JP2020134879A - 光走査装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水平方向に共振駆動され、垂直方向に非共振駆動される光走査装置において、安全性を高めることを目的としている。
【解決手段】レーザ光を出力する光源部と、光源部から出力されたレーザ光を反射するミラーと、ミラーを水平方向に共振駆動し、垂直方向に非共振駆動するミラー駆動部と、ミラーの水平方向への傾斜角に応じた信号を出力する水平傾斜センサと、ミラーの垂直方向への傾斜角に応じた信号を出力する垂直傾斜センサと、水平傾斜センサの出力信号に基づいてミラーの水平方向への振れ角である水平振れ角を求め、水平振れ角が所定の範囲内であるか否かを判定する水平振れ角判定部と、垂直傾斜センサの出力信号の変化率を求め、変化率が所定の範囲内であるか否かを判定する変化率判定部と、水平振れ角判定部及び変化率判定部の判定結果に基づいて、光源部によるレーザ光の出力を制御するレーザ出力制御部とを有する光走査装置。
【選択図】図１２

Description

本発明は、光走査装置及びその制御方法に関する。

従来技術として、ミラーを水平回転軸及び垂直回転軸の周りに揺動させて、レーザ光を二次元的に走査する光走査装置が知られている。このような光走査装置として、ミラーを、水平方向には共振駆動し、垂直方向には非共振駆動するものがある。共振駆動には正弦波形の駆動電圧が用いられ、非共振駆動には鋸歯状波形の駆動電圧が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

このような光走査装置では、起動時等においてミラーの揺動による振れ角が十分な大きさに達していない場合にミラーへのレーザ光の出力を開始すると、光走査装置により操作されるレーザ光が狭い範囲に集中して照射される危険性がある。このため、ミラーの振れ角が十分な大きさに達した後、ミラーへのレーザ光の出力を開始することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第５６５９０５６号 特許第４９４６９６４号

しかしながら、特許文献２に記載の光走査装置は、ミラーを水平方向及び垂直方向に共振駆動するものであり、特許文献１に記載の光走査装置ように水平方向には共振駆動し、垂直方向には非共振駆動するものではない。

一般に、鋸歯状波形の駆動電圧を用いた非共振駆動では、正弦波形の駆動電圧を用いた共振駆動の場合よりもミラーの揺動周期が長い。振れ角を検出するには一周期分の検出データが必要であるので、非共振駆動による振れ角が十分な大きさに達していないことを検出するには、共振駆動の場合よりも長い時間が要される。このため、非共振駆動の場合には、レーザ光の出力開始又は停止を適切なタイミングで行うことは困難である。このように、振れ角に基づく制御では、例えば、光走査装置の動作中に、何らかの不具合により非共振駆動が停止した場合に、迅速にレーザ光の出力を停止させることはできない。

開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水平方向に共振駆動され、垂直方向に非共振駆動される光走査装置において、安全性を高めることを目的としている。

開示の技術は、レーザ光を出力する光源部と、光源部から出力されたレーザ光を反射するミラーと、ミラーを水平方向に共振駆動し、垂直方向に非共振駆動するミラー駆動部と、ミラーの水平方向への傾斜角に応じた信号を出力する水平傾斜センサと、ミラーの垂直方向への傾斜角に応じた信号を出力する垂直傾斜センサと、水平傾斜センサの出力信号に基づいてミラーの水平方向への振れ角である水平振れ角を求め、水平振れ角が所定の範囲内であるか否かを判定する水平振れ角判定部と、垂直傾斜センサの出力信号の変化率を求め、変化率が所定の範囲内であるか否かを判定する変化率判定部と、水平振れ角判定部及び変化率判定部の判定結果に基づいて、光源部によるレーザ光の出力を制御するレーザ出力制御部とを有する光走査装置。

