JP2012118290A - Optical scanner and resonance frequency setting method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner and a resonance frequency setting method which are capable of easily measuring a resonance frequency of a scanning mirror in a short time to set a driving frequency.SOLUTION: A head mount display takes a starting resonance frequency set at a start point, as a driving frequency to start the swing operation of a vertical scanning mirror due to a vertical scanning driving unit (S2). Next, the driving frequency of the vertical scanning mirror is successively changed in one direction toward a linear region (S3). When a deflection angle of the vertical scanning mirror is changed from increase to decrease (S5: YES), an increase/decrease direction of the driving frequency is switched (S11). The head mount display measures the driving frequency maximizing the deflection angle of the vertical scanning mirror, as a resonance frequency of the vertical scanning mirror (S13: YES and S21) and sets the measured resonance frequency as a driving frequency of the vertical scanning mirror in the subsequent swing operation (S22).

Description

本発明は、走査ミラーの共振周波数を計測し、計測した共振周波数に応じて走査ミラーを駆動する光走査装置、および共振周波数設定方法に関する。   The present invention relates to an optical scanning apparatus that measures a resonance frequency of a scanning mirror and drives the scanning mirror according to the measured resonance frequency, and a resonance frequency setting method.

従来、走査ミラーを駆動(揺動)させてレーザ光を走査することで、被走査面に画像を形成する光走査装置が知られている。走査ミラーを安定して効率よく共振揺動させるためには、走査ミラーを駆動させるための駆動信号の周波数(以下、「駆動周波数」という。)を、走査ミラーの共振周波数に応じて設定することが必要である。例えば、特許文献1が開示している光走査装置は、駆動周波数と振幅とを共振周波数に応じて設定することで、省エネルギー化を図っている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an optical scanning device that forms an image on a surface to be scanned by driving (swinging) a scanning mirror and scanning a laser beam. In order to stably and efficiently resonate the scanning mirror, the frequency of the driving signal for driving the scanning mirror (hereinafter referred to as “driving frequency”) is set according to the resonance frequency of the scanning mirror. is required. For example, the optical scanning device disclosed in Patent Document 1 saves energy by setting the drive frequency and amplitude according to the resonance frequency.

同一の走査ミラーを用いる場合であっても、走査ミラーの共振周波数は、温度等の使用環境に伴って変動する。従って、走査ミラーを駆動させる場合、その時点における走査ミラーの共振周波数を計測し、計測した共振周波数に応じて駆動信号を制御することが望ましい。   Even when the same scanning mirror is used, the resonance frequency of the scanning mirror varies with the usage environment such as temperature. Therefore, when driving the scanning mirror, it is desirable to measure the resonance frequency of the scanning mirror at that time and control the drive signal in accordance with the measured resonance frequency.

従来の共振周波数の計測方法について説明する。まず、走査ミラーの駆動周波数と振れ角との間の特性について述べる。駆動周波数を変化させながら走査ミラーを駆動すると、跳躍現象および履歴現象(ヒステリシス)が生じる。跳躍現象とは、駆動周波数を変化させた場合に、走査ミラーの振れ角が急激に増減する現象である。履歴現象とは、駆動周波数を徐々に上昇させる場合と徐々に下降させる場合とで、跳躍現象が生じる周波数(以下、「跳躍周波数」という。)に差が生じる現象である。   A conventional method for measuring the resonance frequency will be described. First, characteristics between the driving frequency and the deflection angle of the scanning mirror will be described. When the scanning mirror is driven while changing the driving frequency, a jump phenomenon and a hysteresis phenomenon (hysteresis) occur. The jumping phenomenon is a phenomenon in which the deflection angle of the scanning mirror is suddenly increased or decreased when the drive frequency is changed. The hysteresis phenomenon is a phenomenon in which a difference occurs in a frequency at which a jump phenomenon occurs (hereinafter referred to as “jump frequency”) between when the drive frequency is gradually increased and when the drive frequency is gradually decreased.

走査ミラーが所謂メタルMEMS(詳細は後述する)である場合を例示する。走査ミラーがメタルMEMSであれば、駆動周波数を徐々に下降させる場合の跳躍周波数Aは、駆動周波数を徐々に上昇させる場合の跳躍周波数Bよりも低い。共振周波数は、駆動周波数を徐々に下降させながら振れ角を計測し、振れ角が最大となる駆動周波数を検出することで計測される。共振周波数は、駆動周波数を徐々に下降させる場合の跳躍周波数Aと、駆動周波数を徐々に上昇させる場合の跳躍周波数Bとの間の非線形領域内に存在する。従って、跳躍周波数Bから駆動周波数を徐々に下げながら計測を行えばよい。しかし、前述したように、共振周波数は温度等の使用環境に伴って変動する。よって、従来の光走査装置は、まず跳躍周波数Bを計測する。次いで、使用環境の変化による共振周波数の変動を考慮し、計測した跳躍周波数Bよりも高い周波数を、起動時の駆動周波数に設定する。起動時の駆動周波数から徐々に駆動周波数を下降させて、振れ角が最大となる駆動周波数を共振周波数として計測する。また、所謂シリコンMEMS(詳細は後述する)等を用いる場合でも、周波数の大小関係がメタルMEMSの場合と逆になる以外は、上記の特性に変わりはない。   The case where a scanning mirror is what is called metal MEMS (details are mentioned later) is illustrated. If the scanning mirror is a metal MEMS, the jump frequency A when the drive frequency is gradually lowered is lower than the jump frequency B when the drive frequency is gradually raised. The resonance frequency is measured by measuring the swing angle while gradually decreasing the drive frequency and detecting the drive frequency at which the swing angle is maximized. The resonance frequency exists in a non-linear region between a jump frequency A when the drive frequency is gradually lowered and a jump frequency B when the drive frequency is gradually raised. Therefore, measurement may be performed while gradually decreasing the drive frequency from the jump frequency B. However, as described above, the resonance frequency varies with the usage environment such as temperature. Therefore, the conventional optical scanning device first measures the jump frequency B. Next, in consideration of fluctuations in the resonance frequency due to changes in the use environment, a frequency higher than the measured jump frequency B is set as the drive frequency at the time of startup. The drive frequency is gradually lowered from the drive frequency at the time of startup, and the drive frequency at which the deflection angle is maximized is measured as the resonance frequency. Even when so-called silicon MEMS (details will be described later) or the like is used, the above characteristics are not changed except that the magnitude relationship of the frequency is reversed from that in the case of metal MEMS.

特開2005−208460号公報JP-A-2005-208460

従来の方法では、使用環境の変化や耐久性劣化による共振周波数の変動を考慮して、前記起動時の駆動周波数をかなり高めに設定する必要があるため、広い範囲で共振周波数を探索しなければならなかった。そのために、共振周波数の計測を開始する前に、跳躍周波数Bをあらかじめ計測しておかなければならなかった。従って、共振周波数を計測して駆動周波数を設定するために、多くの処理量および長い処理時間を要するという問題点があった。   In the conventional method, it is necessary to set the driving frequency at the time of startup considerably high in consideration of changes in the usage environment and resonance frequency due to durability deterioration. did not become. Therefore, the jump frequency B has to be measured in advance before the measurement of the resonance frequency is started. Therefore, in order to set the driving frequency by measuring the resonance frequency, there is a problem that a large amount of processing and a long processing time are required.

本発明は、走査ミラーの共振周波数を短時間で容易に計測して駆動周波数を設定することができる光走査装置、および共振周波数設定方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical scanning apparatus and a resonance frequency setting method that can easily set the drive frequency by measuring the resonance frequency of the scanning mirror in a short time.

本発明の第一の態様に係る光走査装置は、揺動軸回りに揺動することでレーザ光を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーを揺動させる駆動手段と、前記駆動手段に駆動信号を供給して前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記走査ミラーの振れ角を検出する検出手段とを備え、前記走査ミラーの駆動周波数を変化させた場合に、振れ角が線形的に変化する駆動周波数の領域である線形領域と、前記走査ミラーの共振周波数を含み、且つ振れ角が非線形的に変化する駆動周波数の領域である非線形領域とが現れる光走査装置であって、前記駆動制御手段は、起動時点において予め設定された起動用共振周波数を起動時の駆動周波数として前記駆動手段を起動し、前記走査ミラーの揺動を開始させる起動手段と、前記起動手段によって前記駆動手段が起動された場合に、前記走査ミラーの駆動周波数を前記起動用周波数から前記線形領域に向けて一方向に順次変化させる第一周波数変化手段と、前記第一周波数変化手段が駆動周波数を順次変化させている場合に、前記検出手段によって検出された振れ角が増加から減少へ変化することを契機として、前記第一周波数変化手段によって変化していた方向とは逆の方向に駆動周波数を順次変化させる第二周波数変化手段と、前記第二周波数変化手段が駆動周波数を順次変化させている場合に、前記検出手段によって検出された振れ角が最大となる駆動周波数を前記走査ミラーの共振周波数として計測し、その後の駆動周波数とする共振周波数設定手段とを備えている。   An optical scanning device according to a first aspect of the present invention includes a scanning mirror that scans a laser beam by swinging about a swing axis, a drive unit that swings the scan mirror, and a drive signal to the drive unit. Drive control means for controlling the drive means and detecting means for detecting the deflection angle of the scanning mirror, and the deflection angle changes linearly when the drive frequency of the scanning mirror is changed. An optical scanning device in which a linear region that is a driving frequency region and a nonlinear region that is a driving frequency region that includes a resonance frequency of the scanning mirror and whose deflection angle changes nonlinearly appears. The means starts the driving means with a starting resonance frequency set in advance at the time of starting as the driving frequency at the time of starting, and starts the swinging of the scanning mirror. When the moving means is activated, the first frequency changing means for sequentially changing the driving frequency of the scanning mirror from the starting frequency toward the linear region in one direction, and the first frequency changing means sets the driving frequency. When sequentially changing, the drive frequency is changed in the direction opposite to the direction changed by the first frequency changing means, triggered by the change of the deflection angle detected by the detecting means from increasing to decreasing. The second frequency changing means for sequentially changing the driving frequency at which the deflection angle detected by the detecting means becomes maximum when the second frequency changing means sequentially changes the driving frequency is the resonance frequency of the scanning mirror. And a resonance frequency setting means for measuring the frequency as a drive frequency thereafter.

第一の態様に係る光走査装置は、予め設定された起動用共振周波数を起動時の駆動周波数として、走査ミラーの駆動手段を起動する。次いで、走査ミラーの駆動周波数を線形領域に向けて一方向に順次変化させていき、振れ角の増減の変曲点に達したら、変化させていた方向と逆の方向に駆動周波数を順次変化させていく。その後、光走査装置は、駆動周波数を変化させている間に振れ角が最大となる駆動周波数を、走査ミラーの共振周波数として計測し、計測した共振周波数を駆動周波数とする。従って、光走査装置は、使用環境の変化による共振周波数の変動を考慮して広い範囲で共振周波数を探索する必要はない。さらに、光走査装置は、跳躍現象が生じる周波数をあらかじめ計測しておく必要がない。よって、光走査装置は、走査ミラーの共振周波数を短時間で容易に計測し、計測した共振周波数をその後の駆動周波数とすることができる。   The optical scanning device according to the first aspect activates the scanning mirror driving means using a preset activation resonance frequency as a driving frequency at the time of activation. Next, the drive frequency of the scanning mirror is sequentially changed in one direction toward the linear region, and when the inflection point of the increase / decrease of the deflection angle is reached, the drive frequency is sequentially changed in the direction opposite to the changed direction. To go. Thereafter, the optical scanning device measures the drive frequency at which the deflection angle becomes maximum while changing the drive frequency as the resonance frequency of the scanning mirror, and sets the measured resonance frequency as the drive frequency. Therefore, the optical scanning device does not need to search for a resonance frequency in a wide range in consideration of a change in the resonance frequency due to a change in use environment. Furthermore, the optical scanning device does not need to measure in advance the frequency at which the jump phenomenon occurs. Therefore, the optical scanning device can easily measure the resonance frequency of the scanning mirror in a short time, and set the measured resonance frequency as the subsequent drive frequency.

前記光走査装置は、前記走査ミラーを支持する捻れ梁部と、前記捻れ梁部を支持する基板とをさらに備えてもよい。前記駆動手段は、前記基板に設けられ、電圧の印加によって振動することで前記基板に板波を誘起して前記ミラー部を揺動させる振動体であってもよい。この場合、前記第一周波数変化手段は駆動周波数を順次増加させ、前記第二周波数変化手段は駆動周波数を順次減少させるのが望ましい。上記の条件では、駆動周波数を徐々に下降させる場合の跳躍周波数Aは、駆動周波数を徐々に上昇させる場合の跳躍周波数Bよりも低くなる。共振周波数は、駆動周波数を徐々に下降させた場合における跳躍周波数Aと跳躍周波数Bの間に存在する。従って、光走査装置は、駆動周波数を増加させた後に減少させることによって、走査ミラーの特性に応じた適切な方法で共振周波数を計測することができる。   The optical scanning device may further include a torsion beam portion that supports the scanning mirror and a substrate that supports the torsion beam portion. The driving unit may be a vibrating body that is provided on the substrate and oscillates by applying a voltage to induce a plate wave on the substrate to swing the mirror unit. In this case, it is preferable that the first frequency changing unit sequentially increases the driving frequency, and the second frequency changing unit sequentially decreases the driving frequency. Under the above conditions, the jump frequency A when the drive frequency is gradually decreased is lower than the jump frequency B when the drive frequency is gradually increased. The resonance frequency exists between the jump frequency A and the jump frequency B when the drive frequency is gradually lowered. Therefore, the optical scanning device can measure the resonance frequency by an appropriate method according to the characteristics of the scanning mirror by increasing and decreasing the driving frequency.

