JP2011227379A - Image display device - Google Patents

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Yasuo Nishikawa
恭生 西川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device that does not need to be equipped with a detector for detecting the angle of an mirror for each scanner.SOLUTION: An image display device comprises: a first scanner 80 and a second scanner 90 for scanning a light beam emitted from a light source 20; a half mirror 98 provided on a light path between the first scanner 80 and the second scanner 90; a light detector 97 for detecting the intensity and timing of the incident light beam scanned by the first scanner 80 and reflected by the half mirror; a first reflector 41 and a second reflector 42 arranged at an image plane position formed by the light beam scanned by the second scanner 90 for reflecting the light beam scanned by the second scanner 90; and an optical member 43 for bringing the light path of the incident light beam scanned by the first scanner 80, reflected by each of the first reflector 41 and the second reflector 42, and reflected by the half mirror 98 to enter the light detector to the same light path as the light path of the light beam scanned by the first scanner 80 and reflected by the half mirror 98.

Description

本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に、画像信号に応じた強度の光束を2次元走査して画像を表示する光走査型の画像表示装置に関するものである。   The present invention relates to an image display apparatus, and more particularly to an optical scanning type image display apparatus that displays an image by two-dimensionally scanning a light beam having an intensity corresponding to an image signal.

従来より、画像信号に応じた強度の光束を、利用者の少なくとも一方の網膜上で走査することにより画像を表示する網膜走査型画像表示装置や、スクリーン上に画像信号に応じた強度の光束を走査して画像を表示するスクリーン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。   Conventionally, a retinal scanning image display device that displays an image by scanning a light beam having an intensity corresponding to an image signal on at least one retina of a user, or a light beam having an intensity corresponding to an image signal on a screen. An image display device such as a screen scanning type image display device that scans and displays an image is known.

例えば、下記特許文献1に記載の画像表示装置では、光源部から出射された光束を第1方向に走査する第1走査部と、前記第1走査部により走査された光束を前記第1方向と略直交する第2方向に走査する第2走査部とにより光束を走査して画像を表示する。第1方向は例えば水平方向であり、第2方向は例えば垂直方向である。   For example, in the image display device described in Patent Document 1 below, a first scanning unit that scans a light beam emitted from a light source unit in a first direction, and a light beam scanned by the first scanning unit as the first direction. An image is displayed by scanning the light flux with a second scanning unit that scans in a second direction that is substantially orthogonal. The first direction is, for example, the horizontal direction, and the second direction is, for example, the vertical direction.

第1走査部及び第2走査部は、例えば、反射面が形成されたミラー部を揺動軸回りに揺動可能な光走査素子を有しており、入力される駆動信号に基づきミラー部を揺動させて光束を走査する。   The first scanning unit and the second scanning unit include, for example, an optical scanning element that can swing a mirror unit on which a reflecting surface is formed around an oscillation axis, and the mirror unit is configured based on an input drive signal. Swing and scan the light beam.

第1走査部及び第2走査部の光走査素子のうち第2走査部の光走査素子は、駆動信号の信号レベルに応じた角度でミラー部が変位する。しかし、周囲温度、経年変化、個体差などにより、駆動信号の信号レベルと実際のミラー部の角度との関係が変化する。ミラー部によって光束を所望の方向に走査するためには、光走査素子を駆動する制御部において、駆動信号の信号レベルと実際のミラー部の角度との関係を知っておく必要がある。そのため、従来の走査部では、ミラー部の角度を検出する検出部が設けられている(特許文献2〜4参照)。   Among the optical scanning elements of the first scanning unit and the second scanning unit, the mirror unit of the optical scanning element of the second scanning unit is displaced at an angle corresponding to the signal level of the drive signal. However, the relationship between the signal level of the drive signal and the actual angle of the mirror portion changes due to ambient temperature, aging, individual differences, and the like. In order to scan the light beam in a desired direction by the mirror unit, it is necessary for the control unit that drives the optical scanning element to know the relationship between the signal level of the drive signal and the actual angle of the mirror unit. Therefore, in the conventional scanning part, the detection part which detects the angle of a mirror part is provided (refer patent documents 2-4).

特開2009−014791号公報JP 2009-014791 A 特開2009−229517号公報JP 2009-229517 A 特開2009−169325号公報JP 2009-169325 A 特開2008−129069号公報JP 2008-129069 A

しかしながら、従来の画像表示装置では、走査部毎にそれぞれミラー部の角度を検出する検出部を設ける必要があった。   However, in the conventional image display apparatus, it is necessary to provide a detection unit that detects the angle of the mirror unit for each scanning unit.

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、走査部毎にそれぞれミラー部の角度を検出する検出部を設ける必要がない画像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an image display device that does not require a detection unit that detects the angle of the mirror unit for each scanning unit.

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、光源部から出射された光束を第1方向に走査する第1走査部と、反射面を有するミラー部を揺動軸周りに揺動して前記第1走査部により走査された光束を前記第1方向と略直交する第2方向に走査する第2走査部と、前記第1走査部と前記第2走査部との間の光路上に設けられたハーフミラーと、前記第1走査部により前記第1方向の所定位置で走査された光束であって、前記ハーフミラーで反射されて入射する光束の強度とタイミングを検出する光検出部と、前記第2走査部により走査された光束により形成される像面位置に配置され、前記第2走査部により走査された光束をそれぞれ反射する第1反射部及び第2反射部と、前記第1走査部により前記第1方向の所定位置へ走査され前記第1反射部と前記第2反射部とでそれぞれ反射され、前記ハーフミラーで反射されて入射する光束の光路を、前記第1走査部により前記第1方向の所定位置へ走査されて前記ハーフミラーで反射される光束の光路と同一光路として前記光検出部に入射させる光学部材と、前記第1走査部及び前記第2走査部へそれぞれ駆動信号を出力して前記第1走査部及び前記第2走査部を制御すると共に、前記光検出部によって前記光束を検出したタイミングに基づいて、前記第1走査部の走査位置を検出し、前記画像信号に応じた光束を前記光源部から出射させる制御部と、を備えることとした。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 oscillates the first scanning unit that scans the light beam emitted from the light source unit in the first direction and the mirror unit having the reflecting surface about the oscillation axis. A second scanning unit that scans the light beam scanned by the first scanning unit in a second direction substantially orthogonal to the first direction, and an optical path between the first scanning unit and the second scanning unit. And a light detector that detects the intensity and timing of a light beam that is scanned at a predetermined position in the first direction by the first scanning unit and that is reflected by the half mirror and incident thereon A first reflecting portion and a second reflecting portion, which are disposed at an image plane position formed by the light beam scanned by the second scanning portion and respectively reflect the light beam scanned by the second scanning portion; Before being scanned to a predetermined position in the first direction by one scanning unit The half mirror is scanned by the first scanning unit to a predetermined position in the first direction on the optical path of the light beam reflected by the first reflecting unit and the second reflecting unit, reflected by the half mirror, and incident. An optical member that is incident on the light detection unit as the same optical path as the light beam reflected by the light beam, and outputs a drive signal to the first scanning unit and the second scanning unit, respectively, to output the first scanning unit and the second scanning unit. A control unit that controls the scanning unit and detects the scanning position of the first scanning unit based on the timing at which the light detection unit detects the light beam, and emits the light beam according to the image signal from the light source unit. And so on.

また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の画像表示装置において、前記ミラー部の揺動軸周りの角度を検出する角度検出部を備え、前記制御部は、前記第2走査部を制御して、前記光源部から出射させた光束を、前記第1反射部に入射させて反射させ、前記光検出部により所定強度以上の光束が検出されたときに前記角度検出部によって検出された前記角度の情報を第1校正点の情報として取得する第1処理と、前記第2走査部を制御して、前記光源部から出射させた光束を、前記第2反射部に入射させて反射させ、前記光検出部により所定強度以上の光束が検出されたときに前記角度検出部によって検出された前記角度の情報を第2校正点の情報として取得する第2処理と、前記第1校正点の情報と前記第2校正点の情報とに基づいて、前記角度検出部の検出結果を校正する第3処理と、を実行することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect of the present invention, the image display device further includes an angle detection unit that detects an angle around the swing axis of the mirror unit, and the control unit includes the second scanning unit. And the light beam emitted from the light source unit is incident on the first reflecting unit and reflected, and is detected by the angle detection unit when a light beam having a predetermined intensity or more is detected by the light detection unit. In addition, the first process for acquiring the angle information as the first calibration point information and the second scanning unit are controlled so that the light beam emitted from the light source unit is incident on the second reflecting unit and reflected. A second process for acquiring information on the angle detected by the angle detection unit as information on a second calibration point when a light beam having a predetermined intensity or higher is detected by the light detection unit, and the first calibration point. And information on the second calibration point , And executes a third process of calibrating the detection result of the angle detection unit.

また、請求項3に係る発明は、請求項2に記載の画像表示装置において、前記第2走査部のミラー部は、前記駆動信号の信号レベルに応じた角度に回動するものであり、前記制御部は、前記ミラー部の揺動軸周りの角度と前記駆動信号の信号レベルとの関係を規定する角度・レベル情報を有しており、前記第1校正点の情報を取得したときの前記駆動信号の信号レベルと、前記第2校正点の情報を取得したときの前記駆動信号の信号レベルとに基づいて、前記角度・レベル情報を補正することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the second aspect, the mirror section of the second scanning section rotates at an angle corresponding to the signal level of the drive signal. The control unit has angle / level information that defines a relationship between an angle around the swing axis of the mirror unit and a signal level of the drive signal, and the information when the first calibration point information is acquired The angle / level information is corrected based on the signal level of the drive signal and the signal level of the drive signal when the information of the second calibration point is acquired.

また、請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記第1反射部による前記光束の反射率を、前記第2反射部による前記光束の反射率と異ならせており、前記第1反射部と前記第2反射部とを前記第2方向に所定の距離だけ離隔して配置したことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to third aspects, the reflectance of the light beam by the first reflecting unit is set as the reflectance of the light beam by the second reflecting unit. The first reflection part and the second reflection part are arranged to be separated from each other by a predetermined distance in the second direction.

また、請求項5に係る発明は、請求項1〜4に記載の画像表示装置において、前記第2走査部により走査された光束を入射するテレセントリック光学系を有し、前記像面位置は、前記テレセントリック光学系により形成されることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the image display device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a telecentric optical system that enters the light beam scanned by the second scanning unit, wherein the image plane position is It is formed by a telecentric optical system.

また、請求項6に係る発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記ハーフミラーと前記第1及び第2反射部との間の光路上に設けられた第1のλ/4板と、前記ハーフミラーと前記光学部材との間の光路上に設けられた第2のλ/4板と、を有し、前記ハーフミラーを、入射する光束の偏光状態によって反射率が決まる偏光ビームスプリッタとして、前記光源部から出射され前記ハーフミラーを通過した光束を、前記第1のλ/4板を介して前記第1及び第2反射部に入射し、前記第1及び第2反射部で反射された光束を、前記第1のλ/4板、前記第2のλ/4板、前記光学部材、前記第2のλ/4板を順次介して前記光検出部に入射させることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the image display device according to any one of claims 1 to 5, wherein the image display device is provided on an optical path between the half mirror and the first and second reflecting portions. A first λ / 4 plate and a second λ / 4 plate provided on an optical path between the half mirror and the optical member, and the half mirror is made to have a polarization state of an incident light beam As a polarization beam splitter whose reflectivity is determined by the light beam, the light beam emitted from the light source unit and passed through the half mirror is incident on the first and second reflection units via the first λ / 4 plate, and The light beams reflected by the first and second reflecting sections are detected by the light sequentially through the first λ / 4 plate, the second λ / 4 plate, the optical member, and the second λ / 4 plate. It is made to enter into a part.

また、請求項7に係る発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記制御部は、前記光源部から出射させた光束が前記第1反射部及び前記第2反射部に入射しないタイミングで、前記光源部から光束を出射させ、このときに前記光検出部の検出タイミングに基づいて、前記第1走査部の走査位置を検出し、前記光源部から前記画像信号に応じた光束を前記光源部から出射させることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the image display device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit causes the light beam emitted from the light source unit to emit light from the first reflecting unit and the first unit. 2 A light beam is emitted from the light source unit at a timing not incident on the reflection unit, and at this time, a scanning position of the first scanning unit is detected based on a detection timing of the light detection unit, and the image from the light source unit is detected. A light beam corresponding to the signal is emitted from the light source unit.

また、請求項8に係る発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記画像信号に応じた強度の光束を走査する有効走査範囲の外側にある無効走査範囲で走査された光束の通過を遮断する遮光部を備え、前記遮光部は、前記第1反射部及び第2反射部よりも下流に位置しており、前記制御部は、前記第1走査部及び前記第2走査部による走査位置が前記無効走査範囲にあるときに、前記光検出部で検出させる光束を前記光源部から出射させることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to seventh aspects, the invalid scanning range outside the effective scanning range for scanning the luminous flux having the intensity corresponding to the image signal. A light-shielding part that blocks passage of the light beam scanned in Step 1, wherein the light-shielding part is located downstream of the first reflecting part and the second reflecting part, and the control part includes the first scanning part and When the scanning position by the second scanning unit is in the invalid scanning range, the light beam detected by the light detection unit is emitted from the light source unit.

また、請求項9に係る発明は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記制御部は、前記第1処理及び前記第2処理を行うときには、前記第1走査部の走査を停止状態とすることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the image display device according to any one of claims 1 to 8, wherein the control unit performs the first scan when performing the first process and the second process. This is characterized in that the scanning of the part is stopped.

また、請求項10に係る発明は、請求項1〜9のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記画像信号に応じた強度の光束を前記第1走査部及び前記第2走査部により走査して利用者の眼に入射させ、前記利用者の網膜上に前記画像信号に応じた画像を投影することを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to ninth aspects, a light beam having an intensity corresponding to the image signal is transmitted by the first scanning unit and the second scanning unit. It scans and makes it enter into a user's eyes, and the image according to the said image signal is projected on the said user's retina, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、第1反射部及び第2反射部で反射させた光束を検出部により検出させるので、走査部毎にそれぞれミラー部の角度を検出する検出部を設ける必要がない。   According to the present invention, since the light beam reflected by the first reflection unit and the second reflection unit is detected by the detection unit, it is not necessary to provide a detection unit for detecting the angle of the mirror unit for each scanning unit.

本実施形態に係る網膜走査型画像表示装置(以下、RSDという)の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the retinal scanning image display apparatus (henceforth RSD) which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るRSDの電気的構成及び光学的構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the electrical structure and optical structure of RSD which concern on this embodiment. 走査部による光束の走査の状態を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the state of the scanning of the light beam by a scanning part. 図1に示す光走査素子の具体的構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of the optical scanning element shown in FIG. ピエゾ抵抗素子により構成される検出部の等価回路である。It is the equivalent circuit of the detection part comprised by a piezoresistive element. 捻れ変位によるピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the resistance value of a piezoresistive element by torsional displacement. 図1に示す遮光部、第1及び第2反射部の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the light-shielding part shown in FIG. 1, and a 1st and 2nd reflection part. 図1に示すRSDのレーザ光の光路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical path of the laser beam of RSD shown in FIG. 図1に示すRSDのレーザ光の光路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical path of the laser beam of RSD shown in FIG. 光検出部によるレーザ光の検出方法を説明するための図ある。It is a figure for demonstrating the detection method of the laser beam by a photon detection part. 検出部の検出電圧と第2光走査素子のミラー部の角度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the detection voltage of a detection part, and the angle of the mirror part of a 2nd optical scanning element. 図1に示す制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control part shown in FIG. 目標角度テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a target angle table. 図1に示す制御部の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the control part shown in FIG. 図1に示す制御部の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the control part shown in FIG. レーザ光の他の光路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other optical path of a laser beam. レーザ光の他の光路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other optical path of a laser beam. 第2駆動信号の電圧と第2光走査素子のミラー部の角度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage of a 2nd drive signal, and the angle of the mirror part of a 2nd optical scanning element.

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。以下の説明では、画像信号に応じた強度の光束を走査部により走査して、利用者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(RSD)を例に挙げて説明する。なお、本発明は、RSDに限定されるものではなく、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。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a retinal scanning image display device (RSD) that scans a light beam with an intensity corresponding to an image signal, projects an image on at least one retina of a user, and displays the image is taken as an example. I will give you a description. The present invention is not limited to RSD, and can be applied to other image display devices that display an image by scanning a light beam.

