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JP7206950B2 - Optical scanning device and control method for optical scanning device - Google Patents

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JP7206950B2 JP2019010803A JP2019010803A JP7206950B2 JP 7206950 B2 JP7206950 B2 JP 7206950B2 JP 2019010803 A JP2019010803 A JP 2019010803A JP 2019010803 A JP2019010803 A JP 2019010803A JP 7206950 B2 JP7206950 B2 JP 7206950B2
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Description

本発明は、光走査装置及び光走査装置の制御方法に関し、特に、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーの制御に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and a method of controlling the optical scanning device, and more particularly to control of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors.

現在、MEMSミラーを有する光走査装置が開発されている。MEMSミラーは、光走査等値の外部から照射された光を反射する。MEMSミラーの角度を調節することで、光を所望の方向に反射することができる。 Optical scanning devices with MEMS mirrors are currently being developed. The MEMS mirror reflects light emitted from outside the optical scanning isometry. Light can be reflected in a desired direction by adjusting the angle of the MEMS mirror.

特許文献1には、MEMSミラーの一例について記載されている。MEMSミラーは、可動板及びトーションバーを有している。可動板は、トーションバーによって支持されている。トーションバーには、ピエゾ抵抗が一体的に形成されている。ピエゾ抵抗は、トーションバーのねじれに応じた電圧を発生させ、これによって、可動板の角度の検出が可能になる。さらに、ピエゾ抵抗は、バイアス電流によって発熱し、これによって、可動板及びトーションバーによって構成される振動子の共振周波数の調整が可能になる。 Patent Literature 1 describes an example of a MEMS mirror. A MEMS mirror has a movable plate and a torsion bar. The movable plate is supported by torsion bars. A piezoresistor is integrally formed with the torsion bar. The piezoresistors generate a voltage according to the twist of the torsion bar, which makes it possible to detect the angle of the movable plate. Furthermore, the piezoresistors generate heat due to the bias current, which allows adjustment of the resonance frequency of the vibrator composed of the movable plate and the torsion bar.

特許文献2には、MEMSミラーの一例について記載されている。MEMSミラーは、支持体、走査体、第1センサ及び第2センサを有している。走査体は、支持体によって支持されている。第1センサは、走査体が走査体の振動において第1位置を通過する時間を検出し、第2センサは、走査体が走査体の振動において第2位置を通過する時間を検出する。このMEMSミラーでは、走査体が第1位置を通過した時間及び走査体が第2位置を通過した時間の差から、走査体の振動の振幅を算出することができる。 Patent Literature 2 describes an example of a MEMS mirror. The MEMS mirror has a support, a scanning body, a first sensor and a second sensor. The scanning body is supported by a support. The first sensor detects the time the scanning body passes through the first position in the vibration of the scanning body, and the second sensor detects the time the scanning body passes the second position in the vibration of the scanning body. With this MEMS mirror, the amplitude of vibration of the scanning body can be calculated from the difference between the time when the scanning body passes through the first position and the time when the scanning body passes through the second position.

特許文献3には、MEMSミラーとは異なるMEMS素子について記載されている。特許文献3には、可動基板及び固定基板の間のギャップを変更するためのMEMS素子について記載されている。MEMS素子は、静電アクチュエータを有している。静電アクチュエータは、可動基板に形成された可動電極及び固定基板に形成された固定電極の間の静電引力によって、可動基板及び固定基板の間のギャップを変更する。 Patent Document 3 describes a MEMS element different from the MEMS mirror. US Pat. No. 5,300,004 describes a MEMS element for changing the gap between a movable substrate and a fixed substrate. A MEMS element has an electrostatic actuator. The electrostatic actuator changes the gap between the movable substrate and the fixed substrate by electrostatic attraction between the movable electrode formed on the movable substrate and the fixed electrode formed on the fixed substrate.

特開2009-229517号公報JP 2009-229517 A 特開2016-161857号公報JP 2016-161857 A 特開2015-225153号公報JP 2015-225153 A

本発明者は、MEMSミラーにおける振動の振幅を制御するための方法を検討した。 The inventors have investigated methods for controlling the amplitude of vibration in MEMS mirrors.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、MEMSミラーにおける振動の振幅を新規な方法によって制御することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to control the amplitude of vibration in a MEMS mirror by a novel method.

本発明に係る光走査装置は、可動電極、固定電極、直流電圧印加部、矩形波電圧印加部及び制御部を含んでいる。固定電極は、可動電極に対向して配置されている。直流電圧印加部は、可動電極及び固定電極のうちの一方に直流電圧を印加する。矩形波電圧印加部は、可動電極及び固定電極のうちのもう一方に矩形波電圧を印加する。制御部は、矩形波電圧印加部から印加される矩形波電圧のデューティ比を制御する。 An optical scanning device according to the present invention includes a movable electrode, a fixed electrode, a DC voltage application section, a rectangular wave voltage application section, and a control section. The fixed electrode is arranged to face the movable electrode. The DC voltage applying section applies a DC voltage to one of the movable electrode and the fixed electrode. The rectangular wave voltage applying section applies a rectangular wave voltage to the other of the movable electrode and the fixed electrode. The control section controls the duty ratio of the rectangular wave voltage applied from the rectangular wave voltage applying section.

