CN110389442B - 镜子驱动装置、光扫描控制装置以及镜子驱动方法 - Google Patents

镜子驱动装置、光扫描控制装置以及镜子驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供镜子驱动装置、光扫描控制装置以及镜子驱动方法，抑制振铃。镜子驱动装置具备：检测部，输出具有镜子的摆动所包含的振铃成分的检测信号；驱动波形生成部，生成使上述镜子摆动的锯齿状的驱动波形；重叠波形生成部，生成与上述驱动波形重叠的重叠波形；周期信号生成部，生成具有与上述振铃成分的振铃频率相同或者接近的频率的周期信号；相关值计算部，计算上述周期信号与上述检测信号的相关值；以及振幅调整部，基于上述相关值来调整重叠波形的振幅以使上述振铃成分变小。

Description

镜子驱动装置、光扫描控制装置以及镜子驱动方法
技术领域
本发明涉及镜子驱动装置、光扫描控制装置以及镜子驱动方法
背景技术
作为现有技术，公知有使镜子部绕旋转轴旋转从而将光扫描的光扫描装置。在这样的光扫描装置中，驱动源使用锯齿状波形的电压。
专利文献1：日本特开2012－198415号公报
然而，存在在驱动时产生由镜子部的共振振动引起的振铃的情况。振铃的产生导致通过光扫描装置的扫描形成的图像的画质劣化。
发明内容
因此，本公开提供能够抑制振铃的镜子驱动装置。
本公开提供镜子驱动装置，具备：
检测部，输出具有镜子的摆动所包含的振铃成分的检测信号；
驱动波形生成部，生成使上述镜子摆动的锯齿状的驱动波形；
重叠波形生成部，生成重叠于上述驱动波形的重叠波形；
周期信号生成部，生成具有与上述振铃成分的振铃频率相同或者接近的频率的周期信号；
相关值计算部，计算上述周期信号与上述检测信号的相关值；以及
振幅调整部，基于上述相关值来调整上述重叠波形的振幅，以使上述振铃成分变小。
另外，本公开提供光扫描控制装置，具备该镜子驱动装置和上述光扫描装置。
另外，本公开提供镜子驱动方法，
计算具有镜子的摆动所包含的振铃成分的检测信号和具有与上述振铃成分的振铃频率相同或者接近的频率的周期信号的相关值，
基于上述相关值来调整重叠于使上述镜子摆动的锯齿状的驱动波形的重叠波形的振幅，以使上述振铃成分变小。
根据本公开的技术，能够抑制振铃。
附图说明
图1是表示具备第一实施方式的镜子驱动装置的光扫描控制装置的构成的一个例子的框图。
图2是表示第一实施方式的光扫描装置的一个例子的立体图(其1)。
图3是表示第一实施方式的光扫描装置的一个例子的立体图(其2)。
图4是表示第一实施方式的光扫描装置的光扫描部的一个例子的上面侧的立体图。
图5是对施加于驱动源的驱动电压波形与镜子的动作波形的关系进行说明的图。
图6是对使用光扫描装置进行图像显示时的状态进行说明的图。
图7是表示镜子驱动装置的各部的动作波形的一个例子的图(其1)。
图8是表示镜子驱动装置的各部的动作波形的一个例子的图(其2)。
图9是表示具备第二实施方式的镜子驱动装置的光扫描控制装置的构成的一例的框图。
图中：
3...驱动波形生成部；4...滤波器；40...修正部；51～54...抑制波形生成部；61、63...正弦波信号生成部；62、64...余弦波信号生成部；71～74...乘法器；81～84...累加器；91～94...控制器；100...光扫描部；101～104...乘法器；110...镜子；111～116...加法器；120...镜子支承部；122...狭缝；130A、130B...梁；...140A、140B...连结梁；150A、150B...水平驱动梁；151A、151B...水平驱动源；160...可动框；161...镜子支承体；170A、170B...垂直驱动梁；171A、171B...垂直驱动源；180...固定框；190A、190B...端子群；191、192、195、196...压电传感器；200...陶瓷壳体；300...壳体盖；300A...开口部；430...波形生成部；440...滤波处理部；512...驱动部；600、600B...光扫描控制装置；1000...光扫描装置；1100、1100B...镜子驱动装置。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施发明的方式进行说明。在各附图中，存在对同一构成部分标注同一附图标记，省略重复的说明的情况。
图1是表示具备第一实施方式的镜子驱动装置1100的光扫描控制装置600的构成的一个例子的框图。光扫描控制装置600具备镜子驱动装置1100和光扫描装置1000。镜子驱动装置1100通过锯齿状(三角波状)的驱动电压波形来驱动具有镜子110的光扫描装置1000。稍后描述镜子驱动装置1100的详细构成。
图2以及图3是表示第一实施方式的光扫描装置的一个例子的立体图，图2是表示取下壳体盖后的状态的光扫描装置，图3表示安装了壳体盖的状态的光扫描装置。
如图2以及图3所示，光扫描装置1000具有光扫描部100、搭载光扫描部100的陶瓷壳体200、以及配置在陶瓷壳体200上并覆盖光扫描部100的壳体盖300。光扫描装置1000也可以在陶瓷壳体200的下侧具备基板、控制电路等。
在光扫描装置1000中，在壳体盖300的大致中央部设置有将具有光反射面的镜子110的附近暴露的开口部300A。开口部300A成为不遮挡向镜子110的激光入射光Li以及来自镜子110的激光射出光Lo(扫描光)的形状。
