(57)【要約】【課題】レーザ光を反射するミラーのスキャンがなされる構成において、スキャナが停止した場合に、その異常を検出して、レーザ光の照射を停止させ、レーザ光が、安全基準を超えることがないようにする。【解決手段】本発明による光学装置は、レーザ光を所定の範囲に渡ってスキャンするスキャナを具備する光学装置であって、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ，１Ｂと、このレーザ光源からのレーザ光を走査させる走査ミラーを有するスキャナ８と、このスキャナ８のミラーの角度をセンシングする角度センサ２１と、走査ミラーが安全な正常状態で動作しているか否かを判定する故障検出部２２と、外部へのレーザ光の投射を制御する投射制御部とを有する。【選択図】      図１
2005031266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を所定の範囲に渡ってスキャンするスキャナを具備する光学装置であって、
レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を走査させる走査ミラーを有するスキャナと、該スキャナの上記ミラーの角度をセンシングする角度センサと、少なくとも該角度センサによる角度情報にもとづいて上記走査ミラーが安全な正常状態で動作しているか否かを判定する故障検出部と、該故障検出部による故障検出情報にもとづいて上記レーザ光の投射を制御する投射制御部とを具備することを特徴とするレーザ光のスキャナを具備する光学装置。
【請求項２】
上記故障検出部において、上記角度センサにより測定された角度情報もしくは該角度情報から引き出された諸物理量情報と、正常状態の情報との比較を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光のスキャナを具備する光学装置。
【請求項３】
上記走査ミラーが、ガルバノミラーであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光のスキャナを具備する光学装置。
【請求項４】
上記角度情報から引き出された諸物理量情報が、振幅、周波数、速度の、少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ光のスキャナを具備する光学装置。
【請求項５】
請求項１の光学装置において、その電源立ち上げ時に、上記角度センサと、上記故障検出部と、投射制御部とが正常に動作しているかを診断する機能を具備することを特徴とするレーザ光のスキャナを具備する光学装置。
【請求項６】
レーザ光を所定の範囲に渡ってスキャンするスキャナを具備するレーザディスプレイ装置であって、
レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を変調する光変調素子と、該光変調素子によって変調されたレーザ光を走査させる走査ミラーを有するスキャナと、該スキャナの上記ミラーの角度をセンシングする角度センサと、少なくとも該角度センサによる角度情報にもとづいて上記走査ミラーが安全な正常状態で動作しているか否かを判定する故障検出部と、該故障検出部による故障検出情報にもとづいて上記レーザ光の投射を制御する投射制御部とを具備することを特徴とするレーザ光のスキャナを具備するレーザディスプレイ装置。
【請求項７】
上記故障検出部において、上記角度センサにより測定された角度情報もしくは該角度情報から引き出された諸物理量情報と、正常状態の情報との比較を行うことを特徴とする請求項６に記載のレーザ光のスキャナを具備するレーザディスプレイ装置。
【請求項８】
上記走査ミラーが、ガルバノミラーであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ光のスキャナを具備するレーザディスプレイ装置。
【請求項９】
上記角度情報から引き出された諸物理量情報が、振幅、周波数、速度の、少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項７に記載のレーザ光のスキャナを具備するレーザディスプレイ装置。
【請求項１０】
請求項６のレーザディスプレイ装置において、その電源立ち上げ時に、上記角度センサと、上記故障検出部と、投射制御部とが正常に動作しているかを診断する機能を具備することを特徴とするレーザ光のスキャナを具備するレーザディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光のスキャナを具備する光学装置およびディスプレイ装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザ光を扱う機器においては、その安全基準の遵守が厳しく要求されている。
例えば、レーザ光を用いたライトショー装置、あるいはＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｓａｌｅ）システムにおけるバーコードリーダ等においては、レーザ光をスキャンさせるスキャナを具備する装置が用いられ、目的とするレーザ照射領域への照射がなされる。
【０００３】
そして、例えば、多数の観客を対象とする劇場用投射装置等におけるディスプレイ装置においては、明るい大画面の投射画像が得られるように、１次元光変調素子によって１次元光学像を形成し、これをスキャナによって、１次元光学像と直交する方向に、スキャン投射することによって２次元光学像を投射するという方法がとられる。
【０００４】
しかしながら、このように、１次元光学像をスキャンすることによって２次元投射画像を得る投射方法においては、スクリーンに向かうレーザ光は、高出力であり、しかも、このレーザ光は、外部に導出されるものであるから、レーザ光の安全性が、厳しく問われる。
ところが、このような、スキャナが用いられる例えば投射装置等のディスプレイ装置においては、例えばスキャナが、何らかの原因で、停止した場合、この停止位置において、単位面積あたりのレーザ光の照射量が、正常状態における単位面積あたりのレーザ光の照射量を大きく超える、すなわち安全性が損なわれるおそれがある。
【０００５】
このように、レーザスキャナを備えた投射表示装置において、安全性を高めることができるようにした投射表示装置の提案もなされている（例えば特許文献１参照）。