本発明に係る光走査装置の制御方法によれば、可動電極及び固定電極のうちの一方に直流電圧印加部から直流電圧を印加し、可動電極及び固定電極のうちのもう一方に矩形波電圧印加部から矩形波電圧を印加し、矩形波電圧印加部から印加される矩形波電圧のデューティ比を制御部によって制御する。 According to the control method of the optical scanning device according to the present invention, a DC voltage is applied from the DC voltage application unit to one of the movable electrode and the fixed electrode, and a rectangular wave voltage is applied to the other of the movable electrode and the fixed electrode. A rectangular wave voltage is applied from the section, and the duty ratio of the rectangular wave voltage applied from the rectangular wave voltage applying section is controlled by the control section.

本発明によれば、MEMSミラーにおける振動の振幅を新規な方法によって制御することができる。 According to the present invention, the amplitude of vibration in MEMS mirrors can be controlled in a novel way.

実施形態に係る光走査装置を示している。1 shows an optical scanning device according to an embodiment. (a)は、可動電極及び固定電極の間の直流電圧差ΔE及び可動電極の振幅の関係の一例を示すグラフであり、(b)は、矩形波電圧印加部によって印加される矩形波電圧VACの基本波ピーク電圧V及び可動電極の振幅の関係の一例を示すグラフである。(a) is a graph showing an example of the relationship between the DC voltage difference ΔE between the movable electrode and the fixed electrode and the amplitude of the movable electrode, and (b) is a square wave voltage V applied by a square wave voltage applying section. 4 is a graph showing an example of the relationship between the AC fundamental wave peak voltage VN and the amplitude of the movable electrode; (a)は、直流電圧印加部によって印加される直流電圧Vが20Vであり、かつ矩形波電圧印加部によって印加される矩形波電圧VACのピーク電圧Vが20Vである場合における、デューティ比D、直流電圧差ΔE及び基本波ピーク電圧Vの関係を示すグラフであり、(b)は、直流電圧印加部によって印加される直流電圧Vが-20Vであり、かつ矩形波電圧印加部によって印加される矩形波電圧VACのピーク電圧Vが20Vである場合における、デューティ比D、直流電圧差ΔE及び基本波ピーク電圧Vの関係を示すグラフである。(a) is the duty when the DC voltage V B applied by the DC voltage application unit is 20 V and the peak voltage V p of the rectangular wave voltage V AC applied by the rectangular wave voltage application unit is 20 V. FIG. 4B is a graph showing the relationship between the ratio D, the DC voltage difference ΔE, and the fundamental wave peak voltage VN , and FIG. 4 is a graph showing the relationship among duty ratio D, DC voltage difference ΔE, and fundamental wave peak voltage VN when peak voltage Vp of rectangular wave voltage VAC applied by a unit is 20V. 図1の第1の変形例を示している。Figure 2 shows a first variant of Figure 1; 図1の第2の変形例を示している。Figure 2 shows a second variant of Figure 1;

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in all the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図1は、実施形態に係る光走査装置20を示している。 FIG. 1 shows an optical scanning device 20 according to an embodiment.

図1を用いて、光走査装置20の概要を説明する。光走査装置20は、可動電極120、固定電極140、直流電圧印加部210、矩形波電圧印加部220及び制御部240を含んでいる。固定電極140は、可動電極120に対向して配置されている。直流電圧印加部210は、可動電極120及び固定電極140のうちの一方に直流電圧を印加する。図1に示す例では、直流電圧印加部210は、可動電極120に直流電圧を印加する。矩形波電圧印加部220は、可動電極120及び固定電極140のうちのもう一方に矩形波電圧を印加する。図1に示す例では、矩形波電圧印加部220は、固定電極140に矩形波電圧を印加する。制御部240は、矩形波電圧印加部220から印加される矩形波電圧のデューティ比を制御する。 An overview of the optical scanning device 20 will be described with reference to FIG. The optical scanning device 20 includes a movable electrode 120 , a fixed electrode 140 , a DC voltage application section 210 , a rectangular wave voltage application section 220 and a control section 240 . The fixed electrode 140 is arranged to face the movable electrode 120 . The DC voltage applying unit 210 applies a DC voltage to one of the movable electrode 120 and the fixed electrode 140 . In the example shown in FIG. 1 , the DC voltage applying section 210 applies DC voltage to the movable electrode 120 . The rectangular wave voltage applying section 220 applies a rectangular wave voltage to the other of the movable electrode 120 and the fixed electrode 140 . In the example shown in FIG. 1 , the rectangular wave voltage applying section 220 applies a rectangular wave voltage to the fixed electrode 140 . The control section 240 controls the duty ratio of the rectangular wave voltage applied from the rectangular wave voltage applying section 220 .

