JP2014235316A - 光走査装置、光走査制御装置及び光走査ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】圧電センサの経年劣化による出力電圧の低下とノイズによる影響を抑制することが可能な光走査装置、光走査制御装置及び光走査ユニットを提供することを目的としている。【解決手段】ミラーを支持するミラー支持部を軸方向両側から捻れ梁により支持し、前記捻れ梁の捻れにより前記ミラー支持部を軸回り方向に揺動させる光走査装置であって、前記ミラー及び前記ミラー支持部を挟むように対をなして設けられた駆動梁と、前記駆動梁の片側を前記捻れ梁と連結する連結梁と、前記連結梁上に形成されており、前記駆動梁に駆動電圧が印加されて前記ミラーが揺動しているとき、前記捻れ梁の軸周りの揺動による前記連結梁の変位を検出する圧電センサを有し、前記圧電センサは、上部電極に正極又は負極の第一バイアス電圧が印加され、下部電極に前記上部電極に印加されたバイアス電圧と極性が逆の第二バイアス電圧が印加される。【選択図】図６

Description

本発明は、ミラーを支持するミラー支持部を軸方向両側から捻れ梁により支持し、前記捻れ梁の捻れにより前記ミラー支持部を軸回り方向に揺動させる光走査装置、この光走査装置を制御する光走査制御装置、光走査装置と光走査制御装置を有する光走査ユニットに関する。

従来から、例えば特許文献１に記載されるように、圧電素子の上面に上部電極、下面に下部電極を形成したアクチュエータを用いて入射光を反射させるミラー部を回転軸回りに回転させ、反射光を走査させる光走査装置が知られている。このアクチュエータでは、上部電極と下部電極とに駆動電圧を印加することによって、ミラー部を反射面に対して垂直及び水平に揺動させる。

このようなアクチュエータでは、ミラー部が駆動され遥動している状態で圧電素子に発生する電圧を検出する検出用の圧電センサが設けられており、この圧電センサの出力に基づきミラー部の傾きが検出され、アクチュエータの動作が制御される。

圧電センサは、例えば圧電素子を用いたアクチュエータと同様の構成を有しており、ミラーの変位に応じた電圧を出力する。この圧電センサは、一方の上部電極又は下部電極の何れか一方が接地されており、他方の電極が圧電センサの出力端子と接続されていても良い。図１は、従来の圧電センサの接続を説明する図である。従来の圧電センサ１０は、一本の電極が接地されており、他方の電極が圧電センサの出力端子と接続される。また他方の電極には、チャージアップを防止するための抵抗Ｒ１が接続される。

特開２０１２−２０８３５２号公報

上記従来の圧電センサは、経年劣化による出力電圧の低下が大きく、時間の経過によりミラーの変位に対する感度が鈍くなる虞がある。また従来の圧電センサでは、元々の出力電圧が小さいためにノイズの影響を受けやすい。

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべく成されたものであり、圧電センサの経年劣化による出力電圧の低下とノイズによる影響を抑制することが可能な光走査装置、光走査制御装置及び光走査ユニットを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成すべく以下の如き構成を採用した。

本発明は、ミラー（１１０）を支持するミラー支持部（１２０）を軸方向両側から捻れ梁（１３０Ａ、１３０Ｂ）により支持し、前記捻れ梁（１３０Ａ、１３０Ｂ）の捻れにより前記ミラー支持部（１２０）を軸回り方向に揺動させる光走査装置（２００）であって、
前記ミラー（１１０）及び前記ミラー支持部（１２０）を挟むように対をなして設けられた駆動梁（１５０Ａ、１５０Ｂ）と、
前記駆動梁（１５０Ａ、１５０Ｂ）の片側を前記捻れ梁と連結する連結梁（１４０Ａ、１４０Ｂ）と、
前記連結梁（１５０Ａ、１５０Ｂ）上に形成されており、前記駆動梁（１５０Ａ、１５０Ｂ）に駆動電圧が印加されて前記ミラー（１１０）が揺動しているとき、前記捻れ梁（１３０Ａ、１３０Ｂ）の軸周りの揺動による前記連結梁（１４０Ａ、１４０Ｂ）の変位を検出する圧電センサ（１９１）を有し、
前記圧電センサ（１９１）は、
上部電極（１９１ｂ）に正極又は負極の第一バイアス電圧が印加され、下部電極（１９１ｃ）に前記第一バイアス電圧と極性が逆の第二バイアス電圧が印加される構成とした。

