JP5640741B2 - Two-dimensional optical scanning device and optical scanning image display device - Google Patents
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Description
本発明は、第一及び第二の方向に所定の周波数で振動する光ミラーにより光ビームを2次元的に往復走査する2次元走査装置、及び、該2次元走査装置を用いて入力画像データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き、走査することにより該スクリーン上に画像を投影する光走査型画像表示装置に関する。 The present invention provides a two-dimensional scanning device that reciprocally scans a light beam two-dimensionally with an optical mirror that vibrates at a predetermined frequency in first and second directions, and input image data using the two-dimensional scanning device. The present invention relates to an optical scanning type image display apparatus that projects an image on a screen by guiding and scanning a light beam modulated accordingly.
画像表示技術の一つに、入力画像データに応じて変調された光ビームを2次元走査してスクリーン上に画像を投影し表示する方式がある。 One of the image display technologies is a method of projecting and displaying an image on a screen by two-dimensionally scanning a light beam modulated according to input image data.
この種の画像表示技術においては、従来は回転するポリゴンミラーとそれに同期して動くガリバノミラーを組み合わせたものが一般に用いられていたが、近年、半導体製造技術を利用した微細加工プロセスにより製造された、極めて小型で2次元に光走査が可能な所謂MEMS(micro electro mechanical system)スキャナーが実現し、携帯情報端末への組み込みや眼鏡タイプなどの超小型の画像表示装置も実際に登場している。 In this type of image display technology, a combination of a rotating polygon mirror and a galvano mirror that moves in synchronization with the rotating mirror has been generally used, but in recent years, it has been manufactured by a microfabrication process using semiconductor manufacturing technology. A so-called MEMS (micro electro mechanical system) scanner capable of two-dimensional optical scanning is realized, and an ultra-compact image display device such as a built-in portable information terminal or a spectacle type has actually appeared.
このような光走査型画像表示装置の従来例として、例えば特許文献1に記載のものがある。これは、水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動する2次元スキャナーを用いて、入力画像データに応じて変調された光ビームをスクリーンに導き、リサージュまたはそれに近い軌跡でスクリーン面を走査して、所望の画像を表示するというものである。
As a conventional example of such an optical scanning image display device, for example, there is one described in
しかしながら、このような2次元スキャナーを用いた画像表示装置においては、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係が適切でないと、所望の光ビーム走査軌跡が得られず、表示画像の品質が劣化してしまう問題が生じる。具体的には、MEMSスキャナーなど機械振動部品は、一般に温度やその他の環境的要因によって特性が変化し、それによって振幅の位相も変化し、表示画像に悪影響を与える。したがって、実際には水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を検知し、適切な位相関係を維持すべく補正する必要があるが、特許文献1には、そのようなことについて一切開示されていない。
However, in such an image display device using a two-dimensional scanner, if the phase relationship between the amplitudes in the horizontal direction and the vertical direction is not appropriate, a desired light beam scanning locus cannot be obtained, and the quality of the display image is deteriorated. Problems arise. Specifically, mechanical vibration parts such as a MEMS scanner generally change in characteristics depending on temperature and other environmental factors, thereby changing the phase of the amplitude and adversely affecting the displayed image. Accordingly, it is actually necessary to detect the phase relationship between the amplitudes in the horizontal direction and the vertical direction and correct the phase relationship so as to maintain an appropriate phase relationship. However,
これに対して、例えば、特許文献2には、ミラー部を水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波またはそれに近いモードで振動して、光ビームを2次元方向に走査する2次元スキャナー装置において、スキャナー部に、圧電素子などを利用してミラー部の振動に伴う応力を電気信号に変換して検出する手段を設け、その検出信号を水平方向と垂直方向の共振周波数に対応した信号に分離し、各信号に基づいて、水平方向及び垂直方向それぞれについて共振周波数及び振幅を制御して、使用環境の変化によってスキャナー部の振動系の共振周波数が変化しても、ミラー部を所定の走査角度で動作させる技術が開示されている。
On the other hand, for example,
しかしながら、この従来技術では、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を検出することは考慮されておらず、両者の位相関係が変化した場合には、表示画像の品質が劣化してしまう問題は解決されない。 However, this prior art does not consider detecting the phase relationship between the horizontal and vertical amplitudes, and if the phase relationship between the two changes, there is a problem that the quality of the display image deteriorates. It is not solved.
