(57)【要約】  共振ミラー（８０）の双方向走査によって生成される、ミラーベースの視覚システムの連続する走査線（７２）を整合させるための方法が開示される。ミラーの実際の位置は、任意の適切な方法によって判定又は測定される。ミラー（８０）の測定された位置は、選択された位置で第１の方向の走査線（７２ａ、７２ｃ）を開始するための第１のトリガー信号を生成するため、及び第２の位置で逆方向（７２ｂ、７２ｄ）の走査線を開始するためのトリガーを生成するために用いられる。
2009505159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動するミラーの前方に移動する掃引の規定された第１の開始地点及び終了地点を、前記振動するミラーの逆方向に移動する掃引の規定された第２の終了地点及び開始地点にそれぞれ整合させる方法であって、
選択された周波数で前記ミラーを振動させ、
前記振動するミラーが既知の正確な位置にあり、その位置を示す信号を提供するときを検知し、
前記位置信号、前記選択された周波数、及び前記ミラーの振幅から前記第１及び第２の開始地点を計算し、更に、
前記計算された第１の開始地点に応答して、第１の方向の前記ミラーの移動の間第１のトリガー信号を生成し、前記計算された第２の開始地点に応答して、前記ミラーの第２の方向の移動の間第２のトリガー信号を生成する、
各段階を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記ミラーが高周波数共振ミラーであり、更に、
変調された光ビームを前記振動するミラーに向け、
前記第１のトリガー信号に応答して、前記第１の方向の前記ミラーの移動の間前記変調された光ビームから走査線を生成し、更に、
前記第２のトリガー信号に応答して、前記第２の方向の前記ミラーの移動の間走査線を生成する、
各段階を含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記開始及び終了地点の前記整合が、画像を生成するために連続する走査線を整合させる段階をそれぞれ含む、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記変調された光ビームを向ける前記段階は、前記変調された光ビームをそれが前記高周波数共振ミラーから反射されるように向けることを含み、前記整合させる段階は、第２のミラーを前記選択された周波数より遅い速度で振動させて、前記第１の方向に移動する前記走査線と前記第２の方向に移動する前記走査線とを位置決めすることを含む、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、更に、
前記第２の振動するミラーが既知の正確な位置にあり、その位置を示す信号を提供するときを検知し、
前記第２のミラーの第１及び第２の開始地点を計算し、更に、
前記第２のミラーの前記計算された第１の開始地点に応答して、第１の方向への前記第２のミラーの移動の間第１のアーミング信号を生成し、前記第２のミラーの前記計算された第２の開始地点に応答して、第２の方向の前記第２のミラーの移動の間第２のアーミング信号を生成する、
各段階を含む方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記第２のミラーの位置の前記検知が、第２のミラーの駆動信号を監視することによって判定される、方法。
【請求項７】
請求項３に記載の方法であって、前記第１の方向に移動する前記変調された光ビームから形成される前記走査線が、前記第２の方向に移動する前記変調された光ビームから形成される前記走査線と整合されるように、前記振動するミラーが、第１の軸の回りに前記選択された周波数で振動させるための第１の組のねじれヒンジと、前記選択された周波数より遅い速度で前記第１の軸に直交する第２の軸の回りに前記ミラーを振動させるための第２の組のねじれヒンジとを含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記ミラーは低周波数ミラーであり、更に、
変調された光ビームを前記振動するミラーに向け、
前記第１のトリガー信号に応答して画像フレームを生成し、更に、
前記第２のトリガー信号に応答して第２の画像フレームを生成すること、
を含む方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法であって、前記検知する段階が、
光源を前記振動するミラーへ向け、
