(57)【要約】【課題】走査素子の温度変化に応じてノッチフィルタの中心周波数が変化した場合でも、光走査素子の共振振動を減衰させることができる駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置を提供する。【解決手段】光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動させる信号として、鋸波信号に前記光走査素子固有の共振周波数を減衰させるためのローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理が施された駆動信号を生成する駆動信号発生器において、前記鋸波信号にカットオフ周波数の異なるローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号のデータを予め記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された複数の１次処理信号から、前記ノッチフィルタ処理におけるノッチフィルタの中心周波数に基づいて一つの１次処理信号を選択する１次処理信号選択手段と、を備えた。【選択図】図１
2012078535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動させる信号として、鋸波信号に前記光走査素子固有の共振周波数を減衰させるためのローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理が施された駆動信号を生成する駆動信号発生器において、
前記鋸波信号にカットオフ周波数の異なるローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号のデータを予め記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された複数の１次処理信号から、前記ノッチフィルタ処理におけるノッチフィルタの中心周波数に基づいて一つの１次処理信号を選択する１次処理信号選択手段と、を備えたことを特徴とする駆動信号発生器。
【請求項２】
前記１次処理信号選択手段は、
前記光走査素子の共振周波数が高くなるにつれて、前記カットオフ周波数の高い前記１次処理信号を選択することを特徴とする請求項１に記載の駆動信号発生器。
【請求項３】
前記１次処理信号選択手段は、
前記光走査素子の共振周波数と前記カットオフ周波数の差が所定範囲内になるように、前記記憶手段に記憶された複数の１次処理信号のうちから一つの１次処理信号を選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動信号発生器。
【請求項４】
前記所定範囲は２００Ｈｚであることを特徴とする請求項３に記載の駆動信号発生器。
【請求項５】
前記記憶手段に記憶された複数の前記１次処理信号の数は、
前記光走査素子の共振特性に応じた周波数の範囲と、前記所定範囲とにより決定されることを特徴とする請求項３又は４に記載の駆動信号発生器。
【請求項６】
入射した光を、相対的に低速に第１方向に走査する第１光走査素子と、前記第１方向とは交差する第２方向に相対的に高速に走査する第２光走査素子と、によって２次元方向に走査する光走査部を備え、前記第１光走査素子は請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動信号発生器によって駆動されることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光走査装置と、
画像信号に応じて変調した画像光を出射する光出射部と、を備え、
前記光出射部から出射する画像光を前記光走査装置で２次元方向に走査することにより画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
前記光走査装置で走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射する投射光学系を備えたことを特徴とする請求項７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、光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガルバノミラーなどの光走査素子を用いて光を走査する光走査装置があり、例えば、画像信号に基づいて生成した光（以下、「画像光」と呼ぶ。）を光走査装置により２次元走査して画像を表示する光走査型画像表示装置が知られている。
【０００３】
上記光走査装置では、相対的に低速の第１光走査素子は、非共振で鋸波状に駆動させることにより画像光を垂直方向へ走査し、相対的に高速の第２光走査素子は、共振による揺動で画像光を水平方向に往復走査している。このように、画像光を２次元方向に走査することで、被投射対象であるスクリーンや眼の網膜に画像を形成させるようにしたものが知られている。
【０００４】
上述したように垂直方向の走査は、第１光走査素子を鋸波状に駆動することによって行なうものであるが、その周期ごとに、第１光走査素子の反射ミラーを最小位置から最大位置に直線的に変化させた後、最小位置に戻すように駆動させる。これにより、反射ミラーの最大位置から最小位置への戻りは、最小位置から最大位置への変化期間に比べ短い期間で行なわれることから、その際に第１光走査素子の反射ミラーへの反動が生じる。
【０００５】
第１光走査素子の反射ミラーは弾性のある梁部材を介して固定部材に揺動可能に支持されているため、反射ミラー及び梁部材の素材で決まる固有の共振周波数が存在する。従って、上記反動に起因する周波数に光走査素子固有の共振周波数が含まれていると、反射ミラーが共振振動を起こす。そして、この共振振動により反射ミラーの揺動に高周波成分が重畳されて光走査に揺らぎが発生する事態が生じてしまう。
【０００６】
