WO2016194514A1 - 光走査装置及びその製造方法、光走査制御装置 - Google Patents

光走査装置及びその製造方法、光走査制御装置 Download PDF

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幸弘 吉田
恒詞 竹中
寿典 阿賀
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ミツミ電機株式会社
幸弘 吉田
恒詞 竹中
寿典 阿賀
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Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning device, a manufacturing method thereof, and an optical scanning control device.
  • the optical scanning control device includes first detection means for directly detecting light emitted from the light source without going through the optical system, and second detection means for detecting light emitted from the light source through the optical system. . And abnormality determination etc. can be performed based on the combination of the detection result of a 1st detection means and a 2nd detection means (for example, refer patent document 1).
  • the optical scanning control device that scans the laser light includes, for example, a displacement sensor that detects the tilt of the mirror that scans the light to the optical scanning device that scans the laser light.
  • the optical scanning control device controls the deflection angle of the mirror based on the output of the displacement sensor.
  • an object of an embodiment of the present invention is to provide an optical scanning device capable of compensating the temperature dependence of the output of a displacement sensor with high accuracy.
  • the optical scanning device (1) provides an optical scanning device that scans incident light by swinging a mirror (310).
  • a displacement sensor (391, 395, 396) for detecting a swing angle of the mirror (310); and a temperature sensor (397, 398, 399) for temperature compensation of the displacement sensor (391, 395, 396).
  • the displacement sensors (391, 395, 396) are piezoelectric sensors having a structure in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially stacked.
  • the temperature sensor (397, 398, 399) is a resistance temperature sensor having the same layer structure as the lower electrode. *
  • an optical scanning device capable of compensating the temperature dependence of the output of the displacement sensor with high accuracy.
  • FIG. 10 is a partially enlarged plan view in the vicinity of a horizontal displacement sensor 391 and a temperature sensor 397. It is a figure which illustrates the temperature sensor 397.
  • FIG. 10 is a partially enlarged plan view in the vicinity of a vertical displacement sensor 395 and a temperature sensor 398.
  • 3 is a diagram illustrating a temperature measurement circuit 17.
  • FIG. 5 is a graph illustrating temperature dependence of a temperature sensor 397.
  • 10 is a graph illustrating temperature-dependent reproducibility of the temperature sensor 397.
  • 5 is a graph illustrating the wiring length dependency of a temperature sensor 397.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an optical scanning control apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an optical scanning device constituting the optical scanning control device.
  • 3 and 4 are external views illustrating the optical scanning control apparatus according to this embodiment.
  • the optical scanning control device 1 includes, as main components, a circuit unit 10, a light source unit 20, an optical scanning device 30, an optical unit 40, a screen 50, and a light amount detection sensor 60. It is stored in the body 100.
  • the optical scanning control device 1 is, for example, a laser scanning projector.
  • the circuit unit 10 is a part that controls the light source unit 20 and the optical scanning device 30, and can be configured by, for example, a system controller 11, a CPU (Central Processing Unit) 12, various driving circuits, and the like.
  • a system controller 11 a CPU (Central Processing Unit) 12, various driving circuits, and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • the light source unit 20 includes an LD module 21, a temperature control unit 22, a temperature sensor 23, and a neutral density filter 24.
  • the LD module 21 includes lasers 211R, 211G, and 211B that change the amount of light emitted according to the current value, a light amount detection sensor 215 that monitors the most recent light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B, and the like.
  • the laser 211R is, for example, a red semiconductor laser, and can emit light having a wavelength ⁇ R (for example, 640 nm).
  • the laser 211G is, for example, a green semiconductor laser, and can emit light having a wavelength ⁇ G (for example, 530 nm).
  • the laser 211B is, for example, a blue semiconductor laser, and can emit light having a wavelength ⁇ B (for example, 445 nm).
  • As the light quantity detection sensor 215, for example, a photodiode or the like can be used.
  • the light quantity detection sensor 215 can be disposed at an arbitrary position where the light quantity before passing through the neutral density filter 24 can be detected.
  • the temperature control unit 22 can control the lasers 211R, 211G, and 211B to a predetermined temperature.
  • the temperature sensor 23 can detect the temperatures of the lasers 211R, 211G, and 211B.
  • a Peltier element can be used.
  • a thermistor can be used.
  • the neutral density filter 24 is disposed in front of the mirror 310, and the light (the combined light) emitted from the lasers 211R, 211G, and 211B is incident thereon.
  • the neutral density filter 24 has a function of adjusting the luminance on the screen 50.
  • an ND (Neutral-Density) filter, a liquid crystal element, a polarizing filter, or the like can be used as the neutral density filter 24.
  • the neutral density filter 24 is inserted, for example, inclined with respect to the optical axis of the incident light, and light that is not transmitted (light that is attenuated) is absorbed or reflected by the neutral density filter 24.
  • the optical scanning device 30 is, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) that drives the mirror 310 with a piezoelectric element.
  • the mirror 310 reflects the light (combined light) emitted from the lasers 211R, 211G, and 211B, scans the incident light in two dimensions in the horizontal and vertical directions according to the video signal, and couples it to the screen 50. It functions as scanning means for imaging.
  • the optical scanning device 30 includes a mirror 310, a mirror support 320, torsion beams 330A and 330B, connection beams 340A and 340B, drive beams 350A and 350B, and movable. It has a frame 360, drive beams 370A and 370B, and a fixed frame 380.
  • the drive beams 350A and 350B have drive sources 351A and 351B, respectively.
  • the driving beams 370A and 370B have driving sources 371R and 371L, respectively.
  • the drive beams 350A and 350B and the drive beams 370A and 370B function as actuators that scan the laser beam by swinging the mirror 310 up and down or left and right.
  • the slit 322 is formed in the mirror support part 320 along the circumference of the mirror 310.
  • the slit 322 can relieve the stress generated when the twist of the torsion beams 330A and 330B is transmitted to the mirror 310 while reducing the weight of the mirror support 320.
  • the mirror 310 is supported on the surface of the mirror support 320, and the mirror support 320 is connected to the ends of the torsion beams 330A and 330B on both sides.
  • the torsion beams 330A and 330B constitute a swing shaft, extend in the axial direction, and support the mirror support 320 from both sides in the axial direction.
  • the mirror 310 supported by the mirror support portion 320 swings, and an operation of scanning the reflected light of the light irradiated on the mirror 310 is performed.
  • the torsion beams 330A and 330B are connected and supported by the connecting beams 340A and 340B, respectively, and are connected to the driving beams 350A and 350B.
  • the driving beams 350A and 350B, the connecting beams 340A and 340B, the torsion beams 330A and 330B, the mirror support 320 and the mirror 310 are surrounded by the movable frame 360.
  • Each of the driving beams 350A and 350B is supported on the movable frame 360 on one side.
  • the other side of the driving beam 350A extends to the inner peripheral side and is connected to the connecting beams 340A and 340B.
  • the other side of the driving beam 350B extends to the inner peripheral side and is connected to the connecting beams 340A and 340B.
  • the drive beams 350A and 350B are provided in a pair so as to sandwich the mirror 310 and the mirror support portion 320 in a direction orthogonal to the torsion beams 330A and 330B.
  • Drive sources 351A and 351B are formed on the surfaces of the drive beams 350A and 350B, respectively.
  • the driving sources 351A and 351B are piezoelectric elements having a structure in which a lower electrode, a piezoelectric film (such as a PZT film), and an upper electrode are sequentially stacked on the surfaces of the driving beams 350A and 350B.
  • the driving sources 351A and 351B expand or contract according to the polarity of the driving voltage applied to the upper electrode and the lower electrode.
  • the driving beam 350A and the driving beam 350B vibrate alternately on the left and right sides of the mirror 310 in the opposite directions.
  • the mirror 310 can be swung around the axis with the torsion beams 330A and 330B as the swing axis or the rotation axis.
  • the direction in which the mirror 310 swings around the axes of the torsion beams 330A and 330B is hereinafter referred to as the horizontal direction.
  • resonance vibration is used for horizontal driving by the driving beams 350A and 350B, and the mirror 310 can be driven to swing at high speed.
  • the driving beams 350A and 350B are horizontal driving beams provided with driving sources 351A and 351B that are horizontal driving sources that swing the mirror 310 in the horizontal direction.
  • one end of the drive beams 370A and 370B is connected to the outside of the movable frame 360.
  • the drive beams 370A and 370B are provided in pairs so as to sandwich the movable frame 360 from both the left and right sides.
  • the driving beam 370A has a zigzag shape as a whole, in which a beam extending in parallel with the driving beam 350A is connected to an adjacent beam at an end.
