JP2021033011A - 光走査装置、光走査方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】主走査方向の走査において常に適切な発光タイミングを維持できるようにする。【解決手段】光走査装置において、光源は光ビームを出力し、走査部は光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する。検出部は、走査部による光ビームの第１方向および第２方向に沿った射出方向を検出し、タイミング補正部は、光ビームの第２方向に沿った射出方向に応じて、第１方向に沿った走査における光ビームの出力期間の開始タイミングを補正する。【選択図】図６

Description

本発明は、光源からの光を走査する装置に関する。

レーザ光を走査することにより画像を表示する装置が知られている。レーザスキャン型投影装置では、変調されたレーザ光を走査ミラーで水平および垂直方向に走査することで、所望の画像を投射面に投影する。この種の装置では、機械特性が温度依存性を有する走査ミラーの影響を補償するため、走査ミラーの回動によって生じる歪を検出する歪センサを走査ミラーに設け、走査ミラーの回転位置を示す信号である歪センサからの出力信号を使用して、走査ミラーの駆動を一定に保つための制御、およびレーザ光の発光タイミングの制御が行われる。

例えば、特許文献１には、走査ミラーの機械特性の温度依存性に加えて、ミラー回転角信号の伝達特性の温度依存性の温度補償を行うレーザ投射表示装置が開示されている。特許文献１の装置は、レーザ光源から射出されたレーザ光を反射して２次元状に走査する走査ミラーと、走査ミラーの回転角を検出するセンサとを有し、センサから出力されたセンサ信号に基づき走査ミラーの駆動を制御する。その際、温度補償部は、走査ミラーの近傍に配置した温度計で測定した温度により、センサ信号を伝送する信号伝送路の伝達特性の温度依存性を補償する。

特開２０１８−１０１０４０号公報

一般的に走査ミラーとしてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを使用する場合、ＭＥＭＳミラーは、主走査方向にはＭＥＭＳミラーの共振周波数により駆動され（これを「共振駆動」と呼ぶ。）、副走査方向には共振周波数よりも低い周波数で駆動される（これを「リニア駆動」と呼ぶ。）。共振駆動の場合、少ない電力での駆動が可能となり、リニア駆動の場合、比較的大きな電力を必要とする。

例えば、電磁式のＭＥＭＳミラーでは、リニア駆動によりミラーの振り角を大きくする際に比較的大きな電流をコイルに流す必要があるため、瞬間的にコイルが発熱する。コイルの発熱は走査範囲の上端部および下端部で最も大きくなり、ＭＥＭＳミラーおよびミラーの回転角を検出するセンサがこの発熱の影響を受けることになる。この場合、特許文献１のように温度計でＭＥＭＳミラーの温度を検出しようとしても、このような瞬間的な温度変化を検出することは困難である。そのため、副走査方向の走査位置に応じて適切な補正を行うことができず、ＭＥＭＳミラーの主走査方向の駆動を一定に保つことができない。その結果、副走査方向の走査位置によっては、主走査方向の走査においてレーザ光の発光タイミングが所望の位置からずれてしまう。

本発明の解決しようとする課題としては、上記のものが一例として挙げられる。本発明は、主走査方向の走査において常に適切な発光タイミングを維持できるようにすることを目的とする。

請求項１に記載の発明は、光走査装置であって、光ビームを出力する光源と、前記光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する走査部と、前記走査部による前記光ビームの前記第１方向および前記第２方向に沿った射出方向を検出する検出部と、前記光ビームの前記第２方向に沿った射出方向に応じて、前記第１方向に沿った走査における前記光ビームの出力期間の開始タイミングを補正するタイミング補正部と、を備える。

請求項５に記載の発明は、光ビームを出力する光源と、前記光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する走査部と、を備える光走査装置により実行される光走査方法であって、前記光ビームの前記第１方向および前記第２方向に沿った射出方向を検出する検出工程と、前記光ビームの前記第２方向に沿った射出方向に応じて、前記第１方向に沿った走査における前記光ビームの出力期間の開始タイミングを補正するタイミング補正工程と、を備える。

請求項６に記載の発明は、光ビームを出力する光源と、前記光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する走査部と、コンピュータと、を備える光走査装置により実行されるプログラムであって、前記光ビームの前記第１方向および前記第２方向に沿った射出方向を検出する検出工程と、前記光ビームの前記第２方向に沿った射出方向に応じて、前記第１方向に沿った走査における前記光ビームの出力期間の開始タイミングを補正するタイミング補正工程と、を前記コンピュータに実行させる。

