JP2017090793A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーの駆動信号に共振周波数に近い成分が含まれる場合でも、ミラーが共振していると誤検出されてしまうのを抑制することが可能なプロジェクタを提供する。【解決手段】このプロジェクタ１は、光源４（５、６）から出射された光を反射するミラー１１１と、ミラー１１１を揺動可能に支持する軸部１１２および支持枠部１１３とを含む非共振型の垂直振動ミラー素子１１と、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）によりミラー１１１を揺動する際のミラーの静電容量変化に基づいてミラー１１１の揺動角度を検出する制御を行うＣＰＵ１４５とを備え、ＣＰＵ１４５は、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）にミラー１１１の共振周波数よりも大きい周波数からなる高周波が重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）によりミラー１１１を駆動させ、ミラー１１１の高周波出力信号Ｏの電気信号の波形を示すエンベローブに基づいて高周波出力信号Ｏの振幅の変化を検出するように構成されている。【選択図】図５

Description

この発明は、プロジェクタに関し、特に、振動ミラー素子を備えたプロジェクタに関する。

従来、振動ミラー素子を備えたプロジェクタが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、光源から出射された光を反射するミラーを備える振動ミラー素子と、制御部とを備えるプロジェクタが開示されている。制御部は、駆動信号によりミラーを水平方向において共振動作させ、垂直方向において非共振動作させるように構成されている。また、ミラーの揺動角度は、ミラーにおける容量変化に基づいて取得されていると考えられる。

ここで、従来では、垂直方向おいて、ミラーの共振を抑制して動作させるために、制御部は、予め記憶されている共振周波数に基づいて、ミラーが共振したことを検出する技術（以下、共振検出技術という）が知られている。制御部は、垂直方向においてミラーが共振したことを検出した場合には、補正制御を行い、ミラーの共振を抑制して動作させる制御を行う。

特開２０１４−１７４３５９号公報

しかしながら、上記した従来の共振検出技術を特許文献１のプロジェクタに適用した場合、ミラーの駆動信号に共振周波数に近い成分が含まれる場合には、実際にはミラーが共振していないにも関わらず、ミラーが共振していると誤検出されてしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ミラーの駆動信号に共振周波数に近い成分が含まれる場合でも、ミラーが共振していると誤検出されてしまうのを抑制することが可能なプロジェクタを提供することである。

この発明の一の局面によるプロジェクタは、光源から出射された光を反射するミラーと、ミラーを揺動可能に支持する支持部とを含む非共振型の振動ミラー素子と、駆動信号によりミラーを揺動する際のミラーの静電容量変化に基づいてミラーの揺動角度を検出する制御を行うミラー駆動制御部とを備え、ミラー駆動制御部は、駆動信号にミラーの共振周波数よりも大きい周波数からなる高周波が重畳された高周波駆動信号によりミラーを駆動させ、ミラーの高周波出力信号の電気信号の波形を示すエンベローブに基づいて高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている。

この発明の一の局面によるプロジェクタでは、上記のように、駆動信号に高周波が重畳された高周波駆動信号によりミラーを駆動させ、ミラーの高周波出力信号のエンベローブに基づいて高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されているミラー駆動制御部を設ける。その結果、高周波出力信号のエンベローブから駆動信号の変化をキャンセルするように演算することにより、ミラーの駆動信号に共振周波数に近い成分が含まれる場合でも、ミラーが共振駆動していると誤検出されてしまうのを抑制することができる。

上記一の局面によるプロジェクタにおいて、好ましくは、ミラー駆動制御部は、高周波出力信号の電気信号の波形を示すトップエンベローブとボトムエンベローブとを演算することにより、ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている。このように構成すれば、容易に駆動信号の変化をキャンセルすることができる。

この場合、好ましくは、ミラー駆動制御部は、トップエンベローブとボトムエンベローブとの差分に基づいて、ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている。このように構成すれば、トップエンベローブとボトムエンベローブとの差分を取ることにより、容易に、高周波出力信号から駆動信号の変化をキャンセルする演算を行うことができる。

上記一の局面によるプロジェクタにおいて、好ましくは、ミラー駆動制御部は、検出した高周波出力信号のエンベローブに基づき、共振周波数成分が有ると判断した場合には、共振周波数成分を打ち消す補正制御を行ってミラーを駆動するように構成されている。このように構成すれば、実際にミラーが共振している場合にのみ、ミラーが共振していることを正確に検出して、共振周波数成分を打ち消すように補正制御を行うことができる。

上記一の局面によるプロジェクタにおいて、好ましくは、ミラー駆動制御部は、ミラーの共振周波数の２倍以上の高周波が駆動信号に重畳された高周波駆動信号により、ミラーを揺動させた際の高周波出力信号のエンベローブに基づいて、ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている。このように構成すれば、ミラーの共振が発生した場合にも、共振周波数成分を含むエンベローブを精度よく検出することができるので、振動ミラー素子における共振を精度よく検出することができる。

この場合、好ましくは、ミラー駆動制御部は、駆動信号に重畳する高周波の２倍以上の周波数により高周波出力信号をサンプリングすることにより、高周波出力信号のエンベローブを検出するように構成されている。このように構成すれば、高周波出力信号の精度を損なわないように高周波出力信号をサンプリングすることができるので、高周波出力信号のエンベローブを精度よく検出することができる。