また本発明は、上記光走査装置を制御する光走査制御装置である。

また本発明は、上記光走査装置と光走査制御装置を有する光走査ユニットである。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、圧電センサの経年劣化による出力電圧の低下とノイズによる影響を抑制することができる。

従来の圧電センサの接続を説明する図である。 第一の実施形態の光走査ユニットを説明する図である。 第一の実施形態の光走査装置を説明する図である。 図１の部分Ａを拡大した図である。 図１の部分Ｂを拡大した図である。 バイアス電圧の生成を説明する図である。 圧電センサの経年劣化を説明する図である。 バイアス電圧が印加された場合とバイアス電圧が印加されない場合のセンサ信号を示す図である。 第二の実施形態の光走査ユニットを説明する図である。 第三の実施形態の光走査ユニットを説明する図である。

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。図２は、第一の実施形態の光走査ユニットを説明する図である。

本実施形態の光走査ユニット１００は、光走査装置２００、電圧生成回路３００、フロントエンドＩＣ（Integrated Circuit）４００、ＬＤ（Laser Diode）４４０、ミラードライバＩＣ５００、抵抗Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ３０、Ｒ３１を有する。

本実施形態の光走査装置２００は、例えばＬＤ４４０から照射される光を走査させる光走査装置であり、例えば圧電素子によりミラーを駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー等である。

本実施形態の電圧生成回路３００、フロントエンドＩＣ４００、ＬＤ４４０、ミラードライバＩＣ５００、抵抗Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ３０、Ｒ３１は、光走査装置２００を制御する光走査制御装置である。

以下に、光走査ユニット１００の各部の説明に先立ち、本実施形態の光走査装置２００について説明する。

図３は、第一の実施形態の光走査装置を説明する図である。本実施形態の光走査装置２００は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂと、可動枠１６０と、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０と、を備えている。また本実施形態の第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、それぞれ駆動源１５１Ａ、１５１Ｂを備える。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを備える。

本実施形態のミラー支持部１２０には、ミラー１１０の円周に沿うようにスリット１２２が形成されている。このスリット１２２により、ミラー支持部１２０を軽量化しつつ捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂによる捻れをミラー１１０へ伝達することができる。

本実施形態の光走査装置２００において、ミラー支持部１２０の表面にミラー１１０が支持され、ミラー支持部１２０は、両側にある捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの端部に連結されている。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部１２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂが捻れることにより、ミラー支持部１２０に支持されたミラー１１０が揺動し、ミラー１１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれが連結梁１４０Ａ、１４０Ｂに連結支持され、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂに連結されている。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂ、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂ、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０に取り囲まれている。第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、可動枠１６０にそれぞれの片側が支持されている。第１の駆動梁１５０Ａのもう片側は内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと連結している。第１の駆動梁１５０Ｂのもう片側も同様に、内周側に延びて連結梁１４０Ａ、１４０Ｂと第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂは、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂと直交する方向に、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を挟むように、対をなして設けられている。

第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの表面には、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂがそれぞれ形成されている。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂは、第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂの表面上の圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。駆動源１５１Ａ、１５１Ｂでは、上部電極と下部電極に印加する駆動電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりする。このため第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとで異なる位相の駆動電圧を交互に印加すれば、ミラー１１０の左側と右側で第１の駆動梁１５０Ａと第１の駆動梁１５０Ｂとが上下反対側に交互に振動し、捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー１１０を軸周りに揺動させることができる。ミラー１１０が捻れ梁１３０Ａ、１３０Ｂの軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。例えば第１の駆動梁１５０Ａ、１５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー１１０を揺動駆動してよい。

また可動枠１６０の外部には、第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの一端が連結されている。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、可動枠１６０を左右両側から挟むように、対をなして設けられている。第２の駆動梁１７０Ａは、第１の駆動梁１５０Ａと平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして第２の駆動梁１７０Ａの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。第２の駆動梁１７０Ｂも同様に、第１の駆動梁１５０Ｂと平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして第２の駆動梁１７０Ｂの他端は、固定枠１８０の内側に連結されている。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの表面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位毎に駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。駆動源１７１Ａは、第２の駆動梁１７０Ａの表面上の圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。駆動源１７１Ｂは、第２の駆動梁１７０Ｂの表面上の圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。

第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂでは、矩形単位毎に隣接している駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、異なる極性の駆動電圧を印加することにより、隣接する矩形梁を上下反対方向に反らせ、各矩形梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、この動作により、平行方向と直交する方向である垂直方向にミラー１１０を揺動させる。例えば第２の駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動が用いられてもよい。

