JP2006243225A - Optical scanner and image display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置及び画像表示装置、特に、画像表示装置に用いられる光走査装置の技術に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and an image display device, and more particularly to a technique of an optical scanning device used for an image display device.
近年、ビーム状の光を走査することにより画像を表示する画像表示装置が提案されている。画像表示装置には、光を反射している状態の反射ミラーを振動させることによって、光を走査する光走査装置が用いられる。平面状の反射ミラーを用いて所定面に画像を表示するためには、光走査装置は、反射した光が所定面に入射する角度範囲内において反射ミラーを往復回動させる必要がある。画像表示装置に用いる光学系はコンパクトであることが望ましいことから、光走査装置に用いられる反射ミラーは、小型な構成で、かつ大きい回転角で駆動可能であることが望まれる。少ない駆動力で回転角を稼ぐために、反射ミラーに固有の共振周波数で反射ミラーを駆動することが提案されている。反射ミラーは、共振周波数で駆動することにより、少ないエネルギーで効率良く駆動することが可能となる。 In recent years, an image display apparatus that displays an image by scanning beam-like light has been proposed. The image display device uses an optical scanning device that scans light by vibrating a reflecting mirror that reflects light. In order to display an image on a predetermined surface using a planar reflection mirror, the optical scanning device needs to reciprocate the reflection mirror within an angle range in which the reflected light is incident on the predetermined surface. Since it is desirable that the optical system used in the image display apparatus is compact, it is desirable that the reflection mirror used in the optical scanning apparatus can be driven with a small configuration and a large rotation angle. In order to obtain a rotation angle with a small driving force, it has been proposed to drive the reflecting mirror at a resonance frequency unique to the reflecting mirror. The reflection mirror can be driven efficiently with less energy by driving at the resonance frequency.
反射ミラーの共振周波数は、反射ミラーを構成する部材のヤング率に応じて決定される。ヤング率は温度の変化に応じて変化することから、反射ミラーの共振周波数は、レーザ光の一部が反射ミラーに吸収されることで光走査装置に蓄積する熱や、周辺の温度、反射ミラーが駆動することで発生する熱等の影響により容易に変化してしまう。反射ミラーの共振周波数が変化すると、反射ミラーを常時略一定の周期で駆動しても振り角が著しく減少する等、反射ミラーの駆動が不安定になり易くなる。そこで、反射ミラーを安定して共振させるために、反射ミラーの変位を検知して得た信号を正帰還することにより反射ミラーを駆動する手法が考えられている。反射ミラーの変位を検知して得た信号を正帰還することにより反射ミラーを駆動するための技術は、例えば、特許文献1に提案されている。 The resonance frequency of the reflection mirror is determined according to the Young's modulus of the members constituting the reflection mirror. Since the Young's modulus changes according to the temperature change, the resonance frequency of the reflection mirror depends on the heat accumulated in the optical scanning device as a part of the laser beam is absorbed by the reflection mirror, the ambient temperature, and the reflection mirror. Is easily changed by the influence of heat or the like generated by driving. When the resonance frequency of the reflecting mirror changes, the driving of the reflecting mirror tends to become unstable, for example, the swing angle is remarkably reduced even if the reflecting mirror is always driven at a substantially constant cycle. Therefore, in order to stably resonate the reflection mirror, a method of driving the reflection mirror by positively feeding back a signal obtained by detecting the displacement of the reflection mirror is considered. A technique for driving the reflection mirror by positively feeding back a signal obtained by detecting the displacement of the reflection mirror is proposed in, for example, Patent Document 1.
上記特許文献1にて提案されている技術では、検出手段である検出コイルが反射ミラーに設けられている。検出コイルには、反射ミラーの変位により、反射ミラーの角速度に応じた起電力が発生する。かかる起電力により、反射ミラーの変位を検知できる。この場合、反射ミラーを駆動する電圧に対して逆位相の起電力が検出コイルに生じることで、反射ミラーを駆動する力とは逆方向の力により反射ミラーの振動が妨げられる場合がある。このように、反射ミラーの変位を検知するための構成により反射ミラーの振動が妨げられることとなると、反射ミラーを安定して共振させることが困難となる。この他、反射ミラーの変位を検知するための構成として、圧電素子を用いる構成が考えられている。例えば、反射ミラーを回転させるトーションばねに圧電素子を貼り付けると、圧電素子の抵抗値の変化から反射ミラーの変位を検知することが可能である。この場合、反射ミラーの振動を妨げるような力を発生させないこととすることは可能であっても、反射ミラーの変位を正確に検知することが困難となる。このように、従来の技術では、反射ミラーを安定して共振させることが困難であるという問題がある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、効率良く、かつ同じ走査幅で安定して光を走査することが可能な光走査装置、及びその光走査装置を用いることで高品質な画像を安定して表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 In the technique proposed in Patent Document 1, a detection coil as a detection means is provided on the reflection mirror. An electromotive force corresponding to the angular velocity of the reflection mirror is generated in the detection coil due to the displacement of the reflection mirror. Such electromotive force can detect the displacement of the reflecting mirror. In this case, an electromotive force having a phase opposite to the voltage for driving the reflection mirror is generated in the detection coil, and thus the vibration of the reflection mirror may be hindered by a force in a direction opposite to the force for driving the reflection mirror. Thus, when the vibration for the reflection mirror is hindered by the configuration for detecting the displacement of the reflection mirror, it is difficult to stably resonate the reflection mirror. In addition, a configuration using a piezoelectric element is considered as a configuration for detecting the displacement of the reflection mirror. For example, when a piezoelectric element is attached to a torsion spring that rotates the reflecting mirror, the displacement of the reflecting mirror can be detected from a change in the resistance value of the piezoelectric element. In this case, it is difficult to accurately detect the displacement of the reflection mirror even though it is possible to prevent the generation of a force that prevents the reflection mirror from vibrating. As described above, the conventional technique has a problem that it is difficult to stably resonate the reflecting mirror. The present invention has been made in view of the above-described problems. An optical scanning device capable of efficiently and stably scanning light with the same scanning width and a high quality by using the optical scanning device. An object of the present invention is to provide an image display device capable of stably displaying a stable image.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、ビーム状の光を供給する主光源部と、主光源部からの光を反射し、振動する反射ミラーと、反射ミラーの変位を検知するための光を検出する光検出部と、を有し、反射ミラーは、光検出部からの信号に基づいて駆動されることを特徴とする光走査装置を提供することができる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a main light source unit that supplies beam-shaped light, a reflection mirror that reflects and vibrates light from the main light source unit, and a reflection mirror And a light detection unit that detects light for detecting the displacement of the light source, and the reflection mirror is driven based on a signal from the light detection unit. .
