WO2004031832A1 - 光走査装置、像の位置の較正方法、及び画像表示装置 - Google Patents

光走査装置、像の位置の較正方法、及び画像表示装置 Download PDF

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WO2004031832A1 PCT/JP2003/012494 JP0312494W WO2004031832A1 WO 2004031832 A1 WO2004031832 A1 WO 2004031832A1 JP 0312494 W JP0312494 W JP 0312494W WO 2004031832 A1 WO2004031832 A1 WO 2004031832A1
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Yoshitsugu Sakai
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Sony Corporation
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    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen

Definitions

  • the present invention provides an optical scanning device for displaying an image based on a light modulation element such as a diffraction grating light valve on an image display means such as a screen by a projection optical system, a method for calibrating the position of the displayed image, and
  • the present invention relates to an image display device using an optical scanning device.
  • a light beam from a one-dimensional image display element is scanned by an optical scanning device such as a scan mirror to an image forming means.
  • An optical scanning device such as a scan mirror
  • a method of projecting and forming a two-dimensional image is known (for example, see US Pat. No. 5,985,553).
  • a grating light valve developed by Silicon Icon Light Machine Co. of the United States (see, for example, Patent Publication No. 3168428). , U.S. Pat. No. 5,841,579.).
  • the electrode part which is called the GLV ribbon element, has a very small size (approximately 1 x 40 m), so it is possible to display high resolution, high switching speed, and wide bandwidth.
  • the GLV ribbon element since it is operated with a low applied voltage, it is expected to realize a very miniaturized display device.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an image display device using GLV.
  • the image display device 100 shown in FIG. 1 has a screen 101 and a scan mirror. -1 0 2.
  • Driver circuit 106 for supplying drive voltage to scanner motor 103, projection optical system 104, 1D light modulator 105 consisting of GLV element, GLV element 105, It has an interface image path 107, an image data conversion circuit 108, a scanner driver 109, and a system control circuit SYS-CNT 110.
  • a configuration including the scan mirror 102 and the scanner motor 103 is referred to as a scanner 102a.
  • a light source LS composed of a plurality of semiconductor lasers emits a red (R), green (G), or blue (B) illumination light beam, and the illumination light beam is flattened by an illumination optical system (not shown). The light is converted into line light and irradiates the GLV element 105.
  • GL V105 consists of a plurality of pixels arranged one-dimensionally.
  • a drive voltage according to the image to be displayed is applied to the GLV element 105 by the drive circuit 106, and accordingly, the element 105 reflects or diffracts the incident illumination light, and the reflected light Alternatively, diffracted light is emitted to the projection optical system 104.
  • the projection optical system 104 converts the reflected light or the projected light emitted from the element 105 into parallel light. Further, the projection optical system 104 separates the ⁇ first-order folded light and the zero-order light, passes the soil first-order diffracted light, reaches the scan mirror 102, and shields the zero-order light. Further, the projection optical system 104 enlarges a one-dimensional image formed mainly by the ⁇ 1st-order diffracted light from the GLV element 105, and passes through the scan mirror 102 through the screen 100. Project onto 1 and image.
  • the scanner motor 103 is driven by the scanner drive signal SDS from the scanner driver 109 to rotate the associated scan mirror 102 back and forth. While the scan mirror 102 rotates reciprocally, it scans the one-dimensional image emitted from the projection optical system 104 ⁇ 1st-order diffracted light, sequentially emits it to the screen 101, and outputs it two-dimensionally. Form an image.
  • the scan mirror 102 is, for example, a galvano mirror.
  • the image data VD input to the image display device 100 is, for example, a color difference signal YCbCr (YPbPr) input from a video playback device such as a DVD,
  • YPbPr color difference signal
  • the format of the input image data is converted in the image data conversion H path 108 and the interface circuit 107, and (1 line) for each one-dimensional image. It is output to the drive circuit 106.
  • the system control circuit SYS—CNT 111 has a CPU 111 and a memory 112, and outputs a frame synchronization signal F RM sync for synchronizing each of the components of the image display device 100 described above. Distribute. Also, it outputs basic instruction data for driving the scan mirror 102 and a scanner instruction signal SIS including phase, amplitude and cycle information for the data. Also, using various data, a modulated projection signal RQT indicating modulation and projection timing of the GLV element 105 is generated.
  • FIG. 2A is a diagram schematically illustrating the scanning operation of the scan mirror 102.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a two-dimensional image formed on the screen 101 by scanning with the scan mirror 102. An image is shown.
  • the scan mirror 102 sequentially irradiates the screen 101 with the one-dimensional image light projected from the projection optical system 104 while rotating back and forth within a predetermined angle range. A two-dimensional image is formed on the screen 101.
  • the scanner 102a (scan mirror 102 and scanner motor 103) is driven by a sawtooth signal shown in FIG.
  • the scanner 102a when the scanner 102a is driven by a sawtooth signal that has asymmetrical rising and falling characteristics (time and amplitude) and falling characteristics (time and amplitude) and that has a sawtooth shape.
  • the illustrated drive voltage is applied to the scanner 102a, and the scanner 102a is driven.
  • the scanning mirror 102 is accelerated from a rotation speed of zero to a predetermined speed.
  • the scan mirror 102 rotates at a constant speed from the position a to the position c through the position b along the outward direction shown in FIG. 2A.
  • the incident one-dimensional image light is reflected, and the light beams La, Lb, and Lc are emitted to the screen 101 to form the one-dimensional images Sa, Sb, and Sc shown in FIG. 2B. I do.
  • the scan mirror 102 rotates to the position c within the period T1 shown in FIG. Thereafter, during the period of ⁇ ⁇ 2 shown in FIG. 3, the scan mirror 102 decelerates until the rotation speed becomes zero ⁇ , and starts to rotate reversely while accelerating along the return path direction shown in ⁇ of FIG.
  • the scan mirror 102 simply returns to its original position for the next projection. Do not.
  • a first object of the present invention is to provide an image display device that scans a one-dimensional image by a one-dimensional light modulation element to generate a two-dimensional image, thereby improving light projection efficiency and reducing power consumption. It is an object of the present invention to provide an optical scanning device capable of reducing an error of a projected image due to high efficiency of the optical scanning device, and a method of calibrating an image position in the optical scanning device.
  • a second object of the present invention is to provide an image display device using the optical scanning device and the image position calibration method as described above.
  • an optical scanning device which deflects incident light modulated in accordance with image data and scans the incident light on a surface to be scanned to form an image, and comprises: A scanning unit that rotates in the reverse rotation direction and deflects the incident light according to the forward rotation and the reverse rotation; and the incident light deflected according to the forward rotation is scanned and formed on the surface to be scanned.
  • an optical scanning device having calibration means for matching the position of an image with the position of an image formed by scanning the surface to be scanned with the incident light deflected according to the reverse rotation.
  • the optical scanning device performs projection in both the forward rotation direction and the reverse rotation direction to improve the light projection efficiency.
  • the projection positions of the image in the normal rotation direction and the reverse rotation direction must be matched.
  • a calibrating means for calibrating the position of the image is provided so that the projected position of the image in the normal image direction and the projected position of the image in the reverse image direction are matched.
  • the actual rotation angle of the scanning device is measured using the angle detection means, and when forming one screen, the actual rotation angle data at each time of the scanning device is stored in the storage means.
  • the modulation control means calculates a time corresponding to each actual rotation angle of the scanning means from the stored angle data, and outputs a command for determining the modulation of the image data and the projection timing of the scanning means at the time.
  • the angle detecting means reads the rotation angle of the scanning means at any time, and measures the phase lag of each rotation angle data of the scanning means output by the angle detecting means based on a result of the read angle.
  • Angle data at a time when a time corresponding to the amount of phase delay has elapsed is defined as an actual rotation angle.
  • an optical position measuring means is provided, and the angle data when the scanning means is stationary and the angle data when the scanning means rotates are measured, and the phase of each rotation angle data of the scanning means is determined from the difference. Measure the delay.
  • the scanning unit is rotated in the normal rotation direction and the reverse rotation direction, and the incident light modulated according to the image data in accordance with the normal image rotation and the reverse rotation is deflected
  • a method of calibrating the position of an image formed on the surface to be scanned by the deflected incident light wherein the incident light deflected according to the forward rotation is scanned and formed on the surface to be scanned.
  • a method of calibrating the position of an image the method comprising a calibration step of matching the position of the image to be formed with the position of the image formed by scanning the surface to be scanned with the incident light deflected according to the reverse image transfer.
  • an illuminating unit, and a light modulation element that modulates incident light from the illuminating unit according to input image data and emits imaging light that forms a one-dimensional image
  • a scanning unit that rotates in the forward rotation direction and the reverse rotation direction according to the image data and deflects the imaging light; and the imaging light deflected according to the forward rotation is on the surface to be scanned.
  • Calibration means for matching a position of an image to be formed by scanning with the imaging light deflected in accordance with the reverse image transfer with a position of an image to be formed by scanning on the surface to be scanned; and
  • an image display device having a display unit that is irradiated with image light and displays a two-dimensional image.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an image display device using a one-dimensional light modulation element.
  • 2A and 2B are diagrams illustrating the principle of forming a two-dimensional image by a scan mirror in the image display device illustrated in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a sawtooth wave signal for driving a scan mirror in a conventional image display device, which has asymmetrical rising and falling characteristics and a sawtooth waveform.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a triangular wave signal that drives a scan mirror and has symmetrical rising and falling characteristics in the image display device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which a two-dimensional image is formed by a reciprocating scan of a scan mirror in the image display device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the image display device and the adjusting means of the scan system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows an image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG. It is a figure showing an example of composition of a former modulation element circuit.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a one-dimensional modulation element in the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration of an interface circuit in the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of a data conversion circuit in the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
  • FIG. 11 is a timing chart of a frame synchronization signal and a modulation projection signal in the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
  • FIGS. 12 to 12G are timing charts of various signals in the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
  • FIGS. 13A and 13B are diagrams for explaining a shift between switching timing of a frame synchronization signal and switching timing of an angle signal in the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG. It is.
  • FIGS. 14A to 14C show the frame synchronization signal and the timing of switching the frame synchronization signal and the angle signal shown in FIGS. 13A and 13B, respectively.
  • 6 is a timing chart of an angle signal and a speed signal.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating a method of measuring the reference angle of the scan mirror and the reference value of the angle signal in the system control circuit of the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
  • FIGS. 16A1 to 16C3 are diagrams illustrating a method of measuring the position of light in the measurement of the reference angle of the scan mirror and the reference value of the angle signal in the system control circuit.
  • FIG. 17 illustrates the phase delay of the angle signal with respect to the actual angle of the scan mirror in the system control circuit of the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG. This is a flowchart illustrating a method for performing the above.
  • FIGS. 188 to 18D are diagrams illustrating a method of adjusting the position of the projection light by adjusting the timing of the modulated projection signal in the measurement of the phase delay of the angle signal in the system control circuit.
  • FIGS. 19A1 to 19C3 are diagrams for explaining a method of measuring the position of light in measuring the phase delay of the angle signal in the system control path.
  • FIGS. 2OA and 20B are diagrams illustrating a method of calculating the phase delay of the angle signal in the system control circuit of the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
  • FIG. 21 is a view for explaining a method for correcting the phase delay of the angle signal and obtaining the actual angle of the scan mirror in the system control path of the surface image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG. It is.
  • FIGS. 22A to 22D show one-dimensional images formed by matching the modulation projection timing and the rotation angle of the scan mirror in the system control circuit of the image display device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a process to be performed.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a triangular wave signal for controlling a scanning system in the present embodiment
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a scanning operation of a scan mirror according to the present embodiment.
  • a triangular wave signal has a symmetrical rising characteristic (time and amplitude) and a falling characteristic (time and amplitude) as illustrated in FIG. Signal.
  • a sawtooth signal is a waveform signal whose rising characteristics (time and amplitude) and falling characteristics (time and amplitude) are asymmetric as illustrated in FIG.
  • the scan mirror when the scan mirror is reciprocally rotated, light projection is performed on both the outward path and the return path to improve the light projection efficiency.
  • the triangle shown in FIG. The scan mirror shown in Fig. 5 is driven by the driving signal of the wave to realize reciprocal light projection.
  • the scan mirror 2 shown in FIG. 5 reciprocates due to the drive voltage. Specifically, the scan mirror 12 is accelerated to a predetermined rotation speed within a period of T3a shown in FIG. During the period of T3 shown in FIG. 4, the scan mirror 2 rotates at the above-mentioned predetermined speed from the position a, through the position b to the position c along the outward path shown in FIG. Then, the light beam for displaying the incident one-dimensional image is reflected, and the light beams La, Lb, and Lc are emitted to the screen 1.
  • the scan mirror 2 decelerates until the rotation speed becomes zero, and then starts to rotate reversely while accelerating to a predetermined speed along the return path shown in FIG. .
  • scan mirror 2 only changes the rotation direction for projection on the return path, and does not perform projection or imaging.
  • the scan mirror 12 rotates at the above-mentioned predetermined speed from the position, through the position b to the position a along the return path shown in FIG. At each position, it reflects the incident light beam that displays the one-dimensional image, and emits light beams Lc ', Lb', and La 'to screen 1.
  • the scanning of the scan mirror 2 by the triangular wave signal allows the scanner Since the system performs light projection in both reciprocating rotations, the light projection becomes more efficient and the mechanical requirements for the scanner mirror are reduced.
  • a solution to the problem that must be solved when projecting both the forward path and the return path is to match the projection positions of the forward path image and the return path image. If the characteristics of the scanner system are ideal, that is, the actual angle in the round trip path of the scanner is symmetric, and the image speed is always constant (except for the vicinity of the inflection point where the surface turning direction is reversed). By synchronizing the scanner phase with the one-dimensional image light projection timing and periodically projecting the one-dimensional image light, it is possible to make the forward image and the backward image coincide.
  • the symmetry of the return path is not completely established due to the characteristics of the components, physical conditions, the characteristics of the circuit configuration, etc., and the rotation is performed even in the angular region except around the inflection point.
  • the speed is not constant either. Under these conditions, the rotational timing of the scanner and the one-dimensional image projection timing do not match, and the reciprocating image may shift.
  • an angle sensor is provided to enable the angle of the scan mirror to be read at any time, and based on the result of the read angle, control for matching the projection positions of the forward image and the backward image.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the configuration of the image display device 19 according to the present embodiment.
  • the image display device 19 shown in FIG. 6 has a screen 1, a scan mirror 2, a scanner motor 3, a projection optical system 4, and irradiation of the three primary colors red (R), green (G), and blue (B).
  • One-dimensional light modulators 5a, 5b, 5c that modulate light, these one-dimensional light modulators a,
  • Driving circuit 6a, 6b 6c that outputs driving voltage to 5b, 5c, interface circuit 7a, 7b, 7c, image data conversion circuit 8a, 8b, 8c, scanner It has a driver 9 and a system control circuit 10.
