(57)【要約】【課題】発明は、光ビームを走査する反射部の走査角度の精度を高めることができる光走査装置を提供する。【解決手段】前記アクチュエータの容量変化によって発生する電流を検出するとともに所定の周波数以上の成分をカットした電流信号を出力する電流検出部と、前記電流信号の極大値と極小値の時間差である取得時間差を取得する時間差取得部と、駆動信号を与える処理部とを有し、取得時間差に基づいて前記駆動信号を調整する光走査装置。【選択図】図４
2017181951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを出射する光源部と、
所定の角度で往復回動して前記光ビームを走査する反射部と、
前記反射部を共振駆動する静電式のアクチュエータと、
前記アクチュエータの容量変化によって発生する電流を検出するとともに所定の周波数以上の成分をカットした電流信号を出力する電流検出部と、
前記電流信号において電流値が上昇から下降に変化する第１点と、下降から上昇に変化する第２点の時間差である取得時間差を取得する時間差取得部と、
前記アクチュエータを駆動する駆動部に駆動信号を与える処理部とを有し、
前記処理部が、前記取得時間差に基づいて前記駆動信号を制御する光走査装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記反射部が正常駆動されているときの前記電流信号の前記２個の特徴点の時間差である基準時間差を記憶しており、前記駆動信号を制御して、前記取得時間差を前記基準時間差とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記時間差取得部が、一定の蓄積期間に取得した複数個の取得時間差を平均した時間差に基づいて前記駆動信号を制御する請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記基準時間差との差が予め決めた値よりも大きい取得時間差を取得したときには、前記アクチュエータの駆動を制限する制御信号を前記駆動部に与える請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記処理部は、電流信号の２個の特徴点の時間差と反射部の回動角度との相関関係を示す相関データを記憶しているとともに、前記相関データに基づいて前記取得時間差を前記反射部の回動角度に変換して、前記回動角度に基づいて前記駆動信号を制御する請求項１に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記処理部は、前記反射部が正常駆動されているときの前記反射部の角度である目標回動角度を記憶しており、前記駆動信号を制御して前記回動角度を前記目標回動角度にする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記処理部は、前記目標回転角度との差が予め決めた値よりも大きい回動角度を取得したときには、前記駆動信号を制御して、前記反射部の回動角度を小さくする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記処理部が、一定の蓄積期間の間に変換された複数個の回動角度を平均した角度に基づいて前記駆動信号を制御する請求項５から請求項７のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項９】
前記処理部は、前記駆動信号の振幅、周波数又はパルス幅の少なくとも一つを制御する請求項１から請求項８のいずれか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、対象領域を光ビームで走査する光走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン等の対象領域に映像を投影する投影装置として、光ビームで前記スクリーンを走査して、映像を投影するものがある。この手の投影装置では、光源部からの光ビームを反射するミラーを直交する２軸のそれぞれの周りを往復回動（揺動）させて、光ビームでスクリーンを２次元走査（ラスタスキャン）する光走査装置を備えている。ラスタスキャンでは、光ビームを走査線を描画する主走査方向に走査する主アクチュエータと主走査方向と交差する副走査方向に走査する副アクチュエータとを有している。一般的に、前記主走査方向の走査は、前記副走査方向の走査に比べて高周波数であるため、少なくとも、前記主アクチュエータは、高速での駆動が容易な共振駆動が可能な構成を有している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の偏向装置は、反射鏡を静電気力で振動させるものであり、反射鏡を含むシステムの共振振動数又は共振振動数に近い周波数で反射鏡を振動（共振振動）させる。前記偏向装置は、前記反射鏡を振動させる駆動部と、前記駆動部に駆動信号を与える制御装置を備えており、前記制御装置は、前記反射鏡が共振振動できるような駆動信号を駆動部に送信している。
【０００４】
前記偏向装置の前記反射鏡を含むシステムの共振振動数は、温度等の外的要因によって変動することが知られている。そのため、共振振動数が変動すると、前記制御装置からの駆動信号では、前記反射鏡を共振振動させることができなくなり、正確な光の偏向（光走査）ができなくなる。そこで、特許文献１に記載の偏向装置では、システムの振動を取得するためのセンサを偏向装置に配置し、センサで反射鏡の振動を検出する。そして、その振動のゼロ交差（ゼロクロス）点を検出することで、振動の位相を検出する。検出した位相に基づいて、共振振動するように駆動信号を補正している。
【０００５】
なお、反射鏡の振動を検出するセンサとしては、光学的、ピエゾ抵抗的、圧電的又は容量的なセンサが用いられる。そして、容量的なセンサとしては、駆動に用いる櫛歯電極を用いることが挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１３−５１３８２８号公報（段落００４１〜００４４、００５５、図１〜図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の構成は、前記反射鏡の振動のゼロクロスポイントから位相を検出しているが、温度、湿度及び空気抵抗等による反射鏡の振動（回動）角度の変化を検出することは困難であり、角度のばらつきを補正することはさらに困難である。
【０００８】
また、検出した振動の振幅と前記反射鏡の回動角度とは、ある程度対応している。このことを利用して、振動の振幅値に基づいて反射鏡の角度を調整することは可能である。しかしながら、検出した振動を処理する場合、電流或いは電圧の信号として取得するとともに、増幅する処理が施される。このような、処理を行う回路を構成する素子は熱の影響を受けやすく、信号の振幅が反射鏡の回動角度（走査角度）とが正確に対応しない場合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、光ビームを走査する反射部の走査角度の精度を高めることができる光走査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本発明は、光ビームを出射する光源部と、所定の角度で往復回動して前記光ビームを走査する反射部と、前記反射部を共振駆動する静電式のアクチュエータと、前記アクチュエータの容量変化によって発生する電流を検出するとともに所定の周波数以上の成分をカットした電流信号を出力する電流検出部と、前記電流信号において電流値が上昇から下降に変化する第１点と、下降から上昇に変化する第２点の時間差である取得時間差を取得する時間差取得部と、前記アクチュエータを駆動する駆動部に駆動信号を与える処理部とを有し、前記処理部が、前記取得時間差に基づいて前記駆動信号を制御する光走査装置を提供する。
【００１１】
この構成によると、光センサや静電センサ等の追加センサを用いることなく、前記反射部の回動範囲を正確に調整することが可能である。これにより、光走査装置の構成を簡単にできる。また、前記アクチュエータで発生した電流信号の予め決められた特徴を有する２個の特徴点の時間差は、検出部の回路の影響を受けることなく、反射部の回動角度と対応した値である。そのため、この時間差を用いることで、反射部の回動の精度、すなわち、光ビームの走査の精度を高めることが可能である。
【００１２】
上記構成において前記反射部が正常駆動されているときの前記電流信号の前記２個の特徴点の時間差である基準時間差を記憶しており、前記駆動信号を制御して、前記取得時間差を前記基準時間差とする。このように構成することで、予め記憶しておく情報が時間差の情報だけでよく、記憶量を低減することが可能である。また、前記反射部の走査状態を制御する場合でも時間差の比較で行えるため処理が少なくて済み、迅速な制御が可能である。
【００１３】
上記構成において、前記時間差取得部が、一定の蓄積期間に取得した複数個の取得時間差を平均した時間差に基づいて前記駆動信号を制御する。このように構成することで、恒常的に発生する回動角度の変化を制御するので、安定した光走査が可能である。
【００１４】
