JP6617444B2 - Piezoelectric actuator device, optical deflector, image projection device, image forming device, and movable body device - Google Patents
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Description
本発明は、圧電アクチュエータ装置、光偏向器、当該光偏向器を用いた画像投影装置、画像形成装置及び移動体装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator device, an optical deflector, an image projection device using the optical deflector, an image forming device, and a moving body device.
マイクロマシン技術を用いた圧電アクチュエータ装置において、梁部に支持され、所定の回転軸を中心に駆動される部分である可動部は、小さなエネルギーで高速、大振幅の回転振幅を得ることが求められる。 In a piezoelectric actuator device using micromachine technology, a movable part, which is a part supported by a beam part and driven around a predetermined rotation axis, is required to obtain a high speed and a large rotational amplitude with a small energy.
こうした圧電アクチュエータ装置において、梁部を駆動するための駆動電圧信号に高調波成分が含まれる場合、梁部や可動部に高調波成分による振動が生じてしまうことが知られ、かかる振動を抑えるための技術が提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。
In such a piezoelectric actuator device, when a harmonic component is included in the driving voltage signal for driving the beam portion, it is known that vibration due to the harmonic component is generated in the beam portion or the movable portion, in order to suppress such vibration. Has been proposed (see, for example,
しかしながら、何れの技術も、可動部の両側に配置された梁部にそれぞれ生じた高調波成分が互いに打ち消しあって、可動部における高調波成分による振動を抑制するに過ぎず、環境温度や経時変化の影響を受けやすいという懸念がある。 However, in any of the technologies, the harmonic components generated in the beam portions arranged on both sides of the movable portion cancel each other, and only the vibration due to the harmonic components in the movable portion is suppressed. There is a concern that it is susceptible to.
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、梁部に生じる高調波成分による振動を抑制する圧電アクチュエータ装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator device that suppresses vibration due to a harmonic component generated in a beam portion.
上述した課題を解決するため、本発明における圧電アクチュエータ装置は、所定の回転軸に対して回転可能な可動部と、前記可動部を支持する、前記回転軸方向と交差する方向に伸び蛇行するように連続して形成された複数の梁部を有する一対の蛇行状梁部と、前記複数の梁部にそれぞれ設けられ、前記梁部を変形させる複数の圧電部と、前記複数の圧電部の両面にそれぞれ設けられた電極部と、を有し、前記電極部は、前記圧電部の一方の面側に設けられ、当該圧電部に第１の電圧波形の第１電圧を印加するための上部電極と、前記圧電部を挟んで前記上部電極と対向して設けられ、前記圧電部に第２の電圧波形の第２電圧を印加するための下部電極と、を有し、前記第１の電圧波形と、前記第２の電圧波形とは、正負が逆であって、前記第２電圧から前記第１電圧を引いた差分が常に０以上である。 To solve the problems described above, the piezoelectric actuator device in the present invention, supports a rotating available-moving parts, the movable part with respect to a predetermined rotation axis, extending in a direction intersecting the rotation axis direction meander A pair of meandering beam portions having a plurality of beam portions continuously formed, a plurality of piezoelectric portions that are respectively provided on the plurality of beam portions and deform the beam portions, and the plurality of piezoelectric portions Electrode portions provided on both surfaces of the piezoelectric portion, the electrode portions being provided on one surface side of the piezoelectric portion, for applying a first voltage of a first voltage waveform to the piezoelectric portion. An upper electrode; and a lower electrode that is provided opposite to the upper electrode with the piezoelectric portion interposed therebetween, and that applies a second voltage having a second voltage waveform to the piezoelectric portion. and voltage waveforms, I said a second voltage waveform, positive and negative reverse der, wherein Difference obtained by subtracting the first voltage from the second voltage is always greater than or equal to zero.
本発明の圧電アクチュエータ装置によれば、梁部に生じる高調波成分による振動を抑制する。 According to the piezoelectric actuator device of the present invention, vibration due to harmonic components generated in the beam portion is suppressed.
図１に、第１の実施形態における圧電アクチュエータ装置２０を備えた光偏向器である振動ミラー１０の概略を示す。なお、振動ミラー１０に入射する光束Ｌの光軸方向をＺ方向、振動ミラー１０の主走査方向と平行な方向をＹ方向、副走査方向と平行な方向をＸ方向とする。
FIG. 1 shows an outline of a
振動ミラー１０は、回転軸Ｏ１を中心として回動する可動部たる第１可動部１７と、第１可動部１７に設けられて回転軸Ｏ１と直交する回転軸Ｏ２を中心に回動する可動部たる第２可動部１８と、を有している。
振動ミラー１０は、第１可動部１７を支持する複数の梁部１３を備えた一対の蛇行状梁部１２ａ、１２ｂと、各梁部１３の−Ｚ方向側に設けられた圧電素子である圧電部としての第１圧電部２１と、を有している。
振動ミラー１０は、各第１圧電部２１の両面にそれぞれ設けられた電極部３０と、第１可動部１７及び蛇行状梁部１２ａ、１２ｂを囲繞するように形成された基板部たる枠部５０と、を有している。
振動ミラー１０は、第２可動部１８と第１可動部１７との間に、回転軸Ｏ２上に回転軸Ｏ１を挟んで対称に設けられた梁状の部材である一対の第２支持梁部１９と、第２支持梁部１９のそれぞれに設けられた矩形の２つの第２圧電部２２と、を有している。
振動ミラー１０は、第１圧電部２１と第２圧電部２２とに電圧を印加するためのパッドたる電圧制御部５２を有している。
Oscillating
The vibrating
The oscillating
Oscillating
The oscillating
第１可動部１７は、後述するように、第１圧電部２１に電圧を印加したときの伸縮の量に応じて梁部１３が反って変形することによって、蛇行状梁部１２ａ、１２ｂが捩れることで回転軸Ｏ１を中心に回転する略矩形の部材である。
第１可動部１７は、蛇行状梁部１２ａ、１２ｂに対向する辺において、後述する接合点Ａ、Ｂとは反対側の頂点に、曲率Ｒで丸められた曲端部１７１、１７２を有している。具体的には、曲端部１７１、１７２は、第１可動部１７の矩形形状における４つの頂点のうち、＋Ｘ方向側かつ−Ｙ方向側にある頂点と、−Ｘ方向かつ＋Ｙ方向にある頂点とに形成された曲率を有する端部である。
言い換えると、曲端部１７１の、重心Ｏ’を中心として点対称の位置に、曲端部１７２が設けられている。
第２可動部１８は、第１可動部１７の回転とは独立して、第２圧電部２２に電圧を印加したときの伸縮の量に応じて第２支持梁部１９が反って変形することによって、回転軸Ｏ２を中心に回転する略円形の部材である。
