JP4174252B2 - Optical deflection apparatus, image forming apparatus using the same, and driving method thereof - 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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical deflecting device (herein referred to as an optical deflecting device or an optical deflector unit including an optical deflector and its drive part and control part) and an image forming apparatus, and more particularly to a laser display, a laser printer, The present invention relates to an optical deflector unit such as a scanner and an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an optical deflection scanning device that deflects a light beam emitted from a light source such as a laser using an optical deflector such as a polygon mirror or a galvanometer and scans a screen or an exposure surface. The polygon mirror is a deflector that applies a periodic drive signal to a plurality of polygonal mirrors and rotates the mirror to perform optical scanning in one direction on the screen. The galvanometer causes a mirror surface to perform a reciprocating reciprocating motion by applying a periodic drive signal, and causes a reciprocating light beam scanning on the screen. Of course, it is also possible to use only one scan with the light beam partially off.
[0003]
Known driving methods for galvanometers include electrostatic driving, electromagnetic driving, and those using the piezoelectric effect. The vibration waveform is generally a sine wave, but by appropriately setting the drive voltage waveform, vibration such as a triangular wave and a sawtooth wave is also possible. Further, when the galvanometer has a natural vibration, a vibration with a maximum amplitude can be obtained with a minimum power by applying a drive signal having a frequency corresponding to the galvanometer to cause resonance.
[0004]
There has been proposed a projection type image display device that uses these optical deflectors to project and display an image of a television or the like on a screen. Some of these image forming apparatuses include an optical deflector that scans laser light emitted from a laser light source such as an LD in the horizontal and vertical directions by resonating and rotating two galvanometer mirrors. .
[0005]
In such an image display device using an optical deflector, a periodic drive signal applied to the deflector, a rotational motion or a reciprocating rotational motion actually generated in the deflector, and a periodic scanning of the light spot generated on the screen are performed. In general, the following differences usually occur. This will be described below.
[0006]
FIGS. 10A to 10E show the temporal relationship between the drive voltage applied to the galvanometer and the position of the light spot actually generated on the screen. FIG. 10A shows the time change of the driving voltage applied to the galvanometer, and FIGS. 10B to 10E show the time change of the position of the light spot reciprocating on the screen. Assuming that the response of (b) is standard, (c) shows the case where the phase is shifted, (d) shows the case where the amplitude is changed, and (e) shows the case where the center position is shifted. In practice, these may appear together.
[0007]
The main causes of the phase, amplitude, and center position deviation are the galvanometer characteristic variation, temperature variation, mirror and light source position variation, and mirror and screen position variation.
[0008]
The vibration characteristics of a galvanometer vary depending on the dimensions of the mirror and the torsion shaft that supports it, the distance between drive electrodes or electromagnetic coils, etc., but these variations are unavoidable, and galvanometers have subtle characteristics. There is a difference. For this reason, the response is different for the same voltage, and the maximum displacement angle, that is, the amplitude and the phase deviate from the reference value.
[0009]
In the case of resonance vibration, the natural frequency changes when the temperature fluctuates and deviates from the frequency of the drive signal. This also shifts the amplitude and phase. FIGS. 11A and 11B are diagrams schematically showing this, where FIG. 11A shows the drive frequency and amplitude, and FIG. 11B shows the relationship between the drive frequency and phase. The maximum amplitude is obtained when the driving frequency is in the state A corresponding to the resonance point, but when the resonance frequency is shifted to the state B, the amplitude is decreased and the phase is shifted. The phase shift is reversed depending on the direction of fluctuation, such as a delay when the resonance frequency fluctuates higher and a advance when the resonance frequency fluctuates lower.
[0010]
If the relative position of the light source with respect to the mirror varies in addition to the characteristic variation and temperature variation of the individual mirrors, the incident angle of the light beam to the mirror changes, and therefore the scanning center position on the screen shifts. Further, when the screen setting position is shifted, the center position is further shifted.
[0011]
In the above, the case of sinusoidal vibration is described as an example, but the same applies to other vibrations. In contrast, when the deflector is a polygon mirror, the maximum displacement angle is determined by the number of mirror surfaces, so the variation in scanning amplitude is not in principle and is not resonant. There is no change in amplitude and phase due to.
[0012]
On the other hand, the light beam emitted from the light source undergoes strong and weak modulation by the image signal and is displayed as an image on the screen, but the start and end timing of the modulation is the image in a predetermined area on the screen. As shown, it is synchronized with the mirror drive signal. However, as described above, if the relationship between the drive signal and the light spot on the screen deviates from the reference, a predetermined image cannot be obtained correctly. For example, as shown in FIG. 10 (c), when the phase is shifted and the light spot is scanned with a delay from a predetermined timing, the image is displayed upstream of the predetermined position. In the case of scanning in one direction, such as a polygon mirror, the image is only slightly shifted to the side, and if it is mild, there is no problem. However, in the case of reciprocating scanning, the image is shifted in the opposite direction on the way back and forth. As a whole, a double image can be seen, resulting in a fatal defect. A change in amplitude or a change in the center position also causes a significant defect in the image depending on the degree.
[0013]
In order to avoid this defect, in the actual display device, the state of vibration of the galvanometer or the movement of the light spot on the screen is monitored, thereby adjusting the drive signal of the deflector or the modulation timing of the light beam. is required. Conventionally proposed monitoring methods include the following.
[0014]
The galvanometer mirror described in Japanese Patent Registration No. 2657769 is provided with a permanent magnet. By superimposing a high frequency on the drive current, a drive coil on the galvanometer mirror and a detection coil arranged opposite to the galvanometer mirror are provided. The displacement angle of the galvanometer mirror is detected from the change in mutual inductance.
[0015]
In addition, in Japanese Patent Registration No. 30111144, by superimposing a high-frequency AC voltage having a minute voltage value in addition to a driving voltage, a current difference flowing through the fixed electrode of the galvanomirror electrode portion of the capacitor structure can be used. A method for measuring the swing position is described.