  • the other end of the drive beam 370 ⁇ / b> A is connected to the inside of the fixed frame 380.
  • the driving beam 370B has a zigzag shape as a whole, in which a beam extending in parallel with the driving beam 350B is connected to an adjacent beam at an end.
  • the other end of the drive beam 370 ⁇ / b> B is connected to the inside of the fixed frame 380.
  • the driving sources 371R and 371L are formed on the surfaces of the driving beams 370A and 370B for each rectangular unit not including a curved portion.
  • the drive sources 371R and 371L are piezoelectric elements having a structure in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially stacked on the surfaces of the drive beams 370A and 370B.
  • the driving beams 370A and 370B apply the driving voltages having different polarities between the driving sources 371R and 371L adjacent to each other in a rectangular unit, thereby causing the adjacent rectangular beams to bend in the opposite directions in the vertical direction.
  • the accumulated motion is transmitted to the movable frame 360.
  • the driving beams 370A and 370B swing the mirror 310 in a vertical direction that is a direction orthogonal to the parallel direction.
  • non-resonant vibration can be used for vertical driving by the driving beams 370A and 370B.
  • the drive source 371R includes drive sources 371AR, 371BR, 371CR, 371DR, 371ER, and 371FR arranged from the movable frame 360 side to the right side.
  • the drive source 371L includes drive sources 371AL, 371BL, 371CL, 371DL, 371EL, and 371FL arranged from the movable frame 360 side to the left side.
  • the drive sources 371AR, 371AL, 371CR, 371CL, 371ER, and 371EL are driven in the same waveform
  • the drive sources 371BR, 371BL, 371DR, 371DL, 371FR, and 371FL are driven in the same waveform with different phases from the former. Can move.
  • the drive beams 370A and 370B are vertical drive beams provided with drive sources 371R and 371L which are vertical drive sources that swing the mirror 310 in the vertical direction.
  • the drive wiring for applying a drive voltage to the upper electrode and the lower electrode of the drive source 351A is connected to a predetermined terminal included in the terminal group TA provided in the fixed frame 380. Further, the drive wiring for applying the drive voltage to the upper electrode and the lower electrode of the drive source 351B is connected to a predetermined terminal included in the terminal group TB provided on the fixed frame 380. Further, the drive wiring for applying the drive voltage to the upper electrode and the lower electrode of the drive source 371R is connected to a predetermined terminal included in the terminal group TA provided in the fixed frame 380. In addition, the drive wiring for applying the drive voltage to the upper electrode and the lower electrode of the drive source 371L is connected to a predetermined terminal included in the terminal group TB provided on the fixed frame 380.
  • the optical scanning device 30 detects the horizontal tilt (horizontal swing angle) of the mirror 310 in a state where the drive voltage is applied to the drive sources 351A and 351B and the mirror 310 is swung in the horizontal direction.
  • a displacement sensor 391 is provided.
  • a temperature sensor 397 for temperature compensation of the horizontal displacement sensor 391 for detecting the temperature in the vicinity of the horizontal displacement sensor 391 is provided.
  • the optical scanning device 30 detects a vertical tilt degree (vertical swing angle) of the mirror 310 in a state where the drive voltage is applied to the drive sources 371R and 371L and the mirror 310 is swung in the vertical direction.
  • Displacement sensors 395 and 396 are provided.
  • a temperature sensor 398 for temperature compensation of the vertical displacement sensor 395 that detects the temperature in the vicinity of the vertical displacement sensor 395 is provided.
  • a temperature sensor 399 for compensating the temperature of the vertical displacement sensor 396 that detects the temperature in the vicinity of the vertical displacement sensor 396 is provided in the vicinity of the vertical displacement sensor 396.
  • the optical scanning device 30 is provided with a plurality of displacement sensors and temperature sensors, and one temperature sensor is assigned to each displacement sensor.
  • the output of each temperature sensor is input to a temperature measurement circuit 17 provided outside the optical scanning device 30, and the temperature measurement circuit 17 determines the temperature of each displacement sensor (the vicinity of each displacement sensor based on the resistance value of each temperature sensor. Temperature).
  • the optical scanning device 30 is mounted on a ceramic package together with a drive circuit in a unit 150 (see FIG. 3B), for example, and is covered with a ceramic cover.
  • the optical unit 40 is an optical system for projecting the light scanned by the optical scanning device 30 onto the screen 50.
  • the optical mirror 40 includes a reflective mirror 41, a reflective mirror 42, and a reflective mirror.
  • the mirror 43, the concave mirror 44, etc. can be included.
  • a lens may be used instead of the reflecting mirror.
  • the light incident on the optical unit 40 from the optical scanning device 30 is converted into substantially parallel light by the concave mirror 44 and forms an image on the screen 50, and an image corresponding to the video signal is drawn on the screen 50.
  • the screen 50 is provided with, for example, a microlens array in order to remove the noise of the image that looks grainy called speckle.
  • each microlens constituting the microlens array corresponds to a pixel of the display, and the irradiated laser beam is desirably equal to or smaller than the size of the microlens.
  • the light quantity detection sensor 60 can be disposed at any position where the light quantity after passing through the neutral density filter 24 can be detected.
  • the light amount detection sensor 60 can independently detect the light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B after passing through the neutral density filter 24.
  • the light quantity detection sensor 60 for example, one or a plurality of photodiodes can be used.
  • the system controller 11 can control the deflection angle of the mirror 310.
  • the system controller 11 monitors the horizontal and vertical inclinations of the mirror 310 obtained by the horizontal displacement sensor 391 and the vertical displacement sensors 395 and 396 via the buffer circuit 13. Further, the system controller 11 monitors the output of the temperature measurement circuit 17 that measures the temperature of the horizontal displacement sensor 391, the vertical displacement sensor 395, and 396 based on the resistance values of the temperature sensors 397 to 399.
  • the system controller 11 generates a signal in which the outputs of the horizontal displacement sensor 391 and the vertical displacement sensors 395 and 396 are temperature-compensated based on the output of the temperature measurement circuit 17 and supplies the signals to the mirror drive circuit 14 as an angle control signal. Can do.
  • the mirror driving circuit 14 supplies a predetermined driving signal to the driving beams 350A and 350B and the driving beams 370A and 370B, and drives (scans) the mirror 310 at a predetermined angle. can do.
  • the system controller 11 can supply a digital video signal to the laser drive circuit 15, for example.
  • the laser drive circuit 15 supplies a predetermined current to the lasers 211R, 211G, and 211B based on the video signal from the system controller 11. Accordingly, the lasers 211R, 211G, and 211B emit red, green, and blue light modulated according to the video signal, and a color image can be formed by combining these light.
  • the CPU 12 can monitor the emitted light quantity at the base of the lasers 211R, 211G, and 211B by the output of the light quantity detection sensor 215 and supply a light quantity control signal to the LD module 21, for example.
  • the lasers 211 ⁇ / b> R, 211 ⁇ / b> G, and 211 ⁇ / b> B are current-controlled so as to obtain a predetermined output (light quantity) based on the light quantity control signal from the CPU 12.
  • the light amount detection sensor 215 can include three sensors that independently detect the emitted light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B.
  • the light amount detection sensor 215 may be composed of only one sensor.
  • the emitted light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B can be controlled by sequentially emitting the lasers 211R, 211G, and 211B and sequentially detecting them with one sensor.
  • the CPU 12 can monitor the temperatures of the lasers 211 R, 211 G, and 211 B based on the output of the temperature sensor 23 and supply a temperature control signal to the temperature control circuit 16. Then, the temperature control circuit 16 supplies a predetermined current to the temperature control unit 22 based on the temperature control signal from the CPU 12. Thereby, the temperature control part 22 is heated or cooled, and it can control so that each laser may become predetermined
  • the light quantity detection sensor 60 detects the light quantity after passing through the neutral density filter 24.
  • the light amount detection sensor 215 for adjusting the light amount of each laser is mounted in the LD module 21 and is the root of the lasers 211R, 211G, and 211B (before passing through the neutral density filter 24). ) The amount of emitted light is detected.
  • the image actually displayed by the optical scanning control device 1 is based on the light imaged on the screen 50, there is a case where correct adjustment cannot be performed by adjustment based on the laser light quantity at the base.
  • the neutral density filter 24 since the neutral density filter 24 is provided on the optical path, the expected attenuation ratio cannot be obtained depending on the characteristics of the neutral density filter 24. Therefore, the amount of light after passing through the neutral density filter 24 is as expected. It may not be possible. Further, when there is a variation in the R / G / B dimming ratio of the neutral density filter 24, the white balance after passing through the neutral density filter 24 may be lost. Further, the characteristics of the optical scanning device 30 may fluctuate due to temperature and aging degradation. Such a problem cannot be solved no matter how precisely the light amount before passing through the optical scanning device 30 is controlled by the light amount detection sensor 215.
