JP5234514B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を利用した光偏光器を用いて、レーザー光を走査することにより画像描画を行うプロジェクターが知られている。光源として使用されるレーザーダイオード（ＬＤ）は、温度などの環境変化により光出力量−電流特性が変動するため、ＬＤ駆動電流を調節して光量を一定に保つ必要がある。例えば、特許文献１に記載された２次元光走査装置では、投射面の描画領域外部に、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御用の光を投射する領域を設け、そこで検知される光量を利用してＡＰＣ制御を行っている。

特開２００３−５１１０号公報

しかし、特許文献１に記載された方法では、投射面の描画領域外部までも光走査を行う必要があるため、光偏向器を描画範囲以上に振動させなければならず、利用効率が悪くなるという問題がある。

そこで、本発明は、走査範囲をできるだけ小さくして、かつＬＤの光量制御を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、光束を出射する光源と、前記光源から出射される前記光束の光量を検出する光検知部と、所定の軸を中心にして回動可能に構成され、光反射部で反射した前記光束を投影面に走査する光偏向部と、前記光偏向部を回動駆動させるための駆動部と、前記光源に供給する駆動電流を決定する光源出力制御部と、映像ソースから供給される画像の情報に基づいて、前記駆動部と前記光源出力制御部を制御し、前記画像を表示させる画像処理部と、を備え、前記光源出力制御部は、前記光検知部で検出された光量に基づいて、前記画像の情報に基づく光量と実際に出射される光束の光量との差がなくなるように、前記光源に供給する駆動電流を補正し、前記画像処理部は、前記画像を描画するために投射される描画用光束の一部を、前記駆動電流の補正に利用される制御用光束に置換するように、前記光源出力制御部を制御するものである。

本発明によれば、描画領域内に制御用光束を投射して、光源の駆動電流の補正を行うようにしたので、制御用光束を投射するために描画領域外まで光走査を行う必要がない。このため、走査範囲をできるだけ小さくして光源の駆動電流の補正を行うことができる。このため、光偏向部の駆動エネルギーが低減される。また、描画領域外に制御用光束の投射領域を設けなくてもよいので、描画領域を広げることも可能となる。このため、画角が広がり、投影距離が短くても大きな画像を得ることができる。

なお、前記光源は、例えばレーザーダイオードである。
レーザーダイオードは温度などの環境変化により光出力量−電流特性が変動するため、駆動電流の補正を行う必要があり、本発明を有効に適用することができる。

また、前記画像処理部は、ある描画位置において、前記描画用光束と前記制御用光束の輝度が所定の範囲内で近い場合には、前記描画用光束を前記制御用光束に置換することが望ましい。
これにより、描画領域内の制御用光束投射位置は、投影する画像中でなるべく輝度の近い位置に置き換えて配置されるので、投影面上で、制御用光束を目立たなくすることができる。

また、前記画像処理部は、描画領域全体で、前記描画用光束を前記制御用光束にランダムに置換するようにしてもよい。
これにより、制御用光束の投射位置を決定する処理の負担をなくすことができるとともに、投影面上で、制御用光束をあまり目立たなくすることができる。

また、前記画像処理部は、水平走査方向の端部の描画領域において、前記描画用光束を前記制御用光束に置換するようにしてもよい。
これにより、制御用光束の投射位置を決定する処理の負担をなくすことができるとともに、画像への影響の少ない位置に制御用光束を投射することができる。

また、前記画像処理部は、複数の描画位置において、前記描画用光束を前記制御用光束に置換することが望ましい。
これにより、より精度の高い光源駆動電流の補正を行うことができる。

また、前記光源は、赤色、緑色、青色の各色の光束をそれぞれ出射する光源を含み、前記画像処理部は、１フレーム画像中で、すべての色の光源について少なくとも１つの前記制御用光束を前記描画用光束と置換することが望ましい。
これにより、各色の光源に対して偏りのない駆動電流の補正を行うことができる。

また、前記光源出力制御部は、１つ前のフレーム画像中に投射された前記制御用光束の光量に基づいて、前記光源に供給する駆動電流を補正することが望ましい。
これにより、より現状に即した精度の高い電流補正を行うことができる。

