JPWO2012104973A1

JPWO2012104973A1 - 画像表示装置

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Publication number: JPWO2012104973A1
Application number: JP2011514217A
Authority: JP
Inventors: 義博花田
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP4865109B1; WO2012104973A1; US20130307887A1

Abstract

高解像度の動画像を滑らかに表示する画像表示装置を提供すること。主走査方向と副走査方向とに駆動して、光源駆動部２０によって駆動される光源６０からの光を所定のリサージュパターンで繰り返し走査する偏向器（ＭＥＭＳミラー３０）と、偏向器を駆動するための信号を生成する駆動波形生成部４０と、を備え１のリサージュパターンによって、第１のフィールドと第２のフィールドとが構成され、光源駆動部２０は、第１及び第２のフィールドの繰り返し周波数であるフィールドレートｎに対応した画像データに基づいて光源６０を駆動し、前記偏向器は、主走査方向における主走査位置Ｘ、副走査方向における副走査位置Ｙが以下の式の関係となるように制御されること。Ｘ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）、Ｙ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に光源からの光をリサージュ走査させることで画像を表示する画像表示装置に関する。

従来、画像表示装置として、例えば特許文献１には、ＭＥＭＳミラーに対して照射されたレーザによって走査線を描画する画像表示装置であって、走査線のうち少なくとも隣接する２本の走査線の、副走査方向（垂直方向）の間隔及び主走査方向（水平方向）の走査方向を検出可能な走査線検出手段と、この走査線検出手段で検出した少なくとも隣接する２本の走査線の副走査方向の間隔が一定で、主走査方向の走査方向が互いに逆になるように、ＭＥＭＳミラーの偏向角度の位相を制御する制御手段とを備えた画像表示装置が開示されている。

このような構成によれば、確かに、隣接する走査線の間隔を一定に保つことができ、正確なリサージュ走査制御を行うことができる。そのため、主走査方向及び副走査方向における周波数が同じであるという条件であれば、疎密の低減された走査線軌跡が形成されることで、疎密がある場合に比し高画質の画像表示を行うことができると考えられる。

特開２００８−２１６２９９号公報

しかしながら、このようにレーザが照射されるＭＥＭＳミラーを水平方向及び垂直方向の２軸方向に振動させることによって画像を表示する画像表示装置において、さらに画像の解像度を上げるためにはＭＥＭＳミラーの主走査方向及び副走査方向における振動周波数を高くする必要がある。例えば、水平走査の往路と復路とで描画（走査）することで、フレームレート６０ｆｐｓ、水平解像度７２０ライン相当の解像度を実現するためには、２１．６ｋＨｚ（６０ｆｐｓ×７２０÷２＝２１．６ｋＨｚ）の振動周波数によってＭＥＭＳミラーを共振させれば済むが、ＦＨＤ（ｆｕｌｌｈｉｇｈｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）に対応すべく、フレームレート６０ｆｐｓ、水平解像度１０８０ライン相当の解像度を得るためには、最低でも３２．４ｋＨｚ（６０ｆｐｓ×１０８０÷２＝３２．４ｋＨｚ）の振動周波数が必要になる。

ところが、ＭＥＭＳミラーを振動させるための共振周波数は、その機械的な制約から、現状では約３０ｋＨｚ程度が上限であるため、ＦＨＤ（１０８０ライン相当）以上の解像度を得ることができる３２．４ｋＨｚ以上の共振周波数によってＭＥＭＳミラーを振動させることは困難となっている。なお、１フレームあたりの解像度を保ったまま、フレームレートを小さくすることによって、振動周波数を下げることも可能ではあるが、この方法では動画像を描画したときに滑らかな動きを実現することが困難となってしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上述のような問題を解決することを課題の一例とするものであり、これらの課題を解決することができる画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る画像表示装置は、主走査方向と該主走査方向とは異なる副走査方向とに駆動して、光源駆動部によって駆動される光源からの光を所定のリサージュパターンで繰り返し走査する偏向器と、前記偏向器を駆動するための信号を生成する駆動波形生成部と、を備え１の前記リサージュパターンによって、第１の走査軌跡で形成される第１のフィールドと前記第１の走査軌跡とは異なる第２の走査軌跡で形成される第２のフィールドとが構成され、前記光源駆動部は、前記第１及び第２のフィールドの繰り返し周波数であるフィールドレートに対応した画像データに基づいて前記光源を駆動し、前記駆動波形生成部は、主走査方向における主走査位置Ｘ、副走査方向における副走査位置Ｙ、フィールドレートｎ及び時間Ｔが以下の式１又は式２の関係となるように前記偏向器を制御することを特徴とする。
Ｘ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）、Ｙ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）・・・（式１）
Ｘ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）、Ｙ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）・・・（式２）
ただし、aは正の整数。