光検出器を、前記光源からの光が前記振動するミラーから反射され、前記振動するミラーの選択された位置で前記光検出器に当たるように、位置決めし、
前記光源が前記光検出器に当たると位置信号を生成し、更に、
２つの連続する位置信号からミラー動きの振幅を判定する、
各段階を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像フレームを生成するために画像線又は走査線を生成するための高速共振走査ミラーと、正弦波駆動信号などの周期的駆動に応答する低周波数振動ミラーとを含むビデオ表示システムに関連する。低周波数振動ミラーは、走査線の各々を位置決めするため、高速ミラーに対して実質的に直交して移動する。
【０００２】
本発明は、レーザープリンタと共に用いるように応用することもできる。しかし、大抵のレーザープリンタ用途では、低周波数ミラーは必要とされない。直交の動きは、回転する感光ドラムによって提供されるのが典型的である。更に具体的に言えば、本発明は、高速共振ミラーの両方向の移動において、適切に整合された走査線を生成することによって、画像の質、輝度、及び印刷速度を改善させることに関連する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
近年、ねじれヒンジ型（ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｈｉｎｇｅｄ）高周波数ミラー（及び、特に、共振高周波数ミラー）は、レーザープリンタの駆動エンジンとして回転ポリゴンミラーの代替品として、かなり進出してきている。こういったねじれヒンジ型高速共振ミラーは、以前のポリゴンミラーに比べ、安価で、必要とされるエネルギーや駆動電力が少ない。
【０００４】
高速プリンタにねじれヒンジ型ミラーを使用する利点が確認されたため、ディスプレイ表面上の走査線によって生成されるビデオ・ディスプレイにも同様のミラーシステムを用いることの実現性について関心が高まっている。
【０００５】
表示スクリーン上にこのような走査線信号を表示するための既存のＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ  ｒａｙ  ｔｕｂｅ）ビデオシステムは、ディスプレイ・フレームレートを入力ビデオ信号と同期化させるための低周波数位置決め回路と、ビデオの個々の画像線（走査線）を生成するための高周波数駆動回路とを用いる。このようなＣＲＴシステムにおいて、高周波数回路は、低速回路の周波数の偶数倍の周波数で動作し、この関係が同期化タスクを簡易化する。
【０００６】
従って、非常に単純な、これに対応するねじれヒンジ型ミラー表示システムが、走査線を生成するための第１のねじれヒンジ型高速走査ミラーと、ＣＲＴの電子ビームのラスター走査に類似するラスター「走査」を生成するために、これらの走査線を位置決めする又は間隔を空けるために必要とされる、直交の動きを提供するための第２の一層低速のねじれヒンジ型ミラーとを用い得ることが明らかであろう。あいにく、問題点はさらに複雑である。まず第１に、高速共振ミラーの走査の動きが、低周波数ミラーの位置決めの動きの偶数倍である周波数を有するように単純に選択することはできない。
【０００７】
第２に、ラスター走査ＣＲＴシステムは容易に制御され、大抵の用途に充分な明るさであるが、対応するラスター走査ミラーに基づくシステムのディスプレイは薄暗くなる可能性があり、輝度が増加すれば利点を得るであろう。例えば、変調された光ビームがオンになるのは、時間の１０％から２０％の間のみであることが典型的である。更に具体的には、既存のミラー視覚システムの変調された光源は、ミラーが一方向に移動する又は掃引（ｓｗｅｅｐ）するとき（つまり、時間の５０％）のみ、オンにされて走査線を生成する。同様に、低速の周期的位置決めミラーが一方向に動いているときのみ、画像フレームが生成される。その結果、時間は更に５０％低減されるため、変調されたビームの最大限可能な「オン時間」は２５％しか残らない。最後に、振動ミラーは、一方向に移動し、停止し、反転し、その後反対方向に移動するため、これらの反転部（又は正弦波の動きのピーク点）は、画像を表示するのに適していない。単なる一例として、振動ミラーが６０Ｈｚ又は２０ｋＨｚの全体又は平均周波数を有するが、そのビームがディスプレイの端まで掃引する毎に、速度を落とし、完全に停止し、その後反対方向に加速しなければならない場合、そのミラー動きの角速度は一定ではあり得ないことが分かるだろう。