JP2011242703A - Mirror amplitude controller for optical scanner - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mirror amplitude controller for an optical scanner capable of keeping cost balance of a system and accurately controlling mirror amplitude.SOLUTION: A signal measurement section 14 includes: a timer counter 17 for measuring detection signal intervals in a measurement object period; a first time constant circuit 18 for varying a voltage value from a reference voltage by charging and discharging according to the input of a detection signal for the start of the measurement object period; a voltage measurement section 20 for measuring the voltage variation of the first time constant circuit 18; and a second time constant circuit 19 whose time constant differs from the first time constant circuit 18 and which varies a voltage value by charging and discharging when the voltage of the voltage measurement section 20 reaches a predetermined voltage. A comparison section 15 outputs the difference between the voltage value of the second time constant circuit 19 held by a detection signal for the end of the measurement object period and the reference voltage value as an error signal to an amplitude level adjustment section 12, thereby performing feed back control of the amplitude level.

Description

本発明は、光源より照射された光ビームを揺動するミラー部で反射して走査を行う光走査装置用ミラー振幅制御装置に関する。   The present invention relates to a mirror amplitude control device for an optical scanning device that performs scanning by reflecting a light beam emitted from a light source by a oscillating mirror.

光源より照射されたレーザー光等の光ビームを走査する光走査装置は、バーコードリーダ、レーザープリンタ、ヘッドマウントディスプレー等の光学機器、あるいは赤外線カメラ等撮像装置の光取り入れ装置として用いられている。   An optical scanning device that scans a light beam such as a laser beam emitted from a light source is used as an optical device such as a barcode reader, a laser printer, or a head-mounted display, or a light intake device of an imaging device such as an infrared camera.

例えば、光走査装置の一例として矩形基板(例えばステンレス基板やシリコン基板など)に形成された開口部内に梁部により両側が連結されたミラー部が設けられている。ミラー部は鏡面仕上げされているか、反射膜が形成されているか、或いは基板にミラーが貼付けられている。   For example, as an example of an optical scanning device, a mirror unit in which both sides are connected by a beam unit is provided in an opening formed in a rectangular substrate (for example, a stainless steel substrate or a silicon substrate). The mirror part is mirror-finished, a reflective film is formed, or a mirror is attached to the substrate.

また、基板には圧電体、磁歪体、または永久磁石のいずれかによる薄膜よりなる振動源が設けられ、例えば圧電体の場合、図示しない駆動源より正電圧を印加すると延びが発生し、負電圧を印加すると縮みが発生するため、基板に撓みが発生する。この基板の上下方向の撓みに対して梁部にねじれ振動が発生してミラー部が揺動する。このミラー部と梁部との共振周波数付近で駆動周波数を維持して、振動するミラー部によりレーザー光を反射することで光走査する。   In addition, the substrate is provided with a vibration source made of a thin film of any one of a piezoelectric body, a magnetostrictive body, and a permanent magnet. For example, in the case of a piezoelectric body, when a positive voltage is applied from a driving source (not shown), an extension occurs and a negative voltage Since the shrinkage occurs when the voltage is applied, the substrate is bent. Torsional vibration is generated in the beam portion with respect to the vertical deflection of the substrate, and the mirror portion swings. The optical scanning is performed by maintaining the driving frequency in the vicinity of the resonance frequency between the mirror part and the beam part and reflecting the laser beam by the vibrating mirror part.

これによって、MEMS(Micro Electro Mechanical System)を用いて製造された微小ミラーを揺動させる光走査装置より製造コストがかからず、小型の振動源でミラー部に大きな振動を発生させるようになっている(特許文献1参照)。   As a result, the manufacturing cost is lower than that of an optical scanning device that swings a micro mirror manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical System), and a large vibration is generated in the mirror portion by a small vibration source. (See Patent Document 1).

光走査装置の駆動制御は、ミラー部とその振動方向にそって2箇所に設けられたセンサによって2つのセンサ信号が生成される。ミラーの振動を安定化させるためには、2つのセンサ信号の発生間隔を計測し、基準値と比較してフィードバック制御をかける。フィードバック制御によってミラー部を振動させるための電圧信号を補正し、振幅レベルを変化させる。   In the drive control of the optical scanning device, two sensor signals are generated by sensors provided at two locations along the mirror portion and its vibration direction. In order to stabilize the vibration of the mirror, the generation interval of two sensor signals is measured, and compared with a reference value, feedback control is applied. The voltage signal for vibrating the mirror unit is corrected by feedback control, and the amplitude level is changed.

