(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を第１光偏向器によって第１方向に走査し、該第１方向に走査している光を第２光偏向器によって第２方向にも走査することで、２次元画像を表示する２次元光走査装置において、
前記第１方向に走査される光を検知する第１光検知部と、
前記第２方向に走査される光を検知する第２光検知部と、
前記第１光偏向器の駆動タイミング及び駆動周期を設定するための第１駆動タイミング信号及び前記第２光偏向器の駆動タイミング及び駆動周期を設定するための第２駆動タイミング信号を生成する信号処理回路と、
前記第１駆動タイミング信号に基づく駆動タイミング及び駆動周期で前記第１光偏向器を駆動する第１光偏向器駆動回路と、
前記第２駆動タイミング信号に基づく駆動タイミング及び駆動周期で前記第２光偏向器を駆動する第２光偏向器駆動回路と、を備え、
前記第１方向の光走査速度及び前記第２方向の光走査速度が周期的に変化され、
前記第１光検知部が、前記２次元画像が表示される表示面であって、前記第１方向の光走査速度が最も速くなる領域に配置されると共に、前記第１方向への光走査のタイミングを検知し、
前記第２光検知部が、前記表示面であって、前記第２方向の光走査速度が最も速くなる領域に配置されると共に、前記第２方向への光走査のタイミングを検知し、
前記信号処理回路が、前記第１光検知部及び前記第２光検知部で検知した光走査のタイミングを示す検知信号から前記第１光偏向器及び前記第２光偏向器における実際の駆動タイミング及び実際の駆動周期の情報を検出し、前記情報に基づいて前記第１光偏向器と前記第２光偏向器との同期をとるよう前記第１駆動タイミング信号及び前記第２駆動タイミング信号を生成する、
ことを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項２】
前記第１光検知部が、前記表示面であって、前記第１方向の光走査速度が最も速くなり前記第２方向の光走査速度が最も遅くなる領域内に配置され、かつ、
前記第２光検知部が、前記表示面であって、前記第２方向の光走査速度が最も速くなり前記第１方向の光走査速度が最も遅くなる領域内に配置された、
ことを特徴とする請求項１に記載の２次元光走査装置。
【請求項３】
前記第１光偏向器の変位角速度を時間的に変化させることで、前記第１方向の光走査速度を周期的に変化させる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元光走査装置。
【請求項４】
前記第１光偏向器は、変位角が時間的に正弦波状に変化するものである、ことを特徴とする請求項３に記載の２次元光走査装置。
【請求項５】
前記第１光偏向器はガルバノミラーである、ことを特徴とする請求項４に記載の２次元光走査装置。
【請求項６】
前記第１光偏向器は共振型偏向器である、ことを特徴とする請求項４に記載の２次元光走査装置。
【請求項７】
前記第２光偏向器の変位角速度を時間的に変化させることで、前記第２方向の光走査速度を周期的に変化させる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元光走査装置。
【請求項８】
前記第２光偏向器は、変位角が時間的に正弦波状に変化するものである、ことを特徴とする請求項７に記載の２次元光走査装置。
【請求項９】
前記第１及び第２光偏向器が一体に構成された、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２光偏向器が、１つの光偏向面と、該光偏向面を揺動自在に支持する２つの光偏向軸と、を有する、ことを特徴とする請求項９に記載の２次元光走査装置。
【請求項１１】
光源からの光を第１光偏向器によって第１方向に走査し、該第１方向に走査している光を第２光偏向器によって第２方向にも走査することで、２次元画像を表示する２次元光走査装置の駆動方法において、
前記第１方向の光走査速度及び前記第２方向の光走査速度が周期的に変化され、
前記２次元画像が表示される表示面であって、前記第１方向の光走査速度が最も速くなる領域に配置された第１光検知部が光を検知することで、前記第１方向への光走査のタイミングを検知し、
前記表示面であって、前記第２方向の光走査速度が最も速くなる領域に配置された第２光検知部が光を検知することで、前記第２方向への光走査のタイミングを検知し、
前記第１光検知部及び前記第２光検知部で検知したタイミングを示す検知信号から前記第１光偏向器及び前記第２光偏向器における実際の駆動周期及び実際の駆動タイミングの情報を検出し、前記情報に基づいて前記第１光偏向器と前記第２光偏向器とを同期させる、
ことを特徴とする２次元光走査装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１方向に走査している光を第２方向にも走査することに基き２次元画像を表示する用途等に用いることができる２次元光走査装置及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
(1)   従来、光偏向器で光走査して画像等を表示させる２次元光走査装置が広い範囲で利用されている。
【０００３】
(2)   図１０は、そのような２次元光走査装置の従来構造の一例を示す模式図であるが、かかる走査装置は、変調手段を有する光源１と、該光源からの光を偏向する第１及び第２光偏向器Ａ，Ｂと、出射補正光学系４０等から構成されていて、ｘ方向に走査している光をｙ方向にも走査することに基き２次元画像を表示するようになっていた。
【０００４】
