JP5181892B2 - 駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置に関し、特に、光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号であって、鋸歯波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号を生成する駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置に関するものである。
従来から、ガルバノミラーなどの光走査素子を用いて光を走査する光走査装置が知られている。
例えば、画像信号に基づいて生成した光(以下、「画像光」と呼ぶ。)を光走査装置により2次元走査して画像を表示する光走査型画像表示装置が知られている。
この種の光走査型画像表示装置では、画像光を第1の光走査素子の反射ミラーで水平走査し、第2の光走査素子の反射ミラーで垂直走査を行なうことで、画像を表示する。
例えば、下記特許文献1に記載の画像表示装置では、第1の光走査素子の反射ミラーを共振モードで揺動させることにより画像光を水平方向に往復走査し、第2の光走査素子の反射ミラーを非共振モードで鋸歯波状に駆動させることにより画像光を垂直方向へ走査する。
垂直方向の走査は、このように光走査素子の反射ミラーを鋸歯波状に駆動することによって行なうものであるが、その周期ごとに、反射ミラーを最小位置から最大位置に直線的に変化した後、最小位置に戻るように行なわれる。反射ミラーの最小位置への戻りは最小位置から最大位置への変化期間に比べ短い期間で行なわれることから、その際に反射ミラーへの反動が生じる。
光走査素子の反射ミラーは弾性のある梁部材を介して固定部材に揺動可能に支持されているため、反射ミラー及び梁部材で決まる固有の共振周波数が存在する。従って、上記反動に起因する周波数に光走査素子固有の共振周波数が含まれていると、反射ミラーが共振振動を起こす。そして、この共振振動により反射ミラーの揺動に高周波成分が重畳してしまい、光走査を適切に行なうことができない事態が生じる。
そこで、従来の光走査装置や画像表示装置では、光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号であって、鋸歯波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号を生成する(特許文献2参照。)ことにより、共振振動を抑制している。
特開2006−276399号公報
特開2004−361920号公報
しかしながら、光走査素子固有の共振特性に応じてローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なう必要があることから、フィルタ特性によってはその演算時間に膨大な時間を要する場合がある。例えば、ローパスフィルタ処理を20次のローパスフィルタ演算を行ない、ノッチフィルタ処理を2次のノッチフィルタ演算を行なう場合、ローパスフィルタ処理を行なうために膨大な演算を行なう必要がある。
そのため、光走査素子の駆動時にフィルタ処理を行なった駆動信号を迅速に生成することが困難となっていた。
そこで、本発明は、光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号であって、鋸歯波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号の生成処理時間を短縮することができる駆動信号発生器及びそれを備えた光走査装置並びに画像表示装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号であって、鋸歯波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号を生成する駆動信号発生器において、前記鋸歯波信号に前記ローパスフィルタ処理を施した1次処理信号のデータを記憶する第1記憶手段と、前記ノッチフィルタ処理のパラメータを決定するパラメータ決定手段と、前記第1記憶手段から前記1次処理信号を読み出し、当該1次処理信号に前記決定したパラメータで前記ノッチフィルタ処理を行なって2次処理信号を生成するフィルタ手段と、前記フィルタ手段で生成した2次処理信号のデータを記憶する第2記憶手段と、前記2次処理信号のデータを所定の周波数のクロックで前記第2記憶手段から読み出してアナログ変換することにより前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記パラメータ決定手段が決定するパラメータは、前記光走査素子固有の共振特性に応じたパラメータであることを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記パラメータ決定手段は、前記光走査素子固有の共振特性を検出して前記パラメータを決定することを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記反射ミラーの周囲の温度を検出する温度検出手段と、前記パラメータと温