JP5098759B2 - 画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力した画像信号に応じて光源から発光する光を変調し、この変調された画像光を光スキャナにより走査して、投影面に画像を描画する画像投影装置に関する。

図１４は、従来公知の網膜走査型の画像投影装置を表す構成図である（例えば特許文献１を参照）。画像投影装置１００は利用者の眼球１１８の網膜１２０上に映像を直接結像する。青色の光を発光するＢレーザ１０７、緑色の光を発光するＧレーザ１０８及び赤色に光を発光するＲレーザ１０９から出射した映像光はコリメート光学系１１０により平行光となり、ダイクロイックミラー１１１により合成され、結合光学系１１２により集光されて光ファイバー１１９内に入射される。光ファイバー１１９から出射した映像光は第２のコリメート光学系１１３を介して光走査素子１２２のミラー部１２７に照射される。ミラー部１２７は水平走査駆動回路１１４により駆動されて揺動し、反射光を水平走査する。水平走査された映像光は第１のリレー光学系１１５を介してガルバノミラー１２１に照射される。ガルバノミラー１２１は磁界により鏡面が揺動して反射光を垂直方向に走査する。ガルバノミラー１２１から反射した映像光は第２のリレー光学系を構成する第１レンズ１２３ａ及び第２レンズ１２３ｂを介して眼球１１８の網膜１２０の上に結像される。

映像信号供給回路１０３は、映像信号を入力して青（Ｂ）色、緑（Ｇ）色及び赤（Ｒ）色に対応する画像信号をＢレーザ駆動回路１０４、Ｇレーザ駆動回路１０５及びＲレーザ駆動回路１０６のそれぞれに出力する。Ｂレーザ１０７はＢレーザ駆動回路１０４からの駆動信号に基づいて光強度が変調されたＢ色のレーザ光を出射する。Ｇレーザ１０８及びＲレーザ１０９も同様に各画像信号に基づいて光強度が変調された各色のレーザ光を出射する。映像信号供給回路１０３は画像信号に同期した水平同期信号及び垂直同期信号を水平走査駆動回路１１４及び垂直走査駆動回路１１６に出力する。水平走査駆動回路１１４は光走査素子１２２に駆動信号を出力してミラー部１２７を揺動させる。この場合の揺動はミラー部１２７の共振振動に基づく。

また、特許文献２には、共振周期で駆動されるガルバノミラーを水平走査に用い、ステッピングモータを垂直走査に用いて２次元画像を描画する光走査装置が記載されている。ステッピングモータによる垂直走査は、投影画像が投影される掃引期間と投影画像が投影されないブランキング期間から構成されている。水平走査に用いるガルバノミラーは、機械構造のばらつきや温度等の対環境特性により共振周期が変動する。共振周期が変動すると水平走査期間が変動し、投影像の下端部が折り重なる、あるいは投影像の下端部が短くなる等の不具合が発生する。

これを防止するために、掃引期間の時間長を、ガルバノミラーの共振周期と走査線数の積で定め、ブランキング期間の時間長を、フレーム周期から掃引期間を差し引いた時間長により定めることにより、ガルバノミラーの共振周期が変動しても、投影像の下端部が変化しないようにする、というものである。
特開２００８−００９３２６号公報 特開２００３−３０２５９０号公報

特許文献１に記載の画像投影装置において、レーザ光の水平走査を行う光走査素子１２２は、ミラーの共振振動を利用した光スキャナが使用される。光スキャナは通常３万Ｈｚ程度の周波数で振動する。しかし、共振振動を利用しているために、揺動部の物理的な変化や周囲温度の変化により、共振点が変化する。共振点が変化すると、揺動部の振幅が小さくなって投影像にゆがみが生ずる。これを補うために光スキャナを駆動する駆動電圧を増大させることができるが、消費電力が増大し、エネルギー効率が低下した。また、周囲の温度変化や共振点の経時変化に応じて、水平走査駆動回路から変更された周波数の駆動信号を供給すると、その供給直後から投影像に歪みや輝度むらが発生し、投影像の画像品質が低下した。

特許文献２に記載の光走査装置では、水平走査の共振周期のずれを垂直走査のブランキング期間により吸収する方式であるが、水平走査を行うガルバノメータが共振点からずれたときに、駆動信号をどのように変更するかについては記載されていない。共振点が変化したときに、駆動回路から変更された周波数の駆動信号を供給すると、上記特許文献１と同様に、その駆動信号供給直後から投影像にゆがみや輝度むらが生ずる。

本発明においては上記課題を解決するために以下の手段を講じた。

請求項１に係る発明においては、光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する画像変調部と、前記光ビームを揺動する反射面により走査して、投影像を形成する光スキャナと、前記光スキャナを揺動させる駆動信号を生成するスキャナ駆動部とを備え、前記スキャナは、主走査方向に走査する共振型の高速光スキャナと副走査方向に走査する低速光スキャナからなり、前記スキャナ駆動部は、前記高速光スキャナを駆動する第１駆動信号を生成する画像投影装置において、前記高速光スキャナの揺動状態を検出する揺動検出部と、前記第１駆動信号の位相と前記検出された揺動の位相とを比較する位相比較部とを更に備え、前記第１駆動信号の位相と前記検出された揺動の位相との間の位相差が所定値に達したことを契機として、前記スキャナ駆動部は前記第１駆動信号の周波数を変更し、前記所定値は、前記位相差において前記スキャナ駆動部が前記変更された周波数の第１駆動信号を前記高速光スキャナに与えたときに生ずる投影像の歪が、０．５〜１フレームの期間持続する位相差であり、前記低速光スキャナの１走査期間は、前記投影像が投影される有効領域を走査する第１走査期間と、前記有効領域の外領域である無効領域を走査する第２走査期間とを有し、前記周波数の変更は、前記位相差が前記所定値に達した後であって前記第２走査期間の期間中に行われることを特徴とする画像投影装置とした。

請求項２に係る発明においては、前記周波数の変更は、前記低速光スキャナの走査が前記第２走査期間に入った直後から、行われることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置とした。

請求項３に係る発明においては、前記スキャナ駆動部が前記第１駆動信号の周波数を変更した直後の１フレームの期間は、前記光ビームに基づく投影像が投影されないことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投影装置とした。

請求項４に係る発明においては、前記スキャナ駆動部が前記第１駆動信号の周波数を変更した直後の１フレームの期間は、前記画像変調部は、前記投影される投影像にぼかし処理を施すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像投影装置とした。

請求項５に係る発明においては、走査される光ビームが、前記投影像が投影される領域の外領域である無効領域に照射されるのを遮断するためのマスク部が設けられており、前記スキャナ駆動部が前記第１駆動信号の周波数を変更した直後の１フレームの期間は、前記スキャナ駆動部は、前記低速光スキャナの揺動を停止することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の画像投影装置とした。