[1.RSDの外観]
図1に示すように、本実施形態に係るRSD1は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイであり、コントロールユニット2、頭部装着具5を有している。コントロールユニット2と頭部装着具5とは伝送ケーブル部4を介して接続されている。伝送ケーブル部4は、コントロールユニット2から出射されたレーザ光を伝送する光ファイバケーブル50(図2参照)を有する。また、この伝送ケーブル部4には、後述の投影部6に備えられる走査部30とコントロールユニット2に備えられる後述の光源部20との間で同期をとるための信号(例えば、第1駆動信号61及び第2駆動信号62)を伝送する駆動信号伝送用ケーブルも有する。
[1. Appearance of RSD]
As shown in FIG. 1, the RSD 1 according to the present embodiment is a head-mounted display that is used by being mounted on the head, and includes a control unit 2 and a head-mounted tool 5. The control unit 2 and the head mounting tool 5 are connected via the transmission cable portion 4. The transmission cable unit 4 includes an optical fiber cable 50 (see FIG. 2) that transmits the laser light emitted from the control unit 2. The transmission cable unit 4 includes a signal (for example, a first drive signal) for synchronizing between a scanning unit 30 provided in the projection unit 6 described later and a light source unit 20 described later provided in the control unit 2. 61 and a drive signal transmission cable for transmitting the second drive signal 62).

コントロールユニット2は、外部入力端子7から入力した画像信号Sに応じた強度のレーザ光(以下、画像形成用のレーザ光という)を伝送ケーブル部4へ出射する。   The control unit 2 emits laser light having an intensity corresponding to the image signal S input from the external input terminal 7 (hereinafter referred to as image forming laser light) to the transmission cable unit 4.

頭部装着具5は、投影部6と、この投影部6を支持する眼鏡型フレーム14とから構成される。投影部6は、伝送ケーブル部4の光ファイバケーブル50を介して伝送されてきたレーザ光を走査部により2次元方向に走査し、利用者の眼101へ投射する。これにより、利用者の眼101の網膜には、2次元方向に走査された画像が投影され、利用者は画像信号Sに応じた画像を視認する。   The head mounting tool 5 includes a projection unit 6 and a glasses-type frame 14 that supports the projection unit 6. The projection unit 6 scans the laser beam transmitted through the optical fiber cable 50 of the transmission cable unit 4 in a two-dimensional direction by the scanning unit and projects the laser beam on the user's eye 101. As a result, an image scanned in the two-dimensional direction is projected onto the retina of the user's eye 101, and the user visually recognizes the image corresponding to the image signal S.

また、投影部6には、利用者の眼101と対向する位置にハーフミラー15が設けられている。外光L1はハーフミラー15を透過して利用者の眼101に入射され、投影部6から出射されるレーザ光L2はハーフミラー15で反射して利用者の眼101に入射される。これにより、利用者は外光L1による外景にレーザ光L2による画像を重ねて視認することができる。   The projection unit 6 is provided with a half mirror 15 at a position facing the user's eye 101. The external light L1 passes through the half mirror 15 and enters the user's eye 101, and the laser light L2 emitted from the projection unit 6 is reflected by the half mirror 15 and enters the user's eye 101. Accordingly, the user can visually recognize the image of the laser light L2 superimposed on the outside scene of the external light L1.

このようにRSD1は、画像信号Sに応じた画像と外景とを重ねて利用者の眼101の網膜に結像させるつまり、シースルー型RSDである。なお、ここでは、光束の一例として、効率面で有利であるレーザ光を用いているが、光束はレーザ光に限られるものではない。   As described above, the RSD 1 is a see-through type RSD in which an image according to the image signal S and an outside scene are overlapped to form an image on the retina of the user's eye 101. Here, laser light that is advantageous in terms of efficiency is used as an example of the light flux, but the light flux is not limited to laser light.

[2.RSD1の電気的構成及び光学的構成]
次に、RSD1の電気的構成及び光学的構成について、図2を参照して説明する。
[2. Electrical configuration and optical configuration of RSD1]
Next, the electrical configuration and optical configuration of the RSD 1 will be described with reference to FIG.

コントロールユニット2は、制御部10と、光源部20とを有している。   The control unit 2 includes a control unit 10 and a light source unit 20.

制御部10は、外部入力端子7から入力された画像信号S(例えば、NTSCコンポジット信号、コンポーネント信号)に基づいて、画像を形成するための要素となる各信号を画素単位で生成する。すなわち、制御部10からは、R(赤色)駆動信号60r,G(緑色)駆動信号60g,B(青色)駆動信号60bが生成されて出力される。また、制御部10は、第1走査部80で使用される第1駆動信号61と、第2走査部90で使用される第2駆動信号62とをそれぞれ出力する。   Based on the image signal S (for example, NTSC composite signal, component signal) input from the external input terminal 7, the control unit 10 generates each signal that is an element for forming an image in units of pixels. That is, the control unit 10 generates and outputs an R (red) drive signal 60r, a G (green) drive signal 60g, and a B (blue) drive signal 60b. Further, the control unit 10 outputs a first drive signal 61 used in the first scanning unit 80 and a second drive signal 62 used in the second scanning unit 90, respectively.

光源部20には、Rレーザドライバ66,Gレーザドライバ67,Bレーザドライバ68が設けられる。Rレーザドライバ66,Gレーザドライバ67,Bレーザドライバ68は、それぞれ制御部10から出力されるR駆動信号60r,G駆動信号60g,B駆動信号60bをもとに、Rレーザ63,Gレーザ64,Bレーザ65へそれぞれ駆動電流を供給する。各レーザ63,64,65は、各レーザドライバ66,67,68から供給される駆動電流に応じて強度変調されたレーザ光を出射する。各レーザ63,64,65は、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。なお、半導体レーザを用いる場合は駆動電流を直接変調して、レーザ光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レーザ光の強度変調を行う必要がある。   The light source unit 20 is provided with an R laser driver 66, a G laser driver 67, and a B laser driver 68. The R laser driver 66, the G laser driver 67, and the B laser driver 68 are based on the R drive signal 60r, the G drive signal 60g, and the B drive signal 60b output from the control unit 10, respectively. , And B laser 65 are supplied with drive current, respectively. Each of the lasers 63, 64, and 65 emits laser light whose intensity is modulated in accordance with the drive current supplied from each of the laser drivers 66, 67, and 68. Each laser 63, 64, 65 can be configured as, for example, a semiconductor laser or a solid-state laser with a harmonic generation mechanism. If a semiconductor laser is used, the drive current can be directly modulated to modulate the intensity of the laser beam. However, if a solid-state laser is used, each laser is equipped with an external modulator, and the intensity of the laser beam is modulated. Need to do.

さらに、光源部20には、コリメート光学系71,72,73と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー74,75,76と、結合光学系77とが設けられている。各レーザ63,64,65から出射したR(赤色)レーザ光Lr,G(緑色)レーザ光Lg、B(青色)レーザ光Lbは、コリメート光学系71,72,73によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー74,75,76に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー74,75,76により、3原色の各レーザ光Lr,Lg,Lbが波長選択的に反射・透過して結合光学系77に達し、合波されて光ファイバケーブル50へ出射される。このように光ファイバケーブル50へ出射されるレーザ光は、強度変調された各色のレーザ光が合波されたものである。   Furthermore, the light source unit 20 is provided with collimating optical systems 71, 72, 73, dichroic mirrors 74, 75, 76 for combining the collimated laser beams, and a coupling optical system 77. The R (red) laser light Lr, G (green) laser light Lg, and B (blue) laser light Lb emitted from the lasers 63, 64, and 65 were collimated by collimating optical systems 71, 72, and 73, respectively. Later, the light enters the dichroic mirrors 74, 75, and 76. Thereafter, the laser beams Lr, Lg, and Lb of the three primary colors are wavelength-selectively reflected and transmitted by these dichroic mirrors 74, 75, and 76, reach the coupling optical system 77, and are combined to the optical fiber cable 50. Emitted. As described above, the laser light emitted to the optical fiber cable 50 is obtained by combining the intensity-modulated laser light of each color.

投影部6は、光源部20と利用者の眼101との間の光路上に配置されており、走査部30、第2リレー光学系95を有している。   The projection unit 6 is disposed on the optical path between the light source unit 20 and the user's eye 101, and includes a scanning unit 30 and a second relay optical system 95.

走査部30は、コリメート光学系(コリメートレンズ)79、第1走査部80、第2走査部90、第1リレー光学系85、光検出部97を有している。   The scanning unit 30 includes a collimating optical system (collimating lens) 79, a first scanning unit 80, a second scanning unit 90, a first relay optical system 85, and a light detection unit 97.

コリメート光学系79は、光源部20で生成され、光ファイバケーブル50を介して出射されるレーザ光を平行光化する。   The collimating optical system 79 collimates the laser light generated by the light source unit 20 and emitted through the optical fiber cable 50.

第1走査部80及び第2走査部90は、光ファイバケーブル50から入射されたレーザ光を画像として利用者の網膜101bに投影可能な状態にするために、第1方向Xと第2方向Yに走査する光学系である。第1走査部80は、コリメート光学系79で平行光化されて入射するレーザ光を第1方向Xに相対的に高速に往復走査する。また、第2走査部90は、第1走査部80で第1方向Xに走査され、レンズ85a,85bから構成される第1リレー光学系85を介して入射するレーザ光を第2方向Yに相対的に低速に走査する。この第2方向Yは第1方向Xに略直交する方向である。例えば、第1方向Xを水平方向、第2方向Yを垂直方向とすることができる。   The first scanning unit 80 and the second scanning unit 90 have a first direction X and a second direction Y in order to project the laser light incident from the optical fiber cable 50 onto the user's retina 101b as an image. It is an optical system that performs scanning. The first scanning unit 80 reciprocally scans the incident laser light that has been collimated by the collimating optical system 79 in the first direction X at a relatively high speed. The second scanning unit 90 scans the first scanning unit 80 in the first direction X, and the laser beam incident through the first relay optical system 85 including the lenses 85a and 85b is applied in the second direction Y. Scan relatively slowly. The second direction Y is a direction substantially orthogonal to the first direction X. For example, the first direction X can be the horizontal direction and the second direction Y can be the vertical direction.

第1走査部80は、レーザ光を第1方向Xに走査する共振型の第1光走査素子81と、この第1光走査素子81を共振させて第1光走査素子81のミラー部82aを揺動軸Lx周りに揺動させる駆動信号を第1駆動信号61に基づいて発生する第1走査駆動回路83を備えている。第1光走査素子81は、反射面82bが形成されたミラー部82aを有しており、このミラー部82aは、弾性を有する梁部82cにより支持されている。ミラー部82aは、梁部82cの捻れ変位(捻れ変形)により揺動軸Lx周りに揺動し、レーザ光を第1方向Xに走査する。なお、図示しないが、第1光走査素子81は、梁部82cに振動を与える圧電素子を有しており、第1駆動信号61により圧電素子に機械的変位が加わって、共振振動により梁部82cに捻れ変位を与える。   The first scanning unit 80 resonates the first optical scanning element 81 that scans laser light in the first direction X, and causes the mirror part 82a of the first optical scanning element 81 to resonate with the first optical scanning element 81. A first scanning drive circuit 83 that generates a drive signal for swinging around the swing axis Lx based on the first drive signal 61 is provided. The first optical scanning element 81 has a mirror part 82a on which a reflecting surface 82b is formed, and this mirror part 82a is supported by an elastic beam part 82c. The mirror portion 82a swings around the swing axis Lx due to torsional displacement (twist deformation) of the beam portion 82c, and scans the laser light in the first direction X. Although not shown, the first optical scanning element 81 has a piezoelectric element that applies vibration to the beam portion 82c. Mechanical displacement is applied to the piezoelectric element by the first drive signal 61, and the beam portion is caused by resonance vibration. A twist displacement is given to 82c.

一方、第2走査部90は、レーザ光を第2方向Yに走査するためのミラー部110を有する電磁駆動方式の第2光走査素子91と、この第2光走査素子91のミラー部110を非共振状態で揺動軸Ly周りに揺動させる駆動電流を第2駆動信号62の電圧値に応じた電流値で生成して出力する第2走査駆動回路93とを備える。この第2走査部90は、表示すべき画像の1フレームごとに、画像を形成するためのレーザ光を最初の走査線から最後の走査線に向かって第2方向Yに走査する。ここで「走査線」とは、第1走査部80による第1方向Xへの片側1走査を意味する。なお、第2光走査素子91の構成は、後で詳述する。第2走査部90には、第2光走査素子91のミラー部110の揺動軸Ly周りの角度を検出するための角度検出部18が設けられており、この角度検出部18の構成についても後で詳述することとする。   On the other hand, the second scanning unit 90 includes an electromagnetically driven second optical scanning element 91 having a mirror unit 110 for scanning laser light in the second direction Y, and the mirror unit 110 of the second optical scanning element 91. And a second scanning drive circuit 93 that generates and outputs a drive current that swings around the swing axis Ly in a non-resonant state at a current value corresponding to the voltage value of the second drive signal 62. The second scanning unit 90 scans laser light for forming an image in the second direction Y from the first scanning line toward the last scanning line for each frame of the image to be displayed. Here, “scanning line” means one scanning on one side in the first direction X by the first scanning unit 80. The configuration of the second optical scanning element 91 will be described in detail later. The second scanning unit 90 is provided with an angle detection unit 18 for detecting an angle around the swing axis Ly of the mirror unit 110 of the second optical scanning element 91. The configuration of the angle detection unit 18 is also described. This will be described in detail later.

ハーフミラー98は、第1走査部80と第2走査部90との間の光路上に設けられており、第1方向Xに走査されたレーザ光の一部を反射するとともに、残りを透過させる。ハーフミラー98により反射されるレーザ光の走査角p内には、光検出部97が配設されている。この光検出部97は、ハーフミラー98により反射されたレーザ光を受光すると、受光したレーザ光の強度に応じた電圧値の検出信号を生成して制御部10へ送信する。この光検出部97によるレーザ光の検出については、後で詳述する。   The half mirror 98 is provided on the optical path between the first scanning unit 80 and the second scanning unit 90, and reflects part of the laser light scanned in the first direction X and transmits the rest. . A light detection unit 97 is disposed within the scanning angle p of the laser light reflected by the half mirror 98. When the light detection unit 97 receives the laser light reflected by the half mirror 98, the light detection unit 97 generates a detection signal having a voltage value corresponding to the intensity of the received laser light and transmits the detection signal to the control unit 10. The detection of laser light by the light detection unit 97 will be described in detail later.

また、第1走査部80と第2走査部90との間でレーザ光を中継する第1リレー光学系85は、第1光走査素子81のミラー部82aによって第1方向Xに走査されたレーザ光を第2光走査素子91の反射ミラーに収束させる。そして、このレーザ光が第2光走査素子91のミラー部110によって第2方向Yに走査される。第2光走査素子91によって走査されたレーザ光は、正の屈折力を持つ2つのレンズ95a,95bが直列配置された第2リレー光学系95を介して、眼101の前方に位置させたハーフミラー15で反射されて利用者の瞳孔101aに入射する。これにより、網膜101b上に画像信号Sに応じた画像が投影され、利用者は瞳孔101aに入射するレーザ光を画像として認識する。また、ハーフミラー15は外光L1を透過して利用者の瞳孔101aに入射させるようにしており、これにより利用者は外光L1に基づく外景にレーザ光L2に基づく画像を重ねた画像を視認することができる。   The first relay optical system 85 that relays the laser light between the first scanning unit 80 and the second scanning unit 90 is a laser scanned in the first direction X by the mirror unit 82 a of the first optical scanning element 81. The light is converged on the reflection mirror of the second optical scanning element 91. Then, this laser beam is scanned in the second direction Y by the mirror part 110 of the second optical scanning element 91. The laser beam scanned by the second optical scanning element 91 is half-positioned in front of the eye 101 via the second relay optical system 95 in which two lenses 95a and 95b having positive refractive power are arranged in series. It is reflected by the mirror 15 and enters the user's pupil 101a. As a result, an image corresponding to the image signal S is projected on the retina 101b, and the user recognizes the laser light incident on the pupil 101a as an image. Further, the half mirror 15 transmits the external light L1 so as to enter the pupil 101a of the user, so that the user can visually recognize an image in which an image based on the laser light L2 is superimposed on an external scene based on the external light L1. can do.

なお、第2リレー光学系95においては、レンズ95aによって、それぞれの走査光はその中心線を相互に略平行にされ、かつそれぞれ収束レーザ光に変換される。つまりレンズ95aはミラー部110の反射面110aを入射瞳とするテレセントリック光学系を構成する光学部材となっている。そして、レンズ95bによってそれぞれのレーザ光がほぼコリメートされると共に、これらのレーザ光の各中心線が利用者の瞳孔101aに収束するように変換される。なお、本実施形態においては、レンズ95bとハーフミラー15により投射部が構成される。   In the second relay optical system 95, the respective scanning lights are made substantially parallel to each other and converted into convergent laser lights by the lens 95a. That is, the lens 95a is an optical member that constitutes a telecentric optical system in which the reflecting surface 110a of the mirror unit 110 is the entrance pupil. Then, the respective laser beams are substantially collimated by the lens 95b and converted so that the center lines of these laser beams converge on the user's pupil 101a. In the present embodiment, a projection unit is configured by the lens 95b and the half mirror 15.

