JP4857582B2 - 光走査装置および光走査装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置および光走査装置の制御方法に関し、さらに詳しくは、光ビームが照射される可動部材を固有の共振周波数で振動させて光ビームを走査する光走査装置および光走査装置の制御方法に関するものである。

レーザプリンタ装置、光を走査して映像を投影する投影装置等で代表される光走査装置が、従来から種々の産業分野で使用されている。このような光走査装置においては光の方向を変化させる光走査機構が採用されているが、この機構の型式として、近年は装置の小型化の観点から揺動型光走査機構が注目を浴びている。

揺動型光走査機構の一従来例は、反射ミラー部を有する振動体を振動させることにより、反射ミラー部に入射した光ビームの反射方向を変化させて光ビームを走査するものである。

この振動体は、反射ミラー部と、固定枠部と、反射ミラー部と固定枠部とに連結された弾性部材等で形成された弾性変形部とその弾性変形部に変形を与える駆動源とを含むように構成される。そして、駆動源としては、静電力、電磁力、熱の作用、圧電作用等を利用したものがある。

また、従来の多くの光走査装置においては、時系列処理の基本となるマスタ・クロックに基づいて、光走査機構を含め光走査装置のすべての動作を管理し制御するものであったが、このマスタ・クロックの周波数は固定したものであった。すなわち、このマスタ・クロックに基づき、外部装置から画像データを読み込み、このマスタ・クロックに基づき光ビームを走査していたので、画像データは過不足なく外部装置から取り込まれるとともに、光ビームの出射方向を変化させることによって、画像が予定された空間的な位置に視認可能光スポットとして走査されるものであった。

特許文献１には、この揺動型光走査機構を光ビームの水平方向の走査に用いるものが詳細に開示されている。図１１を参照して特許文献１に開示された発明の概略を以下に引用する。

図１１に示す光走査装置１００は、観察者の網膜上に直接画像を投影するように構成されている。光走査装置１は、光源ユニット部１０１、垂直走査系１０２、水平走査系１０３、リレー光学系１２６、１２７を備えている。

水平走査系１０３においては、水平走査駆動回路１２１からの駆動信号に基づき圧電素子と揺動する反射ミラーとを組み合わせた揺動型光走査機構１０４が駆動される。光ビームを反射ミラーに照射することによって走査された光ビームをビームデテクタ（ＢＤ）１２３で受光し、ＢＤ信号が検出される。そして、光源ユニット部１０１に備えられた信号処理回路１０５において、マスタ・クロックとＢＤ信号に基づいた水平同期信号が発生されていた。そして、水平走査駆動回路１２１では、この水平同期信号を基準として、上述の駆動信号を得ていた。

このときに、揺動型光走査機構１０４を駆動する周波数（水平方向の走査周波数）は揺動型光走査機構１０４の可動部材の共振周波数とほぼ等しくなるように設定することが振動状態を安定化するために望ましいこととされている。また、制御技術の分野では、アクチュエータの可動部材を共振周波数で振動させて用い、小型のアクチュエータで大きな可変範囲を得る技術は公知である。

特開２００４−１９１９５３号公報

しかしながら、揺動型光走査機構の共振系のＱ(Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ)は、通常、数百におよび、共振周波数からほんの僅か水平走査周波数が離れると、この共振系の動作が一変してしまう。一方、揺動型光走査機構の共振周波数は温度、湿度等で変化するとともに、揺動型光走査機構ごとの個体差も存在する。

したがって、背景技術に示すようにマスタ・クロックとＢＤ信号に基づく駆動信号によって駆動される揺動型光走査機構によって光ビームの走査をおこなうと、揺動型光走査機構の可動部材の共振周波数と、外部から与える走査周波数とが異なってしまい、走査の範囲が十分に得られない場合が発生し、あるいは走査範囲の変動幅の分布が広範囲におよぶ結果として安定した水平走査がおこなわれず、光走査装置の性能の低下を引き起こすおそれがあった。

本発明は、揺動型光走査機構の可動部材の共振周波数が、温度、湿度等の環境によって変化しても、揺動型光走査機構の固体差による共振周波数の違いがあっても、安定した光走査をおこなうことができる光走査装置および光走査装置の制御方法を提供するものである。

請求項１の発明では、画像信号に応じた光ビームを発生する光ビーム発生部と、前記光ビームを投影面に導く光路部と、前記光ビームの出射方向を変化させる光走査部と、を備える光走査装置において、前記光走査部は、前記光ビームの出射方向を変化させるために、固有の共振周波数で共振する可動部材を設けた揺動型光走査機構と、前記可動部材を前記共振周波数で共振させるための、前記共振周波数と一致する交番電圧の駆動信号を発生する駆動信号発生器と、前記光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生する揺動信号発生器と、を具備し、前記揺動型光走査機構は、前記可動部材に固着され前記光ビームを反射する反射ミラーと、前記駆動信号により変位する駆動用圧電素子と、前記反射ミラーの一側に連結され、前記駆動用圧電素子の変位を回転運動に変換し、前記反射ミラーを回転させる第１の弾性部材と、を有し、前記揺動信号発生器は、前記反射ミラーの他側に連結され、前記第１の弾性部材による前記反射ミラーの回転により変位する第２の弾性部材と、前記第２の弾性部材の前記反射ミラーの回転にともなう変位によるねじれ量に応じた前記揺動信号を発生する検出用圧電素子と、を有し、前記光ビーム発生部は、前記検出用圧電素子により発生される前記揺動信号の周波数を基準周波数として、前記投影面における光スポットの最小単位である１のドットから次のドットまでの時間を単位とするクロックであり、前記共振周波数の整数倍の信号であるドットクロックを生成するドットクロック生成器を具備し、前記ドットクロック生成器により生成した前記ドットクロックに基づいて前記光ビームを強度変調する光走査装置とした。

請求項２の発明では、前記駆動信号発生器は、前記揺動信号を正帰還させて駆動信号とし、発振させることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置とした。

請求項３の発明では、前記駆動信号発生器は、前記光ビームの出射方向を所定の範囲内に制限するような駆動信号を発生することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置とした。

請求項４の発明では、前記光路部は、前記光ビームの通過方向をアークサイン関数で補正する光学素子を有する請求項１に記載の光走査装置とした。

請求項５の発明では、前記ドットクロック生成器はフェーズ・ロックト・ループを有し、前記揺動信号の周波数を逓倍して時系列処理の基準となるドットクロックを生成する請求項１に記載の光走査装置とした。

請求項６の発明では、前記光走査装置は、前記光走査部により光スポットを２次元に走査し、画像観察者の網膜の上に光スポットを結像させ、画像観察者に画像を認識させる網膜走査型ディスプレイ装置である請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査装置とした。

請求項７の発明では、画像信号に応じた光ビームを発生する光ビーム発生部と、ドットクロックに基づいて強度変調された前記光ビームの出射方向を変化させる光走査部とを備え、光スポットを投影面に走査する光走査装置の制御方法において、前記光走査部は、前記光ビームの出射方向を変化させるために、固有の共振周波数で共振する可動部材を設けた揺動型光走査機構と、前記可動部材を前記共振周波数で共振させるための、前記共振周波数と一致する交番電圧の駆動信号を発生する駆動信号発生器と、前記光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生する揺動信号発生器と、を具備し、前記揺動型光走査機構は、前記可動部材に固着され前記光ビームを反射する反射ミラーと、前記駆動信号により変位する駆動用圧電素子と、前記反射ミラーの一側に連結され、前記駆動用圧電素子の変位を回転運動に変換し、前記反射ミラーを回転させる第１の弾性部材と、を有し、前記揺動信号発生器は、前記反射ミラーの他側に連結され、前記第１の弾性部材による前記反射ミラーの回転により変位する第２の弾性部材と、前記第２の弾性部材の前記反射ミラーの回転にともなう変位によるねじれ量に応じた前記揺動信号を発生する検出用圧電素子と、を有し、前記光ビーム発生部は、前記揺動信号の周波数を基準周波数として、前記投影面における光スポットの最小単位である１のドットから次のドットまでの時間を単位とするクロックであり、前記共振周波数の整数倍の周波数の信号である前記ドットクロックを生成するドットクロック生成器を具備するものであり、揺動型光走査機構により、前記投影面における光スポットの位置を前記共振周波数で振動させ、揺動信号発生器により、前記光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生し、前記ドットクロック発生器により、前記検出用圧電素子により発生される前記揺動信号の周波数を基準周波数として前記ドットクロックを生成し、前記光ビーム発生部により、前記ドットクロック発生器により生成した前記ドットクロックに基づいて前記光ビームを強度変調する光走査装置の制御方法とした。

請求項１の発明によれば、揺動型光走査機構の可動部材を共振周波数で振動させるので、揺動型光走査機構の可動部材の共振周波数が、温度、湿度等の環境によって変化しても、揺動型光走査機構の固体差による共振周波数の違いがあっても、安定した光走査をおこなうことができる。また、反射ミラーで光ビームの出射方向を変化させるので、光ビームの減衰を少なくすることができ、共振周波数で反射ミラーを振動させることができるので、少ない電力で大きな光ビームの変位を得ることができる。また、可動部材のねじり振動を伝える第２の弾性部材と、揺動信号を発生する検出用圧電素子と、を有するので揺動信号発生器と揺動型光走査機構とを一体の構成とできる。

請求項２の発明によれば、前記揺動信号を正帰還発振させるので、常に可動部材を共振状態として、大きな光ビームの変位を得られる。

請求項３の発明によれば、光スポットの走査範囲を所定の範囲内とし、光スポットによって生じる画像のサイズを管理することができる。

請求項４の発明によれば、アークサイン関数で補正する光学素子を有するので、光スポットによって生じる画像の画質を向上することができる。

請求項５の発明によれば、ドットクロック生成器はフェーズ・ロックト・ループを有するので、揺動信号の周波数が広範囲に変動しても正確な周波数の逓倍が可能となる。

請求項７の発明によれば、投影面における光スポットの位置を共振周波数で振動させ、揺動信号を発生し、揺動信号の周波数を基準周波数としてクロックを生成する光走査装置の制御方法としたので、光学素子に固有の共振周波数が、温度、湿度等の環境によって変化しても、固体差による共振周波数の違いがあっても、安定した光走査をおこなうことができる。

