JP5446513B2 - 光スキャナ、この光スキャナを備えた画像表示装置、光スキャナの駆動方法 - Google Patents

光スキャナ、この光スキャナを備えた画像表示装置、光スキャナの駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーザープリンタや画像表示装置に用いられる光スキャナ、特にＭＥＭＳミラーを有する光スキャナ、この光スキャナを用いた画像表示装置、光スキャナの駆動方法に関する。
従来、レーザープリンタや光を走査して画像を表示する画像表示装置等には、光スキャナが利用されてきた。一般に、この光スキャナとしては、ポリゴンミラーを用いるものやガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いるものが存在する。特に、ＭＥＭＳミラーを用いた光スキャナは、光の反射面が一面だけで良く、またミラー、トーションバー、支持枠を一体加工できるので、ポリゴンミラー及びガルバノミラーを用いた光スキャナに対し小型化、軽量化が可能になる。
例えば光スキャナが画像投影装置に用いられる場合、表示画像の画角は光スキャナの偏向角の大きさに依存する。従って、大きな画像や精緻な画像を表示するためには、光スキャナの偏向角は大きいほど望ましい。光スキャナの偏向角を大きくするための方法としては、光スキャナを光スキャナの共振周波数にて共振駆動する方法が挙げられる。また、大きな偏向角を得るためには、共振の特性を表すＱ値の高い（典型的には１０３程度）光スキャナを共振駆動するのが望ましい。
光スキャナを共振駆動するためには、光スキャナを駆動する駆動周波数を、光スキャナの共振周波数に等しく設定すれば良い。特に、Ｑ値の高い光スキャナを共振させるためには、駆動周波数を正確に共振周波数に一致させる必要がある。しかし、光スキャナの共振周波数は一定ではなく、温度変化や経年変化等の外乱によって変化する。特許文献１では、光スキャナの共振周波数が含まれる周波数範囲を往復掃引し、往復掃引で得られる揺動振幅値が極大となる少なくとも２つの周波数に基づいて、光スキャナの共振数波数を決定する。この光スキャナの共振周波数に基づいて駆動信号を生成することで、共振駆動が可能になる。
特開２００８−３１０３０１号公報
光スキャナの周波数特性（駆動周波数に対する偏向角の量）は、線形な周波数特性と非線形な周波数特性との二種類に分類できる。線形な周波数特性とは、駆動周波数に対して偏向角が一意に決まることを意味する（例えば、特許文献１の［００１９］段落参照）。一方、非線形な周波数特性とは、駆動周波数に対して偏向角が一意に決まらないことを意味する。以下、図１を用いて、非線形な周波数特性を有する光スキャナについて説明を行う。
図１は、後記する本発明の実施形態で用いられる、スキャナ基体１００の周波数特性の実測値を示す図である。図１の横軸はスキャナ基体１００を駆動する駆動周波数を、図１の縦軸はスキャナ基体１００に含まれる偏向ミラー１１１の偏向角を、それぞれ表す。駆動周波数をアップスイープ（低い周波数から高い周波数へと掃引）した場合の駆動周波数に対する偏向角の値は、塗潰し四角と直線とを用いて図１に示される。駆動周波数をダウンスイープ（高い周波数から低い周波数へと掃引）した場合の駆動周波数に対する偏向角の値は、塗潰し三角と点線とを用いて図１に示される。
非線形な周波数特性を有するスキャナ基体１００は、（１）跳躍現象、（２）履歴現象、の２つの特徴的な現象を示す。跳躍現象は、駆動周波数の微小な変化に対して偏向角が大きくに変化する現象である。より詳細には、跳躍現象は、駆動周波数の微小な変化に対して偏向角が増加する偏向増加現象と、駆動周波数の微小な変化に対して偏向角が下落する偏向下落現象との両方を含む。履歴現象は、駆動周波数をアップスイープする場合とダウンスイープする場合とで、跳躍現象が起きる駆動周波数が異なる現象である。スキャナ基体１００は、周波数値ｆＡと周波数値ｆＢとにおいて跳躍現象を示す（図１におけるＡ点及びＢ点）。具体的には、スキャナ基体１００は、周波数値ｆＡにおいて偏向増加現象を、周波数値ｆＢにおいて偏向下落現象をそれぞれ示す。即ち、スキャナ基体１００は、跳躍現象と履歴現象との両方を示す。以下、スキャナ基体１００の偏向角の振る舞いを、アップスイープ時とダウンスイープ時との両方について説明する。
周波数値ｆＡよりも低い周波数値から駆動周波数をアップスイープした場合、偏向角は、駆動周波数が増加するに従って増大する。偏向角は、駆動周波数が周波数値ｆＢと等しい場合に最大となる。駆動周波数が周波数値ｆＢを上回ると、スキャナ基体１００の偏向角は減少する、即ち偏向下落現象が現れる。
周波数値ｆＡよりも高い周波数値から駆動周波数をダウンスイープした場合、偏向角は、駆動周波数が減少するに従って増大する。但し、周波数値ｆＡよりも高い周波数値からのダウンスイープ時における偏向角は、周波数値ｆＡよりも低い周波数からのアップスイープ時における偏向角よりも小さい。駆動周波数が周波数値ｆＡに漸近すると、偏向角は急激に増加する、即ち偏向増大現象が現れる。
一般に、非線形な周波数特性を有する光スキャナは、所定の駆動電圧に対して、線形な周波数特性を有する光スキャナよりも大きな偏向角を得られる。即ち、大きな偏向角を得るためには、線形な周波数特性を有する光スキャナよりも、非線形な周波数特性を有する光スキャナが適している。そして、非線形な周波数特性を有する光スキャナにおいて最大の偏向角を得るためには、偏向下落現象が発生する直前の周波数値、例えば前記したスキャナ基体１００においては周波数値ｆＢ、にて駆動されるのが理想である。しかし、前記した様に、光スキャナの共振周波数は、温度変化や経年変化等の外乱によって変化する。即ち、跳躍現象が起きる周波数値ｆＡ及び周波数値ｆＢも、温度変化や経年変化等の外乱によって変化する。そのため、大きな偏向角を得ることと外乱に対して安定な駆動とを両立した定常駆動を行うためには、偏向下落現象が起きる周波数値ｆＢを知ることが必要になる。
特許文献１に記載の技術は、線形な周波数特性を有する光スキャナに対して用いられるのが前提となっている。従って、特許文献１に記載の技術は、非線形な周波数特性を有する光スキャナに対して適応することができない。そこで、本発明は、非線形な周波数特性を有する光スキャナであって、大きな偏向角を得ることと外乱に対して安定な駆動とを両立した定常駆動が可能な光スキャナ、この光スキャナを備えた画像表示装置、光スキャナの駆動方法を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、入射した光を所定方向に偏向する偏向ミラーと、前記偏向ミラーを支持するために、一端が前記偏向ミラーに連結された支持梁と、前記支持梁の他端が連結される固定部とを含むスキャナ基体と、前記偏向ミラー及び前記支持梁を揺動させることで、前記スキャナ基体を揺動駆動させる駆動部と、前記偏向ミラーの偏向状態を取得する偏向状態取得部と、前記スキャナ基体を所定の駆動周波数で揺動駆動させるための駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動部に送信する制御部とを備え、前記スキャナ基体は、第１共振周波数と、前記第１共振周波数よりも高い第２共振周波数とにおいて共振状態にて揺動駆動する共振駆動が可能で、駆動周波数が前記第１共振周波数よりも低い周波数値から上昇した場合、第２共振周波数にて共振駆動し、駆動周波数が前記第１共振周波数よりも高い周波数値から下降した場合、第１共振周波数にて共振駆動し、前記第２共振周波数にて共振駆動しているときに、駆動周波数が前記第２共振周波数を上回った場合、前記偏向状態が下落する偏向下落現象を示し、前記制御部は、前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、上昇する方向へ掃引するアップスイープ手段と、前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記偏向下落現象を検知する偏向下落現象検知手段と、前記アップスイープ手段によって掃引された駆動周波数において前記偏向下落現象検知手段によって前記偏向下落現象が検知された場合に、前記偏向下落現象が検知されたときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する目標駆動周波数決定手段と、前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、前記目標駆動周波数まで、上昇する方向へ再度掃引する再アップスイープ手段と、前記再アップスイープ手段の動作後に、前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記目標駆動周波数における前記偏向状態を維持するように、前記スキャナ基体を定常駆動させる定常駆動手段と、前記偏向状態取得部の取得結果と、駆動周波数とを対応付けて記憶する記憶手段とを有し、前記偏向下落現象検知手段は、前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記偏向状態が減少しているか否かを判断する偏向減少判断手段と、前記偏向減少判断手段によって前記偏向状態が減少していると判断された場合に、前記偏向状態の減少が前記偏向落下現象であるか否かを判断する偏向下落現象判断手段とを含み、前記目標駆動周波数決定手段はさらに、前記偏向減少判断手段によって前記偏向状態が減少していると判断され、且つ前記偏向下落現象判断手段によって前記偏向状態の減少が前記偏向落下現象でないと判断された場合に、前記記憶手段の記憶内容に基づいて、前記偏向状態が最大のときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する、ことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、入射した光を所定方向に偏向する偏向ミラーと、前記偏向ミラーを支持するために、一端が前記偏向ミラーに連結された支持梁と、前記支持梁の他端が連結される固定部とを含むスキャナ基体と、前記偏向ミラー及び前記支持梁を揺動させることで、前記スキャナ基体を揺動駆動させる駆動部と、前記偏向ミラーの偏向状態を取得する偏向状態取得部と、前記スキャナ基体を所定の駆動周波数で揺動駆動させるための駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動部に送信する制御部とを備え、前記スキャナ基体は、第１共振周波数と、前記第１共振周波数よりも高い第２共振周波数とにおいて共振状態にて揺動駆動する共振駆動が可能で、駆動周波数が前記第１共振周波数よりも低い周波数値から上昇した場合、第２共振周波数にて共振駆動し、駆動周波数が前記第１共振周波数よりも高い周波数値から下降した場合、第１共振周波数にて共振駆動し、前記第２共振周波数にて共振駆動しているときに、駆動周波数が前記第２共振周波数を上回った場合、前記偏向状態が下落する偏向下落現象を示し、前記制御部は、前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記偏向ミラーの位相を決定する位相決定手段と、前記位相決定手段によって決定された前記偏