(57)【要約】【課題】ねじり振動による共振振動によってミラー部を揺動状態にて共振振動させて光を走査する光走査素子であり、かつ、ねじり振動の共振周波数の低域側と高域側とに、縦振動又は横振動の副次的な共振振動が発生する第１共振周波数と第２共振周波数がある光走査素子において、副次的な共振振動によって損傷することを防止する。【解決手段】光走査素子を振動させる駆動信号の周波数を第１共振周波数と第２共振周波数との間の周波数であって、ねじり振動の共振周波数よりも高い特定周波数に設定して駆動信号の出力を開始し、その後駆動信号の出力が開始された後、出力している駆動信号の周波数をねじり振動の共振周波数に移行させるようにした。【選択図】図１１
2008089932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有するミラー部と、前記ミラー部に連結され、ねじり振動を発生して前記ミラー部を揺動状態にて共振振動させることが可能なばね部とを含み、前記ミラー部の共振振動により入射した光を前記反射面で走査する光走査素子であって、前記ねじり振動による揺動状態での共振振動の共振周波数に対し、低域側の第１共振周波数と高域側の第２共振周波数に、縦振動又は横振動の副次的な共振振動が発生する光走査素子を駆動する光走査装置において、
前記ばね部を振動させる駆動信号を、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との間の周波数であって、前記ねじり振動の共振周波数よりも高い特定周波数で出力した後、前記駆動信号の周波数を前記ねじり振動の共振周波数に移行させる駆動信号出力部を備えた
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記ねじり振動の共振周波数を検出する第１検出部を備え、
前記駆動信号出力部は、
前記ねじり振動の共振周波数、前記第１共振周波数及び前記第２共振周波数に応じて前記特定周波数を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記駆動信号出力部は、
前記ミラー部の振動周波数が前記ねじり振動の共振周波数よりも低い前記第１共振周波数を超える前までは、前記駆動信号を第１電圧で出力し、前記ミラー部の振動周波数が前記第１共振周波数を超えた後、前記駆動信号を前記第１電圧よりも高い第２電圧で出力する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記駆動信号出力部が前記駆動信号を出力した後、前記ミラー部の振動周波数が前記第１共振周波数を超えるまでの期間として予め設定された期間情報を記憶する記憶部を備え、
前記駆動信号出力部は、前記記憶部に記憶された期間情報に基づいて、前記駆動信号の電圧を前記第１電圧から前記第２電圧へ変更する
ことを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記ミラー部の振動周波数が前記第１共振周波数を超えたか否かを検出する第２検出部を備え、
前記駆動信号出力部は、前記第２検出部において前記ミラー部の振動周波数が前記第１共振周波数を超えたときに、前記駆動信号の電圧を前記第１電圧から前記第２電圧へ変更する
ことを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記光走査素子は、光を反射する反射面を有するミラー部と、このミラー部を一方の側で支持する弾性梁と、この梁の他方の側で前記梁を支持する基体と、少なくとも前記梁の一部分に取り付けられて前記梁を駆動することで、前記ミラー部を振動または揺動させる圧電素子を備えた
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに１項に記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって２次元方向に走査することで画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに１項に記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって前記１次方向及び前記２次方向に走査することで、眼の網膜に画像を投影し、画像を表示することを特徴とする網膜走査型画像表示装置。
【請求項９】
反射面を有するミラー部と、前記ミラー部に連結され、ねじり振動を発生して前記ミラー部を揺動状態にて共振振動させることが可能なばね部とを含み、前記ミラー部の共振振動により入射した光を前記反射面で走査する光走査素子であって、前記ねじり振動による揺動状態での共振振動の共振周波数に対し、低域側の第１共振周波数と高域側の第２共振周波数に、縦振動又は横振動の副次的な共振振動が発生する光走査素子の駆動方法であって、
前記駆動信号の周波数を前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との間の周波数であって、前記ねじり振動の共振周波数よりも高い特定周波数に設定して前記駆動信号の出力を開始するステップと、
前記駆動信号の出力が開始された後、出力している前記駆動信号の周波数を前記ねじり振動の共振周波数に移行させるステップと、
を有することを特徴とする光走査素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及びそれを備えた画像表示装置並びに網膜走査型画像表示装置、及び光走査素子の駆動方法の技術に関し、特に、光走査素子の駆動技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光を走査する光走査装置として、共振型の光走査素子を用いて、光を走査するものがある。共振型の光走査素子として、特許文献１に記載されているように、反射面を有するミラー部と、このミラー部に連結され、ねじり振動を発生してミラー部を揺動状態にて共振振動させることが可能なばね部とを含む振動体を有し、ミラー部の共振振動により入射した光を反射面で走査する光走査素子が知られている。
【０００３】
この種の光走査装置においては、その振動体のねじり振動時の共振振動が利用されて光走査が行われるが、その振動体には、ねじり振動のみでなく、それ以外の副次的な共振振動も発生し得る。そのような副次的な共振振動として、振動体のミラー部がその反射面に平行な方向に振動する現象すなわち横振動や、振動体のミラー部がその反射面に垂直な方向に振動する現象すなわち縦振動などがある。
【０００４】
しかしながら、ねじり振動の共振周波数と副次的な振動の共振周波数とが互いに一致するかまたは互いに接近している場合には、ねじり振動の共振周波数と等しい周波数で振動体を振動させても、その振動体においてねじり振動に副次的な振動が重畳してしまう。副次的な振動がねじり振動に対して重畳的に発生すると、振動体の振動に伴ってミラー部の反射面の振動状態が目標振動状態から外れてしまい、光走査の特性も目標特性から外れてしまう。そこで、光走査素子において、ねじり振動の共振周波数と副次的な振動の共振周波数とが近接しないように設計される。
