(57)【要約】【課題】温度等の外部環境要因が変化した場合、または、圧電センサに電荷が蓄積された場合でも、所望の振れ角にミラー部を制御する駆動信号を出力し得る映像投射装置を提供する。【解決手段】本装置は、光源１１２と、ミラー部１０６を回動軸線周りに回動させる圧電アクチュエータ１４０，１４２及びミラー部１０６の振れ角に応じたセンサ信号を出力する圧電センサ１４６を有する光偏向器１３０と、駆動信号に基づいて圧電アクチュエータ１４０，１４２を駆動する制御装置２０とを備える。制御装置２０は、センサ信号に所定周期毎に変更可能な定数を加算した信号の積分値をミラー部１０６の振れ角計算値として計算する第１演算要素１１６Ａと、ミラー部１０６の振れ角の目標値と計算値との偏差を用いたＰＩＤ演算の結果に基づいて圧電アクチュエータ１４０，１４２を駆動する駆動信号を生成する第２演算要素１１６Ｂとを備える。【選択図】図２
2016148763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を反射するミラー部、前記ミラー部を回動軸線周りに回動させる圧電アクチュエータ、及び、前記ミラー部の振れ角実測値に応じたセンサ信号を出力する圧電センサを有する光偏向器と、
前記ミラー部を前記回動軸線周りに回動させ、前記ミラー部で反射された光によって走査される被走査面に映像を形成するように前記圧電アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ミラー部が前記駆動信号に基づいて前記回動軸線周りに回動したとき、前記センサ信号に定数を加算した信号の積分値を前記ミラー部の振れ角計算値として算出する第１演算要素と、
前記ミラー部の振れ角目標値と前記振れ角計算値との偏差を用いてＰＩＤ演算を行い、前記ＰＩＤ演算の結果に基づいて前記圧電アクチュエータを駆動する前記駆動信号を生成する第２演算要素とを備え、
前記第１演算要素は、前記駆動信号の所定周期毎に、前記ミラー部の駆動時間に対する前記振れ角計算値の波形の傾きを算出し、前記傾きが零に近づくように前記定数を設定することを特徴とする映像投射装置。
【請求項２】
請求項１記載の映像投射装置において、
前記第１演算要素は、前記ミラー部の駆動時間に対する前記振れ角計算値の波形の傾きの１／２の値を定数として設定することを特徴とする映像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤや半導体レーザー等の半導体光源と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の小型光学偏向装置とを組み合わせた映像投射装置が、ピコプロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＵＤ）用として開発されている。
【０００３】
そして、ＭＥＭＳの走査方向に搖動するミラー部について、ＭＥＭＳのミラー部の振れ角変位、すなわち、位置情報を検出する位置検出器として機能するセンサを用いて、ミラー部を駆動する駆動信号を決定する映像投射装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５４３４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の映像投射装置は、走査方向に搖動するミラー部の位置情報を直接用いて駆動信号を決定するので、温度、湿度等の外部環境要因の影響であるノイズに弱く、不適切な周波数等によりＭＥＭＳのミラー部の回動制御が適切に行われない可能性がある。そこで、ミラー部を適切に制御するためには、ノイズを除去するシステムが別個必要になり、回路構成が複雑になるという問題がある。
【０００６】
また、センサとして圧電センサを用いた場合、ミラー部を回動軸線周りに長時間回動させると、電荷が圧電センサに蓄積する。そのため、センサからの信号にＤＣオフセットが発生するので、ミラー部の正確な位置情報を得ることが難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、温度等の外部環境要因が変化した場合、または圧電センサに電荷が蓄積された場合でも、所望の振れ角にミラー部を制御する駆動信号を出力し得る映像投射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】