本実施形態に係る光走査装置は、画像信号に応じた光ビームを発生する光ビーム発生部と、光ビームを投影面に導く光路部と、光ビームの出射方向を変化させる光走査部と、を備える光走査装置において、光走査部は、光ビームが照射され、所定の共振周波数で共振する可動部材を有する揺動型光走査機構と、揺動型光走査機構を共振周波数で共振させる駆動信号を発生する駆動信号発生器と、光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生する揺動信号発生器と、を具備し、光ビーム発生部は、揺動信号の周波数を基準周波数として時系列処理の基準となるドットクロックを生成するドットクロック生成器を具備するものである。

ここで、揺動型光走査機構は、光ビームの出射方向に変化を与えるための機構であれば、特に限定はないが、この機構が共振系を構成することが、本実施形態では重要である。一例としては、揺動する反射ミラー（鏡面）に光ビームを反射させて、光ビームの出射方向に変化を与えるものであってもよい。

そして、この反射ミラーは駆動力により付勢され、共振系の有する固有の周波数で振動させられるものである。付勢は、圧電作用力、電磁力、静電力、熱変形力等の種々の駆動力に基づくものであってもよいが、圧電作用力を用いる場合には特に装置の小型化に寄与するものである。

すなわち、圧電素子を用いる場合には、揺動型光走査機構は、光ビームを反射する反射ミラーと、反射ミラーに連結され、可動部材を共振周波数で振動させるねじり振動を発生する第１の弾性部材と、第１の弾性部材を付勢する駆動用圧電素子と、を有するものとすれば、揺動型光走査機構、さらには光走査装置の小型化、軽量化、低価格化ができる。

また、光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生する揺動信号発生器は、圧電作用、電磁作用、静電作用等の結果として最終的に電気信号を発生させるものであれば特に限定はないが、圧電作用を用いる場合には特に装置の小型化に寄与するものである。

すなわち、圧電素子を用いる場合の一構成として、揺動信号発生器は、反射ミラーに連結され、共振周波数のねじり振動を伝える第２の弾性部材と、第２の弾性部材の歪を検出する検出用圧電素子と、を有するものとすれば、反射ミラーに各々連結された揺動型光走査機構を構成する第１の弾性部材と、揺動信号発生器を構成する第２の弾性部材とを介して、揺動型光走査機構と揺動信号発生器とを容易に一体の構成とすることができるので、光走査装置の小型化、軽量化、低価格化ができる。

さらには、揺動信号発生器は、揺動型光走査機構と一体となって自ら自励発振をするものとできる。揺動信号を正帰還発振させれば、正確に、この共振周波数において可動部材を振動させることができる。

また、揺動信号の正帰還発振を生じさせるには、例えば、駆動信号発生器は、揺動信号を位相シフト回路によって位相推移量を変化させて、正帰還発振を生じさせるものとしてもよい。すなわち、揺動型光走査機構は共振周波数の近傍では２次以上の高次系としての特性を呈するので、そのゲイン特性は共振周波数で急激に上昇し、位相特性は共振周波数の前後で大きく（例えば１８０°程度）変化する。したがって、適切なる位相特性を有する位相推移器をフィードバック制御系に含めれば、正確に共振周波数で自励発振を生じさせることができる。このような自励発振においては、揺動型光走査機構の可動部材の共振周波数が温度で変化し、固体差によりまちまちなものとなっても、可動部材を共振周波数で振動させることができる。

さらに、駆動信号発生器は、光ビームの出射方向を所定の範囲内とするものとしてもよい。例えば、ＡＧＣ回路を設けることによって、揺動型光走査機構の温度特性や固体差によらず光ビームを所定の範囲内で走査することができる。

光路部は、光ビームの通過方向をアークサイン関数で補正する光学素子を有するものとしてもよい。光ビームが照射される可動部材が共振周波数で振動する場合にはこのようにして、サイン関数で表されるような不均一な分布となったドットクロックごとの画像情報は、アークサイン関数で補正する光学素子を用いることによって走査方向に対する情報密度を均一とすることができ、画像の品質の向上が図れる。

すなわち、本実施形態の光ビーム発生部はドットクロック生成器を有し、生成されるドットクロックは、光走査装置における時系列処理の基準とされる。一方、共振周波数で共振する可動部材に光ビームを照射するとともに、略均一な周期のドットクロックを基準に信号処理をおこなう場合おいては、可動部材の運動はサイン波状であるにもかかわらず、ドットクロックは略時間的な均一性（周期が略一定）を保っているので、外部クロックによりサンプルされた画像データをドットクロックで処理すると光スポットの走査によって生じる画像は空間的に歪を生じてしまう。

なお、ドットクロックとは、表示する光スポットの最小単位である１のドットから次のドットまでの時間を単位とするクロックであり、光走査装置ごとに異なる特性を有する揺動型光走査機構の可動部材が有する共振周波数の整数倍の周波数の信号である。一方外部クロックとは、光ビーム発生部に対してホストコンピュータ、放送施設、光ディスクドライブ装置等の外部装置から画像を送出する場合の画像の最小単位である１のドットから次のドットまでの時間、またはその整数分の１の時間を単位とするクロックであり、放送施設、光ディスクドライブ装置ではＸ'ｔａｌ（水晶発振器）精度を有しており、装置の固体差に依存しない固定周波数の信号である。

ここにおいて、揺動信号発生器からの揺動信号を逓倍してドットクロックを発生するドットクロック生成器はフェーズ・ロックト・ループを有するものとしてもよい。フェーズ・ロックト・ループを用いてクロックの生成をおこなう場合には、例えばＶＸＯ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）を用いる場合に比較して広範な周波数範囲のクロックの生成が可能となるので、揺動型光走査機構の共振周波数が広範なものとなり揺動信号の周波数が広い範囲で変化した場合にも容易に周波数の逓倍ができる。

本実施形態の光走査装置の制御方法は、ドットクロックに基づいて強度変調された光ビームの出射方向を光学素子によって変化させ、光スポットを投影面に走査する光走査装置の制御方法において、投影面における光スポットの位置を光学素子に固有の共振周波数で振動させ、光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生し、揺動信号の周波数を逓倍することによってドットクロックを生成する光走査装置の制御方法である。

このような方法でクロックを生成する場合には、共振周波数で振動させられた光学素子によって光スポットを投影面に走査するのみならず、光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号の周波数を逓倍してドットクロックを生成するので、光スポットの空間的な位置とクロックごとに処理される信号処理の時間経過との関係に整合性を持たせることができる。

以下、実施形態のいくつかの具体例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る光走査装置１の概念図である。

（光走査装置１の構成と動作の概略）
この光走査装置１は、光ビーム発生部１１と、光路部と、光走査部とを主要な構成部とする。

光路部は、光ビーム合成器６２ａ、光ファイバ６２ｂ、第１のレンズユニット６２ｃ、第２のレンズユニット６２ｄおよび第３のレンズユニット６２ｅから構成されており、光走査装置１に分散して配置されている。

光走査部は、水平走査部６３ａと垂直走査部６３ｂとから構成されている。

この光走査装置１は、外部装置（図示せず）から、映像信号を取り込み、その画像信号に応じたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の光ビームを発生させ、光ビーム合成器６２ａで合成した後、その合成された光ビームを光ファイバ６２ｂで人間の眼球８０の付近まで導き、第３のレンズユニット６２ｅと水晶体８０ａとによって網膜８０ｂの上に光スポットを結像させる。そして、水平走査部６３ａにおいて、網膜８０ｂの上に焦点を結ぶ光スポットが水平方向に走査するように光ビームの方向を変化させ、垂直走査部６３ｂにおいて、画像観察者の網膜８０ｂの上に焦点を結ぶ光スポットが垂直方向に走査するように光ビームの方向を変化させる。

このような光走査装置１は、光スポットを２次元に走査して、画像観察者に画像を認識させるものであり、網膜走査型ディスプレイ装置と称されている。

（光走査装置１の各部の説明）
（光路部の説明）
光路部は、光ビーム合成器６２ａ、光ファイバ６２ｂ、第１のレンズユニット６２ｃ、第２のレンズユニット６２ｄ、第３のレンズユニット６２ｅ、さらには水平反射ミラー８、ガルバノ反射ミラー２１０からなり、これらの部材は光走査装置１の各部に分散して光ビームの照射される光路上に配置されている。

光ビーム発生部１１に配された赤色のレーザ光発光素子（以下、「Ｒレーザ」と省略する）２０ａ、緑色のレーザ光発光素子（以下、「Ｇレーザ」と省略する）２０ｂ、青色のレーザ光発光素子（以下、「Ｂレーザ」と省略する）２０ｃの各々で発光された光ビームは、これら光路部によって導かれ、最終的には、人間の眼球８０の水晶体８０ａで最終的に集光され網膜８０ｂに光スポットを結像する。

光ビーム合成器６２ａは、コリメートレンズ２７ａ、コリメートレンズ２７ｂ、コリメートレンズ２７ｃ、ダイクロイック反射ミラー２８ａ、ダイクロイック反射ミラー２８ｂ、ダイクロイック反射ミラー２８ｃおよび結合レンズ２９を備え、Ｒレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃの各々で発光された光ビームをコリメートレンズ２７ａ、コリメートレンズ２７ｂ、コリメートレンズ２７ｃで平行光とし、ダイクロイック反射ミラー２８ａ、ダイクロイック反射ミラー２８ｂ、ダイクロイック反射ミラー２８ｃで合成して、この合成された光ビームを結合レンズ２９で集光して光ビームを光ファイバ６２ｂに導く。

