光走査装置及び画像表示装置
【課題】周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる光走査装置及び画像表示装置を提供すること。
【解決手段】所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）を有する検出部を有し、光走査素子４のミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始した後、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の接続点Ｎ１（Ｎ２）の電圧変動率に基づき、光走査素子４が共振により反射面１０ａと直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において接続点Ｎ１（Ｎ２）の電圧変動率が所定範囲内になったときの接続点の電圧に基づき、接続点Ｎ１（Ｎ２）の電圧のオフセット値を判定する。
【解決手段】所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）を有する検出部を有し、光走査素子４のミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始した後、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の接続点Ｎ１（Ｎ２）の電圧変動率に基づき、光走査素子４が共振により反射面１０ａと直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において接続点Ｎ１（Ｎ２）の電圧変動率が所定範囲内になったときの接続点の電圧に基づき、接続点Ｎ１（Ｎ２）の電圧のオフセット値を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子を備えた光走査装置及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子と、駆動信号により光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させる制御部と、を備えた光走査装置や画像表示装置が知られている。
【０００３】
光走査装置や画像表示装置に用いられる光走査素子として、図１７に示すように、反射面２０１ａが形成されたミラー部２０１と、一対の梁部２０２ａ，２０２ｂと、一対の支持部２０３ａ，２０３ｂと、固定部２０４とを有して、ミラー部２０１を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この光走査素子２００において、一対の梁部２０２ａ，２０２ｂは、揺動軸Ｌｙに沿ってミラー部２０１の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位によりミラー部２０１を揺動軸Ｌｙ回りに揺動可能とする。また、一対の支持部２０３ａ，２０３ｂは、一対の梁部２０２ａ，２０２ｂのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部２０４ａ，２０４ｂに固定されている。なお、固定部２０４ａ，２０４ｂは基台２０５に固着されている。
【０００５】
光走査素子２００におけるミラー部２０１を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させる方法として、例えば、電磁駆動方式や静電駆動方式などがある。電磁駆動式の揺動方法では、例えば、ミラー部２０１の裏面にコイルを配置すると共に、ミラー部２０１の揺動軸Ｌｙに平行な２辺に近接して永久磁石を設け、コイルに駆動信号（駆動電流）を流してローレンツ力を発生させる。これにより、ミラー部２０１に揺動軸Ｌｙを中心とした回転トルクが生じ、ミラー部２０１が揺動軸Ｌｙを中心として揺動する。
【０００６】
このような光走査素子２００では、周囲温度、経年変化、個体差などにより、ミラー部２０１を揺動させるための駆動信号と、実際のミラー部２０１の揺動角との間に一定の関係が保たれない。しかし、ミラー部２０１によって光束を所望の方向に走査するためには、光走査素子２００を駆動する制御部において、ミラー部２０１を揺動させるための駆動信号と実際のミラー部２０１の揺動角との関係を知っておく必要がある。
【０００７】
そのため、従来の光走査装置や画像表示装置では、ミラー部の揺動軸Ｌｙ回りの揺動角を検出する検出手段を設けている。例えば、特許文献２では、ミラー部の揺動軸Ｌｙ回りの揺動角を検出するために、揺動角検出用の光源と検出手段とを別途設けている。そして、ミラー部が揺動状態のときに、ミラー部の反射面に揺動角検出用の光源から所定の光束を入射してミラー部の反射面で走査させ、所定の位置に配置された光検出手段による光束の検出結果に基づいてミラー部の揺動状態を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−８３６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の光走査素子では、所定の位置に配置された光検出手段による光束の検出タイミングの間隔などからミラー部の揺動状態を演算して検出するため、その演算プログラムの設計コストがかかり、また、演算処理による負荷も大きい。
【００１０】
そこで、光走査素子の支持部上にそれぞれピエゾ抵抗素子を配置して、このピエゾ抵抗素子の抵抗変動に基づいて、ミラー部の揺動状態の検出を行うことが考えられる。
【００１１】
しかしながら、ミラー部の揺動を開始した後に、ピエゾ抵抗素子の周囲温度変化や経時変化が発生した場合、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変動し、ミラー部の揺動状態の検出を精度良く行うことができなくなる。
【００１２】
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる光走査装置及び画像表示装置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、請求項１に係る発明は、入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子と、駆動信号により前記光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させる制御部と、を備えた光走査装置において、前記光走査素子は、前記揺動軸に沿って前記ミラー部の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位により前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動可能とする一対の梁部と、前記一対の梁部のそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部と、前記一対の支持部のうち少なくとも一方の支持部上に前記揺動軸に対して対称配置され、所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子を有する検出部と、を有し、前記制御部は、前記一対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧に基づき、前記ミラー部の揺動状態を検出し、前記駆動信号を生成する処理と、前記光走査素子のミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記接続点の電圧変動率に基づき、前記光走査素子が共振により前記反射面と直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において前記接続点の電圧変動率が所定範囲内になったときの前記接続点の電圧に基づき、前記接続点の電圧のオフセット値を判定する処理と、を実行することとした。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記検出部は、前記揺動軸に対して対称配置される一対のピエゾ抵抗素子を、前記一対の支持部のそれぞれに設け、これら二対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧変動率に基づき、前記オフセット値を判定することとした。
【００１５】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記光走査素子は、前記反射面と平行な方向へ揺動する第１共振モードと前記反射面と直交する方向へ揺動する第２共振モードを有しており、前記制御部は、前記ミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記第１共振モードによる前記反射面と平行な方向への揺動が所定範囲内に収束した後に、前記一対のピエゾ抵抗素子接続点の電圧のオフセット値の判定処理を実行することとした。
【００１６】
また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記制御部は、前記反射面と直交する方向への揺動を励起する励起用信号を含む駆動信号により前記光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させて、前記反射面と直交する方向への揺動を生じさせることとした。
【００１７】
また、請求項５に係る発明は、画像信号に応じた強度の光束を第１方向に相対的に高速に走査する第１の光走査素子と前記第１方向に略直交する第２方向に相対的に低速に走査する第２の光走査素子とにより２次元走査する走査部と、前記第１及び第２の光走査素子を制御する制御部と、を備えた画像表示装置において、前記第２の光走査素子は、前記揺動軸に沿って前記ミラー部の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位により前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動可能とする一対の梁部と、前記一対の梁部のそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部と、前記一対の支持部のうち少なくとも一方の支持部上に前記揺動軸に対して対称配置され、所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子を有する検出部と、を有し、前記制御部は、前記一対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧に基づき、前記ミラー部の揺動状態を検出し、前記駆動信号を生成する処理と、前記光走査素子のミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記接続点の電圧変動率に基づき、前記光走査素子が共振により前記反射面と直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において前記接続点の電圧変動率が所定範囲内になったときの前記接続点の電圧に基づき、前記接続点の電圧のオフセット値を判定する処理と、を実行することとした。
【００１８】
また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の画像表示装置において、前記第１の光走査素子及び前記第２の光走査素子で走査された光束を利用者の眼に入射させて、前記利用者の網膜上に画像信号に応じた画像を投影することとした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ピエゾ抵抗素子によりミラー部の揺動状態の検出を行う光走査装置及び画像表示装置において、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す光走査素子を駆動する駆動信号の波形を示す図である。
【図３】図１に示す光走査素子をミラー部の角度変化を示す図である。
【図４】図１に示す光走査素子の具体的構成を示す図である。
【図５】ピエゾ抵抗素子により構成される検出部の等価回路である。
【図６】捻れ変位によるピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を示す図である。
【図７】ピエゾ抵抗素子により構成される検出部から出力される検出電圧のオフセットの説明図である。
【図８】検査用光源と光検出部によるミラー部の傾き検出の説明図である。
【図９】縦振動の変位によるピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を示す図である。
【図１０】捻れ及び縦振動の変位によるピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を示す図である。
【図１１】図１０に示す状態での検出部から出力される検出電圧のオフセットの説明図である。
【図１２】検出部から出力される検出電圧のオフセットの検出方法の説明図である。
【図１３】制御部の具体的構成を示す図である。
【図１４】制御部による光走査素子の具体的な駆動方法の流れを示す図である。
【図１５】励起用信号を重畳した駆動信号の波形の例を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図１７】従来の光走査素子の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［１．光走査装置］
以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、まず、光走査装置について説明し、その後、画像表示装置について説明する。
【００２２】
［１．１．光走査装置の概要］
まず、本実施形態に係る光走査装置について説明する。図１は光走査装置の構成を示す図、図２は駆動信号の波形を示す図、図３はミラー部の角度変化を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、光走査装置１は、当該光走査装置１全体を制御する制御部２と、この制御部２から出力される駆動信号Ｓａに応じた強度の光束を出射する光源部３と、この光源部３から出射された光束を走査する光走査素子４とを備えている。
【００２４】
制御部２は、光走査素子４のミラー部１０を非共振モードで強制的に駆動する駆動電流であって、その電流振幅が鋸波状波形の駆動信号Ｓｂを生成するものであり、生成した駆動信号Ｓｂを光走査素子４に印加する。鋸波状の駆動信号Ｓｂは、図２に示すように、最小レベルから最大レベルまで移行する期間に比べ、最大レベルから最小レベルへ移行する期間が十分に短い信号である。この駆動信号Ｓｂにより、光走査素子４のミラー部１０は、図３に示すように、駆動信号Ｓｂの信号波形に基づいて後述する揺動軸Ｌｙ回りに鋸波状に揺動する。
【００２５】
［１．２．光走査素子の具体的構成］
次に、光走査素子４の具体的構成について説明する。図４は光走査素子４の具体的構成を示す図である。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、光走査素子４は、反射面１０ａが形成されたミラー部１０と、一対の梁部１１ａ、１１ｂと、一対の支持部１２ａ，１２ｂと、固定部１３ａ，１３ｂと、基台１４とを有しており、ミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させて、光束を走査する。
【００２７】
一対の梁部１１ａ、１１ｂは、揺動軸Ｌｙに沿ってミラー部１０の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位によりミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動可能としている。また、一対の支持部１２ａ，１２ｂは、一対の梁部１１ａ，１１ｂのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が基台１４に固着された固定部１３ａ，１３ｂに固定されている。つまり、ミラー部１０は一対の梁部１１ａ、１１ｂと一対の支持部１２ａ，１２ｂとによりに揺動可能に支持されている。
【００２８】
