JP6990573B2 - Optical scanning device - Google Patents
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Description
本発明は、駆動信号の強度を較正する機能を有する光走査装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device having a function of calibrating the intensity of a drive signal.
従来、光源からのレーザ光を反射する走査ミラーと、この走査ミラーを往復回転するように駆動する駆動機構とを備え、レーザ光により走査を行う光走査装置が知られている（特許文献１参照）。 Conventionally, there is known an optical scanning device that includes a scanning mirror that reflects laser light from a light source and a drive mechanism that drives the scanning mirror to reciprocate, and scans with laser light (see Patent Document 1). ).
この光走査装置は、走査ミラーの回動に伴って回動する背面ミラーと、サーボ光を発光するサーボ用光源とを備える。この光走査装置では、サーボ光を背面ミラーに照射し、その反射光をＰＳＤ（position sensitive detector）等の光スポット位置センサで検出することによって、レーザ光による走査範囲をモニタしている。 This optical scanning device includes a rear mirror that rotates with the rotation of the scanning mirror, and a servo light source that emits servo light. In this optical scanning device, the scanning range by the laser beam is monitored by irradiating the rear mirror with servo light and detecting the reflected light with an optical spot position sensor such as a PSD (position sensitive detector).
しかしながら、上記特許文献１の光走査装置によれば、レーザ光による走査範囲をモニタするためには、走査用光源とは別にサーボ用光源や背面ミラーを要するので、装置構成が複雑化する。
However, according to the optical scanning device of
また、走査ミラーをＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスとしてのデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いて光走査装置を構成する場合には、走査ミラーが、背面ミラーを有する両面ミラーとして構成される。このため、走査ミラーの質量が増大し、走査ミラーを駆動する電力の増大や走査性能の低下を招くことになる。 Further, when the optical scanning device is configured by using the scanning mirror as a digital micromirror device as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device, the scanning mirror is configured as a double-sided mirror having a rear mirror. Therefore, the mass of the scanning mirror increases, which leads to an increase in power for driving the scanning mirror and a decrease in scanning performance.
さらに、サーボ用光源などを有しない通常の光走査装置に比べて、複雑化した装置構成を有するので、防塵、防湿対策のためのパッケージ構造としても、かかる装置構成に適合した特殊なものを用いる必要がある。 Furthermore, since it has a more complicated device configuration than a normal optical scanning device that does not have a servo light source, a special package structure suitable for dustproof and moistureproof measures is used. There is a need.
したがって、特許文献１の光走査装置における走査範囲のモニタ機能を利用して光走査装置における駆動信号の強度を適切な走査角が得られるように較正しようとする場合には、装置構成の複雑化や、性能低下、消費電力の増大を回避することができない。
Therefore, when trying to calibrate the intensity of the drive signal in the optical scanning device so as to obtain an appropriate scanning angle by utilizing the scanning range monitoring function in the optical scanning device of
本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、簡便な構成で支障なく駆動信号の強度を較正できる光走査装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of calibrating the strength of a drive signal without any trouble with a simple configuration in view of the problems of the prior art.
第１発明に係る光走査装置は、
光源と、
前記光源からの光を反射して走査する走査ミラーと、
付与される駆動信号に基づいて該走査ミラーを回転的な単振動をするように駆動可能なミラー駆動部と、
前記走査ミラーからの走査光の最大走査角の範囲内における両側に設定された第１検出位置及び第２検出位置に入射する走査光を検出する走査光検出部と、
前記駆動信号による前記走査ミラーの単振動によって該走査ミラーからの前記走査光が前記第１検出位置及び前記第２検出位置に入射したことを前記走査光検出部が検出した時点、並びに該駆動信号の周波数及び強度に基づいて、前記ミラー駆動部に付与する前記駆動信号の強度を較正する較正部とを備え、
前記走査光検出部は、前記第１検出位置及び第２検出位置に入射する前記走査光を検出する光センサを備え、
前記較正部は、前記光センサからの検出信号を増幅して飽和状態とした増幅信号を生成し、前記走査光が前記第１検出位置又は前記第２検出位置に入射したことを前記走査光検出部が検出した時点を、前記増幅信号の強度変化に基づいて判定することを特徴とする。
The optical scanning apparatus according to the first invention is
Light source and
A scanning mirror that reflects and scans the light from the light source,
A mirror drive unit that can drive the scanning mirror so as to make a rotational simple vibration based on the applied drive signal.
A scanning light detection unit that detects scanning light incident on the first detection position and the second detection position set on both sides within the range of the maximum scanning angle of the scanning light from the scanning mirror.
The time when the scanning light detection unit detects that the scanning light from the scanning mirror is incident on the first detection position and the second detection position due to the simple vibration of the scanning mirror due to the drive signal, and the drive signal. A calibration unit for calibrating the intensity of the drive signal applied to the mirror drive unit based on the frequency and intensity of the mirror drive unit is provided.
The scanning light detection unit includes an optical sensor that detects the scanning light incident on the first detection position and the second detection position.
The calibration unit amplifies the detection signal from the optical sensor to generate an amplified signal in a saturated state, and detects that the scanning light is incident on the first detection position or the second detection position. It is characterized in that the time point at which the unit is detected is determined based on the change in the intensity of the amplified signal.
第１発明によれば、ハード的な構成としては、従来のようにサーボ用光源や背面ミラーを要することは無く、第１、第２検出位置を通過する走査光を検出する走査光検出部を設けるだけで駆動信号の強度を較正することができる。したがって、光走査装置の性能低下や複雑化を回避しつつ、光走査装置を簡便に構成することができる。 According to the first invention, as a hardware configuration, a servo light source or a rear mirror is not required as in the conventional case, and a scanning light detection unit that detects scanning light passing through the first and second detection positions is provided. The strength of the drive signal can be calibrated just by providing it. Therefore, the optical scanning device can be easily configured while avoiding the deterioration and complexity of the optical scanning device.
