(57)【要約】【課題】  光走査手段を備えた画像生成装置において、走査方向における画像の輝度ムラや色ムラ等を充分に低減させるとともに、そのために効率低下やコスト上昇等を伴わないようにする。【解決手段】  画像生成装置１において、一次元光変調素子３ａを用いた光変調により得られる一次元像の形成位置が、光走査手段５の動作に従って所定の走査方向に沿って変化する。制御手段７は、走査方向の輝度分布特性に基づいて、該走査方向における輝度変化を相殺するために走査速度を制御する。走査位置での走査速度を速くすれば輝度が下がり、走査速度を遅くすれば輝度が上がるので、光学的要因による輝度分布の変化を打ち消すように走査方向の中央で走査速度を速くし、走査方向の周辺で走査速度を遅くする。【選択図】  図１
2006072221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元光変調素子を用いた光変調により得られる一次元像の形成位置を、所定の走査方向に沿って変化させるように構成された画像生成装置において、
上記走査方向の輝度分布特性に基づいて、該走査方向における輝度変化を相殺するために、走査速度を制御する制御手段を設けた
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載した画像生成装置において、
上記走査速度が、走査範囲の中央に比べて周辺域で遅くなるように走査制御を行う
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項３】
請求項１に記載した画像生成装置において、
上記一次元光変調素子に係る変調のタイミングを走査速度に応じて変化させることによって、画像歪に係る補正処理を行う補正手段を設けた
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項４】
請求項３に記載した画像生成装置において、
上記走査速度が大きい程、上記一次元光変調素子に係る変調動作の時間間隔が短くなるように変調のタイミングを制御する
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項５】
請求項１に記載した画像生成装置において、
上記走査方向の輝度ムラを低減させるために、該走査方向の輝度分布特性に基づいて、上記一次元光変調素子の駆動信号を補正して、光変調時のピーク輝度を調整する
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項６】
一次元光変調素子及びその駆動手段と、該一次元光変調素子を用いた光変調により得られる一次元像の形成位置を所定の走査方向に沿って変化させる光走査手段と、投射レンズを含む投射光学系とを備えた画像投射装置において、
上記走査方向の輝度分布特性に基づいて、該走査方向における輝度変化を相殺するために、上記光走査手段の動作速度を制御する制御手段を設けた
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項７】
請求項６に記載した画像投射装置において、
上記光走査手段の動作速度が、走査範囲の中央に比べて周辺域で遅くなるように該光走査手段の駆動制御を行う
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項８】
請求項６に記載した画像投射装置において、
上記一次元光変調素子に係る変調のタイミングを上記光走査手段の動作速度に応じて変化させることによって、画像歪に係る補正処理を行う補正手段を設けた
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項９】
請求項８に記載した画像投射装置において、
上記光走査手段の動作速度が大きい程、上記一次元光変調素子に係る変調動作の時間間隔が短くなるように変調のタイミングを制御する
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項１０】
請求項６に記載した画像投射装置において、
上記走査方向の輝度ムラを低減させるために、該走査方向の輝度分布特性に基づいて、上記一次元光変調素子の駆動信号を補正して、光変調時のピーク輝度を調整する
ことを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガルバノメータスキャナ等の光走査手段を用いて画像生成や画像表示を行う装置等への適用において、光走査方向における輝度ムラや色ムラ等を低減させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次元空間変調型の画像表示用光変調素子を用いたプロジェクタ装置が知られており、例えば、米国シリコン・ライト・マシン（ＳＬＭ）社開発のグレーティング・ライト・バルブ（Grating Light Valve、以下、「ＧＬＶ」という。）では、反射型回折格子により構成され、複数の可動リボンが所定間隔で配置されるとともに、隣り合う可動リボンの間に固定リボンが配置される。そして、共通電極と可動リボンとの間に駆動電圧を印加することによって可動リボンが移動し、入射光に対する回折格子が構成される。例えば、ＧＬＶ素子を用いて変調されるレーザ光によって一次元像が形成され、該一次元像を所定の方向（例えば、水平方向）に沿って走査して二次元像を形成するための光走査手段を備えた構成形態において、投影レンズを用いてスクリーン上に画像投射を行うことによって、二次元画像を表示させることができる。
【０００３】
また、複数のプロジェクタ装置を用いたマルチプロジェクションシステムにおいては、各プロジェクタ装置による投影画像（パッチ画像）を縦横に組合せて１つの大画面に表示させる形式（所謂タイリング）と、複数台のプロジェクタ装置による投射画像を同じ場所に重ね合わせて表示させる形式（所謂スタッキング）が挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光学的に輝度ムラ等が全くない装置を作成することは困難であり、特性や性能の向上を図るために必要なコストが高くなること、あるいは光利用効率の低下等が問題とされる。
