JP2021081755A - Optical scanning device, and optical scanning method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置及び光走査方法に関する。 The present invention relates to an optical scanning apparatus and an optical scanning method.
従来では、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを駆動して、レーザ光の反射方向を順次変化させることで、レーザ光を二次元走査して画像を投影させる光走査装置が知られている。 Conventionally, there is known an optical scanning device that drives a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror to sequentially change the reflection direction of a laser beam to scan the laser beam in two dimensions and project an image.
また、従来では、ＭＥＭＳミラーを水平駆動において、比較的高速な共振駆動を用いた場合に、駆動信号とＭＥＭＳミラーの変位との間に位相差が生じることが知られている。この位相差が生じた場合、投影される画像には、水平走査方向の位相差と対応したずれが生じることとなる。そこで、従来では、このような水平走査方向の位相ずれを解消することができるようにした技術が考案されている（特許文献１）。 Further, conventionally, it is known that when the MEMS mirror is driven horizontally and a relatively high-speed resonance drive is used, a phase difference occurs between the drive signal and the displacement of the MEMS mirror. When this phase difference occurs, the projected image will have a shift corresponding to the phase difference in the horizontal scanning direction. Therefore, conventionally, a technique has been devised that can eliminate such a phase shift in the horizontal scanning direction (Patent Document 1).
水平走査方向の位相ずれは、温度が一定であっても、ＭＥＭＳミラーを垂直方向に駆動させる垂直梁の反りの変化によって発生することがわかっている。この反りは可逆的なもので、ＭＥＭＳミラーの駆動が停止すると、再び初期状態に戻ってゆく。そしてこの反りによっても、水平走査方向の位相ずれが生じる。 It is known that the phase shift in the horizontal scanning direction is caused by the change in the warp of the vertical beam that drives the MEMS mirror in the vertical direction even if the temperature is constant. This warp is reversible, and when the drive of the MEMS mirror is stopped, it returns to the initial state again. And this warp also causes a phase shift in the horizontal scanning direction.
しかしながら、特許文献１に開示されている従来の技術では、垂直梁の反りの変化による位相ずれについては考慮されておらず、水平走査方向の位相のずれの補償の精度を向上させることが困難であった。 However, in the conventional technique disclosed in Patent Document 1, the phase shift due to the change in the warp of the vertical beam is not considered, and it is difficult to improve the accuracy of compensating for the phase shift in the horizontal scanning direction. there were.
開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水平走査方向の位相ずれの補償の精度を向上させることを目的としている。 The disclosed technique has been made in view of the above circumstances, and aims to improve the accuracy of compensation for phase shift in the horizontal scanning direction.
開示の技術は、第１方向と前記第１方向と直交する第２方向にミラーを揺動させる二次元走査型の光走査装置（１）であって、
温度を検出する温度検出部（５１）と、
前記ミラー（１１０）を前記第２方向に揺動させる第２の駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）の反りの状態が安定したか否かを判定する反り状態判定部（５８）と、
温度と、前記ミラー（１１０）を前記第１方向に揺動させるための駆動信号と、前記ミラーの前記第１方向の変位を示す信号との位相のずれ量と、の関係を示す関数を保持する係数記憶部（５３Ａ）と、
前記第２の駆動梁（１７０Ａ、１７０Ｂ）の反りの状態が安定したと判定された場合、前記温度検出部（５１）により検出された温度と、前記関数とから、前記位相のずれ量を算出する位相ずれ算出部（５６Ａ）と、を有する光走査装置である。
The technique disclosed is a two-dimensional scanning type optical scanning device (1) that swings a mirror in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
A temperature detection unit (51) that detects the temperature and
A warp state determination unit (58) for determining whether or not the warp state of the second drive beams (170A, 170B) for swinging the mirror (110) in the second direction is stable, and
Holds a function indicating the relationship between the temperature, the drive signal for swinging the mirror (110) in the first direction, and the amount of phase shift between the signal indicating the displacement of the mirror in the first direction. Coefficient storage unit (53A)
When it is determined that the warped state of the second driving beam (170A, 170B) is stable, the phase shift amount is calculated from the temperature detected by the temperature detecting unit (51) and the function. This is an optical scanning device including a phase shift calculation unit (56A).
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。 The reference numerals in parentheses are provided for easy understanding, and are merely examples, and are not limited to the illustrated modes.
