JP2009198988A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像を安定的に投影するレーザプロジェクタを提供する。
【解決手段】レーザプロジェクタ１０は、光学システム１００と、システムコントローラ１５０と、Ｘドライバ１３０と、Ｙドライバ１３２とを備える。光学システム１００は、赤青レーザ１１０と、緑レーザ１１２と、スキャナミラー１２０からの反射光に基づく信号を出力する位置検出器１２２とを含む。システムコントローラ１５０は、位置検出器１２２からの出力を受ける位置検出コントローラ１５６と、位置検出コントローラ１５６からの出力とメモリ１５８に格納されているデータとに基づいて、駆動周波数コントローラ１５４を制御するＣＰＵ１６０とを含む。ＣＰＵ１６０は、走査時間の変更量を算出し、変更量に応じて水平方向の駆動周波数を変更し、水平方向の変更後の駆動周波数に応じて垂直方向の駆動周波数を算出し、Ｘドライバ１３０とＹドライバ１３２とを駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は画像表示装置に関し、特に、レーザ光を用いた画像表示装置の制御に関する。

画像表示装置の一態様としてレーザ光源を用いたレーザプロジェクタが知られている。レーザプロジェクタは、レーザ光源から発せられたレーザ光をミラーで反射することによって画像を形成する。そのため、ミラーの駆動制御が問題となる。

たとえば、特開２００１−２２８４３４号公報（特許文献１）は、温度変化に対して高い精度で光の振幅を一定に保持できる電磁駆動型光走査装置を開示している。この電磁駆動型光走査装置は、一定の周波数の交流信号の供給を受けて揺動する共振型ミラーを有した光走査部４により走査されるレーザ光の振幅（走査範囲）の温度偏差を、目標振幅に対応した所定位置に到達するレーザ光の受光時間を基に検出する偏差検出部２と、該偏差検出部２の検出結果に応じて、共振型ミラーに供給される交流信号の大きさを制御し、前記温度偏差を補償する振幅補償部３とを備える。係る構成により、周囲の環境等の温度変化によって共振型ミラーの共振周波数が変動しても、高い精度でレーザ光の振幅を一定に保持することができる、というものである（要約参照）。

また、特開平０５−１３６９４８号公報（特許文献２）は、「共振スキャニングシステムの制御回路に関する」発明を開示している（段落０００１）。当該発明に係る制御システムによると、レーザ源１０をパルス駆動するためのレーザー制御器１２は共振スキャナー１４の振動ミラー１４Ａの角移動と同期して連続的に動作し、画素計数値によりアドレス指定可能な位置の画素に対応するミラー位置と速度情報を記憶するメモリーを備えていて、選択された画素位置に対応するメモリアドレスを発生し、このアドレスを計数手段を介して前記メモリーに供給する。メモリーからの情報データに従って負帰還付き電圧制御発振器は周波数制御信号と直線関係をもつクロック周波数を画素クロック２２で発生する。前記の各装置は光学走査検出器１６、スキャナ駆動装置１８、位相検出器と連携して画素位置を正確に保持するように作動する（要約参照）。

特開２００６−１８９５７３号公報（特許文献３）は、発熱と消費電力が小さく、小型で低騒音の投影型表示器を開示している。この投影型表示器は、３原色のレーザ光を放射する半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂと、３原色のレーザ光を合成するダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂと、傾斜角が可変なミラーを備え、このミラーによりダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂからのレーザ光を反射させてスクリーン６に投影するＭＥＭＳミラー装置４と、ＭＥＭＳミラー装置４のミラーを水平方向及び垂直方向に所定の周波数で繰り返し回動させると共に、ミラーの回動と同期した３原色のビデオ信号に応じて、半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂから強度変調された３原色のレーザ光を放射させる制御回路５とを有する（要約参照）。

特開２００７−２３６０３１号公報（特許文献４）は、両面印字の際に定着直後の用紙に印字された画像に対する伸長に対して、スキャナモータの回転数を可変制御することにより熱変化による印字画像の補正を行う技術を開示している。この技術によると、目標速度初期値設定レジスタ１９には現在の回転多面鏡の周期に対応するカウント値が設定される。速度可変カウンタ２３は、その初期値から、目標となる回転周期に対応するカウンタ値までカウントを行う。そのカウント値は、回転多面鏡の回転周期のｍ倍の期間毎にカウンタａおよびカウンタｂで交互にカウントされ、その長さに相当する信号３５，４１が出力される。この信号のパルス幅はカウントされた値に相当する。これらのパルスの重複する期間に減速命令信号４５がアクティブとなり、いずれのパルスもない期間に加速命令信号４４がアクティブとなる。それら信号に応じて、多面鏡の駆動モータが加速又は減速する（要約参照）。

特開平１０−０２０２２０号公報（特許文献５）は、「多色のレーザプリンタ、あるいは複写機等の画像形成装置に関し、特に各色のレーザースキャン位置のずれを低減してレーザー書き込み装置の副走査方向の書き込みタイミングの精密なレジストレーションをとることで高画質のカラー画像を再現可能とした画像形成装置」を開示している（段落０００１）。この画像形成装置によると、レーザー書き込み装置の書き込み終了検知部９から発生する次ページの書き込みスタート信号の位相をレジコントロール部１０からのレジ補正量に基づいて変化させた信号をＰＬＬ制御回路４に与える基準信号位相切り替え回路１と、入力した信号の位相と回転多面鏡７の回転モータ５の回転位相を検出するモータ回転検出回路６の位相とを一致させることにより回転多面鏡７の回転位相を制御するＰＬＬ制御回路４と、回転多面鏡７の位相制御後の回転速度が安定するに十分な時間の間、回転多面鏡７でスキャンされるレーザー光のスキャン開始位置を検出する光位置検出センサ８の出力信号に代えて水平同期信号周波数発生器２の出力に切り替え、副走査方向の書き込みタイミング信号を副走査方向１ライン以下の精度で補正する、というものである（要約参照）。
特開２００１−２２８４３４号公報 特開平０５−１３６９４８号公報 特開２００６−１８９５７３号公報 特開２００７−２３６０３１号公報 特開平１０−０２０２２０号公報

