JP2011112975A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共振型ミラーを用いて光ビームを走査する光走査装置において、個別調整をあらかじめ行う必要がなく、動作中における走査光の振幅変動を効果的に抑制する。
【解決手段】光走査装置１は、トーショバーによって揺動可能に支持された可動部にミラーが設けられ、該可動部を揺動駆動して光源から出射された光を走査するものであり、可動部を揺動駆動するための交流電流を供給する駆動部９と、駆動部９を制御する制御部１１と、ミラーで反射された走査光の振幅を検出する光センサ７と、可動部の揺動角度に応じて出力が変化するブリッジ回路とを備える。制御部１１は、起動時に、光センサ７によって検出される走査光の振幅が所定振幅となるように駆動部９を制御し、そのときのブリッジ回路の出力値を該ブリッジ回路の目標出力値として設定する。そして、その後はブリッジ回路の出力値に基づいて駆動部９を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振型ミラーを用いて光ビームを走査する光走査装置に関し、特に、光ビームの走査範囲の変動を抑制することのできる光走査装置に関する。

光走査装置に用いられる共振型ミラーとして、例えば特許文献１に記載のプレーナ型ガルバノミラーがある。このガルバノミラーは、枠状の固定部、可動部、および、固定部に可動部を揺動可能に支持するトーションバーが一体に形成され、可動部にミラーおよび駆動コイルが設けられるとともに駆動コイルに磁界を作用させる磁界発生手段（例えば永久磁石）を備える。そして、駆動コイルに交流電流が供給されると、駆動コイルを流れる電流と磁界発生手段による磁界との相互作用によって駆動力（ローレンツ力）が発生し、可動部がトーションバーを中心に揺動する。この可動部の揺動動作によって光源からミラーに照射された光ビームが走査（スキャン）される。

ここで、駆動コイルに供給する交流電流の周波数を可動部の共振周波数に一致させるようにすれば、小さい入力で可動部（すなわち、ミラー）の揺動角度（振れ角）を大きくすることができる。そのため、光走査装置は、一般に、可動部の共振周波数と同じ周波数の交流電流を駆動コイルに供給できる駆動回路等の交流電流供給源を備えている。

ところで、上記のようなガルバノミラーを用いた光走査装置において光ビームの走査範囲（以下「走査光の振幅」という場合もある）を一定に保つためには、可動部（ミラー）の揺動角度（振れ角）を精度よく制御する必要がある。可動部（ミラー）の揺動角度を精度よく制御する技術として、例えば特許文献２に記載のガルバノミラーでは、トーションバー上に歪みゲージ（ピエゾ抵抗素子）を形成し、該歪みゲージ（ピエゾ抵抗素子）の抵抗値変化によって可動部（ミラー）の傾斜角度を測定しつつ、可動部の傾斜角度を制御するようにしている。

特開平７−１７５００５号公報 特開平５−１１９２８０号公報

しかし、一般に、歪みゲージ（ピエゾ抵抗素子）はその周囲温度（ガルバノミラー自体の温度も含む）の変化に伴って抵抗値が変化する特性を有している。このため、ピエゾ抵抗素子の抵抗値変化には周囲温度の変化に起因する分が含まれてしまい、上記特許文献２に記載の技術では、可動部の傾斜角度（揺動角度）を精度よく測定することができず、走査光の振幅が変動してしまうおそれがある。また、ピエゾ抵抗素子には個体バラツキがあるため、この個体バラツキ分をあらかじめ調整しておく必要もある。

なお、このような課題は、ガルバノミラーを用いた光走査装置に限るものではなく、ＭＥＭＳミラーを含む共振型ミラー用いた光走査装置に共通するものである。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、個別調整をあらかじめ行う必要がなく、動作中における走査光の振幅変動を効果的に抑制することのできる光走査装置を提供することを目的とする。

