JP2002365568A - ２次元光走査装置、及び該２次元光走査装置の駆動方法 - Google Patents

２次元光走査装置、及び該２次元光走査装置の駆動方法

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JP2002365568A JP2001168745A JP2001168745A JP2002365568A JP 2002365568 A JP2002365568 A JP 2002365568A JP 2001168745 A JP2001168745 A JP 2001168745A JP 2001168745 A JP2001168745 A JP 2001168745A JP 2002365568 A JP2002365568 A JP 2002365568A
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篤史 香取
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平方向及び垂直方向への光走査の同期ズレ
を防止する。 【解決手段】 水平方向ｘに走査している光を垂直方向
ｙにも走査することにより、２次元画像を表示する。第
１光検知部Ｐは、第１方向ｘへの光走査速度が最も速く
なり第２方向ｙへの光走査速度が最も遅くなる領域に配
置されて、第２光検知部Ｑは、第２方向ｙへの光走査速
度が最も速くなり第１方向ｘへの光走査速度が最も遅く
なる領域に配置されて、いずれも、光走査のタイミング
を精度良く検知できるようになっている。これらの検知
部Ｐ，Ｑからの信号を用いることによって、光走査の同
期ズレを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、第１方向に走査し
ている光を第２方向にも走査することに基き２次元画像
を表示する用途等に用いることができる２次元光走査装
置及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】(1) 従来、光偏向器で光走査して画像
等を表示させる２次元光走査装置が広い範囲で利用され
ている。
【０００３】(2) 図１０は、そのような２次元光走査
装置の従来構造の一例を示す模式図であるが、かかる走
査装置は、変調手段を有する光源１と、該光源からの光
を偏向する第１及び第２光偏向器Ａ，Ｂと、出射補正光
学系４０等から構成されていて、ｘ方向に走査している
光をｙ方向にも走査することに基き２次元画像を表示す
るようになっていた。
【０００４】(3) 光偏向器Ａ，Ｂとしては、ガルバノ
ミラー等の変位角速度が時間的に変化されるタイプのも
のが使用されていた。以下、この光偏向器について補足
する。
【０００５】通常このような装置では、光偏向器として
ガルバノミラーを用い、図１１(a)で示すようなノコギ
リ波で駆動することによって、ガルバノミラーの変位が
走査時間に対して線形に変化するようにしていた。ま
た、別の方法としては、図１１(b) に示すような正弦波
で駆動したりして、変位角速度が時間的に変化するよう
な駆動が行なわれる場合もあった。
【０００６】また近年は、半導体材料であるシリコン加
工技術により、ミラー角が数ｍｍの超小型光偏向器（マ
イクロミラー）が実現されている（特登録０２７２２３
１４号公報）。図１２はそのような光偏向器（ガルバノ
ミラー）の構造の一例を示す平面図であるが、符号５０
はシリコン基板、符号５１は上側ガラス基板、符号５２
は下側ガラス基板を示す。また、符号５３は可動板、符
号５４はトーションバー、符号５５は平面コイル、符号
５６は全反射ミラー、符号５７は電極端子、符号６０〜
６３は永久磁石を示す。この光偏向器は、平面コイル５
５に駆動電流を流し、永久磁石とのローレンツ力を利用
して駆動する電磁型である（詳細は後述）。その他に
は、静電型や圧電型のマイクロミラーも数多く提案され
てきている。
【０００７】この光偏向器は、ミラーの共振を利用し
て、共振周波数付近で駆動するため、正弦波駆動しかで
きない。正弦波駆動したガルバノミラーや共振型光偏向
器を２つ用い、ラスタ走査して２次元画像表示を行なう
場合、画像中心部で光走査速度が速く、画像周辺部で片
方の光偏向器の光走査速度が０まで減少し速度方向が反
転してしまう。図１３にこの場合の走査特性を示す。上
記の理由で、光学系で補正して投射面上での光走査速度
がほぼ一定とみなすことができる走査中心部分のみに画
像表示を行ない、周辺部分は画像表示に使用せず、画像
表示には不要な領域となっている。また、正弦波駆動し
たガルバノミラーや共振型光偏向器では、正方向走査時
間と逆方向走査時間が等しくなるように走査するため、
通常のテレビ画像やコンピュータ画像を表示するために
は、正方向または逆方向の片側のみを走査に用いるか、
または両方向で走査を行なう場合は、画像情報を並び替
える画像処理を行なっている。
【０００８】以下、１次元光走査装置について説明す
る。
【０００９】通常の１次元光走査装置の場合、例えば図
１４に示すようなポリゴンミラー７０を用いたレーザビ
ームプリンタでは、画像領域の周辺にミラー（同期検出
用ミラー）７１を設けて走査光が反射されるようにし、
該反射された走査光を同期検出用光検知部７２によって
検知し、駆動タイミングを１走査毎に検知できるように
している。なお、図中の符号７３は、変調手段を有する
光源を示し、符号７４は出射補正光学系を示し、符号７
５は感光ドラムを示す。
【００１０】(4) ところで、上述のようなタイプの光
走査装置では光偏向器の駆動周期や駆動タイミングをモ
ニターしておく必要がある。以下、この点について説明
する。
【００１１】例えば２次元光走査装置の場合、各光偏向
器の同期が取れていない状態では、表示画像にズレが生
じ、ひどい場合には画像が流れるように見え、表示画像
の品質低下をもたらす。しかし、各光偏向器の駆動周期