しかし、周期的に受けとる画素からひずみのない画像を生成するためには、移動の表示部分の間、振動ミラーの速度は実質的に一定であるべきである。その結果、反転又はピーク部に位置するミラー動きの最大５０％は用いることができず、このため、変調された光ビームが画像を生成しているのは、時間全体の約１０％より少なくなる可能性が残っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の説明に基づき、輝度の課題に対する早急かつ容易な解決策は、システムが低速位置決めミラーの周期的動きの用いられていない半分の間、別の画像フレームを生成すること、或いは代替として、走査線が、一方向のみの掃引の間ではなく、共振ミラーの前後の各掃引で生成されること、を必要とすることのみのようである。これは輝度を倍増させ得る。代替として、画像の輝度を４倍に増加させるために両方のミラーのミラー移動の用いられていない半分を用いることもできる。
【０００９】
本発明に従って、画像輝度は倍増され、画質は、走査又は画像線を生成するために高速共振ミラーの両方向の双方向ビーム掃引を用いることによって改善され、視覚表示システム及びレーザープリンタ・システムの両方と共に用いるように応用され得る。あいにく、問題点は、双方向ビーム掃引の両方向の走査線を生成することを単に決めることによっては解決されない。課題は、ディスプレイを許容し得るものにするために、２つの連続する走査線を整合させることにある。
【００１０】
しかし、視覚ディスプレイ・システムと共に用いるとき双方向掃引によって形成される２つの連続する走査線を整合させることに加え、ディスプレイ内の知覚し得るジャンプ又はジッターを避けるために、低周波数ミラーの位置決めの動き、及びその結果の低周波数駆動信号を、入力ビデオ信号の画像フレームレートと同期化させる必要もある。しかし、同時に、共振周波数と僅かだけ異なる周波数で高Ｑミラーを駆動することは、ビーム掃引の振幅を著しく減少させ得る（即ち、ビーム・エンベロープ  （ｂｅａｍ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を低減させる）ため、高周波数ミラーは、視覚ディスプレイと共に用いられようと又はレーザープリンタと共に用いられようと、実質的にその共振周波数で動作又は振動しなければならない。これは、ディスプレイ上の画像の、著しくかつ許容し難い圧縮を引き起こし得る。従って、視覚ディスプレイ・システムでは、高速ミラー駆動は、低速ミラー駆動から切り離される。つまり、上述したように、高速駆動信号を、低速駆動信号の偶数倍であるべく単純に選択することはできない。
【００１１】
また、デジタル・イメージング・システムにおいて、（例えば、コンピュータ・ハードドライブ、ＴＶステーション、ＤＶＤプレーヤー又はＶＣＲプレーヤーなどから受信され得る）画像画素を表す入力信号の各フレーム又は画像は、やはり忠実に再生される必要がある。これは、ひずみを避けるべき場合、各連続する画像（又は印刷されるページ）の各画素が、ディスプレイ（又は印刷されるページ）のスクリーン上で両方の方向において適切に位置している必要があることを意味する。また言うまでもないが、全画像又は全走査線が失われる或いはドロップする場合、ディスプレイ内に誤動作又は人為的影響がはっきりと確認されるであろう。従って、ねじれヒンジ型ミラーに基づくビデオシステムにおいて上述したように、低周波数ミラー駆動は、依然として入力ビデオ信号のフローレートと同期化される必要がある。しかし、同時に、高速ミラーは、視覚ディスプレイに用いられようと又はプリンタに用いられようと、やはり実質的にその共振周波数数で振動する必要がある。上述の課題は、画像信号に何らかの劣化がある場合更に一層複雑となる。例えば、ビデオ信号の信号源がＶＣＲである場合、そのＶＣＲテープが伸びているなど、１つのよくある問題が入力フレームレートを変更させる可能性があり、これもまた処理する必要がある。また、低速ミラーとフレームレートの追跡又は同期化は、駆動波形が不連続であることによる過渡応答（ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ）を最小限にするように成されるべきである。
【００１２】
従って、輝度が増加され、上述の問題点を克服する、ミラーに基づくイメージング・システムは利点となり得るが、高速双方向のビーム掃引の各方向の走査線を生成することによってビーム「オン時間」を倍増させることで、多くの難しい課題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（概要）
