(57)【要約】【課題】主走査方向に共振振動を伴った光線のラスター走査において安定した画像表示を簡易に行える画像表示装置を提供する。【解決手段】水平走査方向(主走査方向)に共振振動を伴った光線のラスター走査により投影面への画像表示が可能な画像表示装置は、水平走査方向の機械共振周波数を検出する共振点検出部を備えている。そして、画像表示に係る垂直同期周波数ｆｖの倍数となる周波数群ｆｐ１〜ｆｐ４、ｆｍ１〜ｆｍ３から、例えば共振点検出部で検出された機械共振周波数ｆｏに最も近い周波数をラスター走査の水平走査周波数として設定する。これにより、画像表示装置において安定した画像表示を簡易に行えることとなる。【選択図】図１４
2009009093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、
(a)所定の光源から発せられた光線を反射する反射面を有する可動部を、第１軸の回りに揺動させる第１のアクチュエータと、
(b)前記可動部を、前記第１軸と略直角に交差する第２軸の回りに揺動させる第２のアクチュエータと、
(c)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、
(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第２のアクチュエータを駆動して前記第２軸回りに前記可動部を揺動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段と、
を備え、
前記主走査手段は、
(c-1)前記可動部の揺動振動に関する共振周波数に相当する周波数を検出する検出手段と、
(c-2)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段と、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記特定の周波数は、前記第２周波数のｎ倍（ただしｎは自然数）であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の画像表示装置において、
前記特定の周波数は、前記第２周波数の(ｎ＋０.５)倍（ただしｎは自然数）であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記設定手段は、
前記特定の周波数のうち、前記共振周波数に最も近い周波数を、前記第１周波数として設定する手段、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記主走査手段は、
前記第１駆動信号として、前記第２周波数に基づき算出される複数の周波数それぞれで繰り返される各駆動信号を生成する信号生成手段、
を有するとともに、
前記検出手段は、
前記信号生成手段で生成される各駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させ、前記各駆動信号における前記可動部の揺動角の振幅を比較することにより、前記共振周波数に相当する周波数を検出する手段、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記主走査手段は、
前記第１駆動信号として、前記第２周波数に基づき算出される複数の周波数それぞれで繰り返される各駆動信号を生成する信号生成手段、
を有するとともに、
前記検出手段は、
前記信号生成手段で生成される各駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させ、前記各駆動信号における前記可動部の揺動角の位相を比較することにより、前記共振周波数に相当する周波数を検出する手段、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記検出手段で検出される周波数は、前記第２周波数に基づき算出される周波数であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記設定手段は、
前記検出手段で検出される共振周波数の変化に伴って前記第１周波数を変更する変更手段、
を有し、
前記変更手段による変更前後の第１周波数それぞれで繰り返される各駆動信号における前記可動部の揺動角の位相は略等しいことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、
(a)所定の光源から発せられた光線を反射する反射面を有する可動部を、第１軸の回りに揺動させる第１のアクチュエータと、
(b)前記可動部を、前記第１軸と略直角に交差する第２軸の回りに揺動させる第２のアクチュエータと、
(c)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、
(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第２のアクチュエータを駆動して前記第２軸回りに前記可動部を揺動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段と、
を備え、
前記主走査手段は、
(c-1)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、
(a)所定の光源から発せられた光線を反射する第１の反射面を有する第１可動部を、第１軸の回りに揺動させる第１のアクチュエータと、
(b)前記第１の反射面で反射された光線を反射する第２の反射面を有する第２可動部を、第２軸の回りに揺動させる第２のアクチュエータと、
(c)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記第１可動部を揺動振動させることにより、前記第１の反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、
(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第２のアクチュエータを駆動して前記第２軸回りに前記第２可動部を揺動させることにより、前記第２の反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段と、
を備え、
前記主走査手段は、
(c-1)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記第１可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、
(a)所定の光源から発せられた光線を反射する第１の反射面を有する第１可動部を、第１軸の回りに揺動させる第１のアクチュエータと、
(b)前記第１の反射面で反射された光線を反射する第２の反射面を有する第２可動部を、第２軸の回りに揺動させる第２のアクチュエータと、
(c)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第２のアクチュエータを駆動して前記第２軸回りに前記第２可動部を揺動振動させることにより、前記第２の反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、
(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記第１可動部を揺動させることにより、前記第１の反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段と、
を備え、
前記主走査手段は、
(c-1)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記第２可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、
(a)所定の光源から発せられた光線を反射する反射面を有する可動部を第１軸の回りに揺動させる第１揺動手段と、前記可動部を前記第１軸と略直角に交差する第２軸の回りに揺動させる第２揺動手段とを有するアクチュエータ部と、
(b)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第１揺動手段を用いて前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、
(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第２揺動手段を用いて前記第２軸回りに前記可動部を揺動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段と、
を備え、
前記主走査手段は、
(c-1)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光等の光線を偏向・走査する光スキャナは、例えばバーコードリーダーやレーザープリンタ、ディスプレイ等の光学機器に利用されている。この光スキャナについては、多角柱ミラーをモータで回転させて反射光を走査するポリゴンミラーや、平面ミラーを電磁アクチュエータによって回転振動させるガルバノミラー等を有するものがある。しかし、このような光スキャナにおいては、ミラーをモータや電磁アクチュエータで駆動する機械的な駆動機構が必要となるが、その駆動機構はサイズが比較的大きく、また高価であることから、光スキャナの小型化を阻害するとともに高価格化を招くといった問題がある。
【０００３】
そこで、光スキャナの小型化、低価格化および生産性の向上を図るために、半導体製造技術を応用したシリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術を用いてミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたマイクロ光スキャナの開発が進んでいる。
【０００４】
そして、上述の光スキャナを２組配置し、各々のミラーで反射される光線をラスター走査することにより投影面に２次元画像を表示させる画像表示装置がある。
【０００５】
このような画像表示装置では、表示画像に係る画像信号とラスター走査(水平走査および垂直走査)との間で同期をとることにより安定した画像表示が可能である。しかし、大きな幅の水平走査出力を得るために一般にミラー部の共振振動が行われる水平走査において、この共振振動に係る共振周波数(水平走査周波数)と画像信号の水平同期周波数とを合致させて同期をとるのは容易でない。この同期をとるための技術としては、例えば次の(ｉ)〜(iii)に示すものが知られている。
【０００６】
(ｉ)光スキャナの設計段階や製造段階において、画像信号の水平同期周波数に略一致するような共振周波数に作り込んでおく。
【０００７】
(ii)画像フレーム(画像信号)を一時的にバッファメモリに記憶しておくとともに、共振振動を行う水平走査の駆動信号からＰＬＬ回路を用いて読出しクロックを生成し、このクロックに基づき上記のバッファメモリから各水平ラインの画像信号を読出すようにする(例えば特許文献１参照)。
【０００８】
(iii)共振周波数を調整可能な構造を有する光スキャナを用いる。例えば特許文献２に開示される技術のように、振動体(ミラー部)から伸びる可撓性腕部に電界を作用させて曲げることにより振動体の慣性モーメント等を変化させて共振周波数を調整する。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１４６２２２号公報
