DE112020004669T5

DE112020004669T5 - Optikvorrichtung

Info

Publication number: DE112020004669T5
Application number: DE112020004669.9T
Authority: DE
Inventors: Shinya IWASHINA; Shigeyuki Nakamura; Naoto Sakurai; Yuki MORINAGA; Daiki Suzuki
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-06-15
Also published as: CN114450618B; US20220342206A1; CN114450618A; WO2021065399A1; JP7481821B2; JP2021056368A; TW202127095A

Abstract

Eine Optikvorrichtung 1 beinhaltet einen Spiegeltreiber 11, einen Heizer 15 und eine Heizsteuerung 4. In der Spiegeltreiber 11 ist eine Spiegeloberfläche 31a in einem beweglichen Bereich 23 vorgesehen. Ein Haltebereich 22 hält den beweglichen Bereich 23 durch einen elastischen Verbindungsbereich 24. Ein Kraftgenerator 50 erzeugt Kraft im beweglichen Bereich 23. Eine Antriebssteuerung 3 gibt ein Antriebssignal aus, das den Kraftgenerator 50 betreibt. Der bewegliche Bereich 23 weist eine Resonanzfrequenz höher als eine Frequenz des Antriebssignals auf, das aus der Antriebssteuerung 3 ausgegeben wird, in einem Zustand, bevor der elastische Verbindungsbereich 24 erhitzt wird. Der bewegliche Bereich 23 schwingt aufgrund der elastischen Deformation des elastischen Verbindungsbereichs 24 in Reaktion auf die Kraft des Kraftgenerators 50. Die Heizsteuerung 4 erfasst ein Signal, das einen Schwingzustand des beweglichen Bereichs 23 angibt und führt auf Basis einer Phase des erfassten Signals Rückkopplungssteuerung des Heizens des elastischen Verbindungsbereichs 24 durch den Heizer 15 durch.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Optikvorrichtung.
Hintergrund
Eine Optikvorrichtung, die einen beweglichen Bereich beinhaltet, der mit einer Spiegeloberfläche versehen ist, ist bekannt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Patentliteratur 1 offenbart, dass das Schwingen des beweglichen Bereichs durch ein Antriebssignal so gesteuert wird, dass der bewegliche Bereich bei einer Resonanzfrequenz schwingt.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung, JP 2015-36782 A .

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs kann sich von der beabsichtigten aufgrund individueller Differenzen, die von Herstellvariationen und Umgebungstemperaturen abhängig sind, unterscheiden. Wenn die Frequenz des Antriebssignals zum Antreiben des beweglichen Bereichs versagt, zur Resonanzfrequenz zu passen, gibt es eine Befürchtung, dass ein gewünschter Schwingwinkel des beweglichen Bereichs nicht erhalten werden kann und der Betrieb des beweglichen Bereichs instabil wird. Falls die Frequenz des Antriebssignals gesteuert wird, zur Resonanzfrequenz zu passen, ist es möglich, eine zufriedenstellende Amplitude im Spiegel zu erreichen. Jedoch ist es bei dieser Konfiguration schwierig, den Spiegel bei einer gewünschten Frequenz zu bewegen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein stabiles Schwingen eines beweglichen Bereichs bei einer gewünschten Frequenz und einen gewünschten Schwingwinkel zu erzielen.
Problemlösung
Eine Optikvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Spiegeltreiber, eine Antriebssteuerung, einen Heizer und ein Heizsteuerung. Der Spiegeltreiber beinhaltet einen beweglichen Bereich, einen elastischen Verbindungsbereich, einen Haltebereich und einen Kraftgenerator. Der bewegliche Bereich ist mit einer Spiegeloberfläche versehen. Der elastische Verbindungsbereich ist mit dem beweglichen Bereich verbunden. Der Haltebereich hält den beweglichen Bereich durch die elastischen Verbindungsbereiche. Der Kraftgenerator erzeugt Kraft im beweglichen Bereich. Die Antriebssteuerung gibt ein Antriebssignal zum Betreiben des Kraftgenerators aus. Der Heizer erhitzt den elastischen Verbindungsbereich. Die Heizsteuerung steuert den Heizer. Der bewegliche Bereich weist eine höhere Resonanzfrequenz als eine Frequenz des aus der Antriebssteuerung ausgegebenen Antriebssignals in einem Zustand auf, bevor der elastische Verbindungsbereich erhitzt wird. Der bewegliche Bereich schwingt aufgrund der elastischen Deformation des elastischen Verbindungsbereichs in Reaktion auf die Kraft des Kraftgenerators. Die Heizsteuerung erfasst ein Signal, das den Schwingzustand des beweglichen Bereichs angibt und um basierend auf einer Phase des erfassten Signals eine Rückkopplungssteuerung des Erhitzens des elastischen Verbindungsbereichs durch den Heizer durchzuführen.
In einem der obigen Aspekte beinhaltet die Optikvorrichtung einen Heizer, der den elastischen Verbindungsbereich erhitzt. Wenn der elastische Verbindungsbereich durch den Heizer erhitzt wird, ändert sich das Elastikmodul des elastischen Verbindungsbereichs. Als Ergebnis ändert sich auch die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs. Daher kann die Optikvorrichtung leicht die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs ändern. Als Ergebnis kann die Optikvorrichtung stabil den beweglichen Bereich bei einer gewünschten Frequenz und einem gewünschten Schwingwinkel schwingen. In einer solchen Konfiguration ist es erforderlich, die Temperatur des elastischen Verbindungsbereichs genau und rasch zu justieren. Jedoch, wenn beispielsweise die Rückkopplungssteuerung basierend auf der durch den Temperatursensor detektierten Temperatur durchgeführt wird, gibt es eine Zeitverzögerung beim Detektieren der Temperatur des elastischen Verbindungsbereichs, der am meisten zur Änderung bei der Resonanzfrequenz beiträgt. Da die aus dem elastischen Verbindungsbereich zum Haltebereich übertragene Wärme detektiert wird, wenn der Temperatursensor im Haltebereich vorgesehen ist, gibt es eine Zeitverzögerung abhängig von der Temperaturübertragungs-Geschwindigkeit bei der Rückkopplungssteuerung. Die Heizsteuerung führt basierend auf der Phase des den Schwingzustand beweglichen Bereichs angebenden Signals die Rückkopplungssteuerung des Erhitzens des elastischen Verbindungsbereichs durch den Heizer durch. Daher erzielt die Optikvorrichtung zumindest genauere und raschere Temperaturjustierung als in dem Fall einer Rückkopplungssteuerung, die auf der durch den Temperatursensor detektierten Temperatur basiert. Somit wird auch die Genauigkeit des Änderns der Resonanzfrequenz beim beweglichen Bereich verbessert. In einem Zustand, bevor der elastische Verbindungsbereich erhitzt wird, weist der bewegliche Bereich eine höhere Resonanzfrequenz als die Frequenz des aus der Antriebssteuerung ausgegebenen Antriebssignals auf. In diesem Fall kann die Optikvorrichtung gestatten, dass die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs zur Frequenz des Antriebssignals passt, nur durch das Erhitzungssteuern der Heizsteuerung. Die Optikvorrichtung wird kompakter als in dem Fall gemacht, in welchem zumindest das Kühlelement verwendet wird.
In einem der obigen Aspekte kann der bewegliche Bereich einen ersten beweglichen Bereich und einen zweiten beweglichen Bereich beinhalten. Der erste bewegliche Bereich ist mit der Spiegeloberfläche versehen. Der zweite bewegliche Bereich kann den ersten beweglichen Bereich umgeben. Der elastische Verbindungsbereich kann einen ersten Verbindungsbereich und einen zweiten Verbindungsbereich beinhalten. Der erste Verbindungsbereich kann den ersten beweglichen Bereich elastisch mit dem zweiten beweglichen Bereich verbinden. Der zweite Verbindungsbereich kann den zweiten beweglichen Bereich mit dem Haltebereich elastisch verbinden.
In einem der obigen Aspekte kann der Heizer den ersten Verbindungsbereich erhitzen.
In einem der obigen Aspekte kann der bewegliche Bereich eine höhere Resonanzfrequenz als die Frequenz des aus der Antriebssteuerung ausgegebenen Antriebssignals in einen Zustand, bevor der elastische Verbindungsbereich erhitzt wird, aufweisen. In diesem Fall kann die Optikvorrichtung gestatten, dass die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs zur Frequenz des Antriebssignals passt, nur durch das Heizsteuern der Heizsteuerung. Die Optikvorrichtung wird kompakter als in dem Fall gemacht, bei dem zumindest ein Kühlelement verwendet wird.
In einem der obigen Aspekte kann die Heizsteuerung den elastischen Verbindungsbereich bei einer ersten Leistung durch den Heizer erhitzen und dann den elastischen Verbindungsbereich bei einer zweiten Leistung, die kleiner ist als die erste Leistung, erhitzen. In diesem Fall kann die Heizsteuerung grob die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs justieren und dann die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs feinjustieren. Als Ergebnis kann die Optikvorrichtung genauer und rascher die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs justieren.
In einem der obigen Aspekte kann der Heizer einen ersten Heizer und einen zweiten Heizer beinhalten. Der erste Heizer kann eine erste Wärme dem elastischen Verbindungsbereich bereitstellen. Der zweite Heizer kann eine zweite Wärme dem elastischen Verbindungsbereich bereitstellen und die Menge der zweiten Wärme kann kleiner als die Menge der ersten Wärme sein. In diesem Fall kann die Heizsteuerung grob die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs durch den ersten Heizer justieren und die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs durch den zweiten Heizer feinjustieren. Daher kann die Optikvorrichtung genauer und rascher die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs justieren.
In einem der obigen Aspekte kann der erste Heizer in dem Haltebereich vorgesehen sein. Der zweite Heizer kann an dem ersten Verbindungsbereich oder/und dem beweglichen Bereich vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Optikvorrichtung genauer und rascher die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs bei einer kompakten Konfiguration justieren.
