２次元光走査装置及び光走査型画像表示装置
【課題】２次元走査の位相関係を常に最適に制御して所望の走査軌跡が高精度に得られる、小型で低コストの２次元光走査装置を提供する。
【解決手段】第一の方向及び第二の方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動する２次元スキャナー（ＭＥＭＳスキャナー）を用いてリサージュまたはそれに近い軌跡でスクリーン面を走査する２次元光走査装置において、スキャナー自身に、第一の方向の振動に同期した第一の同期信号及び第二の方向の振動に同期した第二の同期信号を出力する手段を設け、該第一の同期信号と第二の同期信号の位相関係を検出し、該検出した位相関係に基づいて２次元走査の位相関係を最適に制御する。
【解決手段】第一の方向及び第二の方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動する２次元スキャナー（ＭＥＭＳスキャナー）を用いてリサージュまたはそれに近い軌跡でスクリーン面を走査する２次元光走査装置において、スキャナー自身に、第一の方向の振動に同期した第一の同期信号及び第二の方向の振動に同期した第二の同期信号を出力する手段を設け、該第一の同期信号と第二の同期信号の位相関係を検出し、該検出した位相関係に基づいて２次元走査の位相関係を最適に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一及び第二の方向に所定の周波数で振動する光ミラーにより光ビームを２次元的に往復走査する２次元走査装置、及び、該２次元走査装置を用いて入力画像データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き、走査することにより該スクリーン上に画像を投影する光走査型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示技術の一つに、入力画像データに応じて変調された光ビームを２次元走査してスクリーン上に画像を投影し表示する方式がある。
【０００３】
この種の画像表示技術においては、従来は回転するポリゴンミラーとそれに同期して動くガリバノミラーを組み合わせたものが一般に用いられていたが、近年、半導体製造技術を利用した微細加工プロセスにより製造された、極めて小型で２次元に光走査が可能な所謂ＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）スキャナーが実現し、携帯情報端末への組み込みや眼鏡タイプなどの超小型の画像表示装置も実際に登場している。
【０００４】
このような光走査型画像表示装置の従来例として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動する２次元スキャナーを用いて、入力画像データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き、リサージュまたはそれに近い軌跡でスクリーン面を走査して、所望の画像を表示するというものである。
【０００５】
しかしながら、このような２次元スキャナーを用いた画像表示装置においては、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係が適切でないと、所望の光ビーム走査軌跡が得られず、表示画像の品質が劣化してしまう問題が生じる。具体的には、ＭＥＭＳスキャナーなど機械振動部品は、一般に温度やその他の環境的要因によって特性が変化し、それによって振幅の位相も変化し、表示画像に悪影響を与える。したがって、実際には水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を検知し、適切な位相関係を維持すべく補正する必要があるが、特許文献１には、そのようなことについて一切開示されていない。
【０００６】
これに対して、例えば、特許文献２には、ミラー部を水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動して、光ビームを２次元方向に走査する２次元スキャナー装置において、スキャナー部に、圧電素子などを利用してミラー部の振動に伴う応力を電気信号に変換して検出する手段を設け、その検出信号を水平方向と垂直方向の共振周波数に対応した信号に分離し、各信号に基づいて、水平方向及び垂直方向それぞれについて共振周波数及び振幅を制御して、使用環境の変化によってスキャナー部の振動系の共振周波数が変化しても、ミラー部を所定の走査角度で動作させる技術が開示されている。
【０００７】
しかしながら、この従来技術では、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を検出することは考慮されておらず、両者の位相関係が変化した場合には、表示画像の品質が劣化してしまう問題は解決されない。
【０００８】
また、例えば特許文献３には、水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波又はそれに近いモードで振動する２次元スキャナーを用いてリサージュ又はそれに近い軌跡でスクリーン面を走査して所望の画像を表示する装置において、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を適正に制御する方法が開示されている。しかしながら、この従来技術は、スキャナーから離れたスクリーン面などに受光手段を備え、該受光手段において受光される走査光のタイミングを検出することにより、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を適正に制御すると云うものであり、装置が大型化するとともにコストアップにつながるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、叙上の従来技術の問題に鑑みなされたもので、第一及び第二の所定の周波数で振動する光ミラーにより光ビームを２次元的に往復走査する２次元光走査装置において、２次元走査の位相関係を最適に制御できるようにして、所望の走査軌跡が高精度に得られるとともに、小型で低コストの２次元光走査装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明は、該２次元光走査装置を備えて、常に最適な所望の走査軌跡で良好な表示画像品質が得られるとともに、小型で低消費電力の光走査画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の２次元光走査装置は、第一の周波数の駆動信号を印加することによって第一の方向に第一の周波数で光ビームを往復走査すべく振動すると同時に、該振動に同期した第一の同期信号を出力する第一の光走査手段と、第一の周波数よりも低い第二の周波数の駆動信号を印加することによって第二の方向に前記第二の周波数で光ビームを往復走査すべく振動するすると同時に、該振動に同期した第二の同期信号を出力する第二の光走査手段を備えると共に、第一の同期信号と第二の同期信号の位相関係を検出する位相検出手段と、該位相検出手段により検知された位相関係に基いて前記第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御する位相制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
位相検出手段は、第一の走査と第二の走査の位相関係が一巡する１フレーム期間内の所定のタイミングにおける、前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相差を検出することを特徴とする。具体的には、１フレーム期間において、第二の光走査手段が前記第二の方向の往復走査の略中心にくるタイミングに対して、第一の走査手段が前記第一の方向の往復走査の略中心にくるタイミングの差を前記位相差として検出する。
【００１３】
また、位相検出手段は、位相差の検出をｎフレーム期間（但しｎは２以上の整数）にわたって行ない、検出されたｎ個の位相差を統計的に処理し、その結果を第一の同期信号と第二の同期信号の位相差として出力することを特徴とする。例えば、検出されたｎ個の位相差の平均値を求める。
【００１４】
