(57)【要約】【課題】駆動周波数を共振周波数と略一致して設定することで、非線形特性を有する光スキャナにおいて大きな光学振れ角を得る。【解決手段】駆動周波数ＦＸの駆動信号ＤＳが、駆動部５ａ、５ｂに供給される（ＳＡ２）。光学振れ角ＡＤが検知される（ＳＡ４）。検知された光学振れ角ＡＤが角度記憶部２６により一時的に記憶される（ＳＡ５）。勾配算出部２８により、角度記憶部２６から前回の設定ステップにおける光学振れ角の値θａと周波数値Ｆａと、現在の設定ステップにおける光学振れ角の値θｂと周波数値Ｆｂとが読み出され、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）の算出が行われる（ＳＡ７）。判断部２９により、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、目標勾配値範囲ＰＲ１内の値であると判断されると（ＳＡ１３：Ｙｅｓ）、周波数変更制御部２４は、駆動信号ＤＳの駆動周波数の周波数値が変更されないように、信号生成部２１を制御する（ＳＡ１５）。【選択図】        図８
2011017885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光束を反射するミラー部と、前記ミラー部に連結する捻れ梁部と、を有する揺動体を備える光スキャナであって、
前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線周りに揺動させる駆動部と、
前記駆動部を駆動するための駆動信号を生成し、前記駆動部に供給する信号生成部と、
前記信号生成部により生成される前記駆動信号の駆動周波数の周波数値を設定する設定ステップを繰り返し実行し、この設定ステップの繰り返し実行により前記駆動周波数の周波数値が順次大きく変更されるように前記信号生成部を制御する周波数制御部と、
前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際の前記ミラー部の前記揺動軸線周りの揺動角度を検知する検知部と、
前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記検知部により検知された前記揺動角度の値を、前記駆動部に供給された前記駆動信号の前記駆動周波数の周波数値と対応付けて記憶する記憶部と、
前記周波数制御部により、先の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆａに対応して前記記憶部に記憶された前記揺動角度の値θａと、次の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆｂに対応して前記記憶部に記憶された前記揺動角度の値θｂとの差分（θｂ−θａ）を、前記周波数値Ｆａと前記周波数値Ｆｂとの差分（Ｆｂ−Ｆａ）により割った勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出する算出部と、
前記算出部により算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、共振点における前記勾配値近傍の所定の第１範囲内の値か否かを判断する判断部と、を備え、
前記周波数制御部は、前記判断部により、前記算出部により算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、前記第１範囲内の値であると判断された際に、前記駆動周波数の周波数値が変更されないように前記信号生成部を制御し、共振周波数として前記周波数値Ｆｂの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記駆動部に供給されるように前記信号生成部を制御することを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
前記周波数制御部は、前記算出部により算出された前記勾配値が前記第１範囲を含む所定の第２範囲内の値である場合に、前記算出部により算出された前記勾配値が前記第２範囲外の値である場合と比較して、連続する２つの前記設定ステップで設定される２つの前記駆動周波数の周波数値の変更幅が小さくなるように前記信号生成部を制御することを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記周波数制御部は、前記算出部により算出された前記勾配値が、前記第２範囲を含む所定の第３範囲内の値である場合に、前記算出部により算出された前記勾配値が、前記第３範囲外の値である場合と比較して、連続する２つの前記設定ステップで設定される２つの前記駆動周波数の周波数値の変更幅が小さくなるように、且つ前記第２範囲内の値である場合と比較して、連続する２つの前記設定ステップで設定される２つの前記駆動周波数の周波数値の変更幅が大きくなるように前記信号生成部を制御することを特徴とする請求項２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記周波数制御部は、前記信号生成部が先の前記設定ステップで設定された周波数値の前記駆動周波数の前記駆動信号を前記駆動部に供給した後、予め設定された所定の待機時間後に、次の前記設定ステップを実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項５】
前記算出部は、周波数値Ｆａの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記記憶部に記憶された前記揺動角度の値θａを前記記憶部から読み出し、前記周波数値Ｆａの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された後に、前記周波数制御部により前記周波数値Ｆａが設定された前記設定ステップの次の前記設定ステップで設定された周波数値Ｆｂの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記記憶部に記憶された前記揺動角度の値θｂを前記記憶部から読み出し、前記揺動角度の値θａとθｂとの差分（θｂ−θａ）を、前記駆動周波数の前記周波数値ＦａとＦｂとの差分（Ｆｂ−Ｆａ）により割った勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項６】
入射した光束を反射するミラー部と前記ミラー部に連結する捻れ梁部とを有する揺動体と、前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線周りに揺動させる駆動部と、前記駆動部を駆動するための駆動信号を生成し、前記駆動部に供給する信号生成部と、を備える光スキャナに使用される駆動制御方法であって、
前記信号生成ステップにより生成される前記駆動信号の駆動周波数の周波数値を設定する設定ステップを繰り返し実行し、この設定ステップの繰り返し実行により前記駆動周波数の周波数値が順次大きく変更されるように前記信号生成部を制御する周波数設定変更ステップと、
前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際の前記ミラー部の前記揺動軸線周りの揺動角度を検知する検知ステップと、
前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度の値を、前記駆動部に供給された前記駆動信号の前記駆動周波数の周波数値と対応付けて記憶する記憶ステップと、
前記周波数設定変更ステップにより、先の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆａに対応して前記記憶ステップにより記憶された前記揺動角度の値θａと、次の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆｂに対応して前記記憶ステップにより記憶された前記揺動角度の値θｂとの差分（θｂ−θａ）を、前記周波数値Ｆａと前記周波数値Ｆｂとの差分（Ｆｂ−Ｆａ）により割った勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、共振点における前記勾配値近傍の所定の第１範囲内の値か否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップにより、前記算出ステップにより算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、前記第１範囲内の値であると判断された際に、前記駆動周波数の周波数値が変更されないように前記信号生成部を制御し、共振周波数として前記周波数値Ｆｂの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記駆動部に供給されるように前記信号生成部を制御する周波数決定ステップとを備えることを特徴とする駆動制御方法。
【請求項７】
入射した光束を反射するミラー部と、前記ミラー部に連結する捻れ梁部と、を有する揺動体と、前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線周りに揺動させる駆動部と、前記駆動部を駆動するための駆動信号を生成し、前記駆動部に供給する信号生成部と、を備える光スキャナに使用される駆動制御プログラムであって、
