JP4389740B2 - 振動体制御装置、それを備えた画像形成装置および揺動型スキャナ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光束が入射するミラーを有する振動体を揺動軸線まわりに揺動させることにより、ミラーからの反射光を走査する揺動型スキャナと共に使用されて振動体を制御する技術に関するものであり、特に、振動体を起動させる技術の改良に関するものである。

光束が入射するミラーを有する振動体を揺動軸線まわりに揺動させることにより、ミラーからの反射光を走査する揺動型スキャナが既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。この種の揺動型スキャナは、例えば、画像形成の分野や画像読取りの分野において使用される。画像形成の分野においては、網膜上において光束を走査して画像を直接に表示する網膜走査型ディスプレイ装置、プロジェクタ、レーザプリンタ、レーザリソグラフィ等の用途に使用され、一方、画像読取りの分野においては、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダ等の用途に使用される。

この種の揺動型スキャナは、一般に、（ａ）入射光束を反射するミラーを有し、そのミラーに平行な揺動軸線まわりに揺動させられる振動体と、（ｂ）電圧または電流を変位に変換することにより、前記振動体を揺動状態で駆動する駆動源とを有するように構成される。

このように構成される揺動型スキャナを作動させるために、前記振動体を制御する振動体制御装置が、その揺動型スキャナと共に使用される。この振動体制御装置は、一般に、（ａ）駆動電圧が周期的に変化する駆動信号を前記駆動源に印加する信号印加部と、（ｂ）当該揺動型スキャナが前記振動体が共振状態で動作するスキャナである場合、少なくとも前記駆動源に印加される駆動信号の駆動電圧を制御することにより、前記振動体を、前記駆動電圧が０である停止状態から前記振動体が共振する共振状態に遷移させる状態遷移部とを含むように構成される。

特許文献１には、上述の揺動型スキャナの起動時における問題が開示されている。具体的には、停止状態にある振動体の駆動源に印加される駆動信号の振幅すなわち駆動電圧を０から最終値まで一挙に増加させると、振動体に過大な応力が発生し易いことが開示されている。

この特許文献１には、さらに、その問題を解決するための技術として、振動体の駆動開始時に信号印加部が駆動源に印加する駆動信号の振幅を、所定の振幅値となるまで緩やかに増大させるソフトスタートが開示されている。
特開２０００−１０６６２１号公報

以上説明した従来例を実施すれば、振動体の起動時にその振動体に過大な負荷が加えられることを回避することが容易となる。しかしながら、その反面、振動体の起動、すなわち、停止状態から定常振動状態への移行のために長い時間が必要となる。

このような事情を背景とし、本発明は、光束が入射するミラーを有する振動体を、特定の共振周波数に対応した共振状態において、揺動軸線まわりに揺動させることにより、ミラーからの反射光を走査する揺動型スキャナと共に使用されて振動体を制御する技術において、振動体の起動のために必要な時間を短縮することを容易にしつつ、振動体の起動時にその振動体に過負荷が発生することを回避することを課題としてなされたものである。

その課題を解決するために、本発明の第１側面によれば、（ａ）入射光束を反射するミラーを有し、そのミラーに平行な揺動軸線まわりに揺動させられる振動体と、（ｂ）電圧を変位に変換することにより、前記振動体を共振状態で駆動する駆動源とを有し、それにより、前記入射光束を走査する振動型スキャナに接続されて使用され、前記振動体を制御する振動体制御装置が提供される。この振動体制御装置は、電圧が周期的に変化する駆動信号を前記駆動源に印加する信号印加部と、前記駆動源に印加される駆動信号の振幅である駆動電圧とその駆動信号の周波数である駆動周波数とを制御することにより、前記振動体を、前記駆動電圧が０である停止状態から、前記ミラーの振れ角の実際値が目標値に実質的に等しい状態で前記振動体が共振する共振状態に遷移させる状態遷移部とを含み、その状態遷移部は、前記駆動電圧が０から最終値まで変化する全体変化領域のうちの前半の部分領域においては、前記駆動電圧の０から、前記最終値より小さい値として予め設定された中間値への昇圧を含む前半制御を行い、後半の部分領域においては、前記振れ角の実際値が前記目標値に実質的に一致するように、その駆動電圧の前記中間値から前記最終値への変更と前記駆動周波数の調整とを含む後半制御を行う。
本発明の第２側面によれば、（ａ）入射光束を反射するミラーを有し、そのミラーに平行な揺動軸線まわりに揺動させられる振動体と、（ｂ）電圧を変位に変換することにより、前記振動体を共振状態で駆動する駆動源とを有し、それにより、前記入射光束を走査する振動型スキャナを制御する揺動型スキャナ制御方法が提供される。この揺動型スキャナ制御方法は、電圧が周期的に変化する駆動信号であって前記駆動源に印加されるものの振幅である駆動電圧とその駆動信号の周波数である駆動周波数とを制御することにより、前記振動体を、前記駆動電圧が０である停止状態から、前記ミラーの振れ角の実際値が目標値に実質的に等しい状態で前記振動体が共振する共振状態に遷移させる状態遷移工程を含み、その状態遷移工程は、前記駆動電圧が０から最終値まで変化する全体変化領域のうちの前半の部分領域において、前記駆動電圧の０から、前記最終値より小さい値として予め設定された中間値への昇圧を含む前半制御を行う前半制御工程と、前記全体変化領域のうちの後半の部分領域において、前記振れ角の実際値が前記目標値に実質的に一致するように、その駆動電圧の前記中間値から前記最終値への変更と前記駆動周波数の調整とを含む後半制御を行う後半制御工程とを含んでいる。
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきである。

さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈されるべきである。

（１） 入射光束を走査する振動型スキャナであって、（ａ）入射光束を反射するミラーを有し、そのミラーに平行な揺動軸線まわりに揺動させられる振動体と、（ｂ）電圧を変位に変換することにより、前記振動体を共振状態で駆動する駆動源とを有するものに接続されて使用され、前記振動体を制御する振動体制御装置であって、
電圧が周期的に変化する駆動信号を前記駆動源に印加する信号印加部と、
前記駆動源に印加される駆動信号の振幅である駆動電圧とその駆動信号の周波数である駆動周波数とを制御することにより、前記振動体を、前記駆動電圧が０である停止状態から、前記ミラーの振れ角の実際値が目標値に実質的に等しい状態で前記振動体が共振する共振状態に遷移させる状態遷移部と
を含み、その状態遷移部は、前記駆動電圧が０から最終値まで変化する全体変化領域のうちの前半の部分領域においては、前記駆動電圧の０から中間値への昇圧と前記駆動周波数の調整とを含む前半制御を行い、後半の部分領域においては、前記振れ角の実際値が前記目標値に実質的に一致するように、その駆動電圧の前記中間値から前記最終値への変更と前記駆動周波数の調整とを含む後半制御を行う振動体制御装置。

この振動体制御装置においては、駆動電圧が０から最終値まで変化する全体変化領域が、前半の部分領域と後半の部分領域とに分けられる。そして、前半の部分領域においては、駆動電圧を０から中間値まで昇圧する前半制御が行われ、一方、後半の部分領域においては、振動体の振れ角の実際値が目標値に実質的に一致するように、その駆動電圧を中間値から最終値に変化させる後半制御が行われる。

すなわち、この振動体制御装置においては、駆動電圧が０から最終値まで変化する過渡期間が、駆動電圧が０から中間値まで変化する前半と、その中間値から最終値まで変化する後半とに分けられたうえで、駆動電圧および駆動周波数の制御が段階的に行われるのである。

したがって、この振動体制御装置によれば、駆動電圧が０から最終値まで一挙に変化させられる場合より、振動体の作動状態または作動環境を前半段階と後半段階とに分けて考え、駆動電圧および駆動周波数を段階的に制御することが可能となる。

よって、この振動体制御装置によれば、振動体の起動時にその振動体に過負荷が発生するのを回避するためには駆動電圧を緩やかに昇圧することが望ましいのに対し、振動体の起動をより短時間で行うためには駆動電圧を速やかに昇圧することが望ましいというように、駆動電圧の昇圧勾配すなわち昇圧速度に関して相反する２つの要望が存在するのであるが、それら相反する要望を同時に解決することが可能となる。

本項における「駆動信号」は、それの駆動電圧が、極性は同じで振幅が時間と共に周期的に変動する脈動駆動信号としたり、極性も振幅も時間と共に周期的に変動する交流駆動信号とすることが可能である。

本項における「中間値」は、０と最終値との間の値として定義され、具体的な中間値は、通常、最終値より０に近い値として設定される。ただし、中間値は、事情が許す限り、０より最終値に近い値として設定することが可能である。

