JP6790523B2 - Actuator control devices, drive systems, video equipment, image projection devices, actuator control methods, and moving objects - Google Patents

Actuator control devices, drive systems, video equipment, image projection devices, actuator control methods, and moving objects Download PDF

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本発明は、アクチュエータ制御装置、駆動システム、映像機器、画像投影装置、アクチュエータ制御方法、および移動体に関する。 The present invention relates to an actuator control device, a drive system, a video device, an image projection device, an actuator control method , and a moving body .

圧電素子は、分極方向に電圧を印加すると、この印加電圧の電位に比例した歪み、即ち伸縮を生じる、いわゆる逆圧電効果を発揮することが知られている。そこで従来では、このような圧電素子を利用して被駆動体に駆動力を伝達する圧電アクチュエータが実現されている。 It is known that when a voltage is applied in the polarization direction, the piezoelectric element exhibits a so-called inverse piezoelectric effect, which causes distortion, that is, expansion and contraction, which is proportional to the potential of the applied voltage. Therefore, conventionally, a piezoelectric actuator that transmits a driving force to a driven body by using such a piezoelectric element has been realized.

圧電アクチュエータに用いられる圧電素子は、例えるなら、永久磁石のように一方向に分極されている状態で駆動力を発揮するものであり、その分極方向両端面に設けられた電極間に駆動回路の出力を接続することで駆動力を得ることができる。前述の分極は、素子の組成を考慮し、ある一定の電圧を一定時間印加し続けることで得られる。一度分極が得られた素子は、一般的に分極を与えた電圧方向とゼロの間で電圧が印加されることで駆動する。 A piezoelectric element used in a piezoelectric actuator, for example, exerts a driving force in a state of being polarized in one direction like a permanent magnet, and is a drive circuit between electrodes provided on both end faces in the polarization direction. Driving force can be obtained by connecting the outputs. The above-mentioned polarization can be obtained by continuously applying a certain voltage for a certain period of time in consideration of the composition of the device. Once polarized, the device is generally driven by applying a voltage between the polarized voltage direction and zero.

一般的に、アクチュエータが備える圧電素子の電圧に対する駆動感度(以下、これを含めてアクチュエータの駆動感度という)は、製造誤差、経時劣化、温度等の周囲環境によって変化するため、装置ごとにばらついているという問題が存在する。駆動感度が装置ごとにばらついていると、印加した電圧に対する駆動感度が正常範囲からずれる場合があるため、装置ごとに画像の表示位置がずれたり、画像のアスペクト比が正常でなくなったりという問題を引き起こす可能性がある。 In general, the drive sensitivity of the piezoelectric element of the actuator with respect to the voltage (hereinafter referred to as the drive sensitivity of the actuator including this) varies depending on the ambient environment such as manufacturing error, deterioration over time, and temperature, and therefore varies from device to device. There is a problem of being there. If the drive sensitivity varies from device to device, the drive sensitivity to the applied voltage may deviate from the normal range, which causes problems such as the image display position shifting from device to device and the aspect ratio of the image becoming abnormal. May cause.

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、アクチュエータの駆動感度のばらつきを抑えることが可能なアクチュエータ制御装置、駆動システム、映像機器、画像投影装置アクチュエータ制御方法、および移動体を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and provides an actuator control device, a drive system, a video device, an image projection device , an actuator control method , and a moving body capable of suppressing variations in the drive sensitivity of the actuator. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明にかかるアクチュエータ制御装置は、反射部を可動させる駆動部を有するアクチュエータを光検知部から取得した信号に基づいて制御するアクチュエータ制御装置であって、前記駆動部を駆動するための電圧波形を生成する波形生成部と、前記波形生成部が生成した電圧波形を増幅する駆動用アンプと、前記駆動用アンプに電力を供給する電源部と、前記光検知部から検知信号を取得し、取得した該検知信号に基づいて前記電源部が前記駆動用アンプに供給する電圧を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the actuator control device according to the present invention is an actuator control device that controls an actuator having a drive unit for moving a reflection unit based on a signal acquired from a light detection unit, and is the drive unit. From a waveform generation unit that generates a voltage waveform for driving, a drive amplifier that amplifies the voltage waveform generated by the waveform generation unit, a power supply unit that supplies power to the drive amplifier, and an optical detection unit. It is characterized by including a control unit that acquires a detection signal and controls a voltage supplied by the power supply unit to the drive amplifier based on the acquired detection signal.

また、本発明にかかる駆動システムは、上述したアクチュエータ制御装置と、前記アクチュエータと、前記光検出部と、を備えたことを特徴とする。 Further, the drive system according to the present invention is characterized by including the above-mentioned actuator control device, the actuator, and the photodetector.

さらに、本発明にかかる映像機器は、上述した駆動システムを備えたことを特徴とする。 Further, the video device according to the present invention is characterized by including the drive system described above.

さらにまた、本発明に係る画像投影装置は、上述した駆動システムと、前記アクチュエータの前記駆動部に取り付けられて2軸方向に回転可能なミラーと、レーザ光を出力する光源と、前記レーザ光を前記ミラーへ入射させる光学系と、前記駆動システムを制御して前記ミラーを駆動する制御部とを備えることを特徴とする。 Furthermore, the image projection device according to the present invention comprises the above-mentioned drive system, a mirror attached to the drive unit of the actuator and rotatable in two axial directions, a light source for outputting laser light, and the laser light. It is characterized by including an optical system incident on the mirror and a control unit that controls the drive system to drive the mirror.

さらにまた、本発明に係るアクチュエータ制御方法は、反射部を可動させる駆動部を有するアクチュエータを光検知部から取得した信号に基づいて制御するアクチュエータ制御方法であって、波形生成部が、前記駆動部を駆動するための電圧波形を生成し、駆動用アンプが、前記波形生成部が生成した電圧波形を増幅し、電源部が、前記駆動用アンプに電力を供給し、制御部が、前記光検知部から検知信号を取得し、取得した該検知信号に基づいて前記電源部が前記駆動用アンプに供給する電圧を制御することを特徴とする。さらにまた、本発明に係る移動体は、上述の発明に係る画像投影装置を有することを特徴とする。 Furthermore, the actuator control method according to the present invention is an actuator control method in which an actuator having a drive unit for moving a reflection unit is controlled based on a signal acquired from a light detection unit, and the waveform generation unit is the drive unit. The drive amplifier generates a voltage waveform for driving, the drive amplifier amplifies the voltage waveform generated by the waveform generator, the power supply unit supplies power to the drive amplifier, and the control unit detects the light. It is characterized in that a detection signal is acquired from the unit and the voltage supplied by the power supply unit to the drive amplifier is controlled based on the acquired detection signal. Furthermore, the moving body according to the present invention is characterized by having the image projection device according to the above-mentioned invention.

本発明によれば、アクチュエータの駆動感度のばらつきを抑えることが可能なアクチュエータ制御装置、駆動システム、映像機器、画像投影装置アクチュエータ制御方法、および移動体を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize an actuator control device, a drive system, a video device, an image projection device , an actuator control method , and a moving body capable of suppressing variations in the drive sensitivity of the actuator.

図1は、圧電アクチュエータのフレームの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a frame of a piezoelectric actuator. 図2は、圧電アクチュエータの圧電素子の配置例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an arrangement example of the piezoelectric elements of the piezoelectric actuator. 図3は、圧電アクチュエータへの接続の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of connection to the piezoelectric actuator. 図4は、圧電アクチュエータと電極の配置の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the arrangement of the piezoelectric actuator and the electrodes. 図5は、圧電アクチュエータのX軸側の駆動電圧を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a drive voltage on the X-axis side of the piezoelectric actuator. 図6は、図5に示す駆動電圧に対する圧電アクチュエータの動作を表した模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing the operation of the piezoelectric actuator with respect to the drive voltage shown in FIG. 図7は、圧電アクチュエータのY軸側の駆動電圧を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a drive voltage on the Y-axis side of the piezoelectric actuator. 図8は、図7に示す駆動電圧に対する圧電アクチュエータの動作を表した模式図である。FIG. 8 is a schematic view showing the operation of the piezoelectric actuator with respect to the drive voltage shown in FIG. 図9は、圧電アクチュエータのY軸側動作中の形状を説明する図である(その1)。FIG. 9 is a diagram for explaining the shape of the piezoelectric actuator during operation on the Y-axis side (No. 1). 図10は、図9に示す形状における走査方向、走査領域および描画領域と光の輝線との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the scanning direction, the scanning area, and the drawing area and the emission line of light in the shape shown in FIG. 図11は、圧電アクチュエータのY軸側動作中の形状を説明する図である(その2)。FIG. 11 is a diagram for explaining the shape of the piezoelectric actuator during operation on the Y-axis side (No. 2). 図12は、図11に示す形状における走査方向、走査領域および描画領域と光の輝線との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the scanning direction, the scanning area, and the drawing area and the emission line of light in the shape shown in FIG. 図13は、比較例としてのアクチュエータ駆動装置の概略構成例を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic view showing a schematic configuration example of an actuator drive device as a comparative example. 図14は、圧電アクチュエータを用いて2次元画像を描画する動作を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an operation of drawing a two-dimensional image using a piezoelectric actuator. 図15は、比較例にかかる制御部の動作例を示すフローチャートである。FIG. 15 is a flowchart showing an operation example of the control unit according to the comparative example. 図16は、図15に示す動作において定常状態に落ち着くまでの主走査の振幅変化の一例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an example of an amplitude change of the main scan until it settles in a steady state in the operation shown in FIG. 図17は、図15に示す動作において定常状態に落ち着くまでの副走査の振幅変化の一例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of an amplitude change of the sub-scan until it settles in a steady state in the operation shown in FIG. 図18は、圧電アクチュエータの駆動感度ばらつきの例を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an example of variation in drive sensitivity of the piezoelectric actuator. 図19は、本発明の実施形態1にかかる駆動システムの概略構成例を示す模式図である。FIG. 19 is a schematic view showing a schematic configuration example of the drive system according to the first embodiment of the present invention. 図20は、本発明の実施形態1にかかる制御部の動作例を示すフローチャートである。FIG. 20 is a flowchart showing an operation example of the control unit according to the first embodiment of the present invention. 図21は、本発明の実施形態2にかかる駆動システムの概略構成例を示す模式図である。FIG. 21 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the drive system according to the second embodiment of the present invention. 図22は、本発明の実施形態2にかかる制御部の動作例を示すフローチャートである。FIG. 22 is a flowchart showing an operation example of the control unit according to the second embodiment of the present invention. 図23は、本発明の実施形態4にかかる画像投影装置の概略構成例を示す模式図である。FIG. 23 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the image projection device according to the fourth embodiment of the present invention. 図24は、本発明の実施形態4にかかる2次元光偏向器の概略構成例を示す模式図である。FIG. 24 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the two-dimensional optical deflector according to the fourth embodiment of the present invention. 図25は、本発明の実施形態4にかかる電圧印加パターンの一例を示す波形図である。FIG. 25 is a waveform diagram showing an example of the voltage application pattern according to the fourth embodiment of the present invention. 図26は、本発明の実施形態4の変形例にかかるヘッドアップディスプレイの概略構成例を示す模式図である。FIG. 26 is a schematic view showing a schematic configuration example of a head-up display according to a modified example of the fourth embodiment of the present invention. 図27は、本発明の実施形態1〜4にかかる圧電アクチュエータを用いて2次元画像を描画する動作において描画領域外で短い周期でフォトダイオードにレーザが入光する場合を説明するための図である。FIG. 27 is a diagram for explaining a case where a laser enters a photodiode in a short cycle outside the drawing region in an operation of drawing a two-dimensional image using the piezoelectric actuators according to the first to fourth embodiments of the present invention. is there. 図28は、図27に示す動作においてフォトダイオードで検出される検知信号の波形例を示す波形図である。FIG. 28 is a waveform diagram showing a waveform example of a detection signal detected by the photodiode in the operation shown in FIG. 27. 図29は、本発明の実施形態1〜4にかかる制御部の各動作の他の例を示すフローチャートである。FIG. 29 is a flowchart showing another example of each operation of the control unit according to the first to fourth embodiments of the present invention. 図30は、本発明の実施形態1〜4にかかる圧電アクチュエータを用いて2次元画像を描画する動作において描画領域外で近接配置された2つのフォトダイオードにレーザが入光する場合を説明するための図である。FIG. 30 is for explaining a case where a laser enters two photodiodes arranged close to each other outside the drawing area in an operation of drawing a two-dimensional image using the piezoelectric actuators according to the first to fourth embodiments of the present invention. It is a figure of. 図31は、本発明の実施形態1〜4にかかる制御部の各動作のさらに他の例を示すフローチャートである。FIG. 31 is a flowchart showing still another example of each operation of the control unit according to the first to fourth embodiments of the present invention. 図32は、本発明の実施形態1〜4にかかるアクチュエータ制御装置の概略構成例を示すブロック図である。FIG. 32 is a block diagram showing a schematic configuration example of the actuator control device according to the first to fourth embodiments of the present invention.