この特許文献１の投射表示装置においては、スキャナの走査タイミングを検出し、この走査タイミングが、所定のタイミングと異なる場合にレーザ光の走査を停止するものである。しかしながら、この場合、走査手段は、常時一定の速度で回転するポリゴンスキャナが望ましいとするものである。
すなわち、ガルバノスキャナを用いた光学装置やディスプレイ装置におけるガルバノスキャナの動作は、ポリゴンミラーにおけるように一定方向に一定速度で回転するものではなく、往復回転運動であり、一定もしくは設定された変化のもとに、一定の振幅、周期、回転パターンを有しているが、ポリゴンスキャナにおけるような一定速度ではない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１９４３０２号、請求項３、および段落番号［００３１］。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、ポリゴンミラーにおけるように、スキャナの速度、すなわち、ミラーの回転速度が一定で回転する場合に限られるものではなく、ガルバノミラーによるスキャナにおけるように、ミラーの往復によって、スキャンがなされる構成においても、何らかの原因で、スキャナが停止した場合に、その異常を検出して、レーザ光の照射を停止させ、レーザ光が、安全基準を超えることがないように構成したレーザ光のスキャニングセーフガードシステム（装置）とレーザ光ディスプレイ装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による光学装置は、レーザ光を所定の範囲に渡ってスキャンするスキャナを具備する光学装置であって、レーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を走査させる走査ミラーを有するスキャナと、このスキャナのミラーの角度をセンシングする角度センサと、走査ミラーが安全な正常状態で動作しているか否かを判定する故障検出部と、外部へのレーザ光の投射を制御する投射制御部とを有する。
【０００９】
そして、本発明による光学装置は、レーザー光を所定の範囲に渡ってスキャンするスキャナを具備するディスプレイ装置であって、レーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を走査させる走査ミラーを有するスキャナと、このスキャナのミラーの角度をセンシングする角度センサと、走査ミラーが安全な正常状態で動作しているか否かを判定する故障検出部と、外部へのレーザ光の投射を制御する投射制御部とを有し、この投射制御部の状態検出センサと、投射制御部を用いたダイアグノシス機能が付加された構成を有する。
【００１０】
上述した本発明による光学装置によれば、角度センサによってセンシングされた情報をもとに、スキャナシステムの故障を故障検出部で検出した場合に、外部へのレーザ照射量がその製品の属するレーザクラスで定められた照射量を超えないように、レーザの照射が制御される。
【００１１】
また、本発明による光学装置は、投射制御部において正常な動作が行われていることをセンシングする検出センサによって、スキャニングセーフガードの状態を監視するとともに、ダイアグノシス機能を実現する統括制御部、およびモータのドライバ部の危険状態を検出し、ドライバが故障する前にモータドライバによって危険状態を検出して、セーフガードを確実に行うものである。
【００１２】
本発明によるレーザ光ディスプレイ装置は、レーザ光を所定の範囲に渡ってスキャンするスキャナを具備するディスプレイ装置であって、レーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を変調する光変調素子と、この光変調素子によって変調されたレーザ光を走査させる走査ミラーを有するスキャナと、このスキャナのミラーの角度をセンシングする角度センサと、走査ミラーが安全な正常状態で動作しているか否かを判定する故障検出部と、外部へのレーザ光の投射を制御する投射制御部とを有する。
【００１３】
そして、本発明によるレーザ光ディスプレイ装置は、レーザー光を所定の範囲に渡ってスキャンするスキャナを具備するディスプレイ装置であって、レーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を変調する光変調素子と、この光変調素子によって変調されたレーザ光を走査させる走査ミラーを有するスキャナと、このスキャナのミラーの角度をセンシングする角度センサと、上記走査ミラーが安全な正常状態で動作しているか否かを判定する故障検出部と、外部へのレーザ光の投射を制御する投射制御部とを有し、この投射制御部の状態検出センサと、投射制御部を用いたダイアグノシス機能が付加された構成を有する。
【００１４】
上述した本発明によるレーザ光ディスプレイ装置によれば、角度センサによってセンシングされた情報をもとに、スキャナシステムの故障を故障検出部で検出した場合に、外部へのレーザ光照射量がその製品の属するレーザクラスで定められた照射量を超えないように、レーザ光の照射が制御される。
【００１５】
また、本発明によるレーザ光ディスプレイ装置は、投射制御部において正常な動作が行われていることをセンシングする検出センサによって、スキャニングセーフガードの状態を監視するとともに、ダイアグノシス機能を実現する統括制御部、およびモータのドライバ部の危険状態を検出し、ドライバが故障する前にモータドライバによって危険状態を検出して、セーフガードを確実に行うものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、図１の概略構成図を参照して、本発明によるレーザ光のスキャナを具備する光学装置１６およびレーザ光ディスプレイ装置１４を適用し得る投射装置について説明する。
この例では、赤、緑、および青の各色のレーザ光を得るレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂと、これらに対応して設けられた集光レンズ３と、１次元投射光学像を得る例えばＧＬＶ（Ｇｌａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）より成る光変調素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂとが設けられる。