前記信号生成ステップにより生成される前記駆動信号の駆動周波数の周波数値を設定する設定ステップを繰り返し実行し、この設定ステップの繰り返し実行により前記駆動周波数の周波数値が順次大きく変更されるように前記信号生成部を制御する周波数設定変更ステップと、
前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際の前記ミラー部の前記揺動軸線周りの揺動角度を検知する検知ステップと、
前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度の値を、前記駆動部に供給された前記駆動信号の前記駆動周波数の周波数値と対応付けて記憶する記憶ステップと、
前記周波数設定変更ステップにより、先の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆａに対応して前記記憶ステップにより記憶された前記揺動角度の値θａと、次の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆｂに対応して前記記憶ステップにより記憶された前記揺動角度の値θｂとの差分（θｂ−θａ）を、前記周波数値Ｆａと前記周波数値Ｆｂとの差分（Ｆｂ−Ｆａ）により割った勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、共振点における前記勾配値近傍の所定の第１範囲内の値か否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップにより、前記算出ステップにより算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、前記第１範囲内の値であると判断された際に、前記駆動周波数の周波数値が変更されないように前記信号生成部を制御し、共振周波数として前記周波数値Ｆｂの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記駆動部に供給されるように前記信号生成部を制御する周波数決定ステップとを備え、
これらのステップをコンピューターにより実現する駆動制御プログラム。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の光スキャナと、
前記光スキャナに光を供給する光源部と、
前記光スキャナにより走査された走査光を使用者の目に導く光学系と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタや投影型表示装置などに用いられる光スキャナ、光スキャナを用いた画像表示装置、光スキャナの駆動制御方法、及び光スキャナの駆動制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザプリンタや投影型表示装置等には光スキャナが使用されている。この光スキャナとして、一般に、ポリゴンミラーを用いるものや、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いるものがある。このうち、ＭＥＭＳミラーを用いた光スキャナは、ミラー部と、ミラー部を支持し、ミラー部に駆動力を伝達する梁と、その梁に連結し、ミラー部と梁とを囲う固定枠との一体成形により製造されることなどから、ポリゴンミラーと比較して、軽量・小型の光スキャナに適している。
【０００３】
光スキャナが画像表示装置等に用いられる場合、光スキャナの光学振れ角が大きいほど、それだけ、表示画像の画角が大きくなる。従って、大きな画像を表示したり、解像度の高い画像を表示するためには、光スキャナの光学振れ角は大きいほど望ましい。
【０００４】
光スキャナの大きな光学振れ角を得る方法として、共振特性を示すＱ値の高い光スキャナを共振周波数にて駆動することが挙げられる。一般に、光スキャナを共振周波数にて駆動するには、光スキャナを駆動するための駆動周波数を、光スキャナの共振周波数に等しく設定すればよい。しかし、Ｑ値の高い光スキャナは、駆動周波数の変化量に対し、光スキャナの光学振れ角が大きく変化し、また、一般に、光スキャナの共振周波数は、温度変化や経年変化等に依存して変化するため、Ｑ値の高い光スキャナを共振周波数にて安定的に駆動することは困難を極める。
【０００５】
上記の問題に鑑み、特許文献１では、光スキャナの駆動周波数を往復掃引し、往復掃引により得られた揺動振幅値が極大となる少なくとも２つの周波数に基づいて共振周波数が決定されている。特許文献１に開示されている光スキャナの駆動方法によれば、決定された共振周波数にて光スキャナを駆動することで、Ｑ値の高い光スキャナでも適切に光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。
【０００６】
特許文献１の光スキャナにおいては、特許文献１の段落００１９に記載の通り、周波数の変化を極めてゆっくりにすれば、駆動周波数の往路掃引の際の揺動振幅値が極大となる周波数と駆動周波数の復路掃引の際の揺動振幅値が極大となる周波数とが合致する。光スキャナの揺動振幅値は、光スキャナの光学振れ角に対応するため、駆動周波数の往路掃引の際の揺動振幅値が極大となる周波数と駆動周波数の復路掃引の際の揺動振幅値が極大となる周波数とが合致するということは、駆動周波数の往路掃引の際の光スキャナの光学振れ角が極大となる周波数と駆動周波数の復路掃引の際の光学振れ角が極大となる周波数とが合致することを意味する。このように、駆動周波数が往路掃引されているか、復路掃引されているかに関らず、光スキャナの光学振れ角が極大となる周波数の値が一意に決まる光スキャナの特性を一般に線形特性と言う。
【０００７】
光スキャナの特性には、もう一つの特性、即ち非線形特性と呼ばれる特性がある。非線形特性を有する光スキャナは、履歴現象と跳躍現象との２つの特徴的な現象を示す。履歴現象とは、駆動周波数を往路掃引しているか、復路掃引しているかによって、光スキャナの光学振れ角が極大となる周波数が異なる現象を指す。跳躍現象とは、駆動周波数の変化量を小さく設定して、駆動周波数を段階的に変化させるに連れ、光スキャナの光学振れ角も小さな変化量で変化していたものが、駆動周波数の微小な変化に対して、光スキャナの光学振れ角が大きく変化する現象を指す。跳躍現象は、通常、光スキャナの光学振れ角が極大となる周波数の近傍において起きる。線形特性を有する光スキャナは、履歴現象、及び跳躍現象を示すことはなく、履歴現象、及び跳躍現象は非線形特性を有する光スキャナに特有な現象と言える。
【０００８】
履歴現象、及び跳躍現象について、図１０を用いて詳細に説明する。図１０は、縦軸が光学振れ角を表し、横軸が駆動周波数を表し、光スキャナの非線形特性を示す図である。
[アップスイープ]
図１０において、実線矢印で示したように、周波数Ｆａよりも低い周波数から駆動周波数を徐々に高くしていった場合、即ち、駆動周波数をアップスイープした場合、光スキャナの光学振れ角は、徐々に大きくなる。光スキャナの光学振れ角は、駆動周波数が共振周波数Ｆｂと等しいときに最大となる。駆動周波数を共振周波数Ｆｂよりも高くすると、光スキャナは跳躍現象を示し、破線矢印で示したように、光スキャナの光学振れ角は急激に小さくなる。
[ダウンスイープ]
図１０において、二点鎖線矢印で示したように、周波数Ｆａよりも高い周波数から駆動周波数を徐々に低くしていった場合、即ち、駆動周波数をダウンスイープした場合、光スキャナの光学振れ角は、徐々に大きくなる。駆動周波数が周波数Ｆａ近傍の値をとるようになると、光スキャナが跳躍現象を示し、光スキャナの光学振れ角は、急激に大きくなる。そして、駆動周波数が周波数Ｆａと等しいときに光スキャナの光学振れ角は極大となる。但し、駆動周波数をアップスイープして駆動周波数が共振周波数Ｆｂと等しくなった際の光スキャナの光学振れ角と比較すると、駆動周波数をダウンスイープして駆動周波数が周波数Ｆａと等しくなった際の光スキャナの光学振れ角は小さい。従って、非線形特性を有する光スキャナの最大の光学振れ角を得るには、駆動周波数をアップスイープして駆動周波数が共振周波数Ｆｂと等しくなった時点で、駆動周波数の往路掃引を止め、共振周波数Ｆｂで光スキャナを駆動することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３１０３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非線形特性を有する光スキャナの共振周波数Ｆｂも線形特性を有する光スキャナの共振周波数と同様に、温度変化や経年変化等に依存して変化する。従って、駆動する度に共振周波数Ｆｂを決定し、駆動周波数を共振周波数Ｆｂに等しく設定する必要がある。特許文献１に開示されている技術は、線形特性を有する光スキャナに対して適用されていることが前提となっており、非線形特性を有する光スキャナに応用することができない。何故ならば、例えば、特許文献１に開示されている技術を非線形特性を有する光スキャナに応用しようとすると、非線形特性を有する光スキャナが示す履歴現象により、駆動周波数を往路掃引しているか、復路掃引しているかによって、光スキャナの光学振れ角が極大となる周波数が異なるため、正しく共振周波数Ｆｂを決定することができないといった問題があるためである。