JP4392010B2 - Mirror control device and mirror control method - Google Patents

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Description

本発明は、通信用の光スイッチやスキャナ等に使用されるミラー制御装置およびミラー制御方法に関するものである。   The present invention relates to a mirror control device and a mirror control method used in a communication optical switch, a scanner, and the like.

光スイッチ等のハードウェアを実現する技術の一つとして、マイクロマシン技術により製作されるミラー制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１は本発明の実施の形態に係るミラー制御装置の構成を示す分解斜視図、図２は図１のミラー制御装置の断面図であるが、従来のミラー制御装置においても機械的な構成は同様であるので、図１、図２を用いて従来のミラー制御装置を説明する。   As one of technologies for realizing hardware such as an optical switch, a mirror control device manufactured by micromachine technology has been proposed (see, for example, Patent Document 1). FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a mirror control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the mirror control device of FIG. Since this is the same, a conventional mirror control device will be described with reference to FIGS.

ミラー制御装置１００は、ミラーが形成されたミラー基板（上部基板）２００と、電極が形成された電極基板（下部基板）３００とが平行に配設された構造を有する。
ミラー基板２００は、板状の枠部２１０と、枠部２１０の開口内に配設された可動枠２２０と、可動枠２２０の開口内に配設されたミラー２３０とを有する。枠部２１０、トーションバネ２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ、可動枠２２０およびミラー２３０は、例えば単結晶シリコンで一体形成されている。ミラー２３０の表面には例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂは、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。可動枠２２０は、一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂを通る図１の可動枠回動軸ｘを軸として回動することができる。同様に、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。ミラー２３０は、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂを通る図１のミラー回動軸ｙを軸として回動することができる。可動枠回動軸ｘとミラー回動軸ｙとは、互いに直交している。結果として、ミラー２３０は、直交する２軸で回動する。 The mirror control device 100 has a structure in which a mirror substrate (upper substrate) 200 on which a mirror is formed and an electrode substrate (lower substrate) 300 on which an electrode is formed are arranged in parallel.
The mirror substrate 200 includes a plate-shaped frame portion 210, a movable frame 220 disposed in the opening of the frame portion 210, and a mirror 230 disposed in the opening of the movable frame 220. The frame part 210, the torsion springs 211a, 211b, 221a, 221b, the movable frame 220 and the mirror 230 are integrally formed of, for example, single crystal silicon. For example, three Ti / Pt / Au layers are formed on the surface of the mirror 230. The pair of torsion springs 211 a and 211 b connect the frame part 210 and the movable frame 220. The movable frame 220 can rotate about the movable frame rotation axis x of FIG. 1 passing through the pair of torsion springs 211a and 211b. Similarly, the pair of torsion springs 221 a and 221 b couple the movable frame 220 and the mirror 230. The mirror 230 can be rotated about the mirror rotation axis y of FIG. 1 passing through the pair of torsion springs 221a and 221b. The movable frame rotation axis x and the mirror rotation axis y are orthogonal to each other. As a result, the mirror 230 rotates about two orthogonal axes.

電極基板３００は、板状の基部３１０と、段丘状の突出部３２０とを有する。基部３１０と突出部３２０は例えば単結晶シリコンからなる。突出部３２０は、基部３１０の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１と、第１テラス３２１の上面に形成された柱状の形状を有するピボット３３０とから構成される。突出部３２０の四隅とこの四隅に続く基部３１０の上面には、４つの電極３４０ａ〜３４０ｄが形成されている。また、基部３１０の上面には、突出部３２０を挟むように並設された一対の凸部３６０ａ，３６０ｂが形成されている。さらに、基部３１０の上面には、配線３７０が形成されており、この配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。なお、基部３１０の表面には酸化シリコン等からなる絶縁層３１１が形成されており、この絶縁層３１１の上に電極３４０ａ〜３４０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ、配線３７０が形成されている。   The electrode substrate 300 has a plate-like base portion 310 and a terrace-like protruding portion 320. The base 310 and the protrusion 320 are made of, for example, single crystal silicon. The protrusion 320 includes a second terrace 322 having a truncated pyramid shape formed on the upper surface of the base 310, a first terrace 321 having a truncated pyramid shape formed on the upper surface of the second terrace 322, and the first terrace. And a pivot 330 having a columnar shape formed on the upper surface of 321. Four electrodes 340 a to 340 d are formed on the four corners of the protruding portion 320 and the upper surface of the base portion 310 following the four corners. In addition, a pair of convex portions 360 a and 360 b arranged side by side so as to sandwich the protruding portion 320 is formed on the upper surface of the base portion 310. Further, a wiring 370 is formed on the upper surface of the base 310, and electrodes 340a to 340d are connected to the wiring 370 via lead lines 341a to 341d. An insulating layer 311 made of silicon oxide or the like is formed on the surface of the base 310, and electrodes 340a to 340d, lead lines 341a to 341d, and wirings 370 are formed on the insulating layer 311.

