(57)【要約】【課題】光スキャナの走査精度を向上させることが可能な光走査装置を提供する。【解決手段】この画像投影装置１００（光走査装置）は、水平方向の共振モードを２つ有する光スキャナ１０と、この光スキャナ１０を駆動する駆動装置とを備えている。駆動装置は、２つの共振モードのいずれか一方を選択して、選択した共振モードで光スキャナ１０を水平方向に駆動する。【選択図】図１６
2013003526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向の共振モードを２つ有する光スキャナと、
前記光スキャナを駆動する駆動装置とを備え、
前記駆動装置は、２つの共振モードのいずれか一方を選択して、選択した共振モードで前記光スキャナを前記所定方向に駆動することを特徴とする、光走査装置。
【請求項２】
選択した共振モードの共振周波数に対して周波数追従制御を行うＰＬＬ回路部を備え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】
前記光スキャナは、光を反射するミラー部を含む構造体からなり、
前記光スキャナの駆動において、前記構造体への応力ひずみが小さい方の共振モードの共振周波数を駆動周波数とすることを特徴とする、請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
所定の周波数に対して、より近い共振周波数をもつ共振モードを選択して、その共振周波数を駆動周波数とすることを特徴とする、請求項２に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記光スキャナは、光を反射するミラー部および前記ミラー部を囲むミラー枠を有するとともに、前記ミラー部の動きを検出する第１歪みセンサーおよび前記ミラー枠の動きを検出する第２歪みセンサーを含み、
前記光スキャナの駆動において、前記第１歪みセンサーからの出力と前記第２歪みセンサーからの出力とを比較することにより、駆動に利用する共振モードを選択することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
互いに異なる方向である第１方向および第２方向の２つの走査で２次元走査を行う光走査装置であって、
前記光スキャナが、前記第１方向の共振モードを２つ有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置に関し、特に、光スキャナを備えた光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光等の光線を偏光・走査する光スキャナは、画像投影装置やレーザプリンタ等の光学機器に利用されている。この光スキャナについては、多角柱ミラーをモーターで回転させて反射光を走査するポリゴンミラーや、平面ミラーを電磁アクチュエーターによって回転振動させるガルバノミラー等を有するものがある。しかし、このような光スキャナにおいては、ミラーをモーターや電磁アクチュエーターで駆動する機械的な駆動機構が必要となるが、その駆動機構はサイズが比較的大きく、また高価であることから、光スキャナの小型化を阻害するとともに高価格化を招くといった問題がある。
【０００３】
そこで、光スキャナの小型化、低価格化および生産性の向上を図るために、半導体製造技術を応用した、シリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術を用いてミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の光スキャナ（いわゆる、ＭＥＭＳミラー）の開発が進んでいる。
【０００４】
このような光スキャナとして、従来、水平走査および垂直走査が可能な２次元走査の光スキャナ（２次元ＭＥＭＳ）が知られている。２次元走査のＭＥＭＳでは、一般的に、ラスタースキャンができるように設計されている。ラスタースキャンにおいては、垂直方向をＤＣ駆動（たとえば約６０Ｈｚの三角波駆動）、水平方向を共振駆動とすることで、２次元走査を実現している。なお、２次元ＭＥＭＳは、たとえば、レーザープロジェクターなどに適用されている。ＭＥＭＳの駆動方式には、圧電式、電磁式、静電式などがあるが、水平方向の駆動に関しては、その多くが共振駆動を利用している。
【０００５】
また、このようなＭＥＭＳミラー（２次元ＭＥＭＳ）の一例が、たとえば、特許文献１に記載されている。特許文献１では、水平方向に共振モードを１つ有しており、その共振モードの共振周波数で水平方向の駆動（共振駆動）が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００７−５２２５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、共振駆動を適用する水平方向駆動においては、そのミラー変位は、共振周波数のばらつきとＱ値のばらつきの影響を受ける。共振周波数がばらつくと、水平走査の周期がばらつく。一方、Ｑ値がばらつくと、水平走査の振幅がばらつく。このため、従来の光スキャナの駆動においては、周期や振幅のばらつきによって、走査精度が低下するという問題点がある。
【０００８】
なお、振幅ばらつきについては、駆動信号による振幅調整によって対応することが可能であるものの、この場合は、光スキャナの駆動（走査）を制御する制御部が大きくなるという問題点がある。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、光スキャナの走査精度を向上させることが可能な光走査装置を提供することである。
【００１０】
この発明のもう１つの目的は、小型化を図りつつ、光スキャナの駆動を精度よく制御することが可能な光走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による光走査装置は、所定方向の共振モードを２つ有する光スキャナと、この光スキャナを駆動する駆動装置とを備える。駆動装置は、２つの共振モードのいずれか一方を選択して、選択した共振モードで光スキャナを所定方向に駆動する。
【００１２】
この一の局面による光走査装置は、上記のように、所定方向の共振モードを２つ有する光スキャナを駆動する。光スキャナにおいては、所定方向の共振モードを２つ有することで、その方向の共振モードを１つ有する場合に比べて、各共振モードにおける共振周波数の周波数ばらつきおよびＱ値のばらつきを低減することができる。
【００１３】
ここで、光スキャナにおける共振周波数およびＱ値のばらつきは、製造時の加工ばらつきに起因する。そのため、加工精度を向上させることによって、共振周波数およびＱ値のばらつきを低減することが可能である。しかしながら、上記のように、水平方向の共振モードを２つ有する構成とすることで、加工精度を向上させることなく、共振周波数およびＱ値のばらつきを低減することができる。すなわち、製造上の固体ばらつきを低減することができる。
【００１４】
そして、共振周波数の周波数ばらつきおよびＱ値のばらつきが低減された２つの共振モードのいずれか一方を選択して、選択した共振モード（共振周波数）で光スキャナを所定方向に駆動することによって、走査精度を向上させることができる。
【００１５】
