JP2003302590A - 光走査装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主走査手段と副走査手段を有する２次元走査
装置と、主走査の駆動周期が変化した場合でも、１フレ
ームの走査線数を一定にする駆動方法を提供する。 【解決手段】 共振駆動される主走査手段ステップモー
タで駆動される副走査手段を有する光走査装置と走査装
置の副走査手段の走査点の時刻変化を掃引期間とブラン
キング期間の２期間で構成し、前記掃引期間の時間長を
前記主走査手段の駆動周期と走査線数の積で定め、前記
ブランキング期間の時間長をフレーム周期と前記掃引期
間の時間周期との引き算で定め、駆動中に前記主走査手
段の駆動周期の変動した場合でも、前記掃引期間と前記
ブランキング期間の時間長の割合を前記掃引期間とブラ
ンキング期間の時間長算出原理に則って変化させること
で、走査線数を一定にする走査装置の駆動方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光の走
査により画像を表示させる走査方式表示装置などとして
構成される光走査装置およびその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】主走査手段に共振現象を利用して共振周
期で駆動される光偏向子を用いた光走査装置の応用例の
一つとして、光源からの光を反射し被照射面上に画像を
描画する表示装置がある。

【０００３】図７は、光走査型表示装置の構成を示す図
である。図７の表示装置は、表示装置の光源となるレー
ザ光源７０１、画像信号源７０２、レーザドライバ部７
０３、主走査偏光子７０５、主走査偏光子駆動回路７０
４、副走査偏光子７０６、アクチュエータ７０７、角度
検出手段７０８、ドライバ７０９、スクリーン７１０で
構成される。アクチュエータ７０７の構成要素としてス
テータ７０７ａとロータ７０７ｂがある。またドライバ
７０９は内部には、時間で変化するロータ７０７ｂの目
標角度７０９ａが設定される。

【０００４】画像信号源７０２は、モータドライバ７０
９で生成される垂直同期信号ＶＤ７及び主走査偏光子駆
動回路７０４で生成される水平同期信号ＨＤ７が入力さ
れ、前記２種の信号に同期した画像信号Ｓ７１を生成し
てレーザドライバ部７０３に出力する。レーザドライバ
部７０３では、画像信号Ｓ７１を基にレーザ光源７０１
を駆動する信号Ｓ７２が生成され、この信号Ｓ７２はレ
ーザ光源７０１に出力されてレーザ光源７０１を駆動す
る。レーザ光源７０１から照射されるレーザ光は、主走
査偏光子駆動回路７０４により駆動される主査偏光子７
０５に入射し水平方向に走査される。主走査偏光子駆動
回路７０４は、主走査偏光子７０５を駆動周期すなわち
共振周期で駆動しつつ駆動周期に同期した同期信号ＨＤ
７を生成して画像信号源７０２に出力する。

【０００５】アクチュエータ７０７は、ドライバ７０９
によって駆動され、ロータ７０７ｂに固定された副走査
偏光子７０６を回転駆動する。副走査偏光子７０６の回
転角度は、ロータ７０７ｂに設けられたロータリーエン
コーダ等の角度検出手段７０８により検出され、ドライ
バ７０９にフィードバックされる。ドライバ７０９は、
目標角度７０９ａとフィードバックされたロータ７０７
ｂの角度と比較し、両者の差が少なくなるようにアクチ
ュエータ７０７を駆動すると共に、ロータ７０７ｂの角
度変化に同期した垂直同期信号ＶＤ７を生成して画像信
号源７０２に出力する。

【０００６】ロータ７０７ｂには、該ロータの回転軸を
含む面を鏡面とする副走査偏光子７０６が固定されてお
り、該副走査偏光子７０６はロータ７０７ｂと共に回転
運動を行って、主走査偏光子７０５により入射される主
走査されたレーザ光源７０１からの光を副走査する。

