JP2015230326A - 光スキャナ及び光偏向器の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用状態等に関係なく、軸線の回りのミラー部の回動角の変化が鋸波の傾斜直線に沿ったものとなる光スキャナを提供する。【解決手段】光スキャナ２５の制御装置３０は、光偏向器１の検知器１３からのミラー部２の回動角の検知信号から遮断周波数以下の部分を出力するローパスフィルタ４１と、揺らぎ振動の出現タイミングにおけるローパスフィルタ出力を該出現タイミングにおける揺らぎ振動の半周期遅らせた遅れ出力を生成する遅れ出力生成部４６と、ローパスフィルタ出力と遅れ出力との合成出力を生成する合成出力生成部３４と、合成出力に基づいて圧電アクチュエータ１４の走査光用駆動電圧を生成する走査光用駆動電圧生成部３５とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器を装備し、鋸波形状の駆動電圧を用いて光偏向器のミラー部の軸線回りの往復回動を制御する光スキャナ及び光偏向器の制御方法に関する。

ＭＥＭＳの光偏向器は、マイクロマシニング技術によりＳｉ基板を加工することにより製造され、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ等の光学機器に広く用いられる。該光偏向器は、ミラー部を軸線の回りに往復回動させる回動駆動力を発生する圧電アクチュエータを装備する。圧電アクチュエータは、圧電膜を有し、供給された駆動電圧の増減に因る圧電膜の伸縮に伴う変形量の増減により、回動駆動力を生成する。

ミラー部からの反射光を走査光として所定の表示領域に映像を走査して、表示する場合には、走査速度の制御上、ミラー部の回動角が直線で変化することが望まれる。例えば、二次元光スキャナでは、走査周波数が水平走査（例：２０ｋＨｚ）に対して低い（例：６０Ｈｚ）垂直走査のために、ミラー部を水平軸線の回りに往復回動させる圧電アクチュエータの駆動電圧として鋸波の駆動電圧が有利である。その場合、鋸波は、圧電アクチュエータの駆動電圧について長い直線変化期間を確保するために、１周期のうち、上昇傾斜期間と下降傾斜期間との比は、例えば９：１のように、上昇傾斜期間の方を長くしている（例：特許文献１）。

特許文献２は、支持部と、基端側が支持部に固定され、先端側が自由端とされている揺動軸と、該揺動軸の異なる軸方向位置に取付けられた２つの振動板と、揺動軸の先端側の振動板に取付けられた光源又はミラー部とを備える光スキャナを開示する。該光スキャナは、２つの振動板の各固有振動数をそれぞれの周波数とする２つの矩形波の合成信号を駆動電圧の生成に使って、先端側の振動板の光源又はミラー部を、回動角の変化が三角波や鋸波の形態になるように、軸線回りに往復回動させる。

特許文献３は、鋸波の駆動電圧が供給される圧電アクチュエータを備える光スキャナを開示する。該光スキャナは、鋸波の周波数の約１０倍以上の高調波を鋸波から除去して生成される波形に対し、上昇側傾斜部分を中間において上側に膨らませる補正を行ってから、圧電アクチュエータに駆動電圧として供給している。

特許文献４は、ＭＥＭＳ光偏向器のミラー部を電磁力により軸線の回りに往復回動させる光スキャナを開示する。該光スキャナは、ミラー部の主共振周波数ｆ０に対し、位相差が１／（２・ｆ０）となる、すなわち半周期ずらした２つの鋸波の駆動波形を生成するとともに、該２つの鋸波の駆動波形の合成駆動波形に基づいて生成した駆動電流をコイルに供給している。

特開２００９-２２３１６５号公報 特開２００８-２９９２９７号公報 特開２００８-２４９７９７号公報 特開２０１３-１７１２２６号公報

光偏向器のミラー部は、圧電アクチュエータに鋸波の駆動電圧を供給して、軸線の回りに往復回動するとき、回動角は、鋸波の傾斜線に沿った変化とならず、鋸波の傾斜線に、該軸線の回りのミラー部の共振（以下、適宜「主共振」という。）及びミラー部のミラー面に対して直角方向の共振（以下、「ポンピング共振」という。）が重ね合わせられた変化になってしまう。これは、走査速度の不均一の原因になり、走査光を映像光として使用するときには、映像の歪みの原因になる。

特許文献２の光スキャナの光偏向器は、揺動軸に対して直角方向に広がる複数の振動板を、中心を揺動軸に揃えて、かつ揺動軸の軸方向に並べて揺動軸に取付ける構造であるので、ＭＥＭＳの光偏向器の構造としては不向きである。

特許文献３の光スキャナは、鋸波から、その周波数の約１０倍以上の高調波（例：鋸波の周波数が６０Ｈｚである場合は、６００Ｈｚ以上の高調波）を除去した後、傾斜線の中間部が上側に膨らむように補正した駆動電圧を生成する。しかしながら、ミラー部は、鋸波の周波数の１０倍未満であって、周波数が主共振周波数やポンピング共振周波数の整数分の１となる揺らぎ振動を行っており、このような揺らぎ振動によるミラー部の回動角の直線変化の乱れを除去できない。鋸波から除去する周波数成分の周波数を一律に低下させると、元の鋸波に対する駆動電圧の波形の歪みが増大し、これは揺らぎ振動と同様な揺らぎ振動をミラー部に起こさせる。

特許文献４の光スキャナは、２つの鋸波の位相差が、ミラー部の主共振周波数ｆ０に対し、半周期としての１／（２・ｆ０）で鋸波の１周期を通して、固定されている。ミラー部は、鋸波の１周期を通じて同一周波数で揺らぎ振動しているのではなく、異なる出現タイミングで異なる周波数で揺らぎ振動を行っており、揺らぎ振動には主共振やポンピング共振の整数分の１高調波も含まれている。また、どの整数分の１高調波がミラー部の回動周期のどの時期に出現するかは、時々の使用状態や光スキャナの製造ばらつき等に依存する。

本発明の目的は、使用状態や製造ばらつき等により出現時や周波数が変わる主共振やポンピング共振の整数分の１高調波に因る軸線の回りのミラー部の揺らぎ振動を抑制して、軸線の回りのミラー部の回動角の変化が鋸波の傾斜直線に沿ったものとなるようにした光スキャナ及び光偏向器の制御方法を提供することである。

本発明の光スキャナは、光を反射して出射するミラー部と、駆動電圧に応じて変形して、前記ミラー部を所定の軸線の回りに往復回動させる圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの変形量に応じた検知信号を出力する検知器とを有する光偏向器と、制御装置とを備える。前記制御装置は、鋸波形状の電圧を生成する鋸波電圧生成部と、前記鋸波形状の電圧の周波数より高い遮断周波数を有し、前記検知器の検知信号から前記遮断周波数以下の信号部分を出力するローパスフィルタと、前記信号部分としてのローパスフィルタ出力の微分値に基づいて前記ローパスフィルタ出力に含まれる揺らぎ振動及びその出現タイミングの検知と該揺らぎ振動の半周期の算出とを行う揺らぎ振動処理部と、前記揺らぎ振動の出現タイミングにおける前記ローパスフィルタ出力を該出現タイミングにおける揺らぎ振動の半周期遅らせた遅れ出力を生成する遅れ出力生成部と、前記鋸波電圧生成部が生成した鋸波形状の電圧を駆動電圧として前記圧電アクチュエータに供給している期間の前記ローパスフィルタ出力と前記遅れ出力との合成出力を生成する合成出力生成部と、前記光偏向器のミラー部からの反射光を前記軸線の回りの前記ミラー部の往復回動方向に対応する走査方向の走査光として使用するときの前記圧電アクチュエータの駆動電圧を、前記合成出力に基づいて生成する走査光用駆動電圧生成部とを有する。

