(57)【要約】【課題】非線形特性を有する光スキャナが跳躍現象を起こす可能性を軽減し、尚且つ光スキャナの大きな光学振れ角を得る。【解決手段】光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値か否かが判断される（ＳＡ３）。光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値でないと判断されると（ＳＡ３：Ｎｏ）、光学振れ角の値が、所定の設定角度の値未満か否かが判断される（ＳＡ４）。光学振れ角の値が、設定角度未満であると判断されると（ＳＡ４：Ｙｅｓ）、駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが電圧変更幅０．１ボルトの分だけ増大される（ＳＡ５）。その後、駆動信号ＤＳの周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ減少される（ＳＡ８）。【選択図】        図６
2011133728.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回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、前記駆動信号を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電圧値が変更されるように前記信号生成部を制御する電圧制御部と、
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値が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、
前記ミラー部の前記揺動軸線回りの揺動角度を検知する検知部と、
前記ミラー部の前記揺動角度としてあらかじめ設定された設定角度を記憶している設定角度記憶部と、
前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満か否かを判断する第１判断部と、を備え、
前記光スキャナは、共振周波数値の近傍における前記駆動周波数値の変化に対して、前記揺動角度が大きく変化する跳躍現象と、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が大きくなる方向、または小さくなる方向にシフトするというシフト現象と、がそれぞれ発生する構成を有し、
前記電圧制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記信号生成部を制御し、
前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記共振周波数値のシフトする方向と同じ方向に前記駆動信号の駆動周波数値が変更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】
前記電圧制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記駆動電圧値を設定する第１設定ステップを繰り返し実行することにより前記駆動電圧値が順次変更されるように前記信号生成部を制御し、
前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記駆動周波数値を設定する第２設定ステップを繰り返し実行することにより前記駆動周波数値が順次変更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請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記電圧制御部により実行される前記第１設定ステップの繰り返し実行により変更される前記駆動電圧値の電圧変更幅をあらかじめ記憶している第１記憶部と、
前記周波数制御部により実行される前記第２設定ステップの繰り返し実行により変更される前記駆動周波数値の周波数変更幅をあらかじめ記憶している第２記憶部と、を備え、
前記電圧制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記第１記憶部により記憶されている前記電圧変更幅の分だけ前記駆動電圧値が順次変更されるように前記信号生成部を制御し、
前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記第２記憶部により記憶されている前記周波数変更幅の分だけ前記駆動周波数値が順次変更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請求項１または２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記設定角度を含む所定の角度範囲をあらかじめ記憶している範囲記憶部と、
前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記範囲記憶部に記憶されている前記所定の角度範囲内の値か否かを判断する第２判断部と、を備え、
前記電圧制御部、及び前記周波数制御部は、各々、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断され、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記範囲記憶部に記憶されている前記所定の角度範囲内の値であると前記第２判断部により判断された場合に、前記信号生成部を制御することを停止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】
前記光スキャナは、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が小さくなるという前記シフト現象が発生する構成を有し、
前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記駆動信号の駆動周波数値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１〜４のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項６】
前記光スキャナは、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が大きくなるという前記シフト現象が発生する構成を有し、
前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記駆動信号の駆動周波数値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１〜４のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項７】
前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記共振周波数値のシフトする方向と逆方向に前記駆動信号の駆動周波数値が変更されるように前記信号生成部を制御し、前記電圧制御部は、前記周波数制御部により前記信号生成部が制御された後、前記信号生成部を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項８】
前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記駆動周波数値を設定する第３設定ステップを繰り返し実行することにより前記駆動周波数値が順次変更されるように前記信号生成部を制御し、
前記電圧制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記周波数制御部により前記信号生成部が制御された後、前記駆動電圧値を設定する第４設定ステップを繰り返し実行することにより前記駆動電圧値が順次変更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請求項７に記載の光スキャナ。
【請求項９】
前記周波数制御部により実行される前記第３設定ステップの繰り返し実行により変更される前記駆動周波数値の周波数変更幅をあらかじめ記憶している第３記憶部と、
前記電圧制御部により実行される前記第４設定ステップの繰り返し実行により変更される前記駆動周電圧の電圧値の電圧変更幅をあらかじめ記憶している第４記憶部と、を備え、
前記周波数制御部は、前記第１判断部により前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると判断された場合に、前記第３記憶部により記憶されている前記周波数変更幅の分だけ前記駆動周波数値が順次変更されるように前記信号生成部を制御し、
前記電圧制御部は、前記第１判断部により前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると判断された場合に、前記周波数制御部により前記信号生成部が制御された後、前記第４記憶部により記憶されている前記電圧変更幅の分だけ前記駆動電圧値が順次変更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請求項７または８に記載の光スキャナ。
【請求項１０】
前記設定角度を含む所定の角度範囲をあらかじめ記憶している範囲記憶部と、
前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記範囲記憶部に記憶されている前記所定の角度範囲内の値か否かを判断する第２判断部と、を備え、
前記電圧制御部、及び前記周波数制御部は、各々、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断され、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記範囲記憶部に記憶されている前記所定の角度範囲内の値であると前記第２判断部により判断された場合に、前記信号生成部を制御することを停止することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項１１】
前記光スキャナは、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が小さくなるという前記シフト現象が発生する構成を有し、
前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記駆動信号の駆動周波数値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７〜１０のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項１２】
前記光スキャナは、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が大きくなるという前記シフト現象が発生する構成を有し、
前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記駆動信号の駆動周波数値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７〜１０のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項１３】
請求項１〜１２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。
【請求項１４】
