JP4696581B2

JP4696581B2 - Optical scanning device and image display device

Info

Publication number: JP4696581B2
Application number: JP2005035657A
Authority: JP
Inventors: 重男野島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: JP2006221030A

Description

本発明は、光走査装置及び画像表示装置、特に、画像表示装置に用いられる光走査装置の技術に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and an image display device, and more particularly to a technique of an optical scanning device used for an image display device.

近年、ビーム状の光を走査することにより画像を表示する画像表示装置が提案されている。光は、光を反射している反射ミラーを振動させることによって、走査することが可能である。平面状の反射ミラーを用いて所定面に画像を表示するためには、反射した光が所定面に入射する角度範囲内において反射ミラーを往復回動させる必要がある。画像表示装置に用いる光学系はコンパクトであることが望ましいことから、画像表示装置に用いられる反射ミラーは、小型な構成で、かつ大きい回転角で駆動可能であることが望まれる。少ない駆動力で回転角を稼ぐために、反射ミラーに固有の共振周波数で反射ミラーを駆動することが提案されている。反射ミラーは、共振周波数で駆動することにより、少ないエネルギーで効率良く駆動することが可能となる。 In recent years, an image display apparatus that displays an image by scanning beam-like light has been proposed. Light can be scanned by vibrating a reflecting mirror that reflects the light. In order to display an image on a predetermined surface using a planar reflection mirror, it is necessary to reciprocate the reflection mirror within an angle range where the reflected light is incident on the predetermined surface. Since it is desirable that the optical system used in the image display apparatus is compact, it is desirable that the reflection mirror used in the image display apparatus can be driven with a small configuration and a large rotation angle. In order to obtain a rotation angle with a small driving force, it has been proposed to drive the reflecting mirror at a resonance frequency unique to the reflecting mirror. The reflection mirror can be driven efficiently with less energy by driving at the resonance frequency.

反射ミラーの共振周波数は、反射ミラーを構成する部材のヤング率に応じて決定される。ヤング率は温度の変化に応じて変化することから、反射ミラーの共振周波数は、レーザ光が反射ミラーにいくらか吸収されることで光走査装置に蓄積する熱や、周辺の温度、反射ミラーが駆動することで発生する熱等の影響により容易に変化してしまう。反射ミラーの共振周波数が変化すると、反射ミラーを常時略一定の周期で駆動しても振幅が著しく減少する等、反射ミラーの駆動が不安定になり易くなる。そこで、反射ミラーを効率良くかつ安定して駆動するために、反射ミラーの共振周波数を常時探索し、共振周波数で常に反射ミラーを駆動するような制御を行うことが考えられている。反射ミラーの共振周波数を常時探索し、共振周波数で常に反射ミラーを駆動するような制御を行うための技術は、例えば、特許文献１及び特許文献２に提案されている。 The resonance frequency of the reflection mirror is determined according to the Young's modulus of the members constituting the reflection mirror. Since the Young's modulus changes according to the temperature change, the resonance frequency of the reflection mirror is driven by the heat accumulated in the optical scanning device by absorbing some of the laser light into the reflection mirror, the ambient temperature, and the reflection mirror driving. It easily changes due to the influence of heat and the like generated. When the resonance frequency of the reflecting mirror changes, the driving of the reflecting mirror tends to become unstable, for example, the amplitude is significantly reduced even if the reflecting mirror is always driven at a substantially constant period. Therefore, in order to drive the reflection mirror efficiently and stably, it is considered to always search for the resonance frequency of the reflection mirror and perform control to always drive the reflection mirror at the resonance frequency. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 have proposed a technique for constantly searching for the resonance frequency of the reflection mirror and performing control such that the reflection mirror is always driven at the resonance frequency.

特開２００２−７８３６８号公報JP 2002-78368 A 特開２００４−５３９４３号公報JP 2004-53943 A

一般に、構造体を振動させるときの振動モードは、回転軸を中心として往復回動する所望の振動モードの他にも複数存在する場合が多い。また、構造体は、共振周波数に近い駆動周波数において、所望の振動モードとは異なる他の振動モードで振動する場合もある。単に駆動周波数を変化させながら共振周波数を探索すると、共振周波数に近い他の振動モードの駆動周波数を、共振周波数であるとして採用してしまう場合がある。このため、従来技術では、共振周波数であるとして探索された駆動周波数によって、所望の振動モードとは異なる他の振動モードで反射ミラーが振動することがあり得る。また、所望の振動モードで反射ミラーが動作している最中に、所望の振動モードから他の振動モードへ移行してしまう場合もある。このため、共振周波数を探索する従来の技術を用いても、反射ミラーが所望の振動モード以外の振動モードで動作する事態を回避することは困難である。反射ミラーを所望の振動モードで安定して駆動させることができないことは、高品質な画像を安定して表示する上で問題となる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、反射ミラーを効率良く、かつ所望の振動モードで安定して駆動することが可能な光走査装置、及びその光走査装置を用いることで高品質な画像を安定して表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 In general, there are often a plurality of vibration modes for vibrating the structure in addition to a desired vibration mode that reciprocally rotates around the rotation axis. Further, the structure may vibrate in another vibration mode different from the desired vibration mode at a driving frequency close to the resonance frequency. If the resonance frequency is searched while simply changing the drive frequency, a drive frequency in another vibration mode close to the resonance frequency may be adopted as the resonance frequency. For this reason, in the prior art, the reflection mirror may vibrate in another vibration mode different from the desired vibration mode depending on the drive frequency searched for being the resonance frequency. In addition, while the reflecting mirror is operating in the desired vibration mode, there is a case where the desired vibration mode is shifted to another vibration mode. For this reason, it is difficult to avoid a situation in which the reflection mirror operates in a vibration mode other than the desired vibration mode even if the conventional technique for searching for the resonance frequency is used. The inability to stably drive the reflecting mirror in a desired vibration mode is a problem in stably displaying a high-quality image. The present invention has been made in view of the above-described problems, and by using an optical scanning device capable of efficiently driving a reflecting mirror in a desired vibration mode and using the optical scanning device. An object of the present invention is to provide an image display device capable of stably displaying a high-quality image.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、反射ミラーを振動させることにより光を走査させる光走査装置であって、反射ミラーの変位を検出する検出部と、検出部からの信号に基づいて、反射ミラーが所定の回転軸を中心として往復回動する振動モードで振動するか否かを判定する振動モード判定部と、検出部からの信号に基づいて、反射ミラーが、反射ミラーに固有の共振周波数で振動するか否かを判定する共振判定部と、を有すること特徴とする光走査装置を提供することができる。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, an optical scanning device that scans light by vibrating a reflection mirror, a detection unit that detects the displacement of the reflection mirror, and a detection A vibration mode determination unit that determines whether the reflection mirror vibrates in a vibration mode that reciprocates around a predetermined rotation axis based on a signal from the unit, and a reflection mirror based on a signal from the detection unit It is possible to provide an optical scanning device including a resonance determination unit that determines whether or not to vibrate at a resonance frequency unique to the reflection mirror.

例えば、回転軸を中心として往復回動する振動モードで反射ミラーを駆動する場合であっても、所定の振動モードとは異なる他の振動モードで反射ミラーが振動する場合がある。本発明の光走査装置は、検出部からの信号に基づいて、反射ミラーが所定の振動モードで振動しているか否かを振動モード判定部で判定する。振動モード判定部により、反射ミラーが所定の振動モードで振動する駆動周波数を検索することにより、所定の振動モード以外の振動モードで反射ミラーが動作するようなことを回避できる。このようにして、反射ミラーを、所定の振動モードで正確に駆動することができる。また、反射ミラーを所定の振動モードとした上で共振周波数を探索することにより、反射ミラーを効率良くかつ安定して駆動することができる。これにより、反射ミラーを効率良く、かつ所望の振動モードで安定して駆動することが可能な光走査装置を得られる。 For example, even when the reflection mirror is driven in a vibration mode that reciprocates around the rotation axis, the reflection mirror may vibrate in another vibration mode different from the predetermined vibration mode. In the optical scanning device of the present invention, the vibration mode determination unit determines whether or not the reflection mirror vibrates in a predetermined vibration mode based on a signal from the detection unit. By searching for the drive frequency at which the reflection mirror vibrates in a predetermined vibration mode by the vibration mode determination unit, it is possible to avoid the reflection mirror from operating in a vibration mode other than the predetermined vibration mode. In this way, the reflecting mirror can be accurately driven in a predetermined vibration mode. Further, by searching the resonance frequency after setting the reflection mirror in a predetermined vibration mode, the reflection mirror can be driven efficiently and stably. Thereby, an optical scanning device capable of driving the reflecting mirror efficiently and stably in a desired vibration mode can be obtained.

