(57)【要約】【課題】画像の投射画角に応じて、形状歪の補正を適切に行うことを可能とする画像投射装置を提供する。【解決手段】画像投射装置５１は、光束を出射する光源１ａと、互いに直交する第１および第２の軸を中心に回動し、光源１ａから出射した光束を反射する反射面を有する２次元偏向器２ａと、２次元偏向器２ａの反射面を第１の軸を中心に高速に回動するとともに第２の軸を中心に低速に回動させ、光束を２次元に偏向させる偏向器制御部４ａと、形状歪み補正演算部７と、を備える。形状歪み補正演算部７は、第２の軸の最大回動角度をφ2maxとし、Ｃを定数としたとき、α＝Ｃ×φ2maxで算出した振幅差分比率αに基づいて補正信号を生成し、偏向器制御部４ａは、振幅補正信号に基づいて、１画面描画期間内で第１の軸の回動振幅を漸次変化させる。【選択図】図１
2010250028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を出射する光源と、
互いに直交する第１および第２の軸を中心に回動し、前記光源から出射した光束を反射する反射面を有する偏向器と、
前記偏向器の反射面を前記第１の軸を中心に高速に回動するとともに前記第２の軸を中心に低速に回動させ、前記光束を２次元に偏向させる偏向器制御部と、
補正演算部と、を備え、
前記補正演算部は、前記第２の軸の最大回動角度に基づいて補正信号を生成し、
前記偏向器制御部は、前記補正信号に基づいて、１画面描画期間内で前記第１の軸の回動振幅を漸次変化させる
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記偏向器の反射面の前記第２の軸を中心とした回動は、前記第１の軸を中心とした回動から独立であり、
前記第２の軸と前記光源の光束の出射方向とが略直角をなす
ことを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記第２の軸の最大回動角度をφ2maxとし、Ｃを定数としたとき、前記補正演算部は、α＝Ｃ×φ2maxで算出した振幅差分比率αに基づいて前記補正信号を生成する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報信号によって変調処理された可視波長領域の光束を２次元的に偏向し、投射面上で走査させる事で、任意の画像を表示する事ができる光束走査型の画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源からの光束を２次元に偏向して画像を投射する画像投射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、表示画像の形状歪みを補正する機能を備えた従来の画像投射装置５２について説明する。図１０は、従来の画像投射装置の構成を示す概念図である。
【０００３】
図１０で示すように、この画像投射装置５２は、可視波長領域の光束を出射する光源１ｂと、光束を水平方向と垂直方向へ２次元的に偏向させる２次元偏向器２ｂと、偏向された光束の垂直方向の形状歪みを補正する補正光学系３ｂと、偏向器を制御するための偏向器制御部４ｂと、画像情報信号から描画信号を生成する画像処理部５ｂと、描画信号に応じて光源からの出射光束を変調駆動する光源駆動部６ｂと、偏向器制御部４ｂの高速駆動信号生成部１２ｂへ振幅補正信号を送るための振幅補正信号参照部３１、とから構成されている。ここで、点線で囲った部分は電気回路またはソフトウェアにより構成される信号処理系８ｂに対応している。
【０００４】
続いて、画像投射装置５２を構成する各部材と投射面２１ｂとの光学的な位置関係を、図１１を用いて説明する。
画像投射装置５２における２次元偏向器２ｂは直交する２つの回動軸を中心とする高速回動機構１０ｂと低速回動機構１１ｂを有し、図１１で示すように、これらの回動機構に基づいて回動運動するその主面には光束を反射するための反射面２０ｂが設けられている。また、光源１ｂは、この反射面に対して所定の傾斜角度から入射する位置に配置されており、補正光学系３ｂは偏向される全光束を適切に補正できる位置に配置されている。投射面２１ｂは、２次元偏向器２ｂの２軸の回動角度が何れもゼロである時の光束を法線とする面と平行に置かれ、ここでは便宜的に、高速の回動方向を水平のＸ軸、低速の回動方向を垂直Ｙ軸と定義する。
【０００５】
続いて、この画像投射装置５２の動作と形状歪み補正に関する機能について、図１２〜図１３を用いて説明する。図１２は、この画像投射装置５２で画像を投射表示した状態で、偏向器制御部４ｂが２次元偏向器２ｂを駆動する駆動波形を示しており、図１３は、この画像投射装置５２で実現される形状歪み補正の様子を模式的に示したものである。
