JP4620905B2 - ２次元光走査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像情報に基づき光源を直接変調した出力光を、第１方向と第２方向へ走査することに基き２次元画像を表示する２次元光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
第１方向に走査している光を第２方向にも走査することに基き２次元画像を表示する２次元光走査装置が、従来から提案されている。
【０００３】
図１０は、従来の２次元光走査装置（レーザディスプレイ装置）の構造の一例を示す模式図である。かかる装置の場合、レーザ光源１から出射された光Ｌ_０は、光変調器Ｋにて変調された後、第１光偏向器（例えば、ポリゴンミラーやガルバノミラーなど）Ａによって水平方向ｘに走査され、第２光偏向器（例えば、ポリゴンミラーやガルバノミラーなど）Ｂによって垂直方向ｙに走査されるようになっている。
【０００４】
このレーザディスプレイ装置では、気体レーザを光源としているため高解像度を表示するためには直接変調ができず、その変調は光変調器Ｋによって行われていた。この光変調器Ｋとしては電気光学変調器や音響光学変調器が用いられるが、いずれも高価であって、かつ装置自体が大掛かりなものになってしまい、装置・スクリーンとも据え置きの表示装置であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような装置の光源として、レーザダイオードやＬＥＤなどの半導体発光素子を用いた場合には、光の変調を光源自体で直接行うことが可能となる（図１１参照）。かかる装置の場合、光変調器が不要となるため、小型化や、コストダウンが図れる。
【０００６】
ところで、半導体発光素子であるレーザダイオードを光源１に用いたような場合には、ドループ特性の影響を受けてしまい、供給されている電流が一定であっても（内部発熱に伴う温度変化によって）光強度が変化してしまう問題がある。図１３は、レーザダイオードをあるパルスで変調した場合の光出力に現れるドループ特性の例を示す図である。
【０００７】
このような光強度の不安定出力を回避するために、従来より自動光量制御（ＡＰＣ制御）が行われている。すなわち、レーザダイオードの光出力を光センサ（光検知部）によってモニタしておき、モニタ光量が低下すれば光出力を高くし、モニタ光量が高くなれば光出力を低くするようにしている。
【０００８】
一般的にＰＤ（フォトダイオード）付きのレーザダイオードのパッケージは、図１４のような構造となっている。符号６２，６３はケースを示し、符号６４はリード線を示し、符号６５はガラスを示す。レーザダイオード６０から前方には画像表示用の光（符号Ｌ_１参照）を出射するが、後方にはモニター用の光（符号Ｌ_ｂ参照）を出射させ、フォトダイオード６１でその光量を検知するようになっていた。表示装置等では表示領域で任意のパターンで変調を行なう必要があるため、光量モニタのタイミングは、画像表示用光が非表示領域に走査された時点で行うようになっている。しかし、このモニタ中においては、モニタ用光Ｌ_ｂがフォトダイオード６１に向かって照射されるだけでなく、画像表示用の光Ｌ_１がスクリーンに向かって照射される。これは、レーザビームプリンタなどの感光体へ投射する装置では問題にならないが、レーザディスプレイとして用いる場合には、ディスプレイとしては不要な投射パターンであり表示画像の品質低下をもたらすという問題がある。これは、ＰＤ付きのレーザダイオードのパッケージを用いた場合に限らず、外部に光量モニタ部を設けてＡＰＣを行なう場合でも同様の問題が発生する。
【０００９】
一方、上記の装置に用いる光偏向器は、温度変化等の要因により光偏向特性の変化が起こりやすく、表示画像の低下を招くといった問題がある。そのため、良質な画像を表示させるためには、画像情報を変調するタイミングと光偏向部の駆動タイミング間での同期をリアルタイムにモニタして調節する必要がある。同様の理由で、光偏向部の駆動タイミング及び周期をリアルタイムに検出する必要がある。画像表示領域において駆動タイミング及び周期を検出することはできないため、非画像領域で検出する必要がある。しかし、走査型画像表示装置においては、非画像領域での任意変調パターンでの検出を行なうと画像表示時間を減少させる必要があり、輝度低下、ちらつきの増加の原因となり、表示画像の品質低下をもたらす。
【００１０】
従来から１次元光走査を行なうレーザビームプリンタでは、１走査毎に水平同期信号による変調が行なわれ、その変調光をミラーに反射させ、光検出を行い、変調開始タイミングを決定している。しかし、この方法は、ポリンゴンミラーなどの走査速度一定の１次元への光走査に特化した同期検出方法であるため、光偏向器で２次元光走査している場合の駆動タイミングと変調可能な光源の変調タイミングを表示画像に影響を与えることなく、リアルタイムに検出して同期を取ることはできない。
【００１１】