実施例の投影装置を適用したヘッドアップディスプレイの一例を示す。 投影装置の内部構成を示すブロック図である。 ＭＥＭＳミラーの構成を示す図である。 複数の縦線を表示した場合の表示例を示す。 複数の縦線を表示した場合の表示例を示す。 映像処理部の内部構成を示すブロック図である。 ＭＥＭＳミラーの副走査方向への駆動波形の例を示す。 実施例による位相補正処理のフローチャートである。

本発明の１つの好適な実施形態では、光走査装置は、光ビームを出力する光源と、前記光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する走査部と、前記走査部による前記光ビームの前記第１方向および前記第２方向に沿った射出方向を検出する検出部と、前記光ビームの前記第２方向に沿った射出方向に応じて、前記第１方向に沿った走査における前記光ビームの出力期間の開始タイミングを補正するタイミング補正部と、を備える。

上記の光走査装置は、光源が光ビームを出力し、走査部は光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する。検出部は、走査部による光ビームの第１方向および第２方向に沿った射出方向を検出し、タイミング補正部は、光ビームの第２方向に沿った射出方向に応じて、第１方向に沿った走査における光ビームの出力期間の開始タイミングを補正する。これにより、第２方向における光ビームの射出方向に応じて、適切なタイミングで第１方向に沿って光ビームの射出が開始される。

上記の光走査装置の一態様では、前記タイミング補正部は、前記第１方向において前記光ビームを走査する向き、前記第２方向における前記光ビームの走査の最大振幅、および、前記光ビームの前記第２方向における走査の振幅に基づいて算出した補正値を用いて前記開始タイミングを補正する。これにより、第１方向において光ビームを走査する向きに応じた適切なタイミングで、第１方向における光ビームの射出が開始される。

上記の光走査装置の他の一態様では、前記第１方向は、前記光ビームが前記走査部の共振周波数で駆動される方向である。この態様では、光ビームは第１方向に沿って、走査部の共振周波数で効率的に走査される。

上記の光走査装置の他の一態様では、前記走査部は、反射面で前記光ビームを反射し、前記光ビームを前記第１方向および前記第２方向に走査する走査ミラーと、前記走査ミラーの前記反射面を前記第１方向および前記第２方向に回動させる駆動部と、を備える。この態様では、反射面を有する走査ミラーにより光ビームが走査される。

本発明の他の好適な実施形態は、光ビームを出力する光源と、前記光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する走査部と、を備える光走査装置により実行される光走査方法であって、前記光ビームの前記第１方向および前記第２方向に沿った射出方向を検出する検出工程と、前記光ビームの前記第２方向に沿った射出方向に応じて、前記第１方向に沿った走査における前記光ビームの出力期間の開始タイミングを補正するタイミング補正工程と、を備える。この方法によっても、これにより、第２方向における光ビームの射出方向に応じて、適切なタイミングで第１方向に沿って光ビームの射出が開始される。

本発明の他の好適な実施形態は、光ビームを出力する光源と、前記光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する走査部と、コンピュータと、を備える光走査装置により実行されるプログラムであって、前記光ビームの前記第１方向および前記第２方向に沿った射出方向を検出する検出工程と、前記光ビームの前記第２方向に沿った射出方向に応じて、前記第１方向に沿った走査における前記光ビームの出力期間の開始タイミングを補正するタイミング補正工程と、を前記コンピュータに実行させる。このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記の光走査装置を実現することができる。このプログラムは、記憶媒体に記憶して取り扱うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
［装置構成］
（ヘッドアップディスプレイ）
まず、本発明の光走査装置の実施例である投影装置を適用したヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」と呼ぶ。）の一例を説明する。図１は、ＨＵＤ４０の概略構成を示す。図１に示すように、ＨＵＤ４０は、光源ユニット４１を備える。ＨＵＤ４０は、フロントウィンドウ４６、天井部４７、ボンネット４８、ダッシュボード４９などを備える車両に取り付けられる。

光源ユニット４１は、支持部材４３ａ、４３ｂを介して車室内の天井部４７に設置され、運転を補助する情報を示す画像を構成する光を、コンバイナ４４に向けて射出する。具体的には、光源ユニット４１は、内部の投影装置４２により光源ユニット４１内に表示像の元画像（実像）を生成し、その画像を構成する光をコンバイナ４４へ射出することで、コンバイナ４４を介して運転者に虚像Ｉｖを視認させる。

コンバイナ４４は、光源ユニット４１から射出される表示像が投影されると共に、表示像を運転者のアイポイントＰｅへ反射することで当該表示像を虚像Ｉｖとして表示させる。コンバイナ４４は、天井部４７に設置された支持軸部４５を有し、支持軸部４５を支軸として回動する。支持軸部４５は、例えば、フロントウィンドウ４６の上端近傍の天井部４７、言い換えると運転者用の図示しないサンバイザが設置される位置の近傍に設置される。なお、支持軸部４５は、上述のサンバイザに代えて設置されてもよい。