本発明によれば、水平方向に共振駆動され、垂直方向に非共振駆動される光走査装置において、安全性を高めることができる。

第１実施形態の光走査装置の構成を示す図である。 光走査部の構成を示す図である。 水平駆動信号及び垂直駆動信号の一例を示す図である。 駆動状態判定部の構成を例示する図である。 水平傾斜センサの出力信号を例示する図である。 第１水平駆動信号と水平傾斜センサの出力信号とを例示する図である。 垂直傾斜センサの出力信号を例示する図である。 垂直傾斜センサの出力信号を例示する図である。 第１垂直駆動信号と、不要共振成分が重畳された場合における垂直傾斜センサの出力信号を例示する図である。 不要共振成分判定部の具体的な構成を例示する図である。 不要共振成分が重畳された垂直動作波形と第１及び第２の相関値とを例示する図である。 レーザ出力制御を説明するフローチャートである。

（第１実施形態）
以下に、図面を参照して第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の光走査装置の構成を示す図である。

本実施形態の光走査装置１は、光走査制御部１０と、光源部２０と、温度センサ３０、光走査部４０とを有する。以下に、各部について説明する。

光走査制御部１０は、システムコントローラ１１と、ミラー駆動回路１３と、レーザ駆動回路１４と、補償回路１５、駆動状態判定部１６とを有する。光走査制御部１０は、光源部２０と、光走査部４０とを制御する。

システムコントローラ１１は、ミラー駆動回路１３に対し、光走査部４０の有するミラーの揺動を制御するための制御信号を供給する。また、システムコントローラ１１は、デジタルの映像信号をレーザ駆動回路１４に供給する。

ミラー駆動回路１３は、システムコントローラ１１からの制御信号に基づいて、光走査部４０に対し、後述するミラーを水平方向に駆動して水平揺動軸周りに揺動させるための水平駆動信号と、ミラーを垂直方向に駆動して垂直揺動軸周りに揺動させるための垂直駆動信号とを供給するミラー駆動部である。

レーザ駆動回路１４は、システムコントローラ１１からの映像信号に基づいて、光源部２０に、レーザを駆動させるためのレーザ駆動信号を供給する。

補償回路１５は、光走査部４０において、ミラーを垂直方向に駆動させた際のミラーの垂直位置に応じて発生する水平方向の位相のずれを補償する。この水平方向の位相ずれは、ミラー駆動部がミラーを水平方向に駆動する水平駆動周波数が水平共振周波数からずれることによって発生する。この水平方向の位相ずれが生じると、レーザ光を水平方向に走査する際の、往路における照射開始位置（又は終了位置）と、復路における照射終了位置（又は開始位置）にずれが生じて、投影画像が劣化する。

補償回路１５は、垂直位置に応じて予め決められた固定値を用いて補償してもよいし、位相ずれの値をミラー駆動中に算出して補償してもよい。

駆動状態判定部１６は、光走査部４０が有する垂直傾斜センサ及び水平傾斜センサから出力される出力信号（検出信号）に基づいて、ミラーの駆動状態を判定する。システムコントローラ１１は、駆動状態判定部１６により判定されるミラーの駆動状態の判定結果に基づいて、光源部２０のレーザ出力制御を行う。

光源部２０は、ＬＤモジュール２１、減光フィルタ２２を有する。ＬＤモジュール２１は、レーザ２１Ｒ、レーザ２１Ｇ、レーザ２１Ｂを有する。

レーザ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、システムコントローラ１１から供給されたレーザ駆動電流に基づいて、レーザ光を出射する。レーザ２１Ｒは、例えば、赤色半導体レーザであり、波長λＲ（例えば、６４０ｎｍ）の光を出射する。レーザ２１Ｇは、例えば、緑色半導体レーザであり、波長λＧ（例えば、５３０ｎｍ）の光を出射する。レーザ２１Ｇは、例えば、青色半導体レーザであり、波長λＢ（例えば、４４５ｎｍ）の光を出射する。レーザ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから出射された各波長の光は、ダイクロイックミラー等により合成され、減光フィルタ２２により所定の光量に減光されて、光走査部４０に入射される。

温度センサ３０は、光走査装置１の周囲の温度を検出するためのセンサであり、例えば、サーミスタ等により実現されても良い。

光走査部４０は、ミラー駆動回路１３から供給される水平及び垂直駆動信号に応じて、ミラーを水平方向及び垂直方向に駆動させる。光走査部４０では、これにより、入射されるレーザ光の反射方向を変更して、レーザ光による光走査を行い、スクリーン等に画像を投影する。