In einem der obigen Aspekte kann der Heizer eine Laserbestrahlungseinheit enthalten, die den elastischen Verbindungsbereich erhitzt. In diesem Fall kann der Heizer rascher den elastischen Verbindungsbereich erhitzen. Als Ergebnis kann die Optikvorrichtung die Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs genauer und rascher ändern.
In einem der obigen Aspekte kann der Heizer einen Heizdraht beinhalten, der den elastischen Verbindungsbereich erhitzt. Der Heizdraht kann an dem elastischen Verbindungsbereich oder/und dem beweglichen Bereich vorgesehen sein, so dass er punktsymmetrisch mit dem Schwerpunkt der Spiegeloberfläche als Symmetriepunkt ist. In diesem Fall kann der Heizer den elastischen Verbindungsbereich in einer kompakten Konfiguration genau erhitzen. Da die in dem Heizdraht erzeugten Lorentz-Kräfte einander aufheben, wird die Störung des Schwingens des beweglichen Bereichs unterdrückt.
In einem der obigen Aspekte kann der Heizdraht im beweglichen Bereich so vorgesehen sein, dass er die Spiegeloberfläche umgibt. In diesem Fall wird der elastische Verbindungsbereich rascher und genauer erhitzt. Da die in dem Heizdraht erzeugten Lorentz-Kräfte einander aufheben, wird die Störung des Schwingens des beweglichen Bereichs unterdrückt.
In einem der obigen Aspekte kann die Heizsteuerung das Erhitzen des elastischen Verbindungsbereichs durch den Heizer so steuern, dass die Phasendifferenz zwischen der Phase des aus der Antriebssteuerung ausgegebene Antriebssignals und der Phase des den Schwingzustand des beweglichen Bereichs angebenden Signals sinkt. In diesem Fall, wenn die Phase des Antriebssignals mit der Phase des den Schwingzustand des beweglichen Bereichs angebenden Signals verglichen wird, kann das Erhitzen des elastischen Verbindungsbereichs genauer gesteuert werden als in dem Fall, bei dem die Frequenz des Antriebssignals mit der Frequenz des den Schwingzustand des beweglichen Bereichs angebenden Signals verglichen wird. Somit kann die Optikvorrichtung genauer einen gewünschten Schwingwinkel bei einer gewünschten Frequenz erhalten.
In einem der obigen Aspekte kann die Vielzahl von Spiegeleinheiten vorgesehen sein. Jede Spiegeleinheit kann den Spiegeltreiber und den Heizer beinhalten. Die Heizsteuerung kann das Erhitzen des elastischen Verbindungsbereichs jeder der Vielzahl von Spiegeleinheiten steuern. In diesem Fall kann die Optikvorrichtung die Resonanzfrequenz jedes beweglichen Bereichs ändern. Daher kann die Optikvorrichtung jeden beweglichen Bereich bei einer gewünschten Frequenz und einem gewünschten Schwingwinkel schwingen.
In einem der obigen Aspekte weist der bewegliche Bereich jedes von einem in der Optikvorrichtung vorgesehenen Spiegeleinheiten eine höher Resonanzfrequenz als die Frequenz des aus der Antriebssteuerung ausgegebene Antriebssignals in einem Zustand, bevor der mit jedem beweglichen Bereich verbundene elastische Verbindungsbereich erhitzt ist, auf. Die Heizsteuerung kann den elastischen Verbindungsbereich aller Spiegeleinheiten durch den Heizer erhitzen. Da das Kühlelement eine relativ große Größe aufweist, wird die Optikvorrichtung kompakter als in dem Fall gemacht, in welchem das Kühlelement verwendet wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Optikvorrichtung bereit, die in der Lage ist, ein stabiles Schwingen eines beweglichen Bereichs bei einer gewünschten Frequenz und einem gewünschten Schwingwinkel zu erzielen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm einer Optikvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform.
2 ist eine schematische Aufsicht einer Spiegeleinheit.
3 ist eine schematische Aufsicht einer Spiegeleinheit gemäß einem modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform.
4 ist eine schematische Aufsicht einer Spiegeleinheit gemäß einem modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren der Optikvorrichtung illustriert.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Phasenstabilisierungsprozess eines beweglichen Bereichs illustriert.
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Frequenz eines Antriebssignals und einer Resonanzfrequenz des beweglichen Bereichs jeder Sicherheit illustriert.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Zusätzlich werden in der Beschreibung dieselben Bezugszeichen für dieselben Elemente oder Elemente mit denselben Funktionen verwendet und duplizierte Beschreibungen werden weggelassen.
Zuerst wird ein Umriss einer Optikvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm der Optikvorrichtung. Eine Optikvorrichtung 1 beinhaltet eine Spiegeloberfläche und schwingt diese Spiegeloberfläche. Die Optikvorrichtung 1 wird beispielsweise in einem optischen Schalter für optische Kommunikation, einem optischen Scanner und dergleichen verwendet. Die Optikvorrichtung 1 beinhaltet eine Antriebssteuerung 3, eine Heizsteuerung 4 und zumindest eine von Spiegeleinheiten 2. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet die Optikvorrichtung 1 eine Vielzahl von Spiegeleinheiten 2.
Jede Spiegeleinheit 2 beinhaltet einen Spiegeltreiber 11 und einen Heizer 15. Der Spiegeltreiber 11 ist beispielhaft konfiguriert als eine MEMS- (Micro Electro Mechanical Systems) Vorrichtung. Der Spiegeltreiber 11 wird unter Verwendung einer MEMS-Technik wie etwa Bemustern und Ätzen hergestellt. Der Heizer 15 erhitzt den Spiegeltreiber 11. Die Antriebssteuerung 3 gibt ein Antriebssignal aus und steuert den Antrieb des Spiegeltreibers 11 durch das Antriebssignal. Die Heizsteuerung 4 steuert den Heizer 15.
Als Nächstes wird eine Konfiguration des Spiegeltreibers 11 im Detail unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist eine schematische Aufsicht der Spiegeleinheit.
Der Spiegeltreiber 11 beinhaltet, wie in 2 illustriert, einen Magnetfeldgenerator 21, einen Haltebereich 22, einen beweglichen Bereich 23 und einen elastischen Verbindungsbereich 24. Der Haltebereich 22, der bewegliche Bereich 23 und der elastische Verbindungsbereich 24 werden integral durch beispielsweise ein SOI- (Silicon On Insulator, Silizium auf Isolator) Substrat gebildet. Der Haltebereich 22, der bewegliche Bereich 23 und der elastische Verbindungsbereich 24 werden beispielsweise aus Silizium gebildet. Zumindest eines vom Haltebereich 22, dem beweglichen Bereich 23 und dem elastischen Verbindungsbereich 24 kann aus Metall gebildet sein.
Der Magnetfeldgenerator 21 erzeugt beispielsweise ein Magnetfeld in einer Richtung D, die um 45° in Bezug auf sowohl die X-Achse als auch die Y-Achse, orthogonal zur X-Achse, bei Aufsicht geneigt ist. Die Richtung D des durch den Magnetfeldgenerator 21 erzeugten Magnetfelds kann um einen anderen Winkel als 45° in Bezug auf die X-Achse und die Y-Achse bei Aufsicht geneigt sein. In dieser Ausführungsform beinhaltet der Magnetfeldgenerator 21 eine Vielzahl von durch eine Halbach-Anordnung angeordneten Permanentmagneten.
Der Haltebereich 22 weist beispielsweise eine bei Aufsicht viereckige äußere Form auf, und ist in Rahmenform gebildet. Bei dieser Ausführungsform wird der Haltebereich 22 vom Permanentmagneten des Magnetfeldgenerators 21 getrennt und zusammen mit dem Permanentmagneten in der Richtung orthogonal zur X-Achse und der Y-Achse angeordnet.
Der bewegliche Bereich 23 ist in einem Rahmen angeordnet, welcher durch den Haltebereich 22 gebildet wird, bei Sicht aus einer Richtung orthogonal zur X-Achse und Y-Achse, während er vom Magnetfeldgenerator 21 getrennt ist. Der bewegliche Bereich 23 beinhaltet einen ersten beweglichen Bereich 31 und einen zweiten beweglichen Bereich 32. Im Spiegeltreiber 11 schwingt der zweite bewegliche Bereich 32 um die Y-Achse und schwingt der erste bewegliche Bereich 31 um die X-Achse und die Y-Achse. Der zweite bewegliche Bereich 32 ist in einer Rahmenform gebildet und so angeordnet, dass er den ersten beweglichen Bereich 31 umgibt. Der zweite bewegliche Bereich 32 wird durch den Haltebereich 22 gehalten.
Wie in 2 illustriert, beinhaltet der erste bewegliche Bereich 31 einen Hauptkörperbereich 36, einen Ringbereich 37 und ein Paar von Haltebereichen 38. In dieser Ausführungsform weist der Hauptkörperbereich 36 eine kreisförmige Form bei Aufsicht auf. Der Hauptkörperbereich 36 kann in jeglicher Form gebildet sein, wie etwa einer elliptischen Form, einer viereckigen Form und einer rhombischen Form. Die Spiegeloberfläche 31a ist auf der Seite entgegengesetzt zum Permanentmagneten des Magnetfeldgenerators 21 in einer Richtung orthogonal zur X-Achse und Y-Achse im Hauptkörperbereich 36 vorgesehen. Die Spiegeloberfläche 31a wird beispielsweise aus einem Metallfilm gebildet. Der Metallfilm ist beispielsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Gold oder Silber. Bei Aufsicht passt der Schwerpunkt P des Lichtabschirmkörpers 36 zum Schnittpunkt der X-Achse und der Y-Achse. Bei Aufsicht passt der Schwerpunkt P der Spiegeloberfläche 31a zum Schnittpunkt der X-Achse und der Y-Achse.
