WO2005033771A1 - 光スキャナおよびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

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WO2005033771A1
WO2005033771A1 PCT/JP2004/012964 JP2004012964W WO2005033771A1 WO 2005033771 A1 WO2005033771 A1 WO 2005033771A1 JP 2004012964 W JP2004012964 W JP 2004012964W WO 2005033771 A1 WO2005033771 A1 WO 2005033771A1
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WO
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light
reflection surface
optical scanner
intensity
incident
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Application number
PCT/JP2004/012964
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English (en)
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Inventor
Nobuaki Asai
Original Assignee
Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
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Publication date
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/105Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09GARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/02Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes by tracing or scanning a light beam on a screen

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanner that scans reflected light from a reflective surface by changing the angle between the reflective surface that reflects the incident light and the incident direction of the incident light.
  • the present invention relates to a technique for controlling the intensity of light reflected from a reflection surface.
  • an optical scanner that scans light an optical scanner that scans reflected light from the reflecting surface by changing the angle between the reflecting surface that reflects the incident light and the incident direction of the incident light.
  • an optical scanner that scans reflected light from the reflecting surface by changing the angle between the reflecting surface that reflects the incident light and the incident direction of the incident light.
  • This type of optical scanner is used, for example, in the field of image formation and in the field of image reading.
  • it is used for applications such as retinal scanning display devices, projectors, laser printers, and laser lithography that directly display an image by scanning a light beam on the retina, while in the field of image reading.
  • optical scanner is a type in which light travels by swinging a reflection surface, and another example is one in which the light is rotated by rotating the reflection surface in one direction. It is a form to do.
  • an example of a type in which the reflecting surface is rotated in one direction is an optical scanner that uses a polygon mirror having a plurality of reflecting surfaces adjacent to each other and arranged in a line.
  • the optical scanner using the polygon mirror is an optical scanner of the above-described type in which the reflecting surface is swung, in which scanning is repeatedly performed by repeatedly using the same reflecting surface in that scanning is repeatedly performed by sequentially using a plurality of reflecting surfaces.
  • the required intensity of the reflected light may not be obtained depending on the angle of the reflection surface with respect to the incident light.
  • a photodetector that detects that reflected light from the optical scanner is deflected to a specific angular position is used in order to stabilize scanning start timing.
  • a photodetector is usually used when an optical scanner is oriented at an angle out of the angle range of the reflective surface for realizing the intended use of the optical scanner. It is positioned so that reflected light is incident.
  • the angle of the reflection surface is different between the case where the light reflected from the reflection surface is incident on the photodetector and the case where the intended use is realized. Therefore, the intensity of the incident light is changed according to the angle of the reflecting surface so that the angle is large at the angle at which the reflected light is incident on the photodetector and small at the angle for realizing the intended use. For example, it is possible to satisfy the requirements from the photodetector and the requirements for realizing the intended use together.
  • the present invention scans reflected light from the reflective surface by changing the angle between the reflective surface that reflects the incident light and the incident direction of the incident light.
  • the purpose of the present invention is to optimize the intensity of light reflected from the reflection surface of an optical scanner.
  • An optical scanner that scans reflected light from the reflecting surface by changing the angle between the reflecting surface that reflects the incident light and the incident direction of the incident light
  • An optical scanner including a controller that controls the intensity of the incident light based on a reflection surface angle that is an angle of the reflection surface with respect to the incident direction.
  • the intensity of the light incident on the reflection surface is optimized in relation to the angle of the reflection surface, so that the intensity of the light reflected from the reflection surface, that is, the intensity of the scanning light is optimized.
  • This optical scanner can be configured as, for example, the above-described swing type or the above-described one-way rotating type.
  • the light incident on the reflecting surface can be configured as parallel light with a constant cross-sectional area along the traveling direction, or as convergent light or diffused light with a changing cross-sectional area. It is.
  • cross-sectional area means, for example, when the reflected light is a light beam (light beam) having a circular cross section, means the area of a circle corresponding to the beam diameter. A large relationship is established.
  • the cross section of the illuminating light is set so that the illuminating light illuminated toward the reflecting surface for traveling runs on the reflecting surface without any loss, and the illuminating light is partially reflected.
  • the cross section of irradiation light so that it is not allowed to enter the surface (that is, when the irradiation light includes both required light that is incident light and unnecessary light that is not incident light) Can be considered. Comparing the two cases with each other, as will be described in more detail below, in the former case, the entire limited-reflection surface can be used for light scanning as effectively as possible. It is more difficult in the latter case.
  • the irradiation light directed to the reflection surface includes the necessary light incident on the reflection surface and the unnecessary light not incident on the reflection surface, it is possible to allow the existence of the unnecessary light and traverse the irradiation light. Since the surface can be set, it becomes easy to use the entire reflecting surface of a limited area for light traveling as effectively as possible.
  • the cross-sectional area of the incident light to the reflection surface that is, the cross-section of the necessary light (that is, the area where the incident light enters the reflection surface) Of the reflecting surface in the incident direction) changes depending on the angle of the reflecting surface with respect to the incident direction of the incident light (hereinafter also referred to as “reflecting surface angle”).
  • the projection light is obtained by projecting the cross-sectional area corresponding to the reflection surface of the incident light, that is, the area where the incident light is incident on the reflection surface in the incident direction.
  • the area changes according to the angle of the reflecting surface
  • the change in the angle of the reflecting surface prevents the intensity of the light reflected from the reflecting surface from changing.
  • the "cross-sectional area” means the area of a figure drawn on a plane perpendicular to the optical axis of the incident light.
  • the incident light is, for example, a light beam having a circular cross section
  • the cross-sectional area means the area of a circle represented by the beam diameter of the light beam, and the relation that the larger the beam diameter is, the larger the cross-sectional area is established. I do.
  • the "incident light” in this section can be configured as parallel light having a constant cross-sectional area along its traveling direction, or can be configured as convergent light or diffused light whose cross-sectional area changes. is there.
  • the cross-sectional area of the incident light is defined as the cross-sectional area corresponding to the reflecting surface. Is defined.
  • the cross-sectional area of the incident light means the projected incident area of the area where the incident light is incident on the reflecting surface (that is, the area on the reflecting surface) in the direction of the incident light. Is formed as convergent light or diffused light, the cross-sectional area of the incident light is geometrically specified.
  • the optical scanner is used together with a light source that emits light and modulates the intensity of the emitted light based on a modulation signal, and the controller outputs the modulation signal supplied to the light source to the light source.
  • a light source capable of modulating the intensity of the emitted light is used, and the intensity of the light emitted from the light source is modulated, so that the intensity of the light reflected from the reflecting surface is adjusted appropriately.
  • the optical scanner is used together with the light source
  • the optical scanner means that when the light source is configured as a device independent of the optical scanner, the optical scanner is used together with the light source. Means that However, this does not mean that the optical scanner does not include the light source as one of the components. That is, here, it merely means that the light source is used for operation by the optical scanner, whether or not the optical scanner includes the light source as one of its components. The same applies to the following interpretations.
  • the optical scanner is used together with a light source that emits light and a modulator that receives light from the light source and modulates the intensity of the incident light based on a modulation signal.
  • the optical scanner according to (1) or (2), wherein the modulation signal supplied to the modulator is controlled based on the reflection surface angle.
  • a modulator capable of modulating the intensity of light emitted from the light source is used, and the intensity of light emitted from the light source and trying to enter the reflection surface is modulated. This optimizes the intensity of the light reflected from the reflection surface.
  • this optical scanner it is possible to control the intensity of light incident on the reflecting surface without using a light source.
  • intensity modulation of incident light is usually performed using at least one of the light sources individually provided for the three primary colors. Therefore, in this case, it is important to take care that the balance between the colors constituting the image does not change before and after the intensity modulation of the incident light.
  • the optical scanner according to this section can be implemented in a mode in which a modulator is arranged so as to modulate the intensity of one light beam in which the light beams of the three primary colors are combined. .
  • a modulator is arranged so as to modulate the intensity of one light beam in which the light beams of the three primary colors are combined.
  • the optical scanner may be embodied in a mode in which the modulator is arranged so that light emitted from the modulator directly enters the reflection surface of the optical scanner without passing through any optical element. It is possible. According to this aspect, the light whose intensity has been accurately modulated by the modulator can be prevented from being adversely affected by another optical element before entering the reflecting surface. Therefore, if this mode is adopted, it becomes easy to accurately modulate the intensity of light incident on the reflection surface.
  • An image forming apparatus for forming an image by running a light beam
  • a scanning unit having the optical scanner according to any one of (1) to (4) and configured to scan a light beam emitted from the light source;
  • An image forming apparatus including: (6) The light source modulates the intensity of a light beam emitted from the light source based on an image signal corresponding to the image, and the controller converts the image signal supplied to the light source to the reflection surface.
  • the image signal supplied to the light source is corrected based on the angle of the reflecting surface in order to realize the original use of the image forming, so that the intensity of the reflected light from the reflecting surface is improved. Is optimized.
  • This image forming apparatus can be implemented in a mode in which the intensity modulation function of the light source is used for both image formation and optimization of the intensity of reflected light. If this mode is adopted, it is not indispensable to add dedicated hardware for performing intensity modulation in order to optimize the intensity of the reflected light, and the component point of the image forming apparatus due to the optimization of the intensity of the reflected light becomes unnecessary. It is easy to suppress an increase in the number.
  • a modulator for modulating the intensity of the emitted light beam based on the modulation signal based on the modulation signal, wherein the controller generates the modulation signal based on the reflection surface angle and generates the modulation signal.
  • the intensity of the light reflected from the reflection surface is optimized by controlling the modulator that modulates the intensity of the light beam emitted from the light source based on the reflection surface angle. .
  • this image forming apparatus it is possible to perform intensity modulation for optimizing the intensity of reflected light independently of intensity modulation for image formation.
  • the light source directs the light beam toward the reflection surface in a state where the light beam has a cross section that generates both necessary light incident on the reflection surface and unnecessary light not incident on the reflection surface.
  • the irradiating light is applied so that all the irradiating light applied to the reflecting surface for scanning is completely incident on the reflecting surface.
  • the cross section compared to setting the cross section of the irradiation light so that a part of the irradiation light is not allowed to enter the reflection surface, The whole It is difficult to use the light for running as effectively as possible.
  • the cross section of the irradiation light is set smaller than the reflection surface.
  • the shape of the cross section of the irradiation light and the shape of the reflection surface are close to each other, for example, both the shape of the cross section of the irradiation light and the shape of the reflection surface are circular. Even in the situation where the irradiation light is set so that the irradiation light enters the reflecting surface without leakage, the irradiation light is allowed so that a part of the irradiation light is not allowed to enter the reflecting surface. It is more difficult to use the entire limited-reflection surface for light scanning as effectively as possible than when setting a cross-section of the light.
