JP2009086366A - 光走査装置、光走査型画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源にバイアス電流を供給しつつ、消費電力を低減することを可能とした光走査装置、光走査型画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置を提供する。
【解決手段】供給される電流に応じて所定の強度の光を出射する光源と、光源から出射された光を所定方向に走査可能な光走査部と、画像信号に応じた電流を順次光源に供給する光源駆動部とを備え、この光源駆動部から光源にバイアス電流を供給しておくことにより光源の応答性を高めた光走査装置において、光源駆動部は、画像表示を行わない無効走査期間のうち、少なくとも所定期間は光源への前記バイアス電流の供給を停止又は低減することとした。
【選択図】図７

Description

本発明は、光走査装置、光走査型画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置に関するものである。

従来から、画像信号に基づいて生成した光束を、画像を投影する投影面上に走査して画像を表示する光走査型画像表示装置などの画像表示装置が知られている。

このような画像表示装置として、供給される電流に応じた所定の強度の光束を出射する光源と、光源から出射された光束を投影面に走査可能な光走査部と、走査部による走査が有効走査期間のときに、画像信号に応じた大きさの電流を順次光源に供給する光源駆動部とを有する光走査装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、この光走査装置は、光源駆動部から光源にバイアス電流を供給しておくことにより光源の応答性を高めていた。
特開２００４−９４９２号公報

しかしながら、上記従来の光走査装置では、バイアス電流を光源に定常的に供給しているため、消費電力が大きくなるという課題が生じていた。特に、このような光走査装置を、網膜走査型画像表示装置などの持ち運び型の画像表示装置に適用する場合には、持ち運び可能な電力も制限されることから、できるだけ消費電力を抑えることが望ましい。

そこで、本発明は、バイアス電流によって光源の応答性を高めつつも、簡易な構成で、消費電力を低減することを可能とした光走査装置、光走査型画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、供給される電流に応じて所定の強度の光を出射する光源と、前記光源から出射された光を所定方向に走査可能な光走査部と、画像信号に応じた電流を順次前記光源に供給する光源駆動部と、を備え、前記光源駆動部から前記光源にバイアス電流を供給しておくことにより前記光源の応答性を高めた光走査装置において、前記光源駆動部は、画像表示を行わない無効走査期間のうち、少なくとも所定期間は前記光源への前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光走査部は、第一の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する高速走査部と、前記第一の走査方向に対して交差または直交する方向である第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する低速走査部とを備え、前記光源駆動部は、前記低速走査部による走査が前記無効走査期間から画像表示を行う有効走査期間に移行する所定時間前に、前記光源への前記バイアス電流の供給を開始し、前記低速走査部による走査が前記有効走査期間から前記無効走査期間に移行した直後に、前記光源への前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光走査部は、第一の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する高速走査部と、前記第一の走査方向に対して交差または直交する方向である第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する低速走査部とを備え、前記光源駆動部は、前記高速走査部による走査が無効走査期間から画像表示を行う有効走査期間に移行する所定時間前に、前記光源への前記バイアス電流の供給を開始し、前記高速走査部による走査が前記有効走査期間から前記無効走査期間に移行するときに、前記光源への前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とすることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記所定時間は、前記光出射部の有する固有の立ち上がり時定数に応じて決定されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記光源の周囲温度を測定する温度測定部を備え、前記光源駆動部は、前記温度測定部により測定した前記光源の周囲温度が所定の温度よりも高いときに、前記光源への前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、３原色にそれぞれ対応する複数の前記光源を備え、前記光源駆動部は、前記複数の光源のうち少なくとも一つの光源について前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６いずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調した光を前記光走査装置により２次元方向に走査することによって、投影面上に画像を投影表示する光走査型画像表示装置を提供することとした。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調した光を前記光走査装置により２次元方向に走査することによって、ユーザの少なくとも一方の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置を提供することとした。

