JP2020106741A - 光走査装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電圧の波形歪みによるリンギングの発生を抑制することを目的としている。【解決手段】少なくとも１方向にミラーを揺動させる光走査装置であって、ＤＡコンバータ及び増幅器を含み、デジタルの駆動波形データに基づいて前記ミラーを駆動するための一対の駆動信号を生成するミラー駆動回路と、基準波形データを生成する基準波形データ生成部と、前記増幅器の不感帯と前記ＤＡコンバータにより生じる周期性を有する積分非直線性誤差とに基づいて、前記基準波形データにオフセット値を設定することにより前記駆動波形データを生成するオフセット設定部と、を有する光走査装置。【選択図】図１１

Description

本発明は、光走査装置及びその制御方法に関する。

レーザ光を走査して画像を表示する光走査装置が知られている。このレーザ光の走査は、レーザ光を射出する光源部と、レーザ光を偏向する光走査部とを駆動制御することにより行われる。光走査部は、例えば、圧電素子によりミラーを駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）である。ミラーは、駆動回路により生成される正弦波等の周期的な駆動電圧が圧電素子に印加されることにより揺動して、レーザ光を偏向させる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−６８２０５号公報

一般に、駆動回路にはオペアンプが含まれ、オペアンプには電源電圧側及びグランド電位側の両側に、動作しない不感帯が存在する。このため、駆動電圧の波形の一部が不感帯に含まれる場合には、波形に歪みが生じ、不要共振振動が発生する可能性がある。このように、駆動電圧の波形に歪みが生じると、光走査部が走査する画像にいわゆるリンギングが発生するおそれがある。

また、駆動回路には、制御部から供給されるデジタル信号をアナログ信号に変換してオペアンプに入力するＤＡコンバータが含まれる。このＤＡコンバータによる変換特性には、周期性を有する積分非直線性（ＩＮＬ：Integral Non-Linearity）誤差が含まれる。このＩＮＬ誤差も不要共振振動を発生させので、リンギングの発生原因となり得る。

開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、駆動電圧の波形歪みによるリンギングの発生を抑制することを目的としている。

開示の技術は、少なくとも１方向にミラーを揺動させる光走査装置であって、ＤＡコンバータ及び増幅器号を生成するミラー駆動回路と、基準波形データを生成する基準波形データ生成部と、前記増幅器の不感帯と前記ＤＡコンバータにより生じる周期性を有する積分非直線性誤差とに基づいて、前記基準波形データにオフセット値を設定することにより前記駆動波形データを生成するオフセット設定部と、を有する光走査装置である。

本発明によれば、リンギングの発生を抑制することができる。

第１実施形態の光走査装置の構成を示す図である。 光走査部の構成を示す図である。 圧電素子の特性の一例を示す図である。 水平駆動信号及び垂直駆動信号の一例を示す図である。 ミラー駆動回路の構成を示す図である。 水平駆動波形データ生成部及び垂直駆動波形データ生成部の構成を示す図である。 水平基準波形データに対するゲイン処理及びオフセット処理を説明する図である。 垂直基準波形データに対するゲイン処理及びオフセット処理を説明する図である。 ＤＡコンバータにより生じる周期性を有するＩＮＬ誤差の特性を示す図である。 位相が異なるＩＮＬ誤差が重畳された第１垂直駆動信号及び第２垂直駆動信号と、両者の電位差とを例示する図である。 同位相のＩＮＬ誤差が重畳された第１垂直駆動信号及び第２垂直駆動信号と、両者の電位差とを例示する図である。 第１垂直駆動波形データ及び第２垂直駆動波形データの最小値及び最大値を定義する図である。 最小値及び最大値のＩＮＬ誤差に対する関係を示す図である。 本変形例で用いる垂直駆動波形データ生成部の構成を示す図である。 フィルタ処理部によるフィルタ処理について説明する図である。

（第１実施形態）
以下に、図面を参照して第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の光走査装置の構成を示す図である。

本実施形態の光走査装置１は、光走査制御部１０、光源部２０、温度センサ３０、光走査部４０を備えている。以下に、各部について説明する。

光走査制御部１０は、システムコントローラ１１、バッファ回路１２、ミラー駆動回路１３、レーザ駆動回路１４、補償回路１５を有する。光走査制御部１０は、光源部２０と、光走査部４０とを制御する。

