JP6311322B2 - 光偏向装置および画像表示装置並びにヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

この発明は、光偏向装置、および、この光偏向装置を用いた画像表示装置、並びに、ヘッドアップディスプレイに関するものである。

光ビームを偏向・走査するようにした光偏向ミラーは、光の反射面を構成するミラー部と、このミラー部を揺動自在に支持する支持梁に対してミラー部を偏向させる駆動用圧電部材を取り付けてなる駆動梁と、を備えたものとされる（例えば、特許文献１参照）。

このような構成によれば、駆動用圧電部材に電圧を印加すると、駆動梁に反りが発生することで、ミラー部を偏向・走査させることができる。

更に、このような駆動梁に対し、揺動検出用の圧電部材（検出用圧電部材）を取り付けて、この検出用圧電部材からの検出信号を用いてフィードバック制御を行うことで、構造上のバラ付きの影響をなくして、ミラー部を安定して偏向・走査させることが行われている。

上記した光偏向ミラーは、ミラー部や駆動梁などの可動部分の重さや、駆動梁の剛性などによって固有の共振周波数（固有振動数）を有している。そのため、環境温度などの変化によって上記した部材の物性値が変わると、ミラー部の共振周波数がシフトする。また、圧電部材の性能も温度依存性を持っている。

しかし、上記したような、揺動検出用の圧電部材を用いたフィードバック制御では、環境温度などの変化には対応することができなかった。

上記課題を解決するために、本発明は、
光を反射するミラー部を駆動用圧電体によって偏向させるようにした圧電型の光偏向ミラーと、
前記駆動用圧電体に対し駆動信号を送って前記ミラー部を振動させる制御装置と、を備えた光偏向装置であって、
前記制御装置が、
前記ミラー部の周辺の現在温度における駆動用圧電体への駆動信号の駆動周波数から、現在温度におけるミラー部の共振周波数を求め、
求めた現在温度における共振周波数と、予め制御情報記憶部に記憶された基準温度、該基準温度における前記ミラー部の基準共振周波数、共振周波数の温度に対する傾きと、に基いて現在の温度を推定する温度補正用の演算部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、上記構成によって、以下のような作用効果を得ることができる。
即ち、上記した制御装置が、温度補正用の演算部を備えた。そして、温度補正用の演算部は、先ず、ミラー部の周辺の現在温度における駆動用圧電体への駆動信号の駆動周波数から、現在温度におけるミラー部の共振周波数を求める。次に、求めた現在温度における共振周波数と、予め制御情報記憶部に記憶された基準温度、基準温度におけるミラー部の基準共振周波数、共振周波数の温度に対する傾きと、に基いて現在の温度を推定する。これにより、外部の温度検出装置（温度センサ）などを追加することなく、ミラー部の周辺の現在温度を求めることができる。

本実施の形態にかかる光偏向ミラーの構成図である。 図１の光偏向ミラーによる走査の状態を示す説明図である。 光偏向装置の構成図である。 駆動信号、ミラー部の変位、検出信号を示すグラフである。 駆動信号の正弦波の周波数をミラー部の共振点の付近でスウィープさせた時の周波数特性を示す図である。 （ａ）は、温度とミラー部の共振周波数との関係を示すグラフである。（ｂ）は、温度を推定するために用いた、温度とミラー部の周波数との関係を示すグラフである。 ミラー部の振幅を一定に制御した状態で、温度を変化させた場合における、検知信号の振幅の変化を示すグラフである。 光走査変動量と温度との関係を示すグラフである。 駆動信号と同期信号との関係を示す図である。 同期用位相差および往復走査ズレと温度との関係を示すグラフである。

この実施の形態は、光ビームを偏向・走査するようにした光偏向ミラーに関するものである。そして、この光偏向ミラーをＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスによって構成する。ここで、ＭＥＭＳデバイスは、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術によって、シリコンやガラスなどの基板を微細加工して製造される精密装置である。

以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図１０は、この実施の形態の実施例およびその変形例を説明するためのものである。

まず、この実施例の構成について説明する。
図１は、上記した光偏向ミラー１の構成図である。図中、横線が水平軸Ｘであり、縦線が垂直軸Ｙである。この光偏向ミラー１は、主に、光の反射面を構成するミラー部２と、このミラー部２を揺動自在に支持する支持梁３とを有している。

