JP2007017648A - 光走査装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によりビーム光の走査に異常が生じたことを検知でき、大きい強度のビーム光が外部へ出射される事態を防止することが可能な光走査装置等を提供すること。
【解決手段】ビーム光を走査させる光走査装置であって、ビーム光を供給する光源部１２１Ｒと、光源部１２１Ｒからの光を走査させる走査部２００と、走査部２００の駆動により発生する振動を検出する振動検出部２２０と、振動検出部２２０からの出力に応じて、光走査装置からのビーム光の出射を停止させるビーム光出射停止部であるスイッチ部６０３と、を有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光走査装置及び画像表示装置、特に、レーザ光を走査させる光走査装置の技術に関する。

近年、画像を表示する画像表示装置として、レーザ光を用いるレーザプロジェクタが提案されている。ビーム光であるレーザ光は、単色性及び指向性が高いことを特徴とする。このため、レーザプロジェクタは、色再現性の良い画像を得られるという利点を有する。レーザ光を走査させることにより画像を表示するためには、高出力なレーザ光源が用いられる。レーザプロジェクタでは、レーザ光源を高速に走査させ、かつスクリーンで拡散させることにより、表示を行う。レーザ光源を筐体内に密閉することで、強度が分散されたレーザ光のみを筐体外に供給することができる。従って、明るい画像を表示しながらも、危険とされる所定の強度より大きい強度のレーザ光が筐体外へ出射されることを防ぐことができる。例えば、レーザ光が供給されているにもかかわらずレーザ光の走査が停止するような異常が発生した場合、スクリーンでレーザ光が拡散されたとしても、大きい強度のレーザ光が筐体外へ出射されてしまう。このため、走査部の駆動に異常が生じた場合にレーザ光の発振を停止させることで、大きい強度のレーザ光が筐体外へ出射される事態を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２及び３）。

特開昭５７−６０３０９号公報 特開２００２−２８１５３２号公報 特開２００５−３１２６６号公報

走査部の駆動に異常が生じたことを検知する手段として、走査しているレーザ光を光検出器により検出することが考えられる。この場合、レーザ光を走査させる範囲内に光検出器を配置する必要があるため、光検出器を配置することで画像を表示可能な領域が狭められる上、画像を表示するための光を減少させてしまう。画像を表示するための光の減少を防ぐためには、画像を表示するためのレーザ光とは別に供給された検出用の光を用いることが考えられる。この場合、画像表示用のレーザ光を遮らず、さらに他の部品により検出用の光が遮られないような位置に新たな検出用光源部を配置する必要がある。新たに検出用光源部を設けることで、構成が複雑かつ大型となる上、コストが増大すると考えられる。このように、従来の技術では、レーザ光の走査に異常が生じたことを簡易な構成により検知す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、簡易な構成によりビーム光の走査に異常が生じたことを検知でき、大きい強度のビーム光が外部へ出射される事態を防止することが可能な光走査装置、及び画像表示装置を提供することを目的とする。

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、ビーム光を走査させる光走査装置であって、ビーム光を供給する光源部と、光源部からの光を走査させる走査部と、走査部の駆動により発生する振動を検出する振動検出部と、振動検出部からの出力に応じて、光走査装置からのビーム光の出射を停止させるビーム光出射停止部と、を有す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。