度とを関連づけたテーブルを記憶する第3記憶手段とを備え、前記パラメータ決定手段は、前記温度検出手段で検出した温度に対応するパラメータを前記第3記憶手段に記憶したテーブルに基づいて判定し、当該パラメータを前記ノッチフィルタ処理のパラメータとして決定することを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記フィルタ手段は、前記1次処理信号に前記決定したパラメータで前記ノッチフィルタ処理に加え、ローパスフィルタ処理を行なって前記2次処理信号を生成することを特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記光走査素子の走査方向と交差する方向に光を走査する第2光走査素子を駆動する第2駆動信号を生成する第2駆動手段を備え、前記パラメータ決定手段は、前記第2駆動信号の周波数に基づいて前記パラメータを決定することを特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の駆動信号発生器と、前記光走査素子及び前記第2光走査素子とを備えた光走査装置とした。
また、請求項8に記載の発明は、画像信号に応じて変調した画像光を出射する光出射部と、請求項7に記載の光走査装置とを備え、前記光出射部から出射する画像光を前記光走査装置で走査することにより画像を表示することを特徴とする画像表示装置とした。
また、請求項9に記載の発明は、前記光走査装置で走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射する投射光学系を備えたことを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置とした。
本発明によれば、鋸歯波信号にローパスフィルタ処理を施した1次処理信号のデータを予め記憶手段に記憶しておき、この1次処理信号にノッチフィルタ処理を行なって駆動信号を生成するので、光走査装置及び画像表示装置において駆動信号の生成に必要な演算時間を低減することができる。
以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、本発明の駆動信号発生器の実施形態を光走査装置及び画像表示装置に適用した例について説明する。
[1.光走査装置]
まず、本発明の駆動信号発生器を光走査装置に適用した例について説明する。図1は光走査装置の構成を示す説明図、図2は駆動信号発生器が出力する駆動信号の波形を示す図、図3及び図4は駆動信号の生成方法を説明するための図である。
まず、本発明の駆動信号発生器を光走査装置に適用した例について説明する。図1は光走査装置の構成を示す説明図、図2は駆動信号発生器が出力する駆動信号の波形を示す図、図3及び図4は駆動信号の生成方法を説明するための図である。
図1に示すように、光走査装置1は、当該光走査装置1全体を制御する制御部2と、この制御部2の制御により映像信号Sに応じた光を出射する光出射部3と、この光出射部3から出射された光を走査する光走査部4とを備えている。
光走査部4は、ガルバノミラーなどの光走査素子5とこの光走査素子5を駆動させるための駆動信号を生成する駆動信号発生器6などを含んでおり、制御部2から入力される制御信号(同期信号やON/OFF信号など)に基づいて動作する。なお、光走査素子5は、光を走査するようにその反射ミラーを非共振モードで強制的に揺動(回転)することができるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。
駆動信号発生器6は、光走査素子5の反射ミラー5aを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号であって、直線変化する鋸歯波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号S1(図2参照。)を生成するものであり、以下のように構成される。なお、本実施形態においては鋸歯波信号に施すローパスフィルタ処理はベッセル型のローパスフィルタ処理としている。また、直線変化する鋸歯波信号は、最小レベルから最大レベルまで移行する期間に比べ、最大レベルから最小レベルへ移行する期間が十分に短い信号である。なお、本実施形態において、位相特性や群遅延特性の良いベッセル型を例に上げて説明するが、バターワース型などの他の特性のフィルタであっても良い。また、ノッチフィルタは、バンドエリミネーションフィルタ(Band-elimination filter, BEF、帯域阻止フィルタ)とも呼ばれる。
この駆動信号発生器6は、図1に示すように、第1記憶部10(第1記憶手段の一例)と、フィルタ部11(フィルタ手段の一例)、パラメータ決定部12(パラメータ決定手段の一例)、温度センサ13(温度検出手段の一例)、第2記憶部14(第2記憶手段の一例)、駆動信号生成部15(駆動信号生成手段の一例)を備えている。
