(57)【要約】      （修正有）【課題】光走査装置において、良好な画像の表示または撮像を行う。【解決手段】光走査装置１は、入射した光を導いて出射端から出射光を出射する導光路と、出射光が所定の走査軌跡を繰り返し描くように出射端を振動させる振動部と、出射光の発光を制御する発光制御部２２と、出射光の一部を検出する光検出器と、所定の軌跡に関わる走査座標を生成する走査座標生成部と、走査座標に対応して振動部を駆動するための駆動信号として、振幅が変調された正弦波を生成する駆動信号生成部２０と、走査座標を用いて画像の座標を計算して画像座標として出力する座標計算部と、を有し、画像座標の半径及び画像座標の偏角の少なくとも一方は、走査座標の半径及び走査座標の偏角に依存する。【選択図】図１
2020095114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射光によって画像の表示または撮像を行う光走査装置であって、
入射した光を導いて出射端から前記出射光を出射する導光路と、
前記出射光が所定の走査軌跡を繰り返し描くように前記出射端を振動させる振動部と、
前記出射光の発光を制御する発光制御部と、
前記出射光の一部を検出する光検出器と、
前記所定の軌跡に関わる走査座標を生成する走査座標生成部と、
前記走査座標に対応して前記振動部を駆動するための駆動信号として、振幅が変調された正弦波を生成する駆動信号生成部と、
前記走査座標を用いて前記画像の座標を計算して画像座標として出力する座標計算部と、を有し、
前記画像座標の半径及び前記画像座標の偏角の少なくとも一方は、前記走査座標の半径及び前記走査座標の偏角に依存することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置であって、
前記座標計算部は、
前記走査座標に対して、歪みを補正するための所定の演算を行って前記画像座標を算出し、
前記所定の演算は、前記走査座標の半径及び前記走査座標の偏角を引数とする関数であることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光走査装置であって、
前記振動部は２つの駆動軸を有し、
前記２つの駆動軸に関する前記駆動信号の振幅の変調が異なり、
前記走査座標を元に角度を補正するための計算を行い、補正角度として出力する角度補正部を更に有し、
前記座標計算部は、
前記補正角度を用いて画像の座標を計算して画像座標として出力し、
前記走査座標の偏角をθｄｒｖ、前記補正角度をθｃａｌｃとし、前記補正角度に関する計算を以下の数式で表したとき、
θｃａｌｃ＝θｄｒｖ＋ｆ（θｄｒｖ、ｒｄｒｖ）＋Ｃ
関数ｆ（θ、ｒ）はθに関する周期π［ｒａｄ］の周期関数であることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光走査装置であって、
前記振動部は２つの駆動軸を有し、
前記２つの駆動軸に関する前記駆動信号の振幅の変調が異なり、
前記走査座標を元に角度を補正するための計算を行い、補正角度として出力する角度補正部を更に有し、
前記座標計算部は、
前記補正角度を用いて画像の座標を計算して画像座標として出力し、
前記走査座標の偏角をθｄｒｖ、前記補正角度をθｃａｌｃとし、前記補正角度に関する計算を以下の数式で表したとき、
θｃａｌｃ＝ｆ（θｄｒｖ、ｒｄｒｖ）＋Ｃ
前記光検出器が検出する検出信号を用いて前記定数Ｃを調整することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
出射光によって画像の表示または撮像を行う光走査装置であって、
入射した光を導いて出射端から前記出射光を出射する導光路と、
前記出射光が所定の走査軌跡を繰り返し描くように前記出射端を振動させる振動部と、
前記出射光の発光を制御する発光制御部と、
前記出射光の一部を検出する光検出器と、
前記振動部を駆動するための駆動信号として、振幅が変調された正弦波を生成する駆動信号生成部と、
所定の制御を行う制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記画像の表示または前記撮像を行うための光走査を行っている期間中に前記光検出器が検出する検出信号に応じて前記駆動信号の駆動パラメータの変更を指示することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光走査装置であって、
表示画像を格納する表示画像格納部と、
所定の演算に基づき前記画像の座標を計算して画像座標として出力する座標計算部と、を更に有し、
前記発光制御部は、
前記座標計算部が出力する前記画像座標及び前記表示画像格納部から読み出した前記表示画像に基づいて前記出射光の発光を制御し、
前記制御部は、前記検出信号を用いて前記出射光の前記走査軌跡を推定し、
前記座標計算部における前記所定の演算は、前記制御部からの信号に応じて変化することを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記導光路の前記出射端から出射された前記出射光の戻り光を検出する受光部と、
所定の演算に基づき前記画像の座標を計算して画像座標として出力する座標計算部と、を更に有し、
前記制御部は、
前記座標計算部が出力する前記画像座標に基づいて前記受光部で検出された前記戻り光に関連した情報を撮像画像として、前記検出信号を用いて前記出射光の前記走査軌跡を推定し、
前記座標計算部における前記所定の演算は、前記制御部からの信号に応じて変化することを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記光検出器は、
前記検出信号として、前記画像の前記表示または前記撮像を行っている最中の光の一部を検出することを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記駆動パラメータは、前記正弦波の周波数であることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記光検出器は、２以上の受光面を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記光検出器は、２以上の受光面が隣接した構造を有し、
隣接する前記受光面を隔てる辺のうちの少なくとも一辺が、前記振動部が振動する軸に対応していることを特徴とする光走査装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記光検出器は、２以上の受光面が隣接した構造を有し、
前記光検出器において検出される光の強度中心が、隣接する前記受光面を隔てる辺を通過するタイミングを検出する位相差計測部を更に有し、
前記制御部は、
前記位相差計測部が検出した前記タイミングにおける前記正弦波の位相が所定の位相となるように、前記駆動パラメータの変更を指示することを特徴とする光走査装置。
【請求項１３】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記光検出器は、隣接する４つの受光面からなる構造を有し、
前記光検出器において検出される光の強度中心が、隣接する前記受光面を隔てる辺を通過する際の移動速度を計測する移動時間計測部と、
前記光検出器において検出される光の強度中心が、隣接する前記受光面を隔てる辺を通過するタイミングを検出する位相差計測部と、を更に有し、
前記制御部は、
前記タイミング及び前記前記移動速度に基づき、前記走査軌跡を推定することを特徴とする光走査装置。
【請求項１４】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記光検出器は、隣接する４つの受光面からなる構造を有し、
前記４つの受光面からの信号をA、B、C、Dとしたとき、
前記検出信号は、
数１で表される第一の差動信号Ｄ１または数２で表される第二の差動信号Ｄ２であることを特徴とする光走査装置。
【数１】
2020095114.tif 000020
【数２】
2020095114.tif 000021
【請求項１５】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記出射光の一部を分岐して前記光検出器に導くプリズムと、
前記導光路を出射した前記出射光を拡大投影するレンズと、を更に有し、
前記プリズムは、
前記レンズを通過する前の前記出射光の一部または前記レンズを通過した後の前記出射光の一部を分岐することを特徴とする光走査装置。
【請求項１６】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記導光路を出射した前記出射光を所定の入射部より入射して、観察者の瞳に向かって出射する導光板を更に有し、
前記光検出器は、
前記導光路と前記導光板の入射部とを結ぶ直線上に配置されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１７】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記出射光の一部を取り込む検出用導光路を更に有し、
前記光検出器は、
前記検出用導光路より伝播する光を検出することを特徴とする光走査装置。
【請求項１８】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記制御部は、
前記走査軌跡が所定の領域内である期間に前記画像の表示または撮像を行い、
前記発光制御部は、
前記走査軌跡が前記所定の領域でない期間に前記出射光の発光を行い、
前記検出信号は、前記出射光を前記光検出器が検出した信号であることを特徴とする光走査装置。
【請求項１９】
請求項５に記載の光走査装置であって、
前記出射光は、可視光でない波長または青色の波長を有する検出光を含み、
前記光検出器は、前記検出光の波長の光を選択的に検出することを特徴とする光走査装置。
【請求項２０】
入射した光を導いて出射端から前記出射光を出射する導光路と、前記出射光が所定の走査軌跡を繰り返し描くように前記出射端を振動させる振動部と、前記出射光の発光を制御する発光制御部と、前記出射光の一部を検出する光検出器と、前記振動部を駆動するための駆動信号として振幅が変調された正弦波を生成する駆動信号生成部と、所定の制御を行う制御部とを有する光走査装置を用いて、前記出射光によって画像の表示または撮像を行う光走査方法であって、
前記制御部は、
前記画像の表示または撮像を開始するステップと、
前記画像の表示または撮像を行うための光走査を行っている期間中に、前記光検出器が検出する検出信号を用いて前記駆動信号の駆動パラメータの変更が必要か否かを判断するステップと、
前記判断の結果に応じて、前記駆動信号の駆動パラメータの変更を指示するステップと、
を実行することを特徴とする光走査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及び光走査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
映像装置の小型化に伴い、光走査装置の小型化及び性能向上が求められる。これに関連する技術として、光ファイバスキャナに関する技術が記載されている特許文献１がある。
【０００３】
具体的には、特許文献１には、「光走査型内視鏡装置１０は、対象物１００を走査する前に共振周波数ｆｒを検出し、この共振周波数ｆｒで被検出物の光走査を行い、画像を取得することができる。これによって、装置の個体差や経時的変化による、ファイバの共振周波数のズレによる性能劣化を防止し、駆動周波数を適切に調整することが可能になる。」との記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７５６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、特許文献１の光走査装置は、共振周波数を検出して画像を取得している。その際、良好な画像の表示または撮像を行うためには、例えば、画像の表示または撮像を一時中断することなく共振周波数の検出を行うことが好ましい。
しかし、特許文献１では、このような良好な画像の表示または撮像を行うための技術的手段については考慮されていない。
【０００６】
本発明の目的は、光走査装置において、良好な画像の表示または撮像を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の光走査装置は、出射光によって画像の表示または撮像を行う光走査装置であって、入射した光を導いて出射端から前記出射光を出射する導光路と、前記出射光が所定の走査軌跡を繰り返し描くように前記出射端を振動させる振動部と、前記出射光の発光を制御する発光制御部と、前記出射光の一部を検出する光検出器と、前記所定の軌跡に関わる走査座標を生成する走査座標生成部と、前記走査座標に対応して前記振動部を駆動するための駆動信号として、振幅が変調された正弦波を生成する駆動信号生成部と、前記走査座標を用いて前記画像の座標を計算して画像座標として出力する座標計算部と、を有し、前記画像座標の半径及び前記画像座標の偏角の少なくとも一方は、前記走査座標の半径及び前記走査座標の偏角に依存することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様の光走査装置は、出射光によって画像の表示または撮像を行う光走査装置であって、入射した光を導いて出射端から前記出射光を出射する導光路と、前記出射光が所定の走査軌跡を繰り返し描くように前記出射端を振動させる振動部と、前記出射光の発光を制御する発光制御部と、前記出射光の一部を検出する光検出器と、前記振動部を駆動するための駆動信号として、振幅が変調された正弦波を生成する駆動信号生成部と、所定の制御を行う制御部と、を有し、前記制御部は、前記画像の表示または前記撮像を行うための光走査を行っている期間中に前記光検出器が検出する検出信号に応じて前記駆動信号の駆動パラメータの変更を指示することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様の光走査方法は、入射した光を導いて出射端から前記出射光を出射する導光路と、前記出射光が所定の走査軌跡を繰り返し描くように前記出射端を振動させる振動部と、前記出射光の発光を制御する発光制御部と、前記出射光の一部を検出する光検出器と、前記振動部を駆動するための駆動信号として振幅が変調された正弦波を生成する駆動信号生成部と、所定の制御を行う制御部とを有する光走査装置を用いて、前記出射光によって画像の表示または撮像を行う光走査方法であって、前記制御部は、前記画像の表示または撮像を開始するステップと、前記画像の表示または撮像を行うための光走査を行っている期間中に、前記光検出器が検出する検出信号を用いて前記駆動信号の駆動パラメータの変更が必要か否かを判断するステップと、前記判断の結果に応じて、前記駆動信号の駆動パラメータの変更を指示するステップとを実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、光走査装置において、良好な画像の表示または撮像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】光走査装置１の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】光走査部１０の構造を示す図である。