【特許文献１】特開２００５−２７５１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光走査装置において、光走査素子のばね部を駆動させてねじり振動を発生させる場合、ねじり振動の共振周波数と等しい駆動信号を光走査素子に印加しても、振動体の振動周波数はすぐにはねじり振動の共振周波数と等しくならず、徐々に周波数が高くなっていく。
【０００６】
従って、副次的な共振振動の共振周波数がねじり振動の共振周波数よりも低い場合には、振動体の振動周波数がねじり振動の共振周波数に達するまでに、副次的な共振振動の共振周波数を通過するので、必ず副次的な共振振動が発生してしまう。
【０００７】
副次的な共振振動が続き、この共振振動の共振周波数を通過するまでに時間を要してしまうと、通過時のエネルギーによってばね部が損傷する恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部に連結され、ねじり振動を発生して前記ミラー部を揺動状態にて共振振動させることが可能なばね部とを含み、前記ミラー部の共振振動により入射した光を前記反射面で走査する光走査素子であって、前記ねじり振動による揺動状態での共振振動の共振周波数に対し、低域側の第１共振周波数と高域側の第２共振周波数に、縦振動又は横振動の副次的な共振振動が発生する光走査素子を駆動する光走査装置において、前記ばね部を振動させる駆動信号を、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との間の周波数であって、前記ねじり振動の共振周波数よりも高い特定周波数で出力した後、前記駆動信号の周波数を前記ねじり振動の共振周波数に移行させる駆動信号出力部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ねじり振動の共振周波数を検出する第１検出部を備え、前記駆動信号出力部は、前記ねじり振動の共振周波数、前記第１共振周波数及び前記第２共振周波数に応じて前記特定周波数を調整することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記駆動信号出力部は、前記ミラー部の振動周波数が前記ねじり振動の共振周波数よりも低い前記第１共振周波数を超える前までは、前記駆動信号を第１電圧で出力し、前記ミラー部の振動周波数が前記第１共振周波数を超えた後、前記駆動信号を前記第１電圧よりも高い第２電圧で出力することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記駆動信号出力部が前記駆動信号を出力した後、前記ミラー部の振動周波数が前記第１共振周波数を超えるまでの期間として予め設定された期間情報を記憶する記憶部を備え、前記駆動信号出力部は、前記記憶部に記憶された期間情報に基づいて、前記駆動信号の電圧を前記第１電圧から前記第２電圧へ変更することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記ミラー部の振動周波数が前記第１共振周波数を超えたか否かを検出する第２検出部を備え、前記駆動信号出力部は、前記第２検出部において前記ミラー部の振動周波数が前記第１共振周波数を超えたときに、前記駆動信号の電圧を前記第１電圧から前記第２電圧へ変更することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、前記光走査素子は、光を反射するミラー部と、このミラー部を一方の側で支持する弾性梁と、この梁の他方の側で前記梁を支持する基体と、少なくとも前記梁の一部分に取り付けられて前記梁を駆動することで、前記ミラー部を振動または揺動させる圧電素子を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって２次元方向に走査することで画像を表示することを特徴とする画像表示装置とした。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、前記光走査装置によって２次元方向に走査することで、眼の網膜に画像を投影し、画像を表示することを特徴とする網膜走査型画像表示装置とした。
【００１６】
また、請求項９に記載の発明は、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部に連結され、ねじり振動を発生して前記ミラー部を揺動状態にて共振振動させることが可能なばね部とを含み、前記ミラー部の共振振動により入射した光を前記反射面で走査する光走査素子であって、前記ねじり振動による揺動状態での共振振動の共振周波数に対し、低域側の第１共振周波数と高域側の第２共振周波数に、縦振動又は横振動の副次的な共振振動が発生する光走査素子の駆動方法であって、前記駆動信号の周波数を前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との間の周波数であって、前記ねじり振動の共振周波数よりも高い特定周波数に設定して前記駆動信号の出力を開始するステップと、前記駆動信号の出力が開始された後、出力している前記駆動信号の周波数を前記ねじり振動の共振周波数に移行させるステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１，９に記載の発明によれば、ねじり振動による共振振動によってミラー部を揺動状態にて共振振動させて光を走査する光走査素子であって、ねじり振動の共振周波数の低域側と高域側とに、縦振動又は横振動の副次的な共振振動が発生する第１共振周波数と第２共振周波数がある光走査素子を駆動するときに、ばね部を振動させる駆動信号の周波数を第１共振周波数と第２共振周波数との間の周波数であって、ねじり振動の共振周波数よりも高い特定周波数に設定して駆動信号の出力を開始し、その後駆動信号の出力が開始された後、出力している駆動信号の周波数をねじり振動の共振周波数に移行させるようにしたので、副次的な共振振動の共振周波数を通過するまでの時間を短縮することができ、ばね部の損傷を抑制することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、ねじり振動の共振周波数を検出し、ねじり振動の共振周波数、第１共振周波数及び第２共振周波数に応じて特定周波数を調整するので、光走査素子の固体差によってねじり振動の共振周波数の特性のばらつきがある場合でも、光走査装置を製造時等に個別に調整する必要がない。しかも、温度変化によってねじり振動の共振周波数の特性に変化があったときでも、その変化に応じて特定周波数を調整するので、より適切な特定周波数により動作させることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、ミラー部の振動周波数がねじり振動の共振周波数よりも低い第１共振周波数を超える前までは、駆動信号を第１電圧で出力し、ミラー部の振動周波数が第１共振周波数を超えた後、駆動信号を第１電圧よりも高い第２電圧で出力するので、副次的な共振振動の共振周波数を通過する際にばね部に印加される電圧が小さいことから副次的な共振振動によってばね部に加わるエネルギーを低減することができる。