第1記憶部10には、直線変化する鋸歯波信号S10にローパスフィルタ処理を施した1次処理信号S11のデータを予め記憶させている。例えば、図3に示すように、直線変化する鋸歯波信号(図3(a)参照。)を18次のローパスフィルタによりフィルタ処理を行なうことにより1次処理信号S11を生成し、この1次処理信号S11を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてA/D変換したデータを1次処理信号S11のデータとして第1記憶部10に予め記憶している。
例えば、光走査素子5固有の共振特性として、1次共振がf1[Hz]、2次以上の共振がf2[Hz]以上であるとすると、このローパスフィルタ処理は、f2(>f1)[Hz]以上の周波数を減衰させることにより、光走査素子5固有の共振特性のうち2次以上の共振による影響を抑制する。
フィルタ部11は、図4に示すように、第1記憶部10に記憶した1次処理信号S11のデータを読み出し、この1次処理信号S11に所定のパラメータでノッチフィルタ処理を行なって2次処理信号S12を生成する。
例えば、光走査素子5固有の共振特性として、1次共振がf1[Hz]、2次以上の共振がf2[Hz]以上であるとすると、このノッチフィルタ処理は、f1[Hz]の周波数を中心として減衰させることにより、光走査素子5固有の共振特性のうち1次の共振による影響を抑制する。
ここで、2次ノッチフィルタによるフィルタ処理は以下の(式1)による演算を行なうことによって実現している。このノッチフィルタ処理は、分子の次数が分母の次数以上でなければ行なうことができないことから、フィルタ部11では、図4(b)に示すように、2次のバンドパスフィルタ処理に加え、2次ローパスフィルタ処理を行なっている。従って、2次処理信号S12は、鋸歯波信号S10に20次ローパスフィルタと2次ノッチフィルタ処理が施された信号となる。
このように、光走査素子5の1次共振を2次ノッチフィルタ処理で抑制することにしていることから、ローパスフィルタのカットオフ周波数をf1[Hz]以下とすることに比べ、駆動信号S1の直線性を向上させることができる。
ここで、フィルタ部11で用いるパラメータは、パラメータ決定部12で決定されて、フィルタ部11へ入力される。このパラメータ決定部12は、光走査素子5の反射ミラー付近に設置された温度センサ13から出力される温度検出情報S13に基づいて、フィルタ部11のパラメータを決定する。このようにすることで、光走査素子5の温度によって変化する光走査素子5固有の共振特性(1次共振の周波数f1や2次共振の周波数f2)に追従したフィルタ処理を行なうことができる。
本実施形態においては、パラメータ決定部12は、温度と周波数f1’,f2’とを関連づけたテーブルを内部の記憶部(第3記憶部の一例)に記憶しており、このテーブルを用いて温度センサ13で検出した温度に基づいて周波数f1’,f2’を決定する。この周波数f1’は1次共振周波数f1に対応するノッチフィルタの中心周波数、周波数f2’は2次共振周波数f2に対応するローパスフィルタのカットオフ周波数であり、この周波数f1’,f2’をフィルタ部11へ入力するパラメータとして決定する。なお、パラメータとしては、ノッチフィルタやローパスフィルタの特性を変更するものであれば、周波数f1’,f2’の情報ではなく、他の情報であってもよい。
フィルタ部11は上述のように1次処理信号S11にノッチフィルタ処理及びローパスフィルタ処理を行なって2次処理信号S12を生成すると、この2次処理信号S12のデータを第2記憶部14に記憶する。
駆動信号生成部15は、2次処理信号S12のデータを所定の周波数のクロックCLKで第2記憶部14から読み出して内部のD/A変換器15aによりアナログ変換することにより駆動信号S1を生成する。駆動信号生成部15は生成した駆動信号S1を光走査素子5に入力して、光走査素子5の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する。
そして、光走査装置1は、映像信号Sに応じて光出射部3から出射した光を光走査素子5の反射ミラーによって走査する。なお、駆動信号生成部15は、第1記憶部10から1次処理信号S11のデータを読み出して駆動信号S1を生成する処理を連続して繰り返すことにより複数の鋸歯波状の駆動信号S1を出力するようにしており、これにより光出射部3から出射された光が連続して所定方向に繰り返し走査される。
このように本実施形態の光走査装置1では、光走査素子5の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号S1であって、鋸歯波信号S10にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号S1を生成する駆動信号発生器6を有している。
そして、この駆動信号発生器6は、鋸歯波信号S10にローパスフィルタ処理を施した1次処理信号S11のデータを予め第1記憶部10に記憶しておき、この1次処理信号S11にノッチフィルタ処理を行なって2次処理信号S12を生成する。
従って、駆動信号発生器6によるローパスフィルタ処理の演算時間を低減することができる。特に、高次のローパスフィルタ処理(例えば、上述した20次のローパスフィルタ処理。)を行なうときに必要となる膨大な演算時間を低減することができる。
