JP2007097337A - 電気機械変換素子の駆動回路及びそれを備えた網膜走査表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 容量性の電気機械変換素子を駆動するための消費電力を抑えることができる駆動回路を提供すること。
【解決手段】 容量性の第１電気機械変換部及び第２電気機械変換部の２つの電気機械変換部から構成されると共に、互いに逆相となる２相の正弦波状信号によって動作する容量性の電気機械変換素子を駆動するために、この第１電気機械変換部や第２電気機械変換部と共振するインダクタを設けて共振回路を構成し、この共振回路の共振周波数を電気機械変換素子の動作周波数と略同一とする。そして、このように構成された共振回路により第１電気機械変換部と第２電気機械変換部とを駆動する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、容量性の電気機械変換素子を駆動する駆動回路及びそれを備えた画像表示装置に関し、特に複数のピエゾ圧電素子等から構成される容量性の電気機械変換素子を用いた光走査用ミラーを動作させる駆動回路及びそれを備えた網膜走査表示装置に関する。

近年、光束を瞳孔に入射し、その入射した光束により網膜上に画像を投影することにより、観察者にその瞳孔前方において虚像を視認させる画像表示装置、いわゆる網膜走査表示装置が提案されている。

この種の網膜走査表示装置には、光束を水平方向或いは垂直方向に走査するために、光束走査手段が用いられる。たとえば、特許文献１には、光走査手段として容量性の電気機械変換素子で構成された光スキャナが記載されている。

図１７に、容量性の電気機械変換素子で構成された機械的共振系の光スキャナ２００の例を示す。この光スキャナ２００は、光束方向を走査するために、光束を反射させ光束の出射方向を変化させる反射ミラー２２０を配した振動体２２４を共振により揺動させものである。

図１７に示すように、振動体２２４は固定枠２１６に支持されており、この振動体２２４と固定枠２１６とに固着された２つのピエゾ素子２５０，２５２を有している。そして、このピエゾ素子２５０，２５２がそれぞれ駆動源として機能し、揺動軸線Ｌｒのまわりに捩じり振動を生じさせて、反射ミラー２２０を揺動させる。

ここで、図１８に、光スキャナ２００の等価回路及びこの光スキャナ２００の駆動回路２７０を示す。

光スキャナ２００のピエゾ素子２５０は、図１８に示すように、Ｌ_M100とＣ_M100とＲ_M100とが直列に接続された共振回路２８０とＣ_P100とが並列に接続された回路として表現することができ、また、同様に、ピエゾ素子２５２は、Ｌ_M101とＣ_M101とＲ_M101とが直列に接続された共振回路２８２とＣ_P101とが並列に接続された回路として表現することができる。

そして、駆動回路２７０は、ピエゾ素子２５０に対して、正相の正弦波状信号Ｖ+（＝Ｖo｛１＋ｃｏｓ（２πｆｔ）｝）をトランジスタＴｒ１００を介して入力する一方、ピエゾ素子２５２に対して、逆相の正弦波状信号Ｖ-（＝Ｖo｛１−ｃｏｓ（２πｆｔ）｝）をトランジスタＴｒ１０１を介して入力する。

このように、駆動回路２７０は、ピエゾ素子２５０，２５２に対して、互いに逆相となる２相の正弦波状信号を入力することによって、振動体２２４において揺動軸線Ｌｒのまわりに捩じり振動を生じさせて、反射ミラー２２０を揺動させるものである。
特開２００５−１８１４７７号公報

ところが、従来の駆動方法では、線形アンプ（たとえば、Ｔｒ１００，Ｔｒ１０１）によって上述の正弦波状信号を容量性負荷となるピエゾ素子へ出力しているために、容量性負荷での充放電による無効電流が発生していた。そして、このような無効電力により消費電力が大きくなっていた。

網膜走査表示装置などの画像表示装置においては、携帯性向上や小型化が要求されており、可及的に消費電力を抑える必要がある。したがって、容量性の電気機械変換素子を駆動する駆動回路における無効電力も無視することはできない。

そこで、本発明は、容量性の電気機械変換素子を駆動するための消費電力を抑えることができる駆動回路を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、互いに逆相となる２相の正弦波状信号によって動作する容量性の電気機械変換素子を駆動する駆動回路において、前記電気機械変換素子の動作周波数と略同一の共振周波数を有する共振回路を前記電気機械変換素子と共に構成するインダクタを設けたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電気機械変換素子は、少なくとも容量性の第１電気機械変換部及び第２電気機械変換部の２つの電気機械変換部からなり、前記インダクタは、記第１電気機械変換部の駆動端子と前記第２電気機械変換部の駆動端子とを接続するよう設けられたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電気機械変換素子は、少なくとも容量性の第１電気機械変換部及び第２電気機械変換部の２つの電気機械変換部からなり、前記インダクタは少なくとも第１のインダクタ及び第２のインダクタからなり、前記第１のインダクタは前記第１電気機械変換部との間で前記共振回路を構成し、前記第２のインダクタは前記第２電気機械変換部との間で前記共振回路を構成することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記第１電気機械変換部及び／又は前記第２電気機械変換部に対してそれぞれ並列又は直列に補正用キャパシタを設けたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記共振回路を構成する前記電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミングで、前記駆動端子電圧が所定電圧となるように充電制御及び／又は放電制御を行う制御回路を設けたことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記制御回路は、電圧源と、スイッチと、タイミング制御部とを備え、前記スイッチは、前記共振回路と前記電圧源との間及び／又は前記共振回路とグランドとの間に配置され、前記タイミング制御部は、前記共振回路を構成する前記電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミングで、前記スイッチを制御することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記制御回路は、電流源と、タイミング制御部とを備え、前記電流源は、前記共振回路に接続され、前記タイミング制御部は、前記共振回路を構成する前記電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミングで、前記電流源を動作させることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記制御回路は、前記電気機械変換素子を起動する際、前記電圧源の出力電圧レベルを徐々に上昇させて一定値にすることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項５〜８のいずれか一項に記載の発明において、前記インダクタに流れる電流を検出する電流検出部を設け、前記電流検出部によって、前記インダクタに流れる電流が略ゼロとなるタイミングを検出することを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項５〜８のいずれか一項に記載の発明において、前記電気機械変換素子の変位を検出する変位検出部を設け、前記変位検出部によって、前記共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミングを検出することを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の発明において、前記電気機械変換素子は、前記第１電気機械変換部及び前記第２電気機械変換部によって前記所定周波数で共振する機械的共振系を有することを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発明において、前記電気機械変換素子は、光束を走査するための走査用ミラーであることを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の駆動回路を有することを特徴とする網膜走査表示装置とした。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記電気機械変換素子における動作異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部により異常が検出されたとき、表示動作を停止する制御部とを備えたことを特徴とする。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の発明において、前記電気機械変換素子を主走査及び／又は副走査の走査用ミラーとして使用することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、互いに逆相となる２相の正弦波状信号によって動作する容量性の電気機械変換素子を駆動させるために、電気機械変換素子と共に共振回路を構成するインダクタを設け、しかも、この共振回路の共振周波数をこの電気機械変換素子の動作周波数と略同一の共振周波数となるようなインダクタとしたので、容量性負荷への充放電に伴う無効電力によって生じる電力消費を回避することができ、しかも、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電源のみで駆動回路を構成することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、電気機械変換素子は、少なくとも容量性の第１電気機械変換部及び第２電気機械変換部の２つの電気機械変換部からなり、インダクタは、第１電気機械変換部の駆動端子と第２電気機械変換部の駆動端子とを接続するよう設けられているので、複数のインダクタを用いずとも、一つのインダクタによって、第１電気機械変換部及び第２電気機械変換部との間で共振回路を構成することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、第１のインダクタと第１電気機械変換部との間で第１の共振回路を構成し、第２のインダクタと第２電気機械変換部との間で第２の共振回路を構成することができるので、第１電気機械変換部と第２電気機械変換部の容量成分が異なる場合であっても、第１のインダクタと第２のインダクタとをそれぞれ適切なインダクタンスとすることによって、第１の共振回路と第２の共振回路とでその共振周波数を同一のものとすることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、第１電気機械変換部や第２電気機械変換部に対してそれぞれ並列又は直列に補正用キャパシタを設けたので、電気機械変換素子の動作周波数と略同一の共振周波数としつつ、インダクタ選択の自由度を増大できる。

