JP2000089153A - 光偏向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、走査速度、走査振幅が大きく、かつ
性能が安定した共振ミラーを有する光偏向装置を提供す
ることを目的とする。また、本発明は、大幅に走査速度
を変化させることができる光偏向装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】ばねと、該ばねの一部に固定され該ばねが
振動することにより振動する反射ミラーと、該ばねを該
ばねの共振周波数近辺で駆動発振させる駆動手段とを備
えた光偏向装置において、前記ばねと前記反射ミラーと
を含む振動系の固有振動数を制御する制御手段を備えた
構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光偏向装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザーを光源として、そのビームを走
査して２次元映像を表示するレーザー走査型映像表示装
置は、液晶ディスプレイなどの２次元表示素子を用いる
表示装置よりもコントラストが高い、色再現性が優れて
いる、消費電力が小さいなどさまざまな利点が上げられ
る。

【０００３】走査型映像表示装置の従来例としては、図
２３に示す頭部搭載型映像表示装置（ＨＭＤ）がある。
図２３には、ＨＭＤの光学系を上から見た概略図を示
す。１０１は、入射する光を水平方向に走査する主走査
手段である。主走査手段１０１には、横から見た図Ａに
示すように、映像信号により変調されるレーザー光源１
０２で発光された光がコンデンサーレンズ１０３により
集光され入射する。

【０００４】１０４は、主走査手段１０１からの光を垂
直方向に走査する副走査手段である。１０５は、副走査
手段１０４からの光を反射して凹面鏡に与えるととも
に、凹面鏡からの光を透過して観察者の瞳に与えるハー
フミラーである。１０６は、観察者の瞳に虚像を投影す
る凹面鏡である。尚、主走査手段１０１は凹面鏡１０６
を介して観察者の瞳位置と略共役となる位置に構成され
ている。

【０００５】このような走査型映像表示装置において、
高精細の映像を得るためにには、一画面の走査線数を上
げなければならないため、走査手段は、その走査周波数
が非常に高いことが要求される。例えば、水平走査線数
１０００本の映像を、リフレッシュレート６０Hzで表示
するためには、水平方向の走査周波数は６０KHz必要と
いうことになる。

【０００６】このような高い周波数で光を走査する走査
手段としては、電磁モータを用いた回転多面鏡やガルバ
ノミラーを用いた光偏向装置では非常に困難であり、ば
ね共振を利用したいわゆる共振ミラーを有する光偏向装
置が有効であることが広く知られている。

【０００７】高い周波数で光を走査する共振ミラーを有
する光偏向装置においては、広い視野角の映像を表示で
きるようにするために、大きな振幅で光が走査されるこ
とが望ましい。光偏向装置において、あるエネルギーに
対する振幅は、振動系のばね定数と慣性モーメントによ
って決まる固有振動数および振幅倍率で決まる。最大振
幅倍率は、振動系の固有振動数と駆動系の駆動周波数が
一致するときに得られる。つまり、固有振動数を駆動周
波数付近に設定し振幅倍率を大きくすることによって小
さなエネルギーで大きな振動を得ることができる。従っ
て、一般的に光偏向装置においては、振動系の固有振動
数と駆動系の駆動周波数が略一致するように構成されて
いる。

【０００８】しかしながら、振動系の固有振動数は温度
によって変化するという特性を有している。温度変化に
よってばねの弾性率が変化し、ばね定数が変化するから
である。従って、上記光偏向装置において、例えば特定
の周波数の映像を提示する場合、周囲の温度が変化する
と固有振動数が変化し、最大振幅倍率が得られないこと
から振幅が小さくなってしまうという問題があった。こ
のような問題点を解決する技術が、ＵＳＰ５５５７４４
４（従来例１）、特開平７−４９４６２号公報（従来例
２）に開示されている。

【０００９】従来例１の光偏向装置は、高い周波数に対
応したものでねじりばねの中心にミラーを配置し、手動
あるいは膨張率の異なる材料を組み合わせてばねの張力
を調整し、固有振動数を調整可能にしたものである。

【００１０】従来例２の光偏向装置は、振動系近傍の温
度を検出して、検出結果に基づいて駆動周波数を制御す
るものである。この場合、温度変化により振動系の固有
振動数が変化しても、変化に応じた駆動周波数で駆動さ
せることができる。よって、振動系を共振するように制
御できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高速の
共振状態は極めて調整範囲が狭く微調整が必要である
が、従来例１の光偏向装置のような手動調整や機械的に
膨張率の違いを利用しただけの調整手段では、微調整が
難しく所望の固有振動数を得られないという問題があっ
た。

【００１２】また、従来例２の光偏向装置のように駆動
周波数そのものを変化させる場合、映像信号の周波数を
変化させる必要がありコストアップになるという問題が
あった。さらに、従来の光偏向装置においては一般的に
固有振動数は一つのみしか得られなかったので、汎用性
に欠けるという問題があった。