【０００７】こうして、主走査手段７０５と副走査手段
７０６により２次元に走査されたレーザ光源７０１から
のレーザ光は、スクリーン７１０に照射され画像を描画
する。

【０００８】次に、図７の走査装置の駆動方法に関し
て、副走査反射鏡７０５の走査角の時間変化の詳細を、
水平同期信号ＶＤ７、水平同期信号ＨＤ７および画像信
号Ｓ７１の同期動作と共に図８を用いて説明する。

【０００９】図８は副走査偏光子７０６が１フレームを
走査する間の走査角の時間変化を示す図で横軸方向は時
間変化を、２次元座標図の縦軸は副走査偏光子の走査角
を表す。

【００１０】時刻ｔ８０にて走査角θ８３に位置する副
走査偏光子７０６は時間変化に伴って角度θ８２の方向
へ変化し、時刻ｔ８３で走査点θ８０に位置する。時刻
ｔ８０と時刻ｔ８３間の走査点は、点（ｔ８０，θ８
３）と点（ｔ８３、θ８０）を結ぶ直線上を変化させ
る。上記の副走査偏光子７０６の時間変化は、図７のド
ライバ７０９内の目標角度７０９ａで定められている。

【００１１】ドライバ７０９は、時刻ｔ８０から時刻ｔ
８３の間で走査点が、θ８２に位置したことを検出し、
水平同期信号ＶＤ７を出力する。

【００１２】画像信号Ｓ７２は垂直走査線数がｎ本の画
像信号源で、フレーム内の第１番目の走査線Ｌ８１を、
垂直同期信号ＶＤ７を水平同期信号ＨＤ７の立ち上がり
で取り込んだ信号に同期して出力し、以後水平同期信号
ＨＤ７の立ち上がりに毎に走査線Ｌ８２、走査線Ｌ８
３、…、走査線Ｌ８（ｎ−１）、走査線Ｌ８ｎを出力す
る。主走査偏光子７０５の駆動周期は、副走査偏光子７
０６の走査位置の時間変化に比して十分早い為、走査線
Ｌ８１副走査偏光子７０６がθ８１１で一定の場合にス
クリーン７１０上に走査される走査線と見なすことが出
来る。同様に、走査線Ｌ８２はθ８１２、…、走査線Ｌ
８ｎはθ８１ｎ上で走査され２次元画像を描画する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】共振現象を利用して駆
動される走査装置は、小型であるためポリゴンミラーの
代替手段として有用であるが、その駆動周期すなわち共
振周期は、個々の機械構造のばらつきもしくは温度等の
対環境特性により設計値から少なからずずれる。

【００１４】従来例では、主走査手段の共振周期の変動
に応じて、共振周期が設計値よりも長くなった場合は表
示される画像の下端が折り返されて表示され、逆に短く
なった場合は画像が副走査方向に縮小されて表示される
という問題が生ずる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光走査装置および駆動方法は、主走査手段
と副走査手段をおよび光源を有する光走査装置のうち、
前記主走査手段は共振現象を利用した共振周期で駆動さ
れるガルバノミラーを用い、前記副走査手段は偏光子を
ステッピングモータにより往復運動させ掃引する副走査
手段を用いた光走査装置であって、前記副走査手段の走
査点の時刻変化は掃引期間とブランキング期間の２期間
で構成され、前記掃引期間の時間長は前記主走査手段の
共振周期と走査線数の積で定め、前記ブランキング期間
の時間長はフレーム周期と前記掃引期間の時間周期との
引き算で定め、駆動中に前記主走査手段の共振周期の変
動した場合でも、前記掃引期間と前記ブランキング期間
の時間長の割合を前期掃引期間とブランキング期間の時
間長算出原理に則って変化させることで、１フレーム当
たりの走査線数とフレーム周期を一定にする。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施例）以下、本発明の実施の
形態を明らかにすべく、図面に沿って具体的な実施例を
説明する。