  • a light quantity detection sensor 60 is provided as a light quantity detection means for detecting the light quantity after passing through the neutral density filter 24.
  • the detection result of the light quantity detection sensor 60 is input to the CPU 12 which is a control means, and the CPU 12 supplies a light quantity control signal for controlling the current value of each laser to the LD module 21 based on the light quantity detected by the light quantity detection sensor 60. Can do.
  • the light amount detection sensor 60 can independently detect the respective light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B, and the CPU 12 determines the current values of the respective lasers based on the respective light amounts detected by the light amount detection sensor 60. Can be controlled.
  • a piezoelectric sensor piezoelectric element
  • the displacement sensor has temperature dependence as shown in FIG. 5, for example.
  • the example of FIG. 5 shows the characteristic that the output voltage of the displacement sensor increases as the temperature increases.
  • the displacement sensor has temperature dependence, accurate displacement detection cannot be performed. Therefore, conventionally, a thermistor is mounted in a ceramic package on which the optical scanning device 30 is mounted, and temperature compensation of the displacement sensor is performed based on the output of the thermistor. Had gone. In the conventional method, since it is difficult to dispose the displacement sensor and the thermistor close to each other, the temperature in the vicinity of the displacement sensor cannot be accurately detected.
  • temperature sensors 397 to 399 are mounted in the optical scanning device 30 so that the temperature in the vicinity of each displacement sensor can be detected with high accuracy. This will be described in detail below.
  • (Horizontal displacement sensor and temperature sensor) 6 is a partially enlarged plan view of the vicinity of the horizontal displacement sensor 391 and the temperature sensor 397 in FIG.
  • a piezoelectric sensor is used as the horizontal displacement sensor 391.
  • the horizontal displacement sensor 391 is disposed on the drive source 351B side of the connection portion between the torsion beam 330B and the connection beam 340B.
  • the current value corresponding to the displacement is output.
  • dummy sensors 392, 393, and 394 having the same layer structure as the horizontal displacement sensor 391 are provided.
  • the dummy sensor 392 is on the drive source 351A side of the connecting portion between the torsion beam 330B and the connecting beam 340B
  • the dummy sensor 393 is on the drive source 351B side of the connecting portion between the torsion beam 330A and the connecting beam 340A
  • the dummy sensor 394 is on the torsion beam.
  • the connecting portion between 330A and the connecting beam 340A is disposed on the drive source 351A side.
  • the same layer structure means that the materials constituting each layer are the same, and the thicknesses of the layers are substantially the same.
  • the horizontal displacement sensor 391 and the dummy sensor 392 have a structure in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially stacked on the surface of the connecting beam 340B.
  • the dummy sensor 393 and the dummy sensor 394 have a structure in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially stacked on the surface of the connecting beam 340A.
  • wiring connected to predetermined terminals included in the terminal group TB provided in the fixed frame 380 is formed. However, since the outputs of the dummy sensors 392, 393, and 394 are not used, wiring is performed. Is not formed.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the temperature sensor 397.
  • FIG. 7A is a plan view
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 7A.
  • the temperature sensor 397 has a meandering pattern in which the wiring thickness T and the wiring width W are substantially constant and has a predetermined wiring length, and the first layer 397A and the second layer 397B are formed on the surface of the connecting beam 340B.
  • a terminal 397TA and a terminal 397TB are formed at both ends of the meandering pattern of the temperature sensor 397, and the terminal 397TA and the terminal 397TB are connected to a wiring reaching the terminal group TB.
  • the meander pattern is an example, and the temperature sensor 397 may have any pattern as long as a necessary wiring length can be secured.
  • the temperature sensor 397 may be a linear pattern. The same applies to other temperature sensors.
  • the laminated structure of the first layer 397A and the second layer 397B includes the layer structure of the lower electrode of the horizontal displacement sensor 391 and the lower electrodes of the drive sources 351A, 351B, 371R, and 371L that are piezoelectric elements. It is the same as the layer structure.
  • the first layer 397A for example, lanthanum nickel oxide (LNO) which is a conductive oxide can be used.
  • the thickness of the first layer 397A can be, for example, about 10 to 100 nm.
  • the second layer 397B for example, platinum (Pt) which is a metal can be used.
  • the thickness of the second layer 397B can be, for example, about 50 to 200 nm.
  • the lower electrode of the horizontal displacement sensor 391 and the lower electrodes of the drive sources 351A, 351B, 371R, and 371L that are piezoelectric elements also have a laminated structure of lanthanum nickel oxide (LNO) and platinum (Pt).
  • LNO lanthanum nickel oxide
  • Pt platinum
  • an insulating film such as alumina (Al 2 O 3 ) may be formed on the surface of the temperature sensor 397 to cover the stacked structure of the first layer 397A and the second layer 397B.
  • the layer structure of the temperature sensor 397 and the layer structure of the lower electrode of the horizontal displacement sensor 391 and the layer structure of the lower electrodes of the drive sources 351A, 351B, 371R and 371L which are piezoelectric elements are made the same.
  • the temperature sensor 397 can be patterned simultaneously. Therefore, the temperature sensor 397 can be manufactured without increasing the manufacturing process.
  • the dummy sensors 392, 393, and 394 can also be patterned simultaneously with the temperature sensor 397. As a result, cost reduction of the optical scanning device 30 can be realized.
  • the temperature in the vicinity of the horizontal displacement sensor 391 can be detected with higher accuracy than before. be able to.
  • FIG. 8 is a partially enlarged plan view of the vicinity of the vertical displacement sensor 395 and the temperature sensor 398 of FIG.
  • a piezoelectric sensor is used as the vertical displacement sensor 395.
  • the vertical displacement sensor 395 is disposed at the upper end portion of the rectangular beam of the driving beam 370B, and the displacement of the rectangular beam provided with the vertical displacement sensor 395 in the driving beam 370B in accordance with the vertical inclination of the mirror 310.
  • the current value corresponding to is output.
  • the vertical displacement sensor 395 has a structure in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially stacked on the surface of the driving beam 370B.
  • a wiring connected to a predetermined terminal included in the terminal group TB provided on the fixed frame 380 is formed.
  • the vertical displacement sensor 395 has the same layer structure as that of the horizontal displacement sensor 391.
  • the vertical displacement sensor 395 has a laminated structure of lanthanum nickel oxide (LNO) and platinum (Pt).
  • the temperature sensor 398 is a meandering pattern in which the wiring thickness T and the wiring width W are substantially constant and has a predetermined wiring length, and the upper end of the rectangular beam included in the driving beam 370B. It is formed on the surface.
  • the temperature sensor 398 is a resistance temperature sensor having the same layer structure as the temperature sensor 397 (that is, the same layer structure as the lower electrode of the vertical displacement sensor 395). Terminals are formed at both ends of the meandering pattern of the temperature sensor 398, and each terminal is connected to a wiring reaching the terminal group TB.
  • the vertical displacement sensor 396 is also provided at the lower end of the rectangular beam of the drive beam 370A with the same configuration as the vertical displacement sensor 395. .
  • the vertical displacement sensor 396 outputs a current value corresponding to the displacement of the rectangular beam provided with the vertical displacement sensor 396 in the driving beam 370A in accordance with the vertical inclination of the mirror 310.
  • the temperature sensor 399 is also provided in the vicinity of the temperature sensor 399 at the lower end of the rectangular beam of the driving beam 370A with the same configuration as the temperature sensor 398.
  • wiring connected to predetermined terminals included in the terminal group TA provided in the fixed frame 380 is formed.
  • the terminal groups TA and TB are connected to the circuit unit 10 via, for example, a flexible cable.
  • the layer structure of the temperature sensors 398 and 399 is the same as the layer structure of the lower electrodes of the vertical displacement sensors 395 and 396, and the layer structure of the lower electrodes of the drive sources 351A, 351B, 371R, and 371L that are piezoelectric elements. (The same as the layer structure of the lower electrode of the horizontal displacement sensor 391), the lower electrodes of the vertical displacement sensors 395 and 396 and the lower electrodes of the drive sources 351A, 351B, 371R, and 371L which are piezoelectric elements are formed.
  • the temperature sensors 398 and 399 can be patterned simultaneously. Therefore, the temperature sensors 398 and 399 can be manufactured without increasing the number of manufacturing steps, and the cost of the optical scanning device 30 can be reduced.
  • the temperature in the vicinity of the vertical displacement sensor 395 can be detected with higher accuracy than before. be able to.