また、請求項５に記載の発明によれば、共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミングで、駆動端子電圧が所定電圧となるように充電制御及び／又は放電制御を行う制御回路を設けたので、駆動回路が供給する充電電流や放電電流を可及的に減らすことができ、その結果、消費電流を低減することが可能となる。

また、請求項６に記載の発明によれば、共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、またはインダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミングで、共振回路と電圧源との間、共振回路とグランドとの間に配置されたスイッチを制御して充電制御や放電制御を行うので、充電制御や放電制御を行うときに、電圧源とスイッチとを設けてこれらを制御するだけでよく、複雑な構成をとる必要がない。

また、請求項７に記載の発明によれば、共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、またはインダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミングで、電流源を制御して充電制御又は放電制御を行うので、充電制御又は放電制御を行うときに、電流源を設けてこの電流源を制御するだけでよく、複雑な構成をとる必要がない。

また、請求項８に記載の発明によれば、電気機械変換素子を起動する際、電圧源の出力電圧レベルを徐々に上昇させて一定値にするので、電気機械変換素子に過電流が流れることを抑制することができ、過電流による電気機械変換素子の故障を防止することができると共に、過電流によるノイズの発生を防止することができる。

また、請求項９に記載の発明によれば、インダクタに流れる電流を検出する電流検出部を設け、この電流検出部によって、インダクタに流れる電流が略ゼロとなるタイミングを検出するので、駆動回路において、インダクタを流れる電流がゼロとなるタイミングを検出することが可能となる。

また、請求項１０に記載の発明によれば、電気機械変換素子の変位を検出する変位検出部を設け、この変位検出部によって、共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミングを検出するので、電気機械変換素子を駆動端子電圧検出部として用いることができ、別途駆動端子電圧検出部を設ける必要がない。

また、請求項１１に記載の発明によれば、電気機械変換素子は、第１電気機械変換部及び第２電気機械変換部によって所定周波数で共振する機械的共振系を有するので、機械的共振系の電気機械変換素子を低消費電力で駆動させることができ、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電源のみで駆動回路を構成することができる。

また、請求項１２に記載の発明によれば、電気機械変換素子は、光束を走査するための走査用ミラーであるので、走査ミラーを有する電気機械変換素子を低消費電力で駆動させることができ、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電源のみで駆動回路を構成することができる。

また、請求項１３に記載の発明によれば、上述の駆動回路を網膜走査表示装置に用いるので、網膜走査表示装置を低消費電力で駆動させることができ、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電源のみで駆動回路を構成することができる。

また、請求項１４に記載の発明によれば、電気機械変換素子における動作異常を検出する異常検出部と、異常検出部により異常が検出されたとき、表示動作を停止する制御部とを備えた網膜走査表示装置としたので、たとえば、駆動端子電圧が異常な電圧となった場合や駆動端子電圧が異常な周波数となった場合には、表示動作を停止するので安全性を高めた網膜走査表示装置を提供することができる。

また、請求項１５に記載の発明によれば、電気機械変換素子を主走査や副走査の走査用ミラーとして使用するので、主走査用ミラーや副走査用ミラーを有する網膜走査表示装置を消費電力で駆動させることができ、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電源のみで駆動回路を構成することができる。

（第１実施形態）
以下、本実施形態における容量性の電気機械変換素子で構成された機械的共振系の光スキャナを駆動する駆動回路を有する網膜走査表示装置について、図面を参照して具体的に説明する。

［１ 網膜走査表示装置１の構成について］
まず、網膜走査表示装置１全体の構成及び動作について説明する。図１に、本発明の実施形態における網膜走査表示装置１の全体構成を示す。この網膜走査表示装置１は、その利用者である観察者の瞳孔１２に光束を入射させ、網膜１４上に画像を投影することによって、観察者の眼１０の瞳孔１２の前方において虚像を視認させるための装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。

網膜走査表示装置１は、外部から供給される映像信号Ｓに応じて強度変調された光束を生成する光束生成部２０を備え、さらに、その光束生成部２０と観察者の眼１０との間には、光束生成部２０で生成され、光ファイバ５０から出射される光束を平行光化するコリメート光学系５１と、このコリメート光学系５１で平行光化された光束を画像表示のために水平方向に走査する水平走査部６０と、水平走査部６０で水平方向に走査された光束を垂直方向に走査する垂直走査部８０と、水平走査部６０と垂直走査部８０との間に設けられたリレー光学系６２と、このように水平方向と垂直方向に走査された光束（以下、「走査光束」とする。）を瞳孔１２へ出射するためのリレー光学系９０を備えている。

図１に示すように、光束生成部２０には、外部から供給される映像信号Ｓが入力され、それに基づいて画像を合成するための要素となる各信号等を発生する信号処理回路２１が設けられ、この信号処理回路２１において、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）の各映像信号が生成され、出力される。また、信号処理回路２１は、水平走査部６０で使用される水平同期信号と垂直走査部８０で使用される垂直同期信号とをそれぞれ出力する。

さらに、光束生成部２０は、信号処理回路２１から出力される３つの映像信号（Ｂ，Ｒ，Ｇ）をそれぞれ光束にする光源部３０と、これらの３つの光束を１つの光束に結合して任意の光束を生成するための光合成部４０を備えている。

光源部３０は、青色の光束を発生させるＢレーザ３４及びＢレーザ３４を駆動するＢレーザドライバ３１と、赤色の光束を発生させるＲレーザ３５及びＲレーザ３５を駆動するＲレーザドライバ３２と、緑色の光束を発生させるＧレーザ３６及びＧレーザ３６を駆動するＧレーザドライバ３３とを備えている。なお、各レーザ３４，３５，３６は、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。

光合成部４０は、光源部３０から入射する光束を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系４１，４２，４３と、このコリメートされた光束を合成するためのダイクロイックミラー４４，４５，４６と、合成された光束を光ファイバ５０に導く結合光学系４７とを備えている。

各レーザ３４，３５，３６から出射した光束は、コリメート光学系４１，４２，４３によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー４４，４５，４６に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー４４，４５，４６により、各光束が波長に関して選択的に反射・透過される。

具体的には、Ｂレーザ３４から出射した青色の光束は、コリメート光学系４１によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー４４に入射される。Ｒレーザ３５から出射した赤色の光束は、コリメート光学系４２を経てダイクロイックミラー４５に入射される。Ｇレーザ３６から出射した緑色の光束は、コリメート光学系４３を経てダイクロイックミラー４６に入射される。

それら３つのダイクロイックミラー４４，４５，４６にそれぞれ入射した３原色の光束は、波長選択的に反射または透過して結合光学系４７に達し、集光されて、光ファイバ５０へ出力される。

水平走査部６０及び垂直走査部８０は、光ファイバ５０から出射された光束を画像として投影可能な状態にするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とするものである。この水平走査部６０と水平走査するための構成部分を有する信号処理回路２１とは水平光走査装置として機能し、この垂直走査部８０と垂直走査するための構成部分を有する信号処理回路２１とは垂直光走査装置として機能する。

