(57)【要約】【課題】  良好な画像の表示または撮像を行うことである。【解決手段】    画像の表示または撮像を行う光走査装置であって、出射光が螺旋状の軌跡を描くように走査する光走査部と、  前記光走査部は、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、前記出射端を振動させる振動部とを有し、前記出射光の発光を制御する発光制御部と、前記螺旋状の軌跡に関わる半径及び偏角を生成する極座標生成部と、前記半径及び前記偏角を用いて、前記振動部を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号生成部からの情報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と、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する座標計算部とを有することを特徴とする光走査装置を用いる。【選択図】  図１
2018115967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像の表示または撮像を行う光走査装置であって、
出射光が螺旋状の軌跡を描くように走査する光走査部と、
前記光走査部は、
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、
前記出射端を振動させる振動部と、を有し、
前記出射光の発光を制御する発光制御部と、
前記螺旋状の軌跡に関わる半径及び偏角を生成する極座標生成部と、
前記半径及び前記偏角を用いて、前記振動部を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記駆動信号生成部からの情報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と、
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する座標計算部と、を有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、
前記補正角度をθｃａｌｃとし、前記半径をｒｄｒｖとし、ａ（ｒ）、ｂ（ｒ）を前記ｒｄｒｖを引数とする関数とした場合、
前記座標計算部は、ａ（ｒ）・ｒｄｒｖ・ｃｏｓ（θｃａｌｃ）を用いて計算した結果を前記画像座標のｘ座標として出力し、ｂ（ｒ）・ｒｄｒｖ・ｃｏｓ（θｃａｌｃ）を用いて計算した結果を前記画像座標のｙ座標として出力す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、
前記補正角度をθｃａｌｃとし、前記偏角をθｄｒｖとし、前記半径をｒｄｒｖとし、ｆ（ｒ）を前記ｒｄｒｖを引数とする関数とした場合、
式(１）を満たすように、前記角度補正部は前記補正角度を出力することを特徴とする光走査装置。
2018115967.tif 000025
【請求項４】
請求項１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を有し、
前記発光制御部が、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情報に基づいて前記出射光の発光を制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１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、
撮像画像を格納する撮像画像格納部と、を有し、
前記撮像画像格納部は、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格納することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１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、
撮像画像を格納する撮像画像格納部とを有し、
前記撮像画像格納部に格納する情報は、前記受光部で検出された前記戻り光に関連した情報に対して所定の処理を施した値であることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１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、
撮像画像を格納する撮像画像格納部と、を有し、
前記撮像画像格納部に格納する情報は、前記螺旋状の軌跡を所定の回数だけ描画する期間に渡って、前記受光部で検出された前記戻り光に関連した情報に対して所定の処理を施した値であることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項５乃至７に記載の光走査装置であって、
前記戻り光に関連した情報とは前記受光部で検出された前記戻り光の光量であることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項５乃至７に記載の光走査装置であって、
前記受光部は前記導光路の前記射出端から射出された前記光の戻り光の光量に比例した電流を出力し、
前記戻り光に関連した情報とは前記受光部が出力する前記電流値であることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項５乃至７に記載の光走査装置であって、
前記発光制御部からの出力信号と前記受光部の出力信号を用いて、距離を計測する距離計測部を有し、
前記戻り光に関連した情報とは前記距離計測部で計測された距離情報であることを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
画像の表示または撮像を行う光走査装置であって、
出射光が螺旋状の軌跡を描くように走査する光走査部と、
前記光走査部は、  
入射した光を導いて出射端から出射光として出射する導光路と、
前記出射端を振動させる振動部と、を有し、
前記出射光の発光を制御する発光制御部と、
前記螺旋状の軌跡を描くための半径及び偏角を生成する極座標生成部と、
前記振動部を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有し、
前記発光制御部が、前記半径に応じて前記出射光の発光の頻度を制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光走査装置であって、
前記螺旋状の軌跡の最内周から最外周まで、または最外周から最内周までを描く間に、前記極座標生成部は線形に変化する前記半径を生成し、
前記発光制御部は、前記出射光の発光の頻度を前記半径に略比例して制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光走査装置であって、
前記螺旋状の軌跡の最内周から最外周まで、または最外周から最内周までを描く間に、前記極座標生成部が生成する前記半径を時間の関数としてｒ（ｔ）で表現した場合、
式(２）を満たすように、前記発光制御部は前記出射光の発光の頻度Ｄを制御することを特徴とする光走査装置。
2018115967.tif 000026
【請求項１４】
入射した光を導いて出射端から出射光として出射する導光路と、前記出射端を振動させる振動部とを有し、前記出射光が螺旋状の軌跡を描くように走査する光走査部と、
前記出射光の発光を制御する発光制御部と、
前記振動部を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記振動部に駆動信号を伝送するための電気配線と、
前記振動部における歪みを検出するための歪み検出部を有し、
前記歪み検出部は前記電気配線の電圧を用いて前記歪みを検出することを特徴とする光走査装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光走査装置であって、
前記電気配線を通じて前記振動部と電気的に直列に接続されるコンデンサを有し、
前記振動部と前記コンデンサが直列に接続された電気回路の一端に前記駆動信号が印加されることを特徴とする光走査装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の光走査装置であって、
前記電気配線を通じて前記振動部と電気的に直列に接続される抵抗を有し、
前記振動部と前記抵抗が直列に接続された電気回路の一端に前記駆動信号が印加される光走査装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の光走査装置であって、
前記振動部は前記振動部の外周もしくは内周において対抗する方向に配置された第一の電極と第二の電極を少なくとも有し、
前記電気配線は対向する第一の電気配線と第二の電気配線を少なくとも含み、
前記第一の電気配線を通じて前記第一の電極と電気的に直列に接続される第一のコンデンサと、
前記第二の電気配線を通じて前記第二の電極と電気的に直列に接続される第二のコンデンサと、
前記第一の電気配線の電圧と前記第二の電気配線の電圧との差分を出力する差分出力部と、を有し、
前記第一の電極と前記第一のコンデンサが直列に接続された電気回路の一端に前記駆動信号が印加され、
前記第二の電極と前記第二のコンデンサが直列に接続された電気回路の一端に前記駆動信号が印加される光走査装置。
【請求項１８】
請求項１４乃至請求項１７に記載の光走査装置であって、
前記駆動信号生成部が、前記歪み検出部の検出結果に基づいて動作することを特徴とする光走査装置。
【請求項１９】
請求項１４乃至請求項１７に記載の光走査装置であって、
前記駆動信号生成部が、駆動信号を生成中に得られた前記歪み検出部の検出結果に基づいて、駆動信号を変更することを特徴とする光走査装置。
【請求項２０】
請求項１４乃至請求項１７に記載の光走査装置であって、
前記駆動信号生成部からの情報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と、
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する座標計算部とを有し、
前記座標計算部が、前記歪み検出部の検出結果に基づいて動作することを特徴とする光走査装置。
【請求項２１】
画像の表示または撮像を行う映像装置であって、
出射光が螺旋状の軌跡を描くように走査する光走査部と、
前記光走査部は、
入射した光を導いて出射端から出射光として出射する導光路と、
前記出射端を振動させる振動部とを有し、  前記出射光の発光を制御する発光制御部と、
前記螺旋状の軌跡を描くための半径及び偏角を生成する極座標生成部と、
前記半径及び前記偏角を用いて、前記振動部を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記駆動信号生成部からの情報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と、
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する座標計算部と、
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の情報を検出する受光部と、
撮像画像を格納する撮像画像格納部とを有し、を有し、
前記角度補正部での計算及び前記座標計算部での計算の少なくとも一方が、前記半径に応じた関数を用いて処理を行い、
前記撮像画像格納部は、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格納することを特徴とする映像装置。
【請求項２２】
対象物までの距離を計測する距離計測装置であって、
出射光が螺旋状の軌跡を描くように走査する光走査部と、
前記光走査部は、
入射した光を導いて出射端から出射光として出射する導光路と、前記出射端を振    
動させる振動部とを有し、
前記出射光の発光を制御する発光制御部と、
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の情報を検出する受光部と、
前記螺旋状の軌跡を描くための半径及び偏角を生成する極座標生成部と、
前記半径及び前記偏角を用いて、前記振動部を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記駆動信号生成部からの情報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と、
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する座標計算部とを有し、
前記発光制御部からの出力信号と前記受光部の出力信号を用いて、距離を計測する距離計測部と、
距離画像を格納する距離画像格納部とを有し、
前記角度補正部での計算及び前記座標計算部での計算の少なくとも一方が、前記半径に応じた関数を用い、
前記距離画像格納部は、前記座標計算部が出力する前記画像座標に基づいて、前記距離計測部で計測された前記距離に関連した情報を格納することを特徴とする距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、映像装置、及び距離計測装置に関する。
【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。特許文献１には、光ファイバスキャナに関する技術が開示されている。同文献の段落００１７には、「光ファイバスキャナ１は、図１〜図３に示されるように、光源部５からの照明光を基端側の入射端６ａから入射させ、長手方向に導光し、先端の射出端６ｂから射出させる光ファイバ６と、該光ファイバ６の射出端６ｂを長手軸に交差する方向に振動させる振動発生部７と、発生した振動を減衰させる振動減衰部材８とを備えている。」と記載されている。
【０００３】