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な実施形態であるので、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明によって不当に限定されるものではなく、また、本実施の形態で説明される構成の全てが本発明の必須の構成要件ではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, various technically preferable limitations are attached, but the scope of the present invention is unreasonably limited by the following description. Not all of the configurations described in this embodiment are essential constituents of the present invention.

ここで、圧電アクチュエータの構造例およびその動作について、以下に例を挙げて説明する。図1は、圧電アクチュエータのフレーム構成の一例を示す図である。図2は、図1に例示するフレームに対する圧電素子の配置例を示す図である。図3は、図2に例示する圧電アクチュエータに対する配線例を示す図である。なお、ここで例示する圧電アクチュエータは、X軸およびY軸の2軸方向に光をスキャンするためのアクチュエータである。 Here, a structural example of the piezoelectric actuator and its operation will be described below with an example. FIG. 1 is a diagram showing an example of a frame configuration of a piezoelectric actuator. FIG. 2 is a diagram showing an example of arrangement of the piezoelectric element with respect to the frame illustrated in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a wiring example for the piezoelectric actuator illustrated in FIG. The piezoelectric actuator illustrated here is an actuator for scanning light in two axial directions, the X-axis and the Y-axis.

図1に示すように、圧電アクチュエータのフレーム構成は、シリコン基板上に形成された圧電アクチュエータのフレーム11にミラー1が取り付けられた構造を有する。フレーム11は、折り返し構造部12〜15と、X軸フレーム16および17とを備える。折り返し構造部12の左側はフレーム11との接続部であり、折り返し構造部13の左側はX軸フレーム16および17との接続部であり、折り返し構造部14の右側はX軸フレーム16および17との接続部であり、折り返し構造部15の右側はフレーム11との接続部である。なお、図1では折り返し構造部12〜15での折り返しが1回の例を示したが、2回以上の折り返し構造であってもよい。折り返し構造部12〜15は、X軸フレーム16および17全体を捻る方向に回動させる。ミラー1はX軸フレーム16および17の回動中心に取り付けられており、レーザ光線等の光を照射して光をスキャンする。図1においてスキャンのY軸方向は、ミラー1を通る上下方向の中心線に対して垂直、即ち左右の方向となる。X軸フレーム16および17もミラー1と接続されている。図1においてスキャンのX軸方向は、ミラー1を通る左右方向の中心線に対して垂直、即ち上下の方向となる。したがって、図1の場合は、紙面中上下方向がX軸となり、左右方向がY軸となる。 As shown in FIG. 1, the frame configuration of the piezoelectric actuator has a structure in which the mirror 1 is attached to the frame 11 of the piezoelectric actuator formed on the silicon substrate. The frame 11 includes a folded structure portion 12 to 15 and X-axis frames 16 and 17. The left side of the folded structure portion 12 is the connection portion with the frame 11, the left side of the folded structure portion 13 is the connection portion with the X-axis frames 16 and 17, and the right side of the folded structure portion 14 is the X-axis frames 16 and 17. The right side of the folded structure portion 15 is the connecting portion with the frame 11. In addition, although FIG. 1 shows an example in which the folded structure portions 12 to 15 are folded once, the folded structure may be formed twice or more. The folded structure portions 12 to 15 rotate the entire X-axis frames 16 and 17 in a twisting direction. The mirror 1 is attached to the rotation center of the X-axis frames 16 and 17, and irradiates light such as a laser beam to scan the light. In FIG. 1, the Y-axis direction of the scan is perpendicular to the vertical center line passing through the mirror 1, that is, the left-right direction. The X-axis frames 16 and 17 are also connected to the mirror 1. In FIG. 1, the X-axis direction of the scan is perpendicular to the center line in the left-right direction passing through the mirror 1, that is, the up-down direction. Therefore, in the case of FIG. 1, the vertical direction in the paper surface is the X axis, and the horizontal direction is the Y axis.

図2に示すように、圧電アクチュエータ10は、図1に示すフレーム11に対し、折り返し構造部12〜15の各々に駆動用の圧電素子22〜25と検知用の圧電素子32〜35とが設けられた構造を有する。また、X軸フレーム16および17の各々にも駆動用の圧電素子26および27と検知用の圧電素子36および37とが設けられている。 As shown in FIG. 2, the piezoelectric actuator 10 is provided with a drive piezoelectric element 22 to 25 and a detection piezoelectric element 32 to 35 in each of the folded structure portions 12 to 15 with respect to the frame 11 shown in FIG. Has a structure Further, each of the X-axis frames 16 and 17 is also provided with the piezoelectric elements 26 and 27 for driving and the piezoelectric elements 36 and 37 for detection.

図3に示すように、図2に示す圧電アクチュエータ10に対しては、圧電素子22および24を共通で駆動するための配線SDA(Sub Drive Ach)と、圧電素子23および25を共通で駆動するための配線SDB(Sub Drive Bch)と、圧電素子26および27を共通で駆動するための配線MD(Main Drive)と、折り返し構造部12に接続された検知端子SSA1(Sub Sense Ach-1)と、折り返し構造部13に接続された検知端子SSB1(Sub Sense Bch-1)と、折り返し構造部14に接続された検知端子SSA2(Sub Sense Ach-2)と、折り返し構造部15に接続された検知端子SSB2(Sub Sense Bch-2)とが設けられている。 As shown in FIG. 2, for the piezoelectric actuator 10 shown in FIG. 2, the wiring SDA (Sub Drive Ach) for driving the piezoelectric elements 22 and 24 in common and the piezoelectric elements 23 and 25 are commonly driven. SDB (Sub Drive Bch) for driving, MD (Main Drive) for driving piezoelectric elements 26 and 27 in common, and detection terminal SSA1 (Sub Sense Ach-1) connected to the folded structure portion 12. , The detection terminal SSB1 (Sub Sense Bch-1) connected to the folded structure unit 13, the detection terminal SSA2 (Sub Sense Ach-2) connected to the folded structure unit 14, and the detection connected to the folded structure unit 15. A terminal SSB2 (Sub Sense Bch-2) is provided.

また、図4に、図2に例示した各圧電素子とこれらの裏面に設けられる電極との組み合わせと各電極に接続される配線との例を示す。図4に示すように、駆動用の圧電素子22および24の裏面には共通の配線SDAGが接続された電極42および44が配置され、圧電素子23および25の裏面には共通の配線SDBGが接続された電極43および45が配置され、圧電素子26および27の裏面には共通の配線MDGが接続された電極46および47が配置される。また、検知用の圧電素子32の裏面には配線SSA1Gが接続された電極52が配置され、圧電素子33の裏面には配線SSB1Gが接続された電極53が配置され、圧電素子34の裏面には配線SSA2Gが接続された電極54が配置され、圧電素子35の裏面には配線SSB2Gが接続された電極55が配置され、圧電素子36および37の裏面には共通の配線MSGが接続された電極56および57が配置される。 Further, FIG. 4 shows an example of a combination of each piezoelectric element illustrated in FIG. 2 and an electrode provided on the back surface thereof and a wiring connected to each electrode. As shown in FIG. 4, electrodes 42 and 44 to which the common wiring SDAG is connected are arranged on the back surfaces of the driving piezoelectric elements 22 and 24, and the common wiring SDBG is connected to the back surfaces of the piezoelectric elements 23 and 25. The electrodes 43 and 45 are arranged, and the electrodes 46 and 47 to which the common wiring MDG is connected are arranged on the back surfaces of the piezoelectric elements 26 and 27. Further, an electrode 52 to which the wiring SSA1G is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric element 32 for detection, an electrode 53 to which the wiring SSB1G is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric element 33, and an electrode 53 to which the wiring SSB1G is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric element 34. The electrode 54 to which the wiring SSA2G is connected is arranged, the electrode 55 to which the wiring SSB2G is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric element 35, and the electrode 56 to which the common wiring MSG is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric elements 36 and 37. And 57 are placed.

一般的に、圧電素子に分極時に掛けた電圧と同じ極性の電圧を掛けると、圧電素子に引っ張る力が発生する。例えば分極時にGND基準で+30Vを掛けたとすると、GND基準で正極性の電圧を掛けることで、圧電素子の全体が縮む方向に変形する。これにより、圧電素子に引っ張る力が発生する。また、圧電素子に力を掛けると微弱な電圧が発生する。この電圧により電荷がチャージされて、圧電素子と電極との間に電流が流れる。圧電素子22〜27および圧電素子32〜37では、これらの特性を利用して駆動と検知とが行われる。 Generally, when a voltage having the same polarity as the voltage applied during polarization is applied to the piezoelectric element, a pulling force is generated on the piezoelectric element. For example, if + 30V is applied based on the GND standard at the time of polarization, the entire piezoelectric element is deformed in the direction of contraction by applying a positive voltage based on the GND reference. As a result, a pulling force is generated on the piezoelectric element. Further, when a force is applied to the piezoelectric element, a weak voltage is generated. An electric charge is charged by this voltage, and a current flows between the piezoelectric element and the electrode. The piezoelectric elements 22 to 27 and the piezoelectric elements 32 to 37 are driven and detected by utilizing these characteristics.

なお、図1から図4においては、圧電素子を一方の面のみに配置した場合を例示したが、配置配線や圧電素子の作成上の自由度を向上させるために両面に配置してもよい。また、これらの圧電素子や電極の形成はほぼ半導体プロセスに準じるものであるため、大量生産によりコストダウンを図ることが可能である。 Although the cases in which the piezoelectric elements are arranged on only one surface are illustrated in FIGS. 1 to 4, they may be arranged on both sides in order to improve the degree of freedom in the arrangement and wiring and the production of the piezoelectric elements. Further, since the formation of these piezoelectric elements and electrodes is almost the same as that of the semiconductor process, it is possible to reduce the cost by mass production.

図5は、圧電アクチュエータ10のX軸方向の動作を説明する図であり、図6は、圧電アクチュエータ10を横方向から見た図である。なお、X軸方向は少ない投入エネルギーでできるだけ大きな振幅を得るために共振で動作させるのが一般的であることから、図5および図6では共振周波数で圧電アクチュエータ10を動作させている。図5に示すように、時刻t1では電極MD−MDG間の電圧がゼロとなっている。この時刻t1での圧電アクチュエータ10は、図6に示すように、ミラー1の中心の左側で圧電素子の変位がゼロである。時刻t2では、圧電素子が中央に縮む方向に変形し、それによりミラー1の中心がやや左向きに傾く。時刻t3では、圧電素子の縮みが最大となり、その結果、ミラー1の中心が左向きに最大に傾く。このようにして圧電アクチュエータ10はX軸方向に動作する。 FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the piezoelectric actuator 10 in the X-axis direction, and FIG. 6 is a view of the piezoelectric actuator 10 viewed from the lateral direction. Since it is common to operate the piezoelectric actuator 10 by resonance in the X-axis direction in order to obtain as large an amplitude as possible with a small input energy, the piezoelectric actuator 10 is operated at a resonance frequency in FIGS. 5 and 6. As shown in FIG. 5, the voltage between the electrodes MD and MDG is zero at time t1. As shown in FIG. 6, in the piezoelectric actuator 10 at this time t1, the displacement of the piezoelectric element is zero on the left side of the center of the mirror 1. At time t2, the piezoelectric element is deformed in the direction of contracting to the center, whereby the center of the mirror 1 is slightly tilted to the left. At time t3, the shrinkage of the piezoelectric element becomes maximum, and as a result, the center of the mirror 1 is tilted to the maximum to the left. In this way, the piezoelectric actuator 10 operates in the X-axis direction.