以上のようなミラー基板２００と電極基板３００とは、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置されるように、枠部２１０の下面と凸部３６０ａ，３６０ｂの上面とを接合することにより、図２に示すようなミラー制御装置１００を構成する。このようなミラー制御装置１００においては、ミラー２３０を接地し、電極３４０ａ〜３４０ｄに正の駆動電圧を与えて、しかも電極３４０ａ〜３４０ｄ間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２３０を静電引力で吸引し、ミラー２３０を任意の方向へ回動させることができる。   The mirror substrate 200 and the electrode substrate 300 as described above are formed by joining the lower surface of the frame portion 210 and the upper surfaces of the convex portions 360a and 360b so that the mirror 230 and the electrodes 340a to 340d are opposed to each other. A mirror control apparatus 100 as shown in FIG. 2 is configured. In such a mirror control apparatus 100, the mirror 230 is electrostatically grounded by applying a positive drive voltage to the electrodes 340a to 340d and causing an asymmetric potential difference between the electrodes 340a to 340d. The mirror 230 can be rotated in an arbitrary direction by being attracted by attractive force.

特開２００３−５７５７５号公報JP 2003-57575 A

例えばミラーを振動させてレーザ光を走査する共振型スキャナにミラー制御装置１００を用いる場合、スキャナの走査周波数をミラー２３０の共振周波数に合わせるようにすれば、スキャナを安定かつ効率的に駆動することができ、スキャナの高速化にとって有利である。しかしながら、材質の経年変化や環境の変化などが要因となって、ミラー２３０の共振周波数が変化してしまうという問題点があり、スキャナの走査周波数が変化してしまう可能性があった。   For example, when the mirror control device 100 is used in a resonance type scanner that scans laser light by vibrating a mirror, the scanner can be driven stably and efficiently by adjusting the scanning frequency of the scanner to the resonance frequency of the mirror 230. This is advantageous for speeding up the scanner. However, there is a problem in that the resonance frequency of the mirror 230 changes due to factors such as material aging and environmental changes, which may change the scanning frequency of the scanner.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ミラーの共振周波数を所望の値に維持することができるミラー制御装置およびミラー制御方法を提供することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a mirror control device and a mirror control method capable of maintaining a resonance frequency of a mirror at a desired value.