上記一の局面によるプロジェクタにおいて、高周波出力信号の振幅を調整するゲイン回路をさらに備え、ミラー駆動制御部は、ミラーの最小揺動角度近傍における高周波駆動信号の振幅または高周波出力信号の振幅を増幅させるようにゲイン回路を制御するように構成されている。このように構成すれば、ミラーの最小揺動角度近傍において振幅が小さい場合にも、高周波出力信号のエンベローブを精度よく検出し、共振周波数成分を精度よく検出することができる。

上記一の局面によるプロジェクタにおいて、ミラー駆動制御部は、ミラーの最大揺動角度近傍における高周波出力信号のエンベローブに基づいて、ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている。このように構成すれば、ミラーの最大揺動角度近傍における、振幅が大きい領域での高周波出力信号のエンベローブを用いて、共振周波数成分を精度よく検出することができる。これにより、共振周波数成分を精度よく検出することができる。

上記一の局面によるプロジェクタにおいて、振動ミラー素子は、支持部に作用する静電力により、支持部が揺動駆動されるように構成された、静電駆動型の振動ミラー素子であり、ミラー駆動制御部は、高周波駆動信号によりミラーを揺動させた際の振動ミラー素子における静電容量変化に基づいて取得したミラーの揺動角度に応じた高周波出力信号のエンベローブに基づいて、ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている。このように構成すれば、静電駆動型の振動ミラー素子を備えるプロジェクタにおいて、ミラーを駆動するための駆動信号の変化と、ミラーの傾きを示す可変コンデンサの容量変化とからなる高周波出力信号から、駆動信号の変化をキャンセルするように演算することにより、ミラーの傾きを示す可変コンデンサの容量変化だけを検出することができる。

本発明によれば、上記のように、ミラーの駆動信号に共振周波数に近い成分が含まれる場合でも、ミラーが共振していると誤検出されてしまうのを抑制することができる。

本発明の第１実施形態によるプロジェクタ全体を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクタの垂直振動ミラー素子を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクタの電気等価回路を示した概念図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクタにおけるミラーの揺動角度と可変コンデンサの容量との関係を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクタの表示制御部を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクタにおける駆動信号を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクタにおける高周波駆動信号を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクタの共振振動していない場合の振動検出信号を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクタの共振振動している場合の振動検出信号を説明するための図である。 本発明の第２実施形態によるプロジェクタの共振振動していない場合の高周波出力信号を示した図である。 図１１の信号を第２ゲイン回路により増幅した高周波出力信号を示した図である。 本発明の第３実施形態によるプロジェクタの共振振動していない場合の高周波出力信号を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（プロジェクタの全体構成）
図１〜図９を参照して、本発明の第１実施形態によるプロジェクタ１の構成について説明する。

図１に示すように、プロジェクタ１は、たとえば、自動車などに搭載されるヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＨＵＤ）に適用される。この場合、プロジェクタ１は、投影領域２である自動車のフロントガラスに画像を投影する。

プロジェクタ１は、筺体３に各種部品が配置されている。プロジェクタ１は、光源４〜６と、偏光ビームスプリッタ７および８と、レンズ９ａと、絞り部材９ｂとを備えている。プロジェクタ１は、水平振動ミラー素子１０と、垂直振動ミラー素子１１と、操作部１２とを備えている。プロジェクタ１は、メインＣＰＵ１３と、表示制御部１４とを備えている。垂直振動ミラー素子１１は、特許請求の範囲の「振動ミラー素子」の一例である。

光源４は、青色光を出射するように構成されている。青色光は、偏光ビームスプリッタ７、レンズ９ａおよび絞り部材９ｂを通過した後、水平振動ミラー素子１０および垂直振動ミラー素子１１に照射される。

光源５（６）は、緑色光（赤色光）を出射するように構成されている。緑色光（赤色光）は、偏光ビームスプリッタ８および７と、レンズ９ａと、絞り部材９ｂとを通過した後、水平振動ミラー素子１０および垂直振動ミラー素子１１に照射される。

光源４（５、６）は、たとえば、レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）である。

レンズ９ａは、入射した光を平行光にするコリメータレンズである。

絞り部材９ｂは、入射した光の形状を正円に整えるためのアパーチャである。

操作部１２は、ユーザによるプロジェクタ１に対する各種の入力操作を受け付けるように構成されている。

メインＣＰＵ１３は、所定の動作プログラムに基づいて、プロジェクタ１の各種制御を行うように構成されている。

（振動ミラー素子の構成）
水平振動ミラー素子１０および垂直振動ミラー素子１１は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーである。

水平振動ミラー素子１０は、ミラー１０１を振動させて投影領域２の水平方向に所定の走査速度で光を走査するように構成されている。水平振動ミラー素子１０の走査速度（振動速度）は、たとえば、２５ｋＨｚである。また、水平振動ミラー素子１０は、共振駆動することにより光を走査する。水平振動ミラー素子１０の構造および動作の詳細については、説明を省略する。

図２に示すように、垂直振動ミラー素子１１は、ミラー１１１と、軸部１１２と、支持枠部１１３とを含んでいる。図２では、垂直振動ミラー素子１１にハッチングを付して図示している。垂直振動ミラー素子１１は、静電駆動型の振動ミラー素子である。垂直振動ミラー素子１１は、非共振型の振動ミラー素子である。軸部１１２および支持枠部１１３は、特許請求の範囲の「支持部」の一例である。