(3)   光偏向器Ａ，Ｂとしては、ガルバノミラー等の変位角速度が時間的に変化されるタイプのものが使用されていた。以下、この光偏向器について補足する。
【０００５】
通常このような装置では、光偏向器としてガルバノミラーを用い、図１１(a) で示すようなノコギリ波で駆動することによって、ガルバノミラーの変位が走査時間に対して線形に変化するようにしていた。また、別の方法としては、図１１(b) に示すような正弦波で駆動したりして、変位角速度が時間的に変化するような駆動が行なわれる場合もあった。
【０００６】
また近年は、半導体材料であるシリコン加工技術により、ミラー角が数ｍｍの超小型光偏向器（マイクロミラー）が実現されている（特登録０２７２２３１４号公報）。図１２はそのような光偏向器（ガルバノミラー）の構造の一例を示す平面図であるが、符号５０はシリコン基板、符号５１は上側ガラス基板、符号５２は下側ガラス基板を示す。また、符号５３は可動板、符号５４はトーションバー、符号５５は平面コイル、符号５６は全反射ミラー、符号５７は電極端子、符号６０〜６３は永久磁石を示す。この光偏向器は、平面コイル５５に駆動電流を流し、永久磁石とのローレンツ力を利用して駆動する電磁型である（詳細は後述）。その他には、静電型や圧電型のマイクロミラーも数多く提案されてきている。
【０００７】
この光偏向器は、ミラーの共振を利用して、共振周波数付近で駆動するため、正弦波駆動しかできない。正弦波駆動したガルバノミラーや共振型光偏向器を２つ用い、ラスタ走査して２次元画像表示を行なう場合、画像中心部で光走査速度が速く、画像周辺部で片方の光偏向器の光走査速度が０まで減少し速度方向が反転してしまう。図１３にこの場合の走査特性を示す。上記の理由で、光学系で補正して投射面上での光走査速度がほぼ一定とみなすことができる走査中心部分のみに画像表示を行ない、周辺部分は画像表示に使用せず、画像表示には不要な領域となっている。また、正弦波駆動したガルバノミラーや共振型光偏向器では、正方向走査時間と逆方向走査時間が等しくなるように走査するため、通常のテレビ画像やコンピュータ画像を表示するためには、正方向または逆方向の片側のみを走査に用いるか、または両方向で走査を行なう場合は、画像情報を並び替える画像処理を行なっている。
【０００８】
以下、１次元光走査装置について説明する。
【０００９】
通常の１次元光走査装置の場合、例えば図１４に示すようなポリゴンミラー７０を用いたレーザビームプリンタでは、画像領域の周辺にミラー（同期検出用ミラー）７１を設けて走査光が反射されるようにし、該反射された走査光を同期検出用光検知部７２によって検知し、駆動タイミングを１走査毎に検知できるようにしている。なお、図中の符号７３は、変調手段を有する光源を示し、符号７４は出射補正光学系を示し、符号７５は感光ドラムを示す。
【００１０】
(4)   ところで、上述のようなタイプの光走査装置では光偏向器の駆動周期や駆動タイミングをモニターしておく必要がある。以下、この点について説明する。
【００１１】
例えば２次元光走査装置の場合、各光偏向器の同期が取れていない状態では、表示画像にズレが生じ、ひどい場合には画像が流れるように見え、表示画像の品質低下をもたらす。しかし、各光偏向器の駆動周期や駆動タイミングは一定ではなくて温度などの条件によって変動するものであるため、１度同期させれば足りるというようなものではなく、実際の駆動周期や実際に駆動しているタイミングを常にモニターしておいて同期を常に確保しておく必要がある。また、２次元画像は出射補正光学系の補正領域に表示する必要があり、その点からも、光偏向器の実際の駆動周期や実際に駆動しているタイミングをモニターしておく必要がある。
【００１２】
(5)   しかし、上述の１次元光走査装置では角速度が一定で走査されるのに対し、２次元光走査装置に用いられるガルバノミラー等の光偏向器は変位角速度が時間的に変化するタイプであるため、１次元光走査装置のような検出方法では不十分である。特許番号２６５７７６９の特許掲載公報にはガルバノミラーの変位角検出方法として、
▲１▼  検出コイルを利用した方法（図１５参照）
▲２▼  光を利用した方法（図１６参照）
▲３▼  静電容量を利用した方法（図１７参照）
が開示されている。以下、これらについて説明する。
【００１３】
図１５は、マイクロメカニクス技術を用いて作製された超小型光偏向器（ガルバノミラー）の詳細構成（特に、変位検出部）を示す図である。このガルバノミラーは、同図(b) に示すように上下のガラス基板５１，５２と真中のシリコン基板５０とによって３層構造とされており、シリコン基板５０にはトーションバー５４を介して平板状の可動板５３が揺動可能に支持されている。この可動板５３の上面中央部には全反射ミラー５６が蒸着形成されており、レーザー光を反射するようになっている。一方、可動板５３の周縁部には平面コイル５５が形成されており、可動板５３の各端部に対向する位置には永久磁石６０〜６３が配置されており、平面コイル５５に駆動電流を流すことによって可動板５３及び全反射ミラー５６が揺動されるようになっている。また、下側ガラス基板５２には図に示す位置に検出コイル８１，８２が形成されており、相互インダクタンスに基いて出力される電圧信号の変化を差動で検出することにより可動板５３の変位角を検出するようになっている。
【００１４】