位相制御手段は、検出された位相差が所定の範囲内になるように、第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の２次元光走査装置は、位相検出手段に入力される第一及び第二の同期信号の位相が、それぞれ第一及び第二の光走査手段の実振動の位相と適正に対応するように調整する調整手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の光走査型画像表示装置は、上記２次元光走査装置を含み、画像信号を入力し第一及び第二の光走査手段の動きに同期して光ビームを画像信号に基き強度変調しつつスクリーン面を走査することにより所望の画像を表示する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の２次元光走査装置によれば、スキャナー自体に２次元走査の状態を示す同期信号を出力する手段を備え、該同期信号に基づいて２次元走査の位相関係を最適に制御するようにしたので、所望の走査軌跡が高精度に得られとともに、小型で低コスト化が実現できる。また、２次元走査の位相関係が一巡する１フレーム期間内の所定のタイミング、例えば、第一の方向の走査と第二の方向の走査がともに振幅中心付近を通過するタイミングで、第一及び第二の同期信号の位相差を検出することで、２次元走査の位相関係を高精度に検出することができ、高い検出精度を容易に実現できる。なお、本発明の２次元光走査装置のさらなる作用効果は、後述の実施形態の説明で明らかになる。
【００１８】
そして、本発明の光走査型画像表示装置によれば、このような２次元光走査装置を備えることにより、小型低消費電力でありながら、常に最適で良好な画像品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の２次元光走査装置の一実施形態の概略ブロック図である。
【図２】図１における主な信号のタイミングチャートを示した図である。
【図３】図１におけるＭＥＭＳスキャナーの具体的構成例の概略斜視図である。
【図４】図１における位相検出部の一実施例の動作を説明するフローチャートである。
【図５】図１における遅延部の一構成例を示す概略ブロック図である。
【図６】図５の遅延部と位相制御部の主な信号のタイミングチャートを示した図である。
【図７】ＭＥＭＳスキャナーの振動の位相関係とビーム走査軌跡の関係を示した図である（正常なケース）。
【図８】ＭＥＭＳスキャナーの振動の位相関係とビーム走査軌跡の関係を示した図である（ずれているケース）。
【図９】ＭＥＭＳスキャナーの振動の位相関係とビーム走査軌跡の関係を示した図である（同じくずれているケース）。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の２次元光走査装置の一実施形態を概略的に示したブロック図であり、図２は該２次元光走査装置の動作を説明するための各信号のタイミングチャートの一例を示した図である。
【００２２】
駆動信号生成部１は、後述するＭＥＭＳスキャナー１０を駆動する電圧ＶｘおよびＶｙの基となる第一の走査（水平）方向駆動信号Ｓｘと第二の走査（垂直）方向駆動信号Ｓｙを生成する（図２の（ａ），（ｃ））。ここで、駆動信号Ｓｙの周波数（第二の周波数）は、駆動信号Ｓｘの周波数（第一の周波数）よりも低く設定される。実施例では、駆動信号Ｓｘと駆動信号Ｓｙの周波数は９対２の関係を有すとする。
【００２３】
駆動信号Ｓｘは、後述する位相制御部１４によって制御される遅延部２により、位相が適当に遅延され、信号ｄＳｘとして出力される（図２の（ｂ））。ここで、遅延部２と位相制御部１４は位相制御手段として機能する。
【００２４】
駆動信号ｄＳｘ及びＳｙは、それぞれ増幅回路３−１，３−２によって適当に増幅され、更に、場合によってはフィルター処理され、第一の走査（水平）方向駆動電圧Ｖｘ及び第二の走査（垂直）方向駆動電圧Ｖｙとして出力される（図２の（ｄ））。ここで、図２（ｄ）におけるＶc1はＶｘとＶｙの振幅中心電圧を示す。
【００２５】
表示データ（画像データ）は、順次、フレームメモリ４に書き込まれる。データ読出し制御部５は、信号ｄＳｘ，Ｓｙを基にフレームメモリ４の読出しアドレスを生成し、順次、フレームメモリ４から表示データＬＤＤを読み出して出力する。この表示データＬＤＤは、Ｄ／Ａ変換器６によってアナログ信号ＬＤＡに変換され、さらに、増幅回路７によって適当に増幅され、表示信号ＬＤＶとして出力される。レーザユニット８は、表示信号ＬＤＶに基づいて光変調されたレーザ光ビーム９を出力する。
【００２６】
ＭＥＭＳスキャナー１０は、駆動電圧Ｖｘ及びＶｙによって駆動されて２次元的に振動するミラー部１０１を有し、レーザユニット８から出力される光ビーム９をミラー部１０１に入射して、該光ビーム９を走査領域のｘ方向に往復走査すると同時にｙ方向にも往復走査する。駆動電圧Ｖｘ及びＶｙの周波数は駆動信号Ｓｘ及びＳｙに対応しており、本実施例では９対２の関係を有しているため、ミラー部１０１がｙ方向に２周期振動する間にｘ方向に９周期振動することによって光ビーム走査が一巡する。これが１フレーム期間を示すことになる。
【００２７】
また、ＭＥＭＳスキャナー１０は、ミラー部１０１のｘ方向往復走査の振動に同期した同期検出信号Ｐｘ及びｙ方向往復走査の振動に同期した同期検出信号Ｐｙを出力する（図２の（ｅ））。これら同期検出信号Ｐｘ及びＰｙは、ミラー部１０１がＸ軸方向及びＹ軸方向で共振又はそれに近いモードで振動している時、それぞれの振動モードと一致した正弦波状の信号波形となる。図２（ｅ）におけるＶc2は、ＰｘとＰｙの振幅中心電圧を示している。
【００２８】
図３は、本発明に好適なＭＥＭＳスキャナー１０の構成例を概略的に示したものである。図３において、ＭＥＭＳスキャナー１０は、表面に光反射面が形成されたミラー部１０１を有し、該ミラー部１０１は、一対の第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂを介して一対の第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂに支持されている。詳しくは、第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂの一端が、それぞれミラー部１０１の両側に、該ミラー部１０１の略中心を通る線で互いに結ばれるように接続され、該第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂのミラー部１０１と反対側の他端は、一対の支持梁１０３ａ，１０３ｂの略中央部に接続され、該第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂの両端は、それぞれ可動枠１１１の内側の端部に接続されている。この第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂ上に、それぞれ第一の駆動用圧電部材１０４ａ１，１０４ａ２，１０４ｂ１，１０４ｂ２及び第一の検出用圧電部材１０５ａ１，１０５ａ２，１０５ｂ１，１０５ｂ２を設ける。
【００２９】
一方、可動枠１１１は、一対の第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂを介して一対の第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂに支持されている。詳しくは、第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂは、ミラー部１０１の略中心を通り且つ第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂの軸と略直交するように配置されて、それぞれ、その一端は可動枠１１１の外側の側面に接続され、他端は第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂの略中央部に接続され、該第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂの両端は、それぞれ固定ベース１２０の内側の端部に接続されている。この第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂ上に、それぞれ第二の駆動用圧電部材１１４ａ１，１１４ａ２，１１４ｂ１，１１４ｂ２及び第二の検出用圧電部材１１５ａ１，１１５ａ２，１１５ｂ１，１１５ｂ２を設ける。
【００３０】