（投影装置）
次に、投影装置４２について説明する。図２は、投影装置４２の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、投影装置４２は、画像信号入力部２と、映像処理部３と、フレームメモリ４と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｅｏｒｙ）６と、レーザドライバ７と、ＭＥＭＳドライバ８と、ＭＥＭＳミラー９５を有するレーザ光源部９と、マイクロレンズアレイ１３と、フィールドレンズ１４と、タイミングコントローラ２１と、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）２２と、を備える。投影装置４２は、ＨＵＤ４０に用いられ、コンバイナ４４に表示像を構成する光を射出する。

画像信号入力部２は、外部から入力される画像信号Ｓｉを受信して映像処理部３に出力する。映像処理部３は、画像信号入力部２から入力された画像データをフレームメモリ４に書き込み、ＭＥＭＳミラー９５の駆動タイミングに応じて随時読み出し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色ごとに画像データの各ピクセルの輝度に対応する制御信号を順次レーザドライバ７に送信する。

タイミングコントローラ２１は、映像処理部３のフレームメモリ４からの画像データの読み出しタイミングを制御する。また、タイミングコントローラ２１は、ＭＥＭＳミラー９５から出力される走査位置情報Ｓｃに基づいてＭＥＭＳドライバ８の動作タイミングも制御する。

ＲＯＭ５は、映像処理部３が動作するための制御プログラムやデータなどを記憶している。ＲＡＭ６には、映像処理部３が動作する際のワークメモリとして、各種データが逐次読み書きされる。

レーザドライバ７は、後述するレーザ光源部９に設けられるレーザ素子を駆動する信号を生成する。レーザドライバ７は、赤色レーザ駆動回路７１と、青色レーザ駆動回路７２と、緑色レーザ駆動回路７３と、を備える。

赤色レーザ駆動回路７１は、映像処理部３が出力する制御信号に基づき、赤色レーザ素子ＬＤ１を駆動する。青色レーザ駆動回路７２は、映像処理部３が出力する制御信号に基づき、青色レーザ素子ＬＤ２を駆動する。緑色レーザ駆動回路７３は、映像処理部３が出力する信号に基づき、緑色レーザ素子ＬＤ３を駆動する。

ＭＥＭＳドライバ８は、タイミングコントローラ２１が出力する信号に基づきＭＥＭＳミラー９５を制御する。ＭＥＭＳドライバ８は、サーボ回路と、ドライバ回路と、を備える。サーボ回路は、タイミングコントローラ２１からの信号に基づき、ＭＥＭＳミラー９５の動作を制御する。ドライバ回路は、サーボ回路が出力するＭＥＭＳミラー９５の制御信号を所定レベルに増幅して出力する。

レーザ光源部９は、レーザドライバ７から出力される駆動信号に基づいて、レーザ光を出力する。具体的に、レーザ光源部９は、赤色レーザ素子ＬＤ１と、青色レーザ素子ＬＤ２と、緑色レーザ素子ＬＤ３と、コリメータレンズ９１ａ〜９１ｃと、反射ミラー９２ａ〜９２ｃと、受光部２４と、を備える。レーザ光源部９は本発明の光源の一例である。

赤色レーザ素子ＬＤ１は赤色のレーザ光（「赤色レーザ光Ｌｒ」とも呼ぶ。）を出力し、青色レーザ素子ＬＤ２は青色のレーザ光（「青色レーザ光Ｌｂ」とも呼ぶ。）を出力し、緑色レーザ素子ＬＤ３は緑色のレーザ光（「緑色レーザ光Ｌｇ」とも呼ぶ。）を出力する。コリメータレンズ９１ａ〜９１ｃは、それぞれ、赤色、青色および緑色のレーザ光Ｌｒ、Ｌｂ、Ｌｇを平行光にして、反射ミラー９２ａ〜９２ｃに射出する。反射ミラー９２ｂは、青色レーザ光Ｌｂを反射する。反射ミラー９２ｃは、青色レーザ光Ｌｂを透過させ、緑色レーザ光Ｌｇを反射する。反射ミラー９２ａは、赤色レーザ光Ｌｒの一部を反射し、残りの部分を透過させる。また、反射ミラー９２ａは、青色および緑色のレーザ光Ｌｂ、Ｌｇの一部を透過し、残りの部分を反射する。こうして反射ミラー９２ａを透過した赤色レーザ光Ｌｒおよび反射ミラー９２ａで反射された青色および緑色のレーザ光Ｌｂ、Ｌｇは、ＭＥＭＳミラー９５に入射する。また、赤色レーザ光Ｌｒ、青色レーザ光Ｌｂおよび緑色レーザ光Ｌｂの一部は、受光部２４に照射される。