第2リレー光学系95により形成される像面(以下、「中間像面」という)位置又はその近傍には、有効走査範囲Zで走査された画像形成用レーザ光を通過させる開口96aを中央部に有して額縁状に形成された遮光部96が設けられている。この遮光部96は、有効走査範囲Z外で走査された光のレンズ95bへの入射を遮断して、不要なレーザ光が利用者の眼101に入射しないようにしている。なお、中間像面は、網膜101bと像共役の関係にある。   At the position of the image plane (hereinafter referred to as “intermediate image plane”) formed by the second relay optical system 95 or in the vicinity thereof, an opening 96a through which the image forming laser beam scanned in the effective scanning range Z is passed is the central portion. And a light-shielding portion 96 formed in a frame shape. The light shielding unit 96 blocks light that has been scanned outside the effective scanning range Z from entering the lens 95 b so that unnecessary laser light does not enter the user's eye 101. The intermediate image plane has an image conjugate relationship with the retina 101b.

図3には、第1走査部80及び第2走査部90の光走査素子81,91による最大走査範囲Gと有効走査範囲Zとの関係が示されている。ここで、「最大走査範囲G」とは、第1走査部80の第1光走査素子81及び第2走査部90の第2光走査素子91がレーザ光を走査できる最大の範囲を意味する。この最大走査範囲Gは、第1光走査素子81の走査位置が−X2〜+X2であり、かつ第2光走査素子91の走査位置が−Y2〜+Y2であるときの走査部30の走査位置である。また、「有効走査範囲Z」は、第1光走査素子81の走査位置が−X1〜+X1であり、かつ第2光走査素子91の走査位置が−Y1〜+Y1であるときの走査部30の走査位置であり、この範囲で、光源部20から出射されたレーザ光が走査される。なお、第1光走査素子81は第1駆動信号61を入力しない状態のときに、第1光走査素子81のミラー部110が平衡位置X0となり、第2光走査素子91は第2駆動信号62を入力しない状態のときに、第2光走査素子91のミラー部110が平衡位置Y0となる。   FIG. 3 shows the relationship between the maximum scanning range G and the effective scanning range Z by the optical scanning elements 81 and 91 of the first scanning unit 80 and the second scanning unit 90. Here, the “maximum scanning range G” means the maximum range in which the first optical scanning element 81 of the first scanning unit 80 and the second optical scanning element 91 of the second scanning unit 90 can scan the laser beam. The maximum scanning range G is a scanning position of the scanning unit 30 when the scanning position of the first optical scanning element 81 is −X2 to + X2 and the scanning position of the second optical scanning element 91 is −Y2 to + Y2. is there. Further, the “effective scanning range Z” is the scanning unit 30 when the scanning position of the first optical scanning element 81 is −X1 to + X1 and the scanning position of the second optical scanning element 91 is −Y1 to + Y1. This is the scanning position, and the laser beam emitted from the light source unit 20 is scanned in this range. When the first optical scanning element 81 does not receive the first drive signal 61, the mirror part 110 of the first optical scanning element 81 is in the equilibrium position X0, and the second optical scanning element 91 receives the second drive signal 62. Is not input, the mirror part 110 of the second optical scanning element 91 is in the equilibrium position Y0.

最大走査範囲Gのうち、第1光走査素子81及び第2光走査素子91による走査位置が有効走査範囲Zにあるタイミングで光源部20から画像信号Sに応じて強度変調された画像形成用のレーザ光が出射される。これにより、第1光走査素子81及び第2光走査素子91によって画像形成用のレーザ光が有効走査範囲Zで走査され、1フレーム分の画像形成用レーザ光が有効走査範囲Z内で走査される。この走査が1フレームの画像ごとに繰り返される。   Of the maximum scanning range G, for image formation, the intensity of the light source unit 20 in accordance with the image signal S is modulated at the timing when the scanning position by the first optical scanning element 81 and the second optical scanning element 91 is within the effective scanning range Z. Laser light is emitted. As a result, the first optical scanning element 81 and the second optical scanning element 91 scan the image forming laser beam in the effective scanning range Z, and the image forming laser beam for one frame is scanned in the effective scanning range Z. The This scanning is repeated for each frame image.

[3.第2光走査素子91及び角度検出部18の具体的構成]
次に、第2光走査素子91及び角度検出部18の具体的構成について説明する。図4は第2光走査素子91及び角度検出部18の具体的構成を示す図である。
[3. Specific Configuration of Second Optical Scanning Element 91 and Angle Detection Unit 18]
Next, specific configurations of the second optical scanning element 91 and the angle detection unit 18 will be described. FIG. 4 is a diagram showing a specific configuration of the second optical scanning element 91 and the angle detection unit 18.

図4(a)に示すように、第2光走査素子91は、反射面110aが形成されたミラー部110と、一対の梁部111a,111bと、一対の支持部112a,112bと、固定部113a,113bと、基台114とを有しており、ミラー部110を揺動軸Ly周りに揺動させて、レーザ光を走査する。   As shown in FIG. 4A, the second optical scanning element 91 includes a mirror part 110 on which a reflecting surface 110a is formed, a pair of beam parts 111a and 111b, a pair of support parts 112a and 112b, and a fixed part. 113a and 113b, and a base 114, and the mirror 110 is swung around the swing axis Ly to scan with the laser beam.

一対の梁部111a,111bは、揺動軸Lyに沿って延伸してミラー部110の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、その捻れ変位(捻れ変形)によりミラー部110を揺動軸Ly周りに揺動可能としている。また、一対の支持部112a,112bは、一対の梁部111a,111bのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が基台114に固着された固定部113a,113bに固定されている。このように、ミラー部110は一対の梁部111a,111bと一対の支持部112a,112bとにより揺動軸Ly周りに揺動可能に支持されている。   The pair of beam portions 111a and 111b extend along the swing axis Ly to support both sides of the mirror portion 110 with elasticity, and the mirror portion 110 is supported by the swing displacement (twist deformation) of the swing portion Ly. It can swing around. The pair of support portions 112a and 112b support the other end of each of the pair of beam portions 111a and 111b with elasticity at the central portion, and fixed portions 113a and 113b whose both ends are fixed to the base 114. It is fixed to. As described above, the mirror portion 110 is supported by the pair of beam portions 111a and 111b and the pair of support portions 112a and 112b so as to be swingable around the swing axis Ly.

ミラー部110の揺動軸Lyに平行な2辺に近接して永久磁石115a,115bが配置されている。永久磁石115a,115bが形成する磁界の向きは、静止状態のミラー部110の反射面110aに平行で、揺動軸Lyに直交する方向である。また、図4(b)に示すように、ミラー部110の反射面110aと反対側の裏面にはコイル116が形成されている。コイル116の電極は2つの梁部111a,111bを介して第2走査駆動回路93に接続される。この構成により、コイル116に駆動電流を流すとコイル116にローレンツ力が働く。例えば、図面視で、コイル116の梁部111a側からコイル116の111b側に電流を流したとき、図面視で揺動軸Lyから下半分のコイル116には例えば紙面の表面側にローレンツ力が働き、図面視で揺動軸Lyから上半分のコイル116には紙面の裏面側にローレンツ力が働く。これにより、ミラー部110には揺動軸Lyを中心として回転トルクが生ずる。従って、第2走査駆動回路93から出力する駆動電流の信号レベルを制御することにより、ミラー部110の揺動軸Ly周りの角度を制御することができる。第2走査駆動回路93から出力する駆動電流の電流値は、第2駆動信号62の信号レベルに比例しており、従って、制御部10は、ミラー部110の所望の角度に応じた信号レベルの第2駆動信号62を出力することで、ミラー部110を所望の角度にすることができる。   Permanent magnets 115a and 115b are disposed in proximity to two sides parallel to the swing axis Ly of the mirror unit 110. The direction of the magnetic field formed by the permanent magnets 115a and 115b is parallel to the reflecting surface 110a of the mirror unit 110 in a stationary state and is orthogonal to the swing axis Ly. Further, as shown in FIG. 4B, a coil 116 is formed on the back surface of the mirror portion 110 opposite to the reflecting surface 110a. The electrode of the coil 116 is connected to the second scanning drive circuit 93 via the two beam portions 111a and 111b. With this configuration, when a drive current is passed through the coil 116, Lorentz force acts on the coil 116. For example, when a current is passed from the beam portion 111a side of the coil 116 to the 111b side of the coil 116 in the drawing view, the lower half of the coil 116 from the swing axis Ly in the drawing view has, for example, a Lorentz force on the surface side of the paper surface. The Lorentz force acts on the back side of the paper surface in the upper half coil 116 from the swing axis Ly in the drawing. As a result, a rotational torque is generated in the mirror unit 110 around the swing axis Ly. Therefore, by controlling the signal level of the drive current output from the second scanning drive circuit 93, the angle around the swing axis Ly of the mirror unit 110 can be controlled. The current value of the drive current output from the second scanning drive circuit 93 is proportional to the signal level of the second drive signal 62, and thus the control unit 10 has a signal level corresponding to the desired angle of the mirror unit 110. By outputting the second drive signal 62, the mirror unit 110 can be set to a desired angle.

この第2光走査素子91には、さらに、ミラー部110の揺動軸Ly周りの角度を検出する角度検出部18として、ピエゾ抵抗素子R1〜R4が設けられる。一対のピエゾ抵抗素子R1,R3は、支持部112a上に揺動軸Lyに対して対称配置される。ピエゾ抵抗素子R1は固定部113a側の支持部112a上に配置されており、ピエゾ抵抗素子R3は固定部113b側の支持部112a上に配置されている。同様に、一対のピエゾ抵抗素子R2,R4は、支持部112b上に揺動軸Lyに対して対称配置される。ピエゾ抵抗素子R2は固定部113a側の支持部112b上に配置されており、ピエゾ抵抗素子R4は固定部113b側の支持部112b上に配置されている。   The second optical scanning element 91 is further provided with piezoresistive elements R1 to R4 as an angle detection unit 18 that detects an angle around the swing axis Ly of the mirror unit 110. The pair of piezoresistive elements R1 and R3 are disposed symmetrically with respect to the swing axis Ly on the support portion 112a. The piezoresistive element R1 is arranged on the support part 112a on the fixed part 113a side, and the piezoresistive element R3 is arranged on the support part 112a on the fixed part 113b side. Similarly, the pair of piezoresistive elements R2 and R4 are arranged symmetrically with respect to the swing axis Ly on the support portion 112b. The piezoresistive element R2 is arranged on the support part 112b on the fixed part 113a side, and the piezoresistive element R4 is arranged on the support part 112b on the fixed part 113b side.

そして、一方の一対のピエゾ抵抗素子R1,R3は、梁部111aに発生する捻れ変位に応じて揺動軸Ly近傍に発生する応力場によって各々その抵抗値が変化し、他方の一対のピエゾ抵抗素子R2,R4は、梁部111bに発生する捻れ変位に応じて揺動軸Ly近傍に発生する応力場によって各々その抵抗値が変化する。   The resistance value of one pair of piezoresistive elements R1 and R3 changes according to the stress field generated in the vicinity of the swing axis Ly according to the torsional displacement generated in the beam portion 111a, and the other pair of piezoresistive elements. The resistance values of the elements R2 and R4 change depending on the stress field generated in the vicinity of the swing axis Ly according to the torsional displacement generated in the beam portion 111b.

図4(c)に示すように、一対のピエゾ抵抗素子R1,R3は、電源電位Vcと接地電位GND間に直列に配置される。また、同様に、一対のピエゾ抵抗素子R4,R2は、電源電位Vcと接地電位GND間に直列に配置される。すなわち、ピエゾ抵抗素子R1,R4の一端が電源電位Vcの電源に接続され、他端がピエゾ抵抗素子R2,R3の一端に接続される。ピエゾ抵抗素子R2,R3の他端は、接地電位GNDのグランドに接続される。   As shown in FIG. 4C, the pair of piezoresistive elements R1 and R3 are arranged in series between the power supply potential Vc and the ground potential GND. Similarly, the pair of piezoresistive elements R4 and R2 are arranged in series between the power supply potential Vc and the ground potential GND. That is, one end of the piezoresistive elements R1 and R4 is connected to the power supply of the power supply potential Vc, and the other end is connected to one end of the piezoresistive elements R2 and R3. The other ends of the piezoresistive elements R2 and R3 are connected to the ground of the ground potential GND.

図5は、図4(c)に示すピエゾ抵抗素子R1〜R4により構成される角度検出部18の等価回路である。この角度検出部18は、同図に示すように、一対のピエゾ抵抗素子R1,R3の接続点を第1出力ノードN1とし、他の一対のピエゾ抵抗素子R4,R2の接続点を第2出力ノードN2としている。そして、制御部10は、第1出力ノードN1の電圧VPR+と第2出力ノードN2の電圧VPR−とを入力しており、第2出力ノードN2の電圧を基準とした第1出力ノードN1の電圧を検出電圧Vd(=[VPR+]−[VPR−])としている。なお、ミラー部110に駆動電流が供給されていないとき、換言すれば第2駆動信号62の信号レベルが0[V]のとき、ピエゾ抵抗素子R1〜R4の抵抗値は変化がなく、ピエゾ抵抗素子R1〜R4の初期抵抗値が同一の場合には、検出電圧Vdは0Vとなる。   FIG. 5 is an equivalent circuit of the angle detector 18 configured by the piezoresistive elements R1 to R4 shown in FIG. As shown in the figure, the angle detector 18 uses a connection point between the pair of piezoresistive elements R1 and R3 as a first output node N1, and a connection point between the other pair of piezoresistive elements R4 and R2 as a second output. Node N2. The control unit 10 receives the voltage VPR + of the first output node N1 and the voltage VPR− of the second output node N2, and the voltage of the first output node N1 with reference to the voltage of the second output node N2. Is the detection voltage Vd (= [VPR +] − [VPR−]). When no drive current is supplied to the mirror unit 110, in other words, when the signal level of the second drive signal 62 is 0 [V], the resistance values of the piezoresistive elements R1 to R4 are not changed, and the piezoresistor When the initial resistance values of the elements R1 to R4 are the same, the detection voltage Vd is 0V.

ここで、各ピエゾ抵抗素子R1〜R4は、圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、引張応力によりその抵抗値が下降する特性を有するものとすると、ミラー部110の変位により以下のように抵抗値が変化する。なお、ここでは、各ピエゾ抵抗素子R1〜R4は、同一材料及び同一形状であり、その特性は同一であるものとする。   Here, assuming that each of the piezoresistive elements R1 to R4 has a characteristic that the resistance value increases due to the compressive stress and the resistance value decreases due to the tensile stress, the resistance value is as follows due to the displacement of the mirror portion 110. Changes. Here, it is assumed that the piezoresistive elements R1 to R4 have the same material and the same shape, and the same characteristics.

例えば、図6に示すように、ミラー部110に揺動軸Ly周りの角度θの傾きが生じたとき、ピエゾ抵抗素子R1,R2は圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、ピエゾ抵抗素子R3,R4はその引張応力によりその抵抗値が下降する。そのため、第1出力ノードN1の電圧VPR+は下降し、第2出力ノードN2の電圧VPR−は上昇して、検出電圧Vdは負極性となる。そして、揺動軸Ly周りのミラー部110の角度θが大きくなるほど、検出電圧Vdの絶対値が大きくなる。一方、図6に示す方向とは逆方向にミラー部110が傾いたとき、検出電圧Vdは正極性となり、揺動軸Ly周りのミラー部110の角度が大きくなるほど、検出電圧Vdの絶対値が大きくなる。   For example, as shown in FIG. 6, when the mirror portion 110 is inclined at an angle θ around the swing axis Ly, the resistance values of the piezoresistive elements R1 and R2 increase due to compressive stress, and the piezoresistive elements R3, R3, The resistance value of R4 decreases due to the tensile stress. Therefore, the voltage VPR + at the first output node N1 decreases, the voltage VPR− at the second output node N2 increases, and the detection voltage Vd becomes negative. The absolute value of the detection voltage Vd increases as the angle θ of the mirror 110 around the swing axis Ly increases. On the other hand, when the mirror unit 110 is tilted in the direction opposite to the direction shown in FIG. 6, the detection voltage Vd becomes positive, and the absolute value of the detection voltage Vd increases as the angle of the mirror unit 110 around the swing axis Ly increases. growing.

このように、検出電圧Vdの極性により、図4に示す平衡状態からのミラー部110の傾き方向がわかり、検出電圧Vdの大きさによりミラー部110の傾き角度がわかる。この原理を利用して、制御部10は、揺動軸Ly周りのミラー部110の実際の傾き角を検出電圧Vdにより検出している。   Thus, the inclination direction of the mirror unit 110 from the equilibrium state shown in FIG. 4 can be determined by the polarity of the detection voltage Vd, and the inclination angle of the mirror unit 110 can be determined by the magnitude of the detection voltage Vd. Using this principle, the control unit 10 detects the actual tilt angle of the mirror unit 110 around the swing axis Ly by the detection voltage Vd.