前記駆動制御手段は、前記走査ミラーの温度を取得する温度取得手段と、前記走査ミラーの温度に応じた共振周波数の変化量を示すパラメータと、前記温度取得手段によって取得された前記走査ミラーの温度と、前記計測手段によって前回計測された共振周波数とを用いて、前記起動用共振周波数を算出して設定する算出手段とをさらに備えてもよい。前記起動手段は、前記算出手段によって設定された前記起動用共振周波数で前記駆動手段を起動してもよい。この場合、光走査装置は、温度変化および経時変化の影響を受けて共振周波数が変化した場合でも、最適な駆動周波数から計測処理を開始することができる。共振周波数の計測に失敗する可能性も低い。   The drive control means includes a temperature acquisition means for acquiring the temperature of the scanning mirror, a parameter indicating the amount of change in the resonance frequency according to the temperature of the scanning mirror, and the temperature of the scanning mirror acquired by the temperature acquisition means. And a calculating means for calculating and setting the starting resonance frequency using the resonance frequency previously measured by the measuring means. The activation unit may activate the drive unit at the activation resonance frequency set by the calculation unit. In this case, the optical scanning device can start the measurement process from the optimum drive frequency even when the resonance frequency changes due to the influence of temperature change and change with time. The possibility of failing to measure the resonance frequency is also low.

前記第二周波数変化手段は、駆動周波数を変化させることで増加する前記走査ミラーの振れ角の増加割合が小さい程、駆動周波数の1回の変化量を小さくしてもよい。共振周波数の近傍の非線形領域内では、駆動周波数が共振周波数に近くなる程、走査ミラーの振れ角の増加割合は小さくなる。従って、光走査装置は、振れ角の増加割合が小さい程、駆動周波数の1回の変化量を小さくすることで、共振周波数をより正確に計測し、最適な駆動周波数を設定することができる。   The second frequency changing means may reduce the amount of change in the driving frequency once as the increasing rate of the deflection angle of the scanning mirror that increases by changing the driving frequency is smaller. In the non-linear region near the resonance frequency, the rate of increase in the deflection angle of the scanning mirror decreases as the drive frequency approaches the resonance frequency. Therefore, the optical scanning device can measure the resonance frequency more accurately and set the optimum drive frequency by reducing the amount of change of the drive frequency once as the increase rate of the deflection angle is smaller.

前記第一周波数変化手段は、周波数を変化させることで増加する前記走査ミラーの振れ角の増加割合が大きい程、駆動周波数の1回の変化量を小さくしてもよい。第一周波数変化手段によって周波数を変化させながら、走査ミラーの振れ角が増加から減少へ変化することを検出する場合、増加から減少への変化が生じる前に跳躍現象が生じる。従って、駆動周波数を変化させる毎に振れ角の増加割合は大きくなる。よって、第一周波数変化手段は、振れ角の増加割合が大きい程、駆動周波数の1回の変化量を小さくすることで、振れ角の増加から減少への変化を正確に把握することができる。   The first frequency changing means may decrease the amount of change in the driving frequency once as the increasing rate of the deflection angle of the scanning mirror that increases by changing the frequency is larger. When it is detected that the deflection angle of the scanning mirror changes from increase to decrease while changing the frequency by the first frequency changing means, a jump phenomenon occurs before the change from increase to decrease occurs. Therefore, the rate of increase of the deflection angle increases every time the drive frequency is changed. Therefore, the first frequency changing means can accurately grasp the change from the increase in the swing angle to the decrease by decreasing the change amount of the drive frequency once as the increase rate of the swing angle is larger.

前記駆動制御手段は、前記共振周波数設定手段によって共振周波数が駆動周波数に設定された場合に、前記駆動信号の振幅を制御して前記走査ミラーの振れ角を所定条件に応じて調整する振幅調整手段をさらに備えてもよい。光走査装置は、走査ミラーの共振周波数に応じて最適な駆動周波数で走査ミラーを駆動しつつ、走査ミラーの振れ角を調整することができる。従って、光走査装置は、共振周波数に応じて的確に走査ミラーを駆動することができる。   The drive control means controls the amplitude of the drive signal and adjusts the deflection angle of the scanning mirror according to a predetermined condition when the resonance frequency is set to the drive frequency by the resonance frequency setting means. May be further provided. The optical scanning device can adjust the deflection angle of the scanning mirror while driving the scanning mirror at an optimum driving frequency according to the resonance frequency of the scanning mirror. Accordingly, the optical scanning device can accurately drive the scanning mirror according to the resonance frequency.

本発明の第二の態様に係る共振周波数設定方法は、揺動軸回りに揺動することでレーザ光を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーを揺動させる駆動手段と、前記駆動手段に駆動信号を供給して前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記走査ミラーの振れ角を検出する検出手段とを備え、前記走査ミラーの駆動周波数を変化させた場合に、振れ角が線形的に変化する駆動周波数の領域である線形領域と、前記走査ミラーの共振周波数を含み、且つ振れ角が非線形的に変化する駆動周波数の領域である非線形領域とが現れる光走査装置の前記駆動制御手段によって実行される共振周波数設定方法であって、起動時点において予め設定された起動用共振周波数を起動時の駆動周波数として前記駆動手段を起動し、前記走査ミラーの揺動を開始させる起動ステップと、前記起動ステップにおいて前記駆動手段が起動された場合に、前記走査ミラーの駆動周波数を前記起動用周波数から前記線形領域に向けて順次変化させる第一周波数変化ステップと、前記第一周波数変化ステップにおいて駆動周波数が順次変化している場合に、前記検出手段によって検出された振れ角が増加から減少へ変化することを契機として、前記第一周波数変化ステップにおいて変化していた方向とは逆の方向に駆動周波数を順次変化させる第二周波数変化ステップと、前記第二周波数変化ステップにおいて駆動周波数が順次変化している場合に、前記検出手段によって検出された振れ角が最大となる駆動周波数を前記走査ミラーの共振周波数として計測し、その後の駆動周波数とする共振周波数設定ステップとを備えている。   A resonance frequency setting method according to a second aspect of the present invention includes a scanning mirror that scans a laser beam by swinging around a swing axis, a drive unit that swings the scan mirror, and a drive that drives the drive unit. Drive control means for supplying a signal to control the drive means and detection means for detecting the deflection angle of the scanning mirror, and when the drive frequency of the scanning mirror is changed, the deflection angle is linear By the drive control means of the optical scanning device, a linear region that is a region of the driving frequency that changes and a nonlinear region that is a region of the driving frequency that includes the resonance frequency of the scanning mirror and whose deflection angle changes nonlinearly appear. Resonance frequency setting method to be executed, starting the driving means with a starting resonance frequency set in advance at the time of starting as a driving frequency at the time of starting, and starting the oscillation of the scanning mirror A first frequency changing step for sequentially changing the driving frequency of the scanning mirror from the starting frequency toward the linear region when the driving means is started in the starting step; When the drive frequency is sequentially changed in the frequency change step, the direction changed in the first frequency change step is triggered by the change of the deflection angle detected by the detection means from increase to decrease. A second frequency changing step for sequentially changing the driving frequency in the reverse direction, and a driving frequency at which the deflection angle detected by the detecting means is maximized when the driving frequency is sequentially changed in the second frequency changing step. Is measured as the resonance frequency of the scanning mirror, and the subsequent resonance frequency setting step is used as the drive frequency. It is equipped with a.

第二の態様に係る共振周波数設定方法によると、光走査装置は、予め設定された起動用共振周波数を起動時の駆動周波数として、走査ミラーの駆動手段を起動する。次いで、走査ミラーの駆動周波数を線形領域に向けて一方向に順次変化させていき、振れ角の増減の変曲点に達したら、変化させていた方向と逆の方向に駆動周波数を順次変化させていく。その後、光走査装置は、駆動周波数を変化させている間に振れ角が最大となる駆動周波数を、走査ミラーの共振周波数として計測し、計測した共振周波数を駆動周波数とする。従って、光走査装置は、使用環境の変化による共振周波数の変動を考慮して広い範囲で共振周波数を探索する必要はない。さらに、光走査装置は、跳躍現象が生じる周波数をあらかじめ計測しておく必要がない。よって、光走査装置は、走査ミラーの共振周波数を短時間で容易に計測し、計測した共振周波数をその後の駆動周波数とすることができる。   According to the resonance frequency setting method according to the second aspect, the optical scanning device activates the scanning mirror drive means using the activation resonance frequency set in advance as the drive frequency at the time of activation. Next, the drive frequency of the scanning mirror is sequentially changed in one direction toward the linear region, and when the inflection point of the increase / decrease of the deflection angle is reached, the drive frequency is sequentially changed in the direction opposite to the changed direction. To go. Thereafter, the optical scanning device measures the drive frequency at which the deflection angle becomes maximum while changing the drive frequency as the resonance frequency of the scanning mirror, and sets the measured resonance frequency as the drive frequency. Therefore, the optical scanning device does not need to search for a resonance frequency in a wide range in consideration of a change in the resonance frequency due to a change in use environment. Furthermore, the optical scanning device does not need to measure in advance the frequency at which the jump phenomenon occurs. Therefore, the optical scanning device can easily measure the resonance frequency of the scanning mirror in a short time, and set the measured resonance frequency as the subsequent drive frequency.

ヘッドマウントディスプレイ1の外観構成を示す図である。1 is a diagram showing an external configuration of a head mounted display 1. FIG. ヘッドマウントディスプレイ1の電気的構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an electrical configuration of the head mounted display 1. FIG. 表示部10が画像光5を射出する過程を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the process in which the display part 10 inject | emits the image light 5. FIG. 垂直走査系20の斜視図である。2 is a perspective view of a vertical scanning system 20. FIG. 垂直走査ミラー21にメタルMEMSを用いた場合の駆動周波数と振れ角との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the drive frequency and the deflection angle when metal MEMS is used for the vertical scanning mirror 21. CPU111が実行する駆動処理のフローチャートである。It is a flowchart of the drive process which CPU111 performs. 駆動処理中に実行される開始周波数算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the start frequency calculation process performed during a drive process. フラッシュメモリ54に記憶される変化量パラメータテーブルの説明図である。6 is an explanatory diagram of a change amount parameter table stored in a flash memory 54. FIG. フラッシュメモリ54に記憶される前回停止直前データの説明図である。4 is an explanatory diagram of data immediately before a previous stop stored in a flash memory 54. FIG. 駆動周波数の上昇量および下降量と振れ角の増加量との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the raise amount of drive frequency, the fall amount, and the increase amount of a deflection angle. ROM112に記憶されている上昇量決定テーブルの説明図である。It is explanatory drawing of the raise amount determination table memorize | stored in ROM112. ROM112に記憶されている下降量決定テーブルの説明図である。It is explanatory drawing of the fall amount determination table memorize | stored in ROM112. 駆動処理中に実行される駆動中処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process during a drive performed during a drive process.

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いられるものである。図面に記載されている装置の構成、各種処理のフローチャート等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings to be referred to are used for explaining technical features that can be adopted by the present invention. The configuration of the apparatus, the flowcharts of various processes, and the like described in the drawings are not intended to be limited to these, but are merely illustrative examples.

以下では、光走査装置の1つであるヘッドマウントディスプレイ1を例に挙げて説明を行う。ヘッドマウントディスプレイ1は、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査させて、画像光として射出し、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を直接投影する網膜走査型ディスプレイである。しかし、本発明が適用できるのはヘッドマウントディスプレイ1に限られない。画像を表示するためのレーザ光を走査する光走査装置であれば、本発明は適用できる。例えば、走査したレーザ光を、投影対象となるスクリーン上に射出して投影するスクリーン走査型の画像表示装置にも、本発明は適用できる。   In the following, description will be given by taking the head mounted display 1 which is one of the optical scanning devices as an example. The head mounted display 1 is a retinal scanning display that scans a laser beam modulated according to an image signal, emits it as image light, and directly projects an image on the retina of at least one eye of a user. However, the present invention is not limited to the head mounted display 1. The present invention can be applied to any optical scanning device that scans with laser light for displaying an image. For example, the present invention can also be applied to a screen scanning type image display apparatus that emits and projects a scanned laser beam on a screen to be projected.

図1を参照して、ヘッドマウントディスプレイ1の概略構成について説明する。ヘッドマウントディスプレイ1は、射出装置2と、接眼部3と、頭部装着部4とを少なくとも備える。射出装置2は、画像信号に応じて画像光5(図3参照)を接眼部3へ射出する。射出装置2に対する接眼部3の位置は固定されている。接眼部3は、ハーフミラー38(図3参照)を備えている。接眼部3は、ハーフミラー38によって、外界からの外光6を透過し、且つ、射出装置2から射出された画像光5をユーザの眼に向かって反射させる。つまり、接眼部3は、ユーザの側方から入射した画像光5と、外界から入射した外光6とを、共にユーザの眼に入射させる。その結果、ユーザは、実際の視界に加えて、射出装置2から射出された画像光に基づく画像を視認することができる。   A schematic configuration of the head mounted display 1 will be described with reference to FIG. The head mounted display 1 includes at least an injection device 2, an eyepiece unit 3, and a head mounting unit 4. The emission device 2 emits image light 5 (see FIG. 3) to the eyepiece 3 in accordance with the image signal. The position of the eyepiece 3 with respect to the injection device 2 is fixed. The eyepiece unit 3 includes a half mirror 38 (see FIG. 3). The eyepiece 3 transmits the external light 6 from the outside by the half mirror 38 and reflects the image light 5 emitted from the emission device 2 toward the user's eyes. That is, the eyepiece unit 3 causes the image light 5 incident from the side of the user and the external light 6 incident from the outside to be incident on the user's eyes. As a result, the user can visually recognize an image based on the image light emitted from the ejection device 2 in addition to the actual field of view.

