DE60203218T2

DE60203218T2 - Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung, damit ausgestattetes Bilderzeugungsgerät und Ansteuerungsverfahren

Info

Publication number: DE60203218T2
Application number: DE2002603218
Authority: DE
Inventors: Atsushi Kandori; Masao Majima
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: EP1275998A1; DE60203218D1; EP1275998B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (von nun an Lichtstrahl-Ablenkeinrichtung genannt, wobei eine Antriebseinheit sowie eine Steuereinheit hierfür gemeinsam „Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung" oder „Lichtstrahl-Ablenkeinheit" genannt werden) sowie ein Bild-Erzeugungsgerät, und im einzelnen eine Lichtstrahl-Ablenkeinheit und ein Bild-Erzeugungsgerät, wie etwa eine Laseranzeige, ein Laserdrucker oder ein Scanner bzw. Strahlablenkeinheit.
Stand der Technik
Die Druckschrift US-A-5,982,525 offenbart eine Bild-Anzeigevorrichtung, um Licht, welches als ein eindimensionales Bild abgebildet wurde, als ein zweidimensionales Bild auszugeben, indem ein Scanner bzw. eine Strahlablenkeinheit verwendet wird, der bzw. die einen Schwingungsspiegel aufweist.
Die Druckschrift JP(A) 571 60 662 offenbart ein System zum Steuern der Position beim Drucken mit wechselseitigen Abtastungen zum Reduzieren des Versatzes bzw. der Verschiebung in gedruckten Punkten, indem die Beginn- und Endpunkte eines Abtastungsbereiches zum Zeitpunkt der wechselseitigen Abtastung unter Verwendung eines Galvanospiegels bestimmt werden.
Ferner ist aus dem Stand der Technik ein Lichtstrahl-Ablenk-Abtastgerät zum Ablenken eines von einer Lichtquelle, wie etwa einem Laser, emittierten Lichtstrahles mit einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung, wie etwa mit einem Polygonspiegel oder einem Galvanometer, bekannt, um einen Bildschirm oder eine Belichtungsfläche abzutasten. Der Polygonspiegel ist eine Ablenkvorrichtung, in welcher mehrere Spiegel, die ein Polygon begründen, mit einem periodischen Ansteuersignal gedreht werden, um eine in einer Richtung auf dem Bildschirm Lichtstrahlabtastung zu bewirken. Das Galvanometer bewirkt bei der Anwendung eines periodischen Ansteuersignals eine hin- und hergehende Schwingbewegung an einer Spiegeloberfläche, um auf dem Bildschirm eine hin- und hergehende Lichtstrahlabtastung zu erzeugen. Selbstverständlich ist es möglich, ebenso nur durch ein teilweises Aus- bzw. Abschalten des Lichtstrahles die Abtastung von einer Richtung nutzbar zu machen.
Zum Ansteuern des Galvanometers ist eine elektrostatische Ansteuerung, eine elektromagnetische Ansteuerung oder eine Ansteuerung bekannt, die den Piezo-Effekt verwenden. Die Wellenform der Schwingung ist im allgemeinen sinusförmig, jedoch ist ebenso eine Schwingung einer Dreieckswelle oder einer Sägezahnwelle möglich, indem die Wellenform der Ansteuerspannung entsprechend gewählt wird. Wenn das Galvanometer eine inhärente Schwingung aufweist, kann ein Ansteuersignal einer Anpassungsfrequenz bzw. Abgleichfrequenz angelegt werden, um eine Resonanz zu erzeugen, wodurch mit einer minimalen elektrischen Leistung eine Schwingung mit maximaler Amplitude bewirkt wird.
Es wird ein Projektionsbild-Anzeigegerät vorgeschlagen, welches solch eine Lichtstrahl-Erfassungsvorrichtung verwendet, um ein Bild, wie etwa das Bild von einem Fernsehgerät, auf ein Anzeigeschirm zu projizieren. Bei solch einem Bild-Erzeugungsgerät ist ein mit einer Lichtstrahl- Erfassungsvorrichtung versehenes Gerät bekannt, um mit einem von einer Laserlichtquelle, wie etwa einer LD, emittierten Laserlichtstrahl horizontale und vertikale Abtastungen auszuführen, indem zwei Galvanospiegel resonant angesteuert werden.
Bei solch einem Bild-Anzeigegerät, welches sich die Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung zu Nutzen macht, liegt im allgemeinen eine Differenz zwischen dem an die Ablenkvorrichtung angelegten periodischen Ansteuersignal und der tatsächlichen Drehbewegung oder hin- und hergehenden Drehbewegung bei der Ablenkungsvorrichtung oder der periodischen Abtastbewegung des Lichtpunktes auf dem Bildschirm vor, wie es im nachfolgenden erläutert wird.
Die 10A bis 10E zeigen die Beziehung hinsichtlich der Zeit von der an dem Galvanometer angelegten Ansteuerspannung und der Position des tatsächlichen Lichtpunktes auf dem Bildschirm. Die 10A zeigt die Änderung hinsichtlich der Zeit von der an dem Galvanometer angelegten Ansteuerspannung, und die 10B bis 10E zeigen die Änderungen hinsichtlich der Zeit von der Position des Lichtpunktes auf dem Bildschirm. Die 10B zeigt eine Standard-Antwort, während die 10C einen Fall zeigt, wo die Phase verschoben ist, die 10D einen Fall zeigt, wo die Amplitude verändert ist, und wobei die 10E einen Fall zeigt, wo die Mittenposition verschoben ist. In der Praxis können diese Zustände in einer vermischten Weise auftreten.
Solch eine Verschiebung der Phase, Amplitude oder der Mittenposition ist im Prinzip auf eine Schwankung in den Charakteristika des Galvanometers, auf eine Änderung der Temperatur, auf eine Änderung der Position des Spiegels und der Lichtquelle, und auf eine Änderung der Position des Spiegels und des Bildschirms zurückzuführen.
Die Schwingungscharakteristika des Galvanometers variieren in Abhängigkeit von der Dimension des Spiegels und einem einen solchen Spiegel tragenden Torsionsstab, sowie von dem Abstand zwischen den Ansteuer-Elektroden oder zwischen den elektromagnetischen Spulen, jedoch sind bei der Herstellung bestimmte Schwankungen in diesen Faktoren unvermeidbar, so dass jeder Galvanometer bestimmte Unterschiede hinsichtlich der Charakteristika aufweist. Aus diesem Grund ist auf die gleiche Spannung die Antwort unterschiedlich, wodurch der maximale Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel, nämlich die Amplitude und die Phase, eine Verschiebung von dem Referenzwert an den Tag legen kann.
In dem Fall von Resonanzschwingungen ruft eine Änderung in der Temperatur eine Änderung in der inhärenten Schwingung hervor, die von daher von der Frequenz des Ansteuersignals verschoben ist. Die Amplitude sowie die Phase sind ebenso um solch einen Faktor verschoben. Die 11A und 11B zeigen schematisch solch ein Phänomen, wobei die 11A die Beziehung zwischen der Ansteuerfrequenz und der Amplitude zeigt, während die 11B die Beziehung zwischen der Ansteuerfrequenz und der Phase zeigt. Die maximale Amplitude kann erzielt werden, wenn sich die Ansteuerfrequenz bei einem mit dem Resonanzpunkt übereinstimmenden Zustand A befindet, wenn jedoch die Resonanzfrequenz zu einem Zustand B verschoben ist, nimmt die Amplitude mit einer Phasenverschiebung ab. Die Phasenverschiebung tritt in Abhängigkeit von der Richtung des Versatzes bzw. der Verschiebung in entgegengesetzte Richtungen auf, und die Phase ist verzögert, wenn sich die Resonanzfrequenz in Richtung der höheren Seite verschiebt, während die Phase vorgerückt ist, wenn sich die Resonanzfrequenz zu der niedrigeren Seite verschiebt. Wenn sich zusätzlich zu den Änderungen in den Charakteristika von jedem Spiegel und der Änderung der Temperatur die relative Position der Lichtquelle hinsichtlich des Bildschirms ändert, ändert sich der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf den Spiegel, wodurch die Mittenposition der Abtastung auf dem Bildschirm verschoben wird. Die Mittenposition wird weiter verschoben, wenn die festgelegte Position des Bildschirms verschoben wird.
Die nachfolgende Beschreibung basiert auf einem Fall einer sinusförmigen Schwingung, jedoch ist die Situation auch bei anderen Schwingungen ähnlich. Im Gegensatz hierzu verändert sich in einem Fall, wenn die Ablenkvorrichtung durch einen Polygonspiegel begründet wird, die Abtast-Amplitude im Prinzip nicht, weil der maximale Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel mit der Anzahl der Spiegelflächen bestimmt wird, und die zuvor erwähnte Änderung in der Amplitude und der Phase durch die Temperatur tritt nicht auf, da die Resonanz nicht verwendet wird.
Andererseits wird der von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahl mit dem Bildsignal einer Intensitätsmodulation unterworfen und zeigt ein Bild auf dem Bildschirm an, und die Beginn- und Endzeitpunkte von solch einer Modulation sind mit dem Spiegel-Ansteuersignal synchronisiert, um das Bild in einem festgelegten Bereich auf dem Bildschirm anzuzeigen. Wenn jedoch die Beziehung zwischen dem Ansteuersignal und dem Lichtpunkt auf dem Bildschirm von dem Referenzzustand verschoben ist, kann auf dem Bildschirm kein zuvor festgelegtes Bild geeignet erzielt werden. Wenn beispielsweise infolge einer Phasenverschiebung bewirkt wird, dass, wie in 10C gezeigt, der Lichtpunkt mit einer Verzögerung von dem festgelegten Zeitpunkt abtastet, wird bei der Abtastung das Bild bei der stromaufwärts liegenden Seite bzw. vorgeschalteten Seite der festgelegten Position angezeigt. Bei dem Fall der eindimensionalen Abtastung, wie bei dem Polygonspiegel, ist das Bild lediglich in der seitlichen Richtung versetzt bzw. verzerrt und solch ein Versatz bzw. solch eine Verzerrung ist zulässig, wenn er bzw. sie unbedeutend ist, jedoch in dem Fall der hin- und hergehenden Abtastung wird das Bild bei der Vorwärts- und Rück-Abtastbewegung in entgegengesetzte Richtungen verschoben, wodurch doppelte Bilder erzeugt werden, was einen schwerwiegenden Fehler bewirkt. Ebenso kann eine Änderung der Amplitude oder eine Änderung der Mittenposition in Abhängigkeit von dem Level hiervon in dem Bild einen deutlichen Fehler verursachen.
Um solche Fehler zu vermeiden, ist es in dem tatsächlichen Anzeigegerät notwendig, die Schwinungsmoden des Galvanometers oder die Bewegung des Lichtpunktes auf dem Bildschirm zu überwachen und das Ansteuersignal für die Ablenkvorrichtung oder den Modulationszeitpunkt des Lichtstrahles einzustellen. Die nachfolgenden Überwachungsverfahren wurden vorgeschlagen.
Ein in der japanischen Patentschrift Nr. 2 657 769 offenbarter Galvanospiegel ist mit einem Permanentmagneten versehen, um eine Hochfrequenzwelle mit dem Ansteuerstrom zu überlagern, und der Verschiebungswinkel bzw. der Bildverzerrungswinkel des Galvanospiegels wird von der Änderung der gegenseitigen Induktion zwischen einer Ansteuerspule an dem Galvanospiegel und einer dem Galvanospiegel gegenüberliegenden Erfassungsspule erfasst.
Ebenso offenbart die japanische Patentschrift Nr. 3 011 144 ein Verfahren zum Messen der Schwingposition des Galvanospiegels, in dem eine Wechselspannung einer geringen Amplitude und einer hohen Frequenz mit der Ansteuerspannung überlagert wird, und indem die Stromdifferenz erfasst wird, die in einer an dem Elektrodenabschnitt des Galvanospiegels befestigten Elektrode fließt, die einen Kondensatoraufbau aufweist.
Ebenso offenbart die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 64-28535 ein Verfahren zum Messen der Drehfluktuation oder des Jitters des Spiegels von der Zeitdifferenz der bei zwei Positionen des von dem Polygonspiegel reflektierten Lichts erfolgten Erfassungen.
Der in den japanischen Patentschriften Nr. 2 657 769 und 3 011 144 beschriebene Sensor zum Erfassen des Verschiebungswinkels bzw. Bildverzerrungswinkels weist dahingehend einen Vorteil auf, dass er in der Ablenkvorrichtung enthalten ist, und dass er ausgelegt ist, über die gesamte Periode die Verschiebung bzw. die Bildverzerrung des Galvanospiegels erfassen zu können, jedoch ist es von daher schwierig, eine geringe Verschiebung der Amplitude oder der Phase zu erfassen. Es ist erforderlich, dass der Detektor eine Zeitauflösung aufweist, die hinreichend ist, um den Modulations-Startzeitpunkt zu erfassen, jedoch ist in der Ablenkvorrichtung, die eine sehr kleine Schwingung ausführt, die Änderung der Spuleninduktion oder des Verschiebungsstroms bzw. des Bildverzerrungsstroms äußerst schwach, und insbesondere ist die äußerst genaue Bestimmung des Verschiebungswinkels bzw. Bildverzerrungswinkels schwierig, was einen komplizierten Aufbau des Gerätes sowie erhöhte Kosten hiervon involviert.
