JP2009204903A - 光走査装置及びその異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーの反射率低下や光軸ずれ等の起因する異常を検出可能な表示装置及びその
異常検出方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る光走査装置は、光源１０１と、光源１０１から出射された
光を偏向させることにより画像を表示させる、１つ又は複数のミラー１，１０４を含む光
学系と、各ミラー１，１０４の反射面を所定の位置に固定した状態で、光学系を通過した
光を受光して、当該光の強度を測定する光センサ１０６と、光センサ１０６により測定さ
れた光の強度と、基準強度とを比較して、比較結果に応じてエラーの有無を判定する判定
手段１１３と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源からの光を偏向させることにより画像を表示させる光走査装置及びその
異常検出方法に関する。

近年、マイクロメカニクス技術を用いたマイクロアクチュエータの開発が盛んである。
例えば、一対の弾性支持部（トーションバー）でねじり回転可能に支持された振動ミラー
を備えた光走査装置は、簡便な構成で画像表示装置を形成することが可能なデバイスとし
て開発が進んでいる（特許文献１参照）。
特開２００５−１６９５５３号公報

このような光走査装置において、光を偏向させる１つ又は複数のミラーの反射率の低下
や光軸ずれ等は、表示異常に直結する要素である。したがって、これらの光走査装置を実
用化する際には、実際に画像を表示する前に、このような異常を検出できるようにするこ
とが望まれる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、ミラーの反射
率低下や光軸ずれ等の起因する異常を検出可能な表示装置及びその異常検出方法を提供す
ることにある。

上記の目的を達成するため、本発明の光走査装置は、光源と、光源から出射された光を
偏向させることにより画像を表示させる、１つ又は複数のミラーを含む光学系と、各ミラ
ーの反射面を所定の位置に固定した状態で光学系を通過した光を受光して、当該光の強度
を測定する光センサと、光センサにより測定された光の強度と、基準強度とを比較して、
比較結果に応じてエラーの有無を判定する判定手段と、を有する。

上記構成では、各ミラーの反射面を所定の位置に固定した状態で、光学系を通過した光
が光センサに受光され、当該光の強度が測定される。そして、判定手段により、光センサ
により測定された光の強度と、基準強度とが比較されて、比較結果に応じてエラーの有無
が判定される。例えば、ミラーの反射率低下や、光軸ずれが存在する場合には、光センサ
により測定される光強度は低下する。従って、光強度と基準強度の差が規定値範囲内であ
ればエラー無しと判定され、両者の差が規定値範囲外であればエラー有りと判定される。
これにより、実際に表示させなくても、異常が検出される。

光センサは、外部への光の出射口とは異なる位置に設けられている。これにより、異常
検出処理中において、外部への光の漏洩が防止される。

外部への光の出射口の開閉を制御するシャッターをさらに有し、光センサは、シャッタ
ーの内側に設けられている。これにより、異常検出処理中において、光の出射口に重なる
位置に光センサを設けつつ、異常検出処理中における外部への光の漏洩が防止される。

さらに、上記の目的を達成するため、本発明の光走査装置の異常検出方法は、光源から
の光を１つ又は複数のミラーを含む光学系を用いて偏向させることにより画像を表示する
光走査装置の異常検出方法であって、起動時に、各ミラーの反射面を所定の位置に固定し
た状態で、光学系へ向けて光源から光を出射する工程と、ミラーを含む光学系を通過した
光の強度を測定する工程と、測定された光の強度と、基準強度とを比較して、比較結果に
応じてエラーの有無を判定する工程と、を有する。

上記構成では、各ミラーの反射面を所定の位置に固定した状態で、光学系を通過した光
の強度が測定される。そして、測定された光の強度と、基準強度とが比較されて、比較結
果に応じてエラーの有無が判定される。例えば、ミラーの反射率低下や、光軸ずれが存在
する場合には、測定される光強度は低下する。従って、光強度と基準強度の差が許容範囲
内であればエラー無しと判定され、両者の差が規定値範囲外であればエラー有りと判定さ
れる。これにより、実際に表示させなくても、異常が検出される。