[0016]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-28535 proposes a method of detecting reflected light from a polygon mirror at two locations and measuring the rotational variation of the mirror, that is, jitter from the time difference therebetween.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The displacement angle sensor described in Japanese Patent Registration No. 2657769 and Japanese Patent Registration No. 30111144 is built in the deflector and has the advantage that it can detect the fluctuation of the galvanometer mirror over the entire period. It is difficult to detect a minute amplitude and phase shift. The detector needs to have sufficient time resolution to determine the modulation start timing. However, in the deflector that performs minute vibration, changes appearing in the coil inductance and displacement current are very small in the first place. Therefore, it is difficult in practice to determine the displacement angle with high accuracy because it increases the complexity and cost of the apparatus.
[0018]
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 64-28535 detects the reflected light of a polygon mirror and has a high time measurement accuracy. However, if this is applied to sine wave vibration by a galvano mirror, there are the following difficulties.
[0019]
The sinusoidal vibration has an amplitude A, a phase δ, and a center position X (assuming that the period T is constant and known).0These three parameters are uniquely determined. The time variation of the spot position X on the screen is determined using these parameters.
X = Asin (2πt / T−δ) + X0
It is expressed. As described above, these parameters vary depending on various factors. If all of these parameters are known, the position of the spot on the screen at an arbitrary time can be known.
[0020]
When the parameters are determined and the above equation is established, when it is desired to display the image in the range of XA <X <XB, assuming that both end positions of the image on the screen are XA and XB, the above equations correspond to XA and XB. Time tA and tB
XA = Asin (2πtA / T−δ) + X0
XB = Asin (2πtB / T−δ) + X0
The modulation signal sent to the light source may be controlled so that the modulation of the image signal starts at tA and ends at tB. The time reference for tA and tB may be selected appropriately from the timing of a fixed signal having a period of vibration of the galvanometer mirror, but in the following, this is based on the rise of the signal synchronized with the drive signal of the galvanometer mirror. .
[0021]
In this way, by automatically calculating the modulation timing and applying the actual modulation based on it, the image will always be displayed regardless of any change in the deflector characteristics or misalignment with the light source or screen. A predetermined size can be displayed within a predetermined area.
[0022]
Therefore, consider determining the above three parameters.
[0023]
First, detect light at two places on the screen.
X1 = Asin (2πt1 / T−δ) + X0
X2 = Asin (2πt2 / T−δ) + X0
Even if the measurement data is obtained, the three unknowns A, δ, X0Obviously, it is necessary to detect light at three or more positions.
[0024]
In addition, if the light is detected at three locations, the third measurement data
X3 = Asin (2πt3 / T−δ) + X0
From these, three unknowns A, δ, X0It is not easy to determine. The reason is that δ is included as a non-linear parameter, which requires a complicated calculation and takes a long time. In particular, when the above detection is performed for each scanning line, high-speed calculation within one line scanning time is required, but it is difficult to satisfy the request with a simple circuit.
[0025]
Of the three parameters, X0Can be easily adjusted by moving the deflector unit position or the screen position while watching the image of the light beam projected on the screen, in which case there are two unknown parameters, but there are still two detectors Necessary and the computational complexity of determining δ still remains.
[0026]
Also, taking the difference between the above two data,
X1−X2 = A {sin (2πt1 / T−δ) −sin (2πt2 / T−δ)}
X0Disappears, but two parameters A and δ remain, and the amplitude cannot be uniquely determined from the difference data.
[0027]
On the other hand, in the case of a polygon mirror, the time change of the spot position on the screen is linear after correction by the fθ lens.
X = A (t / T−δ) + X0
It becomes. Again, amplitude A, phase δ, center position X0Are the same, but δ and X0The two are -Aδ + X0In effect, there are two parameters. This is due to the fact that both the phase change and the center position change appear as image position shifts and cannot be distinguished on the screen. Therefore, in this case, measurement data at two locations
X1 = A (t1 / T−δ) + X0
X2 = A (t2 / T-δ) + X0
Therefore, the unknown amount disappears and the position change on the screen can be completely reproduced. Specifically, first, take the difference data
X1-X2 = (A / T) (t1-t2)
A / T is obtained from This is then substituted into the formula of X1 and −Aδ + X0And substituting it into the formula of X
X = (X1-X2) / (t1-t2). (T-t1) + X1
Get.
[0028]
As described above, since the galvanometer reciprocates, it is not possible to use a scanning light timing detection method like a conventional polygon mirror having a one-way, constant scanning speed. Furthermore, simply detecting the scanning timing makes it difficult to estimate the displacement angle at times other than the detection timing because the scanning speed of the galvano mirror changes. When the galvanometer mirror is mounted on a laser display or the like, the laser beam intensity is modulated by image information while reciprocating the light with the galvanometer mirror. To generate the modulation start / end timing, the displacement angle at an arbitrary time is changed. It is necessary to make an estimation.
[0029]
The present invention relates to the relationship between the drive signal and the actual movement of the deflector of the image display device using the optical deflector that performs non-linear scanning such as a sine wave, and further the drive signal and the actual light on the screen. If the relationship with the beam scanning deviates from a predetermined state for some reason, the conventional method of automatically detecting the movement of the deflector requires an increase in the number of detectors, and the obtained data is undecided. The object is to solve the problem that the calculation for determining the parameters is complicated and difficult.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that achieves the above object includes a light source that emits a light beam, a modulation unit that modulates the light beam emission intensity of the light source, a modulation signal generation unit that outputs a modulation signal to the modulation unit, and a light source An optical deflector for deflecting the emitted light beam, and the deflected light beamRunDrive means for driving the optical deflector to be inspected, and drive signal generating means for outputting a drive signal of a predetermined period to the drive means;RunAn optical deflecting device having measuring means for measuring a first time at which a specific position on the scanning line of the examined light beam passes on the forward path and a second time at which the light beam passes on the backward path, respectively, Furthermore, from the first and second times, the drive signal of the optical deflectorStart timingDisplacement waveform of the optical deflector with respect toDisplacement start timingDelay timeDelay time equivalent toFrom the delay time data calculating means for calculating data, the first time and the second time, and the delay time data, the light beam modulation start timeEvery momentThere is provided an optical deflecting device comprising timing data calculating means for calculating corresponding timing data, wherein the modulation signal generating means outputs a modulation signal to the modulating means based on the calculated timing data To do.