ミラー・イメージング・システムの高速共振ミラーのフルサイクル毎に２本の走査又は画像線を生成する方法を提供する本発明の実施例によって、これらの及び他の課題は全般的に解決又は回避され、技術的利点は全般的に達成される。視覚ディスプレイ・システムでは、低速ミラーを入力フレーム又はビデオ信号と同期化させる一方、切り離された共振走査ミラーを低速ミラーと同期化させることも重要である。レーザープリンタ・システム及び視覚ディスプレイ・システムの両方において、高速共振ミラーの前方及び逆方向の両方の掃引によって表示される走査線の整合には、高速ミラーの角度位置を正確に監視することが必要となる。本発明の教示は、視覚ディスプレイの低速位置決めミラーにも用いられ得るが、他のより安価な手法も適切であり得るため、多くのこのようなアプリケーションには過剰であり得る。
【００１４】
更に具体的には、本発明の方法は、選択された周波数でミラーを振動させる工程を含む。振動ミラーの動き又は位置は、任意の適切な方法によって監視され、ミラー位置を示す１つ又はそれ以上の信号が演算回路に供給される。
【００１５】
一つの実施例によれば、ミラーの位置又は動きは、光源と振動ミラー上の変調された光ビームとの間に何ら干渉が存在しないように、表示システムの変調された光ビームとは充分に異なる波長を有する光源（例えばＬＥＤ）を当てることによって監視される。この光源からの光が振動ミラーから反射され、振動ミラーが選択された角度位置を通過するときこの光検出器に当たるように、この光源に感光性を有する光検出器は配置される。ミラーから反射された光が光検出器に当たる毎に、光検出器によって位置信号が生成される。ミラーの位置の動きを監視する他の適切な方法は以下に限らないが、ミラー構造に取り付けた永久磁石によって生成される磁場を検知すること、ミラー構造上に搭載された圧電性素子に印加される圧力によって生成される電流を検知すること、などを含む。
【００１６】
位置信号は、それらがどのように生成されるかに係らず演算回路に供給され、演算回路は、既知のミラー周波数と光検出器から受信する連続する位置信号とから、ミラー動きの振幅及び位相を判定する。その後、振動ミラーの既知の選択された周波数と、連続する位置信号から判定された振幅及び位相情報とから、第１及び第２のトリガー信号が生成される。レーザープリンタの各画像線又は視覚表示システムの各走査線を表すデータ信号の入力ストリームは、その後保存又はバッファされる。その後、第１のトリガー信号に応答してミラーが第１の方向に掃引すると、走査線が生成される。同様に、第２のトリガー信号に応答してミラーが反対方向に掃引すると、走査線が生成される。第１及び第２のトリガー信号は、異なる位置信号に応答してそれぞれ生成され得るが、単一の位置信号が第１のトリガー信号を生成し、その後、選択された遅延の後、第２のトリガー信号を生成してもよい。
【実施例】
【００１７】
本発明は様々な特定の状況において具体化され得る。本明細書で説明されている特定の実施例は、本発明を構成し使用する特定の方法を単に例示しているに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。
【００１８】
ここで先行技術である図４を参照すると、例えば、ＣＲＴディスプレイなど、ラスター走査によって形成される先行技術のディスプレイを制御するために用いられる、高速水平走査駆動信号と低速（垂直）又は走査線位置決め信号との相互作用が図示されている。走査駆動信号に関して用いられる「水平」という用語と、ビーム位置決め信号に関して用いられる「垂直」という用語は、単に便宜及び説明のためであって、当業者であれば、ＣＲＴディスプレイ又はミラーに基づくディスプレイの走査線が垂直に走ることが可能であり、位置決め信号が、垂直走査線を表示スクリーンの端から端まで水平に配置させることができることが分かるであろう。
【００１９】
図４に図示するように、曲線１２で表す低速正弦波駆動信号の各サイクルの同じ（実質的に線形の）部分の間、画像ボックス１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、及び１０Ｄで示すような４つの典型的なビデオ・フレームが生成される。更に具体的には、低速位置決め信号が６０Ｈｚの周波数を有する場合、先行技術の図４の例では、図示した４つだけではなく、１秒間に６０個の異なるビデオ・フレーム（即ち、全画像）が生成され得る。また、移行地点１４が、位置決め低速駆動信号の各サイクルの終了地点と駆動信号の次のサイクルの開始地点との両方を示す場合、地点１６は、常に、地点１４の或る一定の時間後に生じるように設定することができる。従って、各走査線が同じ画素数を有し、各フレームが同じ走査線数を有するため、地点１６は各フレームの開始地点として選択され得る。同様に、地点１８は各フレームの終了地点であり得る。「フレーム」という用語は、低速ミラーの１つの前方及び逆方向の掃引の間に生成される画像を指すように用いられていることに注意されたい。