  • the light source has a cross section in which the necessary light incident on the reflecting surface and the unnecessary light not incident on the reflecting surface are generated together. In such a state, the light beam is emitted toward the reflection surface.
  • this image forming apparatus it is possible to set the cross section of the light emitted from the light source to the reflecting surface while allowing the presence of the unnecessary light. It is easy to use the entire surface for running light as effectively as possible.
  • the "cross section” in this section means a figure drawn on a plane perpendicular to the optical axis of the incident light.
  • the incident light is, for example, a light beam having a circular cross section
  • the cross section means a circle represented by the beam diameter of the light beam.
  • the required light and the unnecessary light are generated by irradiating the light beam toward the reflecting surface. It is not essential to determine the cross section of the light emitted from the light source (ie, the light emitted from the light source toward the reflecting surface) so that it is incident on the entire reflecting surface.
  • the cross section of the light emitted from the light source may be determined so that there is a region where the required light does not enter on a part of the reflection surface.
  • the running unit includes:
  • Main scanning means for causing the light beam emitted from the light source to travel at a high speed in the main scanning direction; and sub-scanning means for causing the light beam emitted from the light source to travel at a low speed in a sub-scanning direction intersecting with the main scanning direction.
  • the main scanning means includes the optical scanner according to any one of (1) and (4), wherein the controller is configured to control the reflection surface of the optical scanner in the main scanning means.
  • the image forming apparatus according to (8), wherein the intensity of the light beam incident on the reflection surface is controlled based on the reflection surface angle.
  • the image forming apparatus As described above, in order to achieve high resolution, it is necessary to enlarge the cross-sectional area of the reflected light from the reflecting surface.
  • the image forming apparatus By using the optical scanner described in any of (1) to (4), it becomes easy to give the reflected light a large cross-sectional area for the area of the reflecting surface. This means that the area of the reflecting surface needs to be small compared to the cross-sectional area of the reflected light, and the reflecting mirror on which the reflecting surface is formed can be light. On the other hand, the heavier the reflection mirror part, the lower the scanning frequency of the reflection surface tends to be.
  • the running unit that runs the light beam emitted from the light source is a main running unit that runs the light beam at a high speed in the main running direction, and the main running direction thereof.
  • the optical scanner according to any one of (1) to (4) is a main scanning device that scans a light beam at a higher speed than the sub-scanning means, that is, at a higher frequency.
  • this image forming apparatus it is easy to achieve both improvement in resolution and increase in running frequency in the main running unit, which is more difficult than the sub-running unit.
  • FIG. 1 is a system diagram showing a retinal scanning type display device including an optical scanner 104 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the optical scanner 104 in FIG. 1 in an assembled state.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the optical scanner 104 in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a part of a vibrating body 124 in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a vibrating body 124 in FIG. 2.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a hardware configuration of a horizontal traveling drive circuit 180 in FIG. 1.
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining a beam diameter of irradiation light used for the optical scanner 104 in FIG. 2.
  • FIG. 8 is an optical path diagram for explaining how the cross-sectional areas of incident light and reflected light change in accordance with the angle of the reflecting surface 120 in FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the reflection surface angle ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ and the intensity of reflected light in the optical scanner 104 in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a block diagram conceptually showing the overall processing of the retinal scanning display device shown in FIG. 1.
  • FIG. 11 is a flowchart conceptually showing the contents of a video signal correction program executed by video signal correction section 240 in FIG. 1 using a computer.
  • FIG. 12 is a system diagram showing a retinal scanning display device including an optical scanner 104 according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 conceptually shows the overall processing of the retinal scanning display device shown in FIG. It is a figure.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the reflection surface angle ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ and the intensity of reflected light in the optical scanner 104 in FIG.
  • FIG. 15 is a flowchart conceptually showing the contents of an intensity modulation program executed by modulation signal output section 262 in FIG. 12 using a computer.
  • FIG. 16 is a perspective view for explaining the beam diameter of irradiation light used in the conventional optical scanner 300.
  • FIG. 1 systematically shows a retinal scanning display device according to the first embodiment of the present invention.
  • This retinal scanning display device (hereinafter abbreviated as “RSD”) forms an image of a retina 14 via a pupil 12 of an observer's eye 10 while appropriately modulating its wavefront and intensity.
  • This is a device for projecting an image directly on the retina 14 by causing the laser beam to be incident on a surface, and to be two-dimensionally scanned with a laser beam on the image forming surface.
  • the RSD includes a light source unit 20, and includes a running device 24 between the light source unit 20 and the eye 10 of the observer.
  • the light source unit 20 includes an R laser 30 that emits red laser light in order to combine three laser lights having three primary colors (RGB) into one laser light to generate an arbitrary color laser light;
  • a G laser 32 that emits green laser light and a B laser 34 that emits blue laser light are provided.
  • Each of the lasers 30, 32, 34 can be configured as, for example, a semiconductor laser.
  • the laser beams emitted from the lasers 30, 32, and 34 are collimated by the collimating optical systems 40, 42, and 44, respectively, in order to combine the laser beams.
  • the laser light is made incident on the aperture mirrors 50, 52, and 54, whereby each laser beam is selectively reflected and transmitted with respect to wavelength.
  • the red laser light emitted from the R laser 30 is collimated by the collimating optical system 40, and then is incident on the dichroic mirror 50.
  • the emitted green laser light is made incident on a dichroic mirror 52 via a collimating optical system 42.
  • the blue laser light emitted from the B laser 34 is made incident on the dike opening mirror 54 via the collimating optical system 44.
  • the laser beams of the three primary colors that have respectively entered the three dichroic mirrors 50, 52, 54 finally enter one dichroic mirror 54 representing the three dichroic mirrors 50, 52, 54. And then condensed by the coupling optics 56.
  • the light source unit 20 includes a signal processing circuit 60 mainly composed of a computer.
  • the signal processing circuit 60 is designed to perform signal processing for driving each of the lasers 30, 32, and 34 and signal processing for scanning a laser beam based on an externally supplied video signal. ing.
  • the signal processing circuit 60 In order to drive each of the lasers 30, 32, and 34, the signal processing circuit 60 generates a laser beam for each pixel on the image to be projected on the retina 14 based on an image signal supplied from the outside. Driving signals necessary for realizing necessary colors and intensities are supplied to the respective lasers 30, 32, 34 via the respective laser drivers 70, 72, 74. Signal processing for laser beam scanning will be described later.
  • the light source unit 20 described above emits a laser beam in the coupling optical system 56.
  • the laser beam emitted therefrom travels through an optical fiber 82 as an optical transmission medium and a collimating optical system 84 that collimates the laser beam emitted from the rear end of the optical fiber 82 in that order.
  • Light is incident on the device 24.
  • the running device 24 includes a horizontal running system 100 and a vertical running system 102.
  • the horizontal scanning system 100 is a horizontal scanning that scans a laser beam horizontally along a plurality of horizontal scanning lines for each frame of an image to be displayed (this is an example of main scanning). ).
  • the vertical scanning system 102 vertically scans the laser beam from the first scanning line to the last scanning line for each frame of the image to be displayed (this is an example of the sub-scanning).
  • the horizontal scanning system 100 is designed to scan the laser beam faster, that is, at a higher frequency than the vertical scanning system 102. Has been.
  • the horizontal scanning system 100 is provided with an optical scanner 104 that swings the mirror by vibrating an elastic body having a mirror that performs mechanical deflection.
  • the optical scanner 104 is controlled based on a horizontal synchronization signal supplied from the signal processing circuit 60.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the optical scanner 104 in an assembled state.
  • FIG. 3 shows the optical scanner 104 in an exploded perspective view.
  • the optical scanner 104 has a main body 110 mounted on a base 112.
  • the main body 110 is formed using an elastic material such as silicon. As shown in the upper part of FIG. 3, the main body 110 has a thin rectangular shape having a through hole 114 through which light can pass.
  • the main body 110 has a fixed frame 116 on the outside, and a vibrator 124 having a reflection mirror 122 on which a reflection surface 120 is formed on the inside.
  • the base 112 includes, as shown in the lower part of FIG. 3, a support portion 130 to which the fixed frame 116 is to be mounted in the mounted state with the main body 110, It is configured to have a vibrating body 124 and a concave portion 132 opposed thereto.
  • the concave portion 132 is formed so as to have a shape and shape that does not interfere with the base 112 even when the vibrating body 124 is displaced by vibration in a state where the main body 110 is mounted on the base 112.
  • the reflection surface 120 of the reflection mirror unit 122 is swung about a rotation center line 134 which is also a center line of symmetry thereof.
  • the vibrating body 124 further includes a beam portion 140 extending from the reflection mirror portion 122 on the same plane as the reflection mirror portion 122 and joining the reflection mirror portion 122 to the fixed frame 116.
  • a pair of beams 140 extend from opposite sides of the reflection mirror 122 in opposite directions.
  • Each beam portion 140 includes one mirror-side leaf spring portion 142, a pair of frame-side leaf spring portions 144, and a connection for connecting the mirror-side leaf spring portion 142 and the pair of frame-side leaf spring portions 144 to each other.
  • Part 146 is configured.
  • the mirror side leaf spring portion 142 is formed on the rotation center line 134 on the rotation center line 134 from each of a pair of edges of the reflection mirror portion 122 facing each other in the direction of the rotation center line 134 to the corresponding connection portion 146. Extending along.
  • the pair of frame-side leaf spring portions 144 are connected to the rotation center line 134 from the corresponding connection portions 146. And extends along the rotation center line 134 in a posture of being offset in the opposite direction.
  • each of the driving sources 150, 152, 154, and 156 is mainly composed of a piezoelectric body 160 (also referred to as a "piezoelectric vibrator” or a “piezoelectric element”).
  • the piezoelectric body 160 is attached to one surface of the vibrating body 124 in a thin plate shape, and is sandwiched between the upper electrode 162 and the lower electrode 164 in a direction perpendicular to the attachment surface.
  • the upper electrode 162 and the lower electrode 164 are respectively connected to a pair of input terminals 168 provided on the fixed frame 116 by respective lead wires 166.
  • the drive sources 150, 152, 154, and 156 attached to the four frame-side leaf springs 144, respectively are located on one side with respect to the rotation center line 134.
  • a pair of drive sources 150 and 152 sandwiching the reflection mirror unit 122 and a pair of drive sources 154 and 156 located on the other side and sandwiching the reflection mirror unit 122 are two piezoelectric materials belonging to each pair.
  • the 160 free ends are bent so as to be displaced in the same direction as each other.
  • a pair of drive sources 150 and 154 located on one side of the reflection mirror unit 122 and sandwiching the rotation center line 134 and a pair of drive sources 152 located on the other side and sandwiching the rotation center line 134 are provided.
  • And 156 are bent so that the free ends of the two piezoelectric bodies 160 belonging to each pair are displaced in opposite directions.