本発明によれば、光偏向器の圧電アクチュエータの変形量に応じた検知信号から遮断周波数以下の信号部分を抽出したローパスフィルタ出力の微分値に基づいて、ローパスフィルタ出力に含まれる揺らぎ振動及びその出現タイミングの検知と、該揺らぎ振動の半周期の算出とを行う。そして、揺らぎ振動の出現タイミングにおけるローパスフィルタ出力を該出現タイミングにおける揺らぎ振動の半周期遅らせた遅れ出力を生成して、ローパスフィルタ出力と遅れ出力との合成出力を生成し、得られた合成出力に基づいて光偏向器のミラー部からの反射光を軸線の回りのミラー部の往復回動方向に対応する走査方向の走査光として使用するときの圧電アクチュエータの駆動電圧を、合成出力に基づいて生成する。

すなわち、ローパスフィルタ出力とローパスフィルタに含まれる揺らぎ振動の半周期遅れた遅れ出力との合成出力に基づいて生成した駆動電圧を圧電アクチュエータに供給することになるので、ミラー部が走査光の生成時に揺らぎ振動することが防止される。

また、光偏向器の使用状態や製造のばらつき等により出現タイミングや周波数が変化する主共振やポンピング共振が原因となって、軸線の回りのミラー部の揺らぎ振動が発生する。これに対して、本発明によれば、ローパスフィルタ出力に現実に生じている揺らぎ振動の出現タイミング及び半周期に基づいて遅れ出力を生成し、さらに、該遅れ出力に基づいて生成された駆動電圧を走査光の生成の駆動電圧として圧電アクチュエータに供給することになるので、光偏向器の使用状態や製造ばらつき等に関係なく、ミラー部の揺らぎ振動を抑制して、軸線の回りのミラー部の回動角の変化が鋸波の傾斜直線変化に沿ったものにすることができる。

本発明の光スキャナにおいて、前記制御装置は、周波数が所定周波数範囲で掃引される共振探索用電圧を生成する共振探索用電圧生成部と、前記鋸波電圧生成部が生成した鋸波形状の電圧を駆動電圧として前記圧電アクチュエータに供給するのに先立ち、前記共振探索用電圧生成部が生成した共振探索用電圧を駆動電圧として前記圧電アクチュエータに供給し、前記共振探索用電圧の供給期間における前記検知器の検知信号が所定レベル以上となる共振探索用電圧の最小周波数を探索し、前記遮断周波数を該最小周波数未満に設定する遮断周波数設定部とを有することが好ましい。

この構成によれば、ローパスフィルタの遮断周波数を検知器の検知信号が所定レベル以上となる共振探索用電圧の最小周波数未満に設定することにより、ローパスフィルタの遮断周波数の低下を抑えつつ、すなわち合成出力が鋸波形状からかい離することを抑制しつつ、ミラー部の揺らぎ振動を抑制する合成出力を生成することができる。

本発明の光スキャナにおいて、前記制御装置は、第１判定部を有し、前記第１判定部は、前記鋸波電圧生成部が生成する鋸波形状の電圧の傾斜直線変化に対応する傾斜直線変化出力に対する前記合成出力生成部が生成した合成出力の差分が第１閾値以上となることが有るか無いかを判定する第１判定処理を実施し、無いとの判定結果であれば、前記走査光用駆動電圧生成部が前記圧電アクチュエータの走査光用駆動電圧を前記合成出力に基づいて生成することを許容し、有るとの判定結果であれば、無いとの判定結果になるまで、前記ローパスフィルタの遮断周波数を所定量下げて、前記合成出力が更新されてから、更新後の合成出力に基づいて前記第１判定処理を再実行することを繰り返すことが好ましい。

この構成によれば、ローパスフィルタの遮断周波数は、鋸波電圧生成部が生成する鋸波形状の電圧の傾斜直線変化に対応する傾斜直線変化出力に対する合成出力生成部が生成した合成出力の差分が第１閾値未満になることを確保できて、かつできるだけ大きい周波数に設定できる。これにより、合成出力が鋸波形状からかい離することを抑制しつつ、ミラー部の揺らぎ振動を抑制する合成出力を生成することができる。

本発明の光スキャナにおいて、前記制御装置は、第２判定部を有し、前記第２判定部は、前記合成出力生成部が生成した合成出力に基づいて生成した試験電圧を前記圧電アクチュエータに駆動電圧として供給する試験期間を設け、該試験期間において、前記鋸波電圧生成部が生成する鋸波形状の電圧の傾斜直線変化に対応する傾斜直線変化のレベルに対する前記検知器の検知信号のレベルの差分が第２閾値以上となることが有るか無いかを判定する第２判定処理を実施し、無いとの判定結果であれば、前記走査光用駆動電圧生成部が前記圧電アクチュエータの走査光用駆動電圧を前記合成出力に基づいて生成することを許容し、有るとの判定結果であれば、無いとの判定結果になるまで、前記試験電圧を、前記試験期間に前記合成出力生成部が再生成した更新後の合成出力に基づいて再生成した試験電圧に更新してから、前記第２判定処理を再実行することを繰り返すことが好ましい。

この構成によれば、合成出力に基づいて試験電圧を生成し、該試験電圧を圧電アクチュエータに駆動電圧として供給して、鋸波形状の電圧の傾斜直線変化に対応する傾斜直線変化のレベルに対する検知器の検知信号のレベルの差分が第２閾値未満になるまで、合成出力が再生成される。この結果、適切な合成出力を生成するための遅れ出力の付け足し回数が最小限とすることができ、合成出力が鋸波形状からかい離することを抑制しつつ、ミラー部の揺らぎ振動を抑制する合成出力を生成することができる。

本発明の光偏向器の制御方法は、光を反射して出射するミラー部と、駆動電圧に応じて変形して、前記ミラー部を所定の軸線の回りに往復回動させる圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの変形量に応じた検知信号を出力する検知器とを有する光偏向器の制御方法において、鋸波形状の電圧を前記圧電アクチュエータに供給する工程と、前記鋸波形状の電圧の周波数より高い遮断周波数を有するローパスフィルタから、該検知信号の前記遮断周波数以下の信号部分を出力させる工程と、前記信号部分としてのローパスフィルタ出力の微分値に基づいて前記ローパスフィルタ出力に含まれる揺らぎ振動及びその出現タイミングの検知と該揺らぎ振動の半周期の算出とを行う工程と、前記揺らぎ振動の出現タイミングにおける前記ローパスフィルタ出力を該出現タイミングにおける揺らぎ振動の半周期遅らせた遅れ出力を生成する工程と、前記ローパスフィルタ出力と前記遅れ出力との合成出力を生成する工程と、前記光偏向器のミラー部からの反射光を前記軸線の回りの前記ミラー部の往復回動方向に対応する走査方向の走査光として使用するときの前記圧電アクチュエータの駆動電圧を、前記合成出力に基づいて生成する工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ローパスフィルタ出力とローパスフィルタに含まれる揺らぎ振動の半周期遅れた遅れ出力との合成出力に基づいて生成した駆動電圧を圧電アクチュエータに供給することになるので、ミラー部が走査光の生成時に揺らぎ振動することが防止される。また、ローパスフィルタ出力に現実に生じている揺らぎ振動の出現タイミング及び半周期に基づいて遅れ出力を生成し、さらに、該遅れ出力に基づいて生成された駆動電圧を走査光の生成の駆動電圧として圧電アクチュエータに供給することになるので、光偏向器の使用状態や製造ばらつき等に関係なく、ミラー部の揺らぎ振動を抑制して、軸線の回りのミラー部の回動角の変化が鋸波の傾斜直線変化に沿ったものにすることができる。

光スキャナの構成図。 （ａ）はカンチレバーが湾曲していない時の圧電アクチュエータの状態を示す図、（ｂ）はカンチレバーが最大湾曲している時の圧電アクチュエータの状態を示す図。 光スキャナの主要部のブロック図。 制御装置による光偏向器の制御方法のフローチャート。 ローパスフィルタの遮断周波数を設定する理由についての説明図。 （ａ）は鋸波電圧生成部の出力波形図、（ｂ）はローパスフィルタの出力波形図、（ｃ）は揺らぎ振動処理部の出力波形図、（ｄ）はローパスフィルタ及び遅れ出力生成部の出力波形図。 （ａ）は合成電圧生成部の出力波形図、（ｂ）は合成電圧生成部の出力のパワースペクトラム図、（ｃ）は（ａ）の出力を圧電アクチュエータの駆動電圧としたときの白色画像図、（ｄ）は（ｂ）の出力を圧電アクチュエータの駆動電圧としたときの白色画像図。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図７（ａ）及び（ｂ）の駆動電圧で圧電アクチュエータを駆動したときの画面における走査光のリンギング状態を示す図、（ｃ）は正弦波を圧電アクチュエータの駆動電圧として、ミラー部を往復回動させたときのリンギング状態を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、光スキャナ２５の構成図である。