一方、図１６に示すものでは、変位角検出用の光ビーム９１を反射鏡９３の裏面側に照射すると共に、該光ビームの反射光をＰＳＤ９２で受光し、ＰＳＤ９２での受光位置から反射鏡９３の変位角を検出するようになっている。また、図１７に示すものでは、反射鏡９３の裏面側両端部に電極１００，１０１を設け、各電極１００，１０１に対向する位置に電極１０２，１０３をそれぞれ設けてコンデンサＣ１，Ｃ２を構成し、両コンデンサＣ１，Ｃ２の容量差に基いて反射鏡９３の変位角を検出するようになっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、検出コイル（図１５）や静電式（図１７）で検出する場合、センサの特性が非常に重要となり、温度特性の変化や基板組み立て時のセンサ配置誤差などによるオフセットが発生し、正確な検出をするには、予め特性の測定などを行なう必要が出てくる。また、光学式（図１６）で検出する場合、光路長が短いため、検出用光源９０とミラー９３、ＰＳＤ９２間での位置調整が非常に困難であり、ＰＳＤ９２の位置分解能にも高性能なものが求められる問題がある。またこれらの方式は、光の走査状態を直接検出している訳ではないため、ミラーの歪みや回転軸からのズレの影響を受ける走査光線の状態を正確にモニタすることはできない。そのため、画像表示装置に用いた場合、この検出方法のみで、高画質な画像表示を行なうことは困難である。
【００１６】
そこで、本発明は、光検知部によるモニターを正確なものとして画像表示品質の劣化を防止する２次元光走査装置及び該装置の駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、光源からの光を第１光偏向器によって第１方向に走査し、該第１方向に走査している光を第２光偏向器によって第２方向にも走査することで、２次元画像を表示する２次元光走査装置において、前記第１方向に走査される光を検知する第１光検知部と、前記第２方向に走査される光を検知する第２光検知部と、前記第１光偏向器の駆動タイミング及び駆動周期を設定するための第１駆動タイミング信号及び前記第２光偏向器の駆動タイミング及び駆動周期を設定するための第２駆動タイミング信号を生成する信号処理回路と、前記第１駆動タイミング信号に基づく駆動タイミング及び駆動周期で前記第１光偏向器を駆動する第１光偏向器駆動回路と、前記第２駆動タイミング信号に基づく駆動タイミング及び駆動周期で前記第２光偏向器を駆動する第２光偏向器駆動回路と、を備え、前記第１方向の光走査速度及び前記第２方向の光走査速度が周期的に変化され、前記第１光検知部が、前記２次元画像が表示される表示面であって、前記第１方向の光走査速度が最も速くなる領域に配置されると共に、前記第１方向への光走査のタイミングを検知し、前記第２光検知部が、前記表示面であって、前記第２方向の光走査速度が最も速くなる領域に配置されると共に、前記第２方向への光走査のタイミングを検知し、前記信号処理回路が、前記第１光検知部及び前記第２光検知部で検知した光走査のタイミングを示す検知信号から前記第１光偏向器及び前記第２光偏向器における実際の駆動タイミング及び実際の駆動周期の情報を検出し、前記情報に基づいて前記第１光偏向器と前記第２光偏向器との同期をとるよう前記第１駆動タイミング信号及び前記第２駆動タイミング信号を生成する、ことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図７を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
本発明に係る２次元光走査装置（画像表示装置）は、図１に例示するように、第１方向ｘに走査している光を第２方向ｙにも走査することに基き２次元画像を表示するようになっている。本明細書において「光を第１方向ｘに走査」とは、第１方向ｘの正方向及び負方向に光を往復走査することを意味し、「光を第２方向ｙに走査」とは、第２方向ｙの正方向及び負方向に光を往復走査することを意味する。
【００２０】
この場合の光は、変調手段を有する光源（図１及び図２の符号１参照）から出射されるようにすれば良い。また、第１方向ｘへの光走査は、光源１から出射された光を第１光偏向器Ａによって偏向することよって行えば良く、第２方向ｙへの光走査は、光源１から出射された光を第２光偏向器Ｂによって偏向することによって行えば良い。なお、本明細書においては、第１光偏向器を構造によって区別したい場合にはＡ１，Ａ２，…等の符号を使用して区別することとし、区別する必要が無い場合にはＡの符号を使用する。同様に、第２光偏向器を構造によって区別したい場合にはＢ１，Ｂ２，…等の符号を使用し、区別する必要が無い場合にはＢの符号を使用する。
【００２１】
ところで、本発明においては、少なくとも前記第１方向ｘの光走査速度は周期的に変化するように構成されている。この場合、前記第２方向ｙの光走査速度は、周期的に変化するようにしても、一定となるようにしても良い。
【００２２】
そして、走査される光を検知する第１光検知部Ｐを所定領域に配置することによって、前記第１方向ｘへの光走査のタイミングを検知するようにすると良い。ここで、第１光検知部Ｐの配置位置について説明する。一般に、光検知部が検知できる光（光の走査速度）は光検知部の感度に依存するものであって、感度の低い光検知部では走査速度の遅い光しか検知できず、感度の高い光検知部では走査速度の速い光をも検知できる。したがって、必要な光走査速度の光を本発明における第１光検知部Ｐが、検知可能な感度を持つような位置に配置する必要がある。
【００２３】
ところで、検知可能な光走査速度の領域内に第１光検知部Ｐを配置した場合であっても、その出力信号の時間精度は光走査速度と共に変化する。例えば、図３での出力信号を検出するコンパレータの検出信号に対する雑音がＡＢの幅で存在するとすれば、光走査速度が速ければ図３(a) に符号ＣＤで示すように検出時間への誤差は大きく、光走査速度が遅ければ同図(b) に符号ＥＦで示すように検出時間への誤差は大きくなる。本発明では、（検知可能な光走査速度の領域内であって）第１方向への光走査速度が最も速くなる領域に第１光検知部Ｐを配置しているため、検出信号に対する誤差は狭くなり、精度良く光走査タイミングを検知することができる。
