WO2005059624A1

WO2005059624A1 - 光スキャナおよびそれを備えた画像形成装置

Info

Publication number: WO2005059624A1
Application number: PCT/JP2004/018608
Authority: WO
Inventors: Nobuaki Asai; Shoji Yamada
Original assignee: Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2005-06-30
Also published as: JP4023442B2; JP2005181477A

Abstract

光が入射する反射面が形成された振動体を揺動軸線まわりに振動させて揺動させることにより、反射面からの反射光を走査する光スキャナが開示されている。この光スキャナは、電源からの新たな電力の消費を回避しつつ、振動体の共振周波数を制御するために、反射面１２０を有する振動体１２４と、その振動体に装着された圧電体１５０，１５４と、それら圧電体に電荷を供給することにより、振動体をそれの共振周波数と実質的に同じ駆動周波数で駆動し、それにより、振動体を揺動軸線まわりに捩じり振動させる駆動回路１８０とを含む。この光スキャナは、さらに、振動体に装着された圧電体１５２，１５６と、それら圧電体からの電荷放出量を制御することによってそれら圧電体の剛性を制御し、それにより、振動体の共振周波数を制御する共振周波数制御回路２３０とを含む。

Description

明細書

光スキャナおよびそれを備えた画像形成装置

技術分野

[0001] 本発明は、光が入射する反射面が形成された振動体を揺動軸線まわりに振動させて揺動させることにより、反射面からの反射光を走查する光スキャナおよびそれを備えた画像形成装置に関するものであり、特に、振動体の共振特性を制御する技術の改良に関するものである。

背景技術

[0002] 光が入射する反射面が形成された振動体を揺動軸線まわりに振動させて揺動させることにより、反射面からの反射光を走査する光スキャナが既に知られている（例えば、日本国特許第 2981600号公報参照。）。この種の光スキャナは、例えば、画像形成の分野や画像読取りの分野において使用される。画像形成の分野においては、網膜上において光束を走査して画像を直接に表示する網膜走査型ディスプレイ装置、プロジェクタ、レーザプリンタ、レーザリソグラフィ等の用途に使用され、一方、画像読取りの分野においては、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダ等の用途に使用される。

[0003] 日本国特許第 2981600号公報には、振動体の形状のばらつきが、振動体の共振特性のばらつきの原因となることが記載されている。さらに、この日本国特許第 2981 600号公報には、振動体の共振特性を調整するために第 1および第 2の技術も記載されている。

[0004] 具体的には、第 1の技術として、振動体のうちの弾性変形部に電気抵抗素子を発熱源として設け、その電気抵抗素子に通電して発熱させることによって弾性変形部を熱変形させ、それにより、その弾性変形部のばね定数を変化させる技術が記載されている。

[0005] さらに、第 2の技術として、振動体のうちの弾性変形部に圧電素子をひずみ発生源として設け、その圧電素子に電圧を印加することによってひずみを発生させ、それにより、その弾性変形部のばね定数を変化させる技術が記載されている。発明の開示

[0006] し力、しながら、以上説明した従来例においては、振動体の共振特性を調整するために、電気抵抗素子または圧電素子に電源が接続され、その電源からの電力によつて振動体のばね部を加熱しまたは弾性変形させることにより、振動体の共振特性が調整される。そのため、この従来例では、電力が、振動体を振動させるためのみならず、その振動体の共振特性を調整するためにも消費されてしまい、消費電力が増加するィ頃向があった。

[0007] このような事情を背景として、本発明は、光が入射する反射面が形成された振動体を揺動軸線まわりに振動させて揺動させることにより、反射面からの反射光を走査する光スキャナにおいて、電力消費の節減を容易に図りつつ、振動体の共振周波数を制御することを課題としてなされたものである。

[0008] 本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきである。

[0009] さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなぐ各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈されるべきである。

[0010] (1) 光が入射する反射面の揺動により、その反射面からの反射光を走查する光スキャナであって、

前記反射面を有する振動体と、

その振動体に装着され、変位と電荷との間において変換を行う第 1の変換素子を有する駆動源と、

前記第 1の変換素子に電荷を供給することにより、前記振動体をそれの共振周波数と実質的に同じ駆動周波数で駆動し、それにより、前記振動体を揺動軸線まわりに捩じり振動させる駆動手段と、

前記振動体に装着され、変位と電荷との間において変換を行う第 2の変換素子と、その第 2の変換素子からの電荷放出量を制御することによってその第 2の変換素子の剛性を制御し、それにより、前記振動体の共振周波数を制御する共振周波数制御手段と

を含む光スキャナ。

[0011] 一般に、光スキャナにおいては、振動体の共振周波数が常に正規値に維持されること力 S要望される。しかし、振動体の共振周波数は、その振動体の製造ばらつきに伴う形状ばらつきに起因し、正規値でない値をとり得る。さらに、振動体の共振周波数は、その振動体の温度によって変化する。さらに、振動体の共振周波数は、経時的にも変化する。

[0012] 一方、変位 (例えば、機械的変位、ひずみ）と電荷 (例えば、電気的変位、電界、電圧、電流）との間において変換を行う変換素子が既に存在する。このような変換素子の一例は、圧電素子である。この変換素子に電荷が供給されれば、その変換素子に変位が発生し、逆に、その変換素子に変位が加えられれば、その変換素子に電荷が発生し、その発生した電荷が放出される。

[0013] この変換素子からの電荷放出量を制限すれば、その変換素子に発生し得る変位が制限され、その結果、その変換素子の剛性が増加する。したがって、この変換素子からの電荷放出量を制御すれば、その変換素子の剛性を制御することが可能となる。よつて、このような性質を有する変換素子を振動体に装着すれば、その変換素子からの電荷放出量を制御することにより、振動体の剛性を制御することが可能となり、ひいては、その振動体の共振周波数を制御することが可能となる。

[0014] さらに、このようにして振動体の共振周波数を制御する場合には、変換素子に直接に電源を接続してその変換素子に直接に外部から電力を供給することが不要であり、よって、前述の従来技術に比較し、共振周波数の制御のために追加的に消費される電力を節減することを容易に図り得る。

[0015] 以上説明した知見に基づき、本項に係る光スキャナにおいては、振動体を揺動軸線まわりに捩じり振動させて揺動させるための第 1の変換素子とは別の第 2の変換素子が同じ振動体に装着される。この光スキャナにおいては、さらに、共振周波数制御手段が設けられ、この共振周波数制御手段により、第 2の変換素子からの電荷放出量が制御されることによってその第 2の変換素子の剛性が制御され、それにより、振動体の共振周波数が制御される。

[0016] したがって、この光スキャナによれば、第 2の変換素子により、共振周波数の制御のために追加的に消費される電力の節減を図りつつ、振動体の共振周波数を制御すること力 S可肯となる。

[0017] 例えば、共振周波数の制御のために第 2の変換素子に受動素子（コイル、コンデンサ）を付加する方式によれば、外部からの電力供給は不要である。これに対し、能動リアクタンス回路を付加する方式においても、第 2の変換素子への直接的電荷供給を外部から行うのではなぐリアクタンス値の制御用の電力消費があれば足りる。

[0018] (2) 前記共振周波数制御手段は、前記振動体の振動特性に基づき、前記電荷放出量を制御する（1)項に記載の光スキャナ。

[0019] この光スキャナによれば、第 2の変換素子からの電荷放出量を振動体の振動特性との関係において適正化することが容易となる。ここに、「振動特性」は、例えば、振動体の実際の共振周波数を意味するように定義したり、その実際の共振周波数の、正規の振動周波数からのずれ量を意味するように定義したり、振動体が振動する振幅を意味するように定義することが可能である。

[0020] (3) 前記共振周波数制御手段は、第 1および第 2の端子間における可変リアクタンス素子のリアクタンス値が第 3の端子に加えられる電気信号によって変化する能動可変リアクタンス回路を含み、その能動可変リアクタンス回路が前記第 1および第 2の端子にぉレ、て前記第 2の変換素子に並列に接続される（1)または（2)項に記載の光スキヤナ。

[0021] 本項における「能動可変リアクタンス回路」は、例えば、コイルを主体として構成したり、コイルとコンデンサとの直列回路を主体として構成することが可能である。

