JP2013003526A - Optical scanning device - Google Patents

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Kazuhiro Shibatani
一弘 柴谷
Hirohisa Sueyoshi
浩久 末吉
Takuya Kishimoto
卓也 岸本
Yasutaka Nakagaki
保孝 中垣
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanning device that can improve the scanning accuracy of an optical scanner.SOLUTION: An image projection device (optical scanning device) 100 includes an optical scanner 10 having two horizontal resonance modes in a horizontal direction, and a drive unit for driving the optical scanner 10. The drive unit selects one of the two resonance modes, and drives the optical scanner 10 in a horizontal direction using the selected resonance mode.

Description

本発明は、光走査装置に関し、特に、光スキャナを備えた光走査装置に関する。   The present invention relates to an optical scanning device, and more particularly to an optical scanning device including an optical scanner.

レーザー光等の光線を偏光・走査する光スキャナは、画像投影装置やレーザプリンタ等の光学機器に利用されている。この光スキャナについては、多角柱ミラーをモーターで回転させて反射光を走査するポリゴンミラーや、平面ミラーを電磁アクチュエーターによって回転振動させるガルバノミラー等を有するものがある。しかし、このような光スキャナにおいては、ミラーをモーターや電磁アクチュエーターで駆動する機械的な駆動機構が必要となるが、その駆動機構はサイズが比較的大きく、また高価であることから、光スキャナの小型化を阻害するとともに高価格化を招くといった問題がある。   Optical scanners that polarize and scan light beams such as laser light are used in optical devices such as image projection devices and laser printers. Some of these optical scanners include a polygon mirror that scans reflected light by rotating a polygonal column mirror with a motor, and a galvano mirror that rotates and vibrates a plane mirror by an electromagnetic actuator. However, in such an optical scanner, a mechanical drive mechanism for driving the mirror with a motor or an electromagnetic actuator is required. However, since the drive mechanism is relatively large and expensive, There is a problem in that downsizing is hindered and the price is increased.

そこで、光スキャナの小型化、低価格化および生産性の向上を図るために、半導体製造技術を応用した、シリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術を用いてミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の光スキャナ(いわゆる、MEMSミラー)の開発が進んでいる。   Therefore, in order to reduce the size, cost, and productivity of optical scanners, component parts such as mirrors and elastic beams can be manufactured using micromachining technology that uses silicon manufacturing technology to finely process silicon and glass. Development of an integrally formed MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) optical scanner (so-called MEMS mirror) is in progress.

このような光スキャナとして、従来、水平走査および垂直走査が可能な2次元走査の光スキャナ(2次元MEMS)が知られている。2次元走査のMEMSでは、一般的に、ラスタースキャンができるように設計されている。ラスタースキャンにおいては、垂直方向をDC駆動(たとえば約60Hzの三角波駆動)、水平方向を共振駆動とすることで、2次元走査を実現している。なお、2次元MEMSは、たとえば、レーザープロジェクターなどに適用されている。MEMSの駆動方式には、圧電式、電磁式、静電式などがあるが、水平方向の駆動に関しては、その多くが共振駆動を利用している。   Conventionally known as such an optical scanner is a two-dimensional scanning optical scanner (two-dimensional MEMS) capable of horizontal scanning and vertical scanning. A two-dimensional scanning MEMS is generally designed so that raster scanning is possible. In raster scanning, two-dimensional scanning is realized by DC driving in the vertical direction (eg, triangular wave driving of about 60 Hz) and resonance driving in the horizontal direction. Note that the two-dimensional MEMS is applied to, for example, a laser projector. There are piezoelectric, electromagnetic, electrostatic, and other driving methods for MEMS. Most of the driving methods in the horizontal direction use resonance driving.

また、このようなMEMSミラー(2次元MEMS)の一例が、たとえば、特許文献1に記載されている。特許文献1では、水平方向に共振モードを1つ有しており、その共振モードの共振周波数で水平方向の駆動(共振駆動)が行われる。   An example of such a MEMS mirror (two-dimensional MEMS) is described in Patent Document 1, for example. In Patent Document 1, there is one resonance mode in the horizontal direction, and horizontal driving (resonance driving) is performed at the resonance frequency of the resonance mode.

特表2007−522529号公報Special table 2007-522529

ここで、共振駆動を適用する水平方向駆動においては、そのミラー変位は、共振周波数のばらつきとQ値のばらつきの影響を受ける。共振周波数がばらつくと、水平走査の周期がばらつく。一方、Q値がばらつくと、水平走査の振幅がばらつく。このため、従来の光スキャナの駆動においては、周期や振幅のばらつきによって、走査精度が低下するという問題点がある。   Here, in the horizontal direction drive to which the resonance drive is applied, the mirror displacement is affected by the variation of the resonance frequency and the variation of the Q value. When the resonance frequency varies, the horizontal scanning period varies. On the other hand, when the Q value varies, the horizontal scanning amplitude varies. For this reason, the conventional optical scanner drive has a problem that the scanning accuracy decreases due to variations in the period and amplitude.

なお、振幅ばらつきについては、駆動信号による振幅調整によって対応することが可能であるものの、この場合は、光スキャナの駆動(走査)を制御する制御部が大きくなるという問題点がある。   The amplitude variation can be dealt with by adjusting the amplitude by the drive signal, but in this case, there is a problem that the control unit for controlling the driving (scanning) of the optical scanner becomes large.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、光スキャナの走査精度を向上させることが可能な光走査装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of improving the scanning accuracy of an optical scanner.

この発明のもう1つの目的は、小型化を図りつつ、光スキャナの駆動を精度よく制御することが可能な光走査装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of controlling the driving of an optical scanner with high accuracy while reducing the size.

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による光走査装置は、所定方向の共振モードを2つ有する光スキャナと、この光スキャナを駆動する駆動装置とを備える。駆動装置は、2つの共振モードのいずれか一方を選択して、選択した共振モードで光スキャナを所定方向に駆動する。   In order to achieve the above object, an optical scanning device according to one aspect of the present invention includes an optical scanner having two resonance modes in a predetermined direction, and a drive device for driving the optical scanner. The driving device selects one of the two resonance modes and drives the optical scanner in a predetermined direction in the selected resonance mode.

この一の局面による光走査装置は、上記のように、所定方向の共振モードを2つ有する光スキャナを駆動する。光スキャナにおいては、所定方向の共振モードを2つ有することで、その方向の共振モードを1つ有する場合に比べて、各共振モードにおける共振周波数の周波数ばらつきおよびQ値のばらつきを低減することができる。   The optical scanning device according to this one aspect drives the optical scanner having two resonance modes in a predetermined direction as described above. In the optical scanner, by having two resonance modes in a predetermined direction, it is possible to reduce the frequency variation of the resonance frequency and the variation of the Q value in each resonance mode compared to the case of having one resonance mode in that direction. it can.

ここで、光スキャナにおける共振周波数およびQ値のばらつきは、製造時の加工ばらつきに起因する。そのため、加工精度を向上させることによって、共振周波数およびQ値のばらつきを低減することが可能である。しかしながら、上記のように、水平方向の共振モードを2つ有する構成とすることで、加工精度を向上させることなく、共振周波数およびQ値のばらつきを低減することができる。すなわち、製造上の固体ばらつきを低減することができる。   Here, the variation in the resonance frequency and the Q value in the optical scanner is caused by the processing variation at the time of manufacture. Therefore, it is possible to reduce variations in the resonance frequency and the Q value by improving the processing accuracy. However, as described above, the configuration having two resonance modes in the horizontal direction can reduce variations in the resonance frequency and the Q value without improving the processing accuracy. In other words, manufacturing variations in solids can be reduced.

そして、共振周波数の周波数ばらつきおよびQ値のばらつきが低減された2つの共振モードのいずれか一方を選択して、選択した共振モード(共振周波数)で光スキャナを所定方向に駆動することによって、走査精度を向上させることができる。   Then, scanning is performed by selecting one of the two resonance modes in which the variation in the resonance frequency and the variation in the Q value are reduced, and driving the optical scanner in a predetermined direction in the selected resonance mode (resonance frequency). Accuracy can be improved.

また、Q値のばらつきに起因する振幅ばらつきを抑制するために、駆動信号による振幅調整を行う必要がないため、駆動装置が大きくなることもない。そのため、小型化を図りつつ、光スキャナの駆動精度を向上させることができる。   In addition, since it is not necessary to adjust the amplitude by the drive signal in order to suppress the amplitude variation due to the variation in the Q value, the drive device does not become large. Therefore, it is possible to improve the driving accuracy of the optical scanner while reducing the size.

上記一の局面による光走査装置において、好ましくは、選択した共振モードの共振周波数に対して周波数追従制御を行うPLL(Phase Locked Loop)回路部を備える。このように構成すれば、PLL回路部によって、駆動周波数を、選択した共振モードの共振周波数にロックをかけることができる。すなわち、PLL回路部によって、共振周波数に追従するように駆動周波数を制御することができる。これにより、固体ばらつきや環境温度によって共振周波数が異なる場合でも、常に、選択した共振モードの共振周波数で光スキャナを駆動させることができる。   The optical scanning device according to the above aspect preferably includes a PLL (Phase Locked Loop) circuit unit that performs frequency tracking control on the resonance frequency of the selected resonance mode. With this configuration, the drive frequency can be locked to the resonance frequency of the selected resonance mode by the PLL circuit unit. That is, the drive frequency can be controlled by the PLL circuit unit so as to follow the resonance frequency. As a result, even when the resonance frequency varies depending on the solid variation or the environmental temperature, the optical scanner can always be driven at the resonance frequency of the selected resonance mode.

上記光スキャナは、光を反射するミラー部を含む構造体から構成することができる。また、2つの共振モードを有する場合、2つの共振モードのうち、高周波側の共振モードは構造体への応力ひずみが大きいという特徴を有する。そのため、光スキャナの駆動においては、構造体への応力ひずみが小さい方の共振モードの共振周波数を駆動周波数とするのが好ましい。すなわち、2つの共振モードのうち、低周波側の共振モードを選択して、その共振周波数を駆動周波数とするのが好ましい。このように構成すれば、容易に、システムのロバスト性を確保することができる。加えて、構造体にかかる応力ひずみが小さいため、システムの安定性を図ることもできる。   The optical scanner can be formed of a structure including a mirror part that reflects light. Moreover, when it has two resonance modes, the resonance mode by the side of a high frequency among two resonance modes has the characteristics that the stress distortion to a structure is large. Therefore, in driving the optical scanner, it is preferable to set the resonance frequency of the resonance mode with the smaller stress strain to the structure as the drive frequency. That is, it is preferable to select a resonance mode on the low frequency side from the two resonance modes and set the resonance frequency as the drive frequency. If comprised in this way, the robustness of a system can be ensured easily. In addition, since the stress strain applied to the structure is small, the stability of the system can also be achieved.

また、上記PLL回路部を備えた構成において、好ましくは、所定の周波数に対して、より近い共振周波数をもつ共振モードを選択して、その共振周波数を駆動周波数とする。このように構成すれば、たとえば、設計値により近い共振周波数をもつ共振モードを選択することによって、設計値により近い共振周波数を駆動周波数とすることができる。そのため、駆動周波数の設計値からのずれ量をできるだけ小さく抑えることができる。このため、たとえば、環境変化や経年変化などによって共振周波数が変化した場合でも、設計値により近い共振周波数で光スキャナを共振駆動させることができる。   In the configuration including the PLL circuit unit, preferably, a resonance mode having a resonance frequency closer to a predetermined frequency is selected, and the resonance frequency is set as a drive frequency. With this configuration, for example, by selecting a resonance mode having a resonance frequency closer to the design value, the resonance frequency closer to the design value can be set as the drive frequency. Therefore, the deviation amount from the design value of the drive frequency can be suppressed as small as possible. For this reason, for example, even when the resonance frequency changes due to environmental changes or aging, the optical scanner can be driven to resonate at a resonance frequency closer to the design value.