請求項６に係る発明においては、温度を検出する温度センサを更に備え、前記周波数の変更は、検出された温度が所定温度変化に達したことを契機として、又は前記位相差が前記所定値に達したことを契機として、行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像投影装置とした。

また、前記画像信号に基づく画像データを記憶する画像メモリ部と、前記記憶された画像データの解析を行う画像解析部と、を更に備え、前記周波数の変更は、前記画像解析部が、前記記憶された画像データの時間的な変化が小さいことを検出したときに、行われる画像投影装置とした。

また、前記画像信号に基づく画像データを記憶する画像メモリ部と、前記記憶された画像データの解析を行う画像解析部とを更に備え、前記周波数の変更は、前記画像解析部が、前記記憶された画像データの投影輝度が低いことを検出したときに、行われる画像投影装置とした。

請求項１に係る画像投影装置においては、高速光スキャナの揺動状態を検出する揺動検出部と、高速光スキャナを駆動する第１駆動信号の位相と検出された揺動の位相とを比較する位相比較部とを備えおり、第１駆動信号の位相と検出された揺動の位相との間の位相差が所定値に達したことを契機として、スキャナ駆動部は第１駆動信号の周波数を変更するようにした。これにより、複雑な回路を使用することなく、共振周波数と駆動周波数を一致させ、消費電力を低減し、振動体に与える機械的負荷を低減することができる。

また、前記所定値を、前記位相差においてスキャナ駆動部が変更された周波数の第１駆動信号を高速光スキャナに与えたときに生ずる投影像の歪が、０．５〜１フレームの期間持続する位相差とした。これにより、周波数の変更の際に、使用者には画像の歪として認識し難くなり、画像品質の低下を防止することができる。また、低速光スキャナの１走査期間は、投影像が投影される有効領域を走査する第１走査期間と、有効領域の外領域である無効領域を走査する第２走査期間とを有しており、周波数の変更は、位相差が所定値に達した後であって前記高速光スキャナの走査が第２走査期間の期間中に行われるようにした。これにより、有効領域の投影像に与える歪を低減することができる。

また、請求項２に係る画像投影装置においては、周波数の変更は、低速光スキャナの走査が第２走査期間に入った直後から、行われるようにした。これにより、高速光スキャナの揺動の不安定な期間の影響を短くすることができるので、投影像が歪む期間を短くすることができる。

また、請求項３に係る画像投影装置においては、スキャナ駆動部が第１駆動信号の周波数を変更した直後の１フレームの期間は、前記光ビームに基づく投影像が投影されないようにした。これにより、利用者には投影画像のひずみや輝度むらがほとんど認識されない、という利点を有している。

また、請求項４に係る画像投影装置においては、スキャナ駆動部が第１駆動信号の周波数を変更した直後の１フレームの期間は、画像変調部は、投影される投影像にぼかし処理を施すようにした。これにより、投影する画像が不鮮明となるので、駆動信号の周波数を変更したときのひずみや輝度むらが目立たない、という利点を有している。

また、請求項５に係る画像投影装置においては、走査される光ビームが、投影像が投影される領域の外領域である無効領域に照射されるのを遮断するためのマスク部が設けられており、スキャナ駆動部が前記第１駆動信号の周波数を変更した直後の１フレームの期間は、スキャナ駆動部は、低速光スキャナの揺動を停止するようにした。これにより、１フレームの期間、光ビームが投影面に投影されることがないので、有効領域の外側領域が明るくなる、などの投影像の品質低下を防止することができる。

また、請求項６に係る画像投影装置においては、温度を検出する温度センサを更に備え、周波数の変更は、検出された温度が所定温度変化に達したことを契機として、又は位相差が所定値に達したことを契機として、行われるようにした。これにより、周囲温度が変化したときに、投影像にひずみや輝度むらが生ずることを防止することができる。

また、画像投影装置においては、画像信号に基づく画像データを記憶する画像メモリ部と、記憶された画像データの解析を行う画像解析部とを更に備え、周波数の変更は、画像解析部が、記憶された画像データの時間的な変化が小さいこと、又は、投影輝度が低いことを検出したときに、行われるようにした。従って、投影される投影像がほぼ一定の状態、又は輝度が低いときに周波数が変更されるので、周波数の変更により投影像が乱れた場合でも、利用者にはこの投影像の乱れが認識し難くなる。

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の画像投影装置１の基本的な構成を示す構成図である。画像投影装置１は、光源９と、光源９から照射された光ビームを、リレーレンズ１０を介して入射し、主走査方向（Ｘ方向）に走査する共振型の高速光スキャナ３と、高速光スキャナ３から走査された光ビームを、リレーレンズ１０を介して入射し、副走査方向（Ｙ方向）に走査する低速光スキャナ４と、走査された光ビームを投影面１２に結像させる投影光学系１１と、光源９、高速光スキャナ３及び低速光スキャナ４を駆動する信号処理部１５から構成されている。

信号処理部１５は、入力した画像信号に基づいて光源９から出射する光ビームを変調する画像変調部２と、高速光スキャナ３及び低速光スキャナ４を駆動するスキャナ駆動部５と、高速光スキャナ３の揺動状態を検出する揺動検出部６と、スキャナ駆動部５から高速光スキャナ３を駆動する駆動信号と、揺動検出部６から高速光スキャナ３の揺動状態を表す揺動信号との位相差を検出する位相比較部７とを備えている。

画像投影装置１は、次のように駆動する。光源９から発光した光ビームは、高速光スキャナ３により投影面１２において主走査方向であるＸ方向に高速で走査され、低速光スキャナ４により投影面１２において副走査方向であるＹ方向に低速で走査される。従って、投影面１２においては、１本の光ビームによって投影像が描かれる。左上の走査開始点から右下の走査終了点までの期間が１フレームの期間である。通常、１フレームの期間、即ち、副走査方向に１回走査される期間に、主走査方向に数百回以上走査される。１フレーム期間は通常１／６０ｓｅｃである。

高速光スキャナ３は、光を反射する反射面が共振型の揺動を行う。スキャナ駆動部５は、高速光スキャナ３の共振周波数に合致した周波数の第１駆動信号を与える。これにより、第１駆動信号の最小の消費エネルギーにより最大振幅の揺動を行うことができる。スキャナ駆動部５は、第１駆動信号の周波数を基準として、低速光スキャナ４に第２駆動信号を与える。低速光スキャナ４の反射面は、第２駆動信号の電位によりその揺動幅が決定される強制揺動を行う。スキャナ駆動部５は、第１駆動信号の周波数を基準として、投影面１２のフレーム走査の走査開始点を決定するフレーム同期信号や、画像の描画の開始する描画開始点を決定する水平同期信号を生成し、画像変調部２に与える。画像変調部２は、フレーム同期信号及び水平同期信号と画像信号を入力して光源駆動信号を生成し、光源９の発光を制御する。

