の光源を有する画像描画装置において、第1の光源の発光および消灯と第2の光源の発光および消灯とを制御すると共に、受光器の受光領域における第1の光の受信タイミングと、受光器の受光領域における第2の光の受信タイミングとに基づいて、第1の光源の光軸と第2の光源の光軸とのずれを検出する技術が提案されている。
特開2010−20087号公報
光軸ずれの検出時において、通常の映像の描画時と同様に1フレームごとに走査領域の全体を走査すると、受光素子上をレーザ光が通過する速度が速いことから、受光素子において高い検知精度が必要となる。
本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、受光素子に高い検出精度を要求することなく、光軸ずれの検出及び補正を行うことが可能な光軸ずれ補正装置、制御方法、及びヘッドアップディスプレイを提供することを主な目的とする。
請求項1に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、前記制御手段により前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項12に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームによって、前記走査領域に対して所定のパターンを描画し、複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に前記パターンの描画位置を変化させる制御手段と、前記制御手段により前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項13に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正し、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、を備える光軸ずれ補正装置が実行する制御方法であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して、複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御工程と、前記制御工程により前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出工程と、前記検出工程により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正工程と、を有することを特徴とする。
請求項14に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと、第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置を光源部に有するヘッドアップディスプレイであって、前記光軸ずれ補正装置は、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定の走査期間かけて走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して、所定の単位時間ごとに複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記単位時間中における前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
本実施例に係る画像描画装置の構成を示す。 マイクロレンズアレイ及び受光素子の配置例を示す。 光軸ずれの具体例を示すイメージ図である。 緑色レーザ光により1フレームにつき1行ずつ走査領域上を走査した際の時系列での走査対象行の位置の変化及びこれに対応する受光レベルの変化を示す図である。 青色レーザ光により1フレームにつき1行ずつ走査領域上を走査した際の時系列での走査対象行の位置の変化及びこれに対応する受光レベルの変化を示す図である。 赤色レーザ光により1フレームにつき1行ずつ走査領域上を走査した際の時系列での走査対象行の位置の変化及びこれに対応する受光レベルの変化を示す図である。 主走査方向の光軸ずれ補正処理の手順を示すフローチャートである。 緑色レーザ光により1フレームにつき1ピクセルずつ順に走査を実行した際の時系列での走査対象ピクセルの位置の変化及び受光レベルの変化を示す図である。 青色レーザ光により1フレームにつき1ピクセルずつ順に走査を実行した際の時系列での走査対象ピクセルの位置の変化及び受光レベルの変化を示す図である。 赤色レーザ光により1フレームにつき1ピクセルずつ順に走査を実行した際の時系列での走査対象ピクセルの位置の変化及び受光レベルの変化を示す図である。 副走査方向の光軸ずれ補正処理の手順を示すフローチャートである。 受光素子が4ピクセル分の大きさを有する場合に、走査対象ピクセルが受光素子上にある場合の走査対象ピクセルの位置を示す図である。 受光素子が複数のピクセルにわたって配置されている場合に、走査対象行が受光素子上にあるときの走査対象行の位置及び受光レベルの変化を示す図である。 主走査方向において隣接する2行を走査対象行に設定した場合の走査領域中の走査対象行の位置を示す図である。 変形例の第1の例に係る走査対象ピクセルの位置を示す図である。 本変形例の第2の例に係る走査対象ピクセルの位置及びこれに対応する受光レベルの変化を示す図である。 ヘッドアップディスプレイの構成例を示す。
本発明の1つの好適な実施形態では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、前記制御手段により前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有する。
上記の光軸ずれ補正装置は、第一光源から照射される第一ビームと、第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正し、走査手段と、受光素子と、制御手段と、検出手段と、補正手段とを備える。走査手段は、第一ビーム及び第二ビームを、走査領域に対して走査させる。制御手段は、第一ビーム及び第二ビームが走査領域において照射される位置を、走査領域に対して複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる。検出手段は、走査領域を対象に第一ビーム及び第二ビームを走査させた場合に受光素子が第一ビームを受光するタイミングと第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、第一ビーム及び第二ビームの光軸のずれを検出する。補正手段は、検出手段により検出したずれに基づいて、第一ビーム又は第二ビームの光軸ずれを補正する。このように、光軸ずれ補正装置は、走査領域に対して複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に照射位置を変化させて走査領域の走査を行い、第一ビームの受光タイミングと、第二ビームの受光タイミングとに基づき光軸ずれの補正を行う。これにより、光軸ずれ補正装置は、レーザ光が受光素子を高速に通過する場合であっても、受光素子の検知精度に依存することなく、受光タイミングを容易に計測し、光軸ずれの補正を行うことが可能となる。
上記光軸ずれ補正装置の一態様では、前記走査手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームを所定の走査期間かけて走査領域に対して走査させ、前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームが照射される位置を、フレームレートにおける所定の単位時間ごとに複数回繰り返される各走査ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させ、前記検出手段は、前記単位時間中における前記受光素子が前記第一ビームと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記光軸のずれを検出する。上述の単位時間は、例えば60FPS(Frames Per Second)ごとに走査を行う場合には、1秒を指す。また、この場合の複数回は60回であり、走査期間の長さは、1/60秒となる。これにより、光軸ずれ補正装置は、レーザ光が受光素子を高速に通過する場合であっても、受光素子の検知精度に依存することなく、受光タイミングを容易に計測し、光軸ずれの補正を行うことが可能となる。
上記光軸ずれ補正装置の一態様では、前記制御手段は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の複数の連続する行の画素に設定し、かつ、前記走査期間ごとに主走査方向に変化させる。この態様により、光軸ずれ補正装置は、受光素子が各画素の境界部分に配置されている場合や、主走査方向の幅が大きい場合であっても、好適に主走査方向における光軸ずれを補正することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、照射される前記複数の連続する行の数は、前記受光素子が配置される走査面上での前記単位時間中における照射領域の主走査方向への大きさが、前記受光素子よりも大きくなるように設定される。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記走査期間ごとに照射領域を変化させる量を、前記受光素子の主走査方向の大きさよりも小さい値とする。これらの態様により、光軸ずれ補正装置は、主走査方向の受光素子の幅が大きい場合であっても、好適に光軸ずれを補正することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の1列分の画素に設定し、かつ、前記走査期間ごとに副走査方向に変化させる。このようにすることで、光軸ずれ補正装置は、迅速かつ高精度に副走査方向の光軸ずれを補正することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の副走査方向に連続する画素に設定する。このようにすることで、光軸ずれ補正装置は、副走査方向の光軸ずれを好適に補正することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査期間ごとに、主走査方向又は副走査方向に向かって、前記受光素子の主走査方向又は副走査方向における幅に応じた移動幅に従い変化させる。この態様により、光軸ずれ補正装置は、より迅速に光軸ずれの補正を実行することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査期間ごとに、連続的に主走査方向又は副走査方向に向かって変化させる。この態様により、光軸ずれ補正装置は、好適に、走査領域全体を走査して、受光素子の受光タイミングを計測することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームを別々に前記走査領域に対して走査させる。この態様により、光軸ずれ補正装置は、好適に、第一ビーム及び第二ビームの受光タイミングを計測することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記補正手段は、前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記単位時間中における前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとが一致するように、前記第一光源又は前記第二光源の発光タイミングを制御する。この態様により、光軸ずれ補正装置は、好適に、光軸ずれの補正を行うことができる。
