JP2012118125A - Optical scanning apparatus and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】主走査方向及び副走査方向の何れにおいても、ミラーの共振周波数をミラーの駆動周波数に追従させることが可能な光走査装置及びその駆動方法を提供すること。
【解決手段】本光走査装置は、光源と、所定の駆動波形で第1の方向又は前記第1の方向と直交する第2の方向に駆動され、前記光源から出射される出射光を第1の面で反射して前記第1の方向又は前記第2の方向に走査する振動ミラーと、前記振動ミラーの前記第1の面の裏面である第2の面側に設けられ、前記第2の面に光を照射し、前記第2の面からの反射光に基づいて前記第1の方向及び前記第2の方向の前記振動ミラーの振れ角を検出する2次元フォトリフレクタと、前記振動ミラーの振れ角に基づいて得られた前記第1の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第1の方向の前記駆動波形との位相差、及び前記第2の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第2の方向の前記駆動波形との位相差を算出する位相制御器と、を有する。
【選択図】図1The present invention provides an optical scanning apparatus and a driving method thereof capable of causing the resonance frequency of a mirror to follow the driving frequency of the mirror in both the main scanning direction and the sub-scanning direction.
The optical scanning device is driven in a first direction or a second direction orthogonal to the first direction with a predetermined driving waveform and emits light emitted from the light source in a first direction. A vibrating mirror that reflects on the first surface and scans in the first direction or the second direction; and a second surface that is a back surface of the first surface of the vibrating mirror; A two-dimensional photo reflector that irradiates a surface with light and detects a swing angle of the vibrating mirror in the first direction and the second direction based on reflected light from the second surface; The phase difference between the actual phase of the oscillating mirror in the first direction and the drive waveform in the first direction obtained based on the deflection angle, and the actual phase of the oscillating mirror in the second direction and the A phase controller that calculates a phase difference from the driving waveform in the second direction.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光源から出射される光を所定の方向に走査する光走査装置、及びその駆動方法に関する。 The present invention relates to an optical scanning device that scans light emitted from a light source in a predetermined direction, and a driving method thereof.
従来より、入力画像データに応じて変調された光をスクリーン上に走査し画像を形成する光走査装置が知られている。このような光走査装置が画像を投影するためには、ミラーを主走査方向と副走査方向に駆動しなければならない。ラスター走査方式の場合、画像解像度によっても異なるが、副走査周波数が60Hz(プログレッシブ走査のフレーム周波数)、主走査周波数が約30KHz(画面解像度がVGAのとき)以上、という懸け離れた走査周波数の違いが生じる。そのため、主走査系と副走査系を個別に設ける形態が一般的であり、例えば、水平走査(主走査)をポリゴンミラーで行い、垂直走査(副走査)をガルバノミラーで行なっていた。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an optical scanning device that scans light modulated according to input image data on a screen to form an image. In order for such an optical scanning device to project an image, the mirror must be driven in the main scanning direction and the sub-scanning direction. In the case of the raster scanning method, although there are differences depending on the image resolution, the difference in scanning frequency is that the sub-scanning frequency is 60 Hz (progressive scanning frame frequency) and the main scanning frequency is about 30 KHz (when the screen resolution is VGA) or more. Arise. For this reason, a configuration in which the main scanning system and the sub-scanning system are provided separately is common. For example, horizontal scanning (main scanning) is performed by a polygon mirror, and vertical scanning (sub-scanning) is performed by a galvanometer mirror.
しかしながら、主走査系と副走査系を個別に設けることは、構造の複雑化により大型化やコストアップの要因となる。そこで、近年では微細加工技術が発達したこともあり、持ち運びに容易な小型の情報機器等に向けて、2次元走査一体型のMEMSミラーが模索されている。 However, providing the main scanning system and the sub scanning system separately causes an increase in size and cost due to a complicated structure. Therefore, in recent years, a microfabrication technique has been developed, and a two-dimensional scanning integrated MEMS mirror is being sought for a compact information device that is easy to carry.