  • the temperature sensor 399 on the same plane as the vertical displacement sensor 396 in the vicinity of the vertical displacement sensor 396 (on the surface of the drive beam 370A), the temperature in the vicinity of the vertical displacement sensor 396 is detected with higher accuracy than in the past. be able to.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the temperature measurement circuit 17. As shown in FIG. 9, the temperature sensor 397 is connected to the temperature measurement circuit 17, and the output of the temperature measurement circuit 17 is input to the system controller 11 (see FIG. 1).
  • the temperature measurement circuit 17 is a two-conductor temperature measurement circuit.
  • one end of the temperature sensor 397 is input to the negative terminal of IC 1 (differential amplifier) of the temperature measurement circuit 17 via a wiring having a resistance R 1 .
  • the other end of the temperature sensor 397, via a wire having a resistance R 2 is connected to the GND terminal of the temperature measuring circuit 17.
  • the negative terminal of IC 1 is pulled up to the power supply V DD terminal by resistor R 3 . Further, the plus terminal of IC 1 is pulled up to the power source V DD terminal by the resistor R 4 and pulled down to the GND terminal by the resistor R 5 .
  • the temperature sensor 397 can be a resistor having a resistance of 100 ⁇ at 0 ° C.
  • the resistors R 3 , R 4 , and R 5 can be 100 ⁇ resistors.
  • the resistance R 1 resistance R 2 ⁇ 0 ⁇ , so that the temperature sensor 397 and the resistances R 3 , R 4 , and R 5 are bridged.
  • a circuit can be formed.
  • a lanthanum nickel oxide (LNO) having a thickness of 30 nm and a thickness are used as a lower electrode of the horizontal displacement sensor 391, a lower electrode of the vertical displacement sensors 395 and 396, and a lower electrode of the driving sources 351A, 351B, 371R, and 371L which are piezoelectric elements.
  • a laminated structure with 150 nm thick platinum (Pt) was produced by sputtering.
  • a laminated structure of lanthanum nickel oxide (LNO) with a thickness of 30 nm and platinum (Pt) with a thickness of 150 nm was produced as a temperature sensor 397 to 399 by sputtering.
  • a piezoelectric film and an upper electrode were sequentially stacked on the horizontal displacement sensor 391, the vertical displacement sensors 395 and 396, and the lower electrodes of the drive sources 351A, 351B, 371R, and 371L, which are piezoelectric elements, by sputtering.
  • the formation positions of the horizontal displacement sensor 391, the vertical displacement sensors 395 and 396, and the temperature sensors 397 to 399 are as shown in FIG.
  • the wiring widths W (see FIG. 7) of the temperature sensors 397 to 399 were adjusted to 12 ⁇ m and the wiring lengths were adjusted to 4000 ⁇ m.
  • the wiring length of the temperature sensor 397 is the length of a line passing through the center of the wiring width W in the meandering pattern of the wiring width W connecting the terminals 397TA and 397TB in the plan view of FIG. That's it. The same applies to the temperature sensors 398 and 399.
  • the temperature measuring circuit 17 the two-wire temperature measuring circuit shown in FIG. 9 was used as the temperature measuring circuit 17, the two-wire temperature measuring circuit shown in FIG. 9 was used.
  • FIG. 10 is a graph illustrating the temperature dependence of the temperature sensor 397. As shown in FIG. 10, it was confirmed that the resistance of the temperature sensor 397 changes linearly with respect to the temperature. The resistance of the temperature sensor 397 in FIG. 10 depends only on platinum (Pt), and since lanthanum nickel oxide (LNO) has a high resistance, it does not affect the resistance of the temperature sensor 397 as a whole. Similar results were obtained for the temperature sensors 398 and 399.
  • FIG. 11 is a graph illustrating the temperature-dependent reproducibility of the temperature sensor 397, in which the change in resistance of the temperature sensor 397 with respect to temperature is measured twice and plotted. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the resistance of the temperature sensor 397 has accurate reproducibility by repeated measurement. Similar results were obtained for the temperature sensors 398 and 399.
  • FIG. 12 is a graph illustrating the wiring length dependency of the temperature sensor 397. As shown in FIG. 12, it was confirmed that the resistance of the temperature sensor 397 changes linearly with respect to the wiring length. Similar results were obtained for the temperature sensors 398 and 399. From FIG. 12, by adjusting the wiring thickness to 150 nm (platinum (Pt) thickness is 150 nm), the wiring width W to 12 ⁇ m, and the wiring length to 1200 ⁇ m, the temperature sensor 397 to 399 has a resistance of 100 ⁇ at 0 ° C. Can be realized.
  • platinum platinum
  • the horizontal displacement sensor 391 As described above, by forming the temperature sensors 397 to 399 having the same layer structure as the lower electrodes of the horizontal displacement sensor 391 and the vertical displacement sensors 395 and 396 in the optical scanning device 30, the horizontal displacement sensor 391, the vertical displacement sensor 395, and It was confirmed that the temperature in the vicinity of 396 can be detected with high accuracy.
