WO2022025012A1 - 光走査装置、その駆動方法、及び画像描画システム - Google Patents

光走査装置、その駆動方法、及び画像描画システム Download PDF

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axis
angle detection
pair
signal
optical scanning
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慶一 菱沼
崇幸 直野
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富士フイルム株式会社
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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    • G02B26/101Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
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    • G02B26/0858Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/028Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages
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    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
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    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06Drive circuits; Control arrangements or methods

Definitions

  • the technology of the present disclosure relates to an optical scanning device, a driving method thereof, and an image drawing system.
  • a micromirror device also called a microscanner
  • MEMS microelectromechanical systems
  • Si silicon microfabrication technology
  • the mirror portion is formed so as to be swingable around the first axis and the second axis orthogonal to each other, and the mirror portion swings around each axis to reflect the mirror portion.
  • the light is scanned two-dimensionally.
  • a micromirror device capable of performing Lissajous scanning of light by resonating a mirror portion around each axis.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-082639 describes "to obtain the amplitude of rotation of the mirror unit based on the output signal of the detection signal acquisition unit". Specifically, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-082639 states that "the PP (Peak To Peak) value of the change in signal voltage according to the rotation of the mirror portion is obtained, and the signal voltage and the rotation of the mirror portion are described. Acquiring the amplitude of rotation of the mirror portion based on the data showing the relationship with the amplitude "is described. The amplitude of rotation of the mirror portion corresponds to the maximum value of the runout angle (hereinafter referred to as the maximum runout angle).
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-06322 describes "acquiring the swing angle of the MEMS mirror based on the amount of change in the angle of the MEMS mirror with respect to the resonance direction when the MEMS mirror is driven at the resonance frequency". ing.
  • a first angle detection sensor that detects the angle around the first axis of the mirror portion and a first angle detection sensor that detects the angle around the second axis of the mirror portion are detected. It is described that a two-angle detection sensor is provided. However, when the mirror portion is swung around the first axis and the second axis at the same time, the output signal of the first angle detection sensor contains a vibration component caused by the swing around the second axis of the mirror portion. Is superimposed. Further, a vibration component caused by vibration around the first axis of the mirror portion is superimposed on the second angle detection sensor.
  • vibration noise As described above, in the two-axis drive type micromirror device, there is a problem that vibration of an axis different from the axis to be detected is superimposed as noise on the output signal of the angle detection sensor. Hereinafter, this noise is referred to as vibration noise.
  • An object of the present disclosure technique is to provide an optical scanning device capable of accurately controlling the swing of a mirror portion, a driving method thereof, and an image drawing system.
  • an optical scanning device capable of accurately controlling the deflection angle of the mirror portion, a driving method thereof, and an image drawing system.
  • the optical scanning apparatus of the present disclosure has a mirror portion having a reflecting surface for reflecting incident light, and a mirror around a first axis in a plane including the reflecting surface of the mirror portion at rest.
  • a first actuator that swings the part a second actuator that swings the mirror part around a second axis that is in a plane including the reflection surface of the mirror part at rest and is orthogonal to the first axis, and a mirror part.
  • a pair of first angle detection sensors that output signals according to the angle around the first axis, and a pair of first angle detection sensors arranged at positions facing each other across the first axis or the second axis.
  • An optical scanning device comprising, at least one processor, wherein the processor adds or subtracts a pair of first output signals output from the pair of first angle detection sensors to the first axis of the mirror section. Generates a first angle detection signal that represents the surrounding angle.
  • the processor adjusts the amplitude level of at least one of the pair of first output signals to match the amplitudes of the vibration noise contained in each of the pair of first output signals, and then the pair of first output signals. Is preferably added or subtracted.
  • the pair of first angle detection sensors are arranged at opposite positions across the first axis, and the processor subtracts the other from one of the pair of first output signals after adjusting the amplitude level. It is preferable to generate a first angle detection signal.
  • the pair of first angle detection sensors are arranged at positions facing each other across the second axis, and the processor obtains the first angle detection signal by adding the pair of first output signals after adjusting the amplitude level. It is preferable to generate.
  • the processor has a first drive signal generation unit that generates a first drive signal to be applied to the first actuator, and feeds back the first angle detection signal to the first drive signal generation unit.
  • the first drive signal generation unit is preferably a drive circuit having a phase synchronization circuit.
  • the first drive signal is preferably a sine wave.
  • the first angle detection sensor is preferably a piezoelectric element.
  • a pair of second angle detection sensors that output signals according to the angle around the second axis of the mirror unit, and a pair of second angle detections arranged at positions facing each other across the first axis or the second axis. Further including a sensor, the processor adjusts the amplitude level of at least one of the pair of second output signals output from the pair of second angle detection sensors, and adds the pair of second output signals after adjusting the amplitude level. Alternatively, it is preferable to generate a second angle detection signal representing the angle around the second axis of the mirror portion by subtracting.
  • the processor adjusts the amplitude level of at least one of the pair of second output signals to match the amplitudes of the vibration noise contained in each of the pair of second output signals, and then the pair of second output signals. Is preferably added or subtracted.
  • the pair of second angle detection sensors are arranged at opposite positions across the second axis, and the processor subtracts the other from one of the pair of second output signals after adjusting the amplitude level. It is preferable to generate a second angle detection signal.
  • the pair of second angle detection sensors are arranged at positions facing each other across the first axis, and the processor obtains the second angle detection signal by adding the pair of second output signals after adjusting the amplitude level. It is preferable to generate.
  • the processor has a second drive signal generation unit that generates a second drive signal to be applied to the second actuator, and feeds back the second angle detection signal to the second drive signal generation unit.
  • the second drive signal generation unit is preferably a drive circuit having a phase synchronization circuit.
  • the second drive signal is preferably a sine wave.
  • the second angle detection sensor is preferably a piezoelectric element.
  • the image drawing system of the present disclosure is an image drawing system including any of the above-mentioned optical scanning devices and a light source for irradiating a mirror portion with light, and the processor is a first angle detection signal and a second angle detection signal. The irradiation timing of the light of the light source is controlled based on the above.
  • the mirror portion has a mirror portion having a reflecting surface for reflecting incident light, and the mirror portion is swung around a first axis in a plane including the reflecting surface at rest of the mirror portion.
  • Optical scanning including a pair of first angle detection sensors that output signals according to the angle of the light, and a pair of first angle detection sensors arranged at positions facing each other across the first axis or the second axis.
  • a first angle detection signal representing an angle around the first axis of the mirror unit is obtained by adding or subtracting a pair of first output signals output from the pair of first angle detection sensors, which is a method of driving the device.
  • an optical scanning device capable of accurately controlling the swing of the mirror portion, a driving method thereof, and an image drawing system.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
  • It is a figure which shows the example which driven the 1st actuator.
  • It is a figure which shows the example which driven the 2nd actuator.
  • It is a graph which shows an example of the 1st drive signal and the 2nd drive signal.
  • It is a block diagram which shows an example of the structure of a drive control part.
  • FIG. 1 schematically shows an image drawing system 10 according to an embodiment.
  • the image drawing system 10 has an optical scanning device 2 and a light source 3.
  • the optical scanning device 2 includes a micromirror device (hereinafter referred to as an MMD (MicroMirror Device)) 4 and a drive control unit 5.
  • the drive control unit 5 is an example of a processor according to the technique of the present disclosure.
  • the image drawing system 10 draws an image by reflecting the light beam L emitted from the light source 3 by the MMD 4 and lightly scanning the scanned surface 6 under the control of the drive control unit 5.
  • the surface to be scanned 6 is, for example, a screen.
  • the image drawing system 10 is applied to, for example, a Lissajous scanning type laser display.
  • the image drawing system 10 can be applied to a laser scan display such as AR (Augmented Reality) glass or VR (Virtual Reality) glass.
  • the MMD4 is a piezoelectric two-axis drive that enables the mirror portion 20 (see FIG. 2) to swing around the first axis a1 and the second axis a2 orthogonal to the first axis a1. It is a micromirror device of the method.
  • the direction parallel to the second axis a2 is referred to as the X direction
  • the direction parallel to the first axis a1 is referred to as the Y direction
  • the direction orthogonal to the first axis a1 and the second axis a2 is referred to as the Z direction.
  • the light source 3 is, for example, a laser device that emits a laser beam as a light beam L. It is preferable that the light source 3 irradiates the light beam L perpendicularly to the reflecting surface 20A (see FIG. 2) included in the mirror portion 20 in a state where the mirror portion 20 of the MMD 4 is stationary.
  • the light source 3 may become an obstacle when the light beam L is scanned onto the scanned surface 6 for drawing. Therefore, it is preferable that the light beam L emitted from the light source 3 is controlled by an optical system to irradiate the reflecting surface 20A perpendicularly.
  • the optical system may or may not include a lens. Further, the angle at which the light beam L emitted from the light source 3 is applied to the reflecting surface 20A is not limited to vertical, and the light beam L may be applied obliquely to the reflecting surface 20A.
  • the drive control unit 5 outputs a drive signal to the light source 3 and the MMD 4 based on the optical scanning information.
  • the light source 3 generates a light beam L based on the input drive signal and irradiates the MMD 4.
  • the MMD4 swings the mirror portion 20 around the first axis a1 and the second axis a2 based on the input drive signal.
  • the drive control unit 5 resonates the mirror unit 20 around the first axis a1 and the second axis a2, respectively, so that the light beam L reflected by the mirror unit 20 is scanned. It is scanned so as to draw a Lissajous waveform on the surface 6.
  • This optical scanning method is called a Lissajous scanning method.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the MMD 4.
  • FIG. 3 is a plan view of the MMD 4 as viewed from the light incident side.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
  • the MMD 4 includes a mirror portion 20, a first support portion 21, a first movable frame 22, a second support portion 23, a second movable frame 24, a connection portion 25, and a fixed frame 26.
  • the MMD4 is a so-called MEMS scanner.
  • the mirror unit 20 has a reflecting surface 20A that reflects incident light.
  • the reflective surface 20A is formed of a metal thin film such as gold (Au), aluminum (Al), silver (Ag), or an alloy of silver provided on one surface of the mirror portion 20.
  • the shape of the reflecting surface 20A is, for example, a circular shape centered on the intersection of the first axis a1 and the second axis a2.
  • the first axis a1 and the second axis a2 exist in a plane including the reflection surface 20A when the mirror portion 20 is stationary.
  • the planar shape of the MMD 4 is rectangular, line-symmetrical with respect to the first axis a1, and line-symmetrical with respect to the second axis a2.
  • the first support portion 21 is arranged on the outside of the mirror portion 20 at positions facing each other with the second axis a2 interposed therebetween.
  • the first support portion 21 is connected to the mirror portion 20 on the first axis a1 and supports the mirror portion 20 so as to be swingable around the first axis a1.
  • the first support portion 21 is a torsion bar extended along the first axis a1.
  • the first movable frame 22 is a rectangular frame that surrounds the mirror portion 20, and is connected to the mirror portion 20 on the first axis a1 via the first support portion 21.
  • Piezoelectric elements 30 are formed on the first movable frame 22 at positions facing each other with the first axis a1 interposed therebetween.
  • the pair of first actuators 31 is configured by forming the two piezoelectric elements 30 on the first movable frame 22.
  • the pair of first actuators 31 are arranged at positions facing each other with the first axis a1 interposed therebetween.
  • the first actuator 31 causes the mirror portion 20 to swing around the first axis a1 by applying a rotational torque around the first axis a1.
  • the second support portion 23 is arranged on the outside of the first movable frame 22 at positions facing each other with the first axis a1 interposed therebetween.
  • the second support portion 23 is connected to the first movable frame 22 on the second axis a2, and supports the first movable frame 22 and the mirror portion 20 so as to be swingable around the second axis a2.
  • the second support portion 23 is a torsion bar extended along the second axis a2.
  • the second movable frame 24 is a rectangular frame that surrounds the first movable frame 22, and is connected to the first movable frame 22 on the second axis a2 via the second support portion 23.
  • Piezoelectric elements 30 are formed on the second movable frame 24 at positions facing each other with the second axis a2 interposed therebetween.
  • the pair of second actuators 32 are configured by forming the two piezoelectric elements 30 on the second movable frame 24.
  • the pair of second actuators 32 are arranged at positions facing each other with the second axis a2 interposed therebetween.
  • the second actuator 32 causes the mirror portion 20 and the first movable frame 22 to swing the mirror portion 20 around the second axis a2 by applying a rotational torque around the second axis a2.
  • the connecting portions 25 are arranged on the outside of the second movable frame 24 at positions facing each other with the first axis a1 interposed therebetween.
  • the connecting portion 25 is connected to the second movable frame 24 on the second axis a2.
  • the fixed frame 26 is a rectangular frame body surrounding the second movable frame 24, and is connected to the second movable frame 24 on the second axis a2 via the connecting portion 25.
  • the first movable frame 22 is provided with a pair of first angle detection sensors 11A and 11B in the vicinity of the first support portion 21 at positions facing each other with the first axis a1 interposed therebetween.
  • the pair of first angle detection sensors 11A and 11B are each composed of a piezoelectric element.
  • the first angle detection sensors 11A and 11B respectively, convert the force applied by the deformation of the first support portion 21 due to the rotation of the mirror portion 20 around the first axis a1 into a voltage and output a signal. That is, the 1-angle detection sensors 11A and 11B output signals according to the angle around the first axis a1 of the mirror unit 20.
  • the second movable frame 24 is provided with a pair of second angle detection sensors 12A and 12B in the vicinity of the second support portion 23 at positions facing each other with the second axis a2 interposed therebetween.
  • the pair of second angle detection sensors 12A and 12B are each composed of a piezoelectric element.
  • the second angle detection sensors 12A and 12B respectively, convert the force applied by the deformation of the second support portion 23 due to the rotation of the mirror portion 20 around the second axis a2 into a voltage and output a signal. That is, the second angle detection sensors 12A and 12B output signals according to the angle around the second axis a2 of the mirror unit 20.
  • FIGS. 2 and 3 the wiring and the electrode pad for giving a drive signal to the first actuator 31 and the second actuator 32 are not shown. Further, in FIGS. 2 and 3, the wiring and the electrode pad for outputting signals from the first angle detection sensors 11A and 11B and the second angle detection sensors 12A and 12B are not shown. A plurality of electrode pads are provided on the fixed frame 26.
  • the MMD 4 is formed by, for example, etching an SOI (Silicon On Insulator) substrate 40.
