(57)【要約】【課題】本発明は、ＭＥＭＳスキャナーの共振周波数がスキャン中に変化している場合であっても、精度良く走査位置を予測することができ、精度の良い画像処理等を可能にすることができる画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも１つ以上の共振型ＭＥＭＳスキャナー２０と、該ＭＥＭＳスキャナーのスキャン周期をカウントするカウンター５２と、該カウンターがカウントした１周期分の最終カウント値を保存するデータ保持手段５３と、該データ保存手段に保存された直前周期の最終カウント値と、該ＭＥＭＳスキャナーのスキャン周期をカウントするカウンターのカウント値とから、正規化された走査位置情報を算出する走査位置正規化手段５０と、を有することを特徴とする。【選択図】図３
2013190587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つ以上の共振型ＭＥＭＳスキャナーと、
該ＭＥＭＳスキャナーのスキャン周期をカウントするカウンターと、
該カウンターがカウントした１周期分の最終カウント値を保存するデータ保持手段と、
該データ保存手段に保存された直前周期の最終カウント値と、該ＭＥＭＳスキャナーのスキャン周期をカウントするカウンターのカウント値とから、正規化された走査位置情報を算出する走査位置正規化手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記走査位置正規化手段は、前記ＭＥＭＳスキャナーのスキャン周期をカウントするカウンターのカウント値を前記直前周期の最終カウント値で除し、正規化の周期を乗ずることにより前記走査位置情報を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記スキャン周期の開始又は終了に同期した同期信号に同期して前記カウンターが前記最終カウント値のリセットを行うとともに、前記データ保持手段が前記最終カウント値を保存することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記走査位置正規化手段により算出された前記走査位置情報を用いて画像処理を行う画像処理手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記画像処理手段は、歪み補正処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、特に、少なくとも１つ以上の共振型ＭＥＭＳスキャナーを有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＭＥＭＳ振動ミラーを用いた小型プロジェクターが知られている。かかるＭＥＭＳ振動ミラーを用いた小型プロジェクターでは、描画面を大きくするためにＭＥＭＳ振動ミラーの振幅を大きくする必要がある。ＭＥＭＳ振動ミラーの振幅を大きくするためには、ＭＥＭＳ振動ミラーの共振周波数でミラー駆動する方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
しかしながら、従来の共振周波数でのミラー駆動では、動作中の外気温や描画する光源の熱などによってＭＥＭＳミラーの温度が変化し、共振周波数が変わってしまう。共振周波数が変わってしまうと、振幅を維持するためにミラー駆動のパワー（電圧もしくは電流）を上げるか、又は、ミラー駆動の周波数を変更して変化する共振周波数に追従しなければならない。ミラー駆動のパワーを上げる方法では、最大パワーの限界と消費電力の増加の問題がある。このため、一般的にはミラー駆動の周波数を変更する方法が採用されるが、ＭＥＭＳミラーの振動数が変化することから、プロジェクター描画のライン速度が変わってしまうため、描画が正常にできなくなる。特に、歪み補正など画素位置を微妙に調整する画像処理では、微細な走査位置をクロックカウントで予測する必要があるが、クロックカウントと実際の走査位置がずれてしまうため、精度良い画像処理ができないという問題があった。
【０００４】