Der Ringbereich 37 ist in einer ringförmigen Form gebildet, um den Hauptkörperbereich 36 bei Aufsicht zu umgeben. Der Ringbereich 37 weist eine oktogonale Außenform bei Aufsicht auf. Der Ringbereich 37 kann eine beliebige äußere Form wie etwa eine Kreisform, eine Ellipsenform, eine Viereckform oder eine Rhombenform aufweisen. Das Paar von Haltebereichen 38 sind auf beiden Seiten des Lichtabschirmkörpers 36 entlang der Y-Achse angeordnet und verbinden den Hauptkörperbereich 36 und den Ringbereich 37 miteinander. Auf diese Weise ist die Spiegeloberfläche 31a im mit dem Ringbereich 37 durch die Vielzahl von Haltebereichen 38 verbundenen Hauptkörperbereich 36 vorgesehen. Daher wird eine Deformation wie etwa Verbiegen der Spiegeloberfläche 31a selbst dann unterdrückt, wenn der erste bewegliche Bereich 31 um die X-Achse bei einem Resonanzfrequenzpegel schwingt.
Der elastische Verbindungsbereich 24 beinhaltet ein Paar von ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 und ein Paar von zweiten Verbindungsbereichen 43 und 44. Die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 und die zweiten Verbindungsbereiche 43 und 44 sind beispielsweise Torsionsstäbe. Das Paar von ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 verbindet den ersten beweglichen Bereich 31 und den zweiten beweglichen Bereich 32 elastisch miteinander. Mit anderen Worten sind die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 die elastischen Verbindungsbereiche, die mit dem mit der Spiegeloberfläche 31a versehenen ersten beweglichen Bereich 31 verbunden sind. Das Paar von zweiten Verbindungsbereichen 43 und 44 verbindet den Haltebereich 22 und den zweiten beweglichen Bereich 32 miteinander elastisch. Mit anderen Worten hält der Haltebereich 22 den ersten beweglichen Bereich 31 durch die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42, den zweiten beweglichen Bereich 32 und die zweiten Verbindungsbereiche 43 und 44.
Die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 sind auf beiden Seiten des ersten beweglichen Bereichs 31 angeordnet, so dass sie die X-Achse passieren. Der erste bewegliche Bereich 31 ist durch das Paar von ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 gesandwiched. Das Paar von ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 verbinden den Ringbereich 37 des ersten beweglichen Bereichs 31 und des zweiten beweglichen Bereichs 32 miteinander. Daher ist der erste bewegliche Bereich 31 um die X-Achse aufgrund der Elastizität des Paars von ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 schwingbar.
Jeder der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 erstreckt sich in linearer Form entlang der X-Achse. In dieser Ausführungsform wird die Breite des Endbereichs auf der Seite des ersten beweglichen Bereichs 31 in jedem der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 weiter, während er näher zum ersten beweglichen Bereich 31 kommt. Die Breite des Endbereichs auf der Seite des zweiten beweglichen Bereichs 32 in jedem der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 wird breiter, wenn er näher zum zweiten beweglichen Bereich 32 kommt. Daher wird der Einfluss von Torsionsspannung, die auf die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 einwirkt, gemildert und wird der Verschleiß der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 reduziert.
Die zweiten Verbindungsbereiche 43 und 44 sind auf beiden Seiten des zweiten beweglichen Bereichs 32 so angeordnet, dass sie die Y-Achse passieren. Der zweite bewegliche Bereich 32 wird durch das Paar von zweiten Verbindungsbereichen 43 und 44 gesandwiched. Das Paar von zweiten Verbindungsbereichen 43 und 44 verbinden den zweiten beweglichen Bereich 32 und den Haltebereich 22 miteinander.
Jeder der zweiten Verbindungsbereiche 43 und 44 erstreckt sich bei Aufsicht in mäandrierender Weise. Jeder der zweiten Verbindungsbereiche 43 und 44 beinhaltet eine Vielzahl von Linearbereichen 45 und eine Vielzahl von Rückfaltbereichen 46. Die Linearbereiche 45 erstrecken sich in einer Richtung parallel zur Y-Achse und sind Seite an Seite in einer Richtung parallel zur X-Achse angeordnet. Die Rückfaltbereiche 46 verbinden abwechselnd beide Enden der angrenzenden Linearbereiche 45.
Der Spiegeltreiber 11 beinhaltet weiter einen Kraftgenerator 50. Der Kraftgenerator 50 erzeugt Kraft im ersten beweglichen Bereich 31 und dem zweiten beweglichen Bereich 32. Der erste bewegliche Bereich 31 schwingt aufgrund der elastischen Deformation der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 in Reaktion auf die Kraft des Kraftgenerators 50. Der zweite bewegliche Bereich 32 schwingt aufgrund der elastischen Deformation der zweiten Verbindungsbereiche 43 und 44 in Reaktion auf die Kraft des Kraftgenerators 50.
Der Kraftgenerator 50 beinhaltet ein Paar von Antriebsspulen 51 und 52, eine Vielzahl von Drähten 61, 62, 63 und 64 und eine Vielzahl von Elektrodenanschlüssen 66, 67, 68 und 69. Die Antriebsspulen 51 und 52 sind im zweiten beweglichen Bereich 32 so angeordnet, dass sie den ersten beweglichen Bereich 31 umgeben. Jede der Antriebsspulen 51 und 52 weist bei Aufsicht eine Spiralform auf. Jede der Antriebsspulen 51 und 52 ist um den ersten beweglichen Bereich 31 mehrmals gewickelt. Das Paar von Antriebsspulen 51 und 52 sind abwechselnd in der Breitenrichtung des zweiten beweglichen Bereichs 32 bei Aufsicht angeordnet. In 2 wird eine Region R, in welcher die Antriebsspulen 51 und 52 angeordnet sind, durch Schraffieren illustriert.
Jede der Antriebsspulen 51 und 52 wird durch das Damaszener-Verfahren gebildet. Jede der Antriebsspulen 51 und 52 wird im zweiten beweglichen Bereich 32 eingebettet. Jede der Antriebsspulen 51 und 52 wird mit einer Isolierschicht 55 abgedeckt. Jede der Antriebsspulen 51 und 52 ist in dem zweiten beweglichen Bereich 32 eingebettet. Die Isolierschicht 55 wird beispielsweise aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid oder dergleichen gebildet. Diese Isolationsschicht ist integral gebildet, um den Haltebereich 22, den ersten beweglichen Bereich 31, den zweiten beweglichen Bereich 32, die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 und die zweiten Verbindungsbereiche 43 und 44 abzudecken.
Jede der Antriebsspulen 51 und 52 ist aus einem Metallmaterial gebildet, das eine höhere Dichte als die Dichte des Materials aufweist, welches den zweiten beweglichen Bereich 32 bildet. In dieser Ausführungsform wird der zweite bewegliche Bereich 32 aus Silizium gebildet und ist jede der Antriebsspulen 51 und 52 aus Kupfer gebildet. Jede der Antriebsspulen 51 und 52 kann aus Gold gebildet sein.
Jeder der Elektrodenanschlüsse 66, 67, 68 und 69 ist im Haltebereich 22 vorgesehen und ist aus der Isolationsschicht 55 nach außen exponiert. Jeder der Elektrodenanschlüsse 66, 67, 68 und 69 ist mit der Antriebssteuerung 3 verbunden. Der Draht 61 ist elektrisch mit einem Ende der Antriebsspule 51 und dem Elektrodenanschluss 66 verbunden. Der Draht 61 erstreckt sich von einem Ende der Antriebsspule 51 zum Elektrodenanschluss 66 durch den zweiten Verbindungsbereich 43. Der Draht 62 ist mit dem anderen Ende der Antriebsspule 51 und dem Elektrodenanschluss 67 elektrisch verbunden. Der Draht 62 erstreckt sich vom anderen Ende der Antriebsspule 51 zum Elektrodenanschluss 67 durch den zweiten Verbindungsbereich 44. Jeder der Drähte 61 und 62 ist durch das Damaszener-Verfahren gebildet, beispielsweise ähnlich zu den Antriebsspulen 51 und 52. Jeder der Drähte 61 und 62 ist mit der Isolationsschicht 55 abgedeckt.
Der Draht 63 ist mit einem Ende der Antriebsspule 52 und dem Elektrodenanschluss 68 elektrisch verbunden. Der Draht 63 erstreckt sich von einem Ende der Antriebsspule 52 zum Elektrodenanschluss 68 durch den zweiten Verbindungsbereich 43. Der Draht 64 ist mit dem anderen Ende der Antriebsspule 52 und dem Elektrodenanschluss 69 elektrisch verbunden. Der Draht 64 erstreckt sich vom anderen Ende der Antriebsspule 52 zum Elektrodenanschluss 69 über den zweiten Verbindungsbereich 44. Jeder der Drähte 63 und 64 wird durch das Damaszener-Verfahren beispielsweise ähnlich zu den Antriebsspulen 51 und 52 gebildet. Jeder der Drähte 63 und 64 ist mit der Isolierschicht 55 abgedeckt.
Die Antriebssteuerung 3 gibt ein Antriebssignal zum Betreiben des Kraftgenerators 50 aus. Die Antriebssteuerung 3 gibt ein Antriebssignal an den Kraftgenerator 50 des Spiegeltreibers 11 mit der oben beschriebenen Konfiguration ein. Wenn ein lineares Betriebs-Antriebssignal aus der Antriebssteuerung 3 an der Antriebsspule 51 über die Elektrodenanschlüsse 66 und 67 und die Drähte 61 und 62 eingegeben wird, wirkt die Lorentz-Kraft auf die Antriebsspule 51 aufgrund der Interaktion mit dem durch den Magnetfeldgenerator 21 erzeugten Magnetfeld. Gemäß der Lorentz-Kraft und der elastischen Kraft der zweiten Verbindungsbereiche 43 und 44 wird der zweite bewegliche Bereich 32 linear um die Y-Achse zusammen mit dem ersten beweglichen Bereich 31 mit der Spiegeloberfläche 31a betrieben.