ところで、ピエゾ抵抗素子R1〜R4は、その個体差や温度変化によって抵抗値が変わり、また、経年変化等によっても抵抗値が変わる。そのため、検出電圧Vdとミラー部110の角度との関係が変動することになり、ミラー部110を精度よく揺動することができない恐れがある。   By the way, the resistance values of the piezoresistive elements R1 to R4 change due to individual differences or temperature changes, and the resistance values also change due to secular changes or the like. For this reason, the relationship between the detection voltage Vd and the angle of the mirror unit 110 varies, and there is a possibility that the mirror unit 110 cannot be swung accurately.

そこで、本実施形態に係るRSD1では、検出電圧Vdとミラー部110の角度との関係が変動した場合であっても、ミラー部110を精度よく揺動することができることができるように、第1反射部41、第2反射部42及び光学部材43を設けている。すなわち、第1反射部41、第2反射部42及び光学部材43を設けることで、第2走査部90によって走査されたレーザ光を光検出部97に入射させ、第2走査部90の走査位置を検出して、検出電圧Vdとミラー部110の角度との関係を校正するようにしている。以下、検出電圧Vdとミラー部110の角度との関係の校正処理について、具体的に説明する。   Therefore, in the RSD 1 according to the present embodiment, even if the relationship between the detection voltage Vd and the angle of the mirror unit 110 changes, the first mirror unit 110 can be oscillated with high accuracy. The reflection part 41, the 2nd reflection part 42, and the optical member 43 are provided. That is, by providing the first reflection unit 41, the second reflection unit 42, and the optical member 43, the laser beam scanned by the second scanning unit 90 is incident on the light detection unit 97, and the scanning position of the second scanning unit 90 is obtained. , And the relationship between the detection voltage Vd and the angle of the mirror unit 110 is calibrated. Hereinafter, the calibration process of the relationship between the detection voltage Vd and the angle of the mirror unit 110 will be specifically described.

[4.検出電圧Vdとミラー部110の角度との関係の校正]
光検出部97は、第1走査部80によるレーザ光の走査位置の検出に加え、上述のように、第2走査部90によるレーザ光の走査位置の検出を行う。光検出部97は、第1走査部80と第2走査部90との間のレーザ光であってハーフミラー98で反射させたレーザ光を入射する位置に配置されている。そのため、ハーフミラー98を透過して第2走査部90によって走査されたレーザ光を光検出部97に入射させるための構成が必要となり、本実施形態のRSD1では、第1反射部41、第2反射部42及び光学部材43を設けている。
[4. Calibration of relationship between detection voltage Vd and angle of mirror unit 110]
In addition to the detection of the scanning position of the laser beam by the first scanning unit 80, the light detection unit 97 detects the scanning position of the laser beam by the second scanning unit 90 as described above. The light detection unit 97 is disposed at a position where the laser light between the first scanning unit 80 and the second scanning unit 90 and reflected by the half mirror 98 is incident. Therefore, a configuration for allowing the laser beam that has passed through the half mirror 98 and scanned by the second scanning unit 90 to enter the light detection unit 97 is necessary. In the RSD 1 of the present embodiment, the first reflection unit 41, the second reflection unit 41, The reflection part 42 and the optical member 43 are provided.

第1反射部41と第2反射部42は、遮光部96に設けられている。この第1反射部41及び第2反射部42の表面には、反射材がコーティングされて反射面が形成されており、入射したレーザ光を反射する。本実施形態においては、第1反射部41によるレーザ光の反射率を、第2反射部42によるレーザ光の反射率よりも高くしている。   The first reflecting part 41 and the second reflecting part 42 are provided in the light shielding part 96. The surfaces of the first reflecting portion 41 and the second reflecting portion 42 are coated with a reflecting material to form a reflecting surface, and reflect the incident laser light. In the present embodiment, the reflectance of the laser light by the first reflecting portion 41 is made higher than the reflectance of the laser light by the second reflecting portion 42.

遮光部96は、図2及び図7(a)に示すように、入射したレーザ光がレンズ95bへ向けて通過するのを防止する遮光板により額縁状に形成されており、この遮光板の表面に第1反射部41と第2反射部42とが形成される。図7(b)の側面図に示すように、第1反射部41及び第2反射部42は、遮光部96よりも光路の上流に設けられ、第2走査部90で走査されて入射するレーザ光を反射して、入射光路と略同一の光路、つまり第2リレー光学系95のレンズ95aを通って第2光走査素子91におけるミラー部110の反射面110aに入射するように遮光部96の表面に対して傾斜して配置される。傾斜角度は、第1反射部41及び第2反射部42の法線が、当該第1反射部41及び第2反射部42に入射するレーザ光の主光線と平行となるよう定めればよい。すなわち、第1反射部41及び第2反射部42は、第2走査部90で走査されたレーザ光の入射方向に対して直交するように配置する。   As shown in FIGS. 2 and 7A, the light shielding portion 96 is formed in a frame shape by a light shielding plate that prevents the incident laser light from passing toward the lens 95b, and the surface of the light shielding plate. The first reflecting portion 41 and the second reflecting portion 42 are formed. As shown in the side view of FIG. 7B, the first reflecting portion 41 and the second reflecting portion 42 are provided upstream of the light shielding portion 96 in the optical path, and are scanned by the second scanning portion 90 and incident thereon. The light shielding unit 96 reflects the light and enters the reflection surface 110a of the mirror unit 110 of the second optical scanning element 91 through the optical path substantially the same as the incident optical path, that is, the lens 95a of the second relay optical system 95. It is inclined with respect to the surface. The inclination angle may be determined so that the normal lines of the first reflecting portion 41 and the second reflecting portion 42 are parallel to the principal ray of the laser light incident on the first reflecting portion 41 and the second reflecting portion 42. That is, the first reflection unit 41 and the second reflection unit 42 are arranged so as to be orthogonal to the incident direction of the laser light scanned by the second scanning unit 90.

第1反射部41は、第2方向Yの走査範囲のうち第1無効走査範囲Yb1内の+Y3(図3参照)に第2走査部の走査位置があるときに、光源部20から出射されたレーザ光が入射する位置に配置される。また、第2反射部42は、第2方向Yの走査範囲のうち第2無効走査範囲Yb2内の−Y3(図3参照)に第2走査部の走査位置があるときに、光源部20から出射されたレーザ光が入射する位置に配置される。このように、第2方向Yの有効走査範囲Ya(図3参照)を挟んで、第2方向Yの走査範囲の両側に第2走査部の走査位置があるときに、光源部20から出射されたレーザ光が入射する位置に第1反射部41と第2反射部42を配置することで、角度検出部18の検出誤差の校正を精度良く行うことができるようにしている。   The first reflecting unit 41 is emitted from the light source unit 20 when the scanning position of the second scanning unit is in + Y3 (see FIG. 3) in the first invalid scanning range Yb1 in the scanning range in the second direction Y. It arrange | positions in the position into which a laser beam injects. In addition, the second reflecting unit 42 from the light source unit 20 when the scanning position of the second scanning unit is in -Y3 (see FIG. 3) in the second invalid scanning range Yb2 in the scanning range in the second direction Y. It arrange | positions in the position where the emitted laser beam enters. Thus, when the scanning position of the second scanning unit is on both sides of the scanning range in the second direction Y across the effective scanning range Ya (see FIG. 3) in the second direction Y, the light source unit 20 emits the light. By arranging the first reflecting portion 41 and the second reflecting portion 42 at the position where the laser beam is incident, the detection error of the angle detecting portion 18 can be calibrated with high accuracy.

図8に、光ファイバケーブル50から第2リレー光学系95までのレーザ光の光路の概略図を示す。光検出部97へ入射するレーザ光の光路は、第1光路と第2光路の2つある。   FIG. 8 shows a schematic diagram of the optical path of laser light from the optical fiber cable 50 to the second relay optical system 95. There are two optical paths of the laser light incident on the light detection unit 97: a first optical path and a second optical path.

第1光路では、光ファイバケーブル50から出射されたレーザ光は、コリメート光学系79、第1光走査素子81の反射面82b、レンズ85aを経て、ハーフミラー98で反射され、光検出部97へ入射する(図8及び図9(a)参照)。   In the first optical path, the laser light emitted from the optical fiber cable 50 is reflected by the half mirror 98 through the collimating optical system 79, the reflection surface 82 b of the first optical scanning element 81, and the lens 85 a, and then to the light detection unit 97. Incident light (see FIGS. 8 and 9A).

一方、第2光路では、光ファイバケーブル50から出射されたレーザ光は、コリメート光学系79、第1光走査素子81の反射面82b、レンズ85a、ハーフミラー98、レンズ85b、第2光走査素子91の反射面110a、レンズ95aを経て、第1反射部41又は第2反射部42で反射される。そして、第1反射部41又は第2反射部42で反射されたレーザ光は、レンズ95a、第2光走査素子91の反射面110a、レンズ85bを経て、ハーフミラー98で反射され、さらに、光学部材43で反射され、ハーフミラー98を通過し、光検出部97へ入射する(図8及び図9(b)参照)。   On the other hand, in the second optical path, the laser light emitted from the optical fiber cable 50 is collimated optical system 79, reflecting surface 82b of the first optical scanning element 81, lens 85a, half mirror 98, lens 85b, and second optical scanning element. The light is reflected by the first reflecting portion 41 or the second reflecting portion 42 via the reflecting surface 110a 91 and the lens 95a. Then, the laser light reflected by the first reflecting portion 41 or the second reflecting portion 42 is reflected by the half mirror 98 via the lens 95a, the reflecting surface 110a of the second optical scanning element 91, and the lens 85b, and further optically. The light is reflected by the member 43, passes through the half mirror 98, and enters the light detection unit 97 (see FIGS. 8 and 9B).

第2光路にある上記光学部材43は、凹面状の反射面を有し、ハーフミラー98で反射されて入射するレーザ光を反射して、ハーフミラー98を透過して光検出部97へ入射させるものであり、ハーフミラー98と光検出部97との間を、第1光路と同一の光路とする。   The optical member 43 in the second optical path has a concave reflecting surface, reflects the laser beam incident after being reflected by the half mirror 98, passes through the half mirror 98, and enters the light detection unit 97. The optical path between the half mirror 98 and the light detection unit 97 is the same as the first optical path.

このように、第1光路と第2光路とでハーフミラー98と光検出部97との間を同一光路とすることにより、図10(a)に示すように、第1光路から光検出部97に入射するタイミングと、第2光路から光検出部97の受光領域97aに入射するタイミングとを同一タイミングにできる。   In this way, by making the first optical path and the second optical path the same optical path between the half mirror 98 and the light detection unit 97, as shown in FIG. 10A, the light detection unit 97 from the first optical path. The timing at which the light enters the light receiving region 97a of the light detection unit 97 from the second optical path can be made the same.

光検出部97は、図3に示すように、第1走査部80の走査位置が第1方向Xの無効走査範囲Xbの+X3であるときに、第1走査部80により走査されたレーザ光が入射する位置に配置されている。従って、第1走査部80の走査位置が+X3であるときに、光源部20からレーザ光が出射されたときには、図10(b)に示すように、光検出部97から検出信号99が出力される。制御部10は、光検出部97から検出信号99が出力されたときに、第1走査部80の走査位置が+X3であると判定し、画像形成用のレーザ光の光源部20からの出射タイミングを調整している。すなわち、制御部10は、第1走査部80の走査位置が+X3であるときから、次に、第1走査部80の走査位置が+X1となるタイミングや−X1となるタイミングを判定し、第1走査部80の走査位置が第1方向Xの有効走査範囲Xa(図3参照)のときに光源部20から画像形成用のレーザ光を出射するようにしている。   As shown in FIG. 3, the light detection unit 97 detects the laser beam scanned by the first scanning unit 80 when the scanning position of the first scanning unit 80 is + X3 of the invalid scanning range Xb in the first direction X. It is arranged at the incident position. Therefore, when the laser beam is emitted from the light source unit 20 when the scanning position of the first scanning unit 80 is + X3, the detection signal 99 is output from the light detection unit 97 as shown in FIG. The When the detection signal 99 is output from the light detection unit 97, the control unit 10 determines that the scanning position of the first scanning unit 80 is + X3, and the emission timing of the laser light for image formation from the light source unit 20 is determined. Is adjusted. That is, after the scanning position of the first scanning unit 80 is + X3, the control unit 10 next determines the timing at which the scanning position of the first scanning unit 80 becomes + X1 or −X1, and the first When the scanning position of the scanning unit 80 is within the effective scanning range Xa (see FIG. 3) in the first direction X, laser light for image formation is emitted from the light source unit 20.

さらに、第1走査部80の走査位置が+X3であり、第2走査部90の走査位置が第2方向Yの無効走査範囲Yb1,Yb2内の+Y3、−Y3にあるとき、図10(c)に示すように、光検出部97から検出信号99が出力される。このときの検出信号99は、第1光路からのレーザ光と第2光路からのレーザ光とが重なって入射することから、信号レベルが大きくなる。従って、制御部10は、検出信号99が第1閾値以上の信号レベルの信号となっているときには、第2走査部90の走査位置が+Y3、−Y3になっていることを検出することができる。   Furthermore, when the scanning position of the first scanning unit 80 is + X3 and the scanning position of the second scanning unit 90 is in + Y3 and −Y3 in the invalid scanning ranges Yb1 and Yb2 in the second direction Y, FIG. As shown in FIG. 4, a detection signal 99 is output from the light detection unit 97. The detection signal 99 at this time has a high signal level because the laser light from the first optical path and the laser light from the second optical path are incident on each other. Therefore, the control unit 10 can detect that the scanning position of the second scanning unit 90 is + Y3 or −Y3 when the detection signal 99 is a signal having a signal level equal to or higher than the first threshold. .

しかも、第1反射部41の反射率を第2反射部42の反射率よりも高くしていることから、第2走査部90の走査位置が+Y3の場合と、−Y3の場合とで、検出信号99の信号レベルが異なる。そこで、第1閾値よりも大きい第2閾値を設定し、この第2閾値よりも大きいか否かにより、第2走査部90の走査位置が+Y3であるか−Y3であるかを検出するようにしている。すなわち、検出信号99の信号レベルが第2閾値以上のときには、第2走査部90の走査位置が+Y3であると判定し、検出信号99の信号レベルが第1閾値以上であるが第2閾値に満たないときには第2走査部90の走査位置が−Y3であると判定する。なお、第2走査部90の走査は相対的に低速であり、第2駆動信号62の波形にほぼ同期して動作するため、制御部10は、第2走査部90の走査位置が+Y3に近いのか−Y3に近いかを把握することが可能である。従って、第1反射部41の反射率と第2反射部42の反射率とを同一とするようにし、制御部10は、光検出部97から検出信号99が出力されたときの第2駆動信号62の信号レベルに基づいて、第2走査部90の走査位置が+Y3に近いのか−Y3に近いかを判定するようにしてもよい。   In addition, since the reflectance of the first reflecting portion 41 is higher than the reflectance of the second reflecting portion 42, detection is performed when the scanning position of the second scanning portion 90 is + Y3 and when it is −Y3. The signal level of the signal 99 is different. Therefore, a second threshold value larger than the first threshold value is set, and whether the scanning position of the second scanning unit 90 is + Y3 or -Y3 is detected depending on whether the second threshold value is larger than the second threshold value. ing. That is, when the signal level of the detection signal 99 is equal to or higher than the second threshold, it is determined that the scanning position of the second scanning unit 90 is + Y3, and the signal level of the detection signal 99 is equal to or higher than the first threshold but is set to the second threshold. If not, it is determined that the scanning position of the second scanning unit 90 is -Y3. Since the scanning of the second scanning unit 90 is relatively slow and operates in synchronization with the waveform of the second drive signal 62, the control unit 10 determines that the scanning position of the second scanning unit 90 is close to + Y3. Or close to -Y3. Therefore, the reflectivity of the first reflector 41 and the reflectivity of the second reflector 42 are made the same, and the controller 10 outputs the second drive signal when the detection signal 99 is output from the light detector 97. Based on the signal level of 62, it may be determined whether the scanning position of the second scanning unit 90 is close to + Y3 or close to −Y3.

制御部10は、光検出部97から検出信号99に基づき、第2走査部90の走査位置が+Y3であると判定すると、このとき角度検出部18から出力される検出電圧Vdの電圧値を第1校正点の情報である第1校正用電圧Vd1として記憶する。また、同様に、制御部10は、光検出部97から検出信号99に基づき、第2走査部90の走査位置が−Y3であると判定すると、このとき角度検出部18から出力される検出電圧Vdの電圧値を第2校正点の情報である第2校正用電圧Vd2として記憶する。   When the control unit 10 determines that the scanning position of the second scanning unit 90 is + Y3 based on the detection signal 99 from the light detection unit 97, the control unit 10 determines the voltage value of the detection voltage Vd output from the angle detection unit 18 at this time. It is stored as a first calibration voltage Vd1 that is information of one calibration point. Similarly, when the control unit 10 determines that the scanning position of the second scanning unit 90 is −Y3 based on the detection signal 99 from the light detection unit 97, the detection voltage output from the angle detection unit 18 at this time. The voltage value of Vd is stored as a second calibration voltage Vd2 that is information on the second calibration point.