その結果、ばね部の損傷をさらに抑制することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、駆動信号を出力した後、ミラー部の振動周波数が第１共振周波数を超えるまでの期間として予め設定された期間情報を記憶する記憶部を備え、この記憶部に記憶された期間情報に基づいて、駆動信号の電圧を第１電圧から第２電圧へ変更するので、第１の電圧から第２の電圧への変更を簡易に行うことができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、ミラー部の振動周波数が第１共振周波数を超えたか否かを検出する第２検出部を備え、駆動信号出力部は、第２検出部においてミラー部の振動周波数が第１共振周波数を超えたときに、駆動信号の電圧を第１電圧から第２電圧へ変更するので、ミラー部の振動周波数が第１共振周波数を超えるとすぐに電圧を第１の電圧から第２の電圧へ変更することができる。従って、ミラー部の振動周波数が第１共振周波数を超えたときに、駆動信号の周波数をねじり振動の共振周波数に移行することにより、起動時間（ねじり振動での安定動作を行うまでの時間）を短縮することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、光走査素子は、光を反射するミラー部と、このミラー部を一方の側で支持する弾性梁と、この梁の他方の側で前記梁を支持する基体と、少なくとも前記梁の一部分に取り付けられて前記梁を駆動することで、ミラー部を振動または揺動させる圧電素子を備えたので、光走査装置の小型化が容易に図れるものとなる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１から６のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、光走査装置によって２次元方向に走査することで画像を表示する画像表示装置としたので、光走査素子における副次的な共振振動の共振周波数を通過するまでの時間を短縮することができ、ばね部の損傷を抑制することができる画像表示装置を提供することができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１から７のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を、光走査装置によって１次方向及び２次方向に走査することで、眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型画像表示装置としたので、光走査素子における副次的な共振振動の共振周波数を通過するまでの時間を短縮することができ、ばね部の損傷を抑制することができる網膜走査型画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明にかかる光走査装置は、画像に関する画像信号に応じて変調された光束を走査するものであり、画像形成の分野や画像読取りの分野において適用することができる。例えば、画像形成の分野においては、網膜上において光束を走査して画像を直接に表示する網膜走査型の画像表示装置、プロジェクタ、レーザプリンタ、レーザリソグラフィ等の用途に適用することができ、また、画像読取りの分野においては、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダ等の用途に適用することができる。
【００２６】
本実施形態においては、本発明にかかる光走査装置を網膜走査型の画像表示装置１に適用した場合を例に挙げて、その構成及び動作について説明する。
【００２７】
［１  画像表示装置１全体の説明］
まず、画像表示装置１全体構成及び動作について説明する。図１に、本発明の実施形態における画像表示装置１の全体構成を示す。この画像表示装置１は、網膜走査型の画像表示装置であり、その利用者である観察者の瞳孔１２に光束を入射させて網膜１４上に画像を投影することによって、観察者の眼１０の瞳孔１２の前方において虚像を視認させるための装置である。
【００２８】
画像表示装置１は、外部から供給される映像信号Ｓに応じて強度変調された光束（レーザ光）を生成する光束生成器２０を備え、さらに、その光束生成器２０と観察者の眼１０との間には、光束生成器２０で生成され、光ファイバ１００から出射される光束を平行光化するコリメート光学系６１と、このコリメート光学系６１で平行光化された光束を画像表示のために水平方向に走査する水平走査部７０と、水平走査部７０で水平方向に走査された光束を画像表示のために垂直方向に走査する垂直走査部８０と、水平走査部７０と垂直走査部８０との間に設けられたリレー光学系７５と、このように水平方向と垂直方向に走査された光束（以下、「走査光束」とする。）を瞳孔１２へ出射するためのリレー光学系９０を備えている。
【００２９】
図１に示すように、光束生成器２０には、外部から供給される映像信号Ｓが入力され、この映像信号Ｓに基づいて画像を合成するための要素となる各信号等を生成する信号処理回路２１が設けられる。信号処理回路２１において生成する信号は、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各映像信号２２ａ〜２２ｃ、水平走査部７０で使用される水平同期信号Ｓｉｇ１及び制御信号Ｓｉｇ２、垂直走査部８０で使用される垂直同期信号Ｓｉｇ３などである。
【００３０】
さらに、光束生成器２０は、信号処理回路２１から出力される３つの映像信号（Ｂ，Ｇ，Ｒ）２２ａ〜２２ｃをそれぞれ光束にする光源部３０と、これらの３つの光束を１つの光束に結合して任意の光束を生成するための光合成部４０を備えている。
【００３１】
光源部３０は、青色の光束を発生させるＢレーザ３４およびＢレーザ３４を駆動するＢレーザドライバ３１と、緑色の光束を発生させるＧレーザ３５およびＧレーザ３５を駆動するＧレーザドライバ３２と、赤色の光束を発生させるＲレーザ３６およびＲレーザ３６を駆動するＲレーザドライバ３３とを備えている。なお、各レーザ３４，３５，３６は、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。
【００３２】
光合成部４０は、光源部３０から入射する光束を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系４１，４２，４３と、このコリメートされた光束を合成するためのダイクロイックミラー４４，４５，４６と、合成された光束を光ファイバ１００に導く結合光学系４７とを備えている。
【００３３】
各レーザ３４，３５，３６から出射した光束は、コリメート光学系４１，４２，４３によってそれぞれ平行化された後に、ダイクロイックミラー４４，４５，４６に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー４４，４５，４６により、各光束が波長に関して選択的に反射・透過される。
【００３４】