また、本項における「中間値」は、振動体の特性に合致した最適値となるように設定されるべきである。この中間値は、例えば、振動体に大きなダメージが加えられないレベルにすることが必要であるが、あまりにレベルが低いと、駆動電圧が最終値に到達するまでの時間が短縮される量が減少してしまう。ダメージ軽減と時間短縮とはトレードオフの関係にあるため、このような特性を考慮して中間値のレベルは設定されるべきである。

本項における「前半制御」は、例えば、前記駆動電圧に応じて変化する前記振動体の共振周波数に追従するように前記駆動周波数を制御する追従制御を行わない態様で実施することが可能である。

（２） 前記前半制御は、前記駆動周波数を前記振動体の共振周波数近傍の第１設定周波数に固定したまま、前記駆動電圧を０から前記中間値まで昇圧する（１）項に記載の振動体制御装置。

この振動体制御装置によれば、前半制御を、駆動電圧のみならず駆動周波数も変化するように実行する場合に比較し、例えば、前半制御の内容を単純化してその実行時間の短縮を図ることが容易となる。

（３） 前記後半制御は、前記駆動電圧に応じて変化する前記振動体の共振周波数に追従するように前記駆動周波数を制御する追従制御を含む（１）または（２）項に記載の振動体制御装置。

後に詳述するが、振動体の共振周波数は常に一定であるわけではなく、その振動体を揺動させる駆動源に印加される駆動信号の駆動電圧の高さに応じて変化する。具体的には、その駆動電圧が高いほど、すなわち、揺動の振れ角が大きくなるにつれて、その振動体の共振周波数が低下する。

したがって、駆動電圧が変化する環境においては、それにもかかわらず振動体が共振状態に維持されるようにするためには、駆動信号の周波数である駆動周波数を制御することが重要である。

このような知見に基づき、本項に係る振動体制御装置においては、後半制御のうちの少なくとも一期間に、駆動電圧に応じて変化する振動体の共振周波数に追従するように、駆動周波数が制御される。

本項における「追従制御」は、例えば、前記後半制御の実行期間の全体において実行される態様で実施することが可能であり、また、前記後半制御の実行期間の一部において実行される態様で実施することも可能である。

（４） 前記後半制御は、
（ａ）前記駆動電圧が前記中間値に到達したら、前記振動体の共振周波数に実質的に一致するように前記駆動周波数を調整する第１周波数調整と、
（ｂ）前記駆動電圧を前記中間値から設定電圧まで昇圧する昇圧制御と、
（ｃ）前記駆動電圧が前記設定電圧に到達したら、前記振動体の共振周波数に実質的に一致するように前記駆動周波数を調整する第２周波数調整と、
（ｄ）その第２周波数調整の終了後、前記駆動電圧を前記設定電圧から前記最終値まで、前記駆動周波数が前記振動体の共振周波数に実質的に一致するように変化させる変圧制御と
を含む（１）ないし（３）項のいずれかに記載の振動体制御装置。

この振動体制御装置においては、駆動電圧が０から最終値まで変化する期間内に、少なくとも、駆動電圧が中間値に等しい時点と、その中間値より高い設定電圧に等しい時点という２つの時点においてそれぞれ、振動体の共振周波数に実質的に一致するように駆動周波数を調整する周波数調整が行われる。

したがって、この振動体制御装置によれば、駆動電圧に応じて振動体の共振周波数が変化する環境において、駆動電圧が０から最終値まで変化する期間内に一度も周波数調整が行われない場合に比較し、駆動電圧が最終値に到達した時点において振動体の実際周波数がそれの共振周波数からの外れ量が少なくて済む。これにより、振動体へのダメージが軽減される。

よって、この振動体制御装置によれば、例えば、駆動電圧が最終値に到達した時点において、振動体の共振状態を実現すべく駆動周波数を調整するために複雑な制御も長い時間も必要とせずに済む。

（５） 前記昇圧制御は、前記駆動電圧に応じて変化する前記振動体の共振周波数に追従するように前記駆動周波数を制御する追従制御を含む（４）項に記載の振動体制御装置。

（６） 前記昇圧制御は、前記駆動電圧の昇圧に先立ち、前記駆動周波数を、その駆動周波数が前記第１周波数調整によって調整された周波数とは異なり、かつ、前記昇圧後の前記振動体の共振周波数の近傍にある第２設定周波数に低下させ、その第２設定周波数に固定したまま、前記駆動電圧を前記中間値から前記設定電圧まで昇圧する（４）または（５）項に記載の振動体制御装置。

（７） 前記設定電圧は、前記振れ角の実際値が前記目標値に実質的に一致するときに前記駆動電圧が取ることが予想される電圧より高く設定されており、
前記変圧制御は、前記駆動電圧を降圧することによって前記振れ角の実際値を前記目標値に実質的に一致させる（４）ないし（６）項のいずれかに記載の振動体制御装置。

（８） 光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、
前記光束を出射する光源と、
（１）ないし（７）項のいずれかに記載の揺動型スキャナおよび振動体制御装置を有し、それら揺動型スキャナおよび振動体制御装置により、前記光源から出射した光束を走査する走査部と
を含む画像形成装置。

この画像形成装置によれば、揺動型スキャナにおいて振動体を停止状態から共振状態に遷移させることを、より短時間で、しかも、振動体の過負荷を抑制しつつ行うことが可能となる。その結果、この画像形成装置によれば、当該画像形成装置の耐久性および信頼性を犠牲にすることなく、当該画像形成装置の起動をより短時間で行うことが可能となる。

（９） 前記走査部によって走査された光束は、眼の網膜に入射し、それにより、前記画像がその網膜上に投影される（８）項に記載の画像形成装置。

（１０） 入射光束を走査する振動型スキャナであって、（ａ）入射光束を反射するミラーを有し、そのミラーに平行な揺動軸線まわりに揺動させられる振動体と、（ｂ）電圧を変位に変換することにより、前記振動体を共振状態で駆動する駆動源とを有するものを制御する揺動型スキャナ制御方法であって、
電圧が周期的に変化する駆動信号であって前記駆動源に印加されるものの振幅である駆動電圧とその駆動信号の周波数である駆動周波数とを制御することにより、前記振動体を、前記駆動電圧が０である停止状態から、前記ミラーの振れ角の実際値が目標値に実質的に等しい状態で前記振動体が共振する共振状態に遷移させる状態遷移工程を含み、その状態遷移工程は、
前記駆動電圧が０から最終値まで変化する全体変化領域のうちの前半の部分領域において、前記駆動電圧の０から中間値への昇圧と前記駆動周波数の調整とを含む前半制御を行う前半制御工程と、
前記全体変化領域のうちの後半の部分領域において、前記振れ角の実際値が前記目標値に実質的に一致するように、その駆動電圧の前記中間値から前記最終値への変更と前記駆動周波数の調整とを含む後半制御を行う後半制御工程と
を含む揺動型スキャナ制御方法。

この方法によれば、前記（１）項に係る装置と基本的に同じ原理に従い、基本的に同じ作用効果を実現することが可能である。

本項における各用語の意味は、前記（１）ないし（９）項において対応する各用語の意味と同様に解釈することが可能である。また、本項に係る方法は、前記（２）ないし（９）項のいずれかに係る装置が採用する構成要素と技術的に等価な工程を含む態様で実施することが可能である。

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。

図１には、本発明の第１実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ（以下、「ＲＳＤ」と略称する。）が系統的に示されている。このＲＳＤは、光束としてのレーザビームを観察者の眼１０の瞳孔１２を経て網膜１４に直接投影し、その投影された光束を網膜１４上において走査することにより、画像を表示するように設計されている。

図１に示すように、このＲＳＤは光源ユニット２０を備えている。この光源ユニット２０は、３個のレーザ３０，３２，３４と、３個のコリメータレンズ４０，４２，４４と、３個のダイクロイックミラー５０，５２，５４と、ファイバ結合光学系５６とを備えている。

３個のレーザ３０，３２，３４は、赤色レーザビームを発生させるＲレーザ３０と、緑色レーザビームを発生させるＧレーザ３２と、青色レーザビームを発生させるＢレーザ３４とである。いずれのレーザ３０，３２，３４も、例えば半導体レーザや固体レーザとして構成することが可能である。

３個のコリメータレンズ４０，４２，４４は、３個のレーザ３０，３２，３４から出射した３色のレーザビームをそれぞれコリメートするレンズである。３個のダイクロイックミラー５０，５２，５４は、それら３個のコリメータレンズ４０，４２，４４から出射した３色のレーザビームを互いに結合するために、それら３色のレーザビームに対して波長選択的に反射および透過を行う。

それら３色のレーザビームは、ダイクロイックミラー５０，５２，５４を代表する１個の代表ダイクロイックミラーにおいて互いに結合される。本実施形態においては、その代表ダイクロイックミラーとしてダイクロイックミラー５０が選定されている。このダイクロイックミラー５０において結合されたレーザビームは、合成レーザビームとしてファイバ結合光学系５６に入射して集光される。