図２は、光走査部４０の構成を示す図である。光走査部４０は、例えば圧電素子によりミラー１１０を駆動させるＭＥＭＳである。

光走査部４０は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０と、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０とを有する。また、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ駆動源１５１Ａ、１５１Ｂを有する。また、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを有する。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を上下又は左右に揺動してレーザ光を走査するアクチュエータとして機能する。

ミラー支持部１２０には、ミラー１１０の円周に沿うようにスリット１２２が形成されている。スリット１２２により、ミラー支持部１２０を軽量化しつつ捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂによる捻れをミラー１１０へ伝達することができる。

光走査部４０において、ミラー支持部１２０の上面にミラー１１０が支持され、ミラー支持部１２０は、両側にある捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの端部に連結されている。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部１２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂが捻れることにより、ミラー支持部１２０に支持されたミラー１１０が揺動し、ミラー１１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれが連結梁１４０Ａ、１４０Ｂに連結支持され、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂに連結されている。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂ、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０によって外側から支持されている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、可動枠１６０にそれぞれの一方の側が支持されている。第１の駆動梁１５０Ａの他方の側は内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。第１の駆動梁１５０Ｂの他方の側も同様に、内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと直交する方向に、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を挟むように、対をなして設けられている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面には、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂがそれぞれ形成されている。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面の圧電素子の薄膜（以下「圧電薄膜」ともいう。）の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、上部電極と下部電極に印加する駆動電圧に応じて伸長したり縮小したりする。

このため、第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとで電位が反転した駆動電圧を交互に印加すれば、ミラー１１０の左側と右側で第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとが上下反対側に交互に振動する。これにより、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を軸周りに揺動させることができる。

ミラー１１０が捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。つまり、本実施形態の第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの捻れ変形させることで、ミラー１１０を水平方向（第１方向）に揺動させる。例えば第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１０を揺動駆動することができる。

また、可動枠１６０の外部には、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの一端が連結されている。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を左右両側から挟むように、対をなして設けられている。そして、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を両側から支持すると共に、光反射面の中心を通る所定の軸周りに揺動させる。第２の駆動梁１７０Ａは、第１の駆動梁１５０Ａと平行に延在する複数個（例えば偶数個）の矩形梁の各々が、隣接する矩形梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。

そして、第２の駆動梁１７０Ａの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。第２の駆動梁１７０Ｂも同様に、第１の駆動梁１５０Ｂと平行に延在する複数個（例えば偶数個）の矩形梁の各々が、隣接する矩形梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして、第２の駆動梁１７０Ｂの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位ごとに駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。駆動源１７１Ａは、第２の駆動梁１７０Ａの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１７１Ｂは、第２の駆動梁１７０Ｂの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、矩形単位ごとに隣接している駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、電位が反転した駆動電圧を印加することにより、隣接する矩形梁を上下反対方向に反らせ、各矩形梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、この動作により、平行方向と直交する方向である垂直方向にミラー１１０を揺動させる。つまり、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を垂直方向に揺動させる垂直梁である。言い換えれば、本実施形態の第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、自身を曲げて変形させることで、ミラー１１０を垂直方向（第２方向）に揺動させる。例えば第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動を用いることができる。

駆動源１７１Ａは、可動枠１６０側から右側に向かって並ぶ駆動源１７１Ａ１、１７１Ａ２、１７１Ａ３、１７１Ａ４、１７１Ａ５及び１７１Ａ６を含む。また、駆動源１７１Ｂは、可動枠１６０側から左側に向かって並ぶ駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２、１７１Ｂ３、１７１Ｂ４、１７１Ｂ５及び１７１Ｂ６を含む。

駆動源１５１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１５１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１７１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１７１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。

また、光走査部４０は、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が水平方向に遥動している状態におけるミラー１１０の水平方向への傾斜角に応じた信号を出力する水平傾斜センサ１９２を有する。水平傾斜センサ１９２は、圧電センサにより構成されており、連結梁１４０Ｂに配置されている。

