(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に一端が固定された第１軸、
外縁に前記第１軸の他端が連結され、前記第１軸と平行な軸の周りに回転振動可能な外部ジンバル、
前記外部ジンバルに形成されたコイルであり、外部磁場と電流との変動に応じてモーメントを前記外部ジンバルに発生させる駆動コイル、
前記外部ジンバルの内縁に一端が連結された、前記第１軸と同じ方向に延びている連結軸、
前記外部ジンバルの内側に形成され、外縁に前記連結軸の他端が連結され、前記連結軸と平行な軸の周りに回転振動可能な内部ジンバル、
前記内部ジンバルの内縁に一端が連結され、前記連結軸に対して垂直な第２軸、及び、
外縁に前記第２軸の他端が連結され、前記第２軸と平行な軸の周りに回転振動可能な振動体、
を有し、
前記モーメントは前記振動体を加振させる高周波成分及び前記外部ジンバルを加振させる低周波成分を含み、
前記第２軸と平行な軸の周りでの前記振動体の固有振動数が、前記第１軸と平行な軸の周りでの前記外部ジンバルの固有振動数より高く、
前記連結軸と平行な軸の周りでの前記振動体及び前記内部ジンバルの固有振動数が、前記モーメントの高周波成分の周波数より低く、
前記連結軸及び内部ジンバルによって前記モーメントの高周波成分のうち前記第１軸と平行な方向の成分による振動が遮断され、前記モーメントの高周波成分のうち前記第２軸と平行な方向の成分は前記振動体に伝達されるアクチュエータ。
【請求項２】
前記連結軸と平行な軸の周りでの前記振動体と前記内部ジンバルとの固有振動数が、前記第１軸と平行な前記モーメントの方向成分に含まれる、所定の高周波成分の周波数を1／√2倍した値以下である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１軸または前記連結軸が少なくとも２本である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記連結軸が複数であり、前記連結軸が前記連結軸と平行な前記内部ジンバルの軸に対して対称に配置されている、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記振動体が光反射面を含み、前記振動体が外部光源からの光を前記反射面で反射して所定の方向に投射する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記モーメントの高周波成分によって前記振動体が前記第２軸と平行な軸の周りに共振し、前記モーメントの低周波成分によって前記外部ジンバルが前記第１軸と平行な軸の周りに加振され、
前記モーメントの方向は前記第１軸と前記第２軸との間に設定される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記振動体の光反射面が、前記第２軸と平行な軸の周りでは前記第１軸と平行な軸の周りより高い周波数で振動する、請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
レーザー発振器を含み、前記レーザー発振器から放出されたレーザー光を変調するモジュレータ、及び、
光反射面を備えた振動体、を含み、前記振動体を動かすことで前記レーザー光を前記光反射面で所定の方向に反射させるアクチュエータ、
を有するシステムであり、
前記アクチュエータが、
外部に一端が固定された第１軸、
外縁に前記第１軸の他端が連結され、前記第１軸と平行な軸の周りに回転振動可能な外部ジンバル、
前記外部ジンバルに形成されたコイルであり、外部磁場と電流との変動に応じてモーメントを前記外部ジンバルに発生させる駆動コイル、
前記外部ジンバルの内縁に一端が連結された、前記第１軸と同じ方向に延びている連結軸、
前記外部ジンバルの内側に形成され、外縁に前記連結軸の他端が連結され、前記連結軸と平行な軸の周りに回転振動可能な内部ジンバル、及び、
前記内部ジンバルの内縁に一端が連結され、前記連結軸に対して垂直な第２軸、
を備え、
前記振動体の外縁に前記第２軸の他端が連結され、前記振動体が、前記第２軸と平行な軸の周りに回転振動可能であり、
前記モーメントは前記振動体を加振させる高周波成分及び前記外部ジンバルを加振させる低周波成分を含み、
前記第２軸と平行な軸な周りでの前記振動体の固有振動数が、前記第１軸と平行な軸の周りでの前記外部ジンバルの固有振動数より高く、
前記連結軸と平行な軸の周りでの前記振動体及び前記内部ジンバルの固有振動数が、前記モーメントの高周波成分の周波数より低く、