【００１３】本発明は、上記問題点を鑑みて、走査速
度、走査振幅が大きく、かつ性能が安定した共振ミラー
を有する光偏向装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、大幅に走査速度を変化させることができ
る光偏向装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、ばねと、該ばねの一部に
固定され該ばねが振動することにより振動する反射ミラ
ーと、該ばねを該ばねの共振周波数近辺で駆動発振させ
る駆動手段とを備えた光偏向装置において、前記ばねと
前記反射ミラーとを含む振動系の固有振動数を制御する
制御手段を備えた構成とする。

【００１５】上記構成においては、制御手段により振動
系の固有振動数が制御される。このとき、固有振動数が
駆動手段による駆動周波数と一致するように制御するこ
とで、共振状態が得られる。よって、例えば温度変化に
より振動系の固有振動数に変化があっても、駆動周波数
と一致するように調整できるので、振動系の共振状態が
得られる。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の光偏向装置において、前記制御手段は前記ばねの実際
に振動する部分の長さを制御することにより前記振動系
の固有振動数を制御する構成とする。

【００１７】ばねの実際に振動する部分の長さが変化す
ると、振動系のばね定数は変化する。よって、固有振動
数も変化することになる。つまり、ばねの長さにより固
有振動数を制御することができる。

【００１８】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の光偏向装置において、前記制御手段は前記ばねの温度
を制御することにより前記振動系の固有振動数を制御す
る構成とする。

【００１９】ばねの温度が変化すると、ばねの横弾性率
が変化する。よって、固有振動数も変化することにな
る。つまり、ばねの温度により固有振動数を制御するこ
とができる。

【００２０】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の光偏向装置において、前記振動系は錘体を有し、前記
制御手段は前記錘体の位置を制御することにより前記振
動系の固有振動数を制御する構成とする。

【００２１】振動系に含まれる錘体の位置が変化する
と、振動系の慣性あるいは錘体の慣性がばねに与える影
響が変化する。よって、固有振動数も変化することにな
る。つまり、錘体の位置により固有振動数を制御するこ
とができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１〜第１８の実
施形態を図面を参照して説明する。まず、第１の実施形
態の光偏向装置の全体構成図である図１を参照して、全
ての実施形態に共通する基本構成について説明する。

【００２３】図１の光偏向装置は、光を偏向する反射ミ
ラー３、反射ミラー３を回転振動させる棒状のねじりば
ね２、ねじりばね２に回転振動を与える駆動手段８、基
台１から構成されている。駆動手段８は、左右のコイル
５、左右の永久磁石７、鉄等の磁性体で形成される左右
の駆動軸６、リング４からなる。

【００２４】反射ミラー３は、ねじりばね２の一端に固
着されている。ねじりばね２の他端は、基台１に接続さ
れている。駆動手段８は、ねじりばね２の根元近傍にね
じり振動の駆動力を与えるように構成されている。コの
字形状の左右の永久磁石７は、ねじりばね２を中心とし
て左右対称となる基台１上の位置に固着されている。リ
ング４はねじりばね２の根元近傍にはめ込まれ固定され
ている。

【００２５】左右のコイル５は、それぞれねじりばね２
と左右の永久磁石７の間に位置するように保持されてい
る。左右の駆動軸６は、それぞれコイル５の中心を通る
ように配置され、一端は永久磁石７の磁界内に配置さ
れ、他端はリング４に固着されている（一体的に形成さ
れていてもよい）。駆動手段８において、コイル５に電
流を流すと駆動軸６は電磁石となる。このとき、左右の
駆動軸６の永久磁石７側の端が逆の極性を持つようにコ
イル５に流す電流の方向を制御する。

【００２６】電磁石となった左右の駆動軸６は、永久磁
石７の磁界より一方は上方向、他方は下方向に力を受け
る。この力は、リング４を介してねじりばね２に回転方
向の力として伝えられる。コイル５に流す電流の方向
を、ねじりばね２を反射ミラー３を含む振動系の固有振
動数近傍の周波数で切り替えて、それぞれの駆動軸６の
永久磁石７側の端に発生する磁極を共振周波数で反転さ
せる。

【００２７】従って、ねじりばね２に与えられる力の回
転方向が、共振周波数で反転することになる。これによ
り、ねじりばね２はねじり共振する。ねじりばね２の先
端に固着されている反射ミラー３は、ねじりばね２のね
じり中心軸を回転中心軸とする回転振動をする。

【００２８】第２〜第１８の実施形態の光偏向装置の基
本構成は、上記の説明と同じである。図１の光偏向装置
とは、ねじりばねと基台の形状、ねじりばねと基台の接
続部分の構成に多少の違いがあるものがあり、また図１
の構成要素にさらに追加する構成部材があるものもある
が、基本構成は同じであるので、基本構成に基づく上記
の作用に違いはない。各実施形態において、上記の説明
と重複する基本構成の説明は省略する。また、実施形態
によっては、簡便化のために図面上で省略する基本の構
成要素を省略するものもある。

【００２９】上記のように、光偏向装置においては、振
動時に振動系の固有振動数と駆動手段の駆動周波数が略
一致し、振動系が共振状態にあることが望ましい。しか
し、振動系の固有振動数は、例えば温度によって変化す
るので、温度が変化しても共振状態を維持するように制
御する制御手段が必要となる。各実施形態の光偏向装置
は、振動系の固有振動数を制御する固有振動数制御手段
を有する。