そこで、従来の光走査装置では、第１光走査素子の反射ミラーの駆動信号である鋸波信号に、第１光走査素子固有の共振周波数を減衰させるためのローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号を生成する駆動信号発生器を備えている。ノッチフィルタ処理では、第１光走査素子の反動に起因する周波数に応じたノッチフィルタの中心周波数で、第１光走査素子の反動に起因する周波数を減衰させている。
【０００７】
本願出願人は、鋸波信号にローパスフィルタ処理を施した１次処理信号のデータを予め記憶手段に記憶し、この１次処理信号にノッチフィルタ処理を行なって駆動信号を生成する駆動信号発生器を備えた光走査装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０１０−０２６０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１では、ローパスフィルタ処理を行なうための膨大な演算時間を短縮できるものの、予めローパスフィルタ処理が施された１次処理信号は、所定のカットオフ周波数でローパスフィルタ処理が施された一種類しかない。これでは、光走査素子の温度変化や経時変化などに起因する光走査素子固有の共振周波数が変化すると、第１光走査素子の反射ミラーの反動に起因する周波数を減衰させるためのノッチフィルタ処理が効果的に行われない場合がある。
【０００９】
つまり、光走査素子の温度変化や経時変化などに起因する光走査素子固有の共振周波数の変化（以下、共振特性の変化という。）に応じてノッチフィルタの中心周波数も変化する。このため、ノッチフィルタの中心周波数と１次処理信号のカットオフ周波数との乖離が大きくなったり重なったりする。これでは、ノッチフィルタ処理を行っても、光走査素子固有の共振周波数に含まれる第１光走査素子の反射ミラーの反動に起因する周波数を十分に減衰することができない場合がある。
【００１０】
すなわち、ノッチフィルタの中心周波数と１次処理信号のカットオフ周波数との乖離が大きい状態でノッチフィルタ処理を行うと、ノッチフィルタの発散部分をうまく抑制できない駆動信号が生成される。また、ノッチフィルタの中心周波数と１次処理信号のカットオフ周波数との乖離が小さく重なった状態でノッチフィルタ処理を行うと、１次処理信号の落ち込みの部分にノッチフィルタの中心周波数が埋没した駆動信号が生成される。この状態で生成された駆動信号で光走査素子を駆動しても光走査素子の共振振動を減衰させることはできず、第１光走査素子の反射ミラーの揺動に高周波成分が重畳されて画像光の走査に揺らぎが発生することを抑制することができなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、光走査素子の共振特性の変化に応じてノッチフィルタの中心周波数が変化した場合でも、光走査素子の共振振動を減衰させることができる駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに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】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動させる信号として、鋸波信号に前記光走査素子固有の共振周波数を減衰させるためのローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理が施された駆動信号を生成する駆動信号発生器において、前記鋸波信号にカットオフ周波数の異なるローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号のデータを予め記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された複数の１次処理信号から、前記ノッチフィルタ処理におけるノッチフィルタの中心周波数に基づいて一つの１次処理信号を選択する１次処理信号選択手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、前記１次処理信号選択手段は、前記光走査素子の共振周波数が高くなるにつれて、前記カットオフ周波数の高い前記１次処理信号を選択することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記１次処理信号選択手段は、前記光走査素子の共振周波数と前記カットオフ周波数の差が所定範囲内になるように、前記記憶手段に記憶された複数の１次処理信号のうちから一つの１次処理信号を選択することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記所定範囲は２００Ｈｚであることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明において、前記記憶手段に記憶された複数の前記１次処理信号の数は、前記光走査素子の共振特性に応じた周波数の範囲と、前記所定範囲とにより決定されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、入射した光を、相対的に低速に第１方向に走査する第１光走査素子と、前記第１方向とは交差する第２方向に相対的に高速に走査する第２光走査素子と、によって２次元方向に走査する光走査部を備え、前記第１光走査素子は請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動信号発生器によって駆動されることを特徴とする光走査装置とした。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光走査装置と、画像信号に応じて変調した画像光を出射する光出射部と、を備え、前記光出射部から出射する画像光を前記光走査装置で２次元方向に走査することにより画像を表示することを特徴とする画像表示装置とした。