光ファイバ６２ｂは、眼球８０の近傍に設けられた水平走査部６３ａおよび垂直走査部６３ｂに光ビームを導くためのものである。

第１のレンズユニット６２ｃは光ファイバ６２ｂを通過した光ビームを水平反射ミラー８に反射させるために光ビーム径を拡げるために設けられている。

第２のレンズユニット６２ｄは、水平反射ミラー８で反射された光ビームをガルバノ反射ミラー２１０に導くものである。第２のレンズユニットは、網膜８０ｂの上に結像する光スポットの水平方向の位置をアークサイン関数で変換するような補正光学素子を用いてもよく、このような光学素子を用いれば、本実施形態の水平反射ミラー８をサイン波状に振動させる場合においても光スポットによって生じる２次元画像の水平方向の歪を修正できる。水平反射ミラー８は可動部材に固着され網膜８０ｂの上で光スポットを水平方向に走査するようになされている。

ガルバノ反射ミラー２１０は光ビームの反射方向を変化させ、網膜８０ｂの上で光スポットを垂直方向に走査するようになされている。

第３のレンズユニット６２ｅは、ガルバノ反射ミラー２１０で反射された光ビームが水晶体８０ａを通過して網膜８０ｂに光スポットを結像させるためのものである。

第１のレンズユニット６２ｃないし第３のレンズユニット６２ｅが複合のレンズ等を用い複数の光学部品から構成されているのは、収差が発生するのを防ぐためである。同一の目的を達するためには単一の非球面レンズを用いてもよく、その構成は実施形態に限定されるものではない。

（光ビーム発生部１１）
図２ないし図５に示す図面を参照して、本実施形態の要部である光ビーム発生部１１について説明する。

光ビーム発生部１１は、図２に示すように、光ビーム変調器１４、画像変換器２３、バッファメモリ２４、ＲＯＭ１７、ＲＡＭ１８、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）１９、Ｒレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃ、同期信号発生器２１、およびドットクロック生成器２２を備えている。

画像信号Ｄｓｉｇは、本実施形態では、複数のビットから構成される並列データのＲＧＢコンポーネント信号として画像変換器２３に外部クロックＧｃｋごとに入力される。

画像信号Ｄｓｉｇのデータフォーマット（図４（Ｇ）、図５（Ｈ）を参照）は、水平同期信号データＤｈｓｙｎｃ、水平走査行番号データＤｓｎ（Ｄｓｎ（１）からＤｓｎ（ｊ）として１番からｊ番までの水平走査の行番号を示す複数のデータで構成される。）、コントロールデータＤｃｏｎ（Ｄｃｏｎ（１）からＤｃｏｎ（ｍ）までのｍ個の複数のデータから構成され、コントロールのために使用される）、光スポットの１ドットに対応するドット・データＤ（Ｄ（１）からＤ（ｎ）までのｎ個の複数のデータから構成され、水平方向に１番目からｎ番目まで網膜８０ｂに結像する光スポットのドットごとのデータ）および水平ブランキングデータＤｈｂ（Ｄｈｂ（１）からＤｈｂ（ｇ）までのｇ個の複数のデータから構成されている）から１つの水平走査線に対応するデーダが構成されるものである。

そして、水平走査行番号データＤｓｎの値として、水平走査行番号データＤｓｎ（１）から水平走査行番号データＤｓｎ（ｊ）までで示される各々の水平走査の行において、１個の水平同期信号データＤｈｓｙｎｃ、１個の水平走査行番号データＤｓｎ、ｍ個のコントロールデータＤｃｏｎ、ｎ個のドット・データＤ、ｇ個の水平ブランキングデータＤｈｂの順で繰リ返して画像信号Ｄｓｉｇは光ビーム発生部１１に送信されてくる。

ここで、水平走査行番号データＤｓｎの値として、水平走査行番号データＤｓｎ（１）から水平走査行番号データＤｓｎ（ｆ）までで示される行に含まれるドット・データＤにおいては、各々の行におけるドット・データＤ（１）からドット・データＤ（ｎ）までの各々に網膜８０ｂの上に表示をすべきデータが書き込まれている。

一方、水平走査行番号データＤｓｎ（ｆ＋１）から水平走査行番号データＤｓｎ（ｊ）までの行に含まれるドット・データＤにおいては、ドット・データＤ（１）からドット・データＤ（ｎ）の各々に垂直ブランキングデータＤｖｂが書き込まれている。そして、垂直ブランキングデータＤｖｂの１フレーム（走査によって形成される１つの画面を構成する単位）における総数は（ｊ−ｆ−１）×ｎ（個）となる。ここで、水平ブランキングデータＤｈｂおよび垂直ブランキングデータＤｖｂは、Ｒレーザ２０ａ、Ｒレーザ２０ａおよびＲレーザ２０ａの各々を発光させることがない信号であって、水平走査および垂直走査における帰線のための時間を確保するために設けられている。

すなわち、画像信号Ｄｓｉｇは複数のビットからなる、（１＋１＋ｍ＋ｎ＋ｇ）×ｊ（個）のデータから１フレームが構成され、そのうち実際に光スポットの輝度を変調するデータの数は、ｎ×ｆ（個）である。

なお、画像信号Ｄｓｉｇが他の方式に基づく信号、例えば、１ビットごとの直列データのＹＩＱコンポーネント信号等である場合には、外部クロックＧｃｋを別個に入力することなく、画像信号Ｄｓｉｇからフェーズ・ロックト・ループ（ＰＬＬ）（図示せず）によって外部クロックＧｃｋを生成し、ＹＩＱコンポーネント信号を並列の本実施形態のＲＧＢコンポーネント信号に変換するフォーマット変換器（図示せず）を用いて変換して、さらに、１フレームで完結するように、インターレース走査からプログレッシブ走査に変換して、この変換された並列データを画像信号Ｄｓｉｇとして、ＰＬＬで生成した外部クロックＧｃｋとともに画像変換器２３に入力することもできる。

画像変換器２３は、バスラインＢｕｓを介して、ＣＰＵ１９をはじめとする他のブロックと接続され、インテリジェント機能を有し、ＣＰＵ（中央演算装置）１９によって制御される。さらに、デュアルポートタイプのＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎｐｕｔ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）型の記憶機能も有するものであり、ドットクロックＤｃｋ単位で光ビーム変調器１４にＲレーザ、Ｂレーザ、Ｇレーザの各々を変調する並列データで構成される画像変調信号Ｍｓｉｇを送り込むことができるようになされている。

画像変換器２３は、バスラインＢｕｓを介してＣＰＵ１９によって制御されるとともに、画像信号Ｄｓｉｇから画像変調信号Ｍｓｉｇを得るためにバッファメモリ２４を制御する。

バッファメモリ２４は、外部クロックＧｃｋとドットクロックＤｃｋとによるデータ処理速度（データ転送レート）の違いを吸収するためのもので、外部クロックＧｃｋとドットクロックＤｃｋとによるデータ処理速度（データ転送レート）に異なりが大きいほど必要とされるバッファメモリ２４の容量は増加する。

本実施形態においては、１行の走査（水平方向の走査）の期間における外部クロックＧｃｋとドットクロックＤｃｋとによるデータ転送レートの違いは、２段階で吸収するようにしており、第１段階では、後述する後側光ビーム停止期間Ｔｉｄｌ２で吸収するようにしており、この場合にはバッファメモリ２４の容量は、１行分のドット・データＤの容量であるｎ個分のメモリサイズを備えれば十分である。また、第２段階では、後述する垂直ブランキング期間Ｔｖｂｌｎｋで吸収するようにしており、この場合には、１フレーム分のドット・データＤの容量であるｎ×ｊ個の分のメモリサイズを備えれば十分である。

具体的には、後述する共振周期Ｔｗｓｉｇが長いために、外部クロックＧｃｋによるデータ転送レートがドットクロックＤｃｋによるデータ転送レートを上回る場合には、後側光ビーム停止期間Ｔｉｄｌ２を短くし、共振周期Ｔｗｓｉｇが短いために、外部クロックＧｃｋによるデータ転送レートがドットクロックＤｃｋによるデータ転送レートを下回る場合には、後側光ビーム停止期間Ｔｉｄｌ２を長くして、この間のデータ転送レートの違いはバッファメモリ２４で吸収することができる。

また、１水平走査の期間内で吸収できない程にデータ転送レートが異なる場合には、１行の走査の時間内では、時間処理の整合を図ることができないので、共振周期Ｔｗｓｉｇが長い場合には、垂直ブランキング期間Ｔｖｂｌｎｋを短くし、共振周期Ｔｗｓｉｇが短い場合には、垂直ブランキング期間Ｔｖｂｌｎｋを長くして、この間のデータ転送レートの違いをバッファメモリ２４で吸収することができる。

同期信号発生器２１は、光ビーム変調器１４における処理をおこない、垂直走査部６３ｂにおける光ビームの方向を変えるトリガとなる信号を発生させて、網膜８０ｂの上に走査される光スポットの位置の同期を取るためのものである。すなわち、光スポットの水平方向の位置および垂直方向の位置とＲレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃの輝度との同期を取って、網膜８０ｂの上に２次元の画像を出現させるためのものである。

同期信号発生器２１は、垂直走査部６３ｂに供給すべき垂直同期のための垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを発生し、垂直走査部６３ｂに供給すべき垂直走査リセット信号Ｖｒｅｓｅｔを発生し、さらに光ビーム変調器１４と画像変換器２３に出力されるゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋを発生する。これらの画像変換器２３から発生される信号は、画像変換器２３からの水平同期信号データＤｈｓｙｎｃ、垂直同期信号データＤｖｓｙｎｃ、ドットクロック生成器２２からのドットクロックＤｃｋおよび２値化揺動信号Ｗｓｉｇに基づいて生成されるようになされている。

光ビーム変調器１４は、画像変調信号Ｍｓｉｇによって特定されるレーザの発光輝度をドットクロックＤｃｋに基づき１ドットごとに制御する。画像変調信号Ｍｓｉｇは画像信号Ｄｓｉｇからドット・データＤのみを抜き出した信号であり、ドット・データＤは、赤の強度の情報を表す信号（以下、Ｒ信号と省略する）、緑の強度の情報を表す信号（以下、Ｇ信号と省略する）、青の強度の情報を表す信号（以下、Ｂ信号と省略する）を含む複数のビットで構成されるものである。そして、光ビーム変調器１４は、Ｒ信号の大きさに応じてＲレーザ２０ａを変調し、Ｇ信号の大きさに応じてＧレーザ２０ｂを変調し、Ｂ信号の大きさに応じてＢレーザ２０ｃを変調する。