水平走査方向の位相ずれの補償の精度を向上させることができる。 The accuracy of compensating for the phase shift in the horizontal scanning direction can be improved.
（第一の実施形態）
以下に、図面を参照して第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の光走査装置の構成を説明するである。
(First Embodiment)
The first embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 illustrates the configuration of the optical scanning device of the first embodiment.
本実施形態の光走査装置１は、光走査制御部１０、光源部２０、温度センサ３０、光走査部４０を備えている。以下に、各部について説明する。
The optical scanning device 1 of the present embodiment includes an optical
本実施形態の光走査制御部１０は、光源部２０と、光走査部４０とを制御する。光走査制御部１０は、システムコントローラ１１、バッファ回路１２、ミラー駆動回路１３、レーザ駆動回路１４、補償回路１５を有する。
The optical
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、ディジタルの映像信号をレーザ駆動回路１４に供給する。
The system controller 11 supplies the
バッファ回路１２は、光走査部４０から出力されるデータを保持する。具体的には、例えば、バッファ回路１２は、光走査部４０の有する垂直振角センサや水平振角センサから出力される出力信号等が保持される。
The
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（第１方向）に揺動（駆動）させるための水平駆動信号と、ミラーを垂直方向（第２方向）に揺動させるための垂直駆動信号とを供給する。
Based on the control signal from the system controller 11, the
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。
The
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る駆動梁の反りの変化によって発生する水平走査方向（以下、水平方向）の位相のずれを補償する。水平方向の位相のずれとは、光走査部４０に供給される水平駆動信号と、ミラーの水平方向の変位を検出する水平振角センサの出力信号との位相差である。補償回路１５の詳細は後述する。
The
本実施形態の光源部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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
以下に、図２を参照して、本実施形態の光走査部４０について、さらに説明する。図２は、第一の実施形態の光走査部を説明する図である。
Hereinafter, the
本実施形態の光走査部４０は、例えば圧電素子によりミラー１１０を駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等である。
The
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。
The
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。
A
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。
In the
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。
The
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の極性に応じて伸長したり縮小したりする。
The
このため、第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとで異なる位相の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。
Therefore, if drive voltages having different phases are alternately applied to the
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。
The direction in which the
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。
Further, one ends of the
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。
The other end of the
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、上部電極の上面に形成された応力カウンター膜８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、上部電極の上面に形成された応力カウンター膜８と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。
尚、応力カウンター膜８は、圧電薄膜が形成されていない領域には形成されていない。これは、圧電薄膜が形成されていない領域に応力カウンター膜８を形成すると、応力カウンター膜８により不必要な箇所に新たな応力が発生し、変形や破損の原因となるためである。 The stress counter film 8 is not formed in the region where the piezoelectric thin film is not formed. This is because when the stress counter film 8 is formed in the region where the piezoelectric thin film is not formed, new stress is generated in unnecessary places by the stress counter film 8 and causes deformation or breakage.
本実施形態では、応力カウンター膜８を形成することにより、初期状態において、例えば図２に示されるように、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに対して圧縮応力を発生させて、固定枠１８０に対して下方向に撓んだ状態（下反りの状態）になるようにする。圧縮応力とは、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを固定枠１８０に対して下反りにさせる応力である。また、初期状態とは、光走査部４０に駆動信号が供給されていない状態を示す。
In the present embodiment, by forming the stress counter film 8, compressive stress is generated on the
図２に示す光走査部４０では、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、初期状態において下反りになっているため、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが上方に反るように動作しても、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが固定枠１８０に対して上反りにならない、又は、上反りになりにくい。このため、初期状態において第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに反りがない光走査部よりも破損や材料疲労を低減させることができる。
In the
