WO2007037293A1 - 電気機械変換素子の駆動回路及びそれを備えた網膜走査表示装置 - Google Patents

電気機械変換素子の駆動回路及びそれを備えた網膜走査表示装置 Download PDF

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WO2007037293A1
WO2007037293A1 PCT/JP2006/319212 JP2006319212W WO2007037293A1 WO 2007037293 A1 WO2007037293 A1 WO 2007037293A1 JP 2006319212 W JP2006319212 W JP 2006319212W WO 2007037293 A1 WO2007037293 A1 WO 2007037293A1
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WO
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circuit
electromechanical
electromechanical transducer
drive
inductor
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Application number
PCT/JP2006/319212
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English (en)
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Inventor
Shoji Yamada
Haruhisa Takayama
Original Assignee
Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
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Publication date
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
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    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • Electromechanical transducer drive circuit and retinal scanning display device having the same
  • the present invention relates to a drive circuit for driving a capacitive electromechanical conversion element and an image display device including the drive circuit, and more particularly to a capacitive electromechanical conversion composed of a plurality of piezoelectric elements and the like.
  • the present invention relates to a driving circuit for operating an optical scanning mirror using an element, and a retinal scanning display device including the driving circuit.
  • Patent Document 1 describes an optical scanner composed of a capacitive electromechanical transducer as an optical scanning means.
  • FIG. 17 shows an example of a mechanical resonance type optical scanner 200 composed of capacitive electromechanical transducers.
  • a vibrating body 224 provided with a reflection mirror 220 that reflects the light beam and changes the emission direction of the light beam is oscillated by resonance.
  • the vibrating body 224 is supported by a fixed frame 216, and has two piezoelectric elements 250 and 252 fixed to the vibrating body 224 and the fixed frame 216.
  • the piezo elements 250 and 252 function as drive sources, respectively, torsional vibration is generated around the swing axis Lr, and the reflection mirror 220 is swung.
  • FIG. 18 shows an equivalent circuit of the optical scanner 200 and a drive circuit 270 of the optical scanner 200.
  • the piezo element 250 of the optical scanner 200 has an L binding and an R
  • M100 M100 M100 Resonant circuit connected to M100 column can be expressed as a circuit where C and C are connected in parallel.
  • the piezo element 252 has a common element in which L and R are connected in series. It can be expressed as a circuit in which the oscillation circuit 282 and C are connected in parallel.
  • the drive circuit 270 inputs the two-phase sinusoidal signals having opposite phases to the piezo elements 250 and 252, so that the oscillation body 224 moves around the oscillation axis Lr.
  • the reflection mirror 220 is swung by generating torsional vibration.
  • Patent Document 1 JP-A-2005-181477
  • an object of the present invention is to provide a drive circuit that can suppress power consumption for driving a capacitive electromechanical transducer.
  • an inductor that constitutes a resonance circuit having a resonance frequency substantially the same as the operating frequency of the electromechanical transducer with the electromechanical transducer.
  • the electromechanical conversion element includes at least two electromechanical conversion units of a capacitive first electromechanical conversion unit and a second electromechanical conversion unit, and the inductor is a drive terminal of the first electromechanical conversion unit. And a drive terminal of the second electromechanical converter may be provided.
  • the electromechanical conversion element includes at least two electromechanical conversion units of a capacitive first electromechanical conversion unit and a second electromechanical conversion unit
  • the inductor includes at least the first inductor and the second electromechanical conversion unit.
  • the first inductor forms a resonant circuit with the first electromechanical converter
  • the second inductor forms a resonant circuit with the second electromechanical converter.
  • the resonance frequency of the first resonance circuit and the second resonance circuit can be made the same.
  • a correction capacitor may be provided in parallel or in series with the first electromechanical converter and the Z or second electromechanical converter, respectively.
  • the drive terminal voltage is predetermined at a timing when the drive terminal voltage level of the electromechanical converter constituting the resonance circuit becomes a substantially maximum value or a substantially minimum value, or when a current flowing through the inductor becomes substantially zero.
  • a control circuit that performs charge control and Z or discharge control so as to obtain a voltage may be provided.
  • the charging current and discharging current supplied by the drive circuit can be reduced as much as possible, and as a result, the current consumption can be reduced.
  • control circuit includes a voltage source, a switch, and a timing control unit, and the switch is disposed between the resonance circuit and the voltage source and between Z or the resonance circuit and the ground.
  • the drive terminal voltage level of the electromechanical conversion unit constituting the resonance circuit is substantially maximum.
  • the switch may be controlled at the timing when the value or the substantially minimum value is reached, or at the timing when the current flowing through the inductor becomes substantially zero.
  • the charging current and discharging current supplied by the drive circuit can be reduced as much as possible, and as a result, the current consumption can be reduced.
  • control circuit includes a current source and a timing control unit, the current source is connected to the resonance circuit, and the timing control unit is a drive terminal voltage level of the electromechanical conversion unit constituting the resonance circuit.
  • the current source may be operated at a timing when becomes a substantially maximum value or a substantially minimum value, or when a current flowing through the inductor becomes substantially zero.
  • control circuit may gradually increase the output voltage level of the voltage source to a constant value when starting the electromechanical transducer.
  • a current detection unit for detecting a current flowing through the inductor is provided, and the current detection unit
  • the timing at which the current flowing through the inductor becomes substantially zero may be detected.
  • a displacement detection unit that detects the displacement of the electromechanical transducer is provided, and the displacement detection unit causes the drive terminal voltage level of the electromechanical transducer that forms the resonance circuit to be a substantially maximum value or a substantially minimum value. Let's try to detect when.
  • the electromechanical conversion element can be used as the drive terminal voltage detection unit, and it is not necessary to provide a separate drive terminal voltage detection unit.
  • the electromechanical transducer may have a mechanical resonance system that resonates at a predetermined frequency by the first electromechanical transducer and the second electromechanical transducer.
  • the electromechanical transducer element of the mechanical resonance system can be driven with low power consumption, and a linear amplifier is not required.
  • a dynamic circuit can be configured.
  • the electromechanical transducer can be a scanning mirror for scanning a light beam.
  • the electromechanical conversion element having a scanning mirror can be driven with low power consumption, and a linear amplifier is not required, so that a drive circuit is configured only by a digital circuit and a DC power supply. be able to.
  • the above configuration can be applied to a retinal scanning display device.
  • the retinal scanning display device can be driven with low power consumption.
  • a drive circuit can be configured with only a digital circuit and a DC power supply.
  • an abnormality detection unit that detects an operation abnormality in the electromechanical conversion element, and a control unit that stops the display operation when an abnormality is detected by the abnormality detection unit may be provided.
  • a retinal scanning display device can be provided.
  • the electromechanical conversion element may be used as a scanning mirror for main scanning and Z or sub scanning.
  • a retinal scanning display device having a main scanning mirror and a sub-scanning mirror can be driven with power consumption, and a linear amplifier is not required, so only a digital circuit and a direct current power source are used.
  • a drive circuit can be configured.
  • a drive circuit can be configured with only a digital circuit and a DC power supply.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a retinal scanning display device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the horizontal scanning optical scanner in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing a connection between a horizontal scanning optical scanner and a horizontal scanning drive circuit in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a horizontal scanning optical scanner and a horizontal scanning drive circuit in the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of switch control in the horizontal scanning drive circuit of FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of switch control in the horizontal scanning drive circuit of FIG. 4.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of correction capacitors connected in series.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of correction capacitors connected in parallel.
  • FIG. 9 is a diagram showing the connection between the horizontal scanning optical scanner and another horizontal scanning drive circuit in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a horizontal scanning optical scanner and another horizontal scanning drive circuit in the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a horizontal scanning optical scanner and a horizontal scanning drive circuit in a second embodiment.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of switch control in the horizontal scanning drive circuit of FIG. 11.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an optical scanner for horizontal scanning and a horizontal scanning drive circuit in a third embodiment.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of switch control in the horizontal scanning drive circuit of FIG. 14;
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of switch control in the horizontal scanning drive circuit of FIG. 14.
  • FIG. 17 is a diagram showing connections between a conventional horizontal scanning optical scanner and a horizontal scanning drive circuit.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a conventional horizontal scanning optical scanner and a horizontal scanning drive circuit.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of the retinal scanning display device 1 in the embodiment of the present invention.
  • This retinal scanning display device 1 makes a virtual image visible in front of the pupil 12 of the observer's eye 10 by causing a light beam to enter the pupil 12 of the observer who is the user and projecting an image on the retina 14. It is a device for. This device is also called a retinal scanning display.
  • the retinal scanning display device 1 includes a light beam generation unit 20 that generates a light beam whose intensity is modulated in accordance with the video signal S supplied from the outside, and further includes the light beam generation unit 20 and the eyes 10 of the observer.
  • the collimating optical system 51 that converts the light beam generated by the light beam generating unit 20 and emitted from the optical fiber 50 into parallel light, and the light beam converted into parallel light by the collimating optical system 51 are displayed for image display.
  • a horizontal scanning unit 60 that scans in the horizontal direction
  • a vertical scanning unit 80 that scans the light beam scanned in the horizontal direction in the horizontal direction in the vertical direction
  • the relay optical system 90 for emitting the light beam (hereinafter referred to as “scanning light beam”) scanned in the horizontal direction and the vertical direction to the pupil 12 in this manner.
  • a video signal S supplied from the outside is input to the light flux generation unit 20, and a signal processing circuit that generates signals and the like that are elements for synthesizing an image based on the video signal S.
  • this signal processing circuit 21 blue (B), red (R), and green (G) video signals are generated and output. Further, the signal processing circuit 21 outputs a horizontal synchronizing signal used in the horizontal scanning unit 60 and a vertical synchronizing signal used in the vertical scanning unit 80, respectively.
  • the light beam generation unit 20 includes a light source unit 30 that converts the three video signals (B, R, and G) output from the signal processing circuit 21 into light beams, and these three light beams into one light beam.
  • a light combining unit 40 for combining and generating an arbitrary light beam is provided.
  • the light source unit 30 includes a B laser 34 that generates a blue light beam and a B laser driver 31 that drives the B laser 34, and an R laser 35 that generates a red light beam and an R laser that drives the R laser 35.
  • a driver 32, a G laser 36 that generates a green light beam, and a G laser driver 33 that drives the G laser 36 are provided.
  • Each laser 34, 35, 36 can be configured as, for example, a semiconductor laser or a solid-state laser with a harmonic generation mechanism.
  • the light combining unit 40 is a collimating optical system 41, 42, 43 provided to collimate the light beam incident from the light source unit 30 into parallel light, and a dichroic mirror for combining the collimated light beam. 44, 45, and 46, and a coupling optical system 47 that guides the combined light flux to the optical fiber 50.
  • the light beams emitted from the lasers 34, 35, and 36 are collimated by the collimating optical systems 41, 42, and 43, respectively, and then incident on the dichroic mirrors 44, 45, and 46. After that, these dichroic mirrors 44, 45, 46 selectively reflect each beam with respect to wavelength. 'Transparent.
  • the blue light beam emitted from the B laser 34 is collimated by the collimating optical system 41 and then enters the dichroic mirror 44.
  • the red light beam emitted from the R laser 35 enters the dichroic mirror 45 via the collimating optical system 42.
  • the green light beam emitted from the G laser 36 is incident on the dichroic mirror 46 through the collimating optical system 43.
  • the three primary color beams incident on the three dichroic mirrors 44, 45, and 46 are reflected or transmitted in a wavelength selective manner, reach the coupling optical system 47, and are collected and output to the optical fiber 50. Is done.
  • the horizontal scanning unit 60 and the vertical scanning unit 80 are configured to scan in the horizontal direction and the vertical direction to obtain a scanning light beam so that the light beam emitted from the optical fiber 50 can be projected as an image. It is.
  • the horizontal scanning unit 60 and the signal processing circuit 21 having a component part for horizontal scanning function as a horizontal optical scanning device, and the signal processing circuit 21 having a component part for vertical scanning with the vertical scanning unit 80 and Functions as a vertical light scanning device.
  • the horizontal scanning unit 60 includes a horizontal scanning optical scanner 61 for scanning a light beam in the horizontal direction as a scanning mirror, and a horizontal scanning driving circuit 7 Oa for driving the horizontal scanning optical scanner 61.
  • the vertical scanning unit 80 includes a vertical scanning optical scanner 81 for scanning a light beam in the vertical direction as a scanning mirror, and a vertical scanning driving circuit 82 for driving the vertical scanning optical scanner 81. Yes.
  • the horizontal scanning drive circuit 70a is driven based on the horizontal synchronizing signal output from the signal processing circuit 21, and the vertical scanning driving circuit 82 is driven based on the vertical synchronizing signal output from the signal processing circuit 21.
  • the horizontal scanning optical scanner 61 and the vertical scanning optical scanner 81 are composed of electromechanical conversion elements as will be described in detail later.