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、前記光走査装置で走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射する投射光学系を備えたことを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置とした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の１次処理信号のうちからノッチフィルタの中心周波数に基づいた一つの１次処理信号を選択してノッチフィルタ処理を施すことができる。これにより、ノッチフィルタの中心周波数の変化により、光走査素子の反射ミラーの揺動に高周波成分の成分が重畳されて光走査に揺らぎが発生することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光走査装置の構成を示す説明図である。
【図２】ノッチフィルタにより生成される２次処理信号を説明するための図である。
【図３】ノッチフィルタにより生成される２次処理信号を説明するための図である。
【図４】ノッチフィルタの中心周波数の変化に応じた１次処理信号の決定を説明する図である。
【図５】網膜走査ディスプレイの構成を示す説明図である。
【図６】網膜走査ディスプレイの走査部の動作説明図である。
【図７】１次処理信号のカットオフ周波数とノッチフィルタの中心周波数とを関連づけたテーブルを説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、本発明の駆動信号発生器の実施形態を光走査装置及び画像表示装置に適用した例について説明する。
【００２３】
［１．光走査装置］
まず、本発明の駆動信号発生器を光走査装置に適用した例について説明する。図１は光走査装置の構成を示す説明図である。
【００２４】
図１に示すように、光走査装置１は、当該光走査装置１全体を制御する制御部２と、この制御部２の制御により画像信号Ｓに応じた光を出射する光出射部３と、この光出射部３から出射された光を走査する光走査部４とを備えている。
【００２５】
光走査部４は、ガルバノミラーなどの光走査素子５と、光走査素子５を駆動させるための駆動信号を生成する駆動信号発生器６から構成される。なお、光走査素子５は反射ミラー５ａを備え、この反射ミラー５ａにより光出射部３から出射された光を反射させて、垂直方向（第１方向とも言う）に走査する第１光走査素子として機能する。また、光走査素子５は、光を走査するようにその反射ミラー５ａを非共振モードで強制的に揺動することができるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。
【００２６】
駆動信号発生器６は、光走査素子５の反射ミラー５ａを非共振モードで強制的に駆動するために、直線変化する鋸波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号Ｓ１を生成する。なお、本実施形態においては鋸波信号に施すローパスフィルタ処理はベッセル型のローパスフィルタ処理としている。また、直線変化する鋸波信号は、最小レベルから最大レベルまで移行する期間に比べ、最大レベルから最小レベルへ移行する期間が十分に短い信号である。なお、本実施形態においては、位相特性や群遅延特性の良いベッセル型を例に上げて説明するが、バターワース型などの他の特性のフィルタであっても良い。また、ノッチフィルタは、バンドエリミネーションフィルタ（Band-elimination filter, BEF、帯域阻止フィルタ）とも呼ばれる。
【００２７】
この駆動信号発生器６は、図１に示すように、記憶部１０と、フィルタ部１１、１次処理信号決定部１２、温度センサ１３及び駆動信号生成部１５を備えている。なお、詳細は後述するが、記憶部１０は複数の１次処理信号を記憶する記憶手段として機能し、１次処理信号決定部１２は複数の１次処理信号Ｓ１１から一つの１次処理信号Ｓ１１を選択する１次処理信号選択手段として機能する。
【００２８】
記憶部１０には、直線変化する鋸波信号に周波数の異なる複数のカットオフ周波数でローパスフィルタ処理が施された複数の１次処理信号Ｓ１１が予め記憶されている。具体的に説明すると、図４に示すように、周波数の異なる複数のカットオフ周波数のローパスフィルタによりフィルタ処理が施された複数の１次処理信号Ｓ１１が記憶部１０に予め記憶されている。
【００２９】
光走査素子５固有の共振特性として、１次の共振周波数（以下、１次共振という）がｆ１［Ｈｚ］、２次以上の共振周波数（以下、２次共振という）がｆ２［Ｈｚ］という２種類の共振周波数がある。そして、直線変化する鋸波信号に所定のカットオフ周波数でローパスフィルタ処理を施すことで、ｆ２（＞ｆ１）以上の周波数を減衰させて２次共振による影響を抑制する。
【００３０】
フィルタ部１１は、１次処理信号決定部１２により１次共振（以下、ノッチフィルタの中心周波数ともいう）に基づいて選択された１次処理信号Ｓ１１に、ノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２を生成する。そして、生成した２次処理信号Ｓ１２は、フィルタ部１１から駆動信号生成部１５に出力される。
【００３１】
光走査素子５は、温度変化や経時変化などに起因する光走査素子固有の共振周波数が変化（以下、共振特性の変化という。）する。この光走査素子５固有の共振特性の変化に応じてノッチフィルタの中心周波数も変化する。そして、本実施形態においては、異なる周波数のカットオフ周波数でローパスフィルタ処理が施された複数の１次処理信号Ｓ１１が予め記憶部１０に記憶されている。この複数の１次処理信号Ｓ１１の中からノッチフィルタの中心周波数とカットオフ周波数との差が所定範囲内になる１次処理信号Ｓ１１を選択することにより、確実に光走査素子５固有の共振特性のうちの１次共振による影響を抑制することができる。