例えば駆動源１７１Ｂを左側から可動枠１６０に向かって並ぶ駆動源を駆動源１７１ＤＬ、１７１ＣＬ、１７１ＢＬ、１７１ＡＬを含むものとし、右側の駆動源１７１Ａを可動枠１６０から右側に向かって並ぶ駆動源１７１ＡＲ、１７１ＢＲ、１７１ＣＲ、１７１ＤＲを含むものとした場合、駆動源１７１Ａｘと駆動源１７１Ｃｘ（４本）を同波形、駆動源１７１Ｂｘ、駆動源１７１Ｄｘ（４本）を前者と位相の異なる同波形で駆動することで垂直方向へ遥動することができる。

また本実施形態の光走査装置２００は、駆動源１５１Ａ、１５１Ｂに駆動電圧が印加されてミラーが水平方向に遥動している状態におけるミラー１１０の水平方向の傾き具合を検出する圧電センサ１９１、１９２を有する。圧電センサ１９１、１９２は、連結梁１４０Ｂに設けられている。本実施形態の圧電センサ１９２は、連結梁１４０Ａ、１４０Ｂの重量のバランスをとるためのダミーセンサである。

また本実施形態の光走査装置２００は、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに駆動電圧が印加されてミラーが垂直方向に遥動している状態におけるミラー１１０の垂直方向の傾き具合を検出する圧電センサ１９５、１９６を有する。圧電センサ１９５は第２の駆動梁１７０Ａの有する矩形梁の一つに設けられており、圧電センサ１９６は第２の駆動梁１７０Ｂの有する矩形梁の一つに設けられている。

また本実施形態の圧電センサ１９１は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。

本実施形態の圧電センサ１９５は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ａのうち圧電センサ１９５が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。本実施形態の圧電センサ１９６は、ミラー１１０の垂直方向の傾き具合に伴い、第２の駆動梁１７０Ｂのうち圧電センサ１９６が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。

本実施形態では、圧電センサ１９１の出力を用いてミラー１１０の水平方向の傾き具合を検出する。また本実施形態では、圧電センサ１９５、１９６を用いてミラー１１０の垂直方向の傾き具合を検出する。尚本実施形態では、各圧電センサから出力される電流値からミラー１１０の傾き具合の検出を行う傾き検出部が光走査装置２００の外部に設けられていても良い。また本実施形態では、傾き検出部の検出結果に基づき駆動源１５１Ａ、１５１Ｂ、駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに供給する駆動電圧を制御する駆動制御部が光走査装置２００の外部に設けられていても良い。

各圧電センサ１９１は、圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。本実施形態では、各圧電センサの出力は、上部電極と下部電極とに接続されたセンサ配線の電流値となる。

以下に図４を参照して圧電センサ１９１について説明する。図４は、図１の部分Ａを拡大した図である。

圧電センサ１９１は、連結梁１４０Ｂにおける連結梁１４０Ｂと捻れ梁１３０Ｂとの連結部１３１の駆動源１５１Ｂ側に配置されている。圧電センサ１９２は、連結部１３１の駆動源１５１Ａ側に配置されている。

圧電センサ１９１、１９２は、連結梁１４０Ｂの表面上の圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。

本実施形態では、圧電センサ１９１の出力のみを用いるため、圧電センサ１９１にのみセンサ配線２０１、２０２が形成されている。

センサ配線２０１は、圧電センサ１９１の上部電極から引き出された上部電極配線であり、センサ配線２０２は、圧電センサ１９１の下部電極から引き出された下部電極配線である。

センサ配線２０１、２０２は、駆動源１５１Ｂ側に引き出されるように形成されて、固定枠１８０に設けられた端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続される。

また本実施形態では、駆動源１５１Ｂの下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線２０５及び駆動源１５１Ｂの上部電極に駆動電圧を印加する駆動配線２０６と、が駆動源１５１Ａ側に引き回されている。本実施形態の駆動配線２０５は、駆動源１５１Ａの下部電極に接続されている。また駆動配線２０６は、駆動源１５１Ａの下部電極と上部電極に駆動電圧を印加する駆動配線２０３、２０４と併走するように配線される。

駆動配線２０３、２０４、２０５及び２０６は、固定枠１８０に設けられた端子群ＴＡに含まれる所定の端子と接続される。

本実施形態の光走査装置２００は、以上の構成により、駆動配線２０３、２０４、２０５及び２０６とセンサ配線２０１、２０２とが隣接することがなく、センサ信号に対する駆動信号によるクロストークの影響を低減させることができる。