上記構成において、前記処理部は、前記基準時間差との差が予め決めた値よりも大きい取得時間差を取得したときには、前記アクチュエータの駆動を制限する制御信号を前記駆動部に与える。この構成によると、突発的な変化であっても、装置の故障や人体に悪影響を及ぼす可能性がある変化の場合、すぐにアクチュエータの駆動を制限することで、安全性を高めている。
【００１５】
上記構成において、前記処理部は、電流信号の２個の特徴点の時間差と反射部の回動角度との相関関係を示す相関データを記憶しているとともに、前記相関データに基づいて前記取得時間差を前記反射部の回動角度に変換して、前記回動角度に基づいて前記駆動信号を制御する。
【００１６】
上記構成において、前記処理部は、前記反射部が正常駆動されているときの前記反射部の角度である目標回動角度を記憶しており、前記駆動信号を制御して前記回動角度を前記目標回動角度にする。
【００１７】
上記構成において、前記処理部が、一定の蓄積期間の間に変換された複数個の回動角度を平均した角度に基づいて前記駆動信号を制御する。
【００１８】
上記構成において、前記処理部は、前記目標回転角度との差が予め決めた値よりも大きい回動角度を取得したときには、前記駆動信号を制御して、前記反射部の回動角度を小さくする。
【００１９】
上記構成において、前記処理部は、前記駆動信号の振幅、周波数又はパルス幅の少なくとも一つを制御する。
【００２０】
上記構成において、前記電流検出部は、所定の周波数以上の成分をカットした電流信号を出力し、前記時間差取得部は、前記２個の特徴点を前記電流信号の極大値および極小値とし、前記時間差取得部は、前記電流信号の極大値と極小値との時間差を取得時間差として取得する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、光ビームを走査するミラーの走査角度を精度よく補正することができる光走査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかる光走査装置を用いた画像表示装置の概略図である。
【図２】本発明にかかる光走査装置に用いられる光走査素子の平面図である。
【図３】主走査及び副走査を模式的に示す図である。
【図４】本発明にかかる光走査装置のブロック図である。
【図５Ａ】図２に示す主アクチュエータを含む第２弾性支持部及び可動枠の概略構造を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す第２弾性支持部の回動状態を示す断面図である。
【図５Ｃ】第２弾性支持部の回動状態のうち一方の最大回動角度まで回動した状態を示す断面図である。
【図５Ｄ】第２弾性支持部の図５Ｄと逆の最大回動角度まで回動した状態を示す断面図である。
【図６】ロータの回転角度とコンデンサの静電容量の関係を示す図である。
【図７】主アクチュエータの電気的な接続を示す回路図である。
【図８】主アクチュエータに供給される駆動電圧、ロータの回動角度及びコンデンサの静電容量の変化を示すタイミングチャートである。
【図９】可動側電極で発生する電流を示す図である。
【図１０】図６と同じ周期で回動角度が１／３となったときのコンデンサの容量の変化を示すグラフである。
【図１１】図１０に示すコンデンサの容量の変化が生じたときに発生する電流を示す図である。
【図１２】図９に示す電流波形と図１１に示す電流波形とを重ね合せて示した図である。
【図１３】本発明にかかる光走査装置に用いられる電流検出部の一例の回路図である。
【図１４】本発明にかかる光走査装置の他の例のブロック図である。
【図１５】本発明にかかる光走査装置の他の例のブロック図である。
【図１６】光走査装置の動作を示すフローチャートである。
【図１７】光走査装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明にかかる実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は本発明にかかる光走査装置を用いた画像表示装置の概略図である。図１に示す画像表示装置Ｐｊは、被投影面であるスクリーンＳｃを光ビームのビームスポットＳｐｔで走査し、映像（静止画、動画）を表示する、いわゆる、プロジェクタ装置である。図１に示すように、光走査装置Ａは光ビームのビームスポットＳｐｔをスクリーンＳｃの横方向（主走査方向とする）に移動させつつ、１ラインごとに縦方向（副走査方向とする）に移動させることで、スクリーンＳｃを走査（ラスタスキャン）する。光走査装置Ａは、光源部１００と、光スキャナ部２００とを備えている。
【００２５】
光源部１００は、光源１１と、レンズ１２と、ビームスプリッタ１３と、モニタ用受光素子１４とを含む。光源１１は予め決められた波長の光を出射できるものであり、例えば、半導体発光素子を挙げることができる。また、放電を用いるもの等であってもよい。光源としては安定した光を出射することができるものを広く採用することができる。なお、本実施形態では、レーザ光を発光するレーザ発光素子（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を採用している。なお、画像表示装置Ｐｊがカラー映像を表示する装置である場合、光源１１は、Ｒ（赤）の光、Ｇ（緑）の光、Ｂ（青）の光を混合した光を出射することができる構成となっている。
【００２６】
光源１１は点光源であり出射された光は発散光である。そのため、光源部１００は、光源１１から出射された光をレンズ１２に透過させて平行光又は略平行光に変換して、光ビーム化している。なお、レンズ１２は、ここでは、コリメータレンズであるが、これに限定されず、発散光を平行光に変換する光学素子を広く採用することができる。
【００２７】
レンズ１２から出射された光ビームは、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３は光ビームに最適化されたものであり、入射した光ビームのうち一部を反射して、残りを透過させる。ビームスプリッタ１３で反射された光ビームは、モニタ用受光部１４に入射する。モニタ用受光部１４は入射した光ビームに基づいて、光ビームの強度を示すモニタ信号を出力する。モニタ信号は、後述する制御部３１の光源制御部３１１に受け渡される。
【００２８】
ビームスプリッタ１３を透過した光ビームは、光走査部２００に入射する。光走査部２００は、光ビームを反射しつつ走査する後述の光走査素子２０を備えている。光走査素子の詳細について図面を参照して説明する。図２は本発明にかかる光走査装置に用いられる光走査素子の平面図である。図２に示すように、光走査素子２０は、ミラー２１と、固定枠２２と、可動枠２３と、第１弾性支持部２４と、第２弾性支持部２５と、主アクチュエータ２６と、副駆動部２７とを備えている。なお、光走査素子２０の形状の説明では、光走査素子２０が停止した状態、すなわち、図２に示している状態を基準として説明する。
【００２９】
光走査素子２０は、ミラー２１で光ビームを反射しつつ、ミラー２１を、直交する軸Ｃ１及び軸Ｃ２周りに所定角度、往復回動する。なお、軸Ｃ１周りにミラー２１を回動することで光ビームを主走査方向に走査するものであり、以下の説明では、軸Ｃ１を主走査軸Ｃ１として説明する。同様に、軸Ｃ２は軸Ｃ１と直交する軸であり、軸Ｃ２周りにミラー２１を回動することで光ビームを副走査方向に走査するので、以下の説明では、軸Ｃ２を副走査軸Ｃ２として説明する。
【００３０】
図２に示すように、固定枠２２は、主走査軸Ｃ１に沿う長辺を有する長方形の板状部材であり、中央に長方形状に貫通した窓部２２０を備えている。窓部２２０は、中心が主走査軸Ｃ１と副走査軸Ｃ２とが交差する点に重なるように設けられている。そして、窓部２２０の内側に、可動枠２３が配置される。可動枠２３は、中心が窓部２２０の中心と重なるように設けられている。
【００３１】
そして、可動枠２３の短手方向（副走査軸Ｃ２方向）の端部の中央部と、窓部２２０の対向する部分の中央部とが副走査軸Ｃ２方向に延びる第１弾性支持部２４で連結されている。第１弾性支持部２４は、可動枠２３の２つの長辺それぞれの中央部に対をなすように設けられている。つまり、可動枠２３は、長辺の中央部分を第１弾性支持部２４を介して、固定枠２２に連結されている。第１弾性支持部２４は、棒状の部材であり、副走査軸Ｃ２周りに弾性的にねじれる。すなわち、可動枠２３は、固定部２２に対して副走査軸Ｃ２周りに回動可能に支持されている。
【００３２】
また、可動枠２３は主走査軸Ｃ１に沿う方向の両端が窓部２２０の短辺をなす部分と対向している。この可動枠２３と窓部２２０の主走査軸Ｃ１方向に対向する部分に、可動枠２３に副走査軸Ｃ２周りに回動するための力を付与する副アクチュエータ２７が設けられている。副アクチュエータ２７は、副走査軸Ｃ２を挟んで対をなすように設けられている。
【００３３】
副アクチュエータ２７は、固定枠２２の窓部２２０の内周部より主走査軸Ｃ１と平行に内側に突出した複数個の固定側電極２７１と、可動枠２３の主走査軸Ｃ１方向の端部より外側に突出した複数個の可動側電極２７２とを備えている。
【００３４】
