JP2012078536A - 駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第２光走査素子の駆動周波数の変化に応じて、第１光走査素子の第１駆動信号の駆動周波数を生成するための１次処理信号を決定することができる駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置を提供する。
【解決手段】第１光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動させる第１駆動信号を生成する第１駆動手段と、第１光走査素子の走査方向と交差する方向に光を走査する第２光走査素子を駆動する第２駆動信号を生成する第２駆動手段と、を備えた駆動信号発生器において、第２駆動信号の駆動周波数に応じて、鋸波信号にローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号のデータを予め記憶する記憶手段と、第２駆動信号の駆動周波数の変化に応じて、記憶手段に記憶された複数の１次処理信号から、ノッチフィルタ処理を行うための１次処理信号を選択する１次処理信号選択手段を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置に関する。

従来から、ガルバノミラーなどの光走査素子を用いて光を走査する光走査装置があり、例えば、画像信号に基づいて生成した光（以下、「画像光」と呼ぶ。）を光走査装置により２次元走査して画像を表示する光走査型画像表示装置が知られている。

上記光走査装置では、相対的に低速の第１光走査素子は、非共振で鋸波状に駆動させることにより画像光を垂直方向へ走査し、相対的に高速の第２光走査素子は、共振による揺動で画像光を水平方向に往復走査している。このように、画像光を２次元方向に走査することで、被投射対象であるスクリーンや眼の網膜に画像を形成させるようにしたものが知られている。

上述したように垂直方向の走査は、第１光走査素子を鋸波状に駆動することによって行なうものであるが、その周期ごとに、第１光走査素子の反射ミラーを最小位置から最大位置に直線的に変化させた後、最小位置に戻すように駆動させる。これにより、反射ミラーの最大位置から最小位置への戻りは、最小位置から最大位置への変化期間に比べ短い期間で行なわれることから、その際に第１光走査素子の反射ミラーへの反動が生じる。

第１光走査素子の反射ミラーは弾性のある梁部材を介して固定部材に揺動可能に支持されているため、反射ミラー及び梁部材の素材で決まる固有の共振周波数が存在する。従って、上記反動に起因する周波数に光走査素子固有の共振周波数が含まれていると、反射ミラーが共振振動を起こす。そして、この共振振動により反射ミラーの揺動に高周波成分が重畳されて光走査に揺らぎが発生する事態が生じてしまう。

そこで、従来の光走査装置では、第１光走査素子の反射ミラーの駆動信号である鋸波信号に、第１光走査素子固有の共振周波数を減衰させるためのローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号を生成する駆動信号発生器を備えている。ノッチフィルタ処理では、第１光走査素子の反動に起因する周波数に応じたノッチフィルタの中心周波数で、第１光走査素子の反動に起因する周波数を減衰させている。

本願出願人は、鋸波信号にローパスフィルタ処理を施した１次処理信号のデータを予め記憶手段に記憶し、この１次処理信号にノッチフィルタ処理を行なって駆動信号を生成する駆動信号発生器を備えた光走査装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０−０２６０９５号公報

上記特許文献１では、ローパスフィルタ処理を行なうための膨大な演算時間を短縮するとともに、第１光走査素子固有の共振特性の変化に応じて予めローパスフィルタ処理が施された１次処理信号にノッチフィルタ処理を行うだけのものである。

そして、光走査装置は、非共振で鋸波状に駆動させることにより画像光を垂直方向へ走査する第１光走査素子と、共振による揺動で画像光を水平方向に往復走査する第２光走査素子とを備えている。第１光走査素子と同様に第２光走査素子は、温度の変化などにより第２光走査素子固有の共振特性が変化する。この第２光走査素子固有の共振特性の変化は、第２光走査素子を駆動する第２駆動信号の駆動周波数の変化につながり、第１光走査素子を駆動する第１駆動信号に影響する。すなわち、第２駆動信号の駆動周波数の変化に起因して、第１光走査素子の反射ミラーの揺動に高周波成分が重畳されて画像光の走査に揺らぎが発生する場合があった。

このため、第１光走査素子の第１駆動信号の駆動周波数を生成するための１次処理信号の決定には、第１光走査素子固有の共振特性だけではなく、第２光走査素子固有の共振特性である第２駆動信号の駆動周波数の変化にも応じる必要があった。