次に図５を参照して圧電センサ１９５について説明する。図５は、図１の部分Ｂを拡大した図である。

圧電センサ１９５は、第２の駆動梁１７０Ａの有する矩形梁の上端部に設けられている。圧電センサ１９５は、第２の駆動梁１７０Ａの表面上の圧電素子の薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電素子の下面に形成された下部電極とにより構成される。

圧電センサ１９５の出力は、センサ配線２０７とセンサ配線２０８とにより出力される。センサ配線２０７は、圧電センサ１９５の下部電極から引き出された下部電極配線であり、センサ配線２０８は、圧電センサ１９５の上部電極から引き出された上部電極配線である。センサ配線２０７及びセンサ配線２０８は、端子群ＴＡの所定の端子に接続される。

また本実施形態のセンサ配線２０７及びセンサ配線２０８は、駆動源１７１Ａの下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線２０３及び駆動源１７１Ａの上部電極に駆動電圧を印加する駆動配線２１０と、併走するように引き回される。尚駆動源１５１の下部電極と駆動源１７１の下部電極とには、共通の駆動電圧が印加されるため、駆動源１５１と下部電極と駆動源１７１の下部電極では駆動配線２０３が共通で使用される。

本実施形態では、このようにセンサ配線２０７及び２０８を形成することで、圧電センサ１９５の出力から検出されるミラー１１０の垂直方向の傾きを高精度に検出することができる。

尚図５では、圧電センサ１９５のみについて説明したが、圧電センサ１９６も圧電センサ１９５と同様に構成により、第２の駆動梁１７０Ｂの有する矩形梁の上端部に設けられている。圧電センサ１９６の上部電極及び下部電極から引き出されたセンサ配線は、それぞれ端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続される。

尚図示していないが、本実施形態の光走査装置２００では、固定枠１８０を支持する基板を有している。本実施形態の光走査装置２００では、基板において圧電センサ１９５及び１９６のそれぞれの上部電極から引き出されたセンサ配線が接続され、圧電センサ１９５及び１９６のそれぞれの下部電極から引き出されたセンサ配線が接続されていても良い。したがって光走査装置２００から出力される圧電センサ１９５及び１９６のセンサ配線は、一組の上部電極配線及び下部電極配線となる。本実施形態では、以上のように圧電センサ１９５及び１９６のセンサ配線を形成することで、ミラー１１０の垂直方向の揺動を検出するセンサの出力を増幅させることができる。

ここで図２に戻って、本実施形態の光走査ユニット１００の各部について説明する。

本実施形態の電圧生成回路３００は、光走査ユニット１００の有する各部へ電源を供給する。また本実施形態の電圧生成回路３００は、抵抗Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ３０、Ｒ３１と接続される。

本実施形態のフロントエンドＩＣ４００は、入力されたビデオ信号に信号処理を施し、ＬＤ４４０へ供給する。また本実施形態のフロントエンドＩＣ４００は、ミラー１１０の揺動を制御する信号を光走査装置２００へ供給する。

本実施形態のフロントエンドＩＣ４００は、ビデオ信号処理部４１０、ＬＤドライバ４２０、ミラー制御部４３０を有する。ビデオ信号処理部４１０は、入力されたビデオ信号に含まれる同期信号と、輝度信号及び色度信号とを分離する処理を行う。ビデオ信号処理部４１０は、輝度信号及び色度信号をＬＤドライバ４２０へ供給し、同期信号をミラー制御部４３０へ供給する。

ＬＤドライバ４２０は、ビデオ信号処理部４１０から出力された信号に基づき、ＬＤ４４０を制御する。

ミラー制御部４３０は、ミラードライバＩＣ５００から出力される圧電センサ１９１の出力と、同期信号とに基づきミラー１１０の揺動を制御する。より具体的にはミラー制御部４３０は、ミラードライバＩＣ５００を介して光走査装置２００の駆動源１５１Ａ，Ｂ、１７１Ａ，Ｂの駆動電圧（以下、駆動信号）を出力する。

本実施形態のミラードライバＩＣ５００は、位相反転部５１０、５１１、バッファ５７０、ノイズ除去部６００を有する。

位相反転部５１０、５１１は、ミラー制御部４３０から出力される駆動信号の位相を反転させる。具体的には位相反転部５１０は、駆動源１５１Ａに供給される駆動信号の位相を反転させて駆動源１５１Ｂに供給される駆動信号とする。また位相反転部５１１は、駆動源１７１Ａに供給される駆動信号の位相を反転させて駆動源１７１Ｂに供給される駆動信号とする。