請求項１に記載の発明によれば、供給される電流に応じて所定の強度の光を出射する光源と、この光源から出射された光を所定方向に走査可能な光走査部と、画像信号に応じた電流を順次光源に供給する光源駆動部とを備え、この光源駆動部から光源にバイアス電流を供給しておくことにより光源の応答性を高めた光走査装置において、光源駆動部は、画像表示を行わない無効走査期間のうち、少なくとも所定期間は光源へのバイアス電流の供給を停止又は低減するので、消費電力を低減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、光走査部は、第一の走査方向に対して相対的に高速に光束を走査する高速走査部と、第一の走査方向に対して交差または直交する方向である第二の走査方向に対して相対的に低速に光束を走査する低速走査部とを備え、光源駆動部は、低速走査部による走査が無効走査期間から有効走査期間に移行する所定時間前に、光源へのバイアス電流の供給を開始し、低速走査部による走査が有効走査期間から無効走査期間に移行した直後に、光源へのバイアス電流の供給を停止又は低減するので、画像の１フレームの走査において、バイアス電流の供給の開始制御及び停止制御（又は低減制御）がそれぞれ１回ずつでよいことから、処理を複雑にせずに消費電力を低減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、光走査部は、第一の走査方向に対して相対的に高速に光束を走査する高速走査部と、第一の走査方向に対して交差または直交する方向である第二の走査方向に対して相対的に低速に光束を走査する低速走査部と、を備え、光源駆動部は、高速走査部による走査が無効走査期間から有効走査期間に移行する所定時間前に、光源へのバイアス電流の供給を開始し、高速走査部による走査が有効走査期間から無効走査期間に移行するときに、光源へのバイアス電流の供給を停止又は低減するので、消費電力をより低減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、所定時間は、光源の有する固有の立ち上がり時定数に応じて決定されるので、光源の種類によらず光源へのバイアス電流の供給を最適な時間で開始することによって、消費電力を可及的に低減することができる。

請求項５に記載の発明によれば、光源の周囲温度を測定する温度測定部を備え、光源駆動部は、温度測定部により測定した光源の周囲温度が所定の温度よりも高いときに、光源へのバイアス電流の供給を停止又は低減するので、周囲温度の上昇に伴って、光源の発光に必要な電流が大きくなった場合には、消費電力を低減することができ、一方で周囲温度が低いときにはバイアス電流を継続して供給することから周囲温度が低いときの制御が簡単になる。

請求項６に記載の発明によれば、３原色にそれぞれ対応する複数の光源を備え、光源駆動部は、複数の光源のうち少なくとも一つの光源についてバイアス電流の供給を停止又は低減するので、複数の光源のうち発光に必要な電流が大きいいずれか一つの光源を対象としてバイアス電流の供給停止を行えば、バイアス電流の供給制御を行う光源が一つで済むため、すべての光源を対象としてバイアス電流の供給制御を行うよりもその制御を容易に行うことができる。

請求項７に記載の発明によれば、光走査装置の光源駆動部は、走査期間中に、光源へのバイアス電流の供給を停止又は低減するので、光走査型画像表示装置において消費電力を低減することができる。

請求項８に記載の発明によれば、光走査装置の光源駆動部は、走査期間中に、光源へのバイアス電流の供給を停止又は低減するので、網膜走査型画像表示装置において消費電力を低減することができる。

以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、本発明の一実施形態の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調したレーザビーム（以下、「光束」と呼ぶ。）を光走査装置により走査することにより、ユーザの少なくとも一方の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置を例に挙げて説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、本発明の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調した光束をこの光走査装置により走査することによって、投影面上に画像を投影表示する光走査型画像表示装置等、光束を走査して画像を表示する他の画像表示装置に対して適用することができるものである。

［１．第１実施形態］
［１．１．光走査装置の構成の概要について］
まず、本実施形態の網膜型画像表示装置が有する光走査装置の構成の概要について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る網膜走査型画像表示装置が有する光走査装置の概略構成を示す説明図であり、図２は、本実施形態の網膜走査型画像表示装置が有する光走査装置の光走査部による光束の走査態様を説明するための図である。

図１に示すように、光走査装置１は、外部から供給される画像信号Ｓに応じて強度変調された光束を生成して出射する光束生成器２０を備え、さらに、その光束生成器２０と観察者の眼１０との間には、光束生成器２０が有する後述の光源から出射された光束を２次元的に走査する光走査部を備えている。この光走査部は、光束生成器２０で生成されて出射される光束を光ファイバ１００を介して入射し平行光化するコリメート光学系６１と、このコリメート光学系６１で平行光化された光束を水平方向に対して相対的に高速に走査する水平走査部７０（高速走査部の一例に相当）と、水平走査部７０で水平方向に走査された光束を垂直方向に対して相対的に低速に走査する垂直走査部８０（低速走査部の一例に相当）と、水平走査部７０と垂直走査部８０との間に設けられた第１リレー光学系７５と、このように水平方向と垂直方向に２次元的に走査された光束（以下、「走査光束」とする。）を瞳孔１２へ入射させるための第２リレー光学系９０と、を備えている。