システムコントローラ１１は、ミラー駆動回路１３に対し、光走査部４０の有するミラーの揺動を制御するための制御信号を供給する。また、システムコントローラ１１は、デジタルの映像信号をレーザ駆動回路１４に供給する。

バッファ回路１２は、光走査部４０から出力されるデータを保持する。具体的には、例えば、バッファ回路１２は、光走査部４０が有する垂直振角センサや水平振角センサから出力される出力信号等を保持する。

ミラー駆動回路１３は、システムコントローラ１１からの制御信号に基づいて、光走査部４０に対し、後述するミラーを水平方向（第１方向）に揺動（駆動）させるための水平駆動信号と、ミラーを垂直方向（第２方向）に揺動させるための垂直駆動信号とを供給する。

レーザ駆動回路１４は、システムコントローラ１１からの映像信号に基づいて、光源部２０に、レーザを駆動させるためのレーザ駆動信号を供給する。

補償回路１５は、光走査部４０において、ミラーを垂直方向に駆動させた際のミラーの垂直位置に応じて発生する水平走査方向（以下、水平方向）の位相のずれを補償する。補償回路１５は、垂直位置に応じて予め決められた固定値を用いて補償してもよいし、位相ずれの値をミラー駆動中に算出して補償してもよい。水平方向の位相のずれとは、光走査部４０に供給される水平駆動信号と、ミラーの水平方向の変位を検出する水平振角センサの出力信号との位相差である。

光源部２０は、ＬＤモジュール２１、減光フィルタ２２を有する。ＬＤモジュール２１は、レーザ２１Ｒ、レーザ２１Ｇ、レーザ２１Ｂを有する。

レーザ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、システムコントローラ１１から供給されたレーザ駆動電流に基づいて、レーザ光を出射する。レーザ２１Ｒは、例えば、赤色半導体レーザであり、波長λＲ（例えば、６４０ｎｍ）の光を出射する。レーザ２１Ｇは、例えば、緑色半導体レーザであり、波長λＧ（例えば、５３０ｎｍ）の光を出射する。レーザ２１Ｇは、例えば、青色半導体レーザであり、波長λＢ（例えば、４４５ｎｍ）の光を出射する。レーザ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから出射された各波長の光は、ダイクロイックミラー等により合成され、減光フィルタ２２により所定の光量に減光されて、光走査部４０に入射される。

温度センサ３０は、光走査装置１の周囲の温度を検出するためのセンサであり、例えば、サーミスタ等により実現されても良い。

光走査部４０は、ミラー駆動回路１３から供給される水平及び垂直駆動信号に応じて、ミラーを水平方向及び垂直方向に駆動させる。光走査部４０では、これにより、入射されるレーザ光の反射方向を変更して、レーザ光による光走査を行い、スクリーン等に画像を投影する。

図２は、光走査部４０の構成を示す図である。光走査部４０は、例えば圧電素子によりミラー１１０を駆動させるＭＥＭＳである。

光走査部４０は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０と、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０とを有する。また、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ駆動源１５１Ａ、１５１Ｂを有する。また、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを有する。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を上下又は左右に揺動してレーザ光を走査するアクチュエータとして機能する。

ミラー支持部１２０には、ミラー１１０の円周に沿うようにスリット１２２が形成されている。スリット１２２により、ミラー支持部１２０を軽量化しつつ捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂによる捻れをミラー１１０へ伝達することができる。

光走査部４０において、ミラー支持部１２０の上面にミラー１１０が支持され、ミラー支持部１２０は、両側にある捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの端部に連結されている。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部１２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂが捻れることにより、ミラー支持部１２０に支持されたミラー１１０が揺動し、ミラー１１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれが連結梁１４０Ａ、１４０Ｂに連結支持され、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂに連結されている。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂ、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０によって外側から支持されている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、可動枠１６０にそれぞれの一方の側が支持されている。第１の駆動梁１５０Ａの他方の側は内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。第１の駆動梁１５０Ｂの他方の側も同様に、内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと直交する方向に、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を挟むように、対をなして設けられている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面には、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂがそれぞれ形成されている。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面の圧電素子の薄膜（以下「圧電薄膜」ともいう。）の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、上部電極と下部電極に印加する駆動電圧に応じて伸長したり縮小したりする。

このため、第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとで電位が反転した駆動電圧を交互に印加すれば、ミラー１１０の左側と右側で第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとが上下反対側に交互に振動する。これにより、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を軸周りに揺動させることができる。

