JP2006221030A - 光走査装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射ミラーを効率良く、かつ所望の振動モードで安定して駆動することが可能な光走査装置等を提供すること。
【解決手段】反射ミラー１０４を振動させることにより光を走査させる光走査装置であって、反射ミラー１０４の変位を検出する検出部２１０、２１１と、検出部２１０、２１１からの信号に基づいて、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動するか否かを判定する振動モード判定部と、検出部２１０、２１１からの信号に基づいて、反射ミラー１０４が、反射ミラー１０４に固有の共振周波数で振動するか否かを判定する共振判定部と、を有する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、光走査装置及び画像表示装置、特に、画像表示装置に用いられる光走査装置の技術に関する。

近年、ビーム状の光を走査することにより画像を表示する画像表示装置が提案されている。光は、光を反射している反射ミラーを振動させることによって、走査することが可能である。平面状の反射ミラーを用いて所定面に画像を表示するためには、反射した光が所定面に入射する角度範囲内において反射ミラーを往復回動させる必要がある。画像表示装置に用いる光学系はコンパクトであることが望ましいことから、画像表示装置に用いられる反射ミラーは、小型な構成で、かつ大きい回転角で駆動可能であることが望まれる。少ない駆動力で回転角を稼ぐために、反射ミラーに固有の共振周波数で反射ミラーを駆動することが提案されている。反射ミラーは、共振周波数で駆動することにより、少ないエネルギーで効率良く駆動することが可能となる。

反射ミラーの共振周波数は、反射ミラーを構成する部材のヤング率に応じて決定される。ヤング率は温度の変化に応じて変化することから、反射ミラーの共振周波数は、レーザ光が反射ミラーにいくらか吸収されることで光走査装置に蓄積する熱や、周辺の温度、反射ミラーが駆動することで発生する熱等の影響により容易に変化してしまう。反射ミラーの共振周波数が変化すると、反射ミラーを常時略一定の周期で駆動しても振幅が著しく減少する等、反射ミラーの駆動が不安定になり易くなる。そこで、反射ミラーを効率良くかつ安定して駆動するために、反射ミラーの共振周波数を常時探索し、共振周波数で常に反射ミラーを駆動するような制御を行うことが考えられている。反射ミラーの共振周波数を常時探索し、共振周波数で常に反射ミラーを駆動するような制御を行うための技術は、例えば、特許文献１及び特許文献２に提案されている。

特開２００２−７８３６８号公報 特開２００４−５３９４３号公報

一般に、構造体を振動させるときの振動モードは、回転軸を中心として往復回動する所望の振動モードの他にも複数存在する場合が多い。また、構造体は、共振周波数に近い駆動周波数において、所望の振動モードとは異なる他の振動モードで振動する場合もある。単に駆動周波数を変化させながら共振周波数を探索すると、共振周波数に近い他の振動モードの駆動周波数を、共振周波数であるとして採用してしまう場合がある。このため、従来技術では、共振周波数であるとして探索された駆動周波数によって、所望の振動モードとは異なる他の振動モードで反射ミラーが振動することがあり得る。また、所望の振動モードで反射ミラーが動作している最中に、所望の振動モードから他の振動モードへ移行してしまう場合もある。このため、共振周波数を探索する従来の技術を用いても、反射ミラーが所望の振動モード以外の振動モードで動作する事態を回避することは困難である。反射ミラーを所望の振動モードで安定して駆動させることができないことは、高品質な画像を安定して表示する上で問題となる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、反射ミラーを効率良く、かつ所望の振動モードで安定して駆動することが可能な光走査装置、及びその光走査装置を用いることで高品質な画像を安定して表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、反射ミラーを振動させることにより光を走査させる光走査装置であって、反射ミラーの変位を検出する検出部と、検出部からの信号に基づいて、反射ミラーが所定の振動モードで振動するか否かを判定する振動モード判定部と、検出部からの信号に基づいて、反射ミラーが、反射ミラーに固有の共振周波数で振動するか否かを判定する共振判定部と、を有すること特徴とする光走査装置を提供することができる。