本発明の光走査装置は、光を用いて反射ミラーの変位を検知する。光を用いて反射ミラーの変位を検知する構成とすることにより、反射ミラーに、反射ミラーの振動を妨げるような力が生じることを回避することができる。また、光検出部により光を検出する構成とすることで、反射ミラーの変位を正確に検知することが可能となる。反射ミラーの変位を検知して得た信号を正帰還することにより、反射ミラーを安定して共振させることができる。これにより、効率良く、かつ同じ走査幅で安定して光を走査することが可能な光走査装置を得られる。 The optical scanning device of the present invention detects the displacement of the reflecting mirror using light. By adopting a configuration in which the displacement of the reflection mirror is detected using light, it is possible to avoid the occurrence of a force that hinders the vibration of the reflection mirror in the reflection mirror. Moreover, it becomes possible to detect the displacement of a reflective mirror correctly by setting it as the structure which detects light by a photon detection part. By positively feeding back the signal obtained by detecting the displacement of the reflecting mirror, the reflecting mirror can be stably resonated. As a result, an optical scanning device that can scan light efficiently and stably with the same scanning width can be obtained.
また、本発明の好ましい態様によれば、反射ミラーの変位を検知するための光を供給する検知用光源部を有することが望ましい。これにより、光検出部において反射ミラーの変位を検知することができる。 According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable to have a detection light source unit that supplies light for detecting the displacement of the reflection mirror. Thereby, the displacement of the reflection mirror can be detected in the light detection unit.
また、本発明の好ましい態様によれば、検知用光源部は、可視光の波長領域とは異なる他の波長領域の光を供給することが望ましい。反射ミラーの変位を検知するための光を可視光以外の光とすることにより、たとえ検知用の光が観察者の方向へ進行したとしても観察者に認識されることを回避できる。これにより、主光源部からの光のコントラストが低下する事態を回避することができる。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable for the light source part for a detection to supply the light of the other wavelength range different from the wavelength range of visible light. By making the light for detecting the displacement of the reflecting mirror light other than visible light, even if the detection light travels in the direction of the observer, it can be prevented from being recognized by the observer. Thereby, the situation where the contrast of the light from the main light source part falls can be avoided.
また、本発明の好ましい態様としては、検知用光源部は、赤外光を供給することが望ましい。赤外光を供給する光源は、紫外光を供給する光源に比べ安価である上、扱い易いという利点がある。これにより、光走査装置を安価かつ扱い易い構成とすることができる。 As a preferred embodiment of the present invention, it is desirable that the detection light source unit supplies infrared light. A light source that supplies infrared light is less expensive than a light source that supplies ultraviolet light, and has the advantage of being easy to handle. Thereby, the optical scanning device can be configured to be inexpensive and easy to handle.
また、本発明の好ましい態様としては、反射ミラーは、主光源部からの光を第1の方向へ走査する第1反射ミラーと、主光源部からの光を第1の方向に略直交する第2の方向へ走査する第2反射ミラーと、を有し、光検出部及び検知用光源部は、第1反射ミラー及び第2反射ミラーの少なくとも一方について設けられることが望ましい。反射ミラー単位で光検出部及び検知用光源部を設ける構成とすることにより、光検出部は、反射ミラーが振動する1周期ごとに常時走査する光の振幅を検知することができる。そのため、第1反射ミラー及び第2反射ミラーの少なくとも一方について、高い頻度で振幅を検知でき、正確に制御することができる。これにより、第1の方向、第2の方向の少なくとも一方について、同じ走査幅で正確に光を走査することができる。 In a preferred aspect of the present invention, the reflection mirror includes a first reflection mirror that scans light from the main light source unit in the first direction, and a first mirror that substantially orthogonally intersects the light from the main light source unit with the first direction. It is desirable that the light detection unit and the detection light source unit be provided for at least one of the first reflection mirror and the second reflection mirror. With the configuration in which the light detection unit and the detection light source unit are provided in units of reflection mirrors, the light detection unit can detect the amplitude of light that is constantly scanned for each cycle in which the reflection mirror vibrates. Therefore, it is possible to detect the amplitude with high frequency and accurately control at least one of the first reflecting mirror and the second reflecting mirror. Thereby, light can be accurately scanned with the same scanning width in at least one of the first direction and the second direction.
また、本発明の好ましい態様としては、主光源部は、反射ミラーの変位を検知するための光を供給することが望ましい。反射ミラーの変位を検知するための光を主光源部から供給することにより、検知用の光を供給するための新たな光源部が不要となる。これにより、光走査装置を簡易な構成とすることができる。 As a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the main light source unit supplies light for detecting the displacement of the reflecting mirror. By supplying light for detecting the displacement of the reflecting mirror from the main light source unit, a new light source unit for supplying detection light becomes unnecessary. As a result, the optical scanning device can have a simple configuration.
