JP2014095796A - 光偏向装置及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高コスト化及び大型化を招くことなく、環境温度の変化による装置性能の低下を防止できる光偏向装置を提供する。
【解決手段】 光偏向装置２０は、レーザ光を透過させる光透過窓２２が設けられたパッケージ２１と、パッケージ２１に収容され、光透過窓２２を介してパッケージ２１内に入射されたレーザ光を、α軸に直交する軸及びα軸周りに振動しながら光透過窓２２に向けて反射する振動ミラーを含むＭＥＭＳミラーデバイス２３と、光透過窓２２の温度を調整するためのヒータ２４と、振動ミラーの共振周波数に基づいてヒータ２４を制御するヒータ制御回路と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光偏向装置及び画像投影装置に係り、更に詳しくは、レーザ光を偏向する光偏向装置及び該光偏向装置を備える画像投影装置に関する。

従来、ＭＥＭＳデバイスを含むＭＥＭＳモジュールであって、環境温度の変化によるモジュール性能の低下を防止するために、ＭＥＭＳデバイスの温度を検出し、その検出結果に基づいてＭＥＭＳデバイスの温度を制御するＭＥＭＳモジュールが知られている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示されているＭＥＭＳモジュールでは、ＭＥＭＳデバイスの温度を検出するための温度センサが必要であり、高コスト化及び大型化を招いていた。

本発明は、レーザ光を偏向する光偏向装置であって、レーザ光を透過させる光透過窓が設けられた筐体と、前記筐体に収容され、前記光透過窓を介して前記筐体内に入射されたレーザ光を少なくとも一軸周りに振動しながら前記光透過窓に向けて反射するミラーを含むＭＥＭＳミラーデバイスと、前記光透過窓の温度を調整するためのヒータと、前記ミラーの共振周波数に基づいて、前記ヒータを制御するヒータ制御部と、を備える光偏向装置である。

本発明によれば、高コスト化及び大型化を招くことなく、環境温度の変化による装置性能の低下を防止できる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタ装置の概略的構成を示す図である。 図１の光偏向装置を説明するための図である。 光偏向装置が有するＭＥＭＳミラーデバイスを説明するための図である。 プロジェクタ装置の制御の概略的構成を示す図である。 ＭＥＭＳミラーデバイスの振動ミラーの周波数と振れ角との関係を示すグラフである。 環境温度と振動ミラーの共振周波数との関係を示すグラフである。 比較例における環境温度と光透過窓の温度との関係を示すグラフである。 本実施形態における環境温度と光透過窓の温度との関係を示すグラフである。 第１変形例の光偏向装置を説明するための図である。 第２変形例の光偏向装置を説明するための図である。 第３変形例の共振周波数検出手段を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像投影装置としてのプロジェクタ装置１０００の概略構成が示されている。以下の説明では、図１に示されるようなＸＹＺ３次元直交座標系を適宜用いる。

プロジェクタ装置１０００は、一例として、水平面（ＸＹ平面）と平行な床上に設置された設置台の上面上（若しくは床上）に載置されて使用される。

プロジェクタ装置１０００は、一例として、光源装置１０、光偏向装置２０、制御装置１００及びこれらを収容するハウジング３０などを備えている。

光源装置１０は、一例として、３つのレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３、３つのコリメートレンズＣＲ１〜ＣＲ３、３つのダイクロイックミラーＤＭ１〜ＤＭ３などを含む。

レーザダイオードＬＤ１は、一例として、赤色レーザであり、赤色光（波長６４０ｎｍ）を−Ｘ方向に射出するように配置されている。

レーザダイオードＬＤ２は、一例として、青色レーザであり、青色光（波長４５０ｎｍ）を−Ｘ方向に射出するように、レーザダイオードＬＤ１の＋Ｚ側に配置されている。

レーザダイオードＬＤ３は、一例として、緑色レーザであり、緑色光（波長５２０ｎｍ）を−Ｘ方向に射出するように、レーザダイオードＬＤ２の＋Ｚ側に配置されている。

各レーザダイオードは、制御装置１００が有するＬＤ制御回路５０（図４参照）によって、画像情報に応じて変調制御される。

コリメートレンズＣＲ１は、一例として、レーザダイオードＬＤ１の−Ｘ側に配置されており、レーザダイオードＬＤ１から射出された赤色光を略平行光とする。

コリメートレンズＣＲ２は、一例として、レーザダイオードＬＤ２の−Ｘ側に配置されており、レーザダイオードＬＤ２から射出された青色光を略平行光とする。

コリメートレンズＣＲ３は、一例として、レーザダイオードＬＤ３の−Ｘ側に配置されており、レーザダイオードＬＤ３から射出された緑色光を略平行光とする。

３つのダイクロイックミラーＤＭ１〜ＤＭ３は、それぞれ、例えば誘電体多層膜などの薄膜から成り、特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過させる。

