(57)【要約】【課題】効率良く、かつ同じ走査幅で安定して光を走査することが可能な光走査装置、及びその光走査装置を用いることで高品質な画像を安定して表示することが可能な画像表示装置を提供すること。【解決手段】ビーム状の光Ｌ１を供給する主光源部１０１と、主光源部１０１からの光Ｌ１を反射し、振動する反射ミラー１０４と、反射ミラー１０４の変位を検知するための光を検出する光検出部４０３と、を有し、反射ミラー１０４は、光検出部４０３からの信号に基づいて駆動される。【選択図】      図４
2006243225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム状の光を供給する主光源部と、
前記主光源部からの光を反射し、振動する反射ミラーと、
前記反射ミラーの変位を検知するための光を検出する光検出部と、を有し、
前記反射ミラーは、前記光検出部からの信号に基づいて駆動されることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記反射ミラーの変位を検知するための光を供給する検知用光源部を有することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記検知用光源部は、可視光の波長領域とは異なる他の波長領域の光を供給することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記検知用光源部は、赤外光を供給することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記反射ミラーは、前記主光源部からの光を第１の方向へ走査する第１反射ミラーと、前記主光源部からの光を前記第１の方向に略直交する第２の方向へ走査する第２反射ミラーと、を有し、
前記光検出部及び前記検知用光源部は、前記第１反射ミラー及び前記第２反射ミラーの少なくとも一方について設けられることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記主光源部は、前記反射ミラーの変位を検知するための光を供給することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項７】
光走査装置からの光により画像を表示する画像表示装置であって、
前記光走査装置は、
ビーム状の光を供給する主光源部と、
前記主光源部からの光を反射し、振動する反射ミラーと、
前記反射ミラーの変位を検知するための光を検出する光検出部と、を有し、
前記反射ミラーは、前記光検出部からの信号に基づいて駆動されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
前記主光源部は、前記主光源部からの光を走査する走査領域の周辺部に、前記反射ミラーの変位を検知するための光を供給し、
前記光検出部は、前記周辺部に設けられることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記周辺部のうち前記光検出部が設けられる部分以外の部分に設けられ、前記反射ミラーの変位を検知するための光を吸収する光吸収部を有することを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及び画像表示装置、特に、画像表示装置に用いられる光走査装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビーム状の光を走査することにより画像を表示する画像表示装置が提案されている。画像表示装置には、光を反射している状態の反射ミラーを振動させることによって、光を走査する光走査装置が用いられる。平面状の反射ミラーを用いて所定面に画像を表示するためには、光走査装置は、反射した光が所定面に入射する角度範囲内において反射ミラーを往復回動させる必要がある。画像表示装置に用いる光学系はコンパクトであることが望ましいことから、光走査装置に用いられる反射ミラーは、小型な構成で、かつ大きい回転角で駆動可能であることが望まれる。少ない駆動力で回転角を稼ぐために、反射ミラーに固有の共振周波数で反射ミラーを駆動することが提案されている。反射ミラーは、共振周波数で駆動することにより、少ないエネルギーで効率良く駆動することが可能となる。
【０００３】
反射ミラーの共振周波数は、反射ミラーを構成する部材のヤング率に応じて決定される。ヤング率は温度の変化に応じて変化することから、反射ミラーの共振周波数は、レーザ光の一部が反射ミラーに吸収されることで光走査装置に蓄積する熱や、周辺の温度、反射ミラーが駆動することで発生する熱等の影響により容易に変化してしまう。反射ミラーの共振周波数が変化すると、反射ミラーを常時略一定の周期で駆動しても振り角が著しく減少する等、反射ミラーの駆動が不安定になり易くなる。そこで、反射ミラーを安定して共振させるために、反射ミラーの変位を検知して得た信号を正帰還することにより反射ミラーを駆動する手法が考えられている。反射ミラーの変位を検知して得た信号を正帰還することにより反射ミラーを駆動するための技術は、例えば、特許文献１に提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７８３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１にて提案されている技術では、検出手段である検出コイルが反射ミラーに設けられている。検出コイルには、反射ミラーの変位により、反射ミラーの角速度に応じた起電力が発生する。かかる起電力により、反射ミラーの変位を検知できる。