いま、駆動電圧Ｖｘにより、第一の駆動用圧電部材１０４ａ１と１０４ｂ１に同相、１０４ａ２，１０４ｂ２にそれと逆向きの電圧を印加すると、第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂにそれぞれ左右反対の歪み（伸びと縮み）が発生して、第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂが捻れ、ミラー部１０１が該第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂの軸周りに共振往復運動を行う。この場合、ＭＥＭＳスキャナー１０は第一の光走査手段として機能し、入射された光ビームを走査領域の第一の方向としてのｘ方向に往復走査せしめる。
【００３１】
同時に、駆動電圧Ｖｙにより、第二の駆動用圧電部材１１４ａ１と１１４ｂ１に同相、１１４ａ２と１１４ｂ２にそれと逆向きの電圧を印加すると、同様に第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂにそれぞれ左右反対の歪みが発生して、第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂが捻れ、可動枠１１０が該第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂの軸周りに共振往復運動し、これに応じてミラー部１０１も、該第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂの軸を中心に共振往復運動を行う。この場合、ＭＥＭＳスキャナー１０は第二の光走査手段として機能し、入射された光ビームを走査領域の第二の方向としてのｙ方向に往復走査せしめる。
【００３２】
一方、第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂに歪みが生じると、第一の検出用圧電部材１０５ａ１，１０５ａ２，１０５ｂ１，１０５ｂ２も歪み、それぞれ歪みの変化に対応した電圧が発生する。そこで、これら第一の検出用圧電材料１０５ａ１，１０５ａ２，１０５ｂ１，１０５ｂ２の電極を、互いに発生した電圧が同相となるように接続することで、ミラー部１０１のｘ方向往復走査の振動に同期した同期検出信号Ｐｘを取り出すことができる。同様に、第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂに歪みが生じると、第二の検出用圧電材部材１１５ａ１，１１５ａ２，１１５ｂ１，１１５ｂ２も歪み、それぞれ歪みの変化に対応した電圧が発生する。そこで、これら第二の検出圧電部材１１５ａ１，１１５ａ２，１１５ｂ１，１１５ｂ２の電極を、互いに発生した電圧が同相となるように接続することで、ミラー部１０１のｙ方向往復走査の振動に同期した同期検出信号ｐｙを取り出すことができる。同期検出信号Ｐｘ及びＰｙは、駆動電圧Ｖｘ及びＶｙの変化に対応しており、正弦波状信号波形をとる（図２の（ｄ），（ｅ））。
【００３３】
図１に戻り、同期検出信号Ｐｘ及びＰｙは、それぞれ増幅回路１１−１，１１−２によって適当に増幅されて電圧信号ＶＰｘおよびＶＰｙとして出力される（図２の（ｆ））。図２（ｆ）におけるＶc3は、ＶＰｘとＶＰｙの振幅中心電圧を示す。また、Ｔ０はｙ方向の往復走査の略中心を示している。
【００３４】
電圧信号ＶＰｘ及びＶｐｙは、それぞれコンパレータ１２−１，１２−２にて２値化される（図２の（ｇ），（ｈ））。この２値化する際の閾値は、電圧信号ＶＰｘ，ＶＰｙの振幅中心Ｖc3又はその近傍に設定するのが好ましい。これにより、信号の変化の最も早いタイミングで２値化されるので、ジッターの発生を抑えることができる。
【００３５】
先に述べたように、本実施例では、ＭＥＭＳスキャナー10（ミラー部１０１）がｙ方向に２周期振動する間に、ｘ方向に９周期振動することによって、光ビーム走査が一巡する。即ち、この場合、１フレーム期間とは、ＭＥＭＳスキャナー１０がｙ方向に２周期振動する時間になる。
【００３６】
位相検出部１３は、まず、同期信号ＤＰｙを２周期カウントすることにより１フレーム期間を検出する。そして、１フレーム期間内での同期信号ＤＰｙの特定の立ち上がり（又は立下り）遷移に対する同期信号ＤＰｘの最初の立ち上がり（又は立下り）遷移を計測することにより、同期信号ＤＰｘとＤＰｙの位相差ＴＰｘｙを検出する（図２の（ｉ））。好ましくは、１フレーム期間において、同期信号ＤＰｙが略Ｔ０にくるタイミング（ＭＥＭＳスキャナー１０がｙ方向の往復走査の略中心に来るタイミング）に対して、同期信号ＤＰｘの最初のパルスがくるタイミング（ＭＥＭＳスキャナー１０がｘ方向の往復走査の略中心にくるタイミング）の差を検出する。すなわち、ｘ方向の走査とｙ方向の走査がともに走査領域の中心付近を通過するタイミングで、同期信号ＤＰｘとＤｐｙの位相差ＴＰｘｙを検出する。この場合、ＤｐｘとＤｐｙの位相関係を高精度に検出でき、高い検出精度を容易に実現できる。
【００３７】
なお、図１では省略したが、位相検出部１３に入力される同期信号ＤＰｘ及びＤＰｙの位相が、それぞれＭＥＭＳスキャナー１０のｘ方向及びｙ方向の実振動の位相と適当に対応するように調整する調整手段を更に設けることでもよい。すなわち、同期信号ＤＰｘ及びＤＰｙは、それぞれの伝送経路の遅延特性などの影響により、実際の走査の位相に対して無視できない誤差を含んでいる場合がある。調整手段を設けることにより、このような誤差が発生しても、それを補正することで、後述する２次元走査の位相関係を適正に、より一層高精度に制御することが可能になる。
【００３８】
位相制御部１４は、位相検出部１３から出力される位相差ＴＰｘｙが所定範囲を超えていれば、それを補正すべく制御信号ＲＳＴ＿Ｔ及び補正データＴＣを出力する。また、位相差ＴＰｘｙが所定範囲内であれば、制御信号ＲＳＴ＿Ｔ及び補正データＴＣのどちらも出力しない。遅延部２は、制御信号ＲＳＴ＿Ｔを受け取ると、駆動信号Ｓｘの位相を補正データＴＣに応じて制御して信号ｄＳｘとして出力する。この結果、ＭＥＭＳスキャナー１０におけるｘ方向とｙ方向の走査が所望の位相関係になるように、ＳｘとＳｙすなわちＶｘとＶｙの位相関係が制御される。すなわち、位相差が所定の範囲になるように制御される。
【００３９】
図４は、位相検出部１３の動作の一例をフローチャートで概略的に示したものである。まず、同期信号ＤＰｙを２周期カウントすることにより１フレーム期間を検出する（ステップ１００１）。その後、１フレーム期間の略半分での同期信号ＤＰｙの立上がりを検出すると（ステップ１００２がＹＥＳ）、内部タイマー１（不図）を起動してカウントアップを開始し、同時に極性符号ＳＩＧＮの値を“０”にする（ステップ１００３）。ここで、タイマー１のカウント値が位相差ＴＰｘｙを表し、ＳＩＧＮはその極性（遅れ、進み）を表す。ここでは、ＳＩＧＮ＝０のとき、ＴＰｘｙは正（遅れ）、ＳＩＧＮ＝１の時、ＴＰｘｙは負（進み）とするが、勿論、この逆でも何ら問題はない。
【００４０】
タイマー１のカウントアップを開始した後、カウント値ＴＰｘｙが駆動信号Ｓｘの１／２周期期間に達する前に同期信号ＤＰｘの立上がりを検出するか否か判定する（ステップ１００４，１００５）。ここで、タイマー１のカウント値ＴＰｘｙが駆動信号Ｓｘの１／２周期期間に達する前に同期信号ＤＰｘの立ち上がりを検出した場合には（ステップ１００４がＮＯ、ステップ１００５がＹＥＳ）、その時点でタイマー１のカウントアップ動作を停止（ステップ１００８）、極性符号ＳＩＧＮ（０）と共に、その時のカウント値ＴＰｘｙを位相差データとして出力する（ステップ１００９）。すなわち、この場合、ＭＥＭＳスキャナー１０において、X軸方向の振動の位相が、Ｙ軸方向の振動の位相に対してＴＰｘｙだけ遅れていることを表わしている。
【００４１】
タイマー１のカウント値ＴＰｘｙが駆動信号Ｓｘの１／２周期期間に達しても同期信号ＤＰｘの立ち上がりが検出されない場合には（ステップ１００４がＹＥＳ）、タイマー１のカウント動作をカウントダウンに切り替え、その時点のカウント値ＴＰｘｙ（Ｓｘの１／２周期期間の値）からカウントダウン動作を開始し、同時に極性符号ＳＩＧＮの値を“１”にする（ステップ１００６）。そして、タイマー１のカウント値ＴＰｘｙが０になる前に周期信号ＤＰｘの立ち上がりを検出するか判定する（ステップ１００７，１００５）。
【００４２】
タイマー１がカウントダウン動作を開始してから、カウント値ＴＰｘｙが０になる前に同期信号ＤＰｘの立ち上がりを検出した場合には（ステップ１００７がＮＯ、ステップ１００５がＹＥＳ）、その時点でタイマー１のカウントダウン動作を停止し（ステップ１００８）、極性符号ＳＩＧＮ（１）と共に、その時のカウント値ＴＰｘｙを位相差データとして出力する（ステップ１００９）。すなわち、この場合、ＭＥＭＳスキャナー１０において、Ｘ軸方向の振動の位相が、Ｙ軸方向の振動の位相に対してＴＰｘｙだけ進んでいることになる。
【００４３】