ダイクロイックミラーＤＭ１は、一例として、コリメートレンズＣＲ１の−Ｘ側に、Ｘ軸及びＹ軸に対して例えば４５°傾斜して配置されており、コリメートレンズＣＲ１を介した赤色光を＋Ｚ方向に反射させる。

ダイクロイックミラーＤＭ２は、一例として、ダイクロイックミラーＤＭ１の＋Ｚ側、かつコリメートレンズＣＲ２の−Ｘ側に、Ｘ軸及びＹ軸に対して例えば４５°傾斜して配置されており、ダイクロイックミラーＤＭ１を介した赤色光を＋Ｚ方向に透過させ、コリメートレンズＣＲ２を介した青色光を＋Ｚ方向に反射させる。

なお、ダイクロイックミラーＤＭ１を介した赤色光及びコリメートレンズＣＲ２を介した青色光は、それぞれダイクロイックミラーＤＭ２の中央付近に入射する。

ダイクロイックミラーＤＭ３は、一例として、ダイクロイックミラーＤＭ２の＋Ｚ側かつコリメートレンズＣＲ３の−Ｘ側に、Ｘ軸及びＹ軸に対して例えば４５°傾斜して配置されており、ダイクロイックミラーＤＭ２を介した赤色光及び青色光を＋Ｚ方向に透過させ、コリメートレンズＣＲ３を介した緑色光を＋Ｚ方向に反射させる。

なお、ダイクロイックミラーＤＭ２を介した赤色光及び青色光、並びにコリメートレンズＣＲ３を介した緑色光は、それぞれダイクロイックミラーＤＭ３の中央付近に入射する。

ダイクロイックミラーＤＭ３を介した３つの光（赤色光、青色光及び緑色光）は、１つの光に合成される。この場合、３つのレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３の発光強度の強弱のバランスにより、合成された光の色が表現されるようになっている。

結果として、光源装置１０は、３つのレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３からの３つのレーザ光が合成されてなるレーザ光（合成光）を＋Ｚ方向に射出する。

光偏向装置２０は、一例として、ダイクロイックミラーＤＭ３の＋Ｚ側に配置されており、図２に示されるように、パッケージ２１、光透過窓２２、振動ミラー２３ａ（図３参照）を含むＭＥＭＳミラーデバイス２３、ヒータ２４、制御装置１００（図１及び図４参照）などを有している。

以下では、図２に示されるようなαβγ３次元直交座標系を適宜用いて説明する。ここで、αβ平面は、Ｙ軸に平行であり、かつＸＹ平面に対して傾斜している（図１参照）。

パッケージ２１は、一例として、γ軸方向を高さ方向とする直方体形状の部材の＋γ側の面に例えば２段の段付き凹部２１ａが形成されて成る無蓋の箱形部材である。ここでは、パッケージ２１の材料として、例えばアルミナ（Ａｌ２０３）を主成分とするセラミックが用いられている。パッケージ２１には、ＭＥＭＳミラーデバイス２３に駆動電圧を印加するための配線部材（不図示）が設けられている。なお、パッケージの形状及び材質は、適宜変更可能である。

光透過窓２２は、ダイクロイックミラーＤＭ３からのレーザ光の光路上に位置するように、パッケージ２１の段付き凹部２１ａに設けられている。光透過窓２２は、一例として、αβ平面にそれぞれ平行に、かつγ軸方向に互いに離間して配置された一対のガラス板２２ａ、２２ｂから成る。この場合、一対のガラス板２２ａ、２２ｂは、Ｙ軸に平行であり、かつＸＹ平面に対して傾斜している。ここでは、ガラス板２２ａが＋γ側に配置され、ガラス板２２ｂが−γ側に配置されている。一対のガラス板２２ａ、２２ｂは、それぞれレーザ光を透過させる透明又は半透明の板状のガラスからなる。

詳述すると、＋γ側のガラス板２２ａは、縁部が段付き凹部２１ａの＋γ側の段部上に載置された状態でパッケージ２１に接合されている。−γ側のガラス板２２ｂは、縁部が段付き凹部２１ａの−γ側の段部上に載置された状態でパッケージ２１に接合されている。

そこで、ダイクロイックミラーＤＭ３からのレーザ光（入射光）は、＋γ側のガラス板２２ａに所定の入射角で入射（斜入射）され、該ガラス板２２ａを透過する。ガラス板２２ａを透過したレーザ光は、一対のガラス板２２ａ、２２ｂとパッケージ２１とで囲まれる空間を通過し、−γ側のガラス板２２ｂに上記入射角で入射（斜入射）され、該ガラス板２２ｂを透過する。ガラス板２２ｂを透過したレーザ光が光透過窓２２を透過した入射光である。

ここで、一対のガラス板２２ａ、２２ｂとパッケージ２１とで囲まれる空間は、気密状態となっており、外部からのダスト、水分の侵入が防止され、この結果、該空間内でのレーザ光の散乱、反射等が防止されている。