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、非線形特性を有する光スキャナの大きな光学振れ角を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、入射した光束を反射するミラー部と、前記ミラー部に連結する捻れ梁部と、を有する揺動体を備える光スキャナであって、前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線周りに揺動させる駆動部と、前記駆動部を駆動するための駆動信号を生成し、前記駆動部に供給する信号生成部と、前記信号生成部により生成される前記駆動信号の駆動周波数の周波数値を設定する設定ステップを繰り返し実行し、この設定ステップの繰り返し実行により前記駆動周波数の周波数値が順次大きく変更されるように前記信号生成部を制御する周波数制御部と、前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際の前記ミラー部の前記揺動軸線周りの揺動角度を検知する検知部と、前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記検知部により検知された前記揺動角度の値を、前記駆動部に供給された前記駆動信号の前記駆動周波数の周波数値と対応付けて記憶する記憶部と、前記周波数制御部により、先の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆａに対応して前記記憶部に記憶された前記揺動角度の値θａと、次の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆｂに対応して前記記憶部に記憶された前記揺動角度の値θｂとの差分（θｂ−θａ）を、前記周波数値Ｆａと前記周波数値Ｆｂとの差分（Ｆｂ−Ｆａ）により割った勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出する算出部と、前記算出部により算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、共振点における前記勾配値近傍の所定の第１範囲内の値か否かを判断する判断部と、を備え、前記周波数制御部は、前記判断部により、前記算出部により算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、前記第１範囲内の値であると判断された際に、前記駆動周波数の周波数値が変更されないように前記信号生成部を制御し、共振周波数として前記周波数値Ｆｂの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記駆動部に供給されるように前記信号生成部を制御することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、前記周波数制御部は、前記算出部により算出された前記勾配値が前記第１範囲を含む所定の第２範囲内の値である場合に、前記算出部により算出された前記勾配値が前記第２範囲外の値である場合と比較して、連続する２つの前記設定ステップで設定される２つの前記駆動周波数の周波数値の変更幅が小さくなるように前記信号生成部を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の発明において、前記周波数制御部は、前記算出部により算出された前記勾配値が、前記第２範囲を含む所定の第３範囲内の値である場合に、前記算出部により算出された前記勾配値が、前記第３範囲外の値である場合と比較して、連続する２つの前記設定ステップで設定される２つの前記駆動周波数の周波数値の変更幅が小さくなるように、且つ前記第２範囲内の値である場合と比較して、連続する２つの前記設定ステップで設定される２つの前記駆動周波数の周波数値の変更幅が大きくなるように前記信号生成部を制御することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記周波数制御部は、前記信号生成部が先の前記設定ステップで設定された周波数値の前記駆動周波数の前記駆動信号を前記駆動部に供給した後、予め設定された所定の待機時間後に、次の前記設定ステップを実行することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５記載の本発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記算出部は、周波数値Ｆａの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記記憶部に記憶された前記揺動角度の値θａを前記記憶部から読み出し、前記周波数値Ｆａの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された後に、前記周波数制御部により前記周波数値Ｆａが設定された前記設定ステップの次の前記設定ステップで設定された周波数値Ｆｂの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記記憶部に記憶された前記揺動角度の値θｂを前記記憶部から読み出し、前記揺動角度の値θａとθｂとの差分（θｂ−θａ）を、前記駆動周波数の前記周波数値ＦａとＦｂとの差分（Ｆｂ−Ｆａ）により割った勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出することを特徴とするものである。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項６記載の本発明は、入射した光束を反射するミラー部と前記ミラー部に連結する捻れ梁部とを有する揺動体と、前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線周りに揺動させる駆動部と、前記駆動部を駆動するための駆動信号を生成し、前記駆動部に供給する信号生成部と、を備える光スキャナに使用される駆動制御方法であって、前記信号生成ステップにより生成される前記駆動信号の駆動周波数の周波数値を設定する設定ステップを繰り返し実行し、この設定ステップの繰り返し実行により前記駆動周波数の周波数値が順次大きく変更されるように前記信号生成部を制御する周波数設定変更ステップと、前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際の前記ミラー部の前記揺動軸線周りの揺動角度を検知する検知ステップと、前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度の値を、前記駆動部に供給された前記駆動信号の前記駆動周波数の周波数値と対応付けて記憶する記憶ステップと、前記周波数設定変更ステップにより、先の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆａに対応して前記記憶ステップにより記憶された前記揺動角度の値θａと、次の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆｂに対応して前記記憶ステップにより記憶された前記揺動角度の値θｂとの差分（θｂ−θａ）を、前記周波数値Ｆａと前記周波数値Ｆｂとの差分（Ｆｂ−Ｆａ）により割った勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出する算出ステップと、前記算出ステップにより算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、共振点における前記勾配値近傍の所定の第１範囲内の値か否かを判断する判断ステップと、前記判断ステップにより、前記算出ステップにより算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、前記第１範囲内の値であると判断された際に、前記駆動周波数の周波数値が変更されないように前記信号生成部を制御し、共振周波数として前記周波数値Ｆｂの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記駆動部に供給されるように前記信号生成部を制御する周波数決定ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項７記載の本発明は、入射した光束を反射するミラー部と、前記ミラー部に連結する捻れ梁部と、を有する揺動体と、前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線周りに揺動させる駆動部と、前記駆動部を駆動するための駆動信号を生成し、前記駆動部に供給する信号生成部と、を備える光スキャナに使用される駆動制御プログラムであって、前記信号生成ステップにより生成される前記駆動信号の駆動周波数の周波数値を設定する設定ステップを繰り返し実行し、この設定ステップの繰り返し実行により前記駆動周波数の周波数値が順次大きく変更されるように前記信号生成部を制