入射した光束を反射するミラー部を有する揺動体と、前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線回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、前記駆動信号を前記駆動部に供給する信号生成部とを備え、共振周波数値の近傍における前記駆動周波数値の変化に対して、前記揺動角度が大きく変化する跳躍現象と、前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなる場合に、前記共振周波数値が大きくなる方向、または小さくなる方向にシフトするというシフト現象と、がそれぞれ発生する構成を有する光スキャナに使用される駆動制御方法であって、
前記ミラー部の前記揺動角度としてあらかじめ設定された設定角度を記憶する設定角度記憶ステップと、
前記ミラー部の前記揺動軸線回りの揺動角度を検知する検知ステップと、
前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満か否かを判断する第１判断ステップと、
前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断ステップにより判断された場合に、前記駆動信号の駆動電圧値が変更されるように前記信号生成部を制御する電圧制御ステップと、
前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断ステップにより判断された場合に、前記電圧制御ステップにより前記信号生成部が制御された後、前記共振周波数値のシフトする方向と同じ方向に前記駆動信号の駆動周波数値が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１５】
入射した光束を反射するミラー部を有する揺動体と、前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線回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、前記駆動信号を前記駆動部に供給する信号生成部と、を備え、共振周波数値の近傍における前記駆動周波数値の変化に対して、前記揺動角度が大きく変化する跳躍現象と、前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなる場合に、前記共振周波数値が大きくなる方向、または小さくなる方向にシフトするというシフト現象と、がそれぞれ発生する構成を有する光スキャナのコンピューターにより実行される駆動制御プログラムであって、
前記ミラー部の前記揺動角度としてあらかじめ設定された設定角度を記憶する設定角度記憶ステップと、
前記ミラー部の前記揺動軸線回りの揺動角度を検知する検知ステップと、
前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満か否かを判断する第１判断ステップと、
前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断ステップにより判断された場合に、前記駆動信号の駆動電圧値が変更されるように前記信号生成部を制御する電圧制御ステップと、
前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断ステップにより判断された場合に、前記電圧制御ステップにより前記信号生成部が制御された後、前記共振周波数値のシフトする方向と同じ方向に前記駆動信号の駆動周波数値が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ステップと、を備え、
これらのステップが前記コンピューターにより実現されることを特徴とする駆動制御プログラム。
【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、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、非線形特性と呼ばれるもう一つの特性がある。特許文献２に非線形特性を有する光スキャナが開示されている。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共振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１４を用いて詳細に説明する。図１４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１４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１４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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３１０３０１号公報
【特許文献２】特開２００３−５１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１４に示したように、光スキャナの大きな光学振れ角を得るには、非線形特性を有する光スキャナの駆動周波数をスイープして駆動周波数が共振周波数に近くなった時点で、駆動周波数のスイープを止め、共振周波数近傍で光スキャナを駆動することが望まれる。しかしながら、非線形特性を有する光スキャナは跳躍現象を示すため、単純に駆動周波数をスイープさせると意図せず跳躍現象を起こしてしまう可能性があった。光スキャナが跳躍現象を起こすと、図１４に示したように光学振れ角が極めて小さくなってしまうなどの問題が生ずる。
【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が跳躍現象を起こす可能性を軽減し、尚且つ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回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、前記駆動信号を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電圧値が変更されるように前記信号生成部を制御する電圧制御部と、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値が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、前記ミラー部の前記揺動軸線回りの揺動角度を検知する検知部と、前記ミラー部の前記揺動角度としてあらかじめ設定された設定角度を記憶している設定角度記憶部と、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満か否かを判断する第１判断部と、を備え、前記光スキャナは、共振周波数値の近傍における前記駆動周波数値の変化に対して、前記揺動角度が大きく変化する跳躍現象と、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が大きくなる方向、または小さくなる方向にシフトするというシフト現象と、がそれぞれ発生する構成を有し、前記電圧制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記信号生成部を制御し、前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記共振周波数値のシフトする方向と同じ方向に前記駆動信号の駆動周波数値が変更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、前記電圧制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記駆動電圧値を設定する第１設定ステップを繰り返し実行することにより前記駆動電圧値が順次変更されるように前記信号生成部を制御し、前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記駆動周波数値を設定する第２設定ステップを繰り返し実行することにより前記駆動周波数値が順次変更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。
【００１４】
請求項３記載の本発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記電圧制御部により実行される前記第１設定ステップの繰り返し実行により変更される前記駆動電圧値の電圧変更幅をあらかじめ記憶している第１記憶部と、前記周波数制御部により実行される前記第２設定ステップの繰り返し実行により変更される前記駆動周波数値の周波数変更幅をあらかじめ記憶している第２記憶部と、を備え、前記電圧制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記第１記憶部により記憶されている前記電圧変更幅の分だけ前記駆動電圧値が順次変更されるように前記信号生成部を制御し、前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記第２記憶部により記憶されている前記周波数変更幅の分だけ前記駆動周波数値が順次変更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。
【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、前記設定角度を含む所定の角度範囲をあらかじめ記憶している範囲記憶部と、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記範囲記憶部に記憶されている前記所定の角度範囲内の値か否かを判断する第２判断部と、を備え、前記電圧制御部、及び前記周波数制御部は、各々、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断され、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記範囲記憶部に記憶されている前記所定の角度範囲内の値であると前記第２判断部により判断された場合に、前記信号生成部を制御することを停止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、前記光スキャナは、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が小さくなるという前記シフト現象が発生する構成を有し、前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記駆動信号の駆動周波数値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。
【００１７】
請求項６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、前記光スキャナは、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が大きくなるという前記シフト現象が発生する構成を有し、前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断部により判断された場合に、前記電圧制御部により前記信号生成部が制御された後、前記駆動信号の駆動周波数値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。