また、光センサからの検出信号を増幅して飽和状態とした増幅信号の波形においては、増幅前の信号よりも、電圧の変化に対する時間の変化が小さいため、走査光が第１検出位置又は第２検出位置に入射したことを走査光検出部が検出した時点を、高い精度で検出することができる。これにより、駆動信号の強度の較正を高い精度で行うことができる。 Further, in the waveform of the amplified signal obtained by amplifying the detection signal from the optical sensor to the saturated state, the change in time with respect to the voltage change is smaller than that of the signal before amplification, so that the scanning light is at the first detection position or the first detection position. 2 It is possible to detect with high accuracy the time point when the scanning light detection unit detects that the light has entered the detection position. This makes it possible to calibrate the strength of the drive signal with high accuracy.
第２発明に係る光走査装置の較正システムは、第１発明において、
前記較正部は、前記増幅信号の立上り又は立下り時間に応じて、前記検出信号を増幅する際のゲインを調整することを特徴とする。
The calibration system for the optical scanning device according to the second invention is the same as that in the first invention.
The calibration unit is characterized in that the gain when amplifying the detection signal is adjusted according to the rise or fall time of the amplification signal.
第２発明によれば、検出信号を増幅する際のゲインを立上り又は立下り時間に応じて調整することにより、増幅信号の立上り又は立下り時間をより適切なものとすることができる。これにより、走査光が第１、第２検出位置に入射した時点の正確な特定を確実に実現し、較正の精度を確実に向上させることができる。 According to the second invention, the rise or fall time of the amplified signal can be made more appropriate by adjusting the gain when amplifying the detection signal according to the rise or fall time. As a result, accurate identification at the time when the scanning light is incident on the first and second detection positions can be surely realized, and the accuracy of calibration can be surely improved.
第３発明に係る光走査装置は、第１又は第２発明において、
前記較正部は、前記走査光検出部が検出した時点、及び該検出時点での前記駆動信号の周波数に基づいて前記最大走査角を取得する最大走査角取得部と、
前記最大走査角取得部により取得された最大走査角と前記検出時点での前記駆動信号の強度とに基づいて前記ミラー駆動部に付与する前記駆動信号の強度の較正値を求める較正値取得部とを備えることを特徴とする。
The optical scanning device according to the third invention is the same as that in the first or second invention.
The calibration unit includes a maximum scanning angle acquisition unit that acquires the maximum scanning angle based on the time point detected by the scanning light detection unit and the frequency of the drive signal at the time of detection.
A calibration value acquisition unit that obtains a calibration value of the intensity of the drive signal applied to the mirror drive unit based on the maximum scanning angle acquired by the maximum scanning angle acquisition unit and the intensity of the drive signal at the time of detection. It is characterized by having.
第３発明によれば、ある最大走査角を生じさせている駆動信号の強度についての較正値は、該最大走査角及び強度と一定の関係があるので、較正値取得部は、この関係を利用して、最大走査角取得部により取得された最大走査角及び該取得時の駆動信号の強度から強度の較正値を求めることができる。 According to the third invention, the calibration value for the intensity of the drive signal causing a certain maximum scanning angle has a certain relationship with the maximum scanning angle and the intensity, and the calibration value acquisition unit uses this relationship. Then, the calibration value of the intensity can be obtained from the maximum scanning angle acquired by the maximum scanning angle acquisition unit and the intensity of the drive signal at the time of acquisition.
その際に、上記のように走査光が第１検出位置又は第２検出位置に入射したことを走査光検出部が検出した時点が、上記の増幅信号の強度変化に基づいて高い精度で判定されるので、較正値を高い精度で得ることができる。 At that time, the time when the scanning light detection unit detects that the scanning light is incident on the first detection position or the second detection position as described above is determined with high accuracy based on the intensity change of the amplification signal. Therefore, the calibration value can be obtained with high accuracy.
第４発明に係る光走査装置は、第３発明において、
前記最大走査角取得部は、
前記走査光が前記第１検出位置に一度入射した時点ｔ４から再度入射した時点ｔ５までの時間Δｔａ０、及び該再度入射した時点ｔ５からさらに再度入射した時点ｔ６までの時間Δｔａ１と、
前記走査光が前記第２検出位置に一度入射した時点ｔ１から再度入射した時点ｔ２までの時間Δｔｂ０、及び該再度入射した時点ｔ２からさらに再度入射した時点ｔ３までの時間Δｔｂ１と、
前記第１検出位置に入射した時点の前記走査光と前記第２検出位置に入射した時点の前記走査光とがなす角度（θａ＋θｂ）と、
前記駆動信号の周波数ωとに基づいて前記最大走査角（２Ａ）を取得するものであることを特徴とする。
The optical scanning apparatus according to the fourth invention is the third invention.
The maximum scanning angle acquisition unit is
The time Δta0 from the time point t4 where the scanning light was once incident to the first detection position to the time point t5 when it was re-incident, and the time Δta1 from the time point t5 where the scanning light was re-incident to the time point t6 when it was further incident.
The time Δtb0 from the time point t1 when the scanning light was once incident to the second detection position to the time point t2 when it was re-incident, and the time Δtb1 from the time point t2 where the scanning light was re-incident to the time point t3 when it was further incident.
The angle (θa + θb) between the scanning light at the time of incident on the first detection position and the scanning light at the time of incident on the second detection position.
It is characterized in that the maximum scanning angle (2A) is acquired based on the frequency ω of the drive signal.
