JP2008116678A - 表示装置及び表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】共振振動するスキャンミラーを用いてスクリーンに画像を投影する場合に、ミラーの温度上昇などの影響なく良好に画像を表示する。
【解決手段】所定波長のレーザ光を出射する光源２と、第１のレーザ光を反射してスクリーン４に往復走査するスキャンミラー１８とを備える。さらに、プロジェクタ装置１００は、スキャンミラー１８が行う共振振動を検出する振幅検出部３６と、スキャンミラー１８を駆動するための駆動信号を振幅検出信号により補正する加算器３２と、補正した駆動信号よりスキャンミラー１８を共振振動させるとともに、スキャンミラー１８が行う共振振動の振幅を制御する静電アクチュエータ３４とを備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばレーザ光源から出射したレーザ光線の往復走査を行う走査デバイスを使用して走査して、画像をスクリーンに表示するプロジェクタ装置に適用して好適な表示装置及び方法に関する。

従来、スクリーンに画像を投影するため、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）方式のプロジェクタ装置が実用化されていた。ＬＣＤ方式のプロジェクタ装置は、光源からの光を、画像表示を行うＬＣＤパネルで透過又は反射させて、その透過又は反射した光をスクリーン上に投影するものである。これに対して近年、プロジェクタ装置の小型化を実現するため、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスなどの共振型光スキャナを用いて、スクリーン上で２次元走査を行う技術が提案されている。この場合には、光源としてレーザ光を使用し、そのレーザ光を画像信号で直接変調した上で、変調されたレーザ光を共振型光スキャナで２次元走査する構成としている。

２次元走査を行うことができるＭＥＭＳデバイスとして、レーザ光を反射するＭＥＭＳミラーを備え、このＭＥＭＳミラーを互いに直交する主軸と副軸とで共振振動させることで、レーザ光をスクリーンに投影する２軸ＭＥＭＳスキャナが実用化されている。従来、２軸ＭＥＭＳスキャナは、主軸と副軸方向で支えるヒンジ部によって微小なＭＥＭＳミラーが保持されていた。

特許文献１には、半導体レーザを用いてスクリーンに画像を表示する技術について記載されている。
特開２００２−３５７７８３号公報

ところで、２軸ＭＥＭＳスキャナを利用して画像を投影した場合、画像の明るさによって画像の大きさが変わってしまう欠点があった。この原因としては、ＭＥＭＳミラーで光を反射させようとしても、反射されなかった残りの光がＭＥＭＳミラー自身に吸収されるためと考えられる。ＭＥＭＳミラーの反射率は１００％とはならず、ある程度の光はミラー自身に吸収されてしまう。そして、入射する光量、即ち画面の明るさによってＭＥＭＳミラーに吸収される熱量が変わるため、ＭＥＭＳミラーの温度が変わってしまう。

ＭＥＭＳミラーの温度が変わるとＭＥＭＳミラーを支えているヒンジ部の固さが微妙に変わってくるので、同じ駆動電圧をかけてもＭＥＭＳミラーの振幅が変わってしまう。そのため、一定の駆動力でミラーを駆動していると、レーザ光を強くして画面の明るさを変えることによって、ＭＥＭＳミラーの振れ角が変わってしまう。このため、画面の明るさも変わってしまうという欠点があった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、プロジェクタ装置を用いてスクリーンに画像を投影する場合に、良好に画像を表示することを目的とする。

本発明は、供給された画像信号に基づいて変調された、所定波長の第１のレーザ光を出射し、第１のレーザ光を反射部で反射してスクリーンに往復走査する場合に適用される。反射部が行う共振振動を検出して、その検出信号より反射部を駆動するための駆動信号を補正する。そして、補正された駆動信号より反射部を共振振動させるとともに、反射部が行う共振振動の振幅を制御するようにした。

このようにしたことで、反射部が行う共振振動の振幅を一定に制御することが可能となった。

本発明によれば、反射部が行う共振振動の振幅を一定に制御することができるため、画面の明るさ（レーザ光線の強さ）によらず、スクリーンに投影する画面の大きさを一定に保つことができる。このため、スクリーン上に良好に画像を表示することができるという効果がある。

以下、本発明の第１の実施の形態について、図１〜図８を参照して説明する。本実施の形態では、光源から出射したレーザ光線をスクリーン上に走査して、画像を表示させるプロジェクタ装置に適用した例としてある。

まず、プロジェクタ装置１００の全体構成例について、図１を参照して説明する。プロジェクタ装置１００は、画像信号に変換処理を施す画像信号供給部１を備える。プロジェクタ装置１００は、画像信号供給部１で変換された画像信号を、レーザ光線を出射する光源２に供給し、レーザ光線の変調処理を施す。光源２は、例えば半導体レーザ装置である。光源２が出射するレーザ光線は、主軸と、主軸に直交する副軸の２軸で走査する構成の２軸ＭＥＭＳスキャナ１０によって反射される。２軸ＭＥＭＳスキャナ１０で反射されたレーザ光線は、レンズ、ミラー等で構成される投影光学系３を介して、２次元平面のスクリーン４上に投影されて、画像を映し出す。