  • each frame-side leaf spring portion 144 has a function of converting a linear displacement (lateral displacement) of the piezoelectric body 160 attached thereto into a bending motion (longitudinal displacement). It has a function of converting the bending motion of the frame-side leaf spring portion 144 into the rotation motion of the mirror-side leaf spring portion 142.
  • the reflecting mirror section 122 is rotated by the rotational movement of the mirror side leaf spring section 142.
  • the two driving sources 150 and 152 forming the first pair and the two driving sources 154 and 156 forming the second pair are displaced in directions opposite to each other, so that the reflection mirror section is formed.
  • the alternating voltage is applied to the first pair of two driving sources 150 and 152 in the same phase.
  • the alternating voltage having the opposite phase is applied to the second pair of the two driving sources 154 and 156 in the same phase.
  • the horizontal running system 100 includes a horizontal running drive circuit 180 shown in FIG.
  • the oscillator 182 In the horizontal scanning drive circuit 180, as shown in FIG. 6, the oscillator 182 generates an alternating voltage signal based on the horizontal synchronization signal input from the signal processing circuit 60.
  • the oscillator 182 is connected to a first pair of two driving sources 150 and 152 via a first path via a phase shifter 184 and an amplifier 186, while passing through a phase inverting circuit 188, a phase shifter 190 and an amplifier 192. Via a second path, it is connected to a second pair of two driving sources 154, 156.
  • the phase inversion circuit 188 inverts the phase of the alternating voltage signal input from the oscillator 182 and supplies it to the phase shifter 190. Since the phase inversion circuit 188 is provided only in the second path, the two driving sources 150 and 152 forming the first pair and the two driving sources forming the second pair In 154 and 156, the phases of the alternating voltage signals supplied from the corresponding amplifiers 186 and 192 are opposite to each other.
  • phase shifters 184, 190 are provided in any of the paths.
  • the laser beam horizontally scanned by the optical scanner 104 described above is transmitted to the vertical scanning system 102 by the relay optical system 194, as shown in FIG.
  • This RSD has a beam detector 200 at a fixed position.
  • the beam detector 200 is provided to detect the position of the laser beam in the main scanning direction by detecting the laser beam deflected by the optical scanner 104 (that is, the laser beam scanned in the main scanning direction). ing.
  • One example of a beam detector 200 is a photo diode.
  • the beam detector 200 outputs a signal indicating that the laser beam has reached a predetermined position as a BD signal, and the output BD signal is supplied to the signal processing circuit 60.
  • the signal processing circuit 60 waits for a set time from the time when the beam detector 200 detects the laser beam, and outputs a necessary drive signal to each laser driver 70. , 72, 74.
  • the image display start timing is determined for each scanning line, and the image display is started at the determined image display start timing.
  • the vertical running system 102 includes a galvano mirror 210 as a swing mirror that performs mechanical deflection.
  • the laser beam emitted from the horizontal scanning system 100 is condensed by the relay optical system 194 and enters the galvanomirror 210.
  • the galvanomirror 210 is swung around a rotation axis that intersects the optical axis of the laser beam incident on the galvanomirror.
  • the starting timing and the rotation speed of the galvanometer mirror 210 are controlled based on a vertical synchronization signal supplied from the signal processing circuit 60.
  • the relay optical system 214 includes a plurality of optical elements 216 and 218 arranged side by side on the optical path.
  • the optical scanner 104 of the present embodiment as shown in FIG. 7, a part of the laser beam having a generally circular cross section irradiated toward the reflection surface 120 is reflected on the reflection surface 120.
  • the size of the beam diameter of the laser beam is set so as not to be incident. Specifically, in the present embodiment, the beam diameter is set so that the laser beam is incident on the entire reflecting surface 120, and as a result, the beam diameter becomes larger than the maximum dimension of the reflecting surface 120. I have.
  • the cross section 234 of the laser beam directed to the reflecting surface 120 becomes larger than the reflecting surface 120. Therefore, the total irradiation light, which is the laser beam directed to the reflecting surface 120, includes the necessary light that is the incident light that enters the reflecting surface 120 and the unnecessary light that does not enter the reflecting surface 120.
  • a cross-sectional area corresponding to the reflection surface 120 of the incident light that is, a projection in which the area where the incident light is incident on the reflection surface 120 is projected in the incident direction.
  • the incident area changes as the angle of the reflecting surface 120 with respect to the incident direction (hereinafter, simply referred to as “reflecting surface angle ⁇ ”) changes between the maximum angle and the minimum angle.
  • the term “reflection surface angle ⁇ " refers to the incident light in a direction perpendicular to both the incident direction of the incident light and the normal direction of the reflection surface 120 (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 8). And the reflection surface 120, it is defined as the smaller of the two angles formed at the intersection of the optical axis of the incident light and the straight line representing the reflection surface 120.
  • FIG. 8 (a) shows that reflection on the reflection surface 120 is performed when the reflection surface angle ⁇ is the maximum angle. This is shown in the optical path diagram. Here, a state in which the cross-sectional area of the incident light corresponding to the reflecting surface 120 is maximized, and accordingly, the cross-sectional area of the reflected light from the reflecting surface 120 is also maximized is shown.
  • FIG. 8B shows an optical path diagram in which the reflection on the reflection surface 120 is performed when the reflection surface angle ⁇ is the minimum angle.
  • the position of the reflecting surface 120 when the reflecting surface angle ⁇ is the maximum angle is shown by a broken line for comparison.
  • a state is shown in which the cross-sectional area of the incident light corresponding to the reflecting surface 120 is minimized, and accordingly, the cross-sectional area of the reflected light from the reflecting surface 120 is also minimized.
  • the reflected light since the cross-sectional area corresponding to the reflecting surface 120 of the incident light and the cross-sectional area of the reflected light depend on the reflecting surface angle ⁇ , if no countermeasure is taken, the reflected light also depends on the reflection surface angle ⁇ . Specifically, as shown by the broken line graph in FIG. 9, when the reflection surface angle ⁇ is the maximum angle, the intensity of the reflected light is maximum, while the reflection surface angle ⁇ is the minimum angle. In some cases, the intensity of the reflected light depends on the angle of the reflecting surface ⁇ , such that the intensity of the reflected light is the minimum.
  • the intensity of the incident light is controlled based on the reflection surface angle ⁇ .
  • this control as shown in FIG. 9, assuming that the intensity of the reflected light when the reflection surface angle ⁇ is a neutral angle is equal to the target intensity, in a region where the reflection surface angle ⁇ is larger than the neutral angle, Dimming correction is performed to reduce the intensity of the incident light.
  • Dimming correction is performed to reduce the intensity of the incident light.
  • brightening correction for increasing the intensity of the incident light is performed.
  • the intensity of the reflected light is maintained to substantially coincide with the target value despite the change in the reflection surface angle ⁇ ⁇ , as shown by the solid line graph in FIG.
  • FIG. 10 is a block diagram conceptually showing the overall electrical and optical processing in the RSD according to the present embodiment in chronological order.
  • a laser drive signal is generated based on a video signal supplied from the outside, which defines the color and intensity for each pixel in the image, and the laser driver 70, 72, 74 Is output to The lasers 30, 32, and 34 generate laser light in response to the laser drive signal, and the generated laser light is used as a laser beam by the scanning device. Incident on the device 24 where it is scanned. The scanned laser beam is projected on the retina 14 and an image is displayed to an observer.
  • the video signal supplied from the outside is changed according to the reflection surface angle ⁇ . It is corrected so that the intensity is modulated.
  • the reflection surface angle is detected with reference to the timing at which the beam detector 200 detects the traveling light from the optical scanner 104.
  • the signal processing circuit 60 includes the video signal correction unit 240 to correct the video signal.
  • the video signal correction unit 240 is configured by a part of the computer of the signal processing circuit 60 that executes a video signal correction program.
  • FIG. 11 is a flowchart conceptually showing the contents of the video signal correction program. This video signal correction program is repeatedly executed.
  • step S1 (hereinafter simply referred to as "S1"; the same applies to other steps), an external video signal is input as an original video signal.
  • step S2 a BD signal indicating whether or not the scanning light from the optical scanner 104 has been detected is input from the beam detector 200.
  • the reflection surface angle ⁇ is detected based on the input BD signal.
  • the intensity correction amount which is the correction amount of the laser light intensity (incident light intensity) represented by the original video signal
  • the intensity correction amount corresponding to the detected reflection surface angle ⁇ is determined as the current intensity correction amount according to the value stored in the computer memory of the signal processing circuit 60 in advance.
  • the relationship between the correction amount and the angle is set in consideration of the relationship between the reflection surface angle ⁇ shown in the graph of FIG. 9 and the intensity deviation of the reflected light (the difference between the target intensity and the intensity before correction). I have.
  • the input video signal is corrected based on the determined current intensity correction amount. That is, a corrected video signal is generated. Then, in S6, the generated corrected video signal is output to the laser drivers 70, 72, and 74.
  • the optical scanner 104 constitutes an example of the “optical scanner” according to the above mode (1), and the signal processing circuit 60 operates as the above (1).
  • the controller constitutes an example of the “controller” in any of (3).
  • the RSD constitutes an example of the “image forming apparatus” according to the above item (5)
  • the light source unit 20 constitutes an example of the “light source” of the above item (6)
  • the signal processing circuit 60 forms an example of the “controller” in the same section
  • the video signal correction section 240 forms an example of the “signal correction section” in the same section.
  • the light source unit 20 constitutes an example of the “light source” in the above item (8)
  • the optical scanner 104 constitutes an example of the “main scanning means” in the above item
  • the no-mirror 210 forms an example of the “sub-scanning means” in the same section
  • the signal processing circuit 60 forms an example of the “controller” in the same section.
  • this embodiment differs from the first embodiment only in the elements that control the intensity of the light incident on the reflection surface 120, and therefore, only the different elements will be described in detail.
  • the common elements will be referred to using the same reference numerals or names, and will not be described in detail.
  • the intensity modulation function of the lasers 30, 32, and 34 is used to control the intensity of the light incident on the reflection surface 120 based on the reflection surface angle 34. Functions required for display are used.
  • an AO modulator for modulating the intensity of light incident on the reflection surface 120 is provided between the light source unit 20 and the optical scanner 104.
  • 260 are set up.
  • No optical element eg, lens, mirror, etc.
  • the intensity of the light incident on the reflecting surface 120 is controlled based on the reflecting surface angle ⁇ .
  • the signal processing circuit 60 is configured to include a modulation signal output unit 262, and the modulation signal output from the modulation signal output unit 262 By being supplied to the optical device 260, the intensity of the light emitted from the light source unit 20, which is about to enter the optical scanner 104, is modulated.
  • FIG. 13 is a block diagram similar to FIG. 10, illustrating the overall processing of the RSD according to the present embodiment.
