(57)【要約】【課題】光スキャナを一度製造した後に光スキャナの構造または剛性を変更するなどの手間をかけずに所望の共振周波数を得ることが可能な光スキャナを提供する。【解決手段】駆動信号生成部４０から駆動部４に駆動信号が供給される（Ｓ１）。駆動部４に駆動信号が供給されると、電流供給部５０から磁界発生部５に電流が供給される（Ｓ２）。電流が供給されると、共振周波数決定部７４により共振周波数が決定される（Ｓ３）。共振周波数が決定されると、判断部７６により決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいか否かが判断される（Ｓ４）。決定された共振周波数が所望の共振周波数でないと判断されると（Ｓ４：Ｎｏ）、磁界発生部５に供給される電流の絶対値が所定の微小幅分、増大される（Ｓ５）。【選択図】        図５
2011180322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光線束を反射して走査する光スキャナであって、
入射した光線束を反射する反射面を有し、且つ磁性を有するミラー部と、
前記ミラー部に連結し、捻れ振動可能な捻れ梁部と、
前記捻れ梁部を捻れ振動させる駆動部と、
磁界を発生する磁界発生部と、を備え、
前記ミラー部と前記磁界発生部との間に発生する磁気的相互作用により前記光スキャナの共振周波数を調整する光スキャナ。
【請求項２】
前記ミラー部は、軟磁性を有し、
前記ミラー部と前記磁界発生部との間に発生する磁気的引力により共振周波数を調整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】
前記捻れ梁部は、前記反射面に平行な面上で、前記ミラー部の両側から延出し、
前記ミラー部は、前記捻れ梁部に平行な揺動軸線回りに揺動し、
前記磁界発生部は、前記反射面に垂直な方向における前記ミラー部の一方側に位置し、
前記反射面に垂直な方向において前記ミラー部を前記磁界発生部に向って引き付ける前記磁気的引力により共振周波数を調整する請求項２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記磁界発生部は、電磁石であり、
前記共振周波数を決定する決定部と、
前記光スキャナの共振周波数としてあらかじめ設定された第１周波数を記憶している周波数記憶部と、
前記決定部により決定された前記共振周波数が、前記周波数記憶部により記憶されている前記第１周波数と等しいか否かを判断する判断部と、
前記磁界発生部に電流を供給する電流供給部と、
前記電流供給部を制御することにより、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流を調整する電流調整部と、を備え、
前記光スキャナは、前記磁界発生部により磁界の発生が開始される前の共振周波数である第２周波数が、前記第１周波数よりも高くなるように構成されており、
前記電流調整部は、前記判断部により、前記決定部により決定された前記共振周波数が前記第１周波数と等しくないと判断された場合に、前記電流供給部を制御し、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流の絶対値を増大させ、前記光スキャナの共振周波数が前記第２周波数から前記第１周波数に近づくように、前記共振周波数を調整することを特徴とする請求項３に記載の光スキャナ。
【請求項５】
前記磁界発生部は、電磁石であり、
前記磁界発生部に電流を供給する電流供給部と、
前記光スキャナ周辺の温度を測定する温度測定部と、
前記電流供給部を制御することにより、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流を調整する電流調整部と、を備え、
前記電流調整部は、前記温度測定部により測定された前記温度に基づいて、前記電流供給部を制御し、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流を調整することを特徴とする請求項３に記載の光スキャナ。
【請求項６】
前記光スキャナ周辺の温度と、その周辺の温度下において前記磁界発生部に供給される電流の値とを対応付けてあらかじめ記憶している記憶部を備え、
前記電流調整部は、前記電流供給部を制御し、前記温度測定部により測定された前記温度に対応して前記記憶部に記憶されている前記値の電流を前記電流供給部から前記磁界発生部に供給させることを特徴とする請求項５に記載の光スキャナ。
【請求項７】
前記捻れ梁部は、前記反射面に平行な面上で、前記ミラー部の両側から延出し、
前記ミラー部は、前記捻れ梁部に平行な揺動軸線回りに揺動し、
前記磁界発生部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記捻れ梁部に直交する方向における前記ミラー部の一方側に位置する電磁石であり、
前記共振周波数を決定する決定部と、
前記光スキャナの共振周波数としてあらかじめ設定された第１周波数を記憶している周波数記憶部と、
前記決定部により決定された前記共振周波数が、前記周波数記憶部により記憶されている前記第１周波数と等しいか否かを判断する判断部と、
前記磁界発生部に電流を供給する電流供給部と、
前記電流供給部を制御することにより、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流を調整する電流調整部と、を備え、
前記光スキャナは、前記磁界発生部により磁界の発生が開始される前の共振周波数である第３周波数が、前記第１周波数よりも低くなるように構成されており、
前記電流調整部は、前記判断部により、前記決定部により決定された前記共振周波数が前記第１周波数と等しくないと判断された場合に、前記電流供給部を制御し、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流の絶対値を増大させ、前記光スキャナの共振周波数が前記第３周波数から前記第１周波数に近づくように、前記反射面に平行な面上で、且つ前記捻れ梁部に直交する方向において前記ミラー部から前記磁界発生部へ向かう方向の前記磁気的引力により前記光スキャナの共振周波数を調整する請求項２に記載の光スキャナ。
【請求項８】
入射した光線束を反射して走査する光スキャナであって、
入射した光線束を反射する反射面を有し、且つ軟磁性を有するミラー部と、
前記ミラー部に連結し、捻れ振動可能な捻れ梁部と、
前記捻れ梁部を捻れ振動させる駆動部と、
前記ミラー部の配置領域に及ぶ磁界を発生することが可能な磁界発生可能部と、を備える光スキャナ。
【請求項９】
前記磁界発生可能部は、電磁石であり、
前記磁界発生可能部に電流を供給する電流供給部と、
前記電流供給部により前記電流が前記磁界発生可能部に供給された場合に、前記磁界発生可能部により前記磁界が発生されることを特徴とする請求項８に記載の光スキャナ。
【請求項１０】
入射した光線束を反射する反射面を有し、且つ軟磁性を有するミラー部と、前記ミラー部に連結し、捻れ振動可能な捻れ梁部と、前記捻れ梁部を捻れ振動させる駆動部と、を備える光スキャナを制御する光スキャナ制御方法であって、
前記ミラー部の配置領域に及ぶ磁界を発生し、
発生される前記磁界の中で、前記反射面に垂直な方向に前記ミラー部に作用する磁気的な力により前記光スキャナの共振周波数を調整する光スキャナ制御方法。
【請求項１１】
請求項１〜９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、及び光スキャナを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザプリンタや投影型表示装置などに光スキャナが使用されている。光スキャナのなかでもＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）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、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、軽量・小型の光スキャナとして近年注目されている。
【０００３】