複数個の固定側電極２７１及び複数個の可動側電極２７２は、それぞれの先端が自由端になっているとともに、副走査軸Ｃ２方向に等間隔に配列されている。そして、固定側電極２７１と可動側電極２７２とが副走査軸Ｃ２方向に交互に並ぶように配置される。副駆動部２７は非共振型の静電アクチュエータであり、固定側電極２７１と可動側電極２７２の間の電圧（電位差）で、固定側電極２７１と可動側電極２７２の間に引力を発生させている。一対の副アクチュエータ２７のそれぞれで上述の引力を交互に発生させて、可動枠２３に副走査軸Ｃ２周りに回動する駆動力を付与する。
【００３５】
可動枠２３は長方形の板状部材であり、中央に貫通したスリット２３０を備えている。スリット２３０は、短手方向（ここでは、副走査軸Ｃ２方向）の中央に設けられており、長手方向（ここでは、主走査軸Ｃ１方向）に延びている。そして、スリット２３０の内側には、ミラー２１が配置される。ミラー２１は円板形状を有しており、スリット２３０の中央部分の内周面は、ミラー２１の形状に合わせて円弧状に形成されている。可動枠２３とミラー２１とは中心が一致するように配置される。そして、ミラー２１は主走査軸Ｃ１方向の両端部から、主走査軸Ｃ１方向に延びる第２弾性支持部２５を介して可動枠２３と連結されている。
【００３６】
第２弾性支持部２５は、棒状の部材であり、主走査軸Ｃ１周りに弾性的にねじれる。このことから、ミラー２１は、可動枠２３に対して主走査軸Ｃ１周りに回動可能に支持されている。ミラー２１の表面は、光源部１００から出射された光ビームを反射することができるように鏡面となっている。ミラー２１の鏡面としては、例えば、反射率が高い金属の薄膜を形成するものであってもよいし、ミラー２１の反射率が高い場合、表面の凹凸を小さくする鏡面仕上げとしてもよい。
【００３７】
そして、第２弾性支持部２５と可動枠２３との間には、第２弾性支持部２５に駆動力を付与する主アクチュエータ２６が設けられている。主アクチュエータ２６は、可動枠２３のスリット部２３０の副走査軸Ｃ２方向の両方の内周面から内側に向けて突出した複数個の固定側電極２６１と、第２弾性支持部２５の副走査軸Ｃ２方向の両側部から突出した複数個の可動側電極２６２とを備えている。
【００３８】
複数個の固定側電極２６１は主走査軸Ｃ１に沿う方向に、等間隔に配列されている。また、複数個の可動側電極２６２も主走査軸Ｃ１に沿う方向に、等間隔に配列されている。そして、固定側電極２６１と可動側電極２６２のそれぞれ対向して配置されているもの同士は、主走査軸Ｃ１方向に隣合うように交互に配置される。
【００３９】
主アクチュエータ２６は、固定側電極２６１と可動側電極２６２との間に電圧を印加することで固定側電極２６１と可動側電極２６２との間に引力を発生させ、その引力で第２弾性支持部２５がねじられる。これにより、第２弾性支持部２５に支持されているミラー２１が主走査軸Ｃ１周りに回動される。
【００４０】
主アクチュエータ２６の固定側電極２６１と可動側電極２６２との間に発生する力は弱く、ミラー２１の回動角度が小さい。すなわち、直流的な電圧を印加することでは、ミラー２１を十分な角度で回動させることが困難である。そこで、ミラー２１、第２弾性支持部２５、主アクチュエータ２６の形状、重量等によって決まる共振周波数に基づいて共振振動が発生するように、パルス波形やサイン波形の電圧を印加する。このように共振周波数に合わせて電圧を印加によって発振現象を発生させて、ミラー２１を大きく回動する。このように、共振振動を利用して、ミラー２１を回動させるため、主アクチュエータ２６は、共振型の静電アクチュエータである。
【００４１】
光走査素子２０は、固定枠２２、第１弾性支持部２４、可動枠２３、第２弾性支持部２５及びミラー２１は、一体で形成される。そして、光走査素子２０自体は、小型軽量な素子であり、微細加工技術を利用した、いわゆるＭＥＭＳデバイスである。また、光走査素子２０の表面には、配線パターン２８が形成されており、固定枠２２の四隅及び各辺の中央部分には、端子Ｓ１〜Ｓ８が設けられている。配線パターン２８、端子Ｓ１〜Ｓ８は、例えば、銅、アルミニウム等の導電率が高い金属薄膜で形成されたプリント配線を挙げることができるが、これに限定されない。端子Ｓ１〜Ｓ８は、後述するドライバ２９が接続され、端子Ｓ１〜Ｓ８を介して、主アクチュエータ２６、副アクチュエータ２７を駆動するための駆動電圧を供給するようになっている。
【００４２】
図２に示すように、固定枠２２の両短辺の中央部分には、端子Ｓ１、Ｓ２が設けられている。端子Ｓ１、Ｓ２は副アクチュエータ２７の固定側電極２７１と配線パターン２８を介して接続されている。固定枠２２の右側の角部には、端子Ｓ３、Ｓ４が設けられている。端子Ｓ３、Ｓ４は副アクチュエータ２７の可動側電極２７２と配線パターン２８を介して接続されている。また、固定枠２２の両長辺の中央部分には、端子Ｓ５、Ｓ６が設けられている。端子Ｓ５、Ｓ６は主アクチュエータ２６の固定側電極２６１と配線パターン２８を介して接続されている。そして、固定枠２２の左側の角部には、端子Ｓ７、Ｓ８が設けられている。端子Ｓ７、Ｓ８は主アクチュエータ２６の可動側電極２６２と配線パターン２８を介して接続されている。
【００４３】
光走査素子２０は以上に示したような構成を有している。光走査部２００では、固定枠２２は装置のフレーム等のようにスクリーンに対して移動しない部材に固定されており、副アクチュエータ２７が可動枠２３を固定枠２２に対して、副走査軸Ｃ２周りに回動する。また、主アクチュエータ２６がミラー２１を可動枠２３に対して主走査軸Ｃ１周りに回動する。このような走査を行うことで、光走査素子２０はミラー２１を主走査軸Ｃ１及び副走査軸Ｃ２周りに回動させる。
【００４４】
光走査装置Ａを用いてスクリーンに映像を表示する場合について説明する。図３は主走査及び副走査を模式的に示す図である。光走査部２００は光走査素子２０を上述のように駆動させた状態で、タイミングを合わせた光ビームをミラー２１で反射することで、スクリーンＳｃに映像を表示する。
【００４５】
光走査素子２０は、上段から下段に（あるいは逆に）１段ずつ描画を行い（走査し）、最下段に到達すると、最上段に戻る。すなわち、主走査方向の走査線でスクリーンを埋める２次元走査（ラスタスキャン）を行う。光走査素子２０では、光ビームのビームスポットＳｐｔの横方向の動きを主アクチュエータ２６による主走査によって行っており、上下方向の走査線の移動を副アクチュエータ２７による副走査で行っている。スクリーン等に映像を表示する場合、１秒間に複数枚の映像を表示しており、１回の映像の描画にかかる期間が１フレームである。
【００４６】
光走査素子２０において、副アクチュエータ２７は１フレームで光ビームのビームスポットＳｐｔ（可動枠２３或いはミラー２１）を１回往復動させる。一方、主アクチュエータ２６は１フレームでスクリーンに表示する走査線の数に比例した回数、光ビームのビームスポットＳｐｔ（ミラー２１）を往復動させる。そのため、光走査素子２０では、主走査に比べて副走査はゆっくり行われる。なお、光走査素子２０の主走査軸周りの回動の周波数と副走査軸周りの回動の周波数として、たとえば、主走査方向の周波数が２４ｋＨｚ、副走査方向の周波数が３０Ｈｚ等を挙げることができる。
【００４７】
次に、光源部１００及び光走査部２００を備えた光走査装置Ａの電気的な接続について図面を参照して説明する。図４は本発明にかかる光走査装置のブロック図である。
【００４８】
光走査装置Ａは、上述した光源部１００、光走査部２００に加えて、処理部３００及び記憶部４００を備えている。なお、図４に示すように、光源部１００には、上述の構成に加えて、光源１１に駆動電圧を与えるドライバ１５を備えている。また、光走査部２００には、主アクチュエータ２６及び副アクチュエータ２７に駆動電圧を付与するドライバ２９が設けられている。なお、駆動電圧は処理部３００からの駆動信号に基づいて生成される。
【００４９】
処理部３００は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算処理回路を含む構成であり、図４に示すように、同期部３０、制御部３１、共振振動検出部３２、走査角度検出部３３、振動補正部３４、外部接続部３５、電流検出部３６及び角度補正部３７を備えている。
【００５０】
処理部３００は、光走査装置Ａの各種処理を行う。各種処理には、外部機器からの映像データに基づいて、光源部１００及び光走査部２００を駆動するための出光制御信号及び光走査制御情報を生成する処理も含まれる。そのため、処理部３００は、外部接続部３５を介してＰＣ、ＤＶＤ、ＢＤ等の外部機器と接続される。なお、外部接続部３５はこれに限定されるものではない。例えば、アンテナを接続して放送波を受信し、放送波から映像データを抽出することができる構成であってもよい。処理部３００の各部は、同期部３０からの同期信号に基づいて動作している。同期信号は各部の動作を同期させるための信号を出力する発振回路を備えており、描画期間と帰線期間とを決定するフレーム同期信号を出力している。なお、フレーム同期信号以外の同期信号を出力していてもよい。
【００５１】
記憶部４００は、呼び出し可能なＲＯＭや読書き可能なＲＡＭ等を備えている。記憶部４００は光走査装置Ａでの処理に必要なデータ、テーブル、パラメータ等の情報を備えるものである。また、処理部３００で処理したデータを記憶するものである。処理部３００は記憶部４００に随時アクセスすることができるようになっている。なお、図４に示す光走査装置Ａでは、処理部３００の内側に形成されているが、外側に形成されていてもよい。
【００５２】