本発明の実施例による、画像形成装置の構成を示すブロック図である。 水平ミラーの構成を示す平面図である。 図２のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 垂直ミラーの構成を示す平面図である。 本発明の実施例による、描画処理とＡＰＣ制御動作の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例による、１フレームにおけるＡＰＣ専用光投射位置を決定する手順を示すフローチャートである。 図７（Ａ）は、ＡＰＣ専用光の置き換えを行う前のフレーム画像の例、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の画像に対してＡＰＣ専用光の置き換えを行った後のフレーム画像の例を示す図である。 図８（Ａ）、（Ｂ）は、ＡＰＣ専用光の投射位置の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例による、画像形成装置１０の構成を示すブロック図である。図に示すように、光走査装置１０は、水平ミラー（光偏向部）１ａ、垂直ミラー（光偏向部）１ｂ、水平ミラー駆動部１０１、垂直ミラー駆動部１０２、画像処理部１０３、レーザー出力制御部（光源出力制御部）１０４、レーザードライバー１０５、レーザーダイオード（光源）１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒ、ダイクロイックミラー１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒ、フォトダイオード（光検知部）１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒ、を備えている。

水平ミラー１ａは、ダイクロイックミラー１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒから送られたレーザー光を水平方向に走査する。垂直ミラー１ｂは、水平ミラー１ａにより反射されたレーザー光を垂直方向に走査する。水平ミラー１ａは、ＭＥＭＳにより形成された、共振型ミラーである。また、垂直ミラー１ｂは、例えば、ガルバノミラーにより構成することができる。

図２は、水平ミラー１ａの構成を示す平面図である。また、図３は図２のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
水平ミラー１ａは、可動板１１、支持枠１２、可動板１１を支持枠１２に対してねじり回転可能に支持する一対の弾性支持部１３を有する。可動板１１、支持枠１２、及び弾性支持部１３は、例えば、シリコン基板をエッチング加工することにより一体形成される。

可動板１１上には反射膜２１が形成されている。また、可動板１１の反射膜２１と反対側には、磁石２２が接合されている。磁石２２は、可動板１１を平面視したときに、可動板１１の回転中心軸である軸線Ａに直交する方向に磁化されている。すなわち、磁石２２は、軸線Ａを介して対向する互いに極性の異なる一対の磁極を有している。支持枠１２は、ホルダ２０に接合されており、ホルダ２０上には、可動板１１を駆動させるためのコイル２３が配置されている。

水平ミラー１ａでは、駆動信号発生手段２４によって周期的に変化する電圧または電流がコイル２３に供給される。これにより、コイル２３は上方（可動板１１側）に向く磁界と、下方に向く磁界とを交互に発生させる。これにより、コイル２３に対し磁石２２の一対の磁極のうち一方の磁極が接近し他方の磁極が離間するようにして、弾性支持部１３を捩れ変形させながら、可動板１１がＡ軸回りに回動させられる。

図２では、磁石２２とコイル２３間の電磁力を利用した駆動方式の振動ミラーを示している。しかしながら、本発明は、静電引力を利用した方式や、圧電素子を利用した方式を採用してもよい。例えば、静電引力を利用した方式の場合には、磁石２２は不要であり、コイル２３の代わりに可動板１１に対向する１つ又は複数の電極が設置される。そして、可動板１１と電極との間に周期的に変化する交流電圧を印加することにより、可動板１１と電極との間に静電引力を作用させて、弾性支持部１３を捩れ変形させながら、可動板１１をＡ軸回りに回動させる。

図４は、垂直ミラー１ｂの構成を示す平面図である。垂直ミラー１ｂは可動板１４、駆動手段１６、及び可動板１４と駆動手段１６とを接続する連結部１５を有する。可動板１４上には反射膜が形成されている。連結部１５は、可動板１４がＢ軸回りに回動できるように、可動板１４と駆動手段１６とを連結する構造となっている。
駆動手段１６は、例えばステップモーターとすることができる。また、垂直ミラー１ｂはガルバノスキャナーで構成しても良い。また、垂直ミラー１ｂを水平ミラー１ａと同様の構成にしても良い。

水平ミラー駆動部１０１は、水平ミラー１ａを回動させる。垂直ミラー駆動部１０２は、垂直ミラー１ｂを回動させる。水平ミラー駆動部１０１は、磁石２２、コイル２３、及び駆動信号発生部２４を有している。上述のように、水平ミラー駆動部１０１は、駆動信号発生部２４からコイル２３へ電圧または電流を印加することで、可動板１１を支持枠１２に対して振動（回動）させるように構成されている。
また、垂直ミラー駆動部１０２は、駆動手段１６、及び駆動信号発生部１７を有し、駆動信号発生部１７は垂直ミラー１ｂの可動板１４を回動させるように、駆動手段１６に適切な電圧または電流を与える。