２軸ＭＥＭＳスキャナ１０は、主軸上にスキャンミラーを備えてあり、水平走査と垂直走査を行う。主軸の走査方向７は、スクリーン４の水平方向であり、正弦波５の水平共振振動が行われる。この水平共振振動は、画像信号の水平周波数から必要な周波数範囲が導出されるが画像信号の水平周波数とは同期せずに、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の寸法、温度等の要素で決まる。副軸の走査方向８は、スクリーン４の垂直方向であり、鋸波６の垂直共振振動が行われる。この垂直共振振動は、画像信号の垂直周波数に同期して行われる。本例のプロジェクタ装置１００は、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０によって、光源２が出射するレーザ光線を、画像の水平方向の振動と垂直方向の振動とで２次元走査する機能を有している。

次に、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の外部構成例について、図２を参照して説明する。２軸ＭＥＭＳスキャナ１０は、レーザ光線を反射するスキャンミラー１８と、スキャンミラー１８を支持する四角形状の内枠部１９と、内枠部１９を支持する四角形状の外枠部２０と、内枠部１９を電磁駆動させる副軸電磁駆動用マグネット１１ａ，１１ｂとで構成される。スキャンミラー１８と、内枠部１９とは互いに直交する方向を軸として振動する。本例では、内枠部１９を振動させる軸を副軸とし、スキャンミラー１８を振動させる軸を主軸としている。副軸電磁駆動用マグネット１１ａ，１１ｂは、外枠部２０を挟みこむように構成される。

外枠部２０には、内枠部１９を支持する副軸トーションバー１２ａ，１２ｂが内枠部１９の回転軸方向に形成されている。副軸トーションバー１２ａ，１２ｂは、内枠部１９を左右にそれぞれ一定の角度だけねじれるように支持する部材であり、外枠部２０と一体形成してある。

外枠部２０の対角線方向の頂点付近には、電流の入出力部となる副軸電極１４ａ，１４ｂを備えている。副軸電極１４ａに接続された導電性の導線が、内枠部１９を支持する副軸トーションバー１２ａを介して、内枠部１９に敷設される。内枠部１９に配された導線は、内枠部１９の縁に沿って数ターンの副軸電磁駆動用コイル１３を形成する。そして、導線は、副軸トーションバー１２ｂを介して、副軸電極１４ｂに接続される。

内枠部１９は、交流電圧（駆動周波数は、例えば６０Ｈｚとする。）が、図示しない交流電源から副軸電極１４ａ，１４ｂに印加されることで、電磁力が発生し、副軸トーションバー１２ａ，１２ｂのねじれ作用によって、振動する。副軸の駆動方式は電磁式であり、振動方式は非共振式であり、振動波形は例えば鋸波である。なお、振動波形を三角波とするようにしてもよい。

外枠部２０は、副軸電極１４ａ，１４ｂの対角線方向とは異なる対角線方向の頂点付近に、主軸電極１５ａ，１５ｂを備える。主軸電極１５ａから図示しない導電性の導線が、内枠部１９を支持する副軸トーションバー１２ｂを介して、内枠部１９に接続される。

内枠部１９は、スキャンミラー１８を支持する主軸トーションバー１６ａ，１６ｂをスキャンミラー１８の回転軸方向に設ける。主軸トーションバー１６ａ，１６ｂは、スキャンミラー１８を左右にそれぞれ一定の角度だけねじれるよう支持する部材であり、内枠部１９と一体形成してある。主軸トーションバー１６ａ，１６ｂの両側には、櫛の歯のような形状とした、微細な電極である回動側電極１７ａ，１７ｂが形成される。

さらに、それぞれの回動側電極１７ａ，１７ｂに噛み合わせるように、櫛の歯のような形状とした、微細な電極の固定側電極が内枠部１９に形成される。内枠部１９に接続された導線は、副軸トーションバー１２ｂを介して、主軸電極１５ｂに接続される。

ほぼ、楕円形状のスキャンミラー１８は、例えばシリコンで形成された保持基板の表面に、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の酸化層と、シリコン等の半導体膜を順に積層したＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板から、保持基板と酸化層とを選択的に取り除いた半導体膜によって形成される。この半導体膜の平坦面が、光の入射面となるスキャンミラー１８として用いられる。スキャンミラー１８の平坦面には、反射率を高めるために、例えばアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）などの反射膜が形成される。

スキャンミラー１８の共振周波数とほぼ一致する、もしくはその整数倍の交流電圧（共振周波数は、例えば１６ｋＨｚとする。）が、図示しない交流電源から主軸電極１５ａ，１５ｂに印加されることで、スキャンミラー１８は駆動する。そして、主軸トーションバー１６ａ，１６ｂのねじれ作用によって振動する。主軸の駆動方式は静電式であり、振動方式は共振式であり、振動波形は正弦波である。

次に、スキャンミラー１８と内枠部１９を駆動する２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の内部構成例について、図３を参照して説明する。