【特許文献２】特表２００４−５１８９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記(ｉ)の技術では、温度等の環境変化や経時変化によって共振周波数が変動すると水平走査出力(水平走査幅)が大幅に変化する可能性があり、水平走査方向（主走査方向）に共振振動を伴った光線のラスター走査において安定した画像表示が困難となる。
【００１１】
一方、上記(ii)の技術においては、上述したＰＬＬ回路等が必要となるため、装置構成が複雑化してしまう。
【００１２】
また、上記(iii)の技術では、共振周波数を調整できるものの、その調整のための構造が複雑となる。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、主走査方向に共振振動を伴った光線のラスター走査において安定した画像表示を簡易に行える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】
【００１４】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、(a)所定の光源から発せられた光線を反射する反射面を有する可動部を、第１軸の回りに揺動させる第１のアクチュエータと、(b)前記可動部を、前記第１軸と略直角に交差する第２軸の回りに揺動させる第２のアクチュエータと、(c)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第２のアクチュエータを駆動して前記第２軸回りに前記可動部を揺動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段とを備え、前記主走査手段は、(c-1)前記可動部の揺動振動に関する共振周波数に相当する周波数を検出する検出手段と、(c-2)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段とを有する。
【００１５】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る画像表示装置において、前記特定の周波数は、前記第２周波数のｎ倍（ただしｎは自然数）である。
【００１６】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る画像表示装置において、前記特定の周波数は、前記第２周波数の(ｎ＋０.５)倍（ただしｎは自然数）である。
【００１７】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る画像表示装置において、前記設定手段は、前記特定の周波数のうち、前記共振周波数に最も近い周波数を、前記第１周波数として設定する手段を有する。
【００１８】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る画像表示装置において、前記主走査手段は、前記第１駆動信号として、前記第２周波数に基づき算出される複数の周波数それぞれで繰り返される各駆動信号を生成する信号生成手段を有するとともに、前記検出手段は、前記信号生成手段で生成される各駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させ、前記各駆動信号における前記可動部の揺動角の振幅を比較することにより、前記共振周波数に相当する周波数を検出する手段を有する。
【００１９】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る画像表示装置において、前記主走査手段は、前記第１駆動信号として、前記第２周波数に基づき算出される複数の周波数それぞれで繰り返される各駆動信号を生成する信号生成手段を有するとともに、前記検出手段は、前記信号生成手段で生成される各駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させ、前記各駆動信号における前記可動部の揺動角の位相を比較することにより、前記共振周波数に相当する周波数を検出する手段を有する。
【００２０】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係る画像表示装置において、前記検出手段で検出される周波数は、前記第２周波数に基づき算出される周波数である。
【００２１】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかの発明に係る画像表示装置において、前記設定手段は、前記検出手段で検出される共振周波数の変化に伴って前記第１周波数を変更する変更手段を有し、前記変更手段による変更前後の第１周波数それぞれで繰り返される各駆動信号における前記可動部の揺動角の位相は略等しい。
【００２２】
また、請求項９の発明は、光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、(a)所定の光源から発せられた光線を反射する反射面を有する可動部を、第１軸の回りに揺動させる第１のアクチュエータと、(b)前記可動部を、前記第１軸と略直角に交差する第２軸の回りに揺動させる第２のアクチュエータと、(c)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第２のアクチュエータを駆動して前記第２軸回りに前記可動部を揺動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段とを備え、前記主走査手段は、(c-1)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段を有する。
【００２３】
また、請求項１０の発明は、光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、(a)所定の光源から発せられた光線を反射する第１の反射面を有する第１可動部を、第１軸の回りに揺動させる第１のアクチュエータと、(b)前記第１の反射面で反射された光線を反射する第２の反射面を有する第２可動部を、第２軸の回りに揺動させる第２のアクチュエータと、(c)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記第１可動部を揺動振動させることにより、前記第１の反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第２のアクチュエータを駆動して前記第２軸回りに前記第２可動部を揺動させることにより、前記第２の反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段とを備え、前記主走査手段は、(c-1)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記第１可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段を有する。
【００２４】
また、請求項１１の発明は、光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、(a)所定の光源から発せられた光線を反射する第１の反射面を有する第１可動部を、第１軸の回りに揺動させる第１のアクチュエータと、(b)前記第１の反射面で反射された光線を反射する第２の反射面を有する第２可動部を、第２軸の回りに揺動させる第２のアクチュエータと、(c)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第２のアクチュエータを駆動して前記第２軸回りに前記第２可動部を揺動振動させることにより、前記第２の反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第１のアクチュエータを駆動して前記第１軸回りに前記第１可動部を揺動させることにより、前記第１の反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段とを備え、前記主走査手段は、(c-1)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記第２可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段を有する。
【００２５】
また、請求項１２の発明は、光線のラスター走査により所定の投影面への画像表示が可能な画像表示装置であって、(a)所定の光源から発せられた光線を反射する反射面を有する可動部を第１軸の回りに揺動させる第１揺動手段と、前記可動部を前記第１軸と略直角に交差する第２軸の回りに揺動させる第２揺動手段とを有するアクチュエータ部と、(b)第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき前記第１揺動手段を用いて前記第１軸回りに前記可動部を揺動振動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る主走査方向に走査する主走査手段と、(d)第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき前記第２揺動手段を用いて前記第２軸回りに前記可動部を揺動させることにより、前記反射面で反射される光線を前記ラスター走査に係る副走査方向に走査する副走査手段とを備え、前記主走査手段は、(c-1)前記第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、前記可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を、前記第１周波数として設定する設定手段を有する。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１から請求項８の発明によれば、第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき第１のアクチュエータを駆動して第１軸回りに可動部を揺動振動させることにより、可動部の反射面で反射される光線をラスター走査に係る主走査方向に走査するとともに、第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき第２のアクチュエータを駆動して第２軸回りに可動部を揺動させることにより、可動部の反射面で反射される光線をラスター走査に係る副走査方向に走査する。そして、可動部の揺動振動に関する共振周波数に相当する周波数を検出し、第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち共振周波数付近の周波数を第１周波数として設定する。その結果、主走査方向に共振振動を伴った光線のラスター走査において安定した画像表示を簡易に行える。
【００２７】
特に、請求項２の発明においては、特定の周波数は、第２周波数のｎ倍（ただしｎは自然数）であるため、適切な第１周波数を容易に決定できる。
【００２８】
また、請求項３の発明においては、特定の周波数は、第２周波数の(ｎ＋０.５)倍（ただしｎは自然数）であるため、適切な第１周波数を容易に決定できる。
【００２９】