[0022] コイルを主体として「能動可変リアクタンス回路」を構成する場合には、例えば、インダクタンス値が固定されたコイル (インダクタ）にバラクタを並列に接続することによつて「能動可変リアクタンス回路」の一例を構成することが可能である。この例においては、そのバラクタの第 3の端子に印加される電気信号を制御することにより、コィノレとバラクタとの並列回路のリアクタンス値を制御することが可能である。

[0023] (4) 前記共振周波数制御手段は、前記第 2の変換素子に並列に接続されたコイルまたは抵抗を含み、かつ、コンデンサとしての第 2の変換素子と共同して、反共振周波数が変更可能である反共振回路を構成する（1)または（2)項に記載の光スキャナ

[0024] 一般に、反共振回路を使用する場合には、それの共振周波数の所において、反共振回路のインピーダンスが極大化し、その反共振回路に流れる電流が極小化する。このような反共振回路の共振周波数を反共振周波数という。

[0025] このような反共振回路は、前述の第 2の変換素子をコンデンサとして用レ、、かつ、そのコンデンサとコイルまたは抵抗とを互いに並列に接続することによって構成することが可能である。このように構成された反共振回路は、さらに、可変コイル、可変抵抗器、可変コンデンサ、可変容量ダイオード等、可変素子を用いることにより、反共振周波数が変更可能であるように構成することが可能である。

[0026] 以上説明した知見に基づき、本項に係る光スキャナにおいては、前記（1)または（2 )項における共振周波数制御手段が、第 2の変換素子に並列に接続されたコイルまたは抵抗を含み、かつ、コンデンサとしての第 2の変換素子と共同して、反共振周波数が変更可能である反共振回路を構成する。

[0027] (5) 前記第 1の変換素子として使用される現実の変換素子と、前記第 2の変換素子として使用される現実の変換素子とは、物理的に相互に置換可能である（1)ないし（ 4)項のレ、ずれかに記載の光スキャナ。

[0028] 前記（1)ないし (4)項のいずれ力、に係る光スキャナにおいては、第 1の変換素子と第 2の変換素子とは、変位と電荷との間において変換を行う点で互いに共通しており、一方、変位から電荷への変換と、電荷から変位への変換とを同じ素子で可逆的に行い得る素子が既に存在する。そのような素子の一例は圧電素子である。したがって、第 1の変換素子と第 2の変換素子とをそれぞれ、互いに種類が同じ素子によって構成することが可能である。 [0029] このような知見に基づき、本項に係る光スキャナにおいては、第 1の変換素子として使用される現実の変換素子と、第 2の変換素子として使用される現実の変換素子とが、物理的に相互に置換可能とされる。

[0030] (6) さらに、前記第 1の変換素子として使用される現実の変換素子および前記第 2 の変換素子として使用される現実の変換素子と前記駆動手段および共振周波数制御手段との間の接続状態を切り換えることにより、第 1の変換素子として使用されてきた現実の変換素子が第 2の変換素子として使用され、かつ、第 2の変換素子として使用されてきた現実の変換素子が第 1の変換素子として使用されることとなる切換手段を含む（5)項に記載の光スキャナ。

[0031] 一般に、振動体を振動させるための変換素子は、他の電気素子と同様に、寿命が有限である。一方、酷使度が互いに異なる環境において互いに異なる複数の変換素子がそれぞれ使用される状況においては、同じ変換素子を同じ環境において使用し続ける場合より、複数の変換素子を互いに異なる複数の使用環境の間において交換して使用する場合の方が、それら複数の変換素子の寿命が全体として延長される。

[0032] 一方、前記（5)に係る光スキャナに従い、第 1の変換素子として使用される現実の変換素子と、第 2の変換素子として使用される現実の変換素子とを、物理的に相互に置換可能であるように選択すれば、同じ現実の変換素子を第 1の変換素子として使用する状態と、第 2の変換素子として使用する状態とを択一することが可能となる。

[0033] また、ある現実の変換素子が第 1の変換素子として使用される環境と、第 2の変換素子として使用される環境とを互いに比較すれば、前者の環境において現実の変換素子に印加される電圧の方力 S、後者の環境にぉレ、て現実の変換素子に発生する電圧より高いなどの理由により、前者の環境の方が後者の環境より、現実の変換素子が使用される環境が厳しい。そのため、同じ現実の変換素子でも、第 1の変換素子として使用される場合の方が、第 2の変換素子として使用される場合より、酷使度が高ぐ寿命も短い傾向がある。

[0034] 以上説明した知見に基づき、本項に係る光スキャナにおいては、第 1の変換素子として使用される現実の変換素子および第 2の変換素子として使用される現実の変換素子と駆動手段および共振周波数制御手段との間の接続状態を切り換える切換手段が設けられる。この切換手段によって接続状態が切り換えられれば、第 1の変換素子として使用されてきた現実の変換素子が第 2の変換素子として使用され、かつ、第 2の変換素子として使用されてきた現実の変換素子が第 1の変換素子として使用されることとなる。

[0035] したがって、この光スキャナによれば、同じ現実の変換素子を、酷使度が高いために劣化が発生し易い環境において使用し続けずに済むため、同じ現実の変換素子が継続的に第 1の変換素子として使用される場合に比較し、第 1の変換素子の寿命が結果的に延長される。

[0036] この光スキャナにおいては、切換手段が前記接続状態を切り換える態様として、前記接続状態が同じ状態に維持される継続時間が設定時間に達したならば、切換手段が前記接続状態を切り換える態様を採用したり、第 1の変換素子として使用される現実の変換素子の劣化度 (例えば、現実の変換素子が発生可能な最大変位量の減少量)が設定値に達したならば、切換手段が前記接続状態を切り換える態様を採用することが可能である。

[0037] (7) さらに、前記振動体が振動する振幅を検出する振幅検出器を含み、前記共振周波数制御手段は、その検出された振幅に基づいて前記電荷放出量を制御する（1 )なレ、し (6)項のレ、ずれかに記載の光スキャナ。

[0038] 振動体の共振周波数の実際値が正規値からずれているにもかかわらず、正規の共振周波数と同じ周波数で振動体が振動させられると、その振動体の振幅の実際値が、正規値、すなわち、振動体の共振周波数の実際値が正規値と一致するときにおける振動体の振幅より減少する。このように、振動体の共振周波数と振幅との間に一定の関係があるのであり、この事実を利用すれば、振動体の振幅に基づいてその振動体の共振周波数の変動を把握することが可能である。

[0039] このような知見に基づき、本項に係る光スキャナにおいては、振動体が振動する振幅に基づき、第 2の変換素子からの電荷放出量が制御される。それにより、第 2の変換素子ひいては振動体の剛性が制御される。

[0040] (8) 前記振幅検出器は、前記振動体に装着され、変位と電荷との間において変換を行う第 3の変換素子を含む（7)項に記載の光スキャナ。 [0041] 変位と電荷との間において変換を行う変換素子を第 3の変換素子として振動体に装着すれば、その振動体の変位に応じた電荷がその第 3の変換素子に発生し、その発生した電荷に基づき、振動体の変位およびその振動体の振幅を検出することが可能である。

[0042] このような知見に基づき、本項に係る光スキャナにおいては、変位と電荷との間において変換を行う第 3の変換素子を用レ、ることにより、振動体の振幅が検出される。

[0043] (9) 前記振幅検出器は、前記反射光を検出する光検出器を含む（7)項に記載の光スキャナ。

[0044] 振動体の振幅が変動すれば、その振動体の反射面からの反射光の走査角（振れ角）も変動する。一方、反射面からの反射光を検出すれば、走査角を検出することが可能である。例えば、反射光が特定の定位置を前回通過してから今回通過するまでの時間を検出することにより、走查角を検出することが可能である。したがって、反射面から反射光を検出すれば、振動体の振幅を検出することが可能である。

[0045] このような知見に基づき、本項に係る光スキャナにおいては、振動体の反射面からの反射光が検出されることにより、振動体の振幅が検出される。

[0046] (10) 前記振動体は、

前記反射面が形成された反射ミラー部と、

その反射ミラー部を捩じり振動させるためにその反射ミラー部に連結された複数本のばね部であって、前記揺動軸線上において前記反射ミラー部を隔てて互いに対向する 2個の対向位置においてそれぞれ複数本ずつ、かつ、前記揺動軸線に関して対称的に配置されたものと