ＭＥＭＳミラーデバイス２３は、一例として、振動ミラー２３ａが、光透過窓２２を透過した入射光の光路上に位置するように、段付き凹部２１ａの最も−γ側の底面に実装されている。すなわち、ＭＥＭＳミラーデバイス２３は、−γ側のガラス板２２ｂとパッケージ２１とで囲まれた空間内に配置されている。この空間も気密状態となっており、外部からのダスト、水分の侵入が防止され、この結果、該空間内でのレーザ光の散乱、反射等が防止されるとともに、振動ミラー２３ａの特性変化が防止されている。

ＭＥＭＳミラーデバイス２３は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術によって作成されており、一例として、図３に示されるように、振動ミラー２３ａに加えて、該振動ミラー２３ａの周囲に配置され、該振動ミラー２３ａをα軸に直交する方向に延びるねじり梁を介して保持する振動保持枠２３ｂと、該振動保持枠２３ｂの周囲に配置され、該振動保持枠２３ｂをα軸方向に延びるねじり梁を介して保持する固定保持枠２３ｃと、振動ミラー２３ａを駆動するための静電気力を発生させる複数の電極（不図示）とを有する。複数の電極は、パッケージ２１に設けられた上記配線部材に接続されており、振動ミラー２３ａを駆動するための駆動電圧が印加される。なお、以下では、ＭＥＭＳミラーデバイス２３を、単に「デバイス」とも称する。

このように構成されるＭＥＭＳミラーデバイス２３では、振動ミラー２３ａが、固定保持枠２３ｃに対して、α軸に直交する軸及びα軸の各軸周りに独立して振動可能となっている。そこで、振動ミラー２３ａは、光透過窓２２を介してパッケージ２１内に入射されたレーザ光（入射光）を各軸周りに振動しながら光透過窓２２に向けて反射する。

そして、光偏向装置２０は、振動ミラー２３ａを各軸周りに適宜振動させながら入射されたレーザ光を反射することで、該レーザ光で所定の２次元平面を走査することができる。なお、振動ミラー２３ａがα軸周りに振動しながらレーザ光を反射することで、該レーザ光で所定の２次元平面を主走査方向に走査することができ、振動ミラー２３ａがα軸に直交する軸周りに振動しながらレーザ光を反射することで、該レーザ光で所定の２次元平面を副走査方向に走査することができる。

また、ＭＥＭＳミラーデバイス２３は、一例として、振動ミラー２３ａの各軸周りの振れ角を検出する、該軸に対応する例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛 ）製の圧電素子を含む振れ角検出器（不図示）を有している。各圧電素子は、振動ミラー２３ａの対応する軸周りの振動に伴って変位し、その変位量に応じた電圧信号、すなわち振動ミラー２３ａの対応する軸周りの振れ角に応じた電圧信号を出力する。

そして、上記振れ角検出器は、振動ミラー２３ａの各軸周りの振れ角に応じた電圧信号（検出信号）を、制御装置１００が有するミラー制御回路７０に出力する（図４参照）。ミラー制御回路７０は、振動ミラー２３ａの各軸周りの振れ角に応じた信号を、ＬＤ制御回路５０に出力する（図４参照）。

そして、ＬＤ制御回路５０から各レーザダイオードに振動ミラー２３ａの振れ角に合わせた画像信号が送られ、該レーザダイオードから画像信号に応じて強度変調されたレーザ光が射出される。ミラー制御回路７０は、振動ミラー２３ａを各軸周りに振動させ、３つのレーザダイオードから射出され合成されたレーザ光をスクリーンＳに向けて偏向し、該レーザ光によってスクリーンＳを主走査方向及び副走査方向に２次元走査する。なお、光偏向装置２０で偏向されたレーザ光は、ハウジング３０に形成された射出窓からスクリーンＳに向けて射出される。以下では、主走査方向に対応する方向を主走査対応方向と称し、副走査方向に対応する方向を副走査対向方向と称する。

このようにして、各レーザダイオードに対する画像信号に応じた光強度変調と光偏向装置２０による光走査とを同期させることにより、スクリーンＳ上に所望のカラー画像が投影される。

なお、一例として、光偏向装置２０による主走査方向の全走査角度は３０°及び副走査方向の全走査角度は１０°に設定されている。

ヒータ２４は、例えば光透過窓２２に結露が生じることを防止するために、光透過窓２２の温度を調整するための熱源として用いられる。なお、光透過窓２２に結露が生じると、水滴や曇りによって、レーザ光が散乱、反射し、スクリーンＳ上に投影される画像に悪影響を及ぼす。すなわち、光偏向装置２０の装置性能が低下する。

ヒータ２４は、光透過窓２２を構成する一対のガラス板２２ａ、２２ｂと、パッケージ２１とで囲まれた空間に露出するようにパッケージ２１に設けられている。この場合、ヒータ２４によって、該空間内の気体を介して一対のガラス板２２ａ、２２ｂが加熱される。この結果、加熱する気体の体積を極力小さくすることができ、かつ加熱した気体を外部に放出させないため、加熱効率を高めることができる。

