JP4174252B2 - 光偏向装置、それを用いた画像形成装置およびその駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光偏向装置（本明細書では、光偏向器とその駆動部分および制御部分を含めて光偏向装置または光偏向器ユニットという）及び画像形成装置に関し、特に、レーザーディスプレイ、レーザプリンタ、スキャナ等の光偏向器ユニット及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザなどの光源から出射された光ビームをポリゴンミラーやガルバノメータなどの光偏向器を用いて偏向させ，スクリーンまたは露光面上を走査させる光偏向走査装置が知られている。ポリゴンミラーは，多角形をなす複数のミラーに周期的な駆動信号を与えて回転させ，スクリーン上で一方向の光走査を行なわせる偏向器である。ガルバノメータは、周期的な駆動信号を印加することにより、ミラー面に振動的な往復運動を行わせるもので、スクリーン上で往復の光ビーム走査を生じる。もちろん，光ビームを部分的にオフにして一方の走査のみを利用することもできる。
【０００３】
ガルバノメータの駆動方式としては，静電駆動，電磁駆動，圧電効果を利用するものなどが知られている。振動波形は正弦波が一般的であるが、駆動電圧波形を適宜設定することにより、三角波、ノコギリ波などの振動も可能である。また、ガルバノメータが固有振動を持つ場合は，それに一致した周波数の駆動信号を与えて共振させることにより、最小電力で最大振幅の振動を得ることができる。
【０００４】
これらの光偏向器を用いて、テレビ等の画像をスクリーンに投影表示する投影型画像表示装置が提案されている。これらの画像形成装置には、ＬＤなどのレーザ光源から出射されたレーザ光を、２つのガルバノミラーを共振回動等させて、水平及び垂直方向に走査する光偏向器を備えているものもある。
【０００５】
このような，光偏向器を用いた画像表示装置においては，偏向器に加える周期的駆動信号と，実際に偏向器に生じる回転運動もしくは往復回転運動およびスクリーン上に生じる光スポットの周期的走査の間には，以下に述べる差異が生じているのが普通である。以下それを説明する。
【０００６】
図１０（ａ）−（ｅ）に，ガルバノメータに加える駆動電圧と、実際にスクリーン上に生じる光スポット位置の時間的関係を示す。図１０（ａ）はガルバノメータに加える駆動電圧の時間変化、（ｂ）−（ｅ）はそれによって往復運動する光スポットのスクリーン上の位置の時間変化である。（ｂ）の応答が標準であるとして，（ｃ）は位相がずれた場合，（ｄ）は振幅が変化した場合，（ｅ）は中心位置がずれた場合をあらわしている。実際には，これらが混在して表れることもある。
【０００７】
位相，振幅，中心位置がこのようにずれる原因としては、ガルバノメータの特性ばらつき、温度変動、ミラーと光源の位置変動、およびミラーとスクリーンの位置変動が主なものである。
【０００８】
ガルバノメータの振動特性は、ミラーとそれを支持するトーション軸の寸法，駆動電極間または電磁コイル間の距離などによって変化するが，これらは製造上のばらつきが避けられず，ガルバノメータは個々に微妙な特性の違いがある。そのため同じ電圧に対して応答が異なり，最大変位角すなわち振幅や位相が基準値からずれることになる。
【０００９】
共振振動の場合は，温度が変動すると固有振動数が変化し，駆動信号の周波数とずれてしまう。これによっても振幅と位相がずれる。図１１（ａ）（ｂ）はそれを模式的に示す図で、（ａ）が駆動周波数と振幅、（ｂ）が駆動周波数と位相の関係である。駆動周波数が共振点に一致したＡの状態にあると、最大振幅が得られるが、共振周波数がずれてＢの状態になると、振幅が減少し、位相がずれる。位相のずれは、共振周波数が高いほうに変動した場合は遅れ、低いほうに変動した場合は進むというように、変動方向によって逆になる。
【００１０】
個々のミラーの特性ばらつきや温度変動に加えて，光源のミラーに対する相対位置に変動があると、光ビームのミラーへの入射角が変化し、したがってスクリーン上の走査中心位置がずれる。さらに、スクリーンの設定位置がシフトすると、中心位置はさらにずれることになる。
【００１１】
以上は正弦波振動する場合を例として説明しているが，その他の振動でも同様である。これに比べて偏向器がポリゴンミラーの場合は、ミラー面の数で最大変位角が決まってしまうので走査振幅の変動は原理的にはなく、また共振ではないので、上に述べたような温度による振幅と位相の変化もない。
【００１２】
一方、光源から出射される光ビームは、画像信号によって強弱の変調を受け、スクリーン上に画像となって表示されるが、その変調の開始と終了タイミングは、スクリーン上の所定の領域に画像が表示されるように、ミラーの駆動信号と同期が取られている。しかし、上記のように、駆動信号とスクリーン上の光スポットの間の関係が基準からずれると、所定の画像が正しく得られないことになる。たとえば、図１０（ｃ）のように位相がずれて光スポットが所定のタイミングより遅れて走査されると、画像は所定位置よりも走査の上流側に表示される。ポリゴンミラーのように、一方向の走査の場合は、画像がいくらか横にずれるのみで、軽度なら問題にならないが、往復走査の場合には、走査の行きと帰りで画像が反対方向にずれるので全体として２重の画像が見えてしまい、致命的な欠陥になる。振幅の変化や中心位置の変化も、程度によっては画像に著しい欠陥を生じる。
【００１３】
この欠陥を回避するために、実際の表示装置においては、ガルバノメータの振動の様子またはスクリーン上の光スポットの動きをモニターし、それによって、偏向器の駆動信号もしくは光ビームの変調タイミングを調節することが必要である。従来提案されているモニター方式としては以下のようなものがある。
【００１４】
特登録２６５７７６９号公報に記載されているガルバノミラーは、永久磁石を備えており、駆動電流に高周波を重畳することによって、ガルバノミラー上の駆動用コイルとガルバノミラーに対向して配置した検出コイルの相互インダクタンスの変化より、ガルバノミラーの変位角検出を行なっている。
【００１５】
また、特登録３０１１１４４号公報には、駆動電圧に加えて微小な電圧値を持つ高い周波数の交流電圧を重畳することにより、コンデンサ構造のガルバノミラー電極部固定電極に流れる電流差から、ガルバノミラーの揺動位置を測定する方法が記載されている。
【００１６】
さらに、特開昭６４−２８５３５には、ポリゴンミラーからの反射光を２箇所で検出して、その時間差からミラーの回転ばらつきすなわちジッタを測定する方法が提案されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
特登録２６５７７６９号公報や特登録３０１１１４４号公報に記載された変位角センサは、偏向器に内蔵されていて、ガルバノミラーの変動を、全周期にわたって検出することができるという長所がある一方、そのために、微小な振幅、位相のずれを検出することが困難である。検出器は、変調の開始タイミングを決定するのに十分な時間分解能を持つ必要があるが、微小な振動を行なう偏向器内では、コイルのインダクタンスや変位電流に現れる変化はそもそも微小であり、そこから変位角を高精度で決定することは、装置の複雑化、コスト高をまねくので、実用上困難である。
【００１８】
一方、特開昭６４−２８５３５はポリゴンミラーの反射光を検出するもので、時間測定精度は高いが、これをガルバノミラーによる正弦波振動に適用しようとすると、以下のような困難がある。
【００１９】
正弦波振動は、（周期Ｔは一定で既知として）振幅Ａ、位相δ、中心位置Ｘ０の３つのパラメータで一義的に定まる。スクリーン上でのスポット位置Ｘの時間変化は、これらのパラメータを用いて、
Ｘ＝Ａｓｉｎ（２πｔ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
と表される。上で説明したように、これらのパラメータはいろいろな要因で変動するが、これらのパラメータがすべてわかれば、任意の時間のスクリーン上のスポットの位置がわかる。
【００２０】
パラメータが決定され、上の式が確定すると、スクリーン上での画像の両端位置をＸＡとＸＢとして、ＸＡ＜Ｘ＜ＸＢの範囲で画像を表示したいときは、上式からＸＡとＸＢに対応する時間ｔＡとｔＢを
ＸＡ＝Ａｓｉｎ（２πｔＡ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
ＸＢ＝Ａｓｉｎ（２πｔＢ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
からそれぞれ求めて、ｔＡで画像信号の変調を開始し、ｔＢで終了するように、光源に送る変調信号を制御すればよい。ｔＡ、ｔＢの時間の基準は、ガルバノミラーの振動の周期を持つ固定した信号のタイミングを適当に選べばよいが、以下では、これをガルバノミラーの駆動信号に同期した信号の立ち上がりを基準にする。
【００２１】
このように、変調タイミングを自動的に計算して、それに基き実際の変調を加えることにより、いかなる偏向器特性の変動、もしくは光源やスクリーンとの位置関係のずれが生じた場合も、画像を常に所定の領域内で、所定の大きさに表示することができる。
【００２２】
そこで、上の３つのパラメータを決定することを考える。
【００２３】
まず、スクリーン上の２箇所で、光を検出して
Ｘ１＝Ａｓｉｎ（２πｔ１／Ｔ−δ）＋Ｘ０
Ｘ２＝Ａｓｉｎ（２πｔ２／Ｔ−δ）＋Ｘ０
の計測データを得たとしても、３つの未知量Ａ、δ、Ｘ０を決定できないことは明らかで、３つ以上の位置で光を検出する必要がある。
【００２４】
また、仮に３箇所で光を検出し、第３の計測データ
Ｘ３＝Ａｓｉｎ（２πｔ３／Ｔ−δ）＋Ｘ０
を得たとして、これらから、３つの未知量Ａ、δ、Ｘ０を決定することは容易でない。その理由は、δが非線形なパラメータとして含まれているからで、このために複雑な計算を要し、計算時間がかかる。特に、上の検出を１走査ラインごとに行なう場合は、１ライン走査時間以内の高速の演算が要求されるが、簡単な回路でその要求を満たすことは困難である。
【００２５】
３つのパラメータのうち、Ｘ０は、例えばスクリーンに光ビームが投影される像を見ながら、偏向器ユニット位置またはスクリーン位置を動かすことにより容易に調節でき、その場合は未知パラメータは２つになるが、それでも検出器が２ヶ所必要で、δを求める計算の複雑さはやはり残る。
【００２６】
また、上の２つのデータの差をとっても、
Ｘ１−Ｘ２＝Ａ｛ｓｉｎ（２πｔ１／Ｔ−δ）−ｓｉｎ（２πｔ２／Ｔ−δ）｝
となって、Ｘ０は消えるが、Ａとδの２つのパラメータが残り、差のデータから振幅を一義的に決めることができない。
【００２７】
これに対し、ポリゴンミラーの場合には、fθレンズによって補正された後は、スクリーン上のスポット位置の時間変化は直線的であるから、
Ｘ＝Ａ（ｔ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
となる。ここでも、振幅Ａ、位相δ、中心位置Ｘ０の３つのパラメータがあることは同じだが、そのうちのδとＸ０の２つは−Ａδ＋Ｘ０の形になっているので、実質的にはパラメータは２つである。これは、位相変化と中心位置変化がともに画像位置のシフトとして現れるため、スクリーン上では区別できないという事情によるものである。したがって、この場合は、２箇所での計測データ
Ｘ１＝Ａ（ｔ１／Ｔ−δ）＋Ｘ０
Ｘ２＝Ａ（ｔ２／Ｔ−δ）＋Ｘ０
から、未知量が消えて、スクリーン上の位置変化が完全に再現できる。具体的には、まず、差のデータを取って
Ｘ１−Ｘ２＝（Ａ／Ｔ）（ｔ１−ｔ２）
からＡ／Ｔを求める。次いでこれをＸ１の式に代入して−Ａδ＋Ｘ０について解き、それをＸの式に代入することにより、
Ｘ＝（Ｘ１−Ｘ２）／（ｔ１−ｔ２）・（ｔ−ｔ１）＋Ｘ１
を得る。
【００２８】
以上のように、ガルバノメータは往復運動を行っているため、従来の片方向、一定走査速度であるポリゴンミラーのように走査光のタイミング検出方法を用いることはできない。さらに、走査タイミングをただ検出するだけでは、ガルバノミラーの走査速度が変化しているので、検出タイミング以外の時間での変位角の推定が困難である。ガルバノミラーをレーザディスプレイ等に搭載した場合、ガルバノミラーで光を往復走査しながらレーザビーム強度を画像情報によって変調するが、変調の開始／終了タイミングを生成するには、任意の時間における変位角の推定を行なう必要がある。
【００２９】
本発明は、正弦波のような非直線的走査を行なう光偏向器を用いた画像表示装置の、駆動信号と偏向器の実際の運動との関係、さらには駆動信号と実際のスクリーン上の光ビーム走査との関係が、何らかの原因で所定状態からずれたばあい、従来の偏向器の動きを自動検出する方法では、検出器の数を増やす必要があり、また、得られたデータから未定のパラメータを決定する演算も複雑で困難であるという課題を解決することを目的とするものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明は、光ビームを出射する光源と、該光源の光ビーム出射強度を変調する変調手段と、該変調手段に変調信号を出力する変調信号発生手段と、該光源から出射した光ビームを偏向する光偏向器と、該偏向された光ビームを走査すべく該光偏向器を駆動する駆動手段と、該駆動手段に所定周期の駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する計測手段とを有する光偏向装置であって、該光偏向装置が、さらに、前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間に相当する遅延時間データを算出する遅延時間データ算出手段と、前記第１及び第２の時刻と前記遅延時間データとから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出するタイミングデータ算出手段とを有し、算出されたタイミングデータに基づいて、前記変調信号発生手段が前記変調手段に変調信号を出力することを特徴とする光偏向装置を提供する。
また、上記の目的を達成する本発明は、光ビームを出射する光源と、該光源の光ビーム出射強度を変調する変調手段と、該変調手段に変調信号を出力する変調信号発生手段と、該光源から出射した光ビームを偏向する光偏向器と、偏向された光ビームを走査すべく該光偏向器を駆動する駆動手段と、該駆動手段に所定周期の駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、走査された光ビームの走査線上の第１の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻と、前記光ビームの走査線上の第２の特定位置を前記往路又は復路において通過する第３の時刻と、を計測する計測手段とを有する光偏向装置であって、該光偏向装置が、さらに、前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間に相当する遅延時間データを算出する遅延時間データ算出手段と、前記第１乃至第３の時刻と前記遅延時間データとから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出するタイミングデータ算出手段とを有し、算出されたタイミングデータに基づいて、前記変調信号発生手段が前記変調手段に変調信号を出力することを特徴とする光偏向装置を提供する。
また、上記の目的を達成する本発明は、光源からの光ビームを走査する光偏向器の駆動方法であって、走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する工程と、前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間を算出する工程と、前記第１及び第２の時刻と前記遅延時間とから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出する工程と、前記タイミングデータに基づいて前記光源からの光ビームを変調する工程と、を有することを特徴とする光偏向器の駆動方法を提供する。
また、上記の目的を達成する本発明は、光源からの光ビームを走査する光偏向器の駆動方法であって、走査された光ビームの走査線上の第１の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻と、前記光ビームの走査線上の第２の特定位置を前記往路又は復路において通過する第３の時刻と、を計測する工程と、前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間を算出する工程と、前記第１乃至第３の時刻と前記遅延時間とから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出する工程と、前記タイミングデータに基づいて前記光源からの光ビームを変調する工程と、
を有することを特徴とする光偏向器の駆動方法を提供する。
また、上記の目的を達成する本発明は、光ビームを出射する光源と、該光源の光ビーム出射強度を変調する変調手段と、該変調手段に変調信号を出力する変調信号発生手段と、該光源から出射した光ビームを偏向する光偏向器と、該偏向された光ビームを走査すべく該光偏向器を駆動する駆動手段と、該駆動手段に所定周期の駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する計測手段とを有する、光偏向装置により走査された光ビームの変調開始時刻の決定方法であって、
