CN104204900A - 扫描反射镜以及扫描型图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

扫描反射镜具备：反射镜部，反射激光束；支撑结构，使反射镜部进行转动振动；以及振动传感器，输出表示反射镜部的振动状态的监视信号。光传感器检测激光束的强度。构成为在监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且光传感器检测出的强度的值并未下降的情况下，输入断开信号，该断开信号使支撑结构以支撑结构的破坏极限角以上的角度振动。该扫描反射镜和使用该扫描反射镜的图像投射装置能够以足够的亮度安全地显示图像。

Description

扫描反射镜以及扫描型图像显示装置
技术领域
本发明涉及扫描激光束以显示图像的扫描反射镜以及扫描型图像显示装置。
背景技术
激光束能够以几乎聚焦为平行光的状态进行辐射，因而能够使用反射镜元件等对激光束进行二维扫描，以显示图像。在这种扫描方式的激光投影仪中，调制激光束强度以显示图像，因此与液晶面板、DMD(DigitalMicromirror Device，数字微镜元件)等对二维图像显示元件整体进行经常性照明的普通投影仪相比较为省电，另外不需要具有对二维图像元件进行均匀照明的照明光学系统，因而也能够实现装置的小型化。尤其是，通过使用能够以数十千赫的频率对Φ1毫米左右的反射镜进行振动控制的MEMS反射镜元件，可进一步实现小型化。
这样，扫描方式的激光投影仪也能够搭载于小型移动设备中，对于难以搭载大型显示器的移动电话等而言，可望欣赏大画面显示。
另一方面，对于激光投影仪等激光应用产品，用安全标准规定允许辐射功率，要求一种在确保安全的同时提高辐射功率以使显示较为明亮的技术。尤其是对于扫描型图像显示装置，将通过扫描射入人眼的激光束作为脉冲光计算其强度，根据其安全水平计算允许辐射水平，因此将激光束扫描不停止作为前提。
因此，考虑各种故障情况，需要尽可能地减少危险水平的激光束照射到设备外部的概率。一般而言，设置监视扫描反射镜的动作的传感器，确认扫描正常进行后打开激光。在扫描的振幅低于所辐射激光束在安全范围内的振幅或者扫描停止的情况下，抑制激光的输出或者停止激光。但是，该激光控制系统有可能由于某种原因而出现故障或异常，因而需要一种应对方法。
例如，在专利文献1记载的现有的扫描型图像显示装置中，事先用弹簧牵引扫描反射镜。通过用超过该弹簧力的力驱动扫描反射镜，在反射镜的驱动停止时，反射镜移动到激光束照射不到的位置。
另外，在专利文献2记载的现有的扫描型图像显示装置中，扫描异常时，停止产生对激光光源提供的电力。
另外，在专利文献3记载的现有的扫描型图像显示装置中，在激光的输出异常变大的情况下，光学元件改变性质，透光率乃至反射率降低。
上述专利文献中分别记载了要防止如下情况的发生：由于某种故障原因，最差的情况下由于激光控制功能的不完善，照射了不进行扫描的激光束。但是，在上述现有图像显示装置中，难以防止如下情况的发生：由于各种故障原因的组合，最差的情况下由于激光控制功能的不完善，照射了不进行扫描的激光束。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4088188号
专利文献2：日本特许第4403716号
专利文献3：日本特许第4483703号
发明内容
扫描反射镜具备：反射镜部，反射激光束；支撑结构，使反射镜部进行转动振动；以及振动传感器，输出表示反射镜部的振动状态的监视信号。光传感器检测激光束的强度。构成为在监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且光传感器检测出的强度的值并未下降的情况下，输入断开信号，该断开信号使支撑结构以支撑结构的破坏极限角以上的角度振动。
该扫描反射镜和使用该扫描反射镜的图像投射装置能够以足够的亮度安全地显示图像。
附图说明
图1是实施方式的扫描型图像显示装置的框图。
图2A是表示在线性扫描方式下动作的、实施方式的扫描型图像显示装置的激光束的光点轨迹和驱动信号的波形的图。
图2B是表示在共振扫描方式下动作的、实施方式的扫描型图像显示装置的激光束的光点轨迹和驱动信号的波形的图。
图3是实施方式的扫描型图像显示装置的扫描反射镜的俯视图。
图4是实施方式的扫描型图像显示装置的其它扫描反射镜的立体图。
图5是表示实施方式的扫描型图像显示装置的扫描反射镜的高速侧支撑结构的振动特性的图。
图6是表示实施方式的扫描型图像显示装置的扫描反射镜的低速侧支撑结构的振动特性的图。
图7是实施方式的扫描型图像显示装置与瞳孔的位置关系的示意图。
图8是表示实施方式的扫描型图像显示装置的动作的流程图。
图9是表示实施方式的扫描型图像显示装置的断开模式的动作的流程图。
图10是实施方式的扫描型图像显示装置的断开了的扫描反射镜的俯视图。