図２１は、特許文献１に開示されているＭＥＭＳミラーを用いた光スキャナ９０１の斜視図である。光スキャナ９０１は、可動板９１０と、駆動部９２０と、を備える。可動板９１０は、ミラー部９１１と、一対の捻れ梁部９１２と、を備える。駆動部９２０は、可動板９１０上に設けられる。ミラー部９１１は、一対の捻れ梁部９１２により支持される。ミラー部９１１は、入射した光束を反射する反射面９１３を備える。駆動部９２０は、圧電体を備える。駆動部９２０に駆動信号が供給されることで、駆動部９２０の圧電体は、駆動部９２０近辺における可動板９１０に曲げたわみを発生させる。可動板９１０に発生された曲げたわみが、可動板９１０に板波を発生する。可動板９１０に発生された板波は、一対の捻れ梁部９１２により支持されたミラー部９１１並びに一対の捻れ梁部９１２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、ミラー部９１１が揺動し、一対の捻れ梁部９１２が捻れ振動する。ミラー部９１１が揺動することで、ミラー部９１１の反射面９１３に入射した光線束が走査される。
【０００４】
光スキャナのミラー部は、光スキャナが共振状態にて駆動される場合に、最も大きく揺動する。従って、光スキャナの所望の大きな光学振れ角を得るには、駆動部に供給される駆動信号の駆動周波数を、光スキャナの共振周波数と等しく設定する。光スキャナの共振周波数は、主に光スキャナの構造や物性により決定される固有周波数である。従って、光スキャナの製造段階にて、所望の光学振れ角を得るための所望の共振周波数が得られるように光スキャナの構造や物性を選定する。
【０００５】
しかしながら、光スキャナの共振周波数は、光スキャナ製造時に必然的に発生する構造寸法のばらつき、光スキャナの材料物性のばらつき、または光スキャナの駆動時の温度などに依存して変動する。この共振周波数のばらつきにより、所望の共振周波数を得ることが困難になるという問題が生ずる。
【０００６】
上記問題に鑑み、特許文献２に開示されている光スキャナは、光スキャナの一部の構造または剛性を調整することで所望の共振周波数を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２９３１１６号公報
【特許文献２】特開２００８−１１６６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に開示されているように、光スキャナの一部の構造または剛性を調整するには、光スキャナを一度製造した後に光スキャナの構造または剛性を変更する必要があった。従って、所望の共振周波数を得るために非常に手間がかかるという問題があった。
【０００９】
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、光スキャナを一度製造した後に光スキャナの構造または剛性を変更するなどの手間をかけずに所望の共振周波数を得ることが可能な光スキャナを提供することを目的とする。また、本発明は、所望の共振周波数を得ることが可能な光スキャナを用いた画像表示装置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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、入射した光線束を反射して走査する光スキャナであって、入射した光線束を反射する反射面を有し、且つ磁性を有するミラー部と、前記ミラー部に連結し、捻れ振動可能な捻れ梁部と、前記捻れ梁部を捻れ振動させる駆動部と、磁界を発生する磁界発生部と、を備え、前記ミラー部と前記磁界発生部との間に発生する磁気的相互作用により前記光スキャナの共振周波数を調整することを特徴とするものである。
【００１１】
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、前記ミラー部は、軟磁性を有し、前記ミラー部と前記磁界発生部との間に発生する磁気的引力により共振周波数を調整することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、請求項２記載の発明において、前記捻れ梁部は、前記反射面に平行な面上で、前記ミラー部の両側から延出し、前記ミラー部は、前記捻れ梁部に平行な揺動軸線回りに揺動し、前記磁界発生部は、前記反射面に垂直な方向における前記ミラー部の一方側に位置し、前記反射面に垂直な方向において前記ミラー部を前記磁界発生部に向って引き付ける前記磁気的引力により共振周波数を調整することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、請求項３記載の発明において、前記磁界発生部は、電磁石であり、前記共振周波数を決定する決定部と、前記光スキャナの共振周波数としてあらかじめ設定された第１周波数を記憶している周波数記憶部と、前記決定部により決定された前記共振周波数が、前記周波数記憶部により記憶されている前記第１周波数と等しいか否かを判断する判断部と、前記磁界発生部に電流を供給する電流供給部と、前記電流供給部を制御することにより、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流を調整する電流調整部と、を備え、前記光スキャナは、前記磁界発生部により磁界の発生が開始される前の共振周波数である第２周波数が、前記第１周波数よりも高くなるように構成されており、前記電流調整部は、前記判断部により、前記決定部により決定された前記共振周波数が前記第１周波数と等しくないと判断された場合に、前記電流供給部を制御し、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流の絶対値を増大させ、前記光スキャナの共振周波数が前記第２周波数から前記第１周波数に近づくように、前記共振周波数を調整することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５記載の本発明は、請求項３記載の発明において、前記磁界発生部は、電磁石であり、前記磁界発生部に電流を供給する電流供給部と、前記光スキャナ周辺の温度を測定する温度測定部と、前記電流供給部を制御することにより、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流を調整する電流調整部と、を備え、前記電流調整部は、前記温度測定部により測定された前記温度に基づいて、前記電流供給部を制御し、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流を調整することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６記載の本発明は、請求項５記載の発明において、前記光スキャナ周辺の温度と、その周辺の温度下において前記磁界発生部に供給される電流の値とを対応付けてあらかじめ記憶している記憶部を備え、前記電流調整部は、前記電流供給部を制御し、前記温度測定部により測定された前記温度に対応して前記記憶部に記憶されている前記値の電流を前記電流供給部から前記磁界発生部に供給させることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７記載の本発明は、請求項２記載の発明において、前記捻れ梁部は、前記反射面に平行な面上で、前記ミラー部の両側から延出し、前記ミラー部は、前記捻れ梁部に平行な揺動軸線回りに揺動し、前記磁界発生部は、前記反射面に平行な面上で、且つ前記捻れ梁部に直交する方向における前記ミラー部の一方側に位置する電磁石であり、前記共振周波数を決定する決定部と、前記光スキャナの共振周波数としてあらかじめ設定された第１周波数を記憶している周波数記憶部と、前記決定部により決定された前記共振周波数が、前記周波数記憶部により記憶されている前記第１周波数と等しいか否かを判断する判断部と、前記磁界発生部に電流を供給する電流供給部と、前記電流供給部を制御することにより、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流を調整する電流調整部と、を備え、前記光スキャナは、前記磁界発生部により磁界の発生が開始される前の共振周波数である第３周波数が、前記第１周波数よりも低くなるように構成されており、前記電流調整部は、前記判断部により、前記決定部により決定された前記共振周波数が前記第１周波数と等しくないと判断された場合に、前記電流供給部を制御し、前記電流供給部により前記磁界発生部に供給される電流の絶対値を増大させ、前記光スキャナの共振周波数が前記第３周波数から前記第１周波数に近づくように、前記反射面に平行な面上で、且つ前記捻れ梁部に直交する方向において前記ミラー部から前記磁界発生部へ向かう方向の前記磁気的引力により前記光スキャナの共振周波数を調整することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８記載の本発明は、入射した光線束を反射して走査する光スキャナであって、入射した光線束を反射する反射面を有し、且つ軟磁性を有するミラー部と、前記ミラー部に連結し、捻れ振動可能な捻れ梁部と、前記捻れ梁部を捻れ振動させる駆動部と、前記ミラー