JP2007240626A - Optical scanner driving method and device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner driving method which permits oscillation in the Y-direction while suppressing vibration in the X-direction, and to provide an optical scanner driving device using the optical scanner driving method. <P>SOLUTION: Upon the start-up mode, a driving signal of voltage applied between electrodes is applied while changing an oscillation width of a movable plate in the order from a driving signal in which the oscillation width is small, such as the driving signals D, C, B and, upon the stationary mode, the driving signal is switched to the driving signal A in which the maximum oscillation width is obtained. The oscillation in the direction orthogonal to the original oscillation direction decreases in the order of the driving signals D, C, B, A and, therefore, attraction problem between comb teeth does not occur in the stationary mode. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、 レーザープリンター、バーコードリーダー、ディスプレー等の光学機器に用い得る、マイクロミラーをトーションバー軸の周りに揺動させ、ミラーに反射した光ビームを走査する静電駆動型の駆動装置に関する。   The present invention relates to an electrostatic drive type drive device that can be used in an optical apparatus such as a laser printer, a barcode reader, a display, etc., that swings a micromirror around a torsion bar axis and scans a light beam reflected on the mirror. .

従来の光走査装置において、光ビームを走査する光偏向器としてポリゴンミラーが多く用いられている。ポリゴンミラーは高速に回転して光ビームを走査するが、ポリゴンミラーを用いた画像形成では、より高い解像度の画像および高速の画像形成を達成するには、ポリゴンミラーをさらに高速に回転させる必要がある。しかし、ミラーの高速回転を達成するには、軸受けの耐久性を向上し、発熱、騒音の対策を行う必要があり、この課題を解決しなければならない。したがって、ミラーが形成された回転体を使用した高速走査には限界がある。一方、近年光ビームを走査する光走査装置は、シリコンマイクロマシニング技術を利用した微小ミラーを揺動させる構成の物が提案されている。この様なマイクロミラーディバイスはその駆動方式から大別して、電磁駆動方式(例えば、特許文献1 参照。)、静電駆動方式(例えば、特許文献2 参照。)が提案されている。   In conventional optical scanning devices, a polygon mirror is often used as an optical deflector that scans a light beam. The polygon mirror rotates at high speed and scans the light beam. However, in the image formation using the polygon mirror, it is necessary to rotate the polygon mirror at a higher speed in order to achieve a higher resolution image and a higher speed image formation. is there. However, in order to achieve high-speed rotation of the mirror, it is necessary to improve the durability of the bearing and take measures against heat generation and noise, and this problem must be solved. Therefore, there is a limit to high-speed scanning using a rotating body on which a mirror is formed. On the other hand, in recent years, an optical scanning device that scans a light beam has been proposed with a configuration that swings a micromirror using silicon micromachining technology. Such micromirror devices are roughly classified from their drive systems, and an electromagnetic drive system (see, for example, Patent Document 1) and an electrostatic drive system (see, for example, Patent Document 2) have been proposed.

前記従来の提案ではマイクロミラー可動部の駆動方式として、磁界発生手段を用いた駆動方式、あるいは静電誘導発生手段を用いた駆動方式では、駆動電圧を正弦波交流信号として定常的に印加して駆動する方式となっている。静電誘導発生手段を用いた代表的な例として静電引力によってミラーを揺動させる光走査装置を示す事が出来る(例えば、特許文献3 参照。)。静電駆動方式は現在2つの方式が用いられている。一つは駆動電極が平行平板電極構成であり、他は櫛歯型電極構成(例えば、特許文献4 参照。)とした方式である。櫛歯型電極方式は、一般的に変動量、駆動力とも、平行平板電極方式より大きく優れていると言われている。図5は櫛歯形電極構造を有するマイクロミラーの櫛歯構成部を示している(詳細は後述する)。櫛歯型の固定電極と可動電極が対向する様に配置されている。固定電極は、基板に固定されて動かないが、可動電極はバネとともに可動部を形成しており、梁を中心にY方向に揺動する。揺動方向への静電力を高める手段として、高電圧化、櫛歯長の増長などが挙げられる。   In the conventional proposal, the driving method using the magnetic field generating unit or the driving method using the electrostatic induction generating unit as the driving method of the movable part of the micromirror applies the driving voltage as a sinusoidal AC signal constantly. It is a driving method. As a typical example using electrostatic induction generating means, an optical scanning device that swings a mirror by electrostatic attraction can be shown (for example, see Patent Document 3). Two types of electrostatic drive methods are currently used. One is a method in which the drive electrode has a parallel plate electrode configuration, and the other has a comb-shaped electrode configuration (see, for example, Patent Document 4). The comb-shaped electrode method is generally said to be greatly superior to the parallel plate electrode method in terms of both fluctuation amount and driving force. FIG. 5 shows a comb-tooth component of a micromirror having a comb-shaped electrode structure (details will be described later). The comb-shaped fixed electrode and the movable electrode are arranged so as to face each other. The fixed electrode is fixed to the substrate and does not move, but the movable electrode forms a movable part together with the spring, and swings in the Y direction about the beam. Examples of means for increasing the electrostatic force in the swinging direction include increasing the voltage and increasing the comb tooth length.

特開2002−78368号公報JP 2002-78368 A 特開平8−211320号公報JP-A-8-213320 特許第3011144号公報Japanese Patent No. 30111144 特許第3006178号公報Japanese Patent No. 3006178

ところで櫛歯型電極方式は、櫛歯可動電極の揺動方向(Y方向)と直交する方向(X方向)に隣合う櫛歯間で吸着する現象が指摘されている。即ち、図5に示すX方向への振動である。この原因として、理想的には可動側櫛歯が固定櫛歯の中央に位置していれば、左右のX方向の静電力が釣り合い、静電合力は0になる。ところが、実際にはX方向のわずかな位置ズレにより、X方向の静電力が発生する。この静電力がX方向のバネの反力を上回ると可動電極が一方の固定電極に吸引され、電極間の短絡が発生する。この問題を解決するために、従来は、Y方向のバネ定数kyと、X方向のバネ定数kxとの関係をky<<kxにする事が重要であるとして、バネの形状等を適正化する構造改良の対策が報告されている。また、発明者らの実験に依ると駆動信号として矩形形状の電圧印加信号を用いると、X方向の振動の発生が生じ易いことが判った。
上記問題を解決する方法として、従来の様な櫛歯構造の改良以外に、電圧を印加する駆動信号の信号形状の複数種生成、選択、信号発生タイミングを適切に制御することにより実現する、新たな提案をする。
By the way, it has been pointed out that the comb-teeth electrode system is attracted between adjacent comb teeth in the direction (X direction) orthogonal to the swing direction (Y direction) of the comb movable electrode. That is, the vibration is in the X direction shown in FIG. As the cause, ideally, if the movable side comb teeth are located at the center of the fixed comb teeth, the electrostatic forces in the left and right X directions are balanced, and the electrostatic resultant force becomes zero. However, actually, an electrostatic force in the X direction is generated due to a slight positional shift in the X direction. When this electrostatic force exceeds the reaction force of the spring in the X direction, the movable electrode is attracted to one of the fixed electrodes, causing a short circuit between the electrodes. In order to solve this problem, conventionally, it is important to set the relationship between the spring constant ky in the Y direction and the spring constant kx in the X direction to ky << kx, and the shape of the spring is optimized. Structural improvement measures have been reported. Further, according to experiments by the inventors, it has been found that when a rectangular voltage application signal is used as a drive signal, vibration in the X direction is likely to occur.
As a method for solving the above problem, in addition to the improvement of the conventional comb-tooth structure, a new type realized by appropriately controlling the generation, selection, and signal generation timing of the signal shape of the drive signal to which the voltage is applied. Make suggestions.