各光変調素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって、投射光学像に応じて変調された光学像は、ダイクロイックミラー５および６によって合成されて、投射レンズ７を通じてスキャナ８に入射され、このスキャナ８によって、スクリーン９上を走査するようになされる。
光変調素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、例えばブレーズ型の光回折格子、あるいは例えばマイクロリボンによる光回折格子が配列形成されたＧＬＶによって構成することができる。このＧＬＶは、図２に示すように、マイクロリボン１０による回折格子が、例えば６本平行配列されて１個のピクセル１１が構成され、これらのピクセル１１が、複数個例えば１０８８個１次元的に配列されるものである。
【００１７】
一方、各ピクセル１１において、各マイクロリボン１０の配列部下に差し渡って、基板１２上に、全マイクロリボン１０に対向して、共通の対向電極１３が、マイクロリボン１０との間に、所要の間隙を保持するように形成されて成る。これらマイクロリボン１０は、例えばその１つおきのリボン１０と、対向電極１３との間に、所要の電圧を印加することによって、リボン１０の中央部が基板１２から所要の距離に移行保持され、図３に概略断面図を示すように、各ピクセルのマイクロリボン１０への入射光Ｌｉ、すなわち各レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂのいずれかから入射される光により１次回折光Ｌｒ（＋１）、Ｌｒ（−１）が発生するようになされる。このようにして、各光源部１Ｒ、１Ｇ、１Ｂからの光をそれぞれ上述したＧＬＶによる光変調素子３によって、±１次回折光の有無、あるいは強度（階調）に変調する。
【００１８】
このようにして、それぞれの光変調素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって変調され、合成された１次元光学像をスキャナ８によって１次元方向と直交する方向例えば水平方向にスクリーン９上で走査して２次元光学像を投射するようになされている。
図１において、２はレーザ光源１Ｇ、１Ｂからのレーザ光を集光レンズ３を通じて光変調素子４Ｇ、４Ｂに入射させるミラーである。
スキャナ８は、例えば上述したように水平方向走査を行う場合においては、垂直方向軸を中心に往復回転するように構成された走査ミラー、この例ではガルバノミラー構成とすることができる。
【００１９】
次に、本発明によるレーザ光のスキャナを具備する光学装置が安全基準を超えることがないように制御するスキャニングセーフガードシステム（装置）１５の一実施形態例を、図４のシステム構成図を参照して説明する。
この光学装置におけるスキャンセーフガードシステム１５は、上述したスキャナ８のミラーの角度をセンシングする角度センサ２１と、走査ミラーが安全な正常状態で動作しているか否かを判定する故障検出部２２と、外部へのレーザ光の投射を制御する投射制御部２３と、投射制御部２３から出力された信号を検出する検出センサ２４と、投射制御部２３に対して例えば遮蔽制御信号を与える統括制御部２５と、統括制御部２５によって信号が与えられるモータドライバ２７と、モータドライバ２７から動作命令を受けて前述のスキャナ８の走査ミラーを回転駆動するスキャナモータ２６とを有して成る。
【００２０】
角度センサ２１は、例えばスキャナを回転駆動するスキャナモータ２６に配置され、モータの回転角度をセンシングすることによってスキャナミラーの回転角度をセンシングする。そして、その検出信号を故障検出部２２に入力する。
角度センサ２１は、例えばスキャナモータ２６に搭載した静電容量式の角度センサによって構成することができる。
しかしながら、この角度センサは、静電容量式の角度センサに限られるものではなく、エンコーダ方式、光位置センサを使用した方式、モータないしはミラーの回転軸をセンシングする方式、あるいはミラー面をセンシングする方式など、種々の構成をとり得る。
【００２１】
投射制御部２３は、主に統括制御部２５からの遮蔽制御信号を受け、レーザ投射におけるレーザ光の有無または放射量の制御を行う。
すなわち、この制御方法の例としては、スキャナミラーによるレーザ光光路の変更、機械的シャッタによる投射光の遮蔽の他、例えば図１における光変調素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの変調レベルの制御、レーザの発振自体の停止、レーザダイオード（ＬＤ）などへの電流供給の停止などが挙げられる。
また、この制御は、例えば図５に示すように、ミラーと積分球とを用いた遮蔽および測定によってもなされ得る。すなわち、正常状態においては、図５Ａに示すように、複数のミラー１８が、レーザ光投射を遮らない相対位置関係を有して存在する。しかし、故障検知にもとづいた遮蔽制御信号を受けると、図５Ｂに示すように、複数のミラー１８の相対位置関係が変化し、レーザ光の投射が妨げられ、レーザ光は積分球へと誘導される。これにより、レーザ光（投射光）が遮蔽されるだけでなく、積分球での測定により、遮蔽されていることの確認もなされ得る。
【００２２】
検出センサ２４は、主に投射制御部が正常に機能しているか否かを検出する、つまり投射制御部の動作確認を主な目的としたセンサである。すなわち、投射制御信号と、この検出センサの検出結果とを比較し、投射制御部２３の故障状態をモニターすることが可能となる。
この検出センサ２４のセンシングは、例えば投射されたレーザ光に対して光量測定を行う、あるいは例えば装置の可動部の位置関係を観測するなどの方法により実現することができる。
【００２３】
統括制御部２５は、本発明による光学装置およびこれを一部の構成とする本発明によるレーザ光ディスプレイ装置にあって、その全体を統括的にコントロールする制御部である。
統括制御部２５は、例えば故障検出部２２から送られる指示信号情報、駆動電流情報などの各種信号情報を基に、モータドライバ２７に対して指示信号ないしはイネーブル（Ｅｎａｂｌｅ）信号を適宜入力し、このモータドライバ２７によって、ミラーを制御するスキャナモータ２６に動作命令が出される。
また、統括制御部２５は、例えば故障検出部２２から送られる指示信号情報、駆動電流情報などの各種信号情報と、モータドライバ２７から送られるエラーフラグとにもとづいて、投射制御部２３に対するレーザ投射実行の可否に関する動作指示、所定のシーケンスにもとづいたレーザ投射制御を行う。