【０００５】
例えば、光走査方向において輝度ムラや色ムラを有するプロジェクタ装置を複数台用いたタイリング・システムでは、各装置によるパッチ画像の継ぎ目に暗部等が生じることに起因する輝度ムラ等が目立ってしまうことが問題となる。つまり、合成画像の表示において画質低下等が生じないようにするには、個々のプロジェクタ装置について輝度ムラ等を較正することが必要である。
【０００６】
また、光学的要因（例えば、レンズやミラー等の角度依存性）やスキャナの速度ムラ等が原因で、光走査方向に輝度ムラ等が生じることへの対策が必要とされる。
【０００７】
そこで、本発明は、光走査手段を備えた画像生成装置や画像投射装置において、光走査方向における輝度ムラや色ムラ等を充分に低減させるとともに、そのために効率低下や著しいコスト上昇等を伴わないようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、一次元光変調素子を用いた光変調により得られる一次元像の形成位置を、所定の走査方向に沿って変化させる構成において、走査方向の輝度分布特性に基づいて、該走査方向における輝度変化を相殺するために走査速度を制御する制御手段を設けたものである。
【０００９】
従って、本発明では、走査方向の輝度分布が一定でない場合に該分布傾向に応じて走査速度を変化させること（走査位置での走査速度を速くすれば輝度が下がり、走査速度を遅くすれば輝度が上がる。）により、走査方向における輝度ムラを補正することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、走査速度の変調制御によって走査方向における輝度ムラや色ムラを低減させることができる。しかも、画像信号処理によって輝度値を制限する必要がなく走査速度の制御だけ済み、効率やコスト面で有利である。また、複数の投射画像をスクリーン上で縦横に配列し又は重ね合わせるシステムに適用する場合に、表示画像全体として輝度ムラや色ムラ等が生じないように防止できる（例えば、隣接するパッチ画像の継ぎ目が目立たない等）。
【００１１】
そして、走査速度が走査範囲の中央に比べて周辺域で遅くなるように走査制御を行い、該走査範囲の中央で相対的に暗く、周辺域で相対的に明るくなるように制御することにより、光学的要因に基づく輝度分布傾向を相殺する効果が得られる。
【００１２】
また、一次元光変調素子に係る変調のタイミングを走査速度に応じて変化させることにより画像歪を補正する補正手段を設けた構成形態において、走査速度の変化に起因する画質低下を防止できる。つまり、走査速度の変化に対して一定の時間間隔で光変調を行ったのでは、走査速度変化に応じて表示ラインの間隔が変化してしまうため、走査速度が大きい程、一次元光変調素子に係る変調動作の時間間隔が短くなるように変調タイミングを制御する（好ましくは、走査速度と変調動作の時間間隔との積が一定となるように制御を行う。）。
【００１３】
走査速度制御だけでは除去し切れない輝度ムラを補正によって除去するためには、さらに、走査方向の輝度分布特性に基づいて一次元光変調素子の駆動信号を補正して、光変調時のピーク輝度を調整することが好ましい。
【００１４】
一次元光変調素子を用いた光変調により得られる一次元像の光走査手段や投射光学系を備えた画像投射装置への適用においては、走査方向における輝度ムラや色ムラの低減により高性能化や画質の向上等を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明に係る画像生成装置の基本構成例を示す概略図である。
【００１６】
画像生成装置１では、光源部２の光に対して光変調手段３を用いて変調するとともに、変調された光が光学系４を介して光走査手段５に送られて所定方向に走査される。そして、光学系６を介して二次元像「ｇｇ」が形成される。
【００１７】
光源部２は、例えば、半導体レーザや固体レーザ等を用いたレーザ光源と、線状ビームを形成するための照明光学系を備えており、光変調手段３を構成する一次元光変調素子３ａに対して均一な強度分布（所謂「トップハット」形状）の光を照射する。
【００１８】
一次元光変調素子３ａの駆動手段３ｂには映像信号が入力され、該映像信号に応じた駆動信号を生成して一次元光変調素子３ａに供給する。
【００１９】
光学系４には、シュリーレンフィルタ等の空間フィルタやディフューザ(diffuser）等が含まれ、投射後に光走査を行う構成形態では、投射レンズ等を用いた投射光学系が含まれる。
【００２０】
光走査手段５は、ガルバノメータスキャナ等が用いられ、回転鏡５ａとその駆動源５ｂを有する。
【００２１】
光走査後に投射を行う構成形態において、光学系６には投射レンズを用いた投射光学系が含まれるが、投射後に光走査を行う構成形態では、光学系６は不要とされる。尚、光強度分布測定用光学系を有する構成では、該光学系が光学系６又は上記光学系４に含まれる。
【００２２】
レーザ光源等から発した光は、一次元光変調素子３ａを用いて変調され、これによって得られる一次元像の形成位置については、光走査手段５の制御下で、所定方向（一次元像の形成方向に対して直交する走査方向）に沿って走査されて二次元像「ｇｇ」が生成される。
【００２３】
光走査手段５に係る制御系は、制御手段７、駆動手段８、駆動源５ｂ、検出手段９を用いて構成される。
【００２４】
制御手段（走査制御手段）７は、走査方向の輝度分布特性（設計値又は測定値）に基づいて、該走査方向における輝度変化を相殺するために光走査手段５の動作速度を制御するために設けられている。そして、制御手段７から駆動手段８に送出される制御信号に従って駆動源５ｂの制御が行われ、駆動源５ｂの位置や速度の検出情報が検出手段９から制御手段７にフィードバックされる。
【００２５】
図２は、本発明に係る輝度分布の補正についての説明図であり、（Ａ）図が光学的要因に基づく分布例を示し、（Ｂ）図が光走査速度の変化に基づく分布例を示し、（Ｃ）図が、（Ａ）図及び（Ｂ）図を加味した補正後の分布例を示す。尚、各図において、横軸が走査方向（例えば、水平方向）の位置を示し、縦軸が輝度（光強度）を示す。
【００２６】