  • GLV is used for the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, 5c.
  • the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, and 5c may be collectively referred to as the one-dimensional light modulation element 5.
  • the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, 5c and their driving circuits 6a are identical to the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, 5c and their driving circuits 6a,
  • the light is converted into parallel light by an illumination optical system (not shown), and is emitted to the one-dimensional image elements 5a, 5b, and 5c.
  • the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, and 5c include a plurality of pixels arranged one-dimensionally.
  • a drive voltage corresponding to the image to be displayed is applied to the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, 5c by the drive circuits 6a, 6b, 6c, and accordingly, the one-dimensional light modulation elements 5a, 5 b and 5 c reflect or illuminate the incident illumination light and emit reflected light or diffracted light to the projection optical system 4.
  • the projection optical system 4 converts reflected light or diffracted light emitted from the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, 5c into parallel light. Further, the projection optical system 4 separates the ⁇ first-order diffracted light and the zeroth-order light, passes the ⁇ first-order folded light, reaches the scan mirror 2, and blocks the zeroth-order light. Further, the projection optical system 4 enlarges the one-dimensional image formed by the first-order diffracted light mainly from the one-dimensional light modulating elements 5a, 5b, and 5c, and transmits the image via the scan mirror 2 to the screen. Project onto 1 and image.
  • Image data conversion circuits 8a, 8b, 8c and interface circuits 7a, 7b, 7 c is the format of the red (R), green (G), and blue (B) color image data VD-R, VDG, VD-B input to the image display device 19, and converted into one line. and outputs to the drive circuit 6 a, 6 b s 6 c for each emission.
  • the scanner motor 3 is driven by the scanner drive signal SDS from the scanner driver 9 to rotate the associated scan mirror 2 back and forth.
  • the scan mirror 1 scans the soil first-order diffracted light emitted from the projection optical system 4 while sequentially reciprocating, and sequentially emits the diffracted light to the screen 1 to develop a one-dimensional image to form a two-dimensional image.
  • the scan mirror 2 is, for example, a galvano mirror.
  • the scanner motor 3 has a built-in angle sensor 16. Therefore, in the present embodiment, based on the rotation angle of the scanner motor 3 detected by the angle sensor 16, the current angle of the scan mirror 2 linked to the scanner motor 3 is accurately obtained, and the angle sensor 16 The detected angle signal SAS is output to the angle data correction unit 13 of the system control circuit SYS-CNT10, and processing for matching the forward image and the backward image is performed.
  • System control image ⁇ (S YS-CNT) 10 111 1, memory 12, angle data correction unit 13 and light position detection unit 14, image data conversion circuits 8a, 8b, 8c, interface circuits 7a, 7b, 7c
  • image data conversion circuits 8a, 8b, 8c, interface circuits 7a, 7b, 7c In order to synchronize the one-dimensional light modulation circuit 17a, 17b, 17c, etc., which covers the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, 5c and the driving planes 6a, 6b, 6c. And distribute the frame synchronization signal F RM sync.
  • the SYS_CNT 10 outputs a scanner instruction signal SIS including basic data for driving the scan mirror 2 and phase, amplitude, and cycle information for the data.
  • the SYS-CNT 10 generates a modulated projection signal RQT indicating modulation and projection timing of the one-dimensional light modulator 5 using various data.
  • the angle signal SAS output from the angle sensor 16 has a phase delay with respect to the actual angle ANG.
  • the angle data correction unit 13 corrects the phase lag of the scan mirror 2 with respect to the actual angle ANG of the angle signal SAS input from the angle sensor 16, and outputs a signal to the system control circuit (SYS-CNT) 10.
  • SYS-CNT system control circuit
  • the phase delay of the angle signal SAS is measured and corrected.
  • a light beam that forms a one-dimensional image emitted from a P- scan mirror 2 that has a position-sensitive detector (PSD) 15 in front of the screen 1 is a PSD.
  • PSD position-sensitive detector
  • the PSD 15 outputs two signals, PSD—SIG 1 and PSD—SIG 2, centered on the light flux and related to the irradiating position of the light flux. Input to the light position output unit 14 at.
  • PSD-SIG 1 and PSD-SIG 2 By calculating the light irradiation position, estimating the physical position of the scan mirror 2, and comparing it with the angle value indicated in the angle signal SAS, the phase delay of the angle signal SAS can be obtained. .
  • FIG. 7 shows the configuration of the one-dimensional light modulation paths 17a, 17b, and 17c that include the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, and 5c and the drive circuits 6a, 6b, and 6c.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the above.
  • the one-dimensional light modulation elements 5a, 5b, 5c, the drive paths 6a, 6b, 6c, and the one-dimensional light modulation circuits 17a, 17b For the configuration common to the three colors of illumination light of red (R), green (G), and blue (B), the indexes a, b, and c are omitted, and the one-dimensional light modulation element 5, the driving circuits 6, 1 It is assumed that a dimensional light modulation circuit 17 is used. As shown in FIG. 7, the one-dimensional light modulation circuit 17 includes a one-dimensional light modulation element 5 and its driving In addition to the circuit 6, a memory 28 for storing drive voltage data for one line and a control circuit 27 for controlling the operation of the drive circuit 6 are provided.
  • Drive voltage data for displaying a one-dimensional image, which is output from the preceding interface image path 7, is input and stored in the memory 28. Further, a transfer start signal TSS for instructing to transfer the drive voltage data from the interface circuit 7 and a drive instruction signal DIS for instructing to output the drive signal to the one-dimensional light modulation element 5 include: Input from the interface circuit 7 to the control circuit 27.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the structure of the one-dimensional light modulation element 5.
  • a strip-shaped (strip) is formed on the common electrode 22 made of a polysilicon thin film on a silicon substrate while maintaining a predetermined distance from the common electrode 22.
  • Strip elements 20a, 21a, 20b, 21b, 20c, 21c, and 20d are formed.
  • 20a, 21a, 20b, 21b, 20c, 21c, and 20d elements with a ribbon shape have a reflective film (not shown) ) Is formed and acts as a reflecting member.
  • the ribbon elements 20a, 21a, 20b, 21b, 20c, 21c, and 20d the ribbon elements 20a, 20b, 20c, and 20d A drive voltage is applied, and the ribbon elements 20a, 20b. 20c, 20d can move or bend up and down by the attraction or repulsion due to the electrostatic force according to the drive voltage. is there.
  • the ribbon elements 21a, 21b, and 21c are at the designated positions, and do not move while the one-dimensional light modulation element 5 is operating.
  • Moving or bending ribbon element 20 a, 20 b. 20 c and 20 d are movable ribbon elements, and moving and bending fixed ribbon elements 21 a, 21 b and 21 c are fixed ribbon elements Call.
  • the width of the ribbon element is 3 to 4 m
  • the gap between adjacent ribbon elements is about 0.6 m
  • the length of the ribbon element is 200 to 40 It is about 0 ⁇ m.
  • ribbon elements can be used for one pixel in one centimeter, for example, The six adjacent ribbon elements 20a, 21a, 20b, 21b, 20c, 21c shown in FIG. 8 can be used to represent one pixel. In this case, the width of one pixel is about 25 m.
  • a large number of ribbon elements for 180 pixels are arranged along the horizontal direction in FIG.
  • the operation of the one-dimensional light modulation element 5 is applied between the ribbon element 20a, 21a, 20b, 21b, 20c, 21c, 20d and the common electrode 12. Controlled by voltage.
  • the drive voltage to the movable ribbon elements 20a, 20b, and 20c is set to FF and the fixed ribbon elements 21a and 21.2.1c are grounded (OFF state), the movable ribbon elements
  • the elements 20a, 20b, and 20c do not move, and all the ribbon elements are located on the same plane, acting as a plane mirror, and reflect most of the incident illumination light beam without diffracting or deflecting. .
  • the movable ribbon elements 20a, 20b, and 20c when a predetermined drive voltage is applied to the movable ribbon elements 20a, 20b, and 20c, and the fixed ribbon elements 21a, 21b.
  • the movable ribbon element 20a, 20b. 20c is pulled down by electrostatic force toward the common electrode 12 by the voltage, and moves or bends.
  • the movable ribbon elements 20a, 20b. 20c move or distort (s is the wavelength of the incident light).
  • the movable ribbon elements 20a, 20b , 20 c and the total optical path difference between the light beams reflected by the fixed ribbon elements 21 a, 21 b, and 21 c is a half wavelength ( ⁇ no 2).
  • the one-dimensional light modulation element 5 acts as a reflection type diffraction grating, and the reflected light beams (zero-order light) interfere with each other and cancel each other. Odd order diffracted light such as ⁇ 1st order light and ⁇ 3rd order light is generated.
  • the generated soil primary light passes through the projection optical system 4 and forms a one-dimensional image on the screen 1.
  • a one-dimensional image is developed on the screen 1 to form a two-dimensional image.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the interface circuit 7.
  • the interface image path 7 includes, for example, a data format conversion circuit 30, a control circuit CNT 31, and a memory 32.
  • the data format conversion circuit 30 drives the one-dimensional modulation element 5 to apply the one-dimensional image data l Dim—Image—Data input from the image data conversion circuit 8 to a movable ribbon of a predetermined pixel of the one-dimensional modulation element 5.
  • the voltage is converted to a voltage, output to the memory 28 of the one-dimensional modulation circuit 17 and stored.
  • the one-dimensional image input from the interface HI path 7 is stored, and the data format conversion circuit 30 transfers the drive voltage data to the control circuit 27 of the one-dimensional modulation circuit 17 , And a drive instruction signal DIS for instructing the one-dimensional light modulation element 5 to output a drive signal.
  • the memory 32 holds the generation timing of the modulated projection signal RQT for determining the modulation timing of the one-dimensional modulation element 5 and the phase data (T and T).
  • the control circuit 31 receives the frame synchronization signal F RM sync, and adjusts the operation timing of the entire interface 7 and the components. Further, based on the generation timing of the modulated projection signal RQT stored in the memory 32 and the phase data (T and 0), a modulated projection signal RQT for determining the modulation timing of the one-dimensional modulator 5 is generated. Output to the image data conversion circuit 8.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of the image data conversion circuit 8.
  • the image data conversion circuit 8 includes, for example, an image input circuit 35, an XY conversion circuit 36, a frame memory 37, an image output circuit 38, and a control circuit 39.
  • the image data conversion circuit 8 a generates a frame synchronization signal FRM sync as a reference circuit and outputs it to the system control circuit 10.
  • a frame synchronization signal serving as a reference is provided for the data input to the image data conversion circuit 8a, and the timing of the frame synchronization signal is set in the control circuit 39 in the image data conversion circuit 8a. It is converted to the specified timing and output as the frame synchronization signal FRM sync.
  • a progressive color difference signal YCbCr (YPbPr) is input to the image input circuit 35 from a video reproducing device such as a DVD.
  • the color difference signal YCbCr (YPbPr) is converted into an RGB signal, and the RGB signal has a non-linear characteristic (r characteristic).
  • an inverse gamma correction process is performed.
  • the XY conversion circuit 36 performs one-dimensional image data by converting the image data of one screen vertically and horizontally to rearrange the order of the data array optimally.
  • the converted image data for one screen is stored in the frame memory 37 for each line.
  • the order of the one-dimensional image data supplied as a drive signal to the one-dimensional modulation element 5 is reversed depending on the rotation direction of the scan mirror 2, so that the line-based image data stored in the frame memory 37 is For example, when the scan mirror 2 rotates in the backward direction, the order of the one-dimensional image data is reversed in advance.
  • the control circuit 39 receives the modulated projection signal RQT from the interface circuit 7 and stores it in the frame memory 37 via the image output circuit 38 in synchronization with the modulated projection signal RQT.
  • the image data for one screen is output to the interface circuit 7 line by line.
  • FIG. 9 is a timing chart of a modulated projection signal RQT output from the image data conversion circuit 8 to the interface @ 1 path 7 for determining the timing.
  • the data for one screen is respectively transferred to the image data conversion circuit 8, the interface circuit 7, and the drive circuit 6 during the indicated period of T6 or T7. And is converted to a drive voltage, and is sequentially applied to the one-dimensional modulation element 5, and one screen is displayed on each screen 1.
  • the scan mirror 12 rotates and scans on the outward path, and projects the outward image on the screen 1.
  • the scan mirror 2 rotates and scans on the return path, and projects the return path image on the screen 1.
  • the one-dimensional light modulation element 5 to which 920 modulated projection signals RQT for forming one screen composed of 192 lines are applied is Perform modulation 192 times.
  • FIGS. 12A to 12G are timing charts of each signal described above.
  • FIGS. 12A to 12C show timing charts of each signal in the image data conversion circuit 8.
  • one line of data in the frame memory 37 shown in FIG. 12B is synchronized with the modulated projection signal RQT of FIG. It is output to the interface circuit 7 within the enable (DE: Data Enable) period.
  • FIGS. 12D to 12F show timing signals of the signals in the interface circuit 7.
  • the one-dimensional modulation element 5 modulates the irradiation light at the timing shown in FIG. 12G.
  • a two-dimensional image is generated by horizontally scanning the vertical one-dimensional image projected on the screen 1, and the projection timing of the vertical one-dimensional image can be arbitrarily changed by the modulated projection signal RQT. It has the characteristic.
  • the position of the two-dimensional image projected on the reciprocating path of the scan mirror 2 is matched by projecting the same one-dimensional image projected on the reciprocating path at the same position on the reciprocating path.
  • the following control is performed to achieve the coincidence of the position of the two-dimensional image projected on the reciprocating path of the scan mirror 12.
  • the scanning system is controlled by the triangular wave, and the image signal is projected on both the reciprocating path and the image.
  • FIGS. 13A and 13B are diagrams comparing the timing of the frame synchronization signal FRMsync (A) with the timing of the angle signal SAS (B) output by the angle sensor 16.
  • the angle signal SAS has the minimum value V1.
  • the scan mirror 2 is driven by a triangular scanner drive signal applied to the scan motor 3, for example, is accelerated to a predetermined rotation speed in the outward direction, rotates at a constant speed in the outward direction, and the angle of the scan mirror 2 is gradually increased. To increase. Accordingly, the angle signal SAS output by the angle sensor 16 gradually increases.
  • the scan mirror 2 reaches the maximum angle in the outward direction, and the angle signal SAS reaches the maximum value V2. At that time, the scan mirror 2 is decelerated, the rotation speed becomes zero, and the scan mirror 2 starts rotating in the backward direction.
  • the angle signal SAS changes substantially along a straight line as shown in FIG. 13B.
  • the angle signal SAS is not synchronized with the frame synchronization signal FRMsync, and there is a certain phase difference P—Diff.