Wenn ein Resonanzbetriebs-Antriebssignal aus der Antriebssteuerung 3 an der Antriebsspule 52 über die Elektrodenanschlüsse 68 und 69 und die Drähte 63 und 64 eingegeben wird, wirkt die Lorentz-Kraft auf die Antriebsspule 52 aufgrund der Interaktion mit dem durch den Magnetfeldgenerator 21 erzeugten Magnetfeld. Aufgrund der Resonanz des ersten beweglichen Bereichs 31 in Reaktion auf die Lorentz-Kraft resoniert der erste bewegliche Bereich 31 mit der Spiegeloberfläche 31a um die X-Achse. Spezifisch, wenn das Antriebssignal aus der Antriebssteuerung 3 an der Antriebsspule 52 eingegeben wird, vibriert der zweite bewegliche Bereich 32 etwas um die X-Achse bei der Frequenz des Antriebssignals. Diese Vibration wird an den ersten beweglichen Bereich 31 durch die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 so übertragen, dass der erste bewegliche Bereich 31 um die X-Achse schwingt. Falls die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 um die X-Achse herum zur Frequenz des Antriebssignals passt, schwingt der erste bewegliche Bereich 31 stabil um die X-Achse bei dieser Frequenz. In dieser Ausführungsform weist der erste bewegliche Bereich 31 jeder von allen Spiegeleinheiten 2, die in der Optikvorrichtung 1 vorgesehen sind, eine Resonanzfrequenz höher als die Frequenz des aus der Antriebssteuerung 3 in einem Zustand, bevor die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42, die mit dem ersten beweglichen Bereich 31 verbunden sind, erhitzt werden, ausgegebenen Antriebssignals auf.
Als Nächstes wird eine Konfiguration des Heizers 15 im Detail unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. In der Optikvorrichtung 1 ist die Vielzahl von Heizern 15 in jeder Spiegeleinheit 2 vorgesehen. Die Heizsteuerung 4 erfasst ein Signal, welches den Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs 31 angibt, und führt auf Basis der Phase des Signals eine Rückkopplungssteuerung des Heizens der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch den Heizer 15 durch. In dieser Ausführungsform ist das den Schwingzustand angebende Signal ein Signal, welches die Relativposition des ersten beweglichen Bereichs 31 in Bezug auf Haltebereich 22 angibt. Mit anderen Worten ist das den Schwingzustand angebende Signal ein Signal, welches die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 angibt. Die Heizsteuerung 4 steuert das Heizen der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 jeder der Vielzahl von Spiegeleinheiten 2. In dieser Ausführungsform erhitzt die Heizsteuerung 4 die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 aller Spiegeleinheiten 2 durch den Heizer 15.
Die Heizsteuerung 4 erhitzt rasch die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 und erhitzt langsam die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42, durch den Heizer 15. Entsprechend justiert die Heizsteuerung 4 die Temperatur der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 fein. Mit anderen Worten erhitzt die Heizsteuerung 4 durch den Heizer die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 bei der ersten Leistung und erhitzt dann die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 bei der zweiten Leistung, die kleiner als die erste Leistung ist.
In dieser Ausführungsform beinhaltet jeder Heizer 15 einen ersten Heizer 71 und einen zweiten Heizer 72. Die durch den ersten Heizer 71 dem ersten beweglichen Bereich 31 bereitgestellte Wärmemenge und die durch den zweiten Heizer 72 dem ersten beweglichen Bereich 31 bereitgestellte Wärmemenge unterscheiden sich voneinander. Der erste Heizer 71 und der zweite Heizer 72 erhitzen den ersten beweglichen Bereich 31 durch beispielsweise Bestrahlung mit einem Laser oder Erzeugen von Wärme aus dem Heizdraht.
Der erste Heizer 71 stellt eine erste Wärme den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 in Reaktion auf ein Signal aus der Heizsteuerung 4 bereit. Der zweite Heizer 72 stellt eine zweite Wärme bereit und die zweite Wärme ist kleiner als die erste Wärme an die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 in Reaktion auf ein Signal aus der Heizsteuerung 4. Die Heizsteuerung 4 erhitzt die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 stark durch den ersten Heizer 71 und erhitzt die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 weniger durch den zweiten Heizer 72. Entsprechend justiert die Heizsteuerung 4 die Temperatur der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42.
In dieser Ausführungsform, wie in 2 illustriert, beinhaltet die Spiegeleinheit 2 einen Heizdrahtbereich 73 und eine Laserbestrahlungseinheit 74. Der Heizdrahtbereich 73 und die Laserbestrahlungseinheit 74 fungieren als der Heizer 15, der die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 erhitzt. Mit anderen Worten beinhaltet der Heizer 15 den Heizdrahtbereich 73 und die Laserbestrahlungseinheit 74.
Der Heizdrahtbereich 73 erzeugt Wärme entsprechend der angelegten Spannung. Die an dem Heizdrahtbereich 73 angelegte Spannung wird durch die Heizsteuerung 4 gesteuert. Der Heizdrahtbereich 73 beinhaltet einen Heizdraht 73a. Der Spiegeltreiber 11 beinhaltet weiter Drähte 76 und 77 und Elektrodenanschlüsse 78 und 79. Der Heizdraht 73a ist im Haltebereich 22 so vorgesehen, dass er den zweiten beweglichen Bereich 32 umgibt. Der Heizdraht 73a weist bei Aufsicht eine Spiralform auf.
Der Heizdraht 73a wird aus Metall oder Halbleiter gebildet. Beispielsweise wird der Heizdraht 73a aus Kupfer oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Der Heizdraht 73a kann durch eine Diffusionsschicht gebildet werden.
Jeder der Elektrodenanschlüsse 78 und 79 ist im Haltebereich 22 vorgesehen und wird aus der Isolationsschicht 55 zur Außenseite exponiert. Der Draht 76 ist elektrisch mit einem Ende des Heizdrahts 73a und des Elektrodenanschlusses 78 verbunden. Der Draht 77 ist elektrisch mit dem anderen Ende des Heizdrahts 73a und dem Elektrodenanschluss 79 verbunden. Die Elektrodenanschlüsse 78 und 79 sind elektrisch mit der Heizsteuerung 4 verbunden. Wenn eine Spannung an die Elektrodenanschlüsse 78 und 79 angelegt wird, erzeugt der Heizdraht 73a Wärme so, dass der bewegliche Bereich 23 insgesamt erhitzt wird. Entsprechend werden die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 erhitzt. Der Heizdraht 73a ist im ersten Heizer 71 beinhaltet.
Die Laserbestrahlungseinheit 74 bestrahlt den ersten beweglichen Bereich 31 oder/und das Paar von ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 mit einem Laser. Die Laserbestrahlungseinheit 74 ist mit der Heizsteuerung 4 elektrisch verbunden. Die Intensität des aus der Laserbestrahlungseinheit 74 emittierten Lasers wird durch die Heizsteuerung 4 gesteuert. In dieser Ausführungsform bestrahlt die Laserbestrahlungseinheit 74 den ersten beweglichen Bereich 31 mit einem Laser. Entsprechend wird der erste bewegliche Bereich 31 erhitzt und wird die Wärme aus dem erhitzten ersten beweglichen Bereich 31 an das Paar von ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 übertragen. Als Ergebnis werden die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 erhitzt. Selbst wenn die Spiegeloberfläche 31a des ersten beweglichen Bereichs 31 mit einem Laser bestrahlt wird, werden die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch die Übertragung der Wärme erhitzt. In dieser Ausführungsform ist die Laserbestrahlungseinheit 74 im zweiten Heizer 72 beinhaltet.
Als Nächstes werden Spiegeleinheiten von Optikvorrichtungen gemäß modifizierten Beispielen dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. 3 ist eine schematische Aufsicht der Spiegeleinheit gemäß dem modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform. Dieses modifizierte Beispiel ist im Wesentlichen ähnlich oder das Gleiche wie die oben beschriebene Ausführungsform. Dieses modifizierte Beispiel unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform dahin, dass der Heizer 15 scheitert, die Laserbestrahlungseinheit 74 und den Heizdrahtbereich zu beinhalten, und der Heizdrahtbereich 73 beinhaltet Heizdrähte 73b und 73c. Nachfolgend wird hauptsächlich eine Differenz zwischen der oben beschriebenen Ausführungsform und dem modifizierten Beispiel beschrieben. Weiter werden das Paar von Antriebsspulen 51 und 52 und die Vielzahl von Drähten 61, 62, 63 und 64 in 3 weggelassen.
In einer Spiegeleinheit 2A dieses modifizierten Beispiels beinhaltet der Heizdrahtbereich 73 die Heizdrähte 73b und 73c zusätzlich zu dem Heizdraht 73a, wie in 3 illustriert. Der Spiegeltreiber 11 beinhaltet weiter Drähte 81, 82, 83 und 84 und Elektrodenanschlüsse 86, 87, 88 und 89. Die Heizdrähte 73b und 73c sind im zweiten beweglichen Bereich 32 vorgesehen. Die Heizdrähte 73b und 73c sind im zweiten Heizer 72 enthalten. Die Heizdrähte 73b und 73c sind vorgesehen, punktsymmetrisch zum Schwerpunkt der Spiegeloberfläche 31a als ein Symmetriepunkt zu sein.
Der Heizdraht 73b erstreckt sich vom Verbindungsbereich zwischen dem zweiten Verbindungsbereich 43 und dem zweiten beweglichen Bereich 32 zum Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 41. Der Heizdraht 73b mäandriert am Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 41 und erstreckt sich dann zum Verbindungsbereich zwischen dem zweiten Verbindungsbereich 43 und dem zweiten beweglichen Bereich 32. Der Heizdraht 73b beinhaltet eine Vielzahl von linearen Bereichen 85a eine Vielzahl von Rückfaltungsbereichen 85b am Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 41. Die Linearbereiche 75b erstrecken sich in einer Richtung parallel zur Y-Achse und sind Seite an Seite in einer Richtung parallel zur X-Achse angeordnet. Die Rückfaltungsbereiche 85b verbinden abwechselnd beide Enden der angrenzenden Linearbereiche 85a. Der Heizdraht 73c erstreckt sich vom Verbindungsbereich zwischen dem zweiten Verbindungsbereich 44 und dem zweiten beweglichen Bereich 32 zum Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 42. Der Heizdraht 73c mäandriert an dem Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 42 und erstreckt sich dann zum Verbindungsbereich zwischen dem zweiten Verbindungsbereich 42 und dem zweiten beweglichen Bereich 32. Der Heizdraht 73c beinhaltet eine Vielzahl von Linearbereichen 85c und eine Vielzahl von Rückfaltungsbereichen 85d am Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 42. Die Linearbereiche 85c erstrecken sich in einer Richtung parallel zur Y-Achse und sind Seite an Seite in einer Richtung parallel zur X-Achse angeordnet. Die Rückfaltungsbereiche 85d verbinden abwechselnd beide Enden der angrenzenden Linearbereiche 85c.