先ず、（Ａ）図は、投射レンズ等による光学的特性を総合した場合の分布傾向を概略的に示しており、グラフ曲線「ｇａ」に示すように、走査方向における中央部での強度が相対的に高く、周辺部において強度が低い傾向が認められる。
【００２７】
（Ｂ）図は、光走査手段５の動作速度（走査速度）を変化させた場合の分布傾向を概略的に示しており、グラフ曲線「ｇｂ」に示すように、走査方向における中央部で強度が相対的に低く、周辺部において強度が高い。つまり、（Ａ）図とは逆の分布傾向を示している。
【００２８】
従って、（Ａ）図と（Ｂ）図の合成によって、理想的には（Ｃ）図のグラフ線「ｇｃ」に示すような平坦な特性、つまり、走査方向に沿って均一な分布を得ることが可能となる。
【００２９】
光走査手段５の動作速度を走査方向の所定範囲内で一定に制御したのでは、（Ａ）図の分布傾向が走査後の分布にそのまま反映されてしまうため、光走査手段の動作速度について変調をかけ、光走査手段５の動作速度が、走査範囲の中央に比べて周辺域で遅くなるように駆動制御を行う。つまり、光走査手段５の動作速度を相対的に遅く（又は速く）すれば、強度を高く（又は低く）することができるので、走査範囲の中央部において強度を下げるには動作速度を速くし、走査範囲の周辺域において強度を上げるには動作速度を遅くすれば良い。これによって、（Ｂ）図に示すように、（Ａ）図の分布傾向を打ち消すことが可能となる。
【００３０】
尚、画像生成において、光走査手段５の動作速度を変化させる場合に、一次元光変調素子による変調タイミングに関して一定の時間間隔で行う訳には行かなくなるため、走査位置に応じて変調タイミングを変化させることが必要である。
【００３１】
図３は、光走査における速度の変調と画像歪の関係について説明するための図であり、（Ａ）図は走査特性を示し、横軸には走査方向を示すｙ軸をとり、縦軸には走査速度「ｖ」を示している。また、（Ｂ）図は変調タイミングを一定の時間間隔で行う場合に生じる画像歪を示しており、（Ｃ）図は、画像歪を補正によって除去した様子を示す。尚、「ｘ」軸はｙ軸に直交し、一次元光変調素子の長軸に平行な方向に延びる軸であり、例えば、ｙ軸を水平方向にとった場合に、ｘ軸は垂直方向の軸である。
【００３２】
速度ｖについては、（Ａ）図に示すように、一定速度「Ｖｃ」を基準として、ｙ軸における走査範囲の中央で大きく、周辺域で小さくなるように変化する。つまり、走査範囲の中央で暗く、周辺域で明るくなるように走査速度を制御することにより、前記した光学的要因による輝度分布の変化を相殺することができる。
【００３３】
ところで、一次元光変調素子に係る変調を一定時間間隔で行ったのでは、（Ｂ）図に示すように、走査速度ｖの変化に応じて表示ライン（図の縦ライン）の間隔が変化してしまう（ｙ軸方向の画素ピッチが変化する。）。つまり、ｙ軸方向における周辺部のライン間隔「Δｙａ」が相対的に狭く、ｙ軸方向における中央のライン間隔「Δｙｂ」が相対的に広くなり、ｙ軸上で一定でなくなる（画像に歪が生じる。）。
【００３４】
そこで、走査速度ｖが大きい（又は小さい）場合には、一次元光変調素子に係る変調動作の時間間隔が短く（又は長く）なるように変調のタイミングを制御してやれば、（Ｃ）図に示すように、ｙ軸方向におけるライン間隔「Δｙ」を一定にすることができる。
【００３５】
図１に示す補正手段１０は、駆動手段３ｂに制御信号を送出し、一次元光変調素子３ａに係る変調のタイミングを、光走査手段５の動作速度に応じて変化させることにより画像歪が生じないように補正するものである。つまり、走査速度ｖは走査位置（ｙ値）の関数「ｖ（ｙ）」であるから、該走査位置の情報から速度分布ｖ（ｙ）を事前に又は測定によって把握すれば、速度ｖに応じて一次元光変調素子３ａの変調タイミングを制御して画像歪が生じないように防止できる（変調時間間隔を走査速度特性に応じて変化させる。）。あるいは、時間毎の走査位置の測定結果をもとに一次元光変調素子３ａの変調タイミングを制御する形態では、ある時刻での走査位置を測定して各タイミングでの走査位置に基づき、画像歪を補正することができる（原理的には速度の概念と同一である。）。
【００３６】
次に、画像投射装置の構成例について説明する。
【００３７】
図４は構成の概要を示したものであり、以下では一次元光変調素子を用いてレーザ光を変調することにより画像表示を行う装置について説明する。
【００３８】
画像投射装置１１の光学系において、光源１２からの出射光が、照明光学系１３を経て光変調部１４に到達し、ここで変調された光が色合成部１５、空間フィルタ１６を経て光走査部１７に到達する。
【００３９】
光源１２としては、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの色毎に半導体レーザや固体レーザ等を用いたレーザ光源１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが設けられており、図示しない電源部からの電力供給を受けて各色に応じた波長のレーザビームをそれぞれ出力する。
【００４０】
照明光学系１３は、各レーザ光源から出力されるビームを一次元の線状ビームに変換する役目を有し、ビーム拡大光学系やラインジェネレータ等を用いて構成される。尚、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた光学系１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂがそれぞれに用いられる。
【００４１】
光変調部１４は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応した一次元光変調素子１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを用いて構成され、上記光学系１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを経てほぼ均一化されたプロファイル（所謂「トップハット」分布）の線状ビームが各素子に照射される。
【００４２】