  • the image data for one screen is required while the scan mirror 2 is turning in the negative direction.
  • the switching of the frame synchronization timing coincides with the switching of the moving direction of the scan mirror 2. That is, the phase difference between the switching timing of the scan mirror (the inflection point of the angle signal SAS) and the switching timing of the image of the frame synchronization signal FRMsync is set to zero.
  • the angle signal SAS of the angle sensor 16 is used, and the scan mirror 2 moves from the angle signal SAS to 0 (inflection point).
  • the phase difference between the scanner instruction signal SIS and the switching signal is calculated using the calculated phase difference so that the phase difference becomes zero.
  • FIGS. 14A to 14C show the frame synchronization signal FRM sync after the above adjustments, the angle signal SAS of the angle sensor 16 and the rotation speed of the scan mirror 2. It is a figure which compares the timing of the shown speed signal SPD-SIG.
  • the speed of the scanner mirror 2 is almost stable except for the inflection point.
  • the angle of the scan mirror 2 read by the angle signal output by the angle sensor 16 has a phase delay with respect to the actual angle of the scan mirror 2. .
  • the phase delay of the angle signal must be accurately grasped and corrected appropriately.
  • a position measuring device equipped with a position-sensitive detector 15 (PSD: Position Sensitive Device) was installed. Measure the luminous flux that forms the line image.
  • Figure 15 shows the scanner system stopped, and the PSD 15 7 is a flowchart showing a method of measuring a reference angle of a mirror 2 and a reference value of an angle signal of an angle sensor 16.
  • the system control circuit 10 is used for this processing.
  • the system control picture 10 incorporates arithmetic processing means such as the computer 11, and a program incorporated in the arithmetic processing means such as the computer 11 performs the following processing.
  • the system control circuit applies an arbitrary drive voltage to the one-dimensional modulation element 5, modulates the irradiation light, and emits the emitted light beam to the scan mirror 2.
  • the light beam is projected on the screen 1 by the scan mirror 2.
  • the system control circuit changes the angle of the scan mirror 2 and adjusts the projection position so that the light beam from the scan mirror 12 projects on the PSD 15 installed at a predetermined position in front of the screen 1.
  • FIG. 16A1 to FIG. 16C1 show the above processing steps.
  • FIG. 16A1 to 16C3 show the process of measuring the reference angle of the scan mirror 12 and the reference value of the angle signal of the angle sensor 16 using the PSD 15 with the scanner system stopped.
  • FIG. 16A1 to 16C3 show the process of measuring the reference angle of the scan mirror 12 and the reference value of the angle signal of the angle sensor 16 using the PSD 15 with the scanner system stopped.
  • PSD 15 is installed in front of the screen 1.For example, from both the left and right ends of PSD 15 Two signals PSD—SIG1 and PSD—SIG2 are output.
  • the projection light 40 moves on the screen 1.
  • the system control circuit proceeds to step 22. Go back to Scan Mira One 2 Continue adjusting the angle.
  • the system control circuit calculates an addition signal obtained by adding the PSD—SIG1 and PSD—SIG2 and a subtraction signal obtained by subtraction.
  • FIGS. 16A2 to 16C2 show the subtraction signal and the addition signal corresponding to the position of the projection light 40 shown in FIGS. 16A1 to 16C1.
  • the position of the projection light 40 is proportional to the ratio of the subtraction signal and the addition signal.
  • the position where the ratio between the subtraction signal and the addition signal becomes zero is the center of PSD15.
  • Step 25 If the projection position of the projection light 40 is not at the center of the PSD 15, the system control circuit returns to step 22 and continuously adjusts the angle of the scan mirror 12. If the projection position of the projection light 40 is at the center of PSD 15, go to Step 25 Step 25:
  • the system control circuit sets the angle of the scan mirror 2 at this time as a reference angle.
  • the system control circuit measures the value of the angle signal output from the angle sensor 16 and sets the value as the reference value of the angle signal (no phase delay).
  • the position of the light on the screen 1 can be determined, and the projection timing can be controlled to control the position.
  • the image can be output to the position of, and even if the same image is projected in the reciprocating direction, the images can be superimposed.
  • the angle signal actually output from the angle sensor 16 has a certain phase delay with respect to the actual angle due to the characteristics of the angle sensor 16 and errors in the output circuit system.
  • the angle of the mirror 12 is not a rotation angle matching the modulated image data, and an image cannot be output to a desired position. In order to accurately grasp the relationship between the projection timing and the angle of the scan mirror 2, it is necessary to detect and correct the phase delay amount of the angle signal.
  • FIG. 17 is a flowchart showing a method of measuring the phase lag of the angle signal output by the angle sensor 16.
  • Image data containing only one line on one screen is created, and a drive voltage is applied to the one-dimensional modulation element 5 based on the image data, and the light emitted from the light source is modulated to obtain the line image. Are emitted to the scan mirror 2.
  • the light beam is scanned by the scan mirror 2 and projected on the screen 1.
  • the system control circuit 10 determines the modulation and the projection timing of the one-dimensional modulator 5 so that the projection light beam 40 is projected onto the PSD 15 installed in front of the screen 1. Adjust the timing of the modulated projection signal RQT to be specified for each line.
  • the angle of the scan mirror 2 has been adjusted so that the projection light 40 irradiates the center of the PSD 15 (that is, the reference angle). Then, if the angle of the scan mirror 2 is set to the reference angle, the projection light should irradiate the center of the PSD 15. However, when the scan motor 3 and the scan mirror 2 actually rotate, a phase delay occurs in the angle signal with respect to the actual angle of the scan mirror 2, so that even if the value of the angle signal becomes the reference value, the scan mirror The angle 1 is not the reference angle, and the projection light 40 is not formed at the center of the PSD 15.
  • FIGS. 18A to 18D show a process of adjusting the position of the line image 41 on the screen 1 by adjusting the timing of the modulated projection signal RQT.
  • PSD 15 is installed in front of screen 1. For example, from both the left and right ends of PSD 15, two signals PSD- related to the projected position of the detected light flux are shown. SIG 1 and PSD—SIG 2 are output.
  • the line image 41 is formed by the light projected on the screen 1.
  • FIG. 18B shows a frame synchronization signal F RM sync, in which the forward and backward paths are respectively projected in both the indicated periods.
  • Figure 18A shows the projection direction at the top of screen 1.
  • the projection direction from left to right is the forward direction
  • the projection direction from right to left is the return direction.
  • FIG. 18C shows the modulated projection signal RQT 1 with no timing correction.
  • time t 1 is the start of projection on the outward path, and at time t 1, light is projected on the left end of the screen 1.
  • time t2 the line image 41 used for measurement is projected, and the projection position is, for example, the left end of PSD 15, while on the return path, time t3 is the projection start timing.
  • time t3 light is projected on the right end of the screen 1.
  • the line image 41 is projected, and the projected position The position is, for example, the right end of PSD 15.
  • the system control circuit 10 adjusts the projection start timing t1 or t3 to set the projection timing t2 (for the forward pass) or t4 (for the return pass) of the line image 41. By letting you change. Move line image 41 onto screen 1, adjust the position, and find the projection timing to illuminate the center of PSD 15.
  • the interval (period) of the modulated projection signal is kept constant and is not changed.
  • the system control circuit 10 Returns to step 32, and continues adjusting the projection timing t2 or t4 of the line image 41.
  • PSD—SIG1 and PSD—SIG2 are sufficiently larger than the noise, the light beam forming the line image 41 is irradiating the PSD15, and the system control circuit 10 proceeds to the next step.
  • the system control circuit 10 calculates an addition signal obtained by adding PSD-SIG1 and PSD-SIG2 from the signals PSD-SIG1 and PSD-SIG2 output from the PSD15, and a subtraction signal obtained by subtraction. .
  • Fig. 19A2 to Fig. 19C2 and Fig. 19A3 to Fig. 19C3 are subtraction signals corresponding to the position of the line image 41 shown in Fig. 19A1 to Fig. 19C1. , And the addition signal are shown, respectively.
  • the system control circuit 10 uses the PSD 15 The above projected position is calculated by the ratio using the maximum value (Vmax) and the minimum value (Vmin) of the addition signal (Vadd) and the subtraction signal.
  • the projection position PX at PSD 15 is determined. In particular, at the center of PSD15, the projection position PX becomes zero.
  • the system control circuit 10 returns to step 32 and continues to adjust the angle of the scan mirror 2.
  • step 35 If the projection position of the projection light of the line image 41 is at the center of the PSD 15, the system control circuit 10 proceeds to step 35.
  • the projection start timing at that time is the correct projection start timing for forming the line image 41 at the center of the PSD 15 ( Consider time delay by signal transfer).
  • FIG. 18D shows the modulated projection signal R QT 2 adjusted in this way.
  • the projection start timing is changed to t5 or t7
  • the projection timing of the line image 41 is t6 or t8
  • the line image 41 is Formed in the center of PSD 15.
  • the system control circuit 10 calculates the angle reference value measured when the scan mirror 12 is stopped and the value of the angle signal output by the angle sensor 16 at the projection timing obtained in step 35 above. And calculates the phase delay of the angle signal from the difference between the reference value and the value of the angle signal.
  • FIG. 20 shows a method of calculating the phase delay of the angle signal.
  • FIG. 20A shows the frame synchronization signal F RMsync.
  • the solid line shows the angle signal SAS output from the angle sensor 16, and the broken line shows the actual angle ANG of the scan mirror 2.
  • Open circles are angles corresponding to the reference angles measured on the outward and return trips The reference value R ef of the degree signal SAS.
  • t 1 and t 2 indicate the projection timing when the line image 41 is formed at the center of the PSD 15, and the black circle indicates the timing of t 1 and t 2, that is, the line image Indicates the value of the read angle signal SAS when 41 imaged at the center of PSD 15. As shown in FIG.
  • the value of the angle signal SAS of the angle sensor 16 differs from the actual angle ANG (the reference value of the angle R ref) due to the phase lag.
  • the time until the value of the angle signal SAS becomes the reference value R ef of the angle signal corresponding to the actual angle ANG (the reference value of the angle R ef) is the phase delay of the angle signal SAS, delayl and delay2.
  • the above processing is performed in both the forward and return directions.
  • the actual angle ANG that determines the projection timing RQT is based on the angle signal SA for one screen measured in advance with respect to the timing of FR Msync, and the angle data obtained by correcting the phase lag amount obtained above is calculated by the system control circuit.
  • the memory 12 in 10 is created as a look-up table, and calculation and estimation are performed from this look-up table and the time for the FRMsync timing at the time of actual projection.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining a method of creating a look-up table by correcting the amount of phase lag for the angle signal SAS for one frame with respect to the timing of FR Msync.
  • a look-up table is shown in which the cycle of one screen is 8333 s, and the angle signal SAS is acquired every 1 ⁇ s.
  • the look-up table in the memory 12 is a row of 8 3 3 4 in which angle data for each time from 1 second to 8 3 3 3 seconds is recorded from 0 0 s to 8 3 3 3 s, assuming that the timing of FR Msync is 0 s. It is a table of columns.
  • the phase lag amount is corrected by replacing the angle data at each time with the angle data at the time when the time corresponding to the phase lag amount has elapsed. For example, when the amount of phase delay is 3 ⁇ s, as shown in The data is replaced with the angle data at the time when the time has passed. Also, if the amount of phase delay is 3 ⁇ s, as shown in The data is replaced with the angle data at the time when the time has passed. Also, if the amount of phase delay is
  • the same correction is performed after calculating by interpolating the angle data at the time when 1.5 s has elapsed from the angle data before and after the time in the table.
  • the look-up table shown here is an example, and it goes without saying that any table may be used as long as it shows a one-to-one relationship between time and angle data.
  • the table has 2 rows, 8 3 3 4 columns, and the time value is recorded simultaneously with the angle data, so that the angle data is fixed and the time corresponding to the phase delay is subtracted from the time The correction may be performed by doing so.
  • the contents of this run-up table are obtained for both the outbound and inbound routes.
  • the system control circuit 10 calculates and estimates the actual angle ANG using the look-up table of the round-trip angle signal corrected as described above, and controls the projection timing RQT for the FR Msync timing to control the round trip. It is possible to project the entire image area at an appropriate position.
  • FIGS. 22A to 22D illustrate the control method.
  • FIG. 22A shows a state in which a line image 42 should be formed on the screen 1 but a line image 43 is formed when no calibration control is performed.
  • FIG. 22B is a diagram showing the timing of the modulated projection signal RQT3 at this time.
  • RQT 3 timing is set assuming that scan mirror 2 has ideally rotated back and forth.
  • the line image 43 is projected at the time t2.
  • FIG. 22C shows the actual angle A NG with respect to the timing of FRMsync calculated and estimated using the data of the above-mentioned lookup table. As shown in FIG. 22C, the value a of the angle data corresponding to the line image 42 ′ does not coincide with the timing of the modulated projection signal RQT3.
  • the system control circuit 10 changes the timing of the modulated projection signal RQT3 by generating at the angle data value a based on the estimated actual angle ANG, and Mining changed from t2 to t1.
  • This modified modulated projection signal is denoted as R Q T. If the projection is performed at the timing of the modulated projection signal RQT4, the line image 42 is correctly formed.
  • Such a calibration process is performed at Sys-CNT10 for both the forward and return passes for each line of each image.
  • the actual angle ANG is calculated and estimated using the look-up table in which the round-trip angle signal is corrected, and the projection timing RQT for the FR Msync timing is calculated using the estimated actual angle ANG.
  • the interval (period) is changed for each block with 16 lines as one block, and this control is performed for all reference line data. May be used to make the images of the entire screen area coincide.
  • the proportional relationship (V / deg) between the image angle of the scan mirror 2 and the voltage value of the angle signal may be different in the round trip. This causes an error between the angle signal and the actual angle.
  • the projection error of the reciprocating light generated in the image display device using the one-dimensional modulation element can be reduced.
  • a reciprocating scan triangular wave scan
  • the light projection efficiency can be improved.
  • the acceleration required for the scan mirror is smaller than that of a sawtooth wave, so that power can be saved, and miniaturization and cost reduction can be realized.
  • the scan mirror requires less acceleration and less force to be applied to the mirror, so that the mirror can be made smaller, lighter, and lower in cost.
  • the acceleration required for the scanner is small and the speed is low, so the noise generated from the mirror can be reduced.
  • the phase lag is measured by a position detector at the stage of shipment of the display device, and the parameters are stored in the system, thereby aligning the image. It is feasible.
  • a position sensing type detector (PSD) is used as the position sensor for performing the alignment, but various position sensing type detectors other than the PSD and those using a CCD are used. Has the same effect.
  • the image display device described in the present invention is an example, and various changes in its configuration are possible.
  • the image display means is not limited to the screen, A body drum may be used, that is, the present invention can be applied to a printer.
