JP2018005201A - Actuator device and actuator system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエータ装置、当該アクチュエータ装置を用いたアクチュエータシステムに関する。 The present invention relates to an actuator device and an actuator system using the actuator device.
マイクロマシン技術を用いた圧電アクチュエータ等のアクチュエータ装置は、高速で可動範囲も大きく、また微小な振幅角の違いによって走査角に与える影響も大きい。
そのため、アクチュエータ装置の可動部の振幅角を精度よく監視する技術が求められている。
An actuator device such as a piezoelectric actuator using micromachine technology has a high speed and a large movable range, and has a large influence on a scanning angle due to a small difference in amplitude angle.
Therefore, a technique for accurately monitoring the amplitude angle of the movable part of the actuator device is required.
かかる問題を解決するために、例えば静電容量や圧電膜の電位差のような電気的な信号を用いて振幅角を検知する方法が提案されている(例えば特許文献1〜5等参照)。
しかしながら、検知用に、アクチュエータ装置上に新たに構成要素を追加する必要があり、アクチュエータ装置の可動部分の小型化、簡易化という点までもは解決されていないのが現状である。
In order to solve such a problem, a method of detecting an amplitude angle using an electrical signal such as a capacitance or a potential difference of a piezoelectric film has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 5).
However, it is necessary to add a new component on the actuator device for detection, and the current situation is that the point of downsizing and simplification of the movable part of the actuator device has not been solved.
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、可動部の振幅角制御を簡便な構成で、精度良く行えるアクチュエータ装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an actuator device that can accurately control the amplitude angle of a movable portion with a simple configuration.
上述した課題を解決するため、本発明におけるアクチュエータ装置は、第1反射部を有し、所定の回転軸に対して回転運動可能なミラー部と、前記ミラー部を第1の軸中心に可動させる第1駆動部と、第1駆動部を支持する支持体部と、前記支持体部を第2の軸中心に可動させる第2駆動部と、前記第1駆動部に接続され、前記支持体部および前記第2駆動部の少なくとも何れかの一部に形成された通電路と、を有し、前記通電路の少なくとも一部に光線を反射する第2反射部を有する。 In order to solve the above-described problems, an actuator device according to the present invention includes a first reflection portion, a mirror portion that can rotate with respect to a predetermined rotation axis, and the mirror portion that is movable about a first axis. A first drive unit; a support unit that supports the first drive unit; a second drive unit that moves the support unit about a second axis; and the support unit connected to the first drive unit. And a current path formed in at least a part of at least one of the second drive parts, and a second reflection part that reflects light rays at least at a part of the current path.
本発明のアクチュエータ装置によれば、ミラー部の振幅角制御を簡便な構成で、精度良く行える。 According to the actuator device of the present invention, it is possible to accurately control the amplitude angle of the mirror portion with a simple configuration.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
[光走査システム]
まず、図1〜図4を参照して、本発明の実施形態に係る駆動装置を適用した光走査システムについて詳細に説明する。
図1に、光走査システムの一例の概略図を示す。
図1に示すように、光走査システム10は、駆動装置11の制御に従って光源装置12から照射された光を光偏向器13の有する反射面14により偏向して被走査面15を光走査するシステムである。
光走査システム10は、駆動装置11,光源装置12、反射面14を有する光偏向器13により構成される。
駆動装置11は、例えばCPU(Central Processing Unit)およびFPGA(Field-Programmable Gate Array)等を備えた電子回路ユニットである。光偏向器13は、例えば反射面14を有し、反射面14を可動可能なMEMS(Micro Electromechanical Systems)デバイスである。光源装置12は、例えばレーザを照射するレーザ装置である。なお、被走査面15は、例えばスクリーンである。
駆動装置11は、取得した光走査情報に基づいて光源装置12および光偏向器13の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置12および光偏向器13に駆動信号を出力する。
光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光源の照射を行う。光偏向器13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14を1軸方向または2軸方向の少なくともいずれかに可動させる。
これにより、例えば、光走査情報の一例である画像情報に基づいた駆動装置11の制御によって、光偏向器13の反射面14を所定の範囲で2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する光源装置12からの照射光を偏向して光走査することにより、被走査面15に任意の画像を投影することができる。
なお、光偏向器の詳細および本実施形態の駆動装置による制御の詳細については後述する。
次に、図2を参照して、光走査システム10の一例のハードウェア構成について説明する。
図2は、光走査システム10の一例のハードウェア構成図である。
図2に示すように、光走査システム10は、駆動装置11、光源装置12および光偏向器13を備え、それぞれが電気的に接続されている。
[駆動装置]
このうち、駆動装置11は、CPU20、RAM21(Random Access Memory)、ROM22(Read Only Memory)、FPGA23、外部I/F24、光源装置ドライバ25、光偏向器ドライバ26を備えている。
CPU20は、ROM22等の記憶装置からプログラムやデータをRAM21上に読み出し、処理を実行して、駆動装置11の全体の制御や機能を実現する演算装置である。
RAM21は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。
ROM22は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、CPU20が光走査システム10の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。
FPGA23は、CPU20の処理に従って、光源装置ドライバ25および光偏向器ドライバ26に適した制御信号を出力する回路である。
外部I/F24は、例えば外部装置やネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、PC(Personal Computer)等の上位装置、USBメモリ、SDカード、CD、DVD、HDD、SSD等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えば自動車のCAN(Controller Area Network)やLAN(Local Area Network)、インターネット等である。外部I/F24は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部I/F24が用意されてもよい。
光源装置トライバは、入力された制御信号に従って光源装置12に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
光偏向器ドライバ26は、入力された制御信号に従って光偏向器13に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
駆動装置11において、CPU20は、外部I/F24を介して外部装置やネットワークから光走査情報を取得する。なお、CPU20が光走査情報を取得することができる構成であればよく、駆動装置11内のROM22やFPGA23に光走査情報を格納する構成としてもよいし、駆動装置11内に新たにSSD等の記憶装置を設けて、その記憶装置に光走査情報を格納する構成としてもよい。
ここで、光走査情報とは、被走査面15にどのように光走査させるかを示した情報であり、例えば、光走査により画像を表示する場合は、光走査情報は画像データである。また、例えば、光走査により光書込みを行う場合は、光走査情報は書込み順や書込み箇所を示した書込みデータである。他にも、例えば、光走査により物体認識を行う場合は、光走査情報は物体認識用の光を照射するタイミングと照射範囲を示す照射データである。
本実施形態に係る駆動装置11は、CPU20の命令および図2に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。
[駆動装置の機能構成]
次に、図3を参照して、光走査システム10の駆動装置11の機能構成について説明する。図3は、光走査システムの駆動装置の一例の機能ブロック図である。
図3に示すように、駆動装置11は、機能として制御部30と駆動信号出力部31とを有する。
制御部30は、例えばCPU20、FPGA23等により実現され、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報を制御信号に変換して駆動信号出力部31に出力する。例えば、制御部30は、制御手段を構成し、外部装置等から画像データを光走査情報として取得し、所定の処理により画像データから制御信号を生成して駆動信号出力部31に出力する。