本発明のミラー制御装置は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから離間して配置された複数の電極と、前記ミラーの所望の傾斜角に応じた駆動電圧を前記電極毎に生成する駆動電圧生成手段と、前記ミラーの共振周波数を検出するミラー共振周波数検出手段と、各電極に共通のバイアス電圧を生成し、このバイアス電圧と前記電極毎の駆動電圧とをそれぞれ加算して、加算後の電圧を対応する前記電極に印加するバイアス電圧印加手段とを備え、前記バイアス電圧印加手段は、前記ミラーの共振周波数が所望の値になるように前記バイアス電圧を制御するものである。
また、本発明のミラー制御装置の１構成例において、前記ミラー共振周波数検出手段は、前記ミラーの反射光の周期性に基づいて前記ミラーの共振周波数を検出するようにしたものである。
また、本発明のミラー制御装置の１構成例において、前記ミラー共振周波数検出手段は、前記電極に流れる駆動電流の周期性に基づいて前記ミラーの共振周波数を検出するようにしたものである。
また、本発明のミラー制御装置の１構成例において、前記バイアス電圧印加手段は、前記ミラーの共振周波数の上昇に応じて前記バイアス電圧を上昇させ、前記ミラーの共振周波数の低下に応じて前記バイアス電圧を低下させるようにしたものである。
また、本発明は、回動可能に支持されたミラーとこのミラーから離間して配置された複数の電極とを備えたミラー制御装置に対して、前記電極に駆動電圧を印加することより前記ミラーの動きを制御するミラー制御方法であって、前記ミラーの所望の傾斜角に応じた駆動電圧を前記電極毎に生成する駆動電圧生成ステップと、各電極に共通のバイアス電圧を生成し、このバイアス電圧と前記電極毎の駆動電圧とをそれぞれ加算して、加算後の電圧を対応する前記電極に印加するバイアス電圧印加ステップとを備え、前記バイアス電圧印加ステップは、前記ミラーの共振周波数が所望の値になるように、前記ミラーの共振周波数が前記所望の値より高い場合には前記バイアス電圧を上昇させ、前記ミラーの共振周波数が前記所望の値より低い場合には前記バイアス電圧を低下させるようにしたものである。 The mirror control device of the present invention generates, for each electrode, a mirror that is rotatably supported, a plurality of electrodes that are spaced apart from the mirror, and a drive voltage corresponding to a desired tilt angle of the mirror. Drive voltage generating means, mirror resonance frequency detecting means for detecting the resonance frequency of the mirror, and generating a bias voltage common to each electrode, adding this bias voltage and the drive voltage for each electrode, Bias voltage applying means for applying the added voltage to the corresponding electrode, and the bias voltage applying means controls the bias voltage so that the resonance frequency of the mirror becomes a desired value.
Further, in one configuration example of the mirror control device of the present invention, the mirror resonance frequency detection means detects the resonance frequency of the mirror based on the periodicity of the reflected light of the mirror.
Further, in one configuration example of the mirror control device of the present invention, the mirror resonance frequency detection means detects the resonance frequency of the mirror based on the periodicity of the drive current flowing through the electrode.
Further, in one configuration example of the mirror control device of the present invention, the bias voltage application unit increases the bias voltage in response to an increase in the resonance frequency of the mirror, and the bias voltage in response to a decrease in the resonance frequency of the mirror. The voltage is lowered.
Further, the present invention provides a mirror control device comprising a mirror that is rotatably supported and a plurality of electrodes that are spaced apart from the mirror, by applying a driving voltage to the electrodes. A drive voltage generation step for generating a drive voltage corresponding to a desired tilt angle of the mirror for each electrode, and a bias voltage common to each electrode is generated. A bias voltage applying step of adding a voltage and a driving voltage for each electrode and applying the added voltage to the corresponding electrode, wherein the bias voltage applying step has a resonance frequency of the mirror desired. If the resonance frequency of the mirror is higher than the desired value, the bias voltage is increased so that the resonance frequency of the mirror is lower than the desired value. The is obtained so as to lower the bias voltage.

本発明によれば、ミラーの共振周波数が所望の値になるように、各電極に共通のバイアス電圧を制御することにより、ミラーを所望の周波数で共振させることができ、材質の経年変化や環境の変化などのようにミラーの共振周波数を変化させる要因が生じたとしても、ミラーの共振周波数を所望の値に維持することができる。   According to the present invention, the mirror can be resonated at a desired frequency by controlling the bias voltage common to each electrode so that the resonance frequency of the mirror becomes a desired value, and the secular change of the material and the environment can be achieved. Even if a factor for changing the resonance frequency of the mirror occurs, such as a change in the mirror, the resonance frequency of the mirror can be maintained at a desired value.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るミラー制御装置の構成を示す分解斜視図、図２は図１のミラー制御装置の断面図である。前述のとおり、枠部２１０、トーションバネ２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ、可動枠２２０およびミラー２３０は導電性の材料（本実施の形態では単結晶シリコン）で一体形成されており、ミラー２３０はミラー基板２００に対して回動可能に支持されている。一方、単結晶シリコン等からなる基部３１０の表面には酸化シリコン等からなる絶縁層３１１が形成されており、この絶縁層３１１の上に電極３４０ａ〜３４０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ、配線３７０が形成されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a mirror control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the mirror control device of FIG. As described above, the frame portion 210, the torsion springs 211a, 211b, 221a, 221b, the movable frame 220, and the mirror 230 are integrally formed of a conductive material (in this embodiment, single crystal silicon), and the mirror 230 is a mirror. The substrate 200 is supported so as to be rotatable. On the other hand, an insulating layer 311 made of silicon oxide or the like is formed on the surface of the base 310 made of single crystal silicon or the like, and electrodes 340a to 340d, lead lines 341a to 341d, and wirings 370 are formed on the insulating layer 311. Has been.

