JP2007114526A - 光偏向手段を含む光偏向器、画像形成装置、及びそれらの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光センサに走査光スポットを引き込んで光スポットの走査位置ズレに関する情報を取得するのに要する手順ないし構成を比較的簡単化できる光偏向器及びその制御方法を提供することである。
【解決手段】光偏向器は、変調可能な光源102と、光源102からの光を偏向させ偏向光を走査する偏向手段103と、偏向光の一部の光を受光する光センサ105とを有する。任意時に、光源102を連続的に発光状態に置く所定の強度変調パターン列で光源102の発光強度を変化させ、その時に光センサ105が受光する走査光の検出結果に基づいて、光センサ105の所定領域での受光光の強度変調パターン列中での位置を検出する。
【選択図】図1

Description

本発明は、光を偏向する光偏向手段を有する光偏向器、それを用いた画像表示装置、電子写真方式のプリンタなどの画像形成装置、及びそれらの制御方法に関するものである。

近年において、半導体デバイスの高集積化に代表される様に、マイクロエレクトロニクスの発展に伴い、様々な機器が高機能化と共に小型化されてきている。例えば、光偏向器を用いて光走査を行うレーザービームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像形成ないし表示装置、バーコードリーダー等の入力デバイスの光取り入れ装置等においても、より一層の小型化が要求されている。こうした要求を満たす光偏向器として、例えば、マイクロマシンニング技術を用いて作製され、微小ミラーを捩り振動させて光を走査する光偏向器がある。その構造や駆動方法などは様々なものが提案されている。

この様な微小ミラーを捩り振動させる構成で光を走査する光偏向器を駆動する際、その光偏向器が持つ共振周波数ｆ₀に一致した周波数で駆動することで共振状態となり、最小の電力で最大の振動振幅を得ることができる（図7（ａ）参照）。この様な特性を利用して光偏向器を、例えば、投影型画像表示装置のスクリーンへの光走査手段として用いる場合、光源から射出される光は画像信号に応じて変調され、光偏向器で反射されてスクリーン上の所定の各走査位置に光スポットとして投影される。こうして、スクリーン上に画像が表示される。その際、光偏向器に印加される周期的駆動信号とそれに同期した変調用画像信号に対して、光偏向器に生じる往復振動でスクリーン上に投影される画像信号に応じた変調光スポットの周期的走査位置（すなわち光スポットの投影位置）は制御される必要がある。そのために、光スポットの変調の開始および終了のタイミングは、光偏向器の駆動信号と同期が取られている。しかしながら、図7（ａ）、（ｂ）に示す振幅特性と位相差特性は光偏向器個々でばらつくため、共振周波数の値や各特性の傾きも各光偏向器で異なる。

また、図8（ａ）、（ｂ）で示す様に、共振型光偏向器は温度変化などの要因によって共振周波数が変動するため、実際の駆動周波数とのズレを生じる。その結果、周期的駆動信号と光偏向器の往復動作との位相関係が変化し、ひいては駆動信号と光スポットの投影位置との関係も変化する。こうして、スクリーン上の本来の所定の位置からずれて画像が表示されてしまうことになる。

例えば、図8（ａ）、（ｂ）において、光偏向器の特性変動に伴って共振周波数ｆ_0Ｈが上昇する方向にシフトしたとする。すると、図9（ａ）、（ｂ）の様に、光偏向器に印加する周期的駆動信号に対して光偏向器の周期的往復動作の位相が遅れる方向にズレを生じる。そのため、光スポットが走査面上で所定のタイミングより早く走査され、右方向走査ライン上の画像は所定の位置よりも左側にシフトして表示される。なお、図9は正弦波で説明しているが、矩形波や三角波などによる駆動方法でも同様である。

更に、この様な現象は、光偏向器を用いて往復走査で画像を表示する場合には、図10（ｂ）、（ｃ）の様に、走査の往路と復路とで画像が互いに反対方向にずれて、全体として二重の画像を構成することになるため、一方向走査時に比べて更に致命的な欠陥となる。ここで、図10（ａ）に示す様に、駆動信号と光偏向器の振幅動作の位相が一致している場合には、同一の画素番号の画素は表示領域の垂直方向に規則正しく並ぶことになる。ここでは、水平走査ライン上の左端の画素スポットを1とし、一水平ライン上に画素がＸ個並ぶ場合には、右端の画素番号はＸ（例えば、800）となる。しかし、図10（ｂ）に示す様に、駆動信号に対して光偏向器の振幅動作の位相が進んでいる場合には、右走査ライン上の画素は右方向に、左走査ライン上の画素は左方向にずれる。他方、図10（ｃ）に示す様に、駆動信号に対して光偏向器の振幅動作の位相が遅れている場合には、右走査ライン上の画素は左方向に、左走査ライン上の画素は右方向にずれる。その結果、本来、表示領域の垂直方向に一列に並ぶべき同一画素番号の画素が、例えば、図11の様に、右方向走査ライン上の画素と左方向走査ライン上の画素とでズレを生じた状態で表示されることになる。