請求項1に記載の発明では、少なくとも中央部を含む部分に反射ミラーを有し、重心を含む1本の軸方向両端に捻り変位可能な支持部材を有する平板状の可動部材と、前記支持部材に連結し、前記可動部材の周囲を非接触で取り囲むように設けられ、1面が前記駆動部材の反射ミラー面とほぼ同一面になるよう構成した固定部材とからなり、前記可動部材のうち、前記軸方向とは直交する方向の可動部材端部付近に可動電極を、前記可動部材端部付近に対向する固定部材の固定部材端部付近に固定電極を設け、前記両電極の間に電圧を印加して、両電極間に発生する静電力によって前記可動部材を揺動可能とする光スキャナを駆動する駆動方法において、前記両電極の間に印加する電圧の駆動信号として複数種の信号波形状の駆動信号を用いることを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a flat plate-like movable member having a reflecting mirror at a portion including at least a central portion and having a supporting member capable of being twisted and displaced at both axial ends including the center of gravity. The movable member is provided so as to surround the movable member in a non-contact manner, and one surface is configured to be substantially flush with the reflection mirror surface of the drive member, and among the movable members, A movable electrode is provided near the end of the movable member in a direction perpendicular to the axial direction, a fixed electrode is provided near the fixed member end of the fixed member facing the vicinity of the movable member end, and a voltage is applied between the two electrodes. In a driving method for driving an optical scanner that is capable of swinging the movable member by an electrostatic force generated between both electrodes, a plurality of types of signal wave shapes are used as drive signals for voltages applied between the electrodes. Using the drive signal I am characterized in.

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の光スキャナ駆動方法において、前記駆動信号の与え方は、起動モードと定常駆動モードの2つの駆動モードからなり、各駆動モードは前記複数種の信号波形形状を選択的に用いることを特徴とする。
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の光スキャナ駆動方法において、前記定常駆動モード時は矩形波形状の駆動信号を用い、前記起動モード時は矩形波形状以外の駆動信号を用いることを特徴とする。
請求項4に記載の発明では、請求項2または3に記載の光スキャナ駆動方法において、前記定常駆動モード時は、可動部材の揺動方向と異なる方向に共振振動する共振周波数成分を除去した矩形波形状の駆動信号を用いることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the optical scanner driving method according to the first aspect, the method of supplying the drive signal includes two drive modes of a start mode and a steady drive mode, and each drive mode includes the plurality of types. The signal waveform shape is selectively used.
According to a third aspect of the present invention, in the optical scanner driving method according to the second aspect of the invention, a rectangular wave-shaped drive signal is used in the steady drive mode, and a drive signal other than the rectangular wave shape is used in the startup mode. It is characterized by that.
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical scanner driving method according to the second or third aspect, in the steady driving mode, a rectangular shape from which a resonance frequency component that resonates in a direction different from the swinging direction of the movable member is removed. A wave-shaped drive signal is used.

請求項5に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光スキャナ駆動方法を用いる光スキャナ駆動装置であって、任意の波形形状を生成可能とする波形生成部と、任意波形を選択可能とする波形選択部と、上記波形から任意の周波数成分を除去する波形整形部と、前記波形を任意の周波数で生成可能とする揺動周波数生成部とから構成される光スキャナ駆動装置を特徴とする。
請求項6に記載の発明では、請求項5に記載の光スキャナ駆動装置において、前記揺動周波数生成部は、揺動振周波数を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段とデジタルデータの値に対応した任意の周波数を生成可能とするプログラマブル発振器とを備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 5 is an optical scanner driving device using the optical scanner driving method according to any one of claims 1 to 4, wherein a waveform generator capable of generating an arbitrary waveform shape, An optical scanner including a waveform selection unit that enables selection of an arbitrary waveform, a waveform shaping unit that removes an arbitrary frequency component from the waveform, and an oscillation frequency generation unit that can generate the waveform at an arbitrary frequency Features a drive device.
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical scanner driving device according to the fifth aspect, the oscillation frequency generation unit includes a data storage means for storing digital data for determining the oscillation oscillation frequency and a value of the digital data. A programmable oscillator capable of generating a corresponding arbitrary frequency is provided.

請求項7に記載の発明では、請求項5または6に記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形生成部は波形形状を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形形状を生成可能とするプログラマブル波形生成器とを備えたことを特徴とする。
請求項8に記載の発明では、請求項5ないし7のいずれか1つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形選択部は、波形形状の選択を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形選択を可能とするプログラマブル波形選択器とを備えたことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical scanner driving device according to the fifth or sixth aspect, the waveform generation unit corresponds to a data storage means for storing digital data for determining a waveform shape and a value of the digital data. A programmable waveform generator capable of generating an arbitrary waveform shape is provided.
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical scanner drive device according to any one of the fifth to seventh aspects, the waveform selection unit includes data storage means for storing digital data for determining selection of a waveform shape. And a programmable waveform selector capable of selecting an arbitrary waveform corresponding to the value of the digital data.

請求項9に記載の発明では、請求項5ないし8のいずれか1つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形整形部は、波形整形を施す周波数、および整形幅を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形整形を可能とするプログラマブル波形整形器とを備えたことを特徴とする。
請求項10に記載の発明では、請求項6ないし9のいずれか1つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記データ格納、およびその他の制御を行うためのマイクロプロセッサシステムを備えたことを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the optical scanner driving device according to any one of the fifth to eighth aspects, the waveform shaping section stores digital data for determining a frequency for shaping the waveform and a shaping width. And a programmable waveform shaper that enables arbitrary waveform shaping corresponding to the value of the digital data.
According to a tenth aspect of the present invention, in the optical scanner driving device according to any one of the sixth to ninth aspects, a microprocessor system for performing the data storage and other control is provided. To do.

本発明の光スキャナ駆動方法、および光スキャナ駆動装置によれば、X方向への振動を抑制しつつ、Y方向への揺動を可能にする事が出来る。   According to the optical scanner driving method and the optical scanner driving device of the present invention, it is possible to swing in the Y direction while suppressing vibration in the X direction.

図13は従来の揺動型ミラーを示す図である。
同図について符号101は支持基板、102はミラー、103はトーションバー、104は電極用のパッド、105はミラー電極、106は絶縁体、107は固定電極、108は固定電極用パッドをそれぞれ示す。
従来の揺動型ミラーの動作について、特許文献3記載を参照し同図を用いて説明する。
固定部材としての支持基板101に設けられた凹部にミラー102が配置され、ミラー102は一体的に設けられた支持部材としてのトーションバー103を介して前記支持基板101に支持される。ミラー102はトーションバー103の捩じり作用により、その両側がミラーの平面に対して垂直方向に揺動可能としている。トーションバー103は導電性部材で構成さその両端は前記支持基板101に設けられたパッド104に電気的に接続されている。
FIG. 13 shows a conventional oscillating mirror.
In the figure, reference numeral 101 denotes a support substrate, 102 denotes a mirror, 103 denotes a torsion bar, 104 denotes an electrode pad, 105 denotes a mirror electrode, 106 denotes an insulator, 107 denotes a fixed electrode, and 108 denotes a fixed electrode pad.
The operation of the conventional oscillating mirror will be described with reference to FIG.
A mirror 102 is disposed in a recess provided in a support substrate 101 as a fixing member, and the mirror 102 is supported by the support substrate 101 via a torsion bar 103 as a support member provided integrally. Both sides of the mirror 102 can be swung in the direction perpendicular to the plane of the mirror by the twisting action of the torsion bar 103. The torsion bar 103 is made of a conductive member, and both ends thereof are electrically connected to the pads 104 provided on the support substrate 101.