本実施形態によれば、可動電極120における振動の振幅を、矩形波電圧のデューティ比によって制御することができる。詳細を後述するように、本発明者は、矩形波のデューティ比及び可動電極120における振動の振幅の関係を新規に見出した。本実施形態においては、制御部240は、矩形波電圧のデューティ比、すなわち、可動電極120における振動の振幅を制御することができる。 According to this embodiment, the amplitude of vibration in the movable electrode 120 can be controlled by the duty ratio of the rectangular wave voltage. As will be described later in detail, the present inventors have newly discovered the relationship between the duty ratio of the rectangular wave and the amplitude of vibration in the movable electrode 120 . In this embodiment, the control section 240 can control the duty ratio of the rectangular wave voltage, that is, the amplitude of vibration in the movable electrode 120 .

図1に示す例において、光走査装置20は、検出電極150及びチャージアンプ230をさらに含んでいる。検出電極150は、可動電極120に対向して配置されている。チャージアンプ230は、可動電極120及び検出電極150の間の静電容量を電圧に変換する。制御部240は、チャージアンプ230からの出力電圧に応じて、デューティ比を制御する。 In the example shown in FIG. 1, the optical scanning device 20 further includes detection electrodes 150 and charge amplifiers 230 . The detection electrode 150 is arranged to face the movable electrode 120 . The charge amplifier 230 converts the capacitance between the movable electrode 120 and the detection electrode 150 into voltage. Control unit 240 controls the duty ratio according to the output voltage from charge amplifier 230 .

本実施形態によれば、チャージアンプ230の利得を一定に保ちつつ、可動電極120における振動の振幅を制御することができる。詳細を後述するように、本発明者は、矩形波電圧印加部220から印加される矩形波電圧のデューティ比を、チャージアンプ230の利得を変動させずに調節可能であることを新規に見出した。本実施形態においては、制御部240は、チャージアンプ230の利得を変動させずに、デューティ比を制御することができる。 According to this embodiment, the amplitude of vibration in the movable electrode 120 can be controlled while keeping the gain of the charge amplifier 230 constant. As will be described later in detail, the present inventor has newly discovered that the duty ratio of the rectangular wave voltage applied from the rectangular wave voltage applying section 220 can be adjusted without varying the gain of the charge amplifier 230. . In this embodiment, the control section 240 can control the duty ratio without varying the gain of the charge amplifier 230 .

図1を用いて、光走査装置20の詳細を説明する。 Details of the optical scanning device 20 will be described with reference to FIG.

光走査装置20は、光走査本体10、直流電圧印加部210、矩形波電圧印加部220、制御部240及びチャージアンプ230を含んでいる。 The optical scanning device 20 includes an optical scanning main body 10 , a DC voltage application section 210 , a rectangular wave voltage application section 220 , a control section 240 and a charge amplifier 230 .

光走査本体10は、枠体110、可動電極120、軸部材130、固定電極140及び検出電極150を含んでいる。 The optical scanning main body 10 includes a frame 110 , movable electrodes 120 , shaft members 130 , fixed electrodes 140 and detection electrodes 150 .

可動電極120は、反射層(例えば、金属層、具体的には、例えば、アルミニウム層)が形成された反射面を有している。光走査装置20の外部から照射された光は、可動電極120の反射面によって反射される。可動電極120の角度を調節することで、光を所望の方向に向けて反射することができる。 The movable electrode 120 has a reflective surface on which a reflective layer (eg, a metal layer, specifically, an aluminum layer, for example) is formed. Light irradiated from the outside of the optical scanning device 20 is reflected by the reflecting surface of the movable electrode 120 . Light can be reflected in a desired direction by adjusting the angle of the movable electrode 120 .

可動電極120は、2つの軸部材130によって枠体110に取り付けられている。2つの軸部材130のうちの一方は、可動電極120のうちの対向する2辺のうちの一方に接続されており、2つの軸部材130のうちのもう一方は、可動電極120のうちの対向する2辺のうちのもう一方に接続されている。軸部材130は、可動電極120の回転軸として機能する。 The movable electrode 120 is attached to the frame 110 by two shaft members 130 . One of the two shaft members 130 is connected to one of two opposing sides of the movable electrode 120, and the other of the two shaft members 130 is connected to the opposing side of the movable electrode 120. connected to the other of the two sides that The shaft member 130 functions as a rotating shaft for the movable electrode 120 .

可動電極120は、軸部材130が接続された2辺の間にあって櫛歯電極が形成された一辺及び軸部材130が接続された2辺の間にあって櫛歯電極が形成された他の一辺を有している。 The movable electrode 120 has one side between the two sides to which the shaft member 130 is connected and on which a comb-tooth electrode is formed, and another side between the two sides to which the shaft member 130 is connected and on which the comb-tooth electrode is formed. are doing.

