JP2009300931A - パルス幅変調信号生成装置およびそれを備えた画像表示装置、並びにパルス幅変調信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ走査型の画像表示装置において正確な画像表示を可能とするパルス幅変調信号を容易に生成する。
【解決手段】パルス幅変調信号生成部７０は、レーダイオード２０を用いて画像データＰＤを描画する際の描画レートに応じた周期を示すランプ波ＬＳを出力するＰＬＬと、画像データＰＤとランプ波ＬＳとの供給を受け、ランプ波ＬＳから定まる周期のパルス波のデューティ比を画像データＰＤに基づいて変化させて変調することにより、パルス幅変調信号を生成するＰＷＭ（パルス幅変調）回路とを備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ光を変調するためのパルス幅変調信号を画像データに基づいて生成する技術に関する。

従来、レーザ光を走査させることで画像の表示を行うレーザ走査型のプロジェクタが提案されている。一方、レーザ光の変調方式としては、所定周期のパルス波のデューティ比を変化させるパルス幅変調（ＰＷＭ）が知られている。

レーザ走査型のプロジェクタでは、光源からスクリーンまでの光路長が、スクリーン上の描画位置によって相違することから、描画レートを変化させる必要がある。これに対して、ＰＷＭ方式により生成されるＰＷＭ信号は固定周期であることから、レーザ走査型のプロジェクタにＰＷＭ方式を採用した場合、レーザ光の変調を描画レートに追随させることができず、正確な画像表示を行うことができないという問題があった。

なお、下記の特許文献１では、レーザ走査型のプロジェクタにおいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式を採用しているが、これは、スクリーンに表示される画像の画素と同数本の光ファイバをスクリーン裏面に接続することにより、光路長を一定としているためであり、装置が複雑化していた。

特開２００７−１４０００９号公報

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、レーザ走査型の画像表示装置において正確な画像表示を可能とするパルス幅変調信号を容易に生成することを課題とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ レーザ光を変調するためのパルス幅変調信号を、画像データに基づいて生成するパルス幅変調信号生成装置であって、
前記レーザ光により前記画像データを描画する際の描画レートに応じた周期を示す周期信号を出力する周期信号出力回路と、
前記画像データと前記周期信号との供給を受け、前記周期信号から定まる周期のパルス波のデューティ比を前記画像データに基づいて変化させて変調することにより、前記パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調回路と、
を備えるパルス幅変調信号生成装置。

このパルス幅変調信号生成装置によれば、周期信号出力回路により、周期信号をパルス幅変調回路に出力し、パルス幅変調回路により、その周期信号から定まる周期のパルス幅変調信号を生成する。前記周期信号は、レーザ光により画像データを描画する際の描画レートに応じた周期を示すものであることから、描画レートに応じて、パルス幅変調信号の周期を変えることができる。したがって、このパルス幅変調信号生成装置によれば、画像表示装置で描画レートを変化させて描画を行う場合に、その描画レートに同期するパルス幅変調信号によりレーザ光を変調することができる。これにより、レーザ走査型の画像表示装置では、パルス幅変調方式を用いても簡単な構成によって、正確な画像表示を行うことができる。

［適用例２］ 適用例１に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、前記周期信号出力回路は、前記描画レートに応じた周期の描画クロックの供給を受け、前記描画クロックと周波数が等しく、かつ位相が同期した信号を、前記周期信号として出力する位相同期回路を備える、パルス幅変調信号生成装置。

この構成によれば、位相同期回路、いわゆるＰＬＬを用いることで、周期信号出力回路を簡単に実現することができる。

［適用例３］ 適用例２に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、前記周期信号は、ランプ波、三角波、もしくはのこぎり波状の信号である、パルス幅変調信号生成装置。

この構成によれば、ランプ波、三角波、もしくはのこぎり波状の周期信号を用いることで、後段のパルス幅変調回路でのパルス幅変調信号の生成が容易となる。

［適用例４］ 適用例１ないし３のいずれかに記載のパルス幅変調信号生成装置であって、前記描画レートは、描画画像における垂直方向の描画位置が上側となるほど、より大きくなる値である、パルス幅変調信号生成装置。

この構成によれば、レーザ光を発するレーザ光源の高さが、画像表示を行うスクリーンの下辺の高さ以下である場合に、正確な画像表示を行うことができる。

［適用例５］ 適用例４に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、前記描画レートは、同一の垂直方向の位置にあっては、水平方向の中央部分で最大となり、中央から外側に向かうほど小さくなる値である、パルス幅変調信号生成装置。

この構成によれば、水平方向の描画レートを適正とすることができることから、より正確な画像表示を行うことができる。

［適用例６］ 適用例１に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、前記画像データを一時的に蓄えると共に、データ読出クロックの供給を受けて、前記データ読出クロックに基づいて周期的に、前記画像データを構成する各画素データを出力する画像データ記憶部を備え、前記周期信号出力回路は、前記画像データ記憶部から読み出し予定の画素データについての前記画像データ上の垂直方向の位置を算出し、前記垂直方向の位置から定まる前記描画レートに応じたパラメータを算出するパラメータ算出手段と、所定周期のシステムクロックと前記パラメータとの供給を受け、前記所定周期を前記パラメータに応じた数で分周した周期の信号を、前記周期信号として出力する位相同期回路と、前記位相同期回路における発振信号を整形し、該整形後の信号を前記データ読出クロックとして出力する波形整形器とを備える、パルス幅変調信号生成装置。