本発明による光走査装置は、トーショバーによって揺動可能に支持された可動部にミラーが設けられ、該可動部を揺動駆動して光源から出射された光を走査する光走査装置であって、前記可動部を揺動駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記ミラーで反射された走査光の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可動部の揺動角度に応じて出力が変化する揺動角度検出手段と、を備え、前記制御手段は、起動時に、前記振幅検出手段によって検出される前記走査光の振幅があらかじめ設定された所定振幅となるように前記駆動手段を制御するとともに、前記走査光の振幅が前記所定振幅となったときの前記揺動角度検出手段の出力値を該揺動角度検出手段の目標出力値として設定し、前記目標出力値の設定後においては、前記揺動角度検出手段の出力値に基づいて前記駆動手段を制御する。

このように構成すると、起動直後から前記走査光の振幅を前記所定振幅とすることができ、また、前記揺動角度検出手段の出力値が前記目標出力値となるように前記駆動手段を制御することで、動作中における前記走査光の振幅を前記所定振幅に維持することが可能となる。

ここで、前記駆動手段は、前記可動部に形成された駆動コイルと、前記駆動コイルに磁界を作用させる磁界発生手段と、前記駆動コイルに交流電流を供給する駆動回路と、を含み、前記制御手段は、起動時に、前記駆動コイルから供給される交流電流の周波数を前記可動部の共振周波数またはその近傍の所定周波数に設定するとともに、該所定周波数の下で前記走査光の振幅が前記所定振幅となるように前記駆動回路から供給される交流電流の大きさを調整するように構成することができる。

前記所定周波数は、あらかじめ設定された周波数（固定値）であってもよいし、前記制御手段が検出した前記可動部の共振周波数としてもよい。前記制御手段は、例えば前記駆動回路から供給される交流電流の周波数を所定範囲で変化させて前記揺動角度検出手段の出力値が最大となった周波数を前記所定周波数として設定することができる。

また、前記駆動回路から供給された交流電流の実周波数を検出する周波数検出手段をさらに備えるようにしてもよい。この場合、前記制御手段は、前記目標出力値の設定後において前記周波数検出手段によって検出された前記交流電流の実周波数が前記所定周波数と異なった場合には、前記交流電流の実周波数が前記所定周波数となるように前記駆動回路を制御することが好ましい。このようにすると、動作中における駆動回路の特性変化等により可動部の共振周波数から外れた周波数の交流電流が駆動コイルに供給されてしまうことが抑制される。

さらに、前記制御手段は、前記目標出力値の設定後において前記揺動角度検出手段の出力値が前記目標出力値とは異なる場合に、前記揺動角度検出手段の出力値が前記目標出力値となるように前記駆動回路から供給される交流電流の大きさを調整するようにしてもよい。このようにすると、前記可動部の揺動角度の変動を速やかに調整することができ、前記走査光の振幅を前記所定振幅に維持することができる。

本発明による光走査装置によれば、起動時に、振幅検出手段により検出される走査光の振幅があらかじめ設定された所定振幅となるように駆動手段が制御されるので、あらかじめ個体バラツキ等を調整しておく必要がなく、また、光走査装置の設置場所、設置環境等にかかわらず、起動直後から一定の走査範囲（振幅）で動作することができる。

また、振幅検出手段により検出される走査光の振幅が所定振幅となったときの揺動角度検出手段の出力値を該揺動角度検出手段の目標出力値として設定し、設定した目標出力値に基づいて駆動手段を制御するので、該目標出力値の設定後においては、揺動角度検出手段の出力値が目標出力値となるように駆動手段を制御すれば、動作中に一定の走査範囲を維持することができ、また、走査範囲の変動があった場合でも速やかに修正することができる。

実施形態による光走査装置の概略構成を示すブロック図である。 光走査装置の光走査部の構成する共振型ミラーの一例を示す図である。 可動部の揺動角度を検出するブリッジ回路の一例を示す図である。 光走査装置の制御部が起動時に実行するキャリブレーションモードのフローチャートである。 キャリブレーションモードの終了後に実行する通常動作モードのフローチャートである。 光走査装置の一例としての走査型画像表示装置（プロジェクタ）の概略構成を示すブロック図である。 上記走査型画像表示装置における光センサの配置例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態による光走査装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、光走査装置１は、光走査部３と、光源５と、光走査部３によって走査された光（走査光）を受光する光センサ７と、光走査部３を駆動する駆動部９と、駆動部９を制御する制御部１１と、を備える。