このミラー部２には、その上下部に、垂直軸Ｙと平行な方向へ延びる一対のトーションバー４（弾性梁）が設けられている。そして、一対のトーションバー４におけるミラー部２とは反対側の端部（上下端部）に、水平軸Ｘと平行な方向で且つ片側（この場合には図中左側）へ向けて延びる上下一対の上記支持梁３が設けられている。この一対の支持梁３におけるトーションバー４とは反対側の端部（この場合には図中左端部）は、これらを取り囲む支持枠（可動枠５）に対して取り付けられている。これにより、ミラー部２は、可動枠５に対し、トーションバー４および支持梁３を介して片持状態で支持されたものとされる。そして、これら、ミラー部２、トーションバー４、支持梁３、可動枠５は、一体に形成されている。

更に、上記した各支持梁３の表面には、ミラー部２を偏向させるための（共振）駆動用圧電体６がそれぞれ取り付けられている。この駆動用圧電体６は、薄膜化した圧電部材を単層または多層に設けることによって構成される。この支持梁３や駆動用圧電体６によって、ミラー部２を駆動可能なアクチュエータとなる駆動梁７が構成される。このミラー部２と、駆動用圧電体６を用いた駆動梁７とによって、光偏向ミラー１は、圧電型光偏向ミラーとしての機能を持つことになる。

そして、駆動用圧電体６に、図２に示すように、例えば、正弦波の電圧を印加して、駆動梁７を撓ませることにより、ミラー部２は、紙面と垂直な方向へ往復揺動または往復回動し、共振モードで振動する（共振駆動）。これにより、水平軸Ｘ方向への走査が可能となる。

更に、図１に示すように、上記した可動枠５の両側部に対し、可動枠５ごとミラー部２を揺動自在に支持する蛇行状梁部１１を設けることができる。この蛇行状梁部１１は、垂直軸Ｙ方向へ延びる複数本の縦梁部の上端間および下端間を交互に短い横梁部で接続したものとされる。この蛇行状梁部１１の可動枠５とは反対側の端部は、支持枠（固定ベース部１２）に取り付けられている。この固定ベース部１２は、可動枠５および蛇行状梁部１１を全体的に取り囲む大きさの枠状体とされている。図の場合、左側に位置する蛇行状梁部１１の両端部は、可動枠５および固定ベース部１２の上側のコーナー部周辺間にそれぞれ取り付けられている。また、右側に位置する蛇行状梁部１１の両端部は、可動枠５および固定ベース部１２の下側のコーナー部周辺間にそれぞれ取り付けられている。そして、これら、可動枠５、蛇行状梁部１１、固定ベース部１２は、一体に形成されている。

そして、各蛇行状梁部１１の表面には、可動枠５ごとミラー部２を偏向させる一対の（非共振）駆動用圧電体１３，１４がそれぞれ取り付けられている。この一対の駆動用圧電体１３，１４は、それぞれ上記した縦梁部に対して一本置きに設けられることにより、隣接する縦梁部を互いに反対方向へ撓ませ得るように構成されている。これらの別の駆動用圧電体１３，１４は、薄膜化した圧電部材を単層または多層に設けることによって構成される。この蛇行状梁部１１と一対の駆動用圧電体１３，１４とによって、ミラー部２を駆動可能なアクチュエータとなる第二の駆動梁１５が構成される。このミラー部２（を有する可動枠５）と、一対の駆動用圧電体１３，１４を用いた第二の駆動梁１５とによって、光偏向ミラー１は、（上記とは別の）圧電型光偏向ミラーとしての機能を持つことになる。

そして、一対の駆動用圧電体１３，１４に対し、図２に示すように、例えば、（互いに異なる）のこぎり波の電圧を印加して、第二の駆動梁１５をそれぞれ反対方向へ撓ませる。これにより、ミラー部２は、水平軸Ｘをほぼ中心軸として往復揺動または往復回動し、非共振モードで振動する（非共振駆動）。これにより、垂直軸Ｙ方向への走査が可能となる。

よって、駆動梁７の駆動用圧電体６と、第二の駆動梁１５の一対の駆動用圧電体１３，１４との機能を合わせることにより、水平軸Ｘ方向および垂直軸Ｙ方向の二軸方向に対する走査が可能となる。なお、駆動梁７の駆動用圧電体６と、第二の駆動梁１５の一対の駆動用圧電体１３，１４とのどちらか一方によって、水平軸Ｘ方向と垂直軸Ｙ方向とのどちらか一方に対する一軸方向の走査を行わせることもできる。一軸方向の走査を行う光偏向ミラー１は、例えば、電子写真方式の複写機やレーザープリンターなどの画像形成装置、或いは、レーザーレーダーなどのセンシング装置などに用いることができる。

