光走査装置及び画像表示装置
【課題】光検出素子のミラー部の角度を検出する検出部の特性変化があった場合でも、光検出素子のミラー部の角度を精度よく検出することができる光走査装置及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】ミラー部１０を両側から支持する一対の梁部の捻れ変位によりミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに揺動してミラー部１０により光束を走査する光走査素子と、光走査素子へ駆動信号を出力してミラー部１０を揺動軸回りに揺動させる制御部と、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度を検出する検出部と、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材１７ａ，１７ｂとを備え、制御部は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部により規制部材１７ａ，１７ｂにミラー部が到達したと判定したときの検出部による検出結果に基づき、駆動信号の波形を調整する。
【解決手段】ミラー部１０を両側から支持する一対の梁部の捻れ変位によりミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに揺動してミラー部１０により光束を走査する光走査素子と、光走査素子へ駆動信号を出力してミラー部１０を揺動軸回りに揺動させる制御部と、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度を検出する検出部と、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材１７ａ，１７ｂとを備え、制御部は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部により規制部材１７ａ，１７ｂにミラー部が到達したと判定したときの検出部による検出結果に基づき、駆動信号の波形を調整する。
【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、梁部で支持されたミラー部を有し、梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させてミラー部により光束を走査する光走査素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような光走査素子では、駆動信号の信号レベルに応じた角度でミラー部が変位するが、周囲温度、経年変化、個体差などにより、駆動信号の信号レベルと実際のミラー部の角度との関係が変化する。ミラー部によって光束を所望の方向に走査するためには、光走査素子を駆動する制御部において、駆動信号の信号レベルと実際のミラー部の角度との関係を知っておく必要がある。そのため、従来の光走査装置や画像表示装置では、ミラー部の揺動軸回りの角度を検出する検出部を設けている（特許文献１〜３参照）。
【０００５】
例えば、特許文献１には、検出部として光走査素子にピエゾ抵抗素子を配置し、捻れ変位に応じてピエゾ抵抗素子に発生する電圧に基づき、ミラー部の角度を検出する方法が記載されている。また、特許文献２には、検出部として光走査素子に圧電アクチュエータを配置して、捻れ変位に応じて圧電アクチュエータに発生する起電力に基づき、ミラー部の角度を検出する方法が記載されている。また、特許文献３には、検出部である静電容量の変化から、ミラー部の角度を検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２９５１７号公報
【特許文献２】特開２００９−１６９３２５号公報
【特許文献２】特開２００８−１２９０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術では、ピエゾ抵抗素子に発生する電圧とミラー部の角度との関係を、テーブルとして予め記憶部に記憶しておき、又は、直線近似式の関数から求めるようにしている。
【０００８】
しかしながら、周囲温度、経年変化、個体差などによってピエゾ抵抗素子に生じる電圧が変動するため、このような場合には、予め設定したテーブルや近似式を用いると、これらにより算出した角度と実際のミラー部の角度とに差が生じる。そのため、フィードバックを用いたミラー制御の精度が低下してしまう。予め個体差毎に近似式やテーブルを設定することも考えられるが、非常に手間が掛かる。しかも、このようにした場合でも、経年変化等でピエゾ抵抗素子に変動が生じた場合には対応できない。
【０００９】
また、上記特許文献２,３に記載の技術においても、検出部の検出値とミラー部の角度との関係を予め把握しておく必要があり、同様のことがいえる。
【００１０】
そこで、ミラー部の反射面に光束を入射する光源とミラー部が所定角度のときに反射した光束が入射する光検出手段とを設けて、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角度を検出することが考えられる。しかし、この場合、光源と光検出手段が別途必要となり、小型化やコスト面から問題があった。
【００１１】
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、光検出素子のミラー部の角度を検出する検出部の特性変化があった場合でも、光検出素子のミラー部の角度を精度よく検出する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】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、一対の梁部により両側から支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部が揺動軸回りに揺動して前記ミラー部により光束を走査する光走査素子と、前記光走査素子へ駆動信号を出力して前記ミラー部を前記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、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度を検出する検出部と、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材と、を設け、前記制御部は、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記検出部による検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００１３】
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、前記規制部材は、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記ミラー部が揺動していない状態から前記揺動軸回りの第１方向に前記所定角度以上となることを規制する第１規制部材と、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記ミラー部が揺動していない状態から前記第１方向とは逆方向の第２方向に前記所定角度以上となることを規制する第２規制部材と、からなり、前記光走査素子は、前記揺動軸に直交する方向に延伸し、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を有し、前記検出部は、各前記支持部上に前記揺動軸に対して対称配置された一対のピエゾ抵抗素子を有し、当該一対のピエゾ抵抗素子は直列接続されて所定電圧が印加されており、前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値を前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度の情報として出力し、前記制御部は、前記第１規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記第１規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値と、前記第２規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記第２規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値とに基づいて、前記駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００１４】
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、前記規制部材は、弾性を有することを特徴とする。
【００１５】
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、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させる際に、前記規制部材に到達する前に前記ミラー部の回動速度を減速させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、請求項１〜４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、前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定したとき、前記ミラー部が規制部材に到達している状態を維持するために、前記駆動信号の電圧値を、前記ミラー部が前記規制部材に到達したときの前記駆動信号の電圧値以上に維持することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の光走査装置において、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定した後の所定期間の前記検出部の検出結果を平均化し、当該平均化した検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に係る発明は、請求項５に記載の光走査装置において、前記制御部は、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定したときから所定期間経過後の前記検出部の検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に係る発明は、画像信号に応じた強度の光束を出射する光源と、前記光源から出射された光束を第１方向に相対的に高速に走査する第１光走査素子と、一対の梁部により両側から支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させて前記第１走査素子により走査された光束を前記ミラー部により第１方向と略直交する第２方向に相対的に低速に走査する第２光走査素子とを有する走査部と、前記走査部を制御する制御部と、を備えた画像表示装置において、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度を検出する検出部と、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材と、を設け、前記制御部は、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記検出部による検出結果に基づき、前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動させる駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９に係る発明は、請求項８に記載の画像表示装置において、前記走査部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前記画像信号に応じた画像を投影することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ミラー部の揺動軸回りの角度を検出する検出部と、ミラー部の揺動軸回りの角度が、光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材１７ａ，１７ｂとを設け、規制部材に到達するようにミラー部を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部により規制部材にミラー部が到達したと判定したときの検出部による検出結果に基づき、駆動信号の波形を調整するので、光検出素子のミラー部の角度を検出する検出部の特性変化があった場合でも、光検出素子のミラー部の角度を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】規制部材の配置を示す図である。
