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

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。

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。

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。

光走査装置の構成を示す説明図である。 光走査装置の駆動信号発生器が出力する駆動信号の波形を示す図である。 駆動信号の生成方法を説明するための図である。 駆動信号の生成方法を説明するための図である。 網膜走査ディスプレイの構成を示す説明図である。 網膜走査ディスプレイの走査部の動作説明図である。 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。

符号の説明

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

Claims (9)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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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