更に、この実施例では、図１に示すように、上記した駆動梁７を構成する支持梁３に対して、ミラー部２の振動を検知するための圧電体（検知用圧電体１８）を取り付けるようにする。この検知用圧電体１８は、上記した駆動用圧電体６に隣接させて設けられる。そして、上記した圧電型の光偏向ミラー１が、この検知用圧電体１８を備えることによって光走査を正確に制御することが可能な光走査装置１９が構成される。

次に、図３は、上記した光走査装置１９を有する光偏向装置２１の構成図である。この光偏向装置２１は、光２２（光ビーム）を発生する光源２３と、この光源２３からの光２２を、投影面２４へ向けて反射させると共に、投影面２４上で偏向・走査させる上記光走査装置１９とを有している。この場合、光源２３は、レーザービーム（光２２）を発生させるレーザー発生装置とされる。光源２３と光走査装置１９との間には、光走査装置１９へ向けて光２２を案内するための光学系２５が設けられる。また、光源２３は、駆動用電力２６を供給するための光源駆動系２７に接続される。そして、これら、光源２３と光学系２５と光源駆動系２７とによって光源ユニットが形成される。

なお、上記した投影面２４は、スクリーンなどとすることができる。また、スクリーンに拡散板を使用し、半透明板などを用いて虚像を形成させるようにしたヘッドアップディスプレイなどに適用することも可能である。また、上記光偏向装置２１は、１つの光走査装置１９に対して、複数の光源ユニットを設置することなども構造的には可能である。

そして、このような光偏向装置２１には、光走査装置１９と光源駆動系２７とを制御するための制御装置３１が設けられている。この制御装置３１は、光走査装置１９に対して駆動信号３２を送る光走査装置駆動制御部３３を有している。この光走査装置駆動制御部３３は、駆動信号３２の周波数や振幅や位相などを監視できる機能を有している。なお、この駆動信号３２は、この場合、上記した駆動梁７を駆動するためのものとなっている。光走査装置駆動制御部３３は、第二の駆動梁１５を駆動するための別の駆動信号も出力し得るようになっている。

この実施例では、この光走査装置駆動制御部３３には、上記した検知用圧電体１８からの検知信号３４が送られるようになっており、この検知信号３４を駆動信号３２の制御（フィードバック制御など）に使用し得るようにしている。

また、上記制御装置３１は、外部の図示しない画像情報記憶部からの画像信号３６を入力して、画像信号３６に対応したレーザー発光強度を求めると共に、このレーザー発光強度を同期信号３７に変換して上記光源駆動系２７へ送る画像信号演算部３８を有している。なお、上記した画像情報記憶部は、制御装置３１や光偏向装置２１の内部構成などとしても良い。

更に、この実施例では、制御装置３１に、温度補正用の演算部として、検知信号演算部４１が設けられている。この検知信号演算部４１は、上記した検知用圧電体１８からの検知信号３４を入力して各種の演算を行い、上記した光走査装置駆動制御部３３や画像信号演算部３８へ後述するような制御用の各種の信号を送るようにしたものである。この検知信号演算部４１は、上記した駆動信号３２や同期信号３７を監視できる機能を有している。

また、この検知信号演算部４１を設けたことに伴い、上記した制御装置３１に対して、検知信号演算部４１や光走査装置駆動制御部３３で使用する各種の制御情報を記憶するための制御情報記憶部４２が設けられる。この制御情報記憶部４２は、上記した制御装置３１の外部構成（例えば、外部メモリなど）としても良いし、または、内部構成（例えば、内部メモリなど）としても良い。

そして、このような光偏向装置２１を、画像の表示のために使用すると、画像表示装置４３になる。

以下、上記した光偏向装置２１の作用について説明する。

図３に示すように（図１も併せて参照）、上記した光偏向装置２１では、制御装置３１の光走査装置駆動制御部３３が、光走査装置１９（の駆動梁７）の駆動用圧電体６に対して駆動信号３２を送り、ミラー部２を水平軸Ｘ方向に偏向・走査させる。併せて、光走査装置駆動制御部３３が、第二の駆動梁１５の一対の駆動用圧電体１３，１４に対して駆動信号を送り、ミラー部２を垂直軸Ｙ方向に偏向・走査させる。これにより、水平軸Ｘ方向および垂直軸Ｙ方向に対する二次元走査が行われる。