例えば、回転軸を中心として往復回動する振動モードで反射ミラーを駆動する場合であっても、所定の振動モードとは異なる他の振動モードで反射ミラーが振動する場合がある。本発明の光走査装置は、検出部からの信号に基づいて、反射ミラーが所定の振動モードで振動しているか否かを振動モード判定部で判定する。振動モード判定部により、反射ミラーが所定の振動モードで振動する駆動周波数を検索することにより、所定の振動モード以外の振動モードで反射ミラーが動作するようなことを回避できる。このようにして、反射ミラーを、所定の振動モードで正確に駆動することができる。また、反射ミラーを所定の振動モードとした上で共振周波数を探索することにより、反射ミラーを効率良くかつ安定して駆動することができる。これにより、反射ミラーを効率良く、かつ所望の振動モードで安定して駆動することが可能な光走査装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、反射ミラーは、回転軸を中心として回転するように変位し、検出部は、回転軸に関して略対称である少なくとも２つの位置に設けられることが望ましい。反射ミラーは、回転軸を中心として左方向及び右方向へ回転するように変位する。この場合、回転軸に関して略対称な２つの位置に検出部を設けることにより、振動モード判定部は、反射ミラーが所定の振動モードで振動するか否かを判定することができる。これにより、回転軸を中心として往復するように反射ミラーを回転させる所定の振動モードで反射ミラーが駆動するか否かを判定し、反射ミラーを所定の振動モードで駆動することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、検出部は、回転軸に関して略対称な位置に設けられた第１の検出部と第２の検出部とを有し、振動モード判定部は、第１の検出部からの信号と第２の検出部からの信号とが互いに逆位相である場合に、反射ミラーが所定の振動モードで振動していると判定することが望ましい。第１の検出部からの信号と、第２の検出部からの信号とが互いに逆位相となることにより、振動モード判定部は、反射ミラーが所定の振動モードで振動すると判定することができる。これにより、回転軸を中心として周期的に往復するように反射ミラーを回転させる所定の振動モードで反射ミラーが駆動するか否かを判定することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、共振判定部は、検出部からの信号が、反射ミラーを駆動する駆動信号に対して所定の位相ずれを生じる場合に、反射ミラーが共振周波数で振動すると判定することが望ましい。反射ミラーが共振周波数で振動するとき、出力信号は、入力信号に対して所定の位相ずれ、例えば略４分の１波長の遅れを生じる。この場合、共振判定部は、出力信号である検出部からの信号が、入力信号である駆動信号に対して略４分の１波長遅れであるか否かにより、反射ミラーが共振周波数で振動するか否かを判定する。これにより、反射ミラーが共振周波数で振動するか否かを判定し、共振周波数で反射ミラーを駆動することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、駆動周波数を変化させながら反射ミラーを駆動する第１の経路と、検出部からの信号に基づいて反射ミラーを駆動する第２の経路と、を切り換え可能な駆動部を有し、駆動部は、反射ミラーが所定の振動モードで振動すると振動モード判定部により判定され、かつ反射ミラーが共振周波数で振動すると共振判定部により判定されるまで第１の経路を用いて反射ミラーを駆動し、反射ミラーが所定の振動モードで振動すると振動モード判定部により判定され、かつ反射ミラーが共振周波数で振動すると共振判定部により判定されることにより、第１の経路を第２の経路に切り換え、かつ駆動周波数を共振周波数に固定して反射ミラーを駆動することが望ましい。例えば反射ミラーの駆動開始時において、駆動部は、第１の経路を用いて駆動周波数を変化させながら反射ミラーを駆動する。駆動周波数を変化させながら反射ミラーを駆動することにより、反射ミラーが所定の振動モードで、かつ共振するように駆動する共振周波数を探索する。反射ミラーが所定の振動モードで振動し、かつ共振する共振周波数を検索により見出すと、駆動部は、第１の経路による駆動を、第２の経路による駆動に切り換える。第２の経路による駆動に切り換えることにより、反射ミラーは、検出部からの信号に基づいて駆動する。また、反射ミラーの駆動周波数は、共振周波数に固定される。これにより、反射ミラーを、所定の振動モードで、かつ共振周波数で駆動することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、駆動部は、検出部からの信号に対して所定の位相分ずらした信号を第２の経路で生成することが望ましい。反射ミラーが共振周波数で振動するとき、出力信号は、入力信号に対して所定の位相ずれ、例えば略４分の１波長の遅れを生じる。この場合、出力信号である検出部からの信号に対して略４分の１波長進ませた入力信号を生成することにより、検出部からの信号に基づいて反射ミラーを共振周波数で駆動することができる。これにより、検出部からの信号に基づいて反射ミラーを共振周波数で駆動することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、駆動部は、第２の経路を用いて反射ミラーを駆動する間に、反射ミラーが所定の振動モード以外の他の振動モードで振動すると振動モード判定部により判定された場合、及び、反射ミラーが共振周波数とは異なる駆動周波数で振動すると共振判定部により判定された場合のいずれかにおいて、第２の経路を第１の経路に切り換えることが望ましい。駆動部が第２の経路を用いて反射ミラーを駆動する間も、振動モード判定部は、反射ミラーが所定の振動モードで振動するか否かをモニタする。また、共振モード判定部は、反射ミラーが共振周波数で振動するか否かをモニタする。所定の振動モード以外の他の振動モードである場合や、共振振動数以外の駆動周波数に変化した場合に第２の経路を第１の経路に切り換えることにより、再び反射ミラーが所定の振動モードで駆動する共振周波数を検索する。これにより、周囲の環境変化等により共振周波数が変化した場合であっても、再び反射ミラーを所定の振動モードで、かつ共振周波数で駆動することができる。