【００３０】固有振動数制御手段は、例えば振動系が共
振状態にない場合、つまり振動系の固有振動数と駆動手
段の駆動周波数が一致していない場合に、振動系の固有
振動数を変化させて、駆動手段の駆動周波数と一致させ
る制御を行う。よって、振動系は共振する。

【００３１】第１〜第６の実施形態の固有振動数制御手
段は、ねじりばねの実効的なばね長を変化させることに
よりばね定数を変化させ、振動系の固有振動数を制御す
るものである。ばね長が長いほど、ばね定数が小さくな
るので固有振動数も小さくなる。第７〜第１１の実施形
態の固有振動数制御手段は、ばねの温度を変化させるこ
とによりばね定数を変化させ、振動系の固有振動数を制
御するものである。ばね温度が高いほど弾性率が小さく
なるので固有振動数も小さくなる。第１２〜第１８の実
施形態の固有振動数制御手段は、振動系の慣性を変化さ
せるあるいは重心位置を変化させることにより、振動系
の固有振動数を制御するものである。慣性が大きいほど
固有振動数は小さくなる。また、重心位置がばねの根元
から離れるほど固有振動数は小さくなる。

【００３２】〈第１の実施形態〉図２に、図１に示した
光偏向装置の垂直断面図を示す。ねじりばね２は、断面
円形の棒状部材で、略中心部から反射ミラー３側端に向
かって断面円形の直径が小さくなるテーパー形状であ
る。このような形状にすることによって、直径が一様な
棒状部材の場合にばねの自重慣性により非線型になるね
じり量を線形、あるいは、所定のねじり量にコントロー
ルし、最外径にかかるねじり応力を線形、あるいは、所
定のねじり応力にコントロールできる。また、反射ミラ
ー３側端ほど細いので自重慣性による固有振動数の低下
を防ぐ。従って、直径が一様な棒状部材より、ねじりに
強く、振幅が大きく、さらに固有振動数を大きくでき
る。

【００３３】９は、ねじりばね２を保持する保持部であ
り、弾性を有している。保持部９は、一端を基台１に固
着され、他端でねじりばね２を押圧してねじりばね２を
保持している。尚、保持部９が押圧しているねじりばね
２の領域のうち反射ミラー３側端である位置１１が、ね
じりばね２の支持位置となる。ねじりばね２の実効的な
ばね長は、支持位置１１から反射ミラー３側端までの長
さａとなる。１０は、一端が基台１に、他端がねじりば
ね２に固着されている圧電素子である。

【００３４】本実施形態の固有振動数制御手段は、ばね
長ａを変化させることにより固有振動の調節を行う。具
体的には、圧電素子１０にかける電圧を制御して圧電素
子１０の図面水平方向の長さを調節する。圧電素子１０
の長さが変わると、それに接着されているねじりばね２
はねじり中心軸方向に移動し、支持位置１１が変化する
ことによりばね長ａが変化する。

【００３５】振動系の固有振動数を大きくする場合に
は、圧電素子１０に印加する電圧を下げて圧電素子１０
の長さを短くする。圧電素子１０の長さが短くなると、
ねじりばね２は図面左側に引かれ、ばね長ａが短くな
る。このため、固有振動数は大きくなる。一方、振動系
の固有振動数を小さくする場合には、圧電素子１０に印
加する電圧を上げて圧電素子１０の長さを長くする。圧
電素子１０の長さが長くなると、ねじりばね２が図面右
側に押され、ばね長ａが長くなる。このため、固有振動
数は小さくなる。前記制御において、圧電素子１０に印
加する電圧の値を調節して固有振動数の値を制御する。

【００３６】尚、上記実施形態において、図面上では省
略したが、固有振動数制御手段は反射ミラー２の振幅を
検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて振動系
が共振するようにばね長ａを制御する制御部を有する。

【００３７】〈第２の実施形態〉図３に、本実施形態の
光偏向装置の垂直断面図を示す。本実施形態の光偏向装
置は、第１の実施形態と比較して、ねじりばね２のばね
長ａを変化させる部材の構成が異なるだけで、その他の
構成に違いはないので、第１の実施形態と異なる部分の
み説明する。

【００３８】本実施形態においては、第１の実施形態の
圧電素子１０に代えて、モーター１４と、モーター１４
の回転軸１３と、ネジ１５が設けられている。これらに
より、ばね長ａを調節する。モーター１４の回転軸１３
は基台１を貫通しており、ねじりばね２とは接さない程
度の長さを有する。回転軸１３のねじりばね２側端の一
定の範囲には、ネジ１５と螺合するようにネジがきられ
ている。ネジ１５は、一端がねじりばね２に固着され、
他端で回転軸１３のネジに螺合する。

【００３９】上記構成においては、モーター１４の回転
により回転軸１３が回転し、これに螺合するネジ１５は
回転軸１３の回転中心軸方向（図面の水平方向）に移動
する。ネジ１５が移動すると、ネジ１５に固着されてい
るねじりばね２も移動し、保持部９の支持位置１１が変
化するので、ばね長ａが変化する。本実施形態の固有振
動数制御手段は、このようにしてばね長ａを変化させる
ことにより、第１の実施形態と同様に、ねじりばね２の
固有振動数を調節して、ねじりばね２が共振するように
制御する。