  • a relay optical system 62 that relays the light flux between the horizontal scanning unit 60 and the vertical scanning unit 80 is provided, and the light scanned in the horizontal direction by the horizontal scanning optical scanner 61 is relay optical.
  • the light is scanned in the vertical direction by the vertical scanning optical scanner 81 through the system 62, and is emitted to the relay optical system 90 as a scanning beam.
  • the relay optical system 90 has lens sets 91 and 94. Emitted from the vertical scanning section 80 The scanning light fluxes are converted into convergent light fluxes by the lens set 91 so that the respective light fluxes have their centerlines parallel to each other. Then, the lens set 94 converts the light beams into substantially parallel light beams, and the center line of these light beams is converted so as to converge on the observer pupil.
  • FIG. 2 is a perspective view of the optical scanner 61 for horizontal scanning. Since the vertical scanning optical scanner 81 has the same configuration, the description thereof is omitted here.
  • the optical scanner 61 for horizontal scanning is composed of an electromechanical transducer element having a capacitive and mechanical resonance system, and reflects a light beam in order to scan a light spot on the retina 14 in the horizontal direction.
  • a vibrating body 124 provided with a reflection mirror 120 for changing the light emission direction is oscillated by a horizontal scanning drive circuit 70a.
  • the vibrating body 124 is resonated.
  • the reflecting mirror 120 can be swung by causing the vibrating body 124 to resonate.
  • the horizontal scanning optical scanner 61 has a through hole 114 and has a substantially rectangular shape in plan view. Further, a fixed frame portion 116 is provided outside the main body portion 110, while a vibrating body 124 having a reflection mirror 120 is provided inside the main body portion 110.
  • the horizontal scanning optical scanner 61 is generated using an elastic material such as silicon, and piezoelectric element portions 150 to 153 and electrodes, which will be described later, are formed by a thin film forming method.
  • the vibrating body 124 is integrally formed with a plurality of components. As these components, the reflecting mirror 120 and a plate-like elastic member 142 connected to one side of the reflecting mirror 120 are provided. Also, the first beam portion 140 composed of the elastic member 144 and the elastic member 146, and the plate-like elastic member 143, the elastic member 145, and the elastic member 147 force connected to the other side of the reflection mirror 120 are also configured. There is a second beam 141.
  • the vibrating body 124 having the reflection mirror 120, the first beam portion 140, and the second beam portion 141 is a movable member that is movable with respect to the fixed frame portion 116 that is fixed to the retinal scanning display device 1. It is.
  • the reflection mirror 120 has a substantially rectangular shape and is substantially at the center of the main body 110. It is arranged in the part.
  • the reflection mirror 120 changes the reflection direction of the light incident on the reflection mirror 120 by oscillating around the oscillation axis Lr extending in the lateral direction in FIG.
  • two elastic members 144 and elastic member 146 are formed on one side of reflecting mirror 120 so as to branch in parallel with each other at a branching interval wider than the width of elastic member 142. Further, the two elastic members 144 and 146 are formed symmetrically about the swing axis Lr. Similarly, on the other side of the reflecting mirror 120, two elastic members 145 and 147 from the elastic member 143 are formed to be wider than the elastic member 143 and branch in parallel with each other at a branch interval. The two elastic members 145 and 147 are formed symmetrically about the swing axis Lr. The first beam portion 140 and the second beam portion 141 are arranged at positions that are symmetric with respect to the reflection mirror 120.
  • first piezoelectric element 150 and the second piezoelectric element 152 are fixed to one surface of the elastic member 144 and the elastic member 146 belonging to the first beam portion 140, respectively.
  • the first piezoelectric element 150 and the second piezoelectric element 152 have one end fixed to the fixed frame portion 116 as a fixed end, and the other end is a free end not fixed to the fixed frame portion 116.
  • the first piezoelectric element 150 corresponds to the first electromechanical converter
  • the second piezoelectric element 152 corresponds to the second electromechanical converter.
  • the first piezoelectric element 150 and the second piezoelectric element 152 have the same structure, and are sandwiched between the upper electrode and the lower electrode in a direction perpendicular to the fixing surface. ! /
  • the upper electrode and the lower electrode of the first piezoelectric element 150 are connected to the drive terminal 160 and the drive terminal 161, respectively, installed on the fixed frame portion 116, and the upper electrode and the lower electrode of the second piezoelectric element 152 are connected to each other.
  • the lower electrode is connected to a drive terminal 164 and a drive terminal 165 respectively installed on the fixed frame portion 116.
  • the elastic member 145 and the elastic member 147 belonging to the second beam portion 141 have a third piezoelectric element 151 and a fourth piezoelectric element 153 on one side, respectively. Are fixed to each other.
  • the upper electrode and the lower electrode of the third piezoelectric element 151 are connected to the drive terminal 162 and the drive terminal 163, respectively, installed on the fixed frame 116, and the upper electrode and the lower electrode of the fourth piezoelectric element 153 are connected to each other.
  • Drive terminals 16 installed on the fixed frame portion 116, respectively. 6 and drive terminal 167 are connected.
  • the first and second electromechanical converters will be described as the first and second piezoelectric elements 150 and 152, but those capable of capacitive electromechanical conversion are used. It is not limited to this.
  • the first piezoelectric element 150 when a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode of the first piezoelectric element 150, not only the application direction but also the application method Expansion and contraction also occurs in the direction orthogonal to the direction.
  • the first piezoelectric element 150 expands and contracts, and the bottom surface thereof is fixed to the elastic body 144. Therefore, the first piezoelectric element 150 and the elastic body 144 bend upward or downward.
  • the second piezoelectric element 152 and the elastic body 146 are elastically deformed and bent upward or downward when a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode. The upward bending force is controlled by the positive / negative voltage applied between the electrodes.
  • an AC voltage having an opposite phase is applied between the upper electrode and the lower electrode of the first piezoelectric element 150 and between the upper electrode and the lower electrode of the second piezoelectric element 152.
  • each free end is elastically deformed and bent so as to be displaced in the opposite directions, and the vertical bending vibration is repeated at the frequency of the AC voltage.
  • This bending vibration is converted into a rotational motion about the swing axis Lr via the first beam portion 140, and the reflection mirror 120 rotates around the swing axis Lr.
  • the second beam portion 141 is located on the other side of the reflection mirror 120, and is formed symmetrically with the first beam portion 140 about the swing axis Lr.
  • the rotational vibration generated by the first beam portion 140 is transmitted through the reflection mirror 120.
  • the same displacement as the second beam portion 141 occurs. That is, with the pivot axis Lr as the central axis, the elastic member 144 is elastically deformed and rotationally vibrated in substantially the same manner as the elastic member 142, and the elastic member 145 is elastically deformed and flexibly vibrated in substantially the same manner as the elastic member 146
  • the elastic member 147 is elastically deformed and bends and vibrates in substantially the same manner as the elastic member 144.
  • the third piezoelectric element 151 is fixed to the elastic member 145 of the second beam portion 141, and when the bending vibration as described above is generated in the elastic member 145, the bending vibration is generated.
  • the third piezoelectric element 151 is expanded and contracted to be converted into a voltage, and a voltage signal corresponding to the amount of twist of the second elastic member is output from the output terminals 162 and 163.
  • the fourth piezoelectric element 153 is fixed to the elastic member 147 of the second beam portion 141, and when the bending vibration as described above is generated in the elastic member 147, the bending vibration is the fourth.
  • the piezoelectric element 153 converts the voltage into a voltage, and a voltage signal corresponding to the amount of twist of the second elastic member is output from the output terminals 166 and 167.
  • FIG. 3 is a diagram showing the connection between the horizontal scanning optical scanner 61 and the horizontal scanning drive circuit 70a
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the horizontal scanning drive circuit 70a.
  • a horizontal scanning drive circuit 70 a is connected to the horizontal scanning optical scanner 61.
  • the horizontal scanning drive circuit 70a is configured such that the voltage level of the drive terminal 160 connected to the first piezoelectric element 150 and the voltage level of the drive terminal 164 connected to the second piezoelectric element 152 are respectively sinusoidal voltages. It works to be. Further, the drive terminal 161 connected to the first piezoelectric element 150 and the drive terminal 165 connected to the second piezoelectric element 152 are connected (grounded) to the ground by the horizontal scanning drive circuit 70a.
  • the horizontal scanning drive circuit 70a includes a drive terminal 160 connected to the first piezoelectric element 150 and a drive terminal 164 connected to the second piezoelectric element 152.
  • Switch SW5 and coil L1 as an inductor are connected in series, and drive SW 160 and drive terminal 164 are connected via coil L1 by making switch SW5 short-circuited.
  • the equivalent circuit of the first piezoelectric element 150 can be expressed as a parallel circuit of an LCR resonance circuit 180 and a capacitor C, as shown in FIG. Equivalent
  • the circuit is expressed as a parallel circuit of LCR resonant circuit 182 and capacitor C as shown in Fig. 4.
  • the admittance of the LCR resonant circuits 180 and 182 is smaller than the admittance of the capacitors C and C by a negligible level.
  • the child 150 has a capacitive load (hereinafter referred to as “first capacitive load”) that also has a capacitor C force,
  • the second piezoelectric element 152 is a capacitive load having a C force (hereinafter referred to as “second capacitive load”).
  • Capacitor C and capacitor C have the same capacitance value
  • Capacitor C and Capacitor C have the same capacitance value C, Coil L and Coil L are the same
  • the first capacitive load, the second capacitive load, and the coil L1 constitute a resonance circuit.
  • the constant of the coil L1 is determined so that the resonance frequency becomes substantially the same as the operating frequency of the horizontal scanning optical scanner 61.
  • the horizontal scanning optical scanner 61 is an electromechanical transducer including a mechanical resonance system, and the resonance point is the operating frequency of the horizontal scanning optical scanner 61.
  • the operating frequency fl of the horizontal scanning optical scanner 61 is
  • the resonance frequency f2 of the resonance circuit is
  • the constant of coil LI is set so that fl ⁇ f2.
  • the drive terminal 160 of the first piezoelectric element 150 is connected to one end of the switch SW1 and one end of the switch SW2.
  • the other end of the switch SW1 is connected to the variable voltage source VR1, and the other end of the switch SW2 is connected to the ground.
  • the drive terminal 160 is connected to the variable voltage source VR1, and when the switch SW2 is short-circuited, the drive terminal 160 is connected to the ground.
  • the drive terminal 164 of the second piezoelectric element 152 is connected to one end of the switch SW3 and one end of the switch SW4.
  • the other end of the switch SW3 is connected to the variable voltage source VR1, and the other end of the switch SW4 is connected to the ground.
  • the drive terminal 164 is connected to the variable voltage source VR1, and when the switch SW4 is short-circuited, the drive terminal 164 is connected to the ground.
  • the switches SW1 to SW5 are operated by the switch timing control circuit 71a, and the switches The short circuit and the open circuit are controlled.
  • the switches SW1 to SW5 are composed of MOS-FETs.
  • the variable voltage source VR1, the switches SW1 to SW5, and the switch timing control circuit 71a constitute a control circuit.
  • the power supply voltage control circuit 72a controls the variable voltage source VR1 to change the level of the output voltage. That is, the power supply voltage control circuit 72a changes the output level of the variable voltage source VR1 from 0V to 2Vo (V).
  • FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining the output signal waveform in the horizontal scanning drive circuit 70a and the control timing of SW1 to SW5 by the switch timing control circuit 71a.
  • the drive terminal 160 is connected to the variable voltage source VR1, and power is supplied to the capacitor C.
  • the drive terminal 164 is connected to the ground, and the capacitor C
  • the voltage at PI is 2Vo (V), and the voltage at capacitor C is O (V).
  • the voltage Vcc is controlled to be 2Vo (V). That is, the variable voltage source VR1 operates as a constant voltage source.
  • the voltage changes at the drive terminal 160 and the drive terminal 164.
  • the amplitude level of the sinusoidal voltage is attenuated, the voltage level of the drive terminal 160 does not reach O (V), and the voltage level of the drive terminal 164 does not reach 2 Vo (V).
  • the switch timing control circuit 71a has a minimum voltage level (or a drive terminal 164) that changes the voltage level of the sine wave voltage that changes as the voltage of the drive terminal 160 from when the switches SW1 and SW4 are short-circuited for a predetermined period.
  • the maximum value of the voltage level of the sine wave voltage may be a substantially maximum value
  • the minimum value of the voltage level of the sine wave voltage may be a substantially minimum value.
  • the voltage level of the drive terminal 160 is changed from the minimum value to O (V), and the voltage level of the drive terminal 164 is changed from the maximum value to 2Vo (V).
  • the attenuation of the sinusoidal voltage that changes as the voltage of the drive terminal 160 and the drive terminal 164 can be corrected by charging and discharging a slight charge.
  • the switches SW1 and SW4 and the switches SW2 and SW3 are alternately short-circuited for a predetermined period every half cycle (Tr Z2) of the resonance circuit.