また特許文献２には、「実際には、非線形の駆動電子機器、非線形の駆動機構、ファイバ走査システムのイメージング・システムにおける収差、共振周波数の近くにおける走査ファイバ・デバイスの感度、その他の要因などの、環境変数や製造変数が、走査パターン中の照射スポットの位置の不正確さを増大させ、走査ファイバ・デバイスによって構築されるイメージに歪みを加える。」と記載されている。
また特許文献３には、「位相ずれθｎが生じると、図５（ａ）に示すような本来の画像が、図５（ｂ）に示すように、特に中心部が円周方向に捻じ曲がったような画像として形成されてしまう」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２０１４−１８０３１７号公報
【特許文献２】特表２００８−５１４３４２号公報
【特許文献３】特開２０１５−２０６９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載されているように、光ファイバスキャナが表示、または取得を行う画像に関しては、歪みが生じる。特許文献２に記載の発明では、ＰＳＤ等により実際の走査軌跡を取得し、これを全てメモリに格納する。メモリには、時間ポイントと、照射スポットの対応する位置とを含むルックアップ・テーブルを格納する必要がある。アンダーサンプリングされて格納した場合であっても、必要なメモリ容量が膨大になり、ハードウェアに制約を与えてしまう。また特許文献３には回転方向の歪みについて言及されており補正の手段の一例が開示されているが、特許文献３に記載の発明では画像の歪みに対する補正が十分ではなく信頼性が高くない。
そこで本発明の目的は、良好な画像の表示または撮像を行うことができる光走査装置、映像装置、及び距離計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、画像の表示または撮像を行う光走査装置であって、出射光が螺旋状の軌跡を描くように走査する光走査部と、前記光走査部は、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、前記出射端を振動させる振動部とを有し、前記出射光の発光を制御する発光制御部と、前記螺旋状の軌跡に関わる半径及び偏角を生成する極座標生成部と、前記半径及び前記偏角を用いて、前記振動部を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号生成部からの情報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と、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する座標計算部とを有することを特徴とする光走査装置により解決される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、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】
【０００８】
【図１】実施例１の映像装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１の光走査部１０の構造を示すブロック図である。
【図３】実施例１の光走査部１０の断面図である。
【図４】実施例１における、照明部１１及び受光部１２及び分波部１０８との関係を示す図である。
【図５】実施例１における光走査部１０による投影画像の歪みを説明する図である。
【図６】実施例１の駆動信号生成部２０の構成を示すブロック図である。
【図７】実施例１の駆動信号生成部２０内部の波形を示す図である。
【図８】実施例１の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）】実施例１における発光制御部２２が通常に発光する場合を説明する図である。
【図９（ｂ）】実施例１における発光制御部２２が輝度を低下する場合を説明する図である。
【図１０】実施例１におけるコントローラ４０のフローチャートである。
【図１１（ａ）】実施例１における歪みパラメータ調整の方法の一例を説明する図である。
【図１１（ｂ）】実施例１における歪みパラメータ調整の方法の別の例を説明する図である。
【図１２】実施例１における歪みパラメータ調整のフローチャートである。
【図１３】実施例１における輝度特性である。
【図１４】実施例１において微小時間ｄｔの間にレーザの軌跡が描く微小面積ｄＳを示す図である。
【図１５】実施例２の映像装置２の構成を示すブロック図である。
【図１６】実施例２の撮影画像生成部２３の構成と、関係するブロックとの関係について説明する図である。
【図１７】実施例２において投影面における光の軌跡について説明する図である。
【図１８】実施例３の映像装置３の構成を示すブロック図である。
【図１９】実施例３の撮影画像生成部２４の構成と、関係するブロックとの関係について説明する図である。
【図２０】実施例４の映像装置４の構成を示すブロック図である。
【図２１】実施例４の歪み検出部３５と、対応する振動部１０１の電極について説明する図である。
【図２２】実施例４における等価回路を示す図である。
【図２３】実施例４の駆動信号生成部２５の構成を示すブロック図である。
【図２４】実施例４の第一の変形例における等価回路を示す図である。
【図２５】実施例４の第二の変形例における等価回路を示す図である。
【図２６（ａ）】実施例４の第二の変形例における電圧ｖｐを説明するためのゲイン特性である。
【図２６（ｂ）】実施例４の第二の変形例における電圧Ｄｙ１を説明するためのゲイン特性である。
【図２７】実施例５の歪み検出部３６と、対応する振動部１０１の電極について説明する図である。
【図２８】実施例５の等価回路を示す図である。
【図２９】実施例５の駆動信号生成部２６の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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】
【００１０】
本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。図１は、光走査部１０を備えた映像装置１を示すブロック図である。映像装置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。又は映像装置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。
【００１１】
映像装置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、増幅部３０、レーザドライバ３１、表示画像格納メモリ３２、コントローラ４０、記憶部４１、入出力制御回路４２を備えている。本実施例における駆動信号生成部２０、リマッピング制御部２１、発光制御部２２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。
【００１２】
映像装置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。本実施例における映像装置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。コントローラ４０は、映像装置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。
【００１３】
また記憶部４１は、コントローラ４０をはじめとして、映像装置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。
【００１４】
映像装置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３２に格納される。駆動信号生成部２０は、コントローラ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に設けられた圧電素子に印加される。これにより、光が走査される。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３２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３２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。
【００１５】
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、映像装置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。
【００１６】
次に、光走査部１０の構造について、図２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を備える。分波部１０８については後述する。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。本実施形態では、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。
【００１７】
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。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。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。
【００１８】
本実施形態では、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を介して対象面に照射され、光の走査が行われる。
【００１９】
図３は、光走査部１０を導光路１０２の長手方向に平行な断面で切断した断面図である。振動部１０１は、中空の円筒型の圧電素子１０１０の外周に、電極１０１１、１０１２、１０１３、１０１４を配置し、また内周に電極１０１５を配置して構成される。４つの電極１０１１、１０１２、１０１３、１０１４は、圧電素子１０１０の内周に配置されてもよい。圧電素子１０１０の中空部分には、導光路１０２が設置される。図３に示す導光路１０２は、コア部１０２ｂを有する。各電極は、例えば円筒型の圧電素子１０１０の長手方向、つまり導光路１０２の長手方向に平行な長辺を有する略矩形の形状である。向かい合う電極１０１１と電極１０１２、電極１０１３と電極１０１４を各々ペアとして正弦波の電圧を印加することで、導光路１０２の自由端である出射端１０２ａを振動させる。また、異なるペアに印加する正弦波の位相を略９０度ずらした波形とすることで、出射端１０２ａが円軌道で振動する。また、印加する正弦波の振幅を時間的に変化させることで、出射端１０２ａは螺旋状の軌道を描く。この結果、導光路１０２から出射された光は対象面において螺旋状の軌跡を描き、光の２次元走査が可能となる。
【００２０】
ここで、図３に図示するようにｘ軸、ｙ軸を定義する。また、電極１０１１に印加される電圧をＶｄｘ１、電極１０１２に印加される電圧をＶｄｘ２、電極１０１３に印加される電圧をＶｄｙ１、電極１０１４に印加される電圧をＶｄｙ２と定義する。本実施例の構成の場合、アクチュエータとして機能する圧電素子１０１０は、電極１０１１と電極１０１５で挟まれる領域、電極１０１２と電極１０１５で挟まれる領域、電極１０１３と電極１０１５で挟まれる領域、電極１０１４と電極１０１５で挟まれる領域、の４つの領域に分けて考えることができる。
【００２１】
図４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。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。
【００２２】
本実施例の映像装置１のように、導光路１０２から成る片持ち梁の共振を用いて光の走査を行う光走査部１０を用いる場合の課題として、特許文献２にも述べられているように、導光路１０２からの出射光が理想的な軌跡を描かず、投影画像に歪みが生じることが挙げられる。光走査部１０による投影画像の歪みについて、図５を用いて説明する。投影画像として、図５（ａ）に示すような映像を投影する場合を考える。図５（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５（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５（ｂ）に示すように歪む。
【００２３】
続いて本実施例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。駆動信号生成部２０は、極座標生成部２００１、第一の正弦波生成部２００２、第二の正弦波生成部２００３、振幅変調波形生成部２００４、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、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。極座標生成部２００１は投影面におけるレーザの軌跡が螺旋状の軌跡を描くように、半径ｒｄｒｖ、角度θｄｒｖを生成する。半径ｒｄｒｖ及び角度θｄｒｖは時間の関数であり、角度θｄｒｖが０度から３６０度まで回転する周波数は、導光路１０２から成る片持ち梁の共振周波数に略一致する。半径ｒｄｒｖ及び角度θｄｒｖはリマッピング制御部２１にも送られる。
【００２４】
第一の正弦波生成部２００２は角度θｄｒｖに基づき、第一の正弦波を生成する。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Ｓ１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。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を有する、第二の正弦波を生成する。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Ｓ２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。