高速光スキャナ３は、共振点が経時的又は環境変化により変動する。その結果、高速光スキャナ３の共振周波数と第１駆動信号の周波数にずれが生ずる。高速光スキャナ３のＱ値は非常に大きな値、例えば５００〜１５００を有するので、このずれが生ずると、高速光スキャナ３の反射面の振幅が減少し、第１駆動信号の電流が増加して消費電力が増大する。高速光スキャナ３の共振点からずれた周波数の第１駆動信号が与えられるので、振動体に与える機械的負荷も増大する。また、高速光スキャナ３の共振周波数と第１駆動信号の周波数との間にずれが生ずると、高速光スキャナ３の実際の揺動の位相と、高速光スキャナ３に与える第１駆動信号の位相との間にずれが発生する。

揺動検出部６は、高速光スキャナ３の実際の揺動状態を検出し、揺動信号を生成する。位相比較部７は、高速光スキャナ３に与える第１駆動信号の位相と、揺動検出部６が検出した高速光スキャナ３の揺動の位相との間の位相差を検出する。そして、この位相差が所定値を超えたことを契機として、スキャナ駆動部５は、高速光スキャナ３に与える第１駆動信号の周波数を変更する。この周波数の変更は、高速光スキャナ３の変化した共振周波数に近づくように変更する。つまり、高速光スキャナ３の共振点が、経時変化や環境変化に起因して変動したときに、変化した共振周波数に近づけるよう間歇的に修正しながら駆動する。これにより、複雑な回路を使用することなく、共振周波数と駆動周波数とを一致させ、消費電力を低減し、振動体に与える機械的負荷を低減させることができる。

図２は、高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の周波数を変更したときに、高速光スキャナ３の振動の変化の様子を説明するための説明図である。図２（ａ）は、光スキャナの振動面の時間に対する変位を表し、図２（ｂ）は、フレーム１の期間の投影面１２における走査開始点Ｐ１から走査終了点Ｐ２まで光ビームを投影したとしたときの軌跡を表している。

図２（ａ）において、横軸は時間を表し、縦軸は光スキャナの変位（例えば角度）を表している。実線の変位Ｄ１は、高速光スキャナ３の反射面の変位を表し、第１駆動信号の周波数を変更する前の状態を表している。実線の変位Ｄ３は、低速光スキャナ４の反射面の変位を表している。破線の変位Ｄ２は、高速光スキャナ３に周波数が変更された駆動信号を与えたときの反射面変位の一例を表している。変位Ｄ３に示すように、低速光スキャナ４は、時刻ｔ０から変位を開始し時刻ｔ３でフレーム１を終了する。低速光スキャナ４は、時刻ｔ３で変位を元に戻し、再び変位を増加させてフレーム２の走査を行う。高速光スキャナ３の反射面は連続的に揺動し、所定の変位幅で振動する。そして、高速光スキャナ３が時刻ｔ１に達した時点から画像信号により変調された光ビームが照射され、投影面１２に投影像が描画される。

変位Ｄ２は、時刻ｔ１の時点で高速光スキャナ３に周波数が変更された駆動信号を与えたときの高速光スキャナ３の反射面の変位の一例である。駆動信号の周波数が変更されることにより揺動周期が不安定になる。図２（ａ）においては、フレーム２の時間ｔ４まで、即ちｔｘの期間不安定な状態が持続し、以後安定した様子を示している。高速光スキャナ３の揺動周期が不安定になると、投影面１２に描画される投影像に歪みが生じて画像品質が低下する。従って、周波数を変更する際には、揺動の乱れが持続する期間を所定の期間内に収まるようにする必要がある。

図２（ｂ）において、図２（ａ）のフレーム１の期間に光ビームが走査される軌跡を表している。光ビームは、高速光スキャナ３により主走査方向、即ちＸ方向に走査され、低速光スキャナ４により副走査方向、即ちＹ方向に走査される。光ビームは、画像変調部２により光源９の発光タイミングが決定され、通常、有効領域８ａ内において投影像が投影されるように発光タイミングが定められる。図２（ｂ）においては、理解を容易にするために、光源９を連続的に発光したとする場合の無効領域８ｂ内に照射される軌跡も表示されている。実線Ｂ１が高速光スキャナ３の駆動周波数を変更する前の安定投影状態を表し、実線Ｂ２が、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更した後の、投影像の状態を表している。駆動周波数の変更は描画開始点Ｐ３（図２（ａ）の時刻ｔ１に対応する）の時点で駆動周波数を変更している。高速光スキャナ３の揺動に乱れが生ずると、主走査方向の光ビームの軌跡の長さや、軌跡の間隔が変動し、あるいは、副走査方向の長さ、即ち有効領域８ａの上辺及び下辺により区画される画面の大きさが変動する。

高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の周波数を変更する場合に、駆動周波数の変化が大きいほど、揺動周期の乱れる時間ｔｘは長くなる。そして、時間ｔｘが長くなるほど、利用者には投影像の乱れが認識できるようになる。しかし、揺動周期の乱れが短い期間であれば、利用者には投影像の歪として観察されない。

そこで、位相比較部７において検出する第１駆動信号の位相と高速光スキャナ３の揺動の位相との間の位相差と、変更する周波数の変更幅との関係を予め求めておく。そして、位相比較部７が、周波数の変更により投影像の歪が略１フレームの期間持続する位相差を検出したときに、スキャナ駆動部５により第１駆動信号の周波数が変更されるようにすることができる。投影像の歪が略１フレームの期間以内とすることにより、利用者には画像の歪として認識し難いことと、信号処理部１５の回路構成を簡単にすることができる。また、画像の歪を例えば０．５フレームの期間内に低減しようとすると、微細な位相差を検出しなければならず、信号処理部１５の回路構成が複雑になり、ノイズ等による誤動作が生じやすくなる。従って、投影像の歪が持続する期間として、好ましくは略０．５フレーム〜略１フレームとする。これにより、利用者に視認し難く、また、位相差の検出が容易となる。

図３は、高速光スキャナ３の駆動周波数の変化量と、反射面の揺動が安定するまでの時間ｔｘとの関係を表す実験結果を示している。１フレームの期間を１６．７ｍｓｅｃとし、高速光スキャナ３の共振周波数は概ね３万Ｈｚとしている。共振周波数が３０，７０８Ｈｚの高速光スキャナ３を、３０，７０７Ｈｚから３０，７０８Ｈｚの１Ｈｚ変化させたときは、時間ｔｘは６．２ｍｓｅｃである。共振周波数が３０，７０９Ｈｚの高速光スキャナ３を、３０，７０７Ｈｚから３０，７０９Ｈｚの２Ｈｚ変化させたときは、時間ｔｘは１８ｍｓｅｃである。共振周波数が３０，７０９Ｈｚの高速光スキャナ３を、３０，７０６Ｈｚから３０，７０９Ｈｚの３Ｈｚ変化させたときは、時間ｔｘは３６ｍｓｅｃである。共振周波数が３０，７０９Ｈｚの高速光スキャナ３を、３０，６９９Ｈｚから３０，７０９Ｈｚの１０Ｈｚ変化させたときは、時間ｔｘは４０ｍｓｅｃである。