ここでは、ヒータ２４として、金属又は合金からなる電熱線が用いられている。ヒータ２４は、制御装置１００が有するヒータ制御回路８０（図４参照）によって制御される。

なお、ヒータ２４によってパッケージ２１が加熱されることで、ＭＥＭＳミラーデバイス２３の温度（以下では、「デバイス温度」とも称する）に影響を及ぼすおそれがある。そこで、ヒータ２４とパッケージ２１との間に断熱部材を設けても良い。

前述したミラー制御回路７０は、上記振れ角検出器からの検出信号に基づいて、振動ミラー２３ａを各軸周りに所望の振れ角で振動させるための、各軸周りの駆動周波数及び駆動電圧を設定する。

ここでは、特に、主走査方向の光走査に関与する振動ミラー２３ａのα軸周りの駆動周波数は、共振周波数に設定される。なお、「共振周波数」は、ミラーを所望の振れ角で振動させるために必要な電流値が最小となる周波数でもある。

ところで、振動ミラー２３ａのα軸周りの振れ角θは、振動ミラー２３ａのα軸周りの振動の周波数ｆによって変化し、共振周波数ｆ´で最大になる（図５参照）。そこで、ミラー制御回路７０は、振動ミラー２３ａの周波数ｆを掃引して振れ角θが最大になる周波数である共振周波数ｆ´を取得し、該共振周波数ｆ´を駆動周波数として振動ミラー２３ａをα軸周りに駆動する。

ここで、共振周波数には、温度依存性があるため、デバイス温度によって共振周波数が変わる。そこで、ミラー制御回路７０は、振動ミラー２３ａのα軸周りの振れ角を安定させるために、適宜（例えば所定時間毎に）、上記振れ角検出器からの検出信号に基づいて共振周波数を検出し、振動ミラー２３ａのα軸周りの駆動電圧及び駆動周波数を最適化する。また、ミラー制御回路７０は、共振周波数を検出したとき、該共振周波数を、ヒータ制御回路８０が有するデバイス温度取得部８０ｂ及び環境温度取得部８０ｃ（図４参照）に出力する。すなわち、ミラー制御回路７０は、上記振れ角検出器と共に、振動ミラー２３ａの共振周波数を検出し、その検出結果をヒータ制御回路８０に出力する共振周波数検出手段を構成している。

なお、ミラー制御回路７０が振動ミラー２３ａの振れ角の最大値を見つけるためのアルゴリズムを有していれば、周波数掃引を行わなくても、周波数の微調整によって共振周波数を検出し、該共振周波数で振動ミラー２３ａを駆動することができる。例えば、高周波側Ａから低周波側Ｂに１Ｈｚ周波数を下げて、低周波側Ｂのときの振れ角が高周波側Ａのときの振角より大きければさらに周波数を下げるという動作を続け、低周波側Ｂの振角が高周波側Ａよりも小さくなったときの周波数を共振周波数として取得すれば良い。

ところで、光透過窓２２に結露を発生させないためには、光透過窓２２を常に環境温度よりも高い状態に維持する必要がある。例えば環境温度が８５℃を上限として変動する環境で光偏向装置２０を使用する場合、光透過窓２２を８５℃より高温の１００℃付近の一定温度に維持すれば結露は生じない。しかし、常に１００℃付近の高温を維持するとなると消費電力が増大する。このため、環境温度に応じて光透過窓２２の温度を調整することが望まれる。

そこで、本実施形態では、共振周波数の温度依存性に着目して、共振周波数に基づいて、光透過窓２２の温度を調整することとしている。具体的には、共振周波数に基づいてデバイス温度及び環境温度を取得し、取得されたデバイス温度と環境温度とを比較し、その比較結果に基づいてヒータ２４の発熱量を制御する。

ここで、デバイス温度が変化する要因としては、周辺環境からの熱、振動ミラー２３ａの駆動による自己発熱、振動ミラー２３ａによるレーザ光の吸収熱などが挙げられる。なお、一般にデバイスの自己発熱や振動ミラー２３ａによるレーザ光の吸収熱は、デバイス温度を数℃上昇させる程度である。

前述したヒータ制御回路８０は、図４に示されるように、フラッシュメモリ８０ａ、デバイス温度取得部８０ｂ、環境温度取得部８０ｃ、温度比較部８０ｄ、通電制御部８０ｅなどを有している。

ところで、ＭＥＭＳミラーデバイスの共振周波数は、デバイス毎に固有の特性を有しており、デバイスの構造、振動ミラーを支持するねじり梁の長さＬ、厚さｈ、幅ｗ、重さ、材質（ヤング率：Ｅ）などによって異なることが知られている。