また、例えば特許文献3には、水平方向及び垂直方向にそれぞれ正弦波又はそれに近いモードで振動する2次元スキャナーを用いてリサージュ又はそれに近い軌跡でスクリーン面を走査して所望の画像を表示する装置において、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を適正に制御する方法が開示されている。しかしながら、この従来技術は、スキャナーから離れたスクリーン面などに受光手段を備え、該受光手段において受光される走査光のタイミングを検出することにより、水平方向と垂直方向の振幅の位相関係を適正に制御すると云うものであり、装置が大型化するとともにコストアップにつながるという問題がある。 For example, Patent Document 3 discloses an apparatus that displays a desired image by scanning a screen surface with a Lissajous or a locus close thereto using a two-dimensional scanner that vibrates in a sine wave or a mode close thereto in the horizontal direction and the vertical direction, respectively. Discloses a method of appropriately controlling the phase relationship between the horizontal and vertical amplitudes. However, this prior art has a light receiving means on a screen surface or the like away from the scanner, and detects the timing of the scanning light received by the light receiving means, so that the phase relationship between the horizontal and vertical amplitudes is properly adjusted. There is a problem that the apparatus is increased in size and costs are increased.
本発明は、叙上の従来技術の問題に鑑みなされたもので、第一及び第二の所定の周波数で振動する光ミラーにより光ビームを2次元的に往復走査する2次元光走査装置において、2次元走査の位相関係を最適に制御できるようにして、所望の走査軌跡が高精度に得られるとともに、小型で低コストの2次元光走査装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and in a two-dimensional optical scanning apparatus that reciprocally scans a light beam two-dimensionally with an optical mirror that vibrates at first and second predetermined frequencies, An object of the present invention is to provide a small-sized and low-cost two-dimensional optical scanning apparatus capable of optimally controlling the phase relationship of two-dimensional scanning and obtaining a desired scanning locus with high accuracy.
また、本発明は、該2次元光走査装置を備えて、常に最適な所望の走査軌跡で良好な表示画像品質が得られるとともに、小型で低消費電力の光走査画像表示装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an optical scanning image display device which is provided with the two-dimensional optical scanning device and can always obtain a good display image quality with an optimum desired scanning trajectory, and which is small in size and has low power consumption. is there.
本発明の2次元光走査装置は、第一の周波数の駆動信号を印加することによって第一の方向に第一の周波数で光ビームを往復走査すべく振動すると同時に、該振動に同期した第一の同期信号を出力する第一の光走査手段と、第一の周波数よりも低い第二の周波数の駆動信号を印加することによって第二の方向に前記第二の周波数で光ビームを往復走査すべく振動するすると同時に、該振動に同期した第二の同期信号を出力する第二の光走査手段を備えると共に、第一の同期信号と第二の同期信号の位相関係を検出する位相検出手段と、該位相検出手段により検知された位相関係に基いて前記第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御する位相制御手段を設けたことを特徴とする。 The two-dimensional optical scanning device of the present invention vibrates so as to reciprocately scan the light beam at the first frequency in the first direction by applying the drive signal having the first frequency, and at the same time, the first synchronized with the vibration. The first optical scanning means for outputting the synchronizing signal and the driving signal having the second frequency lower than the first frequency are applied to reciprocate the light beam at the second frequency in the second direction. A second optical scanning unit that vibrates as much as possible and outputs a second synchronizing signal synchronized with the vibration, and a phase detecting unit that detects a phase relationship between the first synchronizing signal and the second synchronizing signal; And a phase control means for controlling the phase of the first or second drive signal based on the phase relationship detected by the phase detection means.
位相検出手段は、第一の走査と第二の走査の位相関係が一巡する1フレーム期間内の所定のタイミングにおける、前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相差を検出することを特徴とする。具体的には、1フレーム期間において、第二の光走査手段が前記第二の方向の往復走査の略中心にくるタイミングに対して、第一の走査手段が前記第一の方向の往復走査の略中心にくるタイミングの差を前記位相差として検出する。 The phase detection means detects a phase difference between the first synchronization signal and the second synchronization signal at a predetermined timing within one frame period in which the phase relationship between the first scan and the second scan makes a round. Features. Specifically, in one frame period, the first scanning unit performs the reciprocating scanning in the first direction with respect to the timing at which the second optical scanning unit is substantially at the center of the reciprocating scanning in the second direction. A difference in timing at the approximate center is detected as the phase difference.
また、位相検出手段は、位相差の検出をnフレーム期間(但しnは2以上の整数)にわたって行ない、検出されたn個の位相差を統計的に処理し、その結果を第一の同期信号と第二の同期信号の位相差として出力することを特徴とする。例えば、検出されたn個の位相差の平均値を求める。 The phase detection means detects the phase difference over n frame periods (where n is an integer equal to or greater than 2), statistically processes the detected n phase differences, and outputs the result as a first synchronization signal. And a second synchronization signal as a phase difference. For example, an average value of n detected phase differences is obtained.