同時に、制御装置３１の画像信号演算部３８が、外部の図示しない画像情報記憶部からの画像信号３６を入力して、画像信号３６に対応したレーザー発光強度を求めると共に、このレーザー発光強度を同期信号３７に変換して光源駆動系２７へ送る。これにより、光源駆動系２７が光源２３へ駆動用電力２６を供給して、光源２３を発光させると共に、発光した光２２をミラー部２の偏向・走査に同期させるようにする。この際、上記した駆動信号３２と同期信号３７とは、予め設定された設定値（初期値）にて駆動される。

そして、光走査装置１９では、駆動梁７を構成する支持梁３に取り付けた振動検知用の圧電体（検知用圧電体１８）が、ミラー部２の偏向・走査を検知して、検知信号３４を出力する。この検知信号３４は、光走査装置駆動制御部３３へ直接入力されて、駆動信号３２を制御するのに用いられる。また、検知信号３４は、検知信号演算部４１へ入力される。そして、検知信号演算部４１は、検知信号３４を利用して各種の演算を行い、演算結果を光走査装置駆動制御部３３や画像信号演算部３８へ送ることにより、光走査装置駆動制御部３３や画像信号演算部３８が、駆動信号３２や同期信号３７を補正するのに用いられる。この際、光走査装置駆動制御部３３や検知信号演算部４１は、制御に必要な情報を制御情報記憶部４２から取得することができる。

そして、上記において、図１の検知用圧電体１８は、支持梁３が撓むと、その体積が変化するので、支持梁３の曲げ変位に応じた電圧を検知信号３４として発生する。

例えば、上記した駆動梁７の駆動用圧電体６に、駆動信号３２として、例えば、図４に実線で示すような正弦波の電圧を印加して、ミラー部２を破線で示すように共振モードで振動させると、一点鎖線で示すような検知信号３４が得られる。また、駆動信号３２の正弦波の周波数を、ミラー部２の共振点の付近でスウィープさせると、図５に示すような周波数特性が得られる。同図中、実線はミラー部２の振角、破線はミラー部２の位相、一点鎖線は検知信号３４の位相である。また、各線において、レベルが大きく変化している部分が共振点である。

これらの図によると、検知信号３４の周期１／ｆはミラー部２の振動周期と一致し、また、ミラー部２の振幅は検知信号３４の振幅と比例関係にあることが確認された。よって、検知信号３４に基づき、ミラー部２の振幅を制御することが可能である。また、ミラー部２の動作に対して所定の位相差（Δｐ：一定値）を有する検知信号３４の波形が得られ
た。よって、この位相差（Δｐ）を有する検知信号３４を基に、上記した同期信号３７に
よる光源２３の同期タイミングの制御が可能となる。なお、上記した非共振モードの場合においても、ミラー部２の振幅は検知信号３４の振幅と比例関係にあるため、上記した検知信号３４によって振幅の制御が可能である。

そして、上記した光偏向装置２１では、常に同じ周波数や同じ駆動条件の駆動信号３２や同期信号３７（上記した設定値や初期値）によって、一定の画像が出力し続けられるのが最も好ましく理想的である。

しかし、上記した光偏向ミラー１は、ミラー部２や駆動梁７などの可動部分の重さや、駆動梁７の剛性などによって固有の共振周波数（固有振動数）を有している。そのため、環境温度や周辺温度などの変化によって上記した部材の物性値が変わると、これによって、ミラー部２の共振周波数がシフトすることになる。また、圧電体（駆動用圧電体６や検知用圧電体１８）の性能も温度依存性を持っている。より具体的には、図６（ａ）に示すように、温度によって、ミラー部２の共振周波数がシフトする。よって、ミラー部２周辺の温度変化に応じて、ミラー部２の振動の周期や、変位や、位相が変化されてしまい、画像の振幅ズレや、ミラー部２の走査タイミングと光源２３が光２２を発光する同期タイミングとのズレ（往復走査ズレ）などの各種のズレが生じることになる。

そこで、この実施の形態では、以下のようにして、これらのズレを防止するようにしている。

先ず、同図などによって、温度上昇と、ミラー部２の共振周波数のシフトとの関係について調べたところ、温度上昇によって駆動梁７の剛性が低下することなどにより、共振周波数は、温度の上昇と共に低下するようにシフトする。そして、この共振周波数のシフトは、一定の傾き（ａ）を有する一次的なものとなる。

