JP2009229517A - Actuator - Google Patents

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JP2009229517A JP2008071447A JP2008071447A JP2009229517A JP 2009229517 A JP2009229517 A JP 2009229517A JP 2008071447 A JP2008071447 A JP 2008071447A JP 2008071447 A JP2008071447 A JP 2008071447A JP 2009229517 A JP2009229517 A JP 2009229517A
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Yasushi Mizoguchi
安志 溝口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator in which the resonance frequency of oscillators is measured and adjusted with a simple circuit configuration. <P>SOLUTION: The actuator includes: a movable plate (13); a supporting part (11); a torsion bar (14) which oscillatably supports the movable plate on the supporting part; an angular degree detection sensor (20) which is formed on the torsion bar; a driving means (30) which oscillates the movable plate; and a resonance frequency adjustment means (30) which adjusts the resonance frequency of the oscillators (13 and 14) composed of the movable plate and the torsion bar, wherein the angular degree detection sensor (20) includes a piezo resistor (21) which receives the supply of a bias current (I<SB>B</SB>) and generates a voltage corresponding to the torsion of the torsion bar, and the resonance frequency adjustment means includes a variable current source (34) which adjusts the bias current level supplied to the piezo resistor corresponding to the resonance frequency to be set on the oscillator. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、光スキャナや画像形成装置などに使用される反射ミラーを駆動するアクチュエータの改良に関するものである。   The present invention relates to an improvement in an actuator that drives a reflection mirror used in, for example, an optical scanner or an image forming apparatus.

レーザ光を用いるディスプレイ、プリンタなどに応用される光偏向器は、現在画像を描画するうえで、高速なスキャン動作が要求されている。この高速なスキャン動作を実現するために、ポリゴンミラーやガルバノミラーが使用されているが、高速性の向上という点で限界がある。そこで、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術により、シリコン(Si)基板を微細加工して製作されるMEMSミラーを用いることが提案されている。このMEMSミラーは高い共振周波数で振動するため、より高い解像度の描画が可能になる利点がある。   Optical deflectors applied to displays, printers, and the like that use laser light are currently required to perform high-speed scanning operations when drawing images. In order to realize this high-speed scanning operation, a polygon mirror or a galvanometer mirror is used, but there is a limit in improving the high-speed performance. Therefore, it has been proposed to use a MEMS mirror manufactured by microfabricating a silicon (Si) substrate by MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology. Since the MEMS mirror vibrates at a high resonance frequency, there is an advantage that drawing with higher resolution is possible.

しかし、MEMSミラーの共振周波数は、製造時の振動子加工の誤差によってばらつきが生じたり、使用の際の振動子温度などにより所望の共振周波数が得られない場合があり得る。前者に対しては振動子のトリミングを行ったり、後者に対しては振動子部分を定温状態に保つことなどが考えれるが、いずれも手間がかかる。そこで、特許文献1に記載の発明は、振動子チップ上にヒータを設けて、振動子を構成する材料のヤング率を温度によって変えることで、振動子の共振周波数を制御することを提案している。また、特許文献2に記載の発明は振動子に角度センサを設けて振動子の振動周波数を検出するようにしている。
特開平9―197334号公報 特表平9−512904号公報
However, the resonance frequency of the MEMS mirror may vary due to an error in processing the vibrator during manufacturing, or a desired resonance frequency may not be obtained due to the temperature of the vibrator during use. For the former, it is conceivable to perform trimming of the vibrator, and for the latter, it is possible to keep the vibrator portion at a constant temperature. Therefore, the invention described in Patent Document 1 proposes to control the resonance frequency of the vibrator by providing a heater on the vibrator chip and changing the Young's modulus of the material constituting the vibrator depending on the temperature. Yes. In the invention described in Patent Document 2, an angle sensor is provided in the vibrator so as to detect the vibration frequency of the vibrator.
JP-A-9-197334 JP 9-512904 gazette

しかしながら、振動子のばね定数(ヤング率など)を変えるヒータは微細構造で実現された振動子のばね部分に設けられるため、ヒータ抵抗や配線を配置するスペース的な余裕が少ない。また、振動子にばね定数を変えるヒータと振動を検出する角度センサとを両方備えることができれば、振動子を含むアクチュータ側だけで共振周波数を調整することが可能となり、好都合であるが、振動子にヒータに加えて更に角度センサをも形成することは、スペース余裕の不足、機能部品・配線レイアウトの複雑化などという困難な課題がある。   However, since the heater that changes the spring constant (such as Young's modulus) of the vibrator is provided in the spring portion of the vibrator realized with a fine structure, there is little space in space for arranging the heater resistance and wiring. If the vibrator can be provided with both a heater that changes the spring constant and an angle sensor that detects vibration, it is possible to adjust the resonance frequency only on the actuator side including the vibrator. Forming an angle sensor in addition to the heater also has difficult problems such as insufficient space and complexity of functional parts and wiring layout.