上記一の局面による光走査装置において、光スキャナは、光を反射するミラー部およびミラー部を囲むミラー枠を有する構成とすることができる。この場合、ミラー部の動きを検出する第1歪みセンサーに加えて、ミラー枠の動きを検出する第2歪みセンサーを有しているのが好ましい。また、このような光スキャナの駆動においては、第1歪みセンサーからの出力と第2歪みセンサーからの出力とを比較することにより、駆動に利用する共振モードを選択するのが好ましい。このように構成すれば、2つの共振モードの位相関係が複雑な場合でも、第1歪みセンサーからの出力と第2歪みセンサーからの出力とを比較することによって、2つの共振モードのどちらで駆動されているのかを検出することができる。たとえば、主要な共振モードは2つであるが、その他の小さな共振モード(水平方向ではない共振モード)が複雑に入り交じった場合でも、2つの共振モードを容易に検出することができる。そのため、たとえば、光スキャナが破損するような共振モードでの駆動を防止することができるので、システム故障につながる問題を回避することができる。   In the optical scanning device according to the above aspect, the optical scanner may include a mirror part that reflects light and a mirror frame that surrounds the mirror part. In this case, it is preferable to have a second distortion sensor for detecting the movement of the mirror frame in addition to the first distortion sensor for detecting the movement of the mirror section. In driving the optical scanner, it is preferable to select the resonance mode used for driving by comparing the output from the first strain sensor and the output from the second strain sensor. With this configuration, even if the phase relationship between the two resonance modes is complicated, the output from the first strain sensor and the output from the second strain sensor are compared to drive in either of the two resonance modes. Can be detected. For example, although there are two main resonance modes, even when other small resonance modes (resonance modes that are not in the horizontal direction) are mixed and mixed, the two resonance modes can be easily detected. Therefore, for example, it is possible to prevent the driving in the resonance mode in which the optical scanner is damaged, and thus it is possible to avoid a problem that leads to a system failure.

また、上記光走査装置は、互いに異なる方向である第1方向および第2方向の2つの走査で2次元走査を行う光走査装置とすることができる。この場合、光スキャナが、第1方向の共振モードを2つ有する構成とされているのが好ましい。このように構成すれば、光スキャナの走査精度を向上させることが可能な2次元走査の光走査装置を容易に得ることができる。   Further, the optical scanning device can be an optical scanning device that performs two-dimensional scanning by two scannings in a first direction and a second direction, which are different directions. In this case, the optical scanner is preferably configured to have two resonance modes in the first direction. If comprised in this way, the optical scanning apparatus of the two-dimensional scanning which can improve the scanning precision of an optical scanner can be obtained easily.

以上のように、本発明によれば、光スキャナの走査精度を向上させることが可能な光走査装置を容易に得ることができる。   As described above, according to the present invention, an optical scanning device capable of improving the scanning accuracy of an optical scanner can be easily obtained.

また、本発明によれば、小型化を図りつつ、光スキャナの駆動を精度よく制御することが可能な光走査装置を容易に得ることができる。   In addition, according to the present invention, it is possible to easily obtain an optical scanning device capable of controlling the driving of the optical scanner with high accuracy while reducing the size.

本発明の第1実施形態による光スキャナの要部構成を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the principal part structure of the optical scanner by 1st Embodiment of this invention. 図1の一部を拡大して示した斜視図である。It is the perspective view which expanded and showed a part of FIG. 光スキャナの駆動部(圧電素子)に印加する駆動信号を示す概略図である。It is the schematic which shows the drive signal applied to the drive part (piezoelectric element) of an optical scanner. 2次元走査の光スキャナにより走査投影している様子を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed a mode that the scanning projection was carried out with the optical scanner of two-dimensional scanning. 本発明の第1実施形態による画像投影装置の構成を示したブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an image projection apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光スキャナの要部構成を示した平面図である。It is the top view which showed the principal part structure of the optical scanner by 1st Embodiment of this invention. 図6に示した光スキャナの一部を拡大して示した断面図である。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view illustrating a part of the optical scanner illustrated in FIG. 6. 本発明の第1実施形態による光スキャナの一例を示した平面図(光スキャナの一部を示した図)である。1 is a plan view (a diagram showing a part of an optical scanner) showing an example of an optical scanner according to a first embodiment of the present invention. FIG. 図8の一部(破線Rで囲んだ部分)を拡大して示した平面図である。It is the top view which expanded and showed a part (part enclosed with the broken line R) of FIG. 1つの共振モードを有する比較例による光スキャナの水平方向駆動を説明するための図(水平方向の周波数特性を示した図)である。It is a figure for demonstrating the horizontal direction drive of the optical scanner by the comparative example which has one resonance mode (The figure which showed the frequency characteristic of a horizontal direction). PLLにより共振周波数を追従制御するシステムのブロック図である。It is a block diagram of the system which carries out follow-up control of the resonant frequency by PLL. PLL回路部の具体例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the specific example of the PLL circuit part. 比較例における比較する2つの信号の位相差とLPF出力値の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the phase difference of two signals to compare in a comparative example, and an LPF output value. 本発明の第1実施形態による光スキャナの水平方向駆動を説明するための図(共振モードが2つある場合の水平方向の周波数特性を示した図)である。It is a figure for demonstrating the horizontal direction drive of the optical scanner by 1st Embodiment of this invention (The figure which showed the frequency characteristic of the horizontal direction in case there are two resonance modes). 本発明の第1実施形態における比較する2つの信号の位相差とLPF出力値の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the phase difference of two signals to compare and LPF output value in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による光スキャナ制御部(水平駆動制御部)の構成を示したブロック図(2つの共振モードのうち、Mode1またはMode2のいずれかのみにPLLをかけるシステムのブロック図)である。The block diagram (The block diagram of the system which applies PLL only to either Mode1 or Mode2 out of two resonance modes) which showed the structure of the optical scanner control part (horizontal drive control part) by 1st Embodiment of this invention. is there. 本発明の第2実施形態による光スキャナ制御部(水平駆動制御部)の構成を示したブロック図(モード選択可能なシステムのブロック図)である。It is the block diagram (block diagram of the system which can select a mode) which showed the structure of the optical scanner control part (horizontal drive control part) by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による光スキャナの要部構成を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the principal part structure of the optical scanner by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による光スキャナの要部構成を示した平面図である。It is the top view which showed the principal part structure of the optical scanner by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態における光スキャナ制御部(水平駆動制御部)の構成を示したブロック図(ミラー枠用歪みセンサーとミラー用歪みセンサーとの位相差判別を組み込んだシステムのブロック図)である。The block diagram (The block diagram of the system which incorporated the phase difference discrimination | determination of the distortion sensor for mirror frames, and the distortion sensor for mirrors) which showed the structure of the optical scanner control part (horizontal drive control part) in 3rd Embodiment of this invention. is there. 本発明の第4実施形態による光スキャナ制御部(駆動回路)の構成を示した図(光スキャナの駆動部(圧電素子)に印加する駆動信号(駆動波形)を示す概略図)である。It is the figure (schematic diagram showing the drive signal (drive waveform) applied to the drive part (piezoelectric element)) of the optical scanner by the optical scanner control part (drive circuit) by a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態による光スキャナ制御部(駆動回路)の構成を示した図(垂直走査駆動信号(垂直駆動電圧)を生成するための回路構成(V駆動構成)を示す図)である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an optical scanner control unit (drive circuit) according to a fourth embodiment of the present invention (a diagram illustrating a circuit configuration (V drive configuration) for generating a vertical scanning drive signal (vertical drive voltage)). . 本発明の第4実施形態による光スキャナ制御部(駆動回路)の構成を示した図(水平走査駆動信号(水平駆動電圧)を生成するための回路構成(H駆動構成)を示す図)である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an optical scanner control unit (drive circuit) according to a fourth embodiment of the present invention (a diagram illustrating a circuit configuration (H drive configuration) for generating a horizontal scanning drive signal (horizontal drive voltage)). .

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、光走査装置の一例である画像投影装置に本発明を適用した例について説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, an example in which the present invention is applied to an image projection apparatus that is an example of an optical scanning apparatus will be described.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による光スキャナを模式的に示した斜視図である。図2は、図1の一部を拡大して示した斜視図である。図3は、光スキャナの駆動部(圧電素子)に印加する駆動信号を示す概略図である。図4は、2次元走査の光スキャナにより走査投影している様子を示した模式図である。図5〜図9は、本発明の第1実施形態による光スキャナおよびその光スキャナを搭載した画像投影装置を示した図である。まず、図1〜図9を参照して、本発明の第1実施形態による光スキャナ、画像投影装置および光スキャナを駆動する駆動システムについて説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an optical scanner according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged perspective view of a part of FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a drive signal applied to the drive unit (piezoelectric element) of the optical scanner. FIG. 4 is a schematic diagram showing a state where scanning projection is performed by a two-dimensional scanning optical scanner. 5 to 9 are views showing an optical scanner according to the first embodiment of the present invention and an image projection apparatus equipped with the optical scanner. First, an optical scanner, an image projection apparatus, and a drive system for driving the optical scanner according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第1実施形態による光スキャナ10は、図4に示すように、プロジェクター装置などの画像投影装置100に搭載されて、光源30からの光を走査する走査部として機能する。この画像投影装置100では、投影面200に向けて照射される光線のラスター走査を行うことにより、投影面200への2次元画像の表示が可能となっている。   As shown in FIG. 4, the optical scanner 10 according to the first embodiment is mounted on an image projection apparatus 100 such as a projector apparatus, and functions as a scanning unit that scans light from the light source 30. In the image projection apparatus 100, a two-dimensional image can be displayed on the projection plane 200 by performing raster scanning of the light rays emitted toward the projection plane 200.

上記光源30は、光スキャナ10とともに画像投影装置100内に設けられており、光スキャナ10に向けて光線(たとえばレーザー光)LTを発する。   The light source 30 is provided in the image projection apparatus 100 together with the optical scanner 10, and emits a light beam (for example, laser light) LT toward the optical scanner 10.

光スキャナ10は、図1および図2に示すように、光源30(図4参照)からの光線LTを投影面200(図4参照)に向けて反射するミラー部11を有している。このミラー部11は、X軸に平行な第1軸(水平トーションバー)と、Y軸に平行で第1軸と略直角に交差する第2軸(垂直トーションバー)と、を中心とした回動が可能に構成されている。そして、ミラー部11が第1軸および第2軸において2次元的に回動することにより、ミラー部11で反射された光源30からの光線LTがラスター走査される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical scanner 10 includes a mirror unit 11 that reflects the light beam LT from the light source 30 (see FIG. 4) toward the projection surface 200 (see FIG. 4). The mirror unit 11 has a rotation centered on a first axis (horizontal torsion bar) parallel to the X axis and a second axis (vertical torsion bar) parallel to the Y axis and intersecting the first axis at a substantially right angle. It is configured to be able to move. The mirror unit 11 is two-dimensionally rotated about the first axis and the second axis, so that the light beam LT from the light source 30 reflected by the mirror unit 11 is raster-scanned.

また、図5に示すように、画像投影装置100は、上記した光スキャナ10および光源30に加えて、光スキャナ10の駆動制御を行う光スキャナ制御部40と、光源30を駆動し、光線LTの変調が可能な光源駆動回路70と、光源駆動回路70を制御する画像信号制御部80とを有している。   As shown in FIG. 5, in addition to the optical scanner 10 and the light source 30 described above, the image projection apparatus 100 drives the optical scanner control unit 40 that controls the driving of the optical scanner 10 and the light source 30, and the light beam LT. A light source driving circuit 70 capable of modulating the light source, and an image signal control unit 80 for controlling the light source driving circuit 70.

光スキャナ10は、後述するように、歪みセンサー18を有している。この歪みセンサー18は、ミラー部11の角度(回動角度(振れ角))を検出する角度検出センサーとしてピエゾ抵抗素子を有している。   The optical scanner 10 has a distortion sensor 18 as will be described later. The strain sensor 18 has a piezoresistive element as an angle detection sensor that detects the angle (rotation angle (deflection angle)) of the mirror unit 11.

光スキャナ制御部40は、ミラー部11に関するX軸周りの回動、つまり水平方向(H方向)の駆動を制御する水平駆動制御部(駆動回路)50と、ミラー部11に関するY軸周りの回動、つまり垂直方向(V方向)の駆動を制御する垂直駆動制御部60とを有している。なお、光スキャナ制御部40および水平駆動制御部50は、本発明の「駆動装置」の一例である。   The optical scanner control unit 40 includes a horizontal drive control unit (drive circuit) 50 that controls rotation about the X axis with respect to the mirror unit 11, that is, driving in the horizontal direction (H direction), and a rotation about the Y axis with respect to the mirror unit 11. And a vertical drive control unit 60 that controls driving in the vertical direction (V direction). The optical scanner control unit 40 and the horizontal drive control unit 50 are examples of the “drive device” in the present invention.