かかる共振周波数の変化により、ＭＥＭＳスキャナーによるスキャンと映像信号の同期が取れなくなる問題を解消すべく、画像データを画素/ラインが整列した状態でデータ格納メモリーに格納し、読み出す際には走査位置を予測し、該当するデータ格納メモリーのアドレスからデータを読出して描画する構成の走査型画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献３に記載の構成では、スキャンの開始位置を予測することは可能であるが、スキャン中に共振周波数が変化した場合には、１周期におけるスキャンラインの長さが伸縮してしまい、スキャン中の駆動周波数の変化に対応できない。よって、精度良く走査位置を予測することができず、精度の良い画像処理ができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、ＭＥＭＳスキャナーの共振周波数がスキャン中に変化している場合であっても、精度良く走査位置を予測することができ、精度の良い画像処理等を可能にすることができる画像形成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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る画像形成装置は、少なくとも１つ以上の共振型ＭＥＭＳスキャナーと、
該ＭＥＭＳスキャナーのスキャン周期をカウントするカウンターと、
該カウンターがカウントした１周期分の最終カウント値を保存するデータ保持手段と、
該データ保存手段に保存された直前周期の最終カウント値と、該ＭＥＭＳスキャナーのスキャン周期をカウントするカウンターのカウント値とから、正規化された走査位置情報を算出する走査位置正規化手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、精度良く走査位置を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置のＭＥＭＳスキャナーの一例を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例を示した機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る画像形成装置の走査位置正規化部の一例の構成を示した図である。
【図４】本発明の実施形態に係る画像形成装置の走査位置正規化部に入力される各信号におけるタイミング波形の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置のＭＥＭＳスキャナーの一例を示した斜視図である。図１においては、ミラーを用いて反射光を走査させる圧電素子を用いたＭＥＭＳスキャナー１２０が一例として挙げられている。
【００１２】
図１において、第１ミラー支持部１２３ａは連結点Ｑａ、Ｑｂにおいて第１梁部１２７ａのほぼ中央と連結している。第２ミラー支持部１２３ｂと第２梁部１２７ｂも同様である。第１圧電体１２５ａは第１梁部１２７ａと第１固定部１２１ａとに、第２圧電体１２５ｂは第１梁部１２７ａと第２固定部１２１ｂとに、それぞれ跨って導電性接着剤により固定されている。同様に、第３圧電体１２５ｃと第４圧電体１２５ｄも、第２梁部１２７ｂと第３固定部１２１ｃ及び第２梁部１２７ｂと第４固定部１２１ｄにそれぞれ跨って導電性接着剤により固定されている。
【００１３】
第１圧電体１２５ａと第３圧電体１２５ｃには、第１配線１３１ａ、共通配線１２９及び導電性材料からなる枠部１２４を介して駆動回路１３０から交流電圧が印加される。同様に、第２圧電体１２５ｂと第４圧電体１２５ｄとには、第２配線１３１ｂ、共通配線１２９及び枠部１２４を介して、駆動回路１３０から上記交流電圧とは逆相の交流電圧が印加される。各圧電体１２５ａ〜１２５ｄは駆動回路１３０からの交流電圧により振動し、第１梁部１２７ａと第２梁部１２７ｂに対してこの振動を伝達する。
【００１４】
第１梁部１２７ａ及び第２梁部１２７ｂの振動により、第１ミラー支持部１２３ａ及び第２ミラー支持部１２３ｂに回転トルクが与えられ、捻れ変位が発生する。このため、各ミラー支持部１２３ａ〜１２３ｂを揺動軸として、ミラー部１２２に揺動振動が発生する。このミラー部１２２の揺動振動の周波数は、高周波な共振周波数となる。