此外，在开口部300A中，激光入射光Li穿过侧比激光射出光Lo穿过侧小地进行开口。即，相对于激光入射光Li侧狭窄地开口为大致半圆形状，激光出射光Lo侧较宽地开口为大致矩形状。这是因为，激光入射光Li从恒定的方向入射所以仅将该方向开口即可，相对于此，激光射出光Lo被二维扫描，所以需要将被扫描的全部范围开口以免遮挡被二维扫描的激光射出光Lo。
接下来，对光扫描装置1000的光扫描部100进行说明。图4是表示第一实施方式的光扫描装置的光扫描部的一个例子的上面侧的立体图。
如图4所示，光扫描部100是使镜子110摆动从而将从光源照射的激光入射光扫描的部分。光扫描部100是例如通过压电元件使镜子110驱动的MEMS(Micro ElectroMechanical Systems：微电子机械系统)镜子等。
光扫描部100具有镜子110、镜子支承部120、扭转梁130A、130B、连结梁140A、140B、水平驱动梁150A、150B、可动框160、垂直驱动梁170A、170B、以及固定框180。在镜子支承部120的上表面支承有镜子110。在本实施方式中，将镜子支承部120、扭转梁130A、130B、连结梁140A、140B、水平驱动梁150A、150B、以及可动框160统称为支承镜子110的镜子支承体161。
在镜子支承体161的两侧配置有与镜子支承体161连接的一对垂直驱动梁170A、170B。镜子支承体161和垂直驱动梁170A通过镜子支承体连接部A11连接。固定框180和垂直驱动梁170A通过固定框连接部A12连接。镜子支承体161和垂直驱动梁170B通过镜子支承体连接部A13连接。固定框180和垂直驱动梁170B通过固定框连接部A14连接。稍后描述垂直驱动梁170A、170B的详细。
另外，在支承镜子110的镜子支承部120的两侧配置有与镜子支承部120连接的一对水平驱动梁150A、150B。另外，水平驱动梁150A、150B、连结梁140A、140B、扭转梁130A、130B、镜子支承部120以及镜子110被可动框160从外侧支承。即，在水平驱动梁150A、150B的各自的一方侧与可动框160的内周连接且被支承。水平驱动梁150A的另一方侧沿内周侧延伸并与连结梁140A、140B连结。水平驱动梁150B的另一方侧也同样地沿内周侧延伸并与连结梁140A、140B连结。连结梁140A、140B沿水平旋转轴H方向延伸并与扭转梁130A、130B连接，扭转梁130A、130B从水平旋转轴H方向的两侧支承镜子支承部120。如上述那样，水平驱动梁150A、150B在与扭转梁130A、130B的延伸水平旋转轴H方向正交的方向上以夹持镜子110以及镜子支承部12的方式成对设置。稍后描述水平旋转轴H方向。
水平驱动梁150A、150B分别具有水平驱动源151A、151B。另外，垂直驱动梁170A、170B分别具有垂直驱动源171A、171B。水平驱动梁150A、150B以及垂直驱动梁170A、170B作为使镜子110上下或者左右摆动并将激光扫描的促动器发挥作用。
在水平驱动梁150A、150B的上表面分别形成有水平驱动源151A、151B。水平驱动源151A、151B包括形成于水平驱动梁150A、150B的上表面的压电元件的薄膜(以下也称为“压电薄膜”。)上的上部电极和形成于压电薄膜的下表面的下部电极。水平驱动源151A、151B根据施加于上部电极和下部电极的驱动电压的极性来伸长或者缩小。
因此，若对水平驱动源151A和水平驱动源151B施加相互相反相位的波形(例如，正弦波)的驱动电压，则在镜子110的左侧和右侧，水平驱动梁150A和水平驱动梁150B交替地向上下相反侧振动。由此，能够将扭转梁130A、130B作为摆动轴或者旋转轴，使镜子110绕水平旋转轴H的轴摆动。将镜子110绕扭转梁130A、130B的轴摆动的方向称为水平方向，将穿过镜子110的光反射面的中心C的上述的摆动轴称为水平旋转轴H。例如，基于水平驱动梁150A、150B的水平驱动中使用共振振动，能够高速地对镜子110进行摆动驱动。
在镜子支承部120以沿着镜子110的圆周的方式形成有狭缝122。通过狭缝122，能够使镜子支承部120轻型化并且将基于扭转梁130A、130B的扭转传递到镜子110。
另外，垂直驱动梁170A具有沿水平旋转轴H方向延伸的多个矩形状的垂直梁，相邻的垂直梁的端部彼此连结，作为整体具有之字形状(蛇腹状)的形状。
例如，从镜子支承体161侧开始数第一个垂直梁的端部和第二个垂直梁的端部通过折回部171X1连结。另外，第二个垂直梁的端部和第三个垂直梁的端部通过折回部171X2连结。另外，第三个垂直梁的端部和第四个垂直梁的端部通过折回部171X3连结。另外，第四个垂直梁的端部和第五个垂直梁的端部通过折回部171X4连结。另外，第五个垂直梁的端部和第六个垂直梁的端部通过折回部171X5连结。此外，在图4中，为了方便，用梨皮样式表示各折回部。
也与垂直驱动梁170B相同地，具有沿水平旋转轴H方向延伸的多个矩形状的垂直梁，相邻的垂直梁的端部彼此被连结，作为整体具有之字形状(蛇腹状)的形状。
例如，从镜子支承体161侧开始数，第一个垂直梁的端部和第二个垂直梁的端部通过折回部171Y1连结。另外，第二个垂直梁的端部和第三个垂直梁的端部通过折回部171Y2连结。另外，第三个垂直梁的端部和第四个垂直梁的端部通过折回部171Y3连结。另外，第四个垂直梁的端部和第五个垂直梁的端部通过折回部171Y4连结。另外，第五个垂直梁的端部和第六个垂直梁的端部通过折回部171Y5连结。与上述相同地，为了方便，用梨皮样式表示各折回部。