レーザ光源部９からレーザ光が射出される位置には、マイクロレンズアレイ１３と、フィールドレンズ１４とが設けられている。ＭＥＭＳミラー９５は、反射ミラー９２ａから入射したレーザ光をＥＰＥ（Ｅｘｉｔ Ｐｕｐｉｌ Ｅｘｐａｎｄｅｒ）の一例であるマイクロレンズアレイ１３に向けて反射する。ＭＥＭＳミラー９５は、基本的には、画像信号入力部２に入力された画像（以下、「入力画像」と呼ぶ。）を表示するために、ＭＥＭＳドライバ８の制御によりマイクロレンズアレイ１３上を走査するように動作し、その際の走査位置情報（例えばミラーの角度などの情報）を走査位置情報Ｓｃとしてタイミングコントローラ２１へ出力する。ＭＥＭＳミラー９５は本発明の走査部の一例である。

マイクロレンズアレイ１３には、複数のマイクロレンズが配列されており、ＭＥＭＳミラー９５で反射されたレーザ光が入射する。フィールドレンズ１４は、マイクロレンズアレイ１３の放射面に形成された画像を拡大し、図示しない投影面に投影する。例えば、投影装置４２がヘッドアップディスプレイの光源として用いられる場合、フィールドレンズ１４はコンバイナ等に表示像を構成する光を射出する。

受光部２４は、フォトディテクタにより構成され、赤色レーザ光Ｌｒ、青色レーザ光Ｌｂおよび緑色レーザ光Ｌｂの合成光を受光して、その合成光の強度に対応する電圧を示す信号ＳｄをＭＣＵ２２に出力する。ＭＣＵ２２は、受光部２４から出力される電圧値に基づいて、レーザドライバ７による各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ３の発光および停止を制御する。

（ＭＥＭＳミラー）
次に、ＭＥＭＳミラー９５の構成について説明する。図３は、ＭＥＭＳミラー９５の上面図である。図３に示すように、ＭＥＭＳミラー９５は、主に、固定枠３１と、フレーム部３２と、ミラー部３３と、磁石３４Ａ〜３４Ｄと、Ｘ軸トーションバー３５Ａ、３５Ｂと、Ｙ軸トーションバー３６Ａ、３６Ｂと、ピエゾセンサ３７Ｖ、３７Ｈとを有する。

固定枠３１は、フレーム部３２を支持するための構造体であり、金属材料またはシリコンなどの半導体材料によって形成される。固定枠３１は、内部に空隙を備える枠形状を有している。フレーム部３２は、内部に空隙を備える枠形状を有している。フレーム部３２は、Ｘ軸トーションバー３５Ａ、３５Ｂを介し固定枠３１に接続されており、固定枠３１に対してＸ軸トーションバー３５Ａ、３５Ｂを回転軸として揺動（回動）自在となっている。

固定枠３１からＸ軸トーションバー３５Ａ、３５Ｂを経由して延びる配線パターンは、フレーム部３２の枠形状に沿って、フレーム部３２の表面上にコイル３８を形成している。ミラー部３３は、入射してくる光を反射する反射膜が表面に形成された円盤形状の部材であり、Ｙ軸トーションバー３６Ａ、３６Ｂを介してフレーム部３２に接続されている。そして、ミラー部３３は、フレーム部３２に対してＹ軸トーションバー３６Ａ、３６Ｂを回転軸として揺動自在となっている。磁石３４Ａ〜３４Ｄは、フレーム部３２の周辺に配置され、フレーム部３２に形成されるコイル３８が存在する領域に、水平方向（以下、「Ｈ方向」または「主走査方向」という。）および垂直方向（以下、「Ｖ方向」または「副走査方向」ともいう。）の磁界を発生させる。

Ｘ軸トーションバー３５Ｂ付近には、歪センサであるピエゾセンサ３７Ｖが設けられ、Ｙ軸トーションバー３６Ｂ付近には、歪センサであるピエゾセンサ３７Ｈが設けられている。ピエゾセンサ３７Ｖは、ミラー部３３のＶ方向の位置を検出するＶ方向センサであり、Ｘ軸トーションバー３５Ｂのねじれ量とねじれ方向に対応する電圧を出力する。ピエゾセンサ３７Ｈは、ミラー部３３のＨ方向の位置を検出するＨ方向センサであり、Ｙ軸トーションバー３６Ｂのねじれ量とねじれ方向に対応する電圧を出力する。ピエゾセンサ３７Ｈ、３７Ｖは本発明の検出部の一例である。

