TWI827325B - 掃描裝置 - Google Patents

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TWI827325B TW111140730A TW111140730A TWI827325B TW I827325 B TWI827325 B TW I827325B TW 111140730 A TW111140730 A TW 111140730A TW 111140730 A TW111140730 A TW 111140730A TW I827325 B TWI827325 B TW I827325B
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櫻井直人
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日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
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Abstract

本發明之掃描裝置具備：MEMS反射鏡機構，其以第1軸線為中心線使反射鏡擺動，且以第2軸線為中心線使反射鏡擺動；及控制部，其產生用於以第1軸線為中心線使反射鏡擺動之第1驅動信號、及用於以第2軸線為中心線使反射鏡擺動之第2驅動信號。控制部藉由以與第1驅動信號之1個週期以下之期間之第1信號要素對應之方式，重複產生構成第2驅動信號之第2信號要素，而以第1方向之照射區域之m次(m：2以上之整數)往復及第2方向之照射區域之1次往復彼此對應之方式產生第1驅動信號及第2驅動信號。

Description

掃描裝置
本發明係關於一種掃描裝置。
作為掃描裝置有例如為了顯示圖像而使用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)反射鏡機構掃描雷射光者。在此種掃描裝置中，例如，藉由水平方向之雷射光之照射區域之m次(m：2以上之整數)往復及垂直方向之雷射光之照射區域之1次往復而形成1個圖框或2個圖框之圖像。在專利文獻1中記載有在用於驅動MEMS反射鏡機構之水平驅動信號及垂直驅動信號之相互間於1個圖框之開始時及結束時獲得同步之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2006-276634號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，例如，當利用水平驅動信號使反射鏡作共振動作時，若因周圍溫度之變化等在1個圖框內反射鏡之共振頻率變化，則在專利文獻1所記載之技術中，至該1個圖框結束前無法修正在水平驅動信號與垂直驅動信號之對應關係上產生之偏差，其結果為有圖像之顯示變得不穩定之虞。
本發明之目的在於提供一種可實現穩定之雷射光之掃描之掃描裝置。 [解決問題之技術手段]
本發明之一態樣之掃描裝置具備：光源，其出射雷射光；MEMS反射鏡機構，其具有反射自光源出射之雷射光之反射鏡，且藉由以第1軸線為中心線使反射鏡擺動，而在第1方向上使雷射光於照射區域往復，且藉由以與第1軸線交叉之第2軸線為中心線使反射鏡擺動，而在與第1方向交叉之第2方向上於照射區域往復；及控制部，其產生用於以第1軸線為中心線使反射鏡擺動之第1驅動信號、及用於以第2軸線為中心線使反射鏡擺動之第2驅動信號，且將第1驅動信號及第2驅動信號輸入至MEMS反射鏡機構；且第1驅動信號係將以第1軸線為中心線之反射鏡之1次擺動作為1個週期之電信號；第2驅動信號係將以第2軸線為中心線之反射鏡之1次擺動作為1個週期之電信號；控制部係以與第1驅動信號之1個週期以下之期間之第1信號要素對應之方式產生構成第2驅動信號之第2信號要素，且在以第2軸線為中心線之反射鏡之1次擺動中之往路期間及復路期間之兩個期間內重複產生第2信號要素，而以第1方向之照射區域之m次(m：2以上之整數)往復及第2方向之照射區域之1次往復彼此對應之方式產生第1驅動信號及第2驅動信號。
在該掃描裝置中，以與第1驅動信號之1個週期以下之期間之第1信號要素對應之方式產生構成第2驅動信號之第2信號要素。而且，在以第2軸線為中心線之反射鏡之1次擺動中之往路期間及復路期間之兩個期間內重複產生第2信號要素。藉此，即便MEMS反射鏡機構受周圍溫度之變化等之影響，仍可抑制在第1驅動信號與第2驅動信號之對應關係上產生偏差。因而，根據該掃描裝置可實現穩定之雷射光之掃描。
在本發明之一態樣之掃描裝置中，可行的是，第1驅動信號係用於以第1軸線為中心線使反射鏡進行共振動作之電信號，第2驅動信號係用於以第2軸線為中心線使反射鏡進行線性動作之電信號，控制部係以追隨反射鏡之共振頻率之方式調變第1驅動信號之頻率。藉此，即便因周圍溫度之變化等反射鏡之共振頻率變化，仍可更確實地抑制在第1驅動信號與第2驅動信號之對應關係上產生偏差。
在本發明之一態樣之掃描裝置中，可行的是，控制部係以往路期間為點亮期間、復路期間為熄滅期間之方式控制光源，且在點亮期間及熄滅期間之兩個期間內重複產生第2信號要素。藉此，在各點亮期間內，可抑制在第1驅動信號與第2驅動信號之對應關係上產生偏差。此外，所謂點亮期間係控制部使光源出射雷射光之期間，所謂熄滅期間係控制部使光源不出射雷射光之期間。
在本發明之一態樣之掃描裝置中，可行的是，控制部係以往路期間為第1點亮期間、復路期間為第2點亮期間之方式控制光源，且在第1點亮期間及第2點亮期間之兩個期間內重複產生第2信號要素。藉此，在各第1點亮期間及各第2點亮期間內，可抑制在第1驅動信號與第2驅動信號之對應關係上產生偏差。此外，所謂第1點亮期間及第2點亮期間分別係控制部使光源出射雷射光之期間。