前記連結軸及び内部ジンバルによって前記モーメントの高周波成分のうち前記第１軸と平行な方向の成分による振動が遮断され、前記モーメントの高周波成分のうち前記第２３軸と平行な方向の成分は前記振動体に伝達される、アクチュエータシステム。
【請求項９】
請求項１に記載されたアクチュエータにより前記振動体を加振する方法であり、
前記外部磁場または前記駆動コイルの電流を変動させることにより、前記振動体を前記第２軸と平行な軸の周りに共振させる高周波成分と、前記外部ジンバルを前記第１軸と平行な軸の周りに加振する低周波成分と、を含むモーメントを前記外部ジンバルに発生させる段階、
前記振動体と前記内部ジンバルとを前記連結軸を通して前記連結軸と平行な軸の周りに加振することにより、前記モーメントの高周波成分を機械的にフィルタリングする段階、及び、
前記第２軸を通して前記振動体を前記第２軸と平行な軸の周りに加振する段階、
を備えている、振動体の加振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から供給される動力によって振動体を加振するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータの種類は実に多様である。アクチュエータにはモータや光スキャナがある。光スキャナは、外部からの電磁気力またはその他の物理的力に応じて可動ミラーを振動させる。それにより、光スキャナは主にレーザー光の経路を周期的に変更し、照射面（スクリーン）に結ばれたレーザー光のスポットを２次元的に移動させる。光スキャナには、レーザープリンタやバーコードリーダなどに用いられる簡単な構造のものから、レーザーテレビ（光源にレーザーを用いたリアプロジェクションテレビ）などに用いられる複雑な構造のものまである。
【０００３】
図1に示されているように、従来の光スキャナ20ではミラー22と内部フレーム24とが次のようなジンバル（gimbal）構造を成す。ミラー22の外縁からは水平トーションバー23がミラー22の対称軸に沿って外側に延びている。内部フレーム24はミラー22の周りを囲み、内縁に水平トーションバー23の端部が連結されている。垂直トーションバー25は内部フレーム24の外縁から外側に、水平トーションバー23に対して垂直に延びている。外部フレーム25は内部フレーム24の周りを囲んで固定されている。外部フレーム25の内縁には垂直トーションバー25の端部が連結されている。このようなジンバル構造では、ミラー22が、互いに直交する２つの軸23、25のそれぞれの周りで回転振動可能である。
【０００４】
内部フレーム24の表面にはコイル27が周方向に巻かれている。コイル27には、電流を流すと共に、その表面を斜めに貫く磁場を外部から加える。そのとき、電磁誘導により内部フレーム24にはその表面に平行なモーメント（トルク）が発生する。発生したモーメント（トルク）は水平トーションバー23に平行な成分と垂直トーションバー25に平行な成分とに分解される。水平トーションバー23に平行なモーメントの成分は、ミラー22を水平トーションバー23の周りに加振し、垂直トーションバー25に平行なモーメントの成分は内部フレーム24とミラー22とを垂直トーションバー25の周りに加振する。その結果、ミラー22の傾きの角度と方向とが周期的に変化するので、ミラー22により反射されたレーザー光の方向が周期的に変化する。こうして、光スキャナ20はレーザー光のスポットをスクリーン上で２次元的に移動させる。
【０００５】
上記の光スキャナ20によるミラー22の回転振動は、特にレーザーテレビでは次のように利用される。まず、例えば、垂直トーションバー25の周りでのミラー22と内部フレーム24との固有振動数が約1kHzに設計され、水平トーションバー23の周りでのミラー22の固有振動数が20kHz程度に設計される。次に、例えば約60Hzのノコギリ波成分を約20kHzの正弦波成分で変調した交流電流が駆動コイル27に流される。それにより、内部フレーム24に発生するモーメントが、交流電流の各成分に対応する周波数成分を含む。従って、垂直トーションバー25の周りでは、ミラー22の回転角が約60Hzのノコギリ波状で振動する。一方、水平トーションバー23の周りではミラー22が、モーメントに含まれる約20kHzの高周波成分に共振し、ミラー22の回転角が約20kHzの正弦波状で振動する。その結果、スクリーン上では、ミラー22の表面で反射されたレーザー光のスポットが、スクリーンの垂直方向では約60Hzで一方向の変位とほぼ瞬間的な帰還とを繰り返し、水平方向では約20kHzで往復を繰り返す。