JP2008116678A - Device and method for display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばレーザ光源から出射したレーザ光線の往復走査を行う走査デバイスを使用して走査して、画像をスクリーンに表示するプロジェクタ装置に適用して好適な表示装置及び方法に関する。 The present invention relates to a display device and method suitable for application to a projector device that scans using, for example, a scanning device that performs reciprocal scanning of a laser beam emitted from a laser light source and displays an image on a screen.
従来、スクリーンに画像を投影するため、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)方式のプロジェクタ装置が実用化されていた。LCD方式のプロジェクタ装置は、光源からの光を、画像表示を行うLCDパネルで透過又は反射させて、その透過又は反射した光をスクリーン上に投影するものである。これに対して近年、プロジェクタ装置の小型化を実現するため、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスなどの共振型光スキャナを用いて、スクリーン上で2次元走査を行う技術が提案されている。この場合には、光源としてレーザ光を使用し、そのレーザ光を画像信号で直接変調した上で、変調されたレーザ光を共振型光スキャナで2次元走査する構成としている。 Conventionally, in order to project an image on a screen, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) type projector apparatus has been put into practical use. The LCD projector device transmits or reflects light from a light source by an LCD panel that displays an image, and projects the transmitted or reflected light on a screen. On the other hand, in recent years, a technique for performing two-dimensional scanning on a screen using a resonant optical scanner such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device has been proposed in order to reduce the size of a projector apparatus. In this case, laser light is used as a light source, the laser light is directly modulated with an image signal, and then the modulated laser light is two-dimensionally scanned with a resonance type optical scanner.
2次元走査を行うことができるMEMSデバイスとして、レーザ光を反射するMEMSミラーを備え、このMEMSミラーを互いに直交する主軸と副軸とで共振振動させることで、レーザ光をスクリーンに投影する2軸MEMSスキャナが実用化されている。従来、2軸MEMSスキャナは、主軸と副軸方向で支えるヒンジ部によって微小なMEMSミラーが保持されていた。 As a MEMS device capable of performing two-dimensional scanning, a MEMS mirror that reflects laser light is provided, and the MEMS mirror is resonated and oscillated between a main axis and a sub axis that are orthogonal to each other, thereby projecting laser light onto a screen. MEMS scanners have been put into practical use. Conventionally, in a biaxial MEMS scanner, a minute MEMS mirror is held by a hinge portion supported in the main axis and sub-axis directions.
特許文献1には、半導体レーザを用いてスクリーンに画像を表示する技術について記載されている。
ところで、2軸MEMSスキャナを利用して画像を投影した場合、画像の明るさによって画像の大きさが変わってしまう欠点があった。この原因としては、MEMSミラーで光を反射させようとしても、反射されなかった残りの光がMEMSミラー自身に吸収されるためと考えられる。MEMSミラーの反射率は100%とはならず、ある程度の光はミラー自身に吸収されてしまう。そして、入射する光量、即ち画面の明るさによってMEMSミラーに吸収される熱量が変わるため、MEMSミラーの温度が変わってしまう。 By the way, when an image is projected using a biaxial MEMS scanner, there is a drawback that the size of the image changes depending on the brightness of the image. This is considered to be because the remaining light that has not been reflected is absorbed by the MEMS mirror itself even if the light is reflected by the MEMS mirror. The reflectivity of the MEMS mirror does not reach 100%, and a certain amount of light is absorbed by the mirror itself. And since the amount of heat absorbed by the MEMS mirror changes depending on the amount of incident light, that is, the brightness of the screen, the temperature of the MEMS mirror changes.
MEMSミラーの温度が変わるとMEMSミラーを支えているヒンジ部の固さが微妙に変わってくるので、同じ駆動電圧をかけてもMEMSミラーの振幅が変わってしまう。そのため、一定の駆動力でミラーを駆動していると、レーザ光を強くして画面の明るさを変えることによって、MEMSミラーの振れ角が変わってしまう。このため、画面の明るさも変わってしまうという欠点があった。 When the temperature of the MEMS mirror changes, the rigidity of the hinge portion supporting the MEMS mirror changes slightly, so that the amplitude of the MEMS mirror changes even when the same driving voltage is applied. Therefore, when the mirror is driven with a constant driving force, the deflection angle of the MEMS mirror is changed by changing the brightness of the screen by strengthening the laser beam. For this reason, there is a drawback that the brightness of the screen also changes.
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、プロジェクタ装置を用いてスクリーンに画像を投影する場合に、良好に画像を表示することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to display an image satisfactorily when an image is projected onto a screen using a projector device.
本発明は、供給された画像信号に基づいて変調された、所定波長の第1のレーザ光を出射し、第1のレーザ光を反射部で反射してスクリーンに往復走査する場合に適用される。反射部が行う共振振動を検出して、その検出信号より反射部を駆動するための駆動信号を補正する。そして、補正された駆動信号より反射部を共振振動させるとともに、反射部が行う共振振動の振幅を制御するようにした。 The present invention is applied to a case where a first laser beam having a predetermined wavelength, which is modulated based on a supplied image signal, is emitted, and the first laser beam is reflected by a reflection unit and reciprocally scanned on a screen. . Resonance vibration performed by the reflection unit is detected, and a drive signal for driving the reflection unit is corrected based on the detection signal. Then, the reflection unit is caused to resonate with the corrected drive signal, and the amplitude of the resonance vibration performed by the reflection unit is controlled.
このようにしたことで、反射部が行う共振振動の振幅を一定に制御することが可能となった。 By doing in this way, it became possible to control the amplitude of the resonant vibration performed by the reflecting portion to be constant.
本発明によれば、反射部が行う共振振動の振幅を一定に制御することができるため、画面の明るさ(レーザ光線の強さ)によらず、スクリーンに投影する画面の大きさを一定に保つことができる。このため、スクリーン上に良好に画像を表示することができるという効果がある。 According to the present invention, since the amplitude of the resonance vibration performed by the reflection unit can be controlled to be constant, the screen size projected onto the screen is kept constant regardless of the screen brightness (laser beam intensity). Can keep. For this reason, there exists an effect that an image can be favorably displayed on a screen.