一次元光変調素子としてＧＬＶ素子を使った適用例において、反射型回折格子の場合、複数の可動リボン及び固定リボンが所定の方向に沿って交互に配置されている。例えば、１画素を構成する６本のリボン素子が設けられていて、３本ずつの可動リボンと固定リボンとが１つおきにそれぞれ配置されている場合に、１ライン分の１０８０画素では６４８０本のリボン素子が一次元方向（長軸方向）に沿って配列される。レーザ光の照射面に対して、可動リボンの表面である第１面と、固定リボンの表面である第２面については、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）合金等が用いられ、各面が交互に配置されるとともに、後述する駆動手段（２３）からの駆動信号を受けて可動リボンが移動されてその第１面がレーザ光の照射方向に沿う方向に位置制御される。つまり、画像信号に応じた駆動電圧印加により該電圧に応じた変位量をもって可動リボンが移動し、この状態（所謂ピクセルオン時）では入射光に対する反射型回折格子が構成される（１次回折光の発生）。また、可動リボンを動かさずに固定リボンとの間で変位量を揃えた状態（所謂ピクセルオフ時）では、１次回折光が発生しない（入射光に対する正反射のみ）。
【００４３】
このように一次元光変調素子に照射された照明光の反射光や回折光が発生され、色合成部１５にて、変調された各色光が合成された後、空間フィルタ１６に送られる。
【００４４】
空間フィルタ１６は、特定次数の回折光成分を選別する役目をもち、本例では、一次元光変調素子を用いて変調された光のうち、±１次回折光をとり出すためにシュリーレンフィルタを用いている（画像表示に用いない０次光が遮光される。）。
【００４５】
次段の光走査部１７には、例えば、ガルバノメータが用いられ、一次元像の入射光を受けて二次元中間像を形成する。即ち、一次元像の形成方向を「第一の方向」とするとき、該方向は一次元光変調素子の長軸方向に対応しており、該第一の方向に対して直交する「第二の方向」に沿って光走査を行うことにより二次元中間像が形成される。
【００４６】
尚、走査方式については、下記の方式が挙げられる（図５にはスキャナ駆動信号「Ｓθ」の波形例を示す。）。
【００４７】
（Ａ）一方向性の描画方式（図５（Ａ）参照）
（Ｂ）双方向性の描画方式（図５（Ｂ）参照）
【００４８】
方式（Ａ）では、図５（Ａ）に示すように、鋸歯状波の駆動信号が使用され、図中の「Ｔａ」が走査開始直後の期間、「Ｔｂ」が描画期間、「Ｔｃ」が描画後に再び走査開始位置へと戻るための期間（帰線期間）をそれぞれ示している。例えば、表示画面の左端縁が走査開始位置とされ、右端縁が走査終了位置とされる場合に、左端縁から光走査が開始されて上記第一の方向に延びる縦ラインが上記第二の方向に沿って走査された後、右端縁に達すると再び左端縁に戻って光走査が繰り返される。
【００４９】
また、方式（Ｂ）では、図５（Ｂ）に示すように、三角波状の駆動信号が使用され、図中の「Ｔ１」が走査開始直後の期間、「Ｔ２」が第一の描画期間（往路）、「Ｔ３」が描画後に走査方向を反転させるための期間、「Ｔ４」が第二の描画期間（復路）、「Ｔ５」が描画後に走査開始位置へと戻るための期間をそれぞれ示している。例えば、表示画面の左端縁及び右端縁が走査開始位置及び走査終了位置とされる場合に、左端縁から光走査が開始されて、上記第一の方向に延びる縦ラインが上記第二の方向に沿って走査された後、右端縁に達すると、今度は反対方向に光走査が行われ、元の左端縁に達すると左端縁から再び光走査を開始するという動作が繰り返される。
【００５０】
このような光走査によって得られる二次元中間像が光拡散部１８（図４参照）を経た後、投射光学系１９によってスクリーン「ＳＣＮ」上に投影されることで映像が表示される。
【００５１】
尚、光拡散部１８は、スペックルノイズ低減等のためにディフューザを用いて拡散光を得るために設けられ、また、投射光学系１９は投影レンズを含む二次元投射光学系である。
【００５２】
投射光学系１９に対して光検出装置２０が設けられており、該投射光学系１９から出射される光を受光して光強度を検出するものである。
【００５３】
次に、画像処理系や制御系について説明する。
【００５４】
図中に「ＶＩＤＥＯ」で示す映像信号は、信号処理部２１を経て変調タイミング補正部２２に送出される。
【００５５】
信号処理部２１において映像信号は色差信号からＲＧＢの色信号に変換される。そして、γ（ガンマ）特性等の非線形特性が付与されている場合には、逆補正を行うことで線形特性への変換を行った後、照明光源の色再現範囲への対応のための色空間変換処理を行う。
【００５６】
変調タイミング補正部２２は、後述する補正データ算出部（２６）からの情報を参照して一次元光変調素子１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの変調タイミングについて補正を行うものである。
【００５７】
駆動手段２３は一次元光変調素子１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを駆動するために設けられており、素子駆動回路を含み、変調タイミング補正部２２からの指令に応じて駆動信号を光変調部１４の各一次元光変調素子にそれぞれ供給する（該光変調素子の駆動制御によって、各色のレーザ光の変調が行われる。）。尚、図中に示す「ＴＥＳＴ」は光強度分布の測定時に使用される測定用画像を表示させるためのテスト信号を示す。
【００５８】
光強度分布計測処理部２４は上記光検出装置２０からの検出情報を処理して一次元光変調素子の長軸方向及び光走査方向における光強度分布を測定するために設けられたものであり、光検出装置２０とともに光強度分布測定手段２５を構成する。即ち、「ＴＥＳＴ」信号を用いた場合に投射光学系１９から出射される光を受けて強度分布を測定するとともに、計測結果を光走査制御部２７及び補正データ算出部２６に送出する。
【００５９】
