JP5402588B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
このようなスキャンプロジェクターでは、投影面上に画像を描画する際、その投影面までの光路差に起因する歪み、例えば、投影面上に描画された画像の上側と下側とで、横方向(水平方向)の長さが異なる「台形歪み」と呼ばれる歪みが発生するため、補正が必要となる。
すなわち、図28に示すように、特許文献1のスキャンプロジェクター300では、投影面21に対し、光を走査する際、その光が走査される投影面21上の垂直方向の位置がスキャンプロジェクター300から遠いほど、水平走査用ミラーの振れ角を小さくし、画像の台形歪みを防止している。
また、水平走査用ミラーの駆動周波数は高いので、その水平走査用ミラーとしては、通常、エネルギー効率の良い共振駆動のもの(共振を利用したもの)が用いられている。
本発明の光走査装置は、投影面に対し、光を走査することにより画像を描画するよう構成され、
光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射された光を反射させ、回動可能に設けられた少なくとも1つの反射面を有し、前記光出射部から出射された光を、前記投影面に対し、第1の方向に走査すると共に、前記第1の方向の走査速度よりも遅い走査速度で前記第1の方向に直交する第2の方向に走査することで2次元的に走査する光走査部と、
前記光走査部の作動を制御する制御手段とを備え、
前記光走査部は、所定の大きさおよび所定の周波数の電圧信号または電流信号である駆動信号が供給されることにより、前記第1の方向に走査する反射面を共振駆動する走査機構を有し、
前記制御手段は、前記第1の方向の走査を行うに際し、前記駆動信号の大きさおよび前記駆動信号の周波数をそれぞれ互いに異なるタイミングで変更する変更手段を有することを特徴とする。
また、駆動信号の大きさおよび周波数をそれぞれ変更して第1の方向に走査する反射面を共振駆動するので、効率良く駆動することができる。そして、特に、駆動信号の大きさおよび駆動信号の周波数をそれぞれ互いに異なるタイミングで変更するので、第1の方向に走査する反射面を確実に共振させることができる。
前記変更手段は、前記駆動信号用データに基づいて、変更する前記駆動信号の大きさおよび前記駆動信号の周波数を決定する決定部を有することが好ましい。
これにより、画像の台形歪みを防止しつつ、第1の方向に走査する反射面を確実に共振させることができる。
前記変更手段は、前記駆動信号の大きさと前記駆動信号の周波数との一方を変更した後、他方を変更するタイミングを、前記角度検出手段の検出結果と、前記駆動信号の周波数とに基づいて決定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、画像の台形歪みを防止しつつ、第1の方向に走査する反射面を確実に共振させることができる。
本発明の光走査装置では、前記変更手段は、前記第1の方向に走査する反射面が最大に回動したとき、前記一方を変更するよう構成されていることが好ましい。
これにより、画像の台形歪みを防止しつつ、第1の方向に走査する反射面を確実に共振させることができる。
前記振れ角の推定値と前記振れ角の目標値とが一致するか否かを判別する判別部とを有し、
前記振れ角の推定値と前記振れ角の目標値とが一致したとき、前記他方を変更するよう構成されていることが好ましい。
これにより、画像の台形歪みを防止しつつ、第1の方向に走査する反射面を確実に共振させることができる。
これにより、第1の方向に走査する反射面の共振状態を確実に持続させることができる。
本発明の光走査装置では、前記変更手段は、前記振れ角の推定値と前記振れ角の目標値とが一致しない場合、次に前記駆動信号の大きさと前記駆動信号の周波数との一方を変更する際、該一方の設定予定の値を補正する補正部を有することが好ましい。
これにより、画像の台形歪みをより確実に防止することができる。
これにより、画像の台形歪みを防止しつつ、第1の方向に走査する反射面を確実に共振させることができる。
これにより、画像の台形歪みを防止しつつ、第1の方向に走査する反射面を確実に共振させることができる。
これにより、画像の台形歪みを防止しつつ、第1の方向に走査する反射面を確実に共振させることができる。
これにより、第1の方向に走査する反射面の回動中心軸を中心とする振れ角を急激に変化させることなく、画像の台形歪みを防止することができる。
また、第2の方向の走査の往路および復路のそれぞれにおいて、第1の方向の走査を行って画像を描画するので、第2の方向の帰線期間がなくなり、これにより、1フレーム中の非表示期間の割合を小さくすることができる。これにより、第2の方向の走査の往路のみで第1の方向の走査を行って画像を描画する場合と第1の方向に走査する反射面の角速度(速度)が同じときは、その往路のみで画像を描画する場合に比べ、単位時間当たりのフレーム数(コマ数)を多くすることができ、これによって、動画における早い動きにも容易に対応することができる。逆に言えば、第2の方向の走査の往路のみで第1の方向の走査を行って画像を描画する場合と単位時間当たりのフレーム数が同じときは、その往路のみで画像を描画する場合に比べ、第1の方向に走査する反射面の角速度を小さくすることができ、これによって、安定的に画像を描画することができる。
前記変更手段は、さらに前記温度検出手段の検出結果を加味して、前記駆動信号の大きさおよび前記駆動信号の周波数を変更するよう構成されていることが好ましい。