ドットクロック生成器２２は、２値化揺動信号Ｗｓｉｇを逓倍した信号であるドットクロックＤｃｋを生成する。ドットクロック生成器２２にはフェーズ・ロックト・ループが用いられる。

図３にフェーズ・ロックト・ループの一例をしめす。図３において、位相比較器２２０は２値化揺動信号Ｗｓｉｇと、１／Ｎカウンタ２２３からのドットクロックＤｃｋの周波数を１／Ｎに分周した信号である分周周波数信号Ｓｆｄｉｖとの位相比較をおこない位相誤差信号Ｓｐｃを出力する。ラグ・リードフィルタ２２１は制御ループの位相補償とゲイン補償とをおこないループ特性の最適化を図るために位相誤差信号Ｓｐｃから補償後位相誤差信号Ｓｌｐｃを出力する。ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｏｒｏｌｅｄ Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）２２２は、補償後位相誤差信号Ｓｌｐｃに応じた周波数のドットクロックＤｃｋを生成する。

このような制御ループにおいては、２値化揺動信号Ｗｓｉｇと分周周波数信号Ｓｆｄｉｖの各々のエッジ位置が所定の関係を保つように制御されるので、２値化揺動信号Ｗｓｉｇと分周周波数信号Ｓｆｄｉｖの周波数は完全に一致する。したがって、ドットクロックＤｃｋの周波数は２値化揺動信号Ｗｓｉｇの周波数をＮ倍に逓倍したものとなる。

ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１７、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１８はバスラインＢｕｓに接続されており、ＣＰＵ１９は、ＲＯＭ１７に記憶された手順に従って、ＲＡＭ１８に処理の経過を書込み、またはＲＡＭ１８から処理の経過を読み出す。

以下に、タイミングチャートに沿って、光ビーム発生部１１の動作の概要を説明する。
（水平同期系の説明）
図４に水平同期系に関するタイミングチャートを示す。

図４（Ａ）ないし図４（Ｇ）の各々の横軸は、時間ｔを表す。図４（Ａ）は、水平走査部６３ａからの２値化揺動信号Ｗｓｉｇであり、図４（Ｂ）は、フェーズ・ロックト・ループ（ＰＬＬ）によって生成されたドットクロックＤｃｋであり、図４（Ｃ）は、同期信号発生器２１で生成される水平同期信号Ｈｓｙｎｃであり、図４（Ｄ）は、同期信号発生器２１で生成されるゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋであり、図４（Ｅ）に示すデータ保持期間Ｔｄｈｏｌｄは、ドット・データＤが光走査装置１に取り込まれてから光ビーム変調器１４によっておこなわれるレーザの発光に至るまでのバッファメモリ２４に保持される時間である。図４（Ｆ）は、外部クロックＧｃｋであり、図４（Ｇ）は、画像信号Ｄｓｉｇである。なお、図４（Ｂ）ないし図４（Ｄ）に示す図は、図４（Ａ）において、丸印の近傍の時間軸を拡大した部分拡大図であり、図４（Ｆ）および図４（Ｇ）に示す図は、図４（Ｅ）において、丸印の近傍の時間軸を拡大した部分拡大図である。

上述した各々の信号の概要について説明をする。水平同期信号Ｈｓｙｎｃは、２値化揺動信号Ｗｓｉｇを基準として生成される。これによって、共振周波数で振動する水平反射ミラー８の運動、すなわち、光ビームが光学系によって作る網膜８０ｂの上の光スポットの水平方向における移動位置と、水平同期信号Ｈｓｙｎｃとは完全に同期することになる。ここで、２値化揺動信号Ｗｓｉｇの１周期の時間である共振周期Ｔｗｓｉｇは、水平反射ミラー８が配された可動部材の共振周波数の逆数となる。

水平反射ミラー８に光ビームが照射され、光ビーム方向は変化させられるが、水平反射ミラー８の位置によっては走査の直線性が劣る。したがって、共振周期Ｔｗｓｉｇの中でも直線性が劣る部分ではレーザ光の照射を停止するために、２値化揺動信号Ｗｓｉｇの立ち上がり後の所定長の前側光ビーム停止期間Ｔｉｄｌ１（図４（Ｃ））が経過した後に水平同期信号Ｈｓｙｎｃが立ち上がるようにした。

また、共振周期Ｔｗｓｉｇのうちで、２値化揺動信号Ｗｓｉｇがハイレベル（図４において、図面の上方をハイレベルとする）である部分では、光スポットは網膜８０ｂの上を右から左に走査され、２値化揺動信号Ｗｓｉｇがローレベルである部分では、走査方向が反転して、光スポットは左から右に走査される。

一方、画像信号Ｄｓｉｇは、プログレッシブ、かつ一方向にのみ走査されることを予定しているので、図４（Ａ）において、光スポットが右から左へと走査する期間に相当する、２値化揺動信号Ｗｓｉｇがハイレベルとなる範囲でのみ水平同期信号Ｈｓｙｎｃがハイレベルとなるように水平ブランキング期間Ｔｈｂｌｎｋを設けている。さらに、可動部材に応じてばらつきを生じる共振周期Ｔｗｓｉｇの影響を吸収し、さらには、直線性が劣る部分ではレーザ光の照射を停止するために、後側光ビーム停止期間Ｔｉｄｌ２が設けられている。

そして、画像信号Ｄｓｉｇの１回の水平走査に対応する分のドット・データＤの数と同じ数であるｎ個のドットクロックＤｃｋをカウントする時間である光ビーム照射期間Ｔｈｄａｔａ１が経過した後に水平同期信号Ｈｓｙｎｃが立下るようにした。

この水平同期信号Ｈｓｙｎｃによって、ドットクロックＤｃｋにゲートを施して図４（Ｄ）のゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋを発生させる。

このゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋに同期して、光ビームは照射される。具体的には、ゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋに同期して光ビーム変調器１４に画像変換器２３から画像変調信号Ｍｓｉｇが送り出され、ゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋの１クロックごとにＲレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃが画像変調信号Ｍｓｉｇによって定められる強度で照射される。

このときに、バッファメモリ２４には、すでに取り込まれた複数のドット・データＤが整列されているので、符号Ｄｃｈ１（図４（Ｄ））で示す位置にあるゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋの立ち上がりに同期してドット・データＤ（１）に対応する画像変調信号Ｍｓｉｇが光ビーム変調器１４に送り出されてＲレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃを変調し、次のゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋの立ち上がりに同期してドット・データＤ（２）に対応する画像変調信号Ｍｓｉｇが光ビーム変調器１４に送り出されてＲレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃを変調し、最後に符号Ｄｃｈｎ（図４（Ｄ））に対応する画像変調信号Ｍｓｉｇがゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋの立ち上がりに同期してドット・データＤ（ｎ）が光ビーム変調器１４に送り出されてＲレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃを変調して水平走査の１行が終了する。

そして、ある１つの行の走査が完了すると、水平同期期間Ｔｓｙｎｃ経過後に、再び水平同期信号Ｈｓｙｎｃを発生させて、その次の行の走査を開始する。

図４（Ｅ）は、バッファメモリ２４にどのようにドット・データＤが記憶されるかの概念を示す。ゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋによる画像変調信号Ｍｓｉｇのデータ転送レートと外部クロックによる画像信号Ｄｓｉｇのデータ転送レートの差異が小さいときには、データ保持期間Ｔｄｈｏｌｄは短く、また、画像変調信号Ｍｓｉｇのデータ転送レートと画像信号Ｄｓｉｇのデータ転送レートの差異が大きいときには、長くなる。

水平走査における画像変調信号Ｍｓｉｇのデータ転送レートは、共振周期Ｔｗｓｉｇによって定まるものであるが、画像信号Ｄｓｉｇのデータ転送レートは外部機器から発生される外部クロックＧｃｋによって定まるものであるので、例えば、画像変調信号Ｍｓｉｇのデータ転送レートが画像信号Ｄｓｉｇのデータ転送レートよりも大きく下回ってしまうと、光スポットが水平方向に走査している間にもどんどん光スポットとして表示できない画像信号Ｄｓｉｇが蓄積してしまう。このような場合には、やがて、データ保持期間Ｔｄｈｏｌｄは水平同期期間Ｔｓｙｎｃ以上となってしまい、その後に取り込まれる画像信号Ｄｓｉｇについてのデータ保持期間Ｔｄｈｏｌｄは累積的に加算されて増加する。

しかしながら、このデータ保持期間Ｔｄｈｏｌｄが垂直ブランキング期間Ｔｖｂｌｎｋの中でリセットできる長さであれば、光スポットによる２次元の画像の再生は滞りなくその後も連続的におこなうことができるものである。

図４（Ｆ）と図４（Ｇ）とは、画像信号Ｄｓｉｇのデコードされるタイミングを示すものである。図４（Ｆ）に示す外部クロックＧｃｋごとに図４（Ｇ）に示す画像信号Ｄｓｉｇをデコードする。

このとき、ドット・データＤ（１）（図４（Ｇ）において符号Ｄ（１）で表す）は、符号Ｇｃｈ１（図４（Ｆ））で示す外部クロックＧｃｋによって抜き出され、データ保持期間Ｔｄｈｏｌｄの間、バッファメモリ２４において、ドット・データＤ（１）が記憶されるべき領域に保持される。そして、右側の符号Ｄｃｈ１（図４（Ｄ））で示すゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋによって画像変調信号Ｍｓｉｇとして画像変換器２３から光ビーム変調器１４に送り出される。

ここで、画像信号Ｄｓｉｇからドット・データＤ（１）がどのように特定されるかの説明をする。水平同期信号データＤｈｓｙｎｃは、水平走査行番号データＤｓｎ、コントロールデータＤｃｏｎ、ドット・データＤおよび水平ブランキングデータＤｈｂと区別できる特別のビット配置（ユニークパターン）となっているので容易に抜き出すことが可能となる。このようにして、光走査装置１に連続して入力される画像信号Ｄｓｉｇにおける水平同期信号データＤｈｓｙｎｃの位置を特定してしまえば、予めその配列が特定されている、水平走査行番号データＤｓｎおよびドット・データＤの位置も特定できることとなる。そして、水平走査の行の番号と、その行におけるドット・データＤ（１）ないしドット・データＤ（ｎ）の内容をバッファメモリ２４に取り込むことが可能となる。