ところで、MEMSミラーは一般にミラーの共振周波数を利用して駆動する。しかし、MEMSミラーの個体毎に共振周波数が異なる(ばらつく)ため、従来の光走査装置では、効率よく個々のMEMSミラーを駆動するために、駆動周波数又はミラーの共振周波数の何れかを変更して、双方の周波数を一致させている(例えば、特許文献1、2参照)。
By the way, the MEMS mirror is generally driven by utilizing the resonance frequency of the mirror. However, since the resonance frequency differs (varies) for each individual MEMS mirror, in the conventional optical scanning device, either the drive frequency or the resonance frequency of the mirror is changed in order to drive each MEMS mirror efficiently. Both frequencies are matched (for example, see
例えば、特許文献1には、主走査方向に関し、ミラー裏側の光の反射を利用してミラー位置(角度)を検出することでミラーの共振周波数を検出し、検出したミラーの共振周波数の近傍に駆動周波数を合わせる技術が開示されている。又、特許文献2には、主走査方向に関し、ミラー表側の光の反射を利用してミラー位置(角度)を検出することでミラーの共振周波数を検出し、検出したミラーの共振周波数の近傍に駆動周波数を合わせる技術が開示されている。
For example, in
しかしながら、特許文献1及び2に開示された技術では、何れも主走査方向の駆動周波数をミラーの共振周波数の近傍に合わせるが、副走査方向については考慮されていない。
However, in both techniques disclosed in
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、主走査方向及び副走査方向の何れにおいても、ミラーの共振周波数をミラーの駆動周波数に追従させることが可能な光走査装置及びその駆動方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an optical scanning device capable of causing the resonance frequency of the mirror to follow the mirror driving frequency in both the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the driving thereof. It is an object to provide a method.
本光走査装置は、光源と、所定の駆動波形で第1の方向又は前記第1の方向と直交する第2の方向に駆動され、前記光源から出射される出射光を第1の面で反射して前記第1の方向又は前記第2の方向に走査する振動ミラーと、前記振動ミラーの前記第1の面の裏面である第2の面側に設けられ、前記第2の面に光を照射し、前記第2の面からの反射光に基づいて前記第1の方向及び前記第2の方向の前記振動ミラーの振れ角を検出する2次元フォトリフレクタと、前記振動ミラーの振れ角に基づいて得られた前記第1の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第1の方向の前記駆動波形との位相差、及び前記第2の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第2の方向の前記駆動波形との位相差を算出する位相制御器と、を有することを要件とする。 The optical scanning device is driven in a first direction or a second direction orthogonal to the first direction with a predetermined driving waveform, and the emitted light emitted from the light source is reflected by the first surface. And a vibration mirror that scans in the first direction or the second direction, and a second surface that is a back surface of the first surface of the vibration mirror, and emits light to the second surface. A two-dimensional photoreflector that irradiates and detects a swing angle of the vibrating mirror in the first direction and the second direction based on reflected light from the second surface; and based on a swing angle of the vibrating mirror The phase difference between the actual phase of the oscillating mirror in the first direction and the drive waveform in the first direction obtained in the above, and the actual phase of the oscillating mirror in the second direction and the second direction And a phase controller for calculating a phase difference with the drive waveform of .
本光走査装置の駆動方法は、振動ミラーを所定の駆動波形で第1の方向又は前記第1の方向と直交する第2の方向に駆動し、光源から出射される出射光を前記振動ミラーの第1の面で反射して前記第1の方向又は前記第2の方向に走査する第1ステップと、前記振動ミラーの前記第1の面の裏面である第2の面に光を照射し、前記第2の面からの反射光に基づいて前記第1の方向及び前記第2の方向の前記振動ミラーの振れ角を検出する第2ステップと、前記振動ミラーの振れ角に基づいて得られた前記第1の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第1の方向の前記駆動波形との位相差、及び前記第2の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第2の方向の前記駆動波形との位相差を算出する第3ステップと、を有することを要件とする。 In the driving method of the present optical scanning device, the oscillating mirror is driven in a first direction or a second direction orthogonal to the first direction with a predetermined driving waveform, and the emitted light emitted from the light source is transmitted to the oscillating mirror. A first step of reflecting on the first surface and scanning in the first direction or the second direction, and irradiating light to a second surface which is the back surface of the first surface of the vibrating mirror; A second step of detecting a swing angle of the vibrating mirror in the first direction and the second direction based on reflected light from the second surface; and obtained based on a swing angle of the vibrating mirror. The phase difference between the actual phase of the oscillating mirror in the first direction and the driving waveform in the first direction, and the actual phase of the oscillating mirror in the second direction and the driving waveform in the second direction. And a third step of calculating a phase difference between the first and second phases.