具体实施方式
图1是实施方式的扫描型图像显示装置100的框图。扫描型图像显示装置100具备：输出激光束10的光源1、准直透镜2、分色镜3、折叠式反射镜4、以及反射激光束10并投射的扫描反射镜6。光源1是输出红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三种颜色的激光束的半导体激光元件。扫描型图像显示装置100还具备：调制激光束10的激光控制部12、驱动扫描反射镜6的反射镜驱动器13、检测从光源1射出的部分激光束的强度的光传感器(PD)5、图像处理部14、以及壳体100A。扫描反射镜6等上述结构部件固定在壳体100A内。扫描反射镜6具有与反射镜驱动器13连接的致动器106和振动传感器206。反射镜驱动器13向致动器106输出使扫描反射镜6转动振动的驱动信号。在实施方式中，扫描反射镜6根据驱动信号，以方向相互不同的两个轴为中心进行转动振动。振动传感器206向反射镜驱动器13输出与扫描反射镜6的振动状态相应的监视信号。
接着，说明扫描型图像显示装置100的动作。
从光源1输出的三原色的激光束由各自的准直透镜2聚焦，通过分色镜3合成为一束激光束10。激光束10经由折叠式反射镜4射入扫描反射镜6。扫描反射镜6以两个轴为中心进行转动振动，由此在屏幕20上二维扫描激光束10以显示图像。
所显示图像的显示图像数据18从外部输入图像处理部14。
图像处理部14将输入的显示图像数据18存储到帧缓冲器15中，同步于从反射镜驱动器13输出的同步信号17，从帧缓冲器15中读出图像数据并送往激光控制部12。
激光控制部12根据图像信号生成用于调制激光束的调制信号。光源1输出激光束，该激光束具有根据该调制信号进行了调制的强度。
从扫描反射镜6的振动传感器206输出的监视信号22返回到反射镜驱动器13，扫描反射镜6据此得到反馈控制，以一定的频率和振幅进行转动。
光传感器5分别检测射出的三原色激光束的强度，根据检测出的强度，激光控制部12控制三原色激光束的强度均衡、以及三原色激光束的总亮度。
由扫描反射镜6扫描的激光束10在屏幕20上描绘出扫描轨迹21。
对激光束的扫描方式进行说明。图2A和图2B表示激光束10在屏幕20上的扫描轨迹21和水平(H)方向驱动信号SdH以及垂直(V)方向驱动信号SdV的波形。
图2A表示线性光栅扫描方式下的扫描轨迹21，水平方向驱动信号SdH以及垂直方向驱动信号SdV均为线性信号。
水平空白期间B22是扫描轨迹21从屏幕20的右端返回左端的期间，垂直空白期间B23是扫描轨迹21从屏幕20的下方返回上方的期间。在水平空白期间B22以及垂直空白期间B23中，仅扫描反射镜6返回，激光束10不打开。
由于水平方向的驱动频率较高，所以在机械驱动扫描反射镜6时，通常难以进行线性驱动。
图2B表示共振光栅扫描方式下的扫描轨迹21，水平方向驱动信号SdH以及垂直方向驱动信号SdV均为线性信号。通过扫描反射镜6的共振动作，激光束10在水平方向上扫描。与线性驱动扫描反射镜6的情况相比，共振驱动可用较小的力得到较大的振幅。另一方面，在垂直方向上，由以帧速为频率(通常为60赫兹)的锯齿波状的驱动信号SdV进行驱动。将共振频率设定得高于60赫兹，以在60赫兹以下的频带中进行线性驱动。
另外，在共振驱动下扫描反射镜6的振动为正弦波状，在水平方向上单向扫描会增大水平空白期间，激光束10的打开时间与往返水平扫描一次的总时间之比即占空比为50％。
在以共振振动使扫描反射镜6振动的情况下，从帧缓冲器15读出的图像数据被积蓄在行缓冲器中，对每一行进行左右往返扫描。据此，高速侧的驱动频率是向右扫描激光束10的普通方式的一半即可，因而较易驱动扫描反射镜6。另外，由于激光束10的打开时间加倍，所以能够高效地显示图像。
图3是用作图1所示的扫描反射镜6的、实施方式的扫描反射镜6A的俯视图。图3所示的扫描反射镜6A是两轴一体型的MEMS扫描反射镜。扫描反射镜6A具有：反射激光束10的反射镜部34；包围反射镜部34的可动框36；以能够转动振动的方式在可动框36上支撑反射镜部34的两个高速侧支撑结构35；包围可动框36的外框38；以能够转动振动的方式在外框38上支撑可动框36的两个低速侧支撑结构37；以及外框38上设置的电极垫38A。外框38是固定在扫描型图像显示装置100的壳体100A上的固定框。高速侧支撑结构35和低速侧支撑结构37构成以能够转动振动的方式在外框上支撑反射镜部34的支撑结构。高速侧支撑结构35以比低速侧支撑结构37更高的速度(高频率)使反射镜部34转动振动。