また、本発明の好ましい態様によれば、反射ミラーは、回転軸を中心として回転するように変位し、検出部は、回転軸に関して略対称である少なくとも２つの位置に設けられることが望ましい。反射ミラーは、回転軸を中心として左方向及び右方向へ回転するように変位する。この場合、回転軸に関して略対称な２つの位置に検出部を設けることにより、振動モード判定部は、反射ミラーが所定の振動モードで振動するか否かを判定することができる。これにより、回転軸を中心として往復するように反射ミラーを回転させる所定の振動モードで反射ミラーが駆動するか否かを判定し、反射ミラーを所定の振動モードで駆動することができる。 According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the reflection mirror is displaced so as to rotate about the rotation axis, and the detection unit is provided at at least two positions that are substantially symmetrical with respect to the rotation axis. The reflection mirror is displaced so as to rotate leftward and rightward about the rotation axis. In this case, the vibration mode determination unit can determine whether the reflection mirror vibrates in a predetermined vibration mode by providing the detection units at two positions that are substantially symmetrical with respect to the rotation axis. Thus, it is possible to determine whether or not the reflection mirror is driven in a predetermined vibration mode in which the reflection mirror is rotated so as to reciprocate around the rotation axis, and the reflection mirror can be driven in the predetermined vibration mode.

また、本発明の好ましい態様によれば、検出部は、回転軸に関して略対称な位置に設けられた第１の検出部と第２の検出部とを有し、振動モード判定部は、第１の検出部からの信号と第２の検出部からの信号とが互いに逆位相である場合に、反射ミラーが所定の振動モードで振動していると判定することが望ましい。第１の検出部からの信号と、第２の検出部からの信号とが互いに逆位相となることにより、振動モード判定部は、反射ミラーが所定の振動モードで振動すると判定することができる。これにより、回転軸を中心として周期的に往復するように反射ミラーを回転させる所定の振動モードで反射ミラーが駆動するか否かを判定することができる。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, a detection part has a 1st detection part and a 2nd detection part provided in the substantially symmetrical position regarding a rotating shaft, and a vibration mode determination part is 1st. When the signal from the first detection unit and the signal from the second detection unit are in opposite phases, it is desirable to determine that the reflection mirror vibrates in a predetermined vibration mode. When the signal from the first detection unit and the signal from the second detection unit are in opposite phases, the vibration mode determination unit can determine that the reflection mirror vibrates in a predetermined vibration mode. Accordingly, it can be determined whether or not the reflection mirror is driven in a predetermined vibration mode in which the reflection mirror is rotated so as to periodically reciprocate around the rotation axis.

また、本発明の好ましい態様としては、共振判定部は、検出部からの信号が、反射ミラーを駆動する駆動信号に対して所定の位相ずれを生じる場合に、反射ミラーが共振周波数で振動すると判定することが望ましい。反射ミラーが共振周波数で振動するとき、出力信号は、入力信号に対して所定の位相ずれ、例えば略４分の１波長の遅れを生じる。この場合、共振判定部は、出力信号である検出部からの信号が、入力信号である駆動信号に対して略４分の１波長遅れであるか否かにより、反射ミラーが共振周波数で振動するか否かを判定する。これにより、反射ミラーが共振周波数で振動するか否かを判定し、共振周波数で反射ミラーを駆動することができる。 As a preferred aspect of the present invention, the resonance determination unit determines that the reflection mirror vibrates at the resonance frequency when the signal from the detection unit causes a predetermined phase shift with respect to the drive signal for driving the reflection mirror. It is desirable to do. When the reflecting mirror vibrates at the resonance frequency, the output signal has a predetermined phase shift with respect to the input signal, for example, a delay of about a quarter wavelength. In this case, the resonance determination unit causes the reflection mirror to vibrate at the resonance frequency depending on whether the signal from the detection unit, which is an output signal, is delayed by about a quarter wavelength with respect to the drive signal, which is an input signal. It is determined whether or not. Thereby, it can be determined whether or not the reflection mirror vibrates at the resonance frequency, and the reflection mirror can be driven at the resonance frequency.

また、本発明の好ましい態様としては、駆動周波数を変化させながら反射ミラーを駆動する第１の経路と、検出部からの信号に基づいて反射ミラーを駆動する第２の経路と、を切り換え可能な駆動部を有し、駆動部は、反射ミラーが所定の振動モードで振動すると振動モード判定部により判定され、かつ反射ミラーが共振周波数で振動すると共振判定部により判定されるまで第１の経路を用いて反射ミラーを駆動し、反射ミラーが所定の振動モードで振動すると振動モード判定部により判定され、かつ反射ミラーが共振周波数で振動すると共振判定部により判定されることにより、第１の経路を第２の経路に切り換え、かつ駆動周波数を共振周波数に固定して反射ミラーを駆動することが望ましい。例えば反射ミラーの駆動開始時において、駆動部は、第１の経路を用いて駆動周波数を変化させながら反射ミラーを駆動する。駆動周波数を変化させながら反射ミラーを駆動することにより、反射ミラーが所定の振動モードで、かつ共振するように駆動する共振周波数を探索する。反射ミラーが所定の振動モードで振動し、かつ共振する共振周波数を検索により見出すと、駆動部は、第１の経路による駆動を、第２の経路による駆動に切り換える。第２の経路による駆動に切り換えることにより、反射ミラーは、検出部からの信号に基づいて駆動する。また、反射ミラーの駆動周波数は、共振周波数に固定される。これにより、反射ミラーを、所定の振動モードで、かつ共振周波数で駆動することができる。 As a preferred aspect of the present invention, the first path for driving the reflecting mirror while changing the driving frequency and the second path for driving the reflecting mirror based on a signal from the detection unit can be switched. The drive unit has a first path until it is determined by the vibration mode determination unit when the reflection mirror vibrates in a predetermined vibration mode, and until the resonance determination unit determines that the reflection mirror vibrates at the resonance frequency. When the reflection mirror vibrates in a predetermined vibration mode, the vibration mode determination unit determines that the reflection mirror vibrates at a predetermined vibration mode, and the resonance determination unit determines that the reflection mirror vibrates at the resonance frequency. It is desirable to switch to the second path and drive the reflecting mirror with the drive frequency fixed at the resonance frequency. For example, at the start of driving of the reflection mirror, the drive unit drives the reflection mirror while changing the drive frequency using the first path. By driving the reflecting mirror while changing the driving frequency, a resonance frequency for driving the reflecting mirror so as to resonate in a predetermined vibration mode is searched. When the resonance frequency that the reflection mirror vibrates in the predetermined vibration mode and finds resonance is found by the search, the drive unit switches the drive by the first path to the drive by the second path. By switching to driving by the second path, the reflecting mirror is driven based on a signal from the detection unit. Further, the driving frequency of the reflection mirror is fixed to the resonance frequency. Thereby, the reflection mirror can be driven in a predetermined vibration mode and at a resonance frequency.

また、本発明の好ましい態様としては、駆動部は、検出部からの信号に対して所定の位相分ずらした信号を第２の経路で生成することが望ましい。反射ミラーが共振周波数で振動するとき、出力信号は、入力信号に対して所定の位相ずれ、例えば略４分の１波長の遅れを生じる。この場合、出力信号である検出部からの信号に対して略４分の１波長進ませた入力信号を生成することにより、検出部からの信号に基づいて反射ミラーを共振周波数で駆動することができる。これにより、検出部からの信号に基づいて反射ミラーを共振周波数で駆動することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the drive unit generates a signal shifted by a predetermined phase with respect to the signal from the detection unit through the second path. When the reflecting mirror vibrates at the resonance frequency, the output signal has a predetermined phase shift with respect to the input signal, for example, a delay of about a quarter wavelength. In this case, it is possible to drive the reflection mirror at the resonance frequency based on the signal from the detection unit by generating an input signal that is advanced by about a quarter wavelength with respect to the signal from the detection unit that is an output signal. it can. Thereby, the reflection mirror can be driven at the resonance frequency based on the signal from the detection unit.