振動ミラーの共振周波数は、ｆ´＝（１／２π）√（ｋ／ｍ）で表すことができる。また、ねじり梁の機械的剛性は、ｋ＝Ｅｈｗ^３／Ｌ^３で表すことができる。

実際には、製造上及び材料上の公差により、同じ設計のデバイスであっても比較的大きな共振周波数のばらつきが発生する。

このため、デバイスの作成前に共振周波数を正確に予測することは、困難である。この場合、デバイス温度と共振周波数を、デバイス毎に予め測定するなどして明らかにしておくことが望ましい。

そこで、フラッシュメモリ８０ａには、振動ミラー２３ａの共振周波数とデバイス温度との対応関係を表す共振周波数・デバイス温度対応テーブルが格納されている。この共振周波数・温度対応テーブルは、予め、デバイス毎に計測された対応する共振周波数及びデバイス温度が一対一となるように配列されたテーブル（表）である。

デバイス温度取得部８０ｂは、ミラー制御回路７０からの共振周波数を取得すると、フラッシュメモリ８０ａに格納された共振周波数・デバイス温度対応テーブルを参照して、取得した共振周波数に対応するデバイス温度を取得して、該デバイス温度を温度比較部８０ｄに出力する。

環境温度取得部８０ｃは、ミラー制御回路７０からの共振周波数を取得すると、フラッシュメモリ８０ａに格納された環境温度と共振周波数との関係（図６参照）を参照して、取得した共振周波数に対応する環境温度を取得して、該環境温度を温度比較部８０ｄに出力する。

なお、図６には、環境温度と共振周波数との関係がグラフにて示されている。このグラフのデータは、ＭＥＭＳミラーデバイス２３を恒温槽内で動作させ、環境温度が変化したときに共振周波数を計測することにより、取得されている。

温度比較部８０ｄは、デバイス温度取得部８０ｂからのデバイス温度、及び環境温度取得部８０ｃからの環境温度を取得すると、取得したデバイス温度と環境温度とを比較して、その比較結果を通電制御部８０ｅに出力する。ここでは、比較結果は、デバイス温度と環境温度との大小関係及び差である。

ここで、一対のガラス板２２ａ、２２ｂで構成される光透過窓２２の温度をヒータ２４によって調整するとき、パッケージ２１を介した熱伝導によって、デバイス温度も調整される。すなわち、光透過窓２２の温度が上昇すれば、デバイス温度も上昇し、光透過窓２２の温度が下降すれば、デバイス温度も下降する。

そこで、光透過窓２２での結露を防止するための、ヒータ２４への通電制御の基準として、光透過窓２２の温度の代わりにデバイス温度を用いることができる。この場合、デバイスはヒータ２４による直接の温度調整対象物ではないため、目標温度を環境温度よりも十分に大きくすることが望ましい。

そこで、通電制御部８０ｅは、温度比較部８０ｄからの比較結果に基づいて、例えばデバイス温度≧目標温度（例えば環境温度＋１０℃）となるように、ヒータ２４への通電を制御する。

具体的には、通電制御部８０ｅは、温度比較部８０ｄからの比較結果が、デバイス温度≧目標温度（環境温度＋１０℃）の場合には、ヒータ２４に通電せず、自然放熱でデバイス温度を下降させる。

一方、通電制御部８０ｅは、温度比較部８０ｄからの比較結果が、デバイス温度＜目標温度（環境温度＋１０℃）の場合には、ヒータ２４に通電し、デバイス温度＝目標温度（環境温度＋１０℃）となったときに、すなわち振動ミラー２３ａの共振周波数が、フラッシュメモリ８０ａに格納された共振周波数・デバイス温度対応テーブルにおける、目標温度（環境温度＋１０℃）に対応する共振周波数になったときに、ヒータ２４への通電を停止する。なお、予め、ヒータ２４に通電する電流の大きさに対するデバイス温度の時間変化率を計測しておき、該時間変化率を用いて、デバイス温度が目標温度に達するまでの通電時間を求め、該通電時間だけヒータ２４へ通電することとしても良い。すなわち、ヒータ２４を通電時間で制御しても良い。

この場合、ヒータ２４に通電する電流の大きさが大きいほど、デバイス温度が目標温度に達する時間を短くすることができる一方、消費電力が増大する。

また、図７に示されるように、デバイス温度＜環境温度の場合、デバイス温度と環境温度との差が大きいほど、光透過窓２２で結露が発生する可能性が高くなる。すなわち、環境温度が上昇すると飽和水蒸気量が増加する一方、デバイス温度と環境温度との差が大きいほど、光透過窓２２に結露が発生する可能性が高くなる。特に、環境温度が急激に上昇すると、熱伝導率が低い部材である一対のガラス板２２ａ、２２ｂで構成される光透過窓２２の温度は、その急激な上昇に追従できなくなり、結露が発生する可能性が非常に高くなる。このような場合、結露の発生を防止するために、一刻も早く、光透過窓２２の温度を上昇させる必要がある。