在垂直驱动梁170A的上表面，按分别不包括曲线部的矩形单位即每个垂直梁形成有垂直驱动源171A。垂直驱动源171A包括在构成垂直驱动梁170A的从第一个到第六个的各垂直梁上分别形成的6个垂直驱动源171A1、171A2、171A3、171A4、171A5以及171A6。在垂直驱动梁170B的上表面，按分别不包括曲线部的矩形单位即每个垂直梁形成有垂直驱动源171B。垂直驱动源171B包括分别形成于构成垂直驱动梁170B的从第一个到第六个的各垂直梁上的6个垂直驱动源171B1、171B2、171B3、171B4、171B5以及171B6。垂直驱动源171A包括形成于垂直驱动梁170A的上表面的压电薄膜上的上部电极和形成于压电薄膜的下表面的下部电极。垂直驱动源171B包括形成于垂直驱动梁170B的上表面的压电薄膜上的上部电极和形成于压电薄膜的下表面的下部电极。
垂直驱动梁170A通过对与每个垂直梁相邻的垂直驱动源171A施加以驱动波形的中央值为基准上下反转的波形的驱动电压，从而使各垂直梁的向上方向的变形量变化，并将各垂直梁的上下动的积蓄传递到可动框160。同时，垂直驱动梁170B通过对与每个垂直梁相邻的垂直驱动源171B施加以驱动波形的中央值为基准上下反转的波形的驱动电压，从而使各垂直梁的向上方向的变形量变化，将各垂直梁的上下动的积蓄传递到可动框160。以驱动波形的中央值为基准上下反转的波形的驱动电压例如是锯齿状的驱动电压波形。通过垂直驱动梁170A、170B的这样的动作，镜子110以及镜子支承体161在与水平旋转轴H的方向正交的方向上摆动，将该摆动的方向称为垂直方向，将穿过镜子110的光反射面的中心C的上述的摆动轴称为垂直旋转轴V。例如在基于垂直驱动梁170A、170B的垂直驱动中能够使用非共振振动。
例如，用相同波形驱动垂直驱动源171A1、171B1、171A3、171B3、171A5、171B5，用以驱动波形的中央值为基准与前者上下反转的波形驱动垂直驱动源171A2、171B2、171A4、171B4、171A6以及171B6。由此，能够将镜子110以及镜子支承体161向垂直方向摆动。
对水平驱动源151A的上部电极以及下部电极施加驱动电压的驱动配线与设置于固定框180的端子群190A所包含的规定的端子连接。对水平驱动源151B的上部电极以及下部电极施加驱动电压的驱动配线与设置于固定框180的端子群190B所包含的规定的端子连接。另外，对垂直驱动源171A的上部电极以及下部电极施加驱动电压的驱动配线与设置于固定框180的端子群190A所包含的规定的端子连接。对垂直驱动源171B的上部电极以及下部电极施加驱动电压的驱动配线与设置于固定框180的端子群190B所包含的规定的端子连接。
另外，光扫描部100具有压电传感器191、192作为对水平驱动源151A、151B施加驱动电压而检测镜子110向水平方向摆动的状态中的镜子110的水平方向的倾斜情况(水平方向的摆角)的水平摆角传感器。压电传感器191设置于连结梁140A，压电传感器192设置于连结梁140B。
另外，光扫描部100具有压电传感器195、196作为对垂直驱动源171A、171B施加驱动电压而检测镜子110向垂直方向摆动的状态中的镜子110的垂直方向的倾斜情况(垂直方向的摆角)的垂直摆角传感器。压电传感器195设置于构成垂直驱动梁170A的垂直梁之一，压电传感器196设置于构成垂直驱动梁170B的垂直梁之一。
压电传感器191伴随镜子110的水平方向的倾斜情况，输出从扭转梁130A传递的与连结梁140A的位移对应的电流值。压电传感器192伴随镜子110的水平方向的倾斜情况，输出从扭转梁130B传递的与连结梁140B的位移对应的电流值。压电传感器195伴随镜子110的垂直方向的倾斜情况，输出与垂直驱动梁170A中设置有压电传感器195的垂直梁的位移对应的电流值。压电传感器196伴随镜子110的垂直方向的倾斜情况，输出与垂直驱动梁170B中设置有压电传感器196的垂直梁的位移对应的电流值。
在第一实施方式中，使用压电传感器191、192的输出来检测镜子110的水平方向的倾斜情况，使用压电传感器195、196的输出来检测镜子110的垂直方向的倾斜情况。此外，根据从各压电传感器输出的电流值进行镜子110的倾斜情况的检测的倾斜检测部也可以设置于光扫描部100的外部。另外，根据倾斜检测部的检测结果控制供给到水平驱动源151A、151B、垂直驱动源171A、171B的驱动电压的驱动控制部也可以设置于光扫描部100的外部。
压电传感器191、192、195、196包括压电薄膜、形成于压电薄膜的上表面的上部电极、以及形成于压电薄膜的下表面的下部电极。在第一实施方式中，各压电传感器的输出为与上部电极和下部电极连接的传感器配线的电流值。
从压电传感器191的上部电极以及下部电极引出的传感器配线与设置于固定框180的端子群190B所包含的规定的端子连接。从压电传感器195的上部电极以及下部电极引出的传感器配线与设置于固定框180的端子群190A所包含的规定的端子连接。另外，从压电传感器192的上部电极以及下部电极引出的传感器配线与设置于固定框180的端子群190B所包含的规定的端子连接。从压电传感器196的上部电极以及下部电极引出的传感器配线与设置于固定框180的端子群190B所包含的规定的端子连接。
