JP2010164954A - ２次元光走査装置及び光走査型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水平方向と垂直方向の振幅の位相ずれを高精度に検知でき、高画質化を維持できる２次元光走査装置を提供する。
【解決手段】第一または第二の走査方向（ｘ方向またはｙ方向）のうち少なくとも一方側に、第一及び第二の光走査手段としてのＭＥＭＳスキャナー４の振幅の位相ずれを検知可能に受光手段としてのフォトダイオード７ａ、７ｂを配置し、これらの受光手段から光ビームの受光タイミング情報を取得し、該受光タイミング情報に基づいて第一及び第二の光走査手段の振幅関係（位相ずれ）を検知し、その結果が許容範囲外であれば、位相補正手段としてのデータ処理回路１１により補正すべく補正信号ＴＣを出力して遅延回路２を制御し、ＭＥＭＳスキャナー４におけるｘ方向とｙ方向の走査が所望の位相関係になるようにパルス信号ＳｘとＳｙの位相関係を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第一及び第二の方向それぞれについて所定の周波数で振動する光ビーム走査手段を備えた２次元光走査装置、該２次元光走査装置を用いて入力画素データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き走査することにより、該スクリーン上に画像を形成する光走査型画像表示装置に関する。

画像表示技術の一つとして入力画素データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き走査することにより、該スクリーン上に画像を形成する光走査方式がある。
光走査方式（または光走査型）の画像表示装置においては、従来は回転するポリゴンミラーとそれに同期して動くガルバノミラーを組合せたものが一般的であったが、近年は微細加工プロセスの進歩により極めて小型で２次元に光走査が可能な所謂ＭＥＭＳスキャナーが実現され、携帯情報端末への組込みや眼鏡タイプなどの超小型の画像表示装置も実際に登場してきている。

そのような光走査型画像表示装置の従来例として特許文献１記載のものが知られている。
特許文献１記載の技術は、水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動する２次元スキャナーを用いてリサージュまたはそれに近い軌跡でスクリーン面を走査し所望の画像を表示するための装置及び方法に関するものである。
しかしながら、特許文献１の明細中にも記載されているように、このような２次元スキャナーを用いた画像表示装置においては、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係が適切でないと所望のビーム走査軌跡が得られず、画像品質が劣化してしまうという問題がある。
具体的には、ＭＥＭＳスキャナーなど機械振動部品については、一般的に例えば温度特性などの環境的要因によって特性が経時的に変化し、それによって振幅の位相も変化する場合がある。
したがって、実際には水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を検知し、必要に応じて適切な位相関係に補正しなければならない。

水平方向と垂直方向の位相関係を検知するための従来技術としては、例えば特許文献２などがある。
これらは、誘導起電力を利用することによって、予め定める軸線回りに角変位可能な可動部材の姿勢を検出しようとするものである。すなわち、可動部材にはループ状の速度検出コイルが形成されて静磁場中に配置されており、可動部材が角変位すると、可動部材の速度検出コイルによって囲まれる領域を通る磁束が変化して誘導起電力が生じ、この誘導起電力の大きさを測定することによって可動部材の角変位を測定することができる。
また、水平方向と垂直方向の位相関係を検知するための別の従来技術としては、例えば特許文献３などがある。
これらは、圧電素子などを利用して可動部材の振動に伴う応力を電気信号に変換して取り出すことにより可動部材の姿勢を検出しようとするものである。

しかしながら、特許文献２に記載のような方法では構成は複雑になり、アプリケーションによっては装置の小型化あるいは低コスト化ができないという問題がある。また、所定の磁場中に配置して使用する場合、可動部材が配置される場所の磁場が変化する。
可動部材が配置される場所の磁場が変化すると、可動部材に形成されるループ状の速度検出コイルによって囲まれる領域の磁束が変化する。したがって、可動部材が角変位することによって生じる誘導起電力の大きさも変化し、可動部材の角変位量を正確に検出できなくなるという問題がある。たとえば、可動部材に形成されるループ状の速度検出コイルに囲まれる領域の磁束が零となるような磁場中に光走査装置を配置した場合、可動部材が角変位しても誘導起電力は生じず、可動部材の角変位量を検出することはできなくなる。