御する周波数設定変更ステップと、前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際の前記ミラー部の前記揺動軸線周りの揺動角度を検知する検知ステップと、前記駆動信号が前記信号生成部から前記駆動部に供給された際に、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度の値を、前記駆動部に供給された前記駆動信号の前記駆動周波数の周波数値と対応付けて記憶する記憶ステップと、前記周波数設定変更ステップにより、先の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆａに対応して前記記憶ステップにより記憶された前記揺動角度の値θａと、次の前記設定ステップで設定された前記駆動周波数の周波数値Ｆｂに対応して前記記憶ステップにより記憶された前記揺動角度の値θｂとの差分（θｂ−θａ）を、前記周波数値Ｆａと前記周波数値Ｆｂとの差分（Ｆｂ−Ｆａ）により割った勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出する算出ステップと、前記算出ステップにより算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、共振点における前記勾配値近傍の所定の第１範囲内の値か否かを判断する判断ステップと、前記判断ステップにより、前記算出ステップにより算出された前記勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、前記第１範囲内の値であると判断された際に、前記駆動周波数の周波数値が変更されないように前記信号生成部を制御し、共振周波数として前記周波数値Ｆｂの前記駆動周波数の前記駆動信号が前記駆動部に供給されるように前記信号生成部を制御する周波数決定ステップとを備え、これらのステップをコンピューターにより実現することを特徴とするものである。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項８記載の本発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の光スキャナと、前記光スキャナに光を供給する光源部と、前記光スキャナにより走査された走査光を使用者の目に導く光学系と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の光スキャナによれば、算出部により算出された勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、共振点における勾配値近傍の第１範囲内の値であると判断された際に、その際の周波数値Ｆｂの駆動周波数の駆動信号が駆動部に供給される。従って、駆動周波数が共振周波数と略一致して設定され、非線形特性を有する光スキャナにおいて大きな光学振れ角を得ることができる。
【００２１】
請求項２記載の光スキャナによれば、駆動周波数が共振周波数に近づいた際に、駆動周波数の変更幅が小さく設定される。従って、駆動周波数が共振周波数に近づいた際に、駆動周波数が共振周波数と等しくなったか否かを正確に判断することが可能となる。
【００２２】
請求項３記載の光スキャナによれば、駆動周波数が共振周波数に近づくに連れて、駆動周波数の変更幅が段階的に小さく設定される。従って、駆動周波数が共振周波数に近づいた際に、駆動周波数が共振周波数と等しくなったか否かを更に正確に判断することが可能となる。また、駆動周波数が共振周波数から離れた値である場合に、駆動周波数の変更幅がある程度大きく設定されることで、駆動周波数が共振周波数と略一致して設定されるまでの時間を短縮することができる。
【００２３】
請求項４記載の光スキャナによれば、周波数制御部は、信号生成部が先の設定ステップで設定された周波数値の駆動周波数の駆動信号を駆動部に供給した後、実際に駆動部が供給された駆動信号の駆動周波数で動くまで、次の設定ステップを実行することを待機できる。従って、ミラー部の揺動角度、即ち光スキャナの光学振れ角を、駆動周波数と正確に対応付けて検知することができる。
【００２４】
請求項５記載の光スキャナによれば、駆動信号が信号生成部から駆動部に供給された際に、記憶部に記憶された揺動角度の値が算出部により記憶部から読み出され、算出部により勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が逐次算出される。この算出された勾配値が、共振点における勾配値近傍の第１範囲内の値であると判断された際に、その際の周波数値Ｆｂの駆動周波数の駆動信号が駆動部に供給される。従って、駆動周波数が共振周波数と略一致して設定され、非線形特性を有する光スキャナにおいて大きな光学振れ角を得ることができる。
【００２５】
請求項６記載の駆動制御方法及び請求項７記載の駆動制御プログラムによれば、算出ステップにより算出された勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、共振点における勾配値近傍の第１範囲内の値であると判断された際に、その際の周波数値Ｆｂの駆動周波数の駆動信号が駆動部に供給される。従って、駆動周波数が共振周波数と略一致して設定され、非線形特性を有する光スキャナの最大の光学振れ角を得ることができる。
【００２６】
請求項８記載の画像表示装置によれば、大きな光学振れ角で揺動可能な光スキャナを備えているので、表示画像の画角が大きくなる。従って、大きな画像を表示したり、解像度の高い画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る光スキャナ１を示す図である。
【図２】本実施形態に係る駆動部５ａの構成を説明するための説明図である。
【図３】本実施形態に係る揺動体２の揺動を説明するための説明図である。
【図４】本実施形態に係る駆動信号ＤＳを説明するための説明図である。
【図５】上記光スキャナ１の機能ブロック図である。
【図６Ａ】本実施形態に係る駆動信号ＤＳ１を説明するための説明図である。
【図６Ｂ】本実施形態に係る直流電圧ＳＨを説明するための説明図である。
【図７】本実施形態に係る駆動信号ＤＳの駆動周波数と光学振れ角との相関関係を示す図である。
【図８】上記光スキャナ１の動作制御を示すフローチャートである。
【図９】上記光スキャナ１の網膜走査ディスプレイ２０１における使用例を示す図である。
【図１０】非線形特性を有する光スキャナの駆動周波数と光学振れ角との相関関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して具体的に説明する
【００２９】
［光スキャナ概観］
図１は、本実施形態の光スキャナ１の外観図である。光スキャナ１は、共振型の光スキャナである。図１に示すように、光スキャナ１は、揺動体２と駆動制御部２０とＢＤセンサ５０と図示しないベース台とを備える。揺動体２はベース台上に配置される。揺動体２は、ミラー部３と、捻れ梁部４ａ、４ｂと、駆動部５ａ、５ｂと、固定部６とを備えている。本実施形態における揺動体２が、本発明の揺動体の一例である。本実施形態におけるミラー部３が、本発明のミラー部の一例である。本実施形態における捻れ梁部４ａ、４ｂが、本発明の捻れ梁部の一例である。本実施形態における駆動部５ａ、５ｂが、本発明の駆動部の一例である。捻れ梁部４ａ、４ｂは、ミラー部３に連結する。駆動部５ａ、５ｂは、各々、捻れ梁部４ａ、４ｂと固定部６とに跨って、捻れ梁部４ａ、４ｂと固定部６との上に設けられる。駆動部５ａ、５ｂは、リード線１５により、駆動制御部２０に接続されている。
【００３０】
ミラー部３は、揺動軸線ＡＸの回りに揺動可能で、入射した光束を反射して、走査する。ミラー部３は、入射した光束を反射するための反射面７を備える。以後、簡略化のため、図１に示すように、揺動体２の静止時の、反射面７に平行な面上で、且つ揺動軸線ＡＸに垂直な方向をＸ軸とし、揺動軸線ＡＸに平行な方向をＹ軸とし、反射面７に垂直な方向をＺ軸として定義する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向の定義は、他の図面においても共通のものとする。
【００３１】
［駆動部の構造］
図２を用いて、駆動部５ａ、５ｂの構造について詳細に説明する。図２は、図１における可動梁４ａ、及び駆動部５ａ等のＹＺ平面による断面図を簡略化して示した図である。図２では代表して、駆動部５ａのみが示されているが、駆動部５ｂも駆動部５ａと同一の構成を有する。駆動部５ａは、図２に示すように、薄板状の圧電体８ａが、上部電極９ａと下部電極１０ａとに挟まれた積層体である。圧電体８ａは、電圧印加により変形するチタン酸ジルコン酸鉛（以後、「ＰＺＴ」と記す。）から構成される。図２に示すように、駆動部５ａは、図２に示すように、捻れ梁部４ａと固定部６とに跨って、捻れ梁部４ａと固定部６との上に設けられている。駆動部５ｂも、駆動部５ａと同様に、図示しない圧電体８ｂと、上部電極９ｂと下部電極１０ｂとを備える。
【００３２】