【００１７】（実施例１）図１は、本発明の光走査装置
を、光源にレーザを用いた表示装置に適用した場合の構
成例の一である。

【００１８】本実施例の構成と動作を説明する。図１の
表示装置は、表示装置の光源となるレーザ光源１０１、
画像信号源１０２、レーザドライバ部１０３、主走査偏
光子１０５、主走査偏光子駆動回路１０４、副走査偏光
子１０６、ステップモータ１０７、ドライバ１０９、ス
クリーン１１０で構成される。ステップモータ１０７の
構成要素としてステータ１０７ａとロータ１０７ｂがあ
る。またドライバ１０９は内部には、時間で変化するロ
ータ１０７ｂの目標角度１０９ａが設定される。

【００１９】画像信号源１０２には垂直同期信号を含む
画像信号で前記同期信号ＶＤ１を外部に出力する。また
画像信号源１０２には水平走査反射鏡ドライバ１０４で
生成される水平同期信号ＨＤ１が入力され、水平同期信
号ＨＤ１と自らのＶＤ１に同期した画像信号Ｓ１１を生
成してレーザドライバ部１０３に出力する。

【００２０】レーザドライバ部１０３では、画像信号Ｓ
１１を基にレーザ光源１０１を駆動する信号Ｓ１２が生
成され、この信号Ｓ１２はレーザ光源１０１に出力され
てレーザ光源１０１を駆動する。レーザ光源１０１から
照射されるレーザ光は、主走査偏光子駆動回路１０４に
より駆動される主査偏光子１０５に入射し水平方向に走
査される。主走査偏光子駆動回路１０４は、主走査偏光
子１０５を駆動周期すなわち共振周期で駆動しつつ駆動
周期に同期した同期信号ＨＤ１を生成して画像信号源１
０２およびドライバ１０９に出力する。

【００２１】ドライバ１０９は、ステップモータ１０７
をマイクロステップ駆動するドライバで、同期信号ＶＤ
１と角度指令ないし目標角度１０９ａを基にステップモ
ータ１０７を駆動する。ステップモータ１０７は例えば
ＰＭ（永久磁石）形２相ステップモータで構成する。ス
テップモータ１０７はモータドライバ１０９により駆動
され、同モータのロータ１０７ｂを角度指令１０９ａの
角度に保持する力を発生させる。

【００２２】ロータ１０６ａには、該ロータの回転軸を
含む面を鏡面とする主走査偏光子１０５が固定されてお
り、該垂直走査偏光子１０５はロータ１０６ａと共に回
転運動を行って、水平走査偏光子１０４ａにより入射さ
れる水平走査されたレーザ光源１０１からの光を垂直方
向に走査する。

【００２３】こうして、水平走査偏光子１０５と副走査
偏光子１０６により水平と垂直のそれぞれの方向に走査
されたレーザ光源１０１からのレーザ光は、スクリーン
１０９に照射され２次元画像を描画する。

【００２４】次に本実施例の主走査偏光子の角度変化の
詳細を図に沿って説明する。図２は副走査偏光子１０６
の走査角とスクリーン１１０上の走査点の関係を示す図
である。図２はスクリーン１１０を横から見た図で副走
査偏光子１０６、スクリーン１１０があり、副走査偏光
子１０６は図１のステップモータのロータ１０７ｂを中
心に回転する。図２の副走査偏光子１０６には姿勢の違
いに応じてａ、ｂ、の記号を付した。また図中ｙ２０、
ｙ２１、はスクリーン１１０上の垂直位置を、ｌａ２
１、ｌａ２２、は光源の光路を表す。

【００２５】主走査偏光子１０５で走査された光源は、
図２の下方からｌａ２を通って副走査偏光子１０６の回
転軸すなわちロータ１０７ｂ部に入射され、前述反射鏡
の回転角度に応じてスクリーン１１０に走査される。

