光走査装置用ミラー振幅制御装置
【課題】システムのコストバランスを保ちながらミラー振幅制御が精度よく行なえる光走査装置用ミラー振幅制御装置を提供する。
【解決手段】信号計測部１４は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタ１７と、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第１時定数回路１８と、第１時定数回路１８の電圧変化を計測する電圧計測部２０と、第１時定数回路１８と時定数が異なり電圧計測部２０の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第２時定数回路１９とを備え、比較部１５は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第２時定数回路１９の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として振幅レベル調整部１２へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われる。
【解決手段】信号計測部１４は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタ１７と、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第１時定数回路１８と、第１時定数回路１８の電圧変化を計測する電圧計測部２０と、第１時定数回路１８と時定数が異なり電圧計測部２０の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第２時定数回路１９とを備え、比較部１５は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第２時定数回路１９の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として振幅レベル調整部１２へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源より照射された光ビームを揺動するミラー部で反射して走査を行う光走査装置用ミラー振幅制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源より照射されたレーザー光等の光ビームを走査する光走査装置は、バーコードリーダ、レーザープリンタ、ヘッドマウントディスプレー等の光学機器、あるいは赤外線カメラ等撮像装置の光取り入れ装置として用いられている。
【０００３】
例えば、光走査装置の一例として矩形基板（例えばステンレス基板やシリコン基板など）に形成された開口部内に梁部により両側が連結されたミラー部が設けられている。ミラー部は鏡面仕上げされているか、反射膜が形成されているか、或いは基板にミラーが貼付けられている。
【０００４】
また、基板には圧電体、磁歪体、または永久磁石のいずれかによる薄膜よりなる振動源が設けられ、例えば圧電体の場合、図示しない駆動源より正電圧を印加すると延びが発生し、負電圧を印加すると縮みが発生するため、基板に撓みが発生する。この基板の上下方向の撓みに対して梁部にねじれ振動が発生してミラー部が揺動する。このミラー部と梁部との共振周波数付近で駆動周波数を維持して、振動するミラー部によりレーザー光を反射することで光走査する。
【０００５】
これによって、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を用いて製造された微小ミラーを揺動させる光走査装置より製造コストがかからず、小型の振動源でミラー部に大きな振動を発生させるようになっている（特許文献１参照）。
【０００６】
光走査装置の駆動制御は、ミラー部とその振動方向にそって２箇所に設けられたセンサによって２つのセンサ信号が生成される。ミラーの振動を安定化させるためには、２つのセンサ信号の発生間隔を計測し、基準値と比較してフィードバック制御をかける。フィードバック制御によってミラー部を振動させるための電圧信号を補正し、振幅レベルを変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２９３１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ミラー部の走査振幅を検出するセンサ出力信号の間隔をタイマーカウンタなどで計測して監視する場合、例えば走査周波数が２ｋＨzで目標ジッター値が０．０１％の場合、タイマーカウンタの分解能はおよそ０．０１μｓとなる。検出誤差を考慮するとカウントは２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚで行なう必要があり、高速でタイマーが必要になる。また、数百ＭＨｚで動作できるタイマーカウンタを用いる場合、高速動作によるタイマーカウンタ自体の発熱やコストが嵩むという課題がある。タイマーカウンタの発熱量が多い場合には、制御回路を光学ユニットの近傍に配置できなくなる。
【０００９】
フィードバック制御では抑制すべきジッターの周波数成分が数百Ｈｚであり、サンプリング周波数は数ｋＨｚで十分であるため、フィードバック制御を安価なシステムで実現可能であるが、間隔計測部には高価なシステムが必要になるというシステムのコストバランスが悪いという課題がある。