そこで、本発明の目的は、製品ごとにばらつく傾向のある振動子の共振周波数を、簡易な回路構成により計測しかつその共振周波数を振動子側で調整することができるアクチュエータを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an actuator capable of measuring the resonance frequency of a vibrator that tends to vary from product to product with a simple circuit configuration and adjusting the resonance frequency on the vibrator side. .

上記目的を達成するため、本発明のアクチュータは、可動板と、支持部と、上記可動板を上記支持部に振動可能に支持するトーションバーと、上記トーションバーに形成される角度検出センサと、上記可動板を振動させる駆動手段と、上記可動板と上記トーションバーで構成される振動子の共振周波数を調整する共振周波数調整手段と、を備え、上記角度検出センサは、バイアス電流の供給を受けて上記トーションバーのねじれに応じた電圧を発生するピエゾ抵抗を含み、上記共振周波数調整手段は、上記振動子に設定すべき共振周波数に対応して上記ピエゾ抵抗に供給されるバイアス電流のレベルを調整する可変電流源を含む。   In order to achieve the above object, an actuator of the present invention includes a movable plate, a support portion, a torsion bar that supports the movable plate so as to vibrate on the support portion, an angle detection sensor formed on the torsion bar, A driving means for vibrating the movable plate; and a resonance frequency adjusting means for adjusting a resonance frequency of a vibrator composed of the movable plate and the torsion bar. The angle detection sensor is supplied with a bias current. The resonance frequency adjusting means adjusts the level of the bias current supplied to the piezoresistor corresponding to the resonance frequency to be set for the vibrator. Includes a variable current source to regulate.

かかる構成とすることによって、トーションバーに設けられた角度検出センサを振動子の共振周波数の調整に使用することができて具合がよい。これにより、アクチュータ作製時に生じる個々の振動子の共振周数のばらつきを、トリミングによって個別に修正する必要がなくなる。また、アクチュータに共振周波数調整用の調整用のヒータなどを別途に設ける必要もなく、生産性の点で都合がよい。また、微細な部分へのヒータなどの配線やレイアウアウトを回避でき、具合がよい。   By adopting such a configuration, the angle detection sensor provided on the torsion bar can be used for adjusting the resonance frequency of the vibrator. This eliminates the need to individually correct the variation in the resonance frequency of individual vibrators that occurs during actuator fabrication by trimming. Further, it is not necessary to separately provide an adjustment heater for adjusting the resonance frequency in the actuator, which is convenient in terms of productivity. Moreover, it is possible to avoid wiring such as a heater and layout out to a fine part, and the condition is good.

上記トーションバーは半導体基板によって構成され、上記ピエゾ抵抗は該半導体基板に形成された不純物ドープ領域によって形成され、上記バイアス電流は該不純物ドープ領域を流れ、該バイアス電流の電流方向と直交する方向において上記ねじれに応じた電圧を得る。それにより、ピエゾ抵抗は反動基板に一体的に形成され、トーションバーの捻りのみに感度の高いセンサを得ることができる。   The torsion bar is constituted by a semiconductor substrate, the piezoresistor is formed by an impurity doped region formed in the semiconductor substrate, and the bias current flows through the impurity doped region, and in a direction orthogonal to the current direction of the bias current. A voltage corresponding to the twist is obtained. Accordingly, the piezoresistor is formed integrally with the reaction substrate, and a sensor having high sensitivity only for torsion of the torsion bar can be obtained.

上記バイアス電流によって上記ピエゾ抵抗を発熱させ、上記トーションバーのばね特性を変化させて前記共振周波数を設定することが望ましい。熱によりばね特性(ヤング率、応力など)を変えることで共振周波数を設定することができる。   It is desirable to set the resonance frequency by causing the piezoresistor to generate heat by the bias current and changing the spring characteristics of the torsion bar. The resonance frequency can be set by changing the spring characteristics (such as Young's modulus and stress) by heat.

上記可動板に反射ミラーが形成されている。それにより、光アクチュータが構成される。   A reflection mirror is formed on the movable plate. Thereby, an optical actuator is configured.

上記角度検出センサは、例えば、4端子型ひずみゲージで構成することが望ましい。それにより、電流端子に供給するバイアス電流でピエゾ抵抗の発熱を調整し、電圧端子に捻り角度に対応した出力を得ることができる。   The angle detection sensor is preferably composed of, for example, a four-terminal strain gauge. Thereby, the heat generation of the piezoresistor is adjusted by the bias current supplied to the current terminal, and an output corresponding to the twist angle can be obtained at the voltage terminal.