本実施形態に係るRSD1では、検出電圧Vdとミラー部110の角度θとは比例関係にあり、検出電圧Vdとミラー部110の角度θとの関係は、第1校正用電圧Vd1と第2校正用電圧Vd2とに基づき、図11に示すように導き出すことができる。
なお、同図において、
α=(Vd1−Vd2)/2θ3 ・・・(1)
β=(Vd1+Vd2)/2 ・・・(2)
である。
In the RSD 1 according to the present embodiment, the detection voltage Vd and the angle θ of the mirror unit 110 are in a proportional relationship, and the relationship between the detection voltage Vd and the angle θ of the mirror unit 110 is the first calibration voltage Vd1 and the second calibration. Based on the working voltage Vd2, it can be derived as shown in FIG.
In the figure,
α = (Vd1−Vd2) / 2θ3 (1)
β = (Vd1 + Vd2) / 2 (2)
It is.

このように、制御部10は、光検出部97から検出信号99に基づき、角度検出部18の検出特性である感度αとオフセットβとを検出することができ、この感度αとオフセットβに基づき、角度検出部18の検出特性を校正するようにしている。   As described above, the control unit 10 can detect the sensitivity α and the offset β, which are the detection characteristics of the angle detection unit 18, based on the detection signal 99 from the light detection unit 97, and based on the sensitivity α and the offset β. The detection characteristics of the angle detector 18 are calibrated.

[5.制御部10の構成]
次に、制御部10の構成を図12を参照して具体的に説明する。
[5. Configuration of control unit 10]
Next, the configuration of the control unit 10 will be specifically described with reference to FIG.

制御部10は、第1走査部コントローラ120と、RGBレーザコントローラ121と、第2走査部コントローラ122とを備えている。   The control unit 10 includes a first scanning unit controller 120, an RGB laser controller 121, and a second scanning unit controller 122.

第1走査部コントローラ120と、RGBレーザコントローラ121と、第2走査部コントローラ122とは、それぞれ互いに同期通信が行われている。したがって、第1光走査素子81や第2光走査素子91の揺動や、各レーザ63,64,65からのレーザ光の出射タイミングは、互いに同期するよう制御されている。   The first scanning unit controller 120, the RGB laser controller 121, and the second scanning unit controller 122 are each performing synchronous communication. Therefore, the oscillation of the first optical scanning element 81 and the second optical scanning element 91 and the emission timing of the laser light from each of the lasers 63, 64, 65 are controlled to be synchronized with each other.

第1走査部コントローラ120は、第1走査部80の第1走査駆動回路83へ第1駆動信号61を送信して、第1走査部80の第1光走査素子81を動作させ、光源部20から出射されたレーザ光を第1光走査素子81により第1方向Xに走査させる。また、第1走査部コントローラ120は、光検出部97からの検出信号99を受信し、検出信号99に基づき、第1光走査素子81のミラー部82aの揺動状態(揺動周波数や揺動振幅)を検出し、ミラー部82aの揺動周波数を第1光走査素子81固有の共振周波数へ調整する。これにより、ミラー部82aを共振により揺動軸Lx周りに相対的に高速に揺動させるようにしている。   The first scanning unit controller 120 transmits the first driving signal 61 to the first scanning driving circuit 83 of the first scanning unit 80 to operate the first optical scanning element 81 of the first scanning unit 80, and the light source unit 20. The first light scanning element 81 scans the laser light emitted from the first direction X. Further, the first scanning unit controller 120 receives the detection signal 99 from the light detection unit 97, and based on the detection signal 99, the swinging state (swinging frequency and swinging) of the mirror unit 82 a of the first optical scanning element 81 is detected. Amplitude) is detected, and the oscillation frequency of the mirror portion 82a is adjusted to the resonance frequency unique to the first optical scanning element 81. Thereby, the mirror part 82a is swung relatively fast around the rocking axis Lx by resonance.

RGBレーザコントローラ121は、画像信号Sを入力し、この画像信号SからR駆動信号60r,G駆動信号60g,B駆動信号60bを画素単位で生成する。このRGBレーザコントローラ121は、各レーザドライバ66,67,68に電気的に接続しており、各レーザドライバ66,67,68に対して各駆動信号60r,60g,60bを送信する。   The RGB laser controller 121 receives an image signal S, and generates an R drive signal 60r, a G drive signal 60g, and a B drive signal 60b from the image signal S in units of pixels. The RGB laser controller 121 is electrically connected to the laser drivers 66, 67, and 68, and transmits drive signals 60r, 60g, and 60b to the laser drivers 66, 67, and 68, respectively.

第2走査部コントローラ122は、第2走査部90の第2走査駆動回路93へ第2駆動信号62を送信して、第2走査部90の第2光走査素子91を動作させ、光源部20から出射されたレーザ光を第2光走査素子91により第2方向Yに走査させる。また、第2走査部コントローラ122は、角度検出部18から検出電圧Vdに基づいて、第2光走査素子91の揺動状態を検出するようにしている。   The second scanning unit controller 122 transmits the second drive signal 62 to the second scanning drive circuit 93 of the second scanning unit 90 to operate the second optical scanning element 91 of the second scanning unit 90, and the light source unit 20. The second light scanning element 91 scans the laser light emitted from the second direction Y. Further, the second scanning unit controller 122 detects the swinging state of the second optical scanning element 91 based on the detection voltage Vd from the angle detection unit 18.

さらに、第2走査部コントローラ122は、光検出部97からの検出信号99を受信して、検出電圧Vdとミラー部110の角度との関係を検出し、この検出結果に基づいて、第2駆動信号62を生成するようにしている。このようにすることで、第2光走査素子91のミラー部110を精度良く揺動させることができる。以下、第2走査部コントローラ122の構成を具体的に説明する。   Further, the second scanning unit controller 122 receives the detection signal 99 from the light detection unit 97, detects the relationship between the detection voltage Vd and the angle of the mirror unit 110, and performs the second drive based on the detection result. The signal 62 is generated. By doing in this way, the mirror part 110 of the 2nd optical scanning element 91 can be rock | fluctuated accurately. Hereinafter, the configuration of the second scanning unit controller 122 will be specifically described.

第2走査部コントローラ122は、図12に示すように、目標角度指令生成部131、角度−電圧変換部132、角度−電圧変換条件記憶部133、減算部134、駆動信号生成部135、電圧補正条件記憶部136を有している。   As shown in FIG. 12, the second scanning unit controller 122 includes a target angle command generation unit 131, an angle-voltage conversion unit 132, an angle-voltage conversion condition storage unit 133, a subtraction unit 134, a drive signal generation unit 135, and voltage correction. It has a condition storage unit 136.

目標角度指令生成部131は、第2光走査素子91により走査させようとする方向に応じたミラー部110の目標角度を、目標角度指令として出力する。目標角度指令生成部131には、1フレーム期間T(図3参照)のミラー部110の目標角度の情報が内部の記憶部に記憶されており、この記憶部に記憶された情報を順次読み出して目標角度指令として出力する。例えば、1フレーム期間のミラー部110の目標角度の情報として、1〜1000番目までの情報を有する目標角度テーブルを記憶部に記憶し、1〜1000番目までの情報を順次読み出して目標角度指令として出力する。上述したように目標角度は+θ1〜−θ1(図3参照)の範囲であり、目標角度テーブルは、例えば、図13に示すようなテーブルである。なお、ミラー部110の目標角度を予め記憶しておくのではなく、逐次演算して求めるようにしてもよい。   The target angle command generation unit 131 outputs the target angle of the mirror unit 110 corresponding to the direction to be scanned by the second optical scanning element 91 as a target angle command. In the target angle command generation unit 131, information on the target angle of the mirror unit 110 for one frame period T (see FIG. 3) is stored in the internal storage unit, and the information stored in this storage unit is sequentially read out. Output as target angle command. For example, as information on the target angle of the mirror unit 110 in one frame period, a target angle table having information from 1 to 1000th is stored in the storage unit, and information from 1 to 1000th is sequentially read out as a target angle command. Output. As described above, the target angle is in the range of + θ1 to −θ1 (see FIG. 3), and the target angle table is, for example, a table as shown in FIG. Note that the target angle of the mirror unit 110 may not be stored in advance, but may be calculated sequentially.

角度−電圧変換部132は、角度検出部18の検出特性に基づいて、目標角度指令に応じた制御電圧Vct1を出力する。具体的には、角度−電圧変換条件記憶部133に、角度検出部18の検出特性として、感度αとオフセットβとが記憶されており、角度−電圧変換部132は、角度−電圧変換条件記憶部133から感度αとオフセットβを読み出し、以下の式(3)に基づき、制御電圧Vct1を演算する。感度αとオフセットβは、検出電圧Vdによりフィードバック制御できるように制御電圧Vct1を生成するために用いられる。
Vct1=αθ+β ・・・(3)
なお、角度−電圧変換条件記憶部133において、ミラー部110の目標角度と制御電圧Vct1との関係を規定する変換テーブルを内部に記憶しておき、この変換テーブルに基づき、ミラー部110の目標角度を制御電圧Vct1に変換するようにしてもよい。
The angle-voltage conversion unit 132 outputs a control voltage Vct1 corresponding to the target angle command based on the detection characteristics of the angle detection unit 18. Specifically, sensitivity α and offset β are stored as detection characteristics of the angle detection unit 18 in the angle-voltage conversion condition storage unit 133, and the angle-voltage conversion unit 132 stores the angle-voltage conversion condition storage. The sensitivity α and the offset β are read from the unit 133, and the control voltage Vct1 is calculated based on the following equation (3). The sensitivity α and the offset β are used to generate the control voltage Vct1 so that feedback control can be performed using the detection voltage Vd.
Vct1 = αθ + β (3)
The angle-voltage conversion condition storage unit 133 stores therein a conversion table that defines the relationship between the target angle of the mirror unit 110 and the control voltage Vct1, and the target angle of the mirror unit 110 is based on this conversion table. May be converted into a control voltage Vct1.

減算部134は、制御電圧Vct1の電圧値から検出電圧Vdの電圧値を減算して、制御電圧Vct1と検出電圧Vdとの差分電圧Vsを演算し、この差分電圧Vsを駆動信号生成部135に出力する。   The subtracting unit 134 subtracts the voltage value of the detection voltage Vd from the voltage value of the control voltage Vct1, calculates a differential voltage Vs between the control voltage Vct1 and the detection voltage Vd, and outputs the differential voltage Vs to the drive signal generation unit 135. Output.

駆動信号生成部135は、差分電圧Vsに応じて電流値を増減させた第2駆動信号62を出力する。すなわち、差分電圧Vsの正極性の場合には、差分電圧Vsの信号レベルに比例する値だけ電圧値を上げた第2駆動信号62を生成し、差分電圧Vsの負極性の場合には、差分電圧Vsの信号レベルに比例する値だけ電圧値を下げた第2駆動信号62を生成する。この駆動信号生成部135は、例えば、差分電圧Vsの積分などを行うPID制御器により構成され、差分電圧Vsがゼロに近づくように第2駆動信号62を生成することができる。このように差分電圧Vsに応じた電圧値の第2駆動信号62により光走査素子91を駆動してフィードバック制御するようにしており、これにより光走査素子91のミラー部110の揺動を精度良く行うようにしている。第2走査駆動回路93は、この第2駆動信号62の電圧値に応じた電流値の駆動電流を、光走査素子91のコイル116に供給することで、ミラー部110を非共振状態で揺動軸Ly周りに揺動させる。   The drive signal generator 135 outputs a second drive signal 62 in which the current value is increased or decreased according to the differential voltage Vs. That is, in the case of the positive polarity of the differential voltage Vs, the second drive signal 62 having a voltage value increased by a value proportional to the signal level of the differential voltage Vs is generated. A second drive signal 62 having a voltage value lowered by a value proportional to the signal level of the voltage Vs is generated. The drive signal generator 135 is configured by, for example, a PID controller that performs integration of the differential voltage Vs, and can generate the second drive signal 62 so that the differential voltage Vs approaches zero. In this manner, the optical scanning element 91 is driven by the second drive signal 62 having a voltage value corresponding to the differential voltage Vs to perform feedback control, and thereby the oscillation of the mirror unit 110 of the optical scanning element 91 is accurately performed. Like to do. The second scanning drive circuit 93 swings the mirror unit 110 in a non-resonant state by supplying a drive current having a current value corresponding to the voltage value of the second drive signal 62 to the coil 116 of the optical scanning element 91. Swing around the axis Ly.

このように、第2走査部コントローラ122は、ミラー部110の角度θが目標角度に精度良く一致するように、角度検出部18の検出電圧Vdに基づき、第2光走査素子91を駆動してフィードバック制御している。   As described above, the second scanning unit controller 122 drives the second optical scanning element 91 based on the detection voltage Vd of the angle detection unit 18 so that the angle θ of the mirror unit 110 accurately matches the target angle. Feedback control.

さらに、制御部10は、比較部138、校正処理部137を有しており、検出電圧Vdとミラー部110の角度との関係を検出し、この検出結果に基づいて、第2駆動信号62を生成するようにしている。   Furthermore, the control unit 10 includes a comparison unit 138 and a calibration processing unit 137, detects the relationship between the detection voltage Vd and the angle of the mirror unit 110, and outputs the second drive signal 62 based on the detection result. It is trying to generate.

比較部138は、光検出部97から出力される検出信号99を入力し、検出信号99を第1閾値及び第2閾値とそれぞれ比較して、第1検出信号と第2検出信号を出力する。すなわち、比較部138は、第2閾値以上の電圧値の検出信号99が入力されたときには、第1検出信号を出力し、第1閾値以上かつ第2閾値よりも低い電圧値の検出信号99が入力されたときには、第2検出信号を出力する。   The comparison unit 138 receives the detection signal 99 output from the light detection unit 97, compares the detection signal 99 with the first threshold value and the second threshold value, and outputs the first detection signal and the second detection signal. That is, the comparison unit 138 outputs a first detection signal when the detection signal 99 having a voltage value equal to or higher than the second threshold is input, and the detection signal 99 having a voltage value equal to or higher than the first threshold and lower than the second threshold. When input, the second detection signal is output.

校正処理部137は、角度検出部18から出力される検出電圧Vdと、第2駆動信号62と、比較部138から出力される検出信号とを入力する。   The calibration processing unit 137 receives the detection voltage Vd output from the angle detection unit 18, the second drive signal 62, and the detection signal output from the comparison unit 138.

校正処理部137は、比較部138から第1検出信号を入力したことを判定すると、このときに入力される検出電圧Vdを第1校正用電圧Vd1として記憶する。また、校正処理部137は、比較部138から第2検出信号を入力したことを判定すると、このときに入力される検出電圧Vdを第2校正用電圧Vd2として記憶する。   When the calibration processing unit 137 determines that the first detection signal is input from the comparison unit 138, the calibration processing unit 137 stores the detection voltage Vd input at this time as the first calibration voltage Vd1. When the calibration processing unit 137 determines that the second detection signal is input from the comparison unit 138, the calibration processing unit 137 stores the detection voltage Vd input at this time as the second calibration voltage Vd2.

校正処理部137は、上述のように記憶した第1校正用電圧Vd1及び第2校正用電圧Vd2に基づき、角度検出部18の検出特性である感度αとオフセットβとを求める。具体的には、校正処理部137は、第1校正用電圧Vd1及び第2校正用電圧Vd2をパラメータとして、上記式(1),(2)に代入することによって、感度αとオフセットβを求める。その後、校正処理部137は、求めた感度αとオフセットβを、角度−電圧変換条件記憶部133に記憶する。なお、角度−電圧変換部132において、ミラー部110の目標角度と制御電圧Vct1との関係を規定する変換テーブルを用いる場合には、校正処理部137は変換テーブルを生成して、角度−電圧変換条件記憶部133に記憶する。   The calibration processing unit 137 obtains the sensitivity α and the offset β that are the detection characteristics of the angle detection unit 18 based on the first calibration voltage Vd1 and the second calibration voltage Vd2 stored as described above. Specifically, the calibration processing unit 137 obtains the sensitivity α and the offset β by substituting the first calibration voltage Vd1 and the second calibration voltage Vd2 into the above formulas (1) and (2) as parameters. . Thereafter, the calibration processing unit 137 stores the obtained sensitivity α and offset β in the angle-voltage conversion condition storage unit 133. When the angle-voltage conversion unit 132 uses a conversion table that defines the relationship between the target angle of the mirror unit 110 and the control voltage Vct1, the calibration processing unit 137 generates the conversion table and converts the angle-voltage conversion. Store in the condition storage unit 133.

[6.制御部10の動作]
上述のように構成された制御部10の動作について、図14及び図15を参照して具体的に説明する。
[6. Operation of control unit 10]
The operation of the control unit 10 configured as described above will be specifically described with reference to FIGS. 14 and 15.