【００３２】
また、光走査素子５の１次共振をノッチフィルタ処理で抑制することにしていることから、ローパスフィルタのカットオフ周波数をｆ１以下とすることに比べ、駆動信号Ｓ１の直線性を向上させることができる。
【００３３】
１次処理信号決定部１２は、光走査素子５の反射ミラー付近に設置された温度センサ１３から出力される温度検出信号Ｓ１３に基づいて、光走査素子５固有の共振特性のうちの１次共振を抑制するためにノッチフィルタの中心周波数を決定する。このようにすることで、光走査素子５の共振特性の変化に応じて変化するノッチフィルタの中心周波数に追従したノッチフィルタ処理を行なうことができる。
【００３４】
本実施形態においては、温度とノッチフィルタの中心周波数とを関連づけたテーブル（図示せず）を記憶部１０に記憶しており、このテーブルを用いて温度センサ１３で検出した温度に基づいてノッチフィルタの中心周波数を決定する。そして、１次処理信号決定部１２は、記憶部１０に記憶されている複数の１次処理信号Ｓ１１の中から、決定したノッチフィルタの中心周波数とカットオフ周波数との差が所定範囲内になる１次処理信号Ｓ１１を決定する。
【００３５】
駆動信号生成部１５は、フィルタ部１１から供給された２次処理信号Ｓ１２を内部のＤ／Ａ変換器１５ａによりアナログ変換することにより駆動信号Ｓ１を生成する。駆動信号生成部１５は生成した駆動信号Ｓ１を光走査素子５に出力して、光走査素子５の反射ミラー５ａを非共振モードで強制的に駆動する。
【００３６】
光走査装置１は、画像信号Ｓに応じて光出射部３から出射した光を光走査素子５の反射ミラー５ａによって垂直方向に走査する。なお、駆動信号生成部１５は、駆動信号Ｓ１を生成する処理を連続して繰り返すことにより複数の鋸波状の駆動信号Ｓ１を出力する。これにより光出射部３から出射された光が連続して垂直方向に繰り返し走査される。
【００３７】
このように本実施形態の光走査装置１では、光走査素子５の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号Ｓ１であって、鋸波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号Ｓ１を生成する駆動信号発生器６を有している。
【００３８】
そして、この駆動信号発生器６は、鋸波信号に異なるカットオフ周波数で２０次のローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号Ｓ１１を予め記憶部１０に記憶しておき、この１次処理信号Ｓ１１にノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２を生成する。
【００３９】
フィルタ部１１は、１次処理信号決定部１２で決定した１次処理信号Ｓ１１にノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号を生成する。このように、１次処理信号決定部１２が決定した１次処理信号Ｓ１１にノッチフィルタ処理を行なうことで、光走査素子５の共振特性の変化に応じたノッチフィルタの中心周波数の変化に対応した２次処理信号を生成することができる。
【００４０】
また、フィルタ部１１によりノッチフィルタ処理を行なうことから、記憶容量の低減を図ることができる。例えば、ノッチフィルタ処理を施したデータを予め記憶部１０に記憶する場合には、ノッチフィルタ処理を施したデータが複数必要となる。しかし、本実施形態においては駆動信号Ｓ１を生成する際にノッチフィルタ処理を行なうので、記憶部１０に複数のノッチフィルタ処理を施したデータを記憶しておく必要がなく、記憶部１０に記憶するデータ量を低減することができる。
【００４１】
また、１次処理信号決定部１２において、光走査素子５の共振特性の変化に応じた複数の１次処理信号Ｓ１１のうちから最適な１次処理信号Ｓ１１を決定することにより、確実に光走査素子５固有の共振特性のうちの１次共振による影響を抑制することができる。つまり、光走査素子５の共振特性に変化があった場合でも、光走査素子５の反射ミラー５ａの１次共振が起因となる画像光の揺らぎを抑制することができる。
【００４２】
ここで、本実施形態におけるノッチフィルタ処理を、図２、図３及び図４を用いて説明する。図２及び図３は、ノッチフィルタにより生成される２次処理信号を説明するための図である。図４はノッチフィルタの中心周波数の変化に応じた１次処理信号の決定を説明する図である。
【００４３】
図２に示すように、カットオフ周波数Ｆｄによるローパスフィルタ処理が施された１次処理信号（図２（ｂ））に、中心周波数Ｆｃ１のノッチフィルタ（図２（ａ））によりノッチフィルタ処理を施す。すると、図２（ｃ）に示すように、ノッチフィルタの中心周波数Ｆｃ１を中心として周波数成分が除去された２次処理信号が得られる。このように、中心周波数Ｆｃ１とカットオフ周波数Ｆｄとの差が所定範囲Ｚ内である場合は、ノッチフィルタ処理を施すことで、目的とする周波数成分が除去された２次処理信号を生成することができる。
【００４４】
しかし、図３（ａ）に示すように、中心周波数Ｆｃ２とカットオフ周波数Ｆｄとの差が所定範囲Ｚより大きく乖離している場合は、上記ノッチフィルタ処理を施しても、ノッチフィルタの発散部分の抑制が効かない２次処理信号が生成される。また、図３（ｂ）に示すように、中心周波数Ｆｃ３とカットオフ周波数Ｆｄとの差が重なるように小さい場合は、上記ノッチフィルタ処理を施しても、１次処理信号の落ち込みの部分にノッチフィルタの中心周波数が埋没した２次処理信号が生成される。
【００４５】