第２可動部１８は、反射率の高い部材を用いた反射部としての機能を有しており、入射した光束が第２可動部１８の表面に形成された反射面１８ａによって反射される。
振動ミラー１０は、回転軸Ｏ１を中心に回転するときに反射光が移動する方向である副走査方向たるＹ方向と、回転軸Ｏ２を中心に回転するときに反射光が移動する方向である主走査方向Ｘ方向と、を備えた光走査装置たる光偏向器としての機能を有する。
As will be described later, the first
The first
In other words, the
In the second
The second
Oscillating
また、振動ミラー１０のうち、反射面１８ａを除く構成は、駆動手段を入れ子状に配置して２軸回転可能な圧電アクチュエータ装置２０である。
Further, the configuration of the vibrating
なお、第２可動部１８の反射面１８ａの±Ｘ方向の端部には、第１可動部１７あるいは第２可動部１８を回転駆動したときの、反射面１８ａのＺ方向の変位の量を測定するための測定点Ｃ、Ｄが設けられている。
測定点Ｃ、Ｄに対向する−Ｚ方向側には、レーザー光によるドップラー効果を測定するためのドップラー干渉計が配置されている。以降、第２可動部１８の振動変位の量や、振れ角を測定するときには、かかるドップラー干渉計を用いて測定することとする。
It should be noted that the amount of displacement in the Z direction of the
On the −Z direction side facing the measurement points C and D, a Doppler interferometer for measuring the Doppler effect by the laser beam is arranged. Henceforth, when measuring the amount of vibration displacement of the 2nd
蛇行状梁部１２ａ、１２ｂは、それぞれ第１可動部１７の−Ｙ方向側と、＋Ｙ方向側とに、それぞれが互いに重心Ｏ’を中心にＸＹ平面上で回転対称になるように配置されている。
蛇行状梁部１２ａ、１２ｂは、各梁部１３の少なくとも一方の端部に設けられて、互いに隣り合う梁部１３を互いに接続するためのＹ方向に平行な屈曲部１６を有している。
第１可動部１７の−Ｙ方向側に配置された蛇行状梁部１２ａを形成する複数の梁部１３は、Ｘ軸に平行に、本実施形態では８つ設けられている。以降の説明では、特にその位置を区別する必要がある場合には、最も−Ｙ方向側にある梁部１３ａから順に、梁部１３ａ〜ｈとする。
蛇行状梁部１２ａと第１可動部１７とは、回転軸Ｏとずれた位置にある接合点Ａにおいて一体に接合され、蛇行状梁部１２ｂと第１可動部１７とは、重心Ｏ’について接合点Ａと対称な接合点Ｂにおいて一体に接合されている。
The
The
The plurality of
The
蛇行状梁部１２ａと蛇行状梁部１２ｂとが重心Ｏ’を中心に対称であるから、第１可動部１７の＋Ｙ方向側に配置された蛇行状梁部１２ｂについても、蛇行状梁部１２ａの構成とその方向のみが異なるだけで同様の構成を有している。
すなわち、第１可動部１７の＋Ｙ方向側に配置された蛇行状梁部１２ｂを形成する複数の梁部１３もまた、Ｘ軸に平行に、８つ設けられている。蛇行状梁部１２ｂにおいて最も−Ｙ方向側にある梁部１３ｉから順に、梁部１３ｉ〜ｐとする。
以降の説明では、特に必要がない限り、蛇行状梁部１２ａについてのみ説明を行い、重心Ｏ’を中心に蛇行状梁部１２ａに回転対称な蛇行状梁部１２ｂの説明を適宜省略する。
Since the
That is, the plurality of
In the following description, unless otherwise specified, only the
梁部１３ａは、一方の端部、すなわち−Ｘ方向側の端部を枠部５０と連結して支持されている。
梁部１３ａはまた、他方の端部、すなわち＋Ｘ方向側の端部を、Ｙ方向に平行に伸びた屈曲部１６に連結されている。
梁部１３ｂ〜ｈは、両端を屈曲部１６に連結されている。言い換えると、隣り合う２つの梁部１３の間を連結するように、屈曲部１６が配置されている。
また、梁部１３のうち最も第１可動部１７側に配置される梁部１３ｈの−Ｘ側の端部に接続された屈曲部１６は、他方側の端部を第１可動部１７に接合されている。
The
The
Both ends of the
In addition, the bending
第１圧電部２１は、図２に示すように、複数の梁部１３の＋Ｚ方向側に電極部３０に挟まれて配置された、ＰＺＴによって形成された圧電部材であり、対応する梁部１３の反り変形を生じさせる駆動手段としての機能を有している。
第１圧電部２１は、電極部３０によって電圧を印加されることにより、梁部１３の長手方向すなわちＸ方向に伸縮して、梁部１３の厚み方向すなわち＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向に反り量Δｚを生じさせる。
また、図１に示す第１圧電部２１のうち、−Ｙ方向側から順に数えたときに奇数番目に配置された、具体的には梁部１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇに取り付けられた第１圧電部２１を、特に奇数側圧電部２１ａとする。
同様に、第１圧電部２１のうち、−Ｙ方向側から順に数えたときに偶数番目に配置された、具体的には梁部１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈに取り付けられた第１圧電部２１を、特に偶数側圧電部２１ｂとする。
As shown in FIG. 2, the first
The first
In addition, among the first
Similarly, among the first
電極部３０は、図３、図４に示すように、奇数側圧電部２１ａの−Ｚ方向側の面に設けられた上部電極たる奇数側上部電極３０１と、奇数側圧電部２１ａの＋Ｚ方向側の面に設けられた下部電極たる奇数側下部電極３０３と、を有している。
電極部３０は、偶数側圧電部２１ｂの−Ｚ方向側の面に設けられた上部電極たる偶数側上部電極３０２と、偶数側圧電部２１ｂの＋Ｚ方向側の面に設けられた下部電極たる偶数側下部電極３０４と、を有している。
以降の説明では、特に奇数側、偶数側の区別を要しないときには、奇数側上部電極３０１と偶数側上部電極３０２との総称として上部電極３０１、３０２との文言を用いる。同様に奇数側下部電極３０３と、偶数側下部電極３０４との総称として下部電極３０３、３０４との文言を用いる。
上部電極３０１、３０２と、下部電極３０３、３０４とは何れも金属製の薄膜電極である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the electrode section 30 includes an odd-numbered
The electrode unit 30 includes an even-numbered
In the following description, when it is not particularly necessary to distinguish between the odd-numbered side and the even-numbered side, the wording of the
The
電圧制御部５２は、振動ミラー１０の外部に設けられた外部電源からの電圧を制御するための制御部であり、電圧の波形、周期、絶対値、正負の極性などを任意の値に設定して出力する。
なお、ここでは振動ミラー１０の外部電源としたが、振動ミラー１０に備えられた電源であっても良い。
The voltage control unit 52 is a control unit for controlling a voltage from an external power source provided outside the vibrating
Here, although the external power source of the
電圧制御部５２は、奇数側上部電極３０１に印加するための奇数側の第１の電圧波形たる奇数側第１電圧Ｖ３０１を制御するための第１電圧制御部５２１を有している。
電圧制御部５２は、奇数側下部電極３０３に印加するための奇数側の第２の電圧波形たる奇数側第２電圧Ｖ３０３を制御するための第２電圧制御部５２２を有している。
電圧制御部５２は、偶数側上部電極３０２に印加するための偶数側の第１の電圧波形たる偶数側第１電圧Ｖ３０２を制御するための第３電圧制御部５２３を有している。
電圧制御部５２は、偶数側下部電極３０４に印加するための偶数側の第２の電圧波形たる偶数側第２電圧Ｖ３０４を制御するための第４電圧制御部５２４を有している。
電圧制御部５２は、第２圧電部２２に印加するための正弦波電圧を制御する第５電圧制御部５２５を有している。
The voltage control unit 52 includes a first
The voltage control unit 52 includes a second
The voltage control unit 52 includes a third
The voltage control unit 52 includes a fourth
The voltage control unit 52 includes a fifth
第２圧電部２２は、電極と、当該電極によって印加された電圧に応じて伸縮する圧電体膜と、を有している。
第２圧電部２２は、圧電体膜が伸縮することで、第２支持梁部１９に＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向に凸の反りを生じさせることで、第２支持梁部１９を変形させる。
第２圧電部２２に印加される電圧は、通常は画像のフレームレートから決定される駆動周波数例えば２０ｋＨｚ等の比較的高い周波数でサイン波電圧が印加される。
このとき駆動周波数を第２可動部１８の重量と、第２支持梁部１９のばね定数から決定される共振周波数に近い周波数とすることで、共振により第２可動部１８が高速に回転駆動される。この主走査方向への振動ミラー１０の回転駆動方法に関しては、一般的なサイン波の駆動方法であるため具体的な説明を省略する。
The second piezoelectric unit 22 includes an electrode and a piezoelectric film that expands and contracts according to a voltage applied by the electrode.