開示の技術によれば、主走査方向及び副走査方向の何れにおいても、ミラーの共振周波数をミラーの駆動周波数に追従させることが可能な光走査装置及びその駆動方法を提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide an optical scanning apparatus and a driving method thereof that can cause the resonance frequency of the mirror to follow the driving frequency of the mirror in both the main scanning direction and the sub-scanning direction.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
図1は、本実施の形態に係る光走査装置を例示する図である。図2は、本実施の形態に係る光走査装置を備えたプロジェクタを例示する図である。図1及び図2を参照するに、光走査装置10は、大略すると、第1光源20aと、第2光源20bと、第3光源20cと、第1レンズ30aと、第2レンズ30bと、第3レンズ30cと、第1ミラー40aと、第2ミラー40bと、第3ミラー40cと、光走査部50と、2次元フォトリフレクタ59と、走査レンズ60とを有する。光走査装置10は、プロジェクタ80に内蔵されており、画像信号に応じて2次元に光を走査し、スクリーン90に投影する。
FIG. 1 is a diagram illustrating an optical scanning device according to this embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating a projector provided with the optical scanning device according to this embodiment. Referring to FIG. 1 and FIG. 2, the
光走査装置10において、第1光源20a、第2光源20b、及び第3光源20cは、それぞれ、緑(G)、赤(R)、及び青(B)の光を出射する光源である。第1光源20a、第2光源20b、及び第3光源20cとしては、例えば、レーザダイオード等を用いることができる。第1光源20a、第2光源20b、及び第3光源20cは、光源制御手段(図示せず)により、出射パワーや出射タイミング等を制御される。なお、光源制御手段(図示せず)は、光走査装置10の内部に設けてもよいし、外部に設けてもよい。
In the
第1光源20a、第2光源20b、及び第3光源20cから画像信号の内容に応じて出射された各光(発散光)は、それぞれ第1レンズ30a、第2レンズ30b、及び第3レンズ30cで略平行光に変換されて第1ミラー40a、第2ミラー40b、及び第3ミラー40cに入射する。第1レンズ30a、第2レンズ30b、及び第3レンズ30cとしては、例えば、凸状のガラスレンズやプラスティックレンズ等を用いることができる。第1ミラー40a、第2ミラー40b、及び第3ミラー40cとしては、例えば、平面ミラー等を用いることができる。
Each light (diverging light) emitted from the
第1ミラー40a、第2ミラー40b、及び第3ミラー40cに入射した光は、光路を変換されるとともに混合されて光走査部50に入射する。光走査部50は、入射された光を反射して、二次元的に互いに直交する方向に走査する機能を有する。直交する方向の一方を主走査方向、他方を副走査方向と称する。例えば、図2において、スクリーン90の長手方向(X方向)を主走査方向、短手方向(Y方向)を副走査方向とすることができる。光走査部50で所定方向に走査された光は、走査レンズ60で光路を調整されてスクリーン90に投影される。
The light that has entered the
図3は、本実施の形態に係る光走査部及び2次元フォトリフレクタを例示する図である。図3を参照するに、光走査部50は、略矩形状の外枠部51と、その内側に設けられた略矩形状の内枠部52と、その内側に設けられた略円形状の振動ミラー53とを有し、例えば、単結晶シリコン基板で一体成形されている。2次元フォトリフレクタ59は、主走査方向及び副走査方向における振動ミラー53の振れ角を検出するために、振動ミラー53の裏側(光走査方向と反対側)に設けられている。
FIG. 3 is a diagram illustrating an optical scanning unit and a two-dimensional photo reflector according to this embodiment. Referring to FIG. 3, the
内枠部52は、弾性変形可能な1対の支持部54により、外枠部51に回動可能に支持されている。支持部54は、外枠部51に設けられた支持部54aと、支持部54aの略中央部から支持部54aと略直交する方向に延在する支持部54bとを有する。振動ミラー53は、弾性変形可能な1対の支持部55により、内枠部52に回動可能に支持されている。支持部55は、内枠部52に設けられた支持部55aと、支持部55aの略中央部から支持部55aと略直交する方向に延在する支持部55bとを有する。支持部54b及び支持部55bは、捩り梁構造である。
The
振動ミラー53は、例えば、MEMSミラーである。振動ミラー53は、圧電素子の変形力を駆動力とするアクチュエータにより回動可能に構成されている。つまり、各支持部54aには、各支持部54bを結ぶ軸(第1の支持軸とする)に対して略線対称の位置に2つの圧電素子56が設けられている。又、各支持部55aには、各支持部55bを結ぶ軸(第2の支持軸とする)に対して略線対称の位置に2つの圧電素子57が設けられている。