【００２４】
なお、前記第２方向ｙの光走査速度も周期的に変化するようにした場合には、この第１光検知部Ｐは、上述した領域（すなわち、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第１方向ｘの光走査速度が最も速くなる領域）であって、しかも、前記第２方向ｙの光走査速度が最も遅くなる領域内に配置すると良い。
【００２５】
ところで、前記第１光検知部Ｐとは別に第２光検知部Ｑを設け、この第２光検知部Ｑによって光を検知し、前記第２方向ｙへの光走査のタイミングを検知するようにすると良い。
【００２６】
なお、前記第２方向ｙの光走査速度も周期的に変化するようにした場合には、この第２光検知部Ｑは、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第２方向ｙの光走査速度が最も速くなり、しかも前記第１方向の光走査速度が最も遅くなる領域内に配置すると良い。これにより、第１光検知部Ｐの場合と同様に、精度良く光走査タイミングを検知することができる。
【００２７】
ところで、上述した第１光検知部Ｐや第２光検知部Ｑは、光が走査される部分に配置されていれば良く、
・  光走査によって２次元画像が表示される面（図２に符号２で示すような走査光線が投射される面）、
・  該面２と光偏向器Ａ及びＢとの間、
・  第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂとの間、
のいずれに配置されていても良い。すなわち、全ての光検知部Ｐ，Ｑを上記面２に配置しても、全ての光検知部Ｐ，Ｑを該面２と光偏向器との間に配置しても、全ての光検知部Ｐ，Ｑを第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂとの間に配置しても、一部の光偏向器を上記面２に配置すると共に他の光偏向器を面以外の部分（例えば、面と光偏向器との間や、光偏向器と光偏向器との間）に配置するようにしても良い。また、これらの光検知部は、ミラー等による反射光を検出できる位置に配置してもよい。
【００２８】
ところで、光検知部Ｐ，Ｑを上述した面２上に配置する場合、画像形成領域Ｅ内に配置しても、画像形成領域Ｅ以外の部分に配置しても良い。後者の場合、光検知部Ｐ，Ｑを配置した部分（画像形成領域以外の部分）にも光を走査する必要がある。そのためには、例えば、信号処理回路１０から光源１に光検出用の変調情報を所定のタイミングで入力してやり、光検知部Ｐ，Ｑに対しては（画像表示用の光ではなく）走査タイミングを検知するための光を照射すると良い（図６参照）。
【００２９】
また、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第１方向ｘの光走査速度が最も速くなる領域に第１光検知部を複数設け（図８の符号Ｐ，Ｒ参照）、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第２方向ｙの光走査速度が最も速くなる領域に第２光検知部を複数設ける（図８の符号Ｑ，Ｓ参照）ようにしても良い。これにより、更に高精度な走査タイミングの検出が可能となる（図７）。かかる場合、光検出用の変調情報は、検出された走査タイミング信号２０，２１から信号処理回路１０によって生成される。また、走査開始時の走査タイミングが不明な場合は、初期設定されている走査周期と入力信号と走査タイミングの位相差を元に、光検出用の変調情報が生成される。また、走査開始時、画像情報の変調を行なう前に、走査タイミングの初期検出を行なうために、任意の走査タイミング初期検出用の変調情報を変調手段を有する光源１に入力し、走査タイミングを検出した後、画像表示用の変調情報による変調を開始するウォーミングアップの期間を設けてもよい。
【００３０】
上記では、正弦波状駆動の光偏向器を有する２次元光走査装置を、投射型画像表示装置として説明したが、本発明の同期制御方法はこの装置に限ったものではない。変位角速度が時間的に変化する光偏向器を少なくとも１つ用いて構成した２次元光走査装置であれば、本発明の制御方法を用いることができる。また、上記以外の構成の投射型画像表示装置や投射型画像記録装置、走査型描画加工装置、走査型光検出装置などにも使用できる。
【００３１】
ところで、上述のように第１方向の光走査速度を周期的に変化させるには、前記第１光偏向器Ａの変位角速度を周期的に変化（例えば、変位角を時間的に正弦波状に変化）させれば良い。また、第２方向の光走査速度を周期的に変化させるには、前記第２光偏向器Ｂの変位角速度を周期的に変化（例えば、変位角を時間的に正弦波状に変化）させれば良い。かかる場合の光偏向器としては、変位角速度を時間的に変化させる駆動が可能な光偏向器や、変位角速度が時間的に変化する特性を持った光偏向器を挙げることができ、具体的にはガルバノミラー（ガルバノミラーを正弦波駆動させたもの）や共振型偏向器を挙げることができる。第１方向及び第２方向の光走査速度を周期的に変化させる場合、第１光偏向器Ａ及び第２光偏向器Ｂの両方にガルバノミラーを用いても（図２参照）共振型光偏向器を用いても（図４参照）良い。また、一方の光偏向器をガルバノミラーとし、他方の光偏向器を共振型光偏向器としても良い。なお、第２方向への光走査速度を（周期的に変化させずに）一定にする場合、第２光偏向器には、走査中心領域において変位角速度がほぼ一定とみなすことができるポリゴンミラーやノコギリ波駆動したガルバノミラーを用いると良い。