本実施の形態と従来のミラー制御装置との大きな相違点は、従来のミラー制御装置ではミラー２３０を所望の角度に制御するための駆動電圧を電極３４０ａ〜３４０ｄに印加しているのに対して、本実施の形態では各電極３４０ａ〜３４０ｄに共通のバイアス電圧と電極毎の駆動電圧との組み合わせ（加減算）で各電極３４０ａ〜３４０ｄへの印加電圧を決定し、さらにバイアス電圧をミラー２３０の共振周波数に応じて変化させる点である。   The major difference between this embodiment and the conventional mirror control device is that the drive voltage for controlling the mirror 230 to a desired angle is applied to the electrodes 340a to 340d in the conventional mirror control device. In this embodiment, the applied voltage to each electrode 340a to 340d is determined by the combination (addition / subtraction) of the bias voltage common to each electrode 340a to 340d and the drive voltage for each electrode, and the bias voltage is further resonant with the mirror 230. It is a point to change according to the frequency.

以下、本実施の形態と従来のミラー制御装置との相違点についてより詳細に説明する。図３は本実施の形態のミラー制御装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。
ミラー電圧印加手段４００は、枠部２１０とトーションバネ２１１ａ，２１１ｂと可動枠２２０とトーションバネ２２１ａ，２２１ｂとを介してミラー２３０に接地電位を印加する。 Hereinafter, differences between the present embodiment and a conventional mirror control device will be described in more detail. FIG. 3 is a block diagram showing an electrical connection relationship of the mirror control device of the present embodiment.
The mirror voltage application unit 400 applies a ground potential to the mirror 230 via the frame part 210, the torsion springs 211a and 211b, the movable frame 220, and the torsion springs 221a and 221b.

駆動電圧生成手段４０１は、ミラー２３０の所望の傾斜角に応じた駆動電圧を電極３４０ａ〜３４０ｄ毎に生成する。駆動電圧生成手段４０１は、予めミラー２３０の傾斜角と駆動電圧値との関係が設定されたテーブルを内部に備えており、ミラー２３０の所望の傾斜角に対応する駆動電圧値をテーブルから取得して、電極毎の駆動電圧を生成する。   The drive voltage generation unit 401 generates a drive voltage corresponding to a desired tilt angle of the mirror 230 for each of the electrodes 340a to 340d. The drive voltage generation unit 401 has a table in which the relationship between the tilt angle of the mirror 230 and the drive voltage value is set in advance, and acquires the drive voltage value corresponding to the desired tilt angle of the mirror 230 from the table. Thus, a drive voltage for each electrode is generated.

ミラー共振周波数検出手段４０２は、ミラー２３０の共振周波数を検出する。ミラー２３０の共振周波数を検出する方法としては、ミラー２３０の反射光に基づいて検出する方法と、ミラー駆動電流に基づいて検出する方法とがある。
図４に示すように傾斜角が周期的に変化するようにミラー２３０を振動させて、光源５００からのレーザ光をミラー２３０で反射させ、対象物体５０１をレーザ光で走査する共振型スキャナの場合、ミラー２３０の反射光の位置は周期的に変化する。そこで、図４に示すようにミラー２３０と対象物体５０１との間の光路から外れた位置にフォトダイオードなどの受光素子５０２を設置して、この受光素子５０２にもミラー２３０の反射光が入射するようにしておけば、反射光が受光素子５０２に入射する周波数を検出することにより、ミラー２３０の共振周波数を検出できることになる。 The mirror resonance frequency detection unit 402 detects the resonance frequency of the mirror 230. As a method of detecting the resonance frequency of the mirror 230, there are a method of detecting based on the reflected light of the mirror 230 and a method of detecting based on the mirror drive current.
As shown in FIG. 4, in the case of a resonant scanner that vibrates the mirror 230 so that the tilt angle changes periodically, reflects the laser light from the light source 500 by the mirror 230, and scans the target object 501 with the laser light. The position of the reflected light of the mirror 230 changes periodically. Therefore, as shown in FIG. 4, a light receiving element 502 such as a photodiode is installed at a position deviated from the optical path between the mirror 230 and the target object 501, and the reflected light of the mirror 230 is also incident on this light receiving element 502. By doing so, the resonant frequency of the mirror 230 can be detected by detecting the frequency at which the reflected light is incident on the light receiving element 502.