光走査部３は、半導体製造技術を利用して製造された共振型ミラー（ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等）として構成されており、図２に示すように、枠状の固定部３１と、固定部３の内側に配置されて一対のトーションバー３３，３３によって揺動可能に支持された可動部３５と、を備える。
可動部３５は、固定部３３に対して所定の空隙を有して設けられている。一対のトーションバー３３，３３は、可動部３５を挟むように形成されており、各トーションバー３３，３３は、対向する固定部３１の内側面のほぼ中央部分と可動部３５の側面のほぼ中央部分とを連結している。固定部３１、トーションバー３３，３３および可動部３５は、半導体基板（ＳＯＩ基板）から一体的に形成されている。

可動部３５の表面には、駆動コイル３７が形成されている。駆動コイル３７は、可動部３５の周縁部近傍に形成され、その端部は、固定部３１に形成された電極端子３９，３９にそれぞれ接続されている。この駆動コイル３７には、電極端子３９，３９を介して所定の交流電流が供給される（後述する）。一方、可動部３５の裏面には、図中破線で示すように、光を反射するミラー４１が形成されている。ミラー４１は、例えばＡｌ薄膜やＡｕ薄膜などの金属薄膜で形成される。

また、トーションバー３３，３３の軸方向と直交する方向（図の上下方向）において、固定部３１の両外側には、それぞれ磁界発生部材４３，４３が設けられている。磁界発生部材４３，４３は、可動部３５（および固定部３１）を挟んで互いに反対磁極が対向するように配置されて静磁界を形成する。本実施形態では、磁界発生部材４３，４３として永久磁石を用いているが、永久磁石に代えて電磁石を用いてもよい。

さらに、可動部３５の揺動動作、すなわち、トーションバー３３，３３の捩れによって生じる歪み（応力）を検出するための第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、例えばＰ型拡散抵抗によって形成されており、それぞれトーションバー３３，３３の固定部３１側の根元近傍に配置されている。そして、これら第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、図示省略した配線によって接続され、図３に示すようなブリッジ回路４５（入力電圧Ｖｉ，出力電圧Ｖｏ）を構成している。ここで、第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、例えばトーションバー３３，３３の軸心に対して４５°傾斜させて配置され、可動部３５の揺動動作に伴ってトーションバー３３，３３に生じる引張歪み及び圧縮歪みを検出する。

上記構成の光走査部３において、可動部３５が一方に回動すると、第１，４ピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ４は引張応力を受けるとともに第２，３ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３は圧縮応力を受け、可動部３５が他方に回動すると、第１，４ピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ４は圧縮応力を受けるとともに第２，３ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３は引張応力を受けることになる。第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、Ｐ型拡散抵抗によって形成されており、引張応力を受けると抵抗値が増加し、圧縮応力を受けると抵抗値が減少する。このため、ブリッジ回路４５からは可動部３５の揺動角度（振れ角）に応じた電圧がｓｉｎ波で出力されることとなり、ブリッジ回路４５の出力電圧Ｖoをモニタすることで可動部３５の揺動角度（振れ角）および揺動周波数を検出することができる。なお、上記第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の配置やブリッジ回路４５の構成は一例であり、第１〜第４ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の少なくとも一つが固定部３１に形成されてもよい。また、ブリッジ回路４５に代えて可動部３５の揺動角度に応じて出力値が変化するセンサ等を設けてもよい。

図１に戻って、光源５は、光ビームを可動部３５に形成されたミラー４１に照射するものであり、例えばレーザダイオードや発光ダイオードなどの発光素子を用いることができる。図では省略しているが、光源５は、例えば光源駆動部によって光ビームの照射タイミング等が制御される。

光センサ７は、例えば受光量に応じて出力が変化するものであり、光走査部３によって走査された光ビーム（走査光）の振幅があらかじめ設定された所定振幅となったときに該光ビームを受光する位置に配置される。ここで、所定振幅は、例えば光走査部３による走査光の最大走査範囲（振幅）とすることができ、走査光の目標振幅（目標走査範囲）に相当する。この目標（最大）走査範囲（振幅）よりも内側の範囲を光走査部３による走査光の有効走査範囲（振幅）とすることで、安定した光走査を行うことができる。なお、本実施形態では、光センサ７を目標走査範囲（目標振幅）の一端側にだけ設けているが、両端側に設けてもよいことはもちろんである。