図7は、圧電アクチュエータ10のY軸方向の動作を説明する図であり、図8は、圧電アクチュエータ10を下方向から見た図である。なお、図7において、実線は電極SDA−SDAG間の電圧波形を示し、破線は電極SDB−SDBG間の電圧波形を示している。これらの波形は位相が180度反転した鋸波である。時刻t0では、電極SDA−SDAG間の電圧が最大となり、電極SDB−SDBG間の電圧がゼロとなる。その際(時刻t0)のミラー1は、図8に示すように、ミラー1を中心として右向きに最大に傾く。時刻t1では、電極SDA−SDAG間の電圧が最大電圧のおおよそ4分の1、電極SDB−SDBG間の電圧が最大電圧のおおよそ4分の3となり、ミラー1の傾きが最大傾斜と水平とのおおよそ中間となる。時刻t2では、電極SDA−SDAG間および電極SDB−SDBG間とも、電圧が最大電圧のおおよそ中間の電圧となり、ミラー1の傾きがおおよそ水平となる。時刻t3では、電極SDA−SDAG間の電圧が最大電圧のおおよそ4分の3、電極SDB−SDBG間の電圧が最大電圧のおおよそ4分の1となり、ミラー1の傾きが時刻t0における最大傾斜の逆向きの最大傾斜と水平とのおおよそ中間の傾きとなる。時刻t4では、電極SDA−SDAG間の電圧がゼロ、電極SDB−SDBG間の電圧が最大電圧となり、ミラー1の傾きが時刻t0における最大傾斜の逆向きの最大傾斜となる。時刻t5では、電極SDA−SDAG間の電圧が最大、電極SDB−SDBG間の電圧がゼロとなり、ミラー1が時刻t0と同様に右向きに最大に傾く。 FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the piezoelectric actuator 10 in the Y-axis direction, and FIG. 8 is a view of the piezoelectric actuator 10 viewed from below. In FIG. 7, the solid line shows the voltage waveform between the electrodes SDA and SDAG, and the broken line shows the voltage waveform between the electrodes SDB and SDBG. These waveforms are sawtooth waves whose phase is inverted by 180 degrees. At time t0, the voltage between the electrodes SDA and SDAG becomes maximum, and the voltage between the electrodes SDB and SDBG becomes zero. At that time (time t0), as shown in FIG. 8, the mirror 1 is tilted to the maximum to the right with respect to the mirror 1. At time t1, the voltage between the electrodes SDA and SDAG is about one-fourth of the maximum voltage, the voltage between the electrodes SDB and SDBG is about three-quarters of the maximum voltage, and the inclination of the mirror 1 is about the maximum inclination and the horizontal. It will be roughly in the middle. At time t2, the voltage between the electrodes SDA and SDAG and between the electrodes SDB and SDBG is approximately intermediate to the maximum voltage, and the inclination of the mirror 1 is approximately horizontal. At time t3, the voltage between the electrodes SDA and SDAG is about three-quarters of the maximum voltage, the voltage between the electrodes SDB and SDBG is about one-fourth of the maximum voltage, and the inclination of the mirror 1 is the maximum inclination at time t0. The maximum inclination in the opposite direction is approximately halfway between the horizontal and horizontal. At time t4, the voltage between the electrodes SDA and SDAG is zero, the voltage between the electrodes SDB and SDBG is the maximum voltage, and the inclination of the mirror 1 is the maximum inclination opposite to the maximum inclination at time t0. At time t5, the voltage between the electrodes SDA and SDAG becomes maximum, the voltage between electrodes SDB and SDBG becomes zero, and the mirror 1 tilts to the maximum to the right as at time t0.

図9〜図12も圧電アクチュエータ10のY軸方向の動作を説明する図であり、図8の動作を立体的に見た場合の図である。図9は、図8における時刻t0およびt5の状態を示す図であり、電極SDA、即ちAchに属する圧電素子22および24が最大に縮んでいる場合を示している。図11は、図8における時刻t4の状態を示す図であり、電極SDB、即ちBchに属する圧電素子23および25が最大に縮んでいる場合を示している。図10および図12は、それぞれ図9および図11に詳細な説明を加えた図である。図9〜図12に示すように、ミラー1に光が入射されると、反射光がY軸方向(水平方向)にスキャンされるのが分かる。なお、光スキャナ等のシステムにこのような圧電アクチュエータを適用させる場合、Y軸方向に直線的にスキャンさせる、即ちラスタスキャン動作とするのが一般的である。図9〜図12はラスタスキャンで動作させている状況を説明している。この動作において印加される電圧の周波数は数十Hz程度である。一般的な画像或いは映像を扱う場合、60〜70Hzで動作させることが多い。 9 to 12 are also views for explaining the operation of the piezoelectric actuator 10 in the Y-axis direction, and are views when the operation of FIG. 8 is viewed three-dimensionally. FIG. 9 is a diagram showing the states at times t0 and t5 in FIG. 8, and shows a case where the electrodes SDA, that is, the piezoelectric elements 22 and 24 belonging to Ach are maximally contracted. FIG. 11 is a diagram showing a state at time t4 in FIG. 8, and shows a case where the electrodes SDB, that is, the piezoelectric elements 23 and 25 belonging to Bch are maximally contracted. 10 and 12 are views in which detailed description is added to FIGS. 9 and 11, respectively. As shown in FIGS. 9 to 12, when light is incident on the mirror 1, it can be seen that the reflected light is scanned in the Y-axis direction (horizontal direction). When such a piezoelectric actuator is applied to a system such as an optical scanner, it is generally scanned linearly in the Y-axis direction, that is, a raster scan operation is performed. FIGS. 9 to 12 describe a situation in which a raster scan is operated. The frequency of the voltage applied in this operation is about several tens of Hz. When handling a general image or video, it is often operated at 60 to 70 Hz.

上述した動作では、X軸が共振現象を利用してできるだけ少ないエネルギーで動作させるのに対し、Y軸は非共振で動作させる。そのため、Y軸方向における圧電素子の変位量が小さい。そこで、圧電アクチュエータ10に折り返し構造部12〜15ならびにX軸フレーム16および17を設け、複数の圧電素子22〜27を並列に動作させることで、Y軸方向の変位量を稼ぐようにしている。 In the above-mentioned operation, the X-axis operates with as little energy as possible by utilizing the resonance phenomenon, while the Y-axis operates in a non-resonant manner. Therefore, the amount of displacement of the piezoelectric element in the Y-axis direction is small. Therefore, the piezoelectric actuator 10 is provided with the folded structure portions 12 to 15 and the X-axis frames 16 and 17, and a plurality of piezoelectric elements 22 to 27 are operated in parallel to obtain a displacement amount in the Y-axis direction.

なお、上述ではいわゆる片持ち梁と呼ばれる構造の圧電アクチュエータ10を例示したが、この構造に限定されるものではない。すなわち、以下の実施形態には、種々の構造による圧電アクチュエータを適用することが可能である。 In the above description, the piezoelectric actuator 10 having a structure called a so-called cantilever beam has been illustrated, but the structure is not limited to this. That is, it is possible to apply piezoelectric actuators having various structures to the following embodiments.

図13に、比較例としてのアクチュエータ駆動装置の概略構成例を示す。図13に示すように、アクチュエータ駆動装置900は、波形生成部910と、アンプ921および923と、アクチュエータ930と、制御部950と、フォトダイオード(PD)951およびフォトダイオード(PD−X)952とを備える。波形生成部910からは、主走査用駆動電圧Mがアンプ921に出力され、副走査用駆動電圧Sがアンプ923に出力される。各々のアンプ921および923の電源には、0Vから必要な最大出力電圧までが得られるように、負電源Veeと、必要な最大出力電圧より高い電圧である正電源Vhとが用いられている。また、アクチュエータ930の駆動部には、アンプ921の出力M−AMP(主走査)と、アンプ923の出力S−AMP(副走査)とが接続される。 FIG. 13 shows a schematic configuration example of an actuator drive device as a comparative example. As shown in FIG. 13, the actuator drive device 900 includes a waveform generation unit 910, amplifiers 921 and 923, an actuator 930, a control unit 950, a photodiode (PD) 951 and a photodiode (PD-X) 952. To be equipped. From the waveform generation unit 910, the main scanning drive voltage M is output to the amplifier 921, and the sub-scanning drive voltage S is output to the amplifier 923. For the power supplies of the respective amplifiers 921 and 923, a negative power supply Vee and a positive power supply Vh, which is a voltage higher than the required maximum output voltage, are used so that 0 V to the required maximum output voltage can be obtained. Further, the output M-AMP (main scan) of the amplifier 921 and the output S-AMP (secondary scan) of the amplifier 923 are connected to the drive unit of the actuator 930.

ここで、図14に示すように、主走査及び副走査を定常状態で駆動して2次元画像を描画する場合、時刻t0において左上隅から走査領域が始まり、右下隅で1画面の走査領域が終了する。描画領域外にはレーザ光を検出するフォトダイオード951および952が配置されている。副走査が駆動されずに主走査のみが駆動されている場合に走査されたレーザが入光する位置に設けられたフォトダイオード952と、主走査および副走査の両方が駆動されている場合に走査されたレーザが入光する位置に設けられたフォトダイオード951とによって、主走査および副走査の振幅が制御される。主走査の振幅をフォトダイオード952によって制御する場合、描画領域外で短い周期で入光する場合と描画領域に行って戻ってくる周期で入光する場合との両方の時間を利用することができる。例えば短い周期の場合、この周期をできるだけ小さくすることで描画領域外の描画を小さくできるため、効率良く描画することが可能となるが、マージンが小さく外乱に弱いという欠点がある。逆に長い周期の場合、効率が低下するが外乱に強くなるという利点がある。副走査については、フォトダイオード951を用いて主走査と同様に制御することができる。 Here, as shown in FIG. 14, when the main scan and the sub scan are driven in a steady state to draw a two-dimensional image, the scan area starts from the upper left corner at time t0, and the scan area of one screen is in the lower right corner. finish. Photodiodes 951 and 952 for detecting laser light are arranged outside the drawing area. A photodiode 952 provided at a position where the scanned laser enters when only the main scan is driven without driving the sub scan, and scanning when both the main scan and the sub scan are driven. The amplitudes of the main scan and the sub scan are controlled by the photodiode 951 provided at the position where the emitted laser enters the light. When the amplitude of the main scan is controlled by the photodiode 952, both the time when the light enters outside the drawing area in a short cycle and the time when the light enters the drawing area and returns can be used. .. For example, in the case of a short cycle, drawing outside the drawing area can be made small by making this cycle as small as possible, so that drawing can be performed efficiently, but there is a drawback that the margin is small and it is vulnerable to disturbance. On the contrary, in the case of a long cycle, there is an advantage that the efficiency is lowered but it becomes strong against disturbance. The sub-scan can be controlled in the same manner as the main scan by using the photodiode 951.

ここで、2次元画像の描画動作において主走査および副走査が定常状態に落ち着くまでの流れを、図面を用いて説明する。図15は、主走査および副走査が定常状態に落ち着くまでの制御部の動作例を示すフローチャートである。図16は、定常状態に落ち着くまでの主走査の振幅変化の一例を示す図である。図17は、定常状態に落ち着くまでの副走査の振幅変化の一例を示す図である。 Here, the flow until the main scan and the sub scan settle in a steady state in the drawing operation of the two-dimensional image will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a flowchart showing an operation example of the control unit until the main scan and the sub scan settle in a steady state. FIG. 16 is a diagram showing an example of an amplitude change of the main scan until the steady state is settled. FIG. 17 is a diagram showing an example of an amplitude change of the sub-scan until the steady state is settled.