【００１０】
本発明は、システムのコストバランスを保ちながらミラー振幅制御が精度よく行なえる光走査装置用ミラー振幅制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段は以下の構成を含むことを特徴とする。
即ち、駆動回路から駆動電圧を供給して基板上に設けられた振動源を作動させて当該基板を撓ませることにより梁部を揺動軸とするミラー部を揺動させながら照射光を反射することで走査する光走査装置用ミラー振幅制御装置であって、前記振動源を作動させて揺動するミラー部の振幅を検出する振幅検出部と、前記振幅検出部で検出された検出信号の信号間隔を計測する信号計測部と、前記信号計測部で計測された計測値と基準値生成部から出力された基準値とを比較する比較部と、前記比較部においてエラー信号が発生すると、当該エラー信号の増減値を打ち消すように前記駆動回路へ所定時間出力するフィードバック制御を行なう前記振幅レベル調整部と、を具備し、前記信号計測部は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタと、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第１時定数回路と、第１時定数回路の電圧変化を計測する電圧計測部と、第１時定数回路と時定数が異なり電圧計測部の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第２時定数回路とを備え、前記比較部は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第２時定数回路の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として前記振幅レベル調整部へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われることを特徴とする。
【００１２】
前記第１時定数回路は、タイマーカウンタの動作ずれを補正するのに必要な第１時定数が設けられ、第２時定数回路は振幅エラーのレンジ幅を補正するために必要な第２時定数が設けられ、前記第１時定数より第２時定数が大きな値に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
信号計測部は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタと、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第１時定数回路と、第１時定数回路の電圧変化を計測する電圧計測部と、第１時定数回路と時定数が異なり電圧計測部の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第２時定数回路と、を具備し、比較部は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第２時定数回路の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として振幅レベル調整部へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われる。
よって、比較的安価で低速なタイマーカウンタを用いても計測対象区間と計測タイミングのずれを時定数の異なる第１，第２時定数回路の基準電圧値からの電圧値の変化により監視しながら振幅レベルのフィードバック制御を行なうことができる。よって、ミラー部の振幅レベルのフィードバック制御の精度を維持しつつシステムのコストバランスを低廉にすることが可能となる。また、低速のタイマーカウンタを用いることで発熱量を抑えて制御装置を光学系の近傍に設置することも可能になる。
【００１４】
また、第１時定数回路は、タイマーカウンタの動作ずれを補正するために第１時定数が設定され、第２時定数回路は振幅エラーのレンジ幅を補正するために第２時定数が設定されているので、タイマーカウンタによりカウントされない計測対象区間に応じた時定数回路を選択することで、安価にコストバランスの良い制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】光走査装置の平面図及び矢印Ａ−Ａ断面図である。
【図２】ミラー部の振幅を検出するセンサ配置及びセンサ信号についての説明図である。
【図３】光走査装置の駆動制御装置のブロック構成図である。
【図４】ミラー振幅変化と補正電圧との関係を示す波形図である。
【図５】信号計測部の回路構成を示すブロック図である。
【図６】図５の各部の動作波形を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る光学走査装置のミラー駆動方法の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施例では、レーザービームプリンタ用に用いられる光走査装置（スキャナー）を例示して説明するものとする。
【００１７】
図１（ａ）（ｂ）を参照して光走査装置の概略構成について説明する。
基板１は金属板（ステンレススチール；ＳＵＳ３０４）若しくはシリコン基板（Ｓｉ）などの矩形基板が好適に用いられる。基板１は長手方向の一方側を支持部材７とクランプ部材６に挟み込まれて片持ち状に支持されている。