光を出射する工程において、各ミラーの反射面を、光学系を通過した光が外部へ出射さ
れない位置に固定する。これにより、異常検出処理中における外部への光の漏洩が防止さ
れる。

光を出射する工程は、外部への光の出射口をシャッターにより閉じた状態で行なう。こ
れにより、異常検出処理中における外部への光の漏洩が確実に防止される。

光走査装置は、互いに異なる波長帯域の光を出射する複数の光源を有し、光を出射する
工程及び光の強度を測定する工程は、光源毎に別々に行なう。これにより、複数の光源が
存在する場合には、光源毎の光軸ずれが検出可能となる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る光走査装置に使用される振動ミラーの一例を示す平面図であ
る。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。

振動ミラー１は、可動板１１と、支持枠１２と、可動板１１を支持枠１２に対してねじ
り回転可能に支持する一対の弾性支持部１３とを有する。可動板１１、支持枠１２、及び
弾性支持部１３は、例えば、シリコン基板をエッチング加工することにより一体形成され
る。

可動板１１上には反射膜２１が形成されている。また、可動板１１の反射膜２１と反対
側には、磁石２２が接合されている。磁石２２は、可動板１１を平面視したときに、可動
板１１の回転中心軸である軸線Ｘに直交する方向に磁化されている。すなわち、磁石２２
は、軸線Ｘを介して対向する互いに極性の異なる一対の磁極を有している。支持枠１２は
、ホルダ２０に接合されており、ホルダ２０上には、可動板１１を駆動させるためのコイ
ル２３が配置されている。

上記の振動ミラー１では、周期的に変化する電流（交流）がコイル２３に供給される。
これにより、コイル２３は上方（可動板１１側）に向く磁界と、下方に向く磁界とを交互
に発生させる。これにより、コイル２３に対し磁石２２の一対の磁極のうち一方の磁極が
接近し他方の磁極が離間するようにして、弾性支持部１３を捩れ変形させながら、可動板
１１がＸ軸回りに回動させられる。

図１では、磁石２２とコイル２３間の電磁力を利用した駆動方式の振動ミラーを示して
いる。しかしながら、本発明は、静電引力を利用した方式や、圧電素子を利用した方式を
採用してもよい。例えば、静電引力を利用した方式の場合には、磁石２２は不要であり、
コイル２３の代わりに可動板１１に対向する１つ又は複数の電極が設置される。そして、
可動板１１と電極との間に周期的に変化する交流電圧を印加することにより、可動板１１
と電極との間に静電引力を作用させて、弾性支持部１３を捩れ変形させながら、可動板１
１をＸ軸回りに回動させる。

図３は、上記の振動ミラー１を含む光走査装置の概略構成図である。図３に示す光走査
装置は、水平ミラーとして図１に示す振動ミラー１を用いている。

図３に示す光走査装置は、振動ミラー１の他に、レーザ光源１０１と、ダイクロイック
ミラー１０２と、フォトダイオード１０３と、垂直ミラー１０４とを備える。本発明の光
学系には、ダイクロイックミラー１０２、振動ミラー１及び垂直ミラー１０４が含まれる
。

レーザ光源１０１は、赤色レーザ光を出射する赤色レーザ光源１０１Ｒと、青色レーザ
光を出射する青色レーザ光源１０１Ｂと、緑色レーザ光を出射する緑色レーザ光源１０１
Ｇとを有する。ただし、２色以下又は４色以上のレーザ光源を用いてもよい。

ダイクロイックミラー１０２は、赤色レーザ光源１０１Ｒからの赤色レーザ光を反射す
るダイクロイックミラー１０２Ｒと、青色レーザ光を反射し赤色レーザ光を透過させるダ
イクロイックミラー１０２Ｂと、緑色レーザ光を反射し青色レーザ光及び赤色レーザ光を
透過させるダイクロイックミラー１０２Ｇとを有する。この３種のダイクロイックミラー
１０２により、赤色レーザ光、青色レーザ光、及び緑色レーザ光の合成光が振動ミラー１
に入射する。

