JP2011215325A - Optical scanning device and image display device - Google Patents
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Abstract
【課題】ローパスフィルタにより共振成分を抑制した駆動信号を生成した場合において、ミラー部を一定角速度で駆動できる期間を長くした光走査装置及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】ミラー部10の反射面と垂直な方向へ揺動する共振モードを有する光走査素子4と、ローパスフィルタにより共振モードの共振周波数成分を抑制した駆動電圧信号Sc2に基づき、ミラー部10を揺動軸回りに揺動させる制御部2と有する。制御部2は、ミラー部10の角度に応じた検出信号Sdを検出部18から取得し、この検出信号Sdと駆動電圧信号Sc2との差演算を行い、その差分結果である差分信号に基づき、共振モードの共振周波数と振幅を判定する。そして、制御部2は、共振モードの共振周波数と振幅とに基づいて、ローパスフィルタの方式、カットオフ周波数及び次数のうち少なくとも一つのパラメータを設定する。
【選択図】図10An optical scanning device and an image display device in which a period during which a mirror unit can be driven at a constant angular velocity is lengthened when a drive signal in which a resonance component is suppressed by a low-pass filter are generated.
An optical scanning element having a resonance mode that oscillates in a direction perpendicular to a reflecting surface of a mirror unit and a drive voltage signal Sc2 in which a resonance frequency component of the resonance mode is suppressed by a low-pass filter. And a control unit 2 for swinging the shaft around the swing shaft. The control unit 2 acquires a detection signal Sd corresponding to the angle of the mirror unit 10 from the detection unit 18, performs a difference calculation between the detection signal Sd and the drive voltage signal Sc2, and based on the difference signal that is the difference result, The resonance frequency and amplitude of the resonance mode are determined. Then, the control unit 2 sets at least one parameter among the low-pass filter method, the cutoff frequency, and the order based on the resonance frequency and amplitude of the resonance mode.
[Selection] Figure 10
Description
本発明は、入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子を備えた光走査装置及び画像表示装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and an image display device including an optical scanning element that scans an incident light beam in a predetermined direction by a mirror portion having a reflecting surface.
従来より、入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子と、駆動信号により光走査素子のミラー部を揺動軸周りに揺動させる制御部と、を備えた光走査装置や画像表示装置が知られている。 Conventionally, an optical scanning element that scans an incident light beam in a predetermined direction by a mirror part having a reflecting surface, and a control part that swings the mirror part of the optical scanning element around a swing axis by a drive signal are provided. Optical scanning devices and image display devices are known.
光走査装置や画像表示装置に用いられる光走査素子として、梁部で支持されたミラー部を有し、梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させてミラー部により光束を走査する光走査素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As an optical scanning element used in an optical scanning device or an image display device, it has a mirror part supported by a beam part, and the mirror part is oscillated around an oscillation axis by a torsional displacement of the beam part, and a light beam is emitted by the mirror part. An optical scanning element for scanning is known (see, for example, Patent Document 1).
しかし、このような光走査素子においては、ミラー部は弾性のある梁部を介して支持部に揺動可能に支持されているため、ミラー部及び梁部で決まる固有の共振モードと、当該共振モードに対応する共振周波数が存在する。 However, in such an optical scanning element, since the mirror part is supported by the support part via an elastic beam part so as to be able to swing, the inherent resonance mode determined by the mirror part and the beam part and the resonance There is a resonant frequency corresponding to the mode.
従って、光走査素子のミラー部を駆動する信号波形の周波数成分に光走査素子固有の共振周波数が含まれていると、光走査素子において共振振動が励起される。その結果、ミラー部の揺動に共振振動の成分が重畳して、ミラー部の揺動角速度が所望のものから変動してしまい、光走査を適切に行なうことができない事態が生じる(図16参照)。 Accordingly, if the frequency component of the signal waveform that drives the mirror portion of the optical scanning element includes a resonance frequency unique to the optical scanning element, resonance vibration is excited in the optical scanning element. As a result, a resonance vibration component is superimposed on the swing of the mirror section, and the swing angular velocity of the mirror section changes from a desired one, and a situation in which optical scanning cannot be performed properly occurs (see FIG. 16). ).
そこで、従来の光走査装置や画像表示装置では、光走査素子のミラー部を駆動する駆動信号を、ローパスフィルタによるフィルタリング処理を行なって生成することにより、共振振動を抑制している(特許文献2参照)。 Therefore, in a conventional optical scanning device or image display device, a resonance signal is suppressed by generating a drive signal for driving the mirror portion of the optical scanning element by performing a filtering process using a low-pass filter (Patent Document 2). reference).
しかしながら、従来の光走査装置や画像表示装置では、光走査素子の個体差や温度変化などのばらつきを考慮して、ある程度の余裕を見て確実に共振周波数の成分を所定の振幅まで抑制するためのローパスフィルタの次数やカットオフ周波数を設定した。そのため、例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数を全ての個体に共通して低く設定していたために、ミラー部を一定角速度で駆動できる期間(図17参照)に制限があった。図17(a)はローパスフィルタによるフィルタリング前の駆動信号の波形を示し、図17(b)はローパスフィルタによるフィルタリング後の駆動信号の波形を示している。 However, in the conventional optical scanning device and image display device, in order to reliably suppress the resonance frequency component to a predetermined amplitude with a certain margin in consideration of individual differences of optical scanning elements and variations such as temperature changes. The order and cutoff frequency of the low-pass filter were set. For this reason, for example, since the cut-off frequency of the low-pass filter is set to be low for all individuals, the period during which the mirror unit can be driven at a constant angular velocity (see FIG. 17) is limited. FIG. 17A shows the waveform of the drive signal before filtering by the low-pass filter, and FIG. 17B shows the waveform of the drive signal after filtering by the low-pass filter.
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、ローパスフィルタにより共振成分を抑制した駆動信号を生成した場合において、ミラー部を一定角速度で駆動できる期間を長くした光走査装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and in the case where a drive signal in which a resonance component is suppressed by a low-pass filter is generated, an optical scanning device in which a period during which the mirror unit can be driven at a constant angular velocity is increased, and An object is to provide an image display device.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、両側から梁部で支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させて前記ミラー部により光束を走査すると共に、少なくとも前記ミラー部の反射面と垂直な方向へ揺動する共振モードを有する光走査素子と、ローパスフィルタにより前記共振モードの共振周波数成分を抑制した駆動信号に基づき、前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動させる制御部と、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度に応じた検出信号を出力する検出部と、を備え、前記制御部は、前記駆動信号と前記検出信号との差演算を行い、前記駆動信号と前記検出信号との差分である差分信号を生成する生成部と、前記差分信号から前記共振モードの共振周波数と振幅を判定する判定部と、前記判定部により判定した前記共振モードの共振周波数と振幅とに基づいて、前記ローパスフィルタの方式、カットオフ周波数及び次数のうち少なくとも一つのパラメータを設定するパラメータ設定部とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光走査装置として、前記パラメータ設定部は、前記判定部により判定された前記共振モードの振幅が所定幅よりも大きいときには、前記ローパスフィルタの前記パラメータを変更して、前記共振モードの振幅を前記所定幅以下とすることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the first aspect, when the amplitude of the resonance mode determined by the determination unit is greater than a predetermined width, the parameter setting unit The amplitude of the resonance mode is made equal to or less than the predetermined width by changing the parameter.