そこで、デバイス温度と環境温度との差に基づいて、ヒータ２４に通電する電流の大きさ（電流値）を変更しても良い。具体的には、デバイス温度と環境温度との差をΔＴとした場合、ΔＴ≧Ｔ１（例えば４℃）のときには、電流値をＩ１とし、Ｔ２（例えば２℃）≦ΔＴ＜Ｔ１（例えば４℃）のときには、電流値をＩ２（＜Ｉ１）とし、ΔＴ＜Ｔ２（例えば２℃）のときには、電流値をＩ３（＜Ｉ２）としても良い。なお、電流値Ｉ１、Ｉ２及びＩ３は、ヒータ２４の性能、光透過窓２２の比熱などを考慮して設定されることが好ましい。

この場合、消費電力の増大を抑制しつつ、光透過窓２２に結露が発生することを防止できる。

なお、上記Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は、ΔＴの閾値の一例であって、適宜変更可能であり、また、３つに限らず、１つ、２つ又は４つ以上設定しても良い。

以上説明した本実施形態の光偏向装置２０は、レーザ光を偏向する光偏向装置であって、レーザ光を透過させる光透過窓２２が設けられたパッケージ２１と、該パッケージ２１に収容され、光透過窓２２を介してパッケージ２１内に入射されたレーザ光をα軸に直交する軸周り及びα軸周りに振動しながら光透過窓２２に向けて反射する振動ミラー２３ａを含むＭＥＭＳミラーデバイス２３と、光透過窓２２の温度を調整するためのヒータ２４と、振動ミラー２３ａの共振周波数に基づいてヒータ２４を制御するヒータ制御回路８０と、を備えている。

この場合、振動ミラー２３ａの共振周波数の温度依存性を用いて、光透過窓２２に結露が発生しないようにヒータ２４を制御することができる（図８参照）。

この結果、例えば温度センサを用いることなく、光透過窓２２に結露が発生することを防止でき、ひいては光透過窓２２を透過するレーザ光の散乱及び反射を防止できる。

結果として、光偏向装置２０では、高コスト化及び大型化を招くことなく、環境温度の変化による装置性能の低下を防止できる。

また、ヒータ制御回路８０は、振動ミラー２３ａの共振周波数に基づいて取得された環境温度及びＭＥＭＳミラーデバイス２３の温度に基づいて、ヒータ２４を制御している。

この場合、消費電力の増大を抑制しつつ、光透過窓２２に結露が発生することを防止できる。

また、ヒータ制御回路８０は、振動ミラー２３ａの共振周波数に基づいて取得されたＭＥＭＳミラーデバイス２３の温度が該共振周波数に基づいて取得された環境温度よりも高くなるようにヒータ２４を制御している。

この場合、光透過窓２２に結露が発生することを確実に防止することができる。

また、プロジェクタ装置１０００は、光偏向装置２０を備えているため、高精細な画像を常時安定してスクリーンＳ上に投影することができる。

また、プロジェクタ装置１０００では、光源としてレーザダイオードを用いている。この場合、色域が拡大され、色再現性の向上が実現できる。また、光源としてランプなどを用いる場合と比べて、消費電力の大幅な低減、及び装置の小型化を図ることができる。

ところで、一般に良く知られている加熱制御に、ＰＩＤ制御がある。ＰＩＤ制御では、一つの制御点に対して目標温度と測定温度が一致するようにヒータに供給する電力を制御する。制御点よりも測定温度が高くなった場合には出力を低減させる制御動作を行う。このようなＰＩＤ制御では、目標温度と測定温度を素早く一致させるための冷却機構が必要であるが、本実施形態では、デバイス温度が目標温度よりも高くても結露を防止できるため、冷却機構は不要であり、またデバイス温度（共振周波数）を上昇させるときのみ、通電を制御すれば良いため、制御が簡単である。

なお、一例として、図９に示される第１変形例の光偏向装置２００のように、光透過窓を１枚のガラス板２２０で構成するとともに、ヒータをガラス板２２０に接触して配置された透明電極２４０で構成しても良い。ガラス板２２０は、パッケージ２１０の段付き凹部２１０ａの段部上に縁部が載置された状態でパッケージ２１０に接合されている。透明電極２４０は、ガラス板２２０の＋γ側の面に形成された凹部に嵌合した状態で接合されており、配線部材を介して通電制御部（不図示）に接続されている。段付き凹部２１０ａの最も−γ側の底面には、ＭＥＭＳミラーデバイス２３が実装されている。ガラス板２２０とパッケージ２１０とによって囲まれた、ＭＥＭＳミラーデバイス２３が収容されている空間は、気密状態となっている。

第１変形例によると、レーザ光の透過率を下げることなく、ガラス板２２０を直接加熱することができる。

この結果、光利用効率の低下を招くことなく、ヒータ（透明電極２４０）のエネルギロスを極力小さくでき、かつガラス板２２０の温度を精度良く調整することができる。

なお、上記第１変形例では、光透過窓は、１枚のガラス板２２０で構成され、該ガラス板２２０に透明電極２４０が接触して配置されているが、これに代えて、例えば、光透過窓をγ軸方向に離間する一対のガラス板で構成し、該一対のガラス板で透明電極を挟持させるようにしても良い。