以下、本発明の第1の実施の形態について、図1〜図8を参照して説明する。本実施の形態では、光源から出射したレーザ光線をスクリーン上に走査して、画像を表示させるプロジェクタ装置に適用した例としてある。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the present invention is applied to a projector apparatus that displays an image by scanning a laser beam emitted from a light source on a screen.
まず、プロジェクタ装置100の全体構成例について、図1を参照して説明する。プロジェクタ装置100は、画像信号に変換処理を施す画像信号供給部1を備える。プロジェクタ装置100は、画像信号供給部1で変換された画像信号を、レーザ光線を出射する光源2に供給し、レーザ光線の変調処理を施す。光源2は、例えば半導体レーザ装置である。光源2が出射するレーザ光線は、主軸と、主軸に直交する副軸の2軸で走査する構成の2軸MEMSスキャナ10によって反射される。2軸MEMSスキャナ10で反射されたレーザ光線は、レンズ、ミラー等で構成される投影光学系3を介して、2次元平面のスクリーン4上に投影されて、画像を映し出す。
First, an example of the overall configuration of the projector apparatus 100 will be described with reference to FIG. The projector device 100 includes an image
2軸MEMSスキャナ10は、主軸上にスキャンミラーを備えてあり、水平走査と垂直走査を行う。主軸の走査方向7は、スクリーン4の水平方向であり、正弦波5の水平共振振動が行われる。この水平共振振動は、画像信号の水平周波数から必要な周波数範囲が導出されるが画像信号の水平周波数とは同期せずに、2軸MEMSスキャナ10の寸法、温度等の要素で決まる。副軸の走査方向8は、スクリーン4の垂直方向であり、鋸波6の垂直共振振動が行われる。この垂直共振振動は、画像信号の垂直周波数に同期して行われる。本例のプロジェクタ装置100は、2軸MEMSスキャナ10によって、光源2が出射するレーザ光線を、画像の水平方向の振動と垂直方向の振動とで2次元走査する機能を有している。
The
次に、2軸MEMSスキャナ10の外部構成例について、図2を参照して説明する。2軸MEMSスキャナ10は、レーザ光線を反射するスキャンミラー18と、スキャンミラー18を支持する四角形状の内枠部19と、内枠部19を支持する四角形状の外枠部20と、内枠部19を電磁駆動させる副軸電磁駆動用マグネット11a,11bとで構成される。スキャンミラー18と、内枠部19とは互いに直交する方向を軸として振動する。本例では、内枠部19を振動させる軸を副軸とし、スキャンミラー18を振動させる軸を主軸としている。副軸電磁駆動用マグネット11a,11bは、外枠部20を挟みこむように構成される。
Next, an example of the external configuration of the
外枠部20には、内枠部19を支持する副軸トーションバー12a,12bが内枠部19の回転軸方向に形成されている。副軸トーションバー12a,12bは、内枠部19を左右にそれぞれ一定の角度だけねじれるように支持する部材であり、外枠部20と一体形成してある。
The outer frame portion 20 is formed with auxiliary
外枠部20の対角線方向の頂点付近には、電流の入出力部となる副軸電極14a,14bを備えている。副軸電極14aに接続された導電性の導線が、内枠部19を支持する副軸トーションバー12aを介して、内枠部19に敷設される。内枠部19に配された導線は、内枠部19の縁に沿って数ターンの副軸電磁駆動用コイル13を形成する。そして、導線は、副軸トーションバー12bを介して、副軸電極14bに接続される。
In the vicinity of the apex in the diagonal direction of the outer frame portion 20, auxiliary shaft electrodes 14a and 14b serving as current input / output portions are provided. A conductive wire connected to the countershaft electrode 14 a is laid on the inner frame portion 19 via a
内枠部19は、交流電圧(駆動周波数は、例えば60Hzとする。)が、図示しない交流電源から副軸電極14a,14bに印加されることで、電磁力が発生し、副軸トーションバー12a,12bのねじれ作用によって、振動する。副軸の駆動方式は電磁式であり、振動方式は非共振式であり、振動波形は例えば鋸波である。なお、振動波形を三角波とするようにしてもよい。
The inner frame portion 19 generates an electromagnetic force when an AC voltage (driving frequency is 60 Hz, for example) is applied to the auxiliary shaft electrodes 14a and 14b from an AC power source (not shown), and the auxiliary
外枠部20は、副軸電極14a,14bの対角線方向とは異なる対角線方向の頂点付近に、主軸電極15a,15bを備える。主軸電極15aから図示しない導電性の導線が、内枠部19を支持する副軸トーションバー12bを介して、内枠部19に接続される。 The outer frame portion 20 includes main shaft electrodes 15a and 15b in the vicinity of the apex in the diagonal direction different from the diagonal direction of the sub shaft electrodes 14a and 14b. A conductive wire (not shown) is connected from the main shaft electrode 15 a to the inner frame portion 19 via a sub shaft torsion bar 12 b that supports the inner frame portion 19.
内枠部19は、スキャンミラー18を支持する主軸トーションバー16a,16bをスキャンミラー18の回転軸方向に設ける。主軸トーションバー16a,16bは、スキャンミラー18を左右にそれぞれ一定の角度だけねじれるよう支持する部材であり、内枠部19と一体形成してある。主軸トーションバー16a,16bの両側には、櫛の歯のような形状とした、微細な電極である回動側電極17a,17bが形成される。
The inner frame portion 19 is provided with main
さらに、それぞれの回動側電極17a,17bに噛み合わせるように、櫛の歯のような形状とした、微細な電極の固定側電極が内枠部19に形成される。内枠部19に接続された導線は、副軸トーションバー12bを介して、主軸電極15bに接続される。 Further, a fine electrode fixed side electrode having a comb-like shape is formed on the inner frame portion 19 so as to mesh with the respective rotation side electrodes 17a and 17b. The conducting wire connected to the inner frame portion 19 is connected to the main shaft electrode 15b via the sub shaft torsion bar 12b.