位相制御手段は、検出された位相差が所定の範囲内になるように、第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御することを特徴とする。 The phase control means controls the phase of the first or second drive signal so that the detected phase difference falls within a predetermined range.
また、本発明の2次元光走査装置は、位相検出手段に入力される第一及び第二の同期信号の位相が、それぞれ第一及び第二の光走査手段の実振動の位相と適正に対応するように調整する調整手段をさらに備えたことを特徴とする。 In the two-dimensional optical scanning device of the present invention, the phases of the first and second synchronization signals input to the phase detection unit appropriately correspond to the actual vibration phases of the first and second optical scanning units, respectively. It is further characterized by further comprising an adjusting means for adjusting so as to.
本発明の光走査型画像表示装置は、上記2次元光走査装置を含み、画像信号を入力し第一及び第二の光走査手段の動きに同期して光ビームを画像信号に基き強度変調しつつスクリーン面を走査することにより所望の画像を表示する手段を備えたことを特徴とする。 An optical scanning type image display apparatus according to the present invention includes the above-described two-dimensional optical scanning apparatus, receives an image signal, and modulates the intensity of the light beam based on the image signal in synchronization with the movement of the first and second optical scanning means. In addition, a means for displaying a desired image by scanning the screen surface is provided.
本発明の2次元光走査装置によれば、スキャナー自体に2次元走査の状態を示す同期信号を出力する手段を備え、該同期信号に基づいて2次元走査の位相関係を最適に制御するようにしたので、所望の走査軌跡が高精度に得られとともに、小型で低コスト化が実現できる。また、2次元走査の位相関係が一巡する1フレーム期間内の所定のタイミング、例えば、第一の方向の走査と第二の方向の走査がともに振幅中心付近を通過するタイミングで、第一及び第二の同期信号の位相差を検出することで、2次元走査の位相関係を高精度に検出することができ、高い検出精度を容易に実現できる。なお、本発明の2次元光走査装置のさらなる作用効果は、後述の実施形態の説明で明らかになる。 According to the two-dimensional optical scanning device of the present invention, the scanner itself is provided with means for outputting a synchronization signal indicating the state of the two-dimensional scanning, and the phase relationship of the two-dimensional scanning is optimally controlled based on the synchronization signal. Therefore, a desired scanning trajectory can be obtained with high accuracy, and a small size and low cost can be realized. Further, the first and second timings are determined at a predetermined timing within one frame period in which the phase relationship of the two-dimensional scanning is completed, for example, at the timing when both the scanning in the first direction and the scanning in the second direction pass near the amplitude center. By detecting the phase difference between the two synchronization signals, the phase relationship of the two-dimensional scanning can be detected with high accuracy, and high detection accuracy can be easily realized. Note that further operational effects of the two-dimensional optical scanning device of the present invention will become apparent from the description of embodiments described later.
そして、本発明の光走査型画像表示装置によれば、このような2次元光走査装置を備えることにより、小型低消費電力でありながら、常に最適で良好な画像品質が得られる。 According to the optical scanning image display device of the present invention, by providing such a two-dimensional optical scanning device, optimal and good image quality can always be obtained while being small and low power consumption.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の2次元光走査装置の一実施形態を概略的に示したブロック図であり、図2は該2次元光走査装置の動作を説明するための各信号のタイミングチャートの一例を示した図である。 FIG. 1 is a block diagram schematically showing an embodiment of a two-dimensional optical scanning apparatus according to the present invention. FIG. 2 is an example of a timing chart of each signal for explaining the operation of the two-dimensional optical scanning apparatus. FIG.
駆動信号生成部1は、後述するMEMSスキャナー10を駆動する電圧VxおよびVyの基となる第一の走査(水平)方向駆動信号Sxと第二の走査(垂直)方向駆動信号Syを生成する(図2の(a),(c))。ここで、駆動信号Syの周波数(第二の周波数)は、駆動信号Sxの周波数(第一の周波数)よりも低く設定される。実施例では、駆動信号Sxと駆動信号Syの周波数は9対2の関係を有すとする。
The
駆動信号Sxは、後述する位相制御部14によって制御される遅延部2により、位相が適当に遅延され、信号dSxとして出力される(図2の(b))。ここで、遅延部2と位相制御部14は位相制御手段として機能する。
The phase of the drive signal Sx is appropriately delayed by the
駆動信号dSx及びSyは、それぞれ増幅回路3−1,3−2によって適当に増幅され、更に、場合によってはフィルター処理され、第一の走査(水平)方向駆動電圧Vx及び第二の走査(垂直)方向駆動電圧Vyとして出力される(図2の(d))。ここで、図2(d)におけるVc1はVxとVyの振幅中心電圧を示す。 The drive signals dSx and Sy are appropriately amplified by the amplification circuits 3-1 and 3-2, respectively, and further filtered in some cases, and the first scan (horizontal) direction drive voltage Vx and the second scan (vertical). ) Direction drive voltage Vy is output ((d) of FIG. 2). Here, Vc1 in FIG. 2D indicates the amplitude center voltage of Vx and Vy.