水平走査部６０は、走査用ミラーとして光束を水平方向に走査するための水平走査用光スキャナ６１と、この水平走査用光スキャナ６１を駆動させる水平走査駆動回路７０ａとを有しており、垂直走査部８０は、走査用ミラーとして光束を垂直方向に走査するための垂直走査用光スキャナ８１と、この垂直走査用光スキャナ８１を駆動させる垂直走査駆動回路８２とを有している。なお、水平走査駆動回路７０ａは信号処理回路２１から出力される水平同期信号に基づいて、垂直走査駆動回路８２は信号処理回路２１から出力される垂直同期信号に基づいて、それぞれ駆動する。水平走査用光スキャナ６１と垂直走査用光スキャナ８１とは、後述で詳解するように電気機械変換素子から構成されている。

また、水平走査部６０と垂直走査部８０との間での光束を中継するリレー光学系６２を備えており、水平走査用光スキャナ６１によって水平方向に走査された光は、リレー光学系６２を通って、垂直走査用光スキャナ８１によって垂直方向に走査されて、走査光束として、リレー光学系９０へ出射される。

リレー光学系９０は、凸レンズ９１，９４を有している。垂直走査部８０から出射された走査光束は、凸レンズ９１によって、それぞれの光束がその光束の中心線を相互に平行にされ、かつそれぞれ収束光束に変換される。そして、凸レンズ９４によってほぼ平行な光束となると共に、これらの光束の中心線が観察者瞳孔に収束するように変換される。

［２ 水平走査用光スキャナ６１の構成について］
次に、上述のように光束を水平方向に走査するための光スキャナの構成について、以下、具体的に説明する。図２は水平走査用光スキャナ６１の斜視図である。なお、垂直走査用光スキャナ８１も同様の構成であるため、ここでは説明を省略する。

水平走査用光スキャナ６１は容量性かつ機械的共振系の電気機械変換素子から構成されており、網膜１４の上の光スポットを水平方向に走査するために、光束を反射させ光束の出射方向を変化させる反射ミラー１２０を配した振動体１２４が水平走査駆動回路７０ａによって揺動する。本実施形態においては振動体１２４を共振させている。このように振動体１２４を共振させることによって反射ミラー１２０を揺動させることができる。

図２に示すように、水平走査用光スキャナ６１は、貫通孔１１４を有し、平面視で略長方形をなしている。また、本体部１１０の外側には固定枠部１１６を備え、一方、その内側には反射ミラー１２０を有する振動体１２４を備えている。なお、この水平走査用光スキャナ６１は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて生成されており、後述の圧電素子部１５０〜１５３及び電極等は、薄膜形成法によって形成されている。

振動体１２４は、複数の構成要素が一体的に形成されており、これらの構成要素として、反射ミラー１２０と、その反射ミラー１２０の一側に連結される板状の弾性部材１４２、弾性部材１４４及び弾性部材１４６から構成される第１の梁部１４０と、同じく反射ミラー１２０の他側に連結される板状の弾性部材１４３、弾性部材１４５及び弾性部材１４７から構成される第２の梁部１４１とがある。

ここで、反射ミラー１２０、第１の梁部１４０及び第２の梁部１４１を有する振動体１２４は、網膜走査表示装置１に固定される固定枠部１１６に対して可動する可動部材となっている。

反射ミラー１２０は、図２に示すように、略長方形を成しており、本体部１１０の略中央部に配置されている。この反射ミラー１２０は、図２において横方向に延びる揺動軸線Ｌｒのまわりに揺動することにより、反射ミラー１２０に入射した光の反射方向を変化させる。

反射ミラー１２０の一側には、上述のように弾性部材１４２から２本の弾性部材１４４及び弾性部材１４６が弾性部材１４２の幅より広い分岐間隔で互いに並列に分岐するように形成され、また２本の弾性部材１４４と弾性部材１４６とは揺動軸線Ｌｒを中心として対称に形成される。同様にして、反射ミラー１２０の他側には、弾性部材１４３から２本の弾性部材１４５及び弾性部材１４７が弾性部材１４３の幅より広い分岐間隔で互いに並列的に分岐するように形成され、２本の弾性部材１４５と弾性部材１４７は揺動軸線Ｌｒを中心として対称に形成される。そして、第１の梁部１４０と第２の梁部１４１とは、反射ミラー１２０を挟んで対称となる位置に配置される。

また、第１の梁部１４０に属する弾性部材１４４と弾性部材１４６にはその片面にそれぞれ第１の圧電素子１５０と第２の圧電素子１５２がそれぞれ固着されている。この第１の圧電素子１５０と第２の圧電素子１５２は、それぞれその一端が固定端として固定枠部１１６に固着され、他端が固定枠部１１６に固着されない自由端となっている。なお、第１の圧電素子１５０は第１の電気機械変換部に対応し、第２の圧電素子１５２は第２の電気機械変換部に対応する。

この第１の圧電素子１５０、第２の圧電素子１５２は、それぞれ同一の構造をしており、その固着面と直角な方向において上部電極と下部電極とによって挟まれている。

また、第１の圧電素子１５０の上部電極と下部電極は、それぞれ固定枠部１１６に設置された駆動端子１６０と駆動端子１６１に接続され、第２の圧電素子１５２の上部電極と下部電極は、それぞれ固定枠部１１６に設置された駆動端子１６４と駆動端子１６５に接続されている。

また、第１の梁部１４０と同様に、第２の梁部１４１に属する弾性部材１４５と弾性部材１４７には、その片面にそれぞれ第３の圧電素子１５１と第４の圧電素子１５３がそれぞれ固着されている。そして、第３の圧電素子１５１の上部電極と下部電極は、それぞれ固定枠部１１６に設置された駆動端子１６２と駆動端子１６３に接続され、第４の圧電素子１５３の上部電極と下部電極は、それぞれ固定枠部１１６に設置された駆動端子１６６と駆動端子１６７に接続されている。

なお、本実施形態においては、第１及び第２の電気機械変換部を第１及び第２の圧電素子１５０，１５２として説明するが、容量性の電気機械変換可能なものであればよく、これに限られるものではない。

このように構成された水平走査用光スキャナ６１において、第１の圧電素子１５０の上部電極と下部電極との間に電圧が印加されると、その印加方向のみならず、印加方向と直交する向きにも伸縮が発生する。このように第１の圧電素子１５０に伸縮が発生するとともに、その底面は弾性体１４４に固定されているため、第１の圧電素子１５０と弾性体１４４は上向き又は下向きに屈曲する。また、第２の圧電素子１５２と弾性体１４６も同様に、上部電極と下部電極との間に電圧が印加されると、弾性変形して上向き又は下向きに屈曲する。このように上向きに屈曲するか、下向きに屈曲するかは、電極間に印加する電圧の正負によって制御される。

この弾性部材１４４、１４６の弾性変形による屈曲は、弾性部材１４２の揺動軸線Ｌｒを中心軸とした弾性変形による回動をもたらす。この弾性部材１４２の回動により、反射ミラー１２０が揺動軸線Ｌｒのまわりで回動する。

したがって、第１の圧電素子１５０の上部電極と下部電極との間と、第２の圧電素子１５２の上部電極と下部電極との間とに互いに逆位相の交流電圧を印加することにより、それぞれの自由端が互いに逆向き変位するように弾性変形して屈曲し、交流電圧の周波数で上下の曲げ振動を繰り返す。この曲げ振動は、第１の梁部１４０を介して、揺動軸線Ｌｒを中心軸とした回転運動に変換され、反射ミラー１２０は、揺動軸線Ｌｒのまわりで回転する。