Andererseits basiert das in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 64-28535 offenbarte Verfahren auf der Erfassung des von dem Polygonspiegel reflektierten Lichts, und das Verfahren weist eine hohe Präzision der Zeitmessung auf, jedoch steht das Verfahren bei einer Anwendung einer sinusförmige Schwingung des Galvanospiegels mit den nachfolgend angegebenen Nachteilen in Zusammenhang.
Eine sinusförmige Schwingung ist mit den drei Parametern Amplitude A, Phase δ und Mittenposition X₀ eindeutig definiert (wobei die Periode T als konstant und bekannt definiert ist). Die Änderung der Zeit der Bildpunktposition X auf dem Bildschirm kann mit diesen Parametern wie folgt ausgedrückt werden: X = A sin(2πt/T – δ) + X0.
Diese Parameter ändern sich, wie es nachfolgend beschrieben wird, aufgrund verschiedener Faktoren, jedoch kann zu einem beliebigen Zeitpunkt die Bildpunktposition auf dem Bildschirm angegeben werden, wenn diese Parameter insgesamt bekannt sind.
Wenn die Parameter festgelegt sind, und wenn die zuvor erwähnte Gleichung erfüllt ist, und in dem Fall, wenn ein Bild innerhalb eines Bereiches XA < X < XB angezeigt wird, wobei XA und XB die Endpositionen des Bildes auf dem Bildschirm sind, dann können die Zeitpunkte tA und tB, die jeweils XA und XB entsprechen, von den nachfolgenden Gleichungen bestimmt werden: XA = A sin(2πtA/T – δ) + X0 und XB = A sin(2πtB/T – δ) + X0 und das an der Lichtquelle anzulegende Modulationssignal, kann derart gesteuert werden, um die Modulation des Bildsignals bei tA zu initiieren, und um die Modulation bei tB zu beenden. Als Referenzen von tA und tB kann der Zeitpunkt für ein festgelegtes Signal geeignet ausgewählt werden, welches eine Periode der Schwingung des Galvanospiegels aufweist, jedoch wird im folgenden der Bezug auf die ansteigende Kante eines Signals genommen, das mit dem Ansteuersignal für den Galvanospiegel synchronisiert ist.
Auf diese Art und Weise kann, indem automatisch der Zeitpunkt der Modulation berechnet wird, und indem die tatsächliche Modulation basierend auf solch einer Berechnung ausgeführt wird, grundsätzlich das Bild mit einer bestimmten Größe und bei einem bestimmten Bereich angezeigt werden, und zwar selbst wenn irgendwelche Fluktuationen in den Charakteristika der Ablenkvorrichtung oder irgendeine Verschiebung in der positionellen Beziehung zwischen der Lichtquelle und dem Bildschirm vorhanden sind.
Dann sei die Bestimmung der zuvor genannten drei Parameter betrachtet.
Indem zunächst die folgenden Messdaten erzielt werden X1 = A sin(2πt1/T – δ) + X0 X2 = A sin(2πt2/T – δ) + X0,wird durch die Erfassung des Lichtes in zwei Positionen auf dem Bildschirm ersichtlich, dass drei unbekannte Parameter A, δ und X₀ nicht bestimmt werden können, so dass es notwendig ist, das Licht in drei oder mehreren Positionen zu erfassen.
Selbst wenn die dritten Messdaten X3 = A sin(2πt3/T – δ) + X0 durch Erfassung des Lichtes in den drei Positionen bekannt sind, ist es nach wie vor nicht einfach, von diesen Messdaten die drei unbekannten Parameter A, δ und X₀ zu bestimmen, weil δ als ein nichtlinearer Parameter enthalten ist. Solch eine Bestimmung involviert komplexe Berechnungen und erfordert eine Berechnungszeit. Im einzelnen ist, wenn die zuvor erwähnte Erfassung in jeder Abtastungslinie ausgeführt wird, eine Hochgeschwindigkeitsberechnung erforderlich, die nicht die Zeit der Abtastung einer Linie überschreitet, und es ist schwierig, mit einer einfachen Schaltung solch eine Anforderung zu erfüllen.
Von den drei Parametern kann X₀ auf einfache Weise eingestellt werden, indem die Position der Ablenkeinheit oder des Bildschirms bei Beobachtung eines mit dem Lichtstrahl auf den Bildschirm projizierten Bildes eingestellt wird. In solch einem Fall wird die Anzahl der unbekannten Parameter auf zwei verringert, jedoch ist nach wie vor der Detektor bei zwei Positionen erforderlich, und die Komplexität der Berechnung beim Bestimmen von δ verbleibt nach wie vor.
Indem ebenso die Differenz der zuvor erwähnten beiden Daten berechnet wird, wird die folgende Gleichung erzielt: X1 – X2 = A{sin(2πt1/T – δ) – sin(2πt2/T – δ)},die nicht länger X₀ jedoch zwei Parameter A, δ enthält, so dass von den Differenzdaten die Amplitude nicht eindeutig bestimmt werden kann.
Andererseits kann in dem Fall eines Polygonspiegels, da nach der Korrektur mit einer fθ-Linse die Änderung hinsichtlich der Zeit von der Lichtpunktposition auf dem Bildschirm linear ist, die folgende Beziehung erzielt werden: X = A(t/T – δ) + X0
Von daher enthält diese Beziehung nach wie vor drei Parameter, das heißt die Amplitude A, die Phase δ und die Mittenposition X₀, jedoch beträgt die Anzahl der Parameter im wesentlichen zwei, weil die beiden Parameter δ und X₀ in der Form –Aδ + X₀ ausgedrückt werden. Dies basiert auf dem Umstand, dass die Änderung in der Phase und die Änderung in der Mittenposition als eine Verschiebung in der Bildposition auftreten und auf dem Bildschirm nicht separiert werden können. Demzufolge können in solch einem Fall die unbekannten Parameter von den Messdaten in zwei Positionen beseitigt werden: X1 = A(t1/T – δ) + X0 X2 = A(t2/T – δ) + X0 und die positionelle Änderung auf dem Bildschirm kann vollständig reproduziert werden. Im einzelnen können zunächst die Differenzdaten: X1 – X1 = (A/T)(t1 – t2)erzielt werden, von welchen A/T bestimmt wird. Dann wird dieses in die Gleichung von T1 substituiert, die hinsichtlich –Aδ + X₀ aufgelöst wird. Dann wird dieses in die Gleichung für X substituiert, um den folgenden Ausdruck zu erzielen: X = (X1 – X2)/(t1 – t2) × (t – t1) + X1
Wie zuvor erläutert, kann, da der Galvanospiegel eine hin- und hergehende Bewegung ausführt, dass Zeiterfassungsverfahren für das Abtastlicht nicht wie bei dem Fall des konventionellen Polygonspiegels, der die Abtastung in eine Richtung mit einer konstanten Geschwindigkeit ausführt, bei dem Galvanospiegel angewandt werden. Da ebenso die Abtastgeschwindigkeit des Galvanospiegels variiert, ist mit der Ausnahme beim Zeitpunkt der Erfassung es schwierig, durch eine bloße Erfassung des Zeitpunktes der Abtastung den Verschiebungswinkel bzw. den Bildverzerrungswinkel zu bestimmen. Wenn ein Galvanospiegel in einer Laseranzeige oder dergleichen verwendet wird, wird die Laserstrahlintensität mit der Bildinformation moduliert, während das Licht durch den Galvanospiegel in die hin- und hergehende Abtastbewegung überführt wird, jedoch ist bei einer beliebigen Zeit die Bestimmung des Verschiebungswinkels bzw. des Bildverzerrungswinkels notwendig, um den Beginn-/Endzeitpunkt der Modulation zu erzeugen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, das Problem zu lösen, dass in einem Bild-Anzeigegerät, welches eine optische Ablenkvorrichtung verwendet, die eine nicht-lineare Abtastung, wie etwa eine sinusförmige Abtastung, ausführt, wenn aus irgendeinem Grund die Beziehung zwischen dem Ansteuersignal und der tatsächlichen Bewegung der Ablenkvorrichtung oder die Beziehung zwischen dem Ansteuersignal und der Lichtstrahlabtastung auf dem tatsächlichen Schirm von einem festgelegten Zustand verschoben wird, das herkömmliche Verfahren der automatischen Erfassung der Bewegung der Ablenkvorrichtung eine große Anzahl Detektoren erfordert, und dass zum Bestimmen der unbekannten Parameter von den erzielten Daten eine komplexe und schwierige Berechnung erforderlich ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die zuvor genannte Aufgabe kann gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst werden.
Vorteilhafte weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen folgendes gilt:
1 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung und die Konfiguration eines mit der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung ausgestatteten Bild-Erzeugungsgerätes zeigt;
2A, B, C und D sind Auftragungen, die verschiedene Signale zeigen, welche in den in der 1 gezeigten Einheiten erzeugt werden;
3 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration einer in der 1 gezeigten Steuerschaltung zeigt;
4A, B und C sind Ansichten, die eine Abänderung des in der 1 gezeigten Bild-Erzeugungsgerätes zeigen;
5 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration einer anderen Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und eines mit der Lichtstahl-Ablenkvorrichtung ausgestatteten Bild-Erzeugungsgerätes zeigt;
Fig. A, B, C, D, D', E und F sind Auftragungen, die verschiedene Signale zeigen, welche in den in der 5 gezeigten Einheiten erzeugt werden;
7 ist eine schematische Ansicht, die die positionelle Beziehung zwischen einem Bildschirm und einem Galvanospiegel zeigt;
8 und 9 sind Ansichten, die Abänderungen des in der 5 gezeigten Bild-Erzeugungsgerätes zeigen;
10A, B, C, D und E sind Auftragungen, die die Beziehung der Schwingung hinsichtlich des Ansteuersignals für die Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung zeigen;
11A und 11B sind Auftragungen, die die Beziehung zwischen der Ansteuerfrequenz, dem maximalen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel und der Phase eines Resonanz-Galvanospiegels zeigen;
12 ist eine Ansicht, die eine Änderung des in der 5 gezeigten Bild-Erzeugungsgerätes zeigt;
13 ist eine Ansicht, die eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung zeigt, welches eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung begründet; und
14A und 14B sind Auftragungen, die Schwingungen der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird die vorliegende Erfindung detailliert mit Ausführungsformen hiervon beschrieben.
(Ausführungsform 1)
Zunächst wird ein Fall betrachtet, wo auf einfache Weise die Abtast-Mittenposition auf dem Bildschirm korrigierbar ist, beispielsweise indem die relative Position und Richtung auf dem Bildschirm und der Ablenkvorrichtung unter Beobachtung von einem Bild eingestellt wird. Die Einstellung wird erzielt, indem der Bildschirm oder das Ablenkgerät bewegt wird.
Wenn in solch einem Fall angenommen wird, dass für die Mittenposition keine Verschiebung X₀ vorliegt, dann kann die Bewegung des Lichtpunktes auf dem Bildschirm wie folgt dargestellt werden: X = A sin(2πt/T – δ)und die Bewegung des Lichtpunktes kann vollständig erfasst werden, indem die beiden unbekannten Parameter A und δ bestimmt werden. Solch ein Fall wird im nachfolgenden als Ausführungsform 1 erläutert.
1 zeigt die Konfiguration einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform.
1 zeigt ein Beispiel einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung zur Projektion eines zweidimensionalen Bildes auf einen Bildschirm mittels einer Hauptabtastung und einer Nebenabtastung. Das vorliegende Lichtstrahl-Ablenkgerät besteht aus einer Lichtquelle 201, einem Hauptabtast-Galvanospiegel 202 und einem Nebenabtast-Galvanospiegel 221 zum Abtasten mit dem Licht von der Lichtquelle 201, einem Photosensor 203, wie etwa ein photoelektrisches Wandlerelement, zum Ausgeben eines elektrischen Signals beim Empfang des von den Galvanospiegeln 202, 221 reflektierten Lichtes 222, einer Messschaltung 106 zum Messen der Durchgangszeit bzw. des Durchgangszeitpunktes des Lichtes durch die Sensorposition in Erwiderung auf die Ausgabe des Photosensors, einer Steuerschaltung 107 zum Ermitteln von Information, die basierend auf dem Ergebnis der Messung den Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel des Hauptabtast-Galvanospiegels 202 anzeigt, und ebenso zum Erzeugen eines mit einem beim Hauptabtast-Galvanospiegel 202 angelegten Ansteuersignal synchronisierten Synchronisationssignals, und zum Erzeugen eines Zeitsignals, welches den Zeichnungs-Startzeitpunkt und Zeichnungs-Endzeitpunkt der Lichtquelle 201 anzeigt, einer Ablenkvorrichtungs-Ansteuerschaltung 108 und einer Lichtquellen-Ansteuerschaltung 109.