【００１８】
請求項７記載の本発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記共振周波数値のシフトする方向と逆方向に前記駆動信号の駆動周波数値が変更されるように前記信号生成部を制御し、前記電圧制御部は、前記周波数制御部により前記信号生成部が制御された後、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。
【００１９】
請求項８記載の本発明は、請求項７に記載の発明において、前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記駆動周波数値を設定する第３設定ステップを繰り返し実行することにより前記駆動周波数値が順次変更されるように前記信号生成部を制御し、
前記電圧制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記周波数制御部により前記信号生成部が制御された後、前記駆動電圧値を設定する第４設定ステップを繰り返し実行することにより前記駆動電圧値が順次変更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。
【００２０】
請求項９記載の本発明は、請求項７または８に記載の発明において、前記周波数制御部により実行される前記第３設定ステップの繰り返し実行により変更される前記駆動周波数値の周波数変更幅をあらかじめ記憶している第３記憶部と、前記電圧制御部により実行される前記第４設定ステップの繰り返し実行により変更される前記駆動周電圧の電圧値の電圧変更幅をあらかじめ記憶している第４記憶部と、を備え、前記周波数制御部は、前記第１判断部により前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると判断された場合に、前記第３記憶部により記憶されている前記周波数変更幅の分だけ前記駆動周波数値が順次変更されるように前記信号生成部を制御し、前記電圧制御部は、前記第１判断部により前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると判断された場合に、前記周波数制御部により前記信号生成部が制御された後、前記第４記憶部により記憶されている前記電圧変更幅の分だけ前記駆動電圧値が順次変更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。
【００２１】
請求項１０記載の本発明は、請求項７〜９のいずれかに記載の発明において、前記設定角度を含む所定の角度範囲をあらかじめ記憶している範囲記憶部と、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記範囲記憶部に記憶されている前記所定の角度範囲内の値か否かを判断する第２判断部と、を備え、前記電圧制御部、及び前記周波数制御部は、各々、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断され、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記範囲記憶部に記憶されている前記所定の角度範囲内の値であると前記第２判断部により判断された場合に、前記信号生成部を制御することを停止することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１１記載の本発明は、請求項７〜１０のいずれかに記載の発明において、前記光スキャナは、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が小さくなるという前記シフト現象が発生する構成を有し、前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記駆動信号の駆動周波数値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。
【００２３】
請求項１２記載の本発明は、請求項７〜１０のいずれかに記載の発明において、前記光スキャナは、前記電圧制御部により前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなるように前記信号生成部が制御された場合に、前記共振周波数値が大きくなるという前記シフト現象が発生する構成を有し、前記周波数制御部は、前記検知部により検知された前記揺動角度が、前記設定角度以上であると前記第１判断部により判断された場合に、前記駆動信号の駆動周波数値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。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項１３記載の本発明は、画像表示装置であって、請求項１〜１２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。
【００２５】
上記目的を達成するために、請求項１４記載の本発明は、入射した光束を反射するミラー部を有する揺動体と、前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線回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、前記駆動信号を前記駆動部に供給する信号生成部とを備え、共振周波数値の近傍における前記駆動周波数値の変化に対して、前記揺動角度が大きく変化する跳躍現象と、前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなる場合に、前記共振周波数値が大きくなる方向、または小さくなる方向にシフトするというシフト現象と、がそれぞれ発生する構成を有する光スキャナに使用される駆動制御方法であって、前記ミラー部の前記揺動角度としてあらかじめ設定された設定角度を記憶する設定角度記憶ステップと、前記ミラー部の前記揺動軸線回りの揺動角度を検知する検知ステップと、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満か否かを判断する第１判断ステップと、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断ステップにより判断された場合に、前記駆動信号の駆動電圧値が変更されるように前記信号生成部を制御する電圧制御ステップと、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断ステップにより判断された場合に、前記電圧制御ステップにより前記信号生成部が制御された後、前記共振周波数値のシフトする方向と同じ方向に前記駆動信号の駆動周波数値が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ステップと、を備えることを特徴とするものである。
【００２６】
上記目的を達成するために、請求項１５記載の本発明は、入射した光束を反射するミラー部を有する揺動体と、前記揺動体を駆動することで、前記ミラー部を揺動軸線回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、前記駆動信号を前記駆動部に供給する信号生成部と、を備え、共振周波数値の近傍における前記駆動周波数値の変化に対して、前記揺動角度が大きく変化する跳躍現象と、前記駆動信号の駆動電圧値が大きくなる場合に、前記共振周波数値が大きくなる方向、または小さくなる方向にシフトするというシフト現象と、がそれぞれ発生する構成を有する光スキャナのコンピューターにより実行される駆動制御プログラムであって、前記ミラー部の前記揺動角度としてあらかじめ設定された設定角度を記憶する設定角度記憶ステップと、前記ミラー部の前記揺動軸線回りの揺動角度を検知する検知ステップと、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満か否かを判断する第１判断ステップと、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断ステップにより判断された場合に、前記駆動信号の駆動電圧値が変更されるように前記信号生成部を制御する電圧制御ステップと、前記検知ステップにより検知された前記揺動角度が、前記設定角度未満であると前記第１判断ステップにより判断された場合に、前記電圧制御ステップにより前記信号生成部が制御された後、前記共振周波数値のシフトする方向と同じ方向に前記駆動信号の駆動周波数値が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ステップと、を備え、これらのステップが前記コンピューターにより実現されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の光スキャナによれば、検知部により検知された揺動角度が、設定角度未満であると判断された場合に、駆動電圧値が変更された後、共振周波数値のシフトする方向と同じ方向に駆動周波数値が変更される。つまり、非線形特性を有する光スキャナの駆動電圧値が駆動周波数値より先に変更される。よって、駆動電圧値の変更により共振周波数がシフトした分、駆動周波数値を変更することができる。従って、跳躍現象を起こす可能性を軽減できる。そして、駆動電圧値が変更された後、共振周波数がシフトした方向に駆動周波数値が変更される。よって、駆動電圧の変更による光学振れ角の増大に加えて、駆動周波数が共振周波数に近づけられることによる光学振れ角の増大が得られる。従って、光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。
【００２８】
請求項２記載の光スキャナによれば、駆動電圧値と駆動周波数値とがともに段階的に変更される。従って、細かな変更が可能となり、光スキャナが跳躍現象を起こす可能性を軽減し、尚且つ光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。
【００２９】
請求項３記載の光スキャナによれば、駆動電圧値があらかじめ記憶されている変更幅分段階的に変更され、尚且つ駆動周波数値があらかじめ記憶されている変更幅分、段階的に変更される。従って、細かな変更が可能となり、光スキャナが跳躍現象を起こす可能性を軽減し、尚且つ光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。
【００３０】
請求項４記載の光スキャナによれば、検知された揺動角度が、所定の角度範囲内の値であると判断された場合に、駆動電圧値、及び駆動周波数値の変更が停止される。従って、目標とする揺動角度が得られた際に、駆動電圧値、及び駆動周波数値の変更が停止されるため、光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。
【００３１】
請求項５記載の光スキャナによれば、駆動電圧値が増大されると、共振周波数値が小さくなるという現象が起きる場合に、駆動信号の駆動周波数値が減少される。従って、駆動周波数が共振周波数に近づけられ、光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。
【００３２】
請求項６記載の光スキャナによれば、駆動電圧値が増大されると、共振周波数値が大きくなるという現象が起きる場合に、駆動信号の駆動周波数値が増大される。従って、駆動周波数が共振周波数に近づけられ、光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。