光束生成器２０には、図１に示すように、画像を表示するための要素となる各信号等を発生する信号処理回路２１が設けられる。この信号処理回路２１は、水平走査部７０で使用される水平同期信号２３と、垂直走査部８０で使用される垂直同期信号２４とをそれぞれ出力する。さらに、信号処理回路２１は、外部から供給される画像信号Ｓに基づいて、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各画像信号２２ａ〜２２ｃを生成して出力し、また、光源である後述の各レーザ３４，３５，３６にバイアス電流を供給するためのバイアス電流供給信号２７ａ〜２７ｃを生成し、後述する各レーザドライバ３１，３２，３３へ出力する。なお、バイアス電流供給信号２７ａ〜２７ｃは、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各画像信号２２ａ〜２２ｃに重畳して信号処理回路２１から出力するようにしてもよい。

さらに、光束生成器２０は、信号処理回路２１から出力される３つの画像信号（Ｂ，Ｒ，Ｇ）２２ａ〜２２ｃをそれぞれ光束にする光源部３０と、これらの３つの光束を１つの光束に結合して任意の光束を生成するための光合成部４０を備えている。

光源部３０は、３原色にそれぞれ対応する複数の光源として、青色の光束を発生させるＢレーザ３４と、緑色の光束を発生させるＧレーザ３５と、赤色の光束を発生させるＲレーザ３６と、を備えている。これらＢレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６は、供給される電流（駆動電流）の値に応じた強度の光束を出射する光源として機能するものであり、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。また、半導体レーザを用いる場合は駆動電流を直接変調して、光束の強度変調を行うことができるが、固体レーザを用いる場合は、各レーザそれぞれに外部変調器を備えて光束の強度変調を行う必要がある。

また、光源部３０は、Ｂレーザ３４を駆動するＢレーザドライバ３１と、Ｇレーザ３５を駆動するＧレーザドライバ３２と、Ｒレーザ３６を駆動するＲレーザドライバ３３と、を備えている。これらＢレーザドライバ３１、Ｇレーザドライバ３２、Ｒレーザドライバ３３は、信号処理回路２１から出力されるバイアス電流供給信号２７ａ〜２７ｃに基づいて、それぞれ各レーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６にそれぞれバイアス電流を供給すると共に、光走査部が光束を走査して画像を表示する有効走査期間のときに、画像信号Ｓに応じた大きさの電流（以下、「駆動電流」とする。）を画素単位で順次Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６に供給することによって、それぞれＢレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６を駆動する光源駆動部である。

光合成部４０は、光源部３０から入射する光束を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系４１,４２,４３と、このコリメートされた光束を合成するためのダイクロイックミラー４４,４５,４６と、合成された光束を光ファイバ１００に導く結合光学系４７とを備えている。各レーザ３４,３５,３６から出射した光束は、コリメート光学系４１,４２,４３によってそれぞれ平行化された後に、ダイクロイックミラー４４,４５,４６にそれぞれ入射される。その後、これらのダイクロイックミラー４４,４５,４６により、各光束が波長に関して選択的に反射・透過されて結合光学系４７に達し、この結合光学系４７によって集光されて光ファイバ１００へ出力される。

水平走査部７０及び垂直走査部８０は、光ファイバ１００から入射された光束を画像として投影可能に表示するために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とする。

水平走査部７０は、光束を水平方向に走査するための反射面を有する走査素子７１と、信号処理回路２１から出力される水平同期信号２３に基づいて、走査素子７１の反射面を揺動させる駆動信号を発生する水平走査駆動回路７２とを有している。また、垂直走査部８０は、光束を垂直方向に走査するための反射面を有する走査素子８１と、信号処理回路２１から出力される垂直同期信号２４に基づいて、走査素子８１を駆動させる垂直走査駆動回路８２とを備えている。なお、走査素子７１及び走査素子８１としては、例えば、ガルバノミラーなどを用いることができる。また、走査素子７１及び走査素子８１は、光束を走査するようにその反射面が揺動（回転）させられるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。