こうして、所定数の走査線がスクリーンに投影され、２次元映像がスクリーン上に再現される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光スキャナ20では、内部フレーム24に生じる垂直トーションバー25の方向でのモーメントが、60Hzのノコギリ波成分だけではなく、20kHzの正弦波成分を含む。そのため、垂直トーションバー25の周りでのミラー22の回転に、20kHzの微細なぶれが発生する（図2参照）。すなわち、図2に曲線30で示されている、垂直トーションバー25の周りでのミラー22の回転角の変動では、図2の(a)に示されている60Hzのノコギリ波状の低周波成分に、図2の(b)に示されている20kHzの微細な高周波成分が重畳されている。すなわち、垂直トーションバー25の周りでのミラー22の振動（図2では振幅が約7度）に微細な（図2では約0.03度の）ぶれが発生している。このぶれがレーザー光によるスクリーンの走査精度の更なる向上を阻むので、光スキャナを利用するプリンタやレーザーテレビ等の解像度の更なる向上が困難である。
【０００７】
上記のような高周波数のぶれは、光スキャナのみならず、同様なジンバル構造を用いたアクチュエータ全般に共通する。従って、それらのアクチュエータの更なる高精度化には上記のような高周波数のぶれを除くための工夫が必要である。しかし、そのような低域通過フィルタを電子回路で構成するのは新たな電子部品を必要とするので、アクチュエータの生産性の更なる向上が阻まれる。
【０００８】
本発明は、内部に発生するモーメントから特定の高周波成分を除去する低域通過フィルタを機械的に構成することにより、比較的簡単な構造で更なる高精度を獲得できるアクチュエータ、の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるアクチュエータは、第１軸、外部ジンバル、駆動コイル、連結軸、内部ジンバル、第２軸、及び振動体を含む。第１軸の一端は外部に固定され、他端は外部ジンバルの外縁に連結されている。それにより、外部ジンバルは第１軸と平行な軸の周りに回転振動可能である。駆動コイルは外部ジンバルに形成されたコイルであり、外部磁場と電流との変動に応じてモーメントを外部ジンバルに発生させる。連結軸の一端は外部ジンバルの内縁に連結されている。連結軸は第１軸と同じ方向に延びている。内部ジンバルは外部ジンバルの内側に形成されている。内部ジンバルの外縁には連結軸の他端が連結されている。それにより、内部ジンバルは連結軸と平行な軸の周りに回転振動可能である。第２軸の一端は内部ジンバルの内縁に連結されている。第２軸は連結軸に対して垂直に延びている。振動体の外縁には第２軸の他端が連結されている。それにより、振動体は第２軸と平行な軸の周りに回転振動可能である。特に、外部ジンバルに生じるモーメントの高周波成分によって振動体が第２軸と平行な軸の周りに共振し、そのモーメントの低周波成分によって外部ジンバルが第１軸と平行な軸の周りに加振される。すなわち、振動体の振動数は、第２軸の周りでは高く、第１軸の周りでは低い。
【００１０】
本発明によるこのアクチュエータでは従来のアクチュエータとは異なり、振動体と第２軸とが内部ジンバルと連結軸とを通して外部ジンバルに連結されている。従って、従来のアクチュエータとは異なり、外部ジンバルに生じたモーメントの第１軸と平行な方向成分が振動体には直接作用しない。特に連結軸の捻れにより、外部ジンバルに生じたモーメントの第１軸と平行な方向成分のうち、比較的低周波数の成分のみが振動体に作用する。すなわち、内部ジンバルと連結軸との組み合わせが機械的な低域通過フィルタ（以下、メカニックフィルタという）として機能する。その結果、連結軸と平行な軸の周りでの振動体の回転振動には高周波数のぶれが生じない。
【００１１】
好ましくは、第２軸と平行な軸の周りでの振動体の固有振動数が、第１軸と平行な軸の周りでの外部ジンバルの固有振動数より高い。更に好ましくは、それら二つの固有振動数の間に、連結軸と平行な軸の周りでの振動体と内部ジンバルとの固有振動数が位置する。特にその固有振動数が、外部ジンバルに生じるモーメントの第１軸と平行な方向成分に含まれる、所定の高周波成分の周波数を1／√2倍した値以下である。ここで、この高周波成分は好ましくは、連結軸と平行な軸の周りでの振動体の回転振動から除去されるべき高周波数のぶれに相当する。従って、上記の範囲では、連結軸と平行な軸の周りでの振動体と内部ジンバルとの固有振動数が上記の高周波成分の周波数より十分に低いので、連結軸と平行な軸の周りでの振動体の回転振動には高周波数のぶれが生じない。