そこで、本発明は、投射面にＡＰＣのモニタパターンが投射されることを防止し、表示画質に影響を与えることなく変調タイミングと光偏向部駆動タイミングの同期検出が容易にできる２次元光走査装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、画像情報に基いて光を直接変調する光源と、該光源から出射された光を第１方向に走査する第１光偏向器と、該光を第２方向に走査する第２光偏向器と、を備えて２次元画像を表示すると共に、前記光源は前記２次元画像を表示する期間とは異なる光源強制点灯期間中にも光を出射し、前記光源強制点灯期間中に前記光源からの光を検知する第１光検知部が設けられ、前記第１光検知部により検知される光の出力が一定になるように前記光源の駆動電流を制御する２次元光走査装置において、前記第２光偏向器と前記２次元画像の投射面との間に設けられ、前記光源強制点灯期間中に投射される光の走査領域を遮蔽する遮蔽部と、前記遮蔽部の前記第２光偏向器側に設けられ、前記走査領域に投射される光を検知するための第２光検知部と、前記第２光検知部により検知された信号に基づき、前記第１光偏向器の光偏向タイミングと前記第２光偏向器の光偏向タイミングとの同期、及び、前記光源の変調タイミングと前記第２光偏向器の光偏向タイミングとの同期をとるよう、前記第１光偏向器と前記第２光偏向器と前記光源とを制御する信号処理回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
(1) まず、本発明に係る２次元光走査装置の全体構成について説明する。
【００１５】
本発明に係る２次元光走査装置（画像表示装置）は、第１方向ｘに走査している光を第２方向ｙにも走査することに基き２次元画像を表示するようになっている（図１の符号Ｄ_１参照）。本明細書において「光を第１方向ｘに走査」とは、第１方向ｘの正方向及び負方向に光を片側または往復走査することをも意味し、「光を第２方向ｙに走査」とは、第２方向ｙの正方向及び負方向に光を片側または往復走査することをも意味するものとする。
【００１６】
また、本発に係る２次元光走査装置は光検知部２を備えており、光源１からの光量を検知できるようになっている。
【００１７】
さらに、後述のように遮蔽部３や減光フィルタ４を配置しても良い。
【００１８】
ところで、光源１は、出力光を直接変調できるものである。また、第１方向ｘへの光走査は、光源１から出射された光を第１光偏向器Ａによって偏向することによって行えば良く、第２方向ｙへの光走査は、光源１から出射された光を第２光偏向器Ｂによって偏向することによって行えば良い。前記第１光偏向器Ａは光の高速走査を行い、前記第２光偏向器Ｂは光の低速走査を行う、ようにすると良い。
【００１９】
(2) 次に、各構成部品の詳細構成について説明する。
【００２０】
ところで、第１光偏向器Ａは、第１光偏向器駆動回路５によって駆動すると良く、第２光偏向器Ｂは、第２光偏向器駆動回路６によって駆動すると良い。
【００２１】
また、光源１には光源変調駆動部８から変調信号を入力するようにすると良い。また、光源１は１ライン走査毎に、一定期間強制的に変調信号により点灯させ、光量をモニタすることにより、次走査の駆動電流の基準値を決定するようにするとよい。モニタ光量が低下すれば光出力を高くし、モニタ光量が高くなれば光出力を低くするようにするという自動光量制御（ＡＰＣ制御）を行なうと良い。その際の光量のモニタは、光源１のパッケージに内蔵されたフォトダイオードで行なっても良い。また、光源１がレーザダイオード等であればチップからのバックビームを外部でモニタして行なってもよい。
【００２２】
光偏向器と投射面間に配置された遮蔽部３と、遮蔽部３の光偏向部側に光検知部２を配置すると良い。この場合の、走査光と光検知部２と遮蔽部３の関係図を図２に示す。光源１を強制点灯させて光量モニタを行なう（ＡＰＣ制御）ことにより、図２に投射されてしまう光投射領域をＡＰＣ検出パターンと呼ぶことにする。なお、ＡＰＣ検出パターンは、画像情報の変調開始信号１２と同期を取って変調されるため、画像表示信号と位置関係が固定されている。つまり、例えば光源１と変調タイミングと光偏向部の走査タイミングの同期が取れなくなり、表示されている画像が右にずれた場合は、ＡＰＣ検出パターンも同様に右にずれることになる。この検出パターンは、表示画像領域の左右どちらか又は両側表示される線分状のパターンである。また、光検知部２の第２方向ｙの長さは、該光検知部を含む面上においての走査領域Ｇの低速走査方向の長さ（すなわち、第２方向ｙの長さ）と同等の長さにしても、該光検知部を含む面上においての走査領域Ｇの低速走査方向の長さ（すなわち、第２方向ｙの長さ）よりも短くし、画像表示領域Ｅの低速走査方向の長さ（すなわち、第２方向ｙの長さ）より長くしても良い。すなわち、ＡＰＣ光検知部２の長さは、上下の走査領域Ｇより短く、且つ画像表示領域Ｅの上下の幅以上ある必要がある。また、ＡＰＣ光検知部２は、第２光偏向器Ｂと遮蔽部３を含む面間のＡＰＣ検出パターン走査領域に対応した位置に配置されてもよく、第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂ間のＡＰＣ検出パターン走査領域に対応した位置に配置されてもよい。さらに、図７に示すように、前述のＡＰＣ検出パターン走査領域Ｆに対応した位置に、ミラー３０を配置し、反射光を全て検出できる位置にＡＰＣ光検知部３２を配置してもよい。またさらに、光検知部を光源１に設けても良い。また、ＡＰＣ光検知部２，３２は、光導波路上にスリットを有する遮蔽部を有したものでもよく、複数の光検知部を配置したものでもよい。
【００２３】
なお、前記第１光偏向軸Ａによる高速走査を正弦波状駆動（走査時間に対し光偏向器の変位角が正弦波状に変位するような駆動）で行い、光検知部２を走査領域Ｆの高速走査方向ｘの両端に配置し（図８参照）、自動光量制御を高速走査による１ライン片側走査毎に行うと良い。
【００２４】