本発明の他の好適な実施形態では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームによって、前記走査領域に対して所定のパターンを描画し、複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に前記パターンの描画位置を変化させる制御手段と、前記制御手段により前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有する。この実施形態によっても、光軸ずれ補正装置は、レーザ光が受光素子を高速に通過する場合であっても、受光素子の検知精度に依存することなく、受光タイミングを容易に計測し、光軸ずれの補正を行うことが可能となる。
本発明のさらに別の好適な実施形態では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正し、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、を備える光軸ずれ補正装置が実行する制御方法であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して、複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御工程と、前記制御工程により前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出工程と、前記検出工程により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正工程と、を有する。光軸ずれ補正装置は、この制御方法を実行することで、レーザ光が受光素子を高速に通過する場合であっても、受光素子の検知精度に依存することなく、受光タイミングを容易に計測し、光軸ずれの補正を行うことが可能となる。
本発明のさらに別の好適な実施形態では、第一光源から照射される第一ビームと、第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置を光源部に有するヘッドアップディスプレイであって、前記光軸ずれ補正装置は、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定の走査期間かけて走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して、所定の単位時間ごとに複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記単位時間中における前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有する。ヘッドアップディスプレイは、上記の光軸ずれ補正装置を光源部に搭載することで、レーザ光が受光素子を高速に通過する場合であっても、受光素子の検知精度に依存することなく、受光タイミングを容易に計測し、光軸ずれの補正を行うことが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
[画像描画装置の構成]
図1は、本発明に係る光軸ずれ補正装置が適用された画像描画装置1の構成を示す。図1に示すように、画像描画装置1は、画像信号入力部2と、ビデオASIC3と、フレームメモリ4と、ROM5と、RAM6と、レーザドライバASIC7と、MEMS制御部8と、レーザ光源部9と、を備える。画像描画装置1は、例えばヘッドアップディスプレイの光源として用いられ、コンバイナ等の光学素子に表示像を構成する光を出射する。
画像信号入力部2は、外部から入力される画像信号を受信してビデオASIC3に出力する。
ビデオASIC3は、画像信号入力部2から入力される画像信号及びMEMSミラー10から入力される走査位置情報「Sc」に基づいてレーザドライバASIC7やMEMS制御部8を制御するブロックであり、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)として構成されている。ビデオASIC3は、同期/画像分離部31と、ビットデータ変換部32と、発光パターン変換部33と、タイミングコントローラ34と、を備える。
同期/画像分離部31は、画像信号入力部2から入力された画像信号から、画像表示部に表示される画像データと同期信号とを分離し、画像データをフレームメモリ4へ書き込む。
ビットデータ変換部32は、フレームメモリ4に書き込まれた画像データを読み出してビットデータに変換する。
発光パターン変換部33は、ビットデータ変換部32で変換されたビットデータを、各レーザの発光パターンを表す信号に変換する。
タイミングコントローラ34は、同期/画像分離部31、ビットデータ変換部32の動作タイミングを制御する。また、タイミングコントローラ34は、後述するMEMS制御部8の動作タイミングも制御する。
フレームメモリ4には、同期/画像分離部31により分離された画像データが書き込まれる。ROM5は、ビデオASIC3が動作するための制御プログラムやデータなどを記憶している。RAM6には、ビデオASIC3が動作する際のワークメモリとして、各種データが逐次読み書きされる。
レーザドライバASIC7は、後述するレーザ光源部9に設けられるレーザダイオードを駆動する信号を生成するブロックであり、ASICとして構成されている。レーザドライバASIC7は、赤色レーザ駆動回路71と、青色レーザ駆動回路72と、緑色レーザ駆動回路73と、を備える。
赤色レーザ駆動回路71は、発光パターン変換部33が出力する信号に基づき、赤色レーザ「LD1」を駆動する。青色レーザ駆動回路72は、発光パターン変換部33が出力する信号に基づき、青色レーザ「LD2」を駆動する。緑色レーザ駆動回路73は、発光パターン変換部33が出力する信号に基づき、緑色レーザ「LD3」を駆動する。
MEMS制御部8は、タイミングコントローラ34が出力する信号に基づきMEMSミラー10を制御する。MEMS制御部8は、サーボ回路81と、ドライバ回路82と、を備える。なお、MEMS制御部8及びレーザドライバASIC7は、「制御手段」として機能する。
サーボ回路81は、タイミングコントローラからの信号に基づき、MEMSミラー10の動作を制御する。
ドライバ回路82は、サーボ回路81が出力するMEMSミラー10の制御信号を所定レベルに増幅して出力する。
レーザ光源部9は、レーザドライバASIC7から出力される駆動信号に基づいて、レーザ光を出射する。具体的には、レーザ光源部9は、主に、赤色レーザLD1と、青色レーザLD2と、緑色レーザLD3と、コリメータレンズ91a〜91cと、反射ミラー92a〜92cと、マイクロレンズアレイ94と、レンズ95と、受光素子100と、を備える。
赤色レーザLD1は赤色のレーザ光(「赤色レーザ光LR」とも呼ぶ。)を出射し、青色レーザLD2は青色のレーザ光(「青色レーザ光LB」とも呼ぶ。)を出射し、緑色レーザLD3は緑色のレーザ光(「緑色レーザ光LG」とも呼ぶ。)を出射する。コリメータレンズ91a〜91cは、それぞれ、赤色、青色及び緑色のレーザ光LR、LB、LGを平行光にして、反射ミラー92a〜92cに出射する。反射ミラー92bは、青色レーザ光LBを反射させ、反射ミラー92cは、青色レーザ光LBを透過させ、緑色レーザ光LGを反射させる。そして、反射ミラー92aは、赤色レーザ光LRのみを透過させ、青色及び緑色のレーザ光LB、LGを反射させる。こうして反射ミラー92aを透過した赤色レーザ光LR及び反射ミラー92aで反射された青色及び緑色のレーザ光LB、LGは、MEMSミラー10に入射される。
なお、レーザLD1、LD2、LD3の任意の2つのレーザ光は、本発明における「第一光源」及び「第二光源」の一例であり、レーザ光LR、LB、LGの任意の2つのレーザ光は、本発明における「第一ビーム」及び「第二ビーム」の一例である。
MEMSミラー10は、本発明における「走査手段」として機能し、反射ミラー92aから入射されたレーザ光をEPE(Exit Pupil Expander)の一例であるマイクロレンズアレイ94に向けて反射する。また、MEMSミラー10は、基本的には、画像信号入力部2に入力された画像を表示するためにMEMS制御部8の制御により、スクリーンとしてのマイクロレンズアレイ94上を走査するように移動し、その際の走査位置情報(例えばミラーの角度などの情報)をビデオASIC3へ出力する。マイクロレンズアレイ94は、複数のマイクロレンズが配列されており、MEMSミラー10で反射されたレーザ光が入射される。レンズ95は、マイクロレンズアレイ94の放射面に形成された画像を拡大する。
受光素子100は、マイクロレンズアレイ94の近傍に設けられている。具体的には、マイクロレンズアレイ94は描画領域「RR」(ユーザに提示するための画像(映像)を表示する領域に相当する。以下同様とする。)を含む位置に設けられているのに対して、受光素子100は描画領域RR外の所定の領域に対応する位置に設けられている。受光素子100の具体的な配置については、図2を用いて後述する。受光素子100は、フォトディテクタなどの光電変換素子で構成され、入射したレーザ光の光量に応じた電気信号である検出信号「Sd」をビデオASIC3へ供給する。
ビデオASIC3は、受光素子100からの検出信号Sdに基づいて、赤色レーザ光LR、青色レーザ光LB及び緑色レーザ光LGの光軸ずれを検出する。また、ビデオASIC3は、検出した光軸ずれに基づいて、当該光軸ずれを補正するための処理を行う。具体的には、ビデオASIC3は、赤色レーザLD1、青色レーザLD2、又は/及び緑色レーザLD3の発光タイミングを変更することで光軸ずれの補正を行う。このとき、ビデオASIC3は、光軸のずれ方向が主走査方向又は副走査方向のいずれの方向であるかに基づいて、上述の発光タイミングの調整量を変更する。このように、ビデオASIC3は、本発明における「検出手段」及び「補正手段」として機能する。
図2は、マイクロレンズアレイ94及び受光素子100の配置例を示す図である。図2は、レーザ光の進行方向に沿った方向(図1の矢印「Z」方向)から、マイクロレンズアレイ94及び受光素子100を観察した図を示している。破線で表された走査可能領域「SR」は、MEMSミラー10による走査が可能な範囲、即ち描画が可能な範囲に対応する領域である。この走査可能領域SR内には、マイクロレンズアレイ94が配置される。そして、マイクロレンズアレイ94内の一点鎖線で表された領域は描画領域RRを示す。
受光素子100は、走査可能領域SR内の領域であって、マイクロレンズアレイ94の下方に設けられている。つまり、受光素子100は、表示を阻害しないように、描画領域RR外の領域に対応する位置に設けられている。なお、本事例では受光素子100の位置は、マイクロレンズアレイ94の配置面上としたが、これに限定されず、走査可能領域SR内であればどこでも良い。
MEMSミラー10は、図2中の矢印に示すようにレーザ光を複数回走査する(つまりラスタースキャンを実施する)ことで、表示すべき画像(映像)を描画領域RRに描画させる。本明細書では、図2の下に示すように、レーザ光の副走査方向を「左右方向」とも呼び、当該副走査方向に垂直な主走査方向を「上下方向」とも呼ぶ。