走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する工程と、
前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間を算出する工程と、
前記第１及び第２の時刻と前記遅延時間とから、光ビームの変調開始時刻を算出する工程と、
を有することを特徴とする光ビームの変調開始時刻の決定方法を提供する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
１．実施形態１
まず、スクリーン上の走査中心位置の補正は、スクリーンと偏向器の相対的な位置と方向を画像を見ながら合わせるなどして、容易に調整可能である場合を考える。調整は、スクリーンを動かすか、または偏向装置を動かすことによって行なう。
【００３３】
この場合は、中心位置のずれＸ０はないとしてスクリーン上の光スポットの動きを
Ｘ＝Ａｓｉｎ（２πｔ／Ｔ−δ）
としてよく、２つの未知パラメータＡとδを決定すれば、光スポットの動きが完全に検出できたことになる。この場合を以下、実施形態１として説明する。
図１に本実施形態の光偏向装置の構成を示す。
【００３４】
図１は、主走査と副走査を行なって２次元画像をスクリーンに投影する光偏向装置の例である。本光偏向装置は、光源２０１と、光源２０１からの光を走査するための主走査ガルバノミラー２０２、副走査ガルバノミラー２２１と、ガルバノミラー２０２、２２１の反射光２２２を入射すると電気信号を出力する光電変換素子などの光センサ２０３と、光センサの出力を受けて光がセンサ位置を通過する時刻を計測する計測回路１０６、計測結果に基づいて主走査ガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を取得する共に主走査ガルバノミラー２０２に印加する駆動信号に同期する同期信号と光源２０１の描画開始タイミング及び描画終了タイミングを示すタイミング信号とを生成する制御回路１０７、偏向器駆動回路１０８、光源駆動回路１０９からなる。
【００３５】
主走査ガルバノミラー２０２は往復振動して、スクリーン２１０上に矢印Ａの方向に光スポットを移動させる。副走査ガルバノミラー２２１はＡに垂直方向に光を偏向する。
【００３６】
光センサ２０３はスクリーン２１０の上端近くに配置される。この光センサは、光ビームが主走査方向（矢印Ａ）に走査され、センサ２０３の上を通過したタイミングで検出信号１３０を発生するタイミングセンサである。タイミングセンサ２０３の検出信号１３０は、計測回路１０６に送られる。計測回路は、内蔵するカウンタ（不図示）によって、制御回路１０７から送られる基準信号１３１と検出信号１３０との時間差を計測し、結果１３２を制御回路１０７に出力する。基準信号１３１は、制御回路１０７内部で発生し、主走査ガルバノミラー２０２の偏向周期を与えるクロック信号である。これに同期したガルバノミラー駆動信号１３３がやはり制御回路１０７内で作られ、駆動回路１０８に送られ、これを受けて駆動回路がガルバノミラー２０２，２２１の静電電極にＡＣ電圧を印加して駆動する。また、基準信号に同期して、所定のタイミングで光源変調信号１３４が制御回路内で発生し、光源変調回路１０９に送られる。この変調信号で、光源から出射される光強度が変調を受けて、スクリーン上に画像が形成される。
【００３７】
本実施形態では、主走査ガルバノミラー２０２の変位角が所定の値になったときにタイミングセンサ２０３が信号を発生するが、このタイミングセンサは、スクリーン上の光スポットの往復の両方、すなわち、ガルバノミラー２０２の変位角が最大位置に向かう方向であるか、そこから戻る方向であるかにかかわらず、そこに光スポットが来たタイミングで検出信号を出力する。したがって、タイミング信号（検出信号１３０）は１周期のうちに２回発生することになる。このセンサの出力信号から、以下に述べる方法によって、ガルバノミラーの変位角の位相、さらにはその最大変位角を計算によって求める。
【００３８】
タイミングセンサ２０３の位置は、図１に点線２２５で示すガルバノメータの変位角の０度の位置、すなわち走査中心以外の任意の位置でよいが、その位置は予め所定の値に設定され、制御回路内のメモリ（後述の図３参照）に記憶される。
【００３９】
本実施形態では、ガルバノミラーに正弦波の駆動信号を印加するようにしているため、変位角の時間変化は往路と復路とで対称となる。しかし、駆動信号波形は、正弦波に限らず、三角波、のこぎり波などでもよい。
【００４０】
以下では、ガルバノミラー２０２を、正弦波の駆動信号を印加することで共振駆動する場合について説明する。
【００４１】
図２は、図１の各部で生成される種々の信号の説明図である。図２（ａ）は制御回路に内蔵されているクロック生成回路のクロック信号に同期した基準信号、（ｂ）は（ａ）に同期した駆動信号（不図示）に従ってガルバノミラーに駆動電圧を印加したときのガルバノミラーの応答波形、（ｃ）は光センサの検出信号、（ｄ）は以下に述べる手順によって計算され、再現されたガルバノミラーの偏向角すなわち光ビームのスクリーン上の位置の時間変化を示している。
【００４２】
なお、図２において、φはガルバノミラーを駆動中心点から光センサの設置位置までの変位角、±θｃはガルバノミラーの最大変位角、Ｄｃは図２（ａ）の駆動信号の立ち上がりから（ｂ）の応答波形の立ち上がりまでの遅延時間、Ｔは図２の各信号の周期、ｔｄ１，ｔｄ２は駆動信号の立ち上がりからのそのタイミング信号それぞれの出力までの時間差ををそれぞれ示している。
【００４３】
ちなみに、遅延時間Ｄｃは、ガルバノミラーの共振動作およびガルバノミラーの駆動系および光センサの電気系で発生する。
光センサ２０３は、図２に示すように、ガルバノミラー２０２，２２１からの反射光２２２が回動中心点から変位角φずれた時にタイミング信号を出力するように配置する。
【００４４】
変位角の時間変化φ（ｔ）は正弦波なので、
φ（ｔ）＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔ−Ｄｃ）／Ｔ｝
であり、センサ位置の変位角φと２つの検出タイミングｔｄ１、ｔｄ２とは、
φ＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ１−Ｄｃ）／Ｔ｝
φ＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ２−Ｄｃ）／Ｔ｝
の関係にある。
【００４５】
したがって、この検出データφおよびｔｄ１、ｔｄ２から、遅延時間Ｄｃ及び最大変位角θｃは、次の数式（１），数式（２）でそれぞれ求めることができる。
【００４６】
Ｄｃ＝（１／４）（２ｔｄ１＋２ｔｄ２−Ｔ）・・・（１）
θｃ＝φ／ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ１−ｔｄ２＋Ｔ／２）｝・・・（２）
なお、ｔｄ１とｔｄ２のいずれが往路パルスでいずれが復路パルスであるかによって、式（１）で算出されるＤｃが、図１０で定義したＤｃ、すなわち駆動信号の一方方向への立ち上がりから、偏向器がそれと同じ方向に立ち上がるまでの時間、とＴ／２だけ異なってしまうおそれがあるが、センサ位置を走査中心から所定方向にずらせておき、ｔｄ１とｔｄ２の差を算出してその値がＴ／２より大きいか否かを判断することにより、いずれが往路か復路かが確定できるので、Ｄｃ決定の任意性はなくなる。
【００４７】
また、センサ２０３を走査中心位置２２５に置くと、（２）式でφ＝０なのでθｃを求めることができないので、その意味でも中心からずらせて配置する必要がある。
【００４８】
式（１）は、計測されたセンサ位置通過時刻ｔｄ１、ｔｄ２の値と、走査周期Ｔとの線形計算になっている。今の場合、振動の波形が往復で対称なので、２つの通過時刻の平均値とＴ／２との和でＤｃが算出できる。したがって、非線型方程式を解くという複雑な計算過程を必要とせず、短時間で、簡単な演算回路で算出できる。このように簡単な計算でＤｃを求めることができたのは、往復走査を検出し、同じ位置での異なる時刻のデータを用いたからである。
【００４９】
このように、２つの未知パラメータが決定できたので、図２（ｄ）の波形、すなわち任意の時間における偏向器の変位角がわかったことになる。この結果を用いて、画像信号に応じてレーザビームに加える変調の開始と終了のタイミングを計算する。具体的には、画像の開始と終了の位置に対応する変位角を、それぞれ、φＡ、φＢとすると、開始時間ｔＡ、終了時間ｔＢはそれぞれ、
ｔＡ＝（Ｔ／２π）（ａｒｃｓｉｎ（φＡ／θｃ）＋Ｄｃ）・・・（３）
ｔＢ＝（Ｔ／２π）（ａｒｃｓｉｎ（φＢ／θｃ）＋Ｄｃ）・・・（４）
として求められる。
【００５０】
なお、式（２）のｓｉｎ関数、式（３）（４）のａｒｃｓｉｎ関数は、よく用いられる関数であり、制御回路に内蔵されている演算ルーチンで短時間の計算が可能である。
【００５１】
以下、図１の制御回路１０７の動作を図３を用いて説明する。図３は、制御回路の内部構成を示すブロック図である。制御回路は、コントローラ３０１、演算回路３０２、メモリ３０３から少なくとも構成される。
走査周期のデータと、センサの位置のデータは、あらかじめメモリ３０３に保存されている。
【００５２】
走査開始後、タイミングセンサの検出パルスが発生すると計測回路が通過時刻を計測し、結果１３２を制御回路１０７に送る。コントローラ３０１は計測回路から受け取る時刻データを内蔵するメモリ３０３に記録する。
【００５３】
光ビームが往復して２つのタイミングの計測が終わると、コントローラは、これらのメモリに記録された２つの通過時刻のデータを読み出して演算回路３０２に送り、式（１）（２）に相当する演算を行なわせて、結果をメモリに記録する。この演算には、走査周期データもメモリから読み出されて用いられる。
【００５４】
つぎに、予めメモリ３０３に記憶された表示開始位置の変位角φＡと表示終了位置の変位角φＢの値を読み出し、式（３）（４）によって、変調開始タイミングｔＡと変調終了タイミングｔＢを計算する。
【００５５】
引き続く走査において、光源変調信号１３４は、上記ｔＡ時間経過したタイミングで画像に応じた変調を開始し、上記ｔＢ時間経過したタイミングで変調を終了するように制御される。すなわち、コントローラ１０７は、基準信号に同期してガルバノミラー駆動信号１３３を発生させてガルバノメータの駆動回路に送り、それからｔＡだけ遅れた時刻に光源変調開始信号を発生させて光源変調回路に送り、ｔＢだけ遅れた時刻に光源変調終了信号を発生して光源変調回路に送る。また、ｔＡとｔＢの時刻の間に、画像メモリから画像データを読み出して、変調して光源変調信号とし、光源変調回路に送る。
【００５６】
以上の動作において、中間の算出データであるＤｃとθｃは、式（３）（４）の算出過程で同時に算出してもよい。
【００５７】
また、計算は各周期で発生する検出信号を個別に用いて行う場合と、複数周期分の検出信号の平均を用いて行う場合とがある。前者の手法は、ガルバノミラーの応答波形の周期の一部だけでタイミング検出を行う場合に採用可能であるし、ガルバノミラーの駆動信号の制御までの時間を短くすることが可能である。一方、後者の手法を採用すると積算平均化等により検出精度が向上する。
【００５８】
以下、本実施形態の各部について説明する。
【００５９】
（光源２０１について）
光源２０１は、変調器を有した気体レーザや固体レーザなどや、半導体レーザやＬＥＤなどの直接変調可能な光源などのように、出射光の変調を行うことができるものであるのが望ましい。光源２０１の変調方式は、パルス幅変調方式又は強度変調方式などを用いることができるが、本実施形態では強度変調方式で説明した。
【００６０】
（ガルバノミラー２０２、２２１について）
ガルバノミラー２０２、２２１は、ガルバノメータを周期的な駆動波形で駆動したものや、半導体プロセスを用いて作製したシリコンマイクロスキャナ、また回転軸を中心として回転往復運動をするアクチュエータであればよい。また、駆動周波数は、ガルバノミラー２０２が駆動できる周波数であれば、どの周波数でもよい。
【００６１】
（タイミングセンサ２０３について）
タイミングセンサ２０３は、ビームディテクタ等を用いた光検出方式のものや、光偏向器ユニットと一体化したもの等を用いることができる。
【００６２】
タイミングセンサ２０３を、半導体プロセスで製造した光センサ等にした場合や静電センサとした場合には、それぞれの変位点に最適のセンサを配置することができ、またセンサの配置誤差も作製における誤差によって決まってしまうため、高精度且つセンサ位置決めが容易であり、また小型化・低コスト化が容易であるというメリットがある。
【００６３】
なお、ガルバノミラー２０２、２２１を半導体プロセスで製造した場合、タイミングセンサ２０３をガルバノミラー２０２、２２１と一体の基板又は近接した基板に実装させることができ、光偏向器との一体化と、タイミングセンサとガルバノミラーとの高精度な位置決めが容易に実現できる。
【００６４】
演算回路３０２には、マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）、ＣＰＬＤ・ＦＰＧＡ（complex programmable logic device・field programmable gate array）などを用いることができる。
【００６５】
（実施形態１の変形例）
図４は、本実施形態における光センサとガルバノミラーの配置の他の例を示す図である。図４（ａ）には光源２０１から発せられ、ガルバノミラー２０２で反射した反射光のうち、ビームスプリッタ２０４で分岐した光２０６を光センサ２０３で検出することで、ガルバノミラー２０２からの反射光２２２が所定の変位角φに到達したことを検出する様子を示している。
【００６６】
タイミングセンサ２０３の位置は、回動中心点２０７から所定の角度φ分ずらした位置２０８上としている。描画光２０５の光量の減少、ビームスプリッタ２０４の容易が必要であるが、別途、検出用光源を設けることが不要であり、全走査検出の長所がある。
【００６７】
また、分割した光は異なる方向へ進行するので、相互に干渉することがなく検出時の信頼性が高くなるというメリットがある。
【００６８】
図４（ｂ）には光源と異なる検出用光源２１１を用意し、検出用光源２１１からガルバノミラー２０２へ、光源からの光ビームと別角度で光ビーム２１２を出射したときのガルバノミラー２０２からの反射光をタイミングセンサ２０３で検出する様子を示している。２１３はガルバノミラー２０２の回動中心点を示している。
【００６９】
検出用光源２１１を用意することで、図４（ａ）の場合に比して描画光の減少がなくなるという長所がある。
【００７０】
図４（ｃ）には２次元走査系の描画領域２２３及び非描画領域２２４のうち非描画領域２２４にタイミングセンサ２０３を配置している様子を示している。ちなみに、ここでは光源２０１からの光ビームはガルバノミラー２０２で反射された後に反射ミラー２２１で反射され描画光２２２となる。２２５はガルバノミラー２０２の回動中心点を示している。一部走査検出が短所であるが、新たな構成要素が不要であるという長所がある。
【００７１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す例は、走査光をガルバノミラー２０２から離れた位置で光センサ２０３で検出する方式であるが、半導体プロセスで小型のガルバノミラー２０２と光センサ２０３とを一体化してもよい。
【００７２】
また、タイミングセンサは、光センサ２０３に限定されず、静電センサ、コイル等の磁気センサを用いてもよいが、先に説明した特登録２６５７７６９号公報や特登録３０１１１４４号公報にあるように、ガルバノメータの振動の全周期にわたって検出信号を発生させるものではなく、特定の変位角に来たときに鋭い検出信号を出力するものを用いる。
【００７３】
２．実施形態２
次に、本発明の第２を実施形態２によって説明する。
【００７４】
本発明の第２は、偏向器の走査中心位置が未知のずれを持ち、かつ、スクリーンと偏向器の相対位置と方向が容易には変更できない場合を前提としている。スクリーンと偏向器がともに室内の壁面に固定して設置されているような場合はこれにあたる。この場合は、中心位置のずれＸ０も含んだスクリーン上の光スポットの動きを
Ｘ＝Ａｓｉｎ（２πｔ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
として、３つの未知パラメータＡ、δ、Ｘ０を決定すれば、光スポットの動きが完全に把握できたことになる。この場合を以下、実施形態２として説明する。
【００７５】
以下、図面を参照して本実施形態について説明する。
【００７６】
図５は、本実施形態の光偏向器ユニットの模式的な構成図である。図５では、図１と同じ構成要素には同じ符号をつけて説明を省略する。
【００７７】
図１と異なり、タイミングセンサ２０３と２１２がスクリーン上端に２箇所配置される。そのうちの少なくとも一方は、往復の走査ビームのタイミングを検出するが、他方は往または復のタイミングのみ検出するものであってもよい。
【００７８】
図６は、図５の主走査ガルバノミラー２０２の駆動信号を生成する手法の説明図である。
【００７９】