上記のように、ＭＥＭＳミラー９５では、ミラー部３３がＸ軸トーションバー３５Ａ、３５ＢおよびＹ軸トーションバー３６Ａ、３６Ｂにより回転可能に固定枠３１に接続されている。ミラー部３３は、ＭＥＭＳドライバ８から入力された駆動信号がコイル３８内を流れることで生じる電磁気力の作用により回動する。ＭＥＭＳミラー９５は、Ｈ方向にはＭＥＭＳミラー９５の共振周波数により駆動され、Ｖ方向には共振周波数よりも低い周波数で駆動される。駆動信号が入力されない場合、ミラー部３３はＸ軸トーションバー３５およびＹ軸トーションバー３６が平衡状態となる位置、即ちニュートラル位置で静止する。ピエゾセンサ３７Ｖ、３７Ｈの出力に基づいて、ＭＥＭＳミラー９５の回転変位が算出され、レーザ光の走査位置を示す走査位置情報Ｓｃとしてタイミングコントローラ２１へ出力される。

［表示タイミングの補正］
（位相ずれ）
ＭＥＭＳミラー９５を使用する場合、ＭＥＭＳミラー９５の回転する向きによって、ピエゾセンサ３７Ｈの応答の遅れまたは進み、センサ信号検知回路の応答の遅れまたは進みなどが発生する。即ち、光ビームをＨ方向における右方向への走査するときと左方向へ走査するときで、入力画像を描画する光ビームを射出するタイミングにずれが生じる。この現象を「位相ずれ」と呼ぶ。このため、表示画像において、細い１本の縦線が２重の縦線に見えてしまうことが起きる。例えば、図４（Ａ）に示すような複数の縦線を表示した場合、図４（Ｂ）に示すように各縦線が２重線に見えてしまう。この問題を解決するため、投影装置４２は、ＭＥＭＳミラー９５の左右方向への駆動時における画像の表示タイミングを変更し、１本の縦線に見えるように位相調整を行う。

しかし、上記のような２軸のＭＥＭＳミラー９５において、瞬間的にレーザ光をＶ方向に大きく走査する場合、コイル３８には瞬間的に大きな駆動電流が流れ、コイル３８は瞬間的に発熱する。ＭＥＭＳミラー９５の温度変化により、ピエゾセンサ３７Ｈ、３７Ｖの応答特性の変化および直線性の変動、ピエゾセンサ３７Ｈの水平方向出力信号への垂直駆動信号のクロストーク、駆動磁界の変化などが生じる。このため、レーザ光をＶ方向に大きく走査するときには、Ｖ方向にＭＥＭＳミラー９５を駆動していないとき（即ち駆動電流がゼロのとき）と比較して、ピエゾセンサ３７Ｈの出力信号の波形が変化してしまい、ＭＥＭＳミラー９５のＨ方向の走査位置の検出誤差が大きくなる。

誤差を含んだＨ方向走査位置に同期して、入力画像を表示するレーザ光（以下、「画像光」と呼ぶ。）を射出させた場合、表示しようとする画像の画素の位置と、ＭＥＭＳミラー９５により走査されて実際にその画素が描画される位置との関係にも誤差を生じる。このため、描画された画像にはＨ方向への位置ずれが生じ、その位置ずれ量は、ＭＥＭＳミラー９５のＶ方向の走査位置に依存し、かつ、Ｈ方向のラインごとに異なる。さらに、Ｈ方向に画像光を往復走査する場合、Ｈ方向における往路走査（右方向走査）時と復路走査（左方向走査）時で、画像の位置ずれ方向は一致せず、Ｈ方向の隣接するラインにおいて相反する方向に位置ずれすることもある。このため、図４（Ｃ）に例示するように、１本の縦線が湾曲した２重線に見えてしまうという問題が発生する場合がある。

図５は、１本の縦線が湾曲した２重線（以下、「湾曲２重線」と呼ぶ。）に見えてしまう例を示す。なお、矢印「Ｒ」は右方向走査により描画された縦線を示し、矢印「Ｌ」は左方向走査により描画された縦線を示す。図５（Ａ）の例では、右方向走査時の位相と左方向査時の位相が、Ｖ方向の上部と下部では逆方向にずれており、かつ、Ｖ方向の中央では一致している。図５（Ｂ）の例では、右方向走査時の位相と左方向走査時の位相が、Ｖ方向の上部と下部では逆方向にずれており、かつ、Ｖ方向の上部では一致している。図５（Ｃ）の例は、右方向走査時の位相と左方向走査時の位相が、Ｖ方向の上部と下部で逆方向にずれており、かつ、Ｖ方向の下部では一致している。

図５（Ｄ）の例では、右方向走査時の位相と左方向走査時の位相が、Ｖ方向の上部と下部では同方向にずれており、かつ、Ｖ方向の中央では一致している。図５（Ｅ）の例では、右方向走査時の位相と左方向走査時の位相が、Ｖ方向の上部と下部では同方向にずれており、かつ、Ｖ方向の上部では一致している。図５（Ｆ）の例では、右方向走査時の位相と左方向走査時の位相が、Ｖ方向の上部と下部では同方向にずれており、かつ、Ｖ方向の下部では一致している。