画像信号制御部80は、たとえば画像投影装置100の外部から入力された画像信号に基づき光源30を制御するための制御信号を生成する。そして、この制御信号に基づき、光源駆動回路70を介して光源30の制御(たとえば点灯・消灯の制御や発光強度の制御)を行う。なお、上記光スキャナ制御部40には、ミラー部11の駆動のタイミングを画像信号と同期させるための同期信号が入力される。これにより、入力された画像信号に基づく適切な画像表示が投影面200(図4参照)で行われる。   The image signal control unit 80 generates a control signal for controlling the light source 30 based on, for example, an image signal input from the outside of the image projector 100. Based on this control signal, the light source 30 is controlled (for example, lighting / extinguishing control or emission intensity control) via the light source driving circuit 70. The optical scanner control unit 40 receives a synchronization signal for synchronizing the driving timing of the mirror unit 11 with the image signal. Thus, appropriate image display based on the input image signal is performed on the projection plane 200 (see FIG. 4).

また、第1実施形態による光スキャナ10は、シリコン基板に対してエッチング処理などを施すことで得られる構造体(MEMS構造体;ミラー部11を含む共振構造)からなり、図6に示すように、ミラー部11に加えて、固定枠12、駆動部13およびミラー枠(可動枠)14などを一体的に有している。なお、以下の説明では、ミラー部11の中心を図6の縦方向に横切る軸(映像(画像)をX方向(左右方向)に走査する軸)をX軸とし、ミラー部11の中心を図6の横方向に横切る軸(映像(画像)をY方向(上下方向)に走査する軸)をY軸とする。言い換えると、X軸とY軸とが直交する点をミラー部11の中心とする。   The optical scanner 10 according to the first embodiment includes a structure (MEMS structure; a resonance structure including the mirror portion 11) obtained by performing an etching process on a silicon substrate, as shown in FIG. In addition to the mirror unit 11, the fixed frame 12, the drive unit 13, and the mirror frame (movable frame) 14 are integrally provided. In the following description, an axis that traverses the center of the mirror unit 11 in the vertical direction in FIG. 6 (an axis that scans an image (image) in the X direction (left and right direction)) is an X axis, and the center of the mirror unit 11 is illustrated. An axis that crosses the horizontal direction 6 (an axis that scans a video (image) in the Y direction (vertical direction)) is defined as a Y axis. In other words, the point where the X axis and the Y axis are orthogonal to each other is the center of the mirror unit 11.

固定枠12は、光スキャナ10の外縁に相当する部分であって、他の部分(ミラー部11、駆動部13およびミラー枠14など)を取り囲んでいる。   The fixed frame 12 is a part corresponding to the outer edge of the optical scanner 10 and surrounds other parts (such as the mirror unit 11, the drive unit 13, and the mirror frame 14).

駆動部13は、X軸方向において固定枠12と連結され、Y軸方向において固定枠12と分離されている。さらに、駆動部13は4つのユニモルフ構造を含んでいるとともに、その4つのユニモルフ構造がX軸およびY軸のそれぞれを対称軸として対称となり、かつ、互いに離間した状態となるように配置されている。また、駆動部13としてのユニモルフ構造は、図7に示すように、圧電素子13a(たとえば、PZTなどを原料とした焼結体を分極処理したもの)を一対の電極13bで挟持し、それをシリコン基板の駆動部13となる領域上に貼り付けることによって形成されている。   The drive unit 13 is connected to the fixed frame 12 in the X-axis direction and is separated from the fixed frame 12 in the Y-axis direction. Furthermore, the drive unit 13 includes four unimorph structures, and the four unimorph structures are arranged so as to be symmetric with respect to the X axis and the Y axis, respectively, and separated from each other. . Further, as shown in FIG. 7, the unimorph structure as the driving unit 13 includes a piezoelectric element 13a (for example, a material obtained by polarizing a sintered body made of PZT or the like) sandwiched between a pair of electrodes 13b. It is formed by affixing on the area | region used as the drive part 13 of a silicon substrate.

このような駆動部13では、一対の電極13bに、分極反転(分極外れ)を起こさない範囲で±の電圧(交流電圧)が印加されると、一対の電極13bに挟持された圧電素子13aが伸長または収縮する。そして、それに応じて、シリコン基板の駆動部13となる領域が変形(撓み変形/曲げ変形)する。すなわち、駆動部13は、電力が供給されることで駆動する。   In such a drive unit 13, when a ± voltage (AC voltage) is applied to the pair of electrodes 13 b within a range that does not cause polarization inversion (depolarization), the piezoelectric element 13 a sandwiched between the pair of electrodes 13 b Stretch or shrink. Accordingly, the region that becomes the driving unit 13 of the silicon substrate is deformed (bending deformation / bending deformation). That is, the drive unit 13 is driven by being supplied with electric power.

図6に示すように、ミラー枠14は、駆動部13の内側に位置する略ひし形形状の枠である。また、ミラー枠14と固定枠12との間には、Y軸方向に沿って延びる一対の垂直トーションバー15が設けられている。この一対の垂直トーションバー15は、Y軸と重なり、かつ、X軸に対して対称となるように配置されている。さらに、一対の垂直トーションバー15のそれぞれの一方端は、固定枠12のY軸上の端部に連結されている。そして、ミラー枠14は、一対の垂直トーションバー15の他方端の間に配置されており、その他方端(一対の垂直トーションバー15)によって支持(挟持)されている。このため、ミラー枠14は、垂直トーションバー15を回動軸(中心軸)としてY軸周りに回動可能とされている。   As shown in FIG. 6, the mirror frame 14 is a substantially rhombus-shaped frame located inside the drive unit 13. A pair of vertical torsion bars 15 extending along the Y-axis direction are provided between the mirror frame 14 and the fixed frame 12. The pair of vertical torsion bars 15 are arranged so as to overlap with the Y axis and be symmetric with respect to the X axis. Further, one end of each of the pair of vertical torsion bars 15 is connected to an end portion of the fixed frame 12 on the Y axis. The mirror frame 14 is disposed between the other ends of the pair of vertical torsion bars 15 and is supported (clamped) by the other end (the pair of vertical torsion bars 15). For this reason, the mirror frame 14 can be rotated around the Y axis with the vertical torsion bar 15 as a rotation axis (center axis).

ミラー枠14は、ミラー部11を囲む枠であり、その内側には、ミラー部11に加えて、X軸方向に沿って延びる一対の水平トーションバー16が設けられている。この一対の水平トーションバー16は、X軸と重なり、かつ、X軸に対して対称となるように配置されている。さらに、一対の水平トーションバー16のそれぞれの一方端は、ミラー枠14のX軸上の端部に連結されている。そして、ミラー部11は、一対の水平トーションバー16の他方端の間に配置されており、その他方端(一対の水平トーションバー16)によって支持(挟持)されている。このため、ミラー部11は、ミラー枠14とともにY軸周りに回動され、水平トーションバー16を回動軸(中心軸)としてX軸周りにも回動される。   The mirror frame 14 is a frame that surrounds the mirror unit 11, and in addition to the mirror unit 11, a pair of horizontal torsion bars 16 extending along the X-axis direction are provided inside the mirror frame 14. The pair of horizontal torsion bars 16 are arranged so as to overlap the X axis and be symmetric with respect to the X axis. Further, one end of each of the pair of horizontal torsion bars 16 is connected to an end portion on the X axis of the mirror frame 14. The mirror portion 11 is disposed between the other ends of the pair of horizontal torsion bars 16 and is supported (sandwiched) by the other end (the pair of horizontal torsion bars 16). For this reason, the mirror part 11 is rotated around the Y axis together with the mirror frame 14, and is also rotated around the X axis about the horizontal torsion bar 16 as a rotation axis (center axis).

また、上記ミラー部11は、たとえば略円形状に形成されており、金やアルミニウムなどからなる反射膜をシリコン基板のミラー部11となる領域上に貼り付けることで得ている。なお、これ以外に、たとえば、シリコン基板の一部に金やアルミニウム等の反射膜を蒸着やスパッタ法にて形成することで得ることもできる。また、金やアルミニウムの上に誘電体多層膜を形成して反射率を向上させることも可能である。   Moreover, the said mirror part 11 is formed, for example in the substantially circular shape, and is obtained by sticking the reflecting film which consists of gold | metal | money, aluminum, etc. on the area | region used as the mirror part 11 of a silicon substrate. In addition to this, for example, a reflective film such as gold or aluminum can be formed on a part of the silicon substrate by vapor deposition or sputtering. It is also possible to improve the reflectivity by forming a dielectric multilayer film on gold or aluminum.

また、4つの駆動部13は、その一部が連結部17によって垂直トーションバー15と連結されている。この連結部17は、シリコン基板の駆動部13となる領域および垂直トーションバー15と一体的に形成されている。   Further, a part of the four drive units 13 is coupled to the vertical torsion bar 15 by a coupling unit 17. The connecting portion 17 is formed integrally with the region serving as the driving portion 13 of the silicon substrate and the vertical torsion bar 15.

さらに、垂直トーションバー15の近傍には、この垂直トーションバー15の捩れ角度を検出するための歪みセンサー18a(18)が設けられている。同様に、水平トーションバー16の近傍には、この水平トーションバー16の捩れ角度を検出するための歪みセンサー18b(18)が設けられている。歪みセンサー18aおよび18bは、それぞれ、ピエゾ抵抗素子20を有しており、垂直トーションバー15および水平トーションバー16の変形時に生じるせん断応力を抵抗値で検出する。このピエゾ抵抗素子20(歪みセンサー18a、18b)は、シリコン基板に対して、ボロンやヒ素などの不純物を部分的にドーピングすることで生成されている。そして、歪みセンサー18aからの出力に基づいて、垂直トーションバー15によるY軸周りのミラー部11(ミラー枠14)の角度(振れ角)を検出するとともに、歪みセンサー18bからの出力に基づいて、水平トーションバー16によるX軸周りのミラー部11の角度(振れ角)を検出する。   Further, a distortion sensor 18 a (18) for detecting the twist angle of the vertical torsion bar 15 is provided in the vicinity of the vertical torsion bar 15. Similarly, in the vicinity of the horizontal torsion bar 16, a strain sensor 18b (18) for detecting the twist angle of the horizontal torsion bar 16 is provided. Each of the strain sensors 18a and 18b has a piezoresistive element 20, and detects a shear stress generated when the vertical torsion bar 15 and the horizontal torsion bar 16 are deformed by a resistance value. The piezoresistive element 20 (strain sensors 18a and 18b) is generated by partially doping an impurity such as boron or arsenic into a silicon substrate. And based on the output from the distortion sensor 18a, while detecting the angle (deflection angle) of the mirror part 11 (mirror frame 14) around the Y-axis by the vertical torsion bar 15, based on the output from the distortion sensor 18b, The angle (deflection angle) of the mirror unit 11 around the X axis by the horizontal torsion bar 16 is detected.

また、歪みセンサー18aは、垂直トーションバー15の軸上(Y軸上)(垂直トーションバー15の根元部分)に配置されており、歪みセンサー18bは、水平トーションバー16の軸上(X軸上)(水平トーションバー16の根元部分)に配置されている。なお、軸上とは、垂直トーションバー15上および水平トーションバー16上のみならず、垂直トーションバー15の延長線上および水平トーションバー16の延長線上をも含む。   The strain sensor 18a is arranged on the axis of the vertical torsion bar 15 (on the Y axis) (the root portion of the vertical torsion bar 15), and the strain sensor 18b is on the axis of the horizontal torsion bar 16 (on the X axis). ) (The root portion of the horizontal torsion bar 16). The term “on the axis” includes not only on the vertical torsion bar 15 and the horizontal torsion bar 16 but also on the extension line of the vertical torsion bar 15 and the extension line of the horizontal torsion bar 16.