制御部３１は、光源部１００からの光ビームの出射制御及び光走査部２００による光ビームの走査速度、走査角度範囲（走査範囲)等の走査を制御する制御部である。走査光源制御部３１は、光源制御部３１１と、走査制御部３１２とを備えている。
【００５３】
光源制御部３１１は、光源部１００の駆動を制御する制御回路である。光源制御部３１１はモニタ用受光部１４からモニタ信号を受信している。光源制御部３１１は映像情報に基づいて光ビームの出光を決める出光制御信号を生成する。また、光源制御部３１１は必要に応じてモニタ信号に基づいて出光制御信号を補正する。光源制御部３１１は、出光制御信号をドライバ１５に送信している。ドライバ１５は出光制御信号に基づいて生成された駆動電圧を光源１１に送信する。光源１１は、駆動電圧に基づいて光を出光する。
【００５４】
走査制御部３１２は、光走査素子２０の駆動を制御する制御回路である。走査制御部３１２は映像情報に基づいて、光走査素子２０を駆動する駆動信号を生成する。また、走査制御部３１２は、振動補正部３４及び角度補正部３７から補正パラメータを受け取っており、必要に応じて補正パラメータに基づいて駆動信号を補正する。そして、駆動信号をドライバ２９に送信する。ドライバ２９は駆動信号に基づいて、駆動電圧を生成し、主アクチュエータ２６及び副アクチュエータ２７に送信する。主アクチュエータ２６及び副アクチュエータ２７は駆動電圧に基づいてミラー２１及び可動枠２３をそれぞれ回動させる。
【００５５】
電流検出部３６は主アクチュエータ２６で発生する電流を検出する検出部である。本発明にかかる光走査装置Ａでは、主アクチュエータ２６の容量変化による電流を検出している。電流検出部３６は、検出した電流の情報を電流信号として、共振振動検出部３２と走査角度検出部３３とに送信している。なお、電流検出部３６の詳細については、後述する。
【００５６】
上述したとおり、光走査素子２０において、ミラー２１の主走査方向の回動は、共振で行われている。そして、共振周波数は温度によって変化することが知られている。そのため、共振振動検出部３２は、電流検出部３６からの電流信号に基づいて、光走査素子２０のミラー２１の共振周波数を検出する。そして、検出した共振周波数は振動補正部３４に送信される。なお、電流信号はミラー２１の回動に基づいて生成されるものであり、電流信号から共振周波数の検出は従来知られた方法であり、詳細は省略する。
【００５７】
振動補正部３４は、共振振動検出部３２からの共振周波数に基づいて、ミラー２１が正確に共振周波数で回動可能なように、駆動信号を補正するための周波数補正パラメータを生成し、周波数補正パラメータを制御部３１に送信する。なお、振動補正部３４は、補正が必要なとき（例えば、現在の共振周波数と検出した共振周波数の差／比が一定以上になったとき）に周波数補正パラメータを生成／送信する。
【００５８】
電流検出部３６は、検出した電流信号を、走査角度検出部３３にも受け渡している。走査角度検出部３３は、電流信号に基づいて、ミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）を検出する。走査角度検出部３３は走査角度範囲（回動範囲）を角度情報として角度補正部３７に送信する。角度補正部３７は取得した角度情報に基づいて角度補正パラメータを制御部３１に送信する。なお、角度補正部３７は、補正が必要なとき（例えば、現在のミラー２１の回動角度と基準の回動角度の差が一定以上になったとき）に角度補正パラメータを生成／送信する。
【００５９】
次に、ミラーの回動角度（走査角度）の検出方法について新たな図面を参照して説明する。まず、ミラーの回動について説明する。図５Ａは図２に示す主アクチュエータを含む第２弾性支持部及び可動枠の概略構造を示す断面図である。図５Ｂは、図５Ａに示す第２弾性支持部の回動状態を示す断面図である。図５Ｃは、第２弾性支持部の回動状態のうち一方の最大回動角度まで回動した状態を示す断面図である。図５Ｄは、第２弾性支持部の図５Ｄと逆の最大回動角度まで回動した状態を示す断面図である。
【００６０】
ミラー２１、第２弾性支持部２５及び可動側電極２６２は可動枠２３に対して往復回動するものであり、これらをまとめてロータ２６０とする。ロータ２６０が可動枠２３に対して主走査軸Ｃ１回りに往復回動する。そして、可動枠２３は副走査軸Ｃ２回りに回動するが、可動枠２３の副走査軸Ｃ２回りの回動はロータ２６０の主走査軸Ｃ１回りの回動に直接影響を及ぼさない。そのため、ロータ２６０の回動の説明では、可動枠２３は静止している部分（ステータ）として説明する。
【００６１】
図５Ａは主アクチュエータ２６に駆動電力が印加されていないときの、ロータ２６０の状態を示している。なお、以下の説明では、図５Ａに示すロータ２６０の位置を回動角度０°とし、このときの、ロータ２６０の位置をニュートラル位置（位置Ｐ０）とする。また、ロータ２６０の主走査軸Ｃ１を中心として時計回り方向を正方向（＋方向）とし、反時計回り方向を負方向（−方向）とする。
【００６２】
可動枠２３は、第１ステータ２３１と、第２ステータ２３２とを備えている。第１ステータ２３１は、第２弾性支持部２５を挟んで対称に設けられる。また、第２ステータ２３２も、第２弾性支持部２５を挟んで対称に設けられる。そして、第１ステータ２３１と第２ステータ２３２とは、厚み方向にずれて配置されている。図５Ａにおいて、第１ステータ２３１が第２ステータ２３２よりも上にずれて設けられている。
【００６３】
そして、主アクチュエータ２６において、固定側電極２６１と可動側電極２６２とが主走査軸Ｃ１方向に対向するように配置されており、コンデンサＣｐを構成している。主アクチュエータ２６では、第１ステータ２３１に設けられている固定側電極２６１と第２ステータ２３２に設けられている固定側電極２６１とが電気的に接続されている。また、複数本の可動側電極２６２もそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、主アクチュエータ２６では、複数本の固定側電極２６１を一まとまりの電極とし、複数本の可動側電極２６２を一まとまりの電極としてコンデンサＣｐを構成している。
【００６４】
図５Ａに示すように、第１ステータ２３１と第２ステータ２３２は、ニュートラル位置Ｐ０のロータ２６０からみて、主走査軸Ｃ１回りに正方向に回転した位置に配置されている。すなわち、固定側電極２６１が可動側電極２６２に対して、主走査軸Ｃ１回りに正方向に回転した位置にずれている。そして、ロータ２６０が、ニュートラル位置Ｐ０のときに固定側電極２６１と可動側電極２６２との間に電圧を印加すると、固定側電極２６１と可動側電極２６２の間に引力が発生する。この引力によって、ロータ２６０は主走査軸Ｃ１回りに、正方向に回動する。
【００６５】
ロータ２６０が回動すると、固定側電極２６１と可動側電極２６２の主走査軸Ｃ１方向に対面する（重なる）面積が変化する。一般的なコンデンサでは、対向する電極の面積が変化すると、その静電容量が変化する。すなわち、主アクチュエータ２６において、コンデンサＣｐは可変容量のコンデンサである。
【００６６】
ロータ２６０がニュートラル状態から、主走査軸Ｃ１回りに正方向に回動すると、固定側電極２６１と可動側電極２６２の主走査軸Ｃ１方向に重なる面積が大きくなる。そして、図５Ｂに示す位置に、ロータ２６０が回動したときに、固定側電極２６１と可動側電極２６２の主走査軸Ｃ１方向に重なる面積が最大となる。つまり、主アクチュエータ２６では、ロータ２６０が図５Ｂに示す位置にあるときに、コンデンサＣｐの静電容量が最大となる。なお、図５Ｂに示すロータ２６０の位置を、容量ピーク位置Ｐ１とする。
【００６７】
固定側電極２６１と可動側電極２６２との引力でロータ２６０が、ニュートラル位置Ｐ０から主走査軸Ｃ１回り、正方向に回動しているとき、第２弾性支持部２５は弾性的にねじられる。このとき、第２弾性支持部２５には、弾性変形によるエネルギ、すなわち、弾性エネルギが蓄えられる。そして、ロータ２６０が容量ピーク位置Ｐ１に到達したとき又は到達する直前に、固定側電極２６１と可動側電極２６２との間の電圧を取り除くと、ロータ２６０固定側電極２６１と可動側電極２６２との引力が作用しなくなる。しかしながら、ロータ２６０には、慣性力が作用しており、主走査軸回り、正方向に回動する。一方で、第２弾性支持部２５はねじられているので、ロータ２６０には、反対方向（主走査軸Ｃ１回りの負方向）に弾性力が作用する。
【００６８】
ロータ２６０は、慣性力による運動エネルギと第２弾性支持部２５に蓄えられる弾性エネルギとが釣り合ったときに、回動を停止する。その後、第２弾性支持部２５が蓄えられた弾性エネルギを開放することで、ロータ２６０は、反対方向、すなわち、主走査軸回り、負方向に回動する。
【００６９】
このように、主アクチュエータ２６は、固定側電極２６１と可動側電極２６２に電圧を印加することで発生する引力と、第２弾性支持部２５がねじられた状態から戻るときの弾性力とでロータ２６０を主走査軸Ｃ１回りに往復回動させる。そして、詳細は後述するが、主アクチュエータ２６は、ロータ２６０の共振周波数に合せて、固定側電極２６１と可動側電極２６２との間に引力を発生させることで、ロータ２６０を往復回動させる、共振駆動を行っている。
【００７０】