ミラー１１０が捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。つまり、本実施形態の第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの捻れ変形させることで、ミラー１１０を水平方向（第１方向）に揺動させる。例えば第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１０を揺動駆動することができる。

また、可動枠１６０の外部には、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの一端が連結されている。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を左右両側から挟むように、対をなして設けられている。そして、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を両側から支持すると共に、光反射面の中心を通る所定の軸周りに揺動させる。第２の駆動梁１７０Ａは、第１の駆動梁１５０Ａと平行に延在する複数個（例えば偶数個）の矩形梁の各々が、隣接する矩形梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。

そして、第２の駆動梁１７０Ａの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。第２の駆動梁１７０Ｂも同様に、第１の駆動梁１５０Ｂと平行に延在する複数個（例えば偶数個）の矩形梁の各々が、隣接する矩形梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして、第２の駆動梁１７０Ｂの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位ごとに駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。駆動源１７１Ａは、第２の駆動梁１７０Ａの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動源１７１Ｂは、第２の駆動梁１７０Ｂの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、矩形単位ごとに隣接している駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、電位が反転した駆動電圧を印加することにより、隣接する矩形梁を上下反対方向に反らせ、各矩形梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、この動作により、平行方向と直交する方向である垂直方向にミラー１１０を揺動させる。つまり、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を垂直方向に揺動させる垂直梁である。言い換えれば、本実施形態の第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、自身を曲げて変形させることで、ミラー１１０を垂直方向（第２方向）に揺動させる。例えば第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動を用いることができる。

駆動源１７１Ａは、可動枠１６０側から右側に向かって並ぶ駆動源１７１Ａ１、１７１Ａ２、１７１Ａ３、１７１Ａ４、１７１Ａ５及び１７１Ａ６を含む。また、駆動源１７１Ｂは、可動枠１６０側から左側に向かって並ぶ駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２、１７１Ｂ３、１７１Ｂ４、１７１Ｂ５及び１７１Ｂ６を含む。

駆動源１５１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１５１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１７１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、駆動源１７１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。

また、光走査部４０は、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が水平方向に遥動している状態におけるミラー１１０の水平方向の傾き具合（水平方向の振角）を検出する水平振角センサとして圧電センサ１９１、１９２を有する。圧電センサ１９１は連結梁１４０Ａに設けられ、圧電センサ１９２は連結梁１４０Ｂに設けられている。

また、光走査部４０は、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が垂直方向に遥動している状態におけるミラー１１０の垂直方向の傾き具合（垂直方向の振角）を検出する垂直振角センサとして圧電センサ１９５、１９６を有する。圧電センサ１９５は第２の駆動梁１７０Ａの有する矩形梁の一つに設けられており、圧電センサ１９６は第２の駆動梁１７０Ｂの有する矩形梁の一つに設けられている。

圧電センサ１９１は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ａから伝達される連結梁１４０Ａの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９２は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９５は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ａのうち圧電センサ１９５が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。圧電センサ１９６は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ｂのうち圧電センサ１９６が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。

本実施形態では、圧電センサ１９５、１９６の出力を用いてミラー１１０の垂直方向の傾き具合を検出する。圧電センサ１９５、１９６から出力された電圧は、バッファ回路１２に保持される。尚、バッファ回路１２に保持される電圧は、圧電センサ１９５、１９６の何れか一方から出力された電圧であっても良い。

補償回路１５は、バッファ回路１２に保持された電圧に基づき、光源部２０からのレーザ光の出射のタイミングを補償する。

圧電センサ１９１、１９２、１９５、１９６は、圧電薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。本実施形態では、各圧電センサの出力は、上部電極と下部電極とに接続されたセンサ配線の電流値となる。

圧電センサ１９１の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、圧電センサ１９５の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ａに含まれる所定の端子と接続されている。また、圧電センサ１９２の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。また、圧電センサ１９６の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、固定枠１８０に設けられた端子群１９０Ｂに含まれる所定の端子と接続されている。

次に、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ及び駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに用いられる圧電素子の特性について説明する。図３は、圧電素子の特性の一例を示す図である。

本実施形態では、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ及び駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを構成する圧電素子として、例えば図３に示す特性を有する圧電素子を用いる。図３に示す例では、圧電素子に印加される電界強度と変位との関係は、ヒステリシス特性を有するが、電界強度がゼロに近い領域では、ほぼ線形となる。

