JP2016161857A - 走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振幅検出においても優位性を有する走査装置を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳミラー１の固定フレーム２はＶ軸で可動フレーム３を支持し、可動フレーム３はＨ軸でミラー部４を支持する。制御装置によりミラー部４はＶ方向およびＨ方向に回転振動さえ、レーザ光を反射してスクリーンに走査しながら描画する。固定フレーム２にＺ方向に並べて配置した対向電極５ａ、５ｃと可動フレーム３の対向電極５ｂとでで２個のＶ方向センサを構成する。これらの検出信号の時間差から可動フレーム３の回転速度を求め、振幅を検出する。同様にして、２個のＨ方向センサによりミラー部の振幅も検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、走査装置に関する。

例えばＲＧＢのレーザ光をミラーによって反射させてスクリーンの対応する位置に投影するように走査して、スクリーン上に映像を描画するレーザスキャンモジュールがある。この場合、走査装置としてのミラーとしては、例えばＭＥＭＳ（micro electro mechanical Systems）ミラーがある。

このようなＭＥＭＳミラーは、レーザ光をスクリーンの対応する位置に正確に投影するには、次の３つの制御をする必要がある。
第１に、ＭＥＭＳミラーの副走査方向（Ｈ方向）および主走査方向（Ｖ方向）に振れる最大角度振幅を一定に制御する。
第２に、副走査方向は構造共振を使うため、その共振周波数を制御する。
第３に、スクリーン上で一定のレーザスポット径を確保するためにＭＥＭＳミラーとスクリーンの距離を一定に制御する。

このため、上記した制御を行うためには、それぞれの姿勢を検出するセンサが必要となる。また、レーザによる加熱を考慮すると、そのミラー姿勢を検出するセンサは温度特性が小さいほうがよい。ということが条件となってくる。

ＭＥＭＳミラーに用いられるセンサとしては、例えば、光学センサ式、ホール素子式、静電容量式、圧電式、あるいは歪みゲージ式などのものがある。そこで、これらのものについて、次の各種の方式について採用の判断となる優位性について検証してみた。例えば周波数検出、振幅検出、垂直軸方向変位検出、温度特性、プロセス容易性などである。

これらの項目について比較をしてみると、静電容量式のセンサは、振幅検出の点を除いて、他の検出機能においては優位性を有している。静電容量式のセンサはＭＥＭＳミラーを構成するフレーム部分とミラー部分との間に、ミラーの移動により対向面積が変化するように電極を設けたものである。電極はＭＥＭＳミラーの厚さの範囲で設けているので、ミラー厚（＝平行平板厚）を超えるような大きな変位があると、対向部分が外れてしまい、コンデンサ状態を維持できず、検出することができない。このため、静電容量式のセンサは、振幅検出に対する優位性は低くなってしまう。換言すれば、振幅検出が可能な静電容量式のセンサがあれば最も優位性を有するセンサとなる。

特開２０１０−１９１１７２号公報 特開２００５−２６６０５４号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＭＥＭＳセンサなどの走査装置の走査体の位置を検出するセンサとして、振幅検出においても優位性を有する走査装置を提供することにある。

請求項１に記載の走査装置は、第１支持体と、前記第１支持体に第１支持軸で支持され往復回動可能な板状の走査体と、前記走査体の回動方向の第１位置において当該走査体の通過を検出する第１センサと、前記走査体の回動方向の前記第１位置と異なる第２位置において当該走査体の通過を検出する第２センサと、前記第１センサおよび第２センサによる前記走査体の通過検出信号の時間差から第１支持軸周り前記走査体の往復回動の振幅を算出する第１振幅検出手段とを備えている。

上記構成を採用することにより、走査体が第１支持軸周りに回動するときに、第１位置および第２位置のそれぞれにおいて、第１センサ、第２センサにより走査体の通過が検出される。検出タイミングは通過速度すなわち往復回動の振幅に応じて異なる時間差で検出される。そこで、第１振幅検出手段により、第１センサおよび第２センサによる走査体の通過検出信号の時間差から第１支持軸周りの走査体の往復回動の振幅を算出することができる。

ＭＥＭＳミラーの外形を示す（ａ）平面図、図中Ｖ軸部分、Ｈ軸部分で切断した（ｂ）正面断面図、（ｃ）側面断面図 ＭＥＭＳミラーと制御装置の概略的な構成図 ミラーのＶ軸周り（ａ）およびＨ軸周り（ｂ）の振幅（角度）変化を示すタイムチャート Ｖ方向センサによる振幅検出の検出信号のタイムチャート Ｖ方向センサによるＺ軸ずれ量検出の検出信号のタイムチャート Ｈ方向センサによる振幅検出の検出信号のタイムチャート Ｈ方向センサによるＺ軸ずれ量検出の検出信号のタイムチャート