や駆動タイミングは一定ではなくて温度などの条件によ
って変動するものであるため、１度同期させれば足りる
というようなものではなく、実際の駆動周期や実際に駆
動しているタイミングを常にモニターしておいて同期を
常に確保しておく必要がある。また、２次元画像は出射
補正光学系の補正領域に表示する必要があり、その点か
らも、光偏向器の実際の駆動周期や実際に駆動している
タイミングをモニターしておく必要がある。
【００１２】(5) しかし、上述の１次元光走査装置で
は角速度が一定で走査されるのに対し、２次元光走査装
置に用いられるガルバノミラー等の光偏向器は変位角速
度が時間的に変化するタイプであるため、１次元光走査
装置のような検出方法では不十分である。特許番号２６
５７７６９の特許掲載公報にはガルバノミラーの変位角
検出方法として、 検出コイルを利用した方法（図１５参照） 光を利用した方法（図１６参照） 静電容量を利用した方法（図１７参照） が開示されている。以下、これらについて説明する。
【００１３】図１５は、マイクロメカニクス技術を用い
て作製された超小型光偏向器（ガルバノミラー）の詳細
構成（特に、変位検出部）を示す図である。このガルバ
ノミラーは、同図(b) に示すように上下のガラス基板５
１，５２と真中のシリコン基板５０とによって３層構造
とされており、シリコン基板５０にはトーションバー５
４を介して平板状の可動板５３が揺動可能に支持されて
いる。この可動板５３の上面中央部には全反射ミラー５
６が蒸着形成されており、レーザー光を反射するように
なっている。一方、可動板５３の周縁部には平面コイル
５５が形成されており、可動板５３の各端部に対向する
位置には永久磁石６０〜６３が配置されており、平面コ
イル５５に駆動電流を流すことによって可動板５３及び
全反射ミラー５６が揺動されるようになっている。ま
た、下側ガラス基板５２には図に示す位置に検出コイル
８１，８２が形成されており、相互インダクタンスに基
いて出力される電圧信号の変化を差動で検出することに
より可動板５３の変位角を検出するようになっている。
【００１４】一方、図１６に示すものでは、変位角検出
用の光ビーム９１を反射鏡９３の裏面側に照射すると共
に、該光ビームの反射光をＰＳＤ９２で受光し、ＰＳＤ
９２での受光位置から反射鏡９３の変位角を検出するよ
うになっている。また、図１７に示すものでは、反射鏡
９３の裏面側両端部に電極１００，１０１を設け、各電
極１００，１０１に対向する位置に電極１０２，１０３
をそれぞれ設けてコンデンサＣ１，Ｃ２を構成し、両コ
ンデンサＣ１，Ｃ２の容量差に基いて反射鏡９３の変位
角を検出するようになっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、検出コイル
（図１５）や静電式（図１７）で検出する場合、センサ
の特性が非常に重要となり、温度特性の変化や基板組み
立て時のセンサ配置誤差などによるオフセットが発生
し、正確な検出をするには、予め特性の測定などを行な
う必要が出てくる。また、光学式（図１６）で検出する
場合、光路長が短いため、検出用光源９０とミラー９
３、ＰＳＤ９２間での位置調整が非常に困難であり、Ｐ
ＳＤ９２の位置分解能にも高性能なものが求められる問
題がある。またこれらの方式は、光の走査状態を直接検
出している訳ではないため、ミラーの歪みや回転軸から
のズレの影響を受ける走査光線の状態を正確にモニタす
ることはできない。そのため、画像表示装置に用いた場
合、この検出方法のみで、高画質な画像表示を行なうこ
とは困難である。
【００１６】そこで、本発明は、光検知部によるモニタ
ーを正確なものとして画像表示品質の劣化を防止する２
次元光走査装置及び該装置の駆動方法を提供することを
目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記事情を考慮
してなされたものであり、第１方向に走査している光を
第２方向にも走査することに基き２次元画像を表示する
２次元光走査装置において、少なくとも前記第１方向の
光走査速度が周期的に変化され、該走査される光を検知
する第１光検知部が、検知可能な光走査速度の領域内で
あって、該第１方向の光走査速度が最も速くなる領域に
配置されることに基き、前記第１方向への光走査のタイ
ミングを検知する、ことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図７を参照して、
本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】本発明に係る２次元光走査装置（画像表示
装置）は、図１に例示するように、第１方向ｘに走査し
ている光を第２方向ｙにも走査することに基き２次元画
像を表示するようになっている。本明細書において「光
を第１方向ｘに走査」とは、第１方向ｘの正方向及び負
方向に光を往復走査することを意味し、「光を第２方向
ｙに走査」とは、第２方向ｙの正方向及び負方向に光を
往復走査することを意味する。
【００２０】この場合の光は、変調手段を有する光源
（図１及び図２の符号１参照）から出射されるようにす
れば良い。また、第１方向ｘへの光走査は、光源１から
出射された光を第１光偏向器Ａによって偏向することよ
って行えば良く、第２方向ｙへの光走査は、光源１から
出射された光を第２光偏向器Ｂによって偏向することに
よって行えば良い。なお、本明細書においては、第１光
偏向器を構造によって区別したい場合にはＡ１，Ａ２，
…等の符号を使用して区別することとし、区別する必要
が無い場合にはＡの符号を使用する。同様に、第２光偏
向器を構造によって区別したい場合にはＢ１，Ｂ２，…
等の符号を使用し、区別する必要が無い場合にはＢの符
号を使用する。
【００２１】ところで、本発明においては、少なくとも
前記第１方向ｘの光走査速度は周期的に変化するように
構成されている。この場合、前記第２方向ｙの光走査速