また、上述のように、水平走査部７０と垂直走査部８０との間での光束を中継する第１リレー光学系７５を備えており、走査素子７１によって水平方向に走査された光束は、第１リレー光学系７５を通って、走査素子８１によって垂直方向に走査されて、２次元的に走査された走査光束として、第２リレー光学系９０へ出射される。

すなわち、図２（ａ）に示すように、相対的に高速に揺動する走査素子７１は、水平走査駆動回路７２によって揺動され、入射した光束を水平方向Ｘに対して往復走査する。そして、走査素子７１によって水平方向に走査された走査光は、第１リレー光学系７５を介して、垂直走査部８０に入射する。垂直走査部８０の走査素子８１は、垂直走査駆動回路８２によって鋸波状に揺動され、入射された光束を垂直方向Ｙに対して走査する。そして、走査素子８１によって垂直方向に走査された有効走査範囲Ｚの走査光束は、第２リレー光学系９０を介して、ユーザの瞳孔１２に入射する。

図２（ｂ）には、走査素子７１及び走査素子８１の揺動範囲Ｗ（垂直揺動範囲Ｗ１及び水平揺動範囲Ｗ２）と有効走査範囲Ｚ（垂直有効走査範囲Ｚ３と水平有効走査範囲Ｚ５）との関係が示されており、走査素子７１及び走査素子８１の揺動範囲Ｗのうち、範囲Ｚ（以下、「有効走査範囲Ｚ」とする。）のタイミングで光束生成器２０から光束が出射されることによって、水平走査部７０及び垂直走査部８０によって光束が有効走査範囲Ｚで走査される。これにより１フレーム分の光束が走査される。この走査が１フレームの画像毎に繰り返される。なお、図２（ｂ）に示すように、光束生成器２０から常に光束が出射されたと仮定したときに水平走査部７０及び垂直走査部８０によって走査される光束の軌跡が仮想的に示されている。また、以下の説明において、揺動範囲Ｗのうち有効走査範囲Ｚを除く範囲Ｚ１を「無効走査範囲Ｚ１」と呼ぶこととする（図２（ｂ）参照）。

第２リレー光学系９０は、図１に示すように、正の屈折力を持つレンズ系９１,９４を有している。垂直走査部８０から出射された走査光束は、レンズ系９１によって、それぞれの光束がその光束の中心線を相互に平行にされ、かつそれぞれ収束光束に変換される。そして、レンズ系９４によってほぼ平行な光束となると共に、これらの光束の中心線が観察者の瞳孔１２に収束するように変換される。このように、観察者の瞳孔１２に光束を入射させて網膜１４上に画像を投影することによって、観察者の眼１０の瞳孔１２の前方において虚像を視認させることができる。

なお、本実施形態においては、光ファイバ１００から入射された光束を、水平走査部７０で水平方向に走査した後、垂直走査部８０によって垂直方向に走査することとしたが、水平走査部７０と垂直走査部８０との配置を入れ替え、垂直走査部８０によって垂直方向に走査した後、水平走査部７０で水平方向に走査するようにしてもよい。

［１．２．レーザの駆動方法について］
次に、本実施形態における各レーザ３４，３５，３６の駆動方法について説明する。

まず、各レーザ３４，３５，３６の特性について図面を参照して説明する。図３は、本実施形態の光走査装置の光源である各レーザ３４，３５，３６へ供給する駆動電流とその発光量との関係を示す図であり、縦軸に発光量を、横軸に駆動電流値をそれぞれ示している。

この図に示すように、各レーザ３４，３５，３６は、固有の閾値電流Ｉｔｈを超える駆動電流が供給されたときに、発光量が急激に立ち上がる特性を有しており、閾値電流Ｉｔｈまでの駆動電流では発光量の変化はほとんどない。従って、本実施形態における光走査装置１では、閾値電流Ｉｔｈ以上の駆動電流を各レーザ３４，３５，３６へ供給して、画像を表示するための光束を各レーザ３４，３５，３６から出射するようにしている。

各レーザ３４，３５，３６は、上述のように半導体レーザなどを用いており容量成分を含むことから、閾値電流Ｉｔｈ以上の駆動電流を流し始めてから発光し始めるまでに遅延時間が生じる。