レーザ光源を有するプロジェクタにおいては、当該プロジェクタの周囲の温度変化等の環境の変化によって、水平方向のレーザを走査する共振型ミラーの振れ角が小さくなるため、振れ角を大きくするように共振型ミラーの駆動周波数を変化させる必要があった。そのため、垂直方向の駆動周波数が変更されない場合には、投影サイズが変わり、使用者の意図したとおりに画像が投影されない場合がある。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、画像表示装置の環境の変化があっても画像を安定して表示することができる画像表示装置を提供することである。

この発明のある局面に従う画像表示装置は、レーザ光源と、レーザ光源からの光を反射しつつ走査するように構成された反射部と、反射部を第１の方向に駆動するように構成された第１駆動部と、第１の方向と直交する第２の方向に反射部を駆動するように構成された第２駆動部と、反射部の位置を検出するように構成された検出部と、検出部によって検出された位置に基づいて、第１駆動部および第２駆動部を制御するように構成された制御部とを備える。制御部は、反射部を第１の方向に駆動するための第１の信号に応じて、反射部を第２の方向に駆動するための第２の信号の傾斜を変更する。

好ましくは、制御部は、第１の信号の駆動周波数の変更に応じて、第２の信号の傾斜を変更する。

好ましくは、第２の信号の傾斜は、第２の信号の値の時間変化率によって規定される。
好ましくは、傾斜は、第１の駆動周波数に基づいて予め定められたパラメータによって規定されている。

好ましくは、第１の方向は、水平方向である。第２の方向は、垂直方向である。
好ましくは、検出部は、反射部に投影された光の反射光に基づいて、反射部の位置を検出する。

この発明の他の局面に従う画像表示装置は、レーザ光源と、レーザ光源からの光を反射しつつ走査するように構成された反射部と、駆動周波数に基づいて反射部を駆動するように構成された駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備える。制御部は、画像の投影に使用されない領域として予め規定された領域に反射部が光を投影するときの駆動周波数を、予め定められた時間間隔で変更し、反射部からの光に応じた位相に基づいて、反射部の共振点を導出し、共振点に基づいて駆動周波数の変更量を決定する。

この発明の他の局面に従う画像表示装置は、レーザ光源と、レーザ光源からの光を反射しつつ走査するように構成された反射部と、反射部を駆動するように構成された駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備える。制御部は、反射部の共振周波数が変動した場合に、反射部からの光が走査される角度が最大となるように、反射部を駆動するための駆動周波数を調整する。

好ましくは、制御部は、予め定められた一定時間、画像の表示のために予め規定される領域の外部領域に反射部が光を反射するように、駆動周波数を変化させ、反射部からの光に基づいて走査される角度が最大となるように、駆動周波数をフィードバック制御する。

この発明の他の局面に従う画像表示装置は、レーザ光源と、レーザ光源からの光を反射しつつ走査するように構成された反射部と、反射部を駆動するための駆動周波数に基づいて反射部を駆動するように構成された駆動部と、駆動周波数としての方形波に基づいて駆動部を制御する制御部とを備える。制御部は、デューティ比が５０％となるように駆動周波数を制御する。

本発明によると、画像表示装置の環境の変化があっても画像を安定して表示することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
［ハードウェア構成］
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置について説明する。図１は、画像表示装置の一態様であるレーザプロジェクタ１０の構成を表わすブロック図である。レーザプロジェクタ１０は、光学システム１００と、システムコントローラ１５０と、Ｘドライバ１３０と、Ｙドライバ１３２とを備える。

光学システム１００は、赤青レーザ１１０と、緑レーザ１１２と、偏光ビームスプリッタ１１４と、コリメートレンズ１１６と、スキャナミラー１２０と、レーザ１２１と、位置検出器１２２とを備える。システムコントローラ１５０は、レーザコントローラ１５２と、駆動周波数コントローラ１５４と、位置検出コントローラ１５６と、メモリ１５８と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１６０とを備える。

赤青レーザ１１０によって送出された各色のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１１４によって反射されコリメートレンズ１１６に入射する。緑レーザ１１２によって送出されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１１４を透過して、コリメートレンズ１１６に入射する。

スキャナミラー１２０は、コリメートレンズ１１６を透過した各色のレーザ光を、予め定められた投影方向に向けて反射する。スキャナミラー１２０は、Ｘドライバ１３０およびＹドライバ１３２によって水平方向および垂直方向に駆動される。

レーザ１２１は、スキャナミラー１２０にレーザ光を照射する。スキャナミラー１２０からの反射光は、位置検出器１２２に入射する。位置検出器１２２は、そのレーザ光に基づいてスキャナミラー１２０の位置を特定するための信号を出力する。この信号は、位置検出コントローラ１５６に入力される。

システムコントローラ１５０において、ＣＰＵ１６０は、位置検出コントローラ１５６からの出力に基づいて、レーザコントローラ１５２と、駆動周波数コントローラ１５４とを制御するように構成されている。ＣＰＵ１６０は、位置検出コントローラ１５６からの出力に基づいて算出した位置情報をメモリ１５８に格納する。メモリ１５８は、たとえば、フラッシュメモリのような不揮発メモリとして実現される。

レーザコントローラ１５２は、ＣＰＵ１６０からの出力に基づいて、または、レーザパワー検出器１１４からの出力に基づいて、赤青レーザ１１０と緑レーザ１１２とレーザ１２１とを制御するように構成されている。また、レーザコントローラ１５２は、レーザパワー検出器１１４からの出力をＣＰＵ１６０に送出する。