【００４０】〈第３の実施形態〉図４は、本実施形態の
光偏向装置の全体構成図であり、図５はその簡略化した
垂直断面図である。本光偏向装置は、ねじりばね１６、
基台１２、駆動手段８、反射ミラー３から構成されてい
る。駆動手段８の構成、作用については、第１の実施形
態と同じなので説明を省略する。

【００４１】図５からわかるように、ねじりばね１６
は、内部が空洞の棒状部材よりなる。図５において、１
７はばね長調節部材である。ばね長調整部材１７は、ね
じりばね１６の内部空洞に密着して収まる円柱状の部材
１７ａと、部材１７ａより細く、基台１２を貫通する棒
状の部材１７ｂよりなる。

【００４２】尚、ねじりばね１６の支持位置は部材１７
ａがねじりばね１６に密着する部分の反射ミラー３側端
である位置１８となる。ねじりばね１６の実効的なばね
長は、支持位置１８から反射ミラー３側端までの長さｂ
となる。

【００４３】ばね長調節部材１７は、図面水平方向に移
動することにより、部材１７ａのねじりばね１６の内部
における接触位置を変化させる。尚、ばね長調節部材１
７の水平方向への移動手段としては例えばモーターなど
を用いる。接触位置が変化すると、支持位置１８が変化
し、実効的なばね長ｂも変化する。ばね長ｂを変化させ
ることにより、ねじりばね１６の固有振動数を変化させ
ることが可能となる。固有振動数制御手段は、上記のよ
うに固有振動数を調節して、ねじりばね１６が共振する
ようにする。本実施形態においても、図面上では省略し
たが、固有振動数制御手段は反射ミラー３の振幅を検出
する検出部と、検出部の検出結果に基づいて振動系が共
振するようにばね長ｂを制御する制御部を有する。

【００４４】〈第４の実施形態〉図６に、本実施形態の
光偏向装置の垂直断面図を示す。本実施形態の光偏向装
置は、第３の実施形態と比較して、ばね長調節部材が異
なるだけでその他の構成に違いはないので、第３の実施
形態と異なる部分のみ説明する。

【００４５】本実施形態においては、第３の実施形態の
ばね長調整部材１７に代えて、ねじりばね１６の空洞に
密着して収まる円柱状の部材１９ａと、前記円柱状部材
１９ａより細く一端が基台１２に固着されている円柱状
の部材１９ｂからなるばね長調節部材１９を有する。ば
ね長調整部材１９は、温度によって図面水平方向の膨張
率が異なり、温度変化により水平方向に膨張または収縮
する部材で形成されている。温度が変化するとねじりば
ね１６内部での接触位置が変化する。接触位置が変化す
ると、第３の実施形態同様に、支持位置１８が変化し、
ねじりばね１６の実効的なばね長ｂも変化する。

【００４６】固有振動数制御手段は、ばね長調節部材１
９の温度を制御する制御部を有し、制御部は振動系が共
振するように制御を行う。尚、ばね長調節部材１９は、
圧電素子からなる構成でもよい。この場合、圧電素子の
伸縮により支持位置１８が変化することになる。このよ
うな構成においては、圧電素子に印加する電圧を制御す
る制御部を設け、振動系が共振するような制御がなされ
るようにする。尚、検出部による反射ミラー３の振幅デ
ータに基づいて制御がなされることはこれまでの実施形
態と同様である。

【００４７】〈第５の実施形態〉図７に、本実施形態の
光偏向装置のねじりばね１６と基台１２の接続部分を含
む一部分の垂直断面図を示す。本実施形態の光偏向装置
は、第３の実施形態と比較して、ねじりばね１６のばね
長調節部材が異なるだけで、その他の構成に違いはない
ので、第３の実施形態と異なる部分のみ説明する。

【００４８】本実施形態においては、第３の実施形態の
ばね長調節部材１７に代えて、ねじりばね１６の空洞に
一部が密着して収まる断面円形状の部材２０ａと、部材
２０ａより細く、一端が基台１２に固着されている棒状
の部材２０ｂからなるばね長調節部材２０を有する。部
材２０ａの略中心部より反射ミラー３側の部分は、反射
ミラー３側端に向かって断面円形の直径が小さくなるテ
ーパー形状となっている。

【００４９】部材２０ａは、断面の直径方向の膨張率が
温度によって異なる膨張部材を用いて形成する。部材２
０ａは温度変化があると膨張または収縮し、空洞部分で
の支持位置が変化する。例えば、図７（ａ）の状態から
温度変化があると、図７（ｂ）のように、部材２０ａが
収縮し、支持位置が１８ａから１８ｂに変化する。支持
位置が変化すると、図面では省略したが、第３、第４の
実施形態同様に実効的なばね長が変化する。本実施形態
の固有振動数制御手段は、ばね長調節部材２０の部材２
０ａの温度を制御する制御部を有し、制御部は振動系が
共振するように制御を行う。尚、検出部による反射ミラ
ー３の振幅データに基づいて制御がなされることはこれ
までの実施形態と同様である。