扫描反射镜6A例如以电磁驱动方式驱动。扫描反射镜6A还具有：设置在反射镜部34和可动框36上的线圈、以及配置在这些线圈周围的磁铁和磁轭。线圈图案、磁铁、以及磁轭形成磁路，构成图1所示的致动器106。在该磁路中施加磁场以对线圈通电，使反射镜部34由于与电流相应的基于弗莱明定则的转动力而转动振动。扫描反射镜6A还具有设置在高速侧支撑结构35和低速侧支撑结构37上的应变传感器。应变传感器输出与高速侧支撑结构35及低速侧支撑结构37的扭曲变形所产生的应变相对应的信号。由桥路等检测电路检测该信号，由此能够检测反射镜部34的振动。扫描反射镜6A也可以不具有这些应变传感器，取而代之，具有配置在反射镜部34背后的光反射器。对由于反射镜部34的转动而检测出的光反射器输出进行I-V转换，能够检测反射镜部34的振动。该应变传感器、光反射器构成图1所示的振动传感器206。
图4是用作图1所示的扫描反射镜6的、实施方式的其它扫描反射镜6B的立体图。扫描反射镜6B是压电方式的扫描反射镜。扫描反射镜6B具有：反射激光束10的反射镜部40；包围反射镜部40的可动框42；以能够转动振动的方式在可动框42上支撑反射镜部40的两个高速侧支撑结构41；包围可动框42的外框44；以能够转动振动的方式在外框44上支撑可动框42的两个低速侧支撑结构43；以及外框44上设置的电极垫44A。外框44是固定在壳体100A上的固定框。高速侧支撑结构41和低速侧支撑结构43构成以能够转动振动的方式在外框上支撑反射镜部40的支撑结构。高速侧支撑结构41以比低速侧支撑结构43更高的速度(高频率)使反射镜部40转动振动。
高速侧支撑结构41和低速侧支撑结构43都是具有曲折形状的梁。扫描反射镜6B还具有分别设置在高速侧支撑结构41和低速侧支撑结构43上的驱动电极和监视电极。驱动电极和检测电极具有压电体。通过对驱动电极施加驱动电压，高速侧支撑结构41和低速侧支撑结构43在其厚度方向上弯曲，以转动振动的方式驱动反射镜部40、可动框42。监视电极检测高速侧支撑结构41和低速侧支撑结构43的弯曲量，检测反射镜部40的转动振动。这样，该驱动电极构成图1所示的致动器106，该监视电极构成图1所示的振动传感器206。
与图3所示的电磁驱动方式的扫描反射镜6A相比，图4所示的压电方式的扫描反射镜6B不需要磁路，因而能够变得更薄。无论在哪种方式下，共振频率高的高速侧支撑结构都设置在共振频率低的低速侧支撑结构的内侧。
接着，说明扫描反射镜6的振动特性和驱动信号。
图5表示扫描反射镜6A(6B)的高速侧支撑结构35(41)的振动特性。图5中，横轴表示频率，纵轴表示振幅增益，该振幅增益指示高速侧支撑结构35(41)的振动的振幅。
为了用高速侧支撑结构35(41)使反射镜部34(40)振动转动，高速侧支撑结构35(41)以共振频率f0_H进行共振驱动，该共振频率f0_H是由高速侧支撑结构35(41)的扭曲方向的刚性和反射镜部34(40)的惯性矩决定的。在共振频率附近，振幅表现出较大的峰值，用数伏特左右的低电压可得到所需的振幅。
图6表示扫描反射镜6A(6B)的低速侧支撑结构37(43)的振动特性和驱动信号的频率成分。图6中，横轴表示频率，纵轴表示振幅增益和驱动信号的频率成分，上述振幅增益指示低速侧支撑结构37(43)的振幅。
对使低速侧支撑结构37(43)振动的驱动电极施加的驱动信号具有比共振频率f0_L低的频率，该共振频率f0_L是由反射镜部34(40)、高速侧支撑结构35(41)、以及可动框36(42)的惯性矩和低速侧支撑结构37(43)的扭曲方向的刚性决定的。也就是说，低速侧支撑结构37(43)构成为进行非共振驱动。具体而言，驱动信号具有锯齿波状的波形，该波形包括作为帧速f_F的基本频率成分及其整数倍的高阶频率成分。实施方式中，帧速f_F例如为60赫兹。图6中，共振频率f0_L为510赫兹，驱动信号是包括从基本频率60赫兹的成分到其7倍的420赫兹的7阶高次谐波成分的锯齿波状信号。
低速侧支撑结构37(43)的振动振幅在共振频率f0_L附近表现出较大的共振峰值，但为了相对于时间线性地驱动反射镜部34、40，需要以比共振频率f0_L低的频率成分进行驱动。为了以低频增益G0驱动低速侧支撑结构37(43)，用驱动进行共振驱动的高速侧支撑结构35(41)的驱动电压的数倍至数十倍的驱动电压，驱动低速侧支撑结构37(43)。
接着，说明遵循激光束安全标准的扫描型图像显示装置100的动作。激光束的最大辐射功率设定为：激光束扫描人眼时射入眼睛的能量在安全标准规定的安全水平以下。
激光束的安全标准有“IEC60825-1标准”和日本的“JIS C6802激光产品辐射安全标准”(以下简称为JIS标准)，规定了激光产品的分类和测定方法。
基本上安全的1类的可达辐射极限(以下称为AEL)在JIS标准的表1中按照波长和曝光时间进行了规定，对于发出可见光的产品，在JIS标准的表2中作为2类的AEL进行了规定。
据此，对于可见光的激光束，考虑通过眨眼等排斥性动作来保护眼睛，其反应时间假设为0.25秒，发射持续时间在0.25秒以上时AEL为1毫瓦，在0.25秒以下时ALE与1类的AEL相同。也就是说，对于激光笔这样的连续波的激光束而言，辐射输出限制为1毫瓦。