光スキャナ２５は、光偏向器１と、レーザ光源２８と、制御装置３０とを備えている。制御装置３０は、光偏向器１及びレーザ光源２８を制御する。レーザ光源２８は、光偏向器１の中心に向けて光Ｍａを出射する。光Ｍａは、光偏向器１のミラー部２において反射し、走査光Ｍｂとなって、光偏向器１から出射する。

最初に光偏向器１について説明する。光偏向器１は、ＭＥＭＳの光偏向器であり、中心に配置される円形のミラー部２と、ミラー部２を包囲する可動枠部３と、可動枠部３を包囲する支持枠部４とを備えている。この光偏向器１では、可動枠部３は、内周が円形で、外周がほぼ正方形になっている。支持枠部４は、内周及び外周共に矩形になっている。

図１における光偏向器１は、可動部としてのミラー部２が、光偏向器１の真っ直ぐ前方を向いた時の状態で構成が図示されている。軸線Ｌｘ，Ｌｙは、ミラー部２の前面に含まれ、かつミラー部２の前面の中心において直交する直線として定義され、ミラー部２の２つの回転軸線に相当する。軸線Ｌｘ’は、可動枠部３の回転軸線となっている。

ミラー部２が図１に示す向きにある時、軸線Ｌｘ及び軸線Ｌｙは、それぞれ矩形の光偏向器１の長辺及び短辺に対して平行となっている。また、軸線Ｌｘは軸線Ｌｘ’に一致している。軸線Ｌｘは、ミラー部２が軸線Ｌｙの回りに往復回動するのに伴い、軸線Ｌｘ’に対する傾斜角を変化させる。

トーションバー７は、軸線Ｌｙに沿ってミラー部２の両側から突出している。共振駆動用の圧電アクチュエータ８は、円周状の形状を有し、可動枠部３の内側に配設されている。圧電アクチュエータ８は、ミラー部２及びトーションバー７を包囲するとともに、トーションバー７の突出側の端部に結合している。圧電アクチュエータ８は、軸線Ｌｙに対して対称に配置された２つの半円弧状の圧電円弧レバー１０を有している。連結部９は、各圧電円弧レバー１０の中間部から軸線Ｌｘ’（圧電アクチュエータ８と連結部９と間に介在する可動部材の回転軸線は軸線Ｌｘではなく、軸線Ｌｘ’となる）に沿って突出し、可動枠部３の内周縁に結合している。

非共振駆動用の圧電アクチュエータ１４は、軸線Ｌｘ’の方向に可動枠部３の両側に配設される。各圧電アクチュエータ１４は、ミアンダパターン配列の複数の圧電カンチレバー１５を有する。各圧電カンチレバー１５は、長手方向を軸線Ｌｙに対して平行に揃えられ、折り返し部１６を介して隣りの圧電カンチレバー１５に直列に結合している。圧電アクチュエータ１４は、連結部１９を介して可動枠部３に結合しているとともに、連結部２０を介して支持枠部４に結合している。

２つの圧電アクチュエータ１４のうち、一方の圧電アクチュエータ１４では、最も支持枠部４側のカンチレバー１５の表面側が、スリット１２により幅方向にアクチュエータ部１１と圧電センサ１３（「検知器」に相当）と仕切られている。スリット１２は、カンチレバー１５の表面の圧電膜に幅方向に分離するように、カンチレバー１５の長手方向に沿って延びている。なお、該カンチレバー１５の裏面側は、アクチュエータ部１１と圧電センサ１３とに分離することなく、共通のケイ素の基板層となっている。

スリット１２により圧電膜が幅方向に分離されているカンチレバー１５では、アクチュエータ部１１の圧電膜は、他のカンチレバー１５の圧電膜と同様に、制御装置３０から駆動電圧を供給されて、カンチレバー１５を湾曲変形させ、圧電アクチュエータ１４のアクチュエータ作用に寄与する。これに対し、圧電センサ１３の圧電膜は、カンチレバー１５の湾曲の変形量に応じた電圧を発生する。この電圧は、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動角を示す検知信号として、制御装置３０に送られる。

複数の電極パッド２３は、支持枠部４の上面の一方の長辺部上に一列に配備される。各電極パッド２３は、チップとしての光偏向器１がパッケージ（図示せず）に収納される時に、パッケージの対応電極にボンディングワイヤ（図示せず）を介して接続される。

圧電アクチュエータ８の駆動による軸線Ｌｙの回りのミラー部２の往復回動について説明する。ミラー部２及びトーションバー７は、圧電アクチュエータ８に支持されて、軸線Ｌｙの回りに共振振動する共振体として作用する。圧電アクチュエータ８の２つの圧電円弧レバー１０の圧電膜には、共振体の共振周波数（例：２５ｋＨｚ）でかつ相互に逆位相で増減する駆動電圧が電極パッド２３を介して供給される。

これにより、２つの圧電円弧レバー１０は、湾曲量の増減が相互に逆の関係になり、トーションバー７を軸線Ｌｙの回りに各時点で同一の回転向きで駆動するとともに、駆動力の回転向きを共振体の共振周波数に応じて反転して、共振体を軸線Ｌｙの回りに共振周波数で往復回動させる。この結果、ミラー部２からの反射光としての走査光Ｍｂは、支持枠部４の長辺方向に共振周波数で往復する。

圧電アクチュエータ１４の駆動によるミラー部２の往復回動について説明する。図２は圧電アクチュエータ１４の作用説明図であり、（ａ）はカンチレバー１５が湾曲していない時の圧電アクチュエータ１４の状態を示し、（ｂ）はカンチレバー１５が最大湾曲している時の圧電アクチュエータ１４の状態を示している。図２において、Ｕ方向は、ミラー部２が光偏向器１の真っ直ぐ前方を向いたときの向きに一致する。

圧電アクチュエータ１４の４つのカンチレバー１５について、説明の便宜のために、連結部１９側（可動枠部３側）から連結部２０側（支持枠部４側）への配列順に１〜４の番号を付ける。圧電アクチュエータ１４の奇数番のカンチレバー１５と偶数番のカンチレバー１５とは、周波数及びｐ−ｐ（peak to peak）電圧が同一であり、かつ相互に逆位相の関係にある駆動電圧が供給される。該駆動電圧の周波数は、共振体の非共振周波数として共振周波数より低い周波数（例：６０Ｈｚ）に設定されている。

カンチレバー１５は、圧電膜（図示せず）を有し、圧電アクチュエータ１４に供給される駆動電圧は圧電膜に印加される。圧電膜は、これに伴い、カンチレバー１５の長手方向に伸縮し、この結果、カンチレバー１５はＵ方向に湾曲する。奇数番のカンチレバー１５と偶数番のカンチレバー１５とに供給される駆動電圧は、周波数及びｐ−ｐ電圧が同一であり、位相が逆位相となっているために、奇数番のカンチレバー１５と偶数番のカンチレバー１５との湾曲方向は、図２（ｂ）に図示すように、各時点においてＵ方向に逆方向の関係になる。この結果、連結部２０に対する連結部１９のＵ方向の変位量は、各カンチレバー１５の両端間の相対変位量が加算され、増大する。

可動枠部３は、圧電アクチュエータ１４によるＵ方向の連結部１９の往復動に伴い、軸線Ｌｘ'の回りに往復回動する。ミラー部２は、軸線Ｌｘ’回りの可動枠部３の往復回動に伴い、軸線Ｌｘの回りに往復回動する。

光スキャナ２５の全体の作用について概略説明する。制御装置３０は、レーザ光源２８のオン、オフを制御する。光スキャナ２５がプロジェクタのような映像機器に組み込まれる場合には、制御装置３０は、レーザ光源２８の給電電流制御により、レーザ光源２８から出射する光Ｍａの照度（明るさ）も制御することができる。