特開2006−293116号公報JP 2006-293116 A

ミラー部の走査振幅を検出するセンサ出力信号の間隔をタイマーカウンタなどで計測して監視する場合、例えば走査周波数が2kHzで目標ジッター値が0.01%の場合、タイマーカウンタの分解能はおよそ0.01μsとなる。検出誤差を考慮するとカウントは200MHz〜300MHzで行なう必要があり、高速でタイマーが必要になる。また、数百MHzで動作できるタイマーカウンタを用いる場合、高速動作によるタイマーカウンタ自体の発熱やコストが嵩むという課題がある。タイマーカウンタの発熱量が多い場合には、制御回路を光学ユニットの近傍に配置できなくなる。   When the interval of the sensor output signal for detecting the scanning amplitude of the mirror unit is measured and monitored by a timer counter or the like, for example, when the scanning frequency is 2 kHz and the target jitter value is 0.01%, the resolution of the timer counter is about 0. 01 μs. Considering the detection error, it is necessary to count at 200 MHz to 300 MHz, and a timer is required at high speed. Further, when a timer counter that can operate at several hundred MHz is used, there is a problem that the timer counter itself generates heat and costs due to high-speed operation. When the timer counter generates a large amount of heat, the control circuit cannot be arranged near the optical unit.

フィードバック制御では抑制すべきジッターの周波数成分が数百Hzであり、サンプリング周波数は数kHzで十分であるため、フィードバック制御を安価なシステムで実現可能であるが、間隔計測部には高価なシステムが必要になるというシステムのコストバランスが悪いという課題がある。   In feedback control, the frequency component of jitter to be suppressed is several hundred Hz, and a sampling frequency of several kHz is sufficient. Therefore, feedback control can be realized with an inexpensive system, but an expensive system is used for the interval measurement unit. There is a problem that the cost balance of the system that is required is poor.

本発明は、システムのコストバランスを保ちながらミラー振幅制御が精度よく行なえる光走査装置用ミラー振幅制御装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a mirror amplitude control device for an optical scanning device that can perform mirror amplitude control with high accuracy while maintaining the cost balance of the system.

上記課題を解決するための手段は以下の構成を含むことを特徴とする。
即ち、駆動回路から駆動電圧を供給して基板上に設けられた振動源を作動させて当該基板を撓ませることにより梁部を揺動軸とするミラー部を揺動させながら照射光を反射することで走査する光走査装置用ミラー振幅制御装置であって、前記振動源を作動させて揺動するミラー部の振幅を検出する振幅検出部と、前記振幅検出部で検出された検出信号の信号間隔を計測する信号計測部と、前記信号計測部で計測された計測値と基準値生成部から出力された基準値とを比較する比較部と、前記比較部においてエラー信号が発生すると、当該エラー信号の増減値を打ち消すように前記駆動回路へ所定時間出力するフィードバック制御を行なう前記振幅レベル調整部と、を具備し、前記信号計測部は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタと、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第1時定数回路と、第1時定数回路の電圧変化を計測する電圧計測部と、第1時定数回路と時定数が異なり電圧計測部の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第2時定数回路とを備え、前記比較部は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第2時定数回路の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として前記振幅レベル調整部へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われることを特徴とする。
Means for solving the above-described problems includes the following configuration.
That is, the driving voltage is supplied from the driving circuit to operate the vibration source provided on the substrate to bend the substrate, thereby reflecting the irradiation light while swinging the mirror portion having the beam portion as the swing axis. A mirror amplitude control device for an optical scanning device that scans in this manner, an amplitude detection unit that detects an amplitude of a mirror unit that is oscillated by operating the vibration source, and a signal of a detection signal that is detected by the amplitude detection unit If an error signal is generated in the comparison unit, a signal measurement unit that measures the interval, a comparison unit that compares the measurement value measured by the signal measurement unit and the reference value output from the reference value generation unit, the error occurs. An amplitude level adjusting unit that performs feedback control to output to the drive circuit for a predetermined time so as to cancel the increase / decrease value of the signal, and the signal measuring unit measures the signal interval of the detection signal within the measurement target section The first time constant circuit that changes the voltage value from the reference voltage by charging and discharging according to the input of the start detection signal of the measurement target section, and the voltage measurement that measures the voltage change of the first time constant circuit And a second time constant circuit that is different in time constant from the first time constant circuit and changes the voltage value by charging and discharging when the voltage of the voltage measuring unit reaches a predetermined voltage, and the comparing unit is a section to be measured The amplitude level feedback control is performed by outputting the difference between the voltage value of the second time constant circuit held by the end detection signal and the reference voltage value to the amplitude level adjustment unit as an error signal. .

前記第1時定数回路は、タイマーカウンタの動作ずれを補正するのに必要な第1時定数が設けられ、第2時定数回路は振幅エラーのレンジ幅を補正するために必要な第2時定数が設けられ、前記第1時定数より第2時定数が大きな値に設定されていることを特徴とする。   The first time constant circuit is provided with a first time constant required to correct the operation deviation of the timer counter, and the second time constant circuit is provided with a second time constant required to correct the range width of the amplitude error. And the second time constant is set to be larger than the first time constant.