在本發明之一態樣之掃描裝置中，控制部可以與第1驅動信號之1/2個週期之期間之第1信號要素對應之方式產生第2信號要素。或，控制部可以與第1驅動信號之1個週期之期間之第1信號要素對應之方式產生第2信號要素。藉此，可使產生第2信號要素時之處理容易化。
在本發明之一態樣之掃描裝置中，控制部可以與第1驅動信號之當前之1個週期內之第1信號要素對應之方式產生第2信號要素。或，控制部可以與第1驅動信號之最近之1個週期內之第1信號要素對應之方式產生第2信號要素。藉此，可使產生第2信號要素時之時間性延遲縮小至最小限度。
在本發明之一態樣之掃描裝置中，MEMS反射鏡機構可更具有：第1可動部，其設置有反射鏡；第2可動部，其將第1可動部支持為能夠以第1軸線為中心線進行擺動；支持部，其將第2可動部支持為能夠以第2軸線為中心線進行擺動之方式；驅動用線圈，其設置於第2可動部；及磁鐵，其產生作用於驅動用線圈之磁場。由於此種電磁驅動式MEMS反射鏡機構容易受周圍溫度之變化等之影響故如上述般重複產生第2信號要素尤為有效。
在本發明之一態樣之掃描裝置中，光源出射投影顯示用之雷射光，控制部可以藉由第1方向之照射區域之m次往復及第2方向之照射區域之1次往復而形成1個圖框或2個圖框之圖像之方式產生第1驅動信號及第2驅動信號。如上述般，由於可抑制在第1驅動信號與第2驅動信號之對應關係上產生偏差，故此時可實現穩定之圖像之顯示。
在本發明之一態樣之掃描裝置中，控制部可以相應於照射區域之位置而調變雷射光之方式控制光源。藉此，可實現更高品質之圖像之顯示。
在本發明之一態樣之掃描裝置中，控制部可一面使圖框率變動一面重複產生第2信號要素。藉此，可容易且確實地重複產生第2信號要素。 [發明之效果]
根據本發明可提供一種可實現穩定之雷射光之掃描之掃描裝置。
以下，針對本發明之實施形態，參照圖式詳細地說明。此外，在各圖中對同一或相當部分賦予同一符號，且省略重複之說明。 [掃描裝置之構成]
如圖1所示，掃描型顯示系統10係例如搭載於汽車之雷射掃描型投影顯示器，在汽車之擋風玻璃100顯示(投影顯示)圖像。掃描型顯示系統10具備掃描裝置1、及光學系統11。光學系統11具有：複數個平面鏡11a、11b、凹面鏡11c、及擋風玻璃100。擋風玻璃100在光學系統11中作為最後段之光學元件而發揮功能。自掃描裝置1出射之投影顯示用之光L2由平面鏡11a、平面鏡11b、凹面鏡11c及擋風玻璃100依次反射而入射至觀察者之眼E。
掃描裝置1具備：光源2、MEMS反射鏡機構3、光擴散部4、及控制部5。光源2出射投影顯示用之雷射光L1。更具體而言，光源2具有複數個光出射部2a。例如，複數個光出射部2a分別係紅色雷射二極體、綠色雷射二極體、及藍色雷射二極體。各光出射部2a出射具有可視區域之波長之雷射光L1。自各光出射部2a出射之雷射光L1係由包含二向分色反射鏡之複數個反射鏡2b反射在同一光路上行進而入射至MEMS反射鏡機構3。
MEMS反射鏡機構3具有反射自光源2出射之雷射光L1之反射鏡3a。MEMS反射鏡機構3係由MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)技術製造之驅動反射鏡，MEMS反射鏡機構3之驅動方式係電磁驅動式(針對細節於後文敘述)。MEMS反射鏡機構3藉由以彼此正交之第1軸線及第2軸線各者為中心線使反射鏡3a擺動而對光擴散部4掃描雷射光L1。
光擴散部4使由MEMS反射鏡機構3掃描之雷射光L1擴散。光擴散部4例如係透過型微透鏡陣列，使由MEMS反射鏡機構3掃描之雷射光L1透過並擴散。由光擴散部4擴散之雷射光L1中之構成圖像之光作為投影顯示用之光L2入射至配置於光擴散部4之後段之光學系統11。
控制部5控制光源2及MEMS反射鏡機構3。作為一例，控制部5一接收投影顯示開始之輸入信號則開始光源2之各光出射部2a之輸出。藉此，自光源2出射雷射光L1。與其大致同時地，控制部5開始MEMS反射鏡機構3之動作。藉此，在MEMS反射鏡機構3中，開始反射鏡3a之擺動，自光源2出射之雷射光L1對光擴散部4進行掃描。此時，控制部5使自各光出射部2a出射之雷射光L1之比率相應於光擴散部4內之雷射光L1之掃描位置(雷射光L1之照射區域之位置)變化。藉此，投影顯示用之光L2(亦即由光擴散部4擴散之雷射光L1中之構成圖像之光)由平面鏡11a、平面鏡11b、凹面鏡11c及擋風玻璃100依次反射而入射至觀察者之眼E。 [MEMS反射鏡機構之構成]
如圖2所示般，MEMS反射鏡機構3除具有反射鏡3a外還具有第1可動部31、第2可動部32、支持部33、第1驅動用線圈34、第2驅動用線圈(驅動用線圈)35、及磁鐵37。反射鏡3a設置於第1可動部31。第2可動部32按照以第1軸線A1為中心線可擺動之方式支持第1可動部31。支持部33按照以與第1軸線A1交叉(此處為正交)之第2軸線A2為中心線可擺動之方式支持第2可動部32。
更具體而言，第2可動部32以包圍第1可動部31之方式形成為框狀，經由配置於第1軸線A1上之1對扭力桿38與第1可動部31連結。支持部33以包圍第2可動部32之方式形成為框狀，經由配置於第2軸線A2上之1對扭力桿39與第2可動部32連結。第1可動部31、第2可動部32、支持部33、1對扭力桿38、及1對扭力桿39例如利用SOI(Silicon on Insulator，絕緣體上矽)基板一體地形成。