画像処理部１０３は、パーソナルコンピュータや携帯電話等の各種の映像ソース２００から送られた画像情報に基づいて、これらの画像を表示すべく、水平ミラー駆動部１０１、垂直ミラー駆動部１０２、レーザー出力制御部１０４の動作を制御する。画像処理回路１０３は、映像ソース２００から供給される画像情報を描画用データに変換するとともに、水平ミラー１ａ及び垂直ミラー１ｂにそれぞれ内蔵されている位置センサー１０９ａ，１０９ｂから得られる位置情報に基づいて、描画のタイミング信号を生成する。

レーザー出力制御部１０４は、画像処理部１０３から供給される画像情報に基づいて、レーザードライバー１０５がレーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給する電流量を決定すると共に、ＡＰＣによる電流量の補正を行う。これにより、各々の光源から出射されるレーザー光の強度を制御する。

ＡＰＣによる電流量補正は、フォトダイオード１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検出された光量に基づいて、画像処理部１０３から供給される画像情報に基づく光量と、実際に出射されるレーザー光の光量との差がなくなるように、レーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給する電流量を補正することにより行う。後述するように、本実施例では、ＡＰＣ専用に投射する光の光量を利用してＡＰＣを行う。

レーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒは、レーザビームを出射する光源である。レーザーダイオード１０６Ｇは、緑色レーザー光を出射し、レーザーダイオード１０６Ｂは青色レーザー光を出射し、レーザーダイオード１０６Ｒは赤色レーザー光を出射する。ただし、２色以下又は４色以上のレーザー光源を用いてもよい。

ダイクロイックミラー１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒは、レーザーダイオード１０６Ｒからの赤色レーザー光を反射するダイクロイックミラー１０７Ｒと、青色レーザー光を反射し赤色レーザー光を透過させるダイクロイックミラー１０７Ｂと、緑色レーザー光を反射し青色レーザー光及び赤色レーザー光を透過させるダイクロイックミラー１０７Ｇとを有する。この３種のダイクロイックミラーにより、赤色レーザー光、青色レーザー光、及び緑色レーザー光の合成光が水平ミラー１ａに入射する。

フォトダイオード１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒは、ダイクロイックミラー１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒで反射しきれずに透過した赤色レーザー光、緑色レーザー光、青色レーザー光の光量を検出する。フォトダイオード１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検出された光量は、レーザー出力制御部１０４におけるＡＰＣ処理で利用される。

なお、各色用のフォトダイオード１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒを設けず、１つのフォトダイオードを利用して、時分割で各色の光量を検出する構成にしても良い。

次に、画像形成装置１０における描画処理とレーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６ＲのＡＰＣ制御の方法について説明する。
図５は、描画処理とＡＰＣ制御動作の手順を示すフローチャートである。
まず、画像処理部１０３が、１フレーム分の画像情報を映像ソース２００から取得し、描画用データに変換する（ステップＳ５０１）。描画用データには、アドレスで特定される描画位置毎の、レーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒそれぞれから投射される光束（描画用光束）についての輝度情報が含まれる。描画用データはフレームバッファ（図示せず）に記憶される。

次に、画像処理部１０３は、当該フレームにおける、ＡＰＣ専用に投射するＡＰＣ専用光（制御用光束）の投射位置を決定する（ステップＳ５０２）。上述したように、本実施例では、フォトダイオード１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検知されたＡＰＣ専用光の光量を用いてＡＰＣを行う。

図６は、１フレームにおけるＡＰＣ専用光投射位置を決定する手順を示すフローチャートである。画像処理部１０３は、図６に示す手順で、各々の描画位置がＡＰＣ専用光投射位置にできるか否かを判定し、当該フレームにおけるＡＰＣ専用光投射位置を決定する。
まず、画像処理部１０３は、１つめの描画位置の輝度情報をフレームバッファより取得する（ステップＳ６０１）。

次に、画像処理部１０３は、取得した輝度情報とＡＰＣ用データを比較する（ステップＳ６０２）。ここで、ＡＰＣ用データとは、ＡＰＣ専用光の輝度情報である。ＡＰＣ制御は、レーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒそれぞれについて行うため、ＡＰＣ用に投射する光は、レーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒのいずれか１つのＬＤから投射される光である。