図15〜図17に示すように、2次元画像の描画をスタートすると、まず、主走査のゲインを徐々に増加させるとともに副走査のゲインを徐々に増加させながら(ステップS901およびS902)、フォトダイオード952への入光検知を行う(ステップS903)。その際、副走査の振幅も徐々に大きくなるが、主走査の方が早くリミットに達するように制御部950で制御する。その後、フォトダイオード952の位置(以下、PD−X位置という)より大きく、リミットXに達したタイミングで、主走査のゲインを維持して振幅を一旦固定する(ステップS904)が、副走査のゲイン増加はフォトダイオード951によるY軸方向の入光検知回数が予め規定しておいた所定の値である規定回数以上となるまで、すなわち副走査がマージンYを含めた振幅に達するまで継続する(ステップS905;NO)。その後、副走査がマージンYを含めた振幅に達すると(ステップS905;YES)、副走査のゲインが決定されて振幅が固定される(ステップS906)。 As shown in FIGS. 15 to 17, when the drawing of the two-dimensional image is started, first, while gradually increasing the gain of the main scan and gradually increasing the gain of the sub scan (steps S901 and S902), the photodiode. Detecting the incoming light to 952 (step S903). At that time, the amplitude of the sub-scan gradually increases, but the control unit 950 controls the main scan so that the limit is reached earlier. After that, when the position is larger than the position of the photodiode 952 (hereinafter referred to as PD-X position) and the limit X is reached, the gain of the main scan is maintained and the amplitude is temporarily fixed (step S904), but the gain of the sub scan is obtained. The increase continues until the number of incoming light detections in the Y-axis direction by the photodiode 951 exceeds a predetermined number of predetermined values, that is, until the sub-scan reaches the amplitude including the margin Y (step). S905; NO). After that, when the sub-scan reaches the amplitude including the margin Y (step S905; YES), the gain of the sub-scan is determined and the amplitude is fixed (step S906).

主走査の振幅については、フォトダイオード951によるX軸方向の入光検知回数が予め規定しておいた規定回数以上となっていなければ(ステップS907;NO)、そのままゲインを決定して振幅を固定し(ステップS909)、本動作を終了する。一方、X軸方向の入光検知回数が規定回数以上となっていた場合には(ステップS907;YES)、副走査の振幅が確定する時間にリミットからマージンXを含んだ振幅まで減少され(ステップS908)、ステップS907へリターンする。以上のような動作により、図16および図17に示すように、主走査および副走査が定常状態に落ち着く。 Regarding the amplitude of the main scan, if the number of incoming light detections in the X-axis direction by the photodiode 951 is not equal to or greater than the predetermined number of times (step S907; NO), the gain is determined as it is and the amplitude is fixed. (Step S909), this operation is terminated. On the other hand, when the number of incoming light detections in the X-axis direction is equal to or greater than the specified number (step S907; YES), the amplitude is reduced from the limit to the amplitude including the margin X at the time when the amplitude of the sub-scan is determined (step). S908), return to step S907. By the above operation, as shown in FIGS. 16 and 17, the main scan and the sub scan settle in a steady state.

図18に、圧電アクチュエータの駆動感度ばらつきの例を示す。図18において、縦軸は駆動に必要な電圧を示し、横軸は圧電アクチュエータの振幅感度を示す。図18に示すように、電源電圧Vhは、駆動に必要な電圧が最も高い場合には、回路のヘッドルーム(出力不可能な電圧領域)に電源電圧ばらつきを加算したものになる。駆動に必要な電圧が最も高いのは、副走査の駆動感度が最も小さいアクチュエータを駆動する場合となっている。副走査の場合、ラスタスキャンを行うため、必然的に高い電圧が必要になる。これに対し、主走査は前述のように共振で駆動するので、一般的に副走査より低い駆動電圧で済む。 FIG. 18 shows an example of variation in drive sensitivity of the piezoelectric actuator. In FIG. 18, the vertical axis represents the voltage required for driving, and the horizontal axis represents the amplitude sensitivity of the piezoelectric actuator. As shown in FIG. 18, when the voltage required for driving is the highest, the power supply voltage Vh is obtained by adding the power supply voltage variation to the headroom (voltage region where output is not possible) of the circuit. The voltage required for driving is the highest when driving the actuator with the lowest driving sensitivity of the sub-scan. In the case of sub-scan, a high voltage is inevitably required because raster scan is performed. On the other hand, since the main scan is driven by resonance as described above, a drive voltage lower than that of the sub scan is generally required.

つづいて、実施形態1にかかる駆動システムおよび駆動制御方法を、図面を用いて詳細に説明する。図19は、実施形態1にかかる駆動システムの概略構成例を示す模式図である。図19に示すように、駆動システム100は、アクチュエータ130、主走査駆動用アンプ121、副走査駆動用アンプ123、波形生成部110、制御部150、フォトダイオード(PD)151、フォトダイオード(PD−X)152、および電源部160を備える。アクチュエータ130、主走査駆動用アンプ121、副走査駆動用アンプ123、波形生成部110、フォトダイオード(PD)151およびフォトダイオード(PD−X)152は、図13に例示した駆動システム900と同様であってよい。ただし、実施形態1にかかる駆動システム100は、主走査駆動用アンプ121および副走査駆動用アンプ123が電源部160から供給された電圧Vhsで駆動するように構成されている。 Subsequently, the drive system and the drive control method according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 19 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the drive system according to the first embodiment. As shown in FIG. 19, the drive system 100 includes an actuator 130, a main scan drive amplifier 121, a sub scan drive amplifier 123, a waveform generation unit 110, a control unit 150, a photodiode (PD) 151, and a photodiode (PD-). X) 152 and a power supply unit 160 are provided. The actuator 130, the main scanning drive amplifier 121, the sub-scanning drive amplifier 123, the waveform generator 110, the photodiode (PD) 151 and the photodiode (PD-X) 152 are the same as the drive system 900 illustrated in FIG. It may be there. However, the drive system 100 according to the first embodiment is configured so that the main scan drive amplifier 121 and the sub scan drive amplifier 123 are driven by the voltage Vhs supplied from the power supply unit 160.

図20は、図19に示す駆動システムを用いた2次元画像の描画動作において主走査および副走査が定常状態に落ち着くまでの制御部の動作を示すフローチャートである。図20に示すように、実施形態1では、制御部150は、図15〜図17を用いて説明した動作(ステップS901〜S909)と同様の動作(ステップS101〜S109)を実行することで、主走査のゲインを決定して振幅を固定する。つぎに、制御部150は、副走査ゲインをパラメータAで除算することで電圧Vhsを求め(ステップS110)、つづいて、電源部160の電圧を電圧Vhsに設定する(ステップS111)。 FIG. 20 is a flowchart showing the operation of the control unit until the main scan and the sub scan settle in a steady state in the drawing operation of the two-dimensional image using the drive system shown in FIG. As shown in FIG. 20, in the first embodiment, the control unit 150 executes the same operation (steps S101 to S109) as the operations (steps S901 to S909) described with reference to FIGS. 15 to 17. The gain of the main scan is determined to fix the amplitude. Next, the control unit 150 obtains the voltage Vhs by dividing the sub-scanning gain by the parameter A (step S110), and subsequently sets the voltage of the power supply unit 160 to the voltage Vhs (step S111).

ここで、図20に示すフローチャートを理解し易くするために、具体的な数値例を挙げて説明する。なお、電源電圧Vhは固定であるとする。また、副走査の必要振れ角を10度とし、副走査の駆動感度の標準値(TYP)を0.375度/Vとし、その最小値(MIN)を0.25度/Vとし、その最大値(MAX)を0.5度/Vとする。その場合、電圧が40V(=10度/(0.25度/V))となるため、マージンやヘッドルームを20%と見込むと、電源電圧Vhが48Vとなる。 Here, in order to make it easier to understand the flowchart shown in FIG. 20, a specific numerical example will be described. It is assumed that the power supply voltage Vh is fixed. Further, the required runout angle of the sub-scan is set to 10 degrees, the standard value (TYP) of the drive sensitivity of the sub-scan is set to 0.375 degrees / V, the minimum value (MIN) is set to 0.25 degrees / V, and the maximum thereof is set. The value (MAX) is 0.5 degree / V. In that case, the voltage is 40 V (= 10 degrees / (0.25 degrees / V)), so if the margin and headroom are expected to be 20%, the power supply voltage Vh will be 48 V.

次に、駆動回路の振れ角のリミット(最大設定値)を1000とし、マージンを100とすると、駆動感度(MIN)のときに設定値を合わせるので、振れ角のリミットは900となる。次に、標準値(TYP)の駆動感度の場合は、主走査の振れ角を徐々に大きくすると、フォトダイオード952に入光するときのデータがおおよそ675となる。つまり、駆動感度(MIN)に対して675/900の電源電圧で所望の振れ角を得ることができる。したがって、この場合、図20のステップS110におけるパラメータAには900が代入され、副走査ゲインには675が代入される。その結果、電圧Vhsは36Vと計算される。この電圧Vhsは、マージンおよびヘッドルームを考慮した値であり、電源電圧(48V)と比較すると、12V低減されている。最後に、駆動感度(MAX)の場合は、データがおよそ450となるため、同様の計算を行うことで、電圧Vhsが電源電圧Vhの半分の値である24Vと求まる。 Next, assuming that the limit (maximum set value) of the runout angle of the drive circuit is 1000 and the margin is 100, the set value is adjusted at the time of the drive sensitivity (MIN), so that the limit of the runout angle is 900. Next, in the case of the drive sensitivity of the standard value (TYP), when the deflection angle of the main scan is gradually increased, the data when the light enters the photodiode 952 becomes approximately 675. That is, a desired swing angle can be obtained with a power supply voltage of 675/900 with respect to the drive sensitivity (MIN). Therefore, in this case, 900 is substituted for the parameter A in step S110 of FIG. 20, and 675 is substituted for the sub-scanning gain. As a result, the voltage Vhs is calculated to be 36V. This voltage Vhs is a value in consideration of the margin and the headroom, and is reduced by 12V as compared with the power supply voltage (48V). Finally, in the case of drive sensitivity (MAX), since the data is about 450, the voltage Vhs can be obtained as 24V, which is half the value of the power supply voltage Vh, by performing the same calculation.

以上のように、実施形態1では、実際にアクチュエータ130を駆動させて電圧Vhsを設定しているので、無駄に大きな電源電圧Vhを必要としない。それにより、消費電力を抑えることが可能となる。また、アクチュエータ130の駆動感度のばらつきが大きい場合でも、各々で最適に電圧Vhsを設定可能であるため、アクチュエータ130の感度ばらつきの許容範囲を広くでき、それにより、アクチュエータ130の歩留まりを向上させることが可能となる。なお、その他の構成および動作は、上述した比較例と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。 As described above, in the first embodiment, since the actuator 130 is actually driven to set the voltage Vhs, an unnecessarily large power supply voltage Vh is not required. As a result, power consumption can be suppressed. Further, even when the drive sensitivity variation of the actuator 130 is large, the voltage Vhs can be optimally set for each, so that the allowable range of the sensitivity variation of the actuator 130 can be widened, thereby improving the yield of the actuator 130. Is possible. Since other configurations and operations may be the same as those of the above-described comparative example, detailed description thereof will be omitted here.

つぎに、実施形態2にかかる駆動システムおよび駆動制御方法を、図面を用いて詳細に説明する。図21は、実施形態2にかかる駆動システムの概略構成例を示す模式図である。図21に示すように、駆動システム200は、実施形態1にかかる駆動システム100と同様の構成において、電源部160が2つの電源部261および262に置き換えられた構成を備える。電源部261は、主走査駆動用の電源であり、制御部150からの制御にしたがって電圧Vhmを主走査駆動用アンプ121に供給する。電源部262は副走査駆動用の電源であり、制御部150からの制御にしたがって電圧Vhsを副走査駆動用アンプ123に供給する。 Next, the drive system and the drive control method according to the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 21 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the drive system according to the second embodiment. As shown in FIG. 21, the drive system 200 includes a configuration in which the power supply unit 160 is replaced with two power supply units 261 and 262 in the same configuration as the drive system 100 according to the first embodiment. The power supply unit 261 is a power supply for the main scanning drive, and supplies a voltage Vhm to the main scanning drive amplifier 121 according to the control from the control unit 150. The power supply unit 262 is a power supply for sub-scanning drive, and supplies voltage Vhs to the sub-scanning drive amplifier 123 according to control from the control unit 150.