与此相对，对于扫描型激光产品，JIS的8.4分类规则的“(f)重复脉冲激光和调制激光”项目中，规定了AEL的决定方法。根据该规则，使用如下三个条件中最严格的条件决定AEL。
1)来自脉冲串内的任一单个脉冲的曝光均不超过对单个脉冲的AEL(AELsingle)。
2)发射持续时间T的脉冲串的平均功率不超过与对发射持续时间T的单个脉冲规定的AEL相对应的功率。
3)脉冲串内的脉冲的平均脉冲能量不超过对单个脉冲的AEL乘以修正系数C5后的值(AELtrain)。
AELtrain＝AELsingle×C5
C5＝N-0.25    (式1)
在此，N是0.25秒内扫描瞳孔的次数。
在如扫描方式的扫描型图像显示装置100这样进行二维扫描的情况下，由于激光束扫描瞳孔，所以N变大，条件3)通常最为严格。测定方法由JIS的9.3“测定光学系统”项目规定。
下面说明辐射功率的计算方法。图7是表示瞳孔与扫描型图像显示装置100之间的距离以及投射区域的示意图。
扫描型激光束的辐射功率的测定条件规定为：测定开口25的直径为7毫米，测定距离r为100毫米。测定开口25的直径7毫米是设想人的瞳孔直径的最大值而得到的。图7表示：横穿位于100毫米的距离r处的测定开口25的扫描轨迹21A、21B、以及横穿位于400毫米的距离r1处的测定开口25的扫描轨迹21C。在规定的测定条件下计算的辐射功率根据扫描条件不同而存在各种变化。以下示出如下扫描条件下的计算例。各参数中，后缀“h”、“v”分别表示水平和垂直。
扫描条件：
显示分辨率：XGA：Nh＝1024(像素)，Nv＝768(像素)
帧速：fv＝60赫兹
视场角：θh＝60°，θv＝45°
过扫描率(视场角/扫描总角度)：Kosh＝Kosv＝0.7
水平方向上的往返扫描：Kub＝2
水平扫描频率fh表示如下。
fh＝fv×Nv/Kosv/Kub＝32.9(千赫)     (式2)
激光束10描绘扫描轨迹21A并横穿位于距离r＝100毫米处的直径D＝7毫米的瞳孔的时间t表示如下。
t＝测定开口的视角/水平扫描角速度
＝(D/r)/(2×fh×θh/Kosh)     (式3)
＝7.1×10-7(秒)
0.25秒内扫描瞳孔的次数N表示如下。
N＝(D/r)/(θv/Nv)×fv×0.25
＝1020(次)
根据JIS的表1，对t＝7.1×10-7(秒)的单个脉冲的AEL即AELsingle＝2.0×10-7(焦耳)。根据式1，作为重复脉冲的AEL的、脉冲串内的平均脉冲能量AELtrain如下。
AELtrain＝AELsingle×N-0.25     (式4)
＝2.0×10-7×1020-0.25
＝3.54×10-8(焦耳)
该值表示激光束10描绘扫描轨迹21B时测定开口25的状态的AELtrain。
辐射功率Ptrain表示如下。
Ptrain＝AELtrain/t     (式5)
＝(3.54×10-8)/(7.1×10-7)×1000
＝49.9(毫瓦)
据此，若扫描型图像显示装置100的激光束10的峰值辐射功率抑制为50毫瓦以下，则靠近100毫米时射入瞳孔的辐射能量为安全水平，100毫米以上的距离时激光束发散，因此更为安全，100毫米以下的距离时扫描瞳孔的激光束不会聚焦于视网膜上的一点，因而是安全的。也就是说，50毫瓦以下的激光束10的峰值辐射功率在所有条件下都可以认为是安全水平。
峰值辐射功率为50毫瓦时，扫描型图像显示装置100的亮度约为10流明。上述设计例中，在辐射光的峰值功率设定为50毫瓦的情况下，视场角θh窄于设计值时，激光束横穿瞳孔的时间t增加，视场角θv窄时，0.25秒内扫描瞳孔的次数N增加。这两种情况下，射入瞳孔的激光束的强度都会增加，因此辐射强度超过AEL。在辐射光的峰值功率设定为一半的25毫瓦的情况下，画面面积减半时，辐射功率超过AEL。
这样，将扫描反射镜6的如下动作定义为正常动作：辐射光的强度不超过AEL，高速侧支撑结构35(41)和低速侧支撑结构37(43)分别以视场角θh、θv转动振动以在屏幕20上显示图像。
如上所述，根据基于扫描的脉冲激光的辐射能量的评价，允许连续波的最大辐射输出1毫瓦的50倍的输出。假设正在照射最大输出的激光时，由于某种原因使扫描反射镜的视场角变窄或扫描停止，在此情况下，其辐射强度超过AEL，因此需要立即关闭激光。因此，反射镜驱动器通过监视信号了解扫描反射镜6的振动状况，并且通过光传感器5监视作为激光束强度的出射功率，监视检测出的强度是否未脱离安全水平即指定的正常动作范围。
但是，在激光控制部12偶尔发生异常，激光无法关闭的情况下，有时会照射超过AEL的强度的激光。