前記支持基板101の凹部の両側には絶縁体106を介して固定電極107が支持されている。固定電極107はミラー102の両側部にあるミラー電極部105との位置関係を、両者が振動や揺動によっても接触しない範囲で微小間隔をもって配置し、固定電極107のほうが、ミラー電極部105の初期位置よりも揺動方向に沿って高い位置に配置する。すなわち、ミラー電極部105の初期位置においてミラー電極部と固定電極部107とは高低差を持って配置した構成になっている。この光走査装置は、一方の固定電極107のパッド108とトーションバー103が接続されたパッド104との間に高電圧を印加し、固定電極107とミラー電極部105との間に静電力を発生させ、その静電引力によってミラー102の一方の側面を固定電極107側に吸引し、この吸引動作によってトーションバー103を捩じり変形させながらミラー102をミラーの平面に対して垂直方向に揺動させる。この揺動動作の直後に固定電極107への電圧印加を解除すると、トーションバー103の捩じり復元力によってミラーは逆方向に揺動される。この電圧印加と停止を繰り返すことにより、ミラー102を揺動させることが出来、図示していない光源からの光をミラー102で反射させることで、光を偏向、走査が可能となる。   Fixed electrodes 107 are supported on both sides of the concave portion of the support substrate 101 via insulators 106. The fixed electrode 107 is disposed with a small interval so that the fixed electrode 107 is in contact with the mirror electrode portions 105 on both sides of the mirror 102 so that they do not come into contact with each other due to vibration or swinging. It arrange | positions in a position higher along a rocking | swiveling direction than an initial position. That is, the mirror electrode portion and the fixed electrode portion 107 are arranged with a height difference at the initial position of the mirror electrode portion 105. This optical scanning device applies a high voltage between the pad 108 of one fixed electrode 107 and the pad 104 to which the torsion bar 103 is connected, and generates an electrostatic force between the fixed electrode 107 and the mirror electrode unit 105. The one side surface of the mirror 102 is attracted to the fixed electrode 107 side by the electrostatic attraction, and the mirror 102 is swung in the direction perpendicular to the plane of the mirror while twisting and deforming the torsion bar 103 by this attraction operation. Let When the voltage application to the fixed electrode 107 is released immediately after the swinging operation, the mirror is swung in the reverse direction by the torsional restoring force of the torsion bar 103. By repeating this voltage application and stop, the mirror 102 can be swung, and light from a light source (not shown) is reflected by the mirror 102, so that the light can be deflected and scanned.

図1は本発明の平行平板電極構成の光偏向器を示す図である。
図2は本発明の櫛歯型電極構成の光偏向器を示す図である。同図(a)は初期状態、同図(b)は揺動状態をそれぞれ示す図である。
両図において符号1は固定部材としての支持基板、2は弾性支持部、3は固定電極、4は可動電極、5は反射ミラー面、7は平板状の可動板をそれぞれ示す。
シリコンからなる支持基板1に可動板7の1組の対向する側縁の中央部が弾性支持部2(以下説明の都合上梁と呼ぶ)で支持されており、可動板7の少なくとも中央部付近は反射ミラーとして作用する反射ミラー面5にとなっている。2箇所の梁2は捻り変位が可能で、可動板7の重心を通る1本の軸となるよう構成してある。
可動板7の上記支持方向とは直交するほうの端面付近には可動電極4が設けられ、可動電極4に対向する固定部材側のほぼ同一平面となる位置に固定電極3が設けられている。固定部材は、少なくとも振動や揺動によっても両者が接触しない範囲で、可動部材7を取り囲むように構成されている。可動電極4と固定電極3の間には例えば5μmのギャップを設けておく。
例えば、可動板7の裏面に図示しない他の電極を設けて、固定電極との間に電圧を印加すると、両電極同士が引き合う力によって、可動板7が揺動を開始する。あるいは外力を作用させることによって、揺動を開始させてもよい。外力としては弱い空気圧などでも十分である。その他公知の方法のいずれをも利用しうる。
揺動が開始されれば、この電極間に電圧を所定のタイミングで印加する事により電極間に静電引力が働き、可動板7の端面が固定電極3に引き寄せられる。この様に構成される光偏向器の動作を図3を参照して説明する。
FIG. 1 is a view showing an optical deflector having a parallel plate electrode configuration according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an optical deflector having a comb-shaped electrode configuration according to the present invention. FIG. 4A shows an initial state, and FIG. 4B shows a swinging state.
In both figures, reference numeral 1 denotes a support substrate as a fixed member, 2 denotes an elastic support portion, 3 denotes a fixed electrode, 4 denotes a movable electrode, 5 denotes a reflecting mirror surface, and 7 denotes a flat movable plate.
A central portion of a pair of opposing side edges of the movable plate 7 is supported on a support substrate 1 made of silicon by an elastic support portion 2 (hereinafter referred to as a beam for convenience of explanation), and at least near the central portion of the movable plate 7. Is a reflecting mirror surface 5 that acts as a reflecting mirror. The two beams 2 can be twisted and displaced so as to be a single axis passing through the center of gravity of the movable plate 7.
The movable electrode 4 is provided in the vicinity of the end surface of the movable plate 7 that is orthogonal to the support direction, and the fixed electrode 3 is provided at a position that is substantially in the same plane on the side of the fixed member facing the movable electrode 4. The fixed member is configured to surround the movable member 7 at least in a range where they do not come into contact with each other even by vibration or swing. For example, a gap of 5 μm is provided between the movable electrode 4 and the fixed electrode 3.
For example, when another electrode (not shown) is provided on the back surface of the movable plate 7 and a voltage is applied between the movable plate 7 and the fixed electrode, the movable plate 7 starts to oscillate due to the force with which both electrodes attract each other. Or you may start rocking | fluctuation by applying an external force. A weak air pressure is sufficient as the external force. Any other known method can be used.
When the oscillation starts, an electrostatic attractive force acts between the electrodes by applying a voltage between the electrodes at a predetermined timing, and the end surface of the movable plate 7 is attracted to the fixed electrode 3. The operation of the optical deflector configured as described above will be described with reference to FIG.

