JP2017129661A - Optical scanning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置に関し、とくに、光走査装置によって走査される範囲の制御に関する。 The present invention relates to an optical scanning device, and more particularly to control of a range scanned by the optical scanning device.
対象物に光で走査するために、光走査装置を用いることがある。例えば特許文献1,2に記載されているように、光走査装置は、可動電極、枠体、保持部材、及び固定電極を備えている。保持部材は、可動電極を枠体に取り付け、可動電極の回転軸となる。固定電極は、可動電極に対向している。
An optical scanning device may be used to scan an object with light. For example, as described in
光走査装置では、可動電極で反射した光を用いて可動電極の最大振れ角を算出することがある。特許文献1,2では、検出部(例えば、フォトダイオード)を用いて最大振れ角を算出している。具体的には、検出部は、可動電極で反射した光を検出する。検出部は、可動電極で反射した光を検出したタイミングで信号を出力する。特許文献1,2では、検出部から出力された信号の時間間隔に基づいて、可動電極の最大振れ角を算出している。
In the optical scanning device, the maximum deflection angle of the movable electrode may be calculated using light reflected by the movable electrode. In
特許文献1,2に記載されているように、光走査装置では、可動反射部(可動電極)の最大振れ角を算出することがある。この場合、可動反射部の最大振れ角を算出するための構造(例えば、回路)を簡易にすることが重要となる。
As described in
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光走査装置において、可動反射部の最大振れ角を算出するための構造を簡易にすることにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to simplify the structure for calculating the maximum deflection angle of the movable reflecting portion in the optical scanning device.
本発明に係る光走査装置は、可動反射部、第1検出部、及び出力回路を備えている。可動反射部は、回転可能な反射面を有している。第1検出部は、反射面で反射した光を検出する。出力回路は、低レベル信号及び高レベル信号を出力可能である。第1検出部が光を検出したタイミングにおいて、出力回路は、低レベル信号を出力しているときは、低レベル信号を高レベル信号に反転させ、高レベル信号を出力しているときは、高レベル信号を低レベル信号に反転させる。 The optical scanning device according to the present invention includes a movable reflection unit, a first detection unit, and an output circuit. The movable reflecting part has a rotatable reflecting surface. The first detection unit detects light reflected by the reflection surface. The output circuit can output a low level signal and a high level signal. At the timing when the first detector detects light, the output circuit inverts the low level signal to a high level signal when outputting a low level signal, and outputs a high level signal when outputting a high level signal. Invert the level signal to a low level signal.
本発明によれば、光走査装置において、可動反射部の最大振れ角を算出するための構造を簡易にすることができる。 According to the present invention, the structure for calculating the maximum deflection angle of the movable reflecting portion can be simplified in the optical scanning device.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。光走査装置は、可動反射部20、第1検出部42、及び出力回路50を備えている。可動反射部20は、回転可能な反射面を有している。第1検出部42は、可動反射部20の反射面で反射した光を検出する。出力回路50は、低レベル信号及び高レベル信号を出力可能である。第1検出部42が光を検出したタイミングにおいて、出力回路50は、低レベル信号を出力しているときは、低レベル信号を高レベル信号に反転させ、高レベル信号を出力しているときは、高レベル信号を低レベル信号に反転させる。以下、詳細に説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical scanning device according to the first embodiment. The optical scanning device includes a
なお、本図に示す例において、低レベル信号及び高レベル信号は、電圧である。言い換えると、低レベル信号は、第1電位の電圧であり、高レベル信号は、第1電位よりも高い第2電位の電圧である。ただし、低レベル信号及び高レベル信号は、例えば、電流であってもよい。この場合、例えば、低レベル信号は、第1直流電流であり、高レベル信号は、第1直流電流よりも大きい第2直流電流である。以下、低レベル信号及び高レベル信号が電圧として説明を行う。 In the example shown in this figure, the low level signal and the high level signal are voltages. In other words, the low level signal is the voltage of the first potential, and the high level signal is the voltage of the second potential higher than the first potential. However, the low level signal and the high level signal may be currents, for example. In this case, for example, the low level signal is a first DC current, and the high level signal is a second DC current larger than the first DC current. Hereinafter, the low level signal and the high level signal will be described as voltages.