駆動部９は、例えば光走査部３の可動部３５を揺動駆動する交流電流の周波数および大きさを調整可能な駆動回路であり、制御部１１からの駆動信号によって可動部３５を揺動駆動する交流電流を生成し、電極端子３９，３９を介して生成した交流電流を駆動コイル３７に供給する。

制御部１１には、ブリッジ回路４５の出力電圧Ｖｏおよび光センサ７の出力信号が入力される。制御部１１は、上記交流電流の周波数を決定する周波数信号（以下「駆動周波数」という）を生成する周波数信号生成部１１１と、上記交流電流の大きさ（電流値）を決定する電流値信号（以下「駆動電流値」という）を生成する電流値信号生成部１１３とを有しており、生成された駆動周波数および駆動電流値を駆動信号として駆動部９に出力する。また、制御部１１は、駆動部９から駆動コイル３７の供給された交流電流の周波数を検出する周波数検出部１１５を有している。この周波数検出部１１５は、例えばブリッジ回路４５の出力電圧に基づいて駆動コイル３７に供給された交流電流の周波数（すなわち、可動部３５の揺動周波数）を検出する。なお、制御部１１が上記光源駆動部としての機能を有してもよい。

以上のような構成の光走査装置１において、制御部１１からの駆動信号に基づいて駆動部９が動作し、駆動部９から駆動コイル３７に交流電流が供給される。すると、駆動コイル３７を流れる交流電流と、磁界発生部材４３，４３によって形成された静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生し、このローレンツ力によって可動部３５はトーションバー３３，３３の軸回りに揺動する。可動部３５に形成されたミラー４１には光源５から光ビームが照射されており、可動部３５の揺動動作によって光ビームが走査（スキャン）される。

ところで、既述したように、ピエゾ抵抗素子は周囲温度の変化に伴って抵抗値が変動する特性を有している。したがって、可動部３５の揺動角度が一定であっても光走査装置１の設置された環境等によってブリッジ回路４５の出力電圧が異なる場合があり、単にブリッジ回路４５の出力電圧に基づいて駆動部９を制御するのでは、可動部３５の揺動角度（振れ角）、ひいては、光走査装置１の走査光の振幅が変動するおそれがある。一方、光センサ７からの出力信号に基づいて駆動部９を制御すれば、光走査装置１の走査光の振幅変動を抑制することが可能であるが、ブリッジ回路４５の出力電圧に基づいて制御する場合に比べて、制御に遅れが生じることとなる。

そこで、本実施形態による光走査装置１においては、起動時にキャリブレーションモードを実行し、ピエゾ抵抗素子の温度特性や個体バラツキ分を調整するとともに、設置場所や設置環境にかかわらず、起動直後から光走査装置１を一定の走査範囲で安定して動作させるようにしている。

以下、光走査装置１の制御部１１により実行される制御について具体的に説明する。
図４は、キャリブレーションモードのフローチャートであり、光走査装置１の起動時に実行される。ここで、起動時とは、基本的には、光走査装置１の電源投入時（電源オン時）のことであるが、例えば消費電力を抑制する待機モード等が設けられている場合には、該待機モード等からの復帰時を含んでもよい。

図４において、ステップＳ１では、駆動周波数の初期値を設定する。この駆動周波数の初期値は、可動部３５の共振周波数に相当する周波数（共振周波数またはその近傍の周波数）としてあらかじめ設定されて制御部１１に記憶されていたものである。

ステップＳ２では、駆動電流値の初期値を設定する。この駆動電流値の初期値は、例えば設計基準値よりも小さな値としてあらかじめ設定されて制御部１１に記憶されていたものである。なお、設計基準値は、例えば可動部３５の共振周波数（設計値）と同じ周波数の交流電流を供給したときに走査光の振幅が上記目標振幅となる電流値として設定されたものである。