【００３３】
請求項７記載の光スキャナによれば、以下に挙げる問題を解決できるという効果を奏する。光学振れ角を所望の大きさにする際、光学振れ角を小さくできるよう、駆動電圧値、及び駆動周波数値を変更する必要が生ずる場合がある。この場合、駆動周波数値よりも先に駆動電圧値を変更すると、跳躍現象が起きる可能性がある。
【００３４】
図１５は、駆動周波数値よりも先に駆動電圧値が変更されることにより起きる跳躍現象を説明するための説明図である。図１５は、縦軸が光学振れ角を表し、横軸が駆動周波数を表し、光スキャナの特性を示す図である。図１５において、簡略化のため、駆動周波数がダウンスイープされた際の光スキャナの特性のみが示されている。図１５に示すように、いずれの駆動電圧下においても、駆動周波数がダウンスイープされると、徐々に大きな光学振れ角が得られ、ある駆動周波数の境界値を境に、光スキャナは跳躍現象を起こす。この境界値が共振周波数値である。そして、図１５に示すように、共振周波数値は、駆動電圧値が大きくなるほど、小さくなる方向にシフトしている。
【００３５】
図１５に示すように、今、駆動周波数Ｆｃ、且つ駆動電圧１３ボルトの条件下で光学振れ角Ａｃが得られているものとする。この後、光学振れ角Ａｃよりも僅かに小さい光学振れ角を得るために、駆動周波数値よりも先に駆動電圧値が変更されたとする。この場合、光スキャナは図１５に示す実線矢印に示すように跳躍現象を起こす。そして、光スキャナの光学振れ角は、図１５に示す光学振れ角Ａｃから光学振れ角Ａｆまで急激に小さくなってしまう。
【００３６】
請求項７記載の光スキャナによれば、前記検知部により検知された揺動角度が、設定角度以上であると判断された場合に、共振周波数値のシフトする方向と同じ方向に駆動周波数値が変更された後、駆動電圧値が変更される。つまり、駆動電圧値より先に駆動周波数値が変更される。従って、光学振れ角を目標とする光学振れ角の値まで小さくするために駆動電圧、及び駆動周波数を変更する際に、光スキャナの跳躍現象が起きてしまう可能性を軽減できる。
【００３７】
請求項８記載の光スキャナによれば、駆動電圧値と駆動周波数値とがともに段階的に変更される。従って、細かな変更が可能となり、光スキャナが跳躍現象を起こす可能性を軽減し、尚且つ目標とする光スキャナの光学振れ角を精度良く得ることができる。
【００３８】
請求項９記載の光スキャナによれば、駆動電圧値があらかじめ記憶されている変更幅分段階的に変更され、尚且つ駆動周波数値があらかじめ記憶されている変更幅分、段階的に変更される。従って、細かな変更が可能となり、光スキャナが跳躍現象を起こす可能性を軽減し、尚且つ目標とする光スキャナの光学振れ角を精度良く得ることができる。
【００３９】
請求項１０記載の光スキャナによれば、検知された揺動角度が、所定の角度範囲内の値であると判断された場合に、駆動電圧値、及び駆動周波数値の変更が停止される。従って、目標とする揺動角度が得られた際に、駆動電圧値、及び駆動周波数値の変更が停止されるため、目標とする光スキャナの光学振れ角を精度良く得ることができる。
【００４０】
請求項１１記載の光スキャナによれば、駆動電圧値が増大されると、共振周波数値が小さくなるという現象が起きる場合に、駆動信号の駆動周波数値が増大される。従って、目標とする光スキャナの光学振れ角を精度良く得ることができる。
【００４１】
請求項１２記載の光スキャナによれば、駆動電圧値が増大されると、共振周波数値が大きくなるという現象が起きる場合に、駆動信号の駆動周波数値が減少される。従って、目標とする光スキャナの光学振れ角を精度良く得ることができる。
【００４２】
請求項１３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。また、跳躍現象を起こす可能性が軽減された光スキャナを備えているため、所望の画角、及び解像度の画像を確実に表示することができる。
【００４３】
請求項１４記載の駆動制御方法及び請求項１５記載の駆動制御プログラムによれば、検知ステップにより検知された揺動角度が、設定角度未満であると判断された場合に、駆動電圧値が変更された後、共振周波数値のシフトする方向と同じ方向に駆動周波数値が変更される。従って、非線形特性を有する光スキャナの駆動電圧値が駆動周波数値より先に変更される。よって、駆動電圧値の変更により共振周波数がシフトした分、駆動周波数値を変更することができる。従って、跳躍現象を起こす可能性を軽減できる。そして、駆動電圧値が変更された後、共振周波数がシフトした方向に駆動周波数値が変更される。よって、駆動電圧の変更による光学振れ角の増大に加えて、駆動周波数が共振周波数に近づけられることによる光学振れ角の増大が得られる。従って、光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光スキャナ１を示す外観図である。
【図２】上記光スキャナ１の電気的構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における駆動信号生成部２１により生成された駆動信号ＤＳ０の時間的変化を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における直流電圧印加部２３から出力された直流電圧ＳＨを説明するための説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における信号重畳回路２２から出力された駆動信号ＤＳの時間的変化を説明するための説明図である。
【図６】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７】上記駆動信号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】本発明の第２の実施形態に係る光スキャナ１０１を示す外観図である。
【図９】上記光スキャナ１０１の揺動体１０２の揺動を説明するための説明図である。
【図１０】上記光スキャナ１０１の電気的構成を示す機能ブロック図である。
【図１１】上記光スキャナ１０１の動作制御を示すフローチャートである。
【図１２】上記光スキャナ１０１の駆動信号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１３】上記光スキャナ１０１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１４】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。
【図１５】非線形特性を有する光スキャナにおいて駆動周波数値よりも先に駆動電圧値が変更されることにより起きる跳躍現象を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００４６】
［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。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４と、駆動部５と、可動板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駆動部５が、本発明の駆動部の一例である。捻れ梁部４は、ミラー部３に連結する。駆動部５は、可動板６の上に設けられる。駆動部５は、リード線１５により、駆動制御部２０に接続されている。
【００４７】
ミラー部３は、図１に示す揺動軸線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。なお、本実施形態において、光束とは、光線束を意味するものとする。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。
【００４８】
駆動部５は、薄板状の圧電体が上部電極と下部電極とに挟まれた積層体である。圧電体は、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。
【００４９】
駆動部５の上部電極と下部電極とは、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、駆動信号が駆動部５に供給される。駆動制御部２０から、駆動部５に駆動信号が供給されることにより、上部電極と下部電極との間に駆動電圧が印加される。このように電圧が印加されることにより、駆動部５の圧電体がＸ軸方向に伸縮変形する。駆動部５の伸縮変形により、可動板６の駆動部５近傍の部分がＺ軸方向の上側、または下側に屈曲する。可動板６の駆動部５近傍の部分が、上側に屈曲するか、下側に屈曲するかは、上部電極と下部電極との間に印加される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。
【００５０】
可動部６の駆動部５近傍の部分が屈曲されることにより、可動板６に板波が発生される。可動板６に発生された板波は、ミラー部３、及び捻れ梁部４に回転モーメントを生じさせる。この回転モーメントにより、捻れ梁部４は捻れ振動する。また、この回転モーメントにより、ミラー部３は、揺動軸線ＡＸの回りに揺動する。ミラー部３が揺動することにより、図１に示すミラー部３の反射面７に入射した光束は走査される。
【００５１】
［電気的構成］
図２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２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２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、角度決定部２４と、判断部２５と、電圧制御部２８と、周波数制御部２９と、設定角度記憶部３０と、範囲記憶部３１と、第１記憶部３２と、第２記憶部３３と、データ記憶部３４と、を備える。判断部２５は、第１判断部２６と、第２判断部２７とを備える。図２において、揺動体２、ミラー部３、及び駆動部５等は、構成を簡略化して示されている。図２において、駆動制御部２０は、説明の便宜上、複数の機能ブロックに分けて図示されているが、実際には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイコンや、ＦＰＧＡ等により構成される。
【００５２】
図３、図４、及び図５を用いて、駆動部５に供給される駆動信号について詳細に説明する。図３、図４、及び図５において、縦軸は駆動部５の上部電極と下部電極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３に示すような、駆動部５を駆動するための駆動信号ＤＳ０を生成し、駆動信号ＤＳ０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ＤＳ０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ＤＳ０の振幅Ｖｈの情報に基づき、図４に示すような直流電圧ＳＨを生成する。直流電圧ＳＨは、図４に示すように、どの時間Ｔｍにおいても駆動信号ＤＳ０の振幅Ｖｈと同じ電圧値を有する。
【００５３】