固定電極140は、櫛歯電極を有している。固定電極140は、固定電極140の櫛歯電極及び可動電極120の櫛歯電極の間に隙間が形成されるように、可動電極120に対向している。図1に示す例では、一の固定電極140が可動電極120の一の櫛歯電極に対向しており、他の一の固定電極140が可動電極120の他の一の櫛歯電極に対向している。可動電極120及び固定電極140間の電圧によって発生する静電力によって、可動電極120は振動する。 The fixed electrode 140 has a comb-teeth electrode. The fixed electrode 140 faces the movable electrode 120 such that a gap is formed between the comb-teeth electrode of the fixed electrode 140 and the comb-teeth electrode of the movable electrode 120 . In the example shown in FIG. 1, one fixed electrode 140 faces one comb tooth electrode of the movable electrode 120, and another fixed electrode 140 faces another comb tooth electrode of the movable electrode 120. ing. The movable electrode 120 vibrates due to the electrostatic force generated by the voltage between the movable electrode 120 and the fixed electrode 140 .

検出電極150は、櫛歯電極を有している。検出電極150は、検出電極150の櫛歯電極及び可動電極120の櫛歯電極の間に隙間が形成されるように、可動電極120に対向している。図1に示す例では、一の固定電極140を挟んで並ぶ2つの検出電極150が可動電極120の一の櫛歯電極に対向しており、他の一の固定電極140を挟んで並ぶ他の2つの検出電極150が可動電極120の他の一の櫛歯電極に対向している。可動電極120及び検出電極150の間の静電容量は、可動電極120の振動に応じて変動する。したがって、可動電極120及び検出電極150の間の静電容量を検出することで、可動電極120の角度を検出することができる。検出電極150のレイアウトは、図1に示す例に限定されない。例えば、1又は複数の検出電極150が可動電極120の2つの櫛歯電極のうちの一方のみに配置されていてもよい。 The detection electrodes 150 have comb electrodes. The detection electrode 150 faces the movable electrode 120 such that a gap is formed between the comb-shaped electrode of the detection electrode 150 and the comb-shaped electrode of the movable electrode 120 . In the example shown in FIG. 1 , two detection electrodes 150 arranged with one fixed electrode 140 interposed therebetween are opposed to one comb tooth electrode of the movable electrode 120 , and the other one arranged with the other fixed electrode 140 interposed therebetween. Two detection electrodes 150 face another comb-teeth electrode of the movable electrode 120 . A capacitance between the movable electrode 120 and the detection electrode 150 varies according to the vibration of the movable electrode 120 . Therefore, by detecting the capacitance between the movable electrode 120 and the detection electrode 150, the angle of the movable electrode 120 can be detected. The layout of the detection electrodes 150 is not limited to the example shown in FIG. For example, one or more detection electrodes 150 may be arranged on only one of the two comb electrodes of the movable electrode 120 .

図1に示す例において、光走査本体10は、導電性材料、例えば、シリコン基板を選択的にエッチングすることで、形成することができる。 In the example shown in FIG. 1, the optical scanning body 10 can be formed by selectively etching a conductive material, for example a silicon substrate.

直流電圧印加部210は、枠体110に電気的に接続されている。直流電圧印加部210からの直流電圧は、枠体110及び軸部材130を介して、可動電極120に印加される。直流電圧印加部210は、例えば、直流電圧源にすることができる。 DC voltage application unit 210 is electrically connected to frame 110 . A DC voltage from the DC voltage applying section 210 is applied to the movable electrode 120 via the frame 110 and the shaft member 130 . The DC voltage application unit 210 can be, for example, a DC voltage source.

矩形波電圧印加部220は、固定電極140に電気的に接続されている。矩形波電圧印加部220からの矩形波電圧は、固定電極140に印加される。矩形波電圧印加部220は、例えば、ファンクションジェネレータにすることができる。 The rectangular wave voltage application section 220 is electrically connected to the fixed electrode 140 . A rectangular wave voltage from the rectangular wave voltage applying section 220 is applied to the fixed electrode 140 . The rectangular wave voltage applying section 220 can be, for example, a function generator.

チャージアンプ230は、検出電極150に電気的に接続されている。チャージアンプ230は、可動電極120及び検出電極150の間の静電容量を電圧に変換する容量電圧変換器として機能することができる。 Charge amplifier 230 is electrically connected to detection electrode 150 . The charge amplifier 230 can function as a capacitance voltage converter that converts the capacitance between the movable electrode 120 and the detection electrode 150 into voltage.

チャージアンプ230は、オペアンプ232、抵抗器234及びキャパシタ236を含んでいる。チャージアンプ230の非反転入力端子は、接地されている。チャージアンプ230の反転入力端子は、検出電極150に電気的に接続されている。抵抗器234及びキャパシタ236は、オペアンプ232の出力端子及び反転入力端子の間で並列に接続されている。 Charge amplifier 230 includes operational amplifier 232 , resistor 234 and capacitor 236 . A non-inverting input terminal of the charge amplifier 230 is grounded. An inverting input terminal of the charge amplifier 230 is electrically connected to the detection electrode 150 . A resistor 234 and a capacitor 236 are connected in parallel between the output terminal and the inverting input terminal of op amp 232 .