制御部10は図示しない操作部への利用者による操作に基づき、起動を開始する。図14に示すように、制御部10は、起動を開始すると、まず、起動制御を行う(ステップS10)。この起動制御は、第1光走査素子81のミラー部82aを共振状態で揺動軸Lx周りに揺動させ、第2光走査素子91のミラー部110を揺動軸Ly周りに鋸波状に揺動させて、光源部20から画像信号Sに応じたレーザ光を走査部30で走査可能な状態とする。   The control unit 10 starts activation based on a user operation on an operation unit (not shown). As shown in FIG. 14, when the control unit 10 starts to start, first, it performs start control (step S10). In this activation control, the mirror part 82a of the first optical scanning element 81 is oscillated around the oscillation axis Lx in a resonance state, and the mirror part 110 of the second optical scanning element 91 is oscillated in a sawtooth shape around the oscillation axis Ly. The scanning unit 30 is allowed to scan with laser light corresponding to the image signal S from the light source unit 20.

次に、制御部10は、校正要求があるか否かを判定する(ステップS11)。制御部10は、例えば、利用者により図示しない操作部へ所定の操作があったときに校正要求があったと判定する。この処理において、校正要求がないと判定すると(ステップS11:No)、定常制御を行う(ステップS12)。この定常制御では、例えば、画像信号Sの入力があったときに、画像表示処理を行う。画像表示処理は、画像信号Sに応じて画像を形成するための要素となる駆動信号60r, 60g, 60bを出力して、光源部20から画像信号Sに応じた強度のレーザ光を出射させ、走査部30で走査させて、画像を形成する処理である。   Next, the controller 10 determines whether or not there is a calibration request (step S11). For example, the control unit 10 determines that a calibration request has been made when a predetermined operation is performed on an operation unit (not shown) by the user. If it is determined in this process that there is no calibration request (step S11: No), steady control is performed (step S12). In this steady control, for example, when an image signal S is input, image display processing is performed. The image display process outputs drive signals 60r, 60g, and 60b, which are elements for forming an image according to the image signal S, and emits laser light having an intensity according to the image signal S from the light source unit 20, This is a process of forming an image by scanning with the scanning unit 30.

一方、ステップS11において、校正要求があったと判定すると(ステップS11:Yes)、制御部10は、校正処理を行う(ステップS13)。この校正処理は、図15のステップS21〜S30に示す処理であり、後で詳述する。   On the other hand, if it is determined in step S11 that there is a calibration request (step S11: Yes), the control unit 10 performs a calibration process (step S13). This calibration process is a process shown in steps S21 to S30 in FIG. 15, and will be described in detail later.

ステップS13の処理が終了すると、制御部10は、終了指令があったか否かを判定する(ステップS14)。制御部10は、例えば、利用者により図示しない操作部へ所定の操作があったときに終了指令があったと判定する。この処理において、終了指示があったと判定すると(ステップS14:Yes)、処理を終了し、一方、終了指示がないと判定すると(ステップS14:No)、処理をステップS11に移行する。   When the process of step S13 ends, the control unit 10 determines whether or not there is an end command (step S14). For example, the control unit 10 determines that an end command has been issued when the user performs a predetermined operation on an operation unit (not shown). In this process, if it is determined that there is an end instruction (step S14: Yes), the process ends. On the other hand, if it is determined that there is no end instruction (step S14: No), the process proceeds to step S11.

次に、ステップS13の校正処理について、図15を参照して具体的に説明する。   Next, the calibration process in step S13 will be specifically described with reference to FIG.

まず、制御部10は、ミラー部110を平衡位置0から+θy3(図3参照)を超えるまで漸次角度を大きくしていく(ステップS21)。具体的には、目標角度指令生成部131が内部の記憶部に記憶されている校正用の第1信号波形の情報を記憶部から順次目標角度の情報として読み出して、角度−電圧変換部132へ出力する。上記校正用の第1信号波形は、ミラー部110の角度が平衡位置0から+θy3を超えるまで+θ側に漸次大きくなるようにミラー部110を回動させる信号波形である。なお、第1信号波形は、その信号レベルが0から開始するのではなく、ミラー部110の角度が+θy3とならない程度に大きな信号レベルから開始するようにすれば、後述するステップS23での検出までの時間を短縮することができる。   First, the control unit 10 gradually increases the angle of the mirror unit 110 from the equilibrium position 0 until it exceeds + θy3 (see FIG. 3) (step S21). Specifically, the target angle command generation unit 131 sequentially reads information on the first signal waveform for calibration stored in the internal storage unit as information on the target angle from the storage unit, and sends it to the angle-voltage conversion unit 132. Output. The first signal waveform for calibration is a signal waveform for rotating the mirror unit 110 so that the angle of the mirror unit 110 gradually increases toward the + θ side until the angle of the mirror unit 110 exceeds + θy3. Note that if the signal level of the first signal waveform does not start from 0 but starts from a signal level that is so large that the angle of the mirror unit 110 does not become + θy3, detection until step S23 described later is performed. Can be shortened.

また、制御部10は、光源部20からレーザ光を出射させる(ステップS22)。具体的には、RGBレーザコントローラ121は、各レーザドライバ66,67,68に対して所定の駆動信号60r,60g,60bを送信する。なお、制御部10は、ミラー部110の角度が平衡位置0から+θy3を超えるまでの間、光源部20からレーザ光を出射させるが、ミラー部110の角度が+θy3となるときに、レーザ光が出射できるのであれば、ミラー部110の角度を0から+θ側へ大きくする動作を開始した後にレーザ光を出射させてもよい。特に、+θy3を適切に設定することで、第2走査部90の走査位置が無効走査範囲Yb1にあるときのみレーザ光の出射を光源部20から出射させることができ、利用者がRSD1を装着したままであっても、利用者の眼101への入射を防止できる。そのため、利用者に不快感を与えることを防止することができる。   Moreover, the control part 10 emits a laser beam from the light source part 20 (step S22). Specifically, the RGB laser controller 121 transmits predetermined drive signals 60r, 60g, and 60b to the laser drivers 66, 67, and 68, respectively. The control unit 10 emits laser light from the light source unit 20 until the angle of the mirror unit 110 exceeds the equilibrium position 0 to + θy3. However, when the angle of the mirror unit 110 becomes + θy3, the laser beam is emitted. If the laser beam can be emitted, the laser beam may be emitted after the operation of increasing the angle of the mirror unit 110 from 0 to + θ is started. In particular, by appropriately setting + θy3, the laser beam can be emitted from the light source unit 20 only when the scanning position of the second scanning unit 90 is in the invalid scanning range Yb1, and the user wears the RSD1. Even if it remains as it is, incidence on the user's eye 101 can be prevented. Therefore, it is possible to prevent the user from feeling uncomfortable.

次に、第1検出信号が出力されたか否かを判定する(ステップS23)。具体的には、比較部138は、光検出部97から出力される検出信号99が第2閾値以上の電圧値であるときには、第1検出信号を出力する。校正処理部137は、比較部138から第1検出信号を出力されたか否かを判定する。すなわち、ミラー部110の角度が+θy3となって、光検出部97に光源部20からのレーザ光が入射して、光検出部97から第2閾値以上の電圧値の検出信号99が出力されたか否かを判定する。この処理において、第1検出信号が出力されていないと判定すると(ステップS23:No)、制御部10は、第1検出信号が出力されるまで待ち、第1検出信号が出力されると(ステップS23:Yes)、第1校正点の情報を取得する(ステップS24)。具体的には、第1校正点の情報として、制御部10は、角度検出部18から出力される検出電圧Vdを第1校正用電圧Vd1として取得し、第2駆動信号62の電圧値を第1電圧Vb1として取得する。   Next, it is determined whether or not the first detection signal is output (step S23). Specifically, the comparison unit 138 outputs the first detection signal when the detection signal 99 output from the light detection unit 97 has a voltage value equal to or higher than the second threshold value. The calibration processing unit 137 determines whether or not the first detection signal is output from the comparison unit 138. That is, whether the angle of the mirror unit 110 is + θy3, the laser light from the light source unit 20 is incident on the light detection unit 97, and the detection signal 99 having a voltage value equal to or greater than the second threshold value is output from the light detection unit 97. Determine whether or not. In this process, when it is determined that the first detection signal is not output (step S23: No), the control unit 10 waits until the first detection signal is output, and when the first detection signal is output (step S23). S23: Yes), information on the first calibration point is acquired (step S24). Specifically, as information on the first calibration point, the control unit 10 acquires the detection voltage Vd output from the angle detection unit 18 as the first calibration voltage Vd1, and sets the voltage value of the second drive signal 62 to the first value. Obtained as 1 voltage Vb1.

次に、制御部10は、ミラー部110を平衡位置0から−θy3(図3参照)を超えるまで漸次角度を大きくしていく(ステップS25)。具体的には、目標角度指令生成部131が内部の記憶部に記憶されている校正用の第2信号波形の情報を記憶部から順次目標角度の情報として読み出して、角度−電圧変換部132へ出力する。上記第2信号波形は、ミラー部110の角度が平衡位置0から−θy3を超えるまで−θ側に漸次大きくなるようにミラー部110を回動させる信号波形である。なお、第2信号波形は、その信号レベルが0から開始するのではなく、ミラー部110の角度が−θy3とならない程度の大きさの信号レベルから開始するようにすれば、後述するステップS27での検出までの時間を短縮することができる。   Next, the control unit 10 gradually increases the angle of the mirror unit 110 from the equilibrium position 0 until it exceeds −θy3 (see FIG. 3) (step S25). Specifically, the target angle command generation unit 131 sequentially reads information on the second signal waveform for calibration stored in the internal storage unit as information on the target angle from the storage unit, and sends it to the angle-voltage conversion unit 132. Output. The second signal waveform is a signal waveform for rotating the mirror unit 110 so that the angle of the mirror unit 110 gradually increases to the −θ side until the angle of the mirror unit 110 exceeds −θy3. Note that if the signal level of the second signal waveform does not start from 0 but starts from a signal level that is such that the angle of the mirror unit 110 does not become −θy3, in step S27 described later. The time until the detection of can be shortened.

また、制御部10は、光源部20からレーザ光を出射させる(ステップS26)。具体的には、RGBレーザコントローラ121は、各レーザドライバ66,67,68に対して所定の駆動信号60r,60g,60bを送信する。なお、制御部10は、ミラー部110の角度が平衡位置0から−θy3を超えるまでの間、光源部20からレーザ光を出射させるが、ミラー部110の角度が−θy3となるときに、レーザ光が出射できるのであれば、ミラー部110の角度を0から−θ側へ大きくする動作を開始した後にレーザ光を出射させてもよい。特に、−θy3を適切に設定することで、第2走査部90の走査位置が無効走査範囲Yb2にあるときのみレーザ光の出射を光源部20から出射させることができ、利用者がRSD1を装着したままであっても、利用者の眼101への入射を防止できる。そのため、利用者に不快感を与えることを防止することができる。   Moreover, the control part 10 emits a laser beam from the light source part 20 (step S26). Specifically, the RGB laser controller 121 transmits predetermined drive signals 60r, 60g, and 60b to the laser drivers 66, 67, and 68, respectively. The control unit 10 emits laser light from the light source unit 20 until the angle of the mirror unit 110 exceeds −θy3 from the equilibrium position 0, but when the angle of the mirror unit 110 is −θy3, the laser is emitted. If the light can be emitted, the laser beam may be emitted after the operation of increasing the angle of the mirror unit 110 from 0 to −θ side is started. In particular, by appropriately setting −θy3, the laser beam can be emitted from the light source unit 20 only when the scanning position of the second scanning unit 90 is in the invalid scanning range Yb2, and the user wears the RSD1. Even if it continues, it can prevent injecting into a user's eye 101. FIG. Therefore, it is possible to prevent the user from feeling uncomfortable.

次に、第2検出信号が出力されたか否かを判定する(ステップS27)。具体的には、比較部138は、光検出部97から出力される検出信号99が第1閾値以上で第2閾値よりも低いときには、第2検出信号を出力する。校正処理部137は、比較部138から第2検出信号を出力されたか否かを判定する。すなわち、ミラー部110の角度が−θy3となって、光検出部97に光源部20からのレーザ光が入射して、光検出部97から第1閾値以上で第2閾値よりも低いとき検出信号99が出力されたか否かを判定する。この処理において、第2検出信号が出力されていないと判定すると(ステップS27:No)、制御部10は、第2検出信号が出力されるまで待ち、第2検出信号が出力されると(ステップS27:Yes)、第2校正点の情報を取得する(ステップS28)。具体的には、第2校正点の情報として、制御部10は、角度検出部18から出力される検出電圧Vdを第2校正用電圧Vd2として取得し、第2駆動信号62の電圧値を第2電圧Vb2として取得する。   Next, it is determined whether or not the second detection signal has been output (step S27). Specifically, the comparison unit 138 outputs a second detection signal when the detection signal 99 output from the light detection unit 97 is equal to or higher than the first threshold and lower than the second threshold. The calibration processing unit 137 determines whether or not the second detection signal is output from the comparison unit 138. That is, when the angle of the mirror unit 110 becomes −θy3, the laser light from the light source unit 20 enters the light detection unit 97, and the detection signal is greater than the first threshold and lower than the second threshold from the light detection unit 97. It is determined whether 99 is output. In this process, when it is determined that the second detection signal is not output (step S27: No), the control unit 10 waits until the second detection signal is output, and when the second detection signal is output (step S27). S27: Yes), information on the second calibration point is acquired (step S28). Specifically, as information on the second calibration point, the control unit 10 acquires the detection voltage Vd output from the angle detection unit 18 as the second calibration voltage Vd2, and sets the voltage value of the second drive signal 62 to the first value. Obtained as 2 voltage Vb2.

次に、制御部10は、2点の校正点の情報から直線を推定し、感度αとオフセットβとを判定する(ステップS29)。具体的には、制御部10の校正処理部137は、第1校正用電圧Vd1と第2校正用電圧Vd2とから、式(1),(2)に基づき、感度αとオフセットβを判定する。   Next, the control unit 10 estimates a straight line from the information of the two calibration points, and determines the sensitivity α and the offset β (step S29). Specifically, the calibration processing unit 137 of the control unit 10 determines the sensitivity α and the offset β based on the equations (1) and (2) from the first calibration voltage Vd1 and the second calibration voltage Vd2. .

その後、制御部10は、判定した感度αとオフセットβとを更新して(ステップS30)、校正点取得処理を終了する。具体的には、制御部10の校正処理部137は、感度αとオフセットβを、角度−電圧変換条件記憶部133に記憶する。   Thereafter, the control unit 10 updates the determined sensitivity α and offset β (step S30), and ends the calibration point acquisition process. Specifically, the calibration processing unit 137 of the control unit 10 stores the sensitivity α and the offset β in the angle-voltage conversion condition storage unit 133.

このように、RSD1では、校正要求があったときに、検出電圧Vdとミラー部110の角度θとの関係を検出してこれらの校正を行うようにしているため、ミラー部110の角度を所望の角度で高精度に制御することができる。なお、校正要求は、所定のタイミングで発生させてもよい。   As described above, in the RSD 1, when a calibration request is made, the relationship between the detection voltage Vd and the angle θ of the mirror unit 110 is detected and the calibration is performed. Therefore, the angle of the mirror unit 110 is set to a desired value. The angle can be controlled with high accuracy. The calibration request may be generated at a predetermined timing.

[7.変形例1]
上述の実施形態では、第2光路で光検出部97に入射するレーザ光は、第1光路との分岐後、ハーフミラー98での反射と透過とを行うため、その強度が1/4以下になる。そこで、偏光板を用いることで、強度の低下を防止することが可能となる。
[7. Modification 1]
In the above-described embodiment, the laser light incident on the light detection unit 97 in the second optical path is reflected and transmitted by the half mirror 98 after branching from the first optical path, so that its intensity is ¼ or less. Become. Therefore, it is possible to prevent the strength from being lowered by using the polarizing plate.

ここで、偏光板を用いた例を図16に示す。この例では、ハーフミラー98と第1及び第2反射部41,42との間の光路上に第1のλ/4板44が設けられ、ハーフミラー98と光学部材43との間の光路上に第2のλ/4板45が設けられている。ハーフミラー98は、入射する光の偏光状態によって反射率が決まる偏光ビームスプリッタであり、S偏光を反射し、P偏光を透過する。そして、光ファイバケーブル50を介して、P偏光とS偏光とが含まれるレーザ光をハーフミラー98に入射する。   Here, an example using a polarizing plate is shown in FIG. In this example, a first λ / 4 plate 44 is provided on the optical path between the half mirror 98 and the first and second reflecting portions 41 and 42, and on the optical path between the half mirror 98 and the optical member 43. A second λ / 4 plate 45 is provided on the front side. The half mirror 98 is a polarization beam splitter whose reflectance is determined by the polarization state of incident light, and reflects S-polarized light and transmits P-polarized light. Then, laser light including P-polarized light and S-polarized light is incident on the half mirror 98 via the optical fiber cable 50.

第1光路においては、図17に示すように、レーザ光のうちS偏光成分が光検出部97に入射する。   In the first optical path, as shown in FIG. 17, the S-polarized component of the laser light is incident on the light detection unit 97.