この場合、反射ミラーを駆動する電圧に対して逆位相の起電力が検出コイルに生じることで、反射ミラーを駆動する力とは逆方向の力により反射ミラーの振動が妨げられる場合がある。このように、反射ミラーの変位を検知するための構成により反射ミラーの振動が妨げられることとなると、反射ミラーを安定して共振させることが困難となる。この他、反射ミラーの変位を検知するための構成として、圧電素子を用いる構成が考えられている。例えば、反射ミラーを回転させるトーションばねに圧電素子を貼り付けると、圧電素子の抵抗値の変化から反射ミラーの変位を検知することが可能である。この場合、反射ミラーの振動を妨げるような力を発生させないこととすることは可能であっても、反射ミラーの変位を正確に検知することが困難となる。このように、従来の技術では、反射ミラーを安定して共振させることが困難であるという問題がある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、効率良く、かつ同じ走査幅で安定して光を走査することが可能な光走査装置、及びその光走査装置を用いることで高品質な画像を安定して表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、ビーム状の光を供給する主光源部と、主光源部からの光を反射し、振動する反射ミラーと、反射ミラーの変位を検知するための光を検出する光検出部と、を有し、反射ミラーは、光検出部からの信号に基づいて駆動されることを特徴とする光走査装置を提供することができる。
【０００７】
本発明の光走査装置は、光を用いて反射ミラーの変位を検知する。光を用いて反射ミラーの変位を検知する構成とすることにより、反射ミラーに、反射ミラーの振動を妨げるような力が生じることを回避することができる。また、光検出部により光を検出する構成とすることで、反射ミラーの変位を正確に検知することが可能となる。反射ミラーの変位を検知して得た信号を正帰還することにより、反射ミラーを安定して共振させることができる。これにより、効率良く、かつ同じ走査幅で安定して光を走査することが可能な光走査装置を得られる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、反射ミラーの変位を検知するための光を供給する検知用光源部を有することが望ましい。これにより、光検出部において反射ミラーの変位を検知することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、検知用光源部は、可視光の波長領域とは異なる他の波長領域の光を供給することが望ましい。反射ミラーの変位を検知するための光を可視光以外の光とすることにより、たとえ検知用の光が観察者の方向へ進行したとしても観察者に認識されることを回避できる。これにより、主光源部からの光のコントラストが低下する事態を回避することができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、検知用光源部は、赤外光を供給することが望ましい。赤外光を供給する光源は、紫外光を供給する光源に比べ安価である上、扱い易いという利点がある。これにより、光走査装置を安価かつ扱い易い構成とすることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、反射ミラーは、主光源部からの光を第１の方向へ走査する第１反射ミラーと、主光源部からの光を第１の方向に略直交する第２の方向へ走査する第２反射ミラーと、を有し、光検出部及び検知用光源部は、第１反射ミラー及び第２反射ミラーの少なくとも一方について設けられることが望ましい。反射ミラー単位で光検出部及び検知用光源部を設ける構成とすることにより、光検出部は、反射ミラーが振動する１周期ごとに常時走査する光の振幅を検知することができる。そのため、第１反射ミラー及び第２反射ミラーの少なくとも一方について、高い頻度で振幅を検知でき、正確に制御することができる。これにより、第１の方向、第２の方向の少なくとも一方について、同じ走査幅で正確に光を走査することができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、主光源部は、反射ミラーの変位を検知するための光を供給することが望ましい。反射ミラーの変位を検知するための光を主光源部から供給することにより、検知用の光を供給するための新たな光源部が不要となる。これにより、光走査装置を簡易な構成とすることができる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、光走査装置からの光により画像を表示する画像表示装置であって、光走査装置は、ビーム状の光を供給する主光源部と、主光源部からの光を反射し、振動する反射ミラーと、反射ミラーの変位を検知するための光を検出する光検出部と、を有し、反射ミラーは、光検出部からの信号に基づいて駆動されることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。
【００１４】