図2を参照して、ヘッドマウントディスプレイ1の電気的構成について説明する。ヘッドマウントディスプレイ1は、表示部10、入力部40、通信部43、制御部50、ビデオRAM53、フラッシュメモリ54、および電源部55を備える。   The electrical configuration of the head mounted display 1 will be described with reference to FIG. The head mounted display 1 includes a display unit 10, an input unit 40, a communication unit 43, a control unit 50, a video RAM 53, a flash memory 54, and a power supply unit 55.

表示部10は、ユーザに画像を視認させる部位である。表示部10は、駆動信号コントローラ11、レーザ群13、およびレーザドライバ群12を備える。駆動信号コントローラ11は、CPU111、ROM112、およびRAM113を備える。駆動信号コントローラ11では、ROM112に格納されたプログラムがCPU111によって読み出されることで、表示部10を駆動するための各種処理が行われる。具体的には、駆動信号コントローラ11は、制御部50から画像信号を入力し、入力した信号に応じて、レーザドライバ群12に駆動信号(輝度信号)を出力する。さらに、駆動信号コントローラ11は、後述する垂直走査ミラー21および水平走査ミラー26を揺動させるための条件(例えば、垂直走査ミラー21の駆動周波数および振れ角)を決定し、垂直走査駆動部23および水平走査駆動部28に駆動信号を出力する(詳細は後述する)。レーザ群13は、青色出力レーザ(Bレーザ)131、緑色出力レーザ(Gレーザ)132、および赤色出力レーザ(Rレーザ)133を含む。レーザ群13は、青色、緑色、および赤色のレーザ光を出力する。レーザドライバ群12は、駆動信号コントローラ11から受信した駆動信号に応じてレーザ群13を制御し、レーザ群13にレーザ光を出力させる。つまり、制御部50がヘッドマウントディスプレイ1の全体制御を司り、駆動信号コントローラ11は、制御部50から入力する画像信号に応じて画像表示の処理を制御する。   The display unit 10 is a part that allows the user to visually recognize an image. The display unit 10 includes a drive signal controller 11, a laser group 13, and a laser driver group 12. The drive signal controller 11 includes a CPU 111, a ROM 112, and a RAM 113. In the drive signal controller 11, various processes for driving the display unit 10 are performed by the CPU 111 reading out the program stored in the ROM 112. Specifically, the drive signal controller 11 receives an image signal from the control unit 50 and outputs a drive signal (luminance signal) to the laser driver group 12 in accordance with the input signal. Further, the drive signal controller 11 determines conditions (for example, the drive frequency and the swing angle of the vertical scan mirror 21) for swinging the vertical scan mirror 21 and the horizontal scan mirror 26 described later, and the vertical scan drive unit 23 and A drive signal is output to the horizontal scanning drive unit 28 (details will be described later). The laser group 13 includes a blue output laser (B laser) 131, a green output laser (G laser) 132, and a red output laser (R laser) 133. The laser group 13 outputs blue, green, and red laser beams. The laser driver group 12 controls the laser group 13 according to the drive signal received from the drive signal controller 11 and causes the laser group 13 to output laser light. That is, the control unit 50 performs overall control of the head mounted display 1, and the drive signal controller 11 controls image display processing according to an image signal input from the control unit 50.

表示部10は、垂直走査ミラー21、垂直走査駆動部23、水平走査ミラー26、および水平走査駆動部28を備える。垂直走査ミラー21は、揺動軸周りに揺動することで、レーザ群13から出力されたレーザ光を垂直方向(本実施の形態の主走査方向)に走査する。垂直走査駆動部23は、駆動信号コントローラ11から受信した駆動信号に応じて、垂直走査ミラー21を高速で共振揺動させる。水平走査ミラー26は、垂直走査ミラー21によって垂直方向に二次元走査されたレーザ光を、さらに水平方向(本実施の形態の副走査方向)に走査する。水平走査駆動部28は、駆動信号コントローラ11から受信した駆動信号に応じて、水平走査ミラー26を低速揺動させる。   The display unit 10 includes a vertical scanning mirror 21, a vertical scanning driving unit 23, a horizontal scanning mirror 26, and a horizontal scanning driving unit 28. The vertical scanning mirror 21 scans the laser beam output from the laser group 13 in the vertical direction (main scanning direction in the present embodiment) by swinging around the swing axis. The vertical scanning drive unit 23 causes the vertical scanning mirror 21 to resonate and oscillate at high speed in accordance with the drive signal received from the drive signal controller 11. The horizontal scanning mirror 26 further scans the laser light that has been two-dimensionally scanned in the vertical direction by the vertical scanning mirror 21 in the horizontal direction (sub-scanning direction of the present embodiment). The horizontal scanning drive unit 28 swings the horizontal scanning mirror 26 at a low speed according to the drive signal received from the drive signal controller 11.

表示部10は、BD(ビームディテクト)センサ31、およびBD信号検出回路32を備える。BDセンサ31は、垂直走査ミラー21によって反射されたレーザ光(主走査方向に走査されたレーザ光)を検出する。つまり、BDセンサ31は、レーザ光の主走査方向における基準位置(基準タイミング)を検出するために設けられている。BD信号検出回路32は、レーザ光が所定の位置に到達したことがBDセンサ31によって検出された場合に、BD信号を駆動信号コントローラ11に出力する。駆動信号コントローラ11は、BD信号の入力結果に基づいて、垂直走査ミラー21の走査角の最大値である振れ角を検出する。さらに、駆動信号コントローラ11は、BD信号の入力結果に基づいて、レーザ群13からレーザ光を出力するタイミングを決定する。   The display unit 10 includes a BD (beam detect) sensor 31 and a BD signal detection circuit 32. The BD sensor 31 detects the laser beam reflected by the vertical scanning mirror 21 (laser beam scanned in the main scanning direction). That is, the BD sensor 31 is provided for detecting a reference position (reference timing) in the main scanning direction of the laser light. The BD signal detection circuit 32 outputs a BD signal to the drive signal controller 11 when the BD sensor 31 detects that the laser beam has reached a predetermined position. The drive signal controller 11 detects the deflection angle that is the maximum value of the scanning angle of the vertical scanning mirror 21 based on the input result of the BD signal. Further, the drive signal controller 11 determines the timing for outputting the laser light from the laser group 13 based on the input result of the BD signal.

表示部10は、温度センサ33を備える。温度センサ33は、垂直走査ミラー21の周囲の温度を検出し、検出した温度を駆動信号コントローラ11に出力する。駆動信号コントローラ11は、垂直走査ミラー21の起動時の駆動周波数である起動用共振周波数を、温度センサ33から入力した温度に基づいて決定する。   The display unit 10 includes a temperature sensor 33. The temperature sensor 33 detects the temperature around the vertical scanning mirror 21 and outputs the detected temperature to the drive signal controller 11. The drive signal controller 11 determines a starting resonance frequency, which is a driving frequency when starting the vertical scanning mirror 21, based on the temperature input from the temperature sensor 33.

入力部40は、ユーザからの各種操作指示の入力を受け付ける部位である。入力部40は、操作ボタン群41および入力制御回路42を備える。入力制御回路42は、操作ボタン群41のボタンが操作されたことを検出する。入力制御回路42は、制御部50と電気的に接続されており、ボタン操作に関する情報を制御部50に出力する。   The input unit 40 is a part that receives input of various operation instructions from the user. The input unit 40 includes an operation button group 41 and an input control circuit 42. The input control circuit 42 detects that the button of the operation button group 41 has been operated. The input control circuit 42 is electrically connected to the control unit 50 and outputs information related to button operations to the control unit 50.

通信部43は、画像情報等の送受信を行う部位である。通信部43は、通信モジュール44および通信制御回路45を備える。通信モジュール44は、外部機器との間の無線通信または有線通信によって、画像情報等の送受信を行う。通信制御回路45は、通信モジュール44の動作を制御する。通信制御回路45は、制御部50と電気的に接続されており、制御部50に画像情報を取得させる。   The communication unit 43 is a part that transmits and receives image information and the like. The communication unit 43 includes a communication module 44 and a communication control circuit 45. The communication module 44 transmits and receives image information and the like by wireless communication or wired communication with an external device. The communication control circuit 45 controls the operation of the communication module 44. The communication control circuit 45 is electrically connected to the control unit 50 and causes the control unit 50 to acquire image information.

制御部50は、ヘッドマウントディスプレイ1の全体の制御を司る。制御部50は、図示しないCPU、ROM、およびRAMを備える。制御部50では、ROMに格納されたプログラムがCPUによって読み出されることで、ヘッドマウントディスプレイ1の動作を制御するための各種処理が行われる。ビデオRAM53には、画像情報に含まれるイメージデータが展開される。フラッシュメモリ54は、ヘッドマウントディスプレイ1で使用される機能の各種設定値等を記憶する。   The control unit 50 controls the entire head mounted display 1. The control unit 50 includes a CPU, a ROM, and a RAM (not shown). In the control unit 50, various processes for controlling the operation of the head mounted display 1 are performed by reading out the program stored in the ROM by the CPU. In the video RAM 53, image data included in the image information is developed. The flash memory 54 stores various setting values of functions used in the head mounted display 1.

電源部55は、電池56および充電制御回路57を備える。電池56は、ヘッドマウントディスプレイ1を駆動させるための電源となる充電式の電池である。充電制御回路57は、電池56からヘッドマウントディスプレイ1への電力供給の制御、および充電用アダプタ(図示せず)から電池56への充電の制御を行う。   The power supply unit 55 includes a battery 56 and a charge control circuit 57. The battery 56 is a rechargeable battery serving as a power source for driving the head mounted display 1. The charge control circuit 57 controls power supply from the battery 56 to the head mounted display 1 and controls charging of the battery 56 from a charging adapter (not shown).

図3を参照して、表示部10が画像光5を射出する過程の概要について説明する。表示部10は、光源ユニット部18、コリメート光学系19、垂直走査系20、第一リレー光学系24、水平走査系25、および第二リレー光学系29を備える。   With reference to FIG. 3, the outline of the process in which the display unit 10 emits the image light 5 will be described. The display unit 10 includes a light source unit 18, a collimating optical system 19, a vertical scanning system 20, a first relay optical system 24, a horizontal scanning system 25, and a second relay optical system 29.

光源ユニット部18は、駆動信号コントローラ11、レーザドライバ群12、レーザ群13、コリメート光学系14、ダイクロイックミラー群15、結合光学系16、およびBD信号検出回路32を備える。駆動信号コントローラ11は、例えば、制御部50によってビデオRAM53に展開されたイメージデータの画像信号を、表示すべき画像を構成する画素毎に読み出して、駆動信号である輝度信号35を生成すると共に、垂直駆動信号36、および水平駆動信号37を生成する。駆動信号コントローラ11は、生成した輝度信号35(B輝度信号351、G輝度信号352、およびR輝度信号353)をレーザドライバ群12(Bレーザドライバ121、Gレーザドライバ122、およびRレーザドライバ123)に出力する。さらに、垂直駆動信号36を垂直走査駆動部23に出力し、水平駆動信号37を水平走査駆動部28に出力する。ただし、駆動信号コントローラ11は、BD信号検出回路32からBD信号が入力されたタイミング(レーザ光が所定の位置に到達したタイミング)に基づいて、前記垂直駆動信号36および水平駆動信号37を制御すると共に、輝度信号35をレーザドライバ群12に出力するタイミングを決めている。   The light source unit 18 includes a drive signal controller 11, a laser driver group 12, a laser group 13, a collimating optical system 14, a dichroic mirror group 15, a coupling optical system 16, and a BD signal detection circuit 32. For example, the drive signal controller 11 reads out the image signal of the image data developed in the video RAM 53 by the control unit 50 for each pixel constituting the image to be displayed, and generates a luminance signal 35 that is a drive signal. A vertical drive signal 36 and a horizontal drive signal 37 are generated. The drive signal controller 11 converts the generated luminance signal 35 (B luminance signal 351, G luminance signal 352, and R luminance signal 353) into the laser driver group 12 (B laser driver 121, G laser driver 122, and R laser driver 123). Output to. Further, the vertical drive signal 36 is output to the vertical scan drive unit 23, and the horizontal drive signal 37 is output to the horizontal scan drive unit 28. However, the drive signal controller 11 controls the vertical drive signal 36 and the horizontal drive signal 37 based on the timing at which the BD signal is input from the BD signal detection circuit 32 (the timing at which the laser beam reaches a predetermined position). At the same time, the timing for outputting the luminance signal 35 to the laser driver group 12 is determined.