図４（Ｇ）では、符号Ｄｈｓｙｎｃで水平同期信号データＤｈｓｙｎｃを示す。符号Ｄｓｎ（ｈ）は、走査行番号がｈ番目であることを示すものである。また、符号Ｄｃｏｎ（１）等は、上述した制御に用いるｍ個のデータを示し、符号Ｄ（１）等はｎ個からなるドット・データＤを示し、符号Ｄｈｂ（１）等は水平ブランキングデータＤｈｂを示すものである。

図４（Ｃ）に示す水平同期期間Ｔｓｙｎｃの長さと図４（Ｅ）に示す水平同期信号データ期間Ｔｄｈｓｙｎｃの長さとは一致しておらず、図４（Ｂ）に示すドットクロックＤｃｋの１周期の長さと図４（Ｆ）に示す外部クロックＧｃｋの１周期の長さとは一致していない。しかしながら、符号Ｄｃｈ１で示すクロックから符号Ｄｃｈｎで示すクロックまでの間に存在するドットクロックＤｃｋの数と、符号Ｇｃｈ１で示すクロックから符号Ｇｃｈｎで示すクロックまでの間に存在する外部クロックＧｃｋの数はともにｎ個となり一致しているので、水平方向への光スポットの走査に用いるデータの個数に過不足はなく、画像信号Ｄｓｉｇのデータ転送レートと画像変調信号Ｍｓｉｇのデータ転送レートの違いは、上述したようにデータ保持期間Ｔｄｈｏｌｄの間、ドット・データＤを記憶するバッファメモリ２４で吸収される。

以上を要約すると、画像変換器２３によってドット・データＤ（１）ないしドット・データＤ（ｎ）はバッファメモリ２４の所定の場所に配置される。そして、右端に対応する１番目のドット・データＤ（１）から第ｎ番目のドット・データＤ（ｎ）までがドットクロックＤｃｋごとに順に光ビーム変調器１４に送りだすように制御がなされる。

（垂直同期系の説明）
水平同期系について、動作の概要を説明したが、垂直方向についても、垂直同期を図らなければ、網膜８０ｂの上に所望の像を得ることができない。垂直同期信号Ｖｓｙｎｃは、網膜８０ｂの上における光スポットの垂直方向の位置と画像信号Ｄｓｉｇの表示すべきデータとの整合を取るように同期信号発生器２１において生成される

図５に垂直同期系に関するタイミングチャートを示す。図５（Ａ）ないし図５（Ｈ）の各々の横軸は、時間ｔを表す。

図５（Ａ）は、同期信号発生器２１から垂直走査部６３ｂに出力される垂直同期信号Ｖｓｙｎｃであり、図５（Ｂ）は、同期信号発生器２１から垂直走査部６３ｂに出力される垂直走査リセット信号Ｖｒｅｓｅｔであり、図５（Ｃ）は、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃおよび垂直走査リセット信号Ｖｒｅｓｅｔに基づいて、垂直走査部６３ｂにおいて生成されるガルバノ反射ミラー２１０を駆動する垂直駆動信号Ｓｄｖａｃであり、図５（Ｄ）は、同期信号発生器２１において生成される水平同期信号Ｈｓｙｎｃであり、図５（Ｅ）はゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋ（黒い枠の中は、ｎ（個）のドットクロックＤｃｋを表す）であり、図５（Ｆ）は、画像変換器２３で生成される垂直同期信号データＤｖｓｙｎｃであり、図５（Ｇ）は、外部クロックＧｃｋであり、図５（Ｈ）は、画像信号Ｄｓｉｇである。なお、図５（Ｄ）および図５（Ｆ）に示す波形は図５（Ｃ）において、丸印の近傍の時間軸を拡大した部分拡大図であり、図５（Ｇ）および図５（Ｈ）に示す波形は図５（Ｆ）において、丸印の近傍の時間軸を拡大した部分拡大図である。

すなわち、図５（Ａ）に示す垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりで、網膜８０ｂの右上端部に光スポットを結像させるように、ガルバノ反射ミラー２１０は制御されるとともに、この光スポットの位置に対応する画像変調信号Ｍｓｉｇを画像変換器２３から光ビーム変調器１４に送り出し、光ビーム変調器１４において画像変調信号Ｍｓｉｇ（右上端部の位置に該当するドット・データＤ）が示す発光輝度でＲレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂおよびＢレーザ２０ｃの各々が発光する。そして、その後は右から左へと水平方向に光スポットを走査するとともに、上から下へと光スポットを走査する。以下に垂直同期信号Ｖｓｙｎｃおよび垂直走査リセット信号Ｖｒｅｓｅｔの発生過程を説明する。

図５（Ｈ）は画像信号Ｄｓｉｇの一部を示す。図５（Ｈ）に示す画像信号Ｄｓｉｇの内容は図５（Ｇ）に示す外部クロックＧｃｋに基づいて、画像変換器２３において読み出される。このときに、水平同期信号データＤｈｓｙｎｃを検出して画像信号Ｄｓｉｇの配列が特定される。そして、水平走査行番号データＤｓｎの内容を読み出し、その内容が１番目の行番号を示す場合（図５（Ｈ）では符号Ｄｓｎ（１）で示す）ときには垂直同期信号データＤｖｓｙｎｃが画像変換器２３で生成される。

そして、垂直同期信号データＤｖｓｙｎｃによって１フレームにおける光スポットとしての表示されるべき位置を特定されたドット・データＤ（１）ないしドット・データＤ（ｎ）はバッファメモリ２４の所定の場所に配置される。このようにして、右上端に対応する第１行目の１番目のドット・データＤ（１）から第ｆ行目の第ｎ番目のドット・データＤ（ｎ）までがドットクロックＤｃｋごとに画像変調信号Ｍｓｉｇとして順に光ビーム変調器１４に送りだされる準備が整う。

また、垂直同期信号データＤｖｓｙｎｃは、図５（Ｆ）に示すタイミングで、同期信号発生器２１に送られる。

そして、この垂直同期信号データＤｖｓｙｎｃを水平同期信号Ｈｓｙｎｃの立ち上がりに同期して出力した信号が図５（Ａ）に示す垂直同期信号Ｖｓｙｎｃである。ここで、水平同期信号Ｈｓｙｎｃはゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋおよびドットクロックＤｃｋの立ち上がりと同期しているので、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりも、ゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋおよびドットクロックＤｃｋの立ち上がりと同期したものとなる。

このような垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりに同期して、図５（Ｃ）に示す垂直駆動信号Ｓｄｖａｃの電圧値が一定の傾斜で増加する。そしてこの垂直駆動信号Ｓｄｖａｃがガルバノ反射ミラー２１０に印加されて垂直方向の走査を開始する。そして、水平同期信号Ｈｓｙｎｃの数がｆ個（ゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋの数がｆ×ｎ個）に達したときに、水平同期信号Ｈｓｙｎｃの送出、ゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋの送出が停止して、図５（Ｂ）に示す垂直走査リセット信号Ｖｒｅｓｅｔが発生され、垂直駆動信号Ｓｄｖａｃは、再び、垂直走査の開始の電圧に戻り、次のフレームの垂直方向の走査が開始されるのを待つ。ここで、水平同期信号Ｈｓｙｎｃの数がｆ個（ゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋの数はｆ×ｎ個）に達するまでの時間を有効垂直走査期間Ｔｖｅｆｅｃｔと定義する。垂直ブランキング期間Ｔｖｂｌｎｋと有効垂直走査期間Ｔｖｅｆｅｃｔとの和が垂直走査期間Ｔｖｓｙｎｃとなる。垂直駆動信号Ｓｄｖａｃの発生方法については後述する。

ここで、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりから次の垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりまでの垂直走査期間Ｔｖｓｙｎｃと、画像信号Ｄｓｉｇにおける水平走査行番号データＤｓｎから次の水平走査行番号データＤｓｎまでの垂直走査データ間期間Ｔｄｖｓｙｎｃとは、ドットクロックＤｃｋの１クロック精度内で一致したものとなる。

ここで、網膜８０ｂの上の光スポットを垂直方向に走査するためのガルバノ反射ミラー２１０の走査速度は水平反射ミラー８の走査速度に比べて遅く、垂直駆動信号Ｓｄｖａｃに応じた所望の制御がおこなえるので、水平反射ミラー８とは異なり、ガルバノ反射ミラー２１０を垂直駆動信号Ｓｄｖａｃによって制御することに何の問題も生じない。

なお、垂直ブランキング期間Ｔｖｂｌｎｋの長さは、共振周期Ｔｗｓｉｇの長さと関係をしている。共振周期Ｔｗｓｉｇが長くて１回ごとの水平同期期間Ｔｓｙｎｃの中で画像信号Ｄｓｉｇのデータ転送レートと画像変調信号Ｍｓｉｇのデータ転送レートの違いを吸収できない場合には、垂直ブランキング期間Ｔｖｂｌｎｋでこのデータ転送レートの違いを吸収する。

例えば、画像変調信号Ｍｓｉｇのデータ転送レートが小さい場合には、光スポットが１フレーム分走査し終わると、短い時間で次のフレーム分の画像信号Ｄｓｉｇが来るので、垂直ブランキング期間Ｔｖｂｌｎｋの長さは短くなる。

一方、画像変調信号Ｍｓｉｇのデータ転送レートが大きい場合には、光スポットが１フレーム分走査し終わり、より長い時間の経過後に次のフレーム分の画像信号Ｄｓｉｇが来る。このようにして、共振周期Ｔｗｓｉｇの長さがばらついた場合においても、共振周期Ｔｗｓｉｇの違いによって生じる光走査装置１の内部での画像変調信号Ｍｓｉｇのデータ転送レートと、画像信号Ｄｓｉｇのデータ転送レートとの違いは、バッファメモリ２４によって吸収できるものとなる。