図22は、図21に示す駆動システムを用いた2次元画像の描画動作において主走査および副走査が定常状態に落ち着くまでの制御部の動作を示すフローチャートである。図22に示すように、実施形態2では、制御部150は、図20におけるステップS101〜S109と同様の動作を実行することで、主走査のゲインを決定して振幅を固定する。つぎに、制御部150は、主走査ゲインをパラメータBで除算して電圧Vhmを求めるとともに、副走査ゲインをパラメータAで除算することで電圧Vhsを求める(ステップS210)。なお、電圧VhmおよびVhsの算出方法は、実施形態1におけるステップS110で説明した算出方法と同様であってよい。つぎに制御部150は、主走査駆動用の電源部261の電圧を電圧Vhmに設定し、副走査駆動用の電源部262の電圧をVhsに設定する(ステップS211)。 FIG. 22 is a flowchart showing the operation of the control unit until the main scan and the sub scan settle in a steady state in the drawing operation of the two-dimensional image using the drive system shown in FIG. As shown in FIG. 22, in the second embodiment, the control unit 150 determines the gain of the main scan and fixes the amplitude by executing the same operation as in steps S101 to S109 in FIG. Next, the control unit 150 divides the main scanning gain by the parameter B to obtain the voltage Vhm, and divides the sub scanning gain by the parameter A to obtain the voltage Vhs (step S210). The calculation method of the voltages Vhm and Vhs may be the same as the calculation method described in step S110 in the first embodiment. Next, the control unit 150 sets the voltage of the power supply unit 261 for the main scanning drive to the voltage Vhm, and sets the voltage of the power supply unit 262 for the sub-scanning drive to Vhs (step S211).

以上のように、実施形態2では、主走査および副走査それぞれを駆動する電圧VhmおよびVhsを別々に設定することが可能となるため、主走査駆動用の電圧Vhmを独立して低下させることができ、それにより、より消費電力を削減することが可能となる。また、主走査駆動用の回路部品に、比較的高耐圧が求められる副走査駆動用の回路部品とは異なり、一般的な部品を使用することが可能となるため、回路部品のコストダウンが可能となる。なお、その他の構成、動作および効果は、上述した実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。 As described above, in the second embodiment, since the voltages Vhm and Vhs for driving the main scan and the sub scan can be set separately, the voltage Vhm for driving the main scan can be independently reduced. It can be done, which makes it possible to further reduce power consumption. In addition, unlike the circuit components for the sub-scan drive, which require a relatively high withstand voltage, the circuit components for the main scan drive can use general components, so that the cost of the circuit components can be reduced. It becomes. Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the above-described embodiment, detailed description thereof will be omitted here.

つぎに、実施形態3について説明する。上述の実施形態で例示した駆動システムおよび駆動制御方法は、映像機器に採用することもできる。それにより、消費電力が小さく且つ高性能な光スキャナを搭載した映像機器を得ることができる。 Next, the third embodiment will be described. The drive system and drive control method exemplified in the above-described embodiment can also be adopted for video equipment. As a result, it is possible to obtain a video device equipped with a high-performance optical scanner with low power consumption.

つぎに、実施形態4について説明する。上述の実施形態1および2で例示した駆動システムは、光偏向器として作用することができる。そのため、これらの駆動システムは、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイなどの画像投影装置や画像投影装置を搭載した移動体装置などに搭載することが可能である。以下に、上述の実施形態1および2で例示した駆動システムを搭載した画像投影装置を、実施形態4として図面を用いて詳細に説明する。 Next, the fourth embodiment will be described. The drive system exemplified in the above-described first and second embodiments can act as a light deflector. Therefore, these drive systems can be mounted on an image projection device such as a projector, a head-mounted display, or a head-up display, or a mobile device equipped with the image projection device. Hereinafter, the image projection device equipped with the drive system illustrated in the above-described first and second embodiments will be described in detail as the fourth embodiment with reference to the drawings.

図23は、実施形態4にかかる画像投影装置の概略構成例を示す模式図である。図23に示すように、画像投影装置1000は、赤色レーザ光源1001と、緑色レーザ光源1002と、青色レーザ光源1003と、コリメートレンズ1004と、光路合成手段1005と、2次元光偏向器1009と、LD駆動部1011と、光偏向器駆動部1012と、制御部1013と、記憶部1014とを備える。上述した実施形態1または2にかかる駆動システムは、光偏向器駆動部1012に組み込まれる。ただし、駆動システムにおけるフォトダイオード151および152は、2次元光偏向器1009など、走査されたレーザ光が入光する位置であれば適宜変更可能である。 FIG. 23 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the image projection device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 23, the image projection device 1000 includes a red laser light source 1001, a green laser light source 1002, a blue laser light source 1003, a collimating lens 1004, an optical path synthesis means 1005, a two-dimensional light deflector 1009, and the like. It includes an LD drive unit 1011, an optical deflector drive unit 1012, a control unit 1013, and a storage unit 1014. The drive system according to the first or second embodiment described above is incorporated in the optical deflector drive unit 1012. However, the photodiodes 151 and 152 in the drive system can be appropriately changed as long as they are at positions where the scanned laser light enters, such as the two-dimensional optical deflector 1009.

コリメートレンズ1004および光路合成手段1005は、レーザ光源1001〜1003から出力されたレーザ光を2次元光偏向器1009の反射ミラー1100(図24参照)へ入射させる光学系を構成する。赤色レーザ光源1001、緑色レーザ光源1002および青色レーザ光源1003のそれぞれから発せられた光は、コリメートレンズ1004によってそれぞれ平行光になって出射される。図23に示す例では、赤色レーザ光源1001として波長642nm、緑色レーザ光源1002として波長520nm、青色レーザ光源1003として波長450nmの光源をそれぞれ用いた。 The collimating lens 1004 and the optical path synthesizing means 1005 constitute an optical system in which the laser light output from the laser light sources 1001 to 1003 is incident on the reflection mirror 1100 (see FIG. 24) of the two-dimensional light deflector 1009. The light emitted from each of the red laser light source 1001, the green laser light source 1002, and the blue laser light source 1003 is emitted as parallel light by the collimating lens 1004. In the example shown in FIG. 23, a light source having a wavelength of 642 nm was used as the red laser light source 1001, a light source having a wavelength of 520 nm was used as the green laser light source 1002, and a light source having a wavelength of 450 nm was used as the blue laser light source 1003.

コリメートレンズ1004でコリメートされたレーザ光は、光路合成手段1005に入射される。光路合成手段1005は、3本の光路を1つの光路に合成するものであり、ダイクロイックミラーなどの光路合成プリズムで構成されている。この光路合成手段1005は、光源の数に対応した数の反射面を有してよい。したがって、図23に示す例では、光路合成手段1005は、3つの反射面1006、1007および1008を有する。 The laser beam collimated by the collimating lens 1004 is incident on the optical path synthesizing means 1005. The optical path synthesizing means 1005 synthesizes three optical paths into one optical path, and is composed of an optical path synthesizing prism such as a dichroic mirror. The optical path synthesizing means 1005 may have a number of reflecting surfaces corresponding to the number of light sources. Therefore, in the example shown in FIG. 23, the optical path synthesizing means 1005 has three reflecting surfaces 1006, 1007 and 1008.

反射面1006には、赤色の波長のレーザ光を反射し、緑色、青色の波長のレーザ光を透過するダイクロイック膜が形成されている。反射面1007には、緑色の波長のレーザ光を反射し、青色の波長のレーザ光を透過するダイクロイック膜が形成されている。反射面1008は、青色の波長のレーザ光を反射する。このような反射面1006〜1008を備えることで、光路合成手段1005は3つの光路を1つの光路に合成する。 A dichroic film that reflects a laser beam having a red wavelength and transmits a laser beam having a green or blue wavelength is formed on the reflecting surface 1006. A dichroic film that reflects a laser beam having a green wavelength and transmits a laser beam having a blue wavelength is formed on the reflecting surface 1007. The reflecting surface 1008 reflects a laser beam having a blue wavelength. By providing such reflecting surfaces 1006 to 1008, the optical path synthesizing means 1005 synthesizes three optical paths into one optical path.

合成されたレーザ光は、2次元光偏向器1009によってスクリーン1010を2次元に走査するように偏向される。スクリーン1010への画像の形成は、2次元光偏向器1009によるレーザ光の2次元光走査と、各レーザ光源1001〜1003の強度変調とによって行なわれる。このとき、各レーザ光源1001〜1003の強度変調信号は、LD駆動部1011から送られる。2次元光偏向器1009への動作信号は、光偏向器駆動部1012より送られる。画像を形成するためのLD駆動部1011および2次元光偏向器1009の制御は、制御部1013で行われる。記憶部1014には、2次元光偏向器1009を駆動するための初期データが格納されている。 The combined laser light is deflected by the two-dimensional light deflector 1009 so as to scan the screen 1010 in two dimensions. The formation of an image on the screen 1010 is performed by two-dimensional optical scanning of laser light by a two-dimensional optical deflector 1009 and intensity modulation of each laser light source 1001 to 1003. At this time, the intensity modulation signals of the laser light sources 1001 to 1003 are sent from the LD drive unit 1011. The operation signal to the two-dimensional optical deflector 1009 is sent from the optical deflector drive unit 1012. The control unit 1013 controls the LD drive unit 1011 and the two-dimensional optical deflector 1009 for forming an image. Initial data for driving the two-dimensional optical deflector 1009 is stored in the storage unit 1014.

つづいて、実施形態4における2次元光偏向器1009のより具体的な構成例を、以下に図面を用いて詳細に説明する。図24は、実施形態4にかかる2次元光偏向器の概略構成例を示す模式図である。 Subsequently, a more specific configuration example of the two-dimensional optical deflector 1009 according to the fourth embodiment will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 24 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the two-dimensional optical deflector according to the fourth embodiment.

図24に示すように、2次元光偏向器1009は、レーザ光を反射させる反射ミラー1100を中心部に備える。反射ミラー1100は、一対のトーションバー1101で支持されている。トーションバー1101の端部は、それぞれ圧電カンチレバー1102の一端に支持されている。圧電カンチレバー1102の他端は、それぞれ可動枠1103に支持されている。可動枠1103は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成された一対の梁部(蛇行状梁部)1104で支持されている。蛇行状梁部1104は、素子枠部材1105に支持されている。蛇行した各梁部には、独立の圧電部材1106aおよび1106bが設けられている。 As shown in FIG. 24, the two-dimensional light deflector 1009 includes a reflection mirror 1100 that reflects laser light at a central portion. The reflection mirror 1100 is supported by a pair of torsion bars 1101. Each end of the torsion bar 1101 is supported by one end of the piezoelectric cantilever 1102. The other ends of the piezoelectric cantilever 1102 are supported by the movable frame 1103, respectively. The movable frame 1103 is supported by a pair of beam portions (meandering beam portions) 1104 formed by meandering with a plurality of folded portions. The meandering beam portion 1104 is supported by the element frame member 1105. Independent piezoelectric members 1106a and 1106b are provided on each meandering beam portion.

図24に示す構成では、圧電カンチレバー1102を駆動することで、反射ミラー1100を支持するトーションバー1101にねじれが発生し、それにより、反射ミラー1100がY軸周りに回転振動する。ここでは、圧電カンチレバー1102に対して正弦波による駆動を行い、反射ミラー1100の回転に機械的共振を利用する。 In the configuration shown in FIG. 24, by driving the piezoelectric cantilever 1102, the torsion bar 1101 supporting the reflection mirror 1100 is twisted, so that the reflection mirror 1100 rotates and vibrates around the Y axis. Here, the piezoelectric cantilever 1102 is driven by a sine wave, and mechanical resonance is used for the rotation of the reflection mirror 1100.