駆動周波数コントローラ１５４は、ＣＰＵ１６０からの出力に基づいて、ＸＹドライバ１３０を制御するように構成されている。より詳しくは、駆動周波数コントローラ１５４は、ＣＰＵ１６０からの指令に応じてスキャナミラー１２０を水平方向または垂直方向に駆動するように、当該水平方向への駆動を規定する周波数を有する信号（以下「水平駆動信号」ともいう。）と、当該垂直方向の駆動を規定する周波数を有する信号（以下「垂直駆動信号」ともいう。）とを、Ｘドライバ１３０およびＹドライバ１３２に与える。Ｘドライバ１３０は、水平駆動信号に基づいて、スキャナミラー１２０を水平方向に駆動する。Ｙドライバ１３２は、垂直駆動信号に基づいて、スキャナミラー１２０を垂直方向に駆動する。

位置検出コントローラ１５６は、位置検出器１２２からの出力に基づいて、スキャナミラー１２０の位置情報をＡＤ（Analog to Digital）変換し、変換後のデジタルデータをＣＰＵ１６０に送出する。ＣＰＵ１６０は、デジタルデータに基づいて、スキャナミラー１２０の位置を検出し、検出結果に応じて、レーザコントローラ１５２あるいは駆動周波数コントローラ１５４を制御する。

垂直駆動周波数と水平駆動周波数とは、スキャナミラー１２０の大きさ、投影方向、Ｘドライバ１３０またはＹドライバ１３２の挙動特性に基づいて、予め規定されている。ある局面において、垂直駆動周波数を与えるデータと水平駆動周波数を与えるデータとは、メモリ１５８に格納されている。

なお、本実施の形態において、システムコントローラ１５０は、その一部または全部が、回路素子の組み合わせによって実現されてもよい。

［動的特性］
図２および図３を参照して、本実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０の動的特性について説明する。図２（Ａ）および（Ｂ）は、スキャナミラー１２０を水平方向および垂直方向に駆動する場合における駆動パターンを表わす図である。

図２（Ａ）を参照して、画面２１０は、通常の状態であるスキャナミラー１２０によって投影される画面２００が温度変化によって水平方向の駆動周波数を調整した状態を示している。ここで、通常の状態とは、スキャナミラー１２０およびその駆動部（たとえばＸドライバ１３０およびＹドライバ１３２など）が、予め規定された設計仕様に従って作動している状態をいう。この場合、スキャナミラー１２０からの反射光によって投影される光は、当該設計仕様に基づいて定まる領域を有する画面２００を投影する。

しかし、レーザプロジェクタ１０の周囲の温度変化あるいは内部の温度変化によって駆動部分が設計仕様どおりに作動しなくなる可能性がある。この場合、スキャナミラー１２０は、当初の画面２００よりも小さな画面２１０を投影することもあり得る。そこで、この場合、スキャナミラー１２０の垂直方向の走査間隔を短くすることにより、当初の画面２００だけの描画を実現する。この場合、フレームレートは一定に維持されている。そこで、垂直方向の操作時間を短くすることにより、垂直方向の投影が行なわれない時間が待ち時間として生じる。この待ち時間は、たとえば、スキャナミラー１２０を駆動して画面を投影するための差異を補正するために、使用することができる。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、水平方向の駆動波形を変更する前の当該水平方向の駆動波形および垂直方向の駆動波形を表わす図である。図３（Ｃ）および図３（Ｄ）は、水平方向の駆動波形を変更した後の当該水平方向の駆動波形および垂直方向の駆動波形を表わす図である。

図３（Ａ）を参照して、スキャナミラー１２０を水平方向に駆動するための信号（水平駆動信号）の周波数は、周波数ｆ０である。この場合、スキャナミラー１２０を垂直方向に駆動するための信号（垂直駆動信号）は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間間隔（垂直方向に走査する時間）にわたってスキャナミラー１２０を垂直方向に（上下方向に）駆動するように、出力される。スキャナミラー１２０は、この信号に基づき傾斜駆動し、映像を表示するための光を上下方向に投影する。

これに対して、図３（Ｃ）を参照して、画面の変化を補正するために、スキャナミラー１２０を水平方向に駆動するための信号の周期を、周波数ｆ０から周波数ｆ１に大きくする（周期を短くする）場合、垂直駆動信号の出力時間も、時刻ｔ２までに留める。すなわち、垂直駆動信号の傾斜が通常よりも大きくなり、時間変化率（垂直方向の移動速度）が大きくなる。この場合、待ち時間（時刻ｔ１−時刻ｔ２）が生じる。この待ち時間は、次の画面を投影するためにスキャナミラー１２０を投影の開始位置に戻すために用いられる。あるいは、他の局面において、スキャナミラー１２０による投影パターンの変更を補正するための試験的な投影のために使用されてもよい。

ここで、水平駆動信号の周期と、垂直駆動信号の出力間隔との関係は、たとえば、通常の状態における周波数ｆ０と、時間間隔（ｔ１−ｔ０）との関係に基づいて規定される。より詳しくは、たとえば、変更前の周波数ｆ０と変更後の周波数ｆ１との比と、変更前の時間間隔（ｔ１−ｔ０）と、変更後の時間間隔（ｔ２−ｔ０）との比とが同一になるように規定される。

なお、他の局面において、水平駆動信号の周期と、垂直駆動信号の出力間隔とは、メモリ１５８に予め格納されていてもよい。

［制御構造］
図４を参照して、本実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０の制御構造について説明する。図４は、レーザプロジェクタ１０が備えるＣＰＵ１６０が実行する一連の処理の一部を表わすフローチャートである。

ステップＳ４１０にて、ＣＰＵ１６０は、位置検出コントローラ１５６からの出力に基づいてスキャナミラー１２０の位置が通常の状態における位置から変化していることを検知する。