また、Ｑ値のばらつきに起因する振幅ばらつきを抑制するために、駆動信号による振幅調整を行う必要がないため、駆動装置が大きくなることもない。そのため、小型化を図りつつ、光スキャナの駆動精度を向上させることができる。
【００１６】
上記一の局面による光走査装置において、好ましくは、選択した共振モードの共振周波数に対して周波数追従制御を行うＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路部を備える。このように構成すれば、ＰＬＬ回路部によって、駆動周波数を、選択した共振モードの共振周波数にロックをかけることができる。すなわち、ＰＬＬ回路部によって、共振周波数に追従するように駆動周波数を制御することができる。これにより、固体ばらつきや環境温度によって共振周波数が異なる場合でも、常に、選択した共振モードの共振周波数で光スキャナを駆動させることができる。
【００１７】
上記光スキャナは、光を反射するミラー部を含む構造体から構成することができる。また、２つの共振モードを有する場合、２つの共振モードのうち、高周波側の共振モードは構造体への応力ひずみが大きいという特徴を有する。そのため、光スキャナの駆動においては、構造体への応力ひずみが小さい方の共振モードの共振周波数を駆動周波数とするのが好ましい。すなわち、２つの共振モードのうち、低周波側の共振モードを選択して、その共振周波数を駆動周波数とするのが好ましい。このように構成すれば、容易に、システムのロバスト性を確保することができる。加えて、構造体にかかる応力ひずみが小さいため、システムの安定性を図ることもできる。
【００１８】
また、上記ＰＬＬ回路部を備えた構成において、好ましくは、所定の周波数に対して、より近い共振周波数をもつ共振モードを選択して、その共振周波数を駆動周波数とする。このように構成すれば、たとえば、設計値により近い共振周波数をもつ共振モードを選択することによって、設計値により近い共振周波数を駆動周波数とすることができる。そのため、駆動周波数の設計値からのずれ量をできるだけ小さく抑えることができる。このため、たとえば、環境変化や経年変化などによって共振周波数が変化した場合でも、設計値により近い共振周波数で光スキャナを共振駆動させることができる。
【００１９】
上記一の局面による光走査装置において、光スキャナは、光を反射するミラー部およびミラー部を囲むミラー枠を有する構成とすることができる。この場合、ミラー部の動きを検出する第１歪みセンサーに加えて、ミラー枠の動きを検出する第２歪みセンサーを有しているのが好ましい。また、このような光スキャナの駆動においては、第１歪みセンサーからの出力と第２歪みセンサーからの出力とを比較することにより、駆動に利用する共振モードを選択するのが好ましい。このように構成すれば、２つの共振モードの位相関係が複雑な場合でも、第１歪みセンサーからの出力と第２歪みセンサーからの出力とを比較することによって、２つの共振モードのどちらで駆動されているのかを検出することができる。たとえば、主要な共振モードは２つであるが、その他の小さな共振モード（水平方向ではない共振モード）が複雑に入り交じった場合でも、２つの共振モードを容易に検出することができる。そのため、たとえば、光スキャナが破損するような共振モードでの駆動を防止することができるので、システム故障につながる問題を回避することができる。
【００２０】
また、上記光走査装置は、互いに異なる方向である第１方向および第２方向の２つの走査で２次元走査を行う光走査装置とすることができる。この場合、光スキャナが、第１方向の共振モードを２つ有する構成とされているのが好ましい。このように構成すれば、光スキャナの走査精度を向上させることが可能な２次元走査の光走査装置を容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、光スキャナの走査精度を向上させることが可能な光走査装置を容易に得ることができる。
【００２２】
また、本発明によれば、小型化を図りつつ、光スキャナの駆動を精度よく制御することが可能な光走査装置を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態による光スキャナの要部構成を模式的に示した斜視図である。
【図２】図１の一部を拡大して示した斜視図である。
【図３】光スキャナの駆動部（圧電素子）に印加する駆動信号を示す概略図である。
【図４】２次元走査の光スキャナにより走査投影している様子を示した模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態による画像投影装置の構成を示したブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態による光スキャナの要部構成を示した平面図である。
【図７】図６に示した光スキャナの一部を拡大して示した断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による光スキャナの一例を示した平面図（光スキャナの一部を示した図）である。
【図９】図８の一部（破線Ｒで囲んだ部分）を拡大して示した平面図である。
【図１０】１つの共振モードを有する比較例による光スキャナの水平方向駆動を説明するための図（水平方向の周波数特性を示した図）である。
【図１１】ＰＬＬにより共振周波数を追従制御するシステムのブロック図である。
【図１２】ＰＬＬ回路部の具体例を示したブロック図である。
【図１３】比較例における比較する２つの信号の位相差とＬＰＦ出力値の関係を示した図である。
【図１４】本発明の第１実施形態による光スキャナの水平方向駆動を説明するための図（共振モードが２つある場合の水平方向の周波数特性を示した図）である。
【図１５】本発明の第１実施形態における比較する２つの信号の位相差とＬＰＦ出力値の関係を示した図である。
【図１６】本発明の第１実施形態による光スキャナ制御部（水平駆動制御部）の構成を示したブロック図（２つの共振モードのうち、Ｍｏｄｅ１またはＭｏｄｅ２のいずれかのみにＰＬＬをかけるシステムのブロック図）である。
【図１７】本発明の第２実施形態による光スキャナ制御部（水平駆動制御部）の構成を示したブロック図（モード選択可能なシステムのブロック図）である。
【図１８】本発明の第３実施形態による光スキャナの要部構成を模式的に示した斜視図である。
【図１９】本発明の第３実施形態による光スキャナの要部構成を示した平面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態における光スキャナ制御部（水平駆動制御部）の構成を示したブロック図（ミラー枠用歪みセンサーとミラー用歪みセンサーとの位相差判別を組み込んだシステムのブロック図）である。
【図２１】本発明の第４実施形態による光スキャナ制御部（駆動回路）の構成を示した図（光スキャナの駆動部（圧電素子）に印加する駆動信号（駆動波形）を示す概略図）である。
【図２２】本発明の第４実施形態による光スキャナ制御部（駆動回路）の構成を示した図（垂直走査駆動信号（垂直駆動電圧）を生成するための回路構成（Ｖ駆動構成）を示す図）である。