以下、本発明をＭＥＭＳミラーに適用した場合の実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１はレーザ光を二次元走査するＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）ミラー１の構成を示すもので、シリコン基板等の半導体基板を加工することで一体に形成されたものである。図１（ａ）に示すように、全体を支持する固定フレーム２は、矩形状で所定幅寸法の枠体として形成されている。固定フレーム２は、図１（ａ）中、ＸＹ平面に配置されているものとする。固定フレーム２の内側には可動フレーム３が設けられている。可動フレーム３は、同じくＸＹ平面に配置され、所定幅寸法の矩形枠体である。可動フレーム３の内側にはミラー部４が設けられている。ミラー部４は、ＸＹ平面に配置された円形状をなす板で、一方側の面がレーザ光を反射するように鏡面に仕上げられた反射面とされている。

可動フレーム３は、固定フレーム２の内側に２本の支持部２ａにより支持されている。支持部２ａは、固定フレーム２の内側で、Ｙ方向に配置された２つの辺部の中央に配置され、Ｘ軸方向に指向するＶ（vertical）軸に沿って設けられる。支持部２ａはＶ軸周りに対するねじり力に対して弾性復元力を有する。これにより、可動フレーム３は、固定フレーム２に、Ｖ軸を中心として所定範囲で回動可能に支持された状態とされている。

ミラー部４は、可動フレーム３の内側に２本の支持部３ａにより支持されている。支持部３ａは、可動フレーム３の内側で、Ｘ方向に配置された２つの辺部の中央に配置され、Ｙ軸方向に指向するＨ（horizontal）軸に沿って設けられる。支持部３ａはＨ軸周りに対するねじり力に対して弾性復元力を有する。これにより、ミラー部４は、可動フレーム３に、Ｈ軸を中心として所定範囲で回動可能に支持された状態とされている。

固定フレーム２のＸ方向に配置された２つの辺部の中央部内側には、一方の辺部に対向電極５ａ、他方の辺部に対向電極６ａが設けられる。また、可動フレーム３のＸ方向に配置された２つの辺部の中央部外側には、一方の辺部に対向電極５ｂ、他方の辺部に対向電極６ｂが設けられる。対向電極５ａ、５ｂは、電極面がＹＺ面に平行に配置され、複数本が固定フレーム２、可動フレーム３から突出するように互い違いに配置されている。同じく対向電極６ａ、６ｂについても、電極面がＹＺ面に平行に配置され、複数本が固定フレーム２、可動フレーム３から突出するように互い違いに配置されている。

対向電極５ａ、５ｂによりＶ軸周りの回転を検出するＶ方向センサＳＶ１が構成され、対向電極６ａ、６ｂによりＶ軸周りの回転を検出するＶ方向センサＳＶ２が構成されている。これら対向電極５ａ、５ｂ（６ａ、６ｂ）は、可動フレーム３の回動に伴って、両者の対向距離は維持された状態で対向する部分の面積が変化するように設けられる。これら対向電極５ａと５ｂ間（６ａと６ｂ間）で、電気的に容量（コンデンサ）を構成していて、対向面積の変化により容量値の変化を検出でき、これによって両者の間の相対的な位置状態を検出するものである。

また、図１（ｃ）に示しているように、固定フレーム２側の対向電極５ａ、６ａとＸＹ平面上で同じ位置で、Ｚ方向にずれた位置に同じく対向電極５ｃ、６ｃが設けられている。そして、対向電極５ｂと５ｃあるいは対向電極６ｂと６ｃとにより、上記と同様の原理を有する容量（コンデンサ）からなるＶ方向センサＳＶ３、ＳＶ４が構成されている。

可動フレーム３のＹ方向に配置された２つの辺部の中央部内側には、一方の辺部に対向電極７ａ、他方の辺部に対向電極８ａが設けられる。また、ミラー部４の外周部の対応する部分には、それぞれ対向電極７ｂ、８ｂが設けられる。対向電極７ａ、７ｂあるいは対向電極８ａ、８ｂは、電極面がＸＺ面に平行に配置され、複数本がそれぞれ可動フレーム３、ミラー部４から突出するように互い違いに配置されている。

対向電極７ａ、７ｂによりＨ軸周りの回転を検出するＨ方向センサＳＨ１が構成され、対向電極８ａ、８ｂによりＨ軸周りの回転を検出するＨ方向センサＳＨ２が構成されている。これら対向電極７ａ、７ｂ（８ａ、８ｂ）は、ミラー部４の回動に伴って、両者の対向距離は維持された状態で対向する部分の面積が変化するように設けられる。これら対向電極７ａと７ｂ間（８ａと８ｂ間）で、電気的に容量（コンデンサ）を構成していて、対向面積の変化により容量値の変化を検出でき、これによって両者の間の相対的な位置状態を検出するものである。