これにより、より確実に、第1の方向に走査する反射面を共振させることができる。
前記記憶手段には、温度毎に、前記駆動信号用データが記憶されており、
前記決定部は、前記温度検出手段の検出結果と、前記駆動信号用データとに基づいて、変更する前記駆動信号の大きさおよび前記駆動信号の周波数を決定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、より確実に、第1の方向に走査する反射面を共振させることができる。
本発明の光走査装置では、前記走査機構の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記走査機構の温度を目標温度に調整する温度調整手段とを有することが好ましい。
これにより、より確実に、第1の方向に走査する反射面を共振させることができる。
前記光走査部は、前記第2の方向に走査する反射面を有するガルバノミラーを備えることが好ましい。
これにより、第1の方向に走査する反射面と、第2の方向に走査する反射面とを別々に駆動することができるので、より確実に、画像の台形歪みを防止しつつ、第1の方向に走査する反射面を共振させることができる。
まず、本発明の光走査装置の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の光走査装置の第1実施形態を示す斜視図である。図2は、図1に示す光走査装置を示す図である。図3は、図1に示す光走査装置のアクチュエーターを示す模式的斜視図である。図4は、図1に示す光走査装置のアクチュエーターの駆動を示す模式的断面図である。図5は、図1に示す光走査装置のガルバノミラーを示す図である。図6は、図1に示す光走査装置の作動制御部、光走査部および光源ユニットを示すブロック図である。また、図7は、図1に示す光走査装置の動作を説明するための図であり、図7(a)は、側面図、図7(b)は、正面図である。また、図8は、図1に示す光走査装置の作動中のアクチュエーターの可動板の振れ角(振れ角の経時的変化)を示すグラフである。図9は、図1に示す光走査装置の作動中のガルバノミラーのミラーの角度(角度の経時的変化)を示すグラフである。図10は、図1に示す光走査装置の検量線記憶部に記憶されているテーブル(検量線)の構成例を示す図である。図11および図12は、それぞれ、図1に示す光走査装置のアクチュエーターの周波数特性を示すグラフである。図13および図14は、それぞれ、図1に示す光走査装置のアクチュエーターの駆動信号および可動板の角度を示すグラフである。図15は、図1に示す光走査装置の変形例およびその動作を示す図であり、図15(a)は、側面図、図15(b)は、正面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図3、図4、図7、図15中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
図2に示すように、光走査装置1は、光を出射する光源ユニット(光出射部)4と、投影面21に対して光源ユニット4から出射した光を走査する光走査部5と、光源ユニット4および光走査部5の作動(駆動)を制御する作動制御装置(制御手段)8とを有している。
図2に示すように、光源ユニット4は、各色のレーザー光源41r、41g、41bと、各色のレーザー光源41r、41g、41bに対応して設けられたコリメーターレンズ42r、42g、42bおよびダイクロイックミラー43r、43g、43bとを備えている。
なお、コリメーターレンズ42r、42g、42bに代えてコリメーターミラーを用いることができ、この場合も、平行光束の細いビームを形成することができる。また、各色のレーザー光源41r、41g、41bから平行光束が射出される場合、コリメーターレンズ42r、42g、42bは、省略することができる。さらに、レーザー光源41r、41g、41bについては、同様の光束を発生する発光ダイオード等の光源に置換することができる。また、図2の各色のレーザー光源41r、41g、41b、コリメーターレンズ42r、42g、42b、及びダイクロイックミラー43r、43g、43bの順番はあくまで1例であり、各色の組み合わせ(赤色はレーザー光源41r、コリメーターレンズ42r、ダイクロイックミラー43r、緑色はレーザー光源41g、コリメーターレンズ42g、ダイクロイックミラー43g、青色はレーザー光源41b、コリメーターレンズ42b、ダイクロイックミラー43b)を保持したままその順序は自由に設定できる。例えば、光走査部5に近い順に、青色、赤色、緑色という組み合わせも可能である。
光走査部5は、光源ユニット4から出射したレーザー光LLを投影面21に対し、水平方向(第1の方向)に走査(水平走査:主走査)すると共に、水平方向の走査速度よりも遅い走査速度で垂直方向(第1の方向に直交する第2の方向)に走査(垂直走査:副走査)することで2次元的に走査するものである。この光走査部5は、光源ユニット4から出射したレーザー光LLを投影面21に対し、水平方向に走査する水平走査用ミラーであるアクチュエーター(第1の方向走査部)(走査機構)51と、アクチュエーター51の後述する可動板511a(光反射部511eの反射面)の角度(挙動)を検出する角度検出手段(挙動検出手段)52と、光源ユニット4から出射したレーザー光LLを投影面21に対し、垂直方向に走査する垂直走査用ミラーであるガルバノミラー(第2の方向走査部)12と、ガルバノミラー12の後述するミラー121(ミラー121の反射面)の角度(挙動)を検出する角度検出手段(挙動検出手段)13とを有している。