光を用いて反射ミラーの変位を検知する構成とすることにより、反射ミラーに、反射ミラーの振動を妨げるような力が生じることを回避することが可能となる。また、光検出部により光を検出する構成とすることで、反射ミラーの変位を正確に検知することが可能となる。反射ミラーの変位を検知して得た信号を正帰還することにより、反射ミラーを安定して共振させることができる。このため、光走査装置は、効率良く、かつ同じ走査幅で安定して光を走査することができる。その光走査装置を用いることにより、高品質な画像を安定して表示することができる画像表示装置を得られる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、主光源部は、主光源部からの光を走査する走査領域の周辺部に、反射ミラーの変位を検知するための光を供給し、光検出部は、周辺部に設けられることが望ましい。これにより、主光源部から供給された光を用いて、反射ミラーの変位を検知することができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、周辺部のうち光検出部が設けられる部分以外の部分に設けられ、反射ミラーの変位を検知するための光を吸収する光吸収部を有することが望ましい。反射ミラーの変位を検知するための光を光吸収部で吸収することにより、画像信号に応じた光のみを観察者の方向へ進行させることができる。これにより、画像のコントラスト低下を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置１００の概略構成を示す。画像表示装置１００は、スクリーン１１０の一方の面にレーザ光を供給し、スクリーン１１０の他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタである。画像表示装置１００に設けられた光走査装置１２０は、反射ミラー１０４を振動させることにより、レーザ光を走査させる。画像表示装置１００は、光走査装置１２０からの光により、所定面であるスクリーン１１０面に画像を表示する。
【００１９】
主光源部１０１は、ビーム状の光である赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光を、それぞれ画像信号に応じて変調して供給する。主光源部１０１には、レーザ光を変調するための変調部を設けた半導体レーザや、固体レーザを用いることができる。画像信号に応じた変調は、振幅変調、パルス幅変調のいずれを用いても良い。なお、主光源部１０１の出射側には、レーザ光を、例えば、直径０．５ｍｍのビーム形状に整形する整形光学系を設けても良い。
【００２０】
反射ミラー１０４は、主光源部１０１からのレーザ光を反射し、振動することにより、レーザ光を二次元方向に走査させる。反射ミラー１０４に入射したレーザ光は、反射部１０５の方向へ反射する。反射ミラー１０４で反射したレーザ光は、反射部１０５に入射する。反射部１０５は、筐体１０７の内面であって、スクリーン１１０と対向する位置に設けられている。反射部１０５に入射したレーザ光は、スクリーン１１０の方向へ進行する。筐体１０７は、筐体１０７内部の空間を密閉する。スクリーン１１０は、筐体１０７の所定の一面に設けられている。スクリーン１１０は、画像信号に応じて変調された光走査装置１２０からのレーザ光を透過させる透過型スクリーンである。反射部１０５からの光は、スクリーン１１０の、筐体１０７の内部側の面から入射した後、観察者側の面から出射する。観察者は、スクリーン１１０から出射する光を観察することで、画像を鑑賞する。
【００２１】
図２は、反射ミラー１０４の平面構成を示す。ここでは、反射ミラー１０４は、二次元方向のうちの一次元方向へレーザ光を走査するものとして、図示及び説明を行うものとする。反射ミラー１０４は、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。反射ミラー１０４は、回転軸であるトーションばね２０２によって固定部２０１に連結されている。トーションばね２０２は、紙面の手前側と向こう側とへ反射ミラー１０４を回転させる。なお、反射ミラー１０４は、正方形形状とする構成に限らず、例えば、円形状としても良い。
【００２２】
反射ミラー１０４は、櫛歯型の電極間に働く静電力を用いて駆動する。トーションばね２０２には、可動側電極２０４が設けられている。可動側電極２０４は、トーションばね２０２の回転とともに移動する櫛歯型の電極である。可動側電極２０４の近傍には、固定側電極２０５が設けられている。固定側電極２０５は、トーションばね２０２の回転とは関係無く常に固定するように設けられた櫛歯型の電極である。可動側電極２０４と固定側電極２０５とは、互いに櫛歯部分が噛み合うようにして配置されている。
【００２３】
図３は、可動側電極２０４と固定側電極２０５とによる反射ミラー１０４の駆動について説明するものであって、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分とを側面から見た構成を示す。可動側電極２０４と固定側電極２０５との間に電圧を印加する前、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分とは、互いに上下にずれた位置にある。この状態から可動側電極２０４と固定側電極２０５との間に電圧を印加すると、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間に、可動側電極２０４と固定側電極２０５との電位差に応じて、互いに引き合うような静電力が発生する。
【００２４】
可動部側電極２０４は、静電力と、トーションばね２０２の復元力との合力によって動作する。可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間の静電力がトーションばね２０２を捩れさせるのに必要な力より大きくなると、可動側電極２０４は、矢印で示す下方向へ移動する。反射ミラー１０４は、可動側電極２０４と固定側電極２０５との電位差に応じた静電力によって、静電力とトーションばね２０２の復元力とがつり合うまでトーションばね２０２を中心として回転する。
【００２５】
