特開 2024-17953 画像投影装置及び画像投影装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024017953

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】画像投影装置及び画像投影装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20240201BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 A

G02B26/08 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022120942

(22)【出願日】2022-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】直野 崇幸

【テーマコード（参考）】

2H045

2H141

【Ｆターム（参考）】

2H045AB00

2H045AB22

2H045AB44

2H045AB54

2H045AB73

2H045AB81

2H045BA14

2H045CA85

2H045CA86

2H045CA88

2H045CA98

2H045DA02

2H045DA04

2H141MA12

2H141MB23

2H141MB24

2H141MC09

2H141ME09

2H141ME24

2H141ME25

2H141MG06

2H141MZ12

2H141MZ16

(57)【要約】

【課題】広範囲に十分な解像度で画像を投影することを可能とする画像投影装置及び画像投影装置の制御方法を提供する。
【解決手段】画像投影装置は、光源と、可動ミラーの振れ角と回転角とを変更することにより光を偏向して走査することを可能とする光走査素子と、光走査素子により走査される光を周方向に偏向することにより光を投影する光学部材と、特定時刻もしくは特定期間の連続した時刻における振れ角及び回転角を検出するセンサと、プロセッサと、を備え、プロセッサは、目標の画像を投影するために必要な可動ミラーの目標走査軌道と、目標走査軌道内における目標発光タイミングとを決定し、目標走査軌道に基づいて光走査素子を駆動し、センサの検出値に基づいて可動ミラーの軌道を算出し、目標発光タイミングと可動ミラーの軌道とに基づいて発光タイミングを決定し、決定した発光タイミングに基づいて光源に光を出射させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を出射する光源と、
前記光が入射する可動ミラーを有し、前記可動ミラーの振れ角と回転角とを変更することにより前記光を偏向して走査することを可能とする光走査素子と、
前記光走査素子により走査される前記光を周方向に偏向することにより前記光を投影する光学部材と、
特定時刻もしくは特定期間の連続した時刻における前記振れ角及び前記回転角を検出するセンサと、
プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
目標の画像を投影するために必要な前記可動ミラーの目標走査軌道と、前記目標走査軌道内における目標発光タイミングとを決定し、
前記目標走査軌道に基づいて前記光走査素子を駆動し、
前記センサの検出値に基づいて前記可動ミラーの軌道を算出し、
前記目標発光タイミングと前記可動ミラーの軌道とに基づいて発光タイミングを決定し、
決定した前記発光タイミングに基づいて前記光源に前記光を出射させる
画像投影装置。

【請求項2】

前記目標走査軌道は、前記画像を投影する１フレーム期間において、前記画像中の同じピクセルを複数回通過する軌道であり、
前記プロセッサは、前記可動ミラーの軌道が前記ピクセルを通過する際に前記光源に前記光を出射させる
請求項１に記載の画像投影装置。

【請求項3】

前記画像には、前記目標走査軌道の通過回数が異なる複数のピクセルが含まれる
請求項２に記載の画像投影装置。

【請求項4】

前記目標走査軌道は、前記振れ角と前記回転角とで表され、
前記プロセッサは、前記画像の縦方向の幅に応じて、前記振れ角の範囲を決定する
請求項１に記載の画像投影装置。

【請求項5】

前記プロセッサは、前記画像の解像度に応じて、前記振れ角の方向への前記目標走査軌道の間隔を変化させる
請求項４に記載の画像投影装置。

【請求項6】

前記センサは、前記可動ミラーの裏面で反射された位置検出用の光を受光し、受光した光の位置を検出する位置検出センサである
請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の画像投影装置。

【請求項7】

光を出射する光源と、
前記光が入射する可動ミラーを有し、前記可動ミラーの振れ角と回転角とを変更することにより前記光を偏向して走査することを可能とする光走査素子と、
前記光走査素子により走査される前記光を周方向に偏向することにより前記光を投影する光学部材と、
特定時刻もしくは特定期間の連続した時刻における前記振れ角及び前記回転角を検出するセンサと、
を備える画像投影装置の制御方法であって、
目標の画像を投影するために必要な前記可動ミラーの目標走査軌道と、前記目標走査軌道内における目標発光タイミングとを決定し、
前記目標走査軌道に基づいて前記光走査素子を駆動し、
前記センサの検出値に基づいて前記可動ミラーの軌道を算出し、
前記目標発光タイミングと前記可動ミラーの軌道とに基づいて発光タイミングを決定し、
決定した前記発光タイミングに基づいて前記光源に前記光を出射させる
画像投影装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術は、画像投影装置及び画像投影装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

３６０度の全方位にレーザ光を走査（以下、全方位走査という。）する技術が知られており、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）装置、業務用の画像投影装置などに用いられている。従来、全方位走査には、レーザ光源、又はレーザ光を偏向するプリズムなどの光偏向部材をモータで回転させることによりレーザ光を全方位に走査するメカニカルスキャン方式が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１７０５００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、メカニカルスキャン方式は、モータなどの機械的な機構を用いるので、装置が大型で重量が重く、また動作の信頼性などに問題がある。特に、画像投影装置においては、メカニカルスキャン方式では回転速度が低速であるため、広範囲に十分な解像度で画像を投影することができない。