即，虽然输出了驱动信号，但监视信号的水平低至指定值以下，变得不能控制扫描反射镜6，并且扫描型图像显示装置100也不能关机，虽然发出了激光停止信号，但仍检测出光传感器5的输出，此时判定为激光控制系统的故障，进入反射镜断开模式。反射镜驱动器13和激光控制部12最好由独立的硬件构成。
以下说明反射镜断开模式的动作。图8是表示扫描型图像显示装置100的动作的流程图。
扫描型图像显示装置100起动后，首先对扫描反射镜6施加驱动信号，以开始扫描反射镜6的振动(步骤S101)。此时，激光控制部12不打开激光。接着，激光控制部12判定与扫描反射镜6的振动相对应的监视信号的值是否在指定范围内(步骤S102)。步骤S102中监视信号的值在指定范围内时(步骤S102的“是”)，打开激光(步骤S103)，基于输入的图像信号从帧缓冲器15中读出图像数据，激光10使用与图像数据相应的调制信号进行了调制，利用激光束10在屏幕10上显示图像(步骤S104)。激光控制部12判定由光传感器5检测出的激光束强度是否在与所显示的图像数据相对应的指定范围内(步骤S105)。步骤S105中激光束强度在指定范围内时(步骤S105的“是”)，反射镜驱动器13基于监视信号控制驱动电压，保持扫描反射镜6的振动振幅恒定并继续显示图像。在反射镜驱动器13保持扫描反射镜6的振动振幅恒定并继续显示图像的期间内，激光控制部12反复执行步骤S102～S105的动作。
步骤S102中监视信号的值偏离指定范围(步骤S102的“否”)，或者步骤S105中光传感器5的输出偏离指定范围(步骤S105的“否”)时，判断为发生了异常，激光控制部12关闭激光(步骤S106)。接着，激光控制部12判定光传感器5的输出是否已停止(步骤S107)。步骤S107中光传感器5的输出若停止(步骤S107的“是”)，则结束扫描型图像显示装置100的动作。步骤S107中光传感器5的输出若不停止(步骤S107的“否”)，则判断为激光控制系统异常，激光控制部12使反射镜驱动器13进入断开模式，该断开模式使扫描反射镜6断开(步骤S108)。这样，构成为在监视信号22的值脱离指定的正常动作范围并且光传感器5检测出的激光束强度值并未下降的情况下，支撑结构35或支撑结构37发生断开。或者，构成为在监视信号22的值脱离指定的正常动作范围并且激光束强度值并未下降的情况下，支撑结构35或支撑结构37发生断开。
图9是表示扫描型图像显示装置100的断开模式下的动作的流程图，该扫描型图像显示装置100具备图3所示的扫描反射镜6A作为扫描反射镜6。
进入步骤S108的断开模式后，首先，反射镜驱动器13为了使高速侧支撑结构35断开，用断开信号振动高速侧支撑结构35，该断开信号是共振频率f0_H附近的频率的驱动信号(步骤S201)。在步骤S201中，反射镜驱动器13可以使断开信号的频率从低于共振频率f0_H的频率扫频到高于共振频率f0_H的频率，同时振动高速侧支撑结构35。步骤S104中执行显示图像的正常动作时，驱动信号的电压例如为数伏特。与此相对，步骤S201中，用电压比正常动作时的电压高的驱动信号，振动高速侧支撑结构35。如前所述，用于驱动低速侧支撑结构37的驱动电压的大小是驱动进行共振驱动的高速侧支撑结构35的驱动电压的数倍至数十倍。反射镜驱动器13具有用于产生低速侧支撑结构37的驱动电压的较高电压的电源13A。在步骤S201中，反射镜驱动器13使用电源13A产生作为振动高速侧支撑结构35的驱动信号的断开信号。该断开信号的电压高于正常动作时的驱动电压。由此，高速侧支撑结构35超过破坏极限，发生断开。据此，反射镜部34从高速侧支撑结构35脱落，因而即使假设激光无法关闭，也不会向外部照射超过AEL的强度的激光束，可确保安全。
图10是两个高速侧支撑结构35中的仅一者断开的扫描反射镜6A的俯视图。如图10所示，有时两个高速侧支撑结构35中的仅一者断开，即两个高速侧支撑结构35的一部分在断开位置39处断开后，反射镜部34以单侧连接的状态固定。在此情况下，反射镜部34与高速侧支撑结构35的共振频率变为远远低于正常动作时的共振频率f0_H的共振频率f1_H。也就是说，高速侧支撑结构35具有：共振频率f0_H，是正常动作时高速侧支撑结构35的振动的共振频率；以及共振频率f1_H，是高速侧支撑结构35的一部分断开的状态下的振动的共振频率。反射镜驱动器13在指定时间内执行了步骤S201之后，接着，为了使未断开的高速侧支撑结构35断开，对高速侧支撑结构35以共振频率f1_H附近的频率用与步骤S201相同的电压的驱动信号即断开信号驱动高速侧支撑结构35，使高速侧支撑结构35振动(步骤S202)。在步骤S202中，反射镜驱动器13可以使驱动信号的频率从低于共振频率f1_H的频率扫频到高于共振频率f1_H的频率，同时振动高速侧支撑结构35。据此，未断开的高速侧支撑结构35超过破坏极限而断开，能够使反射镜部34更可靠地从高速侧支撑结构35上脱落。