In diesem modifizierten Beispiel sind die Heizdrähte 73b und 73c durch Zerstäubung und Photolithographie gebildet. Die Heizdrähte 73b und 73c können aus der Isolationsschicht 55 exponiert sein. Die Heizdrähte 73b und 73c können durch das Damaszener-Verfahren beispielsweise ähnlich zu den Antriebsspulen 51 und 52 gebildet sein. In diesem Fall werden die Heizdrähte 73b und 73c im zweiten beweglichen Bereich 32 in einer anderen Schicht als derjenigen der Antriebsspulen 51 und 52 eingebettet. In diesem Fall sind die Heizdrähte 73b und 73c mit der Isolationsschicht 55 abgedeckt.
Die Heizdrähte 73b und 73c sind aus Metall oder Halbleiter gebildet. Beispielsweise sind die Heizdrähte 73b und 73c aus Kupfer oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Die Heizdrähte 73b und 73c können durch eine Diffusionsschicht gebildet sein.
Der Draht 81 ist mit einem Ende des Heizdrahts 73b und dem Elektrodenanschluss 86 elektrisch verbunden. Der Draht 81 erstreckt sich von einem Ende des Heizdrahts 73b zum Elektrodenanschluss 86 durch den zweiten Verbindungsbereich 43. Der Draht 82 ist mit dem anderen Ende des Heizdrahts 73b und dem Elektrodenanschluss 87 elektrisch verbunden. Der Draht 82 erstreckt sich vom anderen Ende des Heizdrahts 73b zum Elektrodenanschluss 87 durch den zweiten Verbindungsbereich 43. Jeder der Drähte 81 und 82 wird beispielsweise durch das Damaszener-Verfahren gebildet und wird mit der Isolationsschicht 55 abgedeckt, ähnlich zu den Antriebsspulen 51 und 52.
Der Draht 83 ist mit einem Ende des Heizdrahts 73c und dem Elektrodenanschluss 88 elektrisch verbunden. Der Draht 83 erstreckt sich von einem Ende des Heizdrahts 73c zum Elektrodenanschluss 88 durch den zweiten Verbindungsbereich 44. Der Draht 84 ist mit dem anderen Ende des Heizdrahts 73c und dem Elektrodenanschluss 89 elektrisch verbunden. Der Draht 84 erstreckt sich vom anderen Ende des Heizdrahts 73c zum Elektrodenanschluss 89 durch den zweiten Verbindungsbereich 44. Jeder der Drähte 83 und 84 wird beispielsweise durch das Damaszener-Verfahren gebildet, ähnlich zu den Antriebsspulen 51 und 52. Jeder der Drähte 83 und 84 ist mit der Isolationsschicht 55 abgedeckt.
Die Elektrodenanschlüsse 86, 87, 88 und 89 sind mit der Heizsteuerung 4 elektrisch verbunden. Wenn eine Spannung an den Elektrodenanschlüssen 86 und 87 angelegt wird, erzeugt der Heizdraht 73b Wärme, so dass der zweite bewegliche Bereich 32 erhitzt wird. Insbesondere wird der Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 41 erhitzt. Wenn eine Spannung an den Elektrodenanschlüssen 88 und 89 durch die Heizsteuerung 4 angelegt wird, erzeugt der Heizdraht 73c Wärme, so dass der zweite bewegliche Bereich 32 erhitzt wird. Insbesondere wird der Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 42 erhitzt. Wenn die Wärme aus dem erhitzten Bereich zum ersten Verbindungsbereich 42 übertragen wird, wird der erste Verbindungsbereich 42 erhitzt. Die Heizdrähte 73b und 73c sind im zweiten Heizer 72 beinhaltet.
Als Nächstes wird die Spiegeleinheit der Optikvorrichtung gemäß dem modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist eine schematische Aufsicht der Spiegeleinheit gemäß dem modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform. Dieses modifizierte Beispiel ist im Wesentlichen ähnlich oder das Gleiche wie die oben beschriebene Ausführungsform. Dieses modifizierte Beispiel unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform darin, dass der Heizer 15 scheitert, die Laserbestrahlungseinheit 74 zu beinhalten, und der Heizdrahtbereich 73 Heizdrähte 73d, 73e und 73f enthält. Nachfolgend wird hauptsächlich eine Differenz zwischen der oben beschriebenen Ausführungsform und dem modifizierten Beispiel beschrieben. Weiter werden das Paar von Antriebsspulen 51 und 52 und die Vielzahl von Drähten 61, 62, 63 und 64 in 4 weggelassen.
In einer Spiegeleinheit 2B dieses modifizierten Beispiels beinhaltet der Heizdrahtbereich 73 die Heizdrähte 73d, 73e und 73f zusätzlich zum Heizdraht 73a, wie in 4 illustriert. Der Spiegeltreiber 11 beinhaltet weiter Drähte 91 und 92 und Elektrodenanschlüsse 96 und 97. Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f sind im zweiten beweglichen Bereich 32 vorgesehen. Die Heizdrähte 73d und 73f werden durch Einstrichkettenlinien angegeben. Der Heizdraht 73e wird durch die Kettenlinie angegeben. Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f sind in dem zweiten Heizer 72 enthalten. Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f sind vorgesehen, punktsymmetrisch zum Schwerpunkt der Spiegeloberfläche 31a als einem Symmetriepunkt zu sein.
Der Heizdraht 73d erstreckt sich vom Verbindungsbereich zwischen dem zweiten Verbindungsbereich 43 und dem zweiten beweglichen Bereich 32 zum Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 41. Der Heizdraht 73e ist mit dem Heizdraht 73d am Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 41 verbunden. Der Heizdraht 73e ist im Ringbereich 37 des ersten beweglichen Bereichs 31 vorgesehen. Der Heizdraht 73e erstreckt sich vom Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 41 zum Verbindungsbereich zwischen dem ersten beweglichen Bereich 31 und dem ersten Verbindungsbereich 41 entlang dem ersten Verbindungsbereich 41. Der Heizdraht 73e ist in zwei Teile am Verbindungsbereich zwischen dem ersten beweglichen Bereich 31 und dem ersten Verbindungsbereich 41 unterteilt und erstreckt sich entlang der Kante des ersten beweglichen Bereichs 31, so dass er die Spiegeloberfläche 31a umgibt. Zwei geteilte Heizdrähte 73e sind miteinander am Verbindungsbereich zwischen dem ersten beweglichen Bereich 31 und dem ersten Verbindungsbereich 42 verbunden. Der Heizdraht 73e erstreckt sich vom Verbindungsbereich zwischen dem ersten beweglichen Bereich 31 und dem ersten Verbindungsbereich 42 zum Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 42 entlang dem ersten Verbindungsbereich 42. Der Heizdraht 73e ist mit dem Heizdraht 73f am Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 42 verbunden. Der Heizdraht 73f erstreckt sich vom Verbindungsbereich zwischen dem zweiten beweglichen Bereich 32 und dem ersten Verbindungsbereich 42 zum Verbindungsbereich zwischen dem zweiten Verbindungsbereich 44 und dem zweiten beweglichen Bereich 32.
In diesem modifizierten Beispiel werden die Heizdrähte 73d, 73e und 73f beispielsweise durch das Damaszener-Verfahren gebildet, ähnlich zu den Antriebsspulen 51 und 52. Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f sind in den ersten beweglichen Bereich 31, den zweiten beweglichen Bereich 32 und die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 eingebettet. Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f sind mit der Isolierschicht 55 abgedeckt. Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f können in den ersten beweglichen Bereich 31, den zweiten beweglichen Bereich 32 und die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 in einer anderen Schicht als die Antriebsspulen 51 und 52 eingebettet sein. Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f können aus der Isolationsschicht 55 exponiert sein.
Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f sind aus Metall oder Halbleiter gebildet. Beispielsweise sind die Heizdrähte 73d, 73e und 73f aus Kupfer oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f können durch eine Diffusionsschicht gebildet werden. Der Heizdraht 73e wird vorzugsweise durch eine Diffusionsschicht oder Polysilizium gebildet.
Der Draht 91 ist mit einem Ende des Heizdrahts 73d und dem Elektrodenanschluss 96 elektrisch verbunden. Der Draht 91 erstreckt sich von einem Ende des Heizdrahts 73d zum Elektrodenanschluss 96 durch den zweiten Verbindungsbereich 43. Der Draht 92 ist mit einem Ende des Heizdrahts 73f und dem Elektrodenanschluss 97 elektrisch verbunden. Der Draht 92 erstreckt sich von einem Ende des Heizdrahts 73f zum Elektrodenanschluss 97 durch den zweiten Verbindungsbereich 44. Jeder der Drähte 91 und 92 wird beispielsweise durch das Damaszener-Verfahren gebildet, ähnlich zu den Antriebsspulen 51 und 52. Jeder der Drähte 91 und 92 ist mit der Isolierschicht 55 abgedeckt.
Die Elektrodenanschlüsse 96 und 97 sind mit der Heizsteuerung 4 elektrisch verbunden. Wenn durch die Heizsteuerung 4 eine Spannung an die Elektrodenanschlüsse 96 und 97 angelegt wird, erzeugen die Heizdrähte 73d, 73e und 73f Wärme, so dass der erste bewegliche Bereich 31, der zweite bewegliche Bereich 32 und die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 erhitzt werden. Die Heizdrähte 73d, 73e und 73f sind im zweiten Heizer 72 enthalten.
Wie oben beschrieben, wird in dem in 3 und 4 illustrierten modifizierten Beispiel der erste Heizer 71 am Haltebereich 22 vorgesehen. Der zweite Heizer 72 ist in den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42, dem ersten beweglichen Bereich 31 oder/und dem zweiten beweglichen Bereich 32 vorgesehen.