  • these switches SW1 are adjusted according to the attenuation of the sinusoidal voltage every 10 cycles or 20 cycles of the resonant circuit. ⁇ You can control SW4!
  • the power consumption P2 of the horizontal scanning drive circuit 70a can be expressed as follows.
  • ⁇ 2 ⁇ 2 ⁇ (2 ⁇ ⁇ 2 ⁇ ⁇ XVo 2 ) ⁇ / Ql ⁇ ⁇ ⁇ (3)
  • power consumption PI in the conventional configuration of FIG. 18 can be expressed as follows.
  • the capacity value of C and C is C.
  • the horizontal scanning drive circuit 70a can be configured with only a digital circuit and a DC voltage source.
  • the horizontal scanning drive circuit 70a gradually increases the voltage level of the output voltage Vcc of the variable voltage source VR1, as shown in FIG. (V) can also be used. As a result, the current that flows to the first piezoelectric element 150 and the second piezoelectric element 152 can be suppressed. That is, to capacitors C and C
  • the horizontal scanning optical scanner 61 can prevent a failure due to overcurrent.
  • the difference between the two can be corrected when the value of c is different.
  • the horizontal scanning drive circuit 70a alternately shorts the switches SW1 and SW4 and the switches SW2 and SW3 for a predetermined period every half cycle (TrZ2) of the resonance circuit.
  • the timing for controlling is preset in the switch timing control circuit 71a, and the switches SW1 to SW4 are controlled at the timing set in this way.
  • control of the switches SW1 to SW4 can be performed at a timing based on the displacement state of the horizontal scanning optical scanner 61.
  • the horizontal scanning optical scanner 61 is controlled in this manner.
  • a configuration for controlling the switches SW1 to SW5 at timing based on the displacement state will be described.
  • the horizontal scanning optical scanner is provided in the horizontal scanning driving circuit 70a.
  • a displacement signal detection circuit 77 for detecting the displacement state of the na 61 is provided.
  • the switch timing control circuit 71a determines the timing at which the voltage level of the sinusoidal voltage at the drive terminal 160 and the drive terminal 164 becomes a substantially maximum value or a substantially minimum value. Judgment is made, and switches SW1 to SW4 are controlled based on the judgment.
  • the horizontal scanning optical scanner 61 is configured such that a displacement similar to the displacement of the first beam portion 140 occurs in the second beam portion 141 as described above.
  • the voltage is converted into a voltage by the third piezoelectric element 151 and the fourth piezoelectric element 153.
  • the third piezoelectric element 151 and the fourth piezoelectric element 153 correspond to the displacement detection voltage source in FIG.
  • the displacement signal detection circuit 77 outputs signals generated from the third piezoelectric element 151 and the fourth piezoelectric element 153 (hereinafter referred to as “output signal”) as the displacement generated in the reflection mirror 120.
  • This signal force also detects the operating frequency (displacement frequency) and amplitude (displacement range) of the reflecting mirror 120.
  • the oscillation frequency of the reflection mirror 120 is detected from the frequency of the sinusoidal voltage in the output signal
  • the amplitude of the reflection mirror 120 is detected from the amplitude level of the sinusoidal voltage in the output signal.
  • the displacement signal detection circuit 77 has a function as a reflection mirror displacement detection means.
  • the switch timing control circuit 71a is configured such that the force such as the amplitude detected by the displacement signal detection circuit 77 is a timing at which the voltage level of the sinusoidal voltage becomes a substantially maximum value or a substantially minimum value at the drive terminal 160 or the drive terminal 164. At this timing, the switches SW1 and SW4 and the switches SW2 and SW3 are alternately short-circuited for a predetermined period.
  • the horizontal scanning drive circuit 70a controls the switches SW1 to SW4 based on the voltage levels of the sinusoidal voltages at the drive terminal 160 and the drive terminal 164. Switches SW1 to SW4 can be controlled. Moreover, the voltage levels of the sinusoidal voltages at the drive terminal 160 and the drive terminal 164 are detected using the third piezoelectric element 151 and the fourth piezoelectric element 15 3 provided in the horizontal scanning optical scanner 61! Therefore, it is not necessary to provide a special circuit.
  • the switch timing control circuit 71a detects an abnormal operation of the optical scanner 61 for horizontal scanning based on the amplitude and the operating frequency detected by the displacement signal detection circuit 77. Functions as an abnormality detection unit.
  • an abnormal operation of the horizontal scanning optical scanner 61 is detected from the switch timing control circuit 71a and an abnormality detection signal is output from the switch timing control circuit 71a to the signal processing circuit 21, the signal processing circuit 21 performs a display operation. Functions as a control unit that stops. The display operation is stopped by stopping the output of the light beam from the light source unit 30 or the like.
  • the abnormal operation of the horizontal scanning optical scanner 61 includes a case where the driving terminal voltage of the horizontal scanning optical scanner 61 becomes an abnormal voltage or a case where the driving terminal voltage becomes an abnormal frequency.
  • the resonance circuit is configured by providing a coil between the first piezoelectric element 150 and the second piezoelectric element 152.
  • the piezoelectric elements 150, 152 are provided. Each of them constitutes a resonance circuit.
  • the configuration of the horizontal scanning drive circuit 70a in the first embodiment is changed, and the other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the horizontal scanning drive circuit 70b.
  • the first piezoelectric element 150 has a first capacitive load that also has a capacitor C force
  • the second piezoelectric element 152 has a C force
  • the first capacitive load and the coil L11 constitute a resonance circuit
  • the second capacitive load and the coil L12 constitute a resonance circuit.
  • These resonant circuits have coils L11 and L11 so that the resonant frequency is almost the same as the operating frequency of the horizontal scanning optical scanner 61. Twelve constants are determined.
  • the horizontal scanning optical scanner 61 is an electromechanical transducer including a mechanical resonance system, and the resonance point is the operating frequency of the horizontal scanning optical scanner.
  • one end of the switch SW11 and one end of the switch SW12 are connected to the drive terminal 160 connected to the first piezoelectric element 150.
  • the other end of the switch SW11 is connected to the variable voltage source VR11, and the other end of the switch SW12 is connected to the variable voltage source VR12.
  • the drive terminal 160 is connected to the variable voltage source VR11.
  • the switch SW12 is short-circuited, the drive terminal 160 is connected to the variable voltage source VR12.
  • one end of the switch SW13 and one end of the switch SW14 are connected to the drive terminal 164 connected to the second piezoelectric element 152.
  • the other end of the switch SW13 is connected to the variable voltage source VR11, and the other end of the switch SW14 is connected to the variable voltage source VR12.
  • the drive terminal 164 is connected to the variable voltage source VR11, and when the switch SW14 is short-circuited, the drive terminal 164 is connected to the variable voltage source VR12.
  • the output of the variable voltage source VR11 is in the range of Vo to 2Vo (V)
  • the variable voltage source VR12 is variable in the range of 0 to Vo, and is controlled by the power supply voltage control circuit 72b.
  • the variable voltage source VR11 is 2Vo (V) and the variable voltage source VR12 is Vo (V). That is, the variable voltage sources VR11 and VR12 operate as constant voltage sources.
  • the switches SW11 to SW14 are operated by the switch timing control circuit 71b, and their short circuit and open circuit are controlled.
  • the switches SW11 to SW14 are MOS-FETs, etc. Consists of.
  • the variable voltage sources VR11 and VR12, the switches SW1 to SW4, and the switch timing control circuit 71b constitute a control circuit.
  • FIG. 12 and FIG. 12 and 13 are diagrams for explaining the control timing of SW1 to SW4 by the output signal waveform and the switch timing control circuit 7 lb in the horizontal scanning drive circuit 70b.
  • 60 is connected to the variable voltage source VR11 and charges the capacitor C.
  • the drive terminal 164 is connected to the variable voltage source VR13, and charges are removed from the capacitor C.
  • the voltage of S C is O (V).
  • the variable voltage source VR11 is 2Vo (V), and the variable voltage source VR
  • Each of the 12 voltages is controlled to be 0 (V).
  • the switch timing control circuit 71b causes the voltage level of the sinusoidal voltage at the drive terminal 160 to change to a minimum value (or as the voltage at the drive terminal 164) from when the switches SW11 and SW14 are short-circuited for a predetermined period.
  • the maximum value of the voltage level of the sine wave voltage may be an approximately maximum value
  • the minimum value of the voltage level of the sine wave voltage may be an approximately minimum value.
  • the drive terminals 160 By thus short-circuiting the switches SW12 and SW13 for a predetermined time, the drive terminals 160
  • the voltage level of the drive terminal 164 can be changed from the minimum value to 0 (V), and the voltage level of the drive terminal 164 can be changed from the maximum value to 2Vo (V).
  • the attenuation of the sinusoidal voltage can be corrected.
  • the switches SW11 and SW14 and the switches SW12 and SW13 are alternately switched every half cycle (TrZ2) of the first and second resonant circuits.
  • TrZ2 half cycle
  • control of these switches is performed according to the attenuation of the sinusoidal voltage, such as every 10th or 20th cycle of the resonant circuit. You can do it!
  • the main cause of the loss is the resistance loss of the inductor. If the Q values of the first and second resonant circuits are Ql l and Q12, respectively, the power consumption P2 'is It can be expressed as:
  • ⁇ 2 ' (2 ⁇ ⁇ 11 ⁇ ⁇ XVo) / Ql l
  • the horizontal scanning drive circuit 70b can be configured with only a digital circuit and a DC voltage source.
  • the horizontal scanning drive circuit 70b changes the output voltage level of the variable voltage source VR11 from Vo (V) to 2Vo (V) as shown in FIG.
  • the output voltage level of the variable voltage source VR12 can be gradually decreased to 0 (V) as well as the output voltage level of the variable voltage source VR12 is gradually increased.
  • the current that flows to the first piezoelectric element 150 and the second piezoelectric element 152 can be suppressed. That is, charging and discharging to capacitors C and C Electricity can be gradually applied, and as a result, generation of noise and the like can be suppressed.
  • Resonance frequency can be adjusted by providing a correction capacitor in series or in parallel with P1.
  • the switch is controlled to connect the voltage source and the diode to the first and second piezoelectric elements.
  • the current source is operated for a predetermined period.
  • the configuration of the horizontal scanning drive circuit 70a in the first embodiment is changed, and the other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the horizontal scanning drive circuit 70c.
  • the horizontal scanning drive circuit 70c includes a switch between a drive terminal 160 connected to the first piezoelectric element 150 and a drive terminal 164 connected to the second piezoelectric element 152.
  • SW25 and the coil L21 are connected in series, and the drive terminal 161 and the drive terminal 164 are connected via the coil L21 by making this switch SW25 short-circuited.
  • the first piezoelectric element 150 has a first capacitive load that also has a capacitor C force
  • the second piezoelectric element 152 has a C force
  • the first capacitive load, the second capacitive load, and the coil L21 form a resonance circuit.
  • the constant of the coil L21 is determined so that the resonance frequency is almost the same as the operating frequency of the horizontal scanning optical scanner 61.
  • the horizontal scanning optical scanner 61 is an electromechanical transducer including a mechanical resonance system, and the resonance point is the operating frequency of the horizontal scanning optical scanner 61.
  • the drive terminal 160 is connected to the first constant current source IR21.
  • the current Io is output from the first constant current source IR21 or Entered.
  • the drive terminal 164 is connected to the second constant current source IR22.
  • the constant current source IR22 is in operation, the current Io is output or input from the second constant current source IR22.
  • the constant current sources IR21 and IR22 are controlled by the control unit 73 as a control circuit so as to be in either the operating state or the non-operating state.
  • the control unit 73 controls the short circuit state or the open state of the switch SW25, and when the constant current sources IR21 and IR22 are operated, the switch SW25 is disconnected to prevent unnecessary current from flowing to the coil.
  • the horizontal scanning drive circuit 70c includes a first voltage detection unit 74 that detects the voltage of the drive terminal 160, a second voltage detection unit 75 that detects the voltage of the drive terminal 164, and a coil L21. And a current detection unit 76 for detecting a current flowing in the control unit 73.
  • the control unit 73 inputs information on the voltage or current detected by these detection units. Then, the control unit 73 controls the switch SW25 and the constant current sources IR21 and IR22 according to the input information.
  • the current detection unit 76 is configured by a Hall element or the like, but is not limited thereto.
  • FIG. 15 and 16 are diagrams for explaining the output signal waveform in the horizontal scanning drive circuit 70c and the control timing by the control unit 73.
  • the sinusoidal voltage fluctuations at the drive terminal 160 and the drive terminal 164 are varied.
  • the width level is attenuated, the voltage level of the drive terminal 160 does not reach 0 (V), and the voltage level of the drive terminal 164 does not reach 2Vo (V)! /.