駆動信号出力部31は、印加手段を構成し、光源装置ドライバ25、光偏向器ドライバ26等により実現され、入力された制御信号に基づいて光源装置12または光偏向器13に駆動信号を出力する。駆動信号出力部31(印加手段)は、例えば、駆動信号を出力する対象ごとに設けられてもよい。
駆動信号は、光源装置12または光偏向器13の駆動を制御するための信号である。例えば、光源装置12においては、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、光偏向器13においては、光偏向器13の有する反射面14を可動させるタイミングおよび可動範囲を制御する駆動電圧である。なお、駆動装置は、光源装置12や受光装置等の外部装置から光源の照射タイミングや受光タイミングを取得し、これらを光偏向器13の駆動に同期するようにしてもよい。
[光走査処理]
次に、図4を参照して、光走査システム10が被走査面15を光走査する処理について説明する。図4は、光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。
ステップS11において、制御部30は、外部装置等から光走査情報を取得する。
ステップS12において、制御部30は、取得した光走査情報から制御信号を生成し、制御信号を駆動信号出力部31に出力する。
ステップS13において、駆動信号出力部31は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を光源装置12および光偏向器13に出力する。
ステップS14において、光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、光偏向器13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14の可動を行う。光源装置12および光偏向器13の駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。
なお、上記光走査システム10では、1つの駆動装置11が光源装置12および光偏向器13を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の駆動装置および光偏向器用の駆動装置と、別体に設けてもよい。
また、上記光走査システム10では、一つの駆動装置11に光源装置12および光偏向器13の制御部30の機能および駆動信号出力部31の機能を設けているが、これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部30を有した駆動装置11とは別に駆動信号出力部31を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。なお、上記光走査システム10のうち、反射面14を有した光偏向器13と駆動装置11により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。
[画像投影装置]
次に、図5及び図6を参照して、本実施形態の駆動装置を適用した画像投影装置について詳細に説明する。
図5は、画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置500を搭載した自動車400の実施形態に係る概略図である。また、図6はヘッドアップディスプレイ装置500の一例の概略図である。
画像投影装置は、光走査により画像を投影する装置であり、例えばヘッドアップディスプレイ装置である。
図5に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500は、例えば、自動車400のウインドシールド(フロントガラス401等)の付近に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置500から発せられる投射光Lがフロントガラス401で反射され、ユーザーである観察者(運転者402)に向かう。
これにより、運転者402は、ヘッドアップディスプレイ装置500によって投影された画像等を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールドの内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させる構成にしてもよい。
図6に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500は、赤色、緑色、青色のレーザ光源501R,501G,501Bからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメータレンズ502,503,504と、2つのダイクロイックミラー505,506と、光量調整部507と、から構成される入射光学系を経た後、反射面14を有する光偏向器13にて偏向される。
そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー509と、中間スクリーン510と、投射ミラー511とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。
なお、上記ヘッドアップディスプレイ装置500では、レーザ光源501R,501G,501B、コリメータレンズ502,503,504、ダイクロイックミラー505,506は、光源ユニット530として光学ハウジングによってユニット化されている。
上記ヘッドアップディスプレイ装置500は、中間スクリーン510に表示される中間像を自動車400のフロントガラス401に投射することで、その中間像を運転者402に虚像として視認させる。
レーザ光源501R,501G,501Bから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ502,503,504で略平行光とされ、2つのダイクロイックミラー505,506により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部507で光量が調整された後、反射面14を有する光偏向器13によって二次元走査される。光偏向器13で二次元走査された投射光Lは、自由曲面ミラー509で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン510に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン510は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、中間スクリーン510に入射してくる投射光Lをマイクロレンズ単位で拡大する。
光偏向器13は、反射面14を2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する投射光Lを二次元走査する。この光偏向器13の駆動制御は、レーザ光源501R,501G,501Bの発光タイミングに同期して行われる。
以上、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイ装置500の説明をしたが、画像投影装置は、反射面14を有した光偏向器13により光走査を行うことで画像を投影する装置であればよい。
例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ装置等にも、同様に適用することができる。
また、画像投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。
[物体認識装置]
次に、図7及び図8を参照して、上記本実施形態の駆動装置を適用した物体認識装置について詳細に説明する。
図7は、物体認識装置の一例であるレーザレーダ装置を搭載した自動車の概略図である。また、図8はレーザレーダ装置の一例の概略図である。
物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばレーザレーダ装置である。
図7に示すように、レーザレーダ装置700は、例えば自動車701に搭載され、対象方向を光走査して、対象方向に存在する被対象物702からの反射光を受光することで、被対象物702を認識する。
図8に示すように、光源装置12から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ703と、平面ミラー704とから構成される入射光学系を経て、反射面14を有する光偏向器13で1軸もしくは2軸方向に走査される。
そして、投光光学系である投光レンズ705等を経て装置前方の被対象物702に照射される。光源装置12および光偏向器13は、駆動装置11により駆動を制御される。被対象物702で反射された反射光は、光検出器709により光検出される。
すなわち、反射光は受光光学系である集光レンズ706等を経て撮像素子707により受光され、撮像素子707は検出信号を信号処理回路708に出力する。信号処理回路708は、入力された検出信号に2値化やノイズ処理等の所定の処理を行い、結果を測距回路710に出力する。
測距回路710は、光源装置12がレーザ光を発光したタイミングと、光検出器709でレーザ光を受光したタイミングとの時間差、または受光した撮像素子707の画素ごとの位相差によって、被対象物702の有無を認識し、さらに被対象物702との距離情報を算出する。
反射面14を有する光偏向器13は多面鏡に比べて破損しづらく、小型であるため、耐久性の高い小型のレーダ装置を提供することができる。
このようなレーダレーダ装置は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等に取り付けられ、所定範囲を光走査して障害物の有無や障害物までの距離を認識することができる。
上記物体認識装置では、一例としてのレーザレーダ装置700の説明をしたが、物体認識装置は、反射面14を有した光偏向器13を駆動装置11で制御することにより光走査を行い、光検出器により反射光を受光することで被対象物702を認識する装置であればよく、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、手や顔を光走査して得た距離情報から形状等の物体情報を算出し、記録と参照することで対象物を認識する生体認証や、対象範囲への光走査により侵入物を認識するセキュリティセンサ、光走査により得た距離情報から形状等の物体情報を算出して認識し、3次元データとして出力する3次元スキャナの構成部材などにも同様に適用することができる。
[パッケージング]
次に、図9を参照して、本実施形態の駆動装置により制御されるアクチュエータ装置たる光偏向器のパッケージングについて説明する。
図9は、パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。
図9に示すように、光偏向器13は、筐体部たるパッケージ部材802の内側に配置される取付部材801に取り付けられ、パッケージ部材802の一部を透過部材803で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。
さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、光偏向器13の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。
次に、以上に説明した光偏向システム、光走査システム、画像投射装置、光書込装置、物体認識装置に使用される光偏向器の詳細および本実施形態の駆動装置による制御の詳細について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[Optical scanning system]
First, an optical scanning system to which a driving apparatus according to an embodiment of the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of an optical scanning system.