【００１８】
基板１の他端側（自由端側）には一対の基板舌部８が形成されている。この基板舌部８間に形成された開口部２内に両側を梁部３により支持されたミラー部４（光MEMSミラー）が設けられている。
【００１９】
また、基板１の一端側中央部には振動源５として圧電素子（ＰＺＴ；チタン酸ジルコン酸鉛）が接着等により設けられている。この振動源５を作動させて当該基板１を振動させることにより、梁部３を揺動軸としてミラー部４を揺動させながら照射光を反射することで走査するようになっている。
【００２０】
尚、振動源５としては、圧電素子のほかに、圧電体、磁歪体又は永久磁石体のいずれかが基板上に膜状に直接形成されていてもよい。成膜法としては、例えばエアロゾルデポジション法（AD法）、真空蒸着法、スパッタリング法や化学的気相成長法（CVD: Chemical Vapor Deposition）、ゾル−ゲル法などの薄膜形成技術を用いて、圧電体、磁歪体又は永久磁石体のいずれかが基板上に膜状に直接形成されていると、低電圧駆動で低消費電力の光走査装置を提供できる。
【００２１】
磁歪体や永久磁石体を用いる場合、外部から印加する交番磁界は、上記磁歪膜、永久磁石膜が形成された基板部近傍に設けられたコイルに交流電流を流すことで交番磁界を発生させる。尚、磁歪膜や永久磁石膜で基板に形成する場合、基板材料は非磁性材料である方が、より効率的に撓みを発生することができる。
【００２２】
尚、ミラー部４は、基板１に金属板を使用する場合には鏡面仕上げされた基板１を用いると良い。金属板以外の基板や、金属板においてもより高い反射性能が要求され場合には、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（化学的気相成長法）等の薄膜形成技術により、ミラー部４へ薄膜を形成するか、或いはミラー部４へ別途ミラー用反射材料を貼付けてもよい。
【００２３】
また、薄膜を形成する材料には、金（Au）、二酸化ケイ素（SiO2）、アルミニウム（Al）、あるいはフッ化マグネシウム（MgF2）から１つを選択、或いは２つ以上の材料を組み合わせ、さらに前記薄膜成形技術による同一層(=単層)、或いは２層以上の多層構成を適度な膜厚に制御することによって、反射性能を向上する薄膜が形成できる。あるいは、ミラー部４へ別途ミラー用反射材を貼付ける材料には、鏡面仕上げしたシリコン（Si）またはアルミナチタンカーバイト（Al2O3-TiC）のセラミック等へ、前記薄膜成形技術にて薄膜を形成しても良い。
【００２４】
また、基板１の厚みに関しては、動作中のミラー部４の平坦性やプロジェクターデバイスなどへの応用で要求されるミラーサイズを考慮し、シリコン（Ｓｉ）、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４等）等の、或いはさらにカーボンナノチューブを前記材料へ成長させた基板を想定すると、少なくとも１０μｍ以上の厚みが望ましい。
【００２５】
ミラー部４の走査振幅は、図２に示すようにミラー部４の走査範囲に沿って２箇所に例えば第１光電センサ９，第２光電センサ１０（振幅検出部）を設けて、当該第１，第２光電センサ９，１０で感知した反射光によって第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２が生成される。
【００２６】
次に、光走査装置の駆動制御装置の一例について図３のブロック構成図を参照して説明する。駆動制御装置ではミラー部４の走査振幅を安定化させるために第１センサ信号Ｓ１、第２センサ信号Ｓ２の発生間隔を計測し、基準値と比較してフィードバック制御が行われる。以下、装置構成とともに駆動方法について詳述する。
【００２７】
図３において周波数生成部１１は設定された所定の駆動周波数を生成する。振幅レベル調整部１２は、周波数生成部１１で生成された駆動周波数の振幅レベルを調整して駆動回路１３へ出力する。駆動回路１３は、振幅レベル調整部１２から入力した振幅レベルに対応する駆動電圧を供給して振動源５を作動させる。これによりミラー部４は、梁部３を中心として揺動する。振幅検出部である第１，第２光電センサ９，１０は駆動回路１３から駆動電圧を印加されて揺動するミラー部４の振幅を検出する。信号計測部１４は、上記図２に示すように、第１，第２光電センサ９，１０で検出された第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２の波形から信号間隔を計測する。そして、比較部１５において、信号計測部１４の計測値（電圧値）と予め記憶させておいた基準値生成部１６の基準値信号（基準電圧値）と比較する。この結果、振幅レベル調整部１２は、比較部１５の比較結果に応じて図４に示すように補正電圧を算出して駆動回路１３へ印加する駆動電圧を補正するようになっている。
【００２８】
次に信号計測部１４の一例について図５のブロック構成図及び図６の動作波形図を参照して説明する。