第２光偏向器Ｂで偏向させた変調光が走査される領域には、遮蔽部３を配置すると良い。遮蔽部３は、直接変調する光源の光出力が一定になるように光源の駆動電流を制御する自動光量制御用の光源強制点灯期間の走査領域を遮蔽する。この遮蔽部３は属する平面上においてのＡＰＣ検出パターン走査表示領域をすべて含むものである。つまり、ＡＰＣ制御は、強制点灯したレーザをモニタ（レーザのパッケージ内のＰＤ等でモニタ）し、この情報に基き電流値を決定するものであるが、このＡＰＣによる強制点灯光が投射面に写らないようにするために遮蔽部３がある。この遮蔽部３には、光反射率が高い材料を用いても、光反射率が低い材料（光吸収材料）を用いても良い。この遮蔽部３は、光偏向器とスクリーンとの間に設けると良く、後述する出射補正光学系を用いるような場合には（図５の符号２０参照）、その出射補正光学系のレンズ表面に部分的に金属等を蒸着させて遮蔽部としても良い。なお、この遮蔽部３は第２光偏向器Ｂに近接して配置されるのが望ましい。本実施の形態によれば、直接変調光源と光偏向器とを用いれば、携帯型のプロジェクターを実現することができ、壁や机などどこでもスクリーンとなり得る。そのような構成の場合には、遮蔽部３を、この装置からの光の出射部（具体的には、装置に設けた開口部）の周辺に設けると良い。これにより、ＡＰＣ制御のためのモニタ光は、スクリーンに到達する前に遮蔽されることとなる。
【００２５】
ところで、上述した減光フィルタには、ガラス基板上にクロム膜を成膜した反射型ＮＤフィルターや、特定の波長の透過をカットするカットフィルタや、偏光板や偏光フィルタなどを用いると良い。
【００２６】
半導体発光素子であるレーザダイオードを高速に直接変調する際は、駆動電流を閾値電流付近にバイアスするため、変調信号がＯＦＦされた状態でも、半導体発光素子は微小光量の発光を行っている。そのため、本来は何も投射されない筈の非画像領域に、発光領域が存在してしまうため、ディスプレイとしての表示画像の品質低下をもたらす。これは、光源の光量が増加するに従い、重大な問題となる。
【００２７】
そのため、減光フィルタ４を用いることによって、非画像表示領域での微小な発光を任意の投射面上で観察者が気にならない程度まで低下させることにより、改善を図ることができる。すなわち、前記の２次元光走査型画像表示装置が、制御情報に基づき変調を行う非画像表示時間の走査領域をすべて含むように配置された減光フィルタを有しているようにしても良い。また、減光フィルタ４は、投射面上での輝度ムラや、輝度の低下が実用上問題程度であれば画像表示領域の一部またはすべてを含んでもよい。この減光フィルタ４は、
・ 光走査によって２次元画像が表示される面（図２に符号１５で示すような走査光線が投射される面）であって、画像表示領域外側に配置されていても、
・ 該面１５と光偏向器Ａ及びＢとの間に配置されていても、
・ 第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂとの間に配置されていても、
良い。すなわち、全ての減光フィルタ４を上記面１５に配置しても、全ての減光フィルタ４を該面１５と光偏向器との間に配置しても、全ての減光フィルタ４を第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂとの間に配置しても、一部の減光フィルタ４を上記面１５に配置すると共に他の減光フィルタ４を面以外の部分（例えば、面と光偏向器との間や、光偏向器と光偏向器との間）に配置するようにしても良い。後述する出射補正光学系を用いるような場合には（図５の符号２０参照）、その出射補正光学系のレンズ表面に配置しても良い。
【００２８】
光源１としては、光を直接変調できるタイプのもの、例えばレーザダイオード、ＬＥＤ等の半導体発光素子、無機ＥＬ、有機ＥＬ等のエレクトロ・ルミネッセンス素子などを用いると良い。カラー画像を表示する場合には、複数の波長を有する複数種類の光源を組み合わせて構成してもよい。その場合光偏向器を１組しか用いない場合、光学系などなんらかの手段を用いて、複数の出力光を１本の光線にする必要がある。複数の光偏向器を用いる場合は、複数の光線を複数のミラーに入射させるようにしてもよい。また、光の変調は、強度変調方式によって行っても、パルス幅変調方式によって行っても良い。
【００２９】
ここで、強度変調方式とは、光源の光量をアナログ的に変化させることにより各ドットの階調を表現する方式をいい、パルス幅変調方式とは、レーザ等の光源の光量を変化させずに一定にしたままでその点灯時間の長さ（パルス幅）を変化させることにより各ドットの階調を表現する方式をいう。
【００３０】
光偏向器としては、ガルバノミラーや共振型偏向器を挙げることができる。第１光偏向器Ａ及び第２光偏向器Ｂの両方にガルバノミラーを用いても、共振型光偏向器を用いても良い。また、一方の光偏向器をガルバノミラーとし、他方の光偏向器を共振型光偏向器としても良い。なお、第１光偏向器Ａ及び第２光偏向器Ｂは別体に形成しても、一体型としても良い。すなわち、光偏向面を２つの軸（直交する光偏光軸）によって揺動自在に支持し、第１光偏向器Ａによって水平方向への光走査を行い、第２光偏向器Ｂによって垂直方向への光走査を行うようにすると良い。
【００３１】
これらの光偏向器としては、マイクロミラーを有するものであって、半導体加工技術を用いて作製されたものを用いることができる。ここで、この光偏向器について補足する。近年、半導体材料に用いるシリコン加工技術により、ミラー角が数ｍｍの超小型光偏向器（マイクロミラー）が実現されている（特登録０２７２２３１４号公報）。図１２はそのような光偏向器（ガルバノミラー）の構造の一例を示す平面図であるが、符号５０はシリコン基板、符号５１は上側ガラス基板、符号５２は下側ガラス基板を示す。また、符号５３は可動板、符号５４はトーションバー、符号５５は平面コイル、符号５６は全反射ミラー、符号５７は電極端子、符号６０〜６３は永久磁石を示す。この光偏向器は、平面コイル５５に駆動電流を流し、永久磁石とのローレンツ力を利用して駆動する電磁型である。その他には、静電型や圧電型のマイクロミラーも数多く提案されてきており、これらの光偏向器を用いることができる。