図４は、各レーザ３４，３５，３６の等価回路の一例を示す図である。この図に示すように、各レーザ３４，３５，３６は、レーザダイオードＬＤに直列に寄生抵抗Ｒｓが接続されたものに寄生容量Ｃｐと寄生抵抗Ｒｐとが並列に接続された回路と等価と考えることができる。

従って、図５に示すように、時間ｔ＝０において、駆動電流Iｏｐを０から閾値電流Ｉｔｈへと変化させたときに、Ｉｏｐの一部はＣｐを充電するのに使用されるために、実際に発光に役立つ実行電流Ｉ_ＬＤは時定数Ｃｐ・Ｒｓ(通常成立するＲｐ＞＞Ｒｓを仮定した。)で立ち上がり、所望の電流値に達するのに時間を要する。このように各レーザ３４，３５，３６に駆動電流Ｉｏｐを流した後発光を開始するまでに遅延が生じる。

従来においては、この発光遅延を抑制するために、各レーザにそれぞれバイアス電流Ｉｂ(通常Ｉｔｈより僅かに小さい値)を供給しておくことにより、各レーザの応答性を高めるように構成していた。

しかし、このようにバイアス電流Ｉｂを供給することによって、光走査装置１の電力消費が大きくなってしまうことになる。

そこで、本実施形態の光走査装置１では、無効走査範囲Ｚ１（図２（ｂ）参照）のうち少なくとも所定範囲において、各レーザドライバ３１，３２，３３による各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給を停止又は低減するように構成している。すなわち、各レーザドライバ３１，３２，３３は、画像表示が行われない無効走査期間のうち少なくとも所定期間は、各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給を停止又は低減する。

このように、所定期間において、各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流の供給を停止又は低減することにより、画像表示時の応答性を高めつつも、光走査装置１の消費電力を低減することができることになる。なお、バイアス電流Ｉｂの供給の低減は、例えば、バイアス電流Ｉｂの１／２の電流を供給することによって行うことができる。以下においては、バイアス電流の供給停止という場合には、バイアス電流の供給の停止のほか、バイアス電流の供給の低減を含むものとして説明する。

次に、バイアス電流Ｉｂの供給開始及び供給停止を行う具体的な構成及び動作について図面を参照して説明する。図６及び図７は、垂直走査におけるバイアス電流の供給開始及び供給停止のタイミングを説明するための図である。

図６に示すように、走査素子８１による垂直揺動範囲Ｗ１のうち有効走査範囲Ｚが含まれない垂直方向の範囲Ｚ２（以下、「垂直無効走査範囲Ｚ２」という。）では、光束生成器２０から光束が出射されず画像が表示されない。また、垂直揺動範囲Ｗ１のうち有効走査範囲Ｚが含まれる垂直有効走査範囲Ｚ３に移行したときからバイアス電流Ｉｂを各レーザ３４，３５，３６へ供給しておけば、各レーザ３４，３５，３６の応答性を高めておくのには十分に間に合う。

そこで、特に、本実施形態の光走査装置１では、図６中斜線で示す垂直無効走査範囲Ｚ２において、各レーザドライバ３１，３２，３３から各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給を停止するように構成しており、これにより消費電力を低減している。

ここで、このときの走査素子８１による垂直走査とバイアス電流Ｉｂの供給期間との関係を、図７を参照して説明する。この図７の左上図には走査素子８１の反射面の角度と時間との関係を示し、左下図にはバイアス電流の供給開始・停止と時間との関係を示し、右上図には図２（ｂ）と同様に有効走査範囲Ｚと無効走査範囲Ｚ１との関係を示している。

この図に示すように、各レーザドライバ３１，３２，３３は、垂直走査部８０による走査が無効走査期間から画像表示を行う有効走査期間に移行する所定時間前（ｔｃ〜ｔｂのタイミング）に、各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給を開始し、垂直走査部８０による走査が有効走査期間から無効走査期間に移行した直後（ｔｆ〜ｔｇのタイミング）に、光源へのバイアス電流Ｉｂの供給を停止する。

すなわち、各レーザドライバ３１，３２，３３は、垂直走査部８０による走査位置が垂直無効走査範囲Ｚ２から垂直有効走査範囲Ｚ３に移行する直前の水平方向の走査ラインＬ１にあるときに、各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給を開始する。そして、各レーザドライバ３１，３２，３３は、垂直走査部８０による走査が垂直有効走査範囲Ｚ３から垂直無効走査範囲Ｚ２に移行した最初の水平方向の走査ラインＬ２にあるときに、各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給を停止する。