  • the control unit 73 receives the information on the current flowing through the coil L21 output from the current detection unit 76 and detects that the current flowing through the coil L21 becomes OA or near OA, the switch SW25 Is opened, and constant current sources IR21 and IR22 are put into operation. Note that the current flowing through the coil L21 is OA or near OA every half cycle of the resonant circuit.
  • the control unit 73 determines whether the voltage level of the drive terminal 160 is O (V) and the voltage level of the drive terminal 164 is 2 Vo (V). Judgment is made based on the second voltage detector 75 and the information of the force. As a result of the determination, if it is determined that the drive terminal 160 is O (V) and the drive terminal 164 is 2Vo (V), the control unit 73 sets the switch SW25 to a short-circuit state and sets the constant current sources IR21 and IR22 to the short-circuit state. Set to non-operating state. In this way, the attenuated sinusoidal voltage can be corrected by flowing a current from the constant current sources IR21 and IR22 for a predetermined time and charging and discharging a slight charge.
  • control unit 73 alternately reverses the directions of the output currents Io of the constant current sources IR21 and IR22 for each half cycle (TrZ2) of the resonance circuit, so that the drive terminals 160 and 164 Corrects the attenuation of sinusoidal voltage.
  • the constant current sources IR21 and IR22 are set in the operating state every half cycle (TrZ2) of the first and second resonant circuits.
  • TrZ2 half cycle of the first and second resonant circuits.
  • the horizontal scanning drive circuit 70c can be configured with only the circuit and the constant current source.
  • the horizontal scanning drive circuit 70c operates the constant current sources IR21 and IR22 for a predetermined period every half cycle (TrZ2) of the resonance circuit even when driving the horizontal scanning optical scanner 61 is started. Therefore, as shown in FIG. 16, the amplitude level of the sinusoidal voltage that changes as the voltage at the drive terminals 160 and 164 gradually increases. In order to quickly shift the horizontal scanning optical scanner 61 to the steady operation state, In this case, the constant current sources IR21 and R22 may be controlled so as to extend the period of operation.
  • the configuration using the constant current sources IR21 and IR22 has been described.
  • the current sources IR21 and IR22 may be variable current sources. Then, by changing the current values of the current sources IR21 and IR22, a current corresponding to the state of the horizontal scanning optical scanner 61 can be passed.
  • the drive circuit to which the present invention is applied can also be applied to a drive circuit that scans a light beam in a laser printer.
  • the present invention can be used in a drive circuit that drives a capacitive electromechanical transducer that operates with two-phase sinusoidal signals having opposite phases.

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Abstract

　容量性の電気機械変換素子を駆動するための消費電力を抑えることができる駆動回路を提供すること。 　容量性の第１電気機械変換部１５０及び第２電気機械変換部１５１の２つの電気機械変換部から構成されると共に、互いに逆相となる２相の正弦波状信号によって動作する容量性の電気機械変換素子６１を駆動するために、この第１電気機械変換部１５０や第２電気機械変換部１５１と共振するインダクタＬ１を設けて共振回路を構成し、この共振回路の共振周波数を電気機械変換素子６１の動作周波数と略同一とする。そして、このように構成された共振回路により第１電気機械変換部１５０と第２電気機械変換部１５１とを駆動する。

Description

電気機械変換素子の駆動回路及びそれを備えた網膜走査表示装置 技術分野
[0001] 本発明は、容量性の電気機械変換素子を駆動する駆動回路及びそれを備えた画 像表示装置に関し、特に複数のピエゾ圧電素子等カゝら構成される容量性の電気機 械変換素子を用いた光走査用ミラーを動作させる駆動回路及びそれを備えた網膜 走査表示装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、光束を瞳孔に入射し、その入射した光束により網膜上に画像を投影すること により、観察者にその瞳孔前方において虚像を視認させる画像表示装置、いわゆる 網膜走査表示装置が提案されて!ヽる。
[0003] この種の網膜走査表示装置には、光束を水平方向或いは垂直方向に走査するた めに、光束走査手段が用いられる。たとえば、特許文献 1には、光走査手段として容 量性の電気機械変換素子で構成された光スキャナが記載されている。
[0004] 図 17に、容量性の電気機械変換素子で構成された機械的共振系の光スキャナ 20 0の例を示す。この光スキャナ 200は、光束方向を走査するために、光束を反射させ 光束の出射方向を変化させる反射ミラー 220を配した振動体 224を共振により揺動 させちのである。
[0005] 図 17に示すように、振動体 224は固定枠 216に支持されており、この振動体 224と 固定枠 216とに固着された 2つのピエゾ素子 250, 252を有している。そして、このピ ェゾ素子 250, 252がそれぞれ駆動源として機能し、揺動軸線 Lrのまわりに捩じり振 動を生じさせて、反射ミラー 220を揺動させる。
[0006] ここで、図 18に、光スキャナ 200の等価回路及びこの光スキャナ 200の駆動回路 2 70を示す。
[0007] 光スキャナ 200のピエゾ素子 250は、図 18に示すように、 L とじ と R とが直
M100 M100 M100 列に接続された共振回路 280と C とが並列に接続された回路として表現することが
P100
でき、また、同様に、ピエゾ素子 252は、 L とじ と R とが直列に接続された共 振回路 282と C とが並列に接続された回路として表現することができる。
P101
[0008] そして、駆動回路 270は、ピエゾ素子 250に対して、正相の正弦波状信号 V (=V 0{ 1 +じ05 (2兀 ¾) })をトランジスタ丁1：100を介して入カするー方、ピエゾ素子 252に 対して、逆相の正弦波状信号 V (=Vo{ l— cos (2 w ft) })をトランジスタ TrlOlを介 して入力する。
[0009] このように、駆動回路 270は、ピエゾ素子 250, 252に対して、互いに逆相となる 2 相の正弦波状信号を入力することによって、振動体 224において揺動軸線 Lrのまわ りに捩じり振動を生じさせて、反射ミラー 220を揺動させるものである。
特許文献 1 :特開 2005— 181477号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] ところが、従来の駆動方法では、線形アンプ (たとえば、 TrlOO, TrlOl)によって 上述の正弦波状信号を容量性負荷となるピエゾ素子へ出力しているために、容量性 負荷での充放電による無効電流が発生していた。そして、このような無効電力により 消費電力が大きくなつていた。
[0011] 網膜走査表示装置などの画像表示装置においては、携帯性向上や小型化が要求 されており、可及的に消費電力を抑える必要がある。したがって、容量性の電気機械 変換素子を駆動する駆動回路における無効電力も無視することはできない。
[0012] そこで、本発明は、容量性の電気機械変換素子を駆動するための消費電力を抑え ることができる駆動回路を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0013] 上記目的を達成するために、本発明の一つの観点によれば、互いに逆相となる 2 相の正弦波状信号によって動作する容量性の電気機械変換素子を駆動する駆動回 路において、電気機械変換素子の動作周波数と略同一の共振周波数を有する共振 回路を電気機械変換素子と共に構成するインダクタを設けている。
[0014] 力かる構成によれば、容量性負荷への充放電に伴う無効電力によって生じる電力 消費を回避することができ、し力も、線形アンプが不要となることからデジタル回路と 直流電源のみで駆動回路を構成することができる。 [0015] また、電気機械変換素子は、少なくとも容量性の第 1電気機械変換部及び第 2電気 機械変換部の 2つの電気機械変換部からなり、インダクタは、第 1電気機械変換部の 駆動端子と第 2電気機械変換部の駆動端子とを接続するよう設けるようしてもよい。
[0016] 力かる構成によれば、複数のインダクタを用いずとも、一つのインダクタによって、第 1電気機械変換部及び第 2電気機械変換部との間で共振回路を構成することができ る。
[0017] また、電気機械変換素子は、少なくとも容量性の第 1電気機械変換部及び第 2電気 機械変換部の 2つの電気機械変換部からなり、インダクタは少なくとも第 1のインダク タ及び第 2のインダクタカ なり、第 1のインダクタは第 1電気機械変換部との間で共 振回路を構成し、第 2のインダクタは第 2電気機械変換部との間で共振回路を構成 するようにしてちょい。
[0018] カゝかる構成によれば、第 1電気機械変換部と第 2電気機械変換部の容量成分が異 なる場合であっても、第 1のインダクタと第 2のインダクタとをそれぞれ適切なインダク タンスとすることによって、第 1の共振回路と第 2の共振回路とでその共振周波数を同 一のものとすることができる。
[0019] また、第 1電気機械変換部及び Z又は第 2電気機械変換部に対してそれぞれ並列 又は直列に補正用キャパシタを設けるようにしてもょ 、。
[0020] かかる構成によれば、電気機械変換素子の動作周波数と略同一の共振周波数とし つつ、インダクタ選択の自由度を増大できる。
[0021] また、共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又 は略極小値となるタイミング、またはインダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミング で、駆動端子電圧が所定電圧となるように充電制御及び Z又は放電制御を行う制御 回路を設けるようにしてもよい。
[0022] 力かる構成によれば、駆動回路が供給する充電電流や放電電流を可及的に減ら すことができ、その結果、消費電流を低減することが可能となる。
[0023] また、制御回路は、電圧源と、スィッチと、タイミング制御部とを備え、スィッチは、共 振回路と電圧源との間及び Z又は共振回路とグランドとの間に配置され、タイミング 制御部は、共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大 値又は略極小値となるタイミング、またはインダクタを流れる電流が略ゼロとなるタイミ ングで、スィッチを制御するようにしてもよい。