【００５０】〈第６の実施形態〉図８に、第６の実施形
態の光偏向装置の概略化した全体構成を示し、図９にそ
の垂直断面図を示す。本実施形態の光偏向装置は、第１
の実施形態のものと比較して、ねじりばね、基台、ばね
長を調節するための部材の構成に違いがあるだけで、そ
の他の構成要素に関しては違いがないので、ねじりばね
２１、基台２２、反射ミラー３、リング４、ばね長調節
部材２３のみを図示し、その他の部分は図１を参照する
こととして省略する。

【００５１】ねじりばね２１は棒状の部材からなる。ね
じりばね２１は、一端に反射ミラー３を固着し、他端を
基台２２に固着されている。また、ねじりばね２１の基
台２２側端には、回転軸方向にのびる４本の溝２１ａが
形成されている。ばね長調節部材２３の詳細な構成を図
１０に示す。ばね長調節部材２３は、円形の部材２３ｂ
に４本の棒状部材である足２３ａが垂直に取り付けられ
ている。

【００５２】図９からわかるように、ばね長調節部材２
３の４本の足２３ａは、基台２２を貫通しそれぞれがね
じりばね２１の溝２１ａに嵌入され、図面横方向に摺動
自在に構成されている。ばね長調節部材２３は、固い部
材で形成されているので、ねじりばね２１においては、
ばね長調節部材２３の足２３ａが嵌入されている部分は
振動しない。実効的なばね長は、足２３ａの先が接触し
ている位置である支持位置２４から、反射ミラー３の固
着部までの長さｃとなる。

【００５３】上記のように、ばね長調節部材２３は水平
方向に摺動可能なので、支持位置２４も水平方向に移動
することになり、実効的なばね長ｃを調節することがで
きる。本実施形態の固有振動数制御手段は、第１の実施
形態同様に、不図示の検出手段により反射ミラー３の振
幅を検出し、振動系が共振するようにばね長調節部材２
３を調節するようにする。

【００５４】〈第７の実施形態〉図１１は、本実施形態
の光偏向装置の全体構成図である。棒状のねじりばね２
５は一端に反射ミラー３が固着され、他端は基台２９に
固着されている。本実施形態の固有振動数制御手段は、
基台２９とリング４の間のねじりばね２５部分に巻き付
けられたコイル３０と、制御部２８を含むばね温度調節
手段よりなる。ばね温度調節手段は、コイル３０に電流
を流して誘導起電力を生じさせ、これによりねじりばね
２１が加熱されるようにする。このコイル３０に流す電
流を制御することにより、ねじりばね２５の温度を制御
する。

【００５５】検出部２６は、反射ミラー３の下側に設け
られており、反射ミラー３の振幅を検出する。検出結果
は、信号線２７により制御部２８へ送られる。検出部２
６は、例えば反射ミラー３からの反射光を検出するライ
ンセンサで構成される。制御部２８は、検出部２６から
送られてくる検出結果に基づいてばね温度を制御して、
振動系が共振するようする。

【００５６】〈第８の実施形態〉図１２は、本実施形態
の光偏向装置の全体構成図である。本実施形態の光偏向
装置において、固有振動数制御手段は、反射ミラー３の
下方に設けられたコイル３１と制御部２８とを含むばね
温度調節手段よりなる。ばね温度調節手段は、コイル３
１に電流を流して誘導起電力を発生させ、これにより反
射ミラー３を加熱する。ねじりばね２５には、反射ミラ
ー３を介して熱が伝わる。ばね温度調節手段は、コイル
３１に流す電流を制御することにより、ねじりばね２５
の温度を調節する。

【００５７】本光偏向装置においては、検出部としてね
じりばね２５上にサーモセンサ３３が配置されている。
サーモセンサ３３はねじりばね２５の温度を検出する。
検出結果は信号線３２を通して制御部２８に送られる。
制御部２８は、予め測定されている共振状態にあるとき
のねじりばね２５の温度Ｔ０と、検出結果の温度Ｔ１を
比較して、Ｔ１がＴ０より低い場合は、コイル３１に電
流を流しねじりばね２５の温度を上げてＴ１をＴ０に一
致させる。Ｔ１がＴ０に一致すると、振動系は共振状態
となる。

【００５８】〈第９の実施形態〉図１３は、本実施形態
の光偏向装置の全体構成図である。本実施形態の光偏向
装置は、第７の実施形態とは、固有振動数制御手段の検
出部の構成が異なるだけである。検出部は、第８の実施
形態と同様の構成で、ねじりばね２５上に設けられたサ
ーモセンサ３３からなる。

【００５９】サーモセンサ３３による検出結果は、制御
部２８に送られる。制御部２８は、第８の実施形態と同
様の方法でサーモセンサ３３からの検出結果を用い、コ
イル３０に流す電流を制御する。

【００６０】〈第１０の実施形態〉図１４は、本実施形
態の光偏向装置の全体構成図である。本実施形態の光偏
向装置の構成は、第７の実施形態の光偏向装置からばね
温度調節手段を除いた装置が、箱体３４内に収容されて
いる構成である。本実施形態においては、ばね温度調節
手段として代わりに、加熱装置４０と冷却装置４１を箱
体３４の外部に有する。さらに、ばね温度調節手段は不
図示の制御部と検出部を含む。