また、請求項3に係る発明は、請求項2に記載の光走査装置として、前記パラメータ設定部は、前記パラメータとして、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を、前記判定部により判定した前記共振モードの共振周波数と同一の周波数に設定し、その後、前記共振モードの振幅に基づいて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を低減させていくことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the second aspect of the invention, the parameter setting unit uses the resonance mode in which the cutoff frequency of the low-pass filter is determined by the determination unit as the parameter. The frequency is set to the same frequency as the resonance frequency, and then the cut-off frequency of the low-pass filter is reduced based on the amplitude of the resonance mode.
また、請求項4に係る発明は、請求項3に記載の光走査装置として、前記パラメータ設定部は、前記判定部により判定した前記共振モードの振幅の変動割合に応じて、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を低減することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical scanning device according to the third aspect, the parameter setting unit cuts the low-pass filter according to a fluctuation ratio of the resonance mode amplitude determined by the determination unit. The OFF frequency is reduced.
また、請求項5に係る発明は、請求項3又は4に記載の光走査装置として、前記パラメータ設定部は、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が下限となったとき、前記ローパスフィルタの次数を変更することを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the optical scanning device according to
また、請求項6に係る発明は、請求項3又は4に記載の光走査装置として、前記パラメータ設定部は、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が下限となったとき、前記ローパスフィルタの方式を変更することを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the optical scanning device according to
また、請求項7に係る発明は、請求項2〜6のいずれか1項に記載の光走査装置において、前記ローパスフィルタの方式には、ベッセル型を含み、前記パラメータ設定部は、前記ローパスフィルタの方式の初期値として、ベッセル型を設定することを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the optical scanning device according to any one of
また、請求項8に係る発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光走査装置において、前記パラメータ設定部は、前記ローパスフィルタに最後に設定した前記パラメータを記憶し、次に前記光走査素子を駆動するときに設定する前記パラメータを前記記憶したパラメータとすることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the optical scanning device according to any one of
また、請求項9に係る発明は、画像信号に応じた強度の光束を出射する光源と、前記光源から出射された光束を第1方向に相対的に高速に走査する第1光走査素子と、両側から梁部で支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させて前記第1光走査素子により走査された光束を前記ミラー部により第1方向と略直交する第2方向に相対的に低速に走査すると共に、少なくとも前記ミラー部の反射面と垂直な方向へ揺動する共振モードを有する第2光走査素子と、第1駆動信号に基づき、前記第1光走査素子を動作させると共に、ローパスフィルタにより前記共振モードの共振周波数成分を抑制した第2駆動信号に基づき、前記第2光走査素子のミラー部を前記揺動軸回りに揺動させる制御部と、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度に応じた検出信号を出力する検出部と、を備え、前記制御部は、前記第2駆動信号と前記検出信号との差演算を行い、前記第2駆動信号と前記検出信号との差分である差分信号を生成する生成部と、前記差分信号から前記共振モードの共振周波数と振幅を判定する判定部と、前記判定部により判定した前記共振モードの共振周波数と振幅とに基づいて、前記ローパスフィルタの方式、カットオフ周波数及び次数のうち少なくとも一つのパラメータを設定するパラメータ設定部とを備えることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a light source that emits a light beam having an intensity corresponding to an image signal, a first optical scanning element that scans the light beam emitted from the light source in a first direction at a relatively high speed, A mirror portion supported by the beam portion from both sides, and the mirror portion is swung around a swing axis by the torsional displacement of the beam portion, and the light beam scanned by the first optical scanning element is A second optical scanning element having a resonance mode that scans at a relatively low speed in a second direction substantially orthogonal to the first direction and swings at least in a direction perpendicular to the reflecting surface of the mirror portion; Based on the second drive signal, the first optical scanning element is operated and the resonance frequency component of the resonance mode is suppressed by a low-pass filter, and the mirror portion of the second optical scanning element is swung around the swing axis. A control unit to be moved, and A detection unit that outputs a detection signal according to an angle of the rotation portion around the swing axis, and the control unit calculates a difference between the second drive signal and the detection signal, and performs the second drive A generation unit that generates a difference signal that is a difference between a signal and the detection signal, a determination unit that determines a resonance frequency and an amplitude of the resonance mode from the difference signal, and a resonance frequency of the resonance mode that is determined by the determination unit And a parameter setting unit that sets at least one parameter among the low-pass filter method, the cut-off frequency, and the order based on the amplitude and the amplitude.
また、請求項10に係る発明は、請求項9に記載の画像表示装置において、前記第1光走査素子及び第2光走査素子で走査された光束を利用者の眼に入射させて、前記利用者の網膜上に前記画像信号に応じた画像を投影することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the image display device according to the ninth aspect, the light beam scanned by the first optical scanning element and the second optical scanning element is incident on a user's eye and the utilization is performed. An image corresponding to the image signal is projected onto a person's retina.
本発明によれば、共振モードの共振周波数と振幅に基づいて、ローパスフィルタのパラメータを設定するので、光走査素子に個体差や温度変化などがあった場合でも、共振モードを十分減衰させる特性を保ったまま、出来るだけ広い帯域を確保するように低域濾波特性を決定できる。このため、ミラー部を一定角速度で駆動できる期間を長くすることができる。 According to the present invention, the parameters of the low-pass filter are set based on the resonance frequency and amplitude of the resonance mode. Therefore, even when there is an individual difference or a temperature change in the optical scanning element, the resonance mode is sufficiently attenuated. The low-pass filtering characteristic can be determined so as to secure a wide band as much as possible while keeping it. For this reason, the period which can drive a mirror part with a fixed angular velocity can be lengthened.
[1.光走査装置]
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、まず、光走査装置について説明し、その後、画像表示装置について説明する。
[1. Optical scanning device]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the optical scanning device will be described first, and then the image display device will be described.
[1.1.光走査装置の概要]
まず、本実施形態に係る光走査装置について説明する。図1は光走査装置の構成を示す図、図2は駆動信号の波形を示す図、図3はミラー部の角度変化を示す図である。
[1.1. Overview of optical scanning device]
First, the optical scanning device according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical scanning device, FIG. 2 is a diagram showing a waveform of a drive signal, and FIG. 3 is a diagram showing a change in angle of a mirror part.