【図８】他の規制部材の配置を示す図である。
【図９】さらに他の規制部材の配置を示す図である。
【図１０】図１に示す制御部の構成を示す図である。
【図１１】目標角度テーブルの一例を示す図である。
【図１２】図１０に示す波形調整部の動作を説明するための図である。
【図１３】検出部の検出特性を検出する方法を示す図である。
【図１４】図１０に示す波形調整部が出力する駆動信号の信号レベルの遷移を示す図である。
【図１５】図１０に示す波形調整部が出力する駆動信号の信号レベルの他の遷移を示す図である。
【図１６】規制部材にミラー部が到達したと判定したときの検出電圧を検出する方法を説明するための図である。
【図１７】規制部材にミラー部が到達したと判定したときの検出電圧を検出する他の方法を説明するための図である。
【図１８】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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所定方向に走査する光走査素子４とを備えている。
【００２６】
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、その電流波形が鋸波状波形となる駆動信号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。光走査素子４のミラー部１０は、駆動信号Ｓｂの信号レベルに応じた角度で揺動軸Ｌｙ回りに回動するように構成されており、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。
【００２７】
［１．２．光走査素子４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。
【００２８】
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。
【００２９】
一対の梁部１１ａ，１１ｂは、揺動軸Ｌｙに沿って延伸してミラー部１０の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、その捻れ変位（捻れ変形）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。このように、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。
【００３０】
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に接続される。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の揺動軸Ｌｙ回りの角度を制御することができる。
【００３１】
この光走査素子４には、さらに、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度を検出する検出部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。
【００３２】
そして、一方の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揺動軸Ｌｙ近傍に発生する応力場によって各々その抵抗値が変化し、他方の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揺動軸Ｌｙ近傍に発生する応力場によって各々その抵抗値が変化する。
【００３３】
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Ｒ４,Ｒ２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。
【００３４】
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Ｒ４,Ｒ２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、光走査素子４に駆動信号Ｓｂが印加されていないとき、すなわち駆動信号Ｓｂ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。
【００３５】
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、その特性は同一であるものとする。
【００３６】
例えば、図６に示すように、ミラー部１０に揺動軸Ｌｙ回りの角度θの傾きが生じたとき、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Ｎ１の電圧ＶＰＲ＋は下降し、第２出力ノードＮ２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θ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。
【００３７】
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の傾き角度がわかる。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。
【００３８】
ところで、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、その個体差や温度変化によって抵抗値が変わり、また、経年変化等によっても抵抗値が変わる。そのため、検出電圧Ｖｄとミラー部１０の角度との関係が変動することになり、フィードバックを用いたミラー制御の精度が低下してしまう恐れがある。
【００３９】
そこで、本実施形態に係る光走査素子４では、図７に示すように、ミラー部１０の角度を検出するための第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂを設けている。図７は図４（ａ）に示すＡ−Ａ’線矢視断面の一部分を示す図である。
【００４０】
光走査素子４のミラー部１０は、光束を走査するときには、図７（ａ）に示すように＋θ１〜−θ１の角度範囲（以下、走査角度範囲という）で揺動軸Ｌｙ回りに揺動するものであり、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂは、図７（ｂ）に示すように、この走査角度範囲外の所定角度＋θ２,−θ２以上となることを規制するものである。
【００４１】
すなわち、第１規制部材１７ａは、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、ミラー部１０が揺動していない状態から揺動軸Ｌｙ回りの第１方向に所定角度θ２以上となることを規制する。また、第２規制部材１７ｂは、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、ミラー部１０が揺動していない状態から第１方向とは逆方向の第２方向に所定角度θ２以上となることを規制する。
【００４２】
このように、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂを設けることで、後述するように、検出特性が変化した検出部１８の検出電圧Ｖｄに対するミラー部１０の角度の関係を精度良く検出することができる。なお、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂとを、図８に示すように、一体化して形成するようにしてもよい。
【００４３】
また、図９（ａ），（ｂ）に示すように、規制部材１７ａ，１７ｂに代えて、ミラー部１０が角度＋θ２，−θ２のときに、ミラー部１０の裏面が当接する平面を有する規制部材１７ａ’，１７ｂ’や規制部材１７ａ”，１７ｂ”を設けるようにしてもよい。このようにすることで、ミラー部１０と規制部材との接触面積を増やすことができ、規制部材１７ａ，１７ｂのようにミラー部１０の端部でミラー部１０の角度を規制する場合に比べ、ミラー部１０の変形が生じにくくすることが可能となる。なお、図９（ａ），（ｂ）に示す例では、傾いていないときのミラー部１０の反射面１０ａと平行な基台１４表面に対してθ２の角度を持って傾斜させることによって、ミラー部１０が角度＋θ２，−θ２のときに、ミラー部１０の裏面が当接するようにしている。
【００４４】
これらの規制部材１７ａ，１７ｂ，１７ａ’，１７ｂ’，１７ａ”，１７ｂ”は、ゴムなどの弾性部材で構成することにより、ミラー部１０の接触の衝撃によるミラー部１０の変形や逆向きの力を抑制できるため、望ましい。
【００４５】
[１．３ 制御部２の処理]
制御部２は、上述したように、駆動信号Ｓｂを生成して、ミラー部１０を走査角度範囲で揺動させ、ミラー部１０の反射面１０ａにより光束を反射して光束を走査するようにしており、図１０に示すように構成されている。
【００４６】
図１０に示すように、制御部２は、目標指令生成部２１、比較次元変換部２２、減算部２３、駆動信号生成部２４を有している。
【００４７】
目標指令生成部２１は、光走査素子４により走査させようとする方向に応じたミラー部１０の目標角度を、目標角度指令として出力する。目標指令生成部２１には、１走査期間Ｔ（図３参照）のミラー部１０の目標角度の情報が内部の記憶部に記憶されており、この記憶部に記憶された情報を順次読み出して目標角度指令として出力する。例えば、１走査期間のミラー部１０の目標角度の情報として、１〜１０００番目までの情報を有する目標角度テーブルを記憶部に記憶し、１〜１０００番目までの情報を順次読み出して目標角度指令として出力する。上述したように目標角度は＋θ１〜−θ１の範囲であり、目標角度テーブルは、例えば、図１１に示すようなテーブルである。なお、ミラー部１０の目標角度を予め記憶しておくのではなく、逐次演算して求めるようにしてもよい。
【００４８】
比較次元変換部２２は、ミラー部１０の目標角度と制御電圧Ｖｃｔとの関係を規定する規定値α，βを記憶しており、目標指令生成部２１から出力される目標角度指令に応じた制御電圧Ｖｃｔを出力する。本実施形態に係る光走査素子４では、制御電圧Ｖｃｔとミラー部１０の角度とが比例関係にあり、目標角度θに基づき、以下の式（１）に基づき制御電圧Ｖｃｔを演算している。
Ｖｃｔ＝α×θ＋β ・・・（１）
なお、比較次元変換部２２において、ミラー部１０の目標角度と制御電圧Ｖｃｔとの関係を規定する変換テーブルを内部に記憶しておき、この変換テーブルに基づき、ミラー部１０の目標角度を制御電圧Ｖｃｔに変換するようにしてもよい。
【００４９】
減算部２３は、制御電圧Ｖｃｔの電圧値から検出電圧Ｖｄの電圧値を減算して、制御電圧Ｖｃｔと検出電圧Ｖｄとの差分電圧Ｖｓを演算し、差分電圧Ｖｓを出力する。
【００５０】
駆動信号生成部２４は、差分電圧Ｖｓに応じて電流値を増減させた電流値の駆動信号Ｓｂを生成し、この駆動信号Ｓｂを光走査素子４のコイル１６に出力する。すなわち、差分電圧Ｖｓの正極性の場合には、差分電圧Ｖｓの電圧レベルに比例する値だけ電流値を上げた駆動信号Ｓｂを生成し、差分電圧Ｖｓの負極性の場合には、差分電圧Ｖｓの電圧レベルに比例する値だけ電流値を下げた駆動信号Ｓｂを生成する。この駆動信号生成部２４は、例えば、差分電圧Ｖｓを積分する積分器により構成することができる。このように差分電圧Ｖｓに応じた電流値の駆動信号Ｓｂにより光走査素子４を駆動してフィードバック制御するようにしており、これによりミラー部１０の制御電圧Ｖｃｔに応じた揺動を精度良く行うようにしている。
【００５１】
さらに、制御部２は、駆動信号Ｓｂの波形を調整する波形調整部２５を有している。
【００５２】
この波形調整部２５は、規制部材１７に到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８により規制部材１７にミラー部１０が到達したと判定したときの検出部１８による検出結果に基づき、駆動信号Ｓｂの波形を調整するようにしている。この波形調整部２５により、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の個体差、経年変化、温度変化などによる検出部１８の検出精度の劣化を抑制するようにしている。
【００５３】
この波形調整部２５は、光走査素子４の制御を開始するとき、また、光走査素子４の制御を開始してから所定期間毎に、以下のような処理を行うことによって、駆動信号Ｓｂの波形を調整する。
【００５４】