本図に示す例において、光走査装置は、光源10、可動反射部20、制御部30、第1検出部42、及び出力回路50を備えている。
In the example shown in the drawing, the optical scanning device includes a
光源10は、例えばレーザダイオードである。光源10から出射される光は、例えば赤外線である。ただし、光源10は、可視光又は紫外線を照射してもよい。
The
光源10からの光は、可動反射部20の反射面で反射する。可動反射部20の反射面は回転可能となっている。可動反射部20の反射面の回転は、制御部30によって制御されている。詳細には、可動反射部20は、振れ角0°から振れ角±θmax(θmax>0)の範囲内で回転可能になっている。可動反射部20は、可動反射部20の振れ角が0°のときに光源10から可動反射部20の反射面に入射する光の入射角が45°となるように配置されている。これにより、可動反射部20は、光源10から出射された光の光軸に垂直な方向から角度±θmaxの範囲内でいずれの方向にも光を反射することができる。
The light from the
第1検出部42は、可動反射部20で反射した光を検出する。第1検出部42は、光電変換素子であり、より具体的には例えばフォトダイオードである。第1検出部42は、可動反射部20で反射した光が照射可能な領域に配置されている。言い換えると、可動反射部20で反射した光は、可動反射部20が振れ角0°から振れ角±θmaxの範囲内で回転したときのいずれかのタイミングにおいて第1検出部42を照射する。
The
出力回路50は、第1検出部42の検出結果に基づいて、信号、具体的には矩形波を出力する。第1検出部42が光を検出したタイミングにおいて、出力回路50は、低レベル信号を出力しているときは、低レベル信号を高レベル信号に反転させ、高レベル信号を出力しているときは、高レベル信号を低レベル信号に反転させる。
The
出力回路50から出力された信号は、制御部30に入力される。詳細を後述するように、制御部30は、出力回路50から出力された信号に基づいて、可動反射部20の最大触れ角θmaxを制御する。
A signal output from the
図2は、図1に示した出力回路50の動作の一例を説明するための図である。本図(a)は、可動反射部20の振れ角の変化を示す図である。本図(a)は、可動反射部20を最大振れ角±θmax (1)(θmax (1)>0)で振動させた第1例、及び可動反射部20を最大振れ角±θmax (2)(θmax (2)>θmax (1))で振動させた第2例を示している。第1例及び第2例において、振動の周期は等しい。本図(b)は、本図(a)の第1例における第1検出部42の動作を示している。本図(c)は、本図(a)の第1例における出力回路50の動作を示している。本図(d)は、本図(a)の第2例における第1検出部42の動作を示している。本図(e)は、本図(a)の第2例における出力回路50の動作を示している。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the operation of the
本図に示す例において、第1検出部42は、可動反射部20の振れ角がθ1(0<θ1<θmax (1)<θmax (2))のときに可動反射部20で反射した光が照射可能な領域に位置している。第1検出部42は、光を検出したとき電流を出力することが可能になっている。本図(b)及び本図(d)に示すように、可動反射部20の振れ角がθ1になったタイミングにおいて、第1検出部42は、上記した電流を用いることにより信号を出力する。そして本図(c)及び本図(e)に示すように、第1検出部42が信号を出力したタイミングにおいて、出力回路50は、低レベル信号を出力しているときは、低レベル信号を高レベル信号に反転させ、高レベル信号を出力しているときは、高レベル信号を低レベル信号に反転させる。
In the example shown in the figure, the
本図(c)及び本図(e)の比較から明らかなように、出力回路50が出力される矩形波のデューティ比TON/(TON+TOFF)(TON:矩形波が高レベル信号である時間、TOFF:矩形波が低レベル信号である時間)は、可動反射部20の最大振れ角によって変化する。より詳細には、デューティ比TON/(TON+TOFF)は、可動反射部20の最大振れ角が大きいほど大きいものとなる。
As is clear from the comparison between FIG. 7C and FIG. 8E, the duty ratio T ON / (T ON + T OFF ) (T ON : the rectangular wave is a high level signal output from the
図3は、図2に示した動作を行うための出力回路50の一例を示す図である。出力回路50は、変換回路510、回路530、及びD−フリップフロップ550を備えている。変換回路510は、オペアンプ512、抵抗514、及びキャパシタ516を備えている。回路530は、コンパレータ532及び直流電源534を備えている。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the
D−フリップフロップ550は、第1検出部42の検出結果に基づいて動作する。具体的には、D−フリップフロップ550は、C(クロック)端子(第1端子)、D端子(第2端子)、Q端子(第3端子)、及び#Q端子(第4端子)を備えている。C端子には、第1検出部42からの出力信号が入力される。D端子は、C端子とは異なる端子である。Q端子からは、C端子に入力される信号が低レベル信号から高レベル信号に反転したタイミングでD端子に入力されている信号と同一のレベルの信号が出力される。#Q端子からは、Q端子から出力される信号とは反転した信号が出力される。D端子と#Q端子とは、電気的に互いに接続している。これにより、第1検出部42からの出力信号がC端子に入力されたタイミングにおいて、D−フリップフロップ550は、Q端子から低レベル信号を出力しているときは、Q端子の低レベル信号を高レベル信号に反転させ、Q端子から高レベル信号を出力しているときは、Q端子の高レベル信号を低レベル信号に反転させる。
The D-
より詳細には、本図に示す例において、第1検出部42は、光電変換素子、具体的にはフォトダイオードである。第1検出部42のアノードは接地しており、第1検出部42のカソードは変換回路510に接続している。第1検出部42に光が照射されると、第1検出部42から光電流が流れる。光電流は、第1検出部42から変換回路510に流れる。
More specifically, in the example shown in the drawing, the
変換回路510は、第1検出部42からの光電流を電圧に変換する。本図に示す例では、オペアンプ512の反転入力端子は第1検出部42に接続しており、オペアンプ512の非反転入力端子は接地している。オペアンプ512の出力端子とオペアンプ512の反転入力端子とは、抵抗514を介して電気的に互いに接続している。電気的な経路において、キャパシタ516は、オペアンプ512の出力端子とオペアンプ512の反転入力端子との間で抵抗514と並列に接続している。第1検出部42からの光電流は、抵抗514に流れる。これにより、オペアンプ512の出力端子の電位は正の電位となる。
The