また、MEMSミラー10は、光軸ずれの補正時には、走査可能領域SR内かつ描画領域RR外であって、受光素子100の位置を含む所定の走査領域「Rtag」を対象にレーザ光を走査する。この具体的な走査の方法については後述する。
なお、受光素子100を配置する位置は図2に示したものに限定はされない。受光素子100は、走査可能領域SR内であって描画領域RR外の領域に対応する位置であれば、種々の位置に配置可能である。
次に、図3を参照して、光軸ずれの具体例について説明する。図3(a)は、画像描画装置1から出射された赤色レーザ光LR、青色レーザ光LB及び緑色レーザ光LGの一例を示している。ここでは、赤色レーザ光LR、青色レーザ光LB及び緑色レーザ光LGにおいて光軸ずれが生じている場合を例示している。図3(b)は、図3(a)中の位置「P」に配置されたマイクロレンズアレイ94上に照射された、赤色レーザ光LR、青色レーザ光LB及び緑色レーザ光LGのそれぞれに対応するスポットの一例を示している。図3(b)において、文字「R」、「B」、「G」が内部に記載された円は、それぞれ、赤色レーザ光LR、青色レーザ光LB及び緑色レーザ光LGのスポットを示している(以下同様とする)。この例では、青色レーザ光LBの光軸は、赤色レーザ光LRの光軸に対して、2ピクセル(ドット)分だけ上方向にずれており、緑色レーザ光LGの光軸は、赤色レーザ光LRの光軸に対して、2ピクセル分だけ下方向にずれている共に、1ピクセル分だけ右方向にずれている。本実施例では、画像描画装置1は、このような光軸ずれが発生した場合に、各レーザ光LR、LB、LGの光軸が一致するように各レーザLD1〜LD3の発光タイミングを制御する。
[光軸ずれ補正方法]
以下では、本実施例に係る光軸ずれ補正方法について具体的に説明する。画像描画装置1は、ユーザから所定の入力があった時や画像描画装置1の起動時などの所定のタイミングで光軸ずれ補正を行う。そして、画像描画装置1は、まず、主走査方向の光軸ずれの補正処理を行った後、副走査方向の光軸ずれの補正処理を実行する。以下、これらの補正処理についてそれぞれ具体的に説明する。
(1)主走査方向の光軸ずれ補正処理
まず、主走査方向の光軸ずれ補正方法について説明する。概略的には、画像描画装置1は、各レーザ光により1フレームにつき1行ずつ走査領域Rtagの最上位の行から順に走査を行い、各レーザ光について何フレーム目で受光素子100が受光を検知したかに基づき、光軸ずれの検出及び補正を行う。なお、画像描画装置1は、単位時間ごとに複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに各フレームの描画を行う。例えば、60FPSの場合には、画像描画装置1は、1秒ごとに60回繰り返される各走査の走査期間ごとに各フレームの描画を行う。
ここで、光軸ずれが生じている場合の主走査方向の光軸ずれ補正方法の具体例について図4〜図6を参照して説明する。以後では、走査領域Rtagの最上位の行の走査を行うフレームから順に数えた場合に何フレーム目にあたるかを示す番号を「フレーム番号Nf」と呼び、受光素子100が最も高い受光レベルを検知した際のフレーム番号を「検出時フレーム番号Nfd」とも呼ぶ。また、フレームごとに走査対象となる走査領域Rtag中の行(走査線)を「走査対象行Ltag」とも呼ぶ。
図4は、緑色レーザ光LGにより1フレームにつき1行ずつ走査領域Rtag上を走査した際の時系列での走査対象行Ltagの位置の変化及び受光素子100が検知する受光レベルの変化を示す図である。具体的に、図4(a)〜(e)は、それぞれフレーム番号Nfが「1」から「5」までの各フレームに対応する走査対象行Ltagの位置を示し、図4(f)〜(j)は、それぞれ図4(a)〜(e)に示す走査時に受光素子100が検出した受光レベルの変化を示す。同様に、図5は、青色レーザ光LBを対象に走査を実行した際の時系列での走査対象行Ltagの位置の変化及び受光素子100が検知する受光レベルの変化を示し、図6は、赤色レーザ光LRを対象に走査を実行した際の時系列での走査対象行Ltagの位置の変化及び受光素子100が検知する受光レベルの変化を示す図である。
図4〜図6に示すように、この例では、緑色レーザ光LGに対して、青色レーザ光LBが下方向に1ピクセル分の光軸ずれが生じており、赤色レーザ光LRが上方向に1ピクセル分の光軸ずれが生じている。従って、この場合、各レーザ光の検出時フレーム番号Nfdは、光軸ずれの方向及び幅に応じてそれぞれ異なる。具体的には、緑色レーザ光LGの検出時フレーム番号Nfdは「3」(図4(c)、(h)参照)であるのに対し、青色レーザ光LBの検出時フレーム番号Nfdは「2」(図5(b)、(g)参照)であり、赤色レーザ光LRの検出時フレーム番号Nfdは「4」(図6(d)、(i)参照)である。
このように、各レーザ光の検出時フレーム番号Nfdが異なっている場合、画像描画装置1は、所定のレーザ光の光軸を基準(固定)にし、当該基準となるレーザ光(「基準レーザ光Lst」とも呼ぶ。)の検出時フレーム番号Nfdと他のレーザ光の検出時フレーム番号Nfdとのずれに基づき、当該他のレーザ光の光軸を移動させる。より具体的には、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdよりも小さい検出時フレーム番号Nfdであったレーザ光の光軸を、これらの検出時フレーム番号Nfdの差に相当するピクセル分だけ上方向に移動させ、基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdよりも大きい検出時フレーム番号Nfdであったレーザ光の光軸を、これらの検出時フレーム番号Nfdの差に相当するピクセル分だけ下方向に移動させる。
従って、図4〜図6の例では、緑色レーザ光LGを基準レーザ光Lstとした場合、画像描画装置1は、緑色レーザ光LGの検出時フレーム番号Nfdよりも青色レーザ光LBの検出時フレーム番号Nfdが「1」だけ小さいことから、青色レーザ光LBの光軸を上方向に1ピクセル分移動させる。また、画像描画装置1は、緑色レーザ光LGの検出時フレーム番号Nfdよりも赤色レーザ光LRの検出時フレーム番号Nfdが「1」だけ大きいことから、赤色レーザ光LRの光軸を下方向に1ピクセル分移動させる。
このように、画像描画装置1は、1フレームにつき1行ずつ各レーザ光の走査を行うことで、1フレームに全ての行の走査を行う場合と比較して、1ピクセルごとの上下方向の光軸ずれを高精度に検知し、光軸ずれを補正することができる。なお、走査対象行Ltagは、本発明における「パターン」の一例である。
図7は、主走査方向の光軸ずれを補正する処理手順を示すフローチャートの一例である。画像描画装置1は、図7に示すフローチャートの処理を、所定の周期に従い繰り返し実行する。
まず、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstを点灯させて、走査領域Rtagを対象に、1フレームにつき1行ずつ上から順に走査を行う(ステップS101)。ここでは、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstとして緑色レーザ光LGを選択する。そして、画像描画装置1は、フレームごとに、受光素子100がレーザ光を検知したか否か判定する(ステップS102)。そして、受光素子100がレーザ光を検知した場合(ステップS102;Yes)、画像描画装置1はステップS103へ処理を進める。この時、画像描画装置1は、受光素子100が緑色レーザ光LGを検知した際の検出時フレーム番号Nfdを特定する。一方、受光素子100がレーザ光を検知しない場合(ステップS102;No)、画像描画装置1は、走査対象行Ltagを下方向に1行だけずらして引き続き1フレームにつき1行ずつ走査を行う(ステップS101)。
次に、ステップS103では、画像描画装置1は、基準レーザ光Lst以外の所定のレーザ光(ここでは青色レーザ光LBとする。)を点灯させて、走査領域Rtagを対象に、1フレームにつき1行ずつ上から順に走査を行う(ステップS103)。そして、画像描画装置1は、フレームごとに、受光素子100がレーザ光を検知したか否か判定し(ステップS104)、受光素子100がレーザ光を検知した場合には(ステップS104;Yes)、ステップS105へ処理を進める。この時、画像描画装置1は、受光素子100が青色レーザ光LBを検知した際の検出時フレーム番号Nfdを特定する。一方、受光素子100がレーザ光を検知しない場合には(ステップS104;No)、画像描画装置1は、走査対象行Ltagを下方向に1行だけずらして引き続き走査を行う(ステップS103)。
次に、ステップS105では、画像描画装置1は、ステップS104で受光素子100が青色レーザ光LBを検知した際の検出時フレーム番号Nfdが基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdと同一であるか否か判定する(ステップS105)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGと走査を実行した青色レーザ光LBとの主走査方向の光軸ずれの有無を判定する。そして、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一であった場合(ステップS105;Yes)、画像描画装置1は、これらのレーザ光には主走査方向の光軸ずれがないと判断し、ステップS107へ処理を進める。一方、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一でない場合(ステップS105;No)、画像描画装置1は、これらの検出時フレーム番号Nfdのずれに応じて青色レーザ光LBの光軸を主走査方向に移動させる(ステップS106)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGの光軸と青色レーザ光LBの光軸とを、主走査方向において一致させる。
次に、ステップS107では、画像描画装置1は、未走査である赤色レーザ光LRを点灯させて、走査領域Rtagを対象に、1フレームにつき1行ずつ上から順に走査を行う(ステップS107)。そして、画像描画装置1は、受光素子100がレーザ光を検知したか否か判定し(ステップS108)、受光素子100がレーザ光を検知した場合(ステップS108;Yes)、画像描画装置1は、ステップS109へ処理を進める。この時、画像描画装置1は、受光素子100が赤色レーザ光LRを検知した際の検出時フレーム番号Nfdを特定する。一方、受光素子100がレーザ光を検知しない場合には(ステップS108;No)、画像描画装置1は、走査対象行Ltagを下方向に1行だけずらして引き続き走査を行う(ステップS107)。
そして、ステップS109では、画像描画装置1は、赤色レーザ光LRの検出時フレーム番号Nfdが基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdと同一であるか否か判定し(ステップS109)、これらの検出時フレーム番号Nfdが同一である場合には(ステップS109;Yes)、フローチャートの処理を終了する。一方、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一でない場合(ステップS109;No)、画像描画装置1は、これらの検出時フレーム番号Nfdのずれに応じて赤色レーザ光LRの光軸を主走査方向に移動させる(ステップS110)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGの光軸と赤レーザ光LRの光軸とを、主走査方向において一致させる。