[0024] 力かる構成によれば、駆動回路が供給する充電電流や放電電流を可及的に減ら すことができ、その結果、消費電流を低減することが可能となる。
[0025] また、制御回路は、電流源と、タイミング制御部とを備え、電流源は、共振回路に接 続され、タイミング制御部は、共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧 レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、またはインダクタを流れる電流が 略ゼロとなるタイミングで、電流源を動作させるようにしてもよい。
[0026] 力かる構成によれば、充電制御又は放電制御を行うときに、電流源を設けてこの電 流源を制御するだけでよく、複雑な構成をとる必要がな 、。
[0027] また、制御回路は、前記電気機械変換素子を起動する際、電圧源の出力電圧レべ ルを徐々に上昇させて一定値にするようにしてもよい。
[0028] 力かる構成によれば、電気機械変換素子に過電流が流れることを抑制することがで き、過電流による電気機械変換素子の故障を防止することができると共に、過電流に よるノイズの発生を防止することができる。
[0029] また、インダクタに流れる電流を検出する電流検出部を設け、電流検出部によって
、インダクタに流れる電流が略ゼロとなるタイミングを検出するようにしてもよい。
[0030] 力かる構成によれば、駆動回路において、インダクタを流れる電流がゼロとなるタイ ミングを検出することが可能となる。
[0031] また、電気機械変換素子の変位を検出する変位検出部を設け、変位検出部によつ て、共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大値又は略 極小値となるタイミングを検出するようにしてもょ 、。
[0032] 力かる構成によれば、電気機械変換素子を駆動端子電圧検出部として用いること ができ、別途駆動端子電圧検出部を設ける必要がな 、。
[0033] また、電気機械変換素子は、第 1電気機械変換部及び第 2電気機械変換部によつ て所定周波数で共振する機械的共振系を有するようにしてもょ 、。
[0034] 力かる構成によれば、機械的共振系の電気機械変換素子を低消費電力で駆動さ せることができ、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電源のみで駆 動回路を構成することができる。
[0035] また、電気機械変換素子を、光束を走査するための走査用ミラーとすることができる
[0036] このようにすることにより、走査ミラーを有する電気機械変換素子を低消費電力で駆 動させることができ、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電源のみで 駆動回路を構成することができる。
[0037] また、上記構成を網膜走査表示装置に適用することができる。
[0038] このようにすることにより、網膜走査表示装置を低消費電力で駆動させることができ
、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電源のみで駆動回路を構成 することができる。
[0039] また、電気機械変換素子における動作異常を検出する異常検出部と、異常検出部 により異常が検出されたとき、表示動作を停止する制御部とを備えるようにしてもよい
[0040] 力かる構成によれば、たとえば、駆動端子電圧が異常な電圧となった場合や駆動 端子電圧が異常な周波数となった場合には、表示動作を停止するので安全性を高 めた網膜走査表示装置を提供することができる。
[0041] また、上記電気機械変換素子を主走査及び Z又は副走査の走査用ミラーとして使 用するようにしてちょい。
[0042] このようにすれば、主走査用ミラーや副走査用ミラーを有する網膜走査表示装置を 消費電力で駆動させることができ、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直 流電源のみで駆動回路を構成することができる。
発明の効果
[0043] 本発明によれば、容量性の電気機械変換素子への充放電に伴う無効電力によつ て生じる電力消費を回避することができ、し力も、線形アンプが不要となることからデ ジタル回路と直流電源のみで駆動回路を構成することができる。
図面の簡単な説明
[0044] [図 1]本発明の実施形態に係る網膜走査表示装置 1の全体構成を示す図である。
[図 2]図 1の水平走査用光スキャナの斜視図である。 [図 3]第 1実施形態における水平走査用光スキャナと水平走査駆動回路との接続を 示す図である。
[図 4]第 1実施形態における水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路及の構成 を示す図である。
[図 5]図 4の水平走査駆動回路におけるスィッチの制御の説明図である。
[図 6]図 4の水平走査駆動回路におけるスィッチの制御の説明図である。
[図 7]直列接続する補正用コンデンサの説明図である。
[図 8]並列接続する補正用コンデンサの説明図である。
[図 9]第 1実施形態における水平走査用光スキャナと別の水平走査駆動回路との接 続を示す図である。
[図 10]第 1実施形態における水平走査用光スキャナ及び別の水平走査駆動回路の 構成を示す図である。
[図 11]第 2実施形態における水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路の構成 を示す図である。
[図 12]図 11の水平走査駆動回路におけるスィッチの制御の説明図である。
[図 13]図 11の水平走査駆動回路におけるスィッチの制御の説明図である。
[図 14]第 3実施形態における水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路の構成 を示す図である。
[図 15]図 14の水平走査駆動回路におけるスィッチの制御の説明図である。
[図 16]図 14の水平走査駆動回路におけるスィッチの制御の説明図である。
[図 17]従来の水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路の接続を示す図である
[図 18]従来の水平走査用光スキャナ及び水平走査駆動回路の構成を示す図である 符号の説明
1 網膜走査表示装置
61 水平走査用光スキャナ
70a, 70b, 70c 水平走査駆動回路 71a, 71b スィッチタイミング制御回路
72a, 72b 電源電圧制御回路
73 制御部
74 第 1の電圧検出部
75 第 2の電圧検出部
76 電流検出部
77 変位信号検出部
82 垂直走査駆動回路
150 第 1の圧電素子
151 第 3の圧電素子
152 第 2の圧電素子
153 第 4の圧電素子
161 駆動端子
164 駆動端子 発明を実施するための最良の形態
[0046] (第 1実施形態）
以下、本実施形態における容量性の電気機械変換素子で構成された機械的共振 系の光スキャナを駆動する駆動回路を有する網膜走査表示装置について、図面を 参照して具体的に説明する。
[0047] [1 網膜走査表示装置 1の構成について]
まず、網膜走査表示装置 1全体の構成及び動作について説明する。図 1に、本発 明の実施形態における網膜走査表示装置 1の全体構成を示す。この網膜走査表示 装置 1は、その利用者である観察者の瞳孔 12に光束を入射させ、網膜 14上に画像 を投影することによって、観察者の眼 10の瞳孔 12の前方において虚像を視認させる ための装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。
[0048] 網膜走査表示装置 1は、外部から供給される映像信号 Sに応じて強度変調された 光束を生成する光束生成部 20を備え、さらに、その光束生成部 20と観察者の眼 10 との間には、光束生成部 20で生成され、光ファイバ 50から出射される光束を平行光 化するコリメート光学系 51と、このコリメート光学系 51で平行光化された光束を画像 表示のために水平方向に走査する水平走査部 60と、水平走査部 60で水平方向に 走査された光束を垂直方向に走査する垂直走査部 80と、水平走査部 60と垂直走査 部 80との間に設けられたリレー光学系 62と、このように水平方向と垂直方向に走査さ れた光束 (以下、「走査光束」とする。）を瞳孔 12へ出射するためのリレー光学系 90を 備えている。
[0049] 図 1に示すように、光束生成部 20には、外部から供給される映像信号 Sが入力され 、それに基づいて画像を合成するための要素となる各信号等を発生する信号処理回 路 21が設けられ、この信号処理回路 21において、青 (B)、赤 (R)、緑 (G)の各映像 信号が生成され、出力される。また、信号処理回路 21は、水平走査部 60で使用され る水平同期信号と垂直走査部 80で使用される垂直同期信号とをそれぞれ出力する
[0050] さらに、光束生成部 20は、信号処理回路 21から出力される 3つの映像信号 (B, R , G)をそれぞれ光束にする光源部 30と、これらの 3つの光束を 1つの光束に結合し て任意の光束を生成するための光合成部 40を備えて 、る。
[0051] 光源部 30は、青色の光束を発生させる Bレーザ 34及び Bレーザ 34を駆動する Bレ 一ザドライバ 31と、赤色の光束を発生させる Rレーザ 35及び Rレーザ 35を駆動する Rレーザドライバ 32と、緑色の光束を発生させる Gレーザ 36及び Gレーザ 36を駆動 する Gレーザドライバ 33とを備えている。なお、各レーザ 34, 35, 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として構成することが可能である。
[0052] 光合成部 40は、光源部 30から入射する光束を平行光にコリメートするように設けら れたコリメート光学系 41, 42, 43と、このコリメートされた光束を合成するためのダイク 口イツクミラー 44, 45, 46と、合成された光束を光ファイバ 50に導く結合光学系 47と を備えている。
[0053] 各レーザ 34, 35, 36から出射した光束は、コリメート光学系 41, 42, 43によってそ れぞれ平行光化された後に、ダイクロイツクミラー 44, 45, 46〖こ入射される。その後、 これらのダイクロイツクミラー 44, 45, 46により、各光束が波長に関して選択的に反射 '透過される。
[0054] 具体的には、 Bレーザ 34から出射した青色の光束は、コリメート光学系 41によって 平行光化された後に、ダイクロイツクミラー 44に入射される。 Rレーザ 35から出射した 赤色の光束は、コリメート光学系 42を経てダイクロイツクミラー 45に入射される。 Gレ 一ザ 36から出射した緑色の光束は、コリメート光学系 43を経てダイクロイツクミラー 46 に入射される。
[0055] それら 3つのダイクロイツクミラー 44, 45, 46にそれぞれ入射した 3原色の光束は、 波長選択的に反射または透過して結合光学系 47に達し、集光されて、光ファイバ 50 へ出力される。
[0056] 水平走査部 60及び垂直走査部 80は、光ファイバ 50から出射された光束を画像と して投影可能な状態にするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とする ものである。この水平走査部 60と水平走査するための構成部分を有する信号処理回 路 21とは水平光走査装置として機能し、この垂直走査部 80と垂直走査するための 構成部分を有する信号処理回路 21とは垂直光走査装置として機能する。
[0057] 水平走査部 60は、走査用ミラーとして光束を水平方向に走査するための水平走査 用光スキャナ 61と、この水平走査用光スキャナ 61を駆動させる水平走査駆動回路 7 Oaとを有しており、垂直走査部 80は、走査用ミラーとして光束を垂直方向に走査する ための垂直走査用光スキャナ 81と、この垂直走査用光スキャナ 81を駆動させる垂直 走査駆動回路 82とを有している。なお、水平走査駆動回路 70aは信号処理回路 21 から出力される水平同期信号に基づいて、垂直走査駆動回路 82は信号処理回路 2 1から出力される垂直同期信号に基づいて、それぞれ駆動する。水平走査用光スキ ャナ 61と垂直走査用光スキャナ 81とは、後述で詳解するように電気機械変換素子か ら構成されている。
[0058] また、水平走査部 60と垂直走査部 80との間での光束を中継するリレー光学系 62 を備えており、水平走査用光スキャナ 61によって水平方向に走査された光は、リレー 光学系 62を通って、垂直走査用光スキャナ 81によって垂直方向に走査されて、走 查光束として、リレー光学系 90へ出射される。
[0059] リレー光学系 90は、レンズ組 91, 94を有している。垂直走査部 80から出射された 走査光束は、レンズ組 91によって、それぞれの光束がその光束の中心線を相互に 平行にされ、かつそれぞれ収束光束に変換される。そして、レンズ組 94によってほぼ 平行な光束となると共に、これらの光束の中心線が観察者瞳孔に収束するように変 換される。
[0060] [2 水平走査用光スキャナ 61の構成について]
次に、上述のように光束を水平方向に走査するための光スキャナの構成にっ 、て、 以下、具体的に説明する。図 2は水平走査用光スキャナ 61の斜視図である。なお、 垂直走査用光スキャナ 81も同様の構成であるため、ここでは説明を省略する。
[0061] 水平走査用光スキャナ 61は容量性かつ機械的共振系の電気機械変換素子から構 成されており、網膜 14の上の光スポットを水平方向に走査するために、光束を反射さ せ光束の出射方向を変化させる反射ミラー 120を配した振動体 124が水平走査駆動 回路 70aによって揺動される。本実施形態においては振動体 124を共振させている 。このように振動体 124を共振させることによって反射ミラー 120を揺動させることがで きる。
[0062] 図 2に示すように、水平走査用光スキャナ 61は、貫通孔 114を有し、平面視で略長 方形をなしている。また、本体部 110の外側には固定枠部 116を備え、一方、その内 側には反射ミラー 120を有する振動体 124を備えている。なお、この水平走査用光ス キヤナ 61は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて生成されており、後述の圧電素 子部 150〜153及び電極等は、薄膜形成法によって形成されている。