向ミラーの位相と、前記駆動信号の位相との位相差を決定する位相差決定手段と、前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、上昇する方向へ掃引するアップスイープ手段と、前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記偏向下落現象を検知する偏向下落現象検知手段と、前記アップスイープ手段によって掃引された駆動周波数において前記偏向下落現象検知手段によって前記偏向下落現象が検知された場合に、前記偏向下落現象が検知されたときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する目標駆動周波数決定手段と、前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、前記目標駆動周波数まで、上昇する方向へ再度掃引する再アップスイープ手段と、前記再アップスイープ手段の動作後に、前記位相差決定手段によって決定された位相差を、目標位相差として記憶する目標位相差記憶手段と、前記位相差決定手段によって決定された位相差が、前記目標位相差記憶手段に記憶された前記目標位相差に一致するように、前記駆動信号の駆動周波数を調整する駆動周波数調整手段とを有する、ことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記アップスイープ手段はさらに、駆動周波数を所定の周波数間隔で上昇する周波数上昇手段と、前記周波数上昇手段によって駆動周波数が所定の周波数間隔を上昇した後に、同一の駆動周波数を所定の時間に亘って保持するウェイト手段とを含む、ことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明において、前記再アップスイープ手段はさらに、駆動周波数が前記目標駆動周波数に近づくに従って、駆動周波数の上昇する周波数間隔が狭くなるように駆動周波数を上昇する周波数可変上昇手段を含む、ことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載の発明において、光を走査して画像を形成するための、請求項１〜４の何れか１項に記載の光スキャナと、その光スキャナに光を供給するための光源と、前記光スキャナによって走査された光を使用者の目に導く接眼光学系とを備える、ことを特徴する。
請求項６に記載の発明は、第１共振周波数と、前記第１共振周波数よりも高い第２共振周波数とにおいて共振状態にて揺動駆動する共振駆動が可能で、光スキャナの駆動周波数が前記第１共振周波数よりも低い所定の周波数値から上昇した場合、第２共振周波数にて共振駆動し、駆動周波数が前記第１共振周波数よりも高い所定の周波数値から下降した場合、第１共振周波数にて共振駆動し、前記第２共振周波数にて共振駆動しているときに、駆動周波数が前記第２共振周波数を上回った場合、前記偏向状態が下落する偏向下落現象を示す光スキャナを駆動する駆動方法であって、光スキャナを駆動する駆動部に送信する駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、上昇する方向へ掃引するアップスイープ工程と、光スキャナの偏向状態を取得する偏向状態取得工程と、前記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、前記偏向下落現象を検知する偏向下落現象検知工程と、前記アップスイープ工程によって掃引された駆動周波数において前記偏向下落現象検知工程によって前記偏向下落現象が検知された場合に、前記偏向下落現象が検知されたときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する目標駆動周波数決定工程と、前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、前記目標駆動周波数まで、上昇する方向へ再度掃引する再アップスイープ工程と、 前記再アップスイープ工程の後に、前記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、前記目標駆動周波数における前記偏向状態を維持するように、光スキャナを定常駆動させるための前記駆動信号を送信する定常駆動工程と、前記偏向状態取得工程の取得結果と、駆動周波数とを対応付けて記憶する記憶工程とを備え、前記偏向下落現象検知工程は、前記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、前記偏向状態が減少しているか否かを判断する偏向減少判断工程と、前記偏向減少判断工程によって前記偏向状態が減少していると判断された場合に、前記偏向状態の減少が前記偏向落下現象であるか否かを判断する偏向下落現象判断工程とを含み、前記目標駆動周波数決定工程はさらに、前記偏向減少判断工程によって前記偏向状態が減少していると判断され、且つ前記偏向下落現象判断工程によって前記偏向状態の減少が前記偏向落下現象でないと判断された場合に、前記記憶工程によって記憶された記憶内容に基づいて、光スキャナの偏向状態が最大のときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定することを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、第１共振周波数と、前記第１共振周波数よりも高い第２共振周波数とにおいて共振状態にて揺動駆動する共振駆動が可能で、光スキャナの駆動周波数が前記第１共振周波数よりも低い所定の周波数値から上昇した場合、第２共振周波数にて共振駆動し、駆動周波数が前記第１共振周波数よりも高い所定の周波数値から下降した場合、第１共振周波数にて共振駆動し、前記第２共振周波数にて共振駆動しているときに、駆動周波数が前記第２共振周波数を上回った場合、前記偏向状態が下落する偏向下落現象を示す光スキャナを駆動する駆動方法であって、光スキャナを駆動する駆動部に送信する駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、上昇する方向へ掃引するアップスイープ工程と、光スキャナの偏向状態を取得する偏向状態取得工程と、前記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、光スキャナの偏向状態の位相を決定する位相決定工程と、前記位相決定工程によって決定された光スキャナの偏向状態の位相と、前記駆動信号の位相との位相差を決定する位相差決定工程と、記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、前記偏向下落現象を検知する偏向下落現象検知工程と、前記アップスイープ工程によって掃引された駆動周波数において前記偏向下落現象検知工程によって前記偏向下落現象が検知された場合に、前記偏向下落現象が検知されたときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する目標駆動周波数決定工程と、前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、前記目標駆動周波数まで、上昇する方向へ再度掃引する再アップスイープ工程と、前記再アップスイープ工程の動作後に、前記位相差決定工程によって決定された位相差を、目標位相差として記憶する目標位相差記憶工程と、前記位相差決定工程によって決定された位相差が、前記目標位相差記憶工程において記憶された前記目標位相差に一致するように、前記駆動信号の駆動周波数を調整する駆動周波数調整工程と、を備えることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記アップスイープ工程はさらに、駆動周波数を所定の周波数間隔で上昇する周波数上昇工程と、前記周波数上昇工程によって駆動周波数が所定の周波数間隔を上昇した後に、同一の駆動周波数を所定の時間に亘って保持するウェイト工程とを有する、ことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項６〜８の何れか１項に記載の発明において、前記
再アップスイープ工程はさらに、駆動周波数が前記目標駆動周波数に近づくに従って、駆動周波数の上昇する周波数間隔が狭くなるように駆動周波数を上昇する周波数可変上昇工程を有する、ことを特徴とする。
請求項１及び２に記載の発明では、アップスイープ手段によって駆動信号の駆動周波数が第１共振周波数よりも低い周波数値から上昇する方向へ掃引されることで、スキャナ基体は第２共振周波数で共振駆動が可能になる。そして、アップスイープ手段によって掃引された駆動周波数が第２共振周波数を上回った場合、偏向下落現象が生じる。目標駆動周波数決定手段は、偏向急変検知手段によって検知されたこの偏向下落現象が生じたときの駆動周波数よりも低い周波数値を、目標駆動周波数として決定する。そして、再アップスイープ手段の動作後に、定常駆動手段がこの目標駆動周波数にてスキャナ基体を定常駆動をさせる。従って、非線形な周波数特性を有する光スキャナを、大きな偏向角を得ることと外乱に対して安定な駆動とを両立した定常駆動することが可能になる。
後記する図６に示される様に、偏向下落現象が生じる駆動周波数よりも低い駆動周波数において、偏向状態のピークを示すスキャナ基体と示さないスキャナ基体との両方が存在する。請求項１に記載の発明では、偏向状態が減少していると判断された場合に、偏向状態の減少が偏向落下現象であるか否かが判断される。従って、偏向状態の減少が生じた場合、その減少が偏向状態のピークを示すのか、偏向落下現象を示すのか、切り分けが可能になる。
また、請求項１に記載の発明では、偏向状態が最大のときの駆動周波数よりも低い周波数値が、目標駆動周波数として決定される。偏向落下現象の生じる周波数値よりも低い周波数値で光スキャナが駆動されることで、温度変化や経年変化等の外乱によって光スキャナの共振周波数が変化しても、偏向落下現象を回避できる。
さらに、請求項２に記載の発明では、再アップスイープ手段の動作後に、偏向ミラーの位相と駆動信号の位相との位相差が、目標位相差として記憶される。そして、位相差が目標位相差と一致するように、駆動信号の駆動周波数が調整される。仮に温度変化や経年変化等の外乱によってスキャナ基体の共振周波数が変化しても、スキャナ基体が定常駆動される際の位相差は、略一定の値を示す。そのため、位相差が目標位相差に常に一致するように駆動周波数が調整されることで、安定した定常駆動の維持が可能になる。
請求項３に記載の発明では、周波数上昇手段によって駆動周波数が所定の周波数間隔を上昇した後に、ウェイト手段によって同一の駆動周波数が所定の時間に亘って保持される。スキャナ基体のＱ値が高い場合、駆動信号の駆動周波数が変化してからスキャナ基体の偏向状態が安定するまでに、ある程度の時間が必要となる。スキャナ基体の偏向状態が安定しない状態で駆動周波数が上昇し続けると、偏向下落現象が適切に検出されない可能性がある。従って、ウェイト手段が設けられることで、Ｑ値の高いスキャナ基体が用いられる場合であっても、偏向下落現象が適切に検出される。