第４発明によれば、最大走査角取得部は、上記の時間Δｔａ０、Δｔａ１、Δｔｂ０、Δｔｂ１、角度（θｐａ＋θＰｂ）及び周波数ωに基づいて、最大走査角（２Ａ）を容易に算出して求めることができる。 According to the fourth invention, the maximum scanning angle acquisition unit can easily calculate and obtain the maximum scanning angle (2A) based on the above time Δta0, Δta1, Δtb0, Δtb1, angle (θpa + θPb) and frequency ω. Can be done.
その際に、上記のように走査光が第１検出位置又は第２検出位置に入射したことを走査光検出部が検出した時点（ｔ１～ｔ６）が、上記の増幅信号の強度変化に基づいて高い精度で判定されるので、最大走査角（２Ａ）を高い精度で得ることができる。 At that time, the time point (t1 to t6) when the scanning light detection unit detects that the scanning light is incident on the first detection position or the second detection position as described above is based on the intensity change of the amplification signal. Since the determination is made with high accuracy, the maximum scanning angle (2A) can be obtained with high accuracy.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、一実施形態に係る光走査装置を備えるプロジェクタの要部を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a main part of a projector provided with an optical scanning device according to an embodiment.
図１に示すように、このプロジェクタ１は、スクリーン２と、該スクリーン２に対して走査光を照射する光走査装置３とを備える。光走査装置３は、光源４と、光源４からの光を反射して偏向させる偏向装置５と、偏向装置５からの走査光をスクリーン２に向けて反射する走査光反射ミラー６とを備える。走査光反射ミラー６としては、平坦面のミラーでよいが、曲面で構成された曲面ミラーや、走査光の歪を補正する補正ミラーであってもよい。
As shown in FIG. 1, the
なお、以下の説明では、方向を示すために、図１～図３で示されるような右手系のＸＹＺ軸直交座標系が用いられる。Ｙ軸は、後述する走査ミラー７の第１回転軸線１２に平行である。ＸＹ平面は、走査光反射ミラー６のミラー面とほぼ平行である。
In the following description, a right-handed XYZ-axis Cartesian coordinate system as shown in FIGS. 1 to 3 is used to indicate the direction. The Y-axis is parallel to the
図２は、光走査装置３の要部を示す斜視図である。図２に示すように、走査ミラー７から走査光反射ミラー６に向かう走査光は、走査ミラー７によってＸ方向及びＹ方向に走査される。これにより、走査光反射ミラー６で反射された走査光によって、スクリーン２の水平走査及び垂直走査が行われる。走査光には、偏向装置５による走査光の走査速度に適合させて光源４からの走査光の出力をオン・オフすることにより、画像情報を含めることができる。
FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the
光源４としては、例えばレーザ光のようなコヒーレント性を有する光を出力するものが好ましく用いられる。光源４は、出力する走査光のオン・オフのタイミングと走査速度との兼ね合いでスクリーン２に所望のパターンが投影されるように、走査光のオン・オフのタイミングが制御される。
As the
偏向装置５は、光源からの光を反射する走査ミラー７と、走査ミラー７を駆動するミラー駆動部８とを備える。ミラー駆動部８は、付与される駆動信号に基づいて該走査ミラー７を正逆方向に回動させることによって回転的な単振動をするように駆動することが可能である。
The
図３は、偏向装置５の一例を示す。この偏向装置５は、図３に示すように、走査ミラー７は、搖動反射面９を有し、図３におけるその他の部分としてのミラー駆動部８により駆動される。
FIG. 3 shows an example of the
すなわち、ミラー駆動部８は、走査ミラー７を支持する第１支持部１０と、一端が走査ミラー７に、他端が第１支持部１０にそれぞれ連結された第１圧電アクチュエータ１１ａ、１１ｂを備える。第１圧電アクチュエータ１１ａ、１１ｂを圧電駆動することにより、第１支持部１０に対して走査ミラー７を、第１回転軸線１２の周りに回転させることができる。
That is, the
また、ミラー駆動部８は、第１支持部１０を支持する第２支持部１３と、一端が第１支持部１０、他端が第２支持部１３にそれぞれ連結された第２圧電アクチュエータ１４とを備える。第２圧電アクチュエータ１４を圧電駆動することにより、第１支持部１０を第２支持部１３に対して第２回転軸線１５の周りに揺動させることができる。
Further, the
この偏向装置５は、特開２０１３－７７７９号公報に記載されたものと同様のものであるが、偏向装置５としては、これに限らず、他のＭＥＭＳミラーなどを用いてもよい。
The
走査ミラー７は、ミラー駆動部８の第１圧電アクチュエータ１１ａ、１１ｂに印加される所定周波数、例えば３０ｋＨｚの水平駆動信号により回転的な単振動を呈して往復回転する。この周波数としては、極力大きな最大走査角で走査できるように共振周波数が選択される。
The
なお、本明細書中で、最大走査角とは、後述する図５中の角度２Ａで例示されるように、単振動の一周期において走査ミラー７からの走査光が振れる一方の端から他方の端までの角度を意味する。
In the present specification, the maximum scanning angle is defined as the
走査ミラー７は、ミラー駆動部の第２圧電アクチュエータ１４に印加される所定周波数、例えば６０Ｈｚの垂直駆動信号により往復回転する。これにより、スクリーン２は、走査光によって横方向に３０ｋＨｚ、縦方向に６０Ｈｚで走査される。
The
ただし、一定強度の駆動信号で駆動していると、走査ミラー７による走査光の最大走査角（最大振れ角）は、走査ミラー７の駆動時間の経過とともに減少する。例えば、初期値が±７．５°程度であった最大走査角が、３００時間の駆動後には、６．８°程度に減少する。したがって、スクリーン２上に所望のパターンを正確な寸法で投影するために、最大走査角が減少しないように、駆動信号の強度が適宜較正される。
However, when driven by a drive signal having a constant intensity, the maximum scanning angle (maximum runout angle) of the scanning light by the