  • SOI Silicon On Insulator
  • the silicon oxide layer 42 is provided on the first silicon active layer 41 made of single crystal silicon
  • the second silicon active layer 43 made of single crystal silicon is provided on the silicon oxide layer 42. It is a substrate.
  • the mirror portion 20, the first support portion 21, the first movable frame 22, the second support portion 23, the second movable frame 24, and the connection portion 25 are formed by etching the first silicon active layer 41 and silicon oxide from the SOI substrate 40. It is formed by the second silicon active layer 43 remaining by removing the layer 42.
  • the second silicon active layer 43 functions as an elastic portion having elasticity.
  • the fixed frame 26 is formed of three layers, a first silicon active layer 41, a silicon oxide layer 42, and a second silicon active layer 43.
  • the first actuator 31 and the second actuator 32 have a piezoelectric element 30 on the second silicon active layer 43.
  • the piezoelectric element 30 has a laminated structure in which a lower electrode 51, a piezoelectric film 52, and an upper electrode 53 are sequentially laminated on a second silicon active layer 43.
  • An insulating film is provided on the upper electrode 53, but the illustration is omitted.
  • the upper electrode 53 and the lower electrode 51 are made of, for example, gold (Au) or platinum (Pt).
  • the piezoelectric film 52 is made of, for example, PZT (lead zirconate titanate), which is a piezoelectric material.
  • the upper electrode 53 and the lower electrode 51 are electrically connected to the drive control unit 5 described above via wiring and an electrode pad.
  • a drive voltage is applied to the upper electrode 53 from the drive control unit 5.
  • the lower electrode 51 is connected to the drive control unit 5 via wiring and an electrode pad, and is provided with a reference potential (for example, a ground potential).
  • the piezoelectric film 52 When a positive or negative voltage is applied to the piezoelectric film 52 in the polarization direction, deformation (for example, expansion and contraction) proportional to the applied voltage occurs. That is, the piezoelectric film 52 exhibits a so-called inverse piezoelectric effect.
  • the piezoelectric film 52 exerts a reverse piezoelectric effect by applying a drive voltage from the drive control unit 5 to the upper electrode 53, and displaces the first actuator 31 and the second actuator 32.
  • the first angle detection sensor 11A is also similarly composed of a piezoelectric element 30 composed of a lower electrode 51, a piezoelectric film 52, and an upper electrode 53 laminated on the second silicon active layer 43. ..
  • a force pressure
  • polarization proportional to the pressure occurs. That is, the piezoelectric film 52 exerts a piezoelectric effect.
  • the piezoelectric film 52 exerts a piezoelectric effect and generates a voltage when a force is applied due to the deformation of the first support portion 21 due to the rotation of the mirror portion 20 around the first axis a1.
  • first angle detection sensor 11B has the same configuration as the first angle detection sensor 11A, the illustration is omitted. Further, since the second angle detection sensors 12A and 12B have the same configuration as the first angle detection sensor 11A, the illustration is omitted.
  • FIG. 7 shows an example in which one piezoelectric film 52 of a pair of first actuators 31 is stretched and the other piezoelectric film 52 is contracted to generate a rotational torque around the first axis a1 in the first actuator 31. Is shown. In this way, one of the pair of first actuators 31 and the other are displaced in opposite directions, so that the mirror portion 20 rotates around the first axis a1.
  • FIG. 7 is an example in which the first actuator 31 is driven in a resonance mode having opposite phases in which the displacement direction of the pair of first actuators 31 and the rotation direction of the mirror portion 20 are opposite to each other.
  • the first actuator 31 may be driven in a resonance mode having the same phase in which the displacement direction of the pair of first actuators 31 and the rotation direction of the mirror portion 20 are the same.
  • the runout angle around the first axis a1 of the mirror unit 20 (hereinafter referred to as the first runout angle) ⁇ 1 is a drive signal given to the first actuator 31 by the drive control unit 5 (hereinafter referred to as the first drive signal). Is controlled by.
  • the first drive signal is, for example, a sinusoidal AC voltage.
  • the first drive signal includes a drive voltage waveform V 1A (t) applied to one of the pair of first actuators 31 and a drive voltage waveform V 1B (t) applied to the other.
  • the drive voltage waveform V 1A (t) and the drive voltage waveform V 1B (t) are out of phase with each other (that is, the phase difference is 180 °).
  • the first runout angle ⁇ 1 is an angle at which the normal of the reflection surface 20A is inclined with respect to the Z direction in the XZ plane.
  • FIG. 8 shows an example in which one piezoelectric film 52 of a pair of second actuators 32 is stretched and the other piezoelectric film 52 is contracted to generate rotational torque around the second axis a2 in the second actuator 32. Is shown. In this way, one of the pair of second actuators 32 and the other are displaced in opposite directions, so that the mirror portion 20 rotates around the second axis a2.
  • FIG. 8 shows an example in which the second actuator 32 is driven in a resonance mode having opposite phases in which the displacement directions of the pair of second actuators 32 and the rotation directions of the mirror portions 20 are opposite to each other. ..
  • the second actuator 32 may be driven in a resonance mode having the same phase in which the displacement direction of the pair of second actuators 32 and the rotation direction of the mirror portion 20 are the same.
  • the runout angle around the second axis a2 of the mirror unit 20 (hereinafter referred to as the second runout angle) ⁇ 2 is a drive signal given to the second actuator 32 by the drive control unit 5 (hereinafter referred to as a second drive signal). Is controlled by.
  • the second drive signal is, for example, a sinusoidal AC voltage.
  • the second drive signal includes a drive voltage waveform V 2A (t) applied to one of the pair of second actuators 32 and a drive voltage waveform V 2B (t) applied to the other.
  • the drive voltage waveform V 2A (t) and the drive voltage waveform V 2B (t) are out of phase with each other (that is, the phase difference is 180 °).
  • the second runout angle ⁇ 2 is an angle at which the normal of the reflection surface 20A is inclined with respect to the Z direction in the YZ plane.
  • FIG. 9 shows an example of the first drive signal and the second drive signal.
  • FIG. 9A shows the drive voltage waveforms V 1A (t) and V 1B (t) included in the first drive signal.
  • FIG. 9B shows the drive voltage waveforms V 2A (t) and V 2B (t) included in the second drive signal.
  • V 1A (t) and V 1B (t) are represented as follows, respectively.
  • V 1A (t) V off1 + V 1 sin (2 ⁇ f d1 t)
  • V 1B (t) V off1 + V 1 sin (2 ⁇ f d1 t + ⁇ )
  • V 1 is an amplitude voltage.
  • V off 1 is a bias voltage.
  • f d1 is a drive frequency (hereinafter referred to as a first drive frequency).
  • t is time.
  • the mirror unit 20 swings around the first axis a 1 at the first drive frequency f d1 . (See FIG. 7).
  • V 2A (t) and V 2B (t) are represented as follows, respectively.
  • V 2A (t) V off2 + V 2 sin (2 ⁇ f d2 t + ⁇ )
  • V 2B (t) V off2 + V 2 sin (2 ⁇ f d2 t + ⁇ + ⁇ )
  • V 2 is an amplitude voltage.
  • V off 2 is a bias voltage.
  • f d2 is a drive frequency (hereinafter referred to as a second drive frequency).
  • t is time.
  • the mirror unit 20 swings around the second axis a 2 at the second drive frequency f d2 . (See FIG. 8).
  • the first drive frequency f d1 is set so as to match the resonance frequency around the first axis a1 of the mirror unit 20.
  • the second drive frequency f d2 is set so as to match the resonance frequency around the second axis a2 of the mirror unit 20.
  • f d1 > f d2 . That is, in the mirror portion 20, the swing frequency around the first axis a1 is higher than the swing frequency around the second axis a2.
  • the first drive frequency f d1 and the second drive frequency f d2 do not necessarily have to coincide with the resonance frequency.
  • the first drive frequency f d1 and the second drive frequency f d2 are frequencies within the frequency range near the resonance frequency (for example, the range of the half width of the frequency distribution having the resonance frequency as the peak value). good.
  • This frequency range is, for example, within the so-called Q value range.
  • FIG. 10 shows an example of the configuration of the drive control unit 5.
  • the drive control unit 5 includes a mirror drive unit 4A and a light source drive unit 3A.
  • the mirror drive unit 4A includes a first drive signal generation unit 60A, a first signal processing unit 61A, a first phase shift unit 62A, a first zero cross pulse output unit 63A, a second drive signal generation unit 60B, and a second signal processing unit 61B. , A second phase shift unit 62B, and a second zero cross pulse output unit 63B.
  • the first drive signal generation unit 60A, the first signal processing unit 61A, and the first phase shift unit 62A perform feedback control so that the swing around the first axis a1 of the mirror unit 20 maintains the resonance state.
  • the second drive signal generation unit 60B, the second signal processing unit 61B, and the second phase shift unit 62B perform feedback control so that the swing around the second axis a2 of the mirror unit 20 maintains the resonance state.
  • the first drive signal generation unit 60A generates a first drive signal including the above-mentioned drive voltage waveforms V 1A (t) and V 1B (t) based on the reference waveform, and generates the generated first drive signal. It is applied to the pair of first actuators 31 via the one phase shift unit 62A. As a result, the mirror portion 20 swings around the first axis a1.
  • the first angle detection sensors 11A and 11B output signals according to the angle around the first axis a1 of the mirror unit 20.
  • the second drive signal generation unit 60B generates a second drive signal including the above-mentioned drive voltage waveforms V 2A (t) and V 2B (t) based on the reference waveform, and generates the generated second drive signal. It is applied to the pair of second actuators 32 via the two-phase shift unit 62B. As a result, the mirror portion 20 swings around the second axis a2.
  • the second angle detection sensors 12A and 12B output signals according to the angle around the second axis a2 of the mirror unit 20.
  • the first drive signal generated by the first drive signal generation unit 60A and the second drive signal generation unit 60B are phase-locked.
  • FIG. 11 shows an example of signals output from the pair of first angle detection sensors 11A and 11B.
  • S1a 1 and S1a 2 are a pair of first angle detection sensors when the mirror portion 20 is not swung around the second axis a2 but only around the first axis a1. It represents the signals output from 11A and 11B.
  • the signals S1a 1 and S1a 2 are waveform signals similar to a sine wave having a first drive frequency f d1 and have opposite phases to each other.
  • the output signals of the pair of first angle detection sensors 11A and 11B include the second axis of the mirror unit 20.
  • Vibration noise RN1 caused by vibration around a2 is superimposed.
  • S1b 1 represents a signal in which the vibration noise RN1 is superimposed on the signal S1a 1 .
  • S1b 2 represents a signal in which the vibration noise RN1 is superimposed on the signal S1a 2 .
  • the vibration noise RN1 is emphasized for the purpose of explaining the present embodiment.
  • the signals S1b 1 and S1b 2 on which the vibration noise RN1 is superimposed are output from the first angle detection sensors 11A and 11B, and the amplitudes of the signals S1b 1 and S1b 2 are every cycle. It fluctuates to. Therefore, it is difficult to directly obtain the amplitude and phase based on the signals S1b 1 and S1b 2 output from the first angle detection sensors 11A and 11B.
  • FIG. 12 shows an example of signals output from the pair of second angle detection sensors 12A and 12B.
  • S2a 1 and S2a 2 are a pair of second angle detection sensors when the mirror portion 20 is not swung around the first axis a 1 but only around the second axis a 2 . It represents the signals output from 12A and 12B.
  • the signals S2a 1 and S2a 2 are waveform signals similar to a sine wave having a second drive frequency f d2 , and have opposite phases to each other.
  • the output signals of the pair of second angle detection sensors 12A and 12B include the first axis of the mirror unit 20.
  • Vibration noise RN2 caused by vibration around a1 is superimposed.
  • S2b 1 represents a signal in which vibration noise RN2 is superimposed on the signal S2a 1 .
  • S2b 2 represents a signal in which the vibration noise RN2 is superimposed on the signal S2a 2 .
  • the vibration noise RN2 is emphasized for the purpose of explaining the present embodiment.
  • the signals S2b 1 and S2b 2 on which the vibration noise RN2 is superimposed are output from the second angle detection sensors 12A and 12B, and the amplitudes of the signals S2b 1 and S2b 2 are every cycle. It fluctuates to. Therefore, it is difficult to directly obtain the amplitude and phase based on the signals S2b 1 and S2b 2 output from the second angle detection sensors 12A and 12B.
  • the first signal processing unit 61A outputs a signal (hereinafter, first angle detection signal) S1c from which the vibration noise RN1 is removed based on S1a 1 and S1a 2 output from the pair of first angle detection sensors 11A and 11B. Generate.
  • the second signal processing unit 61B outputs a signal (hereinafter, second angle detection signal) S2c from which the vibration noise RN2 is removed based on S2a 1 and S2a 2 output from the pair of second angle detection sensors 12A and 12B. Generate.
  • FIG. 13 shows the configuration of the first signal processing unit 61A.
  • the first signal processing unit 61A is composed of an analog arithmetic circuit.
  • the first signal processing unit 61A includes a buffer amplifier 71, a variable gain amplifier 72, a subtraction circuit 73, and a gain adjustment circuit 74.
  • the gain adjustment circuit 74 is composed of a first BPF (Band Pass Filter) circuit 75A, a second BPF circuit 75B, a first detection circuit 76A, a second detection circuit 76B, and a subtraction circuit 77.
  • the subtraction circuit 73 and the subtraction circuit 77 are differential amplifier circuits composed of operational amplifiers.
  • the signal S1b 1 output from the first angle detection sensor 11A is input to the positive input terminal (non-inverting input terminal) of the subtraction circuit 73 via the buffer amplifier 71. Further, the signal output from the buffer amplifier 71 is branched in the middle until it is input to the subtraction circuit 73, and is input to the first BPF circuit 75A in the gain adjustment circuit 74.
  • the signal S1b 2 output from the first angle detection sensor 11B is input to the negative input terminal (inverting input terminal) of the subtraction circuit 73 via the variable gain amplifier 72. Further, the signal output from the variable gain amplifier 72 is branched in the middle until it is input to the subtraction circuit 73, and is input to the second BPF circuit 75B in the gain adjustment circuit 74.
  • each of the first BPF circuit 75A and the second BPF circuit 75B has a pass band B1 having a second drive frequency f d2 as a center frequency.
