JP4952298B2 - 二次元光走査装置 - Google Patents
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Description
また、表示の解像度に当たる走査線の本数は、一般的なラスター走査では二次元スキャナの主走査方向と副走査方向の走査周波数との比によって決まる。つまり、副走査方向の走査周波数に比べ主走査方向の走査周波数を大きくすれば、画像の解像度は上がる。
このような、二次元光走査装置(1)によれば、偏向により偏向走査された光が走査面
(5)に形成する走査線のうち少なくとも隣接する2本の走査線の間隔が検出される。したがって、検出された間隔に基づいて、例えば、間隔が一定になるように偏光器(20)の偏向角度を制御してやれば、走査線の間隔が一定になるので、走査線の間隔に粗密が発生しない。走査線の間隔に粗密が発生しないので、走査面(5)には高画質の画像が得られる。
このようにした場合、fy≧fxの時には走査線の本数はnyとなるため、スキャナの機械的構造の観点からこれらの周波数の差を低減する場合はnxの数値を上げればよく、解像度の悪化がなく、走査面(5)には高画質の画像を形成することができる。またこの際、走査面(5)の更新周波数Fは必要以上に高くしない方が良い。Fを高くするとfyの数値が上がり2軸の周波数の差が増加するか、もしくはfyの数値を抑えた場合にはnyの数値が下がり走査線の本数が減ってしまうからである。よって式1のようにすれば周波数の差の低減ができ、なおかつ、走査線の本数を減らすことがないので高解像度の画像が得られる。
そうなると、走査線の粗密が変化し、形成される画像の画質が非常に低下する。そこで、請求項5に記載のように、走査線検出手段(30)は、走査線のうち少なくとも隣接する2本の走査線の、副走査方向の間隔及び主走査方向の走査方向を検出可能に構成し、制御手段(40)は、走査線検出手段(30)で検出した少なくとも隣接する2本の走査線の副走査方向の間隔が一定で、主走査方向の走査方向が互いに逆になるように、偏光器(20)の偏向角度の位相を制御するとよい。
ところで、偏光器(20)において、制御が精度良く行われていれば、隣接する走査線の間隔は一定であり、かつ、隣接する走査線の走査方向は逆になる。したがって、請求項6に記載のように、走査線検出手段(30)は、走査線のうち隣接する3本の走査線の副走査方向の間隔と主走査方向の走査方向とを検出可能に構成する。
否か、つまり、偏光器(20)の2軸方向の角度の位相が大きく変化したか否かが容易に判別できるようになる。
このようにすれば、走査線検出手段(30)にて検出された副走査方向の振幅に基づいて、副走査方向の振幅を制御することができる。つまり、検出された走査線の振幅をフィードバックして制御することができるので、温度変化等によって、副走査方向の偏向角度が変化するような状況下でも、一定の振幅が得られる。したがって、走査線が走査面(5)の副走査方向に一定の領域で走査されるので、高画質を得ることができる。
さらに、請求項12に記載のように、走査線検出手段(30)を、副走査方向の3点において光源(10)の発光位置を検出するように構成し、制御手段(40)が光源(10)を発光させる主走査方向の所定の発光位置は、走査線検出手段(30)が光源(10)の発光を検出可能な副走査方向の3点の位置であるようにすると、3点だけで発光を検出すればよいので、走査線検出手段(30)を非常に容易に構成できる。
できる。
ところで、光源(10)から出射される光によって形成される走査線が走査面(5)の主走査方向に一定の領域で走査されるためには、主走査方向の振幅を一定にする必要がある。そこで、請求項13に記載のように、走査線検出手段(30)を、交差する2軸方向のうち主走査方向の振幅を検出可能な位置に配置し、制御手段(40)は、走査線検出手段(30)にて検出された主走査方向の振幅に基づいて、偏光器(20)の主走査方向の偏向角度の振幅を制御するとよい。
ところで、二次元光走査装置(1)により走査面(5)の走査を行う場合、走査面(5)の縁部には歪みが生じる。例えば、走査線によってリサージュ図形が形成される場合には、主走査方向及び副走査方向の縁部では走査線の間隔が小さくなる。
(二次元光走査装置1の構成)
図1は、二次元光走査装置1の概略の機能構成を示す機能ブロック図であり、図2は、走査面5における、走査線検出器30の配置と走査線の走査の様子を示した図である。
光源10は、ビーム状の光を出射するものであり、発光ダイオード、グローランプ、レーザーなどの発光素子からなり、少なくとも輝度又は発光色の何れかを制御部40から制御可能に構成されている。
偏光器20は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて形成されたデバイスで、光源から出射されたビーム状の光を反射する反射面21、内フレーム22、外フレーム23、反射面21を内フレーム22に支持する内梁24、反射面21を外フレーム23に支持する外梁25、反射面21を内梁24及び外梁25の周りにねじるように振動させる駆動部とから構成される。