【００３２】
このマイクロミラーと、直接変調光源を用いることによって、携帯型の超小型プロジェクタを実現することができる。このプロジェクタに本発明を適用して、走査光の出射部に遮蔽部３と光検知部２を配置した装置を構成することができる。
【００３３】
第１光偏向器Ａとして、十数ｋＨｚから数十ｋＨｚでの光走査が可能な高速光偏向器を用い、第２光偏向器Ｂとして、数十Ｈｚから百数十Ｈｚでの光走査が可能な低速光偏向器を用い、水平方向のラスタ走査を行うようにしても良い。また逆に、第１光偏向器Ａを低速光偏向器とし第２光偏向器Ｂを高速光偏向器として、垂直方向にラスタ走査を行なわせても、また走査周波数を上記以外の組み合わせとしても良く、リサージュ走査などの異なる走査法でも良い。
【００３４】
なお、第２光偏向器Ｂによる光走査に伴い、第２光偏向器Ｂと画像表示領域Ｅとの間で光路が変化し、それに伴って、画像表示領域Ｅにおいて焦点ズレが発生するおそれがあるときは、出射補正光学系を該光路中に配置して（図５の符号２０参照）、焦点ズレを補正するようにすると良い。この場合の出射補正光学系には、走査を行なうことにより光偏向器ミラーと走査光投射面間の光路の変化による投射面上での焦点ズレを補正するｆ−θレンズと、正弦波駆動型光偏向器の角速度の変化によるスポット形状の歪みを走査光投射面上で補正するアークサインレンズ等の機能を有したものを用いると良い。この出射補正光学系は、走査領域の大部分を補正することができるが、周辺部分までは補正を行なうことはできない。そのため、画像はこの光学系が補正できる領域に表示するようにすると良い。
【００３５】
上記では、本発明の直接変調光源１を用いた２次元光走査型画像表示装置を、投射型画像表示装置として説明したが、上記以外の構成の投射型画像記録装置、走査型描画加工装置、走査型光検出装置など、光源を直接変調させるものであればすべての装置に用いることができる。
【００３６】
(3) 次に、２次元光走査装置の駆動方法について説明する。
【００３７】
光源１が、画像情報に基いて直接変調した光Ｌ_１を出射すると、該光Ｌ_１は、第１光偏向器Ａによって偏向されることにより第１方向ｘに片側または往復走査される。この光は、その途中で第２光偏向器Ｂによっても偏向されるため、第２方向ｙにも片側または往復走査されることとなり、その結果、２次元画像が表示されることとなる。
【００３８】
光量モニタ部によってその光量が検知され、検知光量が基準値よりも少ない場合には光量が増えるように制御され、検知光量が基準値よりも多い場合には光量が減るように制御されるようになっている。なお、この検知光量を用いて異常か否かを判断し、異常と判断した場合には、安全装置を起動して２次元光走査装置自体の駆動を停止させたり、或いは、警報を鳴らしたりアラーム表示行うようにすると良い。
【００３９】
ところで、光源１は、画像走査中は当然ながら変調を行ないながら点灯または点滅されており（図３のｔ_２〜ｔ_３）、画像走査後に消灯され（同図のｔ_４〜ｔ_５）、その後再び、光量モニタのため強制点灯される（同図のｔ_５〜ｔ_６）。光量モニタ部による光量検出は、第１方向ｘへの１ライン走査毎（すなわち、上述した高速光偏向器による１ライン走査が終了する毎）に行なう。また、光検知のための強制点灯は、画像情報の替わりにＡＰＣ検出用発光パターン情報を光源１に入力することによって行うようにすると良い。
【００４０】
(4) 以下、図１に示す構成の２次元光走査装置の駆動方法について、図３に沿って具体的に説明する。
【００４１】
図３(a) は、画像の表示状態を示す平面図であり、同図(b) は、(a) に符号Ｈで示す線に沿って光線が走査される場合において変調開始タイミング信号が出力されるタイミングを示すタイミングチャート図であり、同図(c) は、(a) に符号Ｈで示す線に沿って光線が走査される場合において変調信号等を示すタイミングチャート図である。
【００４２】
いま、デジタル処理信号回路７から第１光偏向器駆動回路５に対して駆動タイミング信号が送られると、第１光偏向器駆動回路５は第１光偏向器Ａに駆動信号を送って該光偏向器Ａを駆動する。これにより、光の走査ポイントはＣ_０からＣ_１に移動する。ただし、この状態では、光は点灯されてはおらず、この間に、１ラインの画像情報がメモリ９に転送される。
【００４３】
そして、時刻ｔ_１（すなわち、光の走査ポイントがＣ_１に到達する時点）にて、デジタル処理信号回路７から光源変調駆動部８に対して変調開始タイミング信号１２が送られる（図３(b) 参照）。これにより、メモリ９から光源駆動変調部８に対して画像情報が転送され始め、光源駆動変調部８から光源１には、画像情報に基づく変調信号が送られる。その結果、画像情報に基いて直接変調された光が光源１から出射されることとなり、該光は、第１光偏向器Ａにて偏向されてＣ_２→Ｃ_３の方に走査される。なお、Ｃ_１〜Ｃ_４までが画像表示領域であるため、この間、光源１は点灯または点滅され（図３(a) に示す文字を表示すべく、実際にはＣ_２〜Ｃ_３の間だけ点灯または点滅され）、Ｃ_４以降は消灯される。
【００４４】