また、請求項４の発明においては、特定の周波数のうち共振周波数に最も近い周波数を第１周波数として設定するため、可動部において大きな揺動振動が得られる。
【００３０】
また、請求項５の発明においては、第２周波数に基づき算出される複数の周波数それぞれで繰り返される各駆動信号に基づき第１のアクチュエータを駆動して第１軸回りに可動部を揺動振動させ、各駆動信号における可動部の揺動角の振幅を比較することにより、共振周波数に相当する周波数を検出する。その結果、共振周波数を効率良く検出できる。
【００３１】
また、請求項６の発明においては、第２周波数に基づき算出される複数の周波数それぞれで繰り返される各駆動信号に基づき第１のアクチュエータを駆動して第１軸回りに可動部を揺動振動させ、各駆動信号における可動部の揺動角の位相を比較することにより、共振周波数に相当する周波数を検出する。その結果、共振周波数を効率良く検出できる。
【００３２】
また、請求項７の発明においては、検出手段で検出される周波数は、第２周波数に基づき算出される周波数であるため、共振周波数を効率良く検出できる。
【００３３】
また、請求項８の発明においては、検出手段で検出される共振周波数の変化に伴って第１周波数を変更する際には、変更前後の第１周波数それぞれで繰り返される各駆動信号における可動部の揺動角の位相は略等しいため、より安定した画像表示を行える。
【００３４】
また、請求項９の発明によれば、第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき第１のアクチュエータを駆動して第１軸回りに可動部を揺動振動させることにより、可動部の反射面で反射される光線をラスター走査に係る主走査方向に走査するとともに、第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき第２のアクチュエータを駆動して第２軸回りに可動部を揺動させることにより、可動部の反射面で反射される光線をラスター走査に係る副走査方向に走査する。そして、第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を第１周波数として設定する。その結果、主走査方向に共振振動を伴った光線のラスター走査において安定した画像表示を簡易に行える。
【００３５】
また、請求項１０の発明によれば、第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき第１のアクチュエータを駆動して第１軸回りに第１可動部を揺動振動させることにより、第１可動部の第１の反射面で反射される光線をラスター走査に係る主走査方向に走査するとともに、第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき第２のアクチュエータを駆動して第２軸回りに第２可動部を揺動させることにより、第２可動部の第２の反射面で反射される光線をラスター走査に係る副走査方向に走査する。そして、第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、第１可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を第１周波数として設定する。その結果、主走査方向に共振振動を伴った光線のラスター走査において安定した画像表示を簡易に行える。
【００３６】
また、請求項１１の発明によれば、第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき第２のアクチュエータを駆動して第２軸回りに第２可動部を揺動振動させることにより、第２可動部の第２の反射面で反射される光線をラスター走査に係る主走査方向に走査するとともに、第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき第１のアクチュエータを駆動して第１軸回りに第１可動部を揺動させることにより、第１可動部の第１の反射面で反射される光線をラスター走査に係る副走査方向に走査する。そして、第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、第２可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を第１周波数として設定する。その結果、主走査方向に共振振動を伴った光線のラスター走査において安定した画像表示を簡易に行える。
【００３７】
また、請求項１２の発明によれば、第１周波数で繰り返される第１駆動信号に基づき第１軸回りに可動部を揺動振動させることにより、可動部の反射面で反射される光線をラスター走査に係る主走査方向に走査するとともに、第２周波数で繰り返される第２駆動信号に基づき第２軸回りに可動部を揺動させることにより、可動部の反射面で反射される光線をラスター走査に係る副走査方向に走査する。そして、第２周波数に基づき算出される特定の周波数のうち、可動部の揺動振動に関する共振周波数付近の周波数を第１周波数として設定する。その結果、主走査方向に共振振動を伴った光線のラスター走査において安定した画像表示を簡易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
＜第１実施形態＞
＜画像表示装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置１００Ａの外観を示す図である。
【００３９】
画像表示装置１００Ａは、箱型の形状を有しており、スクリーン９に映像(画像)を投影するプロジェクタ装置として構成されている。この画像表示装置１００Ａでは、投影面であるスクリーン９に向けて照射される光線のラスター走査ＲＳを行うことにより、スクリーン９への２次元画像の表示が可能となっている。このラスター走査ＲＳでは、例えば表示画像の上端における開始位置Ｑａから、表示画像の下端における終了位置Ｑｂまで光線が連続的に走査されることで、１回の画像表示が完了することとなる。なお、位置Ｑｂまで光線が走査されると、次の画像表示のために位置Ｑａに復帰する垂直走査(および水平走査)が画像表示を伴わない垂直ブランキング期間中に行われる。
【００４０】
画像表示装置１００Ａの内部には、図２に示す光スキャナ１と、光スキャナ１に向けて光線(例えばレーザ光)ＬＴを発する光源５０とが設けられている。
【００４１】
光スキャナ１は、Ｙ軸(図６参照)に平行な第１軸Ａｙと、Ｘ軸(図６参照)に平行で第１軸Ａｙと略直角に交差する第２軸Ａｘとを中心とした回動が可能なミラー部１１を備えている。このミラー部１１が第１軸Ａｙおよび第２軸Ａｘにおいて２次元的に回動することにより、ミラー部１１で反射された光源５０からの光線ＬＴをラスター走査ＲＳすることができる。光スキャナ１の具体的な構成については、後で詳述する。
【００４２】
図３は、画像表示装置１００Ａの機能構成を示すブロック図である。
【００４３】
画像表示装置１００Ａは、上述した光スキャナ１および光源５０を備えるとともに、光スキャナ１の駆動制御を行う光スキャナ制御部６と、光源５０を駆動し光線ＬＴの変調が可能な光源駆動回路５１と、光源駆動回路５１を制御する画像信号制御部５２とを有している。
【００４４】
光スキャナ制御部６は、ミラー部１１に関する第１軸Ａｙ(図２)回りの回動、つまり水平方向の駆動を制御する水平駆動制御部６ａと、ミラー部１１に関する第２軸Ａｘ(図２)回りの回動、つまり垂直方向の駆動を制御する垂直駆動制御部６ｂとを有している。なお、水平駆動制御部６ａについては、後で詳述する。
【００４５】
画像信号制御部５２は、例えば画像表示装置１００Ａの外部から入力された画像信号に基づき光源５０を制御するための制御信号を生成する。そして、この制御信号に基づき光源駆動回路５１を介して光源５０の制御(例えば点灯・消灯の制御や発光強度の制御)を行うことにより、入力された画像信号に基づく適切な画像表示がスクリーン９で行える。この画像信号制御部５２については、後で詳述する。
【００４６】
また、画像表示装置１００Ａは、第１軸Ａｙ(図２)を中心に揺動するミラー部１１の角度(変位角)を検出する角度検出部５５と、ミラー部１１の揺動振動に関する共振点（共振周波数）を検出する共振点検出部５６とを備えている。
【００４７】
角度検出部５５は、位置検出センサとして図４に示すフォトリフレクタ(ＰＲ)５５０を有している。そして、ミラー部１１の裏面Ｓｂ(後述)で反射された光線ＬＰが入射する位置をフォトリフレクタ５５０で検知することにより、ミラー部１１の角度が検出される。
【００４８】
また、角度検出部５５は、フォトリフレクタ５５０で得られたミラー部１１の角度情報を用いて、揺動するミラー部１１の振幅を検知することが可能である。このミラー部１１の振幅検知について以下で説明する。
【００４９】
揺動振動を行うミラー部１１の変位角は図５に示すように単振動の波形として表わされることから、その波形のエンベロープＥＮ(破線部)はミラー部１１の変位角の振幅を示している。よって、このエンベロープＥＮに対して例えばピーク検出回路を用いた最大振幅の検出や検波回路を用いたエンベロープＥＮの復調によって、ミラー部１１の変位角の振幅検知が可能となる。
【００５０】
また、角度検出部５５は、フォトリフレクタ５５０で得られたミラー部１１の角度情報を用いて、揺動するミラー部１１の位相を検知できる。具体的には、水平走査周波数信号発生部６３(後述)で生成される駆動信号の位相を基準として、フォトリフレクタ５５０から出力される検出信号との位相差を検出することで、ミラー部１１の変位角の位相検知が可能である。
【００５１】
共振点検出部５６は、角度検出部５５で検出されたミラー部１１の変位角の振幅や位相に基づき、ミラー部１１の揺動振動に関する機械共振周波数を検出する。例えば、後述する周波数群ｆｐ１〜ｆｐ３、ｆｍ１〜ｆｍ３(図１４)の各駆動信号で順番にミラー部１１を揺動振動させた場合に、ミラー部１１の変位角の振幅が最大となる周波数を機械共振周波数に相当する周波数と判断する。
【００５２】
以下では、光スキャナ１の要部構成を説明する。
【００５３】
＜光スキャナ１の要部構成＞
図６は、光スキャナ１の要部構成を示す平面図である。また、図７は、図６のVII−VII位置から見た断面図である。
【００５４】
光スキャナ１は、「ロ」字状の板状部材として構成され不図示の筐体等に固定されているフレーム部１０と、フレーム部１０に内包されミラー部１１を弾性的に保持する「ロ」字状の保持部材１２とを備えている。また、光スキャナ１では、弾性変形を行うトーションバー部１３、１４により、保持部材１２が加振部２を介してフレーム１０に連結するとともに、ミラー部１１が保持部材１２に連結する。
【００５５】
ミラー部１１は、円板状の形状を有しており、その表面Ｓａおよび裏面Ｓｂは、光源５０から発せられた光線ＬＴを反射する反射面として機能する。すなわち、ミラー部１１の表面Ｓａおよび裏面Ｓｂには、例えば金やＡｌ（アルミニウム）等の金属薄膜による反射膜が形成されており、入射光線の反射率を向上させる構成となっている。
【００５６】
トーションバー部１３は、Ｙ軸と平行なミラー部１１の第１軸Ａｙに沿って保持部材１２から加振部２まで伸びている２つのトーションバー１３ａ、１３ｂからなっている。このようなトーションバー部１３により、ミラー部１１を保持する保持部材１２は、加振部２に対して弾性的に支持されることとなる。
【００５７】