  • one pixel of GLV constituting the one-dimensional light modulation element includes six ribbon elements, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention by performing reciprocal scanning, it is possible to reduce a projection error of reciprocating light generated in an image display device using a one-dimensional modulation element. Highly efficient light projection efficiency can be realized. Also, since the image can be output on both the round trip and the image, it is possible to output the image at a frequency twice as high as the driving frequency of the scanning system.
  • reciprocating scanning can reduce the power, size, cost, and noise of the scanning system.
  • the 120 Hz projection frame rate can be achieved by reciprocal scanning, image degradation due to dropped frames etc. occurs in 24 Hz movie format images and 60 Hz broadcast format signals. Projection at the same projection rate.

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Abstract

１次元画像をスキャニングして２次元画像を生成する画像表示装置において、光投影効率を向上及び低電力化ができ、また、光投影の高効率化に伴う投影像の誤差を減少することができる光走査装置、像の位置の較正方法、画像表示方法、及び画像表示装置を提供する。画像表示装置において、走査手段２は往路と復路両方向においてスキャニングし光を投影する。画像表示装置に、走査手段２の角度を読取る角度センサ１６、投影光の位置を検知する位置感知型検出器１５を設け、システム制御回路１０において、得られた角度データと位置データを、角度データ補正部１３と光位置検出部１４で処理して、角度センサ１６の出力の位相遅れを確定して、変調投影タイミングを調整することによってその位相遅れを補正し、往路と復路で投影された像の位置を一致させる。

Description

光走査装置、 像の位置の較正方法、 及び画像表示装置 技術分野
本発明は、 例えば回折格子型光バルブなどの光変調素子に基づく画像を、 投影 光学系でスクリーンなどの画像表示手段上に表示する光走査装置、 表示された像 の位置の較正方法、 及び該光走査装置を用いた画像表示装置に関する。
背景技術
プ Πジ クタ一やプリ ンターなどの画像形成装置において、 画像の解像度を向 上させるには、 1次元の画像表示素子からの光束をスキヤンミラーなどの光走査 装置で走査しながら画像形成手段に投影し、 2次元画像を形成する方法が知られ ている （たとえば、 米国特許第 5 9 8 2 5 5 3号参照） 。
1次元の画素表示素子として、 米国 Si l icon Light Machine社が開発された面 折ライ トバルブ （G L V : grating l ight valve) が知られている （たとえば、 特許公報第 3 1 6 4 8 2 4号、 米国特許第 5 8 4 1 5 7 9号） 。
通常の 2次元表示装置と比較して、 G L Vを用いた場合は、 縦方向の画像数は 同じになる力 横方向は少なく とも 1個あれば良いので、 2次元画像表示に必要 な画素数は少ない。 また、 G L Vのリボン素子と呼ばれている電極部分は、 サイ ズが非常に小さいので （約 1 X 4 0 m ) 、 高い解像度、 高速なスィ 'クチング速 度及び広い帯域幅の表示が可能である一方、 低い印加電圧で動作されるので、 非 常に小型化された表示装置を実現することが期待されている。
図 1〜図 3を参照して、 G L Vを用いた画像表示装置の一般構成を簡単に説明 する。
図 1は、 G L Vを用いた画像表示装置の構成の一例を示す図である。
図 1に示されている画像表示装置 1 0 0は、 スクリーン 1 0 1、 スキャンミラ - 1 0 2. スキャナモータ 1 0 3、 投影光学系 1 0 4、 GL V素子からなる 1次 元光変調素子 1 0 5、 G L V素子 1 0 5に駆動電圧を供給する駆動回路 1 0 6、 ィ ンターフェィス画路 1 0 7、 画像データ変換回路 1 0 8、 スキャナドライ ノ 1 0 9、 システム制御回路 S Y S— CNT 1 1 0を有する。 スキャンミラー 1 0 2 とスキャナモータ 1 0 3を含む構成をスキャナ 1 0 2 aと呼ぶ。
たとえば、 複数の半導体レ一ザからなる光源 L Sは、 赤 （R) 、 緑 （G) 、 又 は青色 （B ) の照明光束を射出し、 該照明光束は、 不図示の照明光学系により平 行光に変換され、 G L V素子 1 0 5に照射する。
GL V 1 0 5は、 複数の画素が 1次元に配列してなる。 表示する画像に応じた 駆動電圧が駆動回路 1 0 6により GL V素子 1 0 5に印加され、 これに応じて、 0し 素子1 0 5が入射された照明光を反射又は回折し、 反射光又は回折光を投 影光学系 1 0 4に射出する。
投影光学系 1 0 4は、 0し 素子1 0 5から射出された反射光、 又は、 画折光 を平行光に変換する。 また、 投影光学系 1 0 4は、 ± 1次面折光と 0次光が分離 し、 土 1次回折光を通過させ、 スキャンミラー 1 0 2に到達させ、 0次光を遮蔽 する。 また、 投影光学系 1 0 4は、 GL V素子 1 0 5からの主に ± 1次回折光に より形成された 1次元の像を拡大し、 スキャンミラー 1 0 2を介して、 スクリー ン 1 0 1に投影し、 結像する。
スキャナモータ 1 0 3は、 スキャナ ドライ ノ 1 0 9からのスキャナ駆動信号 S D Sに駆動されて、 連動するスキャンミラー 1 0 2を往復に回転させる。 スキヤ ンミラー 1 0 2が往復に回転しながら、 投影光学系 1 0 4から射出されている 1 次元画像を舍む ± 1次回折光をスキャンして逐次にスク リーン 1 0 1に射出し、 2次元画像を形成する。 スキャンミラ一 1 0 2は、 例えば、 ガルバノ ミラーであ る。
画像表示装置 1 0 0に入力された画像データ VDは、 例えば、 DVD等の映像 再生機器より入力された色差信号 Y C b C r (Y P b P r ) であり、 それを画像 表示装置 1 0 0で処理するために、 画像データ変換 H路 1 0 8とイ ンターフヱイ ス回路 1 0 7において、 その入力された画像データの形式が変換され、 1次元画 像ごとに （ 1ライ ンと呼ぶ） 駆動回路 1 0 6に出力される。
システム制御回路 SYS— CNT 1 1 0は、 C P U 1 1 1とメモリ 1 1 2を有 し、 上記した画像表示装置 1 0 0の各構成成分の同期を取る為のフレーム同期信 号 F RM s y n cを分配する。 また、 スキャンミラー 1 0 2を駆動する為の基本 データとそのデータに対して位相、 振幅、 及び周期情報を舍むスキャナ指示信号 S I Sを出力する。 また、 各種データを用いて、 GL V素子 1 0 5の変調と投影 タイ ミングを示す変調投影信号 RQTを生成する。
図 2 Aは、 スキャンミラー 1 02のスキャニング動作を模式的に説明する図で あり、 図 2 Bは、 スキャンミラ一 1 0 2の走査により、 スク リーン 1 0 1上に形 成された 2次元画像を示す。
図 2 Aに示すように、 スキャンミラー 1 0 2は、 所定の角度範囲内に往復回転 しながら、 投影光学系 1 0 4から投影された 1次元画像光をスクリーン 1 0 1逐 次に照射し、 スク リーン 1 0 1上に 2次元の画像を形成する。
スキャナ 1 0 2 a (スキャンミラー 1 0 2とスキャナモータ 1 0 3 ) は、 図 3 に示す鋸波状の信号により駆動される。
図 3に示すように、 立ち上がり特性 （時間と振幅） と立ち下がり特性 （時間と 振幅） とが非対称で鋸の歯の形状をしている鋸波状の信号によりスキャナ 1 0 2 aを駆動する場合は、 T l a及び T 1の期間内に、 図示した駆動電圧がスキャナ 1 0 2 aに印加され、 スキャナ 1 0 2 aが駆動される。 期間 T 1 a内に、 スキヤ ンミラー 1 0 2は回転速度がゼロから所定の速度まで加速される。 T 1の期間内 に、 スキャンミ ラー 1 0 2は、 図 2 Aに示す往路方向に沿って、 位置 aから、 位 置 bを経て、 位置 cまで一定の速度で回転し、 それぞれの位置で、 入射された 1 次元画像光を反射し、 スク リーン 1 0 1へ光束 L a、 L b、 L cを射出し、 図 2 Bに示された 1次元画像 S a、 S b、 S cを形成する。 図 3に示す期間 T 1内に、 スキャンミラー 1 0 2が位置 cまで回転する。 その後、 図 3に示す Τ 2の期間に、 スキャンミラー 1 0 2は回転速度がゼ αに なるまで減速し、 図 2 Αに示された復路方向に沿って加速しながら逆回転し始め る。
T 2の期間には、 スキャンミラー 1 0 2が上記復路方向に回転する力 T 2期 間において、 スキャンミラー 1 0 2が次回投影のために元の位置に戻るだけ、 投 影や結像などをしない。
以上のように、 鋸波状の信号に応じたスキャニングによつて像を投影する場合 は、 T 1期間内だけ投影を行ない、 戻り方向の移動時間 T 2内に投影をしないの で、 T 2の無駄時間が生じ、 そのため、 スキャナ 1 0 2 aの光投影効率が低かつ た。 スキャナ 1 0 2 aの光投影効率を高めようとする場合は、 戻り方向の移動時 間 T 2を短縮する方法があるが、 短時間にスキャンミラー 1 0 2を戻すために、 スキャンミラ一 1 0 2に対して大きな力を加えなければならない。 そのため、 ス キヤユングシステムの電力量の増大とスキャンミラーの機械的な強度を高める要 求が高くなり、 それを実現するために、 スキャニングシステムが大型化かつ高価 になるという問題があった。
発明の開示
本発明の第 1の目的は、 1次元光変調素子による 1次元像をスキャニングして 2次元の画像を生成する画像表示装置において、 光投影効率を向上及び低電力化 ができ、 また、 光投影の高効率化に伴う投影された像の誤差を減少することがで きる光走査装置、 及び、 該光走査装置において像の位置の較正方法を提供するこ とにある。
本発明の第 2の目的は、 以上のような光走査装置と像の位置の較正方法を用い た画像表示装置を提供することにある。
本発明の第 1の観点によれば、 画像データに応じて変調された入射光を偏向し 該入射光を被走査面上に走査して像を形成する光走査装置であって、 正回転方向 及び逆回転方向に回転し、 該正回転と逆回転に応じて前記入射光を偏向する走査 手段と、 前記正回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され 形成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上 を走査され形成する像の位置とを一致させる較正手段とを有する光走査装置が提 供される。
すなわち、 光走査装置において正回転方向と逆回転方向ともに投影を行ない、 光投影効率を向上させる。 正回転方向と逆画転方向ともに投影する場合は、 正画 転方向の像と逆回転方向の像の投影位置を一致させなければならない。 本発明に おいては、 像の位置を較正する較正手段を設け、 正画転方向の像と逆面転方向の 像の投影位置を一致させる。
好ましくは、 角度検出手段を用いて、 走査装置の実回転角度を測定し、 一画面 を形成する際に、 走査装置の各時刻における実回転角度データを記憶手段に記憶 する。 変調制御手段は、 該記憶された角度データから、 走査手段の各実回転角度 に対応する時刻を算出し、 該時刻において画像データの変調や走査手段の投影タ ィ ミングを決める指令を出力する。
また好ましくは、 角度検出手段が走査手段の回転角度を随時に読取り、 その読 取った角度の結果に基づいて、 角度検出手段が出力する、 走査手段の各回転角度 データの位相遅れを測定する。 該位相遅れ量に応じた時間を経過した時刻の角度 データを、 実回転角度とする。
さらに好ましくは、 光位置測定手段を設け、 走査手段が静止する時の角度デ一 タと、 走査手段が回転する時の角度データとを測定し、 その差から走査手段の各 回転角度データの位相遅れを測定する。
本発明の第 2の観点によれば、 走査手段を正回転方向及び逆回転方向に回転さ せ、 該正画転と逆回転に応じて画像データに応じて変調された入射光を偏向させ 、 該偏向された入射光が被走査面上に形成した像の位置を較正する方法であって 、 前記正回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形成す る像の位置と前記逆画転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査 され形成する像の位置とを一致させる較正工程を有する像の位置の較正方法が提 供される。
本発明の第 3の観点によれば、 照明手段と、 入力された画像データに応じて、 前記照明手段からの入射光を変調し、 1次元画像を形成する結像光を射出する光 変調素子と、 前記画像データに応じて正回転方向及び逆回転方向に回転し、 前記 結像光を偏向させる走査手段と、 前記正回転に応じて偏向された前記結像光が前 記被走査面上を走査され形成する像の位置と前記逆画転に応じて偏向された前記 結像光が前記被走査面上を走査され形成する像の位置とを一致させる較正手段と 、 前記較正された結像光に照射され、 2次元画像を表示する表示手段とを有する 画像表示装置が提供される。
図面の簡単な説明
図 1は 1次元光変調素子を用いた画像表示装置の構成の一例を示す図である。 図 2 Aおよび図 2 Bは図 1に図解した画像表示装置において、 スキャンミラ一 により、 2次元画像を形成する原理を説明する図である。
図 3は従来の画像表示装置におい ΪΓ、 スキャンミラーを駆動する、 立ち上がり 特性と立ち下がり特性が非対称で鋸の歯の形状の波形をしている鋸波信号を示す 説明する図である。
図 4は本発明の実施形態に関わるの画像表示装置において、 スキャンミラーを 駆動する、 立ち上がり特性と立ち下がり特性が対称な三角形波信号を説明する図
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図 5は本発明の実施形態に関わるの画像表示装置において、 スキャンミラーの 往復スキヤンにより、 2次元画像を形成する様子を示す図である。
図 6は本発明の実施形態に関わる画像表示装置、 及びスキヤンシステムの調整 手段の構成の一例を示す図である。
図 7は図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、 1次 元変調素子回路の構成の一例を示す図である。