波形調整部２５は、まず、電流値が漸次増加する駆動信号Ｓｃ１を光走査素子４のコイル１６に出力し、第１規制部材１７ａに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる（図１２のタイミングｔ１〜）。波形調整部２５は、検出電圧Ｖｄを監視しており、この検出電圧Ｖｄに基づき、第１規制部材１７ａにミラー部１０が到達したことを検出する。すなわち、第１規制部材１７ａにミラー部１０が到達するまでは、検出電圧Ｖｄの電圧値が駆動信号Ｓｃ１の電流値の増加に伴って増加するが、第１規制部材１７ａにミラー部１０が到達すると、検出電圧Ｖｄの電圧値が駆動信号Ｓｃ１の電流値の増加に伴って増加しなくなる（図１２のタイミングｔ２〜ｔ３）。波形調整部２５は、検出電圧Ｖｄの電圧値が増加しなくなったとき（図１２のタイミングｔ２）の検出電圧Ｖｄの電圧値を第１電圧値Ｖｄ１として記憶する。
【００５５】
同様に、電流値が漸次減少する駆動信号Ｓｃ２を光走査素子４のコイル１６に出力し、第２規制部材１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる（図１２のタイミングｔ３〜）。波形調整部２５は、検出電圧Ｖｄの電圧値が減少しなくなったとき（図１２のタイミングｔ４）の検出電圧Ｖｄの電圧値を第２電圧値Ｖｄ２として記憶する。
【００５６】
光走査素子４においては、上述したように、検出電圧Ｖｄの信号レベルとミラー部１０の傾きは、比例関係にある。従って、ミラー部１０の角度が＋θ２から−θ２まで等速で変化したとき、図１３に示すように、検出電圧Ｖｄは第１電圧値Ｖｄ１から第２電圧値Ｖｄ２まで直線的に変化する。また、検出電圧Ｖｄが第１電圧値Ｖｄ１と第２電圧値Ｖｄ２との中間電圧のときに、ミラー部１０の角度が０となる。
【００５７】
そこで、波形調整部２５は、第１電圧値Ｖｄ１と第２電圧値Ｖｄ２とに基づき、下記式（２）,（３）で規定されるα’,β’を演算する。
α’＝（Ｖｄ１−Ｖｄ２）／２θ２ ・・・（２）
β’＝（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２ ・・・（３）
【００５８】
α’,β’を演算した後、波形調整部２５は、α’,β’を比較次元変換部２２へ出力する。比較次元変換部２２は、α’を規定値αとして設定し、β’を規定値βとして設定し、その後の変換処理を行う。このようにすることで、ミラー部１０の角度を精度良く検出して、ミラー部１０を制御目標の角度となるように精度良く制御することができる。
【００５９】
以上のように、光走査装置１では、規制部材１７ａ，１７ｂを設け、この規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる。そして、検出部１８により規制部材１７ａ，１７ｂにミラー部１０が到達したと判定したときの検出部１８の検出電圧Ｖｄに基づき、検出部１８の検出特性を検出して、駆動信号Ｓｄの波形を調整するようにしている。そのため、光走査装置１において、温度変化や経年劣化などにより検出部１８による検出結果の変動があるような場合であっても、光束の走査を精度良く行うことができる。
【００６０】
なお、上述においては、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂの２つを用いて、検出部１８の検出特性を検出するようにしたが、いずれか一つの規制部材を用いて、検出部１８の検出特性を検出するようにしてもよい。
【００６１】
例えば、第１規制部材１７ａを用いる場合には、波形調整部２５は、次のように動作する。まず、波形調整部２５は、光走査素子４のコイル１６に電流を流さない状態で、検出電圧Ｖｄの信号レベルを第２電圧値Ｖｄ２’として記憶する。次に、電流値が漸次増加する駆動信号Ｓｃ１を光走査素子４のコイル１６に出力し、第１規制部材１７ａに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる。波形調整部２５は、検出電圧Ｖｄの信号レベルが増加しなくなったときの検出電圧Ｖｄの電圧値を第１電圧値Ｖｄ１’として記憶する。
【００６２】
そして、波形調整部２５は、第１電圧値Ｖｄ１’と第２電圧値Ｖｄ２’とに基づき、下記式（４）,（５）で規定されるα”,β”を演算する。
α”＝（Ｖｄ２’−Ｖｄ１’）／θ２ ・・・（４）
β”＝Ｖｄ２’ ・・・（５）
【００６３】
α”,β”を演算した後、波形調整部２５は、α”,β”を比較次元変換部２２へ出力する。比較次元変換部２２は、α”を規定値αとして設定し、β”を規定値βとして設定し、その後の変換処理を行う。このようにすることで、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂの２つを用いた場合に比べ、検出精度は低下するものの、１つの規制部材により、検出部１８の検出特性を迅速に検出することができる。
【００６４】
ところで、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させたとき、回動する速度を一定にした場合には、規制部材１７ａ，１７ｂへ接触した衝撃で、回動方向とは逆方向に力が働き振動する。そのため、図１２に示すように、検出電圧Ｖｄが一定電圧とならず、検出部１８の検出特性を精度良く検出することができない恐れがある。そこで、上述したように、規制部材１７ａ，１７ｂを、ゴムなどの弾性部材で構成することにより、ミラー部１０の振動を抑制している。しかし、これによっても検出部１８の検出特性を精度良く検出を十分でない場合も生じる。
【００６５】
そこで、図１４に示すように、波形調整部２５は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を回動させる際に、規制部材１７ａ，１７ｂに到達する前にミラー部１０の回動速度を減速させるような駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を光走査素子４に出力可能としている。このようにすることで、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに接触するときの衝撃を低減して、ミラー部１０の振動を抑制することが可能となる。なお、駆動信号Ｓｃ２は、駆動信号Ｓｃ１と極性が異なるだけであるため、図１４では省略している。また、波形調整部２５において、検出部１８の検出特性のばらつきを予め記憶しておくことで、規制部材１７ａ，１７ｂに到達する直前で信号レベルの変化が小さくなるような駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を生成することができる。また、前回演算したα’,β’（α”,β”）に基づいて、規制部材１７ａ，１７ｂに到達する直前で信号レベルの変化が小さくなるような駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を生成するようにしてもよい。また、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに近づくに従って信号レベルの変化が小さくなるような駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を光走査素子４に出力するようにしてもよい。このようにすることで、ミラー部１０の振動をより抑制することができる。
【００６６】
また、図１５に示すように、波形調整部２５において、駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２の電圧値を、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したとき又はその直後の駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２の電圧値に維持することもできる。このようにすることで、ミラー部１０にかかる揺動軸Ｌｙ回りの力が上昇するのを抑制して、ミラー部１０の振動を抑制するようにしてもよい。
【００６７】
上述のように、上述したようなミラー部１０の振動を抑制するための構成を採用した場合であっても、ミラー部１０の振動を十分に抑制できない場合があり、このような場合には、検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄに微小な変動が生じる。そのため、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したときの検出電圧Ｖｄを精度よく取得することができない。
【００６８】
そこで、波形調整部２５において、図１６に示すように、検出電圧Ｖｄの信号レベルが駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２の信号レベルの変化に伴った変化をしなくなったとき（タイミングｔ１１）から所定期間Ｔａ経過したときの検出電圧Ｖｄを第１電圧値Ｖｄ１及び第２電圧値Ｖｄ２とする。このように、検出部１８によりミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定したときから所定期間Ｔａ経過後の検出部１８の検出結果を利用するため、ミラー部１０の振動による影響を抑制して、検出部１８の検出特性を精度よく検出することができる。
【００６９】
また、検出電圧Ｖｄの変動が収束するのに時間がかかる場合には、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定したときから所定期間Ｔａの検出電圧Ｖｄを平均化し、当該平均化した結果を第１電圧値Ｖｄ１及び第２電圧値Ｖｄ２とする。このようにすることで、ミラー部１０の振動による影響を抑制するようにしてもよい。
【００７０】
また、上述のように、検出電圧Ｖｄを平均化するのではなく、検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄをローパスフィルタにより濾波した結果を、第１電圧値Ｖｄ１及び第２電圧値Ｖｄ２としてもよい。
【００７１】
また、検出電圧Ｖｄの平均化処理やフィルタリング処理は、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定した直後からの所定期間の検出電圧Ｖｄを用いるのではなく、図１７に示すように、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定してから所定期間Ｔｂを経過した後から所定期間Ｔｃの検出電圧Ｖｄを用いてもよい。ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達した直後は、ミラー部１０の振動のノイズが大きいため、ミラー部１０の振動が大きな期間の検出電圧Ｖｄを用いないことで、第１電圧値Ｖｄ１及び第２電圧値Ｖｄ２を精度良く検出することができる。
【００７２】
以上のように、本実施形態に係る光走査装置１では、規制部材１７ａ，１７ｂを設け、検出部１８により規制部材１７ａ，１７ｂにミラー部１０が到達したときの検出電圧Ｖｄに基づき、検出部１８の検出特性を検出して、駆動信号Ｓｄの波形を調整する。そのため、温度変化や経年劣化などにより検出部１８による検出結果の変動があるような場合であっても、光束の走査を精度良く行うことができる。
【００７３】
なお、上述では、検出部１８を。二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４により構成したが、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）間の電圧を検出電圧Ｖｄとしてもよい。
【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１８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に同期して、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。
【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４と同様の構成の光走査素子１７１を駆動するようにしている。すなわち、光走査素子１７１に、規制部材を設けると共に光走査素子１７１のミラー部の角度を検出する検出部を設けている。そして、副走査駆動信号生成部１１３は、規制部材にミラー部が到達したときの検出部の検出電圧Ｖｄに基づき、検出部の検出特性を検出して、副走査駆動信号１１７の波形を調整する。そのため、温度変化や経年劣化などにより検出部１８による検出結果の変動があるような場合であっても、レーザ光の走査を精度良く行うことができる。
【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】
また、光走査素子のミラー部の角度を検出する検出部を、ピエゾ抵抗素子により構成しているが、圧電素子による検出方法や静電容量の変化による検出方法を用いてもよい。