さらに、走査線検出器30は、走査面5における走査線の照度及び色を検出し、検出信号として光検出信号処理部48へ出力する。
駆動回路部(主走査)43、46は、偏光器20を駆動するための駆動電圧が調整できるようになっており、偏光器20の振幅の大きさを可変できる。
ここで、周波数fx,fyは、偏光器20の梁の太さ、振幅、安定性の観点から、500Hz〜100kHzとなる。本実施形態では、fx=1.2kHz、fy=12.6KHzである。また、走査面5の更新周波数Fは、走査面5に形成される表示の更新周波数であり、F=600Hzである。さらに、nx=2、ny=21である。
このようにすれば、走査線検出器30で検出した少なくとも隣接する2本の走査線の副走査方向の間隔が同じで、主走査方向の走査方向が互いに逆になる。また、同時に主走査方向及び副走査方向の振幅に基づいて、偏光器20の主走査及び副走査方向の偏向角度の振幅を制御することができる。
次に、制御部40で実行される走査線制御処理について図3及び図4に示すフローチャートに基づき説明する。
S105では、走査線検出器30から検出結果が取得され、続くS110において、走査線検出器30のイメージセンサの1点で所定の時間内に光ビームが検出されたか否かが判定される。そして、光ビームが所定の時間内に検出された場合(S110:Yes)は、処理がS115へ移行され、光ビームが所定の時間内に検出されない場合(S110:No)には、処理がS120へ移行される。
以上のようにS100〜S155において、偏光器20の駆動開始方向が決定される。そして、偏光器20の駆動開始方向が決定された後、S115において、光源10が所定の間隔で駆動され、走査線検出器30上に隣接する3本の走査線が形成される。
S210では、主走査方向の振幅が正常であるか、つまり所定の振幅θyであるか否かが判定される。そして、所定の振幅θyであると判定された場合(S210:Yes)は、処理がS220へ移行され、所定の振幅θyではないと判定された場合(S210:No)には、処理がS220へ移行される。
このような構成及び機能を有する二次元光走査装置1によって走査面5に形成される走査線の走査軌跡の例を図7に示す。前述の式1に示す周波数条件を満たす場合、つまり、fx=1.2kHz、fy=12.6KHz、走査面5の更新周波数F=600Hz、nx=2、ny=21(nx、nyは、互いに素の関係)の場合で、かつ、主走査方向及び副走査方向の位相も走査線の間隔が所定の値となるように制御されている場合、全走査領域が均等に走査され、表示画質が低下しない。
次に、表示される画像信号に基づいて、走査面5に画像を表示する場合の走査面5の走査及び光源10の駆動について、図11及び図12に基づき説明する。
数字」は、時間に対する走査線の順番を示し、「aが付された数字」は、A群の走査線を示し、「bが付された数字」は、B群の走査線を示している。
以上のような二次元光走査装置1によれば、光センサが配置された走査線検出器30で走査線が等間隔に検出されるように偏光器20の偏向角度の位相を制御しているので、走
査線の間隔に粗密が発生しない。走査線の間隔に粗密が発生しないので、走査面5には高画質の画像が得られる。
また、光源10を発光させて走査線を形成する際に、光源10の輝度を変化させ、隣接する2本の走査線の照度が異なるようにしているので、走査線の走査順が入れ替わったか否か、つまり、偏光器20の位相が大きく変化したか否かが容易に判別できる。
さらに、表示領域7外に走査線検出器30を配置しているので、走査線検出器30によって表示領域7が狭められることがない。
また、制御部40の表示制御部47において、走査線の走査位置と表示する画像の表示位置との対応を記憶し、制御部40では、その記憶された走査線と画像の表示位置との対応に基づいて、偏光器20の偏向角度の位相と光源10とを制御している。したがって、走査面5にリサージュ図形が形成され、副走査方向には往復走査がなされても、表示する画像と実際に画像が形成される走査面5における走査線の位置との対応付けがなされるので、副走査方向に往復走査されても正常な画像が形成される。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、以下のような種々の態様を採ることができる。
つまり、多数のフォトダイオード素子を配置し、走査線の形状を検出できるようにする。
つまり、上記実施形態では、図11において、走査面5を走査線が上方から下方へ走査するとき及び下方から上方へ走査するときに表示を行っていたが、上方から下方へ走査するとき又は下方から上方へ走査するときのいずれか一方のときに表示を行うのである。
(3)上記実施形態では正弦波振動によるリサージュ波形の表示を行っていたが、三角
波、矩形波でも適用することができる。
Claims (22)
- ビーム状の光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を交差する主走査方向及び副走査方向の2軸方向に偏向走査する偏光器と、
前記偏光器で走査された光が走査面に形成する走査線のうち少なくとも隣接する走査線の前記副走査方向の間隔を検出する走査線検出手段と、