このように、画像描画装置1は、各レーザ光を受光素子100が受光するタイミングの違いに応じて、基準レーザ光Lst以外のレーザ光の光軸を移動させることで、好適に、各レーザ光の光軸を一致させることができる。
(2)副走査方向の光軸ずれ補正処理
次に、副走査方向の光軸ずれ補正方法について説明する。概略的には、画像描画装置1は、各レーザ光により1フレームにつき1ピクセル(ドット)ずつ走査領域Rtagの最上位の行にあるピクセルから順に走査を行うことで各レーザ光について検出時フレーム番号Nfdを算出し、これらの検出時フレーム番号Nfdが一致するように、光軸ずれの検出及び補正を行う。なお、好適には、画像描画装置1は、上述した主走査方向の光軸ずれ補正処理を実行した後、副走査方向の光軸ずれ補正処理を行う。
ここで、光軸ずれが生じている場合の副走査方向の光軸ずれ補正方法の具体例について図8〜図10を参照して説明する。以後では、副走査方向の光軸ずれ補正時に、フレームごとに走査対象となる走査領域Rtagのピクセル(画素)を「走査対象ピクセルPtag」とも呼ぶ。
図8は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGにより1フレームにつき1ピクセルずつ走査領域Rtagの最上位の行にあるピクセルから順に走査を実行した際の時系列での走査対象行Ltagの位置の変化及び受光素子100が検知する受光レベルの変化を示す図である。具体的に、図8(a)〜(e)は、それぞれ、フレーム番号Nfが「1」、「19」〜「21」、「40」の各フレームに対応する走査対象ピクセルPtagの位置を示し、図8(f)〜(j)は、それぞれ図8(a)〜(e)に示す走査時の受光レベルの変化を示す。同様に、図9は、青色レーザ光LBを対象に走査を実行した際の走査対象行Ltagの位置の変化及び受光素子100が検知する受光レベルの変化を示し、図10は、赤色レーザ光LRを対象に走査を実行した際の走査対象行Ltagの位置の変化及び受光素子100が検知する受光レベルの変化を示す図である。
図8〜図10に示すように、この例では、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGに対して、青色レーザ光LBが右方向に1ピクセル分の光軸ずれが生じており、赤色レーザ光LRが左方向に1ピクセル分の光軸ずれが生じている。従って、この場合、各レーザ光の検出時フレーム番号Nfdは、光軸ずれの方向及び幅に応じてそれぞれ異なる。具体的には、緑色レーザ光LGの検出時フレーム番号Nfdは「20」(図8(c)、(h)参照)であるのに対し、青色レーザ光LBの検出時フレーム番号Nfdは「19」(図9(b)、(g)参照)であり、赤色レーザ光LRの検出時フレーム番号Nfdは「21」(図10(d)、(i)参照)である。
このように、各レーザ光の検出時フレーム番号Nfdが異なっている場合、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdと他のレーザ光の検出時フレーム番号Nfdとのずれに基づき、当該他のレーザ光の光軸の移動方向及び移動幅を定める。より具体的には、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdよりも小さい検出時フレーム番号Nfdであったレーザ光の光軸を、これらの検出時フレーム番号Nfdの差に相当するピクセル分だけ左方向に移動させ、基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdよりも大きい検出時フレーム番号Nfdであったレーザ光の光軸を、これらの検出時フレーム番号Nfdの差に相当するピクセル分だけ右方向に移動させる。
従って、図8〜図10の例では、画像描画装置1は、緑色レーザ光LGの検出時フレーム番号Nfdよりも青色レーザ光LBの検出時フレーム番号Nfdが「1」だけ小さいことから、青色レーザ光LBの光軸を左方向に1ピクセル分移動させる。また、画像描画装置1は、緑色レーザ光LGの検出時フレーム番号Nfdよりも赤色レーザ光LRの検出時フレーム番号Nfdが「1」だけ大きいことから、赤色レーザ光LRの光軸を右方向に1ピクセル分移動させる。
このように、画像描画装置1は、1フレームにつき1ピクセルずつ各レーザ光の走査を行うことで、1フレームに走査領域Rtag全体の走査を行う場合と比較して、受光素子100上をレーザ光が通過する速さに影響を受けることなく、1ピクセルごとの左右方向の光軸ずれを高精度に検知し、その光軸ずれを補正することができる。なお、走査対象ピクセルPtagは、本発明における「パターン」の一例である。
図11は、副走査方向の光軸ずれを補正する処理手順を示すフローチャートの一例である。画像描画装置1は、図11に示すフローチャートの処理を、図7に示すフローチャートの実行後に実行する。
まず、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstを点灯させて、走査領域Rtagを対象に、1フレームにつき1ピクセルずつ左上隅のピクセルから順に走査を行う(ステップS201)。ここでは、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstとして緑色レーザ光LGを選択する。そして、画像描画装置1は、フレームごとに、受光素子100がレーザ光を検知したか否か判定する(ステップS202)。そして、受光素子100がレーザ光を検知した場合(ステップS202;Yes)、画像描画装置1はステップS203へ処理を進める。この時、画像描画装置1は、受光素子100が緑色レーザ光LGを検知した際の検出時フレーム番号Nfdを特定する。一方、受光素子100がレーザ光を検知しない場合(ステップS202;No)、画像描画装置1は、走査対象ピクセルPtagを右隣のピクセル又は走査対象ピクセルPtagが右端にある場合には下方向に隣接する行の左端のピクセルに設定して引き続き走査を行う(ステップS201)。
次に、ステップS203では、画像描画装置1は、基準レーザ光Lst以外の所定のレーザ光(ここでは青色レーザ光LBとする。)を点灯させて、走査領域Rtagを対象に、1フレームにつき1ピクセルずつ左上隅のピクセルから順に走査を行う(ステップS203)。そして、画像描画装置1は、フレームごとに、受光素子100がレーザ光を検知したか否か判定し(ステップS204)、受光素子100がレーザ光を検知した場合には(ステップS204;Yes)、ステップS205へ処理を進める。この時、画像描画装置1は、受光素子100が青色レーザ光LBを検知した際の検出時フレーム番号Nfdを特定する。一方、受光素子100がレーザ光を検知しない場合には(ステップS204;No)、画像描画装置1は、走査対象ピクセルPtagを右隣のピクセル又は走査対象ピクセルPtagが右端にある場合には下方向に隣接する行の左端のピクセルに設定して引き続き走査を行う(ステップS203)。
次に、ステップS205では、画像描画装置1は、ステップS204で受光素子100が青色レーザ光LBを検知した際の検出時フレーム番号Nfdが基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdと同一であるか否か判定する(ステップS205)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGと走査を実行した青色レーザ光LBとの副走査方向の光軸ずれの有無を判定する。そして、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一であった場合(ステップS205;Yes)、画像描画装置1は、これらのレーザ光には副走査方向の光軸ずれがないと判断し、ステップS207へ処理を進める。一方、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一でない場合(ステップS205;No)、画像描画装置1は、これらの検出時フレーム番号Nfdのずれに応じて青色レーザ光LBの光軸を副走査方向に移動させる(ステップS206)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGの光軸と青色レーザ光LBの光軸とを、副走査方向において一致させる。
次に、ステップS207では、画像描画装置1は、未走査である赤色レーザ光LRを点灯させて、走査領域Rtagを対象に、1フレームにつき1ピクセルずつ左上隅のピクセルから順に走査を行う(ステップS207)。そして、画像描画装置1は、受光素子100がレーザ光を検知したか否か判定し(ステップS208)、受光素子100がレーザ光を検知した場合(ステップS208;Yes)、画像描画装置1は、ステップS209へ処理を進める。この時、画像描画装置1は、受光素子100が赤色レーザ光LRを検知した際の検出時フレーム番号Nfdを特定する。一方、受光素子100がレーザ光を検知しない場合には(ステップS208;No)、画像描画装置1は、走査対象ピクセルPtagを右隣のピクセル又は走査対象ピクセルPtagが右端にある場合には下方向に隣接する行の左端のピクセルに設定して引き続き走査を行う(ステップS207)。
そして、ステップS209では、画像描画装置1は、赤色レーザ光LRの検出時フレーム番号Nfdが基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdと同一であるか否か判定し(ステップS209)、これらの検出時フレーム番号Nfdが同一である場合には(ステップS209;Yes)、フローチャートの処理を終了する。一方、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一でない場合(ステップS209;No)、画像描画装置1は、これらの検出時フレーム番号Nfdのずれに応じて赤色レーザ光LRの光軸を副走査方向に移動させる(ステップS210)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGの光軸と赤レーザ光LRの光軸とを、副走査方向において一致させる。
このように、画像描画装置1は、各レーザ光を受光素子100が受光するタイミングの違いに応じて、基準レーザ光Lst以外のレーザ光の光軸を移動させることで、好適に、各レーザ光の光軸を一致させることができる。
[変形例]
次に、本発明に好適な変形例について説明する。以下に示す変形例は、組み合わせて上述の実施例に適用されてもよい。
(変形例1)
図4〜図6、図8〜図10では、受光素子100は、1ピクセル分の大きさを有し、かつ、所定の一つのピクセルとのみ重複する位置に配置されていた。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。これに代えて、受光素子100は、1ピクセル分以上の大きさを有してもよく、複数のピクセルと重複する位置に配置されてもよい。
まず、受光素子100の大きさが2ピクセル分以上ある場合について、副走査方向の光軸ずれ補正処理を例に図12を参照して具体的に説明する。
図12は、受光素子100が4ピクセル分の大きさを有する場合に、走査対象ピクセルPtagが受光素子100上にある場合の走査対象ピクセルPtagの位置及び受光素子100が検知する受光レベルの変化を示す図である。具体的には、図12(a)〜(d)は、それぞれ、フレーム番号Nfが「12」、「13」、「20」、「21」の各フレームに対応する走査対象ピクセルPtagの位置を示す。