ミラー部１０の揺動軸Ｌｙに平行な２辺に近接して永久磁石１５ａ，１５ｂが配置されている。永久磁石１５ａ，１５ｂが形成する磁界の向きは、静止状態のミラー部１０の反射面１０ａに平行で、揺動軸Ｌｙに直交する方向である。また、図４（ｂ）に示すように、ミラー部１０の反射面１０ａと反対側の裏面にはコイル１６が形成されている。コイル１６の電極は２つの梁部１１ａ，１１ｂを介して制御部２に接続する。この構成により、コイル１６に駆動電流を流すとコイル１６にローレンツ力が働く。図面視で揺動軸Ｌｙから下半分のコイル１６には例えば紙面の表面側にローレンツ力が働き、図面視で揺動軸Ｌｙから上半分のコイル１６には紙面の裏面側にローレンツ力が働く。これにより、ミラー部１０には揺動軸Ｌｙを中心として回転トルクが生ずる。従って、制御部２から出力する駆動信号Ｓｂの電流の大きさを制御することにより、ミラー部１０の傾き角を制御することができる。
【００２９】
この光走査素子４には、さらに、ミラー部１０の揺動角を検出する検出部１８として、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が設けられる。一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３は、支持部１２ａ上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置される。ピエゾ抵抗素子Ｒ１は固定部１３ａ側の支持部１２ａ上に配置されており、ピエゾ抵抗素子Ｒ３は固定部１３ｂ側の支持部１２ａ上に配置されている。同様に、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４は、支持部１２ｂ上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置される。ピエゾ抵抗素子Ｒ２は固定部１３ａ側の支持部１２ｂ上に配置されており、ピエゾ抵抗素子Ｒ４は固定部１３ｂ側の支持部１２ｂ上に配置されている。
【００３０】
そして、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３は、梁部１１ａに発生する捻れ変位に応じてその抵抗値が変化し、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４は、梁部１１ｂに発生する捻れ変位に応じてその抵抗値が変化する。
【００３１】
図４（ｃ）に示すように、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３は、電源電位Ｖｃと接地電位ＧＮＤ間に直列に配置される。また、同様に、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４は、電源電位Ｖｃと接地電位ＧＮＤに直列に配置される。すなわち、ピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ４の一端が電源電位Ｖｃの電源に接続され、他端がピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ３の一端に接続される。ピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ３の他端は、接地電位ＧＮＤのグランドに接続される。
【００３２】
図５は、図４（ｃ）に示すピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４により構成される検出部１８の等価回路である。この検出部１８は、同図に示すように、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３の接続点を第１出力ノードＮ１とし、他の一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４の接続点を第２出力ノードＮ２としている。そして、制御部２は、第１出力ノードＮ１の電圧ＶＰＲ＋と第２出力ノードＮ２の電圧ＶＰＲ−とを入力しており、第２出力ノードＮ２の電圧を基準とした第１出力ノードＮ１の電圧を検出電圧Ｖｄ（＝[ＶＰＲ＋]−[ＶＰＲ−]）としている。なお、ミラー部１０に駆動信号が印加されていないとき、すなわち駆動信号の電流値が０[Ａ]のとき、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は変化がなく、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の初期抵抗値が同一の場合には、検出電圧Ｖｄは０Ｖとなる。
【００３３】
ここで、各ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、引張応力によりその抵抗値が下降する特性を有するものとすると、ミラー部１０の変位により以下のように抵抗値が変化する。なお、ここでは、各ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、同一材料及び同一形状であり、特性は同一であるものとする。
【００３４】
例えば、図６に示すように、ミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに傾いたとき、ピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ２は圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、ピエゾ抵抗素子Ｒ３,Ｒ４はその引張応力によりその抵抗値が下降する。そのため、第１出力ノードの電圧ＶＰＲ＋は下降し、第２出力ノードの電圧ＶＰＲ−は上昇して、検出電圧Ｖｄは正極性となる。そして、揺動軸Ｌｙ回りのミラー部１０の角度が大きくなるほど、検出電圧Ｖｄが大きくなる。一方、図６に示す方向とは逆方向にミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに傾いたとき、検出電圧Ｖｄは負極性となり、揺動軸Ｌｙ回りのミラー部１０の角度が大きくなるほど、検出電圧Ｖｄが大きくなる。
【００３５】
このように、検出電圧Ｖｄの極性により、図４に示す平衡状態からのミラー部１０の傾き方向がわかり、検出電圧Ｖｄの大きさによりミラー部１０の傾き角がわかる。この原理を利用して、制御部２は、揺動軸Ｌｙ回りのミラー部１０の実際の傾き角を検出電圧Ｖｄにより検出している。
【００３６】
しかし、検出電圧Ｖｄの極性によりミラー部１０の傾き方向がわかるのは、各ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が、同一材料及び同一形状であり、特性が同一であることが前提であるが、実際には個体差などがある。そのため、ミラー部１０の傾きがないときでも、検出電圧Ｖｄにおいてオフセット電圧Ｖｆが存在し（図７参照）、検出電圧Ｖｄによりミラー部１０の傾きを検出するためには、予めこのオフセット電圧Ｖｆを知っておく必要がある。そこで、制御部２は、駆動信号Ｓｂを光走査素子４に印加しないとき、すなわち駆動信号Ｓｂの電流値を０[Ａ]としたときの検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆと判定し、検出電圧Ｖｄがオフセット電圧Ｖｆよりも高いか低いかでミラー部１０の傾き方向を検出している。
【００３７】
また、ミラー部１０の傾きの大きさは、例えば、図８に示すように、ミラー部１０が所定の傾き＋θ２となったときに、検査用光源２０から出射する光束が入射する位置に光検出部２１を設けることにより、検出することが可能となる。すなわち、光検出部２１で検査用光源２０から出射する光束を検出したときの検出電圧Ｖｄを電圧Ｖｒとすると、（Ｖｒ−Ｖｆ）／θ２を求めることにより、検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を把握し、検出電圧Ｖｄに対するミラー部１０の傾きの大きさを検出する。
【００３８】
このように、制御部２は、検出電圧Ｖｄに基づいて、図４に示す平衡状態からのミラー部１０の傾き方向やミラー部１０の傾き角を検出して、駆動信号Ｓｂによりミラー部１０を精度良く制御するようしている。
【００３９】
ところで、光走査素子４は、駆動信号Ｓｂによりミラー部１０を揺動しているときに、上述して求めたオフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係がずれることがある。例えば、ミラー部１０の揺動を継続することにより、梁部１１ａ，１１ｂや支持部１２ａ，１２ｂなどに応力が加わって温度上昇し、オフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係がずれることがある。また、経年変化により、オフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係がずれることがある。このような場合には、駆動信号Ｓｂによりミラー部１０を精度良く制御することができない場合がある。そこで、制御部２は、駆動信号Ｓｂによる捻れ変位に加え、共振による縦変位を加えることで、駆動信号Ｓｂを光走査素子４に印加しているときに、オフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係を検出するようにしている。
【００４０】
以下、駆動信号Ｓｂを光走査素子４に印加しているときに、オフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係を検出する点について、具体的に説明する。
【００４１】
光走査素子４は、反射面１０ａと平行な方向へ揺動する横振動の共振モードに加え、図９（ａ）に示すように、反射面１０ａと直交する方向へ揺動する縦振動の共振モードを有している。この縦振動の共振モードでは、例えば、図９（ｂ）に示すように、ミラー部１０が変位したとき、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４のすべてに圧縮応力が発生してその抵抗値が一様に上昇する。そのため、検出電圧Ｖｄは変化しない。また、図９（ｂ）に示す方向とは逆方向にミラー部１０が変位した場合には、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４のすべてに引張応力が発生してその抵抗値が一様に下降する。そのため、検出電圧Ｖｄは変化しない。
【００４２】
一方、図１０に示すように、ミラー部１０に捻れ変位が生じて、ミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに傾いている状態（図６参照）で、上述のように反射面１０ａと垂直な方向へ共振（図９参照）が発生したとする。このとき、捻れ変位によるピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ２への圧縮応力が図６に示す状態よりも大きくなり、その抵抗値がさらに上昇する。他方、捻れ変位によるピエゾ抵抗素子Ｒ３,Ｒ４への引張応力は図６に示す状態よりも小さくなり、その抵抗値は下降する。このときの抵抗値の初期値、すなわち梁部１１ａ，１１ｂが平衡状態からの変化率は、ピエゾ抵抗素子Ｒ３,Ｒ４よりもピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ２の方が大きい。その結果、図６に示す状態に比べ、検出電圧Ｖｄがより下降する。そして、この下降度合いは、ミラー部１０に生じる捻れ変位が大きいほど、大きくなる。一方、共振により図９に示す方向とは逆方向に変位する力が働くと、図６に示す状態に比べ、検出電圧Ｖｄはより上昇する。そして、この上昇度合いは、ミラー部１０に生じる捻れ変位が大きいほど、大きくなる。
【００４３】
このように、捻れ変位に加え、縦変位がミラー部１０に加わると、縦変位の状態に応じて、捻れ変位によるピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４へ加わるトータルの圧縮応力や引張応力が変動する。すなわち、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動している状態で、共振による縦振動が発生したとき、検出電圧Ｖｄは図１１（ａ）に示すようになる。この検出電圧Ｖｄを微分すると、図１１（ｂ）に示す特性となる。なお、ここでは、縦振動の共振モードの共振周波数が駆動信号Ｓｂの周波数に比べて十分に高いものとしている。
【００４４】
制御部２は、このような光走査素子４の特性を利用しており、検出電圧Ｖｄの変動率に基づいて、縦振動の共振モードを検出することができる。検出電圧Ｖｄの変動率として、制御部２は、検出電圧Ｖｄを微分した値（以下、微分値ΔＶｄという）の変動を検出するようにしている。すなわち、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動している状態で、共振による縦振動が発生したときには、ミラー部１０の傾き角度に応じて微分値ΔＶｄの大きさが異なることとなり、制御部２は、この微分値ΔＶｄの変動により、励起された縦振動の共振モードを検出している。
【００４５】
さらに、光走査素子４のミラー部１０を駆動信号Ｓｂにより鋸波状に駆動しており、かつミラー部１０に縦変位が加わっている状態において、ミラー部１０に傾きが小さくなってミラー部１０の傾き角が０付近になると、図１１（ｂ）に示すように、検出電圧Ｖｄに対する縦変位による影響が最も小さくなる。すなわち、このとき、捻れ変位の影響がわずかであるため、微分値ΔＶｄは、単に縦変位のみが加わっているときの状態に近似する。従って、このときの微分値ΔＶｄの変動が最も小さくなる範囲の微分値ΔＶｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定することで、ミラー部１０を駆動中に、オフセット電圧Ｖｆが変動した場合であっても、ミラー部１０の傾き方向を精度良く検出することができる。なお、ミラー部１０の傾き角が０になると、検出電圧Ｖｄに対する縦変位による影響がなくなるが、縦変位が連続して加わっているため、ミラー部１０の傾き角が０のときの微分値ΔＶｄを判定することは難しい。しかし、所定期間に微分値ΔＶｄの変動が最も小さくなる範囲は容易に検出することができるため、微分値ΔＶｄの変動が最も小さくなる範囲を検出し、このときの検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定することができる。
【００４６】
制御部２は、このような特性を利用して、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動しているときに縦変位を加え、微分値ΔＶｄの変動が最も小さくなる範囲の微分値ΔＶｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定するようにしている。
【００４７】
例えば、図１２（ａ）,（ｂ）に示すように、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲ΔＶｄｓ内になったときに、このときの検出電圧Ｖｄの平均値をオフセット電圧Ｖｆとして判定することができる。このとき、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲ΔＶｄｓ内になるときの検出電圧Ｖｄの最大値Ｖｄ１と最小値Ｖｄ２とから以下の式を用いてオフセット電圧Ｖｆを判定するようにしてもよい。
Ｖｆ＝（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２
【００４８】
また、図１２（ａ）,（ｃ）に示すように、上側包絡線Ｄ１の変曲点ｋ１となるときの検出電圧Ｖｄや下側包絡線Ｄ２の変曲点ｋ２となるときの検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとすることができる。
【００４９】
このように制御部２は、所定期間の微分値ΔＶｄの変動が所定範囲（最小範囲）になる検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定することで、ミラー部１０を駆動中に、オフセット電圧Ｖｆが変動した場合であっても、ミラー部１０の傾き方向を精度良く検出することができるようにしている。
【００５０】