部の配置領域に及ぶ磁界を発生することが可能な磁界発生可能部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９記載の本発明は、請求項８記載の発明において、前記磁界発生可能部は、電磁石であり、前記磁界発生可能部に電流を供給する電流供給部と、前記電流供給部により前記電流が前記磁界発生可能部に供給された場合に、前記磁界発生可能部により前記磁界が発生されることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１０記載の本発明は、入射した光線束を反射する反射面を有し、且つ軟磁性を有するミラー部と、前記ミラー部に連結し、捻れ振動可能な捻れ梁部と、前記捻れ梁部を捻れ振動させる駆動部と、を備える光スキャナを制御する光スキャナ制御方法であって、前記ミラー部の配置領域に及ぶ磁界を発生し、発生される前記磁界の中で、前記反射面に垂直な方向に前記ミラー部に作用する磁気的な力により前記光スキャナの共振周波数を調整することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１１記載の本発明は、画像表示装置であって、請求項１〜９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】
【００２１】
請求項１記載の光スキャナによれば、駆動部により捻れ梁部が捻れ振動された際にミラー部に発生する捻れ梁部の剛性に依存した回転トルクに、ミラー部と磁界発生部との間に発生する磁気的相互作用によりミラー部に発生する追加回転トルクが加わる。この２つの回転トルクの組み合わせにより、光スキャナの共振周波数が変更される。具体的には、数式１に示すように、捻れ梁部の剛性に依存した定数Ｃａに対し、磁気的相互作用に依存した追加の定数Ｃｂが加わり、共振周波数ωｏが変更される。なお、数式１に示す慣性モーメントＩは、ミラー部の慣性モーメントＩである。従って、光スキャナが製造された後に、磁界発生部により磁界が発生されるだけで、所望の共振周波数を得ることが可能となる。
【００２２】
【数１】
2011180322.tif 000003
【００２３】
ミラー部が硬磁性を有する場合、ミラー部と磁界発生部との間には引力または斥力が発生する。従って、ミラー部が硬磁性を有する場合、ミラー部と磁界発生部との間に引力、及び斥力のうちのいずれが発生したかに応じて、共振周波数の調整を変える必要がある。従って、ミラー部が硬磁性を有する場合、複雑な制御が必要となる。一方、請求項２記載の光スキャナによれば、ミラー部は、軟磁性を有し、ミラー部と磁界発生部との間に発生する引力により共振周波数が調整される。従って、ミラー部と磁界発生部との間に発生する力が引力だけであることから、複雑な制御を施すことなく共振周波数を調整がすることが可能となる。
【００２４】
請求項３記載の光スキャナによれば、磁界発生部が、反射面に垂直な方向におけるミラー部の一方側に位置し、反射面に垂直な方向においてミラー部から磁界発生部へと発生するミラー部と磁界発生部との間の引力により共振周波数を調整するという簡易な構成により、共振周波数を調整することできる。
【００２５】
請求項４記載の光スキャナによれば、磁界発生部に供給される電流の絶対値が増大されることにより、ミラー部に発生する捻れ梁部の剛性に依存した回転トルクに対し、回転トルクと逆方向にミラー部に作用する追加回転トルクが加わる。回転トルクと追加回転トルクとが逆方向の場合、数式１における定数Ｃａと定数Ｃｂとが逆符号となる。従って、数式１に示すように、この２つの回転トルクの組み合わせにより共振周波数は減少される。従って、第１周波数を所望の共振周波数として設定しておくことで、共振周波数が、極大の共振周波数として決定されている第２周波数から、所望の周波数である第１周波数に近づくように調整される。よって、共振周波数を確実に所望の値に近づけることが可能となる。
【００２６】
物質の剛性は、数式２に示すように、温度上昇に伴い低下することが知られている。数式２において、ヤング率Ｅａは、温度変化後のヤング率、ヤング率Ｅｂは、絶対温度が０Ｋの場合のヤング率、温度Ｔｍは、物質の温度、定数Ｂｃ、及び定数Ｔｃは、物質の材料に依存する正の定数を示す。数式２に示すように、光スキャナ周辺の温度が上昇し、光スキャナを構成する物質の温度Ｔｍが上昇するほど、ヤング率Ｅａは、温度上昇前のヤング率Ｅｂと比較して小さくなる。物質のヤング率が小さくなるということは物質の剛性が低下するということを意味する。従って、物質の剛性は、温度上昇に伴い低下する。
【００２７】
（数２）
Ｅａ＝Ｅｂ−Ｂｃ・Ｔｍ・ｅｘｐ(−Ｔｃ／Ｔｍ)
【００２８】
請求項５記載の光スキャナによれば、温度測定部により測定された光スキャナ周辺の温度に基づいて、磁界発生部に供給される電流が調整される。従って、温度変化に依存した共振周波数のばらつきが起きても、所望の共振周波数を得ることが可能となる
【００２９】
請求項６記載の光スキャナによれば、温度測定部により温度が測定されると、測定された温度に対応した値の電流が磁界発生部に供給される。従って、光スキャナ周辺の温度とその温度下において所望の共振周波数を得るために磁界発生部に供給される電流値とをあらかじめ対応付けて記憶させておくことで、温度変化に依存した共振周波数のばらつきが起きても、所望の共振周波数を得ることが可能となる。
【００３０】
請求項７記載の光スキャナによれば、磁界発生部に供給される電流の絶対値が増大されることにより、捻れ梁部の剛性に依存した回転トルクに対し、回転トルクと同方向に相互作用による追加回転トルクが加わる。回転トルクと追加回転トルクとが同方向の場合、数式１における定数Ｃａと定数Ｃｂとが同符号となる。従って、数式１に示すように、この２つの回転トルクの組み合わせにより共振周波数は増大される。従って、第１周波数を所望の共振周波数として設定しておくことで、共振周波数が、極小の共振周波数として決定されている第３周波数から、所望の共振周波数である第１周波数に近づくように調整される。よって、共振周波数を確実に所望の値に近づけることが可能となる。
【００３１】
請求項８記載の光スキャナによれば、磁界発生可能部により磁界が発生された場合に、捻れ梁部の剛性に依存した回転トルクに、ミラー部と磁界発生可能部との間に発生する磁気的相互作用による追加回転トルクが加わる。この２つの回転トルクの組み合わせにより、光スキャナの共振周波数が変更される。従って、光スキャナが製造された後に、磁界発生可能部により磁界が発生されるだけで、所望の共振周波数を得ることが可能となる。
【００３２】
請求項９記載の光スキャナによれば、電流が磁界発生可能部に供給され、磁界発生可能部により磁界が発生された場合に、捻れ梁部の剛性に依存した回転トルクに、ミラー部と磁界発生可能部との間に発生する磁気的相互作用による追加回転トルクが加わる。この２つの回転トルクの組み合わせにより、光スキャナの共振周波数が変更される。従って、光スキャナが製造された後に、電流が磁界発生可能部に供給されるだけで、所望の共振周波数を得ることが可能となる。
【００３３】
請求項１０記載の光スキャナ制御方法によれば、捻れ梁部の剛性に依存した回転トルクとともに、磁界により発生される磁気的な力に依存した追加回転トルクが、軟磁性を有するミラー部に加わる。この２つの回転トルクの組み合わせにより、光スキャナの共振周波数が変更される。従って、光スキャナが製造された後に、磁界発生ステップにより磁界が発生されるだけで、所望の共振周波数を得ることが可能となる。
【００３４】
請求項１１記載の画像表示装置によれば、所望の共振周波数を得ることが可能な光スキャナを備えることから、所望の解像度の画像を確実に表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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の振動部１０の上面図である。
【図３】上記光スキャナ１のミラー部２の揺動を説明するための説明図である。
【図４】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５】上記光スキャナ１の動作制御におけるステップＳ１〜Ｓ６を示すフローチャートである。
【図６】上記光スキャナ１の動作制御におけるステップＳ７〜Ｓ１３を示すフローチャートである。
【図７】上記光スキャナ１のミラー部２、捻れ梁部３、及び磁界発生部５をＹ軸方向から見た場合の側面図である。
【図８】上記光スキャナ１の回転トルクと追加回転トルクとの方向を説明するための説明図である。