光スキャナ10の走査動作(駆動制御)は、4つの駆動部13を駆動(伸縮)させるタイミングを調整し、ミラー部11をX軸周りおよびY軸周りに振動させることによって行われる。たとえば、Y軸周りに振動させるときの周波数は60Hzに設定され、X軸周りに振動させるときの周波数は30kHzに設定される。すなわち、垂直方向V(図4参照)には60Hz(設計値)で駆動され、水平方向H(図4参照)には30kHz(設計値)で駆動される。また、垂直方向はDC駆動され、水平方向は共振駆動される。なお、垂直方向、水平方向ともに、ミラー部11の動きは上記歪みセンサー18によって検出される。また、水平方向Hは、本発明の「所定方向」および「第1方向」の一例であり、垂直方向Vは、本発明の「第2方向」の一例である。   The scanning operation (drive control) of the optical scanner 10 is performed by adjusting the timing for driving (stretching) the four drive units 13 and vibrating the mirror unit 11 about the X axis and the Y axis. For example, the frequency when vibrating around the Y axis is set to 60 Hz, and the frequency when vibrating around the X axis is set to 30 kHz. That is, it is driven at 60 Hz (design value) in the vertical direction V (see FIG. 4), and is driven at 30 kHz (design value) in the horizontal direction H (see FIG. 4). Further, the vertical direction is DC driven, and the horizontal direction is resonance driven. The movement of the mirror unit 11 is detected by the distortion sensor 18 in both the vertical direction and the horizontal direction. The horizontal direction H is an example of the “predetermined direction” and the “first direction” in the present invention, and the vertical direction V is an example of the “second direction” in the present invention.

4つの駆動部13のそれぞれに13−1〜13−4の符号を付して具体的に説明する。ミラー部11をY軸周りに振動させる際には、駆動部13−1および13−3を一方の組とするとともに、駆動部13−2および13−4を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部13−1および13−3が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部13−2および13−4が収縮する方向に変形する。また、一方の組である駆動部13−1および13−3が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部13−2および13−4が伸長する方向に変形する。これにより、ミラー部11がミラー枠14とともにY軸周りに振動し、ミラー部11の傾き(角度)がY軸周りに変動する。   Each of the four driving units 13 is specifically described with reference numerals 13-1 to 13-4. When the mirror unit 11 is vibrated around the Y axis, the drive units 13-1 and 13-3 are set as one set, the drive units 13-2 and 13-4 are set as the other set, The sign of the voltage applied to each of the other set is reversed. In this case, when the driving units 13-1 and 13-3 as one set are deformed in the extending direction, the driving units 13-2 and 13-4 as the other set are deformed in a contracting direction. Further, when the driving units 13-1 and 13-3 that are one set are deformed in a contracting direction, the driving units 13-2 and 13-4 that are the other set are deformed in a extending direction. Thereby, the mirror unit 11 vibrates around the Y axis together with the mirror frame 14, and the inclination (angle) of the mirror unit 11 varies around the Y axis.

また、ミラー部11をX軸周りに振動させる際には、駆動部13−1および13−2を一方の組とするとともに、駆動部13−3および13−4を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部13−1および13−2が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部13−3および13−4が収縮する方向に変形する。また、一方の組である駆動部13−1および13−2が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部13−3および13−4が伸長する方向に変形する。これにより、ミラー部11がミラー枠14とともにX軸周りに振動し、ミラー部11の傾き(角度)がX軸周りに変動する。   When the mirror unit 11 is vibrated around the X axis, the drive units 13-1 and 13-2 are set as one set, and the drive units 13-3 and 13-4 are set as the other set. The polarity of the voltage applied to each of the set and the other set is reversed. In this case, when the driving units 13-1 and 13-2 as one set are deformed in the extending direction, the driving units 13-3 and 13-4 as the other set are deformed in a contracting direction. Further, when the driving units 13-1 and 13-2 that are one set are deformed in a contracting direction, the driving units 13-3 and 13-4 that are the other set are deformed in a extending direction. Thereby, the mirror part 11 vibrates around the X axis together with the mirror frame 14, and the inclination (angle) of the mirror part 11 varies around the X axis.

このとき、駆動部13を変形させることのみでミラー部11をX軸周りに回動させようとすると、ミラー部11のX軸周りの傾き(角度)の変動は小さくなってしまう。このため、実際に走査動作を行う際には、駆動部13に印加される電圧の周波数によってミラー部11が共振するように、駆動部13への印加電圧の周波数が設定される。   At this time, if the mirror unit 11 is rotated about the X axis only by deforming the driving unit 13, the variation in the inclination (angle) of the mirror unit 11 about the X axis becomes small. For this reason, when the scanning operation is actually performed, the frequency of the applied voltage to the drive unit 13 is set so that the mirror unit 11 resonates with the frequency of the voltage applied to the drive unit 13.

上記のようにミラー部11を動作させることで、互いに直交している2軸周りにミラー部11を回動させることができ、1つのミラー部11で2次元走査することが可能となる。   By operating the mirror unit 11 as described above, the mirror unit 11 can be rotated around two axes that are orthogonal to each other, and two-dimensional scanning can be performed by the single mirror unit 11.

ここで、図3に示すように、水平走査駆動信号と垂直走査駆動信号とを重畳した電圧を4つの駆動部13(圧電素子13a)に加えることによって、上記のように水平トーションバー16を支点にした水平方向の共振駆動と、ミラー枠14全体を駆動させる垂直方向の駆動(DC駆動)とが実現される。なお、垂直駆動信号は60Hzの三角波であり、水平駆動信号は正弦波である。また、水平駆動信号の周波数はミラー部11の水平方向の共振周波数である。このため、後述するように、水平方向の駆動周波数は、水平方向の共振周波数となるように、駆動信号と水平方向の歪みセンサー検出信号との位相差を検出してPLLをかけている。これにより、環境温度などで共振周波数がずれた場合でも、PLLにより追従制御できるように構成されている。   Here, as shown in FIG. 3, by applying a voltage obtained by superimposing the horizontal scanning drive signal and the vertical scanning drive signal to the four drive units 13 (piezoelectric elements 13a), the horizontal torsion bar 16 is supported as described above. The horizontal resonance driving and the vertical driving (DC driving) for driving the entire mirror frame 14 are realized. The vertical drive signal is a 60 Hz triangular wave, and the horizontal drive signal is a sine wave. The frequency of the horizontal drive signal is the horizontal resonance frequency of the mirror unit 11. Therefore, as will be described later, the phase difference between the drive signal and the horizontal strain sensor detection signal is detected and the PLL is applied so that the horizontal drive frequency becomes the horizontal resonance frequency. Thus, even when the resonance frequency is shifted due to the environmental temperature or the like, the tracking control can be performed by the PLL.

このような光スキャナ10が搭載された画像投影装置100では、図4に示すように、垂直方向(V方向)は60Hzの三角波走査が行われ、水平方向(H方向)は共振周波数で正弦波走査が行われる。垂直方向はDC駆動であるため、走査角度は駆動信号により決まる。一方、垂直方向は共振駆動であるため、単位時間当たりの走査本数と走査角度は変動する。そのため、走査角度は、歪みセンサー出力を基に、駆動信号の振幅調整を行うことで対応している。   In the image projection apparatus 100 equipped with such an optical scanner 10, as shown in FIG. 4, a 60 Hz triangular wave scan is performed in the vertical direction (V direction), and a sine wave at the resonance frequency in the horizontal direction (H direction). A scan is performed. Since the vertical direction is DC drive, the scanning angle is determined by the drive signal. On the other hand, since the vertical direction is resonant driving, the number of scans per unit time and the scan angle vary. Therefore, the scanning angle corresponds by adjusting the amplitude of the drive signal based on the distortion sensor output.

ここで、共振駆動を適用する水平方向駆動においては、そのミラー変位は、共振周波数のばらつきとQ値のばらつきの影響を受ける。共振周波数がばらつくと、水平走査の周期がばらつく。一方、Q値がばらつくと、水平走査の振幅がばらつく。また、光スキャナにおける共振周波数およびQ値のばらつきは、製造時の加工ばらつきに起因する。そこで、本願発明者らが、この加工ばらつきによる影響を小さくするために、シミュレーションによるTM(Taguchi Methods)評価を行った。その結果、ミラー水平方向に共振モードを2つ作ることが望ましいことが判明した。すなわち、水平方向に共振モードを2つもつことで、製造上のロバスト性を向上させることが可能となることを見出した。   Here, in the horizontal direction drive to which the resonance drive is applied, the mirror displacement is affected by the variation of the resonance frequency and the variation of the Q value. When the resonance frequency varies, the horizontal scanning period varies. On the other hand, when the Q value varies, the horizontal scanning amplitude varies. Further, the variation in the resonance frequency and the Q value in the optical scanner is caused by the processing variation at the time of manufacture. Therefore, the inventors of the present application performed a TM (Taguy Methods) evaluation by simulation in order to reduce the influence of this processing variation. As a result, it has been found that it is desirable to create two resonance modes in the mirror horizontal direction. That is, it has been found that manufacturing robustness can be improved by having two resonance modes in the horizontal direction.

そのため、第1実施形態では、上記光スキャナ10が水平方向に共振モードを2つ有するように構成されている。水平方向に共振モードを2つ有する構成とするためには、水平トーションバー16(図2および図6参照)に加えて、ミラー枠14(図2および図6参照)も水平方向(水平走査方向)に捩れるように構成すればよい。これにより、水平トーションバー16を基準としてなされる振動による共振モードと、ミラー枠14を基準としてなされる振動による共振モードとの2つの共振モードが得られる。   Therefore, in the first embodiment, the optical scanner 10 is configured to have two resonance modes in the horizontal direction. In order to obtain a configuration having two resonance modes in the horizontal direction, in addition to the horizontal torsion bar 16 (see FIGS. 2 and 6), the mirror frame 14 (see FIGS. 2 and 6) also has a horizontal direction (horizontal scanning direction). ) To be twisted. As a result, two resonance modes are obtained: a resonance mode based on vibrations based on the horizontal torsion bar 16 and a resonance mode based on vibrations based on the mirror frame 14.

なお、光スキャナ10の共振周波数は、基体(シリコン基板)におけるヤング率、ポアソン比、密度、さらには、ミラー部11の形状、固定条件、圧電素子の圧電定数等の条件が明らかになっていれば、市販のシミュレーションソフトによって算出可能である。そのため、シミュレーションによって、水平方向に共振モードを2つ有する構成が容易に得られる。   The resonance frequency of the optical scanner 10 is clarified in terms of Young's modulus, Poisson's ratio, density in the substrate (silicon substrate), the shape of the mirror portion 11, the fixing condition, the piezoelectric constant of the piezoelectric element, and the like. For example, it can be calculated by commercially available simulation software. Therefore, a configuration having two resonance modes in the horizontal direction can be easily obtained by simulation.

この場合、たとえば、図8および図9に示すように、駆動部13からミラー枠14までの距離L(図8参照)を短くするとともに、垂直トーションバー15に設けられた変位拡大部21の幅W(図19参照)を長くするとよい。なお、変位拡大部21はDC駆動時の変位を拡大する機能を有している。そして、この距離Lと幅Wとを調整することにより、駆動部13とミラー枠14との間の部分の剛性を調整することができる。これにより、容易に、ミラー部11(駆動体)を共振駆動させる共振モードを2つ以上発生させることができ、かつ、2つの共振モードが近づく(図4のΔfが小さくなる)ように調整することができる。なお、上記はこの部分の剛性を変えることで共振モードを調整することが可能となる1つの例であり、共振モードを調整するための手法は上記以外であってもよい。   In this case, for example, as shown in FIGS. 8 and 9, the distance L (see FIG. 8) from the drive unit 13 to the mirror frame 14 is shortened, and the width of the displacement enlargement unit 21 provided in the vertical torsion bar 15. W (see FIG. 19) may be lengthened. The displacement enlarging unit 21 has a function of enlarging the displacement during DC driving. Then, by adjusting the distance L and the width W, the rigidity of the portion between the drive unit 13 and the mirror frame 14 can be adjusted. Thereby, it is possible to easily generate two or more resonance modes for resonantly driving the mirror unit 11 (driving body), and adjust the two resonance modes so as to approach each other (Δf in FIG. 4 becomes small). be able to. The above is one example in which the resonance mode can be adjusted by changing the rigidity of this portion, and the method for adjusting the resonance mode may be other than the above.