（１）温度推定について（図６（ｂ）参照）
そこで、制御装置３１（の検知信号演算部４１）は、ミラー部２周辺の現在温度（Ｔｄ）における駆動用圧電体６への駆動信号３２の駆動周波数（ｆｖ）から、現在温度（Ｔｄ）におけるミラー部２の共振周波数（ｆｄ）を求める（式１参照）。
ｆｄ＝ｆｖ−Δｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式１）

なお、現在温度（Ｔｄ）は、この段階では、まだ未知の値である。駆動周波数（ｆｖ）は、光走査装置駆動制御部３３が監視している値である。Δｆは、駆動信号３２の駆動周
波数（初期値）における共振周波数（設定上の基準値）との差分であり、この差分（Δｆ
）は、予め設定された値である。差分（Δｆ）は、制御情報記憶部４２に記憶させておく
ようにする。

次に、求めた現在温度（Ｔｄ）における共振周波数（ｆｄ）の値と、予め記憶された基準温度（Ｔ０）、この基準温度（Ｔ０）におけるミラー部２の基準共振周波数（ｆ０）、共振周波数の温度に対する傾き（ａ）と、に基いて現在の温度（Ｔｄ）を推定する（式２参照）。
Ｔｄ−Ｔ０＝（ｆｄ−ｆ０）／ａ・・・・・・・・・・・・・・・・（式２）

なお、基準温度（Ｔ０）、基準共振周波数（ｆ０）、傾き（ａ）は、予め制御情報記憶部４２に記憶させておくようにする。基準温度（Ｔ０）および基準共振周波数（ｆ０）は、温度推定に適した値を採用することができる。

（２）駆動信号３２の周波数制御について
上記した推定温度をより正確に得るために、
制御装置３１（の光走査装置駆動制御部３３）は、検知用圧電体１８からの検知信号３４に基づき、検知信号３４の周波数と、駆動用圧電体６の駆動周波数との位相差（Δｐ）
が常に一定となるように、駆動用圧電体６の駆動周波数を制御し、ミラー部２を、温度に拘わらず共振周波数に対して常に一定の差分（Δｆ）を保って振動させるようにする。そ
のために、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）による追従制御を行う。

即ち、駆動信号３２による周波数の初期値を、基準となる共振周波数よりも、予め設定された周波数の差分（Δｆ）だけ高くなる（または低くなる）ようにして、ミラー部２を
駆動する。そして、ミラー部２周辺の温度が変化すると、上記したようにミラー部２の共振周波数がシフトするため、同じ駆動信号３２を与えていたとしても、ミラー部２の実際の振動の周波数が温度に応じた値に変化する。

そこで、検知信号３４によって検知されたミラー部２の実際の振動の周波数に対し、常に一定の位相差（Δｐ：一定値）を有するように駆動信号３２の周波数を制御する。この
ようにすれば、ミラー部２は、結果的に、その温度における共振周波数に対して一定の差分（Δｆ）を保って振動されることになる。なお、駆動信号３２による周波数の初期値、
周波数の差分（Δｆ）、位相差（Δｐ）は、予め設定して、制御情報記憶部４２に記憶さ
せておくようにする。

（３）振幅制御について
振幅制御を行わせるために、制御情報記憶部４２に対して、温度変化による上記検知信号３４の振幅（検出振幅）の変化を記憶させるようにする。
そして、上記温度補正用の演算部（検知信号演算部４１）が、上記制御情報記憶部４２に記憶した温度変化による上記検知信号３４の振幅の変化、および、推定した現在の温度に基づいて、上記ミラー部２の振幅を常時一定に制御するための目標振幅５１（図３参照）を求めるようにする。

求めた目標振幅５１は、光走査装置駆動制御部３３へ送られて、駆動信号３２による振幅制御に用いられる。

より具体的には、例えば、図７は、ミラー部２の振幅を一定に制御した状態で、温度を変化させた場合における、検知信号３４の振幅（検出振幅）の変化を調べたグラフである。このグラフは、幾つかの代表的な点を採ってその間を線形補完したものである。この図によれば、ミラー部２の実際の振幅が一定であっても、検知信号３４の振幅が温度変化によって変化される様子が示されている。この場合には、温度上昇に伴って検出振幅が大きくなるように変化している。