第1驅動用線圈34設置於第1可動部31。對第1驅動用線圈34自控制部5輸入用於以第1軸線A1為中心線使反射鏡3a擺動之第1驅動信號S1，且自第1驅動用線圈34將電動勢信號S3輸出至控制部5。第2驅動用線圈35設置於第2可動部32。對第2驅動用線圈35自控制部5輸入用於以第2軸線A2為中心線使反射鏡3a擺動之第2驅動信號S2。磁鐵37產生作用於第1驅動用線圈34及第2驅動用線圈35之磁場。
第1驅動信號S1係用於以第1軸線A1為中心線使反射鏡3a作共振動作之電信號。若對第1驅動用線圈34輸入第1驅動信號S1，則因與磁鐵37產生之磁場之相互作用，而對第1驅動用線圈34作用勞倫茲力。除該勞倫茲力外，藉由利用固有頻率下之反射鏡3a及第1可動部31之共振，能夠以第1軸線A1為中心線使反射鏡3a進行共振動作。此外，固有頻率係由射鏡3a及第1可動部31之質量、及1對扭力桿38之彈簧常數等決定。
第2驅動信號S2係用於以第2軸線A2為中心線使反射鏡3a進行線性動作之電信號。若對第2驅動用線圈35輸入第2驅動信號S2，則因與磁鐵37產生之磁場之相互作用，而對第2驅動用線圈35作用勞倫茲力。藉由利用該勞倫茲力與1對扭力桿39之彈性力之平衡，而能夠以第2軸線A2為中心線使反射鏡3a進行線性動作。
電動勢信號S3係用於取得與反射鏡3a之偏轉角相關之資訊等之電信號。若在磁鐵37產生之磁場中使第1可動部31擺動，則設置於第1可動部31之第1驅動用線圈34產生電動勢。電動勢信號S3相當於該電動勢。 [第1及第2驅動信號與圖框之關係]
如圖2及圖3所示，MEMS反射鏡機構3藉由以第1軸線A1為中心線使反射鏡3a擺動，而在水平方向(第1方向)D1上使雷射光L於照射區域往復，且藉由以第2軸線A2為中心線使反射鏡3a擺動，而在垂直方向(與第1方向交叉之第2方向)D2上使雷射光L於照射區域往復。控制部5係以藉由水平方向D1之雷射光L1之照射區域之m次(m：2以上之整數)往復及垂直方向D2之雷射光L1之照射區域之1次往復而形成1個圖框之圖像之方式產生第1驅動信號S1及第2驅動信號S2。
此外，圖3係顯示在一次像面(此處係光擴散部4之特定區域)之雷射光L1之掃描軌跡之圖。在圖3中，實線之軌跡表示自光源2出射之雷射光L1之描軌跡。虛線之軌跡表示雖然實際上自光源2不出射雷射光L1但假定出射雷射光L1時之雷射光L1之掃描軌跡。即，在掃描裝置1中，藉由以具有描繪期間(點亮期間：控制部5使光源2出射雷射光L1之期間)及返馳期間(熄滅期間：控制部5使光源2不出射雷射光L1之期間)之方式掃描雷射光L1(針對細節於後述敘述)而形成圖像。
如圖4所示，第1驅動信號S1係將以第1軸線A1為中心線之反射鏡3a之1次擺動作為1個週期T1之矩形波。第2驅動信號S2係將以第2軸線A2為中心線之反射鏡3a之1次擺動作為1個週期T2之三角波。在第2驅動信號S2中，以第2軸線A2為中心線之反射鏡3a之1次擺動中的反射鏡3a朝一個方向轉動之往路期間T2a長於反射鏡3a朝與一個方向為反向轉動之復路期間T2b。
第2驅動信號S2之往路期間T2a與將第1驅動信號S1之1個週期T1累積n個(n：2以上之整數)之期間對應。雷射光L1在往路期間T2a之期間自光源2出射。即，往路期間T2a係自光源2出射雷射光L1之描繪期間。第2驅動信號S2之復路期間T2b與將第1驅動信號S1之1個週期T1累積m-n個(m-n：小於n之1以上之整數(此處係小於n之2以上之整數))之期間對應。雷射光L在復路期間T2b之期間自光源2不出射。即，復路期間T2b係自光源2不出射雷射光L1之返馳期間。此外，圖3所示之雷射光L1之掃描軌跡係將圖4所示之第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之關係更簡易化之情形的一例。 [控制部之構成]
如圖2所示，控制部5具有PLL(Phase Locked Loop，鎖相迴路)電路51。PLL電路51包含：相位比較器51a、環路濾波器51b及VCO(Voltage Controlled Oscillator，壓控振盪器)51c。對相位比較器51a自第1驅動用線圈34輸入與第1驅動信號S1重疊之電動勢信號S3。相位比較器51a相應於所輸入之電動勢信號S3之相位之變化使電壓變化，並輸出已使電壓變化之信號。環路濾波器51b自已由相位比較器51a使電壓變化之信號去除高頻成分，並輸出去除高頻成分之信號。VCO 51c相應於由環路濾波器51b去除高頻成分之信號之電壓之變化使頻率變化，並輸出已使頻率變化之信號。
控制部5更具有分頻器52、D/A轉換器53、及定電流電路57、58。分頻器52將已由VCO 51c使頻率變化之信號分頻，並將分頻之信號作為第1驅動信號S1輸入至第1驅動用線圈34。此時，第1驅動信號S1由定電流電路57變換為電流。D/A轉換器53基於由分頻器52分頻之信號產生第2驅動信號S2，並將產生之第2驅動信號S2輸入至第2驅動用線圈35。此時，第2驅動信號S2由定電流電路58變換為電流。在MEMS反射鏡機構3中，有因周圍溫度之變化等反射鏡3a之共振頻率變化之情形。若反射鏡3a之共振頻率變化，則電動勢信號S3之相位變化。因而，藉由控制部5如上述般使PLL電路51及分頻器52動作，而可以追隨反射鏡3a之共振頻率之方式調變第1驅動信號S1之頻率。
控制部5更具有記憶體54、時序信號產生部55、及LD驅動器56。記憶體54保存用於投影顯示之圖像資訊。時序信號產生部55基於由分頻器52分頻之信號自記憶體54讀出相應於雷射光L1之掃描位置之圖像資訊，並將讀出之圖像資訊發送至LD驅動器56。LD驅動器56以相應於雷射光L1之掃描位置調變雷射光L1之方式(亦即，以相應於雷射光L1之掃描位置而自各光出射部2a出射之雷射光L1之比率變化之方式)控制光源2。