また、本発明の画像形成装置は、上述した構成及び利点を備えるアクチュータを備える。   The image forming apparatus of the present invention includes an actuator having the above-described configuration and advantages.

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、本願のアクチュータを使用して走査光を形成する光スキャナを使用する画像形成装置の例について説明する。   First, an example of an image forming apparatus using an optical scanner that forms scanning light using the actuator of the present application will be described.

(画像形成装置)
図7は、画像形成装置の一例であるプロジェクタを示している。プロジェクタは、R、G、Bの画像信号で変調されたR、G、B光ビームを出力する光源装置911〜913と、光ビーム合成装置92と、光スキャナ93及び94と、固定ミラー95とを備えている。
(Image forming device)
FIG. 7 shows a projector which is an example of an image forming apparatus. The projector includes light source devices 911 to 913 that output R, G, and B light beams modulated by R, G, and B image signals, a light beam combining device 92, optical scanners 93 and 94, and a fixed mirror 95. It has.

光ビーム合成置92は、光源装置911〜913それぞれから出射された3色の光ビームを1つの光ビームに合成し、合成された光ビームを光スキャナ93に送り出す。合成光ビームは光スキャナ93によって左右方向に走査する(主走査)の光ビームとなり、更に、光スキャナ94によって垂直方向にも走査する(副走査)2次元走査の光ビームとなる。この走査光ビームはさらに固定ミラー95によって反射され、スクリーンS上にカラー画像を形成する。   The light beam combining unit 92 combines the three color light beams emitted from the light source devices 911 to 913 into one light beam, and sends the combined light beam to the optical scanner 93. The combined light beam becomes a light beam scanned in the left-right direction by the optical scanner 93 (main scanning), and further becomes a light beam of two-dimensional scanning scanned in the vertical direction by the optical scanner 94 (sub-scanning). This scanning light beam is further reflected by a fixed mirror 95 to form a color image on the screen S.

副走査を行う光スキャナ94の回動速度は、主走査を行う光スキャナ93の回動速度に対して低速である。例えば、副走査を行う光スキャナ94の揺動(振動)周波数が60Hz程度で、主走査を行う光スキャナ93の揺動(振動)周波数が10〜256kHz程度である。   The rotation speed of the optical scanner 94 that performs sub-scanning is lower than the rotation speed of the optical scanner 93 that performs main scanning. For example, the oscillation (vibration) frequency of the optical scanner 94 that performs sub-scanning is about 60 Hz, and the oscillation (vibration) frequency of the optical scanner 93 that performs main scanning is about 10 to 256 kHz.

なお、画像形成装置には、上述したレーザプロジェクタの他にレーザプリンタなど種々のものがある。また、光スキャナはバーコードリーダなどにも使用されている。   In addition to the laser projector described above, there are various types of image forming apparatuses such as a laser printer. Optical scanners are also used in bar code readers and the like.

(実施例)
次に、光スキャナなどに使用されるアクチュエータについて説明する。図1は本発明に用いられるアクチュエータの平面図であり、図2はこのアクチュータに使用される4端子歪ゲージを説明するための図である。
(Example)
Next, an actuator used for an optical scanner or the like will be described. FIG. 1 is a plan view of an actuator used in the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining a four-terminal strain gauge used in this actuator.

図1に示すように、アクチュエータ10は、枠体(フレーム)を構成する支持枠11、光を反射するミラー12を表面に形成した可動板13、可動板13を支持枠11に対して揺動(振動)可能に支持する一対のトーションバー14、14とを有する。アクチュエータ10、支持枠11、可動板13、トーションバー14は、例えば、シリコン基板(半導体基板)をパターニングして一体形成される。
シリコン基板は、P型基板であり、図示のように、横向の結晶方位が〈110〉、縦方向の結晶方位が〈110〉、紙面に垂直な方向の結晶方位が〈100〉となっている。
As shown in FIG. 1, the actuator 10 includes a support frame 11 constituting a frame body, a movable plate 13 having a mirror 12 that reflects light on the surface, and the movable plate 13 swinging with respect to the support frame 11. It has a pair of torsion bars 14 and 14 supported so as to be capable of (vibration). For example, the actuator 10, the support frame 11, the movable plate 13, and the torsion bar 14 are integrally formed by patterning a silicon substrate (semiconductor substrate).
The silicon substrate is a P-type substrate, and as shown in the drawing, the lateral crystal orientation is <110>, the vertical crystal orientation is <110>, and the crystal orientation in the direction perpendicular to the paper surface is <100>. .