さらに、本発明によれば、光走査装置からの光により画像を表示する画像表示装置であって、光走査装置は、ビーム状の光を供給する主光源部と、主光源部からの光を反射し、振動する反射ミラーと、反射ミラーの変位を検知するための光を検出する光検出部と、を有し、反射ミラーは、光検出部からの信号に基づいて駆動されることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。 Furthermore, according to the present invention, there is provided an image display device that displays an image by light from an optical scanning device, the optical scanning device including a main light source unit that supplies beam-shaped light, and light from the main light source unit. A reflection mirror that vibrates and vibrates; and a light detection unit that detects light for detecting displacement of the reflection mirror, wherein the reflection mirror is driven based on a signal from the light detection unit. An image display device can be provided.
光を用いて反射ミラーの変位を検知する構成とすることにより、反射ミラーに、反射ミラーの振動を妨げるような力が生じることを回避することが可能となる。また、光検出部により光を検出する構成とすることで、反射ミラーの変位を正確に検知することが可能となる。反射ミラーの変位を検知して得た信号を正帰還することにより、反射ミラーを安定して共振させることができる。このため、光走査装置は、効率良く、かつ同じ走査幅で安定して光を走査することができる。その光走査装置を用いることにより、高品質な画像を安定して表示することができる画像表示装置を得られる。 By adopting a configuration in which the displacement of the reflection mirror is detected using light, it is possible to avoid the occurrence of a force that prevents the reflection mirror from vibrating on the reflection mirror. Moreover, it becomes possible to detect the displacement of a reflective mirror correctly by setting it as the structure which detects light by a photon detection part. By positively feeding back the signal obtained by detecting the displacement of the reflecting mirror, the reflecting mirror can be stably resonated. For this reason, the optical scanning device can scan light efficiently and stably with the same scanning width. By using the optical scanning device, an image display device capable of stably displaying a high quality image can be obtained.
また、本発明の好ましい態様としては、主光源部は、主光源部からの光を走査する走査領域の周辺部に、反射ミラーの変位を検知するための光を供給し、光検出部は、周辺部に設けられることが望ましい。これにより、主光源部から供給された光を用いて、反射ミラーの変位を検知することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, the main light source unit supplies light for detecting the displacement of the reflection mirror to the peripheral part of the scanning region that scans the light from the main light source unit. It is desirable to be provided at the periphery. Thereby, the displacement of the reflection mirror can be detected using the light supplied from the main light source unit.
また、本発明の好ましい態様としては、周辺部のうち光検出部が設けられる部分以外の部分に設けられ、反射ミラーの変位を検知するための光を吸収する光吸収部を有することが望ましい。反射ミラーの変位を検知するための光を光吸収部で吸収することにより、画像信号に応じた光のみを観察者の方向へ進行させることができる。これにより、画像のコントラスト低下を低減することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable to have a light absorbing portion that is provided in a portion of the peripheral portion other than the portion where the light detecting portion is provided and absorbs light for detecting the displacement of the reflecting mirror. By absorbing the light for detecting the displacement of the reflection mirror by the light absorption unit, only the light corresponding to the image signal can be advanced toward the observer. Thereby, a reduction in contrast of the image can be reduced.