ステップＳ３では、設定した駆動周波数（初期値）および駆動電流値（初期値または再設定値）を駆動信号として駆動部９に出力するとともに光源５から光ビームを照射する。
ステップＳ４では、光センサ７の出力信号に基づいて光走査部３による走査光の振幅があらかじめ設定された所定振幅となったか否かを判定する。走査光の振幅が所定振幅となっていない場合、すなわち、光センサ７が走査光を受光していない場合にはステップＳ５に進んで、駆動電流値を調整して（ここでは、所定量だけ増加して）駆動電流値を再設定しステップＳ３に戻る。そして、ステップＳ４において、走査光の振幅が上記所定振幅となると、すなわち、光センサ７が走査光を受光したらステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、走査光の振幅が所定の振幅となったときの駆動電流値を記憶するとともにブリッジ回路４５の出力電圧を読込む。
そして、ステップＳ７では、駆動周波数の初期値およびステップＳ６で記憶した駆動電流値を、駆動部９に出力する「出力駆動周波数」および「出力駆動電流値」として設定するとともに、ステップＳ６で読込んだ出力電圧をブリッジ回路４５の「目標出力電圧」として設定する。

これにより、光走査装置１が実際に使用される環境において、走査光の振幅を所定の振幅とする出力駆動周波数および出力駆動電流値が設定されるとともに、走査光の振幅を所定の振幅とするブリッジ回路４５の目標出力電圧が設定される。このため、光走査装置１の個体バラツキや設置場所等にかかわらず、起動直後から走査光の振幅変動が抑制され、光走査装置１を一定の走査範囲で動作させること可能となる。

ここで、上記フローにおいては、あらかじめ設定された駆動周波数の初期値をそのまま出力駆動周波数としているが、実際には個体バラツキによって、設定した出力駆動周波数が可動部３５の実際の共振周波数と一致しない場合がある。一致しない場合には、一致している場合に比べて、出力駆動電流値が大きくなってしまい消費電流が多くなる。

そこで、上記ステップＳ１において、あらかじめ設定された周波数（固定値）を駆動周波数の初期値として設定することに代えて、可動部３５の実際の共振周波数を検出し、検出した共振周波数を駆動周波数の初期値として設定するようにしてもよい。
具体的には、例えば可動部３５の共振周波数（設計値）を含む所定範囲内で駆動周波数を変化させるともにブリッジ回路４５の出力電圧をモニタし、ブリッジ回路４５の出力電圧が最大となった駆動周波数を上記初期値に設定すればよい。このようにすると、可動部３５の実際の共振周波数と同じ周波数の出力駆動周波数を設定することができる。

図５は、通常動作モードのフローチャートであり、上記キャリブレーションモードが終了した後、所定時間毎に実行される。

図５において、ステップＳ１１では、上記ステップＳ７で設定された出力駆動周波数および出力駆動電流値を駆動部９に出力する。
ステップＳ１２では、ブリッジ回路４５の出力電圧（実出力電圧）を読込む。
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で読込んだ実出力電圧と目標出力電圧とを比較する。そして、両者が一致していれば本フローを終了し、両者が一致していなければステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、ステップＳ１２で読込んだブリッジ回路４５の出力電圧に基づいて、可動部３５の揺動周波数、すなわち、駆動部９から実際に供給されている交流電流の周波数（以下「交流電流の実周波数」という）を検出する。

ステップＳ１５では、検出した交流電流の実周波数が上記出力駆動周波数（駆動周波数の初期値）に一致しているか否かを確認する。駆動部９（駆動回路）を構成する電子部品の自己発熱などによって駆動部９の特性が変動し、駆動部９から供給される交流電流の実周波数が上記駆動周波数の初期値からずれてしまう場合があるからである。

交流電流の実周波数が上記駆動周波数の初期値と一致していない場合には、ステップＳ１６に進み、交流電流の実周波数を上記駆動周波数の初期値に一致させるように出力駆動周波数を調整し、ステップＳ１７で調整後の出力駆動周波数を出力してステップＳ１２に戻る。具体的には、交流電流の実周波数が上記駆動周波数の初期値より低い場合には出力駆動周波数を高くし、交流電流の実周波数が上記駆動周波数の初期値よりも高い場合には出力駆動周波数を低くすることで出力駆動周波数を調整する。そして、ステップＳ１５において、ステップＳ１４で検出した交流電流の実周波数が上記駆動周波数の初期値に一致すると、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、ブリッジ回路４５の実出力電圧を目標出力電圧に一致させるように出力駆動電流値を調整し、ステップＳ１９で調整後の出力駆動電流値を出力してステップＳ１２に戻る。具体的には、目標出力電圧とステップＳ１２で読込んだブリッジ回路４５の実出力電圧との偏差に基づくフィードバック制御を実行する。そして、ステップＳ１３において、ステップＳ１２で読込んだブリッジ回路４５の実出力電圧と目標出力電圧とが一致すると、本フローを終了する。