接着，如图9所示，反射镜驱动器13为了使低速侧支撑结构37断开，对低速侧支撑结构37施加断开信号，以使低速侧支撑结构37振动转动，该断开信号是共振频率f0_L的驱动信号(步骤S203)。在步骤S203中，反射镜驱动器13可以使断开信号的频率从低于共振频率f0_L的频率扫频到高于共振频率f0_L的频率，同时振动低速侧支撑结构37。即使假设步骤S201、S202中反射镜部34未从高速侧支撑结构35上脱落，步骤S203中，通过进一步对低速侧支撑结构37施加频率在共振频率f0_L附近的断开信号，低速侧支撑结构37以比图6所示的低频增益G0大的振幅振动，超过破坏极限角达到断开，也能够使可动框36、高速侧支撑结构35、以及反射镜部34从低速侧支撑结构37上脱落。这样，扫描反射镜6构成为：在监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且光传感器5检测出的强度值并未下降的情况下，输入断开信号，该断开信号使支撑结构以支撑结构35、37的破坏极限角以上的角度振动。
另外，与图10所示的扫描反射镜6A同样，在两个低速侧支撑结构37中的仅一者断开，即两个低速侧支撑结构37的一部分断开，可动框36通过另一个低速侧支撑结构37以单侧连接的状态固定时，可动框36的共振频率变为比共振频率f0_L低的共振频率f1_L。也就是说，低速侧支撑结构37具有：共振频率f0_L，是正常动作时低速侧支撑结构37的振动的共振频率；以及共振频率f1_L，是低速侧支撑结构37的一部分断开的状态下的振动的共振频率。反射镜驱动器13在指定时间内执行了步骤S203之后，接着，为了使未断开的低速侧支撑结构37断开，对低速侧支撑结构37以共振频率f1_L附近的频率用与步骤S203相同的电压的驱动信号即断开信号驱动低速侧支撑结构37，使低速侧支撑结构37振动(步骤S204)。在步骤S204中，反射镜驱动器13可以使驱动信号的频率从低于共振频率f1_L的频率扫频到高于共振频率f1_L的频率，同时振动低速侧支撑结构37。据此，未断开的低速侧支撑结构37超过破坏极限而断开，能够使可动框36更可靠地从低速侧支撑结构37上脱落。
高速侧支撑结构35设置在低速侧支撑结构37的内侧，即经由低速侧支撑结构37与外框38连接，而不是直接与外框38连接，因而发送驱动高速侧支撑结构35的驱动信号的线路经由低速侧支撑结构37与设置于外框38的电极垫38A相连。电极垫38A与驱动电路连接，驱动信号从驱动电路经由电极垫38A提供到高速侧支撑结构35。因此，在高速侧支撑结构35之前，先对两个低速侧支撑结构37中的一者施加断开信号使其断开的情况下，有时与高速侧支撑结构35相连的线路被切断。在此情况下，反射镜部34虽然经由高速侧支撑结构35、可动框36、以及未断开的低速侧支撑结构37与外框38相连，但无法向高速侧支撑结构35发送断开信号以使其振动，因而无法使反射镜部34脱落。为了使反射镜部34可靠地脱落，最好在低速侧支撑结构37之前，先对高速侧支撑结构35施加断开信号以使高速侧支撑结构35断开，随后对低速侧支撑结构37施加断开信号以使其断开。
在专利文献1记载的图像显示装置中，驱动力需要超过用于将反射镜的驱动停止时的位置设定为激光束照射不到的位置的弹簧力，相应地增加了耗电。
专利文献2记载的图像显示装置采用的结构是，扫描反射镜自身具有产生对激光光源提供的电力的功能，因而扫描反射镜的停止就是激光光源的供电停止，这种结构通过组合多角形反射镜的旋转电动机与发电装置来实现。在使用较为小型的MEMS反射镜的情况下，以上述方式使扫描反射镜自身具有发电功能是较为困难的。
在专利文献3记载的图像显示装置中，在激光的输出异常变大的情况下，透镜、反射镜、屏幕等光学元件改变性质，反射率降低，以防止激光的照射。该光学元件使用利用激光自身的热使颜色、反射率发生变化的材质。在激光输出正常但扫描反射镜停止的情况下，比扫描反射镜更靠近光源侧的激光束的强度不发生变化，因此不能适用于在扫描反射镜的后方不具有光学元件(如背投电视的投影透镜或屏幕)的正面投影型的投影仪。
这样，在现有技术中，难以防止如下情况的发生：由于各种故障模式的组合，最差的情况下由于激光控制功能的不完善，照射了不进行扫描的激光束。
在具有实施方式的扫描反射镜6的图像显示装置100中，如前所述，虽然反射镜驱动器13向扫描反射镜6的致动器106输出了驱动信号，但从振动传感器206输出的监视信号的水平低至指定值以下，变得不能控制扫描反射镜6，并且扫描型图像显示装置100也不能关机，虽然发出了激光停止信号，但仍检测出光传感器5的输出，此时判定为激光控制系统的故障，进入反射镜断开模式，反射镜驱动器13向支撑结构发送驱动信号使支撑结构振动，该驱动信号由用于驱动支撑结构的电源13A生成，频率在支撑结构的共振频率附近，电压为电源13A的最大电压。据此，能够使支撑结构以破坏极限角以上的角度振动并断开，使反射镜部脱落，从而可靠地停止激光的射出。