As shown in FIG. 1, the
The
The
The
The
Thus, for example, the control of the
Details of the optical deflector and details of control by the driving device of the present embodiment will be described later.
Next, an exemplary hardware configuration of the
FIG. 2 is a hardware configuration diagram of an example of the
As shown in FIG. 2, the
[Driver]
Among these, the
The
The
The ROM 22 is a nonvolatile storage device that can retain programs and data even when the power is turned off, and stores processing programs and data that the
The FPGA 23 is a circuit that outputs control signals suitable for the light
The external I /
The light source device triver is an electric circuit that outputs a drive signal such as a drive voltage to the
The
In the
Here, the optical scanning information is information indicating how the scanned
The
[Functional configuration of drive unit]
Next, a functional configuration of the driving
As shown in FIG. 3, the
The
The drive signal output unit 31 constitutes application means, and is realized by the light
The drive signal is a signal for controlling driving of the
[Optical scanning processing]
Next, a process in which the
In step S11, the
In step S <b> 12, the
In step S <b> 13, the drive signal output unit 31 outputs a drive signal to the
In step S <b> 14, the
In the
In the
[Image projection device]
Next, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, an image projection apparatus to which the drive device of this embodiment is applied will be described in detail.
FIG. 5 is a schematic diagram according to an embodiment of an
The image projection device is a device that projects an image by optical scanning, for example, a head-up display device.
As shown in FIG. 5, the head-up
Accordingly, the
As shown in FIG. 6, the head-up
The deflected laser light is projected onto a screen through a projection optical system including a free-
In the head-up
The head-up
The respective color laser beams emitted from the
The
The head-up
For example, it is mounted on a projector that is placed on a desk or the like and projects an image on a display screen, or a mounting member that is mounted on an observer's head or the like, and is projected on a reflective transmission screen that the mounting member has, or an eyeball as a screen The present invention can be similarly applied to a head-mounted display device that projects an image.
The image projection apparatus is not only a vehicle or a mounting member, but also, for example, a moving body such as an aircraft, a ship, or a mobile robot, or a work robot that operates a driving target such as a manipulator without moving from the spot. It may be mounted on a non-moving body.
[Object recognition device]
Next, with reference to FIG. 7 and FIG. 8, an object recognition apparatus to which the driving apparatus of the present embodiment is applied will be described in detail.
FIG. 7 is a schematic diagram of an automobile equipped with a laser radar device which is an example of an object recognition device. FIG. 8 is a schematic diagram of an example of a laser radar device.
The object recognition device is a device that recognizes an object in a target direction, for example, a laser radar device.
As shown in FIG. 7, the
As shown in FIG. 8, the laser light emitted from the
Then, the
That is, the reflected light is received by the
The
Since the
Such a radar radar apparatus is attached to, for example, a vehicle, an aircraft, a ship, a robot, and the like, and can optically scan a predetermined range to recognize the presence or absence of an obstacle and the distance to the obstacle.
In the object recognition apparatus, the
For example, object information such as shape is calculated from distance information obtained by optically scanning the hand or face, and biometric authentication that recognizes the target object by referring to the record, or recognizes an intruder by optical scanning of the target range The present invention can be similarly applied to a security sensor, a three-dimensional scanner component that calculates and recognizes object information such as a shape from distance information obtained by optical scanning, and outputs it as three-dimensional data.
[Packaging]
Next, with reference to FIG. 9, the packaging of the optical deflector which is an actuator device controlled by the drive device of this embodiment will be described.
FIG. 9 is a schematic diagram of an example of a packaged optical deflector.
As shown in FIG. 9, the
Further, an inert gas such as nitrogen is sealed in the package. As a result, deterioration of the
Next, details of the optical deflector used in the above-described optical deflection system, optical scanning system, image projection apparatus, optical writing apparatus, and object recognition apparatus and details of control by the driving apparatus of the present embodiment will be described. .
[光偏向器の詳細]
まず、図10〜図12を参照して、光偏向器について詳細に説明する。
[Details of optical deflector]
First, the optical deflector will be described in detail with reference to FIGS.
図10は、主走査方向たるX方向と、副走査方向たるY方向との2軸方向に光偏向可能な光偏向器の平面図である。図13は、図12のP−P’断面図である。図12は図10のQ−Q’断面図である。
以降の説明では反射面14が後述するように第1軸O1周りに駆動したとき、反射面14によって反射された光束Lが移動する方向を主走査方向とし、第2軸O2周りに駆動したときの光束Lの移動する方向を副走査方向とする。なお、かかる構成に限定されるものではなく、主走査方向と副走査方向とは、構成に応じて適宜変えても良い。
FIG. 10 is a plan view of an optical deflector that can deflect light in two axial directions, ie, an X direction that is a main scanning direction and a Y direction that is a sub-scanning direction. 13 is a cross-sectional view taken along the line PP ′ of FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line QQ ′ of FIG.
In the following description, when the reflecting
光偏向器13は、入射した光束Lを反射する第1反射部たるミラー部101と、ミラー部101に接続され、ミラー部101をY軸に平行な第1軸O1周りに駆動する第1駆動部110a、110bと、を有している。
光偏向器13はまた、ミラー部101および第1駆動部110a、110bを支持する第1支持部120を有している。
光偏向器13はまた、第1支持部120に接続され、ミラー部101および第1支持部120をX軸に平行な第2軸O2周りに駆動する第2駆動部130a、130bと、第2駆動部130a、130bを支持する枠体部たる第2支持部140と、を有している。
なお、本実施形態における第1駆動部110a、110bと、ミラー部101と、第1支持部120とは、第2軸O2を中心に回転する可動部を構成している。また、第2駆動部130a、130bは、かかる可動部を第2支持部140に対して支持する。
光偏向器13は、第1駆動部110a、110bおよび第2駆動部130a、130bおよび駆動装置に電気的に接続される電極接続部150と、電極接続部150から第1駆動部110a、110bまで延びた通電路151と、を有している。
光偏向器13は、通電路151の一部、本実施形態においては第1駆動部110a、110bの+Z方向側の面に形成され、入射する光線L’を反射する第2反射部たる検出用反射部152と、を有している。
The
The
The
The
光偏向器13は、図11に示すように、1枚のSOI(Silicon On Insulator)基板をエッチング処理等により成形し、成形した基板上に反射面14や第1圧電駆動部112a、112b、第2圧電駆動部131a〜131f、132a〜132f、電極接続部150等が一体的に形成されている。
なお、上記の各構成部の形成は、SOI基板の成形後に行ってもよいし、SOI基板の成形中に行ってもよい。
As shown in FIG. 11, the
Note that each of the above-described components may be formed after the SOI substrate is formed or during the formation of the SOI substrate.