また、図１（ｂ）に示しているように、可動フレーム３側の対向電極７ａ、８ａとＸＹ平面上で同じ位置で、Ｚ方向にずれた位置に同じく対向電極７ｃ、８ｃが設けられている。そして、対向電極７ｂと７ｃあるいは対向電極８ｂと８ｃとにより、上記と同様の原理を有する容量（コンデンサ）からなるＨ方向センサＳＨ３、ＳＨ４が構成されている。

なお、上記構成の固定フレーム２と可動フレーム３との間には、Ｖ方向センサＳＶ１の対向電極５ａ、５ｂ、あるいはＶ方向センサＳＶ２の対向電極６ａ、６ｂの部分を用いて可動フレーム３をＶ軸周りに往復回転させるための駆動電極部を備えている。同様に、可動フレーム３とミラー部４との間には、Ｈ方向センサＳＨ１の対向電極７ａ、７ｂ、あるいはＨ方向センサＳＨ２の対向電極８ａ、８ｂの部分の構成を用いてミラー部４をＨ軸周りに往復回転させるための駆動電極部を備えている。これら駆動電極部からなる駆動電極群は、後述するようにして駆動制御される。

上記構成において、ミラー部４は走査体、可動フレーム３は第１支持体、Ｈ軸は第１支持軸、固定フレーム２は第２支持体、Ｖ軸は第２支持軸に相当している。また、Ｈ方向センサＳＨ１は第１位置に設けられる第１センサ、Ｈ方向センサＳＨ３、ＳＨ４は第２位置に設けられる第２センサ、Ｈ方向センサＳＨ２は第３位置に設けられる第３センサ、Ｖ方向センサＳＶ１は第４位置に設けられる第４センサ、Ｖ方向センサＳＶ３、ＳＶ４は第５位置に設けられる第５センサ、Ｖ方向センサＳＶ２は第６位置に設けられる第６センサに相当している。

次に、図２を参照してＭＥＭＳミラー１を駆動制御する制御装置１０の構成について説明する。ＭＥＭＳミラー１は、ＲＧＢレーザユニット２０から照射されるレーザ光をミラー部４の反射面で反射させて、スクリーン３０の投影面に照射する。このとき、制御装置１０は、ＭＥＭＳミラー１のミラー部４をＨ軸方向に往復回動させ、可動フレーム３をＶ軸方向に往復回動させる。これにより、ＲＧＢレーザユニット２０からのレーザ光がミラー部４で反射してスクリーン３０のＸ方向およびＹ方向のそれぞれに走査させながら投影され、スクリーン３０の投影面全体に描画される。

ＲＧＢレーザユニット２０は、ＲＧＢの各色に対応したレーザ光を出力するもので、制御装置１０は、ＲＧＢレーザユニット２０に対して、各色の出力タイミングを同期させた状態でＭＥＭＳミラー１のミラー部４の回動位置を制御する。

制御装置１０は、センサ信号受信部１１、タイミング制御部１２、レーザニット制御部１３、駆動信号発生部１４（Ｈ方向駆動信号発生部１４ａ、Ｖ方向駆動信号発生部１４ｂ）、位相調整部１５、振幅調整部１６を備えている。なお、制御装置１０は、第１振幅検出手段、第１垂直軸ずれ検出手段、第２振幅検出手段、第２垂直軸ずれ検出手段としての機能を有する。

センサ信号受信部１１は、ＭＥＭＳミラー１の各センサＳＶ１〜４、ＳＨ１〜４のそれぞれから出力される容量値に対応する検出信号をＶ軸周りのセンサ信号、Ｈ軸周りのセンサ信号としてそれぞれ時分割で受信して、静電容量値に対応した電圧信号としてタイミング制御部１２に出力する。

タイミング制御部１２は、内部に基準信号発生部、同期検波部、タイミング生成部としての機能を備えている。タイミング生成部は所定周期のタイミング信号を生成している。基準信号発生部は、タイミング信号からスクリーン３０への表示タイミングと同期した基準信号を生成し、同期検波部へ出力する。通常は、調整する軸の走査周波数と同じ周波数の基準信号を生成し、Ｘ方向を調整する場合にはＨ軸周りの走査周波数を出力し、Ｙ方向を調整する場合にはＶ軸周りの走査周波数を出力する。

同期検波部では、センサ信号受信部１１から入力される容量値に対応した電圧信号を基準信号発生部で発生した基準信号により同期検波し、検波した信号を位相調整部１５および振幅調整部１６へ出力する。また、同期検波部は、センサ信号受信部１１からの入力を切り替え可能に構成されている。