本実施形態のノイズ除去部６００は、圧電センサ１９１の出力に重畳したノイズ成分を低減する。圧電センサ１９１の出力に重畳したノイズ成分とは、駆動配線の長さや配線の間隔により微妙に生じるクロストーク成分であり、駆動源１５１Ａ，１５１Ｂ，１７１Ａ，１７１Ｂに供給される駆動信号から受ける成分である。

本実施形態のノイズ除去部６００は、ゲイン・位相調整部５２０、５３０、加算回路５４０、バッファ５５０、減算回路５６０を有する。

ゲイン・位相調整部５２０、５３０は、駆動源１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれに供給される駆動信号から、圧電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分を生成する。以下の説明では、駆動源１５１Ａに供給される駆動信号を駆動信号１とし、駆動源１５１Ｂに供給される駆動信号を駆動信号２とする。

本実施形態のゲイン・位相調整部５２０は、駆動信号１を駆動源１５１Ａに印加した場合に圧電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分を生成する。本実施形態のゲイン・位相調整部５３０は、駆動信号２を駆動源１５１Ｂに印加した場合に圧電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分を生成する。

加算回路５４０は、ゲイン・位相調整部５２０、５３０の出力を加算し、加算結果を反転させる。本実施形態では、ゲイン・位相調整部５２０、５３０の出力を加算して反転させることで、駆動源１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれに駆動信号１と駆動信号２を同時に供給したと場合に、圧電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分を生成する。

バッファ５５０は、圧電センサ１９１の出力を増幅させる。圧電センサ１９１は、ミラー１１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁１３０Ｂから伝達される連結梁１４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。

減算回路５６０は、バッファ５５０の出力から加算回路５４０の出力を減算する。本実施形態のバッファ５５０の出力は、圧電センサ１９１の出力にノイズが重畳した信号である。また加算回路５４０の出力は、電センサ１９１の出力に重畳されたノイズ成分と同等の成分である。よってバッファ５５０の出力から加算回路５４０の出力を減算することで、圧電センサ１９１の出力からノイズ成分を除去することができる。減算回路５６０の出力は、フロントエンドＩＣ４００のミラー制御部４３０に供給される。

本実施形態のバッファ５７０は、圧電センサ１９５及び１９６それぞれの出力を加算したセンサ信号を増幅させる。具体的には本実施形態のバッファ５７０は、圧電センサ１９５及び圧電センサ１９６のそれぞれの上部電極を接続するセンサ配線と、圧電センサ１９５及び圧電センサ１９６のそれぞれの下部電極を接続するセンサ配線とが入力される。

尚図示していないが、本実施形態のミラードライバＩＣ５００には、駆動源１７１Ａ，１７１Ｂに供給される駆動信号から受けるノイズ成分を除去するノイズ除去部が設けられていても良い。駆動源１７１Ａ，１７１Ｂに対応したノイズ除去部は、ノイズ除去部６００と同様の構成であり、圧電センサ１９５及び１９６の出力に重畳したノイズ成分を低減する。ミラードライバＩＣ５００がこのノイズ除去部を有する場合には、バッファ５７０は、バッファ５５０と同様に、このノイズ除去部内に設けられても良い。

本実施形態の抵抗Ｒ２０、Ｒ３０は、圧電センサ１９１の上部電極と下部電極のそれぞれに印加するバイアス電圧を生成するためのバイアス電圧生成手段である。本実施形態の抵抗Ｒ２１、Ｒ３１は、圧電センサ１９５及び１９６の上部電極と下部電極のそれぞれに印加するバイアス電圧を生成するためのバイアス電圧生成手段である。

本実施形態では、光走査装置２００の端子群ＴＢを介して圧電センサ１９１の上部電極とバッファ５５０とを接続する配線を配線Ｓ１とし、圧電センサ１９１の下部電極とバッファ５５０とを接続する配線を配線Ｓ２とした。また本実施形態では、光走査装置２００の端子群ＴＡを介して圧電センサ１９５及び１９６のそれぞれの上部電極とバッファ５７０とを接続する配線を配線Ｓ３とし、圧電センサ１９５及び１９６のそれぞれの下部電極とバッファ５７０とを接続する配線を配線Ｓ４とした。