なお、以下の説明では、ロータ２６０が、回動角度（−θ）から回動角度（＋θ）まで回動するものとして説明する。上述のとおり、固定側電極２６１と可動側電極２６２の間の引力が無くなっても、ロータ２６０は、慣性力で回動を続ける。つまり、ニュートラル位置Ｐ０から容量ピーク位置Ｐ１まで固定側電極２６１と可動側電極２６２との間に引力を発生させた後、引力を取り除いても、その後、ロータ２６０は、正方向に＋θ（図５Ｃ参照）まで回動する。なお、このロータ２６０の回動角度（＋θ）の位置を正限界位置Ｐ２とする。図５Ｃに示すように、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２にあるとき、固定側電極２６１と可動側電極２６２との主走査軸Ｃ１方向に重なる面積は略０である。つまり、コンデンサＣｐの静電容量はロータ２６０の正方向の回動において最小となる。
【００７１】
ロータ２６０が正限界位置Ｐ２にあるとき、ロータ２６０には、固定側電極２６１と可動側電極２６２の間の引力は作用しておらず、第２弾性支持部２５がねじれた状態から元の状態に戻ろうとする弾性力が作用している。ロータ２６０は、第２弾性支持部２５が元に戻るときの弾性力で、反対方向（負方向）に回動される。
【００７２】
反対方向（負方向）の回動は、第２弾性支持部２５の弾性エネルギによるものである。そして、ロータ２６０がニュートラル位置Ｐ０を通過するときに、第２弾性支持部２５が元の状態に戻るため、ねじれることで蓄えられた弾性エネルギがすべてロータ２６０の運動エネルギに変換される。すなわち、ニュートラル位置Ｐ０を通過するときに、ロータ２６０はもっとも速度が速くなる。そして、第２弾性支持部２５は負方向にねじられて、ロータ２６０の運動エネルギが弾性エネルギに変換される。
【００７３】
ロータ２６０の運動エネルギは、第２弾性支持部２５を正方向に＋θまでねじったときに蓄えられた弾性エネルギであり、摩擦、空気抵抗等を無視した場合、エネルギは保存されるため、ロータ２６０が負方向に−θ（図５Ｄ参照）になるまで、第２弾性支持部２５はねじられる。なお、このロータ２６０の回動角度（−θ）の位置を負限界位置Ｐ３とする。図５Ｄに示すように、ロータ２６０が負限界位置Ｐ３にあるとき、固定側電極２６１と可動側電極２６２との主走査軸Ｃ１方向に重なる面積は略０である。つまり、コンデンサＣｐの静電容量はロータ２６０の負方向の回動において最小となる。
【００７４】
つまり、光走査素子２０では、ロータ２６０を共振駆動しており、ロータ２６０、すなわち、ミラー２１は、正限界位置Ｐ２（回動角度が＋θ）〜負限界位置Ｐ３（回動角度が−θ）の範囲で往復回動する。なお、角度θは、固定側電極２６１と可動側電極２６２に印加する駆動電圧の大きさや印加する長さ等によって調整することが可能である。
【００７５】
上述したように、光走査素子２０において、ミラー２１は、主アクチュエータ２６によって、一定の角度範囲及び一定の周期で往復回動（揺動）する。以下に、ロータ２６０の回転角度とコンデンサの静電容量について説明する。
【００７６】
図６はロータの回転角度とコンデンサの静電容量の関係を示す図である。図６において縦軸がコンデンサＣｐの静電容量を示し、横軸は時間である。すなわち、図６は、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２から負限界位置Ｐ３に回動するときのコンデンサＣｐの静電容量と時間との関係を示している。なお、図６は、ロータが共振駆動されている状態の任意の一往復における、負限界位置Ｐ３から正限界位置Ｐ２に移動するときの静電容量を示している。コンデンサＣｐの容量は、時間とともに図６に示すように変化する。そして、ロータ２６０は主走査軸Ｃ１回りに所定の周期で往復回動するため、図６の横軸は、ロータの位置と置き換えることができる。
【００７７】
ロータ２６０が負限界位置Ｐ３のとき、固定側電極２６１と可動側電極２６２と主走査軸Ｃ１方向に重なる面積が負限界位置Ｐ３から容量ピーク位置Ｐ１の間で最小でである。このとき、コンデンサＣｐの静電容量は最小Ｃｍｉｎ（略０）であり、図６中左端に示している。ロータ２６０は、負限界位置Ｐ３では、停止する。
【００７８】
ロータ２６０が、上述のように、固定側電極２６１と可動側電極２６２との間の引力と第２弾性支持部２５の弾性力とで回動した場合、ロータ２６０は、正方向に回動するときに、速度が徐々に増加し、容量ピーク位置Ｐ１で最大となる。つまり、固定側電極２６１と可動側電極２６２との主走査軸Ｃ１方向に重なる面積が、容量ピーク位置Ｐ１に向かって、急激に増加する。このことから、図６に示すように、コンデンサＣｐの静電容量は、ロータ２６０の位置が、負限界位置Ｐ３にあるときから徐々に増加する。そして、ニュートラル位置Ｐ０に近づくにつれて増加の割合が大きくなる。その後、コンデンサＣｐの静電容量はロータ２６０が容量ピーク位置Ｐ１に到達したときに最大Ｃｍａｘとなる。
【００７９】
そして、ロータ２６０が容量ピーク位置Ｐ１を越えると、コンデンサＣｐの静電容量は急激に減少し、その後、コンデンサＣｐの静電容量の減少率が緩やかになる。そして、正限界位置Ｐ２に到達すると、ロータ２６０は停止する。ロータ２６０が正限界位置Ｐ２に到達したとき、コンデンサＣｐの静電容量は最小Ｃｍｉｎ（略０）となる。
【００８０】
なお、主アクチュエータ２６において、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２にあるとき（図５Ｃのとき）と、負限界位置Ｐ３にあるとき（図５Ｄのとき）の両方で固定側電極２６１と可動側電極２６２の主走査軸Ｃ１方向に重ならない。そのため、ロータ２６０が位置Ｐ２又は位置Ｐ３のいずれにある場合も、コンデンサＣｐの静電容量は最小Ｃｍｉｎ（略０）としている。
【００８１】
また、ロータ２６０の回動角度によっては、ロータ２６０が位置Ｐ２のときと位置Ｐ３のときとでコンデンサＣｐの厳密な静電容量が異なる場合がある。しかしながら、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２及び負限界位置Ｐ３のときの静電容量は、位置Ｐ１のときの静電容量に比べて小さい。また、詳細は後述するが、本発明では、ロータ２６０が容量ピーク位置Ｐ１の近傍におけるコンデンサＣｐの容量の変化に基づいて、ロータ２６０の動作を検出する。そのため、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２及び負限界位置Ｐ３でのコンデンサＣｐの静電容量を最小値Ｃｍｉｎとする。
【００８２】
また、ロータ２６０が往復回動であるため、正限界位置Ｐ２から負限界位置Ｐ３に移動する場合、図６とは逆の挙動を示す。つまり、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２から負方向に回動するとき、コンデンサＣｐの静電容量は徐々に増加すする。そして、ロータ２６０が容量ピーク位置Ｐ１に接近するほど、コンデンサＣｐの静電容量の増加率が大きくなり、容量ピーク位置Ｐ１で最大Ｃｍａｘとなる。そして、容量ピーク位置Ｐ１を過ぎると急激に減少し、負限界位置Ｐ３に近づくにつれて減少率が小さくなり、負限界位置Ｐ３でコンデンサＣｐの静電容量が最小Ｃｍｉｎ（略０）となる。
【００８３】
次に、主アクチュエータ２６の電気的な接続について図面を参照して説明する。図７は主アクチュエータの電気的な接続を示す回路図である。図７に示すように、主アクチュエータ２６では、ドライバ２９から駆動電圧を受けることで、ロータ２６０が駆動される。主アクチュエータ２６において、固定側電極２６１が、ドライバ２９と接続されている。また、可動側電極２６２が、電流検出部３６と接続されている。そして、固定側電極２６１と可動側電極２６２の間には、バイアス電圧が印加されている。なお、バイアス電圧は、後述するが、駆動電圧に影響を及ぼさない程度に小さい電圧（例えば、駆動電圧の１／１０）である。
【００８４】
なお、光走査素子２０は、図２に示すような構成である。そのため、図７に示す回路を構成するためには、ドライバ２９を、端子Ｓ５、Ｓ６に接続する。そして、端子Ｓ３と端子Ｓ４とを接続して電流検出部３６と接続する。電流接続部３６は端子Ｓ３又は端子Ｓ４のどちらかに接続する構成であってもよい。また、主アクチュエータ２６は共振型のアクチュエータであるため、ドライバ２９の出力端子を、端子Ｓ３、Ｓ４に接続し、端子Ｓ５、Ｓ６に電流検出部３６を接続するようにしてもよい。
【００８５】
次に、主アクチュエータ２６による共振駆動について図面を参照して説明する。図８は主アクチュエータに供給される駆動電圧、ロータの回動角度及びコンデンサの静電容量の変化を示すタイミングチャートである。主アクチュエータ２６は、ドライバ２９からの駆動電圧に基づいて、ロータ２６０を共振駆動する。駆動電圧は、ロータ２６０を駆動するための電圧を印加するための電圧である。ドライバ２９は、主アクチュエータ２６に対し、ニュートラル位置Ｐ０から位置Ｐ１に移動する間、固定側電極２６１と可動側電極２６２に駆動電圧を供給する。図６に示すように、ドライバ２９は、固定側電極２６１に接続されている。つまり、主アクチュエータ２６では、固定側電極２６１に駆動電圧が付与される。
【００８６】