第１，第２光電センサ９，１０によって検出された第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２のいずれか（計測開始信号）がフリップフロップＦＦに入力されると、ＭＰＵタイマーカウンタ１７が信号間隔（図６；計測対象区間Ｔ１）の計測を開始する。ＭＰＵタイマーカウンタ１７は、ミラー部４の動作周波数に比べて低速（数μｓ）で安価なカウンタを用いているため、計測開始が計測対象区間Ｔ１の立ち上がり時間よりＴ２だけ遅れる。尚、Ｔ２は計測ごとに異なる時間である。また、計測開始信号の入力に伴い第１時定数回路１８に所定時間充電（若しくは放電）されて基準電圧からの第１時定数回路１８の電圧値ＶＴ１を電圧値Ｖ１へ変化させる。また、第２時定数回路１９の電圧値ＶＴ２は当該第２時定数回路１９へ予め充電（若しくは放電）が行なわれ、ホールドされている。
【００２９】
ＭＰＵタイマーカウンタ１７がカウントを開始した直後に当該ＭＰＵタイマーカウンタ１７は第１時定数回路１８の電圧値ＶＴ１を電圧値Ｖ１でホールドする。電圧値Ｖ１はＭＰＵタイマーカウンタ１７のカウント開始の遅れ値として保持される。電圧値ＶＴ１のホールド動作はＭＰＵタイマーカウンタ１７の動作周波数分だけ遅れて行なわれるが固定値であるためカウント動作に影響を与えない。
【００３０】
ＭＰＵタイマーカウンタ１７は、予め設定されている固定時間Ｔ３だけカウント動作を行なう。Ｔ３の立ち下がり時間は、計測対象区間の終端より前、即ち次のセンサ信号の入力より前までとなる。尚、第１時定数回路１８及び第２時定数回路１９は公知のＣＲ回路が用いられる。
【００３１】
ＭＰＵタイマーカウンタ１７の固定時間Ｔ３のカウント終了に伴って、第１時定数回路１８への充電（若しくは放電）を開始して再度電圧値ＶＴ１を変化させる。この動作もＭＰＵタイマーカウンタ１７の動作周波数分だけ遅れて行なわれるが固定値であるためカウント動作に影響を与えない。
【００３２】
電圧値ＶＴ１の電圧レベルを電圧計測器２０によって検出し、測定値が予め設定されて電圧値Ｖ２に時間Ｔ４で到達すると、第２時定数回路１９を僅かな時間Ｔ５だけ放電（若しくは充電）させて電圧値ＶＴ２を変化させる。次いで、計測対象区間（Ｔ１）の終端、即ち次のセンサ信号の入力を待って（時間Ｔ１の立ち下がり）、ＭＰＵタイマーカウンタ１７は電圧値ＶＴ２をホールドする。このとき、ホールドされた電圧値ＶＴ２を比較部１５において基準電圧と比較して電圧値の差Ｖ３をエラー信号として振幅レベル調整部１２へ出力するフィードバック制御が行なわれる。
【００３３】
上述したように、ＭＰＵタイマーカウンタ１７のセンサ信号の間隔の検出ずれを時定数の異なる第１，第２時定数回路１８，１９の電圧変化に変換してエラー信号として出力することでＭＰＵタイマーカウンタ１７の計測値をリセットしフィードバック制御を行なうことで、安価な信号計測部を用いても振幅調整が精度よく行なうことができ、しかも比較的安価で低速なタイマーカウンタを用いることでシステムのコストバランスも低廉になり、かつ発熱量を抑えて制御回路をミラーの近傍に設置することも可能になる。
【００３４】
また、第１，第２時定数回路１８，１９は、第１時定数より第２時定数が大きな値に設定されている。これは、第１時定数回路１８は、ＭＰＵタイマーカウンタ１７の動作ずれを補正するのに必要な第１時定数が設けられ、例えば０からタイマクロック周波数程度（数百ｎｓ）までの値に設定される。これに対して、第２時定数回路１９は振幅エラーのレンジ幅を補正するために必要な第２時定数が設けられ、数μｓ幅のレンジに設定される。
【００３５】
例えば、第１時定数回路１８と第２時定数回路１９をともに第１時定数で動作させた場合、充放電の速度が速いため、センサ信号の観測幅（時間Ｔ５の部分）が極短に短くなって検出できる間隔が狭くなってしまうため、ミラー部４の振幅変化に適合するように２つの異なる時定数回路を設けている。
【符号の説明】
【００３６】
１ 基板
２ 開口部
３ 梁部
４ ミラー部
５ 振動源
６ クランプ部材
７ 支持部材
８ 基板舌部
９ 第１光電センサ
１０ 第２光電センサ
１１ 周波数生成部
１２ 振幅レベル調整部
１３ 駆動回路
１４ カウンタ
１５ 比較部
１６ 基準値生成部
１７ ＭＵＰタイマーカウンタ
１８ 第１時定数回路
１９ 第２時定数回路
２０ 電圧測定器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源より照射された光ビームを揺動するミラー部で反射して走査を行う光走査装置用ミラー振幅制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源より照射されたレーザー光等の光ビームを走査する光走査装置は、バーコードリーダ、レーザープリンタ、ヘッドマウントディスプレー等の光学機器、あるいは赤外線カメラ等撮像装置の光取り入れ装置として用いられている。
【０００３】
例えば、光走査装置の一例として矩形基板（例えばステンレス基板やシリコン基板など）に形成された開口部内に梁部により両側が連結されたミラー部が設けられている。ミラー部は鏡面仕上げされているか、反射膜が形成されているか、或いは基板にミラーが貼付けられている。
【０００４】
また、基板には圧電体、磁歪体、または永久磁石のいずれかによる薄膜よりなる振動源が設けられ、例えば圧電体の場合、図示しない駆動源より正電圧を印加すると延びが発生し、負電圧を印加すると縮みが発生するため、基板に撓みが発生する。この基板の上下方向の撓みに対して梁部にねじれ振動が発生してミラー部が揺動する。このミラー部と梁部との共振周波数付近で駆動周波数を維持して、振動するミラー部によりレーザー光を反射することで光走査する。
【０００５】