図12に示すように、この場合には、4つのフレームにわたり受光素子100が受光を検知する。従って、この場合、画像描画装置1は、検出時フレーム番号Nfdを、例えば、受光を検知した際のフレーム番号Nfの中央値(この場合「13」又は「20」)、又は、最も受光レベルが高かった走査時に対応するフレーム番号Nf、又は、受光を検知した期間が最も長い走査時のフレーム番号Nfに設定する。なお、これらの場合では、画像描画装置1は、走査領域Rtag内の全てのピクセルを走査する必要がある。従って、画像描画装置1は、図7のステップS104、ステップS108や図11のステップS204、ステップS208において、受光素子100が受光を検知したか否か判定する代わりに、走査領域Rtag内の全ての行又はピクセルを走査したか否か判定する。
同様に、受光素子100が2ピクセル分以上の大きさを有する際に主走査方向の光軸を補正する場合には、画像描画装置1は、検出時フレーム番号Nfdを、受光を検知した際のフレーム番号Nfの中央値、又は、最も受光レベルが高かった走査時に対応するフレーム番号Nf、又は、受光を検出したフレーム番号Nfの平均値に設定する。そして、画像描画装置1は、実施例の説明と同様に、検出時フレーム番号Nfdの違いに応じて、基準レーザ光Lst以外のレーザ光の光軸を移動させる。
次に、受光素子100が複数のピクセルと一部重複する位置に配置されている場合について、主走査方向の光軸ずれ補正処理を例に図13を参照して具体的に説明する。
図13は、受光素子100が複数のピクセルと一部重複するように配置されている場合に、走査対象行Ltagが受光素子100上にあるときの走査対象行Ltagの位置及び受光素子100が検知する受光レベルの変化を示す図である。具体的には、図13(a)、(b)は、それぞれ、3フレーム目及び4フレーム目での走査対象行Ltagの位置を示し、図13(c)、(d)は、それぞれ、3フレーム目及び4フレーム目での走査時の受光レベルの変化を示す。
図13(a)、(b)に示すように、この場合には、受光素子100は、走査対象行Ltagが3行目及び4行目の場合にそれぞれ対応する2つのフレームの走査時に受光を検知する。一方、4行目のピクセルよりも3行目のピクセルの方が受光素子100と重複する面積が大きい。よって、図13(c)、(d)に示すように、フレーム番号Nfが「3」のフレームの走査時に対応する受光レベルの方が、フレーム番号Nfが「4」のフレームの走査時に対応する受光レベルよりも高い。よって、この場合、画像描画装置1は、受光レベルが最も高いフレーム番号Nf(ここでは「3」)を、検出時フレーム番号Nfdに設定する。
同様に、受光素子100が複数のピクセルに一部重複して設置された際に主走査方向の光軸ずれ補正処理を行う場合には、画像描画装置1は、受光レベルが最も高くなった走査時に対応するフレーム番号Nfを検出時フレーム番号Nfdに設定する。そして、画像描画装置1は、実施例の説明と同様に、検出時フレーム番号Nfdの違いに応じて、基準レーザ光Lst以外のレーザ光の光軸を移動させる。
なお、受光素子100が1ピクセル分以上の大きさを有する場合、又は/及び、複数のピクセルと一部重複する位置に配置された場合には、画像描画装置1は、後述する変形例2及び変形例3に従い処理を実行することで、より高精度に光軸ずれの補正を行うことができる。
(変形例2)
主走査方向の光軸ずれ補正処理時に、画像描画装置1は、走査対象行Ltagを1行のピクセルに設定していたが、本発明が適用可能な方法はこれに限定されない。これに代えて、画像描画装置1は、複数行のピクセルを走査対象行Ltagに設定してもよい。これについて、図14を参照して具体的に説明する。
図14は、主走査方向において隣接する2行のピクセルを走査対象行Ltagに設定した場合の走査領域Rtag中の走査対象行Ltagの位置を示す図である。具体的には、図14(a)は、フレーム番号が「2」のフレームでの走査対象行Ltagの位置を示し、図14(b)は、フレーム番号が「3」のフレームでの走査対象行Ltagの位置を示し、図14(c)は、フレーム番号が「4」のフレームでの走査対象行Ltagの位置を示す。
図14に示すように、画像描画装置1は、1フレームごとに1行ずつ走査対象行Ltagを下方向にずらして走査領域Rtag中の全ての行の走査を行う。そして、画像描画装置1は、フレームごとに受光レベルの平均値を算出し、当該平均値が最も高くなったフレームの番号を検出時フレーム番号Nfdに設定する。図14では、3フレーム目の走査時において、走査対象行Ltagと重複する受光素子100の面積が最も大きくなることから、画像描画装置1は、検出時フレーム番号Nfdを「3」に設定する。
このように、画像描画装置1は、隣接する複数行を走査対象行Ltagに設定した場合であっても、各レーザ光の検出時フレーム番号Nfdを的確に特定し、当該検出時フレーム番号Nfdの違いに基づき光軸ずれを好適に補正することができる。特に、画像描画装置1は、図14に示す例のように、受光素子100が複数行にわたり重複して配置されていた場合であっても、各レーザ光の検出時フレーム番号Nfdを適切に定めることができ、光軸ずれをより的確に補正することができる。
また、好適には、画像描画装置1は、主走査方向での受光素子100の幅に基づき走査対象行Ltagに指定する行数を定めるとよい。例えば、画像描画装置1は、受光素子100と重複する位置にある行数(図14の例では「2」)を、走査対象行Ltagの行数に指定する。このようにすることで、画像描画装置1は、受光素子100が配置された面積が大きい場合であっても、受光素子100の位置に対応した検出時フレーム番号Nfdを一意に定めることができ、光軸ずれをより高精度に補正することができる。
(変形例3)
図8〜図10の説明では、副走査方向の光軸ずれ補正時に、画像描画装置1は、走査対象ピクセルPtagを1ピクセル分に設定していたが、本発明が適用可能な方法はこれに限定されない。これに代えて、画像描画装置1は、複数のピクセルを走査対象ピクセルPtagに設定してもよい。これについて、第1の例及び第2の例の2つの具体例を挙げて説明する。
まず、第1の例について図15を参照して説明する。図15は、本変形例の第1の例に係る走査対象ピクセルPtagの位置を示す図である。具体的には、図15(a)〜(c)は、それぞれ、フレーム番号Nfが3〜5のフレームに対応する走査対象ピクセルPtagの位置を示す。
図15に示すように、第1の例では、画像描画装置1は、1列分のピクセルを走査対象ピクセルPtagに指定して、1フレームにつき1列ごとに、走査領域Rtag中の最も左に位置する列から最も右に位置する列に向かって順に走査を行う。そして、画像描画装置1は、受光素子100が受光を検知したフレームの番号を検出時フレーム番号Nfdに設定する。なお、画像描画装置1は、受光素子100が受光を検知したフレームが複数存在する場合には、例えば最も高い受光レベルを検知した際のフレーム番号Nfを検出時フレーム番号Nfdに設定する。
このように、第1の例によれば、1フレームにつき1列ごとに走査を行うため、画像描画装置1は、副走査方向の光軸ずれ補正処理に要する時間を短縮化することができる。また、第1の例によれば、画像描画装置1は、主走査方向の光軸ずれ補正処理を実行する前に、副走査方向の光軸ずれ補正処理を実行することもである。
なお、第1の例では、変形例2と同様に、画像描画装置1は、1フレームにつき複数の連続する列を対象に走査を行い、フレームごとに走査対象の列を1列ずつずらしてもよい。これにより、変形例2と同様に、列間の境界付近の位置に受光素子100が配置されている場合や、受光素子100の副走査方向の幅が1ピクセル分よりも大きい場合であっても、画像描画装置1は、検出時フレーム番号Nfdを一意に設定し、光軸ずれを補正することができる。
次に、第2の例について図16を参照して説明する。図16は、本変形例の第2の例に係る走査対象ピクセルPtagの位置及びこれに対応する受光レベルの変化を示す図である。具体的には、図16(a)〜(e)は、それぞれ、フレーム番号Nfが「13」〜「17」の各フレームにおける走査時の走査対象ピクセルPtagの位置を示し、図16(f)〜(j)は、それぞれ、図16(a)〜(e)に示す走査時に検出された受光レベルの変化を示す。
図16(a)〜(e)に示すように、この例では、画像描画装置1は、左右方向に隣接した3ピクセルを走査対象ピクセルPtagに指定し、1フレームごとに1ピクセルずつ右方向に走査対象ピクセルPtagを移動させ、走査中の行にある全てのピクセルを走査した場合には、下隣の行の左端の3ピクセルを走査対象ピクセルPtagとして走査する。そして、図16(b)〜(d)に示すように、この例では、受光素子100は、14〜16フレーム目において、受光を検知している。この場合、画像描画装置1は、例えば、受光を検知した連続するフレーム番号Nfのうち、中央値にあたるフレーム番号Nf(図16の例では「15」)を、検出時フレーム番号Nfdに設定する。このように、画像描画装置1は、複数のピクセルを走査対象ピクセルPtagに指定することで、受光の検出漏れ等をより確実に抑制し、光軸ずれの補正の精度を上げることができる。
(変形例4)
上述の実施例及び変形例の説明では、画像描画装置1は、主走査方向の光軸ずれ補正処理では、フレームごとに1行分だけ走査対象行Ltagを下方向へ移動させた。これに代えて、画像描画装置1は、受光素子100の主走査方向における幅に応じて走査対象行Ltagの移動幅を定めてもよい。例えば、画像描画装置1は、走査対象行Ltagの移動幅を、受光素子100の主走査方向における幅以下に設定する。具体的には、受光素子100の主走査方向の幅が2ピクセル以上かつ3ピクセル未満の場合には、画像描画装置1は、走査対象行Ltagの移動幅を2行(ピクセル)に設定する。これによっても、画像描画装置1は、受光素子100にレーザ光を検知させることができ、かつ、迅速に主走査方向の光軸ずれ補正処理を完了することができる。
同様に、画像描画装置1は、副走査方向の光軸ずれ補正処理において、1フレームにつき1ピクセル分だけ走査対象ピクセルPtagを移動させる代わりに、受光素子100の副走査方向における幅に応じて走査対象ピクセルPtagの移動幅を定めてもよい。例えば、画像描画装置1は、走査対象ピクセルPtagの移動幅を、受光素子100の副走査方向における幅以下に設定する。これによっても、画像描画装置1は、受光素子100にレーザ光を検知させることができ、かつ、迅速に副走査方向の光軸ずれ補正処理を完了することができる。
(変形例5)
上述の画像描画装置1は、ヘッドアップディスプレイに好適に適用される。これについて、図17を参照して具体例を示す。
図17は、本発明に係るヘッドアップディスプレイの構成例を示す。図17に示すヘッドアップディスプレイは、コンバイナ26を介して虚像「Iv」を運転者に視認させるものである。
図17に示す構成では、光源部1Aは、上述した実施例の画像描画装置1として機能する。そして、光源部1Aは、支持部材11a、11bを介して車室内の天井部22に付設され、現在地を含む地図情報や経路案内情報、走行速度、その他運転を補助する情報(以後、「運転補助情報」とも呼ぶ。)を示す表示像を構成する光を、コンバイナ26に向けて出射する。具体的には、光源部1Aは、光源ユニット1内に表示像の元画像(実像)を生成し、その画像を構成する光をコンバイナ26へ出射することで、運転者に虚像Ivを視認させる。