Further, the present invention for achieving the above object includes a light source that emits a light beam, a modulation unit that modulates the light beam emission intensity of the light source, a modulation signal generation unit that outputs a modulation signal to the modulation unit, An optical deflector that deflects the light beam emitted from the light source, and the deflected light beamRunDrive means for driving the optical deflector to be inspected, and drive signal generating means for outputting a drive signal of a predetermined period to the drive means;RunA first time at which the examined light beam passes through the first specific position on the scanning line in the forward path, a second time at which the light beam passes through the backward path, and a second specific position on the scanning line of the light beam at the forward path or A light deflecting device having a measuring means for measuring a third time passing on the return path, wherein the light deflecting device further starts driving signals of the light deflector from the first time and the second time. ofStart timingDisplacement waveform of the optical deflector with respect toDisplacement start timingDelay timeDelay time equivalent toFrom the delay time data calculating means for calculating the data, the first to third times, and the delay time data, the light beam modulation start timeEvery momentThere is provided an optical deflecting device comprising timing data calculating means for calculating corresponding timing data, wherein the modulation signal generating means outputs a modulation signal to the modulating means based on the calculated timing data To do.
In addition, the present invention that achieves the above object provides a light beam from a light source.RunA method of driving an optical deflectorRunA step of measuring a first time passing through a specific position on the scanning line of the scanned light beam in a forward path and a second time passing through a specific position on the return path, and the light deflection from the first and second times Of the drive signalStart timingDisplacement waveform of the optical deflector with respect toDisplacement start timingAnd calculating the delay time of the light beam from the first and second times and the delay time.Every momentThere is provided a method of driving an optical deflector comprising: calculating corresponding timing data; and modulating a light beam from the light source based on the timing data.
In addition, the present invention that achieves the above object provides a light beam from a light source.RunA method of driving an optical deflectorRunA first time at which the examined light beam passes through the first specific position on the scanning line in the forward path, a second time at which the light beam passes through the backward path, and a second specific position on the scanning line of the light beam at the forward path or A step of measuring a third time passing in the return path, and a driving signal of the optical deflector from the first and second times.Start timingDisplacement waveform of the optical deflector with respect toDisplacement start timingAnd calculating the delay time of the light beam from the first to third times and the delay time.Every momentCalculating corresponding timing data; modulating a light beam from the light source based on the timing data;
An optical deflector driving method is provided.
Further, the present invention for achieving the above object includes a light source that emits a light beam, a modulation unit that modulates the light beam emission intensity of the light source, a modulation signal generation unit that outputs a modulation signal to the modulation unit, An optical deflector for deflecting the light beam emitted from the light source, a driving means for driving the optical deflector to scan the deflected light beam, and a drive signal generation for outputting a driving signal of a predetermined period to the driving means Scanned by an optical deflecting device having means and measuring means for measuring a first time at which a specific position on the scanning line of the scanned light beam passes on the forward path and a second time at which the scanned light beam passes on the return path, respectively. A method for determining a modulation start time of a light beam,
Measuring each of a first time at which a specific position on the scanning line of the scanned light beam passes on the forward path and a second time at which the scanned light beam passes on the return path;
Calculating a delay time of the displacement start timing in the displacement waveform of the optical deflector with respect to the start timing of the drive signal of the optical deflector from the first and second times;
Calculating a light beam modulation start time from the first and second times and the delay time;
There is provided a method for determining a modulation start time of a light beam.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0032]
1. Embodiment 1
First, consider the case where the scan center position on the screen can be easily adjusted by matching the relative positions and directions of the screen and deflector while viewing the image. Adjustment is performed by moving the screen or by moving the deflecting device.
[0033]
In this case, the center position shift X0The light spot movement on the screen as not
X = Asin (2πt / T−δ)
If the two unknown parameters A and δ are determined, the movement of the light spot can be completely detected. This case will be described below as Embodiment 1.
FIG. 1 shows the configuration of the light deflection apparatus of this embodiment.
[0034]
FIG. 1 shows an example of an optical deflection apparatus that performs main scanning and sub-scanning to project a two-dimensional image onto a screen. This light deflection apparatus outputs an electric signal when incident
[0035]
The main
[0036]
The
[0037]
In this embodiment, the
[0038]
The position of the
[0039]
In this embodiment, since a sinusoidal drive signal is applied to the galvanometer mirror, the change in the displacement angle with time is symmetric between the forward path and the backward path. However, the drive signal waveform is not limited to a sine wave, and may be a triangular wave, a sawtooth wave, or the like.
[0040]
Below, the case where the
[0041]
FIG. 2 is an explanatory diagram of various signals generated by each unit in FIG. 2A is a reference signal synchronized with a clock signal of a clock generation circuit built in the control circuit, and FIG. 2B is a drive signal applied to a galvanomirror according to a drive signal (not shown) synchronized with FIG. The response waveform of the galvanometer mirror, (c) is the detection signal of the photosensor, (d) is calculated by the procedure described below, and the reproduced galvanometer mirror deflection angle, that is, the time change of the position of the light beam on the screen is shown. Show.
[0042]
In FIG. 2, φ is the displacement angle from the drive center point of the galvano mirror to the position where the optical sensor is installed, ± θc is the maximum displacement angle of the galvano mirror, and Dc is from the rise of the drive signal in FIG. ), The delay time until the rise of the response waveform, T is the period of each signal in FIG. 2, and td1 and td2 are the time differences from the rise of the drive signal to the output of each timing signal.