The second piezoelectric portion 22 deforms the second
The voltage applied to the second piezoelectric portion 22 is a sine wave voltage applied at a relatively high frequency such as a drive frequency, for example, 20 kHz, which is usually determined from the frame rate of the image.
At this time, the drive frequency is set to a frequency close to the resonance frequency determined from the weight of the second
枠部５０は、振動ミラー１０の筐体たる不動部である。
枠部５０は、Ｙ方向において、第１可動部１７と同じ位置を占めて、Ｘ方向において第１可動部１７の＋Ｘ側と、−Ｘ側とに配置された一対の凸部５１を有している。
The
The
凸部５１は、第１可動部１７がＸＹ平面に水平な水平状態において、第１可動部１７と、２つの蛇行状梁部１２ａ、１２ｂとに囲繞された突出部分である。
凸部５１は、第１可動部１７と凸部５１との間に形成される空隙の幅と、支持梁部１４ａと凸部５１との間に形成される空隙の幅と、梁部１３ｉと凸部５１との間に形成される空隙の幅とが、何れも等しくなるように設けられている。
The
The
かかる振動ミラー１０の製造方法について簡単に説明する。振動ミラー１０の基部には、通常ＳＯＩ基板が使用される。該ＳＯＩ基板は活性層側のシリコンと埋め込み酸化膜層（一般的にＢＯＸ層と称される）と基材層側のシリコンにより構成される。
該ＳＯＩ基板の表面にはシリコン酸化膜が成膜され、その後、下部電極３０３、３０４、第１圧電部２１の材料であるＰＺＴ、上部電極３０１、３０２が順に成膜される。成膜された下部電極３０３、３０４、第１圧電部２１の材料であるＰＺＴ、上部電極３０１、３０２は、それぞれ異なるパターンに基づいてエッチング処理などによりパターン化される。
上部電極３０１の−Ｚ方向側には絶縁膜や配線パターンが成膜されるが、本実施形態の説明では簡単のため、また図面の可読性を考慮して省略する。
このように形成された半導体ウェハ上からチップに個片化する方法は、ブレードによるダイシング技術であったり、レーザーダイシング技術であったり、ドライエッチング技術であったりする。
A method for manufacturing the vibrating
A silicon oxide film is formed on the surface of the SOI substrate, and thereafter,
Although an insulating film and a wiring pattern are formed on the −Z direction side of the
The method for dividing the semiconductor wafer into chips from the semiconductor wafer thus formed may be a blade dicing technique, a laser dicing technique, or a dry etching technique.
かかる振動ミラー１０の回転動作について説明する。
振動ミラー１０を駆動して第１可動部１７を動かすためには、まず、第１圧電部２１に取り付けられた電極部３０に電圧を印加する。
かかる電圧に基づいてそれぞれの第１圧電部２１と接している梁部１３は、既に述べたように、＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向に梁部１３の１本あたり、反り量Δｚの反りを生じさせる。
The rotation operation of the vibrating
In order to drive the vibrating
Based on the voltage, the
このとき、±Ｚ方向の反りは、互いに隣り合う梁部１３の間では互いに逆方向になるように設定される。具体的には、図２に示す場合、梁部１３ａ、ｃ、ｅ、ｇは＋Ｚ方向に凸、梁部１３ｂ、ｄ、ｆ、ｈは−Ｚ方向に凸になるように、それぞれ設定される。
また、梁部１３ａの−Ｘ側の端部は、枠部５０に固定されているから、各梁部１３の反り量Δｚが累積して、蛇行状梁部１２ａの＋Ｘ方向側の端部は−Ｚ方向へ上昇し、−Ｘ方向側の端部は＋Ｚ方向側へ下降する。
同様に、梁部１３ｐの＋Ｘ側の端部も、枠部５０に固定されているから、蛇行状梁部１２ｂの＋Ｘ方向側の端部は−Ｚ方向に上昇するとともに、−Ｘ方向側の端部は＋Ｚ方向へ下降する。
かかる蛇行状梁部１２ａの動作に従って、第１可動部１７は、回転軸Ｏを中心に傾斜する。なお、かかる傾斜動作を行った際には、振動などの原因により、回転軸Ｏ１を中心とする回動以外の方向への回転が生じるおそれがある。本実施形態では、曲端部１７１、１７２が設けられているので、かりにかかる予期しない回転動作が生じた場合でも、第１可動部１７の枠部５０への衝突、破損を抑止する。
At this time, the warpage in the ± Z direction is set to be opposite to each other between the
Further, since the end portion on the −X side of the
Similarly, since the end on the + X side of the
In accordance with the operation of the
第１可動部１７の傾斜の量は、梁部１３の１本あたりの反り量Δｚとすると、蛇行状梁部１２ａに備えられた全ての梁部１３の反り量の総和つまり８×Δｚとなる。
このように梁部１３の数に比例して、第１可動部１７が大きく傾く。
The amount of inclination of the first
In this way, the first
また、既に述べたように、回転軸Ｏ１を中心とする回転と、回転軸Ｏ２を中心とする回転とは独立して動かすことが可能である。すなわち、副走査方向については蛇行状梁部１２ａ、１２ｂによって駆動感度の高い、言い換えると低速で精度の高い走査を行うとともに、主走査方向については第２圧電部２２と第２支持梁部１９とによって共振を利用した高速走査を行うとしても良い。走査光の最大反射角たる走査角すなわち振れ角は、一般には主走査方向に大きくすることが望ましい。
かかる構成により、振動ミラー１０は、Ｘ方向とＹ方向で大きな速度差が得られて、高画質で２次元に投影可能な光偏向器である。
なお、第２圧電部２２と第２支持梁部１９とによって走査を行う方向を副走査方向、蛇行状梁部１２ａ、１２ｂによって走査を行う方向を主走査方向としても良い。
Further, as already described, the rotation around the rotation axis O 1 and the rotation around the rotation axis O 2 can be moved independently. That is, in the sub-scanning direction, scanning with high drive sensitivity is performed by the
With this configuration, the
The direction in which scanning is performed by the second piezoelectric portion 22 and the second
ところで、従来例として図１５に示すように、蛇行状梁部１２ａ、１２ｂに形成された圧電部６１０に電圧を印加する際には、所定の電位に対する上部電極７１０の電位を定めることで圧電部６１０に印加する電圧を決定する構成が知られている。
すなわち、下部電極５１０は、蛇行状梁部全体で一つの共通電極として接地されて共有されている。
他方、上部電極７１０のうち、奇数番目に配置された奇数側上部電極７１０ａには駆動電圧Ｖ１、偶数番目に配置された偶数側上部電極７１０ｂには駆動電圧Ｖ２が印加される。
蛇行状梁部を構成する隣り合う圧電部６１０に印加される電圧は、図１６（ａ）に示すように所定の位相差を有して鋸波状の駆動電圧Ｖ１、Ｖ２が印加される。
このような鋸波状の駆動電圧Ｖ１、Ｖ２には、電圧波形を形成するときに生じる高調波振動成分、すなわち高調波成分が含まれている。かかる高調波成分を含んだ電圧波形によって駆動された蛇行状梁部には、高調波成分による振動が生じて、誤差等の原因となりうる。
By the way, as shown in FIG. 15 as a conventional example, when a voltage is applied to the
That is, the
On the other hand, among the
As shown in FIG. 16A, sawtooth drive voltages V1 and V2 having a predetermined phase difference are applied as voltages applied to adjacent
Such sawtooth drive voltages V1 and V2 include harmonic vibration components generated when forming a voltage waveform, that is, harmonic components. In the meandering beam portion driven by the voltage waveform including the harmonic component, vibration due to the harmonic component occurs, which may cause an error or the like.
