(57)【要約】【課題】２次元スキャナーの共振特性が変化してもそれに追随して駆動周波数を適切に制御し、常に所望の振幅が得られる２次元光走査装置を提供する。【解決手段】コントローラ１は、電源投入後などの初期化時において、データＦＳＥＴを初期値で出力するとともに、所定時間Ｔ１のタイマーを起動する。所定時間Ｔ１経過後に第二のタイマーＴ２を起動し、入力信号ＤＰｘが”１”になるタイミングがあるかどうかをモニターする。所定時間Ｔ２内に入力信号ＤＰｘが”１”になるタイミング（フォトダイード１３が受光するタイミング）がある場合にはデータＦＳＥＴはそのまま変更しないが、なければＦＳＥＴの値を変更して（例えば所定値Ｎｘだけ加算して）同様の動作を繰り返し、所定時間Ｔ２内に入力信号ＤＰｘが”１”になるタイミングが検出されたところでフラグ信号ＦＳＣを”１”にしてデータＦＳＥＴの値を固定する。【選択図】図１
2012003135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準クロックを生成するクロック生成手段と、前記基準クロックを分周してそれぞれ第一及び第二の周波数の信号を生成する第一及び第二の分周手段と、前記第一の周波数の信号を印加することによって第一の方向に前記第一の周波数で光ビームを往復走査すべく振動する第一の光走査手段と、前記第一の周波数よりも低い第二の周波数の信号を印加することによって第二の方向に前記第二の周波数で光ビームを往復走査すべく振動する第二の光走査手段とを備えた２次元光走査装置において、
前記基準クロックの周波数を制御して、前記第一または第二の周波数比を変えることなく、前記第一及び第二の周波数の値を調整可能な周波数制御手段を備えていることを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の２次元光走査装置において、
前記周波数制御手段は、前記第一の周波数の値が、前記第一の光走査手段の持つ共振周波数に略一致するように前記基準クロックの周波数を制御することを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の２次元光走査装置において、
前記第一の光走査手段の振幅を検出する第一の振幅検出手段を備え、前記周波数制御手段は、前記第一の振幅検出手段の出力に基づいて前記基準クロックの周波数を制御することを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の２次元光走査装置において、
前記第二の光走査手段に印加される前記第二の信号の少なくとも電圧または電流値を制御することにより、前記第二の光走査手段の振幅を制御する第二の振幅制御手段を備えたことを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の２次元光走査装置において、
前記第二の光走査手段の振幅を検出する第二の振幅検出手段を備え、前記第二の振幅検出手段の出力に基づいて前記第二の光走査手段に印加される前記第二の信号の少なくとも電圧または電流値を制御することを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の２次元光走査装置を含み、画像信号を入力し前記第一及び第二の光走査手段の動きに同期して前記光ビームを前記画像信号に基づき強度変調しつつスクリーン面を走査することにより所望の画像を表示する手段を備えたことを特徴とする光走査型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一及び第二の方向それぞれについて所定の周波数で振動する光ビーム走査手段を備えた２次元光走査装置、該２次元光走査装置を用いて入力画素データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き走査することにより、該スクリーン上に画像を形成する光走査型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示技術の一つとして入力画素データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き走査することにより、該スクリーン上に画像を形成する光走査方式がある。
光走査方式または光走査型の画像表示装置においては、従来は回転するポリゴンミラーとそれに同期して動くガルバノミラーを組合せたものが一般的であったが、近年は微細加工プロセスの進歩により極めて小型で２次元に光走査が可能な所謂ＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical Systems)スキャナーが実現され、携帯情報端末への組込みや眼鏡タイプなどの超小型の画像表示装置も実際に登場してきている。
【０００３】
そのような光走査型画像表示装置の従来例として特許文献１に記載のものが知られている。
これは、水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動する２次元スキャナーを用いてリサージュまたはそれに近い軌跡でスクリーン面を走査し所望の画像を表示するための装置及び方法に関するものである。