一方、蛇行状梁部1104を駆動することで、可動枠1103がX軸周りに回転し、これに応じて反射ミラー1100もX軸周りに回転する。具体的には、蛇行状梁部1104の蛇行した各梁部に独立に設けられた圧電部材1106aおよび1106bの一つおきにのこぎり波による電圧印加を行う。ここでは、圧電部材1106a同士が同じ波形の電圧印加パターンであり、圧電部材1106b同士が同じ波形の電圧印加パターンである。電圧印加パターンの一例を図25に示す。図25では、縦軸が電圧値を示し、横軸が時間を示す。図25に例示するような電圧印加パターンによれば、蛇行状梁部1104の一つおきにのこぎり波の位相の調整が行われ、それにより、蛇行状梁部1104が回転駆動する。このような駆動により、均一性の高い光走査が可能になる。 On the other hand, by driving the meandering beam portion 1104, the movable frame 1103 rotates about the X-axis, and the reflection mirror 1100 also rotates about the X-axis accordingly. Specifically, a voltage is applied by a sawtooth wave to every other piezoelectric member 1106a and 1106b independently provided on each meandering beam portion of the meandering beam portion 1104. Here, the piezoelectric members 1106a have the same waveform voltage application pattern, and the piezoelectric members 1106b have the same waveform voltage application pattern. An example of the voltage application pattern is shown in FIG. In FIG. 25, the vertical axis represents the voltage value and the horizontal axis represents the time. According to the voltage application pattern as illustrated in FIG. 25, the phase of the sawtooth wave is adjusted every other meandering beam portion 1104, whereby the meandering beam portion 1104 is rotationally driven. Such driving enables highly uniform optical scanning.

なお、図23では、画像投影装置1000の一例としてプロジェクタ装置を示しているが、これに限らず、頭に装着するヘッドマウントディスプレイや、スクリーンとして拡散板やマイクロレンズアレイを使用し、フロントガラスなどの半透明板などを使って虚像を形成するヘッドアップディスプレイなどへ適用することができる。図26に、ヘッドアップディスプレイの概略構成例を示す。図26に示すように、ヘッドアップディスプレイ1200は、図23に示す画像投影装置1000と同様の構成において、2次元光偏向器1009の先の光路上に、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイ1115と、半透明板1116(例えばコンバイナやフロントガラス)とが配置された構成を備える。図26に示す構成では、2次元光偏向器1009による第1軸および第2軸周りのレーザ光の偏向動作に伴い、マイクロレンズアレイ1115上に画像が形成される。そして、半透明板1116を介して画像が拡大された虚像1117を視点1118より視認することができる。この場合、マイクロレンズアレイ1115によりレーザ光が拡散されるため、スペックルノイズの低減された虚像1117となる。半透明板1116には、車両の窓ガラス等を使うことも可能である。 Note that FIG. 23 shows a projector device as an example of the image projection device 1000, but the present invention is not limited to this, and a head-mounted display worn on the head, a diffuser plate or a microlens array as a screen, a windshield, etc. It can be applied to a head-up display or the like that forms a virtual image using a semi-transparent plate or the like. FIG. 26 shows a schematic configuration example of the head-up display. As shown in FIG. 26, the head-up display 1200 has a configuration similar to that of the image projection device 1000 shown in FIG. 23, and is a microlens array 1115 including a plurality of microlenses on the optical path ahead of the two-dimensional light deflector 1009. And a semi-transparent plate 1116 (for example, a combiner or a windshield) are arranged. In the configuration shown in FIG. 26, an image is formed on the microlens array 1115 as the laser light is deflected around the first axis and the second axis by the two-dimensional light deflector 1009. Then, the virtual image 1117 whose image is enlarged via the translucent plate 1116 can be visually recognized from the viewpoint 1118. In this case, since the laser beam is diffused by the microlens array 1115, the virtual image 1117 with reduced speckle noise is obtained. A vehicle window glass or the like can also be used for the semitransparent plate 1116.

このような構成を備えるヘッドアップディスプレイ1200は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等の移動体に搭載することができる。そこで、ヘッドアップディスプレイ1200と、ヘッドアップディスプレイ1200が搭載される移動体とを備える移動体装置を提供することができる。 The head-up display 1200 having such a configuration can be mounted on a moving body such as a vehicle, an aircraft, a ship, or a robot. Therefore, it is possible to provide a mobile device including a head-up display 1200 and a mobile body on which the head-up display 1200 is mounted.

以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態で説明したものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the preferred embodiment, the present invention is not limited to the one described in the above embodiment, and various modifications are made without departing from the gist thereof. It goes without saying that it is possible.

上記実施形態の駆動システムは、アクチュエータを駆動させることにより動作する装置であれば適用可能であり、例えば、反射面を有したアクチュエータを駆動させることにより、レーザ光源から照射されたレーザ光を対象方向に光走査し、対象方向からの反射光により対象方向に存在する物体を認識する物体認識装置に適用可能である。物体認識装置は、例えば、レーザレーダ、レーザ3次元計測装置、生体認証装置等である。 The drive system of the above embodiment is applicable as long as it is a device that operates by driving an actuator. For example, by driving an actuator having a reflecting surface, a laser beam emitted from a laser light source is directed in a target direction. It can be applied to an object recognition device that scans light and recognizes an object existing in the target direction by reflected light from the target direction. The object recognition device is, for example, a laser radar, a laser three-dimensional measurement device, a biometric authentication device, or the like.

また、上記実施形態の駆動システム100および200では、光検知部であるフォトダイオード151(図14のPD951に相当)/152(図14のPD−X952に相当)による入光検知回数が規定回数以上となるまでゲインを増加しているが、他にも図27および図28に示すように、描画領域(図14参照)外で短い周期でフォトダイオード151/152に入光するようなレーザの走査軌跡である場合に、フォトダイオード151/152に先(往路)に入光した光がフォトダイオード151/152を通り過ぎた時間T1と、後(復路)に戻ってきてフォトダイオード951/952に入光した時間T2との時間差T3(図28参照)が所定の値より大きくなるまでゲインを増加する構成としてもよい。これにより、設定時にマージンを一定以上にすることや、時間経過によりマージンが大きくなりすぎている場合に電圧値を小さくすることで、より省エネ効果が向上する。また、ゲインを最大にしてもマージンを一定以上にすることができない場合は、故障しているとして制御装置が故障情報を出力する構成にしてもよい。 Further, in the drive systems 100 and 200 of the above-described embodiment, the number of times of light incoming detection by the photodiode 151 (corresponding to PD951 in FIG. 14) / 152 (corresponding to PD-X952 in FIG. However, as shown in FIGS. 27 and 28, the scanning of the laser such that the light enters the photodiode 151/152 in a short period outside the drawing area (see FIG. 14) is also increased. In the case of a locus, the light that enters the photodiode 151/152 first (outward route) passes through the photodiode 151/152 at T1, and then returns to the photodiode 151/952 (return route) and enters the photodiode 951/952. The gain may be increased until the time difference T3 (see FIG. 28) from the time T2 is larger than a predetermined value. As a result, the energy saving effect is further improved by setting the margin to a certain value or more at the time of setting and reducing the voltage value when the margin becomes too large with the passage of time. Further, if the margin cannot be made equal to or higher than a certain value even if the gain is maximized, the control device may be configured to output failure information as if it has failed.

また、上記実施形態の制御部150は、環境温度が変化した情報を取得した場合や、起動してから所定の時間経過した場合に、チェックモードとして再度上記実施形態で説明した振幅調整を行ってもよい。これにより、環境変化や時間変化により振幅が変化した場合においても安定した振幅を保つことができる。 Further, the control unit 150 of the above-described embodiment performs the amplitude adjustment described in the above-described embodiment again as a check mode when the information that the environmental temperature has changed is acquired or when a predetermined time has elapsed since the start-up. May be good. As a result, a stable amplitude can be maintained even when the amplitude changes due to changes in the environment or time.

ここで、図27および図28に示したように、フォトダイオード151/152を通過した光が再入光するまでの時間(時間差T3)が所定の値より大きくなるまでゲインを増加するように構成した場合の主走査および副走査が定常状態に落ち着くまでの流れを、図29を用いて説明する。図29は、主走査および副走査が定常状態に落ち着くまでの制御部の動作例を示すフローチャートである。図29に示す動作では、上述において図15を用いて説明した動作と同様の動作において、図15のステップS905がステップS301に、ステップS907がステップS302に、それぞれ置き換えられている。 Here, as shown in FIGS. 27 and 28, the gain is increased until the time (time difference T3) until the light passing through the photodiode 151/152 re-enters the light becomes larger than a predetermined value. The flow until the main scan and the sub scan settle in a steady state will be described with reference to FIG. 29. FIG. 29 is a flowchart showing an operation example of the control unit until the main scan and the sub scan settle in a steady state. In the operation shown in FIG. 29, in the same operation as the operation described with reference to FIG. 15 above, step S905 in FIG. 15 is replaced with step S301, and step S907 is replaced with step S302.

図29のステップS301では、制御部150は、フォトダイオード152から取得した検知信号を用いて、フォトダイオード152に先(往路)に入光した光がフォトダイオード152を通り過ぎた時間T1と、後(復路)に戻ってきてフォトダイオード152に入光した時間T2とからこれらの時間差(Y軸方向時間差)T3を求め、求められたY軸方向時間差T3が予め規定しておいた所定の値以上となるまで、すなわち副走査がマージンYを含めた振幅に達するまで継続する(ステップS301;NO)。その後、副走査がマージンYを含めた振幅に達すると(ステップS301;YES)、ステップS906へ移行して副走査のゲインが決定され、振幅が固定される。なお、フォトダイオード152から取得した検知信号にはノイズが含まれているため、制御部150は、取得した信号のうち所定の値より大きい値の信号を検知信号として取り出して、上述のY軸方向時間差T3を求めてもよい。 In step S301 of FIG. 29, the control unit 150 uses the detection signal acquired from the photodiode 152 to set the time T1 in which the light entering the photodiode 152 earlier (outward path) passes through the photodiode 152 and later ( These time differences (time difference in the Y-axis direction) T3 are obtained from the time T2 when the light enters the photodiode 152 after returning to the return path), and the obtained Y-axis direction time difference T3 is equal to or greater than a predetermined value defined in advance. This is continued until the subscan reaches the amplitude including the margin Y (step S301; NO). After that, when the sub-scan reaches the amplitude including the margin Y (step S301; YES), the process proceeds to step S906, the gain of the sub-scan is determined, and the amplitude is fixed. Since the detection signal acquired from the photodiode 152 contains noise, the control unit 150 extracts a signal having a value larger than a predetermined value from the acquired signals as a detection signal, and the above-mentioned Y-axis direction. The time difference T3 may be obtained.

図29のステップS302では、フォトダイオード151から取得した検知信号を用いることで、主走査の振幅について、フォトダイオード151を先に入光した光が出ていった時間T1と後に光が入光した時間T2とからこれらの時間差(X軸方向時間差)T3を求め、求められたX軸方向時間差T3が予め規定しておいた所定の値以上となっていなければ(ステップS302;NO)、そのままゲインを決定して振幅を固定し(ステップS909)、本動作を終了する。一方、X軸方向時間差T3が予め規定しておいた所定の値以上となっていた場合には(ステップS302;YES)、副走査の振幅が確定する時間にリミットからマージンXを含んだ振幅まで減少され(ステップS908)、ステップS302へリターンする。以上のような動作により、図16および図17で説明した動作と同様にして、主走査および副走査が定常状態に落ち着く。なお、フォトダイオード152から取得した信号と同様に、フォトダイオード151から取得した検知信号にはノイズが含まれているため、制御部150は、取得した信号のうち所定の値より大きい値の信号を検知信号として取り出して、上述のX軸方向時間差T3を求めてもよい。また、ステップS301およびS302以外の動作は、図15で説明した動作と同様であってよいため、ここでは重複する説明を省略する。 In step S302 of FIG. 29, by using the detection signal acquired from the photodiode 151, the light enters the main scan amplitude after the time T1 at which the light that first entered the photodiode 151 was emitted and later. These time differences (time difference in the X-axis direction) T3 are obtained from the time T2, and if the obtained time difference T3 in the X-axis direction is not equal to or more than a predetermined value specified in advance (step S302; NO), the gain is obtained as it is. Is determined to fix the amplitude (step S909), and this operation is terminated. On the other hand, when the time difference T3 in the X-axis direction is equal to or greater than a predetermined value specified in advance (step S302; YES), the time from the limit to the amplitude including the margin X at the time when the amplitude of the sub-scan is determined It is reduced (step S908) and returns to step S302. By the above operation, the main scan and the sub scan settle in the steady state in the same manner as the operations described with reference to FIGS. 16 and 17. Since the detection signal acquired from the photodiode 151 contains noise as in the signal acquired from the photodiode 152, the control unit 150 transmits a signal having a value larger than a predetermined value among the acquired signals. It may be taken out as a detection signal to obtain the above-mentioned time difference T3 in the X-axis direction. Further, since the operations other than steps S301 and S302 may be the same as the operations described with reference to FIG. 15, duplicate description will be omitted here.