制御部240は、チャージアンプ230からの出力電圧に応じて、矩形波電圧印加部220から印加される矩形波電圧のデューティ比を制御する。制御部240は、チャージアンプ230からの出力電圧から、可動電極120が所望の振幅で振動しているかを判断することができる。可動電極120の振幅が種々の要因(例えば、外乱)によって所望の振幅からずれている場合、制御部240は、デューティ比を制御して、可動電極120における振動の振幅を制御することができる。制御部240は、例えば、コンピュータ(例えば、パーソナルコンピュータ又はマイクロコンピュータ)にすることができる。 Control section 240 controls the duty ratio of the rectangular wave voltage applied from rectangular wave voltage applying section 220 according to the output voltage from charge amplifier 230 . The control unit 240 can determine from the output voltage from the charge amplifier 230 whether the movable electrode 120 is vibrating with a desired amplitude. When the amplitude of the movable electrode 120 deviates from the desired amplitude due to various factors (for example, disturbance), the controller 240 can control the amplitude of vibration in the movable electrode 120 by controlling the duty ratio. The controller 240 can be, for example, a computer (eg, personal computer or microcomputer).

可動電極120及び検出電極150の間の静電容量Cが角周波数ωで振動する場合、チャージアンプ230からの出力電圧Vchは、以下の式によって表される。

Figure 0007206950000001
:直流電圧印加部210によって印加される直流電圧
:抵抗器234の抵抗
:キャパシタ236の静電容量
j:虚数単位
チャージアンプ230の利得Gは、以下の式によって表される。
Figure 0007206950000002
角周波数ωが十分に大きく、ωC>>1であるとき、利得Gは、以下の式によって表され、一定の値となる。
Figure 0007206950000003
When the capacitance CM between the movable electrode 120 and the detection electrode 150 oscillates at an angular frequency ω, the output voltage Vch from the charge amplifier 230 is expressed by the following equation.
Figure 0007206950000001
V B : DC voltage applied by DC voltage applying section 210 R f : Resistance of resistor 234 C f : Capacitance of capacitor 236 j: Imaginary unit Gain G of charge amplifier 230 is expressed by the following equation. .
Figure 0007206950000002
When the angular frequency ω is sufficiently large and ωC f R f >>1, the gain G is expressed by the following equation and has a constant value.
Figure 0007206950000003

式(1)~(3)から明らかなように、可動電極120及び検出電極150の間の静電容量Cは、チャージアンプ230からの出力電圧Vchから算出することができる。つまり、可動電極120の角度は、チャージアンプ230からの出力電圧Vchから算出することができる。 As is clear from equations (1) to (3), the capacitance CM between the movable electrode 120 and the detection electrode 150 can be calculated from the output voltage Vch from the charge amplifier 230. That is, the angle of the movable electrode 120 can be calculated from the output voltage Vch from the charge amplifier 230. FIG.

本実施形態によれば、チャージアンプ230の利得Gを一定に保ちつつ、可動電極120における振動の振幅を制御することができる。その理由は、以下のとおりである。 According to this embodiment, the amplitude of vibration in the movable electrode 120 can be controlled while the gain G of the charge amplifier 230 is kept constant. The reason is as follows.

矩形波電圧印加部220によって印加される矩形波電圧VACは、以下の式によって表される。

Figure 0007206950000004
D:矩形波電圧VACのデューティ比
:矩形波電圧VACのピーク電圧 The rectangular wave voltage VAC applied by the rectangular wave voltage applying section 220 is represented by the following equation.
Figure 0007206950000004
D: Duty ratio of rectangular wave voltage VAC V p : Peak voltage of rectangular wave voltage VAC

矩形波電圧VACは、直流電圧成分(式(4)の下段の右辺の第1項)、交流電圧の基本波成分(式(4)の下段の右辺の第2項)及び交流電圧の高周波成分(式(4)の下段の右辺の第3項及びそれ以降の項)を含んでいる。高周波成分は、可動電極120の振動にほとんど影響しない。矩形波電圧VACの直流電圧成分V及び基本波ピーク電圧Vは、以下の式によって表される。

Figure 0007206950000005
Figure 0007206950000006
The rectangular wave voltage V AC consists of a DC voltage component (the first term on the lower right side of Equation (4)), a fundamental wave component of the AC voltage (the second term on the lower right side of Equation (4)), and a high frequency component of the AC voltage. It contains components (the third term on the right side of the lower row of equation (4) and subsequent terms). The high frequency component hardly affects the vibration of the movable electrode 120 . A DC voltage component V M and a fundamental wave peak voltage V N of the rectangular wave voltage V AC are expressed by the following equations.
Figure 0007206950000005
Figure 0007206950000006

図2(a)は、可動電極120及び固定電極140の間の直流電圧差ΔE及び可動電極120の振幅の関係の一例を示すグラフであり、図2(b)は、矩形波電圧印加部220によって印加される矩形波電圧VACの基本波ピーク電圧V及び可動電極120の振幅の関係の一例を示すグラフである。 2A is a graph showing an example of the relationship between the DC voltage difference ΔE between the movable electrode 120 and the fixed electrode 140 and the amplitude of the movable electrode 120, and FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the fundamental wave peak voltage VN of the rectangular wave voltage VAC applied by V and the amplitude of the movable electrode 120. FIG.