すなわち、ノッチフィルタ処理が施される１次処理信号のカットオフ周波数Ｆｄと、ノッチフィルタの中心周波数Ｆｃ１との差は、所定範囲Ｚ以内であることにより、目的とする周波数成分が除去された２次処理信号を得ることができる。また、ノッチフィルタの中心周波数Ｆｃ１は、上述したように、光走査素子５固有の共振特性の変化に応じて変化する。つまり、ノッチフィルタの中心周波数Ｆｃ１の変化量次第では、図３に示すように、目的とする周波数成分が除去された２次処理信号を得ることができない場合が発生する。
【００４６】
そこで、本実施形態においては、図４に示すように、異なる周波数のカットオフ周波数（Ｆｄ１、Ｆｄ２、Ｆｄ３）によるローパスフィルタ処理が施された、複数（例えば、３個）の１次処理信号（Ａ、Ｂ、Ｃ）が予め記憶部１０に記憶されている。そして、ノッチフィルタの中心周波数（Ｆｃ１、Ｆｃ２、Ｆｃ３）に基づいた１次処理信号が、１次処理信号決定部１２（図１参照）により決定される。
【００４７】
具体的に説明すると、図４に示すように、ノッチフィルタの中心周波数Ｆｃ１の場合は１次処理信号Ａが決定され、中心周波数Ｆｃ２の場合は１次処理信号Ｂが、中心周波数Ｆｃ３の場合は１次処理信号Ｃがそれぞれ決定される。これにより、１次処理信号（Ａ、Ｂ、Ｃ）のカットオフ周波数（Ｆｄ１、Ｆｄ２、Ｆｄ３）と、ノッチフィルタの中心周波数（Ｆｃ１、Ｆｃ２、Ｆｃ３）との差を所定範囲Ｚ内にすることができる。従って、ノッチフィルタの中心周波数（Ｆｃ１、Ｆｃ２、Ｆｃ３）が変化した場合でも、図２（ｃ）に示すような、目的とする周波数成分が除去された２次処理信号を生成することができる。
【００４８】
また、カットオフ周波数とノッチフィルタの中心周波数との差である所定範囲Ｚは、２００［Ｈｚ］であることが望ましい。このように、カットオフ周波数とノッチフィルタの中心周波数との差が２００［Ｈｚ］又は２００［Ｈｚ］以内の場合に、目的とする周波数成分が除去された２次処理信号が生成されることになる。
【００４９】
ここで、ノッチフィルタの中心周波数に基づいた１次処理信号の選択例を、図７を用いて説明する。図７は、１次処理信号のカットオフ周波数とノッチフィルタの中心周波数とを関連づけたテーブルである。
【００５０】
図７に示すように、ノッチフィルタの中心周波数が７００［Ｈｚ］未満の場合は、カットオフ周波数が８００［Ｈｚ］でローパスフィルタ処理が施された１次処理信号が選択される。ノッチフィルタの中心周波数が７００［Ｈｚ］以上〜９００［Ｈｚ］未満の場合は、カットオフ周波数が１０００［Ｈｚ］でローパスフィルタ処理が施された１次処理信号が選択される。ノッチフィルタの中心周波数が９００［Ｈｚ］以上の場合は、カットオフ周波数が１２００［Ｈｚ］でローパスフィルタ処理が施された１次処理信号が選択される。つまり、１次共振におけるノッチフィルタの中心周波数が高くなるにつれて、カットオフ周波数の高い１次処理信号が選択される。
【００５１】
このように、本実施形態においては、ノッチフィルタの中心周波数に基づいて、所定のカットオフ周波数でローパスフィルタ処理が施された１次処理信号が選択される。これにより、上述したフィルタ部１１（図１参照）において、ノッチフィルタ処理が行われた結果、目的とする１次共振を抑制するための２次処理信号を生成することができる。
【００５２】
なお、ノッチフィルタの中心周波数に基づいた１次処理信号の選択は、上述した実施例に限られるものではない。図７に示すノッチフィルタの中心周波数の範囲は、光走査素子５固有の共振特性に応じて適宜変更可能である。また、所定範囲Ｚも２００［Ｈｚ］に限らず光走査素子５固有の共振特性に応じて適宜変更してもよい。さらに、記憶部１０に予め記憶されている複数の１次処理信号の数も二つ以上であればよく、これも光走査素子５固有の共振特性に応じて適宜変更することができる。
【００５３】
［２．画像表示装置］
次に、本発明の駆動信号発生器を画像表示装置に適用した例について説明する。ここでは、画像表示装置の一例として網膜走査型の画像表示装置（以下、ＲＳＤという）とした場合について図５及び図６を参照して説明する。このＲＳＤは、走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射してユーザに画像を視認させる画像表示装置である。図５はＲＳＤの構成を示す説明図、図６はＲＳＤにおける垂直駆動信号発生器の構成図である。
【００５４】
図５に示すように、ＲＳＤ１００には、制御部１１０、光出射部１２０、光ファイバ１３０、光走査部１４０、投射光学系１５０が設けられている。なお、制御部１１０及び光走査部１４０が上述した光走査装置１に対応し、光出射部１２０から出射された画像光を光走査部１４０で２次元方向に走査することにより画像を表示する。
【００５５】
制御部１１０には、外部からの画像信号Ｓが入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する画像信号供給回路１１１と、水平駆動信号発生器１１２と、垂直駆動信号発生器１１３とが設けられている。この画像信号供給回路１１１は、画像信号１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂ、水平同期信号１１４、垂直同期信号１１５、水平揺動状態情報１１７、読み出しクロック１０２などを出力する。また、水平駆動信号発生器１１２は、画像信号供給回路１１１より出力される水平同期信号１１４に同期して、水平駆動信号１１８を生成し、水平駆動回路１４２ｃへ入力する。また、垂直駆動信号発生器１１３は、画像信号供給回路１１１より出力される垂直同期信号１１５に同期して、垂直駆動信号１１９を生成し、垂直駆動回路１４４ｃへ入力する。
【００５６】
なお、水平駆動信号発生器１１２は、第２光走査素子を駆動するための第２駆動信号を生成する第２駆動手段として機能し、垂直駆動信号発生器１１３は、第１光走査素子を駆動するための第１駆動信号を生成する第１駆動手段として機能する。さらに、制御部１１０の水平駆動信号発生器１１２及び垂直駆動信号発生器１１３は、上述した駆動信号発生器６としての機能を有する。
【００５７】