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る画像表示装置100の概略構成を示す。画像表示装置100は、スクリーン110の一方の面にレーザ光を供給し、スクリーン110の他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタである。画像表示装置100に設けられた光走査装置120は、反射ミラー104を振動させることにより、レーザ光を走査させる。画像表示装置100は、光走査装置120からの光により、所定面であるスクリーン110面に画像を表示する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an
主光源部101は、ビーム状の光である赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光を、それぞれ画像信号に応じて変調して供給する。主光源部101には、レーザ光を変調するための変調部を設けた半導体レーザや、固体レーザを用いることができる。画像信号に応じた変調は、振幅変調、パルス幅変調のいずれを用いても良い。なお、主光源部101の出射側には、レーザ光を、例えば、直径0.5mmのビーム形状に整形する整形光学系を設けても良い。
The main
反射ミラー104は、主光源部101からのレーザ光を反射し、振動することにより、レーザ光を二次元方向に走査させる。反射ミラー104に入射したレーザ光は、反射部105の方向へ反射する。反射ミラー104で反射したレーザ光は、反射部105に入射する。反射部105は、筐体107の内面であって、スクリーン110と対向する位置に設けられている。反射部105に入射したレーザ光は、スクリーン110の方向へ進行する。筐体107は、筐体107内部の空間を密閉する。スクリーン110は、筐体107の所定の一面に設けられている。スクリーン110は、画像信号に応じて変調された光走査装置120からのレーザ光を透過させる透過型スクリーンである。反射部105からの光は、スクリーン110の、筐体107の内部側の面から入射した後、観察者側の面から出射する。観察者は、スクリーン110から出射する光を観察することで、画像を鑑賞する。
The
図2は、反射ミラー104の平面構成を示す。ここでは、反射ミラー104は、二次元方向のうちの一次元方向へレーザ光を走査するものとして、図示及び説明を行うものとする。反射ミラー104は、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。反射ミラー104は、回転軸であるトーションばね202によって固定部201に連結されている。トーションばね202は、紙面の手前側と向こう側とへ反射ミラー104を回転させる。なお、反射ミラー104は、正方形形状とする構成に限らず、例えば、円形状としても良い。
FIG. 2 shows a planar configuration of the
反射ミラー104は、櫛歯型の電極間に働く静電力を用いて駆動する。トーションばね202には、可動側電極204が設けられている。可動側電極204は、トーションばね202の回転とともに移動する櫛歯型の電極である。可動側電極204の近傍には、固定側電極205が設けられている。固定側電極205は、トーションばね202の回転とは関係無く常に固定するように設けられた櫛歯型の電極である。可動側電極204と固定側電極205とは、互いに櫛歯部分が噛み合うようにして配置されている。
The
図3は、可動側電極204と固定側電極205とによる反射ミラー104の駆動について説明するものであって、可動側電極204の櫛歯部分と固定側電極205の櫛歯部分とを側面から見た構成を示す。可動側電極204と固定側電極205との間に電圧を印加する前、可動側電極204の櫛歯部分と固定側電極205の櫛歯部分とは、互いに上下にずれた位置にある。この状態から可動側電極204と固定側電極205との間に電圧を印加すると、可動側電極204の櫛歯部分と固定側電極205の櫛歯部分との間に、可動側電極204と固定側電極205との電位差に応じて、互いに引き合うような静電力が発生する。
FIG. 3 illustrates driving of the
可動部側電極204は、静電力と、トーションばね202の復元力との合力によって動作する。可動側電極204の櫛歯部分と固定側電極205の櫛歯部分との間の静電力がトーションばね202を捩れさせるのに必要な力より大きくなると、可動側電極204は、矢印で示す下方向へ移動する。反射ミラー104は、可動側電極204と固定側電極205との電位差に応じた静電力によって、静電力とトーションばね202の復元力とがつり合うまでトーションばね202を中心として回転する。
The movable
次に、可動側電極204と固定側電極205との間への電圧印加を停止すると、可動側電極204の櫛歯部分と固定側電極205の櫛歯部分との間に生じていた静電力は消滅する。静電力が消滅したとき、可動側電極204は、トーションばね202の復元力によって、元の位置へ戻る方向へ移動する。可動側電極204が元の位置へ戻る方向へ移動することにより、反射ミラー104は、それまでとは反対の方向へ回転する。静電力の発生を停止させる間、反射ミラー104は、トーションばね202の復元力によって、トーションばね202を中心として回転する。反射ミラー104は、可動側電極204と固定側電極205との間への電圧印加と、電圧印加の停止とを繰り返すことにより、往復回動する。
Next, when the voltage application between the
なお、可動側電極204及び固定側電極205は、トーションばね202に対して片側に設ける構成に限らず、トーションばね202の両側に設けることとしても良い。この場合、トーションばね202に対して右側の電極と左側の電極とに交互に電圧を印加することにより、反射ミラー104を振動させることができる。反射ミラー104と、反射ミラー104を駆動するための各構成は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術により作成することができる。
The
反射ミラー104は、反射ミラー104自身の質量や形状、トーションばね202のばね定数等によって定まる固有の共振周波数を有する。反射ミラー104は、共振周波数で駆動することにより、変位量を増大することができる。特に、画像表示装置100に用いる光学系はコンパクトであることが望ましいことから、反射ミラー104は、小型な構成で、かつ大きい回転角で駆動可能であることが求められる。少ないエネルギーで効率良くレーザ光を走査させるためには、反射ミラー104を共振周波数で駆動することが望まれる。
The
反射ミラー104は、櫛歯型の電極間に働く静電力を用いて駆動する構成に限らず、静電力を用いる他の駆動方法により駆動することとしても良い。さらに、反射ミラー104は、電位差に応じた静電力によって駆動する構成に限られない。例えば、反射ミラー104は、電磁力を用いて駆動する構成や、圧電素子の伸縮力を用いて駆動する構成であっても良い。電磁力を用いる場合、例えば、電流に応じて反射ミラー104と永久磁石との間に電磁力を発生させることにより、反射ミラー104を駆動できる。
The