【００２５】
振幅変調波形生成部２００４は半径ｒｄｒｖ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Ｓ１と振幅変調波形Ｓ３との乗算を行う。乗算された波形は電圧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、反転された波形は電圧Ｖｘ２となる。また、第二の乗算器２００８は、Ｙ軸駆動正弦波Ｓ２と振幅変調波形Ｓ３との乗算を行う。乗算された波形は電圧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、反転された波形は電圧Ｖｙ２となる。本実施例において電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２は、増幅部３０にて増幅されて電圧Ｖｄｘ１、Ｖｄｘ２、Ｖｄｙ１、Ｖｄｙ２となる。これらの電圧は光走査部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、本実施例の振動部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２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。本実施例の振動部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。
【００２６】
本実施例における駆動信号生成部２０内部の波形について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は第一の正弦波Ｓ１、（ｂ）は第二の正弦波Ｓ２、（ｃ）は振幅変調波形Ｓ３である。第一の正弦波Ｓ１と第二の正弦波Ｓ２はいずれも同一の周期Ｔ１を有する正弦波である。第一の正弦波Ｓ１と第二の正弦波Ｓ２はコントローラ４０から指示された所定の位相差だけ位相が異なっており、約９０度異なる。即ち、第二の正弦波Ｓ２は余弦波と呼んでも良い。また、第一の可変ゲイン２００５及び第二の可変ゲイン２００６における倍率により、第一の正弦波Ｓ１と第二の正弦波Ｓ２は振幅が異なる場合がある。
【００２７】
また、振幅変調波形Ｓ３は周期Ｔ２ごとに同様の波形が繰り返される。更に、図７に示すＡの期間で振幅が０から線形に増加し、Ｂの期間で振幅が線形に減少して０に戻る波形である。Ａの期間がレーザの点灯期間、Ｂの期間がレーザの消灯期間を示している。
【００２８】
図７（ｄ）は電圧Ｖｘ１であり、図７（ｅ）は電圧Ｖｙ１である。周期Ｔ２の期間が映像表示における１フレームに対応する。本実施例の振幅変調波形Ｓ３の周期Ｔ２は、周期Ｔ１の整数倍とは異なる値とする。本実施例では、第二の正弦波の位相差、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における倍率は、いずれもコントローラ４０から指示され、周期Ｔ２の期間中、値が変化しないものとする。即ち、電圧Ｖｘ１と電圧Ｖｙ１はどのタイミングでも位相差が一定であり、また、振幅の比はどのタイミングでも一定である（即ち、第一の可変ゲイン２００５における倍率と第二の可変ゲイン２００６における倍率の比）。
【００２９】
接着部１０３を固定端、導光路１０２の出射端１０２ａを自由端とする片持ち梁の共振周波数に対応するように周期Ｔ１を決定することで、導光路１０２から成る片持ち梁が共振し、出射端１０２ａの変位が増大する。この結果、レーザの軌跡の振幅を拡大できる。以上の構成により、本実施例における駆動信号生成部２０は簡易な構成にて、螺旋軌道を描くための駆動信号を生成する。
【００３０】
続いて、本実施例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。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、ｒｄｒｖを用いて以下の演算を行い、補正角度θｃａｌｃを出力する。
【００３１】
【数１】
2018115967.tif 000003
座標計算部２１０２は、以下の演算を行い、ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃを出力する。
【００３２】
【数２】
2018115967.tif 000004
【００３３】
【数３】
2018115967.tif 000005
ここで関数ｒｏｕｎｄ（  ）は整数への四捨五入を表す。
【００３４】
以上の式において、ｆ（ｒ）、ａ（ｒ）、ｂ（ｒ）は半径ｒ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。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３２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、青の各チャネルごとに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。
【００３５】
続いて、発光制御部２２の動作について説明する。本実施例における発光制御部２２は、表示画像格納メモリ３２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。更に本実施例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、駆動信号生成部２０から出力されるｒｄｒｖ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。本実施例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、本実施例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。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、また半径によらず輝度が均一化される。
【００３６】
本実施例の映像装置１におけるコントローラ４０のフローチャートを図１０に示す。映像装置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から映像装置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。
【００３７】
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。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。
【００３８】
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３２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。
【００３９】
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。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３２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３２への格納は映像装置１の軌道直後から常時、行われ続けるものとする。以降は、映像装置１が動作を終了する際のフローである。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Ｓ１００７）。表示開始の指示がない場合（ステップＳ１００７でＮｏの場合）は、ステップＳ１００７に戻る。
【００４０】
表示開始の指示があった場合（ステップＳ１００７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Ｓ１００８）。ステップＳ１００８の後、各部の動作終了を指示し（ステップＳ１００９）、動作を終了する（ステップＳ１０１０）。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。
【００４１】
次に、関数ｆ（ｒ）、ａ（ｒ）、ｂ（ｒ）の決定方法について述べる。本実施例においてこれらの関数は、映像装置１の製造時に調整されるものとする。以降、製造時におけるこれらの調整を、歪みパラメータ調整と称する。歪みパラメータ調整は一例として、図１１に示す方法で行われる。図１１は歪みパラメータ調整の方法を示しており、図１１（ａ）では投影面にＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）６０を配置し、光走査部１０を出射したレーザの走査軌跡を電圧として取得する。また、図１１（ｂ）は他の実現の形態であり、投影面にスクリーン６１を配置し、カメラ６２で投影面を撮影する。いずれの場合も、製造時の調整に使用するＰＳＤ６０やスクリーン６１、カメラ６２は、映像装置１とは別であるとする。以降の説明では、図１１（ａ）の構成を例に説明をする。
【００４２】
次に、歪みパラメータ調整のフローチャートを、図１２を用いて説明する。歪みパラメータ調整を開始すると（ステップＳ１２０１）、映像装置１への映像信号として調整パターンを入力する（ステップＳ１２０２）。調整パターンは、例えば図５（ａ）の画像である。
【００４３】
続いて、映像装置１の動作を開始させる（ステップＳ１２０３）。これにより、ＰＳＤ６０上に光の走査が行われ、歪みを持った図５（ｂ）のような像が表示される。続いて、ＰＳＤ６０上における調整パターンの交点の座標を取得する（ステップＳ１２０４）。交点の座標を元に、関数ｆ（ｒ）の決定を行い（ステップＳ１２０５）、更に関数ａ（ｒ）及びｂ（ｒ）の決定を行う（ステップＳ１２０６）。ステップＳ１２０６の後、関数ｆ（ｒ）、ａ（ｒ）及びｂ（ｒ）に関する情報を記憶部４１に格納し（ステップＳ１２０７）、歪みパラメータ調整を終了する（ステップＳ１２０８）。
【００４４】
次に、本実施例による効果について説明する。本実施例の第一の効果は、投影画像の歪みを良好に補正できることである。図５を用いて説明したように、投影画像として、図５（ａ）に示すような映像を投影した場合、実際に投影される像は図５（ｂ）に示すように歪む。発明者は、画像の歪み方の特定を行い、この投影像に存在する歪みを２種類に分類した。更に発明者は、２種類の歪みの各々に対して適切な補正を行うことで、歪みのない良好な投影像を実現できることを見出した。以下、発明者が見出した２種類の画像歪みの特徴について述べる。
【００４５】
一つ目の画像歪みは、図５（ｂ）においてＦで示したように、回転方向の歪みである。この回転方向の歪みは、回転角度によらず、一様であるという特徴を有する。二つ目の画像歪みは、最外周で円となる条件にて、螺旋状の軌跡を描くように振幅変調を行うと、内周の軌跡が楕円状になる歪みである。図５（ｂ）においてａとｂで示すように、内周においては本来は円となるべき軌跡が、長軸ａと短軸ｂの長さが異なる楕円となる。以降、この歪みのことを内周楕円歪みと称する。この歪みは、半径に応じて楕円率が変化していくという特徴がある。
【００４６】
本実施例では、このような２種類の画像歪みに対して、リマッピング制御部２１において各々に対して適切な補正を行う。まず、回転方向の歪みに対しては角度補正部２１０１によって、（数１）によって補正を行うことで補正が可能である。（数１）によって、表示画像格納メモリ３２から画素情報を取得する座標の回転角度を補正する。この補正は、コントローラ４０から指示される関数ｆ（ｒ）によって決定される。即ち、本実施例の記憶部４１には、予め関数ｆ（ｒ）に関する情報が記憶されており、コントローラ４０は記憶部４１から情報を読み出して、角度補正部２１０１に指示を出す。
【００４７】
続いて、内外楕円率歪みに対しては座標計算部２１０２によって、（数２）及び（数３）によって補正を行う。（数２）及び（数３）によって、表示画像格納メモリ３２から画素情報を取得する座標の換算を、円から楕円に変更することで補正する。この補正は、コントローラ４０から指示される関数ａ（ｒ）及びｂ（ｒ）によって決定される。記憶部４１にはこれらの関数に関する情報も同様に、記憶されている。
【００４８】
以上の構成により、本実施例による映像装置１は、補正を行わない場合に図５（ｂ）のように画像歪みが発生する場合であっても、図５（ａ）のように歪みのない投影像を実現できる。このように、投影画像の歪みを良好に補正することができる。なお、本実施例では回転方向の歪みに対しては角度補正部２１０１によって、内外楕円率歪みに対しては座標計算部２１０２によって補正を行った。しかし光走査部１０の構造によっては、回転方向の歪みと内外楕円率歪みのいずれか一方のみの歪みが顕著に現れる可能性がある。その場合には、角度補正部２１０１と座標計算部２１０２の少なくとも一方だけの補正を行ってもよい。
【００４９】
本実施例の第二の効果は、投影像における輝度分布を一様にすることができる点である。本実施例における光の走査は、導光路１０２から成る片持ち梁の共振周波数で行われるため、螺旋状軌跡の内周の１周と、外周の１周は同じ時間で１周する。そのため、内周において輝度が高くなることを発明者は見出した。図１３は、シミュレーションによる輝度の計算結果である。以降、この特性を輝度特性と称する。このシミュレーションは、レーザの発光強度を一定としている。図１３において半径ｒ１は内周の所定の半径、ｒ２は最外周の半径を示す。最外周での輝度を１としたとき、例えば内周の半径ｒ１では、最外周の１０倍の輝度になる。また、最内周部では１００倍を超える輝度となる。
【００５０】
この輝度特性は、次のように定式化できる。図１４は、微小時間ｄｔの間にレーザの軌跡が描く微小面積ｄＳを示している。ｒ（ｔ）は時間を引数として螺旋状軌跡の半径を表している。本実施例においては、振幅変調波形生成部２００４の生成する振幅変調波形Ｓ３のうち、Ａの期間の波形に相当する関数であり、時間に比例する関数である。
【００５１】
微小面積ｄＳは、（数４）で計算される。