図2(a)において、直流電圧差ΔEは、直流電圧印加部210によって印加される直流電圧V及び矩形波電圧印加部220によって印加される矩形波電圧VACの直流電圧成分Vによって決定される。 In FIG. 2(a), the DC voltage difference ΔE is determined by the DC voltage component V M of the DC voltage VB applied by the DC voltage applying unit 210 and the rectangular wave voltage V AC applied by the rectangular wave voltage applying unit 220. be done.

図2(a)に示すように、可動電極120の振幅は、直流電圧差ΔEが大きくなるほど大きくなる。式(5)より、制御部240は、デューティ比Dを制御することで、直流電圧差ΔE(直流電圧成分V)を制御することができる。 As shown in FIG. 2A, the amplitude of the movable electrode 120 increases as the DC voltage difference ΔE increases. By controlling the duty ratio D, the controller 240 can control the DC voltage difference ΔE (DC voltage component V M ) from the equation (5).

図2(b)に示すように、可動電極120の振幅は、基本波ピーク電圧Vが大きくなるほど大きくなる。式(6)より、制御部240は、デューティ比Dを制御することで、基本波ピーク電圧Vを制御することができる。 As shown in FIG. 2B, the amplitude of the movable electrode 120 increases as the fundamental wave peak voltage VN increases. By controlling the duty ratio D, the control unit 240 can control the fundamental wave peak voltage VN from the equation (6).

図3(a)は、直流電圧印加部210によって印加される直流電圧Vが20Vであり、かつ矩形波電圧印加部220によって印加される矩形波電圧VACのピーク電圧Vが20Vである場合における、デューティ比D、直流電圧差ΔE及び基本波ピーク電圧Vの関係を示すグラフであり、図3(b)は、直流電圧印加部210によって印加される直流電圧Vが-20Vであり、かつ矩形波電圧印加部220によって印加される矩形波電圧VACのピーク電圧Vが20Vである場合における、デューティ比D、直流電圧差ΔE及び基本波ピーク電圧Vの関係を示すグラフである。 In FIG. 3A, the DC voltage VB applied by the DC voltage applying section 210 is 20V , and the peak voltage Vp of the rectangular wave voltage VAC applied by the rectangular wave voltage applying section 220 is 20V. FIG. 3B is a graph showing the relationship between the duty ratio D, the DC voltage difference ΔE, and the fundamental wave peak voltage VN in the case where the DC voltage VB applied by the DC voltage applying unit 210 is −20V . and the peak voltage Vp of the rectangular wave voltage V AC applied by the rectangular wave voltage applying section 220 is 20 V. is.

図3(a)に示すように、直流電圧Vが20V、すなわち、正電圧であるとき、直流電圧差ΔEは、デューティ比Dが大きくなるほど小さくなり、基本波ピーク電圧Vは、デューティ比0.5において最大値をとり、デューティ比0.5から離れるほど小さくなる。 As shown in FIG. 3A, when the DC voltage VB is 20 V, that is, a positive voltage, the DC voltage difference ΔE decreases as the duty ratio D increases, and the fundamental wave peak voltage VN It takes a maximum value at a duty ratio of 0.5, and decreases as the duty ratio departs from 0.5.

図3(a)より、制御部240は、直流電圧印加部210によって印加される直流電圧Vが正電圧であるとき、デューティ比Dを0.5以上1未満の範囲に制御してもよい。デューティ比Dが0.5以上1未満の範囲においては、直流電圧差ΔE及び基本波ピーク電圧Vの双方とも、デューティ比Dが増加するほど減少する。つまり、この範囲においては、直流電圧差ΔE及び基本波ピーク電圧Vの双方とも、デューティ比Dが増加するほど、可動電極120の振幅が減少するように変化する(図2(a)及び図2(b)参照)。したがって、可動電極120の振幅の制御が容易となる。 3A, when the DC voltage VB applied by the DC voltage applying unit 210 is a positive voltage, the control unit 240 may control the duty ratio D within a range of 0.5 or more and less than 1. . In the range where the duty ratio D is 0.5 or more and less than 1, both the DC voltage difference ΔE and the fundamental wave peak voltage VN decrease as the duty ratio D increases. That is, in this range, both the DC voltage difference ΔE and the fundamental wave peak voltage VN change so that the amplitude of the movable electrode 120 decreases as the duty ratio D increases (FIGS. 2A and 2B). 2(b)). Therefore, it becomes easy to control the amplitude of the movable electrode 120 .