また、光走査部４０は、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が垂直方向に遥動している状態におけるミラー１１０の垂直方向への傾斜角に応じた信号を出力する垂直傾斜センサ１９６を有する。垂直傾斜センサ１９６は、圧電素子により構成されており、第２の駆動梁１７０Ａの有する矩形梁の一つに配置されている。

水平傾斜センサ１９２は、ミラー１１０の水平方向への傾斜に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する信号を出力する。垂直傾斜センサ１９６は、ミラー１１０の垂直方向への傾斜に伴い、第２の駆動梁１７０Ａのうち垂直傾斜センサ１９６が設けられた矩形梁の変位に対応する信号を出力する。

水平傾斜センサ１９２及び垂直傾斜センサ１９６を構成する圧電センサは、圧電薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。水平傾斜センサ１９２を構成する圧電センサの上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、垂直傾斜センサ１９６を構成する圧電センサの上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。

図３は、ミラー駆動回路１３により生成される水平駆動信号及び垂直駆動信号の一例を示す図である。図３（Ａ）は、水平駆動信号の一例を示す。図３（Ｂ）は、垂直駆動信号の一例を示す。

水平駆動信号は、駆動源１５１Ａに印加される第１水平駆動信号ＡＨｐと、駆動源１５１Ｂに印加される第２水平駆動信号ＡＨｎとからなる。例えば、第１水平駆動信号ＡＨｐ及び第２水平駆動信号ＡＨｎは、共に同一の周期及び振幅を有する正弦波である。第２水平駆動信号ＡＨｎは、第１水平駆動信号ＡＨｐに対して位相が半周期ずれている。すなわち、第１水平駆動信号ＡＨｐと第２水平駆動信号ＡＨｎとは、中間電位に対して電位が反転した関係にある。

ミラー１１０は、第１水平駆動信号ＡＨｐと第２水平駆動信号ＡＨｎとの電位差に応じて駆動され、水平方向に揺動する。ミラー１１０の水平方向への振れ角は、第１水平駆動信号ＡＨｐ及び第２水平駆動信号ＡＨｎの振幅に対応する。

垂直駆動信号は、駆動源１７１Ａに印加される第１垂直駆動信号ＡＶｐと、駆動源１７１Ｂに印加される第２垂直駆動信号ＡＶｎとからなる。例えば、第１垂直駆動信号ＡＶｐ及び第２垂直駆動信号ＡＶｎは、共に同一の周期及び振幅を有する鋸歯状波形である。第１垂直駆動信号ＡＶｐと第２垂直駆動信号ＡＶｎとは、中間電位に対して電位が反転した関係にある。

ミラー１１０は、第１垂直駆動信号ＡＶｐと第２垂直駆動信号ＡＶｎとの電位差に応じて駆動され、垂直方向に揺動する。ミラー１１０の垂直方向への振れ角は、第１垂直駆動信号ＡＶｐ及び第２垂直駆動信号ＡＶｎの振幅に対応する。

次に、駆動状態判定部１６の構成について説明する。図４は、駆動状態判定部１６の構成を例示する図である。駆動状態判定部１６は、水平駆動状態判定部５０と、垂直駆動状態判定部６０とを有する。駆動状態判定部１６は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせのいずれの構成であってもよい。

水平駆動状態判定部５０は、水平振れ角判定部５１と、共振判定部５２とを含む。垂直駆動状態判定部６０は、変化率判定部６１と、垂直振れ角判定部６２と、不要共振成分判定部６３とを含む。

水平振れ角判定部５１は、水平傾斜センサ１９２から出力される出力信号ＳＨに基づいてミラー１１０の水平方向への振れ角θ（水平振れ角）を検出し、振れ角θが所定の範囲内であるか否かを判定する。出力信号ＳＨは、ミラー１１０の水平方向への傾斜角を表す信号である。

図５は、水平傾斜センサ１９２の出力信号ＳＨを例示する図である。図５に示すように、振れ角θは、出力信号ＳＨの最大値と最小値との差に対応する値である。水平振れ角判定部５１は、少なくとも一周期分の出力信号ＳＨに基づいて振れ角θを検出すればよい。