本発明は、第２光走査素子の駆動周波数の変化に応じて、第１光走査素子の第１駆動信号の駆動周波数を生成するための１次処理信号を決定することができる駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第１光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動させる信号として、鋸波信号に前記第１光走査素子固有の共振周波数を減衰させるローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理が施された第１駆動信号を生成する第１駆動手段と、前記第１光走査素子の走査方向と交差する方向に光を走査する第２光走査素子を駆動する第２駆動信号を生成する第２駆動手段と、を備えた駆動信号発生器において、前記第２駆動信号の駆動周波数に応じて、前記鋸波信号にローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号のデータを予め記憶する記憶手段と、前記第２駆動信号の駆動周波数の変化に応じて、前記記憶手段に記憶された複数の１次処理信号から、前記ノッチフィルタ処理を行うための１次処理信号を選択する１次処理信号選択手段と、を備えたことを特徴とする駆動信号発生器とした。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の駆動信号発生器において、前記記憶手段に記憶された複数の１次処理信号は、前記光走査素子の共振周波数に応じた異なるカットオフ周波数で、前記鋸波信号に前記ローパスフィルタ処理が施されており、前記１次処理信号選択手段は、前記第２駆動信号の駆動周波数が高くなるにつれて、周波数の低い前記カットオフ周波数で前記ローパスフィルタ処理が施された１次処理信号を選択することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の駆動信号発生器により駆動される前記第１光走査素子と第２光走査素子とによって前記光を２次元方向に走査する光走査装置と、画像信号に応じて変調した画像光を出射する光出射部と、を備え、前記光出射部から出射する画像光を前記光走査装置で走査することにより画像を表示することを特徴とする画像表示装置とした。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の画像表示装置において、前記光走査装置で走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射する投射光学系を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第２光走査素子固有の共振特性の変化により、第２光走査素子を駆動する第２駆動信号の駆動周波数が変化しても、複数の１次処理信号のうちから第２駆動信号の駆動周波数の変化に応じた一つの１次処理信号を決定する。そして、決定した１次処理信号にノッチフィルタ処理を施すことで、第１光走査素子の反射ミラーの揺動に高周波成分が重畳されて画像光の走査に揺らぎが発生することを抑制することができる。

光走査装置の構成を示す説明図である。 網膜走査ディスプレイの構成を示す説明図である。 網膜走査ディスプレイの走査部の動作説明図である。 第２駆動信号の駆動周波数と１次処理信号のカットオフ周波数とを関連づけたテーブルを説明する図である。

以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、本発明の駆動信号発生器の実施形態を光走査装置及び画像表示装置に適用した例について説明する。

［１．光走査装置］
まず、本発明の駆動信号発生器を光走査装置に適用した例について説明する。図１は光走査装置の構成を示す説明図である。

図１に示すように、光走査装置１は、当該光走査装置１全体を制御する制御部２と、この制御部２に入力された画像信号Ｓに応じた光を出射する光出射部３と、この光出射部３から出射された光を走査する光走査部４とを備えている。

光走査部４は、ガルバノミラーなどの第１光走査素子５及び第２光走査素子７を駆動させるための第１駆動信号Ｓ１及び第２駆動信号Ｓ２を生成する駆動信号発生器６から構成される。光走査部４は、制御部２から入力される制御信号Ｓ１７（同期信号、ＯＮ／ＯＦＦ信号、水平揺動状態情報など）に基づいて動作する。

第２光走査素子７は反射ミラー７ａを備え、この反射ミラー７ａにより光出射部３から出射された光を反射させて、水平方向Ｘ（第２方向とも言う）に走査する。第２光走査素子７と第１光走査素子５の間にはリレー光学系１６が設けられ、第２光走査素子７の反射ミラー７ａにより水平方向に走査された光を第１光走査素子５に導く。第１光走査素子５は反射ミラー５ａを備え、この反射ミラー５ａによりリレー光学系１６から導かれた光を反射させて、垂直方向Ｙ（第１方向とも言う）に走査する。

なお、第１駆動信号Ｓ１は、第１光走査素子５の反射ミラー５ａを非共振で強制的に駆動させる信号であり、第２駆動信号Ｓ２は、第２光走査素子７の反射ミラー７ａを共振により駆動させる信号である。また、第１光走査素子５は、光を走査するようにその反射ミラー５ａを非共振モードで強制的に揺動することができるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。