通常、光走査装置は、ビーム光を走査させるために、質量を持った構造体を変位させる。質量を持った構造体が変位することにより、たとえ微小であっても、走査部の駆動に伴って、必然的に振動が発生する。走査部の駆動によってビーム光の走査が正常に行われているとき、走査部は振動を発生し続ける。これに対して、ビーム光の走査が停止するような異常が発生した場合、走査部からの振動が停止する。振動検出部により走査部からの振動が検出されなくなった場合に、ビーム光の走査に異常があることを認識し、直ちに光走査装置からのビーム光の出射を停止させる。このように、振動検出部からの出力に応じて光走査装置からのビーム光の出射を停止させることにより、大きい強度のビーム光が筐体外へ出射する事態を防止することができる。本発明において走査部の駆動を確認する手段には、走査部の駆動に伴って生じる走査部自身の振動を検出する場合と、走査部の周囲の空気の振動を検出する場合とが含まれる。走査部の駆動により発生する振動が伝播する位置に振動検出部を配置すれば良いことから、光検出器を用いる従来の構成と比較して、高い自由度で構成を決定することが可能である。振動検出部は、振動を検知可能であれば簡易な構成のものを用いても良く、走査部に作り込むことも可能である。このように、振動検出部を用いる構成とすることにより、構成を簡易かつ小型にすることができる。これにより、簡易な構成によりビーム光の走査に異常が生じたことを検知でき、大きい強度のビーム光が外部へ出射される事態を防止することが可能な光走査装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、ビーム光出射停止部は、光源部によるビーム光の供給を停止させることで、光走査装置からのビーム光の出射を停止させることが望ましい。これにより、大きい強度のレーザ光が外部へ出射される事態を防止することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、ビーム光出射停止部は、光源部から供給されるビーム光を遮蔽することで、光走査装置からのビーム光の出射を停止させることが望ましい。これにより、大きい強度のレーザ光が外部へ出射される事態を防止することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、走査部は、回転軸を備える反射ミラーを回動させ、振動検出部は、反射ミラーを支持する支持部に配置されることが望ましい。これにより、振動検出部によってビーム光を遮られることが無い構成とすることができる。支持部に振動検出部を配置することにより、支持部に伝播する振動を検出することができる。また、ビーム光の走査性能、例えば、偏向角や走査周波数に影響を与えること無く、振動を検出することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、走査部は、回転軸を備える反射ミラーを回動させ、振動検出部は、回転軸の近傍、又は回転軸に配置されることが望ましい。回転軸を備える反射ミラーを回動させる走査部としては、例えば、ジンバル構造を有する振動ミラーを用いることができる。反射ミラーのうち回転軸の近傍に振動検出部を配置する場合、振動検出部を設けることによるビーム光の走査性能への影響を少なくすることができる。また、支持部のうち回転軸の近傍に振動検出部を配置する場合、支持部のうち最も振動が伝わり易い位置で振動を検出することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、走査部は、回転軸を備える反射ミラーを回動させ、振動検出部は、回転軸を中心として回動可能な構成のうち、回転軸を挟んで対向する２つの端部の少なくとも一方に配置されることが望ましい。回転軸を中心として回動可能な構成とは、反射ミラーや、反射ミラーの周囲に設けられた内枠部である。これらの構造体のうち回転軸を挟んで対向する２つの端部は、最も変位が大きい位置である。かかる位置に振動検出部を設けることにより、振動を容易に検出することが可能である。このため、容易かつ正確に振動を検出することができる。振動を検出し易いことから、振動検出部をさらに簡易な構成とすることもできる。

また、本発明の好ましい態様としては、走査部は、複数のミラー片を備える回転体を回動させ、振動検出部は、走査部のうちミラー片上の位置以外の位置に配置されることが望ましい。複数のミラー片を備える回転体を回動させる走査部としては、例えば、ポリゴンミラーを用いることができる。ミラー片上の位置以外の位置に振動検出部を配置することにより、振動検出部によってビーム光が遮られることが無いような構成とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、振動検出部は、回転体が備える回転軸の近傍、又は回転軸に配置されることが望ましい。回転軸の近傍、又は回転軸に振動検出部を配置することにより、回転体に近い位置で振動を検出することができる。さらに、ビーム光の走査性能への影響を低減することもできる。

また、本発明の好ましい態様としては、走査部は、複数のミラー片を備える回転体を回動させ、振動検出部は、回転体を回動させるモータ部に配置されることが望ましい。モータ部に振動検出部を配置することにより、回転体からモータ部に伝播する振動を検出することができる。また、ビーム光の走査性能に影響を与えること無く、振動を検出することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、振動検出部は、走査部の駆動により発生する空気の振動を検出することが望ましい。これにより、走査部の駆動を確認することができる。また、振動検出部は、走査部自体に振動検出部を配置する必要が無く、空気の振動を検出可能な位置に配置すれば良い。このことから、ビーム光の走査性能に影響を与えること無く、振動を検出することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、ビーム光出射停止部は、走査部を駆動させる周波数を含む特定の範囲の周波数の振動が停止した場合に、ビーム光の出射を停止させることが望ましい。これにより、走査部の駆動以外の他の要因による振動から生じる誤作動を低減することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、振動検出部からの出力のうち、特定の周波数の振動に基づく信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタ部を有することが望ましい。これにより、特定の範囲の周波数の振動が停止した場合にビーム光の出射を停止させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、振動検出部は、特定の周波数の振動に応じて共振する共振部を有することが望ましい。共振部を用いることで、特定の周波数で駆動する走査部からの振動に応じて大きく反応し、特定の周波数以外の周波数の振動に対しては反応しにくくすることが可能である。これにより、特定の範囲の周波数の振動が停止した場合にビーム光の出射を停止させることができる。

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、上記の光走査装置であ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。上記の光走査装置を用いることにより、簡易な構成によりレーザ光の走査に異常が生じたことを検知でき、大きい強度のビーム光が外部へ出射される事態を防止することが可能である。これにより、簡易な構成によりビーム光の走査に異常が生じたことを検知でき、大きい強度のビーム光が筐体の外部へ出射される事態を防止することが可能な画像表示装置を得られる。

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。

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、走査部２００を用いてレーザ光を走査させる。光走査装置１２０は、レーザ装置１０１、照明光学系１０２、及び走査部２００を有する。画像表示装置１００は、光走査装置１２０からの光をスクリーン１１０に透過させることで画像を表示する。

図２は、レーザ装置１０１の概略構成を示す。レーザ装置１０１は、ビーム光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）を供給するＲ光用光源部１２１Ｒと、ビーム光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）を供給するＧ光用光源部１２１Ｇと、ビーム光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を供給するＢ光用光源部１２１Ｂと、を有する。Ｒ光用光源部１２１Ｒは、Ｒ光を供給する半導体レーザである。Ｂ光用光源部１２１Ｂは、Ｂ光を供給する半導体レーザである。