また、ミラー２３０が振動すると、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄとの距離は周期的に変化する。このため、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄとの間の静電容量が周期的に変化し、電極３４０ａ〜３４０ｄに流れる駆動電流も周期的に変化することになる。そこで、電極３４０ａ〜３４０ｄに流れる駆動電流の周波数を検出すれば、ミラー２３０の共振周波数を検出できることになる。なお、駆動電流は、電極３４０ａ〜３４０ｄのうちミラー２３０の駆動に係わる少なくとも１つについて検出すればよい。
ミラー２３０を振動させる方法としては、所望の共振周波数に近い正弦波信号を駆動電圧として電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する第１の方法と、ステップ関数あるいはインパルス関数などの信号を駆動電圧として電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する第２の方法がある。第２の方法は、後述する初期化時やメンテナンス時に利用する方法である。 Further, when the mirror 230 vibrates, the distance between the mirror 230 and the electrodes 340a to 340d changes periodically. For this reason, the electrostatic capacitance between the mirror 230 and the electrodes 340a to 340d changes periodically, and the drive current flowing through the electrodes 340a to 340d also changes periodically. Therefore, if the frequency of the drive current flowing through the electrodes 340a to 340d is detected, the resonance frequency of the mirror 230 can be detected. The drive current may be detected for at least one of the electrodes 340a to 340d related to the drive of the mirror 230.
As a method of vibrating the mirror 230, a first method in which a sine wave signal close to a desired resonance frequency is applied as a drive voltage to the electrodes 340a to 340d, and a signal such as a step function or an impulse function as a drive voltage is used as the drive voltage. There is a second method of applying to 340d. The second method is a method used during initialization and maintenance described later.

バイアス電圧印加手段４０３は、各電極３４０ａ〜３４０ｄに共通のバイアス電圧Ｖｂと駆動電圧生成手段４０１が生成した電極毎の駆動電圧とをそれぞれ加算して、加算後の電圧を対応する電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する。各電極３４０ａ〜３４０ｄには、それぞれ引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電圧が印加される。このとき、バイアス電圧印加手段４０３は、ミラー共振周波数検出手段４０２が検出したミラー２３０の共振周波数に応じてバイアス電圧Ｖｂを変化させる。   The bias voltage application unit 403 adds the bias voltage Vb common to the electrodes 340a to 340d and the drive voltage for each electrode generated by the drive voltage generation unit 401, and the added voltage corresponds to the corresponding electrodes 340a to 340d. Apply to. A voltage is applied to each of the electrodes 340a to 340d via lead lines 341a to 341d, respectively. At this time, the bias voltage application unit 403 changes the bias voltage Vb according to the resonance frequency of the mirror 230 detected by the mirror resonance frequency detection unit 402.

図５にバイアス電圧Ｖｂを０Ｖから５０Ｖまで変化させたときのミラー２３０の周波数特性を測定した結果を示す。図５に示すように、周波数特性のピーク位置、すなわちミラー２３０の共振周波数は、バイアス電圧Ｖｂを上げていくことにより下がっていくことが分かる。つまり、バイアス電圧Ｖｂを変化させると、ミラー２３０の共振周波数を制御できることになる。   FIG. 5 shows the results of measuring the frequency characteristics of the mirror 230 when the bias voltage Vb is changed from 0V to 50V. As shown in FIG. 5, it can be seen that the peak position of the frequency characteristic, that is, the resonance frequency of the mirror 230 decreases as the bias voltage Vb increases. That is, when the bias voltage Vb is changed, the resonance frequency of the mirror 230 can be controlled.

図６はバイアス電圧印加手段４０３の構成例を示すブロック図である。バイアス電圧印加手段４０３は、予め設定されたミラー２３０の基準共振周波数ｆｒｅｆに対応する基準電圧Ｖｆｒｅｆを受けて、この基準電圧Ｖｆｒｅｆから後述するＦＶ変換部４０７の出力電圧を減算する減算部４０４と、減算部４０４の出力電圧が零になるようにバイアス電圧Ｖｂを生成するバイアス電圧制御部４０５と、バイアス電圧Ｖｂと駆動電圧生成手段４０１が生成した電極毎の駆動電圧とをそれぞれ加算する加算部４０６ａ〜４０６ｄと、ミラー共振周波数検出手段４０２が検出したミラー２３０の共振周波数の値ｆを電圧に変換するＦＶ（周波数−電圧）変換部４０７とから構成される。   FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the bias voltage applying unit 403. The bias voltage application unit 403 receives a reference voltage Vfref corresponding to a preset reference resonance frequency fref of the mirror 230, and subtracts an output voltage of an FV conversion unit 407, which will be described later, from the reference voltage Vfref, A bias voltage control unit 405 that generates the bias voltage Vb so that the output voltage of the subtraction unit 404 becomes zero, and an addition unit 406a that adds the bias voltage Vb and the drive voltage for each electrode generated by the drive voltage generation unit 401, respectively. ˜406d and an FV (frequency-voltage) conversion unit 407 that converts the resonance frequency value f of the mirror 230 detected by the mirror resonance frequency detection unit 402 into a voltage.