【００８５】
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。
【００８６】
（１）一対の梁部１１ａ，１１ｂにより両側から支持されたミラー部１０を有し、梁部１１ａ，１１ｂの捻れ変位によりミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに揺動してミラー部１０により光束を走査する光走査素子４（１７１）と、光走査素子４（１７１）へ駆動信号Ｓｄ（１１７）を出力してミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させる制御部２（１１０）と、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度を検出する検出部１８と、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、光束を走査する角度範囲（＋θ１〜−θ１）外の所定角度＋θ２，−θ２以上となることを規制する規制部材１７ａ，１７ｂとを設けている。そして、制御部２（１１０）は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８により規制部材１７ａ，１７ｂにミラー部１０が到達したと判定したときの検出部１８の検出電圧Ｖｄ（検出結果）に基づき、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形を調整するので、温度変化や経年劣化などにより検出部１８による検出結果の変動があるような場合であっても、光束の走査を精度良く行うことができる。
【００８７】
（２）規制部材１７ａ，１７ｂは、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、ミラー部１０が揺動していない状態から揺動軸Ｌｙ回りの第１方向に所定角度θ２（＋θ２）以上となることを規制する第１規制部材１７ａと、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、ミラー部１０が揺動していない状態から第１方向とは逆方向の第２方向に所定角度θ２（−θ２）以上となることを規制する第２規制部材１７ｂと、からなり、光走査素子４（１７１）は、揺動軸Ｌｙに直交する方向に延伸し、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を有し、検出部は、各支持部１２ａ，１２ｂ上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置された一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）を有し、当該一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）は直列接続されて所定電圧が印加されており、ピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）間の電圧値をミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度の情報である検出電圧Ｖｄとして出力し、制御部２（１１０）は、第１規制部材１７ａに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８により第１規制部材１７ａにミラー部１０が到達したと判定したときのピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）間の電圧値と、第２規制部材１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８により第２規制部材１７ｂにミラー部が到達したと判定したときのピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）間の電圧値とに基づいて、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形を調整するので、少ない部品点数かつ省スペースでミラー部１０の角度を検出することが可能となる。
【００８８】
（３）規制部材１７ａ，１７ｂは、弾性を有するので、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに接触するときの衝撃を低減して、ミラー部１０の振動を抑制することができる。
【００８９】
（４）制御部２（１１０）は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる際に、規制部材１７ａ，１７ｂに到達する前にミラー部１０の回動速度を減速させるので、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに接触するときの衝撃を低減して、ミラー部１０の振動を抑制することができる。
【００９０】
（５）制御部２（１１０）は、ミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定したとき、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達している状態を維持するために、駆動信号Ｓｄ（１１７）の電圧値を、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したときの駆動信号Ｓｄ（１１７）の電圧値以上に維持するので、ミラー部１０にかかる搖動軸Ｌｙ回りの力が上昇するのを抑制して、ミラー部１０の振動を抑制することができる。
【００９１】
（６）規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８によりミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定した後の所定期間Ｔａ、Ｔｃの検出部１８の検出電圧Ｖｄ（検出結果）を平均化し、当該平均化した検出結果に基づき、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形を調整するので、ミラー部１０の振動による影響を抑制することができ、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形の調整を精度よく行うことができる。
【００９２】
（７）制御部２（１１０）は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８によりミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定したときから所定期間Ｔａ経過後の検出部１８の検出電圧Ｖｄ（検出結果）に基づき、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形を調整するので、ミラー部１０の振動による影響を抑制することができ、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形の調整を精度よく行うことができる。
【符号の説明】
【００９３】
１ 光走査装置
２ 制御部
３ 光源部
４，１７１ 光走査素子
１０ ミラー部
１０ａ 反射面
１１ａ，１１ｂ 梁部
１２ａ，１２ｂ 支持部
１３ａ，１３ｂ 固定部
１４ 基台
１７ａ 第１規制部材
１７ｂ 第２規制部材
１８ 検出部
２１ 目標指令生成部
２２ 比較次元変換部
２３ 減算部
２４ 駆動信号生成部
２５ 波形調整部
１００ 画像表示装置
１１３ 副走査駆動信号生成部
１１７ 副走査駆動信号
Ｓｄ 駆動信号
Ｖｄ 検出電圧
【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、梁部で支持されたミラー部を有し、梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させてミラー部により光束を走査する光走査素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような光走査素子では、駆動信号の信号レベルに応じた角度でミラー部が変位するが、周囲温度、経年変化、個体差などにより、駆動信号の信号レベルと実際のミラー部の角度との関係が変化する。ミラー部によって光束を所望の方向に走査するためには、光走査素子を駆動する制御部において、駆動信号の信号レベルと実際のミラー部の角度との関係を知っておく必要がある。そのため、従来の光走査装置や画像表示装置では、ミラー部の揺動軸回りの角度を検出する検出部を設けている（特許文献１〜３参照）。
【０００５】
例えば、特許文献１には、検出部として光走査素子にピエゾ抵抗素子を配置し、捻れ変位に応じてピエゾ抵抗素子に発生する電圧に基づき、ミラー部の角度を検出する方法が記載されている。また、特許文献２には、検出部として光走査素子に圧電アクチュエータを配置して、捻れ変位に応じて圧電アクチュエータに発生する起電力に基づき、ミラー部の角度を検出する方法が記載されている。また、特許文献３には、検出部である静電容量の変化から、ミラー部の角度を検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２９５１７号公報
【特許文献２】特開２００９−１６９３２５号公報
【特許文献２】特開２００８−１２９０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術では、ピエゾ抵抗素子に発生する電圧とミラー部の角度との関係を、テーブルとして予め記憶部に記憶しておき、又は、直線近似式の関数から求めるようにしている。
【０００８】
しかしながら、周囲温度、経年変化、個体差などによってピエゾ抵抗素子に生じる電圧が変動するため、このような場合には、予め設定したテーブルや近似式を用いると、これらにより算出した角度と実際のミラー部の角度とに差が生じる。そのため、フィードバックを用いたミラー制御の精度が低下してしまう。予め個体差毎に近似式やテーブルを設定することも考えられるが、非常に手間が掛かる。しかも、このようにした場合でも、経年変化等でピエゾ抵抗素子に変動が生じた場合には対応できない。
【０００９】
また、上記特許文献２,３に記載の技術においても、検出部の検出値とミラー部の角度との関係を予め把握しておく必要があり、同様のことがいえる。
【００１０】
そこで、ミラー部の反射面に光束を入射する光源とミラー部が所定角度のときに反射した光束が入射する光検出手段とを設けて、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角度を検出することが考えられる。しかし、この場合、光源と光検出手段が別途必要となり、小型化やコスト面から問題があった。
【００１１】
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、光検出素子のミラー部の角度を検出する検出部の特性変化があった場合でも、光検出素子のミラー部の角度を精度よく検出する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】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、一対の梁部により両側から支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部が揺動軸回りに揺動して前記ミラー部により光束を走査する光走査素子と、前記光走査素子へ駆動信号を出力して前記ミラー部を前記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、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度を検出する検出部と、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材と、を設け、前記制御部は、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記検出部による検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００１３】