請求項４に記載の発明では、駆動周波数が目標駆動周波数に近づくに従って、駆動周波数の上昇する周波数間隔が狭くなる。駆動周波数が目標駆動周波数から大きく離れている場合は、駆動周波数の上昇する周波数間隔が広いため、駆動周波数を素早く目標駆動周波数に近付けることが可能になる。また、駆動周波数が目標駆動周波数に近い場合は、駆動周波数の上昇する周波数間隔が狭いため、駆動周波数を精度良く且つ再現性良く、目標駆
動周波数に一致させることが可能になる。
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光スキャナが画像表示装置に用いられる。従って、非線形な周波数特性を有する光スキャナが用いられるため、大きな画像や精緻な画像を表示することが可能になる。また、温度変化や経年変化等の外乱に対しても適切に共振駆動を行うことが可能な光スキャナが用いられるため、安定した画像提示が可能になる。
請求項６に記載の発明では、光スキャナを第２目標駆動周波数で共振駆動可能にするために、アップスイープ工程は、駆動信号の駆動周波数を第１共振周波数よりも低い周波数値から上昇する方向へ掃引する。そして、偏向下落現象検知工程は、偏向下落現象を検知する。従って、アップスイープ工程によって掃引された駆動周波数が第２共振周波数を上回った結果生じる偏向下落現象が、検知される。目標駆動周波数決定工程は、この偏向下落現象が生じたときの駆動周波数よりも低い周波数値を、目標駆動周波数として決定する。そして、再アップスイープ工程の後に、定常駆動工程がこの目標駆動周波数にてスキャナ基体を定常駆動させる。従って、非線形な周波数特性を有する光スキャナを、大きな偏向角を得ることと外乱に対して安定な駆動とを両立した定常駆動することが可能になる。
また、請求項６に記載の発明では、偏向状態が減少していると判断された場合に、偏向状態の減少が偏向落下現象であるか否かが判断される。従って、偏向状態の減少が生じた場合、その減少が偏向状態のピークを示すのか、偏向落下現象を示すのか、切り分けが可能になる。
また、請求項６に記載の発明では、偏向状態が最大のときの駆動周波数よりも低い周波数値が、目標駆動周波数として決定される。偏向落下現象の生じる周波数値よりも十分に低い周波数値で光スキャナが駆動されることで、温度変化や経年変化等の外乱によって光スキャナの共振周波数が変化しても、偏向落下現象を回避できる。
さらに、請求項７に記載の発明では、再アップスイープ工程の動作後に、偏向ミラーの位相と駆動信号の位相との位相差が、目標位相差として記憶される。そして、位相差が目標位相差と一致するように、駆動信号の駆動周波数が調整される。仮に温度変化や経年変化等の外乱によってスキャナ基体の共振周波数が変化しても、スキャナ基体が定常駆動される際の位相差は、略一定の値を示す。そのため、位相差が目標位相差に常に一致するように駆動周波数が調整されることで、安定した定常駆動の維持が可能になる。
請求項８に記載の発明では、周波数上昇工程によって駆動周波数が所定の周波数間隔を上昇した後に、ウェイト工程によって同一の駆動周波数が所定の時間に亘って保持される。Ｑ値が高いスキャナ基体を含む光スキャナが駆動される場合、駆動信号の駆動周波数が変化してからスキャナ基体の偏向状態が安定するまでに、ある程度の時間が必要になる。スキャナ基体の偏向状態が安定しない状態で駆動周波数が上昇し続けると、偏向下落現象が適切に検出されない可能性がある。従って、ウェイト手段が設けられることで、Ｑ値の高いスキャナ基体を含む光スキャナが駆動される場合であっても、偏向下落現象が適切に検出される。
請求項９に記載の発明では、駆動周波数が目標駆動周波数に近づくに従って、駆動周波数の上昇する周波数間隔が狭くなる。駆動周波数が目標駆動周波数から大きく離れている場合は、駆動周波数の上昇する周波数間隔が広いため、駆動周波数を素早く目標駆動周波数に近付けることが可能になる。また、駆動周波数が目標駆動周波数に近い場合は、駆動周波数の上昇する周波数間隔が狭いため、駆動周波数を精度良く且つ再現性良く、目標駆動周波数に一致させることが可能になる。
第１の実施形態に係る、スキャナ基体１００の周波数特性の実測値を示す図。 第１の実施形態に係る、光スキャナ１０の機能ブロック図。 第１の実施形態に係る、スキャナ基体１００及び駆動部３００を説明する斜視図。 第１の実施形態に係る、制御回路部２００による光スキャナ１０の駆動制御処理を説明するフローチャート。 第１の実施形態に係る、制御回路部２００による光スキャナ１０の起動シーケンスを説明するフローチャート。 第１の実施形態に係る、偏向角のピークが存在する場合としない場合とにおける、周波数特性の違いを説明する模式図。 第１の実施形態に係る、駆動周波数と位相差との関係の実測値を示す図。 第２の実施形態に係る、光スキャナ１１の機能ブロック図。 第３の実施形態に係る、光スキャナ１２の機能ブロック図。 第４の実施形態に係る、画像表示装置１の全体構成について説明する図。 スキャナ基体の変形形状の例を示す平面図。
＜第１の実施形態＞
[光スキャナ１０の構成]
図２は、光スキャナ１０の機能ブロック図である。光スキャナ１０は、スキャナ基体１００と、制御回路部２００と、駆動部３００と、ＢＤセンサ４００と、直流電圧印加部５００と、信号重畳部６００とを備える。光スキャナ１０の外部には、スキャナ基体１００に入射する光を発生する光源ＬＳが設けられる。以下、光スキャナ１０に備えられる各構成について説明する。
スキャナ基体１００は、入射した光を所定方向に走査する。このスキャナ基体１００は、前記した図１に示される様に、非線形な周波数特性を有する。このスキャナ基体１００に設けられる駆動部３００は、制御回路部２００からの駆動信号に応じて、スキャナ基体１００を揺動駆動する。以下、図３を用いて、スキャナ基体１００及び駆動部３００について説明する。
[スキャナ基体１００及び駆動部３００の機械的構成]
図３は、スキャナ基体１００及び駆動部３００を説明する斜視図である。スキャナ基体１００は、基体揺動部１１０と基体台座部１２０とを備える。基体揺動部１１０は、偏向ミラー１１１と、支持梁１１２と、外枠部１１３で構成される。平面視略円形に形成された偏向ミラー１１１は、基体揺動部１１０の中心に設けられる。偏向ミラー１１１に連結される支持梁１１２は、偏向ミラー１１２を両持支持する。支持梁１１２は、ミラー支持部１１２ａと、結合部１１２ｂと、一対の梁部１１２ｃとで構成される。ミラー支持部１１２ａの一端は、偏向ミラー１１１に連結する。ミラー支持部１１２ａの他端は、結合部１１２ｂに連結する。結合部１１２ｂは、ミラー支持部１１２ａに対して直交するように、ミラー支持部１１２ａに連結する。結合部１１２ｂの両端は、一対の梁部１１２ｃに連結する。一対の梁部１１２ｃの一端は、結合部１１２ｂに対して直交するように、結合部１１２ｂに夫々連結する。一対の梁部１１２ｃの他端は、外枠部１１３に対して直交するように、外枠部１１３に夫々連結する。固定部として働く外枠部１１３は、反射ミラー１１１及び支持梁１１２の周囲に、四角環状に配置される。基体揺動部１１０は、例えば厚さ約３０μｍ〜２００μｍの薄長矩形のシリコン基材をエッチング加工する等の方法によって、製造可能である。
基体台座部１２０は、外枠部１１３と同じ大きさの四角環状の構造を示す。基体台座部１２０は、例えばガラス板をブラスト加工することによって、製造可能である。基体台座部１２０と、基体揺動部１１０とが接着や陽極接合等によって固定されることで、スキャナ基体１００が形成される。
駆動部３００は、反射ミラー１１１及び支持梁１１２を揺動駆動させるために、スキャナ基体１００に設けられる。駆動部３００は、下部電極３１０と、圧電素子３２０と、上部電極３３０とで構成される。下部電極３１０は、一対の梁部１１２ｃの上面から外枠部１１３に亘って形成される。下部電極３１０は、例えばスパッタや蒸着等の製膜方法を用いて、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等を０．２μｍ〜０．６μｍの厚さで堆積することで形成される。圧電素子３２０は、下部電極３１０の上に形成される。圧電素子３２０は、例えばエアロゾルデポジション法（例えば、特開２００７−９１４１６号公報を参照）等の製膜方法を用いて、ＰＺＴ等の圧電素子を１μｍ〜３μｍの厚さで堆積することで形成される。上部電極３３０は、圧電素子３２０の上に形成される。上部電極３３０は、下部電極３１０と同様の手法によって形成される。尚、下部電極３１０及び上部電極３３０は、図示しない配線ケーブルによって、信号重畳部６００と電気的に接続される。
スキャナ基体１００の動作を説明する。下部電極３１０と上部電極３３０との間に電圧が印加されることにより、分極した圧電素子３２０は、一対の梁部１１２ｃの長手方向に伸縮する。圧電素子３２０は下部電極３１０を介して一対の梁部１１２ｃ及び外枠部１１３に固定されているので、圧電素子３２０の伸縮は、一対の梁部１１２ｃがスキャナ基体１００の厚み方向に変位する屈曲変位に変換される。即ち、駆動部３００は、ユニモルフとして働く。一対の梁部１１２ｃの屈曲変位は、結合部１１２ｂを介して、偏向ミラー１１１を揺動させるための回転トルクに変換される。
再び図２に戻り、光スキャナ１０の機能ブロック図の説明を続ける。光スキャナ１０の外部に設けられる光源ＬＳは、スキャナ基体部１００の偏向ミラー１１１に対して光を放つ。光源ＬＳは、例えば半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザ等の、レーザ光源が利用される。但し、光源ＬＳは、例えばＬＥＤ等、他の種類の発光素子が利用されても差し支えない。
ＢＤセンサ４００は、偏向ミラー１１１の偏向状態を取得する。具体的には、ＢＤセンサ４００は、スキャナ基体部１００によって走査された光源ＬＳからの光（以下、走査光）が通過する軌跡上の所定の位置に配置される。言い換えれば、ＢＤセンサ４００は、偏向ミラー１１１の偏向角が所定の角度になったときに走査光を受信できるように、スキャナ基体１００に対して所定の相対位置に配置される。走査光を受信したＢＤセンサ４００は、偏向状態信号を発生する。発生した偏向状態信号は、制御回路部２００に送信される。尚、ＢＤセンサ４００は、受信した光子に応じて電子を発生する光電素子（例えばフォトダイオード等）によって構成可能である。尚、偏向ミラー１１１が所定の角度以下で揺動する場合、走査光はＢＤセンサ４００に入射しない。この場合、偏向状態信号が発生せず、制御回路部２００によって偏向角は０度であると見なされる。また、ＢＤセンサ４００は、偏向下落現象が発生した場合に走査光が入射しない位置に配置される。即ち、偏向下落現象が発生した後の偏向角の値は、制御回路部２００によって０度であると見なされる。
制御回路部２００は、スキャナ基体部１００を所定の駆動周波数で揺動駆動させるための駆動信号を生成し、信号重畳部６００を介して駆動信号を駆動部３００に送信する。制御回路部２００はまた、スキャナ基体１００の定常駆動を安定に行うための駆動周波数である目標駆動周波数を、ＢＤセンサ４００からの偏向状態信号を参照して決定することができる。制御回路部２００は、駆動周波数決定手段２０１と、周波数変更制御部２０２と、駆動信号生成部２０３と、偏向角決定部２０４と、偏向角記憶部２０５と、偏向角比較部２０６と、跳躍現象判断手段２０７と、位相差決定部２０８と、目標位相差記憶部２０９とを含む。尚、制御回路部２００を構成するこれらの要素は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含むマイコンや、ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ等によって構成可能である。以下、制御回路部２００の構成要素について説明する。