ほぼ、楕円形状のスキャンミラー18は、例えばシリコンで形成された保持基板の表面に、二酸化シリコン(SiO2)等の酸化層と、シリコン等の半導体膜を順に積層したSOI(Silicon On Insulator)基板から、保持基板と酸化層とを選択的に取り除いた半導体膜によって形成される。この半導体膜の平坦面が、光の入射面となるスキャンミラー18として用いられる。スキャンミラー18の平坦面には、反射率を高めるために、例えばアルミニウム(Al)や金(Au)などの反射膜が形成される。 An almost elliptical scan mirror 18 is an SOI (Silicon On Insulator) substrate in which an oxide layer such as silicon dioxide (SiO 2 ) and a semiconductor film such as silicon are sequentially laminated on the surface of a holding substrate made of, for example, silicon. From the semiconductor film, the holding substrate and the oxide layer are selectively removed. The flat surface of the semiconductor film is used as the scan mirror 18 that becomes the light incident surface. A reflective film such as aluminum (Al) or gold (Au) is formed on the flat surface of the scan mirror 18 to increase the reflectance.
スキャンミラー18の共振周波数とほぼ一致する、もしくはその整数倍の交流電圧(共振周波数は、例えば16kHzとする。)が、図示しない交流電源から主軸電極15a,15bに印加されることで、スキャンミラー18は駆動する。そして、主軸トーションバー16a,16bのねじれ作用によって振動する。主軸の駆動方式は静電式であり、振動方式は共振式であり、振動波形は正弦波である。
An AC voltage (resonance frequency is set to 16 kHz, for example) substantially equal to the resonance frequency of the scan mirror 18 or an integral multiple thereof is applied to the spindle electrodes 15a and 15b from an AC power source (not shown). 18 drives. The main
次に、スキャンミラー18と内枠部19を駆動する2軸MEMSスキャナ10の内部構成例について、図3を参照して説明する。
Next, an example of the internal configuration of the
画像信号供給部1で変換された画像信号は、光源2に供給され、光源2が出力するレーザ光線に変調処理が施される。そして、変調されたレーザ光線を出射し、2軸MEMSスキャナ10に構成されたスキャンミラー18によって反射される。スキャンミラー18によって反射されたレーザ光線は、投影光学系3を介してスクリーン4に投影される。
The image signal converted by the image
また、画像信号供給部1は、光源2に供給する画像信号と同期してスキャンミラー18と内枠部19を駆動するための基準(電圧)信号を加算器32に供給する。加算器32は、後述する振幅検出部36が供給するサーボ信号の電圧と、画像信号供給部1が供給する駆動信号の電圧とを加算して駆動信号とする補正処理を行う。ただし、本例の場合には、加算器32で駆動信号からサーボ電圧を減算する処理が行われる構成としてある。加算器32で補正された信号は、積分器33に供給される。積分器33で積分された信号で周波数を補正された駆動信号がスキャンミラー18と内枠部19を駆動する静電アクチュエータ34に供給されて、静電駆動MEMSデバイスであるスキャンミラー18と内枠部19の駆動振幅を制御する。静電アクチュエータ34は、スキャンミラー18と内枠部19を共振振動を制御するとともに、スキャンミラー18と内枠部19が行う共振振動の振幅を制御する機能を有する。そして、スキャンミラー18と内枠部19の振幅を検出するためのセンサ35が静電アクチュエータ34に内蔵されている。センサ35は、コンデンサに蓄積される静電容量を検出するものである。そして、センサ35は、検出した静電容量から検出信号を生成して、検出信号を解析する振幅検出部36に供給する。
In addition, the image
振幅検出部36は、検出信号から振幅を解析する。そして、振幅検出部36は、スクリーン4に投影する画像の明るさを一定にするため、スキャンミラー18と内枠部19の共振振動を制御するサーボ信号を生成して加算器32に供給する。加算器32は、サーボ信号の電圧を反転し、画像信号供給部1から供給される駆動信号の電圧と加算する。加算器32には、スキャンミラー18と内枠部19の振幅、駆動周波数を一定とするための基準値が設定されており、サーボ信号を加算した駆動信号を積分器33に供給する。こうして、系全体のフィードバック制御が行われる。
The
次に、2軸MEMSスキャナ10の動作例について説明する。本例の2軸MEMSスキャナ10は、スキャンミラー18と内枠部19の振れ角をセンサ35で検出して、そこから振幅情報を抽出し、その値がある基準値になるように、その基準値との差分でフィードバック制御を行うものである。そして、2軸MEMSスキャナ10に加わる熱量によらずスキャンミラー18と内枠部19の振幅を一定とするために、共振を駆動するための駆動信号の補正帯域は、スキャンミラー18の温度時定数に相当する帯域よりも高くすることが必要となる。
Next, an operation example of the
ところで、静電アクチュエータ34の動作には以下の2種類がある。
(1)起動周波数から駆動周波数を上げると振幅が上がる場合
このとき、スキャンミラー18と内枠部19の振幅は、ほぼ駆動周波数のみに依存し、駆動電圧には依存しない。このため積分器33の出力は検出された振幅が基準値を下回った場合、駆動周波数を上げる極性の信号を出力する必要がある。
(2)起動周波数から駆動周波数を下げると振幅が上がる場合
このとき、スキャンミラー18と内枠部19の振幅は、駆動周波数と駆動電圧の両方に依存するので、積分器33の出力は検出された振幅が基準値を下回った場合、駆動周波数を下げる極性の信号を出力する、もしくは駆動電圧を上げる極性の信号を出力する必要がある。
Incidentally, there are the following two types of operations of the
(1) When the drive frequency is increased from the starting frequency, the amplitude increases. At this time, the amplitudes of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 substantially depend only on the drive frequency, and do not depend on the drive voltage. For this reason, the output of the
(2) When the drive frequency is lowered from the starting frequency, the amplitude is increased. At this time, the amplitude of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 depends on both the drive frequency and the drive voltage, so that the output of the
<静電容量検出方式>