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、前記規制部材は、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記ミラー部が揺動していない状態から前記揺動軸回りの第１方向に前記所定角度以上となることを規制する第１規制部材と、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記ミラー部が揺動していない状態から前記第１方向とは逆方向の第２方向に前記所定角度以上となることを規制する第２規制部材と、からなり、前記光走査素子は、前記揺動軸に直交する方向に延伸し、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を有し、前記検出部は、各前記支持部上に前記揺動軸に対して対称配置された一対のピエゾ抵抗素子を有し、当該一対のピエゾ抵抗素子は直列接続されて所定電圧が印加されており、前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値を前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度の情報として出力し、前記制御部は、前記第１規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記第１規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値と、前記第２規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記第２規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値とに基づいて、前記駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００１４】
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、前記規制部材は、弾性を有することを特徴とする。
【００１５】
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、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させる際に、前記規制部材に到達する前に前記ミラー部の回動速度を減速させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、請求項１〜４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、前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定したとき、前記ミラー部が規制部材に到達している状態を維持するために、前記駆動信号の電圧値を、前記ミラー部が前記規制部材に到達したときの前記駆動信号の電圧値以上に維持することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の光走査装置において、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定した後の所定期間の前記検出部の検出結果を平均化し、当該平均化した検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に係る発明は、請求項５に記載の光走査装置において、前記制御部は、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定したときから所定期間経過後の前記検出部の検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に係る発明は、画像信号に応じた強度の光束を出射する光源と、前記光源から出射された光束を第１方向に相対的に高速に走査する第１光走査素子と、一対の梁部により両側から支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させて前記第１走査素子により走査された光束を前記ミラー部により第１方向と略直交する第２方向に相対的に低速に走査する第２光走査素子とを有する走査部と、前記走査部を制御する制御部と、を備えた画像表示装置において、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度を検出する検出部と、前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材と、を設け、前記制御部は、前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記検出部による検出結果に基づき、前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動させる駆動信号の波形を調整することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９に係る発明は、請求項８に記載の画像表示装置において、前記走査部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前記画像信号に応じた画像を投影することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ミラー部の揺動軸回りの角度を検出する検出部と、ミラー部の揺動軸回りの角度が、光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材１７ａ，１７ｂとを設け、規制部材に到達するようにミラー部を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部により規制部材にミラー部が到達したと判定したときの検出部による検出結果に基づき、駆動信号の波形を調整するので、光検出素子のミラー部の角度を検出する検出部の特性変化があった場合でも、光検出素子のミラー部の角度を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】規制部材の配置を示す図である。
【図８】他の規制部材の配置を示す図である。
【図９】さらに他の規制部材の配置を示す図である。
【図１０】図１に示す制御部の構成を示す図である。
【図１１】目標角度テーブルの一例を示す図である。
【図１２】図１０に示す波形調整部の動作を説明するための図である。
【図１３】検出部の検出特性を検出する方法を示す図である。
【図１４】図１０に示す波形調整部が出力する駆動信号の信号レベルの遷移を示す図である。
【図１５】図１０に示す波形調整部が出力する駆動信号の信号レベルの他の遷移を示す図である。
【図１６】規制部材にミラー部が到達したと判定したときの検出電圧を検出する方法を説明するための図である。
【図１７】規制部材にミラー部が到達したと判定したときの検出電圧を検出する他の方法を説明するための図である。
【図１８】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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所定方向に走査する光走査素子４とを備えている。
【００２６】
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、その電流波形が鋸波状波形となる駆動信号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。光走査素子４のミラー部１０は、駆動信号Ｓｂの信号レベルに応じた角度で揺動軸Ｌｙ回りに回動するように構成されており、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。
【００２７】
［１．２．光走査素子４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。
【００２８】
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。
【００２９】
一対の梁部１１ａ，１１ｂは、揺動軸Ｌｙに沿って延伸してミラー部１０の両側のそれぞれを弾性を持って支持し、その捻れ変位（捻れ変形）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。このように、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。
【００３０】
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に接続される。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の揺動軸Ｌｙ回りの角度を制御することができる。
【００３１】
この光走査素子４には、さらに、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度を検出する検出部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。
【００３２】
そして、一方の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揺動軸Ｌｙ近傍に発生する応力場によって各々その抵抗値が変化し、他方の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揺動軸Ｌｙ近傍に発生する応力場によって各々その抵抗値が変化する。
【００３３】
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Ｒ４,Ｒ２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。
【００３４】
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Ｒ４,Ｒ２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、光走査素子４に駆動信号Ｓｂが印加されていないとき、すなわち駆動信号Ｓｂ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。
【００３５】
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、その特性は同一であるものとする。
【００３６】
例えば、図６に示すように、ミラー部１０に揺動軸Ｌｙ回りの角度θの傾きが生じたとき、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Ｎ１の電圧ＶＰＲ＋は下降し、第２出力ノードＮ２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θ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。
【００３７】
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の傾き角度がわかる。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。
【００３８】
ところで、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、その個体差や温度変化によって抵抗値が変わり、また、経年変化等によっても抵抗値が変わる。そのため、検出電圧Ｖｄとミラー部１０の角度との関係が変動することになり、フィードバックを用いたミラー制御の精度が低下してしまう恐れがある。
【００３９】
そこで、本実施形態に係る光走査素子４では、図７に示すように、ミラー部１０の角度を検出するための第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂを設けている。図７は図４（ａ）に示すＡ−Ａ’線矢視断面の一部分を示す図である。
【００４０】
光走査素子４のミラー部１０は、光束を走査するときには、図７（ａ）に示すように＋θ１〜−θ１の角度範囲（以下、走査角度範囲という）で揺動軸Ｌｙ回りに揺動するものであり、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂは、図７（ｂ）に示すように、この走査角度範囲外の所定角度＋θ２,−θ２以上となることを規制するものである。
【００４１】
すなわち、第１規制部材１７ａは、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、ミラー部１０が揺動していない状態から揺動軸Ｌｙ回りの第１方向に所定角度θ２以上となることを規制する。また、第２規制部材１７ｂは、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、ミラー部１０が揺動していない状態から第１方向とは逆方向の第２方向に所定角度θ２以上となることを規制する。