オペアンプ512の出力端子の電位は、回路530に入力される。回路530は、D−フリップフロップ550のC端子に入力される電圧を一定にするために設けられている。具体的には、変換回路510の出力電圧は、コンパレータ532の反転入力端子に入力される。コンパレータ532の非反転入力端子には、直流電源534が接続している。直流電源534は、コンパレータ532の非反転入力端子に基準電圧を与えている。これにより、コンパレータ532は、変換回路510の出力電圧が基準電圧(直流電源534の電圧)以上である場合は低レベル信号を出力し、変換回路510の出力電圧が基準電圧(直流電源534の電圧)未満である場合は高レベル信号を出力する。この場合、オペアンプ512から回路530にノイズが入力されたとしても、このノイズがD−フリップフロップ550に入力されることを抑制することができる。
The potential of the output terminal of the
コンパレータ532の出力端子の電位は、D−フリップフロップ550のC端子に入力される。D−フリップフロップ550は、C端子に入力される信号が低レベル信号から高レベル信号に反転したタイミングでD端子に入力されている信号と同一のレベルの信号をQ端子から出力する。#Q端子からは、Q端子から出力される信号とは反転した信号が出力される。これにより、第1検出部42が光を検出したタイミング(言い換えると、第1検出部42から電流が流れたタイミング)において、D−フリップフロップ550は、Q端子から低レベル信号を出力しているときは、Q端子の低レベル信号を高レベル信号に反転させ、Q端子から高レベル信号を出力しているときは、Q端子の高レベル信号を低レベル信号に反転させる。出力回路50の出力信号は、D−フリップフロップ550のQ端子の電位となる。
The potential of the output terminal of the
図4は、図1に示した可動反射部20の詳細の一例を示す図である。本図に示す例において、可動反射部20は、回転型アクチュエータ200の可動電極220である。回転型アクチュエータ200は、可動電極220、枠体210、保持部材230、及び固定電極240を有している。保持部材230は、可動電極220を枠体210に取り付けており、かつ可動電極220の回転軸となる。固定電極240は、平面視で可動電極220に対向している。可動電極220と固定電極240との間の電圧は、制御部30によって制御されている。制御部30は、出力回路50(図1)からの信号に基づいて可動電極220と固定電極240との間の電圧を制御する。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the details of the movable reflecting
可動電極220の平面形状は矩形である。そして固定電極240は、平面視で可動電極220を挟むように2つ設けられている。可動電極220のうち固定電極240と対向する辺(図1においてX方向に伸びている辺)は、櫛歯形状となっている。枠体210は、可動電極220の4辺のうち固定電極240と対向していない2つの辺(本図においてY方向に伸びている辺)それぞれに対向している。保持部材230は、可動電極220のうち枠体210と対向している2辺それぞれに対して設けられている。詳細には、保持部材230は、可動電極220のうち枠体210と対向している辺の中心に接続している。そして2つの保持部材230を結ぶ線が、可動電極220の回転軸となっている。本実施形態では、枠体210、可動電極220、及び保持部材230は一体的に形成されている。
The planar shape of the
固定電極240のうち可動電極220と対向する辺は、櫛歯形状となっており、可動電極220の櫛歯部分とかみ合っている。このため、固定電極240と可動電極220は、互いに対向する部分の面積が大きくなり、その結果、可動電極220の駆動力は大きくなる。
The side of the fixed
回転型アクチュエータ200の可動電極220は、例えば上面が鏡面になっている。この鏡面は、例えば可動電極220の上面に金属膜(例えばAl膜)を形成することにより、形成されている。そして可動電極220の角度を変えることにより、可動電極220に入射してきた光の反射角を変える。回転型アクチュエータ200は、例えば光スキャナーやモーションセンサに用いられる。
The
制御部30は、可動電極220の動きを制御する。具体的には、可動電極220を回転させるとき、制御部30は、可動電極220と固定電極240の間に、交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する。交流電圧の周波数は、例えば可動電極220の基本共振周波数、又はその高調波近傍である。本実施形態において制御部30は、可動電極220の動きを制御している間、交流電圧の周波数を変化させない。その代わりに、制御部30は、直流電圧を制御することにより、可動電極220の最大振れ角を制御する。
The
図5は、可動電極220と固定電極240の間に印加する電圧において、交流電圧の周波数を上げていったときの可動電極220の最大振れ角を示す図である。直流電圧Vが閾値Vm未満の場合、交流電圧の周波数を上げていっても可動電極220は回転しない。これに対して直流電圧Vが閾値Vm以上では、交流電圧の周波数を上げていくと、閾値周波数fで可動電極220は回転し始める。その後、交流電圧の周波数を上げていくと、可動電極220の最大振れ角は小さくなる。一方、閾値周波数fよりも十分高い周波数から、もしくは、可動電極220が回転している状態で交流電圧の周波数を下げていくと、可動電極220の最大振れ角は大きくなる。そして、交流電圧の周波数が基準周波数f0になると、可動電極220の最大振れ角は0に戻る。基準周波数f0は、一般的に閾値周波数fよりも小さい。そして閾値周波数fは、直流電圧Vを大きくしていくと、高くなっていく。一方、基準周波数f0は、直流電圧Vによらず一定である。
FIG. 5 is a diagram showing the maximum deflection angle of the
図6は、可動電極220と固定電極240の間に印加する電圧において、直流電圧VDCを上げていったときの可動電極220の最大振れ角を示す図である。直流電圧VDCが閾値電圧Vm未満の場合、可動電極220は回転しない。一方、直流電圧VDCが閾値Vmになると、可動電極220は回転する。そして直流電圧VDCを上げていくと、可動電極220の最大振れ角は、閾値Vmのときの最大振れ角θmaxから徐々に大きくなる。このように、制御部30は、直流電圧VDCの値を制御することにより、可動電極220の最大振れ角θmaxを制御することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating the maximum deflection angle of the
図7は、制御部30の回路構成の一例を示す図である。本図に示す例において、制御部30は、交流電圧発生部342及び直流電圧発生部344を有している。交流電圧発生部342は、2つの固定電極240に交流電圧を印加する。直流電圧発生部344は、枠体210及び保持部材230を介して、可動電極220に直流電圧を印加する。これにより、可動電極220と固定電極240の間には、交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧が印加される。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the
図8は、制御部30の詳細の一例を示す図である。本図に示す例において、制御部30は、LPF(ローパスフィルタ)310、比較部320、電圧制御部330、及び電圧発生部340を備えている。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of details of the