この較正を、水平駆動信号について行うために、光走査装置３は、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２に入射する走査光を検出する走査光検出部１６と、走査光検出部１６による検出結果に基づいて、ミラー駆動部８に付与する水平駆動信号の強度を較正する較正部２１（図４参照）とを備える。第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２は、走査ミラー７からの走査光の最大走査角の範囲における両側に設定される。
In order to perform this calibration for the horizontal drive signal, the
図１では、スクリーン２への投影に使用される走査光の範囲の両側が１点鎖線で示されている。この範囲の外側に、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２が設定される。
In FIG. 1, both sides of the range of scanning light used for projection onto the
走査光検出部１６は、光センサ１７と、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２に入射する２点鎖線で示される走査光を光センサ１７に導く導光部１８とを備える。導光部１８は、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２にそれぞれ配置された反射面を構成するビームスプリッタ１９及び導光ミラー２０を備える。
The scanning
第１検出位置Ｐ１に配置されたビームスプリッタ１９は、第１検出位置Ｐ１に入射する走査光を接合面Ｂで反射して光センサ１７に導く。第２検出位置Ｐ２に配置された導光ミラー２０は、第２検出位置Ｐ２に入射する走査光を光センサ１７に向けて反射する。反射された走査光は、ビームスプリッタ１９内を直進して通過し、光センサ１７に入射する。
The
したがって、光センサ１７は、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２に入射したことに応じて、パルス状の検出信号を出力する。
Therefore, the
較正部２１は、水平駆動信号による走査ミラー７の単振動によって走査光が第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２に入射したことを走査光検出部１６が検出した時点、並びに該水平駆動信号の周波数及び強度に基づいて、ミラー駆動部８に付与する水平駆動信号の強度を較正する。
The
この較正は、例えば、プロジェクタ１の動作開始時や、動作中における１フレームの描画毎のタイミングが該当する。ただし、ミラー駆動部８の駆動開始時には、最大走査角が例えば２．８％程度瞬間的に大きくなるので、かかる時点を避けて較正を行うのが好ましい。
This calibration corresponds to, for example, the timing at the start of operation of the
図４は、較正部２１の構成を示す。図４に示すように、この較正部２１は、走査光検出部１６からの検出信号を増幅する信号増幅部２２と、信号増幅部２２により増幅された検出信号に基づいて最大走査角を求める最大走査角取得部２３と、求められた最大走査角に基づいて駆動信号の強度の較正値求める較正値取得部２４とを備える。最大走査角取得部２３や較正値取得部２４は、マイコン等で構成することができる。
FIG. 4 shows the configuration of the
信号増幅部２２は、光センサ１７からのパルス状の検出信号を増幅して増幅信号を得る際にゲインを調整するＡＧＣ（オートマチックゲインコントロール）回路２２ａを備える。このゲイン調整は、検出信号のピーク電圧を取得し、飽和状態となった増幅信号が得られるように行われる。
The
飽和後の増幅信号の立上り及び立下りに際しては、飽和前の検出信号の場合と比較して、電圧の変化に対する時間の変化が小さいため、信号の立上り及び立下りの時点（一定レベルを超えた時点）が、高い精度で特定される。 At the rising and falling edges of the amplified signal after saturation, the time change with respect to the voltage change is small compared to the case of the detection signal before saturation, so the rise and fall points of the signal (exceeded a certain level). Time point) is identified with high accuracy.
さらに、このゲイン調整は、増幅信号の立上り又は立下りに要する時間に応じ、該時間が所定値となるように行われるのが好ましい。これにより、増幅信号の波形における両側の傾き（立上り、立下りの急峻さの程度）が所定の値となるように増幅できるので、検出信号の立上り及び立下り時点の高精度な特定が確実に行われる。 Further, it is preferable that the gain adjustment is performed so that the time becomes a predetermined value according to the time required for the rising edge or the falling edge of the amplified signal. As a result, the slopes on both sides (the degree of steepness of rising and falling) in the waveform of the amplified signal can be amplified so as to have a predetermined value, so that highly accurate identification of the rising and falling points of the detected signal can be ensured. It will be done.
最大走査角取得部２３は、走査ミラー７からの走査光が第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２を通過したことを走査光検出部１６が検出した時点と、水平駆動信号の周波数とに基づいて最大走査角を求める機能を有する。この検出時点は、光センサ１７からの検出信号を信号増幅部２２において増幅して飽和状態として生成された増幅信号の強度変化に基づいて高精度で判定される。
The maximum scanning
すなわち、この増幅信号の立上り時点若しくは立下り時点、又はこれらの中間時点などを上記の検出時点として採用し、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２として、この検出時点に対応した位置を採用することにより、検出時点が正確に特定される。 That is, the rising or falling time of the amplified signal, or an intermediate time between them is adopted as the above-mentioned detection time, and the position corresponding to this detection time is adopted as the first detection position P1 and the second detection position P2. By doing so, the detection time point is accurately specified.