図 8は図 6に図解した本発明の実施形態に閩わる画像表示装置において、 1次 元変調素子の構成を示す図である。
図 9は図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、 ィン ターフ イス回路の構成の一例を示す図である。
図 1 0は図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、 デ ータ変換回路の構成の一例を示す図である。
図 1 1は図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置において、 フ レーム同期信号と変調投影信号のタイミングチャー トである。
図 1 2 〜図1 2 Gは、 図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装 置において、 各種信号のタイ ミングチャートである。
図 1 3 Aおよび図 1 3 Bは、 図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表 示装置において、 フレーム同期信号の切り替わりタイ ミングと角度信号の切り替 わりタイ ミングのズレを説明する図である。
図 1 4 A〜図 1 4 Cは、 図 1 3 Aおよび図 1 3 Bに示されたフレーム同期信号 の切り替わりタイ ミングと角度信号の切り替わりタイ ミングのズレを補正した後 の、 フレーム同期信号、 角度信号、 及び速度信号のタイ ミングチャートである。 図 1 5は図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置のシステム制 御回路におけるスキャンミラーの参照角度と角度信号の参照値を測定する方法を 説明するフローチヤ一トである。
図 1 6 A 1〜図 1 6 C 3は、 システム制御回路におけるスキャンミラーの参照 角度と角度信号の参照値の測定において、 光の位置を測定する方法を説明する図 である。
図 1 7は図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装置のシステム制 御回路における、 スキャンミラーの実角度に対する角度信号の位相遅延を測定す る方法を説明するフ Ώ一チヤ一トである。
図 1 8八〜図1 8 Dは、 システム制御回路における角度信号の位相遅延の測定 において、 変調投影信号のタイミングを調整することによって、 投影光の位置を 合わせる方法を説明する図である。
図 1 9 A 1〜図 1 9 C 3は、 システム制御画路における角度信号の位相遅延の 測定において、 光の位置を測定する方法を説明する図である。
図 2 O Aおよび図 2 0 Bは、 図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表 示装置のシステム制御回路における角度信号の位相遅延を計算する方法を説明す る図である。
図 2 1は図 6に図解した本発明の実施形態に関わる面像表示装置のシステム制 御画路において、 角度信号の位相遅延を補正し、 スキャンミラーの実角度を求め る方法を説明する図である。
図 2 2 A〜図 2 2 Dは、 図 6に図解した本発明の実施形態に関わる画像表示装 置のシステム制御回路における変調投影タイミングとスキャンミラーの回転角度 を整合させ、 1次元画像を形成する処理を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の光走査装置、 像の位置の較正方法、 及びそれを用いた画像表示 方法と画像表示装置の実施の形態について、 添付図面を参照して述べる。
〔三角形波駆動方式〕
図 4と図 5を参照して、 本発明のスキャン方法を説明する。
図 4は、 本実施形態において、 スキャニングシステムを制御する三角形波信号 を示す図であり、 図 5は、 本実施形態に関わるスキャンミラーのスキャニング動 作を模式的に説明する図である。
なお、 本明細書および図面において、 三角形波信号とは、 図 4に図解したよう に、 立ち上がり特性 （時間と振幅） と、 立ち下がり特性 （時間と振幅） とが対称 な波形信号をいう。 これに対して、 鋸波信号とは、 図 3に図解したように、 立ち 上がり特性 （時間と振幅） と、 立ち下がり特性 （時間と振幅） とが非対称な波形 信号をいう。
本発明の実施の形態に関わる画像表示装置では、 スキャンミラーを往復回転さ せる時に、 往路と復路両方において、 光投影を行なわせ、 光投影効率を向上する 本実施形態において、 図 4に示す三角形波の駆動信号により、 図 5に示すスキ ヤンミラ一を駆動し、 往復光投影を実現する。
図 4に示された三角形波の信号によりスキャナを駆動する場合は、 駆動電圧に より図 5に示されたスキャンミラー 2が往復回転する。 具体的に、 図 4に示され た T 3 aの期間内に、 スキャンミラ一 2が所定の回転速度に加速される。 図 4に 示す T 3の期間内に、 スキャンミラー 2が図 5に示す往路の方向に沿って、 位置 aから、 位置 bを経て、 位置 cまで上述した所定の速度で回転し、 それぞれの位 置で、 入射された 1次元画像を表示する光束を反射し、 スク リーン 1へ光束 L a 、 L b、 L cを射出する。
図 4に示す期間 T 4内に、 スキャンミラー 2は回転速度がゼ αになるまで減速 し、 そして、 図 5に示された復路方向に沿って所定の速度まで加速しながら逆回 転し始める。 期間 Τ 4において、 スキャンミラー 2が復路での投影のために、 回 転方向を転換するだけ、 投影や結像などをしない。
図 4に示す Τ 5の期間内に、 スキャンミラ一 2が図 5に示す復路の方向に沿つ て、 位置じから、 位置 bを経て、 位置 aまで上記した所定の速度で回転し、 それ ぞれの位置で、 入射された 1次元画像を表示する光束を反射し、 スク リーン 1へ 光束 Lc' 、 Lb' 、 La ' を射出する。
図 4に示された T 5 aの期間内に、 スキャンミラー 2は、 回転速度がゼロにな るまで減速される。
このように、 三角形波信号によるスキャンミラ一 2の走査によって、 スキャナ システムは往復回転双方において光投影を行なうので、 光の投影が高効率化にな り、 スキャナミラーに要求する機械的な要求が低下する。
上述した往路と復路両方投影する場合に解決しなければならない問題の対策は 、 往路像と復路像の投影位置を一致させることである。 スキャナシステムの特性 が理想的であれば、 即ち、 スキャナの往復路での実角度が対称であり、 画転速度 が常に一定である（面転方向を反転する変極点付近を除く）などの条件で、 スキヤ ナの位相と一次元像光投影タイ ミングの同期を取り、 周期的に一次元像光を投影 することにより、 往路像と復路像を一致させることが可能である。
しかし、 実際のスキャナシステムにおいては、 構成要素の特性、 物理的条件、 回路構成の特性等により、 往復路の対称性は完全には成立せず、 変極点付近を除 く角度領域においても、 回転速度も一定ではない。 このような条件下において、 スキャナの回転タイ ミングと一次元像投影タイ ミングとは一致せず、 往復の像は ずれを生じる可能性がある。
また、 一次元像をスキャンミラーの回転により順次スク リーンに投影するので
、 スキャンミ ラーの回転速度が変化すると、 スク リーン上に 1次元像の間隔は一 定ではなくなり、 生じた往復路の像のずれは像位置により一義的には決まらない
。 そのため、 1次元像全体の位相を調整するだけでは像全体を一致させることは 困難である。
本発明の実施の形態においては、 角度センサを設け、 スキャンミラーの角度を 随時に読取ることを可能とし、 その読取った角度の結果に基づいて、 往路像と復 路像の投影位置を一致させる制御を行なうことにより、 上述した課題を克服する
〔画像表示装置の構成〕
図 6は、 本実施形態に係わる画像表示装置 1 9の構成の一例を示す図である。 図 6に示した画像表示装置 1 9は、 スク リーン 1、 スキャンミラ一 2、 スキヤ ナモータ 3、 投影光学系 4、 三原色である赤 （R ) 、 緑 （G ) 、 青 （B ) の照射 光を変調する 1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 c、 これら 1次元光変調素子 a、
5 b、 5 cに駆動電圧を出力する駆動画路 6 a、 6 b 6 c、 イ ンターフ _ イス 回路 7 a、 7 b、 7 c、 画像データ変換回路 8 a、 8 b、 8 c、 スキャナドライ バ 9、 システム制御回路 1 0を有する。
1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 cには、 GL Vを用いている。 なお、 以下の 記述において、 1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 cを総称して、 1次元光変調素 子 5と記載することもある。
本明細書において、 1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 cとその駆動回路 6 a、
6 b、 6 cなどを舍み、 照明光を 1次元像に変換する回路を 1次元光変調回路 1
7 a、 1 7 b、 1 7 cと呼ぶ。
たとえば、 半導体レーザからなる複数の光源 L S— R> L S -G, L S— Bは 、 それぞれ赤 （R) 、 緑 （G) 、 青 （B ) 色の照明光束を射出し、 これらの照明 光束は、 不図示の照明光学系により平行光に変換され、 1次元画像素子 5 a、 5 b、 5 cに照射する。
1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 cは、 複数の画素が 1次元に配列してなる。 表示する画像に応じた駆動電圧が駆動回路 6 a、 6 b、 6 cにより 1次元光変調 素子 5 a、 5 b、 5 cに印加され、 これに応じて、 1次元光変調素子 5 a、 5 b 、 5 cが入射された照明光を反射又は] g折し、 反射光又は回折光を投影光学系 4 に射出する。
投影光学系 4は、 1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 cから射出された反射光又 は回折光を平行光に変換する。 また、 投影光学系 4は、 ± 1次回折光と 0次光が 分離し、 ± 1次面折光を通過させ、 スキャンミラー 2に到達させ、 0次光を遮蔽 する。 また、 投影光学系 4は、 1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 cからの主に土 1次回折光により形成された 1次元の像を拡大し、 スキャンミラー 2を介して、 スク リーン 1に投影し、 結像する。
画像データ変換回路 8 a、 8 b、 8 cとイ ンターフヱイス回路 7 a、 7 b、 7 cは、 画像表示装置 1 9に入力された赤 (R) 、 緑 （G) 、 青 （B ) 色の画像デ ータ V D— R, V D-G, VD— Bの形式を変換し、 1 ライ ンごとに駆動回路 6 a、 6 bs 6 cに出力する。
スキャナモータ 3は、 スキャナ ドライバ 9からのスキャナ駆動信号 S D Sに駆 動されて、 連動するスキャンミラー 2を往復に回転させる。 スキャンミラ一 2が 往復に画転しながら、 投影光学系 4から射出されている土 1次回折光をスキャン して逐次にスクリーン 1に射出し、 1次元画像を展開して 2次元画像を形成する 。 スキャンミ ラー 2は、 例えば、 ガルバノ ミ ラーである。
スキャナモータ 3には、 角度センサ 1 6が内蔵されている。 したがって、 本実 施の形態においては、 角度センサ 1 6で検出したスキャナモータ 3の回転角度に 基づいて、 スキャナモータ 3と連動するスキヤンミラー 2の現在の角度を正確に 求め、 角度センサ 1 6で検出した角度信号 S ASをシステム制御回路 SYS— C NT 1 0の角度データ補正部 1 3に出力し、 往路像と復路像を一致させる処理を ίτなつ。
システム制御画^ (S YS- CNT) 1 0は、 じ？ 111 1、 メモリ 1 2、 角度 データ補正部 1 3、 光位置検出部 1 4を舍み、 画像データ変換回路 8 a、 8 b、 8 c、 イ ンターフヱイス回路 7 a、 7 b、 7 cは、 1次元光変調素子 5 a、 5 b 、 5 cと駆動面路 6 a、 6 b、 6 cを舍む 1次元光変調回路 1 7 a、 1 7 b、 1 7 cなどの同期を取る為のフレーム同期信号 F RM s y n cを分配する。 また、 S Y S— CNT 1 0は、 スキャンミラー 2を駆動する為の基本データとそのデー タに対して位相、 振幅、 及び周期情報を舍むスキャナ指示信号 S I Sを出力する 。 また、 S Y S— CNT 1 0は、 各種データを用いて、 1次元光変調素子 5の変 調と投影タイ ミングを示す変調投影信号 RQTを生成する。
スキャナモータ 3とスキャンミラ一 2が回転している時に、 角度センサ 1 6か ら出力された角度信号 S ASは、 実角度 ANGに対して位相遅延が生じる。 これ によって、 往路像と復路像のズレが生じる。 角度データ補正部 1 3は、 角度センサ 1 6から入力された角度信号 S ASにつ て、 スキャンミラー 2の実角度 ANGに対する位相遅れを補正し、 システム制 御回路 （SYS— CNT) 1 0において他の処理と合わせて、 スキャンミラーの 角度、 スク リーン 1上の投影位置、 及び 1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 cの変 調タイ ミングとの関係を確立して制御し、 往路像と復路像の投影位置を一致させ る。
たとえば、 画像表示装置 1 9を製造して出荷する前の段階で、 角度信号 SAS の位相遅れを測定して補正をする。 その測定と補正のために、 スクリーン 1の前 に位置感知型検出器 （P S D ： Position Sensitive Detector) 1 5が設けられ ている P スキャンミラー 2から射出された 1次元像を形成する光束は、 P S D 1 5に照射している時は、 P S D 1 5は、 光束の照射位置に関わる、 光蚰を中心に 左右 2つの信号 P S D— S I G 1と P S D— S I G 2を出力し、 システム制御回 路 1 0における光位置撿出部 1 4に入力する。
光位置検出部 1 4において、 P S D— S I G 1と P S D— S I G 2より、 たと えば、 光ディスクにおける位置検出および焦点ずれ検出のように、 P S D— S I G 1と P S D— S I G 2との差に応じて （差動方式） 、 光の照射位置を求め、 ス キャンミラー 2の物理的な位置を推測し、 角度信号 S A Sに示された角度の値と 比較することにより、 角度信号 S A Sの位相遅れが得られる。
図 7は、 1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 cと駆動回路 6 a、 6 b、 6 cを舍 む 1次元光変調画路 1 7 a、 1 7 b. 1 7 cの構成の一例を示すプロック図であ る。