信号計測部は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタと、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第1時定数回路と、第1時定数回路の電圧変化を計測する電圧計測部と、第1時定数回路と時定数が異なり電圧計測部の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第2時定数回路と、を具備し、比較部は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第2時定数回路の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として振幅レベル調整部へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われる。
よって、比較的安価で低速なタイマーカウンタを用いても計測対象区間と計測タイミングのずれを時定数の異なる第1,第2時定数回路の基準電圧値からの電圧値の変化により監視しながら振幅レベルのフィードバック制御を行なうことができる。よって、ミラー部の振幅レベルのフィードバック制御の精度を維持しつつシステムのコストバランスを低廉にすることが可能となる。また、低速のタイマーカウンタを用いることで発熱量を抑えて制御装置を光学系の近傍に設置することも可能になる。
The signal measuring unit performs a charge and discharge according to the input of the start detection signal in the measurement target section and changes the voltage value from the reference voltage by measuring the signal interval of the detection signal within the measurement target section. Constant circuit, voltage measurement unit that measures the voltage change of the first time constant circuit, and the time constant is different from the first time constant circuit, and when the voltage of the voltage measurement unit reaches a predetermined voltage, charge and discharge are performed to change the voltage value A second time constant circuit for causing the comparator to output the difference between the voltage value of the second time constant circuit held by the end detection signal of the measurement target section and the reference voltage value as an error signal to the amplitude level adjustment unit. By outputting, feedback control of the amplitude level is performed.
Therefore, even if a relatively inexpensive and low-speed timer counter is used, the amplitude is monitored while monitoring the difference between the measurement target section and the measurement timing by changing the voltage value from the reference voltage value of the first and second time constant circuits having different time constants. Level feedback control can be performed. Therefore, it is possible to reduce the cost balance of the system while maintaining the accuracy of feedback control of the amplitude level of the mirror unit. Further, it is possible to install the control device in the vicinity of the optical system while suppressing the heat generation amount by using a low-speed timer counter.

また、第1時定数回路は、タイマーカウンタの動作ずれを補正するために第1時定数が設定され、第2時定数回路は振幅エラーのレンジ幅を補正するために第2時定数が設定されているので、タイマーカウンタによりカウントされない計測対象区間に応じた時定数回路を選択することで、安価にコストバランスの良い制御装置を提供することができる。   The first time constant circuit is set with a first time constant to correct a timer counter operation deviation, and the second time constant circuit is set with a second time constant to correct an amplitude error range width. Therefore, by selecting a time constant circuit corresponding to the measurement target section that is not counted by the timer counter, it is possible to provide a control device with a good cost balance at low cost.

光走査装置の平面図及び矢印A−A断面図である。It is the top view and arrow AA sectional drawing of an optical scanning device. ミラー部の振幅を検出するセンサ配置及びセンサ信号についての説明図である。It is explanatory drawing about the sensor arrangement | positioning and sensor signal which detect the amplitude of a mirror part. 光走査装置の駆動制御装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the drive control apparatus of an optical scanning device. ミラー振幅変化と補正電圧との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between a mirror amplitude change and a correction voltage. 信号計測部の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of a signal measurement part. 図5の各部の動作波形を示すグラフ図である。It is a graph which shows the operation | movement waveform of each part of FIG.

以下、本発明に係る光学走査装置のミラー駆動方法の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施例では、レーザービームプリンタ用に用いられる光走査装置(スキャナー)を例示して説明するものとする。   Hereinafter, an embodiment of a mirror driving method of an optical scanning device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an optical scanning device (scanner) used for a laser beam printer will be described as an example.

図1(a)(b)を参照して光走査装置の概略構成について説明する。
基板1は金属板(ステンレススチール;SUS304)若しくはシリコン基板(Si)などの矩形基板が好適に用いられる。基板1は長手方向の一方側を支持部材7とクランプ部材6に挟み込まれて片持ち状に支持されている。
A schematic configuration of the optical scanning device will be described with reference to FIGS.
The substrate 1 is preferably a rectangular substrate such as a metal plate (stainless steel; SUS304) or a silicon substrate (Si). The substrate 1 is sandwiched between a support member 7 and a clamp member 6 on one side in the longitudinal direction and is supported in a cantilever manner.

基板1の他端側(自由端側)には一対の基板舌部8が形成されている。この基板舌部8間に形成された開口部2内に両側を梁部3により支持されたミラー部4(光MEMSミラー)が設けられている。   A pair of substrate tongues 8 are formed on the other end side (free end side) of the substrate 1. In the opening 2 formed between the substrate tongues 8, a mirror part 4 (optical MEMS mirror) supported on both sides by the beam part 3 is provided.

また、基板1の一端側中央部には振動源5として圧電素子(PZT;チタン酸ジルコン酸鉛)が接着等により設けられている。この振動源5を作動させて当該基板1を振動させることにより、梁部3を揺動軸としてミラー部4を揺動させながら照射光を反射することで走査するようになっている。   Further, a piezoelectric element (PZT; lead zirconate titanate) is provided as an oscillation source 5 at the center of one end side of the substrate 1 by adhesion or the like. By operating the vibration source 5 to vibrate the substrate 1, scanning is performed by reflecting the irradiation light while swinging the mirror portion 4 with the beam portion 3 as the swing axis.