ミラー駆動回路１３が発生する水平駆動信号及び垂直駆動信号は、電界強度と変位との関係がほぼ線形となる電圧領域であることが好ましい。

図４は、水平駆動信号及び垂直駆動信号の一例を示す図である。図４（Ａ）は、水平駆動信号の一例を示す。図４（Ｂ）は、垂直駆動信号の一例を示す。

水平駆動信号は、駆動源１５１Ａに印加される第１水平駆動信号ＡＨｐと、駆動源１５１Ｂに印加される第２水平駆動信号ＡＨｎとからなる。例えば、第１水平駆動信号ＡＨｐ及び第２水平駆動信号ＡＨｎは、共に同一の周期及び振幅を有する正弦波である。第２水平駆動信号ＡＨｎは、第１水平駆動信号ＡＨｐに対して位相が半周期ずれている。すなわち、第１水平駆動信号ＡＨｐと第２水平駆動信号ＡＨｎとは、中間電位に対して電位が反転した関係にある。

ミラー１１０は、第１水平駆動信号ＡＨｐと第２水平駆動信号ＡＨｎとの電位差に応じて駆動され、水平方向に揺動する。ミラー１１０の水平方向への振れ角は、第１水平駆動信号ＡＨｐ及び第２水平駆動信号ＡＨｎの振幅に対応する。

垂直駆動信号は、駆動源１７１Ａに印加される第１垂直駆動信号ＡＶｐと、駆動源１７１Ｂに印加される第２垂直駆動信号ＡＶｎとからなる。例えば、第１垂直駆動信号ＡＶｐ及び第２垂直駆動信号ＡＶｎは、共に同一の周期及び振幅を有するノコギリ波である。第１垂直駆動信号ＡＶｐと第２垂直駆動信号ＡＶｎとは、中間電位に対して電位が反転した関係にある。

ミラー１１０は、第１垂直駆動信号ＡＶｐと第２垂直駆動信号ＡＶｎとの電位差に応じて駆動され、垂直方向に揺動する。ミラー１１０の垂直方向への振れ角は、第１垂直駆動信号ＡＶｐ及び第２垂直駆動信号ＡＶｎの振幅に対応する。

次に、ミラー駆動回路１３の構成について説明する。図５は、ミラー駆動回路１３の構成を示す図である。

図５に示すように、ミラー駆動回路１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０、第１水平駆動信号生成部５１Ａ、第２水平駆動信号生成部５１Ｂ、第１垂直駆動信号生成部５２Ａ、第２垂直駆動信号生成部５２Ｂを有する。第１水平駆動信号生成部５１Ａ、第２水平駆動信号生成部５１Ｂ、第１垂直駆動信号生成部５２Ａ、第２垂直駆動信号生成部５２Ｂは、それぞれＤＡコンバータ５３と、増幅器としてのオペアンプ５４とを有する。

ＤＡコンバータ５３は、システムコントローラ１１から供給されるデジタルの波形データをアナログ信号に変換する。オペアンプ５４は、ＤＡコンバータ５３により変換されたアナログ信号を増幅し、駆動信号として出力する。

第１水平駆動信号生成部５１Ａは、第１水平駆動波形データＤＨｐに基づいて第１水平駆動信号ＡＨｐを生成する。第２水平駆動信号生成部５１Ｂは、第２水平駆動波形データＤＨｎに基づいて第２水平駆動信号ＡＨｎを生成する。第１垂直駆動信号生成部５２Ａは、第１垂直駆動波形データＤＶｐに基づいて第１垂直駆動信号ＡＶｐを生成する。第２垂直駆動信号生成部５２Ｂは、第２垂直駆動波形データＤＶｎに基づいて第２垂直駆動信号ＡＶｎを生成する。

次に、システムコントローラ１１内に構成される水平駆動波形データ生成部及び垂直駆動波形データ生成部について説明する。図６は、水平駆動波形データ生成部６０及び垂直駆動波形データ生成部７０の構成を示す図である。

システムコントローラ１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の構成部を備えて構成されている。また、システムコントローラ１１は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等により構成されていてもよい。