圧電体８ａ、８ｂがＹ軸方向に伸縮変形することにより、捻れ梁部４ａ、４ｂの駆動部５ａ、５ｂ近傍の部分がＺ軸方向の上側、または下側に屈曲する。捻れ梁部４ａ、４ｂの駆動部５ａ、５ｂ近傍の部分が、各々、上側に屈曲するか、下側に屈曲するかは、上部電極９ａと下部電極１０ａとの間、及び上部電極９ｂと下部電極１０ｂとの間の電圧の大小によって決定される。なお、Ｚ軸方向の上側、下側とは、各々、Ｚ軸の正の領域側、負の領域側であり、厳密にＺ軸方向に平行な方向に限定される意味ではない。
【００３３】
上部電極９ａ、９ｂと下部電極１０ａ、１０ｂとは、リード線１５により、駆動制御部２０に接続されている。駆動制御部２０から、リード線１５を介して、同位相の駆動信号が駆動部５ａ、５ｂに供給される。駆動制御部２０から、駆動部５ａ、５ｂに同位相の駆動信号が供給されることにより、上部電極９ａと下部電極１０ａとの間、及び上部電極９ｂと下部電極１０ｂとの間に同じ極性を持った電圧が印加される。このように電圧が印加されることにより、圧電体８ａ、８ｂがＹ軸方向に共に伸び、または縮む。本実施形態における駆動制御部２０が、本発明の駆動制御部の一例である。
【００３４】
［揺動体の駆動］
図３、図４を用いて、揺動体２の駆動について説明する。図３は、簡略化のため、ミラー部３と捻れ梁部４ａ、４ｂとのみを示している。図３において、二点鎖線により示した揺動体２は静止時の揺動体２を示す。また、実線により示された揺動体２は、揺動体２が駆動され、ミラー部３がある揺動角度の値Φに達した際の揺動体２である。捻れ梁部４ａ、４ｂは構造を簡略化し、示されている。図４は、駆動制御部２０から駆動部５ａ、５ｂに供給される同位相の駆動信号ＤＳを示す図である。図４において、縦軸は駆動部５ａ、５ｂの上部電極９ａ、９ｂと下部電極１０ａ、１０ｂとの間に印加される電圧Ｖｔであり、横軸は時間Ｔｍである。駆動制御部２０は、駆動部５ａ、５ｂを駆動するための駆動信号ＤＳを生成し、駆動信号ＤＳを駆動部５ａ、５ｂに供給する。駆動部５ａと駆動部５ｂとに供給される駆動信号ＤＳは少なくとも同じ位相を有していればよいが、本実施形態においては、駆動部５ａと駆動部５ｂとに供給される駆動信号ＤＳは、同じ振幅と同じ位相とを有している。駆動信号ＤＳの周期性により、駆動部５ａ、５ｂの圧電体８ａ、８ｂは、Ｙ軸方向に共に伸び、または縮む。即ち、例えば、図４において破線と矢印とで示した時間Ｔｍ１〜Ｔｍ２においては、上部電極９ａ、９ｂと下部電極１０ａ、１０ｂとに印加される電圧Ｖｔが徐々に大きくなる。電圧Ｖｔが徐々に大きくなると、圧電体８ａ、８ｂは、共にＹ軸方向に縮む。また、図４において一点鎖線と矢印とで示した時間Ｔｍ３〜Ｔｍ４においては、上部電極９ａ、９ｂと下部電極１０ａ、１０ｂとに印加される電圧Ｖｔが徐々に小さくなる。電圧Ｖｔが徐々に小さくなると、圧電体８ａ、８ｂは、共にＹ軸方向に伸びる。このようにして圧電体８ａ、８ｂがＹ軸方向に共に伸び、または縮むことにより、捻れ梁部４ａ、４ｂの駆動部５ａ、５ｂ近傍の部分がＺ軸方向の上側、または下側に屈曲する。図４に示した同位相の駆動信号ＤＳの周期性により、上部電極９ａと下部電極１０ａとの間、及び上部電極９ｂと下部電極１０ｂとの間に印加される電圧が周期的に変化する。上部電極９ａと下部電極１０ａとの間、及び上部電極９ｂと下部電極１０ｂとの間に印加される電圧が周期的に変化することで、捻れ梁部４ａ、４ｂの駆動部５ａ、５ｂ近傍の部分がＺ軸方向の上側、または下側に周期的に屈曲する。捻れ梁部４ａ、４ｂの駆動部５ａ、５ｂ近傍の部分がＺ軸方向の上側、または下側に周期的に屈曲することで、捻れ梁部４ａ、４ｂが図３に示すように揺動軸線ＡＸを中心に捻れ振動する。捻れ梁部４ａ、４ｂが揺動軸線ＡＸを中心に捻れ振動することで、ミラー部３は、図３に示すように、揺動軸線ＡＸを中心に揺動する。ミラー部３の反射面７は、揺動軸線ＡＸを中心に揺動しながら、入射した光束を反射する。このように光束が反射面７により反射されることで、光束が走査される。
【００３５】
［電気的構成］
図５を用いて、本実施形態に係る光スキャナ１の電気的構成について詳細に説明する。図５は、本実施形態に係る光スキャナ１の電気的構成を示す説明図である。図５に示すように、駆動制御部２０は、駆動信号生成部２１と、信号重畳回路２２と、直流電圧印加部２３と、周波数変更制御部２４と、待機時間記憶部２５と、角度記憶部２６と、角度計測部２７と、勾配算出部２８と、判断部２９と、勾配記憶部３０とを備える。図５において、揺動体２は、構成を簡略化して示されており、ミラー部３と駆動部５ａ、５ｂとのみが示されている。駆動制御部２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイコン等により構成される。
【００３６】
図４、図５、図６Ａ、及び図６Ｂを用いて、駆動部５ａ、５ｂに供給される駆動信号について詳細に説明する。図６Ａ、図６Ｂにおいて、縦軸は駆動部５ａ、５ｂの上部電極９ａ、９ｂと下部電極１０ａ、１０ｂとに印加される電圧Ｖｔであり、横軸は時間Ｔｍである。駆動信号生成部２１は、図６Ａに示すような、駆動部５ａ、５ｂを駆動するための駆動信号ＤＳ１を生成し、駆動信号ＤＳ１を信号重畳回路２２に供給する。また、駆動信号生成部２１は、駆動信号ＤＳ１の振幅Ｖｈの情報を直流電圧印加部２３に供給する。直流電圧印加部２３は、駆動信号生成部２１から直流電圧印加部２３に供給された駆動信号ＤＳ１の振幅Ｖｈの情報に基づき、図６Ｂに示すような直流電圧ＳＨを生成する。直流電圧ＳＨは、図６Ａ、及び図６Ｂに示すように、どの時間Ｔｍにおいても駆動信号ＤＳ１の振幅Ｖｈと同じ電圧値を有する。
【００３７】
信号重畳回路２２は、駆動信号生成部２１から供給された駆動信号ＤＳ１と、直流電圧印加部２３から供給される直流電圧ＳＨとを重畳する。信号重畳回路２２により、駆動信号ＤＳ１と、直流電圧ＳＨとが重畳されると、駆動信号生成部２１から信号重畳回路２２に供給された駆動信号ＤＳ１は、図４に示したように、電圧Ｖｔの下限値が０ボルトになるように、電圧Ｖｔの正の方向に駆動信号ＤＳ１の振幅Ｖｈ分シフトされ、駆動信号ＤＳが生成される。信号重畳回路２２は、駆動信号ＤＳ１と、直流電圧ＳＨとを重畳すると、駆動信号ＤＳを揺動体２の駆動部５ａ、５ｂに供給する。本実施形態における駆動信号生成部２１と、信号重畳回路２２と、直流電圧印加部２３とが、本発明の信号生成部の一例である。
【００３８】
周波数変更制御部２４は、駆動信号生成部２１により生成される駆動信号ＤＳ１の駆動周波数の周波数値を設定する設定ステップを繰り返し実行する。周波数変更制御部２４は、設定ステップを繰り返し実行することで、駆動信号ＤＳ１の駆動周波数の周波数値が順次大きく変更されるように、駆動信号生成部２１を制御する。周波数変更制御部２４が、設定ステップを繰り返し実行することで、駆動信号ＤＳの駆動周波数の周波数値も順次大きく変更される。周波数変更制御部２４は、信号重畳回路２２が駆動信号ＤＳを駆動部５ａ、５ｂに供給した後、所定の待機時間、次の設定ステップに移行するのを待機する。所定の待機時間は、実際に駆動部５ａ、５ｂの圧電体８ａ、８ｂが駆動信号ＤＳの駆動周波数で駆動されるまでかかる時間として、予め設定され、待機時間記憶部２５により記憶されている。周波数変更制御部２４は、駆動信号ＤＳの駆動周波数の周波数値を、角度記憶部２６に供給する。本実施形態における周波数変更制御部２４が、本発明の周波数制御部の一例であり、周波数変更制御部２４の動作が、周波数変更設定ステップの一例である。
【００３９】
駆動部５ａ、５ｂの圧電体８ａ、８ｂは、信号重畳回路２２から駆動部５ａ、５ｂに駆動信号ＤＳが供給されると、駆動部５ａ、５ｂが駆動され、揺動体２が駆動される。揺動体２が駆動されることで、ミラー部３が揺動し、ミラー部３の反射面７が、光スキャナ１の外部に設けられた光源ＬＤからミラー部３に供給された光束を反射する。
【００４０】
ＢＤセンサ５０は、図１、図５に示すように、予め反射面７に対し所定の位置で設けられている。ＢＤセンサ５０は、ミラー部３の反射面７により反射され、ＢＤセンサ５０を通過した反射光を検知する。ＢＤセンサ５０は、反射光がＢＤセンサ５０を通過するタイミングを示すタイミング信号ＴＳを生成し、駆動制御部２０の角度計測部２７に供給する。角度計測部２７は、ＢＤセンサ５０から供給されたタイミング信号ＴＳに基づき、光スキャナ１の光学振れ角の値を計測する。なお、角度計測部２７により計測される光スキャナ１の光学振れ角の値は、周知のようにミラー部３の揺動角度の値と比例関係にある。そのため、本実施形態における光学振れ角が、本発明の揺動角度に対応している。光学振れ角の計測には、特開２００８−３１０３０１号公報に開示されている公知の技術が用いられる。角度計測部２７は、計測された光学振れ角の値を、角度記憶部２６に供給する。本実施形態におけるＢＤセンサ５０と角度計測部２７とが、本発明の検知部の一例であり、光学振れ角の計測動作が、検知ステップの一例である。
【００４１】
角度記憶部２６は、角度計測部２７から供給された光学振れ角の値を、周波数変更制御部２４から供給された駆動信号ＤＳの駆動周波数の周波数値と対応付けて記憶する。このように、周波数変更制御部２４が実行する各設定ステップ毎の周波数値と、その周波数値の駆動周波数の駆動信号ＤＳが駆動部５ａ、５ｂに供給された際の光学振れ角の値とが、対応付けられて、角度記憶部２６により順次記憶される。この対応付けられた記憶により、図７に示すような、駆動信号ＤＳの駆動周波数と光学振れ角との相関関係を検知することができる。本実施形態における角度記憶部２６が、本発明の記憶部の一例であり、その記憶動作が、記憶ステップの一例である。