この構成によれば、位相同期回路、いわゆるＰＬＬを用いることで、周期信号出力回路を簡単に実現することができる。特にこの構成によれば、パルス幅変調信号生成装置側で描画レートに応じたパラメータを定めて、そのパラメータに基づいて定まる周期でもって、画像データ記憶部から画像データの各画素データを読み出すことができる。したがって、画像データの実際の描画レートを、パルス幅変調信号の周期に高精度に同期させることができる。

［適用例７］ 適用例６に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、前記周期信号は、ランプ波、三角波、もしくはのこぎり波状の信号である、パルス幅変調信号生成装置。

この構成によれば、ランプ波、三角波、もしくはのこぎり波状の周期信号を用いることで、後段のパルス幅変調回路でのパルス幅変調信号の生成が容易となる。

［適用例８］ 適用例６または７に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、前記描画レートは、描画画像における垂直方向の描画位置が上側となるほど、より大きくなる値である、パルス幅変調信号生成装置。

この構成によれば、レーザ光を発するレーザ光源の高さが、画像表示を行うスクリーンの下辺の高さ以下である場合に、正確な画像表示を行うことができる。

［適用例９］ 画像表示装置であって、適用例１ないし４のいずれかに記載のパルス幅変調信号生成装置と、外部から前記画像データを含む映像信号の供給を受け、前記映像信号に基づく前記描画クロックを前記パルス幅変調信号生成装置に送信する上位装置とを備える画像表示装置。

［適用例１０］ 画像表示装置であって、適用例４ないし７のいずれかに記載のパルス幅変調信号生成装置と、
外部から映像信号の供給を受け、前記映像信号に含まれる画像データを前記画像データ記憶部に送信するとともに、前記映像信号に含まれる垂直同期信号および水平同期信号を前記パラメータ算出手段に送信する上位装置と
を備える画像表示装置。

適用例９または１０に記載の画像表示装置によれば、パルス幅変調方式を用いても簡単な構成によって、正確な画像表示を行うことができる。

［適用例１１］ レーザ光を変調するためのパルス幅変調信号を画像データに基づいて生成するパルス幅変調信号生成方法であって、
前記レーザ光により前記画像データを描画する際の描画レートに応じた周期を示す周期信号を出力し、
前記画像データと前記周期信号との供給を受け、前記周期信号から定まる周期のパルス波のデューティ比を前記画像データに基づいて変化させて変調することにより、前記パルス幅変調信号を生成する、パルス幅変調信号生成方法。

前記パルス幅変調信号生成方法は、前記パルス幅変調信号生成装置と同様に、画像表示装置で描画レートを変化させて描画を行う場合に、その描画レートに同期するパルス幅変調信号によりレーザ光を変調することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、プロジェクタや、上記パルス幅変調信号生成方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の形態で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下に説明する。

１．第１実施例：
Ａ．全体構成：
図１は、本発明の第１実施例における画像表示装置１０をスクリーンＳＣと共に示す説明図である。画像表示装置１０は、いわゆるプロジェクタである。図示するように、画像表示装置１０は、レーザ光源２０を備える。なお、画像表示装置１０は、実際は、赤色光と、緑色光と、青色光とをそれぞれ投射するものであり、各色のレーザ光源を備えるが、ここでは説明の便のために、その内の１色分のレーザ光源２０だけを示した。レーザ光源２０は、例えば、半導体レーザを用いることができる。

画像表示装置１０は、また、水平方向（主走査方向）ｘへの走査を行う水平スキャニングミラー３０と、垂直方向（副走査方向）ｙへの走査を行う垂直スキャニングミラー４０とを備える。水平スキャニングミラー３０としては、本実施例では、共振型の反射ミラーを用いている。垂直スキャニングミラー４０としては、反射ミラーを用いている。レーザ光源２０から出力されたレーザ光は、水平スキャニングミラー３０で垂直スキャニングミラー４０方向に反射され、垂直スキャニングミラー４０でスクリーンＳＣ方向に反射され、最終的にスクリーンＳＣに至る。

画像表示装置１０は、さらに、制御装置５０を備える。画像表示装置１０は、プレーヤやビデオデッキ、パーソナルコンピュータなどの外部機器から映像信号ＡＶの入力を受けるが、制御装置５０は、この入力された映像信号ＡＶを取り込む。制御装置５０は、マイクロコンピュータやディスクリートな電子回路等から構成され、映像信号ＡＶに基づく各種の制御処理を実行する。制御処理としては、レーザ光源２０を駆動する処理や、水平スキャニングミラー３０および垂直スキャニングミラー４０を揺動させる処理を含む。レーザ光源２０を駆動することで、映像信号ＡＶに含まれる画像データに基づいてレーザ光を変調するとともに、水平スキャニングミラー３０および垂直スキャニングミラー４０を揺動させることで、レーザ光を主走査方向ｘおよび副走査方向ｙへ走査する。

Ｂ．描画の様子：
図２は、上記構成の画像表示装置１０によるスクリーンＳＣへの画像データの描画の様子を示す説明図である。図２の（ａ）には、レーザ光の投射可能範囲Ｓ１と、描画可能範囲Ｓ２と、実際の描画領域Ｓ３との関係を示した。画像表示装置１０の載置の高さが、スクリーンＳＣの下辺の高さ以下である場合、図２の（ａ）に示すように、スクリーンＳＣを含む平面におけるレーザ光の投射可能範囲Ｓ１は、台形（上底が下底より長い台形）の形状となる。水平スキャニングミラー３０による走査可能範囲は、垂直スキャニングミラー４０による副走査方向ｙの位置が上になるほど大きくなるためである。