また、第２の梁部１４１は、上述のように反射ミラー１２０の他側に位置して、揺動軸線Ｌｒを中心として第１の梁部１４０と対称に形成されており、上述のように第１の梁部１４０によって発生した回転振動が反射ミラー１２０を介して伝わる。その結果、第２の梁部１４１と同様の変位が発生する。すなわち、揺動軸線Ｌｒを中心軸として、弾性部材１４３は、弾性部材１４２と略同様に弾性変形して回転振動し、弾性部材１４５は、弾性部材１４６と略同様に弾性変形して曲げ振動し、弾性部材１４７は、弾性部材１４４と略同様に弾性変形して曲げ振動する。

ここで、第２の梁部１４１の弾性部材１４５には、第３の圧電素子１５１が固着されており、弾性部材１４５に上述のような曲げ振動が発生すると、その曲げ振動が第３の圧電素子１５１に伸縮を引き起こして電圧に変換され、第２の弾性部材のねじれ量に応じた電圧信号が出力端子１６２、１６３から出力される。また、同様に、第２の梁部１４１の弾性部材１４７には、第４の圧電素子１５３が固着されており、弾性部材１４７に上述のような曲げ振動が発生すると、その曲げ振動が第４の圧電素子１５３により電圧に変換され、第２の弾性部材のねじれ量に応じた電圧信号が出力端子１６６、１６７から出力される。

［３ 水平走査駆動回路７０ａの構成について］
次に、光スキャナを駆動する水平走査駆動回路７０ａについて、以下、具体的に説明する。図３は水平走査用光スキャナ６１と水平走査駆動回路７０ａとの接続を示す図、図４は水平走査駆動回路７０ａの構成を示す図である。

図３に示すように、水平走査用光スキャナ６１には、水平走査駆動回路７０ａが接続されている。そして、水平走査駆動回路７０ａは、第１の圧電素子１５０に接続された駆動端子１６０の電圧レベルと第２の圧電素子１５２に接続された駆動端子１６４の電圧レベルとがそれぞれ正弦波状電圧となるように動作する。また、第１の圧電素子１５０に接続された駆動端子１６１と第２の圧電素子１５２に接続された駆動端子１６５は、水平走査駆動回路７０ａによってグランドに接続（接地）される。

水平走査駆動回路７０ａは、図４に示すように、第１の圧電素子１５０に接続された駆動端子１６０と第２の圧電素子１５２に接続された駆動端子１６４との間に、スイッチＳＷ５とインダクタとしてのコイルＬ１とを直列に接続しており、スイッチＳＷ５を短絡状態とすることによって駆動端子１６０と駆動端子１６４との間がコイルＬ１を介して接続される。

ここで、第１の圧電素子１５０の等価回路は、図４に示すように、ＬＣＲ共振回路１８０とコンデンサＣ_P1との並列回路と表現することができ、また第２の圧電素子１５２の等価回路は、図４に示すようにＬＣＲ共振回路１８２とコンデンサＣ_P2との並列回路と表現することができる。本実施形態においては、ＬＣＲ共振回路１８０，１８２のアドミッタンスは、コンデンサＣ_P1，Ｃ_P2のアドミッタンスと比べて無視できる程度に小さく、第１の圧電素子１５０はコンデンサＣ_P1からなる容量性負荷（以下、「第１の容量性負荷」とする。）と、第２の圧電素子１５２はＣ_P2からなる容量性負荷（以下、「第２の容量性負荷」とする。）とみなすことができるものとする。なお、コンデンサＣ_P1とコンデンサＣ_P2は同一容量値Ｃ_P、コンデンサＣ_M1とコンデンサＣ_M2は同一容量値Ｃ_M、コイルＬ_M1とコイルＬ_M2は同一インダクタ値Ｌ_Mである。

そして、第１の容量性負荷と第２の容量性負荷とコイルＬ１とにより共振回路を構成する。その共振周波数が水平走査用光スキャナ６１の動作周波数とほぼ同一になるようにコイルＬ１の定数が決定される。上述のように水平走査用光スキャナ６１は機械的共振系を含む電気機械変換素子であり、その共振ポイントがこの水平走査用光スキャナ６１の動作周波数となる。

ここで、水平走査用光スキャナ６１の動作周波数ｆ１は、
ｆ１＝（２π）^-1（Ｌ_M×Ｃ_M）^-0.5 ・・・（１）
となる。
また、共振回路の共振周波数ｆ２は、
ｆ２＝１／Ｔｒ＝（２π）^-1（Ｌ１×Ｃ_P1×Ｃ_P2／(Ｃ_P1+Ｃ_P2)）^-0.5 ・・（２）
となる。
したがって、ｆ１≒ｆ２となるように、コイルＬ１の定数を設定する。

また、第１の圧電素子１５０の駆動端子１６０は、スイッチＳＷ１の一端とスイッチＳＷ２の一端とに接続される。また、スイッチＳＷ１の他端は可変電圧源ＶＲ１に接続され、スイッチＳＷ２の他端はグランドに接続される。そして、スイッチＳＷ１が短絡状態となるときには駆動端子１６０が可変電圧源ＶＲ１に接続され、スイッチＳＷ２が短絡状態となるときには駆動端子１６０がグランドに接続される。

同様に、第２の圧電素子１５２の駆動端子１６４は、スイッチＳＷ３の一端とスイッチＳＷ４の一端とに接続される。また、スイッチＳＷ３の他端は可変電圧源ＶＲ１に接続され、スイッチＳＷ４の他端はグランドに接続される。そして、スイッチＳＷ３が短絡状態となるときには駆動端子１６４が可変電圧源ＶＲ１に接続され、スイッチＳＷ４が短絡状態となるときには駆動端子１６４がグランドに接続される。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、スイッチタイミング制御回路７１ａによって動作し、スイッチの短絡及び開放が制御される。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、ＭＯＳ−ＦＥＴなどから構成される。また、可変電圧源ＶＲ１と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５と、スイッチタイミング制御回路７１ａにより制御回路が構成される。

また、電源電圧制御回路７２ａは、可変電圧源ＶＲ１を制御してその出力電圧のレベルを変更する制御を行う。すなわち、この電源電圧制御回路７２ａによって可変電圧源ＶＲ１の出力レベルが０Ｖ〜２Ｖo（Ｖ）まで変わる。

以上のように構成された水平走査駆動回路７０ａの動作について、図５及び図６を用いて具体的に説明する。図５及び図６は水平走査駆動回路７０ａにおける出力信号波形及びスイッチタイミング制御回路７１ａによるＳＷ１〜ＳＷ５の制御タイミングを説明するための図である。

図５に示すように、まず、スイッチタイミング制御回路７１ａによって、そのスイッチＳＷ５は短絡状態に、スイッチＳＷ１及びＳＷ４は所定期間短絡状態にされる（図５中のｔ＝０）。これにより、駆動端子１６０は可変電圧源ＶＲ１に接続され、コンデンサＣ_P1へ電荷がチャージ（充電）される。また、駆動端子１６４はグランドに接続され、コンデンサＣ_P2の電荷がディスチャージ（放電）される。その結果、コンデンサＣ_P1の電圧は２Ｖo（Ｖ）となり、コンデンサＣ_P2の電圧は０（Ｖ）となる。なお、ここでは、可変電圧源ＶＲ１の出力電圧Ｖｃｃは２Ｖo（Ｖ）になるように制御されている。すなわち、可変電圧源ＶＲ１は定電圧源として動作する。

その後、コンデンサＣ_P1にチャージされた電荷は、コイルＬ１を通過してコンデンサＣ_P2を充電する（０＜ｔ＜Ｔ１）。これにより、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の電圧レベルが、正弦波状電圧として変移し始める。