【0005】

本開示の技術は、広範囲に十分な解像度で画像を投影することを可能とする画像投影装置及び画像投影装置の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本開示の画像投影装置は、光を出射する光源と、光が入射する可動ミラーを有し、可動ミラーの振れ角と回転角とを変更することにより光を偏向して走査することを可能とする光走査素子と、光走査素子により走査される光を周方向に偏向することにより光を投影する光学部材と、特定時刻もしくは特定期間の連続した時刻における振れ角及び回転角を検出するセンサと、プロセッサと、を備え、プロセッサは、目標の画像を投影するために必要な可動ミラーの目標走査軌道と、目標走査軌道内における目標発光タイミングとを決定し、目標走査軌道に基づいて光走査素子を駆動し、センサの検出値に基づいて可動ミラーの軌道を算出し、目標発光タイミングと可動ミラーの軌道とに基づいて発光タイミングを決定し、決定した発光タイミングに基づいて光源に光を出射させる。

【0007】

目標走査軌道は、画像を投影する１フレーム期間において、画像中の同じピクセルを複数回通過する軌道であり、プロセッサは、可動ミラーの軌道がピクセルを通過する際に光源に光を出射させることが好ましい。

【0008】

画像には、目標走査軌道の通過回数が異なる複数のピクセルが含まれることが好ましい。

【0009】

目標走査軌道は、振れ角と回転角とで表され、プロセッサは、画像の縦方向の幅に応じて、振れ角の範囲を決定することが好ましい。

【0010】

プロセッサは、画像の解像度に応じて、振れ角の方向への目標走査軌道の間隔を変化させることが好ましい。

【0011】

センサは、可動ミラーの裏面で反射された位置検出用の光を受光し、受光した光の位置を検出する位置検出センサであることが好ましい。

【0012】

本開示の画像投影装置の制御方法は、光を出射する光源と、光が入射する可動ミラーを有し、可動ミラーの振れ角と回転角とを変更することにより光を偏向して走査することを可能とする光走査素子と、光走査素子により走査される光を周方向に偏向することにより光を投影する光学部材と、特定時刻もしくは特定期間の連続した時刻における振れ角及び回転角を検出するセンサと、を備える画像投影装置の制御方法であって、目標の画像を投影するために必要な可動ミラーの目標走査軌道と、目標走査軌道内における目標発光タイミングとを決定し、目標走査軌道に基づいて光走査素子を駆動し、センサの検出値に基づいて可動ミラーの軌道を算出し、目標発光タイミングと可動ミラーの軌道とに基づいて発光タイミングを決定し、決定した発光タイミングに基づいて光源に光を出射させる。

【0013】

本開示の技術によれば、広範囲に十分な解像度で画像を投影することを可能とする画像投影装置及び画像投影装置の制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】画像投影装置を概略的に示す図である。

【図2】全方位レンズを概略的に示す図である。

【図3】駆動制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図4】マイクロミラーデバイスを概略的に示す図である。

【図5】第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに与える駆動信号の一例を示す図であり、（Ａ）は第１駆動信号を示し、（Ｂ）は第２駆動信号を示す。

【図6】目標決定部、軌道演算部、及び発光タイミング決定部が実行する処理について説明する図である。

【図7】目標の画像の一例を示す図である。

【図8】目標走査軌道の一例を示す図である。

【図9】目標発光タイミングの一例を示す図である。

【図10】目標発光タイミングの一例を示す図である。

【図11】駆動電圧波形の一例を示す図である。

【図12】走査軌道演算値の一例を示す図である。

【図13】実施例に係る画像を示す図である。

【図14】実施例に係る目標走査軌道を概念的に示す図である。

【図15】実施例に係る目標走査軌道と目標発光タイミングとの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

添付図面に従って本開示の技術に係る実施形態の一例について説明する。

【0016】

図１は、一実施形態に係る画像投影装置１０を概略的に示す。画像投影装置１０は、マイクロミラーデバイス（以下、ＭＭＤ（Micro Mirror Device）という。）と、光源３と、駆動制御部４と、位置検出センサ５と、センサ用光源６とを有する。画像投影装置１０は、駆動制御部４の制御に従って、光源３から出射されたレーザ光ＬａをＭＭＤ２で反射して全方位に走査することにより、画像を投影する。レーザ光Ｌａは、本開示の技術に係る「光」の一例である。

