JP7161094B2 - 走査駆動装置、光走査制御装置及び駆動波形生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、走査駆動装置、光走査制御装置及び駆動波形生成方法に関する。

従来技術として、ミラー部を回転軸回りに回転させて光を走査する光走査装置が知られている。このような光走査装置では、駆動源に鋸歯状波形の電圧が用いられる。

特開２０１２－１９８４１５号公報

しかしながら、駆動時にミラー部の共振振動によるリンギングが発生する場合ある。リンギングの発生は、光走査装置の走査により形成される画像の画質劣化を引き起こす。

そこで、本開示は、光走査装置におけるリンギングの発生を抑制可能な走査駆動装置、光走査制御装置及び駆動波形生成方法を提供する。

本開示は、
信号レベルが上昇する上昇期間と、信号レベルが下降する下降期間とを有する鋸歯状の駆動波形を生成する波形生成部と、
前記駆動波形をフィルタ処理するＦＩＲフィルタと、
固有の共振周波数で共振する光走査装置を、前記ＦＩＲフィルタによるフィルタ処理された後の前記駆動波形に対応する鋸歯状の駆動電圧波形で駆動する駆動部とを備え、
前記上昇期間と前記下降期間とのうちの一方の期間の時間幅は、他方の期間よりも短く、且つ、０次の前記共振周波数の逆数の整数倍であり、
前記ＦＩＲフィルタは、前記駆動波形が有する１次以上の前記共振周波数の成分を減衰させるフィルタであり、
前記ＦＩＲフィルタのタップ数は、前記他方の期間の長さと前記駆動電圧波形の前記他方の期間における直線領域の時間との差を、前記駆動電圧波形のデータレートで除算した値に略等しい、走査駆動装置を提供する。

また、本開示は、当該走査駆動装置と、前記光走査装置とを備える、光走査制御装置を提供する。

また、本開示は、
固有の共振周波数で共振する光走査装置の駆動波形であって、信号レベルが上昇する上昇期間と、信号レベルが下降する下降期間とを有する鋸歯状の駆動波形を生成する駆動波形生成方法であって、
前記上昇期間と前記下降期間とのうちの一方の期間の時間幅を、他方の期間よりも短く、且つ、前記共振周波数の逆数の整数倍に設定し、
前記他方の期間の長さと前記駆動波形の前記他方の期間における直線領域の時間との差を、前記駆動波形のデータレートで除算した値に略等しいタップ数のＦＩＲフィルタにより、前記駆動波形が有する１次以上の前記共振周波数の成分を減衰する、駆動波形生成方法を提供する。

本開示の技術によれば、光走査装置におけるリンギングの発生を抑制することができる。

第１の実施の形態に係る走査駆動装置を備える光走査制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る光走査装置の一例を示す斜視図（その１）である。 第１の実施の形態に係る光走査装置の一例を示す斜視図（その２）である。 第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。 駆動源に印加する駆動電圧波形とミラーの動作波形との関係を説明する図である。 光走査装置を用いて画像表示を行ったときの状態を説明する図である。 波形生成部により生成される鋸歯状の駆動波形の一例を示す図である。 鋸歯状の駆動波形のスペクトラムと、光走査装置自身が持つ固有の共振周波数との関係の一例を示す図である。 ミラー動作波形の鈍りについて説明する図である。 ＦＩＲフィルタの構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図１は、第１の実施の形態に係る走査駆動装置１１００を備える光走査制御装置６００の構成の一例を示すブロック図である。光走査制御装置６００は、走査駆動装置１１００と、光走査装置１０００とを備える。走査駆動装置１１００は、ミラー１１０を有する光走査装置１０００を鋸歯状（三角波状）の駆動電圧波形で駆動する。走査駆動装置１１００の詳細な構成については後述する。

図２及び図３は、第１の実施の形態に係る光走査装置の一例を示す斜視図であり、図２はパッケージカバーを取り外した状態の光走査装置を示し、図３はパッケージカバーを取り付けた状態の光走査装置を示している。

図２及び図３に示されるように、光走査装置１０００は、光走査部１００と、光走査部１００を搭載するセラミックパッケージ２００と、セラミックパッケージ２００上に配されて光走査部１００を覆うパッケージカバー３００とを有する。光走査装置１０００は、セラミックパッケージ２００の下側に、基板や制御回路等を備えてもよい。