レーザドライバ群12は、入力された輝度信号35に基づいて、強度変調されたレーザ光をレーザ群13に出力させる。レーザ群13が出力したレーザ光は、コリメート光学系14に入射する。コリメート光学系14の3つのコリメートレンズ141〜143は、レーザ群13が出力した3色(青色、緑色、赤色)のレーザ光のそれぞれを平行光にコリメートする。コリメート光学系14によってコリメートされたレーザ光は、ダイクロイックミラー群15に入射する。ダイクロイックミラー群15の3つのダイクロイックミラー151〜153は、コリメートされた3色のレーザ光を1つのレーザ光になるように合波する。合波されたレーザ光は、結合光学系16によって光ファイバ17に導かれる。   The laser driver group 12 causes the laser group 13 to output intensity-modulated laser light based on the input luminance signal 35. The laser light output from the laser group 13 enters the collimating optical system 14. The three collimating lenses 141 to 143 of the collimating optical system 14 collimate each of the three colors (blue, green, and red) of laser light output from the laser group 13 into parallel light. The laser light collimated by the collimating optical system 14 enters the dichroic mirror group 15. The three dichroic mirrors 151 to 153 of the dichroic mirror group 15 combine the collimated laser beams of three colors into one laser beam. The combined laser light is guided to the optical fiber 17 by the coupling optical system 16.

光ファイバ17を伝達したレーザ光は、コリメート光学系19によって平行光にコリメートされて、垂直走査系20に入射する。本実施の形態の垂直走査系20は、表示すべき画像の1走査線ごとに、レーザ光を垂直方向(主走査方向)に走査する。垂直走査系20は、水平走査系25よりも高速に(すなわち、高周波数で)レーザ光を走査するように設計されている。垂直走査系20に入射したレーザ光は、垂直走査ミラー21の偏向面22に照射される。垂直走査駆動部23は、駆動信号コントローラ11から入力された垂直駆動信号36に従って、垂直走査ミラー21を共振揺動させる。その結果、偏向面22に照射されたレーザ光は、垂直方向に高速で走査される。前述したように、BDセンサ31は、垂直走査ミラー21によって垂直走査されたレーザ光を検出することで、レーザ光の主走査方向における基準位置(基準タイミング)を検出する。   The laser light transmitted through the optical fiber 17 is collimated into parallel light by the collimating optical system 19 and enters the vertical scanning system 20. The vertical scanning system 20 of the present embodiment scans laser light in the vertical direction (main scanning direction) for each scanning line of an image to be displayed. The vertical scanning system 20 is designed to scan a laser beam at a higher speed (that is, at a higher frequency) than the horizontal scanning system 25. The laser light incident on the vertical scanning system 20 is applied to the deflection surface 22 of the vertical scanning mirror 21. The vertical scanning drive unit 23 causes the vertical scanning mirror 21 to resonate and oscillate in accordance with the vertical drive signal 36 input from the drive signal controller 11. As a result, the laser beam irradiated on the deflection surface 22 is scanned at high speed in the vertical direction. As described above, the BD sensor 31 detects the reference position (reference timing) of the laser light in the main scanning direction by detecting the laser light vertically scanned by the vertical scanning mirror 21.

垂直走査されたレーザ光は、第一リレー光学系24を介して水平走査系25に入射する。本実施の形態の水平走査系25は、表示すべき画像の1フレーム毎に、レーザ光を最初の走査線から最後の走査線に向かう水平方向(副走査方向)に走査する。水平走査系25に入射したレーザ光は、水平走査ミラー26の偏向面27に照射される。水平走査駆動部28は、駆動信号コントローラ11から入力された水平駆動信号37に従って、水平走査ミラー26を揺動させる。その結果、偏向面27に照射されたレーザ光は、水平方向に走査される。   The vertically scanned laser light is incident on the horizontal scanning system 25 via the first relay optical system 24. The horizontal scanning system 25 of the present embodiment scans the laser beam in the horizontal direction (sub-scanning direction) from the first scanning line to the last scanning line for each frame of the image to be displayed. The laser light incident on the horizontal scanning system 25 is applied to the deflection surface 27 of the horizontal scanning mirror 26. The horizontal scanning drive unit 28 swings the horizontal scanning mirror 26 in accordance with the horizontal drive signal 37 input from the drive signal controller 11. As a result, the laser light applied to the deflection surface 27 is scanned in the horizontal direction.

垂直走査系20および水平走査系25によって二次元走査されたレーザ光のうち、画像を表示させるためのレーザ光である画像光5は、第二リレー光学系29を介してハーフミラー38に射出される。画像光5は、ハーフミラー38によって全反射されてユーザの瞳孔39に導かれる。その結果、ビデオRAM53(図2参照)に展開されたイメージデータに基づく画像が、ユーザの網膜上に形成される。ユーザは、二次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を視認することができる。   Of the laser beams that are two-dimensionally scanned by the vertical scanning system 20 and the horizontal scanning system 25, the image light 5 that is a laser beam for displaying an image is emitted to the half mirror 38 via the second relay optical system 29. The The image light 5 is totally reflected by the half mirror 38 and guided to the pupil 39 of the user. As a result, an image based on the image data developed in the video RAM 53 (see FIG. 2) is formed on the user's retina. The user can visually recognize an image by laser light that is two-dimensionally scanned and projected onto the retina.

以上説明したように、ヘッドマウントディスプレイ1は、垂直走査ミラー21を高速で共振揺動させ、且つ水平走査ミラー26を垂直走査ミラー21よりも低速で揺動させることで、レーザ光を二次元走査させる。垂直走査ミラー21を効率よく共振揺動させるためには、垂直走査ミラー21を駆動させるための駆動周波数を、垂直走査ミラー21の共振周波数に近い値に設定する必要がある。垂直走査ミラー21を共振周波数に近い駆動周波数で駆動させて共振状態とすることで、駆動エネルギーが垂直走査ミラー21に対してロスなく出入りする。ここで、垂直走査ミラー21の共振周波数は、垂直走査ミラー21の温度、経時変化等の影響で変動する。従って、ヘッドマウントディスプレイ1は、その時点における垂直走査ミラー21の共振周波数を計測し、計測した共振周波数を駆動周波数に設定することが望ましい。   As described above, the head mounted display 1 performs two-dimensional scanning of laser light by causing the vertical scanning mirror 21 to resonate and oscillate at high speed, and the horizontal scanning mirror 26 to oscillate at a lower speed than the vertical scanning mirror 21. Let In order to efficiently resonate and swing the vertical scanning mirror 21, it is necessary to set the drive frequency for driving the vertical scanning mirror 21 to a value close to the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21. By driving the vertical scanning mirror 21 at a driving frequency close to the resonance frequency to obtain a resonance state, driving energy enters and exits the vertical scanning mirror 21 without loss. Here, the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21 fluctuates due to the influence of the temperature of the vertical scanning mirror 21 and changes with time. Therefore, it is desirable that the head mounted display 1 measures the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21 at that time and sets the measured resonance frequency as the driving frequency.

図4を参照して、本実施の形態に係る垂直走査系20の種類について説明する。本実施の形態の垂直走査ミラー21は、所謂メタルMEMSである(例えば、特開2006−293116号公報参照)。図4に示すように、垂直走査系20は、基板63、垂直走査ミラー21、捻れ梁部64、および垂直走査駆動部23を備える。基板63は矩形板状であり、基板63の一端は支持部61に固定されている。本実施の形態では、基板63の材質としてSUSを用いることで、基板63を安価に製造している。しかし、インバー、コバール等の他の材質を用いてもよい。垂直走査ミラー21および捻れ梁部64は、基板63に中抜きを行うことで、基板63に一体形成されている。垂直走査ミラー21は、図4の左右方向に延びる揺動軸を中心として揺動する。2つの捻れ梁部64は、垂直走査ミラー21から左右に延び、基板63と垂直走査ミラー21とを接続する。   With reference to FIG. 4, the type of the vertical scanning system 20 according to the present embodiment will be described. The vertical scanning mirror 21 of the present embodiment is a so-called metal MEMS (see, for example, JP-A-2006-293116). As shown in FIG. 4, the vertical scanning system 20 includes a substrate 63, a vertical scanning mirror 21, a torsion beam portion 64, and a vertical scanning driving unit 23. The substrate 63 has a rectangular plate shape, and one end of the substrate 63 is fixed to the support portion 61. In the present embodiment, the substrate 63 is manufactured at low cost by using SUS as the material of the substrate 63. However, other materials such as invar and kovar may be used. The vertical scanning mirror 21 and the torsion beam portion 64 are integrally formed on the substrate 63 by hollowing out the substrate 63. The vertical scanning mirror 21 oscillates about an oscillation axis extending in the left-right direction in FIG. The two torsion beam portions 64 extend from the vertical scanning mirror 21 to the left and right, and connect the substrate 63 and the vertical scanning mirror 21.

垂直走査駆動部23は、基板63のうち、捻れ梁部64と垂直走査ミラー21と基板63とで形成される空間に対し垂直走査ミラー21と対峙する側の板面に配置されている。本実施の形態の垂直走査駆動部23は、電圧の印加によって振動する圧電膜である。しかし、圧電膜の代わりに、磁界の印加によって振動する磁歪体、永久磁石等を垂直走査駆動部23として用いてもよい。つまり、電圧または磁界が印加されることで振動する振動体であれば、垂直走査駆動部23として用いることができる。垂直走査駆動部23は、電圧または磁界の印加によって振動することで、基板63に板波を誘起する。基板63に板波が誘起されると、捻れ梁部64および垂直走査ミラー21は捻れ振動を起こし、レーザ光を走査する。   The vertical scanning drive unit 23 is disposed on the plate surface of the substrate 63 on the side facing the vertical scanning mirror 21 with respect to the space formed by the torsion beam portion 64, the vertical scanning mirror 21, and the substrate 63. The vertical scanning drive unit 23 of the present embodiment is a piezoelectric film that vibrates when a voltage is applied. However, instead of the piezoelectric film, a magnetostrictor, a permanent magnet, or the like that vibrates when a magnetic field is applied may be used as the vertical scanning drive unit 23. That is, any vibrating body that vibrates when a voltage or a magnetic field is applied can be used as the vertical scanning drive unit 23. The vertical scanning drive unit 23 induces a plate wave on the substrate 63 by vibrating by applying a voltage or a magnetic field. When a plate wave is induced on the substrate 63, the torsion beam portion 64 and the vertical scanning mirror 21 cause torsional vibration and scan with laser light.

図5を参照して、本実施の形態の垂直走査ミラー21における駆動周波数と振れ角との間の特性について説明する。駆動周波数を変化させながら垂直走査ミラー21を駆動すると、跳躍現象および履歴現象が生じる。跳躍現象とは、駆動周波数を変化させた場合に、垂直走査ミラー21の振れ角が急激に増減する現象である。履歴現象とは、駆動周波数を徐々に上昇させる場合と徐々に下降させる場合とで、跳躍現象が生じる周波数である跳躍周波数に差が生じる現象である。図5のグラフにおいて、黒色の線は、駆動周波数を徐々に下降させた場合(ダウンスイープ時)の垂直走査ミラー21の駆動周波数と振れ角との関係を示す。白色の線は、駆動周波数を徐々に上昇させた場合(アップスイープ時)の垂直走査ミラー21の駆動周波数と振れ角との関係を示す。   With reference to FIG. 5, the characteristics between the drive frequency and the deflection angle in the vertical scanning mirror 21 of the present embodiment will be described. When the vertical scanning mirror 21 is driven while changing the driving frequency, a jump phenomenon and a hysteresis phenomenon occur. The jumping phenomenon is a phenomenon in which the swing angle of the vertical scanning mirror 21 suddenly increases or decreases when the drive frequency is changed. The hysteresis phenomenon is a phenomenon in which a difference occurs in a jump frequency, which is a frequency at which a jump phenomenon occurs, between when the drive frequency is gradually increased and when the drive frequency is gradually decreased. In the graph of FIG. 5, the black line indicates the relationship between the drive frequency of the vertical scanning mirror 21 and the deflection angle when the drive frequency is gradually lowered (during a down sweep). The white line indicates the relationship between the drive frequency of the vertical scanning mirror 21 and the deflection angle when the drive frequency is gradually increased (during up sweep).

図5に示すように、メタルMEMSである垂直走査ミラー21を用いた場合、ダウンスイープ時には、駆動周波数がA(跳躍周波数A)に達した際に、振れ角は急激に減少する。一方で、アップスイープ時には、駆動周波数がB(跳躍周波数B)に達した際に、振れ角は急激に増加する。このように、ダウンスイープ時の跳躍周波数Aは、アップスイープ時の跳躍周波数Bよりも低くなる。跳躍周波数Aと跳躍周波数Bの間の領域では、振れ角の増減の割合は一定ではなく、振れ角は非線形に変化する。従って、跳躍周波数Aと跳躍周波数Bの間の領域を非線形領域と呼ぶ。一方、駆動周波数が跳躍周波数Bよりも大きい領域では、振れ角の増減の割合は略一定となり、振れ角はほぼ線形に変化する。従って、駆動周波数が跳躍周波数Bよりも大きい領域を、線形領域と呼ぶ。   As shown in FIG. 5, when the vertical scanning mirror 21 that is a metal MEMS is used, the swing angle rapidly decreases when the drive frequency reaches A (jump frequency A) during the down sweep. On the other hand, at the time of the up sweep, when the drive frequency reaches B (jump frequency B), the deflection angle increases rapidly. Thus, the jump frequency A at the time of down sweep is lower than the jump frequency B at the time of up sweep. In the region between the jump frequency A and the jump frequency B, the rate of increase / decrease of the swing angle is not constant, and the swing angle changes nonlinearly. Therefore, a region between the jump frequency A and the jump frequency B is called a non-linear region. On the other hand, in a region where the drive frequency is higher than the jump frequency B, the rate of increase / decrease of the swing angle is substantially constant, and the swing angle changes substantially linearly. Therefore, a region where the drive frequency is higher than the jump frequency B is called a linear region.