【図２Ｂ】光走査部１０の構造を示す図である。
【図３】検出器１１０の構造及び光走査中に光検出器１１０で検出される光スポットを説明する図である。
【図４】光走査の位相を変化させたときの差動信号である。
【図５】照明部１１、受光部１２及び分波部１０８との関係を示す図である。
【図６】駆動信号生成部２０の構成を示すブロック図である。
【図７】駆動信号生成部２０の内部の波形を示す図である。
【図８】リマッピング制御部２１の構成の構成を示すブロック図である。
【図９】（ａ）は発光制御部２２が通常に発光する場合を説明する図であり、（ｂ）は発光制御部２２が輝度を低下する場合を説明する図である。
【図１０】走査軌跡の場合に発生する投影画像の歪みについて説明する図である。
【図１１】定数項Ｃを変化させたときの投影像について説明する図である。
【図１２】光走査装置１におけるドットずれ補正処理のフローチャートである。
【図１３】２次共振系のゲイン（利得）と位相の周波数特性を示す図である。
【図１４】走査軌跡を描画した図である。
【図１５】位相差計測部２３の構成を示すブロック図である。
【図１６】位相差計測部２３の内部の波形を示す図である。
【図１７】光走査装置１の処理を示すフローチャートである。
【図１８】光走査装置２の構成を示すブロック図である。
【図１９】移動時間計測部２４の構成を示すブロック図である。
【図２０】光スポットを示す図である。
【図２１】円形の軌跡の半径を変えた場合の差動信号Ｄ１及び差動信号Ｄ２の値を示す図である。
【図２２】光の走査軌跡の一例を示す図である。
【図２３】光走査装置１の処理を示すフローチャートである。
【図２４】ヘッドマウントディスプレイに搭載する場合の構成を示す図である。
【図２５】光走査中に光検出器１１０で検出される光スポットを示す図である。
【図２６】光走査の位相を変化させたときの単純差動信号及び差動信号を示す図である。
【図２７】光走査部１３の構造を示す図である。
【図２８】光走査部１３の構造を示す図である。
【図２９】振動部１０１の断面図である。
【図３０】検出器１１０の構造及び設置方向を示す図である。
【図３１】軌跡上の領域を示す図である。
【図３２】光走査部１７の構造を示す図である。
【図３３】光走査部１７の断面図である。
【図３４】光走査部１８の構造を示す図である。
【図３５】光走査装置６の構成を示すブロック図である。
【図３６】光走査部１９の構造を示す図である。
【図３７】光検出器１１５の構造を示す図である。
【図３８】光検出器１１５の受光面を示す図である。
【図３９】光検出器１１５の受光面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１を参照して、実施例１の光走査装置１の構成について説明する。図１は、光走査部１０を備えた光走査装置１を示すブロック図である。
【００１４】
光走査装置１は、例えばプロジェクターやヘッドマウントディスプレイ等、映像を投影する機能を有する装置である。光走査装置１は、例えばカメラや内視鏡等、映像を撮影する機能を有する装置であってもよい。
【００１５】
光走査装置１は、光走査部１０、照明部１１、受光部１２、駆動信号生成部２０、リマッピング制御部２１、発光制御部２２、位相差計測部２３、増幅部３０、レーザドライバ３１、差動信号生成部３２、表示画像格納メモリ３３、コントローラ（制御部）４０、記憶部４１及び入出力制御回路４２を備えている。
【００１６】
駆動信号生成部２０、リマッピング制御部２１、発光制御部２２、位相差計測部２３は、一例として、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）による論理回路として実現される。または、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのハードウェアにて実装してもよい。
【００１７】
光走査装置１は、入出力制御回路４２を介して外部制御装置５０と接続されている。光走査装置１は、外部制御装置５０から映像信号を受け取り、映像を表示する機能を有する。
【００１８】
制御部としてのコントローラ４０は、光走査装置１の各ブロックに対して制御を行う。コントローラ４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の中央演算処理装置によってその機能を実現する。図１においてコントローラ４０からの信号線は説明上重要な線のみを記載しており、全てを図示していない。例えば、リマッピング制御部２１も、コントローラ４０からの指示を受けて動作の開始や終了を行ったり、コントローラ４０に対して状態の返答を行っても良い。
【００１９】
記憶部４１は、コントローラ４０をはじめとして、光走査装置１を構成する各部の処理に必要な情報や、生成された情報を記憶する。記憶部４１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）又はフラッシュメモリ等の記憶装置であり、プログラムやデータが一時的に読み出される記憶エリアとして機能する。記憶部４１は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）や、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ−  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ−Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＳＳＤ（ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｄｒｉｖｅ）等の書き込み及び読み出し可能な記憶メディア及び記憶メディア駆動装置等であってもよい。なお、コントローラ４０は、記憶部４１上に読み出されたプログラムに従って動作するＣＰＵにより処理を行う。
【００２０】
光走査装置１が入出力制御回路４２を介して受け取った映像信号は、表示画像格納メモリ３３に格納される。駆動信号生成部２０は、コントローラ４０からの指示に基づき、光走査部１０において光を走査するための複数の駆動信号を生成する。駆動信号生成部２０から出力された駆動信号は、増幅部３０によって増幅され、光走査部１０に設けられたアクチュエータに印加される。これにより、光が走査される。
【００２１】
リマッピング制御部２１は、駆動信号生成部２０からの情報を元に、表示画像格納メモリ３３に蓄えられた映像情報のうち、どの座標の画素情報で点灯すべきかを計算する。計算された座標（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）は表示画像格納メモリ３３に供給され、対応する座標の画素の階調データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が発光制御部２２に供給される。発光制御部２２は、画素の階調データに基づきレーザの発光を制御するための信号を生成する。更に、発光制御部２２は、駆動信号生成部２０からの情報を元に、輝度の補正を行う。発光制御部２２で生成された信号はレーザドライバ３１を介して、照明部１１に設けられたレーザに供給される。レーザを出射した光は光走査部１０を介して投影面に照射される。これにより、光の走査に同期して、レーザの発光が制御される。
【００２２】
差動信号生成部３２は、光走査部１０に設けられた光検出機１１０からの信号を元に、後述する差動信号を出力する。位相差計測部２３は、駆動信号生成部２０の出力信号と差動信号生成部３２から出力される差動信号を元に位相差を計測し、コントローラ４０に伝達する。コントローラ４０は、計測された位相差を元に、必要に応じて駆動信号生成部２０の駆動パラメータの変更を指示する。
【００２３】
画像を撮影する場合、対象に照射されて戻ってきた戻り光が光走査部１０を介して受光部１２に導かれる。なお、光走査装置１が撮影機能を有しない場合、受光部１２は必ずしも必要でない。また、発光制御部２２は、発光したタイミングを別の回路に通知する機能を有していてもよい。
【００２４】
次に、光走査部１０の構造について、図２Ａを用いて説明する。光走査部１０は、振動部１０１、導光路１０２、接着部１０３、レンズ１０４、筐体１０５、支持部材１０６、電気配線１０７、分波部１０８、プリズム１０９及び光検出器１１０を備える。分波部１０８については後述する。また、本明細書中における座標軸についても示している。
【００２５】
振動部１０１は、振動を発生させるアクチュエータであって、例えば圧電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、又は静電アクチュエータである。振動部１０１は、中心部が中空の円筒型の圧電素子の内周又は外周に複数の電極を設置して構成される。振動部１０１に設けられた電極は電気配線１０７と接続されており、電気配線１０７を通じて印加される駆動信号に基づいて振動部１０１が振動する。振動部１０１は、ｘ軸及びｙ軸の２軸に関して変位が可能なアクチュエータである。
【００２６】
振動部１０１の中空部分には、導光路１０２が設置され、振動部１０１と導光路１０２は接着部１０３により固定される。また、振動部１０１は支持部材１０６によって、筐体１０５に固定される。
【００２７】
導光路１０２は、例えばシングルモードやマルチモードの光ファイバである。光ファイバは、コート層、クラッド層、及びコア層で構成され、光がコア層内に閉じ込められて伝播する。なお、コート層を剥離させた光ファイバを導光路１０２に用いてもよい。これにより、光走査部１０のサイズを小型化できる。
【００２８】
画像を撮影する場合、導光路１０２は、対象からの戻り光を取り込む。戻り光は最終的に受光部１２へと導かれる。導光路１０２は、戻り光の取り込み効率を高めるために、光ファイバを複数本用いたものであってもよいし、マルチコアタイプの光ファイバを用いたものであってもよい。
【００２９】
レンズ１０４はガラス又は樹脂により形成されるレンズである。レンズ１０４は、球面又は非球面レンズであって、フレネルレンズや、屈折率分布型のＧＲＩＮ（ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｉｎｄｅｘ）レンズであってもよい。また、レンズ１０４は、導光路１０２の出射端１０２ａと一体化していてもよい。また、レンズ１０４は、１枚のレンズでなく、複数枚のレンズから構成されてもよい。
【００３０】
プリズム１０９は、一部の光を透過すると共に、一部の光を入射方向に対して直角に偏向するプリズムである。レンズ１０４の先にプリズム１０９が配置される。図２Ａにおいて、透過する光をＬ１、偏向される光をＬ２で示している。Ｌ１とＬ２の強度の比率は、例えばＬ１：Ｌ２＝９：１など、Ｌ１の光の強度の方が高い。光検出器１１０は、プリズム１０９で偏向された光Ｌ２を検出する。
【００３１】
導光路１０２の出射端１０２ａは、接着部１０３を固定端として片持ち梁状に突き出している。振動部１０１を振動させると、自由端である導光路１０２の出射端１０２ａが共振振動する。この振動によって、導光路１０２から出射された光はレンズ１０４及びプリズム１０９を介して出射される透過光Ｌ１となり、対象面に照射されて光の走査が行われる。
【００３２】
図３は、光検出器１１０の構造及び光走査中に光検出器１１０で検出される光スポットを示す図である。光検出器は４分割のディテクタである。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、ｘｚ平面に沿って分割軸が配置されており、分割されたそれぞれの受光面を１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄとする。また本明細書では、それぞれの受光面からの電気信号を信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表現する。光検出器１１０は複数のゲイン設定を切り替え可能であり、電気信号の増幅率を変更可能な構成であってもよい。差動信号生成部３２では、これら４つの信号に関して、以下の（数１）及び（数２）の演算を行い、第一の差動信号Ｄ１及び第二の差動信号Ｄ２を出力する。
【００３４】
【数１】
2020095114.tif 000003
【００３５】
【数２】
2020095114.tif 000004
【００３６】
ここで分母は総光量に相当する値であるため、実施例１の差動信号は正規化を行った信号となっている。
【００３７】
ここで、実施例１における差動信号の意味合いについて説明する。図２Ｂは、光検出器１１０で受光される光スポットの大きさを説明するための図である。
【００３８】