  • the optical scanning control device according to the present invention is not limited to the above example.
  • the optical scanning control device according to the present invention can be applied to various devices that display an image on a screen. Examples of such devices include an on-vehicle head-up display, a laser printer, a laser scanning epilator, a laser head lamp, and a laser radar.

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Abstract

ミラーを揺動させて入射光を走査する光走査装置である。光走査装置は、前記ミラーの振角を検出する変位センサと、前記変位センサの温度補償用の温度センサと、を有する。前記変位センサは、下部電極、圧電膜、及び上部電極が順次積層された構造の圧電センサである。前記温度センサは、前記下部電極と同一層構造の抵抗式測温体である。

Description

光走査装置及びその製造方法、光走査制御装置
本発明は、光走査装置及びその製造方法、光走査制御装置に関する。
レーザ光を走査して画像を表示する光走査制御装置が知られている。この光走査制御装置は、光源から発せられる光を光学系を介さずに直接検出する第１検出手段と、光源から発せられる光を光学系を介して検出する第２検出手段とを備えている。そして、第１検出手段と第２検出手段との検出結果の組み合わせに基づいて、異常判定等を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
ところで、レーザ光を走査する光走査制御装置は、例えば、レーザ光を走査する光走査装置に光を走査するミラーの傾き具合を検出する変位センサを有する。光走査制御装置は、変位センサの出力に基づいて、ミラーの振れ角制御を行う。
しかしながら、変位センサの出力に温度依存性がある場合には、正確な振れ角制御ができないという問題があった。光走査装置の外部にサーミスタ等の補償用の温度センサを設けることも考えられるが、温度センサを変位センサと近接配置できず変位センサ近傍の温度を正確に検出できないため、精度のよい温度補償を行うことは困難であった。
特開２０１３－１１８５２号公報
上記の課題に鑑みて、本発明の一実施例は、変位センサの出力の温度依存性を高精度で補償可能な光走査装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施例では、本光走査装置（１）は、ミラー（３１０）を揺動させて入射光を走査する光走査装置を提供する。前記ミラー（３１０）の振角を検出する変位センサ（３９１、３９５、３９６）と、前記変位センサ（３９１、３９５、３９６）の温度補償用の温度センサ（３９７、３９８、３９９）と、を有する。前記変位センサ（３９１、３９５、３９６）は、下部電極、圧電膜、及び上部電極が順次積層された構造の圧電センサである。前記温度センサ（３９７、３９８、３９９）は、前記下部電極と同一層構造の抵抗式測温体である。　
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
本発明の実施例によれば、変位センサの出力の温度依存性を高精度で補償可能な光走査装置を提供できる。
本実施の形態に係る光走査制御装置を例示するブロック図である。 光走査制御装置を構成する光走査装置を例示する平面図である。 本実施の形態に係る光走査制御装置を例示する外観図（その１）である。 本実施の形態に係る光走査制御装置を例示する外観図（その２）である。 変位センサの温度依存性について説明する図である。 水平変位センサ３９１及び温度センサ３９７近傍の部分拡大平面図である。 温度センサ３９７を例示する図である。 垂直変位センサ３９５及び温度センサ３９８近傍の部分拡大平面図である。 温度測定回路１７について例示する図である。 温度センサ３９７の温度依存性を例示するグラフである。 温度センサ３９７の温度依存再現性を例示するグラフである。 温度センサ３９７の配線長依存性を例示するグラフである。
　　以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
　図１は、本実施の形態に係る光走査制御装置を例示するブロック図である。図２は、光走査制御装置を構成する光走査装置を例示する平面図である。図３及び図４は、本実施の形態に係る光走査制御装置を例示する外観図である。
　（光走査制御装置の概略構成）
　まず、図１～図４を参照して、光走査制御装置１の概略構成について説明する。光走査制御装置１は、主要な構成要素として、回路部１０と、光源部２０と、光走査装置３０と、光学部４０と、スクリーン５０と、光量検出センサ６０とを有し、これらは筐体１００に格納されている。光走査制御装置１は、例えば、レーザ走査型プロジェクタである。
　回路部１０は、光源部２０や光走査装置３０を制御する部分であり、例えば、システムコントローラ１１やＣＰＵ（Central Processing Unit）１２、各種駆動回路等により構成することができる。
　光源部２０は、ＬＤモジュール２１と、温度制御部２２と、温度センサ２３と、減光フィルタ２４とを有する。
　ＬＤモジュール２１は、電流値に応じて出射する光量が変化するレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂや、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の直近の光量をモニタする光量検出センサ２１５等を備えている。レーザ２１１Ｒは、例えば、赤色半導体レーザであり、波長λＲ（例えば、６４０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｇは、例えば、緑色半導体レーザであり、波長λＧ（例えば、５３０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｂは、例えば、青色半導体レーザであり、波長λＢ（例えば、４４５ｎｍ）の光を出射することができる。光量検出センサ２１５としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。光量検出センサ２１５は、減光フィルタ２４を通過前の光量を検出できる任意の位置に配置することができる。
　温度制御部２２は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂを所定の温度に制御することができる。温度センサ２３は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の温度を検出することができる。温度制御部２２としては、例えば、ペルチェ素子を用いることができる。温度センサ２３としては、例えば、サーミスタを用いることができる。
　減光フィルタ２４は、ミラー３１０の前段に配置され、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された光（合成後の光）が入射する。減光フィルタ２４は、スクリーン５０上の輝度を調整する機能を有する。減光フィルタ２４としては、ＮＤ（Neutral Density）フィルタや液晶素子、偏光フィルタ等を用いることができる。減光フィルタ２４は、例えば、入射光の光軸に対して傾けて挿入され、透過しない光（減光される光）は、減光フィルタ２４によって吸収若しくは反射される。
　光走査装置３０は、例えば、圧電素子によりミラー３１０を駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）である。ミラー３１０は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された光（合成後の光）を反射させ、映像信号に応じて入射光を水平方向及び垂直方向の２次元に走査してスクリーン５０に結像させる走査手段として機能する。
　具体的には、図２に示すように、光走査装置３０は、ミラー３１０と、ミラー支持部３２０と、捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂと、連結梁３４０Ａ及び３４０Ｂと、駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂと、可動枠３６０と、駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂと、固定枠３８０とを有する。又、駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂは、それぞれ駆動源３５１Ａ及び３５１Ｂを有する。又、駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂは、それぞれ駆動源３７１Ｒ及び３７１Ｌを有する。駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂ、駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂは、ミラー３１０を上下又は左右に揺動してレーザ光を走査するアクチュエータとして機能する。
　ミラー支持部３２０には、ミラー３１０の円周に沿うようにスリット３２２が形成されている。スリット３２２により、ミラー支持部３２０を軽量化しつつ捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂによる捻れをミラー３１０へ伝達する際に発生する応力を緩和することができる。
　光走査装置３０において、ミラー支持部３２０の表面にミラー３１０が支持され、ミラー支持部３２０は、両側にある捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂの端部に連結されている。捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂは、揺動軸を構成し、軸方向に延在してミラー支持部３２０を軸方向両側から支持している。捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂが捻れることにより、ミラー支持部３２０に支持されたミラー３１０が揺動し、ミラー３１０に照射された光の反射光を走査させる動作を行う。捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂは、それぞれが連結梁３４０Ａ及び３４０Ｂに連結支持され、駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂに連結されている。
　駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂ、連結梁３４０Ａ及び３４０Ｂ、捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂ、ミラー支持部３２０及びミラー３１０は、可動枠３６０に取り囲まれている。駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂは、可動枠３６０にそれぞれの一方の側が支持されている。駆動梁３５０Ａの他方の側は内周側に延びて連結梁３４０Ａ及び３４０Ｂと連結している。駆動梁３５０Ｂの他方の側も同様に、内周側に延びて連結梁３４０Ａ及び３４０Ｂと連結している。
　駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂは、捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂと直交する方向に、ミラー３１０及びミラー支持部３２０を挟むように、対をなして設けられている。駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂの表面には、駆動源３５１Ａ及び３５１Ｂがそれぞれ形成されている。駆動源３５１Ａ及び３５１Ｂは、駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂの表面上に下部電極、圧電膜（ＰＺＴ膜等）、及び上部電極が順次積層された構造の圧電素子である。駆動源３５１Ａ及び３５１Ｂは、上部電極と下部電極に印加する駆動電圧の極性に応じて伸長したり縮小したりする。
　このため、駆動梁３５０Ａと駆動梁３５０Ｂとで異なる位相の駆動電圧を交互に印加すれば、ミラー３１０の左側と右側で駆動梁３５０Ａと駆動梁３５０Ｂとが上下反対側に交互に振動する。これにより、捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂを揺動軸又は回転軸として、ミラー３１０を軸周りに揺動させることができる。ミラー３１０が捻れ梁３３０Ａ及び３３０Ｂの軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。例えば駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂによる水平駆動には、共振振動が用いられ、高速にミラー３１０を揺動駆動することができる。
　このように、駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂは、ミラー３１０を水平方向に揺動する水平駆動源である駆動源３５１Ａ及び３５１Ｂを備えた水平駆動梁である。
　又、可動枠３６０の外部には、駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂの一端が連結されている。駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂは、可動枠３６０を左右両側から挟むように、対をなして設けられている。駆動梁３７０Ａは、駆動梁３５０Ａと平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして、駆動梁３７０Ａの他端は、固定枠３８０の内側に連結されている。駆動梁３７０Ｂも同様に、駆動梁３５０Ｂと平行に延在する梁が、隣接する梁と端部で連結され、全体としてジグザグ状の形状を有する。そして駆動梁３７０Ｂの他端は、固定枠３８０の内側に連結されている。
　駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂの表面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位毎に駆動源３７１Ｒ及び３７１Ｌが形成されている。駆動源３７１Ｒ及び３７１Ｌは、駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂの表面上に下部電極、圧電膜、及び上部電極が順次積層された構造の圧電素子である。
　駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂは、矩形単位毎に隣接している駆動源３７１Ｒ及び３７１Ｌ同士で、異なる極性の駆動電圧を印加することにより、隣接する矩形梁を上下反対方向に反らせ、各矩形梁の上下動の蓄積を可動枠３６０に伝達する。駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂは、この動作により、平行方向と直交する方向である垂直方向にミラー３１０を揺動させる。例えば駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動を用いることができる。
　例えば、駆動源３７１Ｒは、可動枠３６０側から右側に向かって並ぶ駆動源３７１ＡＲ、３７１ＢＲ、３７１ＣＲ、３７１ＤＲ、３７１ＥＲ及び３７１ＦＲを含む。又、駆動源３７１Ｌは、可動枠３６０側から左側に向かって並ぶ駆動源３７１ＡＬ、３７１ＢＬ、３７１ＣＬ、３７１ＤＬ、３７１ＥＬ及び３７１ＦＬを含む。この場合、駆動源３７１ＡＲ、３７１ＡＬ、３７１ＣＲ、３７１ＣＬ、３７１ＥＲ、３７１ＥＬを同波形、駆動源３７１ＢＲ、３７１ＢＬ、３７１ＤＲ、３７１ＤＬ、３７１ＦＲ、３７１ＦＬを前者と位相の異なる同波形で駆動することで垂直方向へ遥動することができる。
　このように、駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂは、ミラー３１０を垂直方向に揺動する垂直駆動源である駆動源３７１Ｒ及び３７１Ｌを備えた垂直駆動梁である。
　駆動源３５１Ａの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠３８０に設けられた端子群ＴＡに含まれる所定の端子と接続されている。又、駆動源３５１Ｂの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠３８０に設けられた端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続されている。又、駆動源３７１Ｒの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠３８０に設けられた端子群ＴＡに含まれる所定の端子と接続されている。又、駆動源３７１Ｌの上部電極及び下部電極に駆動電圧を印加する駆動配線は、固定枠３８０に設けられた端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続されている。
　光走査装置３０は、駆動源３５１Ａ及び３５１Ｂに駆動電圧が印加されてミラー３１０が水平方向に遥動している状態におけるミラー３１０の水平方向の傾き具合（水平方向の振角）を検出する水平変位センサ３９１を備えている。水平変位センサ３９１の近傍には、水平変位センサ３９１の近傍の温度を検知する水平変位センサ３９１の温度補償用の温度センサ３９７が設けられている。
　光走査装置３０は、駆動源３７１Ｒ及び３７１Ｌに駆動電圧が印加されてミラー３１０が垂直方向に遥動している状態におけるミラー３１０の垂直方向の傾き具合（垂直方向の振角）を検出する垂直変位センサ３９５及び３９６を備えている。垂直変位センサ３９５の近傍には、垂直変位センサ３９５の近傍の温度を検知する垂直変位センサ３９５の温度補償用の温度センサ３９８が設けられている。又、垂直変位センサ３９６の近傍には、垂直変位センサ３９６の近傍の温度を検知する垂直変位センサ３９６の温度補償用の温度センサ３９９が設けられている。
　このように、光走査装置３０には、変位センサ及び温度センサが複数個設けられ、夫々の変位センサに対して１つの温度センサが割り当てられている。そして、各温度センサの出力は光走査装置３０外に設けられた温度測定回路１７に入力され、温度測定回路１７は各温度センサの抵抗値に基づいて各変位センサの温度（各変位センサ近傍の温度）を測定する。
　なお、光走査装置３０は、例えば、ユニット１５０（図３（ｂ）参照）において、駆動回路等と共にセラミックパッケージに搭載され、セラミックカバーに覆われている。
　光学部４０は、光走査装置３０にて走査された光をスクリーン５０に投射するための光学系であり、例えば、図３（ｂ）等に示すように、反射ミラー４１、反射ミラー４２、反射ミラー４３、凹面ミラー４４等を含んで構成することができる。但し、必要に応じ、反射ミラーに代えてレンズを用いてもよい。光走査装置３０から光学部４０に入射した光は、凹面ミラー４４により略平行光とされてスクリーン５０に結像し、スクリーン５０に映像信号に応じた画像が描画される。
　スクリーン５０は、スペックルと呼ばれる粒状に見える画像のノイズを除去するため、例えば、マイクロレンズアレイを備えている。この場合、マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズは、ディスプレイの画素に相当し、照射されるレーザビームはマイクロレンズのサイズに比べて等しいか、より小さいことが望ましい。
　光量検出センサ６０は、減光フィルタ２４を通過後の光量を検出できる任意の位置に配置することができる。光量検出センサ６０は、減光フィルタ２４を通過後のレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の光量を独立に検出可能である。光量検出センサ６０としては、例えば、１つ又は複数のフォトダイオード等を用いることができる。
　（光走査制御装置の概略動作）
　次に、光走査制御装置１の概略動作について説明する。システムコントローラ１１は、例えば、ミラー３１０の振れ角制御を行うことができる。システムコントローラ１１は、例えば、水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６で得られるミラー３１０の水平方向及び垂直方向の傾きをバッファ回路１３を介してモニタする。又、システムコントローラ１１は、温度センサ３９７～３９９の夫々の抵抗値に基づいて水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６の温度を測定する温度測定回路１７の出力をモニタする。
　そして、システムコントローラ１１は、温度測定回路１７の出力に基づいて水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６の出力を温度補償した信号を生成し、ミラー駆動回路１４に角度制御信号として供給することができる。そして、ミラー駆動回路１４は、システムコントローラ１１からの角度制御信号に基づいて、駆動梁３５０Ａ及び３５０Ｂ、駆動梁３７０Ａ及び３７０Ｂに所定の駆動信号を供給し、ミラー３１０を所定角度に駆動（走査）することができる。
　又、システムコントローラ１１は、例えば、ディジタルの映像信号をレーザ駆動回路１５に供給することができる。そして、レーザ駆動回路１５は、システムコントローラ１１からの映像信号に基づいて、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂに所定の電流を供給する。これにより、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂが映像信号に応じて変調された赤色、緑色、及び青色の光を発し、これらを合成することでカラーの画像を形成することができる。
　ＣＰＵ１２は、例えば、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの根元の出射光量を光量検出センサ２１５の出力によりモニタし、ＬＤモジュール２１に光量制御信号を供給することができる。レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂは、ＣＰＵ１２からの光量制御信号に基づいて、所定の出力（光量）になるように電流制御される。