【０００６】
この画像投射装置５２が起動されると、まず、図１２（ａ）の駆動波形で示すように、低速回動機構１１ｂが遅い周期で略線形の往復運動を行い、その間に図１２（ｂ）の駆動波形で示すように、高速回動機構１０ｂが早い周期で略正弦波的な往復運動を行う。
そして、これら回動機構の往復動作と同期して、図１２（ａ）における１画面描画期間の間に、画像処理部５ｂからの描画信号に基づいた所定の光源駆動信号を光源１ｂへ送られ、光源１ｂから強度またはパルス変調された光束が出射されて、２次元偏向器２ｂで偏向される事で、図１１で示すように投射面２１ｂへ画像が表示される。
【０００７】
次に、従来技術の画像投射装置５２の形状歪み補正機能について述べる。反射面２０ｂを備えた偏向器より構成される画像投射装置５２では、図１１に示すような、偏向器の回動軸、反射面、および光束の入射角度との幾何学的な関係から、投射面２１ｂへ投射され
る画像の形状が、必然的に図１３（ａ）に示すような水平および垂直の両軸方向の歪みを持ってしまう。
【０００８】
従来技術の画像投射装置５２では、２次元偏向器２ｂと投射面２１ｂとの間に配置した補正光学系３ｂと、２次元偏向器２ｂの高速回動機構１０ｂに対する振幅補正を行う手段により、水平および垂直の両軸方向の歪みを独立に補正するという手法を採用している。
特許文献１によれば、形状歪みの片軸方向の歪みは、２次元偏向器２ｂで偏向された光束の方向を、任意の自由曲面反射鏡を組み合わせた補正光学系３ｂにより微修正する事で、補正する事が可能である。ここでは、補正光学系３ｂによる補正方向を垂直走査方向とすると、図１３（ａ）から図１３（ｂ）のように投射面２１ｂへ表示される垂直走査方向の形状歪みが補正される。
【０００９】
一方、図１３（ｂ）で補正されずに残っている水平走査方向の歪みについては、予め振幅補正信号参照部３１に保存されてある振幅補正信号に基づいて、図１２（ｃ）で示すように水平方向の高速回動機構１０ｂの振幅を低速回動機構１１ｂの周期に同期させる形で乗算し継時的に変化させる。こうする事で、投射する水平方向の走査線の振幅長が相殺され、図１３（ｂ）の台形形状から図１３（ｃ）のように歪みの無い正常な四角形状へと補正される事となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２４９７９７号公報（第３２頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来技術では以下のような問題がある。
図１４は、特許文献１に記載の画像表示装置５２による形状歪み補正の説明図である。図１４（ａ）は補正前の投射画像の状態を示し、図１４（ｂ）は補正後の投射画像の状態を示す。特許文献１に記載の画像投射装置５２では、高速回動機構１０ｂの駆動波形に乗算するための振幅補正信号が、想定される投射条件下での歪み率から予め決定されている。
【００１２】
このため、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、想定される投射条件（画像の投射画角）における投射領域２５ｇの場合は、投射領域２５ｉのように正常に形状歪み補正を行うことができる。しかし、想定される投射条件から２次元偏向器２ｂの最大回動角度を縮小し、画像の投射画角を狭くした投射領域２５ｈの場合は、投射領域２５ｊに示すように、水平方向の形状歪みを正常に補正する事ができない。
このように、従来の画像投射装置では、画像の投射画角に応じて形状歪みの補正を適切に行うことができず、画像投射装置としての用途が限定されてしまうという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は上記課題を解決し、画像の投射画角に応じて、形状歪の補正を適切に行うことを可能とする画像投射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の画像投射装置は下記記載の構成を採用するものである。
【００１５】
本発明の画像投射装置は、光束を出射する光源と、互いに直交する第１および第２の軸を中心に回動し、光源から出射した光束を反射する反射面を有する偏向器と、偏向器の反