度は、周期的に変化するようにしても、一定となるよう
にしても良い。
【００２２】そして、走査される光を検知する第１光検
知部Ｐを所定領域に配置することによって、前記第１方
向ｘへの光走査のタイミングを検知するようにすると良
い。ここで、第１光検知部Ｐの配置位置について説明す
る。一般に、光検知部が検知できる光（光の走査速度）
は光検知部の感度に依存するものであって、感度の低い
光検知部では走査速度の遅い光しか検知できず、感度の
高い光検知部では走査速度の速い光をも検知できる。し
たがって、必要な光走査速度の光を本発明における第１
光検知部Ｐが、検知可能な感度を持つような位置に配置
する必要がある。
【００２３】ところで、検知可能な光走査速度の領域内
に第１光検知部Ｐを配置した場合であっても、その出力
信号の時間精度は光走査速度と共に変化する。例えば、
図３での出力信号を検出するコンパレータの検出信号に
対する雑音がＡＢの幅で存在するとすれば、光走査速度
が速ければ図３(a) に符号ＣＤで示すように検出時間へ
の誤差は大きく、光走査速度が遅ければ同図(b) に符号
ＥＦで示すように検出時間への誤差は大きくなる。本発
明では、（検知可能な光走査速度の領域内であって）第
１方向への光走査速度が最も速くなる領域に第１光検知
部Ｐを配置しているため、検出信号に対する誤差は狭く
なり、精度良く光走査タイミングを検知することができ
る。
【００２４】なお、前記第２方向ｙの光走査速度も周期
的に変化するようにした場合には、この第１光検知部Ｐ
は、上述した領域（すなわち、検知可能な光走査速度の
領域内であって、前記第１方向ｘの光走査速度が最も速
くなる領域）であって、しかも、前記第２方向ｙの光走
査速度が最も遅くなる領域内に配置すると良い。
【００２５】ところで、前記第１光検知部Ｐとは別に第
２光検知部Ｑを設け、この第２光検知部Ｑによって光を
検知し、前記第２方向ｙへの光走査のタイミングを検知
するようにすると良い。
【００２６】なお、前記第２方向ｙの光走査速度も周期
的に変化するようにした場合には、この第２光検知部Ｑ
は、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第２
方向ｙの光走査速度が最も速くなり、しかも前記第１方
向の光走査速度が最も遅くなる領域内に配置すると良
い。これにより、第１光検知部Ｐの場合と同様に、精度
良く光走査タイミングを検知することができる。
【００２７】ところで、上述した第１光検知部Ｐや第２
光検知部Ｑは、光が走査される部分に配置されていれば
良く、 ・ 光走査によって２次元画像が表示される面（図２に
符号２で示すような走査光線が投射される面）、 ・ 該面２と光偏向器Ａ及びＢとの間、 ・ 第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂとの間、 のいずれに配置されていても良い。すなわち、全ての光
検知部Ｐ，Ｑを上記面２に配置しても、全ての光検知部
Ｐ，Ｑを該面２と光偏向器との間に配置しても、全ての
光検知部Ｐ，Ｑを第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂとの
間に配置しても、一部の光偏向器を上記面２に配置する
と共に他の光偏向器を面以外の部分（例えば、面と光偏
向器との間や、光偏向器と光偏向器との間）に配置する
ようにしても良い。また、これらの光検知部は、ミラー
等による反射光を検出できる位置に配置してもよい。
【００２８】ところで、光検知部Ｐ，Ｑを上述した面２
上に配置する場合、画像形成領域Ｅ内に配置しても、画
像形成領域Ｅ以外の部分に配置しても良い。後者の場
合、光検知部Ｐ，Ｑを配置した部分（画像形成領域以外
の部分）にも光を走査する必要がある。そのためには、
例えば、信号処理回路１０から光源１に光検出用の変調
情報を所定のタイミングで入力してやり、光検知部Ｐ，
Ｑに対しては（画像表示用の光ではなく）走査タイミン
グを検知するための光を照射すると良い（図６参照）。
【００２９】また、検知可能な光走査速度の領域内であ
って、前記第１方向ｘの光走査速度が最も速くなる領域
に第１光検知部を複数設け（図８の符号Ｐ，Ｒ参照）、
検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第２方向
ｙの光走査速度が最も速くなる領域に第２光検知部を複
数設ける（図８の符号Ｑ，Ｓ参照）ようにしても良い。
これにより、更に高精度な走査タイミングの検出が可能
となる（図７）。かかる場合、光検出用の変調情報は、
検出された走査タイミング信号２０，２１から信号処理
回路１０によって生成される。また、走査開始時の走査
タイミングが不明な場合は、初期設定されている走査周
期と入力信号と走査タイミングの位相差を元に、光検出
用の変調情報が生成される。また、走査開始時、画像情
報の変調を行なう前に、走査タイミングの初期検出を行
なうために、任意の走査タイミング初期検出用の変調情
報を変調手段を有する光源１に入力し、走査タイミング
を検出した後、画像表示用の変調情報による変調を開始
するウォーミングアップの期間を設けてもよい。
【００３０】上記では、正弦波状駆動の光偏向器を有す
る２次元光走査装置を、投射型画像表示装置として説明
したが、本発明の同期制御方法はこの装置に限ったもの
ではない。変位角速度が時間的に変化する光偏向器を少
なくとも１つ用いて構成した２次元光走査装置であれ
ば、本発明の制御方法を用いることができる。また、上
記以外の構成の投射型画像表示装置や投射型画像記録装
置、走査型描画加工装置、走査型光検出装置などにも使
用できる。
【００３１】ところで、上述のように第１方向の光走査
速度を周期的に変化させるには、前記第１光偏向器Ａの
変位角速度を周期的に変化（例えば、変位角を時間的に
正弦波状に変化）させれば良い。また、第２方向の光走
査速度を周期的に変化させるには、前記第２光偏向器Ｂ