【0017】

図１では図示を省略しているが、図２に示すように、光源３とＭＭＤ２との間には、ＭＭＤ２で反射されたレーザ光Ｌａを周方向に偏向する全方位レンズ８が配置されている。全方位レンズ８は、中空の円錐状のレンズである。全方位レンズ８の頂部には、開口８Ａが設けられている。光源３から出射されたレーザ光Ｌａは、開口８Ａを通過してＭＭＤ２に入射する。全方位レンズ８は、本開示の技術に係る「光学部材」の一例である。

【0018】

本開示の光学部材は、図２に示す全方位レンズ８に限定されず、ＭＭＤ２で反射されたレーザ光Ｌａを周方向に偏向することを可能とするものであればよい。本開示の光学部材は、レンズ以外に、プリズム、又はミラー部材の組み合わせなどで構成されたものであってもよい。

【0019】

本開示では、光源３から出射されたレーザ光ＬａがＭＭＤ２に入射する方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する１つの方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。

【0020】

ＭＭＤ２は、可動ミラー２０を有し、Ｘ方向に平行である第１軸ａ_１とＹ方向に平行である第２軸ａ_２との周りに、可動ミラー２０を揺動させることを可能とする圧電型２軸駆動方式のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー装置である。ＭＭＤ２は、本開示の技術に係る「光走査素子」の一例である。

【0021】

光源３は、例えばレーザダイオードである。光源３は、ＭＭＤ２の可動ミラー２０が静止した状態において、可動ミラー２０の反射面２０Ａに垂直にレーザ光Ｌａを入射させる。ＭＭＤ２は、可動ミラー２０の振れ角Ｒと回転角θとを変更することによりレーザ光Ｌａを偏向することを可能とする。振れ角Ｒとは、反射面２０Ａの法線Ｎと回転軸Ｃとがなす角度である。回転角θとは、法線Ｎの回転軸Ｃ周りの角度である。なお、回転軸Ｃは、Ｚ方向に平行である。

【0022】

可動ミラー２０に入射するレーザ光Ｌａと可動ミラー２０で反射されたレーザ光Ｌａとのなす角度は２Ｒである。

【0023】

駆動制御部４は、目標の投影画像情報に基づいて光源３及びＭＭＤ２に駆動信号を出力する。光源３は、入力された駆動信号に基づいてレーザ光Ｌａを発生してＭＭＤ２に入射させる。ＭＭＤ２は、入力された駆動信号に基づいて、可動ミラー２０を第１軸ａ_１及び第２軸ａ_２の周りに揺動させる。

【0024】

詳しくは後述するが、駆動制御部４は、可動ミラー２０に、第１軸ａ_１周りの揺動振幅及び第２軸ａ_２周りの揺動振幅が線形的に変化する期間を含むスパイラル回転動作（すなわち、動径が線形的に変化するスパイラル回転動作）を行わせる。可動ミラー２０が回転軸Ｃを中心としたスパイラル回転動作を行うことにより、レーザ光Ｌａは、水平面（ＸＹ面）上においてスパイラル軌道Ｏｓを描くように走査される。スパイラル軌道Ｏｓとは、回転軸Ｃを中心とした渦巻き状の起動である。

【0025】

図２に示すように、全方位レンズ８は、可動ミラー２０で反射されたレーザ光Ｌａを周方向に偏向することにより、スパイラル軌道Ｏｓを、回転軸Ｃを中心としたヘリカル軌道Ｏｈに変換する。周方向に偏向するとは、レーザ光Ｌａの回転軸Ｃに対する角度を大きくする方向に変更することをいう。全方位レンズ８により、振れ角Ｒ及び回転角θは、角度Ｒａ及び回転角θａに変換される。角度Ｒａは、全方位レンズ８から出射されるレーザ光Ｌａの水平面に対する角度を表す。回転角θａは、全方位レンズ８から出射されるレーザ光Ｌａの回転軸Ｃ周りの角度を表す。

【0026】

全方位レンズ８は、角度Ｒａの変化範囲が、光学振れ角２Ｒの変化範囲よりも大きくなるように振れ角方向に画角を拡大する変倍特性を有する。これにより、可動ミラー２０の動作範囲よりも画角を大きくすることができ、広範囲に画像を投影することができる。角度Ｒａ及び回転角θａは、画像が投影される投影領域における座標を表す。

【0027】

位置検出センサ５は、可動ミラー２０の振れ角Ｒ及び回転角θを検出するためのセンサである。位置検出センサ５は、センサ用光源６から出射され、可動ミラー２０の裏面で反射された位置検出用のレーザ光Ｌｂを受光し、受光したレーザ光Ｌｂの位置を検出する２次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）である。可動ミラー２０の裏面とは、反射面２０Ａとは反対側の面である。