タイマー１がカウントダウン動作を開始し、カウント値ＴＰｘｙが０になっても同期信号ＤＰｘが検出されなかった場合には（ステップ１００７がＹＥＳ）、その時点でタイマー１のカウント動作を停止し（ステップ１００８）、極性符号ＳＩＧＮ（１）と共に、その時のカウント値ＴＰｘｙ＝０を出力する（ステップ１００９）。すなわち、この場合、同期信号ＤＰｘとＤＰｙの位相差はないことになる。
【００４４】
その後、極性符号ＳＩＧＮ及びカウント値ＴＲｘｙをリセットする（ステップ１０１０）。そして、同期信号ＤＰｙの次の立ち上がりを検出すると（ステップ１０１１）、今のフレーム期間での動作を終了し、次のフレームでの同様の動作に備える。
【００４５】
なお、位相検出部１３は、同期信号ＤＰｘとＤＰＹの位相差の検出動作をｎフレーム期間（ｎは２以上の整数）にわたって行い、検出されたｎ個の位相差を統計的に処理し（例えば、ｎ個の位相差の平均値を求める）、その値を同期信号ＤＰｘとＤＰｙの位相差データとして出力するようにしてもよい。これにより、同期信号にノイズ等によるジッターがあっても、その影響を除去でき、高精度で且つ安定した検出性能が得られる。
【００４６】
位相制御部１４は、位相検出部１３から出力される同期信号ＤＰｘとＤＰｙの位相差データであるカウント値ＴＰｘｙ及び極性符号ＳＩＧＮに基づいて制御信号ＲＳＴ＿Ｔ及び補正データＴＣを出力する。先に述べたように、位相制御部１４は、ＴＰｘｙが所定範囲を超えていれば、制御信号ＲＳＴ＿Ｔ及び補正データＴＣを出力し、ＴＲｘｙが所定範囲内であれば、ＲＳＴ＿Ｔ及びＴＣのどちらでも出力しない。遅延部２は、制御信号ＲＳＴ＿Ｔを受け取ると、補正データＴＣに基づいて駆動信号Ｓｘの位相を制御して信号ｄＳｘを出力する。
【００４７】
図５は遅延部２の一構成例を概略的に示したものである。また、図６は、図５の構成例に基づく遅延部２及び位相制御部１４の動作を説明するための各信号のタイミングチャートの一例を示したものである。
【００４８】
位相制御部１４は、位相差データであるカウント値ＴＰｘｙが所定範囲を超えている場合、制御信号ＲＳＴ＿Ｔをロー（Ｌ）にすると同時に補正データＴＣを出力する（図６の（ａ），（ｂ），（ｃ））。制御信号ＲＳＴ＿Ｔは、その後、ハイ（Ｈ）に戻る。
【００４９】
遅延部２はタイマー（内部タイマー２）２０１及び発振回路２０２からなる。発振回路２０２は、タイマー２０１からの制御信号ＯＳＣ＿ＥＮがハイ（Ｈ）の時、駆動信号Ｓｘと全く同じ周波数で発振する。タイマー２０１は、通常、制御信号ＯＳＣ＿ＥＮをハイ（Ｈ）にしているが、位相制御部１４からの制御信号ＲＳＴ＿Ｔがロー（Ｌ）になると、制御信号ＯＳＣ＿ＥＮをロー（Ｌ）にして（図６の（ｄ））、リセット状態となる。そして、位相制御部１４からの制御信号ＲＳＴ＿Ｔがハイ（Ｈ）になるタイミングで、該タイマー２０１は、補正データＴＣを取り込んで保持し、その後、最初に検出される駆動信号Ｓｘの立ち上がりに同期してカウントを開始し、補正データＴＣに対応する時間Ｔｄをカウントすると、制御信号ＯＳＣ＿ＥＮをハイ（Ｈ）にする（図６の（ｄ），（ｆ））。発信回路２０２は、タイマー２０１からの制御信号ＯＳＮ＿ＥＮがロー（Ｌ）になると発振を一時停止し、制御信号ＯＳＮ＿ＥＮがロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）に立ち上がると、それに同期して駆動信号Ｓｘと全く同じ周波数で発振を再開し信号ｄＳｘを出力する（図６の（ｅ））。
【００５０】
図６からわかるように、時間Ｔｄの値に対応して、駆動信号Ｓｘに対する信号ｄＳｘの位相を遅れあるいは進めることが可能になる。すなわち、同期信号ＶＰｘとＶｐｙの位相差に応じＭＥＭＳスキャナー１０におけるｘ方向とｙ方向の位相関係を補正することができる。
【００５１】
前にも述べたように、本実施例では、ＭＥＭＳスキャナー１０がｙ方向に２周期振動する間にｘ方向に９周期振動することによって光ビーム走査が一巡する。図７、図８及び図９は、この場合の水平方向と垂直方向の振動の位相関係とビーム走査軌跡の関係を示したものである。各図において、（ａ）は図２の（ｆ）について所定タイミング（走査の略中心）Ｔ０における同期信号ＶＰｘとＶＰｙの位相関係（ＭＥＭＳスキャナーのｘ方向及びｙ方向の振動の位相関係）を時間軸方向に拡大して示した図、（ｂ）はその場合のビーム走査軌跡を示した図である。
【００５２】
図７は、１フレーム期間においてｘ方向とｙ方向の振動の位相関係が一致している場合であり、走査面全体にわたって均一な密度での走査軌跡が得られている。これに対し、図８及び図９は、ｘ方向とｙ方向の振動の位相関係がずれている場合であり、この場合、走査線の密度にムラが発生している。ＭＥＭＳスキャナーにより光ビームを走査して画像をスクリーン面に表示する光走査型画像装置においては、図７の走査軌跡が好ましい、本実施形態では、小型で低コスト、簡単な構成により、図７のような所望の走査軌跡が高精度に得られ、良好な画像品質が実現する。
【００５３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、これまで説明した形態に限定されるものではない。例えば、図１の構成では、駆動信号Ｓｘの位相を制御するとしたが駆動信号Ｓｙの方の位相を制御することでもよい。また、遅延部は図５の構成である必要はない。検出された位相関係に基づいて、駆動信号ＳｘあるいはＳｙの位相を制御できれば良く、その具体的構成は問わない。
【符号の説明】
【００５４】
１ 駆動信号生成部
２ 遅延部
３−１，３−２ 増幅回路
４ フレームメモリ
５ データ読出し制御部
６ Ｄ／Ａ変換器
７ 増幅回路
８ レーザユニット
１０ ＭＥＭＳスキャナー
１１−１，１１−２ 増幅回路
１２−１，１２−２ コンパレータ
１３ 位相検出部
１４ 位相制御部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特表２００５−５２６２８９号公報
【特許文献２】特開平９−１０１４７４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６４９５４号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一及び第二の方向に所定の周波数で振動する光ミラーにより光ビームを２次元的に往復走査する２次元走査装置、及び、該２次元走査装置を用いて入力画像データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き、走査することにより該スクリーン上に画像を投影する光走査型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示技術の一つに、入力画像データに応じて変調された光ビームを２次元走査してスクリーン上に画像を投影し表示する方式がある。
【０００３】
この種の画像表示技術においては、従来は回転するポリゴンミラーとそれに同期して動くガリバノミラーを組み合わせたものが一般に用いられていたが、近年、半導体製造技術を利用した微細加工プロセスにより製造された、極めて小型で２次元に光走査が可能な所謂ＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）スキャナーが実現し、携帯情報端末への組み込みや眼鏡タイプなどの超小型の画像表示装置も実際に登場している。
【０００４】
このような光走査型画像表示装置の従来例として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動する２次元スキャナーを用いて、入力画像データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き、リサージュまたはそれに近い軌跡でスクリーン面を走査して、所望の画像を表示するというものである。
【０００５】
しかしながら、このような２次元スキャナーを用いた画像表示装置においては、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係が適切でないと、所望の光ビーム走査軌跡が得られず、表示画像の品質が劣化してしまう問題が生じる。具体的には、ＭＥＭＳスキャナーなど機械振動部品は、一般に温度やその他の環境的要因によって特性が変化し、それによって振幅の位相も変化し、表示画像に悪影響を与える。したがって、実際には水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を検知し、適切な位相関係を維持すべく補正する必要があるが、特許文献１には、そのようなことについて一切開示されていない。