The vibrating
第1の支持軸と第2の支持軸とは直交しており、圧電素子56を駆動部(図示せず)により駆動すると、振動ミラー53は、第1の支持軸に対して回動する。これにより、振動ミラー53に入射する光は副走査方向に走査される。圧電素子57を駆動部(図示せず)により駆動すると、振動ミラー53は、第2の支持軸に対して回動する。これにより、振動ミラー53に入射する光は主走査方向に走査される。なお、振動ミラー53の表面及び裏面は、例えば、金(Au)やアルミニウム(Al)等の金属薄膜による反射膜が形成されており、入射光線を反射する。振動ミラー53は、所定の共振周波数を有する。
The first support shaft and the second support shaft are orthogonal to each other, and when the
図4Aは、図3の振動ミラー近傍及び2次元フォトリフレクタを例示する平面図である。図4Bは、図3の振動ミラー近傍及び2次元フォトリフレクタを例示する右側面図である。図3、図4A、及び図4Bを参照するに、2次元フォトリフレクタ59は、光源59aと、4つの受光センサ59b〜59eとを有し、振動ミラー53の裏側(光走査方向と反対側)に所定の距離をおいて設けられている。なお、Aは、光源59aからの出射光を模式的に示している。
4A is a plan view illustrating the vicinity of the vibrating mirror and the two-dimensional photo reflector in FIG. 4B is a right side view illustrating the vicinity of the vibrating mirror and the two-dimensional photo reflector in FIG. Referring to FIGS. 3, 4A, and 4B, the two-
光源59aは、例えば、発光ダイオード等であり、2次元フォトリフレクタ59の中央部に設けられている。受光センサ59b〜59eは、例えば、フォトディテクタ等であり、光源59aの周囲に同心的に等間隔で設けられている。なお、受光センサ59b及び59cは副走査方向に設けられており、受光センサ59d及び59eは主走査方向に設けられている。光源59aは、平面視において、振動ミラー53の中心部近傍に対応する位置に配置されている。4つの受光センサ59b〜59eは、平面視において、振動ミラー53の外縁部近傍に対応する位置に配置されている。
The
図5A及び図5Bは、2次元フォトリフレクタの動作を説明するための図である。図5Aは、図3の振動ミラー53近傍及び2次元フォトリフレクタ59を正面から見た状態を模式的に示している。なお、Aは光源59aからの出射光を、Bは出射光Aが振動ミラー53の裏面で反射した反射光を模式的に示している。図5Bは、図3の振動ミラー53近傍及び2次元フォトリフレクタ59を上面から見た状態を模式的に示している。なお、59xは、光源59aからの出射光Aが振動ミラー53の裏面で反射して反射光Bが2次元フォトリフレクタ59に到達した際の光スポットを示している。
5A and 5B are diagrams for explaining the operation of the two-dimensional photo reflector. FIG. 5A schematically shows the vicinity of the vibrating
図5Aに示すように、振動ミラー53が紙面右側が下がるように傾いた状態、振動ミラー53が水平の状態、振動ミラー53が紙面左側が下がるように傾いた状態(振動ミラー53を主走査方向に振った場合)を考える。図5Aの中央に示すように振動ミラー53が水平である場合には、図5Bの中央に示すように出射光Aは振動ミラー53の裏面で反対方向に反射されて光源59a方向に戻るため、受光センサ59dの受光量=受光センサ59eの受光量となり、振動ミラー53が水平状態にあることが判別できる。
As shown in FIG. 5A, the vibrating
図5Aの左側に示すように振動ミラー53が紙面右側が下がるように傾いた場合には、図5Bの左側に示すように出射光Aは振動ミラー53の裏面の傾きに応じて反射するため、受光センサ59dの受光量>受光センサ59eの受光量となり、振動ミラー53が紙面右側が下がるように傾いた状態にあることが判別できる。同様に、図5Aの右側に示すように振動ミラー53が紙面左側が下がるように傾いた場合には、図5Bの右側に示すように出射光Aは振動ミラー53の裏面の傾きに応じて反射するため、受光センサ59dの受光量<受光センサ59eの受光量となり、振動ミラー53が紙面左側が下がるように傾いた状態にあることが判別できる。
When the
図6は、振動ミラーを駆動する制御系のブロック線図の例である。図6では、光走査部50の振動ミラー53の副走査方向の駆動について示しているが、主走査方向につても同様のブロック線図で表すことができる。但し、図6中の、副走査系基準位相クロックを主走査系基準位相クロックに、受光センサ59b及び59cを受光センサ59d及び59eに読み替える必要がある。
FIG. 6 is an example of a block diagram of a control system for driving the oscillating mirror. Although FIG. 6 illustrates driving in the sub-scanning direction of the vibrating