一方、第2光路においては、図17に示すように、光源部20から出射されたレーザ光のうちP偏光成分がハーフミラー98を通過し、第1のλ/4板44を通過することでλ/4の円偏光へと変換され第1及び第2反射部41,42に入射される。そして、第1及び第2反射部41,42で反射されたレーザ光は、再び第1のλ/4板44を通過するので、今度はS偏光の直線偏光へ変換されて、ハーフミラー98に入射する。このとき、ハーフミラー98に入射するレーザ光は、S偏光成分のみのレーザ光となっているため、ハーフミラー98で全て反射して、第2のλ/4板45に入射し再度の円偏光が行われて、光学部材43に入射する。光学部材43に入射して反射したレーザ光は、第2のλ/4板45に入射することでP偏光の直線偏光へ変換されて、ハーフミラー98に入射する。このとき、ハーフミラー98に入射するレーザ光は、P偏光成分のみのレーザ光となっているため、ハーフミラー98を反射することなく透過し、光検出部97に入射する。   On the other hand, in the second optical path, as shown in FIG. 17, the P-polarized component of the laser light emitted from the light source unit 20 passes through the half mirror 98 and passes through the first λ / 4 plate 44. The light is converted into λ / 4 circularly polarized light and is incident on the first and second reflecting portions 41 and 42. Then, since the laser light reflected by the first and second reflecting portions 41 and 42 passes through the first λ / 4 plate 44 again, it is converted into S-polarized linearly polarized light, and is reflected on the half mirror 98. Incident. At this time, since the laser light incident on the half mirror 98 is a laser light having only the S-polarized component, all of the light is reflected by the half mirror 98 and incident on the second λ / 4 plate 45 to be again circularly polarized. And is incident on the optical member 43. The laser beam incident on and reflected by the optical member 43 is converted into P-polarized linearly polarized light by being incident on the second λ / 4 plate 45 and incident on the half mirror 98. At this time, since the laser light incident on the half mirror 98 is a laser light having only a P-polarized component, the laser light passes through the half mirror 98 without being reflected and enters the light detection unit 97.

このように、本変形例の構成では、第2光路においては、ハーフミラー98でレーザ光の半分が反射し、半分が透過することによる損失がなく、消費電力を抑えることができる。また、光検出部97において、第1光路のみのレーザ光が入射したときと、第1光路と第2光路のレーザ光が同時に入射したときとで検出信号の信号レベルの差異を大きくすることができ、それらの区別を容易に行うことができる。   As described above, in the configuration of the present modification, in the second optical path, half of the laser light is reflected by the half mirror 98 and there is no loss due to transmission of the half, so that power consumption can be suppressed. Further, in the light detection unit 97, it is possible to increase the difference in the signal level of the detection signal between when the laser light of only the first optical path is incident and when the laser light of the first optical path and the second optical path are simultaneously incident. And can be easily distinguished.

[8.変形例2]
上述では、RSD1では、校正要求に応じて、検出電圧Vdとミラー部110の角度θとの関係を検出するようにしているが、第2駆動信号62の信号レベルとミラー部110の角度θとの関係も検出するようにしてもよい。
[8. Modification 2]
In the above description, the RSD 1 detects the relationship between the detection voltage Vd and the angle θ of the mirror unit 110 according to the calibration request. However, the signal level of the second drive signal 62 and the angle θ of the mirror unit 110 are detected. The relationship may also be detected.

すなわち、制御部10は、光検出部97から検出信号99に基づき、第2走査部90の走査位置が+Y3であると判定すると、このときの第2駆動信号62の電圧値を第1電圧Vb1として記憶し、第2走査部90の走査位置が−Y3であると判定すると、このときの第2駆動信号62の電圧値を第2電圧Vb2として記憶する。   That is, when the control unit 10 determines that the scanning position of the second scanning unit 90 is + Y3 based on the detection signal 99 from the light detection unit 97, the voltage value of the second drive signal 62 at this time is set to the first voltage Vb1. If it is determined that the scanning position of the second scanning unit 90 is -Y3, the voltage value of the second drive signal 62 at this time is stored as the second voltage Vb2.

このようにすることで、制御部10は、光検出部97から検出信号99に基づき、第2駆動信号62の信号レベル(電圧値Vb)とミラー部110の角度との関係を把握することができる。すなわち、第2駆動信号62の信号レベルとミラー部110の角度θとの関係は、第1電圧Vb1と第2電圧Vb2とに基づき、図18に示すように導き出すことができる。
なお、同図において、
α’=(Vb1−Vb2)/2θ3 ・・・(4)
β’=(Vb1+Vb2)/2 ・・・(5)
である。
By doing so, the control unit 10 can grasp the relationship between the signal level (voltage value Vb) of the second drive signal 62 and the angle of the mirror unit 110 based on the detection signal 99 from the light detection unit 97. it can. That is, the relationship between the signal level of the second drive signal 62 and the angle θ of the mirror unit 110 can be derived as shown in FIG. 18 based on the first voltage Vb1 and the second voltage Vb2.
In the figure,
α ′ = (Vb1−Vb2) / 2θ3 (4)
β ′ = (Vb1 + Vb2) / 2 (5)
It is.

このように、制御部10は、光検出部97からの検出信号99に基づき、第2駆動信号62の信号レベルとミラー部110の角度との関係を検出することができ、この関係と検出電圧Vdとミラー部110の角度との関係とに基づき、制御電圧Vct1を生成することで、ミラー部110の角度を所望の角度で制御することができる。   Thus, the control unit 10 can detect the relationship between the signal level of the second drive signal 62 and the angle of the mirror unit 110 based on the detection signal 99 from the light detection unit 97, and this relationship and the detection voltage. By generating the control voltage Vct1 based on the relationship between Vd and the angle of the mirror unit 110, the angle of the mirror unit 110 can be controlled at a desired angle.

具体的には、校正処理部137は、上述のように記憶した第1電圧Vb1及び第2電圧Vb2に基づき、第2駆動信号62の信号レベルとミラー部110の角度θとの関係を示す感度α’とオフセットβ’とを求める。すなわち、校正処理部137は、第1電圧Vb1及び第2電圧Vb2をパラメータとして、上記式(4),(5)に代入することによって、感度α’とオフセットβ’を求めて、角度・レベル情報として、図示しない電圧補正条件記憶部に記憶する。角度−電圧変換部132は、角度−電圧変換条件記憶部133から感度αとオフセットβを読み出し、さらに、電圧補正条件記憶部から感度α’とオフセットβ’を読み出す。そして、角度−電圧変換部132は、感度α,α’オフセットβ,β’とから制御電圧Vct1を生成することができる。なお、検出電圧Vdとミラー部110の角度との関係が一定の場合には、角度−電圧変換条件記憶部133は不要となり、角度−電圧変換部132は、感度α’オフセットβ’とから制御電圧Vct1を生成する。   Specifically, the calibration processing unit 137 shows the sensitivity indicating the relationship between the signal level of the second drive signal 62 and the angle θ of the mirror unit 110 based on the first voltage Vb1 and the second voltage Vb2 stored as described above. α ′ and offset β ′ are obtained. That is, the calibration processing unit 137 obtains the sensitivity α ′ and the offset β ′ by substituting the first voltage Vb1 and the second voltage Vb2 into the equations (4) and (5) as parameters, and determines the angle / level. Information is stored in a voltage correction condition storage unit (not shown). The angle-voltage conversion unit 132 reads the sensitivity α and the offset β from the angle-voltage conversion condition storage unit 133, and further reads the sensitivity α ′ and the offset β ′ from the voltage correction condition storage unit. The angle-voltage conversion unit 132 can generate the control voltage Vct1 from the sensitivities α and α ′ offsets β and β ′. If the relationship between the detection voltage Vd and the angle of the mirror unit 110 is constant, the angle-voltage conversion condition storage unit 133 is not necessary, and the angle-voltage conversion unit 132 is controlled from the sensitivity α ′ offset β ′. A voltage Vct1 is generated.

また、上述においては、第1走査部80の走査位置が+X3のときに走査部30で走査されたレーザ光が入射する位置に光検出部97を配置したが、第1走査部80の走査位置がX0のときに走査部30で走査されたレーザ光が入射する位置に光検出部97を配置してもよい。このようにすることで、第1走査部80の動作によらず、上記校正処理を行うことができる。   In the above description, the light detection unit 97 is disposed at a position where the laser beam scanned by the scanning unit 30 is incident when the scanning position of the first scanning unit 80 is + X3. The light detection unit 97 may be arranged at a position where the laser beam scanned by the scanning unit 30 is incident when X is X0. In this way, the calibration process can be performed regardless of the operation of the first scanning unit 80.

なお、光走査素子のミラー部の角度を検出する検出部を、ピエゾ抵抗素子により構成しているが、圧電素子による検出方法や静電容量の変化による検出方法を用いてもよい。   In addition, although the detection part which detects the angle of the mirror part of an optical scanning element is comprised by the piezoresistive element, you may use the detection method by the detection method by a piezoelectric element, or a capacitance change.

また、上述においては、検出電圧Vdとミラー部110の角度θとが比例関係にあり、第2駆動信号62の信号レベルとミラー部110の角度θとが比例関係に例を説明したが、これらは必ずしも比例関係にある必要はなく、一定の関係を有するものであれば本発明の適用が可能である。   In the above description, the detection voltage Vd and the angle θ of the mirror unit 110 are in a proportional relationship, and the signal level of the second drive signal 62 and the angle θ of the mirror unit 110 are in a proportional relationship. Are not necessarily in a proportional relationship, and the present invention can be applied as long as they have a certain relationship.

なお、第1反射部41と第2反射部42とは、第2方向の長さをビーム光の径と同程度で、かつ第1方向の長さを第1走査部80による走査範囲と同程度とし、第1方向と平行に延伸させるようにしてもよい。このようにすることで、第1反射部41と第2反射部42を最小限の大きさとすることができる。   The first reflecting portion 41 and the second reflecting portion 42 have the same length in the second direction as the diameter of the light beam and the same length in the first direction as the scanning range by the first scanning portion 80. However, it may be stretched parallel to the first direction. By doing in this way, the 1st reflection part 41 and the 2nd reflection part 42 can be made into the minimum magnitude | size.

上述では、ハーフミラー98の反射率と透過率とを1:1として説明したが、必ずしも反射率と透過率とを同程度にする必要ない。   In the above description, the reflectance and transmittance of the half mirror 98 have been described as 1: 1. However, the reflectance and the transmittance are not necessarily equal.

本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態によれば、以下の効果が期待できる。   Although the present invention has been described through the above-described embodiments, the following effects can be expected according to this embodiment.

(1)光源部20から出射された光束を第1方向Xに走査する第1走査部80と、反射面110aを有するミラー部110を揺動軸Ly周りに揺動して第1走査部80により走査された光束を第1方向Xと略直交する第2方向Yに走査する第2走査部90と、第1走査部80と第2走査部90との間の光路上に設けられたハーフミラー98と、第1走査部80により第1方向Xの所定位置で走査された光束であって、前記ハーフミラーで反射されて入射する光束の強度とタイミングを検出する光検出部97と、第2走査部90により走査された光束により形成される像面位置に配置され、第2走査部90により走査された光束をそれぞれ反射する第1反射部41及び第2反射部42と、第1走査部80により第1方向Xの所定位置へ走査され第1反射部41と第2反射部42とでそれぞれ反射され、ハーフミラー98で反射されて入射する光束の光路(第2光路)を、第1走査部80により第1方向Xの所定位置へ走査されてハーフミラー98で反射される光束の光路(第1光路)と同一光路として光検出部に入射させる光学部材43と、第1走査部80及び第2走査部90へそれぞれ駆動信号61,62を出力して第1走査部80及び第2走査部90を制御すると共に、光検出部97によって光束を検出したタイミングに基づいて、第1走査部80の走査位置を検出し、画像信号Sに応じた光束を光源部20から出射させる制御部10と、を備えているので、ミラー部の走査部毎にそれぞれミラー部の揺動軸回りの角度を検出する検出部を走査部毎に設ける必要がない。 (1) The first scanning unit 80 that scans the light beam emitted from the light source unit 20 in the first direction X and the mirror unit 110 having the reflecting surface 110a are swung around the swing axis Ly, and the first scanning unit 80 is scanned. The second scanning unit 90 that scans the light beam scanned in the second direction Y substantially orthogonal to the first direction X, and a half provided on the optical path between the first scanning unit 80 and the second scanning unit 90 A mirror 98, a light detection unit 97 that detects the intensity and timing of a light beam scanned at a predetermined position in the first direction X by the first scanning unit 80 and reflected by the half mirror, and a first detection unit 97; The first reflection unit 41 and the second reflection unit 42 that are arranged at the image plane position formed by the light beam scanned by the two scanning unit 90 and reflect the light beam scanned by the second scanning unit 90, respectively, and the first scanning Scanned to a predetermined position in the first direction X by the unit 80 The first scanning unit 80 scans the optical path (second optical path) of the light beam reflected by the first reflecting unit 41 and the second reflecting unit 42 and reflected by the half mirror 98 to a predetermined position in the first direction X. The drive signals 61 and 62 are supplied to the optical member 43 and the first scanning unit 80 and the second scanning unit 90, respectively, which are incident on the light detection unit as the same optical path as the optical path (first optical path) of the light beam reflected by the half mirror 98. And the first scanning unit 80 and the second scanning unit 90 are controlled, and the scanning position of the first scanning unit 80 is detected based on the timing at which the light detection unit 97 detects the light flux, and the image signal S is detected. And a control unit 10 that emits a corresponding light beam from the light source unit 20. Therefore, it is necessary to provide a detection unit for each scanning unit of the mirror unit for detecting an angle around the swing axis of the mirror unit for each scanning unit. There is no.

(2)ミラー部110の揺動軸Ly周りの角度を検出する角度検出部18を備え、制御部10は、第2走査部90を制御して、光源部20から出射させた光束を、第1反射部41に入射させて反射させ、光検出部97により所定強度以上の光束が検出されたときに角度検出部18によって検出されたミラー部110の角度の情報を第1校正点の情報(第1校正用電圧Vd1)として取得する第1処理と、第2走査部90を制御して、光源部20から出射させた光束を、第2反射部42に入射させて反射させ、光検出部97により所定強度以上の光束が検出されたときに角度検出部18によって検出されたミラー部110の角度の情報を第2校正点の情報(第2校正用電圧Vd2)として取得する第2処理と、第1校正点の情報と前記第2校正点の情報とに基づいて、角度検出部18の検出結果を校正する第3処理と、を実行するので、角度検出部18によるミラー部110の角度の検出特性に変動があった場合でも、ミラー部110の角度を所望の角度で高精度に制御することができる。 (2) The angle detection unit 18 that detects an angle around the swing axis Ly of the mirror unit 110 is provided, and the control unit 10 controls the second scanning unit 90 to change the light beam emitted from the light source unit 20 to the first level. The information on the angle of the mirror unit 110 detected by the angle detection unit 18 when the light detection unit 97 detects a light beam having a predetermined intensity or more is incident on the reflection unit 41 and reflected, and the first calibration point information ( The first process acquired as the first calibration voltage Vd1) and the second scanning unit 90 are controlled so that the light beam emitted from the light source unit 20 is incident on the second reflecting unit 42 and reflected, and the light detecting unit A second process of acquiring information on the angle of the mirror unit 110 detected by the angle detection unit 18 as second calibration point information (second calibration voltage Vd2) when a light beam having a predetermined intensity or more is detected by 97; , Information of the first calibration point and the second calibration And the third processing for calibrating the detection result of the angle detection unit 18 based on the information of the mirror unit. Therefore, even if the angle detection characteristic of the mirror unit 110 by the angle detection unit 18 varies, the mirror unit The angle of 110 can be controlled at a desired angle with high accuracy.

(3)第2走査部90のミラー部110は、第2駆動信号62の信号レベルに応じた角度に回動するものであり、制御部10は、ミラー部110の揺動軸Ly周りの角度と第2駆動信号62の信号レベルとの関係を規定する角度・レベル情報(感度α’とオフセットβ’)を内部の記憶部(角度−電圧変換条件記憶部133)に記憶しており、第1校正点の情報を取得したときの第2駆動信号62の信号レベル(第1電圧Vb1)と、第2校正点の情報を取得したときの第2駆動信号62の信号レベル(第2電圧Vb2)とに基づいて、角度・レベル情報(感度α’とオフセットβ’)を補正するので、第2駆動信号62とミラー部110の揺動軸Ly周りの角度との関係を容易に特定することができる。 (3) The mirror unit 110 of the second scanning unit 90 rotates at an angle corresponding to the signal level of the second drive signal 62, and the control unit 10 has an angle about the swing axis Ly of the mirror unit 110. Angle / level information (sensitivity α ′ and offset β ′) that defines the relationship between the signal level and the signal level of the second drive signal 62 is stored in an internal storage unit (angle-voltage conversion condition storage unit 133). The signal level (first voltage Vb1) of the second drive signal 62 when the information of one calibration point is acquired, and the signal level (second voltage Vb2) of the second drive signal 62 when the information of the second calibration point is acquired. ), The angle / level information (sensitivity α ′ and offset β ′) is corrected. Therefore, the relationship between the second drive signal 62 and the angle around the swing axis Ly of the mirror unit 110 can be easily specified. Can do.