尚、振動源5としては、圧電素子のほかに、圧電体、磁歪体又は永久磁石体のいずれかが基板上に膜状に直接形成されていてもよい。成膜法としては、例えばエアロゾルデポジション法(AD法)、真空蒸着法、スパッタリング法や化学的気相成長法(CVD: Chemical Vapor Deposition)、ゾル−ゲル法などの薄膜形成技術を用いて、圧電体、磁歪体又は永久磁石体のいずれかが基板上に膜状に直接形成されていると、低電圧駆動で低消費電力の光走査装置を提供できる。   As the vibration source 5, in addition to the piezoelectric element, any one of a piezoelectric body, a magnetostrictive body, and a permanent magnet body may be directly formed in a film shape on the substrate. As a film formation method, for example, an aerosol deposition method (AD method), a vacuum deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD: Chemical Vapor Deposition), or a sol-gel method is used. When any one of the piezoelectric body, the magnetostrictive body, and the permanent magnet body is directly formed in a film shape on the substrate, an optical scanning device that is driven at a low voltage and consumes low power can be provided.

磁歪体や永久磁石体を用いる場合、外部から印加する交番磁界は、上記磁歪膜、永久磁石膜が形成された基板部近傍に設けられたコイルに交流電流を流すことで交番磁界を発生させる。尚、磁歪膜や永久磁石膜で基板に形成する場合、基板材料は非磁性材料である方が、より効率的に撓みを発生することができる。   When a magnetostrictive body or a permanent magnet body is used, an alternating magnetic field applied from the outside generates an alternating magnetic field by passing an alternating current through a coil provided near the substrate portion on which the magnetostrictive film and the permanent magnet film are formed. In addition, when forming on a board | substrate with a magnetostriction film | membrane or a permanent magnet film, the direction where a board | substrate material is a nonmagnetic material can generate | occur | produce bending more efficiently.

尚、ミラー部4は、基板1に金属板を使用する場合には鏡面仕上げされた基板1を用いると良い。金属板以外の基板や、金属板においてもより高い反射性能が要求され場合には、真空蒸着、スパッタリング、CVD(化学的気相成長法)等の薄膜形成技術により、ミラー部4へ薄膜を形成するか、或いはミラー部4へ別途ミラー用反射材料を貼付けてもよい。   The mirror unit 4 may be a mirror-finished substrate 1 when a metal plate is used for the substrate 1. When a substrate other than a metal plate or a metal plate is required to have higher reflection performance, a thin film is formed on the mirror portion 4 by a thin film forming technique such as vacuum deposition, sputtering, or CVD (chemical vapor deposition). Alternatively, a mirror reflection material may be separately attached to the mirror unit 4.

また、薄膜を形成する材料には、金(Au)、二酸化ケイ素(SiO2)、アルミニウム(Al)、あるいはフッ化マグネシウム(MgF2)から1つを選択、或いは2つ以上の材料を組み合わせ、さらに前記薄膜成形技術による同一層(=単層)、或いは2層以上の多層構成を適度な膜厚に制御することによって、反射性能を向上する薄膜が形成できる。あるいは、ミラー部4へ別途ミラー用反射材を貼付ける材料には、鏡面仕上げしたシリコン(Si)またはアルミナチタンカーバイト(Al2O3-TiC)のセラミック等へ、前記薄膜成形技術にて薄膜を形成しても良い。 In addition, the material for forming the thin film is selected from gold (Au), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum (Al), or magnesium fluoride (MgF 2 ), or a combination of two or more materials. Furthermore, by controlling the same layer (= single layer) or a multilayer structure of two or more layers by the thin film forming technique to an appropriate film thickness, a thin film that improves reflection performance can be formed. Alternatively, as a material for separately attaching a reflector for mirror to the mirror part 4, a thin film is formed on the mirror-finished silicon (Si) or alumina titanium carbide (Al 2 O 3 -TiC) ceramic by the above-mentioned thin film forming technique. May be formed.

また、基板1の厚みに関しては、動作中のミラー部4の平坦性やプロジェクターデバイスなどへの応用で要求されるミラーサイズを考慮し、シリコン(Si)、ステンレススチール(SUS304等)等の、或いはさらにカーボンナノチューブを前記材料へ成長させた基板を想定すると、少なくとも10μm以上の厚みが望ましい。   Further, regarding the thickness of the substrate 1, considering the flatness of the mirror part 4 in operation and the mirror size required for application to a projector device, silicon (Si), stainless steel (SUS304, etc.), or the like Further, assuming a substrate in which carbon nanotubes are grown on the material, a thickness of at least 10 μm or more is desirable.