そこで、この様な不具合を回避するための方法として、イメージセンサを用いて、直接、光スポットを取り込んで、その位置情報を検出する方法が提案されている（特許文献1、特許文献2参照）。これらの方法では、この検出結果から、例えば、光偏向器の駆動周波数を制御し、その時点での光偏向器の共振周波数に合わせることで位相ズレを補正する。その際の周波数シフトは、例えば、次の方法で行われる。すなわち、図7（ｂ）の様に、周波数−位相特性は共振周波数付近では線形性がある。したがって、予め周波数の変化量と位相の変化量との関係、更には画素ズレ量と位相差の関係を把握しておけば、画素ズレ量を補正するための駆動周波数のシフト量も容易に算出でき、そのシフト量を実際の駆動周波数に適用すればよい。尚、この方法は、後述する本発明の実施例でも使用できる。
特開2003−131151号公報 特開2004−264670号公報

しかし、イメージセンサを用いて画素ズレ制御を行うには、まず往路と復路それぞれの画素番号、すなわち一水平走査ライン上の何番目の画素に相当するかを示す情報と、両者の画素番号の差、すなわち往復の画素ズレ量の情報を検出することが必要である。そのためには、イメージセンサ上に光スポットを照射させて画素スポットを取り込み、さらにはその画素スポットの画素番号が何番であるかを知る必要がある。しかしながら、通常、装置に組み込めるイメージセンサの受光領域のサイズは限られたものである。したがって、イメージセンサを用いて画素ズレ制御を行う場合、受光領域の限られたセンサに画素スポットが確実に照射される様に適切なポイントで光源の発光駆動を行わなければならない。そのためにまず、その適切な発光ポイントの画素番号の把握が重要なこととなる。

しかしながら、例えば、駆動周波数と微小ミラーの共振周波数との間のズレが大きければ画素ズレもそれだけ大きなものとなり、イメージセンサ上の画素スポットの検出に要する手順にそれなりの手間が掛かることとなる。特に装置の起動時には、温度要因などにより、予め設定しておいた駆動周波数と光偏向器の共振周波数との間のズレは比較的大きなものとなっているのが普通である。その結果、画素スポットをイメージセンサ上に引き込んで画素ズレ制御を開始するまでに時間を要しがちとなり、装置の立ち上がり時間の短縮を制限する要因となってくる。

以上の説明は、主として、画像表示装置において光偏向器を共振駆動する場合について述べたが、同種の課題は光偏向器を、共振駆動ではなく駆動信号に従って普通に駆動する場合にも、程度の差こそあれ、発生するものである。

そこで、本発明は、画像表示装置などの装置で用いられる光偏向器で生じる偏向光の所望の走査態様からのズレを、光センサを用いて比較的簡単に検出する方法、構成を提供するものである。

上記課題に鑑み、本発明の光偏向器の制御方法は、変調可能な光源と、光源からの光を偏向させ偏向光を走査する偏向手段と、偏向光の一部の光を受光する光センサとを有する光偏向器の制御方法である。そして、任意時に、光源を連続的に発光状態に置く所定の強度変調パターン列で光源の発光強度を変化させ、その時に光センサが受光する走査光の検出結果に基づいて、光センサの所定領域での受光光の強度変調パターン列中での位置を検出することを特徴とする。

上記光偏向器の制御方法において、前記位置が、前記強度変調パターン列中の厳密な位置として認識されたものである場合は、次の様にすればよい。すなわち、その時に光センサの所定領域が本来受けるべき光の強度変調パターン列中での所定の位置との相対関係を求めて、該相対関係に基づいて偏向手段と光源のうちの少なくとも一方の駆動を調整・制御する。

一方、上記光偏向器の制御方法において、前記位置が、前記強度変調パターン列中の概ねの位置として認識されたものである場合は、次の様にすればよい。すなわち、該概ねの位置付近において別の強度変調パターンで光源を発光させて、光センサの所定領域での受光光の前記強度変調パターン列中での充分に厳密な位置を検出する。そして、この検出後、その時に光センサの所定領域が本来受けるべき光の強度変調パターン列中での所定の位置との相対関係を求めて、該相対関係に基づいて偏向手段と光源のうちの少なくとも一方の駆動を調整・制御する。

前記所定の強度変調パターン列は、例えば、単調増加もしくは単調減少するパターン列である。この場合、前記相対関係は、光源の発光強度を変化させた時の光センサの所定領域での受光光の強度と、その時に光センサの所定領域が本来受けるべき光の強度との差分を検出して求めることができる。