これにより、光走査装置１の動作中においては、駆動コイル３７に供給する交流電流の周波数が可動部３５の共振周波数またはその近傍の周波数から外れてしまうことを防止しつつ、可動部３５の揺動角度を一定に保持することができ、光走査装置１を一定の走査範囲で動作させることができる。

以上説明した実施形態において、駆動コイル３７、磁界発生部材４３，４３および駆動部９が本発明の「駆動手段」に相当し、光センサ７が本発明の「振幅検出手段」に相当し、ブリッジ回路４５が本発明の「揺動角度検出手段」に相当し、制御部１１が本発明の「制御手段」および「周波数検出手段」に相当する。また、駆動周波数の初期値が本発明の「所定周波数」に相当する。

本実施形態による光走査装置１は、起動時にキャリブレーションモードを実行する。このキャリブレーションモードにおいて、制御部１１は、可動部３５の共振周波数に相当する駆動周波数の初期値を設定するとともに、この設定した駆動周波数の初期値の下で走査光が光センサ７によって受光されるまで駆動電流値を調整する。そして、走査光が光センサ７に受光されたときの駆動電流値を記憶し、駆動周波数の初期値および記憶した駆動電流値をそれぞれ「出力駆動周波数」、「出力駆動電流値」として設定して駆動部９に出力する。これにより、起動直後から光走査装置１を一定の走査範囲（所定振幅）で動作させることができる。

また、光走査装置１は、キャリブレーションモードにおいて、走査光が光センサ７に受光されたときのブリッジ回路４５の出力電圧をブリッジ回路４５の「目標出力電圧」として設定する。これにより、この目標出力電圧の設定後においては、制御部１１は、目標出力電圧とブリッジ回路４５の出力電圧とに基づいて駆動部９を制御することで光走査装置１を一定の走査範囲で動作させることができる。

さらに、光走査装置１は、駆動部９から駆動コイル３７に供給された交流電流の実周波数が駆動周波数の初期値と異なる場合には、上記交流電流の実周波数が上記駆動周波数の初期値となるように出力駆動周波数を調整する。これにより、可動部３５の共振周波数またはその近傍の周波数の交流電流を駆動コイル３７に安定して供給することができ、消費電流の増加を抑制できる。

さらにまた、光走査装置１は、ブリッジ回路４５の実出力電圧が目標出力電圧と異なる場合には、ブリッジ回路４５の実出力電圧が目標出力電圧となるように駆動部９から駆動コイル３７の供給される交流電流の大きさを調整する（駆動部９をフィードバック制御する）。これにより、実際の走査光を確認することなく、光走査装置１の走査範囲を一定に維持でき、走査範囲に変動が生じた場合もこれを速やかに修正することができる。

なお、本実施形態では、光走査部３に電磁駆動式の共振型ミラーを用いているが、これに限るものではなく、静電駆動式、圧電駆動式など他の駆動方式の共振型ミラー（ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー等）を用いることもできる。

また、本実施形態では、光走査部３を一つの共振型ミラーによって構成し、光ビームを一次元方向に往復走査しているが、一次元に光ビームを走査する共振型ミラーを二つ設けて、一方を水平走査用のミラーとするとともに他方を垂直走査用のミラーとすることで二次元に光ビームを走査することができ、このような二次元走査を行う光走査装置にも本発明を適用することができる。ここで、二次元走査を行う光走査装置について一例を挙げて簡単に説明する。