よって、検知信号３４の検出振幅がこの図のようになるように制御を行なえば、温度変化に拘わらずミラー部２の実際の振幅が一定になるはずである。そこで、例えば、この図のグラフ上の値を温度変化による振幅変化を示した制御テーブル（温度・振幅テーブルＴＢ１：図３参照）として制御情報記憶部４２に記憶する。そして、グラフ上の点を、温度によって変化する目標振幅５１として光走査装置駆動制御部３３が駆動信号３２のリアルタイム制御を行う。これにより、図８に実線で示すように、温度が変化してもミラー部２の振幅を常に一定に保持して、光走査の変動をなくすことができる。これに対して、上記した振幅制御を行わない場合には、図に破線で示すように、温度によってミラー部２の振幅に右下がりの変動が生じることになる。

なお、温度・振幅テーブルＴＢ１のデータは、幾つかの代表的な値を有するものとしておき、その間の値については線形補完によって得るようにしても良い。また、上記した温度・振幅テーブルＴＢ１のデータは、一定の傾きを有する一次的な直線に近い値となっているので、誤差が許容される場合には、直線近似をして用いることも可能である。

この振幅制御については、非共振モードの場合においても、同様にして適用することが可能である。
即ち、上記光偏向装置２１において、上記圧電型の光偏向ミラー１が、ミラー部２を複数方向へ偏向・走査させるための複数種類の駆動用圧電体６、駆動用圧電体１３，１４を備えており、上記検知用圧電体１８が、１つの駆動用圧電体６に対して検知用に設けられている場合に、上記検知用圧電体１８からの検知信号３４を、他の駆動用圧電体１３，１４における振幅の制御にも用いることができる。

（４）位相差補正制御について
位相差補正制御を行わせるために、上記制御情報記憶部４２に対して、温度変化による上記駆動信号３２の位相のズレを記憶させるようにする。
そして、上記温度補正用の演算部（検知信号演算部４１）が、上記制御情報記憶部４２に記憶した温度変化による上記駆動信号３２の位相のズレ、および、推定した現在の温度に基づいて、ミラー部２へ光２２を出射するための同期信号３７に対する位相差補正量（Δｐ′：図３参照）を求めるようにする。

位相差補正量（Δｐ′）は、予め設定された位相差（Δｐ：一定値）に対する補正量で
ある。求めた位相差補正量（Δｐ′）は、画像信号演算部３８へ送られて、図９に示すよ
うに、画像信号演算部３８による同期信号３７の補正制御に用いられる。なお、図９は、駆動信号３２と、同期信号３７との関係を示す図である。

より具体的には、例えば、図１０は、ミラー部２に対して光源２３を同期させるための位相差の、温度変化に伴う変化を調べたグラフである。このグラフは、幾つかの代表的な点を採ってその間を線形補完したものである。そして、温度変化によって、例えば、この図に実線（折れ線）で示したように同期に必要な位相差の値が変化される。

そこで、例えば、この図のグラフ上の値を温度変化による位相差変化を示した制御テーブル（温度・位相差テーブルＴＢ２：図３参照）として制御情報記憶部４２に記憶する。そして、グラフ上の点と初期の位相差（Δｐ）との差を、温度によって変化する位相差補
正量（Δｐ′：図３、図９参照）としてリアルタイム制御を行う。これにより、位相差（
Δｐ）を最適に補正して（Δｐ±Δｐ′）、図に破線で示すように、往復走査ズレをなく
すことができる。これに対して、上記した位相差補正制御を行わない場合には、図に一点鎖線で示すように、温度変化によって往復走査ズレが生じることになる。なお、温度・位相差テーブルＴＢ２のデータも、幾つかの代表的な値を有するものとしておき、その間の値については線形補完によって得るようにしても良い。

（具体例）
駆動梁７の駆動用圧電体６に対し、駆動信号３２の初期値として固有振動数よりも高周波側である２０ＫＨｚの正弦波の電圧（基本駆動電圧）を印加して、ミラー部２を共振モードで振動させた。すると、ミラー部２は、２０ＫＨｚで振動されることになる。この場合、ミラー部２は、±１５°程度の振角で揺動・回動するように動作される。

また、第二の駆動梁１５の一対の駆動用圧電体１３，１４に対し、駆動信号３２の初期値として、互いに位相をズラせると共に最大電圧値の調整を行った約６０ＫＨｚののこぎり波の電圧（基本駆動電圧）をそれぞれ印加して、ミラー部２を非共振モードで振動させた。すると、ミラー部２は、±４°程度の振角で揺動・回動するよう動作される。