同様にトーションバー部１４についても、Ｘ軸と平行なミラー部１１の第２軸Ａｘに沿ってミラー部１１の両端部から保持部材１２まで伸びている２つのトーションバー１４ａ、１４ｂからなっている。
【００５８】
加振部２は、トーションバー１３ａに接続する板状部材としての曲がり梁２１、２２と、トーションバー１３ｂに接続する板状部材としての曲がり梁２３、２４とを有している。これらの曲がり梁２１〜２４、フレーム部１０、ミラー部１１、保持部材１２、および各トーションバー１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂについては、例えばシリコン基板の異方性エッチングにより一体的に形成されている。
【００５９】
また、加振部２は、曲がり梁２１〜２４の各上面に例えば接着剤によって貼付されている電気−機械変換素子としての圧電素子３１〜３４を備えている。この圧電素子３１〜３４は、ミラー部１１を第１軸Ａｙの回りに揺動させる圧電振動子(圧電アクチュエータ)として構成されており、各圧電素子３１〜３４と各曲がり梁２１〜２４とによって４つのユニモルフ部Ｕａ〜Ｕｄが形成される。
【００６０】
また、圧電素子３１〜３４それぞれは、表面および裏面に上部電極Ｅｕおよび下部電極Ｅｄが設けられている(図７)。そして、圧電素子３１〜３４の上部電極Ｅｕには、それぞれフレーム部１０に設けられた電極パッド３１ｕ〜３４ｕが例えばワイヤを介して電気的に接続されているとともに、圧電素子３１〜３４の下部電極Ｅｄには、それぞれフレーム部１０に設けられた電極パッド３１ｄ〜３４ｄが例えばワイヤを介して電気的に接続されている。このような電極パッドを介して光スキャナ１の外部から圧電素子３１〜３４それぞれに駆動電圧を印加できることとなる。
【００６１】
以上のような光スキャナ１の構成により、電極パッド３１ｕ〜３４ｕ、３１ｄ〜３４ｄを介して圧電素子３１〜３４に駆動電圧を印加することで曲がり梁２１〜２４において曲げ変形が生じることとなる。このように曲がり梁２１〜２４で曲がりが生じることにより、トーションバー１３ａ、１３ｂおよび保持部材１２を介しミラー部１１に対して第１軸Ａｙ回りに回転トルクが与えられ、可動部として働くミラー部１１を第１軸Ａｙを中心に揺動振動を行わせることが可能となる。このミラー部１１の揺動振動動作について、詳しく説明する。
【００６２】
図８は、ミラー部１１の揺動振動動作を説明するための図である。ここで、図８(ａ)および図８(ｂ)は、図６のVI−VI位置から見た断面を示す図７に対応している。なお、図８(ａ)および図８(ｂ)においては、説明の便宜上、保持部材１２の図示を省略している。
【００６３】
光スキャナ１においては、圧電素子３１〜３４に対して上部電極Ｅｕと下部電極Ｅｄとの間に分極反転が生じない範囲の交流電圧を印加することにより、圧電素子３１〜３４は伸縮し、ユニモルフ的に厚み方向に変位することとなる。
【００６４】
そこで、圧電素子３１に対して長手方向(Ｘ軸方向)に伸長させる駆動電圧を印加するとともに、この駆動電圧と逆位相の駆動電圧を圧電素子３２に印加して圧電素子３２を収縮させることにより、一端がフレーム部１０に連結するユニモルフ部Ｕａ、Ｕｂにおいて、図８(ａ)に示すように曲がり梁２１を下方に湾曲させる一方、曲がり梁２２を上方に湾曲させる。同様に、圧電素子３３および圧電素子３４に対しても、圧電素子３１および圧電素子３２それぞれと同位相の駆動電圧を印加することにより、曲がり梁２３を下方に湾曲させる一方、曲がり梁２４を上方に湾曲させる。これにより、トーションバー１３ａ、１３ｂを介しミラー部１１において第１軸Ａｙ回りの回転トルクが生じるため、図８(ａ)に示すようにミラー部１１は第１軸Ａｙを中心として方向Ｄａに傾くこととなる。
【００６５】
また、圧電素子３２に対して長手方向(Ｘ軸方向)に伸長させる駆動電圧を印加するとともに、この駆動電圧と逆位相の駆動電圧を圧電素子３１に印加して圧電素子３１を収縮させることにより、一端がフレーム部１０に連結するユニモルフ部Ｕａ、Ｕｂにおいて、図８(ｂ)に示すように曲がり梁２１を上方に湾曲させる一方、曲がり梁２２を下方に湾曲させる。同様に、圧電素子３３および圧電素子３４に対しても、圧電素子３１および圧電素子３２それぞれと同位相の駆動電圧を印加することにより、曲がり梁２３を上方に湾曲させる一方、曲がり梁２４を下方に湾曲させる。これにより、トーションバー１３ａ、１３ｂを介しミラー部１１において第１軸Ａｙ回りの回転トルクが生じるため、図８(ｂ)に示すようにミラー部１１は第１軸Ａｙを中心として回動方向Ｄｂに傾斜することとなる。
【００６６】
このようにミラー部１１を方向Ｄａ(図８(ａ))および方向Ｄｂ(図８(ｂ))に回動させる交流の駆動電圧を圧電素子３１〜３４に印加するようにすれば、この印加電圧に追従した上下方向の振動がユニモルフ部Ｕａ〜Ｕｄで繰り返されるため、トーションバー１３ａ、１３ｂにシーソー的な回転トルクが生じ、保持部材１２を介してミラー部１１は所定の角度範囲で揺動振動することとなる。すなわち、水平走査周波数(第１周波数)で繰り返される駆動信号(図１０参照)に基づき圧電素子３１〜３４を駆動して第１軸Ａｙ回りにミラー部１１を揺動振動させることにより、ミラー部１１の反射面で反射される光線ＬＴをラスター走査ＲＳ(図２)に係る水平方向(主走査方向)に走査できる。
【００６７】
ここで、ミラー部１１の揺動角度が小さい場合には、圧電素子３１〜３４に印可する交流電圧の周波数を、光スキャナ１に関する機械振動系の共振周波数に設定することにより、ミラー部１１が共振振動されるため、光スキャナ１として大きな偏向角度(光走査角度)が得られるようになる。
【００６８】
また、図６に示すように、光スキャナ１には圧電素子３１〜３４に対応する４つの圧電素子(圧電アクチュエータ)３５〜３８が保持部材１２上に設けられており、これにより上述した第１軸Ａｙと同様に第２軸Ａｘの回りにミラー部１１を揺動させることが可能である。すなわち、保持部材１２上の圧電素子３５〜３８を駆動して第２軸Ａｘ回りにミラー部１１を揺動させることにより、ミラー部１１の反射面で反射される光線をラスター走査ＲＳ(図１)に係る垂直方向(副走査方向)に走査できる。このようにミラー部１１を第２軸Ａｘの回りに揺動させる手段(第２揺動手段)として機能する圧電素子３５〜３８と、上述のようにミラー部１１を第１軸Ａｙの回りに揺動させる手段(第１揺動手段)として機能する圧電素子３１〜３４とにより、光線のラスター走査ＲＳに必要なアクチュエータ部が構成されることとなる。
【００６９】
以下では、光スキャナ１のミラー部１１を、その機械共振に関する共振周波数で水平方向(第１軸Ａｙの回り)に駆動するための水平駆動制御部６ａについて説明する。
【００７０】
＜水平駆動制御部６ａについて＞
図９は、水平駆動制御部６ａの要部構成を説明するためのブロック図である。
【００７１】
水平駆動制御部６ａは、圧電素子３１〜３４に電圧印加を行って光スキャナ１を水平方向(第１軸Ａｙの回り)に駆動する水平駆動回路６１を備えるとともに、水平読出し周波数信号発生部６２と水平走査周波数信号発生部６３とを有している。
【００７２】
水平読出し周波数設定部６２は、角度検出部５５で検出されるミラー部１１の変位角から共振点検出部５６で得られた機械共振周波数に基づき、水平読出し周波数ｆｒｈ(後述)を設定する。この水平読出し周波数設定部６２で設定された水平読出し周波数ｆｒｈの情報は、水平走査周波数設定部６３に入力される。
【００７３】
水平走査周波数信号発生部６３は、光スキャナ１の水平方向の駆動に関して、例えば図１０に示すような単振動の駆動信号を出力する。この駆動信号は、例えば読出し周波数設定部６２で設定された水平読出し周波数ｆｒｈの半分の周波数で繰り返される信号であって、ミラー部１１の揺動振動に関する機械共振周波数近傍の周波数成分を有する信号として構成されている。
【００７４】
ここで、光スキャナ１による光線ＬＴのラスター走査ＲＳが毎回の画像表示において固定化されるためには、水平読出し周波数設定部６２で設定される画像信号の水平同期周波数ｆｈと垂直同期周波数ｆｖとの関係は、水平走査線数(ライン数)をｎ(ｎは整数)とすると次の式(１)を満足させる必要がある。
【００７５】
ｆｈ＝ｆｖ・ｎ  ・・・・・・・・（１）：
例えばＸＧＡ(表示画素数１０２４×７６８、水平全画素１３４４）の画像表示規格での画像表示を行う場合には、垂直同期周波数ｆｖ＝６０Ｈｚ、水平走査線数ｎ＝８０６本(このうち画像表示ライン数ｑ＝７６８本)とすると、上式(１)により水平同期周波数ｆｈは４８.３６ｋＨｚとなる。
【００７６】
＜画像信号制御部５２について＞
画像表示装置１００Ａでは、光源５０の出力を必要最小限に抑えつつ表示画面の明るさを確保するために、ラスター走査ＲＳの水平走査において画像の往復表示が行われる。この画像の往復表示を行うための画像信号制御部５２の構成を、以下で説明する。
【００７７】
図１１は、画像信号制御部５２の要部構成を説明するための図である。なお、図１１中の太線は、画像信号の流れを示している。
【００７８】
画像信号制御部５２は、ＦＩＦＯ(First In Fast Out(先入れ先出し))ラインメモリ５２１と、ＦＩＬＯ(First In Last Out(先入れ後出し))ラインメモリ５２２と、切替えスイッチ５２３と、ＦＩＦＯフレームメモリ５２４とを備えている。
【００７９】
ＦＩＦＯラインメモリ５２１は、例えば外部から入力される画像信号(以下では「入力画像データ」ともいう)について１水平ライン分の画像データを１水平時間(＝水平読出し周波数ｆｒｈの逆数)だけ遅延させて出力する。
【００８０】
一方、ＦＩＬＯラインメモリ５２２は、入力画像データについて１水平ライン分の画像データに関するデータ並びの反転を行い、１水平時間だけ遅延させて出力する。
【００８１】
切替えスイッチ５２３は、ＦＩＦＯラインメモリ５２１またはＦＩＬＯラインメモリ５２２から出力された１水平ライン分の画像データを、１水平時間毎に切替えてＦＩＬＯフレームメモリ５２４に出力する。
【００８２】
ＦＩＦＯフレームメモリ５２４は、入力画像データに関する１フレーム分の画像データの記憶が可能である。そして、切替えスイッチ５２３から出力された１水平ライン分の画像データが１フレーム分蓄積されると、その１フレーム分の画像データが光源駆動回路５１に出力される。
【００８３】
以上の構成を有する画像信号制御部５２の動作を、以下で説明する。
【００８４】
図１２は、画像信号制御部５２の動作を説明するための図である。ここで、図１２(ａ)および図１２(ｂ)は、時間経過に対するデータの変化(データの流れ)を表している。そして、図１２(ａ)では、図１１の各ポイントＰａ〜Ｐｄにおける１水平ライン毎の画像データの流れを示し、図１２(ｂ)では、図１１の各ポイントＰｄ、Ｐｅにおける１フレーム毎の画像データの流れを示している。また、図１２(ａ)における「Ａ」および「Ｂ」は奇数行および偶数行の水平ラインを示し、「Ａ」または「Ｂ」に添えられた数字「１」〜「４０３」は奇数行または偶数行におけるライン番号を示すとともに、「−」はＦＩＬＯラインメモリ５２２によってデータ並びが反転された１水平ライン分の画像データを示している。また、図１２(ｂ)における「Ｆ」は１フレーム分の画像データ(画像フレーム)を示し、「Ｆ」に添えられた数字「１」〜「３」・・は、フレーム番号を示している。
【００８５】
ポイントＰａにおいては、画像信号制御部５２に入力された入力画像データに基づき、１水平ライン毎に順番に並んだデータ列が形成されている。