光扫描部100能够使用例如具有支承层、掩埋氧化(BOX：Buried Oxide)层以及活性层的SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)基板形成。例如，可动框160、设置于水平驱动梁150A、150B的背面的肋、以及设置于垂直驱动梁170A、170B的背面的肋等是由支承层形成图案的部件。另外，水平驱动梁150A、150B和垂直驱动梁170A、170B等是由活性层以及BOX层、或者活性层形成图案的部件。
接下来，对光扫描装置1000的动作进行说明。图5是对施加于垂直驱动源171A、171B的驱动电压波形与镜子110的动作波形的关系进行说明的图。在图5中，虚线表示驱动电压波形V1，实线表示镜子动作波形V2。在图5所例示的驱动电压波形V1中，信号电平上升的上升期间和信号电平下降的下降期间中，时间宽度较长的一方的上升期间是图像显示所使用的描绘期间，时间宽度较短的一方的下降期间是不被图像显示使用的非描绘期间。图6是对使用光扫描装置1000进行图像显示时的状态进行说明的图。
例如图5所示那样，对垂直驱动源171A、171B施加锯齿状波形的电压。由此，与例如施加正弦波形的电压的情况相比较，能够延长通过镜子110使光扫描的速度成为恒定的区间。
然而，如图5所示，若将施加于垂直驱动源171A、171B的驱动电压波形V1作为锯齿状波形使镜子110驱动，则有时产生镜子110的镜子动作波形V2振动的所谓振铃。而且，若产生振铃，则使用光扫描装置1000进行图像显示的情况下，例如图6所示那样，产生横纹，画质劣化。
因此，本实施方式中的镜子驱动装置1100生成能够抑制这样的振铃的产生的锯齿状的驱动波形。
接下来，参照图1对具备镜子驱动装置1100的光扫描控制装置600的详细构成进行说明。光扫描控制装置600具备镜子驱动装置1100、光扫描装置1000、以及传感器部2。
光扫描装置1000具有通过锯齿状的驱动电压波形来绕垂直旋转轴V进行非共振驱动的上述的镜子110。
传感器部2具有能够至少捕捉绕镜子110的垂直旋转轴V的摆动所包含的振铃成分f1的上述的压电传感器195、196。振铃成分f1是如图5那样与镜子动作波形V2重叠的频率成分。传感器部2检测绕镜子110的垂直旋转轴V的摆动(典型来说，摆角)，并输出表示该检测值的传感器信号(参照图8)。
镜子驱动装置1100解析表示镜子110的摆角的传感器信号所包含的振铃成分f1。镜子驱动装置1100具备振铃抑制控制功能，该振铃抑制控制功能根据振铃成分f1的解析结果，将使镜子110摆动的锯齿状的驱动波形的形状调整为抑制振铃成分f1。以下，有时将使镜子110摆动的锯齿状的驱动波形称为“驱动波形W0”。在本实施方式中，镜子驱动装置1100解析振铃成分f1的振幅以及相位。
例如，镜子驱动装置1100获取与振铃成分f1的频率(振铃频率)相同或者接近的正弦波信号和具有从传感器信号提取出的振铃成分f1的检测信号的相关。同时，镜子驱动装置1100获取相位对于该正弦波信号偏移了90°的余弦波信号与具有从传感器信号提取出的振铃成分f1的检测信号的相关。镜子驱动装置1100通过获取正弦波信号与检测信号的相关、以及余弦波信号与检测信号的相关，能够解析振铃成分f1的振幅以及相位。
另外，镜子驱动装置1100获取正弦波信号与检测信号的相关，并计算表示其相关程度的第一相关值，获取余弦波信号与检测信号的相关，并计算表示其相关程度的第二相关值。镜子驱动装置1100根据第一相关值来调整在非描绘期间重叠于驱动波形W0的抑制波形W1的振幅，并且，根据第二相关值调整在非描绘期间重叠于驱动波形W0的抑制波形W2的振幅，以使振铃成分f1变小。即，镜子驱动装置1100进行根据第一相关值调整抑制波形W1的振幅，并且，根据第二相关值调整抑制波形W2的振幅是反馈控制，以使振铃成分f1变小。通过进行这样的反馈控制，能够迅速地抑制振铃成分f1。
接下来，对能够进行这样的反馈控制的镜子驱动装置1100的构成的一个例子进行说明。镜子驱动装置1100具备驱动波形生成部3、滤波器4、抑制波形生成部51、52、正弦波信号生成部61、余弦波信号生成部62、乘法器71、72、累加器81、82、控制器91、92、乘法器101、102、加法器111、112以及驱动部512。
驱动波形生成部3生成使镜子110以所希望的摆角绕垂直旋转轴V摆动的锯齿状的驱动波形(驱动波形信号)。希望从由驱动波形生成部3生成的驱动波形抑制或者除去与振铃成分f1相同的或者接近的频率成分。
如图7所示，由驱动波形生成部3生成的锯齿状的驱动波形具有信号电平上升的上升期间Tr和信号电平下降的下降期间Td。锯齿状的驱动波形是具有驱动频率fv(驱动周期T的倒数)的周期信号。上升期间Tr表示信号电平从驱动波形的振幅的极小值(最小值)线性增加到极大值(最大值)的上升期间，下降期间Td表示信号电平从驱动波形的振幅的极大值线性减少到极小值的下降期间。驱动波形生成部3生成锯齿状的驱动波形以使上升期间Tr和下降期间Td中的一方的期间的时间宽度(长度)比另一方的期间短。图7表示下降期间Td的时间宽度比上升期间Tr的时间宽度短的例子。
若针对锯齿状的驱动波形进行基于高速傅立叶变换(FFT)的解析，则锯齿状的驱动波形的频谱在频率轴上周期性地反复产生频率成分为零的频率点。该频率点的周期(频率步骤)与将锯齿状的驱动波形中的时间宽度的较短的一方的期间(即，图7的情况，下降期间Td)的长度作为周期的频率大致一致。即，该频率点与将锯齿状的驱动波形中的时间宽度较短的一方的期间(即，图7的情况，下降期间Td)的长度的倒数设为整数倍的频率大致一致。