ＡＰＣは、１フレームでレーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒ全てに対して行ってもよいし、１つまたは２つのＬＤに対して行うようにしてもよい。Ｒ，Ｇ，Ｂいずれか１つのＬＤについてＡＰＣを行う場合には、そのＬＤから出射されるＡＰＣ専用光のみを比較対象にすればよい。一方、１フレームで複数のＬＤに対してＡＰＣを行う場合には、それぞれのＬＤから出射されるＡＰＣ専用光と比較する。

ステップＳ６０２での比較処理の結果、描画用データの輝度情報とＡＰＣ用データの輝度情報が所定の範囲内で近いと判定された場合には、ステップＳ６０３へ進み、当該描画位置をＡＰＣ専用光投射位置に決定する。一方、描画用データの輝度情報とＡＰＣ用データの輝度情報が近いと判定されなかった場合には、ステップＳ６０１へ戻り、次の描画位置について判定処理を行う。

輝度情報が近いか否かを判定する基準については、ほぼ一致した場合のみ近いと判定してもよいし、一定の輝度差の範囲内であれば、近いと判断するようにしてもよい。後述するように、輝度情報の差が小さいほうが、投影面上で、ＡＰＣ専用光を目立たなくすることができる。

なお、上述したように、１フレームで複数のＬＤに対してＡＰＣを行う場合には、いずれかの色のＬＤのＡＰＣ専用光と近いと判定された場合には、その色のＬＤについてのＡＰＣ専用光投射位置に決定する。

画像処理部１０３は、ステップＳ６０３でＡＰＣ専用光投射位置を決定したら、ステップＳ６０４で、ＡＰＣ専用光投射位置が所定数決定されたか否かを判定する。
ＡＰＣ専用光の投射は、１フレームにつき１箇所（１描画位置）のみであってもよいし、複数箇所にするようにしてもよい。複数箇所の場合、例えば、レーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒそれぞれから投射される光を含むようにしてもよい。また、１つのＬＤからの光を複数箇所に投射するようにしてもよい。画像処理部１０３は、ＡＰＣ用の投射を１フレームで複数行う場合には、必要なだけ投射位置が確保できたか否かを判定する。

ステップＳ６０４で、ＡＰＣ専用光投射位置が所定数決定されたと判定された場合には当該フレームについての、ＡＰＣ専用光投射位置決定処理を終了する。

図５のステップＳ５０２において、当該フレームのＡＰＣ専用光投射位置決定処理が終了したら、画像処理部１０３は、フレームバッファに記憶された、ＡＰＣ専用光投射位置の描画データをＡＰＣ用データに置換する（ステップＳ５０３）。

画像処理部１０３は、ＡＰＣ用データ反映後の描画データを、レーザー出力制御部１０４に供給する（ステップＳ５０４）。

次に、レーザー出力制御部１０４は、取得した描画データに基づいて、フレーム画像を描画するため、レーザードライバー１０５がレーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給する電流量を制御する（ステップＳ５０５）。

この時、レーザー出力制御部１０４は、前フレームで投射したＡＰＣ専用光の、フォトダイオード１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒで検出された光量に基づいて、今回のフレームでのＡＰＣ制御を行う。ＡＰＣ制御では、前回フレームにおける、フォトダイオード１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒにおいて検出された実際の光量と描画データにおける光量との差に基づいて、実際の光量が描画データの光量と一致するように、レーザードライバー１０５からレーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給される電流量を変換する。

レーザー出力制御部１０４は、ＡＰＣ制御を反映した画像情報データに基づいて、レーザードライバー１０５がレーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒに供給する電流量を決定し、決定された電流量に従ってレーザードライバー１０５がレーザーダイオード１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒを駆動することにより、フレーム画像が描画される（ステップＳ５０６）。

図７（Ａ）は、ＡＰＣ専用光の置き換えを行う前のフレーム画像の例、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の画像に対してＡＰＣ専用光の置き換えを行った後のフレーム画像の例を示す図である。この例では、１フレームでＲ，Ｇ，Ｂ全てのＬＤについてのＡＰＣ専用光を投射している。図中Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色のＬＤのＡＰＣ専用光が投射されている描画位置を示している。図に示すように、青色のＬＤの光については、元の画像の中で色の近い空の部分にＡＰＣ専用光Ｂ１が配置されており、赤色のＲ１は木の幹や地面（土）の部分、緑色のＧ１は木の葉や芝の部分に配置されている。

例えば、赤色のレーザーダイオード１０６ＲについてのＡＰＣ専用光の輝度情報は、Ｒのみが所定の輝度で、ＧとＢの輝度はゼロである。よって、画像上で赤色の割合が多い部分（幹や土など）の輝度情報と近くなるため、この部分が赤色ＬＤのＡＰＣ専用光投射位置に決定される。このように、元の画像の中で色合いの近い領域にＡＰＣ専用光が投射されるので、投影面上で、ＡＰＣ専用光を目立たなくすることができる。