出力回路50の出力信号(矩形波)は、LPF310に入力される。LPF310の遮断周波数は、可動反射部20の振動の周波数よりも小さい。これにより、出力回路50の出力信号の高周波成分が除去される。これにより、LPF310からは、出力回路50の出力信号(矩形波)のデューティ比に比例した直流電圧が出力される。言い換えると、LPF310は、出力回路50の出力信号の時間積分を出力する積分回路として機能している。このようにして、制御部30は、出力回路50の出力信号のデューティ比を算出する。
An output signal (rectangular wave) from the
LPF310からの信号は、比較部320に入力される。比較部320には、入力部32から入力信号が入力される。入力信号は、例えば、光走査装置のユーザの入力に基づいて入力される。入力信号は、可動反射部20の最大振れ角が第1振れ角になる場合に出力回路50の出力信号のデューティ比がとる値(第1デューティ比)を示す。比較部320は、例えばコンパレータである。比較部320は、LPF310の出力信号と入力部32の入力信号とを比較する。具体的には、比較部320は、出力回路50の出力信号のデューティ比と上記した第1デューティ比との差を算出する。そして比較部320は、その差を示す信号を出力する。
A signal from the
電圧制御部330は、比較部320の出力信号に基づいて電圧発生部340の電圧を制御する。具体的には、電圧制御部330は、比較部320の出力信号が示す上記した差が小さくなるように電圧発生部340の電圧を制御する。これにより、制御部30は、可動反射部20の最大振れ角が上記した第1振れ角になるように可動反射部20を制御することができる。
The
図9は、出力回路50の出力信号のデューティ比と可動反射部20の最大振れ角との関係を示す図である。本図のデューティ比は、出力回路50から出力される矩形波が高レベル信号である時間TON、及び出力回路50から出力される矩形波が低レベル信号である時間TOFFを用いて、TON/(TON+TOFF)によって定義される。本図に示すように、デューティ比は、最大振れ角が増加するにつれて増加する。言い換えると、デューティ比を測定することにより、最大振れ角を決定することができる。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the duty ratio of the output signal of the
図10は、LPF310の出力信号と可動反射部20の最大振れ角との関係を示す図である。上記したように、LPF310の出力信号は、出力回路50の出力信号の時間積分に相当し、出力回路50の出力信号のデューティ比に相当する。なお、本図に示す例において、接地電位は、出力回路50の出力電圧のデューティ比が0.50であるときLPF310の出力電圧が0Vとなるように設定されている。本図に示すように、LPF310の出力信号は、最大振れ角が増加するにつれて増加する。言い換えると、LPF310の出力信号を測定することにより、最大振れ角を決定することができる。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the output signal of the
図11は、図1に示した光走査装置の使用方法の第1例を示す図である。本図に示す例では、可動反射部20で反射した光によって対象物60を走査している。第1検出部42は、可動反射部20と対象物60との間に配置されている。本図に示すように、第1検出部42は、可動反射部20が振れ角0°から振れ角±θmaxの範囲内で回転したときに可動反射部20からの反射光が照射可能な領域に配置されている。
FIG. 11 is a diagram showing a first example of how to use the optical scanning device shown in FIG. In the example shown in this figure, the
図12は、図1に示した光走査装置の使用方法の第2例を示す図である。本図に示す例では、可動反射部20と対象物60との間にビームスプリッタ70が配置されている。可動反射部20で反射した光の一部は、ビームスプリッタ70を透過し、その後、対象物60に照射される。可動反射部20で反射した光の他の一部は、ビームスプリッタ70で反射する。第1検出部42は、可動反射部20が振れ角0°から振れ角±θmaxの範囲内で回転したときにビームスプリッタ70からの反射光が照射可能な領域に配置されている。これにより、可動反射部20と対象物60との間の空間からずれた位置に第1検出部42を配置することができる。この場合、可動反射部20から対象物60に向かう光が第1検出部42によって遮られることを防止することができる。
FIG. 12 is a diagram illustrating a second example of a method of using the optical scanning device illustrated in FIG. In the example shown in this drawing, a
図13は、図1に示した光走査装置の使用方法の第3例を示す図である。本図に示すように、ビームスプリッタ70で反射した光を用いて対象物60を走査してもよい。この場合、本図に示すように、第1検出部42は、ビームスプリッタ70を透過した光を検出する。
FIG. 13 is a diagram showing a third example of a method of using the optical scanning device shown in FIG. As shown in the figure, the
以上、本実施形態によれば、出力回路50の出力信号は、第1検出部42が光を検出したタイミングで反転する。これにより、出力回路50の出力信号(矩形波)のデューティ比に基づいて、可動反射部20の最大振れ角を算出することができる。そしてこのようなデューティ比は、例えばLPF310を用いることで算出することができる。このようなLPF310は、簡易な構成である。これにより、可動反射部20の最大振れ角を算出するための構造を簡易にすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the output signal of the
(第2の実施形態)
図14は、第2の実施形態に係る光走査装置の構成を示す図であり、第1の実施形態の図1に対応する。本実施形態に係る光走査装置は、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る光走査装置と同様の構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of an optical scanning device according to the second embodiment, and corresponds to FIG. 1 of the first embodiment. The optical scanning device according to the present embodiment has the same configuration as the optical scanning device according to the first embodiment, except for the following points.