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から出力される駆動信号Saに応じた強度の光束を出射する光源部3と、この光源部3から出射された光束を所定方向に走査する光走査素子4とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
制御部2は、光走査素子4のミラー部10を非共振で強制的に駆動する駆動電流であって、その電流波形が鋸波状波形となる駆動信号Sbを生成するものであり、生成した駆動信号Sbを光走査素子4に印加する。鋸波状の駆動信号Sbは、図2に示すように、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。光走査素子4のミラー部10は、駆動信号Sbの信号レベルに応じた角度で揺動軸Ly回りに回動するように構成されており、光走査素子4のミラー部10は、図3に示すように、駆動信号Sbの信号波形に基づいて後述する揺動軸Ly回りに鋸波状に揺動する。
The
[1.2.光走査素子4の具体的構成]
次に、光走査素子4の具体的構成について説明する。図4は光走査素子4の具体的構成を示す図である。
[1.2. Specific Configuration of Optical Scanning Element 4]
Next, a specific configuration of the
図4(a)に示すように、光走査素子4は、反射面10aが形成されたミラー部10と、一対の梁部11a,11bと、一対の支持部12a,12bと、固定部13a,13bと、基台14とを有しており、ミラー部10を揺動軸Ly回りに揺動させて、光束を走査する。
As shown in FIG. 4A, the
一対の梁部11a,11bは、揺動軸Lyに沿って延伸してミラー部10の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、その捻れ変位(捻れ変形)によりミラー部10を揺動軸Ly回りに揺動可能としている。また、一対の支持部12a,12bは、一対の梁部11a,11bのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が基台14に固着された固定部13a,13bに固定されている。このように、ミラー部10は一対の梁部11a,11bと一対の支持部12a,12bとによりに揺動可能に支持されている。
The pair of
ミラー部10の揺動軸Lyに平行な2辺に近接して永久磁石15a,15bが配置されている。永久磁石15a,15bが形成する磁界の向きは、静止状態のミラー部10の反射面10aに平行で、揺動軸Lyに直交する方向である。また、図4(b)に示すように、ミラー部10の反射面10aと反対側の裏面にはコイル16が形成されている。コイル16の電極は2つの梁部11a,11bを介して制御部2に接続される。この構成により、コイル16に駆動電流を流すとコイル16にローレンツ力が働く。図面視で揺動軸Lyから下半分のコイル16には例えば紙面の表面側にローレンツ力が働き、図面視で揺動軸Lyから上半分のコイル16には紙面の裏面側にローレンツ力が働く。これにより、ミラー部10には揺動軸Lyを中心として回転トルクが生ずる。従って、制御部2から出力する駆動信号Sbの電流の大きさを制御することにより、ミラー部10の揺動軸Ly回りの角度を制御することができる。
この光走査素子4には、さらに、ミラー部10の揺動軸Ly回りの角度を検出する検出部18として、ピエゾ抵抗素子R1〜R4が設けられる。一対のピエゾ抵抗素子R1,R3は、支持部12a上に揺動軸Lyに対して対称配置される。ピエゾ抵抗素子R1は固定部13a側の支持部12a上に配置されており、ピエゾ抵抗素子R3は固定部13b側の支持部12a上に配置されている。同様に、一対のピエゾ抵抗素子R2,R4は、支持部12b上に揺動軸Lyに対して対称配置される。ピエゾ抵抗素子R2は固定部13a側の支持部12b上に配置されており、ピエゾ抵抗素子R4は固定部13b側の支持部12b上に配置されている。
The
そして、一方の一対のピエゾ抵抗素子R1,R3は、梁部11aに発生する捻れ変位に応じて揺動軸Ly近傍に発生する応力場によって各々その抵抗値が変化し、他方の一対のピエゾ抵抗素子R2,R4は、梁部11bに発生する捻れ変位に応じて揺動軸Ly近傍に発生する応力場によって各々その抵抗値が変化する。
The resistance value of one pair of piezoresistive elements R1 and R3 changes depending on the stress field generated in the vicinity of the swing axis Ly according to the torsional displacement generated in the
図4(c)に示すように、一対のピエゾ抵抗素子R1,R3は、電源電位Vcと接地電位GND間に直列に配置される。また、同様に、一対のピエゾ抵抗素子R4,R2は、電源電位Vcと接地電位GNDに直列に配置される。すなわち、ピエゾ抵抗素子R1,R4の一端が電源電位Vcの電源に接続され、他端がピエゾ抵抗素子R2,R3の一端に接続される。ピエゾ抵抗素子R2,R3の他端は、接地電位GNDのグランドに接続される。 As shown in FIG. 4C, the pair of piezoresistive elements R1 and R3 are arranged in series between the power supply potential Vc and the ground potential GND. Similarly, the pair of piezoresistive elements R4 and R2 are arranged in series with the power supply potential Vc and the ground potential GND. That is, one end of the piezoresistive elements R1 and R4 is connected to the power supply of the power supply potential Vc, and the other end is connected to one end of the piezoresistive elements R2 and R3. The other ends of the piezoresistive elements R2 and R3 are connected to the ground of the ground potential GND.
図5は、図4(c)に示すピエゾ抵抗素子R1〜R4により構成される検出部18の等価回路である。この検出部18は、同図に示すように、一対のピエゾ抵抗素子R1,R3の接続点を第1出力ノードN1とし、他の一対のピエゾ抵抗素子R4,R2の接続点を第2出力ノードN2としている。そして、制御部2は、第1出力ノードN1の電圧VPR+と第2出力ノードN2の電圧VPR−とを入力しており、第2出力ノードN2の電圧を基準とした第1出力ノードN1の電圧を検出信号Sd(=[VPR+]−[VPR−])としている。なお、光走査素子4に駆動信号Sbが印加されていないとき、すなわち駆動信号Sbの電流値が0[A]のとき、ピエゾ抵抗素子R1〜R4の抵抗値は変化がなく、ピエゾ抵抗素子R1〜R4の初期抵抗値が同一の場合には、検出信号Sdは0Vとなる。
FIG. 5 is an equivalent circuit of the
ここで、各ピエゾ抵抗素子R1〜R4は、圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、引張応力によりその抵抗値が下降する特性を有するものとすると、ミラー部10の変位により以下のように抵抗値が変化する。なお、ここでは、各ピエゾ抵抗素子R1〜R4は、同一材料及び同一形状であり、その特性は同一であるものとする。 Here, each of the piezoresistive elements R1 to R4 has a characteristic that the resistance value increases due to compressive stress and the resistance value decreases due to tensile stress. Changes. Here, it is assumed that the piezoresistive elements R1 to R4 have the same material and the same shape, and the same characteristics.