SOI基板は、図11、図12に示すように、例えば単結晶シリコン(Si)からなる第1のシリコン層たるシリコン支持層161と、シリコン支持層161の上部に形成された酸化シリコン層162と、酸化シリコン層162の上に形成された第2のシリコン層たるシリコン活性層163と、を有するシリコン基板である。
As shown in FIGS. 11 and 12, the SOI substrate includes a
シリコン活性層163は、X軸方向またはY軸方向に対してZ軸方向への厚みが小さいため、シリコン活性層163で構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。
例えば、本実施形態においては、図11に示すように、第2駆動部130a、130bと、第1駆動部110a、110bとは何れも、かかるシリコン活性層163を基材としており、弾性部としての機能を有している。
Since the silicon
For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, the
また、本実施形態における光偏向器13のうち、少なくとも枠体部である第2支持部140と、第1支持部120と、は、シリコン支持層161を有していることが望ましい。
このように、第1支持部120と第2支持部140とがシリコン支持層161を有することにより、Z方向についての厚みが厚くなるから、第1支持部120と第2支持部140との弾性変形を抑制して、動作の精度が向上する。
検出用反射部152は、通電路151の一部に設けられ、通電路151よりも幅x152が広くなるように設けられた矩形の反射部である。なお、本実施形態では、通電路151の特に第1支持部120と第1駆動部110a、110bとの間の接続部分の近傍に設けることとしたが、かかる位置に限定されるものではない。
このように、幅x152を広くすることで、反射面積を増加させて後述する変位角θの測定をより精度よく行えるようになるとともに、電気抵抗が下がって発熱などによる破損のリスクを低減できる。なお、かかる構成に限定されるものではなく、幅x152は通電路151の幅と同一であっても良い。
特に、本実施形態のように検出用反射部152を最も内側の第1圧電駆動部112a、112bに形成することとすれば、最も内側の部分には副走査の信号線が不要になるから、不要な配線分の太さを確保できて、より効率よく検出用反射部152を形成できる。
検出用反射部152の+Z側の面は、光を反射しやすいように鏡面加工しても良い。
あるいは、通電路151の表面をそのまま用いたとしても良い。
In addition, in the
As described above, since the
The
Thus, by widening the width x 152 , the reflection area can be increased and the later-described measurement of the displacement angle θ can be performed with higher accuracy, and the electrical resistance can be reduced to reduce the risk of damage due to heat generation. . In addition, it is not limited to this structure, The width x152 may be the same as the width | variety of the
In particular, if the
The surface on the + Z side of the
Alternatively, the surface of the
なお、SOI基板は、必ず平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。また、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば光偏向器13の形成に用いられる部材はSOI基板に限られない。
Note that the SOI substrate is not necessarily flat and may have a curvature or the like. In addition, the member used for forming the
ミラー部101は、例えば、円板形状のミラー部基体102と、ミラー部基体の+Z側の面上に形成された反射面14とから構成される。ミラー部基体102は、例えば、シリコン活性層163を用いて構成される。
反射面14は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成される。また、ミラー部101は、ミラー部基体102の−Z側の面にミラー部補強用のリブが形成されていてもよい。
リブは、例えば、シリコン支持層161および酸化シリコン層162を用いて構成され、ミラー部101の動作によって生じる反射面14の歪みを抑制することができる。
The
The reflecting
The rib is configured using, for example, a
第1駆動部110a、110bは、ミラー部基体102に一端が接続し、第1軸方向にそれぞれ延びてミラー部101を可動可能に支持する2つのトーションバー111a、111bと、一端がトーションバーに接続され、他端が第1支持部の内周部に接続される第1圧電駆動部112a、112bと、を有している。
The
図13に示すように、トーションバー111a、111bはシリコン活性層163を用いて構成される。また、第1圧電駆動部112a、112bは、シリコン活性層163の+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成されて構成される。
上部電極203および下部電極201は、例えば金(Au)または白金(Pt)等を用いて構成される。圧電部202は、例えば、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を用いて構成されている。
As shown in FIG. 13, the
The
第1支持部120は、シリコン支持層161、酸化シリコン層162、シリコン活性層163を用いて構成され、ミラー部101を囲うように形成された矩形形状の支持体である。
The
第2駆動部130a、130bは、折り返すように連結された複数の第2圧電駆動部131a〜131f、132a〜132fを有している。
第2駆動部130a、130bの一端は第1支持部120の外周部に接続され、他端は第2支持部140の内周部に接続されている。
このとき、第2駆動部130aと第1支持部120の接続箇所および第2駆動部130bと第1支持部120の接続箇所、さらに第2駆動部130aと第2支持部140の接続箇所および第2駆動部130bと第2支持部140の接続箇所は、反射面14の中心に対して点対称となることが望ましい。
The
One end of each of the
At this time, the connection location between the
図12に示すように、第2圧電駆動部130a、130bは、シリコン活性層163の+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成されて構成される。上部電極203および下部電極201は、例えば金(Au)または白金(Pt)等を用いて構成される。圧電部202は、例えば、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)が用いられる。
As shown in FIG. 12, the second
第2支持部140は、例えば、シリコン支持層161、酸化シリコン層162、シリコン活性層163を用いて構成され、ミラー部101、第1駆動部110a、110b、第1支持部120および第2駆動部130a、130bを囲うように形成された矩形の支持体である。
The
電極接続部150は、例えば、第2支持部140の+Z側の面上に形成され、第1圧電駆動部112a、112b、第2圧電駆動131a〜131fの各上部電極203および各下部電極201,および図1で示した駆動装置11にアルミニウム(Al)等の電極配線を介して電気的に接続されている。
なお、上部電極203または下部電極201は、それぞれが電極接続部150と直接接続されていてもよいし、電極同士を接続する等により間接的に接続されていてもよい。
The
Each of the
なお、本実施形態では、圧電部202が弾性部であるシリコン活性層163の一面(+Z側の面)のみに形成された場合を一例として説明したが、弾性部の他の面(例えば−Z側の面)に設けても良いし、弾性部の一面および他面の双方に設けても良い。
In the present embodiment, the case where the
また、ミラー部101を第1軸周りまたは第2軸周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーションバー111a、111bや第1圧電駆動部112a、112bが曲率を有した形状を有していてもよい。
In addition, as long as the
[駆動装置の制御の詳細]
次に、光偏向器の第1駆動部110a、110bおよび第2駆動部130a、130bを駆動させる駆動装置11の制御の詳細について説明する。
[Details of control of drive unit]
Next, details of control of the driving
第1駆動部110a、110b、第2駆動部130a、130bが有する圧電部202は、分極方向に正または負の電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形(例えば、伸縮)が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。
第1駆動部110a,110b,第2駆動部130a、130bは、上記の逆圧電効果を利用してミラー部101を可動させる。
The
The
このとき、ミラー部101の反射面14に入射した光束が偏向される角度を振れ角とよぶ。圧電部に電圧を印加していないときの振れ角をゼロとし、その角度よりも偏向角度が大きい場合を正の振れ角、小さい場合を負の振れ角とする。
At this time, the angle at which the light beam incident on the reflecting
まず、第1駆動部を駆動させる駆動装置の制御について説明する。
第1駆動部110a、110bでは、第1圧電駆動部112a、112bが有する圧電部202に、上部電極203および下部電極201を介して駆動電圧が並列に印加されると、それぞれの圧電部202が変形する。この圧電部202の変形による作用により、第1圧電駆動部112a、112bが屈曲変形する。
その結果、2つのトーションバー111a、111bのねじれを介してミラー部101に第1軸周りの駆動力が作用し、ミラー部101が第1軸O1周りに可動する。第1駆動部110a、110bに印加される駆動電圧は、駆動装置11によって制御される。
First, control of the drive device that drives the first drive unit will be described.
