(57)【要約】１次元画像をスキャニングして２次元画像を生成する画像表示装置において、光投影効率を向上及び低電力化ができ、また、光投影の高効率化に伴う投影像の誤差を減少することができる光走査装置、像の位置の較正方法、画像表示方法、及び画像表示装置を提供する。画像表示装置において、走査手段２は往路と復路両方向においてスキャニングし光を投影する。画像表示装置に、走査手段２の角度を読取る角度センサ１６、投影光の位置を検知する位置感知型検出器１５を設け、システム制御回路１０において、得られた角度データと位置データを、角度データ補正部１３と光位置検出部１４で処理して、角度センサ１６の出力の位相遅れを確定して、変調投影タイミングを調整することによってその位相遅れを補正し、往路と復路で投影された像の位置を一致させる。
2004031832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えば回折格子型光バルブなどの光変調素子に基づく画像を、投影光学系でスクリーンなどの画像表示手段上に表示する光走査装置、表示された像の位置の較正方法、及び該光走査装置を用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】  プロジェクターやプリンターなどの画像形成装置において、画像の解像度を向上させるには、１次元の画像表示素子からの光束をスキャンミラーなどの光走査装置で走査しながら画像形成手段に投影し、２次元画像を形成する方法が知られている（たとえば、米国特許第５９８２５５３号参照）。
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。
【発明の開示】
本発明の第１の目的は、１次元光変調素子による１次元像をスキャニングして２次元の画像を生成する画像表示装置において、光投影効率を向上及び低電力化ができ、また、光投影の高効率化に伴う投影された像の誤差を減少することができる光走査装置、及び、該光走査装置において像の位置の較正方法を提供することにある。
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。
【図面の簡単な説明】  図１は１次元光変調素子を用いた画像表示装置の構成の一例を示す図である。
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。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の光走査装置、像の位置の較正方法、及びそれを用いた画像表示方法と画像表示装置の実施の形態について、添付図面を参照して述べる。
〔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。
【符号の説明】
１…スクリーン、
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
【図１】
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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１５】
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【図１７】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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