このように、垂直走査の有効走査期間に移行する所定時間前にバイアス電流Ｉｂの供給を開始していることから、有効走査範囲Ｚへ移行する時点では各レーザ３４，３５，３６にバイアス電流Ｉｂが供給され応答性の高い状態となっており、発光遅延による表示画像の画質低下を確実に防止することができると共に、垂直方向の無効走査期間における消費電力を低減することができる。

しかも、画像の１フレームの走査において、バイアス電流Ｉｂの供給の開始制御及び停止制御（又は低減制御）がそれぞれ１回ずつでよいことから、処理を複雑にせずに消費電力を低減することができる。

ところで、各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給を開始するタイミングは、有効走査範囲Ｚへ移行する時点で各レーザ３４，３５，３６にバイアス電流Ｉｂが供給され応答性の高い状態となっていればよい。

各レーザ３４，３５，３６の等価回路は、上述のように図４に示すようになっており、実効電流Ｉ_LDの立ち上がり時定数Δｔは、以下の式（１）で表される。

Δｔ＝−Ｃｐ・Ｒｓ ・・・（１）
ここで、通常成立するＲｐ＞＞Ｒｓを仮定した。

従って、各レーザ３４，３５，３６の有する固有の立ち上がり時定数を考慮し、垂直走査の有効走査期間に移行するΔｔ前にバイアス電流Ｉｂの供給を開始し始めればよいことになり、より消費電力を低減することができる。

また、各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給停止は、有効走査範囲Ｚから無効走査範囲Ｚ１に移行した直後（ｔｅのタイミング）に行うことで、より消費電力を低減することができる。

以上のように、本実施形態における光走査装置１では、光源駆動部である各レーザドライバ３１，３２，３３は、走査部による走査が無効走査期間のうち少なくとも所定期間にあるときに、光源である各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流の供給を停止するので、ユーザの視認することのない無効走査期間における所定期間の消費電力を低減することができる。

［２．第２実施形態］
次に、本発明の光走査装置の他の実施形態について説明する。上記第１実施形態においては、垂直走査部８０による垂直走査が垂直無効走査範囲Ｚ２にあるか垂直有効走査範囲Ｚ３にあるかで、光源である各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給開始及び供給停止を行う構成としたが、本第２実施形態においては、バイアス電流Ｉｂの供給停止を行う範囲をさらに広げている。すなわち、本第２実施形態においては、水平走査部７０による水平走査に応じて、光源である各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給開始及び供給停止を行う構成としている。なお、第１実施形態における光走査装置１とは同様の構成を有しており、処理等が一部異なるものであることから、本実施形態においては特に異なる部分について説明する。

以下、第２実施形態に係る光走査装置について、図面を参照して具体的に説明する。図８及び図９は、水平走査におけるバイアス電流の供給開始及び供給停止を説明するための図である。

図８に示すように、走査素子７１による水平揺動範囲Ｗ２のうち有効走査範囲Ｚを除外した無効走査範囲Ｚ１（図８中斜線で示す領域）では、光束生成器２０から光束が出射されることはなく画像が表示されることがない。このため、有効走査範囲Ｚへ移行する時点で各レーザ３４，３５，３６が応答性の高い状態となっていれば、無効走査範囲Ｚ１のほとんどの範囲では、各レーザ３４，３５，３６の応答性を確保するために、各レーザ３４，３５，３６に対してバイアス電流Ｉｂを予め供給する必要がない。

そこで、特に、本実施形態の光走査装置では、図８中斜線で示した垂直無効走査範囲Ｚ２だけでなく、有効走査範囲Ｚのほぼ全体において、各レーザドライバ３１，３２，３３から各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給をしないように構成している。

すなわち、図８に示すように、垂直有効走査範囲Ｚ３（図６参照）のうち、さらに水平無効走査範囲Ｚ４において、各レーザドライバ３１，３２，３３から各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給をしないことで、消費電力をさらに低減することができる。

但し、水平無効走査範囲Ｚ４から有効走査範囲Ｚへ移行する時点で各レーザ３４，３５，３６の応答性の高い状態となってなければならないことから、有効走査範囲Ｚへ移行する所定期間前までにバイアス電流Ｉｂの供給を開始するようにすることが必要である。なお、ここでの所定期間は、第１実施形態で説明した各レーザ３４，３５，３６の立ち上がり時定数に応じた時間Δｔ（式（１）参照）よりも長い時間でなければならない。