導光路１０２の出射端１０２ａが共振振動することで、レンズ１０４を出た光は図中のθＦＯＶで示す範囲を走査する。このとき、レンズ１０４を出射した光が光検出器１１０に到達するまでの光線図は、図２Ｂに示すようになる。ＳＰ０及びＳＰ１は、光走査中に光検出機１１０で検出される光スポットの位置を示している。ＳＰ０は軌跡の中心を通過する場合の光スポットであり、ＳＰ１は光走査の軌跡がｙ軸正方向を通過する場合の光スポットである。図２Ｂからわかるように、光検出器１１０に到達する光スポットは大きく面積を持つ。
【００３９】
このことを踏まえ、差動信号の意味合いについて図３を用いて説明する。図３のＳＰ１及びＳＰ２は光スポットの大きさを示しており、ＳＰ１−０及びＳＰ２−０は光スポットの中心を示している。
【００４０】
本明細書では説明のため、ｘｚ平面の原点を４分割ディテクタの中心に取り、ｘｚ平面における偏角を光走査の位相と称する。即ち、図３（ａ）は光走査の位相が９０度の場合であり、図３（ｂ）は光走査の位相が０度の場合である。図３（ａ）の場合、光スポットはｚ軸によって２等分されている。そのため、第一の差動信号Ｄ１の値はゼロになる。また図３（ｂ）の場合には、光スポットはｘ軸によって２等分されるため、第二の差動信号Ｄ２の値がゼロになる。
【００４１】
なお、実施例１においては、光検出器１１０の外形サイズは、光走査軌跡の任意の位置の光スポットが受光面に受光される条件下で、最も小さい正方形であるとする。もちろん、光検出器１１０のサイズはこれに限定されるものではなく、より大きなサイズであっても構わない。
【００４２】
実施例１の差動信号について、図４を用いて説明する。説明のため、光走査の軌跡は原点を中心とする円であるとし、その位相を変化させた場合の差動信号を図４に示す。図４（ａ）は第一の差動信号Ｄ１の値、図４（ｂ）は第二の差動信号Ｄ２の値である。このことから、差動信号がゼロクロスするのは光スポットの中心が４分割ディテクタの分割線（即ちｘ軸またはｚ軸）上に位置する場合である。
【００４３】
このように、４分割ディテクタを用いて検出することにより、光スポットの中心が４分割ディテクタの分割線（即ちｘ軸またはｚ軸）上に位置することを検出可能である。
【００４４】
図５は照明部１１と受光部１２、そして光走査部１０内の分波部１０８との関係を示す図である。照明部１１は光源部１１０１と合波部１１０２から成る。光源部１１０１は少なくとも１以上の光源を有しており、光源から出た１以上の光は合波部１１０２によって合波され、光ファイバ（図示しない）を通じて、光走査部１０内の分波部１０８に導光される。本実施例の光源部１１０１には光の３原色である赤、緑、青の各色に対応したレーザ及び赤外の波長のレーザが搭載されており、合波部１１０２によって任意の色を導光する。
【００４５】
分波部１０８は照明部１１からの光を導光路１０２に導光する機能を有し、この結果、導光路１０２の出射端１０２ａから光が出射される。更に、分波部１０８は、導光路１０２に取り込まれた、対象からの戻り光を受光部１２へと導く。受光部１２はカメラにおける受光部に相当し、対象からの戻り光の強度に応じた情報を出力する。受光部１２は例えば、カラーフィルタとレンズ、ディテクタから構成される。
【００４６】
続いて、実施例１における駆動信号生成部２０の構成について、図６を用いて説明する。
【００４７】
駆動信号生成部２０は、走査座標生成部２００１、第一の正弦波生成部２００２、第二の正弦波生成部２００３、第一の振幅変調波形生成部２００４、第二の振幅変調波形生成部２０１１、第一の可変ゲイン２００５、第二の可変ゲイン２００６、第一の乗算器２００７、第二の乗算器２００８、第一の反転ゲイン２００９及び第二の反転ゲイン２０１０を備える。駆動信号生成部２０は、ＶＸ１、ＶＸ２、ＶＹ１、ＶＹ２の４つの駆動信号を出力する。
【００４８】
走査座標生成部２００１は、投影面におけるレーザの軌跡が所定の軌跡を描くように、走査軌跡の座標（以下、走査座標と称する）を生成する。走査座標生成部２００１の生成する走査座標は、以下の（数３）及び（数４）で表される。
【００４９】
【数３】
2020095114.tif 000005
【００５０】
【数４】
2020095114.tif 000006
【００５１】
第一の正弦波生成部２００２は、角度θｄｒｖに基づき、第一の正弦波Ｓ１を生成する。第一の正弦波生成部２００２から出力された第一の正弦波は、第一の可変ゲイン２００５で振幅が変更され、ｘ軸駆動正弦波Ｓｘとなる。第一の可変ゲイン２００５における倍率は、コントローラ４０から指示される。
【００５２】
第二の正弦波生成部２００３は、角度θｄｒｖとコントローラ４０からの指令信号に基づき、第一の正弦波に対して所定の位相差△θｄｒｖを有する、第二の正弦波Ｓ２を生成する。位相差△θｄｒｖの情報は、コントローラ４０から指示される。第二の正弦波生成部２００３から出力された第二の正弦波は、第二の可変ゲイン２００６で振幅が変更され、ｙ軸駆動正弦波Ｓｙとなる。第二の可変ゲイン２００６における倍率は、コントローラ４０から指示される。
【００５３】
第一の振幅変調波形生成部２００４は、半径ｒｘに基づき、振幅変調波形Ｓ３を生成する。第一の乗算器２００７は、ｘ軸駆動正弦波ＳＸと振幅変調波形Ｓ３との乗算を行う。乗算された波形は信号Ｖｘ１となると共に、第一の反転ゲイン２００９にて振幅が反転され、反転された波形は信号Ｖｘ２となる。
【００５４】
また、第二の振幅変調波形生成部２００４は、半径ｒｙに基づき、振幅変調波形Ｓ４を生成する。第二の乗算器２００８は、ｙ軸駆動正弦波ＳＹと振幅変調波形Ｓ４との乗算を行う。乗算された波形は信号Ｖｙ１となると共に、第二の反転ゲイン２０１０にて振幅が反転され、反転された波形は信号Ｖｙ２となる。
【００５５】
実施例１において、電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２は、増幅部３０にて増幅されて増幅駆動信号Ｖｄｘ１、Ｖｄｘ２、Ｖｄｙ１、Ｖｄｙ２となる。これらの増幅駆動信号は、光走査部１０内の振動部１０１に設けられた電極に印加される。このように、振動部１０１に設けられた電極のうち、互いに対向する電極には極性の異なる正弦波が印加される。この条件にて、図２Ａ、図２Ｂで示した軸の方向に変位するように、振動部１０１が構成されているものとする。振動部１０１は圧電素子であるので、圧電素子の分極を実施する際の方向により、上記の構成を実現できる。
【００５６】
また、第一の正弦波Ｓ１及び第二の正弦波Ｓ２は、位相差計測部２３に出力される。また、角度θｄｒｖが０度から３６０度まで回転する周波数ｆｄｒｖは、駆動信号の主たる周波数成分となるため、本明細書では駆動周波数と称する。駆動周波数ｆｄｒｖは、コントローラ４０から指示される。
【００５７】
この構成による駆動回路生成部は、振幅が変調された正弦波によって生成される任意の駆動信号を生成できる。また、駆動信号は、走査座標生成部の生成する走査座標に対応したものとなる。言い換えれば、走査座標は駆動信号の波形から逆算できる走査軌跡の座標である。走査座標生成部２００１の生成する振幅Rx及びRyは、時間の関数として以下の（数５）及び（数６）で表される。ここでａ１２は正の数である。
【００５８】
【数５】
2020095114.tif 000007
【００５９】
【数６】
2020095114.tif 000008
【００６０】
即ち、実施例１において、ｘ軸は振幅変調がされない。また、ｙ軸の駆動信号の正弦波の振幅（正弦波の包絡線）は単調増加する。このように制御すると、図７のような走査軌跡を描くことができる。即ち、同一の長軸を持つ楕円状の軌跡を描く。
【００６１】
続いて、実施例１におけるリマッピング制御部２１の構成について、図８を用いて説明する。
【００６２】
リマッピング制御部２１は、角度補正部２１０１と、座標計算部２１０２から構成される。角度補正部２１０１は、駆動信号生成部２０からのθｄｒｖ、ｒｘ、ｒｙを用いて以下の（数７）及び（数８）の演算を行い、補正角度θｃａｌｃを出力する。
【００６３】
【数７】
2020095114.tif 000009
【００６４】
【数８】
2020095114.tif 000010
【００６５】
座標計算部２１０２は、以下の（数９）及び（数１０）の演算を行い、ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃを出力する。
【００６６】
【数９】
2020095114.tif 000011
【００６７】
【数１０】
2020095114.tif 000012
【００６８】
以上の式において、ｆθ（）、ｆｘ（）、ｆｙ（）は振幅ｒ及び角度θを引数とする関数であり、関数はコントローラ４０から指示される。本明細書ではこれらの関数を歪み補正関数と総称する。また、Ｃは定数である。ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃは投影画像の歪みを補正するための座標情報である。この結果、表示画像格納メモリ３３に格納された映像情報のうち、座標（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）に対応する画素の階調データが読み出される。階調データとは、画像を構成する画素の色に関する情報であり、例えば光の３原色である赤、緑、青の色ごとに２５６階調のデータである。本明細書では各色の階調の値をＲ、Ｇ、Ｂで表し、階調データを（Ｒ、Ｇ、Ｂ）で表記する。以上の構成により、リマッピング制御部２１及び表示画像格納メモリ３３は、レーザの発光データを決定する。
【００６９】
続いて、発光制御部２２の動作について説明する。実施例１における発光制御部２２は、表示画像格納メモリ３３から供給される階調データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を受け取り、それに基づいてレーザの発光を制御する。更に、実施例１における発光制御部２２は、コントローラ４０からの指示に基づき、走査座標に基づいて輝度の補正を行う機能を有する。なお、コントローラ４０からの指示によっては、輝度の補正を行わないことも可能である。
【００７０】
実施例１における輝度の補正は、レーザの点灯頻度を変更することにより行う。図９は、実施例１における発光制御部２２の動作を説明する図である。横軸は時刻、縦軸はレーザ発光強度である。図９（ａ）は通常の発光状態を示している。一方、図９（ｂ）は輝度を低下する場合の発光状態を示している。
【００７１】
図９（ｂ）に示すように、輝度を下げる際、レーザの発光強度を一律下げるのではなく、レーザの点灯頻度（デューティー）を下げることで輝度を下げる。なお、図９（ｂ）の点滅の周期は人間の眼で視認できない程度に高速であるとする。以上の構成により、光の走査に同期してレーザの発光が制御され、また画像の位置によらず輝度が均一化される。
【００７２】
ここで、実施例１の走査軌跡の場合に投影像について説明する。投影像には大きく、２つの特徴がある。一つは楕円軌跡の長軸の上下でのドットずれであり、もう一つは投影像の歪みである。
【００７３】
まず、ドットずれについて説明する。実際の投影像では後述する歪みも存在するが、ここでは歪みがないと仮定して、ドットずれに関してのみ説明する。補正角度θｃａｌｃの式である（数８）の定数項Ｃを変化させたときの投影像について図１１を用いて説明する。
【００７４】
なおｆθ（）は、画像座標が楕円軌跡の長軸に一致する条件でゼロとなる関数であるとする。即ち、楕円軌跡の長軸上においては以下の（数１１）が成り立つものとする。
【００７５】
【数１１】
2020095114.tif 000013
【００７６】
投影画像として、図１１（ａ）に示すような十字の映像を投影する場合を考える。定数項Ｃを最適値にし、図１１（ａ）の状態にできているとする。その状態から、Ｃを例えば１０°大きくすると、投影像は図１１（ｂ）に示すようになる。また、Ｃを１０°小さくすると、投影像は図１１（ｃ）に示すようになる。このように発明者は、以下の点を見出した。（１）定数項Ｃを変化させると、楕円軌跡の長軸の上下で画像が不連続になる。（２）理想的には、定数項Ｃは９０°である。
【００７７】
以下、本明細書ではこの現象をドットずれと称する。また、このドットずれは画像の不連続を引き起こすので視認しやすく、違和感の原因となる。そのため、高精度に補正する必要がある。
【００７８】
この原因は、駆動信号から導光路１０２の変位までの伝達関数について考察することで説明できる。導光路１０２の出射端１０２ａは、駆動信号によって振動部１０１が振動することにより、共振振動する。一般に、２次共振系のゲイン（利得）と位相の周波数特性は、図１３（ａ）、（ｂ）に示すようになる。
【００７９】
ここで、例えば温度などの要因によって、導光路１０２から成る片持ち梁の共振周波数（以下、導光路１０２の共振周波数と称する）がｆ０からｆ１に変化した場合を考える。ここではまず、ｆ０よりｆ１が大きい場合を考える。導光路１０２の共振周波数がｆ０である状態を状態０、ｆ１に変化した状態を状態１と称する。図１３（ａ）、（ｂ）の実線は状態０の周波数特性、点線は状態１の周波数特性である。
【００８０】
ここで、実施例１において、２次共振系の周波数特性は、増幅駆動信号から導光路１０２の変位までの伝達関数である。実施例１において、駆動軸はｘ、ｙの２軸あるが、ここではｘ軸を例に説明する。また、実施例１のｘ軸の増幅駆動信号はＶｄｘ１とＶｄｘ２の２つ存在するが、これらは振幅が反転しただけの信号であるため、Ｖｄｘ１を用いて説明を行う。
【００８１】
状態０において、増幅駆動信号Ｖｄｘ１の周波数成分である第一の正弦波Ｓ１の周波数はｆ０と一致しているものとする。このとき、黒丸で示すように、導光路１０２の変位は最大となり、位相差は−９０°となる。これは、増幅駆動信号Ｖｄｘ１を基準としたとき、導光路１０２のｘ軸方向の変位の位相が９０°遅延していることを意味する。
【００８２】
ここで、温度などの要因で状態１に変化した場合を説明する。第一の正弦波Ｓ１の周波数がｆ０のままの場合、ゲイン特性の白丸からわかるように、導光路１０２の変位は大きく低下し、共振状態から外れてしまう。またこのとき、位相は−９０より大きい値である、△θ‘となる。
【００８３】