このように、１本の縦線が湾曲２重線に見えてしまうことを防止するため、本実施例では、ＭＥＭＳミラー９５のＨ方向への駆動時に、ＭＥＭＳミラー９５のＶ方向における走査位置（走査方向）に応じて、画像光の出力開始タイミングを補正する。

（位相調整）
図６は、図２に示す映像処理部３の内部構成を示すブロック図である。映像処理部３は、ビデオ信号処理部５１と、ＬＤ制御部５２と、位相調整部５３とを備える。ビデオ信号処理部５１は、画像信号入力部２から入力された画像信号の動作タイミングに応じて、ＭＥＭＳ制御信号Ｓ１１をタイミングコントローラ２１に送るとともに、ＬＤ制御信号Ｓ１２をＬＤ制御部５２へ送る。ＬＤ制御部５２は、ビデオ信号処理部５１から供給されたＬＤ制御信号Ｓ１２に基づいて、実際に各レーザ素子ＬＤ１〜ＬＤ３を駆動するための駆動信号Ｓ１３をレーザドライバ７へ送る。

位相調整部５３は、ＭＥＭＳミラー９５による光ビームのＨ方向への走査時に、入力画像に対応する画像光の出力タイミングを補正する。基本的に、位相調整部５３は、ＭＥＭＳミラー９５のＨ方向への駆動開始タイミングを基準として、ＬＤ制御部５２がレーザドライバ７へ供給する駆動信号Ｓ１３のタイミングを制御し、画像光の出力開始タイミングを調整する。具体的には、位相調整部５３は、ＭＥＭＳミラー９５の水平右方向への駆動開始時刻Ｔ_Ｒ０から、画像光の出力を開始するまでの遅延時間Ｔ_Ｒを算出する。同様に、位相調整部５３は、ＭＥＭＳミラー９５の水平左方向への駆動開始時刻Ｔ_Ｌ０から、画像光の出力を開始するまでの遅延時間Ｔ_Ｌを算出する。ここで、位相調整部５３は、図５に例示した湾曲２重線が１本の縦線に見えるように遅延時間Ｔ_ＲおよびＴ_Ｌを決定する。

詳しくは、位相調整部５３は、タイミングコントローラ２１から信号Ｓ１４として供給されるＭＥＭＳミラー９５のＶ方向の走査位置、Ｈ方向における走査向き（水平右方向／水平左方向）およびＨ方向の走査位置を用いて、右方向走査時の位相と左方向走査時の位相ずれが打消し合うように遅延時間Ｔ_Ｒ、Ｔ_Ｌを決定し、信号Ｓ１５としてＬＤ制御部５２に供給する。ＬＤ制御部５２は、遅延時間Ｔ_Ｒに基づき、ＭＥＭＳミラー９５の水平右方向への駆動開始時刻Ｔ_Ｒ０から遅延時間Ｔ_Ｒ後にレーザドライバ７が画像光の出力を開始するように、駆動信号Ｓ１３をレーザドライバ７に出力する。同様に、ＬＤ制御部５２は、遅延時間Ｔ_Ｌに基づき、ＭＥＭＳミラー９５の水平右方向への駆動開始時刻Ｔ_Ｌ０から遅延時間Ｔ_Ｌ後にレーザドライバ７が画像光の出力を開始するように、駆動信号Ｓ１３をレーザドライバ７に出力する。これにより、レーザドライバ７は、入力画像における縦線が正しく１本の縦線に見えるように入力画像を描画することができる。位相調整部５３は本発明のタイミング補正部の一例である。

（遅延時間の算出方法）
次に、遅延時間Ｔ_ＲおよびＴ_Ｌの算出方法について説明する。図７は、ＭＥＭＳミラー９５のＶ方向の駆動波形を示す。横軸は時間ｔを示し、縦軸はＭＥＭＳミラー９５のＶ方向における振幅（変位）ｖを示す。なお、縦軸は、表示画面の中央をゼロとし、画面中央を基準としたＶ方向の最大振幅をＶ_ｍａｘとする。図７の駆動波形において、点Ｐ１、Ｐ３は光ビームの走査領域のＶ方向における上端、即ち、画像の上端に対応し、点Ｐ２は光ビームの走査領域のＶ方向における下端、即ち、画像の下端に対応する。ＭＥＭＳミラー９５は、時間Ｔ_ｖｐｐでＶ方向の上端Ｐ１から下端Ｐ２までを光ビームを走査し、次に、時間Ｔ_ｒｅｔでＶ方向の下端Ｐ２からＶ方向の上端Ｐ３に光ビームを戻す。ＭＥＭＳミラー９５は、この動作を繰り返す。