次に、可動側電極２０４と固定側電極２０５との間への電圧印加を停止すると、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間に生じていた静電力は消滅する。静電力が消滅したとき、可動側電極２０４は、トーションばね２０２の復元力によって、元の位置へ戻る方向へ移動する。可動側電極２０４が元の位置へ戻る方向へ移動することにより、反射ミラー１０４は、それまでとは反対の方向へ回転する。静電力の発生を停止させる間、反射ミラー１０４は、トーションばね２０２の復元力によって、トーションばね２０２を中心として回転する。反射ミラー１０４は、可動側電極２０４と固定側電極２０５との間への電圧印加と、電圧印加の停止とを繰り返すことにより、往復回動する。
【００２６】
なお、可動側電極２０４及び固定側電極２０５は、トーションばね２０２に対して片側に設ける構成に限らず、トーションばね２０２の両側に設けることとしても良い。この場合、トーションばね２０２に対して右側の電極と左側の電極とに交互に電圧を印加することにより、反射ミラー１０４を振動させることができる。反射ミラー１０４と、反射ミラー１０４を駆動するための各構成は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成することができる。
【００２７】
反射ミラー１０４は、反射ミラー１０４自身の質量や形状、トーションばね２０２のばね定数等によって定まる固有の共振周波数を有する。反射ミラー１０４は、共振周波数で駆動することにより、変位量を増大することができる。特に、画像表示装置１００に用いる光学系はコンパクトであることが望ましいことから、反射ミラー１０４は、小型な構成で、かつ大きい回転角で駆動可能であることが求められる。少ないエネルギーで効率良くレーザ光を走査させるためには、反射ミラー１０４を共振周波数で駆動することが望まれる。
【００２８】
反射ミラー１０４は、櫛歯型の電極間に働く静電力を用いて駆動する構成に限らず、静電力を用いる他の駆動方法により駆動することとしても良い。さらに、反射ミラー１０４は、電位差に応じた静電力によって駆動する構成に限られない。例えば、反射ミラー１０４は、電磁力を用いて駆動する構成や、圧電素子の伸縮力を用いて駆動する構成であっても良い。電磁力を用いる場合、例えば、電流に応じて反射ミラー１０４と永久磁石との間に電磁力を発生させることにより、反射ミラー１０４を駆動できる。
【００２９】
図４は、反射ミラー１０４の変位を検知するための構成を説明するものである。反射ミラー１０４が主光源部１０１からのレーザ光Ｌ１を反射する面を表面とすると、反射ミラー１０４の裏面が向けられた空間には、検知用光源部４０１及び光検出部４０３が設けられている。検知用光源部４０１は、反射ミラー１０４の変位を検知するための光Ｌ２を供給する。光検出部４０３は、反射ミラー１０４の変位を検知するための光を検出する。
【００３０】
検知用光源部４０１としては、例えば、赤外光を供給する赤外レーザダイオードを用いることができる。反射ミラー１０４の変位を検知するための光Ｌ２を、可視光以外の光である赤外光とすることにより、たとえ観察者の方向へ光Ｌ２が進行したとしても、光Ｌ２が観察者に認識されることを回避できる。これにより、主光源部からの光Ｌ１のコントラストが低下する事態を回避することができる。また、赤外光を供給する光源は、紫外光を供給する光源に比べ安価である上、扱い易いという利点がある。これにより、光走査装置１２０を安価かつ扱い易い構成とすることができる。
【００３１】
なお、検知用光源部４０１は、可視光の波長領域とは異なる他の波長領域の光を供給するものであれば良く、赤外レーザダイオードを用いる場合に限られない。また、検知用光源部４０１からの検知用の光Ｌ２が散乱したとしてもスクリーン１１０（図１参照）から出射する事態が生じない場合には、検知用光源部４０１は、可視光を供給する構成としても良い。
【００３２】
検知用光源部４０１は、反射ミラー１０４の裏面へ光Ｌ２を供給する。反射ミラー１０４は、主光源部１０１からのレーザ光Ｌ１を表面にて反射することでレーザ光Ｌ１を走査するのと同様に、検知用光源部４０１からの光Ｌ２を裏面にて反射することで、光Ｌ２を走査する。光Ｌ２が仮想面Ｓ上にて直線状の走査軌跡ＳＣをなすように走査する場合に、光検出部４０３は、走査軌跡ＳＣ上に設けられている。なお、反射ミラー１０４の裏面のうち少なくとも光Ｌ２が入射する部分に、表面と同様に高反射性の部材を形成しても良い。高反射性の部材で光Ｌ２を反射する構成とすることにより、光検出部４０３にてＳ／Ｎ比が高い信号を得ることができる。
【００３３】
図５は、光検出部４０３を設ける位置を説明するものである。反射ミラー１０４がトーションばね２０２を中心として略同一の振り角で振動することにより、検知用の光Ｌ２は、走査軌跡ＳＣ上の中心点から略同一の走査幅で走査する。光検出部４０３は、中心点から距離ｄだけ離れた位置に設けられている。光検出部４０３が設けられている位置は、レーザ光Ｌ１が理想の走査幅で走査するように反射ミラー１０４が振動する場合に、光Ｌ２が折り返す位置よりも中心点から近い位置である。走査軌跡ＳＣの中心点は、反射ミラー１０４の偏角が０度であるときの、仮想面Ｓにおける光Ｌ２の入射位置である。光検出部４０３としては、例えばフォトトランジスタやフォトセルを用いることができる。
【００３４】