光出射部１２０には、Ｒレーザ１２４，Ｇレーザ１２５，Ｂレーザ１２６と、これらをそれぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１２１，Ｇレーザドライバ１２２，Ｂレーザドライバ１２３とが設けられている。そして、画像信号供給回路１１１から出力される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各画像信号１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂを基にそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射する。さらに、各レーザ１２４〜１２６より出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系１２７が設けられている。それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー１２８と、合波されたレーザ光を光ファイバ１３０に導く結合光学系１２９とが設けられている。ここで、このように光出射部１２０で生成され光ファイバ１３０に入射されるレーザ光は、画像形成に用いられる光であり、以下、このレーザ光を「画像光」と呼ぶ。
【００５８】
光出射部１２０から光ファイバ１３０に導かれた画像光は光走査部１４０に入射される。光走査部１４０には、光ファイバ１３０から出射された画像光をコリメートするコリメート光学系１４１、このコリメートされた画像光を水平方向に相対的に高速で走査する水平走査部１４２が設けられている。さらに、光走査部１４０には、水平方向に走査された画像光を後述の垂直走査部１４４に導くリレー光学系１４３と、リレー光学系１４３を介して入射された画像光を水平方向と垂直に交差する垂直方向に相対的に低速で走査する垂直走査部１４４とを有している。そして、このように光走査部１４０で走査された画像光は、リレー光学系を有する投射光学系１５０を介して眼１０１の前方に位置させたハーフミラー１５１で反射されてユーザの瞳孔１０１ａに入射する。これにより、網膜１０１ｂ上に画像信号Ｓに応じた画像が投影される。また、ハーフミラー１５１は外光を透過してユーザの瞳孔１０１ａに入射させるようにしており、これによりユーザは外光に基づく外景に画像光に基づく画像を重ねた画像を視認することができる。
【００５９】
ここで、水平走査部１４２は、表示すべき画像の１走査線ごとに、画像光を水平方向（第２方向）に走査する光学系である。水平走査部１４２には、ガルバノミラーなどの反射ミラー１４２ｂを有する第２光走査素子１４２ａと、この第２光走査素子１４２ａを駆動する水平駆動回路１４２ｃと、反射ミラー１４２ｂの揺動状態を検出する揺動検出回路１４２ｄとを備えている。
【００６０】
また、垂直走査部１４４は、表示すべき画像の１フレームごとに、画像光を最初の水平走査線から最後の水平走査線に向かって垂直方向（第１方向）に走査する光学系である。そして、この垂直走査部１４４には、ガルバノミラーなどの反射ミラー１４４ｂを有する第１光走査素子１４４ａと、この第１光走査素子１４４ａを駆動する垂直駆動回路１４４ｃとを備えている。
【００６１】
ここで、ＲＳＤ１００の特徴的部分である垂直駆動信号発生器１１３の構成及び動作を中心に、図６を参照して詳細に説明する。
【００６２】
第１駆動手段としての垂直駆動信号発生器１１３は、第１光走査素子１４４ａの反射ミラー１４４ｂを非共振モードで強制的に駆動するために、直線変化する鋸波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった垂直駆動信号１１９（第１駆動信号）を生成する。なお、直線変化する鋸波信号に施すローパスフィルタ処理はベッセル型のローパスフィルタ処理としている。また、直線変化する鋸波信号は、最小レベルから最大レベルまで移行する期間に比べ、最大レベルから最小レベルへ移行する期間が十分に短い信号である。
【００６３】
図６に示すように、垂直駆動信号発生器１１３は、記憶部１７０と、フィルタ部１７１、１次処理信号決定部１７２、温度センサ１７３、駆動信号生成部１７５を備えている。なお、１次処理信号決定部１７２は、本実施形態における１次処理信号選択手段である。
【００６４】
記憶部１７０には、上述した光走査装置１と同様に、直線変化する鋸波信号に異なる周波数のカットオフ周波数でローパスフィルタ処理が施された複数の１次処理信号Ｓ１１’が予め記憶されている。
【００６５】
このように記憶部１７０に記憶した複数の１次処理信号Ｓ１１’は、１次処理信号決定部１７２により複数の１次処理信号Ｓ１１’うちから一つの１次処理信号Ｓ１１’が決定されてフィルタ部１７１に供給される。フィルタ部１７１は、この１次処理信号Ｓ１１’にノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２’を生成する。
【００６６】
ここで、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性として、１次共振がｆ１［Ｈｚ］、２次以上の共振がｆ２（＞ｆ１）［Ｈｚ］以上であるとする。このとき、記憶部１７０に記憶されている複数の１次処理信号Ｓ１１’は、直線変化する鋸波信号に周波数の異なる複数のカットオフ周波数で２０次のローパスフィルタ処理が施されている。予め１次処理信号Ｓ１１’にローパスフィルタ処理を施して、ｆ２［Ｈｚ］以上の周波数を減衰させることにより、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性のうち２次以上の共振による影響を抑制する。また、ノッチフィルタ処理は、ｆ１［Ｈｚ］の周波数を中心として減衰させることにより、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性のうち１次の共振による影響を抑制する。
【００６７】