図4は、反射ミラー104の変位を検知するための構成を説明するものである。反射ミラー104が主光源部101からのレーザ光L1を反射する面を表面とすると、反射ミラー104の裏面が向けられた空間には、検知用光源部401及び光検出部403が設けられている。検知用光源部401は、反射ミラー104の変位を検知するための光L2を供給する。光検出部403は、反射ミラー104の変位を検知するための光を検出する。
FIG. 4 illustrates a configuration for detecting the displacement of the
検知用光源部401としては、例えば、赤外光を供給する赤外レーザダイオードを用いることができる。反射ミラー104の変位を検知するための光L2を、可視光以外の光である赤外光とすることにより、たとえ観察者の方向へ光L2が進行したとしても、光L2が観察者に認識されることを回避できる。これにより、主光源部からの光L1のコントラストが低下する事態を回避することができる。また、赤外光を供給する光源は、紫外光を供給する光源に比べ安価である上、扱い易いという利点がある。これにより、光走査装置120を安価かつ扱い易い構成とすることができる。
As the
なお、検知用光源部401は、可視光の波長領域とは異なる他の波長領域の光を供給するものであれば良く、赤外レーザダイオードを用いる場合に限られない。また、検知用光源部401からの検知用の光L2が散乱したとしてもスクリーン110(図1参照)から出射する事態が生じない場合には、検知用光源部401は、可視光を供給する構成としても良い。
The
検知用光源部401は、反射ミラー104の裏面へ光L2を供給する。反射ミラー104は、主光源部101からのレーザ光L1を表面にて反射することでレーザ光L1を走査するのと同様に、検知用光源部401からの光L2を裏面にて反射することで、光L2を走査する。光L2が仮想面S上にて直線状の走査軌跡SCをなすように走査する場合に、光検出部403は、走査軌跡SC上に設けられている。なお、反射ミラー104の裏面のうち少なくとも光L2が入射する部分に、表面と同様に高反射性の部材を形成しても良い。高反射性の部材で光L2を反射する構成とすることにより、光検出部403にてS/N比が高い信号を得ることができる。
The detection
図5は、光検出部403を設ける位置を説明するものである。反射ミラー104がトーションばね202を中心として略同一の振り角で振動することにより、検知用の光L2は、走査軌跡SC上の中心点から略同一の走査幅で走査する。光検出部403は、中心点から距離dだけ離れた位置に設けられている。光検出部403が設けられている位置は、レーザ光L1が理想の走査幅で走査するように反射ミラー104が振動する場合に、光L2が折り返す位置よりも中心点から近い位置である。走査軌跡SCの中心点は、反射ミラー104の偏角が0度であるときの、仮想面Sにおける光L2の入射位置である。光検出部403としては、例えばフォトトランジスタやフォトセルを用いることができる。
FIG. 5 illustrates a position where the
図4に戻って、光走査装置120は、反射ミラー104の裏面が向けられた空間に検知用光源部401及び光検出部403を設ける構成に限られない。検知用光源部401及び光検出部403は、少なくとも、反射ミラー104で反射した検知用の光L2が、反射ミラー104で反射した主光源部101からの光L1とは異なる方向へ進行するような位置に設けられていれば良い。例えば、検知用光源部401及び光検出部403は、反射ミラー104の表面が向けられた空間に設けることとし、検知用の光L2を、反射ミラー104の表面で反射することとしても良い。この場合、反射ミラー104の裏面に高反射性の部材を形成する必要が無いことから、反射ミラー104をさらに簡易な構成にできる。
Returning to FIG. 4, the
さらに、光走査装置120は、反射ミラー104で反射された検知用の光L2を検出する構成に限られない。例えば、反射ミラー104のうち、回転軸上の位置以外の位置に検知用光源部401を設け、検知用光源部401からの検知用の光L2を仮想面Sへ直接入射させることとしても良い。この場合も、仮想面S上に検知用の光L2を走査することができる。
Furthermore, the
図6は、反射ミラー104を駆動するためのブロック構成を示す。制御部601は、反射ミラー104を駆動するための駆動信号を生成し、駆動部602に出力する。駆動部602は、制御部601からの駆動信号に応じた電圧を用いて、反射ミラー104を駆動する。光検出部403は、反射ミラー104の変位を検知するための光を検出し、検出結果を演算部604に出力する。
FIG. 6 shows a block configuration for driving the
図7−1、図7−2は、検知用の光L2の走査幅と、反射ミラー104の変位を表す信号とを説明するものである。図7−1に示す走査軌跡SC1は、検知用の光L2が、理想とする走査幅よりも小さい走査幅で走査する場合であって、検知用の光L2が、光検出部403よりも中心点から近い位置で折り返す場合の軌跡を示す。走査軌跡SC1で検知用の光L2が走査している場合、光検出部403では光L2が検出されないため、図7−2に示すように、光検出部403は、LOWのまま変化しない信号C1を出力する。この場合、制御部601は、反射ミラー104の振り角を増大するような駆動信号を生成する。
FIGS. 7A and 7B illustrate the scanning width of the detection light L2 and a signal representing the displacement of the
図7−1に示す走査軌跡SC2は、検知用の光L2が、光検出部403よりも中心点から遠い位置で折り返す場合の軌跡を示す。この場合、光検出部403は、光L2が中心点から遠ざかる方向へ走査するときに光検出部403上を横切るときと、光L2が中心点の方向へ進むときに光検出部403を横切るときとにおいて光L2を検出する。そのため、図7−2に示すように、光検出部403は、連続する2つのピークが略一定の間隔Tbで生じるような信号C2を出力する。
A scanning trajectory SC <b> 2 illustrated in FIG. 7A indicates a trajectory when the detection light L <b> 2 returns at a position farther from the center point than the
信号C2において、連続する2つのピーク間の時間をTa、連続する2つのピークと次の2つのピークとの間の時間をTbとすると、光L2の走査幅hは、式(1)により表すことができる。
h=2d/{sin(π/2)−(πTa/Tb)} (1)
In the signal C2, when the time between two consecutive peaks is Ta and the time between the two consecutive peaks and the next two peaks is Tb, the scanning width h of the light L2 is expressed by the equation (1). be able to.