ミラー２３０の共振周波数ｆに応じた電圧が減算部４０４に入力されるため、ミラー２３０の共振周波数ｆが基準共振周波数ｆｒｅｆに対して低くなると、減算部４０４の出力には正の電圧が現れる。バイアス電圧制御部４０５は、この正の電圧に応じてバイアス電圧Ｖｂを低下させて、減算部４０４の出力電圧が零になるようにする。バイアス電圧制御部４０５には、減算部４０４の出力電圧とバイアス電圧Ｖｂとの関係が、テーブル若しくは計算式の形で予め登録されている。バイアス電圧制御部４０５は、テーブル若しくは計算式に従って、減算部４０４の出力電圧に応じたバイアス電圧Ｖｂを生成する。   Since a voltage corresponding to the resonance frequency f of the mirror 230 is input to the subtraction unit 404, when the resonance frequency f of the mirror 230 becomes lower than the reference resonance frequency fref, a positive voltage appears at the output of the subtraction unit 404. The bias voltage control unit 405 reduces the bias voltage Vb according to the positive voltage so that the output voltage of the subtraction unit 404 becomes zero. In the bias voltage control unit 405, the relationship between the output voltage of the subtraction unit 404 and the bias voltage Vb is registered in advance in the form of a table or a calculation formula. The bias voltage control unit 405 generates a bias voltage Vb corresponding to the output voltage of the subtraction unit 404 according to a table or a calculation formula.

加算部４０６ａ〜４０６ｄは、各電極に共通のバイアス電圧Ｖｂと駆動電圧生成手段４０１が生成した電極毎の駆動電圧とをそれぞれ加算して、加算後の電圧を対応する電極３４０ａ〜３４０ｄに印加する。バイアス電圧Ｖｂの低下により、ミラー２３０の共振周波数ｆは上昇して基準共振周波数ｆｒｅｆに近づく。   The adders 406a to 406d add the bias voltage Vb common to each electrode and the drive voltage for each electrode generated by the drive voltage generation unit 401, and apply the added voltage to the corresponding electrodes 340a to 340d. . As the bias voltage Vb decreases, the resonance frequency f of the mirror 230 increases and approaches the reference resonance frequency fref.

一方、ミラー２３０の共振周波数ｆが基準共振周波数ｆｒｅｆに対して高くなると、減算部４０４の出力には負の電圧が現れる。バイアス電圧制御部４０５は、この負の電圧に応じてバイアス電圧Ｖｂを上昇させて、減算部４０４の出力電圧が零になるようにする。バイアス電圧Ｖｂの上昇により、ミラー２３０の共振周波数ｆは低下して基準共振周波数ｆｒｅｆに近づく。
以上のようなフィードバック制御により、バイアス電圧印加手段４０３は、ミラー２３０の共振周波数ｆが基準共振周波数ｆｒｅｆと一致するようにバイアス電圧Ｖｂを制御する。 On the other hand, when the resonance frequency f of the mirror 230 becomes higher than the reference resonance frequency fref, a negative voltage appears at the output of the subtraction unit 404. The bias voltage control unit 405 increases the bias voltage Vb according to the negative voltage so that the output voltage of the subtraction unit 404 becomes zero. As the bias voltage Vb increases, the resonance frequency f of the mirror 230 decreases and approaches the reference resonance frequency fref.
By the feedback control as described above, the bias voltage applying unit 403 controls the bias voltage Vb so that the resonance frequency f of the mirror 230 matches the reference resonance frequency fref.