【００２４】
そのほか、統括制御部２５は、故障検出部２２に対して動作モードを示すモード（Ｍｏｄｅ）信号を出力する。この信号は、故障検出部２２においてイネーブル信号との比較に用いられる。また、統括制御部２５は、各部における例えば投射周波数、デューティー、ズーム率、レーザパワー等の投射条件の状態監視を行い得る。
このように、統括制御部２５は、本発明による光源装置またはレーザ光ディスプレイ装置例えばプロジェクタの各部に一方的に信号を送るだけではなく、各部のスムーズな連携を促し、スキャニングセーフガードシステムが円滑かつ効率的に機能することを目的とし、更に、必要に応じてシステム全体の監視機能を果たし、システム全体のダイアグノシス機能にも寄与する。
なお、スキャニングセーフガード機能に関しては、故障検出部２２も独立して判定を行っており、投射制御部２３に指示を出していることから、統括制御部２５で故障が発生した場合にも、レーザ投射が禁止されるものである。
【００２５】
モータドライバ２７は、統括制御部２５から送られた指示信号を基に、スキャナモータ２６に動作命令を与え、その動作を制御する。また、スキャナモータ２６に併設された角度センサ２１によって、スキャナモータ２６が実行している実際の角度の情報がモータドライバ２７に送られることにより、フィードバック制御を行うものとする。
また、モータドライバ２７は、図示しないが、スキャナモータ２６の過電流保護回路および過熱保護回路など、スキャナモータ２６が故障しないための回路が設けられる。スキャナモータ２６における異常を検出した場合は、故障検出部２２へ異常を知らせる信号すなわちドライバエラー信号が発信され、光学装置もしくはディスプレイ装置の動作例えばレーザ光投射を禁止する。
角度センサ２１から送られるスキャナモータ２６の角度の情報は、この例においては、アナログ信号でモータドライバ２７に送られるが、ディジタル信号による場合においても、同様の構成をとり得る。
【００２６】
故障検出部２２は、スキャナの動作状態を示す情報、例えば指示信号や角度情報または駆動電流信号を、例えばモータドライバ２７によって与えられる。それらの情報に基づいて、例えばＳｔａｔｕｓ信号すなわち正常にスキャナが動作しているかどうかを示す信号あるいはモータが劣化している状態にあることを知らせる信号を、統括制御部２５に送るものである。
そして、この故障検出部２２は、スキャナの正常状態における各データを取り込む機能と、正常時のデータと動作時に取り込まれたデータとを比較して正常／異常を判定する機能とを有する。
【００２７】
故障検出部２２に入力される各種信号のうち、主なものの例を以下１）〜３）に挙げる。
１）駆動電流情報
スキャナモータ２６を含め、モータは一般に電流によってその駆動を行うため、異常動作を起こす場合は異常電流が発生すると考えることができる。また、モータを構成する部品に異常が発生した場合も、フリクションが増加し、駆動電流が増加する。
すなわち、駆動電流情報の検出は、スキャナシステムの異常または故障の検出に利用できることから、これにもとづいて統括制御部２５に対して信号が発せられ、必要に応じて動作の停止もしくは警報の発信がなされるものである。
２）指示信号情報
統括制御部２５は、図示しないが、指示信号発生回路およびその周辺の構成部品例えば信号線を有する。これらにおける故障例えば断線およびショートが問題となる場合がある。この故障によって、スキャンセーフガードシステム１５における他の部分例えばモータドライバ２７の挙動に変化が現れる。
この場合、駆動電流情報によっても故障を検出することは可能であるが、より迅速かつ正確な検出を実現するのが好ましい。したがって、例えば統括制御部２５から直接に故障検出部２２へ指示信号が入力されるものである。
３）角度（ないしは速度）信号情報
レーザ投射において、スキャナモータの角度とスキャンの速度とは、レーザ光のエネルギーを適切に分散させる状態を維持する上で最も重要な要素である。
したがって、角度センサ２１によって得られた角度情報あるいはそれに基づく速度情報が、故障検出部２２に入力されるものである。
【００２８】
また、故障検出部２２は、角度センサ２１によるミラーの回転角度のセンシングすなわち検出によって、スキャナが所定の動作をしているか否かを認識する。すなわち、スキャナの故障を検出することができるようになされている。このスキャナが所定の動作をしているか否かの認識の方法としては、下記（１）および（２）の各方法もしくは（１）および（２）の組み合わせとすることができる。
（１）速度異常による認識、すなわち信号断線、電源切断、機械的故障、異常指示信号などによる認識。
（２）周期または／および振幅異常による認識、例えば異常指示信号、サーボ回路故障などによる認識。
【００２９】
まず、上述した速度異常による故障検出に関して説明する。
〔速度異常による故障検出〕
図６Ａは、正常状態で動作しているスキャナの走査ミラーの往復回転角度波形、図６Ｂは、その微分値による速度波形である。すなわち、この場合、正常状態においては、レーザ光を投射する区間の低速領域と、投射開始状態に戻る区間の高速領域とが交互に繰り返される。
【００３０】
図７は、正常状態における、横軸を時間として、スキャナモータ２６のモータドライバ２７に送られる指示信号波形（曲線６１）、この指示信号にもとづいてミラーの回転がなされたことによるミラーの角度情報波形（曲線６２）、角度情報波形６２の微分値すなわちミラーの回転速度波形（曲線６３）、およびスキャナモータ２６への供給電流波形（曲線６４）を示す。
曲線６３に示す、定速領域への立ち下がりおよび立ち上がりの領域で、特定の基準レベル例えば速度０をはさんだ２つの速度値Ｖｔｈ＿ＬおよびＶｔｈ＿Ｈの間の速度を有する時間区間をＴｓｌｏｗ＿ｆ、Ｔｓｌｏｗ＿ｒとする。これら区間Ｔｓｌｏｗ＿ｆ、Ｔｓｌｏｗ＿ｒは、正常状態ではそれぞれミラーの往復回転について一定であり、その繰り返し周期も一定である。
【００３１】
ところが、スキャナの故障により、この速度パターンが変化した場合は、Ｔｓｌｏｗ＿ｆ、Ｔｓｌｏｗ＿ｒの時間もしくは発生時期に変化が生じる。したがって、この変化を検出することにより、スキャナシステムの故障を検出することができる。
この故障検出により、例えばスキャナモータが停止した場合は、速度が低下し、０へと変化するため、Ｔｓｌｏｗ＿ｆ、Ｔｓｌｏｗ＿ｒが長くなる、または異常なタイミングでＴｓｌｏｗ＿ｆ、Ｔｓｌｏｗ＿ｒが発生することになる。したがって、これらを検出することにより、スキャナの故障検出がなされる。