【００２０】
図４の先行技術の例において、低周波数信号及び低速位置決めミラーが、ビデオ信号の次のフレームのために再配置されると、ミラーは、サイクルの地点２０と地点１４との間で逆方向に移動する。
【００２１】
図１Ａは、図４に類似するがビデオのフレームなしの、本発明に従った位置決め又は低速駆動信号を表す。図１Ｂは、本発明の教示に従った共振ミラーの走査駆動信号及び／又は対応する走査位置を表すが、これは、図１Ａに対して正確な縮尺にはなっておらず、理論的には可能であるが、低速駆動信号の偶数倍の周波数である周波数を有していることはほとんどない。一例として、図１Ｂに図示するような走査ねじれヒンジ型ミラーの共振の周波数は、約２０ｋＨｚ又はそれより大きくなり得る。
【００２２】
図１Ｃは、図示するように、低速周期的駆動信号が正弦波形ではなく反復する三角波形であることを除けば、図１Ａに類似する。ここでも、それぞれ線２２及び２４の上及び下の屈曲部分は、ミラー動きの上方及び下方ピーク（又は反転）位置を表し、線２２と２４の間の曲線の部分は、ここでもビデオ・フレームが生成される信号及び／又はミラー動きのディスプレイ部を表す。
【００２３】
本発明のシステムは、好ましくは、高速共振ミラーの正弦波の動きの正の又は前方に進む部分の第１の走査線を生成すること、及びその後更に、ディスプレイの質を高める又は輝度を倍増させるため、又はレーザープリンタの印刷速度を速めるため、正弦波の動きの負の又は逆方向の部分の別の走査線を生成すること、に関連して用いられる。更に本発明は、低速位置決めミラーの正に進む部分の間生成される第１の画像フレームを、そのミラーの負に進む部分の間生成される第２の画像フレームと整合させるため、低速又は位置決めミラーと共に用いることもできることに注意されたい。しかし、大抵のアプリケーションでは、画像フレームを整合させる他のより安価な方法が好ましい可能性がある。いずれにしても、画像フレームを整合させるために本発明が低速位置決めミラーと共に用いられるとき、地点１６ａは、単一の正弦波サイクルの間生成される第２の画像フレームの開始地点を表し、地点１８ａは第２の画像フレームの終了地点を表す。画像フレームを含む走査線は、第１の画像フレームの走査線とは逆の順に表示され得ることも理解されたい。しかし上述のように、課題は移動するミラーの両方の方向に画像フレームを生成するように決定することではなく、低速ミラーの正に進む部分で生成される画像フレームを低速ミラーの負に進む部分で生成される画像フレームと整合させることである。
【００２４】
上述のように、本発明は、共振ビーム掃引の前方の走査の間生成される第１の走査線を、共振ビーム掃引の逆方向の走査の間生成される第２の走査線と整合させるために用いられることが好ましい。従って、双方向走査線を提供する表示システムの図１Ｂを再び参照すると、地点３０は前方に移動する走査線の最初の画素の位置を表し、地点３２は前方に移動する走査線の最後の画素を表す。走査線全体は括弧３４で表す。上述のように及び大抵の既存のミラーシステムによれば、単一の走査線３４はミラーの単一方向のみの、例えば左から右へのビーム掃引の間生成される。従って、右から左へのミラー動きは用いられず無駄になることが多い。しかし、本発明によれば、ミラーが第２の走査線の最初の画素が表示される開始地点３８と、第２の走査線の最後の画素が表示される終了地点４０との間で逆方向に移動すると、括弧３６で表す第２の走査線も生成される。第２の走査線の最初の画素は、第１の走査線の最後の画素に対応することも理解されたい。従って、連続する走査線の表示される「最初の」画素と表示される「最後の」画素は、互いに垂直に整合されなければならない（これらの走査線は水平ではなく垂直であってもよいため、上述のように、垂直と水平という用語は単に説明の目的で用いている）ことを理解されたい。その場合、最初のおよび最後の画素は水平に整合され得る。
【００２５】