【図９】上記光スキャナ１の回転トルクと追加回転トルクとの方向を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光スキャナ１０１のミラー部１０２、捻れ梁部１０３、及び磁界発生部１０５をＹ軸方向から見た場合の側面図である。
【図１１】上記光スキャナ１０１の回転トルクと追加回転トルクとの方向を説明するための説明図である。
【図１２】上記光スキャナ１０１の回転トルクと追加回転トルクとの方向を説明するための説明図である。
【図１３】上記光スキャナ１０１の動作制御におけるステップＳ７〜Ｓ１３を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る光スキャナ２０１を示す外観図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る光スキャナ２０１の電気的構成を示す機能ブロック図である。
【図１６】上記光スキャナ２０１の記憶部２７９に記憶されているテーブルを説明するための説明図である。
【図１７】上記光スキャナ２０１の事前記憶処理におけるステップＳＡ１〜ＳＡ６を示すフローチャートである。
【図１８】上記光スキャナ２０１の事前記憶処理におけるステップＳＡ７〜ＳＡ１４を示すフローチャートである。
【図１９】上記光スキャナ２０１の動作制御を示すフローチャートである。
【図２０】上記光スキャナ１、１０１、２０１の網膜走査ディスプレイ３０１における使用例を示す図である。
【図２１】従来の光スキャナ９０１を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３７】
［光スキャナ外観］
図１は、本実施形態の光スキャナ１の外観を示す図である。図１に示すように、光スキャナ１は、振動部１０と、基台２０と、調整部３０と、を備えている。
【００３８】
図２は、振動部１０の上面図である。振動部１０は、図２に示すように、振動板１５と、駆動部４と、を備える。振動板１５は、ミラー部２と、捻れ梁部３と、可動板１１と、を備える。振動板１５は、マルテンサイト系ステンレスにより形成される。ミラー部２は、入射した光線束を反射する反射面２１を有する。ミラー部２は、軟磁性を有するマルテンサイト系ステンレスにより形成されているため、ミラー部２は、軟磁性を有する。捻れ梁部３は、ミラー部２に連結する。捻れ梁部３は、弾性を有するマルテンサイト系ステンレスにより形成されているため、捻れ梁部３は、捻れ振動可能である。捻れ梁部３は、可動板１１に連結する。以後、図２に示すように、反射面２１に平行な面上で、且つ捻れ梁部３に沿う軸線ＡＸに垂直な方向をＸ軸方向と定義する。反射面２１に平行な面上で、且つ捻れ梁部３に沿う軸線ＡＸに平行な方向をＹ軸方向と定義する。反射面２１に垂直な方向をＺ軸方向と定義する。なお、図１、及び図２に示すように、ミラー部２のＺ軸方向における両側のうち、反射面２１が設けられる側をＺ軸正方向側と定義する。以後、Ｚ軸正方向側を「上」と表記する。Ｚ軸負方向側を「下」と表記する。駆動部４は、図１、及び図２に示すように、可動板１１上に設けられる。駆動部４は、圧電体と圧電体を上下から挟む一対の電極とから構成される。振動部１０は、図１に示すように、基台２０上に設けられる。本実施形態におけるミラー部２が、本発明のミラー部の一例である。本実施形態における反射面２１が、本発明の反射面の一例である。本実施形態における捻れ梁部３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４が、本発明の駆動部の一例である。
【００３９】
以下、図２、及び図３を用いて、振動部１０の動作について説明する。光スキャナ１の使用者により、光スキャナ１の電源ＳＷがＯＮにされると、駆動電圧が駆動部４の一対の電極間に印加される。駆動電圧は、時間とともに周期的に変化する。この電圧印加により、駆動部４の圧電体が周期的にＸ軸方向に伸び、または縮む。この圧電体の変位により、駆動部４近傍における可動板１１は、周期的にＺ軸方向に屈曲変形する。この周期的な屈曲変形により、図３に示すような軸線ＡＸを節とする定在的な波形の変形が可動板１１に発生する。可動板１１に発生した変形は、捻れ梁部３の軸線ＡＸを中心とした捻れ振動を誘起する。この結果、ミラー部２は軸線ＡＸ回りに揺動する。ミラー部２が揺動することで、ミラー部２の反射面２１が軸線ＡＸ回りに揺動する。この反射面２１の揺動により、反射面２１に入射した光線束が走査される。
【００４０】
調整部３０は、図１に示すように磁界発生部５と、制御部７と、検知部８と、駆動信号生成部４０と、電流供給部５０と、を備える。磁界発生部５は、電磁石である。磁界発生部５は、ミラー部２の下側に位置する。磁界発生部５は、ミラー部２の配置領域に及ぶ磁界を発生する。制御部７は、検知部８と、駆動信号生成部４０と、電流供給部５０と、に接続される。検知部８は、ＢＤ（Ｂｅａｍ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）センサにより構成される。検知部８は、図１に示すように、反射面２１に対し、所定の位置で設けられている。検知部８は、反射面２１により反射された光線束を検知する。駆動信号生成部４０は、時間とともに周期的に変化する駆動電圧からなる駆動信号を生成する。駆動信号生成部４０は、生成した駆動信号を駆動部４に供給する。この駆動信号の供給により、駆動部４の一対の電極間に駆動電圧が印加される。電流供給部５０は、直流の駆動電流を生成する。電流供給部５０は、生成した駆動電流を磁界発生部５に供給する。磁界発生部５は、電流供給部５０により駆動電流が供給された場合に、磁界を発生する。本実施形態における磁界発生部５が、本発明の磁界発生部の一例である。本実施形態における電流供給部５０が、本発明の電流供給部の一例である。
【００４１】
以上の本実施形態に係る光スキャナ１は、磁界発生部５により磁界の発生が開始される前の共振周波数が、所望の共振周波数よりも高くなるように構成されている。即ち、あらかじめ光スキャナ１の設計時に、光スキャナ１の構造を調整することで、共振周波数を所望の共振周波数よりも高く設定しておく。
【００４２】
［光スキャナ電気的構成］
図４を用いて、光スキャナ１の電気的構成について説明する。図４は、光スキャナ１の電気的構成を示す図である。図４に示すように、制御部７は、角度決定部７１と、角度記憶部７２と、駆動制御部７３と、共振周波数決定部７４と、電流調整部７５と、判断部７６と、周波数記憶部７７と、を備える。図４において、制御部７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。しかし、実際には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイコンや、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等により構成される。本実施形態における共振周波数決定部７４が、本発明の決定部の一例である。本実施形態における電流調整部７５が、本発明の電流調整部の一例である。本実施形態における判断部７６が、本発明の判断部の一例である。本実施形態における周波数記憶部７７が、本発明の周波数記憶部の一例である。
【００４３】
角度決定部７１は、検知部８に接続される。なお、本実施形態において、「決定」とは、得られたデータをもとに特定の数値を求めること、及び得られたデータをもとにテーブルなどの判断基準から特定の数値を決定することの両方を含む。検知部８は、反射面２１により反射された光線束が検知部８を通過するタイミングを示すタイミング信号を生成する。検知部８は、タイミング信号を角度決定部７１に供給する。角度決定部７１は、供給されたタイミング信号に基づき、光スキャナ１の光学振れ角を決定する。角度決定部７１は、光学振れ角の値を角度記憶部７２に記憶させる。
【００４４】
駆動制御部７３は、駆動信号生成部４０を制御する。駆動制御部７３は、駆動信号生成部４０に駆動信号を生成させる。駆動制御部７３は、駆動信号の駆動電圧値、及び駆動周波数値を調整する。共振周波数決定部７４は、光スキャナ１の共振周波数を決定する。共振周波数決定部７４による共振周波数の決定処理について、以下、具体的に記す。光スキャナ１の光学振れ角は、駆動周波数値が共振周波数値と一致した場合に極大となる。駆動制御部７３は、駆動周波数値を所定の変更幅分、順次高く変更する。共振周波数決定部７４は、角度記憶部７２から光スキャナ１の光学振れ角値を受け取る。共振周波数決定部７４は、駆動制御部７３から駆動信号の駆動周波数値を受け取る。共振周波数決定部７４は、光スキャナ１の光学振れ角値が極大となったときの駆動周波数値を共振周波数値として決定する。以上のようにして、共振周波数決定部７４は、光スキャナ１の共振周波数を決定する。
【００４５】