ミラー１１１には、水平振動ミラー素子１０により水平方向に走査された光が照射される。光源４〜６から出射された光は、レンズ９ａや絞り部材９ｂなどを介して、ミラー１１１により反射される。

垂直振動ミラー素子１１は、ミラー１１１を振動させて投影領域２の垂直方向に所定の走査速度で光を走査するように構成されている。垂直振動ミラー素子１１は、投影領域２の垂直方向に、水平振動ミラー素子１０の走査速度よりも遅い走査速度で光を走査するように構成されている。垂直振動ミラー素子１１の走査速度（振動速度）は、たとえば、６０Ｈｚである。

垂直振動ミラー素子１１は、軸部１１２周りのＶ１方向に、開始位置から終了位置までミラー１１１を走査する際に画像を投影するように構成されている。すなわち、ミラー１１１がＶ１方向に走査される期間は、画像が投影される描画期間である。垂直振動ミラー素子１１は、軸部１１２周りのＶ２方向に、終了位置から開始位置までミラー１１１を戻す際には画像を投影しないように構成されている。すなわち、ミラー１１１がＶ２方向に戻される期間は、画像が投影されない非描画期間である。非描画期間では、ミラー１１１は、Ｖ１方向に走査される走査速度より速い速度でＶ２方向に戻される。

軸部１１２は、一対設けられている。軸部１１２は、ミラー１１１を両側から挟むように接続されている。軸部１１２は、ミラー１１１を振動可能に支持するように構成されている。軸部１１２は、ねじり変形可能に構成されている。軸部１１２は、棒状に形成されている。軸部１１２は、平面視において、長方形形状に形成されている。軸部１１２は、短手方向（Ｘ方向）の両端部に櫛歯部１１２ａを含んでいる。櫛歯部１１２ａは、軸部１１２の長手方向（Ｙ方向）に沿って、所定の間隔を隔てて複数設けられている。

支持枠部１１３は、ミラー１１１および軸部１１２の外側を囲うように配置されている。支持枠部１１３は、軸部１１２のミラー１１１側と反対側の端部に接続されている。支持枠部１１３は、軸部１１２を支持するように構成されている。

支持枠部１１３は、軸部１１２に対向する部分に複数の櫛歯部１１３ａを含んでいる。櫛歯部１１３ａは、軸部１１２の櫛歯部１１２ａに対応する位置に設けられている。複数の櫛歯部１１３ａは、Ｘ方向およびＹ方向において、軸部１１２の複数の櫛歯部１１２ａのそれぞれと所定の間隔を隔てて配置されている。櫛歯部１１２ａおよび１１３ａには、それぞれ、表示制御部１４からの駆動信号に基づく所定電圧が印加されるように構成されている。これにより、櫛歯部１１２ａおよび１１３ａの間に静電引力および静電斥力が交互に生じる。その結果、軸部１１２およびミラー１１１が、軸部１１２の軸線周りに揺動する。

静電力を発生する櫛歯部１１２ａおよび１１３ａ（垂直振動ミラー素子１１）は、電気的には、軸部１１２およびミラー１１１の揺動角度で揺動が変化する可変コンデンサＣ（図３参照）として機能する。図３には、可変コンデンサＣの電気等価回路が示されている。また、図４に示すように、可変コンデンサＣ（櫛歯部１１２ａおよび１１３ａ）の容量が大きいほど、ミラー１１１の揺動角度は大きくなる。後述するように、駆動信号に高周波を重畳した高周波駆動信号が、垂直振動ミラー素子１１を通過すると、高周波出力信号が得られる。高周波とは、ミラー１１１の共振周波数よりも大きい周波数からなる高周波を示す概念である。

また、第１実施形態では、ミラー１１１が水平状態であるときに揺動角度が最小（０度）とする。また、Ｘ１側の櫛歯部１１２ａおよび１１３ａへの電圧負荷を大きくした際のミラー１１１の最大角度を＋θとし、Ｘ２側の櫛歯部１１２ａおよび１１３ａへの電圧負荷を大きくした際のミラー１１１の最大角度を−θとする。

ミラー１１１の揺動角度は、表示制御部１４（ＣＰＵ１４５）が下記の式（１）により表される高周波出力信号のうち可変コンデンサＣの成分を検出することにより、ミラー１１１の揺動角度を検出する。高周波出力信号は、駆動信号を垂直振動ミラー素子１１（可変コンデンサＣ、図３参照）に印加した時の、駆動電圧である駆動信号の変化（（ｄＶｄ／ｄｔ）ｃ）と、可変コンデンサＣの容量変化（（ｄｃ／ｄｔ）Ｖｄ）とによって表される。高周波出力信号は、下記の式（１）により表される。
高周波出力信号＝（ｄＶｄ／ｄｔ）ｃ＋（ｄｃ／ｄｔ）Ｖｄ ・・・式（１）
なお、Ｖｄは駆動信号であり、ｃは可変コンデンサＣの容量である。

可変コンデンサＣの成分（（ｄｃ／ｄｔ）Ｖｄ）が共振を示す成分でなくても、駆動信号の成分（（ｄＶｄ／ｄｔ）ｃ）が共振周波数に近い成分を持つ場合には、実際にはミラー１１１が共振していなくても、高周波出力信号は共振することを示すデータとなる。

