JP2020101590A - Optical deflector, image projection device, and movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光偏向装置、画像投影装置、及び移動体に関する。 The present invention relates to a light deflection device, an image projection device, and a moving body.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー等の反射部が含まれる可動部を、水平及び垂直方向に駆動させ、反射部に入射する光を偏向(走査)させる光偏向装置が知られている。また、このような光偏向装置による走査光を用いて、投影面に画像を投影する画像投影装置が知られている。 2. Description of the Related Art There is known an optical deflecting device that drives a movable portion including a reflecting portion such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror in horizontal and vertical directions to deflect (scan) light incident on the reflecting portion. There is also known an image projection device that projects an image on a projection surface by using scanning light from such a light deflection device.
従来の光偏向装置では、可動部を駆動可能に支持する支持部での弾性振動等に起因して、回動中の反射部の振れ角に揺らぎが生じる場合があった。 In the conventional optical deflecting device, fluctuations may occur in the deflection angle of the reflecting portion during rotation due to elastic vibration or the like of the supporting portion that drivably supports the movable portion.
これに対し、駆動中の可動部の振れ角の検出値に応じて、可動部を駆動させる駆動信号の振幅及び位相を調整することで、反射部の振れ角の揺らぎを除去、又は低減させる装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, a device for removing or reducing the fluctuation of the deflection angle of the reflecting section by adjusting the amplitude and phase of the drive signal for driving the movable section according to the detected value of the deflection angle of the moving section during driving. Is disclosed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の技術では、揺らぎが小さくなるように可動部の駆動信号の振幅及び位相の両方を調整するため、調整の処理が複雑になる場合があった。
However, in the technique of
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、反射部の振れ角の揺らぎを簡単に低減させることを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to easily reduce fluctuations in the deflection angle of a reflecting portion.
開示の技術の一態様に係る光偏向装置は、反射面を有する反射部と、該反射部を支持する可動部と、を備え、該可動部は2つの被駆動手段を有し、前記反射面に入射された光を偏向する光偏向装置であって、前記2つの被駆動手段を駆動する駆動手段と、前記2つの被駆動手段を駆動する2つの駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記2つの駆動信号のそれぞれに対応する、前記可動部の振れ角の検出信号の2つの高周波成分を抽出する高周波成分抽出手段と、前記2つの高周波成分の位相が互いに逆相になるように前記2つの駆動信号の少なくとも1つの位相を調整する位相調整手段と、を備える。 An optical deflecting device according to an aspect of the disclosed technique includes a reflecting portion having a reflecting surface and a movable portion supporting the reflecting portion, and the movable portion has two driven means, and the reflecting surface. An optical deflecting device for deflecting the light incident on the light source, the drive means driving the two driven means, and the drive signal generating means generating two drive signals for driving the two driven means. A high-frequency component extracting unit that extracts two high-frequency components of the deflection angle detection signal of the movable portion corresponding to each of the two drive signals, and the two high-frequency components have opposite phases to each other. Phase adjusting means for adjusting the phase of at least one of the two drive signals.
開示の技術によれば、反射部の振れ角の揺らぎを簡単に除去、又は低減させることができる。 According to the disclosed technology, it is possible to easily remove or reduce the fluctuation of the deflection angle of the reflecting portion.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[光走査システム]
まず、実施形態の可動装置を適用した光走査システムについて、図1〜図4に基づいて詳細に説明する。
[Optical scanning system]
First, an optical scanning system to which the movable device according to the embodiment is applied will be described in detail with reference to FIGS.
図1には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図1に示すように、光走査システム10は、制御装置11の制御に従って光源装置12から照射された光を可動装置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。
FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of the optical scanning system. As shown in FIG. 1, the
光走査システム10は、制御装置11,光源装置12、反射面14を有する可動装置13により構成される。
The
制御装置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。可動装置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。
The
制御装置11は、取得した光走査情報に基づいて光源装置12および可動装置13の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置12および可動装置13に駆動信号を出力する。
The
光源装置12は、入力した駆動信号に基づいて光源の照射を行う。可動装置13は、入力し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。
The
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制御装置11の制御によって、可動装置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からの照射光をある1軸周りに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、実施形態の可動装置の詳細および制御装置による制御の詳細については後述する。
As a result, for example, by the control of the
次に、光走査システム10一例のハードウェア構成について図2を用いて説明する。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、制御装置11、光源装置12および可動装置13を備え、それぞれが電気的に接続されている。このうち、制御装置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、可動装置ドライバ26を備えている。
Next, a hardware configuration of an example of the
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、制御装置11の全体の制御や機能を実現する演算装置である。
The
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。
The
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。
The
FPGA23は、CPU20の処理に従って、光源装置ドライバ25および可動装置ドライバ26に適した制御信号を出力する回路である。
The
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。
The external I/
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。
The light source device triber is an electric circuit that outputs a drive signal such as a drive voltage to the
可動装置ドライバ26は、入力された制御信号に従って可動装置13に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
The
制御装置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、制御装置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、制御装置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。
In the
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、光走査により距離測定を行う場合は、光走査情報は距離測定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。 Here, the optical scanning information is information indicating how the surface to be scanned 15 is optically scanned. For example, when an image is displayed by optical scanning, the optical scanning information is image data. Further, for example, when optical writing is performed by optical scanning, the optical scanning information is write data indicating the writing order and the writing location. In addition, for example, when the distance measurement is performed by optical scanning, the optical scanning information is irradiation data indicating the timing and the irradiation range of the distance measuring light.
制御装置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。
The
次に、光走査システム10の制御装置11の機能構成について図3を用いて説明する。図3は、光走査システムの制御装置の一例の機能ブロック図である。
Next, the functional configuration of the
図3に示すように、制御装置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。
As shown in FIG. 3, the
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、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。
The
駆動信号出力部31は、光源装置ドライバ25、可動装置ドライバ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または可動装置13に駆動信号を出力する。
The drive
駆動信号は、光源装置12または可動装置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、可動装置13においては、可動装置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。
The drive signal is a signal for controlling the drive of the
次に、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図4を用いて説明する。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。
Next, a process in which the
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。
In step S11, the
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。
In step S12, the
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および可動装置13に出力する。
In step S13, the drive
ステップ14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、可動装置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および可動装置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。
In
なお、上記光走査システム10では、1つの制御装置11が光源装置12および可動装置13を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の制御装置および可動装置用の制御装置と、別体に設けてもよい。
In the
また、上記光走査システム10では、一つの制御装置11に光源装置12および可動装置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を有した制御装置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を有した可動装置13と制御装置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。
Further, in the above
[画像投影装置]
次に、実施形態の可動装置を適用した画像投影装置について、図5および図6を用いて詳細に説明する。
[Image projection device]
Next, an image projection device to which the movable device according to the embodiment is applied will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
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。
FIG. 5 is a schematic diagram according to an embodiment of an
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。 The image projection device is a device that projects an image by optical scanning, and is, for example, a head-up display device.
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。
As shown in FIG. 5, the head-up
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を有する可動装置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。
As shown in FIG. 6, the head-up
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。ここで、フロントガラス401は「光透過部材」の一例である。
The head-up
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を有する可動装置13によって二次元走査される。可動装置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。
The laser lights of the respective colors emitted from the
可動装置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。この可動装置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。
The
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を有した可動装置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。
The head-up
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。 Further, the image projection device is not limited to the vehicle and the mounting member, and is, 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 place. It may be mounted on a non-moving body.
[光書込装置]
次に、実施形態の可動装置13を適用した光書込装置について図7および図8を用いて詳細に説明する。
[Optical writing device]
Next, an optical writing device to which the
図7は、光書込装置600を組み込んだ画像形成装置の一例である。また、図8は、光書込装置の一例の概略図である。
FIG. 7 is an example of an image forming apparatus incorporating the
図7に示すように、上記光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有するレーザプリンタ650等に代表される画像形成装置の構成部材として使用される。画像形成装置において光書込装置600は、1本または複数本のレーザビームで被走査面15である感光体ドラムを光走査することにより、感光体ドラムに光書込を行う。
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように、光書込装置600において、レーザ素子などの光源装置12からのレーザ光は、コリメータレンズなどの結像光学系601を経た後、反射面14を有する可動装置13により1軸方向または2軸方向に偏向される。そして、可動装置13で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ602aと第二レンズ602b、反射ミラー部602cからなる走査光学系602を経て、被走査面15(例えば感光体ドラムや感光紙)に照射し、光書込みを行う。走査光学系602は、被走査面15にスポット状に光ビームを結像する。また、光源装置12および反射面14を有する可動装置13は、制御装置11の制御に基づき駆動する。
As shown in FIG. 8, in the
このように上記光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有する画像形成装置の構成部材として使用することができる。また、走査光学系を異ならせて1軸方向だけでなく2軸方向に光走査可能にすることで、レーザ光をサーマルメディアに偏向して光走査し、加熱することで印字するレーザラベル装置等の画像形成装置の構成部材として使用することができる。
As described above, the
上記光書込装置に適用される反射面14を有した可動装置13は、ポリゴンミラー等を用いた回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置の省電力化に有利である。また、可動装置13の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置の静粛性の改善に有利である。光書込装置は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また可動装置13の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。
The
[距離測定装置]
次に、上記実施形態の可動装置を適用した距離測定装置について、図9および図10を用いて詳細に説明する。
[Distance measuring device]
Next, a distance measuring device to which the movable device of the above embodiment is applied will be described in detail with reference to FIGS. 9 and 10.