【０００８】
本発明は、光源と、前記光源からの光を反射するミラー部、前記ミラー部を回動軸線周りに回動させる圧電アクチュエータ、及び、前記ミラー部の振れ角実測値に応じたセンサ信号を出力する圧電センサを有する光偏向器と、前記ミラー部を前記回動軸線周りに回動させ、前記ミラー部で反射された光によって走査される被走査面に映像を形成するように前記圧電アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する制御装置とを備える。
【０００９】
前記制御装置は、前記ミラー部が前記駆動信号に基づいて前記回動軸線周りに回動したとき、前記センサ信号に定数を加算した信号の積分値を前記ミラー部の振れ角計算値として算出する第１演算要素と、前記ミラー部の振れ角目標値と前記振れ角計算値との偏差を用いてＰＩＤ演算を行い、前記ＰＩＤ演算の結果に基づいて前記圧電アクチュエータを駆動する前記駆動信号を生成する第２演算要素とを備え、前記第１演算要素は、前記駆動信号の所定周期毎に、前記ミラー部の駆動時間に対する前記振れ角計算値の波形の傾きを算出し、前記傾きが零に近づくように前記定数を設定することを特徴とする。
【００１０】
映像投射装置が備える光偏向器は、温度、湿度等の外部環境要因が変化した場合、また、ミラー部に光が照射されることに伴う発熱が生じた場合、ミラー部を含む光偏向器の構成材料（例えば、基板を構成するＳｉ）の硬度、剛性等が変化し、また、圧電アクチュエータ及び圧電センサの圧電係数が変化する。その結果、光偏向器の圧電アクチュエータ及び圧電センサの応答特性が変化し、センサ信号のＤＣオフセットが変化するので、同一の駆動信号で圧電アクチュエータを駆動しても、ミラー部の振幅（振れ角）が一定にならないという傾向がある。
【００１１】
また、ミラー部を回動軸線周りに長時間回動させると、センサ信号が処理される回路からの電圧により、電荷が圧電センサに蓄積する。結果として、電荷が圧電センサに蓄積する前後において同一のセンサ信号が示す変位量が変化するので、同一の駆動信号でアクチュエータを駆動しても、ミラー部の振幅（振れ角）が一定にならないという傾向もある。
【００１２】
本発明によれば、制御装置は、第１演算要素により、ミラー部の振れ角実測値に応じたセンサ信号に定数を加算した信号の積分値を計算し、得られた積分値をミラー部の振れ角計算値に設定する。
【００１３】
次に、第２演算要素により、ミラー部の振れ角目標値と上記振れ角計算値との偏差を用いてＰＩＤ演算を行い、ＰＩＤ演算結果に基づいて圧電アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する。
【００１４】
さらに、第１演算要素は、駆動信号の所定周期毎に、ミラー部の駆動時間に対する振れ角計算値の波形の傾き（傾向）を算出する。そして、振れ角計算値を算出するために用いられる定数を、計算した傾きが零に近づくように設定する。
【００１５】
従って、駆動信号を生成するために利用される振れ角計算値として、センサ信号に定数を加算した信号の積分値が用いられるので、光偏向器内で瞬間的に発生するノイズを除去できる。
【００１６】
さらに、振れ角計算値を計算するために用いられる定数を、駆動時間に対する振れ角計算値の波形の傾きが零に近づくように設定する。従って、光偏向器個々の特性に依存することなく、センサ信号に生じたＤＣオフセットを補正し、駆動時間に対する駆動信号の波形と振れ角計算値の信号の波形を相似形にするので、正確なミラー部の振れ角である位置情報を得ることができる。
【００１７】
その結果、簡単な回路構成で、温度等の外部環境要因が変化した場合、または、圧電センサに電荷が蓄積された場合でも、所望振れ角にミラー部を制御する駆動信号を出力し得る映像投射装置を提供することができる。
【００１８】
光偏向器は、圧電アクチュエータと、センサとしてピエゾ抵抗を利用した位置センサとは異なる速度センサの圧電センサとを備えるので、光偏向器の製造方法を共通化して簡略化でき、映像投射装置の製造コストの低減化を図ることができる。
【００１９】