このように、第１光走査素子１４４ａの１次共振をノッチフィルタ処理で抑制することにしていることから、ローパスフィルタのカットオフ周波数をｆ１［Ｈｚ］以下とすることに比べ、第１駆動信号としての垂直駆動信号１１９の直線性を向上させることができる。
【００６８】
フィルタ部１７１で用いる１次処理信号Ｓ１１’は、１次処理信号決定部１７２で決定されてフィルタ部１７１へ入力される。１次処理信号決定部１７２は、第１光走査素子１４４ａの反射ミラー１４４ｂ付近に設置された温度センサ１７３で検出した温度とノッチフィルタの中心周波数とを関連づけたテーブル（図示せず）を記憶部１７０に記憶している。このテーブルを用いて温度センサ１７３で検出した温度に基づいてノッチフィルタの中心周波数を決定する。そして、１次処理信号決定部１７２は、記憶部１７０に記憶されている複数の１次処理信号Ｓ１１’の中から、決定したノッチフィルタの中心周波数とカットオフ周波数との差が所定範囲Ｚ内になる１次処理信号Ｓ１１’を決定する。
【００６９】
水平揺動状態情報１１７は、水平駆動回路１４２ｃが第２光走査素子１４２ａを駆動するための第２駆動信号の駆動周波数に比例した情報であり、制御部１１０から通知されるものである。水平走査部１４２は第２光走査素子１４２ａの揺動周波数を検出する揺動検出回路１４２ｄを有している。制御部１１０は、揺動検出回路１４２ｄから通知される第２光走査素子１４２ａの揺動周波数に関する情報に基づいて水平揺動状態情報１１７を生成して、１次処理信号決定部１７２へ通知する。なお、第２光走査素子１４２ａの揺動周波数は第２光走査素子１４２ａを駆動するための第２駆動信号Ｓ２０（図５参照）の駆動周波数と略同じになるように制御される。
【００７０】
１次処理信号Ｓ１１’を決定する要素に温度検出信号Ｓ１３’を含むのは、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性が変化するためである。このため、変化した共振特性にフィルタ部１７１のノッチフィルタ特性を合わせる必要がある。
【００７１】
本実施形態においては、１次処理信号決定部１７２は、カットオフ周波数とノッチフィルタの中心周波数とを関連づけた第１テーブル（図７参照）を記憶部１７０に記憶している。そして、１次処理信号決定部１７２は、これらのテーブルを用いて温度検出信号Ｓ１３’及び水平揺動状態情報１１７から１次処理信号Ｓ１１’決定する。
【００７２】
フィルタ部１７１は１次処理信号Ｓ１１’にノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２’を生成して、駆動信号生成部１７５に出力する。
【００７３】
駆動信号生成部１７５は、供給された２次処理信号Ｓ１２’を、所定の周波数の読み出しクロック１０２と同期させて内部のＤ／Ａ変換器によりアナログ変換することにより垂直駆動信号１１９を生成する。ここで、読み出しクロック１０２は、制御部１１０により生成されて駆動信号生成部１７５へ通知されるクロック信号である。制御部１１０は、揺動検出回路１４２ｄにより検出した第２光走査素子１４２ａの揺動周波数に基づいて、読み出しクロック１０２を生成して駆動信号生成部１７５へ通知する。これにより水平走査周波数が変わったことにより変化する垂直走査周波数のタイミングを同期させることができる。
【００７４】
第１駆動手段としての駆動信号生成部１７５は生成した第１駆動信号である垂直駆動信号１１９を垂直駆動回路１４４ｃに入力する。垂直駆動回路１４４ｃは垂直駆動信号１１９を増幅して第１光走査素子１４４ａへ入力し、第１光走査素子１４４ａの反射ミラー１４４ｂを非共振モードで強制的に駆動する。
【００７５】
駆動信号生成部１７５は、１次処理信号Ｓ１１’から垂直駆動信号１１９を生成する処理を連続して繰り返すことにより複数の鋸波状の垂直駆動信号１１９を出力する。これにより、光出射部１２０から出射された画像光が連続して垂直方向に繰り返し走査される。
【００７６】
このように本実施形態のＲＳＤ１００では、第１光走査素子１４４ａの反射ミラー１４４ｂを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号である。そして、鋸波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった垂直駆動信号１１９を生成する垂直駆動信号発生器１１３を有している。
【００７７】
フィルタ部１７１は、１次処理信号決定部１７２で決定した１次処理信号Ｓ１１’でノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２’を生成する。このように、１次処理信号決定部１７２が決定する１次処理信号Ｓ１１’を第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性に応じた１次処理信号Ｓ１１’とすることにより、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性が変化しても対応が可能となる。
【００７８】
このようにフィルタ部１７１によりノッチフィルタ処理を行なうことから、記憶容量の低減を図ることができる。例えば、ノッチフィルタ処理を施したデータを予め記憶部１７０に記憶する場合には、ノッチフィルタ処理を施したデータが複数必要となる。しかし、本実施形態においては垂直駆動信号１１９を生成する際にノッチフィルタ処理を行なうので、記憶部１７０に複数のノッチフィルタ処理を施したデータを記憶しておく必要がなく、記憶部１７０に記憶するデータ量を低減することができる。
【００７９】
また、１次処理信号決定部１７２において、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性を検出して１次処理信号Ｓ１１’を決定することにより、確実に第１光走査素子１４４ａの共振特性のうちの１次共振による影響を抑制することができる。