[0043]
Incidentally, the delay time Dc is generated in the resonance operation of the galvano mirror, the drive system of the galvano mirror, and the electrical system of the optical sensor.
As shown in FIG. 2, the
[0044]
Since the time change φ (t) of the displacement angle is a sine wave,
φ (t) = θcsin {2π (t−Dc) / T}
The displacement angle φ of the sensor position and the two detection timings td1 and td2 are
φ = θcsin {2π (td1−Dc) / T}
φ = θcsin {2π (td2-Dc) / T}
Are in a relationship.
[0045]
Accordingly, the delay time Dc and the maximum displacement angle θc can be obtained from the detection data φ and td1 and td2 by the following formulas (1) and (2), respectively.
[0046]
Dc = (1/4) (2td1 + 2td2-T) (1)
θc = φ / sin {(π / T) (td1−td2 + T / 2)} (2)
Depending on which of td1 and td2 is the forward pulse and which is the backward pulse, Dc calculated by equation (1) is deflected from Dc defined in FIG. 10, that is, from the rising of the drive signal in one direction. The time until the device rises in the same direction may differ by T / 2, but the sensor position is shifted from the scanning center in a predetermined direction, the difference between td1 and td2 is calculated, and the value is T By determining whether or not it is greater than / 2, it is possible to determine which is the forward path or the return path, and thus there is no arbitrary determination of Dc.
[0047]
Further, when the
[0048]
Expression (1) is a linear calculation between the measured sensor position passage times td1 and td2 and the scanning period T. In this case, since the vibration waveform is reciprocally symmetrical, Dc can be calculated by the sum of the average value of the two passage times and T / 2. Therefore, a complicated calculation process of solving the nonlinear equation is not required, and the calculation can be performed with a simple arithmetic circuit in a short time. The reason why Dc can be obtained by such simple calculation is that reciprocal scanning is detected and data at different times at the same position is used.
[0049]
In this way, since two unknown parameters have been determined, the waveform of FIG. 2D, that is, the deflection angle of the deflector at an arbitrary time is known. Using this result, the start and end timings of modulation applied to the laser beam are calculated according to the image signal. Specifically, if the displacement angles corresponding to the start and end positions of the image are φA and φB, respectively, the start time tA and the end time tB are respectively
tA = (T / 2π) (arcsin (φA / θc) + Dc) (3)
tB = (T / 2π) (arcsin (φB / θc) + Dc) (4)
As required.
[0050]
Note that the sine function in Expression (2) and the arcsin function in Expressions (3) and (4) are frequently used functions, and can be calculated in a short time with an arithmetic routine built in the control circuit.
[0051]
Hereinafter, the operation of the
Scan period data and sensor position data are stored in the
[0052]
When the detection pulse of the timing sensor is generated after the start of scanning, the measurement circuit measures the passage time and sends the
[0053]
When the measurement of the two timings is completed by the reciprocation of the light beam, the controller reads the data of two passage times recorded in these memories and sends them to the
[0054]
Next, the values of the displacement angle φA at the display start position and the displacement angle φB at the display end position stored in advance in the
[0055]
In the subsequent scanning, the light
[0056]
In the above operation, the intermediate calculation data Dc and θc may be calculated simultaneously in the calculation process of equations (3) and (4).
[0057]
The calculation may be performed using detection signals generated in each cycle individually or using an average of detection signals for a plurality of cycles. The former method can be employed when timing detection is performed only in a part of the period of the response waveform of the galvanometer mirror, and the time until the control of the drive signal of the galvanometer mirror can be shortened. On the other hand, when the latter method is adopted, detection accuracy is improved by integration averaging or the like.
[0058]
Hereinafter, each part of this embodiment will be described.
[0059]
(About light source 201)
The
[0060]
(About galvanometer mirrors 202 and 221)
The galvanometer mirrors 202 and 221 may be any one that drives a galvanometer with a periodic drive waveform, a silicon micro scanner manufactured by using a semiconductor process, or an actuator that reciprocates around a rotation axis. The driving frequency may be any frequency as long as the
[0061]
(About the timing sensor 203)
As the
[0062]
When the
[0063]
When the galvano mirrors 202 and 221 are manufactured by a semiconductor process, the
[0064]
The
[0065]
(Modification of Embodiment 1)
FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the arrangement of the optical sensor and the galvanometer mirror in the present embodiment. In FIG. 4A, the reflected light 222 from the
[0066]
The position of the
[0067]
Further, since the divided light travels in different directions, there is an advantage that the reliability at the time of detection is increased without interfering with each other.
[0068]
In FIG. 4B, a
[0069]
By preparing the
[0070]
FIG. 4C shows a state in which the
[0071]
The example shown in FIGS. 4A to 4C is a method in which the scanning light is detected by the
[0072]
Further, the timing sensor is not limited to the
[0073]
2. Embodiment 2
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the second embodiment.
[0074]
The second of the present invention is based on the premise that the scanning center position of the deflector has an unknown shift and the relative position and direction of the screen and the deflector cannot be easily changed. This is the case when the screen and deflector are both fixed to the wall surface of the room. In this case, the center position shift X0The movement of the light spot on the screen including
X = Asin (2πt / T−δ) + X0
As the three unknown parameters A, δ, X0Is determined, the movement of the light spot can be completely grasped. This case will be described below as a second embodiment.
[0075]
Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the drawings.
[0076]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the optical deflector unit of the present embodiment. In FIG. 5, the same components as those in FIG.
[0077]
Unlike FIG. 1, two timing
[0078]
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for generating a drive signal for the main
[0079]
FIG. 6A shows a drive signal synchronization signal, FIG. 6B shows a drive signal applied to the
[0080]
In FIG. 6C, φ1 and φ2 are displacement angles when the
[0081]
When the drive signal A1 shown in FIG. 6B is applied to the
[0082]
Then, after td1 after the drive signal A1 is applied, the reflected
[0083]
Furthermore, when the
[0084]
Then, the
[0085]
Then, after td4 after applying the drive signal, the reflected
If the displacement of the galvano mirror is a sine wave
φ (t) = θcsin {2π (t−Dc) / T} + φ0
Therefore, between the displacement angles φ1 and φ2 of the sensor position and the four detection timings td1 to td4,
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
There is a relationship.