上述したように、光スキャナ10はX軸およびY軸に対して対称であるため、図8では光スキャナ10の一部分だけを示している。また、図8では、駆動部13(シリコン基板の駆動部13となる領域)および垂直トーションバー15に変位拡大部21を形成した構成としている。このように構成すれば、駆動部13(シリコン基板の駆動部13となる領域)の変形(撓み変形等)をねじれ変形(回転トルク)に変化させて垂直トーションバー15に変位を拡大して伝達させることが可能となるため好ましい。そのため、第1実施形態による光スキャナ10においても、このような構成が適用されているのが好ましい。ただし、このような変位拡大部21を形成しない構成とすることも可能である。また、上記変位拡大部21は、保持部19および垂直トーションバー15のいずれか一方に形成されていてもよい。   As described above, since the optical scanner 10 is symmetric with respect to the X axis and the Y axis, only a part of the optical scanner 10 is shown in FIG. Further, in FIG. 8, the displacement enlarged portion 21 is formed in the drive portion 13 (region to be the drive portion 13 of the silicon substrate) and the vertical torsion bar 15. If comprised in this way, the deformation | transformation (bending deformation etc.) of the drive part 13 (area | region used as the drive part 13 of a silicon substrate) will be changed into a twist deformation | transformation (rotation torque), and a displacement will be expanded and transmitted to the vertical torsion bar 15. It is preferable because it can be made to occur. For this reason, such a configuration is preferably applied also to the optical scanner 10 according to the first embodiment. However, a configuration in which such a displacement enlarging portion 21 is not formed is also possible. The displacement enlarging portion 21 may be formed on either the holding portion 19 or the vertical torsion bar 15.

また、2つの共振モードは、いずれも、共振周波数の周波数ばらつきが低減されている。なお、「水平方向」とは、上記のように、共振駆動により走査される方向であり、水平トーションバー16(第1軸)を中心軸として回動する方向でもある。   In both of the two resonance modes, the frequency variation of the resonance frequency is reduced. The “horizontal direction” is a direction scanned by resonance driving as described above, and is also a direction in which the horizontal torsion bar 16 (first axis) is rotated as a central axis.

そして、第1実施形態では、光スキャナ制御部40(水平駆動制御部50)(図5参照)によって、2つの共振モードのいずれか一方が選択されて、選択した共振モードで光スキャナ10が水平方向に駆動される。   In the first embodiment, one of the two resonance modes is selected by the optical scanner control unit 40 (horizontal drive control unit 50) (see FIG. 5), and the optical scanner 10 is horizontal in the selected resonance mode. Driven in the direction.

次に、第1実施形態の光スキャナ制御部40(水平駆動制御部50)による光スキャナ10の水平方向の駆動について説明する。なお、第1実施形態の光スキャナ制御部40による駆動(水平方向に2つの共振モードを有する光スキャナ10の駆動)の説明をする前に、1つの共振モードを有する比較例による光スキャナの駆動について先に説明する。   Next, the horizontal driving of the optical scanner 10 by the optical scanner control unit 40 (horizontal drive control unit 50) of the first embodiment will be described. Before describing driving by the optical scanner control unit 40 of the first embodiment (driving the optical scanner 10 having two resonance modes in the horizontal direction), driving of the optical scanner according to the comparative example having one resonance mode is described. Will be described first.

図10〜図13は、1つの共振モードを有する比較例による光スキャナの水平方向駆動を説明するための図である。図10の(A)に示すように、比較例による光スキャナは、共振モードが1つ存在する2次遅れ系である。なお、図10では、1つの共振モードをmode0として示している。また、比較例による水平方向の駆動は、この共振周波数により行う。2次遅れ系では、図10の(B)に示すように、共振周波数で、駆動信号とミラーの変位との位相差が90度となる。   10 to 13 are diagrams for explaining horizontal driving of an optical scanner according to a comparative example having one resonance mode. As shown in FIG. 10A, the optical scanner according to the comparative example is a second-order lag system in which one resonance mode exists. In FIG. 10, one resonance mode is indicated as mode0. Further, the horizontal driving according to the comparative example is performed at this resonance frequency. In the second-order lag system, as shown in FIG. 10B, the phase difference between the drive signal and the mirror displacement is 90 degrees at the resonance frequency.

共振周波数は固体ばらつきや環境温度により異なるため、常に共振周波数で駆動させるためには、PLL制御を行うのが好ましい。   Since the resonance frequency varies depending on individual variations and environmental temperature, it is preferable to perform PLL control in order to always drive at the resonance frequency.

また、比較例による光スキャナを駆動制御する光スキャナ制御部540は、図11に示すように、歪みセンサー18(18a)からの信号を検出する検出回路51、共振周波数に対して周波数追従制御を行うPLL回路部150、振幅制御回路52および水平駆動回路53を有している。PLL回路部150は、位相比較回路151、ループフィルター152、電圧制御発振器(VCO)153により構成されている。   Further, as shown in FIG. 11, the optical scanner control unit 540 that controls driving of the optical scanner according to the comparative example has a detection circuit 51 that detects a signal from the distortion sensor 18 (18a), and performs frequency tracking control with respect to the resonance frequency. A PLL circuit unit 150, an amplitude control circuit 52, and a horizontal drive circuit 53 are provided. The PLL circuit unit 150 includes a phase comparison circuit 151, a loop filter 152, and a voltage controlled oscillator (VCO) 153.

このように構成された比較例による光スキャナの水平方向駆動では、水平方向の歪みセンサー18b(18)により、ミラー水平方向の変位動作を検出する。そして、歪みセンサー18bの検出信号とVCO153から出力される駆動信号の位相差が90度になるように、VCO153の出力信号を制御する。この動作により、MEMS500(光スキャナ)のミラー部を水平方向に駆動する駆動信号が共振周波数に追従することになる。なお、ミラー部の水平方向の振り角度は共振のQ値に依存する。このQ値もばらつきをもっているため、所定のミラー振り角度を得るために、歪みセンサー18bからの出力値を基に振幅制御回路52で駆動信号の振幅制御を行っている。   In the horizontal drive of the optical scanner according to the comparative example configured as described above, the horizontal displacement sensor 18b (18) detects the displacement operation in the mirror horizontal direction. Then, the output signal of the VCO 153 is controlled so that the phase difference between the detection signal of the strain sensor 18b and the drive signal output from the VCO 153 is 90 degrees. By this operation, the drive signal for driving the mirror part of the MEMS 500 (optical scanner) in the horizontal direction follows the resonance frequency. The horizontal swing angle of the mirror part depends on the Q value of resonance. Since the Q value also varies, the amplitude control circuit 52 controls the amplitude of the drive signal based on the output value from the distortion sensor 18b in order to obtain a predetermined mirror swing angle.

また、図12にPLL回路部150の具体例が示されている。この具体例では、歪みセンサー18b(図11参照)からの検出信号と駆動信号との位相差を比較する位相比較回路151(図11参照)は、ExOR回路151aで構成されている。このExOR回路151aからは、位相差に応じたパルス列が出力される。また、ループフィルター152(図11参照)は、ローパスフィルター(LPF)152aから構成されており、ExOR回路151aから出力されたパルス列がLPF152aで平滑化される。そして、LPF出力値に基づいて、駆動周波数を上げるか下げるかの判別制御が行われる。   FIG. 12 shows a specific example of the PLL circuit unit 150. In this specific example, the phase comparison circuit 151 (see FIG. 11) that compares the phase difference between the detection signal from the distortion sensor 18b (see FIG. 11) and the drive signal is configured by an ExOR circuit 151a. A pulse train corresponding to the phase difference is output from the ExOR circuit 151a. The loop filter 152 (see FIG. 11) includes a low-pass filter (LPF) 152a, and the pulse train output from the ExOR circuit 151a is smoothed by the LPF 152a. Then, based on the LPF output value, control for determining whether to increase or decrease the drive frequency is performed.

駆動周波数を上げるか下げるかの判別制御について、図13を参照して具体的に説明する。図13は、比較する2つの信号の位相差とLPF出力値の関係を示している。図13に示すように、比較する2つの信号の位相差が0度のときは、LPF出力値は0になる。位相差が180度のときは、LPF出力値はVccとなる。位相差が0度〜180度までのLPF出力値は線形であるため、位相差が90度のときのLPF出力値はVcc/2となる。そのため、位相差90度でロックをかける場合、LPF出力値の目標値はVcc/2となる。そして、LPF出力値がVcc/2よりも小さいときは、駆動周波数を上げるように制御する。一方、LPF出力値がVcc/2よりも大きいときは、駆動周波数を挙げるように制御する。   The determination control for increasing or decreasing the drive frequency will be specifically described with reference to FIG. FIG. 13 shows the relationship between the phase difference between two signals to be compared and the LPF output value. As shown in FIG. 13, when the phase difference between two signals to be compared is 0 degree, the LPF output value is zero. When the phase difference is 180 degrees, the LPF output value is Vcc. Since the LPF output value with a phase difference of 0 to 180 degrees is linear, the LPF output value with a phase difference of 90 degrees is Vcc / 2. Therefore, when locking with a phase difference of 90 degrees, the target value of the LPF output value is Vcc / 2. When the LPF output value is smaller than Vcc / 2, control is performed to increase the drive frequency. On the other hand, when the LPF output value is larger than Vcc / 2, control is performed to increase the drive frequency.

このようにして、比較例による光スキャナの水平方向駆動が行われる。   In this way, the optical scanner according to the comparative example is driven in the horizontal direction.

図14〜図16は、本発明の第1実施形態による光スキャナの水平方向駆動を説明するための図である。続いて、図6、図12および図14〜図16を参照して、第1実施形態の光スキャナ制御部40(水平駆動制御部50)による駆動(水平方向に2つの共振モードを有する光スキャナ10の駆動)について説明する。   14 to 16 are views for explaining horizontal driving of the optical scanner according to the first embodiment of the present invention. Subsequently, with reference to FIGS. 6, 12, and 14 to 16, driving by the optical scanner control unit 40 (horizontal drive control unit 50) of the first embodiment (an optical scanner having two resonance modes in the horizontal direction). 10 driving) will be described.

図14の(A)に示すように、第1実施形態による光スキャナ10は、2つの共振モードを有している。図14では、2つの共振モードを、それぞれ、Mode1およびMode2として示している。また、Mode1の共振モードは、水平トーションバー16(図6参照)を基準としてなされる振動による共振モードである。一方、Mode2の共振モードは、ミラー枠14(図6参照)を基準としてなされる振動による共振モードである。   As shown in FIG. 14A, the optical scanner 10 according to the first embodiment has two resonance modes. In FIG. 14, the two resonance modes are shown as Mode1 and Mode2, respectively. Further, the resonance mode of Mode 1 is a resonance mode due to vibration made with reference to the horizontal torsion bar 16 (see FIG. 6). On the other hand, the resonance mode of Mode 2 is a resonance mode due to vibration made with reference to the mirror frame 14 (see FIG. 6).

なお、Mode1の周波数をfmode1、Mode2の周波数をfmode2とした場合、Mode1とMode2との関係は、以下の(1)式および(2)式を満たしているのが好ましい。
mode1<fmode2 ・・・・・(1)
mode1+0.2×fmode1≧fmode2 ・・・・・(2)
When the frequency of Mode 1 is fmode 1 and the frequency of Mode 2 is fmode 2, the relationship between Mode 1 and Mode 2 preferably satisfies the following expressions (1) and (2).
f mode1 <f mode 2 (1)
f mode1 + 0.2 × f mode1 ≧ f mode2 (2)

また、図14に示すように、Mode1では、駆動信号と歪みセンサー18b(図6参照)の検出信号との位相差は90度となる。Mode2では、駆動信号と歪みセンサー18b(図6参照)の検出信号との位相差は270度となる。   As shown in FIG. 14, in Mode 1, the phase difference between the drive signal and the detection signal of the distortion sensor 18b (see FIG. 6) is 90 degrees. In Mode 2, the phase difference between the drive signal and the detection signal of the distortion sensor 18b (see FIG. 6) is 270 degrees.

第1実施形態では、比較する2つの信号の位相差とLPF出力値との関係は図15のようになる。位相差が0度〜180度までのLPF出力値は線形であるため、位相差が90度のときのLPF出力値はVcc/2となる。また、位相差が180度〜360度までのLPF出力値も線形であるため、位相差が270度のときのLPF出力値はVcc/2となる。なお、位相差が0度〜180度までのLPF出力値の傾きと、位相差が180度〜360度までのLPF出力値の傾きとは、互いに逆になっている。   In the first embodiment, the relationship between the phase difference between two signals to be compared and the LPF output value is as shown in FIG. Since the LPF output value with a phase difference of 0 to 180 degrees is linear, the LPF output value with a phase difference of 90 degrees is Vcc / 2. In addition, since the LPF output value from 180 degrees to 360 degrees is also linear, the LPF output value when the phase difference is 270 degrees is Vcc / 2. Note that the slope of the LPF output value when the phase difference is 0 degree to 180 degrees and the slope of the LPF output value when the phase difference is 180 degrees to 360 degrees are opposite to each other.