プロジェクタ装置100では、スキャンミラー18上で検出する静電容量検出方式について、図4〜図6を参照して説明する。静電容量検出方式は、駆動に用いている静電アクチュエータ34の容量変化によって、スキャンミラー18と内枠部19の振幅を検出する技術である。
<Capacitance detection method>
In the projector apparatus 100, a capacitance detection method detected on the scan mirror 18 will be described with reference to FIGS. The electrostatic capacity detection method is a technique for detecting the amplitudes of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 based on a change in the capacity of the
まず、静電アクチュエータ34の内部構成例について、図4を参照して説明する。静電アクチュエータ34を駆動するアクチュエータ駆動電圧部34aが、所定の駆動電圧を供給する。アクチュエータ駆動電圧部34aの一端は接地され、他端は第1のスイッチ34bの一端に接続される。そして、第2のスイッチ34cの一端は接地され、他端は第1のスイッチ34bの他端に接続される。第1のスイッチ34bの他端と、第2のスイッチ34cの他端は、コンデンサ34dに接続される。さらに、コンデンサ34はコンデンサ34fに接続される。そして、コンデンサ34fとは並列に、第3のスイッチ34eが接続される。また、コンデンサ34dとオペアンプ34gの反転入力端子が接続される。オペアンプ34gは、コンデンサ34fと並列接続してある。オペアンプ34gの非反転入力端子は接地されており、出力部34hを介してオペアンプ34gから駆動電圧が出力される。ここで、第3のスイッチ34eとコンデンサ34fとオペアンプ34gとをセンサ35としている。
First, an internal configuration example of the
次に、静電アクチュエータ34の動作例について、図5を参照して説明する。静電アクチュエータ34の動作波形は、図5(a)に示すように一定の周期で振動する。図5(b)は、第1のスイッチ34bの駆動波形の例である。アクチュエータ駆動電圧部34aから供給される駆動電圧に同期して、第1のスイッチ34bのオン、オフが切り替わる。図5(c)は、第2のスイッチ34cの駆動波形の例である。第1のスイッチ34bのオン、オフに同期して、第2のスイッチ34cのオフ、オンが切り替わる。図5(d)は、第3のスイッチ34eの駆動波形の例である。第2のスイッチ34cのオン時に第3のスイッチ34eがオフに切り替わり、第2のスイッチ34cのオフの直前に第3のスイッチ34eがオンに切り替わる。
Next, an operation example of the
このように、静電アクチュエータ34は、第1のスイッチ34bで制御されている。そして、第1のスイッチ34bと同期して、第2のスイッチ34cと第3のスイッチ34eが制御されることで、出力が演算される。出力は後段の図示していないタイミングでサンプルホールドされて、その値が基準値と比較される。
Thus, the
次に、静電アクチュエータ34の動作波形と駆動波形、さらに静電容量の例について、図6を参照して説明する。図6(a)は、縦軸を振幅、横軸を時間として表示した静電アクチュエータ34の動作波形の例を示す。図6(b)は、縦軸を振幅、横軸を時間として表示した静電アクチュエータ34の駆動波形の例を示す。図6(c)は、縦軸を静電容量、横軸を時間として表示した例を示す。
Next, an operation waveform and a drive waveform of the
図6(a)と図6(b)より、静電アクチュエータ34の動作波形の振幅が0となるとき、静電アクチュエータ34の駆動波形がオンからオフに切り替わることが示される。また、静電アクチュエータ34の動作波形の振幅がプラスの極値をとるとき、静電アクチュエータ34の駆動波形がオンからオフに切り替わることが示される。また、静電アクチュエータ34の動作波形の振幅がマイナスの極値をとるとき、静電アクチュエータ34の駆動波形がオフからオンに切り替わることが示される。
6A and 6B show that when the amplitude of the operation waveform of the
図6(a)と図6(c)より、静電アクチュエータ34の動作波形の振幅が0となるとき、電荷が蓄積され容量が最大となることが示される。また、静電アクチュエータ34の動作波形の振幅が最大又は最小となるとき、容量が0となることが示される。
6A and 6C show that when the amplitude of the operation waveform of the
静電アクチュエータ34は、1周期中の一部分のみで電圧がかけられているので、この部分中のあるタイミングでセンサ35が容量検出を行う。そして、センサ35が検出した容量が一定になるように制御する。容量検出を行うためには、例えば図5のように静電アクチュエータ34の電流変化をコンデンサで積分すればよい。
Since the voltage is applied to the
以上説明した第1の実施の形態によれば、センサ35で検出する静電容量の変化によってスキャンミラー18と内枠部19の振幅を制御することが可能となる。このとき、通常の振幅と、異常が生じた振幅とを比較することで通常の振幅に戻すようフィードバック制御を行う。このため、輝度が異なるレーザ光線を用いて画像を投影したとしても、スクリーン4に映し出される画像の大きさは変化することなく、所定の画面の大きさを容易に維持し続けることができるという効果がある。
According to the first embodiment described above, it is possible to control the amplitudes of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 by changing the capacitance detected by the
次に、2軸MEMSスキャナ10の内部にセンサを設置した場合における、第2の実施の形態に係るプロジェクタ装置の構成例について、図7〜図9を参照して説明する。本実施の形態においても、光源から出射したレーザ光線をスクリーン4上に走査して、画像を表示させるプロジェクタ装置200に適用した例としてある。プロジェクタ装置200の外部構成例については、第1の実施の形態と同様であるため、詳細説明を省略する。
Next, a configuration example of the projector device according to the second embodiment when a sensor is installed in the
まず、スキャンミラー18と内枠部19を駆動する2軸MEMSスキャナ10の内部構成例について、図7を参照して説明する。2軸MEMSスキャナ10の内部構成例は、上述した第1の実施の形態とほぼ同様としてある。しかしながら、スキャンミラー18と内枠部19が行う共振振動の振幅を検出するセンサ52を静電アクチュエータ51とは別に備えるようにした点が異なる。センサ52は、スキャンミラー18と内枠部19の共振振動の振幅を検出し、検出信号を生成して、振幅検出部36に供給するように構成する。
First, an example of the internal configuration of the
<ピエゾジャイロ方式>
まず、センサ52に適用されるピエゾジャイロ方式について、図8を参照して説明する。図8は、ジャイロスコープの例を示す図である。ピエゾジャイロ方式では、往復運動をする物体をジャイロスコープに利用する。主軸トーションバー16a,16bと副軸トーションバー12a,12bのそれぞれの軸方向(z軸)に対して、伸縮の少ない直方体形状のエリンバー合金によってジャイロスコープ50を形成されている。そして、z軸に直交する方向に振動方向(x軸)をとり、x軸,y軸に直交する方向に検出方向(y軸)をとる。ジャイロスコープ50は、y軸方向に形成した支持ワイヤ55によって支持されている。ジャイロスコープ50のx軸方向には、振動を検出する振動用圧電セラミックス53が形成される。一方、ジャイロスコープ50のy軸方向には、コリオリ力を検出する検出用圧電セラミックス54が形成される。
<Piezo gyro system>