例えば、図6に示すように、ミラー部10に揺動軸Ly回りの角度θの傾きが生じたとき、ピエゾ抵抗素子R1,R2は圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、ピエゾ抵抗素子R3,R4はその引張応力によりその抵抗値が下降する。そのため、第1出力ノードN1の電圧VPR+は下降し、第2出力ノードN2の電圧VPR−は上昇して、検出信号Sdは正極性となる。そして、揺動軸Ly回りのミラー部10の角度θが大きくなるほど、検出信号Sdが大きくなる。一方、図6に示す方向とは逆方向にミラー部10が傾いたとき、検出信号Sdは負極性となり、揺動軸Ly回りのミラー部10の角度が大きくなるほど、検出信号Sdが大きくなる。
For example, as shown in FIG. 6, when the
このように、検出信号Sdの極性により、図4に示す平衡状態からのミラー部10の傾き方向がわかり、検出信号Sdの大きさによりミラー部10の傾き角度がわかる。この原理を利用して、制御部2は、揺動軸Ly回りのミラー部10の実際の傾き角を検出信号Sdにより検出している。
As described above, the tilt direction of the
光走査素子4は、図7(a)に示すように、反射面10aと垂直な方向へ揺動する縦振動の共振モード(以下、縦共振モードという)を有している。この縦共振モードでは、例えば、図7(b)に示すように、ミラー部10が変位したとき、ピエゾ抵抗素子R1〜R4のすべてに圧縮応力が発生してその抵抗値が一様に上昇する。そのため、検出信号Sdは変化しない。また、図7(b)に示す方向とは逆方向にミラー部10が変位した場合には、ピエゾ抵抗素子R1〜R4のすべてに引張応力が発生してその抵抗値が一様に下降する。そのため、検出信号Sdは変化しない。
As shown in FIG. 7A, the
一方、図8に示すように、ミラー部10に捻れ変位が生じて、ミラー部10が揺動軸Ly回りに傾いている状態(図6参照)で、上述のように反射面10aと垂直な方向へ共振(図7参照)が発生したとする。このとき、捻れ変位によるピエゾ抵抗素子R1,R2への圧縮応力が図6に示す状態よりも大きくなり、その抵抗値がさらに上昇する。他方、捻れ変位によるピエゾ抵抗素子R3,R4への引張応力は図6に示す状態よりも小さくなり、その抵抗値は下降する。このときの抵抗値の初期値、すなわち梁部11a,11bが平衡状態からの変化率は、ピエゾ抵抗素子R3,R4よりもピエゾ抵抗素子R1,R2の方が大きい。その結果、図6に示す状態に比べ、検出信号Sdがより下降する。そして、この下降度合いは、ミラー部10に生じる捻れ変位が大きいほど、大きくなる。一方、共振により図7に示す方向とは逆方向に変位する力が働くと、図6に示す状態に比べ、検出信号Sdはより上昇する。そして、この上昇度合いは、ミラー部10に生じる捻れ変位が大きいほど、大きくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, the
このように、捻れ変位に加え、縦変位がミラー部10に加わると、縦変位の状態に応じて、捻れ変位によるピエゾ抵抗素子R1〜R4へ加わるトータルの圧縮応力や引張応力が変動する。すなわち、駆動信号Sbで光走査素子4のミラー部10を鋸波状に駆動している状態で、共振による縦振動が発生したとき、検出信号Sdは図9(a)に示すようになる。そして、フィードバック制御のために用いられる検出信号Sdの大きさと駆動信号Sbの大きさとの差分信号Ssは、図9(b)に示すような形になる。なお、ここでは、縦共振モードの共振周波数が駆動信号Sbの周波数に比べて十分に高いものとしている。
Thus, when a longitudinal displacement is applied to the
制御部2は、このような光走査素子4の特性を利用し、差分信号Ssの変動に基づいて、縦共振モードを検出することができる。すなわち、駆動信号Sbで光走査素子4のミラー部10を鋸波状に駆動している状態で、共振による縦振動が発生したときには、差分信号Ssが変動することとなり、制御部2は、この差分信号Ssの変動により、励起された縦共振モードの共振周波数と振幅を検出している。
The
そして、制御部2は、このように検出した縦共振モードの共振周波数と振幅とに基づいて、ローパスフィルタの方式、カットオフ周波数及び次数のうち少なくとも一つのパラメータを設定するようにしている。このようにすることで、光走査素子4の個体差や温度変化などに応じて、ローパスフィルタのパラメータを適切に設定することができ、従来に比べ、ミラー部を一定角速度で駆動できる期間を長くすることができる。
Then, the
なお、上述では、二対のピエゾ抵抗素子R1〜R4を用いることとしたが、一対のピエゾ抵抗素子R1,R3(又は、一対のピエゾ抵抗素子R4,R2)を用いて、縦共振モードを検出するようにしてもよい。二対のピエゾ抵抗素子R1〜R4を用いることにより、検出信号Sdのレンジを大きくすることができるが、一対のピエゾ抵抗素子のみでは検出信号Sdのレンジは小さいため、検出信号Sdを電圧増幅する増幅器をピエゾ抵抗素子間の出力ノードN1(N2)と制御部2との間に設けるようにしてもよい。
In the above description, two pairs of piezoresistive elements R1 to R4 are used. However, a longitudinal resonance mode is detected using a pair of piezoresistive elements R1 and R3 (or a pair of piezoresistive elements R4 and R2). You may make it do. By using the two pairs of piezoresistive elements R1 to R4, the range of the detection signal Sd can be increased. However, since the range of the detection signal Sd is small with only a pair of piezoresistive elements, the detection signal Sd is voltage amplified. An amplifier may be provided between the output node N1 (N2) between the piezoresistive elements and the
また、上述では、各ピエゾ抵抗素子R1〜R4は、圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、引張応力によりその抵抗値が下降するものとして説明したが、圧縮応力によりその抵抗値が下降し、引張応力によりその抵抗値が上昇するものであっても同様である。 In the above description, each piezoresistive element R1 to R4 has been described as having a resistance value that increases due to compressive stress and a resistance value that decreases due to tensile stress. The same applies even if the resistance value increases due to stress.
[1.3 制御部2の構成及び動作]
制御部2は、上述したように、駆動信号Sbを生成して、ミラー部10を走査角度範囲で揺動させ、ミラー部10の反射面10aにより光束を反射して光束を走査するようにしており、図10に示すように構成されている。
[1.3 Configuration and operation of control unit 2]
As described above, the
図10に示すように、制御部2は、目標角度指令生成部21、変換部22、ローパスフィルタ(LPF)部23、減算部24、駆動信号生成部25を有している。
As illustrated in FIG. 10, the
目標角度指令生成部21は、光走査素子4により走査させようとする方向に応じたミラー部10の目標角度を、目標角度指令として出力する。目標角度指令生成部21には、1走査期間T(図3参照)のミラー部10の目標角度の情報が内部の記憶部に記憶されており、この記憶部に記憶された情報を順次読み出して目標角度指令として出力する。例えば、1走査期間のミラー部10の目標角度の情報として、1〜1000番目までの情報を有する目標角度テーブルを記憶部に記憶し、1〜1000番目までの情報を順次読み出して目標角度指令として出力する。上述したように目標角度は+θ1〜−θ1の範囲であり、目標角度テーブルは、例えば、図11に示すようなテーブルである。なお、ミラー部10の目標角度を予め記憶しておくのではなく、逐次演算して求めるようにしてもよい。
The target angle
変換部22は、ミラー部10の目標角度と駆動電圧信号Sc1との関係を規定する規定値αとオフセット値βを記憶しており、目標角度指令生成部21から出力される目標角度指令に応じた駆動電圧信号Sc1を出力する。本実施形態に係る光走査素子4では、図12に示すように、駆動電圧信号Sc1とミラー部10の角度とが比例関係にあり、目標角度θに基づき、以下の式(1)に基づき駆動電圧信号Sc1を演算している。規定値αとオフセット値βは、検出信号Sdによりフィードバック制御できるように制御電圧Sc1を生成するために用いられる。
Sc1=θ×α+β ・・・(1)
なお、変換部22において、ミラー部10の目標角度と駆動電圧信号Sc1との関係を規定する変換テーブルを内部に記憶しておき、この変換テーブルに基づき、ミラー部10の目標角度を駆動電圧信号Sc1に変換するようにしてもよい。
The
Sc1 = θ × α + β (1)
The
ローパスフィルタ部23は、駆動電圧信号Sc1の高周波成分を濾波して抑制するために設けられており、内部に複数のローパスフィルタ27a〜27eが設けられている。ローパスフィルタ27aはベッセル型のローパスフィルタ、ローパスフィルタ27bはバターワース型のローパスフィルタ、ローパスフィルタ27cはチェビシェフ型のローパスフィルタである。また、ローパスフィルタ27dは逆チェビシェフ(チェビシェフII)型のローパスフィルタ、ローパスフィルタ27eは連立チェビシェフ型のローパスフィルタである。そして、ローパスフィルタ27a〜27eは、外部からその次数やカットオフ周波数が設定可能となっている。なお、以下において、ローパスフィルタ27a〜27eのいずれか又は全部をいうときには、ローパスフィルタ27とすることがある。