図9は、距離測定装置の一例であるライダ(LiDAR;Laser Imaging Detection and Ranging)装置を搭載した自動車の概略図である。また、図10はライダ装置の一例の概略図である。 FIG. 9 is a schematic diagram of an automobile equipped with a LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) device which is an example of a distance measuring device. Further, FIG. 10 is a schematic diagram of an example of a lidar device.
距離測定装置は、対象方向の距離を測定する装置であり、例えばライダ装置である。 The distance measuring device is a device that measures the distance in the target direction, and is, for example, a lidar device.
図9に示すように、ライダ装置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の距離を測定する。
As shown in FIG. 9, the
図10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を有する可動装置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および可動装置13は、制御装置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、反射光は入射光検出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。
As shown in FIG. 10, the laser light emitted from the
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。
The
反射面14を有する可動装置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。このようなライダ装置は、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測定することができる。ライダ装置700の搭載位置は、自動車701の上部前方に限定されず、側面や後方に搭載されてもよい。
Since the
上記距離測定装置では、一例としてのライダ装置700の説明をしたが、距離測定装置は、反射面14を有した可動装置13を制御装置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の距離を測定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。
In the above distance measuring device, the
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。 For example, the object information such as the shape is calculated from the distance information obtained by optically scanning the hand or face, and the object is recognized by referring to the record, and the invading object is recognized by the optical scanning to the object range. Similarly, it can be applied to a security sensor, a constituent member of a three-dimensional scanner that calculates and recognizes object information such as a shape from distance information obtained by optical scanning, and outputs it as three-dimensional data.
[レーザヘッドランプ]
次に、上記実施形態の可動装置を自動車のヘッドライトに適用したレーザヘッドランプ50について、図11 を用いて説明する。図11は、レーザヘッドランプ50の構成の一例を説明する概略図である。
[Laser headlamp]
Next, a
レーザヘッドランプ50は、制御装置11と、光源装置12bと、反射面14を有する可動装置13と、ミラー51と、透明板52とを有する。
The
光源装置12bは、青色のレーザ光を発する光源である。光源装置12bから発せられた光は、可動装置13に入射し、反射面14にて反射される。可動装置13は、制御装置11からの信号に基づき、反射面をXY方向に可動し、光源装置12bからの青色のレーザ光をXY方向に二次元走査する。
The
可動装置13による走査光は、ミラー51で反射され、透明板52に入射する。透明板52は、表面又は裏面を黄色の蛍光体により被覆されている。ミラー51からの青色のレーザ光は、透明板52における黄色の蛍光体の被覆を通過する際に、ヘッドライトの色として法定される範囲の白色に変化する。これにより自動車の前方は、透明板52からの白色光で照明される。
The scanning light from the
可動装置13による走査光は、透明板52の蛍光体を通過する際に所定の散乱をする。これにより自動車前方の照明対象における眩しさは緩和される。
The scanning light from the
可動装置13を自動車のヘッドライトに適用する場合、光源装置12b及び蛍光体の色は、それぞれ青及び黄色に限定されない。例えば、光源装置12bを近紫外線とし、透明板52を、光の三原色の青色、緑色及び赤色の各蛍光体を均一に混ぜたもので被覆してもよい。この場合でも、透明板52を通過する光を白色に変換でき、自動車の前方を白色光で照明することができる。
When the
[ヘッドマウントディスプレイ]
次に、上記実施形態の可動装置を適用したヘッドマウントディスプレイ60について、図12〜13を用いて説明する。ここでヘッドマウントディスプレイ60は、人間の頭部に装着可能な頭部装着型ディスプレイで、例えば、眼鏡に類する形状とすることができる。ヘッドマウントディスプレイを、以降ではHMDと省略して示す。
[Head mounted display]
Next, a head mounted
図12は、HMD60の外観を例示する斜視図である。図12において、HMD60は、左右に1組ずつ略対称に設けられたフロント60a、及びテンプル60bにより構成されている。フロント60aは、例えば、導光板61により構成することができ、光学系や制御装置等は、テンプル60bに内蔵することができる。
FIG. 12 is a perspective view illustrating the appearance of the
図13は、HMD60の構成を部分的に例示する図である。なお、図13では、左眼用の構成を例示しているが、HMD60は右眼用としても同様の構成を有している。
FIG. 13 is a diagram partially illustrating the configuration of the
HMD60は、制御装置11と、光源ユニット530と、光量調整部507と、反射面14を有する可動装置13と、導光板61と、ハーフミラー62とを有している。
The
光源ユニット530は、上述したように、レーザ光源501R、501G、及び501Bと、コリメータレンズ502、503、及び504と、ダイクロイックミラー505、及び506とを、光学ハウジングによってユニット化したものである。光源ユニット530において、レーザ光源501R、501G、及び501Bからの三色のレーザ光は、ダイクロイックミラー505及び506で合成される。光源ユニット530からは、合成された平行光が発せられる。
As described above, the
光源ユニット530からの光は、光量調整部507により光量調整された後、可動装置13に入射する。可動装置13は、制御装置11からの信号に基づき、反射面14をXY方向に可動し、光源ユニット530からの光を二次元走査する。この可動装置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、走査光によりカラー画像が形成される。
The light from the
可動装置13による走査光は、導光板61に入射する。導光板61は、走査光を内壁面で反射させながらハーフミラー62に導光する。導光板61は、走査光の波長に対して透過性を有する樹脂等により形成されている。
The scanning light from the
ハーフミラー62は、導光板61からの光をHMD60の背面側に反射し、HMD60の装着者63の眼の方向に出射する。ハーフミラー62は、例えば、自由曲面形状を有している。走査光による画像は、ハーフミラー62での反射により、装着者63の網膜に結像する。或いは、ハーフミラー62での反射と眼球における水晶体のレンズ効果とにより、装着者63の網膜に結像する。またハーフミラー62での反射により、画像は空間歪が補正される。装着者63は、XY方向に走査される光で形成される画像を、観察することができる。
The
62はハーフミラーであるため、装着者63には、外界からの光による像と走査光による画像が重畳して観察される。ハーフミラー62に代えてミラーを設けることで、外界からの光をなくし、走査光による画像のみを観察できる構成としてもよい。
Since 62 is a half mirror, the
[パッケージング]
次に、実施形態の可動装置のパッケージングについて図14を用いて説明する。
[Packaging]
Next, packaging of the movable device according to the embodiment will be described with reference to FIG.
図14は、パッケージングされた可動装置の一例の概略図である。 FIG. 14 is a schematic diagram of an example of a packaged movable device.
図14に示すように、可動装置13は、パッケージ部材801の内側に配置される取付部材802に取り付けられ、パッケージ部材801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、可動装置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。
As shown in FIG. 14, the
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、距離測定装置に使用される可動装置の詳細および本実施形態の制御装置による制御の詳細について、図15〜図19を用いて説明する。 15 to 19 for details of the movable device used for the optical deflection system, the optical scanning system, the image projection device, the optical writing device, and the distance measuring device described above and the control by the control device of the present embodiment. Will be explained.
[可動装置の詳細]
まず、可動装置について図15〜図17を用いて詳細に説明する。
[Details of mobile device]
First, the movable device will be described in detail with reference to FIGS.
図15は、2軸方向に光偏向可能な片持ち支持タイプの可動装置の平面図である。図16は、図15のP−P'断面図である。図17は図15のQ−Q'断面図である。但し、ここでは片持ち支持タイプを用いて説明するが、両端支持タイプであってもよい。 FIG. 15 is a plan view of a movable device of a cantilever support type capable of deflecting light in two axial directions. 16 is a cross-sectional view taken along the line P-P' of FIG. FIG. 17 is a sectional view taken along line QQ' of FIG. However, although a cantilever support type will be described here, a double-end support type may be used.