【図２３】本発明の第４実施形態による光スキャナ制御部（駆動回路）の構成を示した図（水平走査駆動信号（水平駆動電圧）を生成するための回路構成（Ｈ駆動構成）を示す図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、光走査装置の一例である画像投影装置に本発明を適用した例について説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による光スキャナを模式的に示した斜視図である。図２は、図１の一部を拡大して示した斜視図である。図３は、光スキャナの駆動部（圧電素子）に印加する駆動信号を示す概略図である。図４は、２次元走査の光スキャナにより走査投影している様子を示した模式図である。図５〜図９は、本発明の第１実施形態による光スキャナおよびその光スキャナを搭載した画像投影装置を示した図である。まず、図１〜図９を参照して、本発明の第１実施形態による光スキャナ、画像投影装置および光スキャナを駆動する駆動システムについて説明する。
【００２６】
第１実施形態による光スキャナ１０は、図４に示すように、プロジェクター装置などの画像投影装置１００に搭載されて、光源３０からの光を走査する走査部として機能する。この画像投影装置１００では、投影面２００に向けて照射される光線のラスター走査を行うことにより、投影面２００への２次元画像の表示が可能となっている。
【００２７】
上記光源３０は、光スキャナ１０とともに画像投影装置１００内に設けられており、光スキャナ１０に向けて光線（たとえばレーザー光）ＬＴを発する。
【００２８】
光スキャナ１０は、図１および図２に示すように、光源３０（図４参照）からの光線ＬＴを投影面２００（図４参照）に向けて反射するミラー部１１を有している。このミラー部１１は、Ｘ軸に平行な第１軸（水平トーションバー）と、Ｙ軸に平行で第１軸と略直角に交差する第２軸（垂直トーションバー）と、を中心とした回動が可能に構成されている。そして、ミラー部１１が第１軸および第２軸において２次元的に回動することにより、ミラー部１１で反射された光源３０からの光線ＬＴがラスター走査される。
【００２９】
また、図５に示すように、画像投影装置１００は、上記した光スキャナ１０および光源３０に加えて、光スキャナ１０の駆動制御を行う光スキャナ制御部４０と、光源３０を駆動し、光線ＬＴの変調が可能な光源駆動回路７０と、光源駆動回路７０を制御する画像信号制御部８０とを有している。
【００３０】
光スキャナ１０は、後述するように、歪みセンサー１８を有している。この歪みセンサー１８は、ミラー部１１の角度（回動角度（振れ角））を検出する角度検出センサーとしてピエゾ抵抗素子を有している。
【００３１】
光スキャナ制御部４０は、ミラー部１１に関するＸ軸周りの回動、つまり水平方向（Ｈ方向）の駆動を制御する水平駆動制御部（駆動回路）５０と、ミラー部１１に関するＹ軸周りの回動、つまり垂直方向（Ｖ方向）の駆動を制御する垂直駆動制御部６０とを有している。なお、光スキャナ制御部４０および水平駆動制御部５０は、本発明の「駆動装置」の一例である。
【００３２】
画像信号制御部８０は、たとえば画像投影装置１００の外部から入力された画像信号に基づき光源３０を制御するための制御信号を生成する。そして、この制御信号に基づき、光源駆動回路７０を介して光源３０の制御（たとえば点灯・消灯の制御や発光強度の制御）を行う。なお、上記光スキャナ制御部４０には、ミラー部１１の駆動のタイミングを画像信号と同期させるための同期信号が入力される。これにより、入力された画像信号に基づく適切な画像表示が投影面２００（図４参照）で行われる。
【００３３】
また、第１実施形態による光スキャナ１０は、シリコン基板に対してエッチング処理などを施すことで得られる構造体（ＭＥＭＳ構造体；ミラー部１１を含む共振構造）からなり、図６に示すように、ミラー部１１に加えて、固定枠１２、駆動部１３およびミラー枠（可動枠）１４などを一体的に有している。なお、以下の説明では、ミラー部１１の中心を図６の縦方向に横切る軸（映像（画像）をＸ方向（左右方向）に走査する軸）をＸ軸とし、ミラー部１１の中心を図６の横方向に横切る軸（映像（画像）をＹ方向（上下方向）に走査する軸）をＹ軸とする。言い換えると、Ｘ軸とＹ軸とが直交する点をミラー部１１の中心とする。
【００３４】
固定枠１２は、光スキャナ１０の外縁に相当する部分であって、他の部分（ミラー部１１、駆動部１３およびミラー枠１４など）を取り囲んでいる。
【００３５】
駆動部１３は、Ｘ軸方向において固定枠１２と連結され、Ｙ軸方向において固定枠１２と分離されている。さらに、駆動部１３は４つのユニモルフ構造を含んでいるとともに、その４つのユニモルフ構造がＸ軸およびＹ軸のそれぞれを対称軸として対称となり、かつ、互いに離間した状態となるように配置されている。また、駆動部１３としてのユニモルフ構造は、図７に示すように、圧電素子１３ａ（たとえば、ＰＺＴなどを原料とした焼結体を分極処理したもの）を一対の電極１３ｂで挟持し、それをシリコン基板の駆動部１３となる領域上に貼り付けることによって形成されている。
【００３６】
このような駆動部１３では、一対の電極１３ｂに、分極反転（分極外れ）を起こさない範囲で±の電圧（交流電圧）が印加されると、一対の電極１３ｂに挟持された圧電素子１３ａが伸長または収縮する。そして、それに応じて、シリコン基板の駆動部１３となる領域が変形（撓み変形／曲げ変形）する。すなわち、駆動部１３は、電力が供給されることで駆動する。
【００３７】
図６に示すように、ミラー枠１４は、駆動部１３の内側に位置する略ひし形形状の枠である。また、ミラー枠１４と固定枠１２との間には、Ｙ軸方向に沿って延びる一対の垂直トーションバー１５が設けられている。この一対の垂直トーションバー１５は、Ｙ軸と重なり、かつ、Ｘ軸に対して対称となるように配置されている。さらに、一対の垂直トーションバー１５のそれぞれの一方端は、固定枠１２のＹ軸上の端部に連結されている。そして、ミラー枠１４は、一対の垂直トーションバー１５の他方端の間に配置されており、その他方端（一対の垂直トーションバー１５）によって支持（挟持）されている。このため、ミラー枠１４は、垂直トーションバー１５を回動軸（中心軸）としてＹ軸周りに回動可能とされている。
【００３８】
ミラー枠１４は、ミラー部１１を囲む枠であり、その内側には、ミラー部１１に加えて、Ｘ軸方向に沿って延びる一対の水平トーションバー１６が設けられている。この一対の水平トーションバー１６は、Ｘ軸と重なり、かつ、Ｘ軸に対して対称となるように配置されている。さらに、一対の水平トーションバー１６のそれぞれの一方端は、ミラー枠１４のＸ軸上の端部に連結されている。そして、ミラー部１１は、一対の水平トーションバー１６の他方端の間に配置されており、その他方端（一対の水平トーションバー１６）によって支持（挟持）されている。このため、ミラー部１１は、ミラー枠１４とともにＹ軸周りに回動され、水平トーションバー１６を回動軸（中心軸）としてＸ軸周りにも回動される。
【００３９】
また、上記ミラー部１１は、たとえば略円形状に形成されており、金やアルミニウムなどからなる反射膜をシリコン基板のミラー部１１となる領域上に貼り付けることで得ている。なお、これ以外に、たとえば、シリコン基板の一部に金やアルミニウム等の反射膜を蒸着やスパッタ法にて形成することで得ることもできる。また、金やアルミニウムの上に誘電体多層膜を形成して反射率を向上させることも可能である。
【００４０】
また、４つの駆動部１３は、その一部が連結部１７によって垂直トーションバー１５と連結されている。この連結部１７は、シリコン基板の駆動部１３となる領域および垂直トーションバー１５と一体的に形成されている。
【００４１】