ここで、走査素子７１による水平走査とバイアス電流Ｉｂの供給期間との関係を、図９を参照して説明する。この図９において、上段には走査素子８１の反射面の角度と時間との関係を示し、中段には光束生成器２０による光束の出射開始・停止と時間との関係を示し、後段にはバイアス電流Ｉｂの供給開始・停止と時間との関係を示している。

この図に示すように、走査素子７１の反射面は、水平走査駆動回路７２によって、所定の位置を基準（０度）として＋θ１〜−θ１の角度範囲（水平揺動範囲Ｗ２）で揺動し、その反射面が±θ２の範囲（水平有効走査範囲Ｚ５）で光束生成器２０からの光束が出射されるように構成される。

そして、本実施形態では、図９に示すように、各レーザドライバ３１，３２，３３は、水平走査部７０による走査が水平無効走査期間Ｔａから画像表示を行う水平有効走査期間Ｔｂに移行する所定時間Δｔ前に、各レーザドライバ３１，３２，３３へのバイアス電流Ｉｂの供給を開始し、水平走査部７０による走査が水平有効走査期間Ｔｂから水平無効走査期間Ｔａに移行するときに、各レーザドライバ３１，３２，３３へのバイアス電流Ｉｂの供給を停止又は低減する。なお、Δｔは、各レーザ３４，３５，３６の立ち上がり時定数に応じた時間であり、第１実施形態における式（１）で導かれる時間である。

すなわち、各レーザドライバ３１，３２，３３は、垂直走査部８０の走査が垂直有効走査範囲Ｚ３（図６参照）にある状態で、水平走査部７０による走査が水平揺動範囲Ｗ２のうち水平無効走査範囲Ｚ４から水平有効走査範囲Ｚ５に移行する所定時間（図９におけるΔｔ）前（図９中「ｔ１」、「ｔ１’」で示すタイミング）に、各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給を開始するようにしている。

また、各レーザドライバ３１，３２，３３は、垂直走査部８０の走査が垂直有効走査範囲Ｚ３にある状態で、水平走査部７０による走査が水平有効走査範囲Ｚ５から水平無効走査範囲Ｚ４に移行するときに、各レーザ３４，３５，３６へのバイアス電流Ｉｂの供給を停止するようにしている。

これにより、水平走査部７０による走査が水平有効走査期間Ｔｂとなる前に、各レーザ３４，３５，３６に対してバイアス電流Ｉｂが事前に供給されて応答性を高めた状態になっているので、各レーザ３４，３５，３６の発光遅延を回避して有効走査範囲Ｚにおいて表示する画像の品質を確保しつつ、無効走査範囲Ｚ１における消費電力を低減している。しかも、水平走査部７０による走査が水平有効走査期間Ｔｂから水平無効走査期間Ｔａに移行するときに、バイアス電流Ｉｂの供給を停止しているため、無効走査範囲Ｚ１における消費電力を可及的に低減することができる。

これにより、水平走査部７０による走査位置が有効走査範囲Ｚにある間は、各レーザ３４，３５，３６の応答性を確保しつつ、消費電力を可及的に低減することができる。

［３．その他の実施形態］
上述において各レーザ３４，３５，３６の駆動電流と発光量との関係を図３に示したが、この関係は、図１０に示すように周囲温度に応じて変化する。図１０は、閾値電流値が周囲温度によって変動する様子を示すグラフであり、図３と同様に縦軸に発光量を、横軸に駆動電流値をそれぞれ示している。

この図に示すように、各レーザ３４，３５，３６において、高温（８５℃）での閾値電流Ｉｔｈ２は常温（２５℃）での閾値電流Ｉｔｈ１よりも大きくなっている。

そこで、光走査装置において、例えば、光束生成器２０の内部に、光源であるＢレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６の周囲温度を測定する温度測定部（図示せず）を備え、Ｂレーザドライバ３１、Ｇレーザドライバ３２、Ｒレーザドライバ３３は、この温度測定部により測定したＢレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６の周囲温度が所定の温度よりも高いときに、Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６へのバイアス電流Ｉｂの供給停止を行うように構成しても良い。