図３に示す実験結果から、高速光スキャナ３の周波数を変更したときに、反射面の揺動の乱れが略１フレーム期間（約１６．７ｍｓｅｃ）以内とするためには、周波数の変更量を２Ｈｚ程度とすればよいことが理解できる。また、反射面の揺動の乱れが略０．５フレーム期間（約８ｍｓｅｃ）とするためには、周波数の変化量を約１．５Ｈｚ程度とすればよい。従って、位相比較部７が、高速光スキャナ３の共振周波数が約１．５Ｈｚ〜２Ｈｚ程度のずれに対応する位相差を検出したときに、スキャナ駆動部５が第１駆動信号を約１．５Ｈｚ〜２Ｈｚ変化させるようにすればよい。

また、低速光スキャナ４の走査において、有効領域８ａを走査する期間を第１走査期間Ｒｘと、無効領域８ｂを走査する期間を第２走査期間Ｒｙとして、スキャナ駆動部５が第１駆動信号の周波数を変化させるタイミングを、投影面１２の無効領域８ｂを走査する第２走査期間Ｒｙの期間中に行うようにする。例えば、位相比較部７により位相差が所定値を超えたことを検出したタイミングが、低速光スキャナ４が有効領域８ａを走査する第１走査期間Ｒｘである場合に、スキャナ駆動部５は、低速光スキャナ４が無効領域８ｂの第２走査期間Ｒｙに入った直後に高速光スキャナ３の第１駆動信号の周波数を変更する。また、位相比較部７により位相差が所定値を超えたことを検出したタイミングが、低速光スキャナ４が無効領域８ｂの第２走査期間Ｒｙであるときは、スキャナ駆動部５は、高速光スキャナ３の周波数を直ちに変更する。これにより、有効領域８ａにおける投影像の歪を低減させることができる。

また、高速光スキャナ３に与える第１駆動信号が変更されることを契機として、１フレームの期間、光スキャナにより投影される投影像が投影されないようにして、利用者に投影像に歪が生じたことが認識され難いようにすることができる。例えば、スキャナ駆動部５が第１駆動信号を変更したときに、画像変調部２に周波数変更の通知を行い、画像変調部２は、光源９の発光を１フレームの期間停止する。また、光ビームが投影面１２の無効領域８ｂに照射されるのを防止するためのマスクを設け、スキャナ駆動部５が第１駆動信号を変更したときに、低速光スキャナ４に与える第２駆動信号の供給を１フレームの期間停止し、光ビームを当該マスクに照射して、利用者から視認できないようにする。

また、画像変調部２は、投影すべき画像データを記憶する画像メモリ部と、この画像メモリ部に記憶された画像データの解析を行う画像解析部を備えるようにする。位相比較部７により第１駆動信号の位相と揺動の位相との間の位相差が所定値を超えたことを検出する。すると、画像解析部は画像記憶に記憶された画像データの時間変化、或いは画像データの輝度情報を検出する。そして、画像データの時間変化が少ないことを検出したときに、或いは、投影像の輝度が低いことを検出したときに、スキャナ駆動部５に通知して、高速光スキャナ３の第１駆動信号の周波数を変更する。これにより、利用者に投影像の歪を認識し難くすることができる。

また、温度を検出する温度センサを設けて、光スキャナの周囲の温度が急激に変化したときに、スキャナ駆動部５は、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更するように構成することができる。周囲温度が急激に変化すると、高速光スキャナ３の共振点が変動する。そこで、予め、周囲温度の変化と変更する周波数との関係を定めておき、周囲温度に所定の温度変化があったときに、第１駆動信号の周波数を変更する。この構成により、急激に周囲温度が変化して、高速光スキャナ３の共振点が変動した場合でも、これに駆動周波数を追随させ、投影像の歪を低減することができる。

なお、光源９として、例えばレーザ発光ダイオードを使用することができる。高速光スキャナ３として、圧電体の振動を利用した光スキャナを使用することができる。低速光スキャナ４として、ガルバノミラーを使用することができる。投影面１２は、画像投影装置１がプロジェクタである場合にはスクリーン面であり、画像投影装置１が網膜走査型の投影装置である場合には、網膜となる。揺動検出部６は、高速光スキャナ３の揺動軸近傍に設けた圧電体からの信号を入力して、揺動状態を検出しても良いし、高速光スキャナ３から走査された光をビームデテクタにより検出し、この検出信号を入力しても良い。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

（実施形態１）
図４は、本発明の実施形態１に係る画像投影装置１を表す機能ブロック図である。同一の部分又は同一の機能の部分には同一の符号を付した。図４に示すように、画像投影装置１は、光源９と、光源９から照射された光ビームを主走査方向に走査する共振型の高速光スキャナ３と、高速光スキャナ３から走査された光ビームを副走査方向（Ｙ方向）に走査する低速光スキャナ４と、これらを駆動する信号処理部１５から構成されている。

信号処理部１５は、入力した画像信号を処理する画像変調部２と、光スキャナに駆動信号を供給するスキャナ駆動部５と、高速光スキャナ３の揺動状態を検出して揺動信号を生成する揺動検出部６と、高速光スキャナ３を駆動する駆動信号の位相と揺動信号の位相とを比較して位相差を検出する位相比較部７と、温度センサ１３から温度情報を入力して温度変化情報を生成する検出温度処理部１４を備えている。画像変調部２は、画像信号から光源駆動信号を生成する画像信号処理部２１と、光源駆動信号に基づいて光源９を駆動する光源ドライバ１６と、入力した画像信号を画像データとして記憶する画像メモリ部２０と、画像メモリ部２０に記憶された画像データのデータ解析を行う画像解析部１７とを備えている。スキャナ駆動部５は、スキャナの駆動信号を生成する駆動信号処理部２２と、当該駆動信号に基づいて高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号と低速光スキャナ４を駆動する第２駆動信号を生成するスキャナドライバ２３を備えている。

信号処理部１５は、図示しない制御部の制御の元で駆動する。制御部は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えており、ＣＰＵがＲＯＭから読み出した制御プログラムをＲＡＭ上を利用して動作させて、信号処理部１５の制御を行う。また、例えば画像解析部１７や検出温度処理部１４は、制御プログラムに組み込まれたソフトウエアにより構成されている。

駆動信号処理部２２は、共振型の高速光スキャナ３を駆動するための共振周波数を有する第１駆動信号と低速光スキャナ４を駆動する第２駆動信号を生成し、スキャナドライバ２３に供給する。スキャナドライバ２３は、駆動信号のオフセットを設定し、及び、増幅して高速光スキャナ３及び低速光スキャナ４の夫々に増幅された第１駆動信号及び第２駆動信号を供給する。駆動信号処理部２２は、フレーム同期信号及び水平同期信号を生成し、画像信号処理部２１に供給する。画像信号処理部２１は、入力した画像信号をフレーム同期信号及び水平同期信号に基づいて変調して光源駆動信号を生成する。光源ドライバ１６は、光源駆動信号に基づいて光源９を駆動する。