【００６１】箱体３４には、反射ミラー３に映像光が入
射するように、光入射窓３５が設けられている。また、
箱体３４の一つの側面には、温風入出穴３６と冷風入出
穴３７が設けられており、箱体３４の穴３６、３７の外
側には、パッキン３８、３９を介してそれぞれ加熱装置
４０と冷却装置４１が取り付けられている。加熱装置４
０は、温風入出穴３６を介して箱体３４内に温風を送出
する。温風により、箱体３４内の温度は上がり、ばね温
度も上がる。冷却装置４１は、冷風入出穴３７を介して
箱体３４内に冷風を送出する。冷風により、箱体３４内
の温度は下がり、ばね温度も下がる。尚、図面ではわか
りやすいように、パッキン３８、３９、装置４０、４１
を離して示してある。

【００６２】検出部は、反射ミラー３の振幅を検出す
る。振動系が共振状態にないときは、制御部はねじりば
ね２５周囲の温度を加熱装置４０または冷却装置４１を
用いて変化させ、ねじりばね２５の温度を振動系が共振
するように間接的に変化させる。

【００６３】〈第１１の実施形態〉図１５は、本実施形
態の光偏向装置の全体構成図である。本実施形態は、第
７の実施形態の光偏向装置のばね温度調節手段であるコ
イル３０の代わりに、加熱装置４３と冷却装置４２が基
台２９に取り付けられている構成である。加熱装置４３
は、基台２９に熱を与えることにより基台２９の温度を
上げる。冷却装置４２は、基台２９から熱を奪うことに
より基台２９の温度を下げる。本実施形態のばね温度調
節手段は、このように基台２９の温度を変化させること
により間接的にばね温度を制御する。

【００６４】加熱装置４３と冷却装置４２は、それぞれ
ペルチェ素子からなる。加熱装置４３においては、基台
２９に接する板４３ｂが放熱板となるように、また基台
２９とともに放熱板４３ｂを挟む板４３ａが吸熱板とな
るように構成されている。冷却装置４２においては、基
台２９に接する板４２ｂが吸熱板となるように、また基
台２９とともに吸熱板４２ｂを挟む板４２ａが放熱板と
なるように構成されている。

【００６５】加熱装置４３によると、吸熱板４３ａで外
気から熱量が吸収され、吸収した熱量が放熱板４３ｂか
ら基台２９に放熱されることにより基台２９が加熱され
る。冷却装置４２によると、吸熱板４２ｂで基台２９か
ら吸熱がなされ、これにより基台２９が冷却される。吸
熱板４２ｂで吸収した熱量は、放熱板４２ａを介して外
部に放出される。制御部２８は、検出部による反射ミラ
ー３の振幅データに基づいて振動系が共振するように上
記冷却動作と加熱動作を制御する。

【００６６】以下、固有振動数制御手段として、振動系
の重心位置を変える重心調節手段を有する第１２〜第１
７の実施形態の光偏向装置について説明するが、これら
の実施形態の光偏向装置の全体構成は、図１１に示す第
７の実施形態の光偏向装置とは、ばね温度調節手段の代
わりに重心位置調節手段を有する構成となっている点が
異なる。よって、各実施形態においては、重心位置調節
手段が形成されているねじりばねと反射ミラーを含む部
分の構成のみを図示（以下、一部概略構成図という）
し、全体構成図は図１１を参照することとして省略す
る。

【００６７】〈第１２の実施形態〉図１６に、本実施形
態の光偏向装置の一部概略構成図を示す。ねじりばね４
４は、棒状の部材からなり、第７の実施形態のねじりば
ね２５と同様の構成である。反射ミラー３の下面には、
印加する電圧により回転軸に対して垂直方向に伸縮する
積層型圧電素子４５が固着されている。積層型圧電素子
４５の反射ミラー３側端とは異なる端には錘体４６が固
着されている。

【００６８】本実施形態の重心位置調節手段は、積層型
圧電素子４５に印加する電圧を制御して錘体４６位置を
図面の上下方向に移動させる。錘体４６は振動系に含ま
れ、回転中心軸からの距離が長いほど振動系の慣性は大
きくなる。この慣性を、錘体４６位置を調節することに
より制御する。本実施形態においても、制御部は検出部
による反射ミラー３の振幅のデータに基づき振動系が共
振するように錘体４６の位置を制御する。

【００６９】〈第１３の実施形態〉図１７に、本実施形
態の光偏向装置の一部概略構成図を示す。本実施形態
は、第１２の実施形態とは錘体４６の固着位置と、錘体
４６位置を移動させる部材が異なるだけである。反射ミ
ラー３の下面には、反射ミラー３より回転軸方向に長い
バイモルフ４７が接着されている。バイモルフ４７は、
回転軸方向の一端はねじりばね４４に固着され、他端に
錘体４６を固着している。バイモルフ４７は、印加され
る電圧により、その錘体４６側端を矢印４８方向に移動
させる。よって、錘体４６の回転中心軸からの距離が変
化し、振動系の慣性が変化する。本実施形態において
も、制御部は検出部による反射ミラー３の振幅データに
基づいて振動系が共振するように錘体４６の位置を制御
する。