さらに、垂直トーションバー１５の近傍には、この垂直トーションバー１５の捩れ角度を検出するための歪みセンサー１８ａ（１８）が設けられている。同様に、水平トーションバー１６の近傍には、この水平トーションバー１６の捩れ角度を検出するための歪みセンサー１８ｂ（１８）が設けられている。歪みセンサー１８ａおよび１８ｂは、それぞれ、ピエゾ抵抗素子２０を有しており、垂直トーションバー１５および水平トーションバー１６の変形時に生じるせん断応力を抵抗値で検出する。このピエゾ抵抗素子２０（歪みセンサー１８ａ、１８ｂ）は、シリコン基板に対して、ボロンやヒ素などの不純物を部分的にドーピングすることで生成されている。そして、歪みセンサー１８ａからの出力に基づいて、垂直トーションバー１５によるＹ軸周りのミラー部１１（ミラー枠１４）の角度（振れ角）を検出するとともに、歪みセンサー１８ｂからの出力に基づいて、水平トーションバー１６によるＸ軸周りのミラー部１１の角度（振れ角）を検出する。
【００４２】
また、歪みセンサー１８ａは、垂直トーションバー１５の軸上（Ｙ軸上）（垂直トーションバー１５の根元部分）に配置されており、歪みセンサー１８ｂは、水平トーションバー１６の軸上（Ｘ軸上）（水平トーションバー１６の根元部分）に配置されている。なお、軸上とは、垂直トーションバー１５上および水平トーションバー１６上のみならず、垂直トーションバー１５の延長線上および水平トーションバー１６の延長線上をも含む。
【００４３】
光スキャナ１０の走査動作（駆動制御）は、４つの駆動部１３を駆動（伸縮）させるタイミングを調整し、ミラー部１１をＸ軸周りおよびＹ軸周りに振動させることによって行われる。たとえば、Ｙ軸周りに振動させるときの周波数は６０Ｈｚに設定され、Ｘ軸周りに振動させるときの周波数は３０ｋＨｚに設定される。すなわち、垂直方向Ｖ（図４参照）には６０Ｈｚ（設計値）で駆動され、水平方向Ｈ（図４参照）には３０ｋＨｚ（設計値）で駆動される。また、垂直方向はＤＣ駆動され、水平方向は共振駆動される。なお、垂直方向、水平方向ともに、ミラー部１１の動きは上記歪みセンサー１８によって検出される。また、水平方向Ｈは、本発明の「所定方向」および「第１方向」の一例であり、垂直方向Ｖは、本発明の「第２方向」の一例である。
【００４４】
４つの駆動部１３のそれぞれに１３−１〜１３−４の符号を付して具体的に説明する。ミラー部１１をＹ軸周りに振動させる際には、駆動部１３−１および１３−３を一方の組とするとともに、駆動部１３−２および１３−４を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部１３−１および１３−３が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部１３−２および１３−４が収縮する方向に変形する。また、一方の組である駆動部１３−１および１３−３が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部１３−２および１３−４が伸長する方向に変形する。これにより、ミラー部１１がミラー枠１４とともにＹ軸周りに振動し、ミラー部１１の傾き（角度）がＹ軸周りに変動する。
【００４５】
また、ミラー部１１をＸ軸周りに振動させる際には、駆動部１３−１および１３−２を一方の組とするとともに、駆動部１３−３および１３−４を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部１３−１および１３−２が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部１３−３および１３−４が収縮する方向に変形する。また、一方の組である駆動部１３−１および１３−２が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部１３−３および１３−４が伸長する方向に変形する。これにより、ミラー部１１がミラー枠１４とともにＸ軸周りに振動し、ミラー部１１の傾き（角度）がＸ軸周りに変動する。
【００４６】
このとき、駆動部１３を変形させることのみでミラー部１１をＸ軸周りに回動させようとすると、ミラー部１１のＸ軸周りの傾き（角度）の変動は小さくなってしまう。このため、実際に走査動作を行う際には、駆動部１３に印加される電圧の周波数によってミラー部１１が共振するように、駆動部１３への印加電圧の周波数が設定される。
【００４７】
上記のようにミラー部１１を動作させることで、互いに直交している２軸周りにミラー部１１を回動させることができ、１つのミラー部１１で２次元走査することが可能となる。
【００４８】
ここで、図３に示すように、水平走査駆動信号と垂直走査駆動信号とを重畳した電圧を４つの駆動部１３（圧電素子１３ａ）に加えることによって、上記のように水平トーションバー１６を支点にした水平方向の共振駆動と、ミラー枠１４全体を駆動させる垂直方向の駆動（ＤＣ駆動）とが実現される。なお、垂直駆動信号は６０Ｈｚの三角波であり、水平駆動信号は正弦波である。また、水平駆動信号の周波数はミラー部１１の水平方向の共振周波数である。このため、後述するように、水平方向の駆動周波数は、水平方向の共振周波数となるように、駆動信号と水平方向の歪みセンサー検出信号との位相差を検出してＰＬＬをかけている。これにより、環境温度などで共振周波数がずれた場合でも、ＰＬＬにより追従制御できるように構成されている。
【００４９】
このような光スキャナ１０が搭載された画像投影装置１００では、図４に示すように、垂直方向（Ｖ方向）は６０Ｈｚの三角波走査が行われ、水平方向（Ｈ方向）は共振周波数で正弦波走査が行われる。垂直方向はＤＣ駆動であるため、走査角度は駆動信号により決まる。一方、垂直方向は共振駆動であるため、単位時間当たりの走査本数と走査角度は変動する。そのため、走査角度は、歪みセンサー出力を基に、駆動信号の振幅調整を行うことで対応している。
【００５０】
ここで、共振駆動を適用する水平方向駆動においては、そのミラー変位は、共振周波数のばらつきとＱ値のばらつきの影響を受ける。共振周波数がばらつくと、水平走査の周期がばらつく。一方、Ｑ値がばらつくと、水平走査の振幅がばらつく。また、光スキャナにおける共振周波数およびＱ値のばらつきは、製造時の加工ばらつきに起因する。そこで、本願発明者らが、この加工ばらつきによる影響を小さくするために、シミュレーションによるＴＭ（Ｔａｇｕｃｈｉ  Ｍｅｔｈｏｄｓ）評価を行った。その結果、ミラー水平方向に共振モードを２つ作ることが望ましいことが判明した。すなわち、水平方向に共振モードを２つもつことで、製造上のロバスト性を向上させることが可能となることを見出した。
【００５１】
そのため、第１実施形態では、上記光スキャナ１０が水平方向に共振モードを２つ有するように構成されている。水平方向に共振モードを２つ有する構成とするためには、水平トーションバー１６（図２および図６参照）に加えて、ミラー枠１４（図２および図６参照）も水平方向（水平走査方向）に捩れるように構成すればよい。これにより、水平トーションバー１６を基準としてなされる振動による共振モードと、ミラー枠１４を基準としてなされる振動による共振モードとの２つの共振モードが得られる。
【００５２】