【0028】

具体的には、位置検出センサ５の受光面５Ａの中央に光偏向部材７が設けられている。例えば、光偏向部材７は、円柱の基材を斜めに切断することにより形成された反射面７Ａを有する。反射面７Ａには、センサ用光源６から出射されたレーザ光Ｌｂが入射する。反射面７Ａは、レーザ光Ｌｂを反射して可動ミラー２０の裏面に入射させる。可動ミラー２０の裏面に入射したレーザ光Ｌｂは、反射して位置検出センサ５の受光面５Ａに入射する。レーザ光Ｌｂは、可動ミラー２０が行うスパイラル回転動作によりスパイラル軌道を描きながら受光面５Ａに入射する。受光面５Ａにおけるレーザ光Ｌｂの入射位置は、振れ角Ｒ及び回転角θで表される可動ミラー２０の位置に対応する。位置検出センサ５は、受光面５Ａにおけるレーザ光Ｌｂの入射位置を表す信号（検出値）を駆動制御部４へ送信する。

【0029】

位置検出センサ５は、ＭＭＤ２が動作している期間中のほぼ全時刻における可動ミラー２０の位置をリアルタイムに検出することを可能とする。すなわち、特定期間の連続した時刻における振れ角Ｒ及び回転角θを検出することができる。位置検出センサ５は、本開示の技術に係る「センサ」の一例である。

【0030】

本開示のセンサは、図１に示す位置検出センサ５に限定されず、可動ミラー２０の振れ角Ｒ及び回転角θを検出することを可能とするものであればよい。例えば、可動ミラー２０の光入射側に配置され、スパイラル軌道Ｏｓの一部を検出するフォトダイオードを用いてもよい。すなわち、本開示のセンサは、ＭＭＤ２が動作している期間中の特定時刻における可動ミラー２０の位置を検出するものであってもよい。また、本開示のセンサは、ＭＭＤ２に組み込まれた歪センサであってもよい。歪センサは、可動ミラー２０が揺動することにより生じる応力に応じた電圧を発生する。このように、フォトダイオード、歪センサ等を用いることにより、位置検出センサ５を比較的安価に製造することができるという利点がある。

【0031】

図３は、駆動制御部４のハードウェア構成の一例を示す。駆動制御部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０、ＲＯＭ（Read Only Memory）４１、ＲＡＭ（Random Access Memory）４２、光源ドライバ４３、ＭＭＤドライバ４４、及びセンサ用光源ドライバ４５を有する。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ４１等の記憶装置からプログラム及びデータをＲＡＭ４２に読み出して処理を実行することにより、駆動制御部４の全体の機能を実現する演算装置である。ＣＰＵ４０は、本開示の技術に係る「プロセッサ」の一例である。

【0032】

ＲＯＭ４１は、不揮発性の記憶装置であり、ＣＰＵ４０が処理を実行するためのプログラム、及び前述の画像情報等のデータを記憶している。ＲＡＭ４２は、プログラム及びデータを一時的に保持する不揮発性の記憶装置である。

【0033】

光源ドライバ４３は、ＣＰＵ４０から供給される発光タイミングに基づいて、光源３にレーザ光Ｌａを出射させる。

【0034】

ＭＭＤドライバ４４は、ＣＰＵ４０の制御に従って、ＭＭＤ２に駆動信号を出力する電気回路である。ＭＭＤドライバ４４においては、駆動信号は、可動ミラー２０を揺動させるタイミング、周期、及び振れ角を制御するための駆動電圧である。詳しくは後述するが、駆動信号には、第１駆動信号と第２駆動信号とが含まれる。

【0035】

例えば、ＭＭＤドライバ４４において、駆動信号は、デジタル信号として作成され、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）及び増幅アンプを介して出力される。駆動信号は、デジタル信号源の解像ビット数に基づくステップ状の波形として出力されてもよい。また、駆動信号は、パルス信号とバンドパスフィルタ等から作成することも可能である。

【0036】

ＣＰＵ４０は、目標の画像情報に基づいて光源ドライバ４３及びＭＭＤドライバ４４を制御する。詳しくは後述するが、ＣＰＵ４０は、目標決定部５０、軌道演算部５１、及び発光タイミング決定部５２として機能する。

【0037】

センサ用光源ドライバ４５は、ＣＰＵ４０の制御に従って、センサ用光源６にレーザ光Ｌｂを出射させる。

【0038】

次に、図４を用いてＭＭＤ２の構成の一例を説明する。図４は、ＭＭＤ２の概略図である。ＭＭＤ２は、可動ミラー２０、第１アクチュエータ２１、第２アクチュエータ２２、支持枠２３、第１支持部２４、第２支持部２５、接続部２６、及び固定部２７を有する。ＭＭＤ２は、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチング処理することにより形成されている。

【0039】

可動ミラー２０は、入射光を反射する反射面２０Ａを有する。反射面２０Ａは、可動ミラー２０の一面に設けられた、例えば、金（Ａｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜で形成されている。反射面２０Ａは、例えば円形である。

【0040】

支持枠２３は、可動ミラー２０を囲うように配置されている。第２アクチュエータ２２は、可動ミラー２０及び支持枠２３を囲うように配置されている。第１アクチュエータ２１は、可動ミラー２０、支持枠２３、及び第２アクチュエータ２２を囲うように配置されている。