[0063] 振動体 124は、複数の構成要素が一体的に形成されており、これらの構成要素とし て、反射ミラー 120と、その反射ミラー 120の一側に連結される板状の弾性部材 142 、弾性部材 144及び弾性部材 146から構成される第 1の梁部 140と、同じく反射ミラ 一 120の他側に連結される板状の弾性部材 143、弾性部材 145及び弾性部材 147 力も構成される第 2の梁部 141とがある。
[0064] ここで、反射ミラー 120、第 1の梁部 140及び第 2の梁部 141を有する振動体 124 は、網膜走査表示装置 1に固定される固定枠部 116に対して可動する可動部材とな つている。
[0065] 反射ミラー 120は、図 2に示すように、略長方形を成しており、本体部 110の略中央 部に配置されている。この反射ミラー 120は、図 2において横方向に延びる揺動軸線 Lrのまわりに揺動することにより、反射ミラー 120に入射した光の反射方向を変化さ せる。
[0066] 反射ミラー 120の一側には、上述のように弾性部材 142から 2本の弾性部材 144及 び弾性部材 146が弾性部材 142の幅より広い分岐間隔で互いに並列に分岐するよ うに形成され、また 2本の弾性部材 144と弾性部材 146とは揺動軸線 Lrを中心として 対称に形成される。同様にして、反射ミラー 120の他側には、弾性部材 143から 2本 の弾性部材 145及び弾性部材 147が弾性部材 143の幅より広 、分岐間隔で互いに 並列的に分岐するように形成され、 2本の弾性部材 145と弾性部材 147は揺動軸線 Lrを中心として対称に形成される。そして、第 1の梁部 140と第 2の梁部 141とは、反 射ミラー 120を挟んで対称となる位置に配置される。
[0067] また、第 1の梁部 140に属する弾性部材 144と弾性部材 146にはその片面にそれ ぞれ第 1の圧電素子 150と第 2の圧電素子 152がそれぞれ固着されている。この第 1 の圧電素子 150と第 2の圧電素子 152は、それぞれその一端が固定端として固定枠 部 116に固着され、他端が固定枠部 116に固着されない自由端となっている。なお、 第 1の圧電素子 150は第 1の電気機械変換部に対応し、第 2の圧電素子 152は第 2 の電気機械変換部に対応する。
[0068] この第 1の圧電素子 150、第 2の圧電素子 152は、それぞれ同一の構造をしており 、その固着面と直角な方向にお!、て上部電極と下部電極とによって挟まれて！/、る。
[0069] また、第 1の圧電素子 150の上部電極と下部電極は、それぞれ固定枠部 116に設 置された駆動端子 160と駆動端子 161に接続され、第 2の圧電素子 152の上部電極 と下部電極は、それぞれ固定枠部 116に設置された駆動端子 164と駆動端子 165 に接続されている。
[0070] また、第 1の梁部 140と同様に、第 2の梁部 141に属する弾性部材 145と弾性部材 147には、その片面にそれぞれ第 3の圧電素子 151と第 4の圧電素子 153がそれぞ れ固着されている。そして、第 3の圧電素子 151の上部電極と下部電極は、それぞれ 固定枠部 116に設置された駆動端子 162と駆動端子 163に接続され、第 4の圧電素 子 153の上部電極と下部電極は、それぞれ固定枠部 116に設置された駆動端子 16 6と駆動端子 167に接続されている。
[0071] なお、本実施形態においては、第 1及び第 2の電気機械変換部を第 1及び第 2の圧 電素子 150, 152として説明するが、容量性の電気機械変換可能なものであればよ ぐこれに限られるものではない。
[0072] このように構成された水平走査用光スキャナ 61において、第 1の圧電素子 150の上 部電極と下部電極との間に電圧が印加されると、その印加方向のみならず、印加方 向と直交する向きにも伸縮が発生する。このように第 1の圧電素子 150に伸縮が発生 するとともに、その底面は弾性体 144に固定されているため、第 1の圧電素子 150と 弾性体 144は上向き又は下向きに屈曲する。また、第 2の圧電素子 152と弾性体 14 6も同様に、上部電極と下部電極との間に電圧が印加されると、弾性変形して上向き 又は下向きに屈曲する。このように上向きに屈曲する力 下向きに屈曲するかは、電 極間に印加する電圧の正負によって制御される。
[0073] この弾性部材 144、 146の弾性変形による屈曲は、弾性部材 142の揺動軸線 Lrを 中心軸とした弾性変形による回動をもたらす。この弾性部材 142の回動により、反射 ミラー 120が揺動軸線 Lrのまわりで回動する。
[0074] したがって、第 1の圧電素子 150の上部電極と下部電極との間と、第 2の圧電素子 152の上部電極と下部電極との間とに互いに逆位相の交流電圧を印加することによ り、それぞれの自由端が互いに逆向き変位するように弾性変形して屈曲し、交流電 圧の周波数で上下の曲げ振動を繰り返す。この曲げ振動は、第 1の梁部 140を介し て、揺動軸線 Lrを中心軸とした回転運動に変換され、反射ミラー 120は、揺動軸線 L rのまわりで回転する。
[0075] また、第 2の梁部 141は、上述のように反射ミラー 120の他側に位置して、揺動軸線 Lrを中心として第 1の梁部 140と対称に形成されており、上述のように第 1の梁部 14 0によって発生した回転振動が反射ミラー 120を介して伝わる。その結果、第 2の梁 部 141と同様の変位が発生する。すなわち、揺動軸線 Lrを中心軸として、弾性部材 1 43は、弾性部材 142と略同様に弾性変形して回転振動し、弾性部材 145は、弾性 部材 146と略同様に弾性変形して曲げ振動し、弾性部材 147は、弾性部材 144と略 同様に弾性変形して曲げ振動する。 [0076] ここで、第 2の梁部 141の弾性部材 145には、第 3の圧電素子 151が固着されてお り、弾性部材 145に上述のような曲げ振動が発生すると、その曲げ振動が第 3の圧電 素子 151に伸縮を引き起こして電圧に変換され、第 2の弾性部材のねじれ量に応じ た電圧信号が出力端子 162、 163から出力される。また、同様に、第 2の梁部 141の 弾性部材 147には、第 4の圧電素子 153が固着されており、弾性部材 147に上述の ような曲げ振動が発生すると、その曲げ振動が第 4の圧電素子 153により電圧に変換 され、第 2の弾性部材のねじれ量に応じた電圧信号が出力端子 166、 167から出力 される。
[0077] [3 水平走査駆動回路 70aの構成について]
次に、光スキャナを駆動する水平走査駆動回路 70aについて、以下、具体的に説 明する。図 3は水平走査用光スキャナ 61と水平走査駆動回路 70aとの接続を示す図 、図 4は水平走査駆動回路 70aの構成を示す図である。
[0078] 図 3に示すように、水平走査用光スキャナ 61には、水平走査駆動回路 70aが接続 されている。そして、水平走査駆動回路 70aは、第 1の圧電素子 150に接続された駆 動端子 160の電圧レベルと第 2の圧電素子 152に接続された駆動端子 164の電圧 レベルとがそれぞれ正弦波状電圧となるように動作する。また、第 1の圧電素子 150 に接続された駆動端子 161と第 2の圧電素子 152に接続された駆動端子 165は、水 平走査駆動回路 70aによってグランドに接続 (接地)される。
[0079] 水平走査駆動回路 70aは、図 4に示すように、第 1の圧電素子 150に接続された駆 動端子 160と第 2の圧電素子 152に接続された駆動端子 164との間に、スィッチ SW 5とインダクタとしてのコイル L1とを直列に接続しており、スィッチ SW5を短絡状態と することによって駆動端子 160と駆動端子 164との間がコイル L1を介して接続される
[0080] ここで、第 1の圧電素子 150の等価回路は、図 4に示すように、 LCR共振回路 180 とコンデンサ C との並列回路と表現することができ、また第 2の圧電素子 152の等価
P1
回路は、図 4に示すように LCR共振回路 182とコンデンサ C との並列回路と表現す
P2
ることができる。本実施形態においては、 LCR共振回路 180, 182のアドミッタンスは 、コンデンサ C , C のアドミッタンスと比べて無視できる程度に小さぐ第 1の圧電素 子 150はコンデンサ C 力もなる容量性負荷 (以下、「第 1の容量性負荷」とする。）と、
P1
第 2の圧電素子 152は C 力もなる容量性負荷 (以下、「第 2の容量性負荷」とする。）
P2
とみなすことができるものとする。なお、コンデンサ C とコンデンサ C は同一容量値
PI P2
C、コンデンサ C とコンデンサ C は同一容量値 C 、コイル L とコイル L は同一ィ
P Ml 2 Ml 2 ンダクタ値 Lである。
[0081] そして、第 1の容量性負荷と第 2の容量性負荷とコイル L1とにより共振回路を構成 する。その共振周波数が水平走査用光スキャナ 61の動作周波数とほぼ同一になる ようにコイル L1の定数が決定される。上述のように水平走査用光スキャナ 61は機械 的共振系を含む電気機械変換素子であり、その共振ポイントがこの水平走査用光ス キヤナ 61の動作周波数となる。
[0082] ここで、水平走査用光スキャナ 61の動作周波数 flは、
ί1 = (2 π ) _1 X C )—。·5 · ' · (1)
となる。
[0083] また、共振回路の共振周波数 f2は、
f2= 1/Tr= (2 π )_1 (LI X C X C /(C +C ))—。·5 · · (2)
PI P2 PI P2
となる。
[0084] したがって、 fl ^f2となるように、コイル LIの定数を設定する。
[0085] また、第 1の圧電素子 150の駆動端子 160は、スィッチ SW1の一端とスィッチ SW2 の一端とに接続される。また、スィッチ SW1の他端は可変電圧源 VR1に接続され、 スィッチ SW2の他端はグランドに接続される。そして、スィッチ SW1が短絡状態とな るときには駆動端子 160が可変電圧源 VR1に接続され、スィッチ SW2が短絡状態と なるときには駆動端子 160がグランドに接続される。
[0086] 同様に、第 2の圧電素子 152の駆動端子 164は、スィッチ SW3の一端とスィッチ S W4の一端とに接続される。また、スィッチ SW3の他端は可変電圧源 VR1に接続さ れ、スィッチ SW4の他端はグランドに接続される。そして、スィッチ SW3が短絡状態 となるときには駆動端子 164が可変電圧源 VR1に接続され、スィッチ SW4が短絡状 態となるときには駆動端子 164がグランドに接続される。
[0087] スィッチ SW1〜SW5は、スィッチタイミング制御回路 71aによって動作し、スィッチ の短絡及び開放が制御される。なお、スィッチ SW1〜SW5は、 MOS— FETなどか ら構成される。また、可変電圧源 VR1と、スィッチ SW1〜SW5と、スィッチタイミング 制御回路 71aにより制御回路が構成される。
[0088] また、電源電圧制御回路 72aは、可変電圧源 VR1を制御してその出力電圧のレべ ルを変更する制御を行う。すなわち、この電源電圧制御回路 72aによって可変電圧 源 VR1の出力レベルが 0V〜2Vo (V)まで変わる。
[0089] 以上のように構成された水平走査駆動回路 70aの動作について、図 5及び図 6を用 いて具体的に説明する。図 5及び図 6は水平走査駆動回路 70aにおける出力信号波 形及びスィッチタイミング制御回路 71aによる SW1〜SW5の制御タイミングを説明す るための図である。
[0090] 図 5に示すように、まず、スィッチタイミング制御回路 71aによって、そのスィッチ SW 5は短絡状態に、スィッチ SW1及び SW4は所定期間短絡状態にされる（図 5中の t = 0)。これにより、駆動端子 160は可変電圧源 VR1に接続され、コンデンサ C へ電
P1 荷がチャージ (充電)される。また、駆動端子 164はグランドに接続され、コンデンサ C
P2の電荷がデイスチャージ (放電）される。その結果、コンデンサ C
PIの電圧は 2Vo (V) となり、コンデンサ C の電圧は O (V)となる。なお、ここでは、可変電圧源 VR1の出力
P2
電圧 Vccは 2Vo (V)になるように制御されている。すなわち、可変電圧源 VR1は定 電圧源として動作する。
[0091] その後、コンデンサ C にチャージされた電荷は、コイル L1を通過してコンデンサ C
PI P
を充電する（0<t<Tl)。これにより、駆動端子 160及び駆動端子 164の電圧レべ
2
ルが、正弦波状電圧として変移し始める。
[0092] ここで、この共振回路の Q値に対応する電力消費 (コンデンサやコイルが持つ抵抗 損失に起因する)により、図 5に示すように、駆動端子 160及び駆動端子 164の電圧 として変移する正弦波状電圧の振幅レベルが減衰し、駆動端子 160の電圧レベルは O (V)に達せず、また駆動端子 164の電圧レベルは 2Vo (V)に達しない。
[0093] そこで、スィッチタイミング制御回路 71aは、スィッチ SW1及び SW4を所定期間短 絡状態としたときから駆動端子 160の電圧として変移する正弦波状電圧の電圧レべ ルが極小値 (あるいは駆動端子 164の電圧として変移する正弦波状電圧の電圧レべ ルが極大値)となるとき、すなわち、第 1及び第 2の共振回路の半周期 (TrCTmce ave -length)Z2)後に、スィッチ SW2及び SW3を制御してこれらを所定期間短絡状態と する（t=Tl)。なお、正弦波状電圧の電圧レベルの極大値は、略極大値であればよ ぐ正弦波状電圧の電圧レベルの極小値は、略極小値であればよい。
[0094] このようにスィッチ SW2及び SW3を所定時間短絡することにより、駆動端子 160の 電圧レベルを極小値から O (V)に、駆動端子 164の電圧レベルを極大値から 2Vo (V )にすることができ、わずかな電荷のチャージ及びディスチャージにより、駆動端子 16 0及び駆動端子 164の電圧として変移する正弦波状電圧の減衰を補正することがで きる。
[0095] 以下同様に、スィッチタイミング制御回路 71aは、第 1及び第 2の半周期 (TrZ2)毎 に、スィッチ SW1及び SW4と、スィッチ SW2及び SW3とを交互に所定期間短絡さ せ (t=T2, T3, T4)、駆動端子 160及び駆動端子 164の電圧として変移する正弦 波状電圧の減衰を補正する。
[0096] なお、本実施形態においては、説明を容易にするために、共振回路の半周期 (Tr Z2)毎に、スィッチ SW1及び SW4と、スィッチ SW2及び SW3とを交互に所定期間 短絡させるようにしたが、共振回路の Q値が大き 、ために正弦波状電圧の減衰が小 さいときには、共振回路の 10周期毎や 20周期毎などのように正弦波状電圧の減衰 に合わせてこれらのスィッチ SW1〜SW4の制御を行うようにしてもよ!、。
