JPWO2012104973A1 - 画像表示装置 - Google Patents
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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。
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(full high definition)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。
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。
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)
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。
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
30 MEMS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
10 画素データサンプリング部
20 光源駆動部
30 MEMS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
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
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 (2)
- 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。
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