図８ＡおよびＢは、この故障時の角度と速度の関係を示す。この例では、故障発生時点をＴｅとする。Ｔｅ以前では規則的な角度変化が進行していたが、Ｔｅより後では角度、速度ともに変動がみられなくなっている。すなわち、停止している。
【００３２】
以上は、角度センサによる角度検出にもとづいた速度検出において、スキャナ停止による故障の検出について説明したものであるが、本発明によるディスプレイ装置においては、停止のみならず、速度の設定範囲からの逸脱による故障の検出もなし得る。
【００３３】
この場合においては、２つの速度値Ｖｔｈ＿ＬおよびＶｔｈ＿Ｈのみならず、Ｔｓｌｏｗ＿ｆ、Ｔｓｌｏｗ＿ｒ、およびこれらによって求められる速度変化の周期などの複数の要素を用いて、ミラー駆動機構の正常状態が維持されているか否かの確認がなされ得る。
すなわち、２つの速度値Ｖｔｈ＿ＬおよびＶｔｈ＿Ｈの検出および設定値との比較がなされた後、これらの結果を用いてＴｓｌｏｗ＿ｆ、Ｔｓｌｏｗ＿ｒおよびこれらによって求められる速度変化の周期に関して設定値との比較がなされ、論理積として結論づけられる。
【００３４】
図９にこの場合の実施の形態例の概略構成図を示すように、この例における故障検出機構は、角度情報を速度情報に変換する微分器８１と、速度閾値Ｖｔｈ＿ＬおよびＶｔｈ＿Ｈが記憶されたメモリ８２と、このメモリ８２から読み出される速度閾値Ｖｔｈ＿ＬおよびＶｔｈ＿Ｈと微分器８１からの速度情報とを比較する比較器８３とを有する。
一方、Ｔｓｌｏｗ＿ｆ、Ｔｓｌｏｗ＿ｒ、立ち下がりの周期および立ち上がりの周期が記憶されたメモリ９０と、カウントするカウンタ８４および８５からの結果と、メモリ９０からのＴｓｌｏｗ＿ｆと、Ｔｓｌｏｗ＿ｒと、各周期とをそれぞれ比較する比較器８６〜８９と、これらの結果をもとに、正常（１）と故障（０）との判定を行う論理積回路９１とを有する。この例において、９２は、カウンタ８４および８５、各比較器８６〜８９の駆動タイミング制御部である。
【００３５】
次に、周期および振幅による故障検出について説明する。
〔周期および振幅による故障検出〕
図１０Ａは、走査ミラーの角度情報の出力波形図である。
レベルＨｔｈ１およびＬｔｈ２は、正常時よりも高い設定および低い設定時のオーバースキャニングレベルとし、Ｈｔｈ２およびＬｔｈ１は、それぞれ正常時に横切る値を設定したレベルで、周期異常およびアンダースキャニングを検出するレベルである。
すなわち、正常状態では、角度情報はレベルＨｔｈ１およびＬｔｈ２を横切ることがなく、これらレベルを横切った場合は、振幅異常故障（オーバースキャニング）とを判定する。そして、レベルＨｔｈ２およびＬｔｈ１を横切るタイミングをモニターすることで、その周期が正常か否かを判定することができる。すなわち、周期異常故障および振幅異常故障（アンダースキャニング）を検出することができる。
【００３６】
図１０Ｂは、図１０Ａで示した、角度情報の出力が正常状態である場合の、それぞれ設定されたレベルＨｔｈ１、Ｈｔｈ２、Ｌｔｈ１およびＬｔｈ２によって得られる信号波形図である。すなわち、図１０Ｂにおいては、角度情報出力がレベルＨｔｈ１、Ｌｔｈ２を超えていない状態すなわち検出出力が０である場合が示されており、かつ、波形図９３および９４に関しては、角度情報出力がレベルＨｔｈ２、Ｌｔｈ１を横切ることによって得た出力波形が示されている。これら図において、上向きおよび下向きの矢印によって、周期検出がなされ、上向き矢印はミラーによるレーザ光のスキャン状態における周期検出で、下向き矢印は実質的にスキャンがなされていない、いわば帰線期間における周期検出を示す。
【００３７】
図１１に、この場合の実施の形態例、すなわち周期および振幅による故障検出機構の概略構成図を示すように、例えば正常状態の参照データおよび閾値例えばレベルＨｔｈ１、Ｈｔｈ２、Ｌｔｈ１、Ｌｔｈ２の値が記憶されたメモリ１０１と、正常状態の周期が記憶されたメモリ１０２と、角度センサで測定された角度情報とメモリ１０１から供給されるレベルＨｔｈ１、Ｈｔｈ２、Ｌｔｈ１、Ｌｔｈ２とを比較する比較器１０３、１０４、１０５、１０６と、比較器１０４からの結果をカウントするカウンタ１０７および１０８と、比較器１０５からの結果をカウントするカウンタ１０９および１１０と、さらにカウント１０７〜１１０とメモリ１０２からの周期信号とを比較する比較器１１１、１１２、１１３，１１４と、これらの結果をもとに、その異常判定を行う論理積回路１１５とを有する。また、カウンタ１０７とカウンタ１０８、比較器１１１と比較器１１２においてそれぞれ同期を図るためのタイミング制御部１１６を有する。そして、カウンタ１０９とカウンタ１１０、比較器１１３と比較器１１４においてそれぞれ同期を図るためのタイミング制御部１１７を有する。
【００３８】
比較器１０３と１０６とにおいて、角度情報と、メモリ１０１からそれぞれ得た参照データおよび閾値に関する信号すなわちレベル信号Ｈｔｈ１とＬｔｈ２とを比較する。この場合、比較器１０３と１０６とは、角度情報が入力された場合にのみ、すなわち、レベルＨｔｈ１またはＬｔｈ２を横切る信号が導入された場合にのみ、動作し、レベルオーバーを検出し、その結果が論理積回路１１５に導入される。
一方、比較器１０４および１０５に、メモリ１０１から与えられたレベル信号Ｈｔｈ２およびＬｔｈ１と角度情報との比較がなされて、その結果がカウンタ１０７および１０８、１０９および１１０に導入され、カウンタ１０７および１０９においては、図１０Ｂの曲線９３および９４におけるスキャン状態の周期検出信号（上向き矢印）をカウントし、カウンタ１０８および１１０においては、図１０Ｂの曲線９３および９４の帰線状態における周期検出信号（下向き矢印）をカウントする。このとき、上述したタイミング制御部１１６および１１７によって、カウンタ１０７と１０８、および１０９と１１０との切り替えがなされる。
これらカウンタ１０７〜１１０は、出力がそれぞれ比較器１１１〜１１４に導入され、これらにおいて、メモリ１０２からの周期信号と比較されて、正常状態であるか否かの信号が論理積１１５に導入される。この場合においても、タイミング制御部１１６および１１７によって、比較器１１１と１１２、１１３と１１４との切り替えがなされ、かつ各カウンタ１０７〜１１０と比較器１１１〜１１４の同期が図られる。
そして、論理積回路１１５により、スキャナの正常／異常判定がなされる。
【００３９】