具体的には、Ｂレーザ３４から出射した青色光束は、コリメート光学系４１によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー４４に入射される。Ｇレーザ３５から出射した緑色光束は、コリメート光学系４２を経てダイクロイックミラー４５に入射される。Ｒレーザ３６から出射した赤色光束は、コリメート光学系４３を経てダイクロイックミラー４６に入射される。
【００３５】
それら３つのダイクロイックミラー４４，４５，４６にそれぞれ入射した３原色の光束は、波長選択的に反射または透過して結合光学系４７に達し、集光され光ファイバ１００へ出力される。
【００３６】
水平走査部７０及び垂直走査部８０は、光ファイバ１００から入射された光束を画像として投影可能な状態にするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とするものである。この水平走査部７０と水平走査するための構成部分を有する信号処理回路２１とは水平走査用の光走査装置として機能し、この垂直走査部８０と垂直走査するための構成部分を有する信号処理回路２１とは垂直走査用の光走査装置として機能する。また、水平走査用の光走査装置と垂直走査用の光走査装置とで、２次元方向に光束を走査する光走査装置となる。
【００３７】
水平走査部７０は、光束を水平方向に走査するための光走査素子（光スキャナ）７１と、この光走査素子７１を駆動させる水平走査駆動回路７２と、光走査素子７１における後述のミラー部１２０の変位状態を検出する変位状態検出回路７３とを有しており、垂直走査部８０は、光束を垂直方向に走査するための光走査素子である光走査素子８１と、この光走査素子８１を駆動させる垂直走査駆動回路８２とを備えている。なお、水平走査駆動回路７２と垂直走査駆動回路８２は、信号処理回路２１から出力される水平同期信号Ｓｉｇ１、制御信号Ｓｉｇ２及び垂直同期信号Ｓｉｇ３等に基づいてそれぞれ駆動する。ここで、光走査素子７１，８１は、ガルバノミラーなどから構成される。
【００３８】
また、水平走査部７０と垂直走査部８０との間での光束を中継するリレー光学系７５を備えており、光走査素子７１によって水平方向に走査された光は、リレー光学系７５を通って、光走査素子８１によって垂直方向に走査されて、走査光束として、リレー光学系９０へ出射される。
【００３９】
リレー光学系９０は、レンズ組９１，９４を有している。垂直走査部８０から出射された表示用走査光束は、レンズ組９１によって、それぞれの光束がその光束の中心線を相互に平行にされ、かつそれぞれ収束光束に変換される。そして、レンズ組９４によってほぼ平行な光束となると共に、これらの光束の中心線が観察者の瞳孔１２に収束するように変換される。
【００４０】
［２  光走査素子７１の説明］
次に、上述のように光束を水平方向に走査するための揺動型光走査素子である光走査素子７１について説明する。
【００４１】
（光走査素子７１の構成及び動作について）
まず、光走査素子７１の構成について、具体的に説明する。図２は光走査素子７１の組立て状態を示す斜視図、図３は光走査素子７１の分解斜視図である。図２及び図３に示すように、光走査素子７１は、本体部１１０がベース１１２に装着されて構成されている。
【００４２】
光走査素子７１は、網膜１４の上の光スポットを水平方向に走査するために、光ビームを反射させ光ビームの出射方向を変化させる反射面を有するミラー部１２０を配した振動体１２４を揺動させており、本実施形態においては振動体１２４を共振させている。このように振動体１２４を共振させることによってミラー部１２０の揺動をさせることができる。
【００４３】
図３に示すように、光走査素子７１は、略直方体のベース１１２を備えており、ベース１１２の上面中央部には凹部１３２が開口する状態で形成されると共に、ベース１１２の上面には本体部１１０が固着される。なお、ベース１１２は画像表示装置１の所定の場所に固着して配される。
【００４４】
本体部１１０は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて生成されており、後述の圧電素子部１５０〜１５３及び電極１８１、１８２等は、薄膜形成法によって形成されている。この本体部１１０は、図３の上部に示すように、光が通過しうる貫通孔１１４を有し、平面視で略長方形をなしている。また、本体部１１０の外側には基体としての固定枠部１１６を備え、一方、その内側にはミラー部１２０を有する振動体１２４を備えている。
【００４５】
また、ベース１１２の凹部１３２開口の上方には振動体１２４が位置しており、振動体１２４が揺動したときにもベース１１２と干渉しないように構成されている。なお、ベース１１２はその大きさが微細であるため、凹部１３２は、例えばエッチングにより形成される。
【００４６】
振動体１２４には複数の構成要素が一体的に形成されており、これらの構成要素として、ミラー部１２０と、そのミラー部１２０に連結されるばね部１３５とがある。また、ばね部１３５の構成要素として、ミラー部１２０の一側に連結される板状の弾性部材１４２、弾性部材１４４および弾性部材１４６から構成される弾性梁である第１の梁部１４０と、同じくミラー部１２０の他側に連結される板状の弾性部材１４３、弾性部材１４５および弾性部材１４７から構成される弾性梁である第２の梁部１４１とがある。このように、ミラー部１２０は、梁部１４０,１４１で支持され、梁部１４０,１４１は固定枠部１１６によって支持されることになる。
【００４７】
ここで、ミラー部１２０及びばね部１３５を有する振動体１２４は、画像表示装置１に固定される固定枠部１１６に対して可動する可動部材となっている。
【００４８】
図３に示すように、ミラー部１２０は、略長方形を成しており、本体部１１０の略中央部に配置されている。このミラー部１２０は、図３において横方向に延びる揺動軸線Ｌｒまわりに揺動させられることにより、ミラー部１２０に入射した光束の反射方向を変化させる。
【００４９】
ミラー部１２０の一側には、弾性部材１４２から２本の弾性部材１４４および弾性部材１４６が弾性部材１４２の幅より広い分岐間隔で互いに並列に分岐するように形成され、また２本の弾性部材１４４と弾性部材１４６とは揺動軸線Ｌｒを中心として対称に形成される。同様にして、ミラー部１２０の他側には、弾性部材１４３から２本の弾性部材１４５および弾性部材１４７が弾性部材１４３の幅より広い分岐間隔で互いに並列的に分岐するように形成され、２本の弾性部材１４５と弾性部材１４７は揺動軸線Ｌｒを中心として対称に形成される。そして、第１の梁部１４０と第２の梁部１４１とは、ミラー部１２０を挟んで対称となる位置に配置される。
【００５０】
また、第１の梁部１４０に属する弾性部材１４４と弾性部材１４６とにはその片面にそれぞれ第１の圧電素子１５０と第２の圧電素子１５２がそれぞれ固着されている。この第１の圧電素子１５０と第２の圧電素子１５２には、それぞれその一端が固定端として固定枠部１１６に固着され、他端が固定枠部１１６に固着されない自由端となっている。なお、第１の圧電素子１５０と第２の圧電素子１５２によって第１の圧電素子部が構成される。