ここで、この共振回路のＱ値に対応する電力消費(コンデンサやコイルが持つ抵抗損失に起因する)により、図５に示すように、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の電圧として変移する正弦波状電圧の振幅レベルが減衰すると共に、駆動端子１６０の電圧レベルは０（Ｖ）に達せず、また駆動端子１６４の電圧レベルは２Ｖo（Ｖ）に達しない。

そこで、スイッチタイミング制御回路７１ａは、スイッチＳＷ１及びＳＷ４を所定期間短絡状態としたときから駆動端子１６０の電圧として変移する正弦波状電圧の電圧レベルが極小値（あるいは駆動端子１６４の電圧として変移する正弦波状電圧の電圧レベルが極大値）となるとき、すなわち、第１及び第２の共振回路の半周期（Ｔｒ(Trace ave-length)／２）後に、スイッチＳＷ２及びＳＷ３を制御してこれらを所定期間短絡状態とする（ｔ＝Ｔ１）。なお、正弦波状電圧の電圧レベルの極大値は、略極大値であればよく、正弦波状電圧の電圧レベルの極小値は、略極小値であればよい。

このようにスイッチＳＷ２及びＳＷ３を所定時間短絡することにより、駆動端子１６０の電圧レベルを極小値から０（Ｖ）に、駆動端子１６４の電圧レベルを極大値から２Ｖo（Ｖ）にすることができ、わずかな電荷のチャージ及びディスチャージにより、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の電圧として変移する正弦波状電圧の減衰を補正することができる。

以下同様に、スイッチタイミング制御回路７１ａは、第１及び第２の半周期（Ｔｒ／２）毎に、スイッチＳＷ１及びＳＷ４と、スイッチＳＷ２及びＳＷ３とを交互に所定期間短絡させ（ｔ＝Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の電圧として変移する正弦波状電圧の減衰を補正する。

なお、本実施形態においては、説明を容易にするために、共振回路の半周期（Ｔｒ／２）毎に、スイッチＳＷ１及びＳＷ４と、スイッチＳＷ２及びＳＷ３とを交互に所定期間短絡させるようにしたが、共振回路のＱ値が大きいために正弦波状電圧の減衰が小さいときには、共振回路の１０周期毎や２０周期毎などのように正弦波状電圧の減衰に合わせてこれらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の制御を行うようにしてもよい。

この水平走査駆動回路７０ａにおいて、損失の主要因はインダクタ損失であり、Ｃ_PＬ１共振回路のＱ値をＱ１とすると、水平走査駆動回路７０ａの消費電力Ｐ２は、次のように表すことができる。
Ｐ２＝｛２×（２πｆ２×Ｃ_P×Ｖo²）｝／Ｑ１ ・・・（３）
ここで、共振周波数ｆ２＝３０ｋＨｚ、Ｃ_P＝１ｎＦ、Ｖo＝１５Ｖ、Ｑ１＝５０とすると、消費電力Ｐ２＝１．７０ｍＷとなる。

一方、従来の図１８の構成における消費電力Ｐ１は、次のように表すことができる。なお、Ｃ_P100及びＣ_P101の容量値をＣ_Pとする。
Ｐ１＝８×ｆ１×Ｃ_P×Ｖo² ・・・（４）
ここで、動作周波数ｆ１＝３０ｋＨｚ、Ｃ_P＝１ｎＦ、Ｖo＝１５Ｖとすると、消費電力Ｐ２＝５４ｍＷとなる。

このように、本実施形態によれば、容量性負荷への充放電に伴う電力消費を低減できる。しかも、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電圧源のみで水平走査駆動回路７０ａを構成することができる。

また、水平走査駆動回路７０ａは、水平走査用光スキャナ６１を起動する際、図６に示すように、可変電圧源ＶＲ１の出力電圧Ｖｃｃの電圧レベルを徐々に上昇させて一定値２Ｖo（Ｖ）にすることもできる。これにより第１の圧電素子１５０及び第２の圧電素子１５２に対して流す電流を抑制することができる。すなわち、コンデンサＣ_P1，Ｃ_P2への充放電を徐々に行うことができ、その結果、ノイズの発生等を抑制することができる。しかも、水平走査用光スキャナ６１において過電流による故障を防止することができる。

また、水平走査駆動回路７０ａにおいて、図７に示すようにコンデンサＣ_P1に対して直列に補正用コンデンサＣ１１を、コンデンサＣ_P2に対して直列に補正用コンデンサＣ１２をそれぞれ設けることにより、Ｃ_P1とＣ_P2の値が異なる場合において両者の差を補正でき、また、共振周波数を変えることなく、損失が最少となるインダクタ値を選択することができる。

また、水平走査駆動回路７０ａにおいて、図８に示すようにコンデンサＣ_P1に対して並列に補正用コンデンサＣ１３を、コンデンサＣ_P2に対して並列に補正用コンデンサＣ１４をそれぞれ設けることによっても、上記と同様の効果を得ることができる。

ここで、水平走査駆動回路７０ａは、共振回路の半周期（Ｔｒ／２）毎に、スイッチＳＷ１及びＳＷ４と、スイッチＳＷ２及びＳＷ３とを交互に所定期間短絡するようにしているが、このスイッチを制御するタイミングは、スイッチタイミング制御回路７１ａに予め設定されており、このように設定されたタイミングでスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が制御される。

ところで、このスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の制御は、水平走査用光スキャナ６１の変位状態に基づいたタイミングで行うようにすることもでき、以下、このように水平走査用光スキャナ６１の変位状態に基づいたタイミングでスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の制御を行う構成について説明する。

まず、図９及び図１０に示すように、水平走査駆動回路７０ａに、水平走査用光スキャナ６１の変位状態を検出するための変位信号検出回路７７を設ける。そして、この変位信号検出回路７７による検出結果に基づいて、駆動端子１６０及び駆動端子１６４における正弦波状電圧の電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミングをスイッチタイミング制御回路７１ａが判定し、その判定に基づいて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御する。

ここで、水平走査用光スキャナ６１は、上述のように第１の梁部１４０の変位と同様の変位が第２の梁部１４１に発生する構成となっており、この変位が第３の圧電素子１５１及び第４の圧電素子１５３により電圧に変換される。なお、この第３の圧電素子１５１及び第４の圧電素子１５３が図１０中の変位検出電圧源に対応する。

また、変位信号検出回路７７は、反射ミラー１２０に生じた変位を第３の圧電素子１５１及び第４の圧電素子１５３から出力される信号（以下、「出力信号」とする。）によって検出する回路であり、この信号から反射ミラー１２０の動作周波数（変位周波数）と振幅（変位範囲）を検出する。ここで、反射ミラー１２０の揺動周波数は、出力信号における正弦状電圧の周波数から検出し、反射ミラー１２０の振幅は、出力信号における正弦波状電圧の振幅レベルから検出する。このように、変位信号検出回路７７は、反射ミラー変位検出手段としての機能を有している。

また、スイッチタイミング制御回路７１ａは、変位信号検出回路７７によって検出された振幅などから正弦波状電圧の電圧レベルが駆動端子１６０や駆動端子１６４にて略極大値又は略極小値となるタイミングを判定し、このタイミングでスイッチＳＷ１及びＳＷ４と、スイッチＳＷ２及びＳＷ３とを交互に所定期間短絡するよう動作する。

このように、水平走査駆動回路７０ａは、駆動端子１６０及び駆動端子１６４における正弦波状電圧の電圧レベルに基づいてスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御するようにしているため、適切なタイミングでスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御することができる。しかも、水平走査用光スキャナ６１に設けられた第３の圧電素子１５１及び第４の圧電素子１５３を用いて駆動端子１６０及び駆動端子１６４における正弦波状電圧の電圧レベルを検出するようにしているため、特別な回路を設ける必要がない。