駆動信号発生器６は、第１光走査素子５の反射ミラー５ａを非共振モードで強制的に駆動するために、直線変化する鋸波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった第１駆動信号Ｓ１を生成する。なお、本実施形態においては鋸波信号に施すローパスフィルタ処理はベッセル型のローパスフィルタ処理としている。また、直線変化する鋸波信号は、最小レベルから最大レベルまで移行する期間に比べ、最大レベルから最小レベルへ移行する期間が十分に短い信号である。また、本実施形態においては、位相特性や群遅延特性の良いベッセル型を例に上げて説明するが、バターワース型などの他の特性のフィルタであっても良い。また、ノッチフィルタは、バンドエリミネーションフィルタ（Band-elimination filter, BEF、帯域阻止フィルタ）とも呼ばれる。

駆動信号発生器６は、図１に示すように、記憶部１０と、フィルタ部１１、１次処理信号決定部１２、温度センサ１３、駆動信号生成部１５及び水平駆動信号発生器１４を備えている。なお、駆動信号発生器６は、第１駆動信号を生成する第１駆動手段及び第２駆動信号を生成する第２駆動手段として機能する。また、記憶部１０は複数の１次処理信号を記憶する記憶手段として機能し、１次処理信号決定部１２は複数の１次処理信号Ｓ１１から一つの１次処理信号Ｓ１１を選択する１次処理信号選択手段として機能する。

記憶部１０には、直線変化する鋸波信号に周波数の異なる複数のカットオフ周波数でローパスフィルタ処理が施された複数の１次処理信号Ｓ１１が予め記憶されている。

第１光走査素子５固有の共振特性として、１次の共振周波数（以下、１次共振という）がｆ１［Ｈｚ］、２次以上の共振周波数（以下、２次共振という）がｆ２［Ｈｚ］という２種類の共振周波数がある。そして、直線変化する鋸波信号に所定のカットオフ周波数でローパスフィルタ処理を施すことで、ｆ２（＞ｆ１）以上の周波数を減衰させて２次共振による影響を抑制する。

フィルタ部１１は、１次処理信号決定部１２により選択された１次処理信号Ｓ１１に、ノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２を生成する。そして、生成した２次処理信号Ｓ１２は、フィルタ部１１から駆動信号生成部１５に出力される。

また、第１光走査素子５の１次共振をノッチフィルタ処理で抑制することにしていることから、ローパスフィルタのカットオフ周波数をｆ１以下とすることに比べ、第１駆動信号Ｓ１の直線性を向上させることができる。

記憶部１０は、水平揺動状態情報と１次処理信号Ｓ１１とを関連づけたテーブル（図４参照）とを記憶している。水平揺動状態情報は、水平駆動信号発生器１４が第２光走査素子７を駆動するための第２駆動信号の駆動周波数に比例した情報であり、制御部２から入力される制御信号Ｓ１７に含まれているものである。すなわち、本実施形態においては、１次処理信号決定部１２による１次処理信号Ｓ１１を決定する要素に水平揺動状態情報が含まれる。

第２光走査素子７の近傍には、第２光走査素子７の揺動周波数を検出する揺動検出回路７ｂを有している。制御部２は、揺動検出回路７ｂから通知される第２光走査素子７の揺動周波数に関する情報に基づいて水平揺動状態情報を生成して、１次処理信号決定部１２へ通知する。なお、第２光走査素子７の揺動周波数は第２光走査素子７を駆動するための第２駆動信号Ｓ２の駆動周波数と略同じになるように制御される。そして、１次処理信号決定部１２は、記憶部１０に記憶されている水平揺動状態情報と１次処理信号Ｓ１１とを関連づけたテーブル（図４参照）に基づいて、１次処理信号Ｓ１１が決定される。

駆動信号生成部１５は、フィルタ部１１から供給された２次処理信号Ｓ１２を内部のＤ／Ａ変換器１５ａによりアナログ変換することにより第１駆動信号Ｓ１を生成する。駆動信号生成部１５は生成した第１駆動信号Ｓ１を第１光走査素子５に出力して、第１光走査素子５の反射ミラー５ａを非共振モードで強制的に駆動する。