画像信号供給部１で変換された画像信号は、光源２に供給され、光源２が出力するレーザ光線に変調処理が施される。そして、変調されたレーザ光線を出射し、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０に構成されたスキャンミラー１８によって反射される。スキャンミラー１８によって反射されたレーザ光線は、投影光学系３を介してスクリーン４に投影される。

また、画像信号供給部１は、光源２に供給する画像信号と同期してスキャンミラー１８と内枠部１９を駆動するための基準（電圧）信号を加算器３２に供給する。加算器３２は、後述する振幅検出部３６が供給するサーボ信号の電圧と、画像信号供給部１が供給する駆動信号の電圧とを加算して駆動信号とする補正処理を行う。ただし、本例の場合には、加算器３２で駆動信号からサーボ電圧を減算する処理が行われる構成としてある。加算器３２で補正された信号は、積分器３３に供給される。積分器３３で積分された信号で周波数を補正された駆動信号がスキャンミラー１８と内枠部１９を駆動する静電アクチュエータ３４に供給されて、静電駆動ＭＥＭＳデバイスであるスキャンミラー１８と内枠部１９の駆動振幅を制御する。静電アクチュエータ３４は、スキャンミラー１８と内枠部１９を共振振動を制御するとともに、スキャンミラー１８と内枠部１９が行う共振振動の振幅を制御する機能を有する。そして、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅を検出するためのセンサ３５が静電アクチュエータ３４に内蔵されている。センサ３５は、コンデンサに蓄積される静電容量を検出するものである。そして、センサ３５は、検出した静電容量から検出信号を生成して、検出信号を解析する振幅検出部３６に供給する。

振幅検出部３６は、検出信号から振幅を解析する。そして、振幅検出部３６は、スクリーン４に投影する画像の明るさを一定にするため、スキャンミラー１８と内枠部１９の共振振動を制御するサーボ信号を生成して加算器３２に供給する。加算器３２は、サーボ信号の電圧を反転し、画像信号供給部１から供給される駆動信号の電圧と加算する。加算器３２には、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅、駆動周波数を一定とするための基準値が設定されており、サーボ信号を加算した駆動信号を積分器３３に供給する。こうして、系全体のフィードバック制御が行われる。

次に、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の動作例について説明する。本例の２軸ＭＥＭＳスキャナ１０は、スキャンミラー１８と内枠部１９の振れ角をセンサ３５で検出して、そこから振幅情報を抽出し、その値がある基準値になるように、その基準値との差分でフィードバック制御を行うものである。そして、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０に加わる熱量によらずスキャンミラー１８と内枠部１９の振幅を一定とするために、共振を駆動するための駆動信号の補正帯域は、スキャンミラー１８の温度時定数に相当する帯域よりも高くすることが必要となる。

ところで、静電アクチュエータ３４の動作には以下の２種類がある。
（１）起動周波数から駆動周波数を上げると振幅が上がる場合
このとき、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅は、ほぼ駆動周波数のみに依存し、駆動電圧には依存しない。このため積分器３３の出力は検出された振幅が基準値を下回った場合、駆動周波数を上げる極性の信号を出力する必要がある。
（２）起動周波数から駆動周波数を下げると振幅が上がる場合
このとき、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅は、駆動周波数と駆動電圧の両方に依存するので、積分器３３の出力は検出された振幅が基準値を下回った場合、駆動周波数を下げる極性の信号を出力する、もしくは駆動電圧を上げる極性の信号を出力する必要がある。

＜静電容量検出方式＞
プロジェクタ装置１００では、スキャンミラー１８上で検出する静電容量検出方式について、図４〜図６を参照して説明する。静電容量検出方式は、駆動に用いている静電アクチュエータ３４の容量変化によって、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅を検出する技術である。

まず、静電アクチュエータ３４の内部構成例について、図４を参照して説明する。静電アクチュエータ３４を駆動するアクチュエータ駆動電圧部３４ａが、所定の駆動電圧を供給する。アクチュエータ駆動電圧部３４ａの一端は接地され、他端は第１のスイッチ３４ｂの一端に接続される。そして、第２のスイッチ３４ｃの一端は接地され、他端は第１のスイッチ３４ｂの他端に接続される。第１のスイッチ３４ｂの他端と、第２のスイッチ３４ｃの他端は、コンデンサ３４ｄに接続される。さらに、コンデンサ３４はコンデンサ３４ｆに接続される。そして、コンデンサ３４ｆとは並列に、第３のスイッチ３４ｅが接続される。また、コンデンサ３４ｄとオペアンプ３４ｇの反転入力端子が接続される。オペアンプ３４ｇは、コンデンサ３４ｆと並列接続してある。オペアンプ３４ｇの非反転入力端子は接地されており、出力部３４ｈを介してオペアンプ３４ｇから駆動電圧が出力される。ここで、第３のスイッチ３４ｅとコンデンサ３４ｆとオペアンプ３４ｇとをセンサ３５としている。