射面を第１の軸を中心に高速に回動するとともに第２の軸を中心に低速に回動させ、光束を２次元に偏向させる偏向器制御部と、補正演算部と、を備え、補正演算部は、第２の軸の最大回動角度に基づいて補正信号を生成し、偏向器制御部は、補正信号に基づいて、１画面描画期間内で第１の軸の回動振幅を漸次変化させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の画像投射装置は、上述した構成に加えて、偏向器の反射面の第２の軸を中心とした回動は、第１の軸を中心とした回動から独立であり、第２の軸と光源の光束の出射方向とが略直角をなすことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の画像投射装置は、上述した構成に加えて、第２の軸の最大回動角度をφ2maxとし、Ｃを定数としたとき、補正演算部は、α＝Ｃ×φ2maxで算出した振幅差分比率αに基づいて補正信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の画像投射装置は、低速に回動する軸の最大回動角度に基づいて補正信号を生成し、該補正信号に基づいて高速に回動する軸の回動振幅を制御する。これにより、投射条件（画像の投射画角）に応じて、適切に形状歪み補正を実施する事ができ、表示画像の画角を任意に変化させるような、より幅広い用途で使用可能な画像投射装置を提供すること事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の画像投射装置の構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態の画像投射装置の構成要素の光学的な配置関係を示す説明図である。
【図３】本実施形態の画像投射装置の２次元偏向器の駆動波形を示す説明図である。
【図４】形状歪み補正を動作させない状態の投射領域の計算値を示す説明図である。
【図５】本実施形態の画像投射装置の形状歪み補正の様子を示す説明図である。
【図６】本実施形態の画像投射装置の補正処理の動作例を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態の画像投射装置の補正演算に用いる定数算出の説明図である。
【図８】本実施形態の画像投射装置の形状歪み補正の様子を示す説明図である。
【図９】本実施形態の画像投射装置の２次元偏向器の駆動波形を示す説明図である。
【図１０】従来技術の画像投射装置の構成を示す説明図である。
【図１１】従来技術の画像投射装置の構成要素の光学的な配置関係を示す説明図である。
【図１２】従来技術の画像投射装置の２次元偏向器の駆動波形を示す説明図である。
【図１３】従来技術の画像投射装置による形状歪み補正の説明図である。
【図１４】従来技術の画像投射装置による形状歪み補正の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明による画像投射装置の実施形態を詳細に説明する。なお、上述した従来技術の画像投射装置と同じ構成要素には、同番号の符号を用いる。
【００２１】
［構成の説明：図１、図２］
図１は本実施形態の画像投射装置５１の構成を示す説明図である。図１に示すように、この画像投射装置５１は、可視波長領域の光束を出射する光源１ａと、光束を水平方向と垂直方向へ２次元的に偏向させるための高速回動機構１０ａと低速回動機構１１ａを有する２次元偏向器２ａと、偏向された光束の垂直方向の形状歪みを補正する補正光学系３ａと、高速駆動信号生成部１２ａと低速駆動信号生成部１３ａと偏向器動作状態検出部１４ａとを有する偏向器制御部４ａと、画像情報信号から描画信号を生成する画像処理部５ａ
と、描画信号に応じて光源１ａからの出射光束を変調駆動する光源駆動部６ａと、を備える。
【００２２】
以上は、上述した従来技術の画像投射装置と同様であるが、本実施形態の画像投射装置５１は、投射条件設定部１５を備えるとともに、従来技術における振幅補正信号参照部に代えて、２次元偏向器２ａの最適な偏向振幅を演算するための形状歪み補正演算部７を備える。
【００２３】
図２は、画像投射装置５１を構成する各部材と投射面との光学的な位置関係を示す説明図である。画像投射装置５１における２次元偏向器２ａは直交する２つの回動軸を中心とした高速回動機構１０ａと低速回動機構１１ａを有する。また、図２に示すように、これらの回動機構に基づいて回動するその主面には、光束を反射するための反射面２０ａが設けられている。
【００２４】
２次元偏向器２ａの回動軸は、低速側の回動軸が光学的に固定された軸であり、他方の高速の回動軸が低速の回動に従属して偏向される、という機構になっている。ここでは、高速回動機構１０ａによる反射光束の偏向角度をφ１と定義する。これにより、高速回動機構１０ａの実回動角度はφ１／２と表される。また、低速回動機構１１ａによる同偏向角度をφ２と定義する。これにより、低速回動機構１１ａの実回動角度はφ１／２と表される。