また、上記第１変形例では、透明電極２４０に通電する電流の大きさとガラス板２２０の温度変化との関係を明らかにしたデータをあらかじめ取得しておくことで、ガラス板２２０の温度を迅速に精度良く調整することができる。

また、一例として、図１０に示される第２変形例の光偏向装置３００のように、光透過窓を構成するガラス板３２０の＋γ側の面のレーザ光の光路から外れた箇所をガラスよりも熱伝導率が高い板状又は膜状の熱伝導部材３３０で被覆し、該熱伝導部材３３０にヒータを接続することとしても良い。この場合、熱伝導性が低い部材であるガラス板３２０を効率的に加熱することができる。また、ヒータの温度とガラス板３２０の温度差が小さくなり、ガラス板３２０の温度を精度良く調整することができる。熱伝導部材３３０の材料としては、例えば金属、合金等が挙げられる。

なお、上記第２変形例では、ガラス板３２０の＋γ側の面を熱伝導部材で被覆しているが、これに代えて又は加えて、例えば、ガラス板３２０の−γ側の面のレーザ光の光路から外れた箇所を熱伝導部材で被覆し、該熱伝導部材にヒータを接続しても良い。

また、一例として、図１１に示される第３変形例のように、振動ミラー２３ａの共振周波数を、例えば、スクリーンＳの主走査方向（Ｙ軸方向）の両端に配置された２つのフォトダイオード（ＰＤ）を含む共振周波数検出手段４００によって検出することとしても良い。この場合、ミラー制御回路７０は、共振周波数を必ずしも検出する必要はなく、共振周波数検出手段４００によって検出された共振周波数を用いて振動ミラー２３ａを制御しても良い。

具体的には、共振周波数検出手段４００は、レーザ光を振動ミラー２３ａによって偏向してスクリーンＳ上を主走査方向に走査する際の、該レーザ光の各ＰＤでの受光タイミング、振動ミラー２３ａと各ＰＤとの距離ｕ、及び２つのＰＤの間隔ｍに基づいて、振動ミラー２３ａの主走査方向の振れ角の最大値を算出して、該最大値に対応する周波数である共振周波数を取得（検出）する。

なお、上記実施形態のＭＥＭＳミラーデバイス２３では、振動ミラー２３ａが互いに直交する二軸周りに独立に振動可能であるが、これに限られない。例えば振動ミラーは、一軸周りにのみ振動可能であっても良い。この場合、光偏向装置は、一方向のみの光走査を行うことになる。

また、上記実施形態では、共振周波数・デバイス温度対応テーブルを、デバイス毎の共振周波数・温度特性を計測して取得したデータを用いて作成しているが、これに限られない。例えば加工精度などの点で必ずしも容易ではないが、デバイスの共振周波数・温度特性を設計し、この設計値を用いて、作成しても良い。

また、上記実施形態では、ヒータ制御回路８０は、フラッシュメモリ８０ａ、デバイス温度取得部８０ｂ、環境温度取得部８０ｃ、温度比較部８０ｄ、通電制御部８０ｅを有しているが、これに限られない。

例えば、ヒータ制御回路は、通電制御部のみを有していても良い。具体的には、通電制御部は、ミラー制御回路７０から時系列で出力されてくる共振周波数を比較し、共振周波数が大きくなったとき、環境温度が上昇したものとみなし、ヒータ２４に通電して、光透過窓の温度を上昇させる一方、共振周波数が小さくなったとき、環境温度が下降したものとみなし、ヒータ２４へは通電せず、自然放熱でデバイス温度を下降させても良い。

この場合、簡単な構成及び制御で、光透過窓に結露が発生することを防止できる。

また、例えば、ヒータ制御回路は、温度比較部８０ｄを有していなくても良い。この場合、温度比較部８０ｄの役割を通電制御部に行わせても良い。

上記実施形態では、ヒータとして、電熱線が用いられているが、これに限らず、光透過窓の温度を調整できる熱源であれば、他の部材又は装置を用いても良い。

上記実施形態では、光透過窓を構成する窓部材として、ガラス板が用いられているが、レーザ光を透過させる他の部材を用いても良い。

上記実施形態では、主走査方向の光走査に関与する振動ミラーのα軸周りの駆動周波数が、振動ミラーのα軸周りの振動の共振周波数とされているが、これに代えて又は加えて、副走査方向の光走査に関与する振動ミラーのα軸に直交する軸周りの駆動周波数が、振動ミラーのα軸に直交する軸周りの振動の共振周波数とされても良い。