さらに、本発明によれば、上記の光走査装置を有し、光走査装置からの光により所定面に画像を表示することを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記の光走査装置を設けることにより、反射ミラーを効率良く、かつ所望の振動モードで安定して駆動することができる。これにより、高品質な画像を安定して表示することが可能な画像表示装置を得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置１００の概略構成を示す。画像表示装置１００は、スクリーン１１０の一方の面にレーザ光を供給し、スクリーン１１０の他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタである。画像表示装置１００に設けられた光走査装置１２０は、反射ミラー１０４を振動させることにより、レーザ光を走査させる。画像表示装置１００は、光走査装置１２０からの光により、所定面であるスクリーン１１０面に画像を表示する。

光源部１０１は、ビーム状の光である赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光を、それぞれ画像信号に応じて変調して供給する。光源部１０１には、レーザ光を変調するための変調部を設けた半導体レーザや、固体レーザを用いることができる。画像信号に応じた変調は、振幅変調、パルス幅変調のいずれを用いても良い。なお、光源部１０１の出射側には、レーザ光を、例えば、直径０．５ｍｍのビーム形状に整形する整形光学系を設けても良い。

反射ミラー１０４は、光源部１０１からのレーザ光を反射しながら振動することにより、レーザ光を二次元方向に走査させる。反射ミラー１０４に入射したレーザ光は、反射部１０５の方向へ反射する。反射ミラー１０４で反射したレーザ光は、反射部１０５に入射する。反射部１０５は、筐体１０７の内面であって、スクリーン１１０と対向する位置に設けられている。反射部１０５に入射したレーザ光は、スクリーン１１０の方向へ進行する。筐体１０７は、筐体１０７内部の空間を密閉する。スクリーン１１０は、筐体１０７の所定の一面に設けられている。スクリーン１１０は、画像信号に応じて変調された光走査装置１２０からのレーザ光を透過させる透過型スクリーンである。反射部１０５からの光は、スクリーン１１０の、筐体１０７の内部側の面から入射した後、観察者側の面から出射する。観察者は、スクリーン１１０から出射する光を観察することで、画像を鑑賞する。

図２は、反射ミラー１０４の上面構成を示す。ここでは、反射ミラー１０４は、二次元方向のうちの一方向へレーザ光を走査するものとして、図示及び説明を行うものとする。反射ミラー１０４は、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。反射ミラー１０４は、回転軸であるトーションばね２０２によって固定部２０１に連結されている。トーションばね２０２は、紙面の手前側と向こう側とへ反射ミラー１０４を回転させる。なお、反射ミラー１０４は、円形状とする構成に限らず、例えば、正方形形状としても良い。

反射ミラー１０４は、櫛歯電極の静電力を用いたいわゆる櫛歯駆動によって駆動する。トーションばね２０２には、可動側電極２０４が設けられている。可動側電極２０４は、トーションばね２０２の回転とともに移動する櫛歯型の電極である。可動側電極２０４の近傍には、固定側電極２０５が設けられている。固定側電極２０５は、トーションばね２０２の回転とは関係無く常に固定するように設けられた櫛歯型の電極である。可動側電極２０４と固定側電極２０５とは、互いに櫛歯部分が噛み合うようにして配置されている。

図３は、可動側電極２０４と固定側電極２０５とによる反射ミラー１０４の駆動について説明するものであって、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分とを側面から見た構成を示す。可動側電極２０４と固定側電極２０５との間に電圧を印加する前、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分とが上下にずれた位置にある。この状態から可動側電極２０４と固定側電極２０５との間に電圧を印加すると、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間に、可動側電極２０４と固定側電極２０５との電位差に応じて、互いに引き合うような静電力が発生する。

可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間に互いに引き合う静電力が発生すると、可動側電極２０４は、矢印で示す下方向へ移動する。図２に示すトーションばね２０２は、可動側電極２０４の移動とともに、捩れるように回転する。このようにして、反射ミラー１０４は、可動側電極２０４と固定側電極２０５との電位差に応じた変位量で、トーションばね２０２を中心として回転する。