このように構成することによって、周囲温度の上昇に伴って、Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６の発光に必要な駆動電流が大きくなった場合であっても、消費電力を低減することができる。

また、上記した第１及び第２実施形態の光走査装置において、Ｂレーザドライバ３１、Ｇレーザドライバ３２、Ｒレーザドライバ３３は、複数の光源であるＢレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６のうち少なくとも一つの光源についてバイアス電流の供給停止を行うように構成しても良い。一般に、Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６のうちＢレーザの動作電圧が最も高く、発光に必要な駆動電流も最も大きくなるので、これらのうちＢレーザ３４を対象としてバイアス電流の供給停止を行うように構成することが好ましい。

このように、複数の光源であるＢレーザ３４、Ｇレーザ３５、Ｒレーザ３６のうち発光に必要な駆動電流が大きいＢレーザ３４を対象としてバイアス電流の供給停止を行えば、バイアス電流の供給停止を行う光源が一つで済むため、すべての光源を対象としてバイアス電流の供給停止を行うよりも消費電力の低減を容易に行うことができる。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。例えば、本発明を適用した光走査装置は、レーザプリンタ内でレーザビームを走査する光走査装置にも応用できることはいうまでもない。

本発明の一実施形態に係る光走査装置を示す説明図である。 光走査装置の光走査部による光束の走査態様を説明するための図である。 光源における駆動電流と発光量との関係を示す図である。 光源の等価回路の一例を示す図である。 光源の立ち上がり特性を説明するための図である。 垂直方向におけるバイアス電流の供給開始及び供給停止を説明するための図である。 垂直方向におけるバイアス電流の供給開始及び供給停止を説明するための図である。 水平方向におけるバイアス電流の供給開始及び供給停止を説明するための図である。 水平方向におけるバイアス電流の供給開始及び供給停止を説明するための図である。 光源の閾値電流値が周囲温度によって変動する様子を示すグラフである。

符号の説明

１ 光走査装置
２０ 光束生成器
２１ 信号処理回路
３１〜３３ レーザドライバ（光源駆動部）
３４〜３６ レーザ（光源）
７０ 高速走査部
７１ 走査素子
８０ 低速走査部
８１ 走査素子

Claims (8)

1. 供給される電流に応じて所定の強度の光を出射する光源と、前記光源から出射された光を所定方向に走査可能な光走査部と、画像信号に応じた電流を順次前記光源に供給する光源駆動部と、を備え、前記光源駆動部から前記光源にバイアス電流を供給しておくことにより前記光源の応答性を高めた光走査装置において、
   前記光源駆動部は、画像表示を行わない無効走査期間のうち、少なくとも所定期間は前記光源への前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とする光走査装置。
2. 前記光走査部は、第一の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する高速走査部と、前記第一の走査方向に対して交差または直交する方向である第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する低速走査部と、を備え、
   前記光源駆動部は、前記低速走査部による走査が前記無効走査期間から画像表示を行う有効走査期間に移行する所定時間前に、前記光源への前記バイアス電流の供給を開始し、前記低速走査部による走査が前記有効走査期間から前記無効走査期間に移行した直後に、前記光源への前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光走査部は、第一の走査方向に対して相対的に高速に光を走査する高速走査部と、前記第一の走査方向に対して交差または直交する方向である第二の走査方向に対して相対的に低速に光を走査する低速走査部と、を備え、
   前記光源駆動部は、前記高速走査部による走査が前記無効走査期間から画像表示を行う有効走査期間に移行する所定時間前に、前記光源への前記バイアス電流の供給を開始し、前記高速走査部による走査が前記有効走査期間から前記無効走査期間に移行するときに、前記光源への前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記所定時間は、前記光源の有する固有の立ち上がり時定数に応じて決定されることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記光源の周囲温度を測定する温度測定部を備え、
   前記光源駆動部は、前記温度測定部により測定した前記光源の周囲温度が所定の温度よりも高いときに、前記光源への前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. ３原色にそれぞれ対応する複数の前記光源を備え、
   前記光源駆動部は、前記複数の光源のうち少なくとも一つの光源について前記バイアス電流の供給を停止又は低減することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調した光を前記光走査装置により２次元方向に走査することによって、投影面上に画像を投影表示する光走査型画像表示装置。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像信号に応じて変調した光を前記光走査装置により２次元方向に走査することによって、ユーザの少なくとも一方の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置。
   

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