基体511は、可動板511aと、可動板511aを回動可能に支持する支持部511bと、可動板511aと支持部511bとを連結する1対の連結部511c、511dとを有している。
連結部511cは、可動板511aの左側にて、可動板511aと支持部511bとを連結し、連結部511dは、可動板511aの右側にて、可動板511aと支持部511bとを連結している。
このような基体511は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、可動板511aと支持部511bと連結部511c、511dとが一体的に形成されている。このように、シリコンを主材料とすることにより、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理(加工)が可能であり、アクチュエーター51の小型化を図ることができる。
なお、スペーサー部材512と基体511との接合方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤等の別部材を介して接合してもよいし、スペーサー部材512の構成材料などによっては陽極接合などを用いてもよい。
永久磁石514は、板棒状をなしていて、可動板511aの下面に沿って設けられている。このような永久磁石514は、可動板511aの平面視にて、回動中心軸(第1の回動中心軸)Jに対して直交する方向に磁化(着磁)されている。すなわち、永久磁石514は、両極(S極、N極)を結んだ線分が、回動中心軸Jに対して直交するよう設けられている。図4に示すように、本実施形態では、回動中心軸Jの左側がN極、右側がS極となっている。
コイル515は、可動板511aの平面視にて、永久磁石514の外周を囲むように設けられている。
また、アクチュエーター51は、コイル515に電流を供給する(流す)手段、すなわち、コイル515に電流信号である駆動信号を供給する通電手段(駆動回路)516を有している。通電手段516は、供給する駆動信号の電流値(大きさ)や周波数等の各条件を変更(調整)し得るように構成されている。この通電手段516、コイル515および永久磁石514等により、可動板511aを回動させる駆動手段517が構成される。
コイル515には、作動制御装置8の制御により、通電手段516から所定の駆動信号が供給され、所定の電流が流れる。
反対に、状態Bでは、図4(b)に示すように、永久磁石514の右側が下側へ変位するとともに、永久磁石514の左側が上側へ変位する。これにより、可動板511aが時計回りに回動して傾斜する。
また、作動制御装置8の制御により、通電手段516からコイル515に供給する駆動信号を変更することにより、可動板511a(光反射部511eの反射面)の回動中心軸Jを中心とする振れ角(振幅)を変更することができる。したがって、通電手段516および作動制御装置8により、可動板511aの回動中心軸Jを中心とする振れ角を変更する振れ角変更手段の主要部が構成される。この振れ角変更手段は、本実施形態では、ガルバノミラー12の後述するミラー121(ミラー121の反射面)の角度に応じて、前記振れ角を変更する。
次に、アクチュエーター51の可動板511a(光反射部511eの反射面)の角度を検出する角度検出手段52について説明する。
圧電素子521は、可動板511aの回動に伴って連結部511cが捩り変形すると、それに伴って変形する。圧電素子521は、外力が付与されていない自然状態から変形すると、その変形量に応じた大きさの起電力を発生する性質を有しているため、角度検知部523は、起電力検出部522で検出された起電力の大きさに基づいて、連結部511cの捩れの程度を求め、さらに、その捩れの程度から可動板511a(光反射部511eの反射面)の角度(回動角)を求める。また、角度検知部523は、可動板511aの回動中心軸Jを中心とする振れ角を求める。この可動板511aの角度および振れ角の情報を含む信号は、角度検知部523から作動制御装置8に送信される。
次に、ガルバノミラー12のミラー121(ミラー121の反射面)の角度を検出する角度検出手段13について説明する。
駆動手段124の作動によりミラー121が回動すると、それに応じて、エンコーダー131から角度検知部132に信号が送信される。角度検知部132は、エンコーダー131から送信される信号に含まれる情報に基づいて、ミラー121の角度(回動角)を求める。このミラー121の角度の情報を含む信号は、角度検知部132から作動制御装置8に送信される。
また、前記ミラー121の角度の検出は、リアルタイムで(連続的に)行ってもよく、また、間欠的に行ってもよい。また、角度検出手段13としては、ミラー121の角度を検出することができれば、本実施形態のようなエンコーダーを用いたものに限定されないことは、言うまでもない。
図6に示すように、作動制御装置8は、画像を描画する際に用いられる映像データ(画像データ)を記憶する映像データ記憶部(映像データ記憶手段)81と、映像データ演算部82と、描画タイミング生成部83と、光源変調部(光変調部)84と、振れ角演算部(振幅演算部)85と、角度指示部86と、検量線を記憶する検量線記憶部(検量線記憶手段)87とを有している。振れ角演算部85は、比較演算部851および駆動信号指示部852を有している。なお、振れ角演算部85は、決定部、判別部および振れ角推定部等を有する変更手段の機能を備えている。すなわち、比較演算部851は、振れ角推定部および判別部の機能を有し、駆動信号指示部852は、決定部の機能を有している。