図６（ａ）には駆動信号の同期信号、（ｂ）には（ａ）の基準信号に同期させてガルバノミラー２０２に印加される駆動信号、（ｃ）には（ｂ）の駆動信号に従って実際に駆動したガルバノミラー２０２の変位波形、（ｄ），（ｄ’）にはそれぞれ光センサ２０３と２１２の出力信号、（ｅ）には（ｄ），（ｄ’）の出力信号に基づいて再現したガルバノミラー２０２の変位波形、（ｆ）には（ｅ）の変位波形に基づく描画の開始／終了のタイミング等をそれぞれ示している。
【００８０】
なお、図６（ｃ）において、φ１，φ２はそれぞれガルバノミラー２０２を駆動中心点から光センサ２０３、２１２の設置位置まで回動した時の変位角、±θｃはガルバノミラー２０２の最大変位角、Ｄｃは（ａ）の駆動信号の立ち上がりから（ｂ）の変位波形の立ち上がりまでの遅延時間、Ｔは（ｂ）の変位波形の周期をそれぞれ示している。遅延時間Ｄｃは、ガルバノミラー２０２駆動系及び光センサ２０３、２１２の電気系で発生する。
【００８１】
図６（ａ）に示すような基準信号に同期させて、図６（ｂ）に示す駆動信号Ａ１をガルバノミラー２０２に印加すると、それから遅延時間Ｄｃ後に、ガルバノミラー２０２がその駆動信号に対応して回動し始めて、図６（ｃ）に示すように正弦波形の変位波形になる。
【００８２】
そして、駆動信号Ａ１を印加してからｔｄ１後になると、垂直走査ミラー２２１の反射光２２２が光センサ２０３に入射し、光センサ２０３から図６（ｄ）に示すように、検出信号Ｃ１が出力される。
【００８３】
さらに、ガルバノミラー２０２が駆動され、反射光２２２は、やがて正弦波形のピーク点である変位角θに到達し、駆動信号Ａ１を印加し始めてからｔｄ２後になると、再度反射光２２２が再度光センサ２０３に入射し、光センサ２０３から検出信号Ｃ２が出力される。
【００８４】
それから、ガルバノミラー２０２は、変位角０度まで戻り、変位角が負の方向になるように回動され、駆動信号を印加してからｔｄ３後になると、図６（ｄ’）に示すように、反射光２２２が光センサ２１２に入射し、光センサ２１２から検出信号Ｃ３が出力され、その後、変位角−θに到達する。
【００８５】
そして、駆動信号を印加してからｔｄ４後になると、反射光２２２が光センサ２１２に再度入射し、図６（ｄ’）に示すように検出信号Ｃ４が出力され、その後変位角０度まで戻る。
ガルバノミラ−の変位が正弦波であるとすると
φ（ｔ）＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔ−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
なので、センサ位置の変位角φ１、φ２と上記４つの検出タイミングｔｄ１−ｔｄ４の間には、
φ１＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ１−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
φ１＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ２−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
−φ２＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ３−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
−φ２＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ４−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
の関係がある。
【００８６】
つづいて、駆動信号Ａ２をガルバノミラー２０２に印加すると、上記一連の手順のように検出信号が計測回路１０６に出力されるようになる。このように、計測回路１０６には、ガルバノミラー２０２の１周期Ｔ分の変位に対して検出信号Ｃ１〜Ｃ４の４パルス分入力されるようになる。
【００８７】
実施形態１と同様に、遅延時間Ｄｃは、時間ｔｄ１，ｔｄ２から、次の数式（５）によって決定される。
【００８８】
Ｄｃ＝（１／４）（２ｔｄ１＋２ｔｄ２−Ｔ）・・・（５）
あるいは、遅延時間Ｄｃを、時間ｔ３１，ｔ４２から、次の数式（６）によって決定してもよい。
【００８９】
Ｄｃ＝（１／４）（２ｔｄ３＋２ｔｄ４−３Ｔ）・・・（６）
このようにＤｃが決まるので、振幅θｃと中心位置φ０は、上のφ１とφ２の式の１つずつで構成される連立一次方程式を解いて、
θｃ＝（φ１＋φ２）／［ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ１−ｔｄ２＋Ｔ／２）｝＋ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ３−ｔｄ４＋Ｔ／２）｝］・・（７）
および
φ０＝［φ１・ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ３−ｔｄ４＋Ｔ／２）｝−φ２・ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ１−ｔｄ２＋Ｔ／２）｝］／［ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ１−ｔｄ２＋Ｔ／２）｝＋ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ３−ｔｄ４＋Ｔ／２）｝］・・（８）
と求められる。
【００９０】
なお、（５）（６）からわかるとおり、ｔｄ１−ｔｄ４は独立ではなく、
−ｔｄ１−ｔｄ２＋ｔｄ３＋ｔｄ４＝Ｔ
の関係がある。
【００９１】
Ｄｃを求める式（５）は、ｔｄ１とｔｄ２のいずれが往路パルスでいずれが復路パルスであるかによって、Ｔ／２の任意性があるが、センサ位置を走査中心からずらせておき、間隔の狭いほうをｔｄ１とｔｄ２として取ると決めておけばいずれが往路か復路かが確定でき、任意性はなくなる。（６）についても同様である。
【００９２】
式（５）や（６）は、計測されたセンサ位置通過時刻ｔｄ１ないしｔｄ４の値と、走査周期Ｔとの線形計算になっている。今の場合、振動の波形が往復で対称なので、２つの通過時刻の平均値とＴ／２との和でＤｃが算出できる。したがって、非線型方程式を解くという複雑な計算過程を必要とせず、短時間で、簡単な演算回路で算出できる。このように簡単な計算でＤｃを求めることができたのは、少なくとも一方の光検出器で往復の光ビームを検出し、同じ位置での異なる時刻のデータを用いたからである。
【００９３】
このように、３つの未知パラメータがすべて決定できたので、任意の時間における偏向器の変位角がわかったことになる。この結果を用いて、画像信号に応じてレーザビームに加える変調の開始と終了のタイミングを、実施形態１で述べた計算と同様に求めることができる。すなわち、
ｔＡ＝（Ｔ／２π）（ａｒｃｓｉｎ（φＡ−φ０）／θｃ）＋Ｄｃ）・・（９）
ｔＢ＝（Ｔ／２π）（ａｒｃｓｉｎ（φＢ−φ０）／θｃ）＋Ｄｃ）・・（１０）
図６（ｆ）には描画の開始位置とそのタイミングを○で示し、終了位置とそのタイミングを●で示している。ガルバノミラーの速度変化の少ない領域周辺で、描画の開始及び終了がされることが好ましい。
【００９４】
本実施形態において、第１と第２のセンサ位置データφ１、φ２、画像表示の範囲を示す変位角データφＡ、φＢは、走査中心とスクリーンの基準位置２２６（例えばスクリーンの中心位置）が一致していると仮定して、表示スクリーン上での基準位置からの距離として設定される。
【００９５】
図７は、主走査偏向器２０２とスクリーン２１０の位置を示す図で、スクリーン２１０上に第１と第２のセンサ２０３、２１２が配置され、画像表示範囲ＸＡ＜Ｘ＜ＸＢが定められている。Ｌは主走査偏向器からスクリーンまでの距離であるが、実際には、この間に副走査ガルバノミラーが配置されている。
【００９６】
第１（第２）の光センサのスクリン中心らの距離をＸ１（Ｘ２）、とすると、φ１（φ２）は
φ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｘ１／Ｌ）
φ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｘ２／Ｌ）
として定められる。同様に、画像表示範囲の左端（右端）とスクリーン中心との距離ＸＡ（ＸＢ）も、
φＡ＝ａｒｃｔａｎ（ＸＡ／Ｌ）
φＢ＝ａｒｃｔａｎ（ＸＢ／Ｌ）
として定められる。
【００９７】
走査中心が、スクリーンの基準位置とずれていても、本実施形態によれば、上で説明したように、走査中心のオフセット値が定まり、それの基いて変調開始と終了のタイミングが設定されるので、スクリン上の画像位置ＸＡ，ＸＢがずれることがない。
【００９８】
ところで、上の式（７）には、検出器の位置を表すパラメータφ１とφ２が和の形φ１＋φ２で含まれている。これは、振幅が、２つの検出器の相対位置で決定されることを表している。すなわち、検出器は、相互の距離を固定しておけば、それがスクリーン上のどの位置に置かれても、遅延時間Ｄｃと振幅θｃはそれと無関係に決定される。検出器が、相互の距離を保ってスクリーン上でずれたときは、式（８）によってφ０が変動するために、画像がスクリーン上で左または右にずれるが、これを検出器位置を調節して正しい位置に持ってくることは容易にできる。したがって、偏向装置とスクリーンとの位置関係を動かすことが難しい状況であっても、常に画像をスクリーン上の所定位置に投影することができる。
【００９９】
検出器がスクリーン上になく、偏向装置内にあっても、同様に、検出器間の距離を保って位置を調節することによって、スクリーン上の画像範囲の位置調整ができる。
【０１００】
以上説明したように、本実施形態によると、駆動中心点に対する光センサの配置は、相対距離だけが定められていればよく、ガルバノミラーの駆動中心点と個々の光センサの配置の位置関係に厳しい制約がないため、光偏向器ユニットの組み立てコストを削減することができる。
【０１０１】
本実施形態における制御回路は、図２に示す実施形態１の制御回路と同じ物が用いられる。以下、制御装置１０７の具体的な動作を説明する。
【０１０２】
走査周期データＴ、第１と第２のセンサ位置データφ１、φ２、画像表示の範囲を示す変位角データφＡ、φＢは、あらかじめメモリに記憶されている。
【０１０３】
制御装置は、まず、基準信号が立ち上がったあと、計測回路からの走査ビーム通過時刻データが４つ連続して送られたことを確認し、これをメモリに格納する。第２のセンサが、往復いずれかの走査しか検出しないならば、通過時刻データは３つである。また、４つの時刻データが送られる場合でも、制御回路が、始めの３つのみを確認して記憶するようにしてもよい。
【０１０４】
ついで、これらのデータを走査周期データＴおよびセンサ位置データφ１、φ２とともに演算回路に送り、演算回路が、式（５）または式（６）によってＤｃを算出し、式（７）と（８）によってθｃとφ０を算出して、制御回路に結果を返す。制御回路は、この結果をメモリに格納する。
【０１０５】
ついで、制御回路は、あらかじめ画像表示範囲から決められ、メモリに記憶された変位角データφＡ、φＢ、周期データＴ、および先に算出された遅延時間データＤｃと振幅データθｃ、中心位置オフセットデータφ０を演算回路に送り、式（９）（１０）によってｔＡ、ｔＢを算出させ、その結果をメモリに蓄える。
【０１０６】
引き続く走査において、光源変調信号は、上記ｔＡ時間経過したタイミングで画像に応じた変調を開始し、上記ｔＢ時間経過したタイミングで変調を終了するように制御される。すなわち、コントローラは、基準信号に同期してガルバノミラー駆動信号を発生させてガルバノメータの駆動回路に送り、それからｔＡだけ遅れた時刻に光源変調開始信号を発生させて光源変調回路に送り、ｔＢだけ遅れた時刻に光源変調終了信号を発生して光源変調回路に送る。また、ｔＡとｔＢの時刻の間に、画像メモリから画像データを読み出して、変調して光源変調信号とし、光源変調回路に送る。
【０１０７】
なお、２つのセンサ位置データが、個別には与えられず、相対位置（相対変位角）φ１＋φ２のデータだけが与えられている場合は、オフセットデータφ０を０と仮定して、式（９）（１０）を計算する。その結果、スクリーン上で画像表示範囲が所定位置からずれている場合は、それを見ながらφ０をダイヤル等で可変し、そのφ０の値を用いて、式（９）（１０）を再計算していくことにより、所望の位置に調節する。
【０１０８】
上記数式（５）−（１０）を用いた演算は、実施形態１で述べたのと同様、１周期毎に電気信号が入力されるたびに行っても、数周期毎に行ってもよい。ちなみに、一周期内で上記演算を行えるような信号処理系を制御回路１０７に備えれば、より速く制御を行うことができるので好ましい。
【０１０９】
図５の光源、ガルバノミラー、タイミングセンサについては、実施形態1と同じものが使用できる。制御手段として、マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）、ＣＰＬＤ・ＦＰＧＡ（complex programmable logic device・field programmable gate array）
を用い得ることも同様である。
タイミングセンサ２０３，２１２を、半導体プロセスで製造した光センサ等にした場合や静電センサとした場合には、それぞれの変位点に最適のセンサを配置することができ、またセンサの配置誤差も作製における誤差によって決まってしまうため、高精度且つセンサ位置決めが容易であり、また小型化・低コスト化の容易であるというメリットがある。
【０１１０】
なお、ガルバノミラー２０２、２２１を半導体プロセスで製造した場合、タイミングセンサ２０３，２１２をガルバノミラーと一体の基板又は近接した基板に実装させることができ、光偏向器との一体化と、タイミングセンサとガルバノミラーとの高精度な位置決めが容易に実現できる。
【０１１１】
（実施形態２の変形例）
実施形態１と同様に、検出方式として、いくつかの変形が考えられる。
【０１１２】
まず、図８に示すように、ガルバノミラーからの反射光をビームスプリッタにより分割して、分割した光ビームディテクタ等で検出する手法が考えられる。
【０１１３】
この手法によると、分割した光は異なる方向へ進行するので、相互に干渉することがなく検出時の信頼性が高くなるというメリットがある。
【０１１４】
また、図９に示すように、画像表示用の主光源２０１の他に、検出用の別ビームを出射する検出用光源２１１を備え、光源２０１の出射光とは別の角度でガルバノミラー２０２に光を照射し、タイミングセンサ２０３（２つあってもよいが、ここでは１つの場合を説明する）で検出する手法が考えられる。主光源のビームは検出しない。
【０１１５】
この手法によると、表示領域とは外れたスクリーン上、もしくは装置内にセンサ２０３を置くことができ、画像鑑賞の目障りになることを回避することができる。また、主光源を検出する場合は、画像が変調を受けて、センサの位置でたまたま強度が弱くなる、もしくは消光状態になって、検出できないことが起きるおそれがあるが、検出用光源を別に設けることでそれも解消できる。
【０１１６】
また、主光源が副走査されるうちの一部の時間、つまり主走査がセンサの上に来る期間内だけ検出用の光を出射して検出し、その他の時間は消光することで、検出用光源の消費電力を少なくできる。さらに、センサの感度が悪く、主光源からの光では強度が不足するときでも、検出用光源から検出に充分な輝度、強度、スポット径の光を出射することができるというメリットもある。
【０１１７】
図９に示すように検出用光源２１１を設けると、図８に示す場合に比して、投影面への光の照射光量が低下しなくなるので、描画の輝度を相対的に高めることが可能となる。また、検出用ビーム径の大きさや、光センサの配置を最適化することが容易となり、高精度な変位角を示す情報の取得が可能となる。
【０１１８】
図１２は、さらに別の変形例である。副走査を非描画領域にも行なって、そこにタイミングセンサ２０３，２１２を配置し、ガルバノミラー２０２の反射光がタイミングセンサ２０３，２１２に入射する際に光源２０１から光を出射する。ビームスプリッタや検出用光源等を備えなくてもよいので、輝度低下や干渉の問題を回避することができる。
【０１１９】
図１２に示すタイミングセンサ２０３，２１２を配置する面２２３は、必ずしも投影面２１０の上でなくてよい。投影装置内にタイミングセンサ配置面２２３を持ってきて、投影面２１０を選ばない画像形成装置を構成することもできる。
【０１２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって説明する。以下の例は、光センサを２つ配置した構成であるが、１つであってもよい。
【０１２１】
（実施例１）
図１３は、本発明の実施例１の光偏向装置の模式的な構成図で、１次元走査の光偏向装置である。光源２０１と、光源２０１からの光を走査するためのガルバノミラー２０２と、ガルバノミラー２０２の反射光２２２を入射すると電気信号を出力する光電変換素子などの光センサ２０３，２１２と、光センサ２０３，２１２の出力に基づいてガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を取得する共にガルバノミラー２０２に印加する駆動信号に同期する同期信号と光源２０１の描画開始タイミング及び描画終了タイミングを示すタイミング信号とを生成する取得手段２２６である。取得手段２２６は、図５の、計測回路１０６、制御回路１０７、駆動回路１０８、変調回路１０９をまとめたものである。