図15に示すように、可動装置13は、入射した光を反射する反射部101と、反射部に接続され、反射部をY軸に平行な第1軸周りに駆動する第1駆動部110a、110bと、反射部および第1駆動部を支持する第1支持部120と、第1支持部に接続され、反射部および第1支持部をX軸に平行な第2軸周りに駆動する第2駆動部130a、130bと、第2駆動部を支持する第2支持部140と、第1駆動部および第2駆動部および制御装置に電気的に接続される電極接続部150とを有する。
As shown in FIG. 15, the
可動装置13は、例えば、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等を形成することで、各構成部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。
The
SOI基板は、単結晶シリコン(Si)からなる第1のシリコン層の上に酸化シリコン層162が設けられ、その酸化シリコン層の上にさらに単結晶シリコンからなる第2のシリコン層が設けられている基板である。以降、第1のシリコン層をシリコン支持層161、第2のシリコン層をシリコン活性層163とする。
In the SOI substrate, 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のみ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。
Since the silicon
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可動装置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 does not necessarily have to be planar and may have a curvature or the like. The member used for forming the
反射部101は、例えば、円形状の反射部基体102と、反射部基体の+Z側の面上に形成された反射面14とから構成される。反射部基体102は、例えば、シリコン活性層163から構成される。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、反射部101は、反射部基体102の−Z側の面に反射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から構成され、可動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 reflecting
第1駆動部110a、110bは、反射部基体102に一端が接続し、第1軸方向にそれぞれ延びて反射部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とから構成される。
The
図16に示されるように、トーションバー111a、111bはシリコン活性層163から構成される。また、第1圧電駆動部112a、112bは、弾性部であるシリコン活性層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)等から構成される。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)からなる。
As shown in FIG. 16, the
図15に戻り、第1支持部120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から構成され、反射部101を囲うように形成された矩形形状の支持体である。
Returning to FIG. 15, the
第2駆動部130a、130bは、例えば、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から構成されており、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っている。
The
図17に示されるように、第2駆動部130a、130bは、弾性部であるシリコン活性層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)等から構成される。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)からなる。
As shown in FIG. 17, the
図15に戻り、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から構成され、反射部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。
Returning to FIG. 15, 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圧電駆動部131a〜131fの各上部電極203および各下部電極201,および制御装置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
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。
Note that, in the present embodiment, the case where the
また、反射部を第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。
Further, the shape of each component is not limited to the shape of the embodiment as long as the reflecting section can be driven around the first axis or the second axis. For example, the
さらに、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酸化シリコン膜からなる絶縁層が形成されていてもよい。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のみ、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。また、酸化シリコン膜は、反射防止材としていの機能も備える。
Further, on the +Z side surface of the
[制御装置の制御の詳細]
次に、可動装置の第1駆動部および第2駆動部を駆動させる制御装置の制御の詳細について説明する。
[Details of control of control device]
Next, details of the control of the control device that drives the first drive unit and the second drive unit of the movable device will be described.
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反射部101を可動させる。
When a positive or negative voltage is applied in the polarization direction, the
このとき、反射部101の反射面14がXY平面に対して+Z方向または−Z方向へ傾いたときのXY平面と反射面14により成す角度を、振れ角とよぶ。このとき、+Z方向を正の振れ角、−Z方向を負の振れ角とする。
At this time, an angle formed by the reflecting
まず、第1駆動部を駆動させる制御装置の制御について説明する。 First, the control of the control device that drives the first drive unit will be described.
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のねじれを介して反射部101に第1軸周りの駆動力が作用し、反射部101が第1軸周りに可動する。第1駆動部110a、110bに印加される駆動電圧は、制御装置11によって制御される。
In the
そこで、制御装置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、反射部101を、第1軸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。
Therefore, by applying a drive voltage having a predetermined sine waveform in parallel to the first
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、反射部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 sine waveform voltage is set to about 20 kHz which is about the same as the resonance frequency of the
次に、第2駆動部を駆動させる制御装置の制御について、図18〜図19を用いて説明する。 Next, control of the control device that drives the second drive unit will be described with reference to FIGS. 18 to 19.
図18は、可動装置の第2駆動部130bの駆動を模式的に表した模式図である。点線で表されているのは反射部101等である。なお、紙面向かって右方向が+X方向、紙面向かって上方向が+Y方向、紙面手前が+Z方向である。
FIG. 18 is a schematic diagram schematically showing driving of the
図18(a)に示すように、第2駆動部130bに駆動電圧が印加されていない状態では、第2駆動部による振れ角はゼロである。
As shown in FIG. 18A, when the drive voltage is not applied to 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、最も反射部に距離が近い第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、最も反射部に距離が近い第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18(b)に示すように、圧電駆動部群Aが同一方向に屈曲変形し、反射部101が−Z方向に第2軸周りに可動する。
Of 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、最も反射部に距離が近い第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、最も反射部に距離が近い第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、図18(d)に示すように、圧電駆動部群Bが同一方向に屈曲変形し、反射部101が+Z方向に第2軸周りに可動する。
In addition, of the plurality of second
図18(b)、(d)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を同時に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、反射部101の第2軸周りの振れ角度を大きくすることができる。例えば、図15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反射部101の第2軸周りの振れ角度を大きくすることができる。
As shown in FIGS. 18B and 18D, in the
また、図18(c)に示すように、電圧印加による圧電駆動部群Aによる反射部101の可動量と電圧印加による圧電駆動部群Bによる反射部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, as shown in FIG. 18C, when the moving amount of the reflecting
図18(b)〜図18(d)を連続的に繰り返すように第2圧電駆動部に駆動電圧を印加することにより、反射部を第2軸周りに駆動させることができる。 By applying a drive voltage to the second piezoelectric drive unit so as to continuously repeat FIGS. 18B to 18D, the reflection unit can be driven around the second axis.
第2駆動部に印加される駆動電圧は、制御装置によって制御される。 The drive voltage applied to the second drive unit is controlled by the control device.
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、図19を用いて説明する。 The drive voltage applied to the piezoelectric drive unit group A (hereinafter, drive voltage A) and the drive voltage applied to the piezoelectric drive unit group B (hereinafter, drive voltage B) will be described with reference to FIG.
図19(a)は、可動装置の圧電駆動部群Aに印加される駆動電圧Aの波形の一例である。図19(b)は、可動装置の圧電駆動部群Bに印加される駆動電圧Bの波形の一例である。図19(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. 19A is an example of a waveform of the drive voltage A applied to the piezoelectric drive unit group A of the movable device. FIG. 19B is an example of a waveform of the drive voltage B applied to the piezoelectric drive unit group B of the movable device. FIG. 19C is a diagram in which the waveform of the drive voltage A and the waveform of the drive voltage B are superimposed.
図19(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は、例えば、ノコギリ波状の波形の駆動電圧であり、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. 19A, the drive voltage A applied to the piezoelectric drive unit group A is, for example, a drive voltage having a sawtooth waveform, and the frequency is, for example, 60 HZ. Further, the waveform of the drive voltage A is TrA, which is the time width of the rising period in which the voltage value increases from the minimum value to the next maximum value, and the falling period in which the voltage value decreases from the maximum value to the next minimum value. When the time width of TfA is TfA, for example, a ratio of TrA:TfA=9:1 is set in advance. At this time, the ratio of TrA to one cycle is called symmetry of the drive voltage A.
図19(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は、例えば、ノコギリ波状の波形の駆動電圧であり、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19(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. 19B, the drive voltage B applied to the piezoelectric drive unit group B is, for example, a drive voltage having a sawtooth waveform, and the frequency is, for example, 60 HZ. The waveform of the drive voltage B is TrB, which is the time width of the rising period in which the voltage value increases from the minimum value to the next maximum value, and the falling period in which the voltage value decreases from the maximum value to the next minimum value. When the time width of TfB is TfB, for example, a ratio of TfB:TrB=9:1 is set in advance. At this time, the ratio of TfB to one cycle is called the symmetry of the drive voltage B. Further, as shown in FIG. 19C, for example, the cycle TA of the waveform of the drive voltage A and the cycle 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、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、可動装置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。 The sawtooth waveforms of the drive voltage A and the drive voltage B are generated by superposition of sine waves. Further, in the present embodiment, the drive voltage having a sawtooth waveform is used as the drive voltages A and B, but the drive voltage is not limited to this, and the drive voltage having a waveform with the apex of the sawtooth waveform rounded or the sawtooth waveform. It is also possible to change the waveform according to the device characteristics of the movable device, such as a drive voltage having a waveform in which the linear region is curved.