次に、静電アクチュエータ３４の動作例について、図５を参照して説明する。静電アクチュエータ３４の動作波形は、図５（ａ）に示すように一定の周期で振動する。図５（ｂ）は、第１のスイッチ３４ｂの駆動波形の例である。アクチュエータ駆動電圧部３４ａから供給される駆動電圧に同期して、第１のスイッチ３４ｂのオン、オフが切り替わる。図５（ｃ）は、第２のスイッチ３４ｃの駆動波形の例である。第１のスイッチ３４ｂのオン、オフに同期して、第２のスイッチ３４ｃのオフ、オンが切り替わる。図５（ｄ）は、第３のスイッチ３４ｅの駆動波形の例である。第２のスイッチ３４ｃのオン時に第３のスイッチ３４ｅがオフに切り替わり、第２のスイッチ３４ｃのオフの直前に第３のスイッチ３４ｅがオンに切り替わる。

このように、静電アクチュエータ３４は、第１のスイッチ３４ｂで制御されている。そして、第１のスイッチ３４ｂと同期して、第２のスイッチ３４ｃと第３のスイッチ３４ｅが制御されることで、出力が演算される。出力は後段の図示していないタイミングでサンプルホールドされて、その値が基準値と比較される。

次に、静電アクチュエータ３４の動作波形と駆動波形、さらに静電容量の例について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、縦軸を振幅、横軸を時間として表示した静電アクチュエータ３４の動作波形の例を示す。図６（ｂ）は、縦軸を振幅、横軸を時間として表示した静電アクチュエータ３４の駆動波形の例を示す。図６（ｃ）は、縦軸を静電容量、横軸を時間として表示した例を示す。

図６（ａ）と図６（ｂ）より、静電アクチュエータ３４の動作波形の振幅が０となるとき、静電アクチュエータ３４の駆動波形がオンからオフに切り替わることが示される。また、静電アクチュエータ３４の動作波形の振幅がプラスの極値をとるとき、静電アクチュエータ３４の駆動波形がオンからオフに切り替わることが示される。また、静電アクチュエータ３４の動作波形の振幅がマイナスの極値をとるとき、静電アクチュエータ３４の駆動波形がオフからオンに切り替わることが示される。

図６（ａ）と図６（ｃ）より、静電アクチュエータ３４の動作波形の振幅が０となるとき、電荷が蓄積され容量が最大となることが示される。また、静電アクチュエータ３４の動作波形の振幅が最大又は最小となるとき、容量が０となることが示される。

静電アクチュエータ３４は、１周期中の一部分のみで電圧がかけられているので、この部分中のあるタイミングでセンサ３５が容量検出を行う。そして、センサ３５が検出した容量が一定になるように制御する。容量検出を行うためには、例えば図５のように静電アクチュエータ３４の電流変化をコンデンサで積分すればよい。

以上説明した第１の実施の形態によれば、センサ３５で検出する静電容量の変化によってスキャンミラー１８と内枠部１９の振幅を制御することが可能となる。このとき、通常の振幅と、異常が生じた振幅とを比較することで通常の振幅に戻すようフィードバック制御を行う。このため、輝度が異なるレーザ光線を用いて画像を投影したとしても、スクリーン４に映し出される画像の大きさは変化することなく、所定の画面の大きさを容易に維持し続けることができるという効果がある。

次に、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の内部にセンサを設置した場合における、第２の実施の形態に係るプロジェクタ装置の構成例について、図７〜図９を参照して説明する。本実施の形態においても、光源から出射したレーザ光線をスクリーン４上に走査して、画像を表示させるプロジェクタ装置２００に適用した例としてある。プロジェクタ装置２００の外部構成例については、第１の実施の形態と同様であるため、詳細説明を省略する。

まず、スキャンミラー１８と内枠部１９を駆動する２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の内部構成例について、図７を参照して説明する。２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の内部構成例は、上述した第１の実施の形態とほぼ同様としてある。しかしながら、スキャンミラー１８と内枠部１９が行う共振振動の振幅を検出するセンサ５２を静電アクチュエータ５１とは別に備えるようにした点が異なる。センサ５２は、スキャンミラー１８と内枠部１９の共振振動の振幅を検出し、検出信号を生成して、振幅検出部３６に供給するように構成する。

＜ピエゾジャイロ方式＞
まず、センサ５２に適用されるピエゾジャイロ方式について、図８を参照して説明する。図８は、ジャイロスコープの例を示す図である。ピエゾジャイロ方式では、往復運動をする物体をジャイロスコープに利用する。主軸トーションバー１６ａ，１６ｂと副軸トーションバー１２ａ，１２ｂのそれぞれの軸方向（ｚ軸）に対して、伸縮の少ない直方体形状のエリンバー合金によってジャイロスコープ５０を形成されている。そして、ｚ軸に直交する方向に振動方向（ｘ軸）をとり、ｘ軸，ｙ軸に直交する方向に検出方向（ｙ軸）をとる。ジャイロスコープ５０は、ｙ軸方向に形成した支持ワイヤ５５によって支持されている。ジャイロスコープ５０のｘ軸方向には、振動を検出する振動用圧電セラミックス５３が形成される。一方、ジャイロスコープ５０のｙ軸方向には、コリオリ力を検出する検出用圧電セラミックス５４が形成される。