画像表示装置１０による描画可能範囲Ｓ２は、投射可能範囲Ｓ１の内側の台形の形状となるが、画像表示装置１０は、実際の描画領域Ｓ３を、描画可能範囲Ｓ２の下底の大きさに制限された長方形の形状としている。すなわち、画像表示装置１０は、所望な長方形の描画形状を得るために、表示画像の下側では描画可能範囲Ｓ２の下底の大部分を使い、表示画像の上側では描画可能範囲Ｓ２の上底の一部を使って描画するようにしている。

なお、図２（ａ）中の一点鎖線Ｙ１は、副走査方向ｙの位置が低いときの主走査方向ｘの走査ライン（以下、「主走査ライン」と呼ぶ）を示すものであり、一点鎖線Ｙ２は、副走査方向ｙの位置が中のときの主走査ラインを示すものであり、一点鎖線Ｙ３は、副走査方向ｙの位置が高いときの主走査ラインを示すものである。

図２の（ｂ）には、画像表示装置１０を用いて画像データを描画する際の描画レートＲと、描画領域Ｓ３における描画位置との関係を示すグラフを示した。ここで、「描画レート」とは、スクリーンＳＣに画像データを表示する際に、どのくらいの速度で表示（描画）が行われるかを表す速度のことである。このグラフ中の下側の実線は、上記Ｙ１のとき、すなわち副走査方向ｙの位置が低いときの主走査ラインにおける描画レートＲの変化を示している。グラフ中の中央の実線は、上記Ｙ２のとき、すなわち副走査方向ｙの位置が中のときの主走査ラインにおける描画レートＲの変化を示している。グラフ中の上側の実線は、上記Ｙ３のとき、すなわち副走査方向ｙの位置が高いときの主走査ラインにおける描画レートＲの変化を示している。

このように、画像表示装置１０は、描画画像の下側では、描画レートＲを小さく（遅く）し、描画画像の上側では描画レートＲを大きく（速く）して描画を行っている。すなわち、描画画像における副走査方向ｙの描画位置が上側となるほど、描画レートＲをより大きな値として描画を行っている。この結果、画像表示装置１０では、前述した図２の（ａ）から判ること、すなわち、表示画像の下側では描画可能範囲Ｓ２の下底の大部分を使い、表示画像の上側では描画可能範囲Ｓ２の上底の一部を使って描画することを、実現することができる。

なお、上記は、副走査方向ｙの位置に対する描画レートＲの変化を説明するものであるが、実際には、主走査方向ｘの位置によっても描画レートＲを変える必要がある。すなわち、主走査方向ｘの位置により、スクリーンまでの光路長や、共振型反射ミラーの回転速度の周期が変化することから、主走査方向ｘの位置によっても描画レートＲを変える必要がある。このために、画像表示装置１０は、図２の（ｂ）に示すように、同一の副走査方向ｙの位置にあっては、主走査方向ｘの中央部分で描画レートＲを最大とし、中央から外側に向かうほど描画レートＲを小さく（遅く）するようにして描画を行っている。

Ｃ．パルス幅変調信号生成部を備える制御装置の構成：
図３は、制御装置５０の内部構成の一部を示すブロック図である。図示するように、制御装置５０は、上位コントローラ６０と、パルス幅変調信号生成部７０と、レーザ変調ドライバ８０とを備える。なお、制御装置５０は、その他にも、水平スキャニングミラー３０および垂直スキャニングミラー４０を揺動させる走査制御部等を備えるが、図示では省略している。

上位コントローラ６０は、マイクロコンピュータにより構成され、画像データＰＤと描画クロックＣＬを出力する。詳細には、上位コントローラ６０は、画像データＰＤを、予め定めた描画レートに従って１画素毎、順に出力する。なお、画像データは、赤色、緑色、青色のそれぞれを有するが、図示の例では、１色分の画像データＰＤだけを示している。描画クロックＣＬは、上記予め定めた描画レートに応じた周期を持つパルス信号である。すなわち、上位コントローラ６０は、予め定めた描画レートに従って画像データＰＤを１画素毎、順に出力するとともに、その描画レートと同期をとるための描画クロックＣＬを出力する。画像データＰＤと描画クロックＣＬは、パルス幅変調信号生成部７０に送られる。

なお、上記描画レートは、上述した図２（ｂ）のグラフに示した関係を満足するような値である。すなわち、描画レートは、１フレーム分の描画画像における副走査方向ｙの描画位置が上側となるほど、より大きくなる。また、同一の副走査方向ｙの位置にあっては、主走査方向ｘの中央部分で最大となり、中央から外側に向かうほど小さくなる。

図３に示すように、パルス幅変調信号生成部７０は、位相同期回路（以下、「ＰＬＬ」と呼ぶ）７２と、パルス幅変調回路（以下、「ＰＷＭ回路」と呼ぶ）７４とを備える。ＰＬＬ７２は、上位コントローラから描画クロックＣＬの供給を受け、描画クロックＣＬと周波数が等しく、かつ位相が同期したランプ波ＬＳを出力する。このＰＬＬ７２は、本発明の構成要素である「周期信号出力回路」に相当する。ランプ波ＬＳは、本発明でいう「周期信号」に相当する。ＰＷＭ回路７４は、上位コントローラ６０から画像データＰＤの供給を受け、ＰＬＬ７２からランプ波ＬＳの供給を受け、ランプ波ＬＳから定まる周期のパルス波のデューティ比を画像データＰＤに基づいて変化させて変調することにより、パルス幅変調信号ＰＳを生成する。ＰＷＭ回路６４により生成されたパルス幅変調信号ＰＳは、レーザ変調ドライバ８０に送られる。レーザ変調ドライバ８０は、パルス幅変調信号ＰＳに基づいてレーザ光源２０を駆動する。