[反射部の振れ角、駆動速度及び投影画像の関係]
ここで、上述の光走査システム10をヘッドアップディスプレイ装置(図5〜6参照)に適用した場合の第2軸周りの駆動による反射部101の振れ角の時間変化(駆動速度)と、反射部101の走査光により投影される投影画像との関係を、図20〜21を参照して説明する。なお、反射部101の第2軸周りの駆動により、光は投影画像の副走査方向(Y方向)に走査される。
[Relationship between deflection angle of reflecting portion, driving speed, and projected image]
Here, when the above-described
図20は、反射部の第2軸周りの振れ角の時間変化が線形である場合の振れ角の時間変化と投影画像との関係を説明する図である。(a)は反射部の第2軸周りの振れ角の時間変化を説明する図であり、(b)は(a)の走査光による投影画像を説明する図である。 FIG. 20 is a diagram illustrating the relationship between the time change of the shake angle and the projected image when the time change of the shake angle around the second axis of the reflecting section is linear. (A) is a figure explaining the time change of the deflection angle around the 2nd axis of a reflective part, (b) is a figure explaining the projection image by the scanning light of (a).
図20(a)において、横軸は時間を示し、縦軸は反射部101の振れ角を示している。また、振れ角の時間変化301は反射部101の第2軸周りの振れ角の時間変化を示し、期間302はY方向への光の走査期間を示している。
In FIG. 20A, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the deflection angle of the
図20(b)において、横軸はX方向を示し、縦軸はY方向を示す。このX方向及びY方向は、図15〜17に示したX方向及びY方向に対応している。一点鎖線で示した矩形枠20は、走査光のX方向及びY方向への走査範囲を示し、実線で示した矩形枠21は、走査範囲のうち投影画像として使用される有効画像領域を示している。また、走査線22は、反射部101による走査光の軌跡を示している。
In FIG. 20B, the horizontal axis represents the X direction and the vertical axis represents the Y direction. The X and Y directions correspond to the X and Y directions shown in FIGS. A
図20(a)に示すように、期間302において振れ角の時間変化301は線形であるため、反射部101は第2軸周りに一定の駆動速度で駆動され、反射部101による走査光は、Y方向に等速で走査される。その結果、図20(b)に示すように、走査線22のY方向の走査線間隔は一定になる。
As shown in FIG. 20A, since the
一方、図21は、反射部の第2軸周りの振れ角の時間変化に揺らぎがある場合の振れ角の時間変化と投影画像との関係を説明する図である。(a)は反射部の第2軸周りの振れ角の時間変化を説明する図であり、(b)は(a)の走査光による投影画像を説明する図である。図21の見方は図20と同様なので説明を省略する。 On the other hand, FIG. 21 is a diagram illustrating the relationship between the time change of the shake angle and the projected image when there is fluctuation in the time change of the shake angle around the second axis of the reflecting section. (A) is a figure explaining the time change of the deflection angle around the 2nd axis of a reflective part, (b) is a figure explaining the projection image by the scanning light of (a). The way of viewing FIG. 21 is the same as that of FIG.
図21(a)において、振れ角の時間変化303は反射部101の第2軸周りの振れ角の時間変化を示し、期間304はY方向への光の走査期間を示している。期間304において振れ角の時間変化303は線形ではなく、振れ角が波状に変化している。換言すると、期間304において振れ角の時間変化303には揺らぎが含まれている。
In FIG. 21A, a
これにより、反射部101の第2軸周りの駆動速度は一定にならず、振れ角の揺らぎに対応して揺らぎを含む駆動速度となる。なお、このような揺らぎは、第2駆動部130a及び130bを支持する第2支持部140での弾性振動等に起因して生じると考えられる。
As a result, the driving speed of the reflecting
反射部101の第2軸周りの駆動速度の揺らぎにより、Y方向における走査線23の走査線間隔に粗密が生じる。つまり、図21(b)に示すように、駆動速度が遅い部分では走査線間隔が狭く(密に)なり、駆動速度が速い部分では走査線間隔が広く(粗に)なる。図21(b)の斜線ハッチングで示した部分24aは走査線間隔が密な部分であり、梨地ハッチングで示した部分24bは走査線間隔が粗な部分である。密な部分では画像がY方向に収縮したり、明るくなったりし、また、粗な部分では画像がY方向に膨張したり、暗くなったりして、投影画像は画像不良となる場合がある。
Fluctuations in the driving speed of the reflecting
そこで、第1の実施形態に係る光走査システム(光偏向装置)では、駆動電圧Aと駆動電圧Bの傾き及び位相を調整することで、反射部101の第2軸周りの駆動速度を一定にし、投影画像の画像不良を防止する。
Therefore, in the optical scanning system (optical deflecting device) according to the first embodiment, the driving speed around the second axis of the reflecting
以下で、第1の実施形態に係る光偏向装置について説明する。 The optical deflector according to the first embodiment will be described below.
[第1の実施形態]
先ず、第1の実施形態に係る光偏向装置の構成について、図22〜24を参照して説明する。なお、以下の説明において、既に説明したものと同一の構成部分についての説明は省略する場合がある。
[First Embodiment]
First, the configuration of the optical deflecting device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, description of the same components as those already described may be omitted.
<第1の実施形態に係る可動装置の構成>
図22は、本実施形態に係る可動装置の一例を+Z方向からみたときの平面図であり、図23は、図22に記載の可動装置のR−R'断面図である。
<Structure of the movable device according to the first embodiment>
22 is a plan view of an example of the movable device according to the present embodiment as viewed from the +Z direction, and FIG. 23 is a sectional view of the movable device shown in FIG.
図22に示すように、可動装置13aは、検出部140a及び140bを有している。検出部140aは圧電センサ141a〜141fから構成され、また、検出部140bは圧電センサ142a〜142fから構成されている。
As shown in FIG. 22, the
圧電センサ141aは第2圧電駆動部131aのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ141bは第2圧電駆動部131bのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ141cは第2圧電駆動部131cのシリコン活性層上に設けられている。また、圧電センサ141dは第2圧電駆動部131dのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ141eは第2圧電駆動部131eのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ141fは第2圧電駆動部131fのシリコン活性層上に設けられている。
The
同様に、圧電センサ142aは第2圧電駆動部132aのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ142bは第2圧電駆動部132bのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ142cは第2圧電駆動部132cのシリコン活性層上に設けられている。また、圧電センサ142dは第2圧電駆動部132dのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ142eは第2圧電駆動部132eのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ142fは第2圧電駆動部132fのシリコン活性層上に設けられている。
Similarly, the
図23に示すように、検出部140aは、第2駆動部130aと同様に、弾性部であるシリコン活性層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)等から構成される。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)からなる。
As shown in FIG. 23, similarly to the
検出部140aは、第2圧電駆動部131a〜131fと比較して、Y方向の長さはほぼ等しく、X方向の幅は狭く形成されている。また、検出部140aの各圧電センサ141a〜141fは、第2駆動部130aの各第2圧電駆動部131a〜131fに接触しないように間隔を空けて、各第2圧電駆動部131a〜131fに含まれるシリコン活性層の+Z側の面上に設けられている。検出部140bも検出部140aと同様の構成である。
The
第2駆動部130a、130bは駆動電圧の印加により圧電駆動部群A、Bが屈曲変形して駆動される(可動する)。検出部140a、140bは、これとは反対に、第2駆動部130a、130bによるシリコン活性層163の変形に応じて圧電部202で発生する電圧を検出し、制御装置11aに出力することができる。ここで、検出部140a、140bによる第2駆動部130a及び130b(可動部)の振れ角の検出信号は、反射部101の振れ角を表すため、以下では反射部101の振れ角と称する。
The
第2駆動部130a及び130bは、第1駆動部110a及び110bと、第1支持部120とを介して反射部101を間接的に支持しており、「可動部」の一例である。また、圧電駆動部群A及びBは「2つの被駆動手段」の一例である。駆動電圧A及びBは「2つの駆動信号」の一例であり、駆動電圧A及びBの「傾き」は、駆動電圧A及びBの波形における時間に伴う電圧変化の傾きを意味する。
The
<第1の実施形態に係る光偏向装置のハードウェア構成>
図24は、本実施形態に係る光偏向装置の一例のハードウェア構成図である。
<Hardware Configuration of Optical Deflection Device According to First Embodiment>
FIG. 24 is a hardware configuration diagram of an example of the optical deflecting device according to the present embodiment.