を含む（1)なレ、し (9)項のレ、ずれかに記載の光スキャナ。

[0047] (11) 前記第 2の変換素子は、前記複数本のばね部のうち、前記 2個の対向位置のレ、ずれか一方に配置された複数本のばね部にそれぞれ装着された（ 10)項に記載の光スキャナ。

[0048] この光スキャナにおいては、反射ミラー部を隔てた 2個の対向位置のいずれか一方に複数本、揺動軸線に関して対称的に配置された複数本のばね部にそれぞれ、第 2 の変換素子が装着される。したがって、この光スキャナによれば、それら複数本のばね部の一部のみに第 2の変換素子が装着される場合に比較し、第 2の変換素子によつて振動体の剛性をその振動体の全体についてできる限り一様に制御することが容易となる。

[0049] よって、この光スキャナによれば、振動体の剛性が揺動軸線に関して非対称的に分布してしまい、その結果、振動体の振れ角の対称性が損なわれてしまう事態の発生を容易に回避し得る。

[0050] (12) 前記第 2の変換素子は、前記複数本のばね部のうち、前記反射ミラー部を隔てて互いに対向する 2対の対角位置のうちの一方に属する 2個の対角位置にそれぞれ配置された複数本のばね部にそれぞれ装着された（10)項に記載の光スキャナ。

[0051] この光スキャナにおいては、振動体に装着される複数の第 2の変換素子が、揺動軸線を隔てた両側に同数ずつ配置されるとともに、その揺動軸線と交差する姿勢で反射ミラー部を通過する軸線を隔てた両側にも同数ずつ配置される。

[0052] したがって、この光スキャナによれば、少ない数の第 2の変換素子により、振動体の剛性をその全体について一様に制御することが容易となる。

[0053] (13) 前記第 1および第 2の変換素子は、共に、圧電素子である（1)ないし（12)項のレ、ずれかに記載の光スキャナ。

[0054] (14) 光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、

前記光束を出射する光源と、

(1)ないし（13)項のいずれかに記載の光スキャナを有し、その光スキャナにより、前記光源から出射した光束を走査する走査部と

を含む画像形成装置。

[0055] この画像形成装置によれば、前記（1)ないし（13)項のいずれかに係る光スキャナにより、振動体の共振周波数が節電型で制御され、それにより、外部から当該画像形成装置に入力される入力画像信号に同期させて当該画像形成装置の走査を行うことが可能となる。

[0056] 一方、入力画像信号と画像形成装置の走査とを同期させることができない場合には、画像フレームを一時的に保存するバッファと、走查タイミングに応じてそのバッファから画像フレームを読み出す読み出し回路系とを画像形成装置に設けることが必要となる。

[0057] これに対し、本項に係る画像形成装置によれば、上述のバッファも読み出し回路系も必要とすることなぐ入力画像信号と画像形成装置の走査とを同期させることが可能となる。

[0058] 特に、同じ画像形成装置が複数の光スキャナによって光束を 2次元的に走査し、かつ、それら光スキャナがいずれも共振型光スキャナである場合には、それら共振型光スキャナの走查を同期させることが必要である。これに対し、本項に係る画像形成装置によれば、少なくとも一つの光スキャナの共振周波数が制御可能となるため、複数の共振型光スキャナによって光束を 2次元的に走查する形式の画像形成装置において、それら共振型光スキャナの走查を同期させることが可能となる。

[0059] (15) 前記走查部は、前記光束を第 1方向に走查する第 1走査と、その第 1方向と交差する第 2方向に前記第 1走査より低速で前記光束を走查する第 2走査とを行うものであり、前記光スキャナは、前記第 1走査を行うために使用される（14)項に記載の画像形成装置。

[0060] この画像形成装置においては、前記（1)ないし（13)項のいずれかに係る光スキヤナにより、第 2走査より高速で光束を走査する第 1走査が行われる。したがって、この画像形成装置によれば、形成される画像の品質を低下させることなぐ第 1走査の走查周波数を増加させることが容易となる。

[0061] (16) 前記走査部によって走査された光束は、眼の網膜に入射し、それにより、前記画像がその網膜上に投影される（14)または（15)項に記載の画像形成装置。

図面の簡単な説明

[0062] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に従う光スキャナ 104を備えた網膜走査型ディスプレイ装置を示す系統図である。

[図 2]図 2は、図 1における光スキャナ 104を組立て状態で示す斜視図である。

[図 3]図 3は、図 1における光スキャナ 104を示す分解斜視図である。

[図 4]図 4は、図 2における振動体 124の一部を示す縦断面図である。

[図 5]図 5は、図 2における振動体 124を示す斜視図である。

[図 6]図 6は、図 1における水平走査駆動回路 180のハードウェア構成を示すブロック図である。

[図 7]図 7は、図 3における 4個の圧電体 150, 152, 154, 156のそれぞれの機言を説明するための系統図である。

[図 8]図 8は、図 7における共振周波数制御回路 230と圧電体 152, 156とが互いに共同して構成する反共振回路 246を示す電気回路図である。

[図 9]図 9は、図 8における反共振回路 246を圧電体 152， 156の力係数との関係において示す電気回路図である。

[図 10]図 10は、図 9における各圧電体 152， 156にっき、励起周波数 feと電流 Iとの関係と、反共振回路 246の反共振周波数 F0と電流 Iとの関係とを説明するための 2 つのグラフである。

[図 11]図 11は、図 7におけるコンピュータ 232によって実行される共振周波数制御プログラムの内容を概念的に表わすフローチャートである。

園 12]図 12は、図 3における振動体 124の共振周波数 fOと走査ビームの振れ角 Θとの関係を説明するためのグラフである。

[図 13]図 13は、図 11における S1の詳細を振幅検出ルーチンとして概念的に表わすフローチャートである。

[図 14]図 14は、図 13の振幅検出ルーチンの実行によって振動体 124の振幅が検出される原理を説明するための光路図である。

[図 15]図 15は、図 13の振幅検出ルーチンの実行によって振動体 124の振幅が検出される原理を説明するための別の光路図である。

[図 16]図 16は、本発明の第 2実施形態に従う光スキャナ 104における振動体 124に装着された 4個の圧電体 150， 152, 154， 156のそれぞれの機能を説明するための正面図である。

園 17]図 17は、本発明の第 3実施形態に従う光スキャナ 104における振動体 124に装着された 4個の圧電体 150， 152, 154， 156のそれぞれの機能を説明するための正面図である。

[図 18]図 18は、本発明の第 4実施形態に従う光スキャナ 104における振動体 124に装着された 4個の圧電体 150， 152, 154, 156と水平走查駆動回路 180と共振周波数制御回路 230との間の接続状態を切り換えるための構成を説明するための系統図である。

[図 19]図 19は、図 18における信号処理回路 60のコンピュータ 232によって実行される接続状態切換プログラムの内容を概念的に表わすフローチャートである。

[図 20]図 20は、本発明の第 5実施形態に従う光スキャナ 104における共振周波数制御回路 310を圧電体 152, 156と共に示す電気回路図である。

発明を実施するための最良の形態

[0063] 以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。

[0064] 図 1には、本発明の第 1実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ装置が系統的に表わされている。この網膜走査型ディスプレイ装置（以下、「RSD」と略称する。）は、レ一ザビームを、それの波面および強度を適宜変調しつつ、観察者の眼 10の瞳孔 12 を経て網膜 14の結像面上に入射させる。この RSDによれば、その結像面上においてレーザビームが 2次元的に走査され、それにより、その網膜 14上に画像が直接に投影される。

[0065] この RSDは、光源ユニット 20を備え、さらに、その光源ユニット 20と観察者の眼 10 との間におレ、て走查装置 24を備えてレ、る。

[0066] 光源ユニット 20は、 3原色（RGB)を有する 3つのレーザ光を 1つのレーザ光に結合して任意色のレーザ光を生成するために、赤色のレーザ光を発する Rレーザ 30と、緑色のレーザ光を発する Gレーザ 32と、青色のレーザ光を発する Bレーザ 34とを備えている。各レーザ 30, 32, 34は、例えば、半導体レーザとして構成することが可能である。

[0067] 各レーザ 30, 32, 34から出射したレーザ光は、各コリメート光学系 40， 42, 44によつて平行光化された後に、波長依存性を有する各ダイクロイツクミラー 50， 52, 54に入射させられる。その後、それらダイクロイツクミラー 50, 52, 54により、各レーザ光が波長に関して選択的に反射 ·透過させられる。