ここで、Mode1の共振周波数を駆動周波数として用いる場合、LPF出力値の目標値をVcc/2とし、出力値がVcc/2より小さいときは駆動周波数を上げるように制御する。逆に、出力値がVcc/2より大きいときは駆動周波数を下げるように制御する。一方、Mode2の共振周波数を駆動周波数として用いる場合、LPF出力値の目標値をVcc/2とし、出力値がVcc/2より小さいときは駆動周波数を下げるように制御する。逆に、出力値がVcc/2より大きいときは駆動周波数を上げるように制御する。   Here, when the resonance frequency of Mode 1 is used as the drive frequency, the target value of the LPF output value is set to Vcc / 2, and when the output value is smaller than Vcc / 2, control is performed to increase the drive frequency. Conversely, when the output value is greater than Vcc / 2, control is performed to lower the drive frequency. On the other hand, when the resonance frequency of Mode 2 is used as the drive frequency, the target value of the LPF output value is set to Vcc / 2, and when the output value is smaller than Vcc / 2, the drive frequency is controlled to be lowered. Conversely, when the output value is greater than Vcc / 2, control is performed to increase the drive frequency.

駆動周波数として、どちらの共振モードを利用するかは選択可能であり、選択したモードに対する論理でPLLをかける。   As the drive frequency, which resonance mode is used can be selected, and PLL is applied by the logic for the selected mode.

2つの共振モードを比較すると、高周波側の共振モードは、MEMS構造体への応力ひずみの影響が大きいという特徴を有している。そのため、システムのロバスト性を向上させるためには、MEMS構造体への応力ひずみの影響が小さい低周波側の共振モード(Mode1)を利用するのが好ましい。すなわち、低周波側の共振モード(Mode1)を選択して、その共振周波数を駆動周波数とするのが好ましい。   Comparing the two resonance modes, the resonance mode on the high frequency side has a feature that the influence of stress strain on the MEMS structure is large. Therefore, in order to improve the robustness of the system, it is preferable to use a resonance mode (Mode 1) on the low frequency side that is less affected by stress strain on the MEMS structure. That is, it is preferable to select a resonance mode (Mode 1) on the low frequency side and set the resonance frequency as the driving frequency.

また、第1実施形態による光スキャナ10を駆動制御する光スキャナ制御部40(水平駆動制御部50)は、図16に示すように、歪みセンサー18bからの信号を検出する検出回路51、共振周波数に対して周波数追従制御を行うPLL回路部150および水平駆動回路53を有している。また、PLL回路部150は、位相比較回路151および周波数制御回路154を含む。なお、ループフィルター、電圧制御発振器(VCO)は、たとえば、周波数制御回路154に含まれている。また、図12に示した比較例と同様、位相比較回路151はExOR回路から構成されており、ループフィルターはLPFから構成されている。ただし、第1実施形態では、比較例とは異なり、振幅制御回路52(図11参照)を備えない構成とされている。   Further, as shown in FIG. 16, the optical scanner control unit 40 (horizontal drive control unit 50) that controls the driving of the optical scanner 10 according to the first embodiment includes a detection circuit 51 that detects a signal from the distortion sensor 18b, and a resonance frequency. 1 has a PLL circuit unit 150 and a horizontal drive circuit 53 for performing frequency tracking control. The PLL circuit unit 150 includes a phase comparison circuit 151 and a frequency control circuit 154. The loop filter and voltage controlled oscillator (VCO) are included in the frequency control circuit 154, for example. Similarly to the comparative example shown in FIG. 12, the phase comparison circuit 151 is composed of an ExOR circuit, and the loop filter is composed of LPF. However, in the first embodiment, unlike the comparative example, the amplitude control circuit 52 (see FIG. 11) is not provided.

上記周波数制御回路154は、Mode1の共振モードまたはMode2の共振モードのいずれかにPLLをかける論理が予め設定されている。すなわち、第1実施形態の周波数制御回路154では、Mode1にロックをかけるモード1ロック用か、Mode2にロックをかけるモード2ロック用にPLL論理が設定されている。   In the frequency control circuit 154, logic for applying a PLL to either the resonance mode of Mode 1 or the resonance mode of Mode 2 is set in advance. In other words, in the frequency control circuit 154 of the first embodiment, the PLL logic is set for mode 1 locking for locking Mode 1 or mode 2 locking for locking Mode 2.

上述したように、2つの共振モードを比較すると、低周波側の共振モード(Mode1)の方が、MEMS構造体にかかる応力ひずみが小さい。そのため、システムの安定性を考慮すると、Mode1で駆動することが好ましい。このため、第1実施形態では、周波数制御回路154は、Mode1の共振モードにPLLをかけるように論理が設定されている。ただし、周波数制御回路154は、Mode2の共振モードにPLLをかけるように論理を設定することもできる。   As described above, when the two resonance modes are compared, the stress mode applied to the MEMS structure is smaller in the resonance mode (Mode 1) on the low frequency side. Therefore, in consideration of the stability of the system, it is preferable to drive with Mode1. For this reason, in the first embodiment, the logic is set so that the frequency control circuit 154 applies a PLL to the resonance mode of Mode1. However, the frequency control circuit 154 can also set the logic so as to apply a PLL to the resonance mode of Mode2.

なお、第1実施形態による光スキャナ10の水平方向駆動のその他の動作は、上記した比較例と同様である。   The remaining operations of the optical scanner 10 according to the first embodiment for driving in the horizontal direction are the same as those in the comparative example described above.

このようにして、第1実施形態の光スキャナ制御部40(水平駆動制御部50)による光スキャナ10の水平方向駆動が行われる。   In this manner, the optical scanner 10 is driven in the horizontal direction by the optical scanner control unit 40 (horizontal drive control unit 50) of the first embodiment.

第1実施形態では、上記のように、水平方向の共振モードを2つ有する光スキャナ10を駆動する。光スキャナ10においては、水平方向の共振モードを2つ有することで、水平方向の共振モードを1つ有する場合に比べて、各共振モードにおける共振周波数の周波数ばらつきおよびQ値のばらつきを低減することができる。   In the first embodiment, as described above, the optical scanner 10 having two horizontal resonance modes is driven. In the optical scanner 10, by having two horizontal resonance modes, the frequency variation of the resonance frequency and the Q value variation in each resonance mode can be reduced as compared with the case of having one horizontal resonance mode. Can do.

また、上記したように、共振周波数およびQ値のばらつきは、光スキャナ10の製造時の加工ばらつきに起因する。そのため、加工精度を向上させることによって、共振周波数およびQ値のばらつきを低減することが可能である。しかしながら、上記のように、光スキャナ10を、水平方向の共振モードを2つ有する構成とすることで、加工精度を向上させることなく、共振周波数およびQ値のばらつきを低減することができる。すなわち、製造上の固体ばらつきを低減することができる。   Further, as described above, the variation in the resonance frequency and the Q value is caused by the processing variation at the time of manufacturing the optical scanner 10. Therefore, it is possible to reduce variations in the resonance frequency and the Q value by improving the processing accuracy. However, as described above, the optical scanner 10 having two horizontal resonance modes can reduce variations in the resonance frequency and the Q value without improving the processing accuracy. In other words, manufacturing variations in solids can be reduced.

そして、光スキャナ制御部40(水平駆動制御部50)により、共振周波数の周波数ばらつきおよびQ値のばらつきが低減された2つの共振モードのいずれか一方を選択して、選択した共振モード(共振周波数)で光スキャナ10(ミラー部11)を水平方向に駆動することによって、走査精度を向上させることができる。   Then, the optical scanner control unit 40 (horizontal drive control unit 50) selects one of the two resonance modes in which the variation in the resonance frequency and the variation in the Q value are reduced, and the selected resonance mode (resonance frequency). ), The scanning accuracy can be improved by driving the optical scanner 10 (mirror unit 11) in the horizontal direction.

また、Q値のばらつきに起因する振幅ばらつきを抑制するために、駆動信号による振幅調整を行う必要がないため、振幅制御回路が不要となる。そのため、制御部(駆動装置)が大きくなることもない。これにより、小型化を図りつつ、光スキャナ10の駆動精度を向上させることができる。   In addition, since it is not necessary to perform amplitude adjustment by the drive signal in order to suppress amplitude variation due to Q value variation, an amplitude control circuit is not required. Therefore, the control unit (drive device) does not increase. Thereby, the drive accuracy of the optical scanner 10 can be improved while achieving miniaturization.

また、第1実施形態では、光スキャナ制御部40(水平駆動制御部50)が、選択した共振モードの共振周波数に対して周波数追従制御を行うPLL回路部150を備えることによって、PLL回路部150により、駆動周波数を、選択した共振モードの共振周波数にロックをかけることができる。すなわち、PLL回路部150によって、共振周波数に追従するように駆動周波数を制御することができる。これにより、固体ばらつきや環境温度によって共振周波数が異なる場合でも、常に、選択した共振モードの共振周波数で光スキャナを駆動させることができる。   In the first embodiment, the optical scanner control unit 40 (horizontal drive control unit 50) includes the PLL circuit unit 150 that performs frequency tracking control with respect to the resonance frequency of the selected resonance mode. Thus, the drive frequency can be locked to the resonance frequency of the selected resonance mode. That is, the drive frequency can be controlled by the PLL circuit unit 150 so as to follow the resonance frequency. As a result, even when the resonance frequency varies depending on the solid variation or the environmental temperature, the optical scanner can always be driven at the resonance frequency of the selected resonance mode.

また、第1実施形態では、上記のように、光スキャナ制御部40(水平駆動制御部50)により、MEMS構造体への応力ひずみが小さい方の共振モード(Mode1)の共振周波数を駆動周波数として、光スキャナ10(ミラー部11)を水平駆動させることによって、容易に、システムのロバスト性を確保することができる。加えて、構造体にかかる応力ひずみが小さいため、システムの安定性を図ることもできる。   In the first embodiment, as described above, the optical scanner control unit 40 (horizontal drive control unit 50) uses the resonance frequency of the resonance mode (Mode 1) with the smaller stress strain on the MEMS structure as the drive frequency. The robustness of the system can be easily secured by horizontally driving the optical scanner 10 (mirror unit 11). In addition, since the stress strain applied to the structure is small, the stability of the system can also be achieved.

したがって、第1実施形態による光スキャナ10を光スキャナ制御部40(水平駆動制御部50)で駆動させることにより、走査精度を向上させることができる。   Accordingly, the scanning accuracy can be improved by driving the optical scanner 10 according to the first embodiment by the optical scanner control unit 40 (horizontal drive control unit 50).

(第2実施形態)
図17は、本発明の第2実施形態による光スキャナ制御部(水平駆動制御部)の構成を示したブロック図(モード選択可能なシステムのブロック図)である。次に、図17を参照して、本発明の第2実施形態による駆動システムについて説明する。なお、図17において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 17 is a block diagram (block diagram of a mode selectable system) showing the configuration of the optical scanner control unit (horizontal drive control unit) according to the second embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 17, the drive system by 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. Note that, in FIG. 17, corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate.

この第2実施形態のシステムでは、上記第1実施形態とは異なり、2つの共振モードのうち、Mode1の共振モードで駆動するか、Mode2の共振モードで駆動するかを常に選択する。   In the system according to the second embodiment, unlike the first embodiment, it is always selected whether to drive in the Mode 1 resonance mode or the Mode 2 resonance mode, out of the two resonance modes.

また、第2実施形態では、上記第1実施形態の構成において、周波数判別回路54をさらに備えている。周波数判別回路54は、周波数制御回路154と接続されており、周波数制御回路154からの信号が入力される。また、周波数判別回路54は2つの共振モードのうちどちらの共振モードの共振周波数が設計値により近いかを所定のタイミングで判別し、その結果に基づいて周波数制御回路154の共振周波数追従の設定を変更する。すなわち、第2実施形態では、周波数判別回路54により、2つの共振モードのうちどちらの共振モード(共振周波数)が駆動周波数の設計値により近いかを判別し、周波数制御回路154の設定を設計値により近い共振モードに切り替える。そして、駆動周波数の設計値に近い方の共振モード(共振周波数)でミラー水平方向の駆動を行う。   In the second embodiment, a frequency discrimination circuit 54 is further provided in the configuration of the first embodiment. The frequency discriminating circuit 54 is connected to the frequency control circuit 154 and receives a signal from the frequency control circuit 154. Further, the frequency discriminating circuit 54 discriminates which one of the two resonance modes the resonance frequency of the resonance mode is closer to the design value at a predetermined timing, and sets the resonance frequency tracking setting of the frequency control circuit 154 based on the result. change. That is, in the second embodiment, the frequency discriminating circuit 54 discriminates which of the two resonance modes (resonance frequency) is closer to the design value of the drive frequency, and sets the setting of the frequency control circuit 154 to the design value. Switch to a closer resonance mode. The mirror is driven in the horizontal direction in the resonance mode (resonance frequency) closer to the design value of the drive frequency.