また、スイッチタイミング制御回路７１ａは、変位信号検出回路７７によって検出された振幅や動作周波数に基づいて、水平走査用光スキャナ６１の動作異常を検出する異常検出部として機能する。そして、スイッチタイミング制御回路７１ａから水平走査用光スキャナ６１の動作異常が検出され、スイッチタイミング制御回路７１ａから信号処理回路２１へ異常検出信号が出力されると、信号処理回路２１は、表示動作を停止する制御部として機能する。この表示動作の停止は、光源部３０からの光束の出力を停止する等によって行われる。また、水平走査用光スキャナ６１の動作異常としては、水平走査用光スキャナ６１の駆動端子電圧が異常な電圧となった場合や駆動端子電圧が異常な周波数となった場合などがある。

このように、水平走査用光スキャナ６１の動作異常を検出して表示動作を停止するので安全性を高めた網膜走査表示装置を提供することができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態においては、第１の圧電素子１５０と第２の圧電素子１５２との間にコイルを設けて共振回路を構成することとしたが、本実施形態においては、圧電素子１５０，１５２ごとにそれぞれ共振回路を構成するものである。なお、本実施形態は、第１実施形態における水平走査駆動回路７０ａの構成を変更したものであり、その他の構成については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

以下、本実施形態における水平走査駆動回路７０ｂについて、図面を参照して具体的に説明する。図１１は水平走査駆動回路７０ｂの構成を示す図である。

図１１に示すように、水平走査駆動回路７０ｂは、第１の圧電素子１５０に接続された駆動端子１６０とグランドの間に、第１のインダクタとしてのコイルＬ１１と定電圧源Ｖ１１（＝Ｖo）とが直列に接続され、同様に、第２の圧電素子１５２に接続された駆動端子１６４とグランドの間に、第２のインダクタとしてのコイルＬ１２と定電圧源Ｖ１２（＝Ｖo）とが直列に接続される。

ここで、本実施形態においては、第１実施形態と同様に、第１の圧電素子１５０はコンデンサＣ_P1からなる第１の容量性負荷と、第２の圧電素子１５２はＣ_P2からなる第２の容量性負荷とみなすことができるものとする。

そして、第１の容量性負荷とコイルＬ１１とにより共振回路を構成し、第２の容量性負荷とコイルＬ１２とにより共振回路を構成する。これらの共振回路は、その共振周波数が水平走査用光スキャナ６１の動作周波数とほぼ同一になるようにコイルＬ１１及びＬ１２の定数が決定される。上述のように水平走査用光スキャナ６１は機械的共振系を含む電気機械変換素子であり、その共振ポイントがこの水平走査用光スキャナの動作周波数となる。

ここで、水平走査用光スキャナ６１の動作周波数ｆ１は、第１実施形態で説明したように、ｆ１＝（２π）^-1（Ｌ_M×Ｃ_M）^-0.5となる。
また、第１の共振回路の共振周波数ｆ１１と第２の共振回路の共振周波数ｆ１２は、
ｆ１１＝（２π）^-1（Ｌ１１×Ｃ_P1）^-0.5 ・・・（５）
ｆ１２＝（２π）^-1（Ｌ１２×Ｃ_P2）^-0.5 ・・・（６）
となる。
したがって、ｆ１≒ｆ１１、ｆ１≒ｆ１２となるように、コイルＬ１１及びＬ１２の定数を設定する。

また、第１の圧電素子１５０に接続された駆動端子１６０には、スイッチＳＷ１１の一端及びスイッチＳＷ１２の一端が接続される。スイッチＳＷ１１の他端は可変電圧源ＶＲ１１に接続され、スイッチＳＷ１２の他端は可変電圧源ＶＲ１２に接続される。そして、スイッチＳＷ１１が短絡状態となるときには駆動端子１６０が可変電圧源ＶＲ１１に接続され、スイッチＳＷ１２が短絡状態となるときには駆動端子１６０が可変電圧源ＶＲ１２に接続される。

同様に、第２の圧電素子１５２に接続された駆動端子１６４には、スイッチＳＷ１３の一端及びスイッチＳＷ１４の一端が接続される。スイッチＳＷ１３の他端は可変電圧源ＶＲ１１に接続され、スイッチＳＷ１４の他端は可変電圧源ＶＲ１２に接続される。そして、スイッチＳＷ１３が短絡状態となるときには駆動端子１６４が可変電圧源ＶＲ１１に接続され、スイッチＳＷ１４が短絡状態となるときには駆動端子１６４が可変電圧源ＶＲ１２に接続される。ここで、可変電圧源ＶＲ１１の出力はＶo〜２Ｖo（Ｖ）の範囲で、可変電圧源ＶＲ１２は０〜Ｖoの範囲で可変であり、電源電圧制御回路７２ｂによって制御される。すなわち、可変電圧源ＶＲ１１，ＶＲ１２は定電圧源として動作する。

スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４は、スイッチタイミング制御回路７１ｂによって動作し、その短絡及び開放が制御される。なお、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４は、ＭＯＳ−ＦＥＴなどから構成される。また、可変電圧源ＶＲ１１及びＶＲ１２と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と、スイッチタイミング制御回路７１ｂにより制御回路が構成される。

以上のように構成された水平走査駆動回路７０ｂの動作について、図１２及び図１３を用いて具体的に説明する。図１２及び図１３は水平走査駆動回路７０ｂにおける出力信号波形及びスイッチタイミング制御回路７１ｂによるＳＷ１〜ＳＷ４の制御タイミングを説明するための図である。

図１２に示すように、まず、スイッチタイミング制御回路７１ｂによって、スイッチＳＷ１１及びＳＷ１４は所定期間短絡状態にされる（図１２中のｔ＝０）。これにより、駆動端子１６０は可変電圧源ＶＲ１１に接続され、コンデンサＣ_P1へ電荷をチャージ（充電）すると共に、駆動端子１６４は可変電圧源ＶＲ１３に接続され、コンデンサＣ_P2から電荷をディスチャージ（放電）する。その結果、コンデンサＣ_P1の電圧は２Ｖo（Ｖ）となり、コンデンサＣ_P2の電圧は０（Ｖ）となる。なお、可変電圧源ＶＲ１１は２Ｖo（Ｖ）に、可変電圧源ＶＲ１２の電圧は０（Ｖ）になるようにそれぞれ制御されている。

その後、コンデンサＣ_P1にチャージされた電荷はコイルＬ１２を通ってコンデンサＣ_P2へチャージされる（０＜ｔ＜Ｔ１）。これにより、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の電圧レベルが、正弦波状電圧として変化し始める。

ここで、この共振回路のＱ値に対応する電力消費(コイルＬ１１，Ｌ１２の内部抵抗等による損失)によって、図１２に示すように、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の正弦波状電圧の振幅レベルが減衰すると共に、駆動端子１６０の電圧レベルは０（Ｖ）に達せず、また駆動端子１６４の電圧レベルは２Ｖo（Ｖ）に達しない。

そこで、スイッチタイミング制御回路７１ｂは、スイッチＳＷ１１及びＳＷ１４を所定期間短絡状態としたときから駆動端子１６０の正弦波状電圧の電圧レベルが極小値（あるいは駆動端子１６４の電圧として変移する正弦波状電圧の電圧レベルが極大値）となるとき、すなわち、第１及び第２の共振回路の半周期（Ｔｒ／２）後に、スイッチＳＷ１２及びＳＷ１３を制御してこれらを所定期間短絡状態とする（ｔ＝Ｔ１１）。なお、正弦波状電圧の電圧レベルの極大値は、略極大値であればよく、正弦波状電圧の電圧レベルの極小値は、略極小値であればよい。