一方、レーザー光LLが走査される投影面21上の垂直方向の位置が光走査装置1から遠ざかる場合(近から遠の垂直走査の場合)は、可動板511aの振れ角を徐々に減少させて、光出射状態でのレーザー光LLの振れ幅を垂直方向に沿って一定にする。
なお、可動板511aの振れ角を徐々に増大させる場合は、駆動信号の大きさおよび周波数をそれぞれ徐々に増大させ、また、可動板511aの振れ角を徐々に減少させる場合は、駆動信号の大きさおよび周波数をそれぞれ徐々に減少させる。
可動板511aの振れ角を徐々に増大させて、光出射状態でのレーザー光LLの振れ幅を垂直方向に沿って一定にする場合は、振れ角演算部85は、第1のモードで作動し、先に、駆動信号の大きさを変更し、後に、駆動信号の周波数を変更する。その理由は、下記の通りである。
まず、可動板511aの振れ角を減少させる場合は、駆動信号の大きさおよび周波数をそれぞれ減少させる。また、アクチュエーター51の周波数特性は、駆動信号の大きさを減少させると、図12中の実線から破線で示すように変化する。このため、駆動周波数が共振周波数f0付近に設定されて可動板511aが共振しているときに、駆動信号の大きさおよび周波数を同時に減少させるか、または、先に駆動信号の大きさを減少させると、アクチュエーター51の共振周波数がf0からf0’に低下し、アクチュエーター51の駆動周波数が共振周波数f0’よりも大きくなり、可動板511aが共振しなくなるか、または、停止してしまうことがある。しかしながら、この光走査装置1では、先に、駆動信号の周波数を減少させ、後に、駆動信号の大きさを減少させるので、前記の不具合を防止することができ、可動板511aを確実に共振させることができる。
時間差が前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、可動板511aが共振しなくなるか、または、停止してしまうことがある。また、時間差が前記上限値よりも大きいと、画像の台形歪みを防止する効果が低減してしまうことがある。
例えば、前記垂直方向の所定の位置では、可動板511aの振れ角の目標値が「10°」、駆動信号の周波数が「8000Hz」、駆動信号の大きさが「20mA」と規定されている。
さらに、前記垂直方向の別の所定の位置では、可動板511aの振れ角の目標値が「10.2°」、駆動信号の周波数が「8002Hz」、駆動信号の大きさが「20.4mA」と規定されている。
本実施形態では、前記一方を変更するタイミングは、可動板511aが所定方向に最大に回動したときとされる。
また、駆動信号の変更は、1ライン毎に行ってもよく、複数ライン毎に行ってもよいが、以下では、代表的に、2ライン毎(駆動信号の1周期毎)に行う場合について説明する。
(但し、0≦t<T/8、3T/8≦t<5T/8、7T/8≦t<T)・・・(式1)
θn−{θ(t)/|sin(2πft)|}=0
(但し、T/8≦t<3T/8、5T/8≦t<7T/8)・・・(式2)
上記式1における「|Δθ(t)|/2πf・|cos(2πft)|」の値、上記式2における「θ(t)/|sin(2πft)|」の値は、それぞれ、前記他方の変更後における可動板511aの振れ角の推定値であり、式1または式2を満たすということは、その振れ角の推定値と、振れ角の目標値とが一致することと同義である。すなわち、式1または式2を満たした場合は、前記他方の変更後において、可動板511aの振れ角がその目標値と等しくなることを意味する。
まず、可動板511aの振れ角を徐々に増大させて、光出射状態でのレーザー光LLの振れ幅を垂直方向に沿って一定にする場合は、第1のモードで作動し、先に、駆動信号の大きさ(振幅)を変更し、後に、駆動信号の周波数を変更する。すなわち、図13に示すように、まず、可動板511aの角度が所定方向に最大になると、電流信号(駆動信号)の振幅(電流値)をI1からI2に変更する。なお、可動板511aの角度が、前記と反対方向に最大になったときに、電流信号の振幅を変更するように構成してもよい。
次に、同様にして、可動板511aの角度が所定方向に最大になると、電流信号の振幅をI2からI3に変更する。そして、その後、随時、角度検出手段52により角度検出を行い、式1または式2を満たすか否かを判断し、式1または式2を満たすと、周波数を変更する。
また、可動板511aの振れ角を徐々に減少させて、光出射状態でのレーザー光LLの振れ幅を垂直方向に沿って一定にする場合は、第2のモードで作動し、先に、駆動信号の周波数を変更し、後に、駆動信号の大きさ(振幅)を変更する。すなわち、図14に示すように、まず、可動板511aの角度が所定方向に最大になると、電流信号(駆動信号)の周波数をf1からf2に変更する。この場合も前記と同様に、可動板511aの角度が、前記と反対方向に最大になったときに、電流信号の周波数を変更するように構成してもよい。
次に、同様にして、可動板511aの角度が所定方向に最大になると、電流信号の周波数をf2からf3に変更する。そして、その後、随時、角度検出手段52により角度検出を行い、式1または式2を満たすか否かを判断し、式1または式2を満たすと、電流信号の振幅を変更する。
また、この光走査装置1では、描画領域142において、上側から奇数番目の各描画ライン141について、隣り合う描画ライン141同士の垂直方向の間隔が一定になり、同様に、上側から偶数番目の各描画ライン141について、隣り合う描画ライン141同士の垂直方向の間隔が一定になるように、ミラー121の角度や角速度を調整するのが好ましい。これにより、画像の垂直方向の歪みを防止することができる。