制御装置３０は、光偏向器１の圧電アクチュエータ８，１４の駆動電圧を供給する。圧電アクチュエータ８は、制御装置３０からの駆動電圧によりトーションバー７を介してミラー部２を軸線Ｌｙの回りに共振周波数で往復回動させる。これにより、ミラー部２からの走査光Ｍｂは、支持枠部４の長辺方向に共振周波数で往復動する。

圧電アクチュエータ１４は、制御装置３０からの別の駆動電圧により可動枠部３を軸線Ｌｘ’の回りに非共振周波数で往復回動させる。これに伴い、ミラー部２は、軸線Ｌｘの回りに非共振周波数で往復回動する。これにより、ミラー部２からの走査光Ｍｂは、支持枠部４の短辺方向に非共振周波数で往復動する。

典型的な光スキャナ２５では、支持枠部４の長辺方向及び短辺方向の走査光Ｍｂの走査方向は、水平方向及び垂直方向に対応付けられており、それぞれ軸線Ｌｙ及び軸線Ｌｘの回りのミラー部２の往復回動方向に対応している。制御装置３０は、レーザ光源２８への給電電流を所定の映像信号の輝度に応じて制御して、レーザ光源２８の照度（明るさ）を調整する場合には、映像光としての走査光Ｍｂによりスクリーン等に所定の静止画や動画が表示される。

図３は、光スキャナ２５の主要部のブロック図である。光偏向器１は、ミラー部２の往復回動するアクチュエータとして圧電アクチュエータ８，１４を備えているが、この制御装置３０は、複数のカンチレバー１５を有しかつ非共振周波数で駆動される圧電アクチュエータ１４の制御に適用される。

制御装置３０は、共振探索用電圧生成部３１、鋸波電圧生成部３３、合成出力生成部３４、走査光用駆動電圧生成部３５、第１判定部３８、第２判定部３９、ローパスフィルタ４１、遮断周波数設定部４２、揺らぎ振動処理部４５、遅れ出力生成部４６及び処理順制御部５０を備えている。制御装置３０は、プログラムを実行するために演算器や記憶装置を備えている。記憶装置には、プログラム実行時にデータの読み書きのために使用される記憶装置の他に、プログラム自体を記憶する記憶装置も含む。

図３の制御装置３０内の各ブロックは、ハードウェア及びソフトウェアのどちらで実現するかは任意である。ソフトウェアでブロックを実現する場合には、例えばＤＳＰ（digital signal processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が使用され、各ブロックの機能が実現される。また、光偏向器１の要素はアナログ電圧を使用し、制御装置３０のブロックは、ハードウェア及びソフトウェアのブロック共にデジタルで処理を行うために、光偏向器１と制御装置３０との間には、Ｄ／Ａ（デジタルアナログ）変換器及びＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換器（図示せず）が介在する。

処理順制御部５０は、制御装置３０の各ブロックの処理順を制御する。制御装置３０内の各ブロックは、処理順制御部５０の指示に基づいて、自己の処理の実行を開始し、処理が終了すると、処理順制御部５０に終了を通知する。

図４は、制御装置３０による光偏向器１の制御方法、詳細には制御装置３０による圧電アクチュエータ１４の走査光用駆動電圧設定方法のフローチャートである。該走査光用駆動電圧設定方法は、光スキャナ２５の電源がオフからオンに切替えられて、光スキャナ２５が使用開始される時（光スキャナ２５の起動時）に、毎回、使用開始に先立ち実行される。

なお、図３における代表的なブロック（例：鋸波電圧生成部３３及び合成出力生成部３４等）の出力は、図６及び図７に、ブロックの符号の前に"Ｗ"を付けて示している。また、図５は、図４のＳＴＥＰ（工程）１，２の効果を説明している。適宜、図５〜図７を参照しつつ、図３の各ブロックについて、図４のフローチャートにおける処理順番に従って説明する。

なお、圧電アクチュエータ１４のカンチレバー１５の圧電膜に印加する駆動電圧は、奇数番のカンチレバー１５と偶数番のカンチレバー１５とでは、ｐ−ｐ電圧と周波数は同一であるもの、位相が逆位相であることを前述したが、図３〜図７に関連して説明する駆動電圧は絶対値で示している。

光スキャナ２５の電源がオフからオンに切替えられると、制御装置３０は、最初に、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の共振の周波数を探索する共振探索を実施する。なお、軸線Ｌｙの回りのミラー部２の共振周波数と、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の共振周波数とは相違する。

ＳＴＥＰ１，２は、ローパスフィルタ４１の遮断周波数の初期値を設定する処理である。ローパスフィルタ４１は、圧電センサ１３の検知信号から遮断周波数以下の信号部分を抽出して出力する。ＳＴＥＰ１において、処理順制御部５０は、共振探索用電圧生成部３１が生成する共振探索用電圧を圧電アクチュエータ１４に駆動電圧として供給する。圧電アクチュエータ１４は、共振探索用電圧生成部３１からの共振探索用電圧で駆動され、ミラー部２を軸線Ｌｘの回りに往復回動する。

共振探索用電圧のｐ−ｐ電圧は、例えば２Ｖ程度の電圧である。この光偏向器１では、圧電アクチュエータ１４は、図４の走査光用駆動電圧設定方法を終了後、光スキャナ２５の使用を開始して、走査光Ｍｂの走査を開始する。光スキャナ２５の使用時おける駆動電圧のｐ−ｐ電圧（以下、適宜、「使用ｐ−ｐ電圧」という）を例えば約６０Ｖとされているので、共振探索用電圧のｐ−ｐ電圧が使用ｐ−ｐ電圧に対して十分に低く設定されている。この理由は、共振探索用電圧を高くして、圧電アクチュエータ１４を駆動すると、周波数が共振及び整数分の１高調波の振幅が増大して、圧電アクチュエータ１４が損傷する可能性が高まるので、これを回避するためである。

共振探索用電圧の波形は、鋸波ではなく、正弦波とされる。ミラー部２の整数分の１高調波の周波数を検出するには、各周波数において、ミラー部２が共振しているか否かを判定する必要があり、多くの周波数成分を含む鋸波では、判定が困難となるからである。

共振探索用電圧生成部３１は、ＳＴＥＰ１において生成する共振探索用電圧を１Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲（「所定周波数範囲」に相当）で周波数を掃引する。掃引方向は、低い周波数から高い周波数の方向であっても、逆に、高い周波数から低い周波数の方向であってもよい。掃引中の周波数の変化は、連続ではなく、周波数を一定時間ごとに例えば１０Ｈｚずつ増加又は減少させるというように、所定の刻みで実行する。共振探索用電圧生成部３１の共振探索用電圧の周波数の掃引範囲を１Ｈｚ〜２ｋＨｚとしているが、掃引範囲の下限は、鋸波生成部３２の鋸波の周波数としての６０Ｈｚにしたり、探索結果として予測できる周波数より確実に低いと考えられる周波数にしたりして、共振探索期間の短縮を図ることもできる。

ＳＴＥＰ２では、遮断周波数設定部４２は、周波数が掃引されている共振探索用電圧の各周波数における圧電センサ１３の検知信号のレベルを検出する。そして、遮断周波数設定部４２は、共振探索用電圧生成部３１による共振探索用電圧の周波数の掃引期間としての共振探索用電圧の供給期間が終了すると、検知信号のレベルが所定レベル以上となった周波数のうちの最小周波数に対し、該最小周波数未満の周波数をローパスフィルタ４１の遮断周波数の初期値（例：６００Ｈｚ）に設定する。

ローパスフィルタ４１の遮断周波数の初期値を設定する理由について図５を参照して説明する。図５（ａ）は、ミラー部２を軸線Ｌｘの回りに往復回動したときの周波数と機械半角との関係を示している。図５（ｂ）は、圧電アクチュエータ１４の駆動電圧のｐ−ｐ電圧を使用ｐ−ｐ電圧（例：６０Ｖ）にして、ミラー部２を軸線Ｌｘの回りに往復回動したときの駆動電圧の周波数と機械半角との関係を示している。