Ｇ光用光源部１２１Ｇは、半導体レーザ１２２と、波長変換素子１２３とを有する。波長変換素子１２３としては、例えば、非線形光学結晶を備えるＳＨＧ（second harmonic generation）素子を用いることができる。Ｇ光用光源部１２１Ｇは、半導体レーザ１２２からのレーザ光を、波長変換素子１２３により２分の１の波長のレーザ光に変換して出射させる。Ｇ光用光源部１２１Ｇは、例えば、１０４０ナノメートルにピークを有する波長スペクトルの半導体レーザ１２２を用いることで、５２０ナノメートルにピークを有する波長スペクトルのＧ光を供給する。

Ｇ光用光源部１２１Ｇは、波長変換素子１２３を用いることにより、容易に入手が可能な汎用の半導体レーザ１２２を用いることが可能となる。Ｇ光用光源部１２１Ｇは、Ｇ光を供給するものであれば良く、上述のものに限られない。Ｇ光用光源部１２１Ｇは、例えば、ＤＰＳＳ（Diode Pumped Solid State）レーザ発振器を用いることとしても良い。ＤＰＳＳレーザ発振器は、レーザ光源からのレーザ光を用いて固体結晶を励起することにより、レーザ光を供給するものである。

各色光用光源部１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂは、それぞれ画像信号に応じて変調されたレーザ光を供給する。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。レーザ装置１０１には、２つのダイクロイックミラー１２４、１２５が設けられている。ダイクロイックミラー１２４は、Ｒ光を透過し、Ｇ光を反射する。ダイクロイックミラー１２５は、Ｒ光及びＧ光を透過し、Ｂ光を反射する。Ｒ光用光源部１２１ＲからのＲ光は、ダイクロイックミラー１２４、１２５を透過した後、レーザ装置１０１から出射する。

Ｇ光用光源部１２１ＧからのＧ光は、ダイクロイックミラー１２４で反射することにより、光路が略９０度折り曲げられる。ダイクロイックミラー１２４で反射したＧ光は、ダイクロイックミラー１２５を透過した後、レーザ装置１０１から出射する。Ｂ光用光源部１２１ＢからのＢ光は、ダイクロイックミラー１２５で反射することにより、光路が略９０度折り曲げられる。ダイクロイックミラー１２５で反射したＢ光は、レーザ装置１０１から出射する。レーザ装置１０１は、このようにして、画像信号に応じて変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光を供給する。図１に戻って、レーザ装置１０１からのレーザ光は、照明光学系１０２を経た後走査部２００へ入射する。走査部２００からの光は、投写光学系１０３を経た後、反射部１０５に入射する。照明光学系１０２、投写光学系１０３は、レーザ装置１０１からのレーザ光をスクリーン１１０上に結像させる。

反射部１０５は、走査部２００からのレーザ光をスクリーン１１０の方向へ反射する。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。

図３は、走査部２００の概略構成を示す。走査部２００は、反射ミラー２０２と、反射ミラー２０２の周囲に設けられた外枠部２０４とを有する、いわゆる二重ジンバル構造をなしている。走査部２００は、反射ミラー２０２と、反射ミラー２０２の周囲に設けられた内枠部２０４と、内枠部２０４の周囲に設けられた外枠部２０８とを有する。内枠部２０４は、トーションばね２０６により、外枠部２０８に連結されている。反射ミラー２０２は、トーションばね２０６に略直交するように設けられたトーションばね２０７により、内枠部２０４に連結されている。外枠部２０８は、内枠部２０４と、内枠部２０４に連結された反射ミラー２０２とを支持する支持部である。内枠部２０４は、トーションばね２０６の捩れと、元の状態への復元とを利用して、トーションばね２０６を中心として回動する。

反射ミラー２０２は、レーザ装置１０１からのレーザ光を反射する。反射ミラー２０２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２０２は、内枠部２０４がトーションばね２０６を中心として回動することにより、スクリーン１１０においてレーザ光をＹ方向（図１参照）へ走査するように変位する。また、反射ミラー２０２は、トーションばね２０７の捩れと、元の状態への復元とを利用して、トーションばね２０７を中心として回動する。反射ミラー２０２は、トーションばね２０７を中心として回動することにより、反射ミラー２０２で反射したレーザ光をＸ方向へ走査するように変位する。走査部２００は、レーザ装置１０１からのレーザ光をＸ方向とＹ方向へ走査させる。トーションばね２０６及びトーションばね２０７は、反射ミラー２０２を回動させる回転軸である。

図４は、走査部２００を駆動するための構成を説明するものである。ここでは、外枠部２０８の図示を省略している。反射ミラー２０２がレーザ光を反射する側を表側とすると、第１の電極３０１、３０２は、内枠部２０４の裏側の空間であって、トーションばね２０６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３０１、３０２に電圧を印加すると、第１の電極３０１、３０２と、内枠部２０４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。内枠部２０４は、第１の電極３０１、３０２に交互に電圧を印加することにより、トーションばね２０６を中心として回動する。

