(57)【要約】【課題】垂直方向の駆動電流による走査ミラーの共振を抑制できる画像表示装置、画像表示方法及びプログラムを提供する。【解決手段】画像表示装置１００は、入力された画像信号に基づき、レーザを出力する光源部１１０、画像の水平方向に対応するＨ軸方向に共振揺動するとともに、画像の垂直方向に対応するＶ軸方向に所定の駆動信号に応じて振動し、光源部１１０が出力したレーザを反射させて投影面を走査することにより、投影面に画像を表示する走査ミラー部１２０と、を有する。ここで、駆動信号は、基本波形と、基本波形の周波数の整数倍でありかつ走査ミラー部１２０の固有振動数未満の周波数を有する波形と、を合成して生成されている。【選択図】図１
2014130257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像信号に基づき、レーザを出力する光源部と、
前記画像の水平方向に対応するＨ軸方向に共振揺動するとともに、前記画像の垂直方向に対応するＶ軸方向に所定の駆動信号に応じて振動し、前記光源部が出力したレーザを反射させて投影面を走査することにより、前記投影面に前記画像を表示する走査ミラー部と、を有し、
前記駆動信号は、基本波形と、前記基本波形の周波数の整数倍でありかつ前記走査ミラー部の固有振動数未満の周波数を有する波形と、を合成して生成されている
画像表示装置。
【請求項２】
前記基本波形の周波数は、前記画像のフレームレートに応じて決定される
請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記走査ミラー部の前記固有振動数は、前記フレームレートの非整数倍である
請求項１又は２記載の画像表示装置。
【請求項４】
画像の水平方向に対応するＨ軸方向に共振揺動するとともに、前記画像の垂直方向に対応するＶ軸方向に所定の駆動信号に応じて振動し、前記光源部が出力したレーザを反射させて投影面を走査することにより、前記投影面に前記画像を表示する走査ミラー部の前記駆動信号を、基本波形と、前記基本波形の周波数の整数倍でありかつ前記走査ミラー部の固有振動数未満の周波数を有する波形と、を合成して生成するステップを有する
画像表示方法。
【請求項５】
コンピュータに、請求項４記載の方法を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置、画像表示方法及びプログラムに関する。より具体的には、レーザ走査型の画像表示装置、画像表示方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から投射されたレーザ光を走査ミラーで反射させ、反射された光線で投射面をラスタ走査することにより、投射面に画像を表示させるレーザ走査型の画像表示装置が知られている。このレーザ走査型の画像表示装置は、水平方向の走査線を描く際に走査ミラーを左右に固有振動数で往復揺動させるとともに、画像を構成する走査線の数にあわせて走査ミラーを垂直方向に揺動させる。近年では、この走査ミラーとして例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを利用することでレーザ走査型の画像表示装置は小型化され、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイなど様々な応用製品が現在開発されてきている。
【０００３】
このような画像表示装置において、走査ミラーの垂直方向の揺動は、任意の波形の駆動電流を走査ミラーの駆動部に印加することにより実現されている。特許文献１には、垂直方向の駆動電流として、いわゆるノコギリ波を入力し、駆動電流の上昇時に形成される略直線状の波形部分を使用して、画像の１フレーム分をスキャンする構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９７９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者は、特許文献１記載のような画像表示装置において、走査ミラーの垂直方向の駆動電流の波形が、走査ミラーの固有振動数（共振周波数）ｆ０を含む場合、上記駆動信号が走査ミラーの予期せぬ挙動を惹起し、例えば表示画像に横縞が出現するなどの事象をもたらすことを発見した。また、上記事象は、特に共振周波数が比較的低い場合に顕著に出現することを発見した。