  • the intensity modulation of the light incident on the optical scanner 104 in the horizontal scanning system 100 that runs faster than the vertical scanning system 102 is performed based on the modulation signal. Is determined based on ⁇ .
  • the reflection surface angle ⁇ is detected with reference to the BD signal from the beam detector 200, as in the first embodiment.
  • the lasers 30, 32, and 34 and the AO modulator 260 have a common force S in that the laser beam intensity can be modulated, and the lasers 30, 32, and 34 increase or decrease the laser beam intensity. It is different from the A ⁇ modulator 260 in that it can be executed only in intensity reduction.
  • the modulation signal output unit 262 includes a reflection signal as shown in the graph of FIG.
  • the output of the lasers 30, 32 and 34 is set so that the surface angle ⁇ is the minimum angle, that is, the intensity of the reflected light at the time when the intensity of the reflected light is the minimum is equal to the target intensity, If the reflection surface angle ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ is larger than the minimum angle, the dimming correction is performed so that the intensity of the incident light decreases according to the reflection surface angle ⁇ .
  • the modulation signal output unit 262 is configured by a part of the computer of the signal processing circuit 60 that executes an intensity modulation program.
  • FIG. 15 is a flowchart conceptually showing the contents of the intensity modulation program. This intensity modulation program is also repeatedly executed.
  • BD signal indicating whether or not scanning light from the optical scanner 104 has been detected is input from the beam detector 200.
  • the reflection surface angle is detected based on the input BD signal.
  • a predetermined modulation amount between one angle and the reflection surface angle ⁇ ⁇ ⁇ between the intensity modulation amount that is the modulation amount of the intensity of the laser beam (the intensity of the incident light) emitted from the light source unit 20 In accordance with the relationship stored in advance in the memory of the computer of the signal processing circuit 60, the intensity modulation amount corresponding to the detected reflection surface angle ⁇ is determined as the current intensity modulation amount.
  • the relationship between the modulation amount and the angle is graphically shown in FIG. It is set in consideration of the relationship between the reflection surface angle ⁇ and the intensity deviation of the reflected light (the difference between the target intensity and the intensity before correction).
  • a modulated signal is generated based on the determined current intensity modulation amount.
  • the generated modulated signal is output to ⁇ modulator 260.
  • the optical scanner 104 constitutes an example of the “optical scanner” according to the above item (1)
  • the signal processing circuit 60 includes the above (1)
  • the AO modulator 260 constitutes an example of the “controller” in the item (2) or (4)
  • the AO modulator 260 constitutes an example of the “modulator” in the item (4).
  • the RSD constitutes an example of the “image forming apparatus” according to the above item (5)
  • the signal processing circuit 60 corresponds to the “controller” in the above item (5) or (7).
  • the modulation signal output unit 262 constitutes an example of the “signal output unit” in the above item (7)
  • the AO modulator 260 constitutes an example of the “modulator” in the same item.
  • the optical scanner 104 in order to stabilize the intensity of the scanning light, that is, the reflected light by the optical scanner 104 and to display an image well, the optical scanner 104 is used.
  • the intensity of irradiation light (including necessary light incident on the optical scanner 104 and unnecessary light not incident on the optical scanner 104) is changed according to the reflection surface angle ⁇ .
  • the beam detection by the beam detector 200 is ensured, and the intensity of the beam projected on the retina 14 is optimized (for example, the exposure amount of the beam is limited to a degree that is not too dazzling to an observer).
  • the present invention can be implemented in a mode in which the intensity of irradiation light to the optical scanner 104 is changed according to the reflection surface angle ⁇ .
  • the intensity of the light illuminating the optical scanner 104 is adjusted such that the light is incident on the beam detector 200 at a high intensity while being incident on the retina 14 with a small intensity. It is possible to carry out the present invention in a mode that can be changed according to the conditions.

Abstract

 入射した光を反射する反射面とその入射光の入射方向との角度を変化させることにより、その反射面からの反射光の走査を行う光スキャナにおいて、その反射面からの反射光の強度を適正化する。入射光の反射面に対応する横断面積、すなわち、入射光が反射面に入射する面積をその入射方向に投影した面積が反射面角度に応じて変化する光スキャナにおいて、反射面角度の変化によって反射面からの反射光の強度が変化しないように、反射面角度に基づいて入射光の強度を変化させる。

Description

明 細 書
光スキャナおよびそれを備えた画像形成装置
技術分野
[0001] 本発明は、入射した光を反射する反射面とその入射光の入射方向との角度を変化 させることにより、その反射面からの反射光の走查を行う光スキャナに関するものであ り、特に、その反射面からの反射光の強度を制御する技術に関するものである。 背景技術
[0002] 光を走査する光スキャナとして、入射した光を反射する反射面とその入射光の入射 方向との角度を変化させることにより、その反射面からの反射光の走査を行う光スキ ャナが既に知られている(例えば、 日本国特開平 11-203383号公報参照。)。
[0003] この種の光スキャナは、例えば、画像形成の分野や画像読取りの分野において使 用される。画像形成の分野においては、網膜上において光束を走査して画像を直接 に表示する網膜走查型ディスプレイ装置、プロジェクタ、レーザプリンタ、レーザリソグ ラフィ等の用途に使用され、一方、画像読取りの分野においては、ファクシミリ、複写 機、イメージスキャナ、バーコードリーダ等の用途に使用される。
[0004] この種の光スキャナの一例は、反射面を揺動させることにより、光を走查する形式で あり、別の例は、反射面を一方向に回転させることにより、光を走查する形式である。
[0005] 反射面を揺動させる形式の一例は、 日本国特開平 11一 203383号公報に記載さ れているように、光を反射するミラーと、そのミラーを捩じり振動させるための振動体と を含む形式の光スキャナである。この例は、振動を利用して反射面を揺動させる形式 であるが、振動を利用せずに反射面を揺動させる形式も存在し、その一具体例は、 ガルバノミラーを利用する光スキャナである。
[0006] これに対し、反射面を一方向に回転させる形式の一例は、反射面が複数枚、互い に隣接して一列に並んだポリゴンミラーを利用する光スキャナである。そのポリゴンミ ラーを利用する光スキャナは、複数枚の反射面を順次利用して走査を繰り返す点で 、同じ反射面を繰返し利用して走査を繰り返す上述の、反射面を揺動させる形式の 光スキャナと相違する。 発明の開示