また、反射面２０ａの光軸中心点から投射面２１ａ（ＸＹ面）原点への投射距離をＤと定義する。
【００２５】
投射面２１ａは、２次元偏向器２ａの２軸の回動角度が何れもゼロである時の光束を法線とする面と平行に配置されている。光源１ａは、その出射光束が低速の回動軸に対しては常に直角な角度になる位置に配置される。また、光源１ａは、２軸の回動角度が何れもゼロである時の反射面２０ａの法線方向に対しては直角でない所定の傾斜角度（θと定義する）で入射するように配置されている。
【００２６】
２軸の回動角度が何れもゼロである時の光束をＺ軸、高速の回動に伴う走査方向をＸ軸（水平）、低速の回動に伴う走査方向をＹ軸（垂直）と定義する。補正光学系３ａは、Ｚ軸を中心軸とし、２次元偏向器２ａによって偏向された光束全てに対して補正可能な位置に配置されている。
【００２７】
以下に、本実施形態の画像投射装置５１の各構成要素について詳細に説明する。
光源１ａは、例えば半導体レーザや固体レーザ等の光学機能素子を用いる事により、可視波長領域の光束を生成し出射する機能を有している。更に、後述する光源駆動部６ａからの光源駆動信号に従って、出射光束を強度的又はパルス的に高速変調する機能を有している。
【００２８】
２次元偏向器２ａは、光源１ａから出射された光束を反射し、投射面２１ａへ２次元的に走査投射する。先述したように、この２次元偏向器２ａは、互いに略垂直を為す２軸の回動機構（高速回動機構１０ａと低速回動機構１１ａ）及び小型の反射面２０ａより構成されている。このような小型の反射面２０ａと回動機構は、半導体工程を用いてシリコン結晶基板より製造される事が多い為、一般に「MEMSスキャナ」と呼ばれている。更に、２次元偏向器２ａは、光源１ａからの出射光束を所定の入射角度θで反射面２０ａへ受け、回転機構に基づいた周期的な走査動作により、入射された光束の光強度を維持したまま反射させる事で、投射レーザ光を所定の方向へ２次元的に偏向し走査投射する。
【００２９】
一般に、このような２次元偏向器２ａは、実用的な投射条件内の回動状態においては、
回動される両軸の角度が、後述する偏向器制御部４ａからの駆動信号の振幅に比例する。また、回動される両軸の角度の駆動信号に対する遅延も殆ど無い（位相ズレを起こさない）という特性を有する。このため、偏向される光束の偏向角度は、駆動信号の波形とほぼ同様の動作をしているものとみなすことができる。
【００３０】
補正光学系３ａは、従来例の画像投射装置５２に関する説明で述べたように、例えば、任意の自由曲面反射鏡を組み合わせた光学的な構成により、２次元偏向器２ａで偏向された光束の方向を微修正する事で、形状歪みにおける垂直方向の歪みを補正する事が可能である。
【００３１】
次に、信号処理系８ａの構成について説明する。信号処理系８ａは以下で詳説する、偏向器制御部４ａ、画像処理部５ａ、光源駆動部６ａ、形状歪み補正演算部７、投射条件設定部１５を備え、電気回路またはソフトウェアにより構成される。
【００３２】
偏向器制御部４ａは、２次元偏向器２ａにおける高速回動機構１０ａを駆動するための高速駆動信号生成部１２ａと、低速回動機構１１ａを駆動するための低速駆動信号生成部１３ａと、両回動機構からの帰還信号を受ける偏向器動作状態検出部１４ａと、から構成される。具体的には、高速駆動信号生成部１２ａと低速駆動信号生成部１３ａは、高速回動機構１０ａと低速回動機構１１ａの周期的な回動に対して、回動角度（偏向角度）の調整、回動周期の安定化、両回動機構の同期整合を行うなど、２次元偏向器２ａを制御駆動するための全般的な処理機能を有している。
【００３３】
また、偏向器動作状態検出部１４ａは、２次元偏向器２ａからの帰還信号と、高速駆動信号および低速駆動信号に基づき、２次元偏向器２ａにおける両回動機構の瞬時的な情報（偏向角度、位相、等）を偏向器状態信号として、任意のタイミングで外部の処理手段へ伝達する機能を有している。更に、高速駆動信号生成部１２ａは、後述する形状歪み補正演算部７からの振幅補正信号を受けて、高速駆動信号の振幅を増減演算する処理機能を有している。
【００３４】
投射条件設定部１５は、画像の投射画角などの投射条件がユーザにより設定される機能を有する。投射条件設定部１５は、設定された投射条件を投射条件信号として偏向器制御部４ａへ伝達するとともに、低速回動機構１１ａの偏向角度の最大値φ2maxの情報を最大偏向角度信号として形状歪み補正演算部７に伝達する。
【００３５】
画像処理部５ａは、外部装置から入力される画像情報信号と偏向器動作状態検出部１４ａからの偏向器状態信号に基づいて、投射面２１ａへ画像を描画するための適切な描画信号（変調信号）を生成する。光源駆動部６ａは、この描画信号に基づいて光源１ａを駆動し、光束出射を強度的またはパルス的に高速変調させる機能を有する。