判断部７６は、共振周波数決定部７４により決定された共振周波数が、周波数記憶部７７によりあらかじめ記憶されている所望の共振周波数と等しいか否かを判断する。以下、判断部７６の判断処理について具体的に説明する。周波数記憶部７７は、光スキャナ１の共振周波数としてあらかじめ設定された共振周波数値を含む所定の周波数範囲を記憶している。判断部７６は、共振周波数決定部７４により決定された共振周波数値を受け取る。判断部７６は、所定の周波数範囲を周波数記憶部７７から読み出す。判断部７６は、決定された共振周波数の値が、所定の周波数範囲内の値か否かを判断する。判断部７６は、決定された共振周波数の値が、所定の周波数範囲内の値であった場合に、決定された共振周波数が、あらかじめ記憶されている共振周波数と等しいと判断する。判断部７６は、決定された共振周波数の値が、所定の周波数範囲内の値でなかった場合に、決定された共振周波数が、あらかじめ記憶されている共振周波数と等しくないと判断する。また、判断部７６は、共振周波数決定部７４により決定された共振周波数が、所望の共振周波数より高いか低いかを判断する。判断部７６は、決定された共振周波数の値が、所定の周波数範囲内の値より高い値であった場合に、決定された共振周波数が、所望の共振周波数より高いと判断する。判断部７６は、決定された共振周波数の値が、所定の周波数範囲内の値より低い値であった場合に、決定された共振周波数が、所望の共振周波数より低いと判断する。
【００４６】
電流調整部７５は、電流供給部５０を制御する。電流調整部７５は、磁界発生部５に供給される電流を調整する。電流調整部７５は、電流の絶対値を増大、または減少させる。電流調整部７５は、判断部７６の判断結果に基づいて、電流を調整する。
【００４７】
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、制御部７に電源ＯＮ、または電源ＯＦＦの指令を供給する。制御部７に電源ＯＮの指令が供給されると、光スキャナ１の動作が始まる。電源ＯＦＦの指令が供給されると動作が終了する。
【００４８】
［光スキャナ動作制御］
以下、図５、及び図６を用いて光スキャナ１の動作制御について説明する。図５、及び図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、制御部７を構成するＣＰＵにより実行される。
【００４９】
図５、及び図６に示す光スキャナ１の動作制御について説明する前に、光スキャナ１の共振周波数調整の概要について図７、及び図８を用いて説明する。図７は、ミラー部２と捻れ梁部３とをＹ軸方向から見た場合の図である。図７において実線により示すミラー部２は、静止時のミラー部２を示す。図７において二点鎖線により示すミラー部２は、揺動時のミラー部２を示す。ミラー部２の揺動角度を図７に示すようにθとする。揺動角度がθである場合に、捻れ梁部３の剛性に依存した復元力によりミラー部２に作用する回転トルクをＣａθで表す。定数Ｃａは、捻れ梁部３の剛性に依存した定数Ｃａである。揺動角度がθである場合に、ミラー部２と磁界発生部５との間に発生する磁気的引力によりミラー部２に作用する追加回転トルクをＣｂθで表す。定数Ｃｂは、磁気的相互作用に依存した追加の定数Ｃｂである。この場合、ミラー部２の運動方程式は、特開２００６−３２３００１号公報に開示されているように、以下に示すような数式３で表される。数式３に示す運動方程式を解くと、数式１において示した共振周波数ωｏが求まる。なお、数式１、及び数式３において慣性モーメントＩはミラー部２の慣性モーメントＩである。数式１、及び数式３において、γは減衰定数である。数式１、及び数式３において、Ｆ（ｔ）は、駆動力である。数式１、及び数式３において、定数Ｃａと定数Ｃｂとが逆符号となるということは、回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが逆方向であることを意味する。
【００５０】
【数３】
2011180322.tif 000004
【００５１】
図８、及び図９は、回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが逆方向となる場合を説明するための説明図である。図８に示すミラー部２のＸ軸負方向側の端部２Ａは、ミラー部２のＸ軸正方向側の端部２Ｂと比較して磁界発生部５に近い。ミラー部２と磁界発生部５との間に発生する磁気的引力は、ミラー部２と磁界発生部５とが近いほど強い。従って、ミラー部２のＸ軸負方向側の端部２Ａに、ミラー部２のＸ軸正方向側の端部２Ｂと比較して、強い磁気的引力ＭＦが働く。このように磁気的引力ＭＦがミラー部２に働くことにより、ミラー部２に図８において反時計回りの実線矢印により示す追加回転トルクが発生する。追加回転トルクは、図８において時計回りの二点鎖線矢印により示す復元力による回転トルクと逆方向である。従って、回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが逆方向となる。
【００５２】
図９に示すミラー部２のＸ軸負方向側の端部２Ａは、ミラー部２のＸ軸正方向側の端部２Ｂと比較して磁界発生部５から遠い。従って、ミラー部２のＸ軸正方向側の端部２Ｂに、ミラー部２のＸ軸負方向側の端部２Ａと比較して、強い磁気的引力ＭＦが働く。このように磁気的引力ＭＦがミラー部２に働くことにより、ミラー部２に図９において時計回りの実線矢印により示す追加回転トルクが発生する。追加回転トルクは、図９において反時計回りの二点鎖線矢印により示す復元力による回転トルクと逆方向である。従って、図９に示すようにミラー部２が位置する場合、回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが逆方向となる。
【００５３】
図８、及び図９に示す本実施形態に係る光スキャナ１のように、ミラー部２が軟磁性を有し、磁界発生部５がミラー部２の下側に位置する場合、常に回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが逆方向となる。よって、定数Ｃａと定数Ｃｂとが逆符号となる。数式１に示すように、定数Ｃａと定数Ｃｂとが逆符号となると、共振周波数ωｏは低くなる。即ち、磁界発生部５が磁界を発生すると、光スキャナ１の共振周波数ωｏは、磁界発生部５が磁界を発生していない場合、または磁界発生部が設けられない場合と比較して低くなる。定数Ｃｂの絶対値は、磁界発生部５から発生される磁界の強度が大きいほど大きい。磁界発生部５から発生される磁界の強度は、磁界発生部５に供給される電流の絶対値が大きいほど大きい。よって、磁界発生部５に供給される電流の絶対値が増大されるほど、共振周波数ωｏは低くなる。
【００５４】
本実施形態に係る光スキャナ１は、磁界発生部５により磁界の発生が開始される前の初期共振周波数が、周波数記憶部７７により記憶されている所望の共振周波数よりも高くなるように構成されている。即ち、あらかじめ光スキャナ１の設計時に、光スキャナ１の構造を調整することで、共振周波数を所望の共振周波数よりも高く設定しておく。従って、磁界発生部５に供給される電流の絶対値が増大されることで、共振周波数は低くなるので、共振周波数が初期共振周波数から所望の共振周波数に近づけられる。
【００５５】
図５に示す処理では、先ず、制御部７に電源ＯＮの指令が供給され、光スキャナ１の駆動が開始される。光スキャナ１の駆動が開始されると、駆動信号生成部４０から駆動部４に駆動信号が供給される（ステップＳ１、以後Ｓ１と記す）。駆動部４に駆動信号が供給されると、電流供給部５０から磁界発生部５に電流が供給される（Ｓ２）。電流が供給されると、共振周波数決定部７４により共振周波数が決定される（Ｓ３）。共振周波数が決定されると、判断部７６により決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいか否かが判断される（Ｓ４）。決定された共振周波数が所望の共振周波数でないと判断されると（Ｓ４：Ｎｏ）、磁界発生部５に供給される電流の絶対値が所定の微小幅分、増大される（Ｓ５）。電流の絶対値が増大されることで、共振周波数は低くなる。電流の絶対値が増大されると、処理がＳ２に戻る。処理がＳ２に戻ると、増大された値の電流が磁界発生部５に供給される。決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいと判断されると（Ｓ４：Ｙｅｓ）、処理がＳ６に移る。以上のようにして、共振周波数が所望の共振周波数と等しくなるまで電流が調整され、共振周波数が所望の共振周波数と等しくされる。
【００５６】