また、本発明の好ましい態様としては、駆動部は、第２の経路を用いて反射ミラーを駆動する間に、反射ミラーが所定の振動モード以外の他の振動モードで振動すると振動モード判定部により判定された場合、及び、反射ミラーが共振周波数とは異なる駆動周波数で振動すると共振判定部により判定された場合のいずれかにおいて、第２の経路を第１の経路に切り換えることが望ましい。駆動部が第２の経路を用いて反射ミラーを駆動する間も、振動モード判定部は、反射ミラーが所定の振動モードで振動するか否かをモニタする。また、共振モード判定部は、反射ミラーが共振周波数で振動するか否かをモニタする。所定の振動モード以外の他の振動モードである場合や、共振振動数以外の駆動周波数に変化した場合に第２の経路を第１の経路に切り換えることにより、再び反射ミラーが所定の振動モードで駆動する共振周波数を検索する。これにより、周囲の環境変化等により共振周波数が変化した場合であっても、再び反射ミラーを所定の振動モードで、かつ共振周波数で駆動することができる。 Further, as a preferred aspect of the present invention, when the drive unit drives the reflection mirror using the second path and the reflection mirror vibrates in another vibration mode other than the predetermined vibration mode, the vibration mode determination unit It is desirable to switch the second path to the first path when it is determined, or when the resonance determination unit determines that the reflection mirror vibrates at a drive frequency different from the resonance frequency. While the drive unit drives the reflection mirror using the second path, the vibration mode determination unit monitors whether the reflection mirror vibrates in a predetermined vibration mode. The resonance mode determination unit monitors whether or not the reflection mirror vibrates at the resonance frequency. When the vibration mode is other than the predetermined vibration mode or when the driving frequency is changed to a frequency other than the resonance frequency, the reflection mirror is again in the predetermined vibration mode by switching the second path to the first path. Search for the resonant frequency to drive. As a result, even when the resonance frequency changes due to a change in the surrounding environment or the like, the reflecting mirror can be driven again in the predetermined vibration mode and at the resonance frequency.

さらに、本発明によれば、上記の光走査装置を有し、光走査装置からの光により所定面に画像を表示することを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記の光走査装置を設けることにより、反射ミラーを効率良く、かつ所望の振動モードで安定して駆動することができる。これにより、高品質な画像を安定して表示することが可能な画像表示装置を得られる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an image display device that has the above-described optical scanning device and displays an image on a predetermined surface by light from the optical scanning device. By providing the above optical scanning device, the reflecting mirror can be driven efficiently and stably in a desired vibration mode. Thereby, an image display device capable of stably displaying a high-quality image can be obtained.

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置１００の概略構成を示す。画像表示装置１００は、スクリーン１１０の一方の面にレーザ光を供給し、スクリーン１１０の他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタである。画像表示装置１００に設けられた光走査装置１２０は、反射ミラー１０４を振動させることにより、レーザ光を走査させる。画像表示装置１００は、光走査装置１２０からの光により、所定面であるスクリーン１１０面に画像を表示する。 FIG. 1 shows a schematic configuration of an image display apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention. The image display device 100 is a so-called rear projector that supplies laser light to one surface of the screen 110 and observes an image by observing light emitted from the other surface of the screen 110. The optical scanning device 120 provided in the image display device 100 scans the laser light by vibrating the reflection mirror 104. The image display device 100 displays an image on the screen 110 which is a predetermined surface by the light from the optical scanning device 120.

光源部１０１は、ビーム状の光である赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光を、それぞれ画像信号に応じて変調して供給する。光源部１０１には、レーザ光を変調するための変調部を設けた半導体レーザや、固体レーザを用いることができる。画像信号に応じた変調は、振幅変調、パルス幅変調のいずれを用いても良い。なお、光源部１０１の出射側には、レーザ光を、例えば、直径０．５ｍｍのビーム形状に整形する整形光学系を設けても良い。 The light source unit 101 modulates and supplies red laser light, green laser light, and blue laser light, which are beam-like lights, in accordance with image signals. As the light source unit 101, a semiconductor laser provided with a modulation unit for modulating laser light or a solid-state laser can be used. As the modulation according to the image signal, either amplitude modulation or pulse width modulation may be used. Note that a shaping optical system that shapes the laser light into a beam shape having a diameter of 0.5 mm, for example, may be provided on the emission side of the light source unit 101.

反射ミラー１０４は、光源部１０１からのレーザ光を反射しながら振動することにより、レーザ光を二次元方向に走査させる。反射ミラー１０４に入射したレーザ光は、反射部１０５の方向へ反射する。反射ミラー１０４で反射したレーザ光は、反射部１０５に入射する。反射部１０５は、筐体１０７の内面であって、スクリーン１１０と対向する位置に設けられている。反射部１０５に入射したレーザ光は、スクリーン１１０の方向へ進行する。筐体１０７は、筐体１０７内部の空間を密閉する。スクリーン１１０は、筐体１０７の所定の一面に設けられている。スクリーン１１０は、画像信号に応じて変調された光走査装置１２０からのレーザ光を透過させる透過型スクリーンである。反射部１０５からの光は、スクリーン１１０の、筐体１０７の内部側の面から入射した後、観察者側の面から出射する。観察者は、スクリーン１１０から出射する光を観察することで、画像を鑑賞する。 The reflection mirror 104 scans the laser light in a two-dimensional direction by vibrating while reflecting the laser light from the light source unit 101. The laser light incident on the reflection mirror 104 is reflected in the direction of the reflection unit 105. The laser beam reflected by the reflection mirror 104 enters the reflection unit 105. The reflection unit 105 is provided on the inner surface of the housing 107 at a position facing the screen 110. The laser light incident on the reflection unit 105 travels in the direction of the screen 110. The housing 107 seals the space inside the housing 107. The screen 110 is provided on a predetermined surface of the housing 107. The screen 110 is a transmissive screen that transmits laser light from the optical scanning device 120 modulated in accordance with an image signal. The light from the reflection unit 105 enters from the surface of the screen 110 on the inner side of the housing 107 and then exits from the surface on the viewer side. The observer observes the image by observing the light emitted from the screen 110.

図２は、反射ミラー１０４の上面構成を示す。ここでは、反射ミラー１０４は、二次元方向のうちの一方向へレーザ光を走査するものとして、図示及び説明を行うものとする。反射ミラー１０４は、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。反射ミラー１０４は、回転軸であるトーションばね２０２によって固定部２０１に連結されている。トーションばね２０２は、紙面の手前側と向こう側とへ反射ミラー１０４を回転させる。なお、反射ミラー１０４は、円形状とする構成に限らず、例えば、正方形形状としても良い。 FIG. 2 shows an upper surface configuration of the reflection mirror 104. Here, it is assumed that the reflection mirror 104 scans the laser beam in one of the two-dimensional directions and is illustrated and described. The reflection mirror 104 can be configured by forming a highly reflective member, for example, a metal thin film such as aluminum or silver. The reflection mirror 104 is connected to the fixed portion 201 by a torsion spring 202 that is a rotation shaft. The torsion spring 202 rotates the reflection mirror 104 toward the front side and the other side of the page. The reflection mirror 104 is not limited to a circular shape, and may be a square shape, for example.

反射ミラー１０４は、櫛歯電極の静電力を用いたいわゆる櫛歯駆動によって駆動する。トーションばね２０２には、可動側電極２０４が設けられている。可動側電極２０４は、トーションばね２０２の回転とともに移動する櫛歯型の電極である。可動側電極２０４の近傍には、固定側電極２０５が設けられている。固定側電極２０５は、トーションばね２０２の回転とは関係無く常に固定するように設けられた櫛歯型の電極である。可動側電極２０４と固定側電極２０５とは、互いに櫛歯部分が噛み合うようにして配置されている。 The reflection mirror 104 is driven by so-called comb driving using the electrostatic force of the comb electrode. The torsion spring 202 is provided with a movable electrode 204. The movable electrode 204 is a comb-shaped electrode that moves with the rotation of the torsion spring 202. A fixed side electrode 205 is provided in the vicinity of the movable side electrode 204. The fixed side electrode 205 is a comb-shaped electrode provided so as to be always fixed regardless of the rotation of the torsion spring 202. The movable side electrode 204 and the fixed side electrode 205 are arranged so that the comb-tooth portions are engaged with each other.

図３は、可動側電極２０４と固定側電極２０５とによる反射ミラー１０４の駆動について説明するものであって、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分とを側面から見た構成を示す。可動側電極２０４と固定側電極２０５との間に電圧を印加する前、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分とが上下にずれた位置にある。この状態から可動側電極２０４と固定側電極２０５との間に電圧を印加すると、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間に、可動側電極２０４と固定側電極２０５との電位差に応じて、互いに引き合うような静電力が発生する。 FIG. 3 illustrates driving of the reflection mirror 104 by the movable side electrode 204 and the fixed side electrode 205. The comb-tooth portion of the movable-side electrode 204 and the comb-tooth portion of the fixed-side electrode 205 are viewed from the side. The configuration is shown. Before applying a voltage between the movable side electrode 204 and the fixed side electrode 205, the comb-tooth portion of the movable-side electrode 204 and the comb-tooth portion of the fixed-side electrode 205 are in a position shifted vertically. When a voltage is applied between the movable side electrode 204 and the fixed side electrode 205 from this state, the movable side electrode 204 and the fixed side are interposed between the comb tooth portion of the movable side electrode 204 and the comb tooth portion of the fixed side electrode 205. In accordance with the potential difference with the electrode 205, electrostatic forces that attract each other are generated.