揺動検出部６は、高速光スキャナ３に取り付けた、又は高速光スキャナ３の近傍に設けた揺動センサから検出信号を入力し、検出信号の増幅及び整形を行って揺動信号を生成する。位相比較部７は、当該揺動信号と、高速光スキャナ３に与える第１駆動信号に基づく駆動信号を入力して位相を比較し、位相差が所定値を超えたか否かを判定し、周波数変更の通知を生成する。駆動信号処理部２２又は／及び画像信号処理部２１は、この周波数変更の通知に基づいて、高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の周波数を変更する、低速光スキャナ４に与える第２駆動信号を変更する、画像解析部１７の解析を開始する、或いは、画像信号処理部２１により生成する光源駆動信号の供給を中断する。

図５は、本発明に係る画像投影装置１に使用する高速光スキャナ３の一実施形態を表す模式的な斜視図である。高速光スキャナ３は、光を反射する反射面が形成された反射部３１と、この反射部３１を両側から支持するバネ部３２、３２と、反射部３１の周囲を取り囲む形状を有する固定枠３５と、バネ部３２と固定枠３５との間を連結する２つの二股形状の梁部３３、３３と、２つの梁部３３に設置された４つの圧電素子３７ａ、３７ｂとを備える光走査部３０と、中央部が凹状に形成され、光走査部３０の固定枠３５と接合して光走査部３０を保持する筐体３９により構成されている。

固定枠３５の表面には電極端子３６が形成され、圧電素子３７ａ、３７ｂに形成されている図示しない電極と配線３４により電気的に接続されている。梁部３３の２つの圧電素子３７ａ、３７ａに互いに逆相の交番電圧を印加することにより、２つの梁部３３は交互に上下方向に曲げ振動を行う。この振動によりバネ部３２には回転トルクが与えられ、反射部３１はバネ部３２を揺動軸Ｚとして揺動する。これにより、反射部３１に入射した光ビームは、所定の周期で走査された光ビームに変換される。

また、２つの圧電素子３７ｂを揺動センサとして使用することができる。反射部３１が圧電素子３７ａの振動により揺動すると、２つの圧電素子３７ｂは上下方向に屈曲振動を行う。圧電素子３７ｂのこの屈曲振動により、電極端子３６に電圧が発生する。この電圧は、反射部３１の揺動に同期した周期を持つ。揺動検出部６は圧電素子３７ｂにより生成されたこの電圧を入力し、増幅及び波形整形を行って揺動信号を生成する。

なお、上記実施例では揺動センサを圧電素子３７ｂとしたが、これに限定されない。揺動センサとして、反射部３１から走査された光ビームをビームデテクタ（以下ＢＤという）とし、このＢＤの検出信号を揺動検出部６が入力して、高速光スキャナ３の揺動状態を検出しても良い。

（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２に係る画像投影装置１の駆動方式を説明するための説明図である。本実施形態２においては、高速光スキャナ３の駆動信号が変更されることを契機として、１フレームの期間投影像を投影しない場合である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図９において、横軸は時間軸であり、フレーム１〜フレーム４の期間を表している。最下段は、画像信号処理部２１から光源９に、描画開始点Ｐ３から描画終了点Ｐ４の期間に供給される光源駆動信号の画像データＤ５を表す。その上段は、低速光スキャナ４の反射面の変位Ｄ３を表す。その上段は、高速光スキャナ３の反射面の揺動に伴う振幅の変位を表し、実線の変位Ｄ１が、高速光スキャナ３の周波数を変更する前であり、破線の変位Ｄ２が、周波数を変更した後の揺動周期が不安定な期間であり、実線Ｄ２’は周波数変更後の揺動周期が安定した期間である。最上段は、位相比較部７により検出された、揺動の位相と第１駆動信号の位相との間の位相差Ｄ４を表している。レベルＦ１が、位相差がない状態、即ち位相差０の状態であり、レベルＦ２が、高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の周波数を変更すべきレベルである。レベルＦ２の位相差は、例えば、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更したときに、その変更に伴う投影像の歪が、例えば略１フレームの期間持続する位相差である。なお、高速光スキャナ３の揺動周期が不安定な破線Ｄ２の期間の略１フレームは、位相差が不安定となる（破線Ｄ７により示す）。従って、この不安定な期間は、位相比較部７において予め周波数変更を通知しないように設定しておくことが望ましい。

高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、位相比較部７が、第１駆動信号と揺動信号との間の位相差Ｄ４がレベルＦ２に達したことを検出したときは（図９におけるＰ５のタイミング）、周波数変更の通知を駆動信号処理部２２に与える。駆動信号処理部２２は、次のフレーム３であって低速光スキャナ４の走査が無効領域８ｂを走査中に高速光スキャナ３の駆動周波数を変更する。画像信号処理部２１は、駆動信号処理部２２から周波数を変更した旨の通知を受信したことを契機として、光源ドライバ１６に光源９の発光を停止する光源駆動信号を与える。これにより、フレーム３の期間は、光ビームが投射されない。画像信号処理部２１は、次にフレーム同期信号に同期して、画像データＤ５を含む光源駆動信号を光源ドライバ１６に与えて、投影像の描画を再開する。

この結果、投影面１２にはフレーム３の期間、画像が投影されない。これにより、高速光スキャナ３の駆動周波数が変更された直後のフレーム３の期間は投影像が描画されないので、利用者には投影像の歪がほとんど視認することがない。なお、第１駆動信号の周波数変更のタイミングは、位相差Ｄ４がレベルＦ２に達した直後のフレームであっても、また、その後のフレームであってもよい。

（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係る画像投影装置１の駆動方式を説明するための説明図である。本実施形態３においては、周波数変更が通知された後に、低速光スキャナ４の走査を１フレーム期間停止する場合である。同一の部分又は同一の機能を表す部分には同一の符号を付している。

図６において、横軸は時間軸であり、フレーム１〜フレーム４の期間を表している。最下段は、低速光スキャナ４の反射面の揺動に伴う変位Ｄ３を表している。中段は、高速光スキャナ３の反射面の揺動に伴う振幅の変位を表し、実線の変位Ｄ１が、高速光スキャナ３の周波数を変更する前であり、破線の変位Ｄ２が、周波数を変更した後の揺動周期が不安定な期間であり、実線Ｄ２’は周波数変更後の揺動周期が安定した期間である。上段は、位相比較部７により検出された、揺動振動の位相と高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の位相との間の位相差Ｄ４の変化を表している。上段の縦軸は位相差を表しており、レベルＦ１が第１駆動信号の位相と揺動振動の位相との間の位相差がない状態、即ち位相差が０のレベルの状態である。レベルＦ２は、高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の周波数を変更すべきレベルである。レベルＦ２の位相差は、例えば、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更したときに、その変更に伴う投影像の歪が、略１フレームの期間持続する位相差である。なお、高速光スキャナ３の揺動周期が不安定な期間である破線Ｄ２により示す略１フレームは、位相差が不安定となる（破線Ｄ７により示す）。従って、この不安定な期間は、位相比較部７において予め周波数変更を通知しないように設定しておくことが望ましい。