【００５１】
この第１の圧電素子１５０、第２の圧電素子１５２は、それぞれ同一の構造をしており、その固着面と直角な方向において上部電極と下部電極とによって挟まれている。図４は、弾性部材１４４の上面に配設された第１の圧電素子１５０の側面を示しており、圧電体１８０が上部電極１８１と、下部電極１８２とに挟まれる構成となっている。
【００５２】
また、第１の圧電素子１５０の上部電極と下部電極とは、それぞれ、リード線１７０、１７１より、固定枠部１１６に設置された入力端子１６０と入力端子１６１に接続され、第２の圧電素子１５２の上部電極と下部電極とは、それぞれリード線より、固定枠部１１６に設置された入力端子１６４と入力端子１６５に接続されている。
【００５３】
本実施形態においては、対を成す第１の圧電素子１５０、第２の圧電素子１５２がそれぞれ駆動源として機能し、揺動軸線Ｌｒのまわりにねじり振動を生じさせて、ミラー部１２０を揺動させる。以下、この点につき具体的に説明する。
【００５４】
第１の圧電素子１５０の上部電極と下部電極との間に電圧が印加されると、その印加方向のみならず、印加方向と直交する向きにも変位が発生する。このように第１の圧電素子１５０に変位が発生することにより、第１の圧電素子１５０は弾性変形して上向き又は下向きに屈曲する。また、第２の圧電素子１５２も同様に、上部電極と下部電極との間に電圧が印加されると、弾性変形して上向き又は下向きに屈曲する。このように上向きに屈曲するか、下向きに屈曲するかは、電極間に印加する電圧の正負によって制御される。
【００５５】
また、第１の圧電素子１５０の弾性変形による屈曲に対応して弾性部材１４４が弾性変形によって屈曲し、第２の圧電素子１５２の弾性変形による屈曲に対応して弾性部材１４６が弾性変形によって屈曲する。そして、この弾性部材１４４、１４６の弾性変形による屈曲は、弾性部材１４２の揺動軸線Ｌｒを中心軸とした弾性変形によるねじり振動をもたらす。この弾性部材１４２のねじり振動により、ミラー部１２０が揺動軸線Ｌｒのまわりで揺動する。
【００５６】
従って、第１の圧電素子１５０の上部電極と下部電極との間と、第２の圧電素子１５２の上部電極と下部電極との間とに互いに逆位相の交流電圧（交番電圧）を印加することにより、それぞれの自由端が互いに逆向き変位するように弾性変形して屈曲し、交流電圧の周波数で上下の曲げ振動を繰り返す。この曲げ振動は、第１の梁部１４０を介して、揺動軸線Ｌｒを中心軸とした回転運動に変換され、ミラー部１２０は、図５に示すように、揺動軸線Ｌｒのまわりで回転する。
【００５７】
以上を要約すると、弾性部材１４４および弾性部材１４６は、それぞれに固着された第１の圧電素子１５０および第２の圧電素子１５２の直線変位を曲げ振動に変換する機能を有し、この曲げ振動を弾性部材１４２の揺動軸線Ｌｒを中心としたねじり振動に変換する機能を有している。そして、弾性部材１４２のねじり振動によってミラー部１２０が揺動軸線Ｌｒを中心として揺動する。このようにばねを付勢する駆動源として圧電素子を用いる場合には装置の小型化が容易に図れるものとなる。
【００５８】
（光走査素子７１の共振について）
ここで、第１の梁部１４０、第２の梁部１４１及びミラー部１２０は、上述のように固定枠部１１６に対して可動する振動体１２４であり、揺動軸線Ｌｒを中心軸として固有の共振周波数でねじり振動を行う。
【００５９】
この共振系のＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ）は数百におよぶため、２個の第１の圧電素子１５０及び第２の圧電素子１５２に交流電圧が印加される場合、その交流電圧の周波数を変化させると振動体１２４におけるねじり振動の共振周波数と合致する周波数において、ミラー部１２０を含む可動部材の振動の振幅が極端に大きくなる。
【００６０】
したがって、このように共振周波数で振動させる場合には第１の圧電素子１５０及び第２の圧電素子１５２に印加する電力が小さくても、通常では得られないミラー部１２０の揺動変位が得られるので極めて電力効率が高いものとなるとともに、光走査素子７１の小型化が図れるものとなっている。
【００６１】
このように光走査素子７１においては、振動体１２４のねじり振動が利用されて光束の走査が行われるものであるが、この振動体には、ねじり振動のみでなく、それ以外の振動である副次的な共振振動も発生する。そのような副次的な共振振動として、横振動や縦振動などがある。
【００６２】
横振動は、図６に示すように、振動体１２４のミラー部１２０がその反射面に平行な方向（法線方向）に振動（直線往復運動）する現象である。また、縦振動は、図７に示すように、振動体１２４のミラー部１２０がその反射面に垂直な方向（接線方向）に振動（直線往復運動）する現象である。この縦振動は、腹が１個、節が２個存在する一次振動である。また、２倍の縦振動は、図８に示すように、腹が２個、節が３個存在する二次振動である。なお、ねじり振動は、上述したように振動体のミラー部１２０が揺動軸線Ｌｒを中心軸として揺動する現象である。
【００６３】
ここでは、光走査素子７１の特性として、図９に示すような副次的な共振振動が存在するものとして説明する。すなわち、本実施形態の光走査素子７１は、振動体１２４のねじり振動の共振周波数Ｆｒよりも低域側に横振動の共振周波数Ｆｌが存在し、高域側に２倍縦振動の共振周波数Ｆｈが存在する特性を有している。
【００６４】
振動体１２４に横振動や２倍縦振動などの副次的な共振振動が発生すると、その継続時間によっては、ばね部１３５が損傷する恐れがある。
【００６５】
ところで、光走査素子７１のばね部を駆動させてねじり振動の共振周波数Ｆｒでミラー部１２０を揺動させる場合、ねじり振動の共振周波数Ｆｒと等しい周波数の駆動信号を水平走査駆動回路７２から光走査素子７１に印加することになるが、振動体１２４のミラー部１２０の振動周波数はすぐにはねじり振動の共振周波数Ｆｒと等しくならず、徐々に周波数が高くなっていく。
【００６６】
従って、振動体１２４のミラー部１２０のねじり振動の共振周波数Ｆｒに達するまでに、副次的な共振振動の共振周波数Ｆｌを通過することになり、必ず副次的な共振振動が発生してしまう。
【００６７】
そこで、本実施形態においては、副次的な共振振動Ｆｌの発生時間を短くすることにより、振動体１２４におけるばね部１３５の損傷を抑制するようにしている。この点については、［３  光走査素子７１の駆動について］の項で詳細に説明する。
【００６８】
（光走査素子７１のミラー部１２０の変位の検出について）
第２の梁部１４１は、上述のようにミラー部１２０の他側に位置して、揺動軸線Ｌｒを中心として第１の梁部１４０と対称に形成されており、第１の梁部１４０によって発生した回転振動がミラー部１２０を介して伝わる。その結果、第２の梁部１４１と同様の変位が発生する。すなわち、揺動軸線Ｌｒを中心軸として、弾性部材１４３は、弾性部材１４２と略同様に弾性変形して回転振動し、弾性部材１４５は、弾性部材１４６と略同様に弾性変形して曲げ振動し、弾性部材１４７は、弾性部材１４４と略同様に弾性変形して曲げ振動する。
【００６９】