ミラー部4の走査振幅は、図2に示すようにミラー部4の走査範囲に沿って2箇所に例えば第1光電センサ9,第2光電センサ10(振幅検出部)を設けて、当該第1,第2光電センサ9,10で感知した反射光によって第1センサ信号S1と第2センサ信号S2が生成される。   As shown in FIG. 2, the scanning amplitude of the mirror unit 4 includes, for example, a first photoelectric sensor 9 and a second photoelectric sensor 10 (amplitude detection unit) provided at two locations along the scanning range of the mirror unit 4. The first sensor signal S1 and the second sensor signal S2 are generated by the reflected light sensed by the second photoelectric sensors 9 and 10.

次に、光走査装置の駆動制御装置の一例について図3のブロック構成図を参照して説明する。駆動制御装置ではミラー部4の走査振幅を安定化させるために第1センサ信号S1、第2センサ信号S2の発生間隔を計測し、基準値と比較してフィードバック制御が行われる。以下、装置構成とともに駆動方法について詳述する。   Next, an example of the drive control device for the optical scanning device will be described with reference to the block diagram of FIG. In the drive control device, in order to stabilize the scanning amplitude of the mirror unit 4, the generation intervals of the first sensor signal S1 and the second sensor signal S2 are measured, and feedback control is performed in comparison with the reference value. Hereinafter, the driving method will be described in detail together with the device configuration.

図3において周波数生成部11は設定された所定の駆動周波数を生成する。振幅レベル調整部12は、周波数生成部11で生成された駆動周波数の振幅レベルを調整して駆動回路13へ出力する。駆動回路13は、振幅レベル調整部12から入力した振幅レベルに対応する駆動電圧を供給して振動源5を作動させる。これによりミラー部4は、梁部3を中心として揺動する。振幅検出部である第1,第2光電センサ9,10は駆動回路13から駆動電圧を印加されて揺動するミラー部4の振幅を検出する。信号計測部14は、上記図2に示すように、第1,第2光電センサ9,10で検出された第1センサ信号S1と第2センサ信号S2の波形から信号間隔を計測する。そして、比較部15において、信号計測部14の計測値(電圧値)と予め記憶させておいた基準値生成部16の基準値信号(基準電圧値)と比較する。この結果、振幅レベル調整部12は、比較部15の比較結果に応じて図4に示すように補正電圧を算出して駆動回路13へ印加する駆動電圧を補正するようになっている。   In FIG. 3, the frequency generation unit 11 generates a predetermined driving frequency that has been set. The amplitude level adjusting unit 12 adjusts the amplitude level of the driving frequency generated by the frequency generating unit 11 and outputs the adjusted level to the driving circuit 13. The drive circuit 13 supplies a drive voltage corresponding to the amplitude level input from the amplitude level adjustment unit 12 to operate the vibration source 5. As a result, the mirror part 4 swings around the beam part 3. The first and second photoelectric sensors 9 and 10 serving as amplitude detection units detect the amplitude of the mirror unit 4 that is oscillated when a drive voltage is applied from the drive circuit 13. As shown in FIG. 2, the signal measuring unit 14 measures the signal interval from the waveforms of the first sensor signal S1 and the second sensor signal S2 detected by the first and second photoelectric sensors 9, 10. Then, the comparison unit 15 compares the measurement value (voltage value) of the signal measurement unit 14 with the reference value signal (reference voltage value) of the reference value generation unit 16 stored in advance. As a result, the amplitude level adjustment unit 12 calculates a correction voltage and corrects the drive voltage applied to the drive circuit 13 as shown in FIG.

次に信号計測部14の一例について図5のブロック構成図及び図6の動作波形図を参照して説明する。
第1,第2光電センサ9,10によって検出された第1センサ信号S1と第2センサ信号S2のいずれか(計測開始信号)がフリップフロップFFに入力されると、MPUタイマーカウンタ17が信号間隔(図6;計測対象区間T1)の計測を開始する。MPUタイマーカウンタ17は、ミラー部4の動作周波数に比べて低速(数μs)で安価なカウンタを用いているため、計測開始が計測対象区間T1の立ち上がり時間よりT2だけ遅れる。尚、T2は計測ごとに異なる時間である。また、計測開始信号の入力に伴い第1時定数回路18に所定時間充電(若しくは放電)されて基準電圧からの第1時定数回路18の電圧値VT1を電圧値V1へ変化させる。また、第2時定数回路19の電圧値VT2は当該第2時定数回路19へ予め充電(若しくは放電)が行なわれ、ホールドされている。
Next, an example of the signal measuring unit 14 will be described with reference to the block configuration diagram of FIG. 5 and the operation waveform diagram of FIG.
When either the first sensor signal S1 or the second sensor signal S2 (measurement start signal) detected by the first and second photoelectric sensors 9 and 10 is input to the flip-flop FF, the MPU timer counter 17 detects the signal interval. (FIG. 6; measurement target section T1) starts measurement. Since the MPU timer counter 17 uses a counter that is low (several μs) and inexpensive compared to the operating frequency of the mirror unit 4, the measurement start is delayed by T2 from the rise time of the measurement target section T1. Note that T2 is a different time for each measurement. Further, the first time constant circuit 18 is charged (or discharged) for a predetermined time with the input of the measurement start signal, and the voltage value VT1 of the first time constant circuit 18 from the reference voltage is changed to the voltage value V1. The voltage value VT2 of the second time constant circuit 19 is charged (or discharged) in advance and held in the second time constant circuit 19 in advance.