図3は本発明の光偏向器の動作を説明するための図である。同図(a)は反時計回りの振れの最大位置付近を示す図。同図(b)は時計回りに回動中に中立位置(初期位置)を通過する状態を示す図、同図(c)は時計回りの振れの最大位置付近を示す図である。
同図において、可動板7に付設された可動電極4は、シリコン基板1に引き出され図示されないパッドを介して接地される。固定電極3と可動電極4の位置関係が同図(a)の状態において、固定電極3に、例えば30Vの電圧を印加すると、固定電極3と可動電極4の間にに働く静電力と梁2の捻り剛性により、可動板7は図中時計回りに振れる力が与えられる。同図(b)に示す様、可動板7が中立位置に達した時点で固定電極3への電圧印加をOFFにすると、可動板7は慣性モーメントにより時計回り方向に更に振れる。最終として、同図(c)に示す様、慣性モーメントと梁2の捻り剛性とが釣り合う位置まで振れる。最大振れ角まで到達すると一時停止しその後振れてきた方向と逆向きに振れを開始する。同図では反時計回りに振れ始める。反時計方向に振れ始めた後、適時固定電極3に再度電圧を印加すると、固定電極3と可動電極4の間に働く静電力と梁2の捻り剛性により、可動板7は図中反時計回りに振れる。再び可動板7が水平位置に達した時点で固定電極3への電圧印加をOFFすると、可動板7は慣性モーメントにより反時計回り方向に更に振れる。最終として、同図(a)に示す様、慣性モーメントと梁2の捻り剛性とが釣り合う位置まで振れる。この様な固定電極3への電圧印加周波数を可動板7の共振周波数に合わせることにより変位の大きい振れ角で可動板7を揺動させることが出来る。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the optical deflector of the present invention. FIG. 4A is a diagram showing the vicinity of the maximum position of counterclockwise shake. FIG. 4B is a diagram showing a state where the neutral position (initial position) is passed while rotating clockwise, and FIG. 4C is a diagram showing the vicinity of the maximum position of clockwise deflection.
In the figure, the movable electrode 4 attached to the movable plate 7 is drawn out to the silicon substrate 1 and grounded through a pad (not shown). When the positional relationship between the fixed electrode 3 and the movable electrode 4 is in the state shown in FIG. 5A, when a voltage of 30 V, for example, is applied to the fixed electrode 3, the electrostatic force acting between the fixed electrode 3 and the movable electrode 4 and the beam 2 are applied. Due to the torsional rigidity, the movable plate 7 is given a force that swings clockwise in the drawing. If the voltage application to the fixed electrode 3 is turned OFF when the movable plate 7 reaches the neutral position, the movable plate 7 is further swung in the clockwise direction by the moment of inertia as shown in FIG. Finally, as shown in FIG. 5C, the armature swings to a position where the moment of inertia and the torsional rigidity of the beam 2 are balanced. When it reaches the maximum deflection angle, it pauses and starts swinging in the opposite direction. In the figure, it starts to swing counterclockwise. When a voltage is applied again to the fixed electrode 3 at an appropriate time after starting to swing counterclockwise, the movable plate 7 rotates counterclockwise in the figure due to the electrostatic force acting between the fixed electrode 3 and the movable electrode 4 and the torsional rigidity of the beam 2. Swing to. When the voltage application to the fixed electrode 3 is turned off when the movable plate 7 reaches the horizontal position again, the movable plate 7 further swings counterclockwise due to the moment of inertia. Finally, as shown in FIG. 5A, the armature swings to a position where the moment of inertia and the torsional rigidity of the beam 2 are balanced. By adjusting the voltage application frequency to the fixed electrode 3 to the resonance frequency of the movable plate 7, the movable plate 7 can be swung with a large deflection angle.

図4は可動板揺動軌跡と電圧印加タイミングを示す図である。
同図には駆動信号A〜Dの例が示されている。駆動信号Aの波形形状は矩形波、駆動信号Bの波形形状は三角波、駆動信号Cの波形形状は台形波、駆動信号Dの波形形状は正弦波である。上記駆動信号の波形形状は可動板7の揺動振幅に影響する事が実験的に判っている。同図に示す可動板揺動波形のθHとθLの間が揺動幅であり、同図の駆動波形A→Dの順に揺動幅が小さくなる事がわかった。
同図に示した駆動信号PWは矩形波の1種であるが、時間幅の短い矩形状パルスと時間幅のやや長い矩形状パルスが近接して並んでいる。全体の時間幅は駆動信号Aの矩形波形状パルスの時間幅とほぼ同程度になっている。このような波形を定常駆動モードのときに与えると、X方向に関する共振周波数成分が極端に小さくなることが分かった。駆動信号PWの生成方法は後述する。
FIG. 4 is a diagram showing a movable plate swing locus and voltage application timing.
In the figure, examples of drive signals A to D are shown. The waveform shape of the drive signal A is a rectangular wave, the waveform shape of the drive signal B is a triangular wave, the waveform shape of the drive signal C is a trapezoidal wave, and the waveform shape of the drive signal D is a sine wave. It has been experimentally found that the waveform shape of the drive signal affects the swing amplitude of the movable plate 7. It was found that the swing width is between θH and θL of the movable plate swing waveform shown in the figure, and the swing width becomes smaller in the order of the drive waveforms A → D in the figure.
The drive signal PW shown in the figure is one type of rectangular wave, but a rectangular pulse with a short time width and a rectangular pulse with a slightly long time width are arranged close to each other. The overall time width is approximately the same as the time width of the rectangular waveform pulse of the drive signal A. It has been found that when such a waveform is applied in the steady drive mode, the resonance frequency component in the X direction becomes extremely small. A method for generating the drive signal PW will be described later.

同図に示す様、振れ角が最大となる時間から電圧印加タイミングの位相αとして、振れ角最大点前から振れ角0に向かって振れる方向の任意の時間tの間電圧を印加すると良い。図2は可動部材7の梁2に支持されていないほうの端部は櫛歯形状をなしてその形に合わせて可動電極が構成されており、固定部材側の対応する位置に設けられた同じく櫛歯形状の駆動用の固定電極に微小ギャップを隔ててかみ合う形で対向している。
静止状態において互いに対向している固定電極3と可動電極4は、対向部分で見れば端縁に沿った長さがあり、微視的に見れば厚さがあるので、極端に細長い面が向かい合っていると見ることができる。静電引力はこの対向面が主役をなしているので、この様に電極を櫛歯形状にする事により、対向する電極面積を長さ方向に大きくすることが出来る。したがって駆動トルクをより大きくすることが出来、可動板7の振れ角をより大きくする事が出来る。揺動する可動板7の反射ミラー面5に光ビームを照射すると、可動板7の揺動により入射光が反射ミラー面5により偏向する事ができる。
As shown in the figure, the voltage may be applied for an arbitrary time t in the direction of swinging toward the swing angle 0 from the point before the maximum swing angle as the phase α of the voltage application timing from the time when the swing angle is maximum. In FIG. 2, the end of the movable member 7 not supported by the beam 2 has a comb-like shape, and a movable electrode is formed in accordance with the shape, and the movable member 7 is provided at a corresponding position on the fixed member side. It is opposed to a comb-shaped driving fixed electrode with a small gap therebetween.
The stationary electrode 3 and the movable electrode 4 that are opposed to each other in a stationary state have a length along the edge when viewed at the facing portion, and a thickness when viewed microscopically, so that extremely elongated surfaces face each other. You can see that. Since the opposing surface plays a leading role in the electrostatic attraction, the opposing electrode area can be increased in the length direction by making the electrodes comb-like in this way. Accordingly, the driving torque can be further increased, and the deflection angle of the movable plate 7 can be further increased. When a light beam is applied to the reflecting mirror surface 5 of the swinging movable plate 7, incident light can be deflected by the reflecting mirror surface 5 due to the swinging of the movable plate 7.

図5は櫛歯形電極構造を有するマイクロミラーの櫛歯構成部の一部拡大図である。
同図において符号aは捩り梁幅、bは捩り梁高さ、cは可動板厚さ、dは可動板横幅、eは可動板長さ、mは櫛歯部梁高さ、nは櫛歯部梁幅、lxは櫛歯部梁長さ、Lyは捻り梁長さ、Xは櫛歯の並び方向、Yは可動板の回動方向をそれぞれ示す。
同図において、支持部材2は捩り梁構造になっている。前記支持部材2に支持された可動板7は支持部材2を軸にして回転揺動を可能とする。可動板7の揺動周波数fyは以下の式で近似される。
fy=1/2π√(Ky/Iy)
fy:可動板7の共振周波数、
Iy:慣性モーメント、
Ky:バネ定数
バネ定数Kyは 捻り梁の梁幅a、梁高さb、梁長さLyとすると
、次式で与えられる。
Ky=(Jp×G) /Ly、
Jp=0.141×a×b
G=Ey/(2(1+ι))、
Ey:ヤング率
ι:ポアソン比
慣性モーメントIyは、可動板7の横幅d、長さe、厚さcとすると、
次式で与えられる。
Iy=My×(e+c)/12、
My=ρ(d×e×c)
ρは材質密度
上記式から 共振周波数fyは上記支持部材2と可動板7の形状によって決定される。
FIG. 5 is a partially enlarged view of a comb-tooth component of a micromirror having a comb-shaped electrode structure.
In the figure, symbol a is a torsion beam width, b is a torsion beam height, c is a movable plate thickness, d is a movable plate width, e is a movable plate length, m is a comb tooth beam height, and n is a comb tooth. The partial beam width, lx is the comb tooth beam length, Ly is the torsion beam length, X is the arrangement direction of the comb teeth, and Y is the rotation direction of the movable plate.
In the figure, the support member 2 has a torsion beam structure. The movable plate 7 supported by the support member 2 can rotate and swing around the support member 2. The oscillation frequency fy of the movable plate 7 is approximated by the following expression.
fy = 1 / 2π√ (Ky / Iy)
fy: resonance frequency of the movable plate 7,
Iy: moment of inertia,
Ky: Spring constant
The spring constant Ky is the beam width a, beam height b and beam length Ly of the torsion beam.
Is given by:
Ky = (Jp × G) / Ly,
Jp = 0.141 × a × b 3 ,
G = Ey / (2 (1 + ι)),
Ey: Young's modulus
ι: Poisson's ratio
The inertia moment Iy is defined as the lateral width d, length e, and thickness c of the movable plate 7.
It is given by
Iy = My × (e 2 + c 2 ) / 12
My = ρ (d × e × c)
ρ is the material density. From the above equation, the resonance frequency fy is determined by the shapes of the support member 2 and the movable plate 7.