また、特許文献３に記載のような方法では検出される電気信号が微弱であり、十分な検出精度を得るためにはＳ／Ｎ比が高く増幅率の高い検出回路が必要になり、やはり装置が複雑で大型になり、高コストになるという問題がある。
水平方向と垂直方向の位相関係を検知するための更に別の従来技術としてはこの他にも、例えば特許文献４などのように、可動部材とそれを支持する部材との間に対向する様に電極を設けてコンデンサを構成し、可動部材の振動に伴うコンデンサの容量変化を検出する方法など幾つかの方法があるが、いずれの方法も検出される電気信号が微弱であり、上述と同様の問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、水平方向と垂直方向の振幅の位相ずれを高精度に検知でき、高画質化を維持できる２次元光走査装置の提供を、その主な目的とする。
また、本発明は、本装置の置かれる環境に影響されずに水平方向と垂直方向の振幅の位相ずれを高精度に検知できて高画質化を維持でき、且つ構成が簡単で小型低コストの２次元光走査装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、２次元光走査装置において、第一の周波数の信号を印加することによって第一の方向に前記第一の周波数で光ビームを往復走査すべく振動する第一の光走査手段と、前記第一の周波数とは異なる第二の周波数の信号を印加することによって第二の方向に前記第二の周波数で光ビームを往復走査すべく振動する第二の光走査手段と、を備えた２次元光走査装置において、前記第一または第二の走査方向のうち少なくとも一方側に、前記第一及び第二の光走査手段の振幅の位相ずれを検知可能に配置され、前記光ビームを受光する受光手段と、前記受光手段における前記光ビームの受光タイミング情報を取得し、該受光タイミング情報に基づいて前記第一及び第二の光走査手段の振幅関係を検知する位相検知手段と、を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の２次元光走査装置において、前記受光手段は、前記第一の走査方向に沿って１つ以上配置された第一の受光手段と、前記第二の走査方向に沿って１つ以上配置された第二の受光手段とを備え、前記位相検知手段は、前記第一の受光手段における前記光ビームの受光タイミング情報と、前記第二の受光手段における前記光ビームの受光タイミング情報との関係から前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を検知することを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の２次元光走査装置において、前記受光手段は、前記第一または第二の走査方向のうち周波数の高い側に沿って２つ以上配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の２次元光走査装置において、前記位相検知手段は、前記受光手段のうちの少なくとも一つにおいて前記光ビームが受光される第一の受光タイミング情報と、その後に別の受光手段の少なくとも一つにおいて前記光ビームが受光される第二の受光タイミング情報とに基づいて前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を検知することを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１つに記載の２次元光走査装置において、前記位相検知手段によって検知された前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を所定の範囲内に補正する位相補正手段を有していることを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、
請求項５に記載の２次元光走査装置において、前記位相補正手段は、前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係が所定の範囲内になるように前記第一の周波数の信号と前記第二の周波数の信号との位相関係を制御することを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、請求項５または６に記載の２次元光走査装置において、前記位相補正手段は、１つの受光手段でしか前記光ビームが受光されないときは、２つ以上の受光手段で受光されるように前段補正を行い、その後、前記位相検知手段によって検知された前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を所定の範囲内に補正することを特徴とする。