駆動周波数決定手段２０１は、信号重畳部６００を介して制御回路部２００から駆動部３００に対して送信される駆動信号の駆動周波数を決定する。具体的には、駆動周波数決定手段２０１は、駆動周波数の周波数値や、その周波数値まで駆動周波数を変更する様態（周波数値を段階的に変更するか、一気に変更するか。段階的であれば、周波数間隔は幾らか等）を決定する。駆動周波数決定手段２０１は、さらに、跳躍現象判断手段２０７（詳細は後述）によって決定された跳躍現象が発生した際の駆動周波数を基にして、スキャナ基体１００が定常駆動する際の周波数値である目標駆動周波数を決定する。駆動周波数決定手段２０１は、決定された駆動周波数を、周波数決定信号として周波数変更制御部２０２に対して送信可能である。
周波数変更制御部２０２は、駆動周波数決定手段２０１からの周波数決定信号に応じて、駆動周波数の周波数値を決定する。周波数変更制御部２０２は、決定された周波数値を、周波数変更信号として駆動信号生成部２０３に対して送信可能である。周波数変更制御部２０２は、現在の駆動周波数の周波数値や、段階的に周波数を変更する場合の周波数間隔等を一時記憶する機能を備える。
駆動信号生成部２０３は、周波数変更制御部２０２からの周波数変更信号に応じて、駆動信号を生成する。駆動信号生成部２０３は、生成された駆動信号を、位相差計測部２０８、信号重畳部６００及び直流電圧印加部５００に対して送信可能である。尚、この駆動信号は、一例として所定の振幅及び周波数で定義されるサイン波である。
偏向角決定部２０４は、ＢＤセンサ４００からの偏向状態信号に基づいて、偏向ミラー１１１の偏向角を決定する。偏向角は、揺動する偏向ミラー１１１の振幅が角度で表わされた値である。前記した様にＢＤセンサ４００は、偏向角が所定の角度になった時に、走査光を受信する。そして、ＢＤセンサ４００が走査光を受信したタイミングは、偏向状態信号に含まれる。偏向角決定部２０４は、走査光を受信したタイミングと、ＢＤセンサ４００のスキャナ基体部１００に対する相対位置とに基づいて、偏向角を決定する。偏向角決定部２０４は、決定された偏向角を、偏向角信号として偏向角記憶部２０５及び偏向角比較部２０６に対して送信可能である。
偏向角記憶部２０５は、受信した偏向角信号に含まれる偏向角決定部２０４によって決定された偏向角と、その偏向角における駆動周波数の周波数値とを対応付けて一時記憶する。偏向角記憶部２０５は、偏向角比較部２０６からのリクエストに応じて、記憶された偏向角と周波数値とを偏向角記憶信号として偏向角比較部２０６に対して送信可能である。
偏向角比較部２０６は、偏向角信号と変更角記憶信号とを比較する。具体的には、偏向角比較部２０６は、所望の駆動周波数における偏向角を取得するために、偏向角記憶部２０５にリクエストを送信する。そして、偏向角比較部２０６は、偏向角記憶部２０５から受信した偏向角記憶信号に含まれる偏向角と、偏向角決定部２０４からの偏向角信号に含まれる偏向角との差分を取る。偏向角比較部２０６は、前記差分の値を、偏向角比較信号として跳躍現象判断手段２０７に対して送信可能である。
跳躍現象判断手段２０７は、偏向角比較部２０６からの偏向角比較信号に基づいて、跳躍現象、より詳細には偏向下落現象が発生したか否かを判断する。跳躍現象判断手段２０７は、判断結果を跳躍判断信号として駆動周波数決定手段２０１及び周波数変更制御部２０２に対して送信可能である。
位相差決定部２０８は、ＢＤセンサ４００からの偏向状態信号と、駆動信号生成部２０３からの駆動信号とに基づいて、駆動信号の位相と偏向ミラー１１１の偏向角の位相との位相の差（以下、位相差）を決定する。位相差決定部２０８は、決定された位相差を、位相差信号として駆動周波数決定手段２０１及び目標位相差記憶部２０９に対して送信可能である。
目標位相差記憶部２０９は、位相差決定部２０８によって決定された位相差を目標位相差として記憶する。目標位相差記憶部２０９は、位相差決定部２０８からのリクエストに応じて、記憶した目標位相差を目標位相差信号として位相差決定部２０８に対して送信可能である。
直流電圧印加部５００は、駆動信号に重畳される直流電圧を発生する。発生する直流電圧の値は、駆動信号における電圧の最小値が０Ｖ以上になる様に、駆動信号に応じて調整される。駆動部３００に対して印加される電圧を常に０Ｖ以上にすることで、駆動部３００に含まれる圧電素子３２０の分極状態が常に同一方向に保たれる。その結果、圧電素子３２０の特性の劣化を防止することができる。発生した直流電圧は、信号重畳部６００に対して印加される。
信号重畳部６００は、駆動回路部２００からの駆動信号と、直流電圧印加回路６００からの直流電圧とを重畳する。直流電圧が重畳された駆動信号は、駆動部３００に対して送信される。
［光スキャナ１０の駆動制御］
図４は、制御回路部２００が行う光スキャナ１０の駆動制御処理を説明するフローチャートである。この駆動制御処理は、外部から光スキャナ１０に対して電力が供給されることにより、光スキャナ１０が起動したときに開始する。以下、図４を用いて、光スキャナ１０の駆動制御処理の流れを説明する。
スキャナ基体部１００は、図１に示される様に、非線形な周波数特性を有する。スキャナ基体１００は周波数ｆＢにて駆動されるのが大きな偏向角を得るためには理想的であるが、偏向下落現象が起きる周波数ｆＢは、前記した様に温度変化や経年変化等の外乱によって変化する。適切に定常駆動を行うためには、定常駆動するための目標駆動周波数を決定する必要がある。そのため、制御回路部２００は、ステップＳ１において、目標駆動周波数を決定するための起動シーケンスを実行する。以下、図５を用いて、この起動シーケンスを説明する。
図５は、光スキャナ１０の駆動制御の一部として、制御回路部２００が行う起動シーケンスを説明するフローチャートである。ステップＳＡ１において、駆動周波数決定手段２０１は、駆動周波数の周波数値を、図１におけるＡ点（周波数値ｆＡ）よりも低いサーチ開始周波数（例えば、ｆＡから１００Ｈｚ低い周波数値）に設定する旨の周波数決定信号を生成する。ここで、図１のＡ点における周波数値ｆＡは、駆動周波数決定手段２０１に予め記憶された既知の周波数値である。周波数値ｆＡは、例えば工場出荷時に所定の温度環境下において、駆動周波数をスイープしながら偏向角の測定を行うことで得られる。駆動周波数決定手段２０１は、生成された周波数決定信号を、周波数変更制御部２０２に対して送信する。周波数変更制御部２０２は、受信した周波数決定信号に応じて、駆動信号の駆動周波数をサーチ開始周波数に変更するための周波数変更信号を生成する。生成された周波数変更信号は、駆動信号生成部２０３に対して送信される。周波数変更制御部２０２は、サーチ開始周波数を現在の駆動周波数の周波数値として一時記憶する。駆動信号生成部２０３は、受信した周波数変更信号に応じて駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、直流電圧印加部５００及び信号重畳部６００を介して、直流電圧が重畳された駆動信号として、駆動部３００に印加される。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ２に移行する。
ステップＳＡ２において、駆動周波数決定手段２０１は、駆動周波数がアップスイープされる際の周波数上昇間隔を、１Ｈｚに設定する旨の周波数決定信号を生成する。そして、駆動周波数決定手段２０１は、生成された周波数決定信号を、周波数変更制御部２０２に対して送信する。周波数変更制御部２０２は、この周波数決定信号に含まれる周波数上昇間隔（即ち、１Ｈｚ）を一時記憶する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ３に移行する。
ステップＳＡ３において、周波数変更制御部２０２は、自身に一時記憶された周波数上昇間隔に従って、駆動周波数を上昇させる。具体的には、周波数変更制御部２０２は、駆動周波数の周波数値を、現在の駆動周波数の周波数値に１Ｈｚを加算した周波数値に変更するための周波数変更信号を生成する。周波数変更制御部２０２は、生成された周波数変更信号を、駆動信号生成部２０３に対して送信される。周波数変更制御部２０２は、新たな駆動周波数の周波数値を、現在の駆動周波数の周波数値に上書きする。この周波数変更信号を受信した駆動信号生成部２０３は、直流電圧印加部５００及び信号重畳部６００を介して、直流電圧が重畳された駆動信号を、駆動部３００に印加する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ４に移行する。
スキャナ基体部１００のＱ値は、大きな偏向角を得るために、比較的高い値（例えば、１０３程度）となっている。そのため、スキャナ基体１００が実際に揺動駆動する駆動周波数が、新たな駆動信号の駆動周波数に追随するのにある程度の時間が必要となる。そこで、ステップＳＡ３において、制御回路部２００は、所定の時間（一例として、２０ｍｓ程度）ウェイトをかける。具体的には、周波数変更制御部２０２は、自身が一時記憶している現在の駆動周波数の周波数値にて駆動信号を生成する旨の周波数変更信号（即ち、駆動周波数は一定に保たれる）を、２０ｍｓの期間に亘って駆動信号生成部２０３に対して送信し続ける。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ５に移行する。
ステップＳＡ５において、偏向角決定部２０４は、ＢＤセンサ４００からの偏向状態信号に基づいて、偏向ミラー１１１の偏向角を決定する。偏向角決定部２０４は、決定された偏向角を、偏向角信号として偏向角記憶部２０５及び偏向角比較部２０６に対して送信する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ６に移行する。
ステップＳＡ６において、偏向角記憶部２０５は、受信した偏向角信号に含まれる偏向角と、現在の駆動周波数の周波数値とを対応付けて一時記憶する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ７に移行する。
ステップＳＡ７において、偏向角比較部２０６は、偏向角記憶部２０５に対してリクエストを送信することで、１つ前のループにおける偏向角の値、即ち現在の駆動周波数の周波数値よりも１Ｈｚ低い駆動周波数における偏向角の値を取得する。そして、偏向角比較部２０６は、取得された１つ前のループにおける偏向角の値と、偏向角決定部２０４から受信した偏向角信号に含まれる現在の偏向角の値とを比較する。この比較は、具体的には、現在の偏向角の値から、一つ前のループにおける偏向角の値を差し引くことで達成される。偏向角比較部２０６は、現在の偏向角と一つ前のループにおける偏向角との差分の値（以下、偏向角差分量）を、偏向角比較信号として跳躍現象判断手段２０７に対して送信する。尚、一つ前のループが存在しない場合、即ち偏向角記憶部２０５に何も一時記憶されていない場合、偏向角比較部２０６は、比較不可能を表す旨の偏向角比較信号を、跳躍現象判断手段２０７に対して送信する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ８に移行する。