前記偏光器の前記交差する2軸方向の偏向角度を所定の周波数及び振幅で変化させるとともに、前記走査線検出手段で検出された少なくとも隣接する2本の走査線の前記副走査方向の間隔に基づいて前記偏光器の偏向角度の位相を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1に記載の二次元光走査装置において、
前記制御手段は、前記偏光器の前記交差する2軸方向の走査周波数fx、fyと走査面の更新周波数Fとが以下の式1に示す関係となるように、前記偏光器の偏向角度の周波数を制御することを特徴とする二次元光走査装置。
fx=nx×F、fy=ny×F ・・・式1 - 請求項1又は請求項2に記載の二次元光走査装置において、
前記偏光器は、前記光源から出射された光を偏向させるための反射面を有し、前記反射面の前記主走査方向及び前記副走査方向へ角度変化させることによって、前記光源から出射された光の偏光角度を変化させるように形成され、
前記制御手段は、
前記偏光器の偏向角度を500Hz〜100kHzの周波数範囲で変化させることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項3の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記偏光器の偏向角度を所定の周波数、振幅及び位相で変化させるための信号の発振源となる1つの発振手段を備え、
前記制御手段は、
前記偏光器の前記交差する2軸方向の偏向角度を前記1つの発振手段で発振した信号から生成することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項4の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記走査線のうち少なくとも隣接する2本の走査線の、前記副走査方向の間隔及び前記主走査方向の走査方向を検出可能に構成され、
前記制御手段は、
前記走査線検出手段で検出した少なくとも前記隣接する2本の走査線の前記副走査方向の間隔が一定で、前記主走査方向の走査方向が互いに逆になるように、前記偏光器の偏向角度の位相を制御することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項5に記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記走査線のうち前記隣接する3本の走査線の前記副走査方向の間隔と前記主走査方向の走査方向とを検出可能に構成され、
前記制御手段は、
前記走査線検出手段で検出した前記隣接する3本の走査線の前記副走査方向の間隔が同一で前記主走査方向の走査方向が互いに逆になるように、前記偏光器の偏向角度の位相を制御することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項6に記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記隣接する3本の走査線の前記副走査方向の間隔を検出できる最小限の大きさに形成されていることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項7の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記光源は、
少なくとも輝度又は発光色の何れかを前記制御手段から制御可能に構成されており、
前記走査線検出手段は、
前記走査面における前記走査線の照度及び色を検出可能に構成され、
前記制御手段は、
前記隣接する走査線の少なくとも照度又は色が異なるように少なくとも前記光源の輝度又は発光色を制御するとともに、前記走査線検出手段で検出された隣接する走査線の照度又は色が異なるものとなるように、前記偏光器の偏向角度の位相を制御することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項8の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記交差する2軸方向のうち前記副走査方向の振幅を検出可能な位置に配置され、
前記制御手段は、
前記走査線検出手段にて検出された前記副走査方向の振幅に基づいて、前記偏光器の前記副走査方向の偏向角度の振幅を制御することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項9の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記光源が発光した主走査方向の位置を検出可能に構成され、
前記制御手段は、
前記光源を前記主走査方向の所定の発光位置で発光させ、前記走査線検出手段が検出した前記光源の主走査方向の発光位置が前記主走査方向の所定の発光位置と一致するように、前記偏光器の偏向角度の位相を制御することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項10に記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記副走査方向の直線上において、前記光源の発光位置を検出可能に構成され、