光走査装置１０００において、パッケージカバー３００の略中央部には光反射面を有するミラー１１０の近傍を露出する開口部３００Ａが設けられている。開口部３００Ａは、ミラー１１０へのレーザ入射光Ｌｉ及びミラー１１０からのレーザ出射光Ｌｏ（走査光）を遮らない形状とされている。

なお、開口部３００Ａにおいて、レーザ入射光Ｌｉが通る側は、レーザ出射光Ｌｏが通る側よりも小さく開口されている。すなわち、レーザ入射光Ｌｉ側が略半円形状に狭く開口しているのに対し、レーザ出射光Ｌｏ側は略矩形状に広く開口している。これは、レーザ入射光Ｌｉは一定の方向から入射するのでその方向のみを開口すればよいのに対し、レーザ出射光Ｌｏは２次元に走査されるため、２次元に走査されるレーザ出射光Ｌｏを遮らないように、走査される全範囲を開口する必要があるためである。

次に、光走査装置１０００の光走査部１００について説明する。図４は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。

図４に示されるように、光走査部１００は、ミラー１１０を揺動させて光源から照射されるレーザ入射光を走査する部分である。光走査部１００は、例えば圧電素子によりミラー１１０を駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等である。

光走査部１００は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０と、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０とを有する。ミラー支持部１２０の上面にミラー１１０が支持されている。本実施の形態においては、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０をまとめて、ミラー１１０を支持するミラー支持体１６１と称する。

ミラー支持体１６１の両側に、ミラー支持体１６１に接続される一対の垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが配置されている。ミラー支持体１６１と垂直駆動梁１７０Ａは、ミラー支持体接続部Ａ１１により接続される。固定枠１８０と垂直駆動梁１７０Ａは、固定枠接続部Ａ１２により接続される。ミラー支持体１６１と垂直駆動梁１７０Ｂは、ミラー支持体接続部Ａ１３により接続される。固定枠１８０と垂直駆動梁１７０Ｂは、固定枠接続部Ａ１４により接続される。垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの詳細については後述する。

また、ミラー１１０を支持するミラー支持部１２０の両側に、ミラー支持部１２０に接続される一対の水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂが配置されている。また、水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂ、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０によって外側から支持されている。即ち、水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂのそれぞれの一方の側は、可動枠１６０の内周に接続され、支持されている。水平駆動梁１５０Ａの他方の側は内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。水平駆動梁１５０Ｂの他方の側も同様に、内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。連結梁１４０Ａ、１４０Ｂは、水平回転軸Ｈ方向に延びる捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂに接続されており、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは水平回転軸Ｈ方向の両側からミラー支持部１２０を支持している。上記のように、水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの延びる水平回転軸Ｈ方向と直交する方向に、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を挟むように、対をなして設けられている。水平回転軸Ｈ方向については後述する。

水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ水平駆動源１５１Ａ、１５１Ｂを有する。また、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを有する。水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂおよび垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を上下又は左右に揺動してレーザ光を走査するアクチュエータとして機能する。

水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面には、水平駆動源１５１Ａ、１５１Ｂがそれぞれ形成されている。水平駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの上面の圧電素子の薄膜（以下「圧電薄膜」ともいう。）の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。水平駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、上部電極と下部電極に印加する駆動電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりする。

このため、水平駆動源１５１Ａと水平駆動源１５１Ｂとに、互いに逆位相となる波形（例えば、正弦波）の駆動電圧を印加すれば、ミラー１１０の左側と右側で水平駆動梁１５０Ａと水平駆動梁１５０Ｂとが上下反対側に交互に振動する。これにより、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を水平回転軸Ｈの軸周りに揺動させることができる。ミラー１１０が捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの軸周りに揺動する方向を水平方向と呼び、ミラー１１０の光反射面の中心Ｃを通る上記の揺動軸を水平回転軸Ｈという。例えば水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１０を揺動駆動することができる。

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

また、垂直駆動梁１７０Ａは、水平回転軸Ｈ方向に延在する複数の矩形状の垂直梁を有し、隣接する垂直梁の端部同士が連結され、全体としてジグザグ状（蛇腹状）の形状を有する。