位相調整部１５は、同期検波した信号に基づき、ＭＥＭＳミラー１を駆動する駆動信号の位相を調整して出力するものであり、位相制御部、Ｈ軸位相シフタ、Ｖ軸位相シフタを備えている。位相制御部は、タイミング制御部１２の同期検波部からの出力を受け、Ｈ軸位相シフタおよびＶ軸位相シフタに対する位相シフト量を算出してそれぞれに位相シフト指令として出力する。

Ｈ軸位相シフタは、位相制御部からの位相シフト指令に基づき、駆動信号発生部１４のＨ方向駆動信号発生部１４ａから出力される駆動信号の位相をシフトして、振幅調整部１６のＨ軸振幅変更部に出力する。また、Ｖ軸位相シフタは、位相制御部からの位相シフト指令に基づき、駆動信号発生部１４のＶ方向駆動信号発生部１４ｂから出力される駆動信号の位相をシフトして、振幅調整部１６のＶ軸振幅変更部に出力する。

振幅調整部１６は、同期検波した信号に基づき、位相調整部１５で位相が調整された駆動信号の振幅を調整して出力するものであり、振幅制御部、Ｈ方向振幅変更部、Ｖ方向軸振幅変更部を備えている。振幅制御部は、タイミング制御部１２の同期検波部の出力を受け、Ｈ方向振幅変更部およびＶ方向振幅変更部に対する振幅変更量を算出してそれぞれに振幅変更指令信号として出力する。

Ｈ方向振幅変更部は、振幅制御部からの振幅変更指令に基づき、位相調整部１５のＨ方向位相シフタから出力される駆動信号の振幅を変更して、ＭＥＭＳミラー１の駆動電極群へ出力する。また、Ｖ方向振幅変更部は、振幅制御部からの振幅変更指令に基づき、位相調整部１５のＶ方向位相シフタから出力される駆動信号の振幅を変更して、ＭＥＭＳミラー１の駆動電極群へ出力する。

駆動信号発生部１４は、タイミング制御部１２からのタイミング信号に同期してＭＥＭＳミラー１を駆動する駆動信号を発生するものであり、Ｈ方向駆動信号発生部１４ａおよびＶ方向駆動信号発生部１４ｂを備えている。

Ｈ方向駆動信号発生部１４ａは、ＭＥＭＳミラー１のミラー部４をＨ軸周りに駆動するための駆動信号（Ｈ方向駆動信号）を発生する発振器であり、この実施形態では正弦波の駆動信号を発生する。Ｖ方向駆動信号発生部１４ｂは、ＭＥＭＳミラー１の可動フレーム３をＶ軸周りに駆動するための駆動信号（Ｖ方向駆動信号）を発生する発振器であり、この実施形態では三角波の駆動信号を発生する。

制御装置１０は、上記のような機能を備えた構成であるが、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび入出力インターフェース回路などを備えた構成であり、上記の機能を実現するための制御プログラムを実行している。制御装置１０は、基準信号およびセンサＳＨ１〜３、ＳＶ１〜３の信号に基づいて駆動信号の位相および振幅を調整してＭＥＭＳミラー１の駆動制御を行う。これにより、ＭＥＭＳミラー１が駆動制御される。

なお、制御装置１０は、この実施形態においては、上記したセンサ信号受信部１１において受信するセンサ信号に基づいて、次の機能を兼ね備えている。すなわち、制御装置１０は、Ｈ方向の回転角度から振幅を検出する第１振幅検出手段として機能し、Ｖ方向の回転角度から振幅を検出する第２振幅検出手段として機能する。また、制御装置１０は、加速度を受けた状態で検出動作を行っている場合などに対応して、Ｚ方向へのずれを検出する第１垂直軸ずれ検出手段および第２垂直軸ずれ検出手段としての機能も備える。

上記構成によれば、制御装置１０により、ＭＥＭＳミラー１に対して、次のようにして駆動制御を行うことにより、ＲＧＢレーザユニット２０のレーザ光をミラー部４の反射面で反射させてスクリーン３０の投影面に走査しながら画像を表示する。レーザ光をスクリーン３０の投影面に投影するときの走査のパターンは、Ｘ軸方向に繰り返し走査しながらＹ軸方向に移動させていく。したがって、Ｘ軸方向の走査速度は速く、Ｙ軸方向の走査速度は遅い。

制御装置１０は、スクリーン３０のＹ軸方向への走査の制御として、Ｖ軸周りの駆動信号を駆動電極群に与えて、可動フレーム３を図３（ａ）に示すような三角波状を呈する振幅Ｖ（θＶ）の変化で回転振動させる。これにより、ミラー部４はＶ軸周りに回転振動される。