Der Hauptabtast-Galvanospiegel 202 führt eine hin- und hergehende Schwingung aus, um den Lichtpunkt auf einem Bildschirm 210 in einer Richtung A zu bewegen. Der Nebenabtast-Galvanospiegel 221 lenkt das Licht in eine Richtung senkrecht zu der Richtung A ab.
Der Photosensor 203 ist in der Umgebung des oberen Endes des Bildschirms 210 angeordnet. Dieser Photosensor begründet einen Zeitmessungssensor zum Erzeugen eines Erfassungssignals 130 bei einem Zeitpunkt, wenn der Lichtstrahl bei einer Abtastbewegung in der Hauptabtastrichtung (A) die Position des Sensors 203 durchläuft. Das Erfassungssignal 130 des Zeitmessungssensors 203 wird der Messschaltung 106 zugeführt. Die Messschaltung misst die Zeitdifferenz zwischen einem Referenzsignal 131 von der Steuerschaltung 107 und dem Erfassungssignal 130 mit Hilfe eines (nicht dargestellten) internen Zählers und sendet ein Ergebnis 132 zu der Steuerschaltung 107. Das Referenzsignal 131 ist ein in der Steuerschaltung 107 erzeugtes Taktsignal und definiert die Ablenkperiode des Hauptabtast-Galvanospiegels 202. Ein hiermit synchronisiertes Galvanospiegel-Ansteuersignal 133 wird ebenso in der Steuerschaltung 107 erzeugt und der Ansteuerschaltung 108 zugeführt, die in Erwiderung hierauf die Galvanospiegel 202, 221 ansteuert, indem AC-Spannungen bzw. Wechselspannungen an ihren elektrostatischen Elektroden angelegt werden. Ebenso wird bei festgelegten Zeitpunkten in der Steuerschaltung in Synchronisation mit dem Referenzsignal ein Lichtquellen-Modulationssignal 134 erzeugt und der Lichtquellen-Modulationsschaltung zugeführt. Die Intensität des von der Lichtquellen emittierten Lichtes wird mit solch einem Modulationssignal moduliert, um ein Bild auf dem Bildschirm auszubilden.
In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt der Zeitmessungssensor 203 ein Signal, wenn der Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel des Hauptabtast-Galvanospiegels 202 einen zuvor festgelegten Wert erreicht, und er erzeugt das Erfassungssignal zu dem Zeitpunkt des Empfangs des Lichtpunkts bei der Bewegung des Lichtpunktes in beide Richtungen auf dem Bildschirm, das heißt, sowohl in dem Verlauf der Bewegung des Verschiebungswinkels bzw. Bildverzerrungswinkels des Galvanospiegels 202 in Richtung des maximalen Wertes als auch in dem Verlauf der Rückkehrbewegung von solch einem maximalen Wert. Demzufolge wird das Zeitmessungssignal (Erfassungssignal 130) innerhalb einer einzelnen Zyklusperiode zweimal erzeugt. Die Phase des Verschiebungswinkels bzw. Bildverzerrungswinkels des Galvanospiegels und der maximale Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel hiervon werden gemäß einem Verfahren, welches in der nachfolgenden Beschreibung erläutert wird, von solch einem Ausgabesignal des Sensors berechnet.
Der Zeitmessungssensor 203 kann bei einer beliebigen Position vorgesehen sein, die verschieden von einer Position ist, welche einem Null-Verschiebungswinkel bzw. Null-Bildverzerrungswinkel des Galvanometers entspricht (in der 1 durch eine unterbrochene Linie 225 angezeigt), das heißt, die verschieden von der Mitte der Abtastung ist, jedoch ist solch eine Position bei einem festgelegten Wert vorab festgelegt und in einem Speicher in der Steuerschaltung gespeichert (siehe 3).
Da in der vorliegenden Ausführungsform an den Galvanospiegel ein sinusförmiges Ansteuersignal angelegt ist, wird die Änderung des Verschiebungswinkels bzw. Bildverzerrungswinkels in der Vorwärtsbewegung und in der Rückwärtsbewegung hinsichtlich der Zeit symmetrisch. Jedoch ist die Wellenform des Ansteuersignals nicht auf eine Sinusform beschränkt, sondern kann stattdessen dreiecksförmig sein oder eine Sägezahnform aufweisen.
Im nachfolgenden wird ein Fall einer Resonanzansteuerung des Galvanospiegels 202 mit dem Anlegen eines sinusförmigen Ansteuersignals erläutert.
2A bis 2D zeigen verschiedene Signale, die in den in der 1 gezeigten Einheiten erzeugt werden. Die 2A zeigt ein Referenzsignal, welches mit dem Taktsignal einer in der Steuerschaltung enthaltenen Takt-Erzeugungsschaltung synchronisiert ist, die 2B zeigt eine Antwort-Wellenform des Galvanospiegels, wenn eine Ansteuerspannung gemäß einem (nicht dargestellten) mit dem in der 2A gezeigten Signal synchronisierten Ansteuersignal hieran angelegt wird, die 2C zeigt ein Erfassungssignal des Photosensors, und die 2D zeigt die Änderung hinsichtlich der Zeit des Ablenkwinkels des Galvanospiegels oder der Position des Lichtstrahls auf dem Bildschirm, was mittels der nachfolgend angegebenen Prozedur berechnet und reproduziert wird.
In den 2A bis 2D bedeutet φ der Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel des Galvanospiegels von dem Mittelpunkt der Ansteuerung zu der Position des Photosensors, ±Θc bedeutet den maximalen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel des Galvanospiegels, die Bezugsziffer Dc zeigt die Zeitverzögerung von der ansteigenden Kante des Ansteuersignals zu der ansteigenden Kante der in der 2B gezeigten Antwort-Wellenform an, die Bezugsziffer T zeigt die Zyklusperiode der Signale in den 2A bis 2D an, und die Bezugsziffern td1, td2 zeigen die Zeitdifferenzen von der ansteigenden Kante des Ansteuersignals zu den Ausgaben der entsprechenden Zeitmessungssignale an.
Die Zeitverzögerung Dc wird in der Resonanzoperation des Galvanospiegels, in dem Ansteuersystem des Galvanospiegels sowie in dem elektrischen System des Photosensors erzeugt.
Der Photosensor 203 ist, wie es in den 2A bis 2D gezeigt ist, derart positioniert, um das Zeitmessungssignal zu erzeugen, wenn das von den Galvanospiegeln 202, 221 reflektierte Licht 222 mit dem Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel φ von der Mittenposition der Drehung verschoben ist.
Wenn die Änderung des Verschiebungswinkels bzw. Bildverzerrungswinkels hinsichtlich der Zeit, φ(t), sinusförmig ist, kann dies wie folgt ausgedrückt werden: φ(t) = Θc sin{2π(t – Dc)/T},und der Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel φ der Sensorposition und die beiden Erfassungszeitpunkte td1, td2 sind folgendermaßen korreliert: φ = Θc sin{2π(td1 – Dc)/T}, φ = Θc sin{2π(td2 – Dc)/T}.
Von daher können, basierend auf den Erfassungsdaten φ, td1 und td2, die Zeitverzögerung Dc sowie der maximale Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel Θc entsprechend von den nachfolgenden Gleichungen (1) und (2) erzielt werden: Dc = (1/4)(2td1 + 2td2 – T) (1) Θc = φ/sin{(π/T)(td1 – td2 + T/2)} (2)
In Abhängigkeit davon, ob td1 oder ob td2 der Puls in dem Vorwärtsweg und das andere der Puls in dem Rückwärtsweg ist, kann sich der in der Gleichung (1) berechnete Wert Dc, der in den 10A bis 10E definiert wird, um T/2 von Dc unterscheiden, das heißt, um die Zeit von der ansteigenden Kante des Ansteuersignals in einer Richtung zu der ansteigenden Kante der Ablenkvorrichtung in der gleichen Richtung. Jedoch können bei der Bestimmung von Dc solche Abhängigkeiten beseitigt werden, indem die Position des Sensors von der Mitte der Abtastung in eine festgelegte Richtung versetzt wird, und indem beurteilt wird, ob die Differenz zwischen td1 und td2 größer als T/2 ist, wodurch bestimmt wird, ob td1 oder ob td2 der Puls in dem Vorwärtsweg ist.
Wenn der Sensor 203 bei der Mittenposition 225 der Abtastung angeordnet ist, kann auch Θc nicht in der Gleichung (2) bestimmt werden, weil φ = 0 gilt. Aus diesem Grund muss ebenso der Sensor außerhalb der Mitte der Abtastung positioniert sein.
Die Gleichung (1) basiert auf einer linearen Berechnung der gemessenen Zeiten td1, td2 des Durchgangs durch die Sensorposition und der Abtast-Zyklusperiode T. Da im vorliegenden Fall die Wellenform der Schwingung in dem Vorwärts- und Rückweg symmetrisch ist, kann Dc über die Summe des Mittelwertes der beiden Durchgangszeit bzw. Durchgangszeitpunkten und T/2 berechnet werden. Solch eine Berechnung kann innerhalb einer kurzen Zeit mittels einer einfachen Berechnungsschaltung erzielt werden, ohne dass ein komplexer Prozess für das Lösen einer nichtlinearen Gleichung enthalten ist. Die Bestimmung von Dc mit solch einer einfachen Berechnung wird durch die Erfassung der Abtastungen in der Vorwärts- und Rückrichtung ermöglicht, und indem die Daten der unterschiedlichen Zeiten bei der gleichen Position verwendet werden.
Solch eine Bestimmung von zwei unbekannten Parametern gestattet es, das die in der 2D gezeigte Wellenform bekannt ist, das heißt, dass der Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel der Ablenkvorrichtung zu einer beliebigen Zeit bekannt ist. Solch ein Ergebnis wird für die Berechnung des Beginn- und Endzeitpunktes der Modulation verwendet, die gemäß dem Bildsignal bei dem Laserlichtstrahl angewandt werden muss. Indem im einzelnen jeweils die Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel φA und φB entsprechend den Bild-Beginn- und Endpositionen verwendet werden, können die Startzeit tA und die Endzeit tB wie folgt angegeben werden: tA = (T/2π)(arcsin(φA/Θc) + Dc) (3) tB = (T/2π)(arcsin(φB/Θc) + Dc) (4).
Die Sinusfunktion in der Gleichung (2) und die Arcus-Sinusfunktion in der Gleichung (3) und (4) sind wohlbekannt und können innerhalb einer kurzen Zeit mit einer in der Steuerschaltung enthaltenen Berechnungsroutine berechnet werden.
Im nachfolgenden wird die Funktion der Steuerschaltung 107 unter Bezugnahme auf die 3 erläutert, die ein Blockdiagramm ist, welches die Innenkonfiguration der Steuerschaltung zeigt. Die Steuerschaltung besteht zumindest aus einer Steuerung 301, einer Berechnungsschaltung 302 sowie einem Speicher 303.
Die Daten von der Abtast-Zyklusperiode und von der Sensorposition sind vorab in dem Speicher 303 gespeichert.
Wenn nach dem Beginn der Abtastung ein Erfassungspuls von dem Zeitmessungssensor erzeugt wird, misst die Messschaltung die Durchgangszeit bzw. den Durchgangszeitpunkt und sendet das Ergebnis 132 zu der Steuerschaltung 107. Die Steuerung 301 zeichnet die von der Messschaltung empfangenen Taktdaten in dem Speicher 303 auf.
Wenn der Lichtstrahl einen hin- und hergehenden Zyklus vollendet hat und die beiden Zeitpunkte gemessen sind, liest die Steuerung die Daten der beiden Durchgangszeiten bzw. Durchgangszeitpunkten von dem Speicher aus und sendet diese zu der Berechnungsschaltung 302, um die den Gleichungen (1) und (2) entsprechenden Berechnungen auszuführen, und schreibt das Ergebnis in den Speicher. Bei dieser Berechnung werden ebenso die Daten über die Abtast-Zyklusperiode von dem Speicher ausgelesen und verwendet.
Dann werden die in dem Speicher 303 vorab gespeicherten Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel φA, φB, die der Anzeige-Startposition und der Anzeige-Endposition entsprechen, ausgelesen und für die Berechnung des Modulations-Startzeitpunktes tA und des Modulations-Endzeitpunktes tB gemäß den Gleichungen (3) und (4) verwendet.
Bei einer nachfolgenden Abtastoperation wird das Lichtquellen-Modulationssignal 134 derart gesteuert, um die Modulation entsprechend des Bildes bei einem Zeitpunkt zu starten, nachdem die Zeit tA verstrichen ist, und um die Modulation bei einem Zeitpunkt zu beenden, nachdem die Zeit tB verstrichen ist. Im einzelnen erzeugt die Steuerung 107 das Galvanospiegel-Ansteuersignal 133 in Synchronisation mit dem Referenzsignal und sendet es zu der Galvanometer-Ansteuerschaltung, dann erzeugt sie ein Lichtquellen-Modulations-Startsignal und sendet es zu der Lichtquellen-Modulationsschaltung bei einer um tA verzögerten Zeit und erzeugt sowie sendet ein Lichtquellen-Modulations-Endsignal zu der Lichtquellen-Modulationsschaltung bei einer um tB verzögerten Zeit. Ebenso liest sie zwischen tA und tB die Bilddaten von dem Bildspeicher aus und moduliert solche Bilddaten, um das Lichtquellen-Modulationssignal für die Zufuhr zu der Lichtquellen-Modulationsschaltung zu erzeugen.