ステップＳ４２０にて、ＣＰＵ１６０は、スキャナミラーの水平駆動信号の変更後の周波数ｆ１を導出する。より具体的には、まず、ＣＰＵ１６０は、スキャナミラー１２０の通常の状態における位置と、位置検出コントローラ１５６からの出力によって特定される位置との差異を算出する。ＣＰＵ１６０は、通常の状態における信号の周波数ｆ０と、当該差異とに基づいて、変更後の周波数ｆ１を算出する。たとえば、ＣＰＵ１６０は、当該差異を周波数ｆ０に乗算することにより、描画の補正のための周波数ｆ１を算出する。なお、ＣＰＵ１６０は、算出した周波数ｆ１をメモリ（図示しない）に算出順に格納してもよい。

ステップＳ４３０にて、ＣＰＵ１６０は、周波数ｆ１に基づいて、垂直駆動信号を出力する時間間隔（走査時間）を算出する。たとえば、ＣＰＵ１６０は、周波数ｆ０と周波数ｆ１との比が、変更前の走査時間と変更後の走査時間との比と同じになるように、変更後の走査時間を算出する。ＣＰＵ１６０は、当該走査時間をメモリに格納してもよい。

ステップＳ４４０にて、ＣＰＵ１６０は、算出した周波数ｆ１を有する信号を出力する命令を、Ｘドライバ１３０に送出し、変更後の走査時間に基づいてスキャナミラー１２０を垂直方向に駆動する命令を有する信号を、Ｙドライバ１３２に送出する。

以上のようにして、本発明の第１の実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０によると、共振型ミラーであるスキャナミラー１２０の水平方向の駆動周波数を変更した場合に、当該水平方向の駆動周波数に応じて垂直方向の駆動傾斜を変更する。その結果、スキャナミラー１２０の垂直方向の投影速度が変更される。これにより、レーザプロジェクタ１０の周囲の温度あるいは内部の温度変化その他の動作環境の変化に対しても、画像の投影サイズを維持しつつ、描画することができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る画像表示装置は、共振型ミラーの共振周波数の変動を吸収するために、ある一定の時間間隔で、投影に影響しない領域を用いて共振型ミラーの駆動周波数を変更する。そして、当該画像表示装置は、その変更時の位相情報から温度による共振点の情報を取得し、位相が０度となるように（同期するように）、フィードバック制御を用いて共振型ミラーを駆動する信号を調整する。また、画像表示装置は、温度による共振点の軌跡をメモリに格納し、共振型ミラーの駆動周波数の変更量を決定する。

なお、本実施の形態に係る画像表示装置は、第１の実施の形態に係る画像表示装置の一例であるレーザプロジェクタ１０のハードウェア構成を用いて実現される。したがって、以下の説明では、レーザプロジェクタ１０の構成を適宜援用し、当該ハードウェア構成の詳細な説明は繰り返さない。

図５を参照して、本実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０の特性について説明する。図５は、温度によって共振周波数が変化する状態を表わす図である。

通常の状態においては、レーザプロジェクタ１０のスキャナミラー１２０は、共振周波数ｆ０を有する。一方、レーザプロジェクタ１０の周囲の温度変化等により、あるいは放熱の不具合などにより、スキャナミラー１２０の駆動部の動特性が変化すると、共振周波数は、周波数ｆ１（＞ｆ０）、あるいは周波数ｆ２（＜ｆ０）に変化する。

図６を参照して、本実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０において取得される情報について説明する。図６は、レーザプロジェクタ１０において取得される振れ角情報と位相情報との関係を表わす図である。

レーザプロジェクタ１０の動作条件（周囲の温度、内部の温度など）が変化すると、スキャナミラー１２０は、当初の設計仕様どおりに作動しにくくなる場合がある。そこで、レーザプロジェクタ１２０のＣＰＵ１６０は、駆動周波数コントローラ１５４を介して、Ｘドライバ１３０、Ｙドライバ１３２から出力される駆動周波数を変更する。このとき、ＣＰＵ１６０は、駆動周波数コントローラ１５４に対する当該変更の命令に基づいて、位相情報を算出する。そして、ＣＰＵ１６０は、その位相情報をメモリに順次格納しておく。ＣＰＵ１６０は、その位相情報に基づいて共振点の情報（共振周波数の値の１つ以上の集合）を取得し、位相が０度（同相）となるように、駆動周波数をさらに算出し、フィードバック制御を実行する。

図６に示される例では、駆動周波数＝ｆｄ０であるときに、同相となる。そこで、ＣＰＵ１６０は、たとえば、駆動周波数ｆｄ１（＞ｆｄ０）と、ｆｄ２（＜ｆｄ０）を算出した後、各駆動周波数における位相を取得し、当該位相が０度となるように、駆動周波数を再度算出し、最終的に駆動周波数ｆｄ０を導出する。

図７を参照して、レーザプロジェクタ１０における位置検出について説明する。図７は、本実施の形態に係る位置検出器１２２を用いた位置の検出を表わす図である。位置検出器１２２は、たとえば、３つの受光セルＡ，Ｂ，Ｃを含む。レーザ１２１から出力されたレーザ光は、スキャナミラー１２０によって反射され、位置検出器１２２に入射される。この場合、スキャナミラー１２０の水平方向および垂直方向の変位により、レーザ光によって受光セルＡ，Ｂ，Ｃに生成されるスポットは、図７に示されるように、描画のための走査方向に沿って形成される。

図８を参照して、位置検出器１２２の出力態様について説明する。図８は、位置検出器１２２が備える受光セルＡ，Ｂ，Ｃからの出力レベルの推移を示す図である。

位相が０度である駆動周波数がスキャナミラー１２０に与えられた場合、スキャナミラー１２０によって反射されたレーザ光が水平方向８００に沿って走査されると、受光セルＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれ、図８に示すようなレベルの信号を出力する。この場合、レーザプロジェクタ１０は、レーザ光の振幅を一定に保持していることになる。したがって、レーザプロジェクタ１０によって描画される画像は、一定の画面サイズを維持することができる。

図９を参照して、本実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０の制御構造について説明する。図９は、レーザプロジェクタ１０のＣＰＵ１６０が実行する一連の処理の一部を表わすフローチャートである。