これによって、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を用いて製造された微小ミラーを揺動させる光走査装置より製造コストがかからず、小型の振動源でミラー部に大きな振動を発生させるようになっている（特許文献１参照）。
【０００６】
光走査装置の駆動制御は、ミラー部とその振動方向にそって２箇所に設けられたセンサによって２つのセンサ信号が生成される。ミラーの振動を安定化させるためには、２つのセンサ信号の発生間隔を計測し、基準値と比較してフィードバック制御をかける。フィードバック制御によってミラー部を振動させるための電圧信号を補正し、振幅レベルを変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２９３１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ミラー部の走査振幅を検出するセンサ出力信号の間隔をタイマーカウンタなどで計測して監視する場合、例えば走査周波数が２ｋＨzで目標ジッター値が０．０１％の場合、タイマーカウンタの分解能はおよそ０．０１μｓとなる。検出誤差を考慮するとカウントは２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚで行なう必要があり、高速でタイマーが必要になる。また、数百ＭＨｚで動作できるタイマーカウンタを用いる場合、高速動作によるタイマーカウンタ自体の発熱やコストが嵩むという課題がある。タイマーカウンタの発熱量が多い場合には、制御回路を光学ユニットの近傍に配置できなくなる。
【０００９】
フィードバック制御では抑制すべきジッターの周波数成分が数百Ｈｚであり、サンプリング周波数は数ｋＨｚで十分であるため、フィードバック制御を安価なシステムで実現可能であるが、間隔計測部には高価なシステムが必要になるというシステムのコストバランスが悪いという課題がある。
【００１０】
本発明は、システムのコストバランスを保ちながらミラー振幅制御が精度よく行なえる光走査装置用ミラー振幅制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段は以下の構成を含むことを特徴とする。
即ち、駆動回路から駆動電圧を供給して基板上に設けられた振動源を作動させて当該基板を撓ませることにより梁部を揺動軸とするミラー部を揺動させながら照射光を反射することで走査する光走査装置用ミラー振幅制御装置であって、前記振動源を作動させて揺動するミラー部の振幅を検出する振幅検出部と、前記振幅検出部で検出された検出信号の信号間隔を計測する信号計測部と、前記信号計測部で計測された計測値と基準値生成部から出力された基準値とを比較する比較部と、前記比較部においてエラー信号が発生すると、当該エラー信号の増減値を打ち消すように前記駆動回路へ所定時間出力するフィードバック制御を行なう前記振幅レベル調整部と、を具備し、前記信号計測部は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタと、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第１時定数回路と、第１時定数回路の電圧変化を計測する電圧計測部と、第１時定数回路と時定数が異なり電圧計測部の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第２時定数回路とを備え、前記比較部は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第２時定数回路の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として前記振幅レベル調整部へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われることを特徴とする。
【００１２】
前記第１時定数回路は、タイマーカウンタの動作ずれを補正するのに必要な第１時定数が設けられ、第２時定数回路は振幅エラーのレンジ幅を補正するために必要な第２時定数が設けられ、前記第１時定数より第２時定数が大きな値に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
信号計測部は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタと、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第１時定数回路と、第１時定数回路の電圧変化を計測する電圧計測部と、第１時定数回路と時定数が異なり電圧計測部の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第２時定数回路と、を具備し、比較部は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第２時定数回路の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として振幅レベル調整部へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われる。