【０００６】
これに対して、例えば、特許文献２には、ミラー部を水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動して、光ビームを２次元方向に走査する２次元スキャナー装置において、スキャナー部に、圧電素子などを利用してミラー部の振動に伴う応力を電気信号に変換して検出する手段を設け、その検出信号を水平方向と垂直方向の共振周波数に対応した信号に分離し、各信号に基づいて、水平方向及び垂直方向それぞれについて共振周波数及び振幅を制御して、使用環境の変化によってスキャナー部の振動系の共振周波数が変化しても、ミラー部を所定の走査角度で動作させる技術が開示されている。
【０００７】
しかしながら、この従来技術では、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を検出することは考慮されておらず、両者の位相関係が変化した場合には、表示画像の品質が劣化してしまう問題は解決されない。
【０００８】
また、例えば特許文献３には、水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波又はそれに近いモードで振動する２次元スキャナーを用いてリサージュ又はそれに近い軌跡でスクリーン面を走査して所望の画像を表示する装置において、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を適正に制御する方法が開示されている。しかしながら、この従来技術は、スキャナーから離れたスクリーン面などに受光手段を備え、該受光手段において受光される走査光のタイミングを検出することにより、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を適正に制御すると云うものであり、装置が大型化するとともにコストアップにつながるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、叙上の従来技術の問題に鑑みなされたもので、第一及び第二の所定の周波数で振動する光ミラーにより光ビームを２次元的に往復走査する２次元光走査装置において、２次元走査の位相関係を最適に制御できるようにして、所望の走査軌跡が高精度に得られるとともに、小型で低コストの２次元光走査装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明は、該２次元光走査装置を備えて、常に最適な所望の走査軌跡で良好な表示画像品質が得られるとともに、小型で低消費電力の光走査画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の２次元光走査装置は、第一の周波数の駆動信号を印加することによって第一の方向に第一の周波数で光ビームを往復走査すべく振動すると同時に、該振動に同期した第一の同期信号を出力する第一の光走査手段と、第一の周波数よりも低い第二の周波数の駆動信号を印加することによって第二の方向に前記第二の周波数で光ビームを往復走査すべく振動するすると同時に、該振動に同期した第二の同期信号を出力する第二の光走査手段を備えると共に、第一の同期信号と第二の同期信号の位相関係を検出する位相検出手段と、該位相検出手段により検知された位相関係に基いて前記第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御する位相制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
位相検出手段は、第一の走査と第二の走査の位相関係が一巡する１フレーム期間内の所定のタイミングにおける、前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相差を検出することを特徴とする。具体的には、１フレーム期間において、第二の光走査手段が前記第二の方向の往復走査の略中心にくるタイミングに対して、第一の走査手段が前記第一の方向の往復走査の略中心にくるタイミングの差を前記位相差として検出する。
【００１３】
また、位相検出手段は、位相差の検出をｎフレーム期間（但しｎは２以上の整数）にわたって行ない、検出されたｎ個の位相差を統計的に処理し、その結果を第一の同期信号と第二の同期信号の位相差として出力することを特徴とする。例えば、検出されたｎ個の位相差の平均値を求める。
【００１４】
位相制御手段は、検出された位相差が所定の範囲内になるように、第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の２次元光走査装置は、位相検出手段に入力される第一及び第二の同期信号の位相が、それぞれ第一及び第二の光走査手段の実振動の位相と適正に対応するように調整する調整手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の光走査型画像表示装置は、上記２次元光走査装置を含み、画像信号を入力し第一及び第二の光走査手段の動きに同期して光ビームを画像信号に基き強度変調しつつスクリーン面を走査することにより所望の画像を表示する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の２次元光走査装置によれば、スキャナー自体に２次元走査の状態を示す同期信号を出力する手段を備え、該同期信号に基づいて２次元走査の位相関係を最適に制御するようにしたので、所望の走査軌跡が高精度に得られとともに、小型で低コスト化が実現できる。また、２次元走査の位相関係が一巡する１フレーム期間内の所定のタイミング、例えば、第一の方向の走査と第二の方向の走査がともに振幅中心付近を通過するタイミングで、第一及び第二の同期信号の位相差を検出することで、２次元走査の位相関係を高精度に検出することができ、高い検出精度を容易に実現できる。なお、本発明の２次元光走査装置のさらなる作用効果は、後述の実施形態の説明で明らかになる。
【００１８】
そして、本発明の光走査型画像表示装置によれば、このような２次元光走査装置を備えることにより、小型低消費電力でありながら、常に最適で良好な画像品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の２次元光走査装置の一実施形態の概略ブロック図である。
【図２】図１における主な信号のタイミングチャートを示した図である。
【図３】図１におけるＭＥＭＳスキャナーの具体的構成例の概略斜視図である。
【図４】図１における位相検出部の一実施例の動作を説明するフローチャートである。
【図５】図１における遅延部の一構成例を示す概略ブロック図である。
【図６】図５の遅延部と位相制御部の主な信号のタイミングチャートを示した図である。
【図７】ＭＥＭＳスキャナーの振動の位相関係とビーム走査軌跡の関係を示した図である（正常なケース）。
【図８】ＭＥＭＳスキャナーの振動の位相関係とビーム走査軌跡の関係を示した図である（ずれているケース）。
【図９】ＭＥＭＳスキャナーの振動の位相関係とビーム走査軌跡の関係を示した図である（同じくずれているケース）。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の２次元光走査装置の一実施形態を概略的に示したブロック図であり、図２は該２次元光走査装置の動作を説明するための各信号のタイミングチャートの一例を示した図である。
【００２２】
駆動信号生成部１は、後述するＭＥＭＳスキャナー１０を駆動する電圧ＶｘおよびＶｙの基となる第一の走査（水平）方向駆動信号Ｓｘと第二の走査（垂直）方向駆動信号Ｓｙを生成する（図２の（ａ），（ｃ））。ここで、駆動信号Ｓｙの周波数（第二の周波数）は、駆動信号Ｓｘの周波数（第一の周波数）よりも低く設定される。実施例では、駆動信号Ｓｘと駆動信号Ｓｙの周波数は９対２の関係を有すとする。
【００２３】
駆動信号Ｓｘは、後述する位相制御部１４によって制御される遅延部２により、位相が適当に遅延され、信号ｄＳｘとして出力される（図２の（ｂ））。ここで、遅延部２と位相制御部１４は位相制御手段として機能する。
【００２４】
駆動信号ｄＳｘ及びＳｙは、それぞれ増幅回路３−１，３−２によって適当に増幅され、更に、場合によってはフィルター処理され、第一の走査（水平）方向駆動電圧Ｖｘ及び第二の走査（垂直）方向駆動電圧Ｖｙとして出力される（図２の（ｄ））。ここで、図２（ｄ）におけるＶc1はＶｘとＶｙの振幅中心電圧を示す。
【００２５】