光源２０１は、光出力約５ｍＷの半導体レーザを用い、パルス幅変調で直接変調を行う。ガルバノミラー２０２は約１０ｋＨｚ周期の正弦波の駆動信号によって駆動している。
【０１２２】
偏向器２０２に駆動信号を印加すると、駆動信号の１周期に対して合計の検出信号が４パルス出力され、タイミングセンサ２０３，２１２からの検出信号と、タイミングセンサ２０３，２１２とガルバノミラーとのなす角度から、ガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を取得する。
【０１２３】
上で説明したとおり、４パルスのうち少なくとも３つのパルスを用いて、所定のデータを算出することにより、ガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を完全に取得することができる。
【０１２４】
（実施例２）
図５に示したのと同様の２次元画像形成装置で、ガルバノミラー１０２と１２１を、特登録２９８３０８８にあるような、半導体プロセスを用いて一体に作製した光偏向器に置き換えた。本実施例の光偏向器は、共振型ガルバノミラーを入れ子に組んで２軸の偏向器としたものである。共振周波数は８ｋＨｚである。他の部分は図５と同じである。
【０１２５】
実施形態２で説明したように、センサから得られる４パルスのうち少なくとも３つのパルスを用いて、所定のデータを算出することにより、ガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を完全に取得することができる。
【０１２６】
本実施例のように、往復の通過時間を計測することにより、検出器の数を増やすことなく、偏向器の振動を予測でき、その結果、精度よく画像変調タイミングを決めることができる。
【０１２７】
また、偏向器の遅延時間を簡単に算出できるので、高速の処理が可能である。さらに、検出器を２つ設ける場合でも、相対位置だけを固定すればよいので、位置精度が要求されず、スクリーンその他の設置が容易である。
【０１２８】
（実施例３）
本実施例は、位相のずれから共振周波数の変動を検出し、それに基いて駆動周波数を変化させる駆動方法の例である。
【０１２９】
図１１（ａ）は、共振型ガルバノミラーにおける駆動信号の周波数と最大変位角との関係を示す図である。同（ｂ）は、駆動信号の周波数と位相との関係を示す図である。（ａ）の横軸は駆動信号の周波数、縦軸は最大変位角を示している。（ｂ）の横軸は駆動周波数、縦軸は位相のずれを示している。
【０１３０】
ここでは、光偏向器ユニットが置かれている周辺の環境温度を互いに変えて、２つのデータ（特性Ａ、Ｂ）を示している。
【０１３１】
共振周波数でガルバノミラーを駆動している時に、環境温度が変わると共振周波数は著しく変化する。具体的な例としては、温度が１℃変わると、共振周波数は数１０Ｈｚ変わる場合もある。すると、図１１（ａ）の駆動信号周波数−最大変位角特性が全体的に左右にシフトする。
【０１３２】
例えば、特性Ａから特性Ｂに変わるとする（これは、共振周波数が、高くなることに対応する）と、同じ周波数で駆動しているままであると、変位角が減少する。
【０１３３】
しかし、図１１（ａ）の特性Ａに示すように共振点（●）を中心としてほぼ対称となるような共振特性では、周波数が変化した時に波形の振幅だけを検出したのでは、共振周波数が高低のいずれ側に変化したのかを検出することができない。
【０１３４】
そこで、図１１（ｂ）に示すように、駆動信号の位相情報の変化を検出することで、周波数が高低のいずれ側に変化したのかを検出することが考えられる。すなわち、図１１（ａ），図１１（ｂ）の特性Ａ、Ｂにより示すように、共振周波数が高い方へ変化した場合には、位相情報が大きくなる。一方、共振周波数が低い方へ変化した場合には、位相情報が小さくなる。
【０１３５】
遅延時間データＤｃは、位相ずれωと以下の式に示す関係にある：
ω＝２πｆ／（Ｄｃ−ｎＴ）×３６０（ｎ：整数，０≦ω＜３６０°）
本実施例では、実施形態１または２で説明した方法で走査タイミングを検出して遅延時間Ｄｃを算出し、上の式で位相のずれを求め、上に述べた方法を用いて偏向器の駆動周波数を共振周波数に一致させる調節を行う。位相ずれωが負であれば駆動周波数を増加させ、位相ずれωが正であれば駆動周波数を減少させることによって、位相ずれωが常に０になるように制御して、画像形成装置の置かれている環境温度の変化があっても、所望の駆動信号をガルバノミラーに印加するようにしている。
【０１３６】
遅延時間Ｄｃ等の位相信号はガルバノミラーの駆動での周波数追従制御において位相同期ループの入力として用いることができる。
【０１３７】
本実施例によると、画像表示装置の置かれている環境温度が変化しても、ウォブリングのように周波数を変化させることなく、共振点に駆動周波数を追従させることができるため、画像の乱れがなく、共振周波数の検出をリアルタイムに行うことができる。
【０１３８】
（実施例４）
本実施例では、ガルバノミラー２０２の駆動信号Ａ１，Ａ２を約６０Ｈｚ周期のノコギリ波で駆動する。
【０１３９】
図１４は、生成手段２２６のガルバノミラー２０２で駆動信号Ａ１，Ａ２を生成する手法の説明図である。まず、光センサ２０３，２１２の検出信号Ｃ１〜Ｃ５に基づいて最大変位角θｃを算出する手法について説明する。
【０１４０】
図１４（ｂ）に示すように、駆動信号Ａ１上に点Ａ〜点Ａ’をとり、点Ａと点Ｃとの位相差をＴＡ、点Ｂと点Ｆとの位相差をＴＣ、点Ｆと点Ｈとの位相差をＴＢ、点Ｈと点Ａ’との位相差をＴＤとする。なお、点Ａ，点Ｂ，点Ｆ，点Ｈ，点Ａ’は変位角φ１，φ２との交点である。
【０１４１】
さらに、図１４（ｂ）に示すように点Ｄと点Ｈとを結ぶ線に平行な補助線を点Ｂを通るように引き、補助線と駆動中心点を結ぶ線との交点を点Ｈ’とすると、
△ＡＢＨ’∽△ＢＤＦ
となり、ＣＨ’間の長さはＴＢとなる。
【０１４２】
ここで、最大変位角θｃを算出するにあたり、ＤＥ間、ＢＣ間、ＩＪ間の各長さを求める。
【０１４３】
ＤＥ間の長さは、△ＡＢＨ’と△ＢＤＦとが相似形であるから、ＡＨ’間とＢＦ間との距離の比から、ＢＣ間の長さを基準として、
ＤＥ＝ＢＣ×ｔＣ／（ｔＡ＋ｔＢ）
によって与えられる。
【０１４４】
ＩＪ間の長さは、△ＡＢＨ’と△Ａ’ＪＨとが相似形であるから、ＡＨ間とＡ’Ｈ間との距離の比から、ＢＣ間の長さを基準として、
ＩＪ＝ＢＣ×ｔＤ／（ｔＡ＋ｔＢ）
によって与えられる。
【０１４５】
上の、ＤＥとＩＪの式から、ＤＥ間、ＢＣ間、ＩＪ間の長さの和は、
によって与えられる。
【０１４６】
ここで、ＢＣ間の長さはφ１であるので、最大変位角θｃは、
θｃ＝２×（ＴＡ＋ＴＢ）／Ｔ×φ１
となる。
【０１４７】
つぎに、Ｊ’Ｄ上の任意の位置と、その位置の反射光２２２の通過時間との関係について説明する。まず、ＡＬの長さは、［ＤＥ＋ＢＣ＋ＩＪ］から［ＤＥ＋ＢＭ］分（横軸よりも上側の長さ）を差し引いてさらに［ＩＪ］分差し引いた長さに等しく、［ＤＥ＋ＢＭ］の長さは［ＤＥ＋ＢＣ＋ＩＪ］の長さの半分であるので、上記のＤＥ、ＩＪの式から
が成り立つ。
【０１４８】
また、線分ＡＫの傾きは、ＢＣ／ＴＡであり、点Ａを反射光２２２が通過する時間をｔ１、点Ｋを反射光２２２が通過する時間をｔ０とすると、［ＡＬ＝ＢＣ／ＴＡ×（ｔ０−ｔ１）］より、
ｔ０＝ｔＡ×（ｔＡ＋ｔＢ＋ｔＣ−ｔＤ）／２／（ｔＡ＋ｔＢ）＋ｔ１
である。
【０１４９】
以上の式より、Ｊ’Ｄ上の任意の位置となる変位角φαは、その位置の反射光２２２の通過時間をｔαを用いて
＋ｔＢ）＋ｔ１｝
と表される。
【０１５０】
本実施例によると、鋸波駆動しているガルバノミラーの変位角を示す情報を取得することができる。実際には、ガルバノミラーをノコギリ波駆動した場合、理想的なノコギリ波状にはならないが、一般的な駆動条件であれば、上記のように理想的なノコギリ波と近似して算出しても問題ない。
【０１５１】
（実施例５）
図８は、本発明の実施例５の光偏向器の模式的な構成図である。本実施例では、光センサ２０３，２１２をスクリーン上でなく、偏向装置内に設置している。
【０１５２】
具体的には、図８に示すようにガルバノミラー２０２と垂直走査ミラー２２１との間にビームスプリッタ２０４を設け、これにより進路が変更された検出用走査光２０６の光路に光センサ２０３，２１２を配置している。また、ビームスプリッタ２０４によって進路の変更されない描画用走査光２０５が投影面２１０に照射される。
【０１５３】
図８に示すように光センサ２０３，２１２を配置すると、全走査検出を行うことができるというメリットがある。すなわち、図５に示す場合に比して投影面２１０の垂直方向の走査に拘わらず、水平方向の走査の度に光センサ２０３，２１２に光源２０１からの光が入射するようになるので、より精度よく光源２０１及びガルバノミラー２０２の制御を行うことができる。
【０１５４】
（実施例６）
図９は、本発明の実施例６の光偏向器の模式的な構成図である。本実施例では、光源２０１の他に、光センサ２０３，２１２でガルバノミラー２０２の変位波形を検出するために別途検出用光源２１１を光源２０１からの光の光路外に設けている。
【０１５５】
検出用光源１１は、走査光との干渉を避けるため、異なる波長を用いる。ガルバノミラー２０２に対する、検出用光源１１からの入射角と、変調手段を有する光源２０１からの入射角は、異なっている。光センサ２０３、２１１は、検出用光源の走査光を検出できる位置に配置される。なお、他の構成は図５と同様である。
【０１５６】
図９に示すように検出用光源２１１を設けると、図８に示す場合に比して、投影面への光の照射光量が低下しなくなるので、描画の輝度を相対的に高めることが可能となる。また、検出用ビーム系の大きさや、光センサの配置を最適化することが容易となり、高精度な変位角を示す情報の取得が可能となる。
【０１５７】
以上、本発明の実施例１−６では、ガルバノミラー２０２の光反射面の変位角を検出するタイミングセンサとして、光センサ２０３，２１２を用いた場合を例に説明したが、タイミングセンサは光センサに限定されず、これに代えて、ガルバノミラー２０２に内蔵された静電センサ、コイル等の磁気センサを用いてもよい。また、光センサ２０３，２１２の一方が静電センサで、他方が磁気センサであってもよい。
【０１５８】
（実施例７）
図１２は、実施例１〜実施例６で説明した光偏向器ユニットのいずれかを備える画像形成装置の模式的な構成図である。なお、図１２において図１３と同様の部分には同一符号を付している。
【０１５９】
水平方向走査のガルバノミラー２０２は、共振型で約２３ｋＨｚの正弦波の駆動信号を印加している。ガルバノミラー２０２の出射光は、タイミングセンサ２０３，２１２に入射される。
【０１６０】
垂直走査ミラー（ガルバノミラー）２２１は、約６０Ｈｚで帰線期間が１０％の鋸波の駆動信号を印加している。ガルバノミラー２２１の出射光は、タイミングセンサ２０３’，２１２’に入射される。
【０１６１】
光源２０１は、光出力約３０ｍＷの半導体レーザを用い、パルス幅変調で直接変調を行っている。なお、水平方向及び垂直方向の変位角を示す情報は、実施例１，２及び実施例５で説明した手法を用いることによって取得している。
【０１６２】
それぞれの走査方向に対して、変位角を示す情報を取得し、駆動の安定化制御及び、変調開始／終了タイミングの生成を行った。本実施例によれば、異なる走査方向及び走査速度のそれぞれの変位角を示す情報を取得することができ、安定した高品質な画像を表示させることができる。
【０１６３】
さらに、本実施例では、画像表示装置を例に説明したが、光偏向器ユニットは、レーザプリンタなどの画像描画装置、レーザ顕微鏡等の走査型読み取り装置などにも備えることができ、また該光偏光ユニットを単体の光偏向装置として用いることができる。
【０１６４】
以上の実施例では、画像表示装置を例に説明したが、光偏向器ユニットは、レーザプリンタなどの画像描画装置、レーザ顕微鏡等の走査型読み取り装置などにも備えることができ、また該光偏光ユニットを単体の光偏向装置として用いることができる。
【０１６５】
【発明の効果】
本発明によれば、正弦波のような非直線的走査を行なう光偏向器を用いた画像表示装置の、駆動信号と偏向器の実際の運動との関係、さらには駆動信号と実際のスクリーン上の光ビーム走査との関係が、何らかの原因で所定状態からずれたばあい、従来の偏向器の動きを自動検出する方法に比べ、検出器の数が少なくてすみ、また、得られたデータから未定のパラメータを決定する演算も簡単で高速であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光偏向装置とそれを用いた画像形成装置の模式的な構成図である。
【図２】図１の各部で生成される種々の信号の説明図である。
【図３】図１の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図１の画像形成装置の変形例である。
【図５】本発明の別の光偏向装置とそれを用いた画像形成装置の模式的な構成図である。
【図６】図５の各部で生成される種々の信号の説明図である。
【図７】スクリーンとガルバノミラーの位置関係の説明図である。
【図８】図５の画像形成装置の変形例である。
【図９】図５の画像形成装置の変形例である。
【図１０】光偏向器の駆動信号に対する振動の関係を示す説明図である。
【図１１】共振型ガルバノミラーの駆動周波数と最大変位角および位相の関係を示す図である。
【図１２】図５の画像形成装置の変形例である。
【図１３】本発明の第１の実施例の光偏向装置である。
【図１４】本発明の第４の実施例の光偏向器の振動を示す説明図である。
【符号の説明】
２０１ 光源
２０２ ガルバノミラー
２０３，２１２ 光センサ
２０４ ビームスプリッタ
２０５ 描画用走査光
２０６ 検出用走査光
２０７ ガルバノミラーの駆動中心点を結ぶ線
２１０ スクリーン
２１１ 検出用レーザ光源
２２１ 垂直走査ミラー
２２２ 反射光
２２３ 描画領域
２２４ 非描画領域
２２６ 生成手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、光偏向装置（本明細書では、光偏向器とその駆動部分および制御部分を含めて光偏向装置または光偏向器ユニットという）及び画像形成装置に関し、特に、レーザーディスプレイ、レーザプリンタ、スキャナ等の光偏向器ユニット及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザなどの光源から出射された光ビームをポリゴンミラーやガルバノメータなどの光偏向器を用いて偏向させ，スクリーンまたは露光面上を走査させる光偏向走査装置が知られている。ポリゴンミラーは，多角形をなす複数のミラーに周期的な駆動信号を与えて回転させ，スクリーン上で一方向の光走査を行なわせる偏向器である。ガルバノメータは、周期的な駆動信号を印加することにより、ミラー面に振動的な往復運動を行わせるもので、スクリーン上で往復の光ビーム走査を生じる。もちろん，光ビームを部分的にオフにして一方の走査のみを利用することもできる。
【０００３】
ガルバノメータの駆動方式としては，静電駆動，電磁駆動，圧電効果を利用するものなどが知られている。振動波形は正弦波が一般的であるが、駆動電圧波形を適宜設定することにより、三角波、ノコギリ波などの振動も可能である。また、ガルバノメータが固有振動を持つ場合は，それに一致した周波数の駆動信号を与えて共振させることにより、最小電力で最大振幅の振動を得ることができる。
【０００４】
これらの光偏向器を用いて、テレビ等の画像をスクリーンに投影表示する投影型画像表示装置が提案されている。これらの画像形成装置には、ＬＤなどのレーザ光源から出射されたレーザ光を、２つのガルバノミラーを共振回動等させて、水平及び垂直方向に走査する光偏向器を備えているものもある。
【０００５】
このような，光偏向器を用いた画像表示装置においては，偏向器に加える周期的駆動信号と，実際に偏向器に生じる回転運動もしくは往復回転運動およびスクリーン上に生じる光スポットの周期的走査の間には，以下に述べる差異が生じているのが普通である。以下それを説明する。
【０００６】
図１０（ａ）−（ｅ）に，ガルバノメータに加える駆動電圧と、実際にスクリーン上に生じる光スポット位置の時間的関係を示す。図１０（ａ）はガルバノメータに加える駆動電圧の時間変化、（ｂ）−（ｅ）はそれによって往復運動する光スポットのスクリーン上の位置の時間変化である。（ｂ）の応答が標準であるとして，（ｃ）は位相がずれた場合，（ｄ）は振幅が変化した場合，（ｅ）は中心位置がずれた場合をあらわしている。実際には，これらが混在して表れることもある。
【０００７】
位相，振幅，中心位置がこのようにずれる原因としては、ガルバノメータの特性ばらつき、温度変動、ミラーと光源の位置変動、およびミラーとスクリーンの位置変動が主なものである。
【０００８】
ガルバノメータの振動特性は、ミラーとそれを支持するトーション軸の寸法，駆動電極間または電磁コイル間の距離などによって変化するが，これらは製造上のばらつきが避けられず，ガルバノメータは個々に微妙な特性の違いがある。そのため同じ電圧に対して応答が異なり，最大変位角すなわち振幅や位相が基準値からずれることになる。
【０００９】
共振振動の場合は，温度が変動すると固有振動数が変化し，駆動信号の周波数とずれてしまう。これによっても振幅と位相がずれる。図１１（ａ）（ｂ）はそれを模式的に示す図で、（ａ）が駆動周波数と振幅、（ｂ）が駆動周波数と位相の関係である。駆動周波数が共振点に一致したＡの状態にあると、最大振幅が得られるが、共振周波数がずれてＢの状態になると、振幅が減少し、位相がずれる。位相のずれは、共振周波数が高いほうに変動した場合は遅れ、低いほうに変動した場合は進むというように、変動方向によって逆になる。