また、第１演算要素が設定する定数は、例えば、固定値、ミラー部の駆動時間に対する振れ角計算値の波形の傾き、ミラー部の駆動時間に対する振れ角計算値の複数の極小値又は複数の極大値を用いて近似された直線の傾きに比例した値等を用いることができるが、これに限定されず、センサ信号から得られる位置情報の追従性の観点から、ミラー部の駆動時間に対する振れ角計算値の波形の傾きの１／２の値を定数として設定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の映像投射装置の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態の映像投射装置に用いられるＭＥＭＳの斜視図。
【図３】半導体光源と、ＭＥＭＳミラーと、映像投射装置から投射された映像の照射範囲（映像投射範囲）との関係を示す図。
【図４Ａ】時間経過に対する、副走査方向に搖動するＭＥＭＳミラー及び半導体光源の駆動信号の波形変化を示す図。
【図４Ｂ】時間経過に対する、主走査方向に搖動するＭＥＭＳミラー及び半導体光源の駆動信号の波形変化を示す図。
【図５】図４Ａ及び図４Ｂに示された、ＭＥＭＳミラー及び半導体光源の駆動信号に基づく投射映像の描画範囲と、走査軌跡との関係を示す図。
【図６】本実施形態の制御装置の駆動信号生成処理の概念図。
【図７】図６の第１演算要素の補正処理のフローチャートを示す図。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、センサ信号の特性を説明する図。
【図９】本実施形態の駆動信号の波形と、センサ信号の波形と、センサ信号から計算された振れ角計算値との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に示されるように、本実施形態の映像投射装置１０は、半導体光源（光源）１１２と、ＭＥＭＳミラー（ミラー部）１０６と、半導体光源１１２及びＭＥＭＳミラー１０６に信号を出力する制御装置２０とから構成される、ラスタースキャンを行う映像投射装置である。
【００２２】
映像投射装置１０の制御装置２０は、パーソナルコンピュータ、カメラシステム等の映像ソースから出力された映像信号に基づいて生成された映像信号が入力される映像信号入力部１０２と、受信した映像信号を処理するために所定ビット毎に書き込み・読み出しが行われる映像信号蓄積部１０４と、ＭＥＭＳミラー１０６に対して駆動信号を出力するＭＥＭＳ駆動部１０８と、駆動信号に応じてＭＥＭＳミラー１０６が回動軸線周りを回動したとき、ＭＥＭＳミラー１０６の振れ角に応じた電圧を出力するセンサからの信号が入力されるセンサ信号入力部１１０と、ＭＥＭＥＳミラー１０６に光を照射する、ＬＥＤ、半導体レーザー等の半導体光源１１２に対して画素データを出力する光源駆動部１１４と、映像信号を処理して映像投射装置１０の制御を行う映像信号処理部１１６とから構成される。
【００２３】
映像信号入力部１０２は、映像信号を処理するために、入力された映像信号を映像信号処理部１１６に出力する。映像信号入力部１０２として、例えば、アナログＲＧＢレシーバー、ＤＶＩ、ＨＤＭＩ（登録商標）、Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐｏｒｔ等のデジタル映像信号レシーバー等を用いることができる。
【００２４】
映像信号蓄積部１０４では、映像信号入力部１０２から出力された映像信号を処理するために信号の書き込み・読み出しが行われる。映像信号蓄積部１０４としては、ＳＤＲＡＭ等を用いることができる。本実施形態の映像投射システム１では、映像信号は高速信号として生成されるため、ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭが好適である。
【００２５】
ＭＥＭＳ駆動部１０８は、ＭＥＭＳミラー１０６に対する駆動信号を出力するために、映像信号処理部１１６からのデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバーターと、その出力信号をＭＥＭＳミラー１０６の駆動電圧レベルまで増幅するオペアンプから構成される。
【００２６】
センサ信号入力部１１０は、駆動信号に応じてＭＥＭＳミラー１０６が回動軸線周りに回動し、走査方向に搖動したときのＭＥＭＳミラー１０６の振れ角に応じた電圧を出力するセンサからの信号が入力される信号入力部である。センサ信号入力部１１０は、受信したアナログ信号を映像信号処理部１１６に出力されるデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバーターと、Ａ／Ｄコンバーターに対する適切な入力レベルを確保するオペアンプとから構成される。