請求項８に記載の発明では、請求項１に記載の２次元光走査装置において、前記受光手段は、前記第一または第二の走査方向のうち周波数の低い側に沿って２つ以上配置されていることを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の２次元光走査装置において、前記２つ以上の受光手段を前記周波数の低い走査方向に沿って第一のグループと第二のグループとに分け、前記位相検知手段は、前記第一のグループ全体での前記光ビームの受光タイミング情報１と、前記第二のグループ全体での前記光ビームの受光タイミング情報２とを取得し、それらの比較結果に基づいて前記第一及び第二の光走査手段の振幅関係を検知することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の２次元光走査装置において、前記受光タイミング情報１または２は、それぞれ、前記第一のグループの受光手段全体で検知される前記光ビームの受光時間の合計１と、前記第二のグループの受光手段全体で検知される前記光ビームの受光時間の合計２であり、前記位相検知手段は、前記周波数の低い走査方向について、一方の向きに走査している期間中の一部または全部の期間ごとに前記受光時間の合計１および２の差分値を取得し、その結果に基づいて前記第一及び第二の光走査手段の振幅関係を検知することを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の２次元光走査装置において、前記位相検知手段によって検知された前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を所定の範囲内に補正する位相補正手段を有し、前記位相補正手段は、前記第一の走査と第二の走査の位相関係が一巡する１フレーム期間において取得された前記受光時間の合計１および２の差分値のうち、少なくとも一つが所定の範囲内に入るように前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を補正することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明では、請求項８〜１１のいずれか１つに記載の２次元光走査装置において、前記受光手段は、前記周波数の低い走査方向の走査範囲の中心を境に前記第一及び第二のグループに分けられ、互いに対称になるように配置されていることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の２次元光走査装置において、前記受光手段が、前記第一及び第二の光走査手段を有する装置筐体に設けられていることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、光走査型画像表示装置において、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の２次元光走査装置を含み、画像信号を入力し前記第一及び第二の光走査手段の動きに同期して前記光ビームを前記画像信号に基づき強度変調しつつスクリーン面を走査することにより所望の画像を表示する手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、光ビーム走査の状態を受光手段により直接検知して第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係（位相のずれ状態）を把握し、位相ずれがあった場合には補正するようにしたので、２方向の走査振幅の位相関係を簡単且つ高精度に検知することが可能となり、よって所望の走査軌跡を高精度にでき、高画質化を実現できる。
また、周波数の高い側の走査方向の振幅タイミング情報を周波数が低い側の走査方向の所定期間内で複数取得し総合的に処理するようにしたので、単発の受光タイミング信号では検出精度が得られないような場合でも２方向の走査振幅の位相関係を簡単且つ高精度に検知することが可能となり、よって所望の走査軌跡が高精度に実現できる。
２方向の走査振幅の位相関係を常に最適に自動補正するようにしたので、ユーザーの手を煩わせることなく利便性の向上が図られる。

本発明の第１の実施形態に係る光走査型画像表示装置の概要構成図である。 第一の光走査手段と第二の光走査手段とを併せ持つＭＥＭＳスキャナーの斜視図である。 ２次元光走査装置によるリサージュパターンを示す図である。 第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係の検知状態を示す図である。 振幅位相がずれている状態の検知状態を示す図である。 振幅位相がずれて１つの受光手段でしか受光できない状態を示す図である。 受光手段の配置パターンを示す図である。 第２の実施形態に係る光走査型画像表示装置の概要構成図である。 データ加算回路の実施例を示す概要図である。 振動の位相関係が適切である場合の図である。 振動の位相関係が適切でなく走査軌跡が不均一の場合の一例を示す図である。 振動の位相関係が適切でなく走査軌跡が不均一の場合の他例を示す図である。 受光手段の配置箇所によって走査軌跡の密度が異なることを示す図で、（ａ）は受光手段がスクリーン側に配置された状態を示す図、（ｂ）は受光手段が装置筐体に設けられた場合に走査軌跡がビーム径に対して受光手段の分解能を超えて密になる状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る２次元光走査装置を備えた光走査型画像表示装置の第１の実施形態を概略的に示したブロック図である。
システム制御回路１は、後述するＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）スキャナー４を駆動する信号Ｖｘ及びＶｙの基となるパルス信号Ｓｘ及びＳｙを生成するとともに、後述するレーザー光源５を駆動する変調信号ＬＤＶの基となるデータ信号ＬＤＤを生成し出力する。
第一の周波数の信号であるパルス信号Ｓｘは、後述するデータ処理回路１１によって制御される遅延回路２によって適当に遅延され、パルス信号ｄＳｈとして出力される。
パルス信号ｄＳｈ及び第二の周波数の信号であるＳｙはそれぞれ増幅回路３ｘ及び３ｙによって適当に増幅、場合によっては更にフィルター処理され、駆動信号Ｖｘ及びＶｙとして出力される。

データ信号ＬＤＤはＤ／Ａ変換器６によってアナログ信号ＬＤＡに変換され、さらに増幅回路１３によって適当に増幅され変調信号ＬＤＶとして出力される。レーザー光源５は変調信号ＬＤＶに基づき変調光である光ビーム１２を出力する。
走査手段としてのＭＥＭＳスキャナー４は駆動信号Ｖｘによって駆動され、入射される光ビーム１２をスクリーン１６上において走査領域の第一の方向としてのｘ方向に往復走査すると同時に、駆動信号Ｖｙによって入射される光ビーム１２を走査領域の第二の方向としてのｙ方向にも往復走査するように２次元的に振動するミラー部を備える。