【００１０】
個々のミラーの特性ばらつきや温度変動に加えて，光源のミラーに対する相対位置に変動があると、光ビームのミラーへの入射角が変化し、したがってスクリーン上の走査中心位置がずれる。さらに、スクリーンの設定位置がシフトすると、中心位置はさらにずれることになる。
【００１１】
以上は正弦波振動する場合を例として説明しているが，その他の振動でも同様である。これに比べて偏向器がポリゴンミラーの場合は、ミラー面の数で最大変位角が決まってしまうので走査振幅の変動は原理的にはなく、また共振ではないので、上に述べたような温度による振幅と位相の変化もない。
【００１２】
一方、光源から出射される光ビームは、画像信号によって強弱の変調を受け、スクリーン上に画像となって表示されるが、その変調の開始と終了タイミングは、スクリーン上の所定の領域に画像が表示されるように、ミラーの駆動信号と同期が取られている。しかし、上記のように、駆動信号とスクリーン上の光スポットの間の関係が基準からずれると、所定の画像が正しく得られないことになる。たとえば、図１０（ｃ）のように位相がずれて光スポットが所定のタイミングより遅れて走査されると、画像は所定位置よりも走査の上流側に表示される。ポリゴンミラーのように、一方向の走査の場合は、画像がいくらか横にずれるのみで、軽度なら問題にならないが、往復走査の場合には、走査の行きと帰りで画像が反対方向にずれるので全体として２重の画像が見えてしまい、致命的な欠陥になる。振幅の変化や中心位置の変化も、程度によっては画像に著しい欠陥を生じる。
【００１３】
この欠陥を回避するために、実際の表示装置においては、ガルバノメータの振動の様子またはスクリーン上の光スポットの動きをモニターし、それによって、偏向器の駆動信号もしくは光ビームの変調タイミングを調節することが必要である。従来提案されているモニター方式としては以下のようなものがある。
【００１４】
特登録２６５７７６９号公報に記載されているガルバノミラーは、永久磁石を備えており、駆動電流に高周波を重畳することによって、ガルバノミラー上の駆動用コイルとガルバノミラーに対向して配置した検出コイルの相互インダクタンスの変化より、ガルバノミラーの変位角検出を行なっている。
【００１５】
また、特登録３０１１１４４号公報には、駆動電圧に加えて微小な電圧値を持つ高い周波数の交流電圧を重畳することにより、コンデンサ構造のガルバノミラー電極部固定電極に流れる電流差から、ガルバノミラーの揺動位置を測定する方法が記載されている。
【００１６】
さらに、特開昭６４−２８５３５には、ポリゴンミラーからの反射光を２箇所で検出して、その時間差からミラーの回転ばらつきすなわちジッタを測定する方法が提案されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
特登録２６５７７６９号公報や特登録３０１１１４４号公報に記載された変位角センサは、偏向器に内蔵されていて、ガルバノミラーの変動を、全周期にわたって検出することができるという長所がある一方、そのために、微小な振幅、位相のずれを検出することが困難である。検出器は、変調の開始タイミングを決定するのに十分な時間分解能を持つ必要があるが、微小な振動を行なう偏向器内では、コイルのインダクタンスや変位電流に現れる変化はそもそも微小であり、そこから変位角を高精度で決定することは、装置の複雑化、コスト高をまねくので、実用上困難である。
【００１８】
一方、特開昭６４−２８５３５はポリゴンミラーの反射光を検出するもので、時間測定精度は高いが、これをガルバノミラーによる正弦波振動に適用しようとすると、以下のような困難がある。
【００１９】
正弦波振動は、（周期Ｔは一定で既知として）振幅Ａ、位相δ、中心位置Ｘ０の３つのパラメータで一義的に定まる。スクリーン上でのスポット位置Ｘの時間変化は、これらのパラメータを用いて、
Ｘ＝Ａｓｉｎ（２πｔ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
と表される。上で説明したように、これらのパラメータはいろいろな要因で変動するが、これらのパラメータがすべてわかれば、任意の時間のスクリーン上のスポットの位置がわかる。
【００２０】
パラメータが決定され、上の式が確定すると、スクリーン上での画像の両端位置をＸＡとＸＢとして、ＸＡ＜Ｘ＜ＸＢの範囲で画像を表示したいときは、上式からＸＡとＸＢに対応する時間ｔＡとｔＢを
ＸＡ＝Ａｓｉｎ（２πｔＡ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
ＸＢ＝Ａｓｉｎ（２πｔＢ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
からそれぞれ求めて、ｔＡで画像信号の変調を開始し、ｔＢで終了するように、光源に送る変調信号を制御すればよい。ｔＡ、ｔＢの時間の基準は、ガルバノミラーの振動の周期を持つ固定した信号のタイミングを適当に選べばよいが、以下では、これをガルバノミラーの駆動信号に同期した信号の立ち上がりを基準にする。
【００２１】
このように、変調タイミングを自動的に計算して、それに基き実際の変調を加えることにより、いかなる偏向器特性の変動、もしくは光源やスクリーンとの位置関係のずれが生じた場合も、画像を常に所定の領域内で、所定の大きさに表示することができる。
【００２２】
そこで、上の３つのパラメータを決定することを考える。
【００２３】
まず、スクリーン上の２箇所で、光を検出して
Ｘ１＝Ａｓｉｎ（２πｔ１／Ｔ−δ）＋Ｘ０
Ｘ２＝Ａｓｉｎ（２πｔ２／Ｔ−δ）＋Ｘ０
の計測データを得たとしても、３つの未知量Ａ、δ、Ｘ０を決定できないことは明らかで、３つ以上の位置で光を検出する必要がある。
【００２４】
また、仮に３箇所で光を検出し、第３の計測データ
Ｘ３＝Ａｓｉｎ（２πｔ３／Ｔ−δ）＋Ｘ０
を得たとして、これらから、３つの未知量Ａ、δ、Ｘ０を決定することは容易でない。その理由は、δが非線形なパラメータとして含まれているからで、このために複雑な計算を要し、計算時間がかかる。特に、上の検出を１走査ラインごとに行なう場合は、１ライン走査時間以内の高速の演算が要求されるが、簡単な回路でその要求を満たすことは困難である。
【００２５】
３つのパラメータのうち、Ｘ０は、例えばスクリーンに光ビームが投影される像を見ながら、偏向器ユニット位置またはスクリーン位置を動かすことにより容易に調節でき、その場合は未知パラメータは２つになるが、それでも検出器が２ヶ所必要で、δを求める計算の複雑さはやはり残る。
【００２６】
また、上の２つのデータの差をとっても、
Ｘ１−Ｘ２＝Ａ｛ｓｉｎ（２πｔ１／Ｔ−δ）−ｓｉｎ（２πｔ２／Ｔ−δ）｝
となって、Ｘ０は消えるが、Ａとδの２つのパラメータが残り、差のデータから振幅を一義的に決めることができない。
【００２７】
これに対し、ポリゴンミラーの場合には、fθレンズによって補正された後は、スクリーン上のスポット位置の時間変化は直線的であるから、
Ｘ＝Ａ（ｔ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
となる。ここでも、振幅Ａ、位相δ、中心位置Ｘ０の３つのパラメータがあることは同じだが、そのうちのδとＸ０の２つは−Ａδ＋Ｘ０の形になっているので、実質的にはパラメータは２つである。これは、位相変化と中心位置変化がともに画像位置のシフトとして現れるため、スクリーン上では区別できないという事情によるものである。したがって、この場合は、２箇所での計測データ
Ｘ１＝Ａ（ｔ１／Ｔ−δ）＋Ｘ０
Ｘ２＝Ａ（ｔ２／Ｔ−δ）＋Ｘ０
から、未知量が消えて、スクリーン上の位置変化が完全に再現できる。具体的には、まず、差のデータを取って
Ｘ１−Ｘ２＝（Ａ／Ｔ）（ｔ１−ｔ２）
からＡ／Ｔを求める。次いでこれをＸ１の式に代入して−Ａδ＋Ｘ０について解き、それをＸの式に代入することにより、
Ｘ＝（Ｘ１−Ｘ２）／（ｔ１−ｔ２）・（ｔ−ｔ１）＋Ｘ１
を得る。
【００２８】
以上のように、ガルバノメータは往復運動を行っているため、従来の片方向、一定走査速度であるポリゴンミラーのように走査光のタイミング検出方法を用いることはできない。さらに、走査タイミングをただ検出するだけでは、ガルバノミラーの走査速度が変化しているので、検出タイミング以外の時間での変位角の推定が困難である。ガルバノミラーをレーザディスプレイ等に搭載した場合、ガルバノミラーで光を往復走査しながらレーザビーム強度を画像情報によって変調するが、変調の開始／終了タイミングを生成するには、任意の時間における変位角の推定を行なう必要がある。
【００２９】
本発明は、正弦波のような非直線的走査を行なう光偏向器を用いた画像表示装置の、駆動信号と偏向器の実際の運動との関係、さらには駆動信号と実際のスクリーン上の光ビーム走査との関係が、何らかの原因で所定状態からずれたばあい、従来の偏向器の動きを自動検出する方法では、検出器の数を増やす必要があり、また、得られたデータから未定のパラメータを決定する演算も複雑で困難であるという課題を解決することを目的とするものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明は、光ビームを出射する光源と、該光源の光ビーム出射強度を変調する変調手段と、該変調手段に変調信号を出力する変調信号発生手段と、該光源から出射した光ビームを偏向する光偏向器と、該偏向された光ビームを走査すべく該光偏向器を駆動する駆動手段と、該駆動手段に所定周期の駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する計測手段とを有する光偏向装置であって、該光偏向装置が、さらに、前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間に相当する遅延時間データを算出する遅延時間データ算出手段と、前記第１及び第２の時刻と前記遅延時間データとから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出するタイミングデータ算出手段とを有し、算出されたタイミングデータに基づいて、前記変調信号発生手段が前記変調手段に変調信号を出力することを特徴とする光偏向装置を提供する。
また、上記の目的を達成する本発明は、光ビームを出射する光源と、該光源の光ビーム出射強度を変調する変調手段と、該変調手段に変調信号を出力する変調信号発生手段と、該光源から出射した光ビームを偏向する光偏向器と、偏向された光ビームを走査すべく該光偏向器を駆動する駆動手段と、該駆動手段に所定周期の駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、走査された光ビームの走査線上の第１の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻と、前記光ビームの走査線上の第２の特定位置を前記往路又は復路において通過する第３の時刻と、を計測する計測手段とを有する光偏向装置であって、該光偏向装置が、さらに、前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間に相当する遅延時間データを算出する遅延時間データ算出手段と、前記第１乃至第３の時刻と前記遅延時間データとから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出するタイミングデータ算出手段とを有し、算出されたタイミングデータに基づいて、前記変調信号発生手段が前記変調手段に変調信号を出力することを特徴とする光偏向装置を提供する。
また、上記の目的を達成する本発明は、光源からの光ビームを走査する光偏向器の駆動方法であって、走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する工程と、前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間を算出する工程と、前記第１及び第２の時刻と前記遅延時間とから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出する工程と、前記タイミングデータに基づいて前記光源からの光ビームを変調する工程と、を有することを特徴とする光偏向器の駆動方法を提供する。
また、上記の目的を達成する本発明は、光源からの光ビームを走査する光偏向器の駆動方法であって、走査された光ビームの走査線上の第１の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻と、前記光ビームの走査線上の第２の特定位置を前記往路又は復路において通過する第３の時刻と、を計測する工程と、前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間を算出する工程と、前記第１乃至第３の時刻と前記遅延時間とから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出する工程と、前記タイミングデータに基づいて前記光源からの光ビームを変調する工程と、
を有することを特徴とする光偏向器の駆動方法を提供する。
また、上記の目的を達成する本発明は、光ビームを出射する光源と、該光源の光ビーム出射強度を変調する変調手段と、該変調手段に変調信号を出力する変調信号発生手段と、該光源から出射した光ビームを偏向する光偏向器と、該偏向された光ビームを走査すべく該光偏向器を駆動する駆動手段と、該駆動手段に所定周期の駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する計測手段とを有する、光偏向装置により走査された光ビームの変調開始時刻の決定方法であって、
走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する工程と、
前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間を算出する工程と、
前記第１及び第２の時刻と前記遅延時間とから、光ビームの変調開始時刻を算出する工程と、
を有することを特徴とする光ビームの変調開始時刻の決定方法を提供する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
１．実施形態１
まず、スクリーン上の走査中心位置の補正は、スクリーンと偏向器の相対的な位置と方向を画像を見ながら合わせるなどして、容易に調整可能である場合を考える。調整は、スクリーンを動かすか、または偏向装置を動かすことによって行なう。
【００３３】
この場合は、中心位置のずれＸ０はないとしてスクリーン上の光スポットの動きを
Ｘ＝Ａｓｉｎ（２πｔ／Ｔ−δ）
としてよく、２つの未知パラメータＡとδを決定すれば、光スポットの動きが完全に検出できたことになる。この場合を以下、実施形態１として説明する。
図１に本実施形態の光偏向装置の構成を示す。
【００３４】
図１は、主走査と副走査を行なって２次元画像をスクリーンに投影する光偏向装置の例である。本光偏向装置は、光源２０１と、光源２０１からの光を走査するための主走査ガルバノミラー２０２、副走査ガルバノミラー２２１と、ガルバノミラー２０２、２２１の反射光２２２を入射すると電気信号を出力する光電変換素子などの光センサ２０３と、光センサの出力を受けて光がセンサ位置を通過する時刻を計測する計測回路１０６、計測結果に基づいて主走査ガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を取得する共に主走査ガルバノミラー２０２に印加する駆動信号に同期する同期信号と光源２０１の描画開始タイミング及び描画終了タイミングを示すタイミング信号とを生成する制御回路１０７、偏向器駆動回路１０８、光源駆動回路１０９からなる。
【００３５】
主走査ガルバノミラー２０２は往復振動して、スクリーン２１０上に矢印Ａの方向に光スポットを移動させる。副走査ガルバノミラー２２１はＡに垂直方向に光を偏向する。
【００３６】
光センサ２０３はスクリーン２１０の上端近くに配置される。この光センサは、光ビームが主走査方向（矢印Ａ）に走査され、センサ２０３の上を通過したタイミングで検出信号１３０を発生するタイミングセンサである。タイミングセンサ２０３の検出信号１３０は、計測回路１０６に送られる。計測回路は、内蔵するカウンタ（不図示）によって、制御回路１０７から送られる基準信号１３１と検出信号１３０との時間差を計測し、結果１３２を制御回路１０７に出力する。基準信号１３１は、制御回路１０７内部で発生し、主走査ガルバノミラー２０２の偏向周期を与えるクロック信号である。これに同期したガルバノミラー駆動信号１３３がやはり制御回路１０７内で作られ、駆動回路１０８に送られ、これを受けて駆動回路がガルバノミラー２０２，２２１の静電電極にＡＣ電圧を印加して駆動する。また、基準信号に同期して、所定のタイミングで光源変調信号１３４が制御回路内で発生し、光源変調回路１０９に送られる。この変調信号で、光源から出射される光強度が変調を受けて、スクリーン上に画像が形成される。
【００３７】