また、フィルタ部11は、パラメータ決定部12で決定したパラメータでノッチフィルタ処理を行なって2次処理信号を生成するようにしている。これにより、ローパスフィルタ処理に比べてパラメータを変動させる必要性が高いノッチフィルタ処理を、必要に応じて変動させたパラメータで行なうことができる。しかも、パラメータ決定部12が決定するパラメータを光走査素子5固有の共振特性に応じたパラメータとすることにより、光走査素子5固有の共振周波数に個体差があるときにでも、その対応が可能となる。
このようにフィルタ部11によりノッチフィルタ処理を行なうことから、記憶容量の低減を図ることができる。すなわち、ローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を施したデータを予め記憶手段に記憶する場合には、異なるパラメータでノッチフィルタ処理を施したデータが複数必要となる。しかし、本実施形態においては駆動信号S1を生成する際にノッチフィルタ処理を行なうので、記憶手段に記憶するデータ量を低減することができる。
また、パラメータ決定部12において、光走査素子5固有の共振特性を検出してパラメータを決定することにより、修理等で光走査素子5を交換したときや光走査装置1を生産するときの作業等を容易に行なうことができる。
例えば、正弦波信号をその周波数を変えながら光走査素子5に入力する共振検出用信号生成部を駆動信号発生器6に設ける。そして、この共振検出用信号生成部から正弦波信号をその周波数を変えながら光走査素子5に出力し、この光走査素子5の反射ミラーの揺動状態をパラメータ決定部12で検出して共振周波数f1,f2を検出する。このとき、反射ミラーの揺動状態は、例えば、反射ミラーを駆動する梁部材の変位を圧電素子等で検出し、この圧電素子が生成する電圧をパラメータ決定部12で検出することによって、反射ミラーの揺動状態を検出してパラメータを決定する。
また、光走査素子5固有の共振特性は温度によって変化することから、温度と共振特性との関係を関連づけたテーブルを設け、光走査素子5固有の共振特性の検出を温度センサ13による温度検出を行なってこのテーブルで換算することにより、光走査素子5固有の共振特性を検出するようにしている。従って、温度変化があった場合でも、光走査を適切に行なうことができる。
[2.画像表示装置]
次に、本発明の駆動信号発生器を画像表示装置に適用した例について説明する。ここでは、画像表示装置の一例として網膜走査ディスプレイについて説明する。この網膜走査ディスプレイは、走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射してユーザに画像を視認させる画像表示装置である。図5は網膜走査ディスプレイの構成を示す説明図、図6は網膜走査ディスプレイの光走査部の動作説明図、図7は網膜走査ディスプレイにおける垂直駆動信号発生器の構成図である。
次に、本発明の駆動信号発生器を画像表示装置に適用した例について説明する。ここでは、画像表示装置の一例として網膜走査ディスプレイについて説明する。この網膜走査ディスプレイは、走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射してユーザに画像を視認させる画像表示装置である。図5は網膜走査ディスプレイの構成を示す説明図、図6は網膜走査ディスプレイの光走査部の動作説明図、図7は網膜走査ディスプレイにおける垂直駆動信号発生器の構成図である。
図5に示すように、網膜走査ディスプレイ100には、制御部110、光出射部120、光ファイバ130、光走査部140、投射光学系150が設けられている。なお、制御部110及び光走査部140が上記光走査装置1に対応し、光出射部120から出射された画像光を光走査部140で走査することにより画像を表示する。
制御部110には、外部からの映像信号Sが入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する映像信号供給回路111と、水平駆動信号発生器112(第2駆動手段の一例)と、垂直駆動信号発生器113(駆動信号発生器の一例)とが設けられている。この映像信号供給回路111は、映像信号113r,113g,113b、水平同期信号114、垂直同期信号115、水平揺動状態情報117、読み出しクロックCLK0などを出力する。また、水平駆動信号発生器112は、映像信号供給回路111より出力される水平同期信号114に同期して、水平駆動信号118を生成し、水平駆動回路142cへ入力する。また、垂直駆動信号発生器113は、映像信号供給回路111より出力される垂直同期信号115に同期して、垂直駆動信号119(駆動信号の一例)を生成し、垂直駆動回路144cへ入力する。