の変位角速度を周期的に変化（例えば、変位角を時間的
に正弦波状に変化）させれば良い。かかる場合の光偏向
器としては、変位角速度を時間的に変化させる駆動が可
能な光偏向器や、変位角速度が時間的に変化する特性を
持った光偏向器を挙げることができ、具体的にはガルバ
ノミラー（ガルバノミラーを正弦波駆動させたもの）や
共振型偏向器を挙げることができる。第１方向及び第２
方向の光走査速度を周期的に変化させる場合、第１光偏
向器Ａ及び第２光偏向器Ｂの両方にガルバノミラーを用
いても（図２参照）共振型光偏向器を用いても（図４参
照）良い。また、一方の光偏向器をガルバノミラーと
し、他方の光偏向器を共振型光偏向器としても良い。な
お、第２方向への光走査速度を（周期的に変化させず
に）一定にする場合、第２光偏向器には、走査中心領域
において変位角速度がほぼ一定とみなすことができるポ
リゴンミラーやノコギリ波駆動したガルバノミラーを用
いると良い。
【００３２】第１光偏向器Ａとして、十数ｋＨｚから数
十ｋＨｚでの光走査が可能な高速光偏向器を用い、第２
光偏向器Ｂとして、数十Ｈｚから百数十Ｈｚでの光走査
が可能な低速光偏向器を用い、図１に示すように水平方
向のラスタ走査を行うようにしても良い。また逆に、第
１の光偏向器Ａを低速光偏向器とし第２の光偏向器Ｂを
高速光偏向器として、垂直方向にラスタ走査を行なわせ
ても、また走査周波数を上記以外の組み合わせとしても
良い。
【００３３】なお、図４に示す第１光偏向器Ａ２及び第
２光偏向器Ｂ２は別体に形成したが、もちろんこれに限
られるものではなく、図５に示すように一体型としても
良い。すなわち、光偏向面３を２つの軸（交差又は直交
する光偏光軸）３１，３２によって揺動自在に支持し、
第１光偏向器Ａ３によって水平方向への光走査を行い、
第２光偏向器Ｂ３によって垂直方向への光走査を行うよ
うにすると良い。
【００３４】これらの光偏向器としては、マイクロミラ
ーを有するものであって、半導体加工技術を用いて作製
されたものを用いることができる。
【００３５】なお、上述した光検知部Ｐ，Ｑにはデジタ
ル信号処理回路１０を接続し、該処理回路１０には、第
１光偏向器Ａを駆動する第１駆動手段１１や、第２光偏
向器Ｂを駆動する第２駆動手段１２を接続すると良い。
【００３６】ところで、光源１としては、レーザーダイ
オード、ＬＥＤ等の半導体発光素子、無機ＥＬ、有機Ｅ
Ｌ等のエレクトロ・ルミネッセンス素子などの直接変調
可能な光線源や、気体レーザーやＳＨＧなどの光を出射
する光源であって変調器を付加したものを用いれば良
い。カラー画像を表示する場合には、複数の波長を有す
る複数種類の光源を組み合わせたものでもよい。その場
合光偏向器を１組しか用いない場合、光学系などなんら
かの手段を用いて、複数の出力光を１本の光線にする必
要がある。複数の光偏向器を用いる場合は、複数の光線
を複数のミラーに入射させるようにしてもよい。
【００３７】また、第２光偏向器Ｂによる光走査に伴
い、第２光偏向器Ｂと画像表示領域Ｅとの間で光路が変
化し、それに伴って、画像表示領域Ｅにおいて焦点ズレ
が発生するおそれがあるときは、出射補正光学系を該光
路中に配置して、焦点ズレを補正すると良い。この場合
の出射補正光学系には、走査を行なうことにより光偏向
器ミラーと走査光投射面間の光路の変化による投射面上
での焦点ズレを補正するｆ−θレンズと、正弦波駆動型
光偏向器の角速度の変化によるスポット形状の歪みを走
査光投射面上で補正するアークサインレンズ等の機能を
有したものを用いると良い。この出射補正光学系は、走
査領域の大部分を補正することができるが、周辺部分ま
では補正を行なうことはできない。そのため、画像はこ
の光学系が補正できる中心部分に表示される。
【００３８】次に、２次元光走査装置の駆動方法（２次
元光走査装置の同期信号の生成方法、及び同期制御方
法）について説明する。
【００３９】本実施の形態では、画像情報に応じて変調
した光を、第１方向ｘに走査しつつ第２方向ｙにも走査
することに基き２次元画像を表示するようになってい
る。この場合、少なくとも前記第１方向ｘの光走査速度
が周期的に変化され、検知可能な光走査速度の領域内で
あって、該第１方向ｘの光走査速度が最も速くなる領域
に配置された第１光検知部Ｐが光を検知することに基
き、前記第１方向ｘへの光走査のタイミングを検知す
る、ようになっている。
【００４０】なお、前記第２方向ｙの光走査速度が周期
的に変化されるようにした場合には、第２光検知部Ｑ
を、検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第２
方向ｙの光走査速度が最も速くなる領域に配置し、前記
第２方向ｙへの光走査のタイミングを検知すると良い。
【００４１】そして、前記第１方向ｘへの光走査タイミ
ングと前記第２方向ｙへの光走査のタイミングとを同期
させながら２次元画像を表示する、ようにすると良い。
【００４２】以下、２次元光走査装置の駆動方法につい
て、図１に沿って詳細に説明する。
【００４３】＜光の２次元走査＞光源１から出射された
光（変調された光）は、第１光偏向器Ａによって偏向さ
れ、さらに第２光偏向器Ｂによって偏向されることによ
り、第１方向ｘ及び第２方向ｙに走査され、その結果、
２次元画像が表示される。なお、光源１は、変調手段を
有しており、画像情報の変調開始信号（詳細は後述）を
受け取ると転送されてメモリに蓄えられている画像情報
の変調を開始し、水平方向１ライン分の画像情報の変調
を行なう。また、該光は、第２光偏向器Ｂにて偏向され
た後に、出射補正光学系で補正されるようになってい
る。
【００４４】＜駆動タイミング信号の生成＞この状態
で、第１光検知部Ｐが第１方向ｘへの光走査のタイミン
グを検知すると、信号処理回路１０では、第１の光検知
部Ｐからの検知信号２０に基いて第１の光偏向器の駆動
タイミング信号２２が生成される。同様に、第２光検知
部Ｑが第２方向ｙへの光走査タイミングを検知すると、