  • the pass band B1 is, for example, a frequency band of f d2 ⁇ 5 kHz. Since the vibration noise RN1 has a second drive frequency f d2 , it passes through the pass band B1. Therefore, the first BPF circuit 75A extracts and outputs the vibration noise RN1 (see FIG. 11) from the signal input from the buffer amplifier 71.
  • the second BPF circuit 75B extracts and outputs the vibration noise RN1 (see FIG. 11) from the signal input from the variable gain amplifier 72.
  • the first detection circuit 76A and the second detection circuit 76B are each configured by, for example, an RMS-DC converter (Root Mean Squared value to Direct Current converter).
  • the first detection circuit 76A converts the amplitude of the vibration noise RN1 input from the first BPF circuit 75A into a DC voltage signal and inputs it to the positive input terminal of the subtraction circuit 77.
  • the second detection circuit 76B converts the amplitude of the vibration noise RN1 input from the second BPF circuit 75B into a DC voltage signal and inputs it to the negative input terminal of the subtraction circuit 77.
  • the subtraction circuit 77 outputs a value d 1 obtained by subtracting the DC voltage signal input from the second detection circuit 76B from the DC voltage signal input from the first detection circuit 76A.
  • the value d 1 is the amplitude of the vibration noise RN1 included in the signal S1b1 output from the first angle detection sensor 11A and the amplitude of the vibration noise RN1 included in the signal S1b2 output from the first angle detection sensor 11B. Corresponds to the difference.
  • the subtraction circuit 77 inputs the value d 1 as a gain adjustment value to the gain adjustment terminal of the variable gain amplifier 72.
  • the variable gain amplifier 72 adjusts the amplitude level of the signal S1b 2 by multiplying the value d 1 input as the gain adjustment value by the signal S1b 2 input from the first angle detection sensor 11B. By performing feedback control by the gain adjustment circuit 74 in this way, the amplitude of the vibration noise RN1 included in the signal S1b 2 after passing through the variable gain amplifier 72 is the signal S1b 1 after passing through the buffer amplifier 71. It is adjusted to match the amplitude of the vibration noise RN1 contained in.
  • the subtraction circuit 73 outputs a value obtained by subtracting the signal S1b 2 input to the negative input terminal from the signal S1b 1 input to the positive input terminal. Since the amplitudes of the vibration noise RN1 included in both signals match by the above feedback control, the vibration noise RN1 included in both signals is canceled by the subtraction process by the subtraction circuit 73. Therefore, the subtraction circuit 73 outputs the first angle detection signal S1c (see FIG. 15), which is a signal from which the vibration noise RN1 is removed.
  • FIG. 15 shows how the first angle detection signal S1c is generated based on S1b 1 and S1b 2 output from the pair of first angle detection sensors 11A and 11B.
  • the first angle detection signal S1c corresponds to a signal obtained by doubling the amplitude of the signal from which the vibration noise RN1 is removed from the signal S1b1.
  • the first angle detection signal S1c generated by the first signal processing unit 61A is input to the first drive signal generation unit 60A and the first zero cross pulse output unit 63A.
  • the first angle detection signal S1c output from the first signal processing unit 61A Has a phase delay of 90 ° with respect to the drive voltage waveform V 1A (t) included in the first drive signal.
  • the second signal processing unit 61B is composed of a buffer amplifier 81, a variable gain amplifier 82, a subtraction circuit 83, and a gain adjustment circuit 84.
  • the gain adjustment circuit 84 is composed of a first BPF circuit 85A, a second BPF circuit 85B, a first detection circuit 86A, a second detection circuit 86B, and a subtraction circuit 87.
  • the subtraction circuit 83 and the subtraction circuit 87 are differential amplifier circuits composed of operational amplifiers.
  • the signal S2b 1 output from the second angle detection sensor 12A is input to the positive input terminal of the subtraction circuit 83 via the buffer amplifier 81. Further, the signal output from the buffer amplifier 81 is branched in the middle until it is input to the subtraction circuit 83, and is input to the first BPF circuit 85A in the gain adjustment circuit 84.
  • the signal S2b 2 output from the second angle detection sensor 12B is input to the negative input terminal of the subtraction circuit 83 via the variable gain amplifier 82. Further, the signal output from the variable gain amplifier 82 is branched in the middle until it is input to the subtraction circuit 83, and is input to the second BPF circuit 85B in the gain adjustment circuit 84.
  • each of the first BPF circuit 85A and the second BPF circuit 85B has a pass band B2 having a first drive frequency f d1 as a center frequency.
  • the pass band B2 is, for example, a frequency band of f d1 ⁇ 5 kHz. Since the vibration noise RN2 has the first drive frequency f d1 , it passes through the pass band B2. Therefore, the first BPF circuit 85A extracts and outputs the vibration noise RN2 (see FIG. 12) from the signal input from the buffer amplifier 81.
  • the second BPF circuit 85B extracts and outputs the vibration noise RN2 (see FIG. 12) from the signal input from the variable gain amplifier 82.
  • the first detection circuit 86A and the second detection circuit 86B are each configured by, for example, an RMS-DC converter.
  • the first detection circuit 86A converts the amplitude of the vibration noise RN2 input from the first BPF circuit 85A into a DC voltage signal and inputs it to the positive input terminal of the subtraction circuit 87.
  • the second detection circuit 86B converts the amplitude of the vibration noise RN2 input from the second BPF circuit 85B into a DC voltage signal and inputs it to the negative input terminal of the subtraction circuit 87.
  • the subtraction circuit 87 outputs a value d 2 obtained by subtracting the DC voltage signal input from the second detection circuit 86B from the DC voltage signal input from the first detection circuit 86A.
  • the value d 2 is the amplitude of the vibration noise RN2 included in the signal S2b 1 output from the second angle detection sensor 12A and the amplitude of the vibration noise RN2 included in the signal S2b 2 output from the second angle detection sensor 12B.
  • the subtraction circuit 87 inputs the value d 2 as a gain adjustment value to the gain adjustment terminal of the variable gain amplifier 82.
  • the variable gain amplifier 82 adjusts the amplitude level of the signal S2b 2 by multiplying the value d 2 input as the gain adjustment value by the signal S2b 2 input from the second angle detection sensor 12B.
  • the gain adjustment circuit 84 By performing feedback control by the gain adjustment circuit 84 in this way, the amplitude of the vibration noise RN2 included in the signal S2b 2 after passing through the variable gain amplifier 82 is the signal S2b 1 after passing through the buffer amplifier 81. It is adjusted to match the amplitude of the vibration noise RN2 contained in.
  • the subtraction circuit 83 outputs a value obtained by subtracting the signal S2b 2 input to the negative input terminal from the signal S2b 1 input to the positive input terminal. Since the amplitudes of the vibration noise RN2 included in both signals match by the above feedback control, the vibration noise RN2 included in both signals is canceled by the subtraction process by the subtraction circuit 83. Therefore, the subtraction circuit 83 outputs the second angle detection signal S2c (see FIG. 18), which is a signal from which the vibration noise RN2 is removed.
  • FIG. 18 shows how the second angle detection signal S2c is generated based on S2b 1 and S2b 2 output from the pair of second angle detection sensors 12A and 12B.
  • the second angle detection signal S2c corresponds to a signal obtained by doubling the amplitude of the signal from which the vibration noise RN2 is removed from the signal S2b1 .
  • the second angle detection signal S2c generated by the second signal processing unit 61B is input to the second drive signal generation unit 60B and the second zero cross pulse output unit 63B.
  • the second angle detection signal S2c output from the second signal processing unit 61B Has a phase delay of 90 ° with respect to the drive voltage waveform V 2A (t) included in the second drive signal.
  • the first angle detection signal S1c input from the first signal processing unit 61A is fed back to the first drive signal generation unit 60A.
  • the first phase shift unit 62A shifts the phase of the drive voltage waveform output from the first drive signal generation unit 60A.
  • the first phase shift unit 62A shifts the phase by 90 °, for example.
  • FIG. 19 shows an example of the configuration of the first drive signal generation unit 60A.
  • the first drive signal generation unit 60A includes a signal generation circuit 91A and a phase synchronization circuit 92A.
  • the first drive signal generation unit 60A is a so-called PLL (Phase Locked Loop) type drive circuit.
  • a sampling reset signal having a first drive frequency f d1 is input to the phase-locked loop 92A from the signal generation circuit 91A, and a first angle detection signal S1c is input from the first signal processing unit 61A (see FIG. 10).
  • the phase-locked loop 92A adjusts the phase of the sampling clock signal generated by itself based on the sampling reset signal and the first angle detection signal S1c.
  • the signal generation circuit 91A generates drive voltage waveforms V 1A (t) and V 1B (t) constituting the first drive signal based on the sampling clock signal input from the phase synchronization circuit 92A.
  • the feedback control is performed by the first phase shift unit 62A and the PLL type first drive signal generation unit 60A so as to maintain the phase difference between the first drive signal and the first angle detection signal S1c at 90 °. Is done.
  • the swing around the first axis a1 of the mirror portion 20 is maintained in a resonance state.
  • the first angle detection signal S2c input from the second signal processing unit 61B is fed back to the second drive signal generation unit 60B.
  • the second phase shift unit 62B shifts the phase of the drive voltage waveform output from the second drive signal generation unit 60B.
  • the second phase shift unit 62B shifts the phase by 90 °, for example.
  • FIG. 20 shows an example of the configuration of the second drive signal generation unit 60B.
  • the second drive signal generation unit 60B has a signal generation circuit 91B and a phase synchronization circuit 92B.
  • the second drive signal generation unit 60B is a so-called PLL type drive circuit.
  • a sampling reset signal having a second drive frequency f d2 is input to the phase-locked loop 92B from the signal generation circuit 91B, and a second angle detection signal S2c is input from the second signal processing unit 61B (see FIG. 10).
  • the phase-locked loop 92B adjusts the phase of the sampling clock signal generated by itself based on the sampling reset signal and the second angle detection signal S2c.
  • the signal generation circuit 91B generates drive voltage waveforms V 2A (t) and V 2B (t) constituting the second drive signal based on the sampling clock signal input from the phase synchronization circuit 92B.
  • the feedback control is performed by the second phase shift unit 62B and the PLL type second drive signal generation unit 60B so that the phase difference between the second drive signal and the second angle detection signal S2c is maintained at 90 °. Is done.
  • the swing around the second axis a2 of the mirror portion 20 is maintained in the resonance state.
  • the first zero cross pulse output unit 63A generates a zero cross pulse (hereinafter referred to as a first zero cross pulse) ZC1 based on the first angle detection signal S1c input from the first signal processing unit 61A.
  • the first zero-cross pulse output unit 63A is configured by a zero-cross detection circuit.
  • the first zero cross pulse output unit 63A generates the first zero cross pulse ZC1 at the timing when the first angle detection signal S1c, which is an AC signal, crosses zero volt.
  • the first zero cross pulse output unit 63A inputs the generated first zero cross pulse ZC1 to the light source driving unit 3A.
  • the second zero cross pulse output unit 63B generates a zero cross pulse (hereinafter referred to as a second zero cross pulse) ZC2 based on the second angle detection signal S2c input from the second signal processing unit 61B.
  • the second zero-cross pulse output unit 63B is configured by a zero-cross detection circuit.
  • the second zero cross pulse output unit 63B generates the second zero cross pulse ZC2 at the timing when the second angle detection signal S2c, which is an AC signal, crosses zero volt.
  • the second zero cross pulse output unit 63B inputs the generated second zero cross pulse ZC2 to the light source driving unit 3A.
  • the light source driving unit 3A drives the light source 3 based on drawing data supplied from the outside of the image drawing system 10, for example. Further, the light source driving unit 3A controls the irradiation timing so that the irradiation timing of the laser beam is synchronized with the first zero cross pulse ZC1 and the second zero cross pulse ZC2 input from the mirror driving unit 4A.
  • the technique of the present disclosure by subtracting the other from one of the pair of first output signals output from the pair of first angle detection sensors, the circumference of the second axis of the mirror portion is reached. Vibration noise caused by rocking is removed. As a result, the first angle detection signal representing the angle around the first axis of the mirror portion and the first angle detection signal from which the vibration noise is removed are generated, so that the swing of the mirror portion is controlled with high accuracy. be able to. Further, by maintaining the swing of the mirror portion in the resonance state, the amplitude (maximum swing angle) of the swing of the mirror portion is kept constant.
  • the arrangement of the pair of first angle detection sensors 11A and 11B and the pair of second angle detection sensors 12A and 12B in the MMD 4 is different from that of the first embodiment.
  • the pair of first angle detection sensors 11A and 11B are arranged at positions facing each other across the first axis a1 in the first embodiment, whereas in the second embodiment, the second axis a Place 2 at opposite positions.
  • the pair of second angle detection sensors 12A and 12B are arranged at positions facing each other across the second axis a2 in the first embodiment, whereas in the second embodiment, the first axis a It is arranged at a position facing each other across 1 .
  • FIG. 23 is a plan view showing the configuration of the MMD 4 according to the present embodiment.
  • the pair of first angle detection sensors 11A and 11B are arranged on the first movable frame 22 in the vicinity of the first support portion 21, respectively.
  • the first angle detection sensor 11A is arranged in the vicinity of the first support portion 21 connected to one of the mirror portions 20.
  • the first angle detection sensor 11B is arranged in the vicinity of the first support portion 21 connected to the other side of the mirror portion 20. Therefore, the pair of first angle detection sensors 11A and 11B are arranged at positions facing each other across the second axis a2 and facing each other across the mirror portion 20. Further, the pair of first angle detection sensors 11A and 11B are arranged at positions deviated from the first axis a1 in the same direction (in the present embodiment, the ⁇ X direction).
  • the pair of second angle detection sensors 12A and 12B are arranged on the second movable frame 24 in the vicinity of the second support portion 23, respectively.
  • the second angle detection sensor 12A is arranged in the vicinity of the second support portion 23 connected to one of the first movable frames 22.
  • the second angle detection sensor 12B is arranged in the vicinity of the second support portion 23 connected to the other side of the first movable frame 22. Therefore, the pair of second angle detection sensors 12A and 12B are arranged at positions facing each other across the first axis a1 and facing each other across the mirror portion 20 and the first movable frame 22. Further, the pair of second angle detection sensors 12A and 12B are arranged at positions deviated from the second axis a2 in the same direction (+ Y direction in this embodiment).
  • FIG. 24 shows an example of signals output from the pair of first angle detection sensors 11A and 11B in the present embodiment.