駆動信号生成部１５は、第１駆動信号Ｓ１を生成する処理を連続して繰り返すことにより複数の鋸波状の第１駆動信号Ｓ１を出力する。これにより光出射部３から出射された光が連続して垂直方向に繰り返し走査される。

光走査装置１では、第２光走査素子７の第２駆動信号Ｓ２の駆動周波数に変化に応じて、鋸波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった第１駆動信号Ｓ１を生成する駆動信号発生器６を有している。

駆動信号発生器６は、鋸波信号に異なるカットオフ周波数で２０次のローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号Ｓ１１を予め記憶部１０に記憶しておき、この１次処理信号Ｓ１１にノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２を生成する。

フィルタ部１１は、１次処理信号決定部１２で決定した１次処理信号Ｓ１１にノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２を生成する。なお、このノッチフィルタ処理で用いられるノッチフィルタは、第１光走査素子５固有の共振特性の共振周波数に応じたノッチフィルタなので、初期特性のばらつきや経年変化に基づく変化なども考慮に入れたテーブルなどを用意し、合わせるべきノッチフィルタの特性を決めるのが望ましい。また、テーブルを用いるのではなく、実際に生じたリンギングの周波数から直接ノッチフィルタの特性を決めてもよい。

また、フィルタ部１１によりノッチフィルタ処理を行なうことから、記憶容量の低減を図ることができる。例えば、ノッチフィルタ処理を施したデータを予め記憶部１０に記憶する場合には、ノッチフィルタ処理を施したデータが複数必要となる。しかし、本実施形態においては第１駆動信号Ｓ１を生成する際にノッチフィルタ処理を行なうので、記憶部１０に複数のノッチフィルタ処理を施したデータを記憶しておく必要がなく、記憶部１０に記憶するデータ量を低減することができる。

また、１次処理信号決定部１２において、第２光走査素子７の第２駆動信号の駆動周波数の変化に対応して複数の１次処理信号Ｓ１１のうちから最適な１次処理信号Ｓ１１を決定することにより、確実に第１光走査素子５固有の共振特性のうちの１次共振による影響を抑制することができる。つまり、第１光走査素子５の反射ミラー５ａの１次共振が起因となる画像光の揺らぎを抑制することができる。

ここで、上述した水平揺動状態情報に基づいた１次処理信号決定部１２による１次処理信号Ｓ１１の決定例を、図４を用いて説明する。図４は第２駆動信号の駆動周波数と１次処理信号Ｓ１１のカットオフ周波数とを関連づけたテーブルを説明する図である。

水平揺動状態情報には、第２駆動信号の駆動周波数が含まれている。図４に示すように、第２駆動信号の駆動周波数に応じて１次処理信号Ｓ１１は決定される。すなわち、第２駆動信号の駆動周波数が５８〜６２［Ｈｚ］の場合は、カットオフ周波数が８５０［Ｈｚ］以上でローパスフィルタ処理が施された１次処理信号Ｓ１１が選択される。また、第２駆動信号の駆動周波数が６３〜６６［Ｈｚ］の場合は、カットオフ周波数が８５０［Ｈｚ］未満でローパスフィルタ処理が施された１次処理信号Ｓ１１が選択される。つまり、第２駆動信号の駆動周波数が高い場合は、周波数の低いカットオフ周波数で前ローパスフィルタ処理が施された１次処理信号Ｓ１１が選択される。

このように、第２光走査素子７固有の共振特性による第２駆動信号の駆動周波数の変化に応じて、第１駆動信号の駆動周波数も変化させることができる。これにより、第１光走査素子５の反射ミラー５ａの１次共振が起因となる画像光の揺らぎだけではなく、第２光走査素子７固有の共振特性が起因となる画像光の揺らぎも抑制することができる。

なお、水平揺動状態情報に基づいた複数の１次処理信号Ｓ１１は、図４に示すテーブルの実施例に限られるものではない。例えば、第２駆動信号の駆動周波数を細分化（例えば、１［Ｈｚ］）して、それに応じた１次処理信号Ｓ１１を３個以上設定してもよい。つまり、第２光走査素子７固有の共振特性に応じて適宜変更可能である。