【００５２】
【数４】
2018115967.tif 000006
レーザの発光強度を一定とする場合、微小時間ｄｔの期間にレーザが照射する微小面積ｄＳの光度をＣとすると、光度Ｃは一定である。従って輝度をＬで表すと、以下の式が成り立つ。
【００５３】
【数５】
2018115967.tif 000007
【００５４】
【数６】
2018115967.tif 000008
即ち、（数６）で定式化させる輝度特性を加味して、輝度の補正を行うことにより、輝度を均一化できる。ここで本実施例においては、ｒ（ｔ）は時間に比例する関数であるので、輝度の式は以下のように簡略化される。
【００５５】
【数７】
2018115967.tif 000009
即ち、図１３の特性は、半径の反比例の関数であり、最外周の半径における値を１に規格化したものになる。例えば、半径ｒ１は最外周の半径ｒ２と比較して１０倍の輝度であるため、ｒ１はｒ２の１０分の１の値である。
【００５６】
内外での輝度の差を補償するため、発光制御部２２では図１３の特性を加味して輝度の補正を行う。例えば、最外周の半径ｒ２に対して１０分の１の半径であるｒ１を例に取ると、輝度を１０分の１に低下する補正を行う。その際、図９で説明したように、レーザの点灯頻度を１０分の１に低下させることで輝度を低下する補正を行う。即ち、図９（ａ）は最外周での発光状態に相当し、図９（ｂ）は内周での発光状態に相当する。
【００５７】
発光頻度（デューティー）をＤで表すと、以下の式で発光頻度を決定することにより、（数６）の輝度特性を補償できる。
【００５８】
【数８】
2018115967.tif 000010
更に本実施例の場合にはｒ（ｔ）は時間に比例する関数であるので、発光頻度の式は以下のように簡略化される。
【００５９】
【数９】
2018115967.tif 000011
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とにより、階調を損なわずに輝度の低下を実現できる。これは例えば、レーザの発光強度を一律下げる方式の場合、輝度が１２０の画素の輝度を１００分の１に低下させたい場合、レーザドライバ３１の分解能以下の発光量の制御が必要となるためである。一方、発光制御部２２を構成する電気回路の動作クロックは高速であり、輝度１．２相当の低輝度での発光も可能である。このように、本実施例の方式により、投影像全体で階調を維持できる。
【００６０】
さらに本発明の発光制御部２２は、図１３の特性を加味して輝度の補正を行う際、駆動信号生成部２０からの半径ｒｄｒｖに基づいて補正を行う。即ち、本実施例において、（数８）におけるｒ（ｔ）は、駆動信号生成部２０が出力する、半径ｒｄｒｖである。リマッピング制御部２１においてｘｃａｌｃ及びｙｃａｌｃが計算されるが、この座標から計算される、次式で表される半径ｒｃａｌｃを用いるべきではない。
【００６１】
【数１０】
2018115967.tif 000012
その理由は、リマッピング制御部２１における座標（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）を計算して行う補正は、レーザの軌跡を変更するのではないためである。本実施例においては、レーザの軌跡は歪みを持ったまま、表示画像格納メモリ３２から画素情報を取得する座標に対して補正が行われる。レーザの軌跡は歪みを持ったままであるので、図５（ｂ）に示した楕円の線上が、ほぼ同一の輝度となる（厳密には螺旋状なので若干の輝度差は存在する）。本実施例の構成のように、駆動信号生成部２０からの半径ｒｄｒｖに基づいて輝度の補正を行うことにより、適切に輝度の補正を行うことができる。
【００６２】
従って本実施例の発光制御部２２は、レーザの点灯頻度を半径ｒｄｒｖに比例して変更する。なお、これは半径ｒｄｒｖが線形に変化する場合に成り立つ。（数８）に従って一般化すれば、半径ｒｄｒｖの時間微分と半径ｒｄｒｖとの積の絶対値を発光頻度関数と定義したとき、発光制御部２２はレーザの点灯頻度を発光頻度関数に比例して変更する。
【００６３】
更に本実施例の発光制御部２２は、レーザの特性を加味して、レーザの点灯頻度を発光頻度関数におおよそ比例するように変更するようにしてもよい。これはレーザの特性に起因して、発光頻度と実際に人間の眼で見た場合の明るさが完全には比例しないためである。そのため、本実施例の発光制御部２２が制御するレーザの点灯頻度は、発光頻度関数とは若干異なった関数を用いることが望ましい。より具体的には、発光頻度関数に前記レーザの特性を掛け算した関数に比例するようにレーザの点灯頻度を変更する。これにより、より適切に輝度の補正を行うことができる。
【００６４】
なお、以上から明らかなように、極座標生成部２００１が生成する半径ｒｄｒｖは、最終的な螺旋状の軌跡における半径を意味しない。半径ｒｄｒｖは、前記螺旋状の軌跡の最内周から最外周までまたは最外周から最内周までを描く間の周回数に相当する値と読み替えてもよい。
【００６５】
本実施例の第三の効果は、画素の欠けをなくす、もしくは低減することができる点である。本実施例の振幅変調波形Ｓ３の周期Ｔ２は、周期Ｔ１の整数倍とは異なる値とした。これにより、周回ごとにレーザの軌跡は僅かに異なった軌跡を描く。一方で、リマッピング制御部２１によって、表示画像格納メモリ３２から画素情報を取得する座標は各々の周回で逐次、計算をされる。この結果として、単一の周回では画素欠けがあったとしても複数の周回を通して見ると画素欠けをなくすことができる。仮に画素欠けが多い場合には、本実施例の構成により、画素欠けを低減することができる。このように本実施例によれば、映像を表示する機能を有する映像装置において、適切に画像を表示することができる。
【実施例２】
【００６６】
実施例１における映像装置は、少なくとも映像を表示する機能を有する構成であった。本実施例は、映像を撮影する機能を有する場合の構成である。図１５は光走査部１０を備えた映像装置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、撮影画像生成部２３と撮影画像格納メモリ３３、加算回数格納メモリ３４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。
【００６７】
受光部１２からは戻り光に関連した情報Ｖｉが出力され、撮影画像生成部２３に入力される。レーザを出射した光は光走査部１０を介して照射される面を投影面と称する。戻り光とは投影面近傍にある対象物に光が当たり、光走査部１０に戻ってきた光のことを指す。本実施例における発光制御部２２は、コントローラ４０から階調データを（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を受け取る。コントローラ４０が送る階調データ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は赤、緑、青の各チャネルが最大値を取り、白色を表すデータである。また本実施例の構成においては、コントローラ４０からの指示により、発光制御部２２は輝度の補正を行わない。
【００６８】
本実施例における撮影画像生成部２３及び撮影画像格納メモリ３３、加算回数格納メモリ３４は、光走査部１０における光の走査によって走査された光が、対象に当たって戻ってくる戻り光を画像にして、撮影機能を提供する。最終的に撮影される画像に関する情報は、撮影画像格納メモリ３３に格納される。最終的に得られる画像の縦と横のサイズは所定の値であるので、その画像上の座標に対応付けた撮影画像格納メモリ３３のアドレスに、情報が格納される。本実施例における撮影画像生成部２３は、戻り光の強度を積分する機能を有する。撮影画像生成部２３は、受光部１２から対象からの戻り光に関連した情報Ｖｉを受け取る。また撮影画像生成部２３は、リマッピング制御部２１が出力する座標（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）を受け取る。撮影画像生成部２３は入力された値を所定のタイミングごとに加算して、加算した結果を撮影画像格納メモリ３３に格納する。また、加算した回数を加算回数格納メモリ３４に格納する。
【００６９】
本実施例の撮影画像生成部２３の構成と、関係するブロックとの関係について、図１６を用いて説明する。撮影画像生成部２３はアドレス変換回路２３０１、変換回路２３０２、加算器２３０３、加算パルス生成回路２３０４、カウントアップ回路２３０５、格納値リセット回路２３０６から成る。本実施例の撮影画像生成部２３はＦＰＧＡなどで構成されるハードウェアの回路として実装されており、所定のクロックを基準として動作する。また、変換回路２３０２は、入力値Ｖｉを撮像画像格納メモリ３３に格納するための格納情報Ｖｃｏｎｖに変換する回路である。本実施例においては、入力値Ｖｉは受光部１２においてディテクタから出力された電流を電流−電圧変換した値である。更に本実施例においては、変換回路２３０２はアナログ−デジタル変換回路（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。即ち、入力値Ｖｉは受光部１２にて受光された光の光量に相当し、変換値Ｖｃｏｎｖはその値をデジタル値に変換した値である。
【００７０】
撮像画像格納メモリ３３及び加算回数格納メモリ３４は例えば、Ｔｒｕｅ  Ｄｕａｌ  Ｐｏｒｔ  Ｒａｍで構成される。Ｔｒｕｅ  Ｄｕａｌ  Ｐｏｒｔ  Ｒａｍは、完全に独立した２つのアクセスポートを持ち、それぞれをリード／ライト動作に使用できる。また本実施例の撮像画像格納メモリ３３及び加算回数格納メモリ３４はリセット端子ｒｓｔを有し、この端子への入力により、格納している全データをゼロにリセットする機能を有する。
【００７１】
アドレス変換回路２３０１はリマッピング制御部２１が出力する座標（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）を入力とし、撮影画像格納メモリ３３において対応するアドレスを出力する。出力したアドレス情報は、撮像画像格納メモリ３３のポートＡのアドレス端子、及び加算回数格納メモリ３４のポートＡのアドレス端子に接続される。撮像画像格納メモリ３３のポートＡのデータ出力端子ｄｏｕｔ＿ａから読み出されたデータは、撮影画像生成部２３に入力され、加算器２３０３にて変換値Ｖｃｏｎｖと加算される。その際、加算器２３０３において加算するタイミングは加算パルス生成回路２３０４の出力するパルスによって制御される。加算された結果は、撮像画像格納メモリ３３のポートＡのデータ入力端子ｄｉｎ＿ａに接続される。
【００７２】
また加算パルス生成回路２３０４は、撮影画像格納メモリ３３のポートＡ書き込み有効化端子ｗｅａに入力する信号も生成する。この信号は、加算器２３０３での加算が終了した後、１クロック間だけＨｉｇｈとなった後にＬｏｗになる信号である。以上の構成により、撮像画像格納メモリ３３のポートＡの読み出し端子ｄｏｕｔ＿ａから読み出されたデータに変換値Ｖｃｏｎｖを加算した値が、撮像画像格納メモリ３３に再び格納される。また、加算パルス生成回路２３０４は、外部から加算を停止する指示を受ける構成であってもよい。更に加算パルス生成回路２３０４は、加算器２３０３に加算を指示するパルスを送出するごとに、カウントアップ回路２３０５にも指示を出す。
【００７３】
加算回数格納メモリ３４のポートＡのデータ出力端子ｄｏｕｔ＿ａから読み出されたデータは、カウントアップ回路２３０５に入力される。カウントアップ回路２３０５では、加算パルス生成回路２３０４からの指示に基づき、加算回数格納メモリ３４のポートＡのデータ出力端子ｄｏｕｔ＿ａから読み出されたデータに１を加算する。これにより、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に、加算器２３０３において加算が実行された回数をカウントする。カウントした結果は加算回数格納メモリ３４のデータ入力端子ｄｉｎ＿ａに接続される。
【００７４】
更にカウントアップ回路２３０５は加算回数格納メモリ３４のポートＡ書き込み有効化端子ｗｅａに入力する信号も生成する。この信号は、カウントアップ回路２３０５でのカウントアップが終了した後、１クロック間だけＨｉｇｈとなった後にＬｏｗになる信号である。また、カウントアップ回路２３０５は、加算が実行された回数が所定の回数になったことを他のブロックに通知する機能を有していてもよい。
【００７５】
加算パルス生成回路２３０４が上記動作を繰り返すことにより、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に変換された変換値Ｖｃｏｎｖを加算していった結果が、撮影画像格納メモリ３３において対応するアドレスに格納される。更に、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に加算を行った回数が、加算回数格納メモリ３４において対応するアドレスに格納される。
【００７６】
また、格納値リセット回路２３０６は、アドレス変換回路２３０１が出力した出力したアドレス情報を用いて、撮像画像格納メモリ３３及び加算回数格納メモリ３４に格納されている値をリセットするためのリセット信号を出力する。格納値リセット回路２３０６を出力したリセット信号は、撮像画像格納メモリ３３のｒｓｔ端子及び加算回数格納メモリ３４のｒｓｔ端子に接続される。
【００７７】
本実施例の格納値リセット回路２３０６は、アドレス変換回路２３０１が出力した出力したアドレス情報が所定のアドレスに一致すると、リセット信号を出力する。これにより、撮像画像格納メモリ３３には１フレームの間に、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に変換された変換値Ｖｃｏｎｖを加算していった結果が格納される。更に、加算回数格納メモリ３４には１フレームの間に、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に加算を行った回数が格納される。
【００７８】