【００８６】
ポイントＰｂにおいては、入力画像データの１水平ライン分が書込みクロックｗｃ(図１１)、例えば周波数６５ＭＨｚ(＝水平同期周波数ｆｈ(４８.３６ｋＨｚ)×水平全画素１３４４）でＦＩＦＯラインメモリ５２１に書き込まれた後、次の１水平時間に同じ周波数の読出しクロックｒｃ１(図１１)で読出されることにより、ポイントＰａに対して１水平時間だけ遅延した奇数行のデータ列が形成される。
【００８７】
ポイントＰｃにおいては、入力画像データの１水平ライン分が書込みクロックｗｃ(図１１)でＦＩＬＯラインメモリ５２２に書き込まれた後、次の１水平時間に同じ周波数の読出しクロックｒｃ１(図１１)で読出されることにより、ポイントＰａに対して１水平時間だけ遅延し、かつ左右のデータ並びが反転した偶数行のデータ列が形成される。
【００８８】
ポイントＰｄにおいては、ポイントＰｂおよびポイントＰｃにおける上述のデータ列を１水平ライン毎、つまり１水平時間毎に切替えスイッチ５２３で切替えて得られたデータ列が形成される。このデータ列は、ポイントＰａのデータ列に対して１水平時間遅延するとともに偶数行のみデータ並びが反転されたデータ列となっており、書込みクロックｗｃ(図１１)でＦＩＦＯフレームメモリ５２４に書込まれる。
【００８９】
ポイントＰｅにおいては、ＦＩＦＯフレームメモリ５２４に記憶された画像フレームが次の１垂直時間に読出しクロックｒｃ２(図１１)で読出されることにより、図１２(ｂ)のようにポイントＰｄに対して１垂直時間だけ遅延した画像フレームのデータ列が形成される。ここでは、読出しクロックｒｃ２を上記の書込みクロックｗｃ以上の周波数とすることにより、ＦＩＦＯフレームメモリ５２４から画像フレームを読出す動作と並行して次の画像フレームをＦＩＦＯフレームメモリ５２４に記憶する動作が可能となるため、１垂直時間の遅延を伴った画像フレームのデータ列をＦＩＦＯフレームメモリ５２４から連続的に出力できることとなる。そして、このような読出しクロックｒｃ２によるＦＩＦＯフレームメモリ５２４からの画像フレームの読出しでは、図１３に示すように１水平期間Ｔｈの間に設定された１水平ライン表示期間Ｔｈｒにおいて１水平ライン分の画像データが高速で読み出されて表示されることにより、安定した画像表示が可能となる。
【００９０】
なお、上述した読出しクロックｒｃ２については、ＦＩＦＯフレームメモリ５２４を有する画像信号制御部５２内で生成すれば良く、従来のように読出しクロックとしてＰＬＬ回路等を用いて機械共振周波数に同期させたクロック信号を生成する必要はない。
【００９１】
以上のような画像信号制御部５２の動作により、１水平ライン毎に左右のデータ並びが反転された画像フレームが出力されるため、この画像フレームに基づき光源駆動回路５１が光源５０の光線ＬＴの変調を行えば、ラスター走査ＲＳの水平走査において適切な画像の往復表示が可能となる。
【００９２】
＜水平読出し周波数設定部６２の動作について＞
水平駆動制御部６ａの水平読出し周波数設定部６２においては、共振点検出部５６で検出された機械共振周波数に基づき選択された水平走査周波数から求められる水平読出し周波数ｆｒｈを設定する動作を行うが、これに関して以下で詳しく説明する。
【００９３】
光スキャナ１による光線ＬＴのラスター走査ＲＳが固定化、つまり順次に表示される画像間で各走査線の位置が重なるためには、水平読出し周波数ｆｒｈは、水平走査で画像の片道表示を行う一般的な場合には上記の式(１)と同様に垂直同期周波数をｆｖ、水平走査線数(ライン数)をｍ(ｍは画像表示ライン数ｑ以上の整数)とすると、次の式(２)を満足させる必要がある。
【００９４】
ｆｒｈ＝ｆｖ・ｍ  ・・・・・・・（２）：
ただし、本実施形態の画像表示装置１００Ａは、画像の往復表示を伴った水平走査(以下では「往復表示走査」ともいう)を行うため、水平走査方向に関する光スキャナ１の揺動振動の周波数である水平走査周波数ｆｍｈｄは、次の式(３)のように水平読出し周波数ｆｒｈの(１/２)となる。
【００９５】
ｆｍｈｄ＝ｆｒｈ／２  ・・・・・（３）：
よって、上式(３)に式(２)を代入すると、次の式(４)が得られる。
【００９６】
ｆｍｈｄ＝ｆｖ・ｍ／２  ・・・・（４）：
ここで、往復表示走査による表示画像間で走査線の位置と走査方向とが一致するためには、水平走査線数ｍは偶数となる必要があるので、次の式(５)が成立する。
【００９７】
ｍ＝２ｐ  ・・・・・・・・・・・（５）：
ただし、ｐは整数である。
【００９８】
したがって、上式(５)を上記の式(４)に代入すると、次の式(６)が得られる。
【００９９】
ｆｍｈｄ＝ｆｖ・ｐ  ・・・・・・（６）：
以上のことから、往復表示走査を実施する画像表示装置１００Ａでは、上記の式(６)を満たす条件、つまり垂直同期周波数ｆｖのｎ倍(ただしｎは自然数)となる水平走査周波数ｆｍｈｄの候補から、例えば光スキャナ１に関する機械共振周波数付近の水平走査周波数を選択すれば、ラスター走査ＲＳによる画像表示を安定して行えることとなる。これに関して、以下で詳しく説明する。
【０１００】
図１４は、水平走査周波数の候補について説明するための図である。この図１４においては、横軸が周波数を示し、図１４(ａ)および図１４(ｂ)の縦軸が光スキャナ１による光走査出力の振幅および位相を示している。なお、図１４中の「ｆｏ」は光スキャナ１における機械共振周波数を表している。
【０１０１】
上記の式(６)を満たす水平走査周波数ｆｍｈｄを、図１４(ａ)に示すように例えば機械共振周波数ｆｏから周波数が大きくなる方向に第１番目の周波数ｆｐ１、第２番目の周波数ｆｐ２、第３番目の周波数ｆｐ３、・・・とし、機械共振周波数ｆｏから周波数が小さくなる方向に第１番目の周波数ｆｍ１、第２番目の周波数ｆｍ２、第３番目の周波数ｆｍ３、・・・とすると、これらの周波数が、水平走査周波数信号発生部６３で生成する駆動信号の周波数(水平走査周波数)の候補となる。換言すれば、機械共振周波数ｆｏ周辺における候補の周波数群ｆｐ１〜ｆｐ４、ｆｍ１〜ｆｍ３から１つの水平走査周波数ｆｍｈｄを選択することで、安定した画像表示が可能となる。
【０１０２】
以下では、共振点検出部５６で得られた機械共振周波数ｆｏの情報を用いて、図１４に示す周波数群ｆｐ１〜ｆｐ４、ｆｍ１〜ｆｍ３から、水平読出し周波数設定部６２における水平読出し周波数ｆｒｈの設定で用いられる水平走査周波数ｆｍｈｄを選択する３つの手法(１)〜(３)を説明する。
【０１０３】
(１)機械共振周波数に最も近い周波数を選択
共振点検出部５６で検出された機械共振周波数ｆｏに最も近い水平走査周波数を選択する。例えば図１４(ａ)に示す場合には、機械共振周波数ｆｏに近接する周波数ｆｐ１が水平走査周波数ｆｍｈｄとして選択される。このように垂直同期周波数(垂直走査周波数)ｆｖに基づき上式(６)で算出される特定の周波数ｆｐ１〜ｆｐ４、ｆｍ１〜ｆｍ３のうち機械共振周波数ｆｏ付近、具体的には機械共振周波数ｆｏに最も近い周波数を水平走査周波数として設定すれば、ミラー部１１において略共振振動を行え、水平走査において大きな光走査出力の振幅を実現できる。
【０１０４】
(２)品質係数Ｑで規定される周波数帯域内の周波数を選択
機械共振周波数ｆｏを持つ共振特性Ｇｆに関する品質係数Ｑで規定される(−３ｄＢ)通過周波数帯域ｆｂｗ内の周波数群から水平走査周波数ｆｍｈｄを選択する。例えば図１４(ａ)に示す場合には、５つの周波数ｆｍ２、ｆｍ１、ｆｐ１、ｆｐ２、ｆｐ３の中から水平走査周波数ｆｍｈｄが選択される。
【０１０５】
このように周波数帯域ｆｂｗ内の周波数群から水平走査周波数ｆｍｈｄを選択すれば、機械共振周波数ｆｏでの光走査出力に対して約３０％以内の低下幅に収まる光走査出力の振幅となり、比較的十分な光走査出力が得られる。なお、上記３０％以内の低下に対しては、水平駆動回路６１でのゲインアップ等によって補償可能である。
【０１０６】
例えば共振点検出部５６で検出された機械共振周波数ｆｏが３１ｋＨｚで、上記の品質係数Ｑが１００とすると、上記の(−３ｄＢ)通過周波数帯域ｆｂｗ(Ｈｚ)は、次のように算出される。
【０１０７】
ｆｂｗ＝ｆｏ／Ｑ＝３１０００／１００＝３１０(Ｈｚ)：
よって、垂直同期周波数ｆｖ＝６０Ｈｚとすると、図１４(ａ)に示す周波数ｆｍ２＝５１５ｆｖ(３０.９ｋＨｚ)〜周波数ｆｐ３＝５１９ｆｖ(３１.１４ｋＨｚ)の５つの周波数が、水平走査周波数ｆｍｈｄの候補となる。ここで、例えば周波数ｆｐ１＝５１７ｆｖを選択すると、水平読出し周波数設定部６２で設定される水平読出し周波数ｆｒｈは６２.０４ｋＨｚ(＝５１７×６０×２Ｈｚ)となる。
【０１０８】
以上のように垂直同期周波数(垂直走査周波数)ｆｖに基づき上式(６)で算出される特定の周波数のうち機械共振周波数ｆｏ付近の周波数を水平走査周波数として設定すれば、ミラー部１１において略共振振動を行え、水平走査において大きな光走査出力の振幅を実現できる。
【０１０９】
なお、水平走査周波数の候補を含む周波数帯域ｆｂｗを、品質係数Ｑに基づいて決定するのは必須でなく、水平駆動回路６１で補償可能な光走査出力の低下限度内の周波数帯域を採用しても良い。
【０１１０】
(３)略同位相を維持できる周波数を選択
上述した手法(１)においては共振点検出部５６で検出された機械共振周波数ｆｏに最も近い周波数が水平走査周波数ｆｍｈｄとして選択されるが、機械共振周波数ｆｏが環境変化(温度等)や経時変化等で変動すると、機械共振周波数ｆｏに接近し過ぎた周波数では、図１４(ｂ)に示すように光走査出力の位相が大きく変化(最大１８０度)するため、表示画像に乱れが生じてしまう。
【０１１１】
そこで、このような不具合を解消するため、角度検出部５５で検出されるミラー部１１の変位角に基づく位相検出結果から、略同一の位相を維持できる水平走査周波数ｆｍｈｄを選択するようにする。例えば機械共振周波数ｆｏより高い周波数帯ＵＰに属する周波数から常に水平走査周波数ｆｍｈｄを選択する、または機械共振周波数ｆｏより低い周波数帯ＤＮに属する周波数から常に水平走査周波数ｆｍｈｄを選択する。
【０１１２】
すなわち、共振点検出部５６で検出される機械共振周波数ｆｏの変化に伴って水平走査周波数ｆｍｈｄを変更する際には、変更前後の水平走査周波数ｆｍｈｄそれぞれで繰り返される各駆動信号におけるミラー部１１の揺動角の位相が略等しくなるようにすれば、機械共振周波数ｆｏが温度変化等で変動する場合にも、より安定した画像表示を行えることとなる。
【０１１３】
以上の水平走査周波数ｆｍｈｄの選択では、共振点検出部５６で検出される機械共振周波数ｆｏの情報が利用されるが、この機械共振周波数ｆｏの検出について以下で詳しく説明する。
【０１１４】
＜機械共振周波数の検出について＞
共振点検出部５６における機械共振周波数ｆｏの検出については、上式(６)を満たす水平走査周波数ｆｍｈｄを順にスイープ(例えば図１４ではｆｍ３→ｆｍ２→ｆｍ１→ｆｐ１→・・)させて、角度検出部５５で検出されるミラー部１１の変位角を観測することで行われる。例えば図１４(ａ)のように機械共振周波数ｆｏを中心に光走査出力の振幅が山なりの共振特性Ｇｆになることは予め分かっているため、垂直走査周波数ｆｖずつ周波数をシフトする度に光走査出力の振幅を記憶し、上記の山なりの共振特性Ｇｆが観測できれば、その山の頂上(最大の振幅値)に対応する水平走査周波数ｆｍｈｄが機械共振周波数ｆｏに相当する周波数と判断できる。この機械共振周波数ｆｏの検出方法は、いわゆる「山登り検出法」と呼ばれるが、ミラー部１１に関する共振特性Ｇｆの品質係数Ｑは一般に高い数値(例えば１００以上)となるため、比較的高精度な検出が可能となる。なお、このような共振周波数ｆｏの検出に時間がかかる場合には、画像表示装置１００Ａの電源投入時(準備段階)に行っても良い。