図４は、ＰＬＬ７２の詳細な回路構成を示すブロック図である。図示するように、ＰＬＬ７２は、位相比較器１０２、チャージポンプ１０４、ループフィルタ１０６、電圧制御電流源１０８、積分器１１０、およびコンパレータ１１２を備える。各部１０２〜１１２は、この順に直列接続されている。電圧制御電流源１０８、積分器１１０、およびコンパレータ１１２は、ＶＣＯ（電圧制御発振回路）１２０を構成している。位相比較器１０２は、上位コントローラ６０から描画クロックＣＬの供給を受けるとともに、ＶＣＯ１２０からのＰＬＬ発振信号ＯＳを受けている。ＶＣＯ１２０からのＰＬＬ発振信号ＯＳを受けることにより、フィードバックループを形成している。また、ＰＬＬ７２はクリア信号生成器１１４を備える。クリア信号生成器１１４は、ＶＣＯ１２０からのＰＬＬ発振信号ＯＳからクリア信号を生成し、積分器１１０と外部にクリア信号ＣＳを出力する。

上記構成のＰＬＬ７２によれば、位相比較器１０２により、描画クロックＣＬとＶＣＯからのＰＬＬ発振信号ＯＳとの位相差を検出し、その位相差に比例した信号をチャージポンプ１０４により出力し、ループフィルタ２により積分などの処理を行なった後、ＶＣＯ１２０に供給する。ＶＣＯ１２０は、入力された電圧によってＰＬＬ発振信号ＯＳの周波数を制御する。この結果、ＰＬＬ７２は、ＶＣＯ１２０のＰＬＬ発振信号ＯＳを位相比較器１０２に戻してループすることにより、描画クロックＣＬに正確に同期した周波数の信号を発振することができる。なお、積分器１１０の出力が、前述したランプ波ＬＳとなっており、このランプ波ＬＳをＰＷＭ回路７４に送信している。クリア信号生成器１１４は、積分器１１０の出力のクリアを行っている。

図５は、ＰＷＭ回路７４とレーザ変調ドライバ８０の各構成を説明するためのブロック図である。図示するように、ＰＷＭ回路７４は、Ｄ／Ａ変換器１２２と、コンパレータ１２４と、波形整形回路１２６とを備える。Ｄ／Ａ変換器１２２により、上位コントローラ６０から送られてくる画像データＰＤをデジタルデータからアナログデータに変換し、コンパレータ１２４により、Ｄ／Ａ変換器１２２から出力されるアナログ信号ＡＳと、ＰＬＬ７２から送られてくるランプ波ＬＳとを比較する。波形整形回路１２６により、その比較結果を示す出力信号の波形をランプ波状に整形し、その整形後の信号をＰＷＭ信号としてレーザ変調ドライバ８０に出力する。

レーザ変調ドライバ８０は、第１のトランジスタＱ１と、第２のトランジスタＱ２と、インバータＮＴと、バイアス電流を供給する第１の電流源ＳＩ１と、レーザ光源２０の発光に必要な電流を供給する第２の電流源ＳＩ２とを備える。第１のトランジスタＱ１と第２のトランジスタＱ２は、各ドレインを結線して直列接続されており、その結線部分に第２の電流源ＳＩ２が接続されている。第１のトランジスタＱ１のゲートには、ＰＷＭ回路７４からのＰＷＭ信号が供給され、第２のトランジスタＱ２のゲートには、ＰＷＭ回路７４からのＰＷＭ信号がインバータＮＴを介して供給される。第１のトランジスタＱ１のソースはダミー負荷Ｌを介して接地され、第２のトランジスタＱ２のソースは、接続線Ｋを介してレーザ光源２０に接続されている。接続線Ｋには第１の電流源ＳＩ１が接続されている。

上記構成のレーザ変調ドライバ８０は、第１の電流源ＳＩ１によるバイアス電流をレーザ光源２０に常に供給しつつ、ＰＷＭ信号ＰＳに基づく第１および第２のトランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング作用により、第２の電流源ＳＩ２による追加分を増やしたり、あるいは増やさなかったりする切り換えを行うことができる。これにより、レーザ変調ドライバ８０は、ＰＷＭ信号ＰＳに基づいてレーザ光源２０をオン／オフ駆動することができる。

図６は、パルス幅変調信号生成部７０における信号波形の変化を示すタイミングチャートである。図示するように、ＰＬＬ７２において引き込み動作が終了すれば、描画クロックＣＬとＰＬＬ発振信号ＯＳの立ち上がりエッジは一致している（矢線ａ１参照）。描画クロックＣＬに同期して画像データＰＤが転送される。すなわち、描画クロックＣＬの立下りで、画像データＰＤが次の画素分に更新され（矢線ａ２参照）、描画クロックＣＬの立ち上がりで、Ｄ／Ａ変換器１２２の出力ＡＳが新データに更新される（矢線ａ３参照）。Ｄ／Ａ変換器１２２の出力ＡＳは新データに応じた電圧となる。

ＰＬＬ７２の積分器１１０（図４）からの出力ＬＳは、一定の傾斜で電圧が増加し、コンパレータ１１２に供給される基準電圧（コンパレータ基準電圧）に到達すると、コンパレータ１１２の出力であるところのＰＬＬ発振信号ＯＳは立ち上がる（矢線ａ４参照）。この立ち上がりにより予め決められた時間幅ｔのクリア信号が、クリア信号生成器１１４により発生し、積分器１１０のクリアが行なわれる。クリア信号が終了すると積分器１１０の出力ＬＳは増加を始める（矢線ａ５参照）。このようにして、積分器１１０の出力ＬＳは、描画クロックＣＬと周波数が等しく、かつ位相が同期したランプ波になる。