尚、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、駆動源１７１Ａ、１７１に電圧が供給されず、ミラー１１０が静止した初期状態においても、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂに発生させる圧縮応力によって、下方向に撓んだ状態（下反りの状態）となる。
The
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、異なる極性の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。
In the
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。
The
例えば、駆動源１７１Ａを、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を含むものとする。また、駆動源１７１Ｂを、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を含むものとする。この場合、駆動源１７１Ａ１、１７１Ｂ１、１７１Ａ３、１７１Ｂ３、１７１Ａ５、１７１Ｂ５を同波形、駆動源１７１Ａ２、１７１Ｂ２、１７１Ａ４、１７１Ｂ４、１７１Ａ６及び１７１Ｂ６を前者と位相の異なる同波形で駆動することで垂直方向へ遥動できる。
For example, the
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。
The drive wiring for applying the drive voltage to the upper electrode and the lower electrode of the
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の水平方向の傾き具合（水平方向の振角）を検出する水平振角センサとして圧電センサ１９１、１９２を有する。圧電センサ１９１は連結梁１４０Ａに設けられ、圧電センサ１９２は連結梁１４０Ｂに設けられている。
Further, the
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の垂直方向の傾き具合（垂直方向の振角）を検出する垂直振角センサとして圧電センサ１９５、１９６を有する。圧電センサ１９５は第２の駆動梁１７０Ａの有する矩形梁の一つに設けられており、圧電センサ１９６は第２の駆動梁１７０Ｂの有する矩形梁の一つに設けられている。
Further, the
圧電センサ１９１は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ａから伝達される連結梁１４０Ａの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９２は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９５は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ａのうち圧電センサ１９５が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９６は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ｂのうち圧電センサ１９６が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。
The
本実施形態では、圧電センサ１９５、１９６の出力を用いてミラー１１０の垂直方向の傾き具合を検出する。圧電センサ１９５、１９６から出力された電圧は、バッファ回路１２に保持される。尚、バッファ回路１２に保持される電圧は、圧電センサ１９５、１９６の何れか一方から出力された電圧であっても良い。
In the present embodiment, the output of the
本実施形態では、補償回路１５は、バッファ回路１２に保持された電圧に基づき、光源部２０からのレーザ光の出射のタイミングを補償する。
In the present embodiment, the
圧電センサ１９１、１９２、１９５、１９６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。本実施形態では、各圧電センサの出力は、上部電極と下部電極とに接続されたセンサ配線の電流値となる。
The
圧電センサ１９１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、圧電センサ１９５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。また、圧電センサ１９２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、圧電センサ１９６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。
The sensor wiring drawn from the upper electrode and the lower electrode of the
次に、図３を参照して、本実施形態の補償回路１５の機能について説明する。図３は、第一の実施形態の補償回路の機能を説明する図である。
Next, the function of the
本実施形態の補償回路１５は、温度取得部５１、位相補償部５２を有する。本実施形態の温度取得部５１は、温度センサ３０により検出された温度を取得する。
The
位相補償部５２は、係数記憶部５３、センサ出力取得部５４、差分算出部５５、位相ずれ算出部５６、タイミング補償部５７を有する。
The
係数記憶部５３は、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量と、温度との関係を表す関数を示す係数を記憶する。また、係数記憶部５３は、反り量の変化と、水平方向の位相のずれ量との関係を示す係数を記憶する。係数記憶部５３によって記憶された係数が示す関数の詳細は後述する。
The
センサ出力取得部５４は、バッファ回路１２に保持された電圧を取得する。バッファ回路１２に保持される電圧は、圧電センサ１９１、１９２、１９５、１９６の出力信号である。
The sensor
差分算出部５５は、温度取得部５１が取得した温度と、係数記憶部５３に記憶された係数により表される関数と、センサ出力取得部５４が取得した出力信号と、に基づき、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの初期駆動時における反り量と、現在の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量との差分を算出する。尚、現在の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量とは、駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを所定時間駆動させた状態の反り量であり、圧電センサ１９５、１９６の出力信号によって示される。
The
位相ずれ算出部５６は、差分算出部５５により算出された差分と、係数記憶部５３に記憶された係数と、に基づき、水平方向の位相のずれ量を算出する。水平方向の位相のずれ量は、レーザ光を照射するタイミングの補償量に相当する。タイミングの補償量とは、水平振角センサである圧電センサ１９１又は圧電センサ１９２の出力信号の波形におけるゼロクロス点から、レーザ光を照射する時刻までの期間を示す。
The phase
タイミング補償部５７は、タイミングの補償量に基づき、レーザ光の出射のタイミングを補償する。具体的には、タイミング補償部５７は、タイミングの補償量が示すタイミングを、システムコントローラ１１へ通知し、レーザ光を照射するタイミングを更新させる。
The
以下に、図４を参照して、係数記憶部５３に記憶された係数について説明する。
Hereinafter, the coefficient stored in the
図４は、第一の実施形態における第２の駆動梁の反り量と、温度との関係を表す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of warpage of the second drive beam and the temperature in the first embodiment.