メタルMEMSである垂直走査ミラー21を用いた場合、共振周波数は、駆動周波数を徐々に下降させながら振れ角を計測し、振れ角が最大となる駆動周波数を検出することで計測される。共振周波数は、ダウンスイープ時の跳躍周波数Aと、アップスイープ時の跳躍周波数Bとの間の非線形領域内に存在する。従って、跳躍周波数Bからダウンスイープすることで共振周波数を計測すればよい。しかし、前述したように、共振周波数は、温度、経時変化等の影響で変動する。共振周波数を計測する従来の手法では、まず跳躍周波数Bが計測される。次いで、使用環境の変化等による共振周波数の変動が考慮されて、跳躍周波数Bよりも高い周波数が、起動時の駆動周波数(計測開始周波数)に設定される。計測開始周波数から徐々に駆動周波数が下げられることで、振れ角が最大となる駆動周波数が共振周波数として計測される。従って、従来の手法では、跳躍周波数Bを計測する処理の負荷がかかり、且つ、共振周波数の変動を考慮して幅広い駆動周波数の範囲を探索する必要があった。本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ1は、駆動時に跳躍周波数Bを計測することなく、且つ短時間で共振周波数を計測し、最適な駆動周波数を設定することができる。上記の処理の詳細について、以下説明する。   When the vertical scanning mirror 21 that is a metal MEMS is used, the resonance frequency is measured by measuring the swing angle while gradually decreasing the drive frequency, and detecting the drive frequency that maximizes the swing angle. The resonance frequency exists in a non-linear region between the jump frequency A at the time of down sweep and the jump frequency B at the time of up sweep. Therefore, the resonance frequency may be measured by down sweeping from the jump frequency B. However, as described above, the resonance frequency varies due to the influence of temperature, change with time, and the like. In the conventional method of measuring the resonance frequency, the jump frequency B is first measured. Next, in consideration of fluctuations in the resonance frequency due to changes in the use environment or the like, a frequency higher than the jump frequency B is set as the drive frequency (measurement start frequency) at startup. By gradually lowering the drive frequency from the measurement start frequency, the drive frequency that maximizes the deflection angle is measured as the resonance frequency. Therefore, in the conventional method, a processing load for measuring the jump frequency B is applied, and it is necessary to search for a wide driving frequency range in consideration of the fluctuation of the resonance frequency. The head mounted display 1 according to the present embodiment can set the optimum driving frequency by measuring the resonance frequency in a short time without measuring the jump frequency B during driving. Details of the above processing will be described below.

図6から図13を参照して、駆動信号コントローラ11のCPU111が実行する駆動処理について説明する。以下では、レーザ群13等の複数のデバイスの駆動を制御するためにCPU111が実行する処理のうち、垂直走査ミラー21の駆動を制御する処理について説明する。駆動信号コントローラ11のCPU111は、画像の表示を開始させる指示を制御部50から入力すると、ROM112に記憶されているプログラムに従って、図5に示す駆動処理を開始する。   A drive process executed by the CPU 111 of the drive signal controller 11 will be described with reference to FIGS. Below, the process which controls the drive of the vertical scanning mirror 21 among the processes which CPU111 performs in order to control the drive of several devices, such as the laser group 13, is demonstrated. When the CPU 111 of the drive signal controller 11 inputs an instruction to start image display from the control unit 50, the CPU 111 starts the drive process shown in FIG. 5 according to the program stored in the ROM 112.

図6に示すように、駆動処理が開始されると、垂直走査ミラー21の揺動を開始させるための処理(S1,S2)が行われる。まず、開始周波数算出処理が行われる(S1)。開始周波数算出処理では、垂直走査ミラー21の固有の共振周波数が、起動用共振周波数(計測開始周波数)として算出される。   As shown in FIG. 6, when the driving process is started, processes (S1, S2) for starting swinging of the vertical scanning mirror 21 are performed. First, a start frequency calculation process is performed (S1). In the start frequency calculation process, the unique resonance frequency of the vertical scanning mirror 21 is calculated as the start resonance frequency (measurement start frequency).

図7を参照して、開始周波数算出処理について説明する。開始周波数算出処理が開始されると、フラッシュメモリ54に記憶されている変化量パラメータが読み込まれる(S31)。変化量パラメータとは、走査ミラーの温度に応じた共振周波数の変化量を示すパラメータである。図8に示すように、フラッシュメモリ54には、変化量パラメータテーブルが記憶されている。変化量パラメータテーブルでは、温度センサ33によって検出された垂直走査ミラー21の温度と、この温度が検出された時点の垂直走査ミラー21の共振周波数とが対応付けられて、複数記憶されている。変化量パラメータテーブル内のパラメータを用いることで、垂直走査ミラー21の温度変化に対する共振周波数の変化割合を算出することができる。変化量パラメータテーブルの各値を記憶する処理については、図13を参照して後述する。   The start frequency calculation process will be described with reference to FIG. When the start frequency calculation process is started, the change amount parameter stored in the flash memory 54 is read (S31). The change amount parameter is a parameter indicating the change amount of the resonance frequency according to the temperature of the scanning mirror. As shown in FIG. 8, the flash memory 54 stores a change amount parameter table. In the change amount parameter table, a plurality of temperatures are stored in association with the temperature of the vertical scanning mirror 21 detected by the temperature sensor 33 and the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21 when this temperature is detected. By using the parameters in the change amount parameter table, the change rate of the resonance frequency with respect to the temperature change of the vertical scanning mirror 21 can be calculated. Processing for storing each value of the change amount parameter table will be described later with reference to FIG.

次いで、フラッシュメモリ54に記憶されている前回停止直前データが読み込まれる(S32)。図9に示すように、前回停止直前データとは、垂直走査ミラー21の共振揺動が前回停止された直前の、垂直走査ミラー21の温度(停止直前温度T)および共振周波数(停止直前共振周波数F)のデータである。つまり、垂直走査ミラー21の駆動中に前回計測された温度および共振周波数が、前回停止直前データとして記憶されている。次いで、その時点で温度センサ33によって計測されている垂直走査ミラー21の現在温度Eが取得される(S33)。   Next, the data immediately before the previous stop stored in the flash memory 54 is read (S32). As shown in FIG. 9, the data immediately before the stop is the temperature of the vertical scanning mirror 21 (temperature T immediately before stop) and the resonance frequency (resonance frequency immediately before stop) immediately before the resonance oscillation of the vertical scanning mirror 21 was stopped last time. F) data. That is, the temperature and resonance frequency measured last time during driving of the vertical scanning mirror 21 are stored as data immediately before the previous stop. Next, the current temperature E of the vertical scanning mirror 21 measured by the temperature sensor 33 at that time is acquired (S33).

CPU111は、S31〜S33で取得した値から計測開始周波数を算出する(S34)。まず、変化量パラメータテーブル内のパラメータから、温度変化に対する共振周波数の変化割合Zが算出される。変化割合Zは、変化量パラメータテーブルにおいて前回の停止直前温度T(図8参照)の値に対応付けられている共振周波数の値から、垂直走査ミラー21の現在温度Eの値に対応付けられている共振周波数の値を引き、この値を(T−E)で割ることで算出される。次いで、以下の(式1)によって計測開始周波数が算出される。
計測開始周波数=停止直前共振周波数F+(停止直前温度T−現在温度E)×変化割合Z・・・(式1)
CPU111 calculates a measurement start frequency from the value acquired by S31-S33 (S34). First, the change rate Z of the resonance frequency with respect to the temperature change is calculated from the parameters in the change amount parameter table. The change ratio Z is associated with the value of the current temperature E of the vertical scanning mirror 21 from the value of the resonance frequency associated with the value of the temperature T immediately before stop (see FIG. 8) in the change amount parameter table. It is calculated by subtracting the value of the resonance frequency that is present and dividing this value by (TE). Next, the measurement start frequency is calculated by the following (Equation 1).
Measurement start frequency = resonance frequency immediately before stop F + (temperature immediately before stop T−current temperature E) × change ratio Z (Expression 1)

つまり、CPU111は、過去に計測された垂直走査ミラー21の温度と共振周波数とを用いて、温度変化に対する共振周波数の変化割合Zを算出する。その結果、垂直走査ミラー21の共振周波数が経時変化等の影響を受けて変化した場合でも、経時変化等の影響を含めた適切な変化割合Zを算出することができる。CPU111は、算出した変化割合Zと、前回の共振揺動停止時の値(停止直前温度Tおよび停止直前共振周波数F)と、現在温度Eとを用いることで、温度変化および経時変化等の影響を考慮した適切な計測開始周波数を算出することができる。処理は駆動処理(図6参照)へ戻る。   That is, the CPU 111 calculates the change rate Z of the resonance frequency with respect to the temperature change using the temperature and the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21 measured in the past. As a result, even when the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21 changes due to an influence such as a change with time, an appropriate change ratio Z including an influence such as a change with time can be calculated. The CPU 111 uses the calculated change rate Z, the value at the time of the previous resonance oscillation stop (the temperature T immediately before the stop and the resonance frequency F immediately before the stop), and the current temperature E to thereby influence the temperature change and the change with time. An appropriate measurement start frequency can be calculated in consideration of The process returns to the driving process (see FIG. 6).

図6の説明に戻る。CPU111は、算出した計測開始周波数を起動時の駆動周波数に設定し、垂直走査ミラー21を起動する(S2)。算出した計測開始周波数は、垂直走査ミラー21の固有の共振周波数である。次いで、共振周波数の計測を行う(S3〜S21)。まず、非線形領域より上側(周波数の高い側)に現れる跳躍周波数Bよりも大きい線形領域に向けて、垂直走査ミラー21の駆動周波数をX上昇させる(S3)。上昇量Xの値は、起動直後であればあらかじめ定められた所定の値が用いられ、その後は後述するS7の処理で決定される。   Returning to the description of FIG. The CPU 111 sets the calculated measurement start frequency to the drive frequency at the time of activation, and activates the vertical scanning mirror 21 (S2). The calculated measurement start frequency is a specific resonance frequency of the vertical scanning mirror 21. Next, the resonance frequency is measured (S3 to S21). First, the drive frequency of the vertical scanning mirror 21 is increased by X toward a linear region larger than the jump frequency B appearing on the upper side (higher frequency side) than the nonlinear region (S3). As the value of the increase amount X, a predetermined value that is determined in advance is used if it is immediately after startup, and is thereafter determined by the processing of S7 described later.

CPU111は、垂直走査ミラー21の走査角の最大値である振れ角を検出する(S4)。振れ角を検出する手法には、複数のフォトダイオードを走査方向に並べて配置することで検出する手法、垂直走査ミラー21を駆動する部材の変位を圧電素子等で検出する手法、BD信号の入力結果に基づいて検出する手法等、種々の手法があるが、いずれの手法を用いてもよい。前述したように、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ1は、BD信号を利用して振れ角を検出する。BD信号を利用して振れ角を検出する手法は公知である(例えば、特開2006−101306号参照)。BD信号は、レーザ光の主走査方向における位置が所定の位置に達した場合に出力される。垂直走査ミラー21は共振揺動しているため、CPU111は、レーザ光の位置が原点位置から所定の位置まで達するまでの時間を算出することで、垂直走査ミラー21の振れ角を検出することができる。   The CPU 111 detects the deflection angle that is the maximum value of the scanning angle of the vertical scanning mirror 21 (S4). As a method of detecting the deflection angle, a method of detecting by arranging a plurality of photodiodes arranged in the scanning direction, a method of detecting displacement of a member that drives the vertical scanning mirror 21 with a piezoelectric element, and the result of inputting a BD signal There are various methods such as a detection method based on the method, and any method may be used. As described above, the head mounted display 1 of the present embodiment detects the deflection angle using the BD signal. A technique for detecting a deflection angle using a BD signal is known (see, for example, JP-A-2006-101306). The BD signal is output when the position of the laser light in the main scanning direction reaches a predetermined position. Since the vertical scanning mirror 21 is resonantly oscillated, the CPU 111 can detect the deflection angle of the vertical scanning mirror 21 by calculating the time until the position of the laser beam reaches the predetermined position from the origin position. it can.

CPU111は、振れ角が増加から減少に変化する点である変曲点Cを検出したか否かを判断する(S5)。メタルMEMSである垂直走査ミラー21を用いた場合、図10に示すように、垂直走査ミラー21の固有の共振周波数(起動用共振周波数)から駆動周波数を順次上昇させると、跳躍現象が生じた後に、振れ角は増加から減少に転じる。CPU111は、振れ角の増減の変化を検出することで、変曲点Cを検出することができる。   The CPU 111 determines whether or not an inflection point C that is a point at which the deflection angle changes from increasing to decreasing is detected (S5). When the vertical scanning mirror 21 that is a metal MEMS is used, as shown in FIG. 10, when the drive frequency is sequentially increased from the inherent resonance frequency (starting resonance frequency) of the vertical scanning mirror 21, a jump phenomenon occurs. The swing angle turns from increasing to decreasing. The CPU 111 can detect the inflection point C by detecting the change in the deflection angle.