次に、可動側電極２０４と固定側電極２０５との間への電圧印加を停止すると、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間に生じていた静電力が消滅する。可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間の静電力が消滅することにより、可動側電極２０４は、電圧を印加する前の元の位置に戻る。トーションばね２０２は、可動側電極２０４が元の位置へ戻る方向へ移動することにより、それまでとは反対方向へ回転する。反射ミラー１０４は、トーションばね２０２とともに、それまでとは反対方向へ回転し、元の位置の方向へ戻る。反射ミラー１０４は、可動側電極２０４と固定側電極２０５との間への電圧印加と、電圧印加の停止とを繰り返すことにより、往復回動する。

なお、可動側電極２０４と固定側電極２０５との間に、互いに反発し合うような静電力を生じさせることによって、可動側電極２０４を移動させることとしても良い。また、可動側電極２０４及び固定側電極２０５は、トーションばね２０２に対して片側に設ける構成に限らず、トーションばね２０２の両側に設けることとしても良い。この場合、トーションばね２０２に対して右側の電極と左側の電極とに交互に電圧を印加することにより、反射ミラー１０４を振動させることができる。反射ミラー１０４と、反射ミラー１０４を駆動するための各構成は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成することができる。

反射ミラー１０４は、櫛歯駆動により駆動する構成に限らず、静電力を用いる他の駆動方法により駆動することとしても良い。さらに、反射ミラー１０４は、電位差に応じた静電力によって駆動する構成に限られない。例えば、反射ミラー１０４は、電磁力を用いて駆動する構成や、圧電素子の伸縮力を用いて駆動する構成であっても良い。電磁力を用いる場合、例えば、電流に応じて反射ミラー１０４と永久磁石との間に電磁力を発生させることにより、反射ミラー１０４を駆動できる。

反射ミラー１０４がレーザ光を反射する面が表面であるとすると、第１の検出部２１０と第２の検出部２１１とは、反射ミラー１０４の裏面が向けられた空間に配置されている。第１の検出部２１０及び第２の検出部２１１は、反射ミラー１０４の変位を検出する検出部である。第１の検出部２１０及び第２の検出部２１１は、回転軸であるトーションばね２０２に関して略対称である２つの位置にそれぞれ設けられている。

第１の検出部２１０と反射ミラー１０４を不図示の外部電源により電気的に接続することにより、第１の検出部２１０は、第１の検出部２１０と反射ミラー１０４との間の静電容量を計測する。第１の検出部２１０と反射ミラー１０４との間の静電容量の変化により、反射ミラー１０４と第１の検出部２１０との距離の変化を検出できる。このようにして、第１の検出部２１０は、静電容量の変化により反射ミラー１０４の変位を検出する。第２の検出部２１１についても、第１の検出部２１０と同様にして、反射ミラー１０４の変位を検出する。なお、第１の検出部２１０及び第２の検出部２１１は、静電容量によって反射ミラー１０４の変位を検出する構成に限られない。例えば、第１の検出部２１０、第２の検出部２１１として、反射ミラー１０４で反射した検出用光源からの光を検出する受光素子を用いても良い。受光素子を用いる場合は、計測された光の光量変化によって反射ミラー１０４の変位を検出する。

図４〜図６は、反射ミラー１０４が動作する振動モードの例を示すものである。図４〜図６のいずれも、反射ミラー１０４を側面から見たときの反射ミラー１０４の動作を、実線及び破線を用いて表している。ここで、反射ミラー１０４の振動モードとは、反射ミラー１０４の動作の態様をいうものとする。一般に、反射ミラー１０４等の構造物には、駆動周波数に応じた複数の振動モードが存在している。このため、回転軸を中心として反射ミラー１０４を回転させるための構成としても、反射ミラー１０４は、駆動周波数に応じて、所望の振動モード以外の振動モードで動作することがある。

図４に示す振動モードは、反射ミラー１０４が表面に対して略垂直な方向に変位するものである。反射ミラー１０４は、表面が略水平な状態のまま単なる上下運動を繰り返す。図５に示す振動モードは、トーションばね２０２が左右において上下交互に動くことで、トーションばね２０２に対して略垂直な軸を中心に回転するかのように反射ミラー１０４が変位するものである。

図６に示す振動モードは、回転軸であるトーションばね２０２を中心として回転するように反射ミラー１０４が変位するものである。レーザ光は、光走査装置１２０は、トーションばね２０２を中心として反射ミラー１０４が往復回動することにより、スクリーン１１０内にレーザ光を走査させる。図４〜図６に示す振動モードのうち図６に示す振動モードであるとき、反射ミラー１０４は、正常に振動する状態である。これに対して、反射ミラー１０４は、図６に示す振動モード以外の振動モード、例えば図４及び図５に示す振動モードであるとき、振動に異常がある状態である。従って、光走査装置１２０は、図６に示す振動モードでの振動を反射ミラー１０４に継続させる必要がある。