撮像画像格納メモリ３３及び加算回数格納メモリ３４のポートＢのアドレス端子ａｄｄｒ＿ｂは入出力制御回路４２からの信号が接続されており、またポートＢのデータ出力端子ｄｏｕｔ＿ｂは入出力制御回路４２へ接続される。この結果、外部制御装置５０は入出力制御回路４２を介して、撮像画像格納メモリ３３及び加算回数格納メモリ３４に格納されたデータを得ることができる。外部制御装置５０において、あるアドレスに格納されている撮像画像格納メモリ３３の値を、同じアドレスに格納されている加算回数格納メモリ３４の値で割る演算を行うことにより、変換値Ｖｃｏｎｖの平均値が得られる。本実施例の構成の場合、１フレーム間における変換値Ｖｃｏｎｖの平均値を得ることができる。
【００７９】
なお、本実施例では撮像画像格納メモリ３３の値を、同じアドレスに格納されている加算回数格納メモリ３４の値で割る演算を映像装置２の外部で行う構成としたが、映像装置２の内部に割り算回路を設けて、映像装置２の内部で行っても良い。その場合、外部制御装置５０は入出力制御回路４２を介して、変換値Ｖｃｏｎｖの平均値を直接受け取ることができる。また、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に変換された変換値Ｖｃｏｎｖの平均値を最終的に得るための回路構成は様々な形態が考えられ、本実施例の撮影画像生成部２３の構成はその一例にすぎない。
【００８０】
また、本実施例の場合には変換回路２３０２は単純なアナログ−デジタル変換回路であるので、抽象化された表現では入力値Ｖｉと変換値Ｖｃｏｎｖは同じものと見なすことができる。その場合には、「リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に変換された変換値Ｖｃｏｎｖの平均値」とは、「リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に入力された入力値Ｖｉの平均値」、と表現しても問題はない。
【００８１】
次に、本実施例による効果について説明する。本実施例の第一の効果は、撮像画像の歪みを良好に補正できることである。これは、実施例１の第一の効果と同様である。即ち、リマッピング制御部２１において２種類の画像の歪みの各々に対して適切な補正を行うことで、戻り光を正しい座標に配置して撮像画像格納メモリ３３に格納できる。なお、実施例１におけるリマッピング制御部２１が、撮像を行う場合にもそのまま利用可能である。従って、映像を撮影する機能を有する映像装置２の場合の歪みパラメータ調整は、実施例１の場合と同様に行えばよい。
【００８２】
本実施例の第二の効果は、撮像画像におけるＳ／Ｎを向上することができる点である。投影面における光の軌跡と、撮像画像の１ピクセルに対応する投影面上の領域との関係について、図１７を用いて説明する。点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄで囲まれる正方形が、撮像画像の１ピクセルに対応する投影面上の領域を示す。軌跡Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は光の軌跡であり、軌跡Ｃ１の次の周回の軌跡がＣ２、Ｃ２の次の気軌跡がＣ３である。また、黒丸は本実施例の加算パルス生成回路２３０４が、加算器２３０３に加算を指示するパルスを送出するタイミングを示している。図１７においては、撮像画像の１ピクセルに対応する領域内に合計９つの黒丸が存在する。図１７に示すように、本実施例の光走査部１０を用いた光の走査では、１ピクセルに対応する投影面上の領域内に、複数の光の軌跡が通過することが起こりうる。そのため、受光部１２で受光される光量をどのタイミングで取得するかが問題となる。一般に、ディテクタからの電流出力を積分すると、撮像画像におけるＳ／Ｎを向上することができる。
【００８３】
例えば、内部値にＶｃｏｎｖを加算していき加算平均を取る回路において、リマッピング制御部２１が出力するピクセルの座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）に切り替わるタイミングごとに内部値にリセットをかける動作であると、図１７の場合には軌跡Ｃ３の時に内部値がリセットされてしまい、１回のＶｃｏｎｖのデータしか取得できない。なお、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）に切り替わるタイミングとは、隣のピクセルから座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）のピクセルに移動するタイミングと読み替えても構わない。本実施例の光走査部１０を用いた光の走査は螺旋状の軌跡となるため、このように最後にピクセルを通過する軌跡Ｃ３がピクセルの領域に存在する時間が短い場合が存在するという特徴がある。そのため、ピクセルの切り替わりを用いず、本実施例のようにアドレスに対応付けた加算を行う構成が好ましい。そのため、複数の軌跡にまたがっても変換値Ｖｃｏｎｖを平均化することが好ましい。更に本実施例の構成によれば、図１７に示す９個全ての黒丸のタイミングでＶｃｏｎｖを取得して加算し、最終的にＶｃｏｎｖの平均値を得る。この結果、撮像画像におけるＳ／Ｎを向上することができる。
【００８４】
更に、本実施例の構成は、螺旋状の軌跡となるがゆえの効果を有する。図１３で示した輝度の特性の縦軸は、レーザスポットがその半径に存在する合計時間と考えることができる。説明のため、レーザスポットがある半径に存在する合計時間のことを滞留時間と呼ぶことにする。このことは、映像を撮像する上では、内周ほどレーザスポットが１ピクセルの領域内に存在する合計時間が長いことを意味し、本実施例の構成を取ることでＳ／Ｎ向上が可能であることを本発明者は見出した。言い換えれば、図１７における黒丸の数、即ち平均化回数は、内周ほど多く配置することができる。以下、詳細に説明する。
【００８５】
図１３の特性は（数７）で表されるように、半径に反比例する関数である。一方、なるべく多くの平均化回数を稼ぐ場合には、加算パルス生成回路２３０４が、ハードウェアとして対応できる最も高速な周期で加算器２３０３に対してパルスの送出を繰り返すことになる。即ち、平均化回数の上限は、滞留時間に比例し、これは即ち、半径に反比例する。以降の説明では、なるべく多くの平均化回数を稼ぐ場合を考え、平均化回数は上限の値とすることを前提にする。
【００８６】
本実施例の映像装置２が描く螺旋状の軌跡の半径を１とし、その半径における滞留時間を１と規格化する。例えば半径０．５の円上においては、滞留時間は２倍となり、半径０．５以下の領域での滞留時間は２倍以上となる。即ち、本実施例によれば、半径１の円形の撮像画像の中心、半径０．５以下の領域では最外周に対して２倍以上のＳ／Ｎ向上を実現できる。半径０．５以下の領域は撮像画像全体の４分の１の面積に相当するため考慮する上で無視できない大きさを有し、また、人間が注視する傾向にある視野の中心部に相当する。そのため、この領域でＳ／Ｎが向上することは大きな効果を有する。この効果は、図１７において黒丸で示した９つのタイミング全ての変換値Ｖｃｏｎｖを加算して平均を取る構成を取っているために得られる。
【００８７】
次に、実施例２の第一の変形例について述べる。映像装置２を示すブロック図である図１５、及び画像生成部の周辺のブロック図である図１６は、実施例２と共通である。第一の変形例では、加算パルス生成回路２３０４とカウントアップ回路２３０５の内部の回路の動作が異なり、図１６に示す結線状態は実施例２と共通である。第一の変形例では、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）になる期間に、所定の回数のみ加算を行う。
【００８８】
本変形例における加算パルス生成回路２３０４は、実施例２の場合と同じ機能を有し、更に、カウントアップ回路２３０５からの指示に基づいて、加算器２３０３に加算を指示するパルスの送出を停止する機能を有する。本変形例におけるカウントアップ回路２３０５は、実施例２の場合と同じ機能を有し、更に、カウント値が所定の閾値以上の場合に、加算パルス生成回路２３０４に対して加算を停止する指示を出す。ここでは一例として、所定の閾値は８であるとする。
【００８９】
以上の構成により、撮影画像格納メモリ３３には最終的に８回分の変換値Ｖｃｏｎｖの加算結果が格納される。なお、最外周であっても１ピクセルの領域内に加算器２３０３に加算を指示するパルスが８回以上送出されるものとする。
【００９０】
本変形例の効果は２点ある。本変形例の第一の効果は、内周部での飽和を防止できることである。図１３の輝度特性において、最内周部では１００を超える輝度となる。これは実施例２の構成で撮像する上では、撮影画像格納メモリ３３には変換値Ｖｃｏｎｖを１００回以上加算した値が格納されることを意味する。撮影画像格納メモリ３３はデジタル回路であるので、値が飽和してしまう可能性がある。または、飽和しないように設計すると外周部にて量子化誤差が問題となる可能性がある。本変形例の構成によれば、加算回数を８回で区切っており、上述した飽和などの問題は起こらない。
【００９１】
本変形例の第二の効果は、割り算を省略できる点である。撮影画像格納メモリ３３はデジタル回路であるので、撮影画像格納メモリ３３に格納された加算値はデジタル値で格納されている。デジタル値において８で割ることは、デジタル値を２進数にして３つビットシフトすることで容易に実現できる。この３ビットシフトは外部制御装置５０にて行ってもよいし、または、映像装置２内部にて行ってもよい。いずれの場合にしても、割り算を省略することができるため、少ない回路容量で平均値を得ることができる。このように、本変形例の場合の前記所定の閾値は、２のべき乗であることが望ましい。
【００９２】
次に、実施例２の第二の変形例について述べる。実施例２の第一の変形例は、実施例２の構成と兼用することが可能である。本変形例はこの点に着目し、外周は実施例２の構成、内周は実施例２の第一の変形例とする。
【００９３】
内周と外周の切り替わり目は、一例として、最外周の半径ｒ２の１０分の１の値であるｒ１とする。これにより、ｒ１以上の半径の領域では実施例２の効果を得ることができる。ｒ１の半径では、最外周に対して１０倍のＳ／Ｎ向上を実現できる。ｒ１以下の半径においては、変換値Ｖｃｏｎｖの加算回数を所定の閾値で制限する。ここで所定の閾値は、実施例２の構成において、半径ｒ１での加算回数と同一の値とする。なお本変形例の場合には、Ｖｃｏｎｖの平均値を求めるための割り算は、実施例２の場合と同様、必要になる。
【００９４】
本変形例の第一の効果は、積分によるＳ／Ｎ向上という実施例２の効果と、飽和の回避という実施例２の第一の変形例の効果の、両方の効果を発現できる点である。本実施例では内周と外周の切り替わり目は、一例として、最外周の半径ｒ２の１０分の１の値ｒ１とした。この結果、ｒ１以下の半径でのＳ／Ｎ向上は、最外周と比較して一律１０倍となる。これは例えば、最外周に対して１０倍のＳ／Ｎ向上があれば十分な場合を想定している。また、１０倍程度であれば、飽和や量子化誤差といった問題の可否は容易になる。即ち、実施例２と実施例２の第一の変形例を半径によって切り替えることにより、両方の効果を発現できる。
【００９５】
また、第二の効果は、内周と外周の切り替わり目における撮像画像の不連続を回避できる点である。本実施例においては、ここで所定の閾値は、実施例２の構成において、半径ｒ１での加算回数と同一の値とした。Ｖｃｏｎｖを加算する回数に着目する。最外周における回数を基準とすると、内周に向かうに従って加算する回数が増加し、半径ｒ１にて１０回となる。そして半径ｒ１以下の領域では一律、１０回である。このように、本変形例の構成によれば、半径ｒ１での回路の動作の切替り箇所において、加算回数が連続となる。この結果、内周と外周の切り替わり目における撮像画像の不連続を回避できる。
【００９６】
次に、実施例２の第三の変形例について述べる。本変形例は、フレーム間で平均化を行う構成である。本変形例は実施例２の構成と共通である。本実施例の加算パルス生成回路２３０４はアドレス変換回路２３０１が出力した出力したアドレス情報が所定のアドレスに一致した回数をカウントし、カウント値が所定の回数になるとカウント値をゼロに戻すとともに、リセット信号を出力する。この構成により、例えば所定の回数が５回である場合には、撮像画像格納メモリ３３には、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に変換された変換値Ｖｃｏｎｖを、５フレームの期間に渡って加算していった結果が格納される。更に、加算回数格納メモリ３４には、５フレームの期間に渡って上記の加算を行った回数が格納される。この結果、５フレーム間における変換値Ｖｃｏｎｖの平均値を得ることができる。
【００９７】
このように、リマッピング制御部２１が出力する座標が（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）である期間に変換された変換値Ｖｃｏｎｖの平均値を最終的に得るための回路構成は様々な形態が考えられる。本実施例では同一フレーム中の、座標が当該ピクセルである期間に、加算した値を格納する実現方法である。第一の変形例は、同一フレーム中の、座標が当該ピクセルである期間に、８回の加算をした値を格納する実現方法である。第二の変形例は、半径に応じて加算回数の上限を切り替える実現方法である。更に、前述したように、映像装置２の内部に割り算回路を設けて、平均値を格納する構成であってもよい。このように、格納する値は、加算した値や平均化した値、またはそれらを所定の条件で切り替えた値などが考えられる。そのため、格納する値は、「所定の処理を施した値」と抽象化できる。
【００９８】
また、第三の変形例では複数のフレームに渡って、座標が当該ピクセルである期間に、加算した値を格納する実現方法である。この場合にも同様に、様々な他の形態が考えられるため、格納する値は、「所定の処理を施した値」と抽象化できる。なお「複数のフレームに渡って」は、「螺旋状の軌跡を所定の回数だけ描画する期間に渡って」と言い換えることもできる。このように本実施例によれば、映像を撮像する機能を有する映像装置において、適切に画像を撮像することができる。