第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。   Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

第2実施形態では、上記のように、駆動周波数の設計値に対してより近い共振周波数をもつ共振モードを選択して、その共振周波数を駆動周波数とすることによって、駆動周波数の設計値からのずれ量をできるだけ小さく抑えることができる。そのため、たとえば、環境変化や経年変化などによって共振周波数が変化した場合でも、設計値により近い共振周波数で光スキャナを共振駆動させることができる。   In the second embodiment, as described above, the resonance mode having a resonance frequency closer to the design value of the drive frequency is selected, and the resonance frequency is set as the drive frequency. The amount of deviation can be kept as small as possible. Therefore, for example, even when the resonance frequency changes due to environmental changes or aging, the optical scanner can be driven to resonate at a resonance frequency closer to the design value.

なお、水平走査の共振周波数が変わる(設計値からずれる)と、単位時間あたりに走査する走査線の数(走査線密度)が変わる。走査線密度の影響は、画像処理によって調整することが可能であるものの、この場合処理が煩雑になる。そのため、上記のように構成することにより、処理が煩雑になるのを抑制しながら、走査線密度の影響を低減することができる。   Note that when the resonance frequency of horizontal scanning changes (deviates from the design value), the number of scanning lines (scanning line density) scanned per unit time changes. Although the influence of the scanning line density can be adjusted by image processing, the processing becomes complicated in this case. Therefore, by configuring as described above, it is possible to reduce the influence of the scanning line density while suppressing complicated processing.

第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。   Other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

(第3実施形態)
図18および図19は、本発明の第3実施形態による光スキャナの要部構成を示した図である。図20は、本発明の第3実施形態における光スキャナ制御部(水平駆動制御部)の構成を示したブロック図(駆動システムのブロック図)である。次に、図18〜図20を参照して、本発明の第3実施形態による駆動システムについて説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
(Third embodiment)
18 and 19 are diagrams showing the main configuration of an optical scanner according to the third embodiment of the present invention. FIG. 20 is a block diagram (block diagram of the drive system) showing the configuration of the optical scanner control unit (horizontal drive control unit) in the third embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 18-20, the drive system by 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.

この第3実施形態では、図18および図19に示すように、光スキャナ10が、ミラー枠14の動きをモニターするための歪みセンサー18c(18)をさらに備えている。具体的には、この第3実施形態では、ミラー部11の垂直方向の動きと水平方向の動きとをモニターするための歪みセンサー18a、18bに加えて、ミラー枠14の動きをモニターするための歪みセンサー18cが追加されている。   In the third embodiment, as shown in FIGS. 18 and 19, the optical scanner 10 further includes a distortion sensor 18 c (18) for monitoring the movement of the mirror frame 14. Specifically, in the third embodiment, in addition to the distortion sensors 18a and 18b for monitoring the vertical movement and the horizontal movement of the mirror unit 11, the movement of the mirror frame 14 is monitored. A strain sensor 18c is added.

また、追加された歪みセンサー18cは、歪みセンサー18aおよび18bと同様、ピエゾ抵抗素子20を有しており、シリコンに対してボロンやヒ素などの不純物が部分的にドーピングされることにより生成されている。このプロセスは、生成する歪みセンサーの個数には依存しない(歪みセンサー生成のコストは歪みセンサーの個数に関係しない)ため、歪みセンサーの個数を増やした場合でもコストアップにはならない。   Further, the added strain sensor 18c has a piezoresistive element 20 like the strain sensors 18a and 18b, and is generated by partially doping impurities such as boron and arsenic into silicon. Yes. Since this process does not depend on the number of strain sensors to be generated (the cost of generating strain sensors is not related to the number of strain sensors), even if the number of strain sensors is increased, the cost does not increase.

なお、上記歪みセンサー18cは、たとえば、ミラー枠14における垂直トーションバー15の延長線上(Y軸上)に配置されている。   The strain sensor 18c is disposed, for example, on an extension line (on the Y axis) of the vertical torsion bar 15 in the mirror frame 14.

また、上記歪みセンサー18cは、ミラー枠14の水平方向への捩れ角度を検出する。光スキャナ10が2つの共振モードを有する場合、上記したように、2つの共振モードの一方はミラー枠14を基準としてなされる振動による共振モードである。すなわち、ミラー枠14が水平方向に捩れることで生じる共振モードである。このため、上記歪みセンサー18cを設けることによって、2つの共振モードの一方の共振モードが生じるミラー枠14の捩れ(動き)が検出される。   The strain sensor 18c detects a twist angle of the mirror frame 14 in the horizontal direction. In the case where the optical scanner 10 has two resonance modes, as described above, one of the two resonance modes is a resonance mode due to vibration made with the mirror frame 14 as a reference. That is, this is a resonance mode that occurs when the mirror frame 14 is twisted in the horizontal direction. For this reason, by providing the strain sensor 18c, the twist (movement) of the mirror frame 14 in which one of the two resonance modes occurs is detected.

そして、ミラー部11の動きを検出する歪みセンサー18b(ミラー用歪みセンサー18b)と、ミラー枠14の動きを検出する歪みセンサー18c(ミラー枠用歪みセンサー18c)との位相差情報によって、2つの共振モードのどちらで駆動されているのかを検出することが可能となる。なお、歪みセンサー18b(ミラー用歪みセンサー18b)は、本発明の「第1歪みセンサー」の一例であり、歪みセンサー18c(ミラー枠用歪みセンサー18c)は、本発明の「第2歪みセンサー」の一例である。   Then, based on phase difference information between the distortion sensor 18b (mirror distortion sensor 18b) for detecting the movement of the mirror unit 11 and the distortion sensor 18c (mirror distortion sensor 18c) for detecting the movement of the mirror frame 14, It is possible to detect which of the resonance modes is being driven. The strain sensor 18b (mirror strain sensor 18b) is an example of the “first strain sensor” in the present invention, and the strain sensor 18c (mirror frame strain sensor 18c) is the “second strain sensor” in the present invention. It is an example.

また、第3実施形態では、図20に示すように、上記第1実施形態の構成において、共振モード判別回路55をさらに備えている。この共振モード判別回路55には、ミラー用歪みセンサー18bからの検出信号とミラー枠用歪みセンサー18cからの検出信号とが入力される。そして、この共振モード判別回路55は、入力されたミラー用歪みセンサー出力とミラー枠用歪みセンサー出力との位相差判別を行うことにより、2つの共振モードのどちらで水平方向の共振駆動が行われているかを検出する。   Further, in the third embodiment, as shown in FIG. 20, in the configuration of the first embodiment, a resonance mode determination circuit 55 is further provided. The resonance mode discriminating circuit 55 receives a detection signal from the mirror distortion sensor 18b and a detection signal from the mirror frame distortion sensor 18c. The resonance mode discriminating circuit 55 discriminates the phase difference between the input mirror strain sensor output and the mirror frame strain sensor output, thereby performing horizontal resonance driving in either of the two resonance modes. Detect whether or not

なお、光スキャナ10(図19参照)がMode1の共振モードで駆動されているときは、2つの検出信号の位相は同相となり、位相差はほぼ0となる。一方、光スキャナ10(図19参照)がMode2の共振モードで駆動されているときは、2つの検出信号の位相は、同相と逆相との中間の値となる。   When the optical scanner 10 (see FIG. 19) is driven in the mode 1 resonance mode, the phases of the two detection signals are in phase and the phase difference is substantially zero. On the other hand, when the optical scanner 10 (see FIG. 19) is driven in the mode 2 resonance mode, the phase of the two detection signals is an intermediate value between the in-phase and anti-phase.

また、共振モード判別回路55は、ミラー用歪みセンサー出力とミラー枠用歪みセンサー出力との位相差判別を駆動周波数制御に適用するために、その結果を周波数制御回路154に出力する。   Further, the resonance mode discrimination circuit 55 outputs the result to the frequency control circuit 154 in order to apply the phase difference discrimination between the mirror distortion sensor output and the mirror frame distortion sensor output to the drive frequency control.

周波数制御回路154は、共振モード判別回路55から出力された位相差判別の結果に基づいて、駆動に利用する共振モードを選択(変更)し、その共振モードの共振周波数で光スキャナ10のミラー部11を水平方向に駆動する。   The frequency control circuit 154 selects (changes) a resonance mode to be used for driving based on the phase difference determination result output from the resonance mode determination circuit 55, and the mirror unit of the optical scanner 10 at the resonance frequency of the resonance mode. 11 is driven in the horizontal direction.

第3実施形態のその他の構成は、上記第1または第2実施形態と同様である。   Other configurations of the third embodiment are the same as those of the first or second embodiment.

第3実施形態では、上記のように、歪みセンサー18b(ミラー用歪みセンサー18b)からの出力(検出信号)と歪みセンサー18c(ミラー枠用歪みセンサー18c)からの出力(検出信号)との位相差判別を行うことにより、2つの共振モードのどちらで駆動されているのかを検出することができる。このため、検出された位相差判別の結果に基づいて駆動に利用する共振モードを選択することにより、周波数特性が複雑になった場合でも、Mode1またはMode2のいずれかの共振モードで光スキャナ10のミラー部11を駆動させることができる。   In the third embodiment, as described above, the output (detection signal) from the distortion sensor 18b (mirror distortion sensor 18b) and the output (detection signal) from the distortion sensor 18c (mirror frame distortion sensor 18c). By performing the phase difference discrimination, it is possible to detect which of the two resonance modes is being driven. For this reason, even if the frequency characteristic becomes complicated by selecting the resonance mode to be used for driving based on the detected phase difference determination result, the optical scanner 10 can be operated in either the Mode 1 or Mode 2 resonance mode. The mirror unit 11 can be driven.

たとえば、主要な共振モードは2つであるが、その他の小さな共振モード(水平方向ではない共振モード)が複雑に入り交じっている場合、その小さな共振モードによって位相遅れが生じるため、駆動信号と歪みセンサー18b(ミラー用歪みセンサー18b)との位相差判別では共振モードの識別が困難になることも考えられる。その場合、MEMS構造体が破損するような共振モードで駆動をしてしまうと、システム故障につながるおそれもある。   For example, if there are two main resonance modes, but other small resonance modes (resonance modes that are not in the horizontal direction) are mixed and mixed, the phase delay is caused by the small resonance modes, so the drive signal and distortion It may be difficult to identify the resonance mode in the phase difference determination with the sensor 18b (mirror distortion sensor 18b). In that case, driving in a resonance mode in which the MEMS structure is damaged may lead to a system failure.

しかしながら、上記のように構成することにより、周波数特性が複雑になった場合でも、2つの共振モードを容易に検出して、Mode1またはMode2のいずれかの共振モードで光スキャナ10のミラー部11を駆動させることができる。そのため、MEMS構造体が破損するような共振モードでの駆動が抑制されるので、システム故障が生じるのを抑制することができる。   However, by configuring as described above, even when the frequency characteristic becomes complicated, the two resonance modes can be easily detected, and the mirror unit 11 of the optical scanner 10 can be moved in either the Mode 1 or Mode 2 resonance mode. It can be driven. Therefore, since driving in a resonance mode that damages the MEMS structure is suppressed, the occurrence of a system failure can be suppressed.

第3実施形態のその他の効果は、上記第1または第2実施形態と同様である。   Other effects of the third embodiment are the same as those of the first or second embodiment.