また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、変調可能な光源と、光源からの光を偏向させ偏向光を走査する偏向手段と、偏向光の一部の光を受光する光センサとを有する光偏向器であって、上記の光偏向器の制御方法を実行できる様に構成されたことを特徴とする。

画像形成装置などの装置で用いられる本発明の光偏向器及びその制御方法においては、光源を連続的に発光状態に置く所定の強度変調パターン列で光源の発光強度を変化させ、その時の光センサの受光光を用いる。したがって、光センサに走査光スポットを引き込んで該光スポットの走査位置ズレに関する情報を取得するのに要する手順ないし構成を比較的簡単化することができる。こうして、光偏向器の共振周波数と駆動周波数とのズレなどによって生じる走査光の位置ズレを比較的迅速に検出し、共振周波数と駆動周波数とのズレなどを調整・制御できる様になり、安定かつズレの少ない光走査を可能にできる。

以下に、本発明の実施形態を説明する。この実施形態は、画像表示装置において共振駆動される光偏向器ないしその制御方法に関わる。

通常、本発明の適用が効果的な状況は、例えば、前述の様に光偏向器の共振周波数と光偏向器を実際に駆動する駆動周波数とのズレ量が非常に大きい状態にあると考えられる装置の起動時である。しかし、もちろん装置の動作中であっても、何らかの原因によって光偏向器の共振周波数と光偏向器を駆動する駆動周波数との間にズレが生じた場合にも有用である。また、本発明は、例えば、微小ミラーの往復動作を利用して、往路、復路それぞれの走査光スポットを画素表示に使用する際に大きな効果をもたらす。しかしながら、一方方向のみの走査を使用する時でも、予め設定しておいた駆動周波数と光偏向器の共振周波数の変動や、スクリーン上の画素表示位置の変動を監視するために有用であることは言うまでもない。

なお、ここでは何番目の水平走査ラインが本実施形態の制御の対象であるか、すなわち何ライン目の水平走査ラインが光センサの受光領域上を通過するかは予め分かっているものとする。そして、そのライン上の何番目の画素ないし画素ブロックが光センサの受光領域上に存在するかのみが検出対象であるものとする。

本実施形態の微小ミラーを捩り振動させる構成で光を走査する光偏向器を含む投影型画像表示装置は次の構成要素を有する。すなわち、ラインセンサ、エリアセンサなどのイメージセンサ等の光センサを用いて画素ズレを検出し、制御するために、適切な発光強度階調を持った発光光源と、適切な検出精度を持った光センサを少なくとも有する。

ここで適切な発光強度階調を持った光源とは、発光する光スポットの強度の階調ないし光量を制御できる光源である。また、適切な検出精度を持った光センサとは、光源から照射される階調制御された光スポットの強度に応じて、それを識別するだけのダイナミックレンジと感度（分解能）で画素データを出力できる光センサである。したがって、両者は画像表示装置そのものの仕様を考慮した上で、互いに相関を持って選定されるべきものである。

本実施形態では、これらを用いて、一走査期間中、画素毎に決めた強度変調パターン列にしたがって、その光源を1画素分のみの発光ではなく連続的に発光させる。そして、光センサから出力される検出データ（センサに照射された発光強度データ）から、走査光がセンサ上を通過した時の光源の強度ないし強度パターンを検出する。このことで、それに応じた画素番号ないし画素ブロック番号、すなわち光センサの所定領域上に掛かる走査光スポットの画素番号ないし画素ブロック番号を知ることができる。逆に言えば、光源を連続的に発光状態に置く所定の強度変調パターン列は、直ぐに（すなわち、検索の必要なく）走査光が光センサ上を通過する様にできて走査光スポットの画素番号ないし画素ブロック番号を識別できる様な態様で、変化している必要がある。ここで、連続的に発光状態に置くとは、その時のズレ量に係りなく、直ぐに走査光が光センサ上を通過する様にできれば、完全に連続的でなくてもよいと言うことを意味する。その態様は、光センサの検出精度、光源の発光強度制御能力、装置の仕様などとの関係で決定すればよい。

例えば、画像表示装置がＳＶＧＡ（800×600）クラスの画像を投影する場合、一水平走査ライン上に800画素が並ぶことになる。それらの画素を互いに他の画素と区別をするために、1画素毎に個別の強度を設定して連続発光しようとする場合、少なくとも800階調以上の発光強度階調を持つ光源とそれに対応する検出精度の光センサを使用する必要がある。しかも、誤差やノイズの影響によるマージンを考慮した上で他の画素との識別を確実に行うためには、実際にはこの数倍以上の諧調と検出精度を夫々持った光源と光センサを用いることが望ましい。しかし、それを満足するものは一般的ではなく、画像表示装置に組み込むのは難しいことが往々にしてある。