走査領域の一部の所定位置には、第二の方向（ｙ方向）に沿って、受光手段としてのフォトダイオード７ａ及び７ｂが配置されており、到達した光ビームを電気信号Ｐａ及びＰｂに変換して出力する。
ここで、必須ではないが光ビーム１２は本来必要とされる有効走査領域より広い範囲を走査するようにし、フォトダイオード７ａ及び７ｂは有効走査領域範囲外に配置されることが好ましい。
信号Ｐａ及びＰｂはそれぞれ増幅回路８ａ及び８ｂで電圧信号ＶＰａ及びＶＰｂに変換された後コンパレータ９ａ及び９ｂにて２値化されてデジタル信号ＤＰａ及びＤＰｂとして出力される。
タイマー回路１０ａ及び１０ｂは、それぞれデジタル信号ＤＰａ及びＤＰｂを基にフォトダイオード７ａ及び７ｂにおいて光ビームが受光された期間を計測し、結果をデータ信号ＴＤａ及びＴＤｂとして出力する。

増幅回路８ａ及び８ｂ、コンパレータ９ａ及び９ｂ、タイマー回路１０ａ及び１０ｂは、位相検知手段１５を構成している。
位相補正手段としてのデータ処理回路１１は、例えばＴＤａとＴＤｂの差分を求め、その結果が許容範囲外であればそれを補正すべく補正信号ＴＣを出力して前述の遅延回路２を制御し、ＭＥＭＳスキャナー４におけるｘ方向（第一の方向）とｙ方向（第二の方向）の走査が所望の位相関係になるようにパルス信号ＳｘとＳｙの位相関係を補正する。

図２に基づいて、ＭＥＭＳスキャナー４の構成を説明する。
ＭＥＭＳスキャナー４は、反射面を持つ微小ミラー１３ａがトーションバー１３ｂ、１３ｃで支持された構造を有する。
微小ミラー１３ａは、トーションバー１３ｂが捻れることで軸１３ｄを略中心とした共振往復運動を行う。この振動は、フレーム１３ｆと微小ミラー１３ａの各々に設けられた図示しない電極に第一の周波数の信号を印加することにより生じ、この場合、ＭＥＭＳスキャナー４は第一の光走査手段として機能する。
微小ミラー１３ａは、トーションバー１３ｃが捻れることで軸１３ｅを略中心とした共振往復運動を行う。この振動は、フレーム１３ｆとフレーム１３ｇの各々に設けられた図示しない電極に第二の周波数の信号を印加することにより生じ、この場合、ＭＥＭＳスキャナー４は第二の光走査手段として機能する。
この両軸１３ｄ、１３ｅを略中心とする往復運動によって、微小ミラー１３ａの偏向面の法線方向が２次元的に変化する。このため、微小ミラー１３ａに入射するビームの反射方向が変化し、これにより、ビームを２次元方向に走査することができる。

図３は、２次元光走査装置によるリサージュパターンを示しており、（ａ）は振幅の位相ずれがない状態を、（ｂ）、（ｃ）は振幅の位相ずれが生じている状態を示している。
振幅の位相ずれがない場合には、図４に示すように、フォトダイオード７ａ、７ｂにおける受光期間ＴＤａとＴＤｂは差がなく、等しい（ＴＤａ＝ＴＤｂ）。この場合のフォトダイオード７ａ、７ｂと走査線の関係は図１に示した状態である。
振幅の位相ずれが生じると、図５に示すように、フォトダイオード７ａにおける受光期間が短くなり、ＴＤａ＜ＴＤｂとなる。これにより、位相ずれがあるか否かを直接に検知することができ、例えばその差分（ＴＤｂ−ＴＤａ）を求めることにより位相ずれ量を算出することができる。
位相補正手段としてのデータ処理回路１１は、位相ずれ量の算出結果が許容範囲外であればそれを補正すべく補正信号ＴＣを出力して遅延回路２を制御し、ＭＥＭＳスキャナー４におけるｘ方向とｙ方向の走査が所望の位相関係になるようにパルス信号ＳｘとＳｙの位相関係を補正する。
位相ずれ量の許容値は、データ処理回路１１のメモリに予め記憶されており、この許容値に基づいて補正するかどうかの判断がなされる。補正する場合には、予め記憶されている位相ずれ量と補正量との関係のデータテーブルから、補正量が自動的に抽出され、抽出された値に基づいて上記補正信号ＴＣが生成される。
ここでは走査線の折り返し位置がフォトダイオード７ｂ側にずれた位相ずれ状態における補正について説明したが、逆方向に位相がずれた場合でも同様に補正することができる。