h = 2d / {sin (π / 2) − (πTa / Tb)} (1)
演算部604は、式(1)により走査幅hを算出する。さらに、演算部604は、算出された走査幅hに基づいて、反射ミラー104の振り角を算出する。演算部604は、反射ミラー104が実際変位している振り角のほか、反射ミラー104が駆動する周波数、及び位相の状態を導き出す。制御部601は、演算部604による演算結果に基づいて、反射ミラー104が理想の振幅でレーザ光L1を走査するための振り角、周波数、位相をなすような駆動信号を生成する。反射ミラー104は、このように光検出部403からの信号を正帰還することにより、光検出部403からの信号に基づいて駆動される。演算部604には、光検出部403からの信号に基づいて反射ミラー104の振り角を算出するための演算を行うDSP(ディジタルシグナルプロセッサ)を用いることができる。DSPを用いることにより、演算部604による処理を迅速に行うことができる。なお、演算部604は、式(1)とは異なる他の式に基づいて振幅hを算出することとしても良い。また、演算部604は、式(1)を用いるより単純な演算により、振幅hの近似値を算出することとしても良い。これにより、さらに演算部604による処理を迅速に行うことを可能とし、さらに演算部604を簡易な構成とすることができる。
The
反射ミラー104の共振周波数は、反射ミラー104を構成する部材のヤング率に応じて決定される。ヤング率は温度の変化に応じて変化することから、反射ミラー104の共振周波数は、レーザ光の一部が反射ミラー104に吸収されることで光走査装置120に蓄積する熱や、周辺の温度、反射ミラー104が駆動することで発生する熱等の影響により容易に変化してしまう。反射ミラー104の共振周波数が変化すると、反射ミラー104を常時略一定の周期で駆動しても振り角が著しく減少する等、反射ミラー104の駆動が不安定になり易くなる。本発明では、反射ミラー104の変位を検知して得た信号を正帰還して反射ミラー104の駆動を制御することにより、反射ミラー104を安定して共振させることができる。
The resonance frequency of the
本発明の光走査装置120は、光を用いて反射ミラー104の変位を検知する構成とすることにより、反射ミラー104に、反射ミラー104の振動を妨げるような力が生じることを回避することができる。また、光検出部403により光を検出する構成とすることで、反射ミラー104の変位を正確に検知することが可能となる。反射ミラー104の変位を検知して得た信号を正帰還することにより、反射ミラー104を安定して共振させることができる。これにより、効率良く、かつ同じ走査幅で安定してレーザ光を走査することができるという効果を奏する。また、スクリーン110にレーザ光を安定して走査させることにより、高品質な画像を安定して表示することができる。
The
なお、光検出部403による検出結果から反射ミラー104の振り角を算出するまでの工程は、上記のものに限られない。光検出部403からの信号のうち上記とは異なる他の手法により反射ミラー104の振り角を算出することとしても良い。また、反射ミラー104の振り角を算出することが可能であれば、光検出部403を、上述の位置とは異なる位置に設けることとしても良い。
The process from the detection result by the
図8は、本実施例の変形例に係る光走査装置820の構成及び主光源部101からのレーザL1の振る舞いを説明するものである。本変形例の光走査装置820は、上記の画像表示装置100に適用することができる。図8では主に、光走査装置820からスクリーン110に至るまでのレーザ光L1の振る舞いを示すこととし、画像表示装置の全体構成は図示するものに限られない。光走査装置820は、2つの反射ミラー104、804を用いて主光源部101からのレーザ光L1を走査する。反射ミラー104は、主光源部101からのレーザ光L1を第1の方向である水平方向へ走査する第1反射ミラーである。反射ミラー804は、主光源部101からのレーザ光L1を、第1の方向に略直交する第2の方向である垂直方向へ走査する第2反射ミラーである。
FIG. 8 illustrates the configuration of the
反射ミラー804は、反射ミラー104で反射したレーザ光L1が入射する位置に設けられている。反射ミラー804は、回転軸であるトーションばね802を中心として回動する。トーションばね802は、反射ミラー104に設けられたトーションばね202に対して略直交する向きで設けられている。2つの反射ミラー104、804を用いることにより、主光源部101からのレーザ光L1は、スクリーン110の走査領域AR1において二次元方向に走査する。画像の1フレーム期間において、反射ミラー804が垂直方向へ1回レーザ光を走査する間に、反射ミラー104は、水平方向へ複数回レーザ光を走査する。反射ミラー104は、共振周波数で高速かつ効率的な駆動がなされる。これに対して、反射ミラー804は、反射ミラー104と比較して遅い速度で駆動すれば良いことから、共振周波数以外の周波数で駆動することができる。
The
光検出部403及び検知用光源部401は、反射ミラー104に対応して設けられている。反射ミラー104が主光源部101からのレーザ光L1を反射する面を表面とすると、検知用光源部401及び光検出部403は、反射ミラー104の表面が向けられた空間に設けられている。検知用光源部401及び光検出部403は、反射ミラー104で反射した検知用の光L2が、反射ミラー104で反射した主光源部101からの光L1とは異なる方向へ進行するような位置に設けられている。
The
2つの反射ミラー104、804のうち反射ミラー104に対して光検出部403及び検知用光源部401を設けることにより、光検出部403は、反射ミラー104が振動する1周期ごとに常時光L2の振幅を検知することができる。そのため、2つの反射ミラー104、804のうち共振させる反射ミラー104について、高い頻度で振り角を検知でき、正確に制御することができる。これにより、反射ミラー104を共振させることによりレーザ光L1が走査する第1の方向について、同じ走査幅で正確にレーザ光L1を走査することができる。
By providing the
なお、光検出部及び検知用光源部は、レーザ光L1を水平方向へ走査する反射ミラー104に対して設ける構成に限られない。光検出部及び検知用光源部は、第1反射ミラー及び第2反射ミラーの少なくとも一方について設ける構成であれば良い。例えば、レーザ光L1を垂直方向へ走査する第2反射ミラーを共振させる場合には、第2反射ミラーに対して光検出部及び検知用光源部を設ける構成にできる。また、第1反射ミラーと第2反射ミラーとに、それぞれ光検出部及び検知用光源部を設けることとしても良い。さらに、第1反射ミラー及び第2反射ミラーのうち共振させる一方については検知用の光を用いて変位を検知し、他方については光を用いる以外の他の方法、例えば起電力を生じさせることにより変位を検知することとしても良い。実施例1は、反射ミラーを共振させる場合に走査幅を調節するものとして説明しているが、共振を用いずに反射ミラーを振動させる場合についても、本実施例と同様に振り角を検知し、走査幅を調節することができる。
The light detection unit and the detection light source unit are not limited to the configuration provided for the
図9は、本発明の実施例2に係る光走査装置920の構成及び主光源部101からのレーザL3の振る舞いを説明するものである。本実施例の光走査装置920は、上記実施例1の画像表示装置100に適用することができる。上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。光走査装置920は、主光源部101を用いて、反射ミラー902の変位を検知するための光を供給することを特徴とする。主光源部101は、画像を表示するために、及び、反射ミラー902の変位を検知するために、レーザ光を供給する。反射ミラー902は、主光源部101からのレーザ光L3を反射し、振動することにより、レーザ光L3を二次元方向に走査させる。