  • S1a is from the pair of first angle detection sensors 11A and 11B when the mirror portion 20 is not swung around the second axis a2 but only around the first axis a1.
  • the first angle detection sensors 11A and 11B are arranged at positions shifted in the same direction with respect to the first axis a1, waveforms of the same phase having the first drive frequency f d1 from both of them. A signal is output.
  • the output signal of the first angle detection sensor 11A is the output signal of the mirror portion 20 around the second axis a 2 .
  • Vibration noise RN1a caused by vibration is superimposed.
  • the output signal of the first angle detection sensor 11B includes the second axis a of the mirror unit 20. Vibration noise RN1b due to the fluctuation around 2 is superimposed.
  • the vibration noises RN1a and RN1b superimposed on the first angle detection sensors 11A and 11B are in opposite phase to each other.
  • the signal S1b1 on which the vibration noise RN1a is superimposed is output from the first angle detection sensor 11A, and the signal S1b1 on which the vibration noise RN1b is superimposed is output from the first angle detection sensor 11B.
  • S1b 2 is output.
  • FIG. 25 shows an example of signals output from the pair of second angle detection sensors 12A and 12B in the present embodiment.
  • S2a is from the pair of second angle detection sensors 12A and 12B when the mirror portion 20 is not swung around the first axis a1 but only around the second axis a2.
  • the second angle detection sensors 12A and 12B are arranged at positions shifted in the same direction with respect to the second axis a2, waveforms having the same phase having a second drive frequency f d2 from both of them.
  • a signal is output.
  • the output signal of the second angle detection sensor 12A is based on the first axis a1 of the mirror unit 20. Vibration noise RN2a caused by vibration is superimposed.
  • the output signal of the second angle detection sensor 12B includes the first axis a of the mirror unit 20. Vibration noise RN2b caused by vibration around 1 is superimposed. Since the second angle detection sensors 12A and 12B are arranged at positions facing each other with the first axis a1 interposed therebetween, the vibration noises RN2a and RN2b superimposed on both of them are in opposite phase to each other.
  • the signal S2b 1 on which the vibration noise RN2a is superimposed is output from the second angle detection sensor 12A, and the signal on which the vibration noise RN2b is superimposed is output from the second angle detection sensor 12B.
  • S2b 2 is output.
  • the first signal processing unit 61A has an addition circuit 73A instead of the subtraction circuit 73.
  • the adder circuit 73A combines the signal S1b 1 input from the first angle detection sensor 11A via the buffer amplifier 71 and the signal S1b 2 input from the first angle detection sensor 11B via the variable gain amplifier 72. Output the added value.
  • the gain adjusting circuit 74 adjusts the amplitude level of the vibration noise RN1b included in the signal S1b 2 so as to match the amplitude level of the vibration noise RN1a included in the signal S1b 1 . Therefore, the vibration noises RN1a and RN1b are canceled by the addition process by the addition circuit 73A. Therefore, the addition circuit 73A outputs the first angle detection signal S1c, which is a signal from which the vibration noises RN1a and RN1b have been removed.
  • FIG. 27 shows how the first angle detection signal S1c is generated based on S1b 1 and S1b 2 output from the pair of first angle detection sensors 11A and 11B in the present embodiment. Also in this embodiment, the same first angle detection signal S1c as in the first embodiment can be obtained (see FIG. 15).
  • the second signal processing unit 61B has an addition circuit 83A instead of the subtraction circuit 83.
  • the adder circuit 83A combines the signal S2b 1 input from the second angle detection sensor 12A via the buffer amplifier 81 and the signal S2b 2 input from the second angle detection sensor 12B via the variable gain amplifier 82. Output the added value.
  • the gain adjusting circuit 84 adjusts the amplitude level of the vibration noise RN2b included in the signal S2b 2 so as to match the amplitude level of the vibration noise RN2a included in the signal S2b 1 . Therefore, the vibration noises RN2a and RN2b are canceled by the addition process by the addition circuit 83A. Therefore, the addition circuit 83A outputs the second angle detection signal S2c, which is a signal from which the vibration noises RN2a and RN2b have been removed.
  • FIG. 29 shows how the second angle detection signal S2c is generated based on S2b 1 and S2b 2 output from the pair of second angle detection sensors 12A and 12B in the present embodiment. Also in this embodiment, the same second angle detection signal S2c as in the first embodiment can be obtained (see FIG. 15).
  • the pair of first angle detection sensors 11A and 11B may be arranged at positions facing each other with the first axis a1 or the second axis a2 interposed therebetween.
  • vibration noise is generated by subtracting the other from one of the output signals of both. Can be removed.
  • vibration noise can be removed by adding the output signals of both.
  • the pair of second angle detection sensors 12A and 12B may be arranged at positions facing each other with the first axis a1 or the second axis a2 interposed therebetween.
  • vibration noise is generated by subtracting the other from one of the output signals of both. Can be removed.
  • vibration noise can be removed by adding the output signals of both.
  • the gain adjustment circuit 74 extracts vibration noise having a second drive frequency f d2 by the first BPF circuit 75A and the second BPF circuit 75B.
  • vibration noise having a second drive frequency f d2 may be extracted by a low-pass filter circuit having a cutoff frequency between the first drive frequency f d1 and the second drive frequency f d2 .
  • the gain adjustment circuit 84 extracts vibration noise having a first drive frequency f d1 by the first BPF circuit 85A and the second BPF circuit 85B.
  • vibration noise having the first drive frequency f d1 may be extracted by a high-pass filter circuit having a cutoff frequency between the first drive frequency f d1 and the second drive frequency f d2 .
  • the configuration of MMD4 shown in the above embodiment is an example.
  • the configuration of MMD4 can be modified in various ways.
  • a first actuator 31 that swings the mirror portion 20 around the first axis a1 is arranged on the second movable frame 24, and a second actuator 32 that swings the mirror portion 20 around the second axis a2 is the second. 1 It may be arranged in the movable frame 22.
  • the hardware configuration of the drive control unit 5 can be modified in various ways.
  • the drive control unit 5 is composed of an analog arithmetic circuit, but it can also be configured by a digital arithmetic circuit.
  • the drive control unit 5 may be configured by one processor, or may be configured by a combination of two or more processors of the same type or different types.
  • the processor includes a CPU (Central Processing Unit), a programmable logic device (Programmable Logic Device: PLD), a dedicated electric circuit, and the like.
  • a CPU is a general-purpose processor that executes software (program) and functions as various processing units.
  • PLD is a processor such as FPGA (Field Programmable Gate Array) whose circuit configuration can be changed after manufacturing.
  • a dedicated electric circuit is a processor having a circuit configuration specially designed for executing a specific process such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • At least one of the pair of first angle detection sensors 11A and 11B may be provided. Further, at least one of the pair of second angle detection sensors 12A and 12B may be provided.