図５（ａ）及び（ｂ）では、圧電アクチュエータ１４の駆動電圧の波形を正弦波にしている。また、機械半角とは、圧電アクチュエータ１４に所定のｐ−ｐ電圧の駆動電圧を供給して、ミラー部２が軸線Ｌｘの回りを往復回動するときの回動角範囲の上限回動角と下限回動角との差分の回動角量の１／２をいう。

図５において、主共振Ｒｒは、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の共振と定義する。ポンピング共振Ｒｐは、軸線Ｌｘ及び軸線Ｌｙの両方に直交する方向（ミラー部２の面に対して直角方向）の共振と定義する。ポンピング共振Ｒｐは、走査光Ｍｂの走査制御上、有害である。共振Ｒｐも、該共振Ｒｐを利用して、ミラー部２を軸線Ｌｘの回りに往復回動させる場合以外は、走査光Ｍｂの走査制御上、有害となる。なお、軸線Ｌｙの回りのミラー部２の往復回動において、軸線Ｌｙの回りのミラー部２の共振が積極的に利用されている。

ポンピング共振Ｒｐは、図５（ａ）において、２つある機械半角の***のうちの左側の小さい方の***となって出現していることが分かる。Ｆｒ，Ｆｐは、それぞれ主共振Ｒｒ及びポンピング共振Ｒｐの周波数であり、実施形態の光偏向器１では、それぞれ１０８０Ｈｚ，７０９Ｈｚとなっている。

図５（ｂ）において、Ｒｒ／３は，主共振Ｒｒに対して、周波数が主共振Ｒｒの周波数Ｆｒの１／３のＦｒ／３となる３分の１高調波を意味する。Ｒｐ／３，Ｒｐ／４は、ポンピング共振Ｒｐに対して、それぞれ周波数がポンピング共振Ｒｐの周波数Ｆｐの１／３，１／４のＦｐ／３，Ｆｐ／４となる３分の１高調波及び４分の１高調波を意味する。

鋸波は、フーリェ変換すると分かるように、種々の周波数成分の正弦波から成るので、圧電アクチュエータ１４に鋸波の駆動電圧を供給すると、主共振Ｒｒ自体、ポンピング共振Ｒｐ自体、及びそれらの整数分の１高調波の周波数でミラー部２を振動させてしまうことになり、これは、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動角を鋸波の傾斜直線に沿う直線で変化させるときの弊害になる。

ＳＴＥＰ１，２の実行によるローパスフィルタ４１における遮断周波数の初期値の設定により、鋸波の周波数成分から、主共振Ｒｒ自体、ポンピング共振Ｒｐ自体、及びそれらの２分の１高調波が除外される。なお、整数分の１高調波では、該整数の小さい高調波ほど、すなわち周波数が、高くかつ主共振Ｒｒ及びポンピング共振の周波数としての基本周波数に近い高調波ほど、振幅が大きくなる。したがって、ローパスフィルタ４１における遮断周波数の初期値の設定により、圧電センサ１３の検知信号から所定振幅以上の高調波を除外することができる。

ＳＴＥＰ３では、処理順制御部５０は、鋸波電圧生成部３３が生成する鋸波電圧を圧電アクチュエータ１４に駆動電圧として供給する。該鋸波電圧のｐ−ｐ電圧は、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の主共振及びポンピングにより光偏向器１の可動部に損傷が起こらない程度とされる。また、処理順制御部５０は、図４の方法の実行中は、水平方向走査用の圧電アクチュエータ８への駆動電圧の供給を停止している。したがって、ミラー部２は、軸線Ｌｙの回りには往復回動せず、軸線Ｌｘの回りにのみ往復回動する。しかしながら、適宜、所定のｐ−ｐ電圧の水平回動用の駆動電圧を圧電アクチュエータ８に供給して、ミラー部２を軸線Ｌｙの回りに回動させながら、図４の方法を実行することもできる。

図６（ａ）は、鋸波電圧生成部３３の１周期分の出力Ｗ３３を示している。なお、図６及び図７（ａ）において、横軸は時間となっている。鋸波電圧生成部３３が生成する鋸波は６０Ｈｚであるので、１周期は約１６．７ｍｓｅｃとなる。したがって、横軸の時間を１６．７ｍｓｅｃで除算して、３６０°をかければ、鋸波の周期における位相が導出される。また、縦軸の単位としているａ．ｕ．（arbitrary unit）は、任意単位を意味する。

この鋸波では、電圧が−１ａ．ｕ．から１ａ．ｕ．へ直線で上昇する傾斜期間と、１ａ．ｕ．から−１ａ．ｕ．に直線で下降する傾斜期間との時間比は９：１に設定されている。なお、走査光Ｍｂを映像光として使用して、走査光Ｍｂの走査先に画像を生成する場合には、鋸波の上昇傾斜期間を映像光としての走査光Ｍｂの出射期間とし、鋸波の下降傾斜期間を映像光のブランキング期間として使用する。

図６（ａ）は、理想的な鋸波の電圧を示しているが、実際の電気回路で実現した鋸波電圧生成部３３が生成する鋸波の電圧は、三角形の頂点が潰れたりした鋸波形状のものとなる。しかし、ここでは、鋸波電圧生成部３３は理想的な鋸波の電圧を生成するものとして、説明する。

圧電アクチュエータ１４が、鋸波電圧生成部３３の生成した鋸波の駆動電圧により駆動される結果、ミラー部２は、軸線Ｌｘの回りに鋸波の上昇側の傾斜直線に沿って回動角を直線的に変化させるとともに、鋸波に含まれる所定の周波数成分のために、主共振Ｒｒ及びポンピング共振Ｒｐを発生する。このため、圧電センサ１３の検知信号のレベルは、鋸波の傾斜直線に沿って直線で変化するレベル分に、ミラー部２の主共振Ｒｒ、ポンピング共振Ｒｐ及びそれらの整数分の１高調波の揺らぎ振動レベル部分が重畳したものとなる。

この結果、ローパスフィルタ４１の出力Ｗ４１は、図６（ｂ）で図示したものになる。なお、図６（ｂ）〜（ｄ）では、縦軸が物理量としての電圧や利得となっているが、実際の情報処理では、単なる数値として演算されており、縦軸の物理量は、情報処理における処理を理解し易くするために、対応物理量を記載したものである。

ローパスフィルタ４１の遮断周波数の初期値は、前述したように、ミラー部２の主共振Ｒｒ、ポンピング共振Ｒｐ、及びそれらの２分の１高調波の周波数成分は遮断周波数より高い周波数の成分として除去するように、設定されている。したがって、出力Ｗ４１には、遮断周波数以下で、ミラー部２の主共振Ｒｒ及びポンピング共振Ｒｐのｎ（ただし、ｎは３以上の整数）分の１高調波に相当する揺らぎ振動のレベルが、鋸波の電圧の傾斜直線変化に対応する傾斜直線変化のレベルに重畳した波形となる。

ＳＴＥＰ４では、揺らぎ振動処理部４５は、ローパスフィルタ４１の出力Ｗ４１を微分する。図６（ｃ）は出力Ｗ４１の微分波形Ｈ４１を示している。図６（ｃ）の微分波形Ｈ４１から、出力Ｗ４１は、絶えず揺らぎ振動しており、大まかに判断して、所定レベルを超える揺らぎ振動が、鋸波の１周期中に５回出現していることが分かる。

この５回の揺らぎ振動は、主共振Ｒｒ又はポンピング共振Ｒｐのｎ（ｎは３以上の整数）の１高調波のいずれか１つ又は複数の組み合わせで出現していると考えられ、揺らぎ振動の周期は、各揺らぎ振動ごとに相違している。

ＳＴＥＰ５では、揺らぎ振動処理部４５は、ローパスフィルタ出力の微分値に基づいてローパスフィルタ出力に含まれる揺らぎ振動及びその出現タイミングを検知し、かつ該揺らぎ振動の半周期を算出する。