光偏向装置10aは、制御装置11aと、光源装置12と、可動装置13aとを有し、制御装置11aは、センサ電圧入力回路27と、SSD(Solid State Drive)28とを有する。センサ電圧入力回路27は、検出部140a、140bの圧電部202で発生する電圧を制御装置11aに入力するインタフェースとして機能する電気回路である。センサ電圧入力回路27は、圧電部202で発生する電圧を増幅する増幅回路と、アナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するA/D(Analog/Digital)変換回路等から構成され、デジタル電圧信号をCPU等に出力することができる。
The
SSD28は、プログラムやデータを格納している不揮発性の記憶装置である。SSD28の代わりにHDD(Hard Disk Drive)等が設けられてもよい。
The
<第1の実施形態に係る駆動電圧A及びBの傾き及び位相の調整方法>
次に、光偏向装置10aによる駆動電圧A及びBの傾き及び位相の調整方法について、図25〜28を参照して説明する。
<Adjustment Method of Inclinations and Phases of Drive Voltages A and B according to First Embodiment>
Next, a method of adjusting the inclinations and phases of the drive voltages A and B by the
図25は、駆動電圧A及びBと反射部の第2軸周りの振れ角の時間変化の一例を説明する図である。(a)は駆動電圧A及びBを説明する図であり、(b)は駆動電圧A及びBによる振れ角の時間変化を説明する図である。 FIG. 25 is a diagram for explaining an example of changes over time of the drive voltages A and B and the deflection angle of the reflecting portion around the second axis. (A) is a figure explaining drive voltage A and B, (b) is a figure explaining the time change of the deflection angle by drive voltage A and B. FIG.
図25(a)において、実線で示す波形310aは駆動電圧Aの波形であり、破線で示す波形310bは駆動電圧Bの波形である。なお、図25(a)では2周期分の駆動電圧A及びBが示されている。このような駆動電圧A及びBを可動装置13aの第2駆動部130a及び130bに印加することで、反射部101を第2軸周りに駆動させることができる。
In FIG. 25A, the
図25(b)において、時間変化301は、反射部101の第2軸周りの振れ角の時間変化を示している。図25(b)では、2周期分の駆動電圧A及びBに対応して、2周期分の振れ角の時間変化が示されている。
In FIG. 25B, a
上述したように、反射部101の振れ角には、第2支持部140での弾性振動等に起因して揺らぎが生じる場合があり、時間変化301の期間302には、このような揺らぎに該当する高周波成分が含まれている。
As described above, the deflection angle of the
次に、図26は、駆動電圧A及びBをそれぞれ単独で印加したときの反射部101の第2軸周りの振れ角の時間変化を説明する図である。(a)は駆動電圧Aを説明する図であり、(b)は駆動電圧Aによる振れ角の時間変化を説明する図であり、(c)は(b)の振れ角の時間変化から抽出された高周波成分を説明する図である。また、(d)は駆動電圧Bを説明する図であり、(e)は駆動電圧Bによる振れ角の時間変化を説明する図であり、(f)は(e)の振れ角の時間変化から抽出された高周波成分を説明する図である。
Next, FIG. 26 is a diagram for explaining a change over time in the deflection angle around the second axis of the reflecting
なお、駆動電圧A及びBの両方を印加させたときの振れ角の時間変化は、駆動電圧Aを単独で印加したときの振れ角の時間変化から、駆動電圧Bを単独で印加したときの振れ角の時間変化を引き算して得られるものに略一致する。 It should be noted that the change over time of the deflection angle when both the drive voltages A and B are applied is calculated from the change over time of the deflection angle when the drive voltage A is applied alone and the deflection when the drive voltage B is applied alone. It is almost the same as the one obtained by subtracting the change in angle over time.
可動装置13aに波形310aの駆動電圧Aが単独で印加されると、反射部101の振れ角は、時間変化303aのようになる。図26(b)において、一点鎖線で示す回帰直線370aは、時期t1から時期t2までの期間305において、検出部140aにより検出された時間変化303aの振れ角データを直線近似して得られる回帰直線である。なお、期間305は、反射部101によりY方向に光を走査させるために駆動電圧Aを印加する期間である。また、期間305は「傾きの始期から終期までの期間」の一例であり、時期t1は「始期」の一例であり、時期t2は「終期」の一例である。
When the drive voltage A having the
時間毎で、時間変化303aの振れ角データから回帰直線370aに基づく振れ角データを差し引くと、時間変化303aから線形の傾き成分が除去され、図26(c)に示すように、揺らぎに該当する高周波成分380aを抽出することができる。振幅Aa0は、高周波成分380aの振幅を示している。
When the deflection angle data based on the
一方、可動装置13aに波形310bの駆動電圧Bが単独で印加されると、反射部101の振れ角は、時間変化303bのように変化する。図26(e)において、一点鎖線で示す回帰直線370bは、時期t3から時期t4までの期間306において、検出部140bにより検出された時間変化303bの振れ角データを直線近似して得られる回帰直線である。ここで、期間306は「傾き開始時期から傾き終了時期までの期間」の一例であり、時期t3は「傾き開始時期」の一例であり、時期t4は「傾き終了時期」の一例である。
On the other hand, when the drive voltage B having the
時間毎で、時間変化303bの振れ角データから回帰直線370bに基づく振れ角データを差し引くと、時間変化303bから線形の傾き成分が除去され、図26(c)に示すように、揺らぎに該当する高周波成分380bを抽出することができる。振幅Ab0は、高周波成分380bの振幅を示している。
When the shake angle data based on the
ここで、高周波成分380a及び380bは「2つの高周波成分」の一例である。また、高周波成分380a及び380bの周波数(周期)は、弾性振動等の共通の特性に起因して生じるものであるため、略等しくなる。
Here, the
本実施形態では、駆動電圧A及びBの傾き及び位相を調整し、高周波成分380aと高周波成分380bを相殺させることで、揺らぎに該当する高周波成分を除去、又は低減させる。
In the present embodiment, the inclinations and phases of the drive voltages A and B are adjusted to cancel the
次に、図27は、本実施形態に係る駆動電圧Bの傾きの調整方法の一例を説明する図である。(a)は駆動電圧Bの傾きを説明する図であり、(b)は駆動電圧Bによる振れ角の時間変化の高周波成分を説明する図である。傾きの調整は、駆動電圧A及びBの相対的な傾きの調整であるため、駆動電圧A及びBの少なくとも一方を調整することで行うことができる。そのため、ここでは駆動電圧Bの傾きの調整について述べる。 Next, FIG. 27 is a diagram illustrating an example of a method of adjusting the slope of the drive voltage B according to the present embodiment. (A) is a figure explaining the inclination of drive voltage B, (b) is a figure explaining the high frequency component of the time change of the deflection angle by drive voltage B. Since the adjustment of the inclination is the adjustment of the relative inclination of the drive voltages A and B, it can be performed by adjusting at least one of the drive voltages A and B. Therefore, the adjustment of the slope of the drive voltage B will be described here.
図27(a)において、破線で示した波形310bは調整前の波形であり、一点鎖線で示した波形311bは、ノコギリ波の頂点位置を白抜き矢印の方向にシフト量Sだけシフトさせることで、シンメトリを調整した後の波形である。シンメトリの調整により、波形311bに含まれる負の傾きの部分は、波形310bに対し、傾きが小さくなる(緩やかになる)ように変化している。このシンメトリの調整は、ノコギリ波の頂点位置をシフトさせることのみで行うことができ、駆動電圧Bの振幅(最大電圧値)を変更する必要はない。
In FIG. 27A, the
駆動電圧の波形の傾きが小さくなると、駆動速度が減少し、第2支持部140での弾性振動等が低減される。そのため、波形311bの駆動電圧Bを印加することで、振幅Ab0(図26(f)参照)に対して、高周波成分381bの振幅Ab1を小さくすることができる。但し、駆動電圧の波形の傾きを大きくして駆動速度を増加させることで、振幅Ab0を大きくすることも可能である。
When the inclination of the waveform of the drive voltage is reduced, the drive speed is reduced, and elastic vibration or the like on the
このように、シンメトリの調整により、駆動電圧Bの振幅を変更することなく、駆動電圧Bの波形の傾きを変化させ、高周波成分381bの振幅Ab1を変化させることができる。本実施形態では、高周波成分381aの振幅Aa1と、高周波成分381bの振幅Ab1とが略一致するように、駆動電圧Bのシンメトリを調整する。但し、シンメトリの調整は一例であり、波形の傾きを調整できれば、他の調整方法であってもよい。
In this way, by adjusting the symmetry, the inclination of the waveform of the drive voltage B can be changed and the amplitude Ab1 of the
次に、図28は、本実施形態に係る駆動電圧A及びBの位相の調整方法の一例を説明する図である。(a)は駆動電圧A及びBの位相を説明する図であり、(b)は駆動電圧Aによる振れ角の時間変化の高周波成分を説明する図である。また、(c)は駆動電圧Bによる振れ角の時間変化の高周波成分を説明する図であり、(d)は調整後の駆動電圧A及びBによる振れ角の時間変化を説明する図である。 Next, FIG. 28 is a diagram illustrating an example of a method of adjusting the phases of the drive voltages A and B according to the present embodiment. (A) is a figure explaining the phase of drive voltage A and B, (b) is a figure explaining the high frequency component of the time change of the deflection angle by drive voltage A. Further, (c) is a diagram for explaining a high-frequency component of a change in shake angle with time due to the drive voltage B, and (d) is a diagram for explaining a change with time in shake angle due to the adjusted drive voltages A and B.