【0041】

第１支持部２４は、可動ミラー２０と支持枠２３とを、第１軸ａ_１上で接続し、かつ可動ミラー２０を第１軸ａ_１周りに揺動可能に支持している。第１軸ａ_１は、可動ミラー２０が静止している場合の反射面２０Ａを含む平面内にある。例えば、第１支持部２４は、第１軸ａ_１に沿って延伸したトーションバーである。

【0042】

第２支持部２５は、支持枠２３と第２アクチュエータ２２とを、第２軸ａ_２上で接続し、かつ可動ミラー２０及び支持枠２３を第２軸ａ_２周りに揺動可能に支持している。第２軸ａ_２は、可動ミラー２０が静止している場合の反射面２０Ａを含む平面内において第１軸ａ_１と直交する。

【0043】

接続部２６は、第１アクチュエータ２１と第２アクチュエータ２２とを第１軸ａ_１上で接続している。また、接続部２６は、第１アクチュエータ２１と固定部２７とを第１軸ａ_１上で接続している。

【0044】

固定部２７は外形が矩形状であり、第１アクチュエータ２１を取り囲んでいる。固定部２７のＸ方向及びＹ方向への長さは、それぞれ、例えば１ｍｍ～１０ｍｍ程度である。固定部２７のＺ方向への厚みは、例えば５μｍ～０．２ｍｍ程度である。

【0045】

第１アクチュエータ２１及び第２アクチュエータ２２は、それぞれ圧電素子を備えた圧電アクチュエータである。第１アクチュエータ２１は、可動ミラー２０に第１軸ａ_１周りの回転トルクを与える。第２アクチュエータ２２は、可動ミラー２０に第２軸ａ_２周りの回転トルクを与える。これにより、可動ミラー２０は、第１軸ａ_１周り及び第２軸ａ_２周りに揺動する。

【0046】

第１アクチュエータ２１は、ＸＹ面内において可動ミラー２０、支持枠２３、及び第２アクチュエータ２２を囲む環状の薄板部材である。第１アクチュエータ２１は、一対の第１可動部２１Ａ及び第２可動部２１Ｂで構成されている。第１可動部２１Ａ及び第２可動部２１Ｂは、それぞれ半環状である。第１可動部２１Ａと第２可動部２１Ｂとは、第１軸ａ_１に関して線対称となる形状であり、第１軸ａ_１上で接続されている。

【0047】

支持枠２３は、ＸＹ面内において可動ミラー２０を囲む環状の薄板部材である。

【0048】

第２アクチュエータ２２は、ＸＹ面内において可動ミラー２０及び支持枠２３を囲む環状の薄板部材である。第２アクチュエータ２２は、一対の第１可動部２２Ａ及び第２可動部２２Ｂで構成されている。第１可動部２２Ａ及び第２可動部２２Ｂは、それぞれ半環状である。第１可動部２２Ａと第２可動部２２Ｂとは、第２軸ａ_２に関して線対称となる形状であり、第２軸ａ_２上で接続されている。

【0049】

第１アクチュエータ２１において、第１可動部２１Ａ及び第２可動部２１Ｂには、それぞれ圧電素子が設けられている。また、第２アクチュエータ２２において、第１可動部２２Ａ及び第２可動部２２Ｂには、それぞれ圧電素子が設けられている。

【0050】

なお、本例では第１アクチュエータ２１と第２アクチュエータ２２は、それぞれ別個の環状構造体として構成されているが、これに限らず、一つの構造体内に併存するように構成されていてもよい。例えば、一つの環状構造体の中に圧電体を分割して配置する。このように分割により個別化された二つの圧電体部分に対してそれぞれ第１駆動信号及び第２駆動信号を与えることにより、第１軸ａ_１周り及び第２軸ａ_２周りのミラー揺動を実現することができる。

【0051】

第１軸ａ_１周りのミラー揺動は、駆動制御部４が第１アクチュエータ２１に与える駆動信号（以下、第１駆動信号という。）により制御される。第１駆動信号は、例えば正弦波の交流電圧である。第１駆動信号は、第１可動部２１Ａに印加される駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）と、第２可動部２１Ｂに印加される駆動電圧波形Ｖ_１Ｂ（ｔ）とを含む。駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）と駆動電圧波形Ｖ_１Ｂ（ｔ）は、互いに逆位相（すなわち位相差１８０°）である。

【0052】

第２軸ａ_２周りのミラー揺動は、駆動制御部４が第２アクチュエータ２２に与える駆動信号（以下、第２駆動信号という。）により制御される。第２駆動信号は、例えば正弦波の交流電圧である。第２駆動信号は、第１可動部２２Ａに印加される駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）と、第２可動部２２Ｂに印加される駆動電圧波形Ｖ_２Ｂ（ｔ）とを含む。駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）と駆動電圧波形Ｖ_２Ｂ（ｔ）は、互いに逆位相（すなわち位相差１８０°）である。