First, a piezo gyro system applied to the
振動用圧電セラミックス53に交流電圧を印加すると、ジャイロスコープ50は屈曲振動が励振される。そして、z軸の周りに回転力が生じると、その回転力に比例したコリオリ力が検出用圧電セラミックス54に電圧として検出することができる。この検出した電圧によって、スキャンミラー18と内枠部19の振幅を得ることができ、フィードバック制御することができる。
<磁気抵抗検出方式>
次に、センサ52に適用される磁気抵抗検出方式について、図9を参照して説明する。図9は、磁気抵抗センサの設置例を示す図である。磁気抵抗検出方式では、スキャンミラー18の主軸方向に対して、直交する方向に、磁気抵抗検出素子である磁気抵抗センサ(MRセンサとも称する。)61a,61bを形成する。そして、スキャンミラー18の外の固定部である内枠部19に磁石62a,62bを置く。磁気抵抗センサ61aと磁石62aは向かい合って形成される。同様に、磁気抵抗センサ61bと磁石62bは向かい合って形成される。
When an AC voltage is applied to the vibrating piezoelectric ceramic 53, the gyroscope 50 is excited by bending vibration. When a rotational force is generated around the z-axis, a Coriolis force proportional to the rotational force can be detected as a voltage by the detecting piezoelectric ceramic 54. With the detected voltage, the amplitudes of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 can be obtained, and feedback control can be performed.
<Magnetic resistance detection method>
Next, a magnetoresistive detection method applied to the
スキャンミラー18が振動すると、磁石62a,62bで形成される磁界が変化する。そして、磁気抵抗センサ61a,61bは、磁界の変化に伴う出力の変動を取り出す。この際、高次成分を含む出力波形から基本波成分を取り出し、その振幅で制御を行う必要がある。基本波成分の取り出し方としては狭通過帯域のフィルタを用いて基準正弦波との相関係数を求める等の手法がある。その後、包絡線検波を行うことで振幅を検出し、フィードバック制御することができる。なお、図示しないが、磁気抵抗センサを内枠部19に設置することで内枠部19の振幅を検出し、フィードバック制御することもできる。 When the scan mirror 18 vibrates, the magnetic field formed by the magnets 62a and 62b changes. And the magnetoresistive sensors 61a and 61b take out the fluctuation | variation of the output accompanying the change of a magnetic field. At this time, it is necessary to extract the fundamental wave component from the output waveform including the higher-order component and perform control with the amplitude. As a method of extracting the fundamental wave component, there is a method of obtaining a correlation coefficient with a reference sine wave using a narrow passband filter. Thereafter, the envelope detection is performed to detect the amplitude and perform feedback control. Although not shown, it is possible to detect the amplitude of the inner frame portion 19 by installing a magnetoresistive sensor in the inner frame portion 19 and perform feedback control.
以上説明した第2の実施の形態によれば、センサ35によってスキャンミラー18と内枠部19の振幅を確実に把握することが可能となる。このため、輝度が高いレーザ光線を吸収することによってスキャンミラー18と内枠部19の振幅に生じる変動を検出することができる。このとき、通常の振幅と、異常が生じた振幅とを比較することで通常の振幅に戻すようフィードバック制御を行う。このため、輝度が異なるレーザ光線を用いて画像を投影したとしても、スクリーン4に映し出される画像の大きさは変化させず、所定の画面の大きさを容易に維持することができるという効果がある。
According to the second embodiment described above, the
次に、2軸MEMSスキャナ10の外部にセンサを設置した場合における、第3の実施の形態に係るプロジェクタ装置の構成例について、図10〜図14を参照して説明する。本実施の形態においても、光源から出射したレーザ光線をスクリーン4上に走査して、画像を表示させるプロジェクタ装置300に適用した例としてある。
Next, a configuration example of the projector device according to the third embodiment when a sensor is installed outside the
<フォトディテクタ方式>
始めに、プロジェクタ装置300の外部構成例について、図10を参照して説明する。プロジェクタ装置300は、スクリーン4の上下左右の端に、外部センサとして分割フォトディテクタを備えている。スクリーン4の左端には、フォトディテクタ等から構成される受光素子71L,71Rが設けられる。また、スクリーン4の右端には、受光素子72L,72Rが設けられる。また、スクリーン4の上端には、受光素子73U,73Dが設けられる。また、スクリーン4の下端には、受光素子74U,74Dが設けられる。以下の説明では、隣り合う受光素子を分割受光素子とも称する。プロジェクタ装置300の受光素子以外の外部構成例については、第2の実施の形態と同様であるため、詳細説明を省略する。
<Photodetector method>
First, an external configuration example of the projector apparatus 300 will be described with reference to FIG. The projector device 300 includes split photodetectors as external sensors at the top, bottom, left and right ends of the
次に、スキャンミラー18と内枠部19を駆動する2軸MEMSスキャナ10の内部構成例について、図11を参照して説明する。2軸MEMSスキャナ10の内部構成例は、上述した第2の実施の形態とほぼ同様としてある。しかしながら、外部センサとして分割フォトディテクタ(PD:Photo Detector)で構成される受光素子71L,71R,72L,72R,73U,73D,74U,74Dをスクリーン4の上下左右の端に備えるようにした点が異なる。受光素子71L,71R,72L,72R,73U,73D,74U,74Dは、スキャンミラー18と内枠部19の共振振動によって反射されるレーザ光の振幅の端を検出し、検出信号を生成して、振幅検出部75に供給するように構成する。プロジェクタ装置300の受光素子以外の内部構成例については、第2の実施の形態と同様であるため、詳細説明を省略する。