図４に示すグラフでは、横軸は温度を示している。また、縦軸は、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量を示している。本実施形態では、圧電センサ１９５、１９６の出力信号（出力電圧）を、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量として示している。尚、本実施形態では、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反り量は同じとし、図４では、縦軸は、圧電センサ１９５の出力信号によって示されるものとした。
In the graph shown in FIG. 4, the horizontal axis represents temperature. The vertical axis shows the amount of warpage of the
図４に示すグラフにおいて、曲線Ｌ１は、光走査部４０の初期駆動時における温度Ｔと反り量Ｖｉｎｉtとの関係を示す関数Ｖｉｎｉt（Ｔ）である。初期駆動時とは、光走査部４０に対して駆動信号の供給を開始した時である。
In the graph shown in FIG. 4, the curve L1 is a function Vinit (T) showing the relationship between the temperature T and the warpage amount Vinit at the time of initial driving of the
また、図４に示すグラフにおいて、曲線Ｌ２は、光走査部４０が駆動を開始してから所定時間が経過したときの、光走査部４０における温度Ｔと反り量Ｖｓｅｎとの関係を示す関数Ｖｓｅｎ（Ｔ）である。尚、反り量Ｖｓｅｎは、垂直振角センサである圧電センサ１９５の出力信号の値（電圧）である。
Further, in the graph shown in FIG. 4, the curve L2 is a function Vsen showing the relationship between the temperature T in the
このグラフからわかるように、本実施形態では、第２の駆動梁１７０Ａに反り方が変化すると、温度が一定であっても、圧電センサ１９５の出力信号の値が変化する。この変化が、水平方向の位相のずれの原因となる。したがって、本実施形態では、温度取得部５１が取得した温度Ｔにおいて、光走査部４０の初期駆動時の反り量と、駆動を開始してから所定時間後の反り量との差分αから、水平方向の位相のずれを算出する。
As can be seen from this graph, in the present embodiment, when the warp of the
関数Ｖｉｎｉt（Ｔ）は、以下の式（１）で示される。係数ａ，ｂ，ｃは、予め係数記憶部５３に記憶されている。
The function Vinit (T) is represented by the following equation (1). The coefficients a, b, and c are stored in the
関数Ｖｉｎｉt（Ｔ）＝ａＴ２＋ｂＴ＋ｃ［Ｖ］ 式（１）
尚、関数Ｖｉｎｉt（Ｔ）は、例えば、光走査部４０の初期駆動時において、複数の異なる温度毎に、温度を一定とし、水平方向の位相のずれを０としたときの圧電センサ１９５の出力信号を測定することによって、予め求められても良い。また、本実施形態では、差分αから位相ずれ量を求める係数βを求め、係数記憶部５３に保持させる。
Function Vinit (T) = aT 2 + bT + c [V] Equation (1)
The function Vinit (T) is, for example, the output of the
尚、水平方向の位相のずれが０となるときとは、光走査部４０に供給される水平駆動信号と、ミラーの水平方向の変位を検出する水平振角センサの出力信号との位相差が一定となる場合である。
When the phase shift in the horizontal direction becomes 0, the phase difference between the horizontal drive signal supplied to the
次に、図５を参照して、本実施形態の補償回路１５の動作について説明する。図５は、第一の実施形態の補償回路の動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the
本実施形態の補償回路１５は、光走査装置１の電源がオンであるか否かを判定する（ステップＳ５１）。ステップＳ５２において、電源がオフとされた場合、補償回路１５は、処理を終了する。
The
ステップＳ５１において、電源がオンである場合、補償回路１５は、温度取得部５１により、温度測定間隔が経過したか否かを判定する（ステップＳ５２）。尚、温度測定間隔は、予め温度取得部５１に設定されていても良い。ステップＳ５２において、温度測定間隔が経過していない場合、補償回路１５は、温度測定間隔が経過するまで待機する。
In step S51, when the power is on, the
ステップＳ５２において、温度測定間隔が経過すると、温度取得部５１は、温度センサ３０が検出した温度を取得し、保持する（ステップ５３）。
In step S52, when the temperature measurement interval elapses, the