(第4実施形態)
図21〜図23は、本発明の第4実施形態による光スキャナ制御部(駆動回路)の構成を示した図である。なお、図21は、光スキャナの駆動部(圧電素子)に印加する駆動信号(駆動波形)を示す概略図である。また、図22は、垂直走査駆動信号(垂直駆動電圧)を生成するための回路構成(V駆動構成)を示す図であり、図23は、水平走査駆動信号(水平駆動電圧)を生成するための回路構成(H駆動構成)を示す図である。次に、図21〜図23を参照して、この第4実施形態では、駆動電圧を生成する駆動回路(生成回路)の回路構成について説明する。
(Fourth embodiment)
21 to 23 are diagrams showing the configuration of an optical scanner control unit (drive circuit) according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 21 is a schematic diagram showing a drive signal (drive waveform) applied to the drive unit (piezoelectric element) of the optical scanner. FIG. 22 is a diagram showing a circuit configuration (V drive configuration) for generating a vertical scan drive signal (vertical drive voltage), and FIG. 23 is for generating a horizontal scan drive signal (horizontal drive voltage). It is a figure which shows the circuit structure (H drive structure). Next, with reference to FIGS. 21 to 23, in the fourth embodiment, a circuit configuration of a drive circuit (generation circuit) that generates a drive voltage will be described.

図21に示すように、垂直駆動電圧(V+、V−)はDC駆動電圧である。DC駆動電圧により、ミラー部11を垂直方向に駆動するためには、DC駆動電圧はある程度の高圧(振幅)を必要とする。また、マイナス電圧が圧電素子抗電界を超過するのを防ぐために、プラス側へのオフセット駆動が必要となる。   As shown in FIG. 21, the vertical drive voltages (V +, V−) are DC drive voltages. In order to drive the mirror unit 11 in the vertical direction by the DC drive voltage, the DC drive voltage requires a certain amount of high voltage (amplitude). Further, in order to prevent the negative voltage from exceeding the coercive electric field of the piezoelectric element, offset driving to the positive side is required.

ここで、V+およびV−は、ともに振幅70Vp−pの同じ波形であるため、共通の信号(電圧)を入力するのが簡便である。しかしながら、この場合には、上記したように、マイナス電圧が圧電素子抗電界を超過するため、分極外れという不具合が生じる。そのため、分極外れが生じるのを防ぐために、プラス側は50V〜−20V、マイナス側は20V〜−50Vとなるように、DCレベルにオフセットを持たせた信号が光スキャナ10の駆動部13に入力される。   Here, since both V + and V- have the same waveform with an amplitude of 70 Vp-p, it is easy to input a common signal (voltage). However, in this case, as described above, the minus voltage exceeds the coercive electric field of the piezoelectric element, so that a problem of depolarization occurs. Therefore, in order to prevent the occurrence of depolarization, a signal having an offset in the DC level is input to the drive unit 13 of the optical scanner 10 so that the plus side is 50 V to -20 V and the minus side is 20 V to -50 V. Is done.

また、そのような電圧(信号)は、図22に示す回路によって生成される。具体的には、アンプによって、基本信号(3.3V〜0V)から−35V〜35Vの高圧信号を作り、それを50V〜−20Vの信号(V+)と20V〜−50Vの信号(V−)にレベル変換する。なお、基本信号は、反転増幅回路によって、位相が180度変化して出力される。また、−35V〜35Vの高圧信号は、ツェナーダイオードと定電流ダイオードとが直列接続された定電流回路によって、レベル変換される。   Such a voltage (signal) is generated by the circuit shown in FIG. Specifically, a high voltage signal of −35V to 35V is generated from the basic signal (3.3V to 0V) by an amplifier, and a high voltage signal of 50V to −20V (V +) and a signal of 20V to −50V (V−) are generated. Level conversion. The basic signal is output with the phase changed by 180 degrees by the inverting amplifier circuit. The high voltage signal of −35V to 35V is level-converted by a constant current circuit in which a Zener diode and a constant current diode are connected in series.

水平駆動電圧(H1、H2)は、図23に示す回路によって生成される。具体的には、水平駆動電圧H1は、基本信号がアンプによって増幅されることにより生成される。一方、水平駆動電圧H2は、基本信号が反転増幅回路によって位相が180度変化されて増幅されることにより生成される。これにより、水平駆動電圧H1に対して逆位相の信号である水平駆動電圧H2が生成される。   The horizontal drive voltages (H1, H2) are generated by the circuit shown in FIG. Specifically, the horizontal drive voltage H1 is generated by amplifying a basic signal by an amplifier. On the other hand, the horizontal drive voltage H2 is generated by amplifying the basic signal by changing its phase by 180 degrees by an inverting amplifier circuit. As a result, a horizontal drive voltage H2 that is a signal having an opposite phase to the horizontal drive voltage H1 is generated.

そして、図21に示すように、垂直駆動電圧(V+、V−)と水平駆動電圧(H1、H2)とが重畳された電圧が各駆動部13(圧電素子)に印加される。   Then, as shown in FIG. 21, a voltage in which the vertical drive voltage (V +, V−) and the horizontal drive voltage (H1, H2) are superimposed is applied to each drive unit 13 (piezoelectric element).

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記第1〜第4実施形態では、垂直トーションバーの近傍、水平トーションバーの近傍、ミラー枠に歪みセンサーを1つずつ設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、歪みセンサーをそれぞれ複数個設けることもできる。   For example, in the above first to fourth embodiments, an example in which one distortion sensor is provided in the vicinity of the vertical torsion bar, in the vicinity of the horizontal torsion bar, and in the mirror frame is shown. A plurality of sensors can be provided.

また、上記第1〜第3実施形態では、ユニモルフ構造の駆動部を用いた例を示したが、このような圧電方式の駆動部は、ユニモルフに限らず、たとえばバイモルフであってもよい。   Moreover, although the example using the drive part of the unimorph structure was shown in the said 1st-3rd embodiment, such a piezoelectric-type drive part is not restricted to a unimorph, For example, a bimorph may be sufficient.

また、上記第1〜第3実施形態では、光スキャナの一例として2次元走査が可能な光スキャナの例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば1次元光スキャナであってもよい。   In the first to third embodiments, an example of an optical scanner capable of two-dimensional scanning is shown as an example of an optical scanner. However, the present invention is not limited to this, and may be a one-dimensional optical scanner, for example. .

また、上記第1〜第3実施形態では、ミラー部を駆動させる駆動部を、圧電素子を含む圧電駆動方式に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ミラー部を駆動させる駆動アクチュエーターは、圧電駆動方式以外であってもよい。たとえば、静電式であってもよいし、電磁式であってもよい。   In the first to third embodiments, the example in which the driving unit that drives the mirror unit is configured as a piezoelectric driving method including a piezoelectric element has been described. However, the present invention is not limited to this, and the mirror unit is driven. The drive actuator may be other than the piezoelectric drive system. For example, it may be electrostatic or electromagnetic.

なお、本発明の光走査装置は、画像投影装置以外にたとえばコピー機やプリンタ等の画像形成装置などに適用することができる。   The optical scanning device of the present invention can be applied to an image forming apparatus such as a copying machine or a printer in addition to the image projection apparatus.

10 光スキャナ(MEMSミラー)
11 ミラー部
12 固定枠
13 駆動部
13a 圧電素子
13b 電極
14 ミラー枠(可動枠)
15 垂直トーションバー
16 水平トーションバー
17 連結部
18a 歪みセンサー
18b 歪みセンサー、ミラー用歪みセンサー(第1歪みセンサー)
18c 歪みセンサー、ミラー枠用歪みセンサー(第2歪みセンサー)
20 ピエゾ抵抗素子
30 光源
40 光スキャナ制御部(駆動装置)
50 水平駆動制御部(駆動装置)
51 検出回路
53 水平駆動回路
54 周波数判別回路
55 共振モード判別回路
60 垂直駆動制御部
70 光源駆動回路
80 画像信号制御部
100 画像投影装置(光走査装置)
150 PLL回路部
151 位相比較回路
151a ExOR回路
152 ループフィルター
152a LPF
154 周波数制御回路
10 Optical scanner (MEMS mirror)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Mirror part 12 Fixed frame 13 Drive part 13a Piezoelectric element 13b Electrode 14 Mirror frame (movable frame)
15 vertical torsion bar 16 horizontal torsion bar 17 connecting portion 18a strain sensor 18b strain sensor, mirror strain sensor (first strain sensor)
18c Strain sensor, strain sensor for mirror frame (second strain sensor)
20 Piezoresistive element 30 Light source 40 Optical scanner controller (drive device)
50 Horizontal drive controller (drive device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 Detection circuit 53 Horizontal drive circuit 54 Frequency discrimination circuit 55 Resonance mode discrimination circuit 60 Vertical drive control part 70 Light source drive circuit 80 Image signal control part 100 Image projection apparatus (optical scanning apparatus)
150 PLL circuit section 151 Phase comparison circuit 151a ExOR circuit 152 Loop filter 152a LPF
154 Frequency control circuit

Claims (6)

所定方向の共振モードを2つ有する光スキャナと、
前記光スキャナを駆動する駆動装置とを備え、
前記駆動装置は、2つの共振モードのいずれか一方を選択して、選択した共振モードで前記光スキャナを前記所定方向に駆動することを特徴とする、光走査装置。
An optical scanner having two resonance modes in a predetermined direction;
A drive device for driving the optical scanner,
The driving device selects one of two resonance modes and drives the optical scanner in the predetermined direction in the selected resonance mode.
選択した共振モードの共振周波数に対して周波数追従制御を行うPLL回路部を備えることを特徴とする、請求項1に記載の光走査装置。   The optical scanning device according to claim 1, further comprising a PLL circuit unit that performs frequency tracking control with respect to a resonance frequency of the selected resonance mode. 前記光スキャナは、光を反射するミラー部を含む構造体からなり、
前記光スキャナの駆動において、前記構造体への応力ひずみが小さい方の共振モードの共振周波数を駆動周波数とすることを特徴とする、請求項2に記載の光走査装置。
The optical scanner comprises a structure including a mirror part that reflects light,
3. The optical scanning device according to claim 2, wherein in driving the optical scanner, a resonance frequency of a resonance mode having a smaller stress strain on the structure is used as a driving frequency. 4.
所定の周波数に対して、より近い共振周波数をもつ共振モードを選択して、その共振周波数を駆動周波数とすることを特徴とする、請求項2に記載の光走査装置。   3. The optical scanning device according to claim 2, wherein a resonance mode having a resonance frequency closer to a predetermined frequency is selected, and the resonance frequency is set as a drive frequency. 前記光スキャナは、光を反射するミラー部および前記ミラー部を囲むミラー枠を有するとともに、前記ミラー部の動きを検出する第1歪みセンサーおよび前記ミラー枠の動きを検出する第2歪みセンサーを含み、
前記光スキャナの駆動において、前記第1歪みセンサーからの出力と前記第2歪みセンサーからの出力とを比較することにより、駆動に利用する共振モードを選択することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光走査装置。
The optical scanner includes a mirror part that reflects light and a mirror frame that surrounds the mirror part, and includes a first distortion sensor that detects movement of the mirror part and a second distortion sensor that detects movement of the mirror frame. ,
The resonance mode used for driving is selected by comparing the output from the first strain sensor and the output from the second strain sensor in driving the optical scanner. 5. The optical scanning device according to claim 1.
互いに異なる方向である第1方向および第2方向の2つの走査で2次元走査を行う光走査装置であって、
前記光スキャナが、前記第1方向の共振モードを2つ有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光走査装置。
An optical scanning device that performs two-dimensional scanning by two scanning in a first direction and a second direction, which are different directions,
The optical scanning device according to claim 1, wherein the optical scanner has two resonance modes in the first direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014068846A1 (en) * 2012-10-31 2014-05-08 パナソニック株式会社 Actuator
JP2015057625A (en) * 2013-08-12 2015-03-26 株式会社リコー Piezoelectric optical deflector, optical scanner, image forming apparatus, and image projection device
JP2015132768A (en) * 2014-01-15 2015-07-23 株式会社リコー Light deflecting device and image display device
US10841548B2 (en) 2016-03-01 2020-11-17 Funai Electric Co., Ltd. Oscillating mirror element and projector

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014068846A1 (en) * 2012-10-31 2014-05-08 パナソニック株式会社 Actuator
JP2015057625A (en) * 2013-08-12 2015-03-26 株式会社リコー Piezoelectric optical deflector, optical scanner, image forming apparatus, and image projection device
JP2015132768A (en) * 2014-01-15 2015-07-23 株式会社リコー Light deflecting device and image display device
US10841548B2 (en) 2016-03-01 2020-11-17 Funai Electric Co., Ltd. Oscillating mirror element and projector

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