【００３６】
形状歪み補正演算部７は、投射条件設定部１５からの最大偏向角度信号と、偏向器動作状態検出部１４ａからの偏向器状態信号に基づいて、２次元偏向器２ａで偏向された光束が投射面２１ａへ走査投射される投射領域の形状歪みを推定する。また、形状歪み補正演算部７は、その水平走査方向の形状歪みを適切に補正するための振幅補正信号を、演算手段により生成し、偏向器制御部４ａの高速駆動信号生成部１２ａへ伝達する。その具体的な作用手順と演算処理については、後ほど詳説する。
【００３７】
［動作の説明：図２〜図９］
続いて、この画像投射装置５１の動作と形状歪み補正に関する機能及び作用について説明する。図３は、この画像投射装置５１における偏向器制御部４ａが、２次元偏向器２ａの２つの回動機構を駆動する際の駆動波形の時間的な変化を示す説明図である。
【００３８】
この画像投射装置５１の一般的な投射動作と原理は、先述した従来例における画像投射装置５２と同様である。すなわち、装置が起動されると、まず、図３（ａ）、（ｂ）の駆動波形で示すように、低速回動機構１１ａが遅い周期で略線形の往復運動を行い、その間に、高速回動機構１０ａが早い周期で略正弦波的な往復運動を行う。
そして、これら回動機構の往復動作と同期して、図３（ａ）における１画面描画期間の間に、画像処理部５ａからの描画信号に基づいた所定の光源駆動信号が光源１ａへ送られ、光源１ａから強度またはパルス変調された光束が出射されて、２次元偏向器２ａで偏向される事で、図２に示すように、投射面２１ａへ画像が表示される。
【００３９】
ここでまず、形状歪み補正を動作させない状態で、画像投射装置５１を駆動した時の投射形状について説明する。すなわち、図２における補正光学系３ａが無く、図３における高速回動機構１０ａが、形状歪み補正演算部７による振幅補正信号を受けずに、１点鎖線で示す定常振幅線通りの駆動波形により駆動されている場合を想定する。
この場合、画像投射装置５１が投射面２１ａ上へ走査投射する光束の投射座標点は、図２の投射光学系で示す配置関係と変数定義に基づいて、式（１）および式（２）のように幾何光学的に定式化する事ができる。式（１）は水平方向における座標点のＸ成分を示し、式（２）は垂直方向における座標点のＹ成分を示している。
【００４０】
【数１】
2010250028.tif 000003
【００４１】
【数２】
2010250028.tif 000004
【００４２】
図４は、形状歪み補正を動作させない状態で、画像投射装置５１を駆動した時の投射領域の計算値を示す説明図である。
ここで、画像投射装置５１の実用的な投射光学系として、反射面２０ａへの光束の入射角度θを４５°と仮定する。また、実用的な投射条件として、高速回動機構１０ａの回動角度φ1の最大値φ1maxを１３°、低速回動機構１１ａの回動角度φ2の最大値φ2maxを７°と仮定する。投射距離Ｄは任意の長さとする。
【００４３】
この時、投射面２１ａ上へ走査投射される光束の投射領域２５ａは、図４で示すように
、垂直Ｙ軸方向には弓なり形状の歪み、水平Ｘ軸方向には台形形状の歪み、という両軸に歪みを含んだ形状となる。光束の投射領域２５ａは、そのまま投射画像の形状に対応するため、このような形状歪み補正が無い状態での投射状態では、投射したい画像が歪んだまま表示されてしまう事となる。
なお、投射面２１ａ上への投射領域２５ａの形状は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の比のみに依存し、投射距離Ｄには依存しないため、Ｄを任意の長さとしても以下の説明では支障は無い。
【００４４】
続いて、図４に示す形状歪みに対するこの画像投射装置５１の形状歪み補正機能について説明する。図５は、画像投射装置５１で実現される形状歪み補正の様子を模式的に示す説明図である。
上述した２軸の形状歪みの内、Ｙ軸方向の弓なり形状の歪みに対しては、本発明における画像投射装置５１も、従来例における画像投射装置５１と同様、任意の自由曲面反射鏡を組み合わせた補正光学系３ａを用いることにより補正を行う。すなわち、図２で示すように、２次元偏向器２ａの直後の位置に、適切な自由曲面反射鏡を組み合わせた補正光学系３ａを配置し、偏向光束の垂直方向の偏向角度を微調整する事により、投射面２１ａ上で投射されるＹ軸方向の光束の走査線形状を弓なり形状から直線形状へと補正する。このようにして、図４で見られた垂直Ｙ軸方向の弓なり形状の歪みは、図５（ａ）で示すような投射領域２５ｂの形状へと補正する事ができる。
【００４５】