The low-
減算部24は、ローパスフィルタ部23により高周波成分が除去されて生成された駆動電圧信号Sc2の電圧値から検出信号Sdの電圧値を減算して、駆動電圧信号Sc2と検出信号Sdとの差分電圧を演算し、差分信号Ssとして出力する。この差分信号Ssは、ミラー部10に縦振動の共振が加わっているときには、縦振動の共振成分となる。一方、ミラー部10に縦振動の共振が加わっていないときには、差分信号Ssはゼロの値となる。但し、実際には検出信号Sdにはノイズ成分が存在しており、検出部18の出力には、縦振動の共振成分に影響を与えない程度の図示しない第2のローパスフィルタを設けることが望ましい。このとき、この第2のローパスフィルタは、縦共振モードに影響しない特性とし、また、この第2のローパスフィルタの後段には、位相回転を補償する移相器を設けることが望ましい。
The subtracting
駆動信号生成部25は、差分信号Ssに応じて電流値を増減させた電流値の駆動信号Sbを生成し、この駆動信号Sbを光走査素子4のコイル16に出力する。すなわち、差分信号Ssの正極性の場合には、差分信号Ssの信号レベルに比例する値だけ電流値を上げた駆動信号Sbを生成し、差分信号Ssの負極性の場合には、差分信号Ssの信号レベルに比例する値だけ電流値を下げた駆動信号Sbを生成する。この駆動信号生成部24は、例えば、差分信号Ssを積分する積分器により構成することができる。このように差分信号Ssに応じた電流値の駆動信号Sbにより光走査素子4を駆動してフィードバック制御するようにしており、これにより光走査素子4のミラー部10の揺動を精度良く行うようにしている。
The drive
なお、光走査素子4が電流駆動方式の光走査素子ではなく、電圧駆動方式の光走査素子である場合には、駆動信号生成部25は、差分信号Ssに応じて電流値を増減させた電圧値の駆動信号Sbを生成することになる。
In the case where the
さらに、制御部2は、ローパスフィルタ部23のパラメータを設定するためのLPF制御部26を有している。
Further, the
LPF制御部26は、ローパスフィルタ部23のパラメータを設定する機能を有しており、共振判定部31と、パラメータ設定部32とを有している。
The
共振判定部31は、差分信号Ssに基づき、共振によりミラー部10が縦振動状態であるか否かを判定する。そして、共振判定部31はミラー部10が縦振動状態であると判定すると、差分信号Ssに基づき、縦共振モードの共振周波数fsと振幅Dを検出する。なお、差分信号Ssには縦共振モードの共振周波数fs以外の周波数の成分が含まれているが、その周波数成分が共振周波数成分に対して小さい場合には、共振判定部31は、差分信号Ssの振幅は共振モードの振幅であるとして検出する。差分信号Ssに縦共振モードの共振周波数fs以外の周波数の成分が含まれている場合には、共振判定部31において、ローパスフィルタなどにより共振周波数以外の周波数成分を低減させるようにすることで、縦共振モードの振幅Dを検出する。その際、事前情報として、部品仕様などから予め縦共振モードの共振周波数を予測しておき、ローパスフィルタのカットオフ周波数を設定しておいても良い。
The
パラメータ設定部32は、共振判定部31から出力される縦共振モードの共振周波数fsと振幅Dの情報に基づいて、ローパスフィルタ部23のパラメータを設定する。ローパスフィルタ部23のパラメータには、ローパスフィルタ27の方式、カットオフ周波数及び次数がある。具体的には、以下のようなローパスフィルタ27の設定処理を行うことにより、ローパスフィルタ部23のパラメータを設定する。なお、ローパスフィルタ27の設定処理を実行中には、目標角度指令生成部21から目標角度指令が変換部22に出力され、変換部22からは鋸波状の駆動電圧信号Sc1が連続して出力される。この鋸波状の駆動電圧信号Sc1には、縦共振モードの共振周波数fsの成分が含まれている。
The
パラメータ設定部32は、ローパスフィルタ27の設定処理を開始すると、まず、図13に示すように、ローパスフィルタ部23に対して、ローパスフィルタ27の方式として、ベッセル型を設定し、さらにその次数として所定の次数(例えば、8次)を設定する(ステップS10)。
When the
その後、パラメータ設定部32は、共振判定部31から共振周波数fsの情報を取得し(ステップS11)、ローパスフィルタ部23に対して、ローパスフィルタ27のカットオフ周波数fcを共振周波数fsと同一の周波数に設定する(ステップS12)。
Thereafter, the
次に、パラメータ設定部32は、下限値fdを設定する(ステップS13)。この下限値fdは、共振周波数fsから予め設定された周波数fgだけ低い周波数であり、周波数fgは、ローパスフィルタ27の方式及び次数に応じて予め決められている。
Next, the
次に、パラメータ設定部32は、設定値fcが下限値fd以下であるか否かを判定する(ステップS14)。この処理において、設定値fcが下限値fd以下ではないと判定すると(ステップS14:No)、パラメータ設定部32は、共振判定部31から振幅Dの情報を取得し(ステップS15)、この今回取得した振幅Dが前回取得した振幅D以下であるか否かを判定する(ステップS16)。
Next, the
ステップS16において、今回取得した振幅Dが前回取得した振幅D以下であると判定すると(ステップS16:Yes)、パラメータ設定部32は、今回取得した振幅Dが予め規定した範囲内であるか否かを判定する(ステップS17)。この処理において、今回取得した振幅Dが予め規定した範囲内であると判定すると(ステップS17:Yes)、パラメータ設定部32は、ローパスフィルタ27の設定処理を終了する。
If it is determined in step S16 that the currently acquired amplitude D is equal to or smaller than the previously acquired amplitude D (step S16: Yes), the
一方、ステップS17において、今回取得した振幅Dが予め規定した範囲内ではないと判定すると(ステップS17:No)、パラメータ設定部32は、処理をステップS18に移行する。また、ステップS16において、今回取得した振幅Dが前回取得した振幅D以下ではないと判定したとき(ステップS16:No)も同様に、パラメータ設定部32は、処理をステップS18に移行する。ステップS18において、パラメータ設定部32は、設定値fcを予め規定した周波数だけ低減して、ローパスフィルタ部23に設定し(ステップS18)、処理をステップS14に戻す。なお、パラメータ設定部32は、設定値fcを予め規定した周波数だけ低減するのではなく、共振判定部31により判定した共振モードの振幅Dの変動割合(今回取得した振幅Dと前回取得した振幅Dとの差)に応じて、設定値fcを低減するようにしてもよい。例えば、共振モードの振幅Dの変動割合が小さいときには、設定値fcの低減度合いを上げ、共振モードの振幅Dの変動割合が大きいときには、設定値fcの低減度合いを下げる。このようにすることで、迅速なローパスフィルタ27のパラメータの設定が可能となる。
On the other hand, if it is determined in step S17 that the amplitude D acquired this time is not within the range specified in advance (step S17: No), the
ステップS14において、設定値fcが下限値fd以下であると判定すると(ステップS14:Yes)、パラメータ設定部32は、変更可能な次数があるか否かを判定する(ステップS19)。変更可能な次数とは、このローパスフィルタ27の設定処理において、選択可能なローパスフィルタ27の次数のうち、まだ設定されていない次数を意味する。変更可能な次数があると判定すると(ステップS19:Yes)、パラメータ設定部32は、変更可能であると判定した次数を、ローパスフィルタ部23に設定し(ステップS20)、処理をステップS11に戻す。なお、ローパスフィルタ27の次数の変更は、例えば、次数を上げていくことによって行うようにすることができる。このとき、パラメータ設定部32は、選択可能なローパスフィルタ27の次数として、S/N比を考慮して実質的に効果がある次数まで上げていくことが望ましい。
If it is determined in step S14 that the set value fc is equal to or lower than the lower limit value fd (step S14: Yes), the
ステップS19において、変更可能な次数がないと判定すると(ステップS19:No)、パラメータ設定部32は、変更可能なローパスフィルタ27の方式があるか否かを判定する(ステップS21)。変更可能なローパスフィルタ27の方式とは、このローパスフィルタ27の設定処理において、選択可能なローパスフィルタ27の方式のうち、まだ設定されていない方式を意味する。例えば、フィルタ22a〜22cまでが設定された場合には、フィルタ22d,フィルタ22eを変更可能なローパスフィルタ27の方式と判定する。なお、ローパスフィルタの選択は、通過域のリプル特性及び通過域の群遅延特性が平坦なものから順に選択することが望ましい。例えば、ベッセル型のローパスフィルタ27a、バターワース型のローパスフィルタ27b、は逆チェビシェフ型のローパスフィルタ27d、連立チェビシェフ型のローパスフィルタ27e、チェビシェフ型のローパスフィルタ27cの順に選択する。
If it is determined in step S19 that there is no changeable order (step S19: No), the
ステップS21において、変更可能なローパスフィルタ27の方式があると判定すると(ステップS21:Yes)、パラメータ設定部32は、変更可能であると判定したローパスフィルタ27の方式を、ローパスフィルタ部23に設定し(ステップS22)、処理をステップS11に戻す。一方、変更可能なローパスフィルタ27の方式がないと判定すると(ステップS21:No)、パラメータ設定部32は、処理を終了する。