高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、位相比較部７が第１駆動信号と揺動信号との間の位相差Ｄ４がレベルＦ２に達したことを検出したときは、駆動信号処理部２２に対して周波数変更の通知を与える。駆動信号処理部２２は、次のフレーム３において、低速光スキャナ４の揺動を停止する。即ち、駆動信号処理部２２は、低速光スキャナ４の光ビームの走査方向が、無効領域８ｂに退避する第２駆動信号を設定する。更に、駆動信号処理部２２は、変位Ｄ２に示すように、低速光スキャナ４の第２走査期間中、即ち図２（ｂ）に示す無効領域８ｂを走査する期間中に高速光スキャナ３を駆動する第２駆動信号の周波数を変更する。

これにより、投影面１２の有効領域８ａにはフレーム３の画像が投影されない。駆動信号処理部２２は、フレーム４から低速光スキャナ４の揺動を再開する。高速光スキャナ３の駆動周波数を変更した直後の１フレームは有効領域８ａに投影されないので、利用者は、投影像の歪がほとんど視認することがない。なお、第２駆動信号の周波数変更のタイミングは、位相差Ｄ４がレベルＦ２に達した直後のフレームであっても、また、その後のフレームであってもよいが、確実に動作させるのであれば、直後のフレームが望ましい。また、図８において説明するように、マスク部２４を設けることにより無効領域８ｂにも光ビームが投影されないようにすることができる。また、図９において説明したように、低速光スキャナ４の揺動が停止している期間、光源９の発光を停止しても良い。

（実施形態４）
図７は、本発明の実施形態４に係る画像投影装置１の駆動方式を説明するための説明図である。本実施形態４においては、周波数変更の通知が生成された後に、低速光スキャナ４の走査が無効領域８ｂを走査する第２走査期間に入った直後に高速光スキャナ３の駆動周波数を変更する場合である。同一の部分又は同一の機能を表す部分には同一の符号を付している。

図７において、横軸は時間軸であり、フレーム１〜フレーム４の期間を表している。最下段は、低速光スキャナ４の反射面の揺動に伴う変位Ｄ３を表している。中段は、高速光スキャナ３の反射面の揺動に伴う振幅の変位を表し、実線の変位Ｄ１が、高速光スキャナ３の周波数を変更する前であり、破線の変位Ｄ２が、周波数を変更した後の揺動周期が不安定な期間であり、実線Ｄ２’は周波数変更後の揺動周期が安定した期間である。上段は、位相比較部７により検出された、揺動振動の位相と高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の位相との間の位相差Ｄ４の変化を表している。上段の縦軸は位相差を表しており、レベルＦ１が第１駆動信号の位相と揺動振動の位相との間の位相差がない状態、即ち位相差が０のレベルの状態である。レベルＦ２は、高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の周波数を変更すべきレベルである。レベルＦ２の位相差は、例えば、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更したときに、その変更に伴う投影像の歪が、略１フレームの期間持続する位相差である。なお、高速光スキャナ３の揺動周期が不安定な期間である破線Ｄ２により示す略１フレームは、位相差が不安定となる（破線Ｄ７により示す）。従って、この不安定な期間は、位相比較部７において予め周波数変更を通知しないように設定しておくことが望ましい。

高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、位相比較部７が第１駆動信号と揺動信号との間の位相差Ｄ４がレベルＦ２に達したことを検出したときは、駆動信号処理部２２に対して周波数変更通知を与える。駆動信号処理部２２は、次のフレーム３において、低速光スキャナ４の揺動を停止する。即ち、駆動信号処理部２２は、低速光スキャナ４の光ビームの走査方向が、無効領域８ｂに退避する第２駆動信号を設定する。更に、駆動信号処理部２２は、変位Ｄ２に示すように、低速光スキャナ４が第２走査期間に入った直後に高速光スキャナ３を駆動する第２駆動信号の周波数を変更する。これにより、高速光スキャナ３の揺動の不安定な期間の影響を短くすることができるので、投影像が歪む期間を短くすることができる。なお、図８において説明するように、マスク部２４を設けることにより無効領域８ｂにも光ビームが投影されないようにすることができる。また、図９において説明したように、低速光スキャナ４の揺動が停止している期間、光源９の発光を停止しても良い。

（実施形態５）
図８は、本発明の実施形態５に係る画像投影装置１の投影部を表す模式的な斜視図である。本実施形態５においては、低速光スキャナ４の駆動を中断して退避したときに、光ビームが投影面１２に投影されないようにした。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図８に示すように、投影光学系１１と投影面１２との間に光ビームを遮断するマスク部２４ａ、２４ｂを設けた。図６に示したように、フレーム３の期間中は、低速光スキャナ４は揺動を中断して退避する。低速光スキャナ４は、反射面から反射した光ビームが、投影面１２の投影像が投影される有効領域８ａの外側に照射される位置で退避する。そこで、低速光スキャナ４が無効領域８ｂの上辺側で退避する場合にはマスク部２４ａを、低速光スキャナ４が無効領域８ｂの下辺側で退避する場合にはマスク部２４ｂを設け、光ビームを遮断する。これにより、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更したフレーム３の期間に、光ビームは投影面１２のどこにも投影されないので、投影像の品質低下を防止することができる。

なお、マスク部２４ａ、２４ｂ以外は図１において説明した画像投影装置１の構成と同様なので、説明を省略する。また、マスク部２４ａ、２４ｂは、低速光スキャナ４と投影光学系１１との間に設けてもよい。また、本実施形態５のようにマスク部２４ａ、２４ｂを設けることに代えて、画像信号処理部２１が駆動信号処理部２２から低速光スキャナ４の駆動停止通知を受けて、光源ドライバ１６に対して光源駆動信号の供給を停止して、光源９から光ビームを照射しないようにしてもよい。

（実施形態６）
図１０は、本発明の実施形態６に係る画像投影装置１の駆動方式を説明するための説明図である。図９と異なる部分は、フレーム３の期間は投影像のぼかし処理が施された光源駆動信号が画像信号処理部２１から光源ドライバ１６に与えられる点である。その他の部分は図９と同様なので、説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

画像メモリ部２０は、１フレーム又は複数フレーム分の画像データを記憶している。画像信号処理部２１は外部から画像信号を受信すると、画像データに変換して画像メモリ部２０に一旦記憶する。通常、画像信号処理部２１は、この記憶された画像メモリ部２０から画像データを読み出して、光源駆動信号に変換して光源ドライバ１６に出力する。画像解析部１７は、駆動信号処理部２２から、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更した周波数変更の通知を受領する。すると、画像解析部１７は、画像メモリ部２０に記憶された画像データを読み出して、投影される投影像のぼかし処理を施す。例えば、描画される投影像の各ドットに対応する画像データと、これに隣接するドットに対応する画像データとを干渉させて、投影像の輪郭を不鮮明にする。或いは、最小単位画像の面積を拡大させる。