FIG. 9 explains the configuration of the
図10は、反射ミラー902の斜視構成を示す。反射ミラー902は、上記実施例1の反射ミラー104と同様に、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。反射ミラー902は、回転軸であるトーションばね907によって外枠部904に連結されている。反射ミラー902は、トーションばね907を中心として回動することにより、レーザ光L3を第1の方向である水平方向へ走査する。外枠部904には、トーションばね907に略直交する回転軸であるトーションばね906が設けられている。外枠部904は、トーションばね906を中心として回動する。反射ミラー902は、外枠部904とともにトーションばね906を中心として回動することにより、レーザ光L3を第2の方向である垂直方向へ走査する。
FIG. 10 shows a perspective configuration of the
図11は、反射ミラー902、及び反射ミラー902を駆動するための構成を説明するものである。第1の電極1001、1002は、外枠部904に対向する位置であって、トーションばね906に関して略対称な位置にそれぞれ設けられている。第1の電極1001、1002に電圧を印加すると、第1の電極1001、1002と、外枠部904との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。第1の電極1001、1002に交互に電圧を印加することにより、外枠部904は、トーションばね906を中心として回動する。
FIG. 11 illustrates a
トーションばね907は、詳細には、第1のトーションばね1007と第2のトーションばね1008とで構成されている。第1のトーションばね1007と第2のトーションばね1008との間には、ミラー側電極1005が設けられている。第2の電極1006は、ミラー側電極1005に対向する位置に設けられている。第2の電極1006に電圧を印加すると、第2の電極1006とミラー側電極1005との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。第2の電極1006のいずれにも同位相の電圧を印加すると、反射ミラー902は、トーションばね907を中心として回動する。
In detail, the
反射ミラー902は、このようにしてレーザ光L3を二次元方向に走査するように駆動する。反射ミラー902は、上記実施例1の反射ミラー104と同様に、水平方向について共振周波数で駆動する。反射ミラー902及び反射ミラー902を駆動するための各構成は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術により作成することができる。なお、光走査装置920は、上記の光走査装置820と同様に、2つの反射ミラーを用いてレーザ光L3を二次元方向に走査する構成としても良い。
The
図9に戻って、主光源部101は、主光源部101からのレーザ光L3を走査する走査領域AR1の周辺部である上部外縁部に、反射ミラー902の変位を検知するためのレーザ光を供給する。また、主光源部101は、走査領域AR1のうち、反射ミラー902の変位を検出するためのレーザ光を供給する上部外縁部以外の領域に、画像信号に応じたレーザ光を供給する。なお、主光源部101から供給される検知用のレーザ光は可視光である。
Returning to FIG. 9, the main
図12は、スクリーン110のうち図9に示す破線で囲んだ部分の構成であって、上部外縁部近傍の走査領域AR1の構成を説明するものである。主光源部101は、上部外縁部AR3に反射ミラー902の変位を検知するためのレーザ光を供給する。また、主光源部101は、走査領域AR1のうち上部外縁部AR3以外の領域AR2に、画像信号に応じたレーザ光を供給する。領域AR2は、画像信号に応じたレーザ光が走査する画像表示領域である。上部外縁部AR3に検知用のレーザ光を供給するとき、反射ミラー902は、垂直方向について、最も上の位置にレーザ光を走査するように変位している。
FIG. 12 illustrates the configuration of the portion of the
光検出部1203は、上部外縁部AR3のうち、水平方向について反射ミラー104が振動するときに検知用のレーザ光が折り返す位置よりも中心点から近い位置に設けられている。中心点は、トーションばね907を中心とする反射ミラー104の偏角が0度であるときの、検知用のレーザ光の入射位置である。光走査装置920は、上部外縁部AR3に光検出部1203を設けることにより、主光源部101から供給された光を用いて反射ミラー902の変位を検知することができる。なお、光検出部1203としては、上記実施例1の光検出部403と同様に、例えばフォトトランジスタやフォトセルを用いることができる。
The
上部外縁部AR3のうち光検出部1203が設けられる部分以外の部分には、光吸収部1205が設けられている。光吸収部1205は、反射ミラー902の変位を検知するために上部外縁部AR3を走査するレーザ光を吸収する。反射ミラー902の変位を検知するための光を光吸収部1205で吸収すると、画像信号に応じた光のみを観察者の方向へ進行させることができる。これにより、画像のコントラスト低下を低減することができる。
A
本実施例では、垂直方向について最も上の位置にレーザ光を走査するように反射ミラー902が変位しているときに、光検出部403は、水平方向に走査する検知用のレーザ光を検出する。このため、走査領域AR1の全体を1回レーザ光が走査する1フレーム期間ごとに、レーザ光の振幅を検知することができる。これにより、反射ミラー902を安定して共振させることができる。光走査装置920は、効率良く、かつ同じ走査幅で安定してレーザ光を走査することができる。また、反射ミラー902の変位を検知するためのレーザ光を主光源部101から供給することにより、検知用の光を供給するための新たな光源部が不要となる。これにより、光走査装置920を簡易な構成とすることができる。
In this embodiment, when the
なお、主光源部101は、走査領域AR1の上部外縁部に反射ミラー902の変位を検知するためのレーザ光を供給する構成に限られない。主光源部101は、走査領域AR1の周辺部、例えば走査領域AR1の下部外縁部に反射ミラー902の変位を検知するためのレーザ光を供給することとしても良い。また、レーザ光を垂直方向へ走査するために反射ミラー902を共振させる場合には、主光源部101は、走査領域AR1の右部外縁部又は左部外縁部に検知用のレーザ光を供給することとしても良い。さらに、光検出部1203は、主光源部101から反射ミラー902の変位を検知するためのレーザ光を供給する領域に設けられれば良く、走査領域AR1の上部外縁部に設けられる構成に限られない。実施例2は、反射ミラーを共振させる場合に走査幅を調節するものとして説明しているが、共振を用いずに反射ミラーを振動させる場合についても、本実施例と同様に振り角を検知し、走査幅を調節することができる。
The main
図13は、本発明の実施例3に係る画像表示装置1000の概略構成を示す。上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。画像表示装置1000は、観察者側に設けられたスクリーン1015にレーザ光を供給し、スクリーン1005で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。画像表示装置1000は、上記実施例1と同様に、光走査装置120を有する。
FIG. 13 shows a schematic configuration of an