【００２７】
光源駆動部１１４は、映像信号処理部１１６から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する高速Ｄ／Ａコンバーターと、ＲＧＢ各色の半導体光源１１２を駆動できるだけの電流容量を持つドライバトランジスタ等とから構成される。
【００２８】
映像信号処理部１１６は、映像信号を処理して映像投射装置１０の制御を行う。ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、マイクロプロセッサ、又は、これらのハイブリッド（EPP（Extensible Processing Platform）、SoC（System-on-a-chip））等を用いることができる。
【００２９】
映像信号処理部１１６は、ＭＥＭＳミラー１０６を回動させるために圧電アクチュエータを駆動する駆動信号を生成する第１演算要素１１６Ａ及び第２演算要素１１６Ｂを備える。また、映像信号を映像信号入力部１０２から映像信号蓄積部１０４に出力するインターフェースと、光源駆動部１１４に対して画素データ抽出の基礎となる信号を生成する処理部と、映像信号蓄積部１０４から読み出された映像信号に基づいて光源駆動部１１４に出力する画素データを抽出する画素データ抽出部と、これらの各信号処理の制御パラメータに対する制御を行うとともに、スイッチ、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）等の外部制御手段とのインターフェースとを備える。
【００３０】
本実施形態のＭＥＭＳミラー１０６を備えるＭＥＭＳ１３０は、図２に示されるように、反射面を有するＭＥＭＳミラー１０６を一対のトーションバー１３１Ａ，１３１Ｂにより支持する第１支持部１３２と、ＭＥＭＳミラー１０６を第１支持部１３２に対して一対のトーションバー１３１Ａ，１３１Ｂにより、主走査方向（Ｙ軸周り）に揺動させる第１アクチュエータ１３４，１３６と、第１支持部１３２を支持する第２支持部１３８と、第１支持部１３２を第２支持部１３８に対して副走査方向（Ｘ軸周り）に搖動させる第２アクチュエータ１４０，１４２とを備え、２次元走査が可能な２軸型光偏向器である。
【００３１】
ＭＥＭＳ１３０を備える映像投射装置１０は、照射範囲のうち描画範囲のみが２次元走査に応じて光が照射されるように、半導体光源１１２が点灯されるので、光の利用効率の向上を図ることができる。
【００３２】
ＭＥＭＳ１３０のアクチュエータとしては、圧電方式、静電方式、電磁形式のアクチュエータを用いることができる。本実施形態では、アクチュエータ１３４，１３６として、圧電アクチュエータを採用している。また、アクチュエータ１４０，１４２はそれぞれ、４つの圧電カンチレバーが連結されて構成されている。各圧電カンチレバー１４０Ａ〜１４０Ｄ，１４２Ａ〜１４２Ｄは、支持体と、下部電極と、圧電体と、上部電極とから構成された積層体を含む。
【００３３】
映像信号に基づく映像の投射は、水平方向の高速走査、垂直方向の低速走査によって実施される。そのため、ＭＥＭＳミラー１０６は、高速動作に対応したアクチュエータ１３４，１３６の共振駆動により主走査方向に搖動し、低速動作に対応したアクチュエータ１４０，１４２の非共振駆動により副走査方向に搖動する。
【００３４】
尚、本実施形態では、副走査方向の揺動は低速動作であるため、非共振駆動のアクチュエータ１４０，１４２を用いたが、これに限定されず、共振駆動のアクチュエータを用いてもよい。
【００３５】
ＭＥＭＳミラー１０６の回動状態を検出するために、第１支持部１３２には、トーションバー１３１Ａ，１３１Ｂの根元に圧電センサ１４４Ａ，１４４Ｂが、また、アクチュエータ１４０，１４２の近傍に圧電センサ１４６，１４６が設けられている。圧電効果を用いたセンサは、ＭＥＭＳミラー１０６の振れ角の変位量に対して微分値を返す速度センサとして動作する。
【００３６】
また、センサ１４４，１４６はそれぞれ、少なくとも１つ設ける必要があるが、ＭＥＭＳミラー１０６の主走査方向及び副走査方向の揺動安定性及び差動信号のノイズキャンセリング効果の向上のために、図２に示されるように、Ｙ軸及びＸ軸を中心として線対称に２つ設けることが好ましい。