信号処理回路１０では、第２の光検知部Ｑからの検知信
号２１に基づいて第２の光偏向器の駆動タイミング信号
２３が生成される。
【００４５】ここで、第１光検知部Ｐは、第１の光偏向
器Ａの変位角速度の時間変化が最大となる付近（且つ第
２の光偏向器の変位角速度が最小となる付近）の走査光
を検出して、該光偏向器の同期信号を生成し、第２光検
知部Ｑは、第２の光偏向器Ｂの変位角速度の時間変化が
最大となる付近（且つ第１の光偏向器の変位角速度が最
小となる付近）の走査光を検出して、該光偏向器の同期
信号を生成することとなる。そして、これらの光検知部
によって、第１の光偏向器Ａと第２の光偏向器Ｂの実際
に駆動しているタイミング並びに実際の駆動周期を検出
することとなる。
【００４６】＜光偏向器の同期制御＞ところで、この信
号処理回路１０では、第１光偏向器Ａの駆動周期が第２
光偏向器Ｂの駆動周期の整数倍になるように駆動タイミ
ング信号２２と駆動タイミング信号２３との同期が取ら
れる。
【００４７】そして、第１の光偏向器のための駆動タイ
ミング信号２２は第１の光偏向器駆動回路１１にて第１
の光偏向器の駆動信号２５に変換され、該駆動信号によ
って第１光偏向器Ａが駆動される。また、第２の光偏向
器のための駆動タイミング信号２３は第２の光偏向器駆
動回路１２にて第２の光偏向器の駆動信号２６に変換さ
れ、該駆動信号によって第２光偏向器Ｂが駆動される。
つまり、駆動タイミング信号（同期信号）２２，２３に
基いて、光偏向器Ａ，Ｂの駆動タイミングや駆動周期が
制御されることとなる。
【００４８】＜変調開始信号の生成＞一方、上述した信
号処理回路１０では、第１の光偏向器の駆動タイミング
信号２２から、表示画面位置を調整するための変調開始
信号２４が生成される。
【００４９】＜変調開始信号による制御＞そして、変調
手段を有する光源１は、画像情報の変調開始信号２４を
受け取ると転送されてメモリに蓄えられている画像情報
の変調を開始し、水平方向１ライン分の画像情報の変調
を行なう。つまり、変調開始信号によって光源１の変調
タイミングが制御されることとなる。
【００５０】次に、本実施の形態の効果について説明す
る。
【００５１】本実施の形態によれば、第１光検知部Ｐや
第２光検知部Ｑは、走査される光を直接に検知するもの
であるため、検出コイル（図１５参照）や静電容量（図
１７参照）を利用する場合と異なり、特性の測定などの
必要は無く正確な検知が可能となる。また、光学式（図
１６参照）のようなミラーの歪や回転軸からのズレの影
響を受けることもなく、正確なモニターが可能となる。
【００５２】また、第１光検知部Ｐは、検知可能な光走
査速度の領域内であって、第１方向ｘの光走査速度が最
も速くなる領域に配置されているため、検出時間への誤
差を小さくして、精度良く光走査タイミングを検知する
ことができる。特に、第２方向ｙの光走査速度が最も遅
くなる領域に第１光検知部Ｐを配置した場合には、第２
光偏向器走査時のジッタ、ウォブル等の走査特性の影響
を受けることなく、第１方向の走査タイミングのみを高
精度に検出することができる。そして、光偏向器の実際
の駆動周期や実際に駆動しているタイミングを正確に検
出することができ、表示品質を良好にできる。
【００５３】第２光検知部Ｑについても同様である。す
なわち、第２光検知部Ｑを、検知可能な光走査速度の領
域内であって、第２方向ｙの光走査速度が最も速くなる
領域に配置した場合には、検出時間への誤差を小さくし
て、精度良く光走査タイミングを検知することができ
る。さらに、第１方向ｘの光走査速度が最も遅くなる領
域に第２光検知部Ｑを配置した場合には、第１光偏向器
走査時のジッタ、ウォブル等の走査特性の影響を受ける
ことなく、第２方向の走査タイミングのみを高精度に検
出することができる。
【００５４】一方、第１光検知部Ｐや第２光検知部Ｑ
を、 ・ ２次元画像が表示される面（図２に符号２で示すよ
うな走査光線が投射される面）と光偏向器Ａ，Ｂとの間
や、 ・ 第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂとの間、 に配置した場合には、制約を比較的受けずに配置位置を
選択することができ、装置のコンパクト化等を図ること
ができる。
【００５５】また、検知可能な光走査速度の領域内であ
って、前記第１方向ｘの光走査速度が最も速くなる領域
に第１光検知部を複数設け（図８の符号Ｐ，Ｒ参照）、
検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第２方向
ｙの光走査速度が最も速くなる領域に第２光検知部を複
数設けた場合（図８の符号Ｑ，Ｓ参照）には、更に高精
度な走査タイミングの検出が可能となり、高精度且つ安
定した実際の駆動周期、実際に駆動しているタイミング
の検出を行なうことができる。
【００５６】さらに、本実施の形態によれば、光偏向器
の偏向特性等の変化にかかわらず、各光偏向器Ａ，Ｂの
同期を取ることができ、その結果、表示画像のズレ等を
防止して、表示品質を向上させることができる。本発明
の制御方法を用いることにより、走査特性の変化が起こ
りやすい正弦波状駆動光偏向器や変位角速度が時間的に
変化する光偏向器の２次元走査を安定して行なうことが
できるようになり、レーザーディスプレイに用いた場
合、高画質な表示画像を提供することが可能となった。
【００５７】またさらに、上述のような変調開始信号に
よる制御（画像情報の変調開始信号と第１の光偏向器の
駆動タイミング信号との同期）を行った場合には、表示
画面位置を調整でき、例えば表示画像を出射補正光学系
の補正領域に正確に表示できる。また、本発明では、光
学補正を行なうことができないため非画像表示領域とな
る部分を、有効に利用し検出することができる。
【００５８】
【実施例】以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説
明する。