MPUタイマーカウンタ17がカウントを開始した直後に当該MPUタイマーカウンタ17は第1時定数回路18の電圧値VT1を電圧値V1でホールドする。電圧値V1はMPUタイマーカウンタ17のカウント開始の遅れ値として保持される。電圧値VT1のホールド動作はMPUタイマーカウンタ17の動作周波数分だけ遅れて行なわれるが固定値であるためカウント動作に影響を与えない。   Immediately after the MPU timer counter 17 starts counting, the MPU timer counter 17 holds the voltage value VT1 of the first time constant circuit 18 at the voltage value V1. The voltage value V1 is held as a delay value at the start of counting by the MPU timer counter 17. The hold operation of the voltage value VT1 is delayed by the operation frequency of the MPU timer counter 17, but since it is a fixed value, it does not affect the count operation.

MPUタイマーカウンタ17は、予め設定されている固定時間T3だけカウント動作を行なう。T3の立ち下がり時間は、計測対象区間の終端より前、即ち次のセンサ信号の入力より前までとなる。尚、第1時定数回路18及び第2時定数回路19は公知のCR回路が用いられる。   The MPU timer counter 17 performs a counting operation for a preset fixed time T3. The fall time of T3 is before the end of the measurement target section, that is, before the input of the next sensor signal. The first time constant circuit 18 and the second time constant circuit 19 are known CR circuits.

MPUタイマーカウンタ17の固定時間T3のカウント終了に伴って、第1時定数回路18への充電(若しくは放電)を開始して再度電圧値VT1を変化させる。この動作もMPUタイマーカウンタ17の動作周波数分だけ遅れて行なわれるが固定値であるためカウント動作に影響を与えない。   When the MPU timer counter 17 finishes counting the fixed time T3, charging (or discharging) of the first time constant circuit 18 is started and the voltage value VT1 is changed again. Although this operation is also delayed by the operation frequency of the MPU timer counter 17, it is a fixed value and does not affect the count operation.

電圧値VT1の電圧レベルを電圧計測器20によって検出し、測定値が予め設定されて電圧値V2に時間T4で到達すると、第2時定数回路19を僅かな時間T5だけ放電(若しくは充電)させて電圧値VT2を変化させる。次いで、計測対象区間(T1)の終端、即ち次のセンサ信号の入力を待って(時間T1の立ち下がり)、MPUタイマーカウンタ17は電圧値VT2をホールドする。このとき、ホールドされた電圧値VT2を比較部15において基準電圧と比較して電圧値の差V3をエラー信号として振幅レベル調整部12へ出力するフィードバック制御が行なわれる。   The voltage level of the voltage value VT1 is detected by the voltage meter 20, and when the measured value is preset and reaches the voltage value V2 at time T4, the second time constant circuit 19 is discharged (or charged) for a short time T5. To change the voltage value VT2. Next, the MPU timer counter 17 holds the voltage value VT2 after waiting for the end of the measurement target section (T1), that is, input of the next sensor signal (falling time T1). At this time, feedback control is performed in which the held voltage value VT2 is compared with the reference voltage in the comparison unit 15 and the voltage value difference V3 is output to the amplitude level adjustment unit 12 as an error signal.

上述したように、MPUタイマーカウンタ17のセンサ信号の間隔の検出ずれを時定数の異なる第1,第2時定数回路18,19の電圧変化に変換してエラー信号として出力することでMPUタイマーカウンタ17の計測値をリセットしフィードバック制御を行なうことで、安価な信号計測部を用いても振幅調整が精度よく行なうことができ、しかも比較的安価で低速なタイマーカウンタを用いることでシステムのコストバランスも低廉になり、かつ発熱量を抑えて制御回路をミラーの近傍に設置することも可能になる。   As described above, the MPU timer counter 17 converts the detection deviation of the sensor signal interval of the MPU timer counter 17 into voltage changes of the first and second time constant circuits 18 and 19 having different time constants and outputs them as error signals. By resetting the measurement value of 17 and performing feedback control, amplitude adjustment can be performed accurately even using an inexpensive signal measurement unit, and the cost balance of the system can be achieved by using a relatively inexpensive and low-speed timer counter. In addition, the control circuit can be installed near the mirror while suppressing the amount of heat generated.

また、第1,第2時定数回路18,19は、第1時定数より第2時定数が大きな値に設定されている。これは、第1時定数回路18は、MPUタイマーカウンタ17の動作ずれを補正するのに必要な第1時定数が設けられ、例えば0からタイマクロック周波数程度(数百ns)までの値に設定される。これに対して、第2時定数回路19は振幅エラーのレンジ幅を補正するために必要な第2時定数が設けられ、数μs幅のレンジに設定される。   Further, the first and second time constant circuits 18 and 19 are set such that the second time constant is larger than the first time constant. This is because the first time constant circuit 18 is provided with a first time constant necessary for correcting the operation deviation of the MPU timer counter 17, and is set to a value from 0 to about the timer clock frequency (several hundred ns), for example. Is done. On the other hand, the second time constant circuit 19 is provided with a second time constant necessary for correcting the range width of the amplitude error, and is set to a range of several μs width.