【００２６】スクリーン１１０の垂線がロータ１０７ｂ
上を通る点を点ｙ２０とする。点ｙ２０上に光源が走査
される場合の副走査反射鏡の姿勢をａと記し、この場合
のロータ１０７ｂと点ｙ２０の距離をｄ２とする。

【００２７】偏光子１０６の走査角度とスクリーン上の
走査点との関係について、前述の状態ａと点ｙ２０を基
準に、副走査偏光子１０６が角度θ２だけ回転した状態
ｂと、状態ｂの場合に光源が走査されるスクリーン上の
点ｙ２１との関係を表すと、

【数１】 により表される。

【００２８】以下の説明で副走査偏光子の回転動作の説
明は式にて変換したスクリーン１１０上の走査点で説
明する。

【００２９】図３は本実施例の副走査によるスクリーン
１１０上の走査点の時間変化を、水平同期信号ＨＤ１と
垂直同期信号ＶＤ１との関係と共に画像の１フレーム周
期に渡って示した図である。

【００３０】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、水平走査
手段の駆動周期がそれぞれ周期ｔｈａ、ｔｈｂ、ｔｈｃ
の場合を示す図である。主走査手段の駆動周期の変化
は、副走査手段の駆動周期に比して十分長い期間で変化
するので、以下の説明では１フレーム内で周期ｔｈａ、
ｔｈｂ、ｔｈｃは変化しないものと見なす。

【００３１】図３の横軸方向は時間変化を、２次元座標
図の縦軸は副走査点の位置を表す。図３中（ａ）で本実
施例の動作を説明する。本発明の副走査手段の駆動周期
は図３中ｔｖ３で示される期間で、同期信号ＶＤ１を水
平同期信号ＨＤ１の立ち上がりで取り込んだ同期信号の
周期で定義さる期間であり、掃引期間ｔｓａ、とブラン
キング期間ｔｂａの２期間で構成される。

【００３２】掃引期間の時間長は水平同期信号ＨＤ１の
周期と画像信号の走査線数ｎとの積で定める。

【００３３】ｔｓａ ＝ ｔｈａ × ｎ …

【００３４】ブランキング期間ｔｂａの時間長は副走査
手段の駆動周期ｔｖ３と掃引期間ｔｓａとの引き算で定
める。

【００３５】ｔｂａ ＝ ｔｖ３ − ｔｓａ …

【００３６】垂直動機信号ＶＤ１が、水平同期信号ＨＤ
１の立ち上がりで取り込まれる時刻ｔ３０で走査位置ｙ
３２に位置する走査点は、時刻ｔ３０＋ｔｂａまで走査
位置ｙ３２を維持し、時刻ｔ３０＋ｔｂａの水平同期信
号ＨＤ１の立ち上がりでｙ３０方向に掃引を開始し、時
刻ｔ３０＋ｔｖ１で走査点ｙ３０に位置する。時刻ｔ３
０＋ｔｓａから時刻ｔ３０＋ｔｖ１の走査点の時間変化
は、図３中の点（ｔ３０＋ｔｂａ，ｙ３２）と点（ｔ３
０＋ｔｖ１，ｙ３０）を結ぶ直線で表される。

【００３７】次に本発明実施例１の走査動作と画像信号
ｓ１１との同期動作について、図４を用いて説明する。
図４は、主走査偏光子１０５の駆動周期がｔｈ４で、副
走査偏光子１０６の駆動周期がｔｖ３の場合の走査動作
を図３に対応させて示した図である。垂直走査線数がｎ
の場合の掃引期間ｔｓ４とブランキング期間ｔｂ４は以
下の式で表される。