[0068] 具体的には、 Rレーザ 30から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系 40によつて平行光化された後に、ダイクロイツクミラー 50に入射させられる。 Gレーザ 32から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系 42を経てダイクロイツクミラー 52に入射させられる。 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 44を経てダイク口イツクミラー 54に入射させられる。

[0069] それら 3つのダイクロイツクミラー 50， 52, 54にそれぞれ入射した 3原色のレーザ光は、それら 3つのダイクロイツクミラー 50, 52, 54を代表する 1つのダイクロイツクミラー 54に最終的に入射して結合され、その後、結合光学系 56によって集光される。

[0070] 以上、光源ユニット 20のうち光学的な部分を説明したが、以下、電気的な部分を説明する。

[0071] 光源ユニット 20は、コンピュータを主体とする信号処理回路 60を備えている。信号処理回路 60は、外部から供給された映像信号に基づき、各レーザ 30, 32, 34を駆動するための信号処理と、レーザビームの走查を行うための信号処理とを行うように設計されている。

[0072] 各レーザ 30, 32, 34を駆動するため、信号処理回路 60は、外部から供給された映像信号に基づき、網膜 14上に投影すべき画像上の各画素ごとに、レーザビームにとつて必要な色と強度とを実現するために必要な駆動信号を、各レーザドライバ 70, 7 2, 74を介して各レーザ 30, 32, 34に供給する。レーザビームの走査を行うための信号処理にっレ、ては後述する。

[0073] 以上説明した光源ユニット 20は、結合光学系 56においてレーザビームを出射する。そこから出射したレーザビームは、光伝送媒体としての光ファイバ 82と、その光ファィバ 82の後端から放射させられるレーザビームを平行光化するコリメート光学系 84とをそれらの順に経て走査装置 24に入射する。

[0074] 走查装置 24は、水平走查系 100と垂直走查系 102とを備えている。

[0075] 水平走查系 100は、表示すべき画像の 1フレームごとに、レーザビームを水平な複数の走査線に沿って水平にラスタ走查する水平走查（これが前述の「第 1走查」の一例である。）を行う光学系である。これに対し、垂直走查系 102は、表示すべき画像の 1フレームごとに、レーザビームを最初の走査線から最後の走査線に向かって垂直に走查する垂直走查 (これが前述の「第 2走查」の一例である。 )を行う光学系である。水平走查系 100は、垂直走查系 102より高速にすなわち高周波数でレーザビームを走査するように設計されてレ、る。

[0076] 具体的に説明するに、水平走査系 100は、本実施形態においては、機械的偏向を行うミラーを備えた弾性体の振動によってそのミラーを揺動させる光スキャナ 104を備えている。光スキャナ 104は、信号処理回路 60から供給される水平同期信号に基づいて制御される。

[0077] 図 2には、光スキャナ 104が組立て状態で、斜視図で示されている。これに対し、図 3には、光スキャナ 104が分解斜視図で示されている。図 2および図 3に示すように、光スキャナ 104は、本体部 110がベース 112に装着されて構成されている。

[0078] 本体部 110は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成されている。本体部 11 0の厚さは、約 100 z mとされてレ、る。本体部 110は、図 3の上部に示すように、概略的には、光が通過し得る貫通穴 114を有して薄板長方形状を成している。本体部 11 0は、外側には固定枠 116を備え、一方、内側には、反射面 120が形成された反射ミラー部 122を有する振動体 124を備えている。

[0079] このような本体部 110の構成に対応して、ベース 112は、図 3の下部に示すように、本体部 110との装着状態において固定枠 116が装着されるべき支持部 130と、振動体 124と対向する凹部 132とを有するように構成されている。凹部 132は、本体部 11 0をベース 112に装着した状態において、振動体 124が振動によって変位してもべース 112と干渉しない形状を有するために形成されている。

[0080] 図 3に示すように、反射ミラー部 122の反射面 120は、それの対称中心線でもある揺動軸線 134を中心として揺動させられる。振動体 124は、さらに、その反射ミラー部 122からそれと同一面上に延びて、その反射ミラー部 122を固定枠 116に接合するはり部 140を備えている。本実施形態においては、反射ミラー部 122の両側から一対のはり部 140, 140がそれぞれ互いに逆向きに延び出している。

[0081] 各はり部 140は、 1個のミラー側板ばね部 142と、一対の枠側板ばね部 144， 144 と、それらミラー側板ばね部 142と一対の枠側板ばね部 144， 144とを互いに接続する接続部 146とを含むように構成されてレ、る。

[0082] 各はり部 140においては、ミラー側板ばね部 142が、反射ミラー部 122のうち揺動軸線 134上において互いに対向する一対の縁の一方から、対応する接続部 146まで延びている。接続部 146は、揺動軸線 134と直交する方向に延びている。さらに、各はり部 140においては、一対の枠側板ばね部 144が、対応する接続部 146の端部から、揺動軸線 134に対して互いに逆向きにオフセットする姿勢で、揺動軸線 134に沿って固定枠 116まで延びている。

[0083] 各はり部 140においては、図 3に示すように、一対の枠側板ばね部 144, 144のそれぞれに、固定枠 116に及ぶ姿勢で、圧電体 150, 152, 154, 156力 S取り付けられてレヽる。各圧電体 150， 152, 154, 156fま、図 4ίこ示すよう ίこ、圧電素子 160を主体として構成されている。

[0084] 圧電素子 160は、薄板状を成して振動体 124の片面に貼り付けられている。圧電素子 160は、その貼付面と直角な方向において上部電極 162と下部電極 164とによつて挟まれており、それにより、各圧電体 150， 152, 154, 156力 S構成されてレ、る。図 3および図 4に示すように、上部電極 162と下部電極 164とはそれぞれ、各リード線 166により、固定枠 116に設置された一対の入力端子 168, 168に接続されている。

[0085] 図 3に示すように、本実施形態においては、 4個の圧電体 150, 152, 154, 156力 S 、反射ミラー部 122を隔てた一対の対向位置に 2個ずつ、かつ、揺動軸線 134に関して互レヽ (こ f泉対称白勺 ίこ酉己置されてレヽる。それら 4個の圧電体 150, 152, 154, 156のうち、一方の対向位置に配置されている 2個の圧電体 150, 154 (図 3において右側に位置する）が第 1対を成し、他方の対向位置に配置されている 2個の圧電体 152, 156 (図 3において左側に位置する）が第 2対を成している。

[0086] 本実施形態においては、第 1対を成す 2個の圧電体 150， 154がそれぞれ駆動源として機能し、振動体 124を揺動軸線 134のまわりに捩じり振動させて揺動させる。そのため、各圧電体 150， 154においては、上部電極 162と下部電極 164とに電圧が印加され、それにより、その印加方向と直交する向きすなわち長さ方向の変位が各圧電体 150, 154に発生させられる。

[0087] この変位により、図 5に示すように、はり部 140に屈曲すなわち反りが発生する。この屈曲は、はり部 140のうち固定枠 116との接続部を固定端とする一方、反射ミラー部 122との接続部を自由端として行われる。その結果、その屈曲の向きが上向きであるか下向きであるかにより、自由端が上向きまたは下向きに変位する。 [0088] 第 1対を成す 2個の圧電体 150および 154は、それぞれの圧電素子 160の自由端が互いに逆向きに変位するように屈曲させられる。その結果、反射ミラー部 122は、図 5に示すように、揺動軸線 134のまわりに回転させられる。

[0089] 以上要するに、各枠側板ばね部 144は、それに貼り付けられた圧電素子 160の直線変位を屈曲運動に変換する機能を有し、接続部 146は、各枠側板ばね部 144の屈曲運動をミラー側板ばね部 142の回転運動に変換する機能を有しているのである。そのミラー側板ばね部 142の回転運動によって反射ミラー部 122が回転させられる

[0090] 本実施形態においては、第 1対を成す 2個の圧電体 150および 154を互いに逆向きに変位させることにより、反射ミラー部 122にそれの揺動軸線 134まわりの往復回転運動すなわち揺動運動が発生させられる。このことを実現するために、第 1対を成す 2個の圧電体 150および 154に交番電圧が互いに逆位相で印加される。その結果、第 1対を成す 2個の圧電体 150および 154の一方が、図 3において下向きに橈んだ場合には、他方が、同図において上向きに橈むこととなる。