この場合、右方向走査時の遅延時間Ｔ_Ｒは以下の式で算出される。
Ｔ_Ｒ＝ｋ_Ｒ×Ｖ_ｍａｘ×ｓｉｎ（ωｔ＋θ）＋Ａ＋ｋ_Ｒ１×ｖ＋ｋ_Ｒ２×ｖ^２ （１）

式（１）の第１項は最大振幅Ｖ_ｍａｘを用いて三角関数（ｓｉｎ波）により位相ずれのタイミング補正量を算出するための項であり、「ｋ_Ｒ」はそのための重み値である。図５に例示するように、位相ずれは湾曲形状を有するため、第１項はｓｉｎ波を用いた補正量としている。ここで、「ω」は以下の式で与えられ、「θ」は画面中央に対する位置ずれ補正値である。
ω＝２π／（２×Ｔ_ｖｐｐ）＝π／Ｔ_ｖｐｐ （２）

式（１）の第２項の「Ａ」は、Ｖ方向の振幅ｖに依存しない定数の補正量である。式（１）の第３項は、Ｖ方向の振幅ｖに依存する補正量であり、具体的にはｖに比例する補正量に所定の重み値ｋ_Ｒ１を乗算した値と、ｖの２乗に比例する補正量に所定の重み値ｋ_Ｒ２を乗算した値との和である。なお、さらにｖの３乗、４乗に比例する補正量を加えてもよい。

同様に、左方向走査時の遅延時間Ｔ_Ｌは以下の式で算出される。
Ｔ_Ｌ＝ｋ_Ｌ×Ｖ_ｍａｘ×ｓｉｎ（ωｔ＋θ）＋Ｂ＋ｋ_Ｌ１×ｖ＋ｋ_Ｌ２×ｖ^２ （３）

ここで、第１項は最大振幅Ｖ_ｍａｘを用いて三角関数により位相ずれのタイミング補正量を算出するための項であり、「ｋ_Ｌ」はそのための重み値である。「ω」は、先の式（２）で与えられる。

式（３）の第２項の「Ｂ」は、Ｖ方向の振幅ｖに依存しない定数の補正量である。式（３）の第３項は、Ｖ方向の振幅ｖに依存する補正量であり、具体的にはｖに比例する補正量に所定の重み値ｋ_Ｌ１を乗算した値と、ｖの２乗に比例する補正量に所定の重み値ｋ_Ｌ２を乗算した値との和である。なお、さらにｖの３乗、４乗に比例する補正量を加えてもよい。

なお、上記のように、Ｈ方向における右方向走査時と左方向走査時で遅延時間を個別に算出しているのは、右方向走査時と左方向走査時で、位相のずれ量が異なる場合があることを考慮したためである。よって、右方向走査時と左方向走査時の位相のずれ量がほぼ同じである場合には、両走査方向について、式（１）または（３）により同一の補正量を算出すればよい。

また、上記の例では、位相調整部５３は、ＭＥＭＳミラー９５の水平右方向への駆動開始時刻を基準として画像光の水平右方向への走査を開始するタイミングを調整し、ＭＥＭＳミラー９５の水平左方向への駆動開始時刻を基準として画像光の水平左方向への走査を開始するタイミングを調整している。その代わりに、位相調整部５３は、ＭＥＭＳミラー９５の水平右方向への駆動開始時刻を基準として画像光の水平左方向への走査を開始するタイミングを調整してもよい。即ち、画像光の右方向への走査開始タイミングと左方向への走査開始タイミングの両方を、ＭＥＭＳミラー９５の右方向への駆動開始時刻を基準として調整することとしてもよい。

ここで、式（１）の中で使用される定数であるｋ_Ｒ、ｋ_Ｒ１、ｋ_Ｒ２、及びＡ、並びに式（３）の中で使用される定数であるｋ_Ｌ、ｋ_Ｌ１、ｋ_Ｌ２、及びＢと、式（１）及び式（３）の中で共通に使用される定数θの設定方法について説明する。典型的には、これらの定数は投影装置４２の製造時に設定され、ＲＯＭ５に記憶させる。具体的には、縦幅が１画素で構成された縦線が複数含まれる、例えば図４（Ａ）に示すような画像信号Ｓｉを投影装置４２の製造時に画像信号入力部２に入力し、投影装置４２により表示される画像を観察しながら、画像全体に亘って画像上の位相ずれが最小となるように、これらの定数を設定しＲＯＭ５に記憶させる。なお、これらの定数はユーザーにより設定可能に構成されてもよい。