　なお、光量検出センサ２１５は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの出射光量を独立に検出する３つのセンサを含む構成とすることができる。或いは、光量検出センサ２１５は、１つのセンサのみから構成してもよい。この場合には、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂを順次発光させて、１つのセンサで順次検出することで、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの出射光量の制御が可能となる。
　又、ＣＰＵ１２は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの温度を温度センサ２３の出力によりモニタし、温度制御回路１６に温度制御信号を供給することができる。そして、温度制御回路１６は、ＣＰＵ１２から温度制御信号に基づいて、温度制御部２２に所定の電流を供給する。これにより、温度制御部２２が加熱又は冷却され、各レーザが所定の温度になるように制御することができる。
　光量検出センサ６０は、減光フィルタ２４を通過後の光量を検出する。前述のように、各レーザの光量調整を実施するための光量検出センサ２１５はＬＤモジュール２１の中に実装されており、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの根元の（減光フィルタ２４を通過前の）出射光量を検出している。しかしながら、光走査制御装置１で実際に表示される画像はスクリーン５０に結像した光によるので、根元のレーザ光量による調整では正しい調整ができない場合がある。
　例えば、光路上に減光フィルタ２４を設けているので、減光フィルタ２４の特性によっては、期待通りの減光比が得られないことから、減光フィルタ２４を通過後の光量が期待通りにならない場合がある。又、減光フィルタ２４のＲ／Ｇ／Ｂ夫々の減光比にばらつきがある場合に至っては、減光フィルタ２４を通過後のホワイトバランスが崩れてしまうおそれがある。又、温度や経年劣化により、光走査装置３０の特性が変動する場合もある。このような問題は、光量検出センサ２１５により、光走査装置３０を通過前の光量を如何に精密に制御しても解決することはできない。
　そこで、光走査制御装置１では、減光フィルタ２４を通過後の光量を検出する光量検出手段として、光量検出センサ６０を設けている。光量検出センサ６０の検出結果は制御手段であるＣＰＵ１２に入力され、ＣＰＵ１２は光量検出センサ６０で検出した光量に基づいて、各レーザの電流値を制御する光量制御信号をＬＤモジュール２１に供給することができる。
　これにより、減光フィルタ２４や光走査装置３０の特性の変動を含めたレーザ光の光量を検出できるため、スクリーン５０に実際に表示される画像に対応した正確な光量制御を行うことが可能となる。なお、光量検出センサ６０は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の光量を独立に検出可能であり、ＣＰＵ１２は、光量検出センサ６０で検出した夫々の光量に基づいて、夫々のレーザの電流値を制御すことができる。
　（変位センサの温度依存性とその補償）
　水平変位センサや垂直変位センサ等の変位センサとして圧電センサ（圧電素子）を用いる場合、変位センサは、例えば、図５に示すような温度依存性を有している。図５の例では、温度が高くなると変位センサの出力電圧が上昇する特性を示している。
　変位センサが温度依存性を有していると正確な変位検出ができないため、従来は光走査装置３０が搭載されるセラミックパッケージ内にサーミスタを搭載し、サーミスタの出力に基づいて変位センサの温度補償を行っていた。従来の方式では、変位センサとサーミスタとを近くに配置することが困難であったため、変位センサ近傍の温度を正確に検出することができなかった。
　そこで、本実施の形態では、光走査装置３０内に温度センサ３９７～３９９を搭載し、各変位センサ近傍の温度を高精度に検出可能としている。これについて、以下に詳しく説明する。
　（水平変位センサと温度センサ）
　図６は、図２の水平変位センサ３９１及び温度センサ３９７近傍の部分拡大平面図である。本実施の形態では、水平変位センサ３９１として圧電センサを用いている。
　水平変位センサ３９１は、捻れ梁３３０Ｂと連結梁３４０Ｂとの連結部の駆動源３５１Ｂ側に配置されており、ミラー３１０の水平方向の傾き具合に伴い、捻れ梁３３０Ｂから伝達される連結梁３４０Ｂの変位に対応する電流値を出力する。又、連結梁３４０Ａ及び３４０Ｂの重量のバランスをとるために、水平変位センサ３９１と同一層構造のダミーセンサ３９２、３９３、及び３９４が設けられている。ダミーセンサ３９２は捻れ梁３３０Ｂと連結梁３４０Ｂとの連結部の駆動源３５１Ａ側に、ダミーセンサ３９３は捻れ梁３３０Ａと連結梁３４０Ａとの連結部の駆動源３５１Ｂ側に、ダミーセンサ３９４は捻れ梁３３０Ａと連結梁３４０Ａとの連結部の駆動源３５１Ａ側に配置されている。なお、本明細書において、同一層構造（層構造が同一）とは、各層を構成する材料が同一であり、かつ、各層の厚さが略同一であることを意味するものとする。
　水平変位センサ３９１及びダミーセンサ３９２は、連結梁３４０Ｂの表面上に下部電極、圧電膜、及び上部電極が順次積層された構造である。又、ダミーセンサ３９３及びダミーセンサ３９４は、連結梁３４０Ａの表面上に下部電極、圧電膜、及び上部電極が順次積層された構造である。水平変位センサ３９１には、固定枠３８０に設けられた端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続された配線が形成されているが、ダミーセンサ３９２、３９３、及び３９４の出力は使用されないため配線は形成されていない。
　図７は、温度センサ３９７を例示する図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図７に示すように、温度センサ３９７は、配線厚Ｔ及び配線幅Ｗが略一定で所定の配線長を有する蛇行パターンであり、連結梁３４０Ｂの表面上に第１層３９７Ａと第２層３９７Ｂが順次積層された構造の抵抗式測温体である。温度センサ３９７の蛇行したパターンの両端には端子３９７ＴＡ及び端子３９７ＴＢが形成されており、端子３９７ＴＡ及び端子３９７ＴＢは端子群ＴＢに至る配線と接続されている。
　なお、蛇行パターンは一例であり、必要な配線長が確保できれば温度センサ３９７はどのようなパターンとしてもよい。例えば、温度センサ３９７を直線パターンとしてもよい。他の温度センサについても同様である。
　本実施の形態では、第１層３９７Ａと第２層３９７Ｂの積層構造が、水平変位センサ３９１の下部電極の層構造、並びに圧電素子である駆動源３５１Ａ、３５１Ｂ、３７１Ｒ、及び３７１Ｌの下部電極の層構造と同一とされている。第１層３９７Ａとしては、例えば、導電性酸化物であるランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）を用いることができる。第１層３９７Ａの厚さは、例えば、１０～１００ｎｍ程度とすることができる。又、第２層３９７Ｂとしては、例えば、金属である白金（Ｐｔ）を用いることができる。第２層３９７Ｂの厚さは、例えば、５０～２００ｎｍ程度とすることができる。
　この場合、水平変位センサ３９１の下部電極、並びに圧電素子である駆動源３５１Ａ、３５１Ｂ、３７１Ｒ、及び３７１Ｌの下部電極もランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）と白金（Ｐｔ）との積層構造となる。なお、温度センサ３９７の表面にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁膜を形成し、第１層３９７Ａと第２層３９７Ｂの積層構造を被覆してもよい。
　このように、温度センサ３９７の層構造と水平変位センサ３９１の下部電極の層構造、並びに圧電素子である駆動源３５１Ａ、３５１Ｂ、３７１Ｒ、及び３７１Ｌの下部電極の層構造とを同一とすることにより、水平変位センサ３９１の下部電極、並びに圧電素子である駆動源３５１Ａ、３５１Ｂ、３７１Ｒ、及び３７１Ｌの下部電極を形成する工程において温度センサ３９７を同時にパターニングできる。そのため、製造工程を増やすことなく温度センサ３９７を作製することが可能となる。又、ダミーセンサ３９２、３９３、及び３９４も温度センサ３９７と同時にパターニングできる。その結果、光走査装置３０の低コスト化を実現できる。
　又、温度センサ３９７を水平変位センサ３９１近傍の水平変位センサ３９１と同一平面上（連結梁３４０Ｂの表面上）に形成することにより、水平変位センサ３９１近傍の温度を従来よりも高精度に検出することができる。
　（垂直変位センサと温度センサ）
　図８は、図２の垂直変位センサ３９５及び温度センサ３９８近傍の部分拡大平面図である。本実施の形態では、垂直変位センサ３９５として圧電センサを用いている。
　垂直変位センサ３９５は、駆動梁３７０Ｂの有する矩形梁の上端部に配置されており、ミラー３１０の垂直方向の傾き具合に伴い、駆動梁３７０Ｂのうち垂直変位センサ３９５が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。垂直変位センサ３９５は、駆動梁３７０Ｂの表面上に下部電極、圧電膜、及び上部電極が順次積層された構造である。垂直変位センサ３９５には、固定枠３８０に設けられた端子群ＴＢに含まれる所定の端子と接続された配線が形成されている。なお、垂直変位センサ３９５の層構造は、水平変位センサ３９１と同一構造であり、例えば、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）と白金（Ｐｔ）との積層構造とされている。
　温度センサ３９８は、図７に示した温度センサ３９７と同様に、配線厚Ｔ及び配線幅Ｗが略一定で所定の配線長を有する蛇行パターンであり、駆動梁３７０Ｂの有する矩形梁の上端部の表面上に形成されている。温度センサ３９８は、温度センサ３９７と同一層構造（つまり、垂直変位センサ３９５の下部電極と同一層構造）の抵抗式測温体である。温度センサ３９８の蛇行したパターンの両端には端子が形成されており、各端子は端子群ＴＢに至る配線と接続されている。
　なお、図８では、垂直変位センサ３９５及び温度センサ３９８のみについて説明したが、垂直変位センサ３９６も垂直変位センサ３９５と同様の構成により、駆動梁３７０Ａの有する矩形梁の下端部に設けられている。そして、垂直変位センサ３９６は、ミラー３１０の垂直方向の傾き具合に伴い、駆動梁３７０Ａのうち垂直変位センサ３９６が設けられた矩形梁の変位に対応する電流値を出力する。
　又、温度センサ３９９も温度センサ３９８と同様の構成により、駆動梁３７０Ａの有する矩形梁の下端部の温度センサ３９９の近傍に設けられている。垂直変位センサ３９６及び温度センサ３９９には、固定枠３８０に設けられた端子群ＴＡに含まれる所定の端子と接続された配線が形成されている。なお、端子群ＴＡ及びＴＢは、例えば、フレキシブルケーブル等を介して、回路部１０と接続されている。
　このように、温度センサ３９８及び３９９の層構造と垂直変位センサ３９５及び３９６の下部電極の層構造、並びに圧電素子である駆動源３５１Ａ、３５１Ｂ、３７１Ｒ、及び３７１Ｌの下部電極の層構造とを同一（水平変位センサ３９１の下部電極の層構造とも同一）とすることにより、垂直変位センサ３９５及び３９６の下部電極、並びに圧電素子である駆動源３５１Ａ、３５１Ｂ、３７１Ｒ、及び３７１Ｌの下部電極を形成する工程において温度センサ３９８及び３９９を同時にパターニングできる。そのため、製造工程を増やすことなく温度センサ３９８及び３９９を作製することが可能となり、光走査装置３０の低コスト化を実現できる。