第二の周波数信号であるパルス信号Ｓｙの周波数は、第一の周波数信号であるパルス信号Ｓｘの周波数よりも高く、図１に示すように、走査線の折り返し角度は急峻（鋭角）となる。この特性を利用して、フォトダイオード７ａ及び７ｂは第二の方向に沿って隣り合う状態に配置されている。
このように、周波数が高い方の走査線の急峻性を利用すれば、受光手段の検知面積が少なくて済み、受光手段を小型化にできる利点がある。
図１及び図３（ａ）に示すように、フォトダイオード７ａ及び７ｂは有効走査領域外に配置されているが、スクリーン１６上において画質に影響を及ぼさないように、有効走査領域内に配置することもできる。この場合、上記小型化は画質への影響を抑制する観点から有利である。

図６に示すように、２つのフォトダイオード７ａ、７ｂのうち、いずれか一方でしか受光しない場合には、上記補正手法により差分を検知することはできない。このような場合には、データ処理回路１１は２つのフォトダイオード７ａ、７ｂで受光されるように前段的な粗めの補正をし、２つのフォトダイオード７ａ、７ｂで受光される状態になったら上記と同様の補正を行う。
２つのフォトダイオード７ａ、７ｂのうちいずれも受光していない場合にも同様の前段的な補正が行われる。

上記実施形態では、２つのフォトダイオード７ａ及び７ｂを第二の方向において隣り合うように配置したが、周波数の低い第一の方向に同様に配置してもよい。
また、図７（ａ）に示すように、第二の方向において１つのフォトダイオード７を配置するとともに、第一の方向において１つのフォトダイオード２０を配置して受光手段を構成するようにしてもよい。
また、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、第一の方向と第二の方向において、それぞれ２つ以上のフォトダイオードを配置して受光手段を構成するようにしてもよい。
また、上記実施形態ではデータ処理回路１１により自動的に補正する構成としたが、手動で補正するようにしてもよい。この場合、位相検知手段により検知された位相ずれ状態を表示し、表示結果に基づいて補正信号を送信しながら手動調整するようにしてもよい。

図８乃至図１３に基づいて第２の実施形態を説明する。上記実施形態と同等の機能を有する部分は同じ番号を付加している。
第１の実施形態も含めて、受光手段は光走査手段を備えた装置筐体に設けてもよく、装置筐体とは分離してスクリーン側に設けてもよいが、
装置を小型化するために、光走査手段に対して受光手段を、走査光の投射距離(例えば画像表示装置であればスクリーン面までの距離)と比較して極めて短い距離に配置しようとすると、すなわち、光走査手段を備えた装置筐体の例えばＭＥＭＳスキャナー４とビーム透過窓との間に配置しようとすると、特に周波数の低い側の走査方向において走査軌跡がビーム径に対して検出系（受光手段）の分解能を超えて密になり、どの受光タイミングが検出すべきタイミングであるのかを判別するのが精度的に困難になるという問題が生じる場合がある。
図１３はその様子の一例を示したものである。図１３において、（ａ）は、上記実施形態の図１に例示した走査軌跡と受光手段７ａ、７ｂの関係について、光走査手段に対して受光手段を走査光の投射距離と比較して極めて短い距離に配置した場合の走査軌跡と受光手段の関係を概念的に示したものであり、（ｂ）は実際の受光手段の受光面上での走査軌跡と光ビームの様子を示したものである。
本実施形態ではこのような場合でも水平方向と垂直方向の振幅の位相ずれを高精度に検知できて高画質化を維持でき、且つ構成が簡単で小型低コストの２次元光走査装置の提供を目的としている。