まず、光走査装置1に映像データが入力される。入力された映像データは、映像データ記憶部81に一時的に記憶され、その映像データ記憶部81から読み出され、その映像データを用いて画像の描画が行われる。この場合、映像データのすべてが映像データ記憶部81に記憶された後に、画像の描画を開始してもよく、また、映像データの一部が映像データ記憶部81に記憶された後に、画像の描画を開始し、その画像の描画と並行して続きの映像データを映像データ記憶部81に記憶するようにしてもよい。
描画タイミング情報には、描画を行うタイミングの情報等が含まれる。また、描画ライン情報には、描画を行う描画ライン141の垂直方向の位置(ミラー121の角度)の情報等が含まれる。なお、描画ライン141のいずれの部位の位置を前記描画ライン141の垂直方向の位置として設定してもよいが、例えば、左側の先端、右側の先端、中央等が挙げられる。
光源変調部84は、映像データ演算部82から入力された各色の輝度データに基づいて、各駆動回路410r、410g、410bを介して各光源420r、420g、420bの変調を行う。すなわち、各光源420r、420g、420bのオン/オフや、出力の調整(増減)等を行う。
なお、本実施形態では、各描画ライン141において、描画開始点から描画終了点まで、ミラー121の角速度を一定とし、レーザー光LLの垂直方向の走査速度を一定としてもよく、また、ミラー121の角速度を徐々に変化させ、レーザー光LLの垂直方向の走査速度を徐々に変化さてもよい。
振れ角演算部85では、検量線記憶部87から読み出された検量線を用い、描画タイミング生成部83から入力された次に描画を行う描画ライン141の垂直方向の位置の情報に基づいて、次に描画を行う描画ライン141における可動板511aの振れ角の目標値と、アクチュエーター51の駆動信号の大きさと、その駆動信号の周波数とを取得する。そして、振れ角演算部85の駆動信号指示部852は、アクチュエーター51の駆動手段517に駆動データ(駆動信号の大きさおよび周波数を示すデータ)を送出する。
ここで、前述したように、駆動信号の大きさおよび周波数をそれぞれ互いに異なるタイミングで変更するが、ここでは、代表的に、先に、駆動信号の大きさを変更し、後に、駆動信号の周波数を変更する場合について説明する。
なお、先に、駆動信号の周波数を変更し、後に、駆動信号の大きさを変更する場合については、周波数を変更する順番と大きさを変更する順番が前記と逆になるだけであるので、その説明は省略する。
また、描画タイミング生成部83では、描画を行うフレームが、奇数フレーム(奇数番目のフレーム)と偶数フレーム(偶数番目のフレーム)とのいずれであるかの管理を行い、それにより、ミラー121の回動方向(移動方向)と、映像データ記憶部81からの映像データの読み出し順序を決定している。すなわち、奇数フレーム(垂直方向の走査の往路)において画像を描画する際と、偶数フレーム(垂直方向の走査の復路)において画像を描画する際とで、映像データの読み出し順序を逆にする。
具体的には、例えば、図7に示すように、1番目のフレーム(奇数番目のフレーム)については、左上から描画を開始し、ジグザグに右下まで描画し、2番目のフレーム(偶数番目のフレーム)については、ミラー121の回動方向を前記と逆にし、前記と逆に右下から左上まで描画を行う。以降、同様にして、奇数番目のフレームについては、左上から右下まで描画し、偶数番目のフレームについては、右下から左上まで描画を行う。
また、本実施形態では、1番目のフレームについて描画を開始する位置は、左上であるが、これに限らず、例えば、右上、左下、右下等であってもよい。
また、奇数フレームと偶数フレームとで、投影面21の異なるライン上にレーザー光LLを走査してもよい。
ここで、前記画像の描画の際の可動板511aの振れ角の経時的変化およびミラー121の角度の経時的変化は、下記の通りである。
このように、この光走査装置1では、可動板511aの振れ角が急激に変化しないので、容易かつ確実に、共振を利用して動作させる形態のアクチュエーター51の可動板511aの振れ角を変更することができる。
そして、垂直方向の走査の往路および復路、すなわち、ミラー121を所定方向に回動させる際と、前記と逆方向に回動させる際との両方で、画像の描画を行うので、従来のような垂直帰線期間が不要になり、前記非表示期間を短くすることができる。これにより、時間開口率(画像の描画を行う期間の割合)を高くすることができる。
以上説明したように、この光走査装置1によれば、時間開口率を高くしつつ、可動板511aの振れ角を急激に変化させることなく、画像の台形歪みを防止することができ、また、効率良く駆動することができる。
図15に示す光走査装置1では、光出射状態でレーザー光LLの振れ幅は、垂直方向に沿って一定になっていないが、光出射状態でレーザー光LLの振れ幅が、可動板511aの振れ角の変更を行わない場合に比べて(駆動信号の大きさおよび駆動信号の周波数を一定にする場合に比べて)、垂直方向に沿って揃い、かつ、可動板511aが共振するように、可動板511aの振れ角を変更するよう構成されている。これにより、画像を描画することが可能な描画可能領域143の上側の幅が減少し、描画可能領域143の形状は、長方形(正方形を含む)に近づき、非描画領域を小さくすることができる。
この光走査装置1では、投影面21上、すなわち、描画可能領域143内に長方形の描画領域142を設定し、光源ユニット4から出射したレーザー光LLがその描画領域142内に投射(照射)されるように光源ユニット4の駆動を制御する。これにより、画像の台形歪みを防止することができる。