そして、消灯された状態で、光の走査ポイントがＣ_５に到達した時点ｔ_５で、光源１にはＡＰＣ検出用パターン情報が入力されてｔ_５〜ｔ_６の間だけ光源１が強制点灯される（ＡＰＣ検出用パターン情報の入力が終了すると光源は消灯される）。この光は、光量モニタ部によってその光量が検知され、検知結果に基き、変調出力光の自動光量制御（ＡＰＣ）が行われる。すなわち、光量モニタ部からのＡＰＣ光検出信号がデジタル信号処理回路７にフィードバックされ、検知光量が基準値よりも少ない場合には、次の１ライン走査時において光源１への供給電流のレベルを上げて光量が全般的に増えるように制御され、反対に、検知光量が基準値よりも多い場合には、次の１ライン走査時において光源１への供給電流のレベルを下げて光量が全般的に減るように制御される。
【００４５】
ここで、第１光偏向器Ａによって走査される光は、その途中で第２光偏向器Ｂによっても偏向されるため、その結果、２次元画像が表示されることとなる。この第２光偏向器Ｂの駆動は、デジタル処理信号回路７から第２光偏向器駆動回路６に対して駆動タイミング信号が送られ、第２光偏向器駆動回路６から第２光偏向器Ｂに駆動信号が送られることにより達成される。
【００４６】
以上のように、ＡＰＣ検出パターンは、表示画像に対して、ある距離をおいて平行線として投射されることになる。ここで、ＡＰＣの方式、画像情報転送の方式は、上記に限ったことではなく、その他の方式を用いることもできる。
【００４７】
(5) 次に、第１光偏向器の駆動タイミング信号１０と第２光偏向器の駆動タイミング信号１１との同期、並びに、画像情報の変調開始信号１２と第１光偏向器の駆動タイミング信号１０との同期について説明する。
【００４８】
前記光検知部により検出された信号に基づき、前記第１光偏向器による光偏向タイミングと前記第２光偏向器による光偏向タイミングと光源の変調タイミングを制御するようにすると良い。
【００４９】
例えば２次元光走査装置の場合、各光偏向器の同期が取れていない状態では、表示画像にズレが生じ、ひどい場合には画像が流れるように見え、表示画像の品質低下をもたらす。しかし、各光偏向器の駆動周期や駆動タイミングは一定ではなくて温度などの条件によって変動するものであるため、１度同期させれば足りるというようなものではなく、駆動周期や駆動タイミングを常にモニタしておいて同期（第１光偏向器の駆動タイミング信号１０と第２光偏向器の駆動タイミング信号１１との同期）を常に確保しておく必要がある。また、２次元画像は出射補正光学系の補正可能領域に表示する必要があり、その点からも、同期を確保しておく必要がある。
【００５０】
特に、本実施の形態の場合には、ＡＰＣ光検知部２で検出される光量を最大にすることによって、第１光偏向器の駆動タイミング信号１０と第２光偏向器の駆動タイミング信号１１との関係を調節することを行なうことができる。この際、ＡＰＣ検出パターンＦ及びＡＰＣ光検知部２は、走査領域Ｇより若干上下長が短くなっているので、第１光偏向器Ａと第２光偏向器Ｂとの同期が取れていないと、ＡＰＣ光検知部２から上下に、はみ出すＡＰＣ検出パターン部が存在してしまうので、同期が取れた場合に比べて、検出される光量が減少する（図４(a) (b) 参照）。そのため、ＡＰＣ光検知部２で検出される光量が最大になるように、第１光偏向器の駆動タイミング信号１０と第２光偏向器の駆動タイミング信号１１との関係を調節する。この際、ＡＰＣ検出パターンＦは表示画面において上下に移動することになり、検出光量が最大になるように調整を行なうと、ＡＰＣ光検知部２と上下左右に関して完全に重なったＡＰＣ検出パターンＦが走査表示される（図４(c) (d) 参照）。
【００５１】
一方、出射補正光学系を用いる場合、表示画像を出射補正光学系の補正領域に表示するため、第１光偏向器の駆動タイミング信号１０から、信号処理回路７で表示画面位置を調整するように画像情報の変調開始信号１２を生成し、画像情報の変調開始信号１２と第１光偏向器の駆動タイミング信号１０との同期を取らせる必要がある。
【００５２】
特に、本実施の形態の場合には、画像情報の変調開始信号１２と第１光偏向器の駆動タイミング信号１０との同期が取れていないと、ＡＰＣ光検知部２から左右に、はみ出すＡＰＣ検出パターン部が存在してしまうので、同期が取れた場合に比べて、検出される光量が減少する（図４(a) (c) 参照）。そのため、ＡＰＣ光検知部２で検出される光量が最大になるように、画像情報の変調開始信号１２と第１光偏向器の駆動タイミング信号１０との関係を調節する。この際、ＡＰＣ検出パターンＦは表示画面において左右に移動することになり、検出光量が最大になるように調整を行なうと、ＡＰＣ光検知部２と左右に関しては完全に重なったＡＰＣ検出パターンＦが走査表示される（図４(b) (d) 参照）。この際、ＡＰＣ光検知部２の上下部にＡＰＣ検出パターンＦが走査表示されるかもしれないが、ＡＰＣ光検知部２の左右からはみ出さなければ、同期が取れていることになる。
【００５３】
なお、これらの信号の同期（すなわち、第１光偏向器の駆動タイミング信号１０と第２光偏向器の駆動タイミング信号１１との同期、並びに、画像情報の変調開始信号１２と第１光偏向器の駆動タイミング信号１０との同期）は、前記光検知部２により検出された信号に基づき行えば良い。
【００５４】
これらの信号の同期を常時繰り返し行なうことにより、光偏向器の走査特性のずれが起きても、光偏向器間の同期と、光偏向器と表示画像の同期を取り続けることができる。また、光偏向器の走査特性のズレは、主に温度変化などによって引き起こされるものであるので、特性は緩やかに変化する。そのため、テレビなどのように数１０Ｈｚという１画面走査毎に、調整を行なうだけで同期のズレに対応できる。