図４に戻って、光走査装置１２０は、反射ミラー１０４の裏面が向けられた空間に検知用光源部４０１及び光検出部４０３を設ける構成に限られない。検知用光源部４０１及び光検出部４０３は、少なくとも、反射ミラー１０４で反射した検知用の光Ｌ２が、反射ミラー１０４で反射した主光源部１０１からの光Ｌ１とは異なる方向へ進行するような位置に設けられていれば良い。例えば、検知用光源部４０１及び光検出部４０３は、反射ミラー１０４の表面が向けられた空間に設けることとし、検知用の光Ｌ２を、反射ミラー１０４の表面で反射することとしても良い。この場合、反射ミラー１０４の裏面に高反射性の部材を形成する必要が無いことから、反射ミラー１０４をさらに簡易な構成にできる。
【００３５】
さらに、光走査装置１２０は、反射ミラー１０４で反射された検知用の光Ｌ２を検出する構成に限られない。例えば、反射ミラー１０４のうち、回転軸上の位置以外の位置に検知用光源部４０１を設け、検知用光源部４０１からの検知用の光Ｌ２を仮想面Ｓへ直接入射させることとしても良い。この場合も、仮想面Ｓ上に検知用の光Ｌ２を走査することができる。
【００３６】
図６は、反射ミラー１０４を駆動するためのブロック構成を示す。制御部６０１は、反射ミラー１０４を駆動するための駆動信号を生成し、駆動部６０２に出力する。駆動部６０２は、制御部６０１からの駆動信号に応じた電圧を用いて、反射ミラー１０４を駆動する。光検出部４０３は、反射ミラー１０４の変位を検知するための光を検出し、検出結果を演算部６０４に出力する。
【００３７】
図７−１、図７−２は、検知用の光Ｌ２の走査幅と、反射ミラー１０４の変位を表す信号とを説明するものである。図７−１に示す走査軌跡ＳＣ１は、検知用の光Ｌ２が、理想とする走査幅よりも小さい走査幅で走査する場合であって、検知用の光Ｌ２が、光検出部４０３よりも中心点から近い位置で折り返す場合の軌跡を示す。走査軌跡ＳＣ１で検知用の光Ｌ２が走査している場合、光検出部４０３では光Ｌ２が検出されないため、図７−２に示すように、光検出部４０３は、ＬＯＷのまま変化しない信号Ｃ１を出力する。この場合、制御部６０１は、反射ミラー１０４の振り角を増大するような駆動信号を生成する。
【００３８】
図７−１に示す走査軌跡ＳＣ２は、検知用の光Ｌ２が、光検出部４０３よりも中心点から遠い位置で折り返す場合の軌跡を示す。この場合、光検出部４０３は、光Ｌ２が中心点から遠ざかる方向へ走査するときに光検出部４０３上を横切るときと、光Ｌ２が中心点の方向へ進むときに光検出部４０３を横切るときとにおいて光Ｌ２を検出する。そのため、図７−２に示すように、光検出部４０３は、連続する２つのピークが略一定の間隔Ｔｂで生じるような信号Ｃ２を出力する。
【００３９】
信号Ｃ２において、連続する２つのピーク間の時間をＴａ、連続する２つのピークと次の２つのピークとの間の時間をＴｂとすると、光Ｌ２の走査幅ｈは、式（１）により表すことができる。
ｈ＝２ｄ／｛ｓｉｎ（π／２）−（πＴａ／Ｔｂ）｝    （１）
【００４０】
演算部６０４は、式（１）により走査幅ｈを算出する。さらに、演算部６０４は、算出された走査幅ｈに基づいて、反射ミラー１０４の振り角を算出する。演算部６０４は、反射ミラー１０４が実際変位している振り角のほか、反射ミラー１０４が駆動する周波数、及び位相の状態を導き出す。制御部６０１は、演算部６０４による演算結果に基づいて、反射ミラー１０４が理想の振幅でレーザ光Ｌ１を走査するための振り角、周波数、位相をなすような駆動信号を生成する。反射ミラー１０４は、このように光検出部４０３からの信号を正帰還することにより、光検出部４０３からの信号に基づいて駆動される。演算部６０４には、光検出部４０３からの信号に基づいて反射ミラー１０４の振り角を算出するための演算を行うＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）を用いることができる。ＤＳＰを用いることにより、演算部６０４による処理を迅速に行うことができる。なお、演算部６０４は、式（１）とは異なる他の式に基づいて振幅ｈを算出することとしても良い。また、演算部６０４は、式（１）を用いるより単純な演算により、振幅ｈの近似値を算出することとしても良い。これにより、さらに演算部６０４による処理を迅速に行うことを可能とし、さらに演算部６０４を簡易な構成とすることができる。
【００４１】
反射ミラー１０４の共振周波数は、反射ミラー１０４を構成する部材のヤング率に応じて決定される。ヤング率は温度の変化に応じて変化することから、反射ミラー１０４の共振周波数は、レーザ光の一部が反射ミラー１０４に吸収されることで光走査装置１２０に蓄積する熱や、周辺の温度、反射ミラー１０４が駆動することで発生する熱等の影響により容易に変化してしまう。反射ミラー１０４の共振周波数が変化すると、反射ミラー１０４を常時略一定の周期で駆動しても振り角が著しく減少する等、反射ミラー１０４の駆動が不安定になり易くなる。本発明では、反射ミラー１０４の変位を検知して得た信号を正帰還して反射ミラー１０４の駆動を制御することにより、反射ミラー１０４を安定して共振させることができる。
【００４２】
本発明の光走査装置１２０は、光を用いて反射ミラー１０４の変位を検知する構成とすることにより、反射ミラー１０４に、反射ミラー１０４の振動を妨げるような力が生じることを回避することができる。また、光検出部４０３により光を検出する構成とすることで、反射ミラー１０４の変位を正確に検知することが可能となる。反射ミラー１０４の変位を検知して得た信号を正帰還することにより、反射ミラー１０４を安定して共振させることができる。これにより、効率良く、かつ同じ走査幅で安定してレーザ光を走査することができるという効果を奏する。また、スクリーン１１０にレーザ光を安定して走査させることにより、高品質な画像を安定して表示することができる。
【００４３】