例えば、ミラー支持体１６１側から数えて１番目の垂直梁の端部と２番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ１により連結されている。又、２番目の垂直梁の端部と３番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ２により連結されている。又、３番目の垂直梁の端部と４番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ３により連結されている。又、４番目の垂直梁の端部と５番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ４により連結されている。又、５番目の垂直梁の端部と６番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｘ５により連結されている。なお、図４では、各折り返し部を、便宜上、梨地模様で示している。

垂直駆動梁１７０Ｂも同様に、水平回転軸Ｈ方向に延在する複数の矩形状の垂直梁を有し、隣接する垂直梁の端部同士が連結され、全体としてジグザグ状（蛇腹状）の形状を有する。

例えば、ミラー支持体１６１側から数えて１番目の垂直梁の端部と２番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ１により連結されている。又、２番目の垂直梁の端部と３番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ２により連結されている。又、３番目の垂直梁の端部と４番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ３により連結されている。又、４番目の垂直梁の端部と５番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ４により連結されている。又、５番目の垂直梁の端部と６番目の垂直梁の端部とが折り返し部１７１Ｙ５により連結されている。上記と同様に、各折り返し部を、便宜上、梨地模様で示している。

垂直駆動梁１７０Ａの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位である垂直梁ごとに、垂直駆動源１７１Ａが形成されている。垂直駆動源１７１Ａは、垂直駆動梁１７０Ａを構成する１番目から６番目の各垂直梁の上にそれぞれ形成された６つの垂直駆動源１７１Ａ１、１７１Ａ２、１７１Ａ３、１７１Ａ４、１７１Ａ５及び１７１Ａ６を含む。垂直駆動梁１７０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位である垂直梁ごとに、垂直駆動源１７１Ｂが形成されている。垂直駆動源１７１Ｂは、垂直駆動梁１７０Ｂを構成する１番目から６番目の各垂直梁の上にそれぞれ形成された６つの垂直駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２、１７１Ｂ３、１７１Ｂ４、１７１Ｂ５及び１７１Ｂ６を含む。垂直駆動源１７１Ａは、垂直駆動梁１７０Ａの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。垂直駆動源１７１Ｂは、垂直駆動梁１７０Ｂの上面の圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。

垂直駆動梁１７０Ａは、垂直梁ごとに隣り合う垂直駆動源１７１Ａに、駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形の駆動電圧を印加することにより、各垂直梁の上方向への変形量を変化させ、各垂直梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。同時に、垂直駆動梁１７０Ｂは、垂直梁ごとに隣り合う垂直駆動源１７１Ｂに、駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形の駆動電圧を印加することにより、各垂直梁の上方向への変形量を変化させ、各垂直梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形の駆動電圧は、例えば、鋸歯状の駆動電圧波形である。垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂのこのような動作により、ミラー１１０及びミラー支持体１６１が水平回転軸Ｈの方向と直交する方向に揺動され、この揺動する方向を垂直方向と呼び、ミラー１１０の光反射面の中心Ｃを通る上記の揺動軸を垂直回転軸Ｖという。例えば垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動を用いることができる。

例えば、垂直駆動源１７１Ａ１、１７１Ｂ１、１７１Ａ３、１７１Ｂ３、１７１Ａ５、１７１Ｂ５を同波形、垂直駆動源１７１Ａ２、１７１Ｂ２、１７１Ａ４、１７１Ｂ４、１７１Ａ６及び１７１Ｂ６を前者と駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形で駆動する。これにより、ミラー１１０及びミラー支持体１６１を垂直方向へ揺動できる。

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

また、光走査部１００は、水平駆動源１５１Ａ、１５１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が水平方向に揺動している状態におけるミラー１１０の水平方向の傾き具合（水平方向の振角）を検出する水平振角センサとして、圧電センサ１９１、１９２を有する。圧電センサ１９１は連結梁１４０Ａに設けられ、圧電センサ１９２は連結梁１４０Ｂに設けられている。