【００８０】
そして、光出射部１２０から出射された画像光は、第２光走査素子１４２ａにより水平方向Ｘに走査される。水平方向Ｘに走査された画像光は、リレー光学系１４３を介して第１光走査素子１４４ａにより垂直方向Ｙに走査される。そして、第２光走査素子１４２ａと第１光走査素子１４４ａとのより２次元方向に走査された画像光は、リレー光学系を有する投射光学系１５０を介してユーザの瞳孔１０１ａに入射する。これにより、ユーザの網膜上に画像信号Ｓに応じた画像が投影される。
【００８１】
また、本実施形態で用いられるノッチフィルタは、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性の共振周波数に応じたノッチフィルタなので、初期特性のばらつきや経年変化に基づく変化なども考慮に入れたテーブルも用意し、合わせるべきノッチフィルタの特性を決めるのが望ましい。また、上述した温度とノッチフィルタの中心周波数とを関連づけたテーブルなどを利用するのではなく、実際に生じたリンギングの周波数から直接ノッチフィルタの特性を決めてもよい。
【００８２】
以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【００８３】
本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態の駆動信号発生器６及びそれを備えた光走査装置１並びに画像表示装置１００によれば、以下の効果が期待できる。
【００８４】
（１）光走査素子５の反射ミラー５ａを非共振モードで強制的に駆動させる信号として、鋸波信号に光走査素子５固有の共振周波数を減衰させるためのローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理が施された駆動信号を生成する駆動信号発生器６において、鋸波信号にカットオフ周波数の異なるローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号Ｓ１１のデータを予め記憶する記憶手段(記憶部１０)と、記憶手段に記憶された複数の１次処理信号Ｓ１１から、ノッチフィルタ処理におけるノッチフィルタの中心周波数に基づいて一つの１次処理信号Ｓ１１を選択する１次処理信号選択手段（例えば、１次処理信号決定部１２）と、を備えている。これにより、ノッチフィルタの中心周波数の変化に応じた１次処理信号Ｓ１１を決定することができる。
【００８５】
（２）１次処理信号選択手段（例えば、１次処理信号決定部１２）は、光走査素子５の共振周波数（ノッチフィルタの中心周波数）が高くなるにつれて、カットオフ周波数の高い１次処理信号Ｓ１１を選択する。これにより、光走査素子５の共振周波数の変化に応じた２次処理信号Ｓ１２を生成することができる。
【００８６】
（３）１次処理信号選択手段（例えば、１次処理信号決定部１２）は、光走査素子５の共振周波数（ノッチフィルタの中心周波数）とカットオフ周波数の差が所定範囲Ｚ内になるように、記憶手段(記憶部１０)に記憶された複数の１次処理信号Ｓ１１のうちから一つの１次処理信号Ｓ１１を選択する。これにより、確実に１次共振を抑制するための２次処理信号Ｓ１２を生成することができる。
【００８７】
（４）所定範囲は２００Ｈｚであることとしたので、例えば、記憶手段(記憶部１０)に記憶された複数の１次処理信号Ｓ１１から一つの１次処理信号Ｓ１１を決定する場合に、光走査素子５の共振周波数（ノッチフィルタの中心周波数）とカットオフ周波数の差が２００Ｈｚ以内の１次処理信号Ｓ１１を決定することができる。
【００８８】
（５）記憶手段(記憶部１０)に記憶された複数の１次処理信号Ｓ１１の数は、光走査素子５の共振特性に応じた周波数の範囲と、所定範囲とにより決定されるので、光走査素子５の共振特性に応じて、周波数の異なるカットオフ周波数でローパスフィルタ処理が施された複数の１次処理信号Ｓ１１の数を設定できる。
【００８９】
（６）入射した光を、相対的に低速に第１方向（例えば、垂直方向）に走査する第１光走査素子１４４ａと、第１方向とは交差する第２方向（例えば、水平方向）に相対的に高速に走査する第２光走査素子１４２ａと、によって２次元方向に走査する光走査部１４０を備え、第１光走査素子は駆動信号発生器６（垂直駆動信号発生器１１３）によって駆動される光走査装置１とすることができる。
【００９０】
（７）光走査装置１と、画像信号Ｓに応じて変調した画像光を出射する光出射部１２０と、を備え、光出射部１２０から出射する画像光を光走査装置で２次元方向に走査することにより画像を表示するＲＳＤ１００とすることができる。
【００９１】
（８）光走査装置１で走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射する投射光学系１５０を備えたので、駆動信号発生器６及び駆動信号発生器６を有する光走査装置１を備えた網膜走査型のＲＳＤ１００とすることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１  光走査装置
２，１１０  制御部
３，１２０  光出射部
４，１４０  光走査部
５，１４２ａ，１４４ａ  光走査素子
６  駆動信号発生器
１０，１７０  記憶部
１１，１７１  フィルタ部
１２，１７２  １次処理信号決定部
１３，１７３  温度センサ
１５，１７５  駆動信号生成部
１００  画像表示装置
１１８  水平駆動信号
１１９  垂直駆動信号
１３０  光ファイバ
１５０  投射光学系
【図１】
2012078535.tif 000003
【図２】
2012078535.tif 000004
【図３】
2012078535.tif 000005
【図４】
2012078535.tif 000006
【図５】
2012078535.tif 000007
【図６】
2012078535.tif 000008
【図７】
2012078535.tif 000009