針對控制部5之第1驅動信號S1及第2驅動信號S2之產生更詳細地說明。如圖5所示，控制部5以與第1驅動信號S1之當前之1個週期T1內之第1信號要素S1 i對應之方式產生構成第2驅動信號S2之第2信號要素S2 i。更具體而言，控制部5以與第1驅動信號S1之當前之1個週期T1內之1/2個週期之第1信號要素S1 i對應之方式產生1個週期T1份額之構成第2驅動信號S2之第2信號要素S2 i。此處，控制部5基於電動勢信號S3相對於第1信號要素S1 i之相位之變化以成為追隨反射鏡3a之共振頻率之期間之方式設定第1信號要素S1 i之期間。伴隨於此，控制部5以與第1信號要素S1 i對應之方式設定第2信號要素S2 i之期間且設定第2信號要素S2 i之電壓值。
控制部5可以與第1驅動信號S1之最近之1個週期T1(當前之1個週期T1之前1個之1個週期T1)內之第1信號要素S1 i-1對應之方式產生構成第2驅動信號S2之第2信號要素S2 i。更具體而言，控制部5基於第1驅動信號S1之最近之1個週期T1內之1/2個週期之第1信號要素S1 i-1(可為最近之1個週期T1內之前半個1/2個週期之第1信號要素S1 i-1，亦可為最近之1個週期T1內之後半個1/2個週期之第1信號要素S1 i-1)產生1個週期T1份額的第1驅動信號S1之當前之1個週期T1內之1/2個週期的第1信號要素S1 i。此處，控制部5基於電動勢信號S3相對於第1信號要素S1 i-1之相位之變化以成為追隨反射鏡3a之共振頻率之期間之方式設定第1信號要素S1 i之期間。伴隨於此，控制部5以與第1信號要素S1 i對應之方式產生1個週期T1份額之構成第2驅動信號S2之第2信號要素S2 i。此處，控制部5以成為與第1信號要素S1 i之期間相等之期間之方式設定第2信號要素S2 i之期間，且設定第2信號要素S2 i之電壓值。
此外，控制部5以與第1驅動信號S1之1/2個週期之期間之第1信號要素S1 i或S1 i-1對應之方式產生第2信號要素S2 i，但可以與第1驅動信號S1之1個週期之期間之第1信號要素S1 i或S1 i-1對應之方式產生第2信號要素S2 i。控制部5可以與第1驅動信號S1之1個週期以下之期間之第1信號要素S1 i或S1 i-1對應之方式產生第2信號要素S2 i。
控制部5以往路期間T2a成為描繪期間、復路期間T2b成為返馳期間之方式控制光源2(參照圖4)，且在描繪期間及返馳期間之兩個期間內重複上述之第1信號要素S1 i之產生及第2信號要素S2 i之產生。藉此，當如圖6(a)所示般第1信號要素S1 i之期間為一定時毋庸置疑，即便當如圖6(b)所示般，起因於反射鏡3a之共振頻率之變化而第1信號要素S1 i之期間在1個圖框內變化時，亦不會在第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之對應關係上產生偏差。如此，控制部5使圖框率(每單位時間處理之圖框數)變動，且重複上述之第1信號要素S1 i之產生及第2信號要素S2 i之產生。
假若在描繪期間及返馳期間之兩個期間內不重複上述之第1信號要素S1 i之產生及第2信號要素S2 i之產生，則當如圖7(a)所示般第1信號要素S1 i之期間為一定時，在第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之對應關係上不產生偏差，但如圖7(b)所示般，當起因於反射鏡3a之共振頻率之變化而第1信號要素S1 i之期間在1個圖框內變化時，在第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之對應關係上產生偏差。 [作用及效果]
在掃描裝置1中，以水平方向之雷射光L1之照射區域之m次(m：2以上之整數)往復及垂直方向之雷射光L1之照射區域之1次往復彼此對應之方式產生第1驅動信號S1及第2驅動信號S2。更具體而言，以與第1驅動信號S1之1個週期以下之期間之第1信號要素S1 i對應之方式產生構成第2驅動信號S2之第2信號要素S2 i。而且，在以第2軸線A2為中心線之反射鏡3a之1次擺動中的往路期間T2a及復路期間T2b之兩個期間內重複產生第2信號要素S2 i。藉此，即便MEMS反射鏡機構3受周圍溫度之變化等之影響，仍可抑制在第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之對應關係上產生偏差。因而，根據掃描裝置1，可實現穩定之雷射光L1之掃描，進而實現穩定之圖像之顯示(例如抑制在圖7(b)所示之情形下導致之閃爍現象之產生之圖像的顯示)。
如上述般，當控制部5以與第1驅動信號S1之1/2個週期之期間之第1信號要素S1 i或S1 i-1對應之方式產生第2信號要素S2 i時，或當控制部5以與第1驅動信號S1之1個週期之期間之第1信號要素S1 i或S1 i-1對應之方式產生第2信號要素S2 i時，可使產生第2信號要素S2 i時之處理容易化。又，當控制部5以與第1驅動信號S1之當前之1個週期T1內之第1信號要素S1 i對應之方式產生第2信號要素S2 i時，或當控制部5以與第1驅動信號S1之最近之1個週期T1內之第1信號要素S1 i-1對應之方式產生第2信號要素S2 i時，可使產生第2信號要素S2 i時之時間性延遲最小限化。又，當控制部5以與第1驅動信號S1之當前之1個週期T1內之第1信號要素S1 i對應之方式產生第2信號要素S2 i時，即便在第1信號要素S1 i之中途反射鏡3a之共振頻率變動而第1信號要素S1 i之期間變短，仍可藉由參照相應於第1信號要素S1 i之電動勢信號S3決定第2信號要素S2 i之期間，而使第2信號要素S2 i之期間與第1信號要素S1 i之期間一致。