［２．画像表示装置］
次に、本発明の駆動信号発生器を画像表示装置に適用した例について説明する。ここでは、画像表示装置の一例として網膜走査型の画像表示装置（以下、ＲＳＤという）とした場合について図２及び図３を参照して説明する。このＲＳＤは、走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射してユーザに画像を視認させる画像表示装置である。図２はＲＳＤの構成を示す説明図、図３はＲＳＤにおける垂直駆動信号発生器の構成図である。

図２に示すように、ＲＳＤ１００には、制御部１１０、光出射部１２０、光ファイバ１３０、光走査部１４０、投射光学系１５０が設けられている。なお、制御部１１０及び光走査部１４０が上述した光走査装置１に対応し、光出射部１２０から出射された画像光を光走査部１４０で２次元方向に走査することにより画像を表示する。

制御部１１０には、外部からの画像信号Ｓが入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する画像信号供給回路１１１と、水平駆動信号発生器１１２と、垂直駆動信号発生器１１３とが設けられている。この画像信号供給回路１１１は、画像信号１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂ、水平同期信号１１４、垂直同期信号１１５、水平揺動状態情報１１７、読み出しクロック１０２などを出力する。また、水平駆動信号発生器１１２は、画像信号供給回路１１１より出力される水平同期信号１１４に同期して、水平駆動信号１１８を生成し、水平駆動回路１４２ｃへ入力する。また、垂直駆動信号発生器１１３は、画像信号供給回路１１１より出力される垂直同期信号１１５に同期して、垂直駆動信号１１９を生成し、垂直駆動回路１４４ｃへ入力する。

なお、水平駆動信号発生器１１２は、第２光走査素子を駆動するための第２駆動信号を生成する第２駆動手段として機能し、垂直駆動信号発生器１１３は、第１光走査素子を駆動するための第１駆動信号を生成する第１駆動手段として機能する。さらに、制御部１１０の水平駆動信号発生器１１２及び垂直駆動信号発生器１１３は、上述した駆動信号発生器６としての機能を有する。

光出射部１２０には、Ｒレーザ１２４，Ｇレーザ１２５，Ｂレーザ１２６と、これらをそれぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１２１，Ｇレーザドライバ１２２，Ｂレーザドライバ１２３とが設けられている。そして、画像信号供給回路１１１から出力される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各画像信号１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂを基にそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射する。さらに、各レーザ１２４〜１２６より出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系１２７が設けられている。それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー１２８と、合波されたレーザ光を光ファイバ１３０に導く結合光学系１２９とが設けられている。ここで、このように光出射部１２０で生成され光ファイバ１３０に入射されるレーザ光は、画像形成に用いられる光であり、以下、このレーザ光を「画像光」と呼ぶ。

光出射部１２０から光ファイバ１３０に導かれた画像光は光走査部１４０に入射される。光走査部１４０には、光ファイバ１３０から出射された画像光をコリメートするコリメート光学系１４１、このコリメートされた画像光を水平方向に相対的に高速で走査する水平走査部１４２が設けられている。さらに、光走査部１４０には、水平方向に走査された画像光を後述の垂直走査部１４４に導くリレー光学系１４３と、リレー光学系１４３を介して入射された画像光を水平方向と垂直に交差する垂直方向に相対的に低速で走査する垂直走査部１４４とを有している。そして、このように光走査部１４０で走査された画像光は、リレー光学系を有する投射光学系１５０を介して眼１０１の前方に位置させたハーフミラー１５１で反射されてユーザの瞳孔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る。また、ハーフミラー１５１は外光を透過してユーザの瞳孔１０１ａに入射させるようにしており、これによりユーザは外光に基づく外景に画像光に基づく画像を重ねた画像を視認することができる。

水平走査部１４２は、表示すべき画像の１走査線ごとに、画像光を水平方向（第２方向）に走査する光学系である。水平走査部１４２には、ガルバノミラーなどの反射ミラー１４２ｂを有する第２光走査素子１４２ａと、この第２光走査素子１４２ａを駆動する水平駆動回路１４２ｃと、反射ミラー１４２ｂの揺動状態を検出する揺動検出回路１４２ｄとを備えている。

垂直走査部１４４は、表示すべき画像の１フレームごとに、画像光を最初の水平走査線から最後の水平走査線に向かって垂直方向（第１方向）に走査する光学系である。そして、この垂直走査部１４４には、ガルバノミラーなどの反射ミラー１４４ｂを有する第１光走査素子１４４ａと、この第１光走査素子１４４ａを駆動する垂直駆動回路１４４ｃとを備えている。