　又、温度センサ３９８を垂直変位センサ３９５近傍の垂直変位センサ３９５と同一平面上（駆動梁３７０Ｂの表面上）に形成することにより、垂直変位センサ３９５近傍の温度を従来よりも高精度に検出することができる。又、温度センサ３９９を垂直変位センサ３９６近傍の垂直変位センサ３９６と同一平面上（駆動梁３７０Ａの表面上）に形成することにより、垂直変位センサ３９６近傍の温度を従来よりも高精度に検出することができる。
　（温度測定回路）
　図９は、温度測定回路１７について例示する図である。図９に示すように、温度センサ３９７は、温度測定回路１７に接続され、温度測定回路１７の出力がシステムコントローラ１１（図１参照）に入力される。温度測定回路１７は、２導線式の温度測定回路である。
　具体的には、温度センサ３９７の一端は、抵抗Ｒ１を有する配線を経由して、温度測定回路１７のＩＣ１（差動増幅器）のマイナス端子に入力されている。又、温度センサ３９７の他端は、抵抗Ｒ２を有する配線を経由して、温度測定回路１７のＧＮＤ端子に接続されている。
　ＩＣ１のマイナス端子は抵抗Ｒ３により電源ＶＤＤ端子にプルアップされている。又、ＩＣ１のプラス端子は抵抗Ｒ４により電源ＶＤＤ端子にプルアップされると共に、抵抗Ｒ５によりＧＮＤ端子にプルダウンされている。
　図９において、例えば、温度センサ３９７を０℃において１００Ωとなる抵抗体とすることができる。そして、抵抗Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５を１００Ωの抵抗とすることができる。そして、温度センサ３９７と温度測定回路１７とを近距離に配置することにより、抵抗Ｒ１＝抵抗Ｒ２≒０Ωとなるので、温度センサ３９７と抵抗Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５とでブリッジ回路を形成できる。そして、温度センサ３９７の抵抗が温度に依存して変化すると、それに応じてＩＣ１の出力が変化するため、ＩＣ１の出力をシステムコントローラ１１によりモニタすることで温度検出が可能となる。
　なお、温度センサ３９７と温度測定回路１７とを近距離に配置することが困難な場合には、抵抗Ｒ１及びＲ２の値が無視できなくなる。その場合には、温度測定回路１７として３導線式の温度測定回路や４導線式の温度測定回路を用いることで、抵抗Ｒ１及びＲ２の値の影響を受けずに高精度の温度測定が可能となる。
　（実施例）
　水平変位センサ３９１の下部電極、垂直変位センサ３９５及び３９６の下部電極、並びに圧電素子である駆動源３５１Ａ、３５１Ｂ、３７１Ｒ、及び３７１Ｌの下部電極として、厚さ３０ｎｍのランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）と厚さ１５０ｎｍの白金（Ｐｔ）との積層構造をスパッタ法により作製した。これと同一工程で、温度センサ３９７～３９９として、厚さ３０ｎｍのランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）と厚さ１５０ｎｍの白金（Ｐｔ）との積層構造をスパッタ法により作製した。その後、水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６、並びに圧電素子である駆動源３５１Ａ、３５１Ｂ、３７１Ｒ、及び３７１Ｌの下部電極上に圧電膜と上部電極をスパッタ法により順次積層した。なお、水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６、温度センサ３９７～３９９の形成位置は、図２等に示した通りである。
　又、温度センサ３９７～３９９の配線幅Ｗ（図７参照）を夫々１２μｍ、配線長を夫々４０００μｍに調整した。なお、温度センサ３９７の配線長とは、図７（ａ）の平面図において、端子３９７ＴＡと端子３９７ＴＢとの間を接続する配線幅Ｗの蛇行パターンにおいて、配線幅Ｗの中心を通る線の長さである。温度センサ３９８及び３９９についても同様である。又、温度測定回路１７としては、図９に示した２導線式の温度測定回路を用いた。
　図１０は、温度センサ３９７の温度依存性を例示するグラフである。図１０に示すように、温度に対して温度センサ３９７の抵抗が線形に変化することが確認された。図１０における温度センサ３９７の抵抗は白金（Ｐｔ）のみに依存しており、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）は抵抗が高いため温度センサ３９７全体の抵抗には影響を及ぼさない。なお、温度センサ３９８及び３９９についても同様の結果が得られた。
　図１１は、温度センサ３９７の温度依存再現性を例示するグラフであり、温度に対する温度センサ３９７の抵抗の変化を２回測定してプロットしたものである。図１１に示すように、温度センサ３９７の抵抗は繰り返し測定による正確な再現性を持つことが確認された。なお、温度センサ３９８及び３９９についても同様の結果が得られた。
　又、温度センサ３９７～３９９の配線長を夫々６０００μｍに調整したサンプルと、８０００μｍに調整したサンプルを作製し、温度センサ３９７～３９９の抵抗の配線長依存性を調べた（なお、配線厚及び配線幅については前述の通りとした）。又、温度センサ３９７～３９９の周囲温度は０℃とした。
　図１２は、温度センサ３９７の配線長依存性を例示するグラフである。図１２に示すように、配線長に対して温度センサ３９７の抵抗が線形に変化することが確認された。なお、温度センサ３９８及び３９９についても同様の結果が得られた。図１２より、配線厚を１５０ｎｍ（白金（Ｐｔ）の厚さを１５０ｎｍ）、配線幅Ｗを１２μｍ、配線長を１２００μｍに調整することにより、温度センサ３９７～３９９として０℃において１００Ωとなる抵抗体を実現できることがわかる。
　このように、水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６の下部電極と同一層構造の温度センサ３９７～３９９を光走査装置３０内に形成することにより、水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６近傍の温度を高精度に検出することができることが確認された。
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
　例えば、上記の実施の形態では、本発明に係る光走査制御装置をレーザ走査型プロジェクタに適用する例を示した。しかし、本発明に係る光走査制御装置は、上記の一例に限られない。例えば、本発明に係る光走査制御装置は、スクリーンに画像を表示する様々な機器に適用可能である。このような機器としては、例えば、車載用のヘッドアップディスプレイ、レーザプリンタ、レーザ走査型脱毛器、レーザヘッドランプ、レーザーレーダ等を挙げることができる。
又、上記の実施の形態では、３つのレーザを有する例を示したが、レーザは最低１つ有していればよい。この場合、単色の光走査制御装置を実現できる。
　本国際出願は２０１５年５月２９日に出願された日本国特許出願第２０１５－１０９５０３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１５－１０９５０３号の全内容を本国際出願に援用する。
１　光走査制御装置
　１０　回路部
　１１　システムコントローラ
　１２　ＣＰＵ
　１３　バッファ回路
　１４　ミラー駆動回路
　１５　レーザ駆動回路
　１６　温度制御回路
　１７　温度測定回路
　２０　光源部
　２１　ＬＤモジュール
　２２　温度制御部
　２３　温度センサ
　２４　減光フィルタ
　３０　光走査装置
　４０　光学部
　４１、４２、４３　反射ミラー
　４４　凹面ミラー
　５０　スクリーン
　６０　光量検出センサ
　１００　筐体
　１５０　ユニット
　２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ　レーザ
　２１５　光量検出センサ
　３１０　ミラー
　３２０　ミラー支持部
　３２２　スリット
　３３０Ａ、３３０Ｂ　捻れ梁
　３４０Ａ、３４０Ｂ　連結梁
　３５０Ａ、３５０Ｂ、３７０Ａ、３７０Ｂ　駆動梁
　３５１Ａ、３５１Ｂ、３７１Ｒ、３７１Ｌ　駆動源
　３６０　可動枠
　３８０　固定枠
　３９１　水平変位センサ
　３９２、３９３、３９４　ダミーセンサ
　３９５、３９６　垂直変位センサ
　３９７、３９８、３９９　温度センサ
　３９７Ａ　第１層
　３９７Ｂ　第２層
　３９７ＴＡ、３９７ＴＢ　端子

Claims (9)

  1. 　ミラーを揺動させて入射光を走査する光走査装置であって、
    　前記ミラーの振角を検出する変位センサと、
    　前記変位センサの温度補償用の温度センサと、を有し、
    　前記変位センサは、下部電極、圧電膜、及び上部電極が順次積層された構造の圧電センサであり、
    　前記温度センサは、前記下部電極と同一層構造の抵抗式測温体であることを特徴とする光走査装置。
  2. 　前記温度センサは、前記変位センサと同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
  3. 　前記変位センサ及び前記温度センサは複数個設けられ、
    　夫々の前記変位センサに対して１つの前記温度センサが割り当てられていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
  4. 　複数個の前記変位センサは、前記ミラーの水平方向の振角を検出する水平変位センサと、前記ミラーの垂直方向の振角を検出する垂直変位センサと、を含むことを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
  5. 　前記温度センサは、白金から構成された層を有することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
  6. 　前記ミラーを水平方向に揺動する水平駆動源を備えた水平駆動梁と、
    　前記ミラーを垂直方向に揺動する垂直駆動源を備えた垂直駆動梁と、を更に有し、
    　前記水平駆動源及び前記垂直駆動源の下部電極は、前記温度センサと同一層構造であることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
  7. 　請求項１記載の光走査装置と、
    　前記温度センサの抵抗値に基づいて前記変位センサの温度を測定する温度測定回路と、
    　前記温度測定回路の出力に基づいて前記変位センサの出力を温度補償して前記ミラーの振角を制御する制御手段と、を有することを特徴とする光走査制御装置。
  8. 　前記温度測定回路は２導線式の温度測定回路であることを特徴とする請求項７記載の光走査制御装置。
  9. 　ミラーを揺動させて入射光を走査する光走査装置の製造方法であって、
    　前記ミラーの振角を検出する変位センサを形成する工程と、
    　前記変位センサの温度補償用の温度センサを形成する工程と、
    　前記ミラーを水平方向に揺動する水平駆動源を備えた水平駆動梁を形成する工程と、
    　前記ミラーを垂直方向に揺動する垂直駆動源を備えた垂直駆動梁を形成する工程と、を有し、
    　前記変位センサ、前記水平駆動源、及び前記垂直駆動源は、下部電極、圧電膜、及び上部電極が順次積層された構造の圧電素子であり、
    　前記温度センサは、前記変位センサ、前記水平駆動源、及び前記垂直駆動源の下部電極と同一層構造の抵抗式測温体であり、
    　前記温度センサと、前記変位センサ、前記水平駆動源、及び前記垂直駆動源の下部電極と、が同一工程において同時に形成されることを特徴とする光走査装置の製造方法。
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