  • the first signal processing unit 61A is a bandpass filter circuit having a pass band with the first drive frequency f d1 as the center frequency.
  • the second signal processing unit 61B is a bandpass filter circuit having a pass band with the second drive frequency f d2 as the center frequency.
  • the first signal processing unit 61A outputs a signal from which the vibration noise having the second drive frequency f d2 is removed. From the second signal processing unit 61B, a signal having the first drive frequency f d1 from which vibration noise has been removed is output.
  • vibration noise can be removed by using the first signal processing unit 61A and the second signal processing unit 61B as a bandpass filter circuit, but accurate phase information can be obtained from the signal from which the vibration noise has been removed. May not be obtained. This is due to the phase response of the bandpass filter circuit.
  • FIG. 30 shows an example of the gain and phase characteristics of the bandpass filter circuit.
  • the center frequency of the bandpass filter circuit shown in FIG. 30 is 10 kHz. Since the phase changes abruptly near the center frequency, if the frequency of the signal input to the bandpass filter circuit deviates from the center frequency, the phase of the output signal from the bandpass filter circuit changes significantly. In this way, when the output signal from the angle detection sensor passes through the bandpass filter circuit, the phase may change significantly. Therefore, in order to maintain the resonance state of the output signal from the bandpass filter circuit. It is difficult to use as timing information.
  • a zero cross pulse is generated based on the output signal from the bandpass filter circuit and input to the light source drive unit 3A, an image out of sync with the light scanning by the MMD 4 will be drawn on the scanned surface 6. ..
  • a phase detector that enables the phase of the output signal from the bandpass filter circuit to be manually adjusted is provided, and the user manually observes the image drawn on the scanned surface 6 so that there is no deviation. It is necessary to adjust the phase detector with.
  • the technique of the present disclosure removes vibration noise by adding or subtracting a pair of output signals output from a pair of angle detection sensors without using a bandpass filter circuit. Therefore, the phase of the output signal does not change significantly due to the removal of vibration noise, and the output signal can be used as timing information for maintaining the resonance state. Therefore, there is no need for the user to manually adjust the phase detector.

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Abstract

入射光を反射する反射面を有するミラー部と、ミラー部の静止時の反射面を含む平面内にある第1軸の周りにミラー部を揺動させる第1アクチュエータと、ミラー部の静止時の反射面を含む平面内であって第1軸に直交する第2軸の周りにミラー部を揺動させる第2アクチュエータと、ミラー部の第1軸周りの角度に応じた信号を出力する一対の第1角度検出センサであって、第1軸又は第2軸を挟んで対向する位置に配置された一対の第1角度検出センサと、少なくとも1つのプロセッサと、を備える光走査装置であって、プロセッサは、一対の第1角度検出センサから出力された一対の第1出力信号を加算又は減算することにより、ミラー部の第1軸周りの角度を表す第1角度検出信号を生成する。

Description

光走査装置、その駆動方法、及び画像描画システム
 本開示の技術は、光走査装置、その駆動方法、及び画像描画システムに関する。
 シリコン(Si)の微細加工技術を用いて作製される微小電気機械システム(Micro Electro Mechanical Systems:MEMS)デバイスの1つとしてマイクロミラーデバイス(マイクロスキャナともいう。)が知られている。このマイクロミラーデバイスを備える光走査装置は、小型かつ低消費電力であることから、レーザーディスプレイ、又はレーザープロジェクタなどの画像描画システムへの応用が期待されている。
 マイクロミラーデバイスは、ミラー部が、互いに直交する第1軸及び第2軸の周りに揺動可能に形成されており、ミラー部が各軸の周りに揺動することで、ミラー部が反射した光を二次元的に走査する。また、ミラー部を各軸の周りに共振させることにより、光をリサージュ走査することを可能とするマイクロミラーデバイスが知られている。
 このようなマイクロミラーデバイスにおいて、ミラー部の振れ角を精度よく制御するために、ミラー部の角度に応じた信号を出力する角度検出センサを設けることが知られている(例えば、特開2019-082639号公報及び特開2018-063228号公報参照)。
 特開2019-082639号公報には、「検出信号取得部の出力信号に基づき、ミラー部の回動の振幅を求めること」が記載されている。具体的には、特開2019-082639号公報には、「ミラー部の回動に応じた信号電圧の変化のP-P(Peak To Peak)値を求め、信号電圧とミラー部の回動の振幅との関係を示すデータに基づき、ミラー部の回動の振幅を取得すること」が記載されている。ミラー部の回動の振幅は、振れ角の最大値(以下、最大振れ角)に対応する。
 特開2018-063228号公報には、「MEMSミラーを共振周波数で駆動させたときの共振方向に対するMEMSミラーの角度の変化量に基づいて、MEMSミラーの揺動角度を取得すること」が記載されている。
 特開2019-082639号公報及び特開2018-063228号公報には、ミラー部の第1軸周りの角度を検出する第1角度検出センサと、ミラー部の第2軸周りの角度を検出する第2角度検出センサとを設けることが記載されている。しかしながら、ミラー部を第1軸及び第2軸の周りに同時に揺動させた場合には、第1角度検出センサの出力信号には、ミラー部の第2軸周りの揺動に起因する振動成分が重畳される。また、第2角度検出センサには、ミラー部の第1軸周りの揺動に起因する振動成分が重畳される。このように、2軸駆動方式のマイクロミラーデバイスでは、角度検出センサの出力信号に、検出対象の軸とは異なる軸の振動がノイズとして重畳されることが問題となっている。以下、このノイズを振動ノイズという。
 ミラー部の最大振れ角を一定に維持するためには、角度検出センサの出力信号の振幅を正確に検出する必要がある。また、ミラー部を共振駆動する場合に、ミラー部の揺動が共振状態を維持するためには、角度検出センサの出力信号の位相を正確に検出する必要がある。
 しかしながら、角度検出センサの出力信号に振動ノイズが重畳された場合には、角度検出センサの出力信号の振幅及び位相を正確に検出することができず、ミラー部の揺動を精度よく制御することは困難となる。
 本開示の技術は、ミラー部の揺動を精度よく制御することを可能とする光走査装置、その駆動方法、及び画像描画システムを提供することを目的とする。
 本開示の技術によれば、ミラー部の振れ角を精度よく制御することを可能とする光走査装置、その駆動方法、及び画像描画システムを提供することができる。
 上記目的を達成するために、本開示の光走査装置は、入射光を反射する反射面を有するミラー部と、ミラー部の静止時の反射面を含む平面内にある第1軸の周りにミラー部を揺動させる第1アクチュエータと、ミラー部の静止時の反射面を含む平面内であって第1軸に直交する第2軸の周りにミラー部を揺動させる第2アクチュエータと、ミラー部の第1軸周りの角度に応じた信号を出力する一対の第1角度検出センサであって、第1軸又は第2軸を挟んで対向する位置に配置された一対の第1角度検出センサと、少なくとも1つのプロセッサと、を備える光走査装置であって、プロセッサは、一対の第1角度検出センサから出力された一対の第1出力信号を加算又は減算することにより、ミラー部の第1軸周りの角度を表す第1角度検出信号を生成する。
 プロセッサは、一対の第1出力信号のうち、少なくとも一方の振幅レベルを調整することにより、一対の第1出力信号のそれぞれに含まれる振動ノイズの振幅を一致させた後、一対の第1出力信号を加算又は減算することが好ましい。
 一対の第1角度検出センサは、第1軸を挟んで対向する位置に配置されており、プロセッサは、振幅レベル調整後の一対の第1出力信号のうちの一方から他方を減算することにより、第1角度検出信号を生成することが好ましい。
 一対の第1角度検出センサは、第2軸を挟んで対向する位置に配置されており、プロセッサは、振幅レベル調整後の一対の第1出力信号を加算することにより、第1角度検出信号を生成することが好ましい。
 プロセッサは、第1アクチュエータに付与する第1駆動信号を生成する第1駆動信号生成部を有し、第1角度検出信号を第1駆動信号生成部にフィードバックすることが好ましい。
 第1駆動信号生成部は、位相同期回路を有する駆動回路であることが好ましい。
 第1駆動信号は正弦波であることが好ましい。
 第1角度検出センサは圧電素子であることが好ましい。
 ミラー部の第2軸周りの角度に応じた信号を出力する一対の第2角度検出センサであって、第1軸又は第2軸を挟んで対向する位置に配置された一対の第2角度検出センサをさらに備え、プロセッサは、一対の第2角度検出センサから出力された一対の第2出力信号のうち、少なくとも一方の振幅レベルを調整し、振幅レベル調整後の一対の第2出力信号を加算又は減算することにより、ミラー部の第2軸周りの角度を表す第2角度検出信号を生成することが好ましい。
 プロセッサは、一対の第2出力信号のうち、少なくとも一方の振幅レベルを調整することにより、一対の第2出力信号のそれぞれに含まれる振動ノイズの振幅を一致させた後、一対の第2出力信号を加算又は減算することが好ましい。
 一対の第2角度検出センサは、第2軸を挟んで対向する位置に配置されており、プロセッサは、振幅レベル調整後の一対の第2出力信号のうちの一方から他方を減算することにより、第2角度検出信号を生成することが好ましい。
 一対の第2角度検出センサは、第1軸を挟んで対向する位置に配置されており、プロセッサは、振幅レベル調整後の一対の第2出力信号を加算することにより、第2角度検出信号を生成することが好ましい。
 プロセッサは、第2アクチュエータに付与する第2駆動信号を生成する第2駆動信号生成部を有し、第2角度検出信号を第2駆動信号生成部にフィードバックすることが好ましい。
 第2駆動信号生成部は、位相同期回路を有する駆動回路であることが好ましい。
 第2駆動信号は正弦波であることが好ましい。
 第2角度検出センサは圧電素子であることが好ましい。
 本開示の画像描画システムは、上記いずれかの光走査装置と、ミラー部に光を照射する光源と、を備える画像描画システムであって、プロセッサは、第1角度検出信号及び第2角度検出信号に基づいて、光源の光の照射タイミングを制御する。
 本開示の光走査装置の駆動方法は、入射光を反射する反射面を有するミラー部と、ミラー部の静止時の反射面を含む平面内にある第1軸の周りにミラー部を揺動させる第1アクチュエータと、ミラー部の静止時の反射面を含む平面内であって第1軸に直交する第2軸の周りにミラー部を揺動させる第2アクチュエータと、ミラー部の第1軸周りの角度に応じた信号を出力する一対の第1角度検出センサであって、第1軸又は第2軸を挟んで対向する位置に配置された一対の第1角度検出センサと、を備える光走査装置の駆動方法であって、一対の第1角度検出センサから出力された一対の第1出力信号を加算又は減算することにより、ミラー部の第1軸周りの角度を表す第1角度検出信号を生成する。
 本開示の技術によれば、ミラー部の揺動を精度よく制御することを可能とする光走査装置、その駆動方法、及び画像描画システムを提供することができる。
光走査装置の概略図である。 マイクロミラーデバイスの外観斜視図である。 マイクロミラーデバイスを光入射側から見た平面図である。 図3のA-A線に沿った断面図である。 図3のB-B線に沿った断面図である。 図3のC-C線に沿った断面図である。 第1アクチュエータを駆動した例を示す図である。 第2アクチュエータを駆動した例を示す図である。 第1駆動信号及び第2駆動信号の一例を示すグラフである。 駆動制御部の構成の一例を示すブロック図である。 一対の第1角度検出センサから出力される信号の一例を示す図である。 一対の第2角度検出センサから出力される信号の一例を示す図である。 第1信号処理部の構成を示す回路図である。 第1信号処理部のゲイン調整回路に含まれる第1BPF回路及び第2BPF回路のフィルタ特性を示す図である。 第1信号処理の一例を示す図である。 第2信号処理部の構成を示す回路図である。 第2信号処理部のゲイン調整回路に含まれる第1BPF回路及び第2BPF回路のフィルタ特性を示す図である。 第2信号処理の一例を示す図である。 第1駆動信号生成部の構成の一例を示すブロック図である。 第2駆動信号生成部の構成の一例を示すブロック図である。 第1ゼロクロスパルスの生成処理を説明する図である。 第2ゼロクロスパルスの生成処理を説明する図である。 第2実施形態に係るマイクロミラーデバイスの平面図である。 第2実施形態に係る一対の第1角度検出センサから出力される信号の一例を示す図である。 第2実施形態に係る一対の第2角度検出センサから出力される信号の一例を示す図である。 第2実施形態に係る第1駆動信号生成部の構成を示すブロック図である。 第2実施形態に係る第1信号処理の一例を示す図である。 第2実施形態に係る第2駆動信号生成部の構成を示すブロック図である。 第2実施形態に係る第2信号処理の一例を示す図である。 バンドパスフィルタ回路の利得及び位相の特性の一例を示す図である。
 添付図面に従って本開示の技術に係る実施形態の一例について説明する。
 [第1実施形態]
 図1は、一実施形態に係る画像描画システム10を概略的に示す。画像描画システム10は、光走査装置2と光源3とを有する。光走査装置2は、マイクロミラーデバイス(以下、MMD(Micro Mirror Device)という。)4と、駆動制御部5とで構成されている。駆動制御部5は、本開示の技術に係るプロセッサの一例である。
 画像描画システム10は、駆動制御部5の制御に従って、光源3から照射された光ビームLをMMD4により反射して被走査面6を光走査することにより、画像を描画する。被走査面6は、例えばスクリーンである。