図6に示す位相制御ループでは、光走査部50の振動ミラー53の副走査方向の傾き(振れ角)に応じて、2次元フォトリフレクタ59の中央に設けられた光源59aからの出射光が振動ミラー53の裏側で反射して、位相検出部103の受光センサ59b及び59cで受光される。受光センサ59b及び59cで受光された光は電気信号に変換されて位相検出部103の信号処理部104に入力され、信号処理部104は受光センサ59b及び59cの受光比率に基づいて、実位相信号(パルス信号)を生成し出力する。このように、振動ミラー53の副走査方向の振れ角に基づいて副走査方向の振動ミラー53の実位相が得られる。なお、主走査方向についても同様である。
In the phase control loop shown in FIG. 6, the light emitted from the
位相制御器100は、システム側の基準位相クロックと信号処理部104の出力する実位相信号とを比較して位相差を算出する。そして、位相制御器100が算出した位相差に基づいて、駆動波形発生器101が駆動波形(例えば、正弦波)を発生し、駆動回路102で増幅して圧電素子56に入力され振動ミラー53を駆動する。ここで、位相制御器100が算出した位相差は、振動ミラー53の実位相と駆動波形発生器101が発生した駆動波形との位相差である。なお、周波数制御器105、駆動回路106、及び共振周波数可変部107については、後述する。
The
図7は、制御設計に用いられる制御対象モデルの振動ミラーの入出力伝達関数のブロック線図の例である。図7では、入力を駆動トルク、出力を振動ミラーの振れ角とした場合のものである。ブロック110のJmは振動ミラー53のイナーシャを、ブロック111及び112のsはラプラス演算子を、ブロック113のDmは振動ミラー53の粘性抵抗を、ブロック114のKmは光走査部50の捩り梁部分の捩り定数を示している。なお、主走査方向については支持部55bが捩り梁部分であり、副走査方向については支持部54bが捩り梁部分である。
FIG. 7 is an example of a block diagram of an input / output transfer function of a vibrating mirror of a controlled object model used for control design. In FIG. 7, the input is the drive torque and the output is the deflection angle of the vibrating mirror. Jm in
図8は、図7で示したブロック線図の入出力の周波数伝達特性を例示する図であり、光走査部50のゲイン特性及び位相特性を示している。つまり、振動ミラー53の駆動波形の振幅と振動ミラー53の振れ角波形の振幅との関係、及び振動ミラー53の駆動波形の位相と振動ミラー53の振れ角波形の位相との関係を示している。図8に示すように、光走査部50の周波数伝達特性は2次系の特性を示し、共振周波数Cで位相遅れが90degとなる。共振周波数Cより低い周波数領域では位相遅れは90degよりも小さくなり、共振周波数Cより高い周波数領域では位相遅れは90degよりも大きくなる。なお、振動ミラー53の駆動波形とは、圧電素子56又は57を駆動する波形である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the input / output frequency transfer characteristics of the block diagram shown in FIG. 7, and shows the gain characteristics and phase characteristics of the
図8に示す特性を利用して振動ミラー53の共振周波数を検出することができる。以下に、振動ミラー53の共振周波数の検出方法について説明する。図9A〜図9Cは振動ミラーの駆動波形の位相と振動ミラーの振れ角波形の位相との関係を例示する図である。図9A〜図9Cにおいて、Dは振動ミラー53の駆動波形を、Eは振動ミラー53の振れ角波形を示している。図9Aは振動ミラー53の駆動波形Dの位相を基準として振動ミラー53の振れ角波形Eの位相に45度の遅れがある場合を例示しており、この場合には図8からわかるように振動ミラー53の駆動波形Dの周波数<振動ミラー53の共振周波数となる。
The resonance frequency of the
又、図9Bは振動ミラー53の駆動波形Dの位相を基準として振動ミラー53の振れ角波形Eの位相に90度の遅れがある場合を例示しており、この場合には図8からわかるように振動ミラー53の駆動波形Dの周波数=振動ミラー53の共振周波数となる。更に、図9Cは振動ミラー53の駆動波形Dの位相を基準として振動ミラー53の振れ角波形Eの位相に135度の遅れがある場合を例示しており、この場合には図8からわかるように振動ミラー53の駆動波形Dの周波数>振動ミラー53の共振周波数となる。従って、振動ミラー53の駆動波形Dと振動ミラー53の振れ角波形Eの位相差を検出できれば、振動ミラー53の駆動波形Dの周波数と振動ミラー53の共振周波数との定量的なズレが判別可能である。
FIG. 9B illustrates a case where there is a delay of 90 degrees in the phase of the deflection angle waveform E of the
なお、振動ミラー53の共振周波数f=ω/(2π)と振動ミラー53のイナーシャJm及び光走査部50の捩り梁部分の捩り定数Kmとの関係は、ω2=Km/Jmとなる。ここで、ωは角周波数である。つまり、捩り梁の捩り定数又は振動ミラー53自身のイナーシャの何れか一方を電気的に変化させることにより、振動ミラー53の共振周波数を所望の値に一致させることができる。
The relationship between the resonance frequency f = ω / (2π) of the