フォトダイオード１０３は、各ダイクロイックミラー１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに
反射されずに透過した赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光の光量を検出する。

振動ミラー１は、ダイクロイックミラー１０２から送られたレーザ光を水平方向（軸線
Ｘの垂直方向）に走査する。振動ミラー１は、上述したように、ＭＥＭＳにより形成され
た、共振型ミラーである。

垂直ミラー１０４は、振動ミラー１により反射されたレーザ光を垂直方向に走査する。
垂直ミラー１０４は、例えば、ガルバノミラーにより構成される。ガルバノミラーとはミ
ラーに軸を付け、電気信号に応じてミラーの回転角を変えられるようにした偏向器である
。振動ミラー１によるレーザ光の水平走査、及び垂直ミラー１０４によるレーザ光の垂直
走査により画像が表示される。

本実施形態に係る光走査装置は、上記のレーザ光源１０１、振動ミラー１、垂直ミラー
１０４の駆動制御系として、さらに、レーザ光源１０１を駆動するレーザ駆動手段１１０
と、水平ミラーとしての振動ミラー１を駆動する水平ミラー駆動手段１１１と、垂直ミラ
ー１０４を駆動する垂直ミラー駆動手段１１２と、全体の動作の制御を担う制御手段１１
３と、記憶手段１１４とを有する。

記憶手段１１４は、例えば、各種のプログラムを収納するＲＯＭと、変数等を収納する
ＲＡＭと、不揮発性メモリとにより構成される。本実施形態では、記憶手段１１４は、後
述する基準強度を保持している。

制御手段１１３は、パーソナルコンピュータや携帯電話等の各種の映像ソース１１５か
ら送られた画像情報に基づいて、これらの画像を表示すべく、レーザ駆動手段１１０、水
平ミラー駆動手段１１１、垂直ミラー駆動手段１１２の動作を制御する。また、制御手段
１１３は、起動時において、後述する異常検出処理を実施する。

図４は、光走査装置の異常検出機構を示す概略構成図である。
図４に示すように、振動ミラー１及び垂直ミラー１０４を含む光学系を収容する筐体１
０５の内部に、光センサ１０６が設置されている。

光センサ１０６は、筐体１０５に設けられた光出射口１０７とは異なる位置、換言すれ
ば光出射口１０７に重ならない位置に設けられている。光センサ１０６は、例えばフォト
ダイオードからなる。光センサ１０６として、ＲＧＢの全ての波長帯域において感度を有
するフォトダイオードを用いることが好ましい。これにより、１つの光センサ１０６を用
いてＲＧＢの全てのレーザ光源１０１の異常検出処理が可能となる。

振動ミラー１は、異常検出処理時においては、基準位置に固定される。この基準位置と
は、弾性支持部１３が捩れ振動を起こしていない場合における、振動ミラー１の位置であ
る。

垂直ミラー１０４は、異常検出処理時には図中点線で示すように、垂直ミラー１０４に
より反射された光が光センサ１０６に結合するように、所定の位置に、換言すれば、反射
面が所定の角度に固定される。なお、垂直ミラー１０４は、通常動作時には、図中実線で
示すように光出射口１０７へ向けて光を反射する。

制御手段１１３は、本発明の判定手段の処理を実行する。この制御手段１１３は、光セ
ンサ１０６からの出力に基づいて、振動ミラー１及び垂直ミラー１０４の反射率の低下や
光軸ずれ等の異常の有無を検出する。

次に、本実施形態に係る光走査装置の異常検出方法について、図５のフローチャートを
参照して説明する。本実施形態では、光走査装置の起動時において、ＲＧＢの各レーザ光
源１０１Ｒ、１０１Ｇ，１０１Ｂについて、図５に示す処理を別々に行う。

まず、制御手段１１３は、各駆動手段１１１、１１２を制御して、振動ミラー１を基準
位置に固定し、垂直ミラー１０４を所定の位置に固定する（ステップＳＴ１）。異常検出
処理における各ミラーの反射面の角度については、図４を参照して説明した通りである。