以上を要約すると、本実施形態においては、ゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋの立ち上がりと、水平同期信号Ｈｓｙｎｃの立ち上がりが同期し、さらに水平同期信号Ｈｓｙｎｃの立ち上がりと垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりとが同期している。そして、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がり直後のゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋの立ち上がりで、バッファメモリ２４に整列されている第１行目の第１番目に該当するドット・データＤ（１）を光ビーム変調器１４に送って、Ｒレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃを発光させる。その後も順次、ゲーテッド・ドットクロックＧｄｃｋに基づき、バッファメモリ２４からのデータを読み出し光ビーム変調器１４に送って、Ｒレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃを発光させる。この結果、発光のタイミングと網膜８０ｂの上に結像される、Ｒレーザ２０ａ、Ｇレーザ２０ｂ、Ｂレーザ２０ｃの３つのレーザ光によって作られる光スポットの位置とを合わせることができる。

このような同期方式を採用すると、本実施形態において説明したＲＧＢコンポーネントのフォーマットを有する画像信号Ｄｓｉｇに限らず、一般に用いられている種々のフォーマット（例えば、ＮＴＳＣコンポジット、ＮＴＳＣコンポーネント、他のＲＧＢコンポーネント、ＭＵＳＥ、ＩＳＤＢ、ＤＶＤ等）の信号に対しても対応可能となる。

（水平走査部６３ａ）
光走査装置１は、水平走査部６３ａと垂直走査部６３ｂとを備えている。水平走査部６３ａは、光ビームの出射方向を変化させることによって網膜８０ｂにおける光スポットを水平に走査する機能を有する。水平走査部６３ａは網膜８０ｂの上において光スポットを水平方向に走査するための揺動型光走査機構である揺動型水平光走査機構１３０、揺動型水平光走査機構１３０に駆動信号を供給するための駆動信号発生器である水平駆動信号発生器３０(図８参照)、および揺動信号発生器４０(図８参照)を具備している。揺動型水平光走査機構１３０には光路部の一部を構成する水平反射ミラー８(図６参照)も含まれている。

揺動型水平光走査機構１３０は網膜８０ｂの上の光スポットを水平方向に走査するために、光ビームを反射させ光ビームの出射方向を変化させる水平反射ミラー８を配した可動部材を揺動させるが、本実施形態においては可動部材を共振させている。可動部材を共振させることによって水平反射ミラー８は大きな揺動の振幅を得ることができる。このように共振を利用すれば、小型の揺動型水平光走査機構１３０によって大きく光ビームの出射方向を変化させることができる。

図６には、揺動型水平光走査機構１３０が斜視図で示されている。揺動型水平光走査機構１３０は、略直方体のベース台２を備えており、そのベース台２には凹部がベース台２の上面中央部に開口する状態で形成されている。そのベース台２の上面に振動体５が固着される。このベース台２が光走査装置１の所定の場所に固着して配されている。

振動体５は、固定枠部７を備えており、その固定枠部７はベース台２の上面に支持される。ベース台２の上面に開口する凹部がベース台２に形成されているため、振動体５に形成された水平反射ミラー８の揺動時（振動時）に、水平反射ミラー８がベース台２に干渉しないようになされている。ベース台２は、微細な大きさを有するように形成されており、凹部は、例えばエッチングにより形成される。

振動体５は、平面視で略長方形を成す薄くて小さなシリコン板を基材として形成されている。そのシリコン板に振動体５の複数の構成要素が形成される。それら構成要素は、水平反射ミラー８と、その水平反射ミラー８に連結される板状の弾性部材９、弾性部材１２および弾性部材１３から構成される第１の弾性部材と、同じく水平反射ミラー８に連結される板状の弾性部材１０、弾性部材１５および弾性部材１６から構成される第２の弾性部材と、弾性部材１２、弾性部材１３、弾性部材１５および弾性部材１６の各々が接続される固定枠部７と、がある。ここで、振動体５の構成要素の中で水平反射ミラー８、第１の弾性部材および第２の弾性部材は、光走査装置１に固定される固定枠部７に対して可動する可動部材となっている。

それら構成要素はエッチングによりシリコン板上に形成される。本実施形態においては、それら構成要素が一体的に形成されることにより、振動体５が構成されている。

図６に示すように、水平反射ミラー８は、長方形または正方形を成して、振動体５の略中央部に配置されている。この水平反射ミラー８は、図６において横方向に延びる揺動軸線Ｌｒまわりに揺動させられることにより、その水平反射ミラー８に入射した光の反射方向を変化させる。

振動体５においては、水平反射ミラー８の一側には、弾性部材９から２本の弾性部材１２および弾性部材１３が互いに並列に分岐するようなされている。同様にして、水平反射ミラー８の他側には、弾性部材１０から２本の弾性部材１５および弾性部材１６が互いに並列に分岐するようになされている。そして、弾性部材９、弾性部材１２および弾性部材１３から構成される第１の弾性部材と、弾性部材１０、弾性部材１５および弾性部材１６から構成される第２の弾性部材とは、水平反射ミラー８を挟んで対称となる位置に配置されている。

第１の弾性部材においては、２本の弾性部材１２と弾性部材１３が、共に水平反射ミラー８の一側に位置して、揺動軸線Ｌｒを隔てて互いに対向している。同様に、第２の弾性部材においては、２本の弾性部材１５と弾性部材１６が、共に水平反射ミラー８の他側に位置して、揺動軸線Ｌｒを隔てて互いに対向している。第１の弾性部材に属する弾性部材１２と弾性部材１３とには駆動用圧電素子ａと駆動用圧電素子ｂがそれぞれ固着されている。一方、第２の弾性部材に属する弾性部材１５と弾性部材１６とには検出用圧電素子ｃと検出用圧電素子ｄがそれぞれ固着されている。

駆動用圧電素子ａと駆動用圧電素子ｂおよび検出用圧電素子ｃと検出用圧電素子ｄの各々は、薄板状を成して、弾性部材１２、弾性部材１３、弾性部材１５および弾性部材１６の片面に貼り付けられている。駆動用圧電素子ａ、駆動用圧電素子ｂ、検出用圧電素子ｃおよび検出用圧電素子ｄの各々は、同一の構造をしており、その貼付面と直角な方向において上部電極と下部電極とによって挟まれている。

また、駆動用圧電素子ａの上部電極と下部電極とは、それぞれ、リード線より、固定枠部７に設置された入力端子ａ１、入力端子ａ２に接続され、駆動用圧電素子ｂの上部電極と下部電極とは、それぞれ、リード線より、固定枠部７に設置された入力端子ｂ１、入力端子ｂ２に接続され、検出用圧電素子ｃの上部電極と下部電極とは、それぞれ、リード線より、固定枠部７に設置された出力端子ｃ１、出力端子ｃ２に接続され、検出用圧電素子ｄの上部電極と下部電極とは、それぞれ、リード線より、固定枠部７に設置された出力端子ｄ１、出力端子ｄ２に接続されている。

本実施形態においては、対を成す駆動用圧電素子ａ、駆動用圧電素子ｂがそれぞれ駆動源として機能し、揺動軸線Ｌｒのまわりに捩じり振動を生じさせて、水平反射ミラー８ーを揺動させる。そのため、駆動用圧電素子ａ、駆動用圧電素子ｂの各々の上部電極と下部電極との間に電圧が印加され、それにより、その印加方向と直交する向きすなわち長さ方向の変位が駆動用圧電素子ａ、駆動用圧電素子ｂに発生させられ、この変位は、弾性部材１２、弾性部材１３に伝えられる。

この変位により、図７に示すように、第１の弾性部材に屈曲が発生する。この屈曲は、固定枠部７との接続部を固定端とする一方、水平反射ミラー８との接続部を自由端として行われる。その結果、その屈曲の向きが上向きであるか下向きであるかにより、自由端が上向きまたは下向きに変位する。

そして、対を成す２個の駆動用圧電素子ａおよび駆動用圧電素子ｂによって、弾性部材１２と弾性部材１３のそれぞれの自由端が互いに逆向きに変位するように屈曲させられる。その結果、水平反射ミラー８は、図７に示すように、揺動軸線Ｌｒのまわりで回転させられる。ここで、水平反射ミラー８に揺動軸線Ｌｒまわりの揺動運動を発生させるために、２個の駆動用圧電素子ａおよび駆動用圧電素子ｂに交番電圧が互いに逆位相で印加される。

以上を要約すると、弾性部材１２および弾性部材１３は、それに貼り付けられた２個の駆動用圧電素子ａおよび駆動用圧電素子ｂの直線変位を屈曲運動に変換する機能を有し、この屈曲運動を弾性部材９の回転運動に変換する機能を有しているのである。そして弾性部材９の回転運動によって水平反射ミラー８が回転させられる。このようにばねを付勢する駆動源として圧電素子を用いる場合には装置の小型化が容易に図れるものとなる。

図７において、実線であらわされるのが駆動用圧電素子ａおよび駆動用圧電素子ｂに電圧を与えない場合の第１の弾性部材、第２の弾性部材、水平反射ミラー８の位置である（符号Ｓで指し示す）。また、破線であらわされるのが駆動用圧電素子ａおよび駆動用圧電素子ｂに交番電圧を与えた場合のある電圧における第１の弾性部材、第２の弾性部材、水平反射ミラー８の位置である（符号Ｋで指し示す）。

水平反射ミラー８の他側は、第２の弾性部材を構成する弾性部材１０に連結され、さらに分岐する弾性部材１５および弾性部材１６によって固定枠部７に接続されているので、水平反射ミラー８に生じた変位に応じて、第２の弾性部材の各部も変位し、揺動軸線Ｌｒを中心軸として、弾性部材１０は、弾性部材９と略同様に変位し、弾性部材１５は、弾性部材１２と略同様に変位し、弾性部材１６は、弾性部材１３と略同様に変位する。

弾性部材１５および弾性部材１６には、検出用圧電素子ｃおよび検出用圧電素子ｄが貼り付けられているので、弾性部材１５および弾性部材１６には屈曲運動が発生して、第２の弾性部材のねじれ量に応じた信号が出力端子ｄ１および出力端子ｄ２から得られる。このようにして、最終的には後述する揺動信号Ｓｗｓｉｇを得ることができる。このように第２の弾性部材のねじれ量に応じた信号の発生に圧電素子を用いれば、装置の小型化が可能になる。