そして、上記ランプ波ＬＳを、コンパレータ１２４によりＤ／Ａ変換器１２２の出力ＡＳと比較する。その比較結果を、波形整形回路１２６によりクリア信号ＣＳでマスクし（ＸＯＲをとり）、ＰＷＭ信号ＰＳを得る。このようにして得られるＰＷＭ信号ＰＳは、図示からも判るように、描画クロックＣＬと同一の周期となる。

なお、本実施例の画像表示装置１０は、「周期信号出力回路」としてのＰＬＬ７２を備えた構成であるが、ＰＬＬは、引き込み動作にある程度の時間がかかる。また、ＰＬＬは、描画クロックＣＬが入力しないと動作が不安定となる。このために、本実施例では、ＰＬＬ７２の備えるループフィルタ１０６に対してループゲイン切り替え信号を入力してループゲインを切り換えることにより、上記の不具合を解消している。

図７は、上記ループゲインの切り替えに関わる動作シーケンスを示すタイミングチャートである。最上段に示した水平同期信号ＨＳＹＮＣは、主走査線毎の動作開始を表す信号である。各水平同期信号ＨＳＹＮＣのパルスとパルスの間で、描画動作を行なうことになる。図中の第２段目には、主走査方向において描画を行う描画領域が示されている。描画領域よりも前側で上位コントローラ６０は描画クロックＣＬを出力し始める。描画クロックＣＬの出力し始めと同期して、ループフィルタ１０６へ送るループゲイン切り替え信号を高ゲインに切り替えて（矢線ａ６参照）、ＰＬＬの引き込みを行なう。その後、描画領域に入ると、ループゲイン切り替え信号を低ゲインに切り替える（矢線ａ７参照）。

上記構成により、画像データＰＤの描画開始前に、ＰＬＬ７２における引き込み動作を確実に完了することができることから、ＰＷＭ７４回路に確実に周期信号としてのランプ波ＬＳを送信することができる。

なお、本実施例の変形例として、また、描画クロックＣＬの入力しない描画領域の後ろ側では、電圧制御電流源１０８の入力をホールドする構成としてもよい（矢線ａ８参照）。この構成によれば、非画像領域において、確実にＰＬＬの発振を停止させることができる。

Ｄ．作用、効果：
以上のように構成された本実施例の画像表示装置１０が備えるパルス幅変調信号生成部７０によれば、ＰＬＬ７２により、描画クロックＣＬと周波数が等しく、かつ位相が同期したランプ波ＬＳを生成し、ＰＷＭ回路７４に出力し、ＰＷＭ回路７４により、そのランプ波ＬＳから定まる周期のＰＷＭ信号を生成する。描画クロックＣＬは、予め定めた描画レートに応じた周期を持つものであることから、ＰＷＭ信号の周期を描画レートに応じた周期とすることができる。したがって、このパルス幅変調信号生成部７０によれば、画像表示装置１０で描画レートを変化させて描画を行う場合に、その描画レートに同期するＰＷＭ信号によりレーザ光を変調することができる。

また、本実施例の画像表示装置１０では、図２の（ｂ）に示すように、１フレーム分の描画画像における副走査方向ｙの描画位置が上側となるほど、より大きな描画レートで描画を行い、さらに、上記のようにＰＷＭ信号の周期を描画レートに同期させていることから、画像表示装置１０の載置の高さが、スクリーンＳＣの下辺の高さ以下である場合にも、レーザ光の変調を描画レートに追随させることができる。したがって、正確な画像表示を行うことができる。

２．第２実施例：
図８は、本発明の第２実施例における画像表示装置２００をスクリーンＳＣと共に示す説明図である。画像表示装置２００は、第１実施例の画像表示装置１０と比較して、水平スキャニングミラー２３０と垂直スキャニングミラー４０との間に、Ｆθレンズ２３５を設け、水平スキャニングミラー２３０を、共振型の反射ミラーに換えて、ポリゴンミラーとした点が相違し、その他の構成は同一である。

Ｆθレンズ２３５は、水平スキャニングミラー２３０で偏向されたビームを平らな像面に集光することができることから、容易に等速度スキャンが可能となる。このため、この第２実施例の画像表示装置２００では、図９のグラフから定まる描画レートＲ２で描画を行う。すなわち、第１実施例の画像表示装置１０では、図２（ｂ）のグラフに示すように、描画レートは、１フレーム分の描画画像における副走査方向ｙの描画位置が上側となるほど、より大きく、かつ、同一の副走査方向ｙの位置にあっては、主走査方向ｘの中央部分で最大となり、中央から外側に向かうほど小さくなるように定めていたが、これに換えて、この第２実施例の画像表示装置２００では、図９に示すように、描画レートＲ２は、１フレーム分の描画画像における副走査方向ｙの描画位置が上側となるほど、より大きくなるが、同一の副走査方向ｙの位置にあっては、同一の値をとるように定めた。

この第２実施例によっても、第１実施例と同様に、画像表示装置２００の載置の高さが、スクリーンＳＣの下辺の高さ以下である場合にも、レーザ光の変調を描画レートに追随させることができる。したがって、正確な画像表示を行うことができる。なお、第２実施例では、水平スキャニングミラー２３０をポリゴンミラーとしたが、これに換えて、第１実施例と同じ共振型の反射ミラーとしてもよい。

３．第３実施例：
本発明の第３実施例について次に説明する。この第３実施例の画像表示装置３００は、第２実施例の画像表示装置２００と同じ全体構成（ハードウェア構成）を備える（図８参照）。すなわち、この第３実施例の画像表示装置３００は、第２実施例の画像表示装置２００と同様に、Ｆθレンズ２３５を備えており、主走査方向ｘに対して等速度スキャンを実現している。第２実施例と相違するのは、制御装置３５０の構成だけである。