【００４２】
このように、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂを設けることで、後述するように、検出特性が変化した検出部１８の検出電圧Ｖｄに対するミラー部１０の角度の関係を精度良く検出することができる。なお、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂとを、図８に示すように、一体化して形成するようにしてもよい。
【００４３】
また、図９（ａ），（ｂ）に示すように、規制部材１７ａ，１７ｂに代えて、ミラー部１０が角度＋θ２，−θ２のときに、ミラー部１０の裏面が当接する平面を有する規制部材１７ａ’，１７ｂ’や規制部材１７ａ”，１７ｂ”を設けるようにしてもよい。このようにすることで、ミラー部１０と規制部材との接触面積を増やすことができ、規制部材１７ａ，１７ｂのようにミラー部１０の端部でミラー部１０の角度を規制する場合に比べ、ミラー部１０の変形が生じにくくすることが可能となる。なお、図９（ａ），（ｂ）に示す例では、傾いていないときのミラー部１０の反射面１０ａと平行な基台１４表面に対してθ２の角度を持って傾斜させることによって、ミラー部１０が角度＋θ２，−θ２のときに、ミラー部１０の裏面が当接するようにしている。
【００４４】
これらの規制部材１７ａ，１７ｂ，１７ａ’，１７ｂ’，１７ａ”，１７ｂ”は、ゴムなどの弾性部材で構成することにより、ミラー部１０の接触の衝撃によるミラー部１０の変形や逆向きの力を抑制できるため、望ましい。
【００４５】
[１．３ 制御部２の処理]
制御部２は、上述したように、駆動信号Ｓｂを生成して、ミラー部１０を走査角度範囲で揺動させ、ミラー部１０の反射面１０ａにより光束を反射して光束を走査するようにしており、図１０に示すように構成されている。
【００４６】
図１０に示すように、制御部２は、目標指令生成部２１、比較次元変換部２２、減算部２３、駆動信号生成部２４を有している。
【００４７】
目標指令生成部２１は、光走査素子４により走査させようとする方向に応じたミラー部１０の目標角度を、目標角度指令として出力する。目標指令生成部２１には、１走査期間Ｔ（図３参照）のミラー部１０の目標角度の情報が内部の記憶部に記憶されており、この記憶部に記憶された情報を順次読み出して目標角度指令として出力する。例えば、１走査期間のミラー部１０の目標角度の情報として、１〜１０００番目までの情報を有する目標角度テーブルを記憶部に記憶し、１〜１０００番目までの情報を順次読み出して目標角度指令として出力する。上述したように目標角度は＋θ１〜−θ１の範囲であり、目標角度テーブルは、例えば、図１１に示すようなテーブルである。なお、ミラー部１０の目標角度を予め記憶しておくのではなく、逐次演算して求めるようにしてもよい。
【００４８】
比較次元変換部２２は、ミラー部１０の目標角度と制御電圧Ｖｃｔとの関係を規定する規定値α，βを記憶しており、目標指令生成部２１から出力される目標角度指令に応じた制御電圧Ｖｃｔを出力する。本実施形態に係る光走査素子４では、制御電圧Ｖｃｔとミラー部１０の角度とが比例関係にあり、目標角度θに基づき、以下の式（１）に基づき制御電圧Ｖｃｔを演算している。
Ｖｃｔ＝α×θ＋β ・・・（１）
なお、比較次元変換部２２において、ミラー部１０の目標角度と制御電圧Ｖｃｔとの関係を規定する変換テーブルを内部に記憶しておき、この変換テーブルに基づき、ミラー部１０の目標角度を制御電圧Ｖｃｔに変換するようにしてもよい。
【００４９】
減算部２３は、制御電圧Ｖｃｔの電圧値から検出電圧Ｖｄの電圧値を減算して、制御電圧Ｖｃｔと検出電圧Ｖｄとの差分電圧Ｖｓを演算し、差分電圧Ｖｓを出力する。
【００５０】
駆動信号生成部２４は、差分電圧Ｖｓに応じて電流値を増減させた電流値の駆動信号Ｓｂを生成し、この駆動信号Ｓｂを光走査素子４のコイル１６に出力する。すなわち、差分電圧Ｖｓの正極性の場合には、差分電圧Ｖｓの電圧レベルに比例する値だけ電流値を上げた駆動信号Ｓｂを生成し、差分電圧Ｖｓの負極性の場合には、差分電圧Ｖｓの電圧レベルに比例する値だけ電流値を下げた駆動信号Ｓｂを生成する。この駆動信号生成部２４は、例えば、差分電圧Ｖｓを積分する積分器により構成することができる。このように差分電圧Ｖｓに応じた電流値の駆動信号Ｓｂにより光走査素子４を駆動してフィードバック制御するようにしており、これによりミラー部１０の制御電圧Ｖｃｔに応じた揺動を精度良く行うようにしている。
【００５１】
さらに、制御部２は、駆動信号Ｓｂの波形を調整する波形調整部２５を有している。
【００５２】
この波形調整部２５は、規制部材１７に到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８により規制部材１７にミラー部１０が到達したと判定したときの検出部１８による検出結果に基づき、駆動信号Ｓｂの波形を調整するようにしている。この波形調整部２５により、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の個体差、経年変化、温度変化などによる検出部１８の検出精度の劣化を抑制するようにしている。
【００５３】
この波形調整部２５は、光走査素子４の制御を開始するとき、また、光走査素子４の制御を開始してから所定期間毎に、以下のような処理を行うことによって、駆動信号Ｓｂの波形を調整する。
【００５４】
波形調整部２５は、まず、電流値が漸次増加する駆動信号Ｓｃ１を光走査素子４のコイル１６に出力し、第１規制部材１７ａに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる（図１２のタイミングｔ１〜）。波形調整部２５は、検出電圧Ｖｄを監視しており、この検出電圧Ｖｄに基づき、第１規制部材１７ａにミラー部１０が到達したことを検出する。すなわち、第１規制部材１７ａにミラー部１０が到達するまでは、検出電圧Ｖｄの電圧値が駆動信号Ｓｃ１の電流値の増加に伴って増加するが、第１規制部材１７ａにミラー部１０が到達すると、検出電圧Ｖｄの電圧値が駆動信号Ｓｃ１の電流値の増加に伴って増加しなくなる（図１２のタイミングｔ２〜ｔ３）。波形調整部２５は、検出電圧Ｖｄの電圧値が増加しなくなったとき（図１２のタイミングｔ２）の検出電圧Ｖｄの電圧値を第１電圧値Ｖｄ１として記憶する。
【００５５】
同様に、電流値が漸次減少する駆動信号Ｓｃ２を光走査素子４のコイル１６に出力し、第２規制部材１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる（図１２のタイミングｔ３〜）。波形調整部２５は、検出電圧Ｖｄの電圧値が減少しなくなったとき（図１２のタイミングｔ４）の検出電圧Ｖｄの電圧値を第２電圧値Ｖｄ２として記憶する。
【００５６】
光走査素子４においては、上述したように、検出電圧Ｖｄの信号レベルとミラー部１０の傾きは、比例関係にある。従って、ミラー部１０の角度が＋θ２から−θ２まで等速で変化したとき、図１３に示すように、検出電圧Ｖｄは第１電圧値Ｖｄ１から第２電圧値Ｖｄ２まで直線的に変化する。また、検出電圧Ｖｄが第１電圧値Ｖｄ１と第２電圧値Ｖｄ２との中間電圧のときに、ミラー部１０の角度が０となる。
【００５７】
そこで、波形調整部２５は、第１電圧値Ｖｄ１と第２電圧値Ｖｄ２とに基づき、下記式（２）,（３）で規定されるα’,β’を演算する。
α’＝（Ｖｄ１−Ｖｄ２）／２θ２ ・・・（２）
β’＝（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２ ・・・（３）
【００５８】
α’,β’を演算した後、波形調整部２５は、α’,β’を比較次元変換部２２へ出力する。比較次元変換部２２は、α’を規定値αとして設定し、β’を規定値βとして設定し、その後の変換処理を行う。このようにすることで、ミラー部１０の角度を精度良く検出して、ミラー部１０を制御目標の角度となるように精度良く制御することができる。
【００５９】
以上のように、光走査装置１では、規制部材１７ａ，１７ｂを設け、この規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる。そして、検出部１８により規制部材１７ａ，１７ｂにミラー部１０が到達したと判定したときの検出部１８の検出電圧Ｖｄに基づき、検出部１８の検出特性を検出して、駆動信号Ｓｄの波形を調整するようにしている。そのため、光走査装置１において、温度変化や経年劣化などにより検出部１８による検出結果の変動があるような場合であっても、光束の走査を精度良く行うことができる。
【００６０】
なお、上述においては、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂの２つを用いて、検出部１８の検出特性を検出するようにしたが、いずれか一つの規制部材を用いて、検出部１８の検出特性を検出するようにしてもよい。
【００６１】
例えば、第１規制部材１７ａを用いる場合には、波形調整部２５は、次のように動作する。まず、波形調整部２５は、光走査素子４のコイル１６に電流を流さない状態で、検出電圧Ｖｄの信号レベルを第２電圧値Ｖｄ２’として記憶する。次に、電流値が漸次増加する駆動信号Ｓｃ１を光走査素子４のコイル１６に出力し、第１規制部材１７ａに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる。波形調整部２５は、検出電圧Ｖｄの信号レベルが増加しなくなったときの検出電圧Ｖｄの電圧値を第１電圧値Ｖｄ１’として記憶する。
【００６２】
そして、波形調整部２５は、第１電圧値Ｖｄ１’と第２電圧値Ｖｄ２’とに基づき、下記式（４）,（５）で規定されるα”,β”を演算する。
α”＝（Ｖｄ２’−Ｖｄ１’）／θ２ ・・・（４）
β”＝Ｖｄ２’ ・・・（５）
【００６３】
α”,β”を演算した後、波形調整部２５は、α”,β”を比較次元変換部２２へ出力する。比較次元変換部２２は、α”を規定値αとして設定し、β”を規定値βとして設定し、その後の変換処理を行う。このようにすることで、第１規制部材１７ａと第２規制部材１７ｂの２つを用いた場合に比べ、検出精度は低下するものの、１つの規制部材により、検出部１８の検出特性を迅速に検出することができる。
【００６４】
ところで、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させたとき、回動する速度を一定にした場合には、規制部材１７ａ，１７ｂへ接触した衝撃で、回動方向とは逆方向に力が働き振動する。そのため、図１２に示すように、検出電圧Ｖｄが一定電圧とならず、検出部１８の検出特性を精度良く検出することができない恐れがある。そこで、上述したように、規制部材１７ａ，１７ｂを、ゴムなどの弾性部材で構成することにより、ミラー部１０の振動を抑制している。しかし、これによっても検出部１８の検出特性を精度良く検出を十分でない場合も生じる。
【００６５】
そこで、図１４に示すように、波形調整部２５は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を回動させる際に、規制部材１７ａ，１７ｂに到達する前にミラー部１０の回動速度を減速させるような駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を光走査素子４に出力可能としている。このようにすることで、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに接触するときの衝撃を低減して、ミラー部１０の振動を抑制することが可能となる。なお、駆動信号Ｓｃ２は、駆動信号Ｓｃ１と極性が異なるだけであるため、図１４では省略している。また、波形調整部２５において、検出部１８の検出特性のばらつきを予め記憶しておくことで、規制部材１７ａ，１７ｂに到達する直前で信号レベルの変化が小さくなるような駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を生成することができる。また、前回演算したα’,β’（α”,β”）に基づいて、規制部材１７ａ，１７ｂに到達する直前で信号レベルの変化が小さくなるような駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を生成するようにしてもよい。また、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに近づくに従って信号レベルの変化が小さくなるような駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を光走査素子４に出力するようにしてもよい。このようにすることで、ミラー部１０の振動をより抑制することができる。
【００６６】