ステップＳＡ８において、跳躍現象判断手段２０７は、受信した偏向角比較信号に基づいて、最大偏向角が検知されたか否かを判断する。具体的には、跳躍現象判断手段２０７は、現在の偏向角が、一つ前のループにおける偏向角に対して減少しているか否かを判断する。偏向角差分量が負の場合、跳躍現象判断手段２０７は、最大偏向角が検知された（肯定）と判断する。一方、偏向角差分量が正の場合、又は一つ前のループが存在せずに偏向角の比較が不可能の場合、跳躍現象判断手段２０７は、最大偏向角が検知されていない（否定）と判断する。判断結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ９に移行する。一方、判断結果が否定（Ｎｏ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ３に戻すことで、次のループを開始する。ステップＳＡ３〜ステップＳＡ８のループが繰り返されることで、駆動周波数はアップスイープされる。
ステップＳＡ９において、跳躍現象判断手段２０７は、最大偏向角が検知された後の偏向角の減少が、偏向下落現象の発生であるか否かを判断する。偏向下落現象が発生したか否かの判断は、偏向角の値に基づいてなされる。以下、図６を用いてこの理由を説明する。
図６は、偏向角のピークが存在する場合としない場合とにおける、周波数特性の違いを説明する模式図である。図６の横軸は駆動周波数を、縦軸は偏向角をそれぞれ表す。図６中の曲線は、図１におけるアップスイープの場合の周波数特性を模式的に表わしたものである。偏向角のピークが存在しないスキャナ基体において、図６（ａ）に示される様に、駆動周波数が、偏向下落現象が発生するＢ点（周波数値ｆＢ）以下の場合、駆動周波数の増加に従って偏向角が増加する。そして、駆動周波数がＢ点を上回ると、偏向下落現象が発生する。一方、幾つかのスキャナ基体においては、図６（ｂ）に示される様に偏向角のピークが存在する。図６（ｂ）において、駆動周波数が偏向角のピーク位置（周波数値ｆＭＡＸ）以下の場合、駆動周波数の増加に従って偏向角が増加する。そして駆動周波数がピーク位置を上回ると、駆動周波数の増加に従って、偏向角はなだらかに減少する。この偏向角のなだらかな減少は、駆動周波数がＢ点に到達するまで継続する。そして、駆動周波数がＢ点を上回ると偏向下落現象が発生する。
再び図５に戻り、ステップＳＡ９の説明を続ける。跳躍現象判断手段２０７は、周波数変更制御部２０２を介して、駆動周波数を周波数上昇間隔に従って上昇させる。そして、跳躍現象判断手段２０７は、偏向角比較部２０６からの偏向角比較信号に基づいて、偏向角の減少が１０回続くか否かを判断する。偏向角の減少が１０回続いた場合、跳躍現象判断手段２０７は、偏向下落現象が発生していないと判断した旨の跳躍判断信号を、駆動周波数決定手段２０１に対して送信する。一方、仮に偏向下落現象が発生したのであれば、走査光がＢＤセンサ４００に入射しないため、偏向角は０度であると見なされる。即ち、偏向下落現象が発生した後は、検知される偏向角は０度と見なされるため、偏向角差分量も０度となる。偏向角の減少が１０回続かない場合、即ち偏向角差分量が０度の状態が続く場合、跳躍現象判断手段２０７は、偏向下落現象が発生したと判断した旨の跳躍判断信号を、駆動周波数決定手段２０１に対して送信する。ステップＳＡ９の判断結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１３に移行する。一方、ステップＳＡ９の判断結果が否定（Ｎｏ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１０に移行する。
ステップＳＡ１０において、跳躍現象判断手段２０７は、ステップＳＡ８において検知された最大偏向角を、偏向角のピーク値として一時記憶する。跳躍現象判断手段２０７はさらに、最大偏向角が検知されたときの駆動周波数の周波数値を、偏向角のピーク値と対応付けて一時記憶する。一時記憶された偏向角のピーク値及び最大偏向角が検知されたときの駆動周波数の周波数値は、跳躍現象判断手段２０７から駆動周波数決定手段２０１に対して送信され、駆動周波数決定手段２０１に一時記憶される。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１１に移行する。
ステップＳＡ１１において、跳躍現象判断手段２０７は、周波数変更制御部２０２を介して、駆動周波数を周波数上昇間隔に従ってさらに上昇させる。この駆動周波数の上昇は、偏向下落現象が発生するまで、即ち偏向角差分量が０度になるまで継続される。跳躍現象が発生したと判断された旨の跳躍判断信号が跳躍現象判断手段２０７から駆動周波数決定手段２０１に対して送信された後に、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１２に移行する。
ステップＳＡ１２において、駆動周波数決定手段２０１は、偏向角のピークが検知されたときの駆動周波数よりも所定値だけ低い駆動周波数を、目標駆動周波数として決定する。この所定値は、温度変化や経年変化等の外乱に起因する、偏向角のピークが検知される駆動周波数の不定性に対して、十分なマージンを持つように設定される。一例として、偏向角のピークが検知されたときの駆動周波数よりも１０Ｈｚだけ低い駆動周波数が、目標駆動周波数として決定される。駆動周波数決定手段２０１は、決定された目標駆動周波数を一時記憶する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１４に移行する。
ステップＳＡ１３において、駆動周波数決定手段２０１は、偏向下落現象が発生したと判断されたときの駆動周波数よりも所定値だけ低い駆動周波数を、目標駆動周波数として決定する。この所定値は、温度変化や経年変化等の外乱に起因する、偏向下落現象が検知される駆動周波数の不定性に対して、十分なマージンを持つように設定される。一例として、偏向下落現象が検知されたときの駆動周波数よりも１０Ｈｚだけ低い駆動周波数が、目標駆動周波数として決定される。駆動周波数決定手段２０１は、決定された目標駆動周波数を一時記憶する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１４に移行する。
ステップＳＡ１４において、駆動周波数決定手段２０１は、現在の駆動周波数をサーチ開始周波数に再設定する。具体的には、ステップＳＡ１で説明した様に、駆動周波数決定手段２０１、周波数変更制御部２０２及び駆動信号生成部２０３が協働することで、ステップＳＡ１４の処理が達成される。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１５に移行する。
ステップＳＡ１５において、駆動周波数決定手段２０１は、現在の駆動周波数の周波数値が、自身に一時記憶された目標駆動周波数の２０Ｈｚ以内のか否かを判断する。ステップＳＡ１５の判断結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１７に移行する。一方、ステップＳＡ１５の判断結果が否定（Ｎｏ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１６に移行する。
ステップＳＡ１６において、駆動周波数決定手段２０１は、駆動周波数がアップスイープされる際の周波数上昇間隔を、１０Ｈｚに設定する旨の周波数決定信号を生成する。そして、駆動周波数決定手段２０１は、生成された周波数決定信号を、周波数変更制御部２０２に対して送信する。周波数変更制御部２０２は、この周波数決定信号に含まれる周波数上昇間隔（即ち、１０Ｈｚ）を一時記憶する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ２１に移行する。
ステップＳＡ１７において、駆動周波数決定手段２０１は、現在の駆動周波数の周波数値が、自身に一時記憶された目標駆動周波数の１０Ｈｚ以内か否かを判断する。ステップＳＡ１７の判断結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１９に移行する。一方、ステップＳＡ１７の判断結果が否定（Ｎｏ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１８に移行する。
ステップＳＡ１８において、駆動周波数決定手段２０１は、駆動周波数がアップスイープされる際の周波数上昇間隔を、１Ｈｚに設定する旨の周波数決定信号を生成する。そして、駆動周波数決定手段２０１は、生成された周波数決定信号を、周波数変更制御部２０２に対して送信する。周波数変更制御部２０２は、この周波数決定信号に含まれる周波数上昇間隔（即ち、１Ｈｚ）を一時記憶する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ２１に移行する。
ステップＳＡ１９において、駆動周波数決定手段２０１は、現在の駆動周波数の周波数値が、自身に一時記憶された目標駆動周波数の周波数値に一致するか否かを判断する。尚、ここでの一致は、厳密に同一の周波数値で無い場合を含んで良い。例えば、現在の駆動周波数の周波数値が、目標駆動周波数の＋／−０．１Ｈｚ以内であれば、一致と見なされても良い。ステップＳＡ１９の判断結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ２２に移行する。一方、ステップＳＡ２０の判断結果が否定（Ｎｏ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ２０に移行する。
ステップＳＡ２０において、駆動周波数決定手段２０１は、駆動周波数がアップスイープされる際の周波数上昇間隔を、０．１Ｈｚに設定する旨の周波数決定信号を生成する。そして、駆動周波数決定手段２０１は、生成された周波数決定信号を、周波数変更制御部２０２に対して送信する。周波数変更制御部２０２は、この周波数決定信号に含まれる周波数上昇間隔（即ち、０．１Ｈｚ）を一時記憶する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ２１に移行する。
ステップＳＡ２１において、周波数変更制御部２０２は、駆動周波数の周波数値を、現在の駆動周波数の周波数値に自身に一時記憶された周波数上昇間隔（即ち、１０Ｈｚ，１Ｈｚ，０．１Ｈｚの何れか）を加算した周波数値に変更するための周波数変更信号を生成する。周波数変更制御部２０２は、生成された周波数変更信号を、駆動信号生成部２０３に対して送信する。周波数変更制御部２０２は、新たな駆動周波数の周波数値を、現在の駆動周波数の周波数値に上書きする。この周波数変更信号を受信した駆動信号生成部２０３は、直流電圧印加部５００及び信号重畳部６００を介して、直流電圧が重畳された駆動信号を、駆動部３００に印加する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳＡ１５に移行する。