図８に示すように、信号Ｐａ及びＰｂはそれぞれ増幅回路８ａ及び８ｂで電圧信号ＶＰａ及びＶＰｂに変換された後コンパレータ９ａ及び９ｂにて２値化されてデジタル信号ＤＰａ及びＤＰｂとして出力される。
タイマー回路１０ａ及び１０ｂは、それぞれデジタル信号ＤＰａ及びＤＰｂを基にフォトダイオード７ａ及び７ｂにおいて光ビームが受光された期間を計測し、結果をデータ信号ＴＤａ及びＴＤｂとして出力する。
ＴＤａは「受光時間の合計１」であり、「ＴＤｂ」は「受光時間の合計２」である。
フォトダイオード７ａは受光手段の第一のグループを構成し、フォトダイオード７ｂは受光手段の第二のグループを構成する。ここでは第一、第二のグループをそれぞれ１個のフォトダイオードで構成しているが、それぞれ複数個であってもよい。
有効データ判別回路２２は、フォトダイオード７ａ及び７ｂの両方において同時に受光があることを検知すると信号ＤＥＮを肯定（例えば”Ｈ”レベルに）し、保持する。また信号ＤＥＮが”Ｈ”の期間中にフォトダイオード７ａ及び７ｂの両方において受光がなくなったことを検知すると、一定時間だけ信号ＴＥＮを肯定（例えば”Ｈ”レベルに）する。受光がなくなった時点で受光期間が確定する。

データ加算回路２１ａ及び２１ｂはそれぞれ、タイマー回路１０ａ及び１０ｂから出力されるデータ信号ＴＤａ及びＴＤｂを信号ＴＥＮが”Ｈ”の期間中に取り込み、それまでに取り込まれたデータに積算し、結果をデータ信号ＴＴＤａ及びＴＴＤｂとして保持するとともに後段のデータ処理回路１１に出力する。したがって、信号ＴＥＮを肯定にする上記「一定時間」はデータ加算回路２１ａ及び２１ｂの「処理時間」である。
タイマー回路１０ａ及び１０ｂは、信号ＴＥＮが”Ｈ”から否定の”Ｌ”に遷移すると自身を初期化し、次の受光に備える。ここでは”Ｈ”を肯定、”Ｌ”を否定の意味で用いたが、逆でもよい。
有効データ判別回路２２は、次にまたフォトダイオード７ａ及び７ｂの両方において同時に受光があることを検知すると同様に信号ＴＥＮを所定時間”Ｈ”にし、データ加算回路２１ａ及び２１ｂはそれぞれ、同様にタイマー回路１０ａ及び１０ｂから出力されるデータ信号ＴＤａ及びＴＤｂを信号ＴＥＮが”Ｈ”の期間中に取り込み、それまでに取り込まれたデータに積算し、データ信号ＴＴＤａ及びＴＴＤｂを更新する。なおこの間、信号ＤＥＮは”Ｈ”を保持している。
有効データ判別回路２２は、ｙ方向走査の一方向走査（下から上方向または上から下方向の片道期間）期間経過してフォトダイオード７ａまたは７ｂの少なくとも一方において受光が無いことを検知すると信号ＤＥＮを否定の”Ｌ”にする。
データ加算回路２１ａ及び２１ｂは、信号ＤＥＮが”Ｌ”になると初期化され、データ信号ＴＴＤａ及びＴＴＤｂの値をゼロにする。

データ処理回路１１は、１フレーム期間において信号ＤＥＮが”Ｈ”から”Ｌ”になるごとにその直前のデータＴＴＤａ及びＴＴＤｂを取り込み、差分｜ＴＴＤａ−ＴＴＤｂ｜の値を比較し、最小値｜ＴＴＤａ−ＴＴＤｂ｜ｍｉｎを求める。そしてこれが許容範囲外であればそれを補正すべく補正信号ＴＣを出力して遅延回路２を制御し、ＭＥＭＳスキャナー４におけるｘ方向とｙ方向の走査が所望の位相関係になるようにＳｘとＳｙの位相関係を補正する。
差分値（｜ＴＴＤａ−ＴＴＤｂ｜）が大きいほど振幅の位相がずれていることになる。
｜ＴＴＤａ−ＴＴＤｂ｜ｍｉｎが許容範囲内であれば信号ＴＣの値は変わらない。
図９は、図８におけるデータ加算回路２１ａ及び２１ｂの実施例を概略的に示したものである。なお本図はデータ加算回路２１ａについて示しているが、２１ｂについても全く同様でよい。
２３ａは加算回路であり、タイマー回路１０ａからのデータ出力ＴＤａと本回路の出力データＴＴＤａを加算し、結果をＡＴＤａとして出力する。
２４ａはラッチ回路であり、信号ＤＥＮが”Ｈ”のとき、信号ＴＥＮが”Ｈ”のときには入力データＡＴＤａを取り込んでデータＴＴＤａとして出力し、信号ＴＥＮが”Ｌ”のときには現在のＴＴＤａの値を保持する。そして信号ＤＥＮが”Ｌ”になると初期化され、出力ＴＴＤａはゼロになる。