ここで、ＲＳＤ１００の特徴的部分である垂直駆動信号発生器１１３の構成及び動作を中心に、以下図３を参照して詳細に説明する。

第１駆動手段としての垂直駆動信号発生器１１３は、第１光走査素子１４４ａの反射ミラー１４４ｂを非共振モードで強制的に駆動するために、直線変化する鋸波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった垂直駆動信号１１９（第１駆動信号）を生成する。なお、直線変化する鋸波信号に施すローパスフィルタ処理はベッセル型のローパスフィルタ処理としている。また、直線変化する鋸波信号は、最小レベルから最大レベルまで移行する期間に比べ、最大レベルから最小レベルへ移行する期間が十分に短い信号である。

図３に示すように、垂直駆動信号発生器１１３は、記憶部１７０と、フィルタ部１７１、１次処理信号決定部１７２、温度センサ１７３、駆動信号生成部１７５を備えている。なお、１次処理信号決定部１７２は、本実施形態における１次処理信号選択手段である。

記憶部１７０には、上述した光走査装置１と同様に、直線変化する鋸波信号に異なる周波数のカットオフ周波数でローパスフィルタ処理が施された複数の１次処理信号Ｓ１１’が予め記憶されている。

このように記憶部１７０に記憶した複数の１次処理信号Ｓ１１’は、１次処理信号決定部１７２により複数の１次処理信号Ｓ１１’うちから一つの１次処理信号Ｓ１１’が決定されてフィルタ部１７１に供給される。フィルタ部１７１は、この１次処理信号Ｓ１１’にノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２’を生成する。

ここで、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性として、１次共振がｆ１［Ｈｚ］、２次以上の共振がｆ２（＞ｆ１）［Ｈｚ］以上であるとする。このとき、記憶部１７０に記憶されている複数の１次処理信号Ｓ１１’は、直線変化する鋸波信号に周波数の異なる複数のカットオフ周波数で２０次のローパスフィルタ処理が施されている。予め１次処理信号Ｓ１１’にローパスフィルタ処理を施して、ｆ２［Ｈｚ］以上の周波数を減衰させることにより、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性のうち２次以上の共振による影響を抑制する。また、ノッチフィルタ処理は、ｆ１［Ｈｚ］の周波数を中心として減衰させることにより、第１光走査素子１４４ａ固有の共振特性のうち１次の共振による影響を抑制する。

このように、第１光走査素子１４４ａの１次共振をノッチフィルタ処理で抑制することにしていることから、ローパスフィルタのカットオフ周波数をｆ１［Ｈｚ］以下とすることに比べ、第１駆動信号としての垂直駆動信号１１９の直線性を向上させることができる。

フィルタ部１７１で用いる１次処理信号Ｓ１１’は、１次処理信号決定部１７２で決定されてフィルタ部１７１へ入力される。

水平揺動状態情報１１７は、水平駆動回路１４２ｃが第２光走査素子１４２ａを駆動するための第２駆動信号の駆動周波数に比例した情報であり、制御部１１０から通知されるものである。これにより、１次処理信号決定部１７２による１次処理信号Ｓ１１’を決定する要素に水平揺動状態情報１１７が含まれる。水平走査部１４２は第２光走査素子１４２ａの揺動周波数を検出する揺動検出回路１４２ｄを有している。制御部１１０は、揺動検出回路１４２ｄから通知される第２光走査素子１４２ａの揺動周波数に関する情報に基づいて水平揺動状態情報１１７を生成して、１次処理信号決定部１７２へ通知する。

１次処理信号Ｓ１１’を決定する要素に水平揺動状態情報１１７を含むのは、水平走査部１４２の第２光走査素子１４２ａの揺動周波数に応じて垂直走査部１４４の第１光走査素子１４４ａへ入力する垂直駆動信号１１９の周波数の変更が必要となるからである。すなわち、水平走査周波数の変化に伴い垂直走査周波数も変更しなければならず、この変化に応じてノッチフィルタ特性を合わせる必要があるからである。