在掃描裝置1中，第1驅動信號S1係用於以第1軸線A1為中心線使反射鏡3a作共振動作之電信號，第2驅動信號S2係用於以第2軸線A2為中心線使反射鏡3a作線性動作之電信號，控制部5以追隨反射鏡3a之共振頻率之方式調變第1驅動信號S1之頻率。藉此，即便因周圍溫度之變化等反射鏡3a之共振頻率變化，仍可更確實地抑制在第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之對應關係上產生偏差。尤其是，在控制部5中，因使用PLL電路51，而無須另行設置用於測定反射鏡3a之共振頻率之構成，而可謀求裝置尺寸之小型化及裝置構成之簡易化。
在掃描裝置1中，控制部5以往路期間T2a成為描繪期間、復路期間T2b成為返馳期間之方式控制光源2，且在描繪期間及返馳期間之兩個期間內重複產生第2信號要素S2 i。當在雷射光L1之掃描設置返馳期間時，由於在不對反射鏡3a照射雷射光L1之返馳期間內MEMS反射鏡機構3之溫度降低，故反射鏡3a之共振頻率容易變動。因而，當在雷射光L1之掃描設置返馳期間時，如上述般重複產生第2信號要素S2 i於在各描繪期間內抑制在第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之對應關係上產生偏差上尤為有效。即，藉由在返馳期間內第1驅動信號S1與第2驅動信號S2仍對應，而無須在下一描繪期間之開始時調整第1驅動信號S1與第2驅動信號之偏差。又，假若在返馳期間內停止反射鏡3a之共振動作，則無法在下一描繪期間之開始時立即以高速使反射鏡3a擺動，其結果為，在下一描繪期間開始時圖像紊亂。在掃描裝置1中，由於在返馳期間內將第1驅動信號S1分設為複數個週期且不停止反射鏡3a之共振動作，故在下一描繪期間之開始時反射鏡3a之共振動作穩定，而在下一描繪期間之開始時圖像亦不會紊亂。
在掃描裝置1中使用電磁驅動式MEMS反射鏡機構3。電磁驅動式之MEMS反射鏡機構3因下述之變化而反射鏡3a之共振頻率容易變動，即：因周圍溫度之變化所致之1對扭力桿38之彈簧常數之變化、因微粒之附著等所致之慣性扭矩之變化、因氣壓之變化所致之1對扭力桿38之衰減係數之變化、因以第2軸線A2為中心線第2可動部32動作所致之1對扭力桿38之彈簧常數之變化、及因設置於1對扭力桿38各者之金屬配線之經年變化所致之1對扭力桿38之彈簧常數及衰減係數之變化等。MEMS反射鏡機構3由於為小型故與如電檢波反射鏡之大型之反射鏡機構相比反射鏡3a之共振頻率變動容易度為顯著。因而，當使用電磁驅動式MEMS反射鏡機構3時，如上述般重複產生第2信號要素S2 i於在各描繪期間內抑制在第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之對應關係上產生偏差上尤為有效。
在掃描裝置1中，控制部5以相應於雷射光L1之掃描位置調變雷射光L1之方式控制光源2。藉此，可實現更高品質之圖像之顯示。此外，若因雷射光L1之調變而雷射光L1在反射鏡3a之吸收率變動，則反射鏡3a之共振頻率變動。因而，此時，如上述般重複產生第2信號要素S2 i於在各描繪期間內抑制在第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之對應關係上產生偏差上尤為有效。
在掃描裝置1中，控制部5使圖框率變動且重複產生第2信號要素S2 i。藉此，可容易且確實地重複產生第2信號要素S2 i。此係在不拘泥於通常將圖框率固定之先前之見解下發現之見解，而該掃描裝置1係可實現穩定之圖像之顯示者。 [變化例]
本發明並不限定於上述之一實施形態。例如，光源2並不限定於使用雷射二極體(半導體雷射)者，可為使用面發光雷射、及SLD(超發光二極體)等者。又，MEMS反射鏡機構3之驅動方式並不限定於電磁驅動式，可為靜電驅動式、壓電驅動式、及熱驅動式等。又，光擴散部4並不限定於透過型微透鏡陣列，可為反射型微透鏡陣列、微鏡陣列、繞射光柵、及光纖板等。
又，如圖8所示，MEMS反射鏡機構3可更具有電動勢監視器用線圈36。電動勢監視器用線圈36係以位於第1驅動用線圈34之內側之方式設置於第1可動部31。自電動勢監視器用線圈36將電動勢信號S3輸出至控制部5(更具體而言為PLL電路51之相位比較器51a)。若在磁鐵37產生之磁場中使第1可動部31擺動，則設置於第1可動部31之電動勢監視器用線圈36產生電動勢。電動勢信號S3相當於該電動勢。此情形時亦然，可產生上述之任一第2信號要素S2 i。
惟當將第1驅動用線圈34中產生之電動勢作為電動勢信號S3取得時，可獲得如下述之優點。亦即，為了使第1可動部31有效率地擺動，而將第1驅動用線圈34沿第1可動部31之外緣捲繞。此情形時，由於第1驅動用線圈34之卷徑變大，故即便為較少的捲繞數仍可獲得較大的電動勢。又，由於僅與第1驅動用線圈34電性連接之配線通過扭力桿38，故可使MEMS反射鏡機構3之製造容易化。
圖2及圖8所示之MEMS反射鏡機構3中，用於使第1可動部31擺動之第1驅動用線圈34設置於第1可動部31，用於使第2可動部32擺動之第2驅動用線圈35設置於第2可動部32，但MEMS反射鏡機構3亦可如下述般構成。作為第1變化例之MEMS反射鏡機構3，可將用於使第1可動部31擺動之驅動用線圈、及用於使第2可動部32擺動之驅動用線圈各自設置於第2可動部32。或，作為第2變化例之MEMS反射鏡機構3可將用於使第1可動部31擺動且使第2可動部32擺動之單一之驅動線圈設置於第2可動部32。