互いに隣り合う圧電部６１０に鋸波電圧を所定の位相差で与えた場合の駆動電圧Ｖ１、Ｖ２、測定点Ｃ、Ｄに対応する、従来例における測定点Ｅ、Ｆにおいて測定したミラー１１ａの振動変位、ミラー１１ａの振れ角をそれぞれ図１６（ａ）〜（ｃ）に示す。
図１６（ｂ）、（ｃ）に示されたように、単に隣り合う圧電部６１０に駆動電圧Ｖ１、Ｖ２を所定の位相差で印加するのみでは、各圧電部６１０においてそれぞれ生じた高調波成分による振動が、互いに打ち消しあうに過ぎないことがわかる。
したがって、図１５に示すような構成では、梁部に生じる高調波成分を抑制するとまでは言えず、かりに経時劣化や環境温度の変化などが生じたときには、図１６（ｂ）に示されたような高調波振動が、ミラー１１ａの振れ角に影響を与えるおそれがある。
The vibration of the mirror 11a measured at the measurement points E and F in the conventional example corresponding to the drive voltages V1 and V2 and the measurement points C and D when the sawtooth voltage is applied to the
As shown in FIGS. 16B and 16C, the harmonic components generated in the respective
Therefore, in the configuration shown in FIG. 15, it cannot be said that the harmonic component generated in the beam portion is suppressed, and when the time-dependent deterioration or the change of the environmental temperature occurs, as shown in FIG. Harmonic vibration may affect the deflection angle of the mirror 11a.
本実施形態では、このような問題を解決するために、周期的な電圧波形である奇数側第１電圧Ｖ３０１、偶数側第１電圧Ｖ３０２、奇数側第２電圧Ｖ３０３、偶数側第２電圧Ｖ３０４をそれぞれ図５に示すように、独立して印加する。
具体的には、図５（ａ）に示すように、奇数側第１電圧Ｖ３０１と、奇数側第２電圧Ｖ３０３とは、電圧の波形形状が同一で正負が逆転した反転波形である。
さらにいうと、奇数側第１電圧Ｖ３０１と、奇数側第２電圧Ｖ３０３とは、互いに周期が等しく、電圧の絶対値が常に等しい。
また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、奇数側第１電圧Ｖ３０１と、偶数側第１電圧Ｖ３０２とは、奇数側第１電圧Ｖ３０１の絶対値が最大になる点と、偶数側第１電圧Ｖ３０２の絶対値が最小になる点とが同じタイミングである。さらに、周波数と電圧の絶対値とが等しい互いに逆位相の波形である。
In this embodiment, in order to solve such a problem, the odd-numbered first voltage V301, the even-numbered first voltage V302, the odd-numbered second voltage V303, and the even-numbered second voltage V304, which are periodic voltage waveforms, are obtained. Each is applied independently as shown in FIG.
Specifically, as shown in FIG. 5A, the odd-numbered first voltage V301 and the odd-numbered second voltage V303 are inverted waveforms in which the voltage waveform shape is the same and the polarity is reversed.
Furthermore, the odd-numbered first voltage V301 and the odd-numbered second voltage V303 have the same period and always have the same absolute voltage value.
Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, the odd-numbered first voltage V301 and the even-numbered first voltage V302 are such that the absolute value of the odd-numbered first voltage V301 is the maximum, The point at which the absolute value of the first side voltage V302 is minimized is the same timing. Furthermore, the waveforms are of opposite phases with the same frequency and absolute voltage value.
言い換えると、奇数側第１電圧Ｖ３０１は、電圧の絶対値が最大になる点Ｖｏを挟んで、絶対値の微分値が正の定数となる単調増加部分Ｖｈと、絶対値の微分値が負の定数となる単調減少部分Ｖｌと、を備える三角波である。鋸波形状とは、かかる三角波において単調増加部分と単調減少部分との時間的な長さが異なる電圧波形のことを示す。
さらに言い換えると、奇数側第１電圧Ｖ３０１は、電圧の絶対値の半値を中心軸として線対称に反転したとき、奇数側第２電圧Ｖ３０３と一致するように形成された電圧波形である。
In other words, the odd-numbered first voltage V301 includes a monotonically increasing portion Vh in which the absolute value of the differential value becomes a positive constant across the point Vo where the absolute value of the voltage is maximum, and the differential value of the absolute value is negative. It is a triangular wave provided with the monotone decreasing part Vl used as a constant. The sawtooth waveform indicates a voltage waveform in which the time lengths of the monotonically increasing portion and the monotonically decreasing portion are different in such a triangular wave.
In other words, the odd-numbered first voltage V301 is a voltage waveform formed so as to coincide with the odd-numbered second voltage V303 when the line is symmetrically reversed with the half value of the absolute value of the voltage as the central axis.
図５（ａ）、（ｂ）に示した電圧波形の形状は、電圧制御部５２によって制御される理想的な制御の目標値を模式的に示したものであり、電極部３０における実測値は、第１圧電部２１に与える影響が微小とみなせる範囲において異なっていても良い。
The shape of the voltage waveform shown in FIGS. 5A and 5B schematically shows an ideal control target value controlled by the voltage control unit 52, and the measured value in the electrode unit 30 is as follows. In the range where the influence on the first
また、波形形状が同一とは、第１圧電部２１に与える影響が微小であって略同一とみなせる場合を含む。
また、互いに逆位相の波形とは、第１圧電部２１に与える影響が微小であって位相差が略１８０度、具体的には１８０度±１０度以内であることを含む。
また同様に、図５（ｂ）に示すように、偶数側第１電圧Ｖ３０２と、偶数側第２電圧Ｖ３０４とは、電圧の波形形状が同一で正負が逆転した反転波形である。
さらに偶数側第１電圧Ｖ３０２と、偶数側第２電圧Ｖ３０４とは、互いに周期が等しく、電圧の絶対値が常に等しい。
The same waveform shape includes a case where the influence on the first
In addition, the waveforms having opposite phases include that the influence on the first
Similarly, as shown in FIG. 5B, the even-numbered first voltage V302 and the even-numbered second voltage V304 are inverted waveforms in which the voltage waveform shape is the same and the polarity is reversed.