Next, an example of the internal configuration of the
ここで、振幅検出部75の内部構成例について、図12を参照して説明する。それぞれの入力部から入力する検出信号は、スクリーン4の画面端を示す信号である。受光素子71Lが出力する検出信号は、入力部81Lから演算回路85に入力する。受光素子71Rが出力する検出信号は、入力部81Rから演算回路85に入力する。受光素子72Lが出力する検出信号は、入力部82Lから演算回路86に入力する。受光素子72Rが出力する検出信号は、入力部82Rから演算回路86に入力する。受光素子73Dが出力する検出信号は、入力部83Dから演算回路87に入力する。受光素子73Uが出力する検出信号は、入力部83Uから演算回路87に入力する。受光素子74Dが出力する検出信号は、入力部84Dから演算回路88に入力する。受光素子74Uが出力する検出信号は、入力部84Uから演算回路88に入力する。
Here, an example of the internal configuration of the
演算回路85〜88は、それぞれ2つの入力部から入力した検出信号を減算して内部に保持する基準値と比較する。この結果より、スクリーン4に照射されているレーザ光線の画面端部を知ることができる。演算回路85が出力する演算後の信号と、演算回路86が出力する演算後の反転信号は、加算器89で加算されて、出力部91よりX(スクリーン4の横)方向の振幅情報として出力される。また、演算回路87が出力する演算後の信号と、演算回路88が出力する演算後の反転信号は、加算器90で加算されて、出力部92よりY(スクリーン4の縦)方向の振幅情報として出力される。
The
ここで、演算回路85の内部構成例について、図13を参照して説明する。ただし、演算回路86〜88は、演算回路85と同様の構成としてあるため、詳細な説明を省略する。演算回路85は、受光素子71R,71Lから供給される検出信号について基準値と比較する構成としている。受光素子71Rが出力する検出信号は、入力部81Rから入力する。そして、受光素子71Lが出力する検出信号は、入力部81Lから入力する。入力部81R,81Lから入力した検出信号は、加算器101で加算され、和信号が生成される。一方、入力部81R,81Lから入力された検出信号は、加算器102で加算され、差信号が生成される。ただし、加算器102では、入力部81Lから入力された検出信号を反転して、入力部81Rから入力された検出信号と加算している。
Here, an example of the internal configuration of the
加算器101で生成された和信号は、基準値と比較する比較器103に供給される。比較器103は、和信号と基準値を比較する。比較器103と加算器102からの出力を切り替える切換部104により、基準値に応じて和信号又は差信号が切り替えられる。そして、取り出された和信号又は差信号は、信号の最小値を求めるボトムホールド部105に供給される。ボトムホールド部105は、最小値を求めて出力部106より出力する。出力部106より出力される出力値がレーザ光線の走査端を示す信号となる。
The sum signal generated by the
フォトディテクタ信号の演算回路の入力の仕方によってはボトムホールドでなくトップホールドになる。そして、それぞれの走査端を示す信号を減ずることで2方向(X,Y方向)の振幅情報を計算することができるようになる。 Depending on how the photodetector signal is input to the arithmetic circuit, the top hold is used instead of the bottom hold. Then, amplitude information in two directions (X and Y directions) can be calculated by subtracting signals indicating the respective scanning ends.
ここで、分割受光素子がレーザ光線を検出するときに出力する検出信号の例について、図14を参照して説明する。図14(a)は、分割受光素子で検出した検出信号を加算した和信号の波形の例である。図14(b)は、分割受光素子で検出した検出信号を減算した差信号の波形の例である。分割受光素子がレーザ光線を検出できる範囲を光線位置89として示してある。走査するレーザ光線が、光線位置89の真ん中に位置すると、和信号は最大値をとり、差信号は中心に点対称な山と谷とを形成する。ここで、レーザ光線の走査軌跡が左から右に折り返す場合を例に挙げると、到達する左端の位置が異なるためボトムホールド出力が変わってくる。図14(c)は、走査軌跡の振幅が小の場合(光線軌跡が右側の位置Xで左向きから右向きに折り返した場合)の例を示している。ボトムホールド出力は図14(b)中に示された値になる。図14(d)は、走査軌跡の振幅が大の場合(光線軌跡が左側の位置Yで左向きから右向きに折り返した場合)の例を示している。ボトムホールド出力は図14(b)中に示された値になる。このため、ボトムホールド出力値を正常に戻すようにフィードバック制御を行えば振幅を一定値に保つことができるようになる。
Here, an example of a detection signal output when the divided light receiving element detects a laser beam will be described with reference to FIG. FIG. 14A shows an example of a waveform of a sum signal obtained by adding detection signals detected by the divided light receiving elements. FIG. 14B shows an example of the waveform of the difference signal obtained by subtracting the detection signal detected by the divided light receiving element. A range in which the divided light receiving element can detect the laser beam is shown as a
このように、プロジェクタ装置300では、スクリーン4の上下左右の端に設けた受光素子によって、スキャンミラー18と内枠部19の振幅が正常値から外れていないか否かを知ることができる。そして、スクリーン4に対してレーザ光線の検出を行うため、スクリーン4に投影した画像の大きさが変化すると、即座に知ることができる。このため、振幅を正常に戻すようなフィードバック制御を行えるため、容易に振幅制御が可能となるという効果がある。
As described above, in the projector device 300, it is possible to know whether the amplitudes of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 are not deviated from normal values by the light receiving elements provided at the upper, lower, left and right ends of the
次に、2軸MEMSスキャナ10の外部にセンサを設置した場合における、第4の実施の形態に係るプロジェクタ装置の構成例について、図15〜図17を参照して説明する。本実施の形態においても、光源から出射したレーザ光線をスクリーン4上に走査して、画像を表示させるプロジェクタ装置400に適用した例としてある。
Next, a configuration example of the projector device according to the fourth embodiment when a sensor is installed outside the
<フォトディテクタ方式>