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ＤＳ０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ＤＳ０と、直流電圧ＳＨとが重畳されると、駆動信号ＤＳ０は、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ＤＳ０の振幅Ｖｈ分シフトされる。この駆動信号ＤＳ０のシフトにより、図５に示す駆動信号ＤＳが生成される。信号重畳回路２２は、駆動信号ＤＳ０と、直流電圧ＳＨとを重畳すると、駆動信号ＤＳを駆動部５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。
【００５４】
信号重畳回路２２から駆動部５に駆動信号ＤＳが供給されると、駆動部５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が揺動する。ミラー部３が揺動することで、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。
【００５５】
駆動信号ＤＳに基づく揺動体２の駆動について詳細に説明する。図５に示す駆動信号ＤＳの周期性により、駆動部５の圧電体は、Ｘ軸方向に伸縮変形する。即ち、例えば、図５において破線と矢印とで示した時間Ｔｍ１〜Ｔｍ２においては、上部電極と下部電極とに印加される電圧Ｖｔが徐々に大きくなる。電圧が徐々に大きくなると、圧電体は、Ｘ軸方向に縮む。また、図５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、上部電極と下部電極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、圧電体は、Ｘ軸方向に伸びる。このようにして圧電体がＸ軸方向に伸縮変形することにより、可動部６の駆動部５近傍の部分がＺ軸方向の上側、または下側に屈曲する。図５に示す駆動信号ＤＳの周期性により、上部電極と下部電極との間に印加される電圧Ｖｔが周期的に変化する。上部電極と下部電極との間に印加される電圧Ｖｔが周期的に変化することで、可動部６の駆動部５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。可動部６の駆動部５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、ミラー部３が、揺動軸線ＡＸの回りに揺動する。ミラー部３が揺動することで、光源ＬＤからミラー部３の反射面７に供給された光束が走査される。以上のようにして、駆動信号ＤＳに基き揺動体２が駆動される。
【００５６】
ＢＤセンサ５０は、図１、及び図２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を生成し、駆動制御部２０の角度決定部２４に供給する。角度決定部２４は、ＢＤセンサ５０から供給されたタイミング信号に基づき、光スキャナ１の光学振れ角の値を決定する。なお、角度決定部２４により決定される光スキャナ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。光学振れ角の決定の具体的な詳細は、例えば特開２００８−３１０３０１号公報に記載されている。角度決定部２４は、決定された光学振れ角の値を、判断部２５に供給する。本実施形態におけるＢＤセンサ５０と角度決定部２４とが、本発明の検知部の一例であり、光学振れ角の決定動作が、検知ステップの一例である。
【００５７】
判断部２５は、図２に示すように第１判断部２６と第２判断部２７とを備える。第１判断部２６は、角度決定部２４により決定された光学振れ角の値が、設定角度記憶部３０により記憶されている所定の設定角度の値未満か否かを判断する。第２判断部２７は、角度決定部２４により決定された光学振れ角の値が、範囲記憶部３１に記憶されている所定の角度範囲内の値か否かを判断する。判断部２５は、第１判断部２６、及び第２判断部２７の判断結果を電圧制御部２８、及び周波数制御部２９に供給する。また、判断部２５は、データ記憶部３４により記憶されている電圧値、及び周波数値に基づき、電圧制御部２８または周波数制御部２９を制御する。本実施形態における第１判断部２６が、本発明の第１判断部の一例であり、その判断動作が、第１判断ステップの一例である。本実施形態における第２判断部２７が、本発明の第２判断部の一例である。本実施形態における設定角度記憶部３０が、本発明の設定角度記憶部の一例である。本実施形態における範囲記憶部３１が、本発明の範囲記憶部の一例である。
【００５８】
電圧制御部２８は、判断部２５から供給された判断結果に基づき、駆動信号生成部２１により生成される駆動信号ＤＳ０の電圧値が変更されるように駆動信号生成部２１を制御する。具体的には、第１記憶部３２により記憶されている変更幅の分だけ駆動信号ＤＳ０の電圧値が変更されるように駆動信号生成部２１を制御する。本実施形態における電圧制御部が、本発明の電圧制御部の一例であり、その判断動作が、電圧制御ステップの一例である。
【００５９】
周波数制御部２９は、判断部２５から供給された判断結果に基づき、駆動信号生成部２１により生成される駆動信号ＤＳ０の周波数値が変更されるように駆動信号生成部２１を制御する。具体的には、第２記憶部３３により記憶されている変更幅の分だけ駆動信号ＤＳ０の周波数値が変更されるように駆動信号生成部２１を制御する。本実施形態における周波数制御部が、本発明の周波数制御部の一例であり、その判断動作が、周波数制御ステップの一例である。
【００６０】
第１記憶部３２は、駆動信号ＤＳ０の電圧値の変更幅をあらかじめ記憶している。本実施形態における第１記憶部３２が、本発明の第１記憶部、及び第４記憶部の一例である。
【００６１】
第２記憶部３３は、駆動信号ＤＳ０の周波数値の変更幅をあらかじめ記憶している。本実施形態における第２記憶部３３が、本発明の第２記憶部、及び第３記憶部の一例である。
【００６２】
駆動信号生成部２１は、電圧制御部２８、及び周波数制御部２９の制御により、駆動信号ＤＳ０の電圧値、及び周波数値を変更する。駆動信号生成部２１は、変更された駆動信号ＤＳ０を、信号重畳回路２２に供給する。駆動信号生成部２１は、変更された駆動信号ＤＳ０の電圧値、及び周波数値をデータ記憶部３４に供給する。データ記憶部３４は、変更された駆動信号ＤＳ０の電圧値、及び周波数値を記憶する。
【００６３】
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。
【００６４】
データ記憶部３４は、スイッチＳＷが押された際に、駆動信号生成部２１により読み出される電圧値、及び周波数値をあらかじめ記憶している。駆動信号生成部２１は、スイッチＳＷが押されると、データ記憶部３４によりあらかじめ記憶されている電圧値、及び周波数値の駆動信号ＤＳ０を生成する。また、前述の通り、データ記憶部３４は、変更された駆動信号ＤＳ０の電圧値、及び周波数値を順次記憶できる。
【００６５】
［光スキャナの動作制御］
図６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６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。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。なお、ある値分「駆動信号ＤＳ０の電圧値、及び周波数値が増大または減少される」ということは、同じ分だけ「駆動信号ＤＳの電圧値、及び周波数値が増大または減少される」ことを意味する。従って、以後、「駆動信号ＤＳ０の電圧値、及び周波数値が増大または減少される」ことを、「駆動信号ＤＳの電圧値、及び周波数値が増大または減少される」と表記する。
【００６６】
図６に示す処理では、先ず、駆動制御部２０に電源ＯＮの指令が供給され、揺動体２が駆動される（ステップＳＡ１、以後ＳＡ１と記す）。具体的には、データ記憶部３４によりあらかじめ記憶されている電圧値、及び周波数値の駆動信号ＤＳ０が、駆動信号生成部２１により生成される。生成された駆動信号ＤＳ０は、信号重畳回路２２に供給される。駆動信号ＤＳ０が信号重畳回路２２に供給されると、信号重畳回路２２により、駆動信号ＤＳが生成される。生成された駆動信号ＤＳは、駆動部５に供給される。駆動信号ＤＳが駆動部５に供給されることで、駆動部５は、駆動される。駆動部５が駆動されることにより、揺動体２が駆動される。
【００６７】
揺動体２が駆動されると、光スキャナ１の光学振れ角の値が決定される（ＳＡ２）具体的には、ＢＤセンサ５０により反射光が検知される。ＢＤセンサ５０から角度決定部２４に供給されたタイミング信号に基づき、角度決定部２４により光学振れ角の値が決定される。
【００６８】
図７を用いて、本実施形態に係る光スキャナ１の駆動信号ＤＳの周波数値と光学振れ角の値との相関関係を示す。図７は、本実施形態に係る光スキャナ１に対する実験結果を示すグラフを示す。図７において、簡略化のため、駆動周波数がダウンスイープされた際の光スキャナ１の特性のみが示されている。図７に示すように、光スキャナ１は、跳躍現象を示す。また、図７に示すように、光スキャナ１の駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが大きくなるように駆動信号生成部２１が制御された場合に、共振周波数値が小さくなるという現象が発生している。なお、共振周波数値は、図７に示すように、５ボルト、７ボルト、１１．５ボルト、及び１３ボルトの各駆動電圧値の駆動信号ＤＳが駆動信号生成部２１により生成された場合に、光学振れ角Ａｄが極大値Ａｘをとる際の駆動周波数値と等しい。
【００６９】
光学振れ角の値が決定されると、決定された光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値か否かが判断される（ＳＡ３）。具体的には、決定された光学振れ角の値が、範囲記憶部３１に記憶されている所定の角度範囲内の値か否かが第２判断部２７により判断される。所定の角度範囲は、光学振れ角の目標値である設定角度を含む光学振れ角のおおまかな目標範囲として予め範囲記憶部３１に記憶されている。従って、光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値であると判断されると（ＳＡ３：Ｙｅｓ）、全ての処理が終了する。即ち、以後、現在の電圧値Ｖｔ、及び周波数値の駆動信号ＤＳにより駆動部５が駆動される。
【００７０】
光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値でないと判断されると（ＳＡ３：Ｎｏ）、光学振れ角の値が、所定の設定角度の値未満か否かが判断される（ＳＡ４）。具体的には、決定された光学振れ角の値が、設定角度記憶部３０により記憶されている所定の設定角度の値未満か否かが第１判断部２６により判断される。設定角度は、光学振れ角のおおまかな目標値として予め設定角度記憶部３０により記憶されている。従って、光学振れ角の値が、設定角度未満であると判断されると（ＳＡ４：Ｙｅｓ）、以後の処理で光学振れ角の値が大きくなるように駆動電圧値または駆動周波数値が変更される。光学振れ角の値が、設定角度以上であると判断されると（ＳＡ４：Ｎｏ）、以後の処理で光学振れ角の値が小さくなるように駆動電圧値または駆動周波数値が変更される。
【００７１】
光学振れ角の値が、設定角度未満であると判断されると（ＳＡ４：Ｙｅｓ）、駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが電圧変更幅０．１ボルトの分だけ増大される（ＳＡ５）。具体的には、第１記憶部３２により記憶されている電圧変更幅０．１ボルトの分だけ駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが変更されるように駆動信号生成部２１が電圧制御部２８により制御される。
【００７２】