ここで、メモリから得られる参照データおよび閾値と角度情報すなわち測定データとの比較機構の一例について、図１２および図１３を参照して説明する。
この例では、図１２Ａに示すようなメモリから供給される参照データ（直線２０１）と測定データ（曲線２０２）との差をとって、図１２Ｂに示す差分データ（曲線２０３）を得る。この差分データの系に対して閾値例えばＴｈ１およびＴｈ２を設けることにより、得られた測定データおよびスキャナモータの正常／異常を判定する。
【００４０】
この比較機構の例において、故障が発生してから故障が検出されるまでの時間をΔＴとすると、例えば図１３Ａに示すように閾値Ｔｈ１およびＴｈ２にそれぞれ正負に大きな値をとれば、故障発生時点Ｔ１と故障検出時点Ｔ２の差すなわち故障検出時間ΔＴａも大きくなる。一方、図１３Ｂに示すように閾値Ｔｈ１およびＴｈ２にそれぞれ正負に小さな値をとれば、故障発生時点Ｔ３と故障検出時点Ｔ４の差すなわち故障検出時間ΔＴｂも小さくなる。
しかし、ΔＴを必要以上に小さくすると、比較機構は差分データの僅かな変動をも故障として認知してしまい、これは誤動作の原因となる。したがって、この場合のΔＴは、本発明による光学装置およびレーザディスプレイ装置において、誤動作を生じない程度に大きい値で、かつ検出時間が適度に小さくなる値を設定する。この条件を満たす範囲で、本発明による光学装置およびレーザ光ディスプレイ装置においては、使用する用途に応じて、適切な閾値を設定できるものである。
【００４１】
以上は、角度情報に関する比較機構に関する実施例について説明したが、本発明による光学装置の各故障検出機構においては、他の情報に関する比較においても、同様の比較機構が用いられ得る。
【００４２】
次に、この故障検出機構における、参照データおよび閾値の取得の実施の形態例に関して、図１４〜図１６を参照して説明する。
まず、本発明による光学装置またはレーザ光ディスプレイ装置における各故障検出機構に関する、参照データおよび閾値の取得と、これらと測定された情報との比較機構を、図１４を参照して説明する。
この比較機構は、例えば中央演算装置と呼称されるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）より成るデータ補正機能部２０５と、駆動電流情報に関する参照データ取得およびデータ比較を行うブロック２０６と、指示信号情報に関する参照データ取得およびデータ比較を行うブロック２０７と、角度情報を速度情報に変換する微分回路２０８と、微分回路２０８によって角度情報から変換された速度情報に関する参照データ取得およびデータ比較を行うブロック２０９と、フレーム同期信号に従って各ブロックの制御を行うタイミング制御部２１０と、ＣＰＵから温度情報の結果が入力され、その結果をもとにフィードバック制御を行うためのａｎｄ回路２１１と、投射モードとのイネーブル比較を行うオプション（ｏｐｔｉｏｎ）部２１２とを有する。
ａｎｄ回路２１１においては、各ブロック２０６、２０７および２０９からの結果と、必要に応じてオプション部２１２からの結果とを基に、遮蔽制御信号の出力を行う。
【００４３】
この検出機構における参照データおよび閾値の取得に関する第１の例について、図１５を参照して説明する。
すなわち、例えば本発明による装置が工場で生産された後、出荷される場合がこの例に相当する。
この例においては、データサンプル回路２２１と、比較器２２２と、メモリ２２３と、フィルタ回路２２４と、メモリ２２５と、タイミング制御部２２６、２２７、２２８と、例えばＣＰＵによって構成されるデータ補正部２２９とを有する。
【００４４】
まず、工場出荷時に、ノイズが入らないようフィルタ回路２２４を介して、参照データのデータサンプル回路２２１が、タイミング制御部２２７による制御を受けた状態で、参照データ取得用のメモリ２２５に取り込まれる。
そして、工場出荷後に装置が使用される際には、メモリ２２５に先に取り込まれた参照データと、それとは別にメモリ２２３に取り込まれた例えば閾値データＴｈ１、Ｔｈ２とを参照して、比較器２２２において測定データのデータサンプル回路２２１との比較がなされる。この際、系全体はタイミング制御部２２６によって、データサンプル回路２２１はタイミング制御部２２７によって、比較器２２２はタイミング制御部２２８によって、それぞれ制御される。
この場合において、メモリに保存されている参照データに対して、例えばＣＰＵより成るデータ補正部２２９から、例えば温度によるデータ補正がなされ得る構成とすることができる。
【００４５】
次に、この検出機構における参照データおよび閾値の取得に関する第２の例について、図１６を参照して説明する。
すなわち例えば、本発明による装置の購入者が、必要に応じて参照データを更新する場合、あるいは参照データの基準となるメモリ（基準データ）と、メモリ（基準データ）と参照データとを比較する比較器とが導入される場合がこの例に相当する。
図１６において、図１５と対応する部分には、同一の符号を付して重複説明を省略する。図１５においては、２２１〜２２９に加え、メモリ２２５の参照データの基準となるメモリ（基準データ）２３２と、メモリ２２５の参照データをメモリ（基準データ）２３２と比較する比較器２３０と、比較器２２２および比較器２３０の比較内容を合わせて結果を算出するａｎｄ回路２３１とを有する。
まず、工場出荷時に、ノイズが入らないようフィルタを介して、参照データのデータサンプル回路２２１が、タイミング制御部２２７による制御を受けた状態で、参照データ取得用のメモリ２２５に取り込まれる。
そして、工場出荷後に装置が使用される際には、メモリ２２５に先に取り込まれた参照データと、それとは別にメモリ２２３に取り込まれた例えば閾値データＴｈ１、Ｔｈ２とを参照して、比較器２２２において測定データのデータサンプル回路２２１との比較がなされる。この際、系全体はタイミング制御部２２６によって、データサンプル回路２２１はタイミング制御部２２７によって、比較器２２２はタイミング制御部２２８によって、それぞれ制御がなされる。
その後、装置の購入者は、必要に応じてメモリ２２５のデータ更新を、フィルタ回路２２４を介して行うことができ得る。メモリ（基準データ）２３２、比較器２３０によって、メモリ２２５内の参照データが変更されても、比較器２３０によってメモリ（基準データ）２３２との比較がなされることによって、データサンプル回路２２１が参照データとの比較をなされた後、ａｎｄ回路２３１において統合的な結果を得られるためである。