【００３２】
第１光偏向器Ａとして、十数ｋＨｚから数十ｋＨｚでの光走査が可能な高速光偏向器を用い、第２光偏向器Ｂとして、数十Ｈｚから百数十Ｈｚでの光走査が可能な低速光偏向器を用い、図１に示すように水平方向のラスタ走査を行うようにしても良い。また逆に、第１の光偏向器Ａを低速光偏向器とし第２の光偏向器Ｂを高速光偏向器として、垂直方向にラスタ走査を行なわせても、また走査周波数を上記以外の組み合わせとしても良い。
【００３３】
なお、図４に示す第１光偏向器Ａ２及び第２光偏向器Ｂ２は別体に形成したが、もちろんこれに限られるものではなく、図５に示すように一体型としても良い。すなわち、光偏向面３を２つの軸（交差又は直交する光偏光軸）３１，３２によって揺動自在に支持し、第１光偏向器Ａ３によって水平方向への光走査を行い、第２光偏向器Ｂ３によって垂直方向への光走査を行うようにすると良い。
【００３４】
これらの光偏向器としては、マイクロミラーを有するものであって、半導体加工技術を用いて作製されたものを用いることができる。
【００３５】
なお、上述した光検知部Ｐ，Ｑにはデジタル信号処理回路１０を接続し、該処理回路１０には、第１光偏向器Ａを駆動する第１駆動手段１１や、第２光偏向器Ｂを駆動する第２駆動手段１２を接続すると良い。
【００３６】
ところで、光源１としては、レーザーダイオード、ＬＥＤ等の半導体発光素子、無機ＥＬ、有機ＥＬ等のエレクトロ・ルミネッセンス素子などの直接変調可能な光線源や、気体レーザーやＳＨＧなどの光を出射する光源であって変調器を付加したものを用いれば良い。カラー画像を表示する場合には、複数の波長を有する複数種類の光源を組み合わせたものでもよい。その場合光偏向器を１組しか用いない場合、光学系などなんらかの手段を用いて、複数の出力光を１本の光線にする必要がある。複数の光偏向器を用いる場合は、複数の光線を複数のミラーに入射させるようにしてもよい。
【００３７】
また、第２光偏向器Ｂによる光走査に伴い、第２光偏向器Ｂと画像表示領域Ｅとの間で光路が変化し、それに伴って、画像表示領域Ｅにおいて焦点ズレが発生するおそれがあるときは、出射補正光学系を該光路中に配置して、焦点ズレを補正すると良い。この場合の出射補正光学系には、走査を行なうことにより光偏向器ミラーと走査光投射面間の光路の変化による投射面上での焦点ズレを補正するｆ−θレンズと、正弦波駆動型光偏向器の角速度の変化によるスポット形状の歪みを走査光投射面上で補正するアークサインレンズ等の機能を有したものを用いると良い。この出射補正光学系は、走査領域の大部分を補正することができるが、周辺部分までは補正を行なうことはできない。そのため、画像はこの光学系が補正できる中心部分に表示される。
【００３８】
次に、２次元光走査装置の駆動方法（２次元光走査装置の同期信号の生成方法、及び同期制御方法）について説明する。
【００３９】
本実施の形態では、画像情報に応じて変調した光を、第１方向ｘに走査しつつ第２方向ｙにも走査することに基き２次元画像を表示するようになっている。この場合、少なくとも前記第１方向ｘの光走査速度が周期的に変化され、検知可能な光走査速度の領域内であって、該第１方向ｘの光走査速度が最も速くなる領域に配置された第１光検知部Ｐが光を検知することに基き、前記第１方向ｘへの光走査のタイミングを検知する、ようになっている。
【００４０】
なお、前記第２方向ｙの光走査速度が周期的に変化されるようにした場合には、第２光検知部Ｑを、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第２方向ｙの光走査速度が最も速くなる領域に配置し、前記第２方向ｙへの光走査のタイミングを検知すると良い。
【００４１】
そして、前記第１方向ｘへの光走査タイミングと前記第２方向ｙへの光走査のタイミングとを同期させながら２次元画像を表示する、ようにすると良い。
【００４２】
以下、２次元光走査装置の駆動方法について、図１に沿って詳細に説明する。
【００４３】
＜光の２次元走査＞
光源１から出射された光（変調された光）は、第１光偏向器Ａによって偏向され、さらに第２光偏向器Ｂによって偏向されることにより、第１方向ｘ及び第２方向ｙに走査され、その結果、２次元画像が表示される。なお、光源１は、変調手段を有しており、画像情報の変調開始信号（詳細は後述）を受け取ると転送されてメモリに蓄えられている画像情報の変調を開始し、水平方向１ライン分の画像情報の変調を行なう。また、該光は、第２光偏向器Ｂにて偏向された後に、出射補正光学系で補正されるようになっている。
【００４４】
＜駆動タイミング信号の生成＞
この状態で、第１光検知部Ｐが第１方向ｘへの光走査のタイミングを検知すると、信号処理回路１０では、第１の光検知部Ｐからの検知信号２０に基いて第１の光偏向器の駆動タイミング信号２２が生成される。同様に、第２光検知部Ｑが第２方向ｙへの光走査タイミングを検知すると、信号処理回路１０では、第２の光検知部Ｑからの検知信号２１に基づいて第２の光偏向器の駆動タイミング信号２３が生成される。
【００４５】
ここで、第１光検知部Ｐは、第１の光偏向器Ａの変位角速度の時間変化が最大となる付近（且つ第２の光偏向器の変位角速度が最小となる付近）の走査光を検出して、該光偏向器の同期信号を生成し、第２光検知部Ｑは、第２の光偏向器Ｂの変位角速度の時間変化が最大となる付近（且つ第１の光偏向器の変位角速度が最小となる付近）の走査光を検出して、該光偏向器の同期信号を生成することとなる。そして、これらの光検知部によって、第１の光偏向器Ａと第２の光偏向器Ｂの実際に駆動しているタイミング並びに実際の駆動周期を検出することとなる。