因此，在将以固有的共振频率f0共振的光扫描装置1000的镜子110锯齿状扫描的情况下，若使共振频率f0与频率成分为零的上述的频率点一致，则锯齿状的驱动波形不包含有共振频率成分。由此，在镜子110的向垂直侧的摆角处不会激发不必要的共振，所以能够抑制振铃，并高精度地使光扫描的速度恒定。即，扫描精度提高，使用光扫描装置1000显示的图像的画质提高。共振频率f0是与光扫描装置1000的绕垂直旋转轴V的摆动有关的固有振动数。
另外，驱动波形生成部3生成该锯齿状的驱动波形，以使与锯齿状的驱动波形的频率fv的整数倍一致的谐波成分的频率与共振频率f0不同。由此，在镜子110的向垂直侧的摆角处不会激发不必要的共振，所以能够抑制振铃，并高精度地使光扫描的速度恒定。即，扫描精度提高，使用光扫描装置1000显示的图像的画质提高。
因此，驱动波形生成部3例如在将fv设为锯齿状的驱动波形的频率，将f0设为与绕光扫描装置1000的垂直旋转轴V的摆动有关的固有振动数(共振频率)，将n设为整数时，从满足fv＝f0/(1/2+n)的频率中选择最接近所希望的刷新速率(帧速率)的频率作为驱动光扫描装置1000的驱动频率fv(驱动周期T的倒数)。刷新速率表示扫描的频度。不通过f0除以n，而通过f0除以n与1/2的和来计算fv，从而能够选择在频率上尽量远离共振频率f0的频率fv。
而且，驱动波形生成部3例如在将m作为整数时，从满足Td＝m/f0的时间宽度(共振频率f0的倒数的整数倍)中选择下降期间Td的时间宽度。波形生成部430通过从驱动周期T减去下降期间Td的时间宽度，来决定上升期间Tr(Tr＝T－Td)。
通过基于具有这样运算出的频率fv以及下降期间Td的锯齿状的驱动波形来驱动光扫描装置1000，从而能够抑制镜子动作波形V2的振铃。此外，施加于垂直驱动源171A、171B的驱动电压波形V1的频率、和下降期间以及上升期间的长度分别与由驱动波形生成部3生成的驱动波形的频率fv、下降期间Td以及上升期间Tr的长度大致相等。
在图1中，滤波器4是输出具有镜子110的摆动所包含的振铃成分f1的检测信号(以下，也称为“检测信号S”)的检测部的一个例子。例如，滤波器4通过对来自波形根据镜子110的摆动而变化的传感器部2的传感器信号进行滤波处理，输出具有振铃成分f1的检测信号S。
滤波器4例如进行抑制从传感器部2输出的传感器信号所包含的振铃成分f1以外的成分的滤波处理。例如，滤波器4通过低通滤波器或者带阻滤波器等对传感器部2输出的传感器信号进行滤波处理以抑制振铃成分f1以外的成分。低通滤波器是使比遮挡频率高的频率的成分衰减的滤波器。带阻滤波器是使特定的带域所包含的频率的成分衰减的滤波器。
此外，若传感器部2仅检测振铃成分f1，则滤波器4也可以不进行滤波处理。另外，滤波器4可以包括对来自传感器部2的传感器信号进行AD(Analog-to-Digital：模拟到数字)转换的AD转换器。该情况下，AD转换器输出具有镜子110的摆动所包含的振铃成分f1的检测信号S。
抑制波形生成部51是生成在非描绘期间重叠于锯齿状的驱动波形W0的抑制波形W1的第一重叠波形生成部。抑制波形生成部52是生成在非描绘期间重叠于锯齿状的驱动波形W0的抑制波形W2的第二重叠波形生成部。本实施方式中的抑制波形W1、W2分别是重叠于锯齿状的驱动波形中信号电平变化的时间宽度较短的一方的下降期间Td的重叠波形(参照图7)，是用于抑制振铃成分f1的波形。抑制波形W1、W2分别具有比时间宽度较短的一方的下降期间Td的长度短的时间宽度。另外，抑制波形W1、W2可以是任意的形状，但更优选是具有光扫描装置1000的固有的共振频率相同或者接近的频率成分的形状。抑制波形W1、W2例如是具有相互不同形状的脉冲状的波形。
正弦波信号生成部61是生成作为具有与振铃成分f1的振铃频率相同或者接近的频率的周期信号之一的正弦波信号(sin波(f1))的第一周期信号生成部。正弦波信号生成部61因为解析检测信号S所包含的描绘期间中的振铃成分f1，所以如图8所示，在描绘期间中输出sin波(f1)。图8示出由正弦波信号生成部61生成的sin波(f1)被输出到锯齿状的驱动波形中信号电平变化的时间宽度较长的一方的上升期间Tr的情况。
余弦波信号生成部62是生成作为具有与振铃成分f1的振铃频率相同或者接近的频率的周期信号之一的余弦波信号(cos波(f1))的第二周期信号生成部。cos波(f1)的相位相对于sin波(f1)偏移90°。余弦波信号生成部62因为解析检测信号S所包含的描绘期间中的振铃成分f1，所以如图8所示，在描绘期间中输出cos波(f1)。图8示出由余弦波信号生成部62生成的cos波(f1)在锯齿状的驱动波形中信号电平变化的时间宽度较长的一方的上升期间Tr输出的情况。
乘法器71计算sin波(f1)与检测信号S的积并输出。乘法器72计算cos波(f1)与检测信号S的积并输出。
累加器81是对从乘法器71输出的积进行累计，并将该累计值作为第一相关值输出的第一累加器的一个例子。累加器82是对从乘法器72输出的积进行累计，并将该累计值作为第二相关值输出的第二累加器的一个例子。由累加器81、82计算出的各累计值按锯齿状的驱动波形W0的一驱动周期T复位(参照图8)。