表示データ(画像データ)は、順次、フレームメモリ4に書き込まれる。データ読出し制御部5は、信号dSx,Syを基にフレームメモリ4の読出しアドレスを生成し、順次、フレームメモリ4から表示データLDDを読み出して出力する。この表示データLDDは、D/A変換器6によってアナログ信号LDAに変換され、さらに、増幅回路7によって適当に増幅され、表示信号LDVとして出力される。レーザユニット8は、表示信号LDVに基づいて光変調されたレーザ光ビーム9を出力する。 Display data (image data) is sequentially written into the frame memory 4. The data read control unit 5 generates a read address of the frame memory 4 based on the signals dSx and Sy, and sequentially reads and outputs the display data LDD from the frame memory 4. The display data LDD is converted into an analog signal LDA by the D / A converter 6, and further appropriately amplified by the amplifier circuit 7, and output as the display signal LDV. The laser unit 8 outputs a laser light beam 9 that is optically modulated based on the display signal LDV.
MEMSスキャナー10は、駆動電圧Vx及びVyによって駆動されて2次元的に振動するミラー部101を有し、レーザユニット8から出力される光ビーム9をミラー部101に入射して、該光ビーム9を走査領域のx方向に往復走査すると同時にy方向にも往復走査する。駆動電圧Vx及びVyの周波数は駆動信号Sx及びSyに対応しており、本実施例では9対2の関係を有しているため、ミラー部101がy方向に2周期振動する間にx方向に9周期振動することによって光ビーム走査が一巡する。これが1フレーム期間を示すことになる。
The
また、MEMSスキャナー10は、ミラー部101のx方向往復走査の振動に同期した同期検出信号Px及びy方向往復走査の振動に同期した同期検出信号Pyを出力する(図2の(e))。これら同期検出信号Px及びPyは、ミラー部101がX軸方向及びY軸方向で共振又はそれに近いモードで振動している時、それぞれの振動モードと一致した正弦波状の信号波形となる。図2(e)におけるVc2は、PxとPyの振幅中心電圧を示している。
Further, the
図3は、本発明に好適なMEMSスキャナー10の構成例を概略的に示したものである。図3において、MEMSスキャナー10は、表面に光反射面が形成されたミラー部101を有し、該ミラー部101は、一対の第一のトーションバー102a,102bを介して一対の第一の支持梁103a,103bに支持されている。詳しくは、第一のトーションバー102a,102bの一端が、それぞれミラー部101の両側に、該ミラー部101の略中心を通る線で互いに結ばれるように接続され、該第一のトーションバー102a,102bのミラー部101と反対側の他端は、一対の支持梁103a,103bの略中央部に接続され、該第一の支持梁103a,103bの両端は、それぞれ可動枠111の内側の端部に接続されている。この第一の支持梁103a,103b上に、それぞれ第一の駆動用圧電部材104a1,104a2,104b1,104b2及び第一の検出用圧電部材105a1,105a2,105b1,105b2を設ける。
FIG. 3 schematically shows a configuration example of the
一方、可動枠111は、一対の第二のトーションバー112a,112bを介して一対の第二の支持梁113a,113bに支持されている。詳しくは、第二のトーションバー112a,112bは、ミラー部101の略中心を通り且つ第一のトーションバー102a,102bの軸と略直交するように配置されて、それぞれ、その一端は可動枠111の外側の側面に接続され、他端は第二の支持梁113a,113bの略中央部に接続され、該第二の支持梁113a,113bの両端は、それぞれ固定ベース120の内側の端部に接続されている。この第二の支持梁113a,113b上に、それぞれ第二の駆動用圧電部材114a1,114a2,114b1,114b2及び第二の検出用圧電部材115a1,115a2,115b1,115b2を設ける。
On the other hand, the
いま、駆動電圧Vxにより、第一の駆動用圧電部材104a1と104b1に同相、104a2,104b2にそれと逆向きの電圧を印加すると、第一の支持梁103a,103bにそれぞれ左右反対の歪み(伸びと縮み)が発生して、第一のトーションバー102a,102bが捻れ、ミラー部101が該第一のトーションバー102a,102bの軸周りに共振往復運動を行う。この場合、MEMSスキャナー10は第一の光走査手段として機能し、入射された光ビームを走査領域の第一の方向としてのx方向に往復走査せしめる。