本実施形態の抵抗Ｒ２０は、一端が配線Ｓ１と接続されており、他端には電圧生成回路３００からミラードライバＩＣ５００に供給される正極の電圧が印加される。抵抗Ｒ３０は、一端が配線Ｓ２と接続されており、他端には電圧生成回路３００からミラードライバＩＣ５００に供給される負極の電圧が印加される。

また本実施形態の抵抗Ｒ２１は、一端が配線Ｓ３と接続されており、他端には電圧生成回路３００からミラードライバＩＣ５００に供給される正極の電圧が印加される。抵抗Ｒ３１は、一端が配線Ｓ４と接続されており、他端には電圧生成回路３００からミラードライバＩＣ５００に供給される負極の電圧が印加される。

本実施形態では、以上のように各圧電センサの上部電極と下部電極とに抵抗を接続することで、各圧電センサの上部電極と下部電極に印加するバイアス電圧を生成する。

以下に図６を参照して本実施形態のバイアス電圧の生成について説明する。図６は、バイアス電圧の生成を説明する図である。図６では、圧電センサ１９１に印加するバイアス電圧について説明する。

本実施形態の圧電センサ１９１は、圧電素子１９１ａの薄膜の上面に形成された上部電極１９１ｂと、圧電素子１９１ａの下面に形成された下部電極１９１ｃとにより構成される。

上部電極１９１ｂには配線Ｓ１が接続され、下部電極１９１ｃには配線Ｓ２が接続される。また配線Ｓ１は、抵抗Ｒ１０の一端と抵抗Ｒ２０の一端とが接続された接続点にも接続されている。抵抗Ｒ１０は、チャージアップを防止するための抵抗であり、他端は接地されている。抵抗Ｒ２０の他端は、電圧生成回路３００からミラードライバＩＣ５００に正極の電圧を供給する正極電源配線（図示せず）と接続される。

下部電極１９１ｃには配線Ｓ２が接続され、配線Ｓ２は抵抗Ｒ３０の一端と接続されている。抵抗Ｒ３０の他端には、電圧生成回路３００からミラードライバＩＣ５００に負極の電圧を供給する負極電源配線（図示せず）と接続される。

本実施形態では、正極電源配線と圧電センサ１９１の上部電極１９１ｂとの間に抵抗Ｒ２０を設けることで、圧電センサ１９１の上部電極１９１ｂに印加される正極のバイアス電圧を生成することができる。また本実施形態では、負極電源配線と圧電センサ１９１の下部電極１９１ｃとの間に抵抗Ｒ３０を設けることで、圧電センサ１９１の下部電極１９１ｃに印加される負極のバイアス電圧を生成することができる。

尚図６では、圧電センサ１９１に対して印加するバイアス電圧の生成を例として説明したが、圧電センサ１９５及び１９６においても同様の手法により正極・負極両方のバイアス電圧を生成することができる。

本実施形態では、以上のように圧電素子１９１ａの上部電極１９１ｂと下部電極１９１ｃのそれぞれに正極のバイアス電圧と負極のバイアス電圧とを印加することで、圧電素子１９１ａの分極の向きが反転しないようにする。

本実施形態の圧電素子１９１ａは、強誘電体であり、電気双極子が整列している。強誘電体の表面に存在する単位体積当たりの電気双極子は、自然に正と負の電荷の重心が分かれ、分極される（自然分極）。

バイアス電圧を印加しない状態で圧電素子１９１ａに機械的な力を加えて正極の電圧と負極の電圧とを交互に現れるセンサ信号を出力させた場合、圧電素子１９１ａの電気双極子は、出力される電圧の極性が変わる度に分極の向きを反転させることになる。このため圧電素子１９１ａは時間の経過と共に劣化し、センサ信号として出力される電圧の値が小さくなる。

そこで本実施形態では、圧電素子１９１ａに正極と負極のバイアス電圧を印加することで圧電素子１９１ａ内の分極を維持し、分極の向きを反転させることを抑制する。本実施形態では、この構成により、圧電素子１９１ａの劣化を抑制することができる。

以下に図７を参照して、本実施形態の圧電センサ１９１の経年劣化について説明する。図７は、圧電センサの経年劣化を説明する図である。図７（Ａ）はバイアス電圧を印加しない場合の圧電センサ１９１の経年劣化を示しており、図７（Ｂ）は正極と負極のバイアス電圧を印加した場合の圧電センサ１９１の経年劣化を示している。