【００５５】
上記ＡＰＣ光検知部２で検出される光量が最大になるように調整する代わりに、予めＡＰＣ光検知部２で検出される光量を、ＡＰＣ光検知部２とＡＰＣ検出パターンとの位置関係から予測又は測定しておいて、その光量になるように調節してもよい。また、第１光偏向器の駆動タイミング信号１０と第２光偏向器の駆動タイミング信号１１との関係と、画像情報の変調開始信号１２と第１光偏向器との駆動タイミング信号１０の関係を予め測定しておいて、走査開始時はその関係をもとに走査し始めてもよい。
【００５６】
また、予め、光量モニタ部で検出する１画面分の光量と、光検知部２で検出される１画面分の光量の関係を測定しておき、光量モニタ部で検出された光量を積算し１画面分の全光量として算出することにより、光検知部２で検出される最大光量を換算し、それを元に制御量の算出をしてもよい。
【００５７】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００５８】
本実施の形態によれば、投射面上にＡＰＣパターンを表示させることなく、且つ本来は不要なＡＰＣパターンを利用して、ＡＰＣ光検知部で光量を検出することで、光偏向器の駆動周期、駆動タイミングと変調開始タイミングを簡単に同期させることができた。ＡＰＣ光検知部を、遮蔽部以外の場所に配置することによって、装置の小型化が行なえ、装置設計の自由度が増した。ＡＰＣ光検知部を複数配置することで、往復走査による画像の表示品質を向上させることができる。
【００５９】
また、本実施の形態によれば、直接変調光源を用いた際、必要となるＡＰＣの諸問題が解決でき、且つ画像表示に必要な同期を容易に取ることができ、高画質且つ高精細な表示画像を得ることができる。
【００６０】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【００６１】
（実施例１）
本実施例においては、図５に示す構造の投射型レーザーディスプレイ（２次元光走査装置）Ｄ_２を作製し、図３に示す方法で駆動した。なお、図１に示すものと同じ部分は、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６２】
図５において、符号２０は出射補正光学系を示し、符号３は開口部を有した遮蔽部を示す。なお、この遮蔽部３は、第２光偏向器Ｂと投射する平面の間に配置され、開口部は遮蔽部３の平面上での、画像表示の走査領域を全て含んでいる。なお、本実施例においては、光源１として、単色の赤色レーザダイオードを使用した。また、第１光偏向器Ａ及び第２光偏向器Ｂにはガルバノミラーを用い、第１光偏向器Ａを１０ｋＨｚでノコギリ波駆動することによって光の水平方向走査を行い、第２光偏向器Ｂを６０Ｈｚでノコギリ波駆動することによって光の垂直方向走査を行うようにした。なお、これらのガルバノミラーは、特性の変化を顕著なものにするために、温度調整機能等を有していないものを使用し、しかも、オープンループ制御で駆動した。なお、本実施例においては、レーザダイオードに一体化されているフォトダイオードと、開口部を有する遮蔽部面上にあるＡＣＰ光検知部とを用いるが、前者は、出力光量の安定化のために１走査毎に光量をモニタするもので、後者は、走査タイミングや周期を検出するためのものである。
【００６３】
次に、本実施例の駆動方法について説明する。
【００６４】
いま、デジタル処理信号回路７から第１光偏向器駆動回路５に対して駆動タイミング信号が送られると、第１光偏向器駆動回路５は第１光偏向器Ａに駆動信号を送って該光偏向器Ａを駆動する。これにより、光の走査ポイントはＣ_０からＣ_１に移動する。ただし、この状態では、光は点灯されてはおらず、この間に、１ラインの画像情報がメモリ９に転送される。
【００６５】
第１光偏向器Ａを駆動している途中で、変調開始タイミング信号１２が出力されると（図３(b) 参照）、メモリ９から信号処理回路７に画像情報が転送され始め、信号処理回路７から光源変調駆動部８には変調信号２１が送られて、変調が開始される。その結果、画像情報に基いて直接変調された光が光源１から出射されることとなり、該光は、第１光偏向器Ａにて偏向されてＣ_２→Ｃ_３の方に走査され、Ｃ_４以降は消灯される。
【００６６】
そして、消灯された状態で、光の走査ポイントがＣ_５に到達した時点ｔ_５で、光源１にはＡＰＣ検出用パターン情報が入力されてｔ_５〜ｔ_６の間だけ光源１が強制点灯される（ＡＰＣ検出用パターン情報の入力が終了すると光源は消灯される）。この光は、レーザダイオードに一体化されているフォトダイオードにより検知され、光量モニタを行なう。そして、フォトダイオードからのＡＰＣ光検出信号がデジタル信号処理回路７にフィードバックされ、検知光量が基準値よりも少ない場合には、次の１ライン走査時において光源１への供給電流のレベルを上げて光量が全般的に増えるように制御され、反対に、検知光量が基準値よりも多い場合には、次の１ライン走査時において光源１への供給電流のレベルを下げて光量が全般的に減るように制御される。ＡＰＣ光検知部は、開口部を有する遮蔽部面上にあり、同期が完全に取れた場合のＡＰＣの強制点灯による走査パターン位置に対応するように配置した。
【００６７】
第１光偏向器の駆動タイミング信号１０と第２光偏向器の駆動タイミング信号１１との関係と、画像情報の変調開始信号１２と第１光偏向器との駆動タイミング信号１０の関係を予め測定した。測定した関係をもとに走査し始めた。
【００６８】