また、図１５に示すように、波形調整部２５において、駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２の電圧値を、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したとき又はその直後の駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２の電圧値に維持することもできる。このようにすることで、ミラー部１０にかかる揺動軸Ｌｙ回りの力が上昇するのを抑制して、ミラー部１０の振動を抑制するようにしてもよい。
【００６７】
上述のように、上述したようなミラー部１０の振動を抑制するための構成を採用した場合であっても、ミラー部１０の振動を十分に抑制できない場合があり、このような場合には、検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄに微小な変動が生じる。そのため、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したときの検出電圧Ｖｄを精度よく取得することができない。
【００６８】
そこで、波形調整部２５において、図１６に示すように、検出電圧Ｖｄの信号レベルが駆動信号Ｓｃ１，Ｓｃ２の信号レベルの変化に伴った変化をしなくなったとき（タイミングｔ１１）から所定期間Ｔａ経過したときの検出電圧Ｖｄを第１電圧値Ｖｄ１及び第２電圧値Ｖｄ２とする。このように、検出部１８によりミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定したときから所定期間Ｔａ経過後の検出部１８の検出結果を利用するため、ミラー部１０の振動による影響を抑制して、検出部１８の検出特性を精度よく検出することができる。
【００６９】
また、検出電圧Ｖｄの変動が収束するのに時間がかかる場合には、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定したときから所定期間Ｔａの検出電圧Ｖｄを平均化し、当該平均化した結果を第１電圧値Ｖｄ１及び第２電圧値Ｖｄ２とする。このようにすることで、ミラー部１０の振動による影響を抑制するようにしてもよい。
【００７０】
また、上述のように、検出電圧Ｖｄを平均化するのではなく、検出部１８から出力される検出電圧Ｖｄをローパスフィルタにより濾波した結果を、第１電圧値Ｖｄ１及び第２電圧値Ｖｄ２としてもよい。
【００７１】
また、検出電圧Ｖｄの平均化処理やフィルタリング処理は、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定した直後からの所定期間の検出電圧Ｖｄを用いるのではなく、図１７に示すように、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定してから所定期間Ｔｂを経過した後から所定期間Ｔｃの検出電圧Ｖｄを用いてもよい。ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達した直後は、ミラー部１０の振動のノイズが大きいため、ミラー部１０の振動が大きな期間の検出電圧Ｖｄを用いないことで、第１電圧値Ｖｄ１及び第２電圧値Ｖｄ２を精度良く検出することができる。
【００７２】
以上のように、本実施形態に係る光走査装置１では、規制部材１７ａ，１７ｂを設け、検出部１８により規制部材１７ａ，１７ｂにミラー部１０が到達したときの検出電圧Ｖｄに基づき、検出部１８の検出特性を検出して、駆動信号Ｓｄの波形を調整する。そのため、温度変化や経年劣化などにより検出部１８による検出結果の変動があるような場合であっても、光束の走査を精度良く行うことができる。
【００７３】
なお、上述では、検出部１８を。二対のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４により構成したが、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）間の電圧を検出電圧Ｖｄとしてもよい。
【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１８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に同期して、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。
【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４と同様の構成の光走査素子１７１を駆動するようにしている。すなわち、光走査素子１７１に、規制部材を設けると共に光走査素子１７１のミラー部の角度を検出する検出部を設けている。そして、副走査駆動信号生成部１１３は、規制部材にミラー部が到達したときの検出部の検出電圧Ｖｄに基づき、検出部の検出特性を検出して、副走査駆動信号１１７の波形を調整する。そのため、温度変化や経年劣化などにより検出部１８による検出結果の変動があるような場合であっても、レーザ光の走査を精度良く行うことができる。
【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】
また、光走査素子のミラー部の角度を検出する検出部を、ピエゾ抵抗素子により構成しているが、圧電素子による検出方法や静電容量の変化による検出方法を用いてもよい。
【００８５】
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。
【００８６】
（１）一対の梁部１１ａ，１１ｂにより両側から支持されたミラー部１０を有し、梁部１１ａ，１１ｂの捻れ変位によりミラー部１０が揺動軸Ｌｙ回りに揺動してミラー部１０により光束を走査する光走査素子４（１７１）と、光走査素子４（１７１）へ駆動信号Ｓｄ（１１７）を出力してミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに揺動させる制御部２（１１０）と、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度を検出する検出部１８と、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、光束を走査する角度範囲（＋θ１〜−θ１）外の所定角度＋θ２，−θ２以上となることを規制する規制部材１７ａ，１７ｂとを設けている。そして、制御部２（１１０）は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８により規制部材１７ａ，１７ｂにミラー部１０が到達したと判定したときの検出部１８の検出電圧Ｖｄ（検出結果）に基づき、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形を調整するので、温度変化や経年劣化などにより検出部１８による検出結果の変動があるような場合であっても、光束の走査を精度良く行うことができる。
【００８７】
（２）規制部材１７ａ，１７ｂは、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、ミラー部１０が揺動していない状態から揺動軸Ｌｙ回りの第１方向に所定角度θ２（＋θ２）以上となることを規制する第１規制部材１７ａと、ミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度が、ミラー部１０が揺動していない状態から第１方向とは逆方向の第２方向に所定角度θ２（−θ２）以上となることを規制する第２規制部材１７ｂと、からなり、光走査素子４（１７１）は、揺動軸Ｌｙに直交する方向に延伸し、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を有し、検出部は、各支持部１２ａ，１２ｂ上に揺動軸Ｌｙに対して対称配置された一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）を有し、当該一対のピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）は直列接続されて所定電圧が印加されており、ピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）間の電圧値をミラー部１０の揺動軸Ｌｙ回りの角度の情報である検出電圧Ｖｄとして出力し、制御部２（１１０）は、第１規制部材１７ａに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８により第１規制部材１７ａにミラー部１０が到達したと判定したときのピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）間の電圧値と、第２規制部材１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８により第２規制部材１７ｂにミラー部が到達したと判定したときのピエゾ抵抗素子Ｒ１,Ｒ３（Ｒ４，Ｒ２）間の電圧値とに基づいて、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形を調整するので、少ない部品点数かつ省スペースでミラー部１０の角度を検出することが可能となる。
【００８８】
（３）規制部材１７ａ，１７ｂは、弾性を有するので、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに接触するときの衝撃を低減して、ミラー部１０の振動を抑制することができる。
【００８９】
（４）制御部２（１１０）は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させる際に、規制部材１７ａ，１７ｂに到達する前にミラー部１０の回動速度を減速させるので、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに接触するときの衝撃を低減して、ミラー部１０の振動を抑制することができる。
【００９０】
（５）制御部２（１１０）は、ミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定したとき、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達している状態を維持するために、駆動信号Ｓｄ（１１７）の電圧値を、ミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したときの駆動信号Ｓｄ（１１７）の電圧値以上に維持するので、ミラー部１０にかかる搖動軸Ｌｙ回りの力が上昇するのを抑制して、ミラー部１０の振動を抑制することができる。
【００９１】
（６）規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８によりミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定した後の所定期間Ｔａ、Ｔｃの検出部１８の検出電圧Ｖｄ（検出結果）を平均化し、当該平均化した検出結果に基づき、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形を調整するので、ミラー部１０の振動による影響を抑制することができ、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形の調整を精度よく行うことができる。
【００９２】
（７）制御部２（１１０）は、規制部材１７ａ，１７ｂに到達するようにミラー部１０を揺動軸Ｌｙ回りに回動させ、検出部１８によりミラー部１０が規制部材１７ａ，１７ｂに到達したと判定したときから所定期間Ｔａ経過後の検出部１８の検出電圧Ｖｄ（検出結果）に基づき、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形を調整するので、ミラー部１０の振動による影響を抑制することができ、駆動信号Ｓｄ（１１７）の波形の調整を精度よく行うことができる。
【符号の説明】
【００９３】
１ 光走査装置
２ 制御部
３ 光源部
４，１７１ 光走査素子
１０ ミラー部
１０ａ 反射面
１１ａ，１１ｂ 梁部
１２ａ，１２ｂ 支持部
１３ａ，１３ｂ 固定部
１４ 基台
１７ａ 第１規制部材
１７ｂ 第２規制部材
１８ 検出部
２１ 目標指令生成部
２２ 比較次元変換部
２３ 減算部
２４ 駆動信号生成部
２５ 波形調整部
１００ 画像表示装置
１１３ 副走査駆動信号生成部
１１７ 副走査駆動信号
Ｓｄ 駆動信号