変曲点Cが検出されなければ(S5:NO)、振れ角の増加割合が算出される(S6)。S6で算出される振れ角の増加割合は、駆動周波数の単位上昇量に対する振れ角の増加量である。振れ角の増加割合は、直前のS3の処理で駆動周波数を上昇させた結果増加した振れ角の増加量を、S3における駆動周波数の上昇量Xで割ることで算出される。   If the inflection point C is not detected (S5: NO), the rate of increase of the deflection angle is calculated (S6). The increase rate of the deflection angle calculated in S6 is the increase amount of the deflection angle with respect to the unit increase amount of the drive frequency. The increase rate of the deflection angle is calculated by dividing the increase amount of the deflection angle that is increased as a result of increasing the drive frequency in the immediately preceding processing of S3 by the increase amount X of the drive frequency in S3.

図10に示すように、垂直走査ミラー21の固有の共振周波数から駆動周波数を順次上昇させると、変曲点Cの直前で跳躍現象が起こり、振れ角は急激に増加する。従って、図10に示すように、駆動周波数が変曲点Cの周波数に近づく程、振れ角の増加割合P1,P2,P3は徐々に増加する。つまり、振れ角の増加割合が大きい程、変曲点Cの周波数が近いことになる。よって、変曲点Cを正確に検出するためには、振れ角の増加割合が大きい程、駆動周波数の変化量である上昇量Xを小さくする必要がある。また、駆動周波数を変曲点Cの周波数に早急に効率よく近づけるためには、振れ角の増加割合が小さい程、駆動周波数の上昇量Xを大きくする必要がある。   As shown in FIG. 10, when the driving frequency is sequentially increased from the inherent resonance frequency of the vertical scanning mirror 21, a jump phenomenon occurs immediately before the inflection point C, and the deflection angle increases rapidly. Therefore, as shown in FIG. 10, as the driving frequency approaches the frequency of the inflection point C, the deflection angle increasing ratios P1, P2, and P3 gradually increase. That is, the frequency of the inflection point C is closer as the rate of increase of the deflection angle is larger. Therefore, in order to accurately detect the inflection point C, it is necessary to reduce the amount of increase X, which is the amount of change in drive frequency, as the rate of increase in the deflection angle increases. Further, in order to quickly and efficiently bring the drive frequency close to the frequency of the inflection point C, it is necessary to increase the drive frequency increase amount X as the deflection angle increase rate decreases.

CPU111は、ROM112に記憶されている上昇量決定テーブル(図11参照)を参照することで、振れ角の増加割合に応じた駆動周波数の上昇量Xを決定する(S7)。図11に示すように、上昇量決定テーブルでは、振れ角の増加割合が大きくなる程、駆動周波数の上昇量Xが小さくなるように、振れ角の増加割合と上昇量Xとが対応付けられている。従って、CPU111は、上昇量決定テーブルを参照することで、効率よく正確に変曲点Cを検出するための上昇量Xを、容易に決定することができる。CPU111は、上昇量Xを決定すると、決定した上昇量Xだけ駆動周波数を再び上昇させて(S3)、変曲点Cを検出したか否かの判断を繰り返す(S4,S5)。   The CPU 111 refers to the increase amount determination table (see FIG. 11) stored in the ROM 112 to determine the increase amount X of the drive frequency corresponding to the increase rate of the deflection angle (S7). As shown in FIG. 11, in the increase amount determination table, the increase rate of the swing angle and the increase amount X are associated with each other so that the increase amount X of the drive frequency decreases as the increase rate of the swing angle increases. Yes. Therefore, the CPU 111 can easily determine the increase amount X for detecting the inflection point C efficiently and accurately by referring to the increase amount determination table. When determining the increase amount X, the CPU 111 increases the drive frequency again by the determined increase amount X (S3), and repeats the determination of whether or not the inflection point C has been detected (S4, S5).

CPU111は、変曲点Cを検出すると(S5:YES)、垂直走査ミラー21の駆動周波数をY下降させる(S11)。つまり、駆動周波数を変化させる方向を、上昇から下降に切り替える。下降量Yの値は、駆動周波数を上昇から下降に切り替えた直後であれば、あらかじめ定められた所定の値が用いられる。その後は、後述するS15の処理で下降量Yの値が決定される。CPU111は、駆動周波数を下降させた状態で、垂直走査ミラー21の振れ角を検出する(S12)。次いで、CPU111は、振れ角が最大となる駆動周波数を検出したか否かを判断する(S13)。図10に示すように、駆動周波数を変曲点Cの周波数から順次下降させると、跳躍現象が生じる前に、振れ角は増加から減少に転じる。増加から減少に転じる時点の振れ角が、最大の振れ角となる。CPU111は、振れ角の増減の変化を検出することで、振れ角が最大となる駆動周波数を検出することができる。振れ角が最大となる駆動周波数は、垂直走査ミラー21の共振周波数である。   When detecting the inflection point C (S5: YES), the CPU 111 lowers the drive frequency of the vertical scanning mirror 21 by Y (S11). That is, the direction in which the drive frequency is changed is switched from rising to falling. As the value of the descending amount Y, a predetermined value set in advance is used if it is immediately after the drive frequency is switched from increasing to decreasing. Thereafter, the value of the descending amount Y is determined in the process of S15 described later. The CPU 111 detects the deflection angle of the vertical scanning mirror 21 with the drive frequency lowered (S12). Next, the CPU 111 determines whether or not a driving frequency that maximizes the deflection angle is detected (S13). As shown in FIG. 10, when the drive frequency is sequentially lowered from the frequency of the inflection point C, the deflection angle starts to increase and decreases before the jump phenomenon occurs. The maximum deflection angle is the deflection angle at the time when the increase starts to decrease. The CPU 111 can detect the drive frequency at which the deflection angle is maximized by detecting the change in increase / decrease of the deflection angle. The drive frequency that maximizes the deflection angle is the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21.

振れ角が最大となる駆動周波数が検出されなければ(S13:NO)、振れ角の増加割合が算出される(S14)。S14で算出される振れ角の増加割合は、駆動周波数の単位下降量に対する振れ角の増加量である。S14では、直前のS11で駆動周波数を下降させた結果増加した振れ角の増加量を、S11における駆動周波数の下降量Yで割ることで、増加割合が算出される。   If the drive frequency that maximizes the deflection angle is not detected (S13: NO), the rate of increase of the deflection angle is calculated (S14). The increase rate of the deflection angle calculated in S14 is the increase amount of the deflection angle with respect to the unit decrease amount of the drive frequency. In S14, the increase rate is calculated by dividing the increase amount of the swing angle increased as a result of the drive frequency decrease in S11 immediately before, by the drive frequency decrease amount Y in S11.

図10に示すように、変曲点Cの周波数から駆動周波数を順次下降させると、振れ角が最大となる直前の非線形領域内では、振れ角の増加割合Q1,Q2,Q3は徐々に減少する。つまり、振れ角の増加割合が小さい程、振れ角が最大となる駆動周波数(共振周波数)が近いことになる。よって、振れ角が最大となる駆動周波数を正確に検出するためには、振れ角の増加割合が小さい程、駆動周波数の下降量Yを小さくする必要がある。また、振れ角の増加割合が大きい程、駆動周波数の下降量Yを大きくすることで、振れ角が最大となる駆動周波数を効率よく早急に検出することができる。   As shown in FIG. 10, when the drive frequency is sequentially decreased from the frequency of the inflection point C, the increase rate Q1, Q2, Q3 of the deflection angle gradually decreases in the non-linear region immediately before the deflection angle becomes maximum. . That is, the smaller the rate of increase of the deflection angle, the closer the driving frequency (resonance frequency) at which the deflection angle becomes maximum. Therefore, in order to accurately detect the drive frequency at which the deflection angle is maximized, it is necessary to decrease the drive frequency decrease Y as the increase rate of the deflection angle is smaller. Further, by increasing the drive frequency decrease amount Y as the rate of increase of the deflection angle increases, the drive frequency at which the deflection angle becomes maximum can be detected quickly and efficiently.

CPU111は、ROM112に記憶されている下降量決定テーブル(図12参照)を参照することで、振れ角の増加割合に応じた駆動周波数の下降量Yを決定する(S15)。図11に示すように、下降量決定テーブルでは、振れ角の増加割合が小さくなる程、駆動周波数の下降量Yが小さくなるように、振れ角の増加割合と下降量Yとが対応付けられている。従って、CPU111は、下降量決定テーブルを参照することで、振れ角が最大となる駆動周波数を効率よく正確に検出するための下降量Yを、容易に決定することができる。CPU111は、下降量Yを決定すると、決定した下降量Yだけ駆動周波数を再び下降させて(S11)、振れ角が最大となる駆動周波数の検出を繰り返す(S12,S13)。   The CPU 111 refers to the descending amount determination table (see FIG. 12) stored in the ROM 112 to determine the descending amount Y of the drive frequency corresponding to the increase rate of the deflection angle (S15). As shown in FIG. 11, in the decrease amount determination table, the increase rate of the swing angle and the decrease amount Y are associated with each other so that the decrease amount Y of the drive frequency decreases as the increase rate of the swing angle decreases. Yes. Therefore, the CPU 111 can easily determine the descending amount Y for efficiently and accurately detecting the drive frequency that maximizes the deflection angle by referring to the descending amount determination table. When the CPU 111 determines the lowering amount Y, the CPU 111 lowers the driving frequency again by the determined lowering amount Y (S11), and repeats the detection of the driving frequency that maximizes the deflection angle (S12, S13).

振れ角が最大となる駆動周波数が検出されると(S13:YES)、CPU111は、検出した駆動周波数を共振周波数として計測する(S21)。計測した共振周波数を、駆動中の垂直走査ミラー21の駆動周波数に設定する(S22)。次いで、CPU111は、垂直駆動信号36の振幅を制御し、垂直走査ミラー21の振れ角を調整する(S23)。具体的には、CPU111は、振れ角が所定値よりも小さければ、垂直駆動信号36の振幅を増加させて振れ角を増加させる。振れ角が所定値よりも大きい場合には、垂直駆動信号36の振幅を減少させて振れ角を減少させる。その後、駆動中処理が行われて(S24)、駆動処理は終了する。   When the drive frequency that maximizes the deflection angle is detected (S13: YES), the CPU 111 measures the detected drive frequency as the resonance frequency (S21). The measured resonance frequency is set to the drive frequency of the vertical scanning mirror 21 being driven (S22). Next, the CPU 111 controls the amplitude of the vertical drive signal 36 and adjusts the deflection angle of the vertical scanning mirror 21 (S23). Specifically, if the deflection angle is smaller than a predetermined value, the CPU 111 increases the amplitude of the vertical drive signal 36 to increase the deflection angle. When the deflection angle is larger than a predetermined value, the amplitude of the vertical drive signal 36 is decreased to decrease the deflection angle. Thereafter, a process during driving is performed (S24), and the driving process ends.

図13を参照して、駆動中処理について説明する。駆動中処理では、追従処理が開始される(S41)。追従処理とは、共振周波数の変化に応じて駆動周波数および駆動振幅を制御し、駆動周波数を共振周波数に追従させつつ、振れ角を最適値に調整する処理である。追従処理は、駆動が終了するまで継続して実行される。追従処理では、CPU111は、垂直走査ミラー21の共振揺動動作の位相の変化を監視することで、共振周波数および振れ角の変化を検出する。CPU111は、変化した共振周波数に駆動周波数を追従させると共に、駆動振幅を制御して振れ角を調整する。   With reference to FIG. 13, the driving process will be described. In the driving process, a follow-up process is started (S41). The follow-up process is a process of controlling the drive frequency and drive amplitude in accordance with the change in the resonance frequency, and adjusting the deflection angle to the optimum value while making the drive frequency follow the resonance frequency. The follow-up process is continuously executed until the driving is completed. In the tracking process, the CPU 111 detects changes in the resonance frequency and the deflection angle by monitoring changes in the phase of the resonance oscillation operation of the vertical scanning mirror 21. The CPU 111 causes the drive frequency to follow the changed resonance frequency and controls the drive amplitude to adjust the deflection angle.

次いで、一定時間が経過したか否かが判断される(S42)。S42で判断される一定時間は、変化量パラメータテーブルを一定周期で更新するために計測されている。一定時間が経過していなければ(S42:NO)、ユーザによる駆動停止指示が入力部40(図2参照)に入力されたか否かが判断される(S43)。停止指示が入力されていなければ(S43:NO)、S42およびS43の判断が繰り返される。   Next, it is determined whether or not a certain time has passed (S42). The fixed time determined in S42 is measured in order to update the variation parameter table at a fixed period. If the predetermined time has not elapsed (S42: NO), it is determined whether or not a drive stop instruction by the user is input to the input unit 40 (see FIG. 2) (S43). If no stop instruction is input (S43: NO), the determinations of S42 and S43 are repeated.

一定時間が経過すると(S42:YES)、追従処理において検出されている現在の共振周波数と、温度センサ33によって検出されている現在の温度とが取得される(S45)。取得された共振周波数と温度とが対応付けられて、フラッシュメモリ54の変化量パラメータテーブル(図8参照)に記憶され、変化量パラメータテーブルが更新される(S46)。CPU111は、変化量パラメータテーブルに記憶させてから所定時間経過したデータを削除する。従って、変化量パラメータテーブル内のパラメータは、経時変化等の影響も含む適切なパラメータとなる。処理はS42の判断へ戻る。   When the predetermined time has elapsed (S42: YES), the current resonance frequency detected in the follow-up process and the current temperature detected by the temperature sensor 33 are acquired (S45). The acquired resonance frequency and temperature are associated with each other and stored in the change parameter table (see FIG. 8) of the flash memory 54, and the change parameter table is updated (S46). The CPU 111 deletes data that has passed a predetermined time since it was stored in the change amount parameter table. Accordingly, the parameters in the change amount parameter table are appropriate parameters including the influence of changes over time. The process returns to the determination in S42.