以下、Ｓ６〜Ｓ１２に示す処理は、共振周波数が所望の共振周波数と等しくされた後、光スキャナ１の温度変化等に依存した共振周波数のばらつきを低減するための処理である。Ｓ４において、共振周波数が所望の共振周波数と等しいと判断されると（Ｓ４：Ｙｅｓ）、判断部７６により、共振周波数が変化したか否かが判断される（Ｓ６）。具体的には、Ｓ３と同様の共振周波数決定処理の後、Ｓ４における処理と同様に、判断部７６により決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいか否かが判断される。図５におけるＳ６において共振周波数が変化したと判断されると、処理が図６に示すＳ７に移る。図５におけるＳ６において共振周波数が変化していないと判断されると、処理が図６に示すＳ１３に移る。
【００５７】
図６に示すように、Ｓ６において共振周波数が変化したと判断されると、共振周波数が所望の共振周波数より低いか否かが判断部７６により判断される（Ｓ７）。共振周波数が所望の共振周波数より低いと判断されると（Ｓ７：Ｙｅｓ）、磁界発生部５に供給される電流の絶対値が所定の微小幅分、減少される（Ｓ８）。電流の絶対値が減少されることで、共振周波数は高くなる。従って、温度上昇などに伴う共振周波数の低下をＳ８に示す処理により補うことができる。電流の絶対値が減少されると、減少された値の電流が磁界発生部５に供給される（Ｓ１０）。共振周波数が所望の共振周波数より高いと判断されると（Ｓ７：Ｎｏ）、磁界発生部５に供給される電流の絶対値が所定の微小幅分、増大される（Ｓ９）。電流の絶対値が増大されることで、共振周波数は低くなる。従って、温度下降などに伴う共振周波数の上昇をＳ９に示す処理により補うことができる。電流の絶対値が増大されると、増大された値の電流が磁界発生部５に供給される（Ｓ１０）。
【００５８】
Ｓ１０において磁界発生部５に電流が供給されると、共振周波数決定部７４により共振周波数が決定される（Ｓ１１）。共振周波数が決定されると、判断部７６により決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいか否かが判断される（Ｓ１２）。決定された共振周波数が所望の共振周波数でないと判断されると（Ｓ１２：Ｎｏ）、処理がＳ７に戻る。決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいと判断されると（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、処理がＳ１３に移る。以上示したＳ６〜Ｓ１２に示す処理により、光スキャナ１の温度変化などに依存した共振周波数の所望の共振周波数からのずれを修正できる。即ち、光スキャナ１の温度変化などに依存した共振周波数のばらつきを低減できる。
【００５９】
決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいと判断されると（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、電源ＯＦＦの指令が制御部７に供給されたか否かが判断される（Ｓ１３）。電源ＯＦＦの指令が制御部７に供給されていないと判断されると（Ｓ１３：Ｎｏ）、処理が図５に示すＳ６に戻る。処理がＳ６に戻ることで、温度変化などに伴う共振周波数のばらつき低減のための処理が再び実行される。電源ＯＦＦの指令が制御部７に供給されたと判断されると（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、図５、及び図６に示す全ての処理が終了する。
【００６０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。第１の実施形態においては、光スキャナ１の磁界発生部５は、図１に示したようにミラー部２の下側、即ちＺ軸負方向側に位置していた。しかし、本実施形態において、光スキャナ１０１の磁界発生部１０５は、図１０に示すように、ミラー部１０２のＸ軸正方向側に位置する。即ち、磁界発生部１０５は、反射面１２１に平行な面上で、且つ捻れ梁部１０３に沿う軸線に直交する方向におけるミラー部１０２の一方向側に位置する。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。
【００６１】
図１０は、ミラー部１０２と捻れ梁部１０３とをＹ軸方向から見た場合の図である。図１０において実線により示すミラー部１０２は、静止時のミラー部１０２を示す。図１０において二点鎖線により示すミラー部１０２は、揺動時のミラー部１０２を示す。ミラー部１０２の揺動角度を図１０に示すようにθとする。捻れ梁部１０３の剛性に依存した復元力によるミラー部１０２の回転トルクをＣａθで表し、ミラー部１０２と磁界発生部１０５との間に発生する磁気的引力によるミラー部１０２の追加回転トルクをＣｂθで表すと、共振周波数ωｏは、数式１により示される。なお、数式１において慣性モーメントＩはミラー部１０２の慣性モーメントＩである。数式１において、定数Ｃａと定数Ｃｂとが同符号となるということは、回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが同方向であることを意味する。
【００６２】
図１１、及び図１２は、回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが同方向となる場合を説明するための説明図である。図１１に示すミラー部１０２のＸ軸正方向側の端部１０２Ｂは、ミラー部２のＸ軸負方向側の端部１０２Ａと比較して磁界発生部１０５に近い。ミラー部１０２と磁界発生部１０５との間に発生する磁気的引力は、ミラー部１０２と磁界発生部１０５とが近いほど強い。従って、ミラー部１０２のＸ軸正方向側の端部１０２Ｂに、ミラー部１０２のＸ軸負方向側の端部１０２Ａと比較して、強い磁気的引力ＭＦが働く。このように磁気的引力ＭＦがミラー部１０２に働くことにより、ミラー部１０２に図１１において時計回りの実線矢印により示す追加回転トルクが発生する。追加回転トルクは、図１１において時計回りの二点鎖線矢印により示す復元力による回転トルクと同方向である。従って、回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが同方向となる。
【００６３】
図１２に示すミラー部１０２のＸ軸負方向側の端部１０２Ａは、ミラー部１０２のＸ軸正方向側の端部１０２Ｂと比較して磁界発生部１０５から遠い。従って、Ｘ軸正方向側の端部１０２Ｂに、Ｘ軸負方向側の端部１０２Ａと比較して、強い磁気的引力ＭＦが働く。このように磁気的引力ＭＦがミラー部１０２に働くことにより、ミラー部１０２に図１２において反時計回りの実線矢印により示す追加回転トルクが発生する。追加回転トルクは、図１２において反時計回りの二点鎖線矢印により示す復元力による回転トルクと同方向である。従って、回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが同方向となる。
【００６４】
図１１、及び図１２に示す本実施形態に係る光スキャナ１０１のように、ミラー部１０２が軟磁性を有し、磁界発生部１０５がミラー部１０２のＸ軸の一方向側に位置する場合、常に回転トルクＣａθと追加回転トルクＣｂθとが同方向となる。よって、定数Ｃａと定数Ｃｂとが同符号となる。数式１に示すように、定数Ｃａと定数Ｃｂとが同符号となると、共振周波数ωｏは高くなる。即ち、磁界発生部１０５が磁界を発生すると、光スキャナ１０１の共振周波数ωｏは、磁界発生部１０５が磁界を発生していない場合、または磁界発生部が設けられない場合と比較して高くなる。定数Ｃｂの絶対値は、磁界発生部１０５から発生される磁界の強度が大きいほど大きい。磁界発生部１０５から発生される磁界の強度は、磁界発生部１０５に供給される電流の絶対値が大きいほど大きい。よって、磁界発生部１０５に供給される電流の絶対値が増大されるほど、共振周波数ωｏは高くなる。
【００６５】
本実施形態に係る光スキャナ１０１の構造は、磁界発生部１０５により磁界の発生が開始される前の初期共振周波数が、所望の共振周波数よりも低くなるように決定されている。従って、磁界発生部１０５に供給される電流の絶対値が増大されることで、共振周波数は高くなるので、共振周波数が初期共振周波数から所望の共振周波数に近づけられる。
【００６６】
第２の実施形態における光スキャナ１０１の電気的構成は、第１の実施形態における光スキャナ１と同一の構成である。
【００６７】