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Steuerverfahrens der Optikvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren der Optikvorrichtung 1 illustriert.
Die Optikvorrichtung 1 führt einen Phasenstabilisierungsprozess des ersten beweglichen Bereichs 31 durch die Heizsteuerung 4 durch (Prozess S1). Die Heizsteuerung 4 erfasst ein dem Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs 31 angebendes Signal. In dieser Ausführungsform erfasst die Heizsteuerung 4 ein Signal, welches die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 angibt, und steuert den Heizer 15 auf Basis des erfassten Signals. Die Heizsteuerung 4 steuert das Heizen der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch den Heizer 15 so, dass die Phasendifferenz zwischen der Phase des aus der Antriebssteuerung 3 ausgegebenen Antriebssignals und der Phase des Signals, das den Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs 31 angibt, sinkt. Bei dieser Ausführungsform stellt die Heizsteuerung 4 eine große Wärme den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 durch den ersten Heizer 71 bereit und stellt dann eine kleine Wärme den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 durch den zweiten Heizer 72 bereit, um eine Feinjustierung durchzuführen.
Wenn die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch den Heizer 15 erhitzt werden, ändert sich das elastische Modul der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42. Wenn das Elastikmodul der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 sich ändern, ändert sich die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31. Die Heizsteuerung 4 erfasst ein die geänderte Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 angebendes Signal und steuert den Heizer 15 auf Basis des erfassten Signals. Das heißt, dass die Heizsteuerung 4 Rückkopplungssteuerung des Heizers 15 auf Basis eines Signals durchführt, welches die Phase des Schwingwinkels des beweglichen Bereichs 23 angibt. Die Heizsteuerung 4 steuert den Heizer 15 so, dass die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 zur Frequenz des Antriebssignals durch die Rückkopplungssteuerung passt. Wenn die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 zur Frequenz des Antriebssignals passt, wird die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 um 90° in Bezug auf die Phase des Antriebssignals vorgerückt.
Bei dieser Ausführungsform detektiert die Heizsteuerung 4 die Phase des die elektromotorische Gegenkraft der Antriebsspulen 51 und 52 angebenden Signals. Die Heizsteuerung 4 steuert den Heizer 15 auf Basis der Differenz zwischen der Phase des die elektromotorische Gegenkraft angebenden Signals und der Phase des aus der Antriebssteuerung 3 ausgegebenen Antriebssignals. Aufgrund des Erhitzens des ersten beweglichen Bereichs 31 ändert sich die Phase des die elektromotorische Gegenkraft angebenden Signals. Die Phase des die elektromotorische Gegenkraft angebenden Signals entspricht der Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31.
Als modifiziertes Beispiel dieser Ausführungsform kann die Optikvorrichtung 1 getrennt eine elektromotorische Kraft-Überwachungsspule enthalten, die in dem beweglichen Bereich 23 vorgesehen ist. In diesem Fall steuert die Heizsteuerung 4 den Heizer 5 auf Basis der Differenz zwischen der Phase des die elektromotorische Kraft der elektromotorischen Kraft-Überwachungsspule angebenden Signals und der Phase des aus der Antriebssteuerung 3 ausgegebenen Antriebssignals. Das heißt, dass das Signal, welches die in der elektromotorischen Kraft-Überwachungsspule erzeugte elektromotorische Kraft angibt, dem Signal entspricht, welches die elektromotorische Gegenkraft der Antriebsspulen 51 und 52 angibt. Ein Signal, welches inverse Piezoelektrizität angibt, oder ein Signal aus einem optischen Sensor, welcher die Position des ersten beweglichen Bereichs 31 detektiert, kann als ein Signal verwendet werden, das den Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs 31 angibt.
Wenn die Optikvorrichtung 1 den Phasenstabilisierungsprozess durchführt, wird die Amplitudensteuerung des ersten beweglichen Bereichs 31 durch die Antriebssteuerung 3 durchgeführt (Prozess S2). Die Antriebssteuerung 3 steuert einen Strom so, dass er an die Antriebsspulen 51 und 52 fließt, basierend auf der Amplitude des Schwingens des ersten beweglichen Bereichs 31. Beispielsweise steuert die Antriebssteuerung 3 einen Strom so, dass er zu den Antriebsspulen 51 und 52 fließt, basierend auf der Spitze des Signals, welches die elektromotorische Gegenkraft angibt. Statt des die elektromotorische Gegenkraft der Antriebsspulen 51 und 52 angebenden Signals kann ein Signal oder dergleichen verwendet werden, welches die in der elektromotorischen Kraft-Überwachungsspule erzeugte elektromotorische Kraft angibt.
Als Nächstes wird ein Beispiel des Phasenstabilisierungsprozesses des ersten beweglichen Bereichs 31 im Detail unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, welches den Phasenstabilisierungsprozess des ersten beweglichen Bereichs 31 illustriert.
Zuerst erfasst die Heizsteuerung 4 ein Signal, welches die elektromotorische Gegenkraft in den Antriebsspulen 51 und 52 angibt (Prozess S11). Nachfolgend berechnet die Heizsteuerung 4 die Phase des die elektromotorische Gegenkraft angebenden Signals auf Basis des erfassten Signals (Prozess S12).
Als Nächstes bestimmt die Heizsteuerung 4, ob die Erfassung des die elektromotorische Gegenkraft angebenden Signals und die Berechnung der Phase des erfassten Signals eine vorbestimmte Anzahl mal wiederholt werden, oder nicht (Prozess S13). Beispielsweise bestimmt die Heizsteuerung 4, ob die Erfassung des die elektromotorische Gegenkraft angebenden Signals und die Berechnung der Phase des erfassten Signals fünfzig Mal wiederholt werden oder nicht (Schritt S13). Die Heizsteuerung 4 gibt den Prozess an Prozess S11 zurück, wenn bestimmt wird, dass die Wiederholung nicht fünfzig Mal durchgeführt ist (NEIN von Prozess S13).
Die Heizsteuerung 4 führt den Prozess zu Prozess S14 fort, wenn bestimmt wird, dass die Wiederholung fünfzig Mal durchgeführt ist (JA in Prozess S13). Die Heizsteuerung 4 mittelt die Phasen der Signale der durch den Wiederholungsprozess S11 erfassten elektromotorischen Gegenkraft und Prozess S12 (Prozess S14). In dieser Ausführungsform mittelt die Heizsteuerung 4 die Phasen von 50 Signalen.
Als Nächstes bestimmt die Heizsteuerung 4, ob die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 stabilisiert ist oder nicht (Prozess S15). Wenn die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 zur Frequenz des Antriebssignals passt, wird die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 stabilisiert. In dieser Ausführungsform bestimmt die Heizsteuerung 4, ob die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 stabilisiert ist oder nicht, basierend auf der Differenz zwischen dem Durchschnitt der Phase des Schwingwinkels, der durch Prozess S14 ermittelt wird, und der Phase des aus der Antriebssteuerung 3 ausgegebenen Antriebssignals. Wenn die Differenz 90° beträgt, passt die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 zur Frequenz des Antriebssignals. Die Heizsteuerung 4 bestimmt, dass die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 stabilisiert wird, wenn die Differenz innerhalb des Bereichs von 90 Grad ist, unter Berücksichtigung des Fehlers. Beispielsweise bestimmt die Heizsteuerung 4, dass die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 stabilisiert ist, wenn die Differenz 90 ± 0,15° beträgt. Die Heizsteuerung 4 kann bestimmen, dass die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 stabilisiert ist, wenn der Maximalwert des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 zu einem vorbestimmten Wert oder größer wird.
Die Heizsteuerung 4 rückt den Prozess zu Prozess S16 fort, wenn bestimmt wird, dass die Phase nicht stabilisiert ist (NEIN von Prozess S15). Die Heizsteuerung 4 beendet diesen Phasen-Stabilisierungsprozess, wenn bestimmt wird, dass die Phase stabilisiert ist (JA von Prozess S15).
Die Heizsteuerung 4 steuert den Heizer 15 auf Basis des Durchschnitts der Phase, der durch Prozess S14 ermittelt wird (Prozess S16). Die Heizsteuerung 4 steuert den Heizer 15 auf Basis der Differenz zwischen dem Durchschnitt der Phase und der Phase des Antriebssignals, das aus der Antriebssteuerung 3 ausgegeben wird. Die Heizsteuerung 4 erhitzt den ersten beweglichen Bereich 31 durch den Heizer 15 so, dass die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 zur Frequenz des Antriebssignals passt, in Reaktion auf die Differenz zwischen der Phase der elektromotorischen Gegenkraft und der Phase des Antriebssignals.
Die Heizsteuerung 4 bestimmt die aus dem Heizer 15 dem ersten beweglichen Bereich 31 bereitzustellende Wärme in Reaktion auf den Wert der Differenz und steuert den Heizer 15 so, dass die bestimmte Wärme den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 zugeführt wird. Beispielsweise bestimmt die Heizsteuerung 4 die Intensität des aus der Laserbestrahlungseinheit 74 abgestrahlten Lasers in Reaktion auf den Wert der Differenz. Beispielsweise bestimmt die Heizsteuerung 4 eine an den Heizdrahtbereich 73 anzulegende Spannung in Reaktion auf den Wert der Differenz. Die Heizsteuerung 4 kann den Heizer 15 so steuern, dass eine vorbestimmte Wärme den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 zugeführt wird, wenn bestimmt wird, dass die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 scheitert, zur Frequenz des Antriebssignals zu passen.
Die Heizsteuerung 4 wartet eine vorbestimmte Zeit nach Durchführen des Prozesses S16 (Prozess S17). Die Heizsteuerung 4 führt den Prozess zu Prozess S11 nach Warten eine vorbestimmte Zeit lang zurück. In dieser Ausführungsform wartet die Heizsteuerung 4 eine Sekunde nach Durchführen des Prozesses S16.
Als Nächstes werden die Operationen und Effekte der OptikVorrichtungen der oben beschriebenen Ausführungsform und von modifizierten Beispielen beschrieben.