【実施例３】
【００９９】
実施例２は映像を撮影する機能を有する場合の構成であった。本実施例では、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いて対象までの距離を計測し、距離画像を取得する場合の構成である。
【０１００】
図１８は、光走査部１０を備えた距離計測装置３を示すブロック図である。なお、実施例２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２との構成上の差異は、撮影画像生成部２４と、発光制御部２２が発光したタイミングを示す信号Ｐｓを撮影画像生成部２４へ入力する点である。
【０１０１】
本実施例における撮影画像生成部２４及び撮影画像格納メモリ３３、加算回数格納メモリ３４は、光走査部１０における光の走査によって走査された光が、対象に当たって戻ってくるまでの時間から対象までの距離を計算し、距離の画像を生成して、撮影機能を提供する。最終的に撮影される距離画像に関する情報は、撮影画像格納メモリ３３に格納される。最終的に得られる画像の縦と横のサイズは所定の値であるので、その画像上の座標に対応付けた撮影画像格納メモリ３３のアドレスに、情報が格納される。
【０１０２】
本実施例における撮影画像生成部２４は、距離を計測する機能と、計測した距離を積分する機能を有する。撮影画像生成部２４は、受光部１２から対象からの戻り光に関連した情報Ｖｉを受け取り、距離情報を生成する。また撮影画像生成部２４は、リマッピング制御部２１が出力する座標（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）を受け取る。撮影画像生成部２４は距離情報を所定のタイミングごとに加算して、加算した結果を撮影画像格納メモリ３３に格納する。また、加算した回数を加算回数格納メモリ３４に格納する。
【０１０３】
本実施例の撮影画像生成部２４の構成と、関係するブロックとの関係について、図１９を用いて説明する。なお、実施例２において対応するブロック図である図１６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２における図１６との差異は、変換回路２３０２が距離計測回路２３０７に置き換わり、距離計測回路２３０７に発光制御部２２が発光したタイミングを示す信号Ｐｓが入力される点である。
【０１０４】
距離計測回路２３０７は、信号Ｐｓと受光部１２から信号Ｖｉとを入力とし、発光制御部２２が発光を指示してから受光部１２で戻り光が検出されるまでの時間から、対象までの距離を計測する。距離計測回路２３０７において計測された距離ｘｍｅｓは、加算器２３０３において撮像画像格納メモリ３３のポートＡのデータ出力端子ｄｏｕｔ＿ａから読み出されたデータと加算される。
【０１０５】
即ち、実施例２においては入力値Ｖｉをデジタル値に変換した値Ｖｃｏｎｖを積分した結果を撮像画像格納メモリ３３に格納していたが、本実施例では入力値Ｖｉを用いて計測した距離の値ｘｍｅｓを撮像画像格納メモリ３３に格納する。なお、本実施例においては、入力値Ｖｉは受光部１２においてディテクタから出力された電流を電流−電圧変換した値であってもよい。受光部１２においてディテクタから出力された電流を電流−電圧変換した値に対してコンパレータで所定の電圧との比較を行い、比較した結果（ロジック値）を入力値Ｖｉとして用いてもよい。
【０１０６】
次に、本実施例による効果について説明する。本実施例の第一の効果は、距離画像の歪みを良好に補正できることである。これは、本実施例と実施例２は撮像する点で共通しており、撮像する物理量が戻り光の強度なのか、戻り光から計測した距離なのかが異なるだけであることから、自明である。
【０１０７】
本実施例の第二の効果は、距離画像における計測精度を向上させることができる点である。撮像画像格納メモリ３３に格納する効果は、戻り光の強度を格納する実施例２の場合にはＳ／Ｎの向上であったが、戻り光から計測した距離を格納する本実施例の場合には計測精度の向上となる。そのため、実施例２の説明において、例えば「２倍のＳ／Ｎ向上」という表現は、本実施例に当てはめれば「２倍の計測精度向上」と読み替えてよい。このように本実施例によれば、距離を計測する機能を有する距離計測装置において、適切に距離画像を取得することができる。
【実施例４】
【０１０８】
以上の実施例では、リマッピング制御部２１により、最終的に表示または撮像される画像の歪みを補正したが、レーザスポットの軌跡に対しての補正は行っていない。本実施例は、光走査部１０を出射した光の位置を検出し、その結果に基づいて駆動信号生成部が補正を行う形態である。なお本実施例は実施例１の映像を表示する機能を有する映像装置だけでなく、実施例２の映像を撮像する機能を有する映像装置、実施例３の距離を計測する機能を有する距離計測装置に関しても同様に適用可能である。ここでは映像を表示する機能を有する映像装置を例に説明する。
【０１０９】
図２０は光走査部１０を備えた映像装置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、歪み検出部３５と駆動信号生成部２５の内部構造であり、またブロック間の一部の結線状態が異なる。
【０１１０】
歪み検出部３５は増幅部３０からの信号を入力として後述する電気回路を構成し、振動部１０１に設けられた電極に供給する電圧Ｖｄｘ１、Ｖｄｘ２、Ｖｄｙ１、Ｖｄｙ２を出力する。また歪み検出部３５は前記電気回路の信号を用いて振動部１０１の歪みを検出し、検出した結果を駆動信号生成部２５へ出力する。また駆動信号生成部２５は、コントローラ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。更に駆動信号生成部２５は、歪み検出部３５において検出された歪みを用いて、駆動信号を制御する。
【０１１１】
本実施例の歪み検出部３５と、対応する振動部１０１の電極について、図２１を用いて説明する。図３で説明したように、アクチュエータとして機能する圧電素子１０１０は４つの領域に分けて考えることができる。そこで図２１では説明のために、電極１０１３と電極１０１５で挟まれる領域を例として説明する。
【０１１２】
歪み検出部３５は、コンデンサ３５０１、コンデンサ３５０２、コンデンサ３５０３、フィルタ３５０４、フィルタ３５０５、差分回路３５０６、から構成される。ここで電気回路３５１は歪みを検出するために構成されるブリッジ回路である。電気回路３５１は電圧Ｖｙ１を入力として、振動部１０１の外周の電極１０１３に印加する電圧Ｖｄｙ１と振動部１０１の内周の電極１０１５に印加する電圧Ｖ０を出力する。また、歪みを演算するための電圧ｖ１とｖ２を出力する。
【０１１３】
図２１に示すように、電気回路３５１において、コンデンサ３５０１の一端には電圧Ｖｙ１が印加される。またコンデンサ３５０１の他方の端は振動部１０１の外周の電極１０１３に接続される。また振動部１０１の内周の電極１０１５はグランドに接地される。この回路は、電極１０１３と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０が、コンデンサ３５０１に直列に接続されていると見ることができる。また、電極１０１３と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０とコンデンサ３５０１が直列に接続された回路に対して、電圧Ｖｙ１が印加されると見ることもできる。また、コンデンサ３５０２の一端には同じく電圧Ｖｙ１が印加される。またコンデンサ３５０２の他方の端はコンデンサ３５０３を介してグランドに接地される。
【０１１４】
電気回路３５１は、コンデンサ３５０１と圧電素子１０１０とを結ぶ電気配線の電圧をｖ１として、出力する。言い換えれば、電極１０１３に加わる電圧Ｖｙｄ１をｖ１として出力する。またコンデンサ３５０２とコンデンサ３５０３とを結ぶ電気配線の電圧をｖ２として出力する。フィルタ３５０４は所定の周波数特性を有するフィルタである。また、フィルタ３５０５はフィルタ３５０４と同一の周波数特性を有するフィルタである。フィルタ３５０４は電圧ｖ１を入力として、通過した信号を差分回路３５０６に出力する。フィルタ３５０５は電圧ｖ２を入力として、通過した信号を差分回路３５０６に出力する。
【０１１５】
差分回路３５０６は、フィルタ３５０４及びフィルタ３５０５の出力信号を用いて、電気回路３５１から出力される電圧ｖ１と電圧ｖ２の差分であるｖ２−ｖ１に相当する電圧をＤｙ１として出力する。後述するが、この電圧Ｄｙ１は、電極１０１３と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０の領域において検出された歪みに相当する。歪み検出信号Ｄｙ１は、駆動信号生成部２５に出力される。以上の説明では電極１０１３と電極１０１５で挟まれる領域を例として説明したが、それ以外の３つの電極に関しても同様である。即ち、同様の回路を４つの電極全てに関して構成することで、電極１０１１に関して構成される回路からは歪み検出信号Ｄｘ１、電極１０１２に関して構成される回路からは歪み検出信号Ｄｘ２、電極１０１４に関して構成される回路からは歪み検出信号Ｄｙ２が、同様に出力される。なお、これら３つの電極に関して構成される回路は、図２１においては図示していない。
【０１１６】
本実施例における電気回路３５１の動作を、図２２に示す等価回路を用いて説明する。図２２は、電気回路３５１と、外周の４つの電極のうちの一つと内周電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０の領域（以下、圧電素子１０１０の部分領域と呼ぶ）とで構成されるブリッジ回路を示したものである。電圧ｖｃはブリッジ回路に印加される電圧であり、図２１においてはＶｙ１に相当する。また外周の４つの電極のうちの一つと内周電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０は、等価回路３５０７で表現できる。等価コンデンサ３５０８は圧電素子１０１０の部分領域と等価な容量Ｃｐを持つコンデンサであり、電圧源３５０９は圧電素子１０１０の部分領域が歪むことで発生する電圧を等価的に示している。
【０１１７】
ここで、コンデンサ３５０１とコンデンサ３５０２の容量をＣ２と共通にし、コンデンサ３５０３の容量をＣ１とする。電気回路３５１における電圧ｖ１及びｖ２は、以下の式で計算される。
【０１１８】
【数１１】
2018115967.tif 000013
【０１１９】
【数１２】
2018115967.tif 000014
ここで、コンデンサ３５０３の容量Ｃ１を、圧電素子１０１０の部分領域の容量Ｃｐと同一となるように調整すると、以下の演算によって電圧源３５０９の値ｖｐを取り出すことができる。
【０１２０】
【数１３】
2018115967.tif 000015
電圧源３５０９の値ｖｐは圧電素子１０１０の部分領域が歪んだ結果、圧電効果により発生した電圧であるので、圧電素子１０１０の部分領域の歪みに比例する。即ち、本実施例の差分回路３５０６から出力される歪み検出信号Ｄｙ１は、圧電素子１０１０の部分領域の歪みを示す信号となる。更に、フィルタ３５０４及びフィルタ３５０５の周波数特性として、バンドパスフィルタまたはハイパスフィルタを用いることで、ＤＣドリフトを除去できる。ここで、本実施例の振動部１０１は導光路１０２から成る片持ち梁の共振周波数で駆動されるため、片持ち梁の共振周波数はフィルタの通過域に含まれるように回路定数を設計する。
【０１２１】
なお、本実施例では差分回路３５０６の前段にフィルタ３５０４及びフィルタ３５０５を設ける構成としたが、差分回路３５０６の後段にフィルタを設けてもよいことは明らかである。但し、本実施例のように差分回路３５０６の前段にフィルタを設けることで、ＤＣ成分を除去した信号を差分回路３５０６に入力できるため、ＤＣドリフトによる飽和を防止する観点で利点がある。
【０１２２】
続いて、本実施例における駆動信号生成部２５の構成について、図２３を用いて説明する。図２３は本実施例における駆動信号生成部２５の構成を示しており、実施例１における駆動信号生成部２０の構成図である図６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における駆動信号生成部２０の構成図である図６とは、第一の乗算器２００７以降の回路構成、及び第二の乗算器２００８以降の回路構成が異なる。
【０１２３】
本実施例における駆動信号生成部２５には、上述したブリッジ回路により検出された歪み検出信号であるＤｘ１、Ｄｘ２、Ｄｙ１、Ｄｙ２が入力される。Ｘ軸正方向補償器２０１１は歪み検出信号Ｄｘ１の理想波形を内部に記憶している。Ｘ軸正方向補償器２０１１は歪み検出信号Ｄｘ１と理想波形との差分に対して、ゲイン及び位相の補償を行った信号を加算器２０１２に出力する。加算器２０１２は第一の乗算器２００７の出力信号とＸ軸正方向補償器２０１１の出力信号を加算し、電圧Ｖｘ１として出力する。
【０１２４】
Ｘ軸負方向補償器２０１３は歪み検出信号Ｄｘ２の理想波形を内部に記憶している。Ｘ軸負方向補償器２０１３は歪み検出信号Ｄｘ２と理想波形との差分に対して、ゲイン及び位相の補償を行った信号を加算器２０１４に出力する。加算器２０１４は第一の反転ゲイン２００９の出力信号とＸ軸負方向補償器２０１３の出力信号を加算し、電圧Ｖｘ２として出力する。
【０１２５】
Ｙ軸正方向補償器２０１５は歪み検出信号Ｄｙ１の理想波形を内部に記憶している。Ｙ軸正方向補償器２０１５は歪み検出信号Ｄｙ１と理想波形との差分に対して、ゲイン及び位相の補償を行った信号を加算器２０１６に出力する。加算器２０１６は第二の乗算器２００８の出力信号とＹ軸正方向補償器２０１５の出力信号を加算し、電圧Ｖｙ１として出力する。Ｙ軸負方向補償器２０１７は歪み検出信号Ｄｙ２の理想波形を内部に記憶している。Ｙ軸負方向補償器２０１７は歪み検出信号Ｄｙ２と理想波形との差分に対して、ゲイン及び位相の補償を行った信号を加算器２０１８に出力する。加算器２０１８は第二の反転ゲイン２０１０の出力信号とＹ軸負方向補償器２０１７の出力信号を加算し、電圧Ｖｙ２として出力する。