（表示制御部の構成）
図５に示すように、表示制御部１４は、光源駆動回路１４１と、ミラー駆動回路１４２と、第１ゲイン回路１４３と、第２ゲイン回路１４４と、ＣＰＵ１４５とを備えている。表示制御部１４は、所定の動作プログラムに基づいて、表示（画像投影）に関する制御を行うように構成されている。ＣＰＵ１４５は、特許請求の範囲の「ミラー駆動制御部」の一例である。第２ゲイン回路１４４は、特許請求の範囲の「ゲイン回路」の一例である。

表示制御部１４は、光源４〜６を制御するように構成されている。具体的には、ＣＰＵ１４５は、入力される映像信号に基づいて、光源駆動回路１４１を介して、光源４〜６による光の照射を制御する。ＣＰＵ１４５は、水平振動ミラー素子１０が走査するタイミングに合せて、画像に対応する色の光を光源４〜６から照射させる制御を行う。

また、表示制御部１４は、水平振動ミラー素子１０と、垂直振動ミラー素子１１とを制御するように構成されている。具体的には、ＣＰＵ１４５は、入力される映像信号に基づいて、ミラー駆動回路１４２を介して、垂直振動ミラー素子１１の駆動を制御する。また、ＣＰＵ１４５は、入力される映像信号に基づいて、ミラー駆動回路１４２を介して、水平振動ミラー素子１０の駆動を制御する。なお、第１実施形態では、ＣＰＵ１４５による、垂直振動ミラー素子１１の駆動の制御について詳細に説明し、水平振動ミラー素子１０の駆動の制御については説明を省略する。

ＣＰＵ１４５は、駆動信号によりミラー１１１を揺動可能に構成されている。ＣＰＵ１４５は、ミラー駆動回路１４２を制御して垂直振動ミラー素子１１を駆動させる。ＣＰＵ１４５は、ミラー駆動回路１４２から入力された駆動信号を第１ゲイン回路１４３により増幅して、垂直振動ミラー素子１１に伝送する。この信号により、垂直振動ミラー素子１０が駆動される。ＣＰＵ１４５は、垂直振動ミラー素子１１を通過した駆動信号（出力信号）を、第２ゲイン回路１４４により増幅して取得するように構成されている。

ＣＰＵ１４５は、ミラー１１１の揺動状態を検出する制御を行うように構成されている。ＣＰＵ１４５は、駆動信号によりミラー１１１を揺動する際のミラー１１１の静電容量変化に基づいてミラーの揺動角度を検出するように構成されている。ＣＰＵ１４５は、駆動信号により駆動された垂直振動ミラー素子１１（可変コンデンサＣ、図３参照）における容量変化を取得する。ＣＰＵ１４５は、駆動されたミラー１１１における容量変化を取得する際に、第２ゲイン回路１４４で増幅された信号（高周波出力信号）を取得する。ＣＰＵ１４５は、ミラー１１１の揺動角度の全領域（−θ度以上＋θ度以下の角度範囲）に亘り、高周波出力信号の振幅を均一に増幅させるように第２ゲイン回路１４４を制御する。ＣＰＵ１４５は、取得した容量変化に基づいてミラー１１１の揺動角度を検出する制御を行う。

（共振周波数成分の検出）
以下、図６〜図９を用いて、ミラー１１１が駆動した際の共振周波数成分の検出について説明する。

便宜上、図６では、Ｘ１側の櫛歯部１１２ａおよび１１３ａ（図３参照）に対する駆動信号をＤ１、Ｘ２側の櫛歯部１１２ａおよび１１３ａに対する駆動信号をＤ２で表している。図７では、駆動信号Ｄ１に高周波を重畳した高周波駆動信号をＨ１、駆動信号Ｄ２に高周波を重畳した高周波駆動信号をＨ２で表している。図８および図９では、高周波出力信号をＯ、高周波出力信号をＯのトップエンベローブをＥｔ、高周波出力信号ＯのボトムエンベローブをＥｂ、振動検出信号をＸで表している。以下の説明では、必要に応じて、これらの信号またはエンベローブに付された記号を用いて説明を行う。

第１実施形態では、図７に示すように、ＣＰＵ１４５は、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）にミラー１１１の共振周波数よりも大きい周波数からなる高周波が重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）によりミラー１１１を駆動させ、ミラー１１１の高周波出力信号Ｏのエンベローブ（Ｅｔ、Ｅｂ）に基づいて高周波出力信号Ｏの振幅の変化を検出するように構成されている。詳細には、ＣＰＵ１４５は、ミラー駆動回路１４２を制御し、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）（図６参照）に高周波が重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）によりミラー１１１を駆動する。ＣＰＵ１４５は、予め記憶されている高周波重畳プログラムに基づいて、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に高周波が重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）を生成させるようにミラー駆動回路１４２を制御する。そして、ＣＰＵ１４５は、高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）によりミラー１１１を駆動した際のミラー１１１の揺動状態に応じた高周波出力信号Ｏのエンベローブ（トップエンベローブＥｔ、ボトムエンベローブＥｂ、図８および図９参照）を取得し、取得したエンベローブに基づいて共振周波数成分を検出するように構成されている。なお、「エンベローブ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ（包絡線））」とは、電気信号の波形を示す概念である。