（位相調整処理）
図８は、位相調整処理のフローチャートである。この処理は、図２に示す投影装置４２により実行される。なお、ＣＰＵなどのコンピュータが予め用意されたプログラムを実行することにより実現してもよい。

まず、ＭＥＭＳミラー９５に設けられたピエゾセンサ３７Ｖ、３７Ｈは、ＭＥＭＳミラー９５のＶ方向およびＨ方向の駆動位置を検出する（ステップＳ１）。具体的には、ピエゾセンサ３７Ｖは、ＭＥＭＳミラー９５のＶ方向における振幅ｖを検出し、ピエゾセンサ３７Ｈは、ＭＥＭＳミラー９５のＨ方向における走査向き（右方向走査／左方向走査）を検出する。

次に、映像処理部３の位相調整部５３は、ステップＳ１で検出されたＶ方向の振幅ｖおよびＨ方向の走査向きを用いて、ＲＯＭ５に予め記憶された定数を使用した前述の式（１）、（３）により、遅延時間Ｔ_ＲおよびＴ_Ｌを算出し、ＬＤ制御部５２へ供給する（ステップＳ２）。ＬＤ制御部５２は、遅延時間Ｔ_ＲおよびＴ_Ｌにより位相調整した駆動信号Ｓ１３をレーザドライバ７に供給し、レーザドライバ７からの画像光の出力タイミングを補正する（ステップＳ３）。こうして、遅延時間Ｔ_ＲおよびＴ_Ｌにより、Ｈ方向における右方向走査時と左方向走査時の位相ずれがキャンセルされ、湾曲２重線が表示されることを防止できる。

［変形例］
（変形例１）
上記の実施例では、ＭＥＭＳミラー９５のＶ方向の駆動位置を検出するためにピエゾセンサ３７Ｖを利用することとしたが、ＭＥＭＳミラー９５のＶ方向の駆動位置の検出方法はこれに限定されない。例えば、映像処理部３の位相調整部５３は、ＭＥＭＳドライバ８より出力されるＭＥＭＳミラー９５のＶ方向の駆動波形が走査領域のＶ方向における上端に戻ってからの経過時間に基づいて、ＭＥＭＳミラー９５のＶ方向の駆動位置を算出することにより検出してもよい。

（変形例２）
上記の実施例では、本発明を投影装置における画像光の走査に適用しているが、本発明の適用はこれには限られない。例えば、車両に搭載され、周辺物体を検出するレーザレーダやＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）など、２次元方向にレーザ光を走査する装置に本発明を適用してもよい。

７ レーザドライバ
８ ＭＥＭＳドライバ
９ レーザ光源部
２１ タイミングコントローラ
２２ ＭＣＵ
４０ ヘッドアップディスプレイ
４２ 投影装置
５１ ビデオ信号処理部
５２ ＬＤ制御部
５３ 位相調整部
９５ ＭＥＭＳミラー

Claims (7)

1. 光ビームを出力する光源と、
   前記光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する走査部と、
   前記走査部による前記光ビームの前記第１方向および前記第２方向に沿った射出方向を検出する検出部と、
   前記光ビームの前記第２方向に沿った射出方向に応じて、前記第１方向に沿った走査における前記光ビームの出力期間の開始タイミングを補正するタイミング補正部と、
   を備える光走査装置。
2. 前記タイミング補正部は、前記第１方向において前記光ビームを走査する向き、前記第２方向における前記光ビームの走査の最大振幅、および、前記光ビームの前記第２方向における走査の振幅に基づいて算出した補正値を用いて前記開始タイミングを補正する請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１方向は、前記光ビームが前記走査部の共振周波数で駆動される方向である請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記走査部は、
   反射面で前記光ビームを反射し、前記光ビームを前記第１方向および前記第２方向に走査する走査ミラーと、
   前記走査ミラーの前記反射面を前記第１方向および前記第２方向に回動させる駆動部と、
   を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 光ビームを出力する光源と、前記光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する走査部と、を備える光走査装置により実行される光走査方法であって、
   前記光ビームの前記第１方向および前記第２方向に沿った射出方向を検出する検出工程と、
   前記光ビームの前記第２方向に沿った射出方向に応じて、前記第１方向に沿った走査における前記光ビームの出力期間の開始タイミングを補正するタイミング補正工程と、
   を備える光走査方法。
6. 光ビームを出力する光源と、前記光ビームを、第１方向および前記第１方向と交わる第２方向に走査する走査部と、コンピュータと、を備える光走査装置により実行されるプログラムであって、
   前記光ビームの前記第１方向および前記第２方向に沿った射出方向を検出する検出工程と、
   前記光ビームの前記第２方向に沿った射出方向に応じて、前記第１方向に沿った走査における前記光ビームの出力期間の開始タイミングを補正するタイミング補正工程と、
   を前記コンピュータに実行させるプログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。