[0086]
Subsequently, when the drive signal A2 is applied to the
[0087]
Similar to the first embodiment, the delay time Dc is determined from the times td1 and td2 by the following equation (5).
[0088]
Dc = (1/4) (2td1 + 2td2-T) (5)
Alternatively, the delay time Dc may be determined from the times t31 and t42 by the following formula (6).
[0089]
Dc = (1/4) (2td3 + 2td4-3T) (6)
Since Dc is determined in this way, the amplitude θc and the center position φ0Solves simultaneous linear equations composed of one of the above φ1 and φ2 equations,
θc = (φ1 + φ2) / [sin {(π / T) (td1−td2 + T / 2)} + sin {(π / T) (td3−td4 + T / 2)}] (7)
and
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)
Is required.
[0090]
As can be seen from (5) and (6), td1-td4 is not independent,
-Td1-td2 + td3 + td4 = T
There is a relationship.
[0091]
Equation (5) for obtaining Dc has T / 2 arbitrary depending on which of td1 and td2 is the forward pulse and which is the backward pulse, but the sensor position is shifted from the scanning center and the interval is narrow. If t is determined to be td1 and td2, it is possible to determine which is the forward path or the return path, and the arbitraryness is lost. The same applies to (6).
[0092]
Expressions (5) and (6) are linear calculations of the measured sensor position passage times td1 to td4 and the scanning period T. In this case, since the vibration waveform is reciprocally symmetrical, Dc can be calculated by the sum of the average value of the two passage times and T / 2. Therefore, a complicated calculation process of solving the nonlinear equation is not required, and the calculation can be performed with a simple arithmetic circuit in a short time. The reason why Dc can be obtained by such simple calculation is that at least one photodetector detects a round trip light beam and uses data at different times at the same position.
[0093]
Thus, since all three unknown parameters have been determined, the displacement angle of the deflector at an arbitrary time is known. Using this result, the start and end timing of modulation applied to the laser beam according to the image signal can be obtained in the same manner as the calculation described in the first embodiment. That is,
tA = (T / 2π) (arcsin (φA−φ0) / Θc) + Dc) (9)
tB = (T / 2π) (arcsin (φB−φ0) / Θc) + Dc) (10)
In FIG. 6F, the drawing start position and its timing are indicated by ◯, and the end position and its timing are indicated by ●. It is preferable that the drawing start and end be performed around a region where the speed change of the galvanometer mirror is small.
[0094]
In the present embodiment, the first and second sensor position data φ1 and φ2 and the displacement angle data φA and φB indicating the image display range match the scanning center and the screen reference position 226 (for example, the center position of the screen). It is set as a distance from the reference position on the display screen.
[0095]
FIG. 7 shows the positions of the
[0096]
If the distance from the screen center of the first (second) optical sensor is X1 (X2), φ1 (φ2) is
φ1 = arctan (X1 / L)
φ2 = arctan (X2 / L)
It is determined as Similarly, the distance XA (XB) between the left end (right end) of the image display range and the screen center is
φA = arctan (XA / L)
φB = arctan (XB / L)
It is determined as
[0097]
Even if the scanning center is deviated from the reference position of the screen, according to the present embodiment, as described above, the offset value of the scanning center is determined, and the modulation start and end timings are set based on the offset value. Therefore, the image positions XA and XB on the screen do not shift.
[0098]
By the way, the above equation (7) includes the parameters φ1 and φ2 representing the position of the detector in the sum form φ1 + φ2. This represents that the amplitude is determined by the relative position of the two detectors. That is, if the distance between the detectors is fixed, the delay time Dc and the amplitude θc are determined independently of each other regardless of the position on the screen. When the detectors are displaced on the screen while maintaining a mutual distance, φ0Will shift the image to the left or right on the screen, which can be easily adjusted to bring the detector to the correct position. Therefore, even in a situation where it is difficult to move the positional relationship between the deflecting device and the screen, it is possible to always project an image at a predetermined position on the screen.
[0099]
Even if the detector is not on the screen but in the deflecting device, the position of the image range on the screen can be adjusted similarly by maintaining the distance between the detectors and adjusting the position.
[0100]
As described above, according to the present embodiment, the arrangement of the photosensors with respect to the drive center point only needs to be determined by a relative distance. Since there are no severe restrictions, the assembly cost of the optical deflector unit can be reduced.
[0101]
The control circuit in this embodiment is the same as the control circuit in the first embodiment shown in FIG. Hereinafter, a specific operation of the
[0102]
The scanning cycle data T, the first and second sensor position data φ1, φ2, and the displacement angle data φA, φB indicating the image display range are stored in the memory in advance.
[0103]
First, after the reference signal rises, the control device confirms that four pieces of scanning beam passage time data from the measurement circuit have been sent continuously, and stores this in the memory. If the second sensor detects only one of the reciprocating scans, the passage time data is three. Even when four time data are sent, the control circuit may check and store only the first three.
[0104]
Next, these data are sent to the arithmetic circuit together with the scanning cycle data T and the sensor position data φ1 and φ2, and the arithmetic circuit calculates Dc by the equation (5) or (6), and the equations (7) and (8). Θc and φ0And return the result to the control circuit. The control circuit stores this result in the memory.
[0105]
Next, the control circuit determines the displacement angle data φA, φB, the period data T, the previously calculated delay time data Dc and amplitude data θc, and the center position offset data φ determined from the image display range and stored in the memory.0Is sent to the arithmetic circuit, tA and tB are calculated by equations (9) and (10), and the results are stored in the memory.