続いて、補償回路１５は、位相補償部５２により、位相補償間隔が経過したか否かを判定する（ステップＳ５４）。尚、位相補償間隔は、予め位相補償部５２に設定されていても良い。また、位相補償間隔は、温度測定間隔よりも長い間隔であるほうが好ましい。
Subsequently, the
ステップＳ５４において、位相補償間隔が経過していない場合、補償回路１５は、位相補償間隔が経過するまで待機する。
If the phase compensation interval has not elapsed in step S54, the
ステップＳ５４において、位相補償間隔が経過すると、補償回路１５は、位相補償部５２により、水平方向の位相のずれを補償する処理を行い（ステップＳ５５）、ステップＳ５１へ戻る。
In step S54, when the phase compensation interval elapses, the
このように、本実施形態では、温度取得部５１により温度を取得する処理と、位相補償部５２により位相のずれを補償する処理と、をそれぞれ独立して行う。したがって、本実施形態では、温度取得部５１により、任意のタイミングで温度の取得することができ、例えば、位相補償部５２以外の処理部による処理と同期して温度を取得したりすることもできる。このため、本実施形態によれば、例えば、温度の取得を位相補償部５２による処理よりも頻繁に行いたい場合等には、温度測定間隔を位相補償間隔より短くすればよく、補償回路１５による処理の負荷の増大を抑制できる。
As described above, in the present embodiment, the process of acquiring the temperature by the
次に、図６を参照して、本実施形態の位相補償部５２の処理について説明する。図６は、第一の実施形態の位相補償部の処理を説明するフローチャートである。
Next, the process of the
本実施形態の位相補償部５２は、センサ出力取得部５４により、バッファ回路１２に保持された圧電センサ１９５の出力信号を取得する（ステップＳ６１）。続いて、位相補償部５２は、差分算出部５５により、温度取得部５１が保持している温度を参照する（ステップＳ６２）。
The
次に、差分算出部５５は、係数記憶部５３に記憶されている係数が表す関数Ｖｉｎｉt（Ｔ）と、参照した温度Ｔから、温度Ｔにおける初期駆動時の第２の駆動梁１７０Ａの反り量を算出する。そして、差分算出部５５は、初期駆動時の第２の駆動梁１７０Ａの反り量と、センサ出力取得部５４により取得した出力信号（反り量）との差分αを算出する（ステップＳ６３）。尚、温度がＴのときの差分αは、以下の式（２）から算出される。式（２）のＶｓｅｎ（Ｔ）は、温度がＴのときの圧電センサ１９５の出力信号である。
Next, the
Ｖｓｅｎ（Ｔ）＝Ｖｉｎｉt（Ｔ）＋α ［Ｖ］ 式（２）
続いて、補償回路１５は、位相ずれ算出部５６により、差分αに起因する水平方向の位相のずれを算出する（ステップＳ６４）。位相ずれ算出部５６は、位相のずれ量をＰｃｏｍｐとしたとき、以下の式（３）により、位相のずれ量Ｐｃｏｍｐを算出する。本実施形態では、式（３）により、差分αが、差分αと対応する位相のずれ量に換算される。
Vsen (T) = Vinit (T) + α [V] Equation (2)
Subsequently, the
Ｐｃｏｍｐ＝α×β［ｓｅｃ］ 式（３）
続いて、位相ずれ算出部５６は、位相のずれ量Ｐｃｏｍｐに基づき、タイミングの補償量を算出する（ステップＳ６５）。位相ずれ算出部５６は、タイミングの補償量をＰｏｐｔとしたとき、以下の式（４）により、タイミングの補償量Ｐｏｐｔを算出する。尚、式（４）のＰｉｎｉは、初期駆動時における位相のずれ量を示す。
Pcomp = α × β [sec] equation (3)
Subsequently, the phase
Ｐｏｐｔ＝Ｐｃｏｍｐ＋Ｐｉｎｉ［ｓｅｃ］ 式（４）
続いて、補償回路１５は、タイミング補償部５７により、システムコントローラ１１におけるレーザ光の照射のタイミングを、圧電センサ１９１、１９２の出力信号の波形のゼロクロス点からＰｏｐｔ［ｓｅｃ］後に更新し（ステップＳ６６）、処理を終了する。
Popt = Pcomp + Pini [sec] Equation (4)
Subsequently, the
このように、本実施形態によれば、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反りの変化に起因する、水平方向の駆動信号と、圧電センサ１９１、１９２からの出力信号との位相のずれを補償できる。よって、本実施形態によれば、水平走査方向の位相ずれの補償の精度を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the phase shift between the horizontal drive signal and the output signals from the
また、本実施形態によれば、位相のずれを補償するための専用のセンサ等を追加することなく、簡素な構成で水平方向の位相のずれを補償することができる。 Further, according to the present embodiment, it is possible to compensate for the phase shift in the horizontal direction with a simple configuration without adding a dedicated sensor or the like for compensating for the phase shift.