このような２次元スキャナーを用いた画像表示装置においては、特許文献１の明細中にも記載されているが、水平方向と垂直方向の振幅のうち少なくとも一方（一般的には垂直方向に対してに高い周波数で振動させる必要がある水平方向）の振動については、低消費電力で所望の大きな振幅を得るために共振点またはそれに略一致した周波数で振動させる必要があるものが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、ＭＥＭＳスキャナーなどの機械振動部品については、一般的に例えば温度特性などの環境的要因によって共振特性が経時的に変化し、一定の周波数で駆動していると所望の振幅が得られなくなるという問題が発生する場合がある。
このような問題を解決するためには、共振点またはそれに略一致した周波数で振動させる必要がある走査方向については、共振特性の変化に合わせて駆動周波数を変化させる手段を設けることが考えられる。
しかしながら、そのようにして水平方向あるいは垂直方向の一方の周波数のみを変えると、周波数の最適な組合せが崩れて十分な密度の走査軌跡が得られなくなり、所望の解像度の画像が表示できなくなるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、２次元スキャナーの共振特性が変化してもそれに追随して駆動周波数を適切に制御し、常に所望の振幅が得られる２次元光走査装置の提供を、その主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基準クロックを生成するクロック生成手段と、前記基準クロックを分周してそれぞれ第一及び第二の周波数の信号を生成する第一及び第二の分周手段と、前記第一の周波数の信号を印加することによって第一の方向に前記第一の周波数で光ビームを往復走査すべく振動する第一の光走査手段と、前記第一の周波数よりも低い第二の周波数の信号を印加することによって第二の方向に前記第二の周波数で光ビームを往復走査すべく振動する第二の光走査手段とを備えた２次元光走査装置において、前記基準クロックの周波数を制御して、前記第一または第二の周波数比を変えることなく、前記第一及び第二の周波数の値を調整可能な周波数制御手段を備えていることを特徴とする。
２次元スキャナーの共振特性が変化してもそれに追随して駆動周波数を適切に制御し、常に所望の振幅が得られる手段を提供することを目的としたものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の２次元光走査装置において、前記周波数制御手段は、前記第一の周波数の値が、前記第一の光走査手段の持つ共振周波数に略一致するように前記基準クロックの周波数を制御することを特徴とする。
特に周波数の高い走査方向について共振特性が変化してもそれに追随して駆動周波数を適切に制御し、常に所望の振幅が得られる手段を提供することを目的としたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の２次元光走査装置において、前記第一の光走査手段の振幅を検出する第一の振幅検出手段を備え、前記周波数制御手段は、前記第一の振幅検出手段の出力に基づいて前記基準クロックの周波数を制御することを特徴とする。
周波数の高い走査方向について共振特性が変化してもそれに追随して駆動周波数を高精度且つ自動制御可能な手段を提供することを目的としたものである。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の２次元光走査装置において、前記第二の光走査手段に印加される前記第二の信号の少なくとも電圧または電流値を制御することにより、前記第二の光走査手段の振幅を制御する第二の振幅制御手段を備えたことを特徴とする。
周波数の高い走査方向において共振特性の変化に追随して駆動周波数を制御したことにより、もう一方の走査方向のスキャナーにおいて駆動周波数が変わったことによる振幅の変化があっても、それを補正可能な手段を提供することを目的としたものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の２次元光走査装置において、前記第二の光走査手段の振幅を検出する第二の振幅検出手段を備え、前記第二の振幅検出手段の出力に基づいて前記第二の光走査手段に印加される前記第二の信号の少なくとも電圧または電流値を制御することを特徴とする。
もう一方の走査方向のスキャナーにおいて駆動周波数が変わったことによる振幅の変化があっても、それを高精度且つ自動補正可能な手段を提供することを目的としたものである。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１つに記載の２次元光走査装置を含み、画像信号を入力し前記第一及び第二の光走査手段の動きに同期して前記光ビームを前記画像信号に基づき強度変調しつつスクリーン面を走査することにより所望の画像を表示する手段を備えたことを特徴とする光走査型画像表示装置である。