図６は、二次元走査を行う光走査装置の一例としての走査型画像表示装置（プロジェクタ）の概略構成を示すブロック図である。
図６において、走査型画像表示装置７１は、レーザ光を走査してスクリーン等に画像を表示するレーザプロジェクタであり、光源部７３と、水平走査用の第１光走査部７５と、第１光走査部７５を駆動する第１駆動部７７と、垂直走査用の第２光走査部７９と、第２光走査部７９を駆動する第２駆動部８１と、水平走査された光を受光する第１光センサ８３Ｈと、垂直走査された光を受光する第２光センサ８３Ｖと、光源部７３、第１駆動部７５および第２駆動部８１を制御する制御部８５と、を備える。

光源部７３は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のそれぞれの色のレーザ光を出射する三つの光源７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂを含む。光源７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂから出射されたレーザ光は、それぞれコリメータレンズ８７Ｒ，８７Ｇ，８７Ｂで平行化されてダイクロックプリズム８９Ｒ，８９Ｇ，８９Ｂに供給される。

ダイクロックプリズム８９Ｒは赤色成分を反射するプリズム面を有し、光源７３Ｒから出射された赤色のレーザ光を反射して第１光走査部７５へと導く。ダイクロックプリズム８９Ｇは緑色成分を反射するプリズム面を有し、光源７３Ｇから出射された緑色のレーザ光を反射して第１光走査部７５へと導くとともにダイクロックプリズム８９Ｒで反射された赤色のレーザ光を透過させる。ダイクロックプリズム８９Ｂは青色成分を反射するプリズム面を有し、光源７３Ｂから出射された青色のレーザ光を反射して第１光走査部７５へと導くとともにダイクロックプリズム８９Ｒ、８９Ｇでそれぞれ反射された赤色のレーザ光、緑色のレーザ光を透過させる。これらダイクロックプリズム８９Ｒ，８９Ｇ，８９Ｂによって、各光源７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂから出射された各色の光は合成され、カラー画像の形成が可能となる。

第１光走査部７５は、ダイクロックプリズム８９Ｒ，８９Ｇ，８９Ｂによって合成された光（以下単に「合成光」という）をスクリーン等の水平方向（図６の上下方向）に走査するものであり、合成光の光路上に配置されている。第２光走査部７９は、合成光をスクリーン等の垂直方向（紙面に垂直な方向）に走査するものであり、第１光走査部７５による走査光の光路上に配置されている。これらの第１光走査部７５および第２光走査部７９は、上記実施形態における光走査部３と同様の共振型ミラーで構成することができる。

但し、ここでは、第１光走査部７５の方が第２光走査部７９よりも走査速度が高い、すなわち、第１光走査部７５の可動部（ミラー）は、第２光走査部７９の可動部（ミラー）よりも高い周波数で駆動されるようになっているものとする。なお、第１光走査部７５と第２光走査部７９を入れ替えて水平方向走査と垂直方向走査とを逆に構成してもよい。また、第１駆動部７７および第２駆動部８１は、上記実施形態における駆動部９と同様であるので説明は省略する。

第１光センサ８３Ｈおよび第２光センサ８３Ｖは、上記実施形態における光センサ７と同様に例えば受光量に応じて出力が変化するものである。第１光センサ８３Ｈは、第１光走査部７５による走査光（すなわち、水平方向の走査光）の振幅があらかじめ設定された第１所定振幅となったときに該走査光を受光する位置に配置される。一方、第２光センサ８３Ｖは、第２光走査部７９による走査光（すなわち、垂直方向の走査光）の振幅があらかじめ設定された第２所定振幅となったときに該走査光を受光する位置に配置される。具体的には、第１、２光センサ８３Ｈ，８３Ｖは、例えば、図７（ａ）に示すように、走査型画像表示装置７１の投射窓の近傍、換言すれば、水平方向及び垂直方向のそれぞれにおいて走査型画像表示装置７１の投射窓（換言すれば、有効画像領域又は画像表示領域）の外側であって走査領域（一点鎖線で示す）の内側に配置される。但し、これに限るものではなく、図７（ｂ）に示すように、投射窓又は有効画像領域の四隅のいずれかの近傍に１つの光センサ８３を設けるようにしてもよい。この場合、光センサ８３は、第１光走査部７５による走査光の振幅が上記第１所定振幅となったとき及び第２光走査部７９よる走査光の振幅が上記第２所定振幅となったときに該走査光を受光する位置に配置される。