If it is determined in step S21 that there is a changeable low-
以上のように、本実施形態に係る光走査装置1では、共振モードの共振周波数fsと振幅Dに基づいて、ローパスフィルタ部23のパラメータを設定するので、光走査素子4に個体差や温度変化などがあった場合でも、共振モードを十分減衰させる特性を保ったまま、出来るだけ広い帯域を確保するように低域濾波特性を決定できる。このため、ミラー部10を一定角速度で駆動できる期間を長くすることができる。
As described above, in the
なお、図13の設定処理の例では、最初に、ローパスフィルタ部23に対して、予め規定したローパスフィルタ27の方式と次数を設定し、共振周波数fsと同一周波数のカットオフ周波数fcを設定したが、この初期値の設定方法はこの方法に限らず、例えば、図14に示すように行うようにしてもよい。
In the example of the setting process of FIG. 13, first, the predetermined method and order of the low-
すなわち、図14に示す例では、パラメータ設定部32は、ローパスフィルタ27の設定処理を開始すると、前回の設定処理で設定したローパスフィルタ27の方式、次数、カットオフ周波数fcをそのまま設定する(ステップS30)。このとき、前回設定したパラメータがなければ、パラメータ設定部32は、ステップS10〜S12と同様の処理を行う。
That is, in the example shown in FIG. 14, when the setting process of the low-
次に、パラメータ設定部32は、ステップS13の処理と同様に、下限値fdを設定する(ステップS31)。以降、パラメータ設定部32は、図13に示す処理と同様の処理を行う。パラメータ設定部32は、パラメータの設定処理が終了する前に、ステップS43において、今回設定したローパスフィルタ27の方式、次数、カットオフ周波数を記憶して、パラメータの設定処理が終了する。
Next, the
このように、前回の設定処理で設定したローパスフィルタ27の方式、次数、カットオフ周波数fcをそのまま設定する初期値の設定方法を採用してもよい。このようにすることで、迅速にローパスフィルタ27のパラメータの設定が可能となる。
As described above, an initial value setting method in which the method, order, and cutoff frequency fc of the low-
また、上述においては、ローパスフィルタのカットオフ周波数、次数、方式の順に優先順を高くしてこれらを変更するようにしたが、これらのいずれか一つだけ変更するようにしてもよく、また、これらのうち2つだけを変更するようにしてもよい。 In the above description, the priority order is increased in order of the cut-off frequency, order, and method of the low-pass filter to change them. However, only one of these may be changed, Only two of these may be changed.
また、ローパスフィルタ27の方式は、上記の5種類に限られず、他の方式を選択するようにしてもよい。
Further, the method of the
また、上述においては、検出信号Sdの振幅と比較する信号を、駆動電圧信号Sc2としているが、比較対象は、駆動信号Sbと比例する信号であればよく、例えば、駆動信号Sbを電圧変換した信号を用いてもよい。また、駆動電圧信号Sc1を比較する信号として用いてもよい。 In the above description, the signal to be compared with the amplitude of the detection signal Sd is the drive voltage signal Sc2, but the comparison target may be a signal proportional to the drive signal Sb. For example, the drive signal Sb is voltage-converted. A signal may be used. Alternatively, the drive voltage signal Sc1 may be used as a signal for comparison.
[2.画像表示装置]
次に、上述した光走査素子を備えた画像表示装置について説明する。
[2. Image display device]
Next, an image display apparatus including the above-described optical scanning element will be described.
図15に示すように、本実施形態に係る画像表示装置100は、制御部110、光源部120、走査部140、第2リレー光学系180、ハーフミラー185などを有している。
As shown in FIG. 15, the
制御部110は、駆動信号供給部111、主走査駆動信号生成部112、副走査駆動信号生成部113、主制御部114を有している。駆動信号供給部111は、外部から入力された画像信号S(例えば、NTSCコンポジット信号、コンポーネント信号)に基づいて、画像を形成するための要素となる三原色各色のRGB画素信号115r,115g,115bを画素単位で生成する。主走査駆動信号生成部112は、主走査部160の後述する光走査素子161が共振状態で所定走査範囲となるように、主走査部160で使用される主走査駆動信号116を生成して出力する。また、副走査駆動信号生成部113は、主走査駆動信号116に同期して、副走査部170で使用される鋸波形状の副走査駆動信号117を生成して出力する。
The
光源部120には、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が設けられる。各レーザドライバ121,122,123は、それぞれ駆動信号供給部111から出力されるR,G,B駆動信号115r,115g,115bをもとに、各レーザ124,125,126へそれぞれ駆動電流を供給する。各レーザ124,125,126は、各レーザドライバ121,122,123から供給される駆動電流に応じて強度変調されたレーザ光を出射する。各レーザ124,125,126から出射したR(赤色)レーザ光Lr,G(緑色)レーザ光Lg、B(青色)レーザ光Lbは、コリメート光学系127,128,129によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー130,131,132に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー130,131,132により、3原色の各レーザ光Lr,Lg,Lbが波長選択的に反射・透過して結合光学系133に達し、合波されて光ファイバケーブル135へ出射される。このように光ファイバケーブル135へ出射されるレーザ光は、強度変調された各色のレーザ光が合波されたものである。
The
走査部140は、コリメート光学系151、主走査部160、第1リレー光学系165、副走査部170などを有している。
The scanning unit 140 includes a collimating
コリメート光学系151は、光源部120で生成され、光ファイバケーブル135を介して出射されるレーザ光を平行光化する。
The collimating
主走査部160及び副走査部170は、光ファイバケーブル135から入射されたレーザ光を画像として利用者の眼190の網膜190bに投影可能な状態にするために、主走査方向と副走査方向に走査する光学系である。主走査部160は、コリメート光学系151で平行光化されて入射するレーザ光を主走査方向に相対的に高速に往復走査する光走査素子161を有する。また、副走査部170は、主走査部160で主走査方向に走査され、第1リレー光学系165を介して入射するレーザ光を副走査方向に相対的に低速に走査する光走査素子171を有する。この副走査方向は主走査方向に略直交する方向である。例えば、主走査方向を水平方向、副走査方向を垂直方向とすることができる。
The
主走査部160と副走査部170との間でレーザ光を中継する第1リレー光学系165は、光走査素子161によって主走査方向に走査されたレーザ光を光走査素子171のミラー部に収束させる。そして、このレーザ光が光走査素子171によって副走査方向に走査される。光走査素子171によって走査されたレーザ光は、正の屈折力を持つ2つのレンズ180a,180bが直列配置された第2リレー光学系180を介して、眼190の前方に位置させたハーフミラー185で反射されて利用者の瞳孔190aに入射する。これにより、網膜190b上に画像信号Sに応じた画像が投影され、利用者は瞳孔190aに入射するレーザ光を画像として認識する。また、ハーフミラー185は外光L2を透過して利用者の瞳孔190aに入射させるようにしており、これにより利用者は外光L2に基づく外景にレーザ光L1に基づく画像を重ねた画像を視認することができる。このように画像表示装置100は、画像信号Sに応じた画像と外景とを重ねて利用者の眼190の網膜に結像させる、シースルー型網膜走査型画像表示装置である。
The first relay
以上のように構成された画像表示装置100において、光走査素子171は、光走査素子4と同様の構成であり、副走査駆動信号生成部113は、上述した光走査装置1の制御部2と同様に、光走査素子4と同様の構成の光走査素子171を駆動するようにしている。すなわち、光走査素子171にミラー部の角度を検出する検出部を設け、副走査駆動信号生成部113は、副走査駆動信号117(又は副走査駆動信号117に比例する信号)と検出部の検出信号Sdとの差分信号に基づき、共振モードに対応する共振周波数fsと振幅Dを検出し、さらに、この共振周波数fsと振幅Dに基づき、ローパスフィルタ部23のパラメータを設定するので、光走査素子171に個体差や温度変化などがあった場合でも、共振モードを十分減衰させる特性を保ったまま、出来るだけ広い帯域を確保するように低域濾波特性を決定できる。このため、ミラー部を一定角速度で駆動できる期間を長くすることができる。