本実施の形態によれば、ミラー２３０を所望の周波数で共振させることができ、材質の経年変化や環境の変化などのようにミラー２３０の共振周波数を変化させる要因が生じたとしても、ミラー２３０の共振周波数を所望の値に維持することができる。したがって、本実施の形態のミラー制御装置を共振型スキャナに用いる場合、スキャナの走査周波数を設計当初の高い値に維持することができる。   According to the present embodiment, the mirror 230 can be resonated at a desired frequency, and even if a factor causing the resonance frequency of the mirror 230 to change, such as aging of the material or environmental change, occurs. Can be maintained at a desired value. Therefore, when the mirror control device of the present embodiment is used for a resonance type scanner, the scanning frequency of the scanner can be maintained at a high value at the beginning of design.

なお、本実施の形態では、電極３４０ａ〜３４０ｄへの電圧印加→ミラー２３０の共振周波数検出→バイアス電圧制御という一連のフィードバック制御を装置の通常の運用時に繰り返し行う場合で説明したが、このような制御方法以外に、装置を起動した初期化時のみ行う制御方法や、定期的なメンテナンス時のみ行う制御方法が考えられる。   In the present embodiment, a series of feedback control of applying voltage to the electrodes 340a to 340d → resonance frequency detection of the mirror 230 → bias voltage control is repeatedly performed during normal operation of the apparatus. In addition to the control method, a control method that is performed only at the time of initialization when the apparatus is started, and a control method that is performed only during regular maintenance can be considered.

初期化時のみ行う制御方法の場合は、例えば光スイッチのように複数のミラー２３０が存在する装置において、個々のミラー２３０によって異なる共振周波数を均一化する場合を想定している。
一方、メンテナンス時のみ行う制御方法の場合は、ミラー２３０の共振周波数の変化が例えば経時変化のように緩やかな場合で、装置のメンテナンスに合わせた定期的な（あるいは間欠的な）共振周波数の補正でも十分対応しうる場合を想定している。 In the case of a control method performed only at the time of initialization, a case is assumed in which, for example, in an apparatus having a plurality of mirrors 230 such as an optical switch, different resonance frequencies are made uniform by individual mirrors 230.
On the other hand, in the case of a control method that is performed only during maintenance, the change in the resonance frequency of the mirror 230 is gentle, such as a change over time, and periodic (or intermittent) correction of the resonance frequency in accordance with the maintenance of the apparatus. However, the case where it can fully cope is assumed.

なお、初期化時あるいはメンテナンス時のみミラー２３０の共振周波数を調整する場合は、共振周波数が所望の値になるまで前記一連のフィードバック制御を行って、共振周波数を調整した後は、この調整のときに決定したバイアス電圧Ｖｂの値を次の初期化時あるいはメンテナンス時まで維持することになる。   When the resonance frequency of the mirror 230 is adjusted only at the time of initialization or maintenance, the series of feedback control is performed until the resonance frequency reaches a desired value, and the adjustment of the resonance frequency is performed after the adjustment of the resonance frequency. The value of the bias voltage Vb determined in (1) is maintained until the next initialization or maintenance.

本発明は、ミラー制御装置に適用することができる。   The present invention can be applied to a mirror control device.

本発明の実施の形態に係るミラー制御装置の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the mirror control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図１のミラー制御装置の断面図である。It is sectional drawing of the mirror control apparatus of FIG. 本発明の実施の形態に係るミラー制御装置の電気的な接続関係を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical connection relation of the mirror control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 共振型スキャナの模式的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the typical structure of a resonance type scanner. バイアス電圧を変化させたときのミラーの周波数特性を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the frequency characteristic of the mirror when changing a bias voltage. 本発明の実施の形態に係るミラー制御装置のバイアス電圧印加手段の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the bias voltage application means of the mirror control apparatus which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１００…ミラー制御装置、２００…ミラー基板、２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ…トーションバネ、２２０…可動枠、２３０…ミラー、３００…電極基板、３４０ａ〜３４０ｄ…電極、４００…ミラー電圧印加手段、４０１…駆動電圧生成手段、４０２…ミラー共振周波数検出手段、４０３…バイアス電圧印加手段、４０４…減算部、４０５…バイアス電圧制御部、４０６ａ〜４０６ｄ…加算部、４０７…ＦＶ変換部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Mirror control apparatus, 200 ... Mirror board | substrate, 211a, 211b, 221a, 221b ... Torsion spring, 220 ... Movable frame, 230 ... Mirror, 300 ... Electrode board, 340a-340d ... Electrode, 400 ... Mirror voltage application means, 401 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Drive voltage generation means, 402 ... Mirror resonance frequency detection means, 403 ... Bias voltage application means, 404 ... Subtraction part, 405 ... Bias voltage control part, 406a-406d ... Addition part, 407 ... FV conversion part.