支持枠11の凹部底部には可動板13に対向して駆動電極16が固定されている。外部回路から駆動電極16に駆動電圧が印加されると、静電力によって可動板13が駆動電極16側に引きつけられ、可動板13はトーションバー14を回転軸として回動する。駆動電圧の印加が解除されると、可動板13はトーションバー14の捻りばね力によって元に戻る。駆動電極16に駆動電圧を周期的に印加することによって可動板は揺動(振動)し、光ビームを走査させる振動ミラーが得られる。   A driving electrode 16 is fixed to the bottom of the concave portion of the support frame 11 so as to face the movable plate 13. When a drive voltage is applied to the drive electrode 16 from an external circuit, the movable plate 13 is attracted to the drive electrode 16 side by electrostatic force, and the movable plate 13 rotates about the torsion bar 14 as a rotation axis. When the application of the drive voltage is released, the movable plate 13 returns to the original state by the torsion spring force of the torsion bar 14. By applying a drive voltage to the drive electrode 16 periodically, the movable plate swings (vibrates), and a vibrating mirror that scans the light beam is obtained.

トーションバー14の一部には、角度検出センサ20が一体的に形成されている。図2に示すように、角度検出センサ20は、シリコン半導体基板に形成された縦長の長方形領域のピエゾ抵抗21と、ピエゾ抵抗21の長方形領域に左端から右端方向にバイアス電流IBを与えるバイアス電流パッド(端子)22及び24、ピエゾ抵抗21の長方形領域の上下両端部の電圧を外部に導出する電圧計測パッド(端子)23及び25、これ等を接続する電気配線などによって構成される。ピエゾ抵抗21の縦長の領域はトーションバー14の軸方向に延在し、軸方向に対して直角方向であるピエゾ抵抗21の長方形領域の左右両端、すなわち端子23及び25には、回動角(回動応力)に対応する出力電圧が得られる。このピエゾ抵抗21は4端子型歪みゲージとして機能する。ピエゾ抵抗21は、P型〈100〉のシリコン基板の結晶方位を考慮して配置され、シリコン基板の、例えば、縦200μm×横40μmの領域にリン(P)を適量ドープすることによりn型ドープ領域として形成される。 An angle detection sensor 20 is integrally formed on a part of the torsion bar 14. As shown in FIG. 2, the angle detection sensor 20 includes a piezoresistor 21 in a vertically long rectangular region formed on a silicon semiconductor substrate, and a bias current that applies a bias current I B to the rectangular region of the piezoresistor 21 from the left end toward the right end. Pads (terminals) 22 and 24, voltage measuring pads (terminals) 23 and 25 for deriving the voltages at the upper and lower ends of the rectangular region of the piezoresistor 21 to the outside, and electric wiring for connecting them are configured. The vertically long region of the piezoresistor 21 extends in the axial direction of the torsion bar 14, and the rotation angle (the terminals 23 and 25) are at the left and right ends of the rectangular region of the piezoresistor 21 that is perpendicular to the axial direction. An output voltage corresponding to the rotational stress is obtained. This piezoresistor 21 functions as a four-terminal strain gauge. The piezoresistor 21 is arranged in consideration of the crystal orientation of a P-type <100> silicon substrate. For example, an appropriate amount of phosphorus (P) is doped into a region of 200 μm length × 40 μm width of the silicon substrate. It is formed as a region.

上述したように、ピエゾ抵抗21は、ねじれ応力に応じた抵抗値を示し、該抵抗に流れるバイアス電流によって応力に応じた電圧がピエゾ抵抗の両端部に発生するが、更に本実施例においては、ピエゾ抵抗21をトーションバー(ばね)14のばね定数を変えるヒータとして利用する。ピエゾ抵抗21に熱が発生すると、このピエゾ抵抗21と一体的に形成されている一対のトーションバー14、14に熱が伝わり、トーションバー14のばね定数(ヤング率や応力など)が変化する。可動板13とシーションバー14からなる振動子の共振周波数はばね定数に依存しているため、ピエゾ抵抗21に供給するバイアス電流IBを変えて適宜な値に設定することにより現在の振動子の共振周波数を所望の共振周波数に設定することが可能となる。 As described above, the piezoresistor 21 has a resistance value corresponding to the torsional stress, and a voltage corresponding to the stress is generated at both ends of the piezoresistor due to the bias current flowing through the resistor. The piezoresistor 21 is used as a heater for changing the spring constant of the torsion bar (spring) 14. When heat is generated in the piezoresistor 21, heat is transmitted to the pair of torsion bars 14, 14 formed integrally with the piezoresistor 21, and the spring constant (Young's modulus, stress, etc.) of the torsion bar 14 changes. Since the resonance frequency of the vibrator made of movable plate 13 and the sea Deployment bar 14 is dependent on the spring constant, the current transducer by setting the appropriate value by changing the bias current I B supplied to the piezo resistor 21 Can be set to a desired resonance frequency.