Now, when a voltage having the same phase is applied to the first driving piezoelectric members 104a1 and 104b1 and the opposite direction is applied to the first driving piezoelectric members 104a1 and 104b2 by the driving voltage Vx, the
同時に、駆動電圧Vyにより、第二の駆動用圧電部材114a1と114b1に同相、114a2と114b2にそれと逆向きの電圧を印加すると、同様に第二の支持梁113a,113bにそれぞれ左右反対の歪みが発生して、第二のトーションバー112a,112bが捻れ、可動枠110が該第二のトーションバー112a,112bの軸周りに共振往復運動し、これに応じてミラー部101も、該第二のトーションバー112a,112bの軸を中心に共振往復運動を行う。この場合、MEMSスキャナー10は第二の光走査手段として機能し、入射された光ビームを走査領域の第二の方向としてのy方向に往復走査せしめる。
At the same time, when the same voltage is applied to the second driving piezoelectric members 114a1 and 114b1 and the opposite direction is applied to the second driving piezoelectric members 114a1 and 114b2 by the driving voltage Vy, the
一方、第一の支持梁103a,103bに歪みが生じると、第一の検出用圧電部材105a1,105a2,105b1,105b2も歪み、それぞれ歪みの変化に対応した電圧が発生する。そこで、これら第一の検出用圧電材料105a1,105a2,105b1,105b2の電極を、互いに発生した電圧が同相となるように接続することで、ミラー部101のx方向往復走査の振動に同期した同期検出信号Pxを取り出すことができる。同様に、第二の支持梁113a,113bに歪みが生じると、第二の検出用圧電材部材115a1,115a2,115b1,115b2も歪み、それぞれ歪みの変化に対応した電圧が発生する。そこで、これら第二の検出圧電部材115a1,115a2,115b1,115b2の電極を、互いに発生した電圧が同相となるように接続することで、ミラー部101のy方向往復走査の振動に同期した同期検出信号pyを取り出すことができる。同期検出信号Px及びPyは、駆動電圧Vx及びVyの変化に対応しており、正弦波状信号波形をとる(図2の(d),(e))。
On the other hand, when the
図1に戻り、同期検出信号Px及びPyは、それぞれ増幅回路11−1,11−2によって適当に増幅されて電圧信号VPxおよびVPyとして出力される(図2の(f))。図2(f)におけるVc3は、VPxとVPyの振幅中心電圧を示す。また、T0はy方向の往復走査の略中心を示している。 Returning to FIG. 1, the synchronization detection signals Px and Py are appropriately amplified by the amplifier circuits 11-1 and 11-2, respectively, and output as voltage signals VPx and VPy ((f) in FIG. 2). Vc3 in FIG. 2F indicates the amplitude center voltage of VPx and VPy. T0 indicates the approximate center of reciprocal scanning in the y direction.
電圧信号VPx及びVpyは、それぞれコンパレータ12−1,12−2にて2値化される(図2の(g),(h))。この2値化する際の閾値は、電圧信号VPx,VPyの振幅中心Vc3又はその近傍に設定するのが好ましい。これにより、信号の変化の最も早いタイミングで2値化されるので、ジッターの発生を抑えることができる。 The voltage signals VPx and Vpy are binarized by the comparators 12-1 and 12-2, respectively ((g) and (h) in FIG. 2). The threshold for binarization is preferably set at or near the amplitude center Vc3 of the voltage signals VPx and VPy. Thereby, since binarization is performed at the earliest timing of signal change, it is possible to suppress the occurrence of jitter.