Claims (5)

回動可能に支持されたミラーと、
このミラーから離間して配置された複数の電極と、
前記ミラーの所望の傾斜角に応じた駆動電圧を前記電極毎に生成する駆動電圧生成手段と、
前記ミラーの共振周波数を検出するミラー共振周波数検出手段と、
各電極に共通のバイアス電圧を生成し、このバイアス電圧と前記電極毎の駆動電圧とをそれぞれ加算して、加算後の電圧を対応する前記電極に印加するバイアス電圧印加手段とを備え、
前記バイアス電圧印加手段は、前記ミラーの共振周波数が所望の値になるように前記バイアス電圧を制御することを特徴とするミラー制御装置。 A mirror that is pivotally supported;
A plurality of electrodes spaced apart from the mirror;
Drive voltage generating means for generating a drive voltage for each of the electrodes according to a desired tilt angle of the mirror;
Mirror resonance frequency detection means for detecting the resonance frequency of the mirror;
A bias voltage applying means for generating a common bias voltage for each electrode, adding the bias voltage and the driving voltage for each electrode, and applying the added voltage to the corresponding electrode;
The mirror control apparatus, wherein the bias voltage applying unit controls the bias voltage so that a resonance frequency of the mirror becomes a desired value. 請求項１記載のミラー制御装置において、
前記ミラー共振周波数検出手段は、前記ミラーの反射光の周期性に基づいて前記ミラーの共振周波数を検出することを特徴とするミラー制御装置。 The mirror control device according to claim 1, wherein
The mirror control device is characterized in that the mirror resonance frequency detection means detects the resonance frequency of the mirror based on the periodicity of the reflected light of the mirror. 請求項１記載のミラー制御装置において、
前記ミラー共振周波数検出手段は、前記電極に流れる駆動電流の周期性に基づいて前記ミラーの共振周波数を検出することを特徴とするミラー制御装置。 The mirror control device according to claim 1, wherein
The mirror control apparatus according to claim 1, wherein the mirror resonance frequency detection means detects a resonance frequency of the mirror based on a periodicity of a drive current flowing through the electrode. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のミラー制御装置において、
前記バイアス電圧印加手段は、前記ミラーの共振周波数の上昇に応じて前記バイアス電圧を上昇させ、前記ミラーの共振周波数の低下に応じて前記バイアス電圧を低下させることを特徴とするミラー制御装置。 In the mirror control device according to any one of claims 1 to 3,
The mirror control device, wherein the bias voltage applying means increases the bias voltage in response to an increase in the resonance frequency of the mirror and decreases the bias voltage in response to a decrease in the resonance frequency of the mirror. 回動可能に支持されたミラーとこのミラーから離間して配置された複数の電極とを備えたミラー制御装置に対して、前記電極に駆動電圧を印加することより前記ミラーの動きを制御するミラー制御方法であって、
前記ミラーの所望の傾斜角に応じた駆動電圧を前記電極毎に生成する駆動電圧生成ステップと、
各電極に共通のバイアス電圧を生成し、このバイアス電圧と前記電極毎の駆動電圧とをそれぞれ加算して、加算後の電圧を対応する前記電極に印加するバイアス電圧印加ステップとを備え、
前記バイアス電圧印加ステップは、前記ミラーの共振周波数が所望の値になるように、前記ミラーの共振周波数が前記所望の値より高い場合には前記バイアス電圧を上昇させ、前記ミラーの共振周波数が前記所望の値より低い場合には前記バイアス電圧を低下させることを特徴とするミラー制御方法。 A mirror that controls the movement of the mirror by applying a drive voltage to the electrode with respect to a mirror control device that includes a mirror that is rotatably supported and a plurality of electrodes that are spaced apart from the mirror. A control method,
A drive voltage generating step for generating a drive voltage for each of the electrodes according to a desired tilt angle of the mirror;
A bias voltage application step of generating a common bias voltage for each electrode, adding the bias voltage and the driving voltage for each electrode, and applying the added voltage to the corresponding electrode;
The bias voltage applying step increases the bias voltage when the mirror resonance frequency is higher than the desired value so that the mirror resonance frequency is a desired value, and the mirror resonance frequency is A mirror control method, wherein the bias voltage is lowered when the value is lower than a desired value.
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