また、制御部２は、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動しているときに縦変位を加えてきる状態で、所定期間（例えば、図１２（ｂ）に示すタイミングｔ１〜ｔ２の期間）の微分値ΔＶｄの平均値を検出する。制御部２は、この微分値ΔＶｄの平均値から検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を判定する。このようにすることで、オフセット電圧Ｖｆを求めるときに、同時に、検出電圧Ｖｄに対するミラー部１０の傾きの大きさを判定することができる。このような判定ができるのは、前記所定期間の微分値ΔＶｄの平均値を演算することで、微分値ΔＶｄから共振モードの周波数成分を除去することができ、かつ、微分値ΔＶｄが検出信号Ｖｄの変化度合いを示すためである。
【００５１】
なお、制御部２は、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動しているときに縦変位を加えることなく、微分値ΔＶｄを検出して、この微分値ΔＶｄから検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を判定することができる。すなわち、縦変位を加えないときには、微分値ΔＶｄには図１１に示すような共振周波数成分が重畳しておらず、所定期間において、微分値ΔＶｄは一定の大きさとなる。そのため、微分値ΔＶｄは、検出電圧Ｖｄに対するミラー部１０の傾きの大きさを示すことになり、制御部２は、微分値ΔＶｄを検出して、この微分値ΔＶｄから検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を判定することができる。
【００５２】
以上のように、本実施形態に係る光走査装置１では、光走査素子４のミラー部１０を揺動中においても、検出電圧Ｖｄのオフセットや検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を把握することができる。そのため、光走査素子４のミラー部１０の傾き方向や傾きの大きさを二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４に基づいて精度良く検出でき、光走査素子４のミラー部１０を精度良く制御することができる。
【００５３】
なお、上述では、二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を用いることとしたが、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（又は、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４）を用いて、検出電圧Ｖｄのオフセットや検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を把握するようにしてもよい。この場合、検出電圧Ｖｄの基準を電圧Ｖｃ／２とし、この電圧Ｖｃ／２からの検出電圧Ｖｄのオフセットを求めることになる。なお、二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を用いることにより、検出電圧Ｖｄのレンジを大きくすることができるが、一対のピエゾ抵抗素子のみでは検出電圧Ｖｄのレンジは小さいため、検出電圧Ｖｄを電圧増幅する増幅器をピエゾ抵抗素子間の出力ノードＮ１（Ｎ２）と制御部２との間に設けるようにしてもよい。
【００５４】
また、上述では、各ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、引張応力によりその抵抗値が下降するものとして説明したが、圧縮応力によりその抵抗値が下降し、引張応力によりその抵抗値が上昇するものであっても同様である。
【００５５】
［１．３．制御部２の具体的な構成及び処理］
次に、制御部２の具体的な構成及び処理について図面を参照して具体的に説明する。なお、ここでは、光走査素子４のミラー部の揺動処理について主に説明し、光束の出射制御などについては説明を省略する。
【００５６】
図１３に示すように、制御部２は、駆動信号生成部４０、ΔＶｄ−θ特性判定部４１、微分回路４２、オフセット電圧判定部４３、ΔＶｄ−θ関係判定部４４、記憶部４５などから構成される。
【００５７】
駆動信号生成部４０は、記憶部４５に記憶されている第１駆動信号波形データ５１及び第２駆動信号波形データ５２のうちいずれかを読み出し、読み出した波形データに基づいた駆動信号Ｓｂを生成して出力する。
【００５８】
ΔＶｄ−θ特性判定部４１は、記憶部４５に設定されているオフセット電圧値５３とΔＶｄ−θ関係テーブル５４とを読み出し、このように読み出したオフセット電圧値５３とΔＶｄ−θ関係テーブル５４に基づき、光走査素子４の検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄと駆動信号生成部４０から出力される駆動信号Ｓｂとを比較する。そして、ΔＶｄ−θ特性判定部４１は、検出電圧Ｖｄと駆動信号Ｓｂとが、読み出したオフセット電圧値５３とΔＶｄ−θ関係テーブル５４とに規定する関係になるように、駆動信号生成部４０から出力する駆動信号Ｓｂの振幅をフィードバック制御する。
【００５９】
微分回路４２は、光走査素子４の検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄを微分することにより微分値ΔＶｄを生成して、この微分値ΔＶｄをオフセット電圧判定部４３やΔＶｄ−θ関係判定部４４へ出力する。
【００６０】
オフセット電圧判定部４３は、上述したように、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲（最小範囲）になる検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定する。そして、オフセット電圧判定部４３は、このように判定したオフセット電圧Ｖｆと記憶部４５に記憶したオフセット電圧値５３とが一致するか否かを判定する。これらが一致しないとき、オフセット電圧判定部４３は、記憶部４５に記憶したオフセット電圧値５３を上記判定したオフセット電圧Ｖｆの値に変更する。
【００６１】
ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、上述したように、所定期間における微分値ΔＶｄの平均値を求めて、検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を判定する。そして、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、このように判定した結果と記憶部４５に記憶したΔＶｄ−θ関係テーブル５４とが一致するか否かを判定する。これらが一致しないとき、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、記憶部４５に記憶したΔＶｄ−θ関係テーブル５４を上記判定結果に基づき変更する。
【００６２】
以上のように構成された制御部２による光走査素子４の具体的な駆動方法の流れについて、図１４を参照して具体的に説明する。
【００６３】
制御部２は、図１４に示すように、光走査素子４の動作を開始すると、検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆと判定して、記憶部４５にオフセット電圧値５３として設定する（ステップＳ１０）。具体的には、駆動信号Ｓｂが光走査素子４に印加されていない状態で、オフセット電圧判定部４３が、微分回路４２から出力される微分値ΔＶｄをオフセット電圧値５３として記憶部４５に記憶する。
【００６４】
次に、駆動信号生成部４０は、記憶部４５に記憶されている第１駆動信号波形データ５１を読み出し、このように読み出した第１駆動信号波形データ５１に基づいた駆動信号Ｓｂを生成して光走査素子４に出力し、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始する（ステップＳ１１）。
【００６５】
次に、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動をしている状態で、駆動信号生成部４０は、検査用光源２０（図８参照）から光束を出射させる（ステップＳ１２）。このとき、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、光検出部２１で検査用光源２０から出射する光束を検出したときの検出電圧Ｖｄを基準位置電圧Ｖｒとし、（Ｖｒ−Ｖｆ）／θ２を求める。このようにすることで、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を検出して、記憶部４５にΔＶｄ−θ関係テーブルとして設定（記憶）する（ステップＳ１３）。
【００６６】
次に、駆動信号生成部４０は、調整タイミングとなったか否かを判定する（ステップＳ１４）。この調整タイミングは、所定間隔で発生するタイミングである。この処理において、調整タイミングとなったと判定すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、駆動信号生成部４０は、記憶部４５から第２駆動信号波形データ５２を読み出して、この第２駆動信号波形データ５２に基づき駆動信号Ｓｂを生成して光走査素子４へ出力する。この駆動信号Ｓｂは、光走査素子４のミラー部１０に縦共振を生じさせる周波数成分の信号である励起用信号を含む駆動信号であり、この駆動信号Ｓｂに基づきミラー部１０を揺動させる（ステップＳ１５）。この励起用信号を含む駆動信号Ｓｂは、例えば、図１５（ａ）に示すように、第１駆動信号波形データ５１に基づく駆動信号Ｓｂよりも立ち下がりを急峻にしてミラー部１０に縦共振を生じさせる周波数成分からなる励起用信号を含ませた信号波形とすることができる。また、図１５（ｂ）に示すように、励起用信号を含む駆動信号Ｓｂは、第１駆動信号波形データ５１に基づく信号波形に励起用信号を重畳させた信号波形とすることができる。
【００６７】
制御部２は、この励起用信号を含む駆動信号Ｓｂを光走査素子４へ印加を開始した後所定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１６）。このように、所定期間が経過するまで待つのは、ミラー部１０の揺動軸回りの揺動を開始した後、横振動の共振モードによる反射面１０ａと平行な方向への揺動が所定範囲内に収束した後に、検出部１８のオフセットなどを検出するためである。このようにすることで、検出部１８のオフセットなどを精度良く検出することができる。なお、横振動の共振モードは、１次の共振モードであり、縦振動の共振モードは、２次の共振モードである。従って、横振動の共振モードは、縦振動の共振モードの共振周波数よりもその共振周波数の方が低く、ミラー部１０の揺動を開始したときに発生しやすい。
【００６８】
ステップＳ１６の処理において、所定期間が経過したと判定したとき（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、オフセット電圧判定部４３は、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲（最小範囲）であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。
【００６９】
ステップＳ１７において、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲であると判定すると（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、オフセット電圧判定部４３は、検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定する。そして、オフセット電圧判定部４３は、このように判定したオフセット電圧Ｖｆと記憶部４５に記憶したオフセット電圧値５３とが一致するか否か、すなわちオフセット電圧Ｖｆに変化があるか否かを判定する（ステップＳ１８）。
【００７０】
ステップＳ１８において、オフセット電圧Ｖｆに変化があると判定すると（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、オフセット電圧判定部４３は、記憶部４５に記憶したオフセット電圧値５３をステップＳ１８において判定したオフセット電圧Ｖｆの値に変更する（ステップＳ１９）。一方、オフセット電圧Ｖｆに変化がないと判定すると（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、所定期間における微分値ΔＶｄの平均値を求める。そして、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、この平均値から検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を求めて、変動があるか否かを判定する（ステップＳ２０）。すなわち、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、微分値ΔＶｄの平均値を求めた検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係が、記憶部４５に記憶したΔＶｄ−θ関係テーブル５４とは異なる関係になっているか否かを判定する。
【００７１】
ステップＳ２０において、微分値ΔＶｄの平均値に変動があると判定すると（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、微分値ΔＶｄの平均値から求めた検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係に基づき、記憶部４５に記憶したΔＶｄ−θ関係テーブル５４を変更する（ステップＳ２１）。
【００７２】
ステップＳ１９，Ｓ２１の処理が終了したとき、調整タイミングとなっていないとき（ステップＳ１４：Ｎｏ）、所定期間が経過していないとき（ステップＳ１６：Ｎｏ）、微分値ΔＶｄが所定範囲外のとき（ステップＳ１７：Ｎｏ）、微分値ΔＶｄの平均値に変動がないと判定したとき（ステップＳ２０：Ｎｏ）、制御部２は、処理終了の要求がなされたか否かを判定する（ステップＳ２２）。このとき、処理終了の要求がないときには（ステップＳ２２：Ｎｏ）、制御部２は、処理をステップＳ１６に戻す。一方、処理終了の要求があると判定したとき（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、制御部２は、処理を終了する。
【００７３】
以上のように、制御部２は、所定の調整タイミングで、捻れ変位に加え、共振による縦変位を加えるようにしており、これにより、検出電圧Ｖｄの微分値ΔＶｄに基づき、オフセット電圧ＶｆやΔＶｄ−θ関係テーブル５４を変更可能としている。このようにすることで、光走査素子４を動作させているとでも、オフセット電圧ＶｆやΔＶｄ−θ関係テーブル５４の校正が可能となる。
【００７４】
［２．画像表示装置］
次に、上述した光走査素子を備えた画像表示装置について説明する。
【００７５】
図１６に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１００は、制御部１１０、光源部１２０、走査部１４０、第２リレー光学系１８０、ハーフミラー１８５などを有している。
【００７６】
制御部１１０は、駆動信号供給部１１１、主走査駆動信号生成部１１２、副走査駆動信号生成部１１３、主制御部１１４を有している。駆動信号供給部１１１は、外部から入力された画像信号Ｓ（例えば、ＮＴＳＣコンポジット信号、コンポーネント信号）に基づいて、画像を形成するための要素となる三原色各色のＲＧＢ画素信号１１５ｒ，１１５ｇ，１１５ｂを画素単位で生成する。主走査駆動信号生成部１１２は、主走査部１６０の後述する光走査素子１６１が共振状態で所定走査範囲となるように、主走査部１６０で使用される主走査駆動信号１１６を生成して出力する。また、副走査駆動信号生成部１１３は、主走査駆動信号１１６の周波数に基づいて、副走査部１７０で使用される鋸波形状の副走査駆動信号１１７を生成して出力する。
【００７７】