【０１１５】
以上のように水平走査周波数信号発生部６３で垂直同期周波数ｆｖに基づき算出される複数の周波数それぞれで繰り返される各駆動信号を生成するとともに、この各駆動信号に基づき圧電素子３１〜３４を駆動して第１軸Ａｙ回りにミラー部１１を揺動振動させ、各駆動信号におけるミラー部１１の揺動角の振幅を比較することにより、機械共振周波数ｆｏに相当する周波数を検出する。これにより、機械共振周波数ｆｏを効率よく検出できることとなる。
【０１１６】
また、共振点検出部５６における機械共振周波数ｆｏの検出については、上述した光走査出力の振幅の比較による方法以外に、光走査出力の位相の比較による方法を採用できる。すなわち、上述のようにミラー部１１に関する共振特性Ｇｆの品質係数Ｑは一般に高いことから、図１４(ｂ)のように機械共振周波数ｆｏの前後で光走査出力の位相が大きく変化(最大１８０度)することとなるが、この位相の急変に着目した機械共振周波数ｆｏの検出が可能である。
【０１１７】
具体的には、上式(６)を満たす水平走査周波数ｆｍｈｄを垂直走査周波数ｆｖずつシフトする度に光走査出力の位相を記憶して位相の急変（例えば予め定められた閾値より大きな位相の変化）が観測できれば、その急変した際の水平走査周波数ｆｍｈｄを機械共振周波数ｆｏに相当する周波数と判断できる。
【０１１８】
このように水平走査周波数信号発生部６３で垂直同期周波数ｆｖに基づき算出される複数の周波数それぞれで繰り返される各駆動信号を生成するとともに、この各駆動信号に基づき圧電素子３１〜３４を駆動して第１軸Ａｙ回りにミラー部１１を揺動振動させ、各駆動信号におけるミラー部１１の揺動角の位相を比較することにより、機械共振周波数ｆｏに相当する周波数を検出する。これにより、機械共振周波数ｆｏを効率よく検出できることとなる。
【０１１９】
以上のように垂直同期周波数ｆｖに基づき算出される周波数としての機械共振周波数ｆｏを共振点検出部５６で検出し、この検出された周波数に基づき、上述した手法(１)〜(３)のいずれかで水平走査周波数ｆｍｈｄの選択を行えば、適切な駆動信号を水平走査周波数信号発生部６３で生成できるため、安定した画像表示が可能となる。
【０１２０】
ここで、画像表示装置１００Ａにおける画像表示の動作中に機械共振周波数ｆｏを検出する際には、共振点検出部５６で既に検出されて現在使用している機械共振周波数ｆｏからの大幅な変動がないと考えられるため、現在使用している機械共振周波数ｆｏの前後に垂直走査周波数ｆｖだけ周波数をシフトさせる。そして、この前後の周波数における光走査出力の各振幅が、現在の機械共振周波数における光走査出力の振幅より大きい場合には、振幅が大きくなる周波数の方向に機械共振周波数ｆｏが変動したと判断する。
【０１２１】
次に、この大きい振幅の周波数方向に垂直走査周波数ｆｖずつ周波数をスイープさせて、光走査出力の振幅変化を観測する。ここで、振幅変化が予め定められた閾値以下となれば、機械共振周波数に最も近づいたとして、周波数のスイープを中止し、その時点で設定されている周波数を機械共振周波数ｆｏとみなすようにする。
【０１２２】
また、機械共振周波数ｆｏの検出は、垂直ブランキング期間においても可能である。この場合にも、現在使用している機械共振周波数ｆｏの前後に垂直走査周波数ｆｖだけ周波数をシフトさせるとともに、この前後の周波数における光走査出力の各振幅が、現在の機械共振周波数における光走査出力の振幅より大きい場合には、振幅が大きくなる周波数の方向に機械共振周波数ｆｏが変動したと判断する。次に、この大きい振幅の周波数方向に垂直走査周波数ｆｖずつ周波数をスイープさせて、光走査出力の振幅変化を観測する。ここで、振幅変化が予め定められた閾値以下となれば、機械共振周波数に最も近づいたとして、周波数のスイープを中止し、その時点で設定されている周波数を機械共振周波数ｆｏとみなすようにする。なお、以上の機械共振周波数ｆｏの検出に時間がかかる場合には、１回の垂直ブランキング期間だけでなく、複数回の垂直ブランキング期間にわたって検出動作を行うと良い。
【０１２３】
一方、機械共振周波数ｆｏの変化に伴い水平走査周波数ｆｍｈｄが変更されるとラスター走査ＲＳにおける水平走査幅および垂直走査幅が若干変化する。
【０１２４】
このような場合、水平走査幅の変化に対しては、角度検出部５５で検出されるミラー部１１の変位角の変化に基づき、水平駆動回路６１の出力(例えばゲイン)を調整してミラー部１１の揺動振動の振幅が予め定められた値(目標値)となるように制御すれば良い。また、垂直走査幅の変化に対しては、次で説明するように水平走査周波数ｆｍｈｄを変更した際に垂直駆動制御部６ｂの垂直駆動回路(不図示)において例えばゲインＧを変更して出力を調整し、垂直走査幅が予め定められた値(目標値)となるように制御すれば良い。以上のような水平走査幅および垂直走査幅の変化に対する制御を行えば、表示画面の大きさとアスペクト比とが維持できることとなる。
【０１２５】
上記の式(６)における整数ｐに関して変更前の水平走査周波数ｆｍｈｄに係る整数ｐをｐ１、変更後の水平走査周波数ｆｍｈｄに係る整数ｐをｐ２とし、水平走査周波数ｆｍｈｄの変更前後で垂直走査幅が等しいとすると、次の式(７)が成り立つ。
【０１２６】
ｑ・Ｇ１／（２ｐ１）＝ｑ・Ｇ２／（２ｐ２）  ・・・・・（７）：
ただし、ｑは、画像表示有効ライン数(例えばＸＧＡの場合７６８本)を示し、Ｇ１およびＧ２は、水平走査周波数ｆｍｈｄの変更前および変更後における垂直駆動回路のゲインＧである。
【０１２７】
上記の式(７)を変形すると、次の式(８)のようになる。
【０１２８】
Ｇ２／Ｇ１＝ｐ２／ｐ１  ・・・・・・・・・・・・・・・（８）：
よって、上式(８)に基づき垂直駆動制御部６ｂの垂直駆動回路におけるゲインＧを制御すれば、水平走査周波数ｆｍｈｄの変更前後で垂直走査幅が変化しないこととなる。
【０１２９】
なお、ラスター走査ＲＳの際に環境変化(例えば温度変化等)により機械共振周波数ｆｏが変動して機械共振特性が変化する場合には、ラスター走査ＲＳの水平走査幅が変化するため、表示画面のアスペクト比が変動してしまう。このような場合には、角度検出部５５で検出されるミラー部１１の角度変化に基づき、ゲイン変更等で水平駆動回路６１の出力を調整しミラー部１１の揺動振動の振幅が予め定められた値(目標値)となるように制御するようにすれば、表示画面の変動を防止することが可能となる。
【０１３０】
以上のような画像表示装置１００Ａの動作により、上記の式(６)の条件を満たす周波数であって機械共振周波数ｆｏ付近の周波数を水平走査周波数ｆｍｈｄに設定するため、表示画像に係る画像信号とラスター走査との間で容易に同期をとることができる。その結果、安定した画像表示を簡易に行えることとなる。
【０１３１】
なお、画像表示装置１００Ａにおいては、画像の往復表示を伴ったラスター走査ＲＳの水平走査(往復表示走査)を行うのは必須でなく、画像の片道表示を伴ったラスター走査ＲＳの水平走査(以下では「片道表示走査」ともいう)を行うようにしても良い。
【０１３２】
この片道表示走査を行う場合には、往復表示走査において上記の式(６)で規定される水平走査周波数ｆｍｈｄと異なり、次の式(９)のように水平読出し周波数ｆｒｈと等しい水平走査周波数ｆｍｈｓが設定される。
【０１３３】
ｆｍｈｓ＝ｆｒｈ  ・・・・・・・・・・（９）：
よって、上式(９)に上記の式(２)を代入すると、次の式(１０)が得られる。
【０１３４】
ｆｍｈｓ＝ｆｖ・ｍ  ・・・・・・・・・（１０）：
ただし、ｆｖは、垂直同期周波数を示し、ｍは、水平走査線数(ライン数)を示している。
【０１３５】
以上より、片道表示走査を行う場合には、上記の式(１０)の条件を満足するような水平走査周波数ｆｍｈｓの候補から、光スキャナ１に関する機械共振周波数付近の水平走査周波数を選択すれば、ラスター走査ＲＳによる画像表示を安定して行えることとなる。これに関して、以下で説明する。
【０１３６】
図１５は、片道表示走査における水平走査周波数の候補について説明するための図である。この図１５は、図１４(ａ)に対応する図であり、横軸が周波数を示し、縦軸が光スキャナ１による光走査出力の振幅を示している。なお、図１５中の「ｆｏ」は光スキャナ１における機械共振周波数を表している。
【０１３７】
上記の式(１０)を満たす水平走査周波数ｆｍｈｓは、図１５に示すように例えば機械共振周波数ｆｏから周波数が大きくなる方向に第１番目の周波数ｈｐ１、第２番目の周波数ｈｐ２、第３番目の周波数ｈｐ３、・・・とし、機械共振周波数ｆｏから周波数が小さくなる方向に第１番目の周波数ｈｍ１、第２番目の周波数ｈｍ２、第３番目の周波数ｈｍ３、・・・とすると、これらの周波数が、水平走査周波数信号発生部６３で生成する駆動信号の周波数(水平走査周波数)の候補となる。換言すれば、機械共振周波数ｆｏ周辺における候補の周波数群ｈｐ１〜ｈｐ４、ｈｍ１〜ｈｍ３から１つの水平走査周波数ｆｍｈｓを選択することで、安定した画像表示が可能となる。
【０１３８】
そして、水平走査周波数ｆｍｈｓの選択については、上述の往復表示走査における手法(１)〜(３)のいずれかを用いて行うことが可能である。
【０１３９】
また、片道表示走査においては、上述した往復表示走査における機械共振周波数の検出方法を共振点検出部５６で利用し、上記の式(１０)を満たす水平走査周波数ｆｍｈｓを順にスイープ(例えば図１５ではｈｍ３→ｈｍ２→ｈｍ１→ｈｐ１→・・)させることで、機械共振周波数ｆｏの検出を効率良く行える。
【０１４０】
一方、機械共振周波数ｆｏの変化に伴い水平走査周波数ｆｍｈｓが変更されるとラスター走査ＲＳにおける水平走査幅および垂直走査幅が若干変化する。
【０１４１】
このような場合、水平走査幅の変化に対しては、上述した往復表示走査の場合と同様に、角度検出部５５で検出されるミラー部１１の変位角の変化に基づき、水平駆動回路６１の出力を調整してミラー部１１の揺動振動の振幅が予め定められた値(目標値)となるように制御すれば良い。また、垂直走査幅の変化に対しては、次で説明するように水平走査周波数ｆｍｈｓを変更した際に垂直駆動制御部６ｂの垂直駆動回路(不図示)において例えばゲインＧを変更して出力を調整し、垂直走査幅が予め定められた値(目標値)となるように制御すれば良い。以上のような水平走査幅および垂直走査幅の変化に対する制御を行えば、表示画面の大きさとアスペクト比とが維持できることとなる。
【０１４２】
上記の式(１０)における整数ｍに関して変更前の水平走査周波数ｆｍｈｓに係る整数ｍをｍ１、変更後の水平走査周波数ｆｍｈｓに係る整数ｍをｍ２とし、水平走査周波数ｆｍｈｓの変更前後で垂直走査幅が等しいとすると、次の式(１１)が成り立つ。
【０１４３】
ｑ・Ｇ１／ｍ１＝ｑ・Ｇ２／ｍ２  ・・・・・（１１）：
ただし、ｑは、画像表示有効ライン数(例えばＸＧＡの場合７６８本)を示し、Ｇ１およびＧ２は、水平走査周波数ｆｍｈｓの変更前および変更後における垂直駆動回路のゲインＧである。
【０１４４】
上記の式(１１)を変形すると、次の式(１２)のようになる。
【０１４５】
Ｇ２／Ｇ１＝ｍ２／ｍ１  ・・・・・・・・・・・・・・・（１２）：