検知及び算出の具体的な処理は次のとおりである。揺らぎ振動処理部４５は、図６（ｃ）の微分波形Ｈ４１から所定レベルを超える揺らぎ振動が、鋸波の１周期中に５回出現していることを検知し、この揺らぎ振動の出現、回数及び出現のタイミングに応じて、鋸波の１周期を時間の長さがそれぞれＴ１〜Ｔ５の５区間に分割する。そして、区間ごとに、該区間の揺らぎ振動の半周期を算出する。具体的には、各区間の揺らぎ振動の半周期は、各区間において２回出現する利得０のタイミング間の長さとして算出される。

ＳＴＥＰ６では、遅れ出力生成部４６は、出力Ｗ４１（ローパスフィルタ出力）から半周期遅れた出力Ｗ４６（遅れ出力）を生成する。詳細には、出力Ｗ４１における揺らぎ振動の出現タイミングにおける出力Ｗ４１を該出現タイミングにおける揺らぎ振動の半周期遅らせたものを生成し、それを出力Ｗ４６とする。

なお、揺らぎ振動処理部４５がＳＴＥＰ５において各区間の半周期を算出した時は、該区間は過ぎているので、遅れ出力生成部４６がＳＴＥＰ６において生成する出力Ｗ４６は、鋸波の周期換算で１周期前の出力Ｗ４１に対して算出した半周期遅れを今回の周期におけるＷ４１に対して遅らせた出力となる。しかしながら、出力Ｗ４１の波形は周期的に同一波形で繰り返されるので、揺らぎ振動処理部４５がＳＴＥＰ５において算出した各区間の半周期は、今回の周期における出力Ｗ４１に対して算出した半周期とみなしても、実質的な不利益は生じない。

出力Ｗ４６の具体的な波形は図６（ｄ）に、出力Ｗ４１と共に示されている。出力Ｗ４６の波形の具体的な生成の仕方では、区間Ｔ１の出力Ｗ４１の部分に対しては、Ｔ１／２、遅延した部分を作る。そして、同じ処理を他の区間Ｔ２〜Ｔ５に対しても行い、生成した５つの遅延部分を順番につないだものを出力Ｗ４６の１周期とする。

ＳＴＥＰ７では、合成出力生成部３４は、出力Ｗ４１（ローパスフィルタ出力）と出力Ｗ４６（遅れ出力）とに基づいた出力Ｗ３４（合成出力）を生成する。

図７（ａ）は合成出力生成部３４が生成する出力Ｗ３４（合成出力）を例示している。出力Ｗ３４，Ｗ４１，Ｗ４６間の関係は、ａ．ｕ．で記述すると、例えば、次の式（１）となる。
Ｗ_ａ＝（Ｗ_ｂ＋Ｗ_ｃ）／２・・・（１）
ここで、Ｗ_ａは出力Ｗ３４であり、Ｗ_ｂは出力Ｗ４１であり、Ｗ_ｃは出力Ｗ４６である。なお、図７（ａ）の出力Ｗ３４は、後述のＳＴＥＰ８，１１の判定が共に正となるときの出力Ｗ３４、すなわち適宜、補正した後の出力Ｗ３４であり、ＳＴＥＰ７の１回目の実行において生成される出力Ｗ３４は、図７（ａ）に図示したものに対して小さな揺らぎ振動をなお含んだものになる。

ＳＴＥＰ７において生成される合成出力は、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の揺らぎ振動を抑制するのに使用される。制御装置３０が、先行の出力Ｗ４１と、出力Ｗ４１から出現揺らぎ振動の半周期遅れる後行の出力Ｗ４６との合成出力により、揺らぎ振動を抑制することは、インプットシェーピング法に従ったものである。本実施形態では、制御装置３０による軸線Ｌｘの回りのミラー部２の往復回動制御にインプットシェーピング法を用いている。

インプットシェーピング法によれば、制御対象に１番目のインパルスが入力されることに伴って制御対象に生じる振動をキャンセルさせるために、１番目のインパルスから、該１番目のインパルスによって生じた振動の半周期ずらして２番目のインパルスを制御対象に入力する。すなわち、制御対象への２番目のインパルス入力は、１番目のインパルスにより制御対象に生じた振動とは逆位相の振動を制御対象に生じさせるので、１番目のインパルスよる振動と２番目のインパルスによる振動とが相殺して、制御対象の振動が抑制される。

本実施形態の光スキャナ２５の場合、先行の出力Ｗ４１と、半周期遅れる後行の出力Ｗ４６とは、それぞれ上記インプットシェーピング法の１番目のインパルス及び２番目のインパルスに相当する。この結果、前述の（１）式に従い、出力Ｗ４１と出力Ｗ４６との合成として得られた合成電圧を圧電アクチュエータ１４に駆動電圧として供給することにより揺らぎ振動は抑制され、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動角の変化は、鋸波の傾斜直線に対応する傾斜直線となる。

図６（ｄ）で示している出力Ｗ４１と出力Ｗ４６とは、時間軸方向にずれているだけで、波形はほぼ同一になっている。しかしながら、出力Ｗ４１における揺らぎ振動の出現タイミングと、該出現タイミングから該揺らぎ振動の半周期遅れる出力Ｗ４１のタイミングとの時間間隔は、該半周期に応じて変化するので、出力Ｗ４１と出力Ｗ４６との波形は同一にはならない。

図４に戻って、ＳＴＥＰ８では、第１判定部３８は、鋸波の１周期にわたり、合成出力と基準傾斜直線出力（鋸波の電圧としての出力Ｗ３３の傾斜直線変化に対応する傾斜直線変化出力）との差分の絶対値が、第１閾値以下になっているか否かを判定し（「第１判定処理」に相当）、判定結果が否であれば、処理をＳＴＥＰ９に進ませ、判定結果が正であれば、処理をＳＴＥＰ１０に進ませる。

ＳＴＥＰ８の判定結果が否であるということは、合成出力の変化が、鋸波の傾斜直線に沿って直線的に変化せず、比較的大きな振幅の揺らぎ振動を含みながら変化していることを意味する。したがって、もしこの合成出力に基づいて生成した駆動電圧を圧電アクチュエータ１４に供給すると、ミラー部２の回動角の変化が直線から許容値以上ずれる可能性が高い。これに対処する処理が次のＳＴＥＰ９の処理である。

なお、ミラー部２の回動角の変化が直線からずれるときの許容範囲は、該直線を鋸波の上昇側傾斜直線に対応する傾斜直線として、ミラー部２の回動角が該傾斜直線から例えば±２．５％以内である範囲とする。そして、実際の回動角がこの範囲を超えたとき（±２．５％より大のずれ）は、ＳＴＥＰ８の判定結果が否となるように、ＳＴＥＰ７の第１閾値が設定される。

ＳＴＥＰ９では、合成出力生成部３４は、処理順制御部５０を介して遮断周波数設定部４２に遮断周波数の低下の指示を出す。遮断周波数設定部４２は、これを受けて、ローパスフィルタ４１の遮断周波数を所定の周波数、例えば５０Ｈｚ低下させる。この結果、ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ７が再実行されて、ローパスフィルタ４１の出力Ｗ４１、揺らぎ振動処理部４５の出力Ｗ４５及び遅れ出力生成部４６の出力Ｗ４６が、再生成されて、再生されたものに更新される。合成出力生成部３４は、更新後の出力Ｗ４６（合成出力）に基づいてＳＴＥＰ８を再実行する。

ＳＴＥＰ８の判定が否になる毎に、ローパスフィルタ４１の遮断周波数は、ＳＴＥＰ９において、所定の周波数、例えば５０Ｈｚずつ低下していく。ローパスフィルタ４１の遮断周波数が低下するに連れて、ローパスフィルタ４１の出力Ｗ４１に含まれるｎ分の１高調波のうち、ｎの小さい方（揺らぎ振動の大きい方に対応する）から除外されていく。これにより、出力Ｗ４１に含まれる揺らぎ振動の振幅は徐々に低下していき、出力Ｗ４１の変化の傾斜線は、鋸波の傾斜直線に対応する傾斜直線に近付いて行く。