また、第１実施形態では、ＣＰＵ１４５は、ミラー１１１の共振周波数の２倍以上の高周波が駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）により、ミラー１１１を揺動させた際の高周波出力信号Ｈ１（Ｈ２）のエンベローブ（トップエンベローブＥｔ、ボトムエンベローブＥｂ）に基づいて、共振周波数成分を検出するように構成されている。これにより、ミラー１１１の共振が発生した場合にも、ＣＰＵ１４５は、駆動信号により駆動された垂直振動ミラー素子１１（可変コンデンサＣ、図３参照）における共振を精度よく検出することができる。なお、サンプリング定理に基づき、ミラー１１１の共振周波数の２倍以上の高周波が駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）により、ミラー１１１を揺動させることが要求される。データ処理の観点から、ミラー１１１の共振周波数の５倍の高周波が駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）により、ミラー１１１を揺動させることが好ましい。

ＣＰＵ１４５は、高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）によりミラー１１１を揺動させた際の垂直振動ミラー素子１１（可変コンデンサＣ、図３参照）における容量変化に基づいて取得した、ミラー１１１の揺動角度に応じた高周波出力信号Ｏのエンベローブに基づいて、共振周波数成分を検出する。

具体的には、ＣＰＵ１４５は、高周波出力信号ＯのトップエンベローブＥｔとボトムエンベローブＥｂとを演算することにより共振周波数成分を検出する。図８および図９に示すように、ＣＰＵ１４５は、高周波出力信号ＯのトップエンベローブＥｔとボトムエンベローブＥｂとの差分を取ることにより、式（１）における駆動信号の成分（（ｄＶｄ／ｄｔ）ｃ）をキャンセルする。また、式（１）における可変コンデンサＣ（（ｄｃ／ｄｔ）Ｖｄ）の成分は、トップエンベローブＥｔおよびボトムエンベローブＥｂの各々においては逆の極性を有する結果、上記のように差分を取っても残る。このようにして、ＣＰＵ１４５は、駆動信号Ｄ１、Ｄ２（高周波駆動信号Ｈ１、Ｈ２）の成分を取り除いた状態で、可変コンデンサＣの成分を検出することができる。これにより、ＣＰＵ１４５は、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）にミラー１１１の共振周波数に近い成分が含まれている場合でも、その影響をなくし、可変コンデンサＣの成分だけを検出できる。

図８は、可変コンデンサＣの成分に共振周波数が含まれない場合を示した例である。高周波出力信号ＯのトップエンベローブＥｔとボトムエンベローブＥｂとの差分から取得された振動検出信号Ｘは、ミラー１１１がＶ１方向に１回走査する間、時間に対して直線的に変化している。この振動検出信号Ｘは、駆動信号Ｄ１、Ｄ２（高周波駆動信号Ｈ１、Ｈ２）の成分は含まず可変コンデンサＣの成分のみを含む。駆動信号Ｄ１、Ｄ２（高周波駆動信号Ｈ１、Ｈ２）の成分は含まず可変コンデンサＣの成分のみである場合には、振動検出信号Ｘは時間に対して直線的に変化する。この振動検出信号Ｘが、時間に対して直線的に変化しているので、ミラー１１１が非共振状態で動作（正常に動作）していることが分かる。この場合、駆動信号の成分（（ｄＶｄ／ｄｔ）ｃ）が共振周波数に近い成分を持つ場合（ミラー１１１が共振していると誤検知される可能性がある場合）であっても、駆動信号Ｄ１、Ｄ２（高周波駆動信号Ｈ１、Ｈ２）の成分をキャンセルすることにより、ミラー１１１が共振していると誤検知されるのを抑制することが可能である。

また、ＣＰＵ１４５は、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に重畳する高周波（高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２））の２倍以上の周波数により高周波出力信号Ｏをサンプリングすることにより、高周波出力信号Ｏのエンベローブ（トップエンベローブＥｔ、ボトムエンベローブＥｂ）を検出するように構成されている。高周波出力信号Ｏの再現性およびデータ処理の観点から、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に重畳する高周波の５倍の周波数によりサンプリングすることが好ましい。

なお、高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）と、高周波出力信号Ｏとの位相差が分かっている場合には、位相差に基づき、高周波出力信号Ｏのエンベローブ（トップエンベローブＥｔ、ボトムエンベローブＥｂ）をより精度よく取得することができる。

図９は、可変コンデンサＣの成分に共振周波数が含まれる場合を示した例である。この場合には、高周波出力信号ＯのトップエンベローブＥｔとボトムエンベローブＥｂとの差分から取得された振動検出信号Ｘは、時間に対して直線的なっておらず、共振周波数に起因した振動波形を示している。駆動信号Ｄ１、Ｄ２（高周波駆動信号Ｈ１、Ｈ２）の成分は含まない可変コンデンサＣの成分のみを含む振動検出信号Ｘが、時間に対して直線的に変化していないので、ミラー１１１が実際に共振状態で動作している（正常に動作していない）ことが分かる。

図９に示す場合のように、ＣＰＵ１４５は、検出した高周波出力信号Ｏのエンベローブ（トップエンベローブＥｔ、ボトムエンベローブＥｂ）に基づき、共振周波数成分が有ると判断した場合（ミラー１１１が実際に共振している場合）には、共振周波数成分を打ち消す補正制御を行ってミラー１１１を駆動するように構成されている。具体的には、ＣＰＵ１４５は、画像が投影されない非描画期間から画像が投影される描画期間に切り替わる際に、予め記憶されているミラー１１１の共振を抑えるための駆動補正プログラムに基づいて、共振周波数成分を打ち消す補正制御を行う。この際、ＣＰＵ１４５は、ミラー駆動回路１４２を制御し、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に高周波が重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）（図７参照）に、駆動補正プログラムよる補正成分を加えた信号を生成させることにより、ミラー１１１を駆動する。