表示データ（画像データ）は、順次、フレームメモリ４に書き込まれる。データ読出し制御部５は、信号ｄＳｘ，Ｓｙを基にフレームメモリ４の読出しアドレスを生成し、順次、フレームメモリ４から表示データＬＤＤを読み出して出力する。この表示データＬＤＤは、Ｄ／Ａ変換器６によってアナログ信号ＬＤＡに変換され、さらに、増幅回路７によって適当に増幅され、表示信号ＬＤＶとして出力される。レーザユニット８は、表示信号ＬＤＶに基づいて光変調されたレーザ光ビーム９を出力する。
【００２６】
ＭＥＭＳスキャナー１０は、駆動電圧Ｖｘ及びＶｙによって駆動されて２次元的に振動するミラー部１０１を有し、レーザユニット８から出力される光ビーム９をミラー部１０１に入射して、該光ビーム９を走査領域のｘ方向に往復走査すると同時にｙ方向にも往復走査する。駆動電圧Ｖｘ及びＶｙの周波数は駆動信号Ｓｘ及びＳｙに対応しており、本実施例では９対２の関係を有しているため、ミラー部１０１がｙ方向に２周期振動する間にｘ方向に９周期振動することによって光ビーム走査が一巡する。これが１フレーム期間を示すことになる。
【００２７】
また、ＭＥＭＳスキャナー１０は、ミラー部１０１のｘ方向往復走査の振動に同期した同期検出信号Ｐｘ及びｙ方向往復走査の振動に同期した同期検出信号Ｐｙを出力する（図２の（ｅ））。これら同期検出信号Ｐｘ及びＰｙは、ミラー部１０１がＸ軸方向及びＹ軸方向で共振又はそれに近いモードで振動している時、それぞれの振動モードと一致した正弦波状の信号波形となる。図２（ｅ）におけるＶc2は、ＰｘとＰｙの振幅中心電圧を示している。
【００２８】
図３は、本発明に好適なＭＥＭＳスキャナー１０の構成例を概略的に示したものである。図３において、ＭＥＭＳスキャナー１０は、表面に光反射面が形成されたミラー部１０１を有し、該ミラー部１０１は、一対の第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂを介して一対の第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂに支持されている。詳しくは、第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂの一端が、それぞれミラー部１０１の両側に、該ミラー部１０１の略中心を通る線で互いに結ばれるように接続され、該第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂのミラー部１０１と反対側の他端は、一対の支持梁１０３ａ，１０３ｂの略中央部に接続され、該第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂの両端は、それぞれ可動枠１１１の内側の端部に接続されている。この第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂ上に、それぞれ第一の駆動用圧電部材１０４ａ１，１０４ａ２，１０４ｂ１，１０４ｂ２及び第一の検出用圧電部材１０５ａ１，１０５ａ２，１０５ｂ１，１０５ｂ２を設ける。
【００２９】
一方、可動枠１１１は、一対の第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂを介して一対の第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂに支持されている。詳しくは、第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂは、ミラー部１０１の略中心を通り且つ第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂの軸と略直交するように配置されて、それぞれ、その一端は可動枠１１１の外側の側面に接続され、他端は第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂの略中央部に接続され、該第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂの両端は、それぞれ固定ベース１２０の内側の端部に接続されている。この第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂ上に、それぞれ第二の駆動用圧電部材１１４ａ１，１１４ａ２，１１４ｂ１，１１４ｂ２及び第二の検出用圧電部材１１５ａ１，１１５ａ２，１１５ｂ１，１１５ｂ２を設ける。
【００３０】
いま、駆動電圧Ｖｘにより、第一の駆動用圧電部材１０４ａ１と１０４ｂ１に同相、１０４ａ２，１０４ｂ２にそれと逆向きの電圧を印加すると、第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂにそれぞれ左右反対の歪み（伸びと縮み）が発生して、第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂが捻れ、ミラー部１０１が該第一のトーションバー１０２ａ，１０２ｂの軸周りに共振往復運動を行う。この場合、ＭＥＭＳスキャナー１０は第一の光走査手段として機能し、入射された光ビームを走査領域の第一の方向としてのｘ方向に往復走査せしめる。
【００３１】
同時に、駆動電圧Ｖｙにより、第二の駆動用圧電部材１１４ａ１と１１４ｂ１に同相、１１４ａ２と１１４ｂ２にそれと逆向きの電圧を印加すると、同様に第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂにそれぞれ左右反対の歪みが発生して、第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂが捻れ、可動枠１１０が該第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂの軸周りに共振往復運動し、これに応じてミラー部１０１も、該第二のトーションバー１１２ａ，１１２ｂの軸を中心に共振往復運動を行う。この場合、ＭＥＭＳスキャナー１０は第二の光走査手段として機能し、入射された光ビームを走査領域の第二の方向としてのｙ方向に往復走査せしめる。
【００３２】
一方、第一の支持梁１０３ａ，１０３ｂに歪みが生じると、第一の検出用圧電部材１０５ａ１，１０５ａ２，１０５ｂ１，１０５ｂ２も歪み、それぞれ歪みの変化に対応した電圧が発生する。そこで、これら第一の検出用圧電材料１０５ａ１，１０５ａ２，１０５ｂ１，１０５ｂ２の電極を、互いに発生した電圧が同相となるように接続することで、ミラー部１０１のｘ方向往復走査の振動に同期した同期検出信号Ｐｘを取り出すことができる。同様に、第二の支持梁１１３ａ，１１３ｂに歪みが生じると、第二の検出用圧電材部材１１５ａ１，１１５ａ２，１１５ｂ１，１１５ｂ２も歪み、それぞれ歪みの変化に対応した電圧が発生する。そこで、これら第二の検出圧電部材１１５ａ１，１１５ａ２，１１５ｂ１，１１５ｂ２の電極を、互いに発生した電圧が同相となるように接続することで、ミラー部１０１のｙ方向往復走査の振動に同期した同期検出信号ｐｙを取り出すことができる。同期検出信号Ｐｘ及びＰｙは、駆動電圧Ｖｘ及びＶｙの変化に対応しており、正弦波状信号波形をとる（図２の（ｄ），（ｅ））。
【００３３】
図１に戻り、同期検出信号Ｐｘ及びＰｙは、それぞれ増幅回路１１−１，１１−２によって適当に増幅されて電圧信号ＶＰｘおよびＶＰｙとして出力される（図２の（ｆ））。図２（ｆ）におけるＶc3は、ＶＰｘとＶＰｙの振幅中心電圧を示す。また、Ｔ０はｙ方向の往復走査の略中心を示している。
【００３４】
電圧信号ＶＰｘ及びＶｐｙは、それぞれコンパレータ１２−１，１２−２にて２値化される（図２の（ｇ），（ｈ））。この２値化する際の閾値は、電圧信号ＶＰｘ，ＶＰｙの振幅中心Ｖc3又はその近傍に設定するのが好ましい。これにより、信号の変化の最も早いタイミングで２値化されるので、ジッターの発生を抑えることができる。
【００３５】
先に述べたように、本実施例では、ＭＥＭＳスキャナー10（ミラー部１０１）がｙ方向に２周期振動する間に、ｘ方向に９周期振動することによって、光ビーム走査が一巡する。即ち、この場合、１フレーム期間とは、ＭＥＭＳスキャナー１０がｙ方向に２周期振動する時間になる。
【００３６】