[0007] 以上説明した光スキャナでは、入射光に対する反射面の角度により、必要とされる 反射光の強度が得られない場合がある。
[0008] 例えば、光スキャナにおいては、走査開始タイミングを安定化させるために、その光 スキャナからの反射光が特定の角度位置に偏向されたことを検出する光検出器が用 いられる。
[0009] この光検出器が入射光を確実に検出するためにはその入射光の強度を確保するこ とが必要であるのが通常であるが、入射光の強度に対する要求が、光検出器と、光ス キヤナの本来の用途との間で互いに一致しない場合がある。すなわち、光検出器に とっては、入射光の強度が大きいほど望ましいのに対し、光スキャナの本来の用途に とっては、入射光の強度に上限を設定するすることが望ましい場合があるのである。
[0010] 一方、光検出器は、通常、光スキャナが本来の用途を実現するための反射面の角 度範囲から外れた角度にその反射面が向けられているときに、その反射面からの反 射光が入射するように位置決めされる。
[0011] したがって、反射面の角度は、その反射面からの反射光が光検出器に入射する場 合と、本来の用途を実現する場合とで互いに異なる。よって、入射光の強度を反射面 の角度に応じ、その反射光が光検出器に入射するための角度においては大きくなり 、本来の用途を実現するための角度においては小さくなるように変化させれば、光検 出器からの要求と本来の用途実現のための要求とを一緒に満足させることが可能と なる。
[0012] 以上説明した知見に基づき、本発明は、入射した光を反射する反射面とその入射 光の入射方向との角度を変化させることにより、その反射面からの反射光の走査を行 う光スキャナにおいて、その反射面からの反射光の強度を適正化することを課題とし てなされたものである。
[0013] 本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号 を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が 採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、 本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると 解釈されるべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書 には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用する ことは妨げられないと解釈すべきである。
[0014] さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記 載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴力 分離させて独立させることを妨げ ることを意味するわけではなぐ各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜 独立させることが可能であると解釈されるべきである。
[0015] (1) 入射した光を反射する反射面とその入射光の入射方向との角度を変化させるこ とにより、その反射面からの反射光の走査を行う光スキャナであって、
前記入射方向に対する前記反射面の角度である反射面角度に基づいて前記入射 光の強度を制御するコントローラを含む光スキャナ。
[0016] この光スキャナによれば、反射面への入射光の強度が反射面角度との関係におい て適正化されるため、その反射面からの反射光すなわち走査光の強度が適正化され る。
[0017] この光スキャナは、例えば、前述の揺動式として構成したり、前述の一方向回転式 として構成することが可能である。また、この光スキャナにおいては、反射面への入射 光を、進行方向に沿って横断面積が一定である平行光として構成したり、横断面積 が変化する収束光または拡散光として構成することが可能である。
[0018] (2) 前記入射光は、前記反射面に対応するその横断面積が前記反射面角度に応 じて変化し、前記コントローラは、前記反射面角度の変化によって前記反射面からの 反射光の強度が変化しなレ、ように、前記反射面角度に基づレ、て前記入射光の強度 を変化させる(1)項に記載の光スキャナ。
[0019] 前記(1)項に係る光スキャナにおいては、高解像度を達成するために、高速走査し 、走查振幅を大きぐなおかつ、光スキャナの反射面からの反射光すなわち光スキヤ ナによる走査光の横断面積ができる限り大きいことが要望される場合がある。ここに、 「横断面積」は、反射光が例えば、円形断面を有する光束 (光ビーム)である場合に は、そのビーム径に対応する円の面積を意味し、ビーム径が大きいほど横断面積も 大きレ、とレ、う関係が成立する。
[0020] 反射光の横断面積を拡大するためには、その光スキャナにおける反射面への入射 光の横断面積を拡大することが必要である。そして、その入射光の横断面積は、反 射面の面積が広いほど、拡大することが容易である。
[0021] しかし、反射面の面積を拡大するのに限界が存在するのが通常である。この状況に おいては、走查のために反射面に向かって照射される照射光がもれなく反射面に入 射するように照射光の横断面を設定する場合と、照射光の一部が反射面に入射しな いことが許容されるように照射光の横断面を設定する場合 (すなわち、照射光が、入 射光である必要光と入射光ではない不要光との双方を含む場合)とが考えられる。そ れら 2つの場合を互いに比較すれば、後に詳述するように、前者の場合には、限られ た広さの反射面の全体をできる限り有効に光の走査のために利用することが後者の 場合より困難である。
[0022] 反射面に向かう照射光が、その反射面に入射する必要光と、その反射面に入射し ない不要光とを含むようにすれば、不要光の存在を許容して照射光の横断面を設定 することが可能となるため、限られた広さの反射面の全体をできる限り有効に光の走 查のために利用することが容易となる。
[0023] しかし、不要光の存在を許容して照射光の横断面を設定する場合には、反射面へ の入射光すなわち上記必要光の横断面積 (すなわち、入射光が反射面に入射する 面積をその入射方向に投影した面積)が、入射光の入射方向に対する反射面の角 度(以下、「反射面角度」ともいう。)によって変化する。
[0024] そのため、特別の対策を講じないと、反射面からの反射光の強度が、反射面角度 によって変化してしまレ、、光スキャナによる走查光の強度が安定しなレ、。
[0025] これに対し、本項に係る光スキャナによれば、入射光の反射面に対応する横断面 積、すなわち、入射光が反射面に入射する面積をその入射方向に投影した投影入 射面積が反射面角度に応じて変化する状況であるにもかかわらず、反射面角度の変 化によって反射面からの反射光の強度が変化しないようにされる。
[0026] したがって、この光スキャナによれば、反射光すなわち走查光の強度を安定化させ ること力 S容易となる。 [0027] 本項における「横断面積」は、入射光をそれの光軸に直角な平面に当てた場合に その平面上に描かれる図形の面積を意味する。その入射光が、例えば、円形断面を 有する光束である場合には、横断面積は、その光束のビーム径によって表わされる 円の面積を意味し、ビーム径が大きいほど横断面積も大きいという関係が成立する。
[0028] 本項における「入射光」は、その進行方向に沿って横断面積が一定である平行光と して構成したり、横断面積が変化する収束光または拡散光として構成することが可能 である。
[0029] 本項における「入射光」が平行光として構成される場合には、特別な条件を与えるこ となぐその横断面積が幾何学的に特定されるのに対し、収束光または拡散光として 構成される場合には、横断面積を幾何学的に特定するために何らかの条件を与える ことが必要であるが、本項においては、入射光の横断面積が、反射面に対応する横 断面積として定義されている。その結果、入射光の横断面積は、入射光が反射面に 入射する面積 (すなわち、反射面上の面積)をその入射方向に投影した投影入射面 積を意味することとなり、それにより、入射光が収束光または拡散光として構成される 場合でも、入射光の横断面積が幾何学的に特定されることとなる。
[0030] (3) 当該光スキャナは、光を出射し、その出射する光の強度を変調信号に基づいて 変調する光源と共に使用され、前記コントローラは、その光源に供給される前記変調 信号を前記反射面角度に基づレ、て制御する(1)または(2)項に記載の光スキャナ。
[0031] この光スキャナによれば、出射光の強度を変調可能である光源が利用され、その光 源からの出射光の強度が変調されることにより、反射面からの反射光の強度が適正 化される。
[0032] 本項において「当該光スキャナが光源と共に使用される」とは、光源が当該光スキヤ ナから独立した装置として構成される場合には、当該光スキャナが、その光源と一緒 に使用されるという意味である。ただし、当該光スキャナが光源をその一構成要素とし て含むように当該光スキャナを構成することを排除することを意味しなレ、。すなわち、 ここでは、当該光スキャナが光源をその一構成要素として含むか否かを問わず、当 該光スキャナによる走查のために光源が使用されることを意味するに過ぎないのであ る。このような解釈は下記の各項にぉレ、ても同様である。 [0033] (4) 当該光スキャナは、光を出射する光源、およびその光源から光が入射し、その 入射した光の強度を変調信号に基づいて変調する変調器と共に使用され、前記コン トローラは、その変調器に供給される前記変調信号を前記反射面角度に基づいて制 御する(1)または(2)項に記載の光スキャナ。
[0034] この光スキャナによれば、光源から出射した光の強度を変調可能な変調器が利用 され、その光源から出射した光であって反射面に入射しょうとする光の強度が変調さ れることにより、その反射面からの反射光の強度が適正化される。
[0035] したがって、この光スキャナによれば、光源を利用せずに、反射面への入射光の強 度を制御することが可能となる。
[0036] ところで、光源を利用して入射光の強度変調を行う場合には、通常、 3原色につい て個別に設けられる光源のうちの少なくとも一つが利用されて入射光の強度変調が 行われる。そのため、この場合には、画像を構成する色間のバランスが入射光の強 度変調の前後で変化しなレ、ように留意することが重要である。
[0037] これに対し、本項に係る光スキャナは、それら 3原色の光束が結合された 1つの光 束の強度を変調するように変調器が配置される態様で実施することが可能である。こ の態様を採用すれば、画像を構成する色間のバランスを入射光の強度変調の前後 で変化しないようにすることが容易である。
[0038] さらに、この光スキャナは、変調器からの出射光が何ら光学素子を通過しないで直 接に当該光スキャナの反射面に入射するように変調器が配置される態様で実施する ことも可能である。この態様を採用すれば、変調器によって強度が正確に変調された 光が、反射面に入射する手前において、別の光学素子によって悪影響を受けずに 済む。したがって、この態様を採用すれば、反射面への入射光の強度を正確に変調 することが容易となる。
[0039] (5) 光束の走查によって画像を形成する画像形成装置であって、
前記光束を出射する光源と、
(1)ないし (4)項のいずれかに記載の光スキャナを有し、前記光源から出射した光 束を走查する走查部と
を含む画像形成装置。 [0040] (6) 前記光源は、前記画像に対応する画像信号に基づき、その光源から出射する 光束の強度を変調し、前記コントローラは、その光源に供給される前記画像信号を前 記反射面角度に基づいて補正する信号補正部を含む(5)項に記載の画像形成装 置。
[0041] この画像形成装置によれば、画像形成という本来の用途を実現するために光源に 供給される画像信号が反射面角度に基づいて補正されることにより、反射面からの 反射光の強度が適正化される。
[0042] この画像形成装置は、光源の強度変調機能が画像形成と反射光の強度適正化と の双方に利用される態様で実施することが可能である。この態様を採用すれば、反 射光の強度適正化のために、強度変調を行う専用のハードウェアを追加することが 不可欠ではなくなり、反射光の強度適正化に起因する当該画像形成装置の部品点 数の増加を抑制することが容易となる。
[0043] (7) さらに、変調信号に基づき、前記光源力 出射した光束の強度を変調する変調 器を含み、前記コントローラは、前記反射面角度に基づいて前記変調信号を生成し て前記変調器に出力する信号出力部を含む(5)または(6)項に記載の画像形成装 置。
[0044] この画像形成装置によれば、光源から出射した光束の強度を変調する変調器が反 射面角度に基づいて制御されることにより、反射面からの反射光の強度が適正化さ れる。
[0045] したがって、この画像形成装置によれば、反射光の強度適正化のための強度変調 を、画像形成のための強度変調から独立して行うことが可能となる。
[0046] (8) 前記光源は、前記反射面に入射する必要光とその反射面に入射しない不要光 とを一緒に発生させる横断面を前記光束が有する状態でその光束を前記反射面に 向かって出射する(5)ないし(7)項のいずれかに記載の画像形成装置。