前記制御手段が前記光源を発光させる前記主走査方向の所定の発光位置は、前記走査線検出手段が前記光源の発光を検出可能な前記副走査方向の直線上の位置であることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項10又は請求項11に記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記副走査方向の3点において前記光源の発光位置を検出するように構成され、
前記制御手段が前記光源を発光させる前記主走査方向の所定の発光位置は、前記走査線検出手段が前記光源の発光を検出可能な前記副走査方向の3点の位置であることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項12の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記交差する2軸方向のうち前記主走査方向の振幅を検出可能な位置に配置され、
前記制御手段は、
前記走査線検出手段にて検出された前記主走査方向の振幅に基づいて、前記偏光器の前記主走査方向の偏向角度の振幅を制御することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項13の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記偏光器の前記副走査方向の偏向角度をθx、走査周波数をfxとし、前記主走査方向の偏向角度をθy、走査周波数をfyとしたとき、前記走査面のうち画像を表示するための表示領域を副走査方向から、tan -1 ((f y ×θ y )/(f x ×θ x ))傾けることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項14の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記偏光器の前記交差する2軸方向の走査線の振幅のうち所定の範囲を表示領域とすることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項15に記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記表示領域外に配置されていることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項16に記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記表示領域直近に配置されていることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項17の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記走査線の主走査方向の振幅の中心から主走査方向へずらして配置され、
前記制御手段は、前記走査線検出手段で検出できる位置に、前記光源を発光させ、所定時間内に走査線検出手段によって走査線が検出されない場合には、偏光器の主走査方向の偏向の向きが異なっていると判定することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項18に記載の二次元光走査装置において、
前記制御手段は、
前記主走査方向の偏向の向きが異なっていると判定した場合、前記偏光器の主走査方向の偏向角度の位相を180°移相させることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項19の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記走査線検出手段は、
前記走査線の副走査方向の振幅の中心から副走査方向へずらして配置され、
前記制御手段は、前記走査線検出手段で検出できる位置に、前記光源を発光させ、所定時間内に走査線検出手段によって走査線が検出されない場合には、前記偏光器の副走査方向の偏向の向きが異なっていると判定することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項20に記載の二次元光走査装置において、
前記制御手段は、
前記副走査方向の偏向の向きが異なっていると判定した場合、前記偏光器の副走査方向の偏向角度の位相を180°移相させることを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項1〜請求項21の何れかに記載の二次元光走査装置において、
前記制御手段は、
前記走査線の走査位置と表示する画像の表示位置との対応を記憶し、その記憶された走査線の走査位置と画像の表示位置との対応に基づいて、前記偏光器の偏向角度の位相と前記光源の走査線上における発光位置とを制御することを特徴とする二次元光走査装置。
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