コンバイナ26は、光源部1から出射される表示像が投影されると共に、表示像を運転者の視点(アイポイント)「Pe」へ反射することで当該表示像を虚像Ivとして表示させる。そして、コンバイナ26は、天井部22に設置された支持軸部27を有し、支持軸部27を支軸として回動する。支持軸部27は、例えば、フロントウィンドウ20の上端近傍の天井部22、言い換えると運転者用の図示しないサンバイザが設置される位置の近傍に設置される。
なお、本発明が適用可能なヘッドアップディスプレイの構成は、これに限られない。例えば、ヘッドアップディスプレイは、コンバイナ26を有さず、光源部1Aは、フロントウィンドウ20へ投影することで、フロントウィンドウ20に表示像を運転者のアイポイントPeへ反射させてもよい。また、光源部1Aの位置は、天井部22に設置される場合に限らず、ダッシュボード24の内部に設置されてもよい。この場合、ダッシュボード24には、コンバイナ26又はフロントウィンドウ20に光を通過させるための開口部が設けられる。
本発明は、レーザプロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなど、RGBレーザを利用した種々の映像機器に利用することができる。
1 画像描画装置
3 ビデオASIC
7 レーザドライバASIC
8 MEMS制御部
9 レーザ光源部
100 受光素子
請求項1に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定の走査期間かけて走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有し、前記制御手段は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の複数の連続する行の画素に設定し、かつ、前記走査期間ごとにその照射位置を副走査方向に変化させることを特徴とする。
請求項に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定の走査期間かけて走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームによって、前記走査領域に対して所定のパターンを描画し、複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に前記パターンの描画位置を変化させる制御手段と、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有し、前記制御手段は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームによって描画される前記パターンを前記走査領域中の複数の連続する行の画素により構成し、かつ、前記走査期間ごと前記パターンの描画位置を副走査方向に変化させることを特徴とする。
請求項に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正し、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定の走査期間かけて走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、を備える光軸ずれ補正装置が実行する制御方法であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して、複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御工程と、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出工程と、前記検出工程により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正工程と、を有し、前記制御工程は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の複数の連続する行の画素に設定し、かつ、前記走査期間ごとにその照射位置を副走査方向に変化させることを特徴とする。
請求項10に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと、第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置を光源部に有するヘッドアップディスプレイであって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定の走査期間かけて走査領域に対して走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有し、前記制御手段は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の複数の連続する行の画素に設定し、かつ、前記走査期間ごとにその照射位置を副走査方向に変化させることを特徴とする。
【0010】
【図1】本実施例に係る画像描画装置の構成を示す。
【図2】マイクロレンズアレイ及び受光素子の配置例を示す。
【図3】光軸ずれの具体例を示すイメージ図である。
【図4】緑色レーザ光により1フレームにつき1行ずつ走査領域上を走査した際の時系列での走査対象行の位置の変化及びこれに対応する受光レベルの変化を示す図である。
【図5】青色レーザ光により1フレームにつき1行ずつ走査領域上を走査した際の時系列での走査対象行の位置の変化及びこれに対応する受光レベルの変化を示す図である。
【図6】赤色レーザ光により1フレームにつき1行ずつ走査領域上を走査した際の時系列での走査対象行の位置の変化及びこれに対応する受光レベルの変化を示す図である。
【図7】 走査方向の光軸ずれ補正処理の手順を示すフローチャートである。
【図8】緑色レーザ光により1フレームにつき1ピクセルずつ順に走査を実行した際の時系列での走査対象ピクセルの位置の変化及び受光レベルの変化を示す図である。
【図9】青色レーザ光により1フレームにつき1ピクセルずつ順に走査を実行した際の時系列での走査対象ピクセルの位置の変化及び受光レベルの変化を示す図である。
【図10】赤色レーザ光により1フレームにつき1ピクセルずつ順に走査を実行した際の時系列での走査対象ピクセルの位置の変化及び受光レベルの変化を示す図である。
【図11】 走査方向の光軸ずれ補正処理の手順を示すフローチャートである。
【図12】受光素子が4ピクセル分の大きさを有する場合に、走査対象ピクセルが受光素子上にある場合の走査対象ピクセルの位置を示す図である。
【図13】受光素子が複数のピクセルにわたって配置されている場合に、走査対象行が受光素子上にあるときの走査対象行の位置及び受光レベルの変化を示す図である。
【図14】 走査方向において隣接する2行を走査対象行に設定した場合の走査領域中の走査対象行の位置を示す図である。
【図15】変形例の第1の例に係る走査対象ピクセルの位置を示す図である。
【図16】本変形例の第2の例に係る走査対象ピクセルの位置及びこれに対応する受光レベルの変化を示す図である。
【図17】ヘッドアップディスプレイの構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
上記光軸ずれ補正装置の一態様では、前記制御手段は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の複数の連続する行の画素に設定し、かつ、前記走査期間ごとに走査方向に変化させる。この態様により、光軸ずれ補正装置は、受光素子が各画素の境界部分に配置されている場合や、走査方向の幅が大きい場合であっても、好適に走査方向における光軸ずれを補正することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、照射される前記複数の連続する行の数は、前記受光素子が配置される走査面上での前記単位時間中における照射領域の走査方向への大きさが、前記受光素子よりも大きくなるように設定される。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記走査期間ごとに照射領域を変化させる量を、前記受光素子の走査方向の大きさよりも小さい値とする。これらの態様により、光軸ずれ補正装置は、走査方向の受光素子の幅が大きい場合であっても、好適に光軸ずれを補正することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の1列分の画素に設定し、かつ、前記走査期間ごとに走査方向に変化させる。このようにすることで、光軸ずれ補正装置は、迅速かつ高精度に走査方向の光軸ずれを補正することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の走査方向に連続する画素に設定する。このようにすることで、光軸ずれ補正装置は、走査方向の光軸ずれを好適に補正することができる。
上記光軸ずれ補正装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査期間ごとに、連続的に走査方向又は走査方向に向かって変化させる。この態様により、光軸ずれ補正装置は、好適に、走査領域全体を走査して、受光素子の受光タイミングを計測することができる。
MEMSミラー10は、図2中の矢印に示すようにレーザ光を複数回走査する(つまりラスタースキャンを実施する)ことで、表示すべき画像(映像)を描画領域RRに描画させる。本明細書では、図2の下に示すように、レーザ光の走査方向を「左右方向」とも呼び、当該走査方向に垂直な走査方向を「上下方向」とも呼ぶ。
[光軸ずれ補正方法]
以下では、本実施例に係る光軸ずれ補正方法について具体的に説明する。画像描画装置1は、ユーザから所定の入力があった時や画像描画装置1の起動時などの所定のタイミングで光軸ずれ補正を行う。そして、画像描画装置1は、まず、走査方向の光軸ずれの補正処理を行った後、走査方向の光軸ずれの補正処理を実行する。以下、これらの補正処理についてそれぞれ具体的に説明する。
(1)走査方向の光軸ずれ補正処理
まず、走査方向の光軸ずれ補正方法について説明する。概略的には、画像描画装置1は、各レーザ光により1フレームにつき1行ずつ走査領域Rtagの最上位の行から順に走査を行い、各レーザ光について何フレーム目で受光素子100が受光を検知したかに基づき、光軸ずれの検出及び補正を行う。なお、画像描画装置1は、単位時間ごとに複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに各フレームの描画を行う。例えば、60FPSの場合には、画像描画装置1は、1秒ごとに60回繰り返される各走査の走査期間ごとに各フレームの描画を行う。
ここで、光軸ずれが生じている場合の走査方向の光軸ずれ補正方法の具体例について図4〜図6を参照して説明する。以後では、走査領域Rtagの最上位の行の走査を行うフレームから順に数えた場合に何フレーム目にあたるかを示す番号を「フレーム番号Nf」と呼び、受光素子100が最も高い受光レベルを検知した際のフレーム番号を「検出時フレーム番号Nfd」とも呼ぶ。また、フレームごとに走査対象となる走査領域Rtag中の行(走査線)を「走査対象行Ltag」とも呼ぶ。
図7は、走査方向の光軸ずれを補正する処理手順を示すフローチャートの一例である。画像描画装置1は、図7に示すフローチャートの処理を、所定の周期に従い繰り返し実行する。