从累加器81输出的第一相关值是表示sin波(f1)与检测信号S的相关程度的指标值，和sin波(f1)与检测信号S的积的累计值对应。从累加器82输出的第二相关值是表示cos波(f1)与检测信号S的相关程度的指标值，和cos波(f1)与检测信号S的积的累计值对应。
在第一相关值和第二相关值均是规定的阈值Th以下的情况下(例如，是零的情况)，能够判定为在检测信号S中换言之镜子动作波形V2(参照图5)中不存在振铃成分f1。第一相关值和第二相关值中至少一方超过阈值Th的情况下(例如，是大于零的有限值a1的情况)，能够判定为在检测信号S中换言之镜子动作波形V2(参照图5)中存在有限量的振铃成分f1的振幅。
在第一相关值超过阈值Th并且第二相关值是阈值Th以下的情况下(例如，第一相关值是有限值a1且第二相关值是零的情况下)，能够判定为在检测信号S中存在有限量的振铃成分f1的振幅，其相位不发生移位。
在第一相关值是阈值Th以下并且第二相关值超过阈值Th的情况下(例如，第一相关值是零且第二相关值是有限值a1的情况)，在检测信号S中存在有限量的振铃成分f1的振幅，能够判定为其相位移位90°。
在第一相关值和第二相关值均超过阈值Th的情况下(例如，是有限值a1的情况)，能够判定为在检测信号S中存在有限的振铃成分f1的振幅，其相位移位有限量。
这样，乘法器71和累加器81作为计算sin波(f1)与检测信号S的第一相关值的第一相关值计算部发挥作用。另外，乘法器72和累加器82作为计算cos波(f1)与检测信号S的第二相关值的第二相关值计算部发挥作用。
控制器91是进行基于第一相关值来决定抑制波形W1的振幅的PI(P：ProportionalI：Integral；比例积分)控制或者PID(P：Proportional I：Integral D：Differential；比例积分微分)控制的第一控制器的一个例子。乘法器101根据控制器91的输出来调整抑制波形W1的振幅。控制器91调整供给到乘法器101的第一增益以使从累加器81输出的第一相关值变小。乘法器101对抑制波形W1乘以第一增益并输出。在本实施方式中，控制器91通过每一个驱动周期T的第一相关值越小而越大地调整第一增益，从而较大地调整从乘法器101输出的抑制波形W1的振幅(参照图7、8)。
控制器92是基于第二相关值进行决定抑制波形W2的振幅的PI控制或者PID控制的第二控制器的一个例子。乘法器102根据控制器92的输出来调整抑制波形W2的振幅。控制器92调整供给到乘法器102的第二增益以使从累加器82输出的第二相关值变小。乘法器102对抑制波形W2乘以第二增益并输出。在本实施方式中，控制器92通过每个驱动周期T的第二相关值越小越而越大地调整第二增益，从而较大地调整从乘法器102输出的抑制波形W2的振幅(参照图7、8)。
加法器111通过将从乘法器101输出的抑制波形W1和从乘法器102输出的抑制波形W2相加，从而输出从乘法器101、102分别输出的两波形的合成波形。加法器112通过将由驱动波形生成部3生成的驱动波形W0和从加法器111输出的合成波形相加，而使该合成波形重叠到驱动波形W0。由此，对驱动波形W0施加修正后的修正驱动波形从加法器112输出(参照图8)。
由此，控制器91、92、乘法器101、102以及加法器111、112作为基于第一相关值以及第二相关值来调整重叠于驱动波形W0的抑制波形W1、W2的各振幅以使振铃成分f1变小的振幅调整部而发挥作用。
镜子驱动装置1100具备包括驱动波形生成部3的波形生成部。波形生成部根据上述的压电传感器191、192、195、196(参照图4)的输出和来自处理视频信号的未图示的视频信号处理部的同步信号，生成控制镜子110的摆动的驱动波形(驱动波形信号)。视频信号处理部进行将所输入的视频信号所包含的同步信号和亮度信号以及色度信号分离的处理。波形生成部生成用于使镜子110绕水平旋转轴H在水平方向上摆动的正弦波状的驱动波形信号，生成用于使镜子110绕垂直旋转轴V在垂直方向上摆动的锯齿状的驱动波形信号。
驱动部512通过与由波形生成部生成的驱动波形(驱动波形信号)对应的驱动电压波形来驱动光扫描装置1000。驱动部512是例如分别放大由波形生成部生成的正弦波状以及锯齿状的驱动波形信号，并通过放大后的正弦波状以及锯齿状的驱动电压波形来驱动光扫描装置1000的电路。
在此，由波形生成部生成的锯齿状的驱动波形信号相当于从振幅调整部(更具体而言，加法器112)输出的锯齿状的修正驱动波形(修正驱动波形信号)。
驱动部512将正弦波状的驱动电压波形施加给水平驱动源151A，将对于施加给水平驱动源151A的正弦波状的驱动电压波形使相位反转的正弦波状的驱动电压波形施加给水平驱动源151B。由此，能够将扭转梁130A、130B作为摆动轴或者旋转轴，使镜子110绕水平旋转轴H的轴摆动。
另一方面，驱动部512对从可动框160侧开始数第奇数个排列的垂直驱动源171A1、171B1、171A3、171B3、171A5、171B5的各个施加相互同相位的锯齿状的修正驱动电压波形。同时，相位反转部511对从可动框160侧开始数第偶数个排列的垂直驱动源171A2、171B2、171A4、171B4、171A6、171B6分别施加相互同相位的锯齿状的修正驱动电压波形。此时，相位反转部511将分别施加于第奇数个的垂直驱动源171A1等的锯齿状的修正驱动电压波形的相位反转的锯齿状的修正驱动电压波形分别施加于第偶数个的垂直驱动源171A2等。由此，能够使镜子110绕垂直旋转轴V的轴摆动。