図１０は、制御装置３５０の内部構成の一部を示すブロック図である。図示するように、制御装置３５０は、第１実施例と同様に、上位コントローラ３６０と、パルス幅変調信号生成部３７０と、レーザ変調ドライバ８０とを備える。レーザ変調ドライバ８０は、第１実施例と同一の構成なので、第１実施例と同じ符号を付けた。上位コントローラ３６０は、第１実施例と同様に、画像データＰＤを出力すると共に、第１実施例の描画クロックＣＬに換えて水平同期信号ＨＳＹＮＣと垂直同期信号ＶＳＹＮＣを出力する。

パルス幅変調信号生成部３７０は、ＰＬＬ３７２、ＰＷＭ回路７４、ラインカウンタ３７５、描画周波数算出回路３７６、バッファ３７７、および波形整形器３７８を備える。ＰＷＭ回路７４は、第１実施例と同一の構成なので、第１実施例と同じ符号を付けた。バッファ３７７は、上位コントローラ３６０から画像データＰＤの供給を受け、画像データＰＤを一時的に蓄える。バッファ３７７は、後述する波形整形器３７８からの出力信号であるデータ読出クロックＲＣＬに基づいて周期的に、画像データＰＤを構成する各画素データをＰＷＭ回路７４に出力する。

ラインカウンタ３７５は、上位コントローラ３６０から水平同期信号ＨＳＹＮＣと垂直同期信号ＶＳＹＮＣの供給を受ける。ラインカウンタ３７５は、水平同期信号ＨＳＹＮＣの数をカウントし、垂直同期信号ＶＳＹＮＣの入力を受けたとき、そのカウント値をクリアすることにより、上位コントローラ３６０から出力される画像データＰＤの垂直画素位置を求める。ここで、垂直画素位置とは、１フレーム分の描画画像における垂直方向（副走査方向）ｙの画素位置である。ラインカウンタ３７５により求められた垂直画素位置を示すカウント値ＣＮは、後段の描画周波数算出回路３７６に送られる。

描画周波数算出回路３７６は、上記垂直画素位置を示すカウント値ＣＮから描画レートに応じたパラメータＭ，Ｎを算出する回路である。ここでいう「描画レート」は、図９で示した描画レートＲ２である。パラメータＭ，Ｎは、ＰＬＬ３７２に指定する分周率を示す２つの値であり、詳細は後述する。描画周波数算出回路３７６は、図９で示した関係を示した第１のマップデータと、描画レートＲと２つのパラメータＭ，Ｎとの関係を示した第２のマップデータを予め記憶している。描画レートＲとパラメータＭ，Ｎとの関係については後述する。

描画周波数算出回路３７６は、垂直画素位置を示すカウント値ＣＮを受けると、その垂直画素位置を第１のマップデータに照らし合わせて描画レートＲ２を求め、次いで、その描画レートＲ２を第２のマップデータに照らし合わせてパラメータＭ，Ｎを求める。なお、本実施例では、第１および第２のマップデータを用いて、カウント値ＣＮからパラメータＭ，Ｎを求めていたが、これに換えて、カウント値ＣＮとパラメータＭ，Ｎとの関係を示すマップデータを用意し、この１つのマップデータにより、カウント値ＣＮからパラメータＭ，Ｎを直接求める構成としてもよい。

図１１は、ＰＬＬ３７２の詳細な回路構成を示すブロック図である。ＰＬＬ３７２は、第１実施例のＰＬＬ７２と同様に、位相比較器１０２、チャージポンプ１０４、ループフィルタ１０６、電圧制御電流源１０８、積分器１１０、およびコンパレータ１１２を備える。これらの要素１０２〜１１２については、第１と同じなので同一の符号を付けた。本実施例のＰＬＬ３７２は、さらに、第１の分周器３８０と第２の分周器３９０とを備える。

第１の分周器３８０は、位相比較器１０２の前段に設けられており、基準となる所定周波数ｆ０のシステムクロックＳＣＬの入力を、ＰＬＬ３７２の外部から受け付けている。第１の分周器３８０は、描画周波数算出回路３７６から出力されるパラメータＭに応じた分周率で、上記システムクロックＳＣＬの周波数を分周する。

第２の分周器３９０は、コンパレータ１１２から位相比較器１０２へのフィードバックループの途中に設けられ、描画周波数算出回路３７６から出力されるパラメータＮに応じた分周率で、ＶＣＯ１２０の発振周波数ｆｐを分周する。

以上のように構成されたＰＬＬ３７２では、システムクロックＳＣＬにより定められた所定周波数ｆ０と、発振周波数ｆｐとの間で、下記の式（１）の関係を有する。
ｆ０／Ｍ＝ｆｐ／Ｎ …（１）

式（１）を変形すると、ｆｐ＝（Ｎ／Ｍ）・ｆ０となる。これから判るように、ＰＬＬ３７２へ入力するパラメータＭ，Ｎを変化させることで、ＰＬＬ３７２の発振周波数を制御することができる。一方、パラメータＭ，Ｎは、前述したように描画レートＲ２に応じたものである。したがって、ＰＬＬ３７２は、描画レートＲ２に応じた周期と同期したランプ波ＬＳを出力することができる。この結果、本実施例のパルス幅変調信号生成部３７０によれば、描画レートＲ２に応じた周期と同期したＰＷＭ信号ＰＳを出力する。