画像解析部１７は、ぼかし処理後の変換画像データを画像メモリ部２０に格納する。画像信号処理部２１は、駆動信号処理部２２から、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更した周波数変更の通知を受信して、画像メモリ部２０から変換画像データを読み出して、光源駆動信号を生成する。その結果、フレーム３では輪郭の不鮮明な投影像が投影されるので、利用者は、駆動周波数の変更により投影像に歪が生じても、その歪を認識し難い。特に、ぼかし処理を施したフレーム３の投影像と、通常の投影像が描画されるフレーム２及びフレーム３との間で、投影像の輝度変化或いは形状変化が少ないので、利用者には投影像の歪がほとんど認識することができない。また、このぼかし処理が施された投影像の描画を１フレーム期間とすれば、利用者は投影像の歪をほとんど認識することがない。

（実施形態７）
図１１は、本発明の実施形態７に係る画像投影装置１の駆動方式を説明するための説明図である。本実施形態７においては、位相比較部７が高速光スキャナ３の駆動周波数を変更する周波数変更を通知した後に、画像解析部１７が投影像の画像解析を行って、所定の条件を満たしたときに、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更する駆動方式である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図１１において、横軸は時間軸であり、フレーム１〜フレームｎ+１の期間を表している。最下段は、画像信号処理部２１から光源９に与える光源駆動信号の画像データＤ５を表している。描画開始点Ｐ３から描画終了点Ｐ４の期間に投影信号が供給される。その上段は、低速光スキャナ４の反射面の変位Ｄ３を表す。その上段は、高速光スキャナ３の反射面の変位Ｄ１、Ｄ２及びＤ２’を表している。実線で表す変位Ｄ１が第１駆動信号の周波数を変更する前であり、破線の変位Ｄ２が周波数を変更した後の揺動周期が不安定な期間であり、実線Ｄ２’が揺動周期が安定した期間である。最上段は、位相比較部７により検出された、揺動の位相と第１駆動信号の位相との間の位相差Ｄ４を表している。レベルＦ１が、位相差がない状態、即ち位相差０の状態であり、レベルＦ２が、高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の周波数を変更すべきレベルである。レベルＦ２の位相差は、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更したときに、その変更に伴う投影像の歪が、例えば略１フレームの期間持続する位相差である。なお、高速光スキャナ３の揺動周期が不安定な破線Ｄ２の期間の略１フレームは、位相差が不安定となる（破線Ｄ７により示す）。従って、この不安定な期間は、位相比較部７において予め周波数変更を通知しないように設定しておくことが望ましい。

位相比較部７は、高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、第１駆動信号と揺動信号との間の位相差Ｄ４がレベルＦ２に達したことを検出したときは、周波数変更通知を画像解析部１７に通知する。画像解析部１７は、画像メモリ部２０に記憶された画像データの解析を行う。そして、画像解析部１７は、画像データから輝度データを抽出し、フレームｎ（ｎは３以上の整数）における画像データの平均輝度が、所定値よりも低いことを解析したときに、周波数変更を通知する。駆動信号処理部２２は、当該変更通知を受け取り、例えば、ｎフレームの描画終了点Ｐ７からフレームｎ＋１の描画開始点Ｐ８の間に、高速光スキャナ３の周波数を変更する。これにより、利用者は、投影像の輝度が低いときに周波数が変更されるために、投影像の歪を認識し難くなる。

また、位相比較部７は、高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、位相差Ｄ４がレベルＦ２に達したことを検出したときは、周波数変更通知を画像解析部１７に通知する。画像解析部１７は、画像メモリ部２０に記憶された画像データを読み出し、当該画像データから、フレーム間の画像データの変化量が、所定量よりも小さいことを解析したときに、変更を通知する。駆動信号処理部２２は、当該変更通知を受け取り、フレームｎ＋１の無効領域８ｂの走査期間中に、高速光スキャナ３の周波数を変更する。これにより、利用者は、投影像の輝度変化が少ないので、投影像の歪を認識し難くなる。

（実施形態８）
図１２は、本発明の実施形態８に係る画像投影装置１の駆動方式を説明するための説明図である。本実施形態８においては、周囲の温度変化が所定温度変化を超えたことを契機として、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更する場合である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図１２において、横軸は時間軸であり、フレーム１〜フレーム４の期間を表している。最下段の変位Ｄ１は、低速光スキャナ４の揺動に伴う振幅を表している。中段の変位Ｄ１、Ｄ２及びＤ２’は、高速光スキャナ３の揺動に伴う振幅を表し、実線の変位Ｄ１が、高速光スキャナ３の周波数を変更する前であり、破線の変位Ｄ２が、周波数を変更した後の揺動周期が不安定な期間であり、実線Ｄ２’は周波数変更後の揺動周期が安定した期間である。その上段は位相比較部７により検出された揺動の位相と第１駆動信号の位相との間に位相差Ｄ４を表している。レベルＦ１が、位相差がない状態、即ち位相差０の状態であり、レベルＦ２が、高速光スキャナ３の共振点が経時変化し、高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の周波数を変更すべきレベルである。最上段の温度差Ｄ６は、検出温度処理部１４により検出された温度差Ｄ６を表している。レベルＥ１が所定期間において周囲の温度が変化しない状態、即ち温度変化が０°の状態である。レベルＥ２は、周囲の温度が変化し、高速光スキャナ３を駆動する第１駆動信号の周波数を変更すべき温度変化のレベルである。レベルＥ２の温度差は、例えば、高速光スキャナ３の駆動周波数を変更したときに、その変更に伴う投影像の歪が、略１フレームの期間持続する温度差である。

周囲温度が変化し、検出温度処理部１４が第１駆動信号と揺動信号との間の温度差Ｄ６がレベルＥ２に達したことを検出したときは、駆動信号処理部２２に対して周波数変更通知を与える。駆動信号処理部２２は、変位Ｄ２に示すように、フレーム３の初期に高速光スキャナ３を駆動する第２駆動信号の周波数を変更する。

これにより、周囲温度が急激に変化し、高速光スキャナ３の共振点が変化した場合でも、間歇的に駆動信号を周波数を共振点に合わせるように変化させるので、高速光スキャナ３の消費電力を低減し、高速光スキャナ３に対して機械的負荷の増加を抑制することができる。なお、高速光スキャナ３の揺動周期が不安定な破線Ｄ２の期間の略１フレームは、位相差が不安定となる（破線Ｄ７により示す）。従って、この不安定な期間は、位相比較部７において予め周波数変更を通知しないように設定しておくことが望ましい。