トーションばね２０７は、詳細には、第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね３０８とで構成されている。第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね３０８との間には、ミラー側電極３０５が設けられている。ミラー側電極３０５の裏側の空間には、第２の電極３０６が設けられている。第２の電極３０６に電圧を印加すると、第２の電極３０６とミラー側電極３０５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３０６のいずれにも同位相の電圧を印加すると、反射ミラー２０２は、トーションばね２０７を中心として回動する。走査部２００は、このようにして反射ミラー２０２を回動させることで、レーザ光を二次元方向へ走査させる。走査部２００は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成することができる。

走査部２００は、例えば画像の１フレーム期間において、垂直方向であるＹ方向へ１回レーザ光を走査する間に、水平方向であるＸ方向について複数回レーザ光を往復させるように反射ミラー２０２を変位させる。このように、走査部２００は、第１の方向であるＸ方向へレーザ光を走査する周波数が、第２の方向であるＹ方向へレーザ光を走査する周波数に比べて高くなるように駆動される。なお、Ｘ方向へのレーザ光の走査を高速に行うために、走査部２００は、トーションばね２０７を中心として反射ミラー２０２を共振させる構成とすることが望ましい。反射ミラー２０２を共振させることにより、反射ミラー２０２の変位量を増大させることができる。反射ミラー２０２の変位量を増大させることにより、走査部２００は、少ないエネルギーで効率良くレーザ光を走査することができる。なお、反射ミラー２０２は、共振を用いず駆動することとしても良い。走査部２００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、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。また、走査部２００は、Ｘ方向へレーザ光を走査させる反射ミラーと、Ｙ方向へレーザ光を走査させる反射ミラーとを設ける構成としても良い。

図３に戻って、支持部である外枠部２０８には、振動検出部２２０が設けられている。振動検出部２２０は、走査部２００の駆動によって発生する走査部２００の振動を検出する。振動検出部２２０は、外枠部２０８のうち、回転軸であるトーションばね２０６の近傍に配置されている。外枠部２０８に振動検出部２２０を配置することにより、振動検出部２２０によってレーザ光を遮ることが無い構成とすることができる。内枠部２０４に連結されたトーションばね２０６の近傍に振動検出部２２０を配置していることにより、外枠部２０８のうち内枠部２０４からの振動が最も伝わり易い位置で振動を検出することができる。

外枠部２０８に振動検出部２２０を配置したとしても、反射ミラー２０２の変位に何ら影響を与えることは無い。このため、外枠部２０８に振動検出部２２０を配置することにより、レーザ光の走査性能、例えば、偏向角や走査周波数に影響を与えること無く振動を検出することが可能となる。振動検出部２２０は、回転軸であるトーションばね２０６の近傍に設ける構成に限られず、回転軸であるトーションばね２０６に設けることとしても良い。

図５は、振動検出部２２０の構成を説明するものである。振動検出部２２０は、可動部５０１と、可動部５０１の一端を外枠部２０８に固定する固定部５０２とを有する。外枠部２０８上であって可動部５０１と対向する位置には、電極５０３が設けられている。また、固定部５０２と電極５０３との間には、電圧が印加されている。固定部５０２及び可動部５０１は、導電性の部材で構成されている。さらに、固定部５０２を構成する部材は、振動の伝播により可動部５０１を変位可能な程度の可撓性、又は弾性を備えている。

走査部２００の駆動により振動検出部２２０に振動が伝播すると、可動部５０１が振動する。可動部５０１が振動することにより、可動部５０１と電極５０３との間隔が変化する。可動部５０１と電極５０３との間隔とともに、可動部５０１と電極５０３との間の静電容量も変化する。振動検出部２２０は、静電容量を測定することにより、振動を検出する。可動部５０１が振動することにより、可動部５０１と電極５０３とが接触を繰り返す場合、振動検出部２２０は、可動部５０１と電極５０３との接触により流れる電流を検出することとしても良い。振動検出部２２０は、比較的簡易な構成であることから、例えば、ＭＥＭＳ技術により走査部２００に作り込むことができる。走査部２００に振動検出部２２０を作り込むことにより、別途振動検出部２２０を形成する必要を無くし、簡易な構成とすることが可能となる。振動検出部２２０は、走査部２００に作り込むほか、後付けすることとしても良い。

図６は、振動検出部２２０の出力に応じてレーザ光の出射を停止させるための回路構成を説明するものである。図２を用いて説明したＲ光用光源部１２１Ｒ、Ｇ光用光源部１２１Ｇに設けられた半導体レーザ１２２、及びＢ光用光源部１２１Ｂは、いずれも、外部電源からの電力を用いてレーザ光を供給している。本実施例及び以下の実施例において、各色光用光源部のうちのＲ光用光源部１２１Ｒについての回路構成を代表例として図示及び説明を行うこととする。