[0097] この水平走査駆動回路 70aにおいて、損失の主要因はインダクタ損失であり、 C L
P
1共振回路の Q値を Q1とすると、水平走査駆動回路 70aの消費電力 P2は、次のよう に表すことができる。
[0098] Ρ2= {2 Χ (2 π ί2 Χ Ο XVo2) }/Ql · · · (3)
P
ここで、共振周波数 f2 = 30kHz、 C = lnF、 Vo= 15V、 Ql = 50とすると、消費電
P
力 P2= l . 70mWとなる。
[0099] 一方、従来の図 18の構成における消費電力 PIは、次のように表すことができる。な お、 C 及び C の容量値を Cとする。
P100 P101 P
[0100] Pl = 8 X fl X C XVo2 · · · (4)
P
ここで、動作周波数 fl = 30kHz、 C = lnF、 Vo= 15Vとすると、消費電力 P2 = 5 4mWとなる。
[0101] このように、本実施形態によれば、容量性負荷への充放電に伴う電力消費を低減 できる。し力も、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電圧源のみで水 平走査駆動回路 70aを構成することができる。
[0102] また、水平走査駆動回路 70aは、水平走査用光スキャナ 61を起動する際、図 6に 示すように、可変電圧源 VR1の出力電圧 Vccの電圧レベルを徐々に上昇させて一 定値 2Vo (V)にすることもできる。これにより第 1の圧電素子 150及び第 2の圧電素子 152に対して流す電流を抑制することができる。すなわち、コンデンサ C , C への
PI P2 充放電を徐々に行うことができ、その結果、ノイズの発生等を抑制することができる。 し力も、水平走査用光スキャナ 61において過電流による故障を防止することができる
[0103] また、水平走査駆動回路 70aにおいて、図 7に示すようにコンデンサ C に対して直
P1
列に補正用コンデンサ C 11を、コンデンサ C に対して直列に補正用コンデンサ C 12
P2
をそれぞれ設けることにより、 c とじ の値が異なる場合において両者の差を補正で
PI P2
き、また、共振周波数を変えることなぐ損失が最少となるインダクタ値を選択すること ができる。
[0104] また、水平走査駆動回路 70aにおいて、図 8に示すようにコンデンサ C に対して並
P1
列に補正用コンデンサ C13を、コンデンサ C に対して並列に補正用コンデンサ C 14
P2
をそれぞれ設けることによつても、上記と同様の効果を得ることができる。
[0105] ここで、水平走査駆動回路 70aは、共振回路の半周期 (TrZ2)毎に、スィッチ SW 1及び SW4と、スィッチ SW2及び SW3とを交互に所定期間短絡するようにしている 力 このスィッチを制御するタイミングは、スィッチタイミング制御回路 71aに予め設定 されており、このように設定されたタイミングでスィッチ SW1〜SW4が制御される。
[0106] ところで、このスィッチ SW1〜SW4の制御は、水平走査用光スキャナ 61の変位状 態に基づいたタイミングで行うようにすることもでき、以下、このように水平走査用光ス キヤナ 61の変位状態に基づいたタイミングでスィッチ SW1〜SW5の制御を行う構成 について説明する。
[0107] まず、図 9及び図 10に示すように、水平走査駆動回路 70aに、水平走査用光スキヤ ナ 61の変位状態を検出するための変位信号検出回路 77を設ける。そして、この変 位信号検出回路 77による検出結果に基づいて、駆動端子 160及び駆動端子 164に おける正弦波状電圧の電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミングをスイツ チタイミング制御回路 71aが判定し、その判定に基づいて、スィッチ SW1〜SW4を 制御する。
[0108] ここで、水平走査用光スキャナ 61は、上述のように第 1の梁部 140の変位と同様の 変位が第 2の梁部 141に発生する構成となっており、この変位が第 3の圧電素子 151 及び第 4の圧電素子 153により電圧に変換される。なお、この第 3の圧電素子 151及 び第 4の圧電素子 153が図 10中の変位検出電圧源に対応する。
[0109] また、変位信号検出回路 77は、反射ミラー 120に生じた変位を第 3の圧電素子 15 1及び第 4の圧電素子 153から出力される信号 (以下、「出力信号」とする。）によって 検出する回路であり、この信号力も反射ミラー 120の動作周波数 (変位周波数)と振 幅 (変位範囲)を検出する。ここで、反射ミラー 120の揺動周波数は、出力信号にお ける正弦状電圧の周波数から検出し、反射ミラー 120の振幅は、出力信号における 正弦波状電圧の振幅レベルから検出する。このように、変位信号検出回路 77は、反 射ミラー変位検出手段としての機能を有している。
[0110] また、スィッチタイミング制御回路 71aは、変位信号検出回路 77によって検出され た振幅など力も正弦波状電圧の電圧レベルが駆動端子 160や駆動端子 164にて略 極大値又は略極小値となるタイミングを判定し、このタイミングでスィッチ SW1及び S W4と、スィッチ SW2及び SW3とを交互に所定期間短絡するよう動作する。
[0111] このように、水平走査駆動回路 70aは、駆動端子 160及び駆動端子 164における 正弦波状電圧の電圧レベルに基づ 、てスィッチ SW1〜SW4を制御するようにして いるため、適切なタイミングでスィッチ SW1〜SW4を制御することができる。しかも、 水平走査用光スキャナ 61に設けられた第 3の圧電素子 151及び第 4の圧電素子 15 3を用いて駆動端子 160及び駆動端子 164における正弦波状電圧の電圧レベルを 検出するようにして!/、るため、特別な回路を設ける必要がな 、。
[0112] また、スィッチタイミング制御回路 71aは、変位信号検出回路 77によって検出され た振幅や動作周波数に基づいて、水平走査用光スキャナ 61の動作異常を検出する 異常検出部として機能する。そして、スィッチタイミング制御回路 71aから水平走査用 光スキャナ 61の動作異常が検出され、スィッチタイミング制御回路 71aから信号処理 回路 21へ異常検出信号が出力されると、信号処理回路 21は、表示動作を停止する 制御部として機能する。この表示動作の停止は、光源部 30からの光束の出力を停止 する等によって行われる。また、水平走査用光スキャナ 61の動作異常としては、水平 走査用光スキャナ 61の駆動端子電圧が異常な電圧となった場合や駆動端子電圧が 異常な周波数となった場合などがある。
[0113] このように、水平走査用光スキャナ 61の動作異常を検出して表示動作を停止する ので安全性を高めた網膜走査表示装置を提供することができる。
[0114] (第 2実施形態）
上記第 1実施形態においては、第 1の圧電素子 150と第 2の圧電素子 152との間に コイルを設けて共振回路を構成することとしたが、本実施形態においては、圧電素子 150, 152ごとにそれぞれ共振回路を構成するものである。なお、本実施形態は、第 1実施形態における水平走査駆動回路 70aの構成を変更したものであり、その他の 構成については第 1実施形態と同様であるため説明を省略する。
[0115] 以下、本実施形態における水平走査駆動回路 70bについて、図面を参照して具体 的に説明する。図 11は水平走査駆動回路 70bの構成を示す図である。
[0116] 図 11に示すように、水平走査駆動回路 70bは、第 1の圧電素子 150に接続された 駆動端子 160とグランドの間に、第 1のインダクタとしてのコイル L11と定電圧源 VI I (=Vo)とが直列に接続され、同様に、第 2の圧電素子 152に接続された駆動端子 1 64とグランドの間に、第 2のインダクタとしてのコイル L12と定電圧源 V12 (=Vo)とが 直列に接続される。
[0117] ここで、本実施形態においては、第 1実施形態と同様に、第 1の圧電素子 150はコ ンデンサ C 力もなる第 1の容量性負荷と、第 2の圧電素子 152は C 力もなる第 2の
PI P2
容量性負荷とみなすことができるものとする。
[0118] そして、第 1の容量性負荷とコイル L11とにより共振回路を構成し、第 2の容量性負 荷とコイル L12とにより共振回路を構成する。これらの共振回路は、その共振周波数 が水平走査用光スキャナ 61の動作周波数とほぼ同一になるようにコイル L11及び L 12の定数が決定される。上述のように水平走査用光スキャナ 61は機械的共振系を 含む電気機械変換素子であり、その共振ポイントがこの水平走査用光スキャナの動 作周波数となる。
[0119] ここで、水平走査用光スキャナ 61の動作周波数 flは、第 1実施形態で説明したよう に、 ί1 = (2 π )— し X C )—。·5となる。
[0120] また、第 1の共振回路の共振周波数 fl lと第 2の共振回路の共振周波数 fl2は、
Figure imgf000022_0001
となる。
[0121] したがって、 fl =fl l, fl ^fl2となるように、コイル LI 1及び L12の定数を設定す る。
[0122] また、第 1の圧電素子 150に接続された駆動端子 160には、スィッチ SW11の一端 及びスィッチ SW12の一端が接続される。スィッチ SW11の他端は可変電圧源 VR1 1に接続され、スィッチ SW12の他端は可変電圧源 VR12に接続される。そして、スィ ツチ SW11が短絡状態となるときには駆動端子 160が可変電圧源 VR11に接続され 、スィッチ SW12が短絡状態となるときには駆動端子 160が可変電圧源 VR12に接 続される。
[0123] 同様に、第 2の圧電素子 152に接続された駆動端子 164には、スィッチ SW13の一 端及びスィッチ SW14の一端が接続される。スィッチ SW13の他端は可変電圧源 VR 11に接続され、スィッチ SW14の他端は可変電圧源 VR12に接続される。そして、ス イッチ SW13が短絡状態となるときには駆動端子 164が可変電圧源 VR11に接続さ れ、スィッチ SW14が短絡状態となるときには駆動端子 164が可変電圧源 VR12に 接続される。ここで、可変電圧源 VR11の出力は Vo〜2Vo (V)の範囲で、可変電圧 源 VR12は 0〜Voの範囲で可変であり、電源電圧制御回路 72bによって制御される 。ここでは、可変電圧源 VR11は 2Vo (V)、可変電圧源 VR12は Vo (V)であるとする oすなわち、可変電圧源 VR11, VR12は定電圧源として動作する。
[0124] スィッチ SW11〜SW14は、スィッチタイミング制御回路 71bによって動作し、その 短絡及び開放が制御される。なお、スィッチ SW11〜SW14は、 MOS— FETなどか ら構成される。また、可変電圧源 VR11及び VR12と、スィッチ SW1〜SW4と、スイツ チタイミング制御回路 71bにより制御回路が構成される。
[0125] 以上のように構成された水平走査駆動回路 70bの動作について、図 12及び図 13 を用 、て具体的に説明する。図 12及び図 13は水平走査駆動回路 70bにおける出 力信号波形及びスィッチタイミング制御回路 7 lbによる SW1〜SW4の制御タイミン グを説明するための図である。
[0126] 図 12に示すように、まず、スィッチタイミング制御回路 71bによって、スィッチ SW11 及び SW14は所定期間短絡状態にされる（図 12中の t=0)。これにより、駆動端子 1
60は可変電圧源 VR11に接続され、コンデンサ C へ電荷をチャージ (充電)すると
P1
共に、駆動端子 164は可変電圧源 VR13に接続され、コンデンサ C から電荷をディ
P2
スチャージ (放電）する。その結果、コンデンサ C の電圧は 2Vo (V)となり、コンデン
P1
サ C の電圧は O (V)となる。なお、可変電圧源 VR11は 2Vo (V)に、可変電圧源 VR
P2
12の電圧は 0 (V)になるようにそれぞれ制御されている。
[0127] その後、コンデンサ C にチャージされた電荷はコイル L12を通ってコンデンサ C
PI P2 へチャージされる（0<t<Tl)。これにより、駆動端子 160及び駆動端子 164の電圧 レベルが、正弦波状電圧として変化し始める。
[0128] ここで、この共振回路の Q値に対応する電力消費 (コイル Ll l, L12の内部抵抗等 による損失)によって、図 12に示すように、駆動端子 160及び駆動端子 164の正弦波 状電圧の振幅レベルが減衰し、駆動端子 160の電圧レベルは O (V)に達せず、また 駆動端子 164の電圧レベルは 2Vo (V)に達しな!/、。
[0129] そこで、スィッチタイミング制御回路 71bは、スィッチ SW11及び SW14を所定期間 短絡状態としたときから駆動端子 160の正弦波状電圧の電圧レベルが極小値 (ある いは駆動端子 164の電圧として変移する正弦波状電圧の電圧レベルが極大値)とな るとき、すなわち、第 1及び第 2の共振回路の半周期 (TrZ2)後に、スィッチ SW12 及び SW13を制御してこれらを所定期間短絡状態とする (t=Tl l)。なお、正弦波状 電圧の電圧レベルの極大値は、略極大値であればよぐ正弦波状電圧の電圧レべ ルの極小値は、略極小値であればよい。
[0130] このようにスィッチ SW12及び SW13を所定時間短絡することにより、駆動端子 160 の電圧レベルを極小値から 0 (V)に、駆動端子 164の電圧レベルを極大値から 2Vo ( V)にすることができ、わずかな電荷のチャージ及びディスチャージにより、駆動端子 160及び駆動端子 164の正弦波状電圧の減衰を補正することができる。
[0131] 以下同様に、スィッチタイミング制御回路 71bは、共振回路の半周期 (TrZ2)毎に 、スィッチ SW11及び SW14と、スィッチ SW12及び SW13とを交互に短絡させ（t= T12, T13, T14)、駆動端子 160及び駆動端子 164の正弦波状電圧の減衰を補正 する。
[0132] なお、本実施形態においては、説明を容易にするために、第 1及び第 2の共振回路 の半周期（TrZ2)毎に、スィッチ SW11及び SW14と、スィッチ SW12及び SW13と を交互に短絡させるようにしたが、共振回路の Q値に対応する電力消費が小さいとき には、共振回路の 10周期毎や 20周期毎などのように正弦波状電圧の減衰に合わせ てこれらのスィッチの制御を行うようにしてもよ!、。