光出射部120には、映像信号供給回路111から出力される赤(R),緑(G),青(B)の各映像信号113r,113g,113bを基にそれぞれ強度変調されたレーザ光が出射するように、Rレーザ124,Gレーザ125,Bレーザ126と、これらをそれぞれ駆動するためのRレーザドライバ121,Gレーザドライバ122,Bレーザドライバ123とが設けられている。さらに、各レーザ124〜126より出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系127と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー128と、合波されたレーザ光を光ファイバ130に導く結合光学系129とが設けられている。ここで、このように光出射部120で生成され光ファイバ130に入射されるレーザ光は、画像形成に用いられる光であり、以下、このレーザ光を「画像光」と呼ぶ。
光出射部120から光ファイバ130に導かれた画像光は光走査部140に入射される。この光走査部140には、光ファイバ130から出射された画像光をコリメートするコリメート光学系141、このコリメートされた画像光を水平方向に走査する水平走査部142と、この水平方向に走査された画像光を後述の垂直走査部144に導くリレー光学系143と、リレー光学系143を介して入射された画像光を水平方向と垂直に交差する垂直方向に走査する垂直走査部144とを有している。そして、このように光走査部140で走査された画像光は、リレー光学系を有する投射光学系150を介してユーザの眼160の瞳孔161に入射する。
ここで、水平走査部142は、表示すべき画像の1走査線ごとに、画像光を水平方向に水平走査する光学系である。そして、この水平走査部142には、ガルバノミラーなどの反射ミラー142bを有する光走査素子142a(第2光走査素子の一例)と、この光走査素子142aを駆動する水平駆動回路142cと、光走査素子142aの反射ミラー142bの揺動状態を検出する揺動検出回路142dとを備えている。
また、垂直走査部144は、表示すべき画像の1フレームごとに、画像光を最初の水平走査線から最後の水平走査線に向かって垂直に垂直走査(2次走査の一例)する光学系である。そして、この垂直走査部144には、ガルバノミラーなどの反射ミラー144bを有する光走査素子144a(第1光走査素子の一例)と、この光走査素子144aを駆動する垂直駆動回路144cとを備えている。
図6には、水平走査部142及び垂直走査部144の光走査素子142a,144aによる最大走査範囲W(図6に示す水平最大走査範囲Xa及び垂直最大走査範囲Yaにより形成される範囲)と有効走査範囲Z(図6に示す水平有効走査範囲X1及び垂直有効走査範囲Y1により形成される範囲)との関係が示されている。ここで、「最大走査範囲」とは、水平走査部142の光走査素子142a及び垂直走査部144の光走査素子144aが画像光を走査できる最大の範囲を意味する。
水平駆動回路142cは、水平駆動信号発生器112から出力される水平駆動信号118を増幅して、光走査素子142aに印加し、光走査素子142aの反射ミラー142bを駆動する。垂直駆動回路144cは、垂直駆動信号発生器113から出力される垂直駆動信号119を増幅して、光走査素子144aに印加し、光走査素子144aの反射ミラー144bを駆動する。そして、光走査素子142a及び光走査素子144aの最大走査範囲Wのうち、有効走査範囲Zに光走査素子142a及び光走査素子144aの走査位置があるタイミングで光出射部120から映像信号Sに応じて強度変調された画像光が出射される。これにより、光走査素子142a及び光走査素子144aによって画像光が有効走査範囲Zで走査され、1フレーム分の画像光が有効走査範囲Z内で走査される。この走査が1フレームの画像ごとに繰り返される。なお、図6には、光出射部120から画像光が常時出射されたと仮定したときに光走査素子142a及び光走査素子144aによって走査される画像光の軌跡γが仮想的に示されている。ただし、光走査素子142aによる水平走査方向Xの走査数は、1フレームあたり数百又は千程度あり、図6では画像光の軌跡γを簡略して記載している。
ここで、網膜走査ディスプレイ100の特徴的部分である垂直駆動信号発生器113の構成及び動作を中心に、以下図7を参照して詳細に説明する。
垂直駆動信号発生器113は、光走査素子144aの反射ミラー144bを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号であって、直線変化する鋸歯波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった垂直駆動信号119(図5参照)を生成するものであり、以下のように構成される。なお、本実施形態においては直線変化する鋸歯波信号に施すローパスフィルタ処理はベッセル型のローパスフィルタ処理としている。また、直線変化する鋸歯波信号は、最小レベルから最大レベルまで移行する期間に比べ、最大レベルから最小レベルへ移行する期間が十分に短い信号である。
図7に示すように、垂直駆動信号発生器113は、第1記憶部170(第1記憶手段の一例)と、フィルタ部171(フィルタ手段の一例)、パラメータ決定部172(パラメータ決定手段の一例)、温度センサ173(温度検出手段の一例)、第2記憶部174(第2記憶手段の一例)、駆動信号生成部175(駆動信号生成手段の一例)を備えている。