よって、比較的安価で低速なタイマーカウンタを用いても計測対象区間と計測タイミングのずれを時定数の異なる第１，第２時定数回路の基準電圧値からの電圧値の変化により監視しながら振幅レベルのフィードバック制御を行なうことができる。よって、ミラー部の振幅レベルのフィードバック制御の精度を維持しつつシステムのコストバランスを低廉にすることが可能となる。また、低速のタイマーカウンタを用いることで発熱量を抑えて制御装置を光学系の近傍に設置することも可能になる。
【００１４】
また、第１時定数回路は、タイマーカウンタの動作ずれを補正するために第１時定数が設定され、第２時定数回路は振幅エラーのレンジ幅を補正するために第２時定数が設定されているので、タイマーカウンタによりカウントされない計測対象区間に応じた時定数回路を選択することで、安価にコストバランスの良い制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】光走査装置の平面図及び矢印Ａ−Ａ断面図である。
【図２】ミラー部の振幅を検出するセンサ配置及びセンサ信号についての説明図である。
【図３】光走査装置の駆動制御装置のブロック構成図である。
【図４】ミラー振幅変化と補正電圧との関係を示す波形図である。
【図５】信号計測部の回路構成を示すブロック図である。
【図６】図５の各部の動作波形を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る光学走査装置のミラー駆動方法の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施例では、レーザービームプリンタ用に用いられる光走査装置（スキャナー）を例示して説明するものとする。
【００１７】
図１（ａ）（ｂ）を参照して光走査装置の概略構成について説明する。
基板１は金属板（ステンレススチール；ＳＵＳ３０４）若しくはシリコン基板（Ｓｉ）などの矩形基板が好適に用いられる。基板１は長手方向の一方側を支持部材７とクランプ部材６に挟み込まれて片持ち状に支持されている。
【００１８】
基板１の他端側（自由端側）には一対の基板舌部８が形成されている。この基板舌部８間に形成された開口部２内に両側を梁部３により支持されたミラー部４（光MEMSミラー）が設けられている。
【００１９】
また、基板１の一端側中央部には振動源５として圧電素子（ＰＺＴ；チタン酸ジルコン酸鉛）が接着等により設けられている。この振動源５を作動させて当該基板１を振動させることにより、梁部３を揺動軸としてミラー部４を揺動させながら照射光を反射することで走査するようになっている。
【００２０】
尚、振動源５としては、圧電素子のほかに、圧電体、磁歪体又は永久磁石体のいずれかが基板上に膜状に直接形成されていてもよい。成膜法としては、例えばエアロゾルデポジション法（AD法）、真空蒸着法、スパッタリング法や化学的気相成長法（CVD: Chemical Vapor Deposition）、ゾル−ゲル法などの薄膜形成技術を用いて、圧電体、磁歪体又は永久磁石体のいずれかが基板上に膜状に直接形成されていると、低電圧駆動で低消費電力の光走査装置を提供できる。
【００２１】
磁歪体や永久磁石体を用いる場合、外部から印加する交番磁界は、上記磁歪膜、永久磁石膜が形成された基板部近傍に設けられたコイルに交流電流を流すことで交番磁界を発生させる。尚、磁歪膜や永久磁石膜で基板に形成する場合、基板材料は非磁性材料である方が、より効率的に撓みを発生することができる。
【００２２】
尚、ミラー部４は、基板１に金属板を使用する場合には鏡面仕上げされた基板１を用いると良い。金属板以外の基板や、金属板においてもより高い反射性能が要求され場合には、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（化学的気相成長法）等の薄膜形成技術により、ミラー部４へ薄膜を形成するか、或いはミラー部４へ別途ミラー用反射材料を貼付けてもよい。
【００２３】
また、薄膜を形成する材料には、金（Au）、二酸化ケイ素（SiO2）、アルミニウム（Al）、あるいはフッ化マグネシウム（MgF2）から１つを選択、或いは２つ以上の材料を組み合わせ、さらに前記薄膜成形技術による同一層(=単層)、或いは２層以上の多層構成を適度な膜厚に制御することによって、反射性能を向上する薄膜が形成できる。あるいは、ミラー部４へ別途ミラー用反射材を貼付ける材料には、鏡面仕上げしたシリコン（Si）またはアルミナチタンカーバイト（Al2O3-TiC）のセラミック等へ、前記薄膜成形技術にて薄膜を形成しても良い。
【００２４】
また、基板１の厚みに関しては、動作中のミラー部４の平坦性やプロジェクターデバイスなどへの応用で要求されるミラーサイズを考慮し、シリコン（Ｓｉ）、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４等）等の、或いはさらにカーボンナノチューブを前記材料へ成長させた基板を想定すると、少なくとも１０μｍ以上の厚みが望ましい。
【００２５】
ミラー部４の走査振幅は、図２に示すようにミラー部４の走査範囲に沿って２箇所に例えば第１光電センサ９，第２光電センサ１０（振幅検出部）を設けて、当該第１，第２光電センサ９，１０で感知した反射光によって第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２が生成される。
【００２６】
次に、光走査装置の駆動制御装置の一例について図３のブロック構成図を参照して説明する。駆動制御装置ではミラー部４の走査振幅を安定化させるために第１センサ信号Ｓ１、第２センサ信号Ｓ２の発生間隔を計測し、基準値と比較してフィードバック制御が行われる。以下、装置構成とともに駆動方法について詳述する。