また、ｆ０よりｆ１が小さい場合には、位相は−９０°より小さい値となる。このことから、２次共振系の位相を計測することができれば、計測される位相の値が−９０°より大きいか否かによって、共振周波数に対して現在の増幅駆動信号の周波数が大きいか小さいかを判別できる。このことを利用し、増幅駆動信号Ｖｄｘ１の周波数をｆ０からｆ１に変更することが可能である。増幅駆動信号Ｖｄｘ１の周波数が、状態１における導光路１０２の共振周波数ｆ１と等しくなると、計測される位相差は−９０°になる。
【００８４】
ここで、実施例１においては、温度変化などの要因がなく、導光路１０２の共振周波数がｆ０である状態０を維持しているものとして、以下に説明する。
【００８５】
共振状態において位相差が−９０°になるのは増幅駆動信号Ｖｄｘ１を基準としたとき、導光路１０２のｘ軸方向の変位の位相である。駆動信号から導光路１０２の変位までの伝達関数を考えると、上記の位相差に加えて、増幅部の電気回路による遅延ｄ１が加わった値となる。本明細書では説明のため、ｄ１を１０°とする。このとき、共振状態において駆動信号から導光路１０２の変位までの位相は−１００°となる。即ち、定数項Ｃの最適値は１００°となる。また、定数項Ｃが最適値からずれると、楕円軌道に沿って点灯タイミングがずれるため、図１１（ｂ）や図１１（ｃ）に示すようになる。
【００８６】
このように、２次共振系の位相遅れや電気回路による遅延を加味して、補正角度θｃａｌｃの式である（数８）の定数項Ｃを設定しないと、正しい映像を表示することができない。更には、温度などの要因によって位相は上記の１００°からずれる可能性がある。そのため、実際の光の走査軌跡からドットずれを検出し、定数項Ｃを調整することが好ましい。そのため、実施例１の光走査装置１は、後述するドットずれ補正処理を行う。
【００８７】
次に、実施例１の走査軌跡の場合に発生する投影画像の歪みについて、図１０を用いて説明する。ここでは、前述のドットずれは適切に補正されているものとする。投影画像として、図１０（ａ）に示すような映像を投影する場合を考える。図１０（ａ）は半径が異なる複数の同心円と、同心円の中心を通り傾きの異なる複数の直線から成る画像である。理想的には、投影面には図１０（ａ）と同一の像が描画される。しかしながら、実際に投影される像は図１０（ｂ）に示すように歪む。
【００８８】
発明者は、実施例１の走査軌跡の場合に、画像角度に依存した歪みが発生することを見出した。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、画像座標の偏角が３０°のときの歪み方ｆ１と、画像座標の偏角６０°のときの歪み方ｆ２は異なる。偏角が１８０°に近づくにつれて、歪み方はｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４に示すように、歪み方が小さくなるという特徴がある。一方で、偏角が１８０°を超えると、画像座標の偏角が２１０°のときの歪み方ｆ１’は、画像座標の偏角が３０°の歪み方ｆ１と等しい。同様に、ｆ２とｆ２’は等しい。即ち、画像座標の偏角がθ［ｒａｄ］の歪み方は、画像座標の偏角がθ＋π［ｒａｄ］の歪み方と等しい。即ち、関数ｆθ（ｒ、θ）は、θに関する周期π［ｒａｄ］の周期関数である。
【００８９】
また、円が楕円になるような歪みだけでなく、楕円の長軸上はＡやＢで示すように、軸方向に伸張するような歪みも存在する。そのため、関数ｆｘ（ｒ、θ）、ｆｙ（ｒ、θ）は半径ｒ及び偏角θの関数である必要がある。このように、駆動信号の振幅の変調がｘ軸とｙ軸で異なる場合、ドットずれや周期π［ｒａｄ］の画像角度に依存した歪みなどが発生する。これは、画像座標の半径及び画像座標の偏角の少なくとも一方が、前記走査座標の半径及び前記走査座標の偏角に依存する、と言い換えることもできる。
【００９０】
実施例１におけるドットずれ補正処理について説明する。実施例１の光走査装置１におけるドットずれ補正処理のフローチャートを図１２に示す。
【００９１】
光走査装置１がドットずれ補正処理を開始すると（ステップＳ１２０１）、コントローラ４０は指定タイミングでの差動信号の値を取得する（ステップＳ１２０２）。続いて、差動信号の値がゼロであるか否かを判断する（ステップＳ１２０３）。
【００９２】
差動信号の値がゼロでない場合（ステップＳ１２０３でＮｏの場合）、定数項Ｃを変更し（ステップＳ１２０４）、ステップＳ１２０２に戻る。このとき、差動信号の値の正負によって、定数項Ｃをより大きな値に変更すべきか、小さい値に変更すべきかを判断可能である。更には、差動信号の値によって、定数項Ｃを変更すべき量も計算することも可能である。差動信号の値がゼロである場合（ステップＳ１２０３でＹｅｓの場合）、ドットずれ補正処理を終了する（ステップＳ１２０５）。
【００９３】
このように、検出器１１０の出力信号を用いてドットずれを検出し、定数項Ｃを変更して最適な値に調整する。これにより、ドットずれを高精度に補正でき、画像の不連続を解決できる。
【００９４】
このように、実施例１によれば、映像を表示する機能を有する光走査装置において、適切に画像を表示することができる。
【実施例２】
【００９５】
次に、実施例２の光走査装置の構成について説明する。
実施例１は、同一の長軸を持つ楕円状の軌跡を描く構成であったが、光走査の軌跡はこれに限らない。実施例２は別の光走査の軌跡を実現する実施の形態である。
【００９６】
実施例２の光走査装置の構成は、実施例１と共通であり、駆動信号生成部２６の生成する内部信号が異なる。本実施例の走査座標生成部２００１の生成する振幅Rx及びRyは、時間の関数として以下の（数１２）及び（数１３）で表される。ここで、ａ１１は負の数であり、ａ１２は正の数である。
【００９７】
【数１２】
2020095114.tif 000014
【００９８】
【数１３】
2020095114.tif 000015
【００９９】
即ち、駆動信号の正弦波の振幅（包絡線の増減）が、略直交するｘ軸とｙ軸とで逆に一方が増加するとき他方が減少するような変調を行う。このように制御し、軸を斜めに４５度傾けると図１４（ａ）のように長方形に近しい軌跡となる。これを横方向に伸張し、走査位置が所定の有効範囲Ａにある場合のみレーザを発光させることで、一般的な映像フォーマットのような長方形のアスペクト比の映像表示を行うことができる。走査範囲の伸張は、プリズム１０９の先にレンズなどを配置することにより、光学的に行うことができる。
【０１００】
本発明者は、このように駆動信号の正弦波の振幅（包絡線の増減）が、略直交するｘ軸とｙ軸とで逆に一方が増加するとき他方が減少するような変調を行う場合にも、実施例１の場合と同様にドットずれや画像角度に依存した歪みなどが発生することを見出した。
【０１０１】
これは、図１４（ａ）で示した走査軌跡を前半と後半で分けて描画することで理解できる。図１４（ｂ）は走査軌跡の前半、図１４（ｃ）は走査軌跡の後半を描画した結果である。このように、実施例１の場合と異なり楕円の長軸の長さは一定ではないが、前半は角度４５°を長軸とする楕円からなる軌跡の集合となり、後半は角度−４５°を長軸とする楕円からなる軌跡の集合となる。
【０１０２】
このため、実施例２の場合にも、実施例１と同様の歪みが発生する。そのため、実施例１の場合と同様に、ドットずれ補正処理を行うことが好ましい。ドットずれを検出するため、本実施例の振動部１０１及び光検出器１１０は、部品としては実施例１のものと同一であるが、取り付けられる角度が異なる。
【０１０３】
図２９は、実施例２の振動部１０１を導光路１０２の長手方向に平行な断面（ｘｙ平面）で切断した断面図である。
【０１０４】
実施例１の場合と比較して、実施例２の振動部１０１は４５°傾けて配置される。これによって、導光路１０２の出射端１０２ａの変位は図１４（ａ）に示す軌跡を描く。
【０１０５】
また、図３０は、光検出器１１０の構造及び設置方向を示す図である。実施例１の図４と比較して分かるように、実施例２の光検出器１１０は４５°傾けて配置される。実施例２では、光走査部１６内の振動部１０１の駆動軸と、光検出器１１０の分割軸が対応するように構成している。具体的には、レンズによる横方向の伸張を行う前の段階の光の一部をプリズム１０９にて分岐し、光検出器１１０で検出する。
【０１０６】
このような構成とすることで、長方形の投影画像を投影する光走査装置の場合であっても、実施例１と同様にドットずれの検出が可能になる。即ち、実施例１と同様の効果を実現できる。
【０１０７】
次に、実施例２の構成をヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）に搭載する場合に好適な構成について述べる。図２から明らかなように、光走査部１０の構造は、プリズム１０９によって一部の光を偏向する方向に大きくなる。一方、ヘッドマウントディスプレイにおいては、地面に水平な方向を向いた頭に装着した場合に、水平方向の厚さは薄い方が好ましい。
【０１０８】
そのため、図２４に示すように、プリズム１０９によって一部の光を偏向する方向は、ヘッドマウントディスプレイ７０を頭部に装着した際に略垂直な方向であることが好ましい。これにより、ヘッドマウントディスプレイ７０を装着したときに、装着者が感じる負荷を低減させることができる。更に、偏向した先で受光する光検出器に関して、分割軸が駆動軸と対応するように光検出器を配置することが好ましい。
【０１０９】
このように実施例２によれば、映像を表示する機能を有する光走査装置において、適切に画像を表示することができる。
【実施例３】
【０１１０】
次に、実施例３の光走査装置の構成について説明する。
図１３を用いて説明したように、光走査装置１は、導光路１０２から成る片持ち梁の２次共振系である。以上の実施例では、温度などの要因によって、導光路１０２の共振周波数がｆ０からｆ１に変化することを想定していなかった。実施例３は、このような共振周波数の変化した場合にも適切に映像を表示することが可能である。
【０１１１】
実施例３の光走査装置の構成は、実施例２と共通であり、差動信号を入力とする位相差計測部２３を用いる点が異なる。
【０１１２】
実施例３における位相差計測部２３の役割について説明する。位相差計測部２３は第一の正弦波Ｓ１と第一の差動信号Ｄ１との位相差を計測し、位相差計測値△θ１として出力する。また、位相差計測部２３は第二の正弦波Ｓ２と第二の差動信号Ｄ２との位相差を計測し、位相差計測値△θ２として出力する。
【０１１３】
第一の正弦波Ｓ１はｘ軸駆動信号の共振周波数成分であり、第一の正弦波Ｓ１がゼロになるとは、ｘ軸方向の駆動信号値がゼロであることを意味する。また、第一の差動信号Ｄ１がゼロになるとは、光スポット中心が光検出器１１０のｘ軸の分割線を通過するタイミングを意味する。
【０１１４】
図１３で説明したように、２次共振系の位相を計測することができれば、計測される位相の値が−９０°より大きいか否かによって、共振周波数に対して現在の増幅駆動信号の周波数が大きいか小さいかを判別できる。このことを利用し、増幅駆動信号Ｖｄｘ１の周波数をｆ０からｆ１に変更することが可能である。
【０１１５】
実施例３における位相差計測部２３は、増幅駆動信号Ｖｄｘ１の周波数成分である第一の正弦波Ｓ１から、差動信号Ｄ１によって検出される光スポットのｘ軸方向の変位までの伝達関数の位相差を検出する。位相差が−９０°になるのは増幅駆動信号Ｖｄｘ１を基準としたとき、導光路１０２のｘ軸方向の変位の位相である。位相差計測部２３で計測される位相差は、上記の位相差に加えて、増幅部の電気回路による遅延ｄ１や、差動信号生成部３２の電気回路による遅延ｄ２が加わった値となる。即ち、共振状態において位相差計測部２３で計測される位相差は、−９０°とはならない。本明細書では説明のため、ｄ１とｄ２の和を、駆動周波数の位相に換算した値△θｐｌｕｓを、１０°とする。このとき、共振状態において位相差計測部２３で計測される位相差は−１００°となる。
【０１１６】
位相差計測部２３の構成について図１５を用いて説明する。
二値化回路２３０１は、第一の正弦波Ｓ１を二値化して出力する。遅延器２３０２は、二値化回路２３０１の出力信号を所定の時間、遅延させる。論理和回路２３０３は、二値化回路２３０１の出力信号と遅延器２３０２の出力信号との論理和を取った信号を出力する。
【０１１７】
二値化回路２３０４は、第一の差動信号Ｄ１を二値化して出力する。遅延器２３０５は、二値化回路２３０４の出力信号を所定の時間だけ遅延させる。論理和回路２３０６は、二値化回路２３０４の出力信号と遅延器２３０５の出力信号との論理和を取った信号を出力する。
【０１１８】
カウンタ回路２３０７は、入力端子としてｒｓｔ端子とｓｔｏｐ端子を有し、ｒｓｔ端子への入力に同期してカウントを開始しｓｔｏｐ端子への入力への入力に同期してカウントを終了し、同時に、終了時のカウント値を出力する。これにより、ｒｓｔ端子への入力からｓｔｏｐ端子への入力までの時間差が計測される。ｒｓｔ端子には論理和回路２３０３の出力信号、ｓｔｏｐ端子には論理和回路２３０６の出力信号が接続され、時間差が計測される。この時間差は、導波路１０２の共振周期の情報と合わせると、位相差の情報に変換可能である。本明細書では、カウンタ回路２３０７の出力信号を位相差計測値△θ１と称する。以上の構成により、位相差計測部２３は第一の正弦波Ｓ１と第一の差動信号Ｄ１との位相差を計測し、位相差計測値△θ１として出力する。
【０１１９】
また、位相差計測部２３は第二の正弦波Ｓ２と第二の差動信号Ｄ２との位相差を計測し、位相差計測値△θ２として出力するために、同様の回路をもう一組、含んでいる。同様の回路とは、図１４において、二値化回路２３０８、遅延器２３０９、論理和回路２３１０、二値化回路２３１１、遅延器２３１２、論理和回路２３１３、カウンタ回路２３１４である。カウンタ回路２３１４の出力信号を位相差計測値△θ２と称する。
【０１２０】
更に、位相差計測部２３はカウンタ回路２３１５を有する。カウンタ回路２３１５は第一の差動信号Ｄ１と第二の差動信号Ｄ２との位相差を計測し、位相差計測値△θｘｚとして出力する。この計測は、カウンタ回路２３１５のｒｓｔ端子に論理和回路２３０６の出力信号、ｓｔｏｐ端子には論理和回路２３１３の出力信号が接続される構成にて、計測される。