【００４６】
＜光偏向器の同期制御＞
ところで、この信号処理回路１０では、第１光偏向器Ａの駆動周期が第２光偏向器Ｂの駆動周期の整数倍になるように駆動タイミング信号２２と駆動タイミング信号２３との同期が取られる。
【００４７】
そして、第１の光偏向器のための駆動タイミング信号２２は第１の光偏向器駆動回路１１にて第１の光偏向器の駆動信号２５に変換され、該駆動信号によって第１光偏向器Ａが駆動される。また、第２の光偏向器のための駆動タイミング信号２３は第２の光偏向器駆動回路１２にて第２の光偏向器の駆動信号２６に変換され、該駆動信号によって第２光偏向器Ｂが駆動される。つまり、駆動タイミング信号（同期信号）２２，２３に基いて、光偏向器Ａ，Ｂの駆動タイミングや駆動周期が制御されることとなる。
【００４８】
＜変調開始信号の生成＞
一方、上述した信号処理回路１０では、第１の光偏向器の駆動タイミング信号２２から、表示画面位置を調整するための変調開始信号２４が生成される。
【００４９】
＜変調開始信号による制御＞
そして、変調手段を有する光源１は、画像情報の変調開始信号２４を受け取ると転送されてメモリに蓄えられている画像情報の変調を開始し、水平方向１ライン分の画像情報の変調を行なう。つまり、変調開始信号によって光源１の変調タイミングが制御されることとなる。
【００５０】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００５１】
本実施の形態によれば、第１光検知部Ｐや第２光検知部Ｑは、走査される光を直接に検知するものであるため、検出コイル（図１５参照）や静電容量（図１７参照）を利用する場合と異なり、特性の測定などの必要は無く正確な検知が可能となる。また、光学式（図１６参照）のようなミラーの歪や回転軸からのズレの影響を受けることもなく、正確なモニターが可能となる。
【００５２】
また、第１光検知部Ｐは、検知可能な光走査速度の領域内であって、第１方向ｘの光走査速度が最も速くなる領域に配置されているため、検出時間への誤差を小さくして、精度良く光走査タイミングを検知することができる。特に、第２方向ｙの光走査速度が最も遅くなる領域に第１光検知部Ｐを配置した場合には、第２光偏向器走査時のジッタ、ウォブル等の走査特性の影響を受けることなく、第１方向の走査タイミングのみを高精度に検出することができる。そして、光偏向器の実際の駆動周期や実際に駆動しているタイミングを正確に検出することができ、表示品質を良好にできる。
【００５３】
第２光検知部Ｑについても同様である。すなわち、第２光検知部Ｑを、検知可能な光走査速度の領域内であって、第２方向ｙの光走査速度が最も速くなる領域に配置した場合には、検出時間への誤差を小さくして、精度良く光走査タイミングを検知することができる。さらに、第１方向ｘの光走査速度が最も遅くなる領域に第２光検知部Ｑを配置した場合には、第１光偏向器走査時のジッタ、ウォブル等の走査特性の影響を受けることなく、第２方向の走査タイミングのみを高精度に検出することができる。
【００５４】
一方、第１光検知部Ｐや第２光検知部Ｑを、
・  ２次元画像が表示される面（図２に符号２で示すような走査光線が投射される面）と光偏向器Ａ，Ｂとの間や、
・  第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂとの間、
に配置した場合には、制約を比較的受けずに配置位置を選択することができ、装置のコンパクト化等を図ることができる。
【００５５】
また、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第１方向ｘの光走査速度が最も速くなる領域に第１光検知部を複数設け（図８の符号Ｐ，Ｒ参照）、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第２方向ｙの光走査速度が最も速くなる領域に第２光検知部を複数設けた場合（図８の符号Ｑ，Ｓ参照）には、更に高精度な走査タイミングの検出が可能となり、高精度且つ安定した実際の駆動周期、実際に駆動しているタイミングの検出を行なうことができる。
【００５６】
さらに、本実施の形態によれば、光偏向器の偏向特性等の変化にかかわらず、各光偏向器Ａ，Ｂの同期を取ることができ、その結果、表示画像のズレ等を防止して、表示品質を向上させることができる。本発明の制御方法を用いることにより、走査特性の変化が起こりやすい正弦波状駆動光偏向器や変位角速度が時間的に変化する光偏向器の２次元走査を安定して行なうことができるようになり、レーザーディスプレイに用いた場合、高画質な表示画像を提供することが可能となった。
【００５７】
またさらに、上述のような変調開始信号による制御（画像情報の変調開始信号と第１の光偏向器の駆動タイミング信号との同期）を行った場合には、表示画面位置を調整でき、例えば表示画像を出射補正光学系の補正領域に正確に表示できる。また、本発明では、光学補正を行なうことができないため非画像表示領域となる部分を、有効に利用し検出することができる。
【００５８】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【００５９】
（実施例１）
本実施例においては、図１及び図２に示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査装置）Ｄ１を作製した。
【００６０】