よって、上式(１２)に基づき垂直駆動制御部６ｂの垂直駆動回路におけるゲインＧを制御すれば、水平走査周波数ｆｍｈｓの変更前後で垂直走査幅が変化しないこととなる。
【０１４６】
なお、片道表示走査を行う場合での画像信号制御部５２の動作については、図１６に示すように１水平期間Ｔｈの半分の期間(Ｔｈ/２)の間に設定された１水平ライン表示期間Ｔｈｓにおいて１水平ライン分の画像データが高速で読み出されて表示されることにより、安定した画像表示が可能となる。この場合には、図１２(ａ)に示す往復表示走査の場合のように隣接する各水平ラインにおいてデータ並びを反転する必要がなく、図１２(ａ)のポイントＰａにおけるデータ列、つまり画像信号制御部５２に入力される入力画像データそのままを利用できる。
【０１４７】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る画像表示装置１００Ｂは、図１〜３に示す第１実施形態の画像表示装置１００Ａと類似の構成を有しているが、画像信号制御部および水平駆動制御部の構成が異なっている。
【０１４８】
すなわち、画像表示装置１Ｂの画像信号制御部５２０および水平駆動制御部６０ａは、次で説明する動作を行うプログラム等が格納された構成を有してる。
【０１４９】
＜画像信号制御部５２０の動作について＞
画像信号制御部５２０は、図１１に示す第１実施形態の画像信号制御部５２と同様の構成を有しているが、この構成を利用して第１実施形態と異なる動作を行えるようになっている。具体的には、ラスター走査ＲＳ(図１)において、第１実施形態と同様の往復表示走査を行えるとともに、第１実施形態と逆方向の往復表示走査が可能である。これについて、以下で詳しく説明する。
【０１５０】
図１７は、画像信号制御部５２０の動作を説明するための図である。ここで、図１７(ａ)は、図１２(ａ)に対応した図である。
【０１５１】
第２実施形態の画像信号制御部５２０では、図１７(ａ)に示すように第１実施形態の画像信号制御部５２と同様の動作を行うことができる。
【０１５２】
一方、本実施形態の画像信号制御部５２０では、図１７(ｂ)に示すように第１実施形態の画像信号制御部５２と反対の動作を行えるようになっている。
【０１５３】
すなわち、図１１に示すポイントＰｂにおいては、入力画像データの１水平ライン分が書込みクロックｗｃ、例えば周波数６５ＭＨｚ(＝水平同期周波数ｆｈ(４８.３６ｋＨｚ)×水平全画素１３４４）でＦＩＬＯラインメモリ５２２に書き込まれた後、次の１水平時間に同じ周波数の読出しクロックｒｃ１で読出されることにより、ポイントＰａに対して１水平時間だけ遅延し、かつ左右のデータ並びが反転した奇数行のデータ列が形成される。
【０１５４】
図１１に示すポイントＰｃにおいては、入力画像データの１水平ライン分が書込みクロックｗｃでＦＩＦＯラインメモリ５２１に書き込まれた後、次の１水平時間に同じ周波数の読出しクロックｒｃ１で読出されることにより、ポイントＰａに対して１水平時間だけ遅延した偶数行のデータ列が形成される。
【０１５５】
図１１に示すポイントＰｄにおいては、ポイントＰｂおよびポイントＰｃにおける上述のデータ列を１水平ライン毎、つまり１水平時間毎に切替えスイッチ５２３で切替えて得られたデータ列が形成される。このデータ列は、ポイントＰａのデータ列に対して１水平時間遅延するとともに奇数行のみデータ並びが反転されたデータ列となっており、書込みクロックｗｃでＦＩＦＯフレームメモリ５２４に書込まれる。
【０１５６】
以上のような画像信号制御部５２０の動作により、図１７(ａ)のように偶数行のデータ並びのみが反転された画像フレーム、または図１７(ｂ)のように奇数行のデータ並びのみが反転された画像フレームが出力できる。
【０１５７】
＜水平駆動制御部６０ａの動作について＞
水平駆動制御部６０ａの水平読出し周波数設定部６２においては、共振点検出部５６で検出された機械共振周波数に基づき選択された水平走査周波数から求められる水平読出し周波数ｆｒｈを設定する動作を行うが、これに関して以下で詳しく説明する。
【０１５８】
図１７(ａ)のような偶数行のデータ並びのみが反転された画像フレームが画像信号制御部５２０で生成される場合の往復表示走査では、第１実施形態と同様に上記の式(６)の条件を満足する水平走査周波数ｆｍｈｄの候補から、光スキャナ１に関する機械共振周波数ｆｏ付近の水平走査周波数を選択すれば、ラスター走査ＲＳによる画像表示を安定して行える。
【０１５９】
一方、図１７(ａ)のような偶数行のデータ並びのみが反転された画像フレームと図１７(ｂ)のような奇数行のデータ並びのみが反転された画像フレームとがフレーム毎に交互に画像信号制御部５２０で生成される場合の往復表示走査では、次の式(１３)を満足する水平走査周波数ｆｍｈｄの候補から、光スキャナ１に関する機械共振周波数ｆｏ付近の水平走査周波数を選択すれば、ラスター走査ＲＳによる画像表示を安定して行える。
【０１６０】
ｆｍｈｄ＝ｆｖ・(ｐ＋０.５) ・・・・・・（１３）：
ただし、ｆｖは垂直同期周波数で、ｐは整数である。
【０１６１】
すなわち、本実施形態の画像表示装置１００Ｂでは、上記の式(１３)を満たす条件、つまり垂直同期周波数ｆｖの(ｎ＋０.５)倍(ただしｎは自然数)となる水平走査周波数ｆｍｈｄの候補から、水平走査周波数を選択できる。
【０１６２】
以上のことから、本実施形態の画像表示装置１００Ｂでは、第１実施形態に対して約２倍の水平走査周波数ｆｍｈｄの候補を有することとなる。具体的には、図１４(ａ)に対応した図１８に示すように上述の式(６)を満たす周波数群ｆｐ１〜ｆｐ３、ｆｍ１〜ｆｍ３に加えて、上記の式(１３)を満たす周波数群ｆｆｐ１〜ｆｆｐ３、ｆｆｍ１〜ｆｆｍ３からも、水平周波数ｆｍｈｄを選択できる。そして、上述の式(６)を満たす周波数群ｆｐ１〜ｆｐ３、ｆｍ１〜ｆｍ３から水平走査周波数ｆｍｈｄを選択する場合には、画像信号制御部５２０において図１７(ａ)に示す画像フレームの生成動作を行う一方、上記の式(１３)を満たす周波数群ｆｆｐ１〜ｆｆｐ３、ｆｆｍ１〜ｆｆｍ３から水平走査周波数ｆｍｈｄを選択する場合には、画像信号制御部５２０において図１７(ｂ)に示す画像フレームの生成動作を行うことにより、安定した画像表示が可能となる。
【０１６３】
なお、共振点検出部５６における機械共振周波数ｆｏの検出については、上記の式(６)または式(１３)を満たす水平走査周波数ｆｍｈｄを順にスイープ(例えば図１８ではｆｍ３→ｆｆｍ３→ｆｍ２→ｆｆｍ２→ｆｍ１→ｆｆｍ１→ｆｐ１→ｆｆｐ１→・・)させて、角度検出部５５で検出されるミラー部１１の変位角を観測することで行われる。
【０１６４】
以上のような画像表示装置１００Ｂの動作により、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、画像表示装置１００Ｂでは、図１８に示すように垂直同期周波数ｆｖ／２の刻みで水平走査周波数を選択できるため、その選択の自由度が向上する。
【０１６５】
また、第１・第２実施形態の画像表示装置１００Ａ、１００Ｂにおいては、図２に示す光スキャナ１を正面に対して９０度回転させた姿勢、具体的には図１９に示すような光スキャナ１の姿勢で光源５０からの光線ＬＴをラスター走査するようにしても良い。このような光スキャナ１(図１９)により、ラスター走査ＲＳにおいて垂直方向より高速駆動となる水平方向に関しての可動部の慣性モーメントを小さくできる。
【０１６６】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る画像表示装置１００Ｃは、図１に示す第１・第２実施形態の画像表示装置１００Ａ、１００Ｂと類似の構成を有しているが、光スキャナの構成が異なっている。
【０１６７】
＜光スキャナの要部構成＞
図２０は、本発明の第３実施形態に係る光スキャナ１０１の要部構成を示す平面図である。
【０１６８】
光スキャナ１０１は、シリコンのチップに対して微細加工が施された、所謂ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーによって構成されている。なお、以下では、光スキャナ１０１を適宜ＭＥＭＳミラー１０１とも称する。
【０１６９】
光スキャナ１０１は、主にミラー部１１０、２本のトーションバー１２１，１２２、可動枠１３０、４つの圧電素子(圧電アクチュエータ)１５１〜１５４からなるアクチュエータ部１５０、４本の架設部１４１〜１４４、４本の細連結部１３０ａ〜１３０ｄ、および固定枠１７０を備えている。
【０１７０】
固定枠１７０は、画像表示装置１００Ｃの筐体に対して固定され、４本の板状の部分が略矩形状に配置された４辺からなる枠であり、外縁および内縁が、対角線が略直交するａ軸およびｂ軸である略正方形状の形状を有し、内縁が略正方形状の空間を形成している。
【０１７１】
そして、固定枠１７０の角部の内側のうち、ｂ軸上の＋ｂ方向（図２０では上方）の部分に、２本の架設部１４１，１４３が連結されて、架設部１４１は、固定枠１７０の−ａおよび＋ｂ方向（図２０では左上方）に位置する１辺に沿って配置され、架設部１４３は、固定枠１７０の＋ａおよび＋ｂ方向（図２０では右上方）に位置する１辺に沿って配置されている。また、固定枠１７０の角部の内側のうち、ｂ軸上の−ｂ方向（図２０では下方）の部分に、２本の架設部１４２，１４４が連結されて、架設部１４２は、固定枠１７０の−ａおよび−ｂ方向（図２０では左下方）に位置する１辺に沿って配置され、架設部１４４は、固定枠１７０の＋ａおよび−ｂ方向（図２０では右下方）に位置する１辺に沿って配置されている。
【０１７２】
また、架設部１４１〜１４４には、各架設部１４１〜１４４の延設方向に沿って圧電素子１５１〜１５４がそれぞれ貼り付けられている。したがって、架設部１４１と圧電素子１５１とが固定枠１７０の＋ｂ方向（図２０では上方）に位置する角部の内側から−ａおよび−ｂ方向（図２０では左下方）に向けて延設された伸縮架設部１６１を構成し、架設部１４２と圧電素子１５２とが固定枠１７０の−ｂ方向（図２０では下方）に位置する角部の内側から−ａおよび＋ｂ方向（図２０では左上方）に向けて延設された伸縮架設部１６２を構成し、架設部１４３と圧電素子１５３とが固定枠１７０の＋ｂ方向（図２０では上方）に位置する角部の内側から＋ａおよび−ｂ方向（図２０では右下方）に向けて延設された伸縮架設部１６３を構成し、架設部１４４と圧電素子１５４とが固定枠１７０の−ｂ方向（図２０では下方）に位置する角部の内側から＋ａおよび＋ｂ方向（図２０では右上方）に向けて延設された伸縮架設部１６４を構成している。
【０１７３】
そして、伸縮架設部１６１と伸縮架設部１６２とがａ軸を挟んで所定距離だけ離隔配置され、伸縮架設部１６３と伸縮架設部１６４とがａ軸を挟んで所定距離だけ離隔配置されている。
【０１７４】
また、伸縮架設部１６１のａ軸側の端部が細連結部１３０ａによって可動枠１３０に対して連結され、伸縮架設部１６２のａ軸側の端部が細連結部１３０ｂによって可動枠１３０に対して連結され、伸縮架設部１６３のａ軸側の端部が細連結部１３０ｃによって可動枠１３０に対して連結され、伸縮架設部１６４のａ軸側の端部が細連結部１３０ｄによって可動枠１３０に対して連結されている。
【０１７５】
また、可動枠１３０は、固定枠１７０と同様に、４本の板状の部分が略矩形状に配置された４辺からなる枠であり、外縁が、対角線が直交するａ軸およびｂ軸である略正方形状の形状を有し、内縁が、六角形状の空間を形成している。
【０１７６】