ユーザによる駆動停止指示が入力されると(S43:YES)、S45の処理と同様に、追従処理において検出されている現在の共振周波数と、温度センサ33によって検出されている現在の温度とが取得される(S48)。取得された共振周波数および温度が、前回停止直前データ(図9参照)としてフラッシュメモリ54に記憶される。垂直走査ミラー21の駆動が停止されて、処理は図6に示す駆動処理へ戻り、駆動処理は終了する。   When a drive stop instruction is input by the user (S43: YES), the current resonance frequency detected in the follow-up process and the current temperature detected by the temperature sensor 33 are acquired as in the process of S45. (S48). The acquired resonance frequency and temperature are stored in the flash memory 54 as data immediately before the previous stop (see FIG. 9). The driving of the vertical scanning mirror 21 is stopped, the processing returns to the driving processing shown in FIG. 6, and the driving processing ends.

以上説明したように、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ1は、垂直走査ミラー21の固有の共振周波数を起動時の駆動周波数として、垂直走査駆動部23による垂直走査ミラー21の揺動動作を起動する。次いで、垂直走査ミラー21の駆動周波数を線形領域へ向けて順次変化させていき、振れ角の増減の変曲点Cに達したら、駆動周波数の増減の方向を切り替える。その後、ヘッドマウントディスプレイ1は、駆動周波数を変化させている間に振れ角が最大となる駆動周波数を、垂直走査ミラー21の共振周波数として計測し、計測した共振周波数を駆動周波数に設定して垂直走査ミラー21を駆動する。従って、ヘッドマウントディスプレイ1は、使用環境の変化による共振周波数の変動を考慮して広い範囲で共振周波数を探索する必要はない。さらに、ヘッドマウントディスプレイ1は、駆動周波数を順次変化(上記実施の形態では「上昇」)させた場合の跳躍周波数Bをあらかじめ計測しておく必要がない。よって、ヘッドマウントディスプレイ1は、垂直走査ミラー21の共振周波数を短時間で容易に計測し、計測した共振周波数をその後の駆動周波数とすることができる。   As described above, the head mounted display 1 according to the present embodiment activates the swinging operation of the vertical scanning mirror 21 by the vertical scanning drive unit 23 using the inherent resonant frequency of the vertical scanning mirror 21 as the driving frequency at the time of activation. To do. Next, the drive frequency of the vertical scanning mirror 21 is sequentially changed toward the linear region, and when the inflection point C of the increase / decrease of the swing angle is reached, the direction of increase / decrease of the drive frequency is switched. Thereafter, the head mounted display 1 measures the drive frequency at which the deflection angle becomes maximum while changing the drive frequency as the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21, and sets the measured resonance frequency as the drive frequency to make the vertical The scanning mirror 21 is driven. Therefore, it is not necessary for the head mounted display 1 to search for the resonance frequency in a wide range in consideration of the fluctuation of the resonance frequency due to a change in the use environment. Furthermore, the head mounted display 1 does not need to measure in advance the jump frequency B when the drive frequency is sequentially changed (“rise” in the above embodiment). Therefore, the head mounted display 1 can easily measure the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21 in a short time, and can use the measured resonance frequency as the subsequent drive frequency.

上記実施の形態で用いられている垂直走査ミラー21はメタルMEMSである。メタルMEMSを用いると、駆動周波数を徐々に下降させる場合の跳躍周波数Aは、駆動周波数を徐々に上昇させる場合の跳躍周波数Bよりも低くなる。共振周波数は、駆動周波数を徐々に下降させた場合における跳躍周波数Aと跳躍周波数Bの間に存在する。従って、ヘッドマウントディスプレイ1は、駆動周波数を増加させた後に減少させることによって、垂直走査ミラー21の特性に応じた適切な方法で共振周波数を計測することができる。   The vertical scanning mirror 21 used in the above embodiment is a metal MEMS. When the metal MEMS is used, the jump frequency A when the drive frequency is gradually lowered becomes lower than the jump frequency B when the drive frequency is gradually raised. The resonance frequency exists between the jump frequency A and the jump frequency B when the drive frequency is gradually lowered. Therefore, the head mounted display 1 can measure the resonance frequency by an appropriate method according to the characteristics of the vertical scanning mirror 21 by decreasing the drive frequency after increasing the drive frequency.

ヘッドマウントディスプレイ1は、垂直走査ミラー21の温度と、温度に応じた共振周波数の変化量を示すパラメータと、前回停止直前データ(図8参照)とを用いて、起動用共振周波数を算出する。従って、ヘッドマウントディスプレイ1は、温度変化および経時変化の影響を受けて共振周波数が変化した場合でも、最適な駆動周波数から計測処理を開始することができる。共振周波数の計測に失敗する可能性も低い。   The head mounted display 1 calculates the activation resonance frequency using the temperature of the vertical scanning mirror 21, the parameter indicating the amount of change in the resonance frequency according to the temperature, and the data immediately before the previous stop (see FIG. 8). Accordingly, the head mounted display 1 can start the measurement process from the optimum driving frequency even when the resonance frequency changes due to the influence of temperature change and change with time. The possibility of failing to measure the resonance frequency is also low.

ヘッドマウントディスプレイ1は、駆動周波数を順次下降させて共振周波数を計測する場合、振れ角の増加割合が小さい程、駆動周波数の下降量Yを小さくする。その結果、共振周波数をより正確に素早く計測し、最適な駆動周波数を設定することができる。また、ヘッドマウントディスプレイ1は、駆動周波数を順次上昇させて変曲点Cを検出する場合、振れ角の増加割合が大きい程、駆動周波数の上昇量Xを小さくする。その結果、変曲点Cをより正確に素早く計測することができる。   When the head mounted display 1 measures the resonance frequency by sequentially lowering the drive frequency, the decrease amount Y of the drive frequency is decreased as the increase rate of the deflection angle is smaller. As a result, the resonance frequency can be measured more accurately and quickly, and an optimum drive frequency can be set. Further, when the head mounted display 1 detects the inflection point C by sequentially increasing the drive frequency, the increase amount X of the drive frequency is decreased as the increase rate of the deflection angle is increased. As a result, the inflection point C can be measured more accurately and quickly.

ヘッドマウントディスプレイ1は、垂直走査ミラー21の共振周波数に応じて、最適な駆動周波数で垂直走査ミラー21を駆動しつつ、垂直走査ミラー21の振れ角を調整することができる。従って、ヘッドマウントディスプレイ1は、共振周波数に応じて的確に垂直走査ミラー21を駆動することができる。   The head mounted display 1 can adjust the deflection angle of the vertical scanning mirror 21 while driving the vertical scanning mirror 21 at an optimum driving frequency according to the resonance frequency of the vertical scanning mirror 21. Accordingly, the head mounted display 1 can accurately drive the vertical scanning mirror 21 according to the resonance frequency.

上記実施の形態において、垂直走査ミラー21が本発明の「走査ミラー」に相当する。垂直走査駆動部23が本発明の「駆動手段」に相当する。駆動信号コントローラ11のCPU111が、本発明の「駆動制御手段」として機能する。図6のS4,S12等で、BDセンサ31が出力するBD信号に基づいて垂直走査ミラー21の振れ角を検出するCPU111が、本発明の「検出手段」として機能する。図6のS2で垂直走査ミラー21の揺動動作を起動するCPU111が「起動手段」として機能する。図6のS3で駆動周波数を順次変化させるCPU111が「第一周波数変化手段」として機能する。図6のS11で駆動周波数を順次変化させるCPU111が「第二周波数変化手段」として機能する。図6のS13,S21,S22で共振周波数を計測して駆動周波数を設定するCPU111が「共振周波数設定手段」として機能する。   In the above embodiment, the vertical scanning mirror 21 corresponds to the “scanning mirror” of the present invention. The vertical scanning drive unit 23 corresponds to the “drive unit” of the present invention. The CPU 111 of the drive signal controller 11 functions as the “drive control means” of the present invention. The CPU 111 that detects the deflection angle of the vertical scanning mirror 21 based on the BD signal output from the BD sensor 31 in S4, S12, etc. of FIG. 6 functions as the “detecting means” of the present invention. The CPU 111 that activates the swinging motion of the vertical scanning mirror 21 in S2 of FIG. 6 functions as “activation means”. The CPU 111 that sequentially changes the drive frequency in S3 of FIG. 6 functions as a “first frequency changing unit”. The CPU 111 that sequentially changes the drive frequency in S11 of FIG. 6 functions as a “second frequency changing unit”. The CPU 111 that measures the resonance frequency and sets the drive frequency in S13, S21, and S22 of FIG. 6 functions as “resonance frequency setting means”.

図7のS33で垂直走査ミラー21の温度を取得するCPU111が「温度取得手段」として機能する。図7のS34で、起動時の駆動周波数である計測開始周波数を算出するCPU111が、「算出手段」として機能する。図6のS23で垂直走査ミラー21の振れ角を調整するCPU111が「振幅調整手段」として機能する。   The CPU 111 that acquires the temperature of the vertical scanning mirror 21 in S33 of FIG. 7 functions as a “temperature acquisition unit”. In S <b> 34 of FIG. 7, the CPU 111 that calculates the measurement start frequency that is the drive frequency at the time of activation functions as a “calculation unit”. The CPU 111 that adjusts the deflection angle of the vertical scanning mirror 21 in S23 of FIG. 6 functions as an “amplitude adjusting unit”.

図6のS2で垂直走査ミラー21の揺動動作を起動する処理が「起動ステップ」に相当する。図6のS3で駆動周波数を順次変化させる処理が「第一周波数変化ステップ」に相当する。図6のS11で駆動周波数を順次変化させる処理が「第二周波数変化ステップ」に相当する。図6のS13,S21,S22で共振周波数を計測して駆動周波数を設定する処理が「共振周波数設定ステップ」に相当する。   The process of starting the swing operation of the vertical scanning mirror 21 in S2 of FIG. 6 corresponds to a “starting step”. The process of sequentially changing the drive frequency in S3 of FIG. 6 corresponds to a “first frequency change step”. The process of sequentially changing the drive frequency in S11 of FIG. 6 corresponds to a “second frequency change step”. The process of measuring the resonance frequency and setting the drive frequency in S13, S21, and S22 of FIG. 6 corresponds to the “resonance frequency setting step”.

本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、様々な変形が可能であることは言うまでもない。まず、メタルMEMS以外の走査ミラーを用いた場合、駆動周波数と振れ角との間の特性は、図5のグラフで例示した特性とは異なる場合がある。例えば、メタルMEMSの代わりに所謂シリコンMEMSを垂直走査ミラー21として使用すると、駆動周波数と振れ角との間の特性は、図5のグラフにおける駆動周波数の正負の方向を反転させた形状となる。   It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. First, when a scanning mirror other than metal MEMS is used, the characteristic between the drive frequency and the deflection angle may be different from the characteristic illustrated in the graph of FIG. For example, when a so-called silicon MEMS is used as the vertical scanning mirror 21 instead of the metal MEMS, the characteristic between the driving frequency and the swing angle has a shape obtained by inverting the positive and negative directions of the driving frequency in the graph of FIG.

シリコンMEMSの構造については、例えば特開2003−57586に例示されている。シリコンMEMSは、走査ミラーを基体に対し揺動可能に支持する捻りバネ部を有し、その捻りバネ部の少なくとも一部に設けられた振動体を振動させることで捻りバネ部を振動させ、その結果、走査ミラーを揺動させて光を走査する。より詳細には、シリコンMEMSは、基体、振動体、第一の捻りバネ部、および1対の第二の捻りバネ部で構成される。第二の捻りバネ部は、基体に支持されており、且つ、該基体に跨ぐように設けられた振動体によって振動する。第二の捻りバネ部は第一の捻りバネ部に連結しており、該第一の捻りバネ部に振動を伝える。第一の捻りバネ部では、第二の捻りバネ部から伝わった振動によって捻れ変位が発生し、第一の捻りバネ部に連結支持される走査ミラーが揺動する。振動体は、シリコンによって形成することが一般的である。   The structure of the silicon MEMS is exemplified in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-57586, for example. The silicon MEMS has a torsion spring portion that supports the scanning mirror so as to be swingable with respect to the base, and vibrates the torsion spring portion by vibrating a vibrating body provided on at least a part of the torsion spring portion. As a result, the scanning mirror is swung to scan the light. More specifically, the silicon MEMS includes a base body, a vibrating body, a first torsion spring portion, and a pair of second torsion spring portions. The second torsion spring portion is supported by the base and vibrates by a vibrating body provided so as to straddle the base. The second torsion spring part is connected to the first torsion spring part and transmits vibration to the first torsion spring part. In the first torsion spring portion, a torsional displacement is generated by the vibration transmitted from the second torsion spring portion, and the scanning mirror connected and supported by the first torsion spring portion swings. The vibrator is generally formed of silicon.