また、反射ミラー１０４は、反射ミラー１０４を構成する材料や反射ミラー１０４自身の重量、トーションばね２０２のばね定数等によって定まる固有の共振周波数を有する。反射ミラー１０４は、共振周波数で駆動することにより、変位量を増大させることができる。特に、画像表示装置１００に用いる光学系はコンパクトであることが望ましいことから、反射ミラー１０４は、小型な構成で、かつ大きい回転角で駆動可能であることが求められる。少ないエネルギーで効率良くレーザ光を走査させるためには、反射ミラー１０４を共振周波数で駆動することが望まれる。

反射ミラー１０４の共振周波数は、反射ミラー１０４を構成する部材のヤング率に応じて決定される。ヤング率は温度の変化に応じて変化することから、反射ミラー１０４の共振周波数は、レーザ光が反射ミラー１０４にいくらか吸収されることで光走査装置１２０に蓄積する熱や、周辺の温度、反射ミラー１０４が駆動することで発生する熱等の影響により容易に変化してしまう。反射ミラー１０４の共振周波数が変化すると、反射ミラー１０４を常時略一定の周期で駆動しても振幅が著しく減少する等、反射ミラー１０４の駆動が不安定になり易くなる。

さらに、反射ミラー１０４等の構造体は、共振周波数に近い駆動周波数において、所望の振動モードとは異なる他の振動モードで振動する場合もある。単に駆動周波数を変化させながら共振周波数を探索すると、共振周波数に近い他の振動モードの駆動周波数を、共振周波数であるとして採用してしまう場合がある。この場合、共振周波数であるとして探索された駆動周波数によって、所望の振動モードとは異なる他の振動モードで反射ミラー１０４が振動することがあり得る。また、所望の振動モードで反射ミラー１０４が振動している最中に、所望の振動モードから他の振動モードへ移行してしまう場合もある。以上から、光走査装置１２０は、反射ミラー１０４を所定の振動モードで、かつ共振周波数で駆動し続けられるような構成とすることが望まれる。

図７は、反射ミラー１０４を駆動する駆動部７００のブロック構成を示すものである。駆動開始時、駆動部７００は、第１の経路Ｒ１により駆動周波数を変化させながら反射ミラー１０４を駆動することで、未知の共振周波数を検索する。駆動信号生成部７０１は、反射ミラー１０４を駆動する駆動信号を生成する。駆動開始時において、駆動信号生成部７０１は、ある駆動周波数から、駆動周波数を大きくするようにスイープさせながら反射ミラー１０４を駆動する。駆動信号生成部７０１は、ある駆動周波数から、駆動周波数を小さくするようにスイープさせることとしても良い。駆動周波数のスイープは、不図示の駆動周波数スイープ回路を用いることにより行うことができる。

駆動信号に波形生成部７０６からの信号を加算する加算部７０２は、駆動開始時には加算を停止している。駆動信号生成部７０１からの駆動信号は、加算部７０２をそのまま通過し、増幅部７０３で増幅された後反射ミラー１０４に入力される。このように、駆動部７００は、駆動開始時において、駆動信号生成部７０１及び増幅部７０３からなる第１の経路Ｒ１を用いて、駆動周波数を変化させながら反射ミラー１０４を駆動する。また、判定部７０５は、破線で示す駆動信号生成部７０１からの信号Ａによって、反射ミラー１０４を駆動している駆動周波数を認識する。

図８は、第１の検出部２１０からの信号Ｔ１と、第２の検出部２１１からの信号Ｔ２とを示すものである。第１の検出部２１０からの信号Ｔ１、第２の検出部２１１からの信号Ｔ２は、判定部７０５に入力される。判定部７０５は、第１の検出部２１０、第２の検出部２１１からの信号に基づいて、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動しているか否かを判定する。このとき判定部７０５は、振動モード判定部として機能する。トーションばね２０２を中心として往復回動する所定の振動モードで反射ミラー１０４が振動している場合、信号Ｔ１及び信号Ｔ２は、同一の周期で振動する、同一形状の波形となる。また、回転軸であるトーションばね２０２に関して略対称な２つの位置に第１の検出部２１０と第２の検出部２１１とを設けていることから、所定の振動モードで反射ミラー１０４が振動する場合、信号Ｔ１のピークと信号Ｔ２のピークとは、互いに交互に現れることとなる。従って、信号Ｔ１と信号Ｔ２とは、互いに逆位相、言い換えると、２分の１波長λ／２だけずれを生じて検出される。