図１に示すように、光源ユニット２０は、さらに、信号処理回路６０を備えている。この信号処理回路６０には、外部から映像信号が供給される。その映像信号は、各画素ごとに輝度を表わす輝度信号を含んでいる。

この信号処理回路６０は、３個のレーザドライバ７０，７２，７４を経て３個のレーザ３０，３２，３４にそれぞれ電気的に接続されている。この信号処理回路６０は、輝度信号に基づき、各レーザ３０，３２，３４から出射するレーザビームの強度を、対応するレーザドライバ７０，７２，７４を介して変調する。

図１に示すように、ファイバ結合光学系５６に入射したレーザビームは、光伝送媒体としての光ファイバ８２によってコリメータレンズ８４に伝送される。そのコリメータレンズ８４においてコリメートされて出射したレーザビームは水平走査系１００に入射する。

この水平走査系１００は、機械的偏向を行うミラーを備えた弾性体の振動によってそのミラーを揺動させる光スキャナ１０４を備えている。光スキャナ１０４は、信号処理回路６０から供給される水平同期信号に基づいて制御される。

図２には、光スキャナ１０４が組立て状態で、斜視図で示されている。これに対し、図３には、光スキャナ１０４が分解斜視図で示されている。図２および図３に示すように、光スキャナ１０４は、本体部１１０がベース１１２に装着されて構成されている。

本体部１１０は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成されている。本体部１１０は、図３の上部に示すように、概略的には、貫通穴１１４を有して薄板長方形状を成している。本体部１１０は、外側には固定枠１１６を備え、一方、内側には、反射面１２０が形成された反射ミラー部１２２を有する振動体１２４を備えている。その反射面１２０には、図１に示すコリメータレンズ８４から出射したレーザビームが入射する。

このような本体部１１０の構成に対応して、ベース１１２は、図３の下部に示すように、本体部１１０との装着状態において固定枠１１６が装着されるべき支持部１３０と、振動体１２４と対向する凹部（または貫通穴）１３２とを有するように構成されている。凹部（または貫通穴）１３２は、本体部１１０をベース１１２に装着した状態において、振動体１２４が振動によって変位してもベース１１２と干渉しない形状を有するために形成されている。

図３に示すように、反射ミラー部１２２の反射面１２０は、それの対称中心線でもある揺動軸線１３４を中心として揺動させられる。振動体１２４は、さらに、その反射ミラー部１２２からそれと同一面上に延びて、その反射ミラー部１２２を固定枠１１６に接合するはり部１４０を備えている。本実施形態においては、反射ミラー部１２２の両側から一対のはり部１４０，１４０がそれぞれ互いに逆向きに延び出している。

各はり部１４０は、１個のミラー側板ばね部１４２と、一対の枠側板ばね部１４４，１４４と、それらミラー側板ばね部１４２と一対の枠側板ばね部１４４，１４４とを互いに接続する接続部１４６とを含むように構成されている。

各はり部１４０においては、ミラー側板ばね部１４２が、反射ミラー部１２２のうち揺動軸線１３４上において互いに対向する一対の縁の一方から、対応する接続部１４６まで延びている。接続部１４６は、揺動軸線１３４と直交する方向に延びている。さらに、各はり部１４０においては、一対の枠側板ばね部１４４が、対応する接続部１４６の端部から、揺動軸線１３４に対して互いに対向するように、揺動軸線１３４に沿って固定枠１１６まで延びている。

各はり部１４０においては、図３に示すように、一対の枠側板ばね部１４４，１４４のそれぞれに、固定枠１１６に及ぶ姿勢で、圧電体１５０，１５２，１５４，１５６が取り付けられている。各圧電体１５０，１５２，１５４，１５６は、図４に示すように、圧電素子１６０を主体として構成されている。

圧電素子１６０は、薄板状を成して振動体１２４の片面に貼り付けられている。圧電素子１６０は、その貼付面と直角な方向において上部電極１６２と下部電極１６４とによって挟まれており、それにより、各圧電体１５０，１５２，１５４，１５６が構成されている。図３および図４に示すように、上部電極１６２と下部電極１６４とはそれぞれ、各リード線１６６により、固定枠１１６に設置された一対の入力端子１６８，１６８に接続されている。

図３に示すように、本実施形態においては、４個の圧電体１５０，１５２，１５４，１５６が、反射ミラー部１２２を隔てた一対の対向位置に２個ずつ、かつ、揺動軸線１３４に関して互いに線対称的に配置されている。それら４個の圧電体１５０，１５２，１５４，１５６のうち、一方の対向位置に配置されている２個の圧電体１５０，１５４（図３において右側に位置する）が第１対を成し、他方の対向位置に配置されている２個の圧電体１５２，１５６（図３において左側に位置する）が第２対を成している。

本実施形態においては、第１対を成す２個の圧電体１５０，１５４がそれぞれ駆動源として機能し、振動体１２４を揺動軸線１３４のまわりに捩じり振動させて揺動させる。そのため、各圧電体１５０，１５４においては、上部電極１６２と下部電極１６４とに電圧が印加され、それにより、その印加方向と直交する向きすなわち長さ方向の変位が各圧電体１５０，１５４に発生させられる。

この変位により、図５に示すように、はり部１４０に屈曲すなわち反りが発生する。この屈曲は、はり部１４０のうち固定枠１１６との接続部を固定端とする一方、反射ミラー部１２２との接続部を可動端として行われる。その結果、その屈曲の向きが上向きであるか下向きであるかにより、可動端が上向きまたは下向きに変位する。

第１対を成す２個の圧電体１５０および１５４は、それぞれの圧電素子１６０の可動端が互いに逆向きに変位するように屈曲させられる。その結果、反射ミラー部１２２は、図５に示すように、揺動軸線１３４のまわりに回転させられる。

以上要するに、各枠側板ばね部１４４は、それに貼り付けられた圧電素子１６０の直線変位を屈曲運動に変換する機能を有し、接続部１４６は、各枠側板ばね部１４４の屈曲運動をミラー側板ばね部１４２の回転運動に変換する機能を有しているのである。そのミラー側板ばね部１４２の回転運動によって反射ミラー部１２２が回転させられる。

本実施形態においては、第１対を成す２個の圧電体１５０および１５４を互いに逆向きに変位させることにより、反射ミラー部１２２にそれの揺動軸線１３４まわりの往復回転運動すなわち揺動運動が発生させられる。このことを実現するために、第１対を成す２個の圧電体１５０および１５４に交番電圧が互いに逆位相で印加される。その結果、第１対を成す２個の圧電体１５０および１５４の一方が、図３において下向きに撓んだ場合には、他方が、同図において上向きに撓むこととなる。

上述の制御を実現するために、水平走査系１００は、図１に示すように、水平走査駆動回路１７０と、駆動電圧制御回路１７２と、駆動周波数制御回路１７４とを備えている。

水平走査駆動回路１７０においては、図６に示すように、発振器１８２が、信号処理回路６０から入力された水平同期信号に基づき、交番電圧信号を作動信号として発生させる。発振器１８２は、駆動周波数制御回路１７４から入力された指令信号によって表される駆動周波数で交番電圧信号を発生させる。発振器１８２は、可変の周波数で交番電圧信号を発生させるように設計されている。

図６に示すように、発振器１８２は、位相シフタ１８４およびアンプ１８６を経た第１経路を経て、第１対を成す２個の圧電体１５０，１５２の一方である圧電体１５０に接続される一方、位相反転回路１８８、位相シフタ１９０およびアンプ１９１を経た第２経路を経て、第１対を成す２個の圧電体１５０および１５４の他方である圧電体１５４に接続されている。各アンプ１８６，１９１は、駆動電圧制御回路１７２から入力された指令信号によって生成された駆動信号を、対応する圧電体１５０，１５４に印加する。

位相反転回路１８８は、発振器１８２から入力された交番電圧信号を、それの位相を反転させて位相シフタ１９０に供給する。この位相反転回路１８８は、上記第２経路のみに設けられるため、圧電体１５０と１５４とでは、対応するアンプ１８６，１９１から供給される交番電圧信号の位相が互いに逆となる。

いずれの経路においても、位相シフタ１８４，１９０は、前記映像信号と反射ミラー部１２２の振動とが互いに同期するように、圧電体１５０，１５４に供給されるべき交番電圧信号の位相を変化させるために設けられている。

本実施形態においては、前述の第２対を成す２個の圧電体１５２，１５６（いずれか一方でも可。）が、振動体１２４の振動周波数を検出するためにその振動体１２４に貼り付けられている。図５に示すように、それら２個の圧電体１５２および１５６は、振動体１２４の捩じり振動に伴い、各圧電体１５２，１５６を構成する圧電素子１６０において変位（歪み）を発生させる。