小型低消費電力でありながら常に最適に所望の画面サイズで良好な画像品質が得られる表示装置を提供することを目的としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２方向の走査周波数の比を変えることなく各周波数を調整可能としたので、温度特性などの環境的要因によって共振特性が経時的に変化しても所望の走査領域及び品質を確保できる。
特に周波数の高い走査方向について共振特性が変化してもそれに追随して駆動周波数を適切に制御し、常に所望の振幅が得られるようにしたので、大きな消費電力の低減効果が図られる。
特に周波数の高い走査方向について振幅を検出する手段を備えたので、共振特性が変化してもそれに追随して振幅を自動制御することが可能となり、ユーティリティの向上が図られる。
周波数の低い走査方向についても振幅を制御する手段を備えたので、スキャナーの設計精度に余裕ができ、歩留まりが向上して低コスト化が図られる。
また、振幅を自動制御することが可能となり、スキャナーの設計精度に余裕ができ、歩留まりが向上して低コスト化が図られるとともにユーティリティの向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る２次元光走査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第一及び第二の光走査手段の斜視図である。
【図３】基準クロックの周波数の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】図３の周波数制御に対応した第二の光走査手段の駆動信号の制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１は、本発明に基づく２次元光走査装置の構成を概略的に示したものである。
周波数制御手段としてのコントローラ１は、後述するシステムクロックＳＣＬＫを生成するためのデータＦＳＥＴを生成する。データＦＳＥＴは、後述するコンパレータ１７からの信号ＤＰｘを入力することにより値を制御されるが、例えば電源投入後などの初期化時においては、初期データとして所定の値で出力される。この初期データは、例えば不揮発性メモリを備えてそこに記憶しておき、初期化時に読み出すようにしても良いし、他の方法で生成してもよい。
Ｄ／Ａコンバータ２は、制御回路１からのデータＦＳＥＴを入力し、その値に対応した電圧Ｖｆｓｅｔを出力する。クロック生成手段としてのＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)３は、Ｄ／Ａコンバータ２からの電圧Ｖｆｓｅｔを入力し、その値に対応した周波数のシステムクロックＳＣＬＫ（基準クロック）を生成する。
【００１３】
第一の分周手段としての分周回路４及び第二の分周手段としての分周回路６は、システムクロックＳＣＬＫをそれぞれ所定の比率で分周し、後述する２次元光走査装置としてのＭＥＭＳスキャナー１２を駆動する信号Ｖｘ及びＶｙの基となるパルス信号Ｓｘ及びＳｙを生成する。
パルス信号Ｓｘは、ローパスフィルター機能付のアンプ５によって、正弦波またはそれに近い波形の電圧信号に変換されるとともに適当な値に増幅されて駆動信号Ｖｘとして出力される。
同様にパルス信号Ｓｙも、ローパスフィルター機能付のアンプ８によって、正弦波またはそれに近い波形の電圧信号に変換されるとともに適当な値に増幅されて駆動信号Ｖｙとして出力されるが、分周回路６とローパスフィルター機能付のアンプ８との間に、デューティ可変回路７が挿入され、後述するコントローラ１５によってパルス信号Ｓｙのデューティ比を変えることによって（出力信号Ｐｓｙ）、駆動信号Ｖｙの電圧値を制御可能としている。
【００１４】
第二の振幅制御手段としてのコントローラ１５は、後述するコンパレータ１９からの信号ＤＰｙを入力することによりパルス信号Ｓｙのデューティ比を設定するためのデータＶＹＳＥＴを生成するとともに、後述するレーザー光源１１を駆動する変調信号ＬＤＶの基となるデータ信号ＬＤＤを生成し出力する。
データＶＹＳＥＴは、例えば電源投入後などの初期化時においては、初期データを出力する。この初期データも前述のデータＦＳＥＴの場合と同様、例えば不揮発性メモリを備えてそこに記憶しておき、初期化時に読み出すようにしても良いし、他の方法で生成してもよい。
データ信号ＬＤＤはＤ／Ａコンバータ９によってアナログ信号ＬＤＡに変換され、さらに増幅回路１０によって適当に増幅され変調信号ＬＤＶとして出力される。
レーザー光源１１は変調信号ＬＤＶに基づき変調光である光ビーム１６を出力する。
【００１５】
ＭＥＭＳスキャナー１２は駆動信号Ｖｘによって駆動され、入射される光ビームを走査領域のｘ方向（水平方向；第一の方向）に往復走査すると同時に、駆動信号Ｖｙによって入射される光ビームを走査領域のｙ方向（垂直方向；第二の方向）にも往復走査するように２次元的に振動するミラー部を備える。
図２に基づいて、ＭＥＭＳスキャナー１２の構成を具体的に説明する。
ＭＥＭＳスキャナー１２は、反射面を持つ微小ミラー１２ａがトーションバー１２ｂ、１２ｃで支持された構造を有する。