図3は、共振周波数を調整する共振周波数調整部を説明する説明図である。同図に示すように、共振周波数調整部はマイクロコンピュータシステムによって構成される画像形成装置の制御部30内の複数の構成要素によって実現されている。制御部30は、CPU31、メモリ部32、温度検出部33、バイアス電流供給部34、周波数検出部35、駆動回路部36,データベース部37などによって構成されている。なお、制御部30は、アクチュータの制御に関係する部分のみを示している。   FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a resonance frequency adjustment unit that adjusts the resonance frequency. As shown in the figure, the resonance frequency adjusting unit is realized by a plurality of components in the control unit 30 of the image forming apparatus configured by a microcomputer system. The control unit 30 includes a CPU 31, a memory unit 32, a temperature detection unit 33, a bias current supply unit 34, a frequency detection unit 35, a drive circuit unit 36, a database unit 37, and the like. In addition, the control part 30 has shown only the part relevant to control of an actuator.

CPU31は、メモリ部32に記憶された制御プログラムを実行して各部の制御やデータ処理などを行う。メモリ部32は、制御プログラムやデータを記憶する。温度検出部33は、アクチュータ(振動子)の温度を検出する。例えば、予めピエゾ抵抗21の温度対抵抗値特性のテーブル(グラフ)をメモリに記憶しており、検出されたピエゾ抵抗21の抵抗値から振動子の温度を推定する。   The CPU 31 executes a control program stored in the memory unit 32 to control each unit and perform data processing. The memory unit 32 stores control programs and data. The temperature detector 33 detects the temperature of the actuator (vibrator). For example, a table (graph) of temperature vs. resistance value characteristics of the piezoresistor 21 is stored in the memory in advance, and the temperature of the vibrator is estimated from the detected resistance value of the piezoresistor 21.

バイアス電流供給部34はCPU31からの指示に応じたレベルの電流を出力する可変電流供給源であり、角度検出センサ20の端子22及び24を介してピエゾ抵抗21にバイアス電流を供給する。また、バイアス電流供給部34は両端子への印加電圧値と電流値をCPU31に伝えてピエゾ抵抗21の抵抗値を算出可能とする。周波数検出部35は、角度検出センサ20の電圧計測端子23及び25に接続されており、振動子の揺動(振動)によってピエゾ抵抗21に発生する正弦波状の電圧信号にフィルタ処理、波形処理、計数処理などを行って振動周波数を検出する。   The bias current supply unit 34 is a variable current supply source that outputs a current of a level according to an instruction from the CPU 31, and supplies a bias current to the piezoresistor 21 via the terminals 22 and 24 of the angle detection sensor 20. Further, the bias current supply unit 34 can transmit the voltage value and the current value applied to both terminals to the CPU 31 so that the resistance value of the piezoresistor 21 can be calculated. The frequency detection unit 35 is connected to the voltage measurement terminals 23 and 25 of the angle detection sensor 20, and performs filtering processing, waveform processing, and the like on a sinusoidal voltage signal generated in the piezoresistor 21 due to oscillation (vibration) of the transducer. The vibration frequency is detected by performing a counting process or the like.

駆動回路36は、CPU32の指令に応じてアクチュータの駆動電極16に駆動電圧信号を供給する。なお、本実施例では、可動板13を静電力によって駆動しているが、電磁力によって駆動する場合には、可動コイル(図示せず)に駆動電流を供給する。   The drive circuit 36 supplies a drive voltage signal to the drive electrode 16 of the actuator in accordance with a command from the CPU 32. In this embodiment, the movable plate 13 is driven by an electrostatic force. However, when driven by electromagnetic force, a drive current is supplied to a movable coil (not shown).

データベース部37は、制御に使用する各種データを保持している。例えば、後述の図5及び図6に示すような、振動子のバイアス電流対共振周波数特性のテーブル(グラフ)や可動板(あるいはトーションバー)の回動角度対ピエゾ抵抗(角度検出センサ)の出力電圧特性のテーブル(グラフ)などの各種のデータを予め保持している。   The database unit 37 holds various data used for control. For example, as shown in FIGS. 5 and 6 to be described later, a table (graph) of the bias current versus resonance frequency characteristic of the vibrator, the rotation angle of the movable plate (or torsion bar) versus the output of the piezoresistor (angle detection sensor). Various data such as a voltage characteristic table (graph) are stored in advance.