次に、ステップS105では、画像描画装置1は、ステップS104で受光素子100が青色レーザ光LBを検知した際の検出時フレーム番号Nfdが基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdと同一であるか否か判定する(ステップS105)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGと走査を実行した青色レーザ光LBとの走査方向の光軸ずれの有無を判定する。そして、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一であった場合(ステップS105;Yes)、画像描画装置1は、これらのレーザ光には走査方向の光軸ずれがないと判断し、ステップS107へ処理を進める。一方、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一でない場合(ステップS105;No)、画像描画装置1は、これらの検出時フレーム番号Nfdのずれに応じて青色レーザ光LBの光軸を走査方向に移動させる(ステップS106)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGの光軸と青色レーザ光LBの光軸とを、走査方向において一致させる。
そして、ステップS109では、画像描画装置1は、赤色レーザ光LRの検出時フレーム番号Nfdが基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdと同一であるか否か判定し(ステップS109)、これらの検出時フレーム番号Nfdが同一である場合には(ステップS109;Yes)、フローチャートの処理を終了する。一方、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一でない場合(ステップS109;No)、画像描画装置1は、これらの検出時フレーム番号Nfdのずれに応じて赤色レーザ光LRの光軸を走査方向に移動させる(ステップS110)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGの光軸と赤レーザ光LRの光軸とを、走査方向において一致させる。
(2)走査方向の光軸ずれ補正処理
次に、走査方向の光軸ずれ補正方法について説明する。概略的には、画像描画装置1は、各レーザ光により1フレームにつき1ピクセル(ドット)ずつ走査領域Rtagの最上位の行にあるピクセルから順に走査を行うことで各レーザ光について検出時フレーム番号Nfdを算出し、これらの検出時フレーム番号Nfdが一致するように、光軸ずれの検出及び補正を行う。なお、好適には、画像描画装置1は、上述した走査方向の光軸ずれ補正処理を実行した後、走査方向の光軸ずれ補正処理を行う。
ここで、光軸ずれが生じている場合の走査方向の光軸ずれ補正方法の具体例について図8〜図10を参照して説明する。以後では、走査方向の光軸ずれ補正時に、フレームごとに走査対象となる走査領域Rtagのピクセル(画素)を「走査対象ピクセルPtag」とも呼ぶ。
図11は、走査方向の光軸ずれを補正する処理手順を示すフローチャートの一例である。画像描画装置1は、図11に示すフローチャートの処理を、図7に示すフローチャートの実行後に実行する。
次に、ステップS205では、画像描画装置1は、ステップS204で受光素子100が青色レーザ光LBを検知した際の検出時フレーム番号Nfdが基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdと同一であるか否か判定する(ステップS205)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGと走査を実行した青色レーザ光LBとの走査方向の光軸ずれの有無を判定する。そして、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一であった場合(ステップS205;Yes)、画像描画装置1は、これらのレーザ光には走査方向の光軸ずれがないと判断し、ステップS207へ処理を進める。一方、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一でない場合(ステップS205;No)、画像描画装置1は、これらの検出時フレーム番号Nfdのずれに応じて青色レーザ光LBの光軸を走査方向に移動させる(ステップS206)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGの光軸と青色レーザ光LBの光軸とを、走査方向において一致させる。
そして、ステップS209では、画像描画装置1は、赤色レーザ光LRの検出時フレーム番号Nfdが基準レーザ光Lstの検出時フレーム番号Nfdと同一であるか否か判定し(ステップS209)、これらの検出時フレーム番号Nfdが同一である場合には(ステップS209;Yes)、フローチャートの処理を終了する。一方、基準レーザ光Lstと検出時フレーム番号Nfdが同一でない場合(ステップS209;No)、画像描画装置1は、これらの検出時フレーム番号Nfdのずれに応じて赤色レーザ光LRの光軸を走査方向に移動させる(ステップS210)。これにより、画像描画装置1は、基準レーザ光Lstである緑色レーザ光LGの光軸と赤レーザ光LRの光軸とを、走査方向において一致させる。
まず、受光素子100の大きさが2ピクセル分以上ある場合について、走査方向の光軸ずれ補正処理を例に図12を参照して具体的に説明する。
同様に、受光素子100が2ピクセル分以上の大きさを有する際に走査方向の光軸を補正する場合には、画像描画装置1は、検出時フレーム番号Nfdを、受光を検知した際のフレーム番号Nfの中央値、又は、最も受光レベルが高かった走査時に対応するフレーム番号Nf、又は、受光を検出したフレーム番号Nfの平均値に設定する。そして、画像描画装置1は、実施例の説明と同様に、検出時フレーム番号Nfdの違いに応じて、基準レーザ光Lst以外のレーザ光の光軸を移動させる。
次に、受光素子100が複数のピクセルと一部重複する位置に配置されている場合について、走査方向の光軸ずれ補正処理を例に図13を参照して具体的に説明する。
同様に、受光素子100が複数のピクセルに一部重複して設置された際に走査方向の光軸ずれ補正処理を行う場合には、画像描画装置1は、受光レベルが最も高くなった走査時に対応するフレーム番号Nfを検出時フレーム番号Nfdに設定する。そして、画像描画装置1は、実施例の説明と同様に、検出時フレーム番号Nfdの違いに応じて、基準レーザ光Lst以外のレーザ光の光軸を移動させる。
(変形例2)
走査方向の光軸ずれ補正処理時に、画像描画装置1は、走査対象行Ltagを1行のピクセルに設定していたが、本発明が適用可能な方法はこれに限定されない。これに代えて、画像描画装置1は、複数行のピクセルを走査対象行Ltagに設定してもよい。これについて、図14を参照して具体的に説明する。
図14は、走査方向において隣接する2行のピクセルを走査対象行Ltagに設定した場合の走査領域Rtag中の走査対象行Ltagの位置を示す図である。具体的には、図14(a)は、フレーム番号が「2」のフレームでの走査対象行Ltagの位置を示し、図14(b)は、フレーム番号が「3」のフレームでの走査対象行Ltagの位置を示し、図14(c)は、フレーム番号が「4」のフレームでの走査対象行Ltagの位置を示す。
また、好適には、画像描画装置1は、走査方向での受光素子100の幅に基づき走査対象行Ltagに指定する行数を定めるとよい。例えば、画像描画装置1は、受光素子100と重複する位置にある行数(図14の例では「2」)を、走査対象行Ltagの行数に指定する。このようにすることで、画像描画装置1は、受光素子100が配置された面積が大きい場合であっても、受光素子100の位置に対応した検出時フレーム番号Nfdを一意に定めることができ、光軸ずれをより高精度に補正することができる。
(変形例3)
図8〜図10の説明では、走査方向の光軸ずれ補正時に、画像描画装置1は、走査対象ピクセルPtagを1ピクセル分に設定していたが、本発明が適用可能な方法はこれに限定されない。これに代えて、画像描画装置1は、複数のピクセルを走査対象ピクセルPtagに設定してもよい。これについて、第1の例及び第2の例の2つの具体例を挙げて説明する。
このように、第1の例によれば、1フレームにつき1列ごとに走査を行うため、画像描画装置1は、走査方向の光軸ずれ補正処理に要する時間を短縮化することができる。また、第1の例によれば、画像描画装置1は、走査方向の光軸ずれ補正処理を実行する前に、走査方向の光軸ずれ補正処理を実行することもである。
なお、第1の例では、変形例2と同様に、画像描画装置1は、1フレームにつき複数の連続する列を対象に走査を行い、フレームごとに走査対象の列を1列ずつずらしてもよい。これにより、変形例2と同様に、列間の境界付近の位置に受光素子100が配置されている場合や、受光素子100の走査方向の幅が1ピクセル分よりも大きい場合であっても、画像描画装置1は、検出時フレーム番号Nfdを一意に設定し、光軸ずれを補正することができる。
(変形例4)
上述の実施例及び変形例の説明では、画像描画装置1は、走査方向の光軸ずれ補正処理では、フレームごとに1行分だけ走査対象行Ltagを下方向へ移動させた。これに代えて、画像描画装置1は、受光素子100の走査方向における幅に応じて走査対象行Ltagの移動幅を定めてもよい。例えば、画像描画装置1は、走査対象行Ltagの移動幅を、受光素子100の走査方向における幅以下に設定する。具体的には、受光素子100の走査方向の幅が2ピクセル以上かつ3ピクセル未満の場合には、画像描画装置1は、走査対象行Ltagの移動幅を2行(ピクセル)に設定する。これによっても、画像描画装置1は、受光素子100にレーザ光を検知させることができ、かつ、迅速に走査方向の光軸ずれ補正処理を完了することができる。
同様に、画像描画装置1は、走査方向の光軸ずれ補正処理において、1フレームにつき1ピクセル分だけ走査対象ピクセルPtagを移動させる代わりに、受光素子100の走査方向における幅に応じて走査対象ピクセルPtagの移動幅を定めてもよい。例えば、画像描画装置1は、走査対象ピクセルPtagの移動幅を、受光素子100の走査方向における幅以下に設定する。これによっても、画像描画装置1は、受光素子100にレーザ光を検知させることができ、かつ、迅速に走査方向の光軸ずれ補正処理を完了することができる。
請求項1に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定のフレームレートで走査領域に対して走査線に沿って走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して1フレームの期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有し、前記制御手段は、前記1フレームの期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の複数の連続する走査線に設定し、かつ、前記1フレームの期間ごとにその照射位置を副走査方向に変化させることを特徴とする。