【００１２】
好ましくは、振動体が光反射面を含み、外部光源からの光をその光反射面で反射して所定の方向に投射する。それにより、その光が外部のスクリーンに結ぶスポットを、そのスクリーンの上で２次元的に移動させることができる。その場合、更に好ましくは、振動体の光反射面が、第２軸と平行な軸の周りでは第１軸と平行な軸の周りより高い周波数で振動する。それにより、上記のスポットを、例えばスクリーンの水平方向では高い振動数で往復させると共に、スクリーンの垂直方向では低い振動数で往復させることができる。特に、スクリーンの垂直方向でのスポットの振動には、水平方向での振動に同期したぶれが生じない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるアクチュエータでは、内部ジンバルと連結軸との組み合わせがメカニックフィルタとして機能し、外部ジンバルに生じるモーメントから特定の高周波成分を機械的に除去して振動体に作用させる。このように、低域通過フィルタが機械的な構造で実現されるので、低域通過フィルタを電子制御で実現させる場合とは異なり、新たな部品を必要とせず、比較的簡単な機械設計の変更だけで十分である。従って、本発明によるアクチュエータは生産性が高い。また、上記のメカニックフィルタにより振動体の回転振動からは高周波のぶれが除去されるので、本発明によるアクチュエータは更に精密な振動体の位置制御が可能である。特に本発明によるアクチュエータが光スキャナに応用される場合、走査線の間隔が更に精度良く一定に維持される。従って、光スキャナを搭載するプリンタやレーザーテレビ等の解像度を更に向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
本発明による以下の実施形態ではアクチュエータが光スキャナである。尚、本発明によるアクチュエータは光スキャナ以外にも実施可能である。
【００１５】
図3は、本発明の実施形態による光スキャナの構造の概略を示す。光スキャナ100の中央には（好ましくは円形の）ミラー122が備えられている。ミラー122の両端からは水平軸123が延びている。ミラー122の周りは（好ましくは矩形の枠である）内部ジンバル124で囲まれている。水平軸123の端部は内部ジンバル124の内縁に連結されている。それにより、ミラー122は水平軸123の周りに回転振動可能である。水平軸123に対して垂直な方向では、内部ジンバル124の両側の外縁から連結軸210が、好ましくは内部ジンバル124の中心軸に沿って延びている。それにより、ミラー122と内部ジンバル124とは連結軸210の周りに回転振動可能である（図3に示されている矢印x1参照）。内部ジンバル124の周りは（好ましくは矩形の枠である）外部ジンバル220で囲まれている。連結軸210の端部は外部ジンバル220の内縁に連結されている。連結軸210と平行な方向では、外部ジンバル220の両側の外縁から垂直軸125が、好ましくは連結軸210の延長線に沿って延びている。垂直軸125の端部は外部の支持台（図示せず）に固定されている。それにより、外部ジンバル220は垂直軸125の周りに回転振動可能である（図3に示されている矢印x2参照）。
【００１６】
外部ジンバル220の上面では駆動コイル127が周方向に巻かれている。駆動コイル127には外部から所定の交流電流が供給される（図示せず）。光スキャナ100の上下には一対の磁石150が設置されている。磁石150は好ましくは永久磁石である。その他に電磁石であっても良い。一対の磁石150の間では磁場が駆動コイル127を、好ましくは斜めに貫いている。従って、駆動コイル127を流れる交流電流の変動に応じ、外部ジンバル220にはモーメントが生じる。このモーメントが、ミラー122、内部ジンバル124、及び外部ジンバル220を加振する。
【００１７】