本実施形態では、主走査ガルバノミラー２０２の変位角が所定の値になったときにタイミングセンサ２０３が信号を発生するが、このタイミングセンサは、スクリーン上の光スポットの往復の両方、すなわち、ガルバノミラー２０２の変位角が最大位置に向かう方向であるか、そこから戻る方向であるかにかかわらず、そこに光スポットが来たタイミングで検出信号を出力する。したがって、タイミング信号（検出信号１３０）は１周期のうちに２回発生することになる。このセンサの出力信号から、以下に述べる方法によって、ガルバノミラーの変位角の位相、さらにはその最大変位角を計算によって求める。
【００３８】
タイミングセンサ２０３の位置は、図１に点線２２５で示すガルバノメータの変位角の０度の位置、すなわち走査中心以外の任意の位置でよいが、その位置は予め所定の値に設定され、制御回路内のメモリ（後述の図３参照）に記憶される。
【００３９】
本実施形態では、ガルバノミラーに正弦波の駆動信号を印加するようにしているため、変位角の時間変化は往路と復路とで対称となる。しかし、駆動信号波形は、正弦波に限らず、三角波、のこぎり波などでもよい。
【００４０】
以下では、ガルバノミラー２０２を、正弦波の駆動信号を印加することで共振駆動する場合について説明する。
【００４１】
図２は、図１の各部で生成される種々の信号の説明図である。図２（ａ）は制御回路に内蔵されているクロック生成回路のクロック信号に同期した基準信号、（ｂ）は（ａ）に同期した駆動信号（不図示）に従ってガルバノミラーに駆動電圧を印加したときのガルバノミラーの応答波形、（ｃ）は光センサの検出信号、（ｄ）は以下に述べる手順によって計算され、再現されたガルバノミラーの偏向角すなわち光ビームのスクリーン上の位置の時間変化を示している。
【００４２】
なお、図２において、φはガルバノミラーを駆動中心点から光センサの設置位置までの変位角、±θｃはガルバノミラーの最大変位角、Ｄｃは図２（ａ）の駆動信号の立ち上がりから（ｂ）の応答波形の立ち上がりまでの遅延時間、Ｔは図２の各信号の周期、ｔｄ１，ｔｄ２は駆動信号の立ち上がりからのそのタイミング信号それぞれの出力までの時間差ををそれぞれ示している。
【００４３】
ちなみに、遅延時間Ｄｃは、ガルバノミラーの共振動作およびガルバノミラーの駆動系および光センサの電気系で発生する。
光センサ２０３は、図２に示すように、ガルバノミラー２０２，２２１からの反射光２２２が回動中心点から変位角φずれた時にタイミング信号を出力するように配置する。
【００４４】
変位角の時間変化φ（ｔ）は正弦波なので、
φ（ｔ）＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔ−Ｄｃ）／Ｔ｝
であり、センサ位置の変位角φと２つの検出タイミングｔｄ１、ｔｄ２とは、
φ＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ１−Ｄｃ）／Ｔ｝
φ＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ２−Ｄｃ）／Ｔ｝
の関係にある。
【００４５】
したがって、この検出データφおよびｔｄ１、ｔｄ２から、遅延時間Ｄｃ及び最大変位角θｃは、次の数式（１），数式（２）でそれぞれ求めることができる。
【００４６】
Ｄｃ＝（１／４）（２ｔｄ１＋２ｔｄ２−Ｔ）・・・（１）
θｃ＝φ／ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ１−ｔｄ２＋Ｔ／２）｝・・・（２）
なお、ｔｄ１とｔｄ２のいずれが往路パルスでいずれが復路パルスであるかによって、式（１）で算出されるＤｃが、図１０で定義したＤｃ、すなわち駆動信号の一方方向への立ち上がりから、偏向器がそれと同じ方向に立ち上がるまでの時間、とＴ／２だけ異なってしまうおそれがあるが、センサ位置を走査中心から所定方向にずらせておき、ｔｄ１とｔｄ２の差を算出してその値がＴ／２より大きいか否かを判断することにより、いずれが往路か復路かが確定できるので、Ｄｃ決定の任意性はなくなる。
【００４７】
また、センサ２０３を走査中心位置２２５に置くと、（２）式でφ＝０なのでθｃを求めることができないので、その意味でも中心からずらせて配置する必要がある。
【００４８】
式（１）は、計測されたセンサ位置通過時刻ｔｄ１、ｔｄ２の値と、走査周期Ｔとの線形計算になっている。今の場合、振動の波形が往復で対称なので、２つの通過時刻の平均値とＴ／２との和でＤｃが算出できる。したがって、非線型方程式を解くという複雑な計算過程を必要とせず、短時間で、簡単な演算回路で算出できる。このように簡単な計算でＤｃを求めることができたのは、往復走査を検出し、同じ位置での異なる時刻のデータを用いたからである。
【００４９】
このように、２つの未知パラメータが決定できたので、図２（ｄ）の波形、すなわち任意の時間における偏向器の変位角がわかったことになる。この結果を用いて、画像信号に応じてレーザビームに加える変調の開始と終了のタイミングを計算する。具体的には、画像の開始と終了の位置に対応する変位角を、それぞれ、φＡ、φＢとすると、開始時間ｔＡ、終了時間ｔＢはそれぞれ、
ｔＡ＝（Ｔ／２π）（ａｒｃｓｉｎ（φＡ／θｃ）＋Ｄｃ）・・・（３）
ｔＢ＝（Ｔ／２π）（ａｒｃｓｉｎ（φＢ／θｃ）＋Ｄｃ）・・・（４）
として求められる。
【００５０】
なお、式（２）のｓｉｎ関数、式（３）（４）のａｒｃｓｉｎ関数は、よく用いられる関数であり、制御回路に内蔵されている演算ルーチンで短時間の計算が可能である。
【００５１】
以下、図１の制御回路１０７の動作を図３を用いて説明する。図３は、制御回路の内部構成を示すブロック図である。制御回路は、コントローラ３０１、演算回路３０２、メモリ３０３から少なくとも構成される。
走査周期のデータと、センサの位置のデータは、あらかじめメモリ３０３に保存されている。
【００５２】
走査開始後、タイミングセンサの検出パルスが発生すると計測回路が通過時刻を計測し、結果１３２を制御回路１０７に送る。コントローラ３０１は計測回路から受け取る時刻データを内蔵するメモリ３０３に記録する。
【００５３】
光ビームが往復して２つのタイミングの計測が終わると、コントローラは、これらのメモリに記録された２つの通過時刻のデータを読み出して演算回路３０２に送り、式（１）（２）に相当する演算を行なわせて、結果をメモリに記録する。この演算には、走査周期データもメモリから読み出されて用いられる。
【００５４】
つぎに、予めメモリ３０３に記憶された表示開始位置の変位角φＡと表示終了位置の変位角φＢの値を読み出し、式（３）（４）によって、変調開始タイミングｔＡと変調終了タイミングｔＢを計算する。
【００５５】
引き続く走査において、光源変調信号１３４は、上記ｔＡ時間経過したタイミングで画像に応じた変調を開始し、上記ｔＢ時間経過したタイミングで変調を終了するように制御される。すなわち、コントローラ１０７は、基準信号に同期してガルバノミラー駆動信号１３３を発生させてガルバノメータの駆動回路に送り、それからｔＡだけ遅れた時刻に光源変調開始信号を発生させて光源変調回路に送り、ｔＢだけ遅れた時刻に光源変調終了信号を発生して光源変調回路に送る。また、ｔＡとｔＢの時刻の間に、画像メモリから画像データを読み出して、変調して光源変調信号とし、光源変調回路に送る。
【００５６】
以上の動作において、中間の算出データであるＤｃとθｃは、式（３）（４）の算出過程で同時に算出してもよい。
【００５７】
また、計算は各周期で発生する検出信号を個別に用いて行う場合と、複数周期分の検出信号の平均を用いて行う場合とがある。前者の手法は、ガルバノミラーの応答波形の周期の一部だけでタイミング検出を行う場合に採用可能であるし、ガルバノミラーの駆動信号の制御までの時間を短くすることが可能である。一方、後者の手法を採用すると積算平均化等により検出精度が向上する。
【００５８】
以下、本実施形態の各部について説明する。
【００５９】
（光源２０１について）
光源２０１は、変調器を有した気体レーザや固体レーザなどや、半導体レーザやＬＥＤなどの直接変調可能な光源などのように、出射光の変調を行うことができるものであるのが望ましい。光源２０１の変調方式は、パルス幅変調方式又は強度変調方式などを用いることができるが、本実施形態では強度変調方式で説明した。
【００６０】
（ガルバノミラー２０２、２２１について）
ガルバノミラー２０２、２２１は、ガルバノメータを周期的な駆動波形で駆動したものや、半導体プロセスを用いて作製したシリコンマイクロスキャナ、また回転軸を中心として回転往復運動をするアクチュエータであればよい。また、駆動周波数は、ガルバノミラー２０２が駆動できる周波数であれば、どの周波数でもよい。
【００６１】
（タイミングセンサ２０３について）
タイミングセンサ２０３は、ビームディテクタ等を用いた光検出方式のものや、光偏向器ユニットと一体化したもの等を用いることができる。
【００６２】
タイミングセンサ２０３を、半導体プロセスで製造した光センサ等にした場合や静電センサとした場合には、それぞれの変位点に最適のセンサを配置することができ、またセンサの配置誤差も作製における誤差によって決まってしまうため、高精度且つセンサ位置決めが容易であり、また小型化・低コスト化が容易であるというメリットがある。
【００６３】
なお、ガルバノミラー２０２、２２１を半導体プロセスで製造した場合、タイミングセンサ２０３をガルバノミラー２０２、２２１と一体の基板又は近接した基板に実装させることができ、光偏向器との一体化と、タイミングセンサとガルバノミラーとの高精度な位置決めが容易に実現できる。
【００６４】
演算回路３０２には、マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）、ＣＰＬＤ・ＦＰＧＡ（complex programmable logic device・field programmable gate array）などを用いることができる。
【００６５】
（実施形態１の変形例）
図４は、本実施形態における光センサとガルバノミラーの配置の他の例を示す図である。図４（ａ）には光源２０１から発せられ、ガルバノミラー２０２で反射した反射光のうち、ビームスプリッタ２０４で分岐した光２０６を光センサ２０３で検出することで、ガルバノミラー２０２からの反射光２２２が所定の変位角φに到達したことを検出する様子を示している。
【００６６】
タイミングセンサ２０３の位置は、回動中心点２０７から所定の角度φ分ずらした位置２０８上としている。描画光２０５の光量の減少、ビームスプリッタ２０４の容易が必要であるが、別途、検出用光源を設けることが不要であり、全走査検出の長所がある。
【００６７】
また、分割した光は異なる方向へ進行するので、相互に干渉することがなく検出時の信頼性が高くなるというメリットがある。
【００６８】
図４（ｂ）には光源と異なる検出用光源２１１を用意し、検出用光源２１１からガルバノミラー２０２へ、光源からの光ビームと別角度で光ビーム２１２を出射したときのガルバノミラー２０２からの反射光をタイミングセンサ２０３で検出する様子を示している。２１３はガルバノミラー２０２の回動中心点を示している。
【００６９】
検出用光源２１１を用意することで、図４（ａ）の場合に比して描画光の減少がなくなるという長所がある。
【００７０】
図４（ｃ）には２次元走査系の描画領域２２３及び非描画領域２２４のうち非描画領域２２４にタイミングセンサ２０３を配置している様子を示している。ちなみに、ここでは光源２０１からの光ビームはガルバノミラー２０２で反射された後に反射ミラー２２１で反射され描画光２２２となる。２２５はガルバノミラー２０２の回動中心点を示している。一部走査検出が短所であるが、新たな構成要素が不要であるという長所がある。
【００７１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す例は、走査光をガルバノミラー２０２から離れた位置で光センサ２０３で検出する方式であるが、半導体プロセスで小型のガルバノミラー２０２と光センサ２０３とを一体化してもよい。
【００７２】
また、タイミングセンサは、光センサ２０３に限定されず、静電センサ、コイル等の磁気センサを用いてもよいが、先に説明した特登録２６５７７６９号公報や特登録３０１１１４４号公報にあるように、ガルバノメータの振動の全周期にわたって検出信号を発生させるものではなく、特定の変位角に来たときに鋭い検出信号を出力するものを用いる。
【００７３】
２．実施形態２
次に、本発明の第２を実施形態２によって説明する。
【００７４】
本発明の第２は、偏向器の走査中心位置が未知のずれを持ち、かつ、スクリーンと偏向器の相対位置と方向が容易には変更できない場合を前提としている。スクリーンと偏向器がともに室内の壁面に固定して設置されているような場合はこれにあたる。この場合は、中心位置のずれＸ０も含んだスクリーン上の光スポットの動きを
Ｘ＝Ａｓｉｎ（２πｔ／Ｔ−δ）＋Ｘ０
として、３つの未知パラメータＡ、δ、Ｘ０を決定すれば、光スポットの動きが完全に把握できたことになる。この場合を以下、実施形態２として説明する。
【００７５】
以下、図面を参照して本実施形態について説明する。
【００７６】
図５は、本実施形態の光偏向器ユニットの模式的な構成図である。図５では、図１と同じ構成要素には同じ符号をつけて説明を省略する。
【００７７】
図１と異なり、タイミングセンサ２０３と２１２がスクリーン上端に２箇所配置される。そのうちの少なくとも一方は、往復の走査ビームのタイミングを検出するが、他方は往または復のタイミングのみ検出するものであってもよい。
【００７８】
図６は、図５の主走査ガルバノミラー２０２の駆動信号を生成する手法の説明図である。
【００７９】
図６（ａ）には駆動信号の同期信号、（ｂ）には（ａ）の基準信号に同期させてガルバノミラー２０２に印加される駆動信号、（ｃ）には（ｂ）の駆動信号に従って実際に駆動したガルバノミラー２０２の変位波形、（ｄ），（ｄ’）にはそれぞれ光センサ２０３と２１２の出力信号、（ｅ）には（ｄ），（ｄ’）の出力信号に基づいて再現したガルバノミラー２０２の変位波形、（ｆ）には（ｅ）の変位波形に基づく描画の開始／終了のタイミング等をそれぞれ示している。
【００８０】
なお、図６（ｃ）において、φ１，φ２はそれぞれガルバノミラー２０２を駆動中心点から光センサ２０３、２１２の設置位置まで回動した時の変位角、±θｃはガルバノミラー２０２の最大変位角、Ｄｃは（ａ）の駆動信号の立ち上がりから（ｂ）の変位波形の立ち上がりまでの遅延時間、Ｔは（ｂ）の変位波形の周期をそれぞれ示している。遅延時間Ｄｃは、ガルバノミラー２０２駆動系及び光センサ２０３、２１２の電気系で発生する。
【００８１】
図６（ａ）に示すような基準信号に同期させて、図６（ｂ）に示す駆動信号Ａ１をガルバノミラー２０２に印加すると、それから遅延時間Ｄｃ後に、ガルバノミラー２０２がその駆動信号に対応して回動し始めて、図６（ｃ）に示すように正弦波形の変位波形になる。
【００８２】
そして、駆動信号Ａ１を印加してからｔｄ１後になると、垂直走査ミラー２２１の反射光２２２が光センサ２０３に入射し、光センサ２０３から図６（ｄ）に示すように、検出信号Ｃ１が出力される。
【００８３】
さらに、ガルバノミラー２０２が駆動され、反射光２２２は、やがて正弦波形のピーク点である変位角θに到達し、駆動信号Ａ１を印加し始めてからｔｄ２後になると、再度反射光２２２が再度光センサ２０３に入射し、光センサ２０３から検出信号Ｃ２が出力される。
【００８４】
それから、ガルバノミラー２０２は、変位角０度まで戻り、変位角が負の方向になるように回動され、駆動信号を印加してからｔｄ３後になると、図６（ｄ’）に示すように、反射光２２２が光センサ２１２に入射し、光センサ２１２から検出信号Ｃ３が出力され、その後、変位角−θに到達する。
【００８５】
そして、駆動信号を印加してからｔｄ４後になると、反射光２２２が光センサ２１２に再度入射し、図６（ｄ’）に示すように検出信号Ｃ４が出力され、その後変位角０度まで戻る。
ガルバノミラ−の変位が正弦波であるとすると
φ（ｔ）＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔ−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
なので、センサ位置の変位角φ１、φ２と上記４つの検出タイミングｔｄ１−ｔｄ４の間には、
φ１＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ１−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
φ１＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ２−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
−φ２＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ３−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
−φ２＝θｃｓｉｎ｛２π（ｔｄ４−Ｄｃ）／Ｔ｝＋φ０
の関係がある。
【００８６】
つづいて、駆動信号Ａ２をガルバノミラー２０２に印加すると、上記一連の手順のように検出信号が計測回路１０６に出力されるようになる。このように、計測回路１０６には、ガルバノミラー２０２の１周期Ｔ分の変位に対して検出信号Ｃ１〜Ｃ４の４パルス分入力されるようになる。
【００８７】
実施形態１と同様に、遅延時間Ｄｃは、時間ｔｄ１，ｔｄ２から、次の数式（５）によって決定される。
【００８８】
Ｄｃ＝（１／４）（２ｔｄ１＋２ｔｄ２−Ｔ）・・・（５）