本図に示す例において、光走査装置は、第2検出部44を備えている。第2検出部44は、可動反射部20から見た場合に第1検出部42とは異なる方向に位置している。第2検出部44は、可動反射部20の反射面で反射した光を検出する。第1例では、図15を用いて後述するように、第2検出部44が光を検出したタイミングにおいて、出力回路50は、低レベル信号を出力しているときは、低レベル信号を高レベル信号に反転させず、高レベル信号を出力しているときは、高レベル信号を低レベル信号に反転させる。一方、第2例では、図17を用いて後述するように、第2検出部44が光を検出したタイミングにおいて、出力回路50は、高レベル信号を出力しているときは、高レベル信号を低レベル信号に反転させず、低レベル信号を出力しているときは、低レベル信号を高レベル信号に反転させる。
In the example shown in this figure, the optical scanning device includes a
本図に示す例において、第2検出部44は、第1検出部42の隣に位置している。第1検出部42及び第2検出部44は、例えば、半導体チップの同一面上に位置している。本図に示す例では、第2検出部44は、可動反射部20の振れ角が0°の場合に可動反射部20で反射した光が照射可能な領域に配置されている。
In the example shown in the figure, the
図15は、図14に示した出力回路50の動作の第1例を説明するための図である。本図(a)に示す例は、可動反射部20を振れ角±θmax(θmax>0)で振動させた例を示している。本図(b)は、第1検出部42の動作を示している。本図(c)は、第2検出部44の動作を示している。本図(d)は、出力回路50の動作を示している。
FIG. 15 is a diagram for explaining a first example of the operation of the
本図に示す例において、第1検出部42は、可動反射部20の振れ角がθ1(0<θ1<θmax)のときに可動反射部20で反射した光が照射可能な領域に位置している。第2検出部44は、可動反射部20の振れ角がθ2(本図に示す例では、θ2=0°)のときに可動反射部20で反射した光が照射可能な領域に位置している。本図(b)に示すように、可動反射部20の振れ角がθ1になるときに第1検出部42は信号を出力する。そして本図(d)に示すように、第1検出部42が信号を出力したタイミングにおいて、出力回路50は、低レベル信号を出力しているときは低レベル信号を高レベル信号に反転させ、高レベル信号を出力しているときは高レベル信号を低レベル信号に反転させる。
In the example shown in the figure, the
出力回路50は、出力回路50の出力信号及び第2検出部44の検出結果に基づいて、出力回路50の出力信号を制御する。具体的には、第2検出部44が信号を出力したタイミングにおいて、出力回路50は、低レベル信号を出力しているときは、低レベル信号を高レベル信号に反転させず、高レベル信号を出力しているときは、高レベル信号を低レベル信号に反転させる。
The
本図に示す例において、出力回路50は、可動反射部20の振れ角がθ1以上である間、高レベル信号を出力する。さらに、本図に示す例では、出力回路50が高レベル信号を出力する時間と出力回路50が低レベル信号を出力する時間とが逆転することを抑制することができる。詳細には、本図(b)に示すように、第1検出部42は、可動反射部20の振れ角がθ1でないタイミングであっても、例えばノイズによって信号を出力することがある。本図(b)では、この信号を破線で示している。この場合、出力回路50は、可動反射部20の振れ角がθ1以下のタイミングにおいても高レベル信号を出力する。一方、本図に示す例では、出力回路50がこのように高レベル信号を出力しても、第2検出部44が出力した信号によって出力回路50の高レベル信号は低レベル信号に反転する。このため、出力回路50の出力信号の周期は、第1検出部42からの上記した信号によって一時的に乱れたとしても、第2検出部44からの信号によって修正される。
In the example shown in the figure, the
図16は、図15に示した動作を行うための出力回路50の一例を示す図である。出力回路50は、変換回路510、変換回路520、回路530、回路540、及びD−フリップフロップ550を備えている。本図に示す変換回路510及び回路530は、図3に示した変換回路510及び回路530とそれぞれ同様の構成である。変換回路520は、オペアンプ522、抵抗524、及びキャパシタ526を備えている。回路540は、コンパレータ542及び直流電源544を備えている。本図に示す出力回路50は、以下の点を除いて、図3に示した出力回路50と同様の構成である。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the
D−フリップフロップ550は、CLR(クリア)端子(第5端子)を備えている。CLR端子には、第2検出部44からの出力信号が入力される。CLR端子に信号が入力されたタイミングにおいて、D−フリップフロップ550は、Q端子から低レベル信号が出力されているときは、Q端子からの信号を反転させず、Q端子から高レベル信号が出力されているときは、Q端子からの信号を反転させる。
The D flip-
本図に示す例において、第1検出部42、変換回路510、及び回路530は、図3に示した例と同様にして機能する。
In the example shown in the figure, the
第2検出部44は、光電変換素子、具体的にはフォトダイオードである。第2検出部44のアノードは接地しており、第2検出部44のカソードは変換回路520に接続している。第2検出部44に光が照射されると、第2検出部44から光電流が流れる。光電流は、第2検出部44から変換回路520に流れる。
The
変換回路520は、第2検出部44からの光電流を電圧に変換する。本図に示す例では、オペアンプ522の反転入力端子は第2検出部44に接続しており、オペアンプ522の非反転入力端子は接地している。オペアンプ522の出力端子とオペアンプ522の反転入力端子とは、抵抗524を介して電気的に互いに接続している。電気的な経路において、キャパシタ526は、オペアンプ522の出力端子とオペアンプ522の反転入力端子との間で抵抗524と並列に接続している。第2検出部44からの光電流は、抵抗524に流れる。これにより、オペアンプ522の出力端子の電位は正の電位となる。
The