これに対して、例えば図４に示す振動モードや図５に示す振動モードで反射ミラー１０４が動作している場合、信号Ｔ１と信号Ｔ２とは互いにずれを生じずに検出される。振動モード判定部である判定部７０５は、第１の検出部２１０からの信号Ｔ１と、第２の検出部２１１からの信号Ｔ２とが、互いに逆位相である場合に、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動していると判定する。また、信号Ｔ１と信号Ｔ２とが逆位相である状態以外の状態である場合、判定部７０５は、反射ミラー１０４が所定の振動モード以外の振動モードで振動していると判定する。反射ミラー１０４が所定の振動モード以外の振動モードで振動している場合、駆動部７００は、駆動周波数の変化を継続しながら、反射ミラー１０４の駆動を続ける。判定部７０５は、駆動周波数の変化が継続されている中、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動する駆動周波数を検索する。

図９は、駆動信号生成部７０１からの駆動信号Ｃ１と、第１の検出部２１０及び第２の検出部２１１により検出された信号Ｃ２とを示すものである。信号Ｃ２は、図８に示した第１の検出部２１０からの信号Ｔ１と、第２の検出部２１１からの信号Ｔ２とから生成された信号であって、反射ミラー１０４の変位を表す信号である。判定部７０５は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動している判定した後、反射ミラー１０４が、反射ミラー１０４に固有の共振周波数で振動するか否かを判定する。このとき判定部７０５は、共振判定部として機能する。

ここで、入力信号である駆動信号Ｃ１の値を０としたときの反射ミラー１０４の偏角の静的応答値は０度であって、駆動信号Ｃ１と反射ミラー１０４の静的応答値とが略比例関係にあるものとする。また、反射ミラー１０４の偏角が０度のとき、出力信号である信号Ｃ２の値は０であって、反射ミラー１０４の偏角と信号Ｃ２とが略比例関係にあり、反射ミラー１０４の偏角変化に対する信号Ｃ２の動的応答特性に位相遅れは生じないものとする。かかる条件において反射ミラー１０４が共振周波数で振動するとき、出力信号は、入力信号に対して略４分の１波長の遅れを生じる。判定部７０５は、出力信号である第１の検出部２１０、第２の検出部２１１からの信号Ｃ２が、入力信号である駆動信号Ｃ１に対して略４分の１波長λ／４遅れであるか否かにより、反射ミラー１０４が共振周波数で振動するか否かを判定する。駆動信号Ｃ１に対して信号Ｃ２がλ／４遅れである場合、判定部７０５は、反射ミラー１０４が共振周波数で振動していると判定する。また、判定部７０５は、駆動信号Ｃ１に対して信号Ｃ２がλ／４遅れ以外である場合、反射ミラー１０４が共振周波数以外の駆動周波数で振動していると判定する。

反射ミラー１０４が共振周波数以外の駆動周波数で振動していると判定部７０５が判定する場合、駆動部７００は、駆動周波数の変化を継続しながら、反射ミラー１０４の駆動を続ける。判定部７０５は、駆動周波数の変化が継続されている中、反射ミラー１０４の共振周波数を検索する。以上のように、駆動部７００は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動すると判定部７０５により判定され、かつ反射ミラー１０４が共振周波数で振動すると判定部７０５により判定されるまで第１の経路Ｒ１を用いて反射ミラー１０４を駆動する。

図７に戻って、判定部７０５は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで、かつ共振周波数で振動していると判定すると、破線で示す信号Ｂにより、駆動信号生成部７０１に対して、駆動周波数のスイープを停止させる。駆動信号生成部７０１は、判定部７０５からの信号Ｂが入力されることにより、駆動周波数を固定する。このとき固定された駆動周波数が、反射ミラー１０４を所定の振動モードで振動させることが可能な共振周波数である。駆動部７００は、駆動周波数のスイープを停止させると同時に、反射ミラー１０４の駆動を、第１の経路Ｒ１による駆動から第２の経路Ｒ２による駆動に切り換える。駆動部７００は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動すると判定部７０５により判定され、かつ反射ミラー１０４が共振周波数で振動すると判定部７０５により判定されることにより、第１の経路Ｒ１を第２の経路Ｒ２に切り換え、かつ駆動周波数を共振周波数に固定して反射ミラー１０４を駆動する。

第２の経路Ｒ２は、駆動信号生成部７０１及び増幅部７０３からなる第１の経路Ｒ１に、第１、第２の検出部２１０、２１１、判定部７０５、波形生成部７０６及び加算部７０２が加えられたものである。第２の経路Ｒ２は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号に基づいて反射ミラー１０４を駆動する正帰還ループである。波形生成部７０６は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２に基づいて、駆動信号の波形を生成する。このとき、波形生成部７０６は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２を略４分の１波長進ませた波形を生成する。