【００２７】
図３において周波数生成部１１は設定された所定の駆動周波数を生成する。振幅レベル調整部１２は、周波数生成部１１で生成された駆動周波数の振幅レベルを調整して駆動回路１３へ出力する。駆動回路１３は、振幅レベル調整部１２から入力した振幅レベルに対応する駆動電圧を供給して振動源５を作動させる。これによりミラー部４は、梁部３を中心として揺動する。振幅検出部である第１，第２光電センサ９，１０は駆動回路１３から駆動電圧を印加されて揺動するミラー部４の振幅を検出する。信号計測部１４は、上記図２に示すように、第１，第２光電センサ９，１０で検出された第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２の波形から信号間隔を計測する。そして、比較部１５において、信号計測部１４の計測値（電圧値）と予め記憶させておいた基準値生成部１６の基準値信号（基準電圧値）と比較する。この結果、振幅レベル調整部１２は、比較部１５の比較結果に応じて図４に示すように補正電圧を算出して駆動回路１３へ印加する駆動電圧を補正するようになっている。
【００２８】
次に信号計測部１４の一例について図５のブロック構成図及び図６の動作波形図を参照して説明する。
第１，第２光電センサ９，１０によって検出された第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２のいずれか（計測開始信号）がフリップフロップＦＦに入力されると、ＭＰＵタイマーカウンタ１７が信号間隔（図６；計測対象区間Ｔ１）の計測を開始する。ＭＰＵタイマーカウンタ１７は、ミラー部４の動作周波数に比べて低速（数μｓ）で安価なカウンタを用いているため、計測開始が計測対象区間Ｔ１の立ち上がり時間よりＴ２だけ遅れる。尚、Ｔ２は計測ごとに異なる時間である。また、計測開始信号の入力に伴い第１時定数回路１８に所定時間充電（若しくは放電）されて基準電圧からの第１時定数回路１８の電圧値ＶＴ１を電圧値Ｖ１へ変化させる。また、第２時定数回路１９の電圧値ＶＴ２は当該第２時定数回路１９へ予め充電（若しくは放電）が行なわれ、ホールドされている。
【００２９】
ＭＰＵタイマーカウンタ１７がカウントを開始した直後に当該ＭＰＵタイマーカウンタ１７は第１時定数回路１８の電圧値ＶＴ１を電圧値Ｖ１でホールドする。電圧値Ｖ１はＭＰＵタイマーカウンタ１７のカウント開始の遅れ値として保持される。電圧値ＶＴ１のホールド動作はＭＰＵタイマーカウンタ１７の動作周波数分だけ遅れて行なわれるが固定値であるためカウント動作に影響を与えない。
【００３０】
ＭＰＵタイマーカウンタ１７は、予め設定されている固定時間Ｔ３だけカウント動作を行なう。Ｔ３の立ち下がり時間は、計測対象区間の終端より前、即ち次のセンサ信号の入力より前までとなる。尚、第１時定数回路１８及び第２時定数回路１９は公知のＣＲ回路が用いられる。
【００３１】
ＭＰＵタイマーカウンタ１７の固定時間Ｔ３のカウント終了に伴って、第１時定数回路１８への充電（若しくは放電）を開始して再度電圧値ＶＴ１を変化させる。この動作もＭＰＵタイマーカウンタ１７の動作周波数分だけ遅れて行なわれるが固定値であるためカウント動作に影響を与えない。
【００３２】
電圧値ＶＴ１の電圧レベルを電圧計測器２０によって検出し、測定値が予め設定されて電圧値Ｖ２に時間Ｔ４で到達すると、第２時定数回路１９を僅かな時間Ｔ５だけ放電（若しくは充電）させて電圧値ＶＴ２を変化させる。次いで、計測対象区間（Ｔ１）の終端、即ち次のセンサ信号の入力を待って（時間Ｔ１の立ち下がり）、ＭＰＵタイマーカウンタ１７は電圧値ＶＴ２をホールドする。このとき、ホールドされた電圧値ＶＴ２を比較部１５において基準電圧と比較して電圧値の差Ｖ３をエラー信号として振幅レベル調整部１２へ出力するフィードバック制御が行なわれる。
【００３３】
上述したように、ＭＰＵタイマーカウンタ１７のセンサ信号の間隔の検出ずれを時定数の異なる第１，第２時定数回路１８，１９の電圧変化に変換してエラー信号として出力することでＭＰＵタイマーカウンタ１７の計測値をリセットしフィードバック制御を行なうことで、安価な信号計測部を用いても振幅調整が精度よく行なうことができ、しかも比較的安価で低速なタイマーカウンタを用いることでシステムのコストバランスも低廉になり、かつ発熱量を抑えて制御回路をミラーの近傍に設置することも可能になる。
【００３４】
また、第１，第２時定数回路１８，１９は、第１時定数より第２時定数が大きな値に設定されている。これは、第１時定数回路１８は、ＭＰＵタイマーカウンタ１７の動作ずれを補正するのに必要な第１時定数が設けられ、例えば０からタイマクロック周波数程度（数百ｎｓ）までの値に設定される。これに対して、第２時定数回路１９は振幅エラーのレンジ幅を補正するために必要な第２時定数が設けられ、数μｓ幅のレンジに設定される。
【００３５】
例えば、第１時定数回路１８と第２時定数回路１９をともに第１時定数で動作させた場合、充放電の速度が速いため、センサ信号の観測幅（時間Ｔ５の部分）が極短に短くなって検出できる間隔が狭くなってしまうため、ミラー部４の振幅変化に適合するように２つの異なる時定数回路を設けている。
【符号の説明】
【００３６】
１ 基板
２ 開口部
３ 梁部
４ ミラー部
５ 振動源
６ クランプ部材