(4)第1反射部41による光束の反射率を、第2反射部42による光束の反射率と異ならせており、第1反射部41と第2反射部42とを第2方向Yに所定の距離だけ離隔して配置したので、角度検出部18の検出結果から、第1校正点の情報(第1校正用電圧Vd1)と第2校正点の情報(第2校正用電圧Vd2)との区別を容易に行うことができる。 (4) The reflectance of the light beam by the first reflection unit 41 is different from the reflectance of the light beam by the second reflection unit 42, and the first reflection unit 41 and the second reflection unit 42 are set in the second direction Y in a predetermined manner. Therefore, from the detection result of the angle detector 18, the first calibration point information (first calibration voltage Vd1) and the second calibration point information (second calibration voltage Vd2) are obtained. A distinction can be made easily.

(5)第2走査部90により走査された光束を入射するテレセントリック光学系を構成するレンズ95aを有し、像面位置は、レンズ95aにより形成されるので、第1反射部41及び第2反射部42の反射面の光軸方向の設置位置に多少の誤差があってもよいため、入射方向と逆方向に光束を反射する構成を容易に作成することができる。 (5) Since it has the lens 95a which comprises the telecentric optical system which injects the light beam scanned by the 2nd scanning part 90, and an image surface position is formed of the lens 95a, the 1st reflection part 41 and the 2nd reflection Since there may be some errors in the installation position of the reflecting surface of the portion 42 in the optical axis direction, a configuration that reflects the light beam in the direction opposite to the incident direction can be easily created.

(6)ハーフミラー98と第1及び第2反射部41,42との間の光路上に設けられた第1のλ/4板44と、ハーフミラー98と光学部材43との間の光路上に設けられた第2のλ/4板45と、を有し、ハーフミラー98を、入射する光の偏光状態によって反射率が決まる偏光ビームスプリッタとし、光源部20から出射されハーフミラー98を通過した光束を、第1のλ/4板44を介して第1及び第2反射部41,42に入射し、第1及び第2反射部41,42で反射された光束を、第1のλ/4板44、第2のλ/4板45、光学部材43、第2のλ/4板45を順次介して光検出部97に入射させるので、光検出部97に入射する光束のロスを低減させることができ、光検出部97での光束の検出を精度よく行うことができる。 (6) On the optical path between the first λ / 4 plate 44 provided on the optical path between the half mirror 98 and the first and second reflecting portions 41, 42, and the half mirror 98 and the optical member 43. The half mirror 98 is a polarization beam splitter whose reflectivity is determined by the polarization state of incident light, and is emitted from the light source unit 20 and passes through the half mirror 98. The incident light flux is incident on the first and second reflecting portions 41 and 42 via the first λ / 4 plate 44, and the light flux reflected by the first and second reflecting portions 41 and 42 is converted into the first λ / 4 plate 44, second λ / 4 plate 45, optical member 43, and second λ / 4 plate 45 are sequentially incident on the light detection unit 97, so that the loss of the light beam incident on the light detection unit 97 is reduced. Therefore, the light detection unit 97 can detect the light flux with high accuracy.

(7)制御部10は、光源部20から出射させた光束が第1反射部41及び第2反射部42に入射しないタイミング(例えば、第2方向Yの有効走査範囲Ya)で、光源部20から光束を出射させ、このときに光検出部97の検出タイミングに基づいて、第1走査部80の走査位置を検出し、光源部20から画像信号Sに応じた光束を光源部20から出射させるので、第1走査部80の走査位置の検出を、第1校正点の情報や第2校正点の情報を取得するタイミングと異ならせることができ、それぞれの処理を同時に行うことによる処理負荷を低減することができる。 (7) The control unit 10 has the light source unit 20 at a timing at which the light beam emitted from the light source unit 20 does not enter the first reflection unit 41 and the second reflection unit 42 (for example, the effective scanning range Ya in the second direction Y). At this time, based on the detection timing of the light detection unit 97, the scanning position of the first scanning unit 80 is detected, and the light source unit 20 emits the light beam corresponding to the image signal S from the light source unit 20. Therefore, the detection of the scanning position of the first scanning unit 80 can be made different from the timing at which the information of the first calibration point and the information of the second calibration point is acquired, and the processing load due to performing each processing simultaneously is reduced. can do.

(8)画像信号Sに応じた強度の光束を走査する有効走査範囲Zの外側にある無効走査範囲Wで走査された光束の通過を遮断する遮光部96を備え、遮光部96は,第1反射部41及び第2反射部42よりも下流に位置しており,制御部10は、第1走査部80及び第2走査部90による走査位置が無効走査範囲Wにあるときに、光検出部97で検出させる光束を前記光源部から出射させるので、角度検出部18の検出結果を校正するために光源部20から出射させる光束が外部に出射されることを防止することができる。 (8) The light shielding unit 96 includes a light shielding unit 96 that blocks the passage of the light beam scanned in the invalid scanning range W outside the effective scanning range Z for scanning the light beam having the intensity corresponding to the image signal S. The control unit 10 is located downstream of the reflection unit 41 and the second reflection unit 42, and the control unit 10 detects the light detection unit when the scanning position by the first scanning unit 80 and the second scanning unit 90 is in the invalid scanning range W. Since the light beam detected at 97 is emitted from the light source unit, it is possible to prevent the light beam emitted from the light source unit 20 from being emitted to calibrate the detection result of the angle detection unit 18.

(9)制御部10は、前記第1処理及び前記第2処理を行うときには、第1走査部80の走査を停止状態とするので、第1走査部の動作によらず、校正処理を行うことができる。 (9) When the first processing and the second processing are performed, the control unit 10 stops the scanning of the first scanning unit 80, so that the calibration processing is performed regardless of the operation of the first scanning unit. Can do.

(10)画像信号Sに応じた強度の光束を第1走査部80及び第2走査部90により走査して利用者の眼101に入射させ、利用者の網膜101b上に画像信号Sに応じた画像を投影するので、角度検出部18によるミラー部110の角度の検出特性に変動があった場合でも、ミラー部110の角度を所望の角度で高精度に制御することができる網膜走査型の画像表示装置を提供することができる。 (10) A light beam having an intensity corresponding to the image signal S is scanned by the first scanning unit 80 and the second scanning unit 90 and is incident on the user's eye 101, and the image signal S is received on the user's retina 101b. Since the image is projected, the retinal scanning type image that can control the angle of the mirror unit 110 at a desired angle with high accuracy even when the angle detection characteristic of the mirror unit 110 is changed by the angle detection unit 18. A display device can be provided.

1 RSD
10 制御部
18 角度検出部
20 光源部
30 走査部
41 第1反射部
42 第2反射部
43 光学部材
44 第1のλ/4板
45 第2のλ/4板
80 第1走査部
90 第2走査部
95a レンズ(テレセントリック光学系)
96 遮光部
97 光検出部
98 第1ハーフミラー
110 ミラー部
X 第1走査方向
Y 第2走査方向
Vd1 第1校正用電圧(第1校正点の情報)
Vd2 第2校正用電圧(第2校正点の情報)
Vb1 第1電圧
Vb2 第2電圧
1 RSD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control part 18 Angle detection part 20 Light source part 30 Scan part 41 1st reflection part 42 2nd reflection part 43 Optical member 44 1st (lambda) / 4 board 45 2nd (lambda) / 4 board 80 1st scanning part 90 2nd Scan unit 95a Lens (telecentric optical system)
96 light-shielding part 97 light detection part 98 1st half mirror 110 mirror part X 1st scanning direction Y 2nd scanning direction Vd1 1st voltage for calibration (information of 1st calibration point)
Vd2 Second calibration voltage (information of second calibration point)
Vb1 first voltage Vb2 second voltage

Claims (10)

光源部から出射された光束を第1方向に走査する第1走査部と、
反射面を有するミラー部を揺動軸周りに揺動して前記第1走査部により走査された光束を前記第1方向と略直交する第2方向に走査する第2走査部と、
前記第1走査部と前記第2走査部との間の光路上に設けられたハーフミラーと、
前記第1走査部により前記第1方向の所定位置で走査された光束であって前記ハーフミラーで反射されて入射する光束の強度とタイミングを検出する光検出部と、
前記第2走査部により走査された光束により形成される像面位置に配置され、前記第2走査部により走査された光束をそれぞれ反射する第1反射部及び第2反射部と、
前記第1走査部により前記第1方向の所定位置へ走査され前記第1反射部と前記第2反射部とでそれぞれ反射され、前記ハーフミラーで反射されて入射する光束の光路を、前記第1走査部により前記第1方向の所定位置へ走査されて前記ハーフミラーで反射される光束の光路と同一光路として前記光検出部に入射させる光学部材と、
前記第1走査部及び前記第2走査部へそれぞれ駆動信号を出力して前記第1走査部及び前記第2走査部を制御すると共に、前記光検出部によって前記光束を検出したタイミングに基づいて、前記第1走査部の走査位置を検出し、前記画像信号に応じた光束を前記光源部から出射させる制御部と、を有する
ことを特徴とする画像表示装置。
A first scanning unit that scans a light beam emitted from the light source unit in a first direction;
A second scanning unit that scans a light beam scanned by the first scanning unit in a second direction substantially orthogonal to the first direction by swinging a mirror unit having a reflecting surface around a swing axis;
A half mirror provided on an optical path between the first scanning unit and the second scanning unit;
A light detector that detects the intensity and timing of a light beam that is scanned at a predetermined position in the first direction by the first scanning unit and that is reflected by the half mirror; and
A first reflecting portion and a second reflecting portion, which are disposed at an image plane position formed by the light beam scanned by the second scanning unit and respectively reflect the light beam scanned by the second scanning unit;
The first scanning unit scans a predetermined position in the first direction, is reflected by the first reflecting unit and the second reflecting unit, and is reflected by the half mirror. An optical member that is scanned into a predetermined position in the first direction by a scanning unit and is incident on the light detection unit as the same optical path as a light beam reflected by the half mirror;
Based on the timing at which the first scanning unit and the second scanning unit are respectively output by driving signals to the first scanning unit and the second scanning unit to control the first scanning unit and the second scanning unit, and the light detection unit detects the luminous flux. An image display apparatus comprising: a control unit that detects a scanning position of the first scanning unit and emits a light beam corresponding to the image signal from the light source unit.
前記ミラー部の揺動軸周りの角度を検出する角度検出部を備え、
前記制御部は、
前記第2走査部を制御して、前記光源部から出射させた光束を、前記第1反射部に入射させて反射させ、前記光検出部により所定強度以上の光束が検出されたときに前記角度検出部によって検出された前記角度の情報を第1校正点の情報として取得する第1処理と、
前記第2走査部を制御して、前記光源部から出射させた光束を、前記第2反射部に入射させて反射させ、前記光検出部により所定強度以上の光束が検出されたときに前記角度検出部によって検出された前記角度の情報を第2校正点の情報として取得する第2処理と、
前記第1校正点の情報と前記第2校正点の情報とに基づいて、前記角度検出部の検出結果を校正する第3処理と、を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
An angle detection unit for detecting an angle around the swing axis of the mirror unit;
The controller is
The second scanning unit is controlled to cause the light beam emitted from the light source unit to be incident and reflected on the first reflecting unit, and when the light detecting unit detects a light beam having a predetermined intensity or more, the angle is set. A first process for acquiring information on the angle detected by the detection unit as information on a first calibration point;
The light beam emitted from the light source unit is controlled by the second scanning unit to be incident on and reflected by the second reflection unit, and the angle when the light detection unit detects a light beam having a predetermined intensity or more. A second process of acquiring information on the angle detected by the detection unit as information on a second calibration point;
2. The image according to claim 1, wherein a third process of calibrating a detection result of the angle detection unit is executed based on the information on the first calibration point and the information on the second calibration point. Display device.
前記第2走査部のミラー部は、前記駆動信号の信号レベルに応じた角度に回動するものであり、
前記制御部は、
前記ミラー部の揺動軸周りの角度と前記駆動信号の信号レベルとの関係を規定する角度・レベル情報を有しており、
前記第1校正点の情報を取得したときの前記駆動信号の信号レベルと、前記第2校正点の情報を取得したときの前記駆動信号の信号レベルとに基づいて、前記角度・レベル情報を補正する
ことを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
The mirror part of the second scanning part rotates at an angle corresponding to the signal level of the drive signal,
The controller is
It has angle / level information that defines the relationship between the angle around the swing axis of the mirror part and the signal level of the drive signal,
The angle / level information is corrected based on the signal level of the driving signal when the information of the first calibration point is acquired and the signal level of the driving signal when the information of the second calibration point is acquired. The image display device according to claim 2.
前記第1反射部による前記光束の反射率を、前記第2反射部による前記光束の反射率と異ならせており、前記第1反射部と前記第2反射部とを前記第2方向に所定の距離だけ離隔して配置した
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像表示装置。
The reflectance of the light flux by the first reflecting portion is different from the reflectance of the light flux by the second reflecting portion, and the first reflecting portion and the second reflecting portion are set in a predetermined direction in the second direction. The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the image display device is arranged at a distance.
前記第2走査部により走査された光束を入射するテレセントリック光学系を有し、
前記像面位置は、前記テレセントリック光学系により形成される
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像表示装置。
A telecentric optical system for entering the light beam scanned by the second scanning unit;
The image display apparatus according to claim 1, wherein the image plane position is formed by the telecentric optical system.
前記ハーフミラーと前記第1及び第2反射部との間の光路上に設けられた第1のλ/4板と、
前記ハーフミラーと前記光学部材との間の光路上に設けられた第2のλ/4板と、を有し、
前記ハーフミラーを、入射する光束の偏光状態によって反射率が決まる偏光ビームスプリッタとして、
前記光源部から出射され前記ハーフミラーを通過した光束を、前記第1のλ/4板を介して前記第1及び第2反射部に入射し、前記第1及び第2反射部で反射された光束を、前記第1のλ/4板、前記第2のλ/4板、前記光学部材、前記第2のλ/4板を順次介して前記光検出部に入射させる
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像表示装置。
A first λ / 4 plate provided on an optical path between the half mirror and the first and second reflectors;
A second λ / 4 plate provided on the optical path between the half mirror and the optical member,
The half mirror as a polarization beam splitter whose reflectivity is determined by the polarization state of the incident light beam,
The light beam emitted from the light source unit and passed through the half mirror is incident on the first and second reflection units via the first λ / 4 plate, and is reflected by the first and second reflection units. The light beam is incident on the light detection unit through the first λ / 4 plate, the second λ / 4 plate, the optical member, and the second λ / 4 plate in order. Item 6. The image display device according to any one of Items 1 to 5.
前記制御部は、
前記光源部から出射させた光束が前記第1反射部及び前記第2反射部に入射しないタイミングで、前記光源部から光束を出射させ、このときに前記光検出部の検出タイミングに基づいて、前記第1走査部の走査位置を検出し、前記光源部から前記画像信号に応じた光束を前記光源部から出射させる
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像表示装置。
The controller is
The light beam emitted from the light source unit is emitted from the light source unit at a timing at which the light beam does not enter the first reflection unit and the second reflection unit, and at this time, based on the detection timing of the light detection unit, The image display device according to claim 1, wherein a scanning position of the first scanning unit is detected, and a light beam corresponding to the image signal is emitted from the light source unit from the light source unit. .
前記画像信号に応じた強度の光束を走査する有効走査範囲の外側にある無効走査範囲で走査された光束の通過を遮断する遮光部を備え、
前記遮光部は、前記第1反射部及び第2反射部よりも下流に位置しており、
前記制御部は、
前記第1走査部及び前記第2走査部による走査位置が前記無効走査範囲にあるときに、前記光検出部で検出させる光束を前記光源部から出射させる
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の画像表示装置。
A light-shielding portion that blocks passage of a light beam scanned in an invalid scanning range outside an effective scanning range that scans a light beam having an intensity corresponding to the image signal;
The light shielding portion is located downstream of the first reflecting portion and the second reflecting portion,
The controller is
The light source detected by the light detection unit is emitted from the light source unit when a scanning position by the first scanning unit and the second scanning unit is in the invalid scanning range. The image display device according to any one of the above.
前記制御部は、
前記第1処理及び前記第2処理を行うときには、前記第1走査部の走査を停止状態とすることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の画像表示装置。
The controller is
9. The image display device according to claim 1, wherein when the first process and the second process are performed, scanning of the first scanning unit is stopped. 10.
前記画像信号に応じた強度の光束を前記第1走査部及び前記第2走査部により走査して利用者の眼に入射させ、前記利用者の網膜上に前記画像信号に応じた画像を投影することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の画像表示装置。   A light beam having an intensity corresponding to the image signal is scanned by the first scanning unit and the second scanning unit and incident on a user's eye, and an image corresponding to the image signal is projected onto the user's retina. The image display device according to claim 1, wherein:
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