画像表示装置1000の観察者側の面には、硝子や透明樹脂等の透明部材からなる出射窓1010が設けられている。光走査装置120からのレーザ光は、出射窓1010を透過した後、スクリーン1015に入射する。本実施例では、光検出部は、実施例1と同様に反射ミラー104の周辺に設けるほか、実施例2を応用して出射窓1010又はスクリーン1015に設けることとしても良い。光検出部を出射窓1010に設ける場合、光吸収部を用いることで、反射ミラー104の変位を検知するための光を遮断する構成とすることができる。光検出部をスクリーン1015に設ける場合、光吸収部を用いることで、反射ミラー104の変位を検出するための光がスクリーン1015から観察者の方向へ反射することを防止可能な構成とすることができる。光走査装置120を用いることにより、スクリーン1015にて効率良く、かつ同じ走査幅で安定してレーザ光を走査させることができる。これにより、画像表示装置1000は、高品質な画像を安定して表示することができる。
An
なお、上記各実施例において、光走査装置はレーザ光を供給する主光源部101を用いる構成としているが、ビーム状の光を供給可能な構成であれば、これに限られない。例えば、主光源部101は、発光ダイオード素子(LED)等の固体発光素子を用いる構成としても良い。また、本発明の光走査装置は、画像表示装置に用いる以外に、例えば、レーザプリンタやバーコードリーダ等の、レーザ光を走査させる電子機器に用いることとしても良い。
In each of the above-described embodiments, the optical scanning device is configured to use the main
以上のように、本発明に係る光走査装置は、画像信号に応じて光を走査させる場合に有用であり、特に、プレゼンテーションや動画を表示するための画像表示装置に用いる場合に適している。 As described above, the optical scanning device according to the present invention is useful when scanning light according to an image signal, and is particularly suitable for use in an image display device for displaying a presentation or a moving image.
100 画像表示装置、101 主光源部、104 反射ミラー、105 反射部、107 筐体、110 スクリーン、120 光走査装置、201 固定部、202 トーションばね、204 可動側電極、205 固定側電極、401 検知用光源部、403 光検出部、S 仮想面、SC 走査軌跡、601 制御部、602 駆動部、604 演算部、SC1、SC2 走査軌跡、802 トーションばね、804 反射ミラー、820 光走査装置、AR1 走査領域、902 反射ミラー、904 外枠部、906、907 トーションばね、920 光走査装置、1001、1002 第1の電極、1005 ミラー側電極、1006 第2の電極、1007 第1のトーションばね、1008 第2のトーションばね、1203 光検出部、1205 光吸収部、AR2 画像表示領域、AR3 上部外縁部、1000 画像表示装置、1010 出射窓、1015 スクリーン
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記主光源部からの光を反射し、振動する反射ミラーと、
前記反射ミラーの変位を検知するための光を検出する光検出部と、を有し、
前記反射ミラーは、前記光検出部からの信号に基づいて駆動されることを特徴とする光走査装置。 A main light source for supplying beam-shaped light;
A reflection mirror that reflects and vibrates light from the main light source unit;
A light detection unit for detecting light for detecting the displacement of the reflection mirror,
The reflection mirror is driven based on a signal from the light detection unit.
前記光検出部及び前記検知用光源部は、前記第1反射ミラー及び前記第2反射ミラーの少なくとも一方について設けられることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の光走査装置。 The reflection mirror scans the light from the main light source unit in a first direction and the light from the main light source unit in a second direction substantially orthogonal to the first direction. A second reflecting mirror,
The optical scanning device according to claim 2, wherein the light detection unit and the detection light source unit are provided for at least one of the first reflection mirror and the second reflection mirror. .
前記光走査装置は、
ビーム状の光を供給する主光源部と、
前記主光源部からの光を反射し、振動する反射ミラーと、
前記反射ミラーの変位を検知するための光を検出する光検出部と、を有し、
前記反射ミラーは、前記光検出部からの信号に基づいて駆動されることを特徴とする画像表示装置。 An image display device that displays an image by light from an optical scanning device,
The optical scanning device includes:
A main light source for supplying beam-shaped light;
A reflection mirror that reflects and vibrates light from the main light source unit;
A light detection unit for detecting light for detecting the displacement of the reflection mirror,
The image display device, wherein the reflection mirror is driven based on a signal from the light detection unit.
前記光検出部は、前記周辺部に設けられることを特徴とする請求項7に記載の画像表示装置。 The main light source unit supplies light for detecting the displacement of the reflection mirror to a peripheral part of a scanning region that scans light from the main light source unit,
The image display device according to claim 7, wherein the light detection unit is provided in the peripheral part.
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