【００７０】〈第１４の実施形態〉図１８に、本実施形
態の光偏向装置の一部概略構成図を示す。本実施形態
は、慣性可変部材としてねじりばね４４に勘合された円
筒状の部材５０を備えている。円筒状部材５０は、これ
とねじりばね４４を貫通する棒状部材５１によりねじり
ばね４４に固定されている。また、円筒状部材５０の反
射ミラー３側端に切り欠き部５０ａを有し、切り欠き部
５０ａには、ねじりばね４４を挟むように二つの積層型
圧電素子５２（一つは不図示）が固着されている。二つ
の積層型圧電素子５２は、印加する電圧により回転中心
軸に対して垂直方向に伸縮する。

【００７１】積層型圧電素子５２が、図１８の状態から
伸びると、切り欠き部５０ａが矢印５３の方向に押し広
げられることになる。部材５０は振動系に含まれるの
で、切り欠き部５０ａの広がりの程度により部材５０の
回転中心軸からの距離が変わり、振動系の慣性が変わる
ことになる。制御部は、検出部の検出結果に基づいて積
層型圧電素子５２に印加する電圧を制御し、振動系が共
振するようにする。

【００７２】〈第１５の実施形態〉図１９に、本実施形
態の一部概略構成図を示す。図１９では、ねじりばね５
４の中空部分の構成がわかりやすいように、ねじりばね
５４の一部を切り欠いた状態で示す。ねじりばね５４
は、実際には中空の棒状部材である。ねじりばね５４の
中空部分の反射ミラー３側端には、印加する電圧により
回転軸方向に伸縮する積層型圧電素子５６が固着されて
いる。また、積層型圧電素子５６の他端には錘体５５が
固着されている。積層型圧電素子５６の伸縮により錘体
５５の矢印５７方向の位置が移動する。

【００７３】ねじりばね５４においては、各位置でその
位置のばね定数が異なる。各位置のばね定数は基台側端
ほど大きい。よって、ばね力に与える錘体５５の慣性の
影響は、基台側端に近いほど小さくなる。つまり、錘体
５５が基台側端に近いほど振動系の固有振動数は大きく
なる。制御部は、検出部の検出結果に基づいて振動系が
共振するように積層型圧電素子５２に印加する電圧を制
御する。

【００７４】〈第１６の実施形態〉図２０に、本実施形
態の一部概略構成図を示す。図２０では、ねじりばね５
４の中空部分の構成がわかりやすいように、ねじりばね
５４の一部を切り欠いた状態で示す。ねじりばね５４
は、実際には中空の棒状部材である。ねじりばね５４の
中空部分には、円筒状の押圧部材６０が中空部分の壁面
に接して収容されている。押圧部材６０は切り欠き部を
有し、その切り欠き部には押圧部材６１がはめ込まれて
いる。押圧部材６０は、炭素繊維強化樹脂で形成されて
いる。押圧部材６０は中空部分にスプリング７０を有
し、これによりねじりばね５４の内部に固定されてい
る。押圧部材６０とねじりばね５４の接する部分との間
には、摩擦力が働く。

【００７５】押圧部材６０の一端には圧電素子５８の一
端が接着されており、圧電素子の他端には円柱状の錘体
５９が接着されている。圧電素子５８は、印加される電
圧により回転中心軸方向に伸縮するもので、圧電素子５
８の伸び・縮みの速度を変化させて伸縮動作を繰り返し
行うように制御することで、錘体５９、押圧部材６０、
６１、スプリング７０、圧電素子５９からなる重心位置
調節部材を回転中心軸方向に移動させることができる。
制御部は、第１５の実施形態と同様に、重心位置調節部
材の位置を制御することにより振動系の固有振動数を制
御する。

【００７６】〈第１７の実施形態〉図２１に、本実施形
態の一部概略構成図を示す。本光偏向装置は、重心位置
調節部材がねじりばね６２の外部に構成されており、ね
じりばね６２が中空でない点のみ第１６の実施形態と異
なる。本実施形態の重心位置調節部材は、押圧部材６
３、７１、スプリング６４、圧電素子６５、錘体６６か
らなる。円筒状の押圧部材６３はねじりばね６２に勘合
されており、押圧部材７１は押圧部材６３の切り欠き部
にはめ込まれている。スプリング６４は、押圧部材６３
をねじりばね６２に固定する。尚、押圧部材６３は炭素
強化繊維で形成されており、ねじりばね６２の接着部分
との間には摩擦力が働く。

【００７７】圧電素子６５は、一端を押圧部材６３に固
着され、他端を錘体６６に固着されている。錘体６６は
円筒形状で、ねじりばね６２が中空部分を貫通する。本
実施形態においても、第１７の実施形態と同様に圧電素
子６５に印加する電圧を制御することにより重心位置調
節部材を回転中心軸方向に移動させることができる。制
御部は、重心位置調節部材の位置を、振動系が共振する
ように制御する。