位相検出部１３は、まず、同期信号ＤＰｙを２周期カウントすることにより１フレーム期間を検出する。そして、１フレーム期間内での同期信号ＤＰｙの特定の立ち上がり（又は立下り）遷移に対する同期信号ＤＰｘの最初の立ち上がり（又は立下り）遷移を計測することにより、同期信号ＤＰｘとＤＰｙの位相差ＴＰｘｙを検出する（図２の（ｉ））。好ましくは、１フレーム期間において、同期信号ＤＰｙが略Ｔ０にくるタイミング（ＭＥＭＳスキャナー１０がｙ方向の往復走査の略中心に来るタイミング）に対して、同期信号ＤＰｘの最初のパルスがくるタイミング（ＭＥＭＳスキャナー１０がｘ方向の往復走査の略中心にくるタイミング）の差を検出する。すなわち、ｘ方向の走査とｙ方向の走査がともに走査領域の中心付近を通過するタイミングで、同期信号ＤＰｘとＤｐｙの位相差ＴＰｘｙを検出する。この場合、ＤｐｘとＤｐｙの位相関係を高精度に検出でき、高い検出精度を容易に実現できる。
【００３７】
なお、図１では省略したが、位相検出部１３に入力される同期信号ＤＰｘ及びＤＰｙの位相が、それぞれＭＥＭＳスキャナー１０のｘ方向及びｙ方向の実振動の位相と適当に対応するように調整する調整手段を更に設けることでもよい。すなわち、同期信号ＤＰｘ及びＤＰｙは、それぞれの伝送経路の遅延特性などの影響により、実際の走査の位相に対して無視できない誤差を含んでいる場合がある。調整手段を設けることにより、このような誤差が発生しても、それを補正することで、後述する２次元走査の位相関係を適正に、より一層高精度に制御することが可能になる。
【００３８】
位相制御部１４は、位相検出部１３から出力される位相差ＴＰｘｙが所定範囲を超えていれば、それを補正すべく制御信号ＲＳＴ＿Ｔ及び補正データＴＣを出力する。また、位相差ＴＰｘｙが所定範囲内であれば、制御信号ＲＳＴ＿Ｔ及び補正データＴＣのどちらも出力しない。遅延部２は、制御信号ＲＳＴ＿Ｔを受け取ると、駆動信号Ｓｘの位相を補正データＴＣに応じて制御して信号ｄＳｘとして出力する。この結果、ＭＥＭＳスキャナー１０におけるｘ方向とｙ方向の走査が所望の位相関係になるように、ＳｘとＳｙすなわちＶｘとＶｙの位相関係が制御される。すなわち、位相差が所定の範囲になるように制御される。
【００３９】
図４は、位相検出部１３の動作の一例をフローチャートで概略的に示したものである。まず、同期信号ＤＰｙを２周期カウントすることにより１フレーム期間を検出する（ステップ１００１）。その後、１フレーム期間の略半分での同期信号ＤＰｙの立上がりを検出すると（ステップ１００２がＹＥＳ）、内部タイマー１（不図）を起動してカウントアップを開始し、同時に極性符号ＳＩＧＮの値を“０”にする（ステップ１００３）。ここで、タイマー１のカウント値が位相差ＴＰｘｙを表し、ＳＩＧＮはその極性（遅れ、進み）を表す。ここでは、ＳＩＧＮ＝０のとき、ＴＰｘｙは正（遅れ）、ＳＩＧＮ＝１の時、ＴＰｘｙは負（進み）とするが、勿論、この逆でも何ら問題はない。
【００４０】
タイマー１のカウントアップを開始した後、カウント値ＴＰｘｙが駆動信号Ｓｘの１／２周期期間に達する前に同期信号ＤＰｘの立上がりを検出するか否か判定する（ステップ１００４，１００５）。ここで、タイマー１のカウント値ＴＰｘｙが駆動信号Ｓｘの１／２周期期間に達する前に同期信号ＤＰｘの立ち上がりを検出した場合には（ステップ１００４がＮＯ、ステップ１００５がＹＥＳ）、その時点でタイマー１のカウントアップ動作を停止（ステップ１００８）、極性符号ＳＩＧＮ（０）と共に、その時のカウント値ＴＰｘｙを位相差データとして出力する（ステップ１００９）。すなわち、この場合、ＭＥＭＳスキャナー１０において、X軸方向の振動の位相が、Ｙ軸方向の振動の位相に対してＴＰｘｙだけ遅れていることを表わしている。
【００４１】
タイマー１のカウント値ＴＰｘｙが駆動信号Ｓｘの１／２周期期間に達しても同期信号ＤＰｘの立ち上がりが検出されない場合には（ステップ１００４がＹＥＳ）、タイマー１のカウント動作をカウントダウンに切り替え、その時点のカウント値ＴＰｘｙ（Ｓｘの１／２周期期間の値）からカウントダウン動作を開始し、同時に極性符号ＳＩＧＮの値を“１”にする（ステップ１００６）。そして、タイマー１のカウント値ＴＰｘｙが０になる前に周期信号ＤＰｘの立ち上がりを検出するか判定する（ステップ１００７，１００５）。
【００４２】
タイマー１がカウントダウン動作を開始してから、カウント値ＴＰｘｙが０になる前に同期信号ＤＰｘの立ち上がりを検出した場合には（ステップ１００７がＮＯ、ステップ１００５がＹＥＳ）、その時点でタイマー１のカウントダウン動作を停止し（ステップ１００８）、極性符号ＳＩＧＮ（１）と共に、その時のカウント値ＴＰｘｙを位相差データとして出力する（ステップ１００９）。すなわち、この場合、ＭＥＭＳスキャナー１０において、Ｘ軸方向の振動の位相が、Ｙ軸方向の振動の位相に対してＴＰｘｙだけ進んでいることになる。
【００４３】
タイマー１がカウントダウン動作を開始し、カウント値ＴＰｘｙが０になっても同期信号ＤＰｘが検出されなかった場合には（ステップ１００７がＹＥＳ）、その時点でタイマー１のカウント動作を停止し（ステップ１００８）、極性符号ＳＩＧＮ（１）と共に、その時のカウント値ＴＰｘｙ＝０を出力する（ステップ１００９）。すなわち、この場合、同期信号ＤＰｘとＤＰｙの位相差はないことになる。
【００４４】
その後、極性符号ＳＩＧＮ及びカウント値ＴＲｘｙをリセットする（ステップ１０１０）。そして、同期信号ＤＰｙの次の立ち上がりを検出すると（ステップ１０１１）、今のフレーム期間での動作を終了し、次のフレームでの同様の動作に備える。
【００４５】
なお、位相検出部１３は、同期信号ＤＰｘとＤＰＹの位相差の検出動作をｎフレーム期間（ｎは２以上の整数）にわたって行い、検出されたｎ個の位相差を統計的に処理し（例えば、ｎ個の位相差の平均値を求める）、その値を同期信号ＤＰｘとＤＰｙの位相差データとして出力するようにしてもよい。これにより、同期信号にノイズ等によるジッターがあっても、その影響を除去でき、高精度で且つ安定した検出性能が得られる。
【００４６】
位相制御部１４は、位相検出部１３から出力される同期信号ＤＰｘとＤＰｙの位相差データであるカウント値ＴＰｘｙ及び極性符号ＳＩＧＮに基づいて制御信号ＲＳＴ＿Ｔ及び補正データＴＣを出力する。先に述べたように、位相制御部１４は、ＴＰｘｙが所定範囲を超えていれば、制御信号ＲＳＴ＿Ｔ及び補正データＴＣを出力し、ＴＲｘｙが所定範囲内であれば、ＲＳＴ＿Ｔ及びＴＣのどちらでも出力しない。遅延部２は、制御信号ＲＳＴ＿Ｔを受け取ると、補正データＴＣに基づいて駆動信号Ｓｘの位相を制御して信号ｄＳｘを出力する。
【００４７】
図５は遅延部２の一構成例を概略的に示したものである。また、図６は、図５の構成例に基づく遅延部２及び位相制御部１４の動作を説明するための各信号のタイミングチャートの一例を示したものである。
【００４８】
位相制御部１４は、位相差データであるカウント値ＴＰｘｙが所定範囲を超えている場合、制御信号ＲＳＴ＿Ｔをロー（Ｌ）にすると同時に補正データＴＣを出力する（図６の（ａ），（ｂ），（ｃ））。制御信号ＲＳＴ＿Ｔは、その後、ハイ（Ｈ）に戻る。
【００４９】
遅延部２はタイマー（内部タイマー２）２０１及び発振回路２０２からなる。発振回路２０２は、タイマー２０１からの制御信号ＯＳＣ＿ＥＮがハイ（Ｈ）の時、駆動信号Ｓｘと全く同じ周波数で発振する。タイマー２０１は、通常、制御信号ＯＳＣ＿ＥＮをハイ（Ｈ）にしているが、位相制御部１４からの制御信号ＲＳＴ＿Ｔがロー（Ｌ）になると、制御信号ＯＳＣ＿ＥＮをロー（Ｌ）にして（図６の（ｄ））、リセット状態となる。そして、位相制御部１４からの制御信号ＲＳＴ＿Ｔがハイ（Ｈ）になるタイミングで、該タイマー２０１は、補正データＴＣを取り込んで保持し、その後、最初に検出される駆動信号Ｓｘの立ち上がりに同期してカウントを開始し、補正データＴＣに対応する時間Ｔｄをカウントすると、制御信号ＯＳＣ＿ＥＮをハイ（Ｈ）にする（図６の（ｄ），（ｆ））。発信回路２０２は、タイマー２０１からの制御信号ＯＳＮ＿ＥＮがロー（Ｌ）になると発振を一時停止し、制御信号ＯＳＮ＿ＥＮがロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）に立ち上がると、それに同期して駆動信号Ｓｘと全く同じ周波数で発振を再開し信号ｄＳｘを出力する（図６の（ｅ））。
【００５０】
図６からわかるように、時間Ｔｄの値に対応して、駆動信号Ｓｘに対する信号ｄＳｘの位相を遅れあるいは進めることが可能になる。すなわち、同期信号ＶＰｘとＶｐｙの位相差に応じＭＥＭＳスキャナー１０におけるｘ方向とｙ方向の位相関係を補正することができる。
【００５１】
前にも述べたように、本実施例では、ＭＥＭＳスキャナー１０がｙ方向に２周期振動する間にｘ方向に９周期振動することによって光ビーム走査が一巡する。図７、図８及び図９は、この場合の水平方向と垂直方向の振動の位相関係とビーム走査軌跡の関係を示したものである。各図において、（ａ）は図２の（ｆ）について所定タイミング（走査の略中心）Ｔ０における同期信号ＶＰｘとＶＰｙの位相関係（ＭＥＭＳスキャナーのｘ方向及びｙ方向の振動の位相関係）を時間軸方向に拡大して示した図、（ｂ）はその場合のビーム走査軌跡を示した図である。