上記実施形態における光源装置１０の構成は、適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、光源として、３つのレーザダイオードが用いられたが、２つ以下又は４つ以上用いられても良い。すなわち、プロジェクタ装置は、カラー画像に限らず、モノクロ画像を表示するものであっても良い。そして、レーザダイオードの数に応じて、ダイクロイックミラーの数を適宜変更しても良い。なお、レーザダイオードを１つ用いる場合には、ダイクロイックミラーは、必要ない。

例えば、上記実施形態では、各レーザダイオードに対応してコリメートレンズが設けられているが、設けなくても良い。

また、上記実施形態では、レーザ光によりスクリーン上を走査しているが、これに限らず、例えば、レーザ光によりコンバイナ（半透過板）上などを走査しても良い。

また、上記実施形態では、画像投影装置の一例として、プロジェクタ装置が採用されているが、これに限らず、例えば、レーザプリンタ、レーザセンサ、車載用ヘッドアップディスプレイなどを採用しても良い。

ところで、車載用ヘッドアップディスプレイは、ドライバーの運転をサポートするための交通情報や目的地までの経路などの画像をフロントガラス（被投影面）に投影する装置である。車載用ヘッドアップディスプレイには、車両の使用環境を想定した信頼性が要求されるため、該ヘッドアップディスプレイに用いられる光偏向装置は、例えば−４０℃〜＋８５℃の温度範囲での安定動作が要求される。

車載用ヘッドアップディスプレイに搭載された光偏向装置のＭＥＭＳミラーデバイスにおいて、駆動周波数を２０ＫＨｚとし、３００ｍＷ相当のレーザ照射を行った場合に、デバイス温度が約９℃程度上昇したことが確認された。

本発明の光偏向装置は、例えば−４０℃〜＋８５℃の温度範囲で環境温度が急激に変化しても、光透過窓に結露が発生することを確実に防止でき、ひいては装置の性能の低下を防止できる。すなわち、装置の信頼性を向上できる。

２０…光偏向装置、２１…パッケージ（筐体）、２２…光透過窓、２２ａ…ガラス板（窓部材）、２２ｂ…ガラス板（窓部材）、２３…ＭＥＭＳミラーデバイス、２３ａ…振動ミラー（ミラー）、２４…ヒータ、７０…ミラー制御回路（共振周波数検出手段の一部）、８０…ヒータ制御回路（ヒータ制御部）、２２０…ガラス板（窓部材）、２４０…透明電極、３２０…ガラス板（窓部材）、３３０…熱伝導部材、４００…共振周波数検出手段、１０００…プロジェクタ装置（画像投影装置）、ＬＤ１〜ＬＤ３…レーザダイオード（光源）、Ｓ…スクリーン（被投射面）。

特開２００９−５３１００号公報

Claims (10)

1. レーザ光を偏向する光偏向装置であって、
   レーザ光を透過させる光透過窓が設けられた筐体と、
   前記筐体に収容され、前記光透過窓を介して前記筐体内に入射されたレーザ光を少なくとも一軸周りに振動しながら前記光透過窓に向けて反射するミラーを含むＭＥＭＳミラーデバイスと、
   前記光透過窓の温度を調整するためのヒータと、
   前記ミラーの共振周波数に基づいて、前記ヒータを制御するヒータ制御部と、を備える光偏向装置。
2. 前記ヒータ制御部は、前記光透過窓に結露が発生しないように前記ヒータを制御することを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
3. 前記ヒータ制御部は、前記共振周波数に基づいて取得された環境温度及び前記ＭＥＭＳミラーデバイスの温度に基づいて、前記ヒータを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向装置。
4. 前記ヒータ制御部は、前記ＭＥＭＳミラーデバイスの温度が前記環境温度よりも高くなるように前記ヒータを制御することを特徴とする請求項３に記載の光偏向装置。
5. 前記共振周波数を検出し、その検出結果を前記ヒータ制御部に出力する共振周波数検出手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光偏向装置。
6. 前記共振周波数検出手段は、前記ミラーの振れ角に基づいて、前記共振周波数を検出することを特徴する請求項５に記載の光偏向装置。
7. 前記光透過窓は、レーザ光をそれぞれ透過させ、該レーザ光の進行方向に交差する方向に離間する一対の窓部材を有し、
   前記ヒータは、前記一対の窓部材間の空間に露出するように前記筐体に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光偏向装置。
8. 前記光透過窓は、レーザ光を透過させる少なくとも１つの窓部材を有し、
   前記ヒータは、透明電極であり、
   前記透明電極は、前記少なくとも１つの窓部材に接触して設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光偏向装置。
9. 前記光透過窓は、レーザ光を透過させる窓部材を有し、
   前記窓部材の少なくとも一面に、前記ヒータに接続された熱伝導部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光偏向装置。
10. 被投影面上に画像を投影する画像投影装置であって、
    画像情報に基づいて変調されたレーザ光を射出する少なくとも１つの光源と、
    前記少なくとも１つの光源からのレーザ光を前記被投影面に向けて偏向する請求項１〜９のいずれか一項に記載の光偏向装置と、を備える画像投影装置。