各圧電体１５２，１５６は、その変位を電荷（電圧）に変換する性質を有する。この性質を利用し、かつ、各圧電体１５２，１５６に発生した電圧を表す電気信号の周波数を検出すれば、振動体１２４の振動周波数を検出することが可能である。図７に示すように、それら圧電体１５２，１５６には、それら圧電体１５２，１５６に発生した電気信号から振動体１２４の振動周波数を検出する振動周波数検出回路１９２が接続されている。

なお付言するに、本実施形態においては、「交番電圧」という用語が、時間と共に極性は変化しないが振幅は変化する脈動電圧を意味する用語として使用される。ただし、「交番電圧」という用語を、時間と共に極性も振幅も変化する交流電圧を意味する用語として使用し、その意味において、交番電圧が各圧電体１５０，１５４に印加されるようにして本発明を実施することが可能である。

図１に示すように、このＲＳＤは、ビームディテクタ１９３を定位置に備えている。ビームディテクタ１９３は、光スキャナ１０４によって偏向されたレーザビーム（すなわち、主走査方向において走査されたレーザビーム）を検出することにより、そのレーザビームの主走査方向における位置を検出するために設けられている。ビームディテクタ１９３の一例は、ホトダイオードである。

ビームディテクタ１９３は、レーザビームが所定の位置に到達したことを示す信号をＢＤ信号として出力し、その出力されたＢＤ信号は信号処理回路６０に供給される。このビームディテクタ１９３から出力されたＢＤ信号に応答し、信号処理回路６０は、ビームディテクタ１９３がレーザビームを検出した時期から設定時間が経過するのを待って、必要な駆動信号を各レーザドライバ７０，７２，７４に供給する。これにより、各走査線ごとに、画像表示開始タイミングが決定され、その決定された画像表示開始タイミングで画像表示が開始される。よって、画像信号とレーザビーム走査位置との同期が確実化される。

以上説明した光スキャナ１０４によって水平走査されたレーザビームは、図１に示すように、リレー光学系１９４によって垂直走査系２００に伝送される。

この垂直走査系１２０は、図１に示すように、機械的偏向によって光走査を行う揺動ミラーとしてのガルバノミラー２１０を備えている。ガルバノミラー２１０には、水平走査系１００から出射したレーザビームがリレー光学系１９４によって集光されて入射するようになっている。このガルバノミラー２１０は、垂直走査駆動回路２１１により、ガルバノミラー２１０に入射したレーザビームの光軸と交差する回転軸線まわりに揺動させられる。このガルバノミラー２１０の起動タイミングおよび回転速度は、信号処理回路６０から供給される垂直同期信号に基づいて制御される。この垂直走査系１２０は、ガルバノミラー２１０を主体として構成されているが、他の形式で構成することも可能である。

以上説明した水平走査系１００と垂直走査系２００との協働により、レーザビームが２次元的に走査され、その走査されたレーザビームによって表現される画像が、リレー光学系２１４を経て観察者の眼１０に照射される。本実施形態においては、リレー光学系２１４が、光路上において複数個の光学素子２１６，２１８を並んで備えている。

図７に示すように、駆動電圧制御回路１７２と駆動周波数制御回路１７４と振動周波数検出回路１９２とはいずれも、信号処理回路６０に接続されている。この信号処理装置６０は、コンピュータ２３２を主体として構成されている。コンピュータ２３２は、ＣＰＵ２３４とＲＯＭ２３６とＲＡＭ２３８とが図示しないバスによって互いに接続されて構成されている。

振動体１２４は、主にそれの質量と剛性とで決まる固有振動数ｆ０（「共振周波数」ともいう。）を有している。したがって、振動体１２４をその固有振動数ｆ０付近の周波数で振動させると、振動体１２４は共振状態で振動させられる。この共振状態は、駆動エネルギーが振動体１２４に対してロスなく出入りする状態であるため、図８にグラフで表すように、反射ミラー部１２２の振れ角θが極大値θ０となる。この振動体１２４を共振状態で使用し、効率よく光スキャナ１０４を駆動するためには、その振れ角θの実際値が極大値（目標値）θ０に一致することが重要である。

振れ角θは、駆動電圧に応じて増加するが、その一方で、駆動電圧に応じて固有振動数ｆ０が変化する。図９には、固有振動数ｆ０と振れ角θと駆動電圧Ｖとの関係が３つのグラフで表されている。それらグラフから、駆動電圧Ｖの上昇につれて振れ角θが増加する一方で、固有振動数ｆ０が低下する特性を有することが分かる。図１０（ａ）には、駆動電圧Ｖの上昇につれて振れ角θが増加する特性がグラフで概念的に表され、同図（ｂ）には、駆動電圧Ｖの上昇（すなわち、振れ角θの増加）につれて固有振動数ｆ０が低下する特性がグラフで概念的に表されている。

ここで、駆動電圧Ｖの上昇につれて固有振動数ｆ０が低下する原因を考察するに、振動体１２４が揺動する際にその揺動に対抗する力として空気抵抗が存在する。この空気抵抗は、振動体１２４の揺動を邪魔する点で、その振動体１２４の質量と等価である。一方、駆動電圧Ｖの上昇につれて振れ角θが増加する（周波数が一定であれば、揺動速度は一定である）。

そのため、駆動電圧Ｖの上昇につれて振動体１２４の空気抵抗が増加し、このことは、振動体１２４の質量がみかけ上増加することを意味する。このような駆動電圧Ｖと空気抵抗すなわち振動体１２４のみかけ上の質量との間に成立する一定の関係が原因で、駆動電圧Ｖの上昇につれて固有振動数ｆ０が低下する現象が発生すると結論される。

したがって、振動体１２４を停止状態から起動させて振れ角θの実際値を目標値θ０まで増加させるためには、上述の特性のもとに、振動体１２４の共振状態の確保と駆動電圧Ｖの確保とを一緒に実現することが必要である。

そこで、本実施形態においては、共に駆動源である圧電体１５０，１５４に印加される電圧である駆動電圧Ｖと、駆動周波数ｆＤとを制御することにより、振動体１２４が、駆動電圧Ｖが０である停止状態から、反射ミラー部１２２の振れ角θの実際値が目標値θ０に実質的に等しい状態で振動体１２４が共振する共振状態に遷移させられる。

本実施形態においては、駆動電圧Ｖが０から最終値まで一回の工程によって一挙に昇圧されるのではなく、まず０から中間値（最終値より小さい固定値）まで昇圧され、次にその中間値から最終値（振動体１２４の個体差に応じて変動する可変値）まで変化させられるというように、駆動電圧Ｖが複数回の工程に分けて段階的に昇圧される。

すなわち、本実施形態においては、駆動電圧Ｖが制御されることにより、振動体１２４に対してソフトスタートが実行されるのであり、これにより、振動体１２４が起動時に過大な衝撃によって破損する可能性が軽減される。振れ角θの実際値は、後に詳述するように、ビームディテクタ１９３を用いて検出される。

上述のソフトスタートを実行するために、本実施形態においては、駆動電圧Ｖが０から最終値まで変化する全体変化領域のうちの前半の部分領域においては、駆動電圧Ｖを０から、中間値である第１しきい値Ｖｔｈ１まで昇圧する前半制御が行われる。後半の部分領域においては、振れ角θの実際値を監視しつつ、その実際値が目標値θ０に実質的に一致するように、その駆動電圧Ｖを第１しきい値Ｖｔｈ１から最終値に変化させる後半制御が行われる。

本実施形態においては、前半制御および後半制御のいずれを問わず、駆動電圧Ｖがステップ幅ΔＶずつ昇圧されるが、前半制御において駆動電圧Ｖが昇圧されるステップ幅ΔＶ１の方が、後半制御において駆動電圧Ｖが昇圧されるステップ幅ΔＶ２より大きい。したがって、駆動電圧Ｖの昇圧勾配は前半制御の方が後半制御より急となる。

さらに、本実施形態においては、前半制御が、駆動電圧Ｖに応じて変化する振動体１２４の共振周波数（固有振動数）ｆ０に追従するように駆動周波数ｆＤを制御する追従制御を行わないように実行される。これに対し、後半制御は、駆動電圧Ｖに応じて変化する振動体１２４の共振周波数ｆ０に追従するように駆動周波数ｆＤを制御する追従制御を含むように実行される。その追従制御は、後半制御の実行期間の一部（後半）において制限的に実行される。