光源部１２０には、Ｒレーザドライバ１２１，Ｇレーザドライバ１２２，Ｂレーザドライバ１２３が設けられる。各レーザドライバ１２１，１２２，１２３は、それぞれ駆動信号供給部１１１から出力されるＲ，Ｇ，Ｂ駆動信号１１５ｒ，１１５ｇ，１１５ｂをもとに、各レーザ１２４，１２５，１２６へそれぞれ駆動電流を供給する。各レーザ１２４，１２５，１２６は、各レーザドライバ１２１，１２２，１２３から供給される駆動電流に応じて強度変調されたレーザ光を出射する。各レーザ１２４，１２５，１２６から出射したＲ（赤色）レーザ光Ｌｒ，Ｇ（緑色）レーザ光Ｌｇ、Ｂ（青色）レーザ光Ｌｂは、コリメート光学系１２７，１２８，１２９によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー１３０，１３１，１３２に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー１３０，１３１，１３２により、３原色の各レーザ光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂが波長選択的に反射・透過して結合光学系１３３に達し、合波されて光ファイバケーブル１３５へ出射される。このように光ファイバケーブル１３５へ出射されるレーザ光は、強度変調された各色のレーザ光が合波されたものである。
【００７８】
走査部１４０は、コリメート光学系１５１、主走査部１６０、第１リレー光学系１６５、副走査部１７０、検査用光源１８２、光検出部１８３などを有している。
【００７９】
コリメート光学系１５１は、光源部１２０で生成され、光ファイバケーブル１３５を介して出射されるレーザ光を平行光化する。
【００８０】
主走査部１６０及び副走査部１７０は、光ファイバケーブル１３５から入射されたレーザ光を画像として利用者の眼１９０の網膜１９０ｂに投影可能な状態にするために、主走査方向と副走査方向に走査する光学系である。主走査部１６０は、コリメート光学系１５１で平行光化されて入射するレーザ光を主走査方向に相対的に高速に往復走査する光走査素子１６１を有する。また、副走査部１７０は、主走査部１６０で主走査方向に走査され、第１リレー光学系１６５を介して入射するレーザ光を副走査方向に相対的に低速に走査する光走査素子１７１を有する。この副走査方向は主走査方向に略直交する方向である。例えば、主走査方向を水平方向、副走査方向を垂直方向とすることができる。なお、検査用光源１８２及び光検出部１８３は、主走査部１６０の走査位置を検出するために設けられており、主走査部１６０の走査位置が所定位置となったときに、検査用光源１８２から出射する光束が入射する位置に光検出部１８３を設けている。
【００８１】
主走査部１６０と副走査部１７０との間でレーザ光を中継する第１リレー光学系１６５は、光走査素子１６１によって主走査方向に走査されたレーザ光を光走査素子１７１のミラー部に収束させる。そして、このレーザ光が光走査素子１７１によって副走査方向に走査される。光走査素子１７１によって走査されたレーザ光は、正の屈折力を持つ２つのレンズ１８０ａ，１８０ｂが直列配置された第２リレー光学系１８０を介して、眼１９０の前方に位置させたハーフミラー１８５で反射されて利用者の瞳孔１９０ａに入射する。これにより、網膜１９０ｂ上に画像信号Ｓに応じた画像が投影され、利用者は瞳孔１９０ａに入射するレーザ光を画像として認識する。また、ハーフミラー１８５は外光Ｌ２を透過して利用者の瞳孔１９０ａに入射させるようにしており、これにより利用者は外光Ｌ２に基づく外景にレーザ光Ｌ１に基づく画像を重ねた画像を視認することができる。このように画像表示装置１００は、画像信号Ｓに応じた画像と外景とを重ねて利用者の眼１９０の網膜に結像させる、シースルー型網膜走査型画像表示装置である。
【００８２】
以上のように構成された画像表示装置１００において、光走査素子１７１は、光走査素子４と同様の構成であり、副走査駆動信号生成部１１３は、上述した光走査装置１の制御部２と同様に、光走査素子１７１を駆動するようにしている。そのため、光走査素子１７１のミラー部の揺動中においても、検出電圧Ｖｄのオフセットや検出電圧とミラー部の傾き角θとの関係を把握することができる。そのため、光走査素子１７１のミラー部の傾き方向や傾きの大きさを二対のピエゾ抵抗素子に基づいて精度良く検出でき、光走査素子１７１のミラー部を精度良く制御可能となる。
【００８３】
なお、ここでは、光束の一例として、効率面で有利であるレーザ光を用いているが、光束はレーザ光に限られるものではない。
【００８４】
本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態によれば、以下の効果が期待できる。
【００８５】
（１）入射する光束を反射面１０ａが形成されたミラー部１０により所定方向に走査する光走査素子４と、駆動信号Ｓｂにより光走査素子４のミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させる制御部２と、を備えた光走査装置１において、光走査素子４は、揺動軸Ｌｙに沿ってミラー部１０の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位によりミラー部１０に揺動軸Ｌｙ回りの揺動を可能とする一対の梁部１１ａ，１１ｂと、一対の梁部１１ａ，１１ｂのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部１３ａ，１３ｂに固定された一対の支持部１２ａ，１２ｂと、一対の支持部１２ａ，１２ｂのうち少なくとも一方の支持部１２ａ，１２ｂ上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置され、電圧Ｖｃとグランド間（所定電位間）に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）を有する検出部１８と、を有し、制御部２は、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の出力ノードＮ１，Ｎ２（接続点）の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−に基づき、ミラー部１０の揺動状態を検出し、駆動信号Ｓｂを生成する処理と、光走査素子４のミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始した後、出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧変動率に基づき、光走査素子４が共振により反射面１０ａと直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧変動率が所定範囲内になったときの出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧に基づき、出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−のオフセット電圧Ｖｆを判定する処理と、を実行するので、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる。
【００８６】
（２）検出部１８は、揺動軸Ｌｙに対して対称配置される一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）を、一対の支持部１２ａ，１２ｂのそれぞれに設け、これら二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の出力ノードＮ１，Ｎ２（接続点）の電圧変動率に基づき、オフセット電圧Ｖｆを判定するので、二対のピエゾ抵抗素子に基づいてオフセット電圧を精度良く検出でき、光走査素子のミラー部を精度良く制御することができる。
【００８７】
（３）光走査素子４は、反射面１０ａと平行な方向へ揺動する横振動の共振モード（第１共振モード）と反射面１０ａと直交する方向へ揺動する縦振動の共振モード（第２共振モード）を有しており、制御部２は、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始した後、横振動の共振モードによる反射面１０ａと平行な方向への揺動が所定範囲内に収束した後に、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の出力ノードＮ１，Ｎ２（接続点）の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−のオフセット電圧Ｖｆの判定処理を実行するので、オフセット電圧を精度良く検出でき、光走査素子のミラー部を精度良く制御することができる。
【００８８】
（４）制御部２は、反射面１０ａと直交する方向への揺動を励起する励起用信号を含む駆動信号Ｓｂにより光走査素子４のミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させて、反射面１０ａと直交する方向への揺動を生じさせるので、ミラー部に縦振動が生じていない場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる。
【００８９】
（５）画像信号Ｓに応じた強度の光束を主走査方向（第１方向）に相対的に高速に走査する光走査素子１６１（第１の光走査素子）と副走査方向（第１方向に略直交する方向）に相対的に低速に走査する光走査素子１７１（第２の光走査素子）とにより２次元走査する走査部１４０と、これらの光走査素子１６１，１７１を制御する制御部１１０と、を備えた画像表示装置１００において、光走査素子１７１（第２の光走査素子）は、揺動軸Ｌｙに沿ってミラー部１０の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位によりミラー部１０に揺動軸回りの揺動を可能とする一対の梁部１１ａ，１１ｂと、一対の梁部１１ａ，１１ｂのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部１２ａ，１２ｂと、一対の支持部１２ａ，１２ｂのうち少なくとも一方の支持部上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置され、電圧Ｖｃとグランド間（所定電位間）に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）を有する検出部１８と、を有し、制御部１１０は、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の出力ノードＮ１，Ｎ２（接続点）の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−に基づき、ミラー部１０の揺動状態を検出し、駆動信号Ｓｂを生成する処理と、光走査素子４のミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始した後、出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧変動率に基づき、光走査素子４が共振により反射面１０ａと直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧変動率が所定範囲内になったときの出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧に基づき、出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−のオフセット電圧Ｖｆを判定する処理と、を実行するので、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる。
【００９０】
（６）光走査素子１６１，１７１で走査された光束を利用者の眼１９０に入射させて、利用者の網膜１９０ｂ上に画像信号Ｓに応じた画像を投影するので、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる網膜走査型の画像表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 光走査装置
２，１１０ 制御部
４, １６１，１７１ 光走査素子
１０ ミラー部
１０ａ 反射面
１１ａ，１１ｂ 一対の梁部
１２ａ，１２ｂ 一対の支持部
１３ａ，１３ｂ 固定部
１００ 画像表示装置
Ｓｂ 駆動信号
Ｒ１〜Ｒ４ ピエゾ抵抗素子
Ｎ１，Ｎ２ 出力ノード（接続点）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子を備えた光走査装置及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子と、駆動信号により光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させる制御部と、を備えた光走査装置や画像表示装置が知られている。
【０００３】
光走査装置や画像表示装置に用いられる光走査素子として、図１７に示すように、反射面２０１ａが形成されたミラー部２０１と、一対の梁部２０２ａ，２０２ｂと、一対の支持部２０３ａ，２０３ｂと、固定部２０４とを有して、ミラー部２０１を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この光走査素子２００において、一対の梁部２０２ａ，２０２ｂは、揺動軸Ｌｙに沿ってミラー部２０１の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位によりミラー部２０１を揺動軸Ｌｙ回りに揺動可能とする。また、一対の支持部２０３ａ，２０３ｂは、一対の梁部２０２ａ，２０２ｂのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部２０４ａ，２０４ｂに固定されている。なお、固定部２０４ａ，２０４ｂは基台２０５に固着されている。
【０００５】
光走査素子２００におけるミラー部２０１を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させる方法として、例えば、電磁駆動方式や静電駆動方式などがある。電磁駆動式の揺動方法では、例えば、ミラー部２０１の裏面にコイルを配置すると共に、ミラー部２０１の揺動軸Ｌｙに平行な２辺に近接して永久磁石を設け、コイルに駆動信号（駆動電流）を流してローレンツ力を発生させる。これにより、ミラー部２０１に揺動軸Ｌｙを中心とした回転トルクが生じ、ミラー部２０１が揺動軸Ｌｙを中心として揺動する。
【０００６】
このような光走査素子２００では、周囲温度、経年変化、個体差などにより、ミラー部２０１を揺動させるための駆動信号と、実際のミラー部２０１の揺動角との間に一定の関係が保たれない。しかし、ミラー部２０１によって光束を所望の方向に走査するためには、光走査素子２００を駆動する制御部において、ミラー部２０１を揺動させるための駆動信号と実際のミラー部２０１の揺動角との関係を知っておく必要がある。
【０００７】
そのため、従来の光走査装置や画像表示装置では、ミラー部の揺動軸Ｌｙ回りの揺動角を検出する検出手段を設けている。例えば、特許文献２では、ミラー部の揺動軸Ｌｙ回りの揺動角を検出するために、揺動角検出用の光源と検出手段とを別途設けている。そして、ミラー部が揺動状態のときに、ミラー部の反射面に揺動角検出用の光源から所定の光束を入射してミラー部の反射面で走査させ、所定の位置に配置された光検出手段による光束の検出結果に基づいてミラー部の揺動状態を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−８３６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の光走査素子では、所定の位置に配置された光検出手段による光束の検出タイミングの間隔などからミラー部の揺動状態を演算して検出するため、その演算プログラムの設計コストがかかり、また、演算処理による負荷も大きい。
【００１０】
そこで、光走査素子の支持部上にそれぞれピエゾ抵抗素子を配置して、このピエゾ抵抗素子の抵抗変動に基づいて、ミラー部の揺動状態の検出を行うことが考えられる。
【００１１】
しかしながら、ミラー部の揺動を開始した後に、ピエゾ抵抗素子の周囲温度変化や経時変化が発生した場合、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変動し、ミラー部の揺動状態の検出を精度良く行うことができなくなる。
【００１２】