なお、光スキャナ１０の共振周波数は、基体（シリコン基板）におけるヤング率、ポアソン比、密度、さらには、ミラー部１１の形状、固定条件、圧電素子の圧電定数等の条件が明らかになっていれば、市販のシミュレーションソフトによって算出可能である。そのため、シミュレーションによって、水平方向に共振モードを２つ有する構成が容易に得られる。
【００５３】
この場合、たとえば、図８および図９に示すように、駆動部１３からミラー枠１４までの距離Ｌ（図８参照）を短くするとともに、垂直トーションバー１５に設けられた変位拡大部２１の幅Ｗ（図１９参照）を長くするとよい。なお、変位拡大部２１はＤＣ駆動時の変位を拡大する機能を有している。そして、この距離Ｌと幅Ｗとを調整することにより、駆動部１３とミラー枠１４との間の部分の剛性を調整することができる。これにより、容易に、ミラー部１１（駆動体）を共振駆動させる共振モードを２つ以上発生させることができ、かつ、２つの共振モードが近づく（図４のΔｆが小さくなる）ように調整することができる。なお、上記はこの部分の剛性を変えることで共振モードを調整することが可能となる１つの例であり、共振モードを調整するための手法は上記以外であってもよい。
【００５４】
上述したように、光スキャナ１０はＸ軸およびＹ軸に対して対称であるため、図８では光スキャナ１０の一部分だけを示している。また、図８では、駆動部１３（シリコン基板の駆動部１３となる領域）および垂直トーションバー１５に変位拡大部２１を形成した構成としている。このように構成すれば、駆動部１３（シリコン基板の駆動部１３となる領域）の変形（撓み変形等）をねじれ変形（回転トルク）に変化させて垂直トーションバー１５に変位を拡大して伝達させることが可能となるため好ましい。そのため、第１実施形態による光スキャナ１０においても、このような構成が適用されているのが好ましい。ただし、このような変位拡大部２１を形成しない構成とすることも可能である。また、上記変位拡大部２１は、保持部１９および垂直トーションバー１５のいずれか一方に形成されていてもよい。
【００５５】
また、２つの共振モードは、いずれも、共振周波数の周波数ばらつきが低減されている。なお、「水平方向」とは、上記のように、共振駆動により走査される方向であり、水平トーションバー１６（第１軸）を中心軸として回動する方向でもある。
【００５６】
そして、第１実施形態では、光スキャナ制御部４０（水平駆動制御部５０）（図５参照）によって、２つの共振モードのいずれか一方が選択されて、選択した共振モードで光スキャナ１０が水平方向に駆動される。
【００５７】
次に、第１実施形態の光スキャナ制御部４０（水平駆動制御部５０）による光スキャナ１０の水平方向の駆動について説明する。なお、第１実施形態の光スキャナ制御部４０による駆動（水平方向に２つの共振モードを有する光スキャナ１０の駆動）の説明をする前に、１つの共振モードを有する比較例による光スキャナの駆動について先に説明する。
【００５８】
図１０〜図１３は、１つの共振モードを有する比較例による光スキャナの水平方向駆動を説明するための図である。図１０の（Ａ）に示すように、比較例による光スキャナは、共振モードが１つ存在する２次遅れ系である。なお、図１０では、１つの共振モードをｍｏｄｅ０として示している。また、比較例による水平方向の駆動は、この共振周波数により行う。２次遅れ系では、図１０の（Ｂ）に示すように、共振周波数で、駆動信号とミラーの変位との位相差が９０度となる。
【００５９】
共振周波数は固体ばらつきや環境温度により異なるため、常に共振周波数で駆動させるためには、ＰＬＬ制御を行うのが好ましい。
【００６０】
また、比較例による光スキャナを駆動制御する光スキャナ制御部５４０は、図１１に示すように、歪みセンサー１８（１８ａ）からの信号を検出する検出回路５１、共振周波数に対して周波数追従制御を行うＰＬＬ回路部１５０、振幅制御回路５２および水平駆動回路５３を有している。ＰＬＬ回路部１５０は、位相比較回路１５１、ループフィルター１５２、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１５３により構成されている。
【００６１】
このように構成された比較例による光スキャナの水平方向駆動では、水平方向の歪みセンサー１８ｂ（１８）により、ミラー水平方向の変位動作を検出する。そして、歪みセンサー１８ｂの検出信号とＶＣＯ１５３から出力される駆動信号の位相差が９０度になるように、ＶＣＯ１５３の出力信号を制御する。この動作により、ＭＥＭＳ５００（光スキャナ）のミラー部を水平方向に駆動する駆動信号が共振周波数に追従することになる。なお、ミラー部の水平方向の振り角度は共振のＱ値に依存する。このＱ値もばらつきをもっているため、所定のミラー振り角度を得るために、歪みセンサー１８ｂからの出力値を基に振幅制御回路５２で駆動信号の振幅制御を行っている。
【００６２】
また、図１２にＰＬＬ回路部１５０の具体例が示されている。この具体例では、歪みセンサー１８ｂ（図１１参照）からの検出信号と駆動信号との位相差を比較する位相比較回路１５１（図１１参照）は、ＥｘＯＲ回路１５１ａで構成されている。このＥｘＯＲ回路１５１ａからは、位相差に応じたパルス列が出力される。また、ループフィルター１５２（図１１参照）は、ローパスフィルター（ＬＰＦ）１５２ａから構成されており、ＥｘＯＲ回路１５１ａから出力されたパルス列がＬＰＦ１５２ａで平滑化される。そして、ＬＰＦ出力値に基づいて、駆動周波数を上げるか下げるかの判別制御が行われる。
【００６３】
駆動周波数を上げるか下げるかの判別制御について、図１３を参照して具体的に説明する。図１３は、比較する２つの信号の位相差とＬＰＦ出力値の関係を示している。図１３に示すように、比較する２つの信号の位相差が０度のときは、ＬＰＦ出力値は０になる。位相差が１８０度のときは、ＬＰＦ出力値はＶｃｃとなる。位相差が０度〜１８０度までのＬＰＦ出力値は線形であるため、位相差が９０度のときのＬＰＦ出力値はＶｃｃ／２となる。そのため、位相差９０度でロックをかける場合、ＬＰＦ出力値の目標値はＶｃｃ／２となる。そして、ＬＰＦ出力値がＶｃｃ／２よりも小さいときは、駆動周波数を上げるように制御する。一方、ＬＰＦ出力値がＶｃｃ／２よりも大きいときは、駆動周波数を挙げるように制御する。
【００６４】
このようにして、比較例による光スキャナの水平方向駆動が行われる。
【００６５】
図１４〜図１６は、本発明の第１実施形態による光スキャナの水平方向駆動を説明するための図である。続いて、図６、図１２および図１４〜図１６を参照して、第１実施形態の光スキャナ制御部４０（水平駆動制御部５０）による駆動（水平方向に２つの共振モードを有する光スキャナ１０の駆動）について説明する。
【００６６】
図１４の（Ａ）に示すように、第１実施形態による光スキャナ１０は、２つの共振モードを有している。図１４では、２つの共振モードを、それぞれ、Ｍｏｄｅ１およびＭｏｄｅ２として示している。また、Ｍｏｄｅ１の共振モードは、水平トーションバー１６（図６参照）を基準としてなされる振動による共振モードである。一方、Ｍｏｄｅ２の共振モードは、ミラー枠１４（図６参照）を基準としてなされる振動による共振モードである。
【００６７】
なお、Ｍｏｄｅ１の周波数をｆｍｏｄｅ１、Ｍｏｄｅ２の周波数をｆｍｏｄｅ２とした場合、Ｍｏｄｅ１とＭｏｄｅ２との関係は、以下の（１）式および（２）式を満たしているのが好ましい。
ｆｍｏｄｅ１＜ｆｍｏｄｅ２  ・・・・・（１）
ｆｍｏｄｅ１＋０．２×ｆｍｏｄｅ１≧ｆｍｏｄｅ２  ・・・・・（２）