次に、本発明の光走査装置の第2実施形態について説明する。
図16および図17は、それぞれ、本発明の第2実施形態に係る光走査装置のエラー処理の際の制御動作を示すフローチャートである。
以下、第2実施形態の光走査装置について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
まずは、駆動信号の大きさを先に変更し、駆動信号の周波数を後に変更する第1のモードで作動する場合のエラー処理について説明する。
図16に示すように、まず、光走査装置1の振れ角演算部85は、水平方向の2ライン分の描画が終了すると(ステップS101)、今回の電流信号の変更において、前記式1または前記式2を満たして、電流信号の周波数が変更されたか否かを判断する(ステップS102)。
Id=θd・{I(θn)−I(θn−1)}/(θn−θn−1)・・・(式3)
なお、前記I(θn+1)の他、前記θn−1、θn、θn+1、I(θn−1)、I(θn)も、それぞれ、検量線記憶部87に記憶されている、例えば、テーブルから取得することができる。
なお、可動板511aの現在の振れ角の目標値が「θn」であり、電流信号(駆動信号)の現在の周波数が「f(θn)」に設定されていることを前提とする。また、水平方向の2ライン分の描画が終了するまでは、前述したように、前記式1または前記式2を満たすか否が判断され、満たした場合のみ、電流信号の振幅である電流値が変更される。
電流信号の電流値が変更されている場合は、次に周波数を変更する際、電流信号の次に設定する予定の周波数f(θn+1)を、検量線記憶部87に記憶されている、例えば、テーブルから取得する(ステップS203)。そして、周波数をその設定予定の周波数f(θn+1)に変更(設定)する(ステップS204)。すなわち、周波数f(θn+1)の補正は行わない。
fd=θd・{f(θn)−f(θn−1)}/(θn−θn−1)・・・(式4)
このような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
また、この第2実施形態は、後述する第3〜第5実施形態にも適用することができる。
なお、本実施形態では、現在の振れ角の目標値θnとの差分θdを求める際、現在の振れ角の推定値を用いたが、本発明では、これに限らず、例えば、角度検出手段52により検出された振れ角の検出値(測定値)を用いてもよい。
次に、本発明の光走査装置の第3実施形態について説明する。
図18は、本発明の第3実施形態に係る光走査装置のブロック図、図19は、本発明の第3実施形態に係る光走査装置のアクチュエーターを示す模式的斜視図である。
以下、第3実施形態の光走査装置について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
また、検量線記憶部87には、光出射状態でレーザー光LLの振れ幅が垂直方向に沿って一定になり、かつ、可動板511aが共振する条件を満たす、投影面21に走査するレーザー光LLの投影面21上の垂直方向の位置(描画ライン141の垂直方向の位置)および温度検出手段61により検出された温度と、アクチュエーター51の駆動信号の大きさ、その駆動信号の周波数および可動板511aの振れ角の目標値(目標振れ角)との関係を示すテーブルや演算式(関数)等の検量線が記憶されている。すなわち、検量線記憶部87には、温度毎に、駆動信号用データが記憶されている。換言すれば、第1実施形態で説明したテーブルが、温度毎に設けられている。画像を描画する際は、その検量線を用い、投影面21に走査するレーザー光LLの投影面21上の垂直方向の位置および温度検出手段61により検出された温度に対応する駆動信号の大きさ、駆動信号の周波数および可動板511aの振れ角の目標値をそれぞれ取得し、前述したように、駆動信号の大きさおよび周波数の変更が行われる。
このような第3実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
また、この第3実施形態は、前記第2実施形態、後述する第5実施形態にも適用することができる。
次に、本発明の光走査装置の第4実施形態について説明する。
図20は、本発明の第4実施形態に係る光走査装置のブロック図である。
以下、第4実施形態の光走査装置について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
温度検出手段61により検出された温度の情報を含む信号は、温度制御部62に送信される。温度制御部62は、検出温度が目標温度になるように、ヒーターコントロール部63を介して、ヒーター64の作動(駆動)を制御する。
また、この第4実施形態は、前記第2実施形態、後述する第5実施形態にも適用することができる。
なお、本発明では、さらに、アクチュエーター51を冷却する冷却手段として、例えば、ペルチェ素子等が設けられていてもよい。また、ヒーター64に代えて、加熱および冷却を行うことができる加熱・冷却手段として、例えば、ペルチェ素子等を設けてもよい。これによれば、より確実に、アクチュエーター51の温度を目標温度に保持することができる。
次に、本発明の光走査装置の第5実施形態について説明する。