駆動コイル127に、二つの異なる周波数成分の合成から成る交流電流を流す。（好ましくは低周波のノコギリ波が高周波信号で変調されている。後述参照。）それにより、外部ジンバル220には、二つの異なる周波数成分の合成から成るモーメントが生じる。そのモーメントの方向を特に垂直軸125と水平軸123との間に設定した場合、そのモーメントは水平軸123と垂直軸125との各方向に平行な成分に分解される。垂直軸125と平行なモーメントの成分は連結軸210を通して内部ジンバル124とミラー122とに作用する。水平軸123と平行なモーメントの成分は、連結軸210、内部ジンバル124、及び水平軸123を通してミラー122に作用する。その結果、モーメントの低周波成分は主に、内部ジンバル124とミラー122との組み合わせを垂直軸125の周りに振動させ、高周波成分は主に、ミラー122を水平軸123の周りに振動させる。ここで、垂直軸125と平行なモーメントの成分Fは高周波成分と低周波成分とのいずれをも含むので、垂直軸125の周りでの外部ジンバル220の回転振動は二種類の周波数成分のいずれをも含む。一方、モーメントの成分Fに含まれる高周波成分は、連結軸210の捻れによって除去されるので、内部ジンバル124とミラー122との組み合わせには作用しない。従って、垂直軸125の周りでの内部ジンバル124とミラー122との組み合わせの回転振動には高周波成分が含まれていない。
【００１８】
光スキャナ100の各構成要素122、124、220が垂直軸125の周りで行う回転振動のモデルを図4に示す。光スキャナ100は、図4のような２次システムでモデル化される。尚、図4では、内部ジンバル124とミラー122との回転角をx1とし、内部ジンバル124とミラー122との全体での慣性モーメントをm1とし、連結軸210の捻れ剛性をk1とし、連結軸210の減衰係数をc1とし、外部ジンバル220の回転角をx2とし、外部ジンバル220に生じるモーメントの成分をFとし、外部ジンバル220の慣性モーメントをm2とし、垂直軸125の捻れ剛性をk2とし、垂直軸125の減衰係数をc2としている。図4に示されているモデルでは更に、各回転角x1、x2の時間tに対する変化が、式(1)、(2)に示されている二つの連立微分方程式で表される：
【００１９】
【数１】
0004607140.tif 000002
【００２０】
連結軸210の周りでのミラー122と内部ジンバル124との固有振動数をωnとおく。光スキャナ100では、まず、モーメントの成分Fにより外部ジンバル220が振動し、その影響でミラー122と内部ジンバル124とが共振する。外部ジンバル220の振幅をAinとし、その振動数、すなわちモーメントの成分Fの周波数をωdとするとき、ミラー122と内部ジンバル124との応答特性（周波数比と伝達度との間の関係）は図5のように示される。図5の横軸は周波数比ωd／ωnをログスケールで表し、縦軸は伝達度Aout／Ainをログスケールで表す。ここで、Aoutはミラー122と内部ジンバル124との回転振動の振幅を表す。連結軸210と垂直軸125とがゴムやシリコーン等、減衰係数の低い素材から成る場合、応答特性は図5に示されている曲線3で表される。一方、連結軸210と垂直軸125とが減衰係数の高い素材から成る場合、応答特性は図5に示されている曲線4で表される。いずれの曲線3、4においても、モーメントの成分Fの周波数ωdが固有周波数ωnと一致する場合（すなわち、周波数比ωd／ωnが1に等しい場合）、ミラー122と内部ジンバル124との振幅がピークに達する。モーメントの成分Fの周波数ωdが固有周波数ωnより極めて低い帯域では伝達度Aout／Ainが実質的に1に等しい。一方、周波数比ωd／ωnが√2より高い場合には伝達度Aout／Ainが1を下回る。そのような領域6を緩衝領域という（図5に示されている斜線部参照）。緩衝領域6では、外部ジンバル220の振幅Ainに比べ、ミラー122と内部ジンバル124との振幅Aoutが小さい。図5に示されている二つの曲線3、4が示すとおり、減衰係数の大きさに関わらず、周波数比ωd／ωnが√2より高い領域が緩衝領域6である。従って、モーメントの成分Fに含まれる、ミラー122と内部ジンバル124との固有振動数ωnの√2倍より高い周波数成分は、連結軸210と垂直軸125との減衰係数に関わらず、フィルタリングされる。言い換えれば、ミラー122と内部ジンバル124との固有周波数ωnは、モーメントの成分Fに含まれる高周波成分の周波数の1／√2倍以下に設計されることが好ましい。
【００２１】
光スキャナ100の動作は以下のようなシミュレーションで確認されている。
まず、垂直軸125の周りでの外部ジンバル220の固有振動数が約1kHzに設計され、連結軸210の周りでの内部ジンバル124とミラー122との固有振動数が（20kHzより低い）約8kHzに設計され、水平軸123の周りでのミラー122の固有振動数が約20kHzに設計されている場合を想定する。
次に、約60Hzのノコギリ波状の垂直駆動信号を約20kHzの正弦波状の水平駆動信号で変調した交流電流を駆動コイル127に流す。それにより、外部ジンバル220に対して合成モーメントを加える。ここで、その合成モーメントの波形が図7aに示され、その方向が図6に矢印300で示されている。合成モーメント300の方向は好ましくは、垂直軸125の方向と水平軸123の方向との間の角度に設定されている。