次に、共振周波数の調整例について図4に示すフローチャートを参照して説明する。制御部30のCPU31は、予め定められた所定の条件、例えば、画像形成装置のその日の最初の起動の際や、室温(あるいは振動子温度)が所定温度よりも低い場合などに周波数調整の制御ルーチンを実行する。前述したように、CPU31はピエゾ抵抗21の抵抗値から温度を推定することができる(ステップS12)。   Next, an example of adjusting the resonance frequency will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The CPU 31 of the control unit 30 controls the frequency adjustment when the image forming apparatus is started for the first time of the day or when the room temperature (or vibrator temperature) is lower than the predetermined temperature. Run the routine. As described above, the CPU 31 can estimate the temperature from the resistance value of the piezoresistor 21 (step S12).

まず、CPU31は、角度検出センサ20に検出用に予め定められたレベルのバイアス電流をバイアス電流供給部34に出力させる。それにより、ピエゾ抵抗21に初期(基準)バイアス電流が流れる。また、CPU31は周波数検出部35を動作させて電圧出力端23及び25の出力電圧を観察させるステップS14)。   First, the CPU 31 causes the angle detection sensor 20 to output a bias current of a predetermined level for detection to the bias current supply unit 34. As a result, an initial (reference) bias current flows through the piezoresistor 21. Further, the CPU 31 operates the frequency detection unit 35 to observe the output voltages of the voltage output terminals 23 and 25 (step S14).

次に、CPU31は駆動回路36に所定周期(1/f0)の駆動信号を出力させる(ステップS16)。振動子が起動し振動が安定する一定時間を経過した後、CPU31は周波数検出部35で検出された測定周波数fSを読み取る(ステップS18)。 Next, the CPU 31 causes the drive circuit 36 to output a drive signal having a predetermined period (1 / f 0 ) (step S16). After a certain period of time during which the vibrator is activated and the vibration is stabilized, the CPU 31 reads the measurement frequency f S detected by the frequency detector 35 (step S18).

CPU31は、振動子に設定すべき目標周波数f0と測定周波数fSとの周波数差Δfを求める(ステップS20)。CPU31は、周波数検出部35で検出した周波数fSが目標周波数foと等しい場合には(ステップS22、Yes)、バイアス電流を固定して終了する(ステップS28)。 The CPU 31 obtains a frequency difference Δf between the target frequency f 0 to be set for the vibrator and the measurement frequency f S (step S20). When the frequency f S detected by the frequency detector 35 is equal to the target frequency fo (Yes at Step S22), the CPU 31 ends the process with the bias current fixed (Step S28).

検出周波数fSが目標周波数foからずれている場合には(ステップS22、No)、CPU31は、Δfに対応するバイアス電流ΔIを計算し、バイアス電流IBから電流ΔIを増加させる指令(周波数を減少する場合)又は減少させる指令を(周波数を増加する場合)をバイアス電流供給部34に指令する。それにより、バイアス電流供給部34の供給電流が変化し、ピエゾ抵抗21の発熱量が調整され、振動子のばね定数が変化する(ステップS24)。 If the detected frequency f S is deviated from the target frequency fo (Step S22, No), CPU 31 calculates the bias current ΔI corresponding to Delta] f, the command to increase the current ΔI from the bias current I B (frequency A command to decrease (when increasing) or a command to decrease (when increasing frequency) is commanded to the bias current supply unit 34. As a result, the supply current of the bias current supply unit 34 changes, the amount of heat generated by the piezoresistor 21 is adjusted, and the spring constant of the vibrator changes (step S24).

図5は、振動子の揺動(振動)角度を13.54度とした場合の、バイアス電流対共振周波数の特性変化例を示している。同図より、バイアス電流を増加すると振動子の共振周波数が略直線的に減少することが判る。   FIG. 5 shows an example of a change in characteristics of bias current versus resonance frequency when the oscillation (vibration) angle of the vibrator is 13.54 degrees. From the figure, it can be seen that when the bias current is increased, the resonance frequency of the vibrator decreases substantially linearly.

振動子における温度が安定する所定時間を経過した後、CPU31は振動子の共振周波数の測定を行い(ステップS26)、検出周波数fSが目標周波数foからずれているかどうか再度判断する(ステップS20)。検出周波数fSが目標周波数foからずれている場合には(ステップS22、No)、ステップS24、S26、S20を繰り返してバイアス電流を調整して振動子の共振周波数を目標共振周波数foに調整する。周波数fSが目標周波数foと等しい場合には(ステップS22、Yes)、バイアス電流を固定して終了する(ステップS28)。 After a predetermined time during which the temperature of the vibrator stabilizes, the CPU 31 measures the resonance frequency of the vibrator (step S26), and again determines whether the detected frequency f S deviates from the target frequency fo (step S20). . When the detected frequency f S deviates from the target frequency fo (No at Step S22), Steps S24, S26, and S20 are repeated to adjust the bias current to adjust the resonance frequency of the vibrator to the target resonance frequency fo. . If the frequency f S is equal to the target frequency fo (step S22, Yes), the bias current is fixed and the process is ended (step S28).