図７（Ａ），（Ｂ）の縦軸はセンサ信号の電圧であり、横軸は圧電センサ１９１の振動回数である。

図７（Ａ）では、圧電センサ１９１の振動回数が増えるにつれて、センサ信号の電圧が小さくなっていくのがわかる。これに対して図７（Ｂ）では、圧電センサ１９１の振動回数が増えてもセンサ信号の電圧の値は殆ど変化しない。よって本実施形態のように正極と負極のバイアス電圧を印加した場合には、圧電センサ１９１の経年劣化が抑制されることがわかる。

さらに本実施形態では、バイアス電圧を印加することで、圧電素子１９１ａの変位により発生する電圧にバイアス電圧が重畳されるため、センサ信号の振幅を大きくすることができる。センサ信号の振幅が大きくなれば、センサ信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

図８は、バイアス電圧が印加された場合とバイアス電圧が印加されない場合のセンサ信号を示す図である。

図８では、バイアス電圧を印加しない場合のセンサ信号Ｐ１と、正極のバイアス電圧のみ印加した場合のセンサ信号Ｐ２と、正極と負極の両方のバイアス電圧を印加した場合のセンサ信号Ｐ３とを示している。図８において、もっとも振幅の大きいセンサ信号は、センサ信号Ｐ３であり、バイアス電圧を印加しない場合のセンサ信号Ｐ１と比べてＳ／Ｎ比を向上させることができる。

尚図６ないし図８では、圧電センサ１９１を例として説明したが、本実施形態では圧電センサ１９５、１９６に対しても同様に正極、負極のバイアス電圧が印加されても良い。

以上のように本実施形態によれば、圧電センサの経年劣化による出力電圧の低下とノイズによる影響を抑制することができる。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態では、バイアス電圧生成手段である抵抗が、光走査装置２００とミラードライバＩＣ５００Ａとの間に接続された点のみ第一の実施形態と相違する。よって以下の本発明の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。

図９は、第二の実施形態の光走査ユニットを説明する図である。

本実施形態の光走査ユニット１００Ａでは、ミラードライバＩＣ５００Ａを有する。ミラードライバＩＣ５００Ａは、抵抗Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ２１、Ｒ３１を有していない点が第一の実施形態のミラードライバＩＣ５００と相違する。

本実施形態の抵抗Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ２１、Ｒ３１は、光走査装置１００とミラードライバＩＣ５００Ａとの間に接続される。

具体的には本実施形態の抵抗Ｒ２０は、光走査装置２００から引き出され、バッファ５５０と接続される配線Ｓ１に一端が接続され、他端が電圧生成回路３００に接続されている。抵抗Ｒ３０は、光走査装置２００から引き出され、配線Ｓ２に一端が接続され、他端が電圧生成回路３３０に接続されている。抵抗Ｒ２１は、光走査装置２００から引き出され、配線Ｓ３に一端が接続され、他端が電圧生成回路３３０に接続されている。抵抗Ｒ３１は、光走査装置２００から引き出され、バッファ５７０と接続される配線Ｓ４に一端が接続され、他端が電圧生成回路３３０に接続されている。

抵抗Ｒ２０と抵抗Ｒ２１は、電圧生成回路３００において生成された正極の電圧が印加される。このとき抵抗Ｒ２０と抵抗Ｒ２１に印加される電圧は、例えばミラードライバＩＣ５００Ａに供給される電源電圧と同一であっても良い。また本実施形態の抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ３１には、電圧生成回路３００において生成された負極の電圧が印加される。

本実施形態では、以上の構成により、圧電センサ１９１と、圧電センサ１９５、１９６のそれぞれが有する圧電素子において分極を維持させることができ、圧電センサの経年劣化による出力電圧の低下とノイズによる影響を抑制することができる。

（第三の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第三の実施形態について説明する。本発明の第三の実施形態では、バイアス電圧生成手段である抵抗と、センサ信号を増幅させるバッファとが、光走査装置２００とミラードライバＩＣ５００Ｂとの間に設けられた点のみ第一の実施形態と相違する。よって以下の本発明の第三の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。

図１０は、第三の実施形態の光走査ユニットを説明する図である。

本実施形態の光走査ユニット１００Ｂは、ミラードライバＩＣ５００Ｂを有する。本実施形態のミラードライバＩＣ５００Ｂは、バッファ５５０、５７０と、抵抗Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ２１、Ｒ３１とを有していない点が第一の実施形態のミラードライバＩＣ５００と相違する。

本実施形態の光走査ユニット１００Ｂにおいて、配線Ｓ１と配線Ｓ２とがバッファ５５０の入力と接続される。バッファ５５０の出力は、減算回路５６０に供給される。また本実施形態の光走査ユニット１００Ｂにおいて、配線Ｓ３と配線Ｓ４とがバッファ５７０の入力と接続される。バッファ５７０の出力は、フロントエンドＩＣ４００に供給される。