制御装置１０は、可動フレーム３のＶ軸周りの回転時の回転角度θＶの最大値により決まる振幅が、図３（ａ）の線形のパターンで変化するように駆動制御されている。ここで、Ｖ軸周りの振幅変化の周期はＴＶ、振幅はＡＶとして示している。適正な振幅で可動フレーム３がＶ軸周りに回転振動しているときには、振幅ＡＶ１である。しかし、振幅がＡＶ１よりも小さいＡＶ２で回転振動する場合には、周期ＴＶが一定である条件下では、傾きが小さくなるので、角速度が小さくなる。つまり振幅ＡＶが変化すると角速度が変化し、これによってＶ方向センサＳＶ１とＳＶ３の位置を通過する時間差が変化することになる。換言すれば、この時間差を検出することで可動フレーム３の回転振動の角速度を求め、Ｖ軸周りの振幅ＡＶを検出することができる。

同様にして、制御装置１０は、スクリーン３０のＸ軸方向への走査の制御として、Ｈ軸周りの駆動信号を駆動電極群に与えて、ミラー部４を図３（ｂ）に示すような正弦波状の振幅Ｈ（θＨ）で回転振動させる。

制御装置１０は、ミラー部４のＨ軸周りの回転時の回転角度θＨの最大値により決まる振幅が、図３（ｂ）の線形のパターンで変化するように駆動制御されている。ここで、Ｈ軸周りの振幅変化の周期はＴＨ、振幅はＡＨとして示している。適正な振幅でミラー部４がＨ軸周りに回転振動しているときには、振幅ＡＨ１である。しかし、振幅がＡＨ１よりも小さいＡＨ２で回転振動する場合には、周期ＴＨが一定である条件下では、ピーク値が小さくなるので、Ｈ方向センサを横切る部分での角速度が小さくなる。つまり振幅ＡＨが変化すると角速度が変化し、これによってＨ方向センサＳＨ１とＳＨ３の位置を通過する時間差が変化することになる。換言すれば、この時間差を検出することでミラー部４の回転振動の角速度を求め、Ｈ軸周りの振幅ＡＨを検出することができる。

次に、可動フレーム３のＶ軸周りの回転に対する検出動作について説明する。
図４（ａ）は可動フレーム３のＶ軸周りの回転時の回転角度θＶの時間推移を示している。ここで、可動フレーム３が振幅ＡＶ１で回転振動をしているときには、対向電極５ａ、５ｂにより構成されるＶ方向センサＳＶ１は、可動フレーム３が固定フレーム２と同一平面に揃う状態つまり回転角度θＶが「０」のときに最大の容量値を示すようになる。可動フレーム３が回転して回転角度θＶが大きくなると、対向電極５ａ、５ｂが対向しない状態となるため、容量値はゼロになる。

これにより、図４（ｂ）に示すように、Ｖ方向センサＳＶ１の容量値がパルス状のピークを示す位置が、回転角度θＶが「０」となる時刻ｔ１で観測される。また、可動フレーム３が最大角度まで回転して回転角度θＶが「０」の位置に戻る時刻ｔ２でパルス状のピークを示す。この後可動フレーム３が反対側に回転して再び回転角度θＶが「０」の位置に戻る時刻ｔ３でパルス状のピークを示す。ここで、時刻ｔ１からｔ３の間が周期ＴＶ（＝ｔ３−ｔ１）に相当する。

一方、可動フレーム３が振幅ＡＶ１で回転振動をしているときには、対向電極５ｂ、５ｃにより構成されるＶ方向センサＳＶ３は、可動フレーム３が固定フレーム２と同一平面に揃う状態から少し回転した位置（ＰＶ３）で対向した状態となる。したがって、図４（ｃ）に示すように、Ｖ方向センサＳＶ３の最大の容量値を示す時点ｔ１ａは、ｔ１から少し遅れた時点となる。この時間差（ｔ１ａ−ｔ１）は、可動フレーム３の回転速度が速いと短く、遅いと長くなる。前述のように、周期ＴＶを一定にしていることから、回転速度は可動フレーム３の振幅ＡＶに対応する。したがって、時間差（ｔ１ａ−ｔ１）を求めることでＶ方向の振幅ＡＶ１を求めることができる。

なお、可動フレーム３が急速に回転する時刻ｔ１以降の変化を検出することに代えて、可動フレーム３がゆっくり回転する周期ＴＶの後半で時間差を検出することで精度良く振幅ＡＶ１を検出することができる。ここでは、例えば、Ｖ方向センサＳＶ１のピーク値が発生する時刻ｔ２に対して、これよりも前の時刻ｔ２ａでＶ方向センサＳＶ３のピーク値が発生する。この時間差ΔＴＶ１（＝ｔ２−ｔ２ａ）を検出することで可動フレーム３の最大回転角度に対応した振幅ＡＶ１を求めることができる。