【０１２１】
また、図１５からわかるように、二値化回路２３０１、遅延器２３０２、及び論理和回路２３０３から成る回路構成（図１４中、２３１、２３２、２３３、２３４で示す部分）が４つ含まれている。本明細書ではこの回路をゼロクロス検出回路と呼ぶこととし、以降の実施例においてはゼロクロス検出回路の名称で説明を行う。
【０１２２】
実施例３における位相差計測部２３内部の波形について、図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は第一の正弦波Ｓ１、（ｂ）はゼロクロス検出回路２３１の出力である。図１６（ｃ）及び（ｄ）は状態０、即ち共振状態にある場合の信号であり、（ｃ）は第一の差動信号Ｄ１、（ｄ）はゼロクロス検出回路２３２の出力である。また、図１６（ｅ）及び（ｆ）は状態１、即ち共振状態から外れた場合の信号であり、（ｅ）は第一の差動信号Ｄ１、（ｆ）はゼロクロス検出回路２３２の出力である。
【０１２３】
図１６よりわかるように、ゼロクロス検出回路２３１の出力は、第一の正弦波Ｓ１のゼロクロスのタイミングでＨｉｇｈとなる。このように、ゼロクロス検出回路２０１は入力信号がゼロクロスするタイミングで、遅延器２３０２における遅延時間だけＨｉｇｈになる信号を出力できる。即ち、入力信号のゼロクロスを検出できる。
【０１２４】
同様に、ゼロクロス検出回路２３２の出力は、第一の差動信号Ｄ１のゼロクロスのタイミングでＨｉｇｈとなる。この結果として、共振状態である状態０においてカウンタ回路２３０７で計測される位相差は、図１６中の△θｔｇｔとなる。
【０１２５】
ここで、△θｔｇｔは駆動周波数の位相に換算して凡そ９０°に相当する値であるが、前述した遅延△θｐｌｕｓの分だけ大きな値となる。本実施例では前述したように、△θｔｇｔは駆動周波数の位相に換算して１００度である。ここで、△θｔｇｔは共振状態において計測される位相差と言い換えることができる。
【０１２６】
共振状態から外れた状態１の場合には、カウンタ回路２３０７で計測される位相差は、図１６（ｆ）で示す△θ１となる。図１３で図示した値を用いれば、△θ１は△θ‘の絶対値と△θｐｌｕｓの和となる。
【０１２７】
このように、第一の正弦波Ｓ１のゼロクロスのタイミング及び第一の差動信号Ｄ１のゼロクロスのタイミングを検出し、その時間差を計測することで位相差計測が可能である。しかし、実施例３の位相差計測部２３の構成は位相差を計測するための一例であり、これ以外にも様々な形態が考えられる。
【０１２８】
例えば、第一の正弦波Ｓ１の代わりに、ｘ軸駆動正弦波Ｓｘを用いても良い。更には、位相差計測部２３は第一の正弦波Ｓ１の位相情報のみを駆動信号生成部２０から入力する構成として、第一の差動信号Ｄ１のゼロクロスのタイミングにおける第一の正弦波Ｓ１の位相の値を、位相差計測値△θ１として出力してもよい。
【０１２９】
位相差計測部２３で計測される位相差計測値が、共振状態において計測される位相差△θｔｇｔに一致する状態では、第一の差動信号Ｄ１のゼロクロスのタイミングにおける第一の正弦波Ｓ１の位相の値が△θｔｇｔになる。即ち、駆動周波数が共振周波数に一致するとき、第一の差動信号Ｄ１のゼロクロスのタイミングにおける第一の正弦波Ｓ１の位相の値が△θｔｇｔになる。
【０１３０】
実施例３の光走査装置１におけるコントローラ４０のフローチャートを図１７に示す。
【０１３１】
光走査装置１が動作を開始すると（ステップＳ１００１）、コントローラ４０は記憶部４１から光走査装置１を構成する各部の処理に必要な情報を読み出す（ステップＳ１００２）。この中には、関数ｆ（ｒ）、ａ（ｒ）、ｂ（ｒ）に関する情報や、第一の可変ゲイン２００５における倍率や第二の可変ゲイン２００６における倍率、第二の正弦波生成部２００３の位相差などが含まれる。
【０１３２】
続いてコントローラ４０は、入出力制御回路４２を通じて外部制御装置５０から表示開始の指示があるかを判断する（ステップＳ１００３）。表示開始の指示がない場合（ステップＳ１００３でＮｏの場合）は、ステップＳ１００３に戻る。
【０１３３】
表示開始の指示があった場合（ステップＳ１００３でＹｅｓの場合）、コントローラ４０は駆動信号生成部２０に指示を出し、駆動信号の出力開始を行う（ステップＳ１００４）。本実施例においては、第一の可変ゲイン２００５における倍率及び第二の可変ゲイン２００６における倍率としてゼロ以外の値を設定することで出力が開始される。この際、設定される値はステップＳ１００２で記憶部４１から読み出された設定値である。
【０１３４】
続いて、コントローラ４０はリマッピング制御部２１に指示を出し、リマッピング制御の開始を指示する（ステップＳ１００５）。コントローラ４０はリマッピング制御部２１における計算で使われる関数に関する情報を送信し、リマッピング制御が開始される。また、表示画像格納メモリ３３に格納された映像情報のうち、座標（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）に対応する画素の階調データが読み出される仕組みはハードウェアで実装されており、ステップＳ１００５によって画素の階調データが読み出しも開始される。
【０１３５】
続いて、コントローラ４０は発光制御部２２に指示を出し、レーザの発光制御の開始を指示する（ステップＳ１００６）。以上により、映像の表示が行われる。
【０１３６】
なお、入出力制御回路４２を通じて外部制御装置５０から入力される映像信号を表示画像格納メモリ３３へ格納する処理はハードウェアにて実装されており、映像信号の表示画像格納メモリ３３への格納は光走査装置１の軌道直後から常時、行われ続けるものとする。
【０１３７】
続いて、コントローラ４０は、表示フレームの切替りに同期して、位相差計測部２３から位相差計測値△θ１及び△θ２を取得する（ステップＳ１００７）。
【０１３８】
ステップＳ１００７の後、コントローラ４０は取得回数がＮ回になったか否かを判断する（ステップＳ１００８）。取得回数がＮ回でない場合には（ステップＳ１００８でＮｏの場合）、ステップＳ１００７に戻り、次のフレームでの位相差計測値を取得する。
【０１３９】
取得回数がＮ回の場合（ステップＳ１００８でＹｅｓの場合）、取得した位相差計測値の平均値を算出する（ステップＳ１００９）。算出した位相差計測値の平均値を△θａｖｇとする。また、このタイミングで取得回数のカウントをリセットする。以上の動作により、Ｎフレームおきに位相差計測値の平均値を算出する。本実施例においては、Ｎ個の△θ１及びＮ個の△θ２の平均値を△θａｖｇとする。
【０１４０】
ステップＳ１００９の後、コントローラ４０は、算出した位相差計測値の平均値△θａｖｇと△θｔｇｔの差の絶対値が所定の閾値△θｔｈ未満であるかを判断する（ステップＳ１０１０）。ここで、△θｔｇｔは共振状態において計測されるべき位相差である。
【０１４１】
算出した位相差計測値の平均値△θａｖｇと△θｔｇｔの差の絶対値が所定の閾値△θｔｈ未満でない場合（ステップＳ１０１０でＮｏの場合）には、共振状態から外れていると判断し、駆動信号生成部２０に対して駆動周波数ｆｄｒｖの変更を指示する（ステップＳ１０１１）。このとき、算出した位相差計測値の平均値△θａｖｇと△θｔｇｔの差の値に応じて、駆動周波数をどれだけ変更すれば良いかを推測して、指示を出す。ステップＳ１０１１の後は、ステップＳ１００７に戻る。これにより、駆動周波数変更後に再度、位相差計測と共振状態であるか否かの判断（ステップＳ１００７からステップＳ１０１０に至るまでの処理）を行う。
【０１４２】
算出した位相差計測値の平均値△θａｖｇと△θｔｇｔの差の絶対値が所定の閾値△θｔｈ未満である場合（ステップＳ１０１０でＹｅｓの場合）には、共振状態にあると判断する。以降は、光走査装置１が動作を終了する際のフローである。
【０１４３】
コントローラ４０は、入出力制御回路４２を通じて外部制御装置５０から表示終了の指示があるかを判断する（ステップＳ１０１２）。表示開始の指示がない場合（ステップＳ１０１２でＮｏの場合）は、ステップＳ１００７に戻る。
【０１４４】
表示開始の指示があった場合（ステップＳ１０１２でＹｅｓの場合）、コントローラ４０は発光制御部２２に指示を出し、レーザの発光制御の終了を指示する（ステップＳ１０１３）。ステップＳ１０１３の後、各部の動作終了を指示し（ステップＳ１０１４）、動作を終了する（ステップＳ１０１５）。ここで各部とは、例えば駆動信号生成部２０、リマッピング制御部２１である。
【０１４５】
次に、実施例３による効果について説明する。実施例３の第一の効果は、映像表示を中断することなく、導光路１０２の共振状態を維持して適切な映像表示を継続することができる点である。
【０１４６】
実施例３は、映像の表示を行っている最中の光の一部を光検出器１１０で検出し、その検出結果に応じて共振状態を維持するように駆動周波数を変更する。共振状態を維持できない場合には、図１３で示したように、導光路１０２の変位は大きく低下してしまう可能性がある。この結果、光走査装置１による映像表示画面のサイズが小さくなってしまう。実施例３によれば、温度などの要因で共振状態に変化があっても、共振状態であるか否かを検出して、駆動周波数を共振周波数に追従さることができ、その結果、共振状態を維持できる。
【０１４７】
更に、本実施例３では、映像の表示を行っている最中の光の一部を用いて共振状態であるか否かを検出するため、映像表示を中断する必要がない。また、共振周波数が駆動周波数に対して大きいか小さいかの情報も検出できるため、駆動周波数を高速に共振周波数に追従させることができる。
【０１４８】
実施例３の第二の効果は、差動信号による位相差計測により、共振状態であるか否かの検出を実現している点である。これを実現する上で第一の着眼点は、本実施例の差動信号の生成である。本発明者らは、光検出器１１０に到達する光スポットが面積を持つことを利用し、実施例３の差動信号を考案した。実施例３によれば、光スポットの中心が４分割ディテクタの分割線上に位置するタイミングを検出可能である。
【０１４９】
また第二の着眼点は、光走査部１０内の振動部１０１の駆動軸と、光検出器１１０の分割軸が対応するように構成している点である。ここで、振動部１０１の駆動軸はｘ軸及びｙ軸であり、光検出器１１０へ向かう光はプリズム１０９で直角に偏向されるため、対応する座標軸がｘ軸とｚ軸になる。本明細書における『駆動軸と分割軸が対応する』とは、分割軸がｘ軸とｚ軸に一致することを意味する。
【０１５０】
実施例３の差動信号は、光スポットの中心が４分割ディテクタの分割線上に位置する場合にゼロクロスし、そのタイミングを検出可能である。実施例３では、増幅駆動信号から導光路１０２の変位までの伝達関数の位相特性を使用しているため、差動信号がゼロクロスするのに対応した駆動信号のタイミングを検出する必要がある。そのため振動部１０１の駆動軸と、光検出器１１０の分割軸が対応するように構成することが好ましい。このように構成することで、第一の差動信号Ｄ１がゼロクロスするのに寄与するのはｘ軸の駆動（のみ）になる。同様に、第二の差動信号Ｄ２がゼロクロスするのに寄与するのはｙ軸の駆動（のみ）になる。
【０１５１】
従って、差動信号がゼロクロスするのに対応した駆動信号のタイミングは、前記の寄与をする軸の駆動信号のゼロクロス点になる。そのため、差動信号がゼロクロスするのに対応した駆動信号のタイミングを検出するのに、単一の軸の駆動信号のみを用いることができる。この結果、共振状態であるか否かの検出を可能となる。駆動軸と分割軸が対応していない場合には、例えばｘ軸とｙ軸の振動部１０１の感度に差があった場合に、正確な検出ができなくなる。
【０１５２】
なお、振動部１０１の駆動軸が直交しない場合には、駆動軸の少なくとも１つの軸が、分割軸であるｘ軸、ｚ軸のいずれかと対応していればよい。この場合であっても、位相差計測は可能である。
【０１５３】
実施例３の第三の効果は、４分割ディテクタによる差動信号を取る構成により、小型・安価な構成にて共振状態であるか否かの正確な検出が可能である点である。位置を検出するデバイスＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いる構成と比較して、実施例３の構成は、小型・安価な構成である。本実施例はプリズム１０９と光検出器１１０の間にレンズを設ける必要がなく、また、安価な４分割ディテクタを用いるためである。
【０１５４】
実施例３の第四の効果は、差動信号は総光量で正規化しているので、階調データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の輝度による影響を受けず、正確な位相差検出が可能である点である。言い換えれば、黒に近い映像を表示する場合であっても、位相差検出が可能である。なお、レーザの発光輝度が階調データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の輝度に依存して変化し、一定でないという課題は、映像を表示する装置の場合に特有の課題である。
【０１５５】
更に、実施例３の第五の効果は、駆動周波数を変更して共振周波数に追従させた後の投影画像の歪みが良好に補正される点である。実施例３の構成によれば、変更した駆動周波数を用いて、（数５）乃至（数７）の補正を含む座標の計算を行う。ここで、第一の共振状態から、温度などにより共振状態が変化し、駆動周波数を変更して共振周波数に追従させ、第二の共振状態に移行する場合を考える。本発明者らは、第一の共振状態と第二の共振状態で、投影画像の歪み方の変化が小さいことを見出した。即ち、出荷時に決定する歪み補正関数ｆ（ｒ）、ａ（ｒ）、ｂ（ｒ）は駆動周波数を変更して共振周波数に追従させた後も使用可能である。そのため、変更後の駆動周波数を用いてリマッピング制御部における画像座標を行うことで、投影画像の歪みを良好に補正できる。
【０１５６】
実施例３の第六の効果は、位相差計測においてフレーム平均を行っているため、時間分解能が向上し、正確な位相差計測が可能である点である。なおこれは、共振周波数が変化する時定数に対して、１フレームの時間が十分に小さいことを利用している。
【０１５７】