【0053】

図５は、第１アクチュエータ２１及び第２アクチュエータ２２に与える駆動信号の一例を示す。図５（Ａ）は、第１駆動信号に含まれる駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）及びＶ_１Ｂ（ｔ）を示す。図５（Ｂ）は、第２駆動信号に含まれる駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）及びＶ_２Ｂ（ｔ）を示す。

【0054】

駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）及びＶ_１Ｂ（ｔ）は、それぞれ下式（１Ａ）及び下式（１Ｂ）により表される。

【数1】

【数2】

【0055】

ここで、ｔは時間である。ｆ_ｄは駆動周波数である。Ａ_１（ｔ）は、振幅であって時間ｔに応じて変化する。γ_１（ｔ）は、位相であって時間ｔに応じて変化する。駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）と駆動電圧波形Ｖ_１Ｂ（ｔ）との位相差は、π（すなわち１８０°）である。

【0056】

すなわち、第１駆動信号は、振幅及び位相が時間変化する周期電圧信号である。駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）及びＶ_１Ｂ（ｔ）がそれぞれ第１可動部２１Ａ及び第２可動部２１Ｂに印加されることにより、可動ミラー２０が第１軸ａ_１周りに周期Ｔ_ｄ（＝１／ｆ_ｄ）で揺動する。

【0057】

駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）及びＶ_２Ｂ（ｔ）は、それぞれ下式（２Ａ）及び下式（２Ｂ）により表される。

【数3】

【数4】

【0058】

ここで、ｔは時間である。ｆ_ｄは駆動周波数である。Ａ_２（ｔ）は、振幅であって時間ｔに応じて変化する。γ_２（ｔ）は、位相であって時間ｔに応じて変化する。駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）と駆動電圧波形Ｖ_２Ｂ（ｔ）との位相差は、π（すなわち１８０°）である。また、φは、駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）及びＶ_１Ｂ（ｔ）と、駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）及びＶ_２Ｂ（ｔ）との位相差である。本実施形態では、可動ミラー２０に円形のスパイラル回転動作を行わせるために、φ＝π／２（すなわち９０°）とする。なお、φの値は、π／２以外に設定してもよい。φがπ／２以外の値である場合は、可動ミラー２０は楕円形状のスパイラル回転動作を行う。

【0059】

すなわち、第２駆動信号は、振幅及び位相が時間変化する周期電圧信号である。駆動電圧波形Ｖ_２Ａ（ｔ）及びＶ_２Ｂ（ｔ）がそれぞれ第１可動部２２Ａ及び第２可動部２２Ｂに印加されることにより、可動ミラー２０が第２軸ａ_２周りに周期Ｔ_ｄ（＝１／ｆ_ｄ）で揺動する。

【0060】

第１駆動信号の振幅Ａ_１（ｔ）及び位相γ_１（ｔ）は、それぞれ下式（３）及び下式（４）に示す多項式で表される。第２駆動信号の振幅Ａ_２（ｔ）及び位相γ_２（ｔ）は、それぞれ下式（５）及び下式（６）に示す多項式で表される。本実施形態では、多項式を２次関数としているが、３次以上の関数としてもよい。多項式の次数は、必要とされるスパイラル回転動作の精度とプロセッサの演算能力とに応じて決定される。ｍ_ｋｐ及びｎ_ｋｐは、係数である。ここで、ｋは０、１、又は２である。ｐはａ又はｂである。なお、本実施形態では、位相γ_２（ｔ）については、位相差φを含めて多項式で表している。

【0061】

【数5】

【数6】

【数7】

【数8】

【0062】

係数ｍ_ｋｐ及びｎ_ｋｐは、可動ミラー２０の第１軸ａ_１周りの揺動振幅及び第２軸ａ_２周りの揺動振幅が時間に対して線形的に変化（すなわち、スパイラル軌道の動径が等速で変化）するように決定されている。

【0063】

例えば、係数ｍ_ｋｐ及びｎ_ｋｐは、駆動制御部４により実際にＭＭＤ２に第１駆動信号及び第２駆動信号を入力し、可動ミラー２０の振れ角Ｒをセンサ等で確認しながら調整を行う手法により決定される。

【0064】

図６は、目標決定部５０、軌道演算部５１、及び発光タイミング決定部５２が実行する処理について説明する。まず、目標決定部５０は、ＲＯＭ４１等に記憶された目標の画像情報を読み込み、目標の画像Ｐ１を投影するために必要な可動ミラー２０の目標走査軌道Ｔｓと、目標走査軌道Ｔｓ内における目標発光タイミングＴｔとを決定する。

【0065】

図７は、目標の画像Ｐ１の一例を示す。目標の画像Ｐ１は、全方位レンズ８により変換されたヘリカル軌道Ｏｈにおいて、角度Ｒａ及び回転角θａを座標として表される。図７に示すサイクルＫは、ヘリカル軌道Ｏｈにおける回転軸Ｃを中心とした１回転分の軌道を表す。１サイクルに要する時間は、上述の周期Ｔ_ｄである。