【００３７】
本実施形態の映像投射システムのＭＥＭＳ１３０は、圧電効果を用いたアクチュエータ及びセンサを用いている。圧電アクチュエータ及び圧電センサの製造方法は、例えば、ベースとして絶縁層をシリコンで挟んだＳＯＩ基板を用いた場合、まず、熱酸化炉でＳＯＩ基板の全面にＳｉＯ２の酸化膜を生成する。次いで、圧電膜に電圧を印加するための下部電極、圧電体、上部電極、保護層の順にスパッタ法や蒸着、イオンプレーティング等を用いて成膜する。そして、フォトリソグラフィを用いたエッチングを行い、各層を所定パターンに加工してＭＥＭＳ１３０を形成する。
【００３８】
これに対して、ピエゾ抵抗効果を用いた位置センサを製造する場合、ＳＯＩ基板の全面にＳｉＯ２の酸化膜を生成した後、フォトリソグラフィを用いたエッチングを行い、熱酸化膜に穴を形成しシリコン表面を露出させ、次いで、イオン注入法によりシリコンの一部をピエゾ抵抗体に変化させる。そして、圧電アクチュエータ等の製造方法と同様、下部電極等を成膜し、フォトリソグラフィを用いたエッチングを行い、各層を所定パターンに加工してＭＥＭＳを形成する。
【００３９】
圧電効果を用いたアクチュエータ及びセンサを用いることにより、ＭＥＭＳミラー１０６の振れ角の変位量に比例した値を返すピエゾ抵抗効果を用いた位置センサと比較して、同一の製造プロセスで圧電アクチュエータ及び圧電センサの積層構造を形成できる。従って、ＭＥＭＳ１３０の製造方法を共通化して簡略化でき、製造コストの低減化を図ることができる。
【００４０】
次に、図３〜図５を用いて、半導体光源１１２と、図３に示されるＭＥＭＳ１３０のＭＥＭＳミラー１０６とを用いたラスタースキャンを説明する。
【００４１】
副走査方向に搖動するＭＥＭＳミラー１０６により、図３の照射範囲において垂直方向の走査が実施される。本実施形態の副走査方向に搖動するＭＥＭＳミラー１０６の駆動信号の波形は、図４Ａに示される鋸波形状とするのが好ましい。
【００４２】
副走査方向に搖動するＭＥＭＳミラー１０６は低速駆動されるので、共振駆動のアクチュエータと非共振駆動のアクチュエータのいずれも用いることができるが、非共振駆動のアクチュエータに好適な鋸波形状の駆動信号を用いて有効描画時間を長く確保することにより、投影画面の明るさの向上を図ることができる。
【００４３】
具体的には、鋸波形状の駆動信号には、図４Ａに示されるように、時間経過に対する駆動信号の波形の傾きが緩やかな区間と、急峻な区間とが交互にあらわれる。そして、図４Ａに示さるように、鋸波形状の駆動信号の傾きが緩やかな区間で半導体光源１１２を点灯して描画を行い、傾きが急峻な区間で半導体光源１１２を消灯して非描画区間、すなわち、垂直帰線区間を設ける。
【００４４】
鋸波形状の駆動信号の傾きが変化する頂点付近では、副走査方向の揺動するＭＥＭＳミラー１０６は非常に低速な駆動状態になるため、当該頂点付近の区間に対応する描画部分は描画範囲の他の部分と比較すると特に明るく見える。そのため、当該頂点付近の区間では、半導体光源を消灯することにより、描画範囲で表される画面全体の明るさの均一性を実現し得る。
【００４５】
一方、主走査方向に搖動するＭＥＭＳミラー１０６により、図３の照射範囲において水平方向の走査が実施される。本実施形態の主走査方向に搖動するＭＥＭＳミラー１０６の駆動信号の波形は、図４Ｂに示される交流波、例えば、正弦波形状とするのが好ましい。主走査方向に搖動するＭＥＭＳミラー１０６は高速駆動されるので、共振駆動のアクチュエータを用いることが好ましく、また、共振駆動のアクチュエータに好適な正弦波形状の駆動信号を用いることが好ましいからである。
【００４６】
具体的には、正弦波形状の駆動信号には、図４Ｂに示されるように、時間経過に対する駆動信号の波形の頂点付近の区間と、それ以外の区間とが交互にあらわれる。そのため、図３に示されるように、往復走査、すなわち、右方向走査及び左方向走査の両方で描画を行うことが、有効描画時間の確保の点から好適である。片側走査、例えば、右方向走査（左方向走査）のみで描画を行い、左方向走査（右方向走査）においては非描画区間、すなわち、水平帰線区間を設ける方式と比較して、往復走査、すなわち、右方向走査と左方向走査の両方で描画を行うことにより、有効描画時間を長く確保することができる。