このように、第１の梁部１４０の変位と同様の変位が第２の梁部１４１に発生する。このように振動体１２４に変位が発生したときの例を図５に示す。
【００７０】
図５において、実線で示したものが第１の圧電素子１５０および第２の圧電素子１５２に電圧を与えない場合の第１の梁部１４０、第２の梁部１４１、ミラー部１２０の位置である。また、破線で示したものが第１の圧電素子１５０および第２の圧電素子１５２に交流電圧を与えた場合のある電圧における第１の梁部１４０、第２の梁部１４１、ミラー部１２０の位置である。
【００７１】
ここで、第２の梁部１４１の弾性部材１４７には、図２及び図３に示すように、第４の圧電素子１５３が固着されており、弾性部材１４７に上述のような曲げ振動が発生すると、その曲げ振動が第４の圧電素子１５３により電圧に変換され、第２の梁部１４１のねじれ量に応じた電圧信号が出力端子１６６、１６７から出力される。また、同様に、第２の梁部１４１の弾性部材１４５には、第３の圧電素子１５１が固着されており、弾性部材１４５に上述のような曲げ振動が発生すると、その曲げ振動が第３の圧電素子１５１により電圧に変換され、第２の梁部１４１のねじれ量に応じた電圧信号が出力端子１６２、１６３から出力される。なお、第３の圧電素子１５１と第４の圧電素子１５３によって第２の圧電素子部が構成される。
【００７２】
このように第３の圧電素子１５１及び第４の圧電素子１５３を用いることにより、第２の梁部１４１のねじれ量に応じた信号を発生させることができるため、ミラー部の変位を検出するビームディテクタが不要となり、装置の小型化が可能になる。
【００７３】
本実施形態においては、第３の圧電素子１５１に発生する電圧を第１変位検出信号として取り出すとともに、第４の圧電素子１５３に発生する電圧を第２変位検出信号として取り出す変位状態検出回路７３を設けており、この変位状態検出回路７３によって振動体１２４のミラー部１２０の変位状態を検出する。なお、変位状態検出回路７３は、上記第１変位検出信号と第２変位検出信号を出力するものであり、以下、これらのいずれか又はこれらをまとめて変位検出信号Ｓｉｇ６と呼ぶことがある。
【００７４】
[３  光走査素子の駆動について]
次に、本実施形態における光走査素子７１の駆動方法について説明する。図１０は本実施形態における水平走査用の光走査装置として機能する部分の概念的なブロック図を示す。水平走査用の光走査装置としての機能は、上述のように水平走査部７０と水平走査するための構成部分を有する信号処理回路２１とで構成されるものであり、この信号処理回路２１と水平走査駆動回路７２とで駆動信号出力部２８が構成される。この駆動信号出力部２８は、駆動信号Ｓｉｇ５を生成し出力する機能を有しており、この駆動信号Ｓｉｇ５を光走査素子７１の圧電素子部１５０，１５２に印加することによって、ばね部１３５を振動させる。
【００７５】
（光走査素子を駆動するための構成について）
まず、光走査素子７１を駆動するための構成について説明する。
【００７６】
図１０に示すように、信号処理回路２１には、ＰＬＬ回路２５と、出力周波数制御回路２６と、周波数検出回路２７とが設けられている。
【００７７】
ＰＬＬ回路２５は、位相比較器（ＰＣ）５０と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１と、リミッタ５２と、セレクタ５３と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）５４とが設けられている。位相比較器５０は、変位状態検出回路７３から出力される変位検出信号Ｓｉｇ６のうち一つの変位検出信号（第１変位検出信号又は第２変位検出信号）とＰＬＬ回路２５の出力信号である水平同期信号Ｓｉｇ１とを位相比較し、その結果を出力する。ローパスフィルタ５１は、位相比較器５０から出力される信号をフィルタリングし、変位検出信号Ｓｉｇ６と水平同期信号Ｓｉｇ１との位相差に応じた電圧信号に生成して出力するもので、ＰＬＬループ全体の位相特性、増幅度特性の補償を行うものである。通常、ループフィルタとも呼ばれ図示しない増幅器と組み合わせて使われる場合が多い。リミッタ５２は、ローパスフィルタ５１から出力される電圧信号が所定の設定電圧よりも大きくならないように制限するリミッタである。セレクタ５３はローパスフィルタ５１からの出力と出力周波数制御回路２６から出力される電圧信号Ｓｉｇ７とからいずれか一方選択して出力する選択回路であり、出力周波数制御回路２６からの制御信号Ｓｉｇ８によって制御される。電圧制御発振器５４は、セレクタ５３から出力される電圧信号の電圧レベルに応じた周波数の信号を水平同期信号Ｓｉｇ１として生成し出力する回路である。
【００７８】
出力周波数制御回路２６は、ＰＬＬ回路２５からの出力信号である水平同期信号Ｓｉｇ１の周波数を制御する回路であり、第１共振周波数である横振動の共振周波数Ｆｌと、第２共振周波数である２倍縦振動の共振周波数Ｆｈとの間の周波数であって、ねじり振動の共振周波数Ｆｒよりも高い特定周波数（以下、「初期振動周波数Ｆ0」と呼ぶ。）で出力した後、水平同期信号Ｓｉｇ１の周波数をねじり振動の共振周波数Ｆｒに移行させる。
【００７９】
周波数検出回路２７は、振動体１２４のミラー部１２０の振動周波数（以下、「振動周波数Ｆｘ」とする。）に基づいて、振動体１２４のねじり共振の共振周波数Ｆｒを検出する第１検出部５５と、ミラー部１２０の振動周波数Ｆｘが第１共振周波数を超えたか否かを検出する第２検出部５６とを備えている。
【００８０】
第１検出部５５は、光走査素子７１のミラー部１２０が振動を開始し、後述する光走査素子７１の起動処理が終了した後に、ミラー部１２０の変位状態に応じてＰＬＬ回路２５を動作させ、その後ミラー部１２０の振動周波数Ｆｘが安定したときの振動周波数Ｆｘを検出することによって、振動体１２４におけるねじり振動の共振周波数Ｆｒを検出する。
【００８１】
そして、第１検出部５５は、このように検出したねじり振動の共振周波数Ｆｒの情報を出力周波数制御回路２６へ通知する。出力周波数制御回路２６は、この通知を受信すると、通知されたねじり振動の共振周波数Ｆｒに基づいて初期振動周波数Ｆ0を調整する。
【００８２】
ここで、振動体１２４における横振動の共振周波数Ｆｌと２倍縦振動の共振周波数Ｆｈは、予めバラツキを含めてその範囲が予測値として出力周波数制御回路２６の記憶部に設定されており、横振動の共振周波数Ｆｌよりも高い周波数であり、横振動の共振周波数Ｆｌを通過する時間を短縮し、かつ２倍縦振動の共振周波数Ｆｈを超えることのない周波数を初期振動周波数Ｆ0として設定する。さらに、この初期振動周波数Ｆ0は、ねじり振動の共振周波数Ｆｒへの移行を容易にするために、ＰＬＬ回路２５のロックインレンジの範囲内に設定される。なお、出力周波数制御回路２６において、横振動の共振周波数Ｆｌと２倍縦振動の共振周波数Ｆｈとを周波数検出回路２７における後述の第２検出部によって検出し、この結果を出力周波数制御回路２６に通知させ、このように通知された横振動の共振周波数Ｆｌと２倍縦振動の共振周波数Ｆｈの情報を用いて、初期振動周波数Ｆ0を調整するようにしてもよい。
【００８３】