そして、上記した温度・振幅テーブルＴＢ１に基いて駆動信号３２の振幅を制御したところ、約−２５℃〜７５℃の範囲で、制御しない場合と比べて、画像の振幅変動量が１／５０以下に低減された。

また、上記した温度・位相差テーブルＴＢ２に基いて同期信号３７による光源２３を発光させる同期タイミングを制御したところ、約−２５℃〜７５℃の範囲で、往復走査ズレが１ｍｍ以下に低減され、制御しない場合と比べて、良い結果が得られた。

よって、上記した各制御により、温度変化に対して、安定性に優れた高画質の２次元画像を得ることが可能となることが実際に確認された。

以下、上記のまとめとして、この実施例の効果について説明する。
（１）温度推定の効果について
圧電型の光偏向ミラー１は、光２２を反射するミラー部２を駆動用圧電体６によって偏向させるようにするものである。そして、光偏向装置２１は、制御装置３１によって、圧電型の光偏向ミラー１の駆動用圧電体６へ正弦波の駆動信号３２を送ることで、ミラー部２を共振モードで振動させることができる。

そして、上記した制御装置３１が、温度補正用の演算部（検知信号演算部４１）を備えるようにした。温度補正用の演算部は、上記したようにして、現在の温度（Ｔｄ）を推定する。

このように、検知用圧電体１８からの検知信号３４を用いて温度を推定するようにしたことにより、外部の温度検出装置（温度センサ）などを追加することなく、ミラー部２周辺の現在温度を求めることができる。そのため、光偏向装置２１の構造が複雑になるのを防止して、装置サイズの小型化や、装置の低コスト化を図ることができる。そして、得られた温度は、様々に利用することができるが、例えば、温度変化による様々な影響を防止したりまたは除去したりする（温度補正を行う）のに使用することが可能となる。そして、温度が迅速に検出（推定）できるので、リアルタイム制御に利用することができる。また、得られる温度範囲も広いので、厳しい温度環境化でも圧電型の光偏向ミラー１を使用することが可能となる。

（２）駆動信号３２の周波数制御の効果について
圧電型の光偏向ミラー１が、検知用圧電体１８を備えた。これにより、ミラー部２の振動を検知することができる。そして、制御装置３１が、検知用圧電体１８からの検知信号３４の周波数と、駆動用圧電体６の駆動信号３２の駆動周波数との位相差（Δｐ）が一定
となるように、駆動信号３２の駆動周波数を制御することにより、ミラー部２を、温度に拘わらず共振周波数に対して常に一定の差分（Δｆ）を保って振動させるようにした。こ
れにより、駆動用圧電体６の駆動周波数とミラー部２の共振周波数との相対関係を温度に拘わらず固定化することができる。以って、上記した温度の推定を正確に行うことが可能となる。なお、駆動用圧電体６の駆動周波数とミラー部２の共振周波数との相対関係を固定化しない場合には、上記と同様にして温度の推定を行うことはできるものの、周波数の差分（Δｆ）が一定にならないおそれがあるので、その正確性については劣るものとなる
。

（３）振幅制御の効果について
制御情報記憶部４２が、温度変化による検知信号３４の振幅の変化を記憶するようにした。そして、温度補正用の演算部（検知信号演算部４１）が、制御情報記憶部４２に記憶した温度変化による検知信号３４の振幅の変化、および、推定した現在の温度に基づいて、ミラー部２の振幅を温度に拘わらず常時一定に制御するための目標振幅５１を求めるようにした。これにより、温度変化が生じた場合でもミラー部２の振幅を安定させることが可能となるので、画像サイズズレなどを防止することができる。

（４）位相差補正制御の効果について
制御情報記憶部４２が、予め温度変化による駆動信号３２の位相のズレを記憶するようにした。そして、温度補正用の演算部（検知信号演算部４１）が、制御情報記憶部４２に記憶した温度変化による上記駆動信号３２の位相のズレ、および、推定した現在の温度に基づいて、ミラー部２へ光２２を出射するための同期信号３７に対する位相差補正量（Δ
ｐ′）を求めるようにした。これにより、温度変化による同期信号３７のズレを位相差補正量（Δｐ′）で補正して、ミラー部２の走査タイミングに光源２３が光２２を発光する
同期タイミングを合わせることが可能となるので、ムラのない安定した画像を得ることなどができる。