また、上述において図27を用いて説明した構成では、光の走査経路が描画領域(図14参照)外で往復して同一のフォトダイオード151/152に入光する場合を例示したが、この構成に限定されるものではない。たとえば上記の実施形態において、光検知部であるフォトダイオードを近接して2つ設け、これら2つのフォトダイオードに1つの往路または経路で連続して光が入射するように構成することも可能である。このような構成の場合、一方のフォトダイオード(たとえば走査経路における上流側のPD)が受光した時間T3と、他方のフォトダイオード(たとえば走査経路における下流側のPD)が受光した時間T4との時間差T6が所定の値より小さくなるまでゲインを増加する構成とすることができる。 Further, in the configuration described above with reference to FIG. 27, a case where the scanning path of light reciprocates outside the drawing area (see FIG. 14) and enters the same photodiode 151/152 is illustrated. It is not limited to. For example, in the above embodiment, it is also possible to provide two photodiodes, which are photodetectors, in close proximity to each other so that light is continuously incident on these two photodiodes in one outward path or path. .. In the case of such a configuration, the time difference between the time T3 received by one photodiode (for example, the PD on the upstream side in the scanning path) and the time T4 received by the other photodiode (for example, the PD on the downstream side in the scanning path). The gain can be increased until T6 becomes smaller than a predetermined value.

これにより、設定時に時間差T6のマージンを一定以上にすることや、時間経過によりマージンが大きくなりすぎている場合に電圧値を小さくすることで、より省エネ効果が向上する。また、ゲインを最大にしてもマージンを一定以上にすることができない場合は、故障しているとして制御装置が故障情報を出力する構成にしてもよい。 As a result, the energy saving effect is further improved by setting the margin of the time difference T6 to a certain value or more at the time of setting and reducing the voltage value when the margin becomes too large due to the passage of time. Further, if the margin cannot be made equal to or higher than a certain value even if the gain is maximized, the control device may be configured to output failure information as if it has failed.

ここで、図30および図31を用いて、近接する2つのフォトダイオードにそれぞれ入射した光の入射時間の時間差(時間差T6)が所定の値より大きくなるまでゲインを増加するように構成した場合の主走査および副走査が定常状態に落ち着くまでの流れを説明する。図30は、上記実施形態における光検知部であるフォトダイオードが近接して2つ設けられた場合の一例を説明するための図である。時間差T6は、一方のフォトダイオード(たとえば走査経路における上流側のPD151a)が受光した時間T3と、他方のフォトダイオード(たとえば走査経路における上流側のPD151b)が受光した時間T4との時間差である。なお、図30において、フォトダイオード151aおよび151bは、たとえば図19または図21におけるフォトダイオード151または152に相当するものである。すなわち、本説明では、上述の実施形態におけるフォトダイオード151および152が、それぞれ2つのフォトダイオード151aおよび151bにより構成されている。 Here, when FIG. 30 and FIG. 31 are used, the gain is increased until the time difference (time difference T6) of the incident time of the light incident on the two adjacent photodiodes becomes larger than a predetermined value. The flow until the main scan and the sub scan settle in the steady state will be described. FIG. 30 is a diagram for explaining an example in which two photodiodes, which are photodetectors in the above embodiment, are provided in close proximity to each other. The time difference T6 is the time difference between the time T3 received by one photodiode (for example, PD151a on the upstream side in the scanning path) and the time T4 received by the other photodiode (for example, PD151b on the upstream side in the scanning path). In FIG. 30, the photodiodes 151a and 151b correspond to the photodiodes 151 or 152 in FIG. 19 or 21, for example. That is, in this description, the photodiodes 151 and 152 in the above-described embodiment are composed of two photodiodes 151a and 151b, respectively.

図31は、主走査および副走査が定常状態に落ち着くまでの制御部の動作例を示すフローチャートである。図31に示す動作では、上述において図15を用いて説明した動作と同様の動作において、図15のステップS905がステップS401に、ステップS907がステップS402に、それぞれ置き換えられている。 FIG. 31 is a flowchart showing an operation example of the control unit until the main scan and the sub scan settle in a steady state. In the operation shown in FIG. 31, in the same operation as the operation described with reference to FIG. 15 above, step S905 in FIG. 15 is replaced with step S401, and step S907 is replaced with step S402.

図31のステップS401では、制御部150は、フォトダイオード151aから取得した検知信号およびフォトダイオード151bから取得した検知信号を用いて、フォトダイオード151aに光が入射した時間T4と、フォトダイオード151bに光が入射した時間T5を求め、T4とT5の時間差(Y軸方向時間差)T6を算出する。算出された時間差T6が予め規定しておいた所定の値以下となるまで、すなわち、副走査がマージンYを含めた振幅に達するまで継続する(ステップS401;NO)。その後、副走査がマージンYを含めた振幅に達すると(ステップS401;YES)、ステップS906へ移行して副走査のゲインが決定され、振幅が固定される。なお、フォトダイオード151aおよび151bから取得した検知信号にはノイズが含まれているため、制御部150は、取得した信号のうち所定の値より大きい値の信号を検知信号として取り出して、上述のY軸方向時間差T6を求めてもよい。 In step S401 of FIG. 31, the control unit 150 uses the detection signal acquired from the photodiode 151a and the detection signal acquired from the photodiode 151b to light the time T4 at which light is incident on the photodiode 151a and the light on the photodiode 151b. The time T5 in which the light is incident is obtained, and the time difference (time difference in the Y-axis direction) T6 between T4 and T5 is calculated. It continues until the calculated time difference T6 becomes equal to or less than a predetermined value defined in advance, that is, until the sub-scan reaches the amplitude including the margin Y (step S401; NO). After that, when the sub-scan reaches the amplitude including the margin Y (step S401; YES), the process proceeds to step S906, the gain of the sub-scan is determined, and the amplitude is fixed. Since the detection signals acquired from the photodiodes 151a and 151b contain noise, the control unit 150 extracts a signal having a value larger than a predetermined value from the acquired signals as a detection signal, and the above-mentioned Y The axial time difference T6 may be obtained.

図31のステップS402では、フォトダイオード151aおよび151bから取得した検知信号を用いることで、主走査の振幅について、フォトダイオード151aに光が入射した時間T4と、フォトダイオード151bに光が入射した時間T5を求め、T4とT5の時間差T6(X軸方向時間差)を算出する。算出されたX軸方向時間差T6が予め規定しておいた所定の値以下となっていなければ(ステップS402;NO)、そのままゲインを決定して振幅を固定し(ステップS909)、本動作を終了する。一方、X軸方向時間差T6が予め規定しておいた所定の値以下となっていた場合には(ステップS402;YES)、副走査の振幅が確定する時間にリミットからマージンXを含んだ振幅まで減少され(ステップS908)、ステップS302へリターンする。以上のような動作により、図16および図17で説明した動作と同様にして、主走査および副走査が定常状態に落ち着く。なお、フォトダイオード152から取得した信号と同様に、フォトダイオード151から取得した検知信号にはノイズが含まれているため、制御部150は、取得した信号のうち所定の値より大きい値の信号を検知信号として取り出して、上述のX軸方向時間差T6を求めてもよい。また、ステップS401およびS402以外の動作は、図15で説明した動作と同様であってよいため、ここでは重複する説明を省略する。 In step S402 of FIG. 31, by using the detection signals acquired from the photodiodes 151a and 151b, the time T4 at which light is incident on the photodiode 151a and the time T5 at which light is incident on the photodiode 151b are used for the amplitude of the main scan. Is calculated, and the time difference T6 (time difference in the X-axis direction) between T4 and T5 is calculated. If the calculated X-axis direction time difference T6 is not equal to or less than a predetermined value specified in advance (step S402; NO), the gain is determined as it is to fix the amplitude (step S909), and this operation is terminated. To do. On the other hand, when the time difference T6 in the X-axis direction is equal to or less than a predetermined value defined in advance (step S402; YES), the time from the limit to the amplitude including the margin X at the time when the amplitude of the sub-scan is determined It is reduced (step S908) and returns to step S302. By the above operation, the main scan and the sub scan settle in the steady state in the same manner as the operations described with reference to FIGS. 16 and 17. Since the detection signal acquired from the photodiode 151 contains noise as in the signal acquired from the photodiode 152, the control unit 150 transmits a signal having a value larger than a predetermined value among the acquired signals. It may be taken out as a detection signal to obtain the above-mentioned time difference T6 in the X-axis direction. Further, since the operations other than steps S401 and S402 may be the same as the operations described with reference to FIG. 15, duplicate description will be omitted here.

また、上記実施形態の駆動システム100および200におけるアクチュエータ130を除いた構成は、アクチュエータ制御装置ともいう。図32に、アクチュエータ制御装置の概略構成例を示す。図32に示すように、アクチュエータ制御装置1500は、CPU(Central Processing Unit)1501、RAM(Random Access Memory)1502、ROM(Read Only Memory)1503、FPGA(Field-Programmable Gate Array)1504、外部インタフェース(I/F)1505、およびアクチュエータドライバ1506を備えている。これらの構成のうち、CPU1501、RAM1502、ROM1503および外部I/F1505は、たとえば上述における制御部150(図19、図21等参照)を構成する。また、FPGA1504は上述した波形生成部110に相当し、アクチュエータドライバ1506は、たとえば図19における主走査駆動用アンプ121、副走査駆動用アンプ123および電源部160、または、図21における主走査駆動用アンプ121、副走査駆動用アンプ123および2つの電源部261および262に相当する。 Further, the configuration excluding the actuator 130 in the drive systems 100 and 200 of the above embodiment is also referred to as an actuator control device. FIG. 32 shows a schematic configuration example of the actuator control device. As shown in FIG. 32, the actuator control device 1500 includes a CPU (Central Processing Unit) 1501, a RAM (Random Access Memory) 1502, a ROM (Read Only Memory) 1503, an FPGA (Field-Programmable Gate Array) 1504, and an external interface ( It includes an I / F) 1505 and an actuator driver 1506. Of these configurations, the CPU 1501, the RAM 1502, the ROM 1503, and the external I / F 1505 constitute, for example, the control unit 150 (see FIGS. 19, 21, etc.) described above. Further, the FPGA 1504 corresponds to the waveform generation unit 110 described above, and the actuator driver 1506 is, for example, the main scan drive amplifier 121 in FIG. 19, the sub scan drive amplifier 123 and the power supply unit 160, or the main scan drive in FIG. It corresponds to the amplifier 121, the sub-scanning drive amplifier 123, and the two power supply units 261 and 262.