第1記憶部170には、鋸歯波信号S10にローパスフィルタ処理を施した1次処理信号S11’のデータを予め記憶させている。例えば、上記光走査装置1と同様に、直線変化する鋸歯波信号を18次のローパスフィルタによりフィルタ処理を行なうことにより1次処理信号S11’を生成する。そして、この1次処理信号S11’を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてA/D変換したデータを1次処理信号S11’のデータとして第1記憶部170に予め記憶している。
このように第1記憶部170に記憶した1次処理信号S11’のデータはフィルタ部171により読み出される。フィルタ部171は、この1次処理信号S11’に所定のパラメータでノッチフィルタ処理を行なって2次処理信号S12’を生成する。
ここで、光走査素子144a固有の共振特性として、1次共振がf1[Hz]、2次以上の共振がf2(>f1)[Hz]以上であるとする。このとき、上記ローパスフィルタ処理は、f2[Hz]以上の周波数を減衰させることにより、光走査素子144a固有の共振特性のうち2次以上の共振による影響を抑制する。また、上記ノッチフィルタ処理は、f1[Hz]の周波数を中心として減衰させることにより、光走査素子144a固有の共振特性のうち1次の共振による影響を抑制する。
また、上記光走査装置1と同様に、2次ノッチフィルタによるフィルタ処理は上記(式1)による演算を行なうことによって実現していることから、このノッチフィルタ処理は、分子の次数が分母の次数以上でなければ行なうことができない。そのためフィルタ部171では、2次のバンドパスフィルタ処理に加え、2次ローパスフィルタ処理を行なっている。従って、2次処理信号S12’は、鋸歯波信号S10に20次ローパスフィルタと2次ノッチフィルタ処理が施された信号となる。
このように、光走査素子144aの1次共振を2次ノッチフィルタ処理で抑制することにしていることから、ローパスフィルタのカットオフ周波数をf1[Hz]以下とすることに比べ、垂直駆動信号119の直線性を向上させることができる。
ここで、フィルタ部171で用いるパラメータは、パラメータ決定部172で決定されて、フィルタ部171へ入力される。このパラメータ決定部172は、光走査素子144aの反射ミラー144b付近に設置された温度センサ173から出力される温度検出情報S13’と制御部110から出力される水平揺動状態情報117とに基づいて、フィルタ部171のパラメータを決定する。
水平揺動状態情報117は、水平駆動回路142cが光走査素子142aを駆動するための駆動信号(第2駆動信号の一例)の周波数に比例した情報であり、制御部110から通知されるものである。パラメータを決定する要素に水平揺動状態情報117を含むのは、駆動信号生成部175から垂直駆動信号119を出力するときの読み出しクロックCLK0が変わるためである。水平走査部142には光走査素子142aの揺動周波数を検出する揺動検出回路142dを有しており、制御部110は、揺動検出回路142dから通知される光走査素子142aの揺動周波数に関する情報に基づいて水平揺動状態情報117を生成して、パラメータ決定部172へ通知する。なお、光走査素子142aの揺動周波数は光走査素子142aを駆動するための駆動信号S20(図5参照。)の周波数と同じである。
パラメータを決定する要素に温度検出情報S13’を含むのは、光走査素子144a固有の共振特性(共振の周波数f1,f2)がその温度によって変化するためであり、変化した共振特性にフィルタ部171のノッチフィルタ特性及びローパスフィルタ特性を合わせる必要があるからである。また、パラメータを決定する要素に水平揺動状態情報117を含むのは、水平走査部142の光走査素子142aの揺動周波数に応じて垂直走査部144の光走査素子144aへ入力する垂直駆動信号119の周波数の変更が必要となるからである。すなわち、水平走査周波数の変化に伴い垂直走査周波数も変更しなければならず、この変化に応じてノッチフィルタ特性及びローパスフィルタ特性を合わせる必要があるからである。
本実施形態においては、パラメータ決定部172は、温度と周波数f1’,f2’とを関連づけた第1テーブルと、水平揺動状態情報117とパラメータの調整値とを関連づけた第2テーブルとを内部の記憶部(第3記憶部の一例)に記憶している。そして、これらのテーブルを用いて温度検出情報S13’及び水平揺動状態情報117から周波数f1’,f2’を決定する。この周波数f1’は1次共振周波数f1に対応するノッチフィルタの中心周波数、周波数f2’は1次共振周波数f2に対応するローパスフィルタのカットオフ周波数であり、この周波数f1’,f2’をフィルタ部171へ入力するパラメータとして決定する。なお、パラメータとしては、ノッチフィルタやローパスフィルタの特性を変更するものであれば、周波数f1’,f2’の情報ではなく、他の情報であってもよい。
フィルタ部171は上述のように1次処理信号S11’にノッチフィルタ処理及びローパスフィルタ処理を行なって2次処理信号S12’を生成すると、この2次処理信号S12’のデータを第2記憶部174に記憶する。