加算部７０２は、波形生成部７０６で生成された信号を、駆動信号生成部７０１からの駆動信号に加算する。このようにして、駆動部７００は、第２の経路Ｒ２を用いて、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動する共振周波数を有し、かつ第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２に対して略４分の１波長進ませた新たな駆動信号を生成する。加算部７０２から出力された新たな駆動信号は、増幅部７０３で増幅された後、反射ミラー１０４に入力される。このように、駆動部７００は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動する共振周波数を決定した後は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号に基づいて反射ミラー１０４を駆動する。出力信号である信号Ｃ２に対して略４分の１波長進ませた新たな駆動信号を生成することにより、信号Ｃ２に基づいて反射ミラー１０４を共振周波数で駆動することができる。

駆動部７００が第２の経路Ｒ２を用いて反射ミラー１０４を駆動する間、判定部７０５は、第１の検出部２１０からの信号Ｔ１と第２の検出部２１１からの信号Ｔ２との監視を続ける。判定部７０５は、第１の検出部２１０の信号Ｔ１と第２の信号Ｔ２とが逆位相であるか否かにより、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動するか否かを確認する。また、判定部７０５は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２に基づいて生成した駆動信号に対して、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２が略４分の１波長遅れるか否かにより、反射ミラー１０４が共振周波数で振動するか否かを確認する。

第２の経路Ｒ２を用いて反射ミラー１０４を駆動する間に、反射ミラー１０４が所定の振動モード以外の他の振動モードで振動すると判定部７０５により判定された場合、及び、反射ミラー１０４が共振周波数とは異なる駆動周波数で振動すると判定部７０５により判定された場合のいずれかにおいて、駆動部７００は、反射ミラー１０４の駆動を、第２の経路Ｒ２による駆動から第１の経路Ｒ１による駆動に切り換える。第１の経路Ｒ１による駆動に切り換えると同時に、駆動部７００は、再び駆動周波数のスイープを開始する。そして、判定部７０５は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで駆動する共振周波数を再び検索する。これにより、周囲の環境変化等により共振周波数が変化した場合であっても、再び反射ミラー１０４を所定の振動モードで、かつ共振周波数で駆動することができる。

以上のようにして、駆動部７００は、反射ミラー１０４を、所定の振動モードで、かつ共振周波数で正確に駆動することができる。また、反射ミラー１０４を所定の振動モードとした上で共振周波数を探索することにより、反射ミラー１０４を効率良くかつ安定して駆動することができる。これにより、反射ミラー１０４を効率良く、かつ所望の振動モードで安定して駆動することができるという効果を奏する。また、スクリーン１１０にレーザ光を安定して走査させることにより、高品質な画像を安定して表示することができる。

なお、判定部７０５は、出力信号Ｃ２が、駆動信号Ｃ１に対して略４分の１波長λ／４遅れであるか否かにより、反射ミラー１０４が共振周波数で振動するか否かを判定する構成に限られない。出力信号Ｃ２の波形の取り方に応じて、略４分の１波長のずれを生じる場合以外の場合に、反射ミラー１０４が共振周波数で振動すると判定することとしても良い。これに伴い、波形生成部７０６も、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２を略４分の１波長進ませた波形を生成する構成に限らず、略４分の１波長進ませた波形以外の波形を生成することとしても良い。

また、駆動部７００は、１つの判定部７０５が振動モード判定部の機能と共振判定部の機能とを兼ねる構成に限らず、振動モード判定部と、共振判定部とを別個に設けることとしても良い。さらに、スクリーン１１０の水平方向へレーザ光を走査させる反射ミラー１０４と、スクリーン１１０の垂直方向へレーザ光を走査させる反射ミラー１０４とを用いることにより、スクリーン１１０上の二次元方向へレーザ光を走査させることができる。また、互いに略直交する２つの軸を１つの反射ミラー１０４に設け、それぞれの軸について反射ミラー１０４を回動させることにより、レーザ光を二次元方向へ走査させることとしても良い。

図１０は、本発明の実施例２に係る画像表示装置１０００の概略構成を示す。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。画像表示装置１０００は、観察者側に設けられたスクリーン１００５にレーザ光を供給し、スクリーン１００５で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。画像表示装置１０００は、上記実施例１と同様に、光走査装置１２０を有する。

画像表示装置１０００の観察者側の面には、硝子や透明樹脂等の透明部材からなる出射窓１０１０が設けられている。光走査装置１２０からのレーザ光は、出射窓１０１０を透過した後、スクリーン１００５に入射する。光走査装置１２０を用いることにより、スクリーン１００５にレーザ光を安定して走査させることができる。これにより、画像表示装置１０００は、高品質な画像を安定して表示することができる。