なお、図１１に示すように、ＰＬＬ３７２のＶＣＯ１２０からの出力信号ＯＳは、ＰＬＬ３７２の外部にも取り出され、波形整形器３７８により波形整形されて、データ読出クロックＲＣＬとしてバッファ３７７に送られる（図１０）。ＶＣＯ１２０の出力信号ＯＳは、描画レートＲ２に応じた周期と同期したものであることから、これを波形整形することで、描画レートＲ２に応じた周期と同期したデータ読出クロックＲＣＬをバッファ３７７に送ることができる。したがって、バッファ３７７は、画像データＰＤを描画レートＲ２に応じた周期でもって画素毎にＰＷＭ回路７４に出力する。

図１２は、パルス幅変調信号生成部３７０における信号波形の変化を示すタイミングチャートである。図示するように、システムクロックＳＣＬは第１の分周器３８０により分周されて第１分周クロックになる（図では１／３分周）、ＰＬＬ発振信号ＯＳは、第２の分周器３９０により分周されて第２分周クロックになる（図では１／２分周）。ＰＬＬの引き込み動作が終了していれば、両分周クロックの周波数は一致する。波形整形器３７８により、ＰＬＬ発振信号ＯＳからデータ読出クロックＲＣＬが生成される。また、第１実施例と同様にして、クリア信号ＣＳとランプ波ＬＳが生成される。データ読出クロックＲＣＬのタイミングで、バッファ３７７から画像データＰＤを構成する画素データを読み出し、Ｄ／Ａ変換器１２２にラッチする（矢線ａ９参照）。これにより、Ｄ／Ａ変換器１２２の出力ＡＳに画像データＰＤに対応した電圧が現われ、これをランプ波ＬＳと比較することにより、ＰＷＭ信号ＰＳが生成される。

以上詳述したように、第３実施例の画像表示装置３００が備えるパルス幅変調信号生成部３７０によれば、ＰＬＬ３７２により、描画レートＲ２に応じた周期と同期したＰＷＭ信号ＰＳを生成することができる。したがって、このパルス幅変調信号生成部３７０によれば、第１実施例と同様に、描画レートＲ２に同期するＰＷＭ信号によりレーザ光を変調することができる。特に本実施例によれば、パルス幅変調信号生成部３７０側で描画レートＲ２に応じた周期でＰＷＭを行うと共に、そのＰＷＭの発振周波数でもって、バッファ３７７から画像データの各画素データを読み出すことができる。したがって、画像データの実際の描画レートを、パルス幅変調信号ＰＳの周期に高精度に同期させることができる。

４．変形例：
なお、この発明は上記の第１ないし第３実施例やその変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記各実施例では、ＰＬＬは、周期信号としてランプ波を生成する構成であったが、ランプ波に換えて、三角波、のこぎり波としてもよい。また、周期信号は、これらの形状に限る必要もなく、描画レートに応じた周期を示す信号であれば他の形状の信号に換えることもできる。さらには、周期信号出力回路は、ＰＬＬに限る必要もなく、描画レートに応じた周期を示す周期信号を出力する構成であれば、他の発信器等に換えることもできる。

（２）上記各実施例では、ＰＷＭ信号生成部で生成されたＰＷＭ信号でレーザ光源２０の駆動電流を直接変調したが、これに換えて光の透過率を変化させる外部変換器に対してＰＷＭ信号を入力することにより、レーザ光をＰＷＭ信号に基づいて変調する構成としてもよい。要は、ＰＷＭ信号を用いてレーザ光を変調する構成であれば、どのような構成においても、本発明のパルス幅変調信号生成装置を適用することができる。

（３）レーザ光を走査する水平スキャニングミラー３０、垂直スキャニングミラー４０は、上記各実施例の構成に限る必要はなく、ガルバノミラー等の他のミラーとしてもよい。また、レーザ光源は、半導体レーザに換えて、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、自由電子レーザ等、他の種類のレーザとすることもできる。

（４）上記各実施例では、描画レートは、描画画像における垂直方向の描画位置が上側となるほど、より大きくなる値としたが、必ずしもこのように変化する構成に限る必要はない。画像表示装置の載置の高さが、スクリーンＳＣの上辺の高さ以上であり、斜め下向きにレーザ光を投稿しているような場合には、描画レートは、描画画像における垂直方向の描画位置が下側となるほど、より大きくなる値とするのが好ましい。

（５）上記第３実施例では、ＰＷＭ信号生成部３７０内で描画レートを記憶している構成としたが、これに換えて、ＰＷＭ信号生成部に対して外部から描画レートを指示可能な構成としてもよい。例えば、画像表示装置のスクリーンに対する位置を撮像素子等で自動的に計測し、その計測した情報に基づいて、ＰＷＭ信号生成部内で描画レートのマップを作成する構成としてもよい。

（６）前記各実施例では、カラー画像を構成するＲ，Ｇ，Ｂの色成分のうちの１つ、もしくは２つの色成分だけ複数のレーザ光源を備える構成としてもよいし、全色分だけの複数のレーザ光源を備える構成としてもよい。