【００６８】
また、図１４に示すように、Ｍｏｄｅ１では、駆動信号と歪みセンサー１８ｂ（図６参照）の検出信号との位相差は９０度となる。Ｍｏｄｅ２では、駆動信号と歪みセンサー１８ｂ（図６参照）の検出信号との位相差は２７０度となる。
【００６９】
第１実施形態では、比較する２つの信号の位相差とＬＰＦ出力値との関係は図１５のようになる。位相差が０度〜１８０度までのＬＰＦ出力値は線形であるため、位相差が９０度のときのＬＰＦ出力値はＶｃｃ／２となる。また、位相差が１８０度〜３６０度までのＬＰＦ出力値も線形であるため、位相差が２７０度のときのＬＰＦ出力値はＶｃｃ／２となる。なお、位相差が０度〜１８０度までのＬＰＦ出力値の傾きと、位相差が１８０度〜３６０度までのＬＰＦ出力値の傾きとは、互いに逆になっている。
【００７０】
ここで、Ｍｏｄｅ１の共振周波数を駆動周波数として用いる場合、ＬＰＦ出力値の目標値をＶｃｃ／２とし、出力値がＶｃｃ／２より小さいときは駆動周波数を上げるように制御する。逆に、出力値がＶｃｃ／２より大きいときは駆動周波数を下げるように制御する。一方、Ｍｏｄｅ２の共振周波数を駆動周波数として用いる場合、ＬＰＦ出力値の目標値をＶｃｃ／２とし、出力値がＶｃｃ／２より小さいときは駆動周波数を下げるように制御する。逆に、出力値がＶｃｃ／２より大きいときは駆動周波数を上げるように制御する。
【００７１】
駆動周波数として、どちらの共振モードを利用するかは選択可能であり、選択したモードに対する論理でＰＬＬをかける。
【００７２】
２つの共振モードを比較すると、高周波側の共振モードは、ＭＥＭＳ構造体への応力ひずみの影響が大きいという特徴を有している。そのため、システムのロバスト性を向上させるためには、ＭＥＭＳ構造体への応力ひずみの影響が小さい低周波側の共振モード（Ｍｏｄｅ１）を利用するのが好ましい。すなわち、低周波側の共振モード（Ｍｏｄｅ１）を選択して、その共振周波数を駆動周波数とするのが好ましい。
【００７３】
また、第１実施形態による光スキャナ１０を駆動制御する光スキャナ制御部４０（水平駆動制御部５０）は、図１６に示すように、歪みセンサー１８ｂからの信号を検出する検出回路５１、共振周波数に対して周波数追従制御を行うＰＬＬ回路部１５０および水平駆動回路５３を有している。また、ＰＬＬ回路部１５０は、位相比較回路１５１および周波数制御回路１５４を含む。なお、ループフィルター、電圧制御発振器（ＶＣＯ）は、たとえば、周波数制御回路１５４に含まれている。また、図１２に示した比較例と同様、位相比較回路１５１はＥｘＯＲ回路から構成されており、ループフィルターはＬＰＦから構成されている。ただし、第１実施形態では、比較例とは異なり、振幅制御回路５２（図１１参照）を備えない構成とされている。
【００７４】
上記周波数制御回路１５４は、Ｍｏｄｅ１の共振モードまたはＭｏｄｅ２の共振モードのいずれかにＰＬＬをかける論理が予め設定されている。すなわち、第１実施形態の周波数制御回路１５４では、Ｍｏｄｅ１にロックをかけるモード１ロック用か、Ｍｏｄｅ２にロックをかけるモード２ロック用にＰＬＬ論理が設定されている。
【００７５】
上述したように、２つの共振モードを比較すると、低周波側の共振モード（Ｍｏｄｅ１）の方が、ＭＥＭＳ構造体にかかる応力ひずみが小さい。そのため、システムの安定性を考慮すると、Ｍｏｄｅ１で駆動することが好ましい。このため、第１実施形態では、周波数制御回路１５４は、Ｍｏｄｅ１の共振モードにＰＬＬをかけるように論理が設定されている。ただし、周波数制御回路１５４は、Ｍｏｄｅ２の共振モードにＰＬＬをかけるように論理を設定することもできる。
【００７６】
なお、第１実施形態による光スキャナ１０の水平方向駆動のその他の動作は、上記した比較例と同様である。
【００７７】
このようにして、第１実施形態の光スキャナ制御部４０（水平駆動制御部５０）による光スキャナ１０の水平方向駆動が行われる。
【００７８】
第１実施形態では、上記のように、水平方向の共振モードを２つ有する光スキャナ１０を駆動する。光スキャナ１０においては、水平方向の共振モードを２つ有することで、水平方向の共振モードを１つ有する場合に比べて、各共振モードにおける共振周波数の周波数ばらつきおよびＱ値のばらつきを低減することができる。
【００７９】
また、上記したように、共振周波数およびＱ値のばらつきは、光スキャナ１０の製造時の加工ばらつきに起因する。そのため、加工精度を向上させることによって、共振周波数およびＱ値のばらつきを低減することが可能である。しかしながら、上記のように、光スキャナ１０を、水平方向の共振モードを２つ有する構成とすることで、加工精度を向上させることなく、共振周波数およびＱ値のばらつきを低減することができる。すなわち、製造上の固体ばらつきを低減することができる。
【００８０】
そして、光スキャナ制御部４０（水平駆動制御部５０）により、共振周波数の周波数ばらつきおよびＱ値のばらつきが低減された２つの共振モードのいずれか一方を選択して、選択した共振モード（共振周波数）で光スキャナ１０（ミラー部１１）を水平方向に駆動することによって、走査精度を向上させることができる。
【００８１】
また、Ｑ値のばらつきに起因する振幅ばらつきを抑制するために、駆動信号による振幅調整を行う必要がないため、振幅制御回路が不要となる。そのため、制御部（駆動装置）が大きくなることもない。これにより、小型化を図りつつ、光スキャナ１０の駆動精度を向上させることができる。
【００８２】
また、第１実施形態では、光スキャナ制御部４０（水平駆動制御部５０）が、選択した共振モードの共振周波数に対して周波数追従制御を行うＰＬＬ回路部１５０を備えることによって、ＰＬＬ回路部１５０により、駆動周波数を、選択した共振モードの共振周波数にロックをかけることができる。すなわち、ＰＬＬ回路部１５０によって、共振周波数に追従するように駆動周波数を制御することができる。これにより、固体ばらつきや環境温度によって共振周波数が異なる場合でも、常に、選択した共振モードの共振周波数で光スキャナを駆動させることができる。
【００８３】
また、第１実施形態では、上記のように、光スキャナ制御部４０（水平駆動制御部５０）により、ＭＥＭＳ構造体への応力ひずみが小さい方の共振モード（Ｍｏｄｅ１）の共振周波数を駆動周波数として、光スキャナ１０（ミラー部１１）を水平駆動させることによって、容易に、システムのロバスト性を確保することができる。加えて、構造体にかかる応力ひずみが小さいため、システムの安定性を図ることもできる。
【００８４】
したがって、第１実施形態による光スキャナ１０を光スキャナ制御部４０（水平駆動制御部５０）で駆動させることにより、走査精度を向上させることができる。
【００８５】
（第２実施形態）
図１７は、本発明の第２実施形態による光スキャナ制御部（水平駆動制御部）の構成を示したブロック図（モード選択可能なシステムのブロック図）である。次に、図１７を参照して、本発明の第２実施形態による駆動システムについて説明する。なお、図１７において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
【００８６】
この第２実施形態のシステムでは、上記第１実施形態とは異なり、２つの共振モードのうち、Ｍｏｄｅ１の共振モードで駆動するか、Ｍｏｄｅ２の共振モードで駆動するかを常に選択する。
【００８７】