なお、上記各実施例において、光走査装置１２０はレーザ光を供給する光源部１０１を用いる構成としているが、ビーム状の光を供給可能な構成であれば、これに限られない。例えば、光源部１０１は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いる構成としても良い。また、本発明の光走査装置１２０は、画像表示装置に用いる以外に、例えば、レーザプリンタやバーコードリーダ等の、レーザ光を走査させる電子機器に用いることとしても良い。

以上のように、本発明に係る光走査装置は、画像信号に応じて光を走査させる場合に有用であり、特に、プレゼンテーションや動画を表示するための画像表示装置に用いる場合に適している。

本発明の実施例１に係る画像表示装置の概略構成を示す図。 反射ミラーの上面構成を示す図。 可動側電極と固定側電極とによる反射ミラーの駆動を説明する図。 所定の振動モードとは異なる他の振動モードの例を説明する図。 所定の振動モードとは異なる他の振動モードの例を説明する図。 所定の振動モードを説明する図。 駆動部のブロック構成を示す図。 第１の検出部からの信号と第２の検出部からの信号とを示す図。 駆動信号と、検出部により検出された信号とを示す図。 本発明の実施例２に係る画像表示装置の概略構成を示す図。

符号の説明

１００ 画像表示装置、１０１ 光源部、１０４ 反射ミラー、１０５ 反射部、１０７ 筐体、１１０ スクリーン、１２０ 光走査装置、２０４ 可動側電極、２０５ 固定側電極、２１０ 第１の検出部、２１１ 第２の検出部、７００ 駆動部、７０１ 駆動信号生成部、７０２ 加算部、７０３ 増幅部、７０５ 判定部、７０６ 波形生成部、１０００ 画像表示装置、１００５ スクリーン、１０１０ 出射窓

Claims (8)

1. 反射ミラーを振動させることにより光を走査させる光走査装置であって、
   前記反射ミラーの変位を検出する検出部と、
   前記検出部からの信号に基づいて、前記反射ミラーが所定の振動モードで振動するか否かを判定する振動モード判定部と、
   前記検出部からの信号に基づいて、前記反射ミラーが、前記反射ミラーに固有の共振周波数で振動するか否かを判定する共振判定部と、を有すること特徴とする光走査装置。
2. 前記反射ミラーは、回転軸を中心として回転するように変位し、
   前記検出部は、前記回転軸に関して略対称である少なくとも２つの位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記検出部は、前記回転軸に関して略対称な位置に設けられた第１の検出部と第２の検出部とを有し、
   前記振動モード判定部は、前記第１の検出部からの信号と前記第２の検出部からの信号とが互いに逆位相である場合に、前記反射ミラーが前記所定の振動モードで振動していると判定することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記共振判定部は、前記検出部からの信号が、前記反射ミラーを駆動する駆動信号に対して所定の位相ずれを生じる場合に、前記反射ミラーが前記共振周波数で振動すると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 前記駆動周波数を変化させながら前記反射ミラーを駆動する第１の経路と、前記検出部からの信号に基づいて前記反射ミラーを駆動する第２の経路と、を切り換え可能な駆動部を有し、
   前記駆動部は、前記反射ミラーが前記所定の振動モードで振動すると前記振動モード判定部により判定され、かつ前記反射ミラーが前記共振周波数で振動すると前記共振判定部により判定されるまで前記第１の経路を用いて前記反射ミラーを駆動し、前記反射ミラーが前記所定の振動モードで振動すると前記振動モード判定部により判定され、かつ前記反射ミラーが前記共振周波数で振動すると前記共振判定部により判定されることにより、前記第１の経路を前記第２の経路に切り換え、かつ前記駆動周波数を前記共振周波数に固定して前記反射ミラーを駆動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記駆動部は、前記検出部からの信号に対して所定の位相分ずらした信号を前記第２の経路で生成することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
7. 前記駆動部は、前記第２の経路を用いて前記反射ミラーを駆動する間に、前記反射ミラーが前記所定の振動モード以外の他の振動モードで振動すると前記振動モード判定部により判定された場合、及び、前記反射ミラーが前記共振周波数とは異なる前記駆動周波数で振動すると前記共振判定部により判定された場合のいずれかにおいて、前記第２の経路を前記第１の経路に切り換えることを特徴とする請求項５又は６に記載の光走査装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の光走査装置を有し、
   前記光走査装置からの光により所定面に画像を表示することを特徴とする画像表示装置。

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