電圧値Ｖｔが変更されると、現在までのトータルの電圧変更値が１ボルトを超えたか否かが判断される（ＳＡ６）。ＳＡ６の処理を具体的に説明する。データ記憶部３４は、ＳＡ６が実行される直前の時点である現在の電圧値を記憶している。また、データ記憶部３４は、スイッチＳＷが押された際に駆動信号生成部２１により読み出される最初の電圧値をあらかじめ記憶している。判断部２５により現在の電圧値と最初の電圧値との差分が算出される。算出された差分が、現在までのトータルの電圧変更値である。この算出された差分が１ボルトを超えているか否かが判断部２５により判断される。トータルの電圧変更値が１ボルトを超えていないと判断されると（ＳＡ６：Ｎｏ）、処理がＳＡ２に戻り、再び光学振れ角が決定される。トータルの電圧変更値が１ボルトを超えたと判断されると（ＳＡ６：Ｙｅｓ）、処理がＳＡ７以降の周波数制御処理に移る。このように、トータルの電圧変更値が１ボルトを超えたか否かが判断されることにより、駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔの大きさに制限を設けることができる。即ち、過剰に駆動電圧が大きくなることを防ぐことが可能となり、光スキャナの効率的な駆動制御が可能となる。
【００７３】
トータルの電圧変更値が１ボルトを超えたと判断されると（ＳＡ６：Ｙｅｓ）、光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値か否かが判断される（ＳＡ７）。具体的には、角度決定部２４により決定された光学振れ角の値が、範囲記憶部３１に記憶されている所定の角度範囲内の値か否かが第２判断部２７により判断される。所定の角度範囲は、光学振れ角のおおまかな目標範囲として予め範囲記憶部３１に記憶されている。従って、光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値であると判断されると（ＳＡ７：Ｙｅｓ）、全ての処理が終了する。即ち、以後、現在の電圧値Ｖｔ、及び周波数値の駆動信号ＤＳにより駆動部５が駆動される。なお、トータルの電圧変更値が１ボルトを超えたと判断されると（ＳＡ６：Ｙｅｓ）、ＳＡ６が実行された時点の電圧値が最初の電圧値としてデータ記憶部３４に記憶される。従って、次にＳＡ６の処理が実行される際には、判断部２５により現在の電圧値とこの時点に記憶された電圧値である最初の電圧値との差分が算出される。
【００７４】
所定の角度範囲内の値でないと判断されると（ＳＡ７：Ｎｏ）、駆動信号ＤＳ０の周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ減少される（ＳＡ８）。具体的には、駆動信号の駆動周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ減少されるように周波数制御部２９により駆動信号生成部２１が制御される。今、図７において実線矢印により示したように、駆動信号ＤＳの周波数値が３４．４８ｋＨｚ近辺において１Ｈｚ減少された。このとき、図７に示すように、ＳＡ８において駆動周波数値が変更される方向ＤＬは、電圧値Ｖｔが増大された場合に共振周波数Ｓｆのシフトする方向と同じ方向である。駆動周波数値が、方向ＤＬに変更されることにより、図７に示すように光スキャナ１の大きな光学振れ角Ａｄを得ることができる。
【００７５】
駆動信号ＤＳの周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ減少されると、現在までのトータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたか否かが判断される（ＳＡ９）。ＳＡ９の処理を具体的に説明する。データ記憶部３４は、ＳＡ９が実行される直前の時点である現在の周波数値を記憶している。また、データ記憶部３４は、スイッチＳＷが押された際に駆動信号生成部２１により読み出される最初の周波数値をあらかじめ記憶している。判断部２５により現在の周波数値と最初の周波数値との差分が算出される。算出された差分が、トータルの周波数変更値である。この算出された差分が３０Ｈｚを超えているか否かが判断部２５により判断される。トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えていないと判断されると（ＳＡ９：Ｎｏ）、処理がＳＡ７に戻り、再び光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値か否かが判断される。トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたと判断されると（ＳＡ９：Ｙｅｓ）、処理がＳＡ５に戻り、再び駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが電圧変更幅０．１ボルトの分だけ増大される。トータルの周波数変更値の制限値３０Ｈｚは、駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔがトータルの電圧値Ｖｔの制限値１ボルトの分だけ増大された場合に、共振周波数Ｓｆがシフトする分の周波数値として予め設定されている。このように、トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたか否かが判断されることにより、駆動信号ＤＳの周波数値の大きさに制限を設けることができる。即ち、図７における一点鎖線矢印ＤＥに示すように過剰に駆動周波数が小さくなることを防ぐことが可能となり、図７における破線矢印ＤＨに示すように意図せず光スキャナ１が跳躍現象を起こしてしまうことを防ぐことができる。また、トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたと判断された場合に、駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが増大されることにより、再び共振周波数Ｓｆが図７における二点鎖線矢印ＤＦに示すように駆動信号ＤＳの周波数値が小さくなる方向にシフトする。従って、周波数値変更により跳躍現象が起きる可能性を更に軽減できる。なお、トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたと判断されると（ＳＡ９：Ｙｅｓ）、ＳＡ９が実行された時点の周波数値が最初の周波数値としてデータ記憶部３４に記憶される。従って、次にＳＡ９の処理が実行される際には、判断部２５により現在の周波数値とこの時点に記憶された周波数値である最初の周波数値との差分が算出される。
【００７６】
光学振れ角の値が、設定角度以上であると判断されると（ＳＡ４：Ｎｏ）、駆動信号ＤＳの周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ増大される（ＳＡ１０）。具体的には、周波数制御部２９により駆動信号生成部２１が制御され、駆動信号の駆動周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ増大される。今、図７において一点鎖線矢印により示したように、駆動信号ＤＳの周波数値が３４．４３ｋＨｚ近辺において１Ｈｚ増大された。このとき、図７に示すように、ＳＡ１０において駆動周波数値が変更される方向ＤＲは、電圧値Ｖｔが増大された場合に共振周波数Ｓｆのシフトする方向と逆方向である。駆動周波数値が、方向ＤＲに変更されることにより、図７に示すように光スキャナ１の小さな光学振れ角Ａｄを得ることができる。
【００７７】
駆動信号ＤＳの周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ増大されると、現在までのトータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたか否かが判断される（ＳＡ１１）。ＳＡ１１の処理を具体的に説明する。データ記憶部３４は、ＳＡ１１が実行される直前の時点である現在の周波数値を記憶している。また、データ記憶部３４は、スイッチＳＷが押された際に駆動信号生成部２１により読み出される最初の周波数値をあらかじめ記憶している。判断部２５により現在の周波数値と最初の周波数値との差分が算出される。算出された差分が、トータルの周波数変更値である。この算出された差分が３０Ｈｚを超えているか否かが判断部２５により判断される。トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えていないと判断されると（ＳＡ１１：Ｎｏ）、処理がＳＡ２に戻り、再び光学振れ角が決定される。トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたと判断されると（ＳＡ１１：Ｙｅｓ）、処理がＳＡ１２以降の電圧制御処理に移る。このように、トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたか否かが判断されることにより、駆動信号ＤＳの周波数変更値の大きさに制限を設けることができる。なお、トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたと判断されると（ＳＡ１１：Ｙｅｓ）、ＳＡ１１が実行された時点の周波数値が最初の周波数値としてデータ記憶部３４に記憶される。従って、次にＳＡ１１の処理が実行される際には、判断部２５により現在の周波数値とこの時点に記憶された周波数値である最初の周波数値との差分が算出される。
【００７８】
トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えたと判断されると（ＳＡ１１：Ｙｅｓ）、光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値か否かが判断される（ＳＡ１２）。具体的には、角度決定部２４により決定された光学振れ角の値が、範囲記憶部３１に記憶されている所定の角度範囲内の値か否かが第２判断部２７により判断される。所定の角度範囲は、光学振れ角のおおまかな目標範囲として予め範囲記憶部３１に記憶されている。所定の角度範囲は、光スキャナ１が使用される画像表示装置等の目標とする画角または解像度等に合わせてあらかじめ決定されている。従って、光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値であると判断されると（ＳＡ１２：Ｙｅｓ）、全ての処理が終了する。即ち、以後、現在の電圧値Ｖｔ、及び周波数値の駆動信号ＤＳにより駆動部５が駆動される。
【００７９】
所定の角度範囲内の値でないと判断されると（ＳＡ１２：Ｎｏ）、駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが電圧変更幅０．１ボルトの分だけ減少される（ＳＡ１３）。具体的には、第１記憶部３２により記憶されている電圧変更幅０．１ボルトの分だけ駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが減少されるように駆動信号生成部２１が電圧制御部２８により制御される。
【００８０】