[0091] 上述の制御を実現するために、水平走査系 100は、図 1に示す水平走査駆動回路 180を備えている。この水平走査駆動回路 180においては、図 6に示すように、発振器 182が、信号処理回路 60から入力された水平同期信号に基づき、交番電圧信号を発生させる。発振器 182は、振動体 124の正規の共振周波数 (設計値)と同じ周波数で交番電圧信号を発生させる。発振器 182は、固定された周波数で交番電圧信号を発生させるように設計されてレ、る。

[0092] 図 6に示すように、発振器 182は、位相シフタ 184およびアンプ 186を経た第 1経路を経て、第 1対を成す 2個の圧電体 150， 152の一方である圧電体 150に接続される一方、位相反転回路 188、位相シフタ 190およびアンプ 192を経た第 2経路を経て、第 1対を成す 2個の圧電体 150および 154の他方である圧電体 154に接続されている。

[0093] 位相反転回路 188は、発振器 182から入力された交番電圧信号を、それの位相を反転させて位相シフタ 190に供給する。この位相反転回路 188は、上記第 2経路のみに設けられるため、圧電体 150と 154とでは、対応するアンプ 186, 192から供給される交番電圧信号の位相が互いに逆となる。

[0094] いずれの経路においても、位相シフタ 184, 190は、前記映像信号と反射ミラー部 122の振動とが互いに同期するように、圧電体 150, 154に供給されるべき交番電圧信号の位相を変化させるために設けられている。

[0095] 本実施形態においては、前述の第 2対を成す 2個の圧電体 152， 156が、振動体 1 24の剛性を制御してそれの実際の共振周波数を制御するために振動体 124に貼り付けられている。図 5に示すように、それら 2個の圧電体 152および 156は、振動体 1 24の捩じり振動に伴レ、、各圧電体 152， 156の圧電素子 160の自由端が互いに逆向きに変位するように屈曲させられる。

[0096] 各圧電体 152, 156は、その変位を電荷に変換する性質を有する力 S、その変換によって各圧電体 152, 156に発生した電荷の放出が制限されると、各圧電体 152, 1 56の変位も制限される。本実施形態においては、各圧電体 152, 156からの電荷放出量が制御されることにより、各圧電体 152, 156の剛性、ひいては、対応する各枠側板ばね部 144, 144の剛性が制御される。この制御については、後に詳述する。

[0097] 以上説明した光スキャナ 104によって水平走査されたレーザビームは、図 1に示すように、リレー光学系 194によって垂直走査系 102に伝送される。

[0098] 図 1に示すように、この RSDは、ビームディテクタ 200を定位置に備えている。ビームディテクタ 200は、光スキャナ 104によって偏向されたレーザビーム（すなわち、主走査方向において走査されたレーザビーム）を検出することにより、そのレーザビームの主走査方向における位置を検出するために設けられている。ビームディテクタ 20 0の一例は、ホトダイオードである。

[0099] ビームディテクタ 200は、レーザビームが所定の位置に到達したことを示す信号を B D信号として出力し、その出力された BD信号は信号処理回路 60に供給される。このビームディテクタ 200から出力された BD信号に応答し、信号処理回路 60は、ビームディテクタ 200がレーザビームを検出した時期から設定時間が経過するのを待って、必要な駆動信号を各レーザドライバ 70， 72, 74に供給する。これにより、各走査線ごとに、画像表示開始タイミングが決定され、その決定された画像表示開始タイミングで画像表示が開始される。よって、画像信号とレーザビーム走査位置との対応が確実となる。

[0100] 以上、水平走査系 100を説明したが、垂直走査系 102は、図 1に示すように、機械的偏向を行う揺動ミラーとしてのガルバノミラー 210を備えている。ガノレバノミラー 210 には、水平走查系 100から出射したレーザビームがリレー光学系 194によって集光されて入射するようになっている。このガルバノミラー 210は、垂直走查駆動回路 211 により、ガルバノミラー 210に入射したレーザビームの光軸と交差する回転軸線まわりに揺動させられる。このガルバノミラー 210の起動タイミングおよび回転速度は、信号処理回路 60から供給される垂直同期信号に基づいて制御される。

[0101] 以上説明した水平走查系 100と垂直走查系 102との共同により、レーザビームが 2 次元的に走査され、その走査されたレーザビームによって表現される画像力リレー光学系 214を経て観察者の眼 10に照射される。本実施形態においては、リレー光学系 214力光路上において複数個の光学素子 216， 218を並んで備えている。

[0102] 図 7に示すように、本実施形態においては、反射ミラー部 122を隔てた 2個の対向位置の一方に配置された 2個の圧電体 150， 154が共に駆動源として機能する一方、他方の対向位置に配置された 2個の圧電体 152, 156が共に、振動体 124の共振周波数を制御する機能を有する。

[0103] それら 2個の圧電体 152, 156には共振周波数制御回路 230が接続され、この共振周波数制御回路 230には前記信号処理回路 60が接続されている。信号処理回路 60は、コンピュータ 232を主体として構成されている。コンピュータ 232は、 CPU2 34と ROM236と RAM238とが図示しないバスによって互いに接続されて構成されている。

[0104] 図 8に示すように、共振周波数制御回路 230は、コイル (インダクタンス）としての可変コイル 242を備えている。その可変コイル 242と圧電体 152, 156とは、接地端子 2 44に対して互いに並列に接続されている。これにより、本実施形態においては、それら可変コイル 242とコンデンサ（キャパシタンス）としての圧電体 152, 156とにより、反共振周波数が変更可能である反共振回路 246が構成されている。

[0105] 図 9には、可変コイルと圧電体 152, 156とを含む反共振回路 246によって圧電体 152, 156の力係数が変更される様子が等価的な電気回路図で示されている。図 9 においては、コンデンサを表わす記号が 2個存在するが、図 9において右側の記号は、圧電体 152, 156の電気的特性、すなわち、電気容量を表わしており、一方、左側の記号は、圧電体 152, 156の機械的性質、すなわち、弾性要素を表わしている。

[0106] 図 10には、駆動源としての圧電体 150, 154によって振動が励起される圧電体 15 2, 156の振動周波数（以下、「励起周波数 fe」という。これは、駆動源としての圧電体 150, 154の振動周波数 fと等しい。）と、圧電体 152， 156に流れ得る電流 Iとの関係の一例がグラフで表わされてレ、る。

[0107] 図 10の（a)および (b)に共通に示すように、励起周波数 feが反共振周波数 F0に一致するとき、反共振回路 246のインピーダンスが極大となり、圧電体 152, 156に流れ得る電流 Iが極小となる。電流 Iが少ないほど、圧電体 152, 156の変位が制限され、それにより、圧電体 152， 156ひいては振動体 124の剛性が増加する。特に電流 I が完全に 0であれば、理論的には圧電体 152， 156が完全な剛体として機能する。一方、振動体 124の剛性が増加するほど、振動体 124の共振周波数 fOが上昇する。したがって、電流 Iが少ないほど、共振周波数 fOが上昇することになる。このように、電流 Iと共振周波数 fOとの間に一定の関係が成立する。

[0108] なお、本実施形態においては、反共振周波数 F0における電流 Iが 0よりわずかに大きいように反共振回路 246が設計されており、反共振周波数 F0においては圧電体 1 52, 156の変位がわずかに許容される。

[0109] 次に、励起周波数 feが振動体 124の共振周波数 fOの設計値 fOdes (実際値と一致するか否かを問わない。）と等しいときに圧電体 152, 156に流れ得る電流（以下、「対応電流」という。）1を考察する。

[0110] この対応電流 Iは、図 10の（a)および (b)に示すように、反共振周波数 F0をそれの初期値 Fointから一方向（図 10の例においては、励起周波数 feが増加する方向）にずらせば、設計共振周波数 f Odesが反共振周波数 F0より低い場合には電流 IIから電流 13に増加し、高い場合には電流 12から電流 14に減少する。逆に、対応電流 Iは、反共振周波数 F0を初期値 FOintから逆方向（図 10の例においては、励起周波数 fe が減少する方向）にずらせば、それを上記一方向にずらす場合とは逆向きに変化する。 [0111] したがって、設計共振周波数 fOdes (固定値）と反共振周波数 FO (可変値）との大小関係が逆転しない限り、反共振周波数 F0と対応電流 Iとの間に一定の関係が成立する。一方、前述のように、対応電流 Iと共振周波数 fOとの間にも一定の関係が成立する。よって、反共振周波数 F0の制御によって共振周波数 fOの制御が実現できる。