【００７８】〈第１８の実施形態〉図２２に、本実施形
態の光偏向装置の全体構成図を示す。本実施形態の光偏
向装置は、図１４に示す第１０の実施形態の光偏向装置
の加熱装置４０、冷却装置４１の代わりに空気圧調整装
置６９を有する。よって、箱体３４には、空気圧調整穴
６７が設けられている。空気圧調整装置６９は、パッキ
ン６８を介して空気圧調整穴６７から箱体６４内の空気
圧が調整できるように箱体３４外部に取り付けられてい
る。

【００７９】空気圧調整装置６９は、箱体３４内の空気
圧を調整する。空気圧により回転振動時に反射ミラー３
にかかる空気抵抗は変わるので、振動系の慣性も変わ
る。空気圧が高いほど空気抵抗は大きくなり、振動系の
慣性は大きくなる。本実施形態の制御部は、検出部の検
出結果に基づいて空気圧調整装置により空気圧を調整し
て慣性を変化させ振動系が共振するように固有振動数を
調節する。

【００８０】上記各実施形態における固有振動数制御手
段は、検出手段の検出結果に基づいて振動系が共振する
ように固有振動数を制御するだけでなく、信号形態に対
応させた固有振動数の制御も行うものとする。各実施形
態の光偏向装置は、固有振動数制御手段により幅広い範
囲の固有振動数の値をとることが可能なので、さまざま
な信号形態に対応するものである。

【００８１】以上、各実施形態においては、ばねとして
ねじり振動するねじりばねを用いたが、本発明を達成す
るばねとしてはこれに限らない。例えば、曲げ方向に曲
げ振動するばねであってもよい。

【００８２】

【発明の効果】本発明は、非常に高速かつ大振幅の走査
を行う光偏向装置でありながら、走査の振幅を安定させ
ることが可能である。したがって、走査型の映像表示装
置に適している。また、大幅に走査速度を変えることが
できるので種々の映像周波数に対応できる汎用性の高い
光偏向装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の光偏向装置の全体構成
図。

【図２】 第１の実施形態の光偏向装置の垂直断面
図。

【図３】 第２の実施形態の光偏向装置の垂直断面
図。

【図４】 第３の実施形態の光偏向装置の全体構成
図。

【図５】 第３の実施形態の光偏向装置の垂直断面
図。

【図６】 第４の実施形態の光偏向装置の垂直断面
図。

【図７】 第５の実施形態の光偏向装置の一部分の垂
直断面図。

【図８】 第６の実施形態の光偏向装置の全体構成
図。

【図９】 第６の実施形態の光偏向装置の垂直断面
図。

【図１０】 第６の実施形態のばね長調節部材２３の詳
細図。

【図１１】 第７の実施形態の光偏向装置の全体構成
図。

【図１２】 第８の実施形態の光偏向装置の全体構成
図。

【図１３】 第９の実施形態の光偏向装置の全体構成
図。

【図１４】 第１０の実施形態の光偏向装置の全体構成
図。

【図１５】 第１１の実施形態の光偏向装置の全体構成
図。

【図１６】 第１２の実施形態の光偏向装置の一部概略
構成図。

【図１７】 第１３の実施形態の光偏向装置の一部概略
構成図。

【図１８】 第１４の実施形態の光偏向装置の一部概略
構成図。

【図１９】 第１５の実施形態の光偏向装置の一部概略
構成図。

【図２０】 第１６の実施形態の光偏向装置の一部概略
構成図。

【図２１】 第１７の実施形態の光偏向装置の一部概略
構成図。

【図２２】 第１８の実施形態の光偏向装置の全体構成
図。

【図２３】 従来な走査型表示装置の光学系を上から見
た概略図。

【符号の説明】

１、１２、２２、２９ 基台 ２、１６、２１、２５、４４、５４、６２ ねじりばね ３ 反射ミラー ８ 駆動手段 ９ 保持部 １０、４５、５２、５６、５８、６５ 圧電素子 １１、１８、２４ 支持位置 １３ 回転軸 １４ モータ １５ ネジ １７、１９、２０、２３ ばね長調節部材 ２６ 検出部 ２８ 制御部 ３０、３１ コイル ３３ サーモセンサ ３４ 箱体 ４０、４３ 加熱装置 ４１、４２ 冷却装置 ４６、５５、５９、６６ 錘体 ４７ バイモルフ ６９ 空気圧調整装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 賢司 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 小林 恭 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 石川 隆敏 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 大澤 聡 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 長田 英喜 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H045 AB06 AB16 AB38

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ばねと、該ばねの一部に固定され該ばね
   が振動することにより振動する反射ミラーと、該ばねを
   該ばねの共振周波数近辺で駆動発振させる駆動手段とを
   備えた光偏向装置において、 前記ばねと前記反射ミラーとを含む振動系の固有振動数
   を制御する制御手段を備えたことを特徴とする光偏向装
   置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は前記ばねの実際に振動す
   る部分の長さを制御することにより前記振動系の固有振
   動数を制御することを特徴とする請求項１に記載の光偏
   向装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は前記ばねの温度を制御す
   ることにより前記振動系の固有振動数を制御することを
   特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
4. 【請求項４】 前記振動系は錘体を有し、 前記制御手段は前記錘体の位置を制御することにより前
   記振動系の固有振動数を制御することを特徴とする請求
   項１に記載の光偏向装置。