【００５９】（実施例１）本実施例においては、図１及
び図２に示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次
元光走査装置）Ｄ１を作製した。
【００６０】すなわち、第１光偏向器Ａ１及び第２光偏
向器Ｂ１にはガルバノミラーを用い、第１光偏向器Ａ１
を１０ｋＨｚで正弦波駆動することによって光の水平方
向走査を行い、第２光偏向器Ｂ１を６０Ｈｚで正弦波駆
動することによって光の垂直方向走査を行うようにし
た。なお、光源１には、レーザーダイオードを直接駆動
させて使用した。
【００６１】一方、画像形成領域Ｅの上縁部中央（すな
わち、検知可能な光走査速度の領域内であって、水平方
向ｘの光走査速度が最も速くなると共に垂直方向ｙの光
走査速度が最も遅くなる領域）には第１光検知部Ｐを配
置し、画像形成領域Ｅの左縁部中央（すなわち、検知可
能な光走査速度の領域内であって、垂直方向ｙの光走査
速度が最も速くなると共に水平方向ｘの光走査速度が最
も遅くなる領域）には第２光検知部Ｑを配置した。
【００６２】本実施例においては、次のように駆動し
た。
【００６３】光源１から出射された光（変調された光）
は、第１光偏向器Ａ１及び第２光偏向器Ｂ１によって偏
向されることにより、水平方向（第１方向）ｘに走査さ
れながら垂直方向（第２方向）ｙにも走査される。
【００６４】第１光検知部Ｐが水平方向ｘへの光走査の
タイミングを検知し、第２光検知部Ｑが垂直方向ｙへの
光走査のタイミングを検知すると、第１光検知部Ｐから
の検知信号２０及び第２光検知部Ｑからの検知信号２１
は信号処理回路１０にて、実際の駆動周期及び、実際に
駆動しているタイミング情報に変換され、それに基づい
て駆動タイミング信号２２及び２３が生成され、同期が
取られる。つまり、これらの検知信号から光偏向器
Ａ１，Ｂ１の駆動周期や駆動タイミングが検出される。
【００６５】そして、駆動タイミング信号２２は第１の
光偏向器駆動回路１１にて第１の光偏向器の駆動信号２
５に変換され、該駆動信号によって第１光偏向器Ａ１が
駆動される。また、駆動タイミング信号２３は第２の光
偏向器駆動回路１２にて第２の光偏向器の駆動信号２６
に変換され、該駆動信号によって第２光偏向器Ｂ１が駆
動される。
【００６６】一方、上述した信号処理回路１０では、第
１の光偏向器の駆動タイミング信号２０から、表示画面
位置を調整するための変調開始信号２４が生成される。
そして、変調手段を有する光源１は、画像情報の変調開
始信号２４を受け取ると転送されてメモリに蓄えられて
いる画像情報の変調を開始し、水平方向１ライン分の画
像情報の変調を行なう。
【００６７】本実施例によれば、光偏向器の偏向特性等
の変化にかかわらず、良好な品質の画像を表示できた。
【００６８】（実施例２）本実施例においては、図４に
示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査
装置）Ｄ２を作製した。
【００６９】すなわち、第１光偏向器Ａ２及び第２光偏
向器Ｂ２には共振型光偏向器を用い、第１光偏向器Ａ２
を２０ｋＨｚで正弦波駆動することによって光の水平方
向走査を行い、第２光偏向器Ｂ２を１２０Ｈｚで正弦波
駆動することによって光の垂直方向走査を行うようにし
た。その他の構成及び駆動方法は実施例１と同じにし
た。
【００７０】本実施例によれば、実施例１と同様の効果
が得られた。
【００７１】（実施例３）本実施例においては、図５に
示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査
装置）Ｄ３を作製した。
【００７２】すなわち、第１光偏向器Ａ３及び第２光偏
向器Ｂ３を１枚の基板上に入れ子状に配置して一体型の
２軸共振型光偏向器３０を構成した。そして、第１光偏
向器Ａ３を２０ｋＨｚで正弦波駆動することによって光
の水平方向走査を行い、第２光偏向器Ｂ３を２００Ｈｚ
で正弦波駆動することによって光の垂直方向走査を行う
ようにした。その他の構成及び駆動方法は実施例１と同
じにした。
【００７３】本実施例によれば、実施例１と同様の効果
が得られた。
【００７４】（実施例４）本実施例においては、図８に
示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査
装置）Ｄ４を作製した。
【００７５】すなわち、光検知部Ｐ，Ｑの他に、画像形
成領域Ｅの下縁部中央（すなわち、検知可能な光走査速
度の領域内であって、水平方向ｘの光走査速度が最も速
くなると共に垂直方向ｙの光走査速度が最も遅くなる領
域）には第１光検知部Ｒを配置し、画像形成領域Ｅの右
縁部中央（すなわち、検知可能な光走査速度の領域内で
あって、垂直方向ｙの光走査速度が最も速くなると共に
水平方向ｘの光走査速度が最も遅くなる領域）には第２
光検知部Ｓを配置した。その他の構成及び駆動方法は実
施例１と同じにした。
【００７６】本実施例によれば、光偏向器の実際の駆動
周期、実際に駆動しているタイミングの検知を（光検知
部を１つずつ用いる場合に比べて）高精度にでき、第
１、第２の光偏向器の同期を完全に取ることができた。
【００７７】（実施例５）本実施例においては、図９に
示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査
装置）Ｄ５を作製した。
【００７８】すなわち、第１光検知部Ｐは、光投射面
（図２の符号２参照）と光偏向器Ａ１，Ｂ１との間であ
って、画像表示領域Ｅに平行な領域Ｆの上縁部中央（す
なわち、検知可能な光走査速度の領域内であって、水平
方向ｘの光走査速度が最も速くなると共に垂直方向ｙの
光走査速度が最も遅くなる領域）に配置し、第２光検知
部Ｑは、該領域Ｆの左縁部中央（すなわち、検知可能な
光走査速度の領域内であって、垂直方向ｙの光走査速度
が最も速くなると共に水平方向ｘの光走査速度が最も遅
くなる領域）に配置した。
【００７９】本実施の形態によれば、投射面Ｅとの関係