In dem vorangehenden Prozess können zeitgleich die Zwischendaten Dc und Θc im Verlauf der Berechnung gemäß den Gleichungen (3) und (4) berechnet werden.
Ebenso kann die Berechnung durchgeführt werden, indem individuell das in jeder Zyklusperiode erzeugte Erfassungssignal verwendet wird, oder indem der Mittelwert der in mehreren Zyklusperioden erzeugten Erfassungssignale verwendet wird. Das an erster Stelle genannte Verfahren kann in einem Fall angenommen werden, wenn die Erfassung des Zeitpunktes nur in einem Teil der Zyklusperiode der Antwort-Wellenform des Galvanospiegels durchgeführt wird, und dieses gestattet es, die Zeit zu reduzieren, die erforderlich ist, bis das Ansteuersignal für den Galvanospiegel gesteuert wird. Andererseits gestattet es das an letzter Stelle genannte Verfahren, die Genauigkeit der Erfassung zu verbessern, beispielsweise, indem die Daten gesammelt und gemittelt werden.
Im nachfolgenden wird jede Einheit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
(Lichtquelle 201)
Die Lichtquelle 201 ist in bevorzugter Weise dahingehend ausgelegt, das emittierte Licht zu modulieren, beispielsweise ist sie eine Lichtquelle, die ausgelegt ist, eine direkte Modulation auszuführen, wie etwa ein Gas- oder Festkörper-Laser mit einem Modulator, oder ein Halbleiter-Laser oder eine LED. Die Modulation der Lichtquelle 201 kann beispielsweise mit einer Pulsweiten-Modulation oder einer Intensitäts-Modulation erzielt werden, jedoch wird die vorliegende Erfindung mit der Intensitäts-Modulation beschrieben.
(Galvanospiegel 202, 221)
Der Galvanospiegel 202 oder 221 kann aus einem mit einer periodischen Ansteuer-Wellenform angesteuerten Galvanometer, einem über einen Halbleiterprozess hergestellten Silizium-Mikroscanner bzw. einer über einen Halbleiterprozess hergestellten Silizium-Strahlablenkeinheit oder aus einem eine hin- und hergehende Drehbewegung um eine Drehachse ausführenden Betätigungsmittel bestehen. Die Ansteuerfrequenz kann beliebig gewählt sein, solange der Galvanospiegel 202 angesteuert werden kann.
(Zeitmessungssensor 203)
Der Zeitmessungssensor 203 kann aus einem Lichterfassungssystem bestehen, das beispielsweise einen Lichtstrahldetektor verwendet, oder er kann in der Lichtstrahl-Ablenkeinheit integriert sein.
Wenn der Zeitmessungssensor 203 aus einem über einen Halbleiterprozess hergestellten Lichtsensor oder elektrostatischen Sensor besteht, ist es möglich, bei jedem Verschiebungspunkt einen optimalen Sensor zu verwenden, und der Fehler hinsichtlich der Position des Sensors wird ebenso durch den Fehler bei dem Herstellungsprozess bestimmt. Von daher können Vorteile dahingehend erzielt werden, dass eine genaue Positionierung des Sensors auf einfache Weise erzielt werden kann, und dass auf einfache Weise eine Verkleinerung und Kostenreduktion erreicht werden kann.
Wenn die Galvanospiegel 202, 221 durch einen Halbleiterprozess hergestellt sind, ist es möglich, den Zeitmessungssensor 203 auf einem Substrat anzuordnen, welches das gleiche wie oder in der Nähe von dem Substrat der Galvanospiegel 202, 221 ist, wodurch auf einfache Weise die Integration der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung sowie die hochgenaue Positionierung des Zeitmessungssensors und der Galvanospiegel erzielt werden kann.
Die Berechnungsschaltung 302 kann aus einem Mikrocomputer, einem DSP (digitalen Signal-Prozessor) oder einer CPLD-FPGA (komplex programmierbare logische Vorrichtung – feldprogrammierbare Gate-Matrix) bestehen.
(Variation der Ausführungsform 1)
Die 4A bis 4C zeigen ein anderes Beispiel der Anordnung des Photosensors und des Galvanospiegels der vorliegenden Ausführungsform. 4A zeigt eine Konfiguration, in welcher innerhalb des von der Lichtquelle 201 emittierten und von dem Galvanospiegel 202 reflektierten Lichtes ein mit einem Strahlteiler 204 abgeteilter Lichtstrahl 206 von dem Photosensor 203 erfasst wird, wodurch erfasst wird, dass der von dem Galvanospiegel 202 reflektierte Lichtstrahl 222 den festgelegten Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel φ erreicht.
Der Zeitmessungssensor 203 ist bei einer um einen festgelegten Winkel φ von der Mitte 207 der Drehung versetzten Position 208 vorgesehen. Es tritt eine Abnahme in der Lichtmenge des Bild-Zeichnungslichtes 205 auf, und es muss der Strahlteiler 204 vorgesehen sein, jedoch ist für die Erfassung keine separate Lichtquelle notwendig, und die Erfassung kann über die gesamte Abtastlänge durchgeführt werden. Da sich ebenso die abgeteilten Lichtstrahlen in verschiedenen Richtungen ausbreiten, können gegenseitige Interferenzen vermieden und die Zuverlässigkeit der Erfassung kann verbessert werden.
4B zeigt eine Konfiguration, bei der eine Erfassungs-Lichtquelle 211 verwendet wird, die verschieden von der Lichtquelle ist, die einen Lichtstrahl 221 von der Erfassungs-Lichtquelle 211 zu dem Galvanospiegel 202 unter einem Winkel richtet, der verschieden von dem des Lichtstrahles von der Lichtquelle ist, und die das reflektierte Licht von dem Galvanospiegel 202 mit dem Zeitmessungssensor 203 erfasst. Die Bezugsziffer 213 zeigt die Mitte der Drehung des Galvanospiegels 202 an.
Die Verwendung der Erfassungs-Lichtquelle 211 liefert einen Vorteil dahingehend, dass das Bild-Aufzeichnungslicht im Vergleich mit der in der 4A gezeigten Konfiguration nicht abnimmt.
Die 4C zeigt eine Konfiguration, bei welcher der Zeitmessungssensor 203 von dem Bildbereich 223 und einem bildfreien Bereich eines zweidimensionalen Abtastsystems in dem bildfreien Bereich 224 positioniert ist. In dieser Konfiguration wird der Lichtstrahl von der Lichtquelle 201 an dem Galvanospiegel 202 reflektiert und dann an einem Spiegel 221 reflektiert, um den Bild-Zeichnungslichtstrahl 222 zu begründen. Die Bezugsziffer 225 zeigt die Drehmitte des Galvanospiegels 202 an. Diese Konfiguration ist dahingehend mit Nachteilen behaftet, dass die Erfassung nur in einem Teil der Abtastung durchgeführt wird, jedoch ist sie dahingehend von Vorteil, dass sie keine neuen Bauteile erfordert.
In den in den 4A bis 4C gezeigten Konfigurationen wird das Abtastlicht mit dem Photosensor 203 in einer von dem Galvanospiegel 202 getrennten Position erfasst, doch ist es ebenso möglich, mit einem Halbleiterprozess einen kompakten Galvanospiegel 202 und den Photosensor 203 zu integrieren.
Der Zeitmessungssensor ist nicht auf einen Photosensor 203 beschränkt, sondern kann ebenso aus einem elektrostatischen Sensor oder einem Magnetsensor, wie etwa einer Spule, bestehen, jedoch ist der Zeitmessungssensor nicht von solch einem Typ, der das Erfassungssignal über die gesamte Schwingungsperiode des Galvanometers erzeugt, sondern von solch einem Typ, der bei einem speziellen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel ein scharfes Erfassungssignal erzeugt, wie er in den zuvor erwähnten japanischen Patenten Nr. 2 657 769 und 3 011 144 beschrieben wird.
(Ausführungsform 2)
Im nachfolgenden wird eine Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei einer zweiten Situation der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass die Mittenposition der Abtastung der Ablenkvorrichtung eine unbekannte Verschiebung aufweist, und dass die gegenseitige Position und Richtung des Bildschirms und der Ablenkvorrichtung nicht auf einfache Weise änderbar sind. Solch eine Situation tritt beispielsweise dann auf, wenn der Bildschirm und die Ablenkvorrichtung beide an den Wänden eines Raumes befestigt sind. Indem in solch einem Fall die Bewegung des Lichtpunktes auf dem Bildschirm, die die Verschiebung X₀ der Mittenposition enthält, durch den folgenden Ausdruck dargestellt wird: X = A sin (2πt/T – δ) + X0,und indem drei Parameter A, δ und X₀ bestimmt werden, kann die Bewegung des Lichtpunktes vollständig verstanden werden. Solch ein Fall wird im nachfolgenden als Ausführungsform 2 beschrieben.
Im nachfolgenden wird die Ausführungsform 2 unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Die 5 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration einer Lichtstrahl-Ablenkeinheit der vorliegenden Ausführungsform zeigt, wobei Bauteile, die mit den Bauteilen der 1 ähnlich sind, mit entsprechende Bezugsziffern bezeichnet werden.
Im Gegensatz zu der in der 1 gezeigten Konfiguration sind die Zeitmessungssensoren 203, 212 bei dem oberen Ende des Bildschirms bei zwei Positionen vorgesehen. Zumindest einer der Sensoren erfasst den Zeitpunkt des Abtast-Lichtstrahls in der Vorwärts- und Rückbewegung, jedoch kann der andere Sensor den Zeitpunkt nur in der Vorwärts- oder in der Rückbewegung erfassen.
Die 6A bis 6F zeigen ein Verfahren zum Erzeugen des Ansteuersignals für den in der 5 gezeigten Hauptabtast-Galvanospiegel 202.
Die 6A zeigt ein Synchronisationssignal für ein Ansteuersignal; 6B zeigt ein Ansteuersignal, welches in Synchronisation mit dem in 6A gezeigten Referenzsignal an dem Galvanospiegel 202 angelegt werden muss; 6C zeigt eine Verschiebungs- bzw. Bildverzerrungs-Wellenform des gegenwärtig gemäß dem in der 6B gezeigten Ansteuersignals angesteuerten Galvanospiegels 202; die 6D und 6D' zeigen jeweils die Ausgabesignale der Photosensoren 203 und 212; die 6E zeigt die Wellenform des von dem in den 6D und D' gezeigten Ausgabesignal reproduzierten Versatzes bzw. der von dem in den 6D und D' gezeigten Ausgabesignal reproduzierten Verschiebung des Galvanospiegels 202; und die 6F zeigt die auf der in der 6E gezeigten Verschiebungs- bzw. Bildverzerrungs-Wellenform basierenden Zeichnungs-Beginn-/Endzeitpunkte.
In der 6C bezeichnen die Bezugsziffern φ1, φ2 die Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel des Galvanospiegels 202 von dem Mittelpunkt der Ansteuerung zu den Positionen der Photosensoren 203, 212, die Bezugsziffer ± Θc zeigt den maximalen Verschiebungswinkel bzw.
Bildverzerrungswinkel des Galvanospiegels 202, die Bezugsziffer Dc bezeichnet die Zeitverzögerung von der ansteigenden Kante des in der 6A gezeigten Ansteuersignals zu der ansteigenden Kante der in der 6B gezeigten Verschiebungs- bzw. Bildverzerrungs-Wellenform, und die Bezugsziffer T bezeichnet die Zyklusperiode der in der 6B gezeigten Verschiebungs- bzw. Bildverzerrungs-Wellenform. Die Zeitverzögerung Dc wird sowohl in dem Ansteuersystem des Galvanospiegels 202 als auch in den elektrischen Systemen der Photosensoren 203, 212 erzeugt.
Wenn ein in der 6B gezeigtes Ansteuersignal A1 in Synchronisation mit dem in der 6A gezeigten Referenzsignal an dem Galvanospiegel 202 angelegt wird, beginnt der Galvanospiegel 202 in Erwiderung auf solch ein Ansteuersignal nach einer Zeitverzögerung Dc zu rotieren, wodurch eine in der 6C gezeigte sinusförmige Verschiebungs- bzw. Bildverzerrungs-Wellenform bereitgestellt wird.
Nach einer Zeit td1 von dem Beginn der Anwendung des Ansteuersignals A1 tritt das reflektierte Licht 222 von dem vertikalen Abtastspiegel 221 in den Photosensor 203 ein, der in Erwiderung hierauf ein wie in der 6D gezeigtes Erfassungssignal C1 ausgibt.
Zusammen mit einer weiteren Ansteuerung des Galvanospiegels 202 erreicht dann das reflektierte Licht 222 einen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel Θ entsprechend der Spitze der sinusförmigen Wellenform, und nach dem Ablauf einer Zeit td2 von dem Beginn der Anwendung des Ansteuersignals A1 tritt das reflektierte Licht 222 erneut in den Photosensor 203 ein, der in Erwiderung darauf ein Erfassungssignal C2 ausgibt.