まず、ＡＰＣ光検知部２で検出される光量が最大になるように、画像情報の変調開始タイミング信号１２と第１光偏向器の駆動タイミング信号１０との関係を調節する。ＡＰＣ光検知部２で検出される光量が最大になるように調整できれば、画像情報の変調開始タイミング信号１２と第１光偏向器の駆動タイミング１０の同期が取れたことになる。次に、ＡＰＣ光検知部２で検出される光量が最大になるように、第１光偏向器の駆動タイミング信号１０と第２光偏向器の駆動タイミング信号１１との関係を調節する。ＡＰＣ光検知部２で検出される光量が最大になるよう調節できれば、画像情報の変調開始タイミング信号１２と第２光偏向器の駆動タイミング信号１１の同期が取れたことになる。この２つの調整を１画面走査毎に微調整することで、光偏向器の特性の変化が存在しても、同期の完全に取れた画像を表示することができた。
【００６９】
（実施例２）
本実施例では、図６に示すように、遮蔽部３を含む面上に、減光フィルタ４を配置することを特徴とする。減光フィルタ４は、画像表示領域Ｅを囲むように配置した。その他の構成や駆動方法は実施例１と同じにした。
【００７０】
この構成の装置を用いて、実施例１と同様にＡＰＣ検出パターンを用いての同期検出を行なった。その結果、第１、第２光偏向器と変調開始タイミング間１０、１１、１２で同期を取ることができ、ある投射面上に静止した画像を表示することができた。また、ある投射面上での、非画像領域での直接変調光源を用いた場合特有な微小発光が無くなり、高画質な画像を得ることができた。
【００７１】
（実施例３）
本実施例では、光路中に反射鏡３０を配置すると共に、その反射光３１をＡＰＣ光検知部３２によって検知するようにした。その他の構成や駆動方法は実施例１と同じにした。
【００７２】
この構成の装置を用いて、実施例１と同様にＡＰＣ検出パターンを用いての同期検出を行なった。その結果、第１、第２光偏向器と変調開始タイミング間１０、１１、１２で同期を取ることができ、ある投射面上に静止した画像を表示することができた。また、開口部を有する遮蔽部３上に光検知部を設置する必要が無くなり、光検知部の配置の自由度が増加したため、装置を小型化することができた。
【００７３】
（実施例４）
本実施例では、図８に示すように、遮蔽部３を含む面上に、２つのＡＰＣ光検知部２，２を配置した。そして、１ライン走査を開始する前と終了後にそれぞれＡＰＣ強制点灯を行い、光検知を行うようにした。また、第１光偏向器Ａには、正弦波駆動のガルバノミラーを用いた。さらに、画像表示も、信号処理回路により、往復の走査を利用して描画している。その他の構成や駆動方法は実施例１と同じにした。
【００７４】
この構成の装置を用いて、実施例１と同様にＡＰＣ検出パターンを用いての同期検出を行なった。その結果、第１、第２光偏向器と変調開始タイミング間１０、１１、１２で同期を取ることができ、ある投射面上に静止した画像を表示することができた。また、往復走査を行なう場合、正走査方向、負走査方向のどちらの期間でも変調を行なうため、レーザの特性が変化し易く表示画質の低下という問題があるが、２箇所でＡＰＣを行なうことで、安定したレーザの出力光を得ることができ、高画質で且つ高精細な画像を得ることができた。
【００７５】
（実施例５）
本実施例では、図９に示すように、メモリ９に無線インターフェース４０や映像信号復号装置４１を接続し、無線インターフェース４０で転送されてくる映像圧縮信号４２を、映像信号復号装置４１により復号し、映像信号４３に変化しメモリ９に蓄えた。また、第１光偏向器Ａや第２光偏向器Ｂには、正弦波状駆動の共振型マイクロミラーを用いた。さらに、信号処理回路７により、往復の走査を利用して画像表示するようにした。その他の構成や駆動方法は実施例１と同じにした。
【００７６】
この構成の装置を用いて、実施例１と同様にＡＰＣ検出パターンを用いての同期検出を行なった。その結果、第１、第２光偏向器と変調開始タイミング間１０、１１、１２で同期を取ることができ、無線インターフェース４０で転送される画像を高画質、高精細に表示することができた。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、投射面上に光源強制点灯期間中に光源から出射された光のパターンを表示させることなく、且つ光源強制点灯期間中に光源から出射された光のパターンを利用して、第２光検知部で光量を検出することで、光偏向器の駆動周期、駆動タイミングと変調開始タイミングを簡単に同期させることができた。第２光検知部を、遮蔽部以外の場所に配置することによって、装置の小型化が行なえ、装置設計の自由度が増した。第２光検知部を複数配置することで、往復走査による画像の表示品質を向上させることができる。
【００７８】
また、本発明によれば、直接変調光源を用いた際、必要となるＡＰＣの諸問題が解決でき、且つ画像表示に必要な同期を容易に取ることができ、高画質且つ高精細な表示画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】ＡＰＣ検知部等を示す平面図。
【図３】 (a) は、画像の表示状態を示す平面図、(b) は、(a) に符号Ｈで示す線に沿って光線が走査される場合において変調開始タイミング信号が出力されるタイミングを示すタイミングチャート図、(c) は、(a) に符号Ｈで示す線に沿って光線が走査される場合において変調信号等を示すタイミングチャート図。
【図４】ＡＰＣ検出パターン部と光検知部との一致を説明するための模式図。
【図５】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図６】減光フィルタ等の形状を示す平面図。