以上のように、本実施例によれば、描画領域内にＡＰＣ専用光を投射して、ＡＰＣ制御を行うようにしたので、ＡＰＣ専用光を投射するために描画領域外まで光走査を行う必要がない。このため、走査範囲をできるだけ小さくしてＡＰＣ制御を行うことができる。このため、水平ミラー１ａの駆動エネルギーが低減される。また、描画領域外にＡＰＣ専用の投射領域を設けなくてもよいので、描画領域を広げることも可能となる。このため、画角が広がり、投影距離が短くても大きな画像を得ることができる。

また、描画領域内のＡＰＣ専用光投射位置は、投影する画像中で、なるべく色と輝度の近い位置に配置するようにしたので、投影面上で、ＡＰＣ専用光を目立たなくすることができる。

また、描画領域内に投射した光量に基づいてＡＰＣを行うことにより、より精度の高い電流補正を行うことができる。

なお、本実施例では、元の画像データの中で輝度情報の近い位置に、ＡＰＣ専用光を投射するようにしているが、例えば図８（Ａ）に示すように、描画領域全体にランダムに配置しても良い。また、図８（Ｂ）に示すように、水平描画の端の位置にＡＰＣ用専用光をまとめて投影するようにしてもよい。

なお、本実施例の画像形成装置１０の各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本実施例の画像形成装置１０は水平ミラー１ａと垂直ミラー１ｂを備える構成であるが、２軸の周りでの回動が可能な１つのミラーを備え、１つのミラーで水平方向と垂直方向の走査を行う構成であってもよい。

１ａ 水平ミラー、１ｂ、垂直ミラー、画像形成装置１０、１１，１４ 可動板、１２ 支持枠、１３ 弾性支持部、１５ 連結部、１６ 駆動手段、２０ ホルダ、２１ 反射膜、２２ 磁石、２３ コイル、１７，２４ 駆動信号発生部、１０１ 水平ミラー駆動部、１０２ 垂直ミラー駆動部、１０３ 画像処理部、１０４ レーザー出力制御部、１０５ レーザードライバー、１０６Ｇ，１０６Ｂ，１０６Ｒ レーザーダイオード、１０７Ｇ，１０７Ｂ，１０７Ｒ ダイクロイックミラー、１０８Ｇ，１０８Ｂ，１０８Ｒ フォトダイオード、１０９ａ，１０９ｂ 位置センサー、２００ 映像ソース

Claims (5)

1. 光束を出射する光源と、
   光量を検知する光検知部と、
   所定の軸を中心にして回動可能に構成され、光反射部で反射した前記光束を投影面に走査する光偏向部と、
   前記光偏向部を回動駆動させる駆動部と、
   前記光源に供給する駆動電流を決定する光源出力制御部と、
   映像ソースから供給される画像の情報に基づいて、前記駆動部と前記光源出力制御部を制御する画像処理部と、を備え、
   前記光源は、前記画像の情報に基づいた輝度の光束である描画用光束と、所定の輝度の光束である制御用光束を出射可能であり、
   前記画像処理部は、ある描画位置において、前記描画用光束の輝度と前記制御用光束の輝度との差が所定の範囲内でない場合、前記描画位置には前記描画用光束が出射されるように前記光源出力制御部を制御し、前記描画用光束の輝度と前記制御用光束の輝度との差が所定の範囲内である場合、前記描画位置には前記制御用光束が出射されるように前記光源出力制御部を制御し、
   前記光検知部は前記制御用光束の光量を検知し、
   前記光源出力制御部は、前記光検知部で検知された前記制御用光束の光量に基づいて、前記画像の情報に基づく光量と実際に出射される光束の光量との差がなくなるように、前記光源に供給する駆動電流を補正することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記光源はレーザーダイオードであることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像処理部は、複数の描画位置において、前記制御用光束が出射されるように前記光源出力制御部を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記光源は、赤色、緑色、青色の各色の光束をそれぞれ出射する光源を含み、
   前記画像処理部は、１フレーム画像中で、すべての色の光源について少なくとも１つの描画位置に前記制御用光束が投射されるように前記光源出力制御部を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記光源出力制御部は、１つ前のフレーム画像中に投射された前記制御用光束の光量に基づいて、前記光源に供給する駆動電流を補正することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。

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