Dann kehrt der Galvanospiegel 202 zu dem Null-Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel zurück und wird erneut zu einem negativen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel gedreht, und nach dem Ablauf der Zeit td3 von dem Beginn der Anwendung des Ansteuersignals tritt das reflektierte Licht 222 in den Photosensor 203 ein, der in Erwiderung hierauf ein wie in der 6D' gezeigtes Erfassungssignal C3 ausgibt. Danach erreicht der Galvanospiegel einen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel –Θ.
Dann tritt nach dem Ablauf einer Zeit td4 von dem Beginn der Anwendung des Ansteuersignals das reflektierte Licht 222 erneut in den Photosensor 212 ein, der in Erwiderung hierauf ein wie in der 6D' gezeigtes Erfassungssignal C4 ausgibt. Danach kehrt der Galvanospiegel zu dem Null-Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel zurück.
Unter der Annahme, dass die Verschiebung bzw. Bildverzerrung des Galvanospiegels sinusförmig ist, wie es durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt wird: φ(t) = Θc sin{2π(t – Dc)/T} + φ0,ergeben sich die nachfolgenden Beziehungen zwischen den Verschiebungswinkeln bzw. Bildverzerrungswinkeln φ1, φ2 und den zuvor erwähnten vier Erfassungszeitpunkten td1 bis td4: φ1 = Θc sin{2π(td1 – Dc)/T} + φ0 φ1 = Θc sin{2π(td2 – Dc)/T} + φ0 –φ2 = Θc sin{2π(td3 – Dc)/T} + φ0 und –φ2 = Θc sin{2π(td4 – Dc)/T} + φ0.
Wenn dann das Ansteuersignal A2 an den Galvanospiegel 202 angelegt wird, werden, wie es in dem nachfolgenden Prozess beschrieben ist, der Messschaltung 106 die Erfassungssignale zugeführt. Auf diese Art und Weise empfängt die Messschaltung 106 vier Erfassungssignalpulse C1 bis C4, die der Verschiebung bzw. Bildverzerrung des Galvanospiegels 202 in einer einzelnen Zyklusperiode T entsprechen.
Wie in der Ausführungsform 1 wird durch die nachfolgend angegebene Gleichung (5) die Zeitverzögerung Dc von den Zeiten td1, td2 bestimmt: Dc = (1/4)(2td1 + 2td2 – T) (5)
Andererseits kann mit der nachfolgend angegebenen Gleichung (6) die Zeitverzögerung Dc von den Zeiten td3, td4 bestimmt werden: Dc = (1/4)(2td3 + 2td4 – 3T) (6)
Wenn Dc auf diese Art und Weise bestimmt werden kann, können die Amplitude Θc und die Mittenposition φ₀ bestimmt werden, indem zeitgleich Gleichungen erster Ordnung gelöst werden, die durch die vorangehenden Gleichungen von φ1, φ2 wie folgt begründet werden: Θc = (φ1 + φ2)/[sin{(π/T)(td1 – td2 + T/2)} + sin{(π/T)(td3 – td4 + T/2)}] (7)und φ0 = [φ1·sin{(π/T)(td3 – td4 + T/2)} – φ2·sin{(π/T)(td1 – td2 + T/2)} /[sin{(π/T)(td1 – td2 + T/2)} + sin{(π/T)(td3 – td4 + T/2)}] (8)
Wie es von den Gleichungen (5) und (6) ersichtlich ist, sind td1 bis td4 nicht unabhängig, jedoch weisen sie die folgende Beziehung auf: –td1 – td2 + td3 + td4 = T
Die Gleichung (5) zur Bestimmung von Dc weist hinsichtlich T/2 eine Willkürlichkeit gemäß der Frage auf, ob td1 oder ob td2 der Puls in dem Vorwärtsweg und das andere der Puls in dem Rückweg ist, jedoch kann solch eine Willkürlichkeit beseitigt werden, indem die Sensorposition von der Mitte der Abtastung verschoben wird, und indem ein Puls einer kürzeren Entfernung als td1 angenommen wird, wodurch der Puls in dem Vorwärtsweg und der in dem Rückweg bestimmt werden. Eine ähnliche Situation gilt für die Gleichung (6).
Die Gleichungen (5) und (6) basieren auf einer linearen Berechnung der gemessenen Zeiten td1 bis td4 des Durchgangs durch die Sensorpositionen und der Abtast-Zyklusperiode T. Da in dem vorliegenden Fall die Wellenform der Schwingung symmetrisch in dem Vorwärts- und Rückweg ist, kann Dc über die Summe des Mittelwertes der beiden Durchgangszeiten bzw. Durchgangszeitpunkten und T/2 berechnet werden. Solch eine Berechnung kann mittels einer einfachen Berechnungsschaltung innerhalb einer kurzen Zeit erzielt werden, ohne dass ein komplexer Prozess des Lösens einer nichtlinearen Gleichung involviert ist. Die Bestimmung von Dc mit solch einer einfachen Berechnung wird ermöglicht, indem die Abtastungen in der Vorwärts- und Rückrichtung bei zumindest einem Photosensor erfasst werden, und indem die Daten von verschiedenen Zeiten bei einer gleichen Position verwendet werden.
Solch eine Bestimmung der drei unbekannten Parameter gestattet es ebenso, bei einer beliebigen Zeit den Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel der Ablenkvorrichtung zu kennen. Solch ein Ergebnis wird zur Berechnung der Beginn- und Endzeitpunkte der Modulation verwendet, die wie in der vorangehenden Ausführungsform 1 gemäß dem Bildsignal an dem Laserstrahl mit den nachfolgenden Gleichungen angewandt werden muss: tA = (T/2π)((arcsin(φA – φ0)/Θc) + Dc) (3) tB = (T/2π)((arcsin(φB – φ0)/Θc) + Dc) (4)
In der 6F sind die Startposition der Aufzeichnung und der Zeitpunkt hiervon mit einem Kreis (o) angezeigt, und die Endposition der Aufzeichnung und des Zeitpunktes hiervon sind mit einem Punkt (•) angezeigt. Der Beginn und das Ende der Aufzeichnung werden in bevorzugter Weise in einem Bereich durchgeführt, wo der Galvanospiegel eine geringe Änderung in der Geschwindigkeit zeigt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Positionsdaten φ1, φ2 des ersten und zweiten Sensors sowie die Verschiebungswinkel- bzw. Bildverzerrungswinkeldaten φA, φB, die den Bereich der Bildanzeige anzeigen, als Entfernungen von der Referenzposition auf dem Anzeigebildschirm definiert, wobei angenommen wird, dass die Mitte der Abtastung mit der Referenzposition 227 des Bildschirmes übereinstimmt (beispielsweise die Mitte des Bildschirms).
Die 7 zeigt die positionelle Beziehung der Hauptabtast-Ablenkvorrichtung 202 und des Bildschirms 210, wobei der erste und zweite Sensor 203, 212 auf dem Bildschirm positioniert sind, und wobei der Bild-Anzeigebereich als XA < X < XB definiert ist. Die Bezugsziffer 11 zeigt die Entfernung von der Hauptabtast-Ablenkvorrichtung zu dem Bildschirm an, und ein Nebenabtast-Galvanospiegel ist innerhalb dieser Entfernung positioniert.
Für eine Entfernung X1 (oder X2) des ersten (oder des zweiten) Photosensors von der Mitte des Bildschirms kann φ1 (oder φ2) wie folgt definiert werden: φ1 = arctan(XA/L) φ2 = arctan(X2/L).
Auf ähnliche Weise kann die Entfernung XA (oder XB) von dem linken (oder rechten) Ende des Bild-Anzeigebereiches zu der Mitte des Bildschirmes wie folgt definiert werden: φA = arctan(XA/L) φB = arctan(XB/L).
Selbst wenn in der vorliegenden Ausführungsform die Mitte der Abtastung von der Referenzposition des Bildschirms verschoben ist, wird, wie vorangehend erläutert, der Versatz bzw. Offset-Wert der Mitte der Abtastung bestimmt, und der Beginn- und Endzeitpunkt der Modulation werden basierend auf solch einem Offset-Wert bestimmt, so dass die Bildpositionen XA, XB nicht auf dem Bildschirm verschoben sind.
Die vorangehende Gleichung (7) enthält φ1 und φ2 in der Gestalt einer Summe (φ1 + φ2). Dieses zeigt an, dass die Amplitude durch die relative Position der beiden Detektoren bestimmt wird. Anders ausgedrückt, können die Zeitverzögerung Dc und die Amplitude Θc unabhängig von den Positionen der Detektoren auf dem Bildschirm bestimmt werden, solang die gegenseitige Entfernung hiervon festgelegt ist. Wenn die Detektoren auf dem Bildschirm verschoben werden, während ihre gegenseitige Entfernung beibehalten wird, variiert φ₀ in der Gleichung (8), um das Bild auf dem Bildschirm zu der linken oder zu der rechten Seite zu verschieben, jedoch ist es einfach, die Positionen der Detektoren auf die richtigen Positionen einzustellen. Von daher kann das Bild grundsätzlich auf eine festgelegte Position auf dem Bildschirm projiziert werden, und zwar selbst bei einer Situation, wo es schwierig ist, die positionelle Beziehung des Ablenkgerätes und des Bildschirms zu ändern.
Ebenso können in ähnlicher Weise in einem Fall, wenn die Detektoren nicht auf dem Bildschirm positioniert sondern in dem Ablenkgerät vorgesehen sind, die Position des Bildbereichs auf dem Bildschirm eingestellt werden, indem die Positionen der Detektoren eingeregelt werden, während ihre Entfernung hiervon beibehalten wird.
In der vorliegenden Ausführungsform müssen, wie es zuvor beschrieben ist, die Photosensoren nur eine definierte gegenseitige Entfernung aufweisen, und die positionelle Beziehung zwischen jedem Photosensor und dem Mittelpunkt der Ansteuerung des Galvanometers ist nicht streng festgelegt, so dass die Bestückungskosten der Lichtstrahl-Ablenkeinheit reduziert werden können.
Die Steuerschaltung in der vorliegenden Ausführungsform kann die gleiche Schaltung sein, wie jene Steuerschaltung bei der in den 2A bis 2D gezeigten Ausführungsform 1.
Im nachfolgenden wird die Funktion des Steuergerätes 107 beschrieben.
Die Abtast-Zyklusperiodendaten T, die Positionsdaten φ1, φ2 und die Verschiebungswinkel- bzw. Bildverzerrungswinkeldaten φA, φB sind vorab in dem Speicher gespeichert.
Nach dem Beginn des Referenzsignals bestätigt das Steuergerät, dass vier Durchgangszeitdaten des Abtaststrahles von der Messschaltung nacheinander überführt werden, und speichert diese Daten in dem Speicher. Wenn der zweite Sensor nur die Vorwärts- oder Rückabtastung erfasst, werden drei Durchgangszeitdaten verwendet. Ebenso kann selbst in dem Fall, dass vier Zeitdaten übertragen werden, die Steuerschaltung nur die ersten drei Daten bestätigen und speichern.
Dann werden diese Daten zusammen mit den Abtast-Zyklusperiodendaten T und den Sensor-Positionsdaten φ1, φ2, zu der Berechnungsschaltung überführt, welche Dc mit den Gleichungen (5) und (6) und Θc und φ₀ mit den Gleichungen (7) und (8) berechnet und die Ergebnisse zu der Steuerschaltung zurücksendet. Die Steuerschaltung speichert diese Ergebnisse in dem Speicher.
Dann überführt die Steuerschaltung die Verschiebungswinkel- bzw. Bildverzerrungswinkeldaten φA, φB, die von dem Bild-Anzeigebereich bestimmt werden und vorab gespeichert sind, die Abtast-Zyklusperiodendaten T sowie die Zeitverzögerungsdaten Dc, die Amplitudendaten Θc und die Mittenpositions-Offset-Daten φ₀, die, wie zuvor erläutert, berechnet werden, zu der Berechnungsschaltung, wodurch tA und tB mit den Gleichungen (9) und (10) berechnet und die Ergebnisse in dem Speicher gespeichert werden.
In einer nachfolgenden Abtastoperation wird das Lichtquellen-Modulationssignal so gesteuert, um die Modulation entsprechend dem Bild bei einem Zeitpunkt nach dem Verstreichen der Zeit tA zu starten, und um die Modulation bei einem Zeitpunkt nach dem Verstreichen der Zeit tB zu beenden. Im einzelnen erzeugt die Steuerung das Galvanospiegel-Ansteuersignal in Synchronisation mit dem Referenzsignal und sendet es zu der Galvanometer-Ansteuerschaltung. Dann erzeugt sie ein Lichtquellen-Modulations-Startsignal und sendet es bei einer um tA verzögerten Zeit zu der Lichtquellen-Modulationsschaltung und erzeugt sowie sendet ein Lichtquellen-Modulations-Endsignal zu der Lichtquellen-Modulationsschaltung bei einer um tB verzögerten Zeit. Ebenso liest sie zwischen tA und tB die Bilddaten von dem Bildspeicher aus und moduliert solche Bilddaten, um das Lichtquellen-Modulationssignal für die Zufuhr zu der Lichtquellen-Modulationsschaltung zu erzeugen.