光走査制御部２７（上記制御手段７に相当する。）は、光走査部１７とともに光走査手段２８を構成しており、一次元光変調素子を用いて光を変調することにより得られる一次元画像の走査制御を行う。その際、光強度分布計測処理部２４からの測定データ（強度分布特性データ）に基づいて、走査方向における強度変化を相殺し、該方向の強度分布を均一にするために走査速度を制御する。光走査制御部２７は、図示しない同期信号や光強度分布計測処理部２４からの信号に従って制御信号を光走査部１７に送出し、その動作（ガルバノミラーの回転）を制御する。尚、光走査部１７には、走査位置の検出用に角度センサ等が設けられており、走査位置の検出情報が光走査制御部２７に送出される。また、光走査制御部２７から光走査部１７に送出される制御信号に基づいて、ガルバノミラー等の回転位相（走査位置）の制御や走査速度に係る変調制御が行われる。そして、光走査制御部２７から変調タイミング補正部２２に走査位置情報が通知される。
【００６０】
本例において、補正データ算出部２６は、記憶手段２９や変調タイミング補正部２２とともに補正手段３０（あるいは光変調タイミング制御手段）を構成しており、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ等のハードウェア及び処理プログラムを用いて実現される。即ち、補正手段３０は、一次元光変調素子に係る変調タイミングを走査速度に応じて変化させることにより画像歪に係る補正処理を行う。
【００６１】
光強度の測定用画像を表示して光強度分布測定手段２５により計測を行う場合に、例えば、画像投射前の準備段階として、キャリブレーション等を行う際に測定用画像を投射光学系１９から出力し、光検出装置２０で検出する形態が挙げられる。あるいは、画像投射を行いつつ、画像表示に悪影響を与えないように測定用画像を投射光学系１９から出力し、光検出装置２０で検出する形態も可能である。
【００６２】
図６は、画像投射装置１１に係る光学系の要部を例示した概略図である。
【００６３】
Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応した一次元光変調素子１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂには、図示しない照明光学系からの線状ビームがそれぞれ照射される。
【００６４】
変調された各レーザ光は、色合成ミラー３１、３２を用いて光学的に合成された後、オフナーリレー系３３を介してガルバノスキャナ３６に到達して光走査を受ける。
【００６５】
オフナーリレー系３３は主鏡（凹面鏡）３４と副鏡（凸面鏡）３５を用いて構成され、色合成後の光は、先ず、主鏡３４で１回目の反射を受けた後で、副鏡３５で反射され、さらに主鏡３４で２回目の反射を受けてから、ガルバノスキャナ３６に向けて出射される。副鏡３５にシュリーレンフィルタの機能（正反射光成分と回折光成分とを分離して、特定次数の回折光だけをとり出す機能）を持たせるか又はシュリーレンフィルタを副鏡３５に付設することにより、１次回折光と０次回折光を分離し、１次回折光を選別して通過させることができる。本形態は、光学的な構成が簡単であって小型化等に好適であり、また、収差低減等に有効である。
【００６６】
オフナーリレー系３３からガルバノスキャナ３６に到達する一次元像の形成方向は、図６の紙面に垂直な方向とされ、光走査によって二次元中間像「ｇ２」が形成される。本例では、二次元像の像面湾曲を除去するために、ガルバノスキャナ３６の後に像面湾曲補正光学系３７を配置している。
【００６７】
像面湾曲補正後の二次元中間像ｇ２は投射光学系１９によってスクリーン上に拡大投影されるが、その光強度分布を測定するために測定装置３８が用いられる。この測定装置３８は上記した光強度分布測定手段２５の光検出装置２０を構成するものであり、投射光学系１９の出射口近傍に位置され、投射光学系１９からの出射光を集光した後に平均化された光強度を検出する。
【００６８】
本例では、集光素子３９、積分球４０、光検出手段４１を備えており、投射光学系１９からの出射光を集光素子３９によって集光して積分球４０に導入するとともに、積分球４０により平均化された光強度の検出が光検出手段４１によって行われる。
【００６９】
フレネルレンズ等を用いた集光素子３９は、投影レンズから出射する光を全て集光して再結像させる機能を有する。
【００７０】
集光素子３９によって集光されたレーザ光は、積分球４０に形成された開口（図示せず。）から導入され、内部での多重反射によって積分球４０内での光強度が均一化される。つまり、積分球４０は平均化手段を構成しており、平均化された光強度が光検出手段４１によって検出される。
【００７１】
光検出手段４１を構成する光センサは、受光信号を電気信号に変換して出力し、その検出信号が光強度分布計測の基礎データとされる（上記光強度分布計測処理部２４に送出されて処理される。）。
【００７２】
測定装置３８の設置形態としては、例えば、測定装置を画像投射装置の本体部に対して取り付け可能にした構成形態において、測定用画像を用いた光強度分布の測定時にのみ測定装置を本体部に設置し、該測定後には測定装置を取り外せるようにした構成が挙げられる。また、可動ステージ等の移動手段を用いて測定装置の位置決め制御を行えるようにした構成形態では、光強度分布測定時に測定装置３８を投射光学系１９の近傍位置に移動させることで、投射光学系１９の出射光を測定装置３８内の積分球４０に導入することができる。尚、画像投射時には表示への影響を及ぼさない退避位置まで測定装置３８を移動させる必要がある。
【００７３】
一次元光変調素子においては、その長軸方向の画素数に応じた数の測定が行われ、例えば、一次元方向に１０８０個の画素配列とされるＧＬＶ素子の場合、１番目の画素から始まって１０８０番目の画素まで、１画素ずつ個別に点灯（ピクセルオンの状態）にして光センサの出力を記録する処理を逐次に行って測定データを収集する。これにより、各画素に関して独立した光強度の測定が可能となる。画素配列方向に直交する走査方向を含めた二次元の測定データを収集するには、ガルバノスキャナ３６の動作制御により光走査位置を変更しながら上記と同様の測定を行えば良い（例えば、測定装置に設けられた可動ステージ等を動かして積分球４０及び光センサの位置制御を行う等。）。但し、走査方向における全位置について測定を行うことに起因する処理上の負担を軽減するには、走査方向における数箇所の表示ラインだけを測定し、その結果から適当な補間式を用いて強度分布を推定する方法が好ましい。