始めに、プロジェクタ装置400の外部構成例について、図15を参照して説明する。プロジェクタ装置400では、スキャンミラー18と内枠部19の裏面に4分割フォトディテクタ110が設置されている。4分割フォトディテクタ110は、4つの受光素子111〜114でスキャンミラー18と内枠部19の裏面から反射したレーザ光線を検出する。そして、スキャンミラー18と内枠部19の裏面に向けてレーザ光線を照射するレーザ光源115もまた、スキャンミラー18と内枠部19の裏面に設置されている。レーザ光源115は、照射するレーザ光線が、スキャンミラー18と内枠部19に影響を与えないよう出力を弱めてある。プロジェクタ装置400の4分割フォトディテクタ110以外の外部構成例については、第1の実施の形態と同様に構成してあるため、ここでは詳細な説明を省略する。
<Photodetector method>
First, an external configuration example of the projector device 400 will be described with reference to FIG. In the projector device 400, the quadrant photodetector 110 is installed on the back surfaces of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19. The four-divided photodetector 110 detects the laser beam reflected by the four
次に、スキャンミラー18と内枠部19を駆動する2軸MEMSスキャナ10の内部構成例について、図16を参照して説明する。2軸MEMSスキャナ10の内部構成例は、上述した第2の実施の形態とほぼ同様としてある。しかしながら、外部センサとして分割フォトディテクタで構成される受光素子110をスキャンミラー18と内枠部19の裏面に配置した点が異なる。受光素子110は、レーザ光源115が出射してスキャンミラー18と内枠部19の裏面で反射される反射光によってスキャンミラー18と内枠部19の振幅を検出する。そして、検出した振幅の検出信号を生成して、振幅検出部116に供給するように構成する。プロジェクタ装置400の受光素子以外の内部構成例については、第2の実施の形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
Next, an example of the internal configuration of the
<フォトディテクタ方式>
次に、振幅検出部116の内部構成例について、図17を参照して説明する。受光素子111が出力する検出信号は、入力部121から加算器125と加算器126に入力する。受光素子112が出力する検出信号は、入力部122から加算器125に反転入力し、加算器126にそのまま入力する。受光素子113が出力する検出信号は、入力部123から加算器125にそのまま入力し、加算器126に反転入力する。受光素子114が出力する検出信号は、入力部124から加算器125と加算器126に反転入力する。
<Photodetector method>
Next, an internal configuration example of the
加算器125は、入力した検出信号を加算し、トップホールド部127とボトムホールド部128に加算信号を供給する。トップホールド部127を出力した信号は、加算器131にそのまま入力する。ボトムホールド部128を出力した信号は、加算器131に反転入力する。加算器131で加算された信号は、出力部133より出力される。出力信号は、X(スクリーン4の横)方向の振幅情報を持つ。
The
加算器126は、入力した検出信号を加算し、トップホールド部129とボトムホールド部130に加算信号を供給する。トップホールド部129が出力した信号は、加算器132にそのまま入力する。ボトムホールド部130が出力した信号は、加算器132に反転入力する。加算器132で加算された信号は、出力部134より出力される。出力信号は、Y(スクリーン4の縦)方向の振幅情報を持つ。
The
振幅検出部116は、4分割フォトディテクタである受光素子110の差信号をトップホールド又はボトムホールドすることで走査端の情報を得ることができる。この情報を減ずることで振幅情報を得ることができる。
The
このように、プロジェクタ装置400では、スキャンミラー18と内枠部19の裏面に出射したレーザ光を検出することによって、スキャンミラー18と内枠部19の振幅が正常値から外れていないか否かを知ることができる。そして、スキャンミラー18と内枠部19の振幅を正常に戻すようなフィードバック制御を行えるため、容易に振幅制御が可能となるという効果がある。 As described above, in the projector device 400, whether or not the amplitudes of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 deviate from normal values by detecting the laser light emitted to the back surfaces of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 is determined. Can know. Further, since feedback control that returns the amplitudes of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 to normal can be performed, there is an effect that the amplitude control can be easily performed.
なお、上述した第4の実施形態では、スキャンミラー18と内枠部19の裏面にレーザ光線を照射するため、レーザ光源を用いるようにしたが、発光ダイオード等を用いるようにしてもよい。 In the fourth embodiment described above, the laser light source is used to irradiate the back surface of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 with a laser beam, but a light emitting diode or the like may be used.
以上説明した第1〜第4の実施の形態に係るプロジェクタ装置では、スキャンミラー18と内枠部19に入射するレーザ光線の光量によってスキャンミラー18と内枠部19自身が暖められ、主軸トーションバー、副軸トーションバー(ヒンジ部)の特性が変わる温度時定数より、振幅検出部が行う振幅制御の制御時定数の方が早いことを特徴とする。そして、スキャンミラー18と内枠部19の振幅の変動を検出することで、所定の制限値内に振幅をフィードバック制御することが可能となる。 In the projector apparatus according to the first to fourth embodiments described above, the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 themselves are warmed by the amount of the laser beam incident on the scan mirror 18 and the inner frame portion 19, and the spindle torsion bar The control time constant of the amplitude control performed by the amplitude detection unit is faster than the temperature time constant at which the characteristics of the secondary shaft torsion bar (hinge portion) change. Then, by detecting fluctuations in the amplitudes of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19, the amplitude can be feedback controlled within a predetermined limit value.