図21は、本発明の第5実施形態に係る光走査装置が備えるアクチュエーターを示す模式的平面図である。図22は、図21中のB−B線断面図である。図23は、図21に示すアクチュエーターが備える駆動手段の電圧印加手段を示すブロック図である。図24は、図23に示す第1の電圧発生部および第2の電圧発生部で発生する電圧の一例を示す図である。図25は、本発明の第5実施形態に係る光走査装置の奇数フレームにおける動作を説明するための図であり、図25(a)は、側面図、図25(b)は、正面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図21中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図22中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
第5実施形態の光走査装置は、光走査部が備えるアクチュエーターの構成が異なる点、及び投影面21上の第1の方向の走査(水平走査)の軌跡が直線でない事以外は、第1実施形態とほぼ同様である。
光走査部5は、いわゆる2自由度振動系の1つのアクチュエーター53を有している。
第2の振動系54bは、駆動部541aの内側に設けられた可動板541bと、可動板541bを駆動部541aに両持ち支持する1対の第2の連結部542b、543bとで構成されている。
駆動部541aは、図21の平面視にて、円環状をなしている。なお、駆動部541aの形状は、枠状をなしていれば特に限定されず、例えば、図21の平面視にて、四角環状をなしていてもよい。このような駆動部541aの下面には、永久磁石57が接合されている。
可動板541bは、図21の平面視にて、円形状をなしている。だたし、可動板541bの形状は、駆動部541aの内側に形成することができれば特に限定されず、例えば、図26の平面視にて、楕円形状をなしていてもよいし、四角形状をなしていてもよい。このような可動板541bの上面には、光反射性を有する光反射部544bが形成されている。
図21に示すように、回動中心軸J1と回動中心軸J2とは、互いに直交している。また、駆動部541aおよび可動板541bの中心は、それぞれ、図21の平面視にて、回動中心軸J1と回動中心軸J2との交点上に位置している。
永久磁石57は、図21の平面視にて、回動中心軸J1と回動中心軸J2との交点を通り、回動中心軸J1および回動中心軸J2のそれぞれの軸に対して傾斜した線分Mに沿って設けられている。
また、図22に示すように、永久磁石57の上面には、凹部57aが形成されている。この凹部57aは、永久磁石57と可動板541bとの接触を防止するための逃げ部である。このような凹部57aを形成することで、可動板541bが回動中心軸J2まわりに回動する際、永久磁石57と接触してしまうことを防止することができる。
第1の電圧発生部591は、第1実施形態の図9と同様、図24(a)に示すように、フレーム周波数の倍の周期T1で周期的に変化する第1の電圧V1(垂直走査用電圧)を発生させるものである。
一方、第2の電圧発生部592は、図24(b)に示すように、周期T1と異なる周期T2で周期的に変化する第2の電圧V2(水平走査用電圧)を発生させるものである。
第2の電圧V2は、正弦波のような波形をなしている。そのため、アクチュエーター53は効果的に光を主走査することができる。なお、第2の電圧V2の波形は、これに限定されない。
また、第1の振動系54aの共振周波数をf1[Hz]とし、第2の振動系54bの共振周波数をf2[Hz]としたとき、f1とf2とが、f2>f1の関係を満たすことが好ましく、f2≧10f1の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動板541bを回動中心軸J1まわりに第1の電圧V1の周波数で回動させつつ、回動中心軸J2まわりに第2の電圧V2の周波数で回動させることができる。
電圧重畳部593は、コイル58に電圧を印加するための加算器593aを備えている。加算器593aは、第1の電圧発生部591から第1の電圧V1を受けるとともに、第2の電圧発生部592から第2の電圧V2を受け、これらの電圧を重畳しコイル58に印加するようになっている。
以上のような構成のアクチュエーター53は、次のようにして駆動する。
すると、電圧V3中の第1の電圧V1に対応する電圧によって、永久磁石57のS極側をコイル58に引き付けようとするとともに、N極側をコイル58から離間させようとする磁界と、永久磁石57のS極側をコイル58から離間させようとするとともに、N極側をコイル58に引き付けようとする磁界とが交互に切り換わる。これにより、第1の連結部542a、543aを捩れ変形させつつ、駆動部541aが可動板541bとともに、第1の電圧V1の周波数で回動中心軸J1まわりに回動する。
なお、第2の電圧V2の周波数が第2の振動系54bのねじり共振周波数と等しいため、第2の電圧V2によって、支配的に、可動板541bを回動中心軸J2まわりに回動させることができる。そのため、第2の電圧V2によって、可動板541bが回動中心軸J1まわりに回動してしまうことを防止することができる。
また、走査ラインが歪曲しているため、映像データ演算部82は、これから走査するライン上に描画すべき画素データに相当するデータ算出をしながら、映像データ記憶部81からデータを読み出し、描画タイミング生成部83から入力された描画タイミング情報に基づいて、各種の補正演算等を行った後、各色の輝度データを光源変調部84に送出する。
このような第5実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
また、この第5実施形態は、前記第2〜第4実施形態にも適用することができる。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、前記実施形態では、第1の方向を「水平方向」、第2の方向を「垂直方向」としたが、本発明では、これに限らず、例えば、第1の方向を「垂直方向」、第2の方向を「水平方向」としてもよい。