因此，根据本实施方式，即使根据具有镜子110的光扫描部100的特性变动，振铃的出现方式变动，在调整抑制波形的振幅时，振铃成分f1的振幅也被控制向变小的方向。因此，与采用将多个波形信息依次给予驱动部，搜索使振铃的振幅最小化的波形调整参数的顺序算法的情况相比，能够迅速地抑制振铃成分f1(参照图8的第2段的波形)。
另外，在描绘动作中，由于总是继续进行控制以成为最佳的驱动波形，因而在描绘中也总是调整为最佳的驱动波形。例如，即使在像描绘中变更画角(镜子110的摆角的振幅)的情况下，也以与画角的变更对应地跟随的方式继续调整为最佳的波形。
另外，在传感器信号的SN比(Signal-to-Noise ratio：信噪比)恶劣的情况下，通过使用PI控制或者PID控制的反馈控制缩小带域，从而能够切实地抑制振铃。
在此，为了正确地施加反馈控制，在进行反馈控制前，预先将以下的顺序的修正施加给各抑制波形是有效的。
(工序1)
在将控制器91、92的各输出固定为0的状态下，获得以驱动波形W0驱动镜子110的情况下的分别从累加器81、82输出的相关值Asb、Acb。
(工序2)
将控制器91的输出切换为任意的值Ca。而且，在将控制器91的输出固定在Ca并将控制器92的输出固定在0的状态下，获得以驱动波形W0驱动镜子110的情况下的分别从累加器81、82输出的相关值As1、Ac1。
(工序3)
将控制器91的输出返回0并将控制器92的输出切换为任意的值Ca。并且，在将控制器91的输出固定为0且将控制器92的输出固定为Ca的状态下，获得以驱动波形W0驱动镜子110的情况下的分别从累加器81、82输出的相关值As2、Ac2。
(工序4)
通过从在工序2中获取到的值As1、Ac1减去在工序1中获取到的值Asb、Acb，来计算变化量Ds1、Dc1。变化量Ds1表示仅将修正前的抑制波形W1重叠于驱动波形W0时的第一相关值的变化量，变化量Dc1表示仅将修正前的抑制波形W1重叠于驱动波形W0时的第二相关值的变化量。相同地，通过从在工序3中获取到的值As2、Ac2减去在工序1中获取到的值Asb、Acb，来计算变化量Ds2、Dc2。变化量Ds2表示仅将修正前的抑制波形W2重叠于驱动波形W0时的第一相关值的变化量，变化量Dc2表示仅将修正前的抑制波形W2重叠于驱动波形W0时的第二相关值的变化量。计算出的变化量Ds1、Dc1、Ds2、Dc2如式1所示。
【公式1】
Figure GDA0003717206900000161
※Dc1＝Ac1-Acb，Ds1＝As1-Asb
※Dc2＝Ac2-Acb，Ds2＝As2-Asb
总结为矩阵D。
(工序5)
求出矩阵D的逆矩阵D-1。通过将逆矩阵D-1乘以修正前的抑制波形数据来分别修正抑制波形W1、W2。
【公式2】
G·(W1 W2)·D-1＝(W1'W2')···(2)
修正抑制波形W1'、W2'分别表示修正后的抑制波形W1、W2。G是用于使记录波形的存储器的大小(比特数)适合的修正项。抑制波形生成部51、52用于生成修正抑制波形W1'、W2'的数据预先记录于存储器。抑制波形生成部51、52在反馈控制时读出预先记录于该存储器的数据，并生成修正抑制波形W1'、W2'。
通过实施这样的抑制波形的修正，从而成为相对于抑制波形W1的振幅(控制器91的输出)变动，与cos波(f1)的相关值(累加器82的输出)不变，仅与sin波(f1)的相关值(累加器81的输出值)变动。相同地，成为相对于抑制波形W2的振幅(控制器92的输出)变动，与sin波(f1)的相关值(累加器81的输出)不变，仅与cos波(f1)的相关值(累加器82的输出)变动。即，能够使控制器91侧的反馈控制系统和控制器92侧的反馈控制系统分离、独立。其结果，反馈控制系稳定，能够迅速地抑制振铃成分f1。
图9是表示具备第二实施方式涉及的镜子驱动装置1100B的光扫描控制装置600B的构成的一个例子的框图。光扫描控制装置600B具备镜子驱动装置1100B和光扫描装置1000。镜子驱动装置1100B以锯齿状(三角波状)的驱动电压波形驱动具有镜子110的光扫描装置1000。与在第一实施方式中上述的第一实施方式相同的构成以及效果的说明通过引用上述的说明而省略。
在第一实施方式的说明中，示出应该抑制的振铃成分是一个的情况，但应该抑制的振铃成分不一定为一个。在有多个应该抑制的振铃成分的情况下，能够通过准备成为抑制对象的振铃成分的个数的、调整与sin波对应的抑制波形的振幅的控制系统和调整与cos波对应的抑制波形的振幅控制系统的对来进行对应。
图9表示应该抑制的振铃成分为二个的情况下的构成例。镜子驱动装置1100B具备驱动波形生成部3、滤波器4、抑制波形生成部51～54、正弦波信号生成部61、63、余弦波信号生成部62、64、乘法器71～74、累加器81～84，控制器91～94、乘法器101～104、加法器111～114以及驱动部512。
另外，镜子驱动装置1100B具备修正部40，该修正部40代替如第一实施方式那样通过逆矩阵D-1来修正抑制波形，而通过逆矩阵D-1来修正表示与cos波/sin波的相关值的累加器的各输出。在振铃频率根据使用环境(例如，温度)等大幅变动等的情况下，与cos波/sin波的相关值的独立性钝化，cos波侧和sin波侧的控制系统干扰，从而可能导致控制的收敛速度、稳定性降低。然而，通过具备修正部40，若根据使用环境调整逆矩阵D-1内的系数，则与cos波/sin波的相关值的独立性被维持，能够改善振铃成分的抑制的收敛速度、稳定性。