を考慮した上で光検知部Ｐ，Ｑを配置したりする必要が
なく、２次元光走査装置のみで、高精度な光偏向器の駆
動周期、実際に駆動しているタイミングの検出ができ、
第１、第２の光偏向器の同期を完全に取ることができ
た。
【００８０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
第１光検知部や第２光検知部は、走査される光を直接に
検知するものであるため、検出コイル（図１５参照）や
静電容量（図１７参照）を利用する場合と異なり、特性
の測定などの必要は無く正確な検知が可能となる。ま
た、光学式（図１６参照）のようなミラーの歪や回転軸
からのズレの影響を受けることもなく、正確なモニター
が可能となる。
【００８１】また、第１光検知部は、検知可能な光走査
速度の領域内であって、第１方向の光走査速度が最も速
くなる領域に配置されているため、検出時間への誤差を
小さくして、精度良く光走査タイミングを検知すること
ができる。特に、第２方向の光走査速度が最も遅くなる
領域に第１光検知部を配置した場合には、第２光偏向器
走査時のジッタ、ウォブル等の走査特性の影響を受ける
ことなく、第１方向の走査タイミングのみを高精度に検
出することができる。そして、光偏向器の駆動周期や駆
動タイミングを正確に検出することができ、表示品質を
良好にできる。
【００８２】第２光検知部についても同様である。すな
わち、第２光検知部を、検知可能な光走査速度の領域内
であって、第２方向の光走査速度が最も速くなる領域に
配置した場合には、検出時間への誤差を小さくして、精
度良く光走査タイミングを検知することができる。さら
に、第１方向の光走査速度が最も遅くなる領域に第２光
検知部を配置した場合には、第１光偏向器走査時のジッ
タ、ウォブル等の走査特性の影響を受けることなく、第
２方向の走査タイミングのみを高精度に検出することが
できる。
【００８３】一方、第１光検知部や第２光検知部を、 ・ ２次元画像が表示される面と光偏向器との間や、 ・ 第１光偏向器と第２光偏向器との間、 に配置した場合には、制約を比較的受けずに配置位置を
選択することができ、装置のコンパクト化等を図ること
ができる。
【００８４】また、検知可能な光走査速度の領域内であ
って、前記第１方向の光走査速度が最も速くなる領域に
第１光検知部を複数設け、検知可能な光走査速度の領域
内であって、前記第２方向の光走査速度が最も速くなる
領域に第２光検知部を複数設けた場合には、更に高精度
な走査タイミングの検出が可能となり、高精度且つ安定
した実際の駆動周期、実際駆動しているタイミングの検
出を行なうことができる。
【００８５】さらに、本発明によれば、光偏向器の偏向
特性等の変化にかかわらず、各光偏向器の同期を取るこ
とができ、その結果、表示画像のズレ等を防止して、表
示品質を向上させることができる。本発明の制御方法を
用いることにより、走査特性の変化が起こりやすい正弦
波状駆動光偏向器や変位角速度が時間的に変化する光偏
向器の２次元走査を安定して行なうことができるように
なり、レーザーディスプレイに用いた場合、高画質な表
示画像を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示
すブロック図。
【図２】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示
す模式図。
【図３】２次元光走査装置の作動原理を説明するための
図。
【図４】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示
す模式図。
【図５】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示
す模式図。
【図６】２次元光走査装置の作動を説明するための図。
【図７】第１及び第２光検知部を複数個ずつ設けた場合
の作用を説明するための図。
【図８】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示
す模式図。
【図９】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示
す模式図。
【図１０】２次元光走査装置の従来構造の一例を示す模
式図。
【図１１】光偏向器の駆動波形を示す波形図。
【図１２】従来の光偏向器（ガルバノミラー）の構造の
一例を示す平面図。
【図１３】光走査の様子を示す図。
【図１４】１次元走査装置の全体構成を説明するための
模式図。
【図１５】超小型光偏向器の詳細構成を示す図。
【図１６】従来の光偏向器の構造の一例を示す図。
【図１７】従来の光偏向器の構造の一例を示す図。
【符号の説明】
Ａ 第１光偏向器 Ｂ 第２光偏向器 Ｄ１ ２次元光走査装置 Ｄ２ ２次元光走査装置 Ｄ３ ２次元光走査装置 Ｄ４ ２次元光走査装置 Ｄ５ ２次元光走査装置 Ｐ 第１光検知部 Ｑ 第２光検知部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ｚ Ｆターム(参考） 2H045 AB13 AB33 AB53 AB62 BA13 CA88 CA98 5C051 AA02 CA06 DB02 DB24 DB28 DC02 DC07 DE02 DE09 DE26 5C058 BB25 EA05 EA13 5C072 AA03 BA04 HA01 HA14 HB08 HB13 HB15 VA02 WA05

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１方向に走査している光を第２方向に
    も走査することに基き２次元画像を表示する２次元光走
    査装置において、 少なくとも前記第１方向の光走査速度が周期的に変化さ
    れ、 該走査される光を検知する第１光検知部が、検知可能な
    光走査速度の領域内であって、該第１方向の光走査速度