そして、可動枠１３０の角部の内側のうち、ｂ軸上の＋ｂ方向（図２０では上方）の部分に、トーションバー１２１が−ｂ方向（図２０では下方）に向けて延設され、可動枠１３０の角部の内側のうち、ｂ軸上の−ｂ方向（図２０では下方）の部分に、トーションバー１２２が＋ｂ方向（図２０では上方）に向けて延設されている。
【０１７７】
トーションバー１２１の可動枠１３０に連結されていない側の端部にミラー部１１０が連結され、トーションバー１２２の可動枠１３０に連結されていない側の端部にミラー部１１０が連結されている。つまり、トーションバー１２１，１２２が、ミラー部１１０を＋Ｙ方向および−Ｙ方向から挟み込むように支持する。つまり、可動枠１３０は、トーションバー１２１，１２２をミラー部１１０ごと支持している。
【０１７８】
ミラー部１１０は、ａ軸に対して略平行な２辺とｂ軸に対して略平行な２辺とを外縁として有する略正方形状の反射鏡であり、光スキャナ１０１の略中央に配置されて、投影するための光線を反射させるものである。
【０１７９】
なお、２本のトーションバー１２１，１２２は、厚みが薄く且つ細長い形状を有するため、比較的容易に弾性変形を行う。また、細連結部１３０ａ〜１３０ｄも、厚みが薄く細いため、比較的容易に弾性変形を行う。
【０１８０】
ミラー部１１０の具体的な回動動作としては、圧電素子１５１〜１５４に適宜電圧を印加すると、圧電素子１５１〜１５４の長さが印加された電圧に応じて変化するため、該圧電素子１５１〜１５４が貼り付けられている架設部１４１〜１４４が、延設方向に沿って伸縮する。つまり、伸縮架設部１６１〜１６４がそれぞれ延設方向に沿って伸縮する。したがって、例えば、圧電素子１５１，１５３に印加する電圧と、圧電素子１５２，１５４に印加する電圧とを正負を交互に入れ換えること、すなわち圧電素子１５１，１５３と圧電素子１５２，１５４とに逆位相の電圧を印加することで、ミラー部１１０はａ軸を中心として回動する。一方、例えば、圧電素子１５１，１５２に印加する電圧と、圧電素子１５３，１５４に印加する電圧とを正負を交互に入れ換えること、すなわち圧電素子１５１，１５２と圧電素子１５３，１５４とに逆位相の電圧を印加することで、ミラー部１１０はｂ軸を中心として回動する。
【０１８１】
そして、４つの圧電素子１５１〜１５４に対し、ａ軸を中心としたミラー部１１０の回動を実現するための駆動信号と、ｂ軸を中心としたミラー部１１０の回動を実現するための駆動信号とを重畳させて印加させることで、ミラー部１１０は、トーションバー１２１，１２２を支点にしたｂ軸を中心とする共振駆動と、可動枠１３０をミラー部１１０およびトーションバー１２１，１２２ごとａ軸を中心として回動させる駆動とを行う。したがって、１つのミラー部１１０を有する１つの素子でありながら、ａ軸を中心とした低速の回動と、共振駆動を利用したｂ軸を中心とした高速の回動とを同時に行うことができる。つまり、光源５０からの光線ＬＴ(図２)を異なる２方向に沿って偏向させることで、スクリーン９(図１)上における光線ＬＴ(図２)の水平走査と垂直走査とを同時に行うことができる。換言すれば、４つの圧電素子１５１〜１５４を備えたアクチュエータ部１５０は、光源５０から発せられた光線ＬＴを反射するミラー部(可動部)１１０をｂ軸の回りに揺動させて光線ＬＴの水平方向の走査を行う第１揺動手段と、前記可動部を前記第１軸と略直角に交差するａ軸の回りに揺動させて光線ＬＴの垂直方向の走査を行う第２揺動手段とを有することとなる。なお、水平走査と垂直走査とを同時に行う２次元的な走査を１つの素子で行うことは、光スキャナ１０１の部品点数を低減させる上で好ましく、製造コストの低減や素子の調整に要する作業を低減することができるといった面からも好ましい。
【０１８２】
以上のような構成の光スキャナ１０１においても、上述した第１実施形態や第２実施形態と同じ画像信号制御部５２、５２０および水平駆動制御部６０ａの動作を行うことで、第１実施形態や第２実施形態と同様の効果を奏することとなる。
【０１８３】
なお、第３実施形態では、光スキャナ１０１において、１つのミラー部１１０を略直交する２つの軸（ａ軸およびｂ軸）を中心にそれぞれ回動させることで、光源５０（図１）からの光線ＬＴ(図２)を２次元的に走査したが、これに限られず、水平方向の光線の走査と、垂直方向の光線の走査とを、別々に設けた２つのミラー部の回動によって実現することで、光源５０からの光線ＬＴを２次元的に走査するようにしても良い。このような構成の具体例としては、光源５０から発せられた光線ＬＴを反射する第１のミラー部(第１可動部)をａ’軸の回りに揺動させる第１のアクチュエータと、第１のミラー部で反射された光線ＬＴを反射する第２のミラー部(第２可動部）をｂ’軸の回りに揺動させる第２のアクチュエータとを、光源５０からスクリーン９(図１)に至る光路中に、空間順次に配置したような態様が挙げられる。但し、水平および垂直走査を実現するためには、ａ’軸およびｂ’軸をそれぞれ、光源５０からスクリーン９に至る光路に沿った当該光路中の線（好ましくは光路の中心の線、すなわち中心線）に対して略直交するように設定し、更に、ａ’軸とｂ’軸との位置および角度関係については、例えば、上記光路の中心線に沿って所定距離だけ離隔させ、かつ上記光路の中心線を中心として、約９０°回転させた関係とすることが好ましい。換言すれば、ｂ’軸は、ａ’軸を基準にして、ａ’軸と略直交する所定の直線に沿って所定距離だけ離隔し、且つその所定の直線を中心として略９０°回転させたものであることが好ましい。
【０１８４】
＜変形例＞
・上記の各実施形態においては、図１０に示すような単振動の駆動信号を用いるのは必須でなく、図２１に示すような矩形状の駆動信号を用いるようにしても良い。このような矩形状の駆動信号においても機械共振周波数近傍の周波数成分を有していれば、ミラー部１１を共振振動できる。
【０１８５】
・上記の各実施形態における角度検出部については、フォトリフレクタ５５０(図４)を利用してミラー部１１、１１０の変位角の検出を行うのは必須でなく、例えばトーションバー(後述)に貼付された圧電素子などの変位角検出センサからの出力信号に基づきミラー部１１の変位角の検出を行っても良い。
【０１８６】
・上記の各実施形態における光スキャナでは、ミラー部１１、１１０を揺動変位させるアクチュエータとして圧電素子を使用するのは必須でなく、ＶＣＭ等の電磁アクチュエータや、静電型振動子等の静電アクチュエータ、高分子樹脂(ポリマー)を用いたアクチュエータを使用しても良い。
【０１８７】
・上記の各実施形態においては、揺動可能な２本の軸を持つ光スキャナを用いて光線のラスター走査を行うのは必須でなく、揺動可能な１本の軸を持つ２組の光スキャナを用いて光線のラスター走査を行っても良い。この場合にも、２組の光スキャナそれぞれに可動部として設けられた各ミラー部を略直角に交差する光スキャナの軸の回りに揺動させることで光線のラスター走査が可能となる。
【０１８８】
・上記の各実施形態においては、角度検出部５５での検出結果に基づき共振点検出部５６でミラー部１１の揺動振動に関する機械共振周波数を検出するのは必須でなく、これらの部位を備えなくても良い。この場合には、例えば画像表示装置に係る製品毎に工場検査時に共振周波数を測定し、これを光スキャナ制御部６等のメモリに記憶させるようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置１００Ａの外観を示す図である。
【図２】光スキャナ１と光源５０との位置関係を説明するための図である。
【図３】画像表示装置１００Ａの機能構成を示すブロック図である。
【図４】フォトリフレクタ５５０によるミラー部１１の角度検出を説明するための図である。
【図５】ミラー部１１の変位角の振幅検知を説明するための図である。
【図６】光スキャナ１の要部構成を示す平面図である。
【図７】図６のVII−VII位置から見た断面図である。
【図８】ミラー部１１の揺動振動動作を説明するための図である。
【図９】水平駆動制御部６ａの要部構成を説明するためのブロック図である。
【図１０】水平走査周波数信号発生部６３から出力される駆動信号を説明するための図である。
【図１１】画像信号制御部５２の要部構成を説明するための図である。
【図１２】画像信号制御部５２の動作を説明するための図である。
【図１３】１水平期間Ｔｈにおける１水平ライン分のデータ読出しを説明するための図である。
【図１４】水平走査周波数の候補について説明するための図である。
【図１５】片道表示走査における水平走査周波数の候補について説明するための図である。
【図１６】片道表示走査での１水平期間Ｔｈにおける１水平ライン分のデータ読出しを説明するための図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に係る画像表示装置１００Ｂの画像信号制御部５２０の動作を説明するための図である。
【図１８】水平走査周波数の候補について説明するための図である。
【図１９】他の姿勢の光スキャナ１を説明するための図である。
【図２０】本発明の第３実施形態に係る光スキャナ１０１の要部構成を示す平面図である。
【図２１】本発明の変形例に係る矩形状の駆動信号を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１９０】
１、１０１  光スキャナ
６  光スキャナ制御部
６ａ、６０ａ  水平駆動制御部
６ｂ  垂直駆動制御部
９  スクリーン
１１、１１０  ミラー部
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１２１、１２２  トーションバー
３１〜３８  圧電素子
５０  光源
５２、５２０  画像信号制御部
５５  角度検出部
５６  共振点検出部
６１  水平駆動回路
６２  水平読出し周波数設定部
６３  水平走査周波数信号発生部
１００Ａ〜１００Ｃ  画像表示装置
１５０  アクチュエータ部
５２１  ＦＩＦＯラインメモリ
５２２  ＦＩＬＯラインメモリ
５２３  切替えスイッチ
５２４  ＦＩＦＯフレームメモリ
ｆｏ  機械共振周波数
ＲＳ  ラスター走査
Ｔｈ  １水平期間
【図１】
2009009093.tif 000003
【図２】
2009009093.tif 000004
【図３】
2009009093.tif 000005
【図４】
2009009093.tif 000006
【図５】
2009009093.tif 000007
【図６】
2009009093.tif 000008
【図７】
2009009093.tif 000009
【図８】
2009009093.tif 000010
【図９】
2009009093.tif 000011
【図１０】
2009009093.tif 000012
【図１１】
2009009093.tif 000013
【図１２】
2009009093.tif 000014
【図１３】
2009009093.tif 000015
【図１４】
2009009093.tif 000016
【図１５】
2009009093.tif 000017
【図１６】
2009009093.tif 000018
【図１７】
2009009093.tif 000019
【図１８】
2009009093.tif 000020
【図１９】
2009009093.tif 000021
【図２０】
2009009093.tif 000022
【図２１】
2009009093.tif 000023