[0112] さらに、本実施形態においては、可変コイル 242のインダクタンス値 Hが変更可能とされている。インダクタンス値 Hの変更は、例えば、可変コイル 242のタップを切り換えたり、可変コイル 242に対して鉄心を出し入れすることによって行うことが可能である。インダクタンス値 Hが変更されれば、それに応じて反共振周波数 F0が低下または上昇させられる。

[0113] 本実施形態においては、振動体 124の反射面 120の振幅が検出され、その検出値に基づき、振動体 124の共振周波数の実際値 fOactをそれが設計値 f Odesと等しくなるように補正するのに適当な反共振周波数 Fの補正量 Δ Fが決定される。その決定された補正量 Δ Fに基づいてインダクタンス値 Hが補正される。

[0114] なお付言すれば、本実施形態においては、反射面 120の振幅が、その反射面 120 からの反射光、すなわち、光スキャナ 104によって走査されたレーザビーム（以下、単に「走査ビーム」ともいう。）の最大偏向角度である走査ビームの振れ角 Θを意味する用語として使用される。

[0115] 図 11には、このような共振周波数制御を実行するために ROM236に予め記憶されている共振周波数制御プログラムの内容が概念的にフローチャートで表わされている。

[0116] この共振周波数制御プログラムはコンピュータ 232によって繰返し実行される。各回の実行時には、まず、ステップ S1 (以下、単に「S1」で表わす。他のステップについても同じとする。）において、反射面 120の揺動中、その反射面 120の振幅に相当する走查ビームの振れ角 Θが検出される。この振幅検出については後に詳述する。

[0117] 図 12には、振れ角 Θの経時的変化の一例がグラフで表わされている。この例においては、時刻 t = tOのときに、振れ角 Θの実際値 Θ actが設計値 Θ decに一致していた力その後、時刻 t = tlのときに、振動体 124の共振周波数 fOの実際値 fOactが設計値 f odesより低下したために、振れ角 Θの実際値 Θ actが設計値 Θ desより減少している。

[0118] 次に、図 11の S2において、その検出された振れ角 Θに基づき、反共振回路 246の反共振周波数 F0の補正量が決定される。補正量 A Fは、振れ角 Θの検出値（実際値 Θ act)が設計値 Θ desに接近するように決定される。

[0119] 振れ角 Θの実際値 Θ actが設計値 Θ desより減少した場合には、その原因として、振動体 124の共振周波数 fOの実際値 fOactが設計値 f Odesより上昇したことと、低下したこととの双方が考えられる。しかし、一般には、設計値 fOdesより低下したことが原因であると考えられる。

[0120] したがって、振れ角 Θの実際値 Θ actが検出されれば、振動体 124の共振周波数 f 0の実際値 fOactが設計値 fOdesより減少しているか否かが判明し、さらに、その実際値 fOactを設計値 fOdesに接近させるために反共振回路 246の反共振周波数 F0を補正すべき向きも判明する。すなわち、反共振周波数 F0の補正量 A Fの符号も判明するのである。

[0121] さらに、その補正量 A Fの絶対値については、振れ角 Θの実際値 Θ actの、設計値

Θ desからのずれ量をフィードバックすることにより、一挙に決定したり、設定変化量ずつ段階的に変化するように決定することが可能である。

[0122] 続いて、図 11の S3において、上記決定された補正量に基づき、可変コイル 24 2のインダクタンス値 Hが補正される。具体的には、補正量に基づき、インダクタンス値 Hの補正量 Δ Hが決定され、その決定された補正量 Δ Hでインダクタンス値 Hを補正するための信号が反共振回路 246に対して出力される。

[0123] 以上で、この共振周波数制御プログラムの一回の実行が終了する。

[0124] そのようにインダクタンス値 Hが補正されれば、反共振回路 246の反共振周波数 F 0の実際値 FOactが補正される。この補正により、対応電流 Iの大きさが補正され、それにより、振動体 124の共振周波数 fOの実際値 fOactが設計値 fOdesに接近するように補正される。

[0125] 図 13には、図 11における S1の詳細が振幅検出ルーチンとしてフローチャートで概念的に表されている。この振幅検出ルーチンにおいては、ビームディテクタ 200を利用して振れ角 Θが検出される。以下、この振幅検出ルーチンを図 13を参照して具体的に説明するが、それに先立ち、この振幅検出ルーチンの実行によって反射面 120 の振幅すなわち振れ角 Θが検出される原理を図 14および図 15を参照して説明する

[0126] 図 14および図 15にはそれぞれ、光スキャナ 104から走查ビームが放出される光路が示されている。さらに、各紙面に直角な仮想走查面上に走查ビームが照射される照射点が、走查ビームの各瞬間における角度である走查角 φに応じて移動する様子も示されている。走查角 φの最大値が振れ角 Θに該当する。

[0127] 図 14には、振れ角 Θの実際値 Θ actが設計値 Θ desと一致する場合、すなわち、光スキャナ 104による走查振幅が正常である場合に、走查ビームが揺動する様子が示されている。

[0128] 図 14に示すように、走查角 φが 0から増加して設計値 Θ desに到達するまでに経過する時間は、走查ビームの走查周期を「T」で表わせば、 ΤΖ4に等しい。したがって、走査角 φが 0から増加して、走査ビームがビームディテクタ 200に入射する角度 αに到達するまでに経過する時間を「ts」で表わし、さらに、走査角 φ 、角度 α力増加して設計値 Θ desに到達するまでに経過する時間を「tm」で表わせば、時間 tsは、 ts =T/4-tm

なる式で誘導できる。

[0129] ここに、時間 tmは、走査ビームがビームディテクタ 200に前回入射した時期から、今回入射した時期までの 2種類の経過時間のうち短い方の経過時間 tbmの半値として測定することが可能である。したがって、その経過時間 tbmを測定すれば、時間 ts を検出することが可能である。

[0130] これに対し、図 15には、振れ角 Θの実際値 Θ actが設計値 Θ desより小さい場合、すなわち、光スキャナ 104による走查振幅が異常である場合に、走查ビームが揺動する様子が示されている。

[0131] 図 15に示すように、走查角 φが 0から増加して角度ひに到達するまでに経過する時間を「ts '」で表わし、さらに、走查角 φ力角度ひから増加して実際値 Θ actに到達するまでに経過する時間を「tm'」で表わせば、時間 ts 'は、

ts ' =T/4-tm' なる式で誘導できる。

[0132] ここに、図 14における時間 tsと図 15における時間 ts'とを長さに関して互いに比較すると、図 14に示す場合と図 15に示す場合とで、走査ビームがビームディテクタ 200 に入射する角度ひが互いに共通するにもかかわらず、走查ビームがビームディテクタ 200を通過するときの速度力図 15に示す場合の方が図 14に示す場合より、遅い。したがって、振れ角 Θの実際値 Θ actが小さいほど、走查角 φが 0から増加して角度ひに到達するまでに経過する時間が長くなる。すなわち、時間 ts'の方が時間より長いのである。

[0133] 以上の説明から明らかなように、時間 tsが判明すれば、それに応じて振れ角 Θの実際値 Θ actを検出することが可能なのである。

[0134] 以上説明した知見に基づき、図 13に示す振幅検出ルーチンにおいては、まず、 S

31において、時間 tbmが 0にセットされる。次に、 S32において、ビームディテクタ 20

0から BD信号が入力されたか否力、すなわち、走査ビームがビームディテクタ 200に入射したか否かが判定される。

[0135] 今回は、 BD信号が入力されなかったと仮定すれば、 S32の判定が NOとなり、直ちにこの振幅検出ルーチンの一回の実行が終了する。これに対し、今回は、 BD信号が入力されたと仮定すれば、 S32の半 IJ定カ SYESとなり、 S33に移行する。

[0136] この S33においては、時間 tbmが設定増分 A tだけ増加させられ、続いて、 S34において、次の BD信号が入力されるのが待たれる。次の BD信号が入力されるまで、 S