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる光走査装置及び画像表示装置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、請求項１に係る発明は、入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子と、駆動信号により前記光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させる制御部と、を備えた光走査装置において、前記光走査素子は、前記揺動軸に沿って前記ミラー部の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位により前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動可能とする一対の梁部と、前記一対の梁部のそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部と、前記一対の支持部のうち少なくとも一方の支持部上に前記揺動軸に対して対称配置され、所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子を有する検出部と、を有し、前記制御部は、前記一対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧に基づき、前記ミラー部の揺動状態を検出し、前記駆動信号を生成する処理と、前記光走査素子のミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記接続点の電圧変動率に基づき、前記光走査素子が共振により前記反射面と直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において前記接続点の電圧変動率が所定範囲内になったときの前記接続点の電圧に基づき、前記接続点の電圧のオフセット値を判定する処理と、を実行することとした。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記検出部は、前記揺動軸に対して対称配置される一対のピエゾ抵抗素子を、前記一対の支持部のそれぞれに設け、これら二対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧変動率に基づき、前記オフセット値を判定することとした。
【００１５】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記光走査素子は、前記反射面と平行な方向へ揺動する第１共振モードと前記反射面と直交する方向へ揺動する第２共振モードを有しており、前記制御部は、前記ミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記第１共振モードによる前記反射面と平行な方向への揺動が所定範囲内に収束した後に、前記一対のピエゾ抵抗素子接続点の電圧のオフセット値の判定処理を実行することとした。
【００１６】
また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記制御部は、前記反射面と直交する方向への揺動を励起する励起用信号を含む駆動信号により前記光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させて、前記反射面と直交する方向への揺動を生じさせることとした。
【００１７】
また、請求項５に係る発明は、画像信号に応じた強度の光束を第１方向に相対的に高速に走査する第１の光走査素子と前記第１方向に略直交する第２方向に相対的に低速に走査する第２の光走査素子とにより２次元走査する走査部と、前記第１及び第２の光走査素子を制御する制御部と、を備えた画像表示装置において、前記第２の光走査素子は、前記揺動軸に沿って前記ミラー部の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位により前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動可能とする一対の梁部と、前記一対の梁部のそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部と、前記一対の支持部のうち少なくとも一方の支持部上に前記揺動軸に対して対称配置され、所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子を有する検出部と、を有し、前記制御部は、前記一対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧に基づき、前記ミラー部の揺動状態を検出し、前記駆動信号を生成する処理と、前記光走査素子のミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記接続点の電圧変動率に基づき、前記光走査素子が共振により前記反射面と直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において前記接続点の電圧変動率が所定範囲内になったときの前記接続点の電圧に基づき、前記接続点の電圧のオフセット値を判定する処理と、を実行することとした。
【００１８】
また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の画像表示装置において、前記第１の光走査素子及び前記第２の光走査素子で走査された光束を利用者の眼に入射させて、前記利用者の網膜上に画像信号に応じた画像を投影することとした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ピエゾ抵抗素子によりミラー部の揺動状態の検出を行う光走査装置及び画像表示装置において、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す光走査素子を駆動する駆動信号の波形を示す図である。
【図３】図１に示す光走査素子をミラー部の角度変化を示す図である。
【図４】図１に示す光走査素子の具体的構成を示す図である。
【図５】ピエゾ抵抗素子により構成される検出部の等価回路である。
【図６】捻れ変位によるピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を示す図である。
【図７】ピエゾ抵抗素子により構成される検出部から出力される検出電圧のオフセットの説明図である。
【図８】検査用光源と光検出部によるミラー部の傾き検出の説明図である。
【図９】縦振動の変位によるピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を示す図である。
【図１０】捻れ及び縦振動の変位によるピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を示す図である。
【図１１】図１０に示す状態での検出部から出力される検出電圧のオフセットの説明図である。
【図１２】検出部から出力される検出電圧のオフセットの検出方法の説明図である。
【図１３】制御部の具体的構成を示す図である。
【図１４】制御部による光走査素子の具体的な駆動方法の流れを示す図である。
【図１５】励起用信号を重畳した駆動信号の波形の例を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図１７】従来の光走査素子の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［１．光走査装置］
以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、まず、光走査装置について説明し、その後、画像表示装置について説明する。
【００２２】
［１．１．光走査装置の概要］
まず、本実施形態に係る光走査装置について説明する。図１は光走査装置の構成を示す図、図２は駆動信号の波形を示す図、図３はミラー部の角度変化を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、光走査装置１は、当該光走査装置１全体を制御する制御部２と、この制御部２から出力される駆動信号Ｓａに応じた強度の光束を出射する光源部３と、この光源部３から出射された光束を走査する光走査素子４とを備えている。
【００２４】
制御部２は、光走査素子４のミラー部１０を非共振モードで強制的に駆動する駆動電流であって、その電流振幅が鋸波状波形の駆動信号Ｓｂを生成するものであり、生成した駆動信号Ｓｂを光走査素子４に印加する。鋸波状の駆動信号Ｓｂは、図２に示すように、最小レベルから最大レベルまで移行する期間に比べ、最大レベルから最小レベルへ移行する期間が十分に短い信号である。この駆動信号Ｓｂにより、光走査素子４のミラー部１０は、図３に示すように、駆動信号Ｓｂの信号波形に基づいて後述する揺動軸Ｌｙ回りに鋸波状に揺動する。
【００２５】
［１．２．光走査素子の具体的構成］
次に、光走査素子４の具体的構成について説明する。図４は光走査素子４の具体的構成を示す図である。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、光走査素子４は、反射面１０ａが形成されたミラー部１０と、一対の梁部１１ａ、１１ｂと、一対の支持部１２ａ，１２ｂと、固定部１３ａ，１３ｂと、基台１４とを有しており、ミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させて、光束を走査する。
【００２７】
一対の梁部１１ａ、１１ｂは、揺動軸Ｌｙに沿ってミラー部１０の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位によりミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動可能としている。また、一対の支持部１２ａ，１２ｂは、一対の梁部１１ａ，１１ｂのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が基台１４に固着された固定部１３ａ，１３ｂに固定されている。つまり、ミラー部１０は一対の梁部１１ａ、１１ｂと一対の支持部１２ａ，１２ｂとによりに揺動可能に支持されている。
【００２８】
ミラー部１０の揺動軸Ｌｙに平行な２辺に近接して永久磁石１５ａ，１５ｂが配置されている。永久磁石１５ａ，１５ｂが形成する磁界の向きは、静止状態のミラー部１０の反射面１０ａに平行で、揺動軸Ｌｙに直交する方向である。また、図４（ｂ）に示すように、ミラー部１０の反射面１０ａと反対側の裏面にはコイル１６が形成されている。コイル１６の電極は２つの梁部１１ａ，１１ｂを介して制御部２に接続する。この構成により、コイル１６に駆動電流を流すとコイル１６にローレンツ力が働く。図面視で揺動軸Ｌｙから下半分のコイル１６には例えば紙面の表面側にローレンツ力が働き、図面視で揺動軸Ｌｙから上半分のコイル１６には紙面の裏面側にローレンツ力が働く。これにより、ミラー部１０には揺動軸Ｌｙを中心として回転トルクが生ずる。従って、制御部２から出力する駆動信号Ｓｂの電流の大きさを制御することにより、ミラー部１０の傾き角を制御することができる。
【００２９】
この光走査素子４には、さらに、ミラー部１０の揺動角を検出する検出部１８として、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が設けられる。一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３は、支持部１２ａ上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置される。ピエゾ抵抗素子Ｒ１は固定部１３ａ側の支持部１２ａ上に配置されており、ピエゾ抵抗素子Ｒ３は固定部１３ｂ側の支持部１２ａ上に配置されている。同様に、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４は、支持部１２ｂ上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置される。ピエゾ抵抗素子Ｒ２は固定部１３ａ側の支持部１２ｂ上に配置されており、ピエゾ抵抗素子Ｒ４は固定部１３ｂ側の支持部１２ｂ上に配置されている。
【００３０】
そして、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３は、梁部１１ａに発生する捻れ変位に応じてその抵抗値が変化し、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４は、梁部１１ｂに発生する捻れ変位に応じてその抵抗値が変化する。
【００３１】
図４（ｃ）に示すように、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３は、電源電位Ｖｃと接地電位ＧＮＤ間に直列に配置される。また、同様に、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４は、電源電位Ｖｃと接地電位ＧＮＤに直列に配置される。すなわち、ピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ４の一端が電源電位Ｖｃの電源に接続され、他端がピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ３の一端に接続される。ピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ３の他端は、接地電位ＧＮＤのグランドに接続される。
【００３２】
図５は、図４（ｃ）に示すピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４により構成される検出部１８の等価回路である。この検出部１８は、同図に示すように、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３の接続点を第１出力ノードＮ１とし、他の一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４の接続点を第２出力ノードＮ２としている。そして、制御部２は、第１出力ノードＮ１の電圧ＶＰＲ＋と第２出力ノードＮ２の電圧ＶＰＲ−とを入力しており、第２出力ノードＮ２の電圧を基準とした第１出力ノードＮ１の電圧を検出電圧Ｖｄ（＝[ＶＰＲ＋]−[ＶＰＲ−]）としている。なお、ミラー部１０に駆動信号が印加されていないとき、すなわち駆動信号の電流値が０[Ａ]のとき、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は変化がなく、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の初期抵抗値が同一の場合には、検出電圧Ｖｄは０Ｖとなる。
【００３３】
ここで、各ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、引張応力によりその抵抗値が下降する特性を有するものとすると、ミラー部１０の変位により以下のように抵抗値が変化する。なお、ここでは、各ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、同一材料及び同一形状であり、特性は同一であるものとする。
【００３４】
例えば、図６に示すように、ミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに傾いたとき、ピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ２は圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、ピエゾ抵抗素子Ｒ３,Ｒ４はその引張応力によりその抵抗値が下降する。そのため、第１出力ノードの電圧ＶＰＲ＋は下降し、第２出力ノードの電圧ＶＰＲ−は上昇して、検出電圧Ｖｄは正極性となる。そして、揺動軸Ｌｙ回りのミラー部１０の角度が大きくなるほど、検出電圧Ｖｄが大きくなる。一方、図６に示す方向とは逆方向にミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに傾いたとき、検出電圧Ｖｄは負極性となり、揺動軸Ｌｙ回りのミラー部１０の角度が大きくなるほど、検出電圧Ｖｄが大きくなる。
【００３５】
このように、検出電圧Ｖｄの極性により、図４に示す平衡状態からのミラー部１０の傾き方向がわかり、検出電圧Ｖｄの大きさによりミラー部１０の傾き角がわかる。この原理を利用して、制御部２は、揺動軸Ｌｙ回りのミラー部１０の実際の傾き角を検出電圧Ｖｄにより検出している。
【００３６】