また、光走査部１００は、垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー１１０が垂直方向に揺動している状態におけるミラー１１０の垂直方向の傾き具合（垂直方向の振角）を検出する垂直振角センサとして、圧電センサ１９５、１９６を有する。圧電センサ１９５は垂直駆動梁１７０Ａを構成する垂直梁の一つに設けられており、圧電センサ１９６は垂直駆動梁１７０Ｂを構成する垂直梁の一つに設けられている。

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

第１の実施の形態では、圧電センサ１９１、１９２の出力を用いてミラー１１０の水平方向の傾き具合が検出され、圧電センサ１９５、１９６の出力を用いてミラー１１０の垂直方向の傾き具合が検出される。なお、各圧電センサから出力される電流値からミラー１１０の傾き具合の検出を行う傾き検出部が光走査部１００の外部に設けられていてもよい。又、傾き検出部の検出結果に基づき水平駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに供給する駆動電圧を制御する駆動制御部が光走査部１００の外部に設けられていてもよい。

圧電センサ１９１、１９２、１９５、１９６は、圧電薄膜と、圧電薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。第１の実施の形態では、各圧電センサの出力は、上部電極と下部電極とに接続されたセンサ配線の電流値となる。

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

光走査部１００は、例えば支持層、埋め込み酸化（ＢＯＸ：Buried Oxide）層及び活性層を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて形成することができる。例えば、可動枠１６０と、水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの裏面に設けられたリブ、及び垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの裏面に設けられたリブ等は、支持層からパターン形成された部材である。また、水平駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと垂直駆動梁１７０Ａ，１７０Ｂ等は、活性層及びＢＯＸ層、または、活性層からパターン形成された部材である。

次に、図１を参照して、走査駆動装置１１００の詳細な構成について説明する。走査駆動装置１１００は、フロントエンドＩＣ（Integrated Circuit）４００、ＬＤ（Laser Diode）４４０及びミラードライバＩＣ５００を有する。

本実施形態のフロントエンドＩＣ４００は、入力されたビデオ信号に信号処理を施し、ＬＤ４４０へ供給する。また本実施形態のフロントエンドＩＣ４００は、ミラー１１０の揺動を制御する信号をミラードライバＩＣ５００へ供給する。

本実施形態のフロントエンドＩＣ４００は、ビデオ信号処理部４１０、ＬＤドライバ４２０及び波形生成部４３０を有する。ビデオ信号処理部４１０は、入力されたビデオ信号に含まれる同期信号と、輝度信号及び色度信号とを分離する処理を行う。ビデオ信号処理部４１０は、輝度信号及び色度信号をＬＤドライバ４２０へ供給し、同期信号を波形生成部４３０へ供給する。

ＬＤドライバ４２０は、ビデオ信号処理部４１０から出力された信号に基づき、ＬＤ４４０を制御する。

波形生成部４３０は、ミラードライバＩＣ５００を経由して入力される圧電センサ１９１、１９２、１９５、１９６の出力と、ビデオ信号処理部４１０からの同期信号とに基づき、ミラー１１０の揺動を制御する駆動波形（駆動波形信号）を生成する。波形生成部４３０は、ミラー１１０を水平回転軸Ｈ周りに水平方向に揺動させるための正弦波状の駆動波形信号を生成し、ミラー１１０を垂直回転軸Ｖ周りに垂直方向に揺動させるための鋸歯状の駆動波形信号を生成する。

ミラードライバＩＣ５００は、波形生成部４３０により生成される駆動波形（駆動波形信号）に対応する駆動電圧波形で光走査装置１０００を駆動する。本実施形態のミラードライバＩＣ５００は、バッファ５５０，５７０及び駆動部５１２を有する。

バッファ５５０は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合（水平方向の振角）を検出する圧電センサ１９１，１９２の出力を増幅し、波形生成部４３０に出力する。バッファ５７０は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合（垂直方向の振角）を検出する圧電センサ１９５，１９６の出力を増幅し、波形生成部４３０に出力する。

駆動部５１２は、波形生成部４３０により生成される駆動波形（駆動波形信号）に対応する駆動電圧波形で光走査装置１０００を駆動する。駆動部５１２は、例えば、波形生成部４３０により生成される正弦波状及び鋸歯状の駆動波形信号をそれぞれ増幅し、増幅後の正弦波状及び鋸歯状の駆動電圧波形で光走査装置１０００を駆動する回路である。