図28(a)において、波形311aは駆動電圧Aの波形であり、波形311bは上述のシンメトリ調整後の駆動電圧Bの波形である。位相差Hは駆動電圧Aと駆動電圧Bの位相差を示している。駆動電圧A及びBの少なくとも1つの位相の調整により、位相差Hを調整し、また、高周波成分380a(図28(b)参照)と高周波成分380bの位相差Jを変化させることができる。駆動電圧A及びBの位相の調整は、波形311a及び311bの少なくとも1つの始期の調整により行うことができる。
In FIG. 28A, the
本実施形態では、高周波成分380aの位相と高周波成分380bの位相が逆相(逆位相)となるように、駆動電圧Aの位相を調整する。つまり位相差Hが180度になるように駆動電圧Aの位相を調整する。また、上述したように、シンメトリによる傾きの調整で高周波成分380a及び380bの振幅は略一致させている。このように傾き及び位相を調整した高周波成分380aと高周波成分380bを重ね合せることで、高周波成分が打ち消される。
In the present embodiment, the phase of the drive voltage A is adjusted so that the phase of the
傾き及び位相差を調整した後の駆動電圧A及びBを可動装置13aに印加すると、高周波成分380a及び380bが重ね合され、図28(d)に示すように、高周波成分が除去、又は低減された反射部101の第2軸周りの振れ角の時間変化312を得ることができる。
When the drive voltages A and B after adjusting the inclination and the phase difference are applied to the
<第1の実施形態に係る光偏向装置の機能構成>
次に、駆動電圧A及びBの傾き及び位相の調整方法を実現するための光偏向装置の機能構成について説明する。
<Functional Configuration of Optical Deflection Device According to First Embodiment>
Next, a functional configuration of the optical deflector for realizing the method of adjusting the inclinations and phases of the drive voltages A and B will be described.
図29は、本実施形態に係る制御装置の一例の機能ブロック図である。 FIG. 29 is a functional block diagram of an example of the control device according to the present embodiment.
制御装置11aは、光源駆動部31aと、圧電駆動部31bと、波形記憶部32と、駆動電圧生成部33と、駆動電圧出力部34と、振れ角検出部35と、高周波成分抽出部36と、波形調整部37とを有する。
The
ここで、圧電駆動部31bは「駆動手段」の一例であり、駆動電圧生成部33は「駆動信号生成手段」の一例である。また、高周波成分抽出部36は「高周波成分抽出手段」の一例であり、シンメトリ調整部41は「傾き調整手段」の一例である。位相調整部43は「位相調整手段」の一例である。
Here, the
光源駆動部31aは、光源装置ドライバ25等により実現され、制御部30から入力された制御信号に基づいて光源装置12に、光源の照射タイミング及び照射強度を制御する駆動電圧等の駆動信号を出力する。
The light
圧電駆動部31bは、可動装置ドライバ26等により実現され、駆動電圧出力部34から入力された駆動電圧の波形に応じて、可動装置13aに、反射部101を回動させるタイミング及び回動範囲を制御する駆動信号を出力する。
The
波形記憶部32は、SSD28等により実現され、駆動電圧A及びBの波形を示すデータを記憶する。
The
駆動電圧生成部33は、波形記憶部32を参照して波形を示すデータ(以下、単に波形という)を取得することで波形を生成し、制御部30から入力された制御信号に応じて、生成した波形の駆動電圧を駆動電圧出力部34に出力する。
The drive
駆動電圧出力部34は、入力した駆動電圧を圧電駆動部31bに出力することができる。駆動電圧出力部34は、駆動電圧Aと駆動電圧Bをそれぞれ単独で圧電駆動部31bに出力することができ、また、両方を同時に出力することができる。
The drive
振れ角検出部35は、センサ電圧入力回路27等により実現され、検出部140a、140bの圧電部202で発生する電圧をデジタル電圧信号に変換し、反射部101の振れ角の検出信号(振れ角データ)を、高周波成分抽出部36に出力する機能を有する。
The deflection
高周波成分抽出部36は、走査期間特定部38と、回帰直線算出部39とを有し、反射部101の振れ角データから高周波成分を抽出して、波形調整部37に出力する機能を有する。走査期間特定部38は、振れ角データが最小になる時期(傾きの始期)から最大になる時期(傾きの終期)までの期間を走査期間として特定し、走査期間を示すデータを回帰直線算出部39に出力する機能を有する。
The high frequency
回帰直線算出部39は、走査期間における振れ角データを直線近似した回帰直線を算出することができる。高周波成分抽出部36は、時間毎で、検出された振れ角データと回帰直線に基づく振れ角データの差分を算出し、検出された振れ角データから線形の傾き成分を除去した高周波成分を抽出することができる。高周波成分抽出部36は抽出した高周波成分のデータを波形調整部37に出力する。
The regression
高周波成分抽出部36は、駆動電圧Aによる振れ角データから高周波成分380aを抽出し、また、駆動電圧Bによる振れ角データから高周波成分380bを抽出し、2つの高周波成分のデータを波形調整部37に出力する。
The high frequency
波形調整部37は、振幅比較部40と、シンメトリ調整部41と、位相比較部42と、位相調整部43とを有し、駆動電圧A及びBの傾き(シンメトリ)及び位相を調整する機能を有する。波形調整部37は、高周波成分抽出部36から2つの高周波成分のデータを入力し、波形記憶部32から調整前の波形を入力する。
The
振幅比較部40は、2つの高周波成分の振幅を比較し、両者の差分である振幅差を示すデータをシンメトリ調整部41に出力する。シンメトリ調整部41は、振幅差を示すデータに基づき、2つの高周波成分の振幅が略一致するように、駆動電圧Bのシンメトリを調整する。但し、シンメトリ調整部41は、駆動電圧A及びBの波形の少なくとも1つのシンメトリを調整してもよい。
The
このシンメトリの調整は、駆動電圧のシンメトリと高周波成分の振幅との理論式を予め求めておき、入力した振幅差に基づき、理論式を参照して振幅差がゼロになるようなシンメトリを算出して行うことができる。また、駆動電圧のシンメトリと高周波成分の振幅との関係を予め実験やシミュレーションで求めてテーブルを作成し、入力した振幅差に基づき、テーブルを参照して振幅差がゼロになるようなシンメトリを取得してもよい。 For this symmetry adjustment, a theoretical formula of the symmetry of the drive voltage and the amplitude of the high frequency component is obtained in advance, and based on the input amplitude difference, the symmetry is calculated so that the amplitude difference becomes zero by referring to the theoretical formula. Can be done by In addition, the relationship between the symmetry of the drive voltage and the amplitude of the high frequency component is obtained in advance by experiments or simulations, and a table is created, and based on the input amplitude difference, the table is referenced to obtain the symmetry where the amplitude difference becomes zero. You may.
位相比較部42は、2つの高周波成分の位相を比較し、両者の差分である位相差を示すデータを位相調整部43に出力する。位相調整部43は、位相差を示すデータに基づき、2つの高周波成分の位相が逆相になるように、駆動電圧A及びBの位相差を調整する。但し、位相調整部43は、駆動電圧A及びBの少なくとも1つの位相を調整してもよい。
The
波形調整部37は、傾き及び位相が調整された駆動電圧A及びBの波形を波形記憶部32に出力する。これにより、波形記憶部32に記憶された駆動電圧A及びBの波形は更新される。
The
<第1の実施形態に係る光偏向装置の動作>
上述した駆動電圧A及びBの傾き及び位相の調整は、光偏向装置10aによる光走査とは別に行うことができる。駆動電圧A及びBの傾き及び位相の調整を行う時期は、例えば、光偏向装置10aや光偏向装置10aを備える画像投影装置等の工場出荷時、又は点検時等である。点検は、所定の期間毎に行われる定期的な点検であってもよいし、光偏向装置10aの使用時毎に行う不定期の点検であってもよい。
<Operation of Optical Deflection Device According to First Embodiment>
The adjustment of the inclinations and phases of the drive voltages A and B described above can be performed separately from the optical scanning by the
光偏向装置10aは、駆動電圧A及びBの傾き及び位相の調整を行い、調整後の駆動電圧A及びBの波形を波形記憶部32に記憶させる。そして光走査の際に、光偏向装置10aは、波形記憶部32を参照して波形を取得し、取得した波形の駆動電圧A及びBを、可動装置13aに印加することができる。
The
図30は、本実施形態に係る光偏向装置による傾き及び位相調整の動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 30 is a flowchart showing an example of the tilt and phase adjustment operation by the optical deflector according to the present embodiment.