本実施形態においては、記憶部１７０は、水平揺動状態情報１１７と１次処理信号Ｓ１１’とを関連づけたテーブル（図４参照）とを記憶している。そして、１次処理信号決定部１７２は、上記テーブルを用いて温度検出信号Ｓ１３’及び水平揺動状態情報１１７から１次処理信号Ｓ１１’決定する。

フィルタ部１７１は１次処理信号Ｓ１１’にノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２’を生成して、駆動信号生成部１７５に出力する。

駆動信号生成部１７５は、供給された２次処理信号Ｓ１２’を、所定の周波数の読み出しクロック１０２と同期させて内部のＤ／Ａ変換器によりアナログ変換することにより垂直駆動信号１１９を生成する。ここで、読み出しクロック１０２は、制御部１１０により生成されて駆動信号生成部１７５へ通知されるクロック信号である。制御部１１０は、揺動検出回路１４２ｄにより検出した第２光走査素子１４２ａの揺動周波数に基づいて、読み出しクロック１０２を生成して駆動信号生成部１７５へ通知する。これにより水平走査周波数が変わったことにより変化する垂直走査周波数のタイミングを同期させることができる。

第１駆動手段としての駆動信号生成部１７５は生成した第１駆動信号である垂直駆動信号１１９を垂直駆動回路１４４ｃに入力する。垂直駆動回路１４４ｃは垂直駆動信号１１９を増幅して第１光走査素子１４４ａへ入力し、第１光走査素子１４４ａの反射ミラー１４４ｂを非共振モードで強制的に駆動する。

駆動信号生成部１７５は、１次処理信号Ｓ１１’から垂直駆動信号１１９を生成する処理を連続して繰り返すことにより複数の鋸波状の垂直駆動信号１１９を出力する。これにより、光出射部１２０から出射された画像光が連続して垂直方向に繰り返し走査される。

このように本実施形態のＲＳＤ１００では、第１光走査素子１４４ａの反射ミラー１４４ｂを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号である。そして、鋸波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった垂直駆動信号１１９を生成する垂直駆動信号発生器１１３を有している。

フィルタ部１７１は、１次処理信号決定部１７２で決定した１次処理信号Ｓ１１’でノッチフィルタ処理を行なって２次処理信号Ｓ１２’を生成する。

このようにフィルタ部１７１によりノッチフィルタ処理を行なうことから、記憶容量の低減を図ることができる。例えば、ノッチフィルタ処理を施したデータを予め記憶部１７０に記憶する場合には、ノッチフィルタ処理を施したデータが複数必要となる。しかし、本実施形態においては垂直駆動信号１１９を生成する際にノッチフィルタ処理を行なうので、記憶部１７０に複数のノッチフィルタ処理を施したデータを記憶しておく必要がなく、記憶部１７０に記憶するデータ量を低減することができる。

また、第１光走査素子１４４ａの走査方向と交差する水平方向に光を走査する第２光走査素子１４２ａを駆動する第２駆動信号である水平駆動信号１１８を生成する第２駆動手段としての水平駆動信号発生器１１２を備えている。そして、１次処理信号決定部１７２は、水平揺動状態情報１１７、すなわち第２駆動信号Ｓ２０の周波数に基づいて１次処理信号Ｓ１１’を決定するようにしている。従って、第２駆動信号の駆動周波数である水平走査周波数の変更に伴って、必要となる垂直走査周波数の変更、すなわち、第１駆動信号である垂直駆動信号１１９の駆動周波数の変更に応じてノッチフィルタ特性を合わせることができる。

そして、光出射部１２０から出射された画像光は、第２光走査素子１４２ａにより水平方向Ｘに走査される。水平方向Ｘに走査された画像光は、リレー光学系１４３を介して第１光走査素子１４４ａにより垂直方向Ｙに走査される。そして、第２光走査素子１４２ａと第１光走査素子１４４ａとのより２次元方向に走査された画像光は、リレー光学系を有する投射光学系１５０を介してユーザの瞳孔１０１ａに入射する。これにより、ユーザの網膜上に画像信号Ｓに応じた画像が投影される。

以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態の駆動信号発生器６及びそれを備えた光走査装置１並びにＲＳＤ１００によれば、以下の効果が期待できる。