駆動部５１２は、位相反転部５１０、５１１を有する。位相反転部５１０、５１１は、波形生成部４３０から出力される駆動波形信号の位相を反転させる。具体的には、位相反転部５１０は、駆動部５１２が水平駆動源１５１Ａに印加する正弦波状の駆動電圧波形の位相に対して反転させた正弦波状の駆動電圧波形を、水平駆動源１５１Ｂに印加する。これにより、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を水平回転軸Ｈの軸周りに揺動させることができる。

一方、駆動部５１２は、可動枠１６０側から数えて奇数番目に配列された垂直駆動源１７１Ａ１、１７１Ｂ１、１７１Ａ３、１７１Ｂ３、１７１Ａ５、１７１Ｂ５のそれぞれに、互いに同位相の鋸歯状の駆動電圧波形を印加する。同時に、位相反転部５１１は、可動枠１６０側から数えて偶数番目に配列された垂直駆動源１７１Ａ２、１７１Ｂ２、１７１Ａ４、１７１Ｂ４、１７１Ａ６、１７１Ｂ６のそれぞれに、互いに同位相の鋸歯状の駆動電圧波形を印加する。このとき、位相反転部５１１は、奇数番目の垂直駆動源１７１Ａ１等のそれぞれに印加される鋸歯状の駆動電圧波形の位相を反転させた鋸歯状の駆動電圧波形を、偶数番目の垂直駆動源１７１Ａ２等のそれぞれに印加する。これにより、ミラー１１０を垂直回転軸Ｖの軸周りに揺動させることができる。

次に、光走査装置１０００の動作について説明する。図５は、垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに印加する駆動電圧波形とミラー１１０の動作波形との関係を説明する図である。図５において、破線は駆動電圧波形Ｖ_１を表し、実線はミラー動作波形Ｖ_２を表す。図６は、光走査装置１０００を用いて画像表示を行ったときの状態を説明する図である。

垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂには、例えば図５に示されるように、鋸歯状波形の電圧が印加される。これにより、例えば正弦波形の電圧が印加される場合と比較して、ミラー１１０によって光を走査する速度が一定になる区間（図９の直線領域Ｓ）を長くすることができる。

ところで、図５に示すように、垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに印加する駆動電圧波形Ｖ_１を鋸歯状波形としてミラー１１０を駆動させると、ミラー１１０のミラー動作波形Ｖ_２が振動する、所謂リンギングが発生することがある。そして、リンギングが発生すると、光走査装置１０００を用いて画像表示を行った場合、例えば図６に示されるように、横縞が発生し、画質が劣化する。

そこで、本実施形態における波形生成部４３０は、このようなリンギングの発生を抑制可能な鋸歯状の駆動波形を生成する。

図７は、波形生成部４３０により生成される鋸歯状の駆動波形の一例を示す図である。波形生成部４３０により生成される鋸歯状の駆動波形は、信号レベルが上昇する上昇期間Ｔｒと、信号レベルが下降する下降期間Ｔｄとを有する。上昇期間Ｔｒは、信号レベルが駆動波形の振幅の極小値（最小値）から極大値（最大値）まで直線的に増加していく立ち上がり期間を表し、下降期間Ｔｄは、信号レベルが駆動波形の振幅の極大値から極小値まで直線的に減少していく立ち下がり期間を表す。波形生成部４３０は、上昇期間Ｔｒと下降期間Ｔｄとのうちの一方の期間の時間幅（長さ）が他方の期間よりも短くなるように、鋸歯状の駆動波形を生成する。図７は、下降期間Ｔｄの時間幅が上昇期間Ｔｒの時間幅よりも短い例を示す。

図８は、鋸歯状の駆動波形のスペクトラムと、光走査装置１０００自身が持つ固有の共振周波数ｆ０との関係の一例を示す図である。共振周波数ｆ０は、光走査装置１０００の垂直回転軸Ｖ周りの揺動に関する固有振動数である。鋸歯状の駆動波形について高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による解析をすると、鋸歯状の駆動波形のスペクトラムは、周波数軸上で周期的に周波数成分が零となる周波数ポイントが繰り返し発生する。この周波数ポイントの周期（周波数ステップ）は、鋸歯状の駆動波形における時間幅の短い方の期間（つまり、図７の場合、下降期間Ｔｄ）の長さを周期とした周波数に略一致している。