先に述べたように、本実施例では、MEMSスキャナー10(ミラー部101)がy方向に2周期振動する間に、x方向に9周期振動することによって、光ビーム走査が一巡する。即ち、この場合、1フレーム期間とは、MEMSスキャナー10がy方向に2周期振動する時間になる。
As described above, in this embodiment, while the MEMS scanner 10 (mirror unit 101) vibrates for two cycles in the y direction, the light beam scanning makes a round by vibrating for nine cycles in the x direction. That is, in this case, one frame period is a time for which the
位相検出部13は、まず、同期信号DPyを2周期カウントすることにより1フレーム期間を検出する。そして、1フレーム期間内での同期信号DPyの特定の立ち上がり(又は立下り)遷移に対する同期信号DPxの最初の立ち上がり(又は立下り)遷移を計測することにより、同期信号DPxとDPyの位相差TPxyを検出する(図2の(i))。好ましくは、1フレーム期間において、同期信号DPyが略T0にくるタイミング(MEMSスキャナー10がy方向の往復走査の略中心に来るタイミング)に対して、同期信号DPxの最初のパルスがくるタイミング(MEMSスキャナー10がx方向の往復走査の略中心にくるタイミング)の差を検出する。すなわち、x方向の走査とy方向の走査がともに走査領域の中心付近を通過するタイミングで、同期信号DPxとDpyの位相差TPxyを検出する。この場合、DpxとDpyの位相関係を高精度に検出でき、高い検出精度を容易に実現できる。
The
なお、図1では省略したが、位相検出部13に入力される同期信号DPx及びDPyの位相が、それぞれMEMSスキャナー10のx方向及びy方向の実振動の位相と適当に対応するように調整する調整手段を更に設けることでもよい。すなわち、同期信号DPx及びDPyは、それぞれの伝送経路の遅延特性などの影響により、実際の走査の位相に対して無視できない誤差を含んでいる場合がある。調整手段を設けることにより、このような誤差が発生しても、それを補正することで、後述する2次元走査の位相関係を適正に、より一層高精度に制御することが可能になる。
Although omitted in FIG. 1, the phases of the synchronization signals DPx and DPy input to the
位相制御部14は、位相検出部13から出力される位相差TPxyが所定範囲を超えていれば、それを補正すべく制御信号RST_T及び補正データTCを出力する。また、位相差TPxyが所定範囲内であれば、制御信号RST_T及び補正データTCのどちらも出力しない。遅延部2は、制御信号RST_Tを受け取ると、駆動信号Sxの位相を補正データTCに応じて制御して信号dSxとして出力する。この結果、MEMSスキャナー10におけるx方向とy方向の走査が所望の位相関係になるように、SxとSyすなわちVxとVyの位相関係が制御される。すなわち、位相差が所定の範囲になるように制御される。
If the phase difference TPxy output from the
図4は、位相検出部13の動作の一例をフローチャートで概略的に示したものである。まず、同期信号DPyを2周期カウントすることにより1フレーム期間を検出する(ステップ1001)。その後、1フレーム期間の略半分での同期信号DPyの立上がりを検出すると(ステップ1002がYES)、内部タイマー1(不図)を起動してカウントアップを開始し、同時に極性符号SIGNの値を“0”にする(ステップ1003)。ここで、タイマー1のカウント値が位相差TPxyを表し、SIGNはその極性(遅れ、進み)を表す。ここでは、SIGN=0のとき、TPxyは正(遅れ)、SIGN=1の時、TPxyは負(進み)とするが、勿論、この逆でも何ら問題はない。
FIG. 4 is a flowchart schematically showing an example of the operation of the
タイマー1のカウントアップを開始した後、カウント値TPxyが駆動信号Sxの1/2周期期間に達する前に同期信号DPxの立上がりを検出するか否か判定する(ステップ1004,1005)。ここで、タイマー1のカウント値TPxyが駆動信号Sxの1/2周期期間に達する前に同期信号DPxの立ち上がりを検出した場合には(ステップ1004がNO、ステップ1005がYES)、その時点でタイマー1のカウントアップ動作を停止(ステップ1008)、極性符号SIGN(0)と共に、その時のカウント値TPxyを位相差データとして出力する(ステップ1009)。すなわち、この場合、MEMSスキャナー10において、X軸方向の振動の位相が、Y軸方向の振動の位相に対してTPxyだけ遅れていることを表わしている。
After the count-up of the
タイマー1のカウント値TPxyが駆動信号Sxの1/2周期期間に達しても同期信号DPxの立ち上がりが検出されない場合には(ステップ1004がYES)、タイマー1のカウント動作をカウントダウンに切り替え、その時点のカウント値TPxy(Sxの1/2周期期間の値)からカウントダウン動作を開始し、同時に極性符号SIGNの値を“1”にする(ステップ1006)。そして、タイマー1のカウント値TPxyが0になる前に周期信号DPxの立ち上がりを検出するか判定する(ステップ1007,1005)。
If the rising edge of the synchronization signal DPx is not detected even when the count value TPxy of the
タイマー1がカウントダウン動作を開始してから、カウント値TPxyが0になる前に同期信号DPxの立ち上がりを検出した場合には(ステップ1007がNO、ステップ1005がYES)、その時点でタイマー1のカウントダウン動作を停止し(ステップ1008)、極性符号SIGN(1)と共に、その時のカウント値TPxyを位相差データとして出力する(ステップ1009)。すなわち、この場合、MEMSスキャナー10において、X軸方向の振動の位相が、Y軸方向の振動の位相に対してTPxyだけ進んでいることになる。
If the rising edge of the synchronization signal DPx is detected before the count value TPxy becomes 0 after the
タイマー1がカウントダウン動作を開始し、カウント値TPxyが0になっても同期信号DPxが検出されなかった場合には(ステップ1007がYES)、その時点でタイマー1のカウント動作を停止し(ステップ1008)、極性符号SIGN(1)と共に、その時のカウント値TPxy=0を出力する(ステップ1009)。すなわち、この場合、同期信号DPxとDPyの位相差はないことになる。
When the
その後、極性符号SIGN及びカウント値TRxyをリセットする(ステップ1010)。そして、同期信号DPyの次の立ち上がりを検出すると(ステップ1011)、今のフレーム期間での動作を終了し、次のフレームでの同様の動作に備える。 Thereafter, the polarity code SIGN and the count value TRxy are reset (step 1010). When the next rising edge of the synchronization signal DPy is detected (step 1011), the operation in the current frame period is ended, and the same operation in the next frame is prepared.