ステップＳ９１０にて、ＣＰＵ１６０は、位置検出器１２２からの出力に基づいて、受光セルＡ，Ｃのパルスを検出する。

ステップＳ９２０にて、ＣＰＵ１６０は、受光セルＡ，Ｃのパルスのセンター位置を検出する。

ステップＳ９３０にて、ＣＰＵ１６０は、水平駆動周波数を２値化する。
ステップＳ９４０にて、ＣＰＵ１６０は、当該センター位置と２値化された水平駆動周波数とに基づいてエラー量を算出する。

ステップＳ９５０にて、ＣＰＵ１６０は、設計値として予め規定されている許容誤差に基づいて、当該エラー量が許容範囲内であるか否かを判断する。ＣＰＵ１６０は、当該エラー量が許容範囲内であると判定すると（ステップＳ９５０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ９９０に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ９５０にてＮＯ）、ＣＰＵ１６０は、制御をステップＳ９６０に切り換える。

ステップＳ９６０にて、ＣＰＵ１６０は、当該エラー量に基づいて、水平駆動周波数の調整量を算出する。たとえば、ＣＰＵ１６０は、当該エラー量が０となるような水平駆動周波数を再帰処理によって決定する。

ステップＳ９７０にて、ＣＰＵ１６０は、水平駆動周波数の初期値と調整量とを用いて、スキャナミラー１２０の駆動を補正するための水平駆動周波数を算出する。

ステップＳ９８０にて、ＣＰＵ１６０は、算出した水平駆動周波数に基づいて、スキャナミラー１２０を駆動する。より詳しくは、ＣＰＵ１６０は、当該水平駆動周波数に基づいてスキャナミラー１２０を駆動する命令を、駆動周波数コントローラ１５４を介して、Ｘドライバ１３０およびＹドライバ１３２に与える。

ステップＳ９９０にて、ＣＰＵ１６０は、現在の水平駆動周波数に基づいてスキャナミラー１２０を駆動する。

以上のようにして、本発明の第２の実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０によると、レーザプロジェクタ１０の動作条件の変化（周囲の温度変化、あるいは放熱異常による内部の温度上昇など）による動作異常を解消するために、共振型ミラーであるスキャナミラー１２０の共振周波数の変動を吸収する。すなわち、ＣＰＵ１６０は、ある一定の時間間隔で、画像の投影に影響しない領域を用いてスキャナミラー１２０の駆動周波数を変更する。そして、ＣＰＵ１６０は、そのときの位相情報から温度変化に起因する共振点の情報（駆動周波数と温度との関係など）を取得する。たとえば、ＣＰＵ１６０は、内部のメモリから、予め記憶された共振点の情報、あるいは、駆動周波数の変更を行なった時に記憶した共振点の情報を取得する。ＣＰＵ１６０は、位相が０度（同相）となるように、駆動周波数のフィードバック量を算出する。ＣＰＵ１６０は、当該フィードバック量に基づいて駆動周波数を再度算出し、その算出した駆動周波数でスキャナミラー１２０を駆動する。さらに、ＣＰＵ１６０は、その駆動周波数をメモリに格納する。

このような構成により、レーザプロジェクタ１０は、スキャナミラー１２０の共振周波数が変化した場合であっても、高精度でレーザ光の振幅を一定に保持することができる。その結果、スキャナミラー１２０の振れ角が変化（たとえば減少）することを防止でき、たとえば、レーザ光の走査角の減少によって画面サイズが縮小することを防止することができる。

＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る画像表示装置は、レーザ光を走査する共振型ミラーの共振周波数が変化した場合に、当該共振型ミラーの駆動周波数を変更して、位置検出器からの出力に基づいて算出されるレーザ光の走査角（あるいはスキャナミラー１２０の振れ角）が最大となるように調整する機能を有する点で、前述の各実施の形態と異なる。

図１０を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る画像表示装置の構成について説明する。図１０は、画像表示装置の一態様であるレーザプロジェクタ１０００の構成を表わすブロック図である。

本実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０００は、レーザプロジェクタ１０が備える構成に対して、レーザ１２１および位置検出器１２２に代えて多分割検出器１０２２を備え、レーザコントローラ１５０に代えてシステムコントローラ１０５０を備え、さらに、ハーフミラー１０１０を備える。なお、その他のハードウェア構成については、レーザプロジェクタ１０００は、たとえば、図１に示されるレーザプロジェクタ１０に示されるハードウェア構成と同様の構成を用いて実現される。したがって、同様の構成についての説明は繰り返さない。

スキャナミラー１２０によって反射されたレーザ光は、ハーフミラー１０１０に入射する。レーザ光の一部は、ハーフミラー１０１０によって反射され多分割検出器１０２２に入射する。多分割検出器１０２２からの出力は、システムコントローラ１０５０に入力される。

ステップ１０５１にて、システムコントローラ１０５０は、多分割検出器１０２２の各受光セルＢ，Ｃ，Ｄからのパルスを検出したか否かを判定する。システムコントローラ１０５０は、受光セルＢ，Ｃ，Ｄからのパルスを検出したと判定すると（ステップＳ１０５１にてＹＥＳ）、制御をステップＳ１０５２に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ１０５１にてＮＯ）、システムコントローラ１０５０は、制御をステップＳ１０５９に切り換える。

ステップＳ１０５２にて、システムコントローラ１０５０は、受光セルＡ，Ｅからの各パルスを検出したか否かを判定する。システムコントローラ１０５０は、受光セルＡ，Ｅからの各パルスを検出したと判定すると（ステップＳ１０５２にてＹＥＳ）、制御をステップＳ１０５３に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ１０５２にてＮＯ）、システムコントローラ１０５０は、制御をステップＳ１０５７に切り換える。