【００４７】
さらに、正弦波形状の駆動信号の頂点付近（水平折返区間）では、主走査方向に搖動するＭＥＭＳミラー１０６は非常に低速な駆動状態になるため、当該頂点付近の区間に対応する描画部分は描画範囲の他の部分と比較すると特に明るく見える。描画範囲で表される画面全体の明るさの均一性を実現し得るため、図４Ｂに示されるように、経過時間に対して隣り合う当該頂点付近の区間（水平折返区間）の間の区間で半導体光源１１２を点灯して図３の水平方向の走査軌跡の１ライン分の描画を行い、水平折返区間で半導体光源１１２を消灯して非描画区間を設ける。
【００４８】
上述したラスタースキャンを実施することにより、図５に示されるように、被走査面での走査軌跡全体から水平方向及び垂直方向において図３の照射範囲の周縁領域が切り取られた描画範囲が得られる。
【００４９】
次に、制御装置２０で行われる駆動信号生成処理について、図６〜図９を用いて説明する。図６〜図９では、アクチュエータ１４０，１４２により、第１支持部１３２を第２支持部１３８に対して副走査方向（Ｘ軸周り）に搖動するＭＥＭＥＳミラー１０６を例として用いて説明する。尚、本実施形態では、説明の便宜のため、駆動信号として、周期的に振幅が変化する鋸波形状の信号を用いて説明する。
【００５０】
本実施形態の制御装置２０の駆動信号生成処理は、同一の駆動信号で圧電アクチュエータを駆動しても、ＭＥＭＳミラー１０６の振幅（振れ角）が一定にならない一因として、温度、湿度等の外部環境要因が変化した場合、又はＭＥＭＳミラー１０６への光の照射に伴う発熱が生じた場合における圧電アクチュエータ及び圧電センサの圧電係数の変化、並びに、長時間稼働に伴う圧電センサに蓄積された電荷により、センサ信号に発生するＤＣオフセットであることに着目するものである。
【００５１】
図６に示されるように、まず、ＭＥＭＳミラー１０６が駆動信号に基づいて副走査方向（Ｘ軸周り）に搖動すると、圧電センサ１４６により、ＭＥＭＳミラー１０６の振れ角実測値に応じたセンサ信号ｖ（ｔ）が制御装置２０に出力される。ここで、ｔはＭＥＭＳ１３０の駆動時間［ｓ］である。
【００５２】
次に、制御装置２０の第１演算要素１１６Ａにより、センサ信号ｖ（ｔ）に定数Ｃを加算した信号の積分値を計算し、計算された積分値がＭＥＭＳミラー１０６の振れ角計算値ｙ（ｔ）に設定される。
【００５３】
次に、制御装置２０の第２演算要素１１６Ｂにより、ＭＥＭＳミラー１０６の振れ角目標値ｒ（ｔ）と第１演算要素１１６Ａで設定された振れ角計算値ｙ（ｔ）との偏差ｅ（ｔ）を用いてＰＩＤ演算を行う。そして、ＰＩＤ演算の結果に基づいて圧電アクチュエータ１４０，１４２を駆動する下式（１）の駆動信号ｕ（ｔ）を生成する。
【００５４】
【数１】
2016148763.tif 000003
【００５５】
ここで、温度、湿度等の外部環境要因が変化した場合、又はミラー部への光の照射に伴う発熱が生じた場合における圧電アクチュエータ及び圧電センサの圧電係数の変化、並びに、長時間稼働に伴う圧電センサに蓄積された電荷により、センサ信号に発生するＤＣオフセットも変化する。
【００５６】
次に、第１演算要素１１６Ａの処理に用いられるオフセット定数である定数Ｃにより変化するセンサ信号の特性を示すため、駆動時間に対する電圧値で示される、圧電センサ１４６からのセンサ信号（実測信号）の波形（実線）と、その積分値の信号の波形（破線）を示す（図８Ａ〜図８Ｃ）。尚、制御装置２０による駆動信号生成処理は、駆動信号の１周期毎、具体的には、駆動時間に対する電圧値で示される、駆動信号の波形において極小点となるタイミングで実行した。
【００５７】
図８Ａは、定数Ｃの値が適切な値であった場合における、センサ信号（実測信号）の波形（実線）と、その積分値の信号の波形（破線）を示す。図８Ａで示される状態の定数Ｃを駆動信号生成処理に用いた場合、センサ信号の積分値であるＭＥＭＳミラー１０６の振れ角計算値ｙ（ｔ）と駆動信号の波形が相似形になるので、第２演算要素１１６Ｂの処理によりセンサ信号にＤＣオフセットが生じた場合でも所望振れ角にＭＥＭＳミラー１０６を制御し得る駆動信号を出力できる。
【００５８】