また、前記実施形態では、ダイクロイックミラー43r、43g、43bを用いて、赤色レーザー光RR、緑色レーザー光GG、青色レーザー光BBを結合して1つのレーザー光(光)LLを射出しているが、これに限定されず、例えば、ダイクロイックプリズム等を用いて結合してもよい。
Claims (12)
- 光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射された光を、第1の方向に走査し、かつ、前記第1の方向の走査速度よりも遅い走査速度で前記第1の方向に直交する第2の方向に走査する光走査部と、
前記光走査部を制御する制御手段と、を備え、
前記光走査部は、前記光出射部から出射された光を前記第1の方向に走査する反射面と、所定の駆動信号が供給されることにより前記反射面を共振駆動する走査機構と、を有し、
前記走査機構の周波数特性は、駆動周波数が共振周波数を超えた付近から、前記反射面が最大に回動した角度である振れ角が急激に減少し、前記駆動周波数が前記共振周波数よりも大きくなると前記反射面は共振しなくなるか、または、停止するものであり、かつ、前記駆動信号の大きさを減少させると、前記共振周波数が低下するものであり、
前記制御手段は、前記振れ角を増大させる場合は、前記駆動信号の大きさを先に増大させ、その後に前記駆動信号の周波数を増大させ、前記振れ角を減少させる場合は、前記駆動信号の周波数を先に減少させ、その後に前記駆動信号の大きさを減少させる変更手段を有することを特徴とする光走査装置。 - 前記光走査部によって光が投影される投影面上において、前記光出射部から出射された光の前記第1の方向の振れ幅が、前記第2の方向に沿って揃うように、前記走査機構へ供給される前記駆動信号のデータを含む駆動信号用データが記憶された記憶手段を有し、
前記変更手段は、前記駆動信号用データに基づいて、前記駆動信号の大きさおよび前記駆動信号の周波数を決定する決定部を有する請求項1に記載の光走査装置。 - 前記反射面の角度を検出する角度検出手段を有し、
前記変更手段は、前記駆動信号の大きさと前記駆動信号の周波数との一方を変更した後、前記駆動信号の大きさと前記駆動信号の周波数との他方を変更するタイミングを、前記角度検出手段の検出結果と、前記駆動信号の周波数とに基づいて決定する請求項1または2に記載の光走査装置。 - 前記変更手段は、前記角度検出手段の検出結果と、前記駆動信号の周波数とに基づいて、前記振れ角を推定する振れ角推定部と、
前記振れ角の推定値と前記振れ角の目標値とが一致するか否かを判別する判別部とを有し、
前記振れ角の推定値と前記振れ角の目標値とが一致したとき、前記駆動信号の大きさと前記駆動信号の周波数との前記他方を変更する請求項3に記載の光走査装置。 - 前記変更手段は、前記振れ角の推定値と前記振れ角の目標値とが一致しない場合は、前記駆動信号の大きさと前記駆動信号の周波数との前記他方を変更しない請求項4に記載の光走査装置。
- 前記変更手段は、前記振れ角の推定値と前記振れ角の目標値とが一致しない場合、次に前記駆動信号の大きさと前記駆動信号の周波数との一方を変更する際、該一方の設定予定の値を補正する補正部を有する請求項5に記載の光走査装置。
- 前記変更手段は、前記駆動信号の大きさを先に変更し、前記駆動信号の周波数を後に変更する第1のモードと、前記駆動信号の周波数を先に変更し、前記駆動信号の大きさを後に変更する第2のモードとを有し、前記振れ角を増大させる場合は、前記第1のモードで作動し、前記振れ角を減少させる場合は、前記第2のモードで作動する請求項1ないし6のいずれかに記載の光走査装置。
- 前記第2の方向の走査を往路および復路のそれぞれで行い、前記第2の方向の走査の往路および復路のそれぞれにおいて、前記第1の方向の走査を行って画像を描画する請求項1ないし7のいずれかに記載の光走査装置。
- 前記走査機構の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記変更手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動信号の大きさおよび前記駆動信号の周波数を変更する請求項1ないし8のいずれかに記載の光走査装置。 - 前記走査機構の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記記憶手段には、温度毎に、前記駆動信号用データが記憶されており、
前記決定部は、前記温度検出手段の検出結果と、前記駆動信号用データとに基づいて、変更する前記駆動信号の大きさおよび前記駆動信号の周波数を決定する請求項2に記載の光走査装置。 - 前記走査機構の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記走査機構の温度を目標温度に調整する温度調整手段と、を有する請求項1ないし8のいずれかに記載の光走査装置。 - 前記走査機構は、回動可能に設けられ、前記反射面を有する可動板と、前記可動板を回動可能に支持する支持部と、前記可動板と前記支持部とを連結する連結部と、前記可動板を回動させる駆動手段とを備えるアクチュエーターであり、
前記光走査部は、前記第2の方向に前記光出射部から出射された光を走査する反射面を有するガルバノミラーを備える請求項1ないし11のいずれかに記載の光走査装置。
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