較正値取得部２４は、最大走査角取得部２３により求められた最大走査角と、該最大走査角を求めたときの水平駆動信号の強度とに基づいてミラー駆動部８に付与する駆動信号の強度の較正値を求める。この較正値は、水平方向（Ｘ軸方向）の最大走査角を予定された値に維持するために、第１圧電アクチュエータ１１ａ、１１ｂに付与すべき水平信号強度を示すものである。
The calibration
較正部２１は、ミラー駆動部８に駆動信号を供給する駆動信号供給部２５に対して、水平駆動信号の強度を該較正値に変更するように指示する。
The
図５は、最大走査角取得部２３における最大走査角の算出方法を説明するために用いられる。なお、図５では、導光部１８を介することなく、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２に光センサ１７ａ及び１７ｂがそれぞれ直接配置され、走査ミラー７からの走査光が直接光センサ１７ａ及び１７ｂに入射する場合について示している。
FIG. 5 is used to explain a method of calculating the maximum scanning angle in the maximum scanning
走査ミラー７に入射する走査光と反射する走査光とがなす角度を偏向角θと定義し、走査ミラー７が中立位置にあるときの走査光の偏向角θを０°とする。そして、この偏向角θで表した光センサ１７ａ及び１７ｂの各位置の方向を、それぞれ角θａ及びθｂとする。
The angle formed by the scanning light incident on the
そして、角θａ及びθｂは、図５に示すように、走査光の最大走査角２Ａの１／２（＝Ａ）よりやや小さい。すなわち、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２は、最大走査角２Ａの範囲における両側に設定されている。
The angles θa and θb are slightly smaller than 1/2 (= A) of the
駆動されている走査ミラー７からの走査光の１走査周期Ｔ毎に偏向角が０°となる時点を基準時点Ｓとすると、走査光は、ある基準時点Ｓｎから次の基準時点Ｓｎ＋１までの１走査周期Ｔにおいて、光センサ１７ｂ及び１７ａに対し、それぞれ２回ずつ入射する。
Assuming that the time point at which the deflection angle becomes 0 ° for each scanning cycle T of the scanning light from the driven
図６は、この様子を示す。図６の横軸は、時間軸である。図６中の上段には、走査光の入射に応じて光センサ１７ｂ及び１７ａが出力するパルス状の検出信号が示されている。下段には、走査位相が示されている。走査位相は、ある基準時点Ｓｎから次の基準時点Ｓｎ＋１までの１走査周期Ｔ毎に０°から３６０°までの変化を繰り返す。
FIG. 6 shows this situation. The horizontal axis of FIG. 6 is the time axis. In the upper part of FIG. 6, a pulse-shaped detection signal output by the
各１走査周期Ｔにおいて、走査光が、光センサ１７ｂ及び１７ａに２回ずつ入射するので、それぞれに対応する２つずつのパルスＰｂ１、Ｐｂ２及びＰａ１，Ｐａ２が発生する。これらのパルスの立上り時点及び水平駆動信号の周波数ωとに基づいて、次のようにして走査光の走査範囲±Ａ（１走査周期Ｔにおける最大の偏向角）を求めることができる。なお、Ａの２倍が最大走査角である。
Since the scanning light is incident on the
すなわち、走査ミラー７が、周波数ωの水平駆動信号によって単振動し、基準時点Ｓからの経過時間をｔとすると、走査光の偏向角θは、θ＝Ａｓｉｎωｔで表わされる。
That is, assuming that the
ここで、ある基準時点Ｓｎの経過後、最初にパルスＰｂ１が立ち上がる時点ｔ１から次にパルスＰｂ２が立ち上あがる時点ｔ２までの時間をΔｔｂ０、時点ｔ２の経過後、次の基準時点Ｓｎ＋１を過ぎて最初にパルスＰｂ１が立ち上がる時点ｔ３までの時間をΔｔｂ１とする。同様に、基準時点Ｓｎの経過後、最初にパルスＰａ１が立ち上がる時点（一度入射した時点）ｔ４から次にパルスＰａ２が立ち上がる時点（再度入射した時点）ｔ５までの時間をΔｔａ０、時点ｔ５からさらにパルスＰａ１が立ち上がる時点ｔ６までの時間をΔｔａ１とする。 Here, after the passage of a certain reference time point Sn, the time from the time point t1 at which the pulse Pb1 first rises to the time point t2 at which the pulse Pb2 rises next is Δtb0, and after the passage of the time point t2, the time has passed the next reference time point Sn + 1. Let Δtb1 be the time until the time point t3 at which the pulse Pb1 first rises. Similarly, after the passage of the reference time point Sn, the time from the time when the pulse Pa1 first rises (at the time of once incident) t4 to the time when the pulse Pa2 rises next (at the time of re-incident) t5 is Δta0, and the pulse is further increased from the time point t5. Let Δta1 be the time until t6 when Pa1 starts up.
Δｔｂ０＋Δｔｂ１＝Δｔａ０＋Δｔａ１は１走査周期Ｔに等しいので、
ω＝２π／Ｔ＝２π／（Δｔｂ０＋Δｔｂ１）＝２π／（Δｔａ０＋Δｔａ１）
が成立する。
Since Δtb0 + Δtb1 = Δta0 + Δta1 is equal to one scan period T,
ω = 2π / T = 2π / (Δtb0 + Δtb1) = 2π / (Δta0 + Δta1)
Is established.
さらに、Δｔｂ１は、時点ｔ２から、光センサ１７ａの方に向かい、次の基準時点Ｓｎ＋１を過ぎて再びパルスＰｂ１が立上る時点ｔ３までの時間である。したがって、基準時点Ｓｎから光センサ１７ｂの中心、すなわち第２検出位置Ｐ２まで走査する時間、すなわち上述の光センサ１７ｂの位置を示す角θｂを走査光が走査する時間Δｔｂは、
Δｔｂ＝（１／２）＊（Δｔｂ１－Ｔ／２）
＝（１／２）＊（Δｔｂ１－π／ω）
＝（１／４）＊（Δｔｂ１－Δｔｂ０）
となる。なお、Δｔｂ０は、パルスＰｂ１が立ち上がる時点ｔ１から次にパルスＰｂ２が立ち上あがる時点ｔ２までの時間であるが、パルスＰｂ１の立上りからパルスＰｂ１の中心位置までの時間は、パルスＰｂ２の立上りからパルスＰｂ２の中心までの時間に実質的に等しい。したがって、Δｔｂ０は、走査光が第２検出位置Ｐ２に入射してから次に第２検出位置Ｐ２に入射するまでの時間に実質的に等しい。Δｔｂ１についても同様である。
Further, Δtb1 is the time from the time point t2 toward the time point t3 toward the
Δtb = (1/2) * (Δtb1-T / 2)
= (1/2) * (Δtb1-π / ω)
= (1/4) * (Δtb1-Δtb0)
Will be. Note that Δtb0 is the time from the time point t1 at which the pulse Pb1 rises to the time t2 at the time when the pulse Pb2 rises next, but the time from the rise of the pulse Pb1 to the center position of the pulse Pb1 is from the rise of the pulse Pb2 to the pulse. It is substantially equal to the time to the center of Pb2. Therefore, Δtb0 is substantially equal to the time from when the scanning light is incident on the second detection position P2 until when the scanning light is then incident on the second detection position P2. The same applies to Δtb1.