また、第２実施形態では、上記第１実施形態の構成において、周波数判別回路５４をさらに備えている。周波数判別回路５４は、周波数制御回路１５４と接続されており、周波数制御回路１５４からの信号が入力される。また、周波数判別回路５４は２つの共振モードのうちどちらの共振モードの共振周波数が設計値により近いかを所定のタイミングで判別し、その結果に基づいて周波数制御回路１５４の共振周波数追従の設定を変更する。すなわち、第２実施形態では、周波数判別回路５４により、２つの共振モードのうちどちらの共振モード（共振周波数）が駆動周波数の設計値により近いかを判別し、周波数制御回路１５４の設定を設計値により近い共振モードに切り替える。そして、駆動周波数の設計値に近い方の共振モード（共振周波数）でミラー水平方向の駆動を行う。
【００８８】
第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００８９】
第２実施形態では、上記のように、駆動周波数の設計値に対してより近い共振周波数をもつ共振モードを選択して、その共振周波数を駆動周波数とすることによって、駆動周波数の設計値からのずれ量をできるだけ小さく抑えることができる。そのため、たとえば、環境変化や経年変化などによって共振周波数が変化した場合でも、設計値により近い共振周波数で光スキャナを共振駆動させることができる。
【００９０】
なお、水平走査の共振周波数が変わる（設計値からずれる）と、単位時間あたりに走査する走査線の数（走査線密度）が変わる。走査線密度の影響は、画像処理によって調整することが可能であるものの、この場合処理が煩雑になる。そのため、上記のように構成することにより、処理が煩雑になるのを抑制しながら、走査線密度の影響を低減することができる。
【００９１】
第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００９２】
（第３実施形態）
図１８および図１９は、本発明の第３実施形態による光スキャナの要部構成を示した図である。図２０は、本発明の第３実施形態における光スキャナ制御部（水平駆動制御部）の構成を示したブロック図（駆動システムのブロック図）である。次に、図１８〜図２０を参照して、本発明の第３実施形態による駆動システムについて説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
【００９３】
この第３実施形態では、図１８および図１９に示すように、光スキャナ１０が、ミラー枠１４の動きをモニターするための歪みセンサー１８ｃ（１８）をさらに備えている。具体的には、この第３実施形態では、ミラー部１１の垂直方向の動きと水平方向の動きとをモニターするための歪みセンサー１８ａ、１８ｂに加えて、ミラー枠１４の動きをモニターするための歪みセンサー１８ｃが追加されている。
【００９４】
また、追加された歪みセンサー１８ｃは、歪みセンサー１８ａおよび１８ｂと同様、ピエゾ抵抗素子２０を有しており、シリコンに対してボロンやヒ素などの不純物が部分的にドーピングされることにより生成されている。このプロセスは、生成する歪みセンサーの個数には依存しない（歪みセンサー生成のコストは歪みセンサーの個数に関係しない）ため、歪みセンサーの個数を増やした場合でもコストアップにはならない。
【００９５】
なお、上記歪みセンサー１８ｃは、たとえば、ミラー枠１４における垂直トーションバー１５の延長線上（Ｙ軸上）に配置されている。
【００９６】
また、上記歪みセンサー１８ｃは、ミラー枠１４の水平方向への捩れ角度を検出する。光スキャナ１０が２つの共振モードを有する場合、上記したように、２つの共振モードの一方はミラー枠１４を基準としてなされる振動による共振モードである。すなわち、ミラー枠１４が水平方向に捩れることで生じる共振モードである。このため、上記歪みセンサー１８ｃを設けることによって、２つの共振モードの一方の共振モードが生じるミラー枠１４の捩れ（動き）が検出される。
【００９７】
そして、ミラー部１１の動きを検出する歪みセンサー１８ｂ（ミラー用歪みセンサー１８ｂ）と、ミラー枠１４の動きを検出する歪みセンサー１８ｃ（ミラー枠用歪みセンサー１８ｃ）との位相差情報によって、２つの共振モードのどちらで駆動されているのかを検出することが可能となる。なお、歪みセンサー１８ｂ（ミラー用歪みセンサー１８ｂ）は、本発明の「第１歪みセンサー」の一例であり、歪みセンサー１８ｃ（ミラー枠用歪みセンサー１８ｃ）は、本発明の「第２歪みセンサー」の一例である。
【００９８】
また、第３実施形態では、図２０に示すように、上記第１実施形態の構成において、共振モード判別回路５５をさらに備えている。この共振モード判別回路５５には、ミラー用歪みセンサー１８ｂからの検出信号とミラー枠用歪みセンサー１８ｃからの検出信号とが入力される。そして、この共振モード判別回路５５は、入力されたミラー用歪みセンサー出力とミラー枠用歪みセンサー出力との位相差判別を行うことにより、２つの共振モードのどちらで水平方向の共振駆動が行われているかを検出する。
【００９９】
なお、光スキャナ１０（図１９参照）がＭｏｄｅ１の共振モードで駆動されているときは、２つの検出信号の位相は同相となり、位相差はほぼ０となる。一方、光スキャナ１０（図１９参照）がＭｏｄｅ２の共振モードで駆動されているときは、２つの検出信号の位相は、同相と逆相との中間の値となる。
【０１００】
また、共振モード判別回路５５は、ミラー用歪みセンサー出力とミラー枠用歪みセンサー出力との位相差判別を駆動周波数制御に適用するために、その結果を周波数制御回路１５４に出力する。
【０１０１】
周波数制御回路１５４は、共振モード判別回路５５から出力された位相差判別の結果に基づいて、駆動に利用する共振モードを選択（変更）し、その共振モードの共振周波数で光スキャナ１０のミラー部１１を水平方向に駆動する。
【０１０２】
第３実施形態のその他の構成は、上記第１または第２実施形態と同様である。
【０１０３】
第３実施形態では、上記のように、歪みセンサー１８ｂ（ミラー用歪みセンサー１８ｂ）からの出力（検出信号）と歪みセンサー１８ｃ（ミラー枠用歪みセンサー１８ｃ）からの出力（検出信号）との位相差判別を行うことにより、２つの共振モードのどちらで駆動されているのかを検出することができる。このため、検出された位相差判別の結果に基づいて駆動に利用する共振モードを選択することにより、周波数特性が複雑になった場合でも、Ｍｏｄｅ１またはＭｏｄｅ２のいずれかの共振モードで光スキャナ１０のミラー部１１を駆動させることができる。
【０１０４】
たとえば、主要な共振モードは２つであるが、その他の小さな共振モード（水平方向ではない共振モード）が複雑に入り交じっている場合、その小さな共振モードによって位相遅れが生じるため、駆動信号と歪みセンサー１８ｂ（ミラー用歪みセンサー１８ｂ）との位相差判別では共振モードの識別が困難になることも考えられる。その場合、ＭＥＭＳ構造体が破損するような共振モードで駆動をしてしまうと、システム故障につながるおそれもある。
【０１０５】
しかしながら、上記のように構成することにより、周波数特性が複雑になった場合でも、２つの共振モードを容易に検出して、Ｍｏｄｅ１またはＭｏｄｅ２のいずれかの共振モードで光スキャナ１０のミラー部１１を駆動させることができる。そのため、ＭＥＭＳ構造体が破損するような共振モードでの駆動が抑制されるので、システム故障が生じるのを抑制することができる。
【０１０６】