このため、本実施形態によれば、水平方向の位相のずれによって、投影される画像が二重に見える等といった画質の低下を抑制することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress deterioration of image quality such that the projected image looks double due to the phase shift in the horizontal direction.
（第二の実施形態）
以下に、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、ミラーを垂直方向に揺動させる駆動梁の反りの状態が安定したか否かを判定し、安定した場合には、反りの差分を用いずに位相のずれを補償する点が、第一の実施形態と相違する。以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described below. In the second embodiment, it is determined whether or not the warp state of the drive beam that swings the mirror in the vertical direction is stable, and if it is stable, the phase shift is compensated without using the warp difference. The point is different from the first embodiment. In the following description of the second embodiment, only the differences from the first embodiment will be described, and those having the same functional configuration as the first embodiment will be referred to in the description of the first embodiment. A code similar to the code used is assigned, and the description thereof will be omitted.
図７は、第二の実施形態の補償回路の機能を説明する図である。本実施形態の補償回路１５Ａは、温度取得部５１と、位相補償部５２Ａと、を有する。
FIG. 7 is a diagram illustrating the function of the compensation circuit of the second embodiment. The compensation circuit 15A of the present embodiment includes a
本実施形態の位相補償部５２Ａは、係数記憶部５３Ａ、センサ出力取得部５４、差分算出部５５、位相ずれ算出部５６Ａ、タイミング補償部５７、反り状態判定部５８を有する。
The
本実施形態の係数記憶部５３Ａは、係数ａ、ｂ、ｃ、βに加え、タイミングの補償量Ｐｏｐｔと温度Ｔとの関係を示す関数を表すための係数ｅ、ｆ、ｇを保持している。係数ｅ、ｆ、ｇの詳細は後述する。
In addition to the coefficients a, b, c, and β, the
本実施形態の位相ずれ算出部５６Ａは、反り状態判定部５８により、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反りの状態が安定したと判定された場合に、係数ｅ、ｆ、ｇにより表される関数（式（５））を参照して、タイミングの補償量Ｐｏｐｔを算出する。
The phase
本実施形態の反り状態判定部５８は、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反りの状態が安定したか否かを判定する。具体的には、反り状態判定部５８は、センサ出力取得部５４により取得した圧電センサ１９５の出力信号の値（電圧）と、直前に取得した出力信号の値（電圧）とが一致したとき、安定した状態と判定する。
The warp
尚、反り状態判定部５８による判定の方法は、上述した方法に限定されない。例えば、反り状態判定部５８は、センサ出力取得部５４により取得した圧電センサ１９５の出力信号の値（電圧）と、初期駆動時の圧電センサ１９５の出力信号の値（電圧）と、の差分が、複数回続けて一致したときに、反りの状態が安定したと判定しても良い。
The method of determination by the warp
以下に、図８を参照して、タイミングの補償量Ｐと温度Ｔとの関係について説明する。図８は、タイミングの補償量と温度との関係を説明する図である。図８に示すグラフでは、縦軸をタイミングの補償量Ｐとし、横軸を温度Ｔとしている。 Hereinafter, the relationship between the timing compensation amount P and the temperature T will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the timing compensation amount and the temperature. In the graph shown in FIG. 8, the vertical axis represents the timing compensation amount P, and the horizontal axis represents the temperature T.
図８に示す曲線Ｌ３は、光走査部４０の初期駆動時におけるタイミングの補償量Ｐｉｎｉと温度Ｔとの関係を示す関数Ｐｉｎｉ（Ｔ）を示す。関数Ｐｉｎｉ（Ｔ）は、以下の式（５）のように示される。
The curve L3 shown in FIG. 8 shows a function Pini (T) showing the relationship between the timing compensation amount Pini and the temperature T at the time of initial driving of the
Ｐｉｎｉ＝ｅＴ２＋ｆＴ＋ｇ 式（５）
尚、関数Ｐｉｎｉ（Ｔ）は、例えば、複数の異なる温度毎に、光走査部４０を所定の期間連続して駆動させ、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反りが安定した状態とし、水平方向の位相のずれを０としたときのタイミングの補償量を検出することによって、予め求められても良い。そして、本実施形態では、関数Ｐｉｎｉ（Ｔ）を表すための係数ｅ、ｆ、ｇを係数記憶部５３Ａに保持させても良い。
Pini = eT 2 + fT + g equation (5)
In the function Pini (T), for example, the
次に、図９を参照して、本実施形態の補償回路１５Ａの動作について説明する。図９は、第二の実施形態の補償回路の動作を説明するフローチャートである。 Next, the operation of the compensation circuit 15A of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart illustrating the operation of the compensation circuit of the second embodiment.