この場合においても、メモリに保存されている参照データに対して、例えばＣＰＵより成るデータ補正部２２９から、例えば温度によるデータ補正がなされ得る構成とすることができる。
【００４６】
図１７は、図９および図１１で説明した、速度検出による異常判定検出と、周期および振幅による異常判定検出によって、判定信号を導出する機構を示すブロックダイアグラムを示す。この例では、第１および第２の異常判定回路の２重判定構成をとって、より確実な判定がなされる構成とした場合を例示したものである。
また、ここで、ａｎｄ回路には、各判定部の判定がすべて正常の場合のみ投射を許可し、逆にひとつでも異常が検出されれば投射を停止する指示を与える機能を持たせる。
図１７において、１２０は、図９で説明した速度による故障検出機構における角度情報が入力される比較回路部によって構成された速度異常検出機構部であり、１２１は、図１１で説明した周期および振幅による故障検出機構における角度情報が入力される比較回路部によって構成された周期／振幅異常検出機構部である。これらから出力された判定信号は、第１の異常判定回路部１２２と第２の異常判定回路部１２３に入力される。第１の異常判定回路部１２２は、例えばＣＰＵを用いた方式のものであり、第２の異常判定回路部１２３は、例えばＨ／Ｗ方式による判定回路であり、２方式の並列方式を用いることにより、フェールセーフなシステムを構築しているものである。すなわち、この例においては、２ヶ所設けた異常判定Ｂｌｏｃｋにおいて、それぞれの対象を例えばハードウェア（Ｈ／Ｗ）とソフトウェア（Ｓ／Ｗ）とに分けることが可能となる。
また、この例においては、出力回路はアンド（ａｎｄ）回路１２４および１２５、増幅回路１２６および１２７とを有し、ドライバエラー信号とスキャナドライバへの指示信号（Ｅｎａｂｌｅ信号）、スキャナドライバ内部にあるエラー判定信号（エラーフラグ）の論理積（１：投射可、０：投射不可）をとったものを判定信号として出力している。
この判定信号にもとづき、スキャナのモータドライバ故障によっても、投射を禁止する。この場合においても、フェールセーフなシステムとすべく、２系統回路とした。一方、第１および第２の異常判定回路部からそれぞれステータス信号を出力して、機器の状態を図４の統括制御部２５で把握させる。
尚、故障検出方法としては、上述した方法以外に、角度情報、速度信号等の情報を常にサンプリングしておき、データとリファレンスデータとを比較し、リファレンスとの差がある一定量を超えた場合に故障とする検出方法が考えられる。さらに、駆動電流をモニターし、リファレンスとの比較や過電圧の判定を行う方法など、種々の方法が考えられる。角度情報とリファレンス信号とを常にサンプリングして比較する方法では、その検出時間は、（１／サンプリング周期＋α）とすることが可能となり、高速検出が実現できる。
【００４７】
上述した本発明構成によれば、レーザスキャナに異常が生じた場合、レーザ光の外部への投射を遮断もしくは停止するようにしたことから、規定値以上の強度のレーザ光が照射されたり、規定範囲以外の領域にレーザ光照射がなされることによって生じる、人体への影響等を回避することができる。
上述した構成においては、主としてレーザスキャナの動作時の問題に対処する構成とした場合であるが、安全性を高めるためには、レーザスキャナの動作に先立って、レーザスキャナの特性に異常などの問題があるか否かの判断を行うダイアグノシス機能を具備する構成とすることが望ましい。
【００４８】
このダイアグノシス機能の実施の一形態例を説明する。
このダイアグノシス機能を得る方法としては、定電圧動作、周期変調動作、振幅変調動作を用いる方法等が挙げられる。
まず、定電圧動作について説明する。この場合、スキャナシステムに一定角度の指示信号を与え、この角度指示値と実測された角度情報値との比較を行い、スキャナおよび角度センサが正常に動作しているかを確認する。この場合、この信号により、図４における故障検出部２２、投射制御部２３などの動作を統括制御部２５でモニターすることにより、各部の動作状態の検出を行うこともでき得る。
【００４９】
次に、周期変調動作について説明する。この場合、スキャナを動作させる周波数を、低周波数から正常周波数へ、さらに高周波数へと変化させ、その際の各部の動作をモニターし、正常に故障検出を行うかの検証を行う。
【００５０】
さらに、振幅変調動作について説明する。この場合、指示信号の振幅を、小振幅、正常振幅、さらに大振幅へと変化させ、その際の各部の動作をモニターすることによって、正常に故障検出ができるかの検証を行う。
【００５１】
このようにして、各部の動作状態が正常であるかを確認する。
【００５２】
上述した本発明構成によって、スキャニングセーフガードを実現することができるが、プロジェクタ全体の制御としては、つぎに説明するシステムフローによってシステム全体を制御することができる。
このシステムフローを、図１８を用いて説明する。
まず、システムを立ち上げ、自己診断すなわちダイアグノシス機能による診断を行う。これに不都合があれば、投射停止し、かつ必要に応じてアラーム発生し、エラー処理がなされる。一方、自己診断において問題がなかった場合には、スキャナ動作を開始する。スキャニングセーフガードの判定を行い、不都合があれば投射停止、必要に応じてアラーム発生し、エラー処理がなされる。スキャニングセーフガード判定において問題がなかった場合には、通常投射がなされ、同時に監視がなされてスキャニングセーフガードにフィードバックがなされる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明による光学装置およびレーザ光ディスプレイ装置においては、スキャニングセーフガードシステムすなわち複数の故障検知機構を設けたことから、レーザスキャナが停止などの故障をした場合に、その異常を検出して、レーザ光の投射停止等を行うので、レーザ光が局所的に投射されることによって単位面積あたりの照射量が実質的に高められること、すなわちレーザ光の安全基準超過の防止が図られる。
【００５４】
さらに、本発明による光学装置およびレーザ光ディスプレイ装置によれば、図１３で説明したように、故障検出時間ΔＴを小さくすることによって、検出速度を高めることができるものである。
そして、特に本発明においては、基本的には、レーザスキャナの角度検出によることから、ポリゴンミラーに限らず、特にガルバノミラーによるスキャナにおいても、確実に異常検出がなされ、確実なセーフガードを行うことができる。