先ず、ステップS301において、駆動電圧生成部33は波形記憶部32を参照して、調整前の波形を取得し、取得した波形の駆動電圧Aを駆動電圧出力部34に出力する。
First, in step S301, the drive
続いて、ステップS302において、駆動電圧出力部34は圧電駆動部31bに駆動電圧Aを出力し、圧電駆動部31bは駆動電圧Aを可動装置13aに印加する。
Subsequently, in step S302, the drive
続いて、ステップS303において、振れ角検出部35は、可動装置13aの検出部140aの圧電部202で発生する電圧をデジタル電圧信号に変換し、反射部101の振れ角の時間変化303aを高周波成分抽出部36に出力する。高周波成分抽出部36は時間変化303aのデータをRAM21等に一時保存する。
Subsequently, in step S303, the deflection
続いて、ステップS304において、駆動電圧生成部33は波形記憶部32を参照して、調整前の波形を取得し、取得した波形の駆動電圧Bを駆動電圧出力部34に出力する。
Subsequently, in step S304, the drive
続いて、ステップS305において、駆動電圧出力部34は圧電駆動部31bに駆動電圧Bを出力し、圧電駆動部31bは駆動電圧Bを可動装置13aに印加する。
Subsequently, in step S305, the drive
続いて、ステップS306において、振れ角検出部35は、可動装置13aの検出部140bの圧電部202で発生する電圧をデジタル電圧信号に変換し、反射部101の振れ角の時間変化303bを高周波成分抽出部36に出力する。高周波成分抽出部36は時間変化303bのデータをRAM21等に一時保存する。
Then, in step S306, the deflection
なお、ステップS301〜303の処理と、ステップS304〜306の処理の順番は適宜変更可能である。 The order of the processes of steps S301 to S303 and the processes of steps S304 to 306 can be changed appropriately.
続いて、ステップS307において、走査期間特定部38は、時間変化303a及び303bのデータをRAM21等から読み出し、時間変化303a及び303bにおける走査期間を特定し、それぞれの走査期間を示すデータを回帰直線算出部39に出力する。
Subsequently, in step S307, the scanning
続いて、ステップS308において、回帰直線算出部39は、入力した走査期間における時間変化303aを直線近似した回帰直線を算出し、また時間変化303bを直線近似した回帰直線を算出する。
Subsequently, in step S308, the regression
続いて、ステップS309において、高周波成分抽出部36は、時間変化303aの時間毎で、検出された振れ角データと回帰直線に基づく振れ角データの差分を算出し、検出された振れ角データから線形の傾き成分を除去した高周波成分380aを抽出する。また、高周波成分抽出部36は、時間変化303bの時間毎で、検出された振れ角データと回帰直線に基づく振れ角データの差分を算出し、検出された振れ角データから線形の傾き成分を除去した高周波成分380bを抽出する。高周波成分抽出部36は、抽出した2つの高周波成分380a及び380bのデータを波形調整部37に出力する。
Subsequently, in step S309, the high frequency
続いて、ステップS310において、振幅比較部40は、2つの高周波成分380a及び380bの振幅を比較し、両者の差分である振幅差を示すデータをシンメトリ調整部41に出力する。
Subsequently, in step S310, the
続いて、ステップS311において、シンメトリ調整部41は、振幅差を示すデータに基づき、2つの高周波成分の振幅が略一致するように、駆動電圧Bのシンメトリを調整する。
Subsequently, in step S311, the
続いて、ステップS312において、位相比較部42は、2つの高周波成分380a及び380bの位相を比較し、両者の差分である位相差を示すデータを位相調整部43に出力する。
Subsequently, in step S312, the
続いて、ステップS313において、位相調整部43は、位相差を示すデータに基づき、2つの高周波成分380a及び380bの位相が逆相になるように、駆動電圧Aの位相を調整する。
Subsequently, in step S313, the
続いて、ステップS314において、波形調整部37は、シンメトリ及び位相を調整後の駆動電圧A及びBの波形311a及び311bを波形記憶部32に出力し、波形記憶部32は入力した波形311a及び311bのデータを記憶する。
Subsequently, in step S314, the
このようにして、光偏向装置10aは傾き及び位相が調整された駆動電圧A及びBの波形311a及び311bを波形記憶部32に記憶させることができる。
In this way, the
次に、図31は、本実施形態に係る光偏向装置による光走査の動作の一例を示すフローチャートである。 Next, FIG. 31 is a flowchart showing an example of an optical scanning operation by the optical deflecting device according to the present embodiment.
先ず、ステップS311において、駆動電圧生成部33は、波形記憶部32を参照して波形311a及び311bを取得する。
First, in step S311, the drive
続いて、ステップS312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。
Subsequently, in step S312, the
続いて、ステップS313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、制御信号を光源駆動部31a及び駆動電圧生成部33に出力する。
Subsequently, in step S313, the
続いて、ステップS314において、光源駆動部31a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に出力し、光源装置12は、入力した駆動信号に基づいて光照射を行う。
Subsequently, in step S314, the light
続いて、ステップS315において、駆動電圧出力部34は、駆動電圧生成部33から入力した駆動電圧A及びBを圧電駆動部31bに出力する。
Subsequently, in step S315, the drive
続いて、ステップS316において、圧電駆動部31bは駆動電圧A及びBを可動装置13aに出力する。
Subsequently, in step S316, the
続いて、ステップS317において、可動装置13aは、入力された駆動電圧A及びBに基づいて反射部101を駆動させる。光源装置12及び可動装置13aの反射部101の回動により、反射部101の反射面14に入射した光が任意の方向に偏向され、光走査(光偏向)が行われる。
Subsequently, in step S317, the
続いて、ステップS318において、制御部30は、光走査情報等に基づいて光走査を終了するか否かを判定する。ステップS318において、終了すると判定された場合は(ステップS318、Yes)、光偏向装置10aは光走査を終了する。一方、ステップS318において、終了しないと判定された場合は(ステップS318、No)、ステップS311に戻り、ステップS311以降の処理が継続される。
Subsequently, in step S318, the
このようにして、光偏向装置10aは、傾き及び位相が調整された駆動電圧A及びBにより、反射部101の第2軸周りに駆動させることができる。
In this way, the
<効果>
以上説明してきたように、本実施形態では、圧電駆動部群A及びBを駆動する圧電駆動部31bと、圧電駆動部群A及びBを駆動する駆動電圧A及びBを生成する駆動電圧生成部33と、第2駆動部130a及び130bの振れ角の検出信号の2つの高周波成分380a及び380bを抽出する高周波成分抽出部36と、2つの高周波成分380a及び380bの位相が互いに逆相になるように駆動電圧A及びBの位相を調整する位相調整部43とを備える。
<Effect>
As described above, in the present embodiment, the
そして、検出された第2駆動部130a及び130bの振れ角データに応じて駆動電圧A及びBの傾き及び位相を調整し、高周波成分380aと高周波成分380bを相殺させることで、揺らぎに該当する高周波成分を除去、又は低減する。
Then, the inclinations and phases of the drive voltages A and B are adjusted according to the detected deflection angle data of the
これにより、反射部101の第2軸周りの駆動速度を一定にし、投影画像の画像不良を防止することができる。
As a result, the driving speed of the reflecting
また、本実施形態では、駆動電圧A及びBの傾き及び位相を調整するため、駆動電圧A及びBの振幅及び位相の両方を調整する必要がない。さらに、高周波成分380aと高周波成分380bを小さくすることなく、両者を相殺させることで高周波成分を除去、又は低減するため、高周波成分を小さくするための駆動電圧A及びBの振幅及び位相の複雑な調整を行う必要がない。これにより、反射部101の振れ角の揺らぎを簡単に除去、又は低減させることができる。
Further, in the present embodiment, since the slopes and phases of the drive voltages A and B are adjusted, it is not necessary to adjust both the amplitude and phase of the drive voltages A and B. Further, since the
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る光偏向装置について説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の構成部についての説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, the optical deflector according to the second embodiment will be described. Note that the description of the same components as those of the above-described embodiment will be omitted.