CPU1501は、ROM1503等の記憶装置からプログラムやデータをRAM1502上に読み出し、処理を実行して、制御部150の全体の制御や機能を実現する演算装置である。RAM1502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。ROM1503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、CPU1501が駆動システム100/200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。RAM1502および/またはROM1503は、制御に関わるパラメータや光検出部(PD151、PD−X152等)から取得した信号を記憶する記憶部の機能を備える。 The CPU 1501 is an arithmetic unit that reads programs and data from a storage device such as the ROM 1503 onto the RAM 1502, executes processing, and realizes overall control and functions of the control unit 150. The RAM 1502 is a volatile storage device that temporarily holds programs and data. The ROM 1503 is a non-volatile storage device that can retain programs and data even when the power is turned off, and stores processing programs and data executed by the CPU 1501 to control each function of the drive system 100/200. ing. The RAM 1502 and / or ROM 1503 has a function of a storage unit for storing control-related parameters and signals acquired from an optical detection unit (PD151, PD-X152, etc.).

FPGA1504は、CPU1501の処理に従って、アクチュエータドライバ1506に適した制御信号を出力する回路であり、上述した波形生成部110の機能を備える。外部I/F1505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、光検出部(PD151、PD−X152等)、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/F1505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/F1505が用意されてもよい。 The FPGA 1504 is a circuit that outputs a control signal suitable for the actuator driver 1506 according to the processing of the CPU 1501, and has the function of the waveform generation unit 110 described above. The external I / F 1505 is, for example, an interface with an external device, a network, or the like. The external device includes, for example, an optical detection unit (PD151, PD-X152, etc.), a higher-level device such as a PC (Personal Computer), and a storage device such as a USB memory, an SD card, a CD, a DVD, an HDD, and an SSD. The network is, for example, a CAN (Controller Area Network) of an automobile, a LAN (Local Area Network), the Internet, or the like. The external I / F1505 may be configured to enable connection or communication with an external device, and an external I / F1505 may be prepared for each external device.

アクチュエータドライバ1506は、上述したように、たとえば図19における主走査駆動用アンプ121、副走査駆動用アンプ123および電源部160、または、図21における主走査駆動用アンプ121、副走査駆動用アンプ123および2つの電源部261および262に相当し、FPGA1504から入力された信号をアンプ(AMP121、123等)により増幅してアクチュエータ130に出力する電気回路である。なお、アクチュエータドライバ1506は、FPGA1504に組み込まれていてもよい。 As described above, the actuator driver 1506 includes, for example, the main scanning drive amplifier 121 and the sub-scanning drive amplifier 123 and the power supply unit 160 in FIG. 19, or the main scanning drive amplifier 121 and the sub-scanning drive amplifier 123 in FIG. It is an electric circuit corresponding to two power supply units 261 and 262, which amplifies a signal input from FPGA 1504 by an amplifier (AMP121, 123, etc.) and outputs it to an actuator 130. The actuator driver 1506 may be incorporated in the FPGA 1504.

アクチュエータ制御装置1500において、CPU1501は、外部I/F1505を介してフォトダイオード151および152の信号を取得する。上述した実施形態に係るアクチュエータ制御装置1500は、CPU1501の命令および図32に示したハードウェア構成によって、上記に説明する機能構成を実現することができる。 In the actuator control device 1500, the CPU 1501 acquires the signals of the photodiodes 151 and 152 via the external I / F 1505. The actuator control device 1500 according to the above-described embodiment can realize the functional configuration described above by the instruction of the CPU 1501 and the hardware configuration shown in FIG. 32.

100,200 駆動システム
110 波形生成部
121 主走査駆動用アンプ
123 副走査駆動用アンプ
130 アクチュエータ
150 制御部
151,151a,151b,152 フォトダイオード
160,261,262 電源部
1000 画像投影装置
1001〜1003 レーザ光源
1004 コリメートレンズ
1005 光路合成手段
1009 2次元光偏向器
1115 マイクロレンズアレイ
1116 半透明板
1500 アクチュエータ制御装置
1501 CPU
1502 RAM
1503 ROM
1504 FPGA
1505 外部I/F
1506 アクチュエータドライバ
100,200 Drive system 110 Waveform generator 121 Main scan drive amplifier 123 Sub-scan drive amplifier 130 Actuator 150 Control unit 151, 151a, 151b, 152 Photo diode 160, 261,262 Power supply unit 1000 Image projection device 1001 to 1003 Laser Light source 1004 Collimating lens 1005 Optical path synthesis means 1009 Two-dimensional optical deflector 1115 Microlens array 1116 Semi-transparent plate 1500 Actuator control device 1501 CPU
1502 RAM
1503 ROM
1504 FPGA
1505 External I / F
1506 actuator driver

特許第2921218号公報Japanese Patent No. 292218 特許第2570237号公報Japanese Patent No. 2570237 特開2008−116668号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-116668 特開2007−155984号公報JP-A-2007-155984 特開2007−226108号公報JP-A-2007-226108 特開2007−240626号公報JP-A-2007-240626 特開2007−241169号公報JP-A-2007-241169 特許第3804312号公報Japanese Patent No. 3804312 特開2011−004339号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-004339 特開2010−026443号公報JP-A-2010-026443 特開2014−132976号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-132996

Claims (13)

反射部を可動させる駆動部を有するアクチュエータを光検知部から取得した信号に基づいて制御するアクチュエータ制御装置であって、
前記駆動部を駆動するための電圧波形を生成する波形生成部と、
前記波形生成部が生成した電圧波形を増幅する駆動用アンプと、
前記駆動用アンプに電力を供給する電源部と、
前記光検知部から検知信号を取得し、取得した該検知信号に基づいて前記電源部が前記駆動用アンプに供給する電圧を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするアクチュエータ制御装置。
An actuator control device that controls an actuator having a drive unit that moves a reflection unit based on a signal acquired from a light detection unit.
A waveform generator that generates a voltage waveform for driving the drive unit,
A drive amplifier that amplifies the voltage waveform generated by the waveform generator, and
A power supply unit that supplies power to the drive amplifier and
A control unit that acquires a detection signal from the light detection unit and controls the voltage supplied by the power supply unit to the drive amplifier based on the acquired detection signal.
An actuator control device characterized by being equipped with.
前記波形生成部は、前記制御部の制御に基づいて前記電圧波形を生成し、
前記制御部は、前記波形生成部への制御値に基づいて、前記電源部を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ制御装置。
The waveform generation unit generates the voltage waveform on the basis of the control of the control unit,
The actuator control device according to claim 1, wherein the control unit controls the power supply unit based on a control value for the waveform generation unit.
前記駆動部は、前記反射部を第1の軸周りに可動させる第1駆動部と、前記反射部を第2の軸周りに可動させる第2駆動部と、を含み、
前記駆動用アンプは、前記第1駆動部に電圧を印加する第1駆動用アンプと、前記第2駆動部に電圧を印加する第2駆動用アンプと、を含み、
前記電源部は、前記第1駆動用アンプに第1電力を供給する第1電源部と、前記第2駆動用アンプに第2電力を供給する第2電源部と、を含み、
前記制御部は、前記第1電源部と前記第2電源部を別々に制御する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のアクチュエータ制御装置。
The drive unit includes a first drive unit that moves the reflection unit around a first axis, and a second drive unit that moves the reflection unit around a second axis.
The drive amplifier includes a first drive amplifier that applies a voltage to the first drive unit and a second drive amplifier that applies a voltage to the second drive unit.
The power supply unit includes a first power supply unit that supplies the first power to the first drive amplifier, and a second power supply unit that supplies the second power to the second drive amplifier.
The actuator control device according to claim 1 or 2, wherein the control unit separately controls the first power supply unit and the second power supply unit.
前記制御部は、前記光検知部から取得した信号のうち信号強度が所定の値より大きい信号を前記検知信号として取得し、取得した該検知信号に基づいて前記電源部が前記駆動用アンプに供給する前記電圧を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のアクチュエータ制御装置。 The control unit acquires a signal whose signal strength is greater than a predetermined value among the signals acquired from the optical detection unit as the detection signal, and the power supply unit supplies the drive amplifier based on the acquired detection signal. The actuator control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the voltage is controlled. 前記制御部は、前記光検知部の検知信号を取得する回数が所定の値を超えた場合に、前記電源部が前記駆動用アンプに供給する電圧を固定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のアクチュエータ制御装置。 Claims 1 to 1, wherein the control unit fixes the voltage supplied by the power supply unit to the drive amplifier when the number of times the detection signal of the light detection unit is acquired exceeds a predetermined value. 4. The actuator control device according to any one of 4. 前記制御部は、前記光検知部から検知信号を取得した際の時間を計測し、前記光検部から少なくとも2つの検知信号を取得したとき、前記2つの検知信号を取得した時間の時間差が所定の値以上である場合に、前記電源部が前記駆動用アンプに供給する電圧を固定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のアクチュエータ制御装置。 Wherein the control unit, the time for acquiring the detection signal from the light detection unit measures, when acquiring at least two detection signals from the light detecting section, the time difference between the time obtained the two detection signals The actuator control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the voltage supplied by the power supply unit to the drive amplifier is fixed when the value is equal to or higher than a predetermined value. 前記制御部は、前記駆動アンプおよび前記電源部が前記駆動部に印加可能な最大電圧を印加したときに、前記時間差が所定の値を超えない場合に、前記アクチュエータが故障しているとして故障信号を出力することを特徴とする請求項6に記載のアクチュエータ制御装置。 Wherein, when said driving amplifier and the power supply unit applying a maximum voltage that can be applied to the drive unit, when the time difference does not exceed a predetermined value, the fault as the actuator is faulty The actuator control device according to claim 6, wherein a signal is output. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のアクチュエータ制御装置と、
前記アクチュエータと、
前記光検部と、
を備えたことを特徴とする駆動システム。
The actuator control device according to any one of claims 1 to 7.
With the actuator
And the light-detecting section,
A drive system characterized by being equipped with.
請求項8に記載の駆動システムを備えたことを特徴とする映像機器。 A video device including the drive system according to claim 8. 請求項8に記載の駆動システムと、
前記アクチュエータの前記駆動部に取り付けられて2軸方向に回転可能なミラーと、
レーザ光を出力する光源と、
前記レーザ光を前記ミラーへ入射させる光学系と、
前記駆動システムを制御して前記ミラーを駆動する制御部と、
を備えることを特徴とする画像投影装置。
The drive system according to claim 8 and
A mirror attached to the drive unit of the actuator and rotatable in two axial directions,
A light source that outputs laser light and
An optical system that causes the laser beam to enter the mirror,
A control unit that controls the drive system to drive the mirror,
An image projection device comprising.
前記アクチュエータは、前記ミラーを支持する支持部を備え、
前記支持部は、蛇行するように連続する複数の梁と、前記複数の梁に個別に設けられた
複数の圧電部材とを含み、
前記駆動システムは、隣り合う2つの前記梁に個別に設けられた2つの前記圧電部材に
非相似の波形の2つの電圧を平行して個別に印加する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像投影装置。
The actuator includes a support portion that supports the mirror.
The support portion includes a plurality of beams that are continuous in a meandering manner and a plurality of piezoelectric members that are individually provided on the plurality of beams.
10. The drive system according to claim 10, wherein two voltages having dissimilar waveforms are individually applied in parallel to two piezoelectric members individually provided on two adjacent beams. Image projection device.
反射部を可動させる駆動部を有するアクチュエータを光検知部から取得した信号に基づいて制御するアクチュエータ制御方法であって、
波形生成部が、前記駆動部を駆動するための電圧波形を生成し、
駆動用アンプが、前記波形生成部が生成した電圧波形を増幅し、
電源部が、前記駆動用アンプに電力を供給し、
制御部が、前記光検知部から検知信号を取得し、取得した該検知信号に基づいて前記電源部が前記駆動用アンプに供給する電圧を制御する
ことを特徴とするアクチュエータ制御方法。
It is an actuator control method that controls an actuator having a drive unit that moves a reflection unit based on a signal acquired from a light detection unit.
The waveform generator generates a voltage waveform for driving the drive unit,
The drive amplifier amplifies the voltage waveform generated by the waveform generator,
The power supply unit supplies power to the drive amplifier,
An actuator control method characterized in that a control unit acquires a detection signal from the light detection unit and controls a voltage supplied by the power supply unit to the drive amplifier based on the acquired detection signal.
請求項10または11に記載の画像投影装置を有することを特徴とする移動体。A mobile body comprising the image projection device according to claim 10 or 11.
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