このようにスイッチＳＷ１２及びＳＷ１３を所定時間短絡することにより、駆動端子１６０の電圧レベルを極小値から０（Ｖ）に、駆動端子１６４の電圧レベルを極大値から２Ｖo（Ｖ）にすることができ、わずかな電荷のチャージ及びディスチャージにより、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の正弦波状電圧の減衰を補正することができる。

以下同様に、スイッチタイミング制御回路７１ｂは、共振回路の半周期（Ｔｒ／２）毎に、スイッチＳＷ１１及びＳＷ１４と、スイッチＳＷ１２及びＳＷ１３とを交互に短絡させ（ｔ＝Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４）、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の正弦波状電圧の減衰を補正する。

なお、本実施形態においては、説明を容易にするために、第１及び第２の共振回路の半周期（Ｔｒ／２）毎に、スイッチＳＷ１１及びＳＷ１４と、スイッチＳＷ１２及びＳＷ１３とを交互に短絡させるようにしたが、共振回路のＱ値に対応する電力消費が小さいときには、共振回路の１０周期毎や２０周期毎などのように正弦波状電圧の減衰に合わせてこれらのスイッチの制御を行うようにしてもよい。

この水平走査駆動回路７０ｂにおいて、損失の主要因はインダクタがもつ抵抗損失であり、第１及び第２の共振回路のＱ値をそれぞれＱ１１，Ｑ１２とすると、消費電力Ｐ２´は、次のように表すことができる。
Ｐ２´＝（２πｆ１１×Ｃ_P1×Ｖo）／Ｑ１１
＋（２πｆ１２×Ｃ_P2×Ｖo）／Ｑ１２ ・・・（７）
ここで、ｆ１１，ｆ１２＝３０ｋＨｚ、Ｃ_P1，Ｃ_P2＝１ｎＦ、Ｖo＝１５Ｖ、Ｑ１１，Ｑ１２＝５０とすると、消費電力Ｐ２´＝１．７０ｍＷとなる。

このように、本実施形態によれば、容量性負荷への充放電に伴う無効電力によって生じる電力消費を回避することができ、正味消費電力のみを供給すればよい。しかも、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電圧源のみで水平走査駆動回路７０ｂを構成することができる。

また、水平走査駆動回路７０ｂは、水平走査用光スキャナ６１を起動する際、図１３に示すように、可変電圧源ＶＲ１１の出力電圧レベルをＶo（Ｖ）から２Ｖo（Ｖ）にかけて徐々に上昇させると共に可変電圧源ＶＲ１２の出力電圧レベルをＶo（Ｖ）から０（Ｖ）へ徐々に下降させることもできる。これにより第１の圧電素子１５０及び第２の圧電素子１５２に対して流す電流を抑制することができる。すなわち、コンデンサＣ_P1，Ｃ_P2への充放電を徐々に行うことができ、その結果、ノイズの発生等を抑制することができる。しかも、水平走査用光スキャナ６１において過電流による故障を防止することができる。

なお、第１実施形態と同様に、水平走査駆動回路７０ｂにおいて、コンデンサＣ_P1，Ｃ_P2に直列或いは並列に補正用コンデンサを設けることにより共振周波数の調整が可能となることはいうまでもない。

（第３実施形態）
上記第１実施形態及び第２実施形態においては、スイッチを制御して電圧源やグランドを第１及び第２の圧電素子へ接続することとしたが、本実施形態においては、定電流源を所定期間動作させるようにしたものである。なお、本実施形態は、第１実施形態における水平走査駆動回路７０ａの構成を変更したものであり、その他の構成については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

以下、本実施形態における水平走査駆動回路７０ｃについて、図面を参照して具体的に説明する。図１４は水平走査駆動回路７０ｃの構成を示す図である。

水平走査駆動回路７０ｃは、図１４に示すように、第１の圧電素子１５０に接続された駆動端子１６０と第２の圧電素子１５２に接続された駆動端子１６４との間に、スイッチＳＷ２５とコイルＬ２１とが直列に接続されており、このスイッチＳＷ２５を短絡状態とすることにより駆動端子１６１と駆動端子１６４との間がコイルＬ２１を介して接続される。

ここで、本実施形態においては、第１実施形態と同様に、第１の圧電素子１５０はコンデンサＣ_P1からなる第１の容量性負荷と、第２の圧電素子１５２はＣ_P2からなる第２の容量性負荷とみなすことができるものとする。

そして、第１の容量性負荷と第２の容量性負荷とコイルＬ２１とにより共振回路を構成する。共振回路は、その共振周波数が水平走査用光スキャナ６１の動作周波数とほぼ同一になるようにコイルＬ２１の定数が決定される。上述のように水平走査用光スキャナ６１は機械的共振系を含む電気機械変換素子であり、その共振ポイントがこの水平走査用光スキャナ６１の動作周波数となる。

また、駆動端子１６０は第１の定電流源ＩＲ２１に接続されており、この第１の定電流源ＩＲ２１が動作状態にあるときには、第１の定電流源ＩＲ２１から電流Ｉoが出力又は入力される。同様に、駆動端子１６４は第２の定電流源ＩＲ２２に接続されており、この第２の定電流源ＩＲ２２が動作状態にあるときには、第２の定電流源ＩＲ２２から電流Ｉoが出力又は入力される。

そして、定電流源ＩＲ２１及びＩＲ２２は、制御回路としての制御部７３によって動作状態又は非動作状態のいずれかの状態になるように制御される。また、制御部７３はスイッチＳＷ２５の短絡状態又は開放状態を制御し、定電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２が動作するときに、スイッチＳＷ２５を切断状態にして、不要な電流がコイルに流れることを防止する。

また、水平走査駆動回路７０ｃには、駆動端子１６０の電圧を検出する第１の電圧検出部７４と、駆動端子１６４の電圧を検出する第２の電圧検出部７５と、コイルＬ２１に流れる電流を検出する電流検出部７６とが設けられており、制御部７３は、これらの検出部により検出した電圧或いは電流の情報を入力する。そして、制御部７３は、入力した情報に応じてスイッチＳＷ２５や定電流源ＩＲ２１及びＩＲ２２を制御する。なお、本実施形態においては、電流検出部７６はホール素子などにより構成されるがこれに限られるものではない。

以上のように構成された水平走査駆動回路７０ｃの動作について、図を用いて具体的に説明する。図１５及び図１６は水平走査駆動回路７０ｃにおける出力信号波形及び制御部７３による制御タイミングを説明するための図である。なお、図１５においては、説明を容易にするためｔ＝０時点で駆動端子１６０の電圧が２Ｖo（Ｖ）に、駆動端子１６４の電圧が０（Ｖ）になっているものとして説明する。また、このときＬ２１には電流が流れていない(スイッチＳＷ２５は切断状態であったものをｔ＝０で短絡する)ものとする。

図１５に示すように、コンデンサＣ_P1にチャージされた電荷は、コイルＬ２１を通って第２の容量性負荷を充電していく（０＜ｔ＜Ｔ２１）。これにより、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の電圧レベルが、正弦波状電圧として変化し始める。

ここで、この共振回路のＱ値に対応する電力消費(主に、コイルＬ２１の抵抗損失)によって、図１５に示すように、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の正弦波状電圧の振幅レベルが減衰し、駆動端子１６０の電圧レベルは０（Ｖ）に達せず、また駆動端子１６４の電圧レベルは２Ｖo（Ｖ）に達しない。

そこで、制御部７３は、電流検出部７６から出力されるコイルＬ２１に流れる電流の情報を入力し、コイルＬ２１に流れる電流が０Ａ或いは０Ａ付近となったことを検出すると、スイッチＳＷ２５を開放状態とするとともに、定電流源ＩＲ２１及びＩＲ２２を動作状態にする。なお、共振回路の半周期ごとにコイルＬ２１に流れる電流が０Ａ或いは０Ａ付近となる。