以上説明したように、ステップＳＡ１４の処理によって現在の駆動周波数がサーチ開始周波数に再設定され、ステップＳＡ１５〜ステップＳＡ２１の処理が繰り返されることにより、駆動周波数は再度アップスイープされる。
ステップＳＡ２２において、位相差決定部２０８は、スキャナ基体１００が目標駆動周波数にて駆動されるときの位相差（以下、目標位相差）を決定する。ここで、目標位相差について、図７を用いて説明する。図７は、スキャナ基体１００における、駆動周波数と位相差との関係の実測値を示す図である。図７の横軸は駆動周波数を、図７の縦軸は位相差を、それぞれ表す。駆動周波数をアップスイープした場合の駆動周波数に対する位相差の値は、塗潰し四角と直線とを用いて図７に示される。駆動周波数をダウンスイープした場合の駆動周波数に対する位相差の値は、塗潰し三角と点線とを用いて図７に示される。
スキャナ基体１００は非線形な周波数特性を有するので、位相差は、駆動周波数に対して一意に決まらない。図７に示される様に、周波数値ｆＡよりも低い周波数値から駆動周波数をアップスイープした場合、位相差は、駆動周波数が増加するに従って増大する。位相差は、偏向下落現象が発生するＢ点において急激に上昇する。周波数値ｆＡよりも高い周波数から駆動周波数をダウンスイープした場合、位相差は、駆動周波数が減少するに従って増大する。但し、周波数ｆＡよりも高い周波数からのダウンスイープ時における位相差は、周波数ｆＡよりも低い周波数からのアップスイープ時における位相差よりも大きい。位相差は、偏向増加現象が発生するＡ点において急激に減少する。
位相差決定部２０８は、ＢＤセンサ４００からの偏向状態信号と駆動信号生成部２０３からの駆動信号とを比較することで、この目標駆動周波数における位相差を決定する。位相差決定部２０８は、決定された位相差を、位相差信号として目標位相差記憶部２０９に対して送信する。目標位相差記憶部２０９は、この位相差信号に含まれる位相差を、目標位相差として一時記憶する。その後、制御回路部２００は、一連の起動シーケンスを終了し、処理を図４のステップＳ２に戻す。
ステップＳ２において、制御回路部２００は、一連の駆動制御処理を終了するか否かを判断する。この判断は、例えば、制御回路部２００が、外部から光スキャナ１０の駆動を終了する旨の信号を受信したか否かを判断することで達成される。ステップＳ２における判断が肯定（Ｙｅｓ）の場合、制御回路部２００は、一連の駆動制御処理を終了する。一方、ステップＳ２における判断が否定（Ｎｏ）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳ３に移行する。
ステップＳ３において、位相差決定部２０８は、ＢＤセンサ４００からの偏向状態信号と駆動信号生成部２０３からの駆動信号とを比較することで、現在の駆動周波数における位相差を決定する。位相差決定部２０８は、決定された位相差を、位相差信号として駆動周波数決定手段２０１に対して送信する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳ４に移行する。
ステップＳ４において、駆動周波数決定手段２０１は、現在の位相差と目標位相差とが一致するか否かを判断する。具体的には、駆動周波数決定手段２０１は、位相差計測部２０８を介して目標位相差記憶部２０９に一時記憶された目標位相差を取得する。そして、駆動周波数決定手段２０１は、ステップＳ２において受信した位相差信号に含まれる現在の位相差と目標位相差とが一致するか否かを判断する。尚、ここでの一致は、厳密に同一の位相差でない場合も含んで良い。例えば、現在の位相差が、目標位相差の＋／−１°以内であれば、一致と見なされても良い。ステップＳ４における判断が肯定（Ｙｅs）の場合、制御回路部２００は、処理をステップＳ２に戻す。一方、ステップＳ４における判断が否定（Ｎｏ）の場合、処理をステップＳ５に移行する。
ステップＳ５において、駆動周波数決定手段２０１は、現在の位相差が目標位相差に一致するように、駆動周波数の周波数値を決定する。具体的には、現在の位相差が目標位相差よりも大きい場合、駆動周波数決定手段２０１は、駆動周波数の周波数値を低くする決定を行う。一方、現在の位相差が目標位相差よりも小さい場合、駆動周波数決定手段２０１は、駆動周波数の周波数値を高くする決定を行う。駆動周波数決定手段２０１は、決定結果を周波数決定信号として周波数変更制御部２０２に対して送信する。周波数変更制御部２０２は、駆動信号生成部２０３を介して、駆動信号の周波数値を変更する。その後、制御回路部２００は、処理をステップＳ２に戻す。
以上説明した様に、ステップＳ３〜ステップＳ５の処理が繰り返されることによって、ＢＤセンサ４００からの偏向状態信号に基づいて、光スキャナ１０の定常駆動を行うことが可能になる。仮に温度変化や経年変化等の外乱によってスキャナ基体の共振周波数が変化しても、目標位相差はあまり変化しない。そのため、位相差が目標位相差に一致するように駆動周波数が調整されることで、安定した定常駆動の維持が可能になる。
＜第２の実施形態＞
図８は、第２の実施形態における光スキャナ１１の機能ブロック図である。光スキャナ１１は、（１）インターフェス７００を備える、（２）ＢＤセンサ４００が光スキャナ１１の外部に存在する、の２点において、第１の実施形態における光スキャナ１０と相違する。光スキャナ１１における光スキャナ１０との共通の構成要素は、図２と同一の図番を振ることで、説明を省略する。
インターフェス７００は、ＢＤセンサ４００から偏向状態信号を受信する。そして、インターフェス７００は、受信した偏向状態信号を、伝達信号として偏向角決定部２０４及び位相差決定部２０８に対して送信可能である。換言すれば、インターフェス７００は、偏向ミラー１１１の偏向状態を取得する構成と見なせる。インターフェス７００は、ＢＤセンサ４００からの信号形式を変換する変換回路や、ＢＤセンサからの配線に電気的に接続されるソケット、或いは光スキャナ１１からＢＤセンサ４００に対して延びる配線等、様々な構成であって良い。
制御回路部２００が行う光スキャナ１１の駆動制御処理は、第１の実施形態における光スキャナ１０の駆動制御処理（図４、図５を参照）と略同一である。唯一異なる点は、第１の実施形態においては、制御回路部２００がＢＤセンサ４００からの偏向状態信号を直接受信するが（ステップＳ３、ステップＳＡ５）、本実施形態においては、制御回路部２００がＢＤセンサ４００からの偏向状態信号をインターフェス７００を介して受信する点である。
＜第３の実施形態＞
図９は、第３の実施形態における光スキャナ１２の機能ブロック図である。光スキャナ１２は、（１）圧電検知部８００を備える、（２）ＢＤセンサ４００が存在しない、の２点において、第１の実施形態における光スキャナ１０と相違する。光スキャナ１２における光スキャナ１０との共通の構成要素は、図２と同一の図番を振ることで、説明を省略する。
圧電検知部８００は、偏向ミラー１１１の偏向状態を取得する。圧電検知部８００は、スキャナ基体１００の一対の梁部１１２ｃの屈曲変位を検知可能なように、一対の梁部１１２ｃ上に設けられる。具体的には、図３においてスキャナ基体１００の手前側の支持梁１１２と奥側の支持梁１１２との両方に形成された駆動部３００うち、いずれか一方の駆動部が圧電検知部８００として用いられる。圧電検知部８００は、一対の梁部１１２ｃの屈曲変位に追随して屈曲変位するので、圧電効果によってスキャナ基体１００の厚み方向に分極する。その結果、圧電検知部８００の屈曲変位量に応じた電位差が下部電極と上部電極との間に発生する。この電位差を偏向状態信号として読み出すことにより、偏向ミラー１１１の偏向状態が取得される。
制御回路部２００が行う光スキャナ１２の駆動制御処理は、第１の実施形態における光スキャナ１０の駆動制御処理（図４、図５を参照）と略同一である。唯一異なる点は、第１の実施形態においては、制御回路部２００がＢＤセンサ４００からの偏向状態信号を受信するが（ステップＳ３、ステップＳＡ５）、本実施形態においては、制御回路部２００が圧電検知部８００からの偏向状態信号を受信する点である。
＜第４の実施形態＞
前記した第１〜第３の実施形態における光スキャナ１０，１１，１２は、画像表示装置１に用いることが可能である。図１０は、画像表示装置１の全体構成について説明する図である。画像表示装置１は、観察者の瞳孔５２に入射した光束を用いて網膜５４上に画像を投影することによって、観察者に虚像を視認させる装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。
画像表示装置１は、光束生成手段２、光ファイバ１９、コリメート光学系２０、光スキャナ１０、第１リレー光学系２２、垂直走査部２３及び第２リレー光学系２４を備える。光束生成手段２は、映像信号処理回路３、光源部３０及び光合波部４０で構成される。尚、光スキャナ１０の代わりに、光スキャナ１１又は光スキャナ１２が用いられても差し支えない。映像信号処理回路３は、外部から供給される映像信号に基づいて、画像を合成するための要素となるＢ信号、Ｇ信号、Ｒ信号、水平同期信号及び垂直同期信号を発生する。
光源部３０は、Ｂレーザドライバ３１、Ｇレーザドライバ３２、Ｒレーザドライバ３３、Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５及びＲレーザ３６を備える。Ｂレーザドライバ３１は、映像信号処理回路３からのＢ信号に応じた強度の青色の光束を発生させるように、Ｂレーザ３４を駆動する。Ｇレーザドライバ３２は、映像信号処理回路３からのＧ信号に応じた強度の緑色の光束を発生させるように、Ｇレーザ３５を駆動する。Ｒレーザドライバ３３は、映像信号処理回路３からのＲ信号に応じた強度の赤色の光束を発生させるように、Ｒレーザ３６を駆動する。Ｂレーザ３４，Ｇレーザ３５及びＲレーザ３６は、例えば半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザを用いて構成できる。
光合波部４０は、コリメート光学系４１，４２，４３と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー４４，４５，４６と、合波されたレーザ光を光ファイバ１９に導く集光光学系４７とを備える。Ｂレーザ３４から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系４１によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー４４に入射する。Ｇレーザ３５から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系４２によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー４５に入射する。Ｒレーザ３６から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系４３によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー４６に入射する。ダイクロイックミラー４４，４５，４６にそれぞれ入射した３原色のレーザ光は、波長選択的に反射または透過されて１本の光束として合波され、集光光学系４７に達する。合波されたレーザ光は、集光光学系４７によって集光され、光ファイバ１９へ入射する。