ここで、図6に戻り、周波数制御器105、駆動回路106、及び共振周波数可変部107について説明する。周波数制御器105は、目標位相差と位相制御器100が算出した位相差とを比較して周波数制御信号を生成する。周波数制御器105が生成した周波数制御信号は、駆動回路106で増幅され、振動ミラー53の共振周波数を可変する機能を有する共振周波数可変部107を駆動する。つまり、周波数制御器105は、位相制御器100が算出した位相差に基づいて共振周波数可変部107を制御し、振動ミラー53の共振周波数を振動ミラー53の駆動波形の周波数に追従させる。
Here, returning to FIG. 6, the
共振周波数可変部107は、例えば、支持部54a及び支持部55aの圧電素子56及び57の設けられていない部分に絶縁層を介して設けられた発熱素子である。発熱素子としては、例えば、白金(Pt)薄膜ヒータ等を用いることができる。白金(Pt)薄膜ヒータ等は、例えば、スパッタ法等により形成することができる。周波数制御器105が生成した周波数制御信号に基づいて共振周波数可変部107を駆動することにより、発熱素子に電流が流れて発熱する。共振周波数可変部107は、支持部54b及び支持部55bの近傍に設けられているため、支持部54b及び支持部55bは共振周波数可変部107の輻射熱により加熱され、捩り定数が変化する。その結果、振動ミラー53の共振周波数が変化する。
The resonance frequency
図6において、振動ミラー53の駆動波形と振動ミラー53の振れ角波形の位相差は、位相制御器100で検出できるので、目標位相差を90degとし、共振周波数可変部107を駆動して、位相制御器100が発生した位相差信号が目標位相差である90degになるように制御することにより、振動ミラー53の共振周波数を振動ミラー53の駆動波形の周波数に追従させることができる。
In FIG. 6, since the phase difference between the drive waveform of the
なお、図6に示す位相制御器100や周波数制御器105は光走査装置10に内蔵されており、例えば、CPU、ROM、メインメモリなどを含んで構成されている。位相制御器100や周波数制御器105の各種機能は、ROM等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてCPUにより実行されることによって実現される。ただし、位相制御器100や周波数制御器105の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、位相制御器100や周波数制御器105は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。
Note that the
このように、本願では、振動ミラー53の駆動波形と振動ミラー53の振れ角波形の位相差を、位相制御動作が目標追従状態にある中で、位相制御器100から直接検出できるため、実現が容易である。
As described above, in the present application, the phase difference between the drive waveform of the
なお、本実施の形態では圧電駆動型の振動ミラーを用いたが、圧電駆動型の振動ミラーに代えて電磁駆動型の振動ミラーを用い、電磁駆動型の振動ミラー側に設けられた駆動用コイルへ駆動電流以外にコイル過熱用の高周波電流を重畳することによりコイルを加熱し、この熱を捩り梁に伝えることで捩り梁の捩り定数を変化させてもよい。又、圧電駆動型の振動ミラーに代えて静電駆動型の振動ミラーを用い、静電駆動型の振動ミラーを支える捩り梁の近傍に、捩り梁とは別に発熱素子を設け、この発熱素子の輻射熱で捩り梁を加熱することにより、捩り梁の捩り定数を変化させてもよい。 In this embodiment, the piezoelectric drive type vibration mirror is used. However, instead of the piezoelectric drive type vibration mirror, an electromagnetic drive type vibration mirror is used, and a drive coil provided on the electromagnetic drive type vibration mirror side is provided. The torsional constant of the torsion beam may be changed by heating the coil by superimposing a high frequency current for coil overheating in addition to the drive current and transmitting this heat to the torsion beam. Further, instead of the piezoelectric drive type vibration mirror, an electrostatic drive type vibration mirror is used, and a heating element is provided in the vicinity of the torsion beam supporting the electrostatic drive type vibration mirror. The torsional constant of the torsion beam may be changed by heating the torsion beam with radiant heat.