ＳＴＥＰ１０では、合成出力生成部３４は、走査光用駆動電圧生成部３５に合成出力に基づいて試験電圧を生成させて、走査光用駆動電圧生成部３５から圧電アクチュエータ１４に試験電圧を供給させる。走査光用駆動電圧生成部３５は、後述のＳＴＥＰ１２において合成出力に基づいてミラー部２からの反射光を走査光Ｍｂとしての使用する光スキャナ２５の使用期間の駆動電圧としての走査光用駆動電圧を設定するときと同一の設定の仕方で、ＳＴＥＰ１０の実行時点の合成出力に基づいて試験電圧を設定し、該試験電圧を圧電アクチュエータ１４に供給する。該試験電圧のｐ−ｐ電圧は、ＳＴＥＰ３の鋸波電圧のｐ−ｐ電圧とは異なり、使用ｐ−ｐ電圧（例：約６０Ｖ）とされる。合成出力から生成された試験電圧の波形は、鋸波の波形を十分に残しているものの、ミラー部２を軸線Ｌｘの回りに主共振、ポンピング共振及び主要な整数分の１高調波で揺らぎ振動させる周波数成分は、すでに除外されているからである。

ＳＴＥＰ１１は、試験電圧が圧電アクチュエータ１４に駆動電圧として供給されている試験期間に圧電センサ１３が出力する検知信号に基づいて実行される。ＳＴＥＰ１１では、第２判定部３９は、鋸波の１周期にわたり、圧電センサ１３の検知信号のレベルと（鋸波電圧生成部３３が生成する鋸波の電圧の傾斜直線変化に対応する傾斜直線変化のレベル）との差分の絶対値が、第２閾値以下になっているか否かを判定し（「第２判定処理」に相当）、判定結果が否であれば、処理をＳＴＥＰ１３に進ませ、判定結果が正であれば、処理をＳＴＥＰ１２に進ませる。

圧電センサ１３の検知信号のレベルと基準傾斜直線レベルとの差分の絶対値が第２閾値を超えると言うことは、ミラー部２が軸線Ｌｘの回りの回動角の変化の中に許容範囲を超える振幅の大きい揺らぎ振動がまだ存在するということである。ＳＴＥＰ１３は、これに対処する処理である。

なお、圧電センサ１３の検知信号のレベル変化が基準傾斜直線のレベル変化からずれるときの許容範囲は、検知信号の上記基準傾斜直線レベル対して圧電センサ１３の検知信号のレベルが例えば±２．５％以内である範囲とする。そして、検知信号の実際のレベルがこの範囲を超えたとき（±２．５％以上のずれ）は、ＳＴＥＰ１１の判定結果が否となるように、ＳＴＥＰ１１の第２閾値が設定される。

ＳＴＥＰ１３では、第２判定部３９は、処理順制御部５０を介して、圧電アクチュエータ１４への駆動電圧としての試験電圧の供給を維持して、処理をＳＴＥＰ４へ戻させる。

ＳＴＥＰ１３の実行後、処理は、ＳＴＥＰ４へ戻る。これにより、ＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７が繰り返されて、合成出力が、ＳＴＥＰ７において再生成されて、再生成されたものに更新され、ＳＴＥＰ１０の試験電圧も更新される。合成出力が更新されるごとに、圧電アクチュエータ１４の駆動電圧中に占める遅れ出力鋸波の割合が徐々に増大していく。これにより、合成出力が更新されるごとに、更新後の合成出力を駆動電圧として圧電アクチュエータ１４を駆動したときに、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動角の変化の直進性が高まって行く。

ＳＴＥＰ１２では、走査光用駆動電圧生成部３５は、（現在の、すなわち最新の）合成出力に基づいてミラー部２からの反射光を走査光Ｍｂとしての使用する光スキャナ２５の使用期間の駆動電圧としての走査光用駆動電圧を設定して、図４の走査光用駆動電圧設定方法を終了する。

この後、光スキャナ２５は、ミラー部２からの反射光を走査光Ｍｂとして用いて、走査光Ｍｂによる走査作動を開始する。開始後の圧電アクチュエータ１４の駆動電圧は、ＳＴＥＰ１２において設定された走査光用駆動電圧が基にされ、適宜、使用期間中の各種補正を行ったものとなる。

図７（ａ）の出力Ｗ３４は、ＳＴＥＰ１１の判定が正になった結果、ＳＴＥＰ２において走査光用駆動電圧の設定のために用いられた合成出力の一例である。図７（ａ）の出力Ｗ３４が生成されている時は、遮断周波数設定部４２の遮断周波数は、初期値の６００ＨｚからＳＴＥＰ９が繰り返し実行された結果、例えば３００Ｈｚとなった時となっている。図７（ａ）の出力Ｗ３４は、図６（ｂ）の出力Ｗ４１に比べて図６（ａ）鋸波の波形に十分に近付いていることが分かる。すなわち、走査光Ｍｂを映像光として使用する場合に、該映像光により生成される画像は歪みの小さいものになると言うことである。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の出力Ｗ３４のパワースペクトラムＰ３４を示している。Ｐｎは、鋸波を、遮断周波数が６００Ｈｚであるローパスフィルタに通してからフーリェ変換したときのパワースペクトラムを示している。鋸波から単純に６００Ｈｚ以上の周波数成分を除去すると、６００Ｈｚ以上の周波数における利得が減少するが、出力Ｗ４１と出力Ｗ４５との合成である出力Ｗ３４のパワースペクトラムＰ３４では、パワースペクトラムＰｎより６００Ｈｚ以上の周波数成分の利得が１０の２乗倍、増加している。すなわち、出力Ｗ３４は、増加分だけ、鋸波から６００Ｈｚ以上の周波数成分を除去された波形よりも鋸波に近いものになっている。

図７（ｃ）は、図７（ａ）の出力Ｗ３４から生成した駆動電圧を圧電アクチュエータ１４に供給したときに生成される白色画像（走査光Ｍｂを白色として、連続走査したときに生成される画像）を示している。これに対し、図７（ｄ）は、図６（ｂ）の出力Ｗ４１から生成した駆動電圧を圧電アクチュエータ１４に供給したときに生成される白色画像を示している。なお、圧電アクチュエータ１４は、走査光Ｍｂの垂直走査用のアクチュエータとして使用し、圧電アクチュエータ８は、走査光Ｍｂの水平走査用のアクチュエータとして使用している。

出力Ｗ４１を鋸波の駆動電圧とした場合には、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動角の直線変化に揺らぎが生じ、横縞が画像内に生じる。これに対し、出力Ｗ３４を駆動電圧とした場合には、前述のインプットシェーピング法により、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動角の直線変化に含まれる揺らぎ振動がほぼ除去されているので、横縞が消滅する。

図８は、画面（フレーム）における走査光Ｍｂの走査状態（リンギング）を模式的に示すものである。走査光Ｍｂは、軸線Ｌｙの回りのミラー部２の往復回動により水平方向へ共振周波数で走査しつつ、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の往復回動により垂直方向へ非共振周波数で走査する。この時の走査光Ｍｂの走査位置を、一定時間間隔ごとの丸印で示すとともに、縦横に隣接する丸印同士を線分で結んだものが図８である。

図８における各画面の丸印の分布から、走査光Ｍｂのリンギングを知ることができる。すなわち、丸印が均一に分布していれば、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動角の変化の直進性が高く、走査光Ｍｂは、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動方向に対応する垂直方向に揺らぎ振動を含まずに、等速度で走査する。逆に、垂直方向に丸印が不均一に分布していれば、走査光Ｍｂは、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動角の変化の直進性が低く、走査光Ｍｂは、垂直方向に揺らぎながら、走査する。このため、図７（ｄ）で示した横縞が画面に生じることになる。

図８において、（ａ）は図７（ａ）の出力Ｗ３４を圧電アクチュエータ１４の駆動電圧としたときのリンギング状態を示している。（ｂ）の場合ではリンギングが消失し、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の回動角の変化の直線性が（ａ）の場合に比して改善されたことが分かる。すなわち、縦方向の丸印の間隔が均一になっている。

図８において、（ｃ）は、圧電アクチュエータ１４の駆動電圧を、出力Ｗ３４の基になっている鋸波とは周波数及びｐ−ｐ電圧が同一である正弦波を圧電アクチュエータ１４の駆動電圧として、ミラー部２を往復回動させたときのリンギング状態を示している。