In the
As a result, the two
駆動装置11によって、第1駆動部110a、110bが有する第1圧電駆動部112a、112bに所定の正弦波形の駆動電圧を並行して印加することで、ミラー部101を、第1軸O1周りに所定の正弦波形の駆動電圧の周期で可動させることができる。
By the driving
特に、例えば、正弦波形電圧の周波数がトーションバー111a、111bの共振周波数と同程度である約20kHzに設定された場合、トーションバー111a、111bのねじれによる機械的共振が生じるのを利用して、ミラー部101を約20kHzで共振振動させることができる。
In particular, for example, when the frequency of the sinusoidal waveform voltage is set to about 20 kHz, which is about the same as the resonance frequency of the
次に、図10、13〜図17を参照して、第2駆動部を駆動させる駆動装置11の制御について説明する。
Next, control of the
図13は、光偏向器の第2駆動部130bの駆動を模式的に表した模式図である。斜線で表されている領域がミラー部101等である。
FIG. 13 is a schematic diagram schematically illustrating driving of the
第2駆動部130aが有する複数の第2圧電駆動部131a〜131fのうち、最もミラー部に距離が近い第2圧電駆動部(131a)から数えて偶数番目の第2圧電駆動部、すなわち第2圧電駆動部131b、131d、131fを圧電駆動部群Aとする。
また、さらに第2駆動部130bが有する複数の第2圧電駆動部132a〜132fのうち、最もミラー部に距離が近い第2圧電駆動部(132a)から数えて奇数番目の第2圧電駆動部、すなわち第2圧電駆動部132a、132c、132eを同様に圧電駆動部群Aとする。圧電駆動部群Aは、駆動電圧が並行に印加されると、図13(a)に示すように、圧電駆動部群Aが同一方向に屈曲変形し、正の振れ角となるようにミラー部101が第2軸周りに可動する。
Among the plurality of second
Further, among the plurality of second
また、第2駆動部130aが有する複数の第2圧電駆動部131a〜131fのうち、最もミラー部に距離が近い第2圧電駆動部(131a)から数えて奇数番目の第2圧電駆動部、すなわち第2圧電駆動部131a、131c、131eを圧電駆動部群Bとする。
また、さらに第2駆動部130bが有する複数の第2圧電駆動部132a〜132fのうち、最もミラー部に距離が近い第2圧電駆動部(132a)から数えて偶数番目の第2圧電駆動部、すなわち、132b、132d、132fを同様に圧電駆動部群Bとする。圧電駆動部群Bは、駆動電圧が並行に印加されると、圧電駆動部群Bが同一方向に屈曲変形し、図13(b)に示すように、負の振れ角となるようにミラー部101第2軸O2周りに可動する。
Of the plurality of second
Further, among the plurality of second piezoelectric driving
図13(a)、(b)に示すように、第2駆動部130aまたは130bでは、圧電駆動部群Aが有する複数の圧電部202または圧電駆動部群Bが有する複数の圧電部202を屈曲変形させることにより、屈曲変形による可動量を累積させ、ミラー部101の第2軸周りの振れ角を大きくすることができる。
As shown in FIGS. 13A and 13B, in the
例えば、図10に示すように、第2駆動部130a、130bが、第1支持部の中心点に対して第1支持部に点対称で接続されている。そのため、圧電駆動部群Aに駆動電圧を印加すると、第2駆動部130aでは第1支持部と第2駆動部130aの接続部に+Z方向に動かす駆動力が生じ、第2駆動部130bでは第1支持部と第2駆動部130bの接続部に−Z方向に動かす駆動力が生じ、可動量が累積されてミラー部101の第2軸周りの振れ角度を大きくすることができる。
For example, as shown in FIG. 10, the
また、電圧が印加されていない、または、電圧印加による圧電駆動部群Aによるミラー部101の可動量と電圧印加による圧電駆動群Bによるミラー部101の可動量が釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。
Further, when no voltage is applied, or when the movable amount of the
図13(a)〜図13(b)を連続的に繰り返すように、図16に示すように第2圧電駆動部に駆動電圧を印加することにより、ミラー部を第2軸周りに駆動させることができる。 As shown in FIG. 16, the drive voltage is applied to the second piezoelectric drive unit so that the mirror unit is driven around the second axis so that FIGS. 13A to 13B are continuously repeated. Can do.
[駆動電圧]
第2駆動部に印加される駆動電圧は、駆動装置によって制御される。
図14を参照して、圧電駆動部群Aに印加される駆動電圧(以下、駆動電圧A)、圧電駆動部群Bに印加される駆動電圧(以下、駆動電圧B)について説明する。また、駆動電圧A(第1駆動電圧)を印加する印加手段を第1印加手段、駆動電圧B(第2駆動電圧)を印加する印加手段を第2印加手段とする。
[Drive voltage]
The drive voltage applied to the second drive unit is controlled by the drive device.
With reference to FIG. 14, the drive voltage applied to the piezoelectric drive unit group A (hereinafter referred to as drive voltage A) and the drive voltage applied to the piezoelectric drive unit group B (hereinafter referred to as drive voltage B) will be described. In addition, an application unit that applies the drive voltage A (first drive voltage) is a first application unit, and an application unit that applies the drive voltage B (second drive voltage) is a second application unit.
図14(a)は、光偏向器の圧電駆動部群Aに印加される駆動電圧Aの波形の一例である。図14(b)は、光偏向器の圧電駆動部群Bに印加される駆動電圧の波形Bの一例である。図14(c)は、駆動電圧Aの波形と駆動電圧Bの波形を重ね合わせた図である。 FIG. 14A shows an example of the waveform of the drive voltage A applied to the piezoelectric drive unit group A of the optical deflector. FIG. 14B is an example of a waveform B of the drive voltage applied to the piezoelectric drive unit group B of the optical deflector. FIG. 14C is a diagram in which the waveform of the drive voltage A and the waveform of the drive voltage B are superimposed.
図14(a)に示すように、圧電駆動部群Aに印加される駆動電圧Aの波形は、例えば、ノコギリ波状の波形であり、周波数は、例えば60Hzである。
また、駆動電圧Aの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をTrA、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をTfAとしたとき、例えば、TrA:TfA=9:1となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するTrAの比率を駆動電圧Aのシンメトリという。
As shown in FIG. 14A, the waveform of the drive voltage A applied to the piezoelectric drive unit group A is, for example, a sawtooth waveform, and the frequency is, for example, 60 Hz.
Further, the waveform of the drive voltage A has a rising time period TrA in which the voltage value increases from the minimum value to the next maximum value, and a falling period in which the voltage value decreases from the maximum value to the next minimum value. For example, a ratio of TrA: TfA = 9: 1 is set in advance. At this time, the ratio of TrA to one cycle is referred to as symmetry of drive voltage A.