【０１２６】
次に、本実施例の効果について述べる。本実施例の第一の効果は、光の位置を検出し、制御を行うことで、光の走査精度を向上できる点である。通常、圧電素子１０１０に電圧が印加された状態で、圧電効果による電圧ｖｐのみを取り出すことはできない。さらに、本実施例の圧電素子１０１０の場合、４つの部分領域から成る構成をしており、内周の電極１０１５は共通である。このような構成であっても、本実施例の構成によれば、圧電効果による電圧ｖｐのみを取り出すことが可能である。
【０１２７】
内周の電極１０１５は共通であるため、図２２のブリッジ回路において圧電素子１０１０の部分領域の等価回路３５０７は電圧ｖｃがかかる側（図２２における左側）に配置することができない。この場合であっても、（数１３）により、圧電効果による電圧ｖｐのみを取り出すことが可能である。
【０１２８】
また本実施例の構成によれば、検出された歪み検出信号に基づいてゲイン及び位相の補償を行った信号を駆動信号に加算する。この結果、歪み検出信号に基づいたフィードバック制御系が構成される。これにより、光の走査精度を向上できる。更に本実施例ではフィルタ３５０４及びフィルタ３５０５によりＤＣ成分を除去した信号を生成しており、光の走査精度を向上する効果がある。
【０１２９】
また本実施例の第二の効果は、正確に光の位置を検出できる点である。本発明者は、導光路１０２の振動した結果、振動が固定端である接着部１０３を通じて振動部１０１に伝播してくることを見出した。このことから、正確に光の位置を検出するためには、歪みを検出するセンサはなるべく接着部１０３に近い側に配置することが好ましい。しかしながら、追加のセンサを接着部１０３に近い側に配置することは、配線を取り出す観点から困難である。一方で本実施例の構成によれば、アクチュエータとして機能している圧電素子１０１０を、歪みを検出するセンサとしても用いる。そのため、接着部１０３に近い部分の圧電素子１０１０で発生した歪みを検出可能であり、正確に光の位置を検出できる。また、検出用の配線を駆動用の配線と共用化できる。
【０１３０】
本実施例の第三の効果は、光の位置の検出と小型化を実現できる点である。追加のセンサを配置することなく光の位置の検出が可能であるため、小型化と両立できる。
【０１３１】
更に、本実施例の第四の効果は、歪みの検出誤差の影響による画像の歪みを良好に補正できることである。即ち、本実施例の場合にも、実施例１の場合と同様のリマッピング制御部２１による座標の補正を行う。これにより、歪み検出信号に基づいたフィードバック制御によっても残留する誤差に対して、リマッピング制御部２１による座標の補正によって補正を行う。これにより、画像の歪みを良好に補正できる。
【０１３２】
なお、本実施例にて説明した新規の構成によれば、歪み検出部３５によって光走査部１０を出射した光の位置を検出し、その結果に基づいて補正を行うことができる。前述の第四の効果として説明したように、リマッピング制御部２１によって座標の補正を行ってもよいが、リマッピング制御部２１による座標の補正を行わなくてもよい。その場合であっても、第一乃至第三の効果を得ることが可能である。
【０１３３】
なお、本実施例では歪み検出信号を駆動信号生成部２５内に設けた補償器に入力し、フィードバック制御系が構成したが、リマッピング制御部２１に入力し、座標計算部２１０２での計算に用いてもよい。歪み検出信号により実際に光が走査している位置を検出できるため、より正確な座標（ｘｃａｌｃ、ｙｃａｌｃ）を出力することができる。そのため、実施例１の効果に加え、光の走査精度をより向上することができる。
【０１３４】
次に、実施例４の第一の変形例について述べる。実施例４において歪みを検出するための電気回路３５１はブリッジ回路であったが、歪みを検出するための回路はこれに限定されない。本変形例は、ブリッジ回路の片方を除去した実施の形態である。
【０１３５】
図２４は、本実施例における電気回路３５２の等価回路を示しており、実施例４における電気回路３５１の構成図である図２２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。なお、電気回路３５２は、実施例４における電気回路３５１の代わりに置き換えるものとする。図２４を見て分かるように、図２２と比較して、コンデンサ３５０２とコンデンサ３５０３がなくなり、電圧ｖ２の出力もなくなっている。
【０１３６】
本変形例においては、実施例４における（数１２）で示すｖ２の値は、例えばコントローラ４０にて生成し、差分回路３５０６へ出力する。（数１２）から明らかなように、ｖ２の値は電圧ｖｃに所定の倍率をかければ計算できる。このように、ブリッジ回路を組まない図２４の回路であっても、実施例４の場合と同様に電圧源３５０９の値ｖｐを取り出し、実施例４と同様の効果を得ることができる。
【０１３７】
実施例４の第二の変形例について述べる。第二の変形例も、第一の変形例と同様、歪みを検出するための回路に関する別の実施の形態である。
【０１３８】
図２５は本変形例における電気回路３５３の等価回路を示しており、実施例４における電気回路３５１の構成図である図２２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。なお、電気回路３５２は、実施例４における電気回路３５１の代わりに置き換えるものとする。実施例４における電気回路３５１の構成図である図２２との差異は、コンデンサ３５０１が抵抗３５１０に置き換わり、コンデンサ３５０２が抵抗３５１１に置き換わっている点である。なお、電気回路３５３は、実施例４における電気回路３５１の代わりに置き換えるものとする。
【０１３９】
抵抗３５１０の抵抗値と抵抗３５１１の抵抗値をＲと共通にする。電気回路３５３における電圧ｖ１及びｖ２は、以下の式で計算される。
【０１４０】
【数１４】
2018115967.tif 000016
【０１４１】
【数１５】
2018115967.tif 000017
ここで、コンデンサ３５０３の容量Ｃ１を、圧電素子１０１０の部分領域の容量Ｃｐと同一となるように調整すると、以下の演算によって電圧源３５０９の値ｖｐを取り出すことができる。
【０１４２】
【数１６】
2018115967.tif 000018
（数１６）をｖｐから（ｖ２−ｖ１）までの伝達関数と捉えたとき、伝達関数は一般的な１次ローパスフィルタの形状であり、ゲインの特性を模式的に示すと図２６（ａ）のようになる。周波数ｆｃは１次ローパスフィルタのカットオフ周波数を示し、その値は次式で表される。
【０１４３】
【数１７】
2018115967.tif 000019
ここで、実施例４の場合と同様に、導光路１０２から成る片持ち梁の共振周波数がローパスフィルタの通過域に含まれるように回路定数を設計してもよい。ここでは更に別の形態を説明する。本実施の形態では、片持ち梁の共振周波数がローパスフィルタの阻止域に含まれるように設計する。更に、図２５に示すように微分器３５１２を設け、差分回路３５０６の出力信号を微分器に入力し、微分した信号を電圧Ｄｙ１として出力する。
【０１４４】
この回路構成にて得られる信号は、次式で表すことができ、そのゲインの特性は図２６（ｂ）に示すような形状となる。
【０１４５】
【数１８】
2018115967.tif 000020
このように、周波数がｆｃ以上の帯域において、ｖｐから電圧Ｄｙ１までの伝達関数のゲインは一定となる。即ち、電圧Ｄｙ１はｖｐに比例した信号となり、圧電素子１０１０の部分領域の歪みを示す信号となる。このことは、（数１８）において十分大きな帯域を考えると以下の式のように近似できることからも明らかである。
【０１４６】
【数１９】
2018115967.tif 000021
また、図２６（ｂ）からも明らかなように、本変形例の構成によればＤＣ成分を除去されるため、ＤＣドリフトによる飽和を防止できる。
【０１４７】
次に、本変形例の効果について述べる。本変形例は、実施例４の場合と同様、光の位置を検出し、制御を行う点は共通である。そのため、実施例４における効果は本変形例の場合にも当てはまる。
【０１４８】
また、実施例４の第一の変形例と同様に、ブリッジ回路の片方を除去することも可能である。本変形例の場合のｖ２の値は、（数１５）で示すように、電圧ｖｃを所定のフィルタに通した値である。そのため例えば、コントローラ４０がフィルタを通過する際の演算を計算し、ｖ２として出力すればよい。このように本実施例によれば、映像を表示する機能を有する映像装置において、適切に画像を表示することができる。
【実施例５】
【０１４９】
実施例４では、アクチュエータとして機能する圧電素子１０１０を４つの部分領域に分け、それぞれの部分領域ごとに歪み歪み検出信号を生成した。本実施例は、４つの部分領域のうち、互いに対向する部分領域を１ペアとして、ペアごとに歪み検出信号を生成する実施の形態である。本実施例における映像装置５の構成は実施例４の場合と共通部分が多く、図による説明を割愛する。本実施例においては、歪み検出部の内部構成と駆動信号生成部の内部構成が新規の構成になる。本実施例における歪み検出部を歪み検出部３６、本実施例における駆動信号生成部を駆動信号生成部２６とする。
【０１５０】
本実施例の歪み検出部３６と、対応する振動部１０１の電極について、図２７を用いて説明する。図２６では説明のために、電極１０１３と電極１０１５で挟まれる部分領域及び電極１０１４と電極１０１５で挟まれる部分領域を例として説明する。実施例４において対応する図である図２１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。
【０１５１】
歪み検出部３６は、コンデンサ３５０１、コンデンサ３５０２、フィルタ３５０４、フィルタ３５０５、差分回路３５０６、から構成される。図２７に示すように、コンデンサ３５０１の一端には電圧Ｖｙ１が印加される。またコンデンサ３５０１の他方の端は振動部１０１の外周の電極１０１３に接続される。また振動部１０１の内周の電極１０１５はグランドに接地される。この回路は、電極１０１３と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０が、コンデンサ３５０１に直列に接続されていると見ることができる。また、電極１０１３と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０とコンデンサ３５０１が直列に接続された回路に対して、電圧Ｖｙ１が印加されると見ることもできる。
【０１５２】
また同様に、コンデンサ３５０２の一端には電圧Ｖｙ１が印加される。またコンデンサ３５０２の他方の端は振動部１０１の外周の電極１０１４に接続される。また振動部１０１の内周の電極１０１５はグランドに接地される。この回路は、電極１０１４と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０が、コンデンサ３５０２に直列に接続されていると見ることができる。また、電極１０１４と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０とコンデンサ３５０２が直列に接続された回路に対して、電圧Ｖｙ１が印加されると見ることもできる。
【０１５３】
コンデンサ３５０１と電極１０１３とを結ぶ電気配線の電圧をｖ１として出力し、コンデンサ３５０１と電極１０１４とを結ぶ電気配線の電圧をｖ２として出力する。電圧ｖ１及び電圧ｖ２は実施例４の場合と同様に、フィルタを通過した後、差分回路３５０６で差分を取る。差分回路３５０６の出力信号は歪み検出信号Ｄｙとして、本実施例における駆動信号生成部２６に出力される。
【０１５４】
以上の説明ではｙ軸方向に対向する電極である電極１０１３と電極１０１４を例として説明したが、ｘ軸方向に対向する電極である電極１０１１と電極１０１２に関しても同様である。即ち、同様の回路を電極１０１１と電極１０１２に関しても構成することで、歪み検出信号Ｄｘが、同様に出力される。なお、これらｘ軸方向に対向する電極に関して構成される回路は、図２７においては図示していない。
【０１５５】
本実施例における電気回路の等価回路を図２８に示す。実施例４における等価回路である図２２と共通の要素については同一の番号を付し、説明を省略する。本実施例の場合、ブリッジ回路の２箇所に圧電素子１０１０の部分領域が接続される構成である。等価回路３５０７は実施例４における説明と同様であり、電極１０１３と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０の部分領域の等価回路である。また、等価回路３５１２は、電極１０１４と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０の部分領域の等価回路である。
【０１５６】
等価コンデンサ３５１３は電極１０１４と電極１０１５で挟まれる圧電素子１０１０の部分領域と等価な容量Ｃｐ２を持つコンデンサである。また電圧源３５１４は前記部分領域が歪むことで発生する電圧を等価的に示している。ここで、振動部１０１がｙ軸の正方向に歪んだとき、電圧源３５０９が正の電圧を出力し、電圧源３５１４は負の電圧を出力するものとする。これは圧電素子１０１０の４つの部分領域の分極を実施する際の方向により、実現できる。
【０１５７】
このとき、電圧源３５１４の絶対値をｖｐ２とすると、図２８に図示するように、電圧源３５１４の値は−ｖｐ２と表現できる。本実施例における電圧ｖ１及びｖ２は、以下の式で計算される。
【０１５８】
【数２０】
2018115967.tif 000022
【０１５９】
【数２１】
2018115967.tif 000023
ここで圧電素子１０１０における２つの部分領域は上下対称な構成であるので、容量Ｃｐと容量Ｃｐ２は同一である。そのため以下の演算によって電圧源３５０９の値ｖｐと電圧源３５１４の値ｖｐ２の和を取り出すことができる。
【０１６０】
【数２２】
2018115967.tif 000024