よって、
θｂ／Ａ＝ｓｉｎ｛ω＊（１／４）＊（Δｔｂ１－Δｔｂ０）｝
となり、同様に、
θａ／Ａ＝ｓｉｎ｛ω＊（１／４）＊（Δｔａ１－Δｔａ０）｝
となる。θｂ＋θａは、光センサ１７ａ及び１７ｂの配置による設定値であるから、走査範囲±Ａは、
A=(θb+θa)/[sin{ω*(1/4)*(Δtb1-Δtb0)}+sin{ω*(1/4)*(Δta1-Δta0)}]
となる。
Therefore,
θb / A = sin {ω * (1/4) * (Δtb1-Δtb0)}
And likewise
θa / A = sin {ω * (1/4) * (Δta1-Δta0)}
Will be. Since θb + θa is a set value due to the arrangement of the
A = (θb + θa) / [sin {ω * (1/4) * (Δtb1-Δtb0)} + sin {ω * (1/4) * (Δta1-Δta0)}]
Will be.
最大走査角取得部２３は、この式を利用して、上記の時間Δｔａ０、Δｔａ１、Δｔｂ０、Δｔｂ１、角度（θａ＋θｂ）及び周波数ωに基づいて、最大走査角（２Ａ）を容易に算出して求めることができる。
The maximum scanning
本実施形態の構成において、光源４からの走査光は、偏向装置５の走査ミラー７によって反射され、さらに走査光反射ミラー６によって反射され、スクリーン２に入射する。この間、走査ミラー７は、駆動信号供給部２５から、第１圧電アクチュエータ１１ａ及び１１ｂに印加される、例えば３０ｋＨｚ程度の周波数（水平走査周波数）の水平駆動信号に基づいて、第１回転軸線１２の周りで単振動する。
In the configuration of the present embodiment, the scanning light from the
すなわち、光走査装置３は、この水平走査周波数で走査光により走査する。この水平走査周波数は、極力大きい最大走査角が得られるように、振動系の共振周波数が選択される。水平駆動信号の強度は、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２を含む水平方向の走査範囲±Ａが得られるように設定される。
That is, the
また、これと並行して、走査ミラー７は、駆動信号供給部２５から第２圧電アクチュエータ１４に印加される、例えば６０Ｈｚ程度の垂直走査周波数の垂直駆動信号に基づいて走査光の偏向角が信号強度に比例するように（リニアモード）駆動される。第２回転軸線１５の周りで単振動するように駆動してもよい。
In parallel with this, in the
この間、光源４から出力される走査光は、上記の水平周波数及び垂直周波数に同期したタイミングでオン・オフ（変調）される。これにより、スクリーン２には、この変調に応じた描画が行われる。
During this time, the scanning light output from the
ただし、上述のように、走査ミラー７による走査光の最大走査角は、走査ミラー７の駆動時間の経過とともに減少する。このため、プロジェクタ１の動作開始時や、１フレームの描画毎などの各較正時に、スクリーン２上に正確な寸法のパターンが投影されるように、水平駆動信号の強度が較正される。
However, as described above, the maximum scanning angle of the scanning light by the
すなわち、各較正時に、較正部２１の最大走査角取得部２３は、走査光検出部１６が光センサ１７ａ及び１７ｂに走査光が入射したことを走査光検出部１６が検出した時点ｔ１～ｔ６に基づき、上述のようにして、最大走査角２Ａを取得する。較正部２１の較正値取得部２４は、得られた最大走査角２Ａに基づいて、水平駆動信号の強度の較正値を取得する。
That is, at the time of each calibration, the maximum scanning
この較正値の取得は、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、水平駆動信号の強度及び最大走査角２Ａの種々の値に対応する水平駆動信号の強度の較正値を、予め、強度－最大走査角対応テーブルとして取得しておく。そして、較正時には、このテーブルを参照して、得られた最大走査角２Ａに対応する水平駆動信号の較正値を取得する。
The acquisition of this calibration value can be performed, for example, as follows. That is, the calibration values of the strength of the horizontal drive signal and the strength of the horizontal drive signal corresponding to various values of the
較正部２１は、得られた較正値を駆動信号供給部２５に通知する。駆動信号供給部２５は、ミラー駆動部８に供給する水平駆動信号の強度の設定値を、通知された較正値に変更する。これにより、水平駆動信号の強度の較正が完了する。
The
垂直走査は共振周波数で行われず、上記のように、垂直駆動信号の強度に対し、走査光の偏向角が直線的に変化するようにして行われる。しかし、垂直駆動信号の強度についても、較正用の駆動信号として正弦波を用い、走査ミラー７を単振動させることにより、水平駆動信号の場合と同様にして較正を行うことができる。
The vertical scanning is not performed at the resonance frequency, but is performed so that the deflection angle of the scanning light changes linearly with respect to the intensity of the vertical drive signal as described above. However, the strength of the vertical drive signal can also be calibrated in the same manner as in the case of the horizontal drive signal by using a sine wave as the drive signal for calibration and simply vibrating the
以上のように、本実施形態によれば、ハード的な構成としては、従来のようにサーボ用光源や背面ミラーを要することは無く、第１、第２検出位置を通過する走査光を検出する走査光検出部を設けるだけで駆動信号の強度を較正することができる。したがって、光走査装置の性能低下や複雑化を回避しつつ、光走査装置の較正システムを簡便に構成することができる。 As described above, according to the present embodiment, as a hardware configuration, the servo light source and the rear mirror are not required as in the conventional case, and the scanning light passing through the first and second detection positions is detected. The strength of the drive signal can be calibrated only by providing the scanning light detection unit. Therefore, it is possible to easily configure the calibration system of the optical scanning device while avoiding the deterioration and complication of the performance of the optical scanning device.