例えば、第1時定数回路18と第2時定数回路19をともに第1時定数で動作させた場合、充放電の速度が速いため、センサ信号の観測幅(時間T5の部分)が極短に短くなって検出できる間隔が狭くなってしまうため、ミラー部4の振幅変化に適合するように2つの異なる時定数回路を設けている。   For example, when both the first time constant circuit 18 and the second time constant circuit 19 are operated at the first time constant, the observation width of the sensor signal (time T5 portion) is extremely short because the charge / discharge speed is fast. Since the detection interval becomes short due to shortening, two different time constant circuits are provided so as to adapt to the amplitude change of the mirror unit 4.

1 基板
2 開口部
3 梁部
4 ミラー部
5 振動源
6 クランプ部材
7 支持部材
8 基板舌部
9 第1光電センサ
10 第2光電センサ
11 周波数生成部
12 振幅レベル調整部
13 駆動回路
14 カウンタ
15 比較部
16 基準値生成部
17 MUPタイマーカウンタ
18 第1時定数回路
19 第2時定数回路
20 電圧測定器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Opening part 3 Beam part 4 Mirror part 5 Vibration source 6 Clamp member 7 Support member 8 Board tongue part 9 1st photoelectric sensor 10 2nd photoelectric sensor 11 Frequency generation part 12 Amplitude level adjustment part 13 Drive circuit 14 Counter 15 Comparison Unit 16 Reference value generation unit 17 MUP timer counter 18 First time constant circuit 19 Second time constant circuit 20 Voltage measuring device

上記課題を解決するための手段は以下の構成を含むことを特徴とする。
即ち、矩形基板の長手方向一端側を挟み込まれて片持ち支持されその他端である自由端側に基板舌部が両側に設けられ、該基板舌部間に形成された開口部内に梁部により支持されたミラー部を備え、駆動回路から駆動電圧を供給して基板上に設けられた振動源を作動させて当該基板を撓ませることにより梁部を揺動軸とするミラー部を揺動させながら照射光を反射することで走査する光走査装置用ミラー振幅制御装置であって、前記振動源を作動させて揺動する前記ミラー部の走査範囲に2か所に設けた第1,第2光電センサに検出された第1,第2センサ信号の間隔から振幅を検出する振幅検出部と、前記第1,第2センサ信号の間隔に相当する計測対象区間内で当該計測対象区間の立ち上がり時間T1よりT2だけ遅れてカウントを開始し、予め設定されている固定時間T3だけカウント動作を行うタイマーカウンタと、第1時定数で動作し、前記計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充電若しくは放電を開始し当該充電若しくは放電開始時の基準電圧から変化した前記タイマーカウンタがカウント開始直後の電圧値V1をホールドし、前記タイマーカウンタのカウント終了に伴って再度充電若しくは放電を開始して前記電圧値V1を変化させる第1時定数回路と、前記第1時定数回路の電圧変化を計測し、電圧値V1からそれより変化した電圧値V2を検出する電圧計測部と、前記第1時定数より大きな値である第2時定数で動作し、前記計測対象区間の開始から所定時間充電若しくは放電されてホールドされた電圧値を保持し、前記電圧計測部で計測された前記電圧値V1が前記電圧値V2に到達すると充電若しくは放電を開始して電圧値を変化させ、前記計測対象区間の終端でホールドされた電圧値を出力する第2時定数回路と、前記第2時定数回路から出力された電圧値と基準値生成部から出力された予め記憶させたミラー振幅の理想的な振幅に対する電圧換算値である基準電圧値とを比較して電圧値の差V3をエラー信号として出力する比較部と、前記比較部の比較結果に応じてエラー信号を打ち消す補正電圧を算出し、前記駆動回路へ駆動電圧を補正するように指令する振幅レベル調整部と、を具備し、前記振幅レベル調整部は、前記電圧値の差V3に応じて周波数生成部で生成される駆動周波数を有する信号の振幅レベルを調整する指令を前記駆動回路に出力し、当該駆動回路は前記振動源を通じて前記ミラー部の振幅調整を行うフィードバック制御が行われることを特徴とする。
Means for solving the above-described problems includes the following configuration.
That is, one end of the rectangular substrate in the longitudinal direction is sandwiched and cantilevered, and the other end is provided with substrate tongues on both sides, and is supported by a beam in the opening formed between the substrate tongues. While the mirror portion having the beam portion as a swing axis is swung by bending the substrate by operating the vibration source provided on the substrate by supplying a drive voltage from the drive circuit A mirror amplitude control device for an optical scanning device that scans by reflecting irradiated light, wherein the first and second photoelectric detectors are provided at two locations in a scanning range of the mirror portion that is swung by operating the vibration source. An amplitude detector that detects the amplitude from the interval between the first and second sensor signals detected by the sensor, and a rise time T1 of the measurement target interval within the measurement target interval corresponding to the interval between the first and second sensor signals Start counting after T2 later , A timer counter which performs a fixed time T3 by counting which is set in advance, and operating at a first time constant, said start charging or discharging in accordance with the input of the start detection signal of the measurement target section the charge or discharge The first time when the timer counter that has changed from the reference voltage at the start holds the voltage value V1 immediately after the start of counting, and the charging or discharging starts again with the end of the counting of the timer counter to change the voltage value V1. A constant circuit, a voltage measurement unit for measuring a voltage change of the first time constant circuit and detecting a voltage value V2 changed from the voltage value V1 , and a second time constant that is larger than the first time constant. The voltage value that has been charged or discharged for a predetermined time from the start of the measurement target section and held and is measured by the voltage measurement unit. It begins to charge or discharge to a value V1 reaches the voltage value V2 by changing the voltage value, the second time constant circuit for outputting a voltage value held at the end of the measurement target section, the second time constant The voltage value output from the circuit is compared with the reference voltage value, which is a voltage conversion value for the ideal amplitude of the mirror amplitude stored in advance output from the reference value generation unit, and the voltage value difference V3 is used as an error signal. A comparison unit that outputs, and an amplitude level adjustment unit that calculates a correction voltage that cancels an error signal according to a comparison result of the comparison unit and instructs the drive circuit to correct the drive voltage, and the amplitude The level adjustment unit outputs a command for adjusting the amplitude level of the signal having the drive frequency generated by the frequency generation unit according to the voltage value difference V3 to the drive circuit, and the drive circuit passes the vibration source. In this case, feedback control for adjusting the amplitude of the mirror unit is performed.