[0106]
In the subsequent scanning, the light source modulation signal is controlled so as to start modulation according to the image at the timing when the tA time elapses and to end the modulation at the timing when the tB time elapses. That is, the controller generates a galvanometer mirror drive signal in synchronization with the reference signal, sends it to the galvanometer drive circuit, generates a light source modulation start signal at a time delayed by tA, sends it to the light source modulation circuit, and delays by tB At the same time, a light source modulation end signal is generated and sent to the light source modulation circuit. Further, during the time tA and tB, image data is read from the image memory, modulated to be a light source modulation signal, and sent to the light source modulation circuit.
[0107]
Note that if the two sensor position data are not given individually, but only the relative position (relative displacement angle) φ1 + φ2 data is given, the offset data φ0Assuming that 0 is 0, equations (9) and (10) are calculated. As a result, if the image display range is deviated from the specified position on the screen,0Can be changed with a dial, etc.0Using the value of, the equations (9) and (10) are recalculated to adjust to the desired position.
[0108]
The calculation using the above mathematical formulas (5) to (10) may be performed every time an electric signal is input every cycle, or may be performed every several cycles, as described in the first embodiment. Incidentally, it is preferable to provide the
[0109]
The same light source, galvanometer mirror, and timing sensor as those in the first embodiment can be used. As control means, microcomputer, DSP (digital signal processor), CPLD, FPGA (complex programmable logic device, field programmable gate array)
It is the same that can be used.
When the timing
[0110]
When the galvano mirrors 202 and 221 are manufactured by a semiconductor process, the timing
[0111]
(Modification of Embodiment 2)
Similar to the first embodiment, several variations are conceivable as the detection method.
[0112]
First, as shown in FIG. 8, it is conceivable to divide the reflected light from the galvanometer mirror with a beam splitter and detect it with a divided light beam detector or the like.
[0113]
According to this method, since the divided light travels in different directions, there is an advantage that the reliability at the time of detection is increased without interfering with each other.
[0114]
As shown in FIG. 9, in addition to the main
[0115]
According to this method, the
[0116]
In addition, detection light is emitted and detected only during a part of the time during which the main light source is sub-scanned, that is, during the period when the main scan is on the sensor, and the other light is extinguished for detection The power consumption of the light source can be reduced. Furthermore, even when the sensitivity of the sensor is poor and the intensity of the light from the main light source is insufficient, there is an advantage that light having sufficient luminance, intensity, and spot diameter can be emitted from the detection light source.
[0117]
When the
[0118]
FIG. 12 shows still another modification. Sub-scanning is also performed on the non-drawing area, timing
[0119]
The
[0120]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. The following example is a configuration in which two optical sensors are arranged, but may be one.
[0121]
Example 1
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the optical deflection apparatus according to the first embodiment of the present invention, which is a one-dimensional scanning optical deflection apparatus. A
The
[0122]
When a drive signal is applied to the
[0123]
As described above, by calculating predetermined data using at least three of the four pulses, information indicating the displacement angle of the
[0124]
(Example 2)
In a two-dimensional image forming apparatus similar to that shown in FIG. 5, the galvanometer mirrors 102 and 121 were replaced with an optical deflector manufactured integrally using a semiconductor process as described in Japanese Patent Registration No. 2983088. The optical deflector of this embodiment is a biaxial deflector in which resonant galvanometer mirrors are nested. The resonance frequency is 8 kHz. The other parts are the same as in FIG.
[0125]
As described in the second embodiment, it is possible to completely acquire information indicating the displacement angle of the
[0126]
By measuring the reciprocating passage time as in the present embodiment, the vibration of the deflector can be predicted without increasing the number of detectors, and as a result, the image modulation timing can be determined with high accuracy.
[0127]
Moreover, since the delay time of the deflector can be easily calculated, high-speed processing is possible. Furthermore, even when two detectors are provided, only the relative position needs to be fixed, so that positional accuracy is not required, and a screen and other installations are easy.
[0128]
(Example 3)
The present embodiment is an example of a driving method in which a fluctuation in resonance frequency is detected from a phase shift and the driving frequency is changed based thereon.
[0129]
FIG. 11A is a diagram showing the relationship between the frequency of the drive signal and the maximum displacement angle in the resonant galvanometer mirror. FIG. 6B is a diagram showing the relationship between the frequency and phase of the drive signal. The horizontal axis of (a) shows the frequency of the drive signal, and the vertical axis shows the maximum displacement angle. The horizontal axis of (b) shows the driving frequency, and the vertical axis shows the phase shift.
[0130]
Here, two data (characteristics A and B) are shown by changing the ambient temperature around the optical deflector unit.
[0131]
When the galvanometer mirror is driven at the resonance frequency, the resonance frequency changes significantly when the environmental temperature changes. As a specific example, when the temperature changes by 1 ° C., the resonance frequency may change by several tens of Hz. Then, the drive signal frequency-maximum displacement angle characteristic shown in FIG.
[0132]
For example, if the characteristic A is changed to the characteristic B (this corresponds to an increase in the resonance frequency), the displacement angle decreases if the driving is continued at the same frequency.
[0133]
However, as shown in the characteristic A of FIG. 11A, in the resonance characteristic that is substantially symmetric about the resonance point (●), if only the amplitude of the waveform is detected when the frequency changes, the resonance frequency is It cannot be detected to which side of the height has changed.
[0134]
Therefore, as shown in FIG. 11B, it can be considered to detect which side the frequency has changed by detecting a change in the phase information of the drive signal. That is, as shown by the characteristics A and B in FIGS. 11A and 11B, the phase information increases when the resonance frequency is changed to a higher one. On the other hand, when the resonance frequency changes to a lower side, the phase information becomes smaller.