 画像描画システム10は、例えば、リサージュ走査方式のレーザーディスプレイに適用される。具体的には、画像描画システム10は、AR(Augmented Reality)グラス又はVR(Virtual Reality)グラス等のレーザースキャンディスプレイに適用可能である。
 MMD4は、第1軸aと、第1軸aに直交する第2軸aとの周りに、ミラー部20(図2参照)を揺動させることを可能とする圧電型2軸駆動方式のマイクロミラーデバイスである。以下、第2軸aと平行な方向をX方向、第1軸aと平行な方向をY方向、第1軸a及び第2軸aに直交する方向をZ方向という。
 光源3は、光ビームLとして、例えばレーザ光を発するレーザ装置である。光源3は、MMD4のミラー部20が静止した状態において、ミラー部20が備える反射面20A(図2参照)に垂直に光ビームLを照射することが好ましい。なお、光源3から反射面20Aに垂直に光ビームLを照射する場合、光ビームLを被走査面6に走査して描画する際に、光源3が障害物となる可能性がある。このため、光源3から発せられた光ビームLを、光学系で制御して、反射面20Aに垂直に照射することが好ましい。光学系は、レンズを含むものであってもいし、レンズを含まないものであってもよい。また、光源3から発せられた光ビームLを反射面20Aに照射する角度は垂直に限られず、光ビームLを反射面20Aに対して斜めに照射してもよい。
 駆動制御部5は、光走査情報に基づいて光源3及びMMD4に駆動信号を出力する。光源3は、入力された駆動信号に基づいて光ビームLを発生してMMD4に照射する。MMD4は、入力された駆動信号に基づいて、ミラー部20を第1軸a及び第2軸aの周りに揺動させる。
 詳しくは後述するが、駆動制御部5は、ミラー部20を第1軸a及び第2軸aの周りにそれぞれ共振させることにより、ミラー部20で反射される光ビームLは、被走査面6上においてリサージュ波形を描くように走査される。この光走査方式は、リサージュ走査方式と呼ばれる。
 次に、図2~図6を用いてMMD4の一例を説明する。図2は、MMD4の外観斜視図である。図3は、MMD4を光入射側から見た平面図である。図4は、図3のA-A線に沿った断面図である。図5は、図3のB-B線に沿った断面図である。図6は、図3のC-C線に沿った断面図である。
 図2及び図3に示すように、MMD4は、ミラー部20、第1支持部21、第1可動枠22、第2支持部23、第2可動枠24、接続部25、及び固定枠26を有する。MMD4は、いわゆるMEMSスキャナである。
 ミラー部20は、入射光を反射する反射面20Aを有する。反射面20Aは、ミラー部20の一面に設けられた、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、又は銀の合金等の金属薄膜で形成されている。反射面20Aの形状は、例えば、第1軸aと第2軸aとの交点を中心とした円形状である。
 第1軸a及び第2軸aは、ミラー部20が静止した静止時において反射面20Aを含む平面内に存在する。MMD4の平面形状は、矩形状であって、第1軸aに関して線対称であり、かつ第2軸aに関して線対称である。
 第1支持部21は、ミラー部20の外側に、第2軸aを挟んで対向する位置にそれぞれ配置されている。第1支持部21は、第1軸a上でミラー部20と接続されており、ミラー部20を第1軸a周りに揺動可能に支持している。本実施形態では、第1支持部21は、第1軸aに沿って延伸したトーションバーである。
 第1可動枠22は、ミラー部20を取り囲む矩形状の枠体であって、第1軸a上で第1支持部21を介してミラー部20と接続されている。第1可動枠22の上には、第1軸aを挟んで対向する位置にそれぞれ圧電素子30が形成されている。このように、第1可動枠22上に2つの圧電素子30が形成されることにより、一対の第1アクチュエータ31が構成されている。
 一対の第1アクチュエータ31は、第1軸aを挟んで対向する位置に配置されている。第1アクチュエータ31は、ミラー部20に、第1軸a周りの回転トルクを作用させることにより、ミラー部20を第1軸a周りに揺動させる。
 第2支持部23は、第1可動枠22の外側に、第1軸aを挟んで対向する位置にそれぞれ配置されている。第2支持部23は、第2軸a上で第1可動枠22と接続されており、第1可動枠22及びミラー部20を、第2軸a周りに揺動可能に支持している。本実施形態では、第2支持部23は、第2軸aに沿って延伸したトーションバーである。
 第2可動枠24は、第1可動枠22を取り囲む矩形状の枠体であって、第2軸a上で第2支持部23を介して第1可動枠22と接続されている。第2可動枠24の上には、第2軸aを挟んで対向する位置にそれぞれ圧電素子30が形成されている。このように、第2可動枠24上に2つの圧電素子30が形成されることにより、一対の第2アクチュエータ32が構成されている。
 一対の第2アクチュエータ32は、第2軸aを挟んで対向する位置に配置されている。第2アクチュエータ32は、ミラー部20及び第1可動枠22に、第2軸aの周りの回転トルクを作用させることにより、第2軸aの周りにミラー部20を揺動させる。
 接続部25は、第2可動枠24の外側に、第1軸aを挟んで対向する位置にそれぞれ配置されている。接続部25は、第2軸a上で第2可動枠24と接続されている。
 固定枠26は、第2可動枠24を取り囲む矩形状の枠体であって、第2軸a上で接続部25を介して第2可動枠24と接続されている。
 また、第1可動枠22には、第1支持部21の近傍に、第1軸aを挟んで対向する位置に一対の第1角度検出センサ11A,11Bが設けられている。一対の第1角度検出センサ11A,11Bは、それぞれ圧電素子により構成されている。第1角度検出センサ11A,11Bは、それぞれ、ミラー部20の第1軸a周りの回動に伴う第1支持部21の変形により加わる力を電圧に変換して信号を出力する。すなわち、1角度検出センサ11A,11Bは、ミラー部20の第1軸a周りの角度に応じた信号を出力する。
 また、第2可動枠24には、第2支持部23の近傍に、第2軸aを挟んで対向する位置に一対の第2角度検出センサ12A,12Bが設けられている。一対の第2角度検出センサ12A,12Bは、それぞれ圧電素子により構成されている。第2角度検出センサ12A,12Bは、それぞれ、ミラー部20の第2軸a周りの回動に伴う第2支持部23の変形により加わる力を電圧に変換して信号を出力する。すなわち、第2角度検出センサ12A,12Bは、ミラー部20の第2軸a周りの角度に応じた信号を出力する。
 図2及び図3では、第1アクチュエータ31及び第2アクチュエータ32に駆動信号を与えるための配線及び電極パッドについては図示を省略している。また、図2及び図3では、第1角度検出センサ11A,11B及び第2角度検出センサ12A,12Bから信号を出力するための配線及び電極パッドについても図示を省略している。電極パッドは、固定枠26上に複数設けられる。
 図4及び図5に示すように、MMD4は、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板40をエッチング処理することにより形成されている。SOI基板40は、単結晶シリコンからなる第1シリコン活性層41の上に、酸化シリコン層42が設けられ、酸化シリコン層42の上に単結晶シリコンからなる第2シリコン活性層43が設けられた基板である。
 ミラー部20、第1支持部21、第1可動枠22、第2支持部23、第2可動枠24、及び接続部25は、SOI基板40からエッチング処理により第1シリコン活性層41及び酸化シリコン層42を除去することで残存した第2シリコン活性層43により形成されている。第2シリコン活性層43は、弾性を有する弾性部として機能する。固定枠26は、第1シリコン活性層41、酸化シリコン層42、及び第2シリコン活性層43の3層で形成されている。
 第1アクチュエータ31及び第2アクチュエータ32は、第2シリコン活性層43上に圧電素子30を有する。圧電素子30は、第2シリコン活性層43上に、下部電極51、圧電膜52、及び上部電極53が順に積層された積層構造を有する。なお、上部電極53上には絶縁膜が設けられるが、図示は省略している。
 上部電極53及び下部電極51は、例えば、金(Au)又は白金(Pt)等で形成されている。圧電膜52は、例えば、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)で形成されている。上部電極53及び下部電極51は、配線及び電極パッドを介して、前述の駆動制御部5に電気的に接続されている。
 上部電極53には、駆動制御部5から駆動電圧が印加される。下部電極51は、配線及び電極パッドを介して駆動制御部5に接続され、基準電位(例えば、グランド電位)が付与されている。
 圧電膜52は、分極方向に正又は負の電圧が印加されると、印加電圧に比例した変形(例えば、伸縮)が生じる。すなわち、圧電膜52は、いわゆる逆圧電効果を発揮する。圧電膜52は、駆動制御部5から上部電極53に駆動電圧が印加されることにより逆圧電効果を発揮して、第1アクチュエータ31及び第2アクチュエータ32を変位させる。
 図6に示すように、第1角度検出センサ11Aも同様に、第2シリコン活性層43上に積層された下部電極51、圧電膜52、及び上部電極53からなる圧電素子30により構成されている。圧電膜52は、力(圧力)が加わると、圧力に比例した分極が生じる。すなわち、圧電膜52は、圧電効果を発揮する。圧電膜52は、ミラー部20の第1軸a周りの回動に伴う第1支持部21の変形により力が加わると、圧電効果を発揮して電圧を発生する。
 第1角度検出センサ11Bは、第1角度検出センサ11Aと同様の構成であるので、図示は省略する。また、第2角度検出センサ12A,12Bは、第1角度検出センサ11Aと同様の構成であるので、図示は省略する。
 図7は、一対の第1アクチュエータ31の一方の圧電膜52を伸張させ、他方の圧電膜52を収縮させることにより、第1アクチュエータ31に、第1軸a周りの回転トルクを発生させる例を示している。このように、一対の第1アクチュエータ31の一方と他方とが互いに逆方向に変位することにより、ミラー部20が第1軸aの周りに回動する。
 また、図7は、一対の第1アクチュエータ31の変位方向と、ミラー部20の回動方向とが互いに逆方向である逆位相の共振モードで、第1アクチュエータ31を駆動した例である。なお、一対の第1アクチュエータ31の変位方向と、ミラー部20の回動方向とが同じ方向である同位相の共振モードで、第1アクチュエータ31を駆動してもよい。
 ミラー部20の第1軸a周りの振れ角(以下、第1振れ角という。)θは、駆動制御部5が第1アクチュエータ31に与える駆動信号(以下、第1駆動信号という。)により制御される。第1駆動信号は、例えば正弦波の交流電圧である。第1駆動信号は、一対の第1アクチュエータ31の一方に印加される駆動電圧波形V1A(t)と、他方に印加される駆動電圧波形V1B(t)とを含む。駆動電圧波形V1A(t)と駆動電圧波形V1B(t)は、互いに逆位相(すなわち位相差180°)である。
 なお、第1振れ角θは、反射面20Aの法線が、XZ平面においてZ方向に対して傾斜する角度である。
 図8は、一対の第2アクチュエータ32の一方の圧電膜52を伸張させ、他方の圧電膜52を収縮させることにより、第2アクチュエータ32に、第2軸a周りの回転トルクを発生させる例を示している。このように、一対の第2アクチュエータ32の一方と他方とが互いに逆方向に変位することにより、ミラー部20が第2軸aの周りに回動する。
 また、図8は、一対の第2アクチュエータ32の変位方向と、ミラー部20の回動方向とが互いに逆方向である逆位相の共振モードで、第2アクチュエータ32を駆動した例を示している。なお、一対の第2アクチュエータ32の変位方向と、ミラー部20の回動方向とが同じ方向である同位相の共振モードで、第2アクチュエータ32を駆動してもよい。
 ミラー部20の第2軸a周りの振れ角(以下、第2振れ角という。)θは、駆動制御部5が第2アクチュエータ32に与える駆動信号(以下、第2駆動信号という。)により制御される。第2駆動信号は、例えば正弦波の交流電圧である。第2駆動信号は、一対の第2アクチュエータ32の一方に印加される駆動電圧波形V2A(t)と、他方に印加される駆動電圧波形V2B(t)とを含む。駆動電圧波形V2A(t)と駆動電圧波形V2B(t)は、互いに逆位相(すなわち位相差180°)である。
 なお、第2振れ角θは、反射面20Aの法線が、YZ平面においてZ方向に対して傾斜する角度である。
 図9は、第1駆動信号及び第2駆動信号の一例を示す。図9(A)は、第1駆動信号に含まれる駆動電圧波形V1A(t)及びV1B(t)を示す。図9(B)は、第2駆動信号に含まれる駆動電圧波形V2A(t)及びV2B(t)を示す。
 駆動電圧波形V1A(t)及びV1B(t)は、それぞれ次のように表される。
 V1A(t)=Voff1+Vsin(2πfd1t)
 V1B(t)=Voff1+Vsin(2πfd1t+α)
 ここで、Vは振幅電圧である。Voff1はバイアス電圧である。fd1は駆動周波数(以下、第1駆動周波数という。)である。tは時間である。αは、駆動電圧波形V1A(t)及びV1B(t)の位相差である。本実施形態では、例えば、α=180°とする。
 駆動電圧波形V1A(t)及びV1B(t)が一対の第1アクチュエータ31に印加されることにより、ミラー部20は、第1駆動周波数fd1で第1軸a周りに揺動する(図7参照)。
 駆動電圧波形V2A(t)及びV2B(t)は、それぞれ次のように表される。
 V2A(t)=Voff2+Vsin(2πfd2t+φ)
 V2B(t)=Voff2+Vsin(2πfd2t+β+φ)
 ここで、Vは振幅電圧である。Voff2はバイアス電圧である。fd2は駆動周波数(以下、第2駆動周波数という。)である。tは時間である。βは、駆動電圧波形V2A(t)及びV2B(t)の位相差である。本実施形態では、例えば、β=180°とする。また、φは、駆動電圧波形V1A(t)及びV1B(t)と、駆動電圧波形V2A(t)及びV2B(t)との位相差である。また、本実施形態では、例えば、Voff1=Voff2=0Vとする。
 駆動電圧波形V2A(t)及びV2B(t)が一対の第2アクチュエータ32に印加されることにより、ミラー部20は、第2駆動周波数fd2で第2軸a周りに揺動する(図8参照)。
 第1駆動周波数fd1は、ミラー部20の第1軸a周りの共振周波数に一致するように設定される。第2駆動周波数fd2は、ミラー部20の第2軸a周りの共振周波数に一致するように設定される。本実施形態では、fd1>fd2とする。すなわち、ミラー部20は、第1軸a周りの揺動周波数が、第2軸a周りの揺動周波数よりも高い。なお、第1駆動周波数fd1及び第2駆動周波数fd2は、必ずしも共振周波数と一致していなくてもよい。例えば、第1駆動周波数fd1及び第2駆動周波数fd2は、それぞれ共振周波数の近傍の周波数範囲(例えば、共振周波数をピーク値とする周波数分布の半値幅の範囲)内の周波数であってもよい。この周波数範囲は、例えば、いわゆるQ値の範囲内である。
 図10は、駆動制御部5の構成の一例を示す。駆動制御部5は、ミラー駆動部4Aと光源駆動部3Aとを有する。ミラー駆動部4Aは、第1駆動信号生成部60A、第1信号処理部61A、第1位相シフト部62A、第1ゼロクロスパルス出力部63A、第2駆動信号生成部60B、第2信号処理部61B、第2位相シフト部62B、及び第2ゼロクロスパルス出力部63Bを有する。
 第1駆動信号生成部60A、第1信号処理部61A、及び第1位相シフト部62Aは、ミラー部20の第1軸a周りの揺動が共振状態を維持するようにフィードバック制御を行う。第2駆動信号生成部60B、第2信号処理部61B、及び第2位相シフト部62Bは、ミラー部20の第2軸a周りの揺動が共振状態を維持するようにフィードバック制御を行う。
 第1駆動信号生成部60Aは、基準波形に基づいて、上述の駆動電圧波形V1A(t)及びV1B(t)を含む第1駆動信号を生成し、生成した第1駆動信号を、第1位相シフト部62Aを介して一対の第1アクチュエータ31に付与する。これにより、ミラー部20は、第1軸a周りに揺動する。第1角度検出センサ11A,11Bは、ミラー部20の第1軸a周りの角度に応じた信号を出力する。
 第2駆動信号生成部60Bは、基準波形に基づいて、上述の駆動電圧波形V2A(t)及びV2B(t)を含む第2駆動信号を生成し、生成した第2駆動信号を、第2位相シフト部62Bを介して一対の第2アクチュエータ32に付与する。これにより、ミラー部20は、第2軸a周りに揺動する。第2角度検出センサ12A,12Bは、ミラー部20の第2軸a周りの角度に応じた信号を出力する。
 第1駆動信号生成部60Aが生成する第1駆動信号と、第2駆動信号生成部60Bとは、位相同期されている。
 図11は、一対の第1角度検出センサ11A,11Bから出力される信号の一例を示す。図11において、S1a及びS1aは、ミラー部20を第2軸a周りには揺動させずに、第1軸a周りにのみ揺動させた場合に一対の第1角度検出センサ11A,11Bから出力される信号を表している。信号S1a,S1aは、第1駆動周波数fd1を有する正弦波に近似した波形信号であり、互いに逆位相となる。
 ミラー部20を第1軸a及び第2軸aの周りに同時に揺動させた場合には、一対の第1角度検出センサ11A,11Bの出力信号には、ミラー部20の第2軸a周りの揺動に起因する振動ノイズRN1が重畳される。S1bは、信号S1aに振動ノイズRN1が重畳された信号を表している。S1bは、信号S1aに振動ノイズRN1が重畳された信号を表している。なお、本実施形態の説明のために、振動ノイズRN1を強調して示している。
 このように、2軸駆動の場合には、第1角度検出センサ11A,11Bからは振動ノイズRN1が重畳された信号S1b,S1bが出力され、信号S1b,S1bの振幅は周期ごとに変動する。したがって、第1角度検出センサ11A,11Bから出力される信号S1b,S1bに基づいて、直接、振幅及び位相を求めることは難しい。