第２検出部５６は、変位状態検出回路７３から出力される変位検出信号Ｓｉｇ６に基づいて、ミラー部１２０の振動周波数Ｆｘが横振動の共振周波数Ｆｌを超えたか否かを検出する。振動体１２４に縦振動又は横振動が発生するとき、変位検出信号Ｓｉｇ６は、ねじり振動時のときと異なる波形となることから、これにより横振動の共振周波数Ｆｌを超えたか否かを検出することができる。つまり、振動体１２４に縦振動又は横振動が発生するとき、図７及び図８に示すように弾性部材１４５と弾性部材１４７には同一方向に曲げ振動が発生し、第１変位検出信号（第３の圧電素子１５１で発生する電圧）の位相と第２変位検出信号（第４の圧電素子１５３で発生する電圧）の位相とが等しくなることから、第２検出部５６は、この状態を検出することにより振動体１２４に縦振動又は横振動が発生していることを検出することができる。
【００８４】
また、第２検出部５６は、変位状態検出回路７３から出力される変位検出信号Ｓｉｇ６に基づいて、ミラー部１２０の振動周波数Ｆｘが２倍縦振動の共振周波数Ｆｈを超えたか否かを検出することもできる。振動体１２４に２倍縦振動が発生するとき、変位検出信号Ｓｉｇ６は、ねじり振動時のときと異なる波形となり、これにより横振動の共振周波数Ｆｌを超えたか否かを検出することができる。つまり、振動体１２４に２倍縦振動が発生するとき、図８に示すように腹が２個、節が３個存在する二次振動となることから、第１変位検出信号の位相と第２変位検出信号の位相とに基づいて、この状態を検出する。
【００８５】
また、水平走査駆動回路７２は、入力した水平同期信号Ｓｉｇ１をその振幅を第１電圧Ｖ１とした駆動信号Ｓｉｇ５を生成して出力する増幅器を有しており、この増幅器の電圧増幅率をスイッチにより変えることによって水平同期信号Ｓｉｇ１の振幅を第１電圧Ｖ１よりも高い第２電圧Ｖ２にして駆動信号Ｓｉｇ５の電圧レベルを上げることができるように構成されている。さらに、水平走査駆動回路７２は、上記増幅器の電圧増幅率をスイッチの切替により０にすることで駆動信号Ｓｉｇ５の出力を停止させる。水平走査駆動回路７２における駆動信号Ｓｉｇ５の出力開始及び停止、並びにその電圧レベルの変更は、出力周波数制御回路２６から出力される制御信号Ｓｉｇ２に基いて行われる。
【００８６】
（光走査素子７１の駆動方法について）
次に、光走査素子７１の駆動方法について図面を参照して説明する。図１１は光走査素子７１の起動開始時における各信号波形の状態を示す図、図１２は光走査素子７１の起動開始時における処理フローである。
【００８７】
駆動信号出力部２８は、画像表示装置１の電源がＯＮになり、電源電圧Ｖccが所定レベル（ここでは５Ｖ）になったとき（図１１（ａ）のＴ１参照）、光走査素子７１の起動処理を行う。
【００８８】
まず、駆動信号出力部２８は、水平同期信号Ｓｉｇ１の周波数を初期振動周波数Ｆ0に設定する（図１２のステップＳ１）。このとき、出力周波数制御回路２６は、水平走査駆動回路７２を制御して、駆動信号Ｓｉｇ５の出力を停止させておく。
【００８９】
この処理において、駆動信号出力部２８は、次のように動作する。まず、出力周波数制御回路２６は、出力周波数制御回路２６から出力する電圧信号Ｓｉｇ７を選択して出力させる制御信号Ｓｉｇ８をセレクタ５３に出力して、セレクタ５３を制御する。次に、出力周波数制御回路２６は、内部の記憶部に記憶した初期振動周波数Ｆ0の情報を取り出して、この初期振動周波数Ｆ0に応じた電圧を電圧信号Ｓｉｇ７として出力する。電圧制御発振器５４は、入力される電圧信号Ｓｉｇ７に応じた初期振動周波数Ｆ0を有する水平同期信号Ｓｉｇ１を生成する。このときの水平同期信号Ｓｉｇ１の周波数の状態を図１１（ｂ）に示す。
【００９０】
ＰＬＬ回路２５が出力する水平同期信号Ｓｉｇ１は、周波数検出回路２７に入力される。周波数検出回路２７は、水平同期信号Ｓｉｇ１の周波数を検出し、出力周波数制御回路２６へ通知する。出力周波数制御回路２６は、通知された水平同期信号Ｓｉｇ１の周波数が初期振動周波数Ｆ0となったと判断すると、水平走査駆動回路７２に対し、水平同期信号Ｓｉｇ１の電圧レベルを第１電圧Ｖ１に調整した駆動信号Ｓｉｇ５を生成し、光走査素子７１へ出力するように要求する制御信号Ｓｉｇ２を出力する。水平走査駆動回路７２は、駆動信号Ｓｉｇ５として、水平同期信号Ｓｉｇ１の電圧レベルを第１電圧Ｖ１とした第１駆動信号を光走査素子７１の第１の圧電素子１５０に印加すると共に、第１駆動信号の位相を反転させた第２駆動信号を光走査素子７１の第２の圧電素子１５２に印加する（図１２のステップＳ２）。図１１（ｃ）には、駆動信号Ｓｉｇ５の電圧レベルの変移が示されており、タイミングＴ２からＴ３までの間に第１電圧Ｖ１の駆動信号Ｓｉｇ５が出力されていることが示されている。
【００９１】
駆動信号Ｓｉｇ５が光走査素子７１に印加されると、この駆動信号Ｓｉｇ５に基づいて、ばね部１３５が駆動され、ミラー部１２０が振動を開始する。
【００９２】
次に、変位状態検出回路７３から出力される変位検出信号Ｓｉｇ６に基づいて、ミラー部１２０の振動周波数Fｘが横振動の共振周波数Ｆｌを通過したか否かを判定する（図１２のステップＳ３）。
【００９３】
ミラー部１２０の振動周波数Fｘが横振動の共振周波数Ｆｌを通過したか否かは、駆動信号出力部２８において、次のように判定される。
【００９４】
すなわち、変位状態検出回路７３から出力される変位検出信号Ｓｉｇ６が、周波数検出回路２７に入力される。周波数検出回路２７は、ミラー部１２０の振動周波数Fｘを検出し、出力周波数制御回路２６へ通知する。出力周波数制御回路２６には、内部の記憶部に横振動の共振周波数Ｆｌの予測値が設定されており、この予測値に基づいて、ミラー部１２０の振動周波数Fｘが横振動の共振周波数Ｆｌを通過したか否かを判定する。
【００９５】
この処理において、ミラー部１２０の振動周波数Fｘが横振動の共振周波数Ｆｌとなったと判定すると（図１２のステップＳ３：ＹＥＳ）、出力周波数制御回路２６は、水平走査駆動回路７２に対し、第１電圧Ｖ１よりも高い第２電圧Ｖ２に変更した駆動信号Ｓｉｇ５を生成し、光走査素子７１へ出力するように要求する制御信号Ｓｉｇ２を出力する。水平走査駆動回路７２は、駆動信号Ｓｉｇ５を第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２へ変更する。（図１２のステップＳ４）。図１１（ｃ）には、駆動信号Ｓｉｇ５の電圧レベルの変移が示されており、タイミングＴ３で駆動信号Ｓｉｇ５の電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変更されていることが示されている。
【００９６】
その後、駆動信号出力部２８は、ミラー部１２０の振動周波数Ｆｘがねじり振動の共振周波数Ｆｒとなったか否かを判定する（図１２のステップＳ６）。この判定は、出力周波数制御回路２６において、内部の記憶部に設定している初期共振周波数Ｆ０が周波数検出回路２７によって検出したミラー部１２０の振動周波数Ｆｘと一致するか否かによって判定されるものである。
【００９７】