可動電極4の櫛歯部は片持ち梁の構造であり、このX方向の固有振動数fxは以下の式で近似される。
fx=1/2π√(Kx/Ix)、
fx:可動電極4の固有振動数、
Ix:慣性モーメント、
Kx:バネ定数
バネ定数Kxは、櫛歯部の梁幅n、梁高さm、梁長さlxとする
と、次式で与えられる。
Kx=(3Ex×Jx)/lx
Jx=(m×n)/12
Ex:ヤング率
慣性モーメントIxは
Ix=Mx×(lx+n)/12
Mx=ρ(lx×m×n)
上記式から 櫛歯の固有振動数fxは上記可動電極4の形状によって決定される。可動板7の共振周波数fyに対して可動電極4の櫛歯の固有振動数fxはfx>>fyの関係にあり、fxはfyの4〜20倍である。
The comb tooth portion of the movable electrode 4 has a cantilever structure, and the natural frequency fx in the X direction is approximated by the following equation.
fx = 1 / 2π√ (Kx / Ix),
fx: natural frequency of the movable electrode 4,
Ix: moment of inertia,
Kx: Spring constant
The spring constant Kx is the beam width n, beam height m, and beam length lx of the comb tooth portion.
And given by:
Kx = (3Ex × Jx) / lx 3 ,
Jx = (m × n 3 ) / 12
Ex: Young's modulus
The moment of inertia Ix is
Ix = Mx × (lx 2 + n 2 ) / 12
Mx = ρ (lx × m × n)
From the above formula, the natural frequency fx of the comb teeth is determined by the shape of the movable electrode 4. The natural frequency fx of the comb teeth of the movable electrode 4 has a relationship of fx >> fy with respect to the resonance frequency fy of the movable plate 7, and fx is 4 to 20 times fy.

図6は駆動波形PWを生成する方法を説明するための図である。
駆動波形Aを用いる駆動による揺動振幅θL-θHは、他の駆動波形を用いるより増大する。しかしながら、この場合、X方向振動への影響も大きくなる。この影響の要因は駆動波形Aに含まれる高調波成分であり、前記櫛歯固有振動数fxと近似した周波数帯域になっていいる。fxはfyの4〜20倍あり、特にfx=fy×2、fx=fy×3は2次高調波、3次高調波として、X方向の振動に大きく影響を与える。そこで、駆動波形Aから2次高調波、3次高調波成分を除去する事により、X方向の振動を低減する事が出来る。同図に示す様、駆動波形Aに2次高調波、3次高調波を除去するフィルターを作用させる事により、駆動波形PWを生成することが出来る。
この様に、定常駆動時の印加信号の矩形波形状に、可動部材の揺動と異なる方向に共振振動する共振周波数成分を除去した、駆動信号PWの矩形波形状の駆動信号を用いる事により、定常駆動時のX方向への振動をより抑止する効果を有する。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of generating the drive waveform PW.
The oscillation amplitude θL-θH by driving using the driving waveform A is increased as compared with using other driving waveforms. However, in this case, the influence on the X-direction vibration is also increased. The factor of this influence is a harmonic component contained in the drive waveform A, which is a frequency band approximate to the comb natural frequency fx. fx is 4 to 20 times as large as fy. In particular, fx = fy × 2 and fx = fy × 3 are the second harmonic and the third harmonic and greatly affect the vibration in the X direction. Therefore, the vibration in the X direction can be reduced by removing the second harmonic and the third harmonic components from the drive waveform A. As shown in the figure, the drive waveform PW can be generated by applying a filter for removing the second harmonic and the third harmonic to the drive waveform A.
In this way, by using the rectangular wave shape drive signal of the drive signal PW in which the resonance frequency component that resonates and vibrates in a direction different from the swing of the movable member is used for the rectangular wave shape of the applied signal during steady driving, This has the effect of further suppressing vibrations in the X direction during steady driving.

図7は固定電極3と可動部材配設電極4間に駆動信号を印加する概念図である。
同図において符号10は駆動信号を示す。
図8は可動板端部の最大振れ幅が固定電極側の厚さの範囲内にある場合を示す図である。同図(a)、(b)、(c)は図3(a)、(b)、(c)と同様である。
図9は可動板端部の最大振れ幅が固定電極側の厚さの範囲を超える場合を示す図である。同図(a)、(b)、(c)も図3(a)、(b)、(c)と同様である。
駆動信号10の波形形状は図4に示す。前記各波形形状を用いた時の櫛歯電極のX方向の振動が、前記駆動信号の波形形状により影響を受ける事が実験的にわかった。駆動波形A→Dの順にX方向の振動が少なくなる。X方向への振動発生はY方向への揺動振幅が固定電極の厚さの範囲内にある時、すなわち、図8に示す揺動幅の時発生する。Y方向の揺動幅が固定電極の厚さの範囲を超える揺動振幅を維持するとき、すなわち、図9に示す揺動幅の場合、X方向の振動が減少する。上記3点の事より、可動板7の揺動幅に対応した駆動信号波形形状を適用すると上記問題が軽減すると考えられる。
FIG. 7 is a conceptual diagram in which a drive signal is applied between the fixed electrode 3 and the movable member disposing electrode 4.
In the figure, reference numeral 10 denotes a drive signal.
FIG. 8 is a diagram showing a case where the maximum deflection width at the end of the movable plate is within the thickness range on the fixed electrode side. FIGS. 3A, 3B and 3C are the same as FIGS. 3A, 3B and 3C.
FIG. 9 is a diagram showing a case where the maximum deflection width of the movable plate end exceeds the thickness range on the fixed electrode side. FIGS. 3A, 3B, and 3C are the same as FIGS. 3A, 3B, and 3C.
The waveform shape of the drive signal 10 is shown in FIG. It has been experimentally found that the vibration in the X direction of the comb electrode when each waveform shape is used is affected by the waveform shape of the drive signal. The vibration in the X direction decreases in the order of drive waveforms A → D. The vibration in the X direction is generated when the swing amplitude in the Y direction is within the thickness range of the fixed electrode, that is, when the swing width is as shown in FIG. When the swing width in the Y direction maintains the swing amplitude exceeding the range of the thickness of the fixed electrode, that is, in the swing width shown in FIG. 9, the vibration in the X direction decreases. From the above three points, it is considered that the above problem can be reduced by applying a drive signal waveform shape corresponding to the swinging width of the movable plate 7.