次に、制御手段１１３は、３つのレーザ光源１０１Ｒ、１０１Ｇ，１０１Ｂのうち、い
ずれか一つを駆動させて、レーザ光を出射させる。これにより、レーザ光源１０１から出
射されたレーザ光は、振動ミラー１及び垂直ミラー１０４により反射されて光センサ１０
６に受光され、光センサ１０６により光強度が測定される（ステップＳＴ２）。制御手段
１１３は、光センサ１０６から受光した光強度に応じた信号を入力する。

次に、制御手段１１３は、予め記憶手段１１４に保持された基準強度と、光センサ１０
６により測定された光強度とを比較して、両者の差が規定値範囲内か否かを判定する（ス
テップＳＴ３）。ここで、基準強度とは、初期の光走査装置において同様の条件で光セン
サ１０６にレーザを入射させた場合における光強度を示す。

振動ミラー１や垂直ミラー１０４の反射率が低下した場合には、光センサ１０６により
測定される光の強度は小さくなる。また、レーザ光源の光軸ずれが発生している場合にも
、光センサ１０６により測定される光の強度は小さくなる。従って、測定された光強度と
基準強度との差が規定値範囲外となった場合には、反射率の低下又は光軸ずれに起因する
異常が存在するものとして、エラー判定がなされる（ステップＳＴ４）。エラー判定がな
された場合には、光走査装置の動作を停止させる。また、アラーム、ランプの点滅、表示
エリアへの書き込み等の手段を用いて、エラーをユーザに知らせる。

両者の光強度の差が規定値範囲内の場合には、通常の表示動作を開始する（ステップＳ
Ｔ５）。ただし、本実施形態のように、３つのレーザ光源１０１Ｒ、１０１Ｇ，１０１Ｂ
を有する場合には、全てのレーザ光源の処理を行なって異常無しとの判定が得られた後に
、通常の表示動作を開始する。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置によれば、起動時に、振動ミラー１
及び垂直ミラー１０４で反射された光の強度を測定することにより、ミラーの反射率の低
下や光軸ずれ等の異常を検出することができる。

また、光の強度を測定するための光センサ１０６を光出射口１０７に重ならない位置に
設け、振動ミラー１及び垂直ミラー１０４によりこの光センサ１０６へ向けて光を反射さ
せることにより、異常検出処理時において、光出射口１０７から外部へ光が漏洩すること
を防止することができる。各ミラーを固定した状態においては、１点へ向けて光強度の強
いレーザ光が照射されるため、安全性の面からも、このときのレーザ光を外部へ出射させ
ないことが好ましいからである。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る光走査装置の異常検出機構を示す図である。

本実施形態に係る光走査装置は、光出射口１０７を開閉可能なシャッター１０８と、シ
ャッター１０８を駆動するシャッター駆動手段１１６とを有する。

本実施形態では、異常検出処理中において、シャッター１０８により光出射口１０７を
塞いでおく。すなわち、図５のステップＳＴ１に移行する前に、制御手段１１３はシャッ
ター駆動手段１１６を制御して、シャッター１０８を閉じさせる又は閉じたままにしてお
く。その他の基本的な異常検出処理のステップについては、第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、振動ミラー１及び垂直ミラー１０４の反射面の位置により想定さ
れる反射光（図中、点線で示す）以外の迷光が生じた場合であっても、これらの光を確実
に筐体１０５内に閉じ込めることができ、異常検出処理中において、光出射口１０７から
外部へ光が漏洩することを確実に防止することができる。従って、第１実施形態よりも安
全性を高めることができる。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係る光走査装置の異常検出機構を示す図である。

本実施形態に係る光走査装置は、光出射口１０７を開閉可能なシャッター１０８と、シ
ャッター１０８を駆動するシャッター駆動手段１１６とを備え、さらに、このシャッター
１０８の内側に光センサ１０６が設けられているものである。