可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間に互いに引き合う静電力が発生すると、可動側電極２０４は、矢印で示す下方向へ移動する。図２に示すトーションばね２０２は、可動側電極２０４の移動とともに、捩れるように回転する。このようにして、反射ミラー１０４は、可動側電極２０４と固定側電極２０５との電位差に応じた変位量で、トーションばね２０２を中心として回転する。 When an electrostatic force attracting each other is generated between the comb-tooth portion of the movable-side electrode 204 and the comb-tooth portion of the fixed-side electrode 205, the movable-side electrode 204 moves downward as indicated by an arrow. The torsion spring 202 shown in FIG. 2 rotates so as to be twisted as the movable electrode 204 moves. In this way, the reflection mirror 104 rotates around the torsion spring 202 with a displacement amount corresponding to the potential difference between the movable electrode 204 and the fixed electrode 205.

次に、可動側電極２０４と固定側電極２０５との間への電圧印加を停止すると、可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間に生じていた静電力が消滅する。可動側電極２０４の櫛歯部分と固定側電極２０５の櫛歯部分との間の静電力が消滅することにより、可動側電極２０４は、電圧を印加する前の元の位置に戻る。トーションばね２０２は、可動側電極２０４が元の位置へ戻る方向へ移動することにより、それまでとは反対方向へ回転する。反射ミラー１０４は、トーションばね２０２とともに、それまでとは反対方向へ回転し、元の位置の方向へ戻る。反射ミラー１０４は、可動側電極２０４と固定側電極２０５との間への電圧印加と、電圧印加の停止とを繰り返すことにより、往復回動する。 Next, when the voltage application between the movable side electrode 204 and the fixed side electrode 205 is stopped, the electrostatic force generated between the comb tooth portion of the movable side electrode 204 and the comb tooth portion of the fixed side electrode 205 is reduced. Disappear. When the electrostatic force between the comb-tooth portion of the movable side electrode 204 and the comb-tooth portion of the fixed-side electrode 205 disappears, the movable-side electrode 204 returns to the original position before the voltage is applied. The torsion spring 202 rotates in the direction opposite to that when the movable electrode 204 moves in a direction to return to the original position. The reflection mirror 104, together with the torsion spring 202, rotates in the opposite direction and returns to the original position. The reflection mirror 104 reciprocally rotates by repeatedly applying a voltage between the movable side electrode 204 and the fixed side electrode 205 and stopping the voltage application.

なお、可動側電極２０４と固定側電極２０５との間に、互いに反発し合うような静電力を生じさせることによって、可動側電極２０４を移動させることとしても良い。また、可動側電極２０４及び固定側電極２０５は、トーションばね２０２に対して片側に設ける構成に限らず、トーションばね２０２の両側に設けることとしても良い。この場合、トーションばね２０２に対して右側の電極と左側の電極とに交互に電圧を印加することにより、反射ミラー１０４を振動させることができる。反射ミラー１０４と、反射ミラー１０４を駆動するための各構成は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成することができる。 Note that the movable electrode 204 may be moved by generating electrostatic forces that repel each other between the movable electrode 204 and the fixed electrode 205. The movable side electrode 204 and the fixed side electrode 205 are not limited to being provided on one side with respect to the torsion spring 202, and may be provided on both sides of the torsion spring 202. In this case, the reflection mirror 104 can be vibrated by alternately applying a voltage to the right electrode and the left electrode with respect to the torsion spring 202. The reflection mirror 104 and the components for driving the reflection mirror 104 can be created by, for example, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology.

反射ミラー１０４は、櫛歯駆動により駆動する構成に限らず、静電力を用いる他の駆動方法により駆動することとしても良い。さらに、反射ミラー１０４は、電位差に応じた静電力によって駆動する構成に限られない。例えば、反射ミラー１０４は、電磁力を用いて駆動する構成や、圧電素子の伸縮力を用いて駆動する構成であっても良い。電磁力を用いる場合、例えば、電流に応じて反射ミラー１０４と永久磁石との間に電磁力を発生させることにより、反射ミラー１０４を駆動できる。 The reflection mirror 104 is not limited to the configuration driven by the comb driving, but may be driven by another driving method using an electrostatic force. Furthermore, the reflection mirror 104 is not limited to the configuration driven by the electrostatic force corresponding to the potential difference. For example, the reflection mirror 104 may be configured to be driven using electromagnetic force or driven using the expansion / contraction force of a piezoelectric element. When the electromagnetic force is used, for example, the reflection mirror 104 can be driven by generating an electromagnetic force between the reflection mirror 104 and the permanent magnet according to the current.

反射ミラー１０４がレーザ光を反射する面が表面であるとすると、第１の検出部２１０と第２の検出部２１１とは、反射ミラー１０４の裏面が向けられた空間に配置されている。第１の検出部２１０及び第２の検出部２１１は、反射ミラー１０４の変位を検出する検出部である。第１の検出部２１０及び第２の検出部２１１は、回転軸であるトーションばね２０２に関して略対称である２つの位置にそれぞれ設けられている。 Assuming that the surface of the reflection mirror 104 that reflects the laser beam is the surface, the first detection unit 210 and the second detection unit 211 are arranged in a space to which the back surface of the reflection mirror 104 is directed. The first detection unit 210 and the second detection unit 211 are detection units that detect the displacement of the reflection mirror 104. The first detection unit 210 and the second detection unit 211 are respectively provided at two positions that are substantially symmetrical with respect to the torsion spring 202 that is the rotation axis.

第１の検出部２１０と反射ミラー１０４を不図示の外部電源により電気的に接続することにより、第１の検出部２１０は、第１の検出部２１０と反射ミラー１０４との間の静電容量を計測する。第１の検出部２１０と反射ミラー１０４との間の静電容量の変化により、反射ミラー１０４と第１の検出部２１０との距離の変化を検出できる。このようにして、第１の検出部２１０は、静電容量の変化により反射ミラー１０４の変位を検出する。第２の検出部２１１についても、第１の検出部２１０と同様にして、反射ミラー１０４の変位を検出する。なお、第１の検出部２１０及び第２の検出部２１１は、静電容量によって反射ミラー１０４の変位を検出する構成に限られない。例えば、第１の検出部２１０、第２の検出部２１１として、反射ミラー１０４で反射した検出用光源からの光を検出する受光素子を用いても良い。受光素子を用いる場合は、計測された光の光量変化によって反射ミラー１０４の変位を検出する。 By electrically connecting the first detection unit 210 and the reflection mirror 104 with an external power source (not shown), the first detection unit 210 has a capacitance between the first detection unit 210 and the reflection mirror 104. Measure. A change in the distance between the reflection mirror 104 and the first detection unit 210 can be detected by a change in capacitance between the first detection unit 210 and the reflection mirror 104. Thus, the 1st detection part 210 detects the displacement of the reflective mirror 104 by the change of an electrostatic capacitance. The second detection unit 211 detects the displacement of the reflection mirror 104 in the same manner as the first detection unit 210. In addition, the 1st detection part 210 and the 2nd detection part 211 are not restricted to the structure which detects the displacement of the reflective mirror 104 with an electrostatic capacitance. For example, a light receiving element that detects light from a light source for detection reflected by the reflection mirror 104 may be used as the first detection unit 210 and the second detection unit 211. When a light receiving element is used, the displacement of the reflection mirror 104 is detected based on the change in the amount of light measured.

図４〜図６は、反射ミラー１０４が動作する振動モードの例を示すものである。図４〜図６のいずれも、反射ミラー１０４を側面から見たときの反射ミラー１０４の動作を、実線及び破線を用いて表している。ここで、反射ミラー１０４の振動モードとは、反射ミラー１０４の動作の態様をいうものとする。一般に、反射ミラー１０４等の構造物には、駆動周波数に応じた複数の振動モードが存在している。このため、回転軸を中心として反射ミラー１０４を回転させるための構成としても、反射ミラー１０４は、駆動周波数に応じて、所望の振動モード以外の振動モードで動作することがある。 4 to 6 show examples of vibration modes in which the reflection mirror 104 operates. 4 to 6, the operation of the reflection mirror 104 when the reflection mirror 104 is viewed from the side surface is represented using a solid line and a broken line. Here, the vibration mode of the reflection mirror 104 refers to an operation mode of the reflection mirror 104. In general, a structure such as the reflection mirror 104 has a plurality of vibration modes corresponding to the driving frequency. For this reason, even if it is the structure for rotating the reflective mirror 104 centering on a rotating shaft, the reflective mirror 104 may operate | move by vibration modes other than a desired vibration mode according to a drive frequency.

図４に示す振動モードは、反射ミラー１０４が表面に対して略垂直な方向に変位するものである。反射ミラー１０４は、表面が略水平な状態のまま単なる上下運動を繰り返す。図５に示す振動モードは、トーションばね２０２が左右において上下交互に動くことで、トーションばね２０２に対して略垂直な軸を中心に回転するかのように反射ミラー１０４が変位するものである。 In the vibration mode shown in FIG. 4, the reflecting mirror 104 is displaced in a direction substantially perpendicular to the surface. The reflection mirror 104 repeats simple vertical movement while the surface is substantially horizontal. In the vibration mode shown in FIG. 5, the reflection mirror 104 is displaced as if the torsion spring 202 is rotated about an axis substantially perpendicular to the torsion spring 202 as the torsion spring 202 moves alternately up and down.