あるいは、遅延時間Ｄｃを、時間ｔ３１，ｔ４２から、次の数式（６）によって決定してもよい。
【００８９】
Ｄｃ＝（１／４）（２ｔｄ３＋２ｔｄ４−３Ｔ）・・・（６）
このようにＤｃが決まるので、振幅θｃと中心位置φ０は、上のφ１とφ２の式の１つずつで構成される連立一次方程式を解いて、
θｃ＝（φ１＋φ２）／［ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ１−ｔｄ２＋Ｔ／２）｝＋ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ３−ｔｄ４＋Ｔ／２）｝］・・（７）
および
φ０＝［φ１・ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ３−ｔｄ４＋Ｔ／２）｝−φ２・ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ１−ｔｄ２＋Ｔ／２）｝］／［ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ１−ｔｄ２＋Ｔ／２）｝＋ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ３−ｔｄ４＋Ｔ／２）｝］・・（８）
と求められる。
【００９０】
なお、（５）（６）からわかるとおり、ｔｄ１−ｔｄ４は独立ではなく、
−ｔｄ１−ｔｄ２＋ｔｄ３＋ｔｄ４＝Ｔ
の関係がある。
【００９１】
Ｄｃを求める式（５）は、ｔｄ１とｔｄ２のいずれが往路パルスでいずれが復路パルスであるかによって、Ｔ／２の任意性があるが、センサ位置を走査中心からずらせておき、間隔の狭いほうをｔｄ１とｔｄ２として取ると決めておけばいずれが往路か復路かが確定でき、任意性はなくなる。（６）についても同様である。
【００９２】
式（５）や（６）は、計測されたセンサ位置通過時刻ｔｄ１ないしｔｄ４の値と、走査周期Ｔとの線形計算になっている。今の場合、振動の波形が往復で対称なので、２つの通過時刻の平均値とＴ／２との和でＤｃが算出できる。したがって、非線型方程式を解くという複雑な計算過程を必要とせず、短時間で、簡単な演算回路で算出できる。このように簡単な計算でＤｃを求めることができたのは、少なくとも一方の光検出器で往復の光ビームを検出し、同じ位置での異なる時刻のデータを用いたからである。
【００９３】
このように、３つの未知パラメータがすべて決定できたので、任意の時間における偏向器の変位角がわかったことになる。この結果を用いて、画像信号に応じてレーザビームに加える変調の開始と終了のタイミングを、実施形態１で述べた計算と同様に求めることができる。すなわち、
ｔＡ＝（Ｔ／２π）（ａｒｃｓｉｎ（φＡ−φ０）／θｃ）＋Ｄｃ）・・（９）
ｔＢ＝（Ｔ／２π）（ａｒｃｓｉｎ（φＢ−φ０）／θｃ）＋Ｄｃ）・・（１０）
図６（ｆ）には描画の開始位置とそのタイミングを○で示し、終了位置とそのタイミングを●で示している。ガルバノミラーの速度変化の少ない領域周辺で、描画の開始及び終了がされることが好ましい。
【００９４】
本実施形態において、第１と第２のセンサ位置データφ１、φ２、画像表示の範囲を示す変位角データφＡ、φＢは、走査中心とスクリーンの基準位置２２６（例えばスクリーンの中心位置）が一致していると仮定して、表示スクリーン上での基準位置からの距離として設定される。
【００９５】
図７は、主走査偏向器２０２とスクリーン２１０の位置を示す図で、スクリーン２１０上に第１と第２のセンサ２０３、２１２が配置され、画像表示範囲ＸＡ＜Ｘ＜ＸＢが定められている。Ｌは主走査偏向器からスクリーンまでの距離であるが、実際には、この間に副走査ガルバノミラーが配置されている。
【００９６】
第１（第２）の光センサのスクリン中心らの距離をＸ１（Ｘ２）、とすると、φ１（φ２）は
φ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｘ１／Ｌ）
φ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｘ２／Ｌ）
として定められる。同様に、画像表示範囲の左端（右端）とスクリーン中心との距離ＸＡ（ＸＢ）も、
φＡ＝ａｒｃｔａｎ（ＸＡ／Ｌ）
φＢ＝ａｒｃｔａｎ（ＸＢ／Ｌ）
として定められる。
【００９７】
走査中心が、スクリーンの基準位置とずれていても、本実施形態によれば、上で説明したように、走査中心のオフセット値が定まり、それの基いて変調開始と終了のタイミングが設定されるので、スクリン上の画像位置ＸＡ，ＸＢがずれることがない。
【００９８】
ところで、上の式（７）には、検出器の位置を表すパラメータφ１とφ２が和の形φ１＋φ２で含まれている。これは、振幅が、２つの検出器の相対位置で決定されることを表している。すなわち、検出器は、相互の距離を固定しておけば、それがスクリーン上のどの位置に置かれても、遅延時間Ｄｃと振幅θｃはそれと無関係に決定される。検出器が、相互の距離を保ってスクリーン上でずれたときは、式（８）によってφ０が変動するために、画像がスクリーン上で左または右にずれるが、これを検出器位置を調節して正しい位置に持ってくることは容易にできる。したがって、偏向装置とスクリーンとの位置関係を動かすことが難しい状況であっても、常に画像をスクリーン上の所定位置に投影することができる。
【００９９】
検出器がスクリーン上になく、偏向装置内にあっても、同様に、検出器間の距離を保って位置を調節することによって、スクリーン上の画像範囲の位置調整ができる。
【０１００】
以上説明したように、本実施形態によると、駆動中心点に対する光センサの配置は、相対距離だけが定められていればよく、ガルバノミラーの駆動中心点と個々の光センサの配置の位置関係に厳しい制約がないため、光偏向器ユニットの組み立てコストを削減することができる。
【０１０１】
本実施形態における制御回路は、図２に示す実施形態１の制御回路と同じ物が用いられる。以下、制御装置１０７の具体的な動作を説明する。
【０１０２】
走査周期データＴ、第１と第２のセンサ位置データφ１、φ２、画像表示の範囲を示す変位角データφＡ、φＢは、あらかじめメモリに記憶されている。
【０１０３】
制御装置は、まず、基準信号が立ち上がったあと、計測回路からの走査ビーム通過時刻データが４つ連続して送られたことを確認し、これをメモリに格納する。第２のセンサが、往復いずれかの走査しか検出しないならば、通過時刻データは３つである。また、４つの時刻データが送られる場合でも、制御回路が、始めの３つのみを確認して記憶するようにしてもよい。
【０１０４】
ついで、これらのデータを走査周期データＴおよびセンサ位置データφ１、φ２とともに演算回路に送り、演算回路が、式（５）または式（６）によってＤｃを算出し、式（７）と（８）によってθｃとφ０を算出して、制御回路に結果を返す。制御回路は、この結果をメモリに格納する。
【０１０５】
ついで、制御回路は、あらかじめ画像表示範囲から決められ、メモリに記憶された変位角データφＡ、φＢ、周期データＴ、および先に算出された遅延時間データＤｃと振幅データθｃ、中心位置オフセットデータφ０を演算回路に送り、式（９）（１０）によってｔＡ、ｔＢを算出させ、その結果をメモリに蓄える。
【０１０６】
引き続く走査において、光源変調信号は、上記ｔＡ時間経過したタイミングで画像に応じた変調を開始し、上記ｔＢ時間経過したタイミングで変調を終了するように制御される。すなわち、コントローラは、基準信号に同期してガルバノミラー駆動信号を発生させてガルバノメータの駆動回路に送り、それからｔＡだけ遅れた時刻に光源変調開始信号を発生させて光源変調回路に送り、ｔＢだけ遅れた時刻に光源変調終了信号を発生して光源変調回路に送る。また、ｔＡとｔＢの時刻の間に、画像メモリから画像データを読み出して、変調して光源変調信号とし、光源変調回路に送る。
【０１０７】
なお、２つのセンサ位置データが、個別には与えられず、相対位置（相対変位角）φ１＋φ２のデータだけが与えられている場合は、オフセットデータφ０を０と仮定して、式（９）（１０）を計算する。その結果、スクリーン上で画像表示範囲が所定位置からずれている場合は、それを見ながらφ０をダイヤル等で可変し、そのφ０の値を用いて、式（９）（１０）を再計算していくことにより、所望の位置に調節する。
【０１０８】
上記数式（５）−（１０）を用いた演算は、実施形態１で述べたのと同様、１周期毎に電気信号が入力されるたびに行っても、数周期毎に行ってもよい。ちなみに、一周期内で上記演算を行えるような信号処理系を制御回路１０７に備えれば、より速く制御を行うことができるので好ましい。
【０１０９】
図５の光源、ガルバノミラー、タイミングセンサについては、実施形態1と同じものが使用できる。制御手段として、マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）、ＣＰＬＤ・ＦＰＧＡ（complex programmable logic device・field programmable gate array）
を用い得ることも同様である。
タイミングセンサ２０３，２１２を、半導体プロセスで製造した光センサ等にした場合や静電センサとした場合には、それぞれの変位点に最適のセンサを配置することができ、またセンサの配置誤差も作製における誤差によって決まってしまうため、高精度且つセンサ位置決めが容易であり、また小型化・低コスト化の容易であるというメリットがある。
【０１１０】
なお、ガルバノミラー２０２、２２１を半導体プロセスで製造した場合、タイミングセンサ２０３，２１２をガルバノミラーと一体の基板又は近接した基板に実装させることができ、光偏向器との一体化と、タイミングセンサとガルバノミラーとの高精度な位置決めが容易に実現できる。
【０１１１】
（実施形態２の変形例）
実施形態１と同様に、検出方式として、いくつかの変形が考えられる。
【０１１２】
まず、図８に示すように、ガルバノミラーからの反射光をビームスプリッタにより分割して、分割した光ビームディテクタ等で検出する手法が考えられる。
【０１１３】
この手法によると、分割した光は異なる方向へ進行するので、相互に干渉することがなく検出時の信頼性が高くなるというメリットがある。
【０１１４】
また、図９に示すように、画像表示用の主光源２０１の他に、検出用の別ビームを出射する検出用光源２１１を備え、光源２０１の出射光とは別の角度でガルバノミラー２０２に光を照射し、タイミングセンサ２０３（２つあってもよいが、ここでは１つの場合を説明する）で検出する手法が考えられる。主光源のビームは検出しない。
【０１１５】
この手法によると、表示領域とは外れたスクリーン上、もしくは装置内にセンサ２０３を置くことができ、画像鑑賞の目障りになることを回避することができる。また、主光源を検出する場合は、画像が変調を受けて、センサの位置でたまたま強度が弱くなる、もしくは消光状態になって、検出できないことが起きるおそれがあるが、検出用光源を別に設けることでそれも解消できる。
【０１１６】
また、主光源が副走査されるうちの一部の時間、つまり主走査がセンサの上に来る期間内だけ検出用の光を出射して検出し、その他の時間は消光することで、検出用光源の消費電力を少なくできる。さらに、センサの感度が悪く、主光源からの光では強度が不足するときでも、検出用光源から検出に充分な輝度、強度、スポット径の光を出射することができるというメリットもある。
【０１１７】
図９に示すように検出用光源２１１を設けると、図８に示す場合に比して、投影面への光の照射光量が低下しなくなるので、描画の輝度を相対的に高めることが可能となる。また、検出用ビーム径の大きさや、光センサの配置を最適化することが容易となり、高精度な変位角を示す情報の取得が可能となる。
【０１１８】
図１２は、さらに別の変形例である。副走査を非描画領域にも行なって、そこにタイミングセンサ２０３，２１２を配置し、ガルバノミラー２０２の反射光がタイミングセンサ２０３，２１２に入射する際に光源２０１から光を出射する。ビームスプリッタや検出用光源等を備えなくてもよいので、輝度低下や干渉の問題を回避することができる。
【０１１９】
図１２に示すタイミングセンサ２０３，２１２を配置する面２２３は、必ずしも投影面２１０の上でなくてよい。投影装置内にタイミングセンサ配置面２２３を持ってきて、投影面２１０を選ばない画像形成装置を構成することもできる。
【０１２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって説明する。以下の例は、光センサを２つ配置した構成であるが、１つであってもよい。
【０１２１】
（実施例１）
図１３は、本発明の実施例１の光偏向装置の模式的な構成図で、１次元走査の光偏向装置である。光源２０１と、光源２０１からの光を走査するためのガルバノミラー２０２と、ガルバノミラー２０２の反射光２２２を入射すると電気信号を出力する光電変換素子などの光センサ２０３，２１２と、光センサ２０３，２１２の出力に基づいてガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を取得する共にガルバノミラー２０２に印加する駆動信号に同期する同期信号と光源２０１の描画開始タイミング及び描画終了タイミングを示すタイミング信号とを生成する取得手段２２６である。取得手段２２６は、図５の、計測回路１０６、制御回路１０７、駆動回路１０８、変調回路１０９をまとめたものである。
光源２０１は、光出力約５ｍＷの半導体レーザを用い、パルス幅変調で直接変調を行う。ガルバノミラー２０２は約１０ｋＨｚ周期の正弦波の駆動信号によって駆動している。
【０１２２】
偏向器２０２に駆動信号を印加すると、駆動信号の１周期に対して合計の検出信号が４パルス出力され、タイミングセンサ２０３，２１２からの検出信号と、タイミングセンサ２０３，２１２とガルバノミラーとのなす角度から、ガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を取得する。
【０１２３】
上で説明したとおり、４パルスのうち少なくとも３つのパルスを用いて、所定のデータを算出することにより、ガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を完全に取得することができる。
【０１２４】
（実施例２）
図５に示したのと同様の２次元画像形成装置で、ガルバノミラー１０２と１２１を、特登録２９８３０８８にあるような、半導体プロセスを用いて一体に作製した光偏向器に置き換えた。本実施例の光偏向器は、共振型ガルバノミラーを入れ子に組んで２軸の偏向器としたものである。共振周波数は８ｋＨｚである。他の部分は図５と同じである。
【０１２５】
実施形態２で説明したように、センサから得られる４パルスのうち少なくとも３つのパルスを用いて、所定のデータを算出することにより、ガルバノミラー２０２の変位角を示す情報を完全に取得することができる。
【０１２６】
本実施例のように、往復の通過時間を計測することにより、検出器の数を増やすことなく、偏向器の振動を予測でき、その結果、精度よく画像変調タイミングを決めることができる。
【０１２７】
また、偏向器の遅延時間を簡単に算出できるので、高速の処理が可能である。さらに、検出器を２つ設ける場合でも、相対位置だけを固定すればよいので、位置精度が要求されず、スクリーンその他の設置が容易である。
【０１２８】
（実施例３）
本実施例は、位相のずれから共振周波数の変動を検出し、それに基いて駆動周波数を変化させる駆動方法の例である。
【０１２９】
図１１（ａ）は、共振型ガルバノミラーにおける駆動信号の周波数と最大変位角との関係を示す図である。同（ｂ）は、駆動信号の周波数と位相との関係を示す図である。（ａ）の横軸は駆動信号の周波数、縦軸は最大変位角を示している。（ｂ）の横軸は駆動周波数、縦軸は位相のずれを示している。
【０１３０】
ここでは、光偏向器ユニットが置かれている周辺の環境温度を互いに変えて、２つのデータ（特性Ａ、Ｂ）を示している。
【０１３１】
共振周波数でガルバノミラーを駆動している時に、環境温度が変わると共振周波数は著しく変化する。具体的な例としては、温度が１℃変わると、共振周波数は数１０Ｈｚ変わる場合もある。すると、図１１（ａ）の駆動信号周波数−最大変位角特性が全体的に左右にシフトする。
【０１３２】
例えば、特性Ａから特性Ｂに変わるとする（これは、共振周波数が、高くなることに対応する）と、同じ周波数で駆動しているままであると、変位角が減少する。
【０１３３】
しかし、図１１（ａ）の特性Ａに示すように共振点（●）を中心としてほぼ対称となるような共振特性では、周波数が変化した時に波形の振幅だけを検出したのでは、共振周波数が高低のいずれ側に変化したのかを検出することができない。
【０１３４】
そこで、図１１（ｂ）に示すように、駆動信号の位相情報の変化を検出することで、周波数が高低のいずれ側に変化したのかを検出することが考えられる。すなわち、図１１（ａ），図１１（ｂ）の特性Ａ、Ｂにより示すように、共振周波数が高い方へ変化した場合には、位相情報が大きくなる。一方、共振周波数が低い方へ変化した場合には、位相情報が小さくなる。
【０１３５】
遅延時間データＤｃは、位相ずれωと以下の式に示す関係にある：
ω＝２πｆ／（Ｄｃ−ｎＴ）×３６０（ｎ：整数，０≦ω＜３６０°）