その一方で、光センサ上を通過する走査光の画素番号が不明な状態から、まずその画素番号近辺を検出するという目的に対しては、必ずしも特定の1つの画素番号（例えば、センサの中央部に来る画素番号）を検出する必要は無い。センサの水平走査方向のサイズ（すなわち、画素スポット何画素分の幅があるか）に応じて、前後に数画素程度の誤差を持って検出しても何ら問題は無い。したがって、水平走査ライン上に並ぶ画素スポット列において、例えば、連続した数画素を一つのブロックと考えて、そのブロックごとの画素スポットに或る一定の強度を持たせてもよい。この場合、そのパターンにしたがって発光強度を変化させることが可能な光源と、隣接したブロック間の強度の識別が可能なだけの適切なダイナミックレンジと検出感度とを持った光センサを用いれば、その目的を果たすことができる。

勿論、画像表示装置そのものの仕様を考慮した場合に、光源や光センサの性能がそれを許すならば、1画素毎に個別の強度を設定して連続発光する構成も可能である。この場合、光センサの検出精度が充分なものであれば、例えば、センサの中央部に来る画素番号を検出できて、ここに本来在るべき所定の画素番号との厳密なズレ量を検出できる。したがって、この検出結果に基づいて直ぐに偏向手段と光源のうちの少なくとも一方の駆動を調整・制御することができる。他方、先ず大まかに、センサの所定領域に掛かる画素ブロックの番号を検出する場合は、この検出結果を用いて、例えば、今度は該画素ブロック内の画素を順に発光させるべく光源を駆動して、どの画素番号がセンサの所定領域にあるかを検出する。そして、ここに本来在るべき所定の画素番号との厳密なズレ量を検出して、この検出結果に基づいて偏向手段と光源のうちの少なくとも一方の駆動を調整・制御する。

ここにおいて、共振型偏向手段の調整・制御方法としては、背景技術のところで説明した方法を用いることができる。この場合、前記ズレ量に基づいて、偏向手段の駆動周波数を調整・制御する。前記ズレ量に基づいて、偏向手段の駆動位相を調整・制御したり、或いは光源の発光タイミングを調整・制御したりする方法を用いることもできる。

上記構成により、本実施例では、光センサ上への画素スポットの引き込み作業が不要になり、1映像フレームで、センサ上を通過する画素スポットもしくは画素ブロックの番号のズレ量を検出することが可能になる。更には、その検出時間は、駆動信号周波数と光偏向器の共振周波数のズレ量（すなわち、駆動信号と光偏向器の往復動作との位相ズレ量）に左右されない。そのため、光偏向器の駆動開始とほぼ同時に画素ズレ制御を開始することが可能となり、表示画質や装置起動時の出画速度を大幅に向上できる様になる。

上記構成における光センサについて説明する。本実施形態で用いる光センサには、例えば、走査方向に並んだ複数の受光素子から構成されたラインセンサ（イメージセンサ）がある。このような構成の場合、光電変換部である受光素子と、光電変換された電荷の蓄積部と、蓄積した電荷の転送部を備えていてもよい。この場合、複数の受光素子毎に走査光（変調光スポット）の光量を検出することができるので、受光素子上における走査光の位置を精度良く特定できる。この際、蓄積した電荷の転送は、走査速度に合わせて高速に行う必要は無く、受光素子上で変調光スポットが生成された後に、より低速な転送を行うことができる。そのため、受光素子上での走査速度が高速になっても、変調光スポットの受光素子上位置の検出を行うことができる。より具体的には、光センサには、画像撮影用に用いられる汎用のＣＣＤエリアセンサや、ＣＭＯＳエリアセンサを用いることができるため、特別なセンサを設計する必要がなく、この点において低コストで実現できる。

また、本実施形態では、光源として、半導体レーザ、ＬＥＤ、あるいはＡＯＭ（音響光学変調器）などの外部変調手段を有した固体レーザ、ガスレーザなど、出射光を適当な諧調で変調できるものであればどの様なものでも用いられる。

以下に、具体的な実施例を図面に沿って説明する。

（実施例1）
図1〜図4に基づいて本発明の第1の実施例について説明する。まず、図1によって、本実施例の画像表示装置の概略構成について説明する。図1において、101は投影型画像表示装置の全体、102〜105は本画像表示装置を構成する主要な機構部品である。これらの機構部品のうち、102は、投影する画像の信号に応じて変調される光を射出する光源である。光源102は、後述する走査光の位置ズレを検出する際には、所定の強度変調パターン列にしたがって変調駆動される。また、103は、光源102から射出された光を水平方向に偏向・反射させる水平走査ミラー、104は、水平走査ミラー103によって反射された光を垂直方向に反射させる垂直走査ミラー、105は、本実施例で行う水平方向の位置ズレ制御に用いるイメージセンサである。ここでは、イメージセンサ105を用いて、水平走査ミラー103によって反射された走査光の位置ズレが制御される。