Ｖｄ 検出電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の梁部により両側から支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部が揺動軸回りに揺動して前記ミラー部により光束を走査する光走査素子と、前記光走査素子へ駆動信号を出力して前記ミラー部を前記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、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度を検出する検出部と、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材と、を設け、
前記制御部は、
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記検出部による検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整する
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記規制部材は、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記ミラー部が揺動していない状態から前記揺動軸回りの第１方向に前記所定角度以上となることを規制する第１規制部材と、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記ミラー部が揺動していない状態から前記第１方向とは逆方向の第２方向に前記所定角度以上となることを規制する第２規制部材と、からなり、
前記光走査素子は、
前記揺動軸に直交する方向に延伸し、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を有し、
前記検出部は、
各前記支持部上に前記揺動軸に対して対称配置された一対のピエゾ抵抗素子を有し、当該一対のピエゾ抵抗素子は直列接続されて所定電圧が印加されており、前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値を前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度の情報として出力し、
前記制御部は、
前記第１規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記第１規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値と、前記第２規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記第２規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値とに基づいて、前記駆動信号の波形を調整する
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】
前記規制部材は、弾性を有する
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、
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させる際に、前記規制部材に到達する前に前記ミラー部の回動速度を減速させる
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】
前記制御部は、
前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定したとき、前記ミラー部が規制部材に到達している状態を維持するために、前記駆動信号の電圧値を、前記ミラー部が前記規制部材に到達したときの前記駆動信号の電圧値以上に維持する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定した後の所定期間の前記検出部の検出結果を平均化し、当該平均化した検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整する
ことを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定したときから所定期間経過後の前記検出部の検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整する
ことを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項８】
画像信号に応じた強度の光束を出射する光源と、
前記光源から出射された光束を第１方向に相対的に高速に走査する第１光走査素子と、
一対の梁部により両側から支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させて前記第１走査素子により走査された光束を前記ミラー部により第１方向と略直交する第２方向に相対的に低速に走査する第２光走査素子とを有する走査部と、
前記走査部を制御する制御部と、を備えた画像表示装置において、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度を検出する検出部と、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材と、を設け、
前記制御部は、
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記検出部による検出結果に基づき、前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動させる駆動信号の波形を調整する
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
前記走査部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前記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８に記載の画像表示装置。
【請求項１】
一対の梁部により両側から支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部が揺動軸回りに揺動して前記ミラー部により光束を走査する光走査素子と、前記光走査素子へ駆動信号を出力して前記ミラー部を前記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、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度を検出する検出部と、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材と、を設け、
前記制御部は、
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記検出部による検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整する
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記規制部材は、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記ミラー部が揺動していない状態から前記揺動軸回りの第１方向に前記所定角度以上となることを規制する第１規制部材と、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記ミラー部が揺動していない状態から前記第１方向とは逆方向の第２方向に前記所定角度以上となることを規制する第２規制部材と、からなり、
前記光走査素子は、
前記揺動軸に直交する方向に延伸し、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を有し、
前記検出部は、
各前記支持部上に前記揺動軸に対して対称配置された一対のピエゾ抵抗素子を有し、当該一対のピエゾ抵抗素子は直列接続されて所定電圧が印加されており、前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値を前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度の情報として出力し、
前記制御部は、
前記第１規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記第１規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値と、前記第２規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記第２規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記ピエゾ抵抗素子間の電圧値とに基づいて、前記駆動信号の波形を調整する
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】
前記規制部材は、弾性を有する
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、
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させる際に、前記規制部材に到達する前に前記ミラー部の回動速度を減速させる
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】
前記制御部は、
前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定したとき、前記ミラー部が規制部材に到達している状態を維持するために、前記駆動信号の電圧値を、前記ミラー部が前記規制部材に到達したときの前記駆動信号の電圧値以上に維持する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定した後の所定期間の前記検出部の検出結果を平均化し、当該平均化した検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整する
ことを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記ミラー部が前記規制部材に到達したと判定したときから所定期間経過後の前記検出部の検出結果に基づき、前記駆動信号の波形を調整する
ことを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項８】
画像信号に応じた強度の光束を出射する光源と、
前記光源から出射された光束を第１方向に相対的に高速に走査する第１光走査素子と、
一対の梁部により両側から支持されたミラー部を有し、前記梁部の捻れ変位によりミラー部を揺動軸回りに揺動させて前記第１走査素子により走査された光束を前記ミラー部により第１方向と略直交する第２方向に相対的に低速に走査する第２光走査素子とを有する走査部と、
前記走査部を制御する制御部と、を備えた画像表示装置において、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度を検出する検出部と、
前記ミラー部の前記揺動軸回りの角度が、前記光束を走査する角度範囲外の所定角度以上となることを規制する規制部材と、を設け、
前記制御部は、
前記規制部材に到達するように前記ミラー部を前記揺動軸回りに回動させ、前記検出部により前記規制部材に前記ミラー部が到達したと判定したときの前記検出部による検出結果に基づき、前記ミラー部を前記揺動軸回りに揺動させる駆動信号の波形を調整する
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
前記走査部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前記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８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１８】
【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１８】
【公開番号】特開２０１１−２１５３２６（Ｐ２０１１−２１５３２６Ａ）
【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２０１０−８２６１７（Ｐ２０１０−８２６１７）
【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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