図６に示す振動モードは、回転軸であるトーションばね２０２を中心として回転するように反射ミラー１０４が変位するものである。レーザ光は、光走査装置１２０は、トーションばね２０２を中心として反射ミラー１０４が往復回動することにより、スクリーン１１０内にレーザ光を走査させる。図４〜図６に示す振動モードのうち図６に示す振動モードであるとき、反射ミラー１０４は、正常に振動する状態である。これに対して、反射ミラー１０４は、図６に示す振動モード以外の振動モード、例えば図４及び図５に示す振動モードであるとき、振動に異常がある状態である。従って、光走査装置１２０は、図６に示す振動モードでの振動を反射ミラー１０４に継続させる必要がある。 In the vibration mode shown in FIG. 6, the reflection mirror 104 is displaced so as to rotate about the torsion spring 202 that is the rotation axis. The optical scanning device 120 scans the laser beam in the screen 110 by the reciprocating rotation of the reflection mirror 104 about the torsion spring 202. In the vibration mode shown in FIG. 6 among the vibration modes shown in FIGS. 4 to 6, the reflection mirror 104 is in a normal vibration state. On the other hand, when the reflection mirror 104 is in a vibration mode other than the vibration mode shown in FIG. 6, for example, in the vibration mode shown in FIGS. Accordingly, the optical scanning device 120 needs to continue the vibration in the vibration mode shown in FIG.

また、反射ミラー１０４は、反射ミラー１０４を構成する材料や反射ミラー１０４自身の重量、トーションばね２０２のばね定数等によって定まる固有の共振周波数を有する。反射ミラー１０４は、共振周波数で駆動することにより、変位量を増大させることができる。特に、画像表示装置１００に用いる光学系はコンパクトであることが望ましいことから、反射ミラー１０４は、小型な構成で、かつ大きい回転角で駆動可能であることが求められる。少ないエネルギーで効率良くレーザ光を走査させるためには、反射ミラー１０４を共振周波数で駆動することが望まれる。 Further, the reflection mirror 104 has a specific resonance frequency determined by the material constituting the reflection mirror 104, the weight of the reflection mirror 104 itself, the spring constant of the torsion spring 202, and the like. The reflection mirror 104 can increase the amount of displacement by driving at the resonance frequency. In particular, since it is desirable that the optical system used in the image display apparatus 100 be compact, the reflection mirror 104 is required to be able to be driven with a small configuration and a large rotation angle. In order to efficiently scan the laser beam with less energy, it is desirable to drive the reflection mirror 104 at the resonance frequency.

反射ミラー１０４の共振周波数は、反射ミラー１０４を構成する部材のヤング率に応じて決定される。ヤング率は温度の変化に応じて変化することから、反射ミラー１０４の共振周波数は、レーザ光が反射ミラー１０４にいくらか吸収されることで光走査装置１２０に蓄積する熱や、周辺の温度、反射ミラー１０４が駆動することで発生する熱等の影響により容易に変化してしまう。反射ミラー１０４の共振周波数が変化すると、反射ミラー１０４を常時略一定の周期で駆動しても振幅が著しく減少する等、反射ミラー１０４の駆動が不安定になり易くなる。 The resonance frequency of the reflection mirror 104 is determined according to the Young's modulus of the members constituting the reflection mirror 104. Since the Young's modulus changes according to changes in temperature, the resonance frequency of the reflection mirror 104 depends on the heat accumulated in the optical scanning device 120 due to some absorption of the laser light by the reflection mirror 104, the ambient temperature, and the reflection. It easily changes due to the influence of heat generated by driving the mirror 104. When the resonance frequency of the reflecting mirror 104 changes, the driving of the reflecting mirror 104 tends to become unstable, for example, the amplitude is significantly reduced even if the reflecting mirror 104 is always driven at a substantially constant period.

さらに、反射ミラー１０４等の構造体は、共振周波数に近い駆動周波数において、所望の振動モードとは異なる他の振動モードで振動する場合もある。単に駆動周波数を変化させながら共振周波数を探索すると、共振周波数に近い他の振動モードの駆動周波数を、共振周波数であるとして採用してしまう場合がある。この場合、共振周波数であるとして探索された駆動周波数によって、所望の振動モードとは異なる他の振動モードで反射ミラー１０４が振動することがあり得る。また、所望の振動モードで反射ミラー１０４が振動している最中に、所望の振動モードから他の振動モードへ移行してしまう場合もある。以上から、光走査装置１２０は、反射ミラー１０４を所定の振動モードで、かつ共振周波数で駆動し続けられるような構成とすることが望まれる。 Further, the structure such as the reflection mirror 104 may vibrate in another vibration mode different from a desired vibration mode at a driving frequency close to the resonance frequency. If the resonance frequency is searched while simply changing the drive frequency, a drive frequency in another vibration mode close to the resonance frequency may be adopted as the resonance frequency. In this case, the reflection mirror 104 may vibrate in another vibration mode different from the desired vibration mode depending on the drive frequency searched for being the resonance frequency. In addition, while the reflection mirror 104 is oscillating in a desired vibration mode, the desired vibration mode may be shifted to another vibration mode. From the above, it is desirable that the optical scanning device 120 be configured to continue to drive the reflection mirror 104 in a predetermined vibration mode and at a resonance frequency.

図７は、反射ミラー１０４を駆動する駆動部７００のブロック構成を示すものである。駆動開始時、駆動部７００は、第１の経路Ｒ１により駆動周波数を変化させながら反射ミラー１０４を駆動することで、未知の共振周波数を検索する。駆動信号生成部７０１は、反射ミラー１０４を駆動する駆動信号を生成する。駆動開始時において、駆動信号生成部７０１は、ある駆動周波数から、駆動周波数を大きくするようにスイープさせながら反射ミラー１０４を駆動する。駆動信号生成部７０１は、ある駆動周波数から、駆動周波数を小さくするようにスイープさせることとしても良い。駆動周波数のスイープは、不図示の駆動周波数スイープ回路を用いることにより行うことができる。 FIG. 7 shows a block configuration of a drive unit 700 that drives the reflection mirror 104. At the start of driving, the driving unit 700 searches for an unknown resonance frequency by driving the reflection mirror 104 while changing the driving frequency through the first path R1. The drive signal generation unit 701 generates a drive signal that drives the reflection mirror 104. At the start of driving, the driving signal generation unit 701 drives the reflection mirror 104 while sweeping from a certain driving frequency so as to increase the driving frequency. The drive signal generation unit 701 may sweep from a certain drive frequency so as to decrease the drive frequency. The drive frequency can be swept by using a drive frequency sweep circuit (not shown).

駆動信号に波形生成部７０６からの信号を加算する加算部７０２は、駆動開始時には加算を停止している。駆動信号生成部７０１からの駆動信号は、加算部７０２をそのまま通過し、増幅部７０３で増幅された後反射ミラー１０４に入力される。このように、駆動部７００は、駆動開始時において、駆動信号生成部７０１及び増幅部７０３からなる第１の経路Ｒ１を用いて、駆動周波数を変化させながら反射ミラー１０４を駆動する。また、判定部７０５は、破線で示す駆動信号生成部７０１からの信号Ａによって、反射ミラー１０４を駆動している駆動周波数を認識する。 The addition unit 702 that adds the signal from the waveform generation unit 706 to the drive signal stops addition at the start of driving. The drive signal from the drive signal generation unit 701 passes through the addition unit 702 as it is, and is amplified by the amplification unit 703 and then input to the reflection mirror 104. As described above, the drive unit 700 drives the reflection mirror 104 while changing the drive frequency using the first path R1 including the drive signal generation unit 701 and the amplification unit 703 at the start of driving. Further, the determination unit 705 recognizes the drive frequency for driving the reflection mirror 104 based on the signal A from the drive signal generation unit 701 indicated by a broken line.