（５）複数方向へ偏向・走査する圧電型の光偏向ミラー１の効果
圧電型の光偏向ミラー１が、複数種類の駆動用圧電体６および駆動用圧電体１３，１４を備えた。これにより、ミラー部２を複数方向へ偏向・走査させることができる。よって、例えば、水平軸Ｘ方向と垂直軸Ｙ方向とに対する二次元走査が可能となる。

そして、１つの駆動用圧電体６に対して設けられた検知用圧電体１８からの検知信号３４を、他の駆動用圧電体１３，１４の振幅の制御に用いるようにした。これにより、各駆動用圧電体６および駆動用圧電体１３，１４それぞれに検知用圧電体１８を設ける必要をなくすことができると共に、検知信号３４に基づく振幅の制御を統一化したり簡略化したりすることが可能となる。

（６）画像表示装置４３の効果
画像表示装置４３が、上記光偏向装置２１を備えた。これにより、上記と同様の作用効果を得ることができる。

以上、この発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、実施の形態はこの発明の例示にしか過ぎないものである。よって、この発明は実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施の形態に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、実施の形態に複数の実施例や変形例がこの発明のものとして開示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。

１ 光偏向ミラー
２ ミラー部
６ 駆動用圧電体
１３ 駆動用圧電体
１４ 駆動用圧電体
１８ 検知用圧電体
２１ 光偏向装置
２２ 光
３１ 制御装置
３２ 駆動信号
３４ 検知信号
３７ 同期信号
４１ 検知信号演算部（温度補正用の演算部）
４２ 制御情報記憶部
４３ 画像表示装置
５１ 目標振幅
ａ 共振周波数の温度に対する傾き
ｆ０ 基準共振周波数
ｆｄ 共振周波数
ｆｖ 駆動周波数
Ｔ０ 基準温度
Ｔｄ 現在温度
Δｆ （周波数の）差分
Δｐ 位相差
Δｐ′ 位相差補正量

特開２００９−１６９３２５号公報

Claims (7)

1. 光を反射するミラー部を駆動用圧電体によって偏向させるようにした圧電型の光偏向ミラーと、
   前記駆動用圧電体に対し駆動信号を送って前記ミラー部を振動させる制御装置と、を備えた光偏向装置であって、
   前記制御装置が、
   前記ミラー部の周辺の現在温度における駆動用圧電体への駆動信号の駆動周波数から、現在温度におけるミラー部の共振周波数を求め、
   求めた現在温度における共振周波数と、予め制御情報記憶部に記憶された基準温度、該基準温度における前記ミラー部の基準共振周波数、共振周波数の温度に対する傾きと、に基いて現在の温度を推定する温度補正用の演算部を備えたことを特徴とする光偏向装置。
2. 請求項１に記載の光偏向装置であって、
   前記圧電型の光偏向ミラーが、前記ミラー部の振動を検知する検知用圧電体を備え、
   前記制御装置が、前記検知用圧電体からの検知信号の周波数と、駆動用圧電体の駆動信号の駆動周波数との位相差が一定となるように、駆動信号の駆動周波数を制御することにより、ミラー部を、温度に拘わらず共振周波数に対して常に一定の差分を保って振動させることを特徴とする光偏向装置。
3. 請求項２に記載の光偏向装置であって、
   前記制御情報記憶部が、温度変化による前記検知信号の振幅の変化を記憶すると共に、
   前記温度補正用の演算部が、前記制御情報記憶部に記憶した温度変化による前記検知信号の振幅の変化、および、推定した現在の温度に基づいて、前記ミラー部の振幅を温度に拘わらず常時一定に制御するための目標振幅を求めることを特徴とする光偏向装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の光偏向装置であって、
   前記制御情報記憶部が、温度変化による前記駆動信号の位相のズレを記憶すると共に、
   前記温度補正用の演算部が、前記制御情報記憶部に記憶した温度変化による前記駆動信号の位相のズレ、および、推定した現在の温度に基づいて、ミラー部へ光を出射するための同期信号に対する位相差補正量を求めることを特徴とする光偏向装置。
5. 請求項３に記載の光偏向装置であって、
   前記圧電型の光偏向ミラーが、ミラー部を複数方向へ偏向・走査させるための複数種類の駆動用圧電体を備え、
   前記検知用圧電体が、１つの駆動用圧電体に対して設けられると共に、
   前記検知用圧電体からの検知信号が、他の駆動用圧電体の振幅の制御に用いられることを特徴とする光偏向装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光偏向装置を備えたことを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光偏向装置を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。