Furthermore, the even-side first voltage V302 and the even-side second voltage V304 have the same period and always have the same absolute value of voltage.
このような電圧波形を入力したときの第２可動部１８上の測定点Ｃ、Ｄにおけるそれぞれの振動変位の測定結果を図６（ａ）に示す。
このように、一対に形成された奇数側上部電極３０１と、奇数側下部電極３０３とのそれぞれに、互いに正負の逆転した、逆方向の電圧波形を印加することにより、奇数側上部電極３０１と、奇数側下部電極３０３とで同一の高調波成分が生じて打ち消しあう。
したがって、図６（ｂ）に示すように、振動ミラー１０の振れ角には、後述する高調波成分による影響が乗らず、振動ミラー１０は安定した振れ角で駆動される。
FIG. 6A shows the measurement results of the respective vibration displacements at the measurement points C and D on the second
In this way, by applying a voltage waveform in the opposite direction, which is positive and negative, to each of the odd-numbered
Therefore, as shown in FIG. 6B, the swing angle of the vibrating
この点について、さらに詳しく述べる。
奇数側上部電極３０１と、奇数側下部電極３０３とに図５（ａ）に示す電圧が印加されたとき、基準電圧たるＶ＝０は筐体電位あるいは接地電位である。従って、第１圧電部２１には、奇数側第１電圧Ｖ３０１と、奇数側第２電圧Ｖ３０３との差分電圧Ｖ（ｔ）＝Ｖ３０３−Ｖ３０１が印加される。
ここで、接地電位に対してある電圧をかけたときに高調波成分が生じると仮定すると、奇数側第１電圧Ｖ３０１と、奇数側第２電圧Ｖ３０３とに生じる高調波成分は同じタイミングで互いに逆方向に作用することになる。
すなわち、図７に模式的に示したように、高調波成分をδＶとすると、差分電圧Ｖ（ｔ）＝（Ｖ３０３＋δＶ）−（Ｖ３０１＋δＶ）となって、差分電圧Ｖ（ｔ）において打ち消しあう。
従って、第１圧電部２１に＋Ｚ方向と−Ｚ方向とから図５（ａ）のように電圧を印加したとき、第１圧電部２１に生じる高調波成分は、正味で打ち消しあう。
This point will be described in more detail.
When the voltage shown in FIG. 5A is applied to the odd-numbered
Here, assuming that a harmonic component is generated when a certain voltage is applied to the ground potential, the harmonic components generated in the odd-numbered first voltage V301 and the odd-numbered second voltage V303 are opposite to each other at the same timing. Will act in the direction.
That is, as schematically shown in FIG. 7, when the harmonic component is δV, the difference voltage V (t) = (V303 + δV) − (V301 + δV) is obtained, and the difference voltage V (t) cancels out.
Therefore, when a voltage is applied to the first
言い換えると、それぞれ逆方向の高調波成分を含んだ電圧を、両側から印加するときには、奇数側上部電極３０１と奇数側下部電極３０３とは、それぞれかかる高調波成分に由来する逆方向の高調波成分による振動を生じさせる。第１圧電部２１全体ではかかる高調波成分による振動が逆位相であるため打ち消しあい、梁部１３ａにおける高調波成分による振動が抑制される。
In other words, when a voltage including a harmonic component in the opposite direction is applied from both sides, the odd-numbered
本実施形態では、奇数側第１電圧Ｖ３０１と、奇数側第２電圧Ｖ３０３とは、電圧の波形形状が同一で正負が逆転した反転波形である。
かかる構成により、１つの梁部１３ａにおいて、第１圧電部２１の両面に形成された電極部３０で生じた高調波成分が打ち消しあうので、梁部１３ａにおける高調波成分による振動の発生を抑制するから、環境温度や経時変化の影響を少なくする。
In the present embodiment, the odd-numbered first voltage V301 and the odd-numbered second voltage V303 are inverted waveforms in which the voltage waveform shape is the same and the polarity is reversed.
With such a configuration, in one
また、一対に形成された偶数側上部電極３０２と、偶数側下部電極３０４とのそれぞれに、互いに正負の逆転した、逆方向の電圧波形を印加することにより、偶数側上部電極３０２と、偶数側下部電極３０４とで同一の高調波成分が生じて打ち消しあう。
かかる構成により、１つの梁部１３ｂにおいて、第１圧電部２１の両面に形成された電極部３０で生じた高調波成分が打ち消しあうので、梁部１３ｂにおける高調波成分による振動の発生を抑制するから、環境温度や経時変化の影響を少なくする。
Further, by applying a voltage waveform in the opposite direction, which is opposite to each other, to the even-side
With such a configuration, in one
また、本実施形態では、奇数側第１電圧Ｖ３０１と、奇数側第２電圧Ｖ３０３とは、互いに周期が等しく、電圧の絶対値が常に等しい。
かかる構成により、さらに精度良く第１圧電部２１の両面に形成された電極部３０で生じた高調波成分が打ち消しあうので、梁部１３ａにおける高調波成分による振動の発生を抑制して、環境温度や経時変化の影響を少なくする。
In the present embodiment, the odd-numbered first voltage V301 and the odd-numbered second voltage V303 have the same period and always have the same absolute voltage value.
With such a configuration, the harmonic components generated in the electrode portions 30 formed on both surfaces of the first
また、本実施形態では、奇数側第１電圧Ｖ３０１と、偶数側第１電圧Ｖ３０２とは、互いに周期が等しく、図５で破線に示した奇数側第１電圧Ｖ３０１の絶対値が最小になる点と、偶数側第１電圧Ｖ３０２の絶対値が最大になる点とが時間的に一致する。
さらに、奇数側第２電圧Ｖ３０３と、偶数側第２電圧Ｖ３０４とも奇数側第２電圧Ｖ３０３の絶対値が最小になる点と、偶数側第２電圧Ｖ３０４の絶対値が最大になる点とが時間的に一致する。
かかる構成により、互いに隣り合う上部電極と下部電極とにおいても高調波成分が打ち消しあうので、第２可動部１８における高調波成分の発生をさらに抑制して、環境温度や経時変化の影響を少なくする。
さらにいうと、奇数側第１電圧Ｖ３０１と、偶数側第１電圧Ｖ３０２との２つの第１の電圧波形の和は、時間によらず常に一定値を取るように設定されると言い換えても良い。
In the present embodiment, the odd-numbered first voltage V301 and the even-numbered first voltage V302 have the same period, and the absolute value of the odd-numbered first voltage V301 indicated by the broken line in FIG. 5 is minimized. And the point at which the absolute value of the even-side first voltage V302 is maximized coincide with each other in time.
Further, both the odd-numbered second voltage V303 and the even-numbered second voltage V304 have a time when the absolute value of the odd-numbered second voltage V303 is minimized and the absolute value of the even-numbered second voltage V304 is maximized. Match.
With this configuration, harmonic components cancel each other between the upper electrode and the lower electrode that are adjacent to each other. Therefore, the generation of harmonic components in the second
Furthermore, in other words, the sum of the two first voltage waveforms of the odd-numbered first voltage V301 and the even-numbered first voltage V302 is set to always take a constant value regardless of time. .