制御部８５は、入力された画像信号等に基づいて光源部７３の各光源７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂを個別に制御する。また、制御部８５は、走査型画像表示装置７１の起動時に、上記実施形態と同様にキャリブレーションモードを実行する（図４を参照）。ここでの詳細な説明は省略するが、制御部８５は、例えば第２光走査部７９を固定した上で第１駆動部７７に出力する「第１出力駆動周波数」、「第１出力駆動電流値」および「第１目標出力電圧」を設定するとともに、第１光走査部７５を固定した上で第２駆動部８１に出力する「第２出力駆動周波数」、「第２出力駆動電流値」および「第２目標出力電圧」を設定する。なお、キャリブレーションモード終了後の通常動作モードについての上記実施形態と同様である（図５を参照）。

本発明を適用することにより、走査型画像表示装置７１においても設置場所や設置環境にかかわらず、起動直後から一定の走査範囲で動作させることができ、走査範囲の変動の少ない安定した画像を表示することができる。

１…光走査装置、３…光走査部、５…光源、７…光センサ、９…駆動部、１１…制御部、３１…固定部、３３…トーションバー、３５…可動部、３７…駆動コイル、４１…ミラー、４３…磁界発生部材、４５…ブリッジ回路、７１…走査型画像表示装置、７３…光源部、７５…第１光走査部、７７…第１駆動部、７９…第２光走査部、８１…第２駆動部、８３，８３Ｈ，８３Ｖ…光センサ、８５…制御部、Ｒ１〜Ｒ４…ピエゾ抵抗素子

Claims (7)

1. トーションバーによって揺動可能に支持された可動部にミラーが設けられ、該可動部を揺動駆動して光源から出射された光を走査する光走査装置であって、
   前記可動部を揺動駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する制御手段と、
   前記ミラーで反射された走査光の振幅を検出する振幅検出手段と、
   前記可動部の揺動角度に応じて出力値が変化する揺動角度検出手段と、を備え、
   前記制御手段は、起動時に、前記振幅検出手段により検出される前記走査光の振幅があらかじめ設定された所定振幅となるように前記駆動手段を制御するとともに、前記走査光の振幅が前記所定振幅となったときの前記揺動角度検出手段の出力値を該揺動角度検出手段の目標出力値として設定し、
   前記目標出力値の設定後においては、前記揺動角度検出手段の出力値に基づいて前記駆動手段を制御する、光走査装置。
2. 前記駆動手段は、前記可動部に形成された駆動コイルと、前記駆動コイルに磁界を作用させる磁界発生手段と、前記駆動コイルに交流電流を供給する駆動回路と、を含み、
   前記制御手段は、起動時に、前記駆動回路から供給される交流電流の周波数を前記可動部の共振周波数またはその近傍の所定周波数に設定するとともに、該所定周波数の下で前記走査光の振幅が前記所定振幅となるように前記駆動回路から供給される交流電流の大きさを調整する、請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記制御手段は、あらかじめ設定された周波数を前記所定周波数として設定する、請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記制御手段は、前記可動部の共振周波数を検出し、検出した共振周波数を前記所定周波数として設定する、請求項２に記載の光走査装置。
5. 前記制御手段は、前記駆動回路から供給される交流電流の周波数を所定範囲で変化させ前記揺動角度検出手段の出力値が最大となった周波数を前記所定周波数として設定する、請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記駆動回路から供給された交流電流の実周波数を検出する周波数検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記目標出力値の設定後において前記駆動回路から供給された交流電流の実周波数が前記所定周波数とは異なった場合には、前記交流電流の実周波数が前記所定周波数となるように前記駆動回路を制御する、請求項２〜５のいずれか１つに記載の光走査装置。
7. 前記制御手段は、前記目標出力値の設定後において前記揺動角度検出手段の出力値が前記目標出力値とは異なる場合に、前記揺動角度検出手段の出力値が前記目標出力値となるように前記駆動回路から供給される交流電流の大きさを調整する、請求項２〜６のいずれか１つに記載の光走査装置。

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