在第1變化例之MEMS反射鏡機構3及第2變化例之MEMS反射鏡機構3中可將電動勢監視器用線圈設置於第1可動部31，此時，相當於相應於第1可動部31之擺動之電動勢的電動勢信號S3可自該電動勢監視器用線圈被輸出至控制部5。或，在第1變化例之MEMS反射鏡機構3及第2變化例之MEMS反射鏡機構3中可將電動勢監視器用線圈設置於第2可動部32，此時，相當於相應於第1可動部31之擺動之電動勢的電動勢信號S3可自該電動勢監視器用線圈被輸出至控制部5。在第1變化例之MEMS反射鏡機構3及第2變化例之MEMS反射鏡機構3中，由於藉由利用設置於第2可動部32之驅動用線圈使第2可動部32振動並將該振動朝第1可動部31傳遞而使第1可動部31擺動，故在將電動勢監視器用線圈設置於第2可動部32之情形下仍可測定相應於第1可動部31之擺動之電動勢。或，在第1變化例之MEMS反射鏡機構3及第2變化例之MEMS反射鏡機構3中，相當於相應於第1可動部31之擺動在驅動用線圈(亦即設置於第2可動部32之驅動用線圈)產生之電動勢的電動勢信號S3可自該驅動用線圈被輸出至控制部5。
又，控制部5可以往路期間T2a成為第1描繪期間(第1點亮期間：控制部5使光源2出射雷射光L1之期間)、復路期間T2b成為第2描繪期間(第2點亮期間：控制部5使光源2出射雷射光L1之期間)之方式控制光源2，且在第1描繪期間及第2描繪期間之兩個期間內重複產生第2信號要素S2 i。藉此，在各第1描繪期間及各第2描繪期間內，可抑制在第1驅動信號S1與第2驅動信號S2之對應關係上產生偏差。此外，此時，藉由水平方向之雷射光L1之照射區域之m次(m：2以上之整數)往復、及垂直方向之雷射光L1之照射區域之1次往復而形成2個圖框之圖像。又，此時之第2驅動信號S2例如係往路期間T2a與復路期間T2b彼此相等之三角波。
又，第1驅動信號S1若為將以第1軸線A1為中心線之反射鏡3a之1次擺動作為1個週期T1之電信號，則不限定於矩形波，可為正弦波等。又，第2驅動信號S2若為將以第2軸線A2為中心線之反射鏡3a之1次擺動作為1個週期T2之電信號，則不限定於三角波，可為正弦波等。又，在第2驅動信號S2之各第2信號要素S2 i中，電壓值並非一定，可增加或減少。
又，以追隨反射鏡3a之共振頻率之方式調變第1驅動信號S1之頻率之電路並不限定於PLL電路51，可為DDS(Direct Digital Synthesizer，直接數位合成器)電路等。
控制部5不僅可自期間變化之第1信號要素S1 i產生期間變化之第1驅動信號S1，還可自期間為一定之第1信號要素S1 i產生期間為一定之第1驅動信號S1。在控制部5自期間為一定之第1信號要素S1 i產生期間為一定之第1驅動信號S1時，亦有起因於反射鏡3a之共振頻率變化而被輸入至MEMS反射鏡機構3之第1驅動信號S1之期間變化之情形。此時亦然，根據掃描裝置1，以水平方向之雷射光L1之照射區域之m次往復及垂直方向之雷射光L1之照射區域之1次往復彼此對應之方式產生第1驅動信號S1及第2驅動信號S2。
又，上述之掃描裝置1並不限定於車載類型，可在頭盔內置類型、及眼鏡類型等各種類型下使用。又，本發明之掃描裝置亦可用於距離圖像感測器。在距離圖像感測器中，對測距區域掃描自掃描裝置出射之雷射光，並由光檢測器檢測由測距區域反射之雷射光。距離圖像感測器基於在由掃描裝置之光源使雷射光脈衝振盪後至由光檢測器檢測到雷射光之時間，針對雷射光所掃描之測距區域之各部位計測距離。用於距離圖像感測器之掃描裝置之控制部以第1方向之雷射光之照射區域之m次(m：2以上之整數)往復及第2方向之雷射光之照射區域之1次往復彼此對應之方式產生第1驅動信號及第2驅動信號。
1:掃描裝置 2:光源 2a:光出射部 2b:反射鏡 3:MEMS反射鏡機構 3a:反射鏡 4:光擴散部 5:控制部 10:掃描型顯示系統 11:光學系統 11a:平面鏡 11b:平面鏡 11c:凹面鏡 31:第1可動部 32:第2可動部 33:支持部 34:第1驅動用線圈 35:第2驅動用線圈/驅動用線圈 36:電動勢監視器用線圈 37:磁鐵 38:扭力桿 39:扭力桿 51:PLL電路 51a:相位比較器 51b:環路濾波器 51c:VCO 52:分頻器 53:D/A轉換器 54:記憶體 55:時序信號產生部 56:LD驅動器 57:定電流電路 58:定電流電路 100:擋風玻璃 A1:第1軸線 A2:第2軸線 D1:水平方向/第1方向 D2:垂直方向/第2方向 E:眼 L1:雷射光 L2:光 S1:第1驅動信號 S1 i:第1信號要素 S1 i-1:第1信號要素 S2:第2驅動信號 S2 i:第2信號要素 S3:電動勢信號 T1:1個週期 T2:1個週期 T2a:往路期間 T2b:復路期間
圖1係具備一實施形態之掃描裝置之掃描型顯示系統之構成圖。 圖2係圖1所示之掃描裝置之MEMS反射鏡機構及控制部之構成圖。 圖3係顯示在圖1所示之掃描裝置之一次像面之雷射光之掃描軌跡的圖。 圖4係顯示圖1所示之掃描裝置之第1驅動信號與第2驅動信號之關係之圖。 圖5係顯示圖1所示之掃描裝置之第1驅動信號與第2驅動信號之關係之放大圖。 圖6係顯示圖1所示之掃描裝置之第1驅動信號與第2驅動信號之關係之圖。 圖7係顯示比較例之掃描裝置之第1驅動信號與第2驅動信號之關係之圖。 圖8係MEMS反射鏡機構及控制部之變化例之構成圖。
2:光源
3:MEMS反射鏡機構
3a:反射鏡
5:控制部
31:第1可動部
32:第2可動部
33:支持部
34:第1驅動用線圈
35:第2驅動用線圈/驅動用線圈
37:磁鐵
38:扭力桿
39:扭力桿
51:PLL電路
51a:相位比較器
51b:環路濾波器
51c:VCO
52:分頻器
53:D/A轉換器
54:記憶體
55:時序信號產生部
56:LD驅動器
57:定電流電路
58:定電流電路
A1:第1軸線
A2:第2軸線
L1:雷射光
S1:第1驅動信號
S2:第2驅動信號
S3:電動勢信號

Claims (44)