図８は、第１の検出部２１０からの信号Ｔ１と、第２の検出部２１１からの信号Ｔ２とを示すものである。第１の検出部２１０からの信号Ｔ１、第２の検出部２１１からの信号Ｔ２は、判定部７０５に入力される。判定部７０５は、第１の検出部２１０、第２の検出部２１１からの信号に基づいて、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動しているか否かを判定する。このとき判定部７０５は、振動モード判定部として機能する。トーションばね２０２を中心として往復回動する所定の振動モードで反射ミラー１０４が振動している場合、信号Ｔ１及び信号Ｔ２は、同一の周期で振動する、同一形状の波形となる。また、回転軸であるトーションばね２０２に関して略対称な２つの位置に第１の検出部２１０と第２の検出部２１１とを設けていることから、所定の振動モードで反射ミラー１０４が振動する場合、信号Ｔ１のピークと信号Ｔ２のピークとは、互いに交互に現れることとなる。従って、信号Ｔ１と信号Ｔ２とは、互いに逆位相、言い換えると、２分の１波長λ／２だけずれを生じて検出される。 FIG. 8 shows a signal T1 from the first detection unit 210 and a signal T2 from the second detection unit 211. The signal T1 from the first detection unit 210 and the signal T2 from the second detection unit 211 are input to the determination unit 705. The determination unit 705 determines whether or not the reflection mirror 104 is vibrating in a predetermined vibration mode based on signals from the first detection unit 210 and the second detection unit 211. At this time, the determination unit 705 functions as a vibration mode determination unit. When the reflection mirror 104 vibrates in a predetermined vibration mode that reciprocally rotates around the torsion spring 202, the signal T1 and the signal T2 have the same waveform that vibrates at the same period. In addition, since the first detection unit 210 and the second detection unit 211 are provided at two substantially symmetrical positions with respect to the torsion spring 202 that is the rotation axis, the reflection mirror 104 vibrates in a predetermined vibration mode. The peak of the signal T1 and the peak of the signal T2 appear alternately. Therefore, the signal T1 and the signal T2 are detected with an opposite phase to each other, in other words, shifted by a half wavelength λ / 2.

これに対して、例えば図４に示す振動モードや図５に示す振動モードで反射ミラー１０４が動作している場合、信号Ｔ１と信号Ｔ２とは互いにずれを生じずに検出される。振動モード判定部である判定部７０５は、第１の検出部２１０からの信号Ｔ１と、第２の検出部２１１からの信号Ｔ２とが、互いに逆位相である場合に、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動していると判定する。また、信号Ｔ１と信号Ｔ２とが逆位相である状態以外の状態である場合、判定部７０５は、反射ミラー１０４が所定の振動モード以外の振動モードで振動していると判定する。反射ミラー１０４が所定の振動モード以外の振動モードで振動している場合、駆動部７００は、駆動周波数の変化を継続しながら、反射ミラー１０４の駆動を続ける。判定部７０５は、駆動周波数の変化が継続されている中、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動する駆動周波数を検索する。 On the other hand, for example, when the reflection mirror 104 is operating in the vibration mode shown in FIG. 4 or the vibration mode shown in FIG. 5, the signal T1 and the signal T2 are detected without causing any deviation. The determination unit 705, which is a vibration mode determination unit, is configured so that the reflection mirror 104 is in a predetermined state when the signal T1 from the first detection unit 210 and the signal T2 from the second detection unit 211 are in opposite phases. Judge that it is vibrating in vibration mode. When the signal T1 and the signal T2 are in a state other than the opposite phases, the determination unit 705 determines that the reflection mirror 104 is vibrating in a vibration mode other than the predetermined vibration mode. When the reflection mirror 104 is vibrating in a vibration mode other than the predetermined vibration mode, the drive unit 700 continues to drive the reflection mirror 104 while continuing to change the drive frequency. The determination unit 705 searches for a drive frequency at which the reflection mirror 104 vibrates in a predetermined vibration mode while the change in the drive frequency is continued.

図９は、駆動信号生成部７０１からの駆動信号Ｃ１と、第１の検出部２１０及び第２の検出部２１１により検出された信号Ｃ２とを示すものである。信号Ｃ２は、図８に示した第１の検出部２１０からの信号Ｔ１と、第２の検出部２１１からの信号Ｔ２とから生成された信号であって、反射ミラー１０４の変位を表す信号である。判定部７０５は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動している判定した後、反射ミラー１０４が、反射ミラー１０４に固有の共振周波数で振動するか否かを判定する。このとき判定部７０５は、共振判定部として機能する。 FIG. 9 shows the drive signal C1 from the drive signal generation unit 701 and the signal C2 detected by the first detection unit 210 and the second detection unit 211. The signal C2 is a signal generated from the signal T1 from the first detection unit 210 and the signal T2 from the second detection unit 211 shown in FIG. 8, and is a signal representing the displacement of the reflection mirror 104. is there. The determination unit 705 determines whether or not the reflection mirror 104 vibrates at a resonance frequency unique to the reflection mirror 104 after determining that the reflection mirror 104 vibrates in a predetermined vibration mode. At this time, the determination unit 705 functions as a resonance determination unit.

ここで、入力信号である駆動信号Ｃ１の値を０としたときの反射ミラー１０４の偏角の静的応答値は０度であって、駆動信号Ｃ１と反射ミラー１０４の静的応答値とが略比例関係にあるものとする。また、反射ミラー１０４の偏角が０度のとき、出力信号である信号Ｃ２の値は０であって、反射ミラー１０４の偏角と信号Ｃ２とが略比例関係にあり、反射ミラー１０４の偏角変化に対する信号Ｃ２の動的応答特性に位相遅れは生じないものとする。かかる条件において反射ミラー１０４が共振周波数で振動するとき、出力信号は、入力信号に対して略４分の１波長の遅れを生じる。判定部７０５は、出力信号である第１の検出部２１０、第２の検出部２１１からの信号Ｃ２が、入力信号である駆動信号Ｃ１に対して略４分の１波長λ／４遅れであるか否かにより、反射ミラー１０４が共振周波数で振動するか否かを判定する。駆動信号Ｃ１に対して信号Ｃ２がλ／４遅れである場合、判定部７０５は、反射ミラー１０４が共振周波数で振動していると判定する。また、判定部７０５は、駆動信号Ｃ１に対して信号Ｃ２がλ／４遅れ以外である場合、反射ミラー１０４が共振周波数以外の駆動周波数で振動していると判定する。 Here, the static response value of the deflection angle of the reflection mirror 104 when the value of the drive signal C1 that is the input signal is 0 is 0 degree, and the drive signal C1 and the static response value of the reflection mirror 104 are It is assumed that there is a substantially proportional relationship. When the deflection angle of the reflection mirror 104 is 0 degree, the value of the signal C2 that is an output signal is 0, and the deflection angle of the reflection mirror 104 and the signal C2 are in a substantially proportional relationship. It is assumed that no phase delay occurs in the dynamic response characteristic of the signal C2 with respect to the angle change. When the reflection mirror 104 vibrates at the resonance frequency under such conditions, the output signal is delayed by about a quarter wavelength with respect to the input signal. In the determination unit 705, the signals C2 from the first detection unit 210 and the second detection unit 211 that are output signals are delayed by approximately a quarter wavelength λ / 4 with respect to the drive signal C1 that is an input signal. Whether or not the reflection mirror 104 vibrates at the resonance frequency is determined. When the signal C2 is delayed by λ / 4 with respect to the drive signal C1, the determination unit 705 determines that the reflection mirror 104 is vibrating at the resonance frequency. The determination unit 705 determines that the reflection mirror 104 is oscillating at a drive frequency other than the resonance frequency when the signal C2 is other than λ / 4 delay with respect to the drive signal C1.

反射ミラー１０４が共振周波数以外の駆動周波数で振動していると判定部７０５が判定する場合、駆動部７００は、駆動周波数の変化を継続しながら、反射ミラー１０４の駆動を続ける。判定部７０５は、駆動周波数の変化が継続されている中、反射ミラー１０４の共振周波数を検索する。以上のように、駆動部７００は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動すると判定部７０５により判定され、かつ反射ミラー１０４が共振周波数で振動すると判定部７０５により判定されるまで第１の経路Ｒ１を用いて反射ミラー１０４を駆動する。 When the determination unit 705 determines that the reflection mirror 104 is oscillating at a drive frequency other than the resonance frequency, the drive unit 700 continues to drive the reflection mirror 104 while continuing to change the drive frequency. The determination unit 705 searches for the resonance frequency of the reflection mirror 104 while the change in the drive frequency is continued. As described above, the driving unit 700 determines the first path until the determination unit 705 determines that the reflection mirror 104 vibrates in the predetermined vibration mode and the determination unit 705 determines that the reflection mirror 104 vibrates at the resonance frequency. The reflection mirror 104 is driven using R1.