【図７】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図８】光検知部等の配置位置を説明するための平面図。
【図９】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図１０】２次元光走査装置の従来構造の一例を示す模式図。
【図１１】本発明に係る２次元光走査装置の全体構成を示すブロック図。
【図１２】従来の光偏向器（ガルバノミラー）の構造の一例を示す平面図。
【図１３】レーザダイオードをあるパルスで変調した場合の光出力に現れるドループ特性の例を示す図。
【図１４】レーザダイオードのパッケージ構造を示す断面図。
【符号の説明】
Ａ 第１光偏向器
Ｂ 第２光偏向器
Ｄ_１ ２次元光走査装置
Ｄ_２ ２次元光走査装置
Ｄ_３ ２次元光走査装置
Ｄ_４ ２次元光走査装置

Claims (17)

1. 画像情報に基いて光を直接変調する光源と、該光源から出射された光を第１方向に走査する第１光偏向器と、該光を第２方向に走査する第２光偏向器と、を備えて２次元画像を表示すると共に、前記光源は前記２次元画像を表示する期間とは異なる光源強制点灯期間中にも光を出射し、前記光源強制点灯期間中に前記光源からの光を検知する第１光検知部が設けられ、前記第１光検知部により検知される光の出力が一定になるように前記光源の駆動電流を制御する２次元光走査装置において、
   前記第２光偏向器と前記２次元画像の投射面との間に設けられ、前記光源強制点灯期間中に投射される光の走査領域を遮蔽する遮蔽部と、
   前記遮蔽部の前記第２光偏向器側に設けられ、前記走査領域に投射される光を検知するための第２光検知部と、
   前記第２光検知部により検知された信号に基づき、前記第１光偏向器の光偏向タイミングと前記第２光偏向器の光偏向タイミングとの同期、及び、前記光源の変調タイミングと前記第２光偏向器の光偏向タイミングとの同期をとるよう、前記第１光偏向器と前記第２光偏向器と前記光源とを制御する信号処理回路と、
   を備えた２次元光走査装置。
2. 前記第１光偏向器は光の高速走査を行い、前記第２光偏向器は光の低速走査を行い、かつ、
   前記第２光検知部による光検知は１ライン往復走査毎に行う、ことを特徴とする請求項１に記載の２次元光走査装置。
3. 前記第２光検知部は、前記走査領域の低速走査方向の長さと同等の長さを持つ、ことを特徴とする請求項２に記載の２次元光走査装置。
4. 前記第２光検知部の長さが、前記走査領域の低速走査方向の長さより短く、画像表示領域の低速走査方向の長さより長い、ことを特徴とする請求項２に記載の２次元光走査装置。
5. 前記第２光検知部にて検知される光量が最大となるように、前記第１光偏向器の駆動タイミング信号と前記光源の変調開始信号とを調整する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
6. 前記第２光検知部にて検知される光量が最大となるように、前記第２光偏向器の駆動タイミング信号と前記光源の変調開始信号とを調整する、ことを特徴とする請求項５に記載の２次元光走査装置。
7. 前記第１光偏向器による高速走査を正弦波状駆動で行い、
   前記第２光検知部を、前記光の走査領域の高速走査方向の両端に配置し、
   前記第２光検知部による光検知を、高速走査による１ライン片側走査毎に行う、
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
8. 前記光源の変調方式が強度変調方式である、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
9. 前記光源の変調方式がパルス幅変調方式である、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
10. 前記光源がレーザダイオードである、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
11. 前記光源がＬＥＤである、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
12. 前記光源が有機ＥＬである、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
13. 前記第１及び第２光偏向器が一体に構成された、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
14. 前記第１及び第２光偏向器が、１つの光偏向面と、該光偏向面を揺動自在に支持する２つの光偏向軸と、を有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の２次元光走査装置。
15. 前記第１及び第２光偏向器が、半導体加工技術にて形成されたマイクロミラーを有する、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
16. 画像が表示される領域の外側に減光フィルタが配置された、ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。
17. 前記第２光検知部により検知した結果に基き異常と判断した場合には安全装置を起動する、ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の２次元光走査装置。

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