以上説明したように、2次元光走査に用いる光走査装置において、2次元走査一体型の振動ミラーを共振周波数で駆動する場合、スクリーン投影用の光を反射する振動ミラー表側とは別に、振動ミラー裏側の空間に2次元フォトリフレクタを設ける。そして、2次元フォトリフレクタの光源の光を振動ミラー裏面で反射し、2次元フォトリフレクタの複数の受光センサで振動ミラーの振れ角(主走査及び副走査)の位相検出を行なうことにより、駆動周波数から見た共振点方向の判別が可能になる。 As described above, in the optical scanning device used for two-dimensional optical scanning, when the two-dimensional scanning integrated type oscillating mirror is driven at the resonance frequency, the oscillating mirror is separated from the front side of the oscillating mirror that reflects the screen projection light. A two-dimensional photo reflector is provided in the back space. Then, the light of the light source of the two-dimensional photo reflector is reflected on the back surface of the vibration mirror, and the phase of the swing angle (main scanning and sub-scanning) of the vibration mirror is detected by the plurality of light receiving sensors of the two-dimensional photo reflector. It is possible to determine the direction of the resonance point as seen from FIG.
又、振動ミラーの駆動制御系において、振動ミラーの遥動運動の位相制御に加えて周波数制御を実行することで、位相検出結果を用いて振動ミラーの共振周波数を所望の駆動周波数(固定)に追従させることができる。これにより、振動ミラーの共振周波数の個体バラツキを抑えることが可能となり、量産時の低コスト化を実現できる。 Also, in the drive control system of the oscillating mirror, frequency control is executed in addition to the phase control of the oscillating motion of the oscillating mirror, so that the resonance frequency of the oscillating mirror is set to a desired drive frequency (fixed) using the phase detection result. Can be followed. As a result, it is possible to suppress individual variations in the resonance frequency of the vibrating mirror, and it is possible to realize cost reduction during mass production.
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiment has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and replacements are made to the above-described embodiment without departing from the scope described in the claims. Can be added.
10 光走査装置
20a 第1光源
20b 第2光源
20c 第3光源
30a 第1レンズ
30b 第2レンズ
30c 第3レンズ
40a 第1ミラー
40b 第2ミラー
40c 第3ミラー
50 光走査部
51 外枠部
52 内枠部
53 振動ミラー
54、54a、54b、55、55a、55b 支持部
56、57 圧電素子
59 2次元フォトリフレクタ
59a 光源
59b、59c、59d、59e 受光センサ
59x 光スポット
60 走査レンズ
80 プロジェクタ
90 スクリーン
100 位相制御器
101 駆動波形発生器
102 駆動回路
103 位相検出部
104 信号処理部
105 周波数制御器
106 駆動回路
107 共振周波数可変部
A 出射光
B 反射光
C 共振周波数
D 駆動波形
E 振動ミラーの振れ角波形
DESCRIPTION OF
Claims (7)
所定の駆動波形で第1の方向又は前記第1の方向と直交する第2の方向に駆動され、前記光源から出射される出射光を第1の面で反射して前記第1の方向又は前記第2の方向に走査する振動ミラーと、
前記振動ミラーの前記第1の面の裏面である第2の面側に設けられ、前記第2の面に光を照射し、前記第2の面からの反射光に基づいて前記第1の方向及び前記第2の方向の前記振動ミラーの振れ角を検出する2次元フォトリフレクタと、
前記振動ミラーの振れ角に基づいて得られた前記第1の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第1の方向の前記駆動波形との位相差、及び前記第2の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第2の方向の前記駆動波形との位相差を算出する位相制御器と、を有する光走査装置。 A light source;
Driven in a first direction or a second direction orthogonal to the first direction with a predetermined driving waveform, the emitted light emitted from the light source is reflected by a first surface, and the first direction or the A vibrating mirror that scans in a second direction;
Provided on the second surface side that is the back surface of the first surface of the vibrating mirror, irradiates the second surface with light, and based on the reflected light from the second surface, the first direction And a two-dimensional photo reflector for detecting a swing angle of the vibrating mirror in the second direction;
The phase difference between the actual phase of the oscillating mirror in the first direction and the drive waveform in the first direction obtained based on the deflection angle of the oscillating mirror, and the oscillating mirror in the second direction. An optical scanning device comprising: a phase controller that calculates a phase difference between an actual phase and the driving waveform in the second direction.
前記第1の方向及び前記第2の方向において、前記位相差に基づいて前記共振周波数可変部を制御し、前記共振周波数を前記駆動波形の周波数に追従させる周波数制御器と、を更に有する請求項1記載の光走査装置。 A resonance frequency variable section that varies the resonance frequency of the vibrating mirror;
The frequency controller further controls the resonance frequency variable unit based on the phase difference in the first direction and the second direction, and causes the resonance frequency to follow the frequency of the drive waveform. 1. The optical scanning device according to 1.