【００３８】ｔｓ４ ＝ ｔｈ４ × ｎ … ｔｂ４ ＝ ｔｖ３ − ｔｓ４ …

【００３９】画像信号ｓ１１は垂直走査線数がｎ本の画
像信号源で、時刻ｔｂ４の水平同期信号ＨＤ１の立ち上
がりに同期してフレーム内の第１番目の走査線４１が出
力され、以後水平同期信号ＨＤ１の立ち上がりに毎に走
査線Ｌ４２、走査線Ｌ４３、…、走査線Ｌ４（ｎ−
１）、走査線Ｌ４ｎを出力する。主走査の駆動周期は、
副走査手段の走査位置の時間変化に比して十分早いた
め、走査線Ｌ４１は走査点ｙ４１、走査線Ｌ４２は走査
点ｙ４２、…、走査線Ｌ４ｎはｙ４ｎ上でほぼ水平に走
査される。

【００４０】以上が実施例１の基本原理である。

【００４１】なお図３では走査点の時間変化は直線とし
たが、何らかの補正を加える等で曲線的に変化させても
よく、掃引期間とブランキング期間の順序も図３の通り
で無くてもよく、掃引期間の両端にブランキング期間を
分割して設定してもよい。

【００４２】（実施例２）本発明の実施例２を示す。本
実施例は図１の構成の表示装置における副走査手段１０
５の走査点の時間変化の別方式である。

【００４３】実施例１との相違点のみを以下説明する。

【００４４】図５は本発明の実施例２を、図３に対応さ
せて示した図であり同一構成要素には同一の番号を付
す。

【００４５】実施例２の副走査手段の駆動周期ｔｖ３は
実施例１と同様に、掃引期間とブランキング期間の２期
間で構成される。掃引期間の動作および画像信号Ｓ１１
との同期動作は実施例１と同様であるので説明を省略す
る。

【００４６】以下図５（ａ）を用いて本発明の実施例２
を説明する。ブランキング期間ｔｂａ５は実施例１と同
様に副走査手段の駆動周期ｔｖ３から掃引期間ｔｓａと
の引き算で定める。垂直同期信号ＶＤ１を水平同期信号
ＨＤ１で取り込む時刻ｔ１０における走査点の位置は、
図５（ａ）の点（ｔ３０＋ｔｂａ５，ｙ３２）と点（ｔ
３０＋ｔｖ３，ｙ３０）を結ぶ直線の延長線上に位置す
るｙ５３ａとし、時刻ｔ３０でｙ１０方向に掃引を開始
し、時刻ｔ３０＋ｔｖ１で走査点ｙ３０に位置する。時
刻ｔ３０から時刻ｔ３０＋ｔｖ１の間の走査点の時間変
化は、図３中の点（ｔ３０，ｙ５３ａ）と点（ｔ３０＋
ｔｖ１，ｙ５０）を結ぶ直線上とする。

【００４７】（実施例３）本発明の実施例３を示す。本
実施例は、実施例１もしくは実施例２において掃引期間
の時間長が変化した場合でも表示される画像の輝度すな
わち単位時間あたりの画像のエネルギーを変化させずに
表示するための駆動方法である。実施例１との相違点の
みを以下説明する。

【００４８】図６は本発明の実施例３を、図１に対応さ
せて示した図であり同一構成要素には同一の番号を付
す。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）上段の図は実施例１の
図１と同一であるため説明を省略する。

【００４９】図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）下段の図は，
本実施例における画像信号ｓ１１の特定の輝度信号値に
対する２次元走査装置に入力される光源（レーザ、ＬＥ
Ｄ等）の出力の大きさを示す図で、縦軸が出力の大きさ
を表す。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各場合において
表示される画像の輝度は、図６中斜線部の領域Ｓａ、Ｓ
ｂ、Ｓｃの面積であって、（ａ）の場合では、ｔｓａ×
ｐａ、（ｂ）の場合では、ｔｓｂ×ｐｂ、（ｃ）の場合
では、ｔｓｃ×ｐｃ、と表される。

【００５０】掃引期間ｔｓａ、ｔｓｂ、ｔｓｃは主走査
手段の駆動周期で決定され、表示される画像の輝度は、
走査装置の外部の因子で決定されるため、２次元走査方
法は光源の輝度を変化させて画像の輝度を一定に保つ。