[0135]
The delay time data Dc is related to the phase shift ω by the following formula:
ω = 2πf / (Dc−nT) × 360 (n: integer, 0 ≦ ω <360 °)
In this example, the scanning timing is detected by the method described in the first or second embodiment, the delay time Dc is calculated, the phase shift is obtained by the above equation, and the deflector is driven using the method described above. Adjustment is made so that the frequency matches the resonant frequency. If the phase shift ω is negative, the drive frequency is increased, and if the phase shift ω is positive, the drive frequency is decreased to control the phase shift ω to be always zero, thereby placing the image forming apparatus. Even if there is a change in the ambient temperature, a desired drive signal is applied to the galvanometer mirror.
[0136]
The phase signal such as the delay time Dc can be used as an input of the phase locked loop in frequency tracking control in driving the galvano mirror.
[0137]
According to this embodiment, even if the environmental temperature where the image display device is placed changes, the driving frequency can be made to follow the resonance point without changing the frequency as in wobbling, so that the image is disturbed. In addition, the resonance frequency can be detected in real time.
[0138]
Example 4
In this embodiment, the drive signals A1 and A2 of the
[0139]
FIG. 14 is an explanatory diagram of a method of generating the drive signals A1 and A2 by the
[0140]
As shown in FIG. 14B, points A to A 'are taken on the drive signal A1, the phase difference between the points A and C is TA, the phase difference between the points B and F is TC, and the point F The phase difference between the point H and the point H is TB, and the phase difference between the point H and the point A ′ is TD. Note that point A, point B, point F, point H, and point A ′ are intersections with displacement angles φ1 and φ2.
[0141]
Further, as shown in FIG. 14B, an auxiliary line parallel to the line connecting the point D and the point H is drawn so as to pass through the point B, and the intersection of the auxiliary line and the line connecting the drive center point is defined as a point H ′. Then,
△ ABH’∽ △ BDF
And the length between CH 'is TB.
[0142]
Here, in calculating the maximum displacement angle θc, the lengths between DE, BC, and IJ are obtained.
[0143]
Since the length between DE is similar between ΔABH ′ and ΔBDF, the ratio between the distances between AH ′ and BF is used as a reference, based on the length between BCs.
DE = BC × tC / (tA + tB)
Given by.
[0144]
Since the length between IJ is similar to ΔABH ′ and ΔA′JH, the ratio between the distances between AH and A′H is based on the length between BCs.
IJ = BC × tD / (tA + tB)
Given by.
[0145]
From the above equation for DE and IJ, the sum of lengths between DE, BC, and IJ is
Given by.
[0146]
Here, since the length between BC is φ1, the maximum displacement angle θc is
θc = 2 × (TA + TB) / T × φ1
It becomes.
[0147]
Next, the relationship between an arbitrary position on J′D and the passing time of the reflected light 222 at that position will be described. First, the length of AL is equal to the length obtained by subtracting [DE + BM] (the length above the horizontal axis) from [DE + BC + IJ] and further subtracting [IJ], and the length of [DE + BM] is [DE + BC + IJ]. ] From the above DE and IJ formulas
Holds.
[0148]
The slope of the line segment AK is BC / TA, where t1 is the time for the reflected light 222 to pass through the point A, and t0 is the time for the reflected light 222 to pass through the point K. [AL = BC / TA × From (t0-t1)]
t0 = tA × (tA + tB + tC−tD) / 2 / (tA + tB) + t1
It is.
[0149]
From the above formula, the displacement angle φα at an arbitrary position on J′D is obtained by using tα as the transit time of the reflected light 222 at that position.
+ TB) + t1}
It is expressed.
[0150]
According to the present embodiment, it is possible to acquire information indicating the displacement angle of the galvanometer mirror driven by the sawtooth wave. Actually, when a galvano mirror is driven with a sawtooth wave, it does not become an ideal sawtooth wave. Absent.
[0151]
(Example 5)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an optical deflector according to a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the
[0152]
Specifically, as shown in FIG. 8, a
[0153]
When the
[0154]
(Example 6)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an optical deflector according to a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, in addition to the
[0155]
The detection light source 11 uses different wavelengths in order to avoid interference with the scanning light. The incident angle from the detection light source 11 to the
[0156]
When the
[0157]
As described above, in the first to sixth embodiments of the present invention, the case where the
[0158]
(Example 7)
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus including any one of the optical deflector units described in the first to sixth embodiments. In FIG. 12, the same parts as those in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals.
[0159]
The
[0160]
The vertical scanning mirror (galvanomirror) 221 applies a sawtooth drive signal having a blanking period of 10% at about 60 Hz. The light emitted from the
[0161]
The
[0162]
Information indicating the displacement angle was obtained for each scanning direction, and drive stabilization control and modulation start / end timing generation were performed. According to the present embodiment, it is possible to acquire information indicating respective displacement angles in different scanning directions and scanning speeds, and to display a stable and high-quality image.
[0163]
Furthermore, in this embodiment, the image display device has been described as an example. However, the optical deflector unit can be provided in an image drawing device such as a laser printer, a scanning reader such as a laser microscope, and the like. The polarization unit can be used as a single light deflecting device.
[0164]
In the above embodiments, the image display device has been described as an example. However, the optical deflector unit can be provided in an image drawing device such as a laser printer, a scanning reader such as a laser microscope, and the like. The unit can be used as a single light deflecting device.
[0165]
【The invention's effect】
According to the present invention, the relationship between the drive signal and the actual movement of the deflector of the image display device using the optical deflector that performs non-linear scanning such as a sine wave, and the drive signal and the actual screen. When the relationship with the optical beam scanning of the sensor deviates from the predetermined state for some reason, the number of detectors can be reduced compared to the conventional method of automatically detecting the movement of the deflector. The calculation for determining the undetermined parameter is also easy and fast.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical deflecting device of the present invention and an image forming apparatus using the same.
FIG. 2 is an explanatory diagram of various signals generated by each unit in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a control circuit in FIG. 1;
4 is a modification of the image forming apparatus in FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of another optical deflecting device of the present invention and an image forming apparatus using the same.