図４（ｄ）は、図４（ａ）に示した可動フレーム３の振幅ＡＶ１がこれよりも小さい振幅ＡＶ２になったときのＶ方向センサＳＶ３の容量値を示している。この場合には、振幅が小さくなることで、時刻ｔ１ａよりも遅い時刻ｔ１ｂでピーク値が得られ、さらに、時刻ｔ２ａよりも早い時刻ｔ２ｂでピーク値が得られる。この結果、例えば、時間差ΔＴＶ２（＝ｔ２−ｔ２ｂ）を検出することで可動フレームの振幅ＡＶ２を求めることができる。

次に、制御装置１０により、Ｖ方向センサＳＶ１とＳＶ２との検出信号によりＺ軸方向のずれを検出する原理について図５を参照して説明する。Ｖ方向センサＳＶ１とＳＶ２とは固定フレーム２の支持部２ａつまりＶ軸を挟んだ対向位置に設けられているので、図７（ａ）に示すように、可動フレーム３の回転角度θＶに対して位相が逆の移動状態となる。しかし、可動フレーム３がＺ軸方向へのずれを生じていない状態（Ｚ０）では、対称位置であることから容量値のピークは、図５（ｂ）に示すように、同じタイミングで発生する。

例えば、車両などに搭載されている状態などでＺ方向への加速度を受けていると、可動フレーム３およびミラー部４は加速度による力を受けてＺ軸ずれを起こすことがある。つまり、固定フレーム２に対して可動フレーム３が例えばＺ軸方向に飛び出した状態となる。この場合には、Ｖ方向センサＳＶ１とＳＶ２との対称関係が崩れる。これは、図５（ａ）に示すように、回転角度θＶが「０」となる時間軸がすこし振幅方向にシフトして例えばＺＶだけずれた位置になる状態である。

この場合には、Ｚ軸ずれが起こっていない状態に対して、Ｖ方向センサＳＶ１およびＳＶ２の容量値のピーク位置がずれることになる。この場合では、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、周期ＴＶの前半では一方が少し遅れた時刻ｔ１ｃとなり、他方が少し早まる時刻ｔ１ｄとなるようにずれる。同じく、周期ＴＶの後半では一方が早まる時刻ｔ２ｃ、となり、他方が遅れた時刻ｔ２ｄとなるようにずれる。

この場合においても、大きくずれが発生する時刻ｔ２に対する時刻ｔ２ｃ、ｔ２ｄを検出することで、これらの時間差ΔＴＶＺ１（＝ｔ２−ｔ２ｃ）、ΔＴＶＺ２（＝ｔ２ｄ−ｔ２）を求めることで、Ｚ軸方向へのずれ量を算出することができる。

このようにして、Ｖ方向への回転に対する振幅の変化やＺ軸方向へのずれ量をＶ方向センサＳＶ１〜ＳＶ３により検出する容量値によって求めることができる。なお、これらの検出処理については、制御装置１０においてプログラムにより演算処理がなされるようになっている。

次に、Ｈ方向への回転に対する振幅の変化およびＺ軸方向へのずれ量の検出について説明する。上記したＶ方向の処理と同様の考え方で制御装置１０により検出することができる。まず、ミラー部４のＨ軸周りの回転に対する検出動作について説明する。

図６（ａ）はミラー部４のＨ軸周りの回転時の回転角度θＨの時間推移を示している。ここで、ミラー部４が振幅ＡＨ１で回転振動をしているときには、対向電極７ａ、７ｂにより構成されるＨ方向センサＳＨ１は、ミラー部４が可動フレーム３と同一平面に揃う状態つまり回転角度θＨが「０」のときに最大の容量値を示すようになる。ミラー部４が回転して回転角度θＨが大きくなると、対向電極７ａ、７ｂが対向しない状態となるため、容量値はゼロになる。

これにより、図６（ｂ）に示すように、Ｈ方向センサＳＨ１の容量値がパルス状のピークを示す位置が、回転角度θＨが「０」となる時刻ｔ１で観測される。また、ミラー部４が最大角度まで回転して回転角度θＨが「０」の位置に戻る時刻ｔ２でパルス状のピークを示す。この後ミラー部４が反対側に回転して再び回転角度θＨが「０」の位置に戻る時刻ｔ３でパルス状のピークを示す。ここで、時刻ｔ１からｔ３の間が周期ＴＨに相当する。

一方、ミラー部４が振幅ＡＨ１で回転振動をしているときには、対向電極７ｂ、７ｃにより構成されるＨ方向センサＳＨ３は、ミラー部４が可動フレーム３と同一平面に揃う状態から少し回転した位置ＰＨ３で対向した状態となる。したがって、図６（ｃ）に示すように、Ｈ方向センサＳＨ３の最大の容量値を示す時刻ｔ１ｅは、ｔ１から少し遅れた時刻となり、同じく時刻ｔ２ｅは、ｔ２よりも早い時刻となる。この時間差（ｔ１ｅ−ｔ１）、（ｔ２−ｔ２ｅ）は、ミラー部４の回転速度が速いと短く、遅いと長くなる。前述のように、周期ＴＨを一定にしていることから、回転速度はミラー部４の振幅ＡＨに対応する。したがって、時間差（ｔ１ｅ−ｔ１）あるいは（ｔ２−ｔ２ｅ）を求めることでＨ方向の振幅ＡＨ１を求めることができる。