すなわち、本実施形態においては、前半制御が前記（１）項における「前半制御」の一例を構成し、後半制御が同項における「後半制御」の一例を構成しているのである。

振動体１２４が共振状態にあるか否かは、振動周波数検出回路１９２により、各圧電体１５２，１５６に誘起される検出信号の周波数に基づいて判定される。その周波数は、振動体１２４の振動周波数に一致する。本実施形態においては、例えば、振動周波数検出回路１９２によって検出される振動体１２４の振動周波数と、駆動周波数ｆＤとの位相差が実質的に設定値（例えば、約９０度）に一致するか否かが判定され、一致すれば振動体１２４が共振状態にあると判定され、一致しなければ振動体１２４が共振状態にはないと判定される。

さらに、本実施形態においては、後半制御が、（ａ）駆動電圧Ｖが第１しきい値Ｖｔｈ１に到達したら、振動体１２４の共振周波数ｆ０に実質的に一致するように駆動周波数Ｆｄを調整する第１周波数調整と、（ｂ）駆動電圧Ｖを第１しきい値Ｖｔｈ１から、設定電圧である第２しきい値Ｖｔｈ２まで昇圧する昇圧制御と、（ｃ）駆動電圧Ｖが第２しきい値Ｖｔｈ２に到達したら、振動体１２４の共振周波数ｆ０に実質的に一致するように駆動周波数ｆＤを調整する第２周波数調整と、（ｄ）その第２周波数調整の終了後、駆動電圧Ｖを第２しきい値Ｖｔｈ２から最終値まで変化させる変圧制御とを含むように実行される。

その昇圧制御は、駆動電圧Ｖに応じて変化する振動体１２４の共振周波数ｆ０に追従するように駆動周波数ｆＤを制御する追従制御を含んでいる。その追従制御は、それが属する昇圧制御の実行中、駆動電圧Ｖの昇圧に対して間欠的に、すなわち、ステップ幅ΔＶ２ごとに実行される。

第２しきい値Ｖｔｈ２は、振れ角θの実際値が目標値θ０に実質的に一致するときに駆動電圧Ｖが取ることが予想される高さより高く設定されている。そして、前記変圧制御は、駆動電圧Ｖを降圧することによって振れ角θの実際値を目標値θ０に実質的に一致させるために実行される。

図１１には、上述のソフトスタートを実行するためにＣＰＵ２３４によって実行されるソフトスタートプログラムであってＲＯＭ２３６に記憶されているものがフローチャートで概念的に表されている。

このソフトスタートプログラムが実行されると、まず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。他のステップについても同じとする。）において、駆動電圧Ｖが０に初期化される。

次に、Ｓ２において、駆動電圧Ｖの現在値にステップ幅ΔＶ１が加算されることにより、駆動電圧Ｖが更新される。すなわち、駆動電圧Ｖの急昇圧が行われるのである。さらに、その更新された駆動電圧Ｖが電圧データとして駆動電圧制御回路１７２に入力され、その値を表す信号が駆動電圧制御回路１７２から水平走査駆動回路１７０に印加される。

このＳ２においては、さらに、予め定められた初期周波数ｆＤ０が駆動周波数制御回路１７４に供給され、その値を表す信号が駆動周波数制御回路１７４から水平走査駆動回路１７０に供給される。その結果、各圧電体１５０，１５４には、駆動電圧Ｖにつき、ＣＰＵ２３４によって計算された現在値が、初期周波数ｆＤ０のもとに、印加されることになる。

続いて、Ｓ３において、駆動電圧Ｖの現在値が第１しきい値Ｖｔｈ１（例えば、５［Ｖ］に選定されるが、他の値に選定することが可能である。）に到達したか否かが判定される。今回は、第１しきい値Ｖｔｈ１に未だ到達していないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ２に戻り、駆動電圧Ｖが再度更新される。Ｓ２およびＳ３の実行が必要回数繰り返された結果、駆動電圧Ｖの現在値が第１しきい値Ｖｔｈ１に到達すれば、Ｓ３の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４に移行する。

すなわち、本実施形態においては、Ｓ１ないしＳ３が互いに協働して前述の前半制御を構成し、これが前記（４）項における「前半制御」の一例を構成しているのである。

このＳ４においては、振動周波数検出回路１９２の検出結果に基づき、振動体１２４の振動周波数が共振周波数ｆ０に一致するように、駆動周波数ｆＤが制御される。具体的には、例えば、振動周波数検出回路１９２によって検出される振動体１２４の振動周波数と、駆動周波数ｆＤとの位相差が実質的に設定値（例えば、約９０度）に一致するように、駆動周波数ｆＤが制御される。駆動周波数ｆＤの変更は、駆動周波数制御回路１７４によって実現される。すなわち、このＳ４は、前述の第１周波数調整を構成し、これが前記（４）項における「第１周波数調整」の一例を構成しているのである。

その後、Ｓ５において、合計昇圧量Σが０に初期化される。続いて、Ｓ６において、駆動電圧Ｖの現在値にステップ幅ΔＶ２が加算されることにより、駆動電圧Ｖが更新される。すなわち、駆動電圧Ｖの緩昇圧が行われるのである。さらに、その更新された駆動電圧Ｖが電圧データとして駆動電圧制御回路１７２に入力され、その値を表す信号が駆動電圧制御回路１７２から水平走査駆動回路１７０に印加される。

このＳ６においては、駆動周波数ｆＤを変更するための指令が駆動周波数制御回路１７４に供給されない。したがって、各圧電体１５０，１５４には駆動電圧Ｖの現在値が、駆動周波数ｆＤの現在値のもとに、印加されることになる。

その後、Ｓ７において、合計昇圧量Σの現在値にステップ幅ΔＶ２が加算されることにより、合計昇圧量Σが更新される。続いて、Ｓ８において、その更新された合計昇圧量Σがしきい値Σｔｈに到達したか否かが判定される。到達した場合には、判定がＹＥＳとなり、Ｓ９において、Ｓ４と同様にして、振動体１２４が共振状態で揺動するように、駆動周波数ｆＤが調整される。これに対して、更新された合計昇圧量Σがしきい値Σｔｈに未だ到達していない場合には、Ｓ８の判定がＮＯとなり、Ｓ９がスキップされる。

いずれの場合にも、その後、Ｓ１０において、駆動電圧Ｖの現在値が第２しきい値Ｖｔｈ２に到達したか否かが判定される。未だ到達していない場合には、判定がＮＯとなり、Ｓ６に戻る。Ｓ６ないしＳ１０の実行が必要回数繰り返された結果、Ｓ１０の判定がＹＥＳとなれば、Ｓ１１において、Ｓ９と同様にして、振動体１２４が共振状態で揺動するように、駆動周波数ｆＤが調整される。

すなわち、Ｓ５ないしＳ１０が互いに協働して前述の昇圧制御を構成し、これが前記（４）項における「昇圧制御」の一例を構成しているのである。さらに、Ｓ１１が前述の第２周波数調整を構成し、これが同項における「第２周波数調整」の一例を構成しているのである。

続いて、Ｓ１２において、反射ミラー部１２２の振れ角θが検出される。ここに、「振れ角θ」は、スキャナ１０４によって走査されたレーザビーム（以下、単に「走査ビーム」ともいう。）の最大偏向角度である走査ビームの振れ角θを意味する。この振れ角θの検出については後に詳述する。

その後、Ｓ１３において、その検出された振れ角θが目標値θ０に実質的に等しいか否かが判定される。今回は、実質的に等しくないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ１４に移行する。

このＳ１４においては、駆動電圧Ｖの現在値からステップ幅ΔＶ３が減算されることにより、駆動電圧Ｖが更新される。すなわち、駆動電圧Ｖの降圧が行われるのである。さらに、その更新された駆動電圧Ｖが電圧データとして駆動電圧制御回路１７２に入力され、その値を表す信号が駆動電圧制御回路１７２から水平走査駆動回路１７０に印加される。

このＳ１４においては、駆動周波数ｆＤを変更するための指令が駆動周波数制御回路１７４に供給されない。したがって、各圧電体１５０，１５４には駆動電圧Ｖの現在値が、駆動周波数ｆＤの現在値のもとに、印加されることになる。

続いて、Ｓ１５において、Ｓ９およびＳ１１と同様にして、振動体１２４が共振状態で揺動するように、駆動周波数ｆＤが調整される。その後、Ｓ１２に戻る。

Ｓ１２ないしＳ１５の実行が必要回数繰り返された結果、振れ角θの実際値が目標値θ０に実質的に一致するに至ると、Ｓ１３の判定がＹＥＳとなり、以上で、このソフトスタートプログラムの一回の実行が終了する。

すなわち、Ｓ１２ないしＳ１５が互いに協働して前述の変圧制御を構成し、これが前記（４）項における「変圧制御」の一例を構成しているのである。

図１２には、図１１におけるＳ１２の詳細が振れ角検出ルーチンとしてフローチャートで概念的に表されている。この振れ角検出ルーチンにおいては、ビームディテクタ１９３を利用して振れ角θが検出される。以下、この振れ角検出ルーチンを図１２を参照して具体的に説明するが、それに先立ち、この振れ角検出ルーチンの実行によって反射面１２０の振れ角θが検出される原理を図１３および図１４を参照して説明する。