オペアンプ522の出力端子の電位は、回路540に入力される。回路540は、D−フリップフロップ550のCLR端子に入力される電圧を一定にするために設けられている。具体的には、変換回路520の出力電圧は、コンパレータ542の反転入力端子に入力される。コンパレータ542の非反転入力端子には、直流電源544が接続している。直流電源544は、コンパレータ542の非反転入力端子に基準電圧を与えている。これにより、コンパレータ542は、変換回路520の出力電圧が基準電圧(直流電源544の電圧)以上である場合は低レベル信号を出力し、変換回路520の出力電圧が基準電圧(直流電源544の電圧)未満である場合は高レベル信号を出力する。この場合、オペアンプ522から回路540にノイズが入力されたとしても、このノイズがD−フリップフロップ550に入力されることを抑制することができる。
The potential of the output terminal of the
コンパレータ542の出力端子の電位は、D−フリップフロップ550のCLR端子に入力される。CLR端子に信号が入力された場合、D−フリップフロップ550は、C端子に入力される信号及びD端子に入力される信号にかかわらず、Q端子の出力信号を高レベル信号から低レベル信号に反転させる。
The potential of the output terminal of the
図17は、図14に示した出力回路50の動作の第2例を説明するための図である。本図(a)に示す例は、可動反射部20を振れ角±θmax(θmax>0)で振動させた例を示している。本図(b)は、第1検出部42の動作を示している。本図(c)は、第2検出部44の動作を示している。本図(d)は、出力回路50の動作を示している。
FIG. 17 is a diagram for explaining a second example of the operation of the
本図に示す例において、第1検出部42は、可動反射部20の振れ角がθ1(0<θ1<θmax)のときに可動反射部20で反射した光が照射可能な領域に位置している。第2検出部44は、可動反射部20の振れ角がθ2(本図に示す例では、θ2=0°)のときに可動反射部20で反射した光が照射可能な領域に位置している。本図(b)に示すように、可動反射部20の振れ角がθ1になるときに第1検出部42は信号を出力する。そして本図(d)に示すように、第1検出部42が信号を出力したタイミングにおいて、出力回路50は、低レベル信号を出力しているときは低レベル信号を高レベル信号に反転させ、高レベル信号を出力しているときは高レベル信号を低レベル信号に反転させる。
In the example shown in the figure, the
出力回路50は、出力回路50の出力信号及び第2検出部44の検出結果に基づいて、出力回路50の出力信号を制御する。具体的には、第2検出部44が信号を出力したタイミングにおいて、出力回路50は、高レベル信号を出力しているときは、高レベル信号を低レベル信号に反転させず、低レベル信号を出力しているときは、低レベル信号を高レベル信号に反転させる。
The
本図に示す例において、出力回路50は、可動反射部20の振れ角がθ1以下である間、高レベル信号を出力する。さらに、本図に示す例では、出力回路50が高レベル信号を出力する時間と出力回路50が低レベル信号を出力する時間とが逆転することを抑制することができる。詳細には、本図(b)に示すように、第1検出部42は、可動反射部20の振れ角がθ1でないタイミングであっても、例えばノイズによって信号を出力することがある。本図(b)では、この信号を破線で示している。この場合、出力回路50は、可動反射部20の振れ角がθ1以下のタイミングにおいても低レベル信号を出力する。一方、本図に示す例では、出力回路50がこのように低レベル信号を出力しても、第2検出部44が出力した信号によって出力回路50の低レベル信号は高レベル信号に反転する。このため、出力回路50の出力信号の周期は、第1検出部42からの上記した信号によって一時的に乱れたとしても、第2検出部44からの信号によって修正される。
In the example shown in the figure, the
図18は、図17に示した動作を行うための出力回路50の一例を示す図である。本図に示す出力回路50は、以下の点を除いて、図16に示した出力回路50と同様の構成である。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the
本図に示す例において、D−フリップフロップ550は、PRE(プリセット)端子(第5端子)を備えている。PRE端子には、第2検出部44からの出力信号が入力される。PRE端子に信号が入力されたタイミングにおいて、D−フリップフロップ550は、Q端子から高レベル信号が出力されているときは、Q端子からの信号を反転させず、Q端子から低レベル信号が出力されているときは、Q端子からの信号を反転させる。
In the example shown in the figure, the D-
図19は、図14の第1の変形例を示す図である。本図に示すように、第2検出部44は、可動反射部20の振れ角が0°のときに可動反射部20で反射した光の光軸からずれていてもよい。具体的には、本図に示す例では、第1検出部42及び第2検出部44の双方は、可動反射部20の振れ角が0°のときに可動反射部20で反射した光の光軸を介して互いに対向する2つの領域の一方に位置している。
FIG. 19 is a diagram showing a first modification of FIG. As shown in the figure, the
図20は、図14の第2の変形例を示す図である。本図に示すように、第2検出部44は、可動反射部20の振れ角が0°のときに可動反射部20で反射した光の光軸から見た場合、第1検出部42よりも外側に位置していてもよい。
FIG. 20 is a diagram showing a second modification of FIG. As shown in the figure, the
図21は、図14の第3の変形例を示す図である。本図に示すように、第1検出部42と第2検出部44は、可動反射部20の振れ角が0°のときに可動反射部20で反射した光の光軸を介して互いに反対側に位置していてもよい。なお、第1検出部42から上記した光軸までの距離と第2検出部44から上記した光軸までの距離は、同一であってもよいし、又は異なっていてもよい。
FIG. 21 is a diagram showing a third modification of FIG. As shown in the figure, the