しかし、検出電圧Ｖｄの極性によりミラー部１０の傾き方向がわかるのは、各ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が、同一材料及び同一形状であり、特性が同一であることが前提であるが、実際には個体差などがある。そのため、ミラー部１０の傾きがないときでも、検出電圧Ｖｄにおいてオフセット電圧Ｖｆが存在し（図７参照）、検出電圧Ｖｄによりミラー部１０の傾きを検出するためには、予めこのオフセット電圧Ｖｆを知っておく必要がある。そこで、制御部２は、駆動信号Ｓｂを光走査素子４に印加しないとき、すなわち駆動信号Ｓｂの電流値を０[Ａ]としたときの検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆと判定し、検出電圧Ｖｄがオフセット電圧Ｖｆよりも高いか低いかでミラー部１０の傾き方向を検出している。
【００３７】
また、ミラー部１０の傾きの大きさは、例えば、図８に示すように、ミラー部１０が所定の傾き＋θ２となったときに、検査用光源２０から出射する光束が入射する位置に光検出部２１を設けることにより、検出することが可能となる。すなわち、光検出部２１で検査用光源２０から出射する光束を検出したときの検出電圧Ｖｄを電圧Ｖｒとすると、（Ｖｒ−Ｖｆ）／θ２を求めることにより、検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を把握し、検出電圧Ｖｄに対するミラー部１０の傾きの大きさを検出する。
【００３８】
このように、制御部２は、検出電圧Ｖｄに基づいて、図４に示す平衡状態からのミラー部１０の傾き方向やミラー部１０の傾き角を検出して、駆動信号Ｓｂによりミラー部１０を精度良く制御するようしている。
【００３９】
ところで、光走査素子４は、駆動信号Ｓｂによりミラー部１０を揺動しているときに、上述して求めたオフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係がずれることがある。例えば、ミラー部１０の揺動を継続することにより、梁部１１ａ，１１ｂや支持部１２ａ，１２ｂなどに応力が加わって温度上昇し、オフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係がずれることがある。また、経年変化により、オフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係がずれることがある。このような場合には、駆動信号Ｓｂによりミラー部１０を精度良く制御することができない場合がある。そこで、制御部２は、駆動信号Ｓｂによる捻れ変位に加え、共振による縦変位を加えることで、駆動信号Ｓｂを光走査素子４に印加しているときに、オフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係を検出するようにしている。
【００４０】
以下、駆動信号Ｓｂを光走査素子４に印加しているときに、オフセット電圧Ｖｆや検出電圧Ｖｄと傾き角θとの関係を検出する点について、具体的に説明する。
【００４１】
光走査素子４は、反射面１０ａと平行な方向へ揺動する横振動の共振モードに加え、図９（ａ）に示すように、反射面１０ａと直交する方向へ揺動する縦振動の共振モードを有している。この縦振動の共振モードでは、例えば、図９（ｂ）に示すように、ミラー部１０が変位したとき、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４のすべてに圧縮応力が発生してその抵抗値が一様に上昇する。そのため、検出電圧Ｖｄは変化しない。また、図９（ｂ）に示す方向とは逆方向にミラー部１０が変位した場合には、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４のすべてに引張応力が発生してその抵抗値が一様に下降する。そのため、検出電圧Ｖｄは変化しない。
【００４２】
一方、図１０に示すように、ミラー部１０に捻れ変位が生じて、ミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに傾いている状態（図６参照）で、上述のように反射面１０ａと垂直な方向へ共振（図９参照）が発生したとする。このとき、捻れ変位によるピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ２への圧縮応力が図６に示す状態よりも大きくなり、その抵抗値がさらに上昇する。他方、捻れ変位によるピエゾ抵抗素子Ｒ３,Ｒ４への引張応力は図６に示す状態よりも小さくなり、その抵抗値は下降する。このときの抵抗値の初期値、すなわち梁部１１ａ，１１ｂが平衡状態からの変化率は、ピエゾ抵抗素子Ｒ３,Ｒ４よりもピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ２の方が大きい。その結果、図６に示す状態に比べ、検出電圧Ｖｄがより下降する。そして、この下降度合いは、ミラー部１０に生じる捻れ変位が大きいほど、大きくなる。一方、共振により図９に示す方向とは逆方向に変位する力が働くと、図６に示す状態に比べ、検出電圧Ｖｄはより上昇する。そして、この上昇度合いは、ミラー部１０に生じる捻れ変位が大きいほど、大きくなる。
【００４３】
このように、捻れ変位に加え、縦変位がミラー部１０に加わると、縦変位の状態に応じて、捻れ変位によるピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４へ加わるトータルの圧縮応力や引張応力が変動する。すなわち、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動している状態で、共振による縦振動が発生したとき、検出電圧Ｖｄは図１１（ａ）に示すようになる。この検出電圧Ｖｄを微分すると、図１１（ｂ）に示す特性となる。なお、ここでは、縦振動の共振モードの共振周波数が駆動信号Ｓｂの周波数に比べて十分に高いものとしている。
【００４４】
制御部２は、このような光走査素子４の特性を利用しており、検出電圧Ｖｄの変動率に基づいて、縦振動の共振モードを検出することができる。検出電圧Ｖｄの変動率として、制御部２は、検出電圧Ｖｄを微分した値（以下、微分値ΔＶｄという）の変動を検出するようにしている。すなわち、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動している状態で、共振による縦振動が発生したときには、ミラー部１０の傾き角度に応じて微分値ΔＶｄの大きさが異なることとなり、制御部２は、この微分値ΔＶｄの変動により、励起された縦振動の共振モードを検出している。
【００４５】
さらに、光走査素子４のミラー部１０を駆動信号Ｓｂにより鋸波状に駆動しており、かつミラー部１０に縦変位が加わっている状態において、ミラー部１０に傾きが小さくなってミラー部１０の傾き角が０付近になると、図１１（ｂ）に示すように、検出電圧Ｖｄに対する縦変位による影響が最も小さくなる。すなわち、このとき、捻れ変位の影響がわずかであるため、微分値ΔＶｄは、単に縦変位のみが加わっているときの状態に近似する。従って、このときの微分値ΔＶｄの変動が最も小さくなる範囲の微分値ΔＶｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定することで、ミラー部１０を駆動中に、オフセット電圧Ｖｆが変動した場合であっても、ミラー部１０の傾き方向を精度良く検出することができる。なお、ミラー部１０の傾き角が０になると、検出電圧Ｖｄに対する縦変位による影響がなくなるが、縦変位が連続して加わっているため、ミラー部１０の傾き角が０のときの微分値ΔＶｄを判定することは難しい。しかし、所定期間に微分値ΔＶｄの変動が最も小さくなる範囲は容易に検出することができるため、微分値ΔＶｄの変動が最も小さくなる範囲を検出し、このときの検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定することができる。
【００４６】
制御部２は、このような特性を利用して、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動しているときに縦変位を加え、微分値ΔＶｄの変動が最も小さくなる範囲の微分値ΔＶｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定するようにしている。
【００４７】
例えば、図１２（ａ）,（ｂ）に示すように、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲ΔＶｄｓ内になったときに、このときの検出電圧Ｖｄの平均値をオフセット電圧Ｖｆとして判定することができる。このとき、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲ΔＶｄｓ内になるときの検出電圧Ｖｄの最大値Ｖｄ１と最小値Ｖｄ２とから以下の式を用いてオフセット電圧Ｖｆを判定するようにしてもよい。
Ｖｆ＝（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２
【００４８】
また、図１２（ａ）,（ｃ）に示すように、上側包絡線Ｄ１の変曲点ｋ１となるときの検出電圧Ｖｄや下側包絡線Ｄ２の変曲点ｋ２となるときの検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとすることができる。
【００４９】
このように制御部２は、所定期間の微分値ΔＶｄの変動が所定範囲（最小範囲）になる検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定することで、ミラー部１０を駆動中に、オフセット電圧Ｖｆが変動した場合であっても、ミラー部１０の傾き方向を精度良く検出することができるようにしている。
【００５０】
また、制御部２は、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動しているときに縦変位を加えてきる状態で、所定期間（例えば、図１２（ｂ）に示すタイミングｔ１〜ｔ２の期間）の微分値ΔＶｄの平均値を検出する。制御部２は、この微分値ΔＶｄの平均値から検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を判定する。このようにすることで、オフセット電圧Ｖｆを求めるときに、同時に、検出電圧Ｖｄに対するミラー部１０の傾きの大きさを判定することができる。このような判定ができるのは、前記所定期間の微分値ΔＶｄの平均値を演算することで、微分値ΔＶｄから共振モードの周波数成分を除去することができ、かつ、微分値ΔＶｄが検出信号Ｖｄの変化度合いを示すためである。
【００５１】
なお、制御部２は、駆動信号Ｓｂで光走査素子４のミラー部１０を鋸波状に駆動しているときに縦変位を加えることなく、微分値ΔＶｄを検出して、この微分値ΔＶｄから検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を判定することができる。すなわち、縦変位を加えないときには、微分値ΔＶｄには図１１に示すような共振周波数成分が重畳しておらず、所定期間において、微分値ΔＶｄは一定の大きさとなる。そのため、微分値ΔＶｄは、検出電圧Ｖｄに対するミラー部１０の傾きの大きさを示すことになり、制御部２は、微分値ΔＶｄを検出して、この微分値ΔＶｄから検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を判定することができる。
【００５２】
以上のように、本実施形態に係る光走査装置１では、光走査素子４のミラー部１０を揺動中においても、検出電圧Ｖｄのオフセットや検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を把握することができる。そのため、光走査素子４のミラー部１０の傾き方向や傾きの大きさを二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４に基づいて精度良く検出でき、光走査素子４のミラー部１０を精度良く制御することができる。
【００５３】
なお、上述では、二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を用いることとしたが、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（又は、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ２,Ｒ４）を用いて、検出電圧Ｖｄのオフセットや検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を把握するようにしてもよい。この場合、検出電圧Ｖｄの基準を電圧Ｖｃ／２とし、この電圧Ｖｃ／２からの検出電圧Ｖｄのオフセットを求めることになる。なお、二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を用いることにより、検出電圧Ｖｄのレンジを大きくすることができるが、一対のピエゾ抵抗素子のみでは検出電圧Ｖｄのレンジは小さいため、検出電圧Ｖｄを電圧増幅する増幅器をピエゾ抵抗素子間の出力ノードＮ１（Ｎ２）と制御部２との間に設けるようにしてもよい。
【００５４】
また、上述では、各ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、圧縮応力によりその抵抗値が上昇し、引張応力によりその抵抗値が下降するものとして説明したが、圧縮応力によりその抵抗値が下降し、引張応力によりその抵抗値が上昇するものであっても同様である。
【００５５】
［１．３．制御部２の具体的な構成及び処理］
次に、制御部２の具体的な構成及び処理について図面を参照して具体的に説明する。なお、ここでは、光走査素子４のミラー部の揺動処理について主に説明し、光束の出射制御などについては説明を省略する。
【００５６】
図１３に示すように、制御部２は、駆動信号生成部４０、ΔＶｄ−θ特性判定部４１、微分回路４２、オフセット電圧判定部４３、ΔＶｄ−θ関係判定部４４、記憶部４５などから構成される。
【００５７】
駆動信号生成部４０は、記憶部４５に記憶されている第１駆動信号波形データ５１及び第２駆動信号波形データ５２のうちいずれかを読み出し、読み出した波形データに基づいた駆動信号Ｓｂを生成して出力する。
【００５８】
ΔＶｄ−θ特性判定部４１は、記憶部４５に設定されているオフセット電圧値５３とΔＶｄ−θ関係テーブル５４とを読み出し、このように読み出したオフセット電圧値５３とΔＶｄ−θ関係テーブル５４に基づき、光走査素子４の検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄと駆動信号生成部４０から出力される駆動信号Ｓｂとを比較する。そして、ΔＶｄ−θ特性判定部４１は、検出電圧Ｖｄと駆動信号Ｓｂとが、読み出したオフセット電圧値５３とΔＶｄ−θ関係テーブル５４とに規定する関係になるように、駆動信号生成部４０から出力する駆動信号Ｓｂの振幅をフィードバック制御する。
【００５９】
微分回路４２は、光走査素子４の検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄを微分することにより微分値ΔＶｄを生成して、この微分値ΔＶｄをオフセット電圧判定部４３やΔＶｄ−θ関係判定部４４へ出力する。
【００６０】
オフセット電圧判定部４３は、上述したように、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲（最小範囲）になる検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定する。そして、オフセット電圧判定部４３は、このように判定したオフセット電圧Ｖｆと記憶部４５に記憶したオフセット電圧値５３とが一致するか否かを判定する。これらが一致しないとき、オフセット電圧判定部４３は、記憶部４５に記憶したオフセット電圧値５３を上記判定したオフセット電圧Ｖｆの値に変更する。
【００６１】
ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、上述したように、所定期間における微分値ΔＶｄの平均値を求めて、検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を判定する。そして、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、このように判定した結果と記憶部４５に記憶したΔＶｄ−θ関係テーブル５４とが一致するか否かを判定する。これらが一致しないとき、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、記憶部４５に記憶したΔＶｄ−θ関係テーブル５４を上記判定結果に基づき変更する。
【００６２】
以上のように構成された制御部２による光走査素子４の具体的な駆動方法の流れについて、図１４を参照して具体的に説明する。
【００６３】
制御部２は、図１４に示すように、光走査素子４の動作を開始すると、検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆと判定して、記憶部４５にオフセット電圧値５３として設定する（ステップＳ１０）。具体的には、駆動信号Ｓｂが光走査素子４に印加されていない状態で、オフセット電圧判定部４３が、微分回路４２から出力される微分値ΔＶｄをオフセット電圧値５３として記憶部４５に記憶する。
【００６４】
次に、駆動信号生成部４０は、記憶部４５に記憶されている第１駆動信号波形データ５１を読み出し、このように読み出した第１駆動信号波形データ５１に基づいた駆動信号Ｓｂを生成して光走査素子４に出力し、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始する（ステップＳ１１）。
【００６５】
次に、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動をしている状態で、駆動信号生成部４０は、検査用光源２０（図８参照）から光束を出射させる（ステップＳ１２）。このとき、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、光検出部２１で検査用光源２０から出射する光束を検出したときの検出電圧Ｖｄを基準位置電圧Ｖｒとし、（Ｖｒ−Ｖｆ）／θ２を求める。このようにすることで、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を検出して、記憶部４５にΔＶｄ−θ関係テーブルとして設定（記憶）する（ステップＳ１３）。
【００６６】
次に、駆動信号生成部４０は、調整タイミングとなったか否かを判定する（ステップＳ１４）。この調整タイミングは、所定間隔で発生するタイミングである。この処理において、調整タイミングとなったと判定すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、駆動信号生成部４０は、記憶部４５から第２駆動信号波形データ５２を読み出して、この第２駆動信号波形データ５２に基づき駆動信号Ｓｂを生成して光走査素子４へ出力する。この駆動信号Ｓｂは、光走査素子４のミラー部１０に縦共振を生じさせる周波数成分の信号である励起用信号を含む駆動信号であり、この駆動信号Ｓｂに基づきミラー部１０を揺動させる（ステップＳ１５）。この励起用信号を含む駆動信号Ｓｂは、例えば、図１５（ａ）に示すように、第１駆動信号波形データ５１に基づく駆動信号Ｓｂよりも立ち下がりを急峻にしてミラー部１０に縦共振を生じさせる周波数成分からなる励起用信号を含ませた信号波形とすることができる。また、図１５（ｂ）に示すように、励起用信号を含む駆動信号Ｓｂは、第１駆動信号波形データ５１に基づく信号波形に励起用信号を重畳させた信号波形とすることができる。
【００６７】
制御部２は、この励起用信号を含む駆動信号Ｓｂを光走査素子４へ印加を開始した後所定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１６）。このように、所定期間が経過するまで待つのは、ミラー部１０の揺動軸回りの揺動を開始した後、横振動の共振モードによる反射面１０ａと平行な方向への揺動が所定範囲内に収束した後に、検出部１８のオフセットなどを検出するためである。このようにすることで、検出部１８のオフセットなどを精度良く検出することができる。なお、横振動の共振モードは、１次の共振モードであり、縦振動の共振モードは、２次の共振モードである。従って、横振動の共振モードは、縦振動の共振モードの共振周波数よりもその共振周波数の方が低く、ミラー部１０の揺動を開始したときに発生しやすい。
【００６８】
ステップＳ１６の処理において、所定期間が経過したと判定したとき（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、オフセット電圧判定部４３は、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲（最小範囲）であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。
【００６９】
ステップＳ１７において、微分値ΔＶｄの変動が所定範囲であると判定すると（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、オフセット電圧判定部４３は、検出電圧Ｖｄをオフセット電圧Ｖｆとして判定する。そして、オフセット電圧判定部４３は、このように判定したオフセット電圧Ｖｆと記憶部４５に記憶したオフセット電圧値５３とが一致するか否か、すなわちオフセット電圧Ｖｆに変化があるか否かを判定する（ステップＳ１８）。
【００７０】
ステップＳ１８において、オフセット電圧Ｖｆに変化があると判定すると（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、オフセット電圧判定部４３は、記憶部４５に記憶したオフセット電圧値５３をステップＳ１８において判定したオフセット電圧Ｖｆの値に変更する（ステップＳ１９）。一方、オフセット電圧Ｖｆに変化がないと判定すると（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、所定期間における微分値ΔＶｄの平均値を求める。そして、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、この平均値から検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係を求めて、変動があるか否かを判定する（ステップＳ２０）。すなわち、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、微分値ΔＶｄの平均値を求めた検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係が、記憶部４５に記憶したΔＶｄ−θ関係テーブル５４とは異なる関係になっているか否かを判定する。
【００７１】
ステップＳ２０において、微分値ΔＶｄの平均値に変動があると判定すると（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、ΔＶｄ−θ関係判定部４４は、微分値ΔＶｄの平均値から求めた検出電圧Ｖｄとミラー部１０の傾き角θとの関係に基づき、記憶部４５に記憶したΔＶｄ−θ関係テーブル５４を変更する（ステップＳ２１）。
【００７２】
ステップＳ１９，Ｓ２１の処理が終了したとき、調整タイミングとなっていないとき（ステップＳ１４：Ｎｏ）、所定期間が経過していないとき（ステップＳ１６：Ｎｏ）、微分値ΔＶｄが所定範囲外のとき（ステップＳ１７：Ｎｏ）、微分値ΔＶｄの平均値に変動がないと判定したとき（ステップＳ２０：Ｎｏ）、制御部２は、処理終了の要求がなされたか否かを判定する（ステップＳ２２）。このとき、処理終了の要求がないときには（ステップＳ２２：Ｎｏ）、制御部２は、処理をステップＳ１６に戻す。一方、処理終了の要求があると判定したとき（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、制御部２は、処理を終了する。
【００７３】
以上のように、制御部２は、所定の調整タイミングで、捻れ変位に加え、共振による縦変位を加えるようにしており、これにより、検出電圧Ｖｄの微分値ΔＶｄに基づき、オフセット電圧ＶｆやΔＶｄ−θ関係テーブル５４を変更可能としている。このようにすることで、光走査素子４を動作させているとでも、オフセット電圧ＶｆやΔＶｄ−θ関係テーブル５４の校正が可能となる。
【００７４】
［２．画像表示装置］
次に、上述した光走査素子を備えた画像表示装置について説明する。
【００７５】
図１６に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１００は、制御部１１０、光源部１２０、走査部１４０、第２リレー光学系１８０、ハーフミラー１８５などを有している。
【００７６】
制御部１１０は、駆動信号供給部１１１、主走査駆動信号生成部１１２、副走査駆動信号生成部１１３、主制御部１１４を有している。駆動信号供給部１１１は、外部から入力された画像信号Ｓ（例えば、ＮＴＳＣコンポジット信号、コンポーネント信号）に基づいて、画像を形成するための要素となる三原色各色のＲＧＢ画素信号１１５ｒ，１１５ｇ，１１５ｂを画素単位で生成する。主走査駆動信号生成部１１２は、主走査部１６０の後述する光走査素子１６１が共振状態で所定走査範囲となるように、主走査部１６０で使用される主走査駆動信号１１６を生成して出力する。また、副走査駆動信号生成部１１３は、主走査駆動信号１１６の周波数に基づいて、副走査部１７０で使用される鋸波形状の副走査駆動信号１１７を生成して出力する。
【００７７】
光源部１２０には、Ｒレーザドライバ１２１，Ｇレーザドライバ１２２，Ｂレーザドライバ１２３が設けられる。各レーザドライバ１２１，１２２，１２３は、それぞれ駆動信号供給部１１１から出力されるＲ，Ｇ，Ｂ駆動信号１１５ｒ，１１５ｇ，１１５ｂをもとに、各レーザ１２４，１２５，１２６へそれぞれ駆動電流を供給する。各レーザ１２４，１２５，１２６は、各レーザドライバ１２１，１２２，１２３から供給される駆動電流に応じて強度変調されたレーザ光を出射する。各レーザ１２４，１２５，１２６から出射したＲ（赤色）レーザ光Ｌｒ，Ｇ（緑色）レーザ光Ｌｇ、Ｂ（青色）レーザ光Ｌｂは、コリメート光学系１２７，１２８，１２９によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー１３０，１３１，１３２に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー１３０，１３１，１３２により、３原色の各レーザ光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂが波長選択的に反射・透過して結合光学系１３３に達し、合波されて光ファイバケーブル１３５へ出射される。このように光ファイバケーブル１３５へ出射されるレーザ光は、強度変調された各色のレーザ光が合波されたものである。
【００７８】
走査部１４０は、コリメート光学系１５１、主走査部１６０、第１リレー光学系１６５、副走査部１７０、検査用光源１８２、光検出部１８３などを有している。
【００７９】
コリメート光学系１５１は、光源部１２０で生成され、光ファイバケーブル１３５を介して出射されるレーザ光を平行光化する。
【００８０】
主走査部１６０及び副走査部１７０は、光ファイバケーブル１３５から入射されたレーザ光を画像として利用者の眼１９０の網膜１９０ｂに投影可能な状態にするために、主走査方向と副走査方向に走査する光学系である。主走査部１６０は、コリメート光学系１５１で平行光化されて入射するレーザ光を主走査方向に相対的に高速に往復走査する光走査素子１６１を有する。また、副走査部１７０は、主走査部１６０で主走査方向に走査され、第１リレー光学系１６５を介して入射するレーザ光を副走査方向に相対的に低速に走査する光走査素子１７１を有する。この副走査方向は主走査方向に略直交する方向である。例えば、主走査方向を水平方向、副走査方向を垂直方向とすることができる。なお、検査用光源１８２及び光検出部１８３は、主走査部１６０の走査位置を検出するために設けられており、主走査部１６０の走査位置が所定位置となったときに、検査用光源１８２から出射する光束が入射する位置に光検出部１８３を設けている。
【００８１】
主走査部１６０と副走査部１７０との間でレーザ光を中継する第１リレー光学系１６５は、光走査素子１６１によって主走査方向に走査されたレーザ光を光走査素子１７１のミラー部に収束させる。そして、このレーザ光が光走査素子１７１によって副走査方向に走査される。光走査素子１７１によって走査されたレーザ光は、正の屈折力を持つ２つのレンズ１８０ａ，１８０ｂが直列配置された第２リレー光学系１８０を介して、眼１９０の前方に位置させたハーフミラー１８５で反射されて利用者の瞳孔１９０ａに入射する。これにより、網膜１９０ｂ上に画像信号Ｓに応じた画像が投影され、利用者は瞳孔１９０ａに入射するレーザ光を画像として認識する。また、ハーフミラー１８５は外光Ｌ２を透過して利用者の瞳孔１９０ａに入射させるようにしており、これにより利用者は外光Ｌ２に基づく外景にレーザ光Ｌ１に基づく画像を重ねた画像を視認することができる。このように画像表示装置１００は、画像信号Ｓに応じた画像と外景とを重ねて利用者の眼１９０の網膜に結像させる、シースルー型網膜走査型画像表示装置である。
【００８２】
以上のように構成された画像表示装置１００において、光走査素子１７１は、光走査素子４と同様の構成であり、副走査駆動信号生成部１１３は、上述した光走査装置１の制御部２と同様に、光走査素子１７１を駆動するようにしている。そのため、光走査素子１７１のミラー部の揺動中においても、検出電圧Ｖｄのオフセットや検出電圧とミラー部の傾き角θとの関係を把握することができる。そのため、光走査素子１７１のミラー部の傾き方向や傾きの大きさを二対のピエゾ抵抗素子に基づいて精度良く検出でき、光走査素子１７１のミラー部を精度良く制御可能となる。
【００８３】
なお、ここでは、光束の一例として、効率面で有利であるレーザ光を用いているが、光束はレーザ光に限られるものではない。
【００８４】
本発明を、上述してきた実施形態を通して説明したが、本実施形態によれば、以下の効果が期待できる。
【００８５】
（１）入射する光束を反射面１０ａが形成されたミラー部１０により所定方向に走査する光走査素子４と、駆動信号Ｓｂにより光走査素子４のミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させる制御部２と、を備えた光走査装置１において、光走査素子４は、揺動軸Ｌｙに沿ってミラー部１０の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位によりミラー部１０に揺動軸Ｌｙ回りの揺動を可能とする一対の梁部１１ａ，１１ｂと、一対の梁部１１ａ，１１ｂのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部１３ａ，１３ｂに固定された一対の支持部１２ａ，１２ｂと、一対の支持部１２ａ，１２ｂのうち少なくとも一方の支持部１２ａ，１２ｂ上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置され、電圧Ｖｃとグランド間（所定電位間）に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）を有する検出部１８と、を有し、制御部２は、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の出力ノードＮ１，Ｎ２（接続点）の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−に基づき、ミラー部１０の揺動状態を検出し、駆動信号Ｓｂを生成する処理と、光走査素子４のミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始した後、出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧変動率に基づき、光走査素子４が共振により反射面１０ａと直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧変動率が所定範囲内になったときの出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧に基づき、出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−のオフセット電圧Ｖｆを判定する処理と、を実行するので、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる。