また、第１の弾性部材の駆動源として圧電素子を用い、第２の弾性部材のねじれ量を検出する検出センサとして同一構造の圧電素子を用いる場合には、揺動型水平光走査機構１３０の可動部材の構造が、揺動軸線Ｌｒを中心として、また、水平反射ミラー８を中心として、完全に対称な形状となり、共振周波数も安定したものとなる。

第１の弾性部材（弾性部材９、弾性部材１２、弾性部材１３で構成される）、第２の弾性部材（弾性部材１０、弾性部材１５、弾性部材１６で構成される）および水平反射ミラー８は、固定枠部７に対して可動する可動部材であるが、この可動部材の共振のモードは種々存在する。その共振モードの一つとして揺動軸線Ｌｒを中心軸とするねじれ共振がある。この共振モードにおける可動部材の運動を運動方程式によってあらわすと、所謂２次系となり、固有の共振周波数で共振する共振系となっている。

この共振系のＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）は数百におよび半値幅は極めて狭いものである。したがって、２個の駆動用圧電素子ａおよび駆動用圧電素子ｂに交番電圧が印加される場合において、その交番電圧の周波数を変化させると共振周波数と合致する周波数において、水平反射ミラー８を含む可動部材の振動の振幅が極端に大きくなる。このように共振周波数で振動させる場合には駆動用圧電素子ａおよび駆動用圧電素子ｂに印加する電力も小さく、通常では得られない水平反射ミラー８の変位が得られるので極めて電力効率が高いものとなるとともに、揺動型水平光走査機構１３０の小型化が図れるものとなる。

しかしながら、この共振周波数は、揺動型水平光走査機構１３０の配置される環境の温度や、湿度によって変化するものであり、また揺動型水平光走査機構１３０ごとの固体差も存在する。一方、上述したように、共振系のＱが数百と高いので、共振周波数は僅かな限られた範囲内となり、駆動信号発生器から発生される交番電圧の周波数と共振周波数とを完全に一致させることは極めて困難である。

図８に示すように、本実施形態では、水平駆動信号発生器３０と、揺動信号発生器４０と、揺動型水平光走査機構１３０とを結合した系は、フィードバック系を構成している。このフィードバック系は、所定の条件を満たす場合には、正帰還系となって自励発振をするようになされている。

本実施形態においては、自励発振をするようにして、水平駆動信号発生器３０は、可動部材の共振周波数と一致する交番電圧の駆動信号を発生するようになされている。なお、駆動信号発生器は、揺動型水平光走査機構１３０の可動部材の共振周波数と一致する周波数の交番電圧を出力するものであれば本実施形態に示したものに限られるものではない。

例えば、水平駆動信号発生器からの駆動信号の周波数を僅かずつ振りながら、可動部材の変位量に応じた揺動信号を検出し、この揺動信号の振幅が大きくなるように、駆動信号の周波数を変化させ続け、常に揺動信号の振幅が最大値となるような周波数を求め続け、その周波数を中心として、その周波数の近傍で僅かに周波数が変化するものとしてもよい。

図８において、水平駆動信号発生器３０は、増幅器３１およびＡＧＣ回路（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ回路）３２、位相シフト回路３３および反転増幅器３４を具備し、揺動信号発生器４０は、加算器４２およびコンパレータ４３を具備する。

増幅器３１の出力端子は入力端子ａ１に接続され、反転増幅器３４の出力端子は入力端子ｂ１に接続され、入力端子ａ１と入力端子ｂ１には互いに逆相（位相が１８０°反転）の駆動信号Ｈｄｓｉｇｐと逆相駆動信号Ｈｄｓｉｇｎとが入力されている。入力端子ａ２と入力端子ｂ２は接地されている。

ＡＧＣ回路３２では揺動信号Ｓｗｓｉｇの振幅が所定の振幅となるように自動的にゲインの設定がされ、位相シフト回路３３では、例えば、抵抗とコンデンサとから成るＲＣ回路によって揺動信号Ｓｗｓｉｇの位相が調整される。

また、加算器４２の一の入力端子には出力端子ｃ１からの正極性揺動信号Ｓｗｓｉｇｐが入力され、加算器４２の他の入力端子には出力端子ｄ１からの負極性揺動信号Ｓｗｓｉｇｎが入力され、加算器４２で減算して揺動信号Ｓｗｓｉｇが加算器４２の出力端子に得られる。そしてコンパレータ４３に入力された揺動信号Ｓｗｓｉｇは２値化され２値化揺動信号Ｗｓｉｇが得られる。出力端子ｃ２と出力端子ｄ２は接地されている。

ここで、上述したフィードバック系の作用の説明をする。フィードバック系の発振条件は、一巡伝達関数で見る場合に、そのゲインが０ｄｂとなり、位相が０°となる場合である。ここで、本実施形態の可動部材からなる共振系は２次系とみなせるので、共振周波数で一順のゲインが最大となり共振周波数を中心とする極めて狭い範囲で位相が１８０°変化するものとなる。そこで、各部で生じる位相の遅れ、または進みを予め位相シフト回路３３で調整して、共振周波数で位相が０°となるようにしておけば、正確に共振周波数の周波数でこのフィードバック系を発振させることができる。

なお、位相シフト回路３３での位相の調整がずれている場合には、フィードバック系の発振周波数が、共振周波数からほんの少しずれることになって、その結果、可動部材の振幅は少し小さくなるが、共振周波数の付近で位相は急激に変化するためにこの発振周波数のずれは僅かであり、位相シフト回路３３の調整はラフなものでよい。また、ＡＧＣ回路３２を具備する本実施形態においては、振幅の低下は補正されるので、なんら問題となるところではない。

フィードバック系は正帰還系となるので、発振の振幅は時間とともに増大して、最終的には駆動信号Ｈｄｓｉｇｐと逆相駆動信号Ｈｄｓｉｇｎのいずれもが方形波状になってしまい、可動部材の振動の振幅を所定の範囲とすることが困難となってしまう。本実施形態においてはＡＧＣ回路３２を用いて、可動部材の振動の振幅が所定の値となるようにしている。すなわち、揺動信号Ｓｗｓｉｇの振幅が所定の値より小さい場合にはＡＧＣ回路３２でのゲインを大きくし、揺動信号Ｓｗｓｉｇの振幅が所定の値より大きい場合にはＡＧＣ回路３２でのゲインを小さくしている。

このようにして、水平反射ミラー８は所定の振幅のねじれ振動を生じ、光ビームの出射方向は変化させられて、網膜８０ｂの上で光スポットは、所定の範囲で安定に水平方向に走査されることになる。

また、別の水平駆動信号発生器３７を図９に示す。図９においては、電流増幅器３５は入力電圧に応じた大きさの電流Ｈｉｄｓｉｇｐを出力し、反転電流増幅器３６は電流Ｈｉｄｓｉｇｐの極性が反転した電流Ｈｉｄｓｉｇｎを出力する。共振周波数においては、駆動用圧電素子ａおよび駆動用圧電素子ｂのインピーダンスが高くなるので、入力端子ａ１および入力端子ｂ１の電圧も共振系のＱに応じて高くなる。

したがって、入力端子ａ１または入力端子ｂ１の電圧をフィードバックすることによって、このフィードバック系を発振させることができる。要約すると、この方法によれば、検出用圧電素子をはじめとして、他のいかなるセンサも用いることなく、水平駆動信号である電流Ｈｉｄｓｉｇｐまたは電流Ｈｉｄｓｉｇｎに基づいて、揺動信号Ｓｗｓｉｇを発生させて、この揺動信号Ｓｗｓｉｇをフィードバックすることによって可動部材を共振周波数で共振させることができる。

（垂直走査部６３ｂ）

垂直走査部６３ｂは、光ビームの出射方向を変化させることによって網膜８０ｂにおける光スポットを垂直に走査する機能を有する。垂直走査部６３ｂは網膜８０ｂの上において光スポットを垂直方向に走査するための揺動型光走査機構であるガルバノ反射ミラー２１０と、ガルバノ反射ミラー２１０に駆動信号を供給する駆動信号発生器である垂直駆動信号発生器５０とを具備している。ガルバノ反射ミラー２１０は光路部の一部でもある。

垂直走査部６３ｂは、図１に示すように、機械的偏向を行う揺動反射ミラーとして、ガルバノ反射ミラー２１０を備えている。ガルバノ反射ミラー２１０には、水平走査部６３ａから出射した光ビームが第２のレンズユニット６２ｄによって集光されて入射するようになっている。このガルバノ反射ミラー２１０は、網膜８０ｂの上の光スポットが垂直方向に走査されるように垂直駆動信号発生器５０(図１０参照)により、ガルバノ反射ミラー２１０に入射したレーザビームの光軸と交差する回転軸線まわりに揺動させられる。

図１０に垂直駆動信号発生器５０を示す。垂直駆動信号発生器５０は、アナログスイッチ５１、ＲＳフリップフロップ５２、コンデンサ５３、積分電圧源５４、オペアンプ５５、オフセット電圧源５６、加算器５７、増幅器５８を構成要素とする。

光ビーム発生部１１からの垂直同期信号ＶｓｙｎｃによってＲＳフリップフロップ５２はセットされ、光ビーム発生部１１からの垂直走査リセット信号ＶｒｅｓｅｔによってＲＳフリップフロップ５２はリセットされる。ＲＳフリップフロップ５２がセットされるとアナログスイッチ５１はＯＦＦ（切断）され、ＲＳフリップフロップ５２がリセットされるとアナログスイッチ５１はＯＮ（導通）となる。

コンデンサ５３とオペアンプ５５によって積分器が構成され、アナログスイッチ５１がＯＦＦとされると、積分電圧源５４の電圧を積分し、時間の経過とともにオペアンプ５５の出力端子の電圧は一定の傾きで上昇する。一方、アナログスイッチ５１がＯＮとされると、オペアンプ５５の出力端子の電圧は０Ｖとなる。オフセット電圧源５６からの負の電圧は、オペアンプ５５の出力端子からの電圧と加算器５７で加算され、この加算によってガルバノ反射ミラー２１０を正側と負側に振り、光スポットの走査範囲を拡大することができる。