33の実行が繰り返され、その間、時間 tbmが設定増分 Δ ΓΤつ順次増加させられる。

[0137] 次の BD信号が入力されたならば、 S34の半 IJ定カ SYESとなり、 S35において、時間 t bmの現在値が判定値 tOより短いか否かが判定される。以下、この S35の機能を具体的に説明する。

[0138] 本実施形態においては、ビームディテクタ 200から互いに時期的に隣接して入力された 2個の BD信号の時間間隔 tbmに基づいて振幅が検出される力走查ビームがビームディテクタ 200を前回通過してから今回再び通過するまでの経路力図 14からも明らかなように、 2種類存在する。すなわち、走查ビームが、ビームディテクタ 200 から、走查角 φが 0である点を通過して、再びビームディテクタ 200に戻る経路 Aと、ビームディテクタ 200から、走査角 φが振れ角 Θの実際値 Θ actと一致する照射点を通過して、再びビームディテクタ 200に戻る経路 Bとが存在するのである。

[0139] 経路 Bは、経路 Aより長さが短レ、。一方、図 14に示すように、最終的に取得すべき物理量は、時間 tsであるが、本実施形態においては、まず、時間 tbmを取得することが必要である。その時間 tbmは、経路 Bに対応するから、図 13の S35において判定される時間 tbmが基準値 t0より短くはない場合には、その時間 tbmが、経路 Aに対応する時間である可能性があるという理由で、除外されるようになっている。

[0140] そして、今回は、時間 tbmの現在値が基準値 t0より短くはないと仮定すれば、 S35 の判定が N〇となり、直ちにこの振幅検出ルーチンの一回の実行が終了する。これに対し、今回は、時間 tbmの現在値が基準値 t0より短いと仮定すれば、 S35の判定が YESとなり、 S36において、時間 tbmの現在値に基づき、前述の原理に従い、振れ角 Θの実際値 Θ actが演算される。

[0141] 以上で、この振幅検出ルーチンの一回の実行が終了する。

[0142] 本実施形態においては、反射ミラー部 122を隔てた 2個の対向位置のいずれか一方に 2本、揺動軸線 134に関して線対称的に配置された 2本の枠側板ばね部 144にそれぞれ 2個の圧電体 152, 156が装着される。したがって、本実施形態によれば、それら 2本の枠側板ばね部 144の一方のみに圧電体が装着される場合に比較し、圧電体によって振動体 124の剛性をその振動体 124の全体についてできる限り一様に制御すること力容易となる。

[0143] 以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、光スキャナ 104が前記（1 )項に係る「光スキャナ」の一例を構成し、レーザビームが同項における「光」の一例を構成し、圧電体 150, 154がそれぞれ同項における「第 1の変換素子」の一例を構成し、水平走查駆動回路 180が同項における「駆動手段」の一例を構成し、圧電体 15 2, 156がそれぞれ同項における「第 2の変換素子」の一例を構成し、共振周波数制御回路 230が（1)ないし (4)項のいずれかにおける「共振周波数制御手段」の一例を構成しているのである。

[0144] さらに、本実施形態においては、ビームディテクタ 200が、前記（7)項における「振幅検出器」の一例と、前記（9)項における「光検出器」の一例とをそれぞれ構成しているのである。

[0145] さらに、本実施形態においては、反射ミラー部 122が前記（10)項における「反射ミラー部」の一例を構成し、 4本の枠側板ばね部 144が同項における「複数本のばね部」の一例を構成しているのである。

[0146] さらに、本実施形態においては、圧電体 152， 156が前記（11)項または（12)項における「第 2の変換素子」の一例を構成しているのである。

[0147] さらに、本実施形態においては、光源ユニット 20が前記（14)項における「光源」の一例を構成し、走查装置 24が前記（14)または（15)項における「走查部」の一例を構成しているのである。

[0148] 次に、本発明の第 2実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態と共通する要素が多いため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。

[0149] 第 1実施形態においては、 2個の圧電体 150, 154によって振動体 124が加振される。さらに、反射面 120の振幅がビームディテクタ 200を用いて検出される。

[0150] これに対し、本実施形態においては、図 16に示すように、圧電体 150のみによって振動体 124が加振される。さらに、反射面 120の振幅が、圧電体 154によって検出される。圧電体 154は、それに発生した変位に応じた電荷を発生させるため、その発生させられた電荷の量に基づき、反射面 120の振幅が検出される。

[0151] 以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、圧電体 150が前記（1)項における「第 1の変換素子」の一例を構成し、圧電体 154が前記（7)項における「振幅検出器」の一例と、前記（8)項における「第 3の変換素子」の一例とをそれぞれ構成しているのである。

[0152] さらに、本実施形態においては、圧電体 152， 154が前記（11)項または（12)項における「第 2の変換素子」の一例を構成しているのである。

[0153] 次に、本発明の第 3実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態と共通する要素が多いため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。

[0154] 第 1実施形態においては、反射ミラー部 122を隔てた 2個の対向位置の一方に配置された 2本の枠側板ばね部 144, 144にそれぞれ、振動体 124の共振周波数 fOを制御するための圧電体 152, 156が装着されている。

[0155] これに対し、本実施形態においては、図 17に示すように、 4個の圧電体 150, 152 , 154, 156のうち、反射ミラー部 122に関する 2対の対角位置のうちの一方にそれぞれ配置された 2個の圧電体 150, 156が、互いに逆位相で振動させられて振動体 124を加振する駆動源として使用される。残りの 2個の圧電体 152, 154は、別の一対の対角位置にそれぞれ配置されていて、振動体 124の共振周波数 fOを制御するために使用される。

[0156] このように、本実施形態においては、振動体 124の共振周波数 fOを制御するために振動体 124に装着される 2個の圧電体 152, 154が、揺動軸線 134を隔てた両側に 1個ずつ配置されるとともに、その揺動軸線 134と交差する姿勢で反射ミラー部 12 2を通過する軸線を隔てた両側にも 1個ずつ配置される。

[0157] したがって、本実施形態によれば、少ない数の圧電体 152, 154により、振動体 12 4の剛性をその全体について一様に制御することが容易となる。

[0158] 以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、圧電体 150, 156が前記

(1)項における「第 1の変換素子」の一例を構成し、圧電体 152, 154が同項における「第 2の変換素子」の一例と、前記（11)または（13)項における「第 2の変換素子」の一例とをそれぞれ構成してレ、るのである。

[0159] 次に、本発明の第 4実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態と共通する要素が多いため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。

[0160] 第 1実施形態においては、 2個の圧電体 150， 154はそれぞれ恒久的に駆動源として使用される一方、残りの 2個の圧電体 152， 156はそれぞれ恒久的に、振動体 124 の共振周波数 fOを制御する制御素子として使用される。

[0161] ところで、同じ圧電素子が駆動源として使用される環境と、制御素子として使用される環境とを互いに比較すれば、前者の環境において圧電素子に印加される電圧の方が、後者の環境において圧電素子に発生する電圧より高いなどの理由により、前者の環境の方が後者の環境より、圧電素子が使用される環境が厳しい。そのため、同じ圧電素子でも、駆動源として使用される場合の方が、制御素子として使用される場合より、酷使度が高ぐ寿命も短い傾向がある。

[0162] 以上説明した知見に基づき、本実施形態においては、駆動源として使用される圧電素子および制御素子として使用される別の圧電素子と、水平走查駆動回路 180および共振周波数制御回路 230との間の接続状態が、設定条件が成立すれば、別の状態に切り換えられる。具体的には、これまで駆動源として使用されてきた圧電素子が制御素子として使用され、かつ、これまで制御素子として使用されてきた別の圧電素子が駆動源として使用されることとなる。

[0163] したがって、本実施形態によれば、同じ圧電素子を、酷使度が高いために劣化が発生し易い環境において使用し続けずに済むため、同じ圧電素子が継続的に駆動源として使用される場合に比較し、その圧電素子の寿命が結果的に延長される。

[0164] 以上説明した作用効果を実現するために、具体的には、本実施形態においては、図 18に示すように、 4個の圧電体 150, 152, 154, 156と、水平走査馬区動回路 180 と、共振周波数制御回路 230との間に切換回路 260が設けられている。

[0165] この切換回路 260は、常には、 2個の圧電体 150, 154 (他の圧電体でも可。）を水平走査駆動回路 180に接続し、かつ、 2個の圧電体 152, 156 (他の圧電体でも可。 )を共振周波数制御 230に接続する通常状態（これが「第 1の接続状態」の一例である。 )にある。