電圧値Ｖｔが変更されると、現在までのトータルの電圧変更値が１ボルトを超えたか否かが判断される（ＳＡ１４）。ＳＡ１４の処理を具体的に説明する。データ記憶部３４は、ＳＡ１４が実行される直前の時点である現在の電圧値を記憶している。また、データ記憶部３４は、スイッチＳＷが押された際に駆動信号生成部２１により読み出される最初の電圧値をあらかじめ記憶している。判断部２５により現在の電圧値と最初の電圧値との差分が算出される。算出された差分が、トータルの電圧変更値である。この算出された差分が１ボルトを超えているか否かが判断部２５により判断される。トータルの電圧変更値が１ボルトを超えていないと判断されると（ＳＡ１４：Ｎｏ）、処理がＳＡ１２に戻り、再び光学振れ角の値が、所定の角度範囲内の値か否かが判断される。トータルの電圧変更値が１ボルトを超えたと判断されると（ＳＡ１４：Ｙｅｓ）、処理がＳＡ１０に戻り、再び駆動信号ＤＳの周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ増大される。なお、トータルの電圧変更値が１ボルトを超えたと判断されると（ＳＡ１４：Ｙｅｓ）、ＳＡ１４が実行された時点の電圧値が最初の電圧値としてデータ記憶部３４に記憶される。従って、次にＳＡ１４の処理が実行される際には、判断部２５により現在の電圧値とこの時点に記憶された電圧値である最初の電圧値との差分が算出される。
【００８１】
以上のように、ＳＡ４において、光学振れ角の値が、設定角度以上であると判断された場合に、駆動信号ＤＳの周波数値が増大された後、駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが減少される。従って、光学振れ角を目標とする光学振れ角の値まで小さくするために、駆動電圧、及び駆動周波数を変更する際に、図１５を用いて先述したような光スキャナの跳躍現象が起きてしまう可能性を軽減できる。
【００８２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。第１の実施形態においては、光スキャナ１は、図１に示したような構造をした光スキャナであった。しかし、本実施形態において、光スキャナ１０１は、図８に示すような二股形状の構造をしている。第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成は、同一の番号を付して説明する。
【００８３】
［光スキャナ概観］
図８は、本実施形態の光スキャナ１０１の外観図である。図８に示すように、光スキャナ１０１は、揺動体１０２と、駆動制御部１２０と、ＢＤセンサ１５０と、図示しないベース台とを備える。揺動体１０２はベース台上に配置される。揺動体１０２は、ミラー部１０３と、捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂと、駆動部１０５ａ、１０５ｂと、固定部１０６とを備えている。捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂは、ミラー部１０３に連結する。駆動部１０５ａ、１０５ｂは、各々、捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂと固定部１０６とに跨って、捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂと固定部１０６との上に設けられる。駆動部１０５ａ、１０５ｂは、リード線１１５により、駆動制御部１２０に接続されている。本実施形態における揺動体１０２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１０３が、本発明のミラー部の一例である。本実施形態における駆動部１０５ａ、１０５ｂが、本発明の駆動部の一例である。
【００８４】
ミラー部１０３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１０３は、入射した光束を反射するための反射面１０７を備える。以後、簡略化のため、図８に示すように、揺動体１０２の静止時の、反射面１０７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１０７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。
【００８５】
［駆動部の構造］
駆動部１０５ａ、１０５ｂの構造について詳細に説明する。駆動部１０５ａ、１０５ｂは、薄板状の圧電体が、上部電極と下部電極とに挟まれた積層体である。圧電体は、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。
【００８６】
駆動部１０５ａ、１０５ｂの圧電体がＹ軸方向に伸縮変形することにより、捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂの駆動部１０５ａ、１０５ｂ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１０４ａ、１０４ｂの駆動部１０５ａ、１０５ｂ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、上部電極と下部電極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。
【００８７】
駆動部１０５ａ、１０５ｂの各々の上部電極と下部電極とは、リード線１１５により、駆動制御部１２０に接続されている。駆動制御部１２０から、リード線１１５を介して、同位相の駆動信号が駆動部１０５ａ、１０５ｂに供給される。駆動制御部１２０から、駆動部１０５ａ、１０５ｂに同位相の駆動信号が供給されることにより、駆動部１０５ａ、１０５ｂの各々の上部電極と下部電極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、駆動部１０５ａ、１０５ｂの各々の圧電体が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１２０が、本発明の駆動制御部の一例である。
【００８８】
［揺動体の駆動］
図９、図５を用いて、揺動体１０２の駆動について説明する。図９は、簡略化のため、ミラー部１０３と捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂとのみを示している。また、第２の実施形態における駆動部１０５ａ、１０５ｂに供給される駆動信号ＤＳは、図５において示したような第１の実施形態における駆動信号ＤＳと同様の信号である。従って、第２の実施形態における駆動信号ＤＳも、図５を参照して説明する。図９において、二点鎖線により示した揺動体１０２は静止時の揺動体１０２を示す。また、実線により示された揺動体１０２は、揺動体１０２が駆動され、ミラー部１０３がある揺動角度の値Φに達した際の揺動体１０２である。捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂは構造を簡略化し、示されている。
【００８９】
図５は、駆動制御部１２０から駆動部１０５ａ、１０５ｂに供給される同位相の駆動信号ＤＳを示す図である。図５において、縦軸は駆動部１０５ａ、１０５ｂの各々の上部電極と下部電極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１２０は、駆動部１０５ａ、１０５ｂ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１０５ａ、１０５ｂに供給する。駆動部１０５ａと駆動部１０５ｂ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１０５ａと駆動部１０５ｂ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１０５ａ、１０５ｂの各々の圧電体は、Ｙ軸方向に共に伸び、または縮む。即ち、例えば、図５において破線と矢印とで示した時間Ｔｍ１〜Ｔｍ２においては、上部電極と下部電極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、圧電体は、共にＹ軸方向に縮む。また、図５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、上部電極と下部電極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、圧電体は、共にＹ軸方向に伸びる。このようにして圧電体がＹ軸方向に共に伸び、または縮むことにより、捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂの駆動部１０５ａ、１０５ｂ近傍の部分がＺ軸方向の上側、または下側に屈曲する。図５に示した同位相の駆動信号ＤＳの周期性により、上部電極と下部電極との間に印加される電圧が周期的に変化する。上部電極と下部電極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１０４ａ、１０４ｂの駆動部１０５ａ、１０５ｂ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。この捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂの駆動部１０５ａ、１０５ｂ近傍の部分の周期的な屈曲により、捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂが図９に示すように揺動軸線ＡＸの回りに捻れ振動する。捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂが揺動軸線ＡＸの回りに捻れ振動することで、ミラー部１０３は、図９に示すように、揺動軸線ＡＸの回りに揺動する。ミラー部１０３の反射面１０７は、揺動軸線ＡＸの回りに揺動しながら、入射した光束を反射する。このように光束が反射面１０７により反射されることで、光束が走査される。
【００９０】
［電気的構成］
本実施形態に係る光スキャナ１０１は、図２に示したような第１の実施形態に係る光スキャナ１の電気的構成と同様の電気的構成を有する。従って、光スキャナ１０１の各構成の詳細な説明は省略する。図１０に示すように、駆動制御部１２０は、駆動信号生成部１２１と、信号重畳回路１２２と、直流電圧印加部１２３と、角度決定部１２４と、判断部１２５と、電圧制御部１２８と、周波数制御部１２９と、設定角度記憶部１３０と、範囲記憶部１３１と、第１記憶部１３２と、第２記憶部１３３と、データ記憶部１３４と、を備える。判断部１２５は、第１判断部１２６と、第２判断部１２７とを備える。図１０において、揺動体１０２、ミラー部１０３、及び駆動部１０５ａ、１０５ｂ等は、構成を簡略化して示されている。駆動制御部１２０は、説明の便宜上、複数の機能ブロックに分けて図示されているが、実際には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイコンや、ＦＰＧＡ等により構成される。なお、駆動部１０５ａ、１０５ｂに供給される同位相の駆動信号ＤＳは、第１の実施形態において図３、図４、及び図５を用いて示した駆動部５に供給される駆動信号ＤＳと同様の信号である。従って、駆動信号ＤＳに関する説明は省略する。
本実施形態における駆動信号生成部１２１と、信号重畳回路１２２と、直流電圧印加部１２３とが、本発明の信号生成部の一例である。本実施形態におけるＢＤセンサ１５０と角度決定部１２４とが、本発明の検知部の一例であり、光学振れ角の決定動作が、検知ステップの一例である。本実施形態における第１判断部１２６が、本発明の第１判断部の一例であり、その判断動作が、本発明の第１判断ステップの一例である。本実施形態における第２判断部１２７が、本発明の第２判断部の一例である。本実施形態における設定角度記憶部１３０が、本発明の設定角度記憶部の一例である。本実施形態における範囲記憶部１３１が、本発明の範囲記憶部の一例である。本実施形態における電圧制御部１２８が、本発明の電圧制御部の一例であり、その判断動作が、電圧制御ステップの一例である。本実施形態における第１記憶部１３２が、本発明の第１記憶部、及び第４記憶部の一例である。本実施形態における周波数制御部１２９が、本発明の周波数制御部の一例であり、その判断動作が、周波数制御ステップの一例である。本実施形態における第２記憶部１３３が、本発明の第２記憶部、及び第３記憶部の一例である。