また、従来のプロジェクタ装置では、画面が明るくなる(レーザ光線の出力が上がる)につれて、スキャンミラー18と内枠部19の振幅(振れ角)が変動し、スクリーン4に投影した画像の大きさが変わってしまっていた。しかしながら、上述した第1〜第4の実施の形態に係るプロジェクタ装置では、画面の明るさによらず一定の画面の大きさを維持することができる。このため、スクリーン4上に良好に画像を表示することができるという効果がある。
Further, in the conventional projector apparatus, as the screen becomes brighter (the output of the laser beam increases), the amplitudes (shake angles) of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 change, and the size of the image projected on the
また、スキャンミラー18と内枠部19の振幅の変動を検出するセンサは小型化することが可能であり、画像信号供給部1、光源2、投影光学系3、2軸MEMSスキャナ10を含めて全体を小型化することができるという効果がある。
In addition, the sensor for detecting fluctuations in the amplitude of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19 can be reduced in size, and includes the image
なお、上述した第1〜第4の実施の形態では、スキャンミラー18と内枠部19の振幅を検出してフィードバック制御を行うようにしたが、暖められたスキャンミラー18と内枠部19の温度、周波数等を検出してフィードバック制御を行うようにしてもよい。 In the first to fourth embodiments described above, the feedback control is performed by detecting the amplitudes of the scan mirror 18 and the inner frame portion 19. Feedback control may be performed by detecting temperature, frequency, and the like.
1…画像信号供給部、2…光源、3…投影光学系、4…スクリーン、5…正弦波、6…鋸波、7…主軸走査方向、8…副軸走査方向、10…2軸MEMSスキャナ、11a,11b…副軸電磁駆動用マグネット、12a,12b…副軸トーションバー、13…副軸電磁駆動用コイル、14a,14b…副軸電極、15a,15b…主軸電極、16a,16b…主軸トーションバー、17a,17b…回動側電極、18…スキャンミラー、19…内枠部、20…外枠部、32…加算器、33…積分器、34…静電アクチュエータ、35…センサ、36…振幅検出部、50…ジャイロスコープ、61a,61b…磁気抵抗センサ、62a,62b…磁石、110〜114…受光素子、100,200,300,400…プロジェクタ装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記画像信号供給部より供給された前記画像信号に基づいて変調された、所定波長の第1のレーザ光を出射する第1の光源と、
前記第1のレーザ光を反射してスクリーンに往復走査する反射部とを備えた表示装置において、
前記反射部が行う共振振動を検出する振幅検出部と、
前記反射部の共振振動を駆動するための駆動信号を、前記振幅検出部の振幅検出信号により補正する補正部と、
前記補正部で補正された駆動信号より前記反射部を共振振動させるアクチュエータとを備えたことを特徴とする
表示装置。 An image signal supply unit for supplying an image signal;
A first light source that emits a first laser beam having a predetermined wavelength modulated based on the image signal supplied from the image signal supply unit;
In a display device comprising a reflection unit that reflects the first laser light and reciprocally scans the screen,
An amplitude detection unit for detecting resonance vibration performed by the reflection unit;
A correction unit that corrects a drive signal for driving resonance vibration of the reflection unit using an amplitude detection signal of the amplitude detection unit;
A display device, comprising: an actuator that resonates and vibrates the reflection unit based on the drive signal corrected by the correction unit.
前記振幅検出部は、前記アクチュエータに内蔵したコンデンサの静電容量を検出して、前記反射部の共振振動を検出することを特徴とする
表示装置。 The display device according to claim 1,
The display device according to claim 1, wherein the amplitude detection unit detects a capacitance of a capacitor built in the actuator and detects a resonance vibration of the reflection unit.
前記振幅検出部は、前記反射部を支持するヒンジ部に取り付けた、前記ヒンジ部の回転を検出するジャイロスコープで構成されたセンサを備えたことを特徴とする
表示装置。 The display device according to claim 1,
The display device according to claim 1, wherein the amplitude detection unit includes a sensor configured by a gyroscope that detects rotation of the hinge unit attached to a hinge unit that supports the reflection unit.
前記振幅検出部は、前記反射部に搭載された磁気抵抗検出素子を備えたことを特徴とする
表示装置。 The display device according to claim 1,
The display device, wherein the amplitude detection unit includes a magnetoresistive detection element mounted on the reflection unit.
前記振幅検出部は、前記スクリーンの上下左右端に設けた受光素子で構成されたセンサを備えたことを特徴とする
表示装置。 The display device according to claim 1,
The display device according to claim 1, wherein the amplitude detection unit includes a sensor including light receiving elements provided at upper, lower, left and right ends of the screen.
前記振幅検出部は、第2の光源が出射する所定波長の第2のレーザ光を前記反射部の裏面に反射させて、前記反射した第2のレーザ光を検出する受光素子で構成されたセンサを備えたことを特徴とする
表示装置。 The display device according to claim 1,
The amplitude detecting unit reflects a second laser beam having a predetermined wavelength emitted from a second light source to the back surface of the reflecting unit, and includes a light receiving element that detects the reflected second laser beam. A display device comprising:
前記第1のレーザ光を反射部で反射してスクリーンに往復走査する表示方法において、
前記反射部が行う共振振動を検出し、
前記反射部の共振振動を駆動するための駆動信号を前記共振振動の検出信号により補正し、
前記補正した駆動信号より前記反射部を共振振動させることを特徴とする
表示方法。 A first laser beam having a predetermined wavelength, which is modulated based on the supplied image signal, is emitted,
In a display method in which the first laser beam is reflected by a reflecting portion and reciprocally scanned on a screen,
Detecting resonance vibration performed by the reflection unit,
The drive signal for driving the resonance vibration of the reflection part is corrected by the detection signal of the resonance vibration,
A display method comprising: causing the reflection portion to resonate and vibrate based on the corrected drive signal.
共振を駆動するための駆動信号の補正帯域は、前記反射部の温度時定数に相当する帯域よりも高いことを特徴とする
表示方法。 The display method according to claim 7,
A display method, wherein a correction band of a drive signal for driving resonance is higher than a band corresponding to a temperature time constant of the reflection unit.
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