[0166] これに対し、接続状態を切り換えることが信号処理回路 60によって指令されれば、切換回路 260は、 2個の圧電体 150， 154 (他の圧電体でも可。）を共振周波数制御回路 230に接続し、かつ、 2個の圧電体 152， 156 (他の圧電体でも可。）を水平走查駆動回路 180に接続する切換状態（これが「第 2の接続状態」の一例である。 )に移行する。

[0167] このような接続状態の切換えを行うために、本実施形態においては、図 19にフローチャートで概念的に表わされている接続状態切換プログラムがコンピュータ 232によつて繰返し実行される。

[0168] この接続状態切換プログラムの各回の実行時には、まず、 S 101において、第 1実施形態におけると同様にして、反射面 120の振幅が検出される。具体的には、振れ角 Θの実際値 Θ actが検出される。

[0169] 次に、 S 102において、その検出された振れ角 Θの実際値 Θ actがしきい値 Θ thより大きいか否かが判定される。振れ角 Θが正常であるか否かが判定されるのである。今回は、実際値 Θ actがしきい値 Θ thより大きいと仮定すれば、半 IJ定カ YESとなり、 S 103において、接続状態を切り換えることが不要であると判定される。その後、直ちにこの接続状態切換プログラムの一回の実行が終了する。

[0170] これに対し、今回は、実際値 Θ actがしきい値 Θ thより大きくはないと仮定すれば、 S 102の半 IJ定カ SNOとなり、 S 104において、接続状態を切り換えることが必要であると判定される。

[0171] その後、 S105において、接続状態を通常状態から切換状態に切り換えることを指令する切換信号が切換回路 260に対して出力される。

[0172] 以上で、この接続状態切換プログラムの一回の実行が終了する。

[0173] なお付言するに、この接続状態切換プログラムは、接続状態切換モードの実行時に実行される。この接続状態切換モードの実行時においては、駆動源としての圧電体に印加される電圧は一定値である。この接続状態切換モードは、光スキャナ 104 による駆動開始時や駆動終了時の、光走査を行っていない時に実行される。

[0174] 以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、 4個の圧電体 150, 152 , 154, 156が、前記（5)項における「現実の変換素子」の一例を構成し、切換回路 2 60が前記（6)項における「切換手段」の一例を構成してレ、るのである。

[0175] 次に、本発明の第 5実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第 1実施形態なレ、し第 4実施形態と共通する要素が多ぐ異なるのは共振周波数制御回路に関する要素のみであるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する

[0176] 第 1ないし第 4実施形態においては、共振周波数制御回路 230が、可変コイル 242 を主体として構成されている。これに対し、本実施形態においては、図 20に示すように、共振周波数制御回路 310が、インダクタンス値が固定された固定コイル 312とバラクタ 314 (可変容量ダイオード）との並列回路 316を主体として構成されている。

[0177] 具体的には、図 20に示すように、この共振周波数制御回路 310においては、第 1 および第 2の端子 320, 322間に固定コイル 312が配置されている。この固定コイル 312にバラクタ 314が並列に接続されている。バラクタ 314の容量は、そのバラクタ 3 14に接続された第 3の端子 324に印加される電気信号 (例えば、電圧信号）の変化に応じて変化する。固定コイル 312とバラクタ 314との並列回路 316は、第 1および第 2の端子 320， 322におレヽて、圧電体 152， 156に並歹 IJに接続されてレヽる。本実施形態においては、並列回路 316と圧電体 152, 156との並列回路が反共振回路を構成する

[0178] 第 3の端子 324に前記信号処理回路 60が接続されており、結局、固定コイル 312とバラクタ 314との並列回路 316のリアクタンス値が信号処理回路 60によって制御され、ひいては、上記反共振回路の反共振周波数 F0が信号処理回路 60によって制御される。その結果、振動体 124の共振周波数 fOが走査ビームの実際の振れ角 Θに基づいて制御される。

[0179] 以上の説明力明らかなように、本実施形態においては、共振周波数制御回路 31 0が前記（1)項における「共振周波数制御手段」の一例を構成し、ノクタ 314が前記（3)項における「可変リアクタンス素子」の一例を構成し、並列回路 316が同項における「能動可変リアクタンス回路」の一例を構成しているのである。

[0180] さらに、本実施形態においては、固定コイル 312が前記（4)項における「コイル」の一例を構成し、並列回路 316と圧電体 152, 156との並列回路が同項における「反共振回路」の一例を構成しているのである。

[0181] 以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明した力これらは例示であり、前記 [発明の開示]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 光が入射する反射面の揺動により、その反射面からの反射光を走査する光スキヤナであって、

前記反射面を有する振動体と、

を含む光スキャナ。

[2] 前記共振周波数制御手段は、前記振動体の振動特性に基づき、前記電荷放出量を制御する請求の範囲第 1項に記載の光スキャナ。

[3] 前記共振周波数制御手段は、第 1および第 2の端子間における可変リアクタンス素子のリアクタンス値が第 3の端子に加えられる電気信号によって変化する能動可変リァクタンス回路を含み、その能動可変リアクタンス回路が前記第 1および第 2の端子において前記第 2の変換素子に並列に接続される請求の範囲第 1項に記載の光スキヤナ。

[4] 前記共振周波数制御手段は、前記第 2の変換素子に並列に接続されたコイルまたは抵抗を含み、かつ、コンデンサとしての第 2の変換素子と共同して、反共振周波数が変更可能である反共振回路を構成する請求の範囲第 1項に記載の光スキャナ。

[5] 前記第 1の変換素子として使用される現実の変換素子と、前記第 2の変換素子として使用される現実の変換素子とは、物理的に相互に置換可能である請求の範囲第 1 項に記載の光スキャナ。

[6] さらに、前記第 1の変換素子として使用される現実の変換素子および前記第 2の変換素子として使用される現実の変換素子と前記駆動手段および共振周波数制御手段との間の接続状態を、第 1の変換素子として使用されてきた現実の変換素子が第 2 の変換素子として使用され、かつ、第 2の変換素子として使用されてきた現実の変換素子が第 1の変換素子として使用されるように切り換える切換手段を含む請求の範囲第 5項に記載の光スキャナ。

[7] さらに、前記振動体が振動する振幅を検出する振幅検出器を含み、前記共振周波数制御手段は、その検出された振幅に基づレ、て前記電荷放出量を制御する請求の範囲第 1項に記載の光スキャナ。

[8] 前記振幅検出器は、前記振動体に装着され、変位と電荷との間において変換を行う第 3の変換素子を含む請求の範囲第 7項に記載の光スキャナ。

[9] 前記振幅検出器は、前記反射光を検出する光検出器を含む請求の範囲第 7項に記載の光スキャナ。

[10] 前記振動体は、

前記反射面が形成された反射ミラー部と、

を含む請求の範囲第 1項に記載の光スキャナ。

[11] 前記第 2の変換素子は、前記複数本のばね部のうち、前記 2個の対向位置のいずれか一方に配置された複数本のばね部にそれぞれ装着された請求の範囲第 10項に記載の光スキャナ。

[12] 前記第 2の変換素子は、前記複数本のばね部のうち、前記反射ミラー部を隔てて互いに対向する 2対の対角位置のうちの一方に属する 2個の対角位置にそれぞれ配置された複数本のばね部にそれぞれ装着された請求の範囲第 10項に記載の光スキャナ。

[13] 前記第 1および第 2の変換素子は、共に、圧電素子である請求の範囲第 1項に記載の光スキャナ。

[14] 光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、

前記光束を出射する光源と、

請求の範囲第 1項に記載の光スキャナを有し、その光スキャナにより、前記光源から出射した光束を走査する走査部と

を含む画像形成装置。

[15] 前記走査部は、前記光束を第 1方向に走査する第 1走査と、その第 1方向と交差する第 2方向に前記第 1走査より低速で前記光束を走查する第 2走査とを行うものであり、前記光スキャナは、前記第 1走查を行うために使用される請求の範囲第 14項に記載の画像形成装置。

[16] 前記走查部によって走査された光束は、眼の網膜に入射し、それにより、前記画像力 Sその網膜上に投影される請求の範囲第 14項に記載の画像形成装置。