このような構成によれば、ＣＰＵ１４５は、駆動信号の成分（（ｄＶｄ／ｄｔ）ｃ）が共振周波数に近い成分を持つ場合でも（ミラー１１１が共振していると誤検知される可能性がある場合でも）、実際にミラー１１１が共振している場合（図９の場合）にのみ共振周波数成分を打ち消す補正制御を行い、実際にはミラー１１１が共振していない場合（図８の場合）には共振周波数成分を打ち消す補正制御を行わない。これにより、正確なミラー１１１の共振周波数成分を打ち消す補正制御を行うことが可能である。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）にミラー１１１の共振周波数よりも大きい周波数からなる高周波が重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）によりミラー１１１を駆動させ、ミラー１１１の高周波出力信号Ｏのエンベローブに基づいて高周波出力信号Ｏの振幅の変化を検出するように構成されているＣＰＵ１４５を設ける。その結果、高周波出力信号Ｏの電気信号の波形を示すエンベローブから駆動信号の変化をキャンセルするように演算することにより、ミラー１１１の駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に共振周波数に近い成分が含まれる場合でも、ミラー１１１が共振駆動していると誤検出されてしまうのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、高周波出力信号Ｏの電気信号の波形を示すトップエンベローブＥｔとボトムエンベローブＥｂとを演算することにより、ミラー１１１の高周波出力信号Ｏの振幅の変化を検出するようにＣＰＵ１４５を構成する。その結果、容易に、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）の変化をキャンセルすることができる。

また、第１実施形態では、トップエンベローブＥｔとボトムエンベローブＥｂとの差分に基づいて、ミラー１１１の高周波出力信号Ｏの振幅の変化を検出するようにＣＰＵ１４５を構成する。その結果、トップエンベローブＥｔとボトムエンベローブＥｂとの差分を取ることにより、容易に、高周波出力信号Ｏから駆動信号の変化をキャンセルする演算を行うことができる。

また、第１実施形態では、検出した高周波出力信号Ｏのエンベローブに基づき、共振周波数成分が有ると判断した場合には、共振周波数成分を打ち消す補正制御を行ってミラー１１１を駆動するようにＣＰＵ１４５を構成する。その結果、実際にミラー１１１が共振している場合にのみ、ミラー１１１が共振していることを正確に検出して、共振周波数成分を打ち消すように補正制御を行うことができる。

また、第１実施形態では、ミラー１１１の共振周波数の２倍以上の高周波が駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に重畳された高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）により、ミラー１１１を揺動させた際の高周波出力信号Ｏのエンベローブに基づいて、ミラー１１１の高周波出力信号Ｏの振幅の変化を検出するようにＣＰＵ１４５を構成する。その結果、ミラー１１１の共振が発生した場合にも、共振周波数成分を含むエンベローブを精度よく検出することができるので、垂直振動ミラー素子１１（可変コンデンサＣ、図３参照）における共振を精度よく検出することができる。

また、第１実施形態では、駆動信号Ｄ１（Ｄ２）に重畳する高周波の２倍以上の周波数により高周波出力信号Ｏをサンプリングすることにより、高周波出力信号Ｏのエンベローブを検出するようにＣＰＵ１４５を構成する。その結果、高周波出力信号Ｏの精度を損なわないように高周波出力信号Ｏをサンプリングすることができるので、高周波出力信号Ｏのエンベローブを精度よく検出することができる。

また、第１実施形態では、垂直振動ミラー素子１１は、軸部１１２および支持枠部１１３に作用する静電力により、軸部１１２が揺動駆動されるように構成された、静電駆動型の振動ミラー素子である。また、高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）によりミラー１１１を揺動させた際の垂直振動ミラー素子１１における静電容量変化に基づいて取得したミラー１１１の揺動角度に応じた高周波出力信号Ｏのエンベローブに基づいて、ミラー１１１の高周波出力信号Ｏの振幅の変化を検出するようにＣＰＵ１４５を構成されている。その結果、静電駆動型の垂直振動ミラー素子１１を備えるプロジェクタ１において、ミラー１１１を駆動するための駆動信号の変化と、ミラー１１１の傾きを示す可変コンデンサＣの容量変化とからなる高周波出力信号Ｏから、駆動信号の変化をキャンセルするように演算することにより、ミラー１１１の傾きを示す可変コンデンサＣの容量変化だけを検出することができる。

［第２実施形態］
次に、図１０および図１１を参照して、第２実施形態によるプロジェクタ２０１の構成について説明する。第２実施形態では、第２ゲイン回路１４４により高周波出力信号Ｏの全体の振幅を均一に増幅させた第１実施形態のプロジェクタ１と異なり、ミラー１１１の最小揺動角度近傍における高周波出力信号Ｏの振幅を重点的に増幅させる構成について説明する。

ミラー１１１の揺動角度が０度近傍では、可変コンデンサＣ（図３参照）の容量変化（振幅）が小さい。このため、ミラー１１１の揺動角度が０度近傍の高周波出力信号Ｏ（図１０参照）を用いた場合、取得されるエンベローブのＳ／Ｎ比が小さくなる。