図14(b)に示すように、圧電駆動部群Bに印加される駆動電圧Bの波形は、例えば、ノコギリ波状の波形であり、周波数は、例えば60Hzである。
また、駆動電圧Bの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をTrB、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をTfBとしたとき、例えば、TfB:TrB=9:1となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するTfBの比率を駆動電圧Bのシンメトリという。
また、図14(c)に示すように、例えば、駆動電圧Aの波形の周期TAと駆動電圧Bの波形の周期TBは、同一となるように設定されている。
As shown in FIG. 14B, the waveform of the drive voltage B applied to the piezoelectric drive unit group B is, for example, a sawtooth waveform, and the frequency is, for example, 60 Hz.
In addition, the waveform of the drive voltage B indicates that the time width of the rising period in which the voltage value increases from the minimum value to the next maximum value is TrB, and the falling period in which the voltage value decreases from the maximum value to the next minimum value. For example, a ratio of TfB: TrB = 9: 1 is set in advance. At this time, the ratio of TfB to one cycle is referred to as symmetry of the drive voltage B.
As shown in FIG. 14C, for example, the period TA of the waveform of the drive voltage A and the period TB of the waveform of the drive voltage B are set to be the same.
なお、上記の駆動電圧Aおよび駆動電圧Bのノコギリ波状の波形は、例えば、正弦波の重ね合わせによって生成される。
また、本実施形態では、駆動電圧A、Bとしてノコギリ波状の波形の駆動電圧を用いているが、これに限らず、ノコギリ波状の波形の頂点を丸くした波形の駆動電圧や、ノコギリ波状の波形の直線領域を曲線とした波形の駆動電圧など、光偏向器のデバイス特性に応じて波形を変えることも可能である。この場合、シンメトリは、一周期に対する立ち上がり時間の比率、または一周期に対する立ち下がり時間の比率となる。このとき、立ち上がり時間、立ち下がり時間のどちらを基準にするかは、任意に設定してもよい。
また、後述するように、駆動装置11は、工場出荷時などの初期状態におけるミラー部101と検出用反射部152との変位の関係を記憶しておいてもよい。
さらに、駆動装置11は、かかる変位の関係に基づいて補正値を算出し、第1駆動部110a、110bと、第2駆動部130a、130bとに印加する電圧の波形を補正しても良い。
かかる構成により、工場出荷時に存在しうる第1反射部たるミラー部101と第2反射部たる検出用反射部152との間に生じる微細な振動のずれを補正することができる。
The sawtooth waveform of the drive voltage A and the drive voltage B is generated, for example, by superimposing sine waves.
In the present embodiment, the drive voltages A and B use a sawtooth waveform drive voltage. However, the present invention is not limited to this, and a drive voltage having a sawtooth waveform with a rounded apex or a sawtooth waveform. It is also possible to change the waveform according to the device characteristics of the optical deflector, such as a drive voltage having a waveform with the straight line region as a curve. In this case, the symmetry is the ratio of the rise time to one cycle or the ratio of the fall time to one cycle. At this time, it may be arbitrarily set whether the rise time or the fall time is used as a reference.
Further, as will be described later, the
Furthermore, the
With this configuration, it is possible to correct a minute vibration deviation that occurs between the
さて、このような光偏向器13においては、高速で可動範囲も大きく、また微小な振幅角の違いによって走査角に与える影響も大きいために、可動部を精度よく制御する技術が求められている。
しかしながら、光偏向器13の小型化を目指す上では、例えば振幅角の変動を検知するために新たな検出器などの構成を付け加えることは難しかった。
また、特に主走査方向には、共振による高速振動を行うことが多く、可動部に何かしらの部材を追加すると、共振周波数が変わってくるおそれもあった。
Such an
However, in order to reduce the size of the
In particular, high-speed vibration due to resonance is often performed particularly in the main scanning direction, and if any member is added to the movable part, the resonance frequency may change.
一方、副走査方向の振動は、理想的には図15に破線で示すような鋸波状の三角波で駆動電圧を印加して、所定の角速度で光束Lが移動することが求められる。なお、ここでは図14(a)に示した印加電圧の変化を参考例として図15のように例示したが、かかる波形に限定されるものではない。
しかしながら、温度変化や経年変化、振動などの影響により、図15に実線で示すような変動成分が乗ってしまうことがあり、その場合には、振幅に印加する駆動電圧を適宜調整することが求められている。
On the other hand, the vibration in the sub-scanning direction is ideally determined by applying a driving voltage with a sawtooth triangular wave as shown by a broken line in FIG. 15 and moving the light beam L at a predetermined angular velocity. In addition, although the change of the applied voltage shown to Fig.14 (a) was illustrated as a reference example here like FIG. 15, it is not limited to such a waveform.
However, a fluctuation component as shown by a solid line in FIG. 15 may be mounted due to the influence of temperature change, aging change, vibration, and the like, and in that case, it is required to appropriately adjust the drive voltage applied to the amplitude. It has been.
このような問題点を解決するべく、本実施形態では、図16に示すように、光偏向器13は、光線たる振動検知光L’を出射する照射部たる検知光源170と、通電路151の一部である検出用反射部152と、を有している。
光偏向器13はまた、検出用反射部152によって反射された振動検知光L’が入射して、第1支持部120の振動を検知する検知センサ171を有している。
In order to solve such a problem, in this embodiment, as shown in FIG. 16, the
The
この点について詳しく説明する。
従来技術においては、光束Lがミラー部101以外の部分に反射して迷光となってしまうことを防止するために、第1駆動部110a、110bの上部電極203の+Z側の面上、第1支持部の+Z側の面上、第2駆動部130a、130bの上部電極203の+Z側の面上、第2支持部の+Z側の面上の少なくともいずれかに、絶縁層として酸化シリコン(SiO2)膜が形成されることが多い。
かかる酸化シリコン膜の層は、絶縁層であるとともに、膜厚が光束Lの波長において反射防止膜となるように1/4波長の整数倍になるように調整される。
This point will be described in detail.
In the prior art, in order to prevent the light beam L from being reflected by the part other than the
Such a silicon oxide film layer is an insulating layer and is adjusted so that the film thickness becomes an integral multiple of a quarter wavelength so as to be an antireflection film at the wavelength of the light flux L.