【０００６】
かかる問題に対処するため、駆動電流であるノコギリ波から、所定のフィルターでｆ０を除去する手法が考えられる。しかし、当該手法によれば、画像表示装置内にフィルターを増設することが必要となる。また、駆動電流に強力なフィルター（ローパス、ノッチ等）をかけると、その波形が大きく変化し、画像にゆがみが生じるというさらなる問題が生じる。よって、フィルタを使用せずに、上記事象を解決できる新たな手法の提案が望まれる。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、垂直方向の駆動電流による走査ミラーの共振を抑制できる画像表示装置、画像表示方法及びプログラム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】
【０００８】
本発明は、入力された画像信号に基づき、レーザを出力する光源部と、前記画像の水平方向に対応するＨ軸方向に共振揺動するとともに、前記画像の垂直方向に対応するＶ軸方向に所定の駆動信号に応じて振動し、前記光源部が出力したレーザを反射させて投影面を走査することにより、前記投影面に前記画像を表示する走査ミラー部と、を有し、前記駆動信号は、基本波形と、前記基本波形の周波数の整数倍でありかつ前記走査ミラー部の固有振動数未満の周波数を有する波形と、を合成して生成されている画像表示装置を提供する。
【０００９】
さらに、本発明は、画像の水平方向に対応するＨ軸方向に共振揺動するとともに、前記画像の垂直方向に対応するＶ軸方向に所定の駆動信号に応じて振動し、前記光源部が出力したレーザを反射させて投影面を走査することにより、前記投影面に前記画像を表示する走査ミラー部の前記駆動信号を、基本波形と、前記基本波形の周波数の整数倍でありかつ前記走査ミラー部の固有振動数未満の周波数を有する波形と、を合成して生成するステップを有する画像表示方法を提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、コンピュータに、上記方法を実行させるためのプログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
垂直方向の駆動電流による走査ミラーの共振を抑制できる画像表示装置、画像表示方法及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態にかかる画像表示装置１００の構成を示す図である。
【図２】実施の形態にかかる画像表示装置１００における走査方式を示す図である。
【図３】実施の形態にかかる画像表示装置１００における走査方式を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。かかる実施形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
はじめに、図１を用いて、本発明に実施の形態にかかる画像表示装置１００の構成について説明する。図１に示すように、画像表示装置１００は、光源部１１０、走査ミラー部１２０、検出部１０３を有する。
【００１５】
光源部１１０は、入力された画像信号に応じ、レーザ光源を駆動して、後段の走査ミラー部１２０に対しレーザ光を出力する。光源部１１０は、典型的にはマイクロコンピュータを備え、下記の一連の処理を実施する。
【００１６】
光源部１１０は、図示しないビデオインターフェースを介して原画像信号を入力する。光源部１１０は、画像種別に応じて原画像信号をデコード処理する。例えば、原画像信号がアナログ画像信号（コンポーネント映像信号）である場合には、デコード処理により、原画像信号を、３色（ＲＧＢ）のデジタル色信号で構成されるデジタル画像データと、水平同期信号と垂直同期信号とを含む同期信号と、に分離する。