本発明の一実施の形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施の形態に係る画像表示装置によるリサージュ走査における水平位置と垂直位置の概念図である。本発明の一実施の形態に係る画像表示装置におけるリサージュ走査（第１フィールド）の例を示す模式図である。本発明の一実施の形態に係る画像表示装置におけるリサージュ走査（第２フィールド）の例を示す模式図である。本発明の一実施の形態に係る画像表示装置におけるリサージュ走査（１フレーム）の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。なお、本発明は、主走査方向と副走査方向とに対してそれぞれ偏向器を振動させてリサージュ走査を行う画像表示装置に広く適用可能であるが、ここでは本発明を、ラスタ走査の画像データを基にして、ＭＥＭＳミラーがリサージュ走査を行う画像表示装置の一例について説明する。

図１に、本発明の一実施の形態に係る画像表示装置の簡略ブロック図を示す。本実施例における画像表示装置１は、外部から入力されるラスタ走査に対応した画素データであるラスタ画像データがリサージュ走査に対応したリサージュ画像データに変換される画素データサンプリング部１０と、この画素データサンプリング部１０によって変換されたリサージュ画像データに基づいてＬＤ（Laser Diode）等の光源６０を駆動する光源駆動部２０と、光源６０からのレーザが照射される偏向器であり主走査方向である水平方向とこれに直交する副走査方向である垂直方向の双方に対してそれぞれ正弦波によって共振駆動することでリサージュ走査を行うＭＥＭＳミラー３０と、このＭＥＭＳミラー３０を駆動するための水平方向及び垂直方向に対する駆動波形（共振周波数）を生成する駆動波形生成部４０と、光源駆動部２０及びＭＥＭＳミラー３０を同期させるためのクロックを生成するクロック発振部５０と、によって基本構成が成り立っている。そして、ＭＥＭＳミラー３０のリサージュ走査パターンにおける繰り返し周波数をラスタ走査におけるフレームレートの１／２とし、１の繰り返し周期の中に、第１フィールド及び第２フィールドの２つのフィールドを設定する。本実施形態では、第１フィールドと第２フィールドとにおける走査軌跡が、互いの走査軌跡の中間を走査するようにＭＥＭＳミラー３０を走査させることで、各フィールドでラスタ画像データの１フレーム分に対応する画像を描画した際に、連続する２つのフィールドによってラスタ画像データの解像度に相当する解像度を実現するものである。以下、さらに詳しく説明する。

駆動波形生成部４０は、ＭＥＭＳミラー３０の水平方向及び垂直方向それぞれに対して正弦波による駆動信号を出力し、ＭＥＭＳミラー３０を共振駆動させるものである。ここで、ＭＥＭＳミラー３０の走査パターンは、１の繰り返し周期において、その前半部分である第１フィールドの走査軌跡と、後半部分である第２フィールドの走査軌跡とが、互いの走査軌跡の中間を走査するように制御される必要がある。そのため、ＭＥＭＳミラー３０の水平方向及び垂直方向に対するそれぞれの位置は、繰り返し周期における周波数である「ａ」を正の整数、「Ｔ」を時間として、例えば以下の式３及び式４のようになる。なお、式３及び式４によって記述される走査軌跡は、Ｔが０〜１によって１の繰り返し周期を構成する。なお、繰り返し周波数は１となる。
水平位置Ｘ＝ｓｉｎ（２π・ａ・Ｔ）・・・（式３）
垂直位置Ｙ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・Ｔ）・・・（式４）

式３及び式４によって記述される走査軌跡について、視覚的な理解の容易のために周波数ａ＝１９である例を挙げて説明する。図２は、ａ＝１９とした場合の水平位置Ｘ及び垂直位置Ｙについて、横軸を時間Ｔ、縦軸を振幅（−１〜１）として描かれた概念図であり、実線が水平位置Ｘを、破線が垂直位置Ｙをそれぞれ示す。また、図３及び図４はそれぞれ１の繰り返し周期における第１フィールド及び第２フィールドの走査軌跡を示す模式図であり、図５は第１フィールド及び第２フィールドが重ね合わされた１の繰り返し周期における走査軌跡を示す模式図である。第１フィールドは実線によって描画され、第２フィールドは破線によって描画される。なお、細線は等間隔の格子状に描画された補助線である。図面上左右方向が水平方向であり、上下方向が垂直方向となっている。