したがって、固有の共振周波数ｆ０で共振する光走査装置１０００のミラー１１０を鋸歯状に走査する場合、周波数成分が零となる上記の周波数ポイントに共振周波数ｆ０を図８のように一致させると、鋸歯状の駆動波形に共振周波数成分が含まれなくなる。これにより、ミラー１１０の垂直側への振角に不要な共振が励起されないため、リンギングが抑制され、光を走査する速度を高精度に一定にすることができる。つまり、走査精度が向上し、光走査装置１０００を用いて表示される画像の画質が向上する。

また、波形生成部４３０は、鋸歯状の駆動波形の周波数ｆｖの整数倍に一致する高調波成分の周波数が共振周波数ｆ０と異なるように、当該鋸歯状の駆動波形を生成する。これにより、ミラー１１０の垂直側への振角に不要な共振が励起されないため、リンギングが抑制され、光を走査する速度を高精度に一定にすることができる。つまり、走査精度が向上し、光走査装置１０００を用いて表示される画像の画質が向上する。

したがって、本実施形態における波形生成部４３０は、ｆｖを鋸歯状の駆動波形の周波数、ｆ０を光走査装置１０００の垂直回転軸Ｖ周りの揺動に関する固有振動数（共振周波数）、ｎを整数とするとき、
ｆｖ＝ｆ０／（１／２＋ｎ）
を満たす周波数の中から、所望のリフレッシュレート（フレームレート）に最も近い周波数を、光走査装置１０００を駆動する駆動周波数ｆｖ（駆動周期Ｔの逆数）として選択する。リフレッシュレートは、走査の頻度を示す。ｆ０をｎで除算するのではなく、ｆ０をｎと１／２との和で除算することによりｆｖを算出することで、共振周波数ｆ０からできるだけ周波数的に離れた周波数ｆｖを選択することができる。

そして、本実施形態における波形生成部４３０は、ｍを整数とするとき、
Ｔｄ＝ｍ／ｆ０
を満たす時間幅（共振周波数ｆ０の逆数の整数倍）の中から下降期間Ｔｄの時間幅を選択する。波形生成部４３０は、駆動周期Ｔから下降期間Ｔｄの時間幅を減算することで、上昇期間Ｔｒを決定する（Ｔｒ＝Ｔ－Ｔｄ）。

このように演算された周波数ｆｖ及び下降期間Ｔｄを有する鋸歯状の駆動波形に基づいて光走査装置１０００を駆動することで、図９に示されるように、ミラー動作波形Ｖ_３のリンギングを抑制することができる。なお、垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに印加する駆動電圧波形Ｖ_１の周波数、並びに下降期間及び上昇期間の長さは、それぞれ、波形生成部４３０により生成される駆動波形の周波数ｆｖ、並びに下降期間Ｔｄ及び上昇期間Ｔｒの長さと略等しい。

また、光走査装置１０００が有する固有の共振周波数は一つとは限らない。そのため、共振周波数ｆ０以外の共振周波数ｆ１，ｆ２，・・・で光走査装置１０００が共振しても、走査精度を悪化させる場合がある。

そこで、その対策として、走査駆動装置１１００は、共振周波数ｆ０以外の共振周波数ｆ１，ｆ２，・・・の成分を鋸歯状の駆動波形から除去するため、共振周波数ｆ１，ｆ２，・・・の成分を減衰させるフィルタ処理部４４０を備えてもよい。フィルタ処理部４４０は、波形生成部４３０より生成される鋸歯状の駆動波形を、低域通過フィルタ又は帯域除去フィルタでフィルタ処理する。駆動部５１２は、フィルタ処理部４４０によるフィルタ処理された後の駆動波形に対応する鋸歯状の駆動電圧波形で光走査装置１０００を駆動する。低域通過フィルタは、遮断周波数より高い周波数の成分を減衰させるフィルタである。帯域除去フィルタは、特定の帯域に含まれる周波数の成分を減衰させるフィルタである。