また、106は、垂直走査ミラー104で反射された光スポットを画像表示装置101の外部に射出する射出窓である。図1で示す様に、投影型画像表示装置101の射出窓106から射出される光スポットはスクリーン110上に投影され、有効画像を表示する。ここで、有効画像領域111の外側に示した領域112は、無効画像領域いわゆるブランキング領域であり、スクリーン110上には表示されない。もし、水平／垂直の両走査ミラー103、104で走査された光信号がすべてスクリーン110上に投影された場合には、112の領域が表示領域になる。

イメージセンサ105の位置について、図1におけるその設置位置は、有効画像領域外の水平走査ラインが通過する領域に配置することで表示画像に影響を及ぼすことなく目的を果たすことが可能である位置を説明する一例である。実際には、イメージセンサ105に取り込む光スポット径やその数量、その他の光学的条件によって決定されるものである。例えば、光センサを走査軌跡上に直接配置するのではなく、反射ミラーなどを用いて、走査軌跡の偏向光を反射して取り出して光センサに導いて検出してもよい。それにより、光センサの配置に対する制約が少なくなり、光偏向器を用いた装置を小型に構成することもできる。

また、図1は、主要な機構部品のみを図示したものであり、微小ミラーの駆動回路、光源102の変調回路、画像処理回路、更には本実施例において重要なイメージセンサ105のデータ処理回路およびそれを用いた制御回路などについては省略してある。これらについては、後述の図4の説明の箇所で触れる。

上記構成において、水平走査ミラー103と垂直走査ミラー104は、偏向（揺動）速度が異なる。具体的には、本実施例では、2つの偏向手段を比較すると、偏向手段103は比較的高速に（高周波数で）偏向し、偏向手段104は比較的低速な（低周波数で）偏向を行う。この両者の関係は、逆でもよい。そして、本実施例では、比較的高速な偏向を行う方の偏向手段103として共振型偏向器を用い、この水平走査ミラー103による水平走査について、その位置ズレを検出して、制御するものである。こうして、高精細な画像を表示できる。

続いて、この様な構成からなる画像表示装置において、イメージセンサ105を用いて画素ズレの情報を迅速に捉える方法について説明する。例えば、投影する画像サイズをＳＶＧＡ（800×600）、光源102の強度階調、イメージセンサ105の分解能を共に8ｂｉｔとする。この場合、一水平走査ライン毎に並ぶ画素数は800なので、この中からイメージセンサ105の所定領域上に掛かる特定の1つの画素番号を1回の走査だけで検出しようとした場合、上述した様なことが起こり得る。すなわち、800階調以上を設定して識別する必要があるため、光源102の諧調制御能力およびイメージセンサ105の分解能が256階調を上回ることになる。しかし、ここで重要なことは、イメージセンサ105上を通過する画素番号ないし画素ブロック番号を検出して画素ズレ制御が行える状態を迅速に確立することであるから、画素番号および画素ズレ量の数画素程度の誤差はあまり問題ではない。したがって、この場合、必ずしも1画素1階調で発光強度を設定する必要はない。なお、走査ライン上の左端の画素番号を1、右端の画素番号を800とする。

そこで、一水平走査ライン上に並ぶ画素のうち隣接する4画素を1つのブロックとして考え、同一ブロック内の画素は同一強度で発光させるとすると、一走査ライン上の画素ブロックは全部で200ブロックできることになる。これは、光源102の諧調制御能力およびイメージセンサ105の分解能の範囲内である。したがって、図2の様な光源102の発光パターン（強度変調パターン列）で一走査ラインにおいて発光させれば、次のことが検出できる。すなわち、センサ105から得られるデータと予め判っている光源102の発光強度パターンの設定との対比から、どの画素番号から構成されるブロックがセンサ105の所定領域上を通過しているかを検出できる。光源102の発光強度とイメージセンサ105の出力データの対応は、このシステムを使用する前に一度だけ測定して把握しておけば、両者のリニアな関係から簡単に知ることが可能である。

例えば、イメージセンサ105の水平走査ライン方向のサイズが画素スポット20個相当の大きさであるとすれば、本実施例では4つの連続した画素スポットを1つのブロックとして考えたから、次の様なことになる。すなわち、5もしくは6ブロック分に相当する、5もしくは6段階の強度レベルの異なるデータが1回の水平走査で得られることになる。

図3は、右水平走査時において本実施例を適用した場合のイメージセンサ105上の画素ブロックの存在状況の一例を表している。この場合、例えば、イメージセンサ105の中央部に掛かるブロックは、取得した5または6段階のイメージデータのうちの真中、即ち3番目の強度レベルの画素ブロックであるから、この画素ブロックを構成する連続した4つの画素番号も容易に知ることができる。これによって、わずか一水平走査期間のみの光源102の発光動作と、それによって得られるイメージセンサ105からのデータ処理に要するわずか1フレーム期間だけで、何番目の画素ブロックがイメージセンサ105の中央部に来るかを検出することができる。なお、発光パターンは、隣接画素スポットまたは隣接画素ブロック間で発光強度の識別が可能なパターンであればよく、必ずしも図2の様な階段状である必要は無い。これは、光源と光センサの能力によっても、変わり得るものである。