そして、光センサ１７からの検出信号を増幅して飽和状態とした増幅信号に基づいて検出信号の立上り又は立下り時点を取得するようにしているので、この立上り又は立下り時点を、飽和状態でない信号の場合よりも正確に決定することができる。これにより、駆動信号の較正の精度を向上させることができる。
Then, since the rising or falling time of the detection signal is acquired based on the amplified signal obtained by amplifying the detection signal from the
さらに、検出信号を増幅する際のゲインを立上り又は立下り時間に応じて調整するようにしたので、増幅信号の立上り又は立下り時間をより適切なものとすることができる。これにより、走査光が第１、第２検出位置に入射した時点の正確な特定を確実に実現し、駆動信号の較正の精度を確実に向上させることができる。 Further, since the gain when amplifying the detection signal is adjusted according to the rise or fall time, the rise or fall time of the amplified signal can be made more appropriate. As a result, accurate identification at the time when the scanning light is incident on the first and second detection positions can be surely realized, and the accuracy of calibration of the drive signal can be surely improved.
図７は、本発明の別の実施形態に係る光走査装置を備えるプロジェクタの要部を示す。このプロジェクタ１ｂの導光部１８ｂは、走査光反射ミラー６ｂ上に設定された第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２にそれぞれ設けられたスリット２６と、各スリット２６に入射する走査ミラー７からの走査光を光センサ１７に導く光学素子とで構成される。光センサ１７は、走査光反射ミラー６からその裏側方向にある程度離れた位置に設けられる。
FIG. 7 shows a main part of a projector provided with an optical scanning device according to another embodiment of the present invention. The
走査光を光センサ１７に導く光学素子としては、ここでは走査光反射ミラー６における各スリット２６の裏面側に設けられた拡散板２７が用いられる。なお、この光学素子としては、反射素子や透過素子を用いて構成してもよい。
As the optical element that guides the scanning light to the
各スリット２６及び拡散板２７を、垂直走査の範囲に対応させて縦長に設けることにより、１フレームの走査期間におけるいずれの時点においても、水平走査における最大走査角を求めることができる。他の構成及び作用については、図１～図６の実施形態の場合と同様である。
By providing each slit 26 and the
本実施形態によれば、走査光反射ミラー６の後ろ側のスペースを活用して、第１検出位置Ｐ１及び第２検出位置Ｐ２に入射する走査光を検出することができる。
According to the present embodiment, the scanning light incident on the first detection position P1 and the second detection position P2 can be detected by utilizing the space behind the scanning
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の光走査装置は、プロジェクタに限らず、ヘッドマウントディスプレイや、ヘッドランプ、スキャン型測距装置などにも適用することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto. For example, the optical scanning device of the present invention can be applied not only to a projector but also to a head-mounted display, a headlamp, a scanning distance measuring device, and the like.
また、補正ミラーは設けなくてもよく、あるいは補正ミラーの代わりに補正レンズなどを用いてもよい。補正ミラーを設けない場合には、走査ミラーとスクリーンとの間に設定される第１、第２検出位置において、走査ミラーからスクリーンに直接照射される走査光を妨げることなく反射面やスリットを保持する枠状の保持部材を採用することができる。 Further, the correction mirror may not be provided, or a correction lens or the like may be used instead of the correction mirror. When the correction mirror is not provided, the reflective surface and the slit are held at the first and second detection positions set between the scanning mirror and the screen without interfering with the scanning light directly emitted from the scanning mirror to the screen. A frame-shaped holding member can be adopted.
また、最大走査角は、算出によらずに、予め該算出などにより得られた走査光検出部による走査光の検出時点及び該検出時点での駆動信号の周波数と、最大走査角との対応テーブルに基づいて取得するようにしてもよい。 Further, the maximum scanning angle is not calculated, but is a correspondence table between the frequency of the driving signal at the time of detection of the scanning light by the scanning light detection unit obtained in advance by the calculation or the like and the frequency of the driving signal at the detection time, and the maximum scanning angle. It may be acquired based on.