図９のステップＳ９１とステップＳ９２の処理は、図６のステップＳ６１とステップＳ６２の処理と同様であるから、説明を省略する。 Since the processes of steps S91 and S92 of FIG. 9 are the same as the processes of steps S61 and S62 of FIG. 6, the description thereof will be omitted.
続いて、補償回路１５Ａは、反り状態判定部５８により、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの反りが安定した状態であるか否かを判定する（ステップＳ９３）。反り状態判定部５８による判定の方法は上述した通りである。
Subsequently, the compensation circuit 15A determines whether or not the warpage of the
ステップＳ９３において、反りの状態が安定したと判定された場合、補償回路１５Ａは、位相ずれ算出部５６Ａにより、温度取得部５１が取得した温度を参照し、 関数Ｐｉｎｉ（Ｔ）から、タイミングの補償量Ｐｏｐｔ′を算出し（ステップＳ９４）、後述するステップＳ９８へ進む。
When it is determined in step S93 that the warp state is stable, the compensation circuit 15A refers to the temperature acquired by the
ステップＳ９３において、反りの状態が安定していないと判定された場合、補償回路１５Ａは、ステップＳ９５へ進む。 If it is determined in step S93 that the warped state is not stable, the compensation circuit 15A proceeds to step S95.
図９のステップＳ９５からステップＳ９８までの処理は、図６のステップＳ６３からステップＳ６６までの処理と同様であるから、説明を省略する。 Since the processes from step S95 to step S98 in FIG. 9 are the same as the processes from steps S63 to S66 in FIG. 6, the description thereof will be omitted.
以上のように、本実施形態によれば、反りが安定した状態であれば、関数Ｐｉｎｉ（Ｔ）から、温度に対応したタイミングの補償量を直接算出することができ、処理の負荷を軽減することができる。 As described above, according to the present embodiment, if the warp is stable, the compensation amount of the timing corresponding to the temperature can be directly calculated from the function Pini (T), and the processing load is reduced. be able to.
また、上述した各実施形態は、例えば、アイウェアやプロジェクタ等の二次元走査型の光走査装置であれば、適用することができる。 Further, each of the above-described embodiments can be applied to, for example, a two-dimensional scanning optical scanning device such as an eyewear or a projector.
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。 Although the present invention has been described above based on each embodiment, the present invention is not limited to the requirements shown in the above embodiments. With respect to these points, the gist of the present invention can be changed without impairing the gist of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form thereof.
１ 光走査装置
１０ 光走査制御部
１１ システムコントローラ
１２ バッファ回路
１３ ミラー駆動回路
１４ レーザ駆動回路
１５、１５Ａ 補償回路
２０ 光源
３０ 温度センサ
４０ 光走査部
５１ 温度取得部
５２、５２Ａ 位相補償部
５３、５３Ａ 係数記憶部
５４ センサ出力取得部
５５ 差分算出部
５６、５６Ａ 位相ずれ算出部
５７ タイミング補償部
５８ 反り状態判定部
1
Claims (5)
温度を検出する温度検出部と、
前記ミラーを前記第２方向に揺動させる第２の駆動梁の反りの状態が安定したか否かを判定する反り状態判定部と、
温度と、前記ミラーを前記第１方向に揺動させるための駆動信号と、前記ミラーの前記第１方向の変位を示す信号との位相のずれ量と、の関係を示す関数を保持する係数記憶部と、
前記第２の駆動梁の反りの状態が安定したと判定された場合、前記温度検出部により検出された温度と、前記関数とから、前記位相のずれ量を算出する位相ずれ算出部と、を有する光走査装置。 A two-dimensional scanning optical scanning device that swings a mirror in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
A temperature detector that detects the temperature and
A warp state determination unit that determines whether or not the warp state of the second drive beam that swings the mirror in the second direction is stable, and a warp state determination unit.