図６（ｄ）は、図６（ａ）に示したミラー部４の振幅ＡＨ１がこれよりも小さい振幅ＡＨ２になったときのＨ方向センサＳＨ３の容量値を示している。この場合には、振幅が小さくなることで、時刻ｔ１ｅよりも遅い時刻ｔ１ｆでピーク値が得られ、さらに、時刻ｔ２ａよりも早い時刻ｔ２ｆでピーク値が得られる。この結果、例えば、時間差ΔＴＨ２（＝ｔ２−ｔ２ｆ）を検出することで可動フレームの振幅ＡＨ２を求めることができる。

次に、制御装置１０により、Ｈ方向センサＳＨ１とＳＨ２との検出信号によりＺ軸方向のずれを検出する原理について図７を参照して説明する。Ｈ方向センサＳＨ１とＳＨ２とは可動フレーム３の支持部３ａつまりＨ軸を挟んだ対向位置に設けられているので、図７（ａ）に示すように、ミラー部４の回転角度θＨに対して位相が逆の移動状態となる。しかし、ミラー部４がＺ軸方向へのずれを生じていない状態（Ｚ０）では、対称位置であることから容量値のピークは、図７（ｂ）に示すように、同じタイミングで発生する。

しかし、Ｚ方向への加速度を受けて、ミラー部４が加速度によりうける力でＺ軸ずれを起こすと、例えば可動フレーム３に対してミラー部４がＺ軸方向に飛び出した状態となる。この場合には、Ｈ方向センサＳＨ１とＳＨ２との対称関係が崩れる。これは、図７（ａ）に示すように、回転角度θＨが「０」となる時間軸がすこし振幅方向にシフトして例えばＺＨだけずれた位置になる状態である。

この場合には、Ｚ軸ずれが起こっていない状態に対して、Ｈ方向センサＳＨ１およびＳＨ２の容量値のピーク位置がずれることになる。この場合では、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、周期ＴＶの前半では一方が少し遅れた時刻ｔ１ｇとなり、他方が少し早まる時刻ｔ１ｈとなるようにずれる。同じく、周期ＴＨの後半では一方が早まる時刻ｔ２ｇ、となり、他方が遅れた時刻ｔ２ｈとなるようにずれる。

この場合においても、ずれが発生する時刻ｔ１に対する時刻ｔ１ｇ、ｔ１ｈあるいは時刻ｔ２に対する時刻ｔ２ｇ、ｔ２ｈを検出することで、これらの時間差ΔＴＨＺ１（＝ｔ１ｇ−ｔ１あるいはｔ２ｇ−ｔ２）、ΔＴＨＺ２（＝ｔ１−ｔ１ｈあるいはｔ２ｈ−ｔ２）を求めることで、Ｚ軸方向へのずれ量を算出することができる。

このようにして、Ｈ方向への回転に対する振幅の変化やＺ軸方向へのずれ量をＨ方向センサＳＨ１〜ＳＨ３により検出する容量値によって求めることができる。なお、Ｚ方向への加速度を受けてＺ軸ずれを起こす場合に、ミラー部４がスクリーン３０に投影する場合に必要となるのは、Ｖ方向への回転に対するＺ軸ずれで求めた値とＨ方向への回転に対するＺ軸ずれで求めた値とを加算した合計のＺ軸ずれ量である。

このような本実施形態によれば、ＭＥＭＳミラー１に、可動フレーム３の位置を検出するＶ方向センサＳＶ１、ＳＶ３を設け、ミラー部４の位置を検出するＨ方向センサＳＨ１、ＳＨ３を設ける構成とした。これにより、制御装置１０により、可動フレーム３が回転角度θが「０」近傍を通過するときの検出時間差から回転速度を検出し、可動フレーム３の振幅ＡＶを求めることができる。同様にして、制御装置１０により、ミラー部４の振幅ＡＨを求めることができる。

この結果、ＭＥＭＳミラー１のような静電容量式のセンサを備えた走査装置として、周波数検出、振幅検出、垂直軸方向変位検出、温度特性、プロセス容易性などの優位性に加えて、振幅検出においても優位性を有する優れた機能を得ることができる。

また、ＭＥＭＳミラー１に、Ｖ軸を挟んで対向する位置にＶ方向センサＳＶ１、ＳＶ２を設け、Ｈ軸を挟んで対向する位置にＨ方向センサＳＨ１、ＳＨ２を設ける構成とした。これにより、可動フレーム３がＺ軸ずれをおこしている場合に、制御装置１０によりそのずれ量を求めることが可能である。また、ミラー部４のＺ軸ずれについても同様に求めることができる。これにより、ミラー部４が固定フレームに対するＺ軸ずれ量を求めることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した一実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。