図８において、固定側電極２６１に駆動電圧が付与されているときには、Ｈで示し、駆動電圧が付与されていないときはＬで示している。図８に示すように、駆動電圧は、ロータ２６０がニュートラル位置Ｐ０から容量ピーク位置Ｐ１に到達するまでＨ、すなわち、駆動電圧が固定側電極２６１に付与されている。このことから、固定側電極２６１と可動側電極２６２にはニュートラル位置Ｐ０から容量ピーク位置Ｐ１に到達するまで駆動電圧が付与され、引力が発生していることがわかる。なお、ドライバ２９は、駆動電圧を付与する周期を、ロータ２６０の重量、第２弾性支持部２５の弾性係数等から決められる固有振動数に基づいて決定している。これにより、主アクチュエータ２６によって、ミラー２１を含むロータ２６０を共振周波数で共振振動させる、いわゆる、共振駆動が行われる。
【００８７】
上述したように、ロータ２６０の回動は、周期的に発生する固定側電極２６１と可動側電極２６２との引力と第２弾性支持部２５の弾性変形とによって発生及び維持される。そのため、ロータ２６０の回動角度の時間変化は、正弦波状となる。
【００８８】
また、主アクチュエータ２６内に形成されるコンデンサＣｐの静電容量は、図６に示すような変化をする。すなわち、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２（回動角度（＋θ）９及び負限界位置Ｐ３（回動角度（−θ））のときに、コンデンサＣｐの静電容量は最小Ｃｍｉｎ（略０）となっている。そして、ロータ２６０の回動角度が０°よりも正方向にずれた位置である、容量ピーク位置Ｐ１で、コンデンサＣｐの静電容量が最大となっている。図８に示すように、ロータ２６０の位置の周期的な変化（回動）に伴って、コンデンサＣｐの静電容量も周期的に変化している。
【００８９】
そのため、コンデンサＣｐの静電容量の変化を検出することで、ロータ２６０、すなわち、ミラー２１の回動角度、周期等を検出することが可能である。以下に、コンデンサＣｐの静電容量の検出方法について説明する。本発明にかかる光走査装置Ａでは、コンデンサＣｐに蓄えられる電荷の変化に伴う電流を検出することで静電容量（静電容量の変化）を検出する。
【００９０】
コンデンサで発生する電流について説明する。コンデンサに蓄えられている電荷を電荷Ｑとすると、コンデンサに流れる電流Ｉは、電荷Ｑの単位時間当たりの変化量で示される。時間ｔとすると次の式１で表される。
Ｉ＝ｄＱ／ｄｔ
そして、電荷Ｑは、静電容量Ｃ、印加電圧Ｖとすると、Ｑ＝ＣＶである。そのため、式１は、次の式２で表される。
Ｉ＝Ｖ（ｄＣ／ｄｔ）＋Ｃ（ｄＶ／ｄｔ）
【００９１】
図８に示すように、主アクチュエータ２６では、ロータ２６０が負限界位置Ｐ３と正限界位置Ｐ２との間を往復回動する。主アクチュエータ２６では、ロータ２６０が負限界位置Ｐ３から正限界位置Ｐ２に移動するとき、ロータ２６０がニュートラル位置Ｐ０から容量ピーク位置Ｐ１に移動する。主アクチュエータ２６では、ロータ２６０がニュートラル位置Ｐ０から容量ピーク位置Ｐ１に移動する間、ドライバ２９から固定側電極２６１に駆動電圧が付与される。
【００９２】
式２を見ればわかるように、コンデンサＣｐで発生する電流Ｉは、静電容量Ｃの単位時間当たりの変化量の項と、電圧Ｖの単位時間当たりの変化量の項の和となっている。ロータ２６０が、負限界位置Ｐ３から正限界位置Ｐ２に移動するときには、固定側電極２６１と可動側電極２６２との間には、常に一定電圧のバイアス電圧と、一時的に変動する駆動電圧が印加される。そのため、ロータ２６０が、負限界位置Ｐ３から正限界位置Ｐ２に移動するときのコンデンサＣｐで発生する電流Ｉは、静電容量Ｃの変化と駆動電圧の両方の影響を受ける。
【００９３】
一方、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２から負限界位置Ｐ３に移動するときには、固定側電極２６１と可動側電極２６２との間にはバイアス電圧が印加されている。バイアス電圧は、一定であるため、式２の電圧Ｖの単位時間当たりの変化量の項を無視でき、静電容量の変化に基づいて、コンデンサＣｐで発生する電流を検出することができる。つまり、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２から負限界位置Ｐ３への移動時のコンデンサＣｐで発生した電流を検出することで、コンデンサＣｐの静電容量の変化、及び、ロータ２６０（ミラー２１）の回動を検出する。なお、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２から負限界位置Ｐ３に移動する期間が、図８に示す検出期間である。
【００９４】
コンデンサＣｐにおいて、静電容量が変化するときには、固定側電極２６１と可動側電極２６２との両方で電流が発生する。図７に示すように、主アクチュエータ２６において、固定側電極２６１には、ドライバ２９が接続されており、駆動電圧が付与される。そのため、主アクチュエータ２６では、電流検出部３６を可動側電極２６２に接続し、可動側電極２６２で発生する電流を検出している。
【００９５】
次に、可動側電極で発生する電流について図面を参照して説明する。図９は可動側電極で発生する電流を示す図である。図９は横軸が時間であり、縦軸が電流である。図９はロータ２６０（ミラー２１）が正限界位置Ｐ２（回動角度が＋θ）から負限界位置Ｐ３（回動角度が−θ）に変化している。上述したとおり、コンデンサＣｐで発生する電流として、電流検出部３６は、可動側電極２６２に流れ込む又は可動側電極２６２から流れ出る電流を検出している。
【００９６】
ロータ２６０が正限界位置Ｐ２から容量ピーク位置Ｐ１に移動するとき、コンデンサＣｐの静電容量は、図６に示すように変化する。コンデンサＣｐの静電容量は、正限界位置Ｐ２の近くでは、ゆっくり増加する。式２に示すように、コンデンサＣｐで発生する電流は、静電容量の時間変化に比例するものであり、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２から移動するとき、可動側電極２６２で発生する電流もゆっくり増加する。
【００９７】
ロータ２６０が正限界位置Ｐ２から負限界位置Ｐ３に移動するときにおいて、コンデンサＣｐで発生する電流は、式２に示したように、コンデンサＣｐの静電容量Ｃの時間微分に比例する。つまり、図６に示す静電容量Ｃのグラフにおいて、傾斜が緩い部分では発生する電流が少なく、急な部分では、発生する電流が多い。つまり、図６に示すように、コンデンサＣｐの静電容量Ｃは、容量ピーク位置Ｐ１に近づくにしたがって、単位時間当たりの変化量が多くなっている。このことから、可動側電極２６２で発生する電流も大きくなる。そして、容量ピーク位置Ｐ１に到達したときに、可動側電極２６２で発生する電流が最大となる。
【００９８】
図９に示すように、ロータ２６０が容量ピーク位置Ｐ１を超えたときに、可動側電極２６２で発生する電流の符号が逆転している。これは、コンデンサＣｐの静電容量の変化が増加から減少に切り替わったためであり、コンデンサＣｐの静電容量の減少により、電流の流れる向きが反転することを示している。図９では電流の流れる向きを示すために符号が逆転しているが、電流の大きさは反転直後で同じである。
【００９９】
そして、図６に示すように、ロータ２６０が容量ピーク位置Ｐ１を通過した直後は、コンデンサＣｐの静電容量は急激に減少する。そのため、ロータが容量ピーク位置Ｐ１を通過した直後は、可動側電極２６２で大きな電流が発生する。そして、図６に示すように、ロータ２６０が負限界位置Ｐ３に近づくにつれて、コンデンサＣｐの静電容量の減少は緩やかになっている。そのため、ロータ２６０が負限界位置Ｐ３に近づくにつれて、可動側電極２６２で発生する電流値も小さくなる。
【０１００】
このように、光走査装置Ａにおいて、主アクチュエータ２６では、駆動信号が付与される電極（ここでは、固定側電極２６１）と反対側の電極（ここでは、可動側電極２６２）の電流を検出することで、ロータ２６０、すなわち、ミラー２１の回動の状態を取得できる。
【０１０１】
次にこのような、主アクチュエータ２６の可動側電極２６２で発生した電流から、ミラー２１の回動角度（走査角度）を取得する方法について説明する。図９に示すような電流波形に対して、ローパスフィルタを用いて、一定の周波数成分をカットする処理を行う。この処理を施すことで、処理後の電流波形は図９に破線で示すような、極大値と極小値を持つ波形となる。
【０１０２】
次に、ロータ２６０、すなわち、ミラー２１が回動角度（−θ／３）〜（＋θ／３）で回動する場合について説明する。図１０は図６と同じ周期で回動角度が１／３となったときのコンデンサの容量の変化を示す図であり、図１１は図１０に示すコンデンサの容量の変化が生じたときに発生する電流を示す図である。なお、回動角度が＋θ／３のときのロータ２６０の位置を正回動位置Ｐ２１、回動角度が−θ／３のときのロータ２６０の位置を負回動位置Ｐ３１とする。
【０１０３】
主アクチュエータ２６の構造は同じであり、ロータ２６０の回転角度が同じ場合、最大回動角度に関係なく、静電容量は同じになる。ロータ２６０は共振駆動されるため、１周期の長さは同じで、ロータ２６０が正回動位置Ｐ２１から負回動位置Ｐ３１に回動する時、正限界位置Ｐ２〜負限界位置Ｐ３に回動するときよりも回動範囲が狭いことから、回動速度が遅い。そのため、図１０に示すように、ロータ２６０が正回動位置Ｐ２１から負回動位置Ｐ３１のときのコンデンサＣｐの容量ピーク位置Ｐ１の近傍の静電容量の変化は、図６に比べて、緩くなる。