【００７４】
光強度分布の測定値を用いる代わりに、設計値やシミュレーション結果等から判明している分布特性を利用する方法も可能であるが、レーザ光源等の経時変化への対応を考慮した場合に、実測データに基づく処理が望ましい。つまり、経時変化等への対応を考慮した場合、定期的又は必要に応じて光強度分布を測定し、該光強度分布の測定データに基づいて、走査方向における強度ムラを是正するために必要な走査速度特性を、走査位置の関数として画像投射の前又は投射中に算定することができる。
【００７５】
図７は、映像信号に基づいて一次元光変調素子（ＧＬＶ素子）を駆動するための回路構成の一例４２を示したものである。尚、図には３原色中の一色についてのみを代表的に示すが他の色でも同様の構成を有する。
【００７６】
映像信号は、先ず、画像入力回路４３に入力されて、ＲＧＢ信号への変換や逆γ補正等が行われた後、ＸＹ変換回路４４に送出される。
【００７７】
ＸＹ変換回路４４では、１画面分の画像データについて縦横変換を行い、データの配列順序を入れ替える。つまり、一次元の縦ライン（画像ライン）を走査方向（水平方向）に沿って走査して二次元画像を生成するには、１画面を縦ラインの集合として区分する必要がある。これに対して、入力画像データでは、時系列に沿って画素を配列させた水平ラインを、垂直方向に並べる方式とされるため、画像データの形式変換が必要である。
【００７８】
ＸＹ変換後の１画面分の画像データは、縦ライン単位でフレームメモリ４５に格納される。尚、前記方式（Ａ）では、縦ライン毎のデータを時系列に従ってフレームメモリ４５に記憶されていけば良いが、前記方式（Ｂ）の場合には走査の向きが画面毎に反転することに注意する必要がある（フレームメモリ４５に縦ラインを記憶させる順序が、往路の描画期間と復路の描画期間とで反対になる。）。
【００７９】
画像出力回路４６は、制御回路４７の制御下でフレームメモリ４５に記憶された画像データ「Ｄａｔａ」を１ラインずつ信号変換回路４８に送出するとともに、該回路に対してデータ・イネーブル信号「ＤＥ」やクロック信号「ＣＬＫ」等を出力する。
【００８０】
尚、フレームメモリ４５や画像出力回路４６は、制御回路４７からの信号によって制御され、該制御回路４７には、後述する制御回路４９からの信号「ＲＱＴ」が送出され、該信号に基づいて変調及び投影のタイミング制御が行われる。また、画像出力回路４６から後述する制御回路４９に対してフレーム同期信号「ＦＲＭｓｙｎｃ」が送出される。
【００８１】
信号変換回路４８は、画像出力回路４６からの１ライン分の画像（縦ライン画像）を受けて、画像データに応じた一次元光変調素子の駆動信号「１Ｄｉｍ−Ｄａｔａ」を生成し、メモリ５１に出力して記憶させる。また、信号変換回路４８は、後段の制御回路５２に対して、駆動信号「１Ｄｉｍ−Ｄａｔａ」の転送を指示するための信号「ＴＳＳ」と、一次元光変調素子に対する駆動信号の出力を指示するための信号「ＤＩＳ」を出力する。つまり、ＴＳＳに従ってメモリ５１から読み出された駆動信号は、ＤＩＳにより規定されるタイミングに従って、アンプ５３を介して一次元光変調素子に供給される。
【００８２】
制御回路４９はフレーム同期信号「ＦＲＭｓｙｎｃ」を受けて、信号変換回路４８の動作タイミングを調整したり、メモリ５０の記憶データに基づいて上記信号ＲＱＴを生成して制御回路４７に送出する。メモリ５０には、一次元光変調素子の変調タイミングを規定するためのデータ（ＲＱＴの発生タイミングや位相を決定するデータ）が記憶されており、該データは走査特性に係る設計値又は速度特性の測定値に基づいて算定される。そして、該データが制御回路４９に読み出されてＲＱＴの生成に用いられる。
【００８３】
図８はフレーム同期信号「ＦＲＭｓｙｎｃ」と、変調タイミングの制御信号ＲＱＴとの関係を示したものである。
【００８４】
本例では前記方式（Ｂ）を採用しており、図中に「Ｔ１」で示す往路期間内における描画期間に１画面分のＲＱＴ信号が含まれ、図中に「Ｔ２」で示す復路期間内における描画期間に次の１画面分のＲＱＴ信号が含まれる。尚、「ΔＴ」はＲＱＴのパルス間隔を示しており、１画面中での走査位置に応じて異なり、また、往路と復路とで異なる（これは、光走査系を構成する機構や回路特性等が往路と復路との間で非対称性を有することに起因するものであり、往路と復路とで各縦ライン画像の形成位置がずれないように一致させる必要がある。）。また、走査位置に係る検出情報（角度センサ情報等）と、実際の走査位置との間の位相ずれに起因して像形成位置への影響が生じないように位相調整が必要である。
【００８５】
図９は信号ＲＱＴのパルスの立ち上がり時点を起点として、一次元光変調素子の変調（「ＭＯＤ」参照。）が行われる様子を例示したタイミングチャート図である。
【００８６】
信号ＲＱＴを受けた制御回路４７は、「Ｄａｔａ」欄に示すように、フレームメモリ４５内の１ライン分のデータ「Ｄ１」をＤＥ（Data Enable）に示す期間内において出力して、画像出力回路４６から信号変換回路４８に送出する。
【００８７】
信号変換回路４８から制御回路５２に送られる信号ＴＳＳによってデータ「１Ｄｉｍ−Ｄａｔａ」の転送が開始され、信号ＤＩＳに従って駆動信号が一次元光変調素子（ＧＬＶ素子）に供給されて光変調動作が行われる（「ＭＯＤ」欄の「Ｔｄ」はＲＱＴから変調開始までの遅延時間を示す。）。
【００８８】
図１０は走査速度とＲＱＴのパルス間隔との関係を示す概略図であり、ｙ軸方向が走査方向を示し、これに直交するｘ軸方向が一次元光変調素子の長軸方向に相当する画素配列方向を示している。
【００８９】