なお、位相検出部13は、同期信号DPxとDPYの位相差の検出動作をnフレーム期間(nは2以上の整数)にわたって行い、検出されたn個の位相差を統計的に処理し(例えば、n個の位相差の平均値を求める)、その値を同期信号DPxとDPyの位相差データとして出力するようにしてもよい。これにより、同期信号にノイズ等によるジッターがあっても、その影響を除去でき、高精度で且つ安定した検出性能が得られる。
The
位相制御部14は、位相検出部13から出力される同期信号DPxとDPyの位相差データであるカウント値TPxy及び極性符号SIGNに基づいて制御信号RST_T及び補正データTCを出力する。先に述べたように、位相制御部14は、TPxyが所定範囲を超えていれば、制御信号RST_T及び補正データTCを出力し、TRxyが所定範囲内であれば、RST_T及びTCのどちらでも出力しない。遅延部2は、制御信号RST_Tを受け取ると、補正データTCに基づいて駆動信号Sxの位相を制御して信号dSxを出力する。
The
図5は遅延部2の一構成例を概略的に示したものである。また、図6は、図5の構成例に基づく遅延部2及び位相制御部14の動作を説明するための各信号のタイミングチャートの一例を示したものである。
FIG. 5 schematically shows a configuration example of the
位相制御部14は、位相差データであるカウント値TPxyが所定範囲を超えている場合、制御信号RST_Tをロー(L)にすると同時に補正データTCを出力する(図6の(a),(b),(c))。制御信号RST_Tは、その後、ハイ(H)に戻る。
When the count value TPxy that is the phase difference data exceeds the predetermined range, the
遅延部2はタイマー(内部タイマー2)201及び発振回路202からなる。発振回路202は、タイマー201からの制御信号OSC_ENがハイ(H)の時、駆動信号Sxと全く同じ周波数で発振する。タイマー201は、通常、制御信号OSC_ENをハイ(H)にしているが、位相制御部14からの制御信号RST_Tがロー(L)になると、制御信号OSC_ENをロー(L)にして(図6の(d))、リセット状態となる。そして、位相制御部14からの制御信号RST_Tがハイ(H)になるタイミングで、該タイマー201は、補正データTCを取り込んで保持し、その後、最初に検出される駆動信号Sxの立ち上がりに同期してカウントを開始し、補正データTCに対応する時間Tdをカウントすると、制御信号OSC_ENをハイ(H)にする(図6の(d),(f))。発信回路202は、タイマー201からの制御信号OSN_ENがロー(L)になると発振を一時停止し、制御信号OSN_ENがロー(L)からハイ(H)に立ち上がると、それに同期して駆動信号Sxと全く同じ周波数で発振を再開し信号dSxを出力する(図6の(e))。
The
図6からわかるように、時間Tdの値に対応して、駆動信号Sxに対する信号dSxの位相を遅れあるいは進めることが可能になる。すなわち、同期信号VPxとVpyの位相差に応じMEMSスキャナー10におけるx方向とy方向の位相関係を補正することができる。
As can be seen from FIG. 6, the phase of the signal dSx with respect to the drive signal Sx can be delayed or advanced in accordance with the value of the time Td. That is, the phase relationship between the x direction and the y direction in the
前にも述べたように、本実施例では、MEMSスキャナー10がy方向に2周期振動する間にx方向に9周期振動することによって光ビーム走査が一巡する。図7、図8及び図9は、この場合の水平方向と垂直方向の振動の位相関係とビーム走査軌跡の関係を示したものである。各図において、(a)は図2の(f)について所定タイミング(走査の略中心)T0における同期信号VPxとVPyの位相関係(MEMSスキャナーのx方向及びy方向の振動の位相関係)を時間軸方向に拡大して示した図、(b)はその場合のビーム走査軌跡を示した図である。
As described above, in this embodiment, the
図7は、1フレーム期間においてx方向とy方向の振動の位相関係が一致している場合であり、走査面全体にわたって均一な密度での走査軌跡が得られている。これに対し、図8及び図9は、x方向とy方向の振動の位相関係がずれている場合であり、この場合、走査線の密度にムラが発生している。MEMSスキャナーにより光ビームを走査して画像をスクリーン面に表示する光走査型画像装置においては、図7の走査軌跡が好ましい、本実施形態では、小型で低コスト、簡単な構成により、図7のような所望の走査軌跡が高精度に得られ、良好な画像品質が実現する。 FIG. 7 shows a case where the phase relationship between the vibrations in the x and y directions coincides in one frame period, and a scanning trajectory with a uniform density is obtained over the entire scanning surface. On the other hand, FIGS. 8 and 9 show the case where the phase relationship between the vibrations in the x direction and the y direction is shifted, and in this case, the density of the scanning lines is uneven. The scanning trajectory of FIG. 7 is preferable in the optical scanning image apparatus that scans the light beam with the MEMS scanner and displays the image on the screen surface. In the present embodiment, the optical scanning image apparatus of FIG. Such a desired scanning trajectory is obtained with high accuracy, and good image quality is realized.