更に、圧電素子１０１０が歪むとき、電極１０１３のある上面と電極１０１４のある下面は同じ形状で歪むと考えるのが妥当である。従って本実施例の差分回路３５０６から出力される歪み検出信号Ｄｙは、圧電素子１０１０のｙ軸方向の歪みを示す信号となる。
【０１６１】
続いて、本実施例における駆動信号生成部２６の構成について、図２９を用いて説明する。図２９は本実施例における駆動信号生成部２６の構成を示しており、実施例１における駆動信号生成部２０の構成図である図６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における駆動信号生成部２０の構成図である図６とは、第一の乗算器２００７以降の回路構成、及び第二の乗算器２００８以降の回路構成が異なる。本実施例における駆動信号生成部２６には、上述したブリッジ回路により検出された歪み検出信号であるＤｘ、Ｄｙが入力される。
【０１６２】
Ｘ軸補償器２０１９は歪み検出信号Ｄｘの理想波形を内部に記憶している。Ｘ軸補償器２０１９は歪み検出信号Ｄｘと理想波形との差分に対して、ゲイン及び位相の補償を行った信号を加算器２０２０に出力する。加算器２０２０は第一の乗算器２００７の出力信号とＸ軸補償器２０１９の出力信号を加算し、電圧Ｖｘ１として出力する。また電圧Ｖｘ１は、第一の反転ゲイン２００９にて振幅が反転され、反転された波形は電圧Ｖｘ２となる。
【０１６３】
Ｙ軸補償器２０２１は歪み検出信号Ｄｙの理想波形を内部に記憶している。Ｙ軸補償器２０２１は歪み検出信号Ｄｙと理想波形との差分に対して、ゲイン及び位相の補償を行った信号を加算器２０２２に出力する。加算器２０２２は第二の乗算器２００８の出力信号とＹ軸補償器２０２１の出力信号を加算し、電圧Ｖｙ１として出力する。また電圧Ｖｙ１は、第二の反転ゲイン２０１０にて振幅が反転され、反転された波形は電圧Ｖｙ２となる。
【０１６４】
次に、本実施例の効果について述べる。本実施例は、実施例４の場合と同様、光の位置を検出し、制御を行う点は共通である。そのため、実施例４における効果は本変形例の場合にも当てはまる。
【０１６５】
更に本実施例では実施例４にはない効果がある。それはブリッジ回路のバランスの崩れを防止できる構成となっている点である。その結果として、実施例４の構成以上に、光の走査精度を向上することができる。以下、この効果について説明する。
【０１６６】
実施例４の場合の等価回路である図２２において、コンデンサ３５０３の容量Ｃ１は圧電素子１０１０の部分領域の容量Ｃｐと同一とした。しかしながら、圧電素子１０１０やコンデンサ３５０３は温度による特性変化や経時変化などによって、電気特性が変化しうる。圧電素子１０１０とコンデンサ３５０３は特性が異なるので、例えば圧電素子１０１０の容量のみが温度によって変化すると、歪み検出信号が歪みを表さなくなり、制御性能が劣化する、あるいはフィードバック制御が不安定になる。更には、圧電素子１０１０は単純なコンデンサと等価ではなく、電気的損失が存在する。この影響によっても、歪み検出信号が歪みを表さなくなる。
【０１６７】
一方で、本実施例の等価回路である図２８では、等価コンデンサ３５０８の容量Ｃｐと対応するコンデンサは、等価コンデンサ３５１３の容量Ｃｐ２である。これらは共に、圧電素子１０１０の部分容量であり、同一の寸法を有する。そのため、容量Ｃｐと容量Ｃｐ２は同一であり、また、その温度特性や経時変化も同一と考えてよい。また、電気的損失に関しても、等価コンデンサ３５０８と等価コンデンサ３５１３では共通である。そのため、本実施例の構成によれば、ブリッジ回路に互いに対向する圧電素子１０１０の２つの部分領域を配置することにより、ブリッジ回路のバランスの崩れを防止できる。この結果、温度や経時変化によっても歪み検出信号の信頼性が向上する。制御性能の劣化やフィードバック制御系の不安定化が回避され、光の走査精度を向上することができる。
【０１６８】
なお、本実施例では実施例４の構成と同様に、圧電素子１０１０の部分領域と直列に接続される電気回路部品がコンデンサである場合で説明した。しかし例えば、実施例４の第二の変形例のように、圧電素子１０１０の部分領域と直列に接続される電気回路部品が抵抗である場合にも、同様に適用可能である。この場合にも、同様の効果を得ることができる。このように本実施例によれば、映像を表示する機能を有する映像装置において、適切に画像を表示することができる。
【０１６９】
本明細書の実施例２では映像を撮影する機能、実施例３ではＴＯＦ方式による距離画像の取得機能について、説明した。実施例２及び実施例３を包含する表現としては、「撮像」機能と呼んでよい。即ち、本明細書における「撮像」とは、一般的なカメラのような可視光における画像の取得、及びＴＯＦ方式によって得られる距離画像の取得とを含む。または「画像化」機能と呼んでもよい。
【０１７０】
また撮像画像格納メモリ３３に格納する値は、実施例２の場合には戻り光の強度を積分した値であり、実施例３の場合には戻り光から計測した距離を積分した値である。実施例２の場合の戻り光の強度と実施例３の場合の計測した距離を包含する表現としては、「戻り光に関連した情報」と呼んでよい。例えば、以上で説明した撮像機能は可視光における画像の取得と、ＴＯＦによって得られる距離画像の取得であったが、それ以外の「戻り光に関連した情報」を用いて画像化することも可能である。例えば一例として、戻り光の強度が所定の閾値以下に低下するまでの時間を計測し、その時間を撮像画像格納メモリ３３に格納し、画像化してもよい。これは例えば、撮像対象が蛍光体であり、蛍光体の感度を計測する場合などが該当する。または、戻り光の時間応答を所定の期間、蓄積し、蓄積した情報から得られる情報（例えば戻り光が点滅する周期）を撮像画像格納メモリ３３に格納し、画像化してもよい。このように、撮像画像格納メモリ３３に格納する値は、戻り光の強度と計測距離に限らない。
【０１７１】
実施例２及び実施例３では、戻り光に関連した情報を積分して撮像画像格納メモリ３３に格納する構成で説明した。しかし、積分する機能を有しない場合であっても構わない。例えば実施例２を例に説明すれば、撮像画像生成部２３の構成を変更することで、積分しない構成が可能である。その場合、変換回路２３０２の出力信号を撮像画像生成メモリ３３のｄｉｎ＿ａ端子に接続する構成となる。これにより、加算器２３０３での加算が行われず、入力値Ｖｉはそのまま撮像画像格納メモリ３３に格納される。また、加算器２３０３、加算パルス生成回路２３０４、カウントアップ回路２３０５、及び加算回数格納メモリ３４は不要になり、回路容量を低減できる。またこの場合にも、リマッピング制御部２１の動作は実施例２と変わらないため、実施例２の第一の効果は得ることができる。即ち、撮像画像の歪みを良好に補正できる。
【０１７２】
更には、戻り光に関連した情報を積分以外の方法で処理して撮像画像格納メモリ３３に格納しても構わない。例えば、正常値・異常値を判定して正常値のみで積分を行った積分値を格納する構成であっても構わない。または、複数の戻り光に関連した情報をデジタル的に処理して、中央値を格納する構成であっても構わない。そのため、撮像画像格納メモリ３３に格納する値は、「戻り光に関連した情報または戻り光に関連した情報に対して所定の処理を施した値」と抽象化することができる。
【０１７３】
実施例１において説明した歪みパラメータ調整で使用するＰＳＤ６０やスクリーン６１、カメラ６２は、映像装置１には含まれないとして説明したが、映像装置１に含まれていても構わない。これにより、画像歪みの経時変化による影響があっても良好に補正することができる。
【０１７４】
実施例４では、４つの部分領域から４つの歪み誤差信号を生成し、各々に関して補償器を設け、４つの駆動信号に加算する構成とした。しかし実施例５のように、４つの部分領域のうち、互いに対向する部分領域を１ペアとして、ペアごとに歪み検出信号を生成してもよい。その場合、例えば実施例４における歪み検出信号Ｄｙ１とＤｙ２の平均を、ｙ軸に関する歪み検出信号として用いてよい。
【０１７５】
また実施例４及び実施例５は、映像を表示する機能を有する映像装置を例に説明した。しかし、実施例２の映像を撮像する機能を有する映像装置、実施例３の距離を計測する機能を有する距離計測装置に関しても同様に適用可能である。
【０１７６】
以上の実施例では、第一の可変ゲイン２００５及び第二の可変ゲイン２００６の値は時間に応じて変化しない構成としたが、時間に応じて変化してもよい。この場合の構成は実施例４の場合に類似の動作となる。実施例４と違って歪み検出信号を用いずとも、第一の可変ゲイン２００５及び第二の可変ゲイン２００６の値は時間に応じて変化させることで、レーザスポットの走査精度を向上することが可能である。更には、第二の正弦波生成回路２００３が生成する第二の正弦波の位相差を、上記に加えて時間に応じて変化させてもよい。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１）乃至（数３）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。
【０１７７】
以上の実施例の振幅変調波形Ｓ３は時間に応じて線形に変化する波形としたが、これに限定されない。線形でない場合の輝度の補正は（数８）に基づき決定する。半径ｒｄｒｖの時間微分と半径ｒｄｒｖとの積を発光頻度関数と定義したとき、レーザの点灯頻度を発光頻度関数に比例して変更すればよい。
【０１７８】
また以上の実施例の振幅変調波形Ｓ３は振幅が０から線形に増加する期間にレーザを点灯する構成で説明した。これは内周から外周に向かって螺旋状の軌跡を描く期間にレーザを点灯することを意味する。しかし、振幅が線形に減少して０に戻る期間、即ち外周から内周に向かって螺旋状の軌跡を描く期間にレーザを点灯する構成としてもよい。
【０１７９】
実施例２における受光部１２内のディテクタは電流出力型のディテクタとして説明した。しかしＣＣＤやＣＭＯＳといった、電流蓄積型のディテクタの場合にも、同様の構成は可能である。電流蓄積型のディテクタの場合、電流を積分した電荷が出力されるが、これは加算器２３０３における積分をディテクタにて行っていることと対応付けられる。そのため、ピクセルの切替りに同期して露光のＯｎ／Ｏｆｆを制御し、図１７のように１ピクセル内に複数の軌跡がある場合も想定して、軌跡ごとの露光時間を加味して足し合わせを行うことにより、実施例２の場合と同様の効果を得ることが可能である。しかしながら電流蓄積型のディテクタの場合には、複数の軌跡での足し合わせにおいて露光時間を加味する必要があるため、回路が複雑になる。そのため実施例２の構成は、電流出力型のディテクタを用いる方が好ましい。
【０１８０】
また、以上の実施例では振動部１０１の内周の電極１０１５はグランドに接地されるとした。しかしグランドに設置しない構成も可能である。即ち、グランドに設置せずフローティングとしてもよい。なお、実施例４や実施例５のように歪みを検出する場合にも、グランドに設置せずフローティングとしてもよい。
【０１８１】
以上の実施例では、導光路１０２から出射された光の軌跡を、螺旋状の軌跡と表現した。理想的には螺旋は外周でも内周でもほぼ円形となる。しかしながら、本明細書で明らかにしたように、導光路１０２から出射された光の軌跡は内周と外周で楕円率が異なる。従って、ある半径では円形でなく歪んで楕円となることがある。また、振幅を変調する速度が楕円率の変化に対して相対的に速い場合、ある周回の軌跡と次の周回の軌跡が交差する可能性もある。本明細書における螺旋状の軌跡とは、このような場合も包含した表現として理解されるべきである。そのため本明細書における螺旋状の軌跡とは、マクロに捉えると内周から外周または外周から内周に向かうように変化する軌跡を指し、ミクロに捉えると必ずしも一般的な螺旋であるとは限らない。
【０１８２】
実施例２においては、受光部１２においてディテクタから出力された電流、即ち受光された光の光量を格納する構成として、映像を撮像する映像装置の構成を説明した。また実施例３においては、受光部１２においてディテクタの出力信号から距離を計測し、計測した距離の値を格納する構成として、距離計測装置の構成を説明した。本発明は映像装置、距離計測装置、どちらにも適用可能であり、「受光部で検出された戻り光に関連した情報を格納する」と抽象化できる。以上の実施例では、以上の実施例の映像装置は光走査部１０を有しているので、映像装置のことを光走査装置と読み替えても構わない。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。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】
【０１８５】
１…映像装置、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、３０…増幅部、３２…表示画像格納メモリ
４０…コントローラ、４１…記憶部、１０１…振動部、１０２…導光路、１０４…レンズ、
１０１０…圧電素子、１１０１…光源部、１１０２…合波部、２００１…極座標生成部、
２１０１…角度補正部、２１０２…座標計算部、２…映像装置、２３…撮影画像生成部、
３３…撮影画像格納メモリ、３４…加算回数格納メモリ、３…距離計測装置、２４…撮影画像生成部、２３０７…距離計測回路、４…映像装置、３５…歪み検出部、２５…駆動信号生成部、５…映像装置
【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】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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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（ａ）】
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【図２６（ｂ）】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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