また上述のように、ねじれヒンジ共振ミラーの走査速度が、図１Ｂのグラフに示したように、低速位置決め双方向ミラーの速度の偶数倍となるように単純に選択され得る場合、ミラー表示上の走査線及び双方向の画像の同期化は、単純にタイミングの問題となることが分かるだろう。残念なことに、共振ミラーは適正な誤差内で製造され得るが、実際の共振周波数を、単一のシリコンウエハから形成されるミラーの共振速度が低速ミラー用に選択された速度の偶数倍となるように、正確に製造され得るように制御することはできない。また上述したように、高速共振ミラーをその共振速度をほんの僅かだけずれた速度で駆動することは、そのミラーの掃引振幅を著しく低減させ得る。
【００２６】
ここで図２Ａを参照すると、それぞれのねじれヒンジの周りを旋回する、２つの個別の単軸ミラーを用いる本発明の一実施例の斜視図が示されている。図示するように、高周波数又は走査単軸ねじれヒンジ型ミラー５０が、ラスター走査を提供するために低周波数又は位置決め単軸ねじれヒンジ型ミラー５２と組み合わせて用いられ得る。光源５６からの光ビーム５４ａは入力信号によって変調され、この入力信号は光源５６に供給される前にバッファ５５にストアされている。光ビームを変調させるために用いられるバッファされた入力信号は、走査線を含む画素を生成するため、トリガー信号に応答して線４９上に供給される。変調された光ビーム５４ａは高周波数共振ミラー５０の反射性表面５７に当たり、低周波数位置決めミラー５２の反射性表面５８への掃引光ビーム５４ｂとして反射される。位置決めミラー５２は、変調された光ビーム５４ｃをディスプレイ表面６０へ向けなおす。このディスプレイ表面６０は、スクリーン又は感光性プリンタ媒体であり得る。高周波数走査ミラー５０の旋回軸６４を回る（弧状の矢印６２で示すような）振動は、（位置決めミラー５２の表面５８から反射された後）、表面６０の端から端へ掃引する光ビーム５４ｃ（走査線）となる。位置決めミラー５２の軸６６を旋回する（両方向矢印６８で示すような）振動は、ディスプレイ表面６０上で適切に垂直に（又は走査線に直交して）位置決めされる掃引走査線となる。ここでも、水平及び垂直という用語は、単に説明のためであることに注意されたい。従って、ディスプレイ表面６０の端から端への光ビーム５４ｃの走査動きは、矢印７０で示すような、低速位置決めミラー５２の１つの方向の直交する動きの間、数百回又は千回でも生じ得るため、ラスター走査型画像が、画像線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、及び７２ｄで示すようにディスプレイ表面６０上に生成又は印刷され得る。光ビーム５４ｃは、光ビームが開始地点７４に戻ると、矢印７０ａで示すような逆方向の別の画像を描き得る。
【００２７】
更に具体的には、図示するように、走査線７２ａ、及び７２ｃなど、図２Ａの右から左へ移動する走査線は、開始地点７４及び終了地点７６を有し、一方、図２Ａの左から右へ移動する走査線は、開始地点７４ａ及び終了地点７６ａを有する。本発明は、右側垂直線７８で示すように開始地点７４と終了地点７６ａ、及び左側垂直線７８ａで示すように開始地点７４ａと終了地点７６を整合させるための装置及び方法を提供する。
【００２８】
図２Ｂを参照すると、それぞれのねじれヒンジの周りを旋回する２つの個別の単軸ミラーを用いる、本発明の別の実施例の斜視図が示されている。図示するように、ラスター走査型視覚ディスプレイを提供するため、高周波数又は走査単軸ねじれヒンジ型ミラー５０が、ここでも、低周波数又は位置決め単軸ねじれヒンジ型ミラー５２と組み合わせて用いられる。光源５６からの光ビーム５４ａは、バッファ５５からの線４９上の入力ビデオ信号によって変調され、低周波数位置決めミラー５２に当たる。変調された光ビーム５４ｂが、ミラー５２の表面５８で、高周波数振動又は走査ミラー５０の反射性表面５７へ反射され、高周波数振動又は走査ミラー５０は、変調された光ビーム５４ｃを表示スクリーン又は表面６０へ向けなおす。走査ミラー５０の（弧状の矢印６２で示すような）軸６４を回る振動は、表示スクリーン６０の端から端を前後に掃引する光ビーム５４ｃとなる。
【００２９】
また、弧状の両方向矢印６８で示すような軸６６を回る位置決めミラー５２の振動は、走査ミラー５０に対して、光ビーム５４ｂが、反射性表面５７の中心の線７９で示すように光ビームの走査動きに直交して移動するように、変調された光ビーム５４ｂを移動させ得ることも理解されたい。このため、光ビーム５４ｃの高周波数走査動きは、表示スクリーン６０上の画像線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、及び７２ｄで示すように両方向に交互に移動し、低周波数位置決めミラーの単一の直交する動きの間、数百又は千回でも生じ得ることが分かるだろう。従って、ラスター走査型視覚ディスプレイが、開始地点７４から両方向に表示スクリーン６０上に生成又は印刷され得る。