図１３および図１４にはそれぞれ、光スキャナ１０４から走査ビームが放出される光路が示されている。さらに、各紙面に直交する仮想走査面上に走査ビームが照射される照射点が、走査ビームの各瞬間における角度である走査角φに応じて移動する様子も示されている。走査角φの最大値が振れ角θに該当する。

図１３には、振れ角θの実際値θａｃｔが設計値θｄｅｓと一致する場合、すなわち、光スキャナ１０４による走査振れ角が正常である場合に、走査ビームが揺動する様子が示されている。

図１３に示すように、走査角φが０から増加して設計値θｄｅｓに到達するまでに経過する時間は、走査ビームの走査周期を「Ｔ」で表わせば、Ｔ／４に等しい。したがって、走査角φが０から増加して、走査ビームがビームディテクタ１９３に入射する角度αに到達するまでに経過する時間を「ｔｓ」で表わし、さらに、走査角φが、角度αから増加して設計値θｄｅｓに到達するまでに経過する時間を「ｔｍ」で表わせば、時間ｔｓは、
ｔｓ＝Ｔ／４−ｔｍ
なる式で誘導できる。

ここに、時間ｔｍは、走査ビームがビームディテクタ１９３に前回入射した時期から、今回入射した時期までの、短い方の経過時間ｔｂｍの半値として測定することが可能である。したがって、その経過時間ｔｂｍを測定すれば、時間ｔｓを検出することが可能である。

これに対し、図１４には、振れ角θの実際値θａｃｔが設計値θｄｅｓより小さい場合、すなわち、光スキャナ１０４による走査振れ角が異常である場合に、走査ビームが揺動する様子が示されている。

図１４に示すように、走査角φが０から増加して角度αに到達するまでに経過する時間を「ｔｓ’」で表わし、さらに、走査角φが、角度αから増加して実際値θａｃｔに到達するまでに経過する時間を「ｔｍ’」で表わせば、時間ｔｓ’は、
ｔｓ’＝Ｔ／４−ｔｍ’
なる式で誘導できる。

ここに、図１３における時間ｔｓと図１４における時間ｔｓ’とを長さに関して互いに比較すると、図１３に示す場合と図１４に示す場合とで、走査ビームがビームディテクタ１９３に入射する角度αが互いに共通するにもかかわらず、走査ビームがビームディテクタ１９３を通過するときの速度が、図１４に示す場合の方が図１３に示す場合より、遅い。したがって、振れ角θの実際値θａｃｔが小さいほど、走査角φが０から増加して角度αに到達するまでに経過する時間が長くなる。すなわち、時間ｔｓ’の方が時間ｔｓより長いのである。

以上の説明から明らかなように、時間ｔｓが判明すれば、それに応じて振れ角θの実際値θａｃｔを検出することが可能なのである。

以上説明した知見に基づき、図１２に示す振れ角検出ルーチンにおいては、まず、Ｓ３１において、時間ｔｂｍが０にセットされる。次に、Ｓ３２において、ビームディテクタ１９３からＢＤ信号が入力されたか否か、すなわち、走査ビームがビームディテクタ１９３に入射したか否かが判定される。

今回は、ＢＤ信号が入力されなかったと仮定すれば、Ｓ３２の判定がＮＯとなり、直ちにこの振れ角検出ルーチンの一回の実行が終了する。これに対し、今回は、ＢＤ信号が入力されたと仮定すれば、Ｓ３２の判定がＹＥＳとなり、Ｓ３３に移行する。

このＳ３３においては、時間ｔｂｍが設定増分Δｔだけ増加させられ、続いて、Ｓ３４において、次のＢＤ信号が入力されるのが待たれる。次のＢＤ信号が入力されるまで、Ｓ３３の実行が繰り返され、その間、時間ｔｂｍが設定増分Δｔずつ順次増加させられる。

次のＢＤ信号が入力されたならば、Ｓ３４の判定がＹＥＳとなり、Ｓ３５において、時間ｔｂｍの現在値が判定値ｔ０より短いか否かが判定される。以下、このＳ３５の機能を具体的に説明する。

本実施形態においては、ビームディテクタ１９３から互いに時期的に隣接して入力された２個のＢＤ信号の時間間隔ｔｂｍに基づいて振れ角が検出されるが、走査ビームがビームディテクタ１９３を前回通過してから今回再び通過するまでの経路が、図１３からも明らかなように、２種類存在する。すなわち、走査ビームが、ビームディテクタ１９３から、走査角φが０である点を通過して、再びビームディテクタ１９３に戻る第２の経路と、ビームディテクタ１９３から、走査角φが振れ角θの実際値θａｃｔと一致する点を通過して、再びビームディテクタ１９３に戻る第１の経路とが存在するのである。

第１の経路は、第２の経路より長さが短い。一方、図１３に示すように、最終的に取得すべき物理量は、時間ｔｓであるが、本実施形態においては、まず、時間ｔｂｍを取得することが必要である。その時間ｔｂｍは、第１の経路に対応するから、図１２のＳ３５において判定される時間ｔｂｍが基準値ｔ０より短くはない場合には、その時間ｔｂｍが、第２の経路に対応する時間である可能性があるという理由で、除外されるようになっている。

そして、今回は、時間ｔｂｍの現在値が基準値ｔ０より短くはないと仮定すれば、Ｓ３５の判定がＮＯとなり、直ちにこの振れ角検出ルーチンの一回の実行が終了する。これに対し、今回は、時間ｔｂｍの現在値が基準値ｔ０より短いと仮定すれば、Ｓ３５の判定がＹＥＳとなり、Ｓ３６において、時間ｔｂｍの現在値に基づき、前述の原理に従い、振れ角θの実際値θａｃｔが演算される。

以上で、この振れ角検出ルーチンの一回の実行が終了する。

図１５には、前記ソフトスタートプログラムの一実行例において駆動電圧Ｖおよび駆動周波数ｆＤがそれぞれ示す時間的推移がグラフで表されている。この実行例においては、中間値である第１しきい値Ｖｔｈ１が５［Ｖ］に設定され、設定電圧である第２しきい値Ｖｔｈ２が４０［Ｖ］に設定されている。

このソフトスタートプログラムの実行が開始されると、まず、前半制御が行われ、その結果、駆動電圧Ｖが急勾配で昇圧され、やがて短時間で第１しきい値Ｖｔｈ１に到達する。この前半制御中、振動体１２４の共振状態を実現するための駆動周波数ｆＤの調整が省略され、駆動周波数ｆＤが３０［ｋＨｚ］に維持される。

次に、後半制御が行われる。この後半制御は、（ａ）駆動電圧Ｖを第１しきい値Ｖｔｈ１から第２しきい値Ｖｔｈ２まで昇圧する第１工程と、（ｂ）駆動電圧Ｖをその第２しきい値Ｖｔｈ２から最終値まで降圧する第２工程とに分割される。

第１工程においては、駆動電圧Ｖのステップ幅ΔＶ２での昇圧と、振動体１２４の共振状態を実現するための駆動周波数ｆＤの調整とが交互に行われる。これに対し、第２工程においては、駆動電圧Ｖのステップ幅ΔＶ３での降圧と、振動体１２４の共振状態を実現するための駆動周波数ｆＤの調整とが交互に行われる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、光スキャナ１０４が前記（１）項における「揺動型スキャナ」の一例を構成し、反射ミラー部１２２が同項における「ミラー」の一例を構成し、圧電体１５０，１５４がそれぞれ同項における「駆動源」の一例を構成し、水平走査駆動回路１７０と駆動電圧制御回路１７２と駆動周波数制御回路１７４と振動周波数検出回路１９２とビームディテクタ１９３と信号処理回路６０のうち前述のソフトスタートに関連する部分とが互いに協働して同項に係る「振動体制御装置」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、水平走査駆動回路１７０が前記（１）項における「信号印加部」の一例を構成し、駆動電圧制御回路１７２と駆動周波数制御回路１７４と振動周波数検出回路１９２とビームディテクタ１９３と信号処理回路６０のうち図１１に示すソフトスタートプログラムを実行する部分とが互いに協働して同項における「状態遷移部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、第１しきい値Ｖｔｈ１が前記（１）項における「中間値」の一例を構成し、第２しきい値Ｖｔｈ２が前記（４）項における「設定電圧」の一例を構成し、初期周波数ｆＤ０が前記（２）項における「第１設定周波数」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、このＲＳＤが前記（８）項に係る「画像形成装置」の一例を構成し、光源ユニット２０が同項における「光源」の一例を構成し、水平走査系１００と垂直走査系２００とが互いに協働して同項における「走査部」の一例を構成しているのである。