微小ミラー１２ａは、トーションバー１２ｂが捻れることで軸１２ｄを略中心とした共振往復運動を行う。この振動は、フレーム１２ｆと微小ミラー１２ａの各々に設けられた図示しない電極に第一の周波数の信号を印加することにより生じ、この場合、ＭＥＭＳスキャナー１２は第一の光走査手段として機能する。
微小ミラー１２ａは、トーションバー１２ｂが捻れることで軸１２ｅを略中心とした共振往復運動を行う。この振動は、フレーム１２ｆとフレーム１２ｇの各々に設けられた図示しない電極に第二の周波数の信号を印加することにより生じ、この場合、ＭＥＭＳスキャナー１２は第二の光走査手段として機能する。
この両軸１２ｄ、１２ｅを略中心とする往復運動によって、微小ミラー１２ａの偏向面の法線方向が２次元的に変化する。このため、微小ミラー１２ａに入射するビームの反射方向が変化し、これにより、ビームを２次元方向に走査することができる。
【００１６】
図１に示すように、走査領域のｘ方向端部の所定位置には第一の振幅検出手段としてのフォトダイオード１３が配置されており、到達した光ビームを電気信号Ｐｘに変換して出力する。
同様に、走査領域のｙ方向端部の所定位置には第二の振幅検出手段としてのフォトダイオード１４が配置されており、到達した光ビームを電気信号Ｐｙに変換して出力する。
ここで、必須ではないが光ビームは本来必要とされる有効走査領域より広い範囲を走査するようにし、フォトダイオード１３及び１４は有効走査領域範囲外に配置されることが好ましい。
信号Ｐｘ及びＰｙはそれぞれ増幅回路１６及び１８で電圧信号ＶＰｘ及びＶＰｂｙに変換された後コンパレータ１７及び１９にて２値化されてデジタル信号ＤＰｘ及びＤＰｙとして出力される。
例えば信号ＤＰｘ（Ｄｐｙも同様）は、フォトダイオード１３に光ビームが受光されていない状態では”０”レベルにあり、光ビームが受光されている期間中”１”になる。勿論その逆でも良い。
【００１７】
以下に、コントローラ１の、入力信号ＤＰｘに基いてシステムクロックＳＣＬＫの周波数を制御する動作の一例を説明する。なお図３はそれをフローチャートで示したものである。
コントローラ１は、電源投入後などの初期化時において、前述のとおりデータＦＳＥＴを初期値で出力するとともに、所定時間Ｔ１のタイマー（タイマーＴ１；図示省略）を起動する。
そして所定時間Ｔ１経過後に第二のタイマーＴ２（図示省略）を起動し、入力信号ＤＰｘが”１”になるタイミングがあるかどうかをモニターする。すなわち、フォトダイオード１３により光ビームが受光されるタイミングがあるかどうかを調べる。
【００１８】
所定時間Ｔ２内に入力信号ＤＰｘが”１”になるタイミングがある場合にはデータＦＳＥＴはそのまま変更しないが、なければＦＳＥＴの値を変更して（例えば所定値Ｎｘだけ加算して）同様の動作を繰り返し、所定時間Ｔ２内に入力信号ＤＰｘが”１”になるタイミングが検出されたところでフラグ信号ＦＳＣを”１”にしてデータＦＳＥＴの値を固定する。
これは、周波数制御手段としてのコントローラ１による「共振特性の変化に合わせた駆動周波数の補正動作」である。
【００１９】
次に、コントローラ１５の、入力信号ＤＰｙに基づいてパルス信号Ｓｙのデューティ比を設定するためのデータＶＹＳＥＴを制御する動作の一例を説明する。図４はそれをフローチャートで示したものである。
コントローラ１５は、電源投入後などの初期化時において、前述のとおりデータＶＹＳＥＴを初期値で出力する。
そしてコントローラ１からのフラグ信号ＦＳＣが”１”になると所定時間Ｔ３のタイマー（タイマーＴ３；図示省略）を起動する。
所定時間Ｔ３が経過すると第二のタイマーＴ４（図示省略）を起動し、入力信号Ｄｐｙが”１”になるタイミングがあるかどうかをモニターする。すなわち、フォトダイオード１４により光ビームが受光されるタイミングがあるかどうかを調べる。
所定時間Ｔ４内に入力信号Ｄｐｙが”１”になるタイミングがある場合にはデータＶＹＳＥＴはそのまま変更しないが、なければＶＹＳＥＴの値を変更して（例えば所定値Ｎｙだけ加算して）同様の動作を繰り返し、所定時間Ｔ４内に入力信号ＤＰｙが”１”になるタイミングが検出されたところでデータＶＹＳＥＴの値を固定する。
なお、本実施形態ではｙ方向走査の駆動信号Ｖｙの電圧を制御するために基となるパルス信号Ｓｙのパルス幅を制御するようにしたが、例えばローパスフィルター機能付のアンプ８のゲインを制御するなど、他のどのような方法でも良い。
コントローラ１５による上記制御は、コントローラ１によって共振特性の変化に合わせて変化させられた第一の光走査手段の駆動周波数に対応して、第二の光走査手段の振幅を変更する制御である。
【符号の説明】
【００２０】
１  周波数制御手段
３  クロック生成手段
４  第一の分周手段
６  第二の分周手段
１２  光走査手段
１３  第一の振幅検出手段
１４  第二の振幅検出手段
１５  第二の振幅制御手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特表２００５−５２６２８９号公報
【図１】
2012003135.tif 000003
【図２】
2012003135.tif 000004
【図３】
2012003135.tif 000005
【図４】
2012003135.tif 000006