光スキャナ１０は、映像信号処理回路３からの制御信号に従って、駆動される。垂直走査ドライバ６２は、映像信号処理回路３からの制御信号に従って、垂直走査スキャナ２３を駆動する。レーザ光は、光スキャナ１０及び垂直走査スキャナ２３の走査によって、水平方向と垂直方向とに走査された光束として変換され、画像として投影可能な状態になる。具体的には、光ファイバ１９から出射したレーザ光は、コリメート光学系２０によって平行光に変換された後に、スキャナ基体１００の偏向ミラー１１１に導かれる。偏向ミラー１１１によって水平方向に走査されたレーザ光は、第１リレー光学系２２を通過した後に、垂直走査スキャナ２３に平行光線として入射する。このとき、第１リレー光学系２２によって、垂直走査スキャナ２３の位置に光学瞳が形成される。垂直走査スキャナ２３によって垂直方向に走査されたレーザ光は、第２リレー光学系２４を通過した後に、観測者の瞳孔５２に平行光線として入射する。このとき、第２リレー光学系２４によって、観測者の瞳孔５２と垂直走査スキャナ２３の位置にある光学瞳とが共役となる。
＜変形例＞
本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその変形の一例を述べる。
前記した実施形態において、スキャナ基体１００は、図３に示される形状である。しかし、スキャナ基体はこれ以外の形状であっても良い。図１１に、スキャナ基体の変形形状の例を示す平面図を示す。例えば、図１１（ａ）に示されるスキャナ基体１３０の様に、支持梁１３２は、一対の梁部１３２ｃのみよって構成されて良い。この場合、偏向ミラー１３１と外枠部１３３とは、一対の梁部１３２ｃのみよって直接連結される。あるいは、図１１（ｂ）に示されるスキャナ基体１４０の様に、支持梁１４２は、偏向ミラー１４１を片持支持するために、一本だけ設けられても良い。あるいは、図１１（ｃ）に示されるスキャナ基体１５０の様に、偏向ミラー１５１が一対の支持梁１５２によって両持支持されるような構成でもよい。スキャナ基体１５０は、基板１５３上に設けられた駆動部３０１によって誘起される基板１５３の板波を利用して偏向ミラー１５１及び支持梁１５２が揺動駆動される構成である（例えば、特開２００６−２９３１１６号公報を参照）。要は、非線形な周波数特性を有するスキャナ基体であれば、形状は問わない。また、外枠部１５３は、図１１（ｃ）に示される様に、偏向ミラー１５２及び支持梁１５２の周囲を取り囲まなくてもよい。
前記した実施形態において、偏向ミラー１１１及び支持梁１１２は、圧電素子３２０を含む駆動部３００によって揺動駆動される。しかし、これ以外の駆動機構によって偏向ミラー１１１及び支持梁１１２が揺動駆動されても良い。例えば、偏向ミラー１１１の裏面と基体台座部１２０とに一対の電極が設けられることによって、クーロン力を利用して反射ミラーを揺動駆動する静電駆動方式が採用されても良い。あるいは、偏向ミラー１１１の裏面にコイルが、基体台座部１２０に永久磁石が夫々設けられることによって、磁力を利用して反射ミラーを揺動駆動する電磁駆動方式が採用されても良い。
前記した実施形態において、偏向角の値を利用して、偏向下落現象が発生したか否かが判断される（図５のステップＳＡ９参照）。しかし、偏向ミラー１１１の他の偏向状態、例えば位相差や偏向状態信号の受信タイミング等を利用して、偏向下落現象が発生したか否かが判断されてもよい。
スキャナ基体１００の用いられる温度環境に依存して、サーチ開始周波数は変化する。実験的に、０℃の状態と５０℃の状態とでは、サーチ開始周波数に１００Ｈｚ程度の差が出る場合も確認されている。前記した図５に示される起動シーケンスにおいて、サーチ開始周波数は、周波数値ｆＡよりも１００Ｈｚだけ低い周波数値である（ステップＳＡ１参照）。周波数値ｆＡよりも１００Ｈｚだけ低い周波数値は、温度変化等の外乱によるサーチ開始周波数の変動を考慮して決定された、サーチ開始周波数としての一例である。例えば、より安定した起動が望まれるのであれば、周波数値ｆＡよりも２００，３００，４００Ｈｚ等低い周波数値がサーチ開始周波数として採用されても差し使えない。あるいは、スキャナ基体１００が温度変化の少ない環境下で用いられるのであれば、起動シーケンスの高速化のために、周波数値ｆＡよりも１０，２０，４０Ｈｚ等低い周波数値が、サーチ開始周波数として採用されても差し使えない。
前記した図５に示される起動シーケンスにおいて、駆動周波数は、アップスイープされる際に１Ｈｚずつ上昇する（ステップＳＡ２参照）。しかし、駆動周波数がアップスイープされる際の周波数間隔は、１Ｈｚ以外でも差し支えない。例えば、起動シーケンス処理に必要な時間を短縮したい場合は、１Ｈｚよりも大きな値（２Ｈｚ，５Ｈｚ，１０Ｈｚ等）であっても良い。一方、偏向下落現象が起きる周波数値を精度良く検知したい場合は、１Ｈｚよりも小さな値（０．５Ｈｚ，０．２Ｈｚ，０．１Ｈｚ等）であっても良い。
前記した図５に示される起動シーケンスにおいて、ウェイト時間は２０ｍｓに設定されている（ステップＳＡ４参照）。しかし、ウェイト時間は、スキャナ基体１００が実際に揺動駆動する駆動周波数が、新たな駆動信号の駆動周波数に追随するのに十分な時間であれば良い。即ち、２０ｍｓは一例であって、ウェイト時間は、光スキャナに用いられるスキャナ基体のＱ値に応じて変化して良い。例えば、スキャナ基体１００よりもＱ値が高いスキャナ基体が利用される場合であれば、２０ｍｓよりも長い時間（４０ｍｓ，１００ｍｓ，２００ｍｓ等）であっても良い。一方、スキャナ基体１００よりもＱ値が低いスキャナ基体が利用される場合であれば、２０ｍｓより短い時間（１０ｍｓ，５ｍｓ，２ｍｓ等）であっても良い。
前記した図５に示される起動シーケンスにおいて、目標駆動周波数は、偏向角のピークが検知されたときの駆動周波数よりも１０Ｈｚだけ低い駆動周波数に設定される（ステップＳＡ１３参照）。しかし、目標駆動周波数は、温度変化や経年変化等の外乱による、偏向下落現象が発生する周波数値の変動に対して、十分低い周波数であれば良い。即ち、偏向角のピーク位置での周波数値よりも１０Ｈｚだけ低い周波数値は、目標駆動周波数としての一例である。偏向角のピーク位置での周波数値よりも５Ｈｚ，２０Ｈｚ，４０Ｈｚ，１００Ｈｚ等、低い周波数値が目標駆動周波数として採用されても差し使えない。同様に、ステップＳＡ１４の場合も、偏向下落現象が発生する周波数値よりも５Ｈｚ，２０Ｈｚ，４０Ｈｚ，１００Ｈｚ等、低い周波数値が、目標駆動周波数として採用されても差し使えない。
前記した図５に示される起動シーケンスにおいて、目標駆動周波数が決定された後、現在の駆動周波数がサーチ開始周波数に再設定される（ステップＳＡ１５参照）。しかし、周波数値ｆＡより低い駆動周波数であれば、サーチ開始周波数以外の値に駆動周波数が再設定されても良い。
前記した実施形態において、図５に示される起動シーケンス処理は、定常駆動（図４のステップＳ３〜ステップＳ５参照）の前に一度だけ実行される。しかし、起動シーケンスは、定常駆動の間に適宜実行されても良い。例えば、定常駆動中に起動シーケンスを行うか否かの判断がなされ、その判断が肯定であった場合に起動シーケンスが行われる等でも良い。起動シーケンスを行うか否かの判断としては、例えば、所定時間が経過したか否か、外部から起動シーケンスの実行を指示する入力があったか否か等が用いられて良い。
１ 画像表示装置
２ 光束生成手段
３ 映像信号処理回路
１０，１１，１２ 光スキャナ
１９ 光ファイバ
２０，４１，４２，４３ コリメート光学系
２２ 第１リレー光学系
２３ 垂直走査スキャナ
２４ 第２リレー光学系
３０ 光源部
３１ Ｂレーザドライバ
３２ Ｇレーザドライバ
３３ Ｂレーザドライバ
３４ Ｂレーザ
３５ Ｇレーザ
３５ Ｒレーザ
４０ 光合波部
４４，４５，４６ ダイクロイックミラー
４７ 集光光学系
５２ 観察者の瞳孔
５４ 観察者の網膜
６１ 水平走査ドライバ
６２ 垂直走査ドライバ
１００，１３０，１４０ スキャナ基体
１１０ 基体揺動部
１１１，１３１，１４１，１５１ 偏向ミラー
１１２，１３２，１４２，１５２ 支持梁
１１２ａ，１４２ａ ミラー支持部
１１２ｂ，１４２ｂ 結合部
１１２ｃ，１３２ｃ，１４２ｃ 一対の梁部
１１３，１３３，１４３，１５３ 外枠部
１２０ 基体台座部
２００ 制御回路部
２０１ 駆動周波数決定手段
２０２ 周波数変更制御部
２０３ 駆動信号生成部
２０４ 偏向角決定部
２０５ 偏向角記憶部
２０６ 偏向角比較部
２０７ 目標駆動周波数判断手段
２０８ 位相差決定部
２０９ 目標位相差記憶部
３００，３０１ 駆動部
３１０ 下部電極
３２０ 圧電素子
３３０ 上部電極
４００ ＢＤセンサ
５００ 直流電圧印加回路
６００ 信号重畳部
７００ インターフェス

Claims (9)

  1. 入射した光を所定方向に偏向する偏向ミラーと、前記偏向ミラーを支持するために、一端が前記偏向ミラーに連結された支持梁と、前記支持梁の他端が連結される固定部とを含むスキャナ基体と、
    前記偏向ミラー及び前記支持梁を揺動させることで、前記スキャナ基体を揺動駆動させる駆動部と、
    前記偏向ミラーの偏向状態を取得する偏向状態取得部と、
    前記スキャナ基体を所定の駆動周波数で揺動駆動させるための駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動部に送信する制御部とを備え、
    前記スキャナ基体は、
    第１共振周波数と、前記第１共振周波数よりも高い第２共振周波数とにおいて共振状態にて揺動駆動する共振駆動が可能で、
    駆動周波数が前記第１共振周波数よりも低い周波数値から上昇した場合、第２共振周波数にて共振駆動し、
    駆動周波数が前記第１共振周波数よりも高い周波数値から下降した場合、第１共振周波数にて共振駆動し、
    前記第２共振周波数にて共振駆動しているときに、駆動周波数が前記第２共振周波数を上回った場合、前記偏向状態が下落する偏向下落現象を示し、
    前記制御部は、
    前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、上昇する方向へ掃引するアップスイープ手段と、
    前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記偏向下落現象を検知する偏向下落現象検知手段と、
    前記アップスイープ手段によって掃引された駆動周波数において前記偏向下落現象検知手段によって前記偏向下落現象が検知された場合に、前記偏向下落現象が検知されたときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する目標駆動周波数決定手段と、
    前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、前記目標駆動周波数まで、上昇する方向へ再度掃引する再アップスイープ手段と、