    が最も速くなる領域に配置されることに基き、前記第１
    方向への光走査のタイミングを検知する、 ことを特徴とする２次元光走査装置。
  2. 【請求項２】 前記第１光検知部とは別に第２光検知部
    が設けられ、かつ、 該第２光検知部が光を検知することに基き、前記第２方
    向への光走査のタイミングを検知する、 ことを特徴とする請求項１に記載の２次元光走査装置。
  3. 【請求項３】 前記第２方向の光走査速度も周期的に変
    化され、 前記第１光検知部が、検知可能な光走査速度の領域内で
    あって、前記第１方向の光走査速度が最も速くなり前記
    第２方向の光走査速度が最も遅くなる領域内に配置さ
    れ、かつ、 前記第２光検知部が、検知可能な光走査速度の領域内で
    あって、前記第２方向の光走査速度が最も速くなり前記
    第１方向の光走査速度が最も遅くなる領域内に配置され
    た、 ことを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元光走査
    装置。
  4. 【請求項４】 光源からの光を第１光偏向器によって偏
    向することに基き前記第１方向に光を走査し、かつ、 該光を第２光偏向器によって偏向することに基き前記第
    ２方向に光を走査する、 ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
    の２次元光走査装置。
  5. 【請求項５】 前記第１光偏向器の変位角速度を時間的
    に変化させることに基き、前記第１方向の光走査速度を
    周期的に変化させる、 ことを特徴とする請求項４に記載の２次元光走査装置。
  6. 【請求項６】 前記第１光偏向器は、変位角が時間的に
    正弦波状に変化するものである、ことを特徴とする請求
    項５に記載の２次元光走査装置。
  7. 【請求項７】 前記第１偏向器はガルバノミラーであ
    る、ことを特徴とする請求項６に記載の２次元光走査装
    置。
  8. 【請求項８】 前記第１偏向器は共振型偏向器である、
    ことを特徴とする請求項６に記載の２次元光走査装置。
  9. 【請求項９】 前記第２光偏向器の変位角速度を時間的
    に変化させることに基き、前記第２方向の光走査速度を
    周期的に変化させる、 ことを特徴とする請求項４に記載の２次元光走査装置。
  10. 【請求項１０】 前記第２光偏向器は、変位角が時間的
    に正弦波状に変化するものである、ことを特徴とする請
    求項９に記載の２次元光走査装置。
  11. 【請求項１１】 前記第２偏向器はガルバノミラーであ
    る、ことを特徴とする請求項１０に記載の２次元光走査
    装置。
  12. 【請求項１２】 前記第２偏向器は共振型偏向器であ
    る、ことを特徴とする請求項１０に記載の２次元光走査
    装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１及び第２光偏向器が一体に構
    成された、ことを特徴とする請求項４乃至１２のいずれ
    か１項に記載の２次元光走査装置。
  14. 【請求項１４】 前記第１及び第２光偏向器が、１つの
    光偏向面と、該光偏向面を揺動自在に支持する２つの光
    偏向軸と、を有する、ことを特徴とする請求項１３に記
    載の２次元光走査装置。
  15. 【請求項１５】 前記の一体に構成された第１及び第２
    の光偏向器の持つ光偏向軸が直交している、ことを特徴
    とする請求項１４に記載の２次元走査装置。
  16. 【請求項１６】 前記光偏向器が、半導体加工技術にて
    形成されたマイクロミラーを有する、ことを特徴とする
    請求項４乃至１５のいずれか１項に記載の２次元光走査
    装置。
  17. 【請求項１７】 前記第１光検知部及び前記第２光検知
    部の少なくとも一方が、光走査によって２次元画像が表
    示される面に配置された、ことを特徴とする請求項２乃
    至１６のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
  18. 【請求項１８】 前記第１光検知部及び前記第２光検知
    部の少なくとも一方が、光走査によって２次元画像が表
    示される面と前記光偏向器との間に配置された、ことを
    特徴とする請求項２乃至１６のいずれか１項に記載の２
    次元光走査装置。
  19. 【請求項１９】 第１方向に走査している光を第２方向
    にも走査することに基き２次元画像を表示する２次元光
    走査装置の駆動方法において、 少なくとも前記第１方向の光走査速度が周期的に変化さ
    れ、 検知可能な光走査速度の領域内であって、該第１方向の
    光走査速度が最も速くなる領域に配置された第１光検知
    部が光を検知することに基き、前記第１方向への光走査
    のタイミングを検知する、 ことを特徴とする２次元光走査装置の駆動方法。
  20. 【請求項２０】 前記第２方向の光走査速度が周期的に
    変化され、 検知可能な光走査速度の領域内であって、前記第２方向
    の光走査速度が最も速くなる領域に配置された第２光検
    知部が光を検知することに基き、前記第２方向への光走
    査のタイミングを検知する、 ことを特徴とする請求項１９に記載の２次元光走査装置
    の駆動方法。
  21. 【請求項２１】 前記第１方向への光走査タイミングと
    前記第２方向への光走査のタイミングとを同期させなが
    ら２次元画像を表示する、 ことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の２次元光
    走査装置の駆動方法。
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