第２の実施形態における光スキャナ１０１の動作制御は、図１３に示す光スキャナ１０１の処理のうち、下記の点でのみ図５、及び図６に示した第１の実施形態の動作制御と異なる。第２の実施形態におけるＳ７において、共振周波数が所望の共振周波数より低いと判断されると（Ｓ７：Ｙｅｓ）、磁界発生部１０５に供給される電流の絶対値は、所定の微小幅分、増大される（Ｓ８）。電流の絶対値が増大されることで、共振周波数は高くなる。従って、温度上昇に伴う共振周波数の低下をＳ８に示す処理により補うことができる。共振周波数が所望の共振周波数より高いと判断されると（Ｓ７：Ｎｏ）、磁界発生部１０５に供給される電流の絶対値が所定の微小幅分、減少される（Ｓ９）。電流の絶対値が減少されることで、共振周波数は低くなる。従って、温度下降に伴う共振周波数の上昇をＳ９に示す処理により補うことができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。第３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。第３の実施形態に係る光スキャナ２０１の調整部２３０は、図１４に示すように、温度測定部９を備える。温度測定部９は、光スキャナ１周辺の温度を測定する。温度測定部９は、熱電対による温度測定部である。温度測定部９は、熱接点９１と、測定器９２と、を備える。熱接点９１は、図１に示すようにミラー部２の温度に影響を与えるミラー部２近傍の大気中に配置される。本実施形態において、熱接点９１は、図１４に示すように基台２０上に設けられる。この場合、熱接点９１が振動板１５上に配置される場合と比較して、熱接点９１が振動板１５に発生する振動の妨げとならない。測定器９２は、内部に基準接点を備える。測定器９２は、熱接点９１と基準接点との温度差に依存して熱接点９１と基準接点との間に発生する電圧を測定する。測定器９２は、この電圧を測定することで、光スキャナ１周辺の温度を測定する。本実施形態における温度測定部９が、本発明の温度測定部の一例である。
【００６９】
第３の実施形態に係る光スキャナ２０１の制御部２０７は、図１５に示すように、角度決定部７１と、角度記憶部７２と、駆動制御部７３と、共振周波数決定部７４と、電流調整部２７５と、判断部７６と、周波数記憶部７７と、記憶部２７９と、を備える。図４において、制御部７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。しかし、実際には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイコンや、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等により構成される。角度決定部７１と、角度記憶部７２と、駆動制御部７３と、共振周波数決定部７４と、判断部７６と、周波数記憶部７７と、は第１の実施形態に係る角度決定部７１と、角度記憶部７２と、駆動制御部７３と、共振周波数決定部７４と、判断部７６と、周波数記憶部７７と、同一のものである。本実施形態における記憶部２７９が、本発明の記憶部の一例である。
【００７０】
記憶部２７９は、図１６に示すような、光スキャナ２０１周辺の温度と、その周辺の温度下において磁界発生部５に供給される電流の値とを対応付けてあらかじめ記憶している。以後、図１６に示す温度と電流値との対応データをテーブルと記す。記憶部２７９に記憶されている電流値は、対応する温度下において所望の共振周波数を得るために磁界発生部５に供給される電流値としてあらかじめ決定された後、記憶された値である。この事前の記憶処理について、以下、図１７、及び図１８を用いて具体的に記す。図１７、及び図１８は、光スキャナ２０１の事前記憶処理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、制御部７を構成するＣＰＵにより実行される。
【００７１】
図１７に示す処理では、先ず、制御部２０７に電源ＯＮの指令が供給され、光スキャナ２０１の駆動が開始される。光スキャナ２０１の駆動が開始されると、駆動信号生成部４０から駆動部４に駆動信号が供給される（ステップＳＡ１、以後ＳＡ１と記す）。駆動部４に駆動信号が供給されると、電流供給部５０から磁界発生部５に電流が供給される（ＳＡ２）。電流が供給されると、共振周波数決定部７４により共振周波数が決定される（ＳＡ３）。共振周波数が決定されると、判断部７６により決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいか否かが判断される（ＳＡ４）。決定された共振周波数が所望の共振周波数でないと判断されると（ＳＡ４：Ｎｏ）、磁界発生部５に供給される電流の絶対値が所定の微小幅分、変更される（ＳＡ５）。電流の絶対値が変更されると、処理がＳＡ２に戻る。処理がＳＡ２に戻ると、変更された値の電流が磁界発生部５に供給される。決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいと判断されると（ＳＡ４：Ｙｅｓ）、処理がＳＡ６に移る。以上のようにして、共振周波数が所望の共振周波数と等しくなるまで電流が調整され、共振周波数が所望の共振周波数と等しくされる。
【００７２】
決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいと判断されると（ＳＡ４：Ｙｅｓ）、そのとき温度測定部９により測定された温度と、その温度下において磁界発生部５に供給された電流の値とが対応付けられて記憶部２７９に記憶される（ＳＡ６）。この記憶処理により図１６に示すテーブルのうちの１つのデータが記憶部２７９に記憶されることになる。図１７に示すＳＡ６において温度と電流値とが記憶されると、処理が図１８に示すＳＡ７に移る。
【００７３】
図１７に示すＳＡ６において温度と電流値とが記憶されると、図１８に示すＳＡ７において光スキャナ２０１に設けられたペルティエ素子などの温度調整部により、光スキャナ２０１の周辺温度が変更される（ＳＡ７）。周辺温度が変更されると、電流値が変更される（ＳＡ８）。周辺温度が上昇された場合に、電流値は減少される。周辺温度が下降された場合に、電流値は増大される。電流値が変更されると、その値の電流が磁界発生部５に供給される（ＳＡ９）。電流が供給されると、共振周波数決定部７４により共振周波数が決定される（ＳＡ１０）。共振周波数が決定されると、判断部７６により決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいか否かが判断される（ＳＡ１１）。決定された共振周波数が所望の共振周波数でないと判断されると（ＳＡ１１：Ｎｏ）、磁界発生部５に供給される電流値が変更される（ＳＡ１２）。電流値が変更されると、処理がＳＡ９に戻り、変更された値の電流が磁界発生部５に供給される。決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいと判断されると（ＳＡ１１：Ｙｅｓ）、処理がＳＡ１３に移る。以上のようにして、変更された温度下において、共振周波数が所望の共振周波数と等しくなるまで電流が調整され、共振周波数が所望の共振周波数と等しくされる。
【００７４】
決定された共振周波数が所望の共振周波数と等しいと判断されると（ＳＡ１１：Ｙｅｓ）、そのとき温度測定部９により測定された温度と、その温度下において磁界発生部５に供給された電流の値とが対応付けられて記憶部２７９に記憶される（ＳＡ１３）。この記憶処理により図１６に示すテーブルに変更された温度とその温度下における電流値との対応データが追加されて記憶されることになる。温度と電流値とが記憶されると、記憶部２７９に記憶された温度と電流値とのデータが例えば１００個などの所定数に達したか否か判断される（ＳＡ１４）。所定数に達していないと判断されると（ＳＡ１４：Ｎｏ）、処理がＳＡ７に戻り、温度が変更される。所定数に達したと判断されると（ＳＡ１４：Ｙｅｓ）、図１７、及び図１８に示す事前記憶処理が終了する。以上のようにして、図１６に示すテーブルが作成され、記憶部２７９にあらかじめ記憶される。
【００７５】
以下、図１９を用いて第３の実施形態に係る光スキャナ２０１の動作制御について説明する。図１９は、光スキャナ２０１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、制御部２０７を構成するＣＰＵにより実行される。
【００７６】
図１９に示す処理では、先ず、制御部７に電源ＯＮの指令が供給され、光スキャナ２０１の駆動が開始される。光スキャナ２０１の駆動が開始されると、電流調整部２７５により、記憶部２７９に記憶されているテーブルに基づいて磁界発生部５に供給される電流値が決定される（ＳＢ１）。即ち、測定部９により測定された温度に対応して記憶部２７９に記憶されている値が電流調整部２７５により記憶部２７９から読み出される。
【００７７】