ステップＳ１０５３にて、システムコントローラ１０５０は、受光セルＡ，Ｅのパルス幅を計測する。

ステップＳ１０５４にて、システムコントローラ１０５０は、受光セルＡ，Ｅのパルス幅とターゲットパルス幅とを比較する。たとえば、ターゲットパルス幅は、レーザプロジェクタ１０００の設計データに基づいて特定され、システムコントローラ１０５０のメモリ（図示しない）に予め格納されている。あるいは、レーザプロジェクタ１０００が定常状態で作動している場合におけるパルス幅が、ターゲットパルス幅として使用されてもよい。

ステップＳ１０５５にて、システムコントローラ１０５０は、受光セルＡ，Ｅのパルス幅がターゲットパルス幅の範囲内であるか否かを判定する。システムコントローラ１０５０は、受光セルＡ，Ｅのパルス幅がターゲットパルス幅の範囲内であると判定すると（ステップＳ１０５５にてＹＥＳ）、制御をステップＳ１０５８に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ１０５５にてＮＯ）、システムコントローラ１０５０は、制御をステップＳ１０５６に切り換える。

ステップＳ１０５６にて、システムコントローラ１０５０は、駆動周波数を微調整する。たとえば、システムコントローラ１０５０は、受光セルＡ，Ｅのいずれかのパルス幅とターゲットパルス幅との差異に応じて予め規定された調整量を、初期の駆動周波数に付与する。

ステップＳ１０５７にて、システムコントローラ１０５０は、予め設定された投影期間が経過したか否かを判定する。システムコントローラ１０５０は、当該投影期間が経過したと判定すると（ステップＳ１０５７にてＹＥＳ）、制御をステップＳ１０６１に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ１０５８にてＮＯ）、システムコントローラ１０５０は、制御をステップＳ１０５８に切り換える。

ステップＳ１０５８にて、システムコントローラ１０５０は、駆動周波数を、補正時の駆動周波数として予め設定されている第２の駆動周波数に変更する。たとえば、システムコントローラ１０５０は、内部メモリに予め登録されている複数の駆動周波数のうち、受光セルＡ，Ｅからパルスが検出されなかった場合に使用される第２の駆動周波数を読み出して、その読み出した第２の駆動周波数を変更後の駆動周波数として設定する。

ステップＳ１０５９にて、システムコントローラ１０５０は、予め設定された投影期間が経過したか否かを判定する。当該投影期間は、ステップＳ１０５７における投影期間と同じであることが好ましい。システムコントローラ１０５０は、当該投影期間が経過したと判定すると（ステップＳ１０５９にてＹＥＳ）、制御をステップＳ１０６１に切り換える。そうでない場合には（ステップＳ１０５９にてＮＯ）、システムコントローラ１０５０は、制御をステップＳ１０６０に切り換える。

ステップＳ１０６０にて、システムコントローラ１０５０は、駆動周波数を、補正時の駆動周波数として予め設定されている第１の駆動周波数に変更する。たとえば、システムコントローラ１０５０は、内部メモリに予め登録されている複数の駆動周波数のうち、受光セルＡ，Ｅからパルスが検出されなかった場合に使用される第１の駆動周波数を読み出して、その読み出した第１の駆動周波数を変更後の駆動周波数として設定する。なお、ある局面において、第１の駆動周波数は、第２の駆動周波数よりも大きい。このようにすると、受光セルＢ，Ｃ，Ｄからのパルスが検出されない場合でも、変更後の第１の駆動周波数によってスキャナミラー１２０を走査することにより、各パルスを検出することができる。

ステップＳ１０６１にて、システムコントローラ１０５０は、変更後の駆動周波数または微調整後の駆動周波数に基づいて、スキャナミラー１２０を駆動する。

図１１を参照して、本実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０００の特性について説明する。図１１は、レーザプロジェクタ１０００の水平駆動タイミングと垂直駆動タイミングとを表わす図である。

水平駆動タイミングは、非投影期間１１１０，１１３０と、投影期間１１２０と、投影ブランク期間１１４０とを含む。非投影期間１１３０と投影ブランク期間１１４０とは、ミラー振れ角調整期間１１５０を構成する。非投影期間１１１０，１１３０は、レーザプロジェクタ１０００による画像の投影に用いられない時間である。非投影期間１１１０，１１３０の間も、レーザプロジェクタ１０００は作動しているため、画像の投影の補正に使用することができる。

より詳しくは、レーザプロジェクタ１０００は、投影期間１１２０の間、画像を投影すると、非投影期間１１３０と投影ブランク期間１１４０との間、スキャナミラー１２０の振れ角を調整する。その後、レーザプロジェクタ１０００は、次の画像を表示するための処理を開始する。すなわち、レーザプロジェクタ１０００は、非投影期間１１５０の間、次の画像を表示するための準備を開始する。

たとえば、レーザプロジェクタ１０００は、メモリから画像データを読み出し、その画像データに基づいて赤青レーザ１１０あるいは緑レーザ１１２を駆動するための制御信号を生成する。投影期間１１６０の間、レーザプロジェクタ１０００は、その画像データに基づいて各色のレーザを駆動して、当該レーザにレーザ光を出力させる。レーザプロジェクタ１０００は、その出力のタイミングに応じて、当該制御信号に基づきスキャナミラー１２０を駆動する。このようにすると、先の投影期間１１２０においてスキャナミラー１２０の走査異常に起因する画像の表示は、次の投影期間１１６０において補正されることになる。その結果、レーザプロジェクタ１０００の環境変化に起因する画像の投影異常を自動修正することができる。

図１２は、レーザプロジェクタ１０００の環境が変化した場合における周波数特性の変化を表す図である。レーザプロジェクタ１０００の設計時に基準とした環境下（たとえば温度条件等）の場合、共振周波数ｆ０において、レーザプロジェクタ１０００は作動する。しかしながら、レーザプロジェクタ１０００の環境が変化すると、スキャナミラー１２０の駆動部の変化により、共振周波数は、周波数ｆ２（＜ｆ０）あるいは周波数ｆ１（＞ｆ０）に変化する。この場合であっても、本実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０００によると、多分割検出器１０２２からのパルスの検出態様に応じて駆動周波数を変更し、あるいは微調整し、このような変更後の駆動周波数に基づいてスキャナミラー１２０を駆動する。これにより、画像の適正な表示が実現される。