第２実施形態では、ＣＰＵ２４５は、ミラー１１１の最小揺動角度（０度）近傍における高周波出力信号Ｏの振幅を増幅させるように第２ゲイン回路１４４を制御するように構成されている。具体的には、図１１に示すように、ＣＰＵ２４５は、ミラー１１１の揺動角度の全体（−θ度以上＋θ度以下の角度範囲）のうち、ミラー１１１の揺動角度が０度近傍の角度範囲における高周波出力信号Ｏの振幅の増幅度を、ミラー１１１の揺動角度が他の角度範囲における高周波出力信号Ｏの振幅の増幅度よりも大きくする。たとえば、０度近傍の角度範囲は、０度を中心としたミラー１１１の揺動角度の全体の５０％の角度範囲である。

また、ＣＰＵ２４５は、予め決められた関数プログラムに基づいて、第２ゲイン回路１４４を制御することにより、一括して、ミラー１１１の揺動角度が０度近傍の角度範囲における高周波出力信号Ｏの振幅の増幅度を、他の角度範囲における高周波出力信号Ｏの振幅の増幅度よりも大きくする制御を行う。また、ＣＰＵ２４５は、角度ごとに増幅度を設定したテーブルを記憶させておき、このテーブルに基づいて、第２ゲイン回路１４４を制御することにより、ミラー１１１の揺動角度が０度近傍の角度範囲における、現在の角度に応じて、高周波出力信号Ｏの振幅の増幅度を、他の角度範囲における高周波出力信号Ｏの振幅の増幅度よりも大きくする制御を行うようにしてもよい。

第２実施形態によれば、ミラー１１１の最小揺動角度近傍においてミラーの傾きを示す可変コンデンサＣの容量変化（振幅）が小さい場合にも、第２ゲイン回路１４４により可変コンデンサＣの容量変化（振幅）を大きくして、ミラー１１１の揺動角度の全領域（−θ度以上＋θ度以下の角度範囲）に亘って、Ｓ／Ｎ比が大きい高周波出力信号Ｏを取得することができる。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように構成することにより、第１実施形態と同様、ミラー１１１が共振駆動していると誤検出されてしまうのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、ミラー１１１の最小揺動角度近傍における高周波出力信号Ｏの振幅を増幅させるように第２ゲイン回路１４４を制御するようにＣＰＵ２４５を構成する。その結果、ミラー１１１の最小揺動角度近傍において振幅が小さい場合にも、高周波出力信号Ｏのエンベローブを精度よく検出し、共振周波数成分を精度よく検出することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
次に、図１２を参照して、第３実施形態によるプロジェクタ３０１の構成について説明する。第３実施形態では、ミラー１１１の揺動角度の全体における高周波出力信号Ｏに基づいて、ミラー１１１が駆動した際の共振周波数成分を検出した第１実施形態のプロジェクタ１と異なり、ミラー１１１の最大揺動角度近傍における高周波出力信号Ｏに基づいて、ミラー１１１が駆動した際の共振周波数成分を検出する構成について説明する。

ミラー１１１の揺動角度が最大揺動角度（＋θ度、−θ度）近傍では、可変コンデンサＣ（図３参照）の容量変化（振幅）が大きい。

第３実施形態では、ＣＰＵ３４５は、ミラー１１１の最大揺動角度（±θ度）近傍における高周波出力信号Ｏ（図１２参照）に基づいて、ミラー１１１が駆動した際の共振周波数成分を検出するように構成されている。具体的には、ＣＰＵ３４５は、ミラー１１１の揺動角度の全体（−θ度以上＋θ度以下の角度範囲）のうち、ミラー１１１の揺動角度が最大揺動角度（±θ度）近傍における高周波出力信号Ｏのみに基づいて、共振周波数成分を検出する。具体的には、最大揺動角度近傍の角度範囲は、＋θ度を含む、＋θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲、および、−θ度を含む、−θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲である。最大揺動角度近傍の角度範囲は、たとえば、揺動角度全体の２５％の角度範囲である。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態の効果）

第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように構成することにより、第１実施形態と同様、ミラー１１１が共振駆動していると誤検出されてしまうのを抑制することができる。

また、第３実施形態では、ミラー１１１の最大揺動角度（±θ度）近傍における高周波出力信号Ｏのエンベローブに基づいて、共振周波数成分を検出するようにＣＰＵ３４５を構成する。その結果、ミラー１１１の最大揺動角度近傍における、振幅が大きい領域での高周波出力信号Ｏのエンベローブを用いて、共振周波数成分を精度よく検出することができる。これにより、共振周波数成分を精度よく検出することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜３実施形態では、プロジェクタ１、２０１、３０１を自動車のヘッドアップディスプレイに適用した例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明は、プロジェクタを自動車以外のヘッドアップディスプレイに適用してもよい。また、本発明は、ヘッドアップディスプレイに限らず、壁面などに投影するプロジェクタにも適用可能である。