前記周波数制御器は、前記発熱素子に電流を流して発熱させて前記共振周波数を可変する請求項2記載の光走査装置。 The resonance frequency variable portion is a heating element,
The optical scanning device according to claim 2, wherein the frequency controller changes the resonance frequency by causing a current to flow through the heat generating element to generate heat.
前記第2の面に光を照射する照射光源と、
前記照射光源の周囲に同心的に等間隔で設けられた4つの受光センサと、を有し、
前記4つの受光センサのうち、前記照射光源に対して点対称に配置された2つの受光センサは、前記第1の方向の前記振動ミラーの振れ角を検出し、
前記4つの受光センサのうち、前記照射光源に対して点対称に配置された他の2つの受光センサは、前記第2の方向の前記振動ミラーの振れ角を検出する請求項1乃至3の何れか一項記載の光走査装置。 The two-dimensional photo reflector is
An irradiation light source for irradiating light on the second surface;
Four light receiving sensors provided concentrically and equidistantly around the irradiation light source,
Of the four light receiving sensors, two light receiving sensors arranged in point symmetry with respect to the irradiation light source detect a deflection angle of the vibrating mirror in the first direction,
The other two light receiving sensors arranged in point symmetry with respect to the irradiation light source among the four light receiving sensors detect a deflection angle of the vibrating mirror in the second direction. An optical scanning device according to claim 1.
前記振動ミラーの前記第1の面の裏面である第2の面に光を照射し、前記第2の面からの反射光に基づいて前記第1の方向及び前記第2の方向の前記振動ミラーの振れ角を検出する第2ステップと、
前記振動ミラーの振れ角に基づいて得られた前記第1の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第1の方向の前記駆動波形との位相差、及び前記第2の方向の前記振動ミラーの実位相と前記第2の方向の前記駆動波形との位相差を算出する第3ステップと、を有する光走査装置の駆動方法。 The vibrating mirror is driven in a first direction or a second direction orthogonal to the first direction with a predetermined driving waveform, and the emitted light emitted from the light source is reflected by the first surface of the vibrating mirror and A first step of scanning in a first direction or the second direction;
The oscillating mirror in the first direction and the second direction is irradiated with light on a second surface which is the back surface of the first surface of the oscillating mirror, and based on the reflected light from the second surface. A second step of detecting the deflection angle of
The phase difference between the actual phase of the oscillating mirror in the first direction and the drive waveform in the first direction obtained based on the deflection angle of the oscillating mirror, and the oscillating mirror in the second direction. And a third step of calculating a phase difference between the actual phase and the driving waveform in the second direction.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013007779A (en) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Stanley Electric Co Ltd | Optical deflector |
| JP5654158B1 (en) * | 2014-05-07 | 2015-01-14 | 株式会社トライフォース・マネジメント | Movable reflective element and two-dimensional scanning device |
| JP2017009852A (en) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | Optical deflector and image forming apparatus provided with the optical deflector |
| US20220334380A1 (en) * | 2019-10-09 | 2022-10-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Mirror-driving mechanism and optical module |
| CN116047985A (en) * | 2023-03-30 | 2023-05-02 | 济南森峰激光科技股份有限公司 | Control system and definition control method for digital two-dimensional galvanometer |
| JP2023143439A (en) * | 2022-03-25 | 2023-10-06 | 富士フイルム株式会社 | Optical scanning device, driving method for optical scanning device, and image drawing system |
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2010
- 2010-11-29 JP JP2010265425A patent/JP2012118125A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013007779A (en) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Stanley Electric Co Ltd | Optical deflector |
| JP5654158B1 (en) * | 2014-05-07 | 2015-01-14 | 株式会社トライフォース・マネジメント | Movable reflective element and two-dimensional scanning device |
| JP2017009852A (en) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | Optical deflector and image forming apparatus provided with the optical deflector |
| US20220334380A1 (en) * | 2019-10-09 | 2022-10-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Mirror-driving mechanism and optical module |
| JP2023143439A (en) * | 2022-03-25 | 2023-10-06 | 富士フイルム株式会社 | Optical scanning device, driving method for optical scanning device, and image drawing system |
| JP7770970B2 (en) | 2022-03-25 | 2025-11-17 | 富士フイルム株式会社 | Optical scanning device, driving method for optical scanning device, and image drawing system |
| CN116047985A (en) * | 2023-03-30 | 2023-05-02 | 济南森峰激光科技股份有限公司 | Control system and definition control method for digital two-dimensional galvanometer |
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