図10は本発明の可動板振れ角と駆動信号印加周波数の揺動特性を示す図である。
同図において符号fcは共振周波数、fdは定常駆動周波数、fsは起動開始周波数、θdは定常振れ角をそれぞれ示す。
可動板7の共振周波数fcにて揺動角最大となり駆動信号印加周波数が大きくなるに従い揺動角は小さくなる。同図において、本発明の光スキャナを定常駆動周波数fdにおいて揺動せしめ用いる場合、起動時目的の定常駆動周波数fdの駆動信号を直接印加せずに、先ず初めに起動周波数fsを与え、初動周波数印加期間Tsの時間をかけて徐々に印加周波数を低減して定常駆動周波数fdに近づけていく手順を用いる方法としている。このような信号の与え方を起動モードと呼ぶ。これに対して、定常状態における駆動周波数の与え方を定常駆動モードと呼び、両モードを合わせて駆動モードと呼ぶ。初動周波数印加期間Tsにおいて、駆動周波数をfsからfdに可変する際、可動板7の揺動幅に対応した駆動信号の波形形状を選択して用いる。
この様に、本発明は、駆動モードを起動モードと定常駆動モードの複数動作モード構成可能とし、夫々の動作モードにおいて前記複数種の信号波形形状を選択的に利用する光スキャナ駆動方法を提案する。
FIG. 10 is a diagram showing the swing characteristics of the movable plate swing angle and drive signal application frequency according to the present invention.
In the figure, reference numeral fc represents a resonance frequency, fd represents a steady drive frequency, fs represents a start start frequency, and θd represents a steady deflection angle.
The swing angle becomes maximum at the resonance frequency fc of the movable plate 7, and the swing angle becomes smaller as the drive signal application frequency increases. In the figure, when the optical scanner of the present invention is used while being swung at the steady drive frequency fd, the start frequency fs is first given without first applying the drive signal of the steady drive frequency fd at the time of start. In this method, the application frequency is gradually reduced over the application period Ts to bring it closer to the steady drive frequency fd. This way of giving a signal is called a startup mode. On the other hand, how to give a drive frequency in a steady state is called a steady drive mode, and both modes are collectively called a drive mode. When the drive frequency is varied from fs to fd in the initial frequency application period Ts, the waveform shape of the drive signal corresponding to the swing width of the movable plate 7 is selected and used.
As described above, the present invention proposes an optical scanner driving method in which a driving mode can be configured in a plurality of operation modes of a start mode and a steady driving mode, and the plurality of types of signal waveform shapes are selectively used in each operation mode. .

図11は駆動信号の種類と揺動幅の関係を説明する模式図である。
光スキャナを定常駆動周波数fdにて揺動せしめる場合、起動時には、目的の定常駆動周波数fdの駆動信号を直接印加せず、初めに起動周波数fsを与え、初動周波数印加期間Tsで徐々に印加周波数を変化させて定常駆動周波数fdに近づけて行く。この様に定常駆動周波数fdから離れた周波数fsを起動周波数とする事により、起動時の揺動振幅を小さい振幅から揺動開始する事により光スキャナの起動時の急激な揺動振幅に拠る破損等を回避する事が出来る。起動時に小幅の揺動幅を得、その後光スキャナの共振周波数に近づける方向に駆動周波数を変更する事により徐々に光スキャナの揺動振幅を増大させ、定常駆動周波数fdにて所定に揺動振幅を得ることが出来る。駆動周波数を任意に可変とする機能については後述する。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the relationship between the type of drive signal and the swing width.
When the optical scanner is swung at the steady drive frequency fd, at the time of start-up, the drive signal of the target steady drive frequency fd is not directly applied, but the start frequency fs is given first, and the applied frequency is gradually applied in the initial drive frequency application period Ts. Is changed to approach the steady drive frequency fd. In this way, by setting the frequency fs away from the steady drive frequency fd as the starting frequency, the oscillation due to the rapid oscillation amplitude at the start-up of the optical scanner is started by starting the oscillation amplitude at the start-up from a small amplitude. Etc. can be avoided. A small oscillating width is obtained at the start, and then the oscillating amplitude of the optical scanner is gradually increased by changing the driving frequency so as to approach the resonance frequency of the optical scanner, and the oscillating amplitude is predetermined at the steady driving frequency fd. Can be obtained. The function of making the drive frequency arbitrarily variable will be described later.

同図(a)においては揺動幅Yが微小であり、この範囲ではX方向の振動が発生し易い。この区間は駆動信号Dの正弦波形状の駆動信号を印加する。同図(b)の揺動幅では駆動信号Cの三角波形状の信号を印加する。同図(c)の揺動幅では駆動信号Bの台形波を印加し、同図(d)の定常駆動周波数fdで駆動する信号形状は駆動信号Aの矩形波形状とする。この様に、本発明は、起動モード時は矩形形状と異なる波形形状を駆動信号とし、定常駆動モード時は矩形波形状の駆動信号を用いる。
起動時から定常駆動周波数fdに駆動周波数を可変していくが、この時、X方向への振動を小さくなる様、Y方向の揺動振幅を増大させる必要がある。この対策として、駆動周波数を定常駆動周波数fdに可変して行く過程で駆動信号波形を任意に変更して行く方法を提案する。
図8の位置でのY方向の揺動振幅では、X方向への振動に拠る不具合発生の割合が高くなるのでこの範囲では駆動信号Dを用い。図9に示す位置ではY方向の揺動振幅は大きくなり櫛歯が図8の範囲を通過するときは十分な速度が得られ、X方向への影響は少なくなる。この時点では駆動信号Aを用いて駆動すると、駆動信号Dより効率の良い駆動が可能である。また、駆動信号Aに関し2次高調波、3次高調波などの共振周波数の影響を軽減する為に駆動信号PWを用いることも可能である。駆動信号波形を任意に可変とする機能については後述する。
In FIG. 6A, the swing width Y is very small, and vibration in the X direction is likely to occur within this range. In this section, a drive signal having a sine wave shape of the drive signal D is applied. In the oscillation width of FIG. 5B, a triangular signal of the drive signal C is applied. The trapezoidal wave of the drive signal B is applied in the oscillation width of FIG. 10C, and the signal shape driven at the steady drive frequency fd of FIG. Thus, the present invention uses a waveform shape different from the rectangular shape as the drive signal in the start-up mode, and uses a rectangular-wave shape drive signal in the steady drive mode.
The drive frequency is varied from the starting time to the steady drive frequency fd. At this time, it is necessary to increase the swing amplitude in the Y direction so as to reduce the vibration in the X direction. As a countermeasure, a method is proposed in which the drive signal waveform is arbitrarily changed in the process of changing the drive frequency to the steady drive frequency fd.
In the swing amplitude in the Y direction at the position of FIG. 8, the rate of occurrence of defects due to the vibration in the X direction is high, so the drive signal D is used in this range. In the position shown in FIG. 9, the swing amplitude in the Y direction becomes large, and when the comb teeth pass the range shown in FIG. 8, a sufficient speed is obtained, and the influence in the X direction is reduced. At this time, driving with the driving signal A enables more efficient driving than the driving signal D. Further, the drive signal PW can be used to reduce the influence of the resonance frequency such as the second harmonic and the third harmonic on the drive signal A. The function of making the drive signal waveform arbitrarily variable will be described later.