Claims (2)

駆動回路から駆動電圧を供給して基板上に設けられた振動源を作動させて当該基板を撓ませることにより梁部を揺動軸とするミラー部を揺動させながら照射光を反射することで走査する光走査装置用ミラー振幅制御装置であって、
前記振動源を作動させて揺動するミラー部の振幅を検出する振幅検出部と、
前記振幅検出部で検出された検出信号の信号間隔を計測する信号計測部と、
前記信号計測部で計測された計測値と基準値生成部から出力された基準値とを比較する比較部と、
前記比較部においてエラー信号が発生すると、当該エラー信号の増減値を打ち消すように前記駆動回路へ所定時間出力するフィードバック制御を行なう前記振幅レベル調整部とを具備し、
前記信号計測部は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタと、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第1時定数回路と、第1時定数回路の電圧変化を計測する電圧計測部と、第1時定数回路と時定数が異なり電圧計測部の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第2時定数回路とを具備し、
前記比較部は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第2時定数回路の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として前記振幅レベル調整部へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われることを特徴とする光走査装置用ミラー振幅制御装置。
By supplying a drive voltage from the drive circuit and operating a vibration source provided on the substrate to bend the substrate, reflecting the irradiation light while swinging the mirror portion having the beam portion as the swing axis A mirror amplitude control device for an optical scanning device for scanning,
An amplitude detector for detecting the amplitude of the mirror that swings by operating the vibration source;
A signal measurement unit for measuring the signal interval of the detection signal detected by the amplitude detection unit;
A comparison unit that compares the measurement value measured by the signal measurement unit with the reference value output from the reference value generation unit;
When the error signal is generated in the comparison unit, the amplitude level adjustment unit for performing feedback control to output to the drive circuit for a predetermined time so as to cancel the increase / decrease value of the error signal,
The signal measuring unit performs a charge / discharge according to the input of the start detection signal in the measurement target section and a timer counter that measures the signal interval of the detection signal in the measurement target section, and changes the voltage value from the reference voltage. The time constant circuit, the voltage measurement unit for measuring the voltage change of the first time constant circuit, and the time constant is different from the first time constant circuit, and when the voltage of the voltage measurement unit reaches a predetermined voltage, charge / discharge is performed to obtain the voltage value. A second time constant circuit for changing,
The comparison unit outputs the difference between the voltage value of the second time constant circuit held by the end detection signal of the measurement target section and the reference voltage value to the amplitude level adjustment unit as an error signal, thereby performing amplitude level feedback control. A mirror amplitude control device for an optical scanning device.
前記第1時定数回路は、タイマーカウンタの動作ずれを補正するために設けられ、第2時定数回路は振幅エラーのレンジ幅を補正するために設けられ、第1時定数より第2時定数が大きな値に設定されている請求項1記載の光走査装置用ミラー振幅制御装置。   The first time constant circuit is provided for correcting an operation shift of the timer counter, and the second time constant circuit is provided for correcting a range width of the amplitude error, and the second time constant is set more than the first time constant. 2. The mirror amplitude control device for an optical scanning device according to claim 1, wherein the mirror amplitude control device is set to a large value.
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