本実施例では、実施形態１または２で説明した方法で走査タイミングを検出して遅延時間Ｄｃを算出し、上の式で位相のずれを求め、上に述べた方法を用いて偏向器の駆動周波数を共振周波数に一致させる調節を行う。位相ずれωが負であれば駆動周波数を増加させ、位相ずれωが正であれば駆動周波数を減少させることによって、位相ずれωが常に０になるように制御して、画像形成装置の置かれている環境温度の変化があっても、所望の駆動信号をガルバノミラーに印加するようにしている。
【０１３６】
遅延時間Ｄｃ等の位相信号はガルバノミラーの駆動での周波数追従制御において位相同期ループの入力として用いることができる。
【０１３７】
本実施例によると、画像表示装置の置かれている環境温度が変化しても、ウォブリングのように周波数を変化させることなく、共振点に駆動周波数を追従させることができるため、画像の乱れがなく、共振周波数の検出をリアルタイムに行うことができる。
【０１３８】
（実施例４）
本実施例では、ガルバノミラー２０２の駆動信号Ａ１，Ａ２を約６０Ｈｚ周期のノコギリ波で駆動する。
【０１３９】
図１４は、生成手段２２６のガルバノミラー２０２で駆動信号Ａ１，Ａ２を生成する手法の説明図である。まず、光センサ２０３，２１２の検出信号Ｃ１〜Ｃ５に基づいて最大変位角θｃを算出する手法について説明する。
【０１４０】
図１４（ｂ）に示すように、駆動信号Ａ１上に点Ａ〜点Ａ’をとり、点Ａと点Ｃとの位相差をＴＡ、点Ｂと点Ｆとの位相差をＴＣ、点Ｆと点Ｈとの位相差をＴＢ、点Ｈと点Ａ’との位相差をＴＤとする。なお、点Ａ，点Ｂ，点Ｆ，点Ｈ，点Ａ’は変位角φ１，φ２との交点である。
【０１４１】
さらに、図１４（ｂ）に示すように点Ｄと点Ｈとを結ぶ線に平行な補助線を点Ｂを通るように引き、補助線と駆動中心点を結ぶ線との交点を点Ｈ’とすると、
△ＡＢＨ’∽△ＢＤＦ
となり、ＣＨ’間の長さはＴＢとなる。
【０１４２】
ここで、最大変位角θｃを算出するにあたり、ＤＥ間、ＢＣ間、ＩＪ間の各長さを求める。
【０１４３】
ＤＥ間の長さは、△ＡＢＨ’と△ＢＤＦとが相似形であるから、ＡＨ’間とＢＦ間との距離の比から、ＢＣ間の長さを基準として、
ＤＥ＝ＢＣ×ｔＣ／（ｔＡ＋ｔＢ）
によって与えられる。
【０１４４】
ＩＪ間の長さは、△ＡＢＨ’と△Ａ’ＪＨとが相似形であるから、ＡＨ間とＡ’Ｈ間との距離の比から、ＢＣ間の長さを基準として、
ＩＪ＝ＢＣ×ｔＤ／（ｔＡ＋ｔＢ）
によって与えられる。
【０１４５】
上の、ＤＥとＩＪの式から、ＤＥ間、ＢＣ間、ＩＪ間の長さの和は、
【０１４６】
ここで、ＢＣ間の長さはφ１であるので、最大変位角θｃは、
θｃ＝２×（ＴＡ＋ＴＢ）／Ｔ×φ１
となる。
【０１４７】
つぎに、Ｊ’Ｄ上の任意の位置と、その位置の反射光２２２の通過時間との関係について説明する。まず、ＡＬの長さは、［ＤＥ＋ＢＣ＋ＩＪ］から［ＤＥ＋ＢＭ］分（横軸よりも上側の長さ）を差し引いてさらに［ＩＪ］分差し引いた長さに等しく、［ＤＥ＋ＢＭ］の長さは［ＤＥ＋ＢＣ＋ＩＪ］の長さの半分であるので、上記のＤＥ、ＩＪの式から
【０１４８】
また、線分ＡＫの傾きは、ＢＣ／ＴＡであり、点Ａを反射光２２２が通過する時間をｔ１、点Ｋを反射光２２２が通過する時間をｔ０とすると、［ＡＬ＝ＢＣ／ＴＡ×（ｔ０−ｔ１）］より、
ｔ０＝ｔＡ×（ｔＡ＋ｔＢ＋ｔＣ−ｔＤ）／２／（ｔＡ＋ｔＢ）＋ｔ１
である。
【０１４９】
以上の式より、Ｊ’Ｄ上の任意の位置となる変位角φαは、その位置の反射光２２２の通過時間をｔαを用いて
と表される。
【０１５０】
本実施例によると、鋸波駆動しているガルバノミラーの変位角を示す情報を取得することができる。実際には、ガルバノミラーをノコギリ波駆動した場合、理想的なノコギリ波状にはならないが、一般的な駆動条件であれば、上記のように理想的なノコギリ波と近似して算出しても問題ない。
【０１５１】
（実施例５）
図８は、本発明の実施例５の光偏向器の模式的な構成図である。本実施例では、光センサ２０３，２１２をスクリーン上でなく、偏向装置内に設置している。
【０１５２】
具体的には、図８に示すようにガルバノミラー２０２と垂直走査ミラー２２１との間にビームスプリッタ２０４を設け、これにより進路が変更された検出用走査光２０６の光路に光センサ２０３，２１２を配置している。また、ビームスプリッタ２０４によって進路の変更されない描画用走査光２０５が投影面２１０に照射される。
【０１５３】
図８に示すように光センサ２０３，２１２を配置すると、全走査検出を行うことができるというメリットがある。すなわち、図５に示す場合に比して投影面２１０の垂直方向の走査に拘わらず、水平方向の走査の度に光センサ２０３，２１２に光源２０１からの光が入射するようになるので、より精度よく光源２０１及びガルバノミラー２０２の制御を行うことができる。
【０１５４】
（実施例６）
図９は、本発明の実施例６の光偏向器の模式的な構成図である。本実施例では、光源２０１の他に、光センサ２０３，２１２でガルバノミラー２０２の変位波形を検出するために別途検出用光源２１１を光源２０１からの光の光路外に設けている。
【０１５５】
検出用光源１１は、走査光との干渉を避けるため、異なる波長を用いる。ガルバノミラー２０２に対する、検出用光源１１からの入射角と、変調手段を有する光源２０１からの入射角は、異なっている。光センサ２０３、２１１は、検出用光源の走査光を検出できる位置に配置される。なお、他の構成は図５と同様である。
【０１５６】
図９に示すように検出用光源２１１を設けると、図８に示す場合に比して、投影面への光の照射光量が低下しなくなるので、描画の輝度を相対的に高めることが可能となる。また、検出用ビーム系の大きさや、光センサの配置を最適化することが容易となり、高精度な変位角を示す情報の取得が可能となる。
【０１５７】
以上、本発明の実施例１−６では、ガルバノミラー２０２の光反射面の変位角を検出するタイミングセンサとして、光センサ２０３，２１２を用いた場合を例に説明したが、タイミングセンサは光センサに限定されず、これに代えて、ガルバノミラー２０２に内蔵された静電センサ、コイル等の磁気センサを用いてもよい。また、光センサ２０３，２１２の一方が静電センサで、他方が磁気センサであってもよい。
【０１５８】
（実施例７）
図１２は、実施例１〜実施例６で説明した光偏向器ユニットのいずれかを備える画像形成装置の模式的な構成図である。なお、図１２において図１３と同様の部分には同一符号を付している。
【０１５９】
水平方向走査のガルバノミラー２０２は、共振型で約２３ｋＨｚの正弦波の駆動信号を印加している。ガルバノミラー２０２の出射光は、タイミングセンサ２０３，２１２に入射される。
【０１６０】
垂直走査ミラー（ガルバノミラー）２２１は、約６０Ｈｚで帰線期間が１０％の鋸波の駆動信号を印加している。ガルバノミラー２２１の出射光は、タイミングセンサ２０３’，２１２’に入射される。
【０１６１】
光源２０１は、光出力約３０ｍＷの半導体レーザを用い、パルス幅変調で直接変調を行っている。なお、水平方向及び垂直方向の変位角を示す情報は、実施例１，２及び実施例５で説明した手法を用いることによって取得している。
【０１６２】
それぞれの走査方向に対して、変位角を示す情報を取得し、駆動の安定化制御及び、変調開始／終了タイミングの生成を行った。本実施例によれば、異なる走査方向及び走査速度のそれぞれの変位角を示す情報を取得することができ、安定した高品質な画像を表示させることができる。
【０１６３】
さらに、本実施例では、画像表示装置を例に説明したが、光偏向器ユニットは、レーザプリンタなどの画像描画装置、レーザ顕微鏡等の走査型読み取り装置などにも備えることができ、また該光偏光ユニットを単体の光偏向装置として用いることができる。
【０１６４】
以上の実施例では、画像表示装置を例に説明したが、光偏向器ユニットは、レーザプリンタなどの画像描画装置、レーザ顕微鏡等の走査型読み取り装置などにも備えることができ、また該光偏光ユニットを単体の光偏向装置として用いることができる。
【０１６５】
【発明の効果】
本発明によれば、正弦波のような非直線的走査を行なう光偏向器を用いた画像表示装置の、駆動信号と偏向器の実際の運動との関係、さらには駆動信号と実際のスクリーン上の光ビーム走査との関係が、何らかの原因で所定状態からずれたばあい、従来の偏向器の動きを自動検出する方法に比べ、検出器の数が少なくてすみ、また、得られたデータから未定のパラメータを決定する演算も簡単で高速であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光偏向装置とそれを用いた画像形成装置の模式的な構成図である。
【図２】図１の各部で生成される種々の信号の説明図である。
【図３】図１の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図１の画像形成装置の変形例である。
【図５】本発明の別の光偏向装置とそれを用いた画像形成装置の模式的な構成図である。
【図６】図５の各部で生成される種々の信号の説明図である。
【図７】スクリーンとガルバノミラーの位置関係の説明図である。
【図８】図５の画像形成装置の変形例である。
【図９】図５の画像形成装置の変形例である。
【図１０】光偏向器の駆動信号に対する振動の関係を示す説明図である。
【図１１】共振型ガルバノミラーの駆動周波数と最大変位角および位相の関係を示す図である。
【図１２】図５の画像形成装置の変形例である。
【図１３】本発明の第１の実施例の光偏向装置である。
【図１４】本発明の第４の実施例の光偏向器の振動を示す説明図である。
【符号の説明】
２０１ 光源
２０２ ガルバノミラー
２０３，２１２ 光センサ
２０４ ビームスプリッタ
２０５ 描画用走査光
２０６ 検出用走査光
２０７ ガルバノミラーの駆動中心点を結ぶ線
２１０ スクリーン
２１１ 検出用レーザ光源
２２１ 垂直走査ミラー
２２２ 反射光
２２３ 描画領域
２２４ 非描画領域
２２６ 生成手段
Claims (15)
- 光ビームを出射する光源と、
該光源の光ビーム出射強度を変調する変調手段と、
該変調手段に変調信号を出力する変調信号発生手段と、
該光源から出射した光ビームを偏向する光偏向器と、
該偏向された光ビームを走査すべく該光偏向器を駆動する駆動手段と、
該駆動手段に所定周期の駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、
走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する計測手段とを有する光偏向装置であって、
該光偏向装置が、さらに、
前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間に相当する遅延時間データを算出する遅延時間データ算出手段と、
前記第１及び第２の時刻と前記遅延時間データとから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出するタイミングデータ算出手段とを有し、
算出されたタイミングデータに基づいて、前記変調信号発生手段が前記変調手段に変調信号を出力することを特徴とする光偏向装置。 - 光ビームを出射する光源と、
該光源の光ビーム出射強度を変調する変調手段と、
該変調手段に変調信号を出力する変調信号発生手段と、
該光源から出射した光ビームを偏向する光偏向器と、
偏向された光ビームを走査すべく該光偏向器を駆動する駆動手段と、
該駆動手段に所定周期の駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、
走査された光ビームの走査線上の第１の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻と、
前記光ビームの走査線上の第２の特定位置を前記往路又は復路において通過する第３の時刻と、を計測する計測手段とを有する光偏向装置であって、
該光偏向装置が、さらに、
前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間に相当する遅延時間データを算出する遅延時間データ算出手段と、
前記第１乃至第３の時刻と前記遅延時間データとから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出するタイミングデータ算出手段とを有し、
算出されたタイミングデータに基づいて、前記変調信号発生手段が前記変調手段に変調信号を出力することを特徴とする光偏向装置。 - 前記遅延時間データ算出手段が、前記第１及び第２の時刻と走査周期との線形計算により遅延時間データを算出する請求項１又は２に記載の光偏向装置。
- 前記光偏向器の往復走査が対称振動であり、遅延時間データが、前記第１及び第２の時刻の平均値と走査周期との線形計算により算出される請求項３に記載の光偏向装置。
- 前記光偏向器の往復走査がのこぎり波振動であり、遅延時間データが、前記第１及び第２の時刻の、往復それぞれの走査速度による加重平均値と、走査周期との線形計算により算出される請求項１又は２に記載の光偏向装置。
- 前記駆動信号発生手段が、算出された遅延時間データに基づき、駆動手段に駆動信号を出力する請求項１又は２に記載の光偏向装置。
- 前記計測手段が、光偏向器によって偏向された光ビームをビームスプリッタによって分離した一方の光ビームの走査線上の特定位置の通過時刻を計測することで、他方の光ビームの走査線上の特定位置の通過時刻を間接に計測する請求項１又は２に記載の光偏向装置。
- 前記計測手段が、前記光ビームの走査線上の特定位置の通過時刻を、前記光偏向器に前記光ビームとは異なる角度で入射する別の光ビームの走査線上の特定位置の通過時刻を計測することにより、間接に計測する請求項１又は２に記載の光偏向装置。
- 前記タイミングデータ算出手段が、タイミングデータの算出において、前記特定位置と光ビームの変調開始位置とをパラメータとして用いる請求項１に記載の光偏向装置。
- 前記光偏向装置が、さらに、
前記第１及び第２の時刻と、前記算出された遅延時間データとから、光偏向器の最大偏向角に対応する振幅データを算出する振幅データ算出手段を有し、
前記駆動信号発生手段が、前記算出された遅延時間データと前記振幅データとに基づいて駆動信号の周期を増加もしくは減少させて、前記駆動手段に駆動信号を出力する請求項１又は２に記載の光偏向装置。 - 前記タイミングデータ算出手段が、タイミングデータの算出において、通過時間を計測する第１と第２の特定位置の相対位置と、光ビームの走査線上の変調開始位置の投影面上の基準位置に対する相対位置をパラメータとして用いる請求項２に記載の光偏向装置。
- 前記タイミングデータ算出手段が、ｔｄ１を第１の時刻、ｔｄ２を第２の時刻、Ｔを走査周期、遅延時間をＤｃ＝（１／４）（２ｔｄ１＋２ｔｄ２−Ｔ）、最大変位角をθｃ＝φ／ｓｉｎ｛（π／Ｔ）（ｔｄ１−ｔｄ２＋Ｔ／２）｝、光ビームの変調開始位置をφＡ、とした場合、変調開始時刻ｔＡを、
ｔＡ＝（Ｔ／２π）（ａｒｃｓｉｎ（φＡ／θｃ）＋Ｄｃ）、
により算出する請求項１に記載の光偏向装置。 - 光源からの光ビームを走査する光偏向器の駆動方法であって、
走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する工程と、
前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間を算出する工程と、
前記第１及び第２の時刻と前記遅延時間とから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出する工程と、
前記タイミングデータに基づいて前記光源からの光ビームを変調する工程と、を有することを特徴とする光偏向器の駆動方法。 - 光源からの光ビームを走査する光偏向器の駆動方法であって、
走査された光ビームの走査線上の第１の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻と、前記光ビームの走査線上の第２の特定位置を前記往路又は復路において通過する第３の時刻と、を計測する工程と、
前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間を算出する工程と、
前記第１乃至第３の時刻と前記遅延時間とから、光ビームの変調開始時刻に対応するタイミングデータを算出する工程と、
前記タイミングデータに基づいて前記光源からの光ビームを変調する工程と、を有することを特徴とする光偏向器の駆動方法。 - 光ビームを出射する光源と、
該光源の光ビーム出射強度を変調する変調手段と、
該変調手段に変調信号を出力する変調信号発生手段と、
該光源から出射した光ビームを偏向する光偏向器と、
該偏向された光ビームを走査すべく該光偏向器を駆動する駆動手段と、
該駆動手段に所定周期の駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、
走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する計測手段とを有する、光偏向装置により走査された光ビームの変調開始時刻の決定方法であって、
走査された光ビームの走査線上の特定位置を往路において通過する第１の時刻と復路において通過する第２の時刻とをそれぞれ計測する工程と、
前記第１及び第２の時刻から、前記光偏向器の駆動信号の開始タイミングに対する前記光偏向器の変位波形における変位開始タイミングの遅延時間を算出する工程と、
前記第１及び第２の時刻と前記遅延時間とから、光ビームの変調開始時刻を算出する工程と、
を有することを特徴とする光ビームの変調開始時刻の決定方法。
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