【００２２】
以上の設定に基づき、式(1)、(2)で表される光スキャナ100を、図7bに示したマットラブ／シミュリンク（MATLAB／Simulink）モデルを用いてシミュレートする。尚、図7bの上半分では式(1)の二重積分が離散的に行われ、下半分では式(2)の二重積分が離散的に行われる。各乗算器の利得は式(1)、(2)に含まれる係数に基づいて決定されている。図7bの下半分では更に、左側の加算器ADD1に対し、約60Hzのノコギリ波状の垂直駆動信号と約20kHzの正弦波状の水平駆動信号とが外部からのモーメントとして印加されている。積分で得られた内部ジンバル124とミラー122との回転角x1は出力OUT1で得られ、外部ジンバル220の回転角x2は出力OUT3で得られる。そのシミュレーションから得られた外部ジンバル220の回転角x2の時間変化が図7cに示され、内部ジンバル124とミラー122との回転角x1の時間変化が図7dに示されている。
【００２３】
外部ジンバル220に加えられた合成モーメントは、水平軸123に平行な成分と垂直軸125に平行な成分とに分解される。外部ジンバル220は両成分により、水平軸123と垂直軸125とのそれぞれの周りに加振される。特に、各軸123、125の周りでの外部ジンバル220の回転振動はいずれも、60Hzと20kHzとの両方の周波数成分を含む。
水平軸123の周りでの外部ジンバル220の回転振動に含まれる高周波成分の振動数20kHzは、水平軸123の周りでのミラー122の固有振動数20kHzと一致するので、図5に示されているように伝達度が極めて高い。従って、ミラー122はその高周波数20kHzで共振し、水平軸123の周りの回転角が極めて大きい範囲で、正弦波状に変化する。
【００２４】
垂直軸125の周りでの外部ジンバル220の固有振動数は1kHzである。従って、垂直軸125の周りでの外部ジンバル220の回転角x2は主に60Hzのノコギリ波状に変化し（図7cの(a)では振幅が約7度である）、20kHzの正弦波状の微細な変動（ぶれ）が含まれている（図7cの(b)では変動幅が約0.03度である）。
一方、内部ジンバル124とミラー122との連結軸210の周りでの固有振動数は8kHzであるので、連結軸210の周りでの内部ジンバル124とミラー122との回転角x1は、外部ジンバル220の回転角x2と同様に、60Hzのノコギリ波状に変化する（図7dの(a)では振幅が約7度である）。しかし、高周波成分の振動数20kHzは図5に示されている緩衝領域6に含まれているので、伝導度が低い。すなわち、その高周波成分の大部分はフィルタリングされ、内部ジンバル124とミラー122とには作用しない。その結果、内部ジンバル124とミラー122との回転角x1には20kHzのぶれ（正弦波状の微細な変動）がほとんど生じない。図7dの(b)ではそのぶれの変動幅が約0.003度であり、外部ジンバル220の回転角x2に含まれている同様なぶれの変動幅（図7cの(b)では約0.03度）の約1／10まで減衰している。
【００２５】
上記のシミュレーションの結果が示す通り、光スキャナ100では、内部ジンバル124と連結軸210との機械的構造が低域通過フィルタの役割を果たすことにより、垂直軸125の周りでのミラー122の高周波のぶれを防止する。その結果、光スキャナ100は、特に垂直軸125の周りでのミラー122の変位を更に精度良く制御できる。
【００２６】
図8は、本発明の実施形態の変形例による光スキャナの平面図である。図8に示されているように、外部ジンバル410及び内部ジンバル420は同心の円環状であっても良い。その他の構造については、図3に示されている光スキャナ100と同様である。すなわち、内部ジンバル420の内側にはミラー460が配置されている。ミラー460と内部ジンバル420との間は水平軸450によって連結されている。外部ジンバル420と内部ジンバル420との間は連結軸430で連結されている。外部ジンバル420と外部の支持部（図示せず）と間は垂直軸440で連結されている。連結軸420は水平軸450に対しては垂直であり、垂直軸440とは同一の直線上に配置されている。
【００２７】
連結軸と垂直軸とは、図3、8に示されているような同一の直線上に限らず、同一の方向に形成されていれば十分である。更に、内部ジンバルと外部ジンバルとは、図3、8に示されている形状の他にも、多様な形状に変更可能である。更に、内部ジンバルと外部ジンバルとが互いに異なる形状であっても良い。