具体的には、水平振れ角判定部５１は、検出した振れ角θが、下限値θｍｉｎ以上、上限値θｍａｘ以内の範囲内である場合には正常と判定し、当該範囲外である場合には異常と判定する。

共振判定部５２は、ミラー駆動回路１３が光走査装置１に供給する水平駆動信号と、水平傾斜センサ１９２の出力信号ＳＨとの位相差が９０°に対応する値であるか否かを検出することにより、ミラー１１０が水平方向に共振しているか否かを判定する。

図６は、第１水平駆動信号ＡＨｐと水平傾斜センサ１９２の出力信号ＳＨとを例示する図である。共振判定部５２は、例えば、第１水平駆動信号ＡＨｐと水平傾斜センサ１９２の出力信号ＳＨとの時間差δを求め、この時間差δが９０°の位相差に対応する値（周波数をｆｈとした場合には、１／（４ｆｈ））である場合には、ミラー１１０が水平方向に共振駆動された状態（正常）であると判定する。

変化率判定部６１は、垂直傾斜センサ１９６から出力される出力信号ＳＶに基づいて出力信号ＳＶの変化率Ｒを検出し、変化率Ｒが所定の範囲内であるか否かを判定する。出力信号ＳＶは、ミラー１１０の垂直方向への傾斜角を表す信号である。

図７は、垂直傾斜センサ１９６の出力信号ＳＶを例示する図である。変化率Ｒは、微小時間Δｔにおける出力信号ＳＶの変化量ΔＶ、すなわち微分値（ΔＶ／Δｔ）である。

変化率判定部６１は、微小時間Δｔごとに変化率を求め、変化率Ｒが所定の範囲内である場合には正常と判定し、当該範囲外である場合には異常と判定する。なお、変化率判定部６１は、少なくとも垂直走査期間内において変化率Ｒを求めて判定を行う。垂直走査期間内と垂直走査期間外とで垂直駆動信号の傾きが異なるので、変化率判定部６１は、垂直走査期間外においても変化率Ｒの算出及び判定を行う場合には、判定基準である所定の範囲を変更する。

垂直振れ角判定部６２は、垂直傾斜センサ１９６の出力信号ＳＶに基づいてミラー１１０の垂直方向への振れ角ψ（垂直振れ角）を検出し、振れ角ψが所定の範囲内であるか否かを判定する。

図８は、垂直傾斜センサ１９６の出力信号ＳＶを例示する図である。図８に示すように、振れ角ψは、出力信号ＳＶの最大値と最小値との差に対応する値である。垂直振れ角判定部６２は、少なくとも一周期分の出力信号ＳＶに基づいて振れ角ψを検出すればよい。

具体的には、垂直振れ角判定部６２は、検出した振れ角ψが、下限値ψｍｉｎ以上、上限値ψｍａｘ以内の範囲内である場合には正常と判定し、当該範囲外である場合には異常と判定する。

不要共振成分判定部６３は、ミラー１１０の垂直方向への動作波形に重畳される不要共振成分を検出し、この不要共振成分が所定値以下であるか否かを判定する。不要共振成分とは、ミラー１１０が垂直揺動軸周りに共振する成分であり、いわゆるリンギングである。リンギングが発生すると、光走査装置１を用いて画像表示を行った場合、横縞が発生して画質が劣化する。

図９は、第１垂直駆動信号ＡＶｐと、不要共振成分が重畳された場合における垂直傾斜センサ１９６の出力信号ＳＶを例示する図である。

図１０は、不要共振成分判定部６３の具体的な構成を例示する図である。不要共振成分判定部６３は、フィルタ７０と、正弦波信号生成部７１と、余弦波信号生成部７２と、乗算器７３，７４と、アキュムレータ７５，７６と、判定部７７とを有する。

フィルタ７０は、垂直傾斜センサ１９６の出力信号ＳＶをフィルタ処理することによって、不要共振成分を有する検出信号Ｓを出力する。例えば、フィルタ７０は、不要共振成分以外の成分が抑制されるように、垂直傾斜センサ１９６の出力信号ＳＶを低域通過フィルタ又は帯域除去フィルタでフィルタ処理する。