この処理において、光走査素子７１の振動周波数Ｆｘが初期共振周波数Ｆ０となったと判定すると（図１２のステップＳ６：ＹＥＳ）、駆動信号出力部２８は、駆動信号Ｓｉｇ５の周波数をねじり振動の共振周波数Ｆｒに設定する。この処理は、出力周波数制御回路２６において、ローパスフィルタ５１からの出力を電圧制御発振器５４へ出力するようにセレクタ５３を制御することによって行われるものである。すなわち、ＰＬＬ回路２５からの水平同期信号Ｓｉｇ１に基いて水平走査駆動回路７２が生成した駆動信号Ｓｉｇ５により動作している光走査素子７１の変位状態を表す変位検出信号Ｓｉｇ６を変位状態検出回路７３で生成し、この変位検出信号Ｓｉｇ６をＰＬＬ回路２５に入力することにより、振動体１２４がねじり振動で共振するように制御するのである。
【００９８】
このように駆動信号出力部２８は、駆動信号Ｓｉｇ５の周波数を共振周波数Ｆｒに設定すると、水平走査駆動回路７２から出力される駆動信号の周波数は、ねじり振動の共振周波数Ｆｒに移行していく。図１１（ｄ）には、駆動信号Ｓｉｇ５の周波数の変移が示されており、タイミングＴ４からＴ５にかけて駆動信号Ｓｉｇ５の周波数が共振周波数Ｆｒに移行していることが示されている。
【００９９】
以上のように、本実施形態においては、ねじり振動による共振振動によってミラー部１２０を揺動状態にて共振振動させて光を走査する光走査素子であって、ねじり振動の共振周波数の低域側と高域側とに、縦振動又は横振動の副次的な共振振動が発生する横振動の共振周波数Ｆｌと２倍縦振動の共振周波数Ｆｈがある光走査素子７１を駆動する場合であっても、ばね部の損傷を抑制しつつ光走査素子の駆動を行うことができる。なお、低域側に存在する副次的な共振振動は横振動でなく縦振動や２倍縦振動であってもよく、また、低域側に存在する副次的な共振振動は２倍縦振動でなく横振動や縦振動であってもよい。つまり、ねじり振動の共振周波数の低域側と高域側とに副次的な共振振動が発生する光走査素子に適用することができる。
【０１００】
また、光走査素子７１に個体差やばらつきなどがあった場合、ねじり振動の共振周波数Ｆｒにばらつきが生じ、ある程度の周波数範囲でねじり振動の共振周波数Ｆｒを探さなければならい。そして、ねじり振動の共振周波数Ｆｒを探す範囲によっては、副次的な共振周波数がその範囲に含まれる恐れがあり、この場合もこの副次的な共振周波数を通過する時のエネルギーによってばね部が損傷する恐れがある。
【０１０１】
しかしながら、本実施形態における光走査素子７１においては、予め副次的な共振周波数の範囲の予測値が設定されているため、初期信号周波数Ｆ0を適切に選択することができる。
【０１０２】
また、上述のように周波数検出回路２７により副次的な共振周波数を検出することもできるが、この検出処理において、水平走査駆動回路７２から出力する駆動信号Ｓｉｇ５の周波数を、光束を走査するときの電圧よりも小さくする（例えば、第１電圧Ｖ１）とすることによって、この副次的な共振周波数を通過する時のエネルギーを低減させ、ばね部１３５が損傷することを抑制することができる。
【０１０３】
ここで、上述の実施形態においては、ミラー部１２０の振動周波数Ｆｘが横振動の共振周波数Ｆｌを超えたか否かを検出する第２検出部５６を設けたが、駆動信号出力部２８において、横振動の共振周波数Ｆｌを超えるまでの期間として予め予測され設定された期間情報を記憶する記憶部を備えるようにしてもよい。
【０１０４】
例えば、図１３に示すように、第１電圧Ｖ１の駆動信号Ｓｉｇ５を出力する時間をＴａ(ｍｓ)未満と、第２電圧Ｖ２の駆動信号Ｓｉｇ５を出力する時間をＴａ（ｍｓ）以上と設定しておき、駆動信号出力部２８において、光走査素子７１に駆動信号Ｓｉｇ５の出力を開始してからの時間が、経過時間Ｔａ（ｍｓ）以上となっているときに、横振動の共振周波数Ｆｌを超えたと判定するのである。このようにすれば、ミラー部１２０の振動周波数Ｆｘの検出が不要となるため、第１の電圧から第２の電圧への変更を簡易に行うことができる。
【０１０５】
以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【０１０６】
例えば、水平走査を例に挙げて説明したが垂直走査についても同様の処理を行うようにしてもよい。
【０１０７】
また、上述の実施形態においては、電圧制御発振器５４に入力させる信号として、セレクタ５３によって、ローパスフィルタ５１からの出力と出力周波数制御回路２６から出力される電圧信号Ｓｉｇ７とからいずれか一方選択して出力するようにしたが、このセレクタ２６に代えて、合成アンプ（差動アンプ）を用いてもよい。すなわち、ローパスフィルタ５１からの出力と出力周波数制御回路２６から出力される電圧信号Ｓｉｇ７と合成して増幅するような合成アンプを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施形態における画像表示装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における光走査素子の組立て状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における光走査素子の分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における光走査素子の部分側面図である。
【図５】本発明の実施形態における振動体のねじり振動を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態における振動体の横振動を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態における振動体の縦振動を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態における振動体の２倍縦振動を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態における光走査素子の振動特性を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態における光走査素子の駆動方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施形態における光走査素子の駆動方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態における光走査素子の駆動方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施形態における光走査素子の駆動方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  画像表示装置
２１  信号処理回路
２８  駆動信号出力部
２７  周波数検出回路
５５  第１検出部
５６  第２検出部
７０  水平走査部
７１  光走査素子
７２  水平走査駆動回路
７３  変位状態検出回路
【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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