Wenn die Positionsdaten der beiden Sensoren nicht individuell sondern nur durch relative Positionsdaten (relative Verschiebungswinkeldaten) φ1 + φ2 angegeben sind, wird die Berechnung gemäß den Gleichungen (9) und (10) unter der Annahme φ₀ = 0 ausgeführt. Wenn als ein Ergebnis hiervon der Bild-Anzeigebereich auf dem Bildschirm von der festgelegten Position verschoben ist, wird φ₀ beispielsweise mit einer Tasteneingabe unter der Beobachtung des angezeigten Bildes eingestellt, und die Berechnung der Gleichungen (9) und (10) wird erneut mit einem derart eingestellten Wert von φ₀ ausgeführt, wodurch das Bild auf die gewünschte Position eingestellt wird.
Wie in der Ausführungsform 1 erklärt, können die Berechnungen, welche die Gleichungen (5) bis (10) verwenden, für jeden Eintrag der elektrischen Signale für jede Zyklusperiode oder für jede verschiedene Zyklusperiode ausgeführt werden. Ein Signalverarbeitungssystem, das in der Lage ist, die zuvor erwähnten Berechnungen innerhalb einer Zyklusperiode auszuführen, ist, falls es in der Steuerschaltung 107 vorgesehen ist, zum Erzielen einer schnelleren Steuerung bevorzugt.
Die Lichtquelle, die Galvanospiegel und die in der 5 gezeigten Zeitmessungssensoren können die gleichen sein wie jene, die in der Ausführungsform 1 verwendet werden. Ebenso kann die Steuereinrichtung in ähnlicher Weise aus einem Mikrocomputer, einem DSP (digitalen Signalprozessor) oder einem CPLD-FPGA (komplexe programmierbare logische Vorrichtung – feldprogrammierbare Gate-Matrix) bestehen.
Wenn die Zeitmessungssensoren 203, 212 aus durch ein Halbleiterprozess hergestellte Lichtsensoren oder elektrostatischen Sensoren bestehen, ist es möglich, bei jedem Verschiebungspunkt einen optimalen Sensor zu verwenden, und der Fehler in der Position des Sensors wird ebenfalls durch den Fehler beim Herstellungsprozess bestimmt. Von daher können Vorteile dahingehend erzielt werden, dass auf einfache Weise eine präzise Positionierung des Sensors erzielt werden kann, und dass auf einfache Weise eine kompakte Ausführung sowie eine Kostenreduktion ausgeführt werden kann.
Wenn die Galvanospiegel 202, 221 mit einem Halbleiterprozess hergestellt sind, ist es möglich, die Zeitmessungssensoren 203, 212 auf einem Substrat auszuführen, welches das gleiche wie oder in der Nähe von dem Substrat der Galvanospiegel ist, wodurch auf einfache Weise die Integration der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung sowie die hochgenaue Positionierung der Zeitmessungssensoren und der Galvanospiegel erzielt werden können.
(Abänderungen der Ausführungsform 2)
Wie in der Ausführungsform 1, können verschiedene Abänderungen in dem Erfassungssystem durchgeführt werden.
Zunächst zeigt die 8 eine Konfiguration, bei welcher das an dem Galvanospiegel 202 reflektierte Licht mit einem Strahlteiler aufgeteilt wird, und solch ein aufgeteiltes Licht wird von einem Lichtstrahldetektor oder dergleichen erfasst.
Da sich in diesem Verfahren die aufgeteilten Lichtstrahlen in verschiedene Richtungen ausbreiten, können gegenseitige Interferenzen vermieden werden, und die Zuverlässigkeit der Erfassung kann verbessert werden.
Die 9 zeigt eine Konfiguration, bei der eine Erfassungs-Lichtquelle 211 zum Emittieren eines separaten Erfassungs-Lichtstrahls zusätzlich zu der Hauptlichtquelle 201 für die Bildanzeige verwendet wird, die einen Lichtstrahl auf den Galvanospiegel 202 bei einem Winkel richtet, der verschieden von dem des Lichtstrahles von der Lichtquelle 201 ist, und die den Lichtstrahl mit dem Zeitmessungssensor 203 erfasst (der in zwei Einheiten vorgesehen sein kann, wobei jedoch in der nachfolgenden Beschreibung angenommen wird, dass er in einer Einheit vorgesehen ist). Der Lichtstrahl der Hauptlichtquelle wird nicht erfasst.
In solch einer Konfiguration kann der Sensor 203 außerhalb des Anzeigebereiches auf dem Bildschirm oder innerhalb des Gerätes positioniert sein, und es kann von daher verhindert werden, dass er die Beobachtung des angezeigten Bildes stört. Ebenso gestattet die Verwendung der separaten Erfassungs-Lichtquelle einen Nachteil dahingehend, dass in dem Fall der Erfassung der Hauptlichtquelle die Erfassung durch das Auftreten der Tatsache nicht möglich wird, dass das Bild unter der Modulation bei der Sensorposition schwach oder nahezu zu Null wird.
Der elektrische Leistungsverbrauch der Erfassungs-Lichtquelle kann reduziert werden, indem das Erfassungslicht nur in einem Teil der Nebenabtastzeit der Hauptlichtquelle emittiert wird, das heißt in einer Periode, in welcher die Hauptabtastung über den Sensor läuft, und indem der Erfassungs-Lichtstrahl in anderen Perioden ausgeschaltet wird. Ebenso wird ein Vorteil dahingehend bereitgestellt, dass in einem Fall, wenn die Sensitivität des Sensors gering und das Licht von der Hauptlichtquelle hinsichtlich der Intensität nicht hinreichend ist, Licht mit einer Helligkeit, einer Intensität und einer Lichtpunktgröße, die hinreichend für die Erfassung sind, von der Erfassungs-Lichtquelle emittiert werden kann.
Die wie in der 9 gezeigte Verwendung der Erfassungs-Lichtquelle 211 gestattet es, die Bildhelligkeit in einer relativen Weise zu erhöhen, da im Vergleich zu der in der 8 gezeigten Konfiguration der Betrag der Lichtprojektion auf dem Bildschirm nicht abgeschwächt ist. Ebenso ist es einfach, die Größe des Erfassungs-Lichtstrahls oder die Anordnung der Photosensoren zu optimieren, wodurch es ermöglicht wird, Information zu erfassen, die einen äußerst genauen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel bereitstellt.
Die 12 zeigt noch eine andere Abänderung, in welcher die Nebenabtastoperation ebenso in einem abbildungsfreien Bereich ausgeführt wird, in welchem die Zeitmessungssensoren 203, 212 positioniert sind, und in welchem das Licht von der Lichtquelle 201 bei solchen Zeitmomenten emittiert wird, dass das von dem Galvanospiegel 202 reflektierte Licht in die Zeitmessungssensoren 203, 212 eintritt. Hier können die Nachteile des Verlustes hinsichtlich der Helligkeit oder Interferenzen vermieden werden, weil weder ein Strahlteiler noch eine Erfassungs-Lichtquelle erforderlich sind.
Die Ebene 223, auf welcher die in der 12 gezeigten Zeitmessungssensoren 203, 212 positioniert sind, muss nicht in notwendiger Weise die Projektionsebene sein. Die Ebene 223 der Zeitmessungssensoren kann in dem Projektionsgerät vorgesehen sein, um ein Projektionsgerät bereitzustellen, in welchem die Projektionsebene beliebig gewählt werden kann.
Im nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung weiter mit Beispielen hiervon erklärt. Diese Beispiele weisen eine Konfiguration mit zwei Photosensoren auf, jedoch kann ebenso eine Konfiguration mit einem Photosensor angenommen werden.
(Beispiel 1)
Die 13 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration einer ein Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung begründenden Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung zeigt für eine eindimensionale Abtastung. Es sind folgende Bauteile vorgesehen: eine Lichtquelle 201, ein Galvanospiegel 202 zum Bewirken einer Abtastbewegung des Lichtstrahles von der Lichtquelle 201, Photosensoren 203, 212, wie etwa photoelektrische Wandlerelemente zum Ausgeben eines elektrischen Signals in Erwiderung auf ein reflektiertes Lichtbündel 222 von dem Galvanospiegel 202, und Ermittlungseinrichtungen 226 zum Ermitteln von Information, die den Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel des Galvanospiegels 202 basierend auf den Ausgaben der Photosensoren 203, 212 anzeigt, und zum Erzeugen eines mit dem Ansteuersignal synchronisierten Synchronisationssignals, das dem Galvanospiegel 202 zugeführt werden muss, und zum Erzeugen eines Taktsignals, das die Zeichnungs-Beginn-/Endzeitpunkte der Lichtquelle 201 anzeigt. Die Ermittlungseinrichtung 226 weist kollektiv die Messschaltung 106, die Steuerschaltung 107, die Ansteuerschaltung 108 und die in der 5 gezeigte Modulationsschaltung 109 auf.
Die Lichtquelle 201 besteht aus einem Halbleiterlaser mit einer Ausgangsleistung von etwa 5 mW, und sie führt mit der Pulsweiten-Modulation eine Direktmodulation durch. Der Galvanospiegel 202 wird mit einem sinusförmigen Ansteuersignal bei einer Frequenz von etwa 10 kHz angesteuert.
Wenn das Ansteuersignal bei der Ablenkvorrichtung 202 angelegt wird, werden Erfassungssignale von insgesamt vier Pulsen in einer Zyklusperiode des Ansteuersignals ausgegeben, und die Information wird basierend auf den Erfassungssignalen von den Zeitmessungssensoren 203, 212 und basierend auf den Winkeln zwischen den Zeitmessungssensoren 203, 212 und dem Galvanospiegel an dem Verschiebungswinkel bzw.
Bildverzerrungswinkel des Galvanospiegels 202 erfasst.
Wie in dem Vorangehenden erläutert, kann die Information, die den Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel des Galvanospiegels 202 anzeigt, vollständig erzielt werden, indem die festgelegten Daten unter Verwendung von zumindest drei der vier Pulse berechnet werden.
(Beispiel 2)
In einem zweidimensionalen Bild-Erzeugungsgerät, welches ähnlich zu dem in der 5 gezeigten Gerät ist, sind die Galvanospiegel 102, 121 durch eine integral mit einem Halbleiterprozess hergestellte Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung ersetzt, wie es in dem japanischen Patent Nr. 2 983 088 offenbart ist. In dem vorliegenden Beispiel sind Resonanz-Galvanospiegel integriert, um eine Zweiachsen-Ablenkvorrichtung auszubilden. Die Resonanzfrequenz beträgt 8 kHz. Andere Teile sind mit den in der 5 gezeigten Teilen gleich.
Wie es bei dem Beispiel 2 erklärt ist, kann die Information, die den Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel des Galvanospiegels 202 anzeigt, vollständig erzielt werden, indem die festgelegten Daten unter Verwendung von zumindest drei der vier Pulse berechnet werden.
Wie in dem vorliegenden Beispiel ist es durch eine Messung der Durchgangszeiten bzw. der Durchgangszeitpunkten in dem Vorwärts- und Rückweg möglich, die Schwingung der Ablenkvorrichtung vorherzusagen, ohne dass die Anzahl der Detektoren erhöht wird, und als ein Ergebnis hiervon ist es möglich, genau den Zeitpunkt der Bildmodulation zu bestimmen.
Ebenso ist eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung möglich, weil auf einfache Weise die Zeitverzögerung in der Ablenkvorrichtung berechnet werden kann. Ebenso ist in dem Fall, wenn zwei Detektoren verwendet werden, die positionelle Genauigkeit nicht erforderlich, weil solche Detektoren nur hinsichtlich den relativen Positionen hiervon festgelegt sind, so dass der Bildschirm etc. auf einfache Weise installiert werden kann.
(Beispiel 3)
Das vorliegende Beispiel zeigt ein Ansteuerverfahren der Erfassung der Änderung der Resonanzfrequenz von einer Phasenverschiebung und die Variation der Ansteuerfrequenz basierend auf einer solchen Verschiebung.
Die 11A zeigt die Beziehung zwischen der Frequenz des Ansteuersignals und dem maximalen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel in einem Resonanz-Galvanospiegel. Die 11B zeigt die Beziehung zwischen der Frequenz des Ansteuersignals und der Phase. In der 11A zeigt die Abszissen-Achse die Frequenz des Ansteuersignals an, während die Ordinatenachse den maximalen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel anzeigt, und in der 11B zeigt die Abszissen-Achse die Ansteuerfrequenz an, während die Ordinatenachse die Phasenverschiebung anzeigt.
In diesen Auftragungen sind zwei Sätze von Daten (Charakteristika A und B) unter verschiedenen Umgebungstemperaturen der Umgebung, in welcher die Lichtstrahl-Ablenkeinheit installiert ist, gezeigt.