另外，在两轴一体型的扫描反射镜6中，高速侧支撑结构经由低速侧支撑结构与外框连接，而不是直接与外框连接。扫描反射镜6中，首先向高速侧支撑结构输出断开信号使之断开，随后向低速侧支撑结构也输出断开信号使之断开，由此能够更为可靠地使反射镜部脱落。
此外，即使两个高速侧支撑结构中仅有一者断开，或者两个低速侧支撑结构中仅有一者断开，反射镜部以单侧连接的状态固定，通过施加该状态下的共振频率f1_H、f1_L的断开信号，也能够可靠地使反射镜部脱落。
这样，在实施方式的扫描型图像显示装置100中，即使在停止激光的功能出现故障的情况下，也能够防止照射过高水平的激光束，不必为此使用特殊的元件或材料，在正常工作时不会浪费多余的能量。
产业上的可利用性
本发明的扫描型图像显示装置能够用于安全性更高的激光投影仪、平视显示器等。
符号说明
1  光源
5  光传感器
6  扫描反射镜
12  激光控制部
13  反射镜驱动器
14  图像处理部
34、40  反射镜部
35、41  高速侧支撑结构(支撑结构、第一高速侧支撑结构、第二高速侧支撑结构)
37、43  低速侧支撑结构(支撑结构、第一低速侧支撑结构、第二低速侧支撑结构)
100  扫描型图像显示装置
206  振动传感器
f0_H  共振频率(第一共振频率)
f0_L  共振频率(第二共振频率)
f1_H  共振频率(第一共振频率、第三共振频率)
f1_L  共振频率(第二共振频率、第四共振频率)

Claims (13)

1.一种扫描反射镜，与光传感器一起使用，对激光束进行反射从而进行扫描，该扫描反射镜具备：
反射镜部，反射所述激光束；
支撑结构，使所述反射镜部进行转动振动；以及
振动传感器，输出表示所述反射镜部的振动状态的监视信号，
所述光传感器检测所述激光束的强度，
所述扫描反射镜构成为在所述监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且所述光传感器检测出的所述强度的值并未下降的情况下，输入断开信号，该断开信号使所述支撑结构以所述支撑结构的破坏极限角以上的角度振动。
2.根据权利要求1所述的扫描反射镜，其中，
所述支撑结构具有：
低速侧支撑结构，使所述反射镜部进行转动；以及
高速侧支撑结构，与所述低速侧支撑结构相比，以更高速度使所述反射镜部进行转动振动，
所述扫描反射镜构成为在所述监视信号的值脱离所述指定的正常动作范围并且所述光传感器检测出的所述强度的值并未下降的情况下，向所述高速侧支撑结构输入使所述高速侧支撑结构断开的断开信号，随后向所述低速侧支撑结构输入使所述低速侧支撑结构断开的断开信号。
3.根据权利要求1所述的扫描反射镜，其中，
所述支撑结构具有：
低速侧支撑结构，使所述反射镜部进行转动；以及
高速侧支撑结构，与所述低速侧支撑结构相比，以更高速度使所述反射镜部进行转动振动，
所述高速侧支撑结构具有：第一共振频率，其是正常动作时所述高速侧支撑结构的振动的共振频率；以及第二共振频率，其是所述高速侧支撑结构的一部分断开的状态下的振动的共振频率，
所述低速侧支撑结构具有：第三共振频率，其是所述正常动作时所述低速侧支撑结构的振动的共振频率；以及第四共振频率，其是所述低速侧支撑结构的一部分断开的状态下的振动的共振频率，
所述扫描反射镜构成为在所述监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且所述光传感器检测出的所述强度的值并未下降的情况下，为了使所述高速侧支撑结构断开，向所述高速侧支撑结构输入基于所述第一共振频率的第一断开信号，随后为了使所述高速侧支撑结构断开，向所述高速侧支撑结构输入基于所述第二共振频率的第二断开信号，
并且所述扫描反射镜构成为在所述监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且所述光传感器检测出的所述强度的值并未下降的情况下，为了使所述低速侧支撑结构断开，向所述低速侧支撑结构输入基于所述第三共振频率的第三断开信号，随后为了使所述低速侧支撑结构断开，向所述低速侧支撑结构输入基于所述第四共振频率的第四断开信号。
4.一种扫描型图像显示装置，具备：
光源，输出激光束；
扫描反射镜，扫描所述激光束，该扫描反射镜具有：
反射镜部，反射所述激光束；
支撑结构，使所述反射镜部进行转动振动；以及
振动传感器，输出表示所述反射镜部的振动状态的监视信号；
反射镜驱动器，驱动所述扫描反射镜并输出同步信号；
图像处理部，与所述同步信号同步地输出影像信号；
激光控制部，基于所述影像信号调制所述激光束的强度；以及
光传感器，检测所述激光束的所述强度，
所述反射镜驱动器进行动作，使得在所述监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且所述激光束的强度并未下降的情况下，使所述扫描反射镜断开。