図6は、角度検出センサ20の回動角対出力電圧特性を示している。図中に四角点、三角点、丸点で示される各特性曲線は、それぞれバイアス電流が3mA、5mA、7mAの例を示している。ピエゾ抵抗21をヒータとして使用するために、バイアス電流を変えることによって角度検出センサ20の出力電圧レベルが変化する。しかし、予めデータベース37に各バイアス電流における回動角対出力電圧特性を保持し、設定したバイアス電流に対応する特性を選択することによってピエゾ抵抗21をヒータと角度検出センサとして両立させることができる。また、図6に示されるように、角度検出センサの出力電圧(VPZR)は回動角度(A)に対して直線的な特性であるので近似式、A=F(VPZR,IB)で回動の角度を計算して求めるようにしても良い。 FIG. 6 shows the rotation angle versus output voltage characteristics of the angle detection sensor 20. Each characteristic curve indicated by a square point, a triangular point, and a round point in the figure shows an example in which the bias current is 3 mA, 5 mA, and 7 mA, respectively. In order to use the piezoresistor 21 as a heater, the output voltage level of the angle detection sensor 20 changes by changing the bias current. However, it is possible to make the piezoresistor 21 compatible as a heater and an angle detection sensor by previously holding the rotation angle versus output voltage characteristics at each bias current in the database 37 and selecting the characteristics corresponding to the set bias current. Also, as shown in FIG. 6, the output voltage (V PZR ) of the angle detection sensor is a linear characteristic with respect to the rotation angle (A), so an approximate expression, A = F (V PZR , I B ) Alternatively, the rotation angle may be calculated and obtained.

なお、角度検出センサ20の出力電圧中の共振周波数成分は当該出力電圧の時間軸方向において情報を持つのでバイアス電流のレベル変化による影響を受けない。   The resonance frequency component in the output voltage of the angle detection sensor 20 has information in the time axis direction of the output voltage, so that it is not affected by the level change of the bias current.

以上説明したように、本実施例の振動子の共振周波数をシフトする方法は、角度検出センサのピエゾ抵抗領域をヒータとして使用する。ピエゾ抵抗領域にかけるバイアス電流を与えることで、ピエゾ抵抗領域に熱が発生するため、この領域と一体形成されているトーションバーに熱が伝わり、トーションバーのヤング率やねじれ応力も変化する。共振周波数はこの温度に依存性があるため、供給するバイアス電流を変えることにより現在の共振周波数を所望の共振周波数にシフトすることができる。   As described above, the method of shifting the resonance frequency of the vibrator according to the present embodiment uses the piezoresistive region of the angle detection sensor as a heater. By applying a bias current applied to the piezoresistive region, heat is generated in the piezoresistive region, so that heat is transmitted to the torsion bar formed integrally with this region, and the Young's modulus and torsional stress of the torsion bar also change. Since the resonance frequency depends on this temperature, the current resonance frequency can be shifted to a desired resonance frequency by changing the supplied bias current.

なお、実施例では、振動子の共振周波数を調整するために、バイアス電流をピエゾ抵抗に供給するとピエゾ抵抗がヒータとなってトーションバーの温度を変化させる。その結果、歪ゲージのゲージ率も変化するが、予めその温度とゲージ率の変化量との関係はデータとして蓄積されデータベース化されているため、適宜に補正することができる。   In this embodiment, in order to adjust the resonance frequency of the vibrator, when a bias current is supplied to the piezoresistor, the piezoresistor serves as a heater to change the temperature of the torsion bar. As a result, the gauge rate of the strain gauge also changes. However, since the relationship between the temperature and the change rate of the gauge rate is stored as data in advance and stored in a database, it can be corrected appropriately.

また、振動子が置かれる環境温度に対してもゲージ率は変化するが、上述したように、バイアス電流端子間の抵抗値を測定することにより容易に補償することができる。   Further, although the gauge factor changes with respect to the environmental temperature where the vibrator is placed, as described above, it can be easily compensated by measuring the resistance value between the bias current terminals.

本願のアクチュータは、プロジェクタやプリンタなどの画像形成装置、光スキャナなど種々のものに使用することができ、実施例に限定されるものではない。   The actuator of the present application can be used for various types of image forming apparatuses such as projectors and printers, optical scanners, and the like, and is not limited to the embodiments.