【００１５】
図１のＭＥＭＳスキャナー１２０は、１軸のＭＥＭＳスキャナー１２０のため１つの走査方向にしか走査できないので、例えば、振動方向が９０度異なるように２つのＭＥＭＳスキャナーを組み合わせることで、２Ｄスキャナーを構成することができる。また、９０度異なる２つの軸を中心に独立に振動する１つのミラーを備えた２軸のＭＥＭＳスキャナーにより２Ｄスキャナーを構成してもよい。
【００１６】
このように、本実施形態に係る画像形成装置においては、例えば、ミラー部１２２を共振振動で揺動させ、ミラー部１２２に照射された光の反射光を走査させるＭＥＭＳスキャナーを備える。なお、図１で示したＭＥＭＳスキャナーは例示であり、種々のＭＥＭＳスキャナーを用いることができる。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例を示した機能ブロック図である。図２において、本実施形態に係る画像形成装置は、水平ＭＥＭＳスキャナー２０と、水平ＭＥＭＳスキャナー駆動回路２１と、垂直ＭＥＭＳスキャナー３０と、垂直ＭＥＭＳスキャナー駆動回路３１と、映像フォーマット検出部４０と、走査位置正規化部５０と、画像処理部６０と、メモリー制御部７０と、データ格納用メモリー８０と、レーザー光源１００と、レーザー駆動回路１０１とを有する。また、映像フォーマット検出部４０と、走査位置正規化部５０と、画像処理部６０と、メモリー制御部７０と、データ格納用メモリー８０とは、制御部９０を構成する。
【００１８】
図２において、水平ＭＥＭＳスキャナー２０は水平ＭＥＭＳスキャナー駆動回路２１により駆動され、垂直ＭＥＭＳスキャナー３０は垂直ＭＥＭＳスキャナー駆動回路３１により駆動される構成となっている。また、水平ＭＥＭＳスキャナー２０及び垂直スキャナー３０による光のスキャン位置を示す走査位置信号１１４が走査位置正規化部５０に入力される。更に、走査位置正規化部５０からの出力信号は、画像処理部６０に入力される。また、画像処理部６０からの出力信号は、メモリー制御部７０に入力される。
【００１９】
映像信号１１０は、画素毎の輝度や色情報を含む画像データ１１１と、垂直同期信号１１２と、水平同期信号１１３とを含み、いずれもメモリー制御部７０に入力される。このうち、水平同期信号１１３は、映像フォーマット検出部４０に入力され、映像フォーマット検出部４０で検出された映像フォーマットが、メモリー制御部７０に入力される。
【００２０】
メモリー制御部７０に入力された画像データ１１１、垂直同期信号１１２、水平同期信号１１３、映像フォーマット及び画像処理された走査位置信号１１４は、メモリー制御部７０からデータ格納用メモリー８０に格納される。そして、データ格納用メモリー８０に格納された信号１１０〜１１４等は、レーザー駆動回路１０１に入力され、これに基づいてレーザー駆動回路１０１はレーザー光源１００を駆動する。
【００２１】
本実施形態に係る画像形成装置の全体構成の概略は以上のようであるが、以下、個々の構成要素についてより詳細に説明する。
【００２２】
水平ＭＥＭＳスキャナー２０は、レーザー反射光を水平方向に走査するためのスキャナーであり、例えば、図１に示したように、ミラー１２２を軸周りに揺動させることにより、レーザー反射光を水平方向に走査する。水平ＭＥＭＳスキャナー２０には、例えば、図１で説明した圧電素子を用いたＭＥＭＳスキャナー１２０や、その他の駆動力を利用したＭＥＭＳスキャナー２０が用いられてよい。なお、水平ＭＥＭＳスキャナー２０は、共振周波数で駆動する共振型ＭＥＭＳスキャナーが用いられる。
【００２３】
水平ＭＥＭＳスキャナー駆動回路２１は、水平ＭＥＭＳスキャナー２０を駆動する回路であり、例えば、図１の場合には、駆動回路１３０が該当する。
【００２４】