また、本実施形態では、奇数側第２電圧Ｖ３０３は、奇数側第１電圧Ｖ３０１より常に大きく、偶数側第２電圧Ｖ３０４は、偶数側第１電圧Ｖ３０２より常に大きい。
すなわち、下部電極３０３、３０４に印加される電位は、常に０以上である。
言い換えると、第１圧電部２１の上面と下面に電位差を与えたときの圧電部材内の電場の方向が常に＋Ｚ方向側に向くようになっている。
かかる構成により、差分電圧Ｖ（ｔ）が常に０以上であるから、ＰＺＴの分極状態が維持されて脱分極による駆動能力の低下が抑制される。
In the present embodiment, the odd-numbered second voltage V303 is always larger than the odd-numbered first voltage V301, and the even-numbered second voltage V304 is always larger than the even-numbered first voltage V302.
That is, the potential applied to the
In other words, the direction of the electric field in the piezoelectric member when a potential difference is applied between the upper surface and the lower surface of the first
With this configuration, since the differential voltage V (t) is always 0 or more, the polarization state of the PZT is maintained, and a decrease in driving capability due to depolarization is suppressed.
なお、第１可動部１７を回転軸Ｏ１を中心に回転運動させるためには、つまり第１可動部１７がＹ方向に対して傾いた回転をする、所謂煽るような動作を抑止するためには、蛇行状梁部１２ａと、蛇行状梁部１２ｂとで生じる傾斜の量は等しくすることが望ましい。
梁部１３ｂ〜ｇ、及び梁部１３ｊ〜ｏについては、図１からも明らかなように、隣り合う梁部１３同士の長さが等しいから、第１圧電部２１に印加する電圧が一様であれば、それぞれの反り量Δｚは一定であると考えられる。
また、本実施形態においては、梁部１３ｈの反り量が、梁部１３のうち第１可動部１７から最も離れた梁部１３ａの反り量と等しくなるように、調整されている。
かかる構成により、回転軸Ｏ１と異なる方向への傾きの発生を抑制し、第１可動部１７の回転軸Ｏ１を中心とする回動が安定する。
In order to rotate the first
As is clear from FIG. 1, the
In the present embodiment, the amount of warpage of the
With such a configuration, the occurrence of an inclination in a direction different from the rotation axis O 1 is suppressed, and the rotation of the first
次に、本発明の第２の実施形態として、奇数側第１電圧Ｖ３０５、偶数側第１電圧Ｖ３０６、奇数側第２電圧Ｖ３０７、偶数側第２電圧Ｖ３０８をそれぞれ図８に示すように、印加する。
なお、第１の実施形態と同様の構成については、簡便のため同じ番号を付して説明は適宜省略する。
Next, as a second embodiment of the present invention, the odd-numbered first voltage V305, the even-numbered first voltage V306, the odd-numbered second voltage V307, and the even-numbered second voltage V308 are applied as shown in FIG. To do.
In addition, about the structure similar to 1st Embodiment, the same number is attached | subjected for convenience and description is abbreviate | omitted suitably.
第２の実施形態において、奇数側第１電圧Ｖ３０５と奇数側第２電圧Ｖ３０７とは、電圧の波形形状が略同一で、正負が逆転した反転波形であるが、所定の位相差δｆだけずれている。
また、偶数側第１電圧Ｖ３０６と偶数側第２電圧Ｖ３０８とは、電圧の波形形状が同一で、正負が逆転した反転波形であるが、奇数側第１電圧Ｖ３０５と奇数側第２電圧Ｖ３０７と同じ値である位相差δｆだけずれている。
従って、奇数側第１電圧Ｖ３０５と、偶数側第１電圧Ｖ３０６とは、互いに周期が等しく、電圧の絶対値の最大値が等しい。
In the second embodiment, the odd-numbered first voltage V305 and the odd-numbered second voltage V307 are inverted waveforms in which the waveform shapes of the voltages are substantially the same and the signs are reversed, but are shifted by a predetermined phase difference δf. Yes.
Further, the even-side first voltage V306 and the even-side second voltage V308 have the same voltage waveform shape and are inverted waveforms in which positive and negative are reversed, but the odd-numbered first voltage V305 and the odd-numbered second voltage V307 The phase difference is shifted by the same value δf.
Therefore, the odd-numbered first voltage V305 and the even-numbered first voltage V306 have the same period, and the maximum absolute value of the voltage is equal.
また、奇数側第１電圧Ｖ３０５と、偶数側第１電圧Ｖ３０６とは、奇数側第１電圧Ｖ３０５の絶対値が最大になる点と、偶数側第１電圧Ｖ３０６の絶対値が最小になる点とが同じタイミングであり、かつ周波数と電圧の絶対値とが等しい互いに逆位相の波形である。
言い換えると、隣り合う梁部１３に印加される奇数側第１電圧Ｖ３０５と、偶数側第１電圧Ｖ３０６とは、奇数側第１電圧Ｖ３０５の絶対値が最大になる点と、偶数側第１電圧Ｖ３０６の絶対値が最小になる点とが時間的に一致する。
さらにいうと、奇数側第１電圧Ｖ３０５と、偶数側第１電圧Ｖ３０６との２つの第１の電圧波形の和は、時間によらず常に一定値を取るように設定される。
なお、奇数側第２電圧Ｖ３０７と、偶数側第２電圧Ｖ３０８とについても、上で述べたような奇数側と同様の関係が成立する。
かかる構成により、上部電極３０１、３０２と下部電極３０３、３０４とへの配線を簡単化しながらも高調波振動の発生を抑制する。
The odd-numbered first voltage V305 and the even-numbered first voltage V306 are a point where the absolute value of the odd-numbered first voltage V305 is maximized and a point where the absolute value of the even-numbered first voltage V306 is minimized. Are waveforms of opposite phases to each other with the same timing and the same frequency and absolute voltage value.
In other words, the odd-numbered first voltage V305 and the even-numbered first voltage V306 applied to the
Furthermore, the sum of the two first voltage waveforms of the odd-numbered first voltage V305 and the even-numbered first voltage V306 is set to always take a constant value regardless of time.
The odd-numbered second voltage V307 and the even-numbered second voltage V308 also have the same relationship as the odd-numbered side as described above.
With this configuration, generation of harmonic vibration is suppressed while simplifying wiring to the
図９（ａ）、（ｂ）に、かかる電圧波形を入力したときの第２可動部１８の測定点Ｃ、Ｄにおける振動変位量と、第２可動部１８の振れ角とを示す。
図９（ａ）、（ｂ）から明らかなように、第１の電圧波形と、第２の電圧波形とが互いに所定の位相差δｆだけずれた場合であっても、高調波成分が打ち消しあう。
かかる構成により、１つの梁部１３ａにおいて、第１圧電部２１の両面に形成された電極部３０で生じた高調波成分が打ち消しあうので、梁部１３ａにおける高調波成分による振動の発生を抑制するから、環境温度や経時変化の影響を少なくする。
9A and 9B show the vibration displacement amount at the measurement points C and D of the second
As is clear from FIGS. 9A and 9B, even when the first voltage waveform and the second voltage waveform are shifted from each other by a predetermined phase difference δf, the harmonic components cancel each other. .