【0066】

具体的には、目標決定部５０は、全方位レンズ８の変倍特性に基づいて、目標の画像Ｐ１を投影するために必要な範囲を走査するための目標走査軌道Ｔｓを決定する。

【0067】

図８は、目標走査軌道Ｔｓの一例を示す。目標走査軌道Ｔｓは、振れ角Ｒ及び回転角θで表される。目標決定部５０は、画像Ｐ１の縦方向（すなわち角度Ｒａの方向）の幅に応じて、振れ角Ｒの範囲を決定する。目標決定部５０は、画像Ｐ１の縦方向の幅が大きいほど振れ角Ｒの範囲を大きくする。また、目標決定部５０は、画像Ｐ１の解像度に応じて、振れ角Ｒの方向への目標走査軌道Ｔｓの間隔を変化させる。目標決定部５０は、画像Ｐ１の解像度が高いほど目標走査軌道Ｔｓの間隔を小さくする。すなわち、画像Ｐ１の解像度が高いほど、目標走査軌道Ｔｓを構成するサイクルＫの数が多くなる。

【0068】

また、目標決定部５０は、画像Ｐ１を、角度Ｒａ及び回転角θａをパラメータとした発光のＯＮ／ＯＦＦ情報に変換することにより、目標発光タイミングＴｔを決定する。

【0069】

図９及び図１０は、目標発光タイミングＴｔの一例を示す。図９は、目標発光タイミングＴｔを１サイクルごとに示したものである。図１０は、目標発光タイミングＴｔを時間に対して示したものである。

【0070】

目標決定部５０は、決定した目標走査軌道ＴｓをＭＭＤドライバ４４に供給することによりＭＭＤ２を駆動する。ＭＭＤドライバ４４は、目標決定部５０から供給された目標走査軌道Ｔｓに基づいて演算を行うことにより、目標走査軌道Ｔｓを実現するための第１駆動信号及び第２駆動信号を生成する。

【0071】

図１１は、駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）の一例を示す。図１１は、画像Ｐ１を投影する１フレーム期間Ｔｆにおける駆動電圧波形Ｖ_１Ａ（ｔ）を示している。１フレーム期間Ｔｆには、振れ角Ｒが増加する拡張期間ＴＥと、振れ角Ｒが減少する収縮期間ＴＳとが含まれる。

【0072】

ＭＭＤ２の可動ミラー２０は、ＭＭＤドライバ４４から第１駆動信号及び第２駆動信号が入力されることにより、スパイラル回転動作を行う。位置検出センサ５は、可動ミラー２０の振れ角Ｒ及び回転角θを検出して検出値を出力する。

【0073】

軌道演算部５１は、位置検出センサ５から出力される検出値に基づいて可動ミラー２０の実際の軌道を算出する。以下、軌道演算部５１が算出した軌道を、走査軌道演算値Ｑという。図１２は、走査軌道演算値Ｑの一例を示す。走査軌道演算値Ｑは、目標走査軌道Ｔｓと同様に、振れ角Ｒ及び回転角θで表される。可動ミラー２０が理想的なスパイラル回転動作を行っている場合には、走査軌道演算値Ｑは、目標走査軌道Ｔｓと一致する。

【0074】

位置検出センサ５が特定時刻における可動ミラー２０の位置を検出するフォトダイオード等のセンサである場合には、軌道演算部５１は、特定時刻における検出値に基づいて連続的な軌道を推測することにより走査軌道演算値Ｑを生成する。なお、走査軌道演算値Ｑは、１フレーム期間の開始を表すトリガ信号を含んでいてもよい。

【0075】

発光タイミング決定部５２は、目標決定部５０により決定された目標発光タイミングＴｔと、軌道演算部５１により算出された走査軌道演算値Ｑとに基づいて、発光タイミングＴｍを決定する。具体的には、発光タイミング決定部５２は、目標発光タイミングＴｔと走査軌道演算値Ｑとを突き合わせて発光タイミングＴｍを決定する。走査軌道演算値Ｑが１フレーム期間の開始を表すトリガ信号を含む場合には、トリガ信号に合わせて発光タイミングＴｍを決定する。なお、発光タイミング決定部５２は、目標走査軌道Ｔｓと走査軌道演算値Ｑとの誤差を検出し、検出した誤差に基づいて目標発光タイミングＴｔを補正することにより発光タイミングＴｍを決定してもよい。

【0076】

発光タイミング決定部５２は、決定した発光タイミングＴｍを光源ドライバ４３に供給することにより、発光タイミングＴｍに基づいて光源３にレーザ光Ｌａを出射させる。この結果、画像Ｐ１が投影される。