振動用圧電セラミックス５３に交流電圧を印加すると、ジャイロスコープ５０は屈曲振動が励振される。そして、ｚ軸の周りに回転力が生じると、その回転力に比例したコリオリ力が検出用圧電セラミックス５４に電圧として検出することができる。この検出した電圧によって、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅を得ることができ、フィードバック制御することができる。
＜磁気抵抗検出方式＞
次に、センサ５２に適用される磁気抵抗検出方式について、図９を参照して説明する。図９は、磁気抵抗センサの設置例を示す図である。磁気抵抗検出方式では、スキャンミラー１８の主軸方向に対して、直交する方向に、磁気抵抗検出素子である磁気抵抗センサ（ＭＲセンサとも称する。）６１ａ，６１ｂを形成する。そして、スキャンミラー１８の外の固定部である内枠部１９に磁石６２ａ，６２ｂを置く。磁気抵抗センサ６１ａと磁石６２ａは向かい合って形成される。同様に、磁気抵抗センサ６１ｂと磁石６２ｂは向かい合って形成される。

スキャンミラー１８が振動すると、磁石６２ａ，６２ｂで形成される磁界が変化する。そして、磁気抵抗センサ６１ａ，６１ｂは、磁界の変化に伴う出力の変動を取り出す。この際、高次成分を含む出力波形から基本波成分を取り出し、その振幅で制御を行う必要がある。基本波成分の取り出し方としては狭通過帯域のフィルタを用いて基準正弦波との相関係数を求める等の手法がある。その後、包絡線検波を行うことで振幅を検出し、フィードバック制御することができる。なお、図示しないが、磁気抵抗センサを内枠部１９に設置することで内枠部１９の振幅を検出し、フィードバック制御することもできる。

以上説明した第２の実施の形態によれば、センサ３５によってスキャンミラー１８と内枠部１９の振幅を確実に把握することが可能となる。このため、輝度が高いレーザ光線を吸収することによってスキャンミラー１８と内枠部１９の振幅に生じる変動を検出することができる。このとき、通常の振幅と、異常が生じた振幅とを比較することで通常の振幅に戻すようフィードバック制御を行う。このため、輝度が異なるレーザ光線を用いて画像を投影したとしても、スクリーン４に映し出される画像の大きさは変化させず、所定の画面の大きさを容易に維持することができるという効果がある。

次に、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の外部にセンサを設置した場合における、第３の実施の形態に係るプロジェクタ装置の構成例について、図１０〜図１４を参照して説明する。本実施の形態においても、光源から出射したレーザ光線をスクリーン４上に走査して、画像を表示させるプロジェクタ装置３００に適用した例としてある。

＜フォトディテクタ方式＞
始めに、プロジェクタ装置３００の外部構成例について、図１０を参照して説明する。プロジェクタ装置３００は、スクリーン４の上下左右の端に、外部センサとして分割フォトディテクタを備えている。スクリーン４の左端には、フォトディテクタ等から構成される受光素子７１Ｌ，７１Ｒが設けられる。また、スクリーン４の右端には、受光素子７２Ｌ，７２Ｒが設けられる。また、スクリーン４の上端には、受光素子７３Ｕ，７３Ｄが設けられる。また、スクリーン４の下端には、受光素子７４Ｕ，７４Ｄが設けられる。以下の説明では、隣り合う受光素子を分割受光素子とも称する。プロジェクタ装置３００の受光素子以外の外部構成例については、第２の実施の形態と同様であるため、詳細説明を省略する。

次に、スキャンミラー１８と内枠部１９を駆動する２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の内部構成例について、図１１を参照して説明する。２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の内部構成例は、上述した第２の実施の形態とほぼ同様としてある。しかしながら、外部センサとして分割フォトディテクタ（ＰＤ：Photo Detector）で構成される受光素子７１Ｌ，７１Ｒ，７２Ｌ，７２Ｒ，７３Ｕ，７３Ｄ，７４Ｕ，７４Ｄをスクリーン４の上下左右の端に備えるようにした点が異なる。受光素子７１Ｌ，７１Ｒ，７２Ｌ，７２Ｒ，７３Ｕ，７３Ｄ，７４Ｕ，７４Ｄは、スキャンミラー１８と内枠部１９の共振振動によって反射されるレーザ光の振幅の端を検出し、検出信号を生成して、振幅検出部７５に供給するように構成する。プロジェクタ装置３００の受光素子以外の内部構成例については、第２の実施の形態と同様であるため、詳細説明を省略する。