水平駆動波形データ生成部６０は、基準波形データ生成部６１と、ゲイン設定部６２と、オフセット設定部６３とを有する。

基準波形データ生成部６１は、第１水平基準波形データＨｐと、第２水平基準波形データＨｎとを生成する。図７（Ａ）に示すように、第１水平基準波形データＨｐ及び第２水平基準波形データＨｎは、共に同一の周期及び振幅を有する正弦波である。第２水平基準波形データＨｎは、第１水平基準波形データＨｐに対して位相が半周期ずれている。

ゲイン設定部６２及びオフセット設定部６３により、第１水平基準波形データＨｐ及び第２水平準波形データＨｎに基づいて、デジタルデータである第１水平駆動波形データＤＨｐ及び第２水平駆動波形データＤＨｎが生成される。

ゲイン設定部６２は、水平振角センサとして圧電センサ１９１、１９２の検出値に基づいて、第１水平駆動波形データＤＨｐ及び第２水平駆動波形データＤＨｎのゲインＧ１を設定する。ゲインＧ１は、第１水平駆動波形データＤＨｐ及び第２水平駆動波形データＤＨｎの振幅に対応する。

オフセット設定部６３は、第１水平駆動波形データＤＨｐ及び第２水平駆動波形データＤＨｎが、オペアンプ５４の不感帯に重ならないように電圧をオフセットする。図７（Ｂ）に示すように、オペアンプ５４の不感帯は、電源電圧側及びグランド電位側の両側に生じる。すなわち、オフセット設定部６３は、第１水平駆動波形データＤＨｐ及び第２水平駆動波形データＤＨｎが、電源電圧側の不感帯とグランド電位側の不感帯との間に位置するようにオフセット値Ｄ１を設定する。

垂直駆動波形データ生成部７０は、基準波形データ生成部７１と、ゲイン設定部７２と、オフセット設定部７３とを有する。

基準波形データ生成部７１は、第１垂直基準波形データＶｐと、第２垂直基準波形データＶｎとを生成する。図８（Ａ）に示すように、第１垂直基準波形データＶｐ及び第２垂直基準波形データＶｎは、共に同一の周期及び振幅を有するノコギリ波である。第２垂直基準波形データＶｎは、第１垂直基準波形データＶｐとは電位が反転した関係にある。

ゲイン設定部７２及びオフセット設定部７３により、第１垂直基準波形データＶｐ及び第２垂直基準波形データＶｎに基づいて、デジタルデータである第１垂直駆動波形データＤＶｐ及び第２垂直駆動波形データＤＶｎが生成される。

ゲイン設定部７２は、垂直振角センサとして圧電センサ１９５、１９６の検出値に基づいて、第１垂直駆動波形データＤＶｐ及び第２垂直駆動波形データＤＶｎのゲインＧ２を設定する。ゲインＧ２は、第１垂直駆動波形データＤＶｐ及び第２垂直駆動波形データＤＶｎの振幅に対応する。

オフセット設定部７３は、第１垂直駆動波形データＤＶｐ及び第２垂直駆動波形データＤＶｎが、オペアンプ５４の不感帯に重ならないように電圧をオフセットする。図７（Ｂ）に示すように、オペアンプ５４の不感帯は、電源電圧側及びグランド電位側の両側に生じる。すなわち、オフセット設定部７３は、第１垂直駆動波形データＤＶｐ及び第２垂直駆動波形データＤＶｎが、電源電圧側の不感帯とグランド電位側の不感帯との間に位置するようにオフセット値Ｄ２を設定する。

さらに、オフセット設定部７３は、ＤＡコンバータ５３により生じる積分非直線性（ＩＮＬ）誤差が駆動信号に重畳されることによる不要共振振動の発生を抑制するようにオフセット値Ｄ２を設定する。ＩＮＬ誤差とは、ＤＡコンバータ５３のデジタル入力値に対して出力される理想的な出力値と実際に測定された出力値の偏差を表す値である。

図９は、ＤＡコンバータ５３により生じる周期性を有するＩＮＬ誤差の特性を示す図である。図９に示すように、ＩＮＬ誤差は、デジタル入力値に対して周期的な変化を示す。ＩＮＬ誤差の変化は、例えば周期Ｍの正弦波である。