【００５２】
図７は、１フレーム期間においてｘ方向とｙ方向の振動の位相関係が一致している場合であり、走査面全体にわたって均一な密度での走査軌跡が得られている。これに対し、図８及び図９は、ｘ方向とｙ方向の振動の位相関係がずれている場合であり、この場合、走査線の密度にムラが発生している。ＭＥＭＳスキャナーにより光ビームを走査して画像をスクリーン面に表示する光走査型画像装置においては、図７の走査軌跡が好ましい、本実施形態では、小型で低コスト、簡単な構成により、図７のような所望の走査軌跡が高精度に得られ、良好な画像品質が実現する。
【００５３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、これまで説明した形態に限定されるものではない。例えば、図１の構成では、駆動信号Ｓｘの位相を制御するとしたが駆動信号Ｓｙの方の位相を制御することでもよい。また、遅延部は図５の構成である必要はない。検出された位相関係に基づいて、駆動信号ＳｘあるいはＳｙの位相を制御できれば良く、その具体的構成は問わない。
【符号の説明】
【００５４】
１ 駆動信号生成部
２ 遅延部
３−１，３−２ 増幅回路
４ フレームメモリ
５ データ読出し制御部
６ Ｄ／Ａ変換器
７ 増幅回路
８ レーザユニット
１０ ＭＥＭＳスキャナー
１１−１，１１−２ 増幅回路
１２−１，１２−２ コンパレータ
１３ 位相検出部
１４ 位相制御部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特表２００５−５２６２８９号公報
【特許文献２】特開平９−１０１４７４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６４９５４号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の周波数の駆動信号を印加することによって第一の方向に前記第一の周波数で光ビームを往復走査すべく振動すると同時に、該振動に同期した第一の同期信号を出力する第一の光走査手段と、前記第一の周波数よりも低い第二の周波数の駆動信号を印加することによって第二の方向に前記第二の周波数で光ビームを往復走査すべく振動するすると同時に、該振動に同期した第二の同期信号を出力する第二の光走査手段を備えた２次元光走査装置において、
前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相関係を検出する位相検出手段と、該位相検出手段により検知された位相関係に基いて前記第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御する位相制御手段を設けたことを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項２】
前記位相検出手段は、前記第一の走査と第二の走査の位相関係が一巡する１フレーム期間内の所定のタイミングにおける、前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相差を検出することを特徴とする請求項１に記載の２次元光走査装置。
【請求項３】
前記位相検出手段は、前記１フレーム期間において、前記第二の光走査手段が前記第二の方向の往復走査の略中心にくるタイミングに対して、前記第一の走査手段が前記第一の方向の往復走査の略中心にくるタイミングの差を前記位相差として検出することを特徴とする請求項２に記載の２次元光走査装置。
【請求項４】
前記位相検出手段は、前記位相差の検出をｎフレーム期間（但しｎは２以上の整数）にわたって行ない、検出されたｎ個の位相差を統計的に処理し、その結果を前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相差として出力することを特徴とする請求項２または３のいずれかに１項に記載の２次元光走査装置。
【請求項５】
前記統計的処理は、前記検出されたｎ個の位相差の平均値を求める処理であることを特徴とする請求項４に記載の２次元光走査装置。
【請求項６】
前記位相制御手段は、前記検出された位相差が所定の範囲内になるように、前記第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
【請求項７】
前記位相検出手段に入力される前記第一及び第二の同期信号の位相が、それぞれ前記第一及び第二の光走査手段の実振動の位相と適正に対応するように調整する調整手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の２次元光走査装置を含み、画像信号を入力し前記第一及び第二の光走査手段の動きに同期して前記光ビームを前記画像信号に基き強度変調しつつスクリーン面を走査することにより所望の画像を表示する手段を備えたことを特徴とする光走査型画像表示装置。
【請求項１】
第一の周波数の駆動信号を印加することによって第一の方向に前記第一の周波数で光ビームを往復走査すべく振動すると同時に、該振動に同期した第一の同期信号を出力する第一の光走査手段と、前記第一の周波数よりも低い第二の周波数の駆動信号を印加することによって第二の方向に前記第二の周波数で光ビームを往復走査すべく振動するすると同時に、該振動に同期した第二の同期信号を出力する第二の光走査手段を備えた２次元光走査装置において、
前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相関係を検出する位相検出手段と、該位相検出手段により検知された位相関係に基いて前記第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御する位相制御手段を設けたことを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項２】
前記位相検出手段は、前記第一の走査と第二の走査の位相関係が一巡する１フレーム期間内の所定のタイミングにおける、前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相差を検出することを特徴とする請求項１に記載の２次元光走査装置。
【請求項３】
前記位相検出手段は、前記１フレーム期間において、前記第二の光走査手段が前記第二の方向の往復走査の略中心にくるタイミングに対して、前記第一の走査手段が前記第一の方向の往復走査の略中心にくるタイミングの差を前記位相差として検出することを特徴とする請求項２に記載の２次元光走査装置。
【請求項４】
前記位相検出手段は、前記位相差の検出をｎフレーム期間（但しｎは２以上の整数）にわたって行ない、検出されたｎ個の位相差を統計的に処理し、その結果を前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相差として出力することを特徴とする請求項２または３のいずれかに１項に記載の２次元光走査装置。
【請求項５】
前記統計的処理は、前記検出されたｎ個の位相差の平均値を求める処理であることを特徴とする請求項４に記載の２次元光走査装置。
【請求項６】
前記位相制御手段は、前記検出された位相差が所定の範囲内になるように、前記第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
【請求項７】
前記位相検出手段に入力される前記第一及び第二の同期信号の位相が、それぞれ前記第一及び第二の光走査手段の実振動の位相と適正に対応するように調整する調整手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の２次元光走査装置を含み、画像信号を入力し前記第一及び第二の光走査手段の動きに同期して前記光ビームを前記画像信号に基き強度変調しつつスクリーン面を走査することにより所望の画像を表示する手段を備えたことを特徴とする光走査型画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４１４６２（Ｐ２０１２−１４１４６２Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９４４６６（Ｐ２０１０−２９４４６６）
【出願日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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