リサージュ走査における画面内の軌跡の粗密は、図２に示される正弦波の頂点にあたる画面端付近では描画スピードが遅くなるために密になり、正弦波の中間点にあたる画面中央付近では描画スピードが速くなるために粗になる。画面内に描画されるピクセルの座標は水平位置Ｘと垂直位置Ｙとの組み合わせによって決定されるので、各ピクセルの表示タイミングにおいて、水平位置Ｘと垂直位置Ｙとの位相が異なっていれば、各ピクセルが固有の点に表示されることになる。

そして、１繰り返し周期内のＸとＹとの周期の差が「１」であるため、時間Ｔが０から１まで変化するとき（１繰り返し周期に相当）の、水平位置Ｘと垂直位置Ｙとの位相は、０から１周期分に相当する２πまで単調増加する。すなわち、１の繰り返し周期における隣り合う走査軌跡は一定の間隔を保つことになる。さらに、水平位置Ｘと垂直位置Ｙの位相差は、時間Ｔが０から１／２と１／２から１においても、それぞれ単調増加することから、第１、第２の各フィールド内にでも、隣り合う描画軌跡は一定の間隔を保つことになる。

式３及び式４に示す水平位置Ｘと垂直位置Ｙにおいて、Ｔ＝０における位相を０とすると、Ｔ＝１における位相は１周期の差に相当する２πとなる。Ｔ＝１／２における位相はπとなり、式３、式４のいずれか一方の傾きは最大になり、もう一方の傾きは最小になる。すなわち、図２のとおり、式３、式４は、Ｔ＝１／２、Ｘ＝Ｙ＝０の点Ｐに関して点対象であり、Ｔ＝１／２、Ｘ＝Ｙ＝０を原点とした奇関数である。そのため、Ｔ＝１／２から±ｔ時間離れた時間をそれぞれｔ１＝１／２−ｔとｔ２＝１／２＋ｔとしたとき、水平、垂直の関係において時間ｔ１における水平位置Ｘｔ１と時間ｔ２における水平位置Ｘｔ２とはＸｔ１＝−（Ｘｔ２）が成立し、同様に垂直位置Ｙに関してもＹｔ１＝−（Ｙｔ２）が成立する。すなわち第１フィールドにおいて時間Ｔ＝ｔ１に描かれたピクセルと第２フィールドにおいて時間Ｔ＝ｔ２に描かれるピクセルとは、画面の中央の点Ｏに関して点対称となる。

このような式３及び式４によって記述される方式では、画面全体が点対称であり、第１フィールドにおいて第一象限で描かれた軌跡と点対象の軌跡が第２フィールドでは第三象限に描かれ、第１フィールドにおいて第二象限で描かれた軌跡と点対象の軌跡が第２フィールドでは第四象限に描かれ、第１フィールドにおいて第三象限で描かれた軌跡と点対象の軌跡が第２フィールドでは第一象限に描かれ、第１フィールドにおいて第四象限で描かれた軌跡と点対象の軌跡が第２フィールドでは第二象限に描かれることになる。以上から第１フィールドに相当する０≦Ｔ＜１／２の描画軌跡は、第２フィールドに相当する１／２≦Ｔ＜１の描画軌跡のちょうど中間に描かれる。なお、図示例における第１フィールド及び第２フィールドにおける走査軌跡による解像度は、１繰り返し周期における周波数ａがａ＝１９であるため、水平解像度１９ラインに相当し、これにより第１フィールド及び第２フィールドによって描画される１フレームの解像度は、周波数ａの２倍である水平解像度３６ラインに相当するものである。

画素データサンプリング部１０は、フレームレートｎ（ｆｐｓ）、水平解像度Ｒラインからなるラスタ走査に対応したラスタ画像データが入力され、光源駆動部２０に出力するためのリサージュ画像データが生成されるものである。画素データサンプリング部１０は、１フレーム分のラスタ画像データに対して、式５、式６で記述されるリサージュ軌跡における１フィールドのリサージュ画像データを生成する。
水平位置Ｘ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）・・・（式５）
垂直位置Ｙ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）・・・（式６）
ここで、「ｎ／２」は、ＭＥＭＳミラー３０のリサージュ走査パターンにおける繰り返し周波数であり、フレームレートが６０ｆｐｓの場合には３０となる。すなわち、この場合には１秒間に同様のリサージュ走査パターンを３０回走査することになる。なお、繰り返し周期は、「２／ｎ」となるため、各フィールドの周期は繰り返し周期の１／２である「１／ｎ」となる。また、「ａ」は、上述のように繰り返し周期における周波数（周期数）であり、１フレームにおける水平解像度の１／２に設定される。例えば、１フレームにおける目的とする水平解像度が、１０８０ライン相当である場合には、ａ＝５４０であり、これによって各フィールドでは水平解像度が５４０ライン相当となり、１フレームによって１０８０ライン相当の解像度となる。なお、この場合の水平方向に対する駆動周波数は、１６．２ｋＨｚ（５４０×３０＝１６．２ｋＨｚ）となるものであり、ＭＥＭＳミラーの共振周波数の上限より低い値とすることができる。