以上、実施形態２から実施形態８において、本発明の画像投影装置１の駆動方式について説明してきたが、これら各駆動方式を組み合わせることができることは明らかであり、これらを組み合わせた駆動方式も、本発明に含まれる。また、以上説明した実施形態において、周波数の変更を、位相差Ｄ４がレベルＦ２に達した後に、低速光スキャナ４が無効領域８ｂを走査する第２走査期間に行う例について説明してきた。これに代えて、補正をできるだけ有効に行う点で必ずしも好ましくは無いが、位相差Ｄ４がレベルＦ２に達した後に、低速光スキャナ４が有効領域８ａを走査する第１走査期間であって、高速光スキャナ３の走査が無効領域８ｂの走査を行っている期間に、周波数の変更を行うようにし、これに同期させて、光源９からの発光を略１フレーム中止すればよい。また、以上の説明において、周波数の変化と位相の変化はある程度対応しているので、位相がどの方向にずれるかに対応して、周波数を増やす補正か、減らす補正かを決めるようにすることは、もちろんである。

（実施形態９）
図１３は、本発明の実施形態９に係る画像投影装置１の模式的な構成図を表す。本実施形態９においては、網膜走査型の画像投影装置である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図１３に示すように、画像投影装置１は利用者の眼球５８の網膜６０上に映像を直接結像する。青色の光を発光するＢレーザ４７、緑色の光を発光するＧレーザ４８及び赤色に光を発光するＲレーザ４９から出射した映像光はコリメート光学系５０により平行光となり、ダイクロイックミラー５１により合成され、結合光学系５２により集光されて光ファイバー５９内に入射される。光ファイバー５９から出射した映像光は第２のコリメート光学系５３を介して高速光スキャナ３のミラー部６７に照射される。ミラー部６７は第１駆動信号により駆動されて揺動し、反射光を主走査方向に走査する。主走査方向に走査された映像光は第１のリレー光学系５５を介してガルバノミラーからなる低速光スキャナ４に照射される。ガルバノミラーは磁界により鏡面が揺動して反射光を副走査方向に走査する。ガルバノミラーから反射した映像光は第２のリレー光学系を構成する第１レンズ６３ａ及び第２レンズ６３ｂを介して眼球５８の網膜６０の上に結像される。なお、光束が全て瞳孔の中心を通るように構成されているが、各光束が瞳孔内に収まるように収束させる構成であってもよい。ビームデテクタ（ＢＤ）４０は、高速光スキャナ３から走査される光を検出して、ミラー部６７の揺動状態を検出する。

信号処理部１５は、映像信号を入力して青（Ｂ）色、緑（Ｇ）色及び赤（Ｒ）色に対応する光源駆動信号を光源ドライバとしてのＢレーザ駆動回路４４、Ｇレーザ駆動回路４５及びＲレーザ駆動回路４６のそれぞれに出力する。Ｂレーザ４７はＢレーザ駆動回路４４からの駆動信号に基づいて光強度が変調されたＢ色のレーザ光を出射する。Ｇレーザ４８及びＲレーザ４９も同様に各画像信号に基づいて光強度が変調された各色のレーザ光を出射する。信号処理部１５は画像信号に同期した第１駆動信号及び第２駆動信号を高速光スキャナ３及び低速光スキャナ４に出力する。ミラー部６７は、第１駆動信号により主走査方向に揺動する。低速光スキャナ４の反射面は、第２駆動信号により副走査方向に揺動する。この場合の揺動はミラー部６７の共振振動に基づく。

信号処理部１５は、実施形態１において説明したと同様なので、説明を省略する。なお、本実施例１０において、揺動センサとしてＢＤ４０を用いている。揺動検出部６はこのＢＤ４０から信号を受信して、揺動信号を生成する。

本発明の実施形態に係る画像投影装置の模式的な構成図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の説明図である。 本発明の実施形態に係る照明装置の、高速光スキャナの駆動周波数の変化量と揺動が安定するまでの時間ｔｘとの関係を表す実験結果である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置に使用する高速光スキャナの模式的な斜視図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の駆動方式を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の駆動方式を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の模式的な構成図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の駆動方式を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の駆動方式を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の駆動方式を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の駆動方式を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の模式的な構成図である。 従来から公知の画像投影装置の構成図である。

符号の説明

１ 画像投影装置
２ 画像変調部
３ 高速光スキャナ
４ 低速光スキャナ
５ スキャナ駆動部
６ 揺動検出部
７ 位相比較部
８ａ 有効領域
８ｂ 無効領域
９ 光源
１０ リレーレンズ
１１ 投影光学系
１２ 投影面
１３ 温度センサ
１４ 検出温度処理部
１５ 信号処理部

Claims (6)

1. 光源からの光ビームを画像信号に応じて変調する画像変調部と、前記光ビームを揺動する反射面により走査して、投影像を形成する光スキャナと、前記光スキャナを揺動させる駆動信号を生成するスキャナ駆動部とを備え、前記スキャナは、主走査方向に走査する共振型の高速光スキャナと副走査方向に走査する低速光スキャナからなり、前記スキャナ駆動部は、前記高速光スキャナを駆動する第１駆動信号を生成する画像投影装置において、
   前記高速光スキャナの揺動状態を検出する揺動検出部と、前記第１駆動信号の位相と前記検出された揺動の位相とを比較する位相比較部とを更に備え、
   前記第１駆動信号の位相と前記検出された揺動の位相との間の位相差が所定値に達したことを契機として、前記スキャナ駆動部は前記第１駆動信号の周波数を変更し、
   前記所定値は、前記位相差において前記スキャナ駆動部が前記変更された周波数の第１駆動信号を前記高速光スキャナに与えたときに生ずる投影像の歪が、０．５〜１フレームの期間持続する位相差であり、
   前記低速光スキャナの１走査期間は、前記投影像が投影される有効領域を走査する第１走査期間と、前記有効領域の外領域である無効領域を走査する第２走査期間とを有し、
   前記周波数の変更は、前記位相差が前記所定値に達した後であって前記第２走査期間の期間中に行われることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記周波数の変更は、前記低速光スキャナの走査が前記第２走査期間に入った直後から、行われることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記スキャナ駆動部が前記第１駆動信号の周波数を変更した直後の１フレームの期間は、前記光ビームに基づく投影像が投影されないことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投影装置。
4. 前記スキャナ駆動部が前記第１駆動信号の周波数を変更した直後の１フレームの期間は、前記画像変調部は、前記投影される投影像にぼかし処理を施すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像投影装置。
5. 走査される光ビームが、前記投影像が投影される領域の外領域である無効領域に照射されるのを遮断するためのマスク部が設けられており、
   前記スキャナ駆動部が前記第１駆動信号の周波数を変更した直後の１フレームの期間は、前記スキャナ駆動部は、前記低速光スキャナの揺動を停止することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の画像投影装置。
6. 温度を検出する温度センサを更に備え、
   前記周波数の変更は、検出された温度が所定温度変化に達したことを契機として、又は前記位相差が前記所定値に達したことを契機として、行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像投影装置。

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