上記実施形態では、Ｖ方向センサＳＶ１〜ＳＶ３、Ｈ方向センサＳＨ１〜ＳＨ３を用いた場合の原理を説明しているが、ＳＶ４、ＳＨ４を用いることでさらに検出精度を高めることができる。また、通常使用しない場合でも、予備のセンサとして利用することができる。

また、Ｖ方向センサやＨ方向センサを構成する対向電極は、電極数をさらに増やした構成としても良い。対向電極の個数を増やすことで容量値が大きくなるので、検出精度の向上を図ることができる。

Ｖ方向センサＳＶ４、Ｈ方向センサＳＨ４は、前述の動作原理により、設けない構成としても同様の検出動作が可能である。
ＭＥＭＳミラー１のような二次元の走査装置に適用する場合について示したが、一次元の走査装置に適用することもできる。

図面中、１はＭＥＭＳミラー（走査装置）、２は固定フレーム（第２支持体）、２ａは支持部、３は可動フレーム（第１支持体）、３ａは支持部、４はミラー部（走査体）、５ａ〜５ｃ、６ａ〜６ｃ、７ａ〜７ｃ、８ａ〜８ｃは対向電極、１０は制御装置（第１振幅検出手段、第１垂直軸ずれ検出手段、第２振幅検出手段、第２垂直軸ずれ検出手段）、２０はＲＧＢレーザユニット（光源）、３０はスクリーン（走査面）、ＳＶ１〜ＳＶ４はＶ方向センサ、ＳＨ１〜ＳＨ４はＨ方向センサである。

Claims (7)

1. 第１支持体（３）と、
   前記第１支持体に第１支持軸（Ｈ軸、３ａ）で支持され往復回動可能な板状の走査体（４）と、
   前記走査体の回動方向の第１位置において当該走査体の通過を検出する第１センサ（ＳＨ１）と、
   前記走査体の回動方向の前記第１位置と異なる第２位置において当該走査体の通過を検出する第２センサ（ＳＨ３）と、
   前記第１センサおよび第２センサによる前記走査体の通過検出信号の時間差から第１支持軸周り前記走査体の往復回動の振幅を算出する第１振幅検出手段（１０）と
   を備えたことを特徴とする走査装置。
2. 請求項１に記載の走査装置において、
   前記第１位置と前記第１支持軸を挟んで対向する第３位置に前記走査体の通過を検出する第３センサ（ＳＨ２）と、
   前記第１センサおよび前記第３センサによる前記走査体の通過検出信号の時間差から前記第１支持軸と直交する方向への前記走査体のずれを検出する第１垂直軸ずれ検出手段（１０）と
   を備えたことを特徴とする走査装置。
3. 請求項１または２に記載の走査装置において、
   前記第１支持体と交差する方向に配置された第２支持軸（Ｖ軸、２ａ）で前記第１支持体を往復回動可能に支持する第２支持体（２）と、
   前記第１支持体の回動方向の第３位置において当該第１支持体の通過を検出する第４センサ（ＳＶ１）と、
   前記第１支持体の回動方向の前記第３位置と異なる第４位置において当該第１支持体の通過を検出する第５センサ（ＳＶ３）と、
   前記第４センサおよび第５センサによる前記第１支持体の通過検出信号の時間差から前記第２支持軸周りの当該第１支持体の往復回動の振幅を算出する第２振幅検出手段（１０）と
   を備えたことを特徴とする走査装置。
4. 請求項３に記載の走査装置において、
   前記第３位置と前記第２支持軸を挟んで対向する第６位置に前記第１支持体の通過を検出する第６センサ（ＳＶ２）と、
   前記第４センサおよび前記第６センサによる前記第１支持体の通過検出信号の時間差から前記第２支持軸と直交する方向への当該第１支持体のずれを検出する第２垂直軸ずれ検出手段（１０）と
   を備えたことを特徴とする走査装置。
5. 請求項２に記載の走査装置において、
   前記第１〜第３センサは、前記走査体および前記第１支持体の双方に設けられる対向電極（５ａ〜５ｃ、６ａ〜６ｃ）からなる静電容量式のセンサであることを特徴とする走査装置。
6. 請求項４に記載の走査装置において、
   前記第４〜第６センサは、前記第１支持体および前記第２支持体の双方に設けられる対向電極（７ａ〜７ｃ、８ａ〜８ｃ）からなる静電容量式のセンサであることを特徴とする走査装置。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の走査装置において、
   前記走査体（４）は、光源（２０）からの光を反射して走査面（３０）に投影する反射板を有することを特徴とする走査装置。

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