図７に戻って、判定部７０５は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで、かつ共振周波数で振動していると判定すると、破線で示す信号Ｂにより、駆動信号生成部７０１に対して、駆動周波数のスイープを停止させる。駆動信号生成部７０１は、判定部７０５からの信号Ｂが入力されることにより、駆動周波数を固定する。このとき固定された駆動周波数が、反射ミラー１０４を所定の振動モードで振動させることが可能な共振周波数である。駆動部７００は、駆動周波数のスイープを停止させると同時に、反射ミラー１０４の駆動を、第１の経路Ｒ１による駆動から第２の経路Ｒ２による駆動に切り換える。駆動部７００は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動すると判定部７０５により判定され、かつ反射ミラー１０４が共振周波数で振動すると判定部７０５により判定されることにより、第１の経路Ｒ１を第２の経路Ｒ２に切り換え、かつ駆動周波数を共振周波数に固定して反射ミラー１０４を駆動する。 Returning to FIG. 7, when the determination unit 705 determines that the reflection mirror 104 is vibrating in a predetermined vibration mode and at a resonance frequency, the determination unit 705 drives the drive signal generation unit 701 with a signal B indicated by a broken line. Stop the frequency sweep. The drive signal generation unit 701 fixes the drive frequency when the signal B from the determination unit 705 is input. The driving frequency fixed at this time is a resonance frequency at which the reflection mirror 104 can be vibrated in a predetermined vibration mode. The driving unit 700 stops the sweep of the driving frequency, and at the same time, switches the driving of the reflection mirror 104 from the driving by the first path R1 to the driving by the second path R2. The driving unit 700 determines that the reflection mirror 104 vibrates in a predetermined vibration mode by the determination unit 705, and determines that the reflection mirror 104 vibrates at the resonance frequency by the determination unit 705. The reflection mirror 104 is driven by switching to the second path R2 and fixing the drive frequency to the resonance frequency.

第２の経路Ｒ２は、駆動信号生成部７０１及び増幅部７０３からなる第１の経路Ｒ１に、第１、第２の検出部２１０、２１１、判定部７０５、波形生成部７０６及び加算部７０２が加えられたものである。第２の経路Ｒ２は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号に基づいて反射ミラー１０４を駆動する正帰還ループである。波形生成部７０６は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２に基づいて、駆動信号の波形を生成する。このとき、波形生成部７０６は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２を略４分の１波長進ませた波形を生成する。 In the second path R2, the first and second detection units 210 and 211, the determination unit 705, the waveform generation unit 706, and the addition unit 702 are connected to the first path R1 including the drive signal generation unit 701 and the amplification unit 703. It has been added. The second path R <b> 2 is a positive feedback loop that drives the reflection mirror 104 based on signals from the first and second detection units 210 and 211. The waveform generation unit 706 generates a waveform of the drive signal based on the signal C2 from the first and second detection units 210 and 211. At this time, the waveform generation unit 706 generates a waveform obtained by advancing the signal C2 from the first and second detection units 210 and 211 by approximately a quarter wavelength.

加算部７０２は、波形生成部７０６で生成された信号を、駆動信号生成部７０１からの駆動信号に加算する。このようにして、駆動部７００は、第２の経路Ｒ２を用いて、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動する共振周波数を有し、かつ第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２に対して略４分の１波長進ませた新たな駆動信号を生成する。加算部７０２から出力された新たな駆動信号は、増幅部７０３で増幅された後、反射ミラー１０４に入力される。このように、駆動部７００は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動する共振周波数を決定した後は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号に基づいて反射ミラー１０４を駆動する。出力信号である信号Ｃ２に対して略４分の１波長進ませた新たな駆動信号を生成することにより、信号Ｃ２に基づいて反射ミラー１０４を共振周波数で駆動することができる。 The adder 702 adds the signal generated by the waveform generator 706 to the drive signal from the drive signal generator 701. In this way, the drive unit 700 has the resonance frequency at which the reflection mirror 104 vibrates in the predetermined vibration mode using the second path R2, and from the first and second detection units 210 and 211. A new drive signal is generated by advancing the signal C2 by about a quarter wavelength. The new drive signal output from the adder 702 is amplified by the amplifier 703 and then input to the reflection mirror 104. As described above, after determining the resonance frequency at which the reflection mirror 104 vibrates in a predetermined vibration mode, the driving unit 700 drives the reflection mirror 104 based on the signals from the first and second detection units 210 and 211. To do. The reflection mirror 104 can be driven at the resonance frequency based on the signal C2 by generating a new drive signal that is advanced by about a quarter wavelength with respect to the output signal C2.

駆動部７００が第２の経路Ｒ２を用いて反射ミラー１０４を駆動する間、判定部７０５は、第１の検出部２１０からの信号Ｔ１と第２の検出部２１１からの信号Ｔ２との監視を続ける。判定部７０５は、第１の検出部２１０の信号Ｔ１と第２の信号Ｔ２とが逆位相であるか否かにより、反射ミラー１０４が所定の振動モードで振動するか否かを確認する。また、判定部７０５は、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２に基づいて生成した駆動信号に対して、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２が略４分の１波長遅れるか否かにより、反射ミラー１０４が共振周波数で振動するか否かを確認する。 While the drive unit 700 drives the reflection mirror 104 using the second path R2, the determination unit 705 monitors the signal T1 from the first detection unit 210 and the signal T2 from the second detection unit 211. to continue. The determination unit 705 confirms whether or not the reflection mirror 104 vibrates in a predetermined vibration mode based on whether or not the signal T1 and the second signal T2 of the first detection unit 210 are in opposite phases. Further, the determination unit 705 is substantially the same as the signal C2 from the first and second detection units 210 and 211 with respect to the drive signal generated based on the signal C2 from the first and second detection units 210 and 211. Whether or not the reflection mirror 104 vibrates at the resonance frequency is confirmed based on whether or not it is delayed by a quarter wavelength.

第２の経路Ｒ２を用いて反射ミラー１０４を駆動する間に、反射ミラー１０４が所定の振動モード以外の他の振動モードで振動すると判定部７０５により判定された場合、及び、反射ミラー１０４が共振周波数とは異なる駆動周波数で振動すると判定部７０５により判定された場合のいずれかにおいて、駆動部７００は、反射ミラー１０４の駆動を、第２の経路Ｒ２による駆動から第１の経路Ｒ１による駆動に切り換える。第１の経路Ｒ１による駆動に切り換えると同時に、駆動部７００は、再び駆動周波数のスイープを開始する。そして、判定部７０５は、反射ミラー１０４が所定の振動モードで駆動する共振周波数を再び検索する。これにより、周囲の環境変化等により共振周波数が変化した場合であっても、再び反射ミラー１０４を所定の振動モードで、かつ共振周波数で駆動することができる。 When the determination unit 705 determines that the reflection mirror 104 vibrates in a vibration mode other than the predetermined vibration mode while driving the reflection mirror 104 using the second path R2, and the reflection mirror 104 resonates. In any of the cases where the determination unit 705 determines that the vibration occurs at a driving frequency different from the frequency, the driving unit 700 changes the driving of the reflection mirror 104 from driving by the second path R2 to driving by the first path R1. Switch. Simultaneously with switching to driving by the first path R1, the driving unit 700 starts sweeping the driving frequency again. Then, the determination unit 705 searches again for a resonance frequency at which the reflection mirror 104 is driven in a predetermined vibration mode. As a result, even when the resonance frequency changes due to a change in the surrounding environment or the like, the reflection mirror 104 can be driven again in the predetermined vibration mode and at the resonance frequency.

以上のようにして、駆動部７００は、反射ミラー１０４を、所定の振動モードで、かつ共振周波数で正確に駆動することができる。また、反射ミラー１０４を所定の振動モードとした上で共振周波数を探索することにより、反射ミラー１０４を効率良くかつ安定して駆動することができる。これにより、反射ミラー１０４を効率良く、かつ所望の振動モードで安定して駆動することができるという効果を奏する。また、スクリーン１１０にレーザ光を安定して走査させることにより、高品質な画像を安定して表示することができる。 As described above, the drive unit 700 can accurately drive the reflection mirror 104 in a predetermined vibration mode and at a resonance frequency. Further, by searching the resonance frequency with the reflection mirror 104 in a predetermined vibration mode, the reflection mirror 104 can be driven efficiently and stably. Thereby, there is an effect that the reflecting mirror 104 can be driven efficiently and stably in a desired vibration mode. In addition, by stably scanning the screen 110 with laser light, a high-quality image can be stably displayed.

なお、判定部７０５は、出力信号Ｃ２が、駆動信号Ｃ１に対して略４分の１波長λ／４遅れであるか否かにより、反射ミラー１０４が共振周波数で振動するか否かを判定する構成に限られない。出力信号Ｃ２の波形の取り方に応じて、略４分の１波長のずれを生じる場合以外の場合に、反射ミラー１０４が共振周波数で振動すると判定することとしても良い。これに伴い、波形生成部７０６も、第１、第２の検出部２１０、２１１からの信号Ｃ２を略４分の１波長進ませた波形を生成する構成に限らず、略４分の１波長進ませた波形以外の波形を生成することとしても良い。 Note that the determination unit 705 determines whether or not the reflection mirror 104 vibrates at the resonance frequency depending on whether or not the output signal C2 is approximately a quarter wavelength λ / 4 behind the drive signal C1. It is not limited to the configuration. Depending on how the waveform of the output signal C2 is taken, it may be determined that the reflection mirror 104 vibrates at the resonance frequency in cases other than the case where a shift of approximately a quarter wavelength occurs. Accordingly, the waveform generation unit 706 is not limited to a configuration that generates a waveform obtained by advancing the signal C2 from the first and second detection units 210 and 211 by approximately a quarter wavelength, but approximately a quarter wavelength. A waveform other than the advanced waveform may be generated.