走査方向の周辺部では走査速度が遅く、パルス間隔ΔＴが相対的に長い。また、走査方向の中央部では走査速度が速く、パルス間隔ΔＴが相対的に短い。尚、このような時間間隔の制御は、ｙ位置の関数である走査速度の検出情報（具体的には、ガルバノミラーの振れ角θの検出値を時間で微分した速度情報）に基づいて算定されて上記メモリ５０に記憶されているデータに従う信号ＲＱＴにより行われる。実際の走査制御では、ＲＱＴを決める角度信号（走査角度の検出信号に対して位相遅れを補正した信号）について、フレーム同期信号ＦＲＭｓｙｎｃの対する１画面分のデータを参照テーブルとして作成するとともに、その位相情報と角度情報との関係に従ってＦＲＭｓｙｎｃに対する投影タイミングの制御が行われる（例えば、データのシフト又は補間若しくは補正等により、所定時刻での角度情報を任意に規定することができる。）。この方法による利点としては制御の容易性及びシステム的に効率が良いことである（フレーム同期信号を基準として全ての制御を行うことがシステム構築の上で重要であり、システムを単純に取り扱うことができる。また、映像信号についてもフレーム同期信号を基準としており、システム的な整合性の面で理に適っている。）。
【００９０】
図１１は、横軸に走査速度「ｖ」をとり、縦軸にパルス間隔「ΔＴ」をとって両者の関係を示したものある。
【００９１】
速度ｖ０に対するΔＴ０を基準とした場合に、ｖ０より大きいＶｈでは、ΔＴｈがΔＴ０よりも小さく、また、ｖ０より小さいｖｌでは、ΔＴｌがΔＴ０よりも大きい。つまり、ΔＴとｖとの積が一定となるように変調タイミングを制御すれば、１画面の構成ライン（縦ライン）の形成ピッチ（一次元像の間隔）を一定にして画像歪が生じないように防止することができる。
【００９２】
ΔＴは走査速度ｖ（ｙ）の関数ΔＴ（ｖ）であり、走査位置ｙの関数である。
【００９３】
画像投射装置１１における走査制御の手順についてまとめると、下記のようになる。
【００９４】
（１）輝度分布特性の事前測定と測定データの保存
（２）走査方向における走査速度の変調制御用データの算出及び保存
（３）走査方向における一次元光変調素子の変調タイミング制御用データの算出及び保存
（４）走査及び光変調の開始
（５）走査位置に応じた走査速度の制御及び走査速度に応じた一次元光変調素子の変調タイミング制御
【００９５】
尚、（１）では描画範囲において走査速度がほぼ一定の状態で強度分布の測定が行われる。また、（５）では、走査位置での光強度が高い（又は低い）場合に走査速度を大きく（又は小さく）するとともに、走査速度が大きい（又は小さい）場合に、一次元光変調素子に係る変調動作の時間間隔を短く（又は長く）する。
【００９６】
尚、走査位置に応じた走査速度の変調制御だけでは除去できない強度ムラへの対策については、一次元光変調素子を用いて光変調を行う際のピーク輝度を調整することによって投射光の強度ムラを除去することができる。
【００９７】
図１２は輝度ムラ補正の説明図であり、（Ａ）図は光学的要因及び走査速度要因によって得られる分布例を示し、（Ｂ）図はピーク輝度の調整に係る分布例を示し、（Ｃ）図は補正後の分布例を示している。
【００９８】
（Ａ）図において誇張的に示すように、輝度補正無しの場合、走査方向における左右の周辺寄りの部分でそれぞれピーク部分が認められ、走査方向における中央部がほぼ平坦とされる。これは、光学的要因と走査速度要因との間の相対的な関係において、走査速度が走査方向の周辺部で必要以上に遅くなっていることに依る。
【００９９】
（Ｂ）図には、（Ａ）図の分布を打ち消すためにピーク輝度の調整を行う場合の分布例を示しており、各グラフ曲線は（Ａ）図のグラフ曲線に対して横軸に平行な軸に関して上下関係を反転させた曲線とされ、左右の周辺寄りの部分で輝度が最低値を示し、周縁部で輝度が最大となる。尚、ピーク輝度の調整については、実線で示すグラフ曲線を１００％として、破線のグラフ曲線が８０％、一点鎖線のグラフ曲線が３０％の場合を代表して例示している。
【０１００】
（Ｃ）図には、補正後に均一化された分布例を示しており、実線で示すグラフ線を１００％として、破線のグラフ線が８０％、一点鎖線のグラフ曲線が３０％の場合を代表して例示している。
【０１０１】
例えば、走査方向における輝度値がその上限（最大許容値）を越えないようにするには、ピーク輝度を調整（低減）して、輝度値を上限以下に制限する必要が生じる（例えば、８０％のピーク調整では２０％の輝度低下となる。）。尚、輝度については、３原色である赤色、緑色、青色のうちの最低輝度によって決定され、例えば、赤色光、青色光の最低光束値がともに４０００ｌｍ（ルーメン）で、緑色光の最低光束値が３０００ｌｍである場合には、緑色光の最低輝度によって実現可能な白色の最大輝度が制限される。
【０１０２】
ピーク輝度の補正方法については、例えば、補正用データを参照テーブルに記憶させておき、走査時に読み出す方法（画像データに係る処理回路内のメモリを用いたルックアップテーブル方式等）が挙げられる。ＧＬＶ素子を使用する装置を例にすると、所定ビット数（例えば、１０ビット）での階調制御により素子駆動を行う場合に、各駆動レベルに対する出力輝度情報を有している。従って、例えば、緑色の光束値が３０００ｌｍであるときに、赤色の光束値が４０００ｌｍも出てしまうようなときには、赤色に対応するＧＬＶ素子の駆動レベルを、緑色光の出力輝度に合うように変換する為の参照テーブルを演算にて求めることができる。
【０１０３】
尚、輝度上限を超えて明るくする方向への補正はできず、輝度を下げる方向への補正が行われる（画像信号に応じた駆動信号を補正することにより一次元光変調素子への駆動電圧を下げる。）ため効率低下を伴うが、画像信号処理による補正で済むため、著しいコスト上昇を伴うことなく輝度ムラを補正して高品位画像を得ることができる。
【０１０４】
図１３は、上記の輝度分布補正を実現するための構成例を示すものである。
【０１０５】
信号処理部２１に映像信号ＶＩＤＥＯが入力されると、内部の逆γ補正回路や色空間変換回路等を経て三原色の色信号が出力されて、後段のデータ補正部５４に送られる。
【０１０６】
また、測定装置３８からの検出情報は検出信号処理部５５に送られ、ゲイン調整回路５５ａ、Ａ／Ｄ変換回路５５ｂにより処理される。ゲイン調整回路５５ａは、変調光の検出信号について光センサにおける検出感度の相違を補正するために設けられている。また、Ａ／Ｄ変換回路５５ｂはゲイン調整後のアナログ信号をディジタル信号に変換してデータ補正部５４内の計測データ記憶部５４ａにデータを送出して蓄積するものである。尚、検出信号処理部５５は上記光強度分布計測処理部２４を構成している。