以上、本実施形態によれば、第2検出部44が光を検出したタイミングにおいて、出力回路50は、出力回路50からの出力信号が高レベル信号であるときは出力回路50からの出力信号を反転させ、又は出力回路50からの出力信号が低レベル信号であるときは出力回路50からの出力信号を反転させる。この場合、第1検出部42が異常な信号を出力したとしても、出力回路50の出力信号のデューティ比は、一時的に乱れても、第2検出部44からの出力信号に基づいて修正することができる。
As described above, according to the present embodiment, at the timing when the
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
10 光源
20 可動反射部
30 制御部
32 入力部
42 第1検出部
44 第2検出部
50 出力回路
60 対象物
70 ビームスプリッタ
200 回転型アクチュエータ
210 枠体
220 可動電極
230 保持部材
240 固定電極
310 LPF
320 比較部
330 電圧制御部
340 電圧発生部
342 交流電圧発生部
344 直流電圧発生部
510 変換回路
512 オペアンプ
514 抵抗
516 キャパシタ
520 変換回路
522 オペアンプ
524 抵抗
526 キャパシタ
530 回路
532 コンパレータ
534 直流電源
540 回路
542 コンパレータ
544 直流電源
550 D−フリップフロップ
DESCRIPTION OF
320
Claims (8)
前記反射面で反射した光を検出する第1検出部と、
低レベル信号及び高レベル信号を出力可能な出力回路と、
を備え、
前記第1検出部が光を検出したタイミングにおいて、前記出力回路は、
前記低レベル信号を出力しているときは、前記低レベル信号を前記高レベル信号に反転させ、
前記高レベル信号を出力しているときは、前記高レベル信号を前記低レベル信号に反転させる光走査装置。 A movable reflector having a rotatable reflecting surface;
A first detector for detecting light reflected by the reflecting surface;
An output circuit capable of outputting a low level signal and a high level signal;
With
At the timing when the first detection unit detects light, the output circuit
When outputting the low level signal, the low level signal is inverted to the high level signal,
An optical scanning device for inverting the high level signal to the low level signal when outputting the high level signal.
前記出力回路は、D−フリップフロップを備え、
前記D−フリップフロップは、
前記第1検出部からの出力信号が入力される第1端子と、
前記第1端子とは異なる端子である第2端子と、
前記第1端子に入力される信号が低レベル信号から高レベル信号に反転したタイミングで前記第2端子に入力されている信号と同一のレベルの信号が出力される第3端子と、
前記第3端子から出力される信号とは反転した信号が出力される第4端子と、
を備え、
前記第2端子と前記第4端子とは電気的に互いに接続している光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
The output circuit includes a D-flip flop,
The D flip-flop
A first terminal to which an output signal from the first detection unit is input;
A second terminal which is a terminal different from the first terminal;
A third terminal that outputs a signal having the same level as the signal input to the second terminal at a timing when the signal input to the first terminal is inverted from a low level signal to a high level signal;
A fourth terminal from which a signal inverted from the signal output from the third terminal is output;
With
The optical scanning device, wherein the second terminal and the fourth terminal are electrically connected to each other.
前記可動反射部から見た場合に前記第1検出部とは異なる方向に位置しており、前記反射面で反射した光を検出する第2検出部を備え、
前記第2検出部が光を検出したタイミングにおいて、前記出力回路は、
前記低レベル信号を出力しているときは、前記低レベル信号を前記高レベル信号に反転させず、
前記高レベル信号を出力しているときは、前記高レベル信号を前記低レベル信号に反転させる光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
When viewed from the movable reflector, the second detector is located in a different direction from the first detector, and detects light reflected by the reflecting surface,
At the timing when the second detection unit detects light, the output circuit
When outputting the low level signal, without inverting the low level signal to the high level signal,
An optical scanning device for inverting the high level signal to the low level signal when outputting the high level signal.