１、１ｂ…プロジェクタ、２…スクリーン、３、３ｂ…光走査装置、４…光源、５…偏向装置、６、６ｂ…走査光反射ミラー、７…走査ミラー、８…ミラー駆動部、９…搖動反射面、１０…第１支持部、１１ａ、１１ｂ…第１圧電アクチュエータ、１２…第１回転軸線、１３…第２支持部、１４…第２圧電アクチュエータ、１５…第２回転軸線、１６、１６ｂ…走査光検出部、１７、１７ａ、１７ｂ…光センサ、１８、１８ｂ…導光部、１９…ビームスプリッタ、２０…導光ミラー、２１…較正部、２２…信号増幅部、２２ａ…ＡＧＣ、２３…最大走査角取得部、２４…較正値取得部、２５…駆動信号供給部、２６…スリット、２７…拡散板、Ｐ１…第１検出位置、Ｐ２…第２検出位置。 1, 1b ... Projector, 2 ... Screen, 3, 3b ... Optical scanning device, 4 ... Light source, 5 ... Deflection device, 6, 6b ... Scanning light reflection mirror, 7 ... Scanning mirror, 8 ... Mirror drive unit, 9 ... Reflective surface, 10 ... 1st support, 11a, 11b ... 1st piezoelectric actuator, 12 ... 1st rotation axis, 13 ... 2nd support, 14 ... 2nd piezoelectric actuator, 15 ... 2nd rotation axis, 16, 16b ... Scanning light detection unit, 17, 17a, 17b ... Optical sensor, 18, 18b ... Light guide unit, 19 ... Beam splitter, 20 ... Light guide mirror, 21 ... Calibration unit, 22 ... Signal amplification unit, 22a ... AGC, 23 ... Maximum scanning angle acquisition unit, 24 ... Calibration value acquisition unit, 25 ... Drive signal supply unit, 26 ... Slit, 27 ... Diffusing plate, P1 ... First detection position, P2 ... Second detection position.
Claims (3)
前記光源からの光を反射して走査する走査ミラーと、
付与される駆動信号に基づいて該走査ミラーを回転的な単振動をするように駆動可能なミラー駆動部と、
前記走査ミラーからの走査光の最大走査角の範囲内における両側に設定された第１検出位置及び第２検出位置に入射する走査光を検出する走査光検出部と、
前記駆動信号による前記走査ミラーの単振動によって該走査ミラーからの前記走査光が前記第１検出位置及び前記第２検出位置に入射したことを前記走査光検出部が検出した時点、並びに該駆動信号の周波数及び強度に基づいて、前記ミラー駆動部に付与する前記駆動信号の強度を較正する較正部とを備え、
前記走査光検出部は、前記第１検出位置及び第２検出位置に入射する前記走査光を検出する光センサを備え、
前記較正部は、前記光センサからの検出信号を増幅して飽和状態とした増幅信号を生成し、前記走査光が前記第１検出位置又は前記第２検出位置に入射したことを前記走査光検出部が検出した時点を、該増幅信号の強度変化に基づいて判定するものであり、
さらに、前記較正部は、前記増幅信号の立上り又は立下り時間に応じて、前記検出信号を増幅する際のゲインを調整することを特徴とする光走査装置。 Light source and
A scanning mirror that reflects and scans the light from the light source,
A mirror drive unit that can drive the scanning mirror so as to make a rotational simple vibration based on the applied drive signal.
A scanning light detection unit that detects scanning light incident on the first detection position and the second detection position set on both sides within the range of the maximum scanning angle of the scanning light from the scanning mirror.
The time when the scanning light detection unit detects that the scanning light from the scanning mirror is incident on the first detection position and the second detection position due to the simple vibration of the scanning mirror due to the drive signal, and the drive signal. A calibration unit for calibrating the intensity of the drive signal applied to the mirror drive unit based on the frequency and intensity of the mirror drive unit is provided.
The scanning light detection unit includes an optical sensor that detects the scanning light incident on the first detection position and the second detection position.
The calibration unit amplifies the detection signal from the optical sensor to generate an amplified signal in a saturated state, and detects that the scanning light is incident on the first detection position or the second detection position. The time point when the unit is detected is determined based on the change in the intensity of the amplified signal .
Further, the calibration unit is an optical scanning device characterized in that the gain at the time of amplifying the detection signal is adjusted according to the rise or fall time of the amplification signal .
前記最大走査角取得部により取得された最大走査角と前記検出時点での前記駆動信号の強度とに基づいて前記ミラー駆動部に付与する前記駆動信号の強度の較正値を求める較正値取得部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。 The calibration unit includes a maximum scanning angle acquisition unit that acquires the maximum scanning angle based on the time point detected by the scanning light detection unit and the frequency of the drive signal at the time of detection.
A calibration value acquisition unit that obtains a calibration value of the intensity of the drive signal applied to the mirror drive unit based on the maximum scanning angle acquired by the maximum scanning angle acquisition unit and the intensity of the drive signal at the time of detection. The optical scanning apparatus according to claim 1 , wherein the optical scanning apparatus is provided.
前記走査光が前記第１検出位置に一度入射した時点ｔ４から再度入射した時点ｔ５までの時間Δｔａ０、及び該再度入射した時点ｔ５からさらに再度入射した時点ｔ６までの時間Δｔａ１と、
前記走査光が前記第２検出位置に一度入射した時点ｔ１から再度入射した時点ｔ２までの時間Δｔｂ０、及び該再度入射した時点ｔ２からさらに再度入射した時点ｔ３までの時間Δｔｂ１と、
前記第１検出位置に入射した時点の前記走査光と前記第２検出位置に入射した時点の前記走査光とがなす角度（θａ＋θｂ）と、
前記駆動信号の周波数ωとに基づいて前記最大走査角（２Ａ）を取得するものであることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。 The maximum scanning angle acquisition unit is
The time Δta0 from the time point t4 where the scanning light was once incident to the first detection position to the time point t5 when it was re-incident, and the time Δta1 from the time point t5 where the scanning light was re-incident to the time point t6 when it was further incident.
The time Δtb0 from the time point t1 when the scanning light was once incident to the second detection position to the time point t2 when it was re-incident, and the time Δtb1 from the time point t2 where the scanning light was re-incident to the time point t3 when it was further incident.
The angle (θa + θb) between the scanning light at the time of incident on the first detection position and the scanning light at the time of incident on the second detection position.
The optical scanning apparatus according to claim 2 , wherein the maximum scanning angle (2A) is acquired based on the frequency ω of the driving signal.
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