走査領域は、（ｂ）の鋸波と（ｃ）の正弦波とでは同一に設定する。正弦波は、直線部分が短いので、（ｃ）では縦方向両端範囲の丸印の間隔が狭くなっているのに対し、鋸波では、直線部分を長く取れる。この結果、画角は、１周期における有効走査範囲を正弦波で走査光を生成するときは約５０%であるのに対し、鋸波で走査光を生成するときは９０％程度に増大することができる。

実施形態では、図６（ｃ）で説明したように、鋸波の１周期を５区分して、各区分ごとに揺らぎ振動の半周期を計算し、ローパスフィルタ出力の区分を単位に、半周期遅れの遅れ出力を生成している。これに対して、鋸波の１周期をもっと細かく区分して、すなわち、揺らぎ振動の出現タイミングを細かく検知するとともに、揺らぎ振動の半周期を細かく算出し、遅れ出力の生成精度を高めることもできる。

実施形態の図４の走査光用駆動電圧設定方法は、光スキャナ２５の電源がオンになったときの始動時に実行されることになっている。これに対して、該走査光用駆動電圧設定方法の実行時期を、光スキャナ２５の使用中、運転状況に応じて自動的に、又は使用者の指示に基づいて適宜実行できるようにすることもできる。

実施形態では、合成出力としての出力Ｗ３４の算出式として、前掲の式（１）を用いているが、式（１）に代えて、次の式（２）を用いてもよい。
Ｗ_ａ＝（Ｗ_ｂ＋Ｋ・Ｗ_ｃ）／２・・・（２）
Ｗ_ａ，Ｗ_ｂ，Ｗ_ｃは、式（１）のときと同様に、それぞれ出力Ｗ３４，Ｗ４１，Ｗ４である。また、Ｋは、０＜Ｋ＜１の定数とする。理由は、インプットシェーピング法における先行のインパルスに相当する出力Ｗ４１よる振動は、半周期後にＫ・出力Ｗ４１に減衰しており、これに適合させるためである。また、Ｋは、固定でなく、半周期の関数とすることもできる。

１・・・光偏向器、２・・・ミラー部、１３・・・圧電センサ（検知器）、１４・・・圧電アクチュエータ、２５・・・光スキャナ、２８・・・レーザ光源、３０・・・制御装置、３１・・・共振探索用電圧生成部、３３・・・鋸波電圧生成部、３４・・・合成出力生成部、３５・・・走査光用駆動電圧供給部、３８・・・第１判定部、３９・・・第２判定部、４１・・・ローパスフィルタ、４２・・・遮断周波数設定部、４５・・・揺らぎ振動処理部、４６・・・遅れ出力生成部。

Claims (5)

1. 光を反射して出射するミラー部と、駆動電圧に応じて変形して、前記ミラー部を所定の軸線の回りに往復回動させる圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの変形量に応じた検知信号を出力する検知器とを有する光偏向器と、制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   鋸波形状の電圧を生成する鋸波電圧生成部と、
   前記鋸波形状の電圧の周波数より高い遮断周波数を有し、前記検知器の検知信号から前記遮断周波数以下の信号部分を出力するローパスフィルタと、
   前記信号部分としてのローパスフィルタ出力の微分値に基づいて前記ローパスフィルタ出力に含まれる揺らぎ振動及びその出現タイミングの検知と該揺らぎ振動の半周期の算出とを行う揺らぎ振動処理部と、
   前記揺らぎ振動の出現タイミングにおける前記ローパスフィルタ出力を該出現タイミングにおける揺らぎ振動の半周期遅らせた遅れ出力を生成する遅れ出力生成部と、
   前記鋸波電圧生成部が生成した鋸波形状の電圧を駆動電圧として前記圧電アクチュエータに供給している期間の前記ローパスフィルタ出力と前記遅れ出力との合成出力を生成する合成出力生成部と、
   前記光偏向器のミラー部からの反射光を前記軸線の回りの前記ミラー部の往復回動方向に対応する走査方向の走査光として使用するときの前記圧電アクチュエータの駆動電圧を、前記合成出力に基づいて生成する走査光用駆動電圧生成部とを有することを特徴とする光スキャナ。
2. 請求項１記載の光スキャナにおいて、
   前記制御装置は、
   周波数が所定周波数範囲で掃引される共振探索用電圧を生成する共振探索用電圧生成部と、
   前記鋸波電圧生成部が生成した鋸波形状の電圧を駆動電圧として前記圧電アクチュエータに供給するのに先立ち、前記共振探索用電圧生成部が生成した共振探索用電圧を駆動電圧として前記圧電アクチュエータに供給し、前記共振探索用電圧の供給期間における前記検知器の検知信号が所定レベル以上となる共振探索用電圧の最小周波数を探索し、前記遮断周波数を該最小周波数未満に設定する遮断周波数設定部とを有することを特徴とする光スキャナ。
3. 請求項１又は２記載の光スキャナにおいて、
   前記制御装置は、第１判定部を有し、
   前記第１判定部は、
   前記鋸波電圧生成部が生成する鋸波形状の電圧の傾斜直線変化に対応する傾斜直線変化出力に対する前記合成出力生成部が生成した合成出力の差分が第１閾値以上となることが有るか無いかを判定する第１判定処理を実施し、
   無いとの判定結果であれば、前記走査光用駆動電圧生成部が前記圧電アクチュエータの走査光用駆動電圧を前記合成出力に基づいて生成することを許容し、
   有るとの判定結果であれば、無いとの判定結果になるまで、前記ローパスフィルタの遮断周波数を所定量下げて、前記合成出力が更新されてから、更新後の合成出力に基づいて前記第１判定処理を再実行することを繰り返すことを特徴とする光スキャナ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光スキャナにおいて、
   前記制御装置は、第２判定部を有し、
   前記第２判定部は、
   前記合成出力生成部が生成した合成出力に基づいて生成した試験電圧を前記圧電アクチュエータに駆動電圧として供給する試験期間を設け、該試験期間において、前記鋸波電圧生成部が生成する鋸波形状の電圧の傾斜直線変化に対応する傾斜直線変化のレベルに対する前記検知器の検知信号のレベルの差分が第２閾値以上となることが有るか無いかを判定する第２判定処理を実施し、
   無いとの判定結果であれば、前記走査光用駆動電圧生成部が前記圧電アクチュエータの走査光用駆動電圧を前記合成出力に基づいて生成することを許容し、
   有るとの判定結果であれば、無いとの判定結果になるまで、前記試験電圧を、前記試験期間に前記合成出力生成部が再生成した合成出力に基づいて再生成した更新後の試験電圧に更新してから、前記第２判定処理を再実行することを繰り返すことを特徴とする光スキャナ。
5. 光を反射して出射するミラー部と、駆動電圧に応じて変形して、前記ミラー部を所定の軸線の回りに往復回動させる圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの変形量に応じた検知信号を出力する検知器とを有する光偏向器の制御方法において、
   鋸波形状の電圧を前記圧電アクチュエータに供給する工程と、
   前記鋸波形状の電圧の周波数より高い遮断周波数を有するローパスフィルタから、該検知信号の前記遮断周波数以下の信号部分を出力させる工程と、
   前記信号部分としてのローパスフィルタ出力の微分値に基づいて前記ローパスフィルタ出力に含まれる揺らぎ振動及びその出現タイミングの検知と該揺らぎ振動の半周期の算出とを行う工程と、
   前記揺らぎ振動の出現タイミングにおける前記ローパスフィルタ出力を該出現タイミングにおける揺らぎ振動の半周期遅らせた遅れ出力を生成する工程と、
   前記ローパスフィルタ出力と前記遅れ出力との合成出力を生成する工程と、
   前記光偏向器のミラー部からの反射光を前記軸線の回りの前記ミラー部の往復回動方向に対応する走査方向の走査光として使用するときの前記圧電アクチュエータの駆動電圧を、前記合成出力に基づいて生成する工程とを備えることを特徴とする光偏向器の制御方法。