（１）第１光走査素子５の反射ミラー５ａを非共振モードで強制的に駆動させる信号として、鋸波信号に第１光走査素子５固有の共振周波数を減衰させるローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理が施された第１駆動信号Ｓ１を生成する第１駆動手段と、第１光走査素子５の走査方向と交差する方向に光を走査する第２光走査素子７を駆動する第２駆動信号を生成する第２駆動手段と、を備えた駆動信号発生器６において、第２駆動信号の駆動周波数に応じて、鋸波信号にローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号Ｓ１１のデータを予め記憶する記憶手段（記憶部１０）と、第２駆動信号の駆動周波数の変化に応じて、記憶手段に記憶された複数の１次処理信号Ｓ１１から、ノッチフィルタ処理を行うための１次処理信号Ｓ１１を選択する１次処理信号選択手段（１次処理信号決定部１２）と、を備えている。これにより、第２駆動信号の駆動周波数の変化に応じた１次処理信号Ｓ１１を決定することができる。

（２）記憶手段（記憶部１０）に記憶された複数の１次処理信号Ｓ１１は、第１光走査素子５の共振周波数に応じた異なるカットオフ周波数で、鋸波信号にローパスフィルタ処理が施されており、１次処理信号選択手段（１次処理信号決定部１２）は、第２駆動信号の駆動周波数が高くなるにつれて、周波数の低いカットオフ周波数でローパスフィルタ処理が施された１次処理信号Ｓ１１を選択する。これにより、第２光走査素子７の共振特性の変化に応じた２次処理信号Ｓ１２を生成することができる。

（３）駆動信号発生器６により駆動される第１光走査素子５と第２光走査素子７とによって光を２次元方向に走査する光走査装置１と、画像信号Ｓに応じて変調した画像光を出射する光出射部３と、を備え、光出射部３から出射する画像光を光走査装置１で走査することにより画像を表示するＲＳＤ１００とすることができる。

（４）光走査装置１で走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射する投射光学系１５０を備えたので、駆動信号発生器６及び駆動信号発生器６を有する光走査装置１を備えた網膜走査型のＲＳＤ１００とすることができる。

１ 光走査装置
２，１１０ 制御部
３，１２０ 光出射部
４，１４０ 光走査部
５，１４４ａ 第１光走査素子
６ 駆動信号発生器
７，１４２ａ 第２光走査素子
１０，１７０ 記憶部
１１，１７１ フィルタ部
１２，１７２ １次処理信号決定部
１３，１７３ 温度センサ
１５，１７５ 駆動信号生成部
１００ 画像表示装置
１１８ 水平駆動信号
１１９ 垂直駆動信号
１３０ 光ファイバ
１５０ 投射光学系

Claims (4)

1. 第１光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動させる信号として、鋸波信号に前記第１光走査素子固有の共振周波数を減衰させるローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理が施された第１駆動信号を生成する第１駆動手段と、
   前記第１光走査素子の走査方向と交差する方向に光を走査する第２光走査素子を駆動する第２駆動信号を生成する第２駆動手段と、を備えた駆動信号発生器において、
   前記第２駆動信号の駆動周波数に応じて、前記鋸波信号にローパスフィルタ処理を施した複数の１次処理信号のデータを予め記憶する記憶手段と、
   前記第２駆動信号の駆動周波数の変化に応じて、前記記憶手段に記憶された複数の１次処理信号から、前記ノッチフィルタ処理を行うための１次処理信号を選択する１次処理信号選択手段と、を備えたことを特徴とする駆動信号発生器。
2. 前記記憶手段に記憶された複数の１次処理信号は、前記光走査素子の共振周波数に応じた異なるカットオフ周波数で、前記鋸波信号に前記ローパスフィルタ処理が施されており、
   前記１次処理信号選択手段は、
   前記第２駆動信号の駆動周波数が高くなるにつれて、周波数の低い前記カットオフ周波数で前記ローパスフィルタ処理が施された１次処理信号を選択することを特徴とする請求項１に記載の駆動信号発生器。
3. 請求項１又は２に記載の駆動信号発生器により駆動される前記第１光走査素子と前記第２光走査素子とによって前記光を２次元方向に走査する光走査装置と、
   画像信号に応じて変調した画像光を出射する光出射部と、を備え、
   前記光出射部から出射する画像光を前記光走査装置で走査することにより画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
4. 前記光走査装置で走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射する投射光学系を備えたことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。

Images