さらに、本実施形態においては、図１１におけるＳ１ないしＳ１１が前記（１０）項における「前半制御工程」の一例を構成し、同図におけるＳ１２ないしＳ１５が同項における「後半制御工程」の一例を構成しているのである。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態とソフトスタートプログラムの内容のみが異なり、他の要素については共通するため、ソフトスタートプログラムの内容についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の名称または符号を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。

第１実施形態においては、図１５に示すように、駆動電圧Ｖが第１しきい値Ｖｔｈ１まで昇圧された後、駆動周波数ｆＤの間欠的調整と並行して、駆動電圧Ｖの第２しきい値Ｖｔｈ２への昇圧が行われる。これに対し、本実施形態においては、駆動電圧Ｖが第１しきい値Ｖｔｈ１まで昇圧された後、駆動周波数ｆＤの間欠的調整を伴うことなく、駆動電圧Ｖの第２しきい値Ｖｔｈ２への昇圧が行われる。

ただし、本実施形態においては、その昇圧に先立ち、駆動周波数ｆＤが、初期周波数ｆＤ０より低い設定周波数ｆＤ１まで低下させられる。その設定周波数ｆＤ１の高さは、駆動電圧Ｖが第１しきい値Ｖｔｈ１から第２しきい値Ｖｔｈ２まで昇圧されたときにおける振動体１２４の共振周波数ｆ０を見込んで設定される。すなわち、本実施形態においては、その設定周波数ｆＤ１が前記（６）項における「第２設定周波数」の一例を構成しているのである。

図１６には、本実施形態に従うＲＳＤにおけるコンピュータ２３２によって実行されるソフトスタートプログラムが概念的にフローチャートで表されている。

このソフトスタートプログラムにおいては、まず、Ｓ５１ないしＳ５３が図１１におけるＳ１ないしＳ３と同様にして実行されることにより、前半制御が実行される。その後、Ｓ５４において、図１１におけるＳ４と同様にして、駆動周波数ｆＤが調整される。続いて、Ｓ５５において、駆動周波数ｆＤが設定周波数ｆＤ１に低下させられる。

その後、Ｓ５６において、駆動電圧Ｖの現在値にステップ幅ΔＶ４が加算されることにより、駆動電圧Ｖが更新される。その結果、各圧電体１５０，１５４には、駆動電圧Ｖの現在値が設定周波数ｆＤ１で印加されることになる。

続いて、Ｓ５７において、駆動電圧Ｖの現在値が第２しきい値Ｖｔｈ２に到達したか否かが判定される。未だ到達していない場合には、判定がＮＯとなり、Ｓ５６に戻る。Ｓ５６およびＳ５７の実行が必要回数繰り返された結果、Ｓ５７の判定がＹＥＳとなれば、Ｓ５８において、Ｓ５４と同様にして、振動体１２４が共振状態で揺動するように、駆動周波数ｆＤが調整される。

その後、Ｓ５９ないしＳ６２が図１１におけるＳ１２ないしＳ１５と同様にして実行されることにより、駆動電圧Ｖの降圧と駆動周波数ｆＤの調整とが、振動体１２４の振れ角θが目標値θ０に実質的に等しくなるまで、交互に反復される。

図１７には、このソフトスタートプログラムの一実行例において駆動電圧Ｖおよび駆動周波数ｆＤがそれぞれ示す時間的推移がグラフで表されている。この実行例においては、中間値である第１しきい値Ｖｔｈ１が５［Ｖ］に設定され、設定電圧である第２しきい値Ｖｔｈ２が４０［Ｖ］に設定されている。初期周波数ｆＤ０は、３０［ｋＨｚ］に設定され、設定周波数ｆＤ１は、３０［ｋＨｚ］より低い周波数であって、例えば、１０［ｋＨｚ］に設定されている。

このソフトスタートプログラムの実行が開始されると、まず、前半制御が行われ、その結果、駆動電圧Ｖが急勾配で昇圧され、やがて第１しきい値Ｖｔｈ１に到達する。この前半制御中、振動体１２４の共振状態を実現するための駆動周波数ｆＤの調整が省略され、駆動周波数ｆＤが３０［ｋＨｚ］に維持される。

次に、後半制御が行われる。この後半制御は、（ａ）駆動電圧Ｖを保持しつつ、駆動周波数ｆＤを３０［ｋＨｚ］から設定周波数ｆＤ１まで低下させる第１工程と、（ｂ）駆動周波数ｆＤをその設定周波数ｆＤ１に固定しつつ、駆動電圧Ｖを第１しきい値Ｖｔｈ１から第２しきい値Ｖｔｈ２まで昇圧する第２工程と、（ｃ）駆動電圧Ｖをその第２しきい値Ｖｔｈ２から最終値まで降圧する第３工程とに分割される。

第２工程においては、駆動電圧Ｖのステップ幅ΔＶ４での昇圧が、振動体１２４の共振状態を実現するための駆動周波数ｆＤの調整を伴うことなく行われる。これに対し、第３工程においては、駆動電圧Ｖのステップ幅ΔＶ３での降圧と、振動体１２４の共振状態を実現するための駆動周波数ｆＤの調整とが交互に行われる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態とソフトスタートプログラムの内容のみが異なり、他の要素については共通するため、ソフトスタートプログラムの内容についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の名称または符号を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。

第１実施形態においては、図１５に示すように、駆動電圧Ｖが第１しきい値Ｖｔｈ１まで昇圧された後、駆動周波数ｆＤの間欠的調整に並行して駆動電圧Ｖの第２しきい値Ｖｔｈ２への昇圧が行われ、その後、振れ角θが目標値θ０に実質的に一致するまで、駆動電圧Ｖが降圧される。

これに対し、本実施形態においては、駆動電圧Ｖが第１しきい値Ｖｔｈ１まで昇圧された後、駆動周波数ｆＤの間欠的調整に並行して、振れ角θが目標値θ０に実質的に一致するまで、駆動電圧Ｖの昇圧が昇圧される。すなわち、本実施形態においては、第１実施形態とは異なり、駆動電圧Ｖを第２しきい値Ｖｔｈ２に昇圧することも、第２しきい値Ｖｔｈ２から降圧することも、行われない。

図１８には、本実施形態に従うＲＳＤにおけるコンピュータ２３２によって実行されるソフトスタートプログラムが概念的にフローチャートで表されている。

このソフトスタートプログラムにおいては、まず、Ｓ７１ないしＳ７３が図１１におけるＳ１ないしＳ３と同様にして実行されることにより、前半制御が実行される。その後、Ｓ７４において、図１１におけるＳ４と同様にして、駆動周波数ｆＤが調整される。

続いて、Ｓ７５において、駆動電圧Ｖの現在値にステップ幅ΔＶ５が加算されることにより、駆動電圧Ｖが更新される。その結果、各圧電体１５０，１５４には、駆動電圧Ｖの現在値が印加されることになる。その後、Ｓ７６において、Ｓ３４と同様にして、振動体１２４が共振状態で揺動するように、駆動周波数ｆＤが調整される。

続いて、Ｓ７７において、図１１におけるＳ１１と同様にして、振動体１２４の振れ角θが検出される。続いて、Ｓ７８において、振動体１２４の振れ角θが目標値θ０に実質的に一致しているか否かが判定される。一致していない場合には、判定がＮＯとなり、Ｓ７５に戻る。それらＳ７５ないしＳ７８の実行が繰り返されると、駆動電圧Ｖの昇圧と駆動周波数ｆＤの調整とが交互に行われ、これは、振動体１２４の振れ角θが目標値θ０に実質的に等しくなるまで行われる。

図１９には、このソフトスタートプログラムの一実行例において駆動電圧Ｖおよび駆動周波数ｆＤがそれぞれ示す時間的推移がグラフで表されている。この実行例においては、中間値である第１しきい値Ｖｔｈ１が５［Ｖ］に設定されている。また、初期周波数ｆＤ０が３０［ｋＨｚ］に設定されている。

このソフトスタートプログラムの実行が開始されると、まず、前半制御が行われ、その結果、駆動電圧Ｖが急勾配で昇圧され、やがて第１しきい値Ｖｔｈ１に到達する。この前半制御中、振動体１２４の共振状態を実現するための駆動周波数ｆＤの調整が省略され、駆動周波数ｆＤが３０［ｋＨｚ］に維持される。

次に、後半制御が行われる。この後半制御においては、駆動電圧Ｖのステップ幅ΔＶ５での昇圧が、振動体１２４の共振状態を実現するための駆動周波数ｆＤの調整に並行して行われる。この後半制御は、振れ角θが目標値θ０に実質的に一致するまで、実行される。