図１０（Ａ）は、ＤＡコンバータ５３によりＩＮＬ誤差が重畳された第１垂直駆動信号ＡＶｐと第２垂直駆動信号ＡＶｎとの一例を示す図である。

垂直走査期間においては第１垂直駆動波形データＤＶｐが時間とともに増加するのに対して、第２垂直駆動波形データＤＶｎは時間とともに減少する。このため、第１垂直駆動波形データＤＶｐと第２垂直駆動波形データＤＶｎとの関係に依存して、第１垂直駆動信号ＡＶｐに重畳されるＩＮＬ誤差と、第２垂直駆動信号ＡＶｎに重畳されるＩＮＬ誤差との位相がずれる。

図１０（Ａ）に示す例では、第１垂直駆動信号ＡＶｐに重畳されるＩＮＬ誤差と、第２垂直駆動信号ＡＶｎに重畳されるＩＮＬ誤差とは、位相が半周期（Ｍ／２）ずれている。

図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）における第１垂直駆動信号ＡＶｐと第２垂直駆動信号ＡＶｎとの電位差を示す図である。第１垂直駆動信号ＡＶｐと第２垂直駆動信号ＡＶｎとでＩＮＬ誤差の位相がずれていることから、図１０（Ｂ）に示すように、電位差（ＡＶｐ−ＡＶｎ）は、線形関数に、ＩＮＬ誤差の２倍の振幅の正弦波が重畳された関数となる。

ミラー１１０は、電位差（ＡＶｐ−ＡＶｎ）に応じて垂直方向に変位するので、図１０（Ｂ）に示す電位差が印加された場合には、変位が非線形となり、画像にリンギングが発生するおそれがある。リンギングとは、画像に生じる波模様のアーチファクトを意味する。

本実施形態では、オフセット設定部７３は、オフセット値Ｄ２を、下式（１）及び下式（２）を満たすＤ２のうち最小の値に設定する。

Ｄ２＝（ｎ×Ｍ＋Ｍ／２−Ｇ２）／２ ・・・（１）
Ｄ２＞Ｄｔｈ ・・・（２）
ここで、ｎは正の整数である。Ｄｔｈは、オペアンプ５４のグランド電位側の不感帯の上限値（図８（Ｂ）参照）である。Ｄｔｈは、例えば２Ｖである。

上式（１）及び上式（２）を満たす場合には、図１１（Ａ）に示すように、第１垂直駆動信号ＡＶｐに重畳されるＩＮＬ誤差と、第２垂直駆動信号ＡＶｎに重畳されるＩＮＬ誤差とは同位相となる。この場合には、図１１（Ｂ）に示すように、電位差（ＡＶｐ−ＡＶｎ）は、ＩＮＬ誤差が打ち消されて線形関数となる。

したがって、上式（１）及び上式（２）を満たす場合には、ミラー１１０の変位が線形となり、リンギングの発生が抑制される。

また、オフセット値Ｄ２を、下式（１）及び下式（２）を満たすＤ２のうち最小の値に設定することにより、第１垂直駆動信号ＡＶｐと第２垂直駆動信号ＡＶｎが、オペアンプ５４の電源電圧側の不感帯に重なることが防止される。

次に、上式（１）の導出方法について説明する。図１２に示すように、第１垂直駆動波形データＤＶｐの最小値をＰｍｉｎ、最大値をＰｍａｘとする。また、第２垂直駆動波形データＤＶｎの最小値をＮｍｉｎ、最大値をＮｍａｘとする。さらに、Ｐｍｉｎ＝Ｎｍｉｎ、Ｎｍａｘ＝Ｐｍａｘとする。

図１２では、図１０（Ａ）と同様に、第１垂直駆動信号ＡＶｐに重畳されるＩＮＬ誤差と、第２垂直駆動信号ＡＶｎに重畳されるＩＮＬ誤差とは、位相が半周期（Ｍ／２）ずれている。

図１３は、最小値Ｐｍｉｎ及び最大値ＮｍａｘのＩＮＬ誤差に対する関係を示す図である。図１３に示すように、図１２に示す例では、最大値Ｎｍａｘと最小値Ｐｍｉｎとの差は、周期Ｍの整数倍（ｎ×Ｍ）となっている。

第１垂直駆動波形データＤＶｐは時間とともに増加するので、ＩＮＬ誤差は最小値Ｐｍｉｎから増加する方向に変化し、第２垂直駆動波形データＤＶｎは時間とともに減少する。したがって、両者の位相は半周期ずれる。