【０１０７】
データ補正部５４は、計測データ記憶部５４ａと、補正値演算部５４ｂと、データテーブル記憶部５４ｃと、選択部５４ｄを有する。
【０１０８】
検出信号処理部５５からのデータは、投射レンズ等の光学的要因及び光走査部の走査速度要因による輝度ムラの情報を含んでおり、該データが計測データ記憶部５４ａに格納される。
【０１０９】
補正値演算部５４ｂは、計測データに基づいて上記したピーク輝度の調整に必要な演算処理を行い、その結果より得られる輝度補正用データをデータテーブル記憶部５４ｃに送出して記憶領域に記憶させる。
【０１１０】
データテーブル記憶部５４ｃは、補正前の駆動信号を受けた場合に、輝度補正後のデータを読み出して駆動信号を出力するものである。本例では、データテーブルを参照して補正データを読み出す形態を採っているが、補間計算等の演算処理を用いて補正後の駆動信号を算出する形態では、データテーブル記憶部５４ｃを演算処理手段に置換すれば良い。
【０１１１】
選択部５４ｄはデータテーブル記憶部５４ｃからの出力と測定用のテスト信号を切り替えて駆動部５６に送出するものである。つまり、輝度分布の測定時にはテスト信号（ＴＥＳＴ）が選択され、また、画像表示の際にはデータテーブル記憶部５４ｃの出力が選択される。
【０１１２】
選択部５４ｄの出力は、駆動部５６を構成するＤ／Ａ変換回路５６ａ、次段の駆動回路５６ｂを経た上でＧＬＶ素子を用いた光変調部に送出される。尚、Ｄ／Ａ変換回路５６ａはデータ補正部５４から出力されるディジタル信号をアナログ信号に変換するために設けられており、駆動回路５６ｂは変換後のアナログ信号を入力信号として信号電圧に応じてＧＬＶ素子への駆動電圧を供給するものである。
【０１１３】
制御部５７は、信号処理部２１、データ補正部５４、検出信号処理部５５等の各構成部に制御信号を送出することにより、タイミング制御や信号切替等を行い、また、レーザ光源の点消灯や強度分布測定時の光走査制御等を行う等の役目を有する。
【０１１４】
尚、一次元光変調素子の長軸方向に相当する画素配列方向に関して、光強度分布の計測データに基づいて、一次元光変調素子に係る駆動信号を補正することにより、強度ムラや色ムラ（照射光分布の不均一性）を除去することができる。つまり、輝度分布の不均一性について計測した縦ラインに関するデータから一次元光変調素子に係る駆動制御の補正データを算出するとともに、画像投射時には該補正データを用いて一次元光変調素子に係る駆動信号の補正制御を行えば良い（例えば、一次元光変調素子に係る画素毎の変調特性について補正用テーブルを作成するとともに、該補正用テーブルを用いて画像投射時に駆動電圧の補正が行われる。あるいは、データテーブルの参照方式に限らず、補間計算等で推定される補正データを用いる形態等が可能である。）。
【０１１５】
上記に説明した構成によって一次元光変調素子の長軸方向に相当する第一の方向及び該方向に対して直交する第二の方向（走査方向）を含む二次元での輝度ムラ補正を実現することが可能となる。
【０１１６】
以上に説明した構成によれば、例えば、下記に示す利点が得られる。
【０１１７】
・投射光の輝度ムラを測定して、計測データに基づいて走査速度を制御することにより、走査方向の輝度分布を均一化させ、画質の向上や高品位画像の提供が可能であること。
・走査速度に応じて一次元光変調素子の変調タイミングを制御し、画像歪が生じないように補正できること。
・一次元光変調素子の駆動信号を補正し、光変調時のピーク輝度を調整することにより、走査方向の輝度ムラを低減できること（信号処理に拠るため、著しいコスト上昇なしに補正可能である。）。
・複数台のプロジェクタ装置を用いて、各装置による投影画像を繋げるか又は重ね合わせてスクリーン上に表示させるシステムにおいて、輝度分布の均一化を実現でき、特に、走査速度の変調制御を行う場合に光束利用率の低下を抑制できること。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明に係る画像生成装置の基本構成例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る輝度ムラ補正の説明図である。
【図３】走査速度変調と画像歪の関係を示す説明図である。
【図４】本発明に係る画像投射装置の構成例を示す図である。
【図５】走査方式に関する説明図である。
【図６】画像投射装置に係る光学系について要部を例示した図である。
【図７】映像信号に基づく一次元光変調素子の駆動について回路構成例を示す図である。
【図８】フレーム同期信号と変調タイミング制御信号との関係について説明するための図である。
【図９】一次元光変調素子の変調タイミングについて説明するためのタイミングチャート図である。
【図１０】走査速度と変調タイミング制御信号のパルス間隔との関係を示す概略図である。
【図１１】走査速度に対する光変調動作の時間間隔を例示したグラフ図である。
【図１２】走査方向における輝度ムラ補正の説明図である。
【図１３】輝度ムラ補正に係る構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１…画像生成装置、３ａ…一次元光変調素子、３ｂ…駆動手段、５…光走査手段、７…制御手段、１０…補正手段、１１…画像投射装置、１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ…一次元光変調素子、１９…投射光学系、２３…駆動手段、２８…光走査手段、３０…補正手段
【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】
2006072221.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006072221.tif 000011
【図１０】
2006072221.tif 000012
【図１１】
2006072221.tif 000013
【図１２】
2006072221.tif 000014
【図１３】
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