垂直ＭＥＭＳスキャナー３０は、垂直方向にレーザー反射光を垂直方向に走査するためのＭＥＭＳスキャナーである。水平ＭＥＭＳスキャナー２０と同様に、図１に示したＭＥＭＳスキャナー１２０を含めて、種々のＭＥＭＳスキャナー３０を用いることができる。垂直ＭＥＭＳスキャナー３０は、共振型ＭＥＭＳスキャナーであってもよいし、非共振型ＭＥＭＳスキャナーであってもよい。一般に、水平方向の方が高速にスキャンし、垂直方向の方が低速にスキャンするので、垂直方向については、用途に応じて非共振型ＭＥＭＳスキャナーを用いることもできる。
【００２５】
垂直ＭＥＭＳスキャナー駆動回路３１は、垂直ＭＥＭＳスキャナー３０を駆動するための回路であり、例えば、図１のＭＥＭＳスキャナー１２０が用いられた場合には、駆動回路１３０が該当する。
【００２６】
なお、図２においては、水平ＭＥＭＳスキャナー２０及び垂直ＭＥＭＳスキャナー３０の双方がＭＥＭＳスキャナーとして構成されている例が挙げられているが、どちらか一方に共振型ＭＥＭＳスキャナーが用いられていれば、他方はガルバノメータ等のＭＥＭＳスキャナー以外のスキャナーを用いることも可能である。また、水平ＭＥＭＳスキャナー２０と垂直ＭＥＭＳスキャナー３０とが１つになった２軸のＭＥＭＳスキャナーを用いるようにしてもよい。この場合、２軸のうち少なくとも１軸において共振駆動すればよい。
【００２７】
水平ＭＥＭＳスキャナー２０及び垂直ＭＥＭＳスキャナー３０の双方の走査位置を示す走査位置信号１１４は、走査位置正規化部５０に入力される。なお、走査位置信号１１４は、水平方向と垂直方向で同期がとられ、１行水平方向にスキャンしたら、垂直方向に移動して次の行に移り、次の行を水平方向にスキャンするという動きを行う信号となっている。
【００２８】
映像フォーマット検出部４０は、入力された水平同期信号１１３から、入力されている映像信号のフォーマット（解像度）を検出する。また、映像フォーマット検出部４０で検出されたフォーマットは、メモリー制御部７０に入力される。
【００２９】
走査位置正規化部５０は、共振型ＭＥＭＳスキャナーである水平ＭＥＭＳスキャナー２０又は垂直ＭＥＭＳスキャナー３０の走査位置を正規化し、共振周波数が走査中に変化した場合であっても、高精度に走査位置情報を取得して画像処理部６０に出力する。走査位置正規化部５０は、共振型ＭＥＭＳスキャナーからの同期信号を受け取る。例えば、水平ＭＥＭＳスキャナー２０及び垂直ＭＥＭＳスキャナー３０の両方が共振型ＭＥＭＳスキャナーならば、それぞれ走査位置正規化部５０を１つずつ、合計２つの走査位置正規化部５０を持つことになる。なお、走査位置正規化部５０の具体的構成及び機能は後述する。
【００３０】
画像処理部６０は、歪み補正等の画像処理を行う処理手段である。画像処理部６０は、歪み補正の他も、用途に応じて種々の画像処理を行い、画像形成装置の画像補正を行ってよい。
【００３１】
メモリー制御部７０は、データ格納用メモリー８０に記憶される情報を制御する。具体的には、メモリー制御部７０は、映像信号１１０として画像データ１１１、垂直同期信号１１２、水平同期信号１１３、そして水平・垂直両スキャナーから走査位置信号１１４を受けて、データ格納用メモリー８０に格納位置（アドレス）を決定するとともに、書込タイミング信号、読出タイミング信号などを生成する。よって、データ格納用メモリー８０に記憶されるデータ等の情報は、一旦総てメモリー制御部７０に入力される。
【００３２】
データ格納用メモリー８０は、少なくとも１フレーム分の画素データを格納可能なフレームバッファーメモリーである。
【００３３】
レーザー光源１００は、レーザー光を水平ＭＥＭＳスキャナー２０及び垂直ＭＥＭＳスキャナー３０に照射する手段である。レーザー光源１００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光源を備え、３色を合成することによりフルカラーの画像を形成することができるように構成されてよい。なお、レーザー駆動回路１０１は、レーザー光源１００を駆動する回路である。
【００３４】
次に、図３及び図４を用いて、本実施形態に係る画像形成装置の走査位置正規化部５０の構成及び処理内容について説明する。
【００３５】
図３は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の走査位置正規化部の一例の構成を示した図である。図３において、走査位置正規化部５０は、立ち上がり検出部５１と、周期カウンター５２と、データ保存部５３と、割り算器（除算器）５４と、掛け算器（乗算器）５５と、正規化周期供給部５６を備える。