【0077】

以上のように、本実施形態によれば、変倍特性を有する全方位レンズ８を用いているので、広範囲に画像を投影することができる。また、高速に駆動が可能なＭＭＤ２でレーザ光Ｌａを偏向するので、十分な解像度で画像を投影することができる。

【0078】

［実施例］
次に、画像投影装置１０の実施例について説明する。本実施例では、画像投影装置１０を作成し、画像投影装置１０で全方位走査を行うことにより、図１３に示す画像Ｐ２を投影した。画像Ｐ２は、全周方向に２本の明線と、その２本の明線の間に薄い暗帯を有する。

【0079】

光源３として赤色レーザを用いた。また、実施例に用いたＭＭＤ２は、第１軸ａ_１周りの共振周波数と第２軸ａ_２周りの共振周波数とが共に約１４００Ｈｚであったので、駆動周波数ｆ_ｄを約１４００Ｈｚに設定した。共振現象を利用することにより、振れ角Ｒの変動幅が拡大されるので、画角を大きくすることができる。

【0080】

図１４は、画像Ｐ２を投影するための目標走査軌道Ｔｓを概念的に示す。本実施例では、１フレーム期間を６０サイクルとした。２本の明線を投影するために、目標走査軌道Ｔｓは、３≦Ｋ≦５及び８≦Ｋ≦１０のサイクルでは振れ角Ｒを変化させず固定することを特徴としている。すなわち、図１４に示す例では、目標走査軌道Ｔｓは、画像Ｐ２を投影する１フレーム期間に、３≦Ｋ≦５及び８≦Ｋ≦１０に含まれる各ピクセルを３回通過する。

【0081】

図１５は、画像Ｐ２を投影するための目標走査軌道Ｔｓと目標発光タイミングＴｔとの関係を示す。図１５（Ａ）は、目標走査軌道Ｔｓを示す。図１５（Ｂ）は、目標発光タイミングＴｔを示す。目標発光タイミングＴｔは、３≦Ｋ≦１０のサイクルでは光源３をオンとし、その他のサイクルでは光源３をオフとすることを規定している。

【0082】

したがって、３≦Ｋ≦１０のサイクルでは、可動ミラー２０の軌道が各ピクセルを通過する際に光源３からレーザ光Ｌａが出射される。３≦Ｋ≦５及び８≦Ｋ≦１０のサイクルでは、各ピクセルにおいてレーザ光Ｌａが３回出射される。６≦Ｋ≦７のサイクルでは、各ピクセルにおいてレーザ光Ｌａが１回出射される。

【0083】

このような目標走査軌道Ｔｓと目標発光タイミングＴｔとを用いて画像投影装置１０を駆動し、画像投影装置１０の周辺に投影面を設置して目視したところ、全周方向に２本の明線と、その２本の明線の間に薄い暗帯を有する投影画像を確認することができた。

【0084】

本実施例では、目標走査軌道Ｔｓを、画像Ｐ２を投影する１フレーム期間において、画像Ｐ２中の同じピクセルを複数回通過するように設定している。また、可動ミラー２０の軌道が当該ピクセルを通過する際に光源３にレーザ光Ｌａを出射させている。これにより、当該ピクセルをその他のピクセルよりも明るく表示することができる。

【0085】

また、本実施例では、画像には、目標走査軌道Ｔｓの通過回数が異なる複数のピクセルが含まれる。これにより、投影画像にコントラストを付けることができる。

【0086】

なお、上記実施形態で説明した駆動制御部４のハードウェア構成は、種々の変形が可能である。駆動制御部４の処理部は、１つのプロセッサで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）の組み合わせ、及び／又は、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。

【0087】

本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

【符号の説明】

【0088】

２ マイクロミラーデバイス（ＭＭＤ）
３ 光源
４ 駆動制御部
５ 位置検出センサ
５Ａ 受光面
６ センサ用光源
７ 光偏向部材
７Ａ 反射面
８ 全方位レンズ
８Ａ 開口
１０ 画像投影装置
２０ 可動ミラー
２０Ａ 反射面
２１ 第１アクチュエータ
２１Ａ 第１可動部
２１Ｂ 第２可動部
２２ 第２アクチュエータ
２２Ａ 第１可動部
２２Ｂ 第２可動部
２３ 支持枠
２４ 第１支持部
２５ 第２支持部
２６ 接続部
２７ 固定部
４０ ＣＰＵ
４１ ＲＯＭ
４２ ＲＡＭ
４３ 光源ドライバ
４４ ＭＭＤドライバ
４５ センサ用光源ドライバ
５０ 目標決定部
５１ 軌道演算部
５２ 発光タイミング決定部
Ｃ 回転軸
Ｌａ，Ｌｂ レーザ光
Ｎ 法線
Ｏｈ ヘリカル軌道
Ｏｓ スパイラル軌道
Ｐ１，Ｐ２ 画像
Ｑ 走査軌道演算値
Ｔｍ 発光タイミング
Ｔｓ 目標走査軌道
Ｔｔ 目標発光タイミング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】