その後、制御部７３は、駆動端子１６０の電圧レベルを０（Ｖ）に、駆動端子１６４の電圧レベルを２Ｖo（Ｖ）になったか否かを第１の電圧検出部７４と第２の電圧検出部７５とからの情報に基づいて判定する。その判定の結果、駆動端子１６０が０（Ｖ）に、駆動端子１６４が２Ｖo（Ｖ）になったと判定すると、制御部７３は、スイッチＳＷ２５を短絡状態にすると共に、定電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２を非動作状態にする。このように所定時間定電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２から電流を流し、わずかな電荷のチャージ及びディスチャージをすることで、減衰した正弦波状電圧を補正することができる。

以下同様に、制御部７３は、共振回路の半周期（Ｔｒ／２）毎に、定電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２の出力電流Ｉoの方向を交互に反転させ、駆動端子１６０及び駆動端子１６４の正弦波状電圧の減衰を補正する。

なお、本実施形態においては、説明を容易にするために、第１及び第２の共振回路の半周期（Ｔｒ／２）毎に、定電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２を動作状態にしたが、共振回路のＱ値に対応する電力消費(主に、コイルの抵抗損失)が小さいときには、共振回路の１０周期毎や２０周期毎などのように正弦波状電圧の減衰に合わせてこれら定電流源ＩＲ２１、ＩＲ２２の制御を行うようにしてもよい。

このように、本実施形態によれば、容量性負荷への充放電に伴う無効電力によって発生する電力消費を回避することができ、しかも、線形アンプが不要となることからデジタル回路と定電流源のみで水平走査駆動回路７０ｃを構成することができる。

なお、水平走査駆動回路７０ｃは、水平走査用光スキャナ６１の駆動を開始するときにおいても、共振回路の半周期（Ｔｒ／２）毎に、定電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２を所定期間動作状態にする制御を行っており、したがって、図１６に示すように、駆動端子１６０及び１６４の電圧として変移する正弦波状電圧の振幅レベルは徐々に大きくなっていく。なお、水平走査用光スキャナ６１を早く定常動作状態に移行させるために、駆動開始時には定電流源ＩＲ２１，Ｒ２２を動作状態とする期間を長くするように制御してもよい。

また、本実施形態においては、定電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２を用いた構成について説明したが、電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２を可変電流源とすることもできる。そして、電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２の電流値を変えることにより、水平走査用光スキャナ６１の状態に応じた電流を流すことができる。

また、水平走査用光スキャナ６１の駆動を開始する際には、定電流源ＩＲ２１，ＩＲ２２を駆動させる時間を長くすることによって、水平走査用光スキャナ６１の動作を安定させるまでの時間を短くするようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る網膜走査表示装置１の全体構成を示す図。 図１の水平走査用光スキャナの斜視図。 第１実施形態における水平走査用光スキャナと水平走査駆動回路との接続を示す図。 第１実施形態における水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路及の構成を示す図。 図４の水平走査駆動回路におけるスイッチの制御の説明図。 図４の水平走査駆動回路におけるスイッチの制御の説明図。 直列接続する補正用コンデンサの説明図。 並列接続する補正用コンデンサの説明図。 第１実施形態における水平走査用光スキャナと別の水平走査駆動回路との接続を示す図。 第１実施形態における水平走査用光スキャナ及び別の水平走査駆動回路の構成を示す図。 第２実施形態における水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路の構成を示す図。 図１１の水平走査駆動回路におけるスイッチの制御の説明図。 図１１の水平走査駆動回路におけるスイッチの制御の説明図。 第３実施形態における水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路の構成を示す図。 図１４の水平走査駆動回路におけるスイッチの制御の説明図。 図１４の水平走査駆動回路におけるスイッチの制御の説明図。 従来の水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路の接続を示す図。 従来の水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路の構成を示す図

符号の説明

１ 網膜走査表示装置
６１ 水平走査用光スキャナ
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 水平走査駆動回路
７１ａ，７１ｂ スイッチタイミング制御回路
７２ａ，７２ｂ 電源電圧制御回路
７３ 制御部
７４ 第１の電圧検出部
７５ 第２の電圧検出部
７６ 電流検出部
７７ 変位信号検出部
８２ 垂直走査駆動回路
１５０ 第１の圧電素子
１５１ 第３の圧電素子
１５２ 第２の圧電素子
１５３ 第４の圧電素子
１６１ 駆動端子
１６４ 駆動端子

Claims (15)

1. 互いに逆相となる２相の正弦波状信号によって動作する容量性の電気機械変換素子を駆動する駆動回路において、
   前記電気機械変換素子の動作周波数と略同一の共振周波数を有する共振回路を前記電気機械変換素子と共に構成するインダクタを設けたことを特徴とする駆動回路。
2. 前記電気機械変換素子は、少なくとも容量性の第１電気機械変換部及び第２電気機械変換部の２つの電気機械変換部からなり、
   前記インダクタは、前記第１電気機械変換部の駆動端子と前記第２電気機械変換部の駆動端子とを接続するよう設けられたことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
3. 前記電気機械変換素子は、少なくとも容量性の第１電気機械変換部及び第２電気機械変換部の２つの電気機械変換部からなり、
   前記インダクタは少なくとも第１のインダクタ及び第２のインダクタからなり、前記第１のインダクタは前記第１電気機械変換部との間で前記共振回路を構成し、前記第２のインダクタは前記第２電気機械変換部との間で前記共振回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
4. 前記第１電気機械変換部及び／又は前記第２電気機械変換部に対してそれぞれ並列又は直列に補正用キャパシタを設けたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の駆動回路。
5. 前記共振回路を構成する前記電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミングで、前記駆動端子電圧が所定電圧となるように充電制御及び／又は放電制御を行う制御回路を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の駆動回路。
6. 前記制御回路は、
   電圧源と、スイッチと、タイミング制御部とを備え、
   前記スイッチは、前記共振回路と前記電圧源との間及び／又は前記共振回路とグランドとの間に配置され、
   前記タイミング制御部は、前記共振回路を構成する前記電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミングで、前記スイッチを制御することを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。
7. 前記制御回路は、
   電流源と、タイミング制御部とを備え、
   前記電流源は、前記共振回路に接続され、
   前記タイミング制御部は、前記共振回路を構成する前記電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミングで、前記電流源を動作させることを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。
8. 前記制御回路は、前記電気機械変換素子を起動する際、前記電圧源の出力電圧レベルを徐々に上昇させて一定値にすることを特徴とする請求項６に記載の駆動回路。
9. 前記インダクタに流れる電流を検出する電流検出部を設け、
   前記電流検出部によって、前記インダクタに流れる電流が略ゼロとなるタイミングを検出することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の駆動回路。
10. 前記電気機械変換素子の変位を検出する変位検出部を設け、
    前記変位検出部によって、前記共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミングを検出することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の駆動回路。
11. 前記電気機械変換素子は、前記第１電気機械変換部及び前記第２電気機械変換部によって前記所定周波数で共振する機械的共振系を有することを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載の駆動回路。
12. 前記電気機械変換素子は、光束を走査するための走査用ミラーであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の駆動回路。
13. 請求項１２に記載の駆動回路を有することを特徴とする網膜走査表示装置。
14. 前記電気機械変換素子における動作異常を検出する異常検出部と、
    前記異常検出部により異常が検出されたとき、表示動作を停止する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の網膜走査表示装置。
15. 前記電気機械変換素子を主走査及び／又は副走査の走査用ミラーとして使用することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の網膜走査表示装置。
    
    

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