また、駆動部７００は、１つの判定部７０５が振動モード判定部の機能と共振判定部の機能とを兼ねる構成に限らず、振動モード判定部と、共振判定部とを別個に設けることとしても良い。さらに、スクリーン１１０の水平方向へレーザ光を走査させる反射ミラー１０４と、スクリーン１１０の垂直方向へレーザ光を走査させる反射ミラー１０４とを用いることにより、スクリーン１１０上の二次元方向へレーザ光を走査させることができる。また、互いに略直交する２つの軸を１つの反射ミラー１０４に設け、それぞれの軸について反射ミラー１０４を回動させることにより、レーザ光を二次元方向へ走査させることとしても良い。 In addition, the driving unit 700 is not limited to the configuration in which one determination unit 705 serves both as the function of the vibration mode determination unit and the function of the resonance determination unit, and the vibration mode determination unit and the resonance determination unit may be provided separately. good. Further, by using the reflection mirror 104 that scans the laser light in the horizontal direction of the screen 110 and the reflection mirror 104 that scans the laser light in the vertical direction of the screen 110, the laser light is scanned in the two-dimensional direction on the screen 110. Can be made. Alternatively, two axes substantially orthogonal to each other may be provided in one reflection mirror 104, and the reflection mirror 104 may be rotated about each axis to scan the laser light in a two-dimensional direction.

図１０は、本発明の実施例２に係る画像表示装置１０００の概略構成を示す。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。画像表示装置１０００は、観察者側に設けられたスクリーン１００５にレーザ光を供給し、スクリーン１００５で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。画像表示装置１０００は、上記実施例１と同様に、光走査装置１２０を有する。 FIG. 10 shows a schematic configuration of an image display apparatus 1000 according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The image display apparatus 1000 is a so-called front projection type projector that supplies laser light to a screen 1005 provided on the viewer side and observes an image by observing light reflected on the screen 1005. The image display apparatus 1000 includes the optical scanning device 120 as in the first embodiment.

画像表示装置１０００の観察者側の面には、硝子や透明樹脂等の透明部材からなる出射窓１０１０が設けられている。光走査装置１２０からのレーザ光は、出射窓１０１０を透過した後、スクリーン１００５に入射する。光走査装置１２０を用いることにより、スクリーン１００５にレーザ光を安定して走査させることができる。これにより、画像表示装置１０００は、高品質な画像を安定して表示することができる。 An exit window 1010 made of a transparent member such as glass or transparent resin is provided on the surface of the image display apparatus 1000 on the viewer side. Laser light from the optical scanning device 120 passes through the emission window 1010 and then enters the screen 1005. By using the optical scanning device 120, it is possible to stably scan the screen 1005 with laser light. Thereby, the image display apparatus 1000 can stably display a high-quality image.

なお、上記各実施例において、光走査装置１２０はレーザ光を供給する光源部１０１を用いる構成としているが、ビーム状の光を供給可能な構成であれば、これに限られない。例えば、光源部１０１は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いる構成としても良い。また、本発明の光走査装置１２０は、画像表示装置に用いる以外に、例えば、レーザプリンタやバーコードリーダ等の、レーザ光を走査させる電子機器に用いることとしても良い。 In each of the above embodiments, the optical scanning device 120 is configured to use the light source unit 101 that supplies laser light. However, the configuration is not limited thereto as long as the configuration can supply beam-shaped light. For example, the light source unit 101 may be configured to use a solid light emitting element such as a light emitting diode element (LED). Further, the optical scanning device 120 of the present invention may be used in an electronic apparatus that scans laser light, such as a laser printer or a barcode reader, in addition to the image display device.

以上のように、本発明に係る光走査装置は、画像信号に応じて光を走査させる場合に有用であり、特に、プレゼンテーションや動画を表示するための画像表示装置に用いる場合に適している。 As described above, the optical scanning device according to the present invention is useful when scanning light according to an image signal, and is particularly suitable for use in an image display device for displaying a presentation or a moving image.

本発明の実施例１に係る画像表示装置の概略構成を示す図。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an image display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 反射ミラーの上面構成を示す図。The figure which shows the upper surface structure of a reflective mirror. 可動側電極と固定側電極とによる反射ミラーの駆動を説明する図。The figure explaining the drive of the reflective mirror by a movable side electrode and a fixed side electrode. 所定の振動モードとは異なる他の振動モードの例を説明する図。The figure explaining the example of other vibration modes different from a predetermined vibration mode. 所定の振動モードとは異なる他の振動モードの例を説明する図。The figure explaining the example of other vibration modes different from a predetermined vibration mode. 所定の振動モードを説明する図。The figure explaining predetermined vibration mode. 駆動部のブロック構成を示す図。The figure which shows the block structure of a drive part. 第１の検出部からの信号と第２の検出部からの信号とを示す図。The figure which shows the signal from a 1st detection part and the signal from a 2nd detection part. 駆動信号と、検出部により検出された信号とを示す図。The figure which shows a drive signal and the signal detected by the detection part. 本発明の実施例２に係る画像表示装置の概略構成を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of an image display device according to a second embodiment of the invention.

Explanation of symbols

１００画像表示装置、１０１光源部、１０４反射ミラー、１０５反射部、１０７筐体、１１０スクリーン、１２０光走査装置、２０４可動側電極、２０５固定側電極、２１０第１の検出部、２１１第２の検出部、７００駆動部、７０１駆動信号生成部、７０２加算部、７０３増幅部、７０５判定部、７０６波形生成部、１０００画像表示装置、１００５スクリーン、１０１０出射窓 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Image display apparatus, 101 Light source part, 104 Reflection mirror, 105 Reflection part, 107 Case, 110 Screen, 120 Optical scanning device, 204 Movable side electrode, 205 Fixed side electrode, 210 1st detection part, 211 2nd Detection unit, 700 drive unit, 701 drive signal generation unit, 702 addition unit, 703 amplification unit, 705 determination unit, 706 waveform generation unit, 1000 image display device, 1005 screen, 1010 exit window

Claims

An optical scanning device that scans light by vibrating a reflecting mirror,
A detection unit for detecting the displacement of the reflection mirror;
A vibration mode determination unit that determines whether or not the reflection mirror vibrates in a vibration mode that reciprocally rotates around a predetermined rotation axis based on a signal from the detection unit;
An optical scanning device comprising: a resonance determination unit that determines whether or not the reflection mirror vibrates at a resonance frequency unique to the reflection mirror based on a signal from the detection unit.

The reflection mirror is displaced so as to rotate about a rotation axis,
The optical scanning device according to claim 1, wherein the detection unit is provided at at least two positions that are substantially symmetrical with respect to the rotation axis.

The detection unit includes a first detection unit and a second detection unit provided at substantially symmetrical positions with respect to the rotation axis,
The vibration mode determination unit is configured to vibrate the reflection mirror in the predetermined vibration mode when a signal from the first detection unit and a signal from the second detection unit are in opposite phases to each other. The optical scanning device according to claim 2, wherein the optical scanning device is determined.

The resonance determination unit determines that the reflection mirror vibrates at the resonance frequency when a signal from the detection unit causes a predetermined phase shift with respect to a drive signal for driving the reflection mirror. The optical scanning device according to any one of claims 1 to 3.

A drive unit capable of switching between a first path for driving the reflection mirror while changing the drive frequency and a second path for driving the reflection mirror based on a signal from the detection unit;
The drive unit is determined by the vibration mode determination unit when the reflection mirror vibrates in the predetermined vibration mode, and the first determination until the resonance determination unit determines that the reflection mirror vibrates at the resonance frequency. The reflection mirror is driven using a path, and the vibration mode determination unit determines that the reflection mirror vibrates in the predetermined vibration mode, and the resonance determination unit determines that the reflection mirror vibrates at the resonance frequency. The first mirror is thereby switched to the second path, and the reflection mirror is driven with the drive frequency fixed at the resonance frequency. The optical scanning device according to Item.

6. The optical scanning device according to claim 5, wherein the driving unit generates a signal shifted by a predetermined phase with respect to the signal from the detection unit through the second path.

When the drive mode is determined by the vibration mode determination unit that the reflection mirror vibrates in another vibration mode other than the predetermined vibration mode while driving the reflection mirror using the second path And when the resonance determination unit determines that the reflection mirror vibrates at the drive frequency different from the resonance frequency, the second path is switched to the first path. The optical scanning device according to claim 5 or 6.

It has an optical scanning device according to any one of claims 1 to 7,
An image display device, wherein an image is displayed on a predetermined surface by light from the optical scanning device.