信号処理部６０１は、振動検出部２２０からの出力に基づいて、走査部２００が正常に駆動しているか否かを判断する。信号処理部６０１は、走査部２００の駆動が正常であるときのデータと、振動検出部２２０から入力されるデータとを比較し、走査部２００の駆動が正常であるか否かを判断する。レーザ光の集中により大きい強度のレーザ光が出射される場合としては、レーザ光の走査が停止する場合のほか、レーザ光が非常に低速となる場合も考えられる。このため、走査部２００の駆動が異常であると信号処理部６０１により判断される場合としては、レーザ光の走査が停止する場合のほか、レーザ光の走査が低速になる場合も含むことが望ましい。

スイッチ部６０３は、走査部２００の駆動が正常であると信号処理部６０１で判断される限り、Ｒ光用光源部１２１Ｒと電源６０５との間の経路を接続した状態を維持する。走査部２００の駆動が異常であると信号処理部６０１で判断された場合、スイッチ部６０３は、Ｒ光用光源部１２１Ｒと電源６０５との間の接続を切断するように切り換わる。スイッチ部６０３によりＲ光用光源部１２１Ｒと電源６０５との間の接続が切断されることにより、Ｒ光用光源部１２１Ｒは、レーザ光の供給を停止する。

スイッチ部６０３で接続が切断されることにより、Ｒ光用光源部１２１Ｒと同様に、Ｇ光用光源部１２１Ｇ及びＢ光用光源部１２１Ｂへの電力供給も遮断される。このようにして、走査部２００の駆動に異常を生じた場合、光走査装置１２０は、レーザ光の出射を停止させる。スイッチ部６０３は、振動検出部２２０からの出力に応じて、光走査装置１２０からのレーザ光の出射を停止させるビーム光出射停止部である。

このように、振動検出部２２０からの出力に応じて光走査装置１２０からのレーザ光の出射を停止させることにより、大きい強度のレーザ光が筐体外へ出射する事態を防止することができる。走査部２００の駆動により発生する振動が伝播する位置に振動検出部２２０を配置すれば良いことから、光走査装置１２０は、光検出器を用いる従来の構成と比較して、高い自由度で構成を決定することが可能である。振動検出部２２０としては、振動を検知可能であれば簡易な構成のものを用いても良い。このため、振動検出部２２０を用いる構成とすることにより、光走査装置１２０は、構成を簡易かつ小型にすることができる。これにより、簡易な構成によりビーム光の走査に異常が生じたことを検知でき、大きい強度のビーム光が筐体１０７の外部へ出射される事態を防止することができるという効果を奏する。

振動検出部２２０を設ける位置は、図３を用いて説明する位置に限られない。例えば、図７に示すように、振動検出部２２０は、内枠部２０４のうち、回転軸であるトーションばね２０６の近傍に設けることとしても良い。内枠部２０４に振動検出部２２０を設ける場合、内枠部２０４の変位により内枠部２０４に伝播する振動を直接検出することが可能である。また、内枠部２０４のうちトーションばね２０６の近傍に振動検出部２２０を配置する場合、振動検出部２２０を設けることによる内枠部２０４の変位への影響を小さくすることができる。これにより、振動検出部２２０を設けることによるレーザ光の走査性能への影響を少なくすることができる。

さらに、振動検出部２２０は、反射ミラー２０２のうち、回転軸であるトーションばね２０７の近傍に設けても良い。反射ミラー２０２に振動検出部２２０を設ける場合、反射ミラー２０２の変位により反射ミラー２０２に伝播する振動を直接検出することが可能である。また、この場合も、反射ミラー２０２の変位への影響を小さくすることができる。

また、図８に示すように、振動検出部２２０は、内枠部２０４のうちトーションばね２０６から最も遠い端部に設けることとしても良い。振動検出部２２０は、回転軸であるトーションばね２０６を中心として回動可能な構成である内枠部２０４のうち、トーションばね２０６を挟んで対向する２つの端部の一方に配置されている。内枠部２０４のうち、トーションばね２０６を挟んで対向する２つの端部は、内枠部２０４のうち最も変位が大きい位置である。かかる位置に振動検出部２２０を配置することにより、内枠部２０４の変位によって生じる振動を容易に検出することができる。このため、容易かつ正確に振動を検出することができる。振動を検出し易いことから、振動検出部２２０をさらに簡易な構成とすることもできる。振動検出部２２０は、トーションばね２０６を挟んで対向する２つの端部の双方に配置することとしても良い。さらに、振動検出部２２０は、回転軸であるトーションばね２０７を中心として回動可能な構成である反射ミラー２０２のうち、トーションばね２０７を挟んで対向する２つの端部の一方に配置しても良い。

振動検出部の構成は、図５を用いて説明するものに限られない。例えば、図９に示す振動検出部９２０のように、可動部９０１と、可動部９０１の中心位置に設けられた固定部９０２とを備える構成としても良い。振動検出部９２０に振動が伝播すると、可動部９０１は、固定部９０２に接続された部分を中心として左右に振動する。かかる構成の場合も、振動を検出することができる。なお、１つの電極５０３を用いる構成に限られず、固定部９０２を挟んで２つの電極を用いて振動を検出する構成としても良い。