以降、 簡略化のため、 1次元光変調素子 5 a、 5 b、 5 c、 駆動画路 6 a、 6 b、 6 c、 1次元光変調回路 1 7 a、 1 7 b. 1 7 cについての赤 （R) 、 緑 （ G) 、 青 （B) 三色の照明光に共通する構成について、 イ ンデックス a、 b、 c を省略して、 1次元光変調素子 5、 駆動回路 6、 1次元光変調回路 1 7とする。 図 7に示すように、 1次元光変調回路 1 7は、 1次元光変調素子 5とその駆動 回路 6の他に、 1ライン分の駆動電圧データを記憶するメモリ 2 8と駆動回路 6 の動作を制御する制御回路 2 7を舍む。
前段のィンターフ イス画路 7から出力された、 1次元画像を表示するための 駆動電圧データが入力され、 メモリ 2 8に記憶される。 また、 上記駆動電圧デー タをィンタ一フ イス回路 7から転送する指示をする転送開始信号 T S Sと、 そ の駆動信号を 1次元光変調素子 5に出力する指示をする駆動指示信号 D I Sとは 、 ィンタ一フ イス回路 7から制御回路 2 7に入力される。
図 8は、 1次元光変調素子 5の構造を示す斜視図である。
図 8に示すように、 1次元光変調素子 5において、 シリコ ン基板上のポリシリ コ ン薄膜からなる共通電極 2 2の上に、 共通電極 2 2と所定の間隔を保って、 条 帯状 （ス トリ ップ） のリボン素子 2 0 a、 2 1 a、 2 0 b、 2 1 b、 2 0 c、 2 1 c、 2 0 dが形成されている。 リボン状の形状を持つ素子 (以下、 リボン素子 という） 2 0 a、 2 1 a、 2 0 b、 2 1 b、 2 0 c、 2 1 c、 2 0 dは、 上面に 反射膜 （不図示） が形成されており、 反射部材として作用する。
リボン素子 2 0 a、 2 1 a、 2 0 b、 2 1 b、 2 0 c、 2 1 c、 2 0 dのうち 、 リボン素子 2 0 a、 2 0 b、 2 0 c、 2 0 dに駆動電圧が印加され、 その駆動 電圧に応じた静電力に 因する吸引力または反発力により、 リボン素子 2 0 a、 2 0 b. 2 0 c、 2 0 dが上下方向に移動又は屈曲可能である。 一方、 リボン素 子 2 1 a、 2 1 b、 2 1 cは指定された位置にあり、 1次元光変調素子 5が動作 中には移動しない。 移動又は屈曲するリボン素子 2 0 a、 2 0 b. 2 0 c、 2 0 dを可動リボン素子、 移動又は屈曲せず固定のリボン素子 2 1 a、 2 1 b、 2 1 cは固定リボン素子と呼ぶ。
リボン素子の代表的な寸法の一例として、 例えば、 リボン素子の幅は 3〜 4 m、 隣接するリボン素子間ギャ ップは約 0. 6 m、 リボン素子の長さは 2 0 0 〜 4 0 0 ^ m程度である。
複数のリボン素子が 1セ 'ン トで 1つの画素に用いることができる、 たとえば、 図 8に示された膦接する 6本のリボン素子 2 0 a、 2 1 a、 2 0 b、 2 1 b、 2 0 c、 2 1 cが 1つの画素を表わすように用いることができる。 この場合、 1画 素分の幅は約 2 5 mである。
たとえば、 実用化されつつある 1 0 8 0画素を表示する 1次元光変調素子にお いては、 図 8の横方向に沿って、 1 0 8 0画素分のリボン素子が多数配置してい る。
1次元光変調素子 5の動作は、 リボン素子 2 0 a、 2 1 a、 2 0 b、 2 1 b、 2 0 c、 2 1 c、 2 0 dと共通電極 1 2との間に印加する電圧により制御される 。 可動リボン素子 2 0 a、 2 0 b、 2 0 cへの駆動電圧を◦ F Fとし、 固定リボ ン素子 2 1 a、 2 1 . 2 1 cを接地する場合 （O F F状態） は、 可動リボン素 子 2 0 a、 2 0 b、 2 0 cが移動せず、 すべてのリボン素子が同じ平面に位置し 、 平面鏡として作用し、 入射された照明光束のほとんどを、 回折または偏向せず に反射する。
なお、 実際には、 微量の ± 2回折光、 ± 4 EI折光などの偶数次数の回折光も発 生される。
一方、 可動リボン素子 2 0 a、 2 0 b、 2 0 cに所定の駆動電圧を印加し、 固 定リボン素子 2 1 a、 2 1 b. 2 1 cを接地する場合 （ON状態） 、 駆動電圧に より可動リボン素子 2 0 a、 2 0 b. 2 0 cカ^ 共通電極 1 2の側に静電力で引 き下げられ、 移動又は屈曲する。 例えば、 可動リボン素子 2 0 a、 2 0 b. 2 0 cがス/4移動又は歪曲する （スは、 入射光の波長である） 。 1例として、 ス = 5 3 2 nmの場合は、 可動リボン素子の移動量は最大スノ 4 = 1 3 3 nmである この状態で照明光束が入射すると、 可動リボン素子 2 0 a、 2 0 b, 2 0 cで 反射される光束と固定リボン素子 2 1 a、 2 1 b、 2 1 cで反射される光束間の 全光路差は半波長 （ Λノ 2 ) となる。 これにより、 1次元光変調素子 5が反射型 回折格子として作用することとなり、 反射光束 （ 0次光） 同士は干渉して打ち消 し合い、 ± 1次光、 ± 3次光など奇数次数の回折光が生じる。
生じた土 1次光が投影光学系 4を通過し、 スク リーン 1に 1次元像を結像する 。 スキャンミラー 2が走査する時は、 スク リーン 1に 1次元像が展開されて、 2 次元像を形成する。
図 9は、 イ ンターフ イス回路 7の構成の一例を示すプロック図である。 イ ンターフ イス画路 7は、 例えば、 データ形式変換回路 3 0、 制御回路 CN T 3 1、 及びメモリ 3 2を有する。
データ形式変換回路 3 0は、 画像データ変換回路 8から入力された 1次元画像 データ l D i m— I ma g e— D a t aを、 1次元変調素子 5の所定の画素の可 動リボンに印加する駆動電圧に変換し、 1次元変調回路 1 7のメモリ 2 8に出力 して記憶する。 また、 イ ンタ一フ イス HI路 7から入力された 1次元画像を記憶 し、 また、 データ形式変換回路 3 0は、 1次元変調回路 1 7の制御回路 2 7に、 駆動電圧データを転送することを指示する転送開始信号 T と、 駆動回路 6が 動作し、 1次元光変調素子 5に駆動信号を出力することを指示する駆動指示信号 D I Sとを出力する。
メモリ 3 2は、 1次元変調素子 5の変調タイ ミ ングを決定する変調投影信号 R QTの発生タイ ミングと位相データ （Tと を保持する。
制御回路 3 1は、 フレーム同期信号 F RM s y n cを受け、 イ ンターフェイス 面路 7全体及び各構成成分の動作タイ ミングを調整する。 また、 メモリ 3 2に記 憶された変調投影信号 RQTの発生タイ ミングと位相データ （Tと 0) に基づい て、 1次元変調素子 5の変調タイ ミングを決定する変調投影信号 RQTを生成し 、 画像データ変換回路 8に出力する。
図 1 0は、 画像データ変換回路 8の構成の一例を示すブロック図である。 画像データ変換回路 8は、 例えば、 画像入力回路 3 5、 XY変換回路 3 6、 フ レームメモリ 3 7、 画像出力回路 3 8、 及び制御回路 3 9を有する。
画像データ変換回路 8 a、 8 b、 8 cのうち、 例えば、 画像データ変換回路 8 aは、 基準回路として、 フレーム同期信号 F R M s y n cを生成し、 システム制 御回路 1 0へ出力する。 画像データ変換回路 8 aへ入力されるデータに基準とな るフレーム同期信号が舍まれており、 画像データ変換回路 8 aにおいて、 その.フ レーム同期信号のタイ ミングが、 制御回路 3 9に設定されているタイ ミングに変 換され、 フレーム同期信号 F R M s y n c として出力される。
たとえば、 D V D等の映像再生機器よりプログレッシブ色差信号 Y C b C r ( Y P b P r ) が画像入力回路 3 5に入力される。 画像入力回路 3 5において、 該 色差信号 Y C b C r ( Y P b P r ) から R G B信号に変換され、 また、 上記 R G B信号には、 非線型特性 （ r特性） が付加されているため、 画像入力回路 3 5に おいて、 逆ガンマ補正処理が行なわれる。
1次元変調素子 5を用いて 1次元の縦像をスキャニングして 2次元画像を表示 するので、 上記時系列に連続して入力されるプログレッシブ画像データの形式と 違う。 そのため、 上記プログレッシブ画像データのデータ形式を 2次元画像用の 形式に変換することが必要である。 X Y変換回路 3 6は、 1画面の画像データに ついて、 データの縦横変換をして、 データ配列の順序を最適に入れ替え、 1次元 画像データを形成する。
変換された 1画面分の画像データは、 ライ ン単位でフレームメモリ 3 7に記憶 される。 ここで、 スキャンミラ一 2の回転方向によって、 1次元変調素子 5に駆 動信号として供給する 1次元画像データの順序が反対となるので、 フレームメモ リ 3 7に記憶されるラィン単位の画像データは、 例えば、 スキャンミラー 2が戻 り方向に回転する時は、 1次元画像データの順序を予め反対とする。
制御回路 3 9は、 ィ ンタ一フ イス回路 7からの変調投影信号 R Q Tを受けて 、 該変調投影信号 R Q Tに同期して、 画像出力回路 3 8を経由して、 フレームメ モリ 3 7に記憶されている 1画面分の画像データを 1 ライ ンずつィ ンターフヱイ ス回路 7へ出力する。
図 1 1は、 フレーム同期信号 F R M s y n cと、 1次元変調素子 5の変調タイ ミングを決定する、 画像データ変換回路 8からィンターフヱイス @1路 7へ出力さ れている変調投影信号 R Q Tとのタイ ミングチャートである。
図 1 1に示すように、 フレーム同期信号 F R M s y n cにおいて、 示された T 6又は T 7の期間内に、 それぞれ 1画面分のデータは画像データ変換回路 8、 ィ ンターフ イス回路 7、 駆動回路 6を経由して転送され、 駆動電圧に変換されて 順次 1次元変調素子 5に印加され、 スクリーン 1にそれぞれ 1画面が表示される
T 6の期間内には、 例えば、 スキャンミラ一 2は往路で回転してスキャニング し、 スク リーン 1上に往路像を投影する。 一方、 T 7の期間内には、 スキャンミ ラー 2は復路で回転してスキャニングし、 スクリーン 1上に復路像を投影する。 期間 T 6、 或は、 T 7において、 たとえば、 1 9 2 0ライ ンからなる 1画面を 形成するための 1 9 2 0個の変調投影信号 R Q Tが印加される 1次元光変調素子 5は、 1 9 2 0回変調を行なう。
図 1 2 A〜図 1 2 Gは、 以上に説明した各信号のタイ ミングチヤ一トである。 図 1 2 A〜図 1 2 Cは、 画像データ変換回路 8における各信号のタイ ミングチ ヤート ^す。
画像データ変換回路 8において、 図 1 2 Αの変調投影信号 R Q Tに同期して、 図 1 2 Bに示すフレームメモリ 3 7内の 1ラィ ンのデータは、 図 1 2 Cに示すデ ータ · ィネーブル （ D E ： Data Enable) 期間内に、 イ ンタ一フェイス回路 7へ 出力される。
図 1 2 D〜図 1 2 Fは、 ィ ンターフヱイス回路 7における各信号のタイ ミング ナヤ一ト す。
ィ ンターフ イス回路 7において、 変換された 1次元データを 1次元光変調素 子 1 7へ出力することを指示する転送開始信号 T S S (図 1 2 D ) に続いて、 図 1 2 Eに示す 1次元データが出力され、 そして、 駆動回路 6を動作させる駆動指 示信号 D I S (図 1 2 F ) が出力される。
駆動指示信号 D I Sに続いて、 図 1 2 Gに示すタイ ミングで、 1次元変調素子 5が照射光を変調する。
.図 1 2 Aと図 1 2 Gに示すように、 変調投影信号 R Q Tと 1次元変調素子 5の 変調タイ ミング T Mの間に、 ある時間遅延が存在する。
〔スキャンシステム〕
本実施形態において、 スク リーン 1に投影された垂直一次元像を水平にスキヤ ニングすることで二次元像を生成し、 変調投影信号 R Q Tによりその垂直一次元 像の投影タイ ミングを任意で変更できるという特徴をもっている。
そこで、 スキャンミラー 2の往復路に投影される二次元像の位置の一致は、 往 復路で投影される同一一次元像を往復路での同一位置となるタイ ミングで投影す ることにより実現される。
本実施形態において、 次のような制御を行ない、 スキャンミラ一 2の往復路に 投影される二次元像の位置の一致を達成する。
〔スキャンシステム ： スキャンミラーとフレーム同期信号の同期〕
本実施形態において、 三角波でスキャンシステムを制御して、 画像信号を往復 路共に像を投影する。
図 1 3 Aおよび図 1 3 Bは、 フレーム同期信号 F R M s y n c ( A ) と角度セ ンサ 1 6が出力する角度信号 S A S ( B ) のタイ ミングを比較する図である。 図 1 3 Bに示すように、 時刻 t 1には、 角度信号 S A Sが最小値 V 1となって いる。 この時は、 スキャンミラ一 2の角度がゼロであるとする。 スキャンモータ 3に印加されている三角形のスキャナ駆動信号によって、 スキャンミラー 2力、 例えば、 往路方向に所定の回転速度に加速され、 往路方向に一定の速度で回転し 、 スキャンミラー 2の角度が徐々に増大する。 それに応じて、 角度センサ 1 6が 出力する角度信号 S A Sも徐々に増大する。
時刻 t 2には、 スキャンミラー 2が往路方向での最大角度に到達し、 角度信号 S A Sが最大値 V 2になる。 その時に、 スキャンミラー 2は減速され、 回転速度 がゼロになり、 復路方向に回転し始める。
変極点以外の領域に、 スキャンモータ 3とスキャンミラー 2の回転速度はほぼ 一定となっているので、 図 1 3 Bに示すように、 角度信号 S A Sはほぼ直線に沿 つて変化する。
しかし、 図 1 3 Aと図 1 3 Bに示すように、 通常は、 角度信号 S A Sはフレー ム同期信号 F R M s y n cと同期しておらず、 ある位相差 P— D i f f が存在す る。
本実施形態において、 三角波 ¾でスキャンシステムを制御して、 画像信号を 往復路共に像を投影するためには、 スキャンミラー 2がー方向に面転している間 に、 一画面分の画像データを出力しなければならない。 そのため、 フレーム同期 タイ ミングの切り替わりと、 スキャンミラー 2の移動方向の切り替わりタイ ミン グが一致することが望ましい。 即ち、 スキャンミラーの方向切り替わりタイ ミン グ （角度信号 S A Sの変極点） とフレーム同期信号 F R M s y n cの像の切り替 わりタイ ミ ングの位相差が 0 となるようにする。
上記の制御は次のように行なう。
通常の状態で、 画像信号の切り替わり信号 （一方向） をトリガとして、 角度セ ンサ 1 6の角度信号 S A Sを用いて角度信号 S A Sからスキャンミラー 2の移動 速度が 0 (変極点） となるタイ ミングと切り替わり信号との位相差を算出し、 算 出した位相差を用いて位相差が 0となるようにスキャナ指示信号 S I Sの位相を 変更する。
また、 像の投影方向が一定になるように、 トリガタィ ミングで変極点の電位の 極性が一定になるように、 逆位相であれば 1 8 0度転換する為の制御を行なう。 図 1 4 A〜図 1 4 Cは、 以上の調整を行なった後のフレーム同期信号 F R M s y n c 角度センサ 1 6の角度信号 S A S、 及びスキャンミ ラー 2の回転速度を 示す速度信号 S P D— S I Gのタイ ミングを比較する図である。
図 1 4 Aと図 1 4 Bに示すように、 スキャナ指示信号 S I Sの位相を調整した 後、 フレーム同期信号 F R M s y n cの切り替わりタイ ミングと、 スキャンミラ