[0133] この水平走査駆動回路 70bにおいて、損失の主要因はインダクタカもつ抵抗損失 であり、第 1及び第 2の共振回路の Q値をそれぞれ Ql l, Q12とすると、消費電力 P2 'は、次のように表すことができる。
[0134] Ρ2' = (2 π ί11 Χ Ο XVo) /Ql l
PI
+ (2 π ί12 Χ Ο XVo) /Q12 · · · (7)
Ρ2
ここで、 fl l, fl2 = 30kHz、 C , C = lnF、Vo= 15V、 Ql l, Q12 = 50とすると
PI P2
、消費電力 P2' = l. 70mWとなる。
[0135] このように、本実施形態によれば、容量性負荷への充放電に伴う無効電力によって 生じる電力消費を回避することができ、正味消費電力のみを供給すればよい。し力も 、線形アンプが不要となることからデジタル回路と直流電圧源のみで水平走査駆動 回路 70bを構成することができる。
[0136] また、水平走査駆動回路 70bは、水平走査用光スキャナ 61を起動する際、図 13に 示すように、可変電圧源 VR11の出力電圧レベルを Vo (V)から 2Vo (V)〖こ力 4ナて徐 々に上昇させると共に可変電圧源 VR12の出力電圧レベルを Vo (V)力も 0 (V)へ徐 々に下降させることもできる。これにより第 1の圧電素子 150及び第 2の圧電素子 152 に対して流す電流を抑制することができる。すなわち、コンデンサ C , C への充放 電を徐々に行うことができ、その結果、ノイズの発生等を抑制することができる。し力も
、水平走査用光スキャナ 61において過電流による故障を防止することができる。
[0137] なお、第 1実施形態と同様に、水平走査駆動回路 70bにおいて、コンデンサ C , C
P1 に直列或いは並列に補正用コンデンサを設けることにより共振周波数の調整が可
P2
能となることは 、うまでもな!、。
[0138] (第 3実施形態）
上記第 1実施形態及び第 2実施形態にお 、ては、スィッチを制御して電圧源やダラ ンドを第 1及び第 2の圧電素子へ接続することとしたが、本実施形態においては、定 電流源を所定期間動作させるようにしたものである。なお、本実施形態は、第 1実施 形態における水平走査駆動回路 70aの構成を変更したものであり、その他の構成に ついては第 1実施形態と同様であるため説明を省略する。
[0139] 以下、本実施形態における水平走査駆動回路 70cについて、図面を参照して具体 的に説明する。図 14は水平走査駆動回路 70cの構成を示す図である。
[0140] 水平走査駆動回路 70cは、図 14に示すように、第 1の圧電素子 150に接続された 駆動端子 160と第 2の圧電素子 152に接続された駆動端子 164との間に、スィッチ S W25とコイル L21とが直列に接続されており、このスィッチ SW25を短絡状態とするこ とにより駆動端子 161と駆動端子 164との間がコイル L21を介して接続される。
[0141] ここで、本実施形態においては、第 1実施形態と同様に、第 1の圧電素子 150はコ ンデンサ C 力もなる第 1の容量性負荷と、第 2の圧電素子 152は C 力もなる第 2の
PI P2
容量性負荷とみなすことができるものとする。
[0142] そして、第 1の容量性負荷と第 2の容量性負荷とコイル L21とにより共振回路を構成 する。共振回路は、その共振周波数が水平走査用光スキャナ 61の動作周波数とほ ぼ同一になるようにコイル L21の定数が決定される。上述のように水平走査用光スキ ャナ 61は機械的共振系を含む電気機械変換素子であり、その共振ポイントがこの水 平走査用光スキャナ 61の動作周波数となる。
[0143] また、駆動端子 160は第 1の定電流源 IR21に接続されており、この第 1の定電流源 IR21が動作状態にあるときには、第 1の定電流源 IR21から電流 Ioが出力又は入力 される。同様に、駆動端子 164は第 2の定電流源 IR22に接続されており、この第 2の 定電流源 IR22が動作状態にあるときには、第 2の定電流源 IR22から電流 Ioが出力 又は入力される。
[0144] そして、定電流源 IR21及び IR22は、制御回路としての制御部 73によって動作状 態又は非動作状態のいずれかの状態になるように制御される。また、制御部 73はス イッチ SW25の短絡状態又は開放状態を制御し、定電流源 IR21, IR22が動作する ときに、スィッチ SW25を切断状態にして、不要な電流がコイルに流れることを防止す る。
[0145] また、水平走査駆動回路 70cには、駆動端子 160の電圧を検出する第 1の電圧検 出部 74と、駆動端子 164の電圧を検出する第 2の電圧検出部 75と、コイル L21に流 れる電流を検出する電流検出部 76とが設けられており、制御部 73は、これらの検出 部により検出した電圧或いは電流の情報を入力する。そして、制御部 73は、入力し た情報に応じてスィッチ SW25ゃ定電流源 IR21及び IR22を制御する。なお、本実 施形態においては、電流検出部 76はホール素子などにより構成されるがこれに限ら れるものではない。
[0146] 以上のように構成された水平走査駆動回路 70cの動作について、図を用いて具体 的に説明する。図 15及び図 16は水平走査駆動回路 70cにおける出力信号波形及 び制御部 73による制御タイミングを説明するための図である。なお、図 15において は、説明を容易にするため t=0時点で駆動端子 160の電圧が 2Vo (V)に、駆動端 子 164の電圧が 0 (V)になっているものとして説明する。また、このとき L21には電流 が流れていない (スィッチ SW25は切断状態であったものを t=0で短絡する)ものとす る。
[0147] 図 15に示すように、コンデンサ C にチャージされた電荷は、コイル L21を通って第
P1
2の容量性負荷を充電していく（0<t<T21)。これにより、駆動端子 160及び駆動 端子 164の電圧レベルが、正弦波状電圧として変化し始める。
[0148] ここで、この共振回路の Q値に対応する電力消費 (主に、コイル L21の抵抗損失)に よって、図 15に示すように、駆動端子 160及び駆動端子 164の正弦波状電圧の振 幅レベルが減衰し、駆動端子 160の電圧レベルは 0 (V)に達せず、また駆動端子 16 4の電圧レベルは 2Vo (V)に達しな!/、。 [0149] そこで、制御部 73は、電流検出部 76から出力されるコイル L21に流れる電流の情 報を入力し、コイル L21に流れる電流が OA或いは OA付近となったことを検出すると 、スィッチ SW25を開放状態とするとともに、定電流源 IR21及び IR22を動作状態に する。なお、共振回路の半周期ごとにコイル L21に流れる電流が OA或いは OA付近 となる。
[0150] その後、制御部 73は、駆動端子 160の電圧レベルを O (V)に、駆動端子 164の電 圧レベルを 2Vo (V)になった力否かを第 1の電圧検出部 74と第 2の電圧検出部 75と 力もの情報に基づいて判定する。その判定の結果、駆動端子 160が O (V)に、駆動 端子 164が 2Vo (V)になったと判定すると、制御部 73は、スィッチ SW25を短絡状態 にすると共に、定電流源 IR21, IR22を非動作状態にする。このように所定時間定電 流源 IR21, IR22から電流を流し、わずかな電荷のチャージ及びディスチャージをす ることで、減衰した正弦波状電圧を補正することができる。
[0151] 以下同様に、制御部 73は、共振回路の半周期 (TrZ2)毎に、定電流源 IR21, IR 22の出力電流 Ioの方向を交互に反転させ、駆動端子 160及び駆動端子 164の正弦 波状電圧の減衰を補正する。
[0152] なお、本実施形態においては、説明を容易にするために、第 1及び第 2の共振回路 の半周期 (TrZ2)毎に、定電流源 IR21, IR22を動作状態にしたが、共振回路の Q 値に対応する電力消費 (主に、コイルの抵抗損失)が小さいときには、共振回路の 10 周期毎や 20周期毎などのように正弦波状電圧の減衰に合わせてこれら定電流源 IR 21、 IR22の ff¾御を行うよう【こしてもよ!ヽ。
[0153] このように、本実施形態によれば、容量性負荷への充放電に伴う無効電力によって 発生する電力消費を回避することができ、し力も、線形アンプが不要となることからデ ジタル回路と定電流源のみで水平走査駆動回路 70cを構成することができる。
[0154] なお、水平走査駆動回路 70cは、水平走査用光スキャナ 61の駆動を開始するとき においても、共振回路の半周期 (TrZ2)毎に、定電流源 IR21, IR22を所定期間動 作状態にする制御を行っており、したがって、図 16に示すように、駆動端子 160及び 164の電圧として変移する正弦波状電圧の振幅レベルは徐々に大きくなつていく。な お、水平走査用光スキャナ 61を早く定常動作状態に移行させるために、駆動開始時 には定電流源 IR21, R22を動作状態とする期間を長くするように制御してもよい。
[0155] また、本実施形態においては、定電流源 IR21, IR22を用いた構成について説明 したが、電流源 IR21, IR22を可変電流源とすることもできる。そして、電流源 IR21, IR22の電流値を変えることにより、水平走査用光スキャナ 61の状態に応じた電流を 流すことができる。
[0156] また、水平走査用光スキャナ 61の駆動を開始する際には、定電流源 IR21, IR22 を駆動させる時間を長くすることによって、水平走査用光スキャナ 61の動作を安定さ せるまでの時間を短くするようにしてもよ!、。
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これ らは例示であり、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。例 えば、本発明を適用した駆動回路は、レーザプリンタ内で光束を走査する駆動回路 にも応用できることは 、うまでもな 、。
産業上の利用可能性
[0157] 本発明は、互いに逆相となる 2相の正弦波状信号によって動作する容量性の電気 機械変換素子を駆動する駆動回路に利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 互いに逆相となる 2相の正弦波状信号によって動作する容量性の電気機械変換素 子を駆動する駆動回路において、
前記電気機械変換素子の動作周波数と略同一の共振周波数を有する共振回路を 前記電気機械変換素子と共に構成するインダクタを設けたことを特徴とする駆動回 路。
[2] 前記電気機械変換素子は、少なくとも容量性の第 1電気機械変換部及び第 2電気 機械変換部の 2つの電気機械変換部からなり、
前記インダクタは、前記第 1電気機械変換部の駆動端子と前記第 2電気機械変換 部の駆動端子とを接続するよう設けられたことを特徴とする請求項 1に記載の駆動回 路。
[3] 前記電気機械変換素子は、少なくとも容量性の第 1電気機械変換部及び第 2電気 機械変換部の 2つの電気機械変換部からなり、
前記インダクタは少なくとも第 1のインダクタ及び第 2のインダクタカ なり、前記第 1 のインダクタは前記第 1電気機械変換部との間で前記共振回路を構成し、前記第 2 のインダクタは前記第 2電気機械変換部との間で前記共振回路を構成することを特 徴とする請求項 1に記載の駆動回路。
[4] 前記第 1電気機械変換部及び Z又は前記第 2電気機械変換部に対してそれぞれ 並列又は直列に補正用キャパシタを設けたことを特徴とする請求項 2に記載の駆動 回路。
[5] 前記共振回路を構成する前記電気機械変換部の駆動端子電圧レベルが略極大 値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流れる電流が略ゼロとなる タイミングで、前記駆動端子電圧が所定電圧となるように充電制御及び Z又は放電 制御を行う制御回路を設けたことを特徴とする請求項 2に記載の駆動回路。
[6] 前記制御回路は、
電圧源と、スィッチと、タイミング制御部とを備え、
前記スィッチは、前記共振回路と前記電圧源との間及び Z又は前記共振回路とグ ランドとの間に配置され、 前記タイミング制御部は、前記共振回路を構成する前記電気機械変換部の駆動端 子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流 れる電流が略ゼロとなるタイミングで、前記スィッチを制御することを特徴とする請求 項 5に記載の駆動回路。
[7] 前記制御回路は、
電流源と、タイミング制御部とを備え、
前記電流源は、前記共振回路に接続され、
前記タイミング制御部は、前記共振回路を構成する前記電気機械変換部の駆動端 子電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミング、または前記インダクタを流 れる電流が略ゼロとなるタイミングで、前記電流源を動作させることを特徴とする請求 項 5に記載の駆動回路。
[8] 前記制御回路は、前記電気機械変換素子を起動する際、前記電圧源の出力電圧 レベルを徐々に上昇させて一定値にすることを特徴とする請求項 6に記載の駆動回 路。
[9] 前記インダクタに流れる電流を検出する電流検出部を設け、
前記電流検出部によって、前記インダクタに流れる電流が略ゼロとなるタイミングを 検出することを特徴とする請求項 5に記載の駆動回路。
[10] 前記電気機械変換素子の変位を検出する変位検出部を設け、
前記変位検出部によって、前記共振回路を構成する電気機械変換部の駆動端子 電圧レベルが略極大値又は略極小値となるタイミングを検出することを特徴とする請 求項 5に記載の駆動回路。
[11] 前記電気機械変換素子は、前記第 1電気機械変換部及び前記第 2電気機械変換 部によって前記所定周波数で共振する機械的共振系を有することを特徴とする請求 項 2に記載の駆動回路。
[12] 前記電気機械変換素子は、光束を走査するための走査用ミラーであることを特徴と する請求項 1に記載の駆動回路。
[13] 請求項 12に記載の駆動回路を有することを特徴とする網膜走査表示装置。
[14] 前記電気機械変換素子における動作異常を検出する異常検出部と、 前記異常検出部により異常が検出されたとき、表示動作を停止する制御部と、を備 えたことを特徴とする請求項 13に記載の網膜走査表示装置。
前記電気機械変換素子を主走査及び Z又は副走査の走査用ミラーとして使用す ることを特徴とする請求項 13に記載の網膜走査表示装置。
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