【００９１】
［光スキャナの動作制御］
図１１を用いて、本実施形態に係る光スキャナ１０１の動作制御について詳細に説明する。図１１は、光スキャナ１０１の動作制御を示すフローチャートである。一連の動作制御は、駆動制御部１２０を構成するＣＰＵにより実行される。図１１に示す本実施形態における光スキャナ１０１の動作制御の各ステップのうち、ステップＳＢ１〜ＳＢ７、ステップＳＢ９、ステップＳＢ１１〜ステップＳＢ１４は、各々、第１の実施形態における光スキャナ１の動作制御のステップＳＡ１〜ＳＡ７、ステップＳＡ９、ステップＳＡ１１〜ステップＳＡ１４と同様のステップである。従って、図１１に示すステップＳＢ１〜ＳＢ７、ステップＳＢ９、ステップＳＢ１１〜ステップＳＢ１４の詳細な説明は省略する。図１１に示す光スキャナ１０１の動作制御のステップＳＢ８、及びステップＳＢ１０のみ駆動信号ＤＳの周波数値が増大されるか、減少されるかの点で第１の実施形態におけるステップＳＡ８、及びＳＡ１０と異なる。この点について、以下説明する。
【００９２】
図１２を用いて、本実施形態に係る光スキャナ１０１の駆動信号ＤＳの周波数値と光学振れ角の値との相関関係を示す。図１２は、本実施形態に係る光スキャナ１０１に対する実験結果を示すグラフを示す。図１２において、簡略化のため、駆動周波数がアップスイープされた際の光スキャナ１０１の特性のみが示されている。図１２に示すように、光スキャナ１０１は、跳躍現象を示す。また、図１２に示すように、光スキャナ１の駆動信号ＤＳの電圧値Ｖｔが大きくなるように駆動信号生成部１２１が制御された場合に、共振周波数値が大きくなるという現象が発生している。なお、共振周波数値は、図１２に示すように、１１ボルト、及び１３ボルト各駆動電圧値の駆動信号ＤＳが駆動信号生成部１２１により生成された場合に、光学振れ角Ａｄが極大値Ａｘをとる際の駆動信号ＤＳの周波数値と等しい。
【００９３】
従って、ＳＢ４において、光学振れ角の値が、設定角度未満であると判断され（ＳＢ４：Ｙｅｓ）、光学振れ角の値が所定の角度範囲内の値になるまで増大されるためには、図１２に示すように駆動信号ＤＳの周波数値が増大される必要がある。反対に、光学振れ角の値が所定の角度範囲内の値になるまで減少されるためには、図１２に示すように駆動信号ＤＳの周波数値が減少される必要がある。従って、ＳＢ７において光学振れ角の値が所定の角度範囲内の値でないと判断されると（ＳＢ７：Ｎｏ）、駆動信号ＤＳの周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ増大される（ＳＢ８）。今、図１２において一点鎖線矢印により示したように、駆動信号ＤＳの周波数値が３２．９ｋＨｚ近辺において１Ｈｚ増大された。このとき、図１２に示すように、ＳＢ８において駆動信号ＤＳの周波数値が変更される方向ＤＲは、電圧値Ｖｔが増大された場合に共振周波数Ｓｆのシフトする方向と同じ方向である。駆動周波数値が、方向ＤＲに変更されることにより、図１２に示すように光スキャナ１０１の大きな光学振れ角Ａｄを得ることができる。
【００９４】
また、ＳＢ４において光学振れ角の値が、設定角度以上であると判断されると（ＳＢ４：Ｎｏ）、駆動信号ＤＳの周波数値が周波数変更幅１Ｈｚの分だけ減少される（ＳＢ１０）。今、図１２において実線矢印により示したように、駆動信号ＤＳの周波数値が３３．０ｋＨｚ近辺において１Ｈｚ減少された。このとき、図１２に示すように、ＳＢ１０において駆動周波数値が変更される方向ＤＬは、電圧値Ｖｔが増大された場合に共振周波数Ｓｆのシフトする方向と逆方向である。駆動周波数値が、方向ＤＬに変更されることにより、図１２に示すように光スキャナ１０１の小さな光学振れ角Ａｄを得ることができる。
【００９５】
以上のように図１１に示す本実施形態に係る光スキャナ１０１の動作制御により、目標とする光スキャナ１０１の光学振れ角を精度良く得ることができる。また、光スキャナ１０１が意図せず跳躍現象を起こす可能性を軽減できる。通常、非線形特性を有する光スキャナが跳躍現象を起こすと、図１４における破線矢印に示したように光学振れ角が極めて小さくなる。小さくなった光学振れ角を再び大きくするには、駆動周波数値を駆動開始時の周波数値近傍に戻した後、再び共振周波数値近くまでスイープさせる必要がある。従って、光スキャナを駆動開始から共振周波数値近傍で駆動するまでの時間がかかってしまうなどの問題が生ずる。本実施形態に係る光スキャナ１０１は、跳躍現象を起こす可能性が軽減されているため、可及的速やかに駆動周波数値を共振周波数値に近づけることも可能となる。なお、第１の実施形態における光スキャナ１も、跳躍現象を起こす可能性が軽減されているため、可及的速やかに駆動周波数値を共振周波数値に近づけることができるという効果を奏することができる。
【００９６】
[光スキャナ使用例]
本発明の第２の実施形態に係る光スキャナ１０１の網膜走査ディスプレイ２０１における使用例について、図１３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。第２の実施形態に係る光スキャナ１０１は、図１３に示した共振型偏向素子２６１に用いられる。ただし、駆動制御部１２０は、水平走査制御回路２６２に対応するものである。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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、緑の各画像信号である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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。第２の実施形態に係る光スキャナ１０１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。
【０１０５】
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。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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
（変形例）
光スキャナ使用例において、第２の実施形態に係る光スキャナ１０１が、図１３に示した共振型偏向素子２６１に用いられた。同様に第１の実施形態に係る光スキャナ１も共振型偏向素子２６１に用いられてもよい。ただし、駆動制御部２０は、水平走査制御回路２６２に対応するものである。
【０１０８】
第１の実施形態、及び第２の実施形態において、光スキャナ１、１０１は、各々、ＢＤセンサ５０、１５０を備えていたが、これに限らず、光スキャナは、ＢＤセンサを備えず、光スキャナとＢＤセンサとは、別個の装置であってもよい。この場合、光スキャナの角度決定部は、光スキャナの外部に設けられたＢＤセンサからタイミング信号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。
【０１０９】
第１の実施形態、及び第２の実施形態において、本発明の検知部の一例としてＢＤセンサ５０、１５０を挙げたが、これに限らず、圧電体と電極とから構成された検出用素子を光スキャナに設け、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。この場合、例えば、第２の実施形態における光スキャナの構造の場合、駆動部１０５ａ、１０５ｂの揺動軸線ＡＸを挟んだ反対側における捻れ梁部１０４ａ、１０４ｂと固定部６とに跨って、検出用素子を設ければよい。
【０１１０】
光スキャナの使用例として、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。
【０１１１】
第１の実施形態におけるＳＡ６、及びＳＡ１４、並びに第２の実施形態におけるＳＢ６、及びＳＢ１４において、判断部２５により現在の電圧値と最初の電圧値との差分が算出されていた。また、算出された差分が、現在までのトータルの電圧変更値とされていた。そして、この算出された差分が１ボルトを超えているか否かが判断部２５により判断されていた。しかし、これに限らず、以下に示すような処理により、トータルの電圧変更値が決定されていてもよい。即ち、現在の電圧値と最初の電圧値との差分は算出されず、変更された電圧変更幅分のみが変更値記憶部に記憶されている電圧変更値に逐次加算される。そして、この電圧変更値に電圧変更幅が加算された値がトータルの電圧変更値として決定される。この場合、トータルの電圧変更値が１ボルトを超えると、周波数制御処理に移る際に、それまで記憶されていたトータルの電圧変更値が０ボルトにされる。
【０１１２】
第１の実施形態におけるＳＡ９、及びＳＡ１１、並びに第２の実施形態におけるＳＢ９、及びＳＢ１１において、判断部２５により現在の周波数値と最初の周波数値との差分が算出されていた。また、算出された差分が、現在までのトータルの周波数変更値とされていた。そして、この算出された差分が３０Ｈｚを超えているか否かが判断部２５により判断されていた。しかし、これに限らず、以下に示すような処理により、トータルの周波数変更値が決定されていてもよい。即ち、現在の周波数値と最初の周波数値との差分は算出されず、変更された周波数変更幅分のみが変更値記憶部に記憶されている周波数変更値に逐次加算される。そして、この周波数変更値に周波数変更幅が加算された値がトータルの周波数変更値として決定される。この場合、トータルの周波数変更値が３０Ｈｚを超えると、電圧制御処理に移る際に、それまで記憶されていたトータルの周波数変更値が０Ｈｚにされる。
【０１１３】
第１の実施形態、及び第２の実施形態において、電圧変更幅は０．１Ｖ、トータルの電圧変更値の制限値は１Ｖ、周波数変更幅は１Ｈｚ、トータルの周波数変更値の制限値は３０Ｈｚであった。しかし、これに限らず、例えば、電圧変更幅は０．０５Ｖ、トータルの電圧変更値の制限値は０．５Ｖ、周波数変更幅は０．５Ｈｚ、トータルの周波数変更値の制限値は１５Ｈｚであってもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１、１０１  光スキャナ
２、１０２  揺動体
３、１０３  ミラー部
５、１０５ａ、１０５ｂ  駆動部
２１、１２１  駆動信号生成部
２２、１２２  信号重畳回路
２３、１２３  直流電圧印加部
２４、１２４  角度決定部
２６、１２６  第１判断部
２７、１２７  第２判断部
２８、１２８  電圧制御部
２９、１２９  周波数制御部
３０、１３０  設定角度記憶部
３１、１３１  範囲記憶部
３２、１３２  第１記憶部
３３、１３３  第２記憶部
５０、１５０  ＢＤセンサ
２２０  光束生成部
２７０、２９０  リレー光学系
【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６】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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