また、上記第１〜第３実施形態では、静電駆動型の垂直振動ミラー素子１１に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電駆動型の振動ミラー素子にも本発明を適用してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、ミラー１１１を揺動させるのに２つの駆動信号Ｄ１（Ｄ２）を用いたが、本発明はこれに限られない。本発明では、１つの駆動信号のみでミラー１１１を揺動させる構成でもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、高周波出力信号ＯのトップエンベローブＥｔとボトムエンベローブＥｂとの差分を取ることにより、ミラー１１１が駆動した際の共振周波数成分を検出する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明は、差分以外の他の演算方法により、高周波出力信号Ｏのエンベローブを処理することにより、ミラーが駆動した際の共振周波数成分を検出してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、第２ゲイン回路１４４により、高周波出力信号Ｏを増幅させる例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明は、第２ゲイン回路により、高周波出力信号を増幅させなくてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、高周波出力信号Ｏを増幅させ、ミラー１１１が駆動した際の共振周波数成分を検出する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明は、振動検出信号Ｘを増幅させ、ミラーが駆動した際の共振周波数成分を検出してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、高周波出力信号Ｏのエンベローブ（トップエンベローブＥｔ、ボトムエンベローブＥｂ）をＣＰＵ１４５（２４５、３４５）の演算により取得したが、本発明はこれに限らない。本発明は、ピークホールド（Ｐｅａｋ Ｈｏｌｄ）回路を設け、この回路により高周波出力信号のエンベローブを取得してもよい。

また、上記第２実施形態では、第２ゲイン回路１４４により、ミラー１１１の最小揺動角度近傍における高周波出力信号Ｏの振幅を増幅させた例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明は、第１ゲイン回路１４３により、ミラーの最小揺動角度近傍における高周波駆動信号Ｈ１（Ｈ２）の振幅を増幅させてもよい。

また、上記第３実施形態では、ミラー１１１の揺動角度の全体（−θ度以上＋θ度以下の角度範囲）のうち、＋θ度を含む、＋θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲、および、−θ度を含む、−θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲における高周波出力信号Ｏのみに基づいて、共振周波数成分を検出する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明は、＋θ度を含む、＋θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲、および、−θ度を含む、−θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲のうち、いずれか一方の角度範囲における高周波出力信号Ｏのみに基づいて、共振周波数成分を検出してもよい。

また、上記第３実施形態では、ミラー１１１の揺動角度の全体（−θ度以上＋θ度以下の角度範囲）のうち、＋θ度を含む、＋θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲、および、−θ度を含む、−θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲とが同じである例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明は、＋θ度を含む、＋θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲、および、−θ度を含む、−θ度から０度に向かう揺動角度全体の所定の角度範囲が、互いに異なっていてもよい。

１、２０１、３０１ プロジェクタ
４、５、６ 光源
１１ 垂直振動ミラー素子（振動ミラー素子）
１１１ ミラー
１１２ 軸部（支持部）
１１３ 支持枠部（支持部）
１４４ 第２ゲイン回路（ゲイン回路）
１４５、２４５、３４５ ＣＰＵ（ミラー駆動制御部）

Claims (9)

1. 光源から出射された光を反射するミラーと、前記ミラーを揺動可能に支持する支持部とを含む非共振型の振動ミラー素子と、
   駆動信号により前記ミラーを揺動する際の前記ミラーの静電容量変化に基づいて前記ミラーの揺動角度を検出する制御を行うミラー駆動制御部とを備え、
   前記ミラー駆動制御部は、前記駆動信号に前記ミラーの共振周波数よりも大きい周波数からなる高周波が重畳された高周波駆動信号により前記ミラーを駆動させ、前記ミラーの高周波出力信号の電気信号の波形を示すエンベローブに基づいて前記高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている、プロジェクタ。
2. 前記ミラー駆動制御部は、前記高周波出力信号の電気信号の波形を示すトップエンベローブとボトムエンベローブとを演算することにより、前記ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記ミラー駆動制御部は、前記トップエンベローブと前記ボトムエンベローブとの差分に基づいて、前記ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている、請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記ミラー駆動制御部は、検出した前記高周波出力信号のエンベローブに基づき、共振周波数成分が有ると判断した場合には、前記共振周波数成分を打ち消す補正制御を行って前記ミラーを駆動するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
5. 前記ミラー駆動制御部は、前記ミラーの共振周波数の２倍以上の高周波が前記駆動信号に重畳された前記高周波駆動信号により、前記ミラーを揺動させた際の前記高周波出力信号のエンベローブに基づいて、前記ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
6. 前記ミラー駆動制御部は、前記駆動信号に重畳する高周波の２倍以上の周波数により前記高周波出力信号をサンプリングすることにより、前記高周波出力信号のエンベローブを検出するように構成されている、請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 前記高周波出力信号の振幅を調整するゲイン回路をさらに備え、
   前記ミラー駆動制御部は、前記ミラーの最小揺動角度近傍における前記高周波駆動信号の振幅または前記高周波出力信号の振幅を増幅させるように前記ゲイン回路を制御するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
8. 前記ミラー駆動制御部は、前記ミラーの最大揺動角度近傍における前記高周波出力信号のエンベローブに基づいて、前記ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
9. 前記振動ミラー素子は、前記支持部に作用する静電力により、前記支持部が揺動駆動されるように構成された、静電駆動型の振動ミラー素子であり、
   前記ミラー駆動制御部は、前記高周波駆動信号により前記ミラーを揺動させた際の前記振動ミラー素子における静電容量変化に基づいて取得した前記ミラーの揺動角度に応じた前記高周波出力信号のエンベローブに基づいて、前記ミラーの高周波出力信号の振幅の変化を検出するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のプロジェクタ。

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