In the
なお、ここでは、光束の一例として、効率面で有利であるレーザ光を用いているが、光束はレーザ光に限られるものではない。 Here, laser light that is advantageous in terms of efficiency is used as an example of the light flux, but the light flux is not limited to laser light.
また、光走査素子のミラー部の角度を検出する検出部を、ピエゾ抵抗素子により構成しているが、圧電素子による検出方法や静電容量の変化による検出方法を用いてもよい。 In addition, although the detection unit that detects the angle of the mirror unit of the optical scanning element is configured by a piezoresistive element, a detection method using a piezoelectric element or a detection method using a change in capacitance may be used.
本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態によれば、以下の効果が期待できる。 Although the present invention has been described through the above-described embodiments, the following effects can be expected according to this embodiment.
(1)両側から梁部11a,11bで支持されたミラー部10を有し、梁部11a,11bの捻れ変位によりミラー部10を揺動軸回りに揺動させてミラー部10により光束を走査すると共に、少なくともミラー部10の反射面10aと垂直な方向へ揺動する共振モードを有する光走査素子4(171)と、ローパスフィルタ27により共振モードの共振周波数fsの成分を抑制した駆動電圧信号Sc2に基づき、光走査素子4(171)のミラー部10を揺動軸Ly回りに揺動させる制御部2(110)と、ミラー部10の揺動軸Ly回りの角度に応じた検出信号Sdを出力する検出部18と、を備える。そして、制御部2(110)は、駆動電圧信号Sc2(駆動信号Sb)と検出信号Sdとの差演算を行い、駆動電圧信号Sc2と検出信号Sdとの差分である差分信号Ssを生成する生成部である減算部24と、差分信号Ssから共振モードの共振周波数fsと振幅Dを判定する共振判定部31と、共振判定部31により判定した共振モードの共振周波数fsと振幅Dとに基づいて、ローパスフィルタ27の方式、カットオフ周波数及び次数のうち少なくとも一つのパラメータを設定するパラメータ設定部32を備えているので、光走査素子4に個体差や温度変化などがあった場合でも、共振モードを十分減衰させる特性を保ったまま、出来るだけ広い帯域を確保するように低域濾波特性を決定できる。このため、ミラー部10を一定角速度で駆動できる期間を長くすることができる。
(1) It has the
(2)パラメータ設定部32は、共振判定部31により判定された共振モードの振幅Dが所定幅よりも大きいときには、ローパスフィルタ27のパラメータを変更して、共振モードの振幅Dを所定幅以下とするので、共振によるミラー部10の振動を確実に抑えることができ、ミラー部10を一定角速度で駆動できる期間を長くすることができる。
(2) When the resonance mode amplitude D determined by the
(3)パラメータ設定部32は、パラメータとして、ローパスフィルタ27のカットオフ周波数fcを、共振判定部31により判定した共振モードの共振周波数fsと同一の周波数に設定し、その後、共振モードの振幅Dに基づいて、ローパスフィルタ27のカットオフ周波数fcを低減させていくので、ローパスフィルタ27のパラメータの設定を迅速に行うことができる。
(3) The
(4)パラメータ設定部32は、共振判定部31により判定した共振モードの振幅Dの変動割合に応じて、ローパスフィルタ27のカットオフ周波数fcを設定するので、ローパスフィルタ27のパラメータの設定を迅速に行うことができる。
(4) Since the
(5)パラメータ設定部32は、ローパスフィルタ27のカットオフ周波数fcが下限値fdとなったとき、ローパスフィルタ27の次数を変更するので、ローパスフィルタの次数を適切な次数に設定することができる。
(5) Since the
(6)パラメータ設定部32は、ローパスフィルタ27のカットオフ周波数fcが下限値fdとなったとき、ローパスフィルタ27の方式を変更するので、ローパスフィルタを適切な方式のローパスフィルタに設定することができる。ローパスフィルタの選択は、通過域のリプル特性が平坦なものから順に選択することが望ましい。例えば、ベッセル型のローパスフィルタ27a、バターワース型のローパスフィルタ27b、逆チェビシェフ型のローパスフィルタ27d、連立チェビシェフ型のローパスフィルタ27e、チェビシェフ型のローパスフィルタ27cの順に選択する。
(6) Since the
(7)ローパスフィルタ27の方式には、ベッセル型を含み、パラメータ設定部32は、ローパスフィルタ27の方式の初期値として、通過域のリプル特性が平坦なベッセル型を設定することにより、共振によるミラー部10の振動を確実に抑えることができ、ミラー部10を一定角速度で駆動できる期間を長くすることができる。
(7) The low-
(8)パラメータ設定部32は、ローパスフィルタ27に最後に設定したパラメータを記憶し、次に光走査素子4(171)を駆動するときに前記記憶したパラメータをローパスフィルタ27に設定するので、ローパスフィルタ27のパラメータの設定を迅速に行うことができる。
(8) The
1 光走査装置
2 制御部
3 光源部
4,171 光走査素子
10 ミラー部
10a 反射面
11a,11b 梁部
12a,12b 支持部
13a,13b 固定部
14 基台
18 検出部
21 目標角度指令生成部
22 変換部
23 ローパスフィルタ部
24 減算部
25 駆動信号生成部
26 LPF制御部
27(27a〜27e) ローパスフィルタ
31 共振判定部(判定部)
32 パラメータ設定部
DESCRIPTION OF
12a,
32 Parameter setting section
Claims (10)
ローパスフィルタにより前記共振モードの共振周波数成分を抑制した駆動信号に基づき、前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動させる制御部と、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度に応じた検出信号を出力する検出部と、を備え、
前記制御部は、
前記駆動信号と前記検出信号との差演算を行い、前記駆動信号と前記検出信号との差分である差分信号を生成する生成部と、
前記差分信号から前記共振モードの共振周波数と振幅を判定する判定部と、
前記判定部により判定した前記共振モードの共振周波数と振幅とに基づいて、前記ローパスフィルタの方式、カットオフ周波数及び次数のうち少なくとも一つのパラメータを設定するパラメータ設定部とを備えることを特徴とする光走査装置。 The mirror unit is supported by the beam unit from both sides, the mirror unit is swung around the swing axis by the torsional displacement of the beam unit, the light beam is scanned by the mirror unit, and at least the reflecting surface of the mirror unit An optical scanning element having a resonance mode that swings in a direction perpendicular to
A control unit that swings the mirror unit around the swing axis based on a drive signal in which a resonance frequency component of the resonance mode is suppressed by a low-pass filter;
A detection unit that outputs a detection signal according to an angle of the mirror unit around the swing axis,
The controller is
A generation unit that performs a difference operation between the drive signal and the detection signal and generates a difference signal that is a difference between the drive signal and the detection signal;
A determination unit for determining the resonance frequency and amplitude of the resonance mode from the difference signal;
A parameter setting unit configured to set at least one parameter among a method, a cutoff frequency, and an order of the low-pass filter based on the resonance frequency and amplitude of the resonance mode determined by the determination unit; Optical scanning device.
ことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 The parameter setting unit changes the parameter of the low-pass filter to make the resonance mode amplitude equal to or less than the predetermined width when the amplitude of the resonance mode determined by the determination unit is larger than a predetermined width. The optical scanning device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。 The parameter setting unit sets the cutoff frequency of the low-pass filter as the parameter to the same frequency as the resonance frequency of the resonance mode determined by the determination unit, and then, based on the amplitude of the resonance mode, The optical scanning device according to claim 2, wherein a cutoff frequency of the low-pass filter is reduced.
ことを特徴とする請求項3に記載の光走査装置。 4. The optical scanning device according to claim 3, wherein the parameter setting unit reduces a cutoff frequency of the low-pass filter in accordance with a fluctuation ratio of an amplitude of the resonance mode determined by the determination unit.
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の光走査装置。 5. The optical scanning device according to claim 3, wherein the parameter setting unit changes the order of the low-pass filter when a cutoff frequency of the low-pass filter becomes a lower limit.
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の光走査装置。 5. The optical scanning device according to claim 3, wherein the parameter setting unit changes a method of the low-pass filter when a cutoff frequency of the low-pass filter becomes a lower limit.
前記パラメータ設定部は、前記ローパスフィルタの方式の初期値として、ベッセル型を設定する
ことを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の光走査装置。 The low-pass filter system includes a Bessel type,
The optical scanning device according to claim 2, wherein the parameter setting unit sets a Bessel type as an initial value of the low-pass filter method.
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光走査装置。 2. The parameter setting unit stores the parameter set last in the low-pass filter, and sets the parameter to be set when the optical scanning element is driven next as the stored parameter. 8. The optical scanning device according to any one of 7 to 7.
前記光源から出射された光束を第1方向に相対的に高速に走査する第1光走査素子と、
両側から梁部で支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させて前記第1光走査素子により走査された光束を前記ミラー部により第1方向と略直交する第2方向に相対的に低速に走査すると共に、少なくとも前記ミラー部の反射面と垂直な方向へ揺動する共振モードを有する第2光走査素子と、
第1駆動信号に基づき、前記第1光走査素子を動作させると共に、ローパスフィルタにより前記共振モードの共振周波数成分を抑制した第2駆動信号に基づき、前記第2光走査素子のミラー部を前記揺動軸回りに揺動させる制御部と、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度に応じた検出信号を出力する検出部と、を備え、
前記制御部は、
前記第2駆動信号と前記検出信号との差演算を行い、前記第2駆動信号と前記検出信号との差分である差分信号を生成する生成部と、
前記差分信号から前記共振モードの共振周波数と振幅を判定する判定部と、
前記判定部により判定した前記共振モードの共振周波数と振幅とに基づいて、前記ローパスフィルタの方式、カットオフ周波数及び次数のうち少なくとも一つのパラメータを設定するパラメータ設定部とを備えることを特徴とする画像表示装置。 A light source that emits a luminous flux having an intensity according to an image signal;
A first optical scanning element that scans a light beam emitted from the light source in a first direction at a relatively high speed;
A mirror portion supported by the beam portion from both sides, and the mirror portion is swung around a swing axis by the torsional displacement of the beam portion, and the light beam scanned by the first optical scanning element is A second optical scanning element that scans in a second direction substantially orthogonal to one direction at a relatively low speed and has a resonance mode that swings at least in a direction perpendicular to the reflecting surface of the mirror unit;
The first optical scanning element is operated based on the first driving signal, and the mirror portion of the second optical scanning element is moved based on the second driving signal in which the resonance frequency component of the resonance mode is suppressed by a low-pass filter. A control unit that swings around a moving axis;
A detection unit that outputs a detection signal according to an angle of the mirror unit around the swing axis,
The controller is
A generation unit that performs a difference operation between the second drive signal and the detection signal and generates a difference signal that is a difference between the second drive signal and the detection signal;
A determination unit for determining the resonance frequency and amplitude of the resonance mode from the difference signal;
A parameter setting unit configured to set at least one parameter among a method, a cutoff frequency, and an order of the low-pass filter based on the resonance frequency and amplitude of the resonance mode determined by the determination unit; Image display device.
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|---|---|---|---|---|
| JP2013205818A (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Stanley Electric Co Ltd | Light deflector |
| WO2016208119A1 (en) * | 2015-06-25 | 2016-12-29 | 株式会社デンソー | Optical scanning device |
| JP2018056733A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | ミツミ電機株式会社 | Optical scanning head mounted display and retinal scanning head mounted display |
| CN111948724A (en) * | 2020-08-26 | 2020-11-17 | 上海亨临光电科技有限公司 | Method for inhibiting mutual correlation interference of terahertz scanning imaging equipment |
-
2010
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013205818A (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Stanley Electric Co Ltd | Light deflector |
| WO2016208119A1 (en) * | 2015-06-25 | 2016-12-29 | 株式会社デンソー | Optical scanning device |
| JP2017009920A (en) * | 2015-06-25 | 2017-01-12 | 株式会社デンソー | Optical scanner |
| CN107615133A (en) * | 2015-06-25 | 2018-01-19 | 株式会社电装 | Light scanning apparatus |
| CN107615133B (en) * | 2015-06-25 | 2020-06-23 | 株式会社电装 | Optical scanning device |
| JP2018056733A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | ミツミ電機株式会社 | Optical scanning head mounted display and retinal scanning head mounted display |
| CN111948724A (en) * | 2020-08-26 | 2020-11-17 | 上海亨临光电科技有限公司 | Method for inhibiting mutual correlation interference of terahertz scanning imaging equipment |
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