【００１７】
光源部１１０は、デコード処理した画像データをバッファに一旦書き込んだ後、レーザ走査型の画像表示装置に適したタイミングで、バッファから画像データを主走査線の一ラインずつ読み出し、後段に出力する。すなわち光源部１１０は、後述する走査ミラー部の水平方向の揺動に基づいて調整されたタイミング信号（ドットクロック、表示期間指示信号）に合わせて画像データを読み出す。
【００１８】
光源部１１０は図示しないＤ／Ａ変換部を備え、読み出した画像データを構成する３色（ＲＧＢ）に応じて、レーザ光源に駆動電流を印加して、３色（ＲＧＢ）のレーザ光源を所望の輝度で発光させる。
【００１９】
光源部１１０は、レーザ光源として、ＲＧＢ３色を得るため、赤色レーザダイオード、青色レーザダイオード、および、緑色レーザダイオードを備えている。各レーザダイオードは、図示しない赤色ドライバ、緑色ドライバ、青色ドライバにより駆動される。
【００２０】
画像データを構成する各画素データは、画素ごとにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色で構成される色情報を有する。赤色ドライバ、緑色ドライバ、青色ドライバは、それぞれ各画素の各色の輝度情報に応じて各色のレーザダイオードに電流を印加する。なお、黒を描画する際にはレーザを非発光とする。このため、レーザ走査型の画像表示装置は、常に画素に電流を印加しなければならない液晶ディスプレイ等に比較して、消費電力を抑制することができる。
【００２１】
各色のレーザダイオードが出力したレーザは、複数のダイクロイックミラーを反射又は透過することにより、３色のレーザ光を一軸に合波した光束として、走査ミラー部１２０に所定の角度で入射する。なお、光路上に集光レンズが適宜配置され、レーザ光を集光させても良い。
【００２２】
次に、走査ミラー部１２０の構成について説明する。走査ミラー部１２０は、いわゆるＭＥＭＳデバイスであって、圧電素子により駆動されるミラーと、圧電素子に所定のタイミングで電流を印加してミラーを駆動する制御部と、を備える。ミラーは、互いに直交する２つの揺動軸を有し、２方向にミラーを揺動させることにより画像光束をラスタスキャンさせる。以下、説明の都合上、画像の水平方向（主走査方向）のスキャンに対応するミラーの揺動軸をＨ軸、画像の垂直方向（副走査方向）のスキャンに対応するミラーの揺動軸をＶ軸として説明する。
【００２３】
ミラーのＨ軸方向、すなわち主走査方向の揺動は、共振振動である。一方、Ｖ軸方向、すなわち副走査方向の揺動は、非共振駆動である、制御部は、Ｖ軸方向の振動周期を、画像信号のフレームレートに合わせて調整する。
【００２４】
図２に、ミラーの揺動による画像のラスタスキャンの概念を示す。ミラーのＨ軸方向の揺動は共振振動であり、サイン波である。よって、画像の左右端にあたる折り返し部分ではミラーの動きが遅くなり、画素間隔が詰まったり、輝度が高くなる事象が生じる。そのため、実際に画像を表示させる際には、スキャン範囲の左右端の一定幅（ブランキング領域）をカットしている。すなわち、ブランキング領域においては、画像を描画するためのレーザ発光を行わず、黒帯状の表示領域とする。上下方向についても同様にブランキング領域を設ける。ミラーのＶ軸方向の揺動は非共振振動であるため、ノコギリ波等の任意の駆動波形を用いることができるが、この場合においても画像の上下端にあたる折り返し部分では同様の事象が生じるためである。
【００２５】
ところで、ミラーは、画像信号のフレームレート（例えば６０ｆｐｓ）に応じて、Ｖ軸方向に非共振振動するよう駆動される（例えば６０Ｈｚ）。同時に、ミラーは、ミラー固有の共振周波数によってＨ軸方向に共振する。してみると、このようなミラーにより描画される画像の解像度は、画像信号のフレームレートに応じて、自ずと決定されることが分かる。なぜならば、ミラーの共振周波数は、ハードウェア構造に依存する固定的な数値であるため変更することができないからである。この条件下では、ミラーによるラスタ走査において、水平方向に何本の走査線を描画できるか（解像度）は、もっぱらミラーの垂直方向の駆動速度、換言すればＶ軸方向の振動周波数によって決定されることになる。