【００５５】
したがって、ディスプレイ装置、例えばレーザ投影をなすプロジェクタにおける安全性が高められることから、大画面の明るい投影を、高い安全性を持って実現できるなど、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置を適用するレーザ光ディスプレイ装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明装置を適用するレーザ光ディスプレイ装置の一例の光変調素子の要部の概略斜視図である。
【図３】同様の光変調素子の動作説明図である。
【図４】本発明による光学装置のスキャニングセーフガードシステムの概略構成図である。
【図５】レーザ投射におけるレーザ光の有無または放射量の制御の一例の概略構成図である。
【図６】ＡおよびＢは、スキャナ動作の正常時のミラーの回転角度および速度の波形図である。
【図７】スキャナの速度による故障検出の説明に供する、モータドライブに送られる指示信号波形図、ミラーの回転角度検出信号波形図、モータ電流波形図、ミラーの回転速度波形図である。
【図８】ＡおよびＢは、それぞれミラーの角度および速度の、ミラーの正常状態と停止状態とにおける対比波形図である。
【図９】ミラー速度による故障検出機構の概略構成図である。
【図１０】ＡおよびＢは、走査ミラーの角度情報の出力波形図および設定された閾値レベルＨｔｈ１、Ｈｔｈ２、Ｌｔｈ１、Ｌｔｈ２における信号波形図である。
【図１１】周期及び振幅による故障検出機構の概略構成図である。
【図１２】メモリから得られる参照データおよび閾値と角度情報すなわち測定データとの比較機構の概略構成図である。
【図１３】メモリから得られる参照データおよび閾値と角度情報すなわち測定データとの比較機構における、閾値の設定と故障検出時点との関係の概略説明図である。
【図１４】各故障検出機構に関する、参照データおよび閾値の取得と、これらと測定された情報との比較機構の概略構成図である。
【図１５】各故障検出機構における、参照データおよび閾値の取得に関する第１の実施の形態例の概略構成図である。
【図１６】各故障検出機構における、参照データおよび閾値の取得に関する第２の実施の形態例の概略構成図である。
【図１７】速度の検出と周期および振幅の検出とによる異常判定検出における、判定信号を導出する機構を示すブロックダイアグラムの概略構成図である。
【図１８】本発明によるスキャニングセーフガードシステムのシステムフローの概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・レーザ光源、２・・・ミラー、３・・・集光レンズ、４・・・光変調素子、５・・・ダイクロイックミラー、６・・・ダイクロイックミラー、７・・・投射レンズ、８・・・スキャナ、９・・・スクリーン、１０・・・マイクロリボン、１１・・・ピクセル、１２・・・基板、１３・・・対向電極、１４・・・ディスプレイ装置、１５スキャニングセーフガードシステム、１６・・・光学装置、１７・・・光源、１８・・・ミラー、１９・・・積分球、２１・・・角度センサ、２２・・・故障検出部、２３・・・投射制御部、２４・・・検出センサ、２５・・・統括制御部、２６・・・スキャナモータ、２７・・・モータドライバ、６１・・・指示信号波形、６２・・・角度情報波形、６３・・・回転速度波形、６４・・・供給電流波形、８１・・・微分器、８２・・・メモリ、８３・・・比較器、８４・・・カウンタ、８５・・・カウンタ、８６・・・比較器、８７・・・比較器、８８・・・比較器、８９・・・比較器、９０・・・メモリ、９１・・・論理積回路、９２・・・タイミング制御部、９３・・・Ｈｔｈ２における信号検出波形図、９４・・・Ｌｔｈ１における信号検出波形図、１０１・・・メモリ、１０２・・・メモリ、１０３・・・比較器、１０４・・・比較器、１０５・・・比較器、１０６・・・比較器、１０７・・・カウンタ、１０８・・・カウンタ、１０９・・・カウンタ、１１０・・・カウンタ、１１１・・・比較器、１１２・・・比較器、１１３・・・比較器、１１４・・・比較器、１１５・・・論理積回路、１１６・・・タイミング制御部、１１７・・・タイミング制御部、１２０・・・速度異常検出機構部、１２１・・・周期／振幅異常検出機構部、１２２・・・異常判定Ｂｌｏｃｋ（Ｓ／Ｗ）、１２３・・・異常判定Ｂｌｏｃｋ（Ｈ／Ｗ）、１２４・・・ａｎｄ回路、１２５・・・ａｎｄ回路、１２６・・・判定信号出力部、１２７・・・判定信号出力部、２０１・・・参照データ、２０２・・・測定データ、２０３・・・差分データ、２０４・・・差分データ、２０５・・・ＣＰＵ、２０６・・・参照データ取得およびデータ比較ブロック、２０７・・・参照データ取得およびデータ比較ブロック、２０８・・・微分回路、２０９・・・参照データ取得およびデータ比較ブロック、２１０・・・タイミング制御部、２１１・・・ａｎｄ回路、２１２・・・オプション（ｏｐｔｉｏｎ）部、２２１・・・データサンプル回路、２２２・・・比較器、２２３・・・メモリ、２２４・・・フィルタ回路、２２５・・・メモリ、２２６・・・タイミング制御部、２２７・・・タイミング制御部、２２８・・・タイミング制御部、２２９・・・データ補正部、２３０・・・比較器、２３１・・・ａｎｄ回路、２３２・・・メモリ
【図１】
2005031266.tif 000003
【図２】
2005031266.tif 000004
【図３】
2005031266.tif 000005
【図４】
2005031266.tif 000006
【図５】
2005031266.tif 000007
【図６】
2005031266.tif 000008
【図７】
2005031266.tif 000009
【図８】
2005031266.tif 000010
【図９】
2005031266.tif 000011
【図１０】
2005031266.tif 000012
【図１１】
2005031266.tif 000013
【図１２】
2005031266.tif 000014
【図１３】
2005031266.tif 000015
【図１４】
2005031266.tif 000016
【図１５】
2005031266.tif 000017
【図１６】
2005031266.tif 000018
【図１７】
2005031266.tif 000019
【図１８】
2005031266.tif 000020