増幅器５８は、ガルバノ反射ミラー２１０に電力を供給するためのものである。増幅器５８の出力端子には図５（Ｃ）に示す垂直駆動信号Ｓｄｖａｃが得られ、ガルバノ反射ミラー２１０の駆動コイル（図示せず）に供給され、光ビームの出射方向は垂直駆動信号Ｓｄｖａｃの電圧に応じて変化して、網膜８０ｂの上における光スポットの位置は垂直方向に変化する。

本発明の光走査装置は、画像信号に応じた光ビームを発生する光ビーム発生部と、光ビームを投影面に導く光路部と、光ビームの出射方向を変化させる光走査部と、を備える光走査装置において、光走査部は、光ビームが照射され、所定の共振周波数で共振する可動部材を有する揺動型光走査機構と、可動部材を共振周波数で共振させる駆動信号を発生する駆動信号発生器と、光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生する揺動信号発生器と、を具備し、光ビーム発生部は、揺動信号の周波数を基準周波数として時系列処理の基準となるドットクロックを生成するドットクロック生成器を具備するものである。

ここにおいて、実施形態に示したものはその一例に過ぎない。例えば、光ビームはレーザ光に限定されず、ＬＥＤ発光素子によるものであってもよく、光路部は光ビームを投影面に導くものであれば、どのように光ビームの光路に配置するどのような光路部材であってもよく、光走査部は光ビームの出射方向を変化させるものであれば、その走査の方向はどのような方向であってもよく、揺動型光走査機構の構成は所定の共振周波数で共振する可動部材を有するものであって、その可動部材に光ビームが照射されるものであれば、特に限定されるものではない。また駆動信号発生器は可動部材を共振周波数で共振させる駆動信号を発生するものであれば、どのような原理により駆動信号を発生するものであってもよい。また、揺動信号発生器は、センサを用いても用いなくても揺動信号を発生するものであればどのようなものであってもよい。また、ドットクロック生成器は揺動信号の周波数を基準周波数とするものであれば、逓倍に限らずどのようなクロックを生成してもよい。

本発明の光走査装置の制御方法は、ドットクロックに基づいて強度変調された光ビームの出射方向を光学素子によって変化させ、光スポットを投影面に走査する光走査装置の制御方法において、投影面における光スポットの位置を光学素子に固有の共振周波数で振動させ、光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生し、揺動信号の周波数を基準周波数として前記ドットクロックを生成するものである。

ここにおいて、実施形態に示したものはその一例に過ぎない。例えば、光ビームの出射方向を光学素子によって変化させて、その結果として投影面における光スポットの位置が変化すればよく、どのように変化させるかに限定はない。また、光学素子に固有の共振周波数で振動させるのは、光路において、どのような処理によりおこなってもよく、光スポットの位置がどのような方向に振動させられるかの限定もない。揺動信号の発生方法、揺動信号の周波数の逓倍方法についての限定もなく、このドットクロックに基づいて、光ビームの強度変調をすることによって本発明の効果を生じるものである。

また、本実施形態においては、第１の弾性部材に属する弾性部材１２と弾性部材１３とに駆動用圧電素子ａと駆動用圧電素子ｂが固着され、第２の弾性部材に属する弾性部材１５と弾性部材１６とには検出用圧電素子ｃと検出用圧電素子ｄがそれぞれ固着されているが、弾性部材１２と弾性部材１５に駆動用圧電素子ａと駆動用圧電素子ｂが固着され、弾性部材１３と弾性部材１６に検出用圧電素子ｃと検出用圧電素子ｄがそれぞれ固着されるように構成してもよい。但し、この場合、揺動信号Ｓｗｓｉｇにノイズが発生することがあり、この点では前者の形態の方が優れている。

更に、外部からの衝撃や何らかの異常により揺動信号が発生されない場合や、揺動信号が共振周波数としての所定の範囲から外れた場合に、光ビーム発生部１１の電源をオフにしたり異常を報知するようにしてもよい。

また、第１のレンズユニット６２ｃと水平走査部６３ａとの間に波面曲率変調素子を配置し、光ビーム発生部１１から供給された波面曲率変調信号に基づいて光ビームの波面曲率を変調する構成の場合は、その波面曲率変調信号をドットクロックＤｃｋに基づいて生成するようにしてもよい。

実施形態の光走査装置の概念図である。 光ビーム発生部のブロック図である。 フェーズ・ロックト・ループのブロック図である。 水平走査系の各部の信号を表す図である。 垂直走査系の各部の信号を表す図である。 揺動型水平光走査機構の図である。 可動部材の動きを説明する図である。 水平走査系のブロック図である。 他の水平走査系のブロック図である。 垂直走査系の駆動信号発生器のブロック図である。 背景技術を示すための図である。

符号の説明

１ 光走査装置
１１ 光ビーム発生部
８ 水平反射ミラー
９、１０、１２、１３、１５、１６ 弾性部材
２２ ドットクロック生成器
３０ 駆動信号発生器
４０ 揺動信号発生器
６２ａ 光ビーム合成器
６２ｂ 光ファイバ
６２ｃ 第１のレンズユニット
６２ｄ 第２のレンズユニット
６２ｅ 第３のレンズユニット
６３ａ 水平走査部
６３ｂ 垂直走査部
１３０ 揺動型光走査機構
ａ、ｂ 駆動用圧電素子
ｃ、ｄ 検出用圧電素子

Claims (7)

1. 画像信号に応じた光ビームを発生する光ビーム発生部と、前記光ビームを投影面に導く光路部と、前記光ビームの出射方向を変化させる光走査部と、を備える光走査装置において、
   前記光走査部は、
   前記光ビームの出射方向を変化させるために、固有の共振周波数で共振する可動部材を設けた揺動型光走査機構と、
   前記可動部材を前記共振周波数で共振させるための、前記共振周波数と一致する交番電圧の駆動信号を発生する駆動信号発生器と、
   前記光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生する揺動信号発生器と、を具備し、
   前記揺動型光走査機構は、
   前記可動部材に固着され前記光ビームを反射する反射ミラーと、
   前記駆動信号により変位する駆動用圧電素子と、
   前記反射ミラーの一側に連結され、前記駆動用圧電素子の変位を回転運動に変換し、前記反射ミラーを回転させる第１の弾性部材と、を有し、
   前記揺動信号発生器は、
   前記反射ミラーの他側に連結され、前記第１の弾性部材による前記反射ミラーの回転により変位する第２の弾性部材と、
   前記第２の弾性部材の前記反射ミラーの回転にともなう変位によるねじれ量に応じた前記揺動信号を発生する検出用圧電素子と、を有し、
   前記光ビーム発生部は、
   前記検出用圧電素子により発生される前記揺動信号の周波数を基準周波数として、前記投影面における光スポットの最小単位である１のドットから次のドットまでの時間を単位とするクロックであり、前記共振周波数の整数倍の信号であるドットクロックを生成するドットクロック生成器を具備し、前記ドットクロック生成器により生成した前記ドットクロックに基づいて前記光ビームを強度変調する光走査装置。
2. 前記駆動信号発生器は、前記揺動信号を正帰還させて駆動信号とし、発振させることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記駆動信号発生器は、前記光ビームの出射方向を所定の範囲内に制限するような駆動信号を発生することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光路部は、前記光ビームの通過方向をアークサイン関数で補正する光学素子を有する請求項１に記載の光走査装置。
5. 前記ドットクロック生成器はフェーズ・ロックト・ループを有し、前記揺動信号の周波数を逓倍して時系列処理の基準となるドットクロックを生成する請求項１に記載の光走査装置。
6. 前記光走査装置は、前記光走査部により光スポットを２次元に走査し、画像観察者の網膜の上に光スポットを結像させ、画像観察者に画像を認識させる網膜走査型ディスプレイ装置である請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 画像信号に応じた光ビームを発生する光ビーム発生部と、ドットクロックに基づいて強度変調された前記光ビームの出射方向を変化させる光走査部とを備え、光スポットを投影面に走査する光走査装置の制御方法において、
   前記光走査部は、
   前記光ビームの出射方向を変化させるために、固有の共振周波数で共振する可動部材を設けた揺動型光走査機構と、
   前記可動部材を前記共振周波数で共振させるための、前記共振周波数と一致する交番電圧の駆動信号を発生する駆動信号発生器と、
   前記光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生する揺動信号発生器と、を具備し、
   前記揺動型光走査機構は、
   前記可動部材に固着され前記光ビームを反射する反射ミラーと、
   前記駆動信号により変位する駆動用圧電素子と、
   前記反射ミラーの一側に連結され、前記駆動用圧電素子の変位を回転運動に変換し、前記反射ミラーを回転させる第１の弾性部材と、を有し、
   前記揺動信号発生器は、
   前記反射ミラーの他側に連結され、前記第１の弾性部材による前記反射ミラーの回転により変位する第２の弾性部材と、
   前記第２の弾性部材の前記反射ミラーの回転にともなう変位によるねじれ量に応じた前記揺動信号を発生する検出用圧電素子と、を有し、
   前記光ビーム発生部は、
   前記揺動信号の周波数を基準周波数として、前記投影面における光スポットの最小単位である１のドットから次のドットまでの時間を単位とするクロックであり、前記共振周波数の整数倍の周波数の信号である前記ドットクロックを生成するドットクロック生成器を具備するものであり、
   揺動型光走査機構により、前記投影面における光スポットの位置を前記共振周波数で振動させ、
   揺動信号発生器により、前記光ビームの出射方向の変化に応じた揺動信号を発生し、
   前記ドットクロック発生器により、前記検出用圧電素子により発生される前記揺動信号の周波数を基準周波数として前記ドットクロックを生成し、
   前記光ビーム発生部により、前記ドットクロック発生器により生成した前記ドットクロックに基づいて前記光ビームを強度変調する光走査装置の制御方法。

Images