【００２６】
したがって、従来の画像表示装置では、解像度を変更したい場合には、解像度に応じた最適な共振周波数を有するミラーを設計する必要があった。すなわち、解像度を変更するには、走査ミラー部１２０を入れ替えるなど、メカニカルな対応が必要であった。例えば、
ＶＧＡ解像度の表示のためには１８ｋＨｚ、ＸＧＡ解像度の表示のためには２９ｋＨｚの共振周波数を有するミラーを使用していた。
【００２７】
しかし、本実施の形態では、１つのハードウェアで複数の解像度に対応できる走査ミラー部１２０を採用した。本実施の形態におけるミラーは、最大解像度（例えばＸＧＡ）に対応する共振周波数を有するように設計されている。これにより、１フレームで描画可能な走査線（ラスタ）の本数が決定されることは、上述のとおりである。
【００２８】
図３に示すように、本実施の形態の走査ミラー部１２０は、制御部が、垂直方向の駆動波形を変えることによって、投射面に投射されるラスタの本数を制御する。すなわち、駆動電流の波形としてノコギリ波を使用する場合、ラスタ走査は往路にあたる部分（図３、表示期間）で行われる。一方、復路はブランキング、すなわち描画を行わない期間である。このノコギリ波における往路と復路との割合を変化させる、換言すれば往路に費やすべき時間を変化させることにより、往路で描画されるラスタ本数を変化させることができる。つまり、解像度を変化させることができる。例えば、往路の時間を長くすれば、描画可能なラスタ本数が増えるため、解像度が上がる。他方、往路の時間を短くすれば、描画可能なラスタ本数が減少するため、解像度は下がる。なお、この際、ノコギリ波の振幅を変えない限り、画角は変化しない。
【００２９】
なお、解像度を下げると、フレームの輝度が低下する事象が発生する。これは、復路の時間すなわちブランキング期間が長くなるためである。この事象は、解像度を下げた場合には、出力するレーザの光量を増加することによって補正することができる。
【００３０】
以上を前提として、本実施の形態における画像表示装置１００の特徴についてさらに詳しく説明する。
【００３１】
上述のように、ミラーをＶ軸方向に駆動するための駆動電流は、ほぼノコギリ波状であることが望ましい。例えば、フレームレートが６０Ｈｚである、すなわちミラーをＶ軸方向に６０Ｈｚで揺動させる場合は、６０Ｈｚのノコギリ波を駆動信号とする。ノコギリ波は、ラスタ走査に使用可能な直線部分を多く含む波形であるためである。この直線状の区間を用いることにより、ミラーはムラのないラスタ走査を行うことができる。駆動信号が直線的であれば、ミラーはほぼ一定の速度で揺動するからである。
【００３２】
理論上、ノコギリ波は、正弦波の整数倍の組み合わせによって生成することができる。例えば６０Ｈｚのノコギリ波であれば、６０Ｈｚの正弦波を基本波とし、この基本波に、基本波の整数倍の周波数をもつ波形、すなわち２倍波（１２０Ｈｚ）、３倍派（１８０Ｈｚ）、４倍波（２４０Ｈｚ）、５倍波（３００Ｈｚ）、６倍波（３６０Ｈｚ）・・を順次合成する。一般に、基本波の整数倍波を多く合成するほど、より望ましいノコギリ波、すなわち直線部分を多く含むノコギリ波を生成できる。
【００３３】
ここで、ミラーのＶ軸方向の共振周波数ｆ０が３６０Ｈｚであるとする。この場合、上述の手法で生成した駆動信号のノコギリ波には、常に基本波形の高調波成分（６倍波）としてｆ０が含まれていることになる。すると、ミラーはｆ０に対する感度が高いため、実際のミラーの挙動は、駆動信号のノコギリ波を正確に反映したものでなく、ｆ０成分をより強く反映した歪んだノコギリ波状の挙動となってしまう。発明者は、このことが、画像表示装置１００の画像品質に悪影響を及ぼすことを発見した。具体的には、画像に明暗が交互に現れる、横縞状のムラが発生することが分かった。これは、ｆ０の影響によってミラーの揺動に速度変調が生じ、これがラスタの疎密をもたらすためと考えられる。
【００３４】