ここで、1つの画素ブロックを幾つの画素スポットで構成するかは次の様になる。もし、本実施例において、256の分解能に対して、200ブロックではノイズや測定誤差によってブロック間の識別精度が得られなければ、1ブロックあたりの構成画素数を増やして総ブロック数を削減すればよい。それにより、隣接するブロック間の発光強度差を広げることが可能になるため、検出精度は確実かつ容易に向上する。逆に、あまり多くの画素スポットを一まとめにしてしまうと、何番目の画素ブロックがイメージセンサ105上に掛かるかを知ることは容易でも、その画素番号を数画素程度の幅には絞り込めない。しかし、この様な場合であっても、1フレームで画素番号を把握することが必須でなければ、本実施例の手法でまず検索範囲を限定し、その範囲内で再度、発光パターンを細分化して適用すればよい。こうして、例えば、イメージセンサ105の中央部上に掛かる画素番号を絞り込むことが可能である。

一般に、イメージセンサは1ピクセルあたり8ｂｉｔまたはそれ以上の分解能を有しているのが普通であり、また光源も画像表示器に用いるものであるから、当然それに応じた階調制御が可能である。したがって、この様にブロック単位で考えれば、発光強度の誤差やイメージセンサの検出誤差に対するマージンを見積もった上で、次の様になる。すなわち、隣接する画素ブロックに対する検出データが確実に識別されねばならないことを考慮しても、光源およびイメージセンサに対してことさら高階調制御能力、高解像度を求める必要性はない。

以上のことから、最適な画素ブロック構成は、光源の光量制御能力と光センサの分解能の関係、一水平走査ライン上の総画素数、光センサの水平走査方向のサイズ（取り込める連続画素スポットの数）、画像表示装置の仕様などを考慮して、総合的に決めればよい。

なお、往復走査による画像表示装置での画素ズレの場合であっても、一方向、例えば右水平走査方向に本手法を適用したのち、他方向すなわち左水平走査方向に本手法を適用すればよい。こうして、往路および復路の画素位置ズレをわずか2フレーム期間で容易に検出できる。

次に、図4を用いて、走査光を所望のタイミングで走査するように制御する手順について述べる。図4は、本実施例に係わる光偏向器の制御手段を模式的に表す図である。図4において、208は偏向手段103からの偏向された光線、301は光源102の変調信号発生手段、305は光源102の変調信号、306は光センサ105からの検出信号である。また、302は信号変換手段、307は走査位置ズレ信号、303は制御信号発生手段、308は偏向手段103の制御信号、304は偏向手段103の駆動手段、309は偏向手段103の駆動信号、310は光源102の変調制御信号である。

光源102は、変調信号発生手段301からの強度変調の信号である変調信号305により、所望の変調タイミングで変調される。この変調信号305で変調された光線203が偏向手段103により偏向走査されて、変調した偏向光208が光センサ105で検出される。なお、変調信号305は、ズレ検出時には、上記した所定の強度変調パターン列を成している。光センサ105により検出された変調光スポットの情報は、出力信号306として、信号変換手段302に送られる。

信号変換手段302は、光センサ105からの検出信号306及び変調信号発生手段301からの変調信号305のデータなどを用いて、変調光の走査位置ズレを算出し、変調光の走査位置ズレを表す信号として走査位置ズレ信号307を出力する。ここでの算出が上記した方法で行なわれる。制御信号発生手段303は、走査位置ズレ信号307を基に、変調光の走査位置ズレが一定の値（例えば、0）になるように、偏向手段103の制御信号308と光源102の変調制御信号310のうちの少なくとも一方を変化させる。偏向手段103の制御信号308は、偏向手段103が有するミラー（可動板）などの偏向タイミングを変化させるために、可動板などの揺動数（周波数）、位相などを変化させるように設定される。

駆動手段304は、上記制御信号308を基に駆動信号309の周期、位相などを設定し、この駆動信号を偏向手段103に印加する。また、光源102の変調制御信号310は、偏向手段103の偏向タイミングに合う様に、変調信号305のタイミングや周期が調整されるように設定される。

この様に、本実施例に係わる光偏向器は、変調した偏向光208を光センサ105で検出することにより、変調光の走査位置ズレが一定の値になるように制御を行うことができる。こうした制御の方法は、例えば、光源からの光を偏向させ該偏向光を走査する偏向手段を有する光偏向器の信号変換手段302や制御信号発生手段303に、上記手順を実行するためのプログラムを実装することでソフト的に実現できる。こうした走査位置ズレ制御が行なわれる以外のところでは、光源102は、画像表示のための変調信号にしたがって変調駆動される。