このように、本願発明では、トーションバー上に形成された4端子型歪みゲージを用いて可動板の回動角度の検出のみならず、振動子の共振周波数の調整も行うようにしたので、振動子作製時の周波数のバラツキをトリミング装置による修正や、ヒータの追加取り付けを行わずともよく、振動子(アクチュータ)の生産性が向上して具合がよい。   As described above, in the present invention, the four-terminal strain gauge formed on the torsion bar is used not only to detect the rotation angle of the movable plate but also to adjust the resonance frequency of the vibrator. It is not necessary to correct the frequency variation at the time of manufacturing the child by a trimming device or to add a heater, so that the productivity of the vibrator (actuator) is improved.

図1は、アクチュータの構成を説明する説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the actuator. トーションバーに設けられた角度検出センサ(歪みセンサ)の拡大図である。It is an enlarged view of the angle detection sensor (distortion sensor) provided in the torsion bar. アクチュータの共振周波数の制御系を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the control system of the resonance frequency of an actuator. 共振周波数の調整を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining adjustment of a resonant frequency. 角度検出センサのバイアス電流対共振周波数特性を説明するグラフである。It is a graph explaining the bias current versus resonance frequency characteristic of an angle detection sensor. 角度検出センサの回動角対出力電圧特性を説明するグラフである。It is a graph explaining the rotation angle versus output voltage characteristic of an angle detection sensor. 画像形成装置の例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the example of an image forming apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 アクチュータ、11 支持部、12 ミラー、13 可動板、14 トーションバー(捻りバネ)、16 駆動電極、20 角度検出センサ、21 ピエゾ抵抗、22〜25 電極パッド(端子)、30 制御部、31 CPU、32 メモリ、33 温度検出部、34 バイアス電流給部(可変電流源)、35 周波数検出部、36 駆動回路、37 データベース部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Actuator, 11 Support part, 12 Mirror, 13 Movable plate, 14 Torsion bar (torsion spring), 16 Drive electrode, 20 Angle detection sensor, 21 Piezoresistor, 22-25 Electrode pad (terminal), 30 Control part, 31 CPU 32 memory, 33 temperature detection unit, 34 bias current supply unit (variable current source), 35 frequency detection unit, 36 drive circuit, 37 database unit

Claims (6)

可動板と、
支持部と、
前記可動板を前記支持部に振動可能に支持するトーションバーと、
前記トーションバーに形成される角度検出センサと、
前記可動板を振動させる駆動手段と、
前記可動板と前記トーションバーで構成される振動子の共振周波数を調整する共振周波数調整手段と、を備え、
前記角度検出センサは、バイアス電流の供給を受けて前記トーションバーのねじれに応じた電圧を発生するピエゾ抵抗を含み、
前記共振周波数調整手段は、前記振動子に設定すべき共振周波数に対応して前記ピエゾ抵抗に供給されるバイアス電流のレベルを調整する可変電流源を含む、アクチュータ。
A movable plate,
A support part;
A torsion bar that supports the movable plate on the support portion so as to vibrate;
An angle detection sensor formed on the torsion bar;
Driving means for vibrating the movable plate;
Resonance frequency adjusting means for adjusting the resonance frequency of the vibrator composed of the movable plate and the torsion bar,
The angle detection sensor includes a piezoresistor that receives a bias current and generates a voltage corresponding to the twist of the torsion bar.
The resonance frequency adjusting means includes an adjustable current source that adjusts a level of a bias current supplied to the piezoresistor corresponding to a resonance frequency to be set for the vibrator.
前記トーションバーは半導体基板によって構成され、前記ピエゾ抵抗は該半導体基板に形成された不純物ドープ領域によって形成され、前記バイアス電流は該不純物ドープ領域を流れ、該バイアス電流の電流方向と直交する方向において前記ねじれに応じた電圧を得る、請求項1に記載のアクチュータ。   The torsion bar is constituted by a semiconductor substrate, the piezoresistor is formed by an impurity doped region formed in the semiconductor substrate, and the bias current flows through the impurity doped region in a direction orthogonal to the current direction of the bias current. The actuator according to claim 1, wherein a voltage corresponding to the twist is obtained. 前記バイアス電流によって前記ピエゾ抵抗を発熱させ、前記トーションバーのばね特性を変化させて前記共振周波数を設定する、請求項1又は2に記載のアクチュータ。   3. The actuator according to claim 1, wherein the resonance frequency is set by causing the piezoresistor to generate heat by the bias current and changing a spring characteristic of the torsion bar. 前記可動板に反射ミラーが形成されている、請求項1乃至3のいずれかに記載のアクチュータ。   The actuator according to claim 1, wherein a reflection mirror is formed on the movable plate. 前記角度検出センサは、4端子型ひずみゲージである、請求項1乃至4のいずれかに記載のアクチュータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the angle detection sensor is a four-terminal strain gauge. 請求項1乃至5のいずれかに記載のアクチュータを使用した画像形成装置。   An image forming apparatus using the actuator according to claim 1.
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