その他に、連結軸が複数形成されていても良い。特に、偶数本あるいは奇数本の連結軸が、垂直軸に対して対称的に配置されていても良い。また、垂直軸が複数形成されていても良い。その場合、垂直軸は連結軸に対して対称に配置される。垂直軸と連結軸とのいずれもが複数形成されていても良い。
【００２８】
本発明の上記の実施形態による光スキャナは好ましくは、図9に示されているアクチュエータシステム500に搭載される。このシステム500は、図3または図8に示されている光スキャナ504の他に、モジュレータ508と微小光学装置512とをＲＧＢごとに一対ずつ含む。モジュレータ508は圧縮レーザー（図示せず）を含み、圧縮レーザーから放出されるＲＧＢいずれかの色のレーザー光510を映像信号に応じて変調し、個々の微小光学装置512に提供する。各微小光学装置512は、各モジュレータ508から放出されたＲＧＢの各レーザー光510を光スキャナ504のミラー505に向けて照射する。光スキャナ504の水平軸506はスクリーン520の垂直方向と平行に配置され、垂直軸507はスクリーン540の水平方向と平行に配置されている。光スキャナ504は上記の通りに動作してミラー505の傾きを周期的に変動させる。それにより、水平軸506の周りではミラー505の回転角が高周波数（上記の例では20kHz）で正弦波状に変動し、垂直軸507の周りではミラー505の回転角が低周波数（上記の例では60Hz）でノコギリ波状に変動する。個々のレーザー光510はミラー505の表面で反射され、ミラー505の傾きに応じてスクリーン520の目標の位置に向けて投射される。特に各レーザー光510のスポットはスクリーン520の上を、水平方向では比較的高い周波数（上記の例では20kHz）で往復し、垂直方向では比較的低い周波数（上記の例では60Hz）で一方向の変位とほぼ瞬間的な帰還とを繰り返す。こうして、スクリーン520上には映像信号の示す映像が再現される。光スキャナ504は特に、垂直軸507の周りでミラー505を高精度で振動させる。それにより、スクリーン520の上では各レーザー光510のスポットが描く走査線の間隔が高精度に均一化される。従って、スクリーン520に再現される映像の精細度が高い。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および技術的範囲から逸脱することなく、本発明の上記の実施形態を多様に修正し、変更可能であろう。従って、それらの修正や変更も当然に、本発明の技術的範囲に含まれると解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の光スキャナの斜視図
【図２】図1に示されている光スキャナについて、垂直トーションバーの周りでのミラーの回転角の時間変化を示すグラフ
【図３】本発明の実施形態による光スキャナの斜視図
【図４】図3に示されている光スキャナについて、垂直軸の周りでの各構成要素の回転振動をモデル化した図
【図５】図3に示されている光スキャナについて、垂直軸の周りでの回転振動におけるミラーと内部ジンバルとの応答特性を示すグラフ
【図６】図3に示されている光スキャナに作用する合成モーメントを模式的に示した斜視図
【図７ａ】図3に示されている光スキャナのシミュレーションに利用される合成モーメントの波形図
【図７ｂ】図3に示されている光スキャナのシミュレーションに利用されるマットラブ／シミュリンクモデル
【図７ｃ】図3に示されている光スキャナについて、シミュレーションで得られた外部ジンバルの回転角x2の時間変化を示すグラフ
【図７ｄ】図3に示されている光スキャナについて、シミュレーションで得られた内部ジンバルとミラーとの回転角x1の時間変化を示すグラフ
【図８】本発明の実施形態の変形例による光スキャナの平面図
【図９】本発明の実施形態によるアクチュエータシステムの構成を示す模式図
【符号の説明】
【００３１】
100    光スキャナ
122    ミラー
123    水平軸
124    内部ジンバル
125    垂直軸
127    駆動コイル
150    磁石
210    連結軸
220    外部ジンバル
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８】
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【図９】
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