また、図１０に示す振動検出部１０２０のように、可動部１００１と、可動部１００１の周囲に設けられた外枠部１００２とを備える構成としても良い。可動部１００１は、ばね１００４によって外枠部１００２に連結されている。電極１００３は、外枠部１００２のうち可動部１００１と対向する位置に配置されている。可動部１００１は、ばね１００４を中心として左右に振動する。電極１００３は、可動部１００１に対して右側及び左側の少なくとも一方に設けられている。かかる構成の場合も、振動を検出することができる。振動検出部１０２０は、ばね１００４を中心として可動部１００１を左右に振動させる構成に限られず、ばね１００４を中心として可動部１００１を回動させる構成としても良い。さらに、振動検出部は、静電容量の変化や電流の測定によって振動を検出するものに限られない。例えば、振動検出部は、圧電素子を用いる構成とし、圧電素子の変形により発生する電圧を測定することとしても良い。

走査部としては、ジンバル構造をもった振動ミラーを用いる構成に限られず、ポリゴンミラーを用いても良い。図１１及び図１２に示す走査部１２００は、複数のミラー片１２０２を備える回転体１２０５を回動させるポリゴンミラーである。ミラー片１２０２は、レーザ装置１０１（図１参照）からのレーザ光を反射する。ミラー片１２０２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。回転体１２０５は、モータ部１２０１により、回転軸１２０３を中心として回動する。走査部１２００は、回転体１２０５を回動させることにより、レーザ光をＸ方向又はＹ方向へ走査させる。例えば、走査部１２００によりＹ方向へレーザ光を走査させる場合、Ｘ方向へレーザ光を走査させる反射ミラーを併せて用いることにより、二次元方向へレーザ光を走査させることができる。

図１１に示す構成では、振動検出部２２０は、回転軸１２０３に配置されている。振動検出部２２０は、回転体１２０５から回転軸１２０３へ伝播する振動を検出する。回転軸１２０３に振動検出部２２０を配置することにより、振動検出部２２０を設けることによる内枠部２０４の変位への影響を小さくすることができる。これにより、振動検出部２２０を設けることによるレーザ光の走査性能への影響を少なくすることができる。なお、振動検出部２２０は、回転体１２０５のうち回転軸１２０３の近傍に配置しても良い。

図１２に示す構成では、振動検出部２２０は、モータ部１２０１に配置されている。モータ部１２０１に振動検出部２２０を配置することにより、振動検出部２２０は、モータ部１２０１の振動もしくは、回転体１２０５からモータ部１２０１に伝播する振動を検出する。また、レーザ光の走査性能に影響を与えること無く、振動を検出することができる。図１１及び図１２に示す構成のように、走査部１２００のうちミラー片１２０２上の位置以外の位置に振動検出部２２０を配置することにより、振動検出部２２０によってレーザ光が遮られることが無いような構成とすることができる。

図１３は、本実施例の変形例に係る光走査装置の構成を説明するものであって、振動検出部２２０の出力に応じてレーザ光の出射を停止させるための回路構成を示す。本変形例の光走査装置は、光源部から供給されるレーザ光を遮蔽する遮蔽部１３０３を有することを特徴とする。遮蔽部１３０３は、振動検出部２２０からの出力に応じて、光走査装置からのレーザ光の出射を停止させるビーム光出射停止部である。遮蔽制御部１３０２は、遮蔽部１３０３の開閉を制御する。遮蔽制御部１３０２は、走査部２００の駆動が正常であると信号処理部６０１で判断される限り、レーザ光を通過させるように遮蔽部１３０３を開放させた状態とする。走査部２００の駆動が異常であると信号処理部６０１で判断された場合、遮蔽制御部１３０２により遮蔽部１３０３は閉じられ、レーザ光は遮蔽される。

Ｇ光用光源部１２１Ｇ及びＢ光用光源部１２１Ｂからのレーザ光も、Ｒ光用光源部１２１Ｒからのレーザ光と同様に遮蔽される。このようにして、走査部２００の駆動に異常を生じた場合、光走査装置は、レーザ光の出射を停止させる。この場合も、大きい強度のビーム光が筐体の外部へ出射される事態を防止することができる。大きい強度のビーム光が筐体の外部へ出射される事態を防止するための構成としては、本実施例にて説明するほか、例えば、スクリーン１１０の方向以外の方向へレーザ光の光路を変更させる構成や、レーザ光の階調レベルを低下させる構成等を用いても良い。

図１４は、本発明の実施例２に係る光走査装置の構成を説明するものである。本実施例の光走査装置は、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。本実施例の光走査装置は、走査部２００の駆動により発生する空気の振動を検出する振動検出部１４２０を有することを特徴とする。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。振動検出部１４２０は、空気の振動を検出可能なものであれば良く、例えば音響センサを用いることができる。