第３実施形態のその他の効果は、上記第１または第２実施形態と同様である。
【０１０７】
（第４実施形態）
図２１〜図２３は、本発明の第４実施形態による光スキャナ制御部（駆動回路）の構成を示した図である。なお、図２１は、光スキャナの駆動部（圧電素子）に印加する駆動信号（駆動波形）を示す概略図である。また、図２２は、垂直走査駆動信号（垂直駆動電圧）を生成するための回路構成（Ｖ駆動構成）を示す図であり、図２３は、水平走査駆動信号（水平駆動電圧）を生成するための回路構成（Ｈ駆動構成）を示す図である。次に、図２１〜図２３を参照して、この第４実施形態では、駆動電圧を生成する駆動回路（生成回路）の回路構成について説明する。
【０１０８】
図２１に示すように、垂直駆動電圧（Ｖ＋、Ｖ−）はＤＣ駆動電圧である。ＤＣ駆動電圧により、ミラー部１１を垂直方向に駆動するためには、ＤＣ駆動電圧はある程度の高圧（振幅）を必要とする。また、マイナス電圧が圧電素子抗電界を超過するのを防ぐために、プラス側へのオフセット駆動が必要となる。
【０１０９】
ここで、Ｖ＋およびＶ−は、ともに振幅７０Ｖｐ−ｐの同じ波形であるため、共通の信号（電圧）を入力するのが簡便である。しかしながら、この場合には、上記したように、マイナス電圧が圧電素子抗電界を超過するため、分極外れという不具合が生じる。そのため、分極外れが生じるのを防ぐために、プラス側は５０Ｖ〜−２０Ｖ、マイナス側は２０Ｖ〜−５０Ｖとなるように、ＤＣレベルにオフセットを持たせた信号が光スキャナ１０の駆動部１３に入力される。
【０１１０】
また、そのような電圧（信号）は、図２２に示す回路によって生成される。具体的には、アンプによって、基本信号（３．３Ｖ〜０Ｖ）から−３５Ｖ〜３５Ｖの高圧信号を作り、それを５０Ｖ〜−２０Ｖの信号（Ｖ＋）と２０Ｖ〜−５０Ｖの信号（Ｖ−）にレベル変換する。なお、基本信号は、反転増幅回路によって、位相が１８０度変化して出力される。また、−３５Ｖ〜３５Ｖの高圧信号は、ツェナーダイオードと定電流ダイオードとが直列接続された定電流回路によって、レベル変換される。
【０１１１】
水平駆動電圧（Ｈ１、Ｈ２）は、図２３に示す回路によって生成される。具体的には、水平駆動電圧Ｈ１は、基本信号がアンプによって増幅されることにより生成される。一方、水平駆動電圧Ｈ２は、基本信号が反転増幅回路によって位相が１８０度変化されて増幅されることにより生成される。これにより、水平駆動電圧Ｈ１に対して逆位相の信号である水平駆動電圧Ｈ２が生成される。
【０１１２】
そして、図２１に示すように、垂直駆動電圧（Ｖ＋、Ｖ−）と水平駆動電圧（Ｈ１、Ｈ２）とが重畳された電圧が各駆動部１３（圧電素子）に印加される。
【０１１３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１１４】
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、垂直トーションバーの近傍、水平トーションバーの近傍、ミラー枠に歪みセンサーを１つずつ設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、歪みセンサーをそれぞれ複数個設けることもできる。
【０１１５】
また、上記第１〜第３実施形態では、ユニモルフ構造の駆動部を用いた例を示したが、このような圧電方式の駆動部は、ユニモルフに限らず、たとえばバイモルフであってもよい。
【０１１６】
また、上記第１〜第３実施形態では、光スキャナの一例として２次元走査が可能な光スキャナの例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば１次元光スキャナであってもよい。
【０１１７】
また、上記第１〜第３実施形態では、ミラー部を駆動させる駆動部を、圧電素子を含む圧電駆動方式に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ミラー部を駆動させる駆動アクチュエーターは、圧電駆動方式以外であってもよい。たとえば、静電式であってもよいし、電磁式であってもよい。
【０１１８】
なお、本発明の光走査装置は、画像投影装置以外にたとえばコピー機やプリンタ等の画像形成装置などに適用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０                    光スキャナ（ＭＥＭＳミラー）
１１                    ミラー部
１２                    固定枠
１３                    駆動部
１３ａ                  圧電素子
１３ｂ                  電極
１４                    ミラー枠（可動枠）
１５                    垂直トーションバー
１６                    水平トーションバー
１７                    連結部
１８ａ                  歪みセンサー
１８ｂ                  歪みセンサー、ミラー用歪みセンサー（第１歪みセンサー）
１８ｃ                  歪みセンサー、ミラー枠用歪みセンサー（第２歪みセンサー）
２０                    ピエゾ抵抗素子
３０                    光源
４０                    光スキャナ制御部（駆動装置）
５０                    水平駆動制御部（駆動装置）
５１                    検出回路
５３                    水平駆動回路
５４                    周波数判別回路
５５                    共振モード判別回路
６０                    垂直駆動制御部
７０                    光源駆動回路
８０                    画像信号制御部
１００                  画像投影装置（光走査装置）
１５０                  ＰＬＬ回路部
１５１                  位相比較回路
１５１ａ                ＥｘＯＲ回路
１５２                  ループフィルター
１５２ａ                ＬＰＦ
１５４                  周波数制御回路
【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７】
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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２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図６】
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【図８】
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【図１９】
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