図１０〜図１２は、図１３を基に本発明の効果を分かり易く説明するための概念図である。
いま、一連の走査において、例えば太線で強調した走査に着目する。これはｙ方向について上から下でも下から上でも構わないが、例えば上から下への走査であるとする。
まずｘ方向とｙ方向の振動の位相関係が適切である場合には図１０に示すように走査面全体に均一な所望の軌跡が得られるので、光ビームが位置Ｐ近傍を通る際の走査軌跡と位置Ｑ近傍を通る際の走査軌跡は、ｙ方向の走査範囲の中心（ここでは振幅中心）に置かれたフォトダイオード７ａ及び７ｂの境界に対して上下対称であるから、理想的には｜ＴＴＤａ−ＴＴＤｂ｜＝０となるはずである。
一方、ｘ方向とｙ方向の振動の位相関係が適切でないと図１１や図１２のように走査軌跡が不均一となる。
なお、フォトダイオード７ａ及び７ｂは画像領域外に配置されており、モニター用のレーザー点灯によって受光されるようになっている。モニター時のみ点灯するようにしてもよい。

図１１のような場合には、位置Ｐ近傍においては光ビームはフォトダイオード７ａの受光面中央に近い軌跡をたどり、位置Ｑ近傍においては光ビームはフォトダイオード７ｂの受光面中央から遠い軌跡をたどるので、フォトダイオード７ａでの受光時間はより長くなり、フォトダイオード７ｂでの受光時間はより短くなる。
逆に図１２のような場合には、位置Ｐ近傍においては光ビームはフォトダイオード７ａの受光面中央から遠い軌跡をたどり、位置Ｑ近傍においては光ビームはフォトダイオード７ｂの受光面中央に近い軌跡をたどるので、フォトダイオード７ａでの受光時間はより短くなり、フォトダイオード７ｂでの受光時間はより長くなる。
すなわち、第１の実施形態で示した１回の受光タイミングよりも大きい差分を得ることができる。本実施形態においては走査軌跡の密度が高くない場合で、２回の受光タイミングについて説明したが、更に走査軌跡の密度が高いより現実的な走査の場合には、更に多くの受光タイミングによる積算効果が得られ、より大きい差分すなわち検出精度が得られる。

４ 第一の光走査手段及び第二の光走査手段としてのＭＥＭＳスキャナー
７、２０ 受光手段としてのフォトダイオード
１１ 位相補正手段としてのデータ処理回路
１６ スクリーン面
ｘ 第一の方向
ｙ 第二の方向
Ｓｘ 第一の周波数の信号
Ｓｙ 第二の周波数の信号

特表２００５−５２６２８９号公報 特開平１１−２８８４４４号公報 特許第３５１８０９９号公報 特開平８−３０４４７４号公報

Claims (14)