図3(b)に示すように、直流電圧Vが-20V、すなわち、負電圧であるとき、直流電圧差ΔEは、デューティ比Dが大きくなるほど大きくなり、基本波ピーク電圧Vは、デューティ比0.5において最大値をとり、デューティ比0.5から離れるほど小さくなる。 As shown in FIG. 3( b ), when the DC voltage VB is −20 V, that is, a negative voltage, the DC voltage difference ΔE increases as the duty ratio D increases, and the fundamental wave peak voltage VN increases as the duty ratio D increases. It takes a maximum value at a duty ratio of 0.5, and decreases as the duty ratio departs from 0.5.

図3(b)より、制御部240は、直流電圧印加部210によって印加される直流電圧Vが負電圧であるとき、デューティ比Dを0超0.5以下の範囲に制御してもよい。デューティ比Dが0超0.5以下の範囲においては、直流電圧差ΔE及び基本波ピーク電圧Vの双方とも、デューティ比Dが減少するほど減少する。つまり、この範囲においては、直流電圧差ΔE及び基本波ピーク電圧Vの双方とも、デューティ比Dが減少するほど、可動電極120の振幅が減少するように変化する(図2(a)及び図2(b)参照)。したがって、可動電極120の振幅の制御が容易となる。 From FIG. 3B, when the DC voltage VB applied by the DC voltage applying unit 210 is a negative voltage, the control unit 240 may control the duty ratio D to a range of more than 0 and 0.5 or less. . When the duty ratio D is greater than 0 and equal to or less than 0.5, both the DC voltage difference ΔE and the fundamental wave peak voltage VN decrease as the duty ratio D decreases. That is, in this range, both the DC voltage difference ΔE and the fundamental wave peak voltage VN change so that the amplitude of the movable electrode 120 decreases as the duty ratio D decreases (FIGS. 2A and 2B). 2(b)). Therefore, it becomes easy to control the amplitude of the movable electrode 120 .

本実施形態によれば、制御部240は、チャージアンプ230の利得Gに影響を与えないデューティ比D(式(3)参照)を制御することで、可動電極120における振動の振幅を制御することができる。例えば、可動電極120における振動の振幅を制御するため、直流電圧印加部210によって印加される直流電圧Vを変動させる場合、利得Gも変動する(式(3)参照)。これに対して、本実施形態においては、直流電圧Vを変動させることなく、可動電極120における振動の振幅を制御することができる。 According to this embodiment, the control unit 240 controls the amplitude of vibration in the movable electrode 120 by controlling the duty ratio D (see formula (3)) that does not affect the gain G of the charge amplifier 230. can be done. For example, when the DC voltage VB applied by the DC voltage applying section 210 is varied in order to control the amplitude of vibration in the movable electrode 120, the gain G is also varied (see equation (3)). In contrast, in this embodiment, the amplitude of vibration in the movable electrode 120 can be controlled without varying the DC voltage VB .

さらに、本実施形態によれば、デューティ比Dの制御という簡易な制御によって、可動電極120における振動の振幅を制御することができる。例えば、可動電極120における振動の振幅を制御するため、矩形波電圧印加部220に代えて正弦波電圧印加部を用いて、正弦波電圧印加部から印加される正弦波電圧を変動させる場合、複雑な回路が必要になる。これに対して、本実施形態においては、複雑な回路を用いることなく、可動電極120における振動の振幅を制御することができる。 Furthermore, according to the present embodiment, the amplitude of vibration in the movable electrode 120 can be controlled by simple control of the duty ratio D. FIG. For example, in order to control the amplitude of vibration in the movable electrode 120, a sine wave voltage applying section is used instead of the rectangular wave voltage applying section 220, and the sine wave voltage applied from the sine wave voltage applying section is varied. circuit is required. In contrast, in this embodiment, the amplitude of vibration in the movable electrode 120 can be controlled without using a complicated circuit.

図4は、図1の第1の変形例を示している。図4に示す例は、以下の点を除いて、図1に示した例と同様である。 FIG. 4 shows a first variant of FIG. The example shown in FIG. 4 is similar to the example shown in FIG. 1, except for the following points.

光走査装置20は、図1に示した検出電極150及びチャージアンプ230を含まなくてもよい。制御部240は、可動電極120及び検出電極150(図1)の間の静電容量とは異なる特性(例えば、可動電極120によって反射された光の方向)の検出に応じて、矩形波電圧印加部220によって印加される矩形波電圧のデューティ比を制御してもよい。この場合においても、図1に示した例と同様にして、可動電極120の振動の振幅を、矩形波電圧のデューティ比によって制御することができる。 The optical scanning device 20 may not include the detection electrodes 150 and the charge amplifier 230 shown in FIG. Control unit 240 applies a square wave voltage in response to detecting a characteristic (e.g., the direction of light reflected by movable electrode 120) that is different from the capacitance between movable electrode 120 and detection electrode 150 (FIG. 1). The duty ratio of the square wave voltage applied by section 220 may be controlled. Also in this case, the amplitude of the vibration of the movable electrode 120 can be controlled by the duty ratio of the rectangular wave voltage, similarly to the example shown in FIG.