【００４２】
勾配算出部２８は、周波数変更制御部２４が実行する各設定ステップ毎に、角度記憶部２６により記憶された光学振れ角の値θｂを周波数値Ｆｂとともに角度記憶部２６から読み出す。その際、勾配算出部２８は、前回の設定ステップにおいて、角度記憶部２６により記憶された光学振れ角の値θａも併せて前回の設定ステップにおける周波数値Ｆａとともに角度記憶部２６から読み出す。勾配算出部２８は、光学振れ角の値θａ、θｂと周波数値Ｆａ、Ｆｂとを読み出すと、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出する。勾配算出部２８は、算出された勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を判断部２９に供給する。本実施形態における勾配算出部２８が、本発明の算出部の一例であり、勾配算出動作が、算出ステップの一例である。
【００４３】
判断部２９は、勾配算出部２８により算出された勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が予め設定された所定の勾配値範囲内の値であるか否かを判断する。所定の勾配値範囲は、予め複数種、設定されている。一例として、所定の勾配値範囲の一種である目標勾配値範囲ＰＲ１を挙げ、判断部２９の機能を説明する。判断部２９は、勾配記憶部３０により予め記憶されている目標勾配値範囲ＰＲ１を読み出す。目標勾配値範囲ＰＲ１は、０ｄｅｇ／ｋＨｚ近傍の範囲、即ち、例えば範囲０〜１０ｄｅｇ／ｋＨｚである。ただし、範囲Ａ〜Ｂｄｅｇ／ｋＨｚとは、Ａｄｅｇ／ｋＨｚ以上で、且つＢｄｅｇ／ｋＨｚより小さい範囲を示すものとする。この定義は以下の記載においても共通のものとする。判断部２９は、勾配算出部２８から供給された勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が目標勾配値範囲ＰＲ１内の値であるか否かを判断する。駆動周波数が共振周波数と等しくなる際の勾配値（以後、「共振点における勾配値」と記す。）、即ち目標勾配値は通常０ｄｅｇ／ｋＨｚである。従って、判断部２９により勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が目標勾配値範囲ＰＲ１内、即ち範囲０〜１０ｄｅｇ／ｋＨｚの値であると判断された場合、駆動周波数は限りなく共振周波数に近づいたことを意味する。判断部２９は、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が目標勾配値範囲ＰＲ１内の値であるか否かの判断結果を、周波数変更制御部２４に供給する。本実施形態における判断部２９が、本発明の判断部の一例であり、その判断動作が、判断ステップの一例である。本実施形態における目標勾配値範囲ＰＲ１が、本発明の第１範囲の一例である。なお、本実施形態における、共振点における勾配値が、本発明の共振点における勾配値の一例である。
【００４４】
周波数変更制御部２４は、判断部２９から供給された判断結果に基づき、駆動信号生成部２１の信号生成動作を制御する。具体的には、判断部２９により、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が目標勾配値範囲ＰＲ１内の値であると判断された際に、駆動信号ＤＳの駆動周波数の周波数値が変更されないように、周波数変更制御部２４は、駆動信号ＤＳ１の駆動周波数の周波数値を設定する設定ステップの繰り返し実行をストップする。すなわち、周波数変更制御部２４は、駆動信号生成部２１が生成する駆動信号ＤＳ１の駆動周波数の周波数値が変更されないように駆動信号生成部２１の動作を制御する。このように、周波数変更制御部２４が駆動信号生成部２１の信号生成動作を制御することで、駆動周波数が共振周波数と略一致して設定される。従って、共振周波数に限りなく近い駆動周波数の駆動信号ＤＳが、駆動部５ａ、５ｂに供給され、非線形特性を有する光スキャナ１の大きな光学振れ角を得ることが可能となる。
【００４５】
スイッチＳＷは、光スキャナ１の使用者によって押されると、駆動制御部２０に電源ＯＮ、または電源ＯＦＦの指令を供給する。駆動制御部２０に電源ＯＮの指令が供給されると、光スキャナ１の動作が始まり、電源ＯＦＦの指令が供給されると動作が終了する。
【００４６】
［光スキャナの動作制御］
図７、図８を用いて、本実施形態に係る光スキャナ１の動作制御について詳細に説明する。図７は、光スキャナ１の光学振れ角と駆動信号ＤＳの駆動周波数との関係を示す図である。図８は、光スキャナ１の動作制御を示すフローチャートである。図８一連の動作制御は、駆動制御部２０を構成するＣＰＵにより実行される。
【００４７】
図８に示す処理では、先ず、駆動周波数の周波数値ＦＸ（以後、「駆動周波数ＦＸ」と記す。）が予め設定された初期周波数値ＦＩと等しく設定される（ステップＳＡ１、以後ＳＡ１と記す）。即ち、ＦＸ＝ＦＩと設定される。初期周波数値ＦＩは、図７において一点鎖線と双方向矢印とにより表された線形領域ＬＲのいずれかの値である必要がある。線形領域ＬＲは、駆動周波数ＦＸを徐々に高くしていった場合、即ち駆動周波数ＦＸをアップスイープした場合と、駆動周波数ＦＸを徐々に低くしていった場合、即ち駆動周波数ＦＸをダウンスイープした場合とで、検知される光学振れ角の値（以後、「光学振れ角ＡＤ」と記す。）に相違がない周波数領域である。
【００４８】
駆動周波数ＦＸが初期周波数値ＦＩと等しく設定されると、信号重畳回路２２により、駆動周波数ＦＸの駆動信号ＤＳが、駆動部５ａ、５ｂに供給される（ＳＡ２）。駆動周波数ＦＸの駆動信号ＤＳが、駆動部５ａ、５ｂに供給されると、周波数変更制御部２４は、実際に駆動部５ａ、５ｂの圧電体８ａ、８ｂが駆動周波数ＦＸで駆動されるまでかかる時間として、予め待機時間記憶部２５に記憶されている所定の待機時間２０ｍ秒間、次の設定ステップに移行するのを待機する（ＳＡ３）。
【００４９】
周波数変更制御部２４の待機が行われると、光学振れ角ＡＤが検知される（ＳＡ４）。具体的には、ＢＤセンサ５０により、反射光の検知が行われ、角度計測部２７により、光学振れ角ＡＤが計測される。光学振れ角ＡＤが検知されると、検知された光学振れ角ＡＤが角度記憶部２６により一時的に記憶される（ＳＡ５）。
【００５０】
光学振れ角ＡＤが角度記憶部２６により記憶されると、現在の設定ステップが最初の設定ステップであるか否かが判断される（ＳＡ６）。現在の設定ステップが最初の設定ステップでないと判断されると（ＳＡ６：Ｎｏ）、勾配算出部２８により、角度記憶部２６から、前回の設定ステップにおける光学振れ角の値θａと周波数値Ｆａと、現在の設定ステップにおける光学振れ角の値θｂと周波数値Ｆｂとが読み出され、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）の算出が行われる（ＳＡ７）。勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）の算出が行われると、処理がＳＡ９に移行する。ＳＡ６において、現在の設定ステップが最初の設定ステップ、即ち、Ｆａ＝Ｆｂ＝ＦＩであると判断されると（ＳＡ６：Ｙｅｓ）、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）の初期設定が行われる（ＳＡ８）。具体的には、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、予め設定された所定の初期勾配値１００ｄｅｇ／ｋＨｚと等しく設定される（ＳＡ８）。勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）の初期設定が行われると、処理がＳＡ９に移行する。
【００５１】
算出、または初期設定された勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）は、ＳＡ９において、判断部２９により、予め設定された所定の勾配値範囲ＰＲ３内の値であるか否か判断される（ＳＡ９）。所定の勾配値範囲ＰＲ３は、前述の所定の勾配値範囲の一種であり、５０〜８０ｄｅｇ／ｋＨｚの勾配値の範囲として予め設定され、勾配記憶部３０に記憶されている。勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、予め設定された所定の勾配値範囲ＰＲ３内の値でないと判断されると（ＳＡ９：Ｎｏ）、周波数変更制御部２４は、次の設定ステップに移行する。周波数変更制御部２４が次の設定ステップに移行すると、駆動周波数ＦＸが２０Ｈｚ分高くなるように、周波数変更制御部２４が駆動信号生成部２１を制御する（ＳＡ１０）。ＳＡ１０において、駆動信号生成部２１が、周波数変更制御部２４により制御されると、処理はＳＡ２に移行する。処理がＳＡ２に移行すると、信号重畳回路２２により、前回の設定ステップにおける駆動周波数ＦＸより２０Ｈｚ分高い駆動周波数ＦＸの駆動信号ＤＳが、駆動部５ａ、５ｂに供給される。なお、ＳＡ８において、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、初期勾配値１００ｄｅｇ／ｋＨｚと等しく設定され、ＳＡ９に処理が移行した場合、ＳＡ９において判断部２９により勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、所定の勾配値範囲ＰＲ３、即ち５０〜８０ｄｅｇ／ｋＨｚ内の値でないと判断されるため、処理はＳＡ１０に移行する。