（実施例2）
次に、図5により、往復走査に特化した場合である実施例2について説明する。なお、図5においては、簡単のため光センサ105の中央部以外の画素ブロックは省略してある。

画像表示装置は、水平走査だけでなく垂直走査を行うことで画像を形成させる。したがって、イメージセンサ105も、垂直走査方向に、例えば水平走査方向と同程度の大きさ（画素数）が確保されているとすれば、当然、複数の水平走査ラインがイメージセンサ105の受光領域上を通過することになる。実施例1においては、イメージセンサ105の1フレームあたりには、一方向の、すなわち単一の発光パターン（強度変調パターン列）のデータだけを取り込んで処理していた。

これに対して、実施例2では、図5に示す様に、制御に使用する右方向走査ラインと左方向走査ラインとで数ライン分間隔を空けて、それぞれに実施例1で説明した発光パターン（強度変調パターン列）を適用する。こうすれば、イメージセンサ105の1フレーム分のデータだけで、イメージセンサ105上を通過する往復の画素番号ないし画素ブロック番号とそれらの画素ズレ量を検出することができる。

ここで、制御に使用する右方向走査ラインと左方向走査ラインとの間を数ライン離すのは、次の理由による。両ラインが接近していると、当然、右方向走査時の発光画素と左方向走査時の発光画素も接近してしまうため、得られる画素データからの両者の識別が困難となる。そこで、データ処理の際に両者のデータの識別を容易にするため、右走査ラインが通過する領域のイメージセンサ105の画素アドレスと左走査ラインが通過する領域のイメージセンサ105の画素アドレスとが充分に離れる様に両ラインを設定している。しかし、両ライン間の間隔については、データ処理の際に両者の識別が可能であることが重要である。したがって、両ライン間の間隔は、データ処理系やイメージセンサ105上を通過するライン数などにもよって、システム毎に決められるべきものである。実施例2において、その他の点は実施例1と同様である。

（実施例3）
実施例3を説明する。実施例3では、本発明の光偏向器を、電子写真方式の画像形成装置の感光体への露光装置として用いている。本実施例では、偏向光を1次元に走査している。その場合、回転する円筒状の感光体の長尺方向に偏向光を走査することで、感光体表面で2次元的に偏向光を走査する。こうして、静電潜像を得る電子写真方式の画像形成装置の感光体への露光装置として適用できる。

図6に本実施例の装置構成を模式的に示す。図6において、光センサ105、光源102、偏向手段103、感光体ドラム220、感光体ドラム220上での走査軌跡を含む軸221、出射された光203、最大偏向角での光線204、205が示されている。

光源102からの出射光203は、偏向手段103により、軸221上で往復走査される。走査光は、感光体220上で所望の変調パターンを生成し、感光体220の露光を行う。光センサ105で変調光スポットを検出できるように（すなわち、走査光が、感光体220の外側で検出できるように）、最大偏向角と配置が設定されている。

本実施例では、光源102は、例えば、赤外半導体レーザを用いて直接変調する。偏向手段103は、例えば、ガルバノミラーを10ｋＨｚの三角波で駆動する。光センサ105は、例えば、1/7インチＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＦ仕様、白黒センサ）を用いる。

本実施例の動作を説明する。走査位置ズレの検出及びそれに基づく位置ズレ制御は、基本的に実施例1で説明したものと同じである。制御を開始すると、まず初期駆動周波数と初期検出用強度変調パターン列が設定される。最初はこの情報を基に、偏向手段103が駆動され、位置ズレ検出用の変調パターンで光源102が変調駆動される。これにより、光センサ105上に変調光スポットが生成される。変調光スポットが生成された後に、変調光スポットにしたがって光センサ105が蓄積した電荷が複数の受光領域の1領域毎に転送される。そして、転送された情報を基に走査の位置ズレが算出される。算出方法は、実施例1で述べた方法を用いる。

すなわち、この際、位置ズレ情報が厳密なものであれば、これに基づいて偏向手段103と光源102のうちの少なくとも一方の駆動を調整・制御して位置ズレの補正を行う。位置ズレ情報が概ねのものであれば、例えば、この概ねの情報で分かった光センサ105の所定領域に掛かる範囲の画素スポット群内で画素スポットが順に光るように光源102を発光させ、厳密な位置ズレ情報を得る。そして、これに基づいて偏向手段103と光源102のうちの少なくとも一方の駆動を調整・制御して位置ズレの補正を行う。この際、共振型光偏向器の場合、図8等で説明したデータを用いて、位相の遅れまたは位相の進みに従って駆動周波数を制御したり、光源への変調信号のタイミングを制御したりする。普通の駆動方式の光偏向器の場合は、位相の遅れまたは位相の進みに従って駆動信号の位相を制御したり、光源への変調信号のタイミングを制御したりする。