図４に示す、回動角度が最大値を示す時（または描画範囲における回動角度が最大値を示す時）の投射点Ｐａ１と投射点Ｐａ２は、この補正光学系３ａによる補正後、図５（ａ）で示すように投射点Ｐｂ１と投射点Ｐｂ２の位置へ移動する。
ここで便宜的に、図４におけるＹ座標軸上の投射点と原点からの距離をＬ０とすると、補正光学系３ａによる補正後、投射点Ｐｂ１と投射点Ｐｂ２のＹ軸方向の原点からの距離もＬ０となる。
【００４６】
次に、水平方向（Ｘ軸方向）の形状の歪み補正方法について説明する。
水平Ｘ軸方向の形状歪みに対しては、本発明における画像投射装置５１も、振幅補正信号に基づいて高速回動機構１０ａの駆動波形の振幅を増減させる方法で補正する、という点においては従来例と同様である。
【００４７】
つまり、図３（ｂ）における補正包絡線で示すように、低速回動機構１１ａの周期と同期した１画面描画期間の中で、高速回動機構１０ａの駆動波形の振幅を適切に増減させて、水平Ｘ軸方向の光束の偏向角度を調整する。これにより、図５（ａ）から図５（ｂ）に示すように、投射面２１ａ上へ走査投射されるＸ軸方向の光束の走査振幅を均一化させて、投射領域２５ｂのＸ軸方向の形状歪みを無くす、という補正方法をこの画像投射装置５１は採用している。
以下では、これらの具体的な演算手法、信号生成、補正処理の手順について説明する。
【００４８】
形状歪み補正を行わない場合、図４で示すように、式（１）および式（２）に基づいて計算された画像投射装置５１の投射領域２５ａは、台形形状の歪みを有する。ここで、投射点Ｐａ１と投射点Ｐａ２を結ぶ線分は、厳密には直線形状ではなく複雑な曲線形状を描く。しかし、２次元偏向器２ａの反射面２０ａへの光束の入射角度θが、実用的な投射光学系として直角からある程度離れた値の範囲内である限りにおいては、図４の２点鎖線Ｍで示すように、近似的に直線形状とみなす事ができる。この時、投射点Ｐａ１のＸ成分（Ｙ軸からの距離）をＬ１と定義し、投射点Ｐａ２のＸ成分（Ｙ軸からの距離）をＬ２と定義する。
【００４９】
補正光学系３ａは、前述したように、Ｙ軸方向の形状歪みを独立して補正するため、図
５（ａ）に示す補正後の投射点Ｐｂ１のＸ成分は、図４に示す補正前の投射点Ｐａ１のＸ成分Ｌ１に等しい。同様に、図５（ａ）に示す補正後の投射点Ｐｂ２のＸ成分は、図４に示す補正前の投射点Ｐａ２のＸ成分Ｌ２に等しい。また、補正後の投射点Ｐｂ１と投射点Ｐｂ２を結ぶ線分は、補正前の投射点Ｐａ１と投射点Ｐａ２を結ぶ線分と同様に、近似的に直線形状とみなす事ができる。
【００５０】
以上述べたような直線形状の条件により、Ｘ軸方向の形状歪みに対して実施される補正演算では、図５（ａ）に示すように、投射点Ｐｂ１から投射点Ｐｂ２へ至る水平Ｘ軸方向の走査振幅を線形的に調整して、Ｘ成分Ｌ１、Ｌ２との差分ΔＬを相殺し、Ｌ２に均一化すればよい事がわかる。
従って、調整されるべき高速回動機構１０ａの駆動波形の振幅は、図３の補正包絡線で示すように、Ｙ軸方向の時間的な上下走査動作に対して、単純に線形的な漸減関数であって良い事が容易に理解される。
【００５１】
具体的には、図３（ｂ）に示すように、高速回動機構１０ａの駆動波形における投射点Ｐａ１の位置での振幅値を、定常振幅Ａ０から所定の振幅差分比率αだけ増加させ、以降、高速回動機構１０ａによる水平Ｘ軸方向の回動周期に合わせて、所定の振幅減衰比率βで減衰させていけば良い。振幅差分比率αは、以下の式（３）で表される。
α＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ１・・・（３）
こうする事で、線形的な駆動波形の振幅調整により、Ｘ軸方向の光束の走査振幅が投射点Ｐｂ２における振幅に均一化され、図５（ｂ）の投射領域２５ｃで示すように、所望の形状歪み補正が実現される事となる。
【００５２】
通常、このような振幅差分比率αや上述の補正包絡線関数を求める場合には、式（１）および式（２）で示した理論式から演算手段によって導出するか、若しくは、図１０に示す従来技術の画像投射装置５２のように、振幅補正信号参照部３１へ予め所定の補正包絡線関数を記憶させておき、逐次その振幅補正信号を参照しながら偏向器制御部４ａで乗算処理を行う、という手段が取られる。
【００５３】
しかしながら、前者の手段では、複雑な算出式による演算負荷が過大になる事から実効的な形状補正ができず、後者の手段では、先述したように、ある所定の投射条件（両軸の回動機構による偏向角度）のみに対応した振幅補正信号しか使用できないため、限られた投射条件下でしか用いる事ができない、という問題がある。
【００５４】