なお、光検出部４０３による検出結果から反射ミラー１０４の振り角を算出するまでの工程は、上記のものに限られない。光検出部４０３からの信号のうち上記とは異なる他の手法により反射ミラー１０４の振り角を算出することとしても良い。また、反射ミラー１０４の振り角を算出することが可能であれば、光検出部４０３を、上述の位置とは異なる位置に設けることとしても良い。
【００４４】
図８は、本実施例の変形例に係る光走査装置８２０の構成及び主光源部１０１からのレーザＬ１の振る舞いを説明するものである。本変形例の光走査装置８２０は、上記の画像表示装置１００に適用することができる。図８では主に、光走査装置８２０からスクリーン１１０に至るまでのレーザ光Ｌ１の振る舞いを示すこととし、画像表示装置の全体構成は図示するものに限られない。光走査装置８２０は、２つの反射ミラー１０４、８０４を用いて主光源部１０１からのレーザ光Ｌ１を走査する。反射ミラー１０４は、主光源部１０１からのレーザ光Ｌ１を第１の方向である水平方向へ走査する第１反射ミラーである。反射ミラー８０４は、主光源部１０１からのレーザ光Ｌ１を、第１の方向に略直交する第２の方向である垂直方向へ走査する第２反射ミラーである。
【００４５】
反射ミラー８０４は、反射ミラー１０４で反射したレーザ光Ｌ１が入射する位置に設けられている。反射ミラー８０４は、回転軸であるトーションばね８０２を中心として回動する。トーションばね８０２は、反射ミラー１０４に設けられたトーションばね２０２に対して略直交する向きで設けられている。２つの反射ミラー１０４、８０４を用いることにより、主光源部１０１からのレーザ光Ｌ１は、スクリーン１１０の走査領域ＡＲ１において二次元方向に走査する。画像の１フレーム期間において、反射ミラー８０４が垂直方向へ１回レーザ光を走査する間に、反射ミラー１０４は、水平方向へ複数回レーザ光を走査する。反射ミラー１０４は、共振周波数で高速かつ効率的な駆動がなされる。これに対して、反射ミラー８０４は、反射ミラー１０４と比較して遅い速度で駆動すれば良いことから、共振周波数以外の周波数で駆動することができる。
【００４６】
光検出部４０３及び検知用光源部４０１は、反射ミラー１０４に対応して設けられている。反射ミラー１０４が主光源部１０１からのレーザ光Ｌ１を反射する面を表面とすると、検知用光源部４０１及び光検出部４０３は、反射ミラー１０４の表面が向けられた空間に設けられている。検知用光源部４０１及び光検出部４０３は、反射ミラー１０４で反射した検知用の光Ｌ２が、反射ミラー１０４で反射した主光源部１０１からの光Ｌ１とは異なる方向へ進行するような位置に設けられている。
【００４７】
２つの反射ミラー１０４、８０４のうち反射ミラー１０４に対して光検出部４０３及び検知用光源部４０１を設けることにより、光検出部４０３は、反射ミラー１０４が振動する１周期ごとに常時光Ｌ２の振幅を検知することができる。そのため、２つの反射ミラー１０４、８０４のうち共振させる反射ミラー１０４について、高い頻度で振り角を検知でき、正確に制御することができる。これにより、反射ミラー１０４を共振させることによりレーザ光Ｌ１が走査する第１の方向について、同じ走査幅で正確にレーザ光Ｌ１を走査することができる。
【００４８】
なお、光検出部及び検知用光源部は、レーザ光Ｌ１を水平方向へ走査する反射ミラー１０４に対して設ける構成に限られない。光検出部及び検知用光源部は、第１反射ミラー及び第２反射ミラーの少なくとも一方について設ける構成であれば良い。例えば、レーザ光Ｌ１を垂直方向へ走査する第２反射ミラーを共振させる場合には、第２反射ミラーに対して光検出部及び検知用光源部を設ける構成にできる。また、第１反射ミラーと第２反射ミラーとに、それぞれ光検出部及び検知用光源部を設けることとしても良い。さらに、第１反射ミラー及び第２反射ミラーのうち共振させる一方については検知用の光を用いて変位を検知し、他方については光を用いる以外の他の方法、例えば起電力を生じさせることにより変位を検知することとしても良い。実施例１は、反射ミラーを共振させる場合に走査幅を調節するものとして説明しているが、共振を用いずに反射ミラーを振動させる場合についても、本実施例と同様に振り角を検知し、走査幅を調節することができる。
【実施例２】
【００４９】
図９は、本発明の実施例２に係る光走査装置９２０の構成及び主光源部１０１からのレーザＬ３の振る舞いを説明するものである。本実施例の光走査装置９２０は、上記実施例１の画像表示装置１００に適用することができる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。光走査装置９２０は、主光源部１０１を用いて、反射ミラー９０２の変位を検知するための光を供給することを特徴とする。主光源部１０１は、画像を表示するために、及び、反射ミラー９０２の変位を検知するために、レーザ光を供給する。反射ミラー９０２は、主光源部１０１からのレーザ光Ｌ３を反射し、振動することにより、レーザ光Ｌ３を二次元方向に走査させる。
【００５０】
図１０は、反射ミラー９０２の斜視構成を示す。反射ミラー９０２は、上記実施例１の反射ミラー１０４と同様に、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。反射ミラー９０２は、回転軸であるトーションばね９０７によって外枠部９０４に連結されている。反射ミラー９０２は、トーションばね９０７を中心として回動することにより、レーザ光Ｌ３を第１の方向である水平方向へ走査する。外枠部９０４には、トーションばね９０７に略直交する回転軸であるトーションばね９０６が設けられている。外枠部９０４は、トーションばね９０６を中心として回動する。反射ミラー９０２は、外枠部９０４とともにトーションばね９０６を中心として回動することにより、レーザ光Ｌ３を第２の方向である垂直方向へ走査する。