図12は本発明の光スキャナ駆動方法を実現する光スキャナ駆動装置を示すブロック図である。
同図において、符号36は波形生成部、39は波形整形部、42は揺動周波数生成部、50は波形選択部をそれぞれ示す。
光スキャナ駆動装置は、任意の波形形状を生成可能とする波形生成部36と、任意波形を選択可能とする波形選択部50と、上記波形から任意の周波数成分を除去する波形整形部39と、前記波形を任意の周波数で生成可能とする揺動周波数生成部42とから構成する。波形生成部36ではX方向の振動を減少可能とする波形形状を生成可能とし、波形生成部36では光スキャナ駆動開始時の駆動信号波形を選択的に適時、X方向の振動を減少可能とし、揺動周波数生成部42では光スキャナ駆動開始時の駆動信号の周波数を揺動幅の小さい周波数から定常駆動周波数fdへ段階的に可変可能とし、初期起動時の動作をスムーズに行うことができる。更に、波形整形部39では定常駆動時に用いる矩形波形状の不要周波数成分を除去する事が出来る。
FIG. 12 is a block diagram showing an optical scanner driving apparatus for realizing the optical scanner driving method of the present invention.
In the figure, reference numeral 36 denotes a waveform generation unit, 39 denotes a waveform shaping unit, 42 denotes an oscillation frequency generation unit, and 50 denotes a waveform selection unit.
The optical scanner driving apparatus includes a waveform generation unit 36 that can generate an arbitrary waveform shape, a waveform selection unit 50 that can select an arbitrary waveform, a waveform shaping unit 39 that removes an arbitrary frequency component from the waveform, The oscillation frequency generator 42 is configured to generate the waveform at an arbitrary frequency. The waveform generation unit 36 can generate a waveform shape that can reduce vibration in the X direction, and the waveform generation unit 36 can selectively reduce the vibration in the X direction when the drive signal waveform at the start of optical scanner driving is selectively and timely. In the oscillation frequency generation unit 42, the frequency of the drive signal at the start of the optical scanner drive can be changed stepwise from a frequency with a small oscillation width to the steady drive frequency fd, and the operation at the initial startup can be performed smoothly. Further, the waveform shaping unit 39 can remove an unnecessary frequency component having a rectangular wave shape used during steady driving.

駆動信号波形を任意に可変とする機能は波形生成部36が有している。波形生成部36は、駆動信号AないしD、およびPWの波形形状を決定するためのデジタルデータ(例えば、AないしD、およびPWに対応させた1ないし5の数値でも良い)を格納しておくためのデータ格納手段を有している。必要に応じて呼び出されたデジタルデータの値によって、予め対応付けられている所定の波形形状を生成することができるように、プログラマブルの波形生成器も有している。
デジタルデータにする事により任意のデータ値を容易に変更修正可能とし、さらにそのデジタルデータの可変速度あるいは可変ステップ量をソフトウエアで容易にプログラム可能となる。
The waveform generator 36 has a function of making the drive signal waveform arbitrarily variable. The waveform generation unit 36 stores digital data (for example, numerical values 1 to 5 corresponding to A to D and PW) for determining the waveform shape of the drive signals A to D and PW. Data storage means. A programmable waveform generator is also provided so that a predetermined waveform shape associated in advance can be generated according to the value of the called digital data as required.
By using digital data, any data value can be easily changed and corrected, and the variable speed or variable step amount of the digital data can be easily programmed by software.

前記駆動波形の切替タイミングは駆動信号印加タイミングと駆動周波数値との相互関係から決定する方法を用いている。予め実験等から得られた適正切替タイミング値をデータ格納部に記憶し、処理プログラムの指令により適時切り替えていく。
駆動信号波形を任意に切り替える機能は波形選択部50が有している。波形選択部50は、波形切替値ミングを格納するデジタルデータ格納手段と、デジタルデータから任意の切替タイミングを生成するプログラマブル波形選択器から構成されている。
デジタルデータにする事により任意のデータ値を容易に変更修正可能とし、さらにそのデジタルデータの可変速度あるいは可変ステップ量をソフトウエアで容易にプログラム可能となる。
The switching timing of the driving waveform is determined based on the correlation between the driving signal application timing and the driving frequency value. An appropriate switching timing value obtained from an experiment or the like is stored in the data storage unit in advance, and switching is performed in a timely manner according to a command from the processing program.
The waveform selector 50 has a function of arbitrarily switching the drive signal waveform. The waveform selection unit 50 includes digital data storage means for storing waveform switching value data and a programmable waveform selector for generating arbitrary switching timing from the digital data.
By using digital data, any data value can be easily changed and corrected, and the variable speed or variable step amount of the digital data can be easily programmed by software.

図4においては、駆動波形はA〜D、PW をそれぞれ独立な波形として示しているが、波形の形状変更をより連続的に可能とする方法もとっている。即ち駆動波形Dから駆動波形Aに切り替えるとき、駆動波形Dから駆動波形Aに急激に変更するのではなく、駆動波形Dを連続的に変形しながら駆動波形Aにする方法である。
この様にすることにより、駆動波形変更に伴うY方向の揺動軌跡変動の影響を少なくする事が出来る。
波形整形を任意に可変とする機能は波形整形部39が有している。波形整形部39は、波形整形を施すべき周波数、および整形幅を決定するためのデジタルデータを格納するデータ格納手段を有している。必要に応じて呼び出されたデジタルデータの値に応じて、予め対応付けられている周波数と整形幅によって、駆動信号として用いる波形形状を整形することができるように、プログラマブルの波形整形器も有している。
デジタルデータにする事により任意のデータ値を容易に変更修正可能とし、さらにそのデジタルデータの整形速度あるいは整形ステップ量をソフトウエアで容易にプログラム可能となる。
In FIG. 4, the drive waveforms A to D and PW are shown as independent waveforms, but a method that enables the waveform shape to be changed more continuously is used. That is, when switching from the drive waveform D to the drive waveform A, the drive waveform D is not changed suddenly from the drive waveform D to the drive waveform A, but is changed to the drive waveform A while continuously deforming the drive waveform D.
By doing so, it is possible to reduce the influence of fluctuations in the swing trajectory in the Y direction accompanying the change of the drive waveform.
The waveform shaping unit 39 has a function of making the waveform shaping arbitrarily variable. The waveform shaping unit 39 has data storage means for storing digital data for determining a frequency to be subjected to waveform shaping and a shaping width. It also has a programmable waveform shaper so that the waveform shape used as the drive signal can be shaped according to the frequency and shaping width associated in advance according to the value of the digital data called as necessary. ing.
By using digital data, any data value can be easily changed and corrected, and the shaping speed or shaping step amount of the digital data can be easily programmed by software.

駆動周波数を任意に可変とする機能は揺動周波数生成部42が有している。
揺動周波数生成部42は、光走査に必要な揺動周波数が得られるように、デジタルデータを格納するデータ格納手段を有している。しかるべき条件によって、所望の揺動周波数が定まったら、その周波数に対応するデジタルデータを呼び出し、そのデジタルデータに対応する周波数を生成するように、プログラマブルの発振器も有している。格納しておくデジタルデータは、周波数の値そのものでも良いが、予め、離散的な複数の周波数を決めておいて、そのいずれかを選択する方法でも良い場合は、駆動信号選択の項で述べたような、選択肢の数だけの単純な数値にしてもかまわない。
デジタルデータにする事により任意のデータ値を容易に変更修正可能とし、さらにそのデジタルデータの可変速度あるいは可変ステップ量をソフトウエアで容易にプログラム可能となる。
The oscillation frequency generation unit 42 has a function of making the drive frequency arbitrarily variable.
The oscillation frequency generation unit 42 has data storage means for storing digital data so that the oscillation frequency necessary for optical scanning can be obtained. When a desired oscillation frequency is determined by appropriate conditions, a programmable oscillator is also provided so as to call digital data corresponding to the frequency and generate a frequency corresponding to the digital data. The digital data to be stored may be the frequency value itself, but if a method of selecting a plurality of discrete frequencies in advance and selecting one of them is described in the section of drive signal selection It is also possible to use a simple number such as the number of options.
By using digital data, any data value can be easily changed and corrected, and the variable speed or variable step amount of the digital data can be easily programmed by software.