  1. 一種掃描裝置，其具備：光源，其出射雷射光；MEMS反射鏡機構，其具有反射自前述光源出射之前述雷射光之反射鏡(mirror)，且藉由以第1軸線為中心線使前述反射鏡擺動，而在第1方向上使前述雷射光於照射區域往復，且藉由以與前述第1軸線交叉之第2軸線為中心線使前述反射鏡擺動，而在與前述第1方向交叉之第2方向上於前述照射區域往復；及控制部，其產生用於以前述第1軸線為中心線使前述反射鏡擺動之第1驅動信號、及用於以前述第2軸線為中心線使前述反射鏡擺動之第2驅動信號，且將前述第1驅動信號及前述第2驅動信號輸入至前述MEMS反射鏡機構；且前述第1驅動信號係：將以前述第1軸線為中心線之前述反射鏡之1次擺動作為1個週期且用於以前述第1軸線為中心線使前述反射鏡進行共振動作之電信號；前述第2驅動信號係：將以前述第2軸線為中心線之前述反射鏡之1次擺動作為1個週期且用於以前述第2軸線為中心線使前述反射鏡進行線性動作之電信號；前述控制部係：以追隨前述反射鏡之共振頻率之方式調變前述第1驅動信號之頻率，以與前述第1驅動信號之1個週期以下之期間之第1信號要素對應之方式產生構成前述第2驅動信號之第2信號要素，藉此產生前述第1驅動信號 及前述第2驅動信號。
  2. 如請求項1之掃描裝置，其中前述控制部係：在以前述第2軸線為中心線之前述反射鏡之1次擺動中之往路期間及復路期間之兩個期間，重複產生前述第2信號要素，藉而以前述第1方向之前述照射區域之m次(m：2以上之整數)往復及前述第2方向之前述照射區域之1次往復彼此對應之方式產生前述第1驅動信號及前述第2驅動信號。
  3. 如請求項1之掃描裝置，其中前述控制部係：在以前述第2軸線為中心線之前述反射鏡之1次擺動中之往路期間及復路期間之點亮期間，重複產生前述第2信號要素，藉此產生前述第1驅動信號及前述第2驅動信號。
  4. 如請求項3之掃描裝置，其中前述控制部係以前述往路期間為點亮期間、前述復路期間為熄滅期間之方式控制前述光源，且在前述點亮期間及前述熄滅期間之兩個期間內重複產生前述第2信號要素。
  5. 如請求項3之掃描裝置，其中前述控制部係以前述往路期間為第1點亮期間、前述復路期間為第2點亮期間之方式控制前述光源，且在前述第1點亮期間及前述第2點亮期間之兩個期間內重複產生前述第2信號要素。
  6. 如請求項1之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之 1/2個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  7. 如請求項2之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之1/2個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  8. 如請求項3之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之1/2個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  9. 如請求項4之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之1/2個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  10. 如請求項5之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之1/2個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  11. 如請求項1之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之1個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  12. 如請求項2之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之1個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  13. 如請求項3之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之1個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  14. 如請求項4之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之1個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  15. 如請求項5之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之1個週期之期間之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  16. 如請求項1至15中任一項之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之當前之1個週期內之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  17. 如請求項1至15中任一項之掃描裝置，其中前述控制部係以與前述第1驅動信號之最近之1個週期內之前述第1信號要素對應之方式產生前述第2信號要素。