同位相とするには、最小値Ｐｍｉｎ又は最大値Ｎｍａｘの少なくともいずれか一方を変更し、ＩＮＬ誤差の変化に対して、両者が対称（図１３中において左右対称）となるように設定すればよい。例えば、最大値Ｎｍａｘは変更せずに、最小値ＰｍｉｎにＭ／２を加える。これにより、ＩＮＬ誤差の増減方向が同一となり、同位相となる。

別の例としては、最小値Ｐｍｉｎ及び最大値ＮｍａｘのそれぞれにＭ／４を加える。また、別の例としては、最小値Ｐｍｉｎに３Ｍ／４を加えるとともに、最大値ＮｍａｘからＭ／４を減じる。さらに、別の例としては、最小値Ｐｍｉｎは変更せずに、最大値ＮｍａｘにＭ／２を加える。いずれの場合においても、ＩＮＬ誤差の増減方向が同一となり、同位相となる。

このように、ＩＮＬ誤差を同位相とするには、最小値Ｐｍｉｎ及び最大値Ｎｍａｘが下式（３）を満たせばよい。

Ｎｍａｘ＋Ｐｍｉｎ＝ｎ×Ｍ＋Ｍ／２ ・・・（３）
また、前述のゲインＧ２は、下式（４）を満たす。

Ｎｍａｘ−Ｐｍｉｎ＝Ｇ２ ・・・（４）
上式（３）及び上式（４）から下式（５）が得られる。

Ｐｍｉｎ＝（ｎ×Ｍ＋Ｍ／２−Ｇ２）／２ ・・・（５）
本実施形態では、オフセット設定部７３は、同相オフセットのオフセット値Ｄ２として最小値Ｐｍｉｎ（＝Ｎｍｉｎ）の値を設定することから、上式（５）に基づき、上式（１）が得られる。

以上のように、本実施形態によれば、オペアンプ５４の不感帯及びＤＡコンバータ５３のＩＮＬ誤差による駆動電圧の波形歪みを抑制することができる。すなわち、ミラー１１０の垂直方向への非共振振動に重畳される不要共振振動を抑制することができる。これにより、リンギングの発生が抑制される。

また、オフセット設定部７３により設定されるオフセット値Ｄ２が大きいほど消費電力が増加するが、本実施形態では、オフセット値Ｄ２は、上式（１）及び上式（２）を満たすＤ２のうち最小の値に設定されるので、オフセットによる消費電力の増加量は最低限に抑えられる。
（変形例）
以下に、第１実施形態の変形例について説明する。図１４は、本変形例で用いる垂直駆動波形データ生成部７０Ａの構成を示す図である。本変形例では、第１実施形態の垂直駆動波形データ生成部７０に代えて、垂直駆動波形データ生成部７０Ａを用いる。

図１４に示すように、垂直駆動波形データ生成部７０Ａは、基準波形データ生成部７１の後段にフィルタ処理部７４を備えている点のみが、第１実施形態の垂直駆動波形データ生成部７０と異なる。

フィルタ処理部７４は、例えば高周波成分を除去する平滑化フィルタである。フィルタ処理部７４は、第１垂直基準波形データＶｐ及び第２垂直基準波形データＶｎに対してフィルタ処理を行うことにより、予め不要共振振動を抑制する。

図１５は、フィルタ処理部７４によるフィルタ処理について説明する図である。図１５（Ａ）は、フィルタ処理前の第１垂直基準波形データＶｐ及び第２垂直基準波形データＶｎを例示する図である。図１５（Ｂ）は、フィルタ処理後の第１垂直基準波形データＶｐ及び第２垂直基準波形データＶｎを例示する図である。

第１垂直基準波形データＶｐ及び第２垂直基準波形データＶｎは、それぞれノコギリ波であるので、頂角部分がフィルタ処理によって平滑化される。これにより、ノコギリ波の頂角部分により発生する不要共振振動が予め除去される。

なお、上記各実施形態では、基準波形データ生成部６１，７１は、中間電位で電位が反転された一対の基準波形データを生成しているが、一対の基準波形データのうちの一方のみを生成するものであってもよい。この場合、オフセット設定部６３，７３によるオフセット設定後に、オフセットされた一方の波形データを中間電位に対して電位を反転させることにより、他方の波形データを生成すればよい。