正弦波信号生成部７１は、不要共振成分の周波数と同一又は近傍の周波数を有する周期信号の一つである正弦波信号（ｓｉｎ波）を生成する。余弦波信号生成部７２は、不要共振成分の周波数と同一又は近傍の周波数を有する周期信号の一つである余弦波信号（ｃｏｓ波）を生成する。

乗算器７３は、正弦波信号と検出信号Ｓとの積を算出して出力する。乗算器７４は、余弦波信号と検出信号Ｓとの積を算出して出力する。

アキュムレータ７５は、乗算器７３から出力される積を積算し、その積算値を第１の相関値として出力する。アキュムレータ７６は、乗算器７４から出力される積を積算し、その積算値を第２の相関値として出力する。アキュムレータ７５，７６により計算される各積算値は、鋸歯形状の垂直駆動信号の一駆動周期Ｔ毎にリセットされる。

判定部７７は、第１の相関値と第２の相関値とが共に所定の閾値以下である場合には、不要共振成分が所定値以下（正常）であると判定し、第１の相関値と第２の相関値とのうち少なくとも一方が閾値を超える場合には、不要共振成分が所定値より大きい（異常）と判定する。

図１１（Ａ）は、不要共振成分が重畳された垂直動作波形の一駆動周期Ｔ毎の変化を例示する図である。図１１（Ｂ）は、第１及び第２の相関値の一駆動周期Ｔ毎の変化を例示する図である。このように、アキュムレータ７５，７６により算出される第１及び第２の相関値は、不要共振成分の減少に伴って減少する。

次に、システムコントローラ１１による光源部２０のレーザ出力制御について説明する。システムコントローラ１１は、レーザ出力制御部として機能する。

図１２は、駆動状態判定部１６の判定結果に基づくレーザ出力制御を説明するフローチャートである。ステップＳ１０において、システムコントローラ１１は、図示しない操作部により電源オンや動作開始指示がなされたかを判定し、当該指示がなされたと判定すると（ＹＥＳ判定）、処理をステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１において、システムコントローラ１１は、ミラー駆動回路１３を介して、光走査部４０に水平駆動信号及び垂直駆動信号を供給することにより、ミラー１１０の水平駆動及び垂直駆動を開始させる。ステップＳ１２において、システムコントローラ１１は、駆動状態判定部１６の判定結果に基づき、ミラー１１０の動作が安定状態であるか否かを判定する。具体的には、システムコントローラ１１は、水平振れ角判定部５１、共振判定部５２、変化率判定部６１、垂直振れ角判定部６２、及び不要共振成分判定部６３による判定結果がすべて正常である場合に、ミラー１１０の動作が安定状態であると判定する（ステップＳ１２：ＹＥＳ）。一方、システムコントローラ１１は、水平振れ角判定部５１、共振判定部５２、変化率判定部６１、垂直振れ角判定部６２、及び不要共振成分判定部６３による判定結果のうち少なくとも１つが正常でない場合には、ミラー１１０の動作が安定状態でないと判定する（ステップＳ１２：ＮＯ）。

システムコントローラ１１は、ミラー１１０の動作が安定するまでの間判定を繰り返し、動作が安定すると、処理をステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、システムコントローラ１１は、ミラー１１０の垂直走査方向に関する初期位置（垂直初期位置）に達したか否かを判定する。システムコントローラ１１は、垂直初期位置の判定を繰り返し、垂直初期位置に達した場合に（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１４に移行する。なお、ステップＳ１３の垂直初期位置の判定は、必須ではなく省略してもよい。

ステップＳ１４において、システムコントローラ１１は、レーザ駆動回路１４を介して、光源部２０にレーザ駆動信号を供給することにより、レーザ光の出力を開始させる。システムコントローラ１１は、レーザ光の出力開始後においてもミラー１１０の動作が安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５における判定方法は、ステップＳ１２と同様である。