7 illustrativ eine Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 jeder Spiegeleinheit 2 und die Frequenz des Antriebssignals. Die vertikale Achse gibt die Amplitude an und die horizontale Achse gibt die Frequenz an. Wellenformen 101, 102, 103 und 104, die durch die dicke durchgezogene Linie angegeben sind, illustrieren eine Beziehung zwischen der Amplitude und der Frequenz des Schwingens des ersten beweglichen Bereichs 31 in einem Zustand, bevor die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch den Heizer 15 erhitzt werden. Die Wellenformen 101, 102, 103 und 104 entsprechen jeweils unterschiedlichen ersten beweglichen Bereichen 31. Somit gibt die Einstrich-Kettenlinie die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 entsprechend der Wellenform 101 an. Die gestrichelte Linie gibt die Frequenz des Antriebssignals an.
Auf diese Weise ist in der Optikvorrichtung 1 die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 höher als die Frequenz des Antriebssignals der Antriebssteuerung 3. In diesem Zustand, wenn die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch den Heizer 15 erhitzt werden, ändert sich das Elastikmodul der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42. Wenn das Elastikmodul der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 sich ändert, ändert sich auch die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31.
Wenn das Elastikmodul der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 sinkt, sinkt auch die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31. Daher, wenn beispielsweise die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42, die mit dem ersten beweglichen Bereich 31 verbunden sind, entsprechend der Wellenform 101 erhitzt werden, wird die Wellenform 101 in Richtung des Pfeils α verschoben. Somit kann die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 zur Frequenz des Antriebssignals passen, durch Erhitzen der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42. Auf diese Weise kann die Optikvorrichtung 1 leicht die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 so ändern, dass sie zur Frequenz des Antriebssignals passt. Als Ergebnis kann die Optikvorrichtung 1 den ersten beweglichen Bereich 31 bei einer gewünschten Frequenz oder einem gewünschten Schwingwinkel stabil schwingen.
In einer solchen Konfiguration ist es erforderlich, die Temperatur in den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 genau und rasch zu justieren. Wenn jedoch beispielsweise eine Rückkopplungssteuerung auf Basis der durch den Temperatursensor detektierten Temperatur durchgeführt wird, gibt es eine Zeitverzögerung beim Detektieren der Temperatur der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42, was zur Änderung bei der Resonanzfrequenz beitragen kann. Da die aus den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 zum Haltebereich transferierte Wärme detektiert wird, wenn der Temperatursensor im Haltebereich 22 vorgesehen ist, gibt es eine Zeitverzögerung abhängig von der Temperatur-Übertragungsgeschwindigkeit bei der Rückkopplungssteuerung. Die Heizsteuerung 4 führt eine Rückkopplungssteuerung des Erhitzens der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch den Heizer 15 durch, basierend auf der Phase des den Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs 31 angebenden Signals. Daher erzielt die Optikvorrichtung 1 zumindest genauere und raschere Temperaturjustierung als im Fall einer Rückkopplungssteuerung, die auf der durch den Temperatursensor detektierten Temperatur basiert. Die Heizsteuerung 4 kann die Temperatur der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 beispielsweise in Inkrementen von 0,003 bis 0,005 °C justieren. Als Ergebnis wird auch die Genauigkeit der Änderung der Resonanzfrequenz im ersten beweglichen Bereich 31 verbessert.
Die Heizsteuerung 4 steuert das Erhitzen der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 in jeder der Vielzahl von Spiegeleinheiten 2. Daher kann die Optikvorrichtung 1 die Resonanzfrequenz jedes ersten beweglichen Bereichs 31 ändern, so dass sie zur Frequenz des Antriebssignals passt. Als Ergebnis kann die Optikvorrichtung 1 jeden ersten beweglichen Bereich 31 bei einer gewünschten Frequenz und einem gewünschten Schwingwinkel schwingen.
In einem Zustand, bevor die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch den Heizer 14 erhitzt werden, weist der erste bewegliche Bereich 31 eine höhere Resonanzfrequenz als die Frequenz des aus der Antriebssteuerung 3 ausgegebenen Antriebssignals auf, wie in 7 illustriert. Daher kann die Optikvorrichtung 1 der Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 gestatten, zur Frequenz des Antriebssignals nur gemäß der Heizsteuerung durch die Heizsteuerung 4 zu passen. Falls die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch das Kühlelement gekühlt werden, kann die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 in einer Richtung entgegengesetzt zum Fall des Erhitzens verschoben werden. Jedoch weist das Kühlelement eine relativ große Größe auf. Die Optikvorrichtung 1 wird kompakter als in dem Fall gemacht, bei welchem ein Kühlelement verwendet wird.
Wie in 7 illustriert, weist der erste bewegliche Bereich 31 in jeder von allen in der Optikvorrichtung 1 vorgesehenen Spiegeleinheiten 2 eine Resonanzfrequenz höher als die Frequenz des aus der Antriebssteuerung 3 in einem Zustand, bevor die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42, die mit jedem ersten beweglichen Bereich 31 verbunden sind, erhitzt werden, ausgegebenen Antriebssignal auf. Die Heizsteuerung 4 erhitzt die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 aller Spiegeleinheiten 2 durch den Heizer 15. Somit wird die Optikvorrichtung kompakter gemacht als im Fall, bei dem ein Kühlelement verwendet wird.
Die Heizsteuerung 4 erhitzt die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 bei der ersten Leistung durch den Heizer 15 und erhitzt dann die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 bei der zweiten Leistung, die kleiner als die erste Leistung ist. Daher kann die Heizsteuerung 4 die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 nach Grobjustieren der Resonanzfrequenz als ersten beweglichen Bereich 31 feinjustieren. Als Ergebnis kann die Optikvorrichtung 1 genauer und rascher die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 justieren.
Der Heizer 15 beinhaltet den ersten Heizer 71 und den zweiten Heizer 72. Der erste Heizer 71 stellt den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 eine erste Wärme bereit. Der zweite Heizer 72 stellt den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42 eine zweite Wärme bereit und die zweite Wärme ist kleiner als die erste Wärme. Daher kann die Heizsteuerung 4 die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 durch den ersten Heizer 71 grob justieren und kann die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 durch den zweiten Heizer 72 feinjustieren. Somit kann die Optikvorrichtung 1 genauer und rascher die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 justieren.
Die Heizsteuerung 4 steuert das Erhitzen der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 durch den Heizer 15 so, dass die Phasendifferenz zwischen der Phase des aus der Antriebssteuerung 3 ausgegebenen Antriebssignals und der Phase des Signals, das den Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs 31 angibt, sinkt. Wenn das Vergleichen der Phase des Antriebssignals mit der Phase des den Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs 31 angebenden Signals verglichen wird, kann das Erhitzen der ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 genauer als in dem Fall gesteuert werden, bei dem die Frequenz des Antriebssignals mit der Frequenz des den Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs angebenden Signals vergliche wird. Daher kann die Optikvorrichtung 1 einen gewünschten Schwingwinkel bei einer gewünschten Frequenz genauer erhalten.
Der Heizer 15 dieser Ausführungsform beinhaltet die Laserbestrahlungseinheit 74, welche die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 erhitzt. Daher kann der Heizer 15 rascher die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 erhitzen. Als Ergebnis kann die Optikvorrichtung 1 genauer und rascher die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 ändern. Da die Temperatur des Permanentmagneten im Magnetfeldgenerator 21 sich wahrscheinlich nicht ändert, wird die Änderung beim Schwingwinkel des ersten beweglichen Bereichs 31 aufgrund der Änderung beim Magnetfeld reduziert.
In den in 3 und 4 illustrierten modifizierten Beispielen wird der erste Heizer 71 in dem Haltebereich 22 vorgesehen. Der zweite Heizer 72 ist in den ersten Verbindungsbereiche 41 und 42, dem ersten beweglichen Bereich 31 oder/und dem zweiten beweglichen Bereich 32 vorgesehen. Daher kann die Optikvorrichtung 1 genauer und rascher die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 in einer kompakten Konfiguration justieren.
In den in 3 und 4 illustrierten modifizierten Beispielen beinhaltet der Heizer 15 die Heizdrähte 73b, 73c, 73d, 73e und 73f, welche die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 erhitzen. Die Heizdrähte 73b, 73c, 73d, 73e und 73f sind in den ersten Verbindungsbereichen 41 und 42, dem ersten beweglichen Bereich 31 oder/und dem zweiten beweglichen Bereich 32 so vorgesehen, dass sie punktsymmetrisch zum Schwerpunkt der Spiegeloberfläche 31a als Symmetriepunkt sind. Daher kann der Heizer 15 die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 in einer kompakten Konfiguration genau erhitzen. Da die in den Heizdrähten 73b, 73c, 73d, 73e und 73f erzeugten Lorentz-Kräfte einander aufheben, wird die Störung des Schwingens des ersten beweglichen Bereichs 31 reduziert. Da es unwahrscheinlich ist, dass sich die Temperatur des Permanentmagneten im Magnetfeldgenerator 21 ändert, wird die Änderung beim Schwingwinkel des ersten beweglichen Bereichs 31 aufgrund der Änderung des Magnetfelds reduziert.
In dem in 4 illustrierten, modifizierten Beispiel ist der Heizdraht 73e im ersten beweglichen Bereich 31 so vorgesehen, dass er die Spiegeloberfläche 31a umgibt. Daher werden die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 rasch und genau erhitzt. Da die in dem Heizdraht 73e erzeugten Lorentz-Kräfte einander aufheben, wird die Störung des Schwingens des ersten beweglichen Bereichs 31 unterdrückt.
Obwohl die Ausführungsform und modifizierten Beispiele der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und modifizierte Beispiele beschränkt, und verschiedene Modifikationen können gemacht werden, ohne vom Geist derselben abzuweichen.
In dieser Ausführungsform und den modifizierten Beispielen wird ist Beispiel, in welchem der Heizer 15 den ersten Heizer 71 und den zweiten Heizer 72 beinhaltet, beschrieben worden. Jedoch kann ein (1) Heizer vorgesehen sein. Beispielsweise kann nur ein Heizdraht als der Heizer 15 verwendet werden. In diesem Fall kann die Heizsteuerung 4 die Leistung des Heizdrahts ändern, beispielsweise durch Justieren der an den Heizdraht angelegten Spannung. Beispielsweise kann die Heizsteuerung 4 eine erste Spannung an den Heizdraht anlegen und dann eine zweite Spannung, die kleiner als die erste Spannung ist, an den Heizdraht anlegen. Beispielsweise können die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 nur durch den Heizdraht 73a erhitzt werden. Die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 können nur durch einen der Heizdrähte 73b, 73d, 73d, 73e und 73f erhitzt werden.