本実施形態では、異常検出処理中において、第２実施形態と同様に、シャッター１０８
により光出射口１０７を塞いでおく。また、異常検出処理のステップＳＴ１において、垂
直ミラー１０４からの反射光が光センサ１０６に結合されるように、垂直ミラー１０４の
反射面が固定される。その他の基本的な異常検出処理のステップについては、第１実施形
態と同様である。

本実施形態によれば、光出射口１０７に重なる位置に光センサ１０６を設けた場合であ
っても、外部へのレーザ光の漏洩を防止しつつ、異常検出処理を実行することができる。
このように、シャッターを利用することにより、光センサ１０６の配置の制約をなくすこ
とができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、振動ミラー１の構造に限定はない。例えば、可動板１１は円形以外の多角形で
もよい。また、本実施形態では、１次元１自由度で駆動するタイプの振動ミラー１を例示
したが、２次元に駆動するタイプの振動ミラーであってもよく、また、１次元２自由度で
駆動するタイプの振動ミラーであってもよい。２次元に駆動するタイプの振動ミラーを用
いた場合には、垂直ミラー１０４は不要である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

振動ミラーの平面図である。 振動ミラーの断面図である。 光走査装置の概略構成図である。 光走査装置の異常検出機構を示す構成図である。 光走査装置の起動時における異常検出処理のフローチャートである。 第２実施形態に係る光走査装置の異常検出機構を示す構成図である。 第３実施形態に係る光走査装置の異常検出機構を示す構成図である。

符号の説明

１…振動ミラー、１１…可動板、１２…支持枠、１３…弾性支持部、２０…ホルダ、２
１…反射膜、２２…磁石、２３…コイル、１０１…レーザ光源、１０１Ｒ…赤色レーザ光
源、１０１Ｇ…緑色レーザ光源、１０１Ｂ…青色レーザ光源、１０２，１０２Ｒ，１０２
Ｇ，１０２Ｂ…ダイクロイックミラー、１０３，１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ…フォト
ダイオード、１０４…垂直ミラー、１０５…筐体、１０６…光センサ、１０７…光出射口
、１０８…シャッター、１１０…レーザ駆動手段、１１１…水平ミラー駆動手段、１１２
…垂直ミラー駆動手段、１１３…制御手段、１１４…記憶手段、１１５…映像ソース、１
１６…シャッター駆動手段

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光を偏向させることにより画像を表示させる、１つ又は複数の
   ミラーを含む光学系と、
   各ミラーの反射面を所定の位置に固定した状態で前記光学系を通過した光を受光して、
   当該光の強度を測定する光センサと、
   前記光センサにより測定された光の強度と、基準強度とを比較して、比較結果に応じて
   エラーの有無を判定する判定手段と、
   を有する光走査装置。
2. 前記光センサは、外部への光の出射口とは異なる位置に設けられている、
   請求項１記載の光走査装置。
3. 外部への光の出射口の開閉を制御するシャッターをさらに有し、
   前記光センサは、前記シャッターの内側に設けられている、
   請求項１記載の光走査装置。
4. 光源からの光を１つ又は複数のミラーを含む光学系を用いて偏向させることにより画像
   を表示する光走査装置の異常検出方法であって、
   起動時に、各ミラーの反射面を所定の位置に固定した状態で、前記光学系へ向けて前記
   光源から光を出射する工程と、
   前記ミラーを含む光学系を通過した光の強度を測定する工程と、
   測定された前記光の強度と、基準強度とを比較して、比較結果に応じてエラーの有無を
   判定する工程と、
   を有する光走査装置の異常検出方法。
5. 前記光を出射する工程において、各ミラーの反射面を、前記光学系を通過した光が外部
   へ出射されない位置に固定する、
   請求項４記載の光走査装置の異常検出方法。
6. 前記光を出射する工程は、外部への光の出射口をシャッターにより閉じた状態で行なう
   、
   請求項４記載の光走査装置の異常検出方法。
7. 前記光走査装置は、互いに異なる波長帯域の光を出射する複数の光源を有し、
   前記光を出射する工程及び前記光の強度を測定する工程は、前記光源毎に別々に行なう
   、
   請求項４記載の光走査装置の異常検出方法。

Images