【００３６】
立ち上がり検出部５１は、同期信号の入力を検出し、立ち上がりパルスを出力する手段である。立ち上がり検出部５１から検出された立ち上がりパルスは、周期カウンター５２及びデータ保存部５３に入力される構成となっている。
【００３７】
周期カウンター５２は、共振型ＭＥＭＳスキャナーのスキャン周期をカウントするカウント手段である。なお、周期カウンター５２は、立ち上がり検出部からの立ち上がりパルスが出力される度にカウント値がリセットされる。データ保存部５３は、共振型ＭＥＭＳスキャナーのスキャン周期の最終カウント値を記憶して保存する手段であり、一般的なフリップフロップやメモリー等が用いられてよい。なお、データ保存部５３には、立ち上がり検出パルスが出力される度に、周期カウンター５２でカウントされた最終カウント値が記憶・保存される。
【００３８】
割り算器５４は、２つのデジタル信号が入力されたときに、商に相当する信号を出力する変換器であり、例えば、信号Ａ及び信号Ｂが入力された場合には、Ａ／Ｂを出力する。割り算器５４には、周期カウンター５２からの出力と、データ保存部５３からの出力が入力される。
【００３９】
掛け算器５５は、２つのデジタル信号が入力されたときに、積に相当する信号を出力する変換器であり、例えば、信号Ｃ及び信号Ｄが入力されたときに、Ｃ×Ｄを出力する。掛け算器５５には、割り算器５４からの出力と、正規化周期供給部５６から出力された正規化周期が入力される。なお、図３においては、スキャン周期が４０９６で正規化される例が示されている。
【００４０】
ここで、正規化位置情報は、下記（１）式で示される。
【００４１】
【数１】
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またここで、（１）が成立する前提条件として、
１：共振型ＭＥＭＳスキャナーの周期は急激には変化せず、前回カウント値は今回カウントの最終値とほぼ同じになる
という条件が挙げられる。
【００４２】
通常、水平ＭＥＭＳスキャナー２０の周期は２０ｋＨｚ前後で、垂直ＭＥＭＳスキャナーも６０Ｈｚ前後であり、温度変化や経時変化で発生するＭＥＭＳ共振周波数変化に比べて微少な時間であるため、上記前提条件１を満足することができる。
【００４３】
また、図３及び（１）式においては、正規化の周期を４０９６としているが、２０４８でも８１９２でも任意の数字で可能である。但し、デジタル回路としては掛け算器５５の実装が容易な２のべき乗の値で正規化するのが好ましい。
【００４４】
この演算の結果、正規化された走査位置情報として、１周期を４０９６前後に正規化したカウント値を画処理部６０に渡すことになる。この値は、水平ＭＥＭＳスキャナー２０の１周期での急激な周波数変化が無い限り、ほぼ一定にすることができる。また、１％程度のカウント値変化は画処理部（歪み補正など）で吸収できるため問題ない。
【００４５】
図４は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の走査位置正規化部に入力される各信号におけるタイミング波形の一例を示した図である。図４において、システムクロック、走査位置正規化部５０に入力される同期信号、立ち上がり検出部５１、周期カウンター５２、データ保存部５３に保存されている前回カウント値、及び正規化された走査位置情報が示されている。
【００４６】
以下に、走査位置正規化部５０の動作説明をする。
１．システムクロックは１００ＭＨｚなど十分に早いクロックを使用する。
２．同期信号が入力されると、立ち上がり検出部５１にて立ち上がりエッジを検出し、立ち上がりパルスを１パルス出力する。
３．周期カウンター５２は、システムクロックで１ずつインクリメント（増加）してゆく。
４．周期カウンター５２は、立ち上がりパルスの１パルスをクリア信号として受け取り、周期カウンター５２のカウント値をゼロクリアする。