  18. 如請求項1至15中任一項之掃描裝置，其中前述MEMS反射鏡機構更具有：第1可動部，其設置有前述反射鏡；第2可動部，其將前述第1可動部支持為能夠以前述第1軸線為中心線進行擺動；支持部，其將前述第2可動部支持為能夠以前述第2軸線為中心線進行擺動；驅動用線圈，其設置於前述第2可動部；及磁鐵，其產生作用於前述驅動用線圈之磁場。
  19. 如請求項16之掃描裝置，其中前述MEMS反射鏡機構更具有：第1可動部，其設置有前述反射鏡；第2可動部，其將前述第1可動部支持為能夠以前述第1軸線為中心線進行擺動；支持部，其將前述第2可動部支持為能夠以前述第2軸線為中心線進行擺動；驅動用線圈，其設置於前述第2可動部；及磁鐵，其產生作用於前述驅動用線圈之磁場。
  20. 如請求項17之掃描裝置，其中前述MEMS反射鏡機構更具有：第1可動部，其設置有前述反射鏡；第2可動部，其將前述第1可動部支持為能夠以前述第1軸線為中心線進行擺動；支持部，其將前述第2可動部支持為能夠以前述第2軸線為中心線進行擺動；驅動用線圈，其設置於前述第2可動部；及磁鐵，其產生作用於前述驅動用線圈之磁場。
  21. 如請求項1至15中任一項之掃描裝置，其中前述光源出射投影顯示用之前述雷射光；且前述控制部係以藉由前述第1方向之前述照射區域之前述m次往復及前述第2方向之前述照射區域之前述1次往復而形成1個圖框或2個圖框之 圖像之方式，產生前述第1驅動信號及前述第2驅動信號。
  22. 如請求項16之掃描裝置，其中前述光源出射投影顯示用之前述雷射光；且前述控制部係以藉由前述第1方向之前述照射區域之前述m次往復及前述第2方向之前述照射區域之前述1次往復而形成1個圖框或2個圖框之圖像之方式，產生前述第1驅動信號及前述第2驅動信號。
  23. 如請求項17之掃描裝置，其中前述光源出射投影顯示用之前述雷射光；且前述控制部係以藉由前述第1方向之前述照射區域之前述m次往復及前述第2方向之前述照射區域之前述1次往復而形成1個圖框或2個圖框之圖像之方式，產生前述第1驅動信號及前述第2驅動信號。
  24. 如請求項18之掃描裝置，其中前述光源出射投影顯示用之前述雷射光；且前述控制部係以藉由前述第1方向之前述照射區域之前述m次往復及前述第2方向之前述照射區域之前述1次往復而形成1個圖框或2個圖框之圖像之方式，產生前述第1驅動信號及前述第2驅動信號。
  25. 如請求項19之掃描裝置，其中前述光源出射投影顯示用之前述雷射光；且前述控制部係以藉由前述第1方向之前述照射區域之前述m次往復及 前述第2方向之前述照射區域之前述1次往復而形成1個圖框或2個圖框之圖像之方式，產生前述第1驅動信號及前述第2驅動信號。
  26. 如請求項20之掃描裝置，其中前述光源出射投影顯示用之前述雷射光；且前述控制部係以藉由前述第1方向之前述照射區域之前述m次往復及前述第2方向之前述照射區域之前述1次往復而形成1個圖框或2個圖框之圖像之方式，產生前述第1驅動信號及前述第2驅動信號。
  27. 如請求項21之掃描裝置，其中前述控制部係以相應於前述照射區域之位置而調變前述雷射光之方式控制前述光源。
  28. 如請求項22之掃描裝置，其中前述控制部係以相應於前述照射區域之位置而調變前述雷射光之方式控制前述光源。
  29. 如請求項23之掃描裝置，其中前述控制部係以相應於前述照射區域之位置而調變前述雷射光之方式控制前述光源。
  30. 如請求項24之掃描裝置，其中前述控制部係以相應於前述照射區域之位置而調變前述雷射光之方式控制前述光源。
  31. 如請求項25之掃描裝置，其中前述控制部係以相應於前述照射區域之位置而調變前述雷射光之方式控制前述光源。
  32. 如請求項26之掃描裝置，其中前述控制部係以相應於前述照射區域之位置而調變前述雷射光之方式控制前述光源。
  33. 如請求項21之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  34. 如請求項22之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  35. 如請求項23之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  36. 如請求項24之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  37. 如請求項25之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  38. 如請求項26之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  39. 如請求項27之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重 複產生前述第2信號要素。
  40. 如請求項28之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  41. 如請求項29之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  42. 如請求項30之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  43. 如請求項31之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
  44. 如請求項32之掃描裝置，其中前述控制部一面使圖框率變動一面重複產生前述第2信號要素。
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