- 2の移動方向の切り替わりタイ ミングがー致している。
また、 画像データのタイ ミングの制御を容易にするために、 できる限りスキヤ ナミラー 2の速度変化の少ない領域で像を投影することが望ましい。
図 1 4 Cに示すように、 変極点を除いて、 スキャナミラー 2の速度がほぼ安定 している。
〔スキャンシステム ：角度信号の位相遅れの測定〕
前述したように、 スキャナモータ 3が回転している時に、 角度センサ 1 6が出 力する角度信号により読取ったスキヤンミラー 2の角度は、 スキャンミラー 2の 実角度に対して位相遅れを持っている。 往復スキャンにおける往路像と復路像の 一致を実現するために、 角度信号の位相遅れを正確に把握し、 適切に補正しなけ ればならない。
角度信号の位相遅れを測定するには、 位相遅れを舍まないスキャンミラー 2の 実角度を把握する必要がある。 そこで、 まず、 その実角度を推定する為の参照値 を測定する。
〔角度と角度信号の参照値の測定〕
図 6に示すように、 スク リーン 1の前に、 位置感知型検出器 1 5 ( PSD： Posi t ion Sensi tive Device) を搭載した位置測定装置を設置し、 スキャンミラ一 2力、 ら投影されたライ ン画像を形成する光束を測定する。
スキャンミラー 2を停止させた状態は、 角度センサ 1 6の角度信号に位相遅れ が舍まれないので、 この状態では、 P S D 1 5の中心に光が投影された際のスキ ヤンミラ一 2の角度を参照角度とし、 角度センサ 1 6の角度信号の値を参照値と する。
図 1 5は、 スキャナシステムを停止させる状態で、 P S D 1 5により、 スキヤ ンミラー 2の参照角度と角度センサ 1 6の角度信号の参照値を測定する方法を示 すフローチヤ一トである。 この処理には、 たとえば、 システム制御回路 1 0を用 いる。 システム制御画路 1 0はコ ンピュータ 1 1などの演算処理手段を内蔵して おり、 コ ンピュータ 1 1などの演算処理手段に組み込まれたプログラムが下記の 処理を行う。
ステップ 2 1 ：
システム制御回路は、 1次元変調素子 5に任意の駆動電圧を印加し、 照射光を 変調して、 出射された光束をスキャンミラー 2に射出する。 その光束はスキャン ミ ラー 2によって、 スク リーン 1に投影される。
ステップ 2 2 ：
スクリーン 1の前の所定の位置に設置された P S D 1 5に、 スキャンミラ一 2 からの光束が投影するように、 システム制御回路は、 スキャンミラー 2の角度を 変更させ、 投影位置を調整する。
図 1 6 A 1〜図 1 6 C 1は、 以上の処理工程を示している。
図 1 6 A 1〜図 1 6 C 3は、 スキャナシステムを停止させる状態で、 P S D 1 5により、 スキャンミラ一 2の参照角度と角度センサ 1 6の角度信号の参照値を 測定する工程を示す図である。
図 1 6 A 1〜図 1 6 C 1に示すように、 スクリーン 1の前に P S D 1 5が設置 されており、 例えば P S D 1 5の左右両端から、 検出された光束の投影位置に関 わる 2つの信号 P S D— S I G 1と P S D— S I G 2が出力される。
システム制御画路がスキャンミラー 2の角度を順次変更させることで、 投影光 4 0はスクリーン 1上に移動する。
ステップ 2 3 ：
P S D 1 5から出力される信号 P S D— S I G 1と P S D— S I G 2がノイズ しかない場合、 即ち、 投影光 4 0を形成する光束は P S D 1 5に当たっていない 場合は、 システム制御回路はステップ 22の処理に戻って、 スキャンミラ一 2の 角度の調整を続ける。
P S D— S I G 1 と P S D— S I G 2がノイズより十分大きい場合は、 投影光 4 0は P S D 1 5を照射しているので、 システム制御西路の処理は次のステツラ。 に isむ。
ステップ 2 4 ：
P S D 1 5から出力される信号 P S D— S I G 1 と P S D— S I G 2より、 シ ステム制御回路は、 P S D— S I G 1 と P S D— S I G 2を加算した加算信号と 減算した減算信号を演算する。
図 1 6 A2〜図 1 6 C 2は、 図 1 6 A 1〜図 1 6 C 1に示す投影光 4 0の位置 に対応する減算信号と加算信号を示す。
P S D 1 5の特性より、 投影光 4 0の位置は、 減算信号と加算信号の比に比例 する。 特に、 図 1 6 B 2に示すように、 減算信号と加算信号の比がゼロになる位 置は、 P S D 1 5の中心である。
投影光 4 0の投影位置は P S D 1 5の中心ではない場合は、 システム制御回路 は、 ステップ 2 2に戻って、 引き続き、 スキャンミラ一 2の角度を調整する。 投影光 4 0の投影位置は P S D 1 5の中心である場合は、 ステップ 2 5に進む ステップ 2 5 ：
投影光 4 0の投影位置は P S D 1 5の中心であるので、 システム制御回路は、 この時のスキャンミラー 2の角度は参照角度とする。
ステップ 2 6 ：
上記スキャンミラー 2の参照角度において、 システム制御回路は、 角度センサ 1 6が出力する角度信号の値を測定し、 その値を角度信号の参照値 （位相遅れな し） とする。
システム制御回路の以上の測定によって、 スキャンミラー 2の実角度と角度セ ンサ 1 6が出力する角度信号の値の一対一の関係が確立する。 〔角度信号の位相遅延の測定〕
光をスク リーン 1に投影した時のスキャンミラ一2の角度を正確に把握できれ ば、 スク リーン 1上の光の位置を確定することができ、 その投影タイ ミングを制 御することにより所望の位置へ像を出力することができ、 往復方向に同一の像を 投影する場合も像を重ね合わせることが可能となる。
しかし、 実際に角度センサ 1 6から出力される角度信号は、 角度センサ 1 6の 特性、 出力回路系の誤差などにより実角度に対してある位相遅れを持っており、 投影タイ ミ ングでのスキャンミラ一 2の角度が、 変調された画像データと整合す る回転角度ではなく、 所望の位置へ像を出力することができない。 投影タイ ミン グとスキャンミラー 2の角度の関係を正確に把握するために、 角度信号の位相遅 れ量を検出して捕正する必要がある。
次に、 角度信号の位相遅れ量を測定と補正する方法を説明する。
角度信号の位相遅れを測定するために、 図 1 6に図解した時と同じように、 P S D 1 5をスクリーン 1の前に設置し、 スキャンミラ一 2からのライ ン画像を形 成する光束を P S D 1に投影してその投影位置を測定する。 ただし、 角度センサ 1 6の角度信号の位相遅れを測定する時は、 スキャンミラ一 2が回転している。 図 1 7は、 角度センサ 1 6が出力する角度信号の位相遅れを測定する方法を示 すフローチヤ一トである。
ステップ 3 1 ：
1画面に 1ライ ンしか含まれていない画像データを作成し、 その画像データに 基づいて、 1次元変調素子 5に駆動電圧を印加し、 光源からの照射光を変調して 、 上記ライ ン画像を形成する光束をスキャンミラー 2に射出する。 その光束はス キャンミラー 2に走査されて、 スク リーン 1に投影される。
ステップ 3 2 ：
スクリーン 1の前に設置された P S D 1 5に上記投影光束 4 0が投影されるよ うに、 システム制御回路 1 0は、 1次元変調素子 5の変調と投影タイ ミ ングを決 定する変調投影信号 RQTのタイ ミングをライ ン単位で調整する。
角度と角度信号の参照値の測定において、 該投影光 4 0が P S D 1 5の中心に 照射するようにスキャンミラー 2の角度を調整済みであるので （即ち、 参照角度 ) 、 ここで、 理想的に、 スキャンミラー 2の角度を参照角度に設定すれば、 投影 光が P S D 1 5の中心に照射するはずである。 しかし、 実際に、 スキャンモータ 3とスキャンミラー 2が回転すると、 スキャンミラー 2の実角度に対して、 角度 信号に位相遅れが生じるので、 角度信号の値は参照値になったとしても、 スキヤ ンミラ一2の角度は参照角度となっておらず、 投影光 40も P S D 1 5の中心に 形成されない。
図 1 8 A〜図 1 8 Dは、 変調投影信号 RQTのタイ ミングを調整することによ つて、 ライ ン像 4 1のスクリーン 1における位置を調整する処理を示している。 図 1 8 Aに示すように、 スク リーン 1の前に P S D 1 5が設置されており、 例 えば、 P S D 1 5の左右両端からは、 検出された光束の投影位置に関わる 2つの 信号 P S D— S I G 1と P S D— S I G 2が出力される。 スク リーン 1に投影さ れた光により、 ライ ン像 4 1が形成されている。
図 1 8 Bは、 フレーム同期信号 F RM s y n cであり、 示された両期間におい て、 それぞれ往路と復路の投影が行なわれる。 一例として、 図 1 8 Aにスクリー ン 1の上端に、 投影方向が示されている。 図 1 8 Aにおいて、 左から右への投影 方向は往路方向、 右から左への投影方向は復路方向とする。
図 1 8 Cは、 タイ ミングが補正されていない変調投影信号 RQT 1を示してい る。 図 1 8 Cにおいて、 時刻 t 1は、 往路での投影開始タイ ミングであり、 時刻 t 1には、 スクリーン 1の左端部に光を投影する。 時刻 t 2には、 測定に用いら れるライ ン像 4 1が投影され、 投影位置は、 例えば、 P S D 1 5の左端部である 一方、 復路では、 時刻 t 3が投影開始タイ ミ ングであり、 時刻 t 3に、 スクリ ーン 1の右端部に光を投影する。 時刻 t 4に、 ライ ン像 4 1が投影され、 投影位 置は、 例えば、 P S D 1 5の右端部である。
システム制御回路 1 0は、 投影開始タイ ミ ング t 1または t 3を調整して、 ラ イ ン像 4 1の投影タイ ミング t 2 (往路の場合） 、 又は、 t 4 (復路の場合） を 変更させることによって、。ライ ン像 4 1をスク リーン 1上に移動させ、 位置を調 整し、 P S D 1 5の中心を照射するための投影タイ ミングを探す。
システム制御回路 1 0における以上のタイ ミ ングの調整では、 変調投影信号の 間隔 （周期） を一定にし、 変更しない。
スァッフ 3 ύ ：
P S D 1 5から出力される信号 P S D- S I G 1と P S D— S I G 2がノイズ しかない場合、 即ち、 ライ ン像 4 1を形成する光束は P S D 1 5に当たっていな い場合は、 システム制御回路 1 0は、 ステップ 3 2に戻って、 ライ ン像 4 1の投 影タイ ミング t 2、 又は、 t 4の調整を続け'る。
P S D— S I G 1と P S D— S I G 2がノィズより十分大きい場合は、 ライ ン 像 4 1を形成する光束は P S D 1 5に照射しているので、 システム制御回路 1 0 は、 次のステツプに進む。
ステップ 3 4 ：
システム制御回路 1 0は、 P S D 1 5から出力される信号 P S D— S I G 1と P S D— S I G 2より、 P S D— S I G 1と P S D— S I G 2を加算した加算信 号と減算した滅算信号を演算する。
図 1 9 A 2〜図 1 9 C 2および図 1 9 A 3〜図 1 9 C 3は、 図 1 9 A 1〜図 1 9 C 1に示すライ ン像 4 1の位置に対応する減算信号、 および加算信号をそれぞ れ示す。
ライ ン像 4 1が移動しているので、 図 1 9 A2〜図 1 9 C 2に示すように、 減 算信号の値は一定とならない、 この場合、 システム制御回路 1 0は、 P S D 1 5 上における投影位置について、 加算信号 （V a d d ) 、 及び減算信号の最大値 （ Vm a X ) と最小値 （ Vm i n ) を用いてその比率により計算を行なう。 すなわ ち、
投影位置 P X (Vma x + Vm i n) /V a d d
以上の計算によって、 P S D 1 5における投影位置 P Xを判断する。 特に、 P S D 1 5の中心において、 投影位置 P Xはゼロになる。
ライ ン像 4 1の投影光の投影位置は P S D 1 5の中心ではない場合は、 システ ム制御回路 1 0は、 ステップ 3 2に戻り、 スキャンミ ラー 2の角度の調整を続け る。
ライ ン像 4 1の投影光の投影位置は P S D 1 5の中心である場合は、 システム 制御回路 1 0はステップ 3 5に進む。
スァッフ 3 5 ：
ライ ン像 4 1の中心は P S D 1 5の中心にあるので、 その時の投影開始タィ ミ ングは、 ライ ン像 4 1を P S D 1 5の中心に形成するための正しい投影開始タイ ミングである （信号転送により時間遅延を考慮する） 。
図 1 8 Dは、 このように調整した変調投影信号 R QT 2を示す。 図 1 8 Dにお いて、 投影開始タイ ミングが t 5または t 7に変更され、 ライ ン像 4 1の投影タ ィ ミングが t 6、 又は、 t 8になっており、 ライン像 4 1は P S D 1 5の中心に 形成されている。
ステツフ 3 6 ：
システム制御回路 1 0は、 スキャンミラ一 2を停止させた場合に測定された角 度参照値と上記ステップ 3 5で得た投影タイ ミ ングでの角度センサ 1 6が出力し た角度信号の値とを比較し、 参照値と角度信号の値の差から、 角度信号の位相遅 れを演算して求める。
図 2 0は、 角度信号の位相遅れを演算する方法を示す。
図 2 0 Aは、 フレーム同期信号 F RMs y n cであり、 図 2 0 Bにおいては、 実線は角度センサ 1 6が出力した角度信号 S ASを示し、 破線はスキャンミラー 2の実角度 AN Gを示す。 白丸は、 往路と復路で測定した参照角度に対応する角 度信号 S A Sの参照値 R e f である。 t 1と t 2は、 ライ ン像 4 1が P S D 1 5 の中心に結像した時の投影タイ ミングを示しており、 黒丸は t 1 と t 2のタイ ミ ングに、 すなわち、 ライ ン像 4 1が P S D 1 5の中心に結像した時に、 読取った 角度信号 S A Sの値を示す。 図 2 0 Bに示すように、 位相遅れがあるため、 角度 センサ 1 6の角度信号 S A Sの値が実角度 A N G (角度の参照値 R e f ) と違つ ている。 角度信号 S A Sの値が実角度 A N G (角度の参照値 R e f ) に対応する 角度信号の参照値 R e f になるまでの時間は、 角度信号 S A Sの位相遅れ delayl と delay2である。
このように、 角度信号 S A Sの位相遅れが求められる。
ステップ 3 7 ：
以上の処理は、 往路と復路両方向において行なう。
〔往路像と復路像の一致〕
投影のタイ ミング R Q Tを決める実角度 A N Gは、 F R Msyncのタイ ミングに 対する予め測定した 1画面分の角度信号 S A に、 上記において得た位相遅れ量 を補正し求められる角度データを、 システム制御回路 1 0におけるメモリ 1 2を ルックアップテーブルとして作成し、 このルックアップテーブルと実際の投影時 の F R Msyncのタイ ミングに対する時刻とから算出、 推定する。