【００８６】
（２）検出部１８は、揺動軸Ｌｙに対して対称配置される一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）を、一対の支持部１２ａ，１２ｂのそれぞれに設け、これら二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の出力ノードＮ１，Ｎ２（接続点）の電圧変動率に基づき、オフセット電圧Ｖｆを判定するので、二対のピエゾ抵抗素子に基づいてオフセット電圧を精度良く検出でき、光走査素子のミラー部を精度良く制御することができる。
【００８７】
（３）光走査素子４は、反射面１０ａと平行な方向へ揺動する横振動の共振モード（第１共振モード）と反射面１０ａと直交する方向へ揺動する縦振動の共振モード（第２共振モード）を有しており、制御部２は、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始した後、横振動の共振モードによる反射面１０ａと平行な方向への揺動が所定範囲内に収束した後に、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の出力ノードＮ１，Ｎ２（接続点）の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−のオフセット電圧Ｖｆの判定処理を実行するので、オフセット電圧を精度良く検出でき、光走査素子のミラー部を精度良く制御することができる。
【００８８】
（４）制御部２は、反射面１０ａと直交する方向への揺動を励起する励起用信号を含む駆動信号Ｓｂにより光走査素子４のミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させて、反射面１０ａと直交する方向への揺動を生じさせるので、ミラー部に縦振動が生じていない場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる。
【００８９】
（５）画像信号Ｓに応じた強度の光束を主走査方向（第１方向）に相対的に高速に走査する光走査素子１６１（第１の光走査素子）と副走査方向（第１方向に略直交する方向）に相対的に低速に走査する光走査素子１７１（第２の光走査素子）とにより２次元走査する走査部１４０と、これらの光走査素子１６１，１７１を制御する制御部１１０と、を備えた画像表示装置１００において、光走査素子１７１（第２の光走査素子）は、揺動軸Ｌｙに沿ってミラー部１０の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位によりミラー部１０に揺動軸回りの揺動を可能とする一対の梁部１１ａ，１１ｂと、一対の梁部１１ａ，１１ｂのそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部１２ａ，１２ｂと、一対の支持部１２ａ，１２ｂのうち少なくとも一方の支持部上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置され、電圧Ｖｃとグランド間（所定電位間）に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）を有する検出部１８と、を有し、制御部１１０は、一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ３（Ｒ２，Ｒ４）間の出力ノードＮ１，Ｎ２（接続点）の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−に基づき、ミラー部１０の揺動状態を検出し、駆動信号Ｓｂを生成する処理と、光走査素子４のミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの揺動を開始した後、出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧変動率に基づき、光走査素子４が共振により反射面１０ａと直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧変動率が所定範囲内になったときの出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧に基づき、出力ノードＮ１，Ｎ２の電圧ＶＰＲ＋，ＶＰＲ−のオフセット電圧Ｖｆを判定する処理と、を実行するので、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる。
【００９０】
（６）光走査素子１６１，１７１で走査された光束を利用者の眼１９０に入射させて、利用者の網膜１９０ｂ上に画像信号Ｓに応じた画像を投影するので、周囲温度変化や経時変化によりピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動が生じた場合であっても、ミラー部の揺動を停止することなく、ピエゾ抵抗素子による検出結果の校正を行うことができる網膜走査型の画像表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 光走査装置
２，１１０ 制御部
４, １６１，１７１ 光走査素子
１０ ミラー部
１０ａ 反射面
１１ａ，１１ｂ 一対の梁部
１２ａ，１２ｂ 一対の支持部
１３ａ，１３ｂ 固定部
１００ 画像表示装置
Ｓｂ 駆動信号
Ｒ１〜Ｒ４ ピエゾ抵抗素子
Ｎ１，Ｎ２ 出力ノード（接続点）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子と、駆動信号により前記光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させる制御部と、を備えた光走査装置において、
前記光走査素子は、
前記揺動軸に沿って前記ミラー部の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位により前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動可能とする一対の梁部と、
前記一対の梁部のそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部と、
前記一対の支持部のうち少なくとも一方の支持部上に前記揺動軸に対して対称配置され、所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子を有する検出部と、を有し、
前記制御部は、
前記一対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧に基づき、前記ミラー部の揺動状態を検出し、前記駆動信号を生成する処理と、
前記光走査素子のミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記接続点の電圧変動率に基づき、前記光走査素子が共振により前記反射面と直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において前記接続点の電圧変動率が所定範囲内になったときの前記接続点の電圧に基づき、前記接続点の電圧のオフセット値を判定する処理と、を実行することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記揺動軸に対して対称配置される一対のピエゾ抵抗素子を、前記一対の支持部のそれぞれに設け、これら二対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧変動率に基づき、前記オフセット値を判定することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記光走査素子は、前記反射面と平行な方向へ揺動する第１共振モードと前記反射面と直交する方向へ揺動する第２共振モードを有しており、
前記制御部は、前記ミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記第１共振モードによる前記反射面と平行な方向への揺動が所定範囲内に収束した後に、前記一対のピエゾ抵抗素子接続点の電圧のオフセット値の判定処理を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記反射面と直交する方向への揺動を励起する励起用信号を含む駆動信号により前記光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させて、前記反射面と直交する方向への揺動を生じさせることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項５】
画像信号に応じた強度の光束を第１方向に相対的に高速に走査する第１の光走査素子と前記第１方向に略直交する方向に相対的に低速に走査する第２の光走査素子とにより２次元走査する走査部と、前記第１及び第２の光走査素子を制御する制御部と、を備えた画像表示装置において、
前記第２の光走査素子は、
前記揺動軸に沿って前記ミラー部の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位により前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動可能とする一対の梁部と、
前記一対の梁部のそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部と、
前記一対の支持部のうち少なくとも一方の支持部上に前記揺動軸に対して対称配置され、所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子を有する検出部と、を有し、
前記制御部は、
前記一対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧に基づき、前記ミラー部の揺動状態を検出し、前記駆動信号を生成する処理と、
前記光走査素子のミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記接続点の電圧変動率に基づき、前記光走査素子が共振により前記反射面と直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において前記接続点の電圧変動率が所定範囲内になったときの前記接続点の電圧に基づき、前記接続点の電圧のオフセット値を判定する処理と、を実行することを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
前記第１の光走査素子及び前記第２の光走査素子で走査された光束を利用者の眼に入射させて、前記利用者の網膜上に画像信号に応じた画像を投影することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項１】
入射する光束を反射面が形成されたミラー部により所定方向に走査する光走査素子と、駆動信号により前記光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させる制御部と、を備えた光走査装置において、
前記光走査素子は、
前記揺動軸に沿って前記ミラー部の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位により前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動可能とする一対の梁部と、
前記一対の梁部のそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部と、
前記一対の支持部のうち少なくとも一方の支持部上に前記揺動軸に対して対称配置され、所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子を有する検出部と、を有し、
前記制御部は、
前記一対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧に基づき、前記ミラー部の揺動状態を検出し、前記駆動信号を生成する処理と、
前記光走査素子のミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記接続点の電圧変動率に基づき、前記光走査素子が共振により前記反射面と直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において前記接続点の電圧変動率が所定範囲内になったときの前記接続点の電圧に基づき、前記接続点の電圧のオフセット値を判定する処理と、を実行することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記揺動軸に対して対称配置される一対のピエゾ抵抗素子を、前記一対の支持部のそれぞれに設け、これら二対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧変動率に基づき、前記オフセット値を判定することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記光走査素子は、前記反射面と平行な方向へ揺動する第１共振モードと前記反射面と直交する方向へ揺動する第２共振モードを有しており、
前記制御部は、前記ミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記第１共振モードによる前記反射面と平行な方向への揺動が所定範囲内に収束した後に、前記一対のピエゾ抵抗素子接続点の電圧のオフセット値の判定処理を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記反射面と直交する方向への揺動を励起する励起用信号を含む駆動信号により前記光走査素子のミラー部を揺動軸回りに揺動させて、前記反射面と直交する方向への揺動を生じさせることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項５】
画像信号に応じた強度の光束を第１方向に相対的に高速に走査する第１の光走査素子と前記第１方向に略直交する方向に相対的に低速に走査する第２の光走査素子とにより２次元走査する走査部と、前記第１及び第２の光走査素子を制御する制御部と、を備えた画像表示装置において、
前記第２の光走査素子は、
前記揺動軸に沿って前記ミラー部の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、捻れ変位により前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動可能とする一対の梁部と、
前記一対の梁部のそれぞれの他端をその中央部で弾性を持って支持すると共に両端部が固定部に固定された一対の支持部と、
前記一対の支持部のうち少なくとも一方の支持部上に前記揺動軸に対して対称配置され、所定電位間に直列接続された一対のピエゾ抵抗素子を有する検出部と、を有し、
前記制御部は、
前記一対のピエゾ抵抗素子間の接続点の電圧に基づき、前記ミラー部の揺動状態を検出し、前記駆動信号を生成する処理と、
前記光走査素子のミラー部の揺動軸回りの揺動を開始した後、前記接続点の電圧変動率に基づき、前記光走査素子が共振により前記反射面と直交する方向への揺動が加わっている状態であると判定すると、当該状態において前記接続点の電圧変動率が所定範囲内になったときの前記接続点の電圧に基づき、前記接続点の電圧のオフセット値を判定する処理と、を実行することを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
前記第１の光走査素子及び前記第２の光走査素子で走査された光束を利用者の眼に入射させて、前記利用者の網膜上に画像信号に応じた画像を投影することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２１５３２３（Ｐ２０１１−２１５３２３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８２６１４（Ｐ２０１０−８２６１４）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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