実施例３の第七の効果は、輝度の補正と両立できる点である。実施例３の差動信号は正規化を行っているとはいえ、発光輝度が高いほど、Ｓ／Ｎは有利であり、より正確な計測が可能になる。実施例３の発光制御部２２は、輝度を下げる際に、レーザの発光強度を一律下げるのではなく、レーザの点灯頻度を下げることで輝度を下げる。この結果、輝度を下げる投影領域においても、発光輝度が低下しないため、輝度の補正と両立できる。
【０１５８】
実施例３では、共振状態において位相差計測部２３で計測されるべき位相差△θｔｇｔはｘ軸、ｙ軸で区別せずに説明したが、ｘ軸、ｙ軸で別々の値であっても構わない。これは例えば、増幅部３０の特性が厳密には同一でないためである。例えば、ｘ軸に関して第一の正弦波Ｓ１と第一の差動信号Ｄ１との位相差△θ１が１１０°になるように調整し、ｙ軸に関して第二の正弦波Ｓ２と第二の差動信号Ｄ２との位相差△θ２が１１２°になるように調整しても良い。
【０１５９】
また、実施例３では、第一の正弦波Ｓ１と第一の差動信号Ｄ１との位相差△θ１及び第二の正弦波Ｓ２と第二の差動信号Ｄ２との位相差△θ２の両方を用いて位相差を計測する構成としたが、いずれか一方でも構わない。例えば、第一の正弦波Ｓ１と第一の差動信号Ｄ１との位相差△θ１のみを用いてもよい。この場合、光検出器１１０は４分割のディテクタでなく、２分割のディテクタで構わない。例えば、図４において領域１１０Ａと領域１１０Ｂが単一の受光面、領域１１０Ｃと領域１１０Ｄが単一の受光面である２分割ディテクタであってもよい。
【０１６０】
更には、実施例３では、位相差計測部２３での計測を軌跡の１回転あたり４回行う構成で説明したが、光の走査軌跡上の１点のみで行っても構わない。言い換えれば、１フレームに１回の計測であっても、位相差計測は可能である。
【０１６１】
また、実施例３の振動部１１０はｘ軸及びｙ軸の２つの駆動軸を有する構成で説明したが、実施例３は振動部の駆動軸が１つである場合にも同様に適用可能である。この場合の映像表示とは、例えば、感光剤が塗布されているスクリーンが振動部の駆動軸と直交する方向に移動し、光走査装置で時分割でレーザを点灯すると、スクリーン上に画像を表示することができる。本明細書ではこのような形態も映像の表示と称する。
【０１６２】
更に、実施例３では、光検出器１１０のゲイン設定について言及しなかったが、表示する画素の輝度に応じて、光検出器１１０のゲイン設定を切り替えても良い。具体的には、表示画像格納メモリ３３が出力する階調データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に応じて光検出器１１０のゲイン設定を切り替える。これにより、表示する画素の輝度の影響を低減し、より正確な位相差計測が可能になる。
【０１６３】
このように、実施例３によれば、映像を表示する機能を有する光走査装置において、適切に画像を表示することができる。
【実施例４】
【０１６４】
次に、実施例４の光走査装置の構成について説明する。
実施例１における光走査装置は、共振状態であるか否かを検出して共振状態を維持する構成であった。実施例４はそれに加えて、光走査の軌跡を推定することで、より適切な映像の表示を実現する実施の形態である。
【０１６５】
図１８は、光走査部１０を備えた光走査装置２を示すブロック図である。なお、実施例１のブロック図である図１と共通の構成要素については同一の番号を付し、説明を省略する。実施例１との構成上の差異は移動時間計測部２４であり、またブロック間の一部の結線状態やコントローラ４０からの指令の内容が異なる。移動時間計測部２４は、差動信号生成部３２から出力される差動信号を元に、光の走査の軌跡の移動時間、言い換えれば移動速度を推定する。
【０１６６】
コントローラ４０は、移動時間計測部２４の計測した移動時間の情報と、位相差計測部２３の計測した位相差を元に、光走査の軌跡を推定する。更に、コントローラ４０は、必要に応じてリマッピング制御部２１の歪み補正関数の変更を指示する。
【０１６７】
実施例４における移動時間計測部２４の構成について図１９を用いて説明する。減算器２４０１は、第一の差動信号Ｄ１からコントローラ４０から指示される値Ｔｈ１ｄ１を減算した値を出力する。また、減算器２４０３は、第一の差動信号Ｄ１からコントローラ４０から指示される値Ｔｈ２ｄ１を減算した値を出力する。実施例４においては、値Ｔｈ１ｄ１は正の値であり、値Ｔｈ２ｄ１は負の値であり、値Ｔｈ１ｄ１と値Ｔｈ２ｄ１は同じ絶対値であるとする。
【０１６８】
ゼロクロス検出回路２４０２は、減算器２４０１の出力信号を入力とし、ゼロクロスのタイミングで所定の時間Ｈｉｇｈとなる信号を生成する。また、ゼロクロス検出回路２４０４は、減算器２４０３の出力信号を入力とし、ゼロクロスのタイミングで所定の時間Ｈｉｇｈとなる信号を生成する。
【０１６９】
カウンタ回路２３０５は、入力端子としてｒｓｔ端子とｓｔｏｐ端子を有し、ｒｓｔ端子への入力に同期してカウントを開始しｓｔｏｐ端子への入力への入力に同期してカウントを終了し、同時に、終了時のカウント値を出力する。ｒｓｔ端子にゼロクロス検出回路２４０２の出力信号、ｓｔｏｐ端子にはゼロクロス検出回路２４０４の出力信号が接続され、時間差△Ｔｘが計測される。
【０１７０】
減算器２４０６は、第二の差動信号Ｄ２から、コントローラ４０から指示される値Ｔｈ１ｄ２を減算した値を出力する。また、減算器２４０８は、第二の差動信号Ｄ２から、コントローラ４０から指示される値Ｔｈ２ｄ２を減算した値を出力する。実施例４においては、値Ｔｈ１ｄ２は負の値であり、値Ｔｈ２ｄ２は正の値であり、値Ｔｈ１ｄ２と値Ｔｈ２ｄ２は同じ絶対値であるとする。
【０１７１】
ゼロクロス検出回路２４０７は、減算器２４０６の出力信号を入力とし、ゼロクロスのタイミングで所定の時間Ｈｉｇｈとなる信号を生成する。また、ゼロクロス検出回路２４０９は、減算器２４０８の出力信号を入力とし、ゼロクロスのタイミングで所定の時間Ｈｉｇｈとなる信号を生成する。
【０１７２】
カウンタ回路２３１０は、入力端子としてｒｓｔ端子とｓｔｏｐ端子を有し、ｒｓｔ端子への入力に同期してカウントを開始しｓｔｏｐ端子への入力への入力に同期してカウントを終了し、同時に、終了時のカウント値を出力する。ｒｓｔ端子にゼロクロス検出回路２４０７の出力信号、ｓｔｏｐ端子にはゼロクロス検出回路２４０９の出力信号が接続され、時間差△Ｔｚが計測される。
【０１７３】
以上の構成により、第一の差動信号Ｄ１が値Ｔｈ１ｄ１になってから、値Ｔｈ２ｄ１になるまでの時間△Ｔｘが計測される。また、第二の差動信号Ｄ２が値Ｔｈ１ｄ２になってから、値Ｔｈ２ｄ２になるまでの時間△Ｔｚが計測される。
【０１７４】
次に、実施例４における移動時間計測部２４の役割について説明する。ここでは説明のため、値Ｔｈ１ｄ１及び値Ｔｈ１ｄ２は０．２であるとする。
【０１７５】
差動信号Ｄ１の値が０．２になることの意味について、図２０（ａ）を用いて説明する。差動信号Ｄ１が−０．２になるということは、光検出器１１０で検出される光スポットが、光検出器１１０のｚ軸方向の分割軸によって面積比６：４で分割されることを意味する。即ち、図２０（ａ）に示すように、差動信号Ｄ１が０．２になる条件の光スポットの中心は、ｚ軸に平行な線分Ｌ１上に乗り、ｘ軸の値が同一となる。
【０１７６】
次に、実施例４の移動時間計測部２４が計測する移動時間の意味について、図２０（ｂ）を用いて説明する。ＳＰ１０１及びＳＰ１０２は光スポットの大きさを示している。説明のため、ＳＰ１０１からＳＰ１０２に至る間の光走査軌跡は原点を中心とする円であるとする。ＳＰ１０１は差動信号Ｄ１の値が０．２になるときの光スポットであり、ＳＰ１０２は差動信号Ｄ１の値が−０．２になるときの光スポットである。移動時間計測部２４で計測される移動時間は、光スポットがＳＰ１０１の位置からＳＰ１０２の位置まで移動する時間である。即ち、計測される移動時間は、図２０（ｂ）においてＳｅｃｔｏｒ１００で示す扇形の中心角の情報を含んでいる。何故なら、駆動信号の周波数ｆｄｒｖは既知であるからである。
【０１７７】
ここで、ＳＰ１０１からＳＰ１０２に至る間の光走査軌跡の半径を１００としたとき、半径５０の軌跡の場合を考える。このとき計測される移動時間は、図２０（ｂ）においてＳｅｃｔｏｒ５０で示す扇形の中心角の情報となる。差動信号Ｄ１が０．２になるときに光スポットの中心が乗るｚ軸に平行な線分をＬ１とし、差動信号Ｄ１が−０．２になるときに光スポットの中心が乗るｚ軸に平行な線分をＬ２とする。実施例４の移動時間計測部２４が計測する移動時間は、光スポットの中心がＬ１を通過してからＬ２を通過するまでの移動時間となる。ここでは説明のために、閾値を０．２と大きめの値で説明したが、閾値はより小さい値であってもよい。この移動時間は、光スポットがｚ軸を通過する近傍での移動時間を意味する。
【０１７８】
言い換えれば、実施例４の移動時間計測部２４が計測する移動時間の情報は、光スポットがｚ軸を通過する近傍での移動速度に換算も可能である。また、駆動信号の周波数ｆｄｒｖが既知であるため、光スポットの中心がＬ１を通過してからＬ２を通過するまでの位相差に換算することも可能である。
【０１７９】
図２１は、円形の軌跡の半径を変えた場合の、差動信号Ｄ１（図２１（ａ）参照）及び差動信号Ｄ２（図２１（ｂ）参照）の値を示している。光スポットを光検出器で検出しうる最大の半径を１としたとき、半径を０．７５、０．５、０．２５と変えた場合の差動信号である。差動信号Ｄ１が０．２から−０．２になるまでの移動時間は、半径が大きい方が短いことがわかる。これは半径が大きい方が、がｚ軸を通過する近傍での移動速度が速いためである。このように、実施例の移動時間計測部２４が計測する移動時間は、光スポットがｚ軸を通過する近傍での移動時間を意味する。なお、説明のために光走査の軌跡が円形であるとしたが、楕円であっても同様の説明が成り立つことは明らかである。
【０１８０】
実施例４では、コントローラ４０が、位相差計測部２３の計測する位相差計測値△θｘｚ、及び移動時間計測部２４が計測する移動時間△Ｔｘ及び△Ｔｚの情報を元に、光の走査軌跡の形状を推定する。本発明者らは、位相差計測値△θｘｚ、及び移動時間△Ｔｘ及び△Ｔｚの３つの情報から、光の走査軌跡の形状を推定できることを見出した。
【０１８１】
ここで、これら３つの値から軌跡を推定できる理由について説明する。位相差計測値△θｘｚは、光スポットがｘ軸を通過してからｚ軸を通過するまでの位相差である。光の走査軌跡が円であるとき、△θｘｚは９０°となる。ここで図２２（ａ）のように、軌跡がｘ軸またはｚ軸の方向に伸縮した楕円になった場合を考える。この場合にも△θｘｚは９０°となってしまう。そのため、△θｘｚの情報だけでは、軌跡を推定することはできない。
【０１８２】
次に、移動時間△Ｔｘは光スポットがｘ軸を通過する近傍での移動時間、移動時間△Ｔｚは光スポットがｚ軸を通過する近傍での移動時間であった。光の走査軌跡が円であるとき、△Ｔｘと△Ｔｚは同一の値となる。ここで図２２（ｂ）のように、軌跡が楕円であり、楕円の長軸がｘｚ平面で４５°傾いている場合を考える。楕円の長軸がｘｚ平面で４５°傾いているとき、△Ｔｘと△Ｔｚは同一値となる。更に、楕円の長軸・短軸の長さによっては、円の場合の△Ｔｘと△Ｔｚと同一値となる条件が存在する。即ち、移動時間△Ｔｘ及び△Ｔｚの情報だけでは、軌跡を推定することはできない。
【０１８３】
しかし、位相差計測値△θｘｚ、及び移動時間△Ｔｘ及び△Ｔｚの３つの情報を用いれば、光の走査軌跡の形状を推定できる。まず簡単のために、軌跡が円であることを判断することを考える。軌跡が円であるとき、位相差計測値△θｘｚが９０°になる。このとき、軌跡はｘ軸及びｚ軸を長軸、短軸とする楕円になる。更に、軌跡が円であるとき、△Ｔｘと△Ｔｚは同一値となる。このとき、軌跡はｘｚ平面で４５°傾いていた軸を長軸、短軸とする楕円になる。即ち、両者を満たすのはｘｚ平面の原点を中心とする円に限定される。更に、△Ｔｘの情報と、既知である駆動信号の駆動周波数の情報から、ｘ軸を通過する際の速度を算出可能であるため、円の半径も算出可能である。
【０１８４】
次に、任意の楕円形状を推定することを考える。楕円の長軸の長さを２ａ、長軸の長さを２ｂ、長軸の傾きをθとおいたとき、任意のａ、ｂ、θから決定される楕円形状を推定することを考える。一例として、ａ＝１、ｂ＝０．６、θ＝３０°の楕円を考える。この楕円は図２２（ｃ）に示すような形状となる。
【０１８５】
このとき、位相差計測値△θｘｚは楕円の形状が決まれば一意に決まる。また、移動時間△Ｔｘと△Ｔｚについても、楕円の形状と閾値が決まれば一意に決まる、即ち、楕円の軌跡の形状と、（θｘｚ、△Ｔｘ、△Ｔｚ）という３変数の組合せは一意に決まる。
【０１８６】
即ち、（θｘｚ、△Ｔｘ、△Ｔｚ）の３変数から、光走査軌跡の形状を算出することが可能である。なお、軌跡の形状を算出するにあたり、コントローラ４０が３変数と形状の対応関係を記憶していてもよいし、コントローラ４０が軌跡の形状を推定するアルゴリズムを有していてもよい。
【０１８７】
実施例４の光走査装置１におけるコントローラ４０のフローチャートを図２３に示す。実施例１のフローチャートである図１６と共通のステップについては同一の番号を付し、説明を省略する。
【０１８８】
実施例１のフローチャートである図１６との差異は、ステップＳ１００７の代わりにステップＳ１０１６になるとともに、ステップＳ１０１０でＹｅｓの場合の後の処理が異なる。ここでは差異のあるステップに関して説明を行う。
【０１８９】
ステップＳ１０１６においてコントローラ４０は、表示フレームの切替りに同期して、位相差計測部２３から位相差計測値△θ１、△θ２、△θｘｚを取得する。更に、移動時間計測部２４から移動時間△Ｔｘ、△Ｔｚを取得する（ステップＳ１０１６）。ステップＳ１０１６の後、コントローラ４０は取得回数がＮ回になったか否かを判断する（ステップＳ１００８）。
【０１９０】
また、算出した位相差計測値の平均値△θａｖｇと△θｔｇｔの差の絶対値が所定の閾値△θｔｈ未満である場合（ステップＳ１０１０でＹｅｓの場合）には、共振状態にあると判断する。共振状態にあると判断した後、本実施例では引き続いて光走査軌跡の推定を行う。
【０１９１】