システムコントローラ１１は、水平振れ角判定部５１、共振判定部５２、変化率判定部６１、垂直振れ角判定部６２、及び不要共振成分判定部６３による判定結果がすべて正常（動作が安定状態）であると判定した場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６において、システムコントローラ１１は、図示しない操作部により電源オフや動作終了指示がなされたかを判定し、当該指示がなされていないと判定した場合には（ＮＯ判定）、処理をステップＳ１５に戻す。一方、システムコントローラ１１は、電源オフや動作終了指示がなされたと判定した場合には（ＹＥＳ判定）、処理をステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１５において、システムコントローラ１１は、水平振れ角判定部５１、共振判定部５２、変化率判定部６１、垂直振れ角判定部６２、及び不要共振成分判定部６３による判定結果のうち少なくとも１つが正常でない（動作が安定状態でない）と判定した場合には、ミラー１１０の動作が安定状態でないと判定した場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、処理をステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１７において、システムコントローラ１１は、レーザ駆動回路１４を介して、光源部２０によるレーザ光の出力を停止させる。

以上のように、本実施形態に係る光走査装置１によれば、ミラー１１０の動作が安定していない状態でレーザ光の出力が行われることが防止される。例えば、不具合等によりミラー１１０が動作していない場合や振れ角が小さい場合にレーザ光の出力が行われると、光走査装置１によりレーザ光が狭い範囲に集中して照射されるスポット照射の危険性があるが、光走査装置１によればミラー１１０の動作が安定した状態でレーザ光が出力されるので、上記のような危険性は回避される。

また、光走査装置１によれば、レーザ光の出力開始後においてもミラー１１０の動作が安定状態であるか否かを判定し、動作が安定状態でない場合にはレーザ光の出力を停止させるので、レーザ光の出力開始後における上記危険性も回避することが可能である。

また、光走査装置１によれば、ミラー１１０の垂直方向への非共振駆動について、垂直動作波形の変化率Ｒを１つの条件として動作状態を判定している。垂直方向への振れ角ψを求めるには、一駆動周期Ｔ（例えば、駆動周波数が６０Ｈｚである場合は１６．６７ｍｓ）分の波形データが必要であり、振れ角ψの算出には時間が要されるが、変化率Ｒは短時間で求めることができる。このため、ミラー１１０の動作状態の判定に、垂直動作波形の変化率Ｒを含めることで、不具合によりミラー１１０が停止している場合等において、不具合を短時間で検知してレーザ出力を停止させることができ、安全性をより高めることができる。

また、光走査装置では、ミラーの動作が安定状態である場合の駆動周波数と、起動時の駆動周波数の初期値にかい離がある場合、過渡的に最適な駆動周波数をサーチする動作が行われる。この間は駆動周波数が変動するため、水平方向へのミラーの振れ角が変動してしまう。また、このとき、動作が安定するまでの間は、水平方向と垂直方向の振れ角の比（アスペクト比）が仕様の範囲外になる可能性がある。また、水平駆動周波数が変わると、水平位相ずれの特性も変わり、ミラーの動作が安定するまでは、光走査装置から、位相ずれによりボケが生じた低品質の画像が出力される可能性がある。また、垂直方向の不要共振が抑圧されるまでは、画像は粗密（リンギング）が生じた低品質の画像を出力してしまう。本実施形態に係る光走査装置１では、ミラー１１０の動作状態が安定するまではレーザ光の出力を行わないので、低品質の画像を出力することを防止することができる。

なお、上記実施形態では、水平駆動状態判定部５０には、水平振れ角判定部５１及び共振判定部５２が含まれ、垂直駆動状態判定部６０には、変化率判定部６１、垂直振れ角判定部６２、及び不要共振成分判定部６３が含まれているが、少なくとも水平駆動状態判定部５０に水平振れ角判定部５１が含まれ、垂直駆動状態判定部６０に変化率判定部６１が含まれていればよい。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１ 光走査装置、１０ 光走査制御部、１１ システムコントローラ、１３ ミラー駆動回路、１４ レーザ駆動回路、１６ 駆動状態判定部、２０ 光源部、２１ ＬＤモジュール、４０ 光走査部、５０ 水平駆動状態判定部、５１ 水平振れ角判定部、５２ 共振判定部、６０ 垂直駆動状態判定部、６１ 変化率判定部、６２ 垂直振れ角判定部、６３ 不要共振成分判定部、１１０ ミラー、１２０ ミラー支持部、１８０ 固定枠、１９０Ａ，１９０Ｂ 端子群、１９２ 水平傾斜センサ、１９６ 垂直傾斜センサ