    前記再アップスイープ手段の動作後に、前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記目標駆動周波数における前記偏向状態を維持するように、前記スキャナ基体を定常駆動させる定常駆動手段と、
    前記偏向状態取得部の取得結果と、駆動周波数とを対応付けて記憶する記憶手段とを有し、
    前記偏向下落現象検知手段は、
    前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記偏向状態が減少しているか否かを判断する偏向減少判断手段と、
    前記偏向減少判断手段によって前記偏向状態が減少していると判断された場合に、前記偏向状態の減少が前記偏向落下現象であるか否かを判断する偏向下落現象判断手段とを含み、
    前記目標駆動周波数決定手段はさらに、
    前記偏向減少判断手段によって前記偏向状態が減少していると判断され、且つ前記偏向下落現象判断手段によって前記偏向状態の減少が前記偏向落下現象でないと判断された場合に、前記記憶手段の記憶内容に基づいて、前記偏向状態が最大のときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する、ことを特徴とする光スキャナ。
  2. 入射した光を所定方向に偏向する偏向ミラーと、前記偏向ミラーを支持するために、一端が前記偏向ミラーに連結された支持梁と、前記支持梁の他端が連結される固定部とを含むスキャナ基体と、
    前記偏向ミラー及び前記支持梁を揺動させることで、前記スキャナ基体を揺動駆動させる駆動部と、
    前記偏向ミラーの偏向状態を取得する偏向状態取得部と、
    前記スキャナ基体を所定の駆動周波数で揺動駆動させるための駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動部に送信する制御部とを備え、
    前記スキャナ基体は、
    第１共振周波数と、前記第１共振周波数よりも高い第２共振周波数とにおいて共振状態にて揺動駆動する共振駆動が可能で、
    駆動周波数が前記第１共振周波数よりも低い周波数値から上昇した場合、第２共振周波数にて共振駆動し、
    駆動周波数が前記第１共振周波数よりも高い周波数値から下降した場合、第１共振周波数にて共振駆動し、
    前記第２共振周波数にて共振駆動しているときに、駆動周波数が前記第２共振周波数を上回った場合、前記偏向状態が下落する偏向下落現象を示し、
    前記制御部は、
    前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記偏向ミラーの位相を決定する位相決定手段と、
    前記位相決定手段によって決定された前記偏向ミラーの位相と、前記駆動信号の位相との位相差を決定する位相差決定手段と、
    前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、上昇する方向へ掃引するアップスイープ手段と、
    前記偏向状態取得部の取得結果に基づいて、前記偏向下落現象を検知する偏向下落現象検知手段と、
    前記アップスイープ手段によって掃引された駆動周波数において前記偏向下落現象検知手段によって前記偏向下落現象が検知された場合に、前記偏向下落現象が検知されたときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する目標駆動周波数決定手段と、
    前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、前記目標駆動周波数まで、上昇する方向へ再度掃引する再アップスイープ手段と、
    前記再アップスイープ手段の動作後に、前記位相差決定手段によって決定された位相差を、目標位相差として記憶する目標位相差記憶手段と、
    前記位相差決定手段によって決定された位相差が、前記目標位相差記憶手段に記憶された前記目標位相差に一致するように、前記駆動信号の駆動周波数を調整する駆動周波数調整手段とを有する、
    ことを特徴とする光スキャナ。
  3. 前記アップスイープ手段はさらに、
    駆動周波数を所定の周波数間隔で上昇する周波数上昇手段と、
    前記周波数上昇手段によって駆動周波数が所定の周波数間隔を上昇した後に、同一の駆動周波数を所定の時間に亘って保持するウェイト手段とを含む、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光スキャナ。
  4. 前記再アップスイープ手段はさらに、駆動周波数が前記目標駆動周波数に近づくに従って、駆動周波数の上昇する周波数間隔が狭くなるように駆動周波数を上昇する周波数可変上昇手段を含む、
    ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光スキャナ。
  5. 光を走査して画像を形成するための、請求項１〜４の何れか１項に記載の光スキャナと、
    その光スキャナに光を供給するための光源と、
    前記光スキャナによって走査された光を使用者の目に導く接眼光学系とを備える、
    ことを特徴する画像表示装置。
  6. 第１共振周波数と、前記第１共振周波数よりも高い第２共振周波数とにおいて共振状態にて揺動駆動する共振駆動が可能で、光スキャナの駆動周波数が前記第１共振周波数よりも低い所定の周波数値から上昇した場合、第２共振周波数にて共振駆動し、駆動周波数が前記第１共振周波数よりも高い所定の周波数値から下降した場合、第１共振周波数にて共振駆動し、前記第２共振周波数にて共振駆動しているときに、駆動周波数が前記第２共振周波数を上回った場合、前記偏向状態が下落する偏向下落現象を示す光スキャナを駆動する駆動方法であって、
    光スキャナを駆動する駆動部に送信する駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、上昇する方向へ掃引するアップスイープ工程と、
    光スキャナの偏向状態を取得する偏向状態取得工程と、
    前記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、前記偏向下落現象を検知する偏向下落現象検知工程と、
    前記アップスイープ工程によって掃引された駆動周波数において前記偏向下落現象検知工程によって前記偏向下落現象が検知された場合に、前記偏向下落現象が検知されたときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する目標駆動周波数決定工程と、
    前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、前記目標駆動周波数まで、上昇する方向へ再度掃引する再アップスイープ工程と、
    前記再アップスイープ工程の後に、前記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、前記目標駆動周波数における前記偏向状態を維持するように、光スキャナを定常駆動させるための前記駆動信号を送信する定常駆動工程と、
    前記偏向状態取得工程の取得結果と、駆動周波数とを対応付けて記憶する記憶工程とを備え、
    前記偏向下落現象検知工程は、
    前記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、前記偏向状態が減少しているか否かを判断する偏向減少判断工程と、
    前記偏向減少判断工程によって前記偏向状態が減少していると判断された場合に、前記偏向状態の減少が前記偏向落下現象であるか否かを判断する偏向下落現象判断工程とを含み、
    前記目標駆動周波数決定工程はさらに、
    前記偏向減少判断工程によって前記偏向状態が減少していると判断され、且つ前記偏向下落現象判断工程によって前記偏向状態の減少が前記偏向落下現象でないと判断された場合に、前記記憶工程によって記憶された記憶内容に基づいて、光スキャナの偏向状態が最大のときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する、ことを特徴とする光スキャナの駆動方法。
  7. 第１共振周波数と、前記第１共振周波数よりも高い第２共振周波数とにおいて共振状態にて揺動駆動する共振駆動が可能で、光スキャナの駆動周波数が前記第１共振周波数よりも低い所定の周波数値から上昇した場合、第２共振周波数にて共振駆動し、駆動周波数が前記第１共振周波数よりも高い所定の周波数値から下降した場合、第１共振周波数にて共振駆動し、前記第２共振周波数にて共振駆動しているときに、駆動周波数が前記第２共振周波数を上回った場合、前記偏向状態が下落する偏向下落現象を示す光スキャナを駆動する駆動方法であって、
    光スキャナを駆動する駆動部に送信する駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、上昇する方向へ掃引するアップスイープ工程と、
    光スキャナの偏向状態を取得する偏向状態取得工程と、
    前記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、光スキャナの偏向状態の位相を決定する位相決定工程と、
    前記位相決定工程によって決定された光スキャナの偏向状態の位相と、前記駆動信号の位相との位相差を決定する位相差決定工程と、
    前記偏向状態取得工程の取得結果に基づいて、前記偏向下落現象を検知する偏向下落現象検知工程と、
    前記アップスイープ工程によって掃引された駆動周波数において前記偏向下落現象検知工程によって前記偏向下落現象が検知された場合に、前記偏向下落現象が検知されたときの駆動周波数よりも低い周波数値を目標駆動周波数として決定する目標駆動周波数決定工程と、
    前記駆動信号の駆動周波数を、前記第１共振周波数よりも低い周波数値から、前記目標駆動周波数まで、上昇する方向へ再度掃引する再アップスイープ工程と、
    前記再アップスイープ工程の動作後に、前記位相差決定工程によって決定された位相差を、目標位相差として記憶する目標位相差記憶工程と、
    前記位相差決定工程によって決定された位相差が、前記目標位相差記憶工程において記憶された前記目標位相差に一致するように、前記駆動信号の駆動周波数を調整する駆動周波数調整工程と、
    を備えることを特徴とする光スキャナの駆動方法。
  8. 前記アップスイープ工程はさらに、
    駆動周波数を所定の周波数間隔で上昇する周波数上昇工程と、
    前記周波数上昇工程によって駆動周波数が所定の周波数間隔を上昇した後に、同一の駆動周波数を所定の時間に亘って保持するウェイト工程とを有する、
    ことを特徴とする請求項６又は７に記載の光スキャナの駆動方法。
  9. 前記再アップスイープ工程はさらに、駆動周波数が前記目標駆動周波数に近づくに従って、駆動周波数の上昇する周波数間隔が狭くなるように駆動周波数を上昇する周波数可変上昇工程を有する、ことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の光スキャナの駆動方法。
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