これにより、感光体ドラム220上の変調光スポットの位置ズレを制御することができる。そのため、走査による露光のズレが感光体220上で発生することなく、正しく露光を行うことができ、高精細な電子写真方式の画像形成装置を実現できる。

光センサを走査位置ないし画素ズレ制御に用いた本発明の実施例である投影型画像表示装置の概念図。 本発明の実施例1における光源の発光パターン（強度変調パターン列）と光センサの相対位置関係を表す図。 光センサの水平走査方向のサイズと画素スポット数および画素ブロック数との関係を説明する図。 実施例1に係わる光偏向器の制御システムを模式的に表すブロック図。 本発明の実施例2において1フレームで往路／復路両方の発光画素ブロックを光センサに取り込む場合を説明する図。 光センサを走査位置ないし画素ズレ制御に用いた実施例3に係わる電子写真方式の画像形成装置の概念図。 （ａ）は共振型光偏向器の周波数−振幅特性を示す図、（ｂ）は共振型光偏向器の周波数−位相特性を示す図。 温度変動等の要因で共振型光偏向器の周波数特性がシフトすることを説明するための図であり、（ａ）共振型光偏向器の周波数−振幅特性のシフトを示す図、（ｂ）共振型光偏向器の周波数−位相特性のシフトを示す図。 光偏向器の駆動信号と往復振動動作との位相ズレを説明する図。 光偏向器の駆動信号と往復振動動作の位相ズレに起因する画素ズレの現象を説明するための図である。（ａ）駆動信号と光偏向器動作の位相が一致している場合を示す図、（ｂ）駆動信号に対し光偏向器動作の位相が進んでいる場合を示す図、（ｃ）駆動信号に対し光偏向器動作の位相が遅れている場合を示す図。 往復走査による画素ズレのイメージを示す図。

符号の説明

101 投影型画像表示装置
102 光源
103 偏向手段（水平走査ミラー）
104 垂直走査ミラー
105 光センサ（イメージセンサ）

Claims (11)

1. 変調可能な光源と、該光源からの光を偏向させ偏向光を走査する偏向手段と、該偏向光の一部の光を受光する光センサとを有する光偏向器の制御方法であって、任意時に、光源を連続的に発光状態に置く所定の強度変調パターン列で光源の発光強度を変化させ、その時に光センサが受光する走査光の検出結果に基づいて、光センサの所定領域での受光光の強度変調パターン列中での位置を検出することを特徴とする光偏向器の制御方法。
2. 前記位置が、前記強度変調パターン列中の厳密な位置として認識されたものである場合、その時に前記光センサの所定領域が本来受けるべき光の強度変調パターン列中での所定の位置との相対関係を求めて、該相対関係に基づいて偏向手段と光源のうちの少なくとも一方の駆動を調整・制御することを特徴とする請求項1記載の光偏向器の制御方法。
3. 前記位置が、前記強度変調パターン列中の概ねの位置として認識されたものである場合、該概ねの位置付近において別の強度変調パターンで光源を発光させて、前記光センサの所定領域での受光光の前記強度変調パターン列中での充分に厳密な位置を検出した後、その時に前記光センサの所定領域が本来受けるべき光の強度変調パターン列中での所定の位置との相対関係を求めて、該相対関係に基づいて偏向手段と光源のうちの少なくとも一方の駆動を調整・制御することを特徴とする請求項1記載の光偏向器の制御方法。
4. 前記偏向手段の1/2周期に亘って、前記所定の強度変調パターン列で光源の発光強度を変化させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光偏向器の制御方法。
5. 前記所定の強度変調パターン列は、単調増加もしくは単調減少するパターン列であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光偏向器の制御方法。
6. 前記相対関係は、前記光源の発光強度を変化させた時の前記光センサの所定領域での受光光の強度と、その時に前記光センサの所定領域が本来受けるべき光の強度との差分を検出して求めることを特徴とする請求項5記載の画像表示装置の制御方法。
7. 前記相対関係に基づいて、前記偏向手段の駆動位相と前記光源の発光タイミングのうちの少なくとも一方を調整・制御することを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の光偏向器の制御方法。
8. 前記光偏向器は共振駆動され、前記相対関係に基づいて、前記偏向手段の駆動周波数を調整・制御することを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の光偏向器の制御方法。
9. 前記光偏向器は画像形成装置で用いられていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の光偏向器の制御方法。
10. 前記所定の強度変調パターン列は、複数の画素を一ブロックとしてブロック毎に強度が変調されていることを特徴とする請求項9記載の光偏向器の制御方法。
11. 変調可能な光源と、該光源からの光を偏向させ偏向光を走査する偏向手段と、該偏向光の一部の光を受光する光センサとを有する光偏向器であって、請求項1乃至10のいずれかに記載の光偏向器の制御方法を実行できる様に構成されたことを特徴とする光偏向器。

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