【００５１】
図１１は、反射ミラー９０２、及び反射ミラー９０２を駆動するための構成を説明するものである。第１の電極１００１、１００２は、外枠部９０４に対向する位置であって、トーションばね９０６に関して略対称な位置にそれぞれ設けられている。第１の電極１００１、１００２に電圧を印加すると、第１の電極１００１、１００２と、外枠部９０４との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。第１の電極１００１、１００２に交互に電圧を印加することにより、外枠部９０４は、トーションばね９０６を中心として回動する。
【００５２】
トーションばね９０７は、詳細には、第１のトーションばね１００７と第２のトーションばね１００８とで構成されている。第１のトーションばね１００７と第２のトーションばね１００８との間には、ミラー側電極１００５が設けられている。第２の電極１００６は、ミラー側電極１００５に対向する位置に設けられている。第２の電極１００６に電圧を印加すると、第２の電極１００６とミラー側電極１００５との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。第２の電極１００６のいずれにも同位相の電圧を印加すると、反射ミラー９０２は、トーションばね９０７を中心として回動する。
【００５３】
反射ミラー９０２は、このようにしてレーザ光Ｌ３を二次元方向に走査するように駆動する。反射ミラー９０２は、上記実施例１の反射ミラー１０４と同様に、水平方向について共振周波数で駆動する。反射ミラー９０２及び反射ミラー９０２を駆動するための各構成は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成することができる。なお、光走査装置９２０は、上記の光走査装置８２０と同様に、２つの反射ミラーを用いてレーザ光Ｌ３を二次元方向に走査する構成としても良い。
【００５４】
図９に戻って、主光源部１０１は、主光源部１０１からのレーザ光Ｌ３を走査する走査領域ＡＲ１の周辺部である上部外縁部に、反射ミラー９０２の変位を検知するためのレーザ光を供給する。また、主光源部１０１は、走査領域ＡＲ１のうち、反射ミラー９０２の変位を検出するためのレーザ光を供給する上部外縁部以外の領域に、画像信号に応じたレーザ光を供給する。なお、主光源部１０１から供給される検知用のレーザ光は可視光である。
【００５５】
図１２は、スクリーン１１０のうち図９に示す破線で囲んだ部分の構成であって、上部外縁部近傍の走査領域ＡＲ１の構成を説明するものである。主光源部１０１は、上部外縁部ＡＲ３に反射ミラー９０２の変位を検知するためのレーザ光を供給する。また、主光源部１０１は、走査領域ＡＲ１のうち上部外縁部ＡＲ３以外の領域ＡＲ２に、画像信号に応じたレーザ光を供給する。領域ＡＲ２は、画像信号に応じたレーザ光が走査する画像表示領域である。上部外縁部ＡＲ３に検知用のレーザ光を供給するとき、反射ミラー９０２は、垂直方向について、最も上の位置にレーザ光を走査するように変位している。
【００５６】
光検出部１２０３は、上部外縁部ＡＲ３のうち、水平方向について反射ミラー１０４が振動するときに検知用のレーザ光が折り返す位置よりも中心点から近い位置に設けられている。中心点は、トーションばね９０７を中心とする反射ミラー１０４の偏角が０度であるときの、検知用のレーザ光の入射位置である。光走査装置９２０は、上部外縁部ＡＲ３に光検出部１２０３を設けることにより、主光源部１０１から供給された光を用いて反射ミラー９０２の変位を検知することができる。なお、光検出部１２０３としては、上記実施例１の光検出部４０３と同様に、例えばフォトトランジスタやフォトセルを用いることができる。
【００５７】
上部外縁部ＡＲ３のうち光検出部１２０３が設けられる部分以外の部分には、光吸収部１２０５が設けられている。光吸収部１２０５は、反射ミラー９０２の変位を検知するために上部外縁部ＡＲ３を走査するレーザ光を吸収する。反射ミラー９０２の変位を検知するための光を光吸収部１２０５で吸収すると、画像信号に応じた光のみを観察者の方向へ進行させることができる。これにより、画像のコントラスト低下を低減することができる。
【００５８】
本実施例では、垂直方向について最も上の位置にレーザ光を走査するように反射ミラー９０２が変位しているときに、光検出部４０３は、水平方向に走査する検知用のレーザ光を検出する。このため、走査領域ＡＲ１の全体を１回レーザ光が走査する１フレーム期間ごとに、レーザ光の振幅を検知することができる。これにより、反射ミラー９０２を安定して共振させることができる。光走査装置９２０は、効率良く、かつ同じ走査幅で安定してレーザ光を走査することができる。また、反射ミラー９０２の変位を検知するためのレーザ光を主光源部１０１から供給することにより、検知用の光を供給するための新たな光源部が不要となる。これにより、光走査装置９２０を簡易な構成とすることができる。
【００５９】
なお、主光源部１０１は、走査領域ＡＲ１の上部外縁部に反射ミラー９０２の変位を検知するためのレーザ光を供給する構成に限られない。主光源部１０１は、走査領域ＡＲ１の周辺部、例えば走査領域ＡＲ１の下部外縁部に反射ミラー９０２の変位を検知するためのレーザ光を供給することとしても良い。また、レーザ光を垂直方向へ走査するために反射ミラー９０２を共振させる場合には、主光源部１０１は、走査領域ＡＲ１の右部外縁部又は左部外縁部に検知用のレーザ光を供給することとしても良い。さらに、光検出部１２０３は、主光源部１０１から反射ミラー９０２の変位を検知するためのレーザ光を供給する領域に設けられれば良く、走査領域ＡＲ１の上部外縁部に設けられる構成に限られない。実施例２は、反射ミラーを共振させる場合に走査幅を調節するものとして説明しているが、共振を用いずに反射ミラーを振動させる場合についても、本実施例と同様に振り角を検知し、走査幅を調節することができる。