また、上記各実施形態は、振角センサの検出値に応じて駆動信号のゲイン（振幅）を調整しているが、駆動信号の振幅は一定であってもよい。

また、上記各実施形態は、例えば、アイウェアやプロジェクタ等の二次元走査型の光走査装置に適用することができる。

また、上記各実施形態は、光走査装置として、二次元走査型の光走査装置を例に挙げて説明しているが、二次元走査型に限られず、１方向にミラーを揺動させる一次元走査型の光走査装置であってもよい。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

第１垂直駆動波形データＤＶｐ及び第２垂直駆動波形データＤＶｎは、駆動波形データの一例である。第１垂直駆動信号ＡＶｐ及び第２垂直駆動信号ＡＶｎは、一対の駆動信号の一例である。第１垂直駆動信号ＡＶｐは、第１駆動信号の一例である。第２垂直駆動信号ＡＶｎは、第２駆動信号の一例である。第１垂直基準波形データＶｐ及び第２垂直基準波形データＶｎは、基準波形データの一例である。

１ 光走査装置、１０ 光走査制御部、１１ システムコントローラ、１３ ミラー駆動回路、４０ 光走査部、５１Ａ 第１水平駆動信号生成部、５１Ｂ 第２水平駆動信号生成部、５２Ａ 第１垂直駆動信号生成部、５２Ｂ 第２垂直駆動信号生成部、５３ ＤＡコンバータ、５４ オペアンプ（増幅器）、６０ 水平駆動波形データ生成部、６１ 基準波形データ生成部、６２ ゲイン設定部、６３ オフセット設定部、７０，７０Ａ 垂直駆動波形データ生成部、７１ 基準波形データ生成部、７２ ゲイン設定部、７３ オフセット設定部、７４ フィルタ処理部、１１０ ミラー、１５１Ａ，１５１Ｂ 駆動源、１７１Ａ，１７１Ｂ 駆動源、１８０ 固定枠、１９１，１９２ 圧電センサ、１９５，１９６ 圧電センサ

Claims (7)

1. 少なくとも１方向にミラーを揺動させる光走査装置であって、
   ＤＡコンバータ及び増幅器を含み、デジタルの駆動波形データに基づいて前記ミラーを駆動するための一対の駆動信号を生成するミラー駆動回路と、
   基準波形データを生成する基準波形データ生成部と、
   前記増幅器の不感帯と前記ＤＡコンバータにより生じる周期性を有する積分非直線性誤差とに基づいて、前記基準波形データにオフセット値を設定することにより前記駆動波形データを生成するオフセット設定部と、
   を有する光走査装置。
2. 前記一対の駆動信号は、第１駆動信号と、前記第１駆動信号の中間電位で電位が反転された第２駆動信号とからなり、
   前記ミラー駆動回路は、前記第１駆動信号と前記第２駆動信号との電位差によって前記ミラーを駆動する請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記オフセット設定部は、前記オフセット値を、前記増幅器のグランド電位側の不感帯の上限値よりも大きく、かつ、前記第１駆動信号に重畳される積分非直線性誤差と前記第２駆動信号に重畳される積分非直線性誤差とを同位相とする値に設定する請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号はノコギリ波であって、
   前記ミラー駆動回路は、前記ミラーを非共振振動させる請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記ミラーの前記１方向の位置を検出する振角センサと、
   前記振角センサの検出値に基づいて、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号の振幅に対応するゲインを設定するゲイン設定部と、
   を有する請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記オフセット設定部は、前記積分非直線性誤差の周期をＭ、前記ゲインをＧ、前記増幅器のグランド電位側の不感帯の上限値をＤｔｈ、正の整数をｎとした場合に、式（Ａ）及び式（Ｂ）を満たす最小のＤを、前記オフセット値として設定する請求項５に記載の光走査装置。
   Ｄ＝（ｎ×Ｍ＋Ｍ／２−Ｇ）／２ ・・・（Ａ）
   Ｄ＞Ｄｔｈ ・・・（Ｂ）
7. ＤＡコンバータ及び増幅器を含み、デジタルの駆動波形データに基づいてミラーを駆動するための一対の駆動信号を生成するミラー駆動回路を有し、少なくとも１方向に前記ミラーを揺動させる光走査装置の制御方法であって、
   基準波形データを生成し、
   前記増幅器の不感帯と前記ＤＡコンバータにより生じる周期性を有する積分非直線性誤差とに基づいて、前記基準波形データにオフセット値を設定することにより前記駆動波形データを生成する光走査装置の制御方法。