【０１０４】
そして、ロータ２６０が正回動位置Ｐ２１から負回動位置Ｐ３１に回動するときに可動側電極２６２で発生する電流は図１１に示すようになる。図１１に示す電流は、図９に示す電流に比べて容量ピーク位置Ｐ１の近傍の勾配が緩くなっている。そして、このような電流波形に対して、上述と同じ周波数よりも高い成分をカットする処理をおこなうことで、破線で示すように極大値及び極小値を有する電流波形となる。
【０１０５】
図１２は図９に示す電流波形と図１１に示す電流波形とを重ね合せて示した図である。図１２は、ロータ２６０が正限界位置Ｐ２から負限界位置Ｐ３に回動したときに電流検出部３６が検出した電流の波形（ここでは、電流波形Ｉｈ１とする）を示している。また、図１２は、電流波形Ｉｈ１とともに、ロータ２６０が正回動位置Ｐ２１から負回動位置Ｐ３１に回動したときに電流検出部３６が検出した電流の波形（ここでは、電流波形Ｉｈ２とする）も重ねて示している。なお、図１２において、比較を容易にするため、電流波形Ｉｈ２を増幅している。これにより、電流波形Ｉｈ２の振幅が、電流波形Ｉｈ１の振幅とほとんど同じ振幅になっている。
【０１０６】
図１２に示すように、電流波形Ｉｈ１は電流波形Ｉｈ２に比べて、極大値及び極小値ともに、容量ピーク位置Ｐ１に近い場所に現れる。つまり、周期が一定の場合において、高周波数成分をカットした処理後の電流の電流波形のピーク位置は、回動範囲によって異なる。また、電流波形Ｉｈ１の極大値から極小値までの時間差Ｔｉｄ１は、電流波形Ｉｈ２の極大値から極小値までの時間差Ｔｉｄ２よりも短い。処理部３００は、極大値から極小値までの時間差に基づいて、ミラー２１の主走査軸Ｃ１回りの回動角度を検出する。
【０１０７】
次に、コンデンサＣｐで発生する電流を検出する、電流検出部３６の構成について図面を参照して説明する。図１３は本発明にかかる光走査装置に用いられる電流検出部の一例の回路図である。図１３に示す回路では、主アクチュエータ２６の等価回路図（コンデンサＣｐ）も一緒に示している。図１３に示すように、Ｉ／Ｖ変換部３６０、抽出部３６１及び増幅部３６２を備えている。
【０１０８】
主アクチュエータ２６の可動側電極２６２に接続された配線は、Ｉ／Ｖ変換部３６０の入力部と接続している。Ｉ／Ｖ変換部３６０は検出した電流を電圧に変換する素子である。すなわち、ロータ２６０の回動で発生する電流はＩ／Ｖ変換部３６０で対応する電圧に変換される。なお、Ｉ／Ｖ変換部３６０は、電流を電圧に変換するものであるが、電流の特性、例えば、周波数等は電圧に変換されても保存される。
【０１０９】
Ｉ／Ｖ変換部３６０の出力は、抽出部３６１に送られる。抽出部３６１は入力に含まれる信号から所定の周波数（閾値）以上の周波数成分をカットする処理を行う、いわゆる、ローパスフィルタである。上述のように、ローパスフィルタで所定の周波数以上の周波数成分をカットすることで、検出電流の電流波形が極大値及び極小値を有する波形になる。
【０１１０】
主アクチュエータ２６で構成されるコンデンサＣｐの容量変化（ロータ２６０の回動）で発生する電流は、微小な電流であるため、そのままでは、極大値及び極小値の特定が困難な場合がある。そのため、電流検出部３６では、抽出部３６１で処理した電流波形を増幅部３６２で増幅して電流信号として出力する。そして、電流信号は、共振振動検出部３２及び走査角度検出部３３に送られる。
【０１１１】
次に走査角度検出部３３の動作について説明する。主アクチュエータ２６の可動側電極２６２で検出された電流の電流波形はロータ２６０の回動角度によって変化する。この変化は振幅の変化としても現れる場合もある。図１３に示すように、電流検出部３６でＩ／Ｖ変換、増幅等の処理を行うため、振幅が電流波形の特徴からずれる場合もある。そこで、ロータ２６０の回動範囲に依存する、極大値から極小値までの時間（時間差）を利用している。
【０１１２】
すなわち、本実施形態では、ローパスフィルタを用いて、一定以上の周波数成分をカットした電流波形は、極大値及び極小値の２個の特徴点を有する。そして、２個の特徴点の時間差として、極大値から極小値のまでの時間（時間差）を取得している。しかしながら、予め決められた特徴点としては、極大値および極小値に限定されない。例えば、ローパスフィルタを用いて一定の周波数成分をカットする前の電流波形に対し、正の閾値と負の閾値を予め決めておき、正の閾値および負の閾値となるときを２個の特徴点としてもよい。２個の特徴点の時間差を取得するようにしてもよい。また、これらに限定されるものではなく、Ｉ／Ｖ変換、増幅等の処理を行った場合でも、電流波形の特徴を得ることができる特徴点の取得方法を広く採用することができる。
【０１１３】
光走査装置Ａでは、製造時に実際に光ビーム走査を行い、ロータ２６０（ミラー２１）を所定の回動範囲で回動させたときに検出した電流波形における極大値から極小値までの時間差を基準時間差として記憶部４００に記憶する。なお、この基準時間差は、一定の条件に従って演算により求められるものであってもよい。しかしながら、光走査装置Ａには個体差があるものがほとんどであるため、実測で求めたものが好ましい。
【０１１４】
そして、走査角度検出部３３は、光走査装置ＡでスクリーンＳｃへの映像の描画が開始されると、検出期間において、任意のサンプリング点数（例えば、１００点）で電流検出部３６の電流信号を取得する。走査角度検出部３３は、電流信号から電流波形の極大値及び極小値の位置を検出し、極大値から極小値までの時間差を検出する。走査角度検出部３３は、極大値及び極小値の時間差である取得時間差を角度補正部３７に送る。
【０１１５】
角度補正部３７は、取得時間差と記憶部４００に記憶されている基準時間差とを比較する。取得時間差と基準時間差の差分が一定の範囲を超えている場合、角度補正部３７はその差分に基づいて、走査角度の調整量の情報である角度補正パラメータを制御部３１に送信する。このようにして、本発明にかかる光走査装置Ａでは、別途、センサを用いることなく、ミラー２１の回動範囲を所定の範囲となるように制御することが可能である。なお、角度補正パラメータとしては、ミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）、駆動信号の振幅、周波数又はパルス幅等を挙げることができるが、これに限定されない。
【０１１６】
これにより、温度変化、湿度変化或いは空気抵抗によって、ミラー２１の回動角度（回動範囲）が変化したことを、迅速かつ正確に検出することができるため、対象領域を光ビームで安定して正確に走査することが可能である。これにより、光走査によって表示される映像の品質のばらつきを抑制することができる。
【０１１７】
また、角度補正部３７が、電流波形の極大値から極小値までの時間に基づいて、ミラー２１の回動範囲を補正している。そのため、ＩＶ変換部３６０や増幅部３６１の温度変化や出力変化の影響を受けにくく、安定して、正確にミラーの回動範囲を検出することができる。
【０１１８】
また、電流波形の極大値から極小値までの時間に基づいて、ミラー２１の回動範囲を補正するものであり、すなわち、電流波形の相対的な大きさを利用している。そのため、上述したように、光走査素子２０の形状によって、静電容量が最大となる位置とミラー２１の０°とが厳密に一致していなくても、ミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）を正確に調整することが可能である。
【０１１９】
また、検出期間において、十分なサンプリング数を確保できない場合もある。光走査素子２０では、ミラー２１の回動範囲が変わると、極大値及び極小値の位置が変化するが、電流波形の大まかな形状は変化しない。そのため、サンプリング数が少ない場合は、サンプリング点で検出した電流値から極大値及び極小値を演算により算出するようにしてもよい。この場合、記憶部４００に電流波形をテーブルとして記憶しておき、そのテーブルの点とサンプリング点とを比較して極大値及び極小値を算出してもよいし、記憶部４００に演算式を記憶しておいて、演算式から算出するようにしてもよい。
【０１２０】
（第２実施形態）
本発明にかかる光駆動装置の他の例について説明する。図１４は本発明にかかる光走査装置の他の例のブロック図である。図１４に示す光走査装置Ａ２は、記憶部４００に相関テーブル４０１を備えている以外、光走査装置Ａと同じ構成を有している。そのため、光走査装置Ａ２において、実質上、光走査装置Ａと同じ部分には、同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
【０１２１】
図１２に示すように、電流波形において走査角度範囲（回動範囲）が変化すると、極大値から極小値までの時間差が変化する。そこで、光走査装置Ａ２では、電流波形の極大値から極小値までの時間差（基準時間差）とミラー２１の走査角度範囲（回動角度）とが関連付けられた相関テーブル４０１を記憶している。なお、この相関テーブル４０１は、製造時に光走査を行ったときの実測値をもとに作成されたものが好ましい。
【０１２２】