シリコンMEMSを用いた場合、駆動周波数と振れ角との関係を示すグラフは、図5に例示したグラフの左右が反転したような形状となる。この場合でも、図6から図13を参照して説明した各種処理において上昇と下降とを入れ替えるだけで、上記実施の形態と同様に共振周波数を計測することができる。例えば、シリコンMEMSを用いた場合、図6のS3では駆動周波数を順次下降させればよい。S7では、増加割合が大きくなる程、駆動周波数の1回の下降量が小さくなるように、下降量を決定すればよい。S11では駆動周波数を順次上昇させればよい。S15では、増加割合が小さくなる程、駆動周波数の1回の上昇量が小さくなるように、上昇量を決定すればよい。つまり、アップスイープおよびダウンスイープのいずれを先に実行するかは、使用する走査ミラーの種類に応じて適宜決定すればよい。   When silicon MEMS is used, the graph showing the relationship between the drive frequency and the deflection angle has a shape in which the left and right sides of the graph illustrated in FIG. 5 are reversed. Even in this case, the resonance frequency can be measured in the same manner as in the above-described embodiment only by switching up and down in various processes described with reference to FIGS. For example, when silicon MEMS is used, the drive frequency may be decreased sequentially in S3 of FIG. In S7, the amount of decrease may be determined so that the amount of decrease in one driving frequency decreases as the increase rate increases. In S11, the drive frequency may be increased sequentially. In S15, the amount of increase may be determined so that the amount of increase in drive frequency once decreases as the increase rate decreases. That is, which of the up sweep and the down sweep is to be executed first may be appropriately determined according to the type of scanning mirror to be used.

上記実施の形態は他の変更も可能である。例えば、上記実施の形態では、網膜走査型のヘッドマウントディスプレイ1を例示した。しかし、レーザ光を走査ミラーの共振揺動により主走査方向に走査させて画像を表示する画像表示装置であれば、本発明を適用できる。また、図6等に示した駆動処理を、画像表示装置に接続されたPC等の外部機器が行い、外部機器が画像表示装置の動作を制御してもよい。変化量パラメータテーブル(図8参照)、前回停止直前データ(図9参照)等を記憶する記憶装置は、フラッシュメモリ54以外の記憶装置に変更できることは言うまでもない。主走査方向を水平方向、副走査方向を垂直方向としてもよい。   Other modifications can be made to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the retinal scanning type head mounted display 1 is exemplified. However, the present invention can be applied to any image display apparatus that displays an image by scanning the laser beam in the main scanning direction by the resonance oscillation of the scanning mirror. 6 may be performed by an external device such as a PC connected to the image display device, and the external device may control the operation of the image display device. Needless to say, the storage device that stores the change parameter table (see FIG. 8), the data immediately before the previous stop (see FIG. 9), and the like can be changed to a storage device other than the flash memory 54. The main scanning direction may be the horizontal direction and the sub-scanning direction may be the vertical direction.

図7のS34に示す計測開始周波数の決定方法は変更できる。例えば、ヘッドマウントディスプレイ1は、図8に示す変化量パラメータテーブルにおいて、垂直走査ミラー21の現在の温度に対応付けられている共振周波数を取得し、計測開始周波数として決定してもよい。図8に示す変化量パラメータテーブルを更新せずに、パラメータを固定値としてもよい。   The method for determining the measurement start frequency shown in S34 of FIG. 7 can be changed. For example, the head mounted display 1 may acquire the resonance frequency associated with the current temperature of the vertical scanning mirror 21 in the change amount parameter table shown in FIG. 8 and determine it as the measurement start frequency. The parameter may be a fixed value without updating the change amount parameter table shown in FIG.

上記実施の形態のヘッドマウントディスプレイ1は、振れ角の増加割合に応じて、駆動周波数の上昇量Xおよび下降量Yを決定する。しかし、駆動周波数の上昇量Xおよび下降量Yの決定方法は変更できる。例えば、一定の計測精度の低下を許容できる場合には、上昇量Xおよび下降量Yの少なくとも一方を固定値としてもよい。   The head mounted display 1 of the above embodiment determines the drive frequency increase amount X and the decrease amount Y according to the increase rate of the swing angle. However, the method for determining the drive frequency increase amount X and decrease amount Y can be changed. For example, when a certain decrease in measurement accuracy can be tolerated, at least one of the increase amount X and the decrease amount Y may be a fixed value.

1 ヘッドマウントディスプレイ
11 駆動信号コントローラ
21 垂直走査ミラー
23 垂直走査駆動部
31 BDセンサ
33 温度センサ
36 垂直駆動信号
54 フラッシュメモリ
111 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head mounted display 11 Drive signal controller 21 Vertical scanning mirror 23 Vertical scanning drive part 31 BD sensor 33 Temperature sensor 36 Vertical drive signal 54 Flash memory 111 CPU

Claims (7)

揺動軸回りに揺動することでレーザ光を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーを揺動させる駆動手段と、前記駆動手段に駆動信号を供給して前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記走査ミラーの振れ角を検出する検出手段とを備え、
前記走査ミラーの駆動周波数を変化させた場合に、
振れ角が線形的に変化する駆動周波数の領域である線形領域と、
前記走査ミラーの共振周波数を含み、且つ振れ角が非線形的に変化する駆動周波数の領域である非線形領域と
が現れる光走査装置であって、
前記駆動制御手段は、
起動時点において予め設定された起動用共振周波数を起動時の駆動周波数として前記駆動手段を起動し、前記走査ミラーの揺動を開始させる起動手段と、
前記起動手段によって前記駆動手段が起動された場合に、前記走査ミラーの駆動周波数を前記起動用周波数から前記線形領域に向けて一方向に順次変化させる第一周波数変化手段と、
前記第一周波数変化手段が駆動周波数を順次変化させている場合に、前記検出手段によって検出された振れ角が増加から減少へ変化することを契機として、前記第一周波数変化手段によって変化していた方向とは逆の方向に駆動周波数を順次変化させる第二周波数変化手段と、
前記第二周波数変化手段が駆動周波数を順次変化させている場合に、前記検出手段によって検出された振れ角が最大となる駆動周波数を前記走査ミラーの共振周波数として計測し、その後の駆動周波数とする共振周波数設定手段と
を備えたことを特徴とする光走査装置。
A scanning mirror that scans a laser beam by swinging around a swing axis; a drive unit that swings the scan mirror; and a drive control unit that controls the drive unit by supplying a drive signal to the drive unit; Detecting means for detecting a deflection angle of the scanning mirror,
When the drive frequency of the scanning mirror is changed,
A linear region that is a region of the driving frequency where the deflection angle changes linearly;
An optical scanning device that includes a resonance frequency of the scanning mirror and a nonlinear region that is a region of a driving frequency in which a swing angle changes nonlinearly,
The drive control means includes
Starting means for starting the driving means with a starting resonance frequency set in advance as a driving frequency at the time of starting, and starting swinging of the scanning mirror;
First frequency changing means for sequentially changing the driving frequency of the scanning mirror in one direction from the starting frequency toward the linear region when the driving means is started by the starting means;
When the first frequency changing means sequentially changes the drive frequency, the first frequency changing means has changed when the deflection angle detected by the detecting means changes from increasing to decreasing. Second frequency changing means for sequentially changing the driving frequency in a direction opposite to the direction;
When the second frequency changing means sequentially changes the driving frequency, the driving frequency at which the deflection angle detected by the detecting means is maximized is measured as the resonance frequency of the scanning mirror, and is set as the subsequent driving frequency. An optical scanning device comprising: a resonance frequency setting unit.
前記走査ミラーを支持する捻れ梁部と、
前記捻れ梁部を支持する基板とをさらに備え、
前記駆動手段は、前記基板に設けられ、電圧または磁界の印加によって振動することで前記基板に板波を誘起して前記ミラー部を揺動させる振動体であって、
前記第一周波数変化手段は駆動周波数を順次増加させ、
前記第二周波数変化手段は駆動周波数を順次減少させることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
A torsion beam that supports the scanning mirror;
A substrate that supports the torsion beam portion;
The driving means is a vibrating body that is provided on the substrate and oscillates the mirror portion by inducing a plate wave in the substrate by vibrating by application of a voltage or a magnetic field,
The first frequency changing means sequentially increases the driving frequency,
The optical scanning device according to claim 1, wherein the second frequency changing unit sequentially decreases the driving frequency.
前記駆動制御手段は、
前記走査ミラーの温度を取得する温度取得手段と、
前記走査ミラーの温度に応じた共振周波数の変化量を示すパラメータと、前記温度取得手段によって取得された前記走査ミラーの温度と、前記計測手段によって前回計測された共振周波数とを用いて、前記起動用共振周波数を算出して設定する算出手段とをさらに備え、
前記起動手段は、前記算出手段によって設定された前記起動用共振周波数で前記駆動手段を起動することを特徴とする請求項1または2に記載の光走査装置。
The drive control means includes
Temperature acquisition means for acquiring the temperature of the scanning mirror;
Using the parameter indicating the amount of change of the resonance frequency according to the temperature of the scanning mirror, the temperature of the scanning mirror acquired by the temperature acquisition unit, and the resonance frequency previously measured by the measurement unit, Calculating means for calculating and setting a resonance frequency for use,
The optical scanning device according to claim 1, wherein the activation unit activates the driving unit at the activation resonance frequency set by the calculation unit.
前記第二周波数変化手段は、駆動周波数を変化させることで増加する前記走査ミラーの振れ角の増加割合が小さい程、駆動周波数の1回の変化量を小さくすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光走査装置。   2. The second frequency changing means reduces the amount of change of the driving frequency once as the increasing rate of the deflection angle of the scanning mirror that increases by changing the driving frequency is smaller. 4. The optical scanning device according to any one of 3. 前記第一周波数変化手段は、周波数を変化させることで増加する前記走査ミラーの振れ角の増加割合が大きい程、駆動周波数の1回の変化量を小さくすることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光走査装置。   5. The first frequency changing means reduces the amount of change in one drive frequency as the rate of increase in the deflection angle of the scanning mirror, which increases as the frequency is changed, is smaller. The optical scanning device according to any one of the above. 前記駆動制御手段は、
前記共振周波数設定手段によって共振周波数が駆動周波数に設定された場合に、前記駆動信号の振幅を制御して前記走査ミラーの振れ角を所定条件に応じて調整する振幅調整手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光走査装置。
The drive control means includes
When the resonance frequency is set to the drive frequency by the resonance frequency setting means, the apparatus further comprises amplitude adjustment means for controlling the amplitude of the drive signal and adjusting the deflection angle of the scanning mirror according to a predetermined condition. 6. The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanning device is characterized in that:
揺動軸回りに揺動することでレーザ光を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーを揺動させる駆動手段と、前記駆動手段に駆動信号を供給して前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記走査ミラーの振れ角を検出する検出手段とを備え、
前記走査ミラーの駆動周波数を変化させた場合に、
振れ角が線形的に変化する駆動周波数の領域である線形領域と、
前記走査ミラーの共振周波数を含み、且つ振れ角が非線形的に変化する駆動周波数の領域である非線形領域と
が現れる光走査装置の前記駆動制御手段によって実行される共振周波数設定方法であって、
起動時点において予め設定された起動用共振周波数を起動時の駆動周波数として前記駆動手段を起動し、前記走査ミラーの揺動を開始させる起動ステップと、
前記起動ステップにおいて前記駆動手段が起動された場合に、前記走査ミラーの駆動周波数を前記起動用周波数から前記線形領域に向けて一方向に順次変化させる第一周波数変化ステップと、
前記第一周波数変化ステップにおいて駆動周波数が順次変化している場合に、前記検出手段によって検出された振れ角が増加から減少へ変化することを契機として、前記第一周波数変化ステップにおいて変化していた方向とは逆の方向に駆動周波数を順次変化させる第二周波数変化ステップと、
前記第二周波数変化ステップにおいて駆動周波数が順次変化している場合に、前記検出手段によって検出された振れ角が最大となる駆動周波数を前記走査ミラーの共振周波数として計測し、その後の駆動周波数とする共振周波数設定ステップと
を備えたことを特徴とする共振周波数設定方法。
A scanning mirror that scans a laser beam by swinging around a swing axis; a drive unit that swings the scan mirror; and a drive control unit that controls the drive unit by supplying a drive signal to the drive unit; Detecting means for detecting a deflection angle of the scanning mirror,
When the drive frequency of the scanning mirror is changed,
A linear region that is a region of the driving frequency where the deflection angle changes linearly;
A resonance frequency setting method that is executed by the drive control unit of the optical scanning device in which a non-linear region that includes a resonance frequency of the scanning mirror and a drive frequency region in which a deflection angle changes nonlinearly appears.
An activation step of activating the driving means with the activation resonance frequency set in advance at the time of activation as a driving frequency at the time of activation, and starting oscillation of the scanning mirror;
A first frequency changing step for sequentially changing the driving frequency of the scanning mirror in one direction from the starting frequency toward the linear region when the driving means is started in the starting step;
When the drive frequency is sequentially changed in the first frequency change step, the change was made in the first frequency change step when the deflection angle detected by the detection means changed from increase to decrease. A second frequency change step for sequentially changing the drive frequency in a direction opposite to the direction;
When the driving frequency sequentially changes in the second frequency changing step, the driving frequency at which the deflection angle detected by the detecting means is maximized is measured as the resonance frequency of the scanning mirror, and is set as the subsequent driving frequency. A resonance frequency setting method comprising: a resonance frequency setting step.
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