ここで、振幅検出部７５の内部構成例について、図１２を参照して説明する。それぞれの入力部から入力する検出信号は、スクリーン４の画面端を示す信号である。受光素子７１Ｌが出力する検出信号は、入力部８１Ｌから演算回路８５に入力する。受光素子７１Ｒが出力する検出信号は、入力部８１Ｒから演算回路８５に入力する。受光素子７２Ｌが出力する検出信号は、入力部８２Ｌから演算回路８６に入力する。受光素子７２Ｒが出力する検出信号は、入力部８２Ｒから演算回路８６に入力する。受光素子７３Ｄが出力する検出信号は、入力部８３Ｄから演算回路８７に入力する。受光素子７３Ｕが出力する検出信号は、入力部８３Ｕから演算回路８７に入力する。受光素子７４Ｄが出力する検出信号は、入力部８４Ｄから演算回路８８に入力する。受光素子７４Ｕが出力する検出信号は、入力部８４Ｕから演算回路８８に入力する。

演算回路８５〜８８は、それぞれ２つの入力部から入力した検出信号を減算して内部に保持する基準値と比較する。この結果より、スクリーン４に照射されているレーザ光線の画面端部を知ることができる。演算回路８５が出力する演算後の信号と、演算回路８６が出力する演算後の反転信号は、加算器８９で加算されて、出力部９１よりＸ（スクリーン４の横）方向の振幅情報として出力される。また、演算回路８７が出力する演算後の信号と、演算回路８８が出力する演算後の反転信号は、加算器９０で加算されて、出力部９２よりＹ（スクリーン４の縦）方向の振幅情報として出力される。

ここで、演算回路８５の内部構成例について、図１３を参照して説明する。ただし、演算回路８６〜８８は、演算回路８５と同様の構成としてあるため、詳細な説明を省略する。演算回路８５は、受光素子７１Ｒ，７１Ｌから供給される検出信号について基準値と比較する構成としている。受光素子７１Ｒが出力する検出信号は、入力部８１Ｒから入力する。そして、受光素子７１Ｌが出力する検出信号は、入力部８１Ｌから入力する。入力部８１Ｒ，８１Ｌから入力した検出信号は、加算器１０１で加算され、和信号が生成される。一方、入力部８１Ｒ，８１Ｌから入力された検出信号は、加算器１０２で加算され、差信号が生成される。ただし、加算器１０２では、入力部８１Ｌから入力された検出信号を反転して、入力部８１Ｒから入力された検出信号と加算している。

加算器１０１で生成された和信号は、基準値と比較する比較器１０３に供給される。比較器１０３は、和信号と基準値を比較する。比較器１０３と加算器１０２からの出力を切り替える切換部１０４により、基準値に応じて和信号又は差信号が切り替えられる。そして、取り出された和信号又は差信号は、信号の最小値を求めるボトムホールド部１０５に供給される。ボトムホールド部１０５は、最小値を求めて出力部１０６より出力する。出力部１０６より出力される出力値がレーザ光線の走査端を示す信号となる。

フォトディテクタ信号の演算回路の入力の仕方によってはボトムホールドでなくトップホールドになる。そして、それぞれの走査端を示す信号を減ずることで２方向（Ｘ，Ｙ方向）の振幅情報を計算することができるようになる。

ここで、分割受光素子がレーザ光線を検出するときに出力する検出信号の例について、図１４を参照して説明する。図１４（ａ）は、分割受光素子で検出した検出信号を加算した和信号の波形の例である。図１４（ｂ）は、分割受光素子で検出した検出信号を減算した差信号の波形の例である。分割受光素子がレーザ光線を検出できる範囲を光線位置８９として示してある。走査するレーザ光線が、光線位置８９の真ん中に位置すると、和信号は最大値をとり、差信号は中心に点対称な山と谷とを形成する。ここで、レーザ光線の走査軌跡が左から右に折り返す場合を例に挙げると、到達する左端の位置が異なるためボトムホールド出力が変わってくる。図１４（ｃ）は、走査軌跡の振幅が小の場合（光線軌跡が右側の位置Ｘで左向きから右向きに折り返した場合）の例を示している。ボトムホールド出力は図１４（ｂ）中に示された値になる。図１４（ｄ）は、走査軌跡の振幅が大の場合（光線軌跡が左側の位置Ｙで左向きから右向きに折り返した場合）の例を示している。ボトムホールド出力は図１４（ｂ）中に示された値になる。このため、ボトムホールド出力値を正常に戻すようにフィードバック制御を行えば振幅を一定値に保つことができるようになる。

このように、プロジェクタ装置３００では、スクリーン４の上下左右の端に設けた受光素子によって、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅が正常値から外れていないか否かを知ることができる。そして、スクリーン４に対してレーザ光線の検出を行うため、スクリーン４に投影した画像の大きさが変化すると、即座に知ることができる。このため、振幅を正常に戻すようなフィードバック制御を行えるため、容易に振幅制御が可能となるという効果がある。

次に、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の外部にセンサを設置した場合における、第４の実施の形態に係るプロジェクタ装置の構成例について、図１５〜図１７を参照して説明する。本実施の形態においても、光源から出射したレーザ光線をスクリーン４上に走査して、画像を表示させるプロジェクタ装置４００に適用した例としてある。