【００３０】
上述の説明は２つの単軸ねじれヒンジ型ミラーに基づいている。しかし、当業者には理解されるように、図２Ｃに示すジンバル構造８２を有するミラー構造８０のような、単一の２軸ねじれヒンジ型ミラーを、図２Ａ及び図２Ｂの実施例において説明した個別のミラー５０及び５２の振動と同じ方式で、弧状の矢印６２で示すような軸６４ａを旋回する高周波数走査動きと、軸６６を旋回する位置決め又は直交する動きの両方を提供するために用いることができる。図２Ｃの残りの要素は、図２Ａ及び図２Ｂの場合と同様に動作するため同じ参照番号を付している。但し、変調された光ビーム５４ａは、１度反射されるのみであり、従って混乱を避けるため、反射されるビームには参照番号５４ｄを付していることも理解されたい。
【００３１】
当業者には理解されるように、低速ミラーの動き及び対応する位置は、そのミラーをそれぞれの軸を旋回して駆動させるために用いられる信号から判定され及び／又は合理的に予測又は推定され得る。従って、駆動信号（例えば、正弦波駆動信号など）のみを用いる多くのアプリケーションでは、時間内の任意の選択された地点のための低速ミラーの位置を判定又は推定することで充分である。例えば、図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃを再び参照すると、図１Ａ及び図１Ｂに図示したような、入力線８８で受信される低周波数周期的信号に応答して低速ミラー５２を位置決めするための駆動メカニズム８６がある。この低周波数周期的駆動信号は、ミラー５２の位置を判定又は推定するために用いられ、多くのアプリケーションでは、低速ミラーの正の及び負の掃引によって生成される連続する画像フレームを整合させるのに充分であり得る。
【００３２】
同様に、高周波数信号に応答する高速駆動メカニズム９０が含まれている。演算回路９４も、それぞれのミラーの周波数が判定され得るように、これらの高周波数及び低周波数駆動信号を受信する。また、演算回路９４は、低周波数駆動信号から低速ミラーの位置の推定又は計算もし得る。低速駆動信号のみが低速ミラーの位置を計算するために用いられ得ることがあり、これは、その後、連続する画像フレームを整合させるために用いられる。残念なことに、この手法は、共振周波数近傍の共振ミラーの伝達関数に１８０度位相シフトがあるため、連続する走査線を整合させるために高速ミラーと共に用いるのには適していない。この位相シフトのため、駆動信号波形のみから高速ミラーの位置を推測又は判定することができない。その結果、高周波数ミラーの実際の位置を判定するためのセンサが必要となる。
【００３３】
従って、再び図２Ａを新しい図３とともに参照すると、振動ミラーの実際の位置を判定するために用いられ得る本発明の一実施例が示されている。図３に示すように、旋回軸を旋回して振動するねじれヒンジ型ミラーの端部の図がある。ここでも、図３の配置は低速ミラー５２と高速共振ミラー５０の両方と共に用いられ得るが、本発明は、特に高速走査ミラー５０の位置を判定するために有効であることが分かるだろう。
【００３４】
上述の図２Ａに関連して述べたように及び本発明の一実施例に従って、高周波数振動ミラー５０の裏側へ向けられる、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）９６などの光源が更に含まれる。光源９６は、光源５６からの変調された光ビーム５４ａとは別に付加され、これら２つの光源間の干渉を避けるため、光ビーム５４ａの波長とは実質的に異なる波長を有することが好ましい。更に含まれるのは、ＬＥＤ９６からの光の波長に感光性を有する、少なくとも１つのフォトセンサ１００である。
【００３５】
但し図２Ａの例は、２つのフォトセンサ１００及び１００Ａを示しており、ミラー５０の右に位置する図３の上面図の部分は、ミラー５０の角度位置を検知するための第２の実施例を示している。右側部分に示すように、フォトセンサ１００は、ＬＥＤ光源９６のように走査ミラー５０の前側の選択された既知の位置に配置される。センサ１００は、ミラー角回転がビーム掃引の終了地点近辺の選択された位置にあるとき、走査ミラー５０のミラー表面５７で反射されるＬＥＤ９６からの光（線９８ａで示す）がセンサ１００を捕らえるように、ビーム掃引の終了地点１０２に近接して配置される。駆動信号の周波数、及びミラーが選択された又は既知の位置にある特定の時間を知ることにより、ミラーの振動サイクルの全ての地点のミラーの計算が可能となることが分かるだろう。