[0047] 前述のように、反射面の面積を拡大するのに限界が存在する状況においては、走 查のために反射面に照射される照射光がもれなく反射面に入射するように照射光の 横断面を設定する場合には、照射光の一部が反射面に入射しないことが許容される ように照射光の横断面を設定する場合に比較して、限られた広さの反射面の全体を できる限り有効に光の走查のために利用することが困難である。
[0048] この事実は、例えば、照射光の横断面が円形断面であるのに対して、反射面の形 状が四辺形であるというように、照射光の横断面の形状と反射面の形状とが互いに大 きく異なる状況にぉレ、て特に顕著である。
[0049] さらに、照射光がもれなく反射面に入射するように設計される光スキャナにあっては 、製造ばらつきや経時変化にもかかわらずそのような入射条件が常に維持されるよう にするために、照射光の横断面が反射面より小さく設定されるのが通常である。
[0050] このことを考慮すれば、例えば、照射光の横断面の形状も反射面の形状も共に円 形であるというように、照射光の横断面の形状と反射面の形状とが互いに近似する状 況でさえ、照射光がもれなく反射面に入射するように照射光の横断面を設定する場 合には、照射光の一部が反射面に入射しないことが許容されるように照射光の横断 面を設定する場合より、限られた広さの反射面の全体をできる限り有効に光の走査の ために利用することが困難である。
[0051] 以上説明した知見に基づき、本項に係る画像形成装置においては、光源が、反射 面に入射する必要光とその反射面に入射しない不要光とを一緒に発生させる横断面 を光束が有する状態でその光束を反射面に向かって出射するものとされている。
[0052] したがって、この画像形成装置によれば、不要光の存在を許容して、光源から反射 面への出射光の横断面を設定することが可能となるため、限られた広さの反射面の 全体をできる限り有効に光の走查のために利用することが容易となる。
[0053] 本項における「横断面」は、入射光をそれの光軸に直角な平面に当てた場合にそ の平面上に描かれる図形を意味する。その入射光が、例えば、円形断面を有する光 束である場合には、横断面は、その光束のビーム径によって表わされる円を意味す る。
[0054] さらに、本項における「横断面」については、光束が反射面に向かって照射されるこ とによって必要光と不要光とがー緒に発生させられるものであれば足り、必要光が反 射面の全体に入射するように、光源からの出射光(すなわち、光源から反射面に向か う照射光)の横断面を決定することは不可欠ではない。反射面の一部に必要光が入 射しない領域が存在するように、光源からの出射光の横断面を決定してもよいのであ る。
[0055] (9) 前記走查部は、
前記光源から出射した光束を主走查方向に高速で走查する主走查手段と、 前記光源から出射した光束を前記主走査方向と交差する副走査方向に低速で走 查する副走査手段と
を含み、
前記主走查手段は、(1)なレ、し (4)項のレ、ずれかに記載の光スキャナを含み、 前記コントローラは、その主走査手段における前記光スキャナの前記反射面の前 記反射面角度に基づいてその反射面に入射する光束の強度を制御する(8)項に記 載の画像形成装置。
[0056] 前述のように、高解像度を達成するためには、反射面からの反射光の横断面積を 拡大することが必要であり、前記(8)項に係る画像形成装置によれば、前記(1)ない し (4)項のいずれかに記載の光スキャナを用いることにより、反射面の面積の割に大 きな横断面積を反射光に与えることが容易となる。このことは、反射光の横断面積の 割に反射面の面積が小さくて済み、ひいては、その反射面が形成される反射ミラー 部が軽くて済むことになることを意味する。一方、反射ミラー部が重いほど、反射面の 走査周波数が低下する傾向がある。
[0057] 本項に係る画像形成装置においては、光源から出射した光束を走查する走查部が 、光束を主走查方向に高速で走查する主走查手段と、その主走查方向と交差する副 走查方向に低速で走查する副走查手段とを含むように構成されてレ、る。それら主走 查手段と副走査手段とを、それぞれが達成すべき走査周波数に関して互いに比較 すれば、主走查手段の方が高 このことは、主走查手段の方が、 目標の走查周波 数を達成する困難性も高いことを意味する。
[0058] これに対し、前記(1)ないし (4)項のいずれかに係る光スキャナを使用すれば、上 述のように、走查周波数の低下を回避しつつ、高解像度を達成することが容易となる
[0059] そこで、本項に係る画像形成装置においては、前記(1)ないし (4)項のいずれかに 係る光スキャナが、副走査手段より高速にすなわち高周波数で光束を走査する主走 查手段に使用される。
[0060] したがって、この画像形成装置によれば、解像度の向上と走查周波数の増加との 両立が副走查手段より困難である主走查手段においてその両立を図ることが容易と なる。
[0061] (10) さらに、前記走查部によって走査された光束を網膜に向かって誘導する光学 系を含む(5)なレ、し(9)項のレ、ずれかに記載の画像形成装置。
図面の簡単な説明
[0062] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に従う光スキャナ 104を含む網膜走查型デイス プレイ装置を示す系統図である。
[図 2]図 2は、図 1における光スキャナ 104を組立て状態で示す斜視図である。
[図 3]図 3は、図 1における光スキャナ 104を示す分解斜視図である。
[図 4]図 4は、図 2における振動体 124の一部を示す縦断面図である。
[図 5]図 5は、図 2における振動体 124を示す斜視図である。
[図 6]図 6は、図 1における水平走查駆動回路 180のハードウェア構成を示すブロック 図である。
[図 7]図 7は、図 2における光スキャナ 104に使用される照射光のビーム径を説明する ための斜視図である。
[図 8]図 8は、図 7における反射面 120の角度に応じて入射光および反射光の横断面 積が変化する様子を説明するための光路図である。
[図 9]図 9は、図 1における光スキャナ 104における反射面角度 Θと反射光の強度と の関係を示すグラフである。
[図 10]図 10は、図 1に示す網膜走査型ディスプレイ装置の全体処理を概念的に表わ すブロック図である。
[図 11]図 11は、図 1における映像信号補正部 240がコンピュータを用いて実行する 映像信号補正プログラムの内容を概念的に表わすフローチャートである。
[図 12]図 12は、本発明の第 2実施形態に従う光スキャナ 104を含む網膜走査型ディ スプレイ装置を示す系統図である。
[図 13]図 13は、図 12に示す網膜走査型ディスプレイ装置の全体処理を概念的に表 '図である。
[図 14]図 14は、図 12における光スキャナ 104における反射面角度 Θと反射光の強 度との関係を示すグラフである。
[図 15]図 15は、図 12における変調信号出力部 262がコンピュータを用いて実行する 強度変調プログラムの内容を概念的に表わすフローチャートである。
園 16]図 16は、従来の光スキャナ 300に使用される照射光のビーム径を説明するた めの斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
[0063] 以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説 明する。
[0064] 図 1には、本発明の第 1実施形態に従う網膜走查型ディスプレイ装置が系統的に表 されている。この網膜走查型ディスプレイ装置(以下、「RSD」と略称する。)は、レー ザビームを、それの波面および強度を適宜変調しつつ、観察者の眼 10の瞳孔 12を 経て網膜 14の結像面上に入射させ、その結像面上にぉレ、てレーザビームを 2次元 的に走查することにより、その網膜 14上に画像を直接に投影する装置である。
[0065] この RSDは、光源ユニット 20を備え、その光源ユニット 20と観察者の眼 10との間に ぉレ、て走查装置 24を備えてレ、る。
[0066] 光源ユニット 20は、 3原色(RGB)を有する 3つのレーザ光を 1つのレーザ光に結合 して任意色のレーザ光を生成するために、赤色のレーザ光を発する Rレーザ 30と、 緑色のレーザ光を発する Gレーザ 32と、青色のレーザ光を発する Bレーザ 34とを備 えている。各レーザ 30, 32, 34は、例えば、半導体レーザとして構成することが可能 である。
[0067] 各レーザ 30, 32, 34から出射したレーザ光は、それらを結合するために、各コリメ ート光学系 40, 42, 44によって平行光化された後に、波長依存性を有する各ダイク 口イツクミラー 50, 52, 54に入射させられ、それにより、各レーザ光が波長に関して選 択的に反射'透過させられる。
[0068] 具体的には、 Rレーザ 30から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系 40によつ て平行光化された後に、ダイクロイツクミラー 50に入射させられる。 Gレーザ 32から出 射した緑色レーザ光は、コリメート光学系 42を経てダイクロイツクミラー 52に入射させ られる。 Bレーザ 34から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系 44を経てダイク口 イツクミラー 54に入射させられる。
[0069] それら 3つのダイクロイツクミラー 50, 52, 54にそれぞれ入射した 3原色のレーザ光 は、それら 3つのダイクロイツクミラー 50, 52, 54を代表する 1つのダイクロイツクミラー 54に最終的に入射して結合され、その後、結合光学系 56によって集光される。
[0070] 以上、光源ユニット 20のうち光学的な部分を説明したが、以下、電気的な部分を説 明する。
[0071] 光源ユニット 20は、コンピュータを主体とする信号処理回路 60を備えている。信号 処理回路 60は、外部から供給された映像信号に基づき、各レーザ 30, 32, 34を駆 動するための信号処理と、レーザビームの走査を行うための信号処理とを行うように 設計されている。
[0072] 各レーザ 30, 32, 34を駆動するため、信号処理回路 60は、外部から供給された映 像信号に基づき、網膜 14上に投影すべき画像上の各画素ごとに、レーザ光にとって 必要な色と強度とを実現するために必要な駆動信号を、各レーザドライバ 70, 72, 7 4を介して各レーザ 30, 32, 34に供給する。レーザビームの走査を行うための信号 処理については後述する。
[0073] 以上説明した光源ユニット 20は、結合光学系 56においてレーザビームを出射する 。そこから出射したレーザビームは、光伝送媒体としての光ファイバ 82と、その光ファ ィバ 82の後端から放射させられるレーザビームを平行光化するコリメート光学系 84と をそれらの順に経て走查装置 24に入射する。
[0074] 走查装置 24は、水平走查系 100と垂直走查系 102とを備えている。
[0075] 水平走查系 100は、表示すべき画像の 1フレームごとに、レーザビームを水平な複 数の走査線に沿って水平にラスタ走查する水平走查 (これが主走査の一例である。 ) を行う光学系である。これに対し、垂直走查系 102は、表示すべき画像の 1フレーム ごとに、レーザビームを最初の走査線から最後の走査線に向かって垂直に走查する 垂直走查(これが副走査の一例である。)を行う光学系である。水平走查系 100は、 垂直走査系 102より高速にすなわち高周波数でレーザビームを走査するように設計 されている。
[0076] 具体的に説明するに、水平走查系 100は、本実施形態においては、機械的偏向を 行うミラーを備えた弾性体の振動によってそのミラーを揺動させる光スキャナ 104を備 えている。光スキャナ 104は、信号処理回路 60から供給される水平同期信号に基づ いて制御される。
[0077] 図 2には、光スキャナ 104が組立て状態で、斜視図で示されている。これに対し、図 3には、光スキャナ 104が分解斜視図で示されている。図 2および図 3に示すように、 光スキャナ 104は、本体部 110がベース 112に装着されて構成されてレ、る。
[0078] 本体部 110は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成されている。本体部 11 0は、図 3の上部に示すように、概略的には、光が通過し得る貫通穴 114を有して薄 板長方形状を成している。本体部 110は、外側には固定枠 116を備え、一方、内側 には、反射面 120が形成された反射ミラー部 122を有する振動体 124を備えている。
[0079] このような本体部 110の構成に対応して、ベース 112は、図 3の下部に示すように、 本体部 110との装着状態において固定枠 116が装着されるべき支持部 130と、振動 体 124と対向する凹部 132とを有するように構成されている。凹部 132は、本体部 11 0をベース 112に装着した状態において、振動体 124が振動によって変位してもべ ース 112と干渉しなレ、形状を有するために形成されてレ、る。