このとき、絶縁層の上に電極配線を設け、また、上部電極203または下部電極201と電極配線とが接続される接続スポットに、開口部として部分的に絶縁層を除去または絶縁層を形成しないことにより、第1駆動部110a、110b、第2駆動部130a、130bおよび電極配線の設計自由度をあげ、さらに電極同士の接触による短絡を抑制することができる。なお、絶縁層は絶縁性を有する部材であればよく、また、反射防止材としての機能を備えさせてもよい。
At this time, an electrode wiring is provided on the insulating layer, and the insulating layer is not partially removed or formed as an opening at a connection spot where the
本実施形態では、図12に示すように、絶縁層153よりも+Z方向側に通電路151が形成されている。
また、図16に示すように、通電路151の少なくとも一部に、振動検知光L’を反射する検知用反射部152を有している。
かかる構成により、入射した振動検知光L’が、通電路151の一部に形成された検出用反射部152によって反射されて、パッケージ部材802に取り付けられた検知センサ171に入射することで、第1支持部120の振動状態を検知する。
In the present embodiment, as illustrated in FIG. 12, the
In addition, as shown in FIG. 16, at least a part of the
With this configuration, the incident vibration detection light L ′ is reflected by the
本実施形態では、図17に示すように、検知センサ171は、算出部165を有している。
算出部165は、第1支持部120の変位角θ、検知センサ171と光偏向器13との間の距離Z1、検知センサ171への振動検知光L’の入射位置x1、とを用いて、θ=1/2・tan−1(x1/Z1) によって変位角θの値を検出する。
なお、ここでは検知センサ171が算出部165を有するとしたが、かかる構成に限定されるものではなく、検知センサ171から送られた入射位置x1の情報を元に、パソコンなどの外部装置を用いて変位角θを算出するとしても良い。
また、図17(b)には、第1支持部120の変位角θが振動検知光L’の入射角と反射角の和の半分にあたることを模式的に示している。
In the present embodiment, as illustrated in FIG. 17, the
The
Note that, although the
FIG. 17B schematically shows that the displacement angle θ of the
また、検出用反射部152は、第2駆動部130a、130bのうち最も第1支持部120側に配置された第2駆動部131a、132aに形成されていてもよい。
かかる構成により、第1支持部120に最も近い第2駆動部131a、132aにおける変位角θが求められるので、検知センサ171により、変位角θの値を精度よく算出することができる。
Moreover, the
With this configuration, since the displacement angle θ in the
本実施形態では、検出用反射部152は、通電路151の検出用反射部152を除く部分よりも幅x152が広い。
かかる構成により、検出用反射部152の面積を広くとることができて、変位角θの値を精度よく算出することができる。
In the present embodiment, the
With this configuration, the area of the
検出用反射部152は、第2駆動部130a、130bの最表層に形成されている。
かかる構成により、反射防止膜などの影響を受けることなく、検知センサ171により、変位角θの値を精度よく算出することができる。
The
With this configuration, the value of the displacement angle θ can be accurately calculated by the
本実施形態では、検知センサ171は、振動検知光L’の反射位置x1を検出し、当該反射位置x1を元に第1支持部120の変位を算出する算出部165を有している。
かかる構成により、検知センサ171は、振動検知光L’の測定により、変位角θを算出する。
In this embodiment,
With this configuration, the
本発明の第2の実施形態として、図18に示すように、検出用反射部152の位置が、第1支持部120と第2駆動部130a、130bとの間に形成されている例を示す。
As a second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 18, an example is shown in which the position of the
第1支持部120と第2駆動部130a、130bとの間には、梁状の接続部133が形成されており、接続部133の最も+Z方向側の面、すなわち最表面に、他の通電路151よりも幅広の矩形状の検出用反射部152が形成されている。
なお、本実施形態において、第1の実施形態と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
A beam-shaped connecting
In the present embodiment, the same reference numerals are given to the portions common to the first embodiment, and the description thereof is omitted.
本実施形態では、第2駆動部130a、130bと第1支持部120との間に形成された接続部133を有している。また、検出用反射部152は、接続部133に形成されている。
かかる構成により、第1支持部120に最も近い位置における変位角θが求められるので、検知センサ171により、変位角θの値を精度よく算出することができる。
In this embodiment, it has the
With this configuration, the displacement angle θ at the position closest to the
また、本実施形態の第3の実施形態として、第1、第2の実施形態に示すような光偏向器13をパッケージ化したアクチュエータシステムたる光偏向装置300を図19(a)に示す。
Further, as a third embodiment of the present embodiment, FIG. 19A shows an
本実施形態では、光偏向装置300は、検出用反射部152に向けて振動検知光L’を照射する照射部たる検知光源170と、検出用反射部152における振動検知光L’の反射光を検出する検知センサ171と、を有している。
かかる構成により、検知光源と、検知センサとが一体のパッケージとして固定されるので、振動検出光束L’を用いて、変位角θの値を精度よく算出することができる。
In the present embodiment, the
With this configuration, since the detection light source and the detection sensor are fixed as an integrated package, the value of the displacement angle θ can be accurately calculated using the vibration detection light beam L ′.
また、第3の実施形態の変形例として、図19(b)に示すように、検知光源170を設けず、光源装置12を検知光源として用いても良い。かかる構成においては、光源装置12が第2反射部へと振動検知光L’を照射する照射部としての機能を有する。
本変形例では、光偏向装置300は、光偏向器13を囲繞するパッケージ部材802と、パッケージ部材802の開口側すなわち光束Lの入射側に配置された透過部材803と、を有している。
透過部材803は、光束Lの入射時に、光束Lの一部を検出用反射部152へ向けて偏向するスプリッタとしての機能を有している。
かかる構成により、光束Lの一部を振動検知光L’として利用できて、振動検知光L’の光源を別途容易する必要がなくなるので、より簡素な構成で、変位角θの値を算出することができる。
Further, as a modification of the third embodiment, as shown in FIG. 19B, the
In this modification, the
The
With this configuration, a part of the light beam L can be used as the vibration detection light L ′, and it is not necessary to separately make a light source for the vibration detection light L ′. Therefore, the value of the displacement angle θ can be calculated with a simpler configuration. be able to.