【００５１】画像の輝度をＰｄとすると、図６（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、の光源の輝度ｐａ、ｐｂ、ｐｃはそれ
ぞれ、 ｐａ＝Ｐｄ／ｔｓａ … ｐｂ＝Ｐｄ／ｔｓｂ … ｐｃ＝Ｐｄ／ｔｓｃ … の式により決定する。

【００５２】以上が本発明の実施例３である。なお本実
施例での副走査手段の走査点の時間変化は、実施例１の
場合としたが、実施例２の場合にも実施例３のは適用で
きる。

【００５３】

【発明の効果】本発明により、主走査手段の共振周期が
変動した場合でも、画像の下端が折り返されて表示され
ることや、副走査方向に縮小されて表示される問題が解
決される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における光走査装置の構成を示す図であ
る。

【図２】副走査偏光子の走査角度と画面上の走査点との
関係を示す図である

【図３】本発明における実施例１の副走査点の時間変化
を説明する図である。

【図４】実施例１の走査手段と画像信号の同期動作を説
明する図である。

【図５】本発明における実施例２の走査点の時間変化を
説明する図である。

【図６】本発明における実施例３の走査点の時間変化を
説明する図である。

【図７】従来例の光走査装置の構成を示す図である。

【図８】従来例を表す図である。

【符号の説明】

１０１，７０１ レーザ光源 １０２，７０２ 画像信号源 １０３、７０３ レーザドライバ １０４、７０４ 主走査偏光子駆動回路 １０５，７０５ 主走査偏光子 １０６、７０６ 副走査偏光子 １０７ ステップモータ ７０７ アクチュエータ ７０８ 角度検出手段 １０９ ステップモータドライバ ７０９ アクチュエータドライバ ＨＤ１、ＨＤ７ 水平同期信号 ＶＤ１、ＶＤ７ 垂直同期信号 ｔｖ３ 副走査駆動周期 ｔｈａ、ｔｈｂ、ｔｈｃ、ｔｈ４ 主走査偏光子の駆動
周期 ｔｂａ、ｔｂｂ、ｔｂｃ、ｔｂ４ ブランキング期間 ｔｓａ、ｔｓｂ、ｔｓｃ、ｔｓ４ 掃引期間 Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２ｎ、Ｌ５１、Ｌ５２、Ｌ５ｎ 走
査線画像信号 ｎ １フレームの走査線数

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主走査手段と副走査手段および光源を有
   する光走査装置およびその駆動方法であって、前記主走
   査手段は共振現象を利用した共振周期で駆動されるガル
   バノミラーを用い、前記副走査手段は偏光子をステッピ
   ングモータにより往復運動させ掃引する副走査手段を用
   いた光走査装置であって、前記副走査手段の走査点の時
   刻変化は掃引期間とブランキング期間の２期間で構成さ
   れ、前記掃引期間の時間長は前記主走査手段の駆動周期
   と走査線数の積で定め、前記ブランキング期間の時間長
   はフレーム周期と前記掃引期間の時間周期との引き算で
   定め、駆動中に前記主走査手段の共振周期の変動した場
   合でも、前記掃引期間と前記ブランキング期間の時間長
   の割合を前記掃引期間とブランキング期間の時間長算出
   原理に則って変化させることで、１フレーム当たりの走
   査線数とフレーム周期を一定にすることを特徴とする光
   走査装置およびその駆動方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のブランキング期間中にお
   いては、走査点の時間変化が無いことを特徴とする請求
   項１記載の光走査装置およびその駆動方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のブランキング期間中にお
   いては、走査点の時間変化が有ることを特徴とする請求
   項１記載の光走査装置およびその駆動方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の光源の出力の仕事率を前
   記掃引期間の時間長に応じて変化させることを特徴とす
   る請求項１記載の光走査装置およびその駆動方法。