（７）前記各実施例の画像表示装置は、映像信号を表示する構成としていたが、静止画の画像データを表示する構成としてもよい。

（８）また、上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。

本発明の第１実施例における画像表示装置１０をスクリーンＳＣと共に示す説明図である。 画像表示装置１０によるスクリーンＳＣへの描画の様子を示す説明図である。 制御装置５０の内部構成の一部を示すブロック図である。 ＰＬＬ７２の詳細な回路構成を示すブロック図である。 ＰＷＭ回路７４とレーザ変調ドライバ８０の各構成を説明するためのブロック図である。 パルス幅変調信号生成部７０における信号波形の変化を示すタイミングチャートである。 ループゲインの切り替えに関わる動作シーケンスを示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施例における画像表示装置２００をスクリーンＳＣと共に示す説明図である。 第２実施例における描画レートＲ２と描画位置との関係を示すグラフである。 本発明の第３実施例における制御装置３５０の内部構成の一部を示すブロック図である。 ＰＬＬ３７２の詳細な回路構成を示すブロック図である。 パルス幅変調信号生成部３７０における信号波形の変化を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０…画像表示装置
２０…レーザ光源
３０…水平スキャニングミラー
４０…垂直スキャニングミラー
５０…制御装置
６０…上位コントローラ
７０…パルス幅変調信号生成部
８０…レーザ変調ドライバ
１０２…位相比較器
１０４…チャージポンプ
１０６…ループフィルタ
１０８…電圧制御電流源
１１０…積分器
１１２…コンパレータ
１１４…クリア信号生成器
１２４…コンパレータ
１２６…波形整形回路
２００…画像表示装置
２３０…水平スキャニングミラー
３００…画像表示装置
３５０…制御装置
３６０…上位コントローラ
３７０…パルス幅変調信号生成部
３７５…ラインカウンタ
３７６…描画周波数算出回路
３７７…バッファ
３７８…波形整形器
３８０…第１の分周器
３９０…第２の分周器
Ｌ…ダミー負荷
Ｋ…接続線
ＳＣ…スクリーン
ＰＤ…画像データ
ＣＬ…描画クロック
ＬＳ…ランプ波
ＰＳ…パルス幅変調信号
ＣＳ…クリア信号
ＡＳ…アナログ信号
ＯＳ…出力信号
ＮＴ…インバータ
ＡＶ…映像信号
ＳＩ１…第１の電流源
ＳＩ２…第２の電流源
ＲＣＬ…データ読出クロック
ＳＣＬ…システムクロック

Claims (11)

1. レーザ光を変調するためのパルス幅変調信号を、画像データに基づいて生成するパルス幅変調信号生成装置であって、
   前記レーザ光により前記画像データを描画する際の描画レートに応じた周期を示す周期信号を出力する周期信号出力回路と、
   前記画像データと前記周期信号との供給を受け、前記周期信号から定まる周期のパルス波のデューティ比を前記画像データに基づいて変化させて変調することにより、前記パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調回路と、
   を備えるパルス幅変調信号生成装置。
2. 請求項１に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、
   前記周期信号出力回路は、
   前記描画レートに応じた周期の描画クロックの供給を受け、前記描画クロックと周波数が等しく、かつ位相が同期した信号を、前記周期信号として出力する位相同期回路を備える、パルス幅変調信号生成装置。
3. 請求項２に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、
   前記周期信号は、
   ランプ波、三角波、もしくはのこぎり波状の信号である、パルス幅変調信号生成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のパルス幅変調信号生成装置であって、
   前記描画レートは、
   描画画像における垂直方向の描画位置が上側となるほど、より大きくなる値である、パルス幅変調信号生成装置。
5. 請求項４に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、
   前記描画レートは、
   同一の垂直方向の位置にあっては、水平方向の中央部分で最大となり、中央から外側に向かうほど小さくなる値である、パルス幅変調信号生成装置。
6. 請求項１に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、
   前記画像データを一時的に蓄えると共に、データ読出クロックの供給を受けて、前記データ読出クロックに基づいて周期的に、前記画像データを構成する各画素データを出力する画像データ記憶部を備え、
   前記周期信号出力回路は、
   前記画像データ記憶部から読み出し予定の画素データについての前記画像データ上の垂直方向の位置を算出し、前記垂直方向の位置から定まる前記描画レートに応じたパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
   所定周期のシステムクロックと前記パラメータとの供給を受け、前記所定周期を前記パラメータに応じた数で分周した周期の信号を、前記周期信号として出力する位相同期回路と、
   前記位相同期回路における発振信号を整形し、該整形後の信号を前記データ読出クロックとして出力する波形整形器と
   を備える、パルス幅変調信号生成装置。
7. 請求項６に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、
   前記周期信号は、
   ランプ波、三角波、もしくはのこぎり波状の信号である、パルス幅変調信号生成装置。
8. 請求項６または７に記載のパルス幅変調信号生成装置であって、
   前記描画レートは、
   描画画像における垂直方向の描画位置が上側となるほど、より大きくなる値である、パルス幅変調信号生成装置。
9. 画像表示装置であって、
   請求項１ないし５のいずれかに記載のパルス幅変調信号生成装置と、
   外部から前記画像データを含む映像信号の供給を受け、前記映像信号に基づく前記描画クロックを前記パルス幅変調信号生成装置に送信する上位装置と
   を備える画像表示装置。
10. 画像表示装置であって、
    請求項６ないし８のいずれかに記載のパルス幅変調信号生成装置と、
    外部から映像信号の供給を受け、前記映像信号に含まれる画像データを前記画像データ記憶部に送信するとともに、前記映像信号に含まれる垂直同期信号および水平同期信号を前記パラメータ算出手段に送信する上位装置と
    を備える画像表示装置。
11. レーザ光を変調するためのパルス幅変調信号を、画像データに基づいて生成するパルス幅変調信号生成方法であって、
    前記レーザ光により前記画像データを描画する際の描画レートに応じた周期を示す周期信号を出力し、
    前記画像データと前記周期信号との供給を受け、前記周期信号から定まる周期のパルス波のデューティ比を前記画像データに基づいて変化させて変調することにより、前記パルス幅変調信号を生成する、パルス幅変調信号生成方法。

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