ステップＳ１０１０でＹｅｓの場合、コントローラ４０は（θｘｚ、△Ｔｘ、△Ｔｚ）の３変数から、光走査軌跡の形状を推定する（ステップＳ１０１７）。このとき、（θｘｚ、△Ｔｘ、△Ｔｚ）の３変数もＮ回計測しているので、それぞれの平均値を算出してから光走査軌跡の推定を行ってもよい。
【０１９２】
続いて、コントローラ４０は、光走査軌跡にずれがあるかを判断する（ステップＳ１０１８）。光走査軌跡にずれがある場合（ステップＳ１０１８でＹｅｓの場合）、コントローラ４０はリマッピング制御部２１に対して歪み補正関数の変更を指示する（ステップＳ１０１９）。
【０１９３】
光走査軌跡にずれがない場合（ステップＳ１０１８でＮｏの場合）には、ステップＳ１０１２に進む。以降は、光走査装置１が動作を終了する際のフローであり、実施例１の場合と同様である。
【０１９４】
次に、実施例４による効果について説明する。実施例４は実施例１の機能を含んでいるため、実施例１で得られる効果は実施例４においても得られる。ここではそれ以外の、実施例４に特有の効果について述べる。
【０１９５】
実施例４では、共振状態を維持した上で、光の走査軌跡の推定を行い、必要に応じて歪み補正関数の変更を行っている。実施例４の効果は、投影画像の歪みを良好に補正できる点である。本発明者らは、温度や経時変化などの要因で共振周波数が大きく変わった場合に、それに合わせて駆動周波数を変更したとしても、投影画像の歪みが変化しうることを見出した。この理由は幾つかの要因の組合せであるが、一例をあげれば、温度によって導光路１０２の剛性など機械的な特性の変化が主要因となって共振周波数が変化した場合、増幅部４０の周波数特性は変化しない。従って同じ共振状態にあっても、駆動信号から光スポットの変位までの伝達関数は同一とならない。この結果、特に共振周波数の変化が大きい場合において、実施例１では投影画像の歪みが生じうる。
【０１９６】
これに対し、実施例４では、２つの差動信号Ｄ１及びＤ２を用いて、位相差計測値△θｘｚ、移動時間△Ｔｘ及び△Ｔｚを計測する。そしてこれら３つの計測結果から、光走査の軌跡を推定する。光走査の軌跡を推定することは、投影像の歪みを推定していることに他ならない。実施例４では、歪み補正関数を変更することで、投影像の歪みを補正している。駆動パラメータを変更せずに歪み補正関数で補正を行うことにより、投影像の歪みの補正を瞬時に反映させることができるメリットがある。
【０１９７】
なお、実施例４では、投影像の歪みの補正を歪み補正関数で行う構成としたが、駆動信号の駆動パラメータで補正しても構わない。例えば、第一の可変ゲイン２００５における倍率、第二の可変ゲイン２００６における倍率、及び第二の正弦波の位相差△θｄｒｖを変更しても構わない。
【０１９８】
次に、実施例４の第一の変形例について述べる。実施例４の第一の変形例は、光検出器１１０に位置ずれがあった場合に対応するための実施の形態である。光走査部１０の構造を小型化した場合に、光検出器１１０の位置ずれが生じうる。
【０１９９】
光走査中に光検出器１１０で検出される光スポットを図２５に示す。ＳＰ３は光スポットの大きさを示しており、ＳＰ３−０は光スポットの中心を示している。また、Ｏ’は軌跡の中心を示している。位置ずれが発生した場合、図２５からわかるように、光スポットの一部が光検出器１１０の受光面の外部に出てしまう。
【０２００】
これを回避する一つの構成は、プリズム１０９と光検出器１１０を大きくして、位置ずれがあった場合でも光検出器１１０で光スポットを受光可能にする構成である。しかしこの場合には光走査部１０が大きくなってしまうデメリットがある。また、光検出器１１０までの光路長が伸びるため、光検出器１１０上での光スポットのサイズが小さくなる。実施例１及び実施例２で採用している差動信号は、光スポットが面積を有することを利用しているため、光スポットのサイズは大きい方が好ましい。
【０２０１】
そこで本変形例では、光検出器１１０に位置ずれがあった場合であっても実施例２の場合と同様の構成にて、コントローラ４０からの指示内容の変更によって位置ずれに対応する。
【０２０２】
ここで説明のため、以下の（数１４）及び（数１５）で定義される単純差動信号Ｅ１、Ｅ２を考える。
【０２０３】
【数１４】
2020095114.tif 000016
【０２０４】
【数１５】
2020095114.tif 000017
【０２０５】
図２６は実施例４の構成にて光検出器１１０に位置ずれがあった場合に、光走査の位相を変化させたときの単純差動信号、差動信号を示す図である（図４と同様に、光走査の軌跡は原点を中心とする円であるとする）。グラフの各系列は、軌跡の半径を変えた場合の信号の値である。図２６（ａ−１）は第一の単純差動信号Ｅ１、（ａ−２）は第二の単純差動信号Ｅ２、（ｂ−１）は第一の差動信号Ｄ１、（ｂ−２）は第二の差動信号Ｄ２である。また（ｃ−１）及び（ｃ−２）は比較のために、プリズム１０９と光検出器１１０を大きくして、位置ずれがあった場合でも光検出器１１０で光スポットを受光可能にした場合の差動信号を示している。
【０２０６】
図２６を説明する上で、第一の単純差動信号Ｅ１、第一の差動信号Ｄ１を例に説明する。光検出器１１０に位置ずれがない場合、第一の差動信号Ｄ１は光走査の位相が０°と１８０°でゼロクロスする。一方、光検出器１１０に位置ずれがある場合、図２６からわかるように、単純差動信号の場合には光走査の位相が０°と１８０°で異なる値を取るが、正規化を行っている差動信号Ｄ１やＤ２では、光走査の位相が０°と１８０°で同じ値を取る。そして（ｂ−１）と（ｃ−１）を見比べて分かるように、正規化を行っていることで、位置ずれにより光スポットの一部が光検出器１１０の受光面の外部に出てしまった場合でも、その影響を補正することができている。この結果、位相差の計測や移動時間の計測が可能になる。以下、本変形例における計測の詳細について説明する。
【０２０７】
光検出器１１０に位置ずれがあった場合、図２６（ｂ−１）からわかるように、光走査の位相が０°と１８０°のときの差動信号Ｄ１の値は、ゼロではない。これは、光走査の位相が０°と１８０°のときに光スポットが分割軸によって２等分されるわけではないためである。しかし、位置ずれの方向と大きさがわかれば、光走査の位相が０°と１８０°のときの差動信号Ｄ１の値は決定できる。
【０２０８】
即ち、光走査部１０の組み立て時に光検出器１１０に位置ずれがあった場合、組み立て時に光走査の位相が０°と１８０°のときの差動信号Ｄ１の値Ｄ１−０をコントローラ４０に記憶しておく。また、同様に、組み立て時に光走査の位相が９０°と２７０°のときの差動信号Ｄ２の値Ｄ２−０をコントローラ４０に記憶しておく。更に、本変形例の差動信号生成部３２ではこれら４つの信号に関して、以下の（数１６）及び（数１７）の演算を行い、第一の差動信号Ｄ１’及び第二の差動信号Ｄ２’を出力する。
【０２０９】
【数１６】
2020095114.tif 000018
【０２１０】
【数１７】
2020095114.tif 000019
【０２１１】
以上の構成により、実施例２の場合と同様に、位相差の計測や移動時間の計測が可能になる。本変形例の効果は、光走査部１０の組み立て時に光検出器１１０に位置ずれがあった場合でも、位相差の計測や移動時間の計測が可能になり、画像の良好な表示が可能である点である。特に、差動信号を生成する際に正規化を行っていることで、光スポットの一部が光検出器１１０の受光面の外部に出てしまう場合にも対応できる。その結果、プリズム１０９と光検出器１１０を大きくする必要がなく、光走査部１０を小型化できる。
【０２１２】
４分割ディテクタである光検出器１１０の代わりに、位置を検出するデバイスＰＳＤを用いる構成と比較して、本実施例は上述した観点での効果を有する。ＰＳＤは受光した光の重心を出力するデバイスであるため、光スポットの一部がＰＳＤの受光面の外部に出てしまう場合には位置検出ができなくなる。
【０２１３】
そのため、ＰＳＤを用いる場合には、位置ずれがあった場合でもＰＳＤ受光面上で光スポット全体が受光されるようにする必要があり、光走査部１０が大型化してしまう。実施例４の光走査装置１の本来の特徴は光走査部１０を小型にできる点であるので、本変形例によれば、その特徴を生かしたまま、位相差計測や移動時間計測を行って、適切な映像表示を行うことができる。
【０２１４】
次に、実施例４の第二の変形例について述べる。実施例２では、光検出器１１０で受光する光の波長について特に限定しなかった。実施例２では例えば、可視光領域の光である赤、緑、青の各色の混ざった光を受光してもよい。しかしながらその場合、表示する映像が全領域で黒であった場合、位相差計測や移動時間計測ができなくなってしまう。本変形例はこの課題を解決するための実施の形態である。
【０２１５】
第二の変形例では、光源部１１０１に設けられた赤外の波長のレーザを、常時（即ち映像を表示している最中）、点灯させる。また、光検出器１１０は、赤外の光のみを選択的に受光する。これは、光検出器１１０が赤外の光のみに感度を有してもよいし、光検出器１１０が赤外の光のみを通過する光学的なフィルタを有していてもよい。
【０２１６】
これにより、人間の眼には視認できない波長の光を用いて、映像表示中の位相差計測や移動時間計測が可能である。表示する映像が全領域で黒である期間も、赤外の光は照射し続けているので、位相差計測や移動時間計測が可能である。そのため、表示する映像が全領域で黒である状態から、何らかの映像に切替ったタイミングでも、良好な映像表示が可能になる。
【０２１７】
なお、以上の説明では赤外の波長のレーザを常時、点灯させるとしたが、差動信号で検出するのは光スポットが光検出器１１０の分割軸を通過するタイミングであるので、そのタイミングの前後でのみ点灯し、それ以外の期間は消灯していてもよい。
【０２１８】
また、実施例４の第三の変形例について述べる。実施例４の第二の変形例は、赤外のレーザを用いる構成であったが、その場合には赤外のレーザを搭載する必要があり、コストアップにつながる。そこで本実施例では、赤外のレーザを用いることなく、表示する映像が全領域で黒であった場合であっても位相差計測や移動時間計測を可能にする。
【０２１９】
第三の変形例では、光源部１１０１に設けられた青色のレーザを、光スポットが光検出器１１０の分割軸を通過するタイミングの前後でのみ点灯し、それ以外の期間は消灯する。本変形例の発光制御部２２は、表示画像格納メモリ３３から供給される階調データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を受け取り、それに基づいてレーザの発光を制御する、更に、光スポットが光検出器１１０の分割軸を通過するタイミングの前後では、階調データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の値によらずに必ず青色のレーザを発光させる。その際、青色のレーザの発光強度は、輝度が十分に低いものとする。
【０２２０】
本変形例は、赤、緑、青の三色のうち、人間の眼の感度が青色に対して最も低いことを利用している。本変形例によれば、位相差計測や移動時間計測を行うのに最低限必要なタイミングのみ、青色レーザを低輝度で発光させる。これにより、人間の眼に視認させることなく、映像表示中の位相差計測や移動時間計測が可能である。表示する映像が全領域で黒である期間であっても、位相差計測や移動時間計測が可能である。そのため、赤外のレーザを用いることなく、実施例２の第二の変形例と同様の効果を実現できる。
【０２２１】
実施例４の第四の変形例について述べる。本変形例は、光走査部の構成にのみ、実施例２と差異がある。本変形例における光走査部には符号１３を付す。実施例２の光走査部１０が光走査部１３に置き換わる以外の構成は、実施例２と共通である。
【０２２２】
本変形例の光走査部１３の構造を図２８に示す。実施例２の構成ではプリズム１０９が配置される位置はレンズ１０４の先であったが、本変形例ではレンズ１０４の前である。導光路１０２がファイバである場合、ファイバを出射した光は平行光でなく拡散光となる。そのため、光検出器１１０上の光スポットは、実施例２と同様に面積を持つ。そのため、本変形例の構成でも、実施例２と同様の位相差計測及び移動時間計測が可能である。
【０２２３】
実施例４の第五の変形例について述べる。本変形例は、ヘッドマウントディスプレイに用いる場合に用いる場合の構成であり、実施例２とは光走査部の構成にのみ、差異がある。本変形例における光走査部には符号１４を付す。実施例２の光走査部１０が光走査部１４に置き換わる以外の光走査装置の構成は、実施例２と共通である。また、本変形例の光走査装置は、導光板１５と組み合わせて用いられる。なお、導光板１５は光走査装置２に含まれると考えても構わない。
【０２２４】
本変形例の光走査部１４及び導光板１５について、図２８を用いて説明する。光走査部１４は、プリズム１０９及び光検出器１１０を光走査部１４から除外した以外は、実施例２の構成である図２と同様である。
【０２２５】
導光板１５は、導光板１５に入射した光が導光板１５の内部で全反射するように反射する第一の偏向部１５１と、導光板１５の内部で全反射した光を観察者の瞳７１に向かって出射する第二の偏向部１５２を含む。第一の偏向部１５１は例えば、光反射膜にて構成される。このような導光板においては、第一の偏向部１５１によって反射される光Ｌ１だけでなく、第一の偏向部１５１を通過する光Ｌ２も存在すること本発明者らは見出した。
【０２２６】
本変形例においては、第一の偏向部１５１を通過する光Ｌ２を受光するように、光検出器１１０を導光板１５の先に配置する。即ち、導光路１０２と前記導光板１５の入射部の直線状に、光検出器１１０を配置する。本実施例２のプリズム１０９も、本変形例の第一の偏向部１５１も、入射光を映像表示用の光と、本発明のための検出用の光とに分岐している点は共通である。即ち、本変形例の構成でも、実施例２と同様の効果を実現できる。
【０２２７】