With such a configuration, in one
また、第２の実施形態では、奇数側第２電圧Ｖ３０７は、奇数側第１電圧Ｖ３０５より常に大きく、偶数側第２電圧Ｖ３０８は、偶数側第１電圧Ｖ３０６より常に大きい。
言い換えると、第１圧電部２１の上面と下面に電位差を与えたときの圧電部材内の電場の方向が常に＋Ｚ方向側に向くようになっている。
かかる構成により、差分電圧Ｖ（ｔ）が常に０以上であるから、ＰＺＴの分極状態が維持されて脱分極による駆動能力の低下が抑制される。
In the second embodiment, the odd-numbered second voltage V307 is always larger than the odd-numbered first voltage V305, and the even-numbered second voltage V308 is always larger than the even-numbered first voltage V306.
In other words, the direction of the electric field in the piezoelectric member when a potential difference is applied between the upper surface and the lower surface of the first
With this configuration, since the differential voltage V (t) is always 0 or more, the polarization state of the PZT is maintained, and a decrease in driving capability due to depolarization is suppressed.
第３の実施形態として、奇数側第１電圧Ｖ３１５、偶数側第１電圧Ｖ３１６、奇数側第２電圧Ｖ３１７、偶数側第２電圧Ｖ３１８をそれぞれ図１０に示すように、印加する。
第３の実施形態において、奇数側第１電圧Ｖ３１５は、電圧波形のうち時間的な変化の度合いが最も大きい部分である第１急変化部Ｄｕｔｙ１を有している。
また、奇数側第２電圧Ｖ３１７のうち時間的な変化の度合いが最も大きい部分である第２急変化部Ｄｕｔｙ２を有している。
偶数側第１電圧Ｖ３１６は、電圧波形のうち時間的な変化の度合いが最も大きい部分である第１急変化部Ｄｕｔｙ３を有している。
偶数側第２電圧Ｖ３１８のうち時間的な変化の度合いが最も大きい部分である第２急変化部Ｄｕｔｙ４を有している。
As a third embodiment, an odd-numbered first voltage V315, an even-numbered first voltage V316, an odd-numbered second voltage V317, and an even-numbered second voltage V318 are applied as shown in FIG.
In the third embodiment, the odd-numbered first voltage V315 has a first sudden change portion Duty1 that is the portion of the voltage waveform having the greatest degree of temporal change.
Moreover, it has the 2nd rapid change part Duty2 which is a part with the largest time change degree among the odd side 2nd voltage V317.
The even-side first voltage V316 has a first sudden change portion Duty3 that is the portion of the voltage waveform having the greatest degree of temporal change.
It has the 2nd rapid change part Duty4 which is a part with the largest time change degree among the even side 2nd voltage V318.
第１急変化部Ｄｕｔｙ１、Ｄｕｔｙ３と、第２急変化部Ｄｕｔｙ２、Ｄｕｔｙ４との間には、それぞれ、Ｄｕｔｙ１＝Ｄｕｔｙ３、Ｄｕｔｙ２＝Ｄｕｔｙ４という関係が成り立つ。
また、第３の実施形態においては、Ｄｕｔｙ１≠Ｄｕｔｙ２、Ｄｕｔｙ３≠Ｄｕｔｙ４である。なお、Ｄｕｔｙ１＝Ｄｕｔｙ２、Ｄｕｔｙ３＝Ｄｕｔｙ４の場合には第１の実施形態と同様の関係である。
第１急変化部Ｄｕｔｙ１、Ｄｕｔｙ３と、第２急変化部Ｄｕｔｙ２、Ｄｕｔｙ４と、は、言い換えると電圧波形の微分値が最大値となる部分の時間的な長さであり、かかる鋸波形状の電圧波形においては、Ｄｕｔｙ幅に等しい。
したがって、第３の実施形態においても、奇数側第１電圧Ｖ３１５と、偶数側第１電圧Ｖ３１６とは、奇数側第１電圧Ｖ３１５の絶対値が最大になる点と、偶数側第１電圧Ｖ３１６の絶対値が最小になる点とが同じタイミングである。またさらに、周波数と電圧の絶対値とが等しい互いに逆位相の波形である。
なお、この逆位相の関係は、奇数側第２電圧Ｖ３１７と、偶数側第２電圧Ｖ３１８とについても成り立つ。
The relationships of Duty1 = Duty3 and Duty2 = Duty4 are established between the first sudden change portions Duty1, Duty3 and the second sudden change portions Duty2, Duty4, respectively.
Further, in the third embodiment, Duty1 ≠ Duty2 and Duty3 ≠ Duty4. Note that, when Duty1 = Duty2 and Duty3 = Duty4, the relationship is the same as in the first embodiment.
The first sudden
Therefore, also in the third embodiment, the odd-numbered first voltage V315 and the even-numbered first voltage V316 have the maximum absolute value of the odd-numbered first voltage V315 and the even-numbered first voltage V316. The point at which the absolute value is minimized is the same timing. Furthermore, the waveforms are of opposite phases with the same frequency and absolute voltage value.
Note that this opposite phase relationship holds true for the odd-numbered second voltage V317 and the even-numbered second voltage V318.
図１１（ａ）、（ｂ）に、かかる電圧波形を入力したときの第２可動部１８の測定点Ｃ、Ｄにおける振動変位量と、第２可動部１８の振れ角とを示す。
図１１（ａ）、（ｂ）から明らかなように、第１の電圧波形と、第２の電圧波形とで、時間的な変化の度合いが最も大きい部分の長さが異なる場合にも、高調波成分が打ち消しあう。
かかる構成により、１つの梁部１３ａにおいて、第１圧電部２１の両面に形成された電極部３０で生じた高調波成分が打ち消しあうので、梁部１３ａにおける高調波成分による振動の発生を抑制するから、環境温度や経時変化の影響を少なくする。
11A and 11B show the vibration displacement amount at the measurement points C and D of the second
As is clear from FIGS. 11A and 11B, the first voltage waveform and the second voltage waveform also have higher harmonics when the length of the portion with the greatest degree of temporal change is different. Wave components cancel each other.
With such a configuration, in one
第４の実施形態として、図１２に示すように、第１〜第３の実施形態に示した光偏向器たる振動ミラー１０を光走査装置５５として備えた画像投影装置１００について説明する。
画像投影装置１００は、光走査装置５５の他に、図１２（ａ）に示すように、基本色に対応する３つの光源たる赤色光源装置１Ｒと、青色光源装置１Ｂと、緑色光源装置１Ｇと、を有している。
画像投影装置１００は、赤色光源装置１Ｒと、青色光源装置１Ｂと、緑色光源装置１Ｇと、のそれぞれからの入射光を合成するダイクロイックプリズム２と、投影面１０４に向けて光を反射する光走査装置５５と、を有している。
画像投影装置１００は、ダイクロイックプリズム２から出射された光束を、振動ミラー１０の反射面たる第２可動部１８によって反射し、投影面１０４上の所定の点に投射することで画像を形成する。
As a fourth embodiment, as shown in FIG. 12, an
In addition to the
The
The
赤色光源装置１Ｒは、中心波長が６３０ｎｍ前後である半導体レーザーである。
青色光源装置１Ｂは、中心波長が４３０ｎｍ前後である半導体レーザーである。
緑色光源装置１Ｇは、中心波長が５４０ｎｍ前後である緑色のレーザー光を射出するレーザー射出装置である。
振動ミラー１０は、既に述べたように、回転軸Ｏ１と回転軸Ｏ２との２軸周りに回動して反射光を走査させるから、光走査装置５５は投影面１０４の水平方向及び垂直方向にレーザー光を走査させることが出来る。
かかる構成により、投影面１０４の各地点における赤色光源装置１Ｒと、青色光源装置１Ｂと、緑色光源装置１Ｇと、のそれぞれの光量を調整することで、画像投影装置１００は投影面１０４に任意の画像を投影する。
The red
The blue
The green
As described above, the
With this configuration, the
なお、図１２（ｂ）に示すように、ダイクロイックプリズム２を用いずに、赤、青、緑の各基本色を別個に振動ミラー１０に入射させる構成であっても良い。
また、第４の実施形態では、カラー画像を投影する場合について述べたが、白色光源のみを用いて投影像を形成するモノクロの画像投影装置としても良い。
Note that, as shown in FIG. 12B, a configuration in which the basic colors of red, blue, and green are separately incident on the vibrating
In the fourth embodiment, a case where a color image is projected has been described. However, a monochrome image projection apparatus that forms a projection image using only a white light source may be used.