前記出力回路は、D−フリップフロップを備え、
前記D−フリップフロップは、
前記第1検出部からの出力信号が入力される第1端子と、
前記第1端子とは異なる端子である第2端子と、
前記第1端子に入力される信号が低レベル信号から高レベル信号に反転したタイミングで前記第2端子に入力されている信号と同一のレベルの信号が出力される第3端子と、
前記第3端子から出力される信号とは反転した信号が出力される第4端子と、
前記第2検出部からの出力信号が入力される第5端子と、
を備え、
前記第2端子と前記第4端子とは電気的に互いに接続しており、
前記第5端子に信号が入力されたタイミングにおいて、前記D−フリップフロップは、
前記第3端子から低レベル信号が出力されているときは、前記第3端子からの信号を反転させず、
前記第3端子から高レベル信号が出力されているときは、前記第3端子からの信号を反転させる光走査装置。 The optical scanning device according to claim 3.
The output circuit includes a D-flip flop,
The D flip-flop
A first terminal to which an output signal from the first detection unit is input;
A second terminal which is a terminal different from the first terminal;
A third terminal that outputs a signal having the same level as the signal input to the second terminal at a timing when the signal input to the first terminal is inverted from a low level signal to a high level signal;
A fourth terminal from which a signal inverted from the signal output from the third terminal is output;
A fifth terminal to which an output signal from the second detection unit is input;
With
The second terminal and the fourth terminal are electrically connected to each other;
At the timing when a signal is input to the fifth terminal, the D-flip-flop
When a low level signal is output from the third terminal, the signal from the third terminal is not inverted,
An optical scanning device that inverts a signal from the third terminal when a high-level signal is output from the third terminal.
前記可動反射部から見た場合に前記第1検出部とは異なる方向に位置しており、前記反射面で反射した光を検出する第2検出部を備え、
前記第2検出部が光を検出したタイミングにおいて、前記出力回路は、
前記高レベル信号を出力しているときは、前記高レベル信号を前記低レベル信号に反転させず、
前記低レベル信号を出力しているときは、前記低レベル信号を前記高レベル信号に反転させる光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
When viewed from the movable reflector, the second detector is located in a different direction from the first detector, and detects light reflected by the reflecting surface,
At the timing when the second detection unit detects light, the output circuit
When outputting the high level signal, without inverting the high level signal to the low level signal,
An optical scanning device for inverting the low level signal to the high level signal when outputting the low level signal.
前記出力回路は、D−フリップフロップを備え、
前記D−フリップフロップは、
前記第1検出部からの出力信号が入力される第1端子と、
前記第1端子とは異なる端子である第2端子と、
前記第1端子に入力される信号が低レベル信号から高レベル信号に反転したタイミングで前記第2端子に入力されている信号と同一のレベルの信号が出力される第3端子と、
前記第3端子から出力される信号とは反転した信号が出力される第4端子と、
前記第2検出部からの出力信号が入力される第5端子と、
を備え、
前記第2端子と前記第4端子とは電気的に互いに接続しており、
前記第5端子に信号が入力されたタイミングにおいて、前記D−フリップフロップは、
前記第3端子から高レベル信号が出力されているときは、前記第3端子からの信号を反転させず、
前記第3端子から低レベル信号が出力されているときは、前記第3端子からの信号を反転させる光走査装置。 The optical scanning device according to claim 5,
The output circuit includes a D-flip flop,
The D flip-flop
A first terminal to which an output signal from the first detection unit is input;
A second terminal which is a terminal different from the first terminal;
A third terminal that outputs a signal having the same level as the signal input to the second terminal at a timing when the signal input to the first terminal is inverted from a low level signal to a high level signal;
A fourth terminal from which a signal inverted from the signal output from the third terminal is output;
A fifth terminal to which an output signal from the second detection unit is input;
With
The second terminal and the fourth terminal are electrically connected to each other;
At the timing when a signal is input to the fifth terminal, the D-flip-flop
When a high level signal is output from the third terminal, the signal from the third terminal is not inverted,
An optical scanning device that inverts a signal from the third terminal when a low-level signal is output from the third terminal.
枠体と、
前記可動反射部を前記枠体に取り付け、前記可動反射部の回転軸となる保持部材と、
前記可動反射部に対向している固定電極と、
前記可動反射部と前記固定電極との間の電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記出力回路からの信号に基づいて前記可動反射部と前記固定電極との間の電圧を制御する光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 6,
A frame,
The movable reflecting portion is attached to the frame, and a holding member that serves as a rotation axis of the movable reflecting portion;
A fixed electrode facing the movable reflecting portion;
A control unit for controlling a voltage between the movable reflection unit and the fixed electrode;
With
The control unit is an optical scanning device that controls a voltage between the movable reflection unit and the fixed electrode based on a signal from the output circuit.
前記制御部は、前記出力回路からの信号のデューティ比を算出し、前記デューティ比に基づいて前記可動反射部と前記固定電極との間の電圧を制御する光走査装置。 The optical scanning device according to claim 7.
The control unit is an optical scanning device that calculates a duty ratio of a signal from the output circuit and controls a voltage between the movable reflection unit and the fixed electrode based on the duty ratio.
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---|---|---|---|---|
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WO2021205715A1 (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | Mems actuator, mems actuator drive method, and mems actuator control program |
-
2016
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