Claims (7)

1. レーザ光を出力する光源部と、
   前記光源部から出力されたレーザ光を反射するミラーと、
   前記ミラーを水平方向に共振駆動し、垂直方向に非共振駆動するミラー駆動部と、
   前記ミラーの水平方向への傾斜角に応じた信号を出力する水平傾斜センサと、
   前記ミラーの垂直方向への傾斜角に応じた信号を出力する垂直傾斜センサと、
   前記水平傾斜センサの出力信号に基づいて前記ミラーの水平方向への振れ角である水平振れ角を求め、前記水平振れ角が所定の範囲内であるか否かを判定する水平振れ角判定部と、
   前記垂直傾斜センサの出力信号の変化率を求め、前記変化率が所定の範囲内であるか否かを判定する変化率判定部と、
   前記水平振れ角判定部及び前記変化率判定部の判定結果に基づいて、前記光源部によるレーザ光の出力を制御するレーザ出力制御部と、
   を有する光走査装置。
2. 前記レーザ出力制御部は、前記水平振れ角判定部により前記水平振れ角が所定の範囲内であると判定され、かつ前記変化率判定部により前記変化率が所定の範囲内であると判定された場合に、前記光源部によるレーザ光の出力を開始させる請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記レーザ出力制御部は、前記光源部によりレーザ光の出力されている場合に、少なくとも前記変化率判定部により前記変化率が所定の範囲内でないと判定されたことに応じて、前記光源部によるレーザ光の出力を停止させる請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記水平傾斜センサの出力信号に基づいて前記ミラーが水平方向に共振しているか否かを判定する共振判定部と、
   前記垂直傾斜センサの出力信号に基づいて前記ミラーの垂直方向への振れ角である垂直振れ角を求め、前記垂直振れ角が所定の範囲内であるか否かを判定する垂直振れ角判定部と、
   前記垂直傾斜センサの出力信号に基づいて不要共振成分を検出し、検出した不要共振成分が所定値以下であるか否かを判定する不要共振成分判定部と、
   をさらに有し、
   前記レーザ出力制御部は、前記水平振れ角判定部、前記変化率判定部、前記共振判定部、前記垂直振れ角判定部、及び前記不要共振成分判定部の判定結果に基づいて、前記光源部によるレーザ光の出力を制御する請求項１に記載の光走査装置。
5. レーザ光を出力する光源部と、
   前記光源部から出力されたレーザ光を反射するミラーと、
   前記ミラーを水平方向に共振駆動し、垂直方向に非共振駆動するミラー駆動部と、
   前記ミラーの水平方向への傾斜角に応じた信号を出力する水平傾斜センサと、
   前記ミラーの垂直方向への傾斜角に応じた信号を出力する垂直傾斜センサと、
   を有する光走査装置の制御方法であって、
   前記水平傾斜センサの出力信号に基づいて前記ミラーの水平方向への振れ角である水平振れ角を求め、前記水平振れ角が所定の範囲内であるか否かを判定する水平振れ角判定処理と、前記垂直傾斜センサの出力信号の変化率を求め、前記変化率が所定の範囲内であるか否かを判定する変化率判定処理とを行い、
   前記水平振れ角判定処理及び前記変化率判定処理の判定結果に基づいて、前記光源部によるレーザ光の出力を制御する光走査装置の制御方法。
6. 前記水平振れ角判定処理により前記水平振れ角が所定の範囲内であると判定され、かつ前記変化率判定処理により前記変化率が所定の範囲内であると判定された場合に、前記光源部によるレーザ光の出力を開始させる請求項５に記載の光走査装置の制御方法。
7. 前記光源部によりレーザ光の出力されている場合に、少なくとも前記変化率判定処理により前記変化率が所定の範囲内でないと判定されたことに応じて、前記光源部によるレーザ光の出力を停止させる請求項５又は６に記載の光走査装置の制御方法。