[0080] 図 3に示すように、反射ミラー部 122の反射面 120は、それの対称中心線でもある 回転中心線 134を中心として揺動させられる。振動体 124は、さらに、その反射ミラー 部 122からそれと同一面上に延びて、その反射ミラー部 122を固定枠 116に接合す るはり部 140を備えている。本実施形態においては、反射ミラー部 122の両側から一 対のはり部 140がそれぞれ互いに逆向きに延び出している。
[0081] 各はり部 140は、 1個のミラー側板ばね部 142と、一対の枠側板ばね部 144と、そ れらミラー側板ばね部 142と一対の枠側板ばね部 144とを互いに接続する接続部 1 46とを含むように構成されている。ミラー側板ばね部 142は、反射ミラー部 122のうち 、回転中心線 134の方向において互いに対向する一対の縁のそれぞれから、対応 する接続部 146まで、回転中心線 134上において、回転中心線 134に沿って延びて いる。一対の枠側板ばね部 144は、対応する接続部 146から、回転中心線 134に対 して互いに逆向きにオフセットする姿勢で、回転中心線 134に沿って延びている。
[0082] 各はり部 140においては、図 3に示すように、一対の枠側板ばね部 144のそれぞれ に、固定枠 116に及ぶ姿勢で、駆動源 150, 152, 154, 156が取り付けられている 。各駆動源 150, 152, 154, 156は、図 4に示すように、圧電体 160 (「圧電振動子」 、「圧電素子」ともいう。)を主体として構成されている。圧電体 160は、薄板状を成し て振動体 124の片面に貼り付けられており、その貼付け面と直角な方向において上 部電極 162と下部電極 164とによって挟まれている。図 3および図 4に示すように、上 部電極 162と下部電極 164とはそれぞれ、各リード線 166により、固定枠 116に設置 された一対の入力端子 168に接続されている。
[0083] それら上部電極 162と下部電極 164とに電圧が印加されれば、その印加方向と直 交する向きの変位が圧電体 160に発生する。この変位により、図 5に示すように、はり 部 140に屈曲すなわち反りが発生する。この屈曲は、はり部 140のうち固定枠 116と の接続部を固定端とする一方、反射ミラー部 122との接続部を自由端として行われる 。その結果、その屈曲の向きが上向きであるか下向きであるかにより、 自由端が上向 きまたは下向きに変位する。
[0084] 図 5から明らかなように、 4個の枠側板ばね 144にそれぞれ貼り付けられた 4個の駆 動源 150, 152, 154, 156のうち、回転中心線 134に関して一側に位置して反射ミ ラー部 122を挟む一対の駆動源 150および 152と、他側に位置して反射ミラー部 12 2を挟む一対の駆動源 154および 156とはそれぞれ、各対に属する 2個の圧電体 16 0の自由端が互いに同じ向きに変位するように屈曲させられる。
[0085] それに対し、反射ミラー部 122に関して一側に位置して回転中心線 134を挟む一 対の駆動源 150および 154と、他側に位置して回転中心線 134を挟む一対の駆動 源 152および 156とはそれぞれ、各対に属する 2個の圧電体 160の自由端が互いに 逆向きに変位するように屈曲させられる。
[0086] その結果、反射ミラー部 122には、図 5に示すように、その反射ミラー部 122を同じ 向きに回転させる変位力 回転中心線 134に関して一側に位置する一対の駆動源 1 50および 152の一方向の変位と、反対側に位置する一対の駆動源 154および 156 の逆方向の変位との双方によって発生させられる。 [0087] 以上要するに、各枠側板ばね部 144は、それに貼り付けられた圧電体 160の直線 変位 (横変位)を屈曲運動 (縦変位)に変換する機能を有し、接続部 146は、各枠側 板ばね部 144の屈曲運動をミラー側板ばね部 142の回転運動に変換する機能を有 しているのである。そのミラー側板ばね部 142の回転運動によって反射ミラー部 122 が回転させられる。
[0088] したがって、本実施形態においては、 4個の駆動源 150, 152, 154, 156を制御 するために、回転中心線 134に関して一側に位置する 2個の駆動源 150, 152、す なわち、図 3において右上の駆動源 150と左上の駆動源 152とが第 1対を成し、反対 側に位置する 2個の駆動源 154, 156、すなわち、同図において右下の駆動源 154 と左下の駆動源 156とが第 2対を成している。
[0089] 本実施形態においては、第 1対を成す 2個の駆動源 150, 152と、第 2対を成す 2 個の駆動源 154, 156とを互いに逆向きに変位させて、反射ミラー部 122にそれの回 転中心線 134まわりの往復回転運動すなわち揺動運動を発生させるために、第 1対 を成す 2個の駆動源 150, 152に交番電圧が互いに同位相で印加されるのに対し、 それとは逆位相の交番電圧が、第 2対を成す 2個の駆動源 154, 156に互いに同位 相で印加される。その結果、第 1対を成す 2個の駆動源 150, 152がいずれも、図 3 において下向きに橈んだ場合には、第 2対を成す 2個の駆動源 154, 156はいずれ も、同図において上向きに橈むこととなる。
[0090] 上述の制御を実現するために、水平走查系 100は、図 1に示す水平走查駆動回路 180を備えている。この水平走查駆動回路 180においては、図 6に示すように、発振 器 182が、信号処理回路 60から入力された水平同期信号に基づき、交番電圧信号 を生成する。発振器 182は、位相シフタ 184およびアンプ 186を経た第 1経路を経て 、第 1対を成す 2個の駆動源 150, 152に接続される一方、位相反転回路 188、位相 シフタ 190およびアンプ 192を経た第 2経路を経て、第 2対を成す 2個の駆動源 154 , 156に接続されている。
[0091] 位相反転回路 188は、発振器 182から入力された交番電圧信号を、それの位相を 反転させて位相シフタ 190に供給する。この位相反転回路 188は、第 2経路のみに 設けられるため、第 1対を成す 2個の駆動源 150, 152と、第 2対を成す 2個の駆動源 154, 156とでは、対応するアンプ 186, 192から供給される交番電圧信号の位相が 互いに逆となる。
[0092] いずれの経路においても、位相シフタ 184, 190は、前記映像信号と反射ミラー部
122の振動とが互いに同期するように、駆動源 150, 152, 154, 156に供給される べき交番電圧信号の位相を変化させるために設けられている。
[0093] 以上説明した光スキャナ 104によって水平走査されたレーザビームは、図 1に示す ように、リレー光学系 194によって垂直走查系 102に伝送される。
[0094] この RSDは、ビームディテクタ 200を定位置に備えている。ビームディテクタ 200は 、光スキャナ 104によって偏向されたレーザビーム(すなわち、主走査方向において 走査されたレーザビーム)を検出することにより、そのレーザビームの主走査方向に おける位置を検出するために設けられている。ビームディテクタ 200の一例は、ホトダ ィオードである。
[0095] ビームディテクタ 200は、レーザビームが所定の位置に到達したことを示す信号を B D信号として出力し、その出力された BD信号は信号処理回路 60に供給される。この ビームディテクタ 200から出力された BD信号に応答し、信号処理回路 60は、ビーム ディテクタ 200がレーザビームを検出した時期から設定時間が経過するのを待って、 必要な駆動信号を各レーザドライバ 70, 72, 74に供給する。これにより、各走査線ご とに、画像表示開始タイミングが決定され、その決定された画像表示開始タイミングで 画像表示が開始される。
[0096] 以上、水平走查系 100を説明したが、垂直走查系 102は、図 1に示すように、機械 的偏向を行う揺動ミラーとしてのガルバノミラー 210を備えている。ガルバノミラー 210 には、水平走查系 100から出射したレーザビームがリレー光学系 194によって集光さ れて入射するようになっている。このガルバノミラー 210は、それに入射したレーザビ ームの光軸と交差する回転軸線まわりに揺動させられる。このガルバノミラー 210の 起動タイミングおよび回転速度は、信号処理回路 60から供給される垂直同期信号に 基づいて制御される。
[0097] 以上説明した水平走查系 100と垂直走查系 102との共同により、レーザビームが 2 次元的に走査され、その走査されたレーザビームによって表現される画像が、リレー 光学系 214を経て観察者の眼 10に照射される。本実施形態においては、リレー光学 系 214が、光路上において複数個の光学素子 216, 218を並んで備えている。
[0098] 図 16に示すように、従来の光スキャナ 300においては、反射面 302に向かって照 射される概して円形断面を有するレーザビームがもれなく反射面 302に入射するとい う前提のもと、製造ばらつきや経時変化にもかかわらずそのような入射条件が常に維 持されるようにするために、反射面 302へのレーザビームの入射領域 304とその反射 面 302の外縁との間に、光が入射しない非入射領域 306が存在するように、その反 射面 302に照射されるレーザビームのビーム径の寸法が設定されていた。
[0099] これに対し、本実施形態の光スキャナ 104においては、図 7に示すように、反射面 1 20に向かって照射される概して円形断面を有するレーザビームの一部が反射面 12 0に入射しないことが許容されるようにレーザビームのビーム径の寸法が設定されて いる。具体的には、本実施形態においては、レーザビームが反射面 120の全体に入 射するようにビーム径が設定されており、その結果、ビーム径が反射面 120の最大寸 法より大きくなつている。
[0100] このようにビーム径が設定された結果、本実施形態においては、図 7に示すように、 反射面 120に向力うレーザビームの横断面 234が反射面 120より大きくなる。よって、 反射面 120に向力うレーザビームである全照射光が、反射面 120に入射する入射光 である必要光と、反射面 120に入射しない不要光とを含むこととなる。
[0101] そのため、本実施形態においては、図 8に示すように、入射光の反射面 120に対応 する横断面積、すなわち、入射光が反射面 120に入射する面積をその入射方向に 投影した投影入射面積が、その入射方向に対する反射面 120の角度(以下、単に「 反射面角度 θ」という。)が最大角度と最小角度との間において変化するのに伴って 変化する。
[0102] ここに、「反射面角度 Θ」という用語は、入射光の入射方向と反射面 120の法線方 向との双方に直角な方向(図 8において紙面に直角な方向)に入射光と反射面 120 とを見た場合に、入射光の光軸と、反射面 120を表わす直線との交点に形成される 2 個の角度のうち小さい方として定義されている。
[0103] 図 8の(a)には、反射面 120の反射が、反射面角度 Θが最大角度である場合に行 われる様子が光路図で示されている。ここには、入射光の反射面 120に対応する横 断面積が最大となり、それに伴い、反射面 120からの反射光の横断面積も最大となる 様子も示されている。
[0104] これに対し、図 8の(b)には、反射面 120の反射が、反射面角度 Θが最小角度であ る場合に行われる様子が光路図で示されている。ここには、反射面角度 Θが最大角 度である場合の反射面 120の位置が比較のために破線で示されている。さらに、ここ には、入射光の反射面 120に対応する横断面積が最小となり、それに伴い、反射面 120からの反射光の横断面積も最小となる様子も示されている。
[0105] このように、本実施形態においては、入射光の反射面 120に対応する横断面積お よび反射光の横断面積が反射面角度 Θに依存するため、何ら対策を講じないと、反 射光の強度も反射面角度 Θに依存してしまう。具体的には、図 9に破線のグラフで示 すように、反射面角度 Θが最大角度である場合には、反射光の強度が最大であるの に対し、反射面角度 Θが最小角度である場合には、反射光の強度が最小であるとい うように、反射光の強度が反射面角度 Θに依存してしまうのである。
[0106] このような依存性を排除するために、本実施形態においては、入射光の強度が反 射面角度 Θに基づいて制御される。この制御においては、図 9に示すように、反射面 角度 Θが中立角度であるときにおける反射光の強度が目標強度に等しいと仮定して 、反射面角度 Θが中立角度より大きい領域においては、入射光の強度を減少させる 減光補正が行われる。これに対し、反射面角度 Θが中立角度より小さい領域におい ては、入射光の強度を増加させる増光補正が行われる。その結果、同図に実線のグ ラフで示すように、反射光の強度が、反射面角度 Θの変化にもかかわらず、 目標値と 実質的に一致するように維持される。
[0107] 図 10には、本実施形態に従う RSDにおける電気的および光学的な全体処理が時 系列的にブロック図で概念的に表されている。
[0108] この RSDにおいては、外部から供給された映像信号であって画像中の各画素ごと に色と強度とを規定するものに基づき、レーザ駆動信号が生成されてレーザドライバ 70, 72, 74に対して出力される。そのレーザ駆動信号に応答してレーザ 30, 32, 3 4がレーザ光を発生させ、その発生させられたレーザ光はレーザビームとして走査装 置 24に入射し、そこで走査される。その走査されたレーザビームは、網膜 14上に投 影されて観察者に対して画像が表示される。