請求項に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定のフレームレートで走査領域に対して走査線に沿って走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームによって、前記走査領域に対して所定のパターンを描画し、前記1フレームの期間ごとに主走査方向又は副走査方向に前記パターンの描画位置を変化させる制御手段と、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有し、前記制御手段は、前記1フレームの期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームによって描画される前記パターンを前記走査領域中の複数の連続する走査線により構成し、かつ、前記1フレームの期間ごとに前記パターンの描画位置を副走査方向に変化させることを特徴とする。
請求項に記載の発明では、第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正し、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定のフレームレートで走査領域に対して走査線に沿って走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、を備える光軸ずれ補正装置が実行する制御方法であって、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して、1フレームの期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御工程と、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出工程と、前記検出工程により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正工程と、を有し、前記制御工程は、前記1フレームの期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の複数の連続する走査線に設定し、かつ、前記1フレームの期間ごとにその照射位置を副走査方向に変化させることを特徴とする。
請求項に記載の発明では、 第一光源から照射される第一ビームと、第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置を光源部に有するヘッドアップディスプレイであって、前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定のフレームレートで走査領域に対して走査線に沿って走査させる走査手段と、前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して1フレームの期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、を有し、前記制御手段は、前記1フレームの期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の複数の連続する走査線に設定し、かつ、前記1フレームの期間ごとにその照射位置を副走査方向に変化させることを特徴とする。

Claims (14)

  1. 第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、
    前記第一ビーム及び前記第二ビームを、走査領域に対して走査させる走査手段と、
    前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、
    前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して複数回繰り返される各走査の走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、
    前記制御手段により前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、
    前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、
    を有することを特徴とする光軸ずれ補正装置。
  2. 前記走査手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームを所定の走査期間かけて走査領域に対して走査させ、
    前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームが照射される位置を、フレームレートにおける所定の単位時間ごとに複数回繰り返される各走査ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させ、
    前記検出手段は、前記単位時間中における前記受光素子が前記第一ビームと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記光軸のずれを検出する
    ことを特徴とする請求項1に記載の光軸ずれ補正装置。
  3. 前記制御手段は、
    前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、
    前記走査領域中の複数の連続する行の画素に設定し、かつ、前記走査期間ごとにその照射位置を主走査方向に変化させることを特徴とする請求項2に記載の光軸ずれ補正装置。
  4. 照射される前記複数の連続する行の数は、前記受光素子が配置される走査面上での前記単位時間中における照射領域の主走査方向への大きさが、前記受光素子よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項3に記載の光軸ずれ補正装置。
  5. 前記制御手段は、前記走査期間ごとに照射領域を変化させる量を、前記受光素子の主走査方向の大きさよりも小さい値とすることを特徴とする請求項4に記載の光軸ずれ補正装置。
  6. 前記制御手段は、
    前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、
    前記走査領域中の1列分の画素に設定し、かつ、前記走査期間ごとに副走査方向に変化させることを特徴とする請求項1に記載の光軸ずれ補正装置。
  7. 前記制御手段は、
    前記走査期間において前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域に照射される位置を、前記走査領域中の副走査方向に連続する画素に設定することを特徴とする請求項1に記載の光軸ずれ補正装置。
  8. 前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査期間ごとに、連続的に主走査方向又は副走査方向に向かって変化させることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光軸ずれ補正装置。
  9. 前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査期間ごとに、主走査方向又は副走査方向に向かって、前記受光素子の主走査方向又は副走査方向における幅に応じた移動幅に従い変化させることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光軸ずれ補正装置。
  10. 前記制御手段は、前記第一ビーム及び前記第二ビームを別々に前記走査領域に対して走査させることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光軸ずれ補正装置。
  11. 前記補正手段は、前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記単位時間中における前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとが一致するように、前記第一光源又は前記第二光源の発光タイミングを制御することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光軸ずれ補正装置。
  12. 第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置であって、
    前記第一ビーム及び前記第二ビームを、走査領域に対して走査させる走査手段と、
    前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、
    前記第一ビーム及び前記第二ビームによって、前記走査領域に対して所定のパターンを描画し、複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に前記パターンの描画位置を変化させる制御手段と、
    前記制御手段により前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、
    前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、
    を有することを特徴とする光軸ずれ補正装置。
  13. 第一光源から照射される第一ビームと第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正し、
    前記第一ビーム及び前記第二ビームを、走査領域に対して走査させる走査手段と、
    前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、を備える光軸ずれ補正装置が実行する制御方法であって、
    前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して、複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御工程と、
    前記制御工程により前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出工程と、
    前記検出工程により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。
  14. 第一光源から照射される第一ビームと、第二光源から照射される第二ビームとの光軸ずれを補正する光軸ずれ補正装置を光源部に有するヘッドアップディスプレイであって、
    前記光軸ずれ補正装置は、
    前記第一ビーム及び前記第二ビームを、所定の走査期間かけて走査領域に対して走査させる走査手段と、
    前記走査領域に走査した前記第一ビーム及び前記第二ビームを受光可能な位置に配置された受光素子と、
    前記第一ビーム及び前記第二ビームが前記走査領域において照射される位置を、前記走査領域に対して、所定の単位時間ごとに複数回繰り返される各走査の前記走査期間ごとに主走査方向又は副走査方向に変化させる制御手段と、
    前記走査領域を対象に前記第一ビーム及び前記第二ビームを走査させた場合に、前記単位時間中における前記受光素子が前記第一ビームを受光するタイミングと前記第二ビームを受光するタイミングとの違いに応じて、前記第一ビーム及び前記第二ビームの光軸のずれを検出する検出手段と、
    前記検出手段により検出したずれに基づいて、前記第一ビーム又は前記第二ビームの光軸ずれを補正する補正手段と、
    を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
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