このように、画像データサンプリング部は、入力されたラスタ画像データの第１フレームのラスタ画像データを基にして式５、式６のＴ＝０〜１／ｎ（式３、式４の場合にはＴ＝０〜０．５となる）で表されるリサージュ軌跡上のラスタ画素データを割り当てることで、第１フィールドのリサージュ画像データとし、第２フレームのラスタ画像データを基にして式５、式６のＴ＝１／ｎ〜２／ｎ（式３、式４の場合にはＴ＝０．５〜１となる）で表されるリサージュ軌跡上のラスタ画素データを割り当てることで、第２フィールドのリサージュ画像データとする。第３フレーム以降も同様に奇数フレームは式５，式６のＴ＝０〜１／ｎで表されるリサージュ軌跡上のラスタ画素データを割り当て、第１フィールドのリサージュ画像データとし、偶数フレームは式５、式６のＴ＝１／ｎ〜２／ｎで表されるリサージュ軌跡上のラスタ画素データを割り当て、第２フィールドのリサージュ画像データとする。以上のように生成した各フィールドのリサージュ画像データを用いて毎秒ｎフィールドのリサージュ画像データを光源駆動部２０に出力し、光源駆動部２０はそのリサージュ画像データを基に光源６０を駆動する。画素データサンプリング部１０と駆動波形生成部４０とはクロック発振部５０によって同期がとられているため、奇数フィールド用の画像データはＭＥＭＳミラー３０が第１フィールドを走査するときに光源６０から照射され、偶数フィールド用の画像データは、ＭＥＭＳミラー３０が第２フィールドを走査するときに光源６０から照射されるよう制御される。

このように、ＭＥＭＳミラー３０のリサージュ走査パターンにおける繰り返し周波数をラスタ走査におけるフレームレートｎの半分であるｎ／２に設定し、１の繰り返し周期（２／ｎ）の中に、その前半部分である第１フィールドと後半部分である第２フィールドとの２つのフィールドを設定する。これにより、ＭＥＭＳミラー３０の走査軌跡は、単位時間あたりのフィールドの更新数であるフィールドレートがフレームレートと同じになる。そして、１繰り返し周期における周波数ａを水平位置Ｘと垂直位置Ｙとで１ずらすことによって、第１フィールドと第２フィールドとにおける走査軌跡が、互いの走査軌跡の中間を走査するようにＭＥＭＳミラー３０が制御される。これにより、連続する２つのフィールドによって構成される１フレームが高解像度となり、さらにちらつきの抑制された滑らかな動画の描画が可能となる。

なお、本実施例のようにリサージュ走査による描画を行う場合、水平方向の描画軌跡は式４で表されるように正弦波状に変動するものである。そのため、この走査速度Ｖｘは画面の水平方向の中央で最も早く、端部側で最も遅くなり、画面の輝度は、画面の端部側が明るく、画面中央が暗くなる。そこで本実施例では、画素データに対して、走査速度Ｖｘの逆数（１／Ｖｘ）に比例した輝度補正を行うことで、画面の水平方向における中央と端部側とで輝度に差が生じないようにしている。そして、垂直方向の描画軌跡も正弦波状に変動するものであり、画面の垂直方向における端部側が明るく、中央が暗くなるため、同様の輝度補正を行うものである。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの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の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、具体的な走査線数や周波数等は実施例に限定されず、適宜変更できるものである。

また、主走査方向が水平方向、副走査方向が垂直方向であり、互いに直交している例を示したが、これに限定されない。主走査方向と副走査方向とは、直交しておらずとも、互いに異なる方向であればよく、例えば主走査方向に対して副走査方向が所定角度傾いていても構わない。

また、繰り返し周期の前半を第１のフィールド、後半を第２のフィールドとする例を示したが、これに限定されず、例えば繰り返し周期の前半のうち、所定期間に描画される範囲を第１のフィールド、後半のうち所定期間に描画される範囲を第２のフィールド、とするように構成しても構わない。

１の繰り返し周期における周波数が、水平位置Ｘにおいて「ａ」であり、垂直位置Ｙにおいて「ａ＋１」である例を示したが、これに限定されない。水平位置Ｘと垂直位置Ｙとで１の繰り返し周期における周波数が１だけずれていればよく、水平位置Ｘにおいて「ａ＋１」であり、垂直位置Ｙにおいて「ａ」であっても構わない。