[0109] 本実施形態においては、反射面角度 Θの変化にもかかわらず反射光の強度を安 定化させるために、外部から供給された映像信号が、反射面角度 Θに応じて入射光 の強度が変調されるように補正される。反射面角度 Θは、ビームディテクタ 200が光 スキャナ 104からの走查光を検出するタイミングを参照して検出される。
[0110] このように映像信号を補正するために、図 1に示すように、信号処理回路 60が映像 信号補正部 240を備えている。この映像信号補正部 240は、信号処理回路 60のコ ンピュータのうち映像信号補正プログラムを実行する部分によって構成されている。
[0111] 図 11には、その映像信号補正プログラムの内容がフローチャートで概念的に表わ されてレ、る。この映像信号補正プログラムは繰返し実行される。
[0112] 各回の実行時には、まず、ステップ S1 (以下、単に「S1」で表わす。他のステップに ついても同じとする。)において、外部からの映像信号が元映像信号として入力され る。次に、 S2において、ビームディテクタ 200から、光スキャナ 104からの走査光を検 出したか否力を表す BD信号が入力される。
[0113] 続いて、 S3において、その入力された BD信号に基づき、反射面角度 Θが検出さ れる。その後、 S4において、元映像信号により表わされるレーザ光の強度(入射光の 強度)の補正量である強度補正量と反射面角度 Θとの間に予め定められた補正量一 角度間関係であって信号処理回路 60のコンピュータのメモリに予め記憶されている ものに従い、上記検出された反射面角度 Θに対応する強度補正量が今回の強度補 正量として決定される。その補正量一角度間関係は、図 9にグラフで表わされている 反射面角度 Θと反射光の強度偏差(目標強度と補正前強度との差)との関係を考慮 して設定されている。
[0114] 続いて、 S5において、その決定された今回の強度補正量に基づき、前記入力され た映像信号が補正される。すなわち、補正映像信号が生成されるのである。その後、 S6において、その生成された補正映像信号がレーザドライバ 70, 72, 74に対して出 力される。
[0115] 以上で、この映像信号補正プログラムの一回の実行が終了する。 [0116] 以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、光スキャナ 104が前記(1 )項に係る「光スキャナ」の一例を構成し、信号処理回路 60が前記(1)なレ、し(3)項 のいずれかにおける「コントローラ」の一例を構成しているのである。
[0117] さらに、本実施形態においては、 RSDが前記(5)項に係る「画像形成装置」の一例 を構成し、光源ユニット 20が前記(6)項における「光源」の一例を構成し、信号処理 回路 60が同項における「コントローラ」の一例を構成し、映像信号補正部 240が同項 における「信号補正部」の一例を構成してレ、るのである。
[0118] さらに、本実施形態においては、光源ユニット 20が前記(8)項における「光源」の一 例を構成し、光スキャナ 104が同項における「主走査手段」の一例を構成し、ガルバ ノミラー 210が同項における「副走査手段」の一例を構成し、信号処理回路 60が同 項における「コントローラ」の一例を構成しているのである。
[0119] 次に、本発明の第 2実施形態に従う光スキャナを備えた網膜走査型ディスプレイ装 置を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態と共通する要素が多ぐ異なる のは反射面 120への入射光の強度を制御するための要素のみであるため、異なる要 素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を 使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。
[0120] 第 1実施形態においては、反射面 120への入射光の強度を反射面角度 Θに基づ レ、て制御するために、レーザ 30, 32, 34の強度変調機能であってそもそも画像表示 に必要である機能が利用される。
[0121] これに対し、本実施形態においては、図 12に示すように、光源ユニット 20と光スキ ャナ 104との間に、反射面 120への入射光の強度変調のための AO変調器 260が設 けられている。 A〇変調器 260には、各レーザ 30, 32, 34から出射した各レーザ光 が結合されて形成された 1本のレーザビームが入射する。
[0122] AO変調器 260と反射面 120との間には、何らの光学素子 (例えば、レンズ、ミラー 等)も配置されていない。本実施形態においては、 AO変調器 260が利用されること により、反射面 120への入射光の強度が反射面角度 Θに基づいて制御される。
[0123] この制御のため、図 12に示すように、信号処理回路 60が、変調信号出力部 262を 含むように構成され、その変調信号出力部 262から出力された変調信号力 SAO変調 器 260に供給されることにより、光源ユニット 20から出射した光であって、これからまさ に光スキャナ 104に入射しょうとする入射光の強度が変調される。
[0124] 図 13には、本実施形態に従う RSDの全体処理が、図 10と同様なブロック図で表わ されている。本実施形態においては、垂直走查系 102より高速の走查を行う水平走 查系 100における光スキャナ 104への入射光の強度変調が変調信号に基づいて行 われ、その変調信号は反射面角度 Θに基づいて決定される。その反射面角度 Θは、 第 1実施形態と同様に、ビームディテクタ 200からの BD信号を参照して検出される。
[0125] レーザ 30, 32, 34と AO変調器 260とは、レーザビームの強度を変調可能である 点で互いに共通する力 S、レーザ 30, 32, 34はレーザビームの強度の増加も減少も 実行可能である点で、強度の減少しか実行できなレ、A〇変調器 260とは異なる。
[0126] 本実施形態においては、そのように減光しかできない AO変調器 260を用いて入射 光の強度が制御されるため、変調信号出力部 262は、図 14にグラフで表わすように 、反射面角度 Θが最小角度であるとき、すなわち、反射光の強度が最小であるときに おける反射光の強度が目標強度に一致するようにレーザ 30, 32, 34の出力が設定 されたうえで、反射面角度 Θが最小角度より大きい場合には、その反射面角度 Θに 応じて入射光の強度が減少するように減光補正が行われる。
[0127] 変調信号出力部 262は、信号処理回路 60のコンピュータのうち強度変調プロダラ ムを実行する部分によって構成されている。
[0128] 図 15には、その強度変調プログラムの内容がフローチャートで概念的に表わされて レ、る。この強度変調プログラムも繰返し実行される。
[0129] 各回の実行時には、まず、 S101において、ビームディテクタ 200から、光スキャナ 1 04からの走查光を検出したか否かを表す BD信号が入力される。次に、 S102におレヽ て、その入力された BD信号に基づき、反射面角度 Θが検出される。
[0130] その後、 S103において、光源ユニット 20から出射するレーザ光の強度(入射光の 強度)の変調量である強度変調量と反射面角度 Θとの間に予め定められた変調量一 角度間関係であって信号処理回路 60のコンピュータのメモリに予め記憶されている ものに従い、上記検出された反射面角度 Θに対応する強度変調量が今回の強度変 調量として決定される。その変調量一角度間関係は、図 14にグラフで表わされている 反射面角度 Θと反射光の強度偏差(目標強度と補正前強度との差)との関係を考慮 して設定されている。
[0131] 続いて、 S104において、その決定された今回の強度変調量に基づき、変調信号 が生成される。その後、 S 105において、その生成された変調信号が Α〇変調器 260 に対して出力される。
[0132] 以上で、この強度変調プログラムの一回の実行が終了する。
[0133] 以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、光スキャナ 104が前記(1 )項に係る「光スキャナ」の一例を構成し、信号処理回路 60が前記(1)、 (2)または (4 )項における「コントローラ」の一例を構成し、 AO変調器 260が前記 (4)項における「 変調器」の一例を構成してレ、るのである。
[0134] さらに、本実施形態においては、 RSDが前記(5)項に係る「画像形成装置」の一例 を構成し、信号処理回路 60が前記(5)または(7)項における「コントローラ」の一例を 構成し、変調信号出力部 262が前記(7)項における「信号出力部」の一例を構成し、 AO変調器 260が同項における「変調器」の一例を構成しているのである。
[0135] なお付言すれば、以上説明したいくつかの実施形態においては、光スキャナ 104 による走査光すなわち反射光の強度を安定化させて画像を良好に表示することを目 的として、光スキャナ 104への照射光(光スキャナ 104に入射する必要光と入射しな い不要光とを含む。)の強度が反射面角度 Θに応じて変化させられる。
[0136] これに対し、ビームディテクタ 200によるビーム検出の確実化と、網膜 14上に投影 されるビームの強度の最適化(例えば、観察者にとって眩しすぎない程度にビームの 露光量を制限する)とを両立させることを目的として、光スキャナ 104への照射光の強 度が反射面角度 Θに応じて変化させられる態様で本発明を実施することが可能であ る。例えば、光スキャナ 104による走查光力 ビームディテクタ 200には、大きな強度 で入射する一方、網膜 14には、小さな強度で入射するように、光スキャナ 104への照 射光の強度が反射面角度 Θに応じて変化させられる態様で本発明を実施することが 可能である。
[0137] 以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明した力 これ らは例示であり、前記 [発明の開示]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識 に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能であ る。

Claims

請求の範囲
[1] 入射した光を反射する反射面とその入射光の入射方向との角度を変化させること により、その反射面からの反射光の走査を行う光スキャナであって、
前記入射方向に対する前記反射面の角度である反射面角度に基づいて前記入射 光の強度を制御するコントローラを含む光スキャナ。
[2] 前記入射光は、前記反射面に対応するその横断面積が前記反射面角度に応じて 変化し、前記コントローラは、前記反射面角度の変化によって前記反射面からの反 射光の強度が変化しなレ、ように、前記反射面角度に基づレ、て前記入射光の強度を 変化させる請求の範囲第 1項に記載の光スキャナ。
[3] 当該光スキャナは、光を出射し、その出射する光の強度を第 1信号に基づいて変調 する光源と共に使用され、前記コントローラは、その光源に供給される前記第 1信号 を前記反射面角度に基づいて制御する請求の範囲第 1項に記載の光スキャナ。
[4] 当該光スキャナは、光を出射する光源、およびその光源から光が入射し、その入射 した光の強度を第 2信号に基づいて変調する変調器と共に使用され、前記コントロー ラは、その変調器に供給される前記第 2信号を前記反射面角度に基づいて制御する 請求の範囲第 1項に記載の光スキャナ。
[5] 光束の走查によって画像を形成する画像形成装置であって、
前記光束を出射する光源と、
請求の範囲第 1項に記載の光スキャナを有し、前記光源から出射した光束を走查 する走查部と
を含む画像形成装置。
[6] 前記光源は、前記画像に対応する画像信号に基づき、その光源から出射する光束 の強度を変調し、前記コントローラは、その光源に供給される前記画像信号を前記反 射面角度に基づいて補正する信号補正部を含む請求の範囲第 5項に記載の画像形
[7] さらに、変調信号に基づき、前記光源力 出射した光束の強度を変調する変調器 を含み、前記コントローラは、前記反射面角度に基づいて前記変調信号を生成して 前記変調器に出力する信号出力部を含む請求の範囲第 5項に記載の画像形成装
[8] 前記光源は、前記反射面に入射する必要光とその反射面に入射しなレ、不要光とを 一緒に発生させる横断面を前記光束が有する状態でその光束を前記反射面に向か つて出射する請求の範囲第 5項に記載の画像形成装置。
[9] 前記走查部は、
前記光源から出射した光束を主走查方向に高速で走查する主走查手段と、 前記光源から出射した光束を前記主走査方向と交差する副走査方向に低速で走 查する副走査手段と
を含み、
前記主走査手段は、請求項 1ないし 4のいずれかに記載の光スキャナを含み、 前記コントローラは、その主走査手段における前記光スキャナの前記反射面の前 記反射面角度に基づいてその反射面に入射する光束の強度を制御する請求の範囲 第 8項に記載の画像形成装置。
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