 図12は、一対の第2角度検出センサ12A,12Bから出力される信号の一例を示す。図12において、S2a及びS2aは、ミラー部20を第1軸a周りには揺動させずに、第2軸a周りにのみ揺動させた場合に一対の第2角度検出センサ12A,12Bから出力される信号を表している。信号S2a1,S2aは、第2駆動周波数fd2を有する正弦波に近似した波形信号であり、互いに逆位相となる。
 ミラー部20を第1軸a及び第2軸aの周りに同時に揺動させた場合には、一対の第2角度検出センサ12A,12Bの出力信号には、ミラー部20の第1軸a周りの揺動に起因する振動ノイズRN2が重畳される。S2bは、信号S2aに振動ノイズRN2が重畳された信号を表している。S2bは、信号S2aに振動ノイズRN2が重畳された信号を表している。なお、本実施形態の説明のために、振動ノイズRN2を強調して示している。
 このように、2軸駆動の場合には、第2角度検出センサ12A,12Bからは振動ノイズRN2が重畳された信号S2b1,S2bが出力され、信号S2b1,S2bの振幅は周期ごとに変動する。したがって、第2角度検出センサ12A,12Bから出力される信号S2b1,S2bに基づいて、直接、振幅及び位相を求めることは難しい。
 第1信号処理部61Aは、一対の第1角度検出センサ11A,11Bから出力されたS1a,S1aに基づいて、振動ノイズRN1が除去された信号(以下、第1角度検出信号)S1cを生成する。第2信号処理部61Bは、一対の第2角度検出センサ12A,12Bから出力されたS2a,S2aに基づいて、振動ノイズRN2が除去された信号(以下、第2角度検出信号)S2cを生成する。
 図13は、第1信号処理部61Aの構成を示す。第1信号処理部61Aは、アナログ演算回路で構成されている。図13に示すように、第1信号処理部61Aは、バッファーアンプ71、可変ゲインアンプ72、減算回路73、及びゲイン調整回路74により構成されている。ゲイン調整回路74は、第1BPF(Band Pass Filter)回路75A、第2BPF回路75B、第1検波回路76A、第2検波回路76B、減算回路77により構成されている。減算回路73及び減算回路77は、オペアンプで構成された差動増幅回路である。
 第1角度検出センサ11Aから出力された信号S1bは、バッファーアンプ71を経由して、減算回路73のプラス入力端子(非反転入力端子)に入力される。また、バッファーアンプ71から出力される信号は、減算回路73に入力されるまでの間に途中で分岐されて、ゲイン調整回路74内の第1BPF回路75Aに入力される。
 第1角度検出センサ11Bから出力された信号S1bは、可変ゲインアンプ72を経由して、減算回路73のマイナス入力端子(反転入力端子)に入力される。また、可変ゲインアンプ72から出力される信号は、減算回路73に入力されるまでの間に途中で分岐されて、ゲイン調整回路74内の第2BPF回路75Bに入力される。
 第1BPF回路75A及び第2BPF回路75Bは、それぞれ、図14に示すように、第2駆動周波数fd2を中心周波数とする通過帯域B1を有する。通過帯域B1は、例えば、fd2±5kHの周波数帯である。振動ノイズRN1は、第2駆動周波数fd2を有するので、通過帯域B1を通過する。したがって、第1BPF回路75Aは、バッファーアンプ71から入力された信号から、振動ノイズRN1(図11参照)を抽出して出力する。第2BPF回路75Bは、可変ゲインアンプ72から入力された信号から、振動ノイズRN1(図11参照)を抽出して出力する。
 第1検波回路76A及び第2検波回路76Bは、それぞれ、例えば、RMS-DCコンバータ(Root Mean Squared value to Direct Current converter)により構成されている。第1検波回路76Aは、第1BPF回路75Aから入力された振動ノイズRN1の振幅をDC電圧信号に変換して、減算回路77のプラス入力端子に入力する。第2検波回路76Bは、第2BPF回路75Bから入力された振動ノイズRN1の振幅をDC電圧信号に変換して、減算回路77のマイナス入力端子に入力する。
 減算回路77は、第1検波回路76Aから入力されたDC電圧信号から第2検波回路76Bから入力されたDC電圧信号を減算した値dを出力する。値dは、第1角度検出センサ11Aから出力された信号S1bに含まれる振動ノイズRN1の振幅と、第1角度検出センサ11Bから出力された信号S1bに含まれる振動ノイズRN1の振幅との差に対応する。減算回路77は、値dを、ゲイン調整値として可変ゲインアンプ72のゲイン調整端子に入力する。
 可変ゲインアンプ72は、ゲイン調整値として入力された値dを、第1角度検出センサ11Bから入力される信号S1bに乗じることにより、信号S1bの振幅レベルを調整する。このように、ゲイン調整回路74によりフィードバック制御が行われることで、可変ゲインアンプ72を通過した後の信号S1bに含まれる振動ノイズRN1の振幅が、バッファーアンプ71を通過した後の信号S1bに含まれる振動ノイズRN1の振幅と一致するように調整される。
 減算回路73は、プラス入力端子に入力された信号S1bから、マイナス入力端子に入力された信S1bを減算した値を出力する。上記のフィードバック制御により両信号に含まれる振動ノイズRN1の振幅が一致しているので、減算回路73による減算処理により、両信号に含まれる振動ノイズRN1が相殺される。したがって、減算回路73からは、振動ノイズRN1が除去された信号である第1角度検出信号S1c(図15参照)が出力される。
 図15は、一対の第1角度検出センサ11A,11Bから出力されたS1b,S1bに基づいて、第1角度検出信号S1cが生成される様子を示している。第1角度検出信号S1cは、信号S1bから振動ノイズRN1が除去された信号の振幅を2倍とした信号に対応する。
 第1信号処理部61Aにより生成された第1角度検出信号S1cは、第1駆動信号生成部60A及び第1ゼロクロスパルス出力部63Aに入力される。なお、ミラー部20の第1軸a周りの揺動が共振状態を維持している場合には、図15に示すように、第1信号処理部61Aから出力される第1角度検出信号S1cは、第1駆動信号に含まれる駆動電圧波形V1A(t)に対して、位相に90°の遅れが生じる。
 図16に示すように、第2信号処理部61Bは、バッファーアンプ81、可変ゲインアンプ82、減算回路83、及びゲイン調整回路84により構成されている。ゲイン調整回路84は、第1BPF回路85A、第2BPF回路85B、第1検波回路86A、第2検波回路86B、減算回路87により構成されている。減算回路83及び減算回路87は、オペアンプで構成された差動増幅回路である。
 第2角度検出センサ12Aから出力された信号S2bは、バッファーアンプ81を経由して、減算回路83のプラス入力端子に入力される。また、バッファーアンプ81から出力される信号は、減算回路83に入力されるまでの間に途中で分岐されて、ゲイン調整回路84内の第1BPF回路85Aに入力される。
 第2角度検出センサ12Bから出力された信号S2bは、可変ゲインアンプ82を経由して、減算回路83のマイナス入力端子に入力される。また、可変ゲインアンプ82から出力される信号は、減算回路83に入力されるまでの間に途中で分岐されて、ゲイン調整回路84内の第2BPF回路85Bに入力される。
 第1BPF回路85A及び第2BPF回路85Bは、それぞれ、図17に示すように、第1駆動周波数fd1を中心周波数とする通過帯域B2を有する。通過帯域B2は、例えば、fd1±5kHの周波数帯である。振動ノイズRN2は、第1駆動周波数fd1を有するので、通過帯域B2を通過する。したがって、第1BPF回路85Aは、バッファーアンプ81から入力された信号から、振動ノイズRN2(図12参照)を抽出して出力する。第2BPF回路85Bは、可変ゲインアンプ82から入力された信号から、振動ノイズRN2(図12参照)を抽出して出力する。
 第1検波回路86A及び第2検波回路86Bは、それぞれ、例えば、RMS-DCコンバータにより構成されている。第1検波回路86Aは、第1BPF回路85Aから入力された振動ノイズRN2の振幅をDC電圧信号に変換して、減算回路87のプラス入力端子に入力する。第2検波回路86Bは、第2BPF回路85Bから入力された振動ノイズRN2の振幅をDC電圧信号に変換して、減算回路87のマイナス入力端子に入力する。
 減算回路87は、第1検波回路86Aから入力されたDC電圧信号から第2検波回路86Bから入力されたDC電圧信号を減算した値dを出力する。値dは、第2角度検出センサ12Aから出力された信号S2bに含まれる振動ノイズRN2の振幅と、第2角度検出センサ12Bから出力された信号S2bに含まれる振動ノイズRN2の振幅との差に対応する。減算回路87は、値dを、ゲイン調整値として可変ゲインアンプ82のゲイン調整端子に入力する。
 可変ゲインアンプ82は、ゲイン調整値として入力された値dを、第2角度検出センサ12Bから入力される信号S2bに乗じることにより、信号S2bの振幅レベルを調整する。このように、ゲイン調整回路84によりフィードバック制御が行われることで、可変ゲインアンプ82を通過した後の信号S2bに含まれる振動ノイズRN2の振幅が、バッファーアンプ81を通過した後の信号S2bに含まれる振動ノイズRN2の振幅と一致するように調整される。
 減算回路83は、プラス入力端子に入力された信号S2bから、マイナス入力端子に入力された信号S2bを減算した値を出力する。上記のフィードバック制御により両信号に含まれる振動ノイズRN2の振幅が一致しているので、減算回路83による減算処理により、両信号に含まれる振動ノイズRN2が相殺される。したがって、減算回路83からは、振動ノイズRN2が除去された信号である第2角度検出信号S2c(図18参照)が出力される。
 図18は、一対の第2角度検出センサ12A,12Bから出力されたS2b,S2bに基づいて、第2角度検出信号S2cが生成される様子を示している。第2角度検出信号S2cは、信号S2bから振動ノイズRN2が除去された信号の振幅を2倍とした信号に対応する。
 第2信号処理部61Bにより生成された第2角度検出信号S2cは、第2駆動信号生成部60B及び第2ゼロクロスパルス出力部63Bに入力される。なお、ミラー部20の第2軸a周りの揺動が共振状態を維持している場合には、図18に示すように、第2信号処理部61Bから出力される第2角度検出信号S2cは、第2駆動信号に含まれる駆動電圧波形V2A(t)に対して、位相に90°の遅れが生じる。
 図10に戻り、第1信号処理部61Aから入力された第1角度検出信号S1cは、第1駆動信号生成部60Aにフィードバックされる。第1位相シフト部62Aは、第1駆動信号生成部60Aから出力された駆動電圧波形の位相をシフトする。第1位相シフト部62Aは、例えば、位相を90°シフトさせる。
 図19は、第1駆動信号生成部60Aの構成の一例を示す。図19に示すように、第1駆動信号生成部60Aは、信号生成回路91A及び位相同期回路92Aを有する。第1駆動信号生成部60Aは、いわゆるPLL(Phase Locked Loop)方式の駆動回路である。
 位相同期回路92Aには、信号生成回路91Aから第1駆動周波数fd1を有するサンプリングリセット信号が入力され、第1信号処理部61A(図10参照)から第1角度検出信号S1cが入力される。位相同期回路92Aは、サンプリングリセット信号と、第1角度検出信号S1cとに基づいて、自身が生成するサンプリングクロック信号の位相を調整する。
 信号生成回路91Aは、位相同期回路92Aから入力されるサンプリングクロック信号に基づいて、第1駆動信号を構成する駆動電圧波形V1A(t)及びV1B(t)を生成する。
 このように、第1位相シフト部62Aと、PLL方式の第1駆動信号生成部60Aとにより、第1駆動信号と第1角度検出信号S1cとの位相差を90°に維持するようにフィードバック制御が行われる。第1駆動信号と第1角度検出信号S1cとの位相差が90°に維持されることにより、ミラー部20の第1軸a周りの揺動が共振状態に維持される。
 第2信号処理部61Bから入力された第1角度検出信号S2cは、第2駆動信号生成部60Bにフィードバックされる。第2位相シフト部62Bは、第2駆動信号生成部60Bから出力された駆動電圧波形の位相をシフトする。第2位相シフト部62Bは、例えば、位相を90°シフトさせる。
 図20は、第2駆動信号生成部60Bの構成の一例を示す。図20に示すように、第2駆動信号生成部60Bは、信号生成回路91B及び位相同期回路92Bを有する。第2駆動信号生成部60Bは、いわゆるPLL方式の駆動回路である。
 位相同期回路92Bには、信号生成回路91Bから第2駆動周波数fd2を有するサンプリングリセット信号が入力され、第2信号処理部61B(図10参照)から第2角度検出信号S2cが入力される。位相同期回路92Bは、サンプリングリセット信号と、第2角度検出信号S2cとに基づいて、自身が生成するサンプリングクロック信号の位相を調整する。
 信号生成回路91Bは、位相同期回路92Bから入力されるサンプリングクロック信号に基づいて、第2駆動信号を構成する駆動電圧波形V2A(t)及びV2B(t)を生成する。
 このように、第2位相シフト部62Bと、PLL方式の第2駆動信号生成部60Bとにより、第2駆動信号と第2角度検出信号S2cとの位相差を90°に維持するようにフィードバック制御が行われる。第2駆動信号と第2角度検出信号S2cとの位相差が90°に維持されることにより、ミラー部20の第2軸a周りの揺動が共振状態に維持される。
 図10に戻り、第1ゼロクロスパルス出力部63Aは、第1信号処理部61Aから入力される第1角度検出信号S1cに基づき、ゼロクロスパルス(以下、第1ゼロクロスパルスという。)ZC1を生成する。第1ゼロクロスパルス出力部63Aは、ゼロクロス検出回路により構成されている。
 図21に示すように、第1ゼロクロスパルス出力部63Aは、交流信号である第1角度検出信号S1cがゼロボルトを横切るタイミングで第1ゼロクロスパルスZC1を生成する。第1ゼロクロスパルス出力部63Aは、生成した第1ゼロクロスパルスZC1を光源駆動部3Aに入力する。
 第2ゼロクロスパルス出力部63Bは、第2信号処理部61Bから入力される第2角度検出信号S2cに基づき、ゼロクロスパルス(以下、第2ゼロクロスパルスという。)ZC2を生成する。第2ゼロクロスパルス出力部63Bは、ゼロクロス検出回路により構成されている。
 図22に示すように、第2ゼロクロスパルス出力部63Bは、交流信号である第2角度検出信号S2cがゼロボルトを横切るタイミングで第2ゼロクロスパルスZC2を生成する。第2ゼロクロスパルス出力部63Bは、生成した第2ゼロクロスパルスZC2を光源駆動部3Aに入力する。
 光源駆動部3Aは、例えば、画像描画システム10の外部から供給される描画データに基づいて、光源3を駆動する。また、光源駆動部3Aは、レーザ光の照射タイミングが、ミラー駆動部4Aから入力される第1ゼロクロスパルスZC1及び第2ゼロクロスパルスZC2と同期するように照射タイミングを制御する。
 以上のように、本開示の技術によれば、一対の第1角度検出センサから出力された一対の第1出力信号のうちの一方から他方を減算することにより、ミラー部の第2軸周りの揺動に起因する振動ノイズが除去される。これにより、ミラー部の第1軸周りの角度を表す第1角度検出信号であって、振動ノイズが除去された第1角度検出信号が生成されるので、ミラー部の揺動を精度よく制御することができる。また、ミラー部の揺動を共振状態に維持することにより、ミラー部の揺動の振幅(最大振れ角)が一定に維持される。
 [第2実施形態]
 次に、第2実施形態に係る画像描画システムについて説明する。本実施形態の画像描画システムは、MMD4における一対の第1角度検出センサ11A,11B、及び一対の第2角度検出センサ12A,12Bの配置が第1実施形態と異なる。一対の第1角度検出センサ11A,11Bについては、第1実施形態では、第1軸aを挟んで対向する位置に配置しているのに対して、第2実施形態では、第2軸aを挟んで対向する位置に配置する。一対の第2角度検出センサ12A,12Bについては、第1実施形態では、第2軸aを挟んで対向する位置に配置しているのに対して、第2実施形態では、第1軸aを挟んで対向する位置に配置する。
 図23は、本実施形態に係るMMD4の構成を示す平面図である。図23に示すように、一対の第1角度検出センサ11A,11Bは、第1可動枠22上において、それぞれ第1支持部21の近傍に配置されている。第1角度検出センサ11Aは、ミラー部20の一方に接続された第1支持部21の近傍に配置されている。第1角度検出センサ11Bは、ミラー部20の他方に接続された第1支持部21の近傍に配置されている。したがって、一対の第1角度検出センサ11A,11Bは、第2軸aを挟んで対向し、かつミラー部20を挟んで対向する位置に配置されている。また、一対の第1角度検出センサ11A,11Bは、第1軸aから同じ方向(本実施形態では-X方向)にずれた位置に配置されている。
 また、一対の第2角度検出センサ12A,12Bは、第2可動枠24上において、それぞれ第2支持部23の近傍に配置されている。第2角度検出センサ12Aは、第1可動枠22の一方に接続された第2支持部23の近傍に配置されている。第2角度検出センサ12Bは、第1可動枠22の他方に接続された第2支持部23の近傍に配置されている。したがって、一対の第2角度検出センサ12A,12Bは、第1軸aを挟んで対向し、かつミラー部20及び第1可動枠22を挟んで対向する位置に配置されている。また、一対の第2角度検出センサ12A,12Bは、第2軸aから同じ方向(本実施形態では+Y方向)にずれた位置に配置されている。