【００５２】
勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、予め設定された所定の勾配値範囲ＰＲ３内の値であると判断されると（ＳＡ９：Ｙｅｓ）、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、判断部２９により、予め設定された所定の勾配値範囲ＰＲ２内の値であるか否か判断される（ＳＡ１１）。所定の勾配値範囲ＰＲ２は、前述の所定の勾配値範囲の一種であり、１０〜５０ｄｅｇ／ｋＨｚの勾配値の範囲として予め設定され、勾配記憶部３０に記憶されている。勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、予め設定された所定の勾配値範囲ＰＲ２内の値でないと判断されると（ＳＡ１１：Ｎｏ）、周波数変更制御部２４は、次の設定ステップに移行する。周波数変更制御部２４が次の設定ステップに移行すると、駆動周波数ＦＸが１０Ｈｚ分高くなるように、周波数変更制御部２４が駆動信号生成部２１を制御する（ＳＡ１２）。ＳＡ１２において、駆動信号生成部２１が、周波数変更制御部２４により制御されると、処理はＳＡ２に移行する。処理がＳＡ２に移行すると、信号重畳回路２２により、前回の設定ステップにおける駆動周波数ＦＸより１０Ｈｚ分高い駆動周波数ＦＸの駆動信号ＤＳが、駆動部５ａ、５ｂに供給される。
【００５３】
勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、予め設定された所定の勾配値範囲ＰＲ２内の値であると判断されると（ＳＡ１１：Ｙｅｓ）、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、判断部２９により、前述の目標勾配値範囲ＰＲ１内の値であるか否か判断される（ＳＡ１３）。目標勾配値範囲ＰＲ１は、前述の通り、０〜１０ｄｅｇ／ｋＨｚの勾配値の範囲として予め設定されている。勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、目標勾配値範囲ＰＲ１内の値でないと判断されると（ＳＡ１３：Ｎｏ）、周波数変更制御部２４は、次の設定ステップに移行する。周波数変更制御部２４が次の設定ステップに移行すると、駆動周波数ＦＸが１Ｈｚ分高くなるように、周波数変更制御部２４が駆動信号生成部２１を制御する（ＳＡ１４）。ＳＡ１４において、駆動信号生成部２１が、周波数変更制御部２４により制御されると、処理はＳＡ２に移行する。処理がＳＡ２に移行すると、信号重畳回路２２により、前回の設定ステップにおける駆動周波数ＦＸより１Ｈｚ分高い駆動周波数ＦＸの駆動信号ＤＳが、駆動部５ａ、５ｂに供給される。勾配値範囲ＰＲ３が、５０〜８０ｄｅｇ／ｋＨｚ、勾配値範囲ＰＲ２が、１０〜５０ｄｅｇ／ｋＨｚ、目標勾配値範囲ＰＲ１が、０〜１０ｄｅｇ／ｋＨｚのように設定され、駆動周波数ＦＸの変更幅が上述のように設定されていることにより、勾配値が、共振点における勾配値０ｄｅｇ／ｋＨｚに近づくに連れ、駆動周波数ＦＸの変更幅が小さく設定される。従って、駆動周波数が共振周波数と等しくなったか否かを正確に判断することが可能となる。また、共振周波数からある程度離れた範囲において、即ち、勾配値が勾配値範囲ＰＲ３のような勾配値範囲内にある際の周波数範囲において、駆動周波数の変更幅がある程度大きく設定されることで、駆動周波数が共振周波数と略一致して設定されるまでの時間を短縮することができる。
【００５４】
判断部２９により、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、目標勾配値範囲ＰＲ１内の値であると判断されると（ＳＡ１３：Ｙｅｓ）、周波数変更制御部２４は、判断部２９から供給されたこの判断結果に基づき、駆動信号生成部２１を制御する。具体的には、駆動信号ＤＳの駆動周波数の周波数値が変更されないように、周波数変更制御部２４は、駆動信号ＤＳ１の駆動周波数の周波数値を設定する設定ステップの繰り返し実行をストップする（ＳＡ１５）。設定ステップの繰り返し実行がストップされることにより、駆動周波数ＦＸは現在の設定ステップにおける周波数値Ｆｂと等しくなる。従って、駆動周波数が共振周波数に限りなく近く設定され、共振周波数として駆動周波数ＦＸの駆動信号ＤＳが駆動部５ａ、５ｂに供給される。本実施形態における勾配値範囲ＰＲ２が、本発明の第２範囲の一例である。本実施形態における勾配値範囲ＰＲ３が、本発明の第３範囲の一例である。
【００５５】
本実施形態における各種勾配値範囲とその範囲における処理について更に詳細に説明するために、図７に、勾配値範囲ＰＲ１、ＰＲ２、及びＰＲ３における各々の駆動周波数の範囲ＦＲ１、ＦＲ２、及びＦＲ３を二点鎖線と双方向矢印とで示す。範囲ＦＲ１は駆動周波数が共振周波数に極めて近い範囲であり、この範囲内に駆動周波数が達した際に、設定ステップの繰り返し実行がストップされる。駆動周波数が範囲ＦＲ２内の値である場合、周波数変更制御部２４が次の設定ステップに移行する際、駆動周波数ＦＸが１Ｈｚ分高くなるように、周波数変更制御部２４が駆動信号生成部２１を制御する。駆動周波数が範囲ＦＲ３内の値である場合、周波数変更制御部２４が次の設定ステップに移行する際、駆動周波数ＦＸが１０Ｈｚ分高くなるように、周波数変更制御部２４が駆動信号生成部２１を制御する。
【００５６】
設定ステップの繰り返し実行がストップされると、電源スイッチＳＷから電源ＯＦＦの指令が供給されたか否かが判断される。電源ＯＦＦの指令が供給されていないと判断されると、駆動周波数ＦＸの駆動信号ＤＳが駆動部５ａ、５ｂに供給され続ける。電源ＯＦＦの指令が供給されたと判断されると、駆動信号ＤＳの供給処理が終了する。
【００５７】
本実施形態において、駆動周波数ＦＸの初期値は、予め設定された初期周波数値ＦＩと等しく設定されている。初期周波数値ＦＩは、図７において一点鎖線と双方向矢印とにより表された線形領域ＬＲのいずれかの値である必要がある。これは、駆動周波数ＦＸの初期値を線形領域ＬＲの周波数値よりも高い周波数値に設定した場合、その初期値の駆動周波数ＦＸで駆動部５ａ、５ｂを駆動すると、跳躍現象を起こし、光スキャナ１の光学振れ角が小さくなってしまうためである。初期周波数値ＦＩの設定は、図８に示す光スキャナ１の一連の駆動周波数の決定処理の前、即ち例えば光スキャナ１の工場出荷時に、駆動周波数ＦＸのアップスイープとダウンスイープとを行うことで、線形領域ＬＲを割り出し、割り出した線形領域ＬＲにおけるいずれかの周波数値と初期周波数値とを等しく設定することで行われる。
【００５８】
[光スキャナ使用例]
本実施形態に係る光スキャナ１の網膜走査ディスプレイ２０１における使用例について、図９を用いて説明する。網膜走査ディスプレイ２０１とは、ヘッドマウントディスプレイ装置（以後、「ＨＭＤ」と記す。）の一形態である。網膜走査ディスプレイ２０１は、装着者の頭部およびその近辺に装着され、画像光を装着者の眼に導き、装着者の網膜上で２次元方向に走査することにより、画像情報に対応する画像が装着者により視認されるように構成されたものである。本実施形態に係る光スキャナ１は、図９に示した共振型偏向素子２６１と偏向素子２８１とに用いられる。ただし、駆動制御部２０は、水平走査制御回路２６２と垂直走査制御回路２８２とに対応するものである。
【００５９】
網膜走査ディスプレイ２０１は、光束生成部２２０と、水平走査部２６０と、垂直走査部２８０とを備えている。
【００６０】
光束生成部２２０は、外部から供給される画像情報Ｓに基づいて画像光を生成し、生成された画像光を水平走査部２６０に供給する。水平走査部２６０は、光束生成部２２０により生成された画像光を水平方向に走査し、水平方向に走査された画像光をリレー光学系２７０を介して、垂直走査部２８０に供給する。垂直走査部２８０は、リレー光学系２７０を介して、水平走査部２６０から供給された画像光を垂直方向に走査し、垂直方向に走査された画像光をリレー光学系２９０を介して、装着者の瞳孔Ｅａに供給する。
【００６１】
光束生成部２２０は、信号処理回路２２１と、光源部２３０と、光合成部２４０と、を備えている。本実施形態における光束生成部２２０が、本発明の光源部の一例である。
【００６２】
信号処理回路２２１は、外部から供給された画像データＳを受信する。信号処理回路２２１は、画像データＳに基づいて、画像を合成するための要素となる青、赤、緑の各画像信号、Ｂ映像信号、Ｒ映像信号、Ｇ映像信号を生成し、光源部２３０に供給する。信号処理回路２２１は、水平走査部２６０を駆動するための水平同期信号を水平走査部２６０に供給し、垂直走査部２８０を駆動するための垂直同期信号を垂直走査部２８０に供給する。
【００６３】