本実施の形態では、かかる問題を解決するための２つの手法を開示する。１つは、ミラーのＶ軸方向の共振周波数ｆ０と、フレームレートとが、整数倍の関係にならないよう、ｆ０を設計することである。画像信号でよく使用されるフレームレートは共通していることが多い（例えば３０ｆｐｓ、６０ｆｐｓ等）。そこで、走査ミラー部１２０のミラーとして、ｆ０が、これらの使用頻度の高いフレームレートの整数倍でないハードウェア特性を有するミラーを採用することにより、上記問題を抑制することができる。
【００３５】
２つめの解決手法は、駆動信号の合成時に、ｆ０を使用しないことである。上述のｆ０が３６０Ｈｚであるミラーの例では、基本波（６０Ｈｚ）の６倍波（３６０Ｈｚ）を使用せずに、駆動信号を合成する。特に本実施の形態では、ｆ０よりも小さい周波数成分のみで、駆動波形を生成する。すなわち、基本波（６０Ｈｚ）に、２倍波（１２０Ｈｚ）から５倍波（３００Ｈｚ）までを合成し、６倍波（３６０Ｈｚ）を使わない。発明者は、この場合、６倍波（３６０Ｈｚ）を合成した場合に比べ、ノコギリ波の形状は鈍る、すなわち往路区間に歪みが認められるが、それでも実用に堪えるレベルの画像が得られることを確認した。
【００３６】
なお、上記２つの手法は、必ずしも単独で用いる必要はなく、併せて適用することにより、より効果的に画像の歪みを抑制することが可能である。
【００３７】
上記手法を、走査ミラー部１２０に適用した例について説明する。まず、走査ミラー部１２０の制御部が、ミラーのＶ軸方向の駆動信号を生成する処理について説明する。
【００３８】
制御部は、走査ミラー部１２０のミラーのＶ軸方向の共振振動数ｆ０を、予め内部に保持しているものとする。まず、制御部は、画像信号のフレームレートと同じ周波数の基本波（正弦波）を発生させる。つぎに、制御部は、基本波の整数倍の周波数をもつ波形を順次発生させる。ここで、制御部は、生成する波形の周波数と、ｆ０とを比較し、上記周波数がｆ０以上である場合は、その波形の生成を行わず、波形生成を終了する。一方、上記周波数がｆ０以上である場合は、その波形を生成した後、次なる波形の生成を試行する。波形生成が終了したならば、制御部は、基本波と、生成したすべての波形を合成し、駆動信号を生成する。
【００３９】
なお、走査ミラー部１２０の制御部が自ら駆動信号を生成せず、予め内部に保持された駆動信号を用いてミラーを駆動する場合であっても、上記駆動信号として、上述の手法により生成された駆動信号を保持するようにすれば、同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また、走査ミラー部１２０が、画像信号でよく使用されるフレームレート（例えば３０ｆｐｓ、６０ｆｐｓ等）の整数倍でないｆ０を有するミラーを備えるならば、より効果的に画像の歪みを抑制することが可能である。
【００４１】
本実施の形態によれば、走査ミラー部１２０は、画像のフレームレートの整数倍でないｆ０を備える。また、走査ミラー部１２０は、ｆ０未満の周波数を有する波形のみを使用して、ミラーのＶ軸方向の駆動信号を生成する。あるいは、走査ミラー部１２０は、ｆ０未満の周波数を有する波形のみを使用して生成された、ミラーのＶ軸方向の駆動信号を使用してミラーを駆動する。これにより、Ｖ軸方向の駆動振動によるミラーの共振を抑制し、画像の歪みを抑制することができる。また、駆動信号から共振成分をカットするためのフィルタを設けることが不要となった。
【００４２】
さらに、発明者は、従来の課題であった、垂直共振周波数の低いミラーにおいても、上記効果が認められることを確認した。
【００４３】
また、上述の実施の形態では、本発明を主にハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではなく、任意の処理を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００４４】
１００  画像表示装置
１１０  光源部
１２０  走査ミラー部
【図１】
2014130257.tif 000003
【図２】
2014130257.tif 000004
【図３】
2014130257.tif 000005