Wenn der Galvanospiegel mit der Resonanzfrequenz betrieben wird, bewirkt eine Änderung in der Umgebungstemperatur eine deutliche Änderung in der Resonanzfrequenz. Als ein spezielles Beispiel hierfür kann eine Änderung in der Temperatur um 1°C eine Änderung in der Resonanzfrequenz um ein Vielfaches von 10 Hz bewirken. Als ein Ergebnis hiervon verschiebt sich in der 11A die Charakteristikkurve, die die Beziehung zwischen der Ansteuersignalfrequenz und dem maximalen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel anzeigt, nach links oder nach rechts.
Beispielsweise nimmt bei einer Verschiebung in den Charakteristika von A zu B (entsprechend einer Zunahme in der Resonanzfrequenz) der Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel ab, wenn die Ansteuerung mit der gleichen Frequenz fortgesetzt wird.
Jedoch gestattet bei Resonanzcharakteristika, die im wesentlichen symmetrisch hinsichtlich des Resonanzpunktes (•) sind, wie es mit den Charakteristika A in der 11A dargestellt wird, die bloße Erfassung der Amplitude nur unter einer Änderung in der Frequenz nicht, zu identifizieren, ob die Resonanzfrequenz zu der höheren Seite oder zu der niedrigeren Seite verschoben ist.
Von daher genügt es, zu erfassen, ob die Frequenz zu der höheren oder niedrigeren Seite verschoben ist, indem die Änderung in der Phaseninformation des Ansteuersignals erfasst wird. Wie es mit den Charakteristika A, B in den 11A und 11B angezeigt ist, nimmt im einzelnen die Phaseninformation jeweils zu oder ab, wenn sich die Resonanzfrequenz zu der höheren Seite oder zu der niedrigeren Seite ändert.
Die Zeitverzögerungsdaten Dc sind mit der Phasenverschiebung ω in der folgenden Weise korreliert: ω = 2πf(Dc – nT) × 360(n: Ganzzahl, 0° < ω < 360°)
In dem vorliegenden Beispiel wird der Abtastzeitpunkt mit dem in der Ausführungsform 1 und 2 erläuterten Verfahren erfasst, um die Zeitverzögerung Dc zu berechnen, dann wird die Phasenverschiebung von der zuvor erwähnten Gleichung bestimmt, und die Ansteuerfrequenz der Ablenkvorrichtung wird mit dem zuvor erläuterten Verfahren so eingestellt, um mit der Resonanzfrequenz übereinzustimmen. Die Phasenverschiebung ω wird grundsätzlich auf Null gesteuert, indem jeweils die Ansteuerfrequenz erhöht oder herabgesetzt wird, wenn die Phasenverschiebung ω negativ oder positiv ist, wodurch trotz einer Änderung in der Umgebungstemperatur in der Umgebung des Bild-Erzeugungsgerätes dem Galvanospiegel das gewünschte Ansteuersignal zugeführt wird.
In der Frequenz, die der Steuerung in der Ansteuerung des Galvanospiegels folgt, kann das Phasensignal, wie etwa die Zeitverzögerung Dc, als eine Eingabe in eine phasensynchronisierte Schleife verwendet werden.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel kann selbst bei einer Veränderung der Umgebungstemperatur in der Umgebung des Bild-Anzeigegerätes die Ansteuerfrequenz grundsätzlich zu dem Resonanzpunkt gebracht werden, ohne dass eine Änderung der Frequenz, wie etwa ein Wobbling, bewirkt wird, wodurch das Bild nicht verzerrt wird, und wodurch die Resonanzfrequenz auf einer Echtzeit-Basis erfasst werden kann.
(Beispiel 4)
In dem vorliegenden Beispiel bestehen die Ansteuersignale A1, A2 für den Galvanospiegel 202 aus einer Sägezahnwelle einer Frequenz von etwa 60 Hz.
Die 14A und 14B zeigen ein Verfahren zum Erzeugen der Ansteuersignale A1, A2 mit dem Galvanospiegel 202 in der Erzeugungseinrichtung 226. Zunächst wird ein Verfahren zum Berechnen des maximalen Verschiebungswinkels bzw. Bildverzerrungswinkels Θc basierend auf Erfassungssignalen C1 bis C5 der Photosensoren 203, 212 beschrieben.
Wie es in der 14B gezeigt ist, werden an dem Ansteuersignal A1 die Punkte A bis A' ausgewählt, mit einer Phasenverschiebung TA zwischen den Punkten A und C, einer Phasenverschiebung TC zwischen den Punkten B und F, einer Phasenverschiebung TB zwischen den Punkten F und H sowie einer Phasenverschiebung TD zwischen den Punkten H und A'. Die Punkte A, B, F, H und A' sind Schnittpunkte mit den Verschiebungswinkeln bzw. Bildverzerrungswinkeln φ1 und φ2.
Dann wird, wie es in der 14B gezeigt ist, eine Hilfslinie gezogen, um den Punkt B zu durchlaufen, und um parallel zu einer Linie zu verlaufen, die die Punkte D und H verbindet, und ein Punkt H' wird bei dem Schnittpunkt der Hilfslinie mit einer Linie definiert, die die Mittelpunkte der Ansteuerung verbindet. Von daher wird eine folgende Beziehung erzielt: ΔABH' ~ ΔBDFund die Länge CH' ist zu TB gleich.
Für die Berechnung des maximalen Verschiebungswinkels bzw. Bildverzerrungswinkels Θc werden dann Längen DE, BD und IJ bestimmt.
Da ΔABH' und ΔBDF gleich sind, kann die Länge DE, indem das Längenverhältnis von AH' und BF verwendet und die Länge BC als Referenz angenommen wird, durch den folgenden Ausdruck angegeben werden: DE = BC × tC/(tA + tB)
Da ebenso ΔABH' und ΔA'JH ähnlich sind, kann die Länge IJ, indem das Längenverhältnis von AH und A'H verwendet wird, wobei die Länge BC als Referenz genommen wird, durch den folgenden Ausdruck angegeben werden durch: IJ = BC × tD/(tA + tB)
Basierend auf den vorangehenden Gleichungen für DE und IJ, wird die Summe der Längen DE, BC und IJ durch den folgenden Ausdruck angegeben: DE + BC + IJ = BC{tC/(tA + tB) + 1 + tD/(tA + tB)} = BC (tA + tB + tC + tD)/(tA + tB) = BC × T/(tA + tB)
Da die Länge BC gleich zu φ1 ist, wird der maximale Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel Θc durch den folgenden Ausdruck angegeben: Θc = 2 × (tA + tB)/T × φ1.
Im nachfolgenden wird die Beziehung zwischen einer beliebigen Position auf J'D und der Durchgangszeit bzw. dem Durchgangszeitpunkt des reflektierten Lichtes 222 bei solch einer Position erläutert. Zunächst ist die Länge AL gleich zu der Länge [DE + BC + IJ] subtrahiert mit der Länge [DE + BM] (Länge oberhalb der Abszissen-Achse) und ferner mit der Länge [IJ], während die Länge [DE + BM] gleich einer Hälfte von der Länge [DE + BC + IJ] ist. Von daher wird basierend auf den vorangehenden Gleichungen für DE und IJ eine folgende Beziehung erzielt: AL = (DE + BC + TJ)/2 – IJ = BC × T/(tA + tB)/2 – {BC × tD/(tA + tB)} = BC × (tA + tB + tC – tD)/2/(tA + tB).
Ebenso ist die Neigung eines Linienteilstückes AK durch BC/TA angegeben, und da eine Beziehung AL = BC/TA × (t0 – t1) für eine Durchgangszeit bzw. einen Durchgangszeitpunkt t1 des reflektierten Lichtes 222 durch den Punkt A und für eine Durchgangszeit bzw. einen Durchgangszeitpunkt t0 des reflektierten Lichts 222 durch den Punkt K steht, wird die nachfolgend angegebene Beziehung erzielt: t0 = tA × (tA + tB + tC – tD)/2/(tA + tB) + t1.
Basierend auf den zuvor genannten Gleichungen kann, indem die Durchgangszeit bzw. der Durchgangszeitpunkt tα des reflektierten Lichtes 222 durch solch eine beliebige Position verwendet wird, der Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel φα, der der beliebigen Position an J'D entspricht, wie folgt ausgedrückt werden: φα = φ1/tA × (tα – t0) = φ1/tA × {tα – tA × (tA + tB + tC – tD)/2/(tA + tB) + t1}
Das vorliegende Beispiel gestattet es, Information zu erzielen, die den Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel eines Galvanospiegels anzeigt, der mit einer Sägezahnwelle angesteuert wird. Tatsächlich kann eine ideale Sägezahnbewegung des Galvanospiegels nicht durch die Ansteuerung mit einem Sägezahnsignal erzielt werden, jedoch ist die zuvor angegebene Annäherung an den idealen Sägezahn für gewöhnliche Ansteuerbedingungen hinnehmbar.
(Beispiel 5)
Die 8 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung eines Beispiels 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. In diesem Beispiel sind die Photosensoren 203, 212 nicht an dem Bildschirm, sondern innerhalb des Ablenkgerätes vorgesehen.
Im einzelnen ist, wie es in der 8 gezeigt wird, ein Strahlteiler 204 zwischen dem Galvanospiegel 202 und dem vertikalen Abtastspiegel 221 vorgesehen, und die Photosensoren 203, 212 sind an dem optischen Weg eines Erfassungs-Abtast-Lichtstrahles 206 angeordnet, dessen Ausbreitungsrichtung durch den Strahlteiler geändert wird. Ebenso fällt das Zeichnungs-Abtastlicht 205, dessen Ausbreitungsrichtung nicht durch den Strahlteiler 204 geändert wird, auf die Projektionsebene 210 auf.
Die wie in der 8 gezeigte Anordnung der Photosensoren 203, 212 liefert einen Vorteil dahingehend, dass die Erfassung über die gesamte Abtastung erzielt werden kann. Im Gegensatz zu der in der 5 gezeigten Konfiguration und unabhängig von der Abtastposition in der vertikalen Richtung der Projektionsebene 210 tritt der Lichtstrahl von der Lichtquelle 201 bei jeder horizontalen Abtastoperation in die Photosensoren 203, 212 ein, wodurch die Lichtquelle 201 sowie der Galvanospiegel 202 in einer präziseren Art und Weise gesteuert werden können.
(Beispiel 6)
Die 9 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung eines Beispiels 6 der vorliegenden Erfindung zeigt. Um in dem vorliegenden Beispiel die Verschiebungs- bzw.
Bildverzerrungs-Wellenform des Galvanospiegels 202 mit den Photosensoren 203, 212 zu erfassen, ist zusätzlich zu der Lichtquelle 201 eine separate Erfassungs-Lichtquelle 211 in einer Position außerhalb des optischen Weges des Lichtes von der Lichtquelle 201 vorgesehen.
Die Erfassungs-Lichtquelle 211 verwendet eine andere Wellenlänge, um Interferenzen mit dem Abtastlicht zu vermeiden. Der Einfallswinkel des Lichtes von der Erfassungs-Lichtquelle 211 zu dem Galvanospiegel 202 ist von dem Einfallswinkel des Lichtes von der Lichtquelle 201, die die Modulationseinrichtung aufweist, verschieden. Die Photosensoren 203, 212 sind bei Positionen vorgesehen, die ausgelegt sind, das Abtastlicht von der Erfassungs-Lichtquelle zu erfassen. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen, wie jene in der 5.
Die wie in der 9 gezeigte Verwendung der Erfassungs-Lichtquelle 211 gestattet es ebenso, in einer relativen Art und Weise die Bildhelligkeit zu steigern, da im Vergleich mit der in 8 gezeigten Konfiguration der Betrag der Lichtprojektion auf die Projektionsebene nicht abgeschwächt wird. Ebenso ist es einfach, die Größe des Erfassungs-Lichtstrahls oder die Anordnung der Photosensoren zu optimieren, wodurch es ermöglicht wird, Information zu erfassen, die einen äußerst präzisen Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel bereitstellt.
In den vorangehenden Beispielen 1 bis 6 der vorliegenden Erfindung wurden Fälle beschrieben, in denen Photosensoren 203, 212 als Zeitmessungssensoren zum Erfassen des Verschiebungswinkels bzw. des Bildverzerrungswinkels der Lichtreflexionsfläche des Galvanospiegels 202 verwendet werden, jedoch sind die Zeitmessungssensoren nicht auf Photosensoren beschränkt, vielmehr können sie ebenso aus elektrostatischen Sensoren, die in dem Galvanospiegel enthalten sind, oder aus magnetischen Sensoren, wie etwa Spulen, bestehen. Ebenso ist es möglich, einen der Photosensoren durch einen elektrostatischen Sensor und den anderen durch einen magnetischen Sensor zu ersetzen.
(Beispiel 7)
Die 12 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration eines Bild-Erzeugungsgerätes zeigt, welches mit einer der in den Beispielen 1 bis 6 beschriebenen Lichtstrahl-Ablenkeinheiten ausgerüstet ist, wobei jene Komponenten, die äquivalent zu den in der 13 gezeigten Komponenten sind, mit entsprechenden Bezugsziffern dargestellt werden.