図１５は、振動検出部１４２０を配置する位置について説明するものである。反射ミラー２０２がレーザ光を反射する側を表側とすると、振動検出部１４２０は、図１５の側面構成に示すように、反射ミラー２０２の裏側の空間に設けられる。また、図１５の上面構成に示すように、振動検出部１４２０は、反射ミラー２０２のうちトーションばね２０７から最も遠い端部に対向する位置に配置されている。かかる位置に振動検出部１４２０を配置することにより、反射ミラー２０２の変位によって生じる空気の振動を容易に検出することができる。振動検出部１４２０は、反射ミラー２０２に対向する位置に設ける場合に限られず、内枠部２０４に対向する位置に設けても良い。さらに、振動検出部１４２０は、走査部２００の駆動によって生じる空気の振動を検出可能であれば、他の位置に配置しても良い。振動検出部１４２０は、上記実施例１と同様に、走査部２００に配置しても良い。

空気の振動を検出する振動検出部１４２０は、走査部２００の駆動によって生じる空気の振動を検出可能な位置に配置すれば良く、走査部２００自体に配置する必要が無い。このことから、本実施例の光走査装置は、レーザ光の走査性能に影響を与えること無く、振動を検出することができる。本実施例の場合も、上記実施例１と同様に、簡易な構成によりレーザ光の走査に異常が生じたことを検知でき、大きい強度のレーザ光が筐体の外部へ出射される事態を防止することができる。なお、本実施例においてポリゴンミラー型の走査部を用いる場合、振動検出部１４２０は、例えば、ミラー片に対向する位置に配置することができる。

特に、小型な走査部２００を用いる場合、振動検出部１４２０には、小型な音響センサを用いることが望ましい。小型な音響センサとしては、例えば、図１６に示すように、複数の振動部１６０１を備える音響センサ１６１０を用いることができる。振動部１６０１は、両端部のうちの一方が中心部１６０３に接合されている。複数の振動部１６０１は、中心部１６０３を中心として左右に設けられている。また、中心部１６０３は、２つの支持部１６０２によって基板１６０４上に支持されている。

走査部２００の駆動による空気の振動が音響センサ１６１０に伝播すると、複数の振動部１６０１のうち空気の振動に共振する振動部１６０１が振動する。振動検出部１４２０は、振動部１６０１の振動により生じる、例えば静電容量の変化を測定することにより、空気の振動を検出する。音響センサ１６１０は、例えば、ＭＥＭＳ技術により形成することができる。なお、振動部１６０１は、中心部１６０３を中心として左右に設ける場合に限られず、中心部１６０３の左、右のいずれか一方のみに設けることとしても良い。

さらに、音響センサ１６１０は、長さが略同一、又は長さの差が僅かである振動部１６０１を用いることとしても良い。振動部１６０１の長さを略同一、又は長さの差を僅かとすることにより、振動検出部１４２０は、走査部２００を駆動させる周波数を含む特定の範囲の周波数の振動のみを検出することが可能となる。かかる構成において用いられる振動部１６０１は、特定の周波数の振動に応じて共振する共振部である。

画像表示装置１００は、走査部２００を駆動させるほか、例えば各色光用光源部を冷却させるための冷却ファンや外部の騒音などの要因により、さまざまな振動が発生することが考えられる。共振部である振動部１６０１を備えることで、音響センサ１６１０は、走査部２００の駆動を示す特定の周波数の振動に応じて大きく反応し、特定の周波数以外の周波数の振動に対しては反応しにくくすることが可能である。この場合、ビーム光出射停止部であるスイッチ部６０３（図１４参照）は、走査部２００を駆動させる周波数を含む特定の範囲の周波数の振動が停止した場合に、レーザ光の出射を停止させることができる。これにより、走査部２００の駆動以外の他の要因による振動から生じる誤作動を低減することができる。なお、振動検出部１４２０には、他の音響センサ、例えばダイヤフラム型の音響センサを用いることとしても良い。

図１７は、走査部２００を駆動させる周波数を含む特定の範囲の周波数の振動が停止した場合に、レーザ光の出射を停止させるための他の構成について説明するものである。図１７に示す回路構成は、振動検出部１４２０と信号処理部６０１との間にバンドパスフィルタ部１７０７が接続されている。バンドパスフィルタ部１７０７は、振動検出部１４２０からの出力のうち、特定の周波数の振動に基づく信号を選択的に通過させる。かかる構成の場合も、ビーム光出射停止部であるスイッチ部６０３は、走査部２００を駆動させる周波数を含む特定の範囲の周波数の振動が停止した場合に、レーザ光の出射を停止させることができる。なお、上記実施例１においても、走査部２００を駆動させる周波数を含む特定の範囲の周波数の振動が停止した場合に、レーザ光の出射を停止させる構成としても良い。

なお、上記各実施例の光走査装置は、各色光用光源部に半導体レーザを用いる構成に限られない。各色光用光源部には、他の固体光源、例えば、固体レーザ、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）、ＥＬ素子のほか、固体光源以外の他の光源、例えば、液体レーザや気体レーザを用いても良い。また、本発明の光走査装置は、画像表示装置１００以外の他の装置、例えば、レーザプリンタやバーコードリーダ等の電子機器や、衝突防止のための計測装置等、車両等に搭載される各種装置に用いることとしても良い。