すなわち、第１光偏向器Ａ１及び第２光偏向器Ｂ１にはガルバノミラーを用い、第１光偏向器Ａ１を１０ｋＨｚで正弦波駆動することによって光の水平方向走査を行い、第２光偏向器Ｂ１を６０Ｈｚで正弦波駆動することによって光の垂直方向走査を行うようにした。なお、光源１には、レーザーダイオードを直接駆動させて使用した。
【００６１】
一方、画像形成領域Ｅの上縁部中央（すなわち、検知可能な光走査速度の領域内であって、水平方向ｘの光走査速度が最も速くなると共に垂直方向ｙの光走査速度が最も遅くなる領域）には第１光検知部Ｐを配置し、画像形成領域Ｅの左縁部中央（すなわち、検知可能な光走査速度の領域内であって、垂直方向ｙの光走査速度が最も速くなると共に水平方向ｘの光走査速度が最も遅くなる領域）には第２光検知部Ｑを配置した。
【００６２】
本実施例においては、次のように駆動した。
【００６３】
光源１から出射された光（変調された光）は、第１光偏向器Ａ１及び第２光偏向器Ｂ１によって偏向されることにより、水平方向（第１方向）ｘに走査されながら垂直方向（第２方向）ｙにも走査される。
【００６４】
第１光検知部Ｐが水平方向ｘへの光走査のタイミングを検知し、第２光検知部Ｑが垂直方向ｙへの光走査のタイミングを検知すると、第１光検知部Ｐからの検知信号２０及び第２光検知部Ｑからの検知信号２１は信号処理回路１０にて、実際の駆動周期及び、実際に駆動しているタイミング情報に変換され、それに基づいて駆動タイミング信号２２及び２３が生成され、同期が取られる。つまり、これらの検知信号から光偏向器Ａ１，Ｂ１の駆動周期や駆動タイミングが検出される。
【００６５】
そして、駆動タイミング信号２２は第１の光偏向器駆動回路１１にて第１の光偏向器の駆動信号２５に変換され、該駆動信号によって第１光偏向器Ａ１が駆動される。また、駆動タイミング信号２３は第２の光偏向器駆動回路１２にて第２の光偏向器の駆動信号２６に変換され、該駆動信号によって第２光偏向器Ｂ１が駆動される。
【００６６】
一方、上述した信号処理回路１０では、第１の光偏向器の駆動タイミング信号２０から、表示画面位置を調整するための変調開始信号２４が生成される。そして、変調手段を有する光源１は、画像情報の変調開始信号２４を受け取ると転送されてメモリに蓄えられている画像情報の変調を開始し、水平方向１ライン分の画像情報の変調を行なう。
【００６７】
本実施例によれば、光偏向器の偏向特性等の変化にかかわらず、良好な品質の画像を表示できた。
【００６８】
（実施例２）
本実施例においては、図４に示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査装置）Ｄ２を作製した。
【００６９】
すなわち、第１光偏向器Ａ２及び第２光偏向器Ｂ２には共振型光偏向器を用い、第１光偏向器Ａ２を２０ｋＨｚで正弦波駆動することによって光の水平方向走査を行い、第２光偏向器Ｂ２を１２０Ｈｚで正弦波駆動することによって光の垂直方向走査を行うようにした。その他の構成及び駆動方法は実施例１と同じにした。
【００７０】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られた。
【００７１】
（実施例３）
本実施例においては、図５に示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査装置）Ｄ３を作製した。
【００７２】
すなわち、第１光偏向器Ａ３及び第２光偏向器Ｂ３を１枚の基板上に入れ子状に配置して一体型の２軸共振型光偏向器３０を構成した。そして、第１光偏向器Ａ３を２０ｋＨｚで正弦波駆動することによって光の水平方向走査を行い、第２光偏向器Ｂ３を２００Ｈｚで正弦波駆動することによって光の垂直方向走査を行うようにした。その他の構成及び駆動方法は実施例１と同じにした。
【００７３】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られた。
【００７４】
（実施例４）
本実施例においては、図８に示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査装置）Ｄ４を作製した。
【００７５】
すなわち、光検知部Ｐ，Ｑの他に、画像形成領域Ｅの下縁部中央（すなわち、検知可能な光走査速度の領域内であって、水平方向ｘの光走査速度が最も速くなると共に垂直方向ｙの光走査速度が最も遅くなる領域）には第１光検知部Ｒを配置し、画像形成領域Ｅの右縁部中央（すなわち、検知可能な光走査速度の領域内であって、垂直方向ｙの光走査速度が最も速くなると共に水平方向ｘの光走査速度が最も遅くなる領域）には第２光検知部Ｓを配置した。その他の構成及び駆動方法は実施例１と同じにした。
【００７６】
本実施例によれば、光偏向器の実際の駆動周期、実際に駆動しているタイミングの検知を（光検知部を１つずつ用いる場合に比べて）高精度にでき、第１、第２の光偏向器の同期を完全に取ることができた。
【００７７】
（実施例５）
本実施例においては、図９に示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査装置）Ｄ５を作製した。
【００７８】
すなわち、第１光検知部Ｐは、光投射面（図２の符号２参照）と光偏向器Ａ１，Ｂ１との間であって、画像表示領域Ｅに平行な領域Ｆの上縁部中央（すなわち、検知可能な光走査速度の領域内であって、水平方向ｘの光走査速度が最も速くなると共に垂直方向ｙの光走査速度が最も遅くなる領域）に配置し、第２光検知部Ｑは、該領域Ｆの左縁部中央（すなわち、検知可能な光走査速度の領域内であって、垂直方向ｙの光走査速度が最も速くなると共に水平方向ｘの光走査速度が最も遅くなる領域）に配置した。
【００７９】