6 is an explanatory diagram of various signals generated by each unit in FIG. 5;
FIG. 7 is an explanatory diagram of a positional relationship between a screen and a galvanometer mirror.
8 is a modification of the image forming apparatus in FIG.
9 is a modification of the image forming apparatus in FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship of vibration with respect to the drive signal of the optical deflector.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the drive frequency, maximum displacement angle, and phase of a resonant galvanometer mirror.
12 is a modification of the image forming apparatus in FIG.
FIG. 13 shows an optical deflection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing vibration of an optical deflector according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
201 Light source
202 Galvano mirror
203,212 Optical sensor
204 Beam splitter
205 Scanning light for drawing
206 Scanning light for detection
207 Line connecting drive center points of galvanometer mirror
210 screens
211 Laser light source for detection
221 Vertical scanning mirror
222 Reflected light
223 drawing area
224 Non-drawing area
226 generating means
Claims (15)
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。A light source that emits a light beam;
Modulation means for modulating the light beam emission intensity of the light source;
Modulation signal generation means for outputting a modulation signal to the modulation means;
An optical deflector for deflecting the light beam emitted from the light source;
Driving means for driving the light deflector to scan the deflected light beam;
Drive signal generating means for outputting a drive signal of a predetermined period to the drive means;
An optical deflecting device having measuring means for measuring a first time at which a specific position on a scanning line of a scanned light beam passes on a forward path and a second time at which the scanned light beam passes on a return path, respectively.
The light deflection apparatus further comprises:
Delay time data calculating means for calculating delay time data corresponding to the delay time of the displacement start timing in the displacement waveform of the optical deflector with respect to the start timing of the drive signal of the optical deflector from the first and second times; ,
Timing data calculating means for calculating timing data corresponding to the modulation start time of the light beam from the first and second times and the delay time data;
An optical deflecting device, wherein the modulation signal generating means outputs a modulation signal to the modulation means based on the calculated timing data.
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。A light source that emits a light beam;
Modulation means for modulating the light beam emission intensity of the light source;
Modulation signal generation means for outputting a modulation signal to the modulation means;
An optical deflector for deflecting the light beam emitted from the light source;
Driving means for driving the light deflector to scan the deflected light beam;
Drive signal generating means for outputting a drive signal of a predetermined period to the drive means;
A first time at which it passes through a first specific position on the scanning line of the scanned light beam in the forward path and a second time at which it passes through the return path;
A light deflection apparatus comprising: a measuring unit that measures a third time at which the second specific position on the scanning line of the light beam passes through the forward path or the return path;
The light deflection apparatus further comprises:
Delay time data calculating means for calculating delay time data corresponding to the delay time of the displacement start timing in the displacement waveform of the optical deflector with respect to the start timing of the drive signal of the optical deflector from the first and second times; ,
Timing data calculating means for calculating timing data corresponding to the modulation start time of the light beam from the first to third times and the delay time data;
An optical deflecting device, wherein the modulation signal generating means outputs a modulation signal to the modulation means based on the calculated timing data.
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。The light deflection device further comprises:
Amplitude data calculating means for calculating amplitude data corresponding to the maximum deflection angle of the optical deflector from the first and second times and the calculated delay time data;
3. The drive signal generation unit according to claim 1, wherein the drive signal generation unit outputs a drive signal to the drive unit by increasing or decreasing a cycle of the drive signal based on the calculated delay time data and the amplitude data. Optical deflection device.
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。The timing data calculating means includes t d1 as the first time, td2 as the second time, T as the scanning period, delay time as Dc = (1/4) (2td1 + 2td2-T), and maximum displacement angle as θc = φ. / Sin {(π / T) (td1−td2 + T / 2)}, where the modulation start position of the light beam is φA, the modulation start time t A is
tA = (T / 2π) (arcsin (φA / θc) + Dc) ,
Optical deflecting device of claim 1, out by Risan on.
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。A method of driving an optical deflector that scans a light beam from a light source,
Measuring each of a first time at which a specific position on the scanning line of the scanned light beam passes on the forward path and a second time at which the scanned light beam passes on the return path;
Calculating a delay time of the displacement start timing in the displacement waveform of the optical deflector with respect to the start timing of the drive signal of the optical deflector from the first and second times;
Calculating timing data corresponding to the modulation start time of the light beam from the first and second times and the delay time;
Modulating the light beam from the light source based on the timing data, and driving the optical deflector.
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。A method of driving an optical deflector that scans a light beam from a light source,
A first time at which the scanned light beam passes through the first specific position on the scanning line in the forward path, a second time at which the light beam passes through the backward path, and a second specific position on the scanning line of the light beam as the forward path or Measuring a third time passing on the return path;
Calculating a delay time of the displacement start timing in the displacement waveform of the optical deflector with respect to the start timing of the drive signal of the optical deflector from the first and second times;
Calculating timing data corresponding to the modulation start time of the light beam from the first to third times and the delay time;
Modulating the light beam from the light source based on the timing data, and driving the optical deflector.
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。A light source that emits a light beam;
Modulation means for modulating the light beam emission intensity of the light source;
Modulation signal generation means for outputting a modulation signal to the modulation means;
An optical deflector for deflecting the light beam emitted from the light source;
Driving means for driving the light deflector to scan the deflected light beam;
Drive signal generating means for outputting a drive signal of a predetermined period to the drive means;
A light beam scanned by the light deflecting device, having measuring means for measuring a first time at which a specific position on the scanning line of the scanned light beam passes on the forward path and a second time at which the scanned light beam passes on the backward path; A method for determining a modulation start time,
Measuring each of a first time at which a specific position on the scanning line of the scanned light beam passes on the forward path and a second time at which the scanned light beam passes on the return path;
Calculating a delay time of the displacement start timing in the displacement waveform of the optical deflector with respect to the start timing of the drive signal of the optical deflector from the first and second times;
Calculating a light beam modulation start time from the first and second times and the delay time;
A method for determining a modulation start time of a light beam, comprising:
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