図5は、図1の第2の変形例を示している。図5に示す例は、以下の点を除いて、図4に示した例と同様である。 FIG. 5 shows a second variant of FIG. The example shown in FIG. 5 is similar to the example shown in FIG. 4, except for the following points.

直流電圧印加部210は、固定電極140に直流電圧を印加してもよく、矩形波電圧印加部220は、可動電極120に矩形波電圧を印加してもよい。この場合においても、図1に示した例と同様にして、可動電極120の振動の振幅を、矩形波電圧のデューティ比によって制御することができる。 The DC voltage applying section 210 may apply a DC voltage to the fixed electrode 140 , and the rectangular wave voltage applying section 220 may apply a rectangular wave voltage to the movable electrode 120 . Also in this case, the amplitude of the vibration of the movable electrode 120 can be controlled by the duty ratio of the rectangular wave voltage, similarly to the example shown in FIG.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, these are examples of the present invention, and various configurations other than those described above can also be adopted.

10 光走査本体
20 光走査装置
110 枠体
120 可動電極
130 軸部材
140 固定電極
150 検出電極
210 直流電圧印加部
220 矩形波電圧印加部
230 チャージアンプ
232 オペアンプ
234 抵抗器
236 キャパシタ
240 制御部
10 Optical scanning main body 20 Optical scanning device 110 Frame body 120 Movable electrode 130 Shaft member 140 Fixed electrode 150 Detection electrode 210 DC voltage application unit 220 Rectangular wave voltage application unit 230 Charge amplifier 232 Operational amplifier 234 Resistor 236 Capacitor 240 Control unit

Claims (3)

可動電極と、
前記可動電極に対向して配置されている固定電極と、
前記可動電極及び前記固定電極のうちの一方に直流電圧を印加するための直流電圧印加部と、
前記可動電極及び前記固定電極のうちのもう一方に矩形波電圧を印加するための矩形波電圧印加部と、
前記直流電圧が正電圧である場合、前記矩形波電圧のデューティ比を0.5以上1未満の範囲に制御し、前記直流電圧が負電圧である場合、前記矩形波電圧のデューティ比を0超0.5以下の範囲に制御して、制御された前記デューティ比によって前記可動電極における振動の振幅を制御する制御部と、
を含む光走査装置。
a movable electrode;
a fixed electrode arranged to face the movable electrode;
a DC voltage applying unit for applying a DC voltage to one of the movable electrode and the fixed electrode;
a rectangular wave voltage applying unit for applying a rectangular wave voltage to the other of the movable electrode and the fixed electrode;
When the DC voltage is a positive voltage, the duty ratio of the rectangular wave voltage is controlled in the range of 0.5 or more and less than 1, and when the DC voltage is a negative voltage, the duty ratio of the rectangular wave voltage is set to more than 0. a control unit that controls the amplitude of the vibration in the movable electrode by controlling the amplitude in the range of 0.5 or less and using the controlled duty ratio ;
an optical scanning device comprising:
請求項1に記載の光走査装置において、
前記可動電極に対向して配置されている検出電極と、
前記可動電極及び前記検出電極の間の静電容量を電圧に変換するためのチャージアンプと、
をさらに含み、
前記直流電圧印加部は、前記可動電極に前記直流電圧を印加し、
前記矩形波電圧印加部は、前記固定電極に前記矩形波電圧を印加する、光走査装置。
The optical scanning device according to claim 1, wherein
a detection electrode arranged to face the movable electrode;
a charge amplifier for converting the capacitance between the movable electrode and the detection electrode into a voltage;
further comprising
The DC voltage application unit applies the DC voltage to the movable electrode,
The optical scanning device, wherein the rectangular wave voltage applying section applies the rectangular wave voltage to the fixed electrode.
可動電極及び前記可動電極に対向して配置されている固定電極のうちの一方に直流電圧印加部から直流電圧を印加し、前記可動電極及び前記固定電極のうちのもう一方に矩形波電圧印加部から矩形波電圧を印加することと、
前記直流電圧が正電圧である場合、前記矩形波電圧のデューティ比を制御部によって0.5以上1未満の範囲に制御し、前記直流電圧が負電圧である場合、前記矩形波電圧のデューティ比を前記制御部によって0超0.5以下の範囲に制御して、制御された前記デューティ比によって前記可動電極における振動の振幅を前記制御部によって制御することと、
を含む、光走査装置の制御方法。
A DC voltage applying section applies a DC voltage to one of a movable electrode and a fixed electrode arranged to face the movable electrode, and a rectangular wave voltage applying section applies a DC voltage to the other of the movable electrode and the fixed electrode. applying a square wave voltage from
When the DC voltage is a positive voltage, the control unit controls the duty ratio of the rectangular wave voltage to a range of 0.5 or more and less than 1, and when the DC voltage is a negative voltage, the duty ratio of the rectangular wave voltage. is controlled by the control unit to a range of more than 0 and 0.5 or less, and the control unit controls the amplitude of vibration in the movable electrode according to the controlled duty ratio ;
A method of controlling an optical scanning device, comprising:
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