以上のように、本発明に係る光走査装置は、レーザ光を走査させる場合に有用であり、特に、レーザ光を用いて画像を表示する画像表示装置に用いる場合に適している。

本発明の実施例１に係る画像表示装置の概略構成を示す図。 レーザ装置の概略構成を示す図。 走査部の概略構成を示す図。 走査部を駆動するための構成を説明する図。 振動検出部の構成を説明する図。 レーザ光の出射を停止させるための回路構成を説明する図。 振動検出部を設ける他の位置について説明する図。 振動検出部を設ける他の位置について説明する図。 振動検出部の他の構成を説明する図。 振動検出部の他の構成を説明する図。 ポリゴンミラーである走査部に振動検出部を設ける構成を説明する図。 ポリゴンミラーである走査部に振動検出部を設ける構成を説明する図。 実施例１の変形例に係る光走査装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例２に係る光走査装置の構成を説明する図。 振動検出部を配置する位置について説明する図。 音響センサの構成を説明する図。 レーザ光の出射を停止させるための他の構成を説明する図。

符号の説明

１００ 画像表示装置、１０１ レーザ装置、１０２ 照明光学系、１０３ 投写光学系、１０５ 反射部、１０７ 筐体、１１０ スクリーン、１２０ 光走査装置、２００ 走査部、１２１Ｒ Ｒ光用光源部、１２１Ｇ Ｇ光用光源部、１２１Ｂ Ｂ光用光源部、１２２ 半導体レーザ、１２３ 波長変換素子、１２４、１２５ ダイクロイックミラー、２０２ 反射ミラー、２０４ 内枠部、２０６、２０７ トーションばね、２０８ 外枠部、２２０ 振動検出部、３０１、３０２ 第１の電極、３０５ ミラー側電極、３０６ 第２の電極、３０７ 第１のトーションばね、３０８ 第２のトーションばね、５０１ 可動部、５０２ 固定部、５０３ 電極、６０１ 信号処理部、６０３ スイッチ部、６０５ 電源、９０１ 可動部、９０２ 固定部、９２０ 振動検出部、１００１ 可動部、１００２ 外枠部、１００３ 電極、１００４ ばね、１０２０ 振動検出部、１２００ 走査部、１２０１ モータ部、１２０２ ミラー片、１２０３ 回転軸、１２０５ 回転体、１３０２ 遮蔽制御部、１３０３ 遮蔽部、１４２０ 振動検出部、１６０１ 振動部、１６０２ 支持部、１６０３ 中心部、１６０４ 基板、１６１０ 音響センサ、１７０７ バンドパスフィルタ部

Claims (14)

1. ビーム光を走査させる光走査装置であって、
   前記ビーム光を供給する光源部と、
   前記光源部からの光を走査させる走査部と、
   前記走査部の駆動により発生する振動を検出する振動検出部と、
   前記振動検出部からの出力に応じて、前記光走査装置からの前記ビーム光の出射を停止させるビーム光出射停止部と、を有することを特徴とする光走査装置。
2. 前記ビーム光出射停止部は、前記光源部による前記ビーム光の供給を停止させることで、前記光走査装置からの前記ビーム光の出射を停止させることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記ビーム光出射停止部は、前記光源部から供給される前記ビーム光を遮蔽することで、前記光走査装置からの前記ビーム光の出射を停止させることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記走査部は、回転軸を備える反射ミラーを回動させ、
   前記振動検出部は、前記反射ミラーを支持する支持部に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 前記走査部は、回転軸を備える反射ミラーを回動させ、
   前記振動検出部は、前記回転軸の近傍、又は前記回転軸に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記走査部は、回転軸を備える反射ミラーを回動させ、
   前記振動検出部は、前記回転軸を中心として回動可能な構成のうち、前記回転軸を挟んで対向する２つの端部の少なくとも一方に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記走査部は、複数のミラー片を備える回転体を回動させ、
   前記振動検出部は、前記走査部のうち前記ミラー片上の位置以外の位置に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
8. 前記振動検出部は、前記回転体が備える回転軸の近傍、又は前記回転軸に配置されることを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記走査部は、複数のミラー片を備える回転体を回動させ、
   前記振動検出部は、前記回転体を回動させるモータ部に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
10. 前記振動検出部は、前記走査部の駆動により発生する空気の振動を検出することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光走査装置。
11. 前記ビーム光出射停止部は、前記走査部を駆動させる周波数を含む特定の範囲の周波数の振動が停止した場合に、前記ビーム光の出射を停止させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光走査装置。
12. 前記振動検出部からの出力のうち、前記特定の周波数の振動に基づく信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタ部を有することを特徴とする請求項１１に記載の光走査装置。
13. 前記振動検出部は、前記特定の周波数の振動に応じて共振する共振部を有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光走査装置。
14. 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、
    前記光走査装置は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光走査装置であることを特徴とする画像表示装置。

Images