Coefficient storage that holds a function indicating the relationship between the temperature, the drive signal for swinging the mirror in the first direction, and the amount of phase shift between the signal indicating the displacement of the mirror in the first direction. Department and
When it is determined that the warp state of the second drive beam is stable, the temperature detected by the temperature detection unit and the phase shift calculation unit that calculates the phase shift amount from the function are used. Optical scanning device to have.
温度を検出する温度検出部と、
前記ミラーを前記第２方向に揺動させる第２の駆動梁の反りの状態が安定したか否かを判定する反り状態判定部と、
温度と、前記第２の駆動梁の初期駆動時における反り量との関係を示す関数を保持する係数記憶部と、
前記第２の駆動梁の反りの状態が安定したと判定された場合に、前記温度検出部により検出された温度と、前記関数とから、前記ミラーを前記第１方向に揺動させるための駆動信号と、前記ミラーの前記第１方向の変位を示す信号との位相のずれ量を算出する位相ずれ算出部と、を有する光走査装置。 A two-dimensional scanning optical scanning device that swings a mirror in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
A temperature detector that detects the temperature and
A warp state determination unit that determines whether or not the warp state of the second drive beam that swings the mirror in the second direction is stable, and a warp state determination unit.
A coefficient storage unit that holds a function indicating the relationship between the temperature and the amount of warpage of the second driving beam at the time of initial driving, and
When it is determined that the warped state of the second drive beam is stable, the drive for swinging the mirror in the first direction is based on the temperature detected by the temperature detection unit and the function. An optical scanning device including a phase shift calculation unit for calculating a phase shift amount between a signal and a signal indicating a displacement of the mirror in the first direction.
前記位相のずれ量に応じて、前記第１方向の変位を示す信号のゼロクロス点から前記レーザ光を照射するタイミングまでの期間を決定するタイミング補償部と、を有する、請求項１又は２記載の光走査装置。 A light source that irradiates laser light and
The first or second claim, wherein the timing compensating unit determines the period from the zero crossing point of the signal indicating the displacement in the first direction to the timing of irradiating the laser beam according to the amount of the phase shift. Optical scanning device.
温度検出部により温度を検出し、
前記ミラーを前記第２方向に揺動させる第２の駆動梁の反りの状態が安定したか否かを判定し、
温度と、前記ミラーを前記第１方向に揺動させるための駆動信号と、前記ミラーの前記第１方向の変位を示す信号との位相のずれ量と、の関係を示す関数を係数記憶部に保持し、
前記第２の駆動梁の反りの状態が安定したと判定された場合、前記温度検出部により検出された温度と、前記関数とから、前記位相のずれ量を算出する、光走査方法。 An optical scanning method using a two-dimensional scanning optical scanning device that swings a mirror in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
The temperature is detected by the temperature detector,
It is determined whether or not the warped state of the second drive beam that swings the mirror in the second direction is stable.
A function indicating the relationship between the temperature, the drive signal for swinging the mirror in the first direction, and the amount of phase shift between the signal indicating the displacement of the mirror in the first direction is stored in the coefficient storage unit. Hold and
An optical scanning method for calculating the amount of phase shift from the temperature detected by the temperature detecting unit and the function when it is determined that the warped state of the second driving beam is stable.
温度検出部により温度を検出し、
前記ミラーを前記第２方向に揺動させる第２の駆動梁の反りの状態が安定したか否かを判定し、
温度と、前記第２の駆動梁の初期駆動時における反り量との関係を示す関数を係数記憶部に保持し、
前記第２の駆動梁の反りの状態が安定したと判定された場合に、前記温度検出部により検出された温度と、前記関数とから、前記ミラーを前記第１方向に揺動させるための駆動信号と、前記ミラーの前記第１方向の変位を示す信号との位相のずれ量を算出する、光走査方法。 An optical scanning method using a two-dimensional scanning optical scanning device that swings a mirror in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
The temperature is detected by the temperature detector,
It is determined whether or not the warped state of the second drive beam that swings the mirror in the second direction is stable.
A function indicating the relationship between the temperature and the amount of warpage of the second driving beam at the time of initial driving is stored in the coefficient storage unit.
When it is determined that the warped state of the second drive beam is stable, the drive for swinging the mirror in the first direction is based on the temperature detected by the temperature detection unit and the function. An optical scanning method for calculating the amount of phase shift between a signal and a signal indicating a displacement of the mirror in the first direction.
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