本発明の平行平板電極構成の光偏向器を示す図である。It is a figure which shows the optical deflector of the parallel plate electrode structure of this invention. 本発明の櫛歯型電極構成の光偏向器を示す図である。It is a figure which shows the optical deflector of the comb-tooth type electrode structure of this invention. 本発明の光偏向器の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the optical deflector of this invention. 可動板揺動軌跡と電圧印加タイミングを示す図である。It is a figure which shows a movable plate rocking locus and a voltage application timing. 櫛歯形電極構造を有するマイクロミラーの櫛歯構成部の一部拡大図である。It is a partial enlarged view of the comb-tooth structure part of the micromirror which has a comb-tooth-shaped electrode structure. 駆動波形PWを生成する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of producing | generating the drive waveform PW. 固定電極3と可動部材配設電極4間に駆動信号を印加する概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram in which a drive signal is applied between a fixed electrode 3 and a movable member disposing electrode 4. 可動板端部の最大振れ幅が固定電極側の厚さの範囲内にある場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the maximum deflection width of a movable plate edge part exists in the range of the thickness by the side of a fixed electrode. 可動板端部の最大振れ幅が固定電極側の厚さの範囲を超える場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the maximum deflection width of a movable plate edge part exceeds the range of the thickness by the side of a fixed electrode. 本発明の可動板振れ角と駆動信号印加周波数の揺動特性を示す図である。It is a figure which shows the rocking | fluctuation characteristic of the movable plate deflection angle of this invention, and a drive signal application frequency. 駆動信号の種類と揺動幅の関係を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the relationship between the kind of drive signal, and a rocking | fluctuation width. 本発明の光スキャナ駆動方法を実現する光スキャナ駆動装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the optical scanner drive device which implement | achieves the optical scanner drive method of this invention. 従来の揺動型ミラーを示す図である。It is a figure which shows the conventional rocking | fluctuation type mirror.

符号の説明Explanation of symbols

1 支持基板
2 弾性支持部
3 固定電極
4 可動電極
5 反射ミラー面
7 可動板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support substrate 2 Elastic support part 3 Fixed electrode 4 Movable electrode 5 Reflecting mirror surface 7 Movable plate

Claims (10)

少なくとも中央部を含む部分に反射ミラーを有し、重心を含む1本の軸方向両端に捻り変位可能な支持部材を有する平板状の可動部材と、前記支持部材に連結し、前記可動部材の周囲を非接触で取り囲むように設けられ、1面が前記駆動部材の反射ミラー面とほぼ同一面になるよう構成した固定部材とからなり、前記可動部材のうち、前記軸方向とは直交する方向の可動部材端部付近に可動電極を、前記可動部材端部付近に対向する固定部材の固定部材端部付近に固定電極を設け、前記両電極の間に電圧を印加して、両電極間に発生する静電力によって前記可動部材を揺動可能とする光スキャナを駆動する駆動方法において、前記両電極の間に印加する電圧の駆動信号として複数種の信号波形状の駆動信号を用いることを特徴とする光スキャナ駆動方法。   A flat plate-like movable member having a reflection mirror in at least a portion including the central portion and having a support member that can be twisted and displaced at both ends in the axial direction including the center of gravity, and connected to the support member, the periphery of the movable member And a fixed member configured so that one surface is substantially flush with the reflecting mirror surface of the drive member, and the movable member has a direction perpendicular to the axial direction. A movable electrode is provided in the vicinity of the movable member end, a fixed electrode is provided in the vicinity of the fixed member end of the fixed member facing the vicinity of the movable member end, and a voltage is applied between the two electrodes to generate between the two electrodes. In a driving method for driving an optical scanner that can swing the movable member by an electrostatic force, a plurality of types of signal waveform driving signals are used as a driving signal for a voltage applied between the electrodes. Light scan Driving method. 請求項1に記載の光スキャナ駆動方法において、前記駆動信号の与え方は、起動モードと定常駆動モードの2つの駆動モードからなり、各駆動モードは前記複数種の信号波形形状を選択的に用いることを特徴とする光スキャナ駆動方法。   2. The optical scanner driving method according to claim 1, wherein the driving signal is provided by two driving modes of a start mode and a steady driving mode, and each driving mode selectively uses the plurality of types of signal waveform shapes. An optical scanner driving method. 請求項2に記載の光スキャナ駆動方法において、前記定常駆動モード時は矩形波形状の駆動信号を用い、前記起動モード時は矩形波形状以外の駆動信号を用いることを特徴とする光スキャナ駆動方法。   3. The optical scanner driving method according to claim 2, wherein a driving signal having a rectangular wave shape is used in the steady driving mode, and a driving signal having a non-rectangular wave shape is used in the starting mode. . 請求項2または3に記載の光スキャナ駆動方法において、前記定常駆動モード時は、可動部材の揺動方向と異なる方向に共振振動する共振周波数成分を除去した矩形波形状の駆動信号を用いることを特徴とする光スキャナ駆動方法。   4. The optical scanner driving method according to claim 2, wherein, in the steady driving mode, a rectangular waveform driving signal from which a resonance frequency component that resonates in a direction different from the swinging direction of the movable member is removed is used. An optical scanner driving method. 請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光スキャナ駆動方法を用いる光スキャナ駆動装置であって、任意の波形形状を生成可能とする波形生成部と、任意波形を選択可能とする波形選択部と、上記波形から任意の周波数成分を除去する波形整形部と、前記波形を任意の周波数で生成可能とする揺動周波数生成部とから構成されることを特徴とする光スキャナ駆動装置。   5. An optical scanner driving apparatus using the optical scanner driving method according to claim 1, wherein a waveform generation unit capable of generating an arbitrary waveform shape and a waveform selection capable of selecting an arbitrary waveform are provided. An optical scanner drive device comprising: a waveform shaping unit that removes an arbitrary frequency component from the waveform; and an oscillation frequency generation unit that can generate the waveform at an arbitrary frequency. 請求項5に記載の光スキャナ駆動装置において、前記揺動周波数生成部は、揺動振周波数を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段とデジタルデータの値に対応した任意の周波数を生成可能とするプログラマブル発振器とを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。   6. The optical scanner drive device according to claim 5, wherein the oscillation frequency generation unit is capable of generating an arbitrary frequency corresponding to a value of the digital data and a data storage means for storing digital data for determining the oscillation oscillation frequency. An optical scanner driving device comprising: a programmable oscillator for performing the above-described operation. 請求項5または6に記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形生成部は波形形状を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形形状を生成可能とするプログラマブル波形生成器とを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。   7. The optical scanner driving apparatus according to claim 5, wherein the waveform generation unit is capable of generating an arbitrary waveform shape corresponding to a value of the digital data and data storage means for storing digital data for determining the waveform shape. An optical scanner driving device comprising a programmable waveform generator. 請求項5ないし7のいずれか1つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形選択部は、波形形状の選択を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形選択を可能とするプログラマブル波形選択器とを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。   8. The optical scanner driving device according to claim 5, wherein the waveform selection unit includes data storage means for storing digital data for determining selection of a waveform shape, and an arbitrary value corresponding to the value of the digital data. An optical scanner driving device comprising: a programmable waveform selector capable of selecting a waveform. 請求項5ないし8のいずれか1つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形整形部は、波形整形を施す周波数、および整形幅を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形整形を可能とするプログラマブル波形整形器とを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。   9. The optical scanner driving device according to claim 5, wherein the waveform shaping unit includes a data storage unit that stores digital data for determining a frequency for performing waveform shaping and a shaping width, and a digital data An optical scanner driving device comprising: a programmable waveform shaper that enables arbitrary waveform shaping corresponding to a value. 請求項6ないし9のいずれか1つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記データ格納、およびその他の制御を行うためのマイクロプロセッサシステムを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。   10. The optical scanner driving device according to claim 6, further comprising a microprocessor system for performing the data storage and other control.
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