＜フォトディテクタ方式＞
始めに、プロジェクタ装置４００の外部構成例について、図１５を参照して説明する。プロジェクタ装置４００では、スキャンミラー１８と内枠部１９の裏面に４分割フォトディテクタ１１０が設置されている。４分割フォトディテクタ１１０は、４つの受光素子１１１〜１１４でスキャンミラー１８と内枠部１９の裏面から反射したレーザ光線を検出する。そして、スキャンミラー１８と内枠部１９の裏面に向けてレーザ光線を照射するレーザ光源１１５もまた、スキャンミラー１８と内枠部１９の裏面に設置されている。レーザ光源１１５は、照射するレーザ光線が、スキャンミラー１８と内枠部１９に影響を与えないよう出力を弱めてある。プロジェクタ装置４００の４分割フォトディテクタ１１０以外の外部構成例については、第１の実施の形態と同様に構成してあるため、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、スキャンミラー１８と内枠部１９を駆動する２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の内部構成例について、図１６を参照して説明する。２軸ＭＥＭＳスキャナ１０の内部構成例は、上述した第２の実施の形態とほぼ同様としてある。しかしながら、外部センサとして分割フォトディテクタで構成される受光素子１１０をスキャンミラー１８と内枠部１９の裏面に配置した点が異なる。受光素子１１０は、レーザ光源１１５が出射してスキャンミラー１８と内枠部１９の裏面で反射される反射光によってスキャンミラー１８と内枠部１９の振幅を検出する。そして、検出した振幅の検出信号を生成して、振幅検出部１１６に供給するように構成する。プロジェクタ装置４００の受光素子以外の内部構成例については、第２の実施の形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

＜フォトディテクタ方式＞
次に、振幅検出部１１６の内部構成例について、図１７を参照して説明する。受光素子１１１が出力する検出信号は、入力部１２１から加算器１２５と加算器１２６に入力する。受光素子１１２が出力する検出信号は、入力部１２２から加算器１２５に反転入力し、加算器１２６にそのまま入力する。受光素子１１３が出力する検出信号は、入力部１２３から加算器１２５にそのまま入力し、加算器１２６に反転入力する。受光素子１１４が出力する検出信号は、入力部１２４から加算器１２５と加算器１２６に反転入力する。

加算器１２５は、入力した検出信号を加算し、トップホールド部１２７とボトムホールド部１２８に加算信号を供給する。トップホールド部１２７を出力した信号は、加算器１３１にそのまま入力する。ボトムホールド部１２８を出力した信号は、加算器１３１に反転入力する。加算器１３１で加算された信号は、出力部１３３より出力される。出力信号は、Ｘ（スクリーン４の横）方向の振幅情報を持つ。

加算器１２６は、入力した検出信号を加算し、トップホールド部１２９とボトムホールド部１３０に加算信号を供給する。トップホールド部１２９が出力した信号は、加算器１３２にそのまま入力する。ボトムホールド部１３０が出力した信号は、加算器１３２に反転入力する。加算器１３２で加算された信号は、出力部１３４より出力される。出力信号は、Ｙ（スクリーン４の縦）方向の振幅情報を持つ。

振幅検出部１１６は、４分割フォトディテクタである受光素子１１０の差信号をトップホールド又はボトムホールドすることで走査端の情報を得ることができる。この情報を減ずることで振幅情報を得ることができる。

このように、プロジェクタ装置４００では、スキャンミラー１８と内枠部１９の裏面に出射したレーザ光を検出することによって、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅が正常値から外れていないか否かを知ることができる。そして、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅を正常に戻すようなフィードバック制御を行えるため、容易に振幅制御が可能となるという効果がある。

なお、上述した第４の実施形態では、スキャンミラー１８と内枠部１９の裏面にレーザ光線を照射するため、レーザ光源を用いるようにしたが、発光ダイオード等を用いるようにしてもよい。

以上説明した第１〜第４の実施の形態に係るプロジェクタ装置では、スキャンミラー１８と内枠部１９に入射するレーザ光線の光量によってスキャンミラー１８と内枠部１９自身が暖められ、主軸トーションバー、副軸トーションバー（ヒンジ部）の特性が変わる温度時定数より、振幅検出部が行う振幅制御の制御時定数の方が早いことを特徴とする。そして、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅の変動を検出することで、所定の制限値内に振幅をフィードバック制御することが可能となる。

また、従来のプロジェクタ装置では、画面が明るくなる（レーザ光線の出力が上がる）につれて、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅（振れ角）が変動し、スクリーン４に投影した画像の大きさが変わってしまっていた。しかしながら、上述した第１〜第４の実施の形態に係るプロジェクタ装置では、画面の明るさによらず一定の画面の大きさを維持することができる。このため、スクリーン４上に良好に画像を表示することができるという効果がある。

また、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅の変動を検出するセンサは小型化することが可能であり、画像信号供給部１、光源２、投影光学系３、２軸ＭＥＭＳスキャナ１０を含めて全体を小型化することができるという効果がある。