光源部２３０は、信号処理回路２２１から供給されるＢ映像信号、Ｒ映像信号、Ｇ映像信号をそれぞれ画像光にする画像光出力部として機能する。光源部２３０は、青色の画像光を発生するＢレーザ２３４及びＢレーザ２３４を駆動するＢレーザドライバ２３１と、赤色の画像光を発生するＲレーザ２３５及びＲレーザ２３５を駆動するＲレーザドライバ２３２と、緑色の画像光を発生するＧレーザ２３６及びＧレーザ２３６を駆動するＧレーザドライバ２３３と、を備えている。
【００６４】
光合成部２４０は、光源部２３０から出力された３つの画像光を供給され、３つの画像光を１つの画像光に合成して任意の画像光を生成する。光合成部２４０は、コリメート光学系２４１、２４２、２４３と、このコリメートされた画像光を合成するためのダイクロイックミラー２４４、２４５、２４６と、合成された画像光を伝送ケーブル２５０に導く結合光学系２４７とを備えている。各レーザ２３４、２３５、２３６から出射したレーザ光は、コリメート光学系２４１、２４２、２４３によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー２４４、２４５、２４６に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー２４４、２４５、２４６により、各画像光が波長に関して選択的に反射または透過される。コリメート光学系２５１は、伝送ケーブル２５０を介して出射される画像光を平行光化し、水平走査部２６０に導く。
【００６５】
平行光化された画像光は、水平走査部２６０、リレー光学系２７０、垂直走査部２８０、及びリレー光学系２９０により、２次元的に走査された画像光に変換される。水平走査部２６０は、コリメート光学系２５１で平行光化された画像光を画像表示のために水平方向に往復走査する。リレー光学系２７０は、水平走査部２６０と垂直走査部２８０との間に設けられ、水平走査部２６０により走査された画像光を、垂直走査部２８０に導く。垂直走査部２８０は、水平走査部２６０で水平方向に走査された画像光を垂直方向に往復走査する。リレー光学系２９０は、水平方向と垂直方向とに走査（２次元的に走査）された画像光を瞳孔Ｅａへ出射する。本実施形態におけるリレー光学系２７０、及びリレー光学系２９０等が、本発明の光学系の一例である。
【００６６】
水平走査部２６０は、共振型偏向素子２６１と、水平走査制御回路２６２と、を備えている。本実施形態に係る光スキャナ１は、共振型偏向素子２６１に用いられる。共振型偏向素子２６１は、画像光を水平方向に走査するための反射面を有する。水平走査制御回路２６２は、信号処理回路２２１から供給される水平同期信号に基づいて、共振型偏向素子２６１を共振させる。リレー光学系２７０は、水平走査部２６０と垂直走査部２８０との間で画像光を中継する。共振型偏向素子２６１によって水平方向に走査された光は、リレー光学系２７０によって垂直走査部２８０内の偏向素子２８１の反射面に収束される。
【００６７】
垂直走査部２８０は、偏向素子２８１と、垂直走査制御回路２８２と、を備えている。本実施形態に係る光スキャナ１は、偏向素子２８１に用いられる。偏向素子２８１は、リレー光学系２７０により導かれた画像光を垂直方向に走査する。垂直走査制御回路２８２は、信号処理回路２２１から供給される垂直同期信号に基づいて、偏向素子２８１を揺動させる。共振型偏向素子２６１により水平方向に走査され、偏向素子２８１によって垂直方向に走査された画像光は、２次元的に走査された走査画像光としてリレー光学系２９０へ出射される。
【００６８】
リレー光学系２９０は、垂直走査部２８０と装着者の瞳孔Ｅａとの間で画像光を中継する。共振型偏向素子２６１により水平方向に走査され、偏向素子２８１によって垂直方向に走査された画像光は、リレー光学系２９０によって装着者の瞳孔Ｅａに収束される。このようにして、装着者は画像情報に対応する画像を視認することができる。
【００６９】
（変形例）
本実施形態におけるＳＡ１５において、設定ステップの繰り返し実行がストップされると、駆動周波数ＦＸの駆動信号ＤＳが駆動部５ａ、５ｂに供給され続けるか、駆動信号ＤＳの供給処理が終了するか、であった。しかし、光スキャナ１の共振周波数は、温度変化や経年変化等に依存して変化する。従って、図８に示したＳＡ１３の後、所定時間後にＳＡ２に戻り、再び勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）を算出することで、駆動周波数が共振周波数からずれていないかを確認する処理を設けてもよい。この場合、駆動周波数が共振周波数からずれていると判断された際には、ＳＡ１０、ＳＡ１２、及びＳＡ１４等で示したように駆動周波数を調整して、駆動周波数が共振周波数と略一致するまで処理を続ける必要がある。
【００７０】
本実施形態において、駆動周波数ＦＸの初期値の設定は、図８に示す一連の駆動周波数の決定処理の前に予め行われていたが、この初期値設定ステップが、図８に示す処理に含まれていても良い。即ち、例えば、図８に示したＳＡ１の代わりに、駆動周波数ＦＸのアップスイープとダウンスイープとが行われ、線形領域ＬＲが割り出されるステップと、割り出された線形領域ＬＲにおけるいずれかの周波数値と初期周波数値とが等しく設定されるステップとが設けられても良い。その場合、線形領域ＬＲが割り出されるステップと、割り出された線形領域ＬＲにおけるいずれかの周波数値と初期周波数値とが等しく設定されるステップとは駆動制御部２０により行われる。
【００７１】
本実施形態において、光スキャナ１はＢＤセンサ５０を備えていたが、これに限らず、光スキャナ１は、ＢＤセンサ５０を備えず、光スキャナ１とＢＤセンサ５０とは、別個の装置であってもよい。この場合、光スキャナ１の角度計測部２７は、光スキャナ１の外部に設けられたＢＤセンサ５０からタイミング信号ＴＳを受け取る信号受取部としての機能を有する必要がある。
【００７２】
本実施形態において、本発明の検知部の一例としてＢＤセンサ５０を挙げたが、これに限らず、駆動部５ａ、５ｂの揺動軸線ＡＸを挟んだ反対側における捻れ梁部４ａ、４ｂと固定部６とに跨って、圧電体と電極から構成された検出用素子を設け、検出用素子の出力電圧から光学振れ角を算出し、検知してもよい。検出用素子には、例えば、特開２００７−１９９６８２号公報に開示されている公知の技術が用いられる。
【００７３】
本実施形態において、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）が、目標勾配値範囲ＰＲ１内の値であると判断された場合に、設定ステップの繰り返し実行をストップしていたが、これに限らず、例えば、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）の対数ｌｏｇ｛（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）｝が目標とする対数範囲内の値であると判断された場合に、設定ステップの繰り返し実行をストップしてもよい。即ち、本発明における勾配値は、本実施形態における勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）のみならず、対数ｌｏｇ｛（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）｝のような、勾配値（θｂ−θａ）／（Ｆｂ−Ｆａ）と関連性のある値も含む。
【００７４】
本実施形態において、光スキャナ１の使用例として、網膜走査ディスプレイ２０１を示したが、これに限らず、電子写真式複合機や、レーザプリンタ、バーコードリーダ等に用いられてもよい。
【００７５】
本実施形態において、圧電体８ａ、８ｂが駆動周波数ＦＸで駆動されるまでかかる時間として、周波数変更制御部２４が待機する待機時間は、予め待機時間記憶部２５に記憶されている所定の待機時間２０ｍ秒間であった。しかし、これに限らず、例えば、駆動周波数ＦＸに応じて待機時間が制御されるように構成し、制御された待機時間、周波数変更制御部２４が待機するようにしてもよい。この場合、待機時間の制御は駆動制御部２０により行われる。
【００７６】
本実施形態において駆動周波数が共振周波数と略一致して設定されるまでの時間を短縮するために駆動周波数の変更幅がある程度大きく設定される勾配値範囲ＰＲ３のような勾配値範囲は複数設定されていてもよい。即ち、例えば、８０〜１００ｄｅｇ／ｋＨｚの範囲の勾配値範囲ＰＲ４が設定されていてもよい。この場合、勾配値範囲ＰＲ４内における駆動周波数の変更幅が、勾配値範囲ＰＲ３における駆動周波数の変更幅よりも大きく設定されることで、駆動周波数が共振周波数と略一致して設定されるまでの時間を可及的に短縮することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  光スキャナ
２  揺動体
３  ミラー部
４ａ、４ｂ  捻れ梁部
５ａ、５ｂ  駆動部
６  固定部
７  反射面
２０  駆動制御部
２１  駆動信号生成部
２２  信号重畳回路
２３  直流電圧印加部
２４  周波数変更制御部
２５  待機時間記憶部
２６  角度記憶部
２７  角度計測部
２８  勾配算出部
２９  判断部
３０  勾配記憶部
５０  検知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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