【００３６】
ＬＥＤ９６からの光が、一方向のミラーの移動の終了部分１０２の直前で捕らえられるような位置に第１のセンサ１００を配置し、反対方向のミラー移動の終了部分１０４の直前に第２のセンサ１００ａを含むことも有効であり得、更に高い精度を提供し得る。多くのアプリケーションでは単一の光源９６で充分であるはずだが、第２の光源９６ａが含まれていてもよい。もちろん、物理的大きさ及び条件によっては、フォトセンサ１００／１００ａ及び／又はＬＥＤ光源９６及び／又は９６ａの配置がミラー５０の前側に存在できないことがあり得る。その場合は図３のミラー５０の左の部分に示すように、光源９６は、図２Ａ及び図３で破線で示すように、光がセンサ１００に向ってミラーの裏側で反射されるように配置されてもよい。
【００３７】
ＬＥＤ光源及びフォトセンサの幾つかの実施例を説明してきたが、高速ミラー５０の位置を正確に検知する他の方法又は手法が同様に適していることを理解されたい。例えば、旋回するミラー又はねじれヒンジ上に永久磁石（図示せず）が含まれ、その磁石がミラー（又はヒンジ）と共に回転するようにしてもよい。電磁コイル（図示せず）が、ミラーの角度位置を表す電流がそのコイル内に生成されるように、その回転する永久磁石に近接して配置される。ミラーの角度位置は、ミラー構造（図示せず）上に圧電性素子を搭載し、回転するミラーによって生じるその構造内の応力を測定することによって判定されてもよい。この圧電性素子内の変化する応力は、ミラーの角度位置に対応する。
【００３８】
そして、本発明の一実施例によれば、低周波数ミラーが低周波数ミラーの前方及び逆方向の両方の動きにおいて既知の回転地点又は位置にあるとき、第１及び第２の位置決めミラー・トリガー信号が生成される。これらは「アーミング」信号と呼ばれ、第１の走査線を位置決めするために用いられる。同様に、高速ミラーが高速ミラーの前方及び逆方向の両方の動きにおいて既知の回転又は走査位置にあることが少なくとも１つのセンサ１００及び／又は１００ａによって判定されたとき、走査ミラー「トリガー」信号が生成される。第１及び第２の位置決めミラー・トリガー又はアーミング信号、及び第１及び第２の走査ミラー・トリガー信号は、バッファ５５への配線１０６に供給され、その後バッファ５５は、光ビームを変調させ走査又は画像線を描くために用いられる出力信号の発行又は分配を開始する。
【００３９】
本発明及びその利点を特定の例示の実施例を参照して説明してきたが、特許請求の範囲内で多くの他の実施例が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】図１Ａは、それぞれの軸を旋回してミラーを駆動させるための、それぞれ低速（走査線の垂直の位置決め）及び高速（走査線を生成するための共振走査）の周期的信号を図示する。
【図１Ｂ】図１Ｂは、それぞれの軸を旋回してミラーを駆動させるための、それぞれ低速（走査線の垂直の位置決め）及び高速（走査線を生成するための共振走査）の周期的信号を図示する。
【図１Ｃ】図１Ｃは、正弦波駆動信号ではなく三角波の低速駆動信号が示されていることを除けば、図１Ａと同様である。
【図２Ａ】図２Ａは、２つの単軸ミラーを用いる表示システムに基づく、ねじれヒンジ型ミラーを図示する簡略化した図面である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、２つの単軸ミラーを用いる表示システムに基づく、ねじれヒンジ型ミラーを図示する簡略化した図面である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、２つの単軸ミラーの代わりに単一の２軸ミラーを含む、別の実施例を図示する簡略化した図である。
【図３】図３は、２つの連続するビーム掃引上の画素を整合させるため、別個の光源と、振動ねじれヒンジ型ミラーの位置を監視するための光検出器とを図示する簡略化した図である。
【図４】図４は、高周波数走査ミラーが低周波数位置決めミラーの偶数倍で動作する、ビデオ・フレームのディスプレイを示す先行技術の図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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