１画像表示装置
１０画素データサンプリング部
２０光源駆動部
３０ＭＥＭＳミラー（偏向器）
４０駆動波形生成部
５０クロック発振部
６０光源

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る画像表示装置は、主走査方向と該主走査方向とは異なる副走査方向とに駆動して、光源駆動部によって駆動される光源からの光を所定のリサージュパターンで繰り返し走査する偏向器と、前記偏向器を駆動するための信号を生成する駆動波形生成部と、前記光源駆動部による前記光源の駆動と前記偏向器の駆動とを同期させるためのクロック信号を生成するクロック発振部と、を備え、１の前記リサージュパターンによって、第１の走査軌跡で形成される第１のフィールドと前記第１の走査軌跡とは異なる第２の走査軌跡で形成される第２のフィールドとが構成され、該第１及び第２のフィールドは前記第１及び第２の走査軌跡が互いの走査軌跡の中間に位置されて形成され、前記光源駆動部は、前記第１及び第２のフィールドの繰り返し周波数であるフィールドレートに対応した画像データに基づいて前記光源を前記クロック信号に応じて駆動し、前記駆動波形生成部は、主走査方向における主走査位置Ｘ、副走査方向における副走査位置Ｙ、フィールドレートｎ及び時間Ｔが以下の式１又は式２の関係となるように前記偏向器を前記クロック信号に応じて制御することを特徴とする。
Ｘ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）、Ｙ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）・・・（式１）
Ｘ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）、Ｙ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）・・・（式２）
ただし、ａは正の整数

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る画像表示装置は、主走査方向と該主走査方向とは異なる副走査方向とに駆動して、光源駆動部によって駆動される光源からの光を所定のリサージュパターンで繰り返し走査する偏向器と、前記偏向器を駆動するための信号を生成する駆動波形生成部と、前記光源駆動部による前記光源の駆動と前記偏向器の駆動とを同期させるためのクロック信号を生成するクロック発振部と、を備え、１の前記リサージュパターンによって、第１の走査軌跡で形成される第１のフィールドと前記第１の走査軌跡とは異なる第２の走査軌跡で形成される第２のフィールドとが構成され、前記光源駆動部は、前記第１及び第２のフィールドの繰り返し周波数であるフィールドレートに対応した画像データに基づいて前記光源を前記クロック信号に応じて駆動し、前記駆動波形生成部は、主走査方向における主走査位置Ｘ、副走査方向における副走査位置Ｙ、フィールドレートｎ及び時間Ｔが以下の式１又は式２の関係となるように前記偏向器を前記クロック信号に応じて制御し、前記式１又は式２において、Ｔが０〜１／ｎの範囲内における前記第１の走査軌跡によって前記第１のフィールドを形成し、Ｔが１／ｎ〜２／ｎの範囲内における前記第２の走査軌跡によって前記第２のフィールドを形成することを特徴とする。
Ｘ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）、Ｙ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）・・・（式１）
Ｘ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）、Ｙ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）・・・（式２）
ただし、ａは正の整数

Claims

主走査方向と該主走査方向とは異なる副走査方向とに駆動して、光源駆動部によって駆動される光源からの光を所定のリサージュパターンで繰り返し走査する偏向器と、
前記偏向器を駆動するための信号を生成する駆動波形生成部と、を備え
１の前記リサージュパターンによって、第１の走査軌跡で形成される第１のフィールドと前記第１の走査軌跡とは異なる第２の走査軌跡で形成される第２のフィールドとが構成され、
前記光源駆動部は、前記第１及び第２のフィールドの繰り返し周波数であるフィールドレートに対応した画像データに基づいて前記光源を駆動し、
前記駆動波形生成部は、主走査方向における主走査位置Ｘ、副走査方向における副走査位置Ｙ、フィールドレートｎ及び時間Ｔが以下の式１又は式２の関係となるように前記偏向器を制御することを特徴とする画像表示装置。
Ｘ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）、Ｙ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）・・・式１
Ｘ＝ｓｉｎ（２π・（ａ＋１）・ｎ／２・Ｔ）、Ｙ＝ｓｉｎ（２π・ａ・ｎ／２・Ｔ）・・・式２
ただし、ａは正の整数
前記式１又は式２において、Ｔが０〜１／ｎの範囲内における走査軌跡によって前記第１のフィールドを形成し、Ｔが１／ｎ〜２／ｎの範囲内における走査軌跡によって前記第２のフィールドを形成することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。