フィルタ処理部４４０は、図１０に例示されるようなＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ４４０Ａであることが好適である。ＦＩＲフィルタ４４０Ａは、周知の通り、（Ｌ－１）個の遅延ブロック４４１_１，・・・４４１_Ｌ－１と、Ｌ個の乗算器４４２_０，・・・４４２_Ｌ－１と、１個の加算器４４３とを有する。

次に、ＦＩＲフィルタ４４０Ａのフィルタ特性を決めるフィルタ定数の設計方法について説明する。

ＦＩＲフィルタ４４０Ａによるフィルタ処理が施されると、鋸歯状の駆動電圧波形Ｖ_１は、図９に示すミラー動作波形Ｖ_３（実線）のように鈍って直線性が低下した波形となることがある。その結果、垂直描画領域（光走査装置の走査速度が一定になる区間）となる直線領域Ｓが短くなるため、画像表示に用いることが可能な領域が狭くなる。このため、画像表示に用いることが可能な直線領域Ｓを確保しつつ、リンギングの発生を抑制することが要求される。

鋸歯状の駆動波形の上昇期間Ｔｒのうち、直線領域Ｓの確保に最低限必要な上昇期間Ｔｒ＿ｍｉｎは、
Ｔｒ＿ｍｉｎ＝ １／（２×水平側の共振周波数ｆｈ）×所望の水平走査線数ｋ
と表すことができる。水平側の共振周波数ｆｈは、光走査装置１０００の水平回転軸Ｈ周りの揺動に関する固有振動数である。水平方向の走査は、水平走査速度に依存する。「１／（２×水平側の共振周波数ｆｈ）」は、水平走査線１本当たりの走査時間を表す。したがって、上式により、上昇期間Ｔｒをどのくらいの時間（すなわち、Ｔｒ＿ｍｉｎ）まで狭められるのかを求めることができる。

そうすると、フィルタ処理による鈍りが許容される期間（最大上昇期間ｄＴ＿ｍａｘ）は、
ｄＴ＿ｍａｘ ＝ Ｔｒ－Ｔｒ＿ｍｉｎ
と表すことができる。したがって、ＦＩＲフィルタ４４０Ａのタップ数Ｌは、
Ｌ ≒ ｄＴ＿ｍａｘ／（波形データのデータレート）
に従って設計することができる。波形データのデータレートは、画像走査のリフレッシュレート（フレームレート）によって決まる。

そして、垂直側の共振周波数ｆ０及び共振周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２，・・・にＦＩＲフィルタ４４０Ａのゼロ点が配置されるように、フィルタ係数ｂ_０，ｂ_１，ｂ_２，・・・ｂ_Ｌ－１が選択される。このように選択されたフィルタ係数ｂ_０，ｂ_１，ｂ_２，・・・ｂ_Ｌ－１が設定されたＦＩＲフィルタ４４０Ａを使用することで、走査精度を悪化を防ぐことができる。

なお、共振周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２・・・や水平側の共振周波数ｆｈを、光走査装置１０００を予め共振させることで実測し、その実測値が鋸歯状の駆動波形の生成用パラメータとして波形生成部４３０に設定されるとよい。

また、気温などにより光走査装置１０００の共振周波数が変動するのに備え、気温などの共振周波数の変動要因が予め測定されてもよい。波形生成部４３０は、その測定値から光走査装置１０００の現在の共振周波数の推定値を算出することで、鋸歯状の駆動波形の生成に使用する共振周波数を時々刻々と調整できる。

フロントエンドＩＣ４００の各機能（ビデオ信号処理部４１０、ＬＤドライバ４２０、波形生成部４３０及びフィルタ処理部４４０）は、例えば、メモリに読み出し可能に記憶されるプログラムによってプロセッサが動作することにより、実現される。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。

以上、走査駆動装置、光走査制御装置及び駆動波形生成方法を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、上述の実施形態では、下降期間Ｔｄの時間幅が上昇期間Ｔｒの時間幅よりも短いため、時間幅が短い方の下降期間Ｔｄは、共振周波数ｆ０の逆数の整数倍の時間幅に設定される。しかしながら、上昇期間Ｔｒの時間幅は、下降期間Ｔｄの時間幅よりも短くてもよい。この場合、時間幅が短い方の上昇期間Ｔｒは、共振周波数ｆ０の逆数の整数倍の時間幅に設定される。