【実施例３】
【００６０】
図１３は、本発明の実施例３に係る画像表示装置１０００の概略構成を示す。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。画像表示装置１０００は、観察者側に設けられたスクリーン１０１５にレーザ光を供給し、スクリーン１００５で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。画像表示装置１０００は、上記実施例１と同様に、光走査装置１２０を有する。
【００６１】
画像表示装置１０００の観察者側の面には、硝子や透明樹脂等の透明部材からなる出射窓１０１０が設けられている。光走査装置１２０からのレーザ光は、出射窓１０１０を透過した後、スクリーン１０１５に入射する。本実施例では、光検出部は、実施例１と同様に反射ミラー１０４の周辺に設けるほか、実施例２を応用して出射窓１０１０又はスクリーン１０１５に設けることとしても良い。光検出部を出射窓１０１０に設ける場合、光吸収部を用いることで、反射ミラー１０４の変位を検知するための光を遮断する構成とすることができる。光検出部をスクリーン１０１５に設ける場合、光吸収部を用いることで、反射ミラー１０４の変位を検出するための光がスクリーン１０１５から観察者の方向へ反射することを防止可能な構成とすることができる。光走査装置１２０を用いることにより、スクリーン１０１５にて効率良く、かつ同じ走査幅で安定してレーザ光を走査させることができる。これにより、画像表示装置１０００は、高品質な画像を安定して表示することができる。
【００６２】
なお、上記各実施例において、光走査装置はレーザ光を供給する主光源部１０１を用いる構成としているが、ビーム状の光を供給可能な構成であれば、これに限られない。例えば、主光源部１０１は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いる構成としても良い。また、本発明の光走査装置は、画像表示装置に用いる以外に、例えば、レーザプリンタやバーコードリーダ等の、レーザ光を走査させる電子機器に用いることとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明に係る光走査装置は、画像信号に応じて光を走査させる場合に有用であり、特に、プレゼンテーションや動画を表示するための画像表示装置に用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１に係る画像表示装置の概略構成を示す図。
【図２】反射ミラーの平面構成を示す図。
【図３】反射ミラーの駆動について説明する図。
【図４】反射ミラーの変位を検知するための構成を説明する図。
【図５】光検出部を設ける位置を説明する図。
【図６】反射ミラーを駆動するためのブロック構成を示す図。
【図７−１】検知用の光の走査幅について説明する図。
【図７−２】反射ミラーの変位を表す信号を説明する図。
【図８】実施例１の変形例に係る光走査装置の構成及び光の振る舞いを説明する図。
【図９】本発明の実施例２に係る光走査装置の構成及び光の振る舞いを説明する図。
【図１０】反射ミラーの斜視構成を示す図。
【図１１】反射ミラー、及び反射ミラーを駆動するための構成を説明する図。
【図１２】上部外縁部近傍の走査領域の構成を説明する図。
【図１３】本発明の実施例３に係る画像表示装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１００  画像表示装置、１０１  主光源部、１０４  反射ミラー、１０５  反射部、１０７  筐体、１１０  スクリーン、１２０  光走査装置、２０１  固定部、２０２  トーションばね、２０４  可動側電極、２０５  固定側電極、４０１  検知用光源部、４０３  光検出部、Ｓ  仮想面、ＳＣ  走査軌跡、６０１  制御部、６０２  駆動部、６０４  演算部、ＳＣ１、ＳＣ２  走査軌跡、８０２  トーションばね、８０４  反射ミラー、８２０  光走査装置、ＡＲ１  走査領域、９０２  反射ミラー、９０４  外枠部、９０６、９０７  トーションばね、９２０  光走査装置、１００１、１００２  第１の電極、１００５  ミラー側電極、１００６  第２の電極、１００７  第１のトーションばね、１００８  第２のトーションばね、１２０３  光検出部、１２０５  光吸収部、ＡＲ２  画像表示領域、ＡＲ３  上部外縁部、１０００  画像表示装置、１０１０  出射窓、１０１５  スクリーン
【図１】
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【図２】
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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７−１】
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【図７−２】
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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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