図 2 1は、 F R Msyncのタイ ミングに対する 1フレーム分の角度信号 S A Sに 位相遅れ量を補正してルックアップテーブルを作成する方法を説明する図である 。 ここでは、 1画面の周期を 8 3 3 3 sとし 1 ^ s毎に角度信号 S A Sが取得 されたときのルックアップテーブルの例を示している。 メモリ 1 2におけるルツ クアップテーブルは、 F R Msyncのタイ ミングを 0 〃 s として、 0 〃 sから 8 3 3 3 sまで 1 s毎の各時刻に対する角度データが記録されている 1行 8 3 3 4列のテーブルである。 位相遅れ量の補正は、 各時刻における角度データを、 位 相遅れ量に応じた時間経過した時刻の角度データに置き換えることにより補正す る。 例えば位相遅れ量が 3 μ sであるときには、 図 2 1に示すように、 3 s経 過した時刻の角度データによりデータを置き換える。 また、 位相遅れ量が例えば
1 . 5 〃 sの場合には、 1 . 5 s経過した時刻における角度データをテーブル の前後した時刻の角度データから補間し算出したうえ同様な補正を行なう。 なお、 ここに示したルツクアップテーブルは一実施例であり、 時刻と角度デー タの一対一の関係が示されているテーブルであればどのようなテーブルでも良い ことは言うまでもない。 また、 位相遅れ量の補正も、 テーブルを 2行 8 3 3 4列 とし、 角度データと同時に時刻の値も記録することにより、 角度データは固定し 時刻に対して位相遅れに相当する時間を減算することにより補正しても良い。 このル 'ンクアツプテーブルの内容を、 往路と復路両方について求める。
また、 このようなルックアップテーブルの内容の作成は、 直前の 1画像を投影 する際に同時に角度信号 S A Sを取得し 1画像毎、 投影の直前に作成することが 原理的には望ましい。 しかしながら、 このような制御では制御が煩雑になるうえ 、 実用上求められる制御精度からは 1画像毎に作成するほどの必要性はない。 そ こで、 上記のルックアップテーブルは、 例えば、 2 0画像毎に作成し、 これをメ モリ 1 2に保存しておいて、 ルックアップテーブル作成直後の 2 0画像について は同じルックアツプテーブルを用いることにしても良い。
以上補正された往復の角度信号のルツクアツプテーブルを用いて、 システム制 御回路 1 0は、 実角度 A N Gを算出、 推定し、 F R Msyncのタイ ミ ングに対する 投影タイ ミング R Q Tを制御することにより往復の全像領域を適正な位置で投影 することが可能となる。
図 2 2 A〜図 2 2 Dは、 その制御方法を説明する。
図 2 2 Aは、 較正制御を何ら施していない場合において、 スク リーン 1上にラ ィ ン像 4 2が形成されるべきところが、 ライ ン像 4 3が形成される様子を示して いる。
図 2 2 Bは、 このときの変調投影信号 R Q T 3のタイ ミングを示す図である。 スキャンミラー 2が理想的に往復回転したと仮定して R Q T 3のタイ ミングが設 定されており、 時刻 t 2に、 ライン像 4 3を投影することになつている。
図 2 2 Cは、 上記のルックアップテ一ブルのデータを用い算出、 推定された F R Msyncのタイ ミングに対する実角度 A N Gを示す。 図 2 2 Cに示すように、 ラ ィ ン像 4 2 'に対応する角度データの値 a と変調投影信号 R Q T 3のタイ ミ ングと は一致しない。
図 2 2 Dにおいて、 システム制御回路 1 0は、 推定された実角度 A N Gに基づ いて、 角度データの値 aにおいて発生させることにより、 変調投影信号 R Q T 3 のタイ ミングを変更し、 投影するタイ ミングが t 2から t 1にした。 この変更さ れた変調投影信号を R Q T と記する。 変調投影信号 R Q T 4のタイ ミングで投 影すれば、 ライ ン像 4 2が正しく形成される。
このような較正処理は、 各画像の各ライ ンについて往路と復路両方について、 S y s - C N T 1 0において行われる。
以上のように、 往復の角度信号の捕正されたルックアツプテーブルを用いて実 角度 A N Gを算出、 推定し、 この推定された実角度 A N Gを用い F R Msyncのタ ィ ミングに対する投影タイ ミング R Q Tを制御することにより往復の全像領域を 適正な位置に投影することが可能となり、 往路像と復路像を一致させることがで きる。
なお、 以上の制御を簡単にするため、 例えば、 画像出力タイ ミングは 1 6ライ ンを 1ブロックとして、 ブロック毎に間隔 （周期） を変更し、 この制御を全基準 ラィンデータに対して行なうことにより全画面領域の像を一致させても良い。 スキヤンシステムの特性によって、 スキャンミラー 2の画転角度と角度信号の 電圧の値の比例関係 （V/deg) は、 往復路において異なることがある。 これによ り、 角度信号と実角度には誤差が生じる。
システム制御画路 1 0においてこの誤差を補正するには、 前記位相遅れ分のデ 一タを入れ替えた角度信号を用いて、 往復路で任意長の水平方向（スキャニング 方向）の線像を投影し、 往復の像の水平方向の長さが同一になるように像投影タ ィ ミングの制御を行なうことにより、 往復路で面転角度と角度信号の電圧の値の 比例関係 （V/deg) の差を解消できる。
本実施形態によれば、 往復スキャニングにおいて、 一次元変調素子を用いる画 像表示装置において発生する往復光の投影誤差を軽減することが出来る。 これに より、 往復スキャン（三角波スキャン）を実現することができ、 光投影効率を向上 することが可能となる。
三角波信号でスキャンシステムを制御することにより、 鋸波と比較してスキヤ ンミラーに必要な加速度が少なくて済む為省電力化が可能となり、 小型化/低コ ス ト化が実現可能。 また、 鋸波と比較して、 スキャンミラーに必要な加速度が少 なく、 ミラ一に加える力も小さいので、 ミラ一の小型化、 軽量化、 及び低コス ト 化が可能となる。 また、 鋸波と比較してスキャナに必要な加速度が少なく速度が 遅い為、 ミラーから発生される音の静音化が可能となる。
本実施形態の測定と制御を行なうには、 たとえば、 表示装置の出荷の段階で位 置検出器により位相遅れを測定して、 そのパラメータをシステムに記憶させてお く ことにより像の位置合せを実現可能である。
以上、 本発明を好ましい実施の形態に基づき説明したが、 本発明は以上に説明 した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で、 種 々の改変が可能である。
本発明の上記の実施形態において、 スクリーンに投影された垂直一次元像を水 平にスキヤユングすることで二次元像を生成する場合を例としたが、 水平一次元 像を垂直にスキャニングするシステムにおいても、 本発明が適用できる。
本発明の上記の実施形態において、 位置合せを行なう位置センサとしては位置 感知型検出器 （P S D ) を用いたが、 P S D以外の各種位置感知型検出器や、 C C Dを用いた物を使用しても、 同様の効果が得られる。
本発明に説明した画像表示装置は、 一例であり、 その構成の各種の変更が可能 である。 例えば、 その画像表示手段はスク リーンに限定せず、 プリ ンターの感光 体ドラムでも良く、 即ち、 本発明がプリ ンタ一にも適用できる。
また、 本発明に説明した画像表示装置において、 1次元光変調素子を構成する G L Vの 1画素は 6本のリボン素子を含んでいるが、 本発明はこれに限定されな い。
本発明によれば、 往復スキャニングを行なうことにより、 一次元変調素子を用 いる画像表示装置において発生する往復光の投影誤差を軽減することができ、 こ れによって、 往復スキャンを実現し、 容易に高効率な光投影効率を実現できる。 また、 往復路とも画像を出力することが出来ることにより、 スキャンシステム 駆動周波数の倍の周波数で画像を出力できる為フリ ツ力を低減できる。
スキャンシステムの速度ムラ、 センサ特性誤差などを吸収/補正することが出 来るので、 スキャナドライバの制御として特別な制御を用いる必要なく、 汎用の スキャナシステム及び単純なスキャナシステムを使用することが可能となり、 小 型化と低コス ト化が実現可能である。
また、 往復スキャニングにより、 スキャンシステムの低電力化、 小型化、 低コ ス ト化、 及び静音化が実現可能。
また、 往復スキャンにより、 1 2 0 H z投影フレームレートを実現できること から、 2 4 H zの映画フォーマッ トの画像、 6 0 H z の放送フォーマッ トの信号 をフレーム落ち等による画像劣化を発生させずに同一投影レートで投影が可能と なる。

Claims

請求の範画
1 . 画像データに応じて変調された入射光を偏向し該入射光を被走査面上に走 查して像を形成する光走査装置であって、
正回転方向及び逆面転方向に HI転し、 該正回転と逆回転に応じて前記入射 光を偏向する走査手段と、
前記正画転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形 成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を 走査され形成する像の位置とを一致させる較正手段と
を有する
光走査装置。
2 . 前記較正手段は、
前記走査手段の面転角度を検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段により検出された、 前記画転を指令する基準信号に対す る各時刻における所定の 1画面分の角度データを記憶する角度データ記憶手段と 前記記憶された各時刻における所定の 1画面分の角度データから、 前記走 查手段が所定の角度となる前記基準信号に対する時刻を算出し、 該所定の角度と なる時刻において前記画像データに応じた変調指令を出力する変調制御手段と を有する
請求項 1に記載の光走査装置。
3 . 前記角度データ記憶手段は、 前記正回転方向における 1画面分の角度デー タと、 前記逆回転方向における 1画面分の角度データをそれぞれ記憶する
請求項 2に記載の光走査装置。
4 . 前記較正手段は、
前記角度検出手段から角度データを取得するまでに要する位相の遅れ量を 記憶する位相遅れ記憶手段と、
前記角度検出手段により検出された各時刻の 1画面分の角度データを前記 位相遅れ量に応じた時間経過した時刻の前記 1画面分の角度データにそれぞれ置 き換える補正手段と
をさらに有する
請求項 2に記載の光走査装置。
5 . 前記較正手段は、
前記走査手段の所定の回転角度に対応する所定の方向に着脱自在に配設さ れ、 前記走査手段により偏光された光束を検知する光位置測定手段と、
前記光位置測定手段に前記走査手段により偏光された光束が入射するよう に角度を設定し、 静止された前記走査手段の前記角度検出手段により検出された 第 1の角度データを測定する第 1の角度測定手段と、
前記光位置測定手段に回転中の前記走査手段により偏光された光束が入射 したときの前記走査手段の前記角度検出手段により検出された第 2の角度データ を測定する第 2の角度測定手段と、
前記第 1の角度データと前記第 2の角度データとを比較して前記位相の遅 れ量を算出する算出手段と
をさらに有する
請求項 4に記載の光走査装置。
6 . 走査手段を正回転方向及び逆面転方向に回転させ、 該正画転と逆回転に応 じて画像データに応じて変調された入射光を偏向させ、 該偏向された入射光が被 走査面上に形成する像の位置を較正する方法であって、
前記正面転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を走査され形 成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記入射光が前記被走査面上を 走査され形成する像の位置とを一致させる較正工程を
有する 像の位置の較正方法。
7 . 前記較正工程は、
前記走査手段の回転角度を検出し、 前記走査手段の回転を指令する基準信 号に対する各時刻における所定の 1画面分の角度データを記憶する第 1の工程と 前記記憶された各時刻における角度データから前記走査手段が所定の角度 になる前記基準信号に対する時刻を求め、 該所定の角度となる時刻において前記 画像データに応じた変調指令を出力する第 2の工程と
を有する
請求項 6に記載の像の位置の較正方法。
8 . 前記較正工程において、 前記正回転方向における 1画面分の角度データと 前記逆画転方向における 1画面分の角度データをそれぞれ記憶する
請求項 7に記載の像の位置の較正方法。
9 . 前記較正工程は、
角度データが出力されるまでに要する位相の遅れ量を記憶する工程と、 前記検出された各時刻の 1画面分の角度データを前記位相遅れ量に応じた 時間経過した時刻の前記 1画面分の角度データにそれぞれ置き換える工程と をさらに有する
請求項 7に記載の像の位置の較正方法。
1 0 . 前記較正工程は、
停止中の前記走査手段の角度データを測定する工程と、
回転中の前記走査手段の角度データを測定する工程と、
測定された静止中の前記走査手段の角度データと測定された回転中の前記 走査手段の角度データを比較して前記位相の遅れ量を算出する工程と
をさらに有する
請求項 9に記載の像の位置の較正方法。
1 1 . 照明手段と、
入力された画像データに応じて、 前記照明手段からの入射光を変調し、 1 次元画像を形成する結像光を射出する光変調素子と、
前記画像データに応じて正回転方向及び逆面転方向に回転し、 前記結像光 を偏向させる走査手段と、
前記正回転に応じて偏向された前記結像光が前記被走査面上を走査され形 成する像の位置と前記逆回転に応じて偏向された前記結像光が前記被走査面上を 走査され形成する像の位置とを一致させる較正手段と、
前記較正された結像光に照射され、 2次元画像を表示する表示手段と を有する
画像表示装置。
1 2 . 前記較正手段は、
前記走査手段の回転角度を検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段により検出された、 前記回転を指令する基準信号に対す る各時刻における所定の 1画面分の角度データを記憶する角度データ記憶手段と 前記記憶された各時刻における所定の 1画面分の角度データから、 前記走 查手段が所定の角度となる前記基準信号に対する時刻を算出し、 該所定の角度と なる時刻において前記画像データに応じた変調指令を出力する変調制御手段と を有する
請求項 1 1に記載の画像表示装置。
1 3 . 前記角度データ記憶手段は、 前記正回転方向における 1画面分の角度デー タと、 前記逆回転方向における 1画面分の角度データをそれぞれ記憶する
請求項 1 2に記載の画像表示装置。
1 4 . 前記較正手段は、
前記角度検出手段から角度データを取得するまでに要する位相の遅れ量を 記憶する位相遅れ記憶手段と、
前記角度検出手段により検出された各時刻の 1画面分の角度データを前記 位相遅れ量に応じた時間経過した時刻の前記 1画面分の角度データにそれぞれ置 き換える補正手段と
をさらに有する
請求項 1 2に記載の画像表示装置。
1 5 . 前記較正手段は、
前記走査手段の所定の回転角度に対応する所定の方向に着脱自在に配設さ れ、 前記走査手段により偏光された光束を検知する光位置測定手段と、
前記光位置測定手段に前記走査手段により偏光された光束が入射するよう に角度を設定し、 静止された前記走査手段の前記角度検出手段により検出された 第 1の角度データを測定する第 1の角度測定手段と、
前記光位置測定手段に回転中の前記走査手段により偏光された光束が入射 したときの前記走査手段の前記角度検出手段により検出された第 2の角度データ を測定する第 2の角度測定手段と、
前記第 1の角度データと前記第 2の角度データとを比較して前記位相の遅 れ量を算出する算出手段と
をさらに有する
請求項 1 4に記載の画像表示装置。
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