抑制波形生成部53是生成在非描绘期间重叠于锯齿状的驱动波形W0的抑制波形W3的第三重叠波形生成部。抑制波形生成部54是生成在非描绘期间重叠于锯齿状的驱动波形W0的抑制波形W4的第四重叠波形生成部。
正弦波信号生成部63是生成作为具有与振铃成分f2的振铃频率相同或者接近的频率的周期信号之一的正弦波信号(sin波(f2))的第三周期信号生成部。
余弦波信号生成部64是生成作为具有与振铃成分f2的振铃频率相同或者接近的频率的周期信号之一的余弦波信号(cos波(f2))的第四周期信号生成部。
乘法器73计算sin波(f2)与检测信号S的积并输出。乘法器74计算cos波(f2)与检测信号S的积并输出。
累加器83对从乘法器73输出的积进行累计，是将该累计值作为第三相关值输出的第三累加器的一个例子。累加器84是对从乘法器74输出的积进行累计，并将该累计值作为第四相关值输出的第四累加器的一个例子。
从累加器83输出的第三相关值是表示sin波(f2)与检测信号S的相关程度的指标值，和sin波(f2)与检测信号S的积的累计值对应。从累加器84输出的第四相关值是表示cos波(f2)与检测信号S的相关程度的指标值，和cos波(f2)与检测信号S的积的累计值对应。
如此，乘法器73和累加器83作为计算sin波(f2)与检测信号S的第三相关值的第三相关值计算部作发挥作用。另外，乘法器74和累加器84作为计算cos波(f2)与检测信号S的第四相关值的第四相关值计算部发挥作用。
修正部40对第一～第四相关值乘以逆矩阵D-1来修正第一～第四相关值，并输出该修正后的第一～第四相关值。
控制器91基于修正后的第一相关值进行决定抑制波形W1的振幅的PI控制或者PID控制。控制器92～94也相同。乘法器101根据控制器91的输出来调整抑制波形W1的振幅。乘法器102～104也相同。
加法器113～116通过将由驱动波形生成部3生成的驱动波形W0和振幅调整后的抑制波形W1～W4相加，来使该振幅调整后的抑制波形W1～W4重叠于驱动波形W0。由此，对驱动波形W0施加了修正后的修正驱动波形被从加法器116输出。
因此，在第二实施方式中，也与第一实施方式相同地，能够迅速地抑制振铃成分f1、f2。
在上述的各实施方式中，镜子驱动装置的各功能例如通过处理器根据可读出地存储于存储器的程序动作而实现。处理器例如，CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)。
以上，根据实施方式对镜子驱动装置、光扫描控制装置以及镜子驱动方法进行了说明，但本发明并不局限于上述实施方式。与其他的实施方式的一部分或者全部的组合、置换等各种变形以及改进能够在本发明的范围内进行。
例如，在上述的实施方式中，下降期间Td的时间宽度比上升期间Tr的时间宽度短，所以时间宽度较短的一方的下降期间Td被设定为共振频率f0的倒数的整数倍的时间宽度。然而，上升期间Tr的时间宽度也可以比下降期间Td的时间宽度短。该情况下，时间宽度较短的一方的上升期间Tr被设定为共振频率f0的倒数的整数倍的时间宽度。

Claims (8)

1.一种镜子驱动装置，其特征在于，具备：
检测部，其输出具有镜子的摆动所包含的振铃成分的检测信号；
驱动波形生成部，其生成使上述镜子摆动的锯齿状的驱动波形；
重叠波形生成部，其生成与上述驱动波形重叠的重叠波形；
周期信号生成部，其生成具有与上述振铃成分的振铃频率相同或者接近的频率的周期信号；
相关值计算部，其计算上述周期信号与上述检测信号的相关值；以及
振幅调整部，其基于上述相关值来调整上述重叠波形的振幅以使上述振铃成分变小，
上述相关值是与上述周期信号和上述检测信号的积的累计值对应的值。
2.根据权利要求1所述的镜子驱动装置，其特征在于，
上述累计值包括作为上述周期信号的正弦波信号与上述检测信号的第一相关值、作为上述周期信号的余弦波信号与上述检测信号的第二相关值。
3.根据权利要求1或2所述的镜子驱动装置，其特征在于，
上述振幅调整部具有：
控制器，其进行基于上述相关值来决定上述振幅的PI控制或者PID控制；以及
乘法器，其根据上述控制器的输出来调整上述振幅。
4.根据权利要求1或2所述的镜子驱动装置，其特征在于，
上述检测部对根据上述镜子的摆动而波形变化的传感器信号进行滤波处理并输出上述检测信号。
5.根据权利要求1或2所述的镜子驱动装置，其特征在于，
上述驱动波形具有信号电平上升的上升期间和信号电平下降的下降期间，
使上述重叠波形与上述驱动波形重叠的期间是上述上升期间和上述下降期间中的时间宽度较短的一方的期间。
6.根据权利要求1或2所述的镜子驱动装置，其特征在于，
上述驱动波形具有信号电平上升的上升期间和信号电平下降的下降期间，
上述周期信号被输出的期间是上述上升期间和上述下降期间中时间宽度较长的一方的期间。
7.一种光扫描控制装置，其特征在于，具备：
权利要求1～6的任一项所记载的镜子驱动装置；以及
具有上述镜子的光扫描装置。
8.一种镜子驱动方法，其特征在于，
计算具有镜子的摆动所包含的振铃成分的检测信号和具有与上述振铃成分的振铃频率相同或者接近的频率的周期信号的相关值，
基于上述相关值来调整重叠于使上述镜子摆动的锯齿状的驱动波形的重叠波形的振幅，以使上述振铃成分变小，
上述相关值是与上述周期信号和上述检测信号的积的累计值对应的值。
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