なお、上述した第１〜第４の実施の形態では、スキャンミラー１８と内枠部１９の振幅を検出してフィードバック制御を行うようにしたが、暖められたスキャンミラー１８と内枠部１９の温度、周波数等を検出してフィードバック制御を行うようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態におけるプロジェクタ装置の例を示した外部構成図である。 本発明の第１の実施の形態における２軸ＭＥＭＳスキャナの例を示した外部構成図である。 本発明の第１の実施の形態における２軸ＭＥＭＳスキャナの例を示した内部構成図である。 本発明の第１の実施の形態における静電アクチュエータの例を示した内部構成図である。 本発明の第１の実施の形態における静電アクチュエータの動作波形と駆動波形の例を示した説明図である。 本発明の第１の実施の形態における静電アクチュエータの特性の例を示した説明図である。 本発明の第２の実施の形態における２軸ＭＥＭＳスキャナの例を示した内部構成図である。 本発明の第２の実施の形態におけるジャイロスコープの例を示した外部構成図である。 本発明の第２の実施の形態における磁気抵抗センサの例を示した外部構成図である。 本発明の第３の実施の形態におけるプロジェクタ装置の例を示した外部構成図である。 本発明の第３の実施の形態における２軸ＭＥＭＳスキャナの例を示した内部構成図である。 本発明の第３の実施の形態における振幅検出部の例を示した内部構成図である。 本発明の第３の実施の形態における演算回路の例を示した内部構成図である。 本発明の第３の実施の形態における検出信号の波形の例を示した説明図である。 本発明の第４の実施の形態におけるプロジェクタ装置の例を示した外部構成図である。 本発明の第４の実施の形態における２軸ＭＥＭＳスキャナの例を示した内部構成図である。 本発明の第４の実施の形態における振幅検出部の例を示した内部構成図である。

符号の説明

１…画像信号供給部、２…光源、３…投影光学系、４…スクリーン、５…正弦波、６…鋸波、７…主軸走査方向、８…副軸走査方向、１０…２軸ＭＥＭＳスキャナ、１１ａ，１１ｂ…副軸電磁駆動用マグネット、１２ａ，１２ｂ…副軸トーションバー、１３…副軸電磁駆動用コイル、１４ａ，１４ｂ…副軸電極、１５ａ，１５ｂ…主軸電極、１６ａ，１６ｂ…主軸トーションバー、１７ａ，１７ｂ…回動側電極、１８…スキャンミラー、１９…内枠部、２０…外枠部、３２…加算器、３３…積分器、３４…静電アクチュエータ、３５…センサ、３６…振幅検出部、５０…ジャイロスコープ、６１ａ，６１ｂ…磁気抵抗センサ、６２ａ，６２ｂ…磁石、１１０〜１１４…受光素子、１００，２００，３００，４００…プロジェクタ装置

Claims (8)

1. 画像信号を供給する画像信号供給部と、
   前記画像信号供給部より供給された前記画像信号に基づいて変調された、所定波長の第１のレーザ光を出射する第１の光源と、
   前記第１のレーザ光を反射してスクリーンに往復走査する反射部とを備えた表示装置において、
   前記反射部が行う共振振動を検出する振幅検出部と、
   前記反射部の共振振動を駆動するための駆動信号を、前記振幅検出部の振幅検出信号により補正する補正部と、
   前記補正部で補正された駆動信号より前記反射部を共振振動させるアクチュエータとを備えたことを特徴とする
   表示装置。
2. 請求項１記載の表示装置において、
   前記振幅検出部は、前記アクチュエータに内蔵したコンデンサの静電容量を検出して、前記反射部の共振振動を検出することを特徴とする
   表示装置。
3. 請求項１記載の表示装置において、
   前記振幅検出部は、前記反射部を支持するヒンジ部に取り付けた、前記ヒンジ部の回転を検出するジャイロスコープで構成されたセンサを備えたことを特徴とする
   表示装置。
4. 請求項１記載の表示装置において、
   前記振幅検出部は、前記反射部に搭載された磁気抵抗検出素子を備えたことを特徴とする
   表示装置。
5. 請求項１記載の表示装置において、
   前記振幅検出部は、前記スクリーンの上下左右端に設けた受光素子で構成されたセンサを備えたことを特徴とする
   表示装置。
6. 請求項１記載の表示装置において、
   前記振幅検出部は、第２の光源が出射する所定波長の第２のレーザ光を前記反射部の裏面に反射させて、前記反射した第２のレーザ光を検出する受光素子で構成されたセンサを備えたことを特徴とする
   表示装置。
7. 供給された画像信号に基づいて変調された、所定波長の第１のレーザ光を出射し、
   前記第１のレーザ光を反射部で反射してスクリーンに往復走査する表示方法において、
   前記反射部が行う共振振動を検出し、
   前記反射部の共振振動を駆動するための駆動信号を前記共振振動の検出信号により補正し、
   前記補正した駆動信号より前記反射部を共振振動させることを特徴とする
   表示方法。
8. 請求項７の表示方法において、
   共振を駆動するための駆動信号の補正帯域は、前記反射部の温度時定数に相当する帯域よりも高いことを特徴とする
   表示方法。

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