図１３は、レーザプロジェクタ１０００における駆動周波数の変更の態様を表す図である。レーザプロジェクタ１０００は、通常の状態（例、温度条件が設計時に想定された条件であること等）において、駆動周波数ｆｄ０で、スキャナミラー１２０を駆動する。このとき、振れ角のゲインは最大となっている。一方、レーザプロジェクタ１０００の環境の変化によってスキャナミラー１２０の駆動部分が当初の設計仕様どおりに作動しなくなると、前述のフローチャートのように、駆動周波数をｆｄ０からｆｄ２に小さくし、あるいは、逆に、ｆｄ０からｆｄ１に大きくし、振れ角のゲインを十分に確保する。

図１４を参照して、多分割検出器１０２２における検出態様について説明する。図１４は、多分割検出器１０２２を構成する受光セルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおけるスポットの移動例を表す図である。

ハーフミラー１０２２によって反射されたレーザ光は、多分割検出器１０２２に入射する。このとき、レーザ光は、スキャナミラー１２０によって走査されているため、レーザ光は、走査方向に沿って多分割検出器１０２２に入射する。その結果、たとえば、図１４に示されるように、受光セルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおいて光が順次検出される。この構成において、スキャナミラー１２０が当初の走査幅で駆動していない場合、レーザ光は、多分割検出器１０２２の一部の領域において受光されることがある。この場合、たとえば、レーザ光は、受光セルＢ，Ｃ，Ｄに受光される。レーザプロジェクタ１０００は、このような受光を検知すると、前述の処理を実行し、駆動周波数を補正する。

図１５を参照して多分割検出器１０２２の各受光セルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅからの出力レベルについて説明する。図１５は、スキャナミラー１２０が最大の振れ角によって駆動されている場合における受光レベルを表す図である。すなわち、スキャナミラー１２０が正常に操作している場合、多分割検出器１０２２の走査範囲の一方の端にある受光セルＡ→受光セルＢ→受光セルＣ→受光セルＤ→他方の端にある受光セルＥの順に、出力が検知されることになる。一方、スキャナミラー１２０が最大に振れていない場合には、たとえば、受光セルＡ，Ｅのいずれか又は双方からの出力が低下し、あるいはゼロとなる。レーザプロジェクタ１０００は、この場合を検知すると、スキャナミラー１２０の振れ角が再び最大となるように、駆動周波数を変更する。

以上のようにして、本発明の第４の実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０００によると、周囲の温度変化あるいはレーザプロジェクタ１０００の内部の温度上昇その他の動作環境の変化によって、共振型ミラーであるスキャナミラー１２０の共振周波数が変動した場合、ＣＰＵ１６０は、位置センサーである多分割検出器１０２２からの出力を参照しつつ、スキャナミラー１２０の振れ角が最大となるように、スキャナミラー１２０の駆動周波数を変更する。これにより、レーザプロジェクタ１０００が画像を投影するためのレーザ光の振幅を一定に維持することができるため、動作環境が変化しても、スキャナミラー１２０の振れ角の減少（レーザ光の走査角の減少）に起因する画面サイズの変更を防止することができる。

なお、他の局面において、レーザプロジェクタ１０００は、予め設定された一定の時間間隔で、画像の投影に影響しない領域を用いてスキャナミラー１２０の駆動周波数を変更する。ＣＰＵ１６０は、その変更の際における多分割検出器１０２２からの出力に基づいて、走査角が最大となるように、駆動周波数をフィードバック制御してもよい。このようにすると、定期的にスキャナミラー１２０の駆動条件が補正されることになるため、画面サイズの変更をより確実に防止することができる。

＜第４の実施の形態＞
以下、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る画像表示装置の一態様であるレーザプロジェクタは、共振型ミラーの振れ角を一定にするために、駆動信号に方形波を使用する点で、前述の各実施の形態と異なる。なお、本実施の形態に係るレーザプロジェクタは、第３の実施の形態に係るレーザプロジェクタを構成するハードウェアを用いて実現される。したがって、ハードウェア構成の詳細については繰り返さない。また、ハードウェア構成の具体的な部分について言及する必要がある場合には、前述のいずれかの実施の形態におけるハードウェア構成の当該部分を援用する。

［制御構造］
図１６および図１７を参照して、本発明の第４の実施の形態に係るレーザプロジェクタの制御構造について説明する。図１６は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザプロジェクタのシステムコントローラが出力する駆動信号を表す図である。図１６（Ａ）に示されるように、本実施の形態に係るレーザプロジェクタは、デューティ比５０％を有する駆動信号を出力する。この場合、レベルＨｉｇｈとレベルＬｏｗとが同じ時間出力される。図１６（Ｂ）に示されるように、本実施の形態に係るレーザプロジェクタは、駆動信号の周波数を変更した場合においても、変更後の駆動信号についてデューティ比を５０％に維持する構成を有する。係る構成により、当該レーザプロジェクタの動作環境の変化によってスキャナミラー１２０の共振点が変化する場合であっても、スキャナミラー１２０の振れ角が再び最大となるように、共振周波数を変更し易くなる。これにより、スキャナミラー１２０の動作条件を速やかにかつ簡易に制御することができる。

図１７は、スキャナミラー１２０の駆動信号の変更前後における振れ角およびデューティ比と周波数との関係を表す図である。図１７（Ａ）を参照して、周波数ｆ０において、レーザプロジェクタのスキャナミラー１２０が最大の振れ角で作動している場合、図１７（Ｂ）に示されるように、レーザプロジェクタのシステムコントローラは、駆動信号として周期Ｗ０を有する方形波をスキャナミラー１２０のドライバに与える。このとき、デューティ比は５０％である。