 図24は、本実施形態において一対の第1角度検出センサ11A,11Bから出力される信号の一例を示す。図24において、S1aは、ミラー部20を第2軸a周りには揺動させずに、第1軸a周りにのみ揺動させた場合に一対の第1角度検出センサ11A,11Bから出力される信号を表している。本実施形態では、第1角度検出センサ11A,11Bは、第1軸aに対して同じ方向にずれた位置に配置されているため、両者から第1駆動周波数fd1を有する同位相の波形信号が出力される。
 ミラー部20を第1軸a及び第2軸aの周りに同時に揺動させた場合には、第1角度検出センサ11Aの出力信号には、ミラー部20の第2軸a周りの揺動に起因する振動ノイズRN1aが重畳される。同様に、ミラー部20を第1軸a及び第2軸aの周りに同時に揺動させた場合には、第1角度検出センサ11Bの出力信号には、ミラー部20の第2軸a周りの揺動に起因する振動ノイズRN1bが重畳される。第1角度検出センサ11A,11Bは、第2軸aを挟んで対向する位置に配置されているため、両者に重畳される振動ノイズRN1a,RN1bは互いに逆位相となる。
 このように、2軸駆動の場合には、第1角度検出センサ11Aからは振動ノイズRN1aが重畳された信号S1bが出力され、第1角度検出センサ11Bからは振動ノイズRN1bが重畳された信号S1bが出力される。
 図25は、本実施形態において一対の第2角度検出センサ12A,12Bから出力される信号の一例を示す。図25において、S2aは、ミラー部20を第1軸a周りには揺動させずに、第2軸a周りにのみ揺動させた場合に一対の第2角度検出センサ12A,12Bから出力される信号を表している。本実施形態では、第2角度検出センサ12A,12Bは、第2軸aに対して同じ方向にずれた位置に配置されているため、両者から第2駆動周波数fd2を有する同位相の波形信号が出力される。
 ミラー部20を第1軸a及び第2軸aの周りに同時に揺動させた場合には、第2角度検出センサ12Aの出力信号には、ミラー部20の第1軸a周りの揺動に起因する振動ノイズRN2aが重畳される。同様に、ミラー部20を第1軸a及び第2軸aの周りに同時に揺動させた場合には、第2角度検出センサ12Bの出力信号には、ミラー部20の第1軸a周りの揺動に起因する振動ノイズRN2bが重畳される。第2角度検出センサ12A,12Bは、第1軸aを挟んで対向する位置に配置されているため、両者に重畳される振動ノイズRN2a,RN2bは互いに逆位相となる。
 このように、2軸駆動の場合には、第2角度検出センサ12Aからは振動ノイズRN2aが重畳された信号S2bが出力され、第2角度検出センサ12Bからは振動ノイズRN2bが重畳された信号S2bが出力される。
 本実施形態では、駆動制御部5は、第1信号処理部61A及び第2信号処理部61Bの構成のみが、第1実施形態の駆動制御部5の構成と異なる。図26に示すように、本実施形態では、第1信号処理部61Aは、減算回路73に代えて、加算回路73Aを有している。加算回路73Aは、第1角度検出センサ11Aからバッファーアンプ71を経由して入力された信号S1bと、第1角度検出センサ11Bから可変ゲインアンプ72を経由して入力された信号S1bとを加算した値を出力する。
 本実施形態では、ゲイン調整回路74により、信号S1bに含まれる振動ノイズRN1bの振幅レベルが、信号S1bに含まれる振動ノイズRN1aの振幅レベルに一致するように調整される。このため、加算回路73Aによる加算処理により、振動ノイズRN1a,RN1bが相殺される。したがって、加算回路73Aからは、振動ノイズRN1a,RN1bが除去された信号である第1角度検出信号S1cが出力される。
 図27は、本実施形態において一対の第1角度検出センサ11A,11Bから出力されたS1b,S1bに基づいて、第1角度検出信号S1cが生成される様子を示している。本実施形態においても第1実施形態と同様の第1角度検出信号S1cが得られる(図15参照)。
 図28に示すように、本実施形態では、第2信号処理部61Bは、減算回路83に代えて、加算回路83Aを有している。加算回路83Aは、第2角度検出センサ12Aからバッファーアンプ81を経由して入力された信号S2bと、第2角度検出センサ12Bから可変ゲインアンプ82を経由して入力された信号S2bとを加算した値を出力する。
 本実施形態では、ゲイン調整回路84により、信号S2bに含まれる振動ノイズRN2bの振幅レベルが、信号S2bに含まれる振動ノイズRN2aの振幅レベルに一致するように調整される。このため、加算回路83Aによる加算処理により、振動ノイズRN2a,RN2bが相殺される。したがって、加算回路83Aからは、振動ノイズRN2a,RN2bが除去された信号である第2角度検出信号S2cが出力される。
 図29は、本実施形態において一対の第2角度検出センサ12A,12Bから出力されたS2b,S2bに基づいて、第2角度検出信号S2cが生成される様子を示している。本実施形態においても第1実施形態と同様の第2角度検出信号S2cが得られる(図15参照)。
 以上のように、一対の第1角度検出センサ11A,11Bは、第1軸a又は第2軸aを挟んで対向する位置に配置されていればよい。一対の第1角度検出センサ11A,11Bが第1軸aを挟んで対向する位置に配置されている場合には、両者の出力信号のうち、一方から他方を減算することにより、振動ノイズを除去することができる。一対の第1角度検出センサ11A,11Bが第2軸aを挟んで対向する位置に配置されている場合には、両者の出力信号を加算することにより、振動ノイズを除去することができる。
 同様に、一対の第2角度検出センサ12A,12Bは、第1軸a又は第2軸aを挟んで対向する位置に配置されていればよい。一対の第2角度検出センサ12A,12Bが第2軸aを挟んで対向する位置に配置されている場合には、両者の出力信号のうち、一方から他方を減算することにより、振動ノイズを除去することができる。一対の第2角度検出センサ12A,12Bが第1軸aを挟んで対向する位置に配置されている場合には、両者の出力信号を加算することにより、振動ノイズを除去することができる。
 [変形例]
 次に、上記各実施形態の変形例について説明する。上記各実施形態では、ゲイン調整回路74は、第1BPF回路75A及び第2BPF回路75Bにより、第2駆動周波数fd2を有する振動ノイズを抽出している。これに代えて、第1駆動周波数fd1と第2駆動周波数fd2との間にカットオフ周波数を有するローパスフィルタ回路により、第2駆動周波数fd2を有する振動ノイズを抽出してもよい。また、上記各実施形態では、ゲイン調整回路84は、第1BPF回路85A及び第2BPF回路85Bにより、第1駆動周波数fd1を有する振動ノイズを抽出している。これに代えて、第1駆動周波数fd1と第2駆動周波数fd2との間にカットオフ周波数を有するハイパスフィルタ回路により、第1駆動周波数fd1を有する振動ノイズを抽出してもよい。
 上記実施形態で示したMMD4の構成は一例である。MMD4の構成は、種々の変形が可能である。例えば、ミラー部20を第1軸a周りの揺動させる第1アクチュエータ31を第2可動枠24に配置し、ミラー部20を第2軸a周りの揺動させる第2アクチュエータ32を第1可動枠22に配置してもよい。
 また、駆動制御部5のハードウェア構成は種々の変形が可能である。上記各実施形態では、駆動制御部5は、アナログ演算回路で構成されているが、デジタル演算回路で構成することも可能である。駆動制御部5は、1つのプロセッサで構成されてもよいし、同種または異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせで構成されてもよい。プロセッサには、CPU(Central Processing Unit)、プログラマブルロジックデバイス(Programmable Logic Device:PLD)、専用電気回路等が含まれる。CPUは、周知のとおりソフトウエア(プログラム)を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサである。PLDは、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の、製造後に回路構成を変更可能なプロセッサである。専用電気回路は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである。
 [比較例]
 次に、本開示の技術との比較例について説明する。本開示の技術では、上述のように、一対の角度検出センサからの出力された一対の出力信号を加算又は減算することにより、振動ノイズを除去している。これに対して、角度検出センサからの出力された出力信号に対して周波数フィルタ処理を施すことにより振動ノイズを除去することが考えられる。以下、比較例として、周波数フィルタ処理により振動ノイズを除去する例について説明する。
 本比較例では、一対の第1角度検出センサ11A,11Bのうち少なくともいずれか一方が設けられていればよい。また、一対の第2角度検出センサ12A,12Bについても少なくともいずれか一方が設けられていればよい。
 また、本比較例では、第1信号処理部61Aを、第1駆動周波数fd1を中心周波数とする通過帯域を有するバンドパスフィルタ回路とする。同様に、第2信号処理部61Bを、第2駆動周波数fd2を中心周波数とする通過帯域を有するバンドパスフィルタ回路とする。これにより、第1信号処理部61Aからは、第2駆動周波数fd2を有する振動ノイズが除去された信号が出力される。第2信号処理部61Bからは、第1駆動周波数fd1を有する振動ノイズが除去された信号が出力される。
 このように、第1信号処理部61Aと第2信号処理部61Bとをバンドパスフィルタ回路とすることにより振動ノイズを除去することができるが、振動ノイズが除去された信号からは正確な位相情報が得られないことがある。これは、バンドパスフィルタ回路の位相応答に起因する。
 図30は、バンドパスフィルタ回路の利得及び位相の特性の一例を示す。図30に示すバンドパスフィルタ回路の中心周波数は10kHzである。中心周波数付近で位相が急激に変化するため、バンドパスフィルタ回路に入力される信号の周波数が中心周波数からずれると、バンドパスフィルタ回路からの出力信号は、位相が大きく変化してしまう。このように、角度検出センサからの出力信号がバンドパスフィルタ回路を通過することにより、位相が大きく変化する可能性があるため、バンドパスフィルタ回路からの出力信号を、共振状態を維持するためのタイミング情報として使用することは難しい。
 仮に、バンドパスフィルタ回路からの出力信号に基づいてゼロクロスパルスを生成して光源駆動部3Aに入力すると、MMD4による光の走査と同期がずれた画像が被走査面6に描画されることになる。この場合、バンドパスフィルタ回路からの出力信号の位相を手動で調整することを可能とする位相器を設け、ユーザが被走査面6に描画される画像を観察しながら、ずれがなくなるように手動で位相器を調整するなどの作業が必要である。
 これに対して、本開示の技術は、バンドパスフィルタ回路を用いることなく、一対の角度検出センサからの出力された一対の出力信号を加算又は減算することにより、振動ノイズを除去する。このため、振動ノイズの除去により出力信号は、位相が大きく変化することはなく、共振状態を維持するためのタイミング情報として使用することができる。したがって、ユーザが手動で位相器を調整するなどの作業は不要である。
 本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (18)

  1.  入射光を反射する反射面を有するミラー部と、
     前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内にある第1軸の周りに前記ミラー部を揺動させる第1アクチュエータと、
     前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内であって前記第1軸に直交する第2軸の周りに前記ミラー部を揺動させる第2アクチュエータと、
     前記ミラー部の前記第1軸周りの角度に応じた信号を出力する一対の第1角度検出センサであって、前記第1軸又は前記第2軸を挟んで対向する位置に配置された一対の第1角度検出センサと、
     少なくとも1つのプロセッサと、
     を備える光走査装置であって、
     前記プロセッサは、
     前記一対の第1角度検出センサから出力された一対の第1出力信号を加算又は減算することにより、前記ミラー部の前記第1軸周りの角度を表す第1角度検出信号を生成する、
     光走査装置。
  2.  前記プロセッサは、
     前記一対の第1出力信号のうち、少なくとも一方の振幅レベルを調整することにより、前記一対の第1出力信号のそれぞれに含まれる振動ノイズの振幅を一致させた後、前記一対の第1出力信号を加算又は減算する、
     請求項1に記載の光走査装置。
  3.  前記一対の第1角度検出センサは、前記第1軸を挟んで対向する位置に配置されており、
     前記プロセッサは、振幅レベル調整後の一対の第1出力信号のうちの一方から他方を減算することにより、前記第1角度検出信号を生成する、
     請求項1又は請求項2に記載の光走査装置。
  4.  前記一対の第1角度検出センサは、前記第2軸を挟んで対向する位置に配置されており、
     前記プロセッサは、振幅レベル調整後の一対の第1出力信号を加算することにより、前記第1角度検出信号を生成する、
     請求項1又は請求項2に記載の光走査装置。
  5.  前記プロセッサは、
     前記第1アクチュエータに付与する第1駆動信号を生成する第1駆動信号生成部を有し、
     前記第1角度検出信号を前記第1駆動信号生成部にフィードバックする、
     請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の光走査装置。
  6.  前記第1駆動信号生成部は、位相同期回路を有する駆動回路である、
     請求項5に記載の光走査装置。
  7.  前記第1駆動信号は正弦波である、
     請求項5又は請求項6に記載の光走査装置。
  8.  前記第1角度検出センサは圧電素子である、
     請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載の光走査装置。
  9.  前記ミラー部の前記第2軸周りの角度に応じた信号を出力する一対の第2角度検出センサであって、前記第1軸又は前記第2軸を挟んで対向する位置に配置された一対の第2角度検出センサをさらに備え、
     前記プロセッサは、
     前記一対の第2角度検出センサから出力された一対の第2出力信号のうち、少なくとも一方の振幅レベルを調整し、振幅レベル調整後の一対の第2出力信号を加算又は減算することにより、前記ミラー部の前記第2軸周りの角度を表す第2角度検出信号を生成する、
     請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の光走査装置。
  10.  前記プロセッサは、
     前記一対の第2出力信号のうち、少なくとも一方の振幅レベルを調整することにより、前記一対の第2出力信号のそれぞれに含まれる振動ノイズの振幅を一致させた後、前記一対の第2出力信号を加算又は減算する、
     請求項9に記載の光走査装置。
  11.  前記一対の第2角度検出センサは、前記第2軸を挟んで対向する位置に配置されており、
     前記プロセッサは、振幅レベル調整後の一対の第2出力信号のうちの一方から他方を減算することにより、前記第2角度検出信号を生成する、
     請求項9又は請求項10に記載の光走査装置。
  12.  前記一対の第2角度検出センサは、前記第1軸を挟んで対向する位置に配置されており、
     前記プロセッサは、振幅レベル調整後の一対の第2出力信号を加算することにより、前記第2角度検出信号を生成する、
     請求項9又は請求項10に記載の光走査装置。
  13.  前記プロセッサは、
     前記第2アクチュエータに付与する第2駆動信号を生成する第2駆動信号生成部を有し、
     前記第2角度検出信号を前記第2駆動信号生成部にフィードバックする、
     請求項9から請求項12のうちいずれか1項に記載の光走査装置。
  14.  前記第2駆動信号生成部は、位相同期回路を有する駆動回路である、
     請求項13に記載の光走査装置。
  15.  前記第2駆動信号は正弦波である、
     請求項13又は請求項14に記載の光走査装置。
  16.  前記第2角度検出センサは圧電素子である、
     請求項9から請求項15のうちいずれか1項に記載の光走査装置。
  17.  請求項9から請求項16のうちいずれか1項に記載の光走査装置と、
     前記ミラー部に光を照射する光源と、
     を備える画像描画システムであって、
     前記プロセッサは、前記第1角度検出信号及び前記第2角度検出信号に基づいて、前記光源の光の照射タイミングを制御する、
     画像描画システム。
  18.  入射光を反射する反射面を有するミラー部と、
     前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内にある第1軸の周りに前記ミラー部を揺動させる第1アクチュエータと、
     前記ミラー部の静止時の前記反射面を含む平面内であって前記第1軸に直交する第2軸の周りに前記ミラー部を揺動させる第2アクチュエータと、
     前記ミラー部の前記第1軸周りの角度に応じた信号を出力する一対の第1角度検出センサであって、前記第1軸又は前記第2軸を挟んで対向する位置に配置された一対の第1角度検出センサと、
     を備える光走査装置の駆動方法であって、
     前記一対の第1角度検出センサから出力された一対の第1出力信号を加算又は減算することにより、前記ミラー部の前記第1軸周りの角度を表す第1角度検出信号を生成する、
     光走査装置の駆動方法。
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