走査角度検出部３３は、検出した電流から電流波形の極大値から極小値までの時間を角度情報として、角度補正部３７に送信する。角度補正部３７は、受け取った角度情報と相関テーブルからミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）を算出する。そして、角度補正部３７は、算出した走査角度と予め決められている走査角度範囲（基準走査角度範囲）とを比較して、その差が大きい場合は、その差に応じた角度補正パラメータを生成し、角度補正パラメータを制御部３１に送る。
【０１２３】
このような構成とすることで、ミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）を正確に調節できる。また、基準走査角度範囲が変更されても、ミラー２１を正確に基準走査角度範囲で駆動するように制御することが可能である。すなわち、ミラー２１に要求される走査角度が変更されても、ミラー２１の走査を正確に行うことができ、正確、高品質な映像をスクリーンＳｃに表示することができる。
【０１２４】
これ以外の特徴については、第１実施形態と同じである。
【０１２５】
（第３実施形態）
本発明にかかる光駆動装置の他の例について図面を参照して説明する。図１５は本発明にかかる光走査装置の他の例のブロック図である。図１５に示す光走査装置Ａ３は、記憶部４００に蓄積部４１０を備えている以外、光走査装置Ａと同じ構成を有している。そのため、光走査装置Ａ３において、実質上、光走査装置Ａと同じ部分には、同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
【０１２６】
上述した光駆動装置Ａ３は、記憶部４００に蓄積部４１０を備えている。そして、角度補正部３７は、走査角度検出部３３から取得時間差を受け取った回数をカウントするカウンターを備えている。蓄積部４１０は走査角度検出部３３で検出した取得時間差を蓄積するために設けられている。図１６は光走査装置の動作を示すフローチャートである。
【０１２７】
図１６に示すように角度補正部３７は取得時間差を走査角度検出部３３より受け取る（ステップＳ１０１）。角度補正部３７は取得時間差を受け取った回数が一定回数に到達したか確認する（ステップＳ１０２）。取得時間差を受け取った回数が一定回数に到達していない場合（ステップＳ１０２でＮｏの場合）、角度補正部３７は蓄積部４１０に取得時間差を蓄積する（ステップＳ１０３）。
【０１２８】
取得時間差を受け取った回数が一定回数に到達している場合（ステップＳ１０２でＹｅｓの場合）、角度補正部３７はこれまで蓄積した取得時間差の平均値を算出する（ステップＳ１０４）。そして、角度補正部３７は算出した取得時間差の平均値と基準時間差とを比較してミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）の補正が必要か否か判断する（ステップＳ１０５）。補正が必要と判断した場合（ステップＳ１０５でＹｅｓの場合）、角度補正部３７は、取得時間差の平均値と基準時間差とから補正パラメータを生成し、制御部３１に送る（ステップＳ１０６）。
【０１２９】
ミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）の補正が不要の場合（ステップＳ１０５でＮｏの場合）又は補正パラメータを送信した（ステップＳ１０６の）後、角度補正部３７は取得時間差を受け取った回数をカウントするカウンターをリセットする（ステップＳ１０７）。なお、カウンターをリセットするときに、記憶部４００の蓄積部４１０もリセットするようにしてもよい。また、蓄積部４１０に蓄積できる取得時間差の数を予め決めておき、いっぱいになると（カウンターがリセットされると）、最初から上書きするようになっていてもよい。
【０１３０】
このように、取得時間差を蓄積してその平均値と基準時間差とを比較するようにすることで、振動や衝撃等で発生するミラー２１の走査角度範囲が散発的（突発的）にばらついたときの補正を抑制するとともに、温度上昇や空気抵抗による恒常的な回動角度のずれを正確に補正する。これにより、頻繁な回動角度の補正を抑制することで、ミラー２１を安定して動作させることができる。このことから、スクリーンＳｃに表示される映像の品質の低下を抑制することが可能である。
【０１３１】
なお、本実施形態では、取得時間差を蓄積する構成としているが、一旦、ミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）を算出し、走査角度範囲（回動範囲）を蓄積するようにしてもよい。
【０１３２】
（第４実施形態）
本発明にかかる光駆動装置の他の例について図面を参照して説明する。本実施形態にかかる光走査装置は、第３実施形態の光走査装置Ａ３と同じ構成を有している。そのため、各部については、図１５に示す光走査装置Ａ３と同じ符号で説明するとともに、詳細な説明は省略する。
【０１３３】
第３実施形態では、ミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）の散発的（突発的）なばらつきでは、ミラー２１の回動角度の補正を行わない制御としていた。しかしながら、散発的（突発的）なミラー２１の走査角度範囲（回動範囲）のばらつきの場合であっても、その角度変化が大きいと故障や使用者に光ビームを照射して健康被害を引き起こす原因となる非常事態の場合もある。本実施形態の光駆動装置は、このような大きな変化に備えたミラー２１の走査制御を行っている。図１７は本発明にかかる光走査装置の動作を示すフローチャートである。
【０１３４】
図１７に示すフローチャートは、図１６に示すフローチャートのステップＳ１０１とステップＳ１０２の間に、走査角度範囲の大きさを検出するステップと、動作を切り替えるステップと、大きさによって行われる動作のステップを含んだ構成となっている。そのため、図１６に示すフローチャートと実質同じ部分の説明は省略する。
【０１３５】
光走査装置Ａ３は、突発的に発生したミラー２１の走査角度範囲の大変化に対応することができるようになっている。このような大変化に対応するため、記憶部４００には、基準時間差に加えて、非常時間差の情報を記憶している。
【０１３６】
図１７に示すように、角度補正部３７は、走査角度検出部３３から取得時間差を受け取る（ステップＳ１０１）。そして、受け取った取得時間差と非常時間差とを比較して故障やけが等に繋がる非常事態であるか否か確認する（ステップＳ２０１）。非常事態ではない場合（ステップＳ２０１でＮｏの場合）、ステップＳ１０２に進む。
【０１３７】
非常事態であると判断した場合（ステップＳ２０１でＹｅｓの場合）、角度補正部３７は取得時間差と基準時間差とから補正パラメータを生成し、制御部３１に送る（ステップＳ２０２）。その後、時間差取得を繰り返す（ステップＳ１０１に戻る）。
【０１３８】
本実施形態にかかる光走査装置では、ミラー２１の走査角度範囲が散発的（突発的）に変化する場合でも、その変化の度合いによって、緊急的にミラーの駆動を補正している。このようにすることで、光走査装置の故障や健康被害が発生するのを抑制することができる。
【０１３９】
なお、本実施形態では、ミラー２１の走査角度範囲が散発的（突発的）に非常事態になったとき、光走査部２００を走査する制御を行っているが、光源部１００からの光ビームを停止する又は出力を低減するような制御であってもよい。
【０１４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。また、上記各実施形態は適宜組み合わせて実施することも可能である。
【符号の説明】
【０１４１】
Ａ、Ａ２、Ａ３  光走査装置
１００  光源部
１１  光源（ＬＤ）
１２  レンズ
１３  ビームスプリッタ
１４  モニタ用受光素子
１５  ドライバ
２００  光走査部
２０  光走査素子
２１  ミラー
２２  固定枠
２２０  窓部
２３  可動枠
２３０  スリット
２４  第１弾性支持部
２５  第２弾性支持部
２６  主アクチュエータ
２６１  固定側電極
２６２  可動側電極
２７  副アクチュエータ
２７１  固定側電極
２７２  可動側電極
２８  配線パターン
２９  ドライバ
３００  処理部
３１  制御部
３１１  光源制御部
３１２  走査制御部
３２  共振振動検出部
３３  走査角度検出部
３４  振動補正部
３５  外部接続部
３６  電流検出部
３６０  Ｉ／Ｖ変換部
３６１  第１経路
３６２  第２経路
３６３  抽出部
３６４  第１増幅部
３６５  第２抽出部
３６７  第２増幅部
３７  角度補正部
４００  記憶部
Ｐｊ  画像表示装置（プロジェクタ装置）
Ｓｃ  スクリーン
【図１】
2017181951.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
2017181951.tif 000009
【図５Ｄ】
2017181951.tif 000010
【図６】
2017181951.tif 000011
【図７】
2017181951.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2017181951.tif 000016
【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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