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、これまで説明した形態に限定されるものではない。例えば、図1の構成では、駆動信号Sxの位相を制御するとしたが駆動信号Syの方の位相を制御することでもよい。また、遅延部は図5の構成である必要はない。検出された位相関係に基づいて、駆動信号SxあるいはSyの位相を制御できれば良く、その具体的構成は問わない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the form demonstrated so far. For example, in the configuration of FIG. 1, the phase of the drive signal Sx is controlled, but the phase of the drive signal Sy may be controlled. Further, the delay unit need not have the configuration shown in FIG. It is sufficient that the phase of the drive signal Sx or Sy can be controlled based on the detected phase relationship, and the specific configuration is not limited.
1 駆動信号生成部
2 遅延部
3−1,3−2 増幅回路
4 フレームメモリ
5 データ読出し制御部
6 D/A変換器
7 増幅回路
8 レーザユニット
10 MEMSスキャナー
11−1,11−2 増幅回路
12−1,12−2 コンパレータ
13 位相検出部
14 位相制御部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相関係を検出する位相検出手段と、該位相検出手段により検知された位相関係に基いて前記第一あるいは第二の駆動信号の位相を制御する位相制御手段を設け、
前記位相検出手段は、前記第一の走査と第二の走査の位相関係が一巡する1フレーム期間内の所定のタイミングにおける、前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相差を検出し、
前記位相検出手段は、前記位相差の検出をnフレーム期間(但しnは2以上の整数)にわたって行ない、検出されたn個の位相差を統計的に処理し、その結果を前記第一の同期信号と第二の同期信号の位相差として出力することを特徴とする2次元光走査装置。 By applying a drive signal having a first frequency, the first beam is vibrated to reciprocate and scan the light beam at the first frequency in the first direction, and at the same time, a first synchronization signal synchronized with the vibration is output. a scanning means, in said second frequency in a second direction by applying a driving signal of a second frequency lower than the first frequency when you vibrate so as to reciprocally scan the light beam at the same time, the In a two-dimensional optical scanning device comprising a second optical scanning means for outputting a second synchronization signal synchronized with vibration,
Phase detecting means for detecting the phase relationship between the first synchronizing signal and the second synchronizing signal, and controlling the phase of the first or second driving signal based on the phase relationship detected by the phase detecting means. Provide phase control means ,
The phase detection means detects a phase difference between the first synchronization signal and the second synchronization signal at a predetermined timing within one frame period in which the phase relationship between the first scan and the second scan makes a round. ,
The phase detection means detects the phase difference over n frame periods (where n is an integer of 2 or more), statistically processes the detected n phase differences, and outputs the result as the first synchronization. A two-dimensional optical scanning device that outputs a phase difference between a signal and a second synchronization signal .
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