７ 支持部材
８ 基板舌部
９ 第１光電センサ
１０ 第２光電センサ
１１ 周波数生成部
１２ 振幅レベル調整部
１３ 駆動回路
１４ カウンタ
１５ 比較部
１６ 基準値生成部
１７ ＭＵＰタイマーカウンタ
１８ 第１時定数回路
１９ 第２時定数回路
２０ 電圧測定器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動回路から駆動電圧を供給して基板上に設けられた振動源を作動させて当該基板を撓ませることにより梁部を揺動軸とするミラー部を揺動させながら照射光を反射することで走査する光走査装置用ミラー振幅制御装置であって、
前記振動源を作動させて揺動するミラー部の振幅を検出する振幅検出部と、
前記振幅検出部で検出された検出信号の信号間隔を計測する信号計測部と、
前記信号計測部で計測された計測値と基準値生成部から出力された基準値とを比較する比較部と、
前記比較部においてエラー信号が発生すると、当該エラー信号の増減値を打ち消すように前記駆動回路へ所定時間出力するフィードバック制御を行なう前記振幅レベル調整部とを具備し、
前記信号計測部は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタと、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第１時定数回路と、第１時定数回路の電圧変化を計測する電圧計測部と、第１時定数回路と時定数が異なり電圧計測部の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第２時定数回路とを具備し、
前記比較部は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第２時定数回路の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として前記振幅レベル調整部へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われることを特徴とする光走査装置用ミラー振幅制御装置。
【請求項２】
前記第１時定数回路は、タイマーカウンタの動作ずれを補正するために設けられ、第２時定数回路は振幅エラーのレンジ幅を補正するために設けられ、第１時定数より第２時定数が大きな値に設定されている請求項１記載の光走査装置用ミラー振幅制御装置。
【請求項１】
駆動回路から駆動電圧を供給して基板上に設けられた振動源を作動させて当該基板を撓ませることにより梁部を揺動軸とするミラー部を揺動させながら照射光を反射することで走査する光走査装置用ミラー振幅制御装置であって、
前記振動源を作動させて揺動するミラー部の振幅を検出する振幅検出部と、
前記振幅検出部で検出された検出信号の信号間隔を計測する信号計測部と、
前記信号計測部で計測された計測値と基準値生成部から出力された基準値とを比較する比較部と、
前記比較部においてエラー信号が発生すると、当該エラー信号の増減値を打ち消すように前記駆動回路へ所定時間出力するフィードバック制御を行なう前記振幅レベル調整部とを具備し、
前記信号計測部は計測対象区間内で検出信号の信号間隔を計測するタイマーカウンタと、計測対象区間の開始用検出信号の入力に応じて充放電をおこなって基準電圧より電圧値を変化させる第１時定数回路と、第１時定数回路の電圧変化を計測する電圧計測部と、第１時定数回路と時定数が異なり電圧計測部の電圧が所定電圧に到達すると充放電を行なって電圧値を変化させる第２時定数回路とを具備し、
前記比較部は計測対象区間の終了用検出信号によってホールドした第２時定数回路の電圧値と基準電圧値との差分をエラー信号として前記振幅レベル調整部へ出力することにより振幅レベルのフィードバック制御が行われることを特徴とする光走査装置用ミラー振幅制御装置。
【請求項２】
前記第１時定数回路は、タイマーカウンタの動作ずれを補正するために設けられ、第２時定数回路は振幅エラーのレンジ幅を補正するために設けられ、第１時定数より第２時定数が大きな値に設定されている請求項１記載の光走査装置用ミラー振幅制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４２７０３（Ｐ２０１１−２４２７０３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１６８７２（Ｐ２０１０−１１６８７２）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【特許番号】特許第４７９４６７６号（Ｐ４７９４６７６）
【特許公報発行日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００１０６９４４）シナノケンシ株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【特許番号】特許第４７９４６７６号（Ｐ４７９４６７６）
【特許公報発行日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００１０６９４４）シナノケンシ株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
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