５．データ保存部５３は、終了した直前周期の最終カウント値を記憶して保持する。データ保存部５３は、立ち上がりパルスの１パルスをロードＥＮ（イネーブル）信号として受け取り、そのタイミングの周期カウンター値を保持する。つまり、図４において、最初に前回カウント値としてＭが保存されており、周期カウンター５２のカウントがＮ−２、Ｎ−１、Ｎとなって立ち上がりパルスが出力されたタイミングに同期して、周期カウンター５２がゼロクリアされるともに、直前周期の最終カウント値Ｎが前回カウント値としてデータ保存部５３に保持される。このとき、直前周期の前回最終カウント値であったＭは、破棄される。
６．周期カウンター値と前回カウント値は割り算器５４、かけ算器５５を所定の演算遅延で通過して、正規化された走査位置情報として出力される。正規化された走査位置情報は、画像処理部６０に入力され、歪み補正等の画像処理が行われる。
【００４７】
図４の例では、立ち上がり検出までの前回周期がＮ÷Ｍ×４０９６=４０９５でラウンドしたことを示している。正規化された走査位置情報は常に１ずつ増加する物では無く、演算の状況によって、増加しないことや、２以上で増加することもある。
【００４８】
なお、画像処理部６０で行う歪み補正等は、周期カウンター値を使用するため、周期カウンター値は走査位置と対応が取れている必要がある。従来のＭＥＭＳスキャナーにおいては、スキャン中にＭＥＭＳスキャナーの共振周波数が変化してしまうと、周期カウンター５２の最終カウント値が変化してしまい、周期カウンター値と走査位置の対応が取れなくなってしまうという問題があった。
【００４９】
しかしながら、本実施形態に係る画像形成装置においては、周期カウンター値が正規化され、正規化された走査位置情報を用いるので、画像処理部６０において、歪み補正等の画像処理をＭＥＭＳスキャナーの共振周波数変動に影響されず高精度に行うことができる。
【００５０】
このように、本実施形態に係る画像処理装置によれば、直前周期の周期カウント値を用いて正規化を行うことにより、常に前回の周期を基準にして周波数変化を把握し、当該周波数変化に対応して正規化された走査位置情報を出力し、これを用いて画像処理を行うことができるため、正確な走査位置予測を行うことができる。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、共振型ＭＥＭＳスキャナーを利用したプリジェクタ等の画像形成装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
２０    水平ＭＥＭＳスキャナー
２１    水平ＭＥＭＳスキャナー駆動回路
３０    垂直ＭＥＭＳスキャナー
３１    垂直ＭＥＭＳスキャナー駆動回路
４０    映像フォーマット検出部
５０    走査位置正規化部
５１    立ち上がり検出部
５２    周期カウンター
５３    データ保存部
５４    掛け算器
５５    割り算器
５６    正規化周期供給部
６０    画像処理部
７０    メモリー制御部
８０    データ格納用メモリー
９０    制御部
１００    レーザー光源
１０１    レーザー駆動回路
１１０    映像信号
１１１    画像データ
１１２    垂直同期信号
１１３    水平同期信号
１２０    ＭＥＭＳスキャナー
１２１ａ〜１２１ｄ    固定部
１２２    ミラー部
１２３    ミラー支持部
１２４    枠部
１２５ａ〜１２５ｄ    圧電体
１２７ａ、１２７ｂ    梁部
１２９    共通配線
１３０    駆動回路
１３１ａ、１３１ｂ    配線
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】特開２００８−１１６６７８号公報
【特許文献２】特開２００９−１３９４３０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９７９３０号公報
【図１】
2013190587.tif 000004
【図２】
2013190587.tif 000005
【図３】
2013190587.tif 000006
【図４】
2013190587.tif 000007