本実施の形態によれば、投射面Ｅとの関係を考慮した上で光検知部Ｐ，Ｑを配置したりする必要がなく、２次元光走査装置のみで、高精度な光偏向器の駆動周期、実際に駆動しているタイミングの検出ができ、第１、第２の光偏向器の同期を完全に取ることができた。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、第１光検知部や第２光検知部は、走査される光を直接に検知するものであるため、検出コイル（図１５参照）や静電容量（図１７参照）を利用する場合と異なり、特性の測定などの必要は無く正確な検知が可能となる。また、光学式（図１６参照）のようなミラーの歪や回転軸からのズレの影響を受けることもなく、正確なモニターが可能となる。
【００８１】
また、第１光検知部は、２次元画像が表示される表示面であって、第１方向の光走査速度が最も速くなる領域に配置されているため、検出時間への誤差を小さくして、精度良く光走査タイミングを検知することができる。特に、第２方向の光走査速度が最も遅くなる領域に第１光検知部を配置した場合には、第２光偏向器走査時のジッタ、ウォブル等の走査特性の影響を受けることなく、第１方向の走査タイミングのみを高精度に検出することができる。そして、光偏向器の駆動周期や駆動タイミングを正確に検出することができ、表示品質を良好にできる。
【００８２】
第２光検知部についても同様である。すなわち、第２光検知部を、２次元画像が表示される表示面であって、第２方向の光走査速度が最も速くなる領域に配置した場合には、検出時間への誤差を小さくして、精度良く光走査タイミングを検知することができる。さらに、第１方向の光走査速度が最も遅くなる領域に第２光検知部を配置した場合には、第１光偏向器走査時のジッタ、ウォブル等の走査特性の影響を受けることなく、第２方向の走査タイミングのみを高精度に検出することができる。
【００８４】
また、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第１方向の光走査速度が最も速くなる領域に第１光検知部を複数設け、２次元画像が表示される表示面であって、前記第２方向の光走査速度が最も速くなる領域に第２光検知部を複数設けた場合には、更に高精度な走査タイミングの検出が可能となり、高精度且つ安定した実際の駆動周期、実際駆動しているタイミングの検出を行なうことができる。
【００８５】
さらに、本発明によれば、光偏向器の偏向特性等の変化にかかわらず、各光偏向器の同期を取ることができ、その結果、表示画像のズレ等を防止して、表示品質を向上させることができる。本発明の制御方法を用いることにより、走査特性の変化が起こりやすい正弦波状駆動光偏向器や変位角速度が時間的に変化する光偏向器の２次元走査を安定して行なうことができるようになり、レーザーディスプレイに用いた場合、高画質な表示画像を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示す模式図。
【図３】２次元光走査装置の作動原理を説明するための図。
【図４】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示す模式図。
【図５】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示す模式図。
【図６】２次元光走査装置の作動を説明するための図。
【図７】第１及び第２光検知部を複数個ずつ設けた場合の作用を説明するための図。
【図８】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示す模式図。
【図９】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示す模式図。
【図１０】２次元光走査装置の従来構造の一例を示す模式図。
【図１１】光偏向器の駆動波形を示す波形図。
【図１２】従来の光偏向器（ガルバノミラー）の構造の一例を示す平面図。
【図１３】光走査の様子を示す図。
【図１４】１次元走査装置の全体構成を説明するための模式図。
【図１５】超小型光偏向器の詳細構成を示す図。
【図１６】従来の光偏向器の構造の一例を示す図。
【図１７】従来の光偏向器の構造の一例を示す図。
【符号の説明】
Ａ          第１光偏向器
Ｂ          第２光偏向器
Ｄ１        ２次元光走査装置
Ｄ２        ２次元光走査装置
Ｄ３        ２次元光走査装置
Ｄ４        ２次元光走査装置
Ｄ５        ２次元光走査装置
Ｐ          第１光検知部
Ｑ          第２光検知部
【図１】
0004620901.tif 000002
【図２】
0004620901.tif 000003
【図３】
0004620901.tif 000004
【図４】
0004620901.tif 000005
【図５】
0004620901.tif 000006
【図６】
0004620901.tif 000007
【図７】
0004620901.tif 000008
【図８】
0004620901.tif 000009
【図９】
0004620901.tif 000010
【図１０】
0004620901.tif 000011
【図１１】
0004620901.tif 000012
【図１２】
0004620901.tif 000013
【図１３】
0004620901.tif 000014
【図１４】
0004620901.tif 000015
【図１５】
0004620901.tif 000016
【図１６】
0004620901.tif 000017
【図１７】
0004620901.tif 000018