このような問題に対する解決策として、本実施形態の画像投射装置５１では、偏向器制御部４ａからの偏向器状態信号に基づき、形状歪み補正演算部７の内部で適切な歪み補正率を自動的に推定演算し、補正に必要な振幅補正信号を生成するとともに、この振幅補正信号に基づいて偏向器制御部４ａの内部での演算処理によって高速回動機構１０ａの駆動波形の振幅調整を実施する、という点が従来例と異なった特徴的機能である。
【００５５】
本実施形態の画像投射装置５１が備える形状歪みの補正演算処理および偏向制御処理について以下に詳細に説明する。図６は、画像投射装置５１の形状歪みの補正演算処理および偏向制御処理を示すフローチャートである。
まず画像投射装置５１の駆動後、ユーザにより、画像の投射画角などの投射条件が投射条件設定部１５に設定される。投射条件の設定後、投射条件設定部１５から投射条件信号が偏向器制御部４ａに送信される。偏向器制御部４ａは、この投射条件信号に基づいて、２次元偏向器２ａの駆動状態を設定する。
【００５６】
また、形状歪み補正演算部７は、投射条件設定部１５から、設定された投射条件に基づく低速回動機構１１ａの偏向角度の最大値φ2maxを受信する〔処理１〕。その後、形状歪
み補正演算部は、以下の式（４）により、振幅差分比率αを求める〔処理２〕。
α＝Ｃ×φ2max・・・（４）
定数Ｃは、画像投射装置５１の投射光学系に応じて定まり、予め形状歪み補正演算部７に記憶される。
【００５７】
ここで、定数Ｃの導出方法について説明する。図７は定数Ｃの導出の説明図であり、式（１）および式（３）を用い、低速回動機構１１ａの偏向角度の最大値φ2maxを０°から７．５°(0.13rad)まで変化させた時の理想的な振幅差分比率αiを三角点でプロットして示している。
【００５８】
この理想的な振幅差分比率αiの値は、入射角度θ(ここでは45°)が固定されている場合、φ1maxの値には殆ど依存せず、φ2maxの値にのみ依存する。この三角点のプロット線は、φ2maxが実用的な範囲内である場合、近似的に線形関数としてみなす事ができる。そこで、線形関数の最小２乗法計算(図７中の実線)により、関数プロット線の傾き係数Ｃを算出し、Ｃ＝１．０５３７と求める事ができる。
なお、投射条件Ａ．Ｂについては後述する。
【００５９】
図６の説明に戻る。形状歪み補正演算部７は、振幅差分比率αを求めた後、以下の式（５）に示すように、１画面描画期間に高速回動機構１０ａが光束を偏向する走査数ｎ（垂直方向の解像度）で振幅差分比率αを除算し、振幅減衰比率βを算出する〔処理３〕。
β＝α／ｎ・・・（５）
その後、形状歪み補正演算部７は、振幅差分比率αと振幅減衰比率βを振幅補正信号として偏向器制御部４ａの高速駆動信号生成部１２ａへ送る。ここまでが、形状歪み補正演算部７の処理である。
【００６０】
振幅差分比率αと振幅減衰比率βが入力された偏向器制御部４ａは、所定のφ2max、定常最大値φ1max、走査数ｎ等の数値的条件によって、描画に対応した２次元偏向器２ａの回動を開始する〔処理４〕。回動の開始後、図３で示す投射点Ｐｂ１（走査回数ｉ＝０）の位置において、高速回動機構１０ａの駆動波形の定常振幅Ａ０に対して、上記処理２で算出した振幅差分比率αの分だけ増大させる〔処理５〕。
【００６１】
以後、高速回動機構１０ａの回動による光束の水平Ｘ軸方向への偏向走査が行われる度に、駆動振幅から振幅減衰比率βの分だけ減衰処理〔処理６〕を行うとともに、走査回数ｉの単純加算を行うことで、高速回動機構１０ａの駆動波形の振幅に対して、線形的な漸減処理が実施される。そして、走査回数ｉが所定の走査数ｎ、すなわち投射点Ｐｂ２の位置に達し、駆動波形の振幅が定常振幅まで戻った段階で、１画面描画が終了する。以上、〔処理４〕〜〔処理６〕が偏向器制御部４ａで行われる処理である。
【００６２】
次に、上述した投射条件（画像の投射画角）として具体的な２つの画角を仮定し、本実施形態の画像投射装置５１の形状歪み補正の精度について、数値的な比較検証を行う。
【００６３】
反射面２０ａへの光束の入射角度をθ＝４５°とする。投射条件Ａとして、φ1max＝１３°、φ2max＝７°（0.122rad）を想定し、この条件Ａに対し投射画角が半分以下になる投射条件Ｂとして、φ1max＝５．８°、φ2max＝３°（0.052rad）を想定する。
図８は、図５と同様に、画像投射装置５１で実現される形状歪み補正の様子を模式的に示す説明図であり、図８（ａ）は補正前の投射領域を示し、図８（ｂ）は補正後の投射領域を示す。また、投射領域２５ｂ、２５ｃは投射条件Ａの投射領域を示し、投射領域２５ｄ、２５ｆは投射条件Ｂの投射領域を示す。