1. 第一の周波数の信号を印加することによって第一の方向に前記第一の周波数で光ビームを往復走査すべく振動する第一の光走査手段と、
   前記第一の周波数とは異なる第二の周波数の信号を印加することによって第二の方向に前記第二の周波数で光ビームを往復走査すべく振動する第二の光走査手段と、を備えた２次元光走査装置において、
   前記第一または第二の走査方向のうち少なくとも一方側に、前記第一及び第二の光走査手段の振幅の位相ずれを検知可能に配置され、前記光ビームを受光する受光手段と、
   前記受光手段における前記光ビームの受光タイミング情報を取得し、該受光タイミング情報に基づいて前記第一及び第二の光走査手段の振幅関係を検知する位相検知手段と、を設けたことを特徴とする２次元光走査装置。
2. 請求項１に記載の２次元光走査装置において、
   前記受光手段は、前記第一の走査方向に沿って１つ以上配置された第一の受光手段と、前記第二の走査方向に沿って１つ以上配置された第二の受光手段とを備え、前記位相検知手段は、前記第一の受光手段における前記光ビームの受光タイミング情報と、前記第二の受光手段における前記光ビームの受光タイミング情報との関係から前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を検知することを特徴とする２次元光走査装置。
3. 請求項１に記載の２次元光走査装置において、
   前記受光手段は、前記第一または第二の走査方向のうち周波数の高い側に沿って２つ以上配置されていることを特徴とする２次元光走査装置。
4. 請求項３に記載の２次元光走査装置において、
   前記位相検知手段は、前記受光手段のうちの少なくとも一つにおいて前記光ビームが受光される第一の受光タイミング情報と、その後に別の受光手段の少なくとも一つにおいて前記光ビームが受光される第二の受光タイミング情報とに基づいて前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を検知することを特徴とする２次元光走査装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の２次元光走査装置において、
   前記位相検知手段によって検知された前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を所定の範囲内に補正する位相補正手段を有していることを特徴とする２次元光走査装置。
6. 請求項５に記載の２次元光走査装置において、
   前記位相補正手段は、前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係が所定の範囲内になるように前記第一の周波数の信号と前記第二の周波数の信号との位相関係を制御することを特徴とする２次元光走査装置。
7. 請求項５または６に記載の２次元光走査装置において、
   前記位相補正手段は、１つの受光手段でしか前記光ビームが受光されないときは、２つ以上の受光手段で受光されるように前段補正を行い、その後、前記位相検知手段によって検知された前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を所定の範囲内に補正することを特徴とする２次元光走査装置。
8. 請求項１に記載の２次元光走査装置において、
   前記受光手段は、前記第一または第二の走査方向のうち周波数の低い側に沿って２つ以上配置されていることを特徴とする２次元光走査装置。
9. 請求項８に記載の２次元光走査装置において、
   前記２つ以上の受光手段を前記周波数の低い走査方向に沿って第一のグループと第二のグループとに分け、前記位相検知手段は、前記第一のグループ全体での前記光ビームの受光タイミング情報１と、前記第二のグループ全体での前記光ビームの受光タイミング情報２とを取得し、それらの比較結果に基づいて前記第一及び第二の光走査手段の振幅関係を検知することを特徴とする２次元光走査装置。
10. 請求項９に記載の２次元光走査装置において、
    前記受光タイミング情報１または２は、それぞれ、前記第一のグループの受光手段全体で検知される前記光ビームの受光時間の合計１と、前記第二のグループの受光手段全体で検知される前記光ビームの受光時間の合計２であり、前記位相検知手段は、前記周波数の低い走査方向について、一方の向きに走査している期間中の一部または全部の期間ごとに前記受光時間の合計１および２の差分値を取得し、その結果に基づいて前記第一及び第二の光走査手段の振幅関係を検知することを特徴とする２次元光走査装置。
11. 請求項１０に記載の２次元光走査装置において、
    前記位相検知手段によって検知された前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を所定の範囲内に補正する位相補正手段を有し、
    前記位相補正手段は、前記第一の走査と第二の走査の位相関係が一巡する１フレーム期間において取得された前記受光時間の合計１および２の差分値のうち、少なくとも一つが所定の範囲内に入るように前記第一及び第二の光走査手段の振幅位相関係を補正することを特徴とする２次元光走査装置。
12. 請求項８〜１１のいずれか１つに記載の２次元光走査装置において、
    前記受光手段は、前記周波数の低い走査方向の走査範囲の中心を境に前記第一及び第二のグループに分けられ、互いに対称になるように配置されていることを特徴とする２次元光走査装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１つに記載の２次元光走査装置において、
    前記受光手段が、前記第一及び第二の光走査手段を有する装置筐体に設けられていることを特徴とする２次元光走査装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の２次元光走査装置を含み、画像信号を入力し前記第一及び第二の光走査手段の動きに同期して前記光ビームを前記画像信号に基づき強度変調しつつスクリーン面を走査することにより所望の画像を表示する手段を備えたことを特徴とする光走査型画像表示装置。

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