また、上述の実施形態では、ｆ０をｎと１／２との和で除算することによりｆｖを算出している。しかしながら、ｆ０をｎと１／ａとの和で除算することによりｆｖを算出してもよい。ａは、１よりも大きな数であり、例えば１よりも大きく５以下の数である。

１００ 光走査部
１１０ ミラー
１２０ ミラー支持部
１２２ スリット
１３０Ａ、１３０Ｂ 梁
１４０Ａ、１４０Ｂ 連結梁
１５０Ａ、１５０Ｂ 水平駆動梁
１５１Ａ、１５１Ｂ 水平駆動源
１６０ 可動枠
１６１ ミラー支持体
１７０Ａ、１７０Ｂ 垂直駆動梁
１７１Ａ、１７１Ｂ 垂直駆動源
１８０ 固定枠
１９０Ａ、１９０Ｂ 端子群
１９１、１９２、１９５、１９６ 圧電センサ
２００ セラミックパッケージ
３００ パッケージカバー
３００Ａ 開口部
４３０ 波形生成部
４４０ フィルタ処理部
５１２ 駆動部
６００ 光走査制御装置
１０００ 光走査装置
１１００ 走査駆動装置

Claims (8)

1. 信号レベルが上昇する上昇期間と、信号レベルが下降する下降期間とを有する鋸歯状の駆動波形を生成する波形生成部と、
   前記駆動波形をフィルタ処理するＦＩＲフィルタと、
   固有の共振周波数で共振する光走査装置を、前記ＦＩＲフィルタによるフィルタ処理された後の前記駆動波形に対応する鋸歯状の駆動電圧波形で駆動する駆動部とを備え、
   前記上昇期間と前記下降期間とのうちの一方の期間の時間幅は、他方の期間よりも短く、且つ、０次の前記共振周波数の逆数の整数倍であり、
   前記ＦＩＲフィルタは、前記駆動波形が有する１次以上の前記共振周波数の成分を減衰させるフィルタであり、
   前記ＦＩＲフィルタのタップ数は、前記他方の期間の長さと前記駆動電圧波形の前記他方の期間における直線領域の時間との差を、前記駆動電圧波形のデータレートで除算した値に略等しい、走査駆動装置。
2. 前記ＦＩＲフィルタは、前記ＦＩＲフィルタのゼロ点を０次の前記共振周波数及び１次以上の前記共振周波数に設定するフィルタ係数を有する、請求項１に記載の走査駆動装置。
3. 前記一方の期間は、前記下降期間である、請求項１又は２に記載の走査駆動装置。
4. 前記駆動波形の周波数の整数倍は、前記共振周波数と異なる、請求項１から３のいずれか一項に記載の走査駆動装置。
5. ｆｖを前記駆動波形の周波数、ｆ０を前記共振周波数、ｎを整数とするとき、
   ｆｖ＝ｆ０／（１／２＋ｎ）
   を満たす、請求項４に記載の走査駆動装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の走査駆動装置と、前記光走査装置とを備える、光走査制御装置。
7. 固有の共振周波数で共振する光走査装置の駆動波形であって、信号レベルが上昇する上昇期間と、信号レベルが下降する下降期間とを有する鋸歯状の駆動波形を生成する駆動波形生成方法であって、
   前記上昇期間と前記下降期間とのうちの一方の期間の時間幅を、他方の期間よりも短く、且つ、前記共振周波数の逆数の整数倍に設定し、
   前記他方の期間の長さと前記駆動波形の前記他方の期間における直線領域の時間との差を、前記駆動波形のデータレートで除算した値に略等しいタップ数のＦＩＲフィルタにより、 前記駆動波形が有する１次以上の前記共振周波数の成分を減衰する、駆動波形生成方法。
8. 前記ＦＩＲフィルタは、前記ＦＩＲフィルタのゼロ点が０次の前記共振周波数及び１次以上の前記共振周波数に配置されるように設定されたフィルタ係数を有する、請求項７に記載の駆動波形生成方法。

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