5.根据权利要求4所述的扫描型图像显示装置，其中，
所述反射镜驱动器进行动作，使得在所述监视信号的值脱离所述正常动作范围并且所述激光束的所述检测的强度并未下降的情况下，向所述扫描反射镜输出使所述扫描反射镜断开的断开信号。
6.根据权利要求4或5所述的扫描型图像显示装置，其中，
所述反射镜驱动器进行动作，使得在所述监视信号的值脱离所述正常动作范围并且所述激光束的所述检测的强度并未下降的情况下，使所述断开信号的频率从低于所述支撑结构的共振频率的频率扫频到高于所述共振频率的频率。
7.根据权利要求4所述的扫描型图像显示装置，其中，
所述扫描反射镜的所述支撑结构具有：
低速侧支撑结构，使所述反射镜部进行转动；以及
高速侧支撑结构，与所述低速侧支撑结构相比，以更高速度使所述反射镜部进行转动振动，
所述反射镜驱动器进行动作，使得在所述监视信号的值脱离所述指定的正常动作范围并且所述光传感器检测出的所述强度的值并未下降的情况下，
向所述高速侧支撑结构输入使所述高速侧支撑结构断开的断开信号，
随后向所述低速侧支撑结构输入使所述低速侧支撑结构断开的断开信号。
8.根据权利要求7所述的扫描型图像显示装置，其中，
所述高速侧支撑结构构成为以所述高速侧支撑结构的共振频率进行驱动，
所述低速侧支撑结构构成为以电压比所述高速侧支撑结构高的驱动信号进行非共振驱动。
9.根据权利要求8所述的扫描型图像显示装置，其中，
所述扫描型图像显示装置构成为用使所述低速侧支撑结构转动的电压，生成使所述高速侧支撑结构断开的断开信号。
10.根据权利要求4所述的扫描型图像显示装置，其中，
所述扫描反射镜的所述支撑结构具有：
低速侧支撑结构，使所述反射镜部进行转动；以及
高速侧支撑结构，与所述低速侧支撑结构相比，以更高速度使所述反射镜部进行转动振动，
所述高速侧支撑结构具有：第一共振频率，其是正常动作时所述高速侧支撑结构的振动的共振频率；以及第二共振频率，其是所述高速侧支撑结构的一部分断开的状态下的振动的共振频率，
所述反射镜驱动器进行动作，使得在所述监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且所述光传感器检测出的所述强度的值并未下降的情况下，
为了使所述高速侧支撑结构断开，向所述高速侧支撑结构输入基于所述第一共振频率的第一断开信号，
随后，为了使所述高速侧支撑结构断开，向所述高速侧支撑结构输入基于所述第二共振频率的第二断开信号。
11.根据权利要求10所述的扫描型图像显示装置，其中，
所述低速侧支撑结构具有：第三共振频率，其是所述正常动作时所述低速侧支撑结构的振动的共振频率；以及第四共振频率，其是所述低速侧支撑结构的一部分断开的状态下的振动的共振频率，
所述反射镜驱动器进行动作，使得在所述监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且所述光传感器检测出的所述强度的值并未下降的情况下，
为了使所述低速侧支撑结构断开，向所述低速侧支撑结构输入基于所述第三共振频率的第三断开信号，
随后，为了使所述低速侧支撑结构断开，向所述低速侧支撑结构输入基于所述第四共振频率的第四断开信号。
12.根据权利要求11所述的扫描型图像显示装置，其中，
所述反射镜驱动器进行动作，使得在所述监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且所述光传感器检测出的所述强度的值并未下降的情况下，
为了使所述高速侧支撑结构断开，向所述高速侧支撑结构输入所述第一断开信号，
随后，为了使所述高速侧支撑结构断开，向所述高速侧支撑结构输入所述第二断开信号，
随后，为了使所述低速侧支撑结构断开，向所述低速侧支撑结构输入所述第三断开信号，
随后，为了使所述低速侧支撑结构断开，向所述低速侧支撑结构输入所述第四断开信号。
13.根据权利要求4所述的扫描型图像显示装置，其中，
所述扫描反射镜的所述支撑结构具有：
低速侧支撑结构，使所述反射镜部进行转动；以及
高速侧支撑结构，与所述低速侧支撑结构相比，以更高速度使所述反射镜部进行转动振动，
所述低速侧支撑结构具有：第一共振频率，其是正常动作时所述低速侧支撑结构的振动的共振频率；以及第二共振频率，其是所述低速侧支撑结构的一部分断开的状态下的振动的共振频率，
所述反射镜驱动器进行动作，使得在所述监视信号的值脱离指定的正常动作范围并且所述光传感器检测出的所述强度的值并未下降的情况下，
为了使所述低速侧支撑结构断开，向所述低速侧支撑结构输入基于所述第一共振频率的第一断开信号，
随后，为了使所述低速侧支撑结构断开，向所述低速侧支撑结构输入基于所述第二共振频率的第二断开信号。
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