駆動信号生成部175は、2次処理信号S12’のデータを所定の周波数のクロックCLK0で第2記憶部174から読み出して内部のD/A変換器によりアナログ変換することにより垂直駆動信号119を生成する。ここで、クロックCLK0は、制御部110により生成されて駆動信号生成部175へ通知されるクロック信号である。制御部110は、揺動検出回路142dにより検出した光走査素子142aの揺動周波数に基づいて、クロックCLK0を生成して駆動信号生成部175へ通知する。これにより水平走査周波数が変わったことにより垂直走査周波数(フレーム周波数)を変えなければならないときでも、第1記憶部170に記憶する1次処理信号S11’のデータを変える必要がなくなり、記憶容量の増加を抑制することができる。
その後、駆動信号生成部175は生成した垂直駆動信号119を垂直駆動回路144cに入力して、垂直駆動回路144cは垂直駆動信号119を増幅して光走査素子144aへ入力し、光走査素子144aの反射ミラー144bを非共振モードで強制的に駆動する。
駆動信号生成部175は、第1記憶部170から1次処理信号S11’のデータを読み出して垂直駆動信号119を生成する処理を連続して繰り返すことにより複数の鋸歯波状の垂直駆動信号119を出力するようにしており、これにより光出射部120から出射された画像光が連続して垂直方向に繰り返し走査される。
このように本実施形態の網膜走査ディスプレイ100では、光走査素子144aの反射ミラー144bを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号であって、鋸歯波信号S10にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった垂直駆動信号119を生成する垂直駆動信号発生器113を有している。
そして、この垂直駆動信号発生器113は、鋸歯波信号S10にローパスフィルタ処理を施した1次処理信号S11’のデータを予め第1記憶部170に記憶しておき、この1次処理信号S11’にノッチフィルタ処理を行なって2次処理信号S12’を生成する。従って、ローパスフィルタ処理の演算時間を低減することができる。特に、高次のローパスフィルタ処理(例えば、上述した20次のローパスフィルタ処理)を行なうときに必要となる膨大な演算時間を低減することができる。
また、フィルタ部171は、パラメータ決定部172で決定したパラメータでノッチフィルタ処理を行なって2次処理信号S12’を生成するようにしている。これにより、ローパスフィルタ処理に比べてパラメータを変動させる必要性が高いノッチフィルタ処理を、必要に応じて変動させたパラメータで行なうことができる。しかも、パラメータ決定部172が決定するパラメータを光走査素子144a固有の共振特性に応じたパラメータとすることにより、光走査素子144a固有の共振周波数に個体差があるときにでも、その対応が可能となる。
このようにフィルタ部171によりノッチフィルタ処理を行なうことから、記憶容量の低減を図ることができる。すなわち、ローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を施したデータを予め記憶手段に記憶する場合には、異なるパラメータでノッチフィルタ処理を施したデータが複数必要となるが、本実施形態においては垂直駆動信号119を生成する際にノッチフィルタ処理を行なうので、記憶手段に記憶するデータ量を低減することができる。
また、パラメータ決定部172において、光走査素子144a固有の共振特性を検出してパラメータを決定することにより、修理等で光走査素子144aを交換したときや光走査装置1を生産するときの作業等を容易に行なうことができる。
例えば、正弦波信号をその周波数を変えながら光走査素子144aに入力する共振検出用信号生成部を垂直駆動信号発生器113に設ける。そして、この共振検出用信号生成部から正弦波信号をその周波数を変えながら光走査素子144aに出力し、この光走査素子144aの反射ミラー144bの揺動状態をパラメータ決定部172で検出して共振周波数f1,f2を検出する。このとき、反射ミラー144bの揺動状態は、例えば、揺動検出回路142dから出力される揺動検出信号116を入力したり、反射ミラー144bを駆動する梁部材の変位を圧電素子等で検出し、この圧電素子が生成する電圧をパラメータ決定部172で検出したりすることによって、パラメータ決定部172がその反射ミラー144bの揺動状態を検出してパラメータを決定する。
また、光走査素子144a固有の共振特性は温度によって変化することから、温度と共振特性との関係を関連づけたテーブルを設けている。そして、光走査素子144a固有の共振特性の検出を温度センサ173による温度検出を行なってこのテーブルで換算することにより、光走査素子144a固有の共振特性を検出するようにしている。従って、温度変化があった場合でも、光走査を適切に行なうことができる。
また、光走査素子144aの走査方向と交差する水平方向に光を走査する光走査素子142aを駆動する水平駆動信号118を生成する水平駆動信号発生器112を備えている。そして、パラメータ決定部172は、水平揺動状態情報117、すなわち駆動信号S20の周波数に基づいてパラメータを決定するようにしている。従って、水平走査周波数の変更に伴って必要となる垂直走査周波数の変更、すなわち垂直駆動信号119の周波数の変更に応じてノッチフィルタ特性及びローパスフィルタ特性を合わせることができる。