Die Optikvorrichtung 1 mag nur eine Laserbestrahlungseinheit 74 als den Heizer 15 verwenden. In diesem Fall kann beispielsweise die Heizsteuerung 4 den ersten beweglichen Bereich 31 mit einem Laser einer ersten Intensität aus der Laserbestrahlungseinheit 74 bestrahlen und den ersten beweglichen Bereich 31 mit einem Laser einer zweiten Intensität, kleiner als die erste Intensität, bestrahlen. Auch in einem solchen Fall kann die Heizsteuerung 4 grob die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 justieren und dann die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 feinjustieren.
In der Konfiguration des modifizierten Beispiels, das in den 3 und 4 illustriert ist, kann die Laserbestrahlungseinheit 74 weiter bereitgestellt werden. Die Vielzahl von Laserbestrahlungseinheiten 74 kann in einer Spiegeleinheit 2 vorgesehen sein.
Der Heizdraht 73a kann als ein Widerstand für einen Temperatursensor verwendet werden. Wenn der Heizdraht 73a als der Widerstand für den Temperatursensor verwendet wird, scheitert die Heizsteuerung 4 daran, den Fluss des Stroms zum Heizdraht 73a zu gestatten.
Sowohl der Heizdraht 73a als auch der Widerstand für den Temperatursensor können im Haltebereich 22 vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Widerstand für den Temperatursensor außerhalb oder innerhalb des Heizdrahts 73a bei Aufsicht vorgesehen sein. Der Heizdraht 73a und der Widerstand für den Temperatursensor können in unterschiedlichen Schichten vorgesehen sein.
Es kann sein, dass der Heizdrahtbereich 73 nicht in dem Haltebereich 22, dem beweglichen Bereich 23 und dem elastischen Verbindungsbereich 24 vorgesehen ist. Beispielsweise kann der Heizdrahtbereich 73 mit einem Spalt, der zwischen dem Haltebereich 22, dem beweglichen Bereich 23 und dem elastischen Verbindungsbereich 24 gebildet ist, ausgelegt sein.
In dieser Ausführungsform und modifizierten Beispielen ist ein Fall, in welchem das den Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs 31 angebende Signal das Signal ist, welches die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 angibt, beschrieben worden. Das den Schwingzustand des ersten beweglichen Bereichs 31 angebende Signal kann ein Signal sein, das die Phase der Geschwindigkeit des ersten beweglichen Bereichs 31 angibt. In diesem Fall bestimmt die Heizsteuerung 4, ob die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 stabilisiert ist oder nicht, basierend auf der Differenz zwischen dem Signal, das die Phase der Geschwindigkeit angibt, und der Phase des aus der Antriebssteuerung 3 ausgegebenen Antriebssignals. Wenn die Differenz 0° ist, passt die Resonanzfrequenz des ersten beweglichen Bereichs 31 zur Frequenz des Antriebssignals. Die Heizsteuerung 4 bestimmt, dass die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs 31 stabilisiert wird, wenn die Differenz im Bereich von 0° ist, unter Berücksichtigung des Fehlers. Beispielsweise bestimmt die Heizsteuerung 4, dass die Phase des Schwingwinkels des ersten beweglichen Bereichs stabilisiert wird, wenn die Differenz 0 ± 0,15° beträgt.
In dieser Ausführungsform und den modifizierten Beispielen ist ein Beispiel, in welchem der bewegliche Bereich 23 in zwei Achsen der X-Achse und der Y-Achse angetrieben wird, beschrieben worden. Der bewegliche Bereich 23 kann in einer Achse angetrieben werden. In diesem Fall sind beispielsweise der erste bewegliche Bereich 31 und der Haltebereich 22 miteinander durch die ersten Verbindungsbereiche 41 und 42 verbunden.
In dieser Ausführungsform und den modifizierten Beispielen ist ein Beispiel, in welchem der bewegliche Bereich 23 durch ein elektromagnetisches Verfahren angetrieben wird, beschrieben worden. Der Antriebstyp des beweglichen Bereichs 23 kann ein piezoelektrischer Antriebstyp oder ein elektrostatischer Antriebstyp sein.
Bezugszeichenliste

1: Optikvorrichtung
2, 2A, 2B: Spiegeleinheit
3: Antriebssteuerung
4: Heizsteuerung
11: Spiegeltreiber
15: Heizer
22: Haltebereich
23: beweglicher Bereich
24: elastischer Verbindungsbereich
31: erster beweglicher Bereich
31a: Spiegeloberfläche
32: zweiter beweglicher Bereich
41, 42: erster Verbindungsbereich
43, 44: zweiter Verbindungsbereich
50: Kraftgenerator
71: erster Heizer
72: zweiter Heizer
73a, 73b, 73c, 73d, 73e, 73f: Heizdraht
74: Laserbestrahlungseinheit
P: Schwerpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015036782 A [0002]

Claims

Optikvorrichtung, umfassend: einen Spiegeltreiber, der einen beweglichen Bereich, der mit einer Spiegeloberfläche versehen ist, einen elastischen Verbindungsbereich, der mit dem beweglichen Bereich verbunden ist, einen Haltebereich, der den beweglichen Bereich durch die elastischen Verbindungsbereiche hält, und einen Kraftgenerator der konfiguriert ist, Strom im beweglichen Bereich zu erzeugen, beinhaltet; eine Antriebssteuerung, die konfiguriert ist, ein Antriebssignal auszugeben, das den Kraftgenerators antreibt einen Heizer, der konfiguriert ist, den elastischen Verbindungsbereich zu erhitzen; und eine Heizsteuerung, die konfiguriert ist, den Heizer zu steuern, wobei der bewegliche Bereich eine höhere Resonanzfrequenz als eine Frequenz des aus der Antriebssteuerung ausgegebenen Antriebssignals in einem Zustand aufweist, bevor der elastische Verbindungsbereich erhitzt wird, und konfiguriert ist, aufgrund der elastischen Deformation des elastischen Verbindungsbereichs in Reaktion auf die Kraft des Kraftgenerators zu schwingen, und wobei die Heizsteuerung konfiguriert ist, ein Signal zu erfassen, das den Schwingzustand des beweglichen Bereichs angibt und um basierend auf einer Phase des erfassten Signals eine Rückkopplungssteuerung des Erhitzens des elastischen Verbindungsbereichs durch den Heizer durchzuführen.
Optikvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der bewegliche Bereich einen mit der Spiegeloberfläche versehenen, ersten beweglichen Bereich und einen den ersten beweglichen Bereich umgebenden zweiten beweglichen Bereich beinhaltet, und wobei der elastische Verbindungsbereich einen ersten Verbindungsbereich, der den ersten beweglichen Bereich elastisch mit dem zweiten beweglichen Bereich verbindet, und einen zweiten Verbindungsbereich, der den zweiten beweglichen Bereich mit dem Haltebereich elastisch verbindet, beinhaltet.
Optikvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Heizer konfiguriert ist, den ersten Verbindungsbereich zu erhitzen.
Optikvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Heizsteuerung konfiguriert ist, den elastischen Verbindungsbereich bei einer ersten Leistung durch den Heizer zu erhitzen und dann den elastischen Verbindungsbereich bei einer zweiten Leistung, die kleiner ist als die erste Leistung, zu erhitzen.
Optikvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Heizer einen ersten Heizer, der konfiguriert ist, eine erste Wärme dem elastischen Verbindungsbereich bereitstellen, und einen zweiten Heizer, der konfiguriert ist, eine zweite Wärme dem elastischen Verbindungsbereich bereitzustellen, und die zweite Wärme kleiner als die erste Wärme ist.
Optikvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der erste Heizer in dem Haltebereich vorgesehen ist, und wobei der zweite Heizer an dem ersten Verbindungsbereich oder/und dem beweglichen Bereich vorgesehen ist.
Optikvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Heizer eine Laserbestrahlungseinheit enthalten, die konfiguriert ist, den elastischen Verbindungsbereich zu erhitzen.
Optikvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Heizer einen Heizdraht beinhaltet, der den elastischen Verbindungsbereich erhitzt, und wobei der Heizdraht an dem elastischen Verbindungsbereich oder/und dem beweglichen Bereich vorgesehen ist, so dass er punktsymmetrisch mit dem Schwerpunkt der Spiegeloberfläche als Symmetriepunkt ist.
Optikvorrichtung gemäß der Anspruch 8, wobei der Heizdraht im beweglichen Bereich so vorgesehen ist, dass er die Spiegeloberfläche umgibt.
Optikvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Heizsteuerung konfiguriert ist, das Erhitzen des elastischen Verbindungsbereichs durch den Heizer so steuern, dass eine Phasendifferenz zwischen einer Phase des aus der Antriebssteuerung ausgegebene Antriebssignals und einer Phase des den Schwingzustand des beweglichen Bereichs angebenden Signals sinkt.
Optikvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Vielzahl von Spiegeleinheiten vorgesehen ist, von denen jede den Spiegeltreiber und den Heizer beinhaltet, wobei die Heizsteuerung konfiguriert ist, das Erhitzen des elastischen Verbindungsbereichs jeder der Vielzahl von Spiegeleinheiten zu steuern.
Optikvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei weist der bewegliche Bereich jeder aller in der Optikvorrichtung vorgesehenen Spiegeleinheiten eine höher Resonanzfrequenz als die Frequenz des aus der Antriebssteuerung ausgegebene Antriebssignals in einem Zustand, bevor der mit jedem beweglichen Bereich verbundene elastische Verbindungsbereich erhitzt ist, aufweist, und wobei die Heizsteuerung konfiguriert ist, den elastischen Verbindungsbereich aller Spiegeleinheiten durch den Heizer erhitzen.