次に、実施例４の第六の変形例について述べる。図３１は、導光路１０２の出射端１０２ａの変位の軌跡を示している。Ａで示す範囲は所定の有効範囲であり、映像を表示する領域に対応する。実施例４の構成では、有効範囲Ａの範囲外ではレーザを消灯する構成としたが、本変形例では図３１においてＢ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４で示す領域の前後においても、レーザを点灯する。この領域でのレーザ点灯の強度は、表示画像格納メモリ３３が出力する階調データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に依らず、高輝度で発光する。この光を検出光と呼ぶ。有効範囲Ａの範囲外の光は、レンズ１１１を通過した後に機械的な構造（図示しない）により遮光されるものとする。
【０２２８】
これらＢ１乃至Ｂ４の領域は、図３０と比較して分かるように、走査軌跡が光検出器１１０の分割軸を通過する前後に対応していることがわかる。即ち、Ｂ１乃至Ｂ４の領域で検出光を発光することで、実施例１における位相差計測が可能である。これにより、共振状態であるか否かを検出することができる。差動信号は正規化を行っているとはいえ、発光輝度が高いほどＳ／Ｎは有利である。本変形例でのＢ１乃至Ｂ４の領域での発光強度は階調データ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に依存せずに高輝度であるため、実施例４と比較して、より正確な位相差計測が可能になる。
【０２２９】
このように、画像の表示を行っている最中（即ちステップＳ１００６の後、ステップＳ１０１２でＹｅｓとはならない状態）において、走査軌跡が所定の領域内である期間に画像の前記表示または前記撮像を行い、走査軌跡が所定の領域でない期間に発光制御部２２は検出光の発光を行う。そして検出光に関して差動信号を生成し、位相差計測を行うことが可能である。これにより、より正確な位相差計測が可能になり、共振周波数の変化に対して駆動周波数を高精度に追従させることができる。なお、以上で説明した、実施例４の第二の変形例乃至第五の変形例は、実施例１にも同様に適用可能である。
【０２３０】
このように実施例４によれば、映像を表示する機能を有する光走査装置において、適切に画像を表示することができる。
【実施例５】
【０２３１】
次に、実施例５の光走査装置の構成について説明する。
以上の実施例では４分割の光検出器を用いて、分割軸を通過するタイミングを検出する構成であったが、４分割の光検出器を用いない構成も可能である。実施例５は４分割の光検出器を用いない実施の形態である。
【０２３２】
実施例５の光走査部１７の構造を図３２に示す。実施例１の構成図である図２と共通の構成要素については同一の番号を付し、説明を省略する。反射体１１２ａ及び反射体１１２ｂは、レンズ１０４に取り付けられ、映像を表示中の出射光の一部を反射する。検出用導波路１１３ａ及び検出用導波路１１３ｂは、反射体１１２ａ及び反射体１１２ｂで反射された光を取り込む。検出用導波路１１３は、例えばシングルモードやマルチモードの光ファイバである。
【０２３３】
反射体及び検出用導光路は、紙面に垂直な方向にも配置される。図３３（ａ）はレンズ１０４と反射体１１２ａ、１１２ｂ、１１１２ｃ、１１２ｄの位置関係を示している。また図３３（ｂ）は光走査部１７の断面図であり、検出用導光路１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄの位置関係を示している。
【０２３４】
図３２から明らかなように、ｘｙ平面の原点を振動部１０１の中心に取った場合、ｘ軸及びｙ軸上に反射体及び検出用導波路が配置されている。この結果、光の走査軌跡がｘ軸及びｙ軸を通過するタイミングで、検出用導光路で受光される光量は最大となる。
【０２３５】
実施例５の光走査装置はピーク検出回路を有する（図示しない）。ピーク検出回路では、各々の検出用導光路に関して、受光光量が最大となるタイミングを検出する。検出用導光路１１３ａの受光光量が最大となるタイミングと検出用導光路１１３ｂの受光光量が最大となるタイミングの論理和を取った信号を出力する。この信号は図１６（ｂ）の波形と同一となる。即ち、実施例１における位相差計測部２３の論理和回路２３０６の出力信号と同等の信号となる。同様にピーク検出回路３２は、検出用導光路１１３ｃの受光光量が最大となるタイミングと検出用導光路１１３ｄの受光光量が最大となるタイミングの論理和を取った信号も出力する。この信号は図１６（ｄ）の波形と同一となる。即ち、実施例１における位相差計測部２３の論理和回路２３１３の出力信号と同等の信号となる。
【０２３６】
このように、実施例５の構成によれば、４分割の光検出器を用いなくても、同様の信号を生成可能である。実施例５の位相差計測回路２８は、実施例１の構成である図１４に対して、ゼロクロス検出回路２３２及びゼロクロス検出回路２３４をなくし、代わりにピーク検出回路の２つの出力信号を接続すればよい。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【０２３７】
次に、実施例５の変形例について述べる。本変形例の光走査部１８の構造を図３４に示す。実施例５の構造である図３２との差異は、検出用導光路１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄである。検出用導光路１１３ｃ及び１１３ｄは図３９の場合と同様に図示しないが、図３３（ａ）と同様に４方向に配置されている。
【０２３８】
検出用導光路１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄはテーパ付きの光ファイバであり、図３４に示すようにテーパの断面が反射体１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの方向を向くように配置されている。これにより、検出用導光路で受光する光量を向上することができる。この結果、Ｓ／Ｎが向上し、より正確な位相差計測が可能になる。
【実施例６】
【０２３９】
次に、実施例６の光走査装置の構成について説明する。
以上の実施例では、分割軸を通過するタイミングを検出する構成であったが、共振周波数のずれや光の走査軌跡のずれを検出する方法は、分割軸を通過するタイミングの検出に限定されない。
【０２４０】
実施例６は、実施例４の構成をベースとして、別の方法で共振周波数のずれや光の走査軌跡のずれを検出する実施の形態である。図３５は光走査部１６を備えた光走査装置４を示すブロック図である。なお、実施例１のブロック図である図１と共通の構成要素については同一の番号を付し、説明を省略する。実施例１との構成上の差異は光走査部１９と、差動信号生成部３２と位相差計測部２３が省略され、光走査部１９内に設けられた光検出器１１５からの信号はコントローラ４０に入力される。
【０２４１】
本変形例の光走査部１９の構造を図３６に示す。実施例４との差異は、光検出器１１５及び集光レンズ１１６である。図３７は光検出器１１５の構造を示している。図３７の点線は、光検出器１１５上に投影される光の理想的な走査軌跡を図示したものである。またＡで示す範囲は所定の有効範囲であり、映像を表示する領域に対応する。実施例６の光検出器１１５は、領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のみに受光面がある。理想的な状態（即ち共振周波数などの駆動パラメータが適切に設定されている状態）において、光スポットの中心が領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４内に位置するタイミングにて、レーザを点灯する。以下、このタイミングのことを「走査軌跡上の所定のタイミング」と称する。
【０２４２】
駆動周波数が共振周波数と一致しているとき、光検出器１１５上に投影される光の走査軌は図３７の点線と一致するため、走査軌跡上の所定のタイミングにてレーザを発光すれば、４つの受光面すべてで光が検出される。
【０２４３】
一方、駆動周波数が共振周波数と一致していないときには、例えば振幅が低下するため、走査軌跡上の前記所定のタイミングにてレーザを発光しても、４つの受光面すべてで光が検出されなくなる。また、光の走査軌跡にずれが生じた場合には、４つの受光面のいくつかでのみ光が検出されたり、光が検出されるタイミングが走査軌跡上の前記所定のタイミングからずれたりする。
【０２４４】
即ち、実施例６の光検出器１１５のような構成でも、共振周波数のずれや光の走査軌跡のずれを検出することが可能である。例えば、共振周波数のずれを検出した場合には、映像表示を中断して、共振周波数を変更してもよい。また光の走査軌跡のずれを検出した場合には、第一の可変ゲイン２００５における倍率、第二の可変ゲイン２００６における倍率、及び第二の正弦波の位相差△θｄｒｖを変更してもよい。これら駆動信号のパラメータの変更が完了し適切な映像表示が行われている状態では、４つの受光面すべてで光が検出される。従って適切な映像表示が行われているか否かの検出が可能である。
【０２４５】
実施例６の場合であっても、画像の表示を行っている最中に（言い換えれば、画像の表示を中断することなく）、共振周波数のずれや光の走査軌跡のずれを監視することができる。
【０２４６】
実施例６の場合、光検出器により共振周波数のずれを検出するタイミングは、画像の前記表示または前記撮像を行っている最中ではないが、画像の前記表示または前記撮像を行うための前記光走査を行っている期間中と言うことができる。
【０２４７】
実施例６では光検出器１１５として図３７に示す構成で説明したが、光検出器の構成には様々な変形例が考えられる。
【０２４８】
例えば、光検出器１１５の受光面は図３８に示すように、映像を表示する領域Ａの辺に沿った領域Ｃ５及びＣ６であっても構わない。または、図３９に示すように、光検出器１１５は領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４に受光面を有する構成であっても構わない。図３９と図３０を見比べてわかるように、領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は実施例４の光検出器１１０の分割軸に沿っている。そのため、領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を通過するタイミングや、領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４に幅があることを利用して通過する際の移動速度を検出することが可能である。即ち、実施例１や実施例２と同様に、共振周波数のずれや光の走査軌跡のずれを検出し、適切に補正することができる。
【０２４９】
更に、光検出器１１５の受光面は、図３８の領域Ｄ１と領域Ｄ３を合わせた、斜め４５°の直線状のラインセンサであってもよい。その場合であっても前記ラインセンサを通過するタイミングを検出できるため、実施例１と同様に共振周波数のずれを検出し、適切に補正することができる。
【０２５０】
あるいは、光検出器１１５はＰＳＤであっても構わない。ＰＳＤの場合には、光の走査軌跡そのものを検出できるので、実施例１や実施例２と同様に、共振周波数のずれや光の走査軌跡のずれを検出し、適切に補正することができる。
【０２５１】
実施例６及びその変形例における光検出器は、受光面の面積が小さい光検出器か、または、光スポットの一部が受光面の外部に出てしまう場合には位置検出ができなくなるＰＳＤを使用している。これらの構成では、集光レンズ１１６を設けて光スポットを小さくすることで、より正確な検出が可能になる。従って、実施例６及びその変形例では、プリズム１０９にて偏向された光Ｌ２が光検出器１１５に到達するまでの間に、集光レンズ１１６を設けることが好ましい。
【０２５２】
以上の実施例における光走査装置は、少なくとも映像を表示する機能を有する構成であった。本発明は、映像を撮影する機能を有する場合にも同様に適用可能である。その場合の効果は、映像撮像を中断することなく、導光路１０２の共振状態を維持して適切な映像撮像を継続することができる点である。本発明の効果のうち、映像表示特有の効果を除いて、映像撮像の場合にも同様の効果が得られることは明らかである。
【０２５３】
また、ドットずれ補正処理を行う走査方式として、実施例１と実施例２の場合で説明したが、光走査の軌跡はこれらに限らない。また、位相差計測による共振状態の維持や移動速度計測による光走査の軌跡の推定についても、光走査の軌跡はこれらに限らない。これらに共通する特徴としては、Ｘ軸、Ｙ軸ともに共振を用いていることが挙げられる。そのため、両軸の駆動信号は共通の周波数成分を有している。
【０２５４】
また、角度補正部２１０１と座標計算部２１０２は説明のためにブロックを分けて説明したが、同一であってもよい。これは（数７）乃至（数１０）をまとめた演算を１つのブロックで行うことも可能であることから、明らかである。
【０２５５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、また上述した変形例の他にも様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０２５６】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【０２５７】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０２５８】
１…光走査装置
１０…光走査部
１１…照明部
１２…受光部
２０…駆動信号生成部
２１…リマッピング制御部
２２…発光制御部
２３…位相差計測部
２４…移動時間計測部
３３…表示画像格納メモリ
４０…コントローラ
４１…記憶部
４２…入出力制御回路
５０…外部制御装置
７０…ヘッドマウントディスプレイ
７１…瞳
１０１…振動部
１０２…導光路
１０３…接着部
１０４…レンズ
１０５…筐体
１０６…支持部材
１０７…電気配線
１０８…分波部
１０９…プリズム
１１０…光検出器
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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