以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
なお、例えば、光走査素子固有の共振特性(特に、2次以上の共振周波数)が大きく変わるときには、いくつかの異なるパラメータでローパスフィルタ処理を行なった1次処理信号のデータを用意しておくようにしてもよい。そして、光走査素子固有の共振特性を検出して、一つの1次処理信号を選択してフィルタ処理を行なうようにする。このようにすることで、光走査素子固有の共振特性が大きく変化するときであっても、光走査を適切に行なうことができる。
1 光走査装置
2,110 制御部
3,120 光出射部
4,140 光走査部
5,142a,144a 光走査素子
6 駆動信号発生器
10,170 第1記憶部
11,171 フィルタ部
12,172 パラメータ決定部
13,173 温度センサ
14,174 第2記憶部
15,175 駆動信号生成部
100 網膜走査ディスプレイ
118 水平駆動信号
119 垂直駆動信号
130 光ファイバ
150 投射光学系
2,110 制御部
3,120 光出射部
4,140 光走査部
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10,170 第1記憶部
11,171 フィルタ部
12,172 パラメータ決定部
13,173 温度センサ
14,174 第2記憶部
15,175 駆動信号生成部
100 網膜走査ディスプレイ
118 水平駆動信号
119 垂直駆動信号
130 光ファイバ
150 投射光学系
Claims (9)
- 光走査素子の反射ミラーを非共振モードで強制的に駆動する駆動信号であって、鋸歯波信号にローパスフィルタ処理及びノッチフィルタ処理を行なった駆動信号を生成する駆動信号発生器において、
前記鋸歯波信号に前記ローパスフィルタ処理を施した1次処理信号のデータを記憶する第1記憶手段と、
前記ノッチフィルタ処理のパラメータを決定するパラメータ決定手段と、
前記第1記憶手段から前記1次処理信号を読み出し、当該1次処理信号に前記決定したパラメータで前記ノッチフィルタ処理を行なって2次処理信号を生成するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で生成した2次処理信号のデータを記憶する第2記憶手段と、
前記2次処理信号のデータを所定の周波数のクロックで前記第2記憶手段から読み出してアナログ変換することにより前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、を備えた
ことを特徴とする駆動信号発生器。 - 前記パラメータ決定手段が決定するパラメータは、前記光走査素子固有の共振特性に応じたパラメータであることを特徴とする請求項1に記載の駆動信号発生器。
- 前記パラメータ決定手段は、前記光走査素子固有の共振特性を検出して前記パラメータを決定することを特徴とする請求項2に記載の駆動信号発生器。
- 前記反射ミラーの周囲の温度を検出する温度検出手段と、
前記パラメータと温度とを関連づけたテーブルを記憶する第3記憶手段とを備え、
前記パラメータ決定手段は、
前記温度検出手段で検出した温度に対応するパラメータを前記第3記憶手段に記憶したテーブルに基づいて判定し、当該パラメータを前記ノッチフィルタ処理のパラメータとして決定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の駆動信号発生器。 - 前記フィルタ手段は、
前記1次処理信号に前記決定したパラメータで前記ノッチフィルタ処理に加え、ローパスフィルタ処理を行なって前記2次処理信号を生成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の駆動信号発生器。 - 前記光走査素子の走査方向と交差する方向に光を走査する第2光走査素子を駆動する第2駆動信号を生成する第2駆動手段を備え、
前記パラメータ決定手段は、
前記第2駆動信号の周波数に基づいて前記パラメータを決定する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の駆動信号発生器。 - 請求項6に記載の駆動信号発生器と、前記光走査素子及び前記第2光走査素子とを備えた光走査装置。
- 画像信号に応じて変調した画像光を出射する光出射部と、請求項7に記載の光走査装置とを備え、前記光出射部から出射する画像光を前記光走査装置で走査することにより画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
- 前記光走査装置で走査した画像光をユーザの少なくとも一方の眼の網膜に投射する投射光学系を備えたことを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。
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