電流値が決定されると、その値の電流が、磁界発生部５に供給される（ＳＢ２）。電流が供給されると、駆動部４に駆動信号が供給される（ＳＢ３）。ＳＢ３において、駆動周波数は、駆動制御部７３により、極大の光学振れ角が得られるまで、調整される。即ち、駆動周波数が共振周波数に一致するまで、駆動周波数が調整される。駆動信号が供給されると、温度が変化したか否かが判断される（ＳＢ４）。温度が変化したと判断されると、処理がＳＢ１に戻る。処理がＳＢ１に戻ると、記憶部２７９に記憶されているテーブルに基づいて磁界発生部５に供給される電流値が決定される。温度が変化していないと判断されると、電源ＯＦＦの指令が制御部２０７に供給されたか否かが判断される（ＳＢ５）。電源ＯＦＦの指令が制御部２０７に供給されていないと判断されると（ＳＢ５：Ｎｏ）、処理がＳＢ４に戻る。電源ＯＦＦの指令が制御部２０７に供給されたと判断されると（ＳＢ５：Ｙｅｓ）、図１９に示す全ての処理が終了する。
【００７８】
以上のようにして、第３の実施形態に係る光スキャナ２０１は、温度測定部９により温度が測定されると、測定された温度に対応した値の電流が磁界発生部５に供給される。従って、図１６〜図１８に示したように、光スキャナ２０１周辺の温度とその温度下において所望の共振周波数を得るために磁界発生部５に供給される電流値とをあらかじめ対応付けて記憶させておくことで、温度変化に依存した共振周波数のばらつきが起きても、所望の共振周波数を得ることが可能となる。
【００７９】
[光スキャナ使用例]
本発明の第１〜第３の実施形態に係る光スキャナ１、１０１、２０１の網膜走査ディスプレイ３０１における使用例について、図２０を用いて説明する。網膜走査ディスプレイ３０１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３０１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。光スキャナ１、１０１、２０１は、図２０に示す共振型偏向素子２６１に用いられる。
【００８０】
網膜走査ディスプレイ３０１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。
【００８１】
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。
【００８２】
光束生成部２２０は、信号処理回路２２１と、光源部２３７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。
【００８３】
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２３７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。
【００８４】
光源部２３７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２３７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。
【００８５】
光合成部２４０は、光源部２３７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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
［製造方法］
第１〜第３の実施形態に係る光スキャナの製造方法について説明する。先ず、弾性を有する基板が被エッチング材として準備される。次に、被エッチング材にエッチング処理が施され、振動板が形成される。振動板が形成されると、振動板の表面のうち下部電極が設けられる箇所を除いた領域にレジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されると、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等の金属が、表面にレジスト膜が形成された振動板に蒸着される。この処理により、振動板に金属の下部電極が積層される。下部電極が積層されると、レジスト膜が振動板の表面から除去される。次に圧電体が下部電極上に設けられる。この圧電体設置の処理では、先ず振動板と下部電極との表面のうち、下部電極上に圧電体が設けられる箇所を除いた領域に、レジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されると、圧電材料であるＰＺＴのエアロゾルが、表面にレジスト膜が形成された振動板と下部電極とに吹き付けられる。この処理により、下部電極に、ＰＺＴの圧電膜が成膜され、圧電体が形成される。圧電体が形成されると、レジスト膜が振動板と下部電極との表面から除去される。圧電体設置の処理が行われると、上部電極が、圧電体上に設けられる。上部電極積層の処理では、上述の下部電極積層処理と同様の金属蒸着が用いられる。上部電極が圧電体上に積層されると、基板のうちのミラー部が形成される領域にアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等の金属膜の反射面が形成される。反射面の形成には、上述の金属蒸着が用いられる。反射面が形成されると、振動部と基台とが接着剤により接着される。振動部と基台とが接着されると、調整部が設置され、振動部、及び基台に接続される。以上の製造方法により、光スキャナが製造される。
【００９１】
（変形例）
第１〜第３の実施形態において、磁界発生部５は、電磁石であったが、これに限らず、例えば、永久磁石であってもよい。磁界発生部が永久磁石である場合、磁界発生部として、光スキャナの所望の共振周波数を得られるような磁界を発生する永久磁石が選択される。また、光スキャナの温度に依存した共振周波数の変化を補正するような永久磁石が用いられてもよい。磁界発生部が永久磁石である場合、磁界発生部が永久磁石であるという簡易な構成で、光スキャナの所望の共振周波数を得ることができる。
【００９２】
第１〜第３の実施形態において、駆動中常時電流が磁界発生部５である電磁石に供給されていたが、これに限らず、例えば、電流が必要とされるときのみ電磁石に供給されてもよい。この場合、電磁石は、電流が供給された場合に、ミラー部の配置領域に及ぶ磁界を発生することが可能な磁界発生可能部である。
【００９３】
第１〜第３の実施形態において、ミラー部がマルテンサイト系ステンレスにより形成されていることにより、ミラー部は軟磁性を有していた。しかし、これに限らず、例えば、ミラー部の下側に軟磁性を有する材料が設けられ、ミラー部が軟磁性を有していてもよい。また、材料は、マルテンサイト系ステンレスに限らず、軟磁性を有するものであれば、何でもよい。
【００９４】
第１〜第３の実施形態において、ミラー部は、軟磁性を有していたが、これに限らず、例えば、硬磁性を有していてもよい。
【００９５】
第３の実施形態において、熱接点９１は、図１４に示すように、基台２０上に設けられている。しかし、これに限らず、例えば、ミラー部と、磁界発生部と、の間の領域に配置されてもよい。また、これに限らず、熱接点の配置位置は、ミラー部の温度に影響を与えるミラー部近傍の大気中のいずれかの位置に配置されればよい。
【００９６】
第３の実施形態において、光スキャナ２０１に設けられたペルティエ素子などの温度調整部により、光スキャナ２０１の周辺温度が変更されていた。しかし、これに限らず、例えば、光スキャナが恒温槽に入れられ、恒温槽の温度が変更されることで、光スキャナの周辺温度が変更されてもよい。また、ペルティエ素子などの温度調整部が、光スキャナの基台や光スキャナを備える画像表示装置の筐体などに設けられることで、光スキャナ周辺の温度が変更されてもよい。
【００９７】
第１〜第３の実施形態において、磁界発生部は、ミラー部のＺ軸負方向側、またはミラー部のＸ軸正方向側に位置していた。しかし、これに限らず、磁界発生部が発生する磁界がミラー部の配置領域に及ぶ範囲内であれば、磁界発生部は、どこに位置していてもよい。また、例えば、磁界発生部、及び磁界発生可能部は、共振周波数調整時のみ、磁界がミラー部の配置領域に及ぶ範囲内に配置されてもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１、１０１、２０１  光スキャナ
２、１０２  ミラー部
２１、１２１  反射面
３、１０３  捻れ梁部
４  駆動部
５、１０５  磁界発生部
７、２０７  制御部
８  検知部
９  温度測定部
５０  電流供給部
７４  共振周波数決定部
７５、２７５  電流調整部
７６  判断部
７７  周波数記憶部
２７９  記憶部
３０１  網膜走査ディスプレイ
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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