その後、温度変化その他の動作条件の変化によって、共振点が変化し、周波数ｆ０に代えて周波数ｆ１が、スキャナミラー１２０の振れ角を最大にする周波数となることがある。そこで、周波数ｆ１の駆動信号を出力するために、システムコントローラは、周期Ｗ１（＜Ｗ０）を有する方形波をスキャナミラー１２０のドライバに与える。この場合、デューティ比は５０％に維持されている。このような構成により、本発明の第４の実施の形態に係るレーザプロジェクタは、温度変化その他の動作環境の変化によって共振型ミラーの一態様であるスキャナミラー１２０の共振周波数が変動しても、駆動信号の周波数を変更することにより、簡易に、かつ、高い分解能で周波数が変動後の共振周波数を実現することができる。その結果、レーザプロジェクタによって投影される画像の画面サイズを維持することができる。

なお、本実施の形態に係る技術は、第１の実施の形態から第３の実施の形態までのいずれにも組み合わせて適用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置の一態様であるレーザプロジェクタ１０の構成を表わすブロック図である。 レーザプロジェクタ１０のスキャナミラー１２０を水平方向および垂直方向に駆動する場合における駆動パターンを表わす図である。 水平方向の駆動波形を変更する前の当該水平方向の駆動波形および垂直方向の駆動波形を表わす図である。 レーザプロジェクタ１０が備えるＣＰＵ１６０が実行する一連の処理の一部を表わすフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザプロジェクタにおいて温度によって共振周波数が変化する状態を表わす図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０において取得される振れ角情報と位相情報との関係を表わす図である。 本発明の第２の実施の形態に係る位置検出器１２２を用いた位置の検出を表わす図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０の位置検出器１２２が備える受光セルＡ，Ｂ，Ｃからの出力レベルの推移を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０のＣＰＵ１６０が実行する一連の処理の一部を表わすフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る画像表示装置の一態様であるレーザプロジェクタ１０００の構成を表わすブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係るレーザプロジェクタ１０００の水平駆動タイミングと垂直駆動タイミングとを表わす図である。 レーザプロジェクタ１０００の環境が変化した場合における周波数特性の変化を表す図である。 レーザプロジェクタ１０００における駆動周波数の変更の態様を表す図である。 レーザプロジェクタ１０００の多分割検出器１０２２を構成する受光セルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおけるスポットの移動例を表す図である。 レーザプロジェクタ１０００のスキャナミラー１２０が最大の振れ角によって駆動されている場合における受光レベルを表す図である。 本発明の第４の実施の形態に係るレーザプロジェクタのシステムコントローラが出力する駆動信号を表す図である。 スキャナミラー１２０の駆動信号の変更前後における振れ角およびデューティ比と周波数との関係を表す図である。

符号の説明

１０，１０００ レーザプロジェクタ、１００ 光学システム、１１０ 赤青レーザ、１１２ 緑レーザ、１１４ 偏光ビームスプリッタ、１１６ コリメートレンズ、１１８ レーザパワー検出器、１２０ スキャナミラー、１２２ 位置検出器、１３０ Ｘドライバ、１３２ Ｙドライバ、１５０，１０５０ システムコントローラ、１５２ レーザコントローラ、１５４ 駆動周波数コントローラ、１５６ 位置検出コントローラ、１５８ メモリ、１６０ ＣＰＵ、２００，２１０ 画面、８００ 水平方向、１０１０ ハーフミラー、１０２２ 多分割検出器。

Claims (9)

1. 画像表示装置であって、
   レーザ光源と、
   前記レーザ光源からの光を反射しつつ走査するように構成された反射部と、
   前記反射部を第１の方向に駆動するように構成された第１駆動部と、
   前記第１の方向と直交する第２の方向に前記反射部を駆動するように構成された第２駆動部と、
   前記反射部の位置を検出するように構成された検出部と、
   前記検出部によって検出された位置に基づいて、前記第１駆動部および前記第２駆動部を制御するように構成された制御部とを備え、
   前記制御部は、前記反射部を前記第１の方向に駆動するための第１の信号に応じて、前記反射部を前記第２の方向に駆動するための第２の信号の傾斜を変更する、画像表示装置。
2. 前記制御部は、
   前記第１の信号の駆動周波数の変更に応じて、前記第２の信号の傾斜を変更する、画像表示装置。
3. 前記第２の信号の傾斜は、前記第２の信号の値の時間変化率によって規定される、請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記傾斜は、前記第１の駆動周波数に基づいて予め定められたパラメータによって規定されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記第１の方向は、水平方向であり、
   前記第２の方向は、垂直方向である、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記検出部は、前記反射部に投影された光の反射光に基づいて、前記反射部の位置を検出する、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 画像表示装置であって、
   レーザ光源と、
   前記レーザ光源からの光を反射しつつ走査するように構成された反射部と、
   駆動周波数に基づいて前記反射部を駆動するように構成された駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   画像の投影に使用されない領域として予め規定された領域に前記反射部が光を投影するときの前記駆動周波数を、予め定められた時間間隔で変更し、
   前記反射部からの光に応じた位相に基づいて、前記反射部の共振点を導出し、
   前記共振点に基づいて前記駆動周波数の変更量を決定する、画像表示装置。
8. 画像表示装置であって、
   レーザ光源と、
   前記レーザ光源からの光を反射しつつ走査するように構成された反射部と、
   前記反射部を駆動するように構成された駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記反射部の共振周波数が変動した場合に、前記反射部からの光が走査される角度が最大となるように、前記反射部を駆動するための駆動周波数を調整する、画像表示装置。
9. 前記制御部は、
   予め定められた一定時間、画像の表示のために予め規定される領域の外部領域に前記反射部が光を反射するように、前記駆動周波数を変化させ、
   前記反射部からの光に基づいて前記走査される角度が最大となるように、前記駆動周波数をフィードバック制御する、請求項８に記載の画像表示装置。

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