ところで、かかる光偏向装置300の使用環境の変化により、単位電圧あたりの振幅角度や、回転軸に対して併進や波打つような挙動を示すことがある。
このような場合には、単に1本の振動検知光L’の反射を反射光として検出するのみでは、光偏向器13と検知センサ171との間の距離Z1が異なってしまうために、正しい変位角θが得られないおそれがある。
そこで、図19(c)に示すように、検出用反射部152と、検知光源170と、を複数有し、異なる複数の位置に複数の振動検知光L’を照射するとしても良い。
かかる構成により、回転振幅のみならず、所謂併進や波打ちのような、多数の第2駆動部131a〜f、132a〜fの動きが組み合わさって生じるような変位をも測定可能となる。
したがって、より精度よく、第1支持部120の変位角θを検知することができる。
By the way, the behavior of the
In such a case, by merely detecting the reflection of one of the vibration detection light L 'as reflected light, in order to distance Z 1 between the
Therefore, as shown in FIG. 19C, a plurality of
With this configuration, it is possible to measure not only the rotation amplitude but also a displacement that is caused by a combination of movements of a large number of
Therefore, the displacement angle θ of the
第4の実施形態として、図20に示すように、光偏向器13の製造後に検査を行う検査システム350の例を示す。
検査システム350は、ミラー部101に光束Lを照射するための光源部たる検査用光源351と、光偏向器13によって反射された光束Lを検知するための検査用光センサ352と、を有している。
検査用光センサ352は、光束Lの入射した位置がわかるように、受光部であるフォトダイオード(PD)が複数、アレイ状に並べられたPDアレイであり、光束Lの入射位置の変遷から、ミラー部101の動作状態を検知する。
As a fourth embodiment, as shown in FIG. 20, an example of an
The
The inspection
光偏向器13は、パッケージ部材802の内部に配置された検知光源170と、検出用反射部152によって反射された振動検知光L’が入射して、第1支持部120の振動を検知する検知センサ171と、を有している。
本実施形態においては、透過部材803は、光束Lを透過するように、かつ振動検知光L’を反射するように、光束Lの投影に支障のない範囲において反射面を設けている。
透過部材803は、かかる構成に限定されるものではなく、例えば振動検知光L’と光束Lの当たる位置が異なることを利用して、一部のみに光を反射する加工を施したものであっても良いし、波長が異なることを利用して光束Lのみを透過するようにする構成でもよい。
かかる構成により、振動検知光L’は、透過部材803と検出用反射部152とにおいて反射され、検知センサ171へと入射する。なお、かかる反射面としては、反射型回折格子を用いることができ、かかる構成によれば波長によって光線を分割できるためにより簡素な構成で、変位角θの値を算出することができる。
The
In the present embodiment, the
The
With this configuration, the vibration detection light L ′ is reflected by the
検知センサ171は、反射された振動検知光L’の入射位置の変化がわかるように設けられたPDアレイである。
本実施形態では、駆動装置11は、検知センサ171が受光した信号たる振動検知光L’と、検査用光センサ352が受光した信号たる光束Lと、を紐づけて記憶させることで、第1駆動部110a、110bと第2駆動部130a、130bとの動きの関係性を算出する。
かかる構成により、第1軸O1及び/または第2軸O2の周囲で回転運動を行う際にも、製品である光偏向器13の第1駆動部110a、110bと第2駆動部130a、130bとの動きの関係性が補正値として算出される。
駆動装置11は、かかる補正値に基づいて、第1駆動部110a、110bと第2駆動部130a、130bとに印加する電圧の波形を調整する。かかる構成により、独立して2軸方向に回転する光偏向器13においても、より精度よく動作状態が制御される。
The
In the present embodiment, the
With this configuration, even when performing a rotational movement about the first axis O 1 and / or the second axis O 2, the
The
以上、本発明の実施形態およびその変形例について説明したが、上述した実施形態およびその変形例は本発明の一適用例を示したものである。本発明は、上述した実施形態およびその変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や変更を加えて具体化することができる。
例えば、上記実施形態およびその変形例では、駆動装置11は圧電部に常に正の電圧値を有する波形の駆動電圧を印加しているが、圧電部に駆動電圧が印加されて圧電部の変形が生じる構成であれば、これに限られない。例として、駆動装置11は、圧電部に常に負の電圧値を有する波形の駆動電圧を印加してもよいし、正の電圧値と負の電圧値を交互に印加してもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention and its modification were demonstrated, embodiment mentioned above and its modification show one example of application of this invention. The present invention is not limited to the above-described embodiment and its modifications, and can be embodied by adding various modifications and changes without departing from the scope of the invention.
For example, in the above-described embodiment and its modification, the
上記実施形態およびその変形例では、光偏向器13は図12に示すように、トーションバー111a、111bから+X方向に向かって第一圧電駆動部112a、112bが延びる片持ちタイプの光偏向器を用いているが、電圧印加された圧電部により反射面14を可動させる構成であれば、これに限られない。
In the above embodiment and its modification, as shown in FIG. 12, the
上記実施形態およびその変形例では、単一の光源装置12を用いた光偏向装置300についてのみ説明したが、複数の光源装置を用いて複数の色で走査を行う光偏向装置としてもよい。
In the embodiment and the modification thereof, only the
上記実施形態およびその変形例では、第1駆動部110a、110bと第2駆動部130a、130bと、には圧電素子を用いた圧電駆動方式を用いた場合についてのみ述べたが、電磁力を用いた電磁駆動方式や、静電力をもちいた静電駆動方式であっても良い。
In the above-described embodiment and its modifications, the
10…光走査システム、11…駆動装置、12…光源装置、13…アクチュエータ装置(光偏向器)、14…反射面、15…被走査面、30…制御部(制御手段の一例)、31…駆動信号出力部(印加手段の一例)、101…可動部(ミラー部)、102…ミラー基体、110a、110b…第1駆動部a、b、111a、b…トーションバーa,b、112a、112b…第1圧電駆動部、120…支持体部(第1支持部)、130a、130b…第2駆動部、131a〜131f…第2圧電駆動部a、132a〜132f…第2圧電駆動部b、140…枠体部(第2支持部)、150…電極接続部、151…通電路、152…第2反射部(検出用反射部)、161…シリコン支持層、162…酸化シリコン層、163…シリコン活性層、165…算出部、170…照射部(検知光源)、171…反射光検出部(検知センサ)、201…下部電極、202…圧電部、203…上部電極、300…アクチュエータシステム(光偏向装置)、400…自動車、500…ヘッドアップディスプレイ装置(画像投射装置)、600…光書込装置、650…レーザプリンタ(画像形成装置)、700…レーザレーダ装置(物体認識装置)、802…筐体部(パッケージ)、803…透過部材、L…光束、L’…光線(振動検知光)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記ミラー部を第1の軸中心に可動させる第1駆動部と、
第1駆動部を支持する支持体部と、
前記支持体部を第2の軸中心に可動させる第2駆動部と、
前記第1駆動部に接続され、前記支持体部および前記第2駆動部の少なくとも何れかの一部に形成された通電路と、
を有し、
前記通電路の少なくとも一部に光線を反射する第2反射部を有するアクチュエータ装置。 A mirror portion having a first reflecting portion and capable of rotating with respect to a predetermined rotation axis;
A first drive unit configured to move the mirror unit about a first axis;
A support member that supports the first drive unit;
A second drive section for moving the support section about the second axis;
An energization path connected to the first drive unit and formed in a part of at least one of the support unit and the second drive unit;
Have
An actuator device having a second reflecting portion that reflects a light beam to at least a part of the energization path.
前記第2反射部は、前記接続部に形成されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1つに記載のアクチュエータ装置。 A connecting portion formed between the second driving portion and the support portion;
4. The actuator device according to claim 1, wherein the second reflecting portion is formed in the connection portion. 5.
当該アクチュエータ装置を囲繞する筐体部と、
前記筐体部の前記光束の入射側に配置された透過部材と、を有するアクチュエータ装置。 The actuator device according to any one of claims 1 to 5,
A housing portion surrounding the actuator device;
And an transmissive member disposed on the incident side of the light flux of the casing.
前記透過部材は、前記光束の入射時に、当該光束の一部を前記第2反射部へ向けて偏向することを特徴とするアクチュエータ装置。 The actuator device according to claim 6,
The transmissive member deflects a part of the light beam toward the second reflecting portion when the light beam is incident.
前記第2反射部に向けて前記光線を照射する照射部と、
前記第2反射部における前記光線の反射光を検出する反射光検出部と、
を有することを特徴とするアクチュエータシステム。 The actuator device according to any one of claims 1 to 7,
An irradiating unit configured to irradiate the light beam toward the second reflecting unit;
A reflected light detection unit for detecting reflected light of the light beam in the second reflection unit;
An actuator system comprising:
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JP2021009218A (en) * | 2019-07-01 | 2021-01-28 | ミツミ電機株式会社 | Optical scanner and control method of the same |
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2016
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