Der Galvanospiegel 202 für die horizontale Abtastung ist ein Galvanospiegel vom Resonanztyp und wird mit einem sinusförmigen Ansteuersignal von etwa 23 kHz angesteuert. Das Licht, welches von dem Galvanospiegel 202 austritt, tritt in die Zeitmessungssensoren 203, 212 ein.
Ein vertikaler Abtastspiegel (Galvanospiegel) 221 wird bei einer Rücksprungzeit von 10% mit einem sägezahnförmigen Ansteuersignal von etwa 60 Hz angesteuert. Das Licht, welches von dem Galvanospiegel 221 austritt, tritt in die Zeitmessungssensoren 203', 212' ein.
Die Lichtquelle 201 besteht aus einem Halbleiterlaser mit einer optischen Ausgangsleistung von etwa 30 mW und führt eine direkte Modulation mit einer Pulsweiten-Modulation durch. Die Information, die den Verschiebungswinkel bzw. den Bildverzerrungswinkel in der horizontalen und vertikalen Richtung anzeigt, wird mit dem in den Beispielen 1, 2 und 5 beschriebenen Verfahren erzielt.
Die Information, die den Verschiebungswinkel bzw. den Bildverzerrungswinkel anzeigt, wurde in jeder Abtastrichtung erzielt, und sie wurde zur Steuerung der Stabilisierung der Ansteuerung sowie zum Erzeugen der Modulations-Beginn-/Endzeitpunkte verwendet. Das vorliegende Beispiel gestattet es, die Information zu erzielen, die den Verschiebungswinkel bzw. Bildverzerrungswinkel in jeder der verschiedenen Abtastrichtungen sowie bei verschiedenen Abtastgeschwindigkeiten anzeigt, wodurch es ermöglicht wird, in einer stabilen Art und Weise ein Bild mit hoher Qualität anzuzeigen.
In dem vorliegenden Beispiel wurde als Beispiel ein Bild-Anzeigegerät beschrieben, jedoch kann die Lichtstrahl-Ablenkeinheit ebenso in einem Bild-Zeichnungsgerät, wie etwa in einem Laserdrucker, oder in einem Abtast-Bildlesegerät, wie etwa in einem Laser-Mikroskop, verwendet werden, und solch eine Einheit kann ebenso als ein allein operierendes Licht-Ablenkgerät verwendet werden.
Wie es in dem Vorhergehenden erläutert wird, gestattet es die vorliegende Erfindung, die Auflösung der Bildzeichnung zu verbessern, und zwar ohne dass andere Sensoren benötigt werden, um eine kompaktere Ausführung sowie eine Herabsetzung der Kosten der Lichtstrahl-Ablenkeinheit zu erzielen.
In den vorangehenden Beispielen wurde als Beispiel ein Bild-Anzeigegerät beschrieben, jedoch kann die Lichtstrahl-Ablenkeinheit ebenso in einem Bild-Zeichnungsgerät, wie etwa in einem Laserdrucker, oder in einem Abtast-Bildlesegerät, wie etwa in einem Laser-Mikroskop, verwendet werden, und solch eine Einheit kann ebenso als ein allein operierendes Licht-Ablenkgerät verwendet werden.
Die Erfindung löst den Nachteil, dass bei einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung zum Anzeigen eines Bildes mit hin- und hergehenden Lichtstrahl-Abtastungen Bildvariationen durch Variationen, beispielsweise in der Amplitude, der Phase und im Offset auftreten.
Es wird eine Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung bereitgestellt, die mit einer Einrichtung zum Messen der Durchgangszeit bzw. des Durchgangszeitpunktes des Lichtstrahles in hin- und hergehenden Abtastungen bei einer speziellen Position auf der Abtastlinie versehen ist, wobei dann von den gemessenen beiden Durchgangszeiten bzw. Durchgangszeitpunkten in den Vorwärts- und Rück-Abtastungen Zeitverzögerungsdaten berechnet werden, die der Zeitverzögerung in den hin- und hergehenden Abtastungen der Ablenkvorrichtung hinsichtlich des Ansteuersignals hierfür entsprechen, und wobei Zeitdaten berechnet werden, die der Modulations-Beginn- und Endzeit des Lichtstrahles innerhalb einer Abtast-Zyklusperiode entsprechen.

Claims

Lichtstrahl-Ablenkgerät, mit einer Lichtquelle (201) zum Emittieren eines Lichtstrahles; einer Modulationseinrichtung (109) zum Modulieren der Lichtstrahl-Emissionsintensität der Lichtquelle; einer Modulationssignal-Erzeugungseinrichtung (107) zum Ausgeben eines Modulationssignals (134) zu der Modulationseinrichtung; einer Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (202, 221) zum Ablenken des von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahls, um hin- und hergehende Abtastungen auszuführen; einer Steuereinrichtung (108) zum Steuern der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung; einer Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (107) zum Ausgeben eines Steuersignals (133) einer festgelegten Durchlaufperiode (T) zu der Steuereinrichtung; einer Messeinrichtung (106) zum jeweiligen Messen von zwei Zeitpunkten, bei welchen in hin- und hergehenden Abtastungen der Lichtstrahl eine vorgegebene Position (203) auf einer Abtastlinie in der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung durchläuft; einer Zeitverzögerungsdaten-Berechnungseinrichtung (302), um basierend auf den gemessenen beiden Durchgangszeiten (td1, td2) in den Vorwärts- und Rückwärtsabtastungen Zeitverzögerungsdaten entsprechend der Zeitverzögerung (Dc) der hin- und hergehenden Abtastungen der Ablenkvorrichtung in Beziehung zu dem Steuersignal hierfür zu berechnen; einer Taktdaten-Berechnungseinrichtung (302), um basierend auf den gemessenen beiden Durchgangszeiten in den Vorwärts- und Rückwärtsabtastungen und basierend auf den berechneten Zeitverzögerungsdaten Taktdaten entsprechend einer Modulations-Startzeit (tA) oder einer Modulations-Endzeit (tB) für den Lichtstrahl innerhalb einer Abtast-Durchlaufperiode (T) zu berechnen, wobei die Modulationssignal-Erzeugungseinrichtung basierend auf der berechneten Taktzeit ein Modulationssignal zu der Modulationseinrichtung ausgibt.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die Zeitverzögerungsdaten-Berechnungseinrichtung (302) die Zeitverzögerungsdaten über eine lineare Berechnung der beiden gemessenen Durchgangszeiten des Lichtstrahls in den Vorwärts- und Rückwärtsabtastungen und der Abtast-Durchlaufperiode (T) berechnet.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 2, in welchem die hin- und hergehende Abtastung der Ablenkvorrichtung (202, 221) eine symmetrische Schwingung ist, und in welchem die Zeitverzögerungsdaten über eine lineare Berechnung eines Mittelwertes der beiden gemessenen Durchgangszeiten des Lichtstrahls in den Vorwärts- und Rückwärtsabtastungen und der Abtast-Durchlaufperiode (T) berechnet werden.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 3, in welchem die hin- und hergehende Abtastung der Ablenkvorrichtung (202, 221) eine sinusförmige Schwingung ist.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 3, in welchem die hin- und hergehende Abtastung der Ablenkvorrichtung (202, 221) eine dreiecksförmige Schwingung ist.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die hin- und hergehende Abtastung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (202, 221) eine sägezahnförmige Schwingung ist, und in welchem die Zeitverzögerungsdaten über eine lineare Berechnung eines mit den jeweiligen Abtastgeschwindigkeiten in den Vorwärts- und Rückwärtsabtastungen gewichteten Mittelwertes der beiden gemessenen Durchgangszeiten des Lichtstrahls in den Vorwärts- und Rückwärtsabtastungen und der Abtast-Durchlaufperiode (T) berechnet werden.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die Taktdaten-Berechnungseinrichtung (302) in der Berechnung der Taktdaten eine vorgegebene Position auf der Abtastlinie zum Messen der Durchgangszeit und eine Modulations-Startposition und Modulations-Endposition des Lichtstrahls auf einer Abtastlinie als Parameter einsetzt.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 7, in welchem die Parameter relative Positionsdaten der Modulations-Startposition und Modulations-Endposition hinsichtlich der Mittelposition der Abtastung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (202, 221) sind.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 7, in welchem die Parameter relative Positionsdaten der vorgegebenen Position hinsichtlich der Mittelposition der Abtastung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (202, 221) sind.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 7, in welchem die Parameter relative Positionsdaten der vorgegebenen Position hinsichtlich der Mittelposition der Abtastung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (202, 221) sind, und in welchem die Mittelposition der Abtastung der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung hinsichtlich einer Referenzposition auf einer Projektionsebene für den Lichtstrahl beliebig einstellbar ist.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (107) das Steuersignal (103) basierend auf den berechneten Zeitverzögerungsdaten zu der Steuereinrichtung (108) der Ablenkvorrichtung ausgibt.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, welches ferner eine Amplitudendaten-Berechnungseinrichtung (302) zum Berechnen von Amplitudendaten entsprechend dem maximalen Versatzwinkel der Ablenkvorrichtung von den beiden gemessenen Durchgangszeiten in den Vorwärts- und Rückwärtsabtastungen und den berechneten Zeitverzögerungsdaten aufweist, wobei die Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (107) basierend auf den berechneten Zeitverzögerungsdaten und den Amplitudendaten das Steuersignal (133) zu der Ablenkvorrichtung mit einer Zunahme oder einer Abnahme in der Durchlaufperiode (T) des Steuersignals ausgibt.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, welches ferner eine Abtastperioden-Berechnungseinrichtung (302) zum Berechnen der Abtastperiode von dem über mehrere Abtastperioden gemessenen Wert der Durchgangszeit des Lichtstrahls aufweist.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die Messeinrichtung (106) indirekt von einem mit einem Strahlteiler (204) von den mit der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (202) abgelenkten Lichtstrahlen abgeteilten Lichtstrahl die Durchgangszeit durch eine vorgegebene Position auf einer Abtastlinie misst, und zwar indem die Durchgangszeit der anderen Lichtstrahlen durch eine vorgegebene Position auf einer Abtastlinie gemessen wird.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die Messeinrichtung (106) indirekt die Durchgangszeit des einen Lichtstrahles durch eine vorgegebene Position auf einer Abtastlinie misst, indem die Durchgangszeit des anderen Lichtstrahles, der unter einem von dem Eintrittswinkel des einen Lichtstrahles verschiedenen Eintrittswinkel in die Ablenkvorrichtung eintritt, durch eine vorgegebene Position auf einer Abtastlinie gemessen wird.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem eine Projektionsebene des Lichtstrahles, dessen Durchgangszeit mit der Messeinrichtung (106) gemessen wird, und eine Projektionsebene des mit der Modulationseinrichtung modulierten Lichtstrahls verschiedene Entfernungen von der Ablenkvorrichtung aufweisen.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die Messeinrichtung (106) einen in einer festgelegten Position auf einer Abtastlinie vorgesehenen Photosensor (203) aufweist.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung ein mit einem Halbleiterprozess angefertigter Galvanospiegel ist.
Bilderzeugungsgerät, welches mit dem Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1 ausgestattet ist.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die Messeinrichtung (106) jeweils zwei Zeitpunkte misst, bei welchen der Lichtstrahl bei einer hin- und hergehenden Abtastung eine erste vorgegebene Position (203) und eine zweite vorgegebene Position (212) auf einer Abtastlinie in Vorwärts- und Rückwärtsabtastungen durchläuft; die Zeitverzögerungsdaten-Berechnungseinrichtung (302) basierend auf der gemessenen Durchgangszeit (td1, td2; td3, td4) Zeitverzögerungsdaten entsprechend der Zeitverzögerung (Dc) der hin- und hergehenden Abtastungen der Ablenkvorrichtung in Beziehung zu dem Steuersignal hierfür berechnet; und in welchem die Taktdaten-Berechnungseinrichtung (302) basierend auf der gemessenen Durchgangszeit und den berechneten Zeitverzögerungsdaten Taktdaten entsprechend einer Modulations-Startzeit (tA) oder einer Modulations-Endzeit (tB) für den Lichtstrahl innerhalb einer Abtast-Durchlaufperiode (T) berechnet.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 20, in welchem die Taktdaten-Berechnungseinrichtung (302) in der Berechnung der Taktdaten relative Positionen der ersten und zweiten vorgegebenen Position (203, 212) zum Messen der Durchgangszeiten (td1, td2; td3, td4) und eine relative Position der Modulations-Startposition (tA) oder der Modulations-Endposition (tB) des Lichtstrahles auf einer Abtastlinie hinsichtlich einer Referenzposition auf einer Projektionsebene als Parameter einsetzt.
Lichtstrahl-Ablenkgerät nach Anspruch 1, in welchem die Zeitverzögerungsdaten-Berechnungseinrichtung eine Zeitverzögerung (Dc) in der Antwort der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (202, 221) und den maximalen Versatzwinkel hiervon unter der Anwendung des Steuersignals (133) basierend auf der mit der Messeinrichtung (106) gemessenen Zeitdifferenz berechnet.