センサ信号のＤＣオフセットが変化した場合、定数Ｃの値により、センサ信号の積分値の信号の波形が右肩下がり（図８Ｂ）、または、右肩上がり（図８Ｃ）になる。そこで、本実施形態では、第１演算要素１１６Ａにおいて、駆動信号の所定周期毎に、振れ角計算値を計算するために用いられる定数を設定し、センサ信号のＤＣオフセットに対する補正処理を行う（図７）。
【００５９】
当該補正処理では、第１演算要素１１６Ａにより、駆動信号の所定周期毎に、ＭＥＭＳミラー１０６の駆動時間に対する振れ角計算値ｙ（ｔ）の傾き（傾向）を計算（算出）する。そして、振れ角計算値ｙ（ｔ）を計算するために用いられる定数Ｃを、計算した傾きが零に近づくように設定する。
【００６０】
具体的には、駆動信号の所定周期毎に、ＭＥＭＳミラー１０６の駆動時間に対する振れ角計算値ｙ（ｔ）の複数の極小値を用いて、例えば最小二乗法等を用いて近似した直線を計算する。そして、定数Ｃを、計算した直線の傾きが零に近づくように設定する。
【００６１】
尚、本実施形態において、駆動時間に対する振れ角計算値ｙ（ｔ）の傾きとして、駆動時間に対する振れ角計算値ｙ（ｔ）の複数の極小値を用いて近似した直線の傾きを用いた。これに限定されず、駆動時間に対する振れ角計算値ｙ（ｔ）の複数の極大値を用いて近似した直線の傾き、駆動時間に対する振れ角計算値ｙ（ｔ）の複数の極小値及び極大値を用いて近似した直線の傾き等を用いることができる。
【００６２】
図７に示されるように、第１演算要素１１６Ａで実行されるセンサ信号のＤＣオフセットに対する補正処理では、まず、周期数をカウントするために、カウンタi_cntをインクリメントする（STEP1）。
【００６３】
次に、カウンタi_cntが所定周期数i_const（例えばi_const＝５）未満であるか否か判定する（STEP2）。カウンタi_cntが所定周期数i_const未満である場合（STEP2／Yes）、センサ信号ｖ（ｔ）に定数Ｃを加算した信号の積分値を計算し、計算された積分値をＭＥＭＳミラー１０６の振れ角計算値ｙ（ｔ）に設定する（STEP3）。そして、振れ角計算値ｙ（ｔ）が第２演算要素１１６Ｂに出力される。
【００６４】
一方、カウンタi_cntが所定周期数i_constである場合（STEP2／No）、ＭＥＭＳ１３０の駆動時間ｔに対する振れ角計算値ｙ（ｔ）の周期的に発生する複数の極小値を用いて近似した直線を計算する（STEP4）。
【００６５】
次に、STEP4において計算された直線の傾きの１／２を定数Ｃに設定し（STEP5）、カウンタi_cntを「０」にリセットする（STEP6）。尚、本実施形態において、定数ＣをSTEP4において計算された直線の傾きの１／２に設定したが、これに限定されず、例えば、固定値、計算された直線の傾きに比例した値等を用いてもよい。
【００６６】
そして、センサ信号ｖ（ｔ）にSTEP5で設定された定数Ｃを加算した信号の積分値を計算し、計算された積分値をＭＥＭＳミラー１０６の振れ角計算値ｙ（ｔ）に設定する（STEP3）。そして、振れ角計算値ｙ（ｔ）が第２演算要素１１６Ｂに出力される。
【００６７】
本実施形態の制御装置２０の駆動信号生成処理を、光偏向器１３０に対して行った実験結果を図９に示す。尚、実験には、直径１．２［ｍｍ］、厚さ４５［μｍ］の光偏向器を用いた。図９は、駆動時間（横軸）に対する駆動信号の電圧を規格化した値（縦軸）で表した、６０［Ｈｚ］の鋸歯状波形の駆動信号の波形と、得られたセンサ信号（実測信号）の波形と、その積分値（破線）とを示す。
【００６８】
図９に示されるように、駆動信号の波形変化に対して、センサ信号の積分値の波形が追従し、相似形になっていることがわかる。従って、第２演算要素１１６Ｂの処理によりセンサ信号にＤＣオフセットが生じた場合でも所望振れ角にＭＥＭＳミラー１０６を制御し得る駆動信号を出力できる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…映像投射装置、２０…制御装置、１０６…ＭＥＭＳミラー（ミラー部）、１１２…半導体光源、１１６Ａ…第１演算要素、１１６Ｂ…第２演算要素、１３０…ＭＥＭＳ（光偏向器）、１３４，１３６，１４０，１４２…圧電アクチュエータ、１４４，１４４Ａ，１４４Ｂ，１４６…圧電センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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