なお付言するに、本実施形態においては、第２しきい値Ｖｔｈ２が４０［Ｖ］である場合において第１しきい値Ｖｔｈ１が５［Ｖ］に選定されているが、第１しきい値Ｖｔｈ１は別の高さ、例えば、２０［Ｖ］に選定することが可能である。いずれにしても、第１しきい値Ｖｔｈ１は、０からその高さに急に駆動電圧Ｖが昇圧されても、振動体１２４がダメージを受けない高さに、その振動体１２４の個別具体的な事情を見込んで選定される。

さらに付言するに、本実施形態においては、第１しきい値Ｖｔｈ１は第２しきい値Ｖｔｈ２の約８ないし約１２パーセントの範囲内の値として選定されているが、例えば、約２０ないし約４０パーセントの範囲内の値として選定したり、約４０ないし約６０パーセントの範囲内の値として選定したり、約６０ないし約８０パーセントの範囲内の値として選定することが可能である。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

本発明の第１実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ装置を示す系統図である。 図１における光スキャナ１０４を組立て状態で示す斜視図である。 図１における光スキャナ１０４を示す分解斜視図である。 図２における振動体１２４の一部を示す縦断面図である。 図２における振動体１２４を示す斜視図である。 図１における水平走査駆動回路１７０のハードウェア構成を示すブロック図である。 図３における本体部１１０を示す斜視図と、図１における信号処理回路６０，水平走査駆動回路１７０，駆動電圧制御回路１７２，駆動周波数制御回路１７４および振動周波数検出回路１９２相互の関係を説明するためのブロック図である。 図７における振動体１２４の振動周波数ｆと振れ角θとの関係を説明するためのグラフである。 図７における振動体１２４の固有振動数ｆ０が駆動電圧Ｖに応じて変化することを説明するためのグラフである。 図７における振動体１２４の駆動電圧Ｖと振れ角θとの関係を説明するためのグラフと、振動体１２４の駆動電圧Ｖと固有振動数ｆ０との関係を説明するためのグラフである。 図７におけるコンピュータ２３２によって実行されるソフトスタートプログラムの内容を概念的に表わすフローチャートである。 図１１におけるＳ１２の詳細を振れ角検出ルーチンとして概念的に表わすフローチャートである。 図１２に示す振れ角検出ルーチンの実行によって振動体１２４の振れ角θが検出される原理を説明するための光路図である。 図１３に示す振れ角検出ルーチンの実行によって振動体１２４の振れ角θが検出される原理を説明するための別の光路図である。 図１１に示すソフトスタートプログラムの実行による一制御例において駆動電圧Ｖと駆動周波数ｆＤとが示す時間的推移をそれぞれ説明するためのグラフである。 本発明の第２実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ装置におけるコンピュータ２３２によって実行されるソフトスタートプログラムの内容を概念的に表わすフローチャートである。 図１６に示すソフトスタートプログラムの実行による一制御例において駆動電圧Ｖと駆動周波数ｆＤとが示す時間的推移をそれぞれ説明するためのグラフである。 本発明の第３実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ装置におけるコンピュータ２３２によって実行されるソフトスタートプログラムの内容を概念的に表わすフローチャートである。 図１８に示すソフトスタートプログラムの実行による一制御例において駆動電圧Ｖと駆動周波数ｆＤとが示す時間的推移をそれぞれ説明するためのグラフである。

符号の説明

２０ 光源ユニット
６０ 信号処理回路
１０４ 光スキャナ
１２２ 反射ミラー部
１２４ 振動体
１５０，１５２，１５４，１５６ 圧電体
１７０ 水平走査駆動回路
１７２ 駆動電圧制御回路
１７４ 駆動周波数制御回路
１９２ 振動周波数検出回路
２３２ コンピュータ

Claims (10)

1. （ａ）入射光束を反射するミラーを有し、そのミラーに平行な揺動軸線まわりに揺動させられる振動体と、（ｂ）電圧を変位に変換することにより、前記振動体を共振状態で駆動する駆動源とを有し、それにより、前記入射光束を走査する振動型スキャナに接続されて使用され、前記振動体を制御する振動体制御装置であって、
   電圧が周期的に変化する駆動信号を前記駆動源に印加する信号印加部と、
   前記駆動源に印加される駆動信号の振幅である駆動電圧とその駆動信号の周波数である駆動周波数とを制御することにより、前記振動体を、前記駆動電圧が０である停止状態から、前記ミラーの振れ角の実際値が目標値に実質的に等しい状態で前記振動体が共振する共振状態に遷移させる状態遷移部と
   を含み、その状態遷移部は、前記駆動電圧が０から最終値まで変化する全体変化領域のうちの前半の部分領域においては、前記駆動電圧の０から、前記最終値より小さい値として予め設定された中間値への昇圧を含む前半制御を行い、後半の部分領域においては、前記振れ角の実際値が前記目標値に実質的に一致するように、その駆動電圧の前記中間値から前記最終値への変更と前記駆動周波数の調整とを含む後半制御を行う振動体制御装置。
2. 前記前半制御は、前記駆動周波数を前記振動体の共振周波数近傍の第１設定周波数に固定したまま、前記駆動電圧を０から前記中間値まで昇圧する請求項１に記載の振動体制御装置。
3. 前記後半制御は、前記駆動電圧に応じて変化する前記振動体の共振周波数に追従するように前記駆動周波数を制御する追従制御を含む請求項１または２に記載の振動体制御装置。
4. 前記後半制御は、
   （ａ）前記駆動電圧が前記中間値に到達したら、前記振動体の共振周波数に実質的に一致するように前記駆動周波数を調整する第１周波数調整と、
   （ｂ）前記駆動電圧を前記中間値から設定電圧まで昇圧する昇圧制御と、
   （ｃ）前記駆動電圧が前記設定電圧に到達したら、前記振動体の共振周波数に実質的に一致するように前記駆動周波数を調整する第２周波数調整と、
   （ｄ）その第２周波数調整の終了後、前記駆動電圧を前記設定電圧から前記最終値まで、前記振れ角の実際値が前記目標値に実質的に一致するように変化させる変圧制御と
   を含む請求項１ないし３のいずれかに記載の振動体制御装置。
5. 前記昇圧制御は、前記駆動電圧に応じて変化する前記振動体の共振周波数に追従するように前記駆動周波数を制御する追従制御を含む請求項４に記載の振動体制御装置。
6. 前記昇圧制御は、前記駆動電圧の昇圧に先立ち、前記駆動周波数を、その駆動周波数が前記第１周波数調整によって調整された周波数とは異なり、かつ、前記昇圧後の前記振動体の共振周波数の近傍にある第２設定周波数に低下させ、その第２設定周波数に固定したまま、前記駆動電圧を前記中間値から前記設定電圧まで昇圧する請求項４に記載の振動体制御装置。
7. 前記設定電圧は、前記振れ角の実際値が前記目標値に実質的に一致するときに前記駆動電圧が取ることが予想される電圧より高く設定されており、
   前記変圧制御は、前記駆動電圧を降圧することによって前記振れ角の実際値を前記目標値に実質的に一致させる請求項４ないし６のいずれかに記載の振動体制御装置。
8. 光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、
   前記光束を出射する光源と、
   請求項１ないし７のいずれかに記載の揺動型スキャナおよび振動体制御装置を有し、それら揺動型スキャナおよび振動体制御装置により、前記光源から出射した光束を走査する走査部と
   を含む画像形成装置。
9. 前記走査部によって走査された光束は、眼の網膜に入射し、それにより、前記画像がその網膜上に投影される請求項８に記載の画像形成装置。
10. （ａ）入射光束を反射するミラーを有し、そのミラーに平行な揺動軸線まわりに揺動させられる振動体と、（ｂ）電圧を変位に変換することにより、前記振動体を共振状態で駆動する駆動源とを有し、それにより、前記入射光束を走査する振動型スキャナを制御する揺動型スキャナ制御方法であって、
    電圧が周期的に変化する駆動信号であって前記駆動源に印加されるものの振幅である駆動電圧とその駆動信号の周波数である駆動周波数とを制御することにより、前記振動体を、前記駆動電圧が０である停止状態から、前記ミラーの振れ角の実際値が目標値に実質的に等しい状態で前記振動体が共振する共振状態に遷移させる状態遷移工程を含み、その状態遷移工程は、
    前記駆動電圧が０から最終値まで変化する全体変化領域のうちの前半の部分領域において、前記駆動電圧の０から、前記最終値より小さい値として予め設定された中間値への昇圧を含む前半制御を行う前半制御工程と、
    前記全体変化領域のうちの後半の部分領域において、前記振れ角の実際値が前記目標値に実質的に一致するように、その駆動電圧の前記中間値から前記最終値への変更と前記駆動周波数の調整とを含む後半制御を行う後半制御工程と
    を含む揺動型スキャナ制御方法。

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