本実施形態の抵抗Ｒ２０は、一端が配線Ｓ１と接続され、他端が電圧生成回路３００により生成された正極の電圧が印加される。抵抗Ｒ３０は、一端が配線Ｓ２と接続され、他端が電圧生成回路３００により生成された負極の電圧が印加される。抵抗Ｒ２１は、一端が配線Ｓ３と接続され、他端が電圧生成回路３００により生成された正極の電圧が印加される。抵抗Ｒ３１は、一端が配線Ｓ４と接続され、他端が電圧生成回路３００により生成された負極の電圧が印加される。

本実施形態では、バッファ５５０で増幅された圧電センサ１９１のセンサ信号が、ミラードライバＩＣ５００Ｂへ供給される。またバッファ５７０で増幅された圧電センサ１９５、１９６のセンサ信号がフロントエンドＩＣ４００へ供給される。

本実施形態では、以上の構成により、圧電センサ１９１と、圧電センサ１９５、１９６のそれぞれが有する圧電素子において分極を維持させることができ、圧電センサの経年劣化による出力電圧の低下とノイズによる影響を抑制することができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００、１００Ａ、１００Ｂ 光走査ユニット
１１０ ミラー
１９１、１９５、１９６ 圧電センサ
２００ 光走査装置
３００ 電圧生成回路
４００ フロントエンドＩＣ
５００、５００Ａ、５００Ｂ ミラードライバＩＣ
５５０、５７０ バッファ

Claims (7)

1. ミラーを支持するミラー支持部を軸方向両側から捻れ梁により支持し、前記捻れ梁の捻れにより前記ミラー支持部を軸回り方向に揺動させる光走査装置であって、
   前記ミラー及び前記ミラー支持部を挟むように対をなして設けられた駆動梁と、
   前記駆動梁の片側を前記捻れ梁と連結する連結梁と、
   前記連結梁上に形成されており、前記駆動梁に駆動電圧が印加されて前記ミラーが揺動しているとき、前記捻れ梁の軸周りの揺動による前記連結梁の変位を検出する圧電センサを有し、
   前記圧電センサは、
   上部電極に正極又は負極の第一バイアス電圧が印加され、下部電極に前記第一バイアス電圧と極性が逆の第二バイアス電圧が印加される光走査装置。
2. 前記上部電極から引き出された上部電極配線及び前記下部電極から引き出された下部電極配線は、前記一方の前記駆動梁側に形成され、
   前記一方の駆動梁と他方の駆動梁とがそれぞれ有する駆動源に駆動電圧を供給する駆動配線は、前記他方の駆動梁側から引き出される請求項１記載の光走査装置。
3. 請求項１又は２記載の光走査装置を備えた光走査制御装置であって、
   入力信号に信号処理を施して光源へ供給するフロントエンド回路と、
   前記光走査装置に対する駆動電圧の供給を制御するドライバ回路と、
   前記フロントエンド回路と前記ドライバ回路とに電源電圧を供給する電圧生成回路と、
   前記上部電極から引き出された上部電極配線と接続された第一配線と、前記下部電極から引き出された下部電極配線と接続された第二配線とが入力端子と接続されるバッファ回路と、
   前記第一配線と接続され、前記第一バイアス電圧を生成する第一電圧生成手段と、
   前記第二配線と接続され、前記第二バイアス電圧を生成する第二電圧生成手段と、を有する光走査制御装置。
4. 前記バッファ回路は、
   前記ドライバ回路に含まれる請求項３記載の光走査制御装置。
5. 前記バッファ回路と、前記第一電圧生成手段と、前記第二電圧生成手段とが、前記ドライバ回路に含まれる請求項３記載の光走査制御装置。
6. 前記第一電圧生成手段は、第一の抵抗であり、一端が前記第一配線と接続されており他端に前記電圧生成回路により生成された電圧が供給され、
   前記第二電圧生成手段は、第二の抵抗であり、一端が前記第二配線と接続されており他端に前記電圧生成回路により生成された、前記第一の抵抗に供給された電圧と極性が逆の電圧が供給される請求項３乃至５の何れか一項に記載の光走査制御装置。
7. 請求項１又は２記載の光走査装置と、
   請求項３乃至６の何れか一項に記載の光走査制御装置と、を有する光走査ユニット。

Images