図32は、本実施形態に係る光偏向装置10bの備える制御装置11bの一例の機能ブロック図である。制御装置11bは、高周波成分抽出部36bを有する。
FIG. 32 is a functional block diagram of an example of the
高周波成分抽出部36bは、周期期間特定部44と、回帰直線算出部39bとを有し、反射部101の振れ角データから高周波成分を抽出して、波形調整部37に出力する機能を有する。
The high frequency
周期期間特定部44は、振れ角データの傾きの始期から終期までの期間の中間において、高周波成分の1周期に該当する期間を特定し、特定した期間を回帰直線算出部39bに出力することができる。
The cycle
回帰直線算出部39bは、高周波成分の1周期に該当する期間における振れ角データを直線近似した回帰直線を算出することができる。高周波成分抽出部36bは、時間毎で、検出された振れ角データと回帰直線に基づく振れ角データの差分を算出し、検出された振れ角データから線形の傾き成分を除去した高周波成分を抽出することができる。また、高周波成分抽出部36は抽出した高周波成分のデータを波形調整部37に出力することができる。
The regression
ここで、図33は、本実施形態に係る高周波成分の1周期に該当する期間の抽出方法の一例を説明する図である。図33において、時期t3は傾きの始期、時期t4は傾きの終期、時期t5は始期と終期の中間となる時期をそれぞれ示している。 Here, FIG. 33 is a diagram illustrating an example of a method of extracting a period corresponding to one cycle of the high frequency component according to the present embodiment. In FIG. 33, the timing t3 indicates the beginning of the inclination, the timing t4 indicates the ending of the inclination, and the timing t5 indicates an intermediate timing between the beginning and the ending.
周期期間特定部44は、例えば、振れ角データが最小になる時期t3から最大になる時期t4までの期間の中間となる時期t5を特定する。そして、時期t5付近で振れ角データが極小値となる変曲点の時期から極大値となる変曲点の時期までの期間を求め、その2倍を1周期分の期間として特定する。変曲点は、振れ角データの微分値がゼロになる時期から特定することができる。図33では、時期t5が極小値となる変曲点の時期であり、時期t6極大値となる変曲点の時期である。周期期間特定部44は、特定した期間307を示すデータを回帰直線算出部39に出力することができる。
The cycle
以上説明したように、本実施形態では、高周波成分抽出部36bは、振れ角データの傾きの始期から終期までの期間の中間において特定された、高周波成分の1周期に該当する期間における振れ角データの回帰直線と、振れ角データとの差から高周波成分を抽出する。高周波成分の1周期に該当する期間は、第1の実施形態で説明した走査期間と比較して短いため、回帰直線の算出処理と、高周波成分の抽出処理を少ない振れ角データに対して実行することができる。これにより、第1の実施形態で説明した走査期間で回帰直線の算出処理と高周波成分の抽出処理を実行する場合と比較して、処理負荷を低減し、処理速度を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the high frequency
なお、上記以外の効果は、既に説明した実施形態で説明したものを同様である。 The effects other than the above are the same as those described in the above-described embodiment.
以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the example of the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to such a specific embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be modified and changed.
なお、実施形態で説明した光偏向装置10a、及び10bは、光走査システム10と同様に、図5〜13で説明したヘッドアップディスプレイ、光書込装置、ライダ装置、レーザヘッドランプ、及びヘッドマウントディスプレイ等に適用することができる。
The
10 光走査システム
10a、10b 光偏向装置
11、11a、11b 制御装置
12 光源装置
13、13a 可動装置
14 反射面
15 被走査面
27 センサ電圧入力回路
28 SSD
30 制御部
31 駆動信号出力部
31a 光源駆動部
31b 圧電駆動部(駆動手段の一例)
32 波形記憶部
33 駆動電圧生成部(駆動信号生成手段の一例)
34 駆動電圧出力部
35 振れ角検出部
36、36b 高周波成分抽出部(高周波成分抽出手段の一例)
37 波形調整部
38 走査期間特定部
39、39b 回帰直線算出部
40 振幅比較部
41 シンメトリ調整部(傾き調整手段の一例)
42 位相比較部
43 位相調整部(位相調整手段の一例)
44 周期期間特定部
101 反射部
102 反射部基体
110a、110b 第1駆動部a、b
111a、111b トーションバーa、b
112a、112b 第1圧電駆動部
120 第1支持部
130a、130b 第2駆動部(可動部の一例)
131a〜131f 第2圧電駆動部a
132a〜132f 第2圧電駆動部b
140 第2支持部
140a、140b 検出部
141a〜141f 圧電センサ
142a〜142f 圧電センサ
150 電極接続部
161 シリコン支持層
162 酸化シリコン層
163 シリコン活性層
201 下部電極
202 圧電部
203 上部電極
301、301a、301b、303a、303b、312 時間変化
302、304、305、306、307 期間
310a、310b、311a、311b 波形
370a、370b 回帰直線
380a、380b 傾き及び位相調整前の高周波成分
381a、381b 傾き及び位相調整後の高周波成分
400 自動車
500 ヘッドアップディスプレイ装置(画像投影装置の一例)
600 光書込装置
650 レーザプリンタ
700 ライダ装置
A、B 圧電駆動部群(2つの被駆動手段の一例)
Aa0、Ab0、Ab1 高周波成分の振幅
H 駆動電圧A及びBの位相差
J 高周波成分の位相差
t1、t2、t3、t4、t5、t6 時期
10
30
32
34 Drive
37
42
44 Cycle
111a, 111b Torsion bar a, b
112a, 112b 1st
131a-131f 2nd piezoelectric drive part a
132a-132f 2nd piezoelectric drive part b
140
600
Aa0, Ab0, Ab1 Amplitude H of high frequency component Phase difference J between drive voltages A and B Phase difference t1, t2, t3, t4, t5, t6 High frequency component Timing
Claims (10)
前記2つの被駆動手段を駆動する駆動手段と、
前記2つの被駆動手段を駆動する2つの駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記2つの駆動信号のそれぞれに対応する、前記可動部の振れ角の検出信号の2つの高周波成分を抽出する高周波成分抽出手段と、
前記2つの高周波成分の位相が互いに逆相になるように前記2つの駆動信号の少なくとも1つの位相を調整する位相調整手段と、を備える
光偏向装置。 An optical deflecting device comprising: a reflecting portion having a reflecting surface; and a movable portion supporting the reflecting portion, the movable portion having two driven means and deflecting the light incident on the reflecting surface. hand,
Drive means for driving the two driven means,
Drive signal generating means for generating two drive signals for driving the two driven means,
High-frequency component extraction means for extracting two high-frequency components of the deflection angle detection signal of the movable part corresponding to each of the two drive signals,
An optical deflecting device comprising: a phase adjusting unit that adjusts at least one phase of the two drive signals so that the phases of the two high-frequency components are opposite to each other.
請求項1に記載の光偏向装置。 The optical deflection device according to claim 1, further comprising a phase comparison unit that compares the phases of the two high-frequency components.
請求項1、又は2に記載の光偏向装置。 The optical deflecting device according to claim 1, further comprising a tilt adjusting unit that adjusts the tilt of at least one of the two drive signals.
請求項3に記載の光偏向装置。 The optical deflector according to claim 3, wherein the tilt adjusting unit adjusts at least one symmetry of the two drive signals.
請求項3、又は4に記載の光偏向装置。 The optical deflection device according to claim 3, further comprising an amplitude comparison unit that compares the amplitudes of the high frequency components.
請求項1乃至5の何れか1項に記載の光偏向装置。 6. The high frequency component extracting means extracts the high frequency component from a difference between a regression line of the detection signal and the detection signal in a period from the beginning to the end of the slope of the detection signal. The optical deflector according to item 1.
請求項1乃至5の何れか1項に記載の光偏向装置。 The high-frequency component extraction means is a regression line of the detection signal in a period corresponding to one cycle of the high-frequency component, which is specified in the middle of the period from the beginning to the end of the slope of the detection signal, and the detection signal, The optical deflector according to claim 1, wherein the high-frequency component is extracted from the difference between the two.
画像投影装置。 An image projection device comprising the light deflection device according to claim 1.
請求項8に記載の画像投影装置。 The image projection device according to claim 8, wherein the light deflection device scans the reflected light of the light from the light source on the surface of the light transmission member.
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