図９は、図３と同様に、画像投射装置５１における偏向器制御部４ａが、２次元偏向器２ａの２つの回動機構を駆動する際の駆動波形の時間的な変化を示す説明図である。図９
（ｂ）は投射条件Ａの高速回動の偏向振幅を示し、図９（ｃ）は投射条件Ｂの高速回動の偏向振幅を示す。
【００６４】
図７より算出した係数を定数Ｃ＝１．０５３７として、この２つの投射条件Ａ、Ｂに対して、形状歪み補正演算部７における前掲の振幅差分比率計算〔処理２〕（図６）を実施すると、投射条件Ａに対する振幅差分比率αＡ１＝Ｃ×φ2max＝０．１２９、投射条件Ｂに対する振幅差分比率αＢ１＝Ｃ×φ2max ＝０．０５５、と求められる。
【００６５】
ここで比較のため、式（１）および式（３）を用いて、投射条件Ａ、Ｂの最適な振幅差分比率αを算出する。投射条件Ａの場合、図８（ａ）の投射点Ｐｂ２と投射点Ｐｂ２のＸ成分は式（１）より、Ｌ１＝1.239×Ｌ０、Ｌ２＝1.400×Ｌ０と算出される。よって、式（３）より、αＡ２＝０．１３０と求められる。同様に、投射条件Ｂの場合、式（１）よりＬ１’＝1.333×Ｌ０’、Ｌ２’＝1.404×Ｌ０’と算出され、式（３）より、αＢ２＝０．０５４と求められる。
【００６６】
よって、本実施形態の画像投射装置５１の補正演算によって算出された、投射条件Ａ、Ｂについての振幅差分比率αＡ１、αＢ１ともに、式（１）および式（３）を用いて算出したαＡ２、αＢ２に対して、２％以下の精度範囲で一致した結果が得られる事が分かる。この精度範囲は、投射領域２５ｂ、２５ｄの水平方向の振幅差分に対する値であり、投射領域全体に対する比率としては、極めて微小である事が分かる。
すなわち、定式化した式（１）のような複雑な関数を用いずとも、図９に示すような線形近似で求めた係数Ｃとφ2maxとの積を求めることで、理想値に近い振幅差分比率αの値を求める事が可能となる。
【００６７】
これらの振幅差分比率αＡ１、αＢ１を用いて、図９に示すように、図６の〔処理３〕〜〔処理７〕を実施する事で、それぞれの投射条件Ａ、Ｂにおいて、極めて簡潔な比例演算処理機能に基づいて、高速回動機構１０ａの駆動波形の振幅に対する適切な振幅調整を行う事ができる。そして、最終的に、図８（ｂ）に示すように、投射条件Ａ、Ｂという表示画面の画角が倍以上異なる両条件においても、水平Ｘ軸方向の形状歪みに対する補正が正常に行われ、歪みが無い投射領域２５ｃ、２５ｆを実現する事が可能となる。
【００６８】
また、必要とされる振幅差分比率αの値は、高速回動機構１０ａの偏向角度の最大値φ1max（図７に示す、駆動波形における定常振幅Ａ０に対応する）に殆ど影響しないため、振幅差分比率α算出にφ1maxを使用しない点も本発明による画像投射装置５１の特徴である。
【００６９】
なお、上記では、高速回動機構１０ａと低速回動機構１１ａの偏向角度の比は、補正後の投射領域２５ｃ、２５ｆの縦横比が両条件において、相互に略等しくなるように設定した例を示した。しかし、高速回動機構１０ａと低速回動機構１１ａの偏向角度の比、すなわち、投射領域の縦横比が異なっていたとしても、低速回動機構１１ａの偏向角度の最大値φ2maxと投射光学系に応じて定まる定数Ｃの積で振幅差分比率αを求め、この振幅差分比率αを用いて形状歪み補正を行うことにより、本画像投射装置５１は同様の効果を発揮する。
【００７０】
以上に示すように、本実施形態の画像投射装置５１は、従来例の画像投射装置５２で問題となっていた、投射条件（画像の投射画角）の違いによって対応できない歪みが生じる、という事態（図１３）を回避する事ができ、異なる投射条件において、歪みの無い正常な投射領域に光束を偏向走査し、表示画像を描出する事が可能となる。すなわち、投射条件（画像の投射画角）に応じて、その投射条件下で生じる形状歪みを自動的に推定し、比例係数演算という簡潔な補正演算手段によって、適切に形状歪み補正を実施する事が可能
となる。従って、表示画像の画角を任意に変化させるような、より幅広い用途で使用可能な画像投射装置を提供すること事が可能となる。
【符号の説明】
【００７１】
１ａ  光源
２ａ  ２次元偏向器
３ａ  補正光学系
４ａ  偏向器制御部
５ａ  画像処理部
６ａ  光源駆動部
７  形状歪み補正演算部
８ａ  信号処理系
１０ａ  高速回動機構
１１ａ  低速回動機構
１２ａ  高速駆動信号生成部
１３ａ  低速駆動信号生成部
１４ａ  偏向器動作状態検出部
１５  投射条件設定部
２０ａ  反射面
２１ｂ  投射面
２５ａ〜２５ｆ  投射領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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