また、本発明の第５の実施形態として、図１３に示すような画像形成装置２００について説明する。
画像形成装置２００は、第１〜３の実施形態で述べた振動ミラー１０を備えた光走査装置５５と、光走査装置５５によって潜像を形成される被走査面たる感光層を備えた像担持体たる感光体１１０と、を有している。
光走査装置５５は、光束を射出する光源５３と、光束を収束させる収束光学系５４と、収束した光束を走査光として反射する振動ミラー１０と、走査光を感光体１１０の表面に結像させる結像光学系５６と、を有している。
An
The
The
光走査装置５５は、光源５２から射出された光束を振動ミラー１０によって反射することで感光体１１０上に静電潜像を形成する。
感光体１１０は、Ｃ方向に回転しながら、静電潜像にトナーを付着させて現像し、転写位置Ｎにおいて用紙Ｐにトナーを転写することで画像を形成する。
かかる構成により、振動ミラー１０の駆動安定性によって、走査光の歪みの発生を抑制するから、光走査装置５５によって生じる画像の歪みを抑制して高精度の画像が得られる。
The
The
With this configuration, since the generation of scanning light distortion is suppressed due to the driving stability of the vibrating
また、本発明の第６の実施形態として、図１４に示すような画像投影表示装置３００について説明する。
画像投影表示装置３００は、複数の発光点を備えた基本色に対応する３つの光源素子たる半導体レーザー素子１１１Ｒ、１１１Ｂ、１１１Ｇを有している。
画像投影表示装置３００は、半導体レーザー素子１１１Ｒ、１１１Ｂ、１１１Ｇから放射された光束を平行光へと変換するためのカップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｂ、１１２Ｇを有している。
画像投影表示装置３００は、カップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｂ、１１２Ｇを透過した光束の光量を制限する絞り部材たるアパーチャ１１３Ｒ、１１３Ｂ、１１３Ｇを有している。
画像投影表示装置３００は、各光源から射出された光束を合成するプリズム状のダイクロイックミラー１１５と、投射光学系１１６と、振動ミラー１０を備えた光走査装置１１７と、を有している。
画像投影表示装置３００は、光走査装置１１７よりも光束の進行方向下流側に、投射レンズたるカバーレンズ１１９を有している。
Further, an image
The image
The image
The image
The image
The image
半導体レーザー素子１１１Ｒ、１１１Ｂ、１１１Ｇは、それぞれ基本色に対応する異なる波長λＲ＝６４０ｎｍ、λＢ＝４４５ｎｍ、λＧ＝５３０ｎｍの光束を射出する。
半導体レーザー素子１１１Ｒ、１１１Ｂ、１１１Ｇから放射された光束は、３つのカップリングレンズ１１２Ｒ、１１２Ｂ、１１２Ｇにそれぞれ入射し、アパーチャ１１３Ｒ、１１３Ｂ、１１３Ｇによって光量と断面形状とを整えられて射出される。
ダイクロイックミラー１１５は、これら各光源からの光束を、偏向して合成し、投射光学系１１６へと射出する。
投射光学系１１６は、光走査装置１１７に向かって凹面を向けた少なくとも１つのメニスカスレンズＬを有する光学系である。なお、ここではメニスカスレンズＬのみを図示したが、複数のレンズを組み合わせた光学系であっても良い。
The
The light beams emitted from the
The
The projection optical system 116 is an optical system having at least one meniscus lens L having a concave surface directed toward the optical scanning device 117. Although only the meniscus lens L is shown here, an optical system in which a plurality of lenses are combined may be used.
光走査装置１１７は、第１〜第３の実施形態で述べた振動ミラー１０によって、入射した光束を反射・偏向することで２次元的な走査光として出力する。
光走査装置１１７によって偏向された光束は、カバーレンズ１１９を透過して画像投影表示装置３００の外部に設置された投影面１０４へ画像として投射される。
The optical scanning device 117 outputs and outputs two-dimensional scanning light by reflecting and deflecting the incident light beam by the vibrating
The light beam deflected by the optical scanning device 117 passes through the cover lens 119 and is projected as an image onto the
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and the present invention described in the claims is not specifically limited by the above description. Various modifications and changes are possible within the scope of the above.
例えば、支持梁部と可動部との接合位置は、可動部の重心を通り回転軸に垂直な軸上にあるとしたが、可動部の重心に対して点対称な位置であれば可動部の頂点で接合するようにしてもよい。
また、支持梁部と可動部との接合位置が複数あっても良いが、支持梁部の反り量が小さくなってしまうために、それぞれの支持梁部と可動部とが１点で接合される構成がより望ましい。
また、第１圧電部は、屈曲部に設けられていても良い。
For example, the joint position of the support beam part and the movable part is on an axis that passes through the center of gravity of the movable part and is perpendicular to the rotation axis. You may make it join at a vertex.
In addition, there may be a plurality of joint positions between the support beam portion and the movable portion. However, since the amount of warpage of the support beam portion is reduced, each support beam portion and the movable portion are joined at one point. A configuration is more desirable.
The first piezoelectric portion may be provided at the bent portion.
また、第４及び第５の実施形態では、反射ミラーを１つだけ用いた構成について述べているが、主走査方向への回動角が足りないなどの場合には、同様の構成の反射ミラーを複数並べて配置することで、走査領域を向上させても良い。
かかる構成により、振れ角による走査幅に制限があっても、走査領域を拡大可能である。
In the fourth and fifth embodiments, the configuration using only one reflecting mirror is described. However, when the rotation angle in the main scanning direction is insufficient, the reflecting mirror having the same configuration is used. The scanning region may be improved by arranging a plurality of the regions.
With this configuration, the scanning area can be enlarged even if the scanning width due to the deflection angle is limited.
また、第１〜第３の実施形態では、梁部は回転軸に対して直交する方向に設けられるとしたが、回転軸に交差するようであれば直交ではなくとも良い。
また、可動部は片持ち梁構造として記載したが、かかる構成に限定されるものではなく、両持ち梁構造であっても良い。
また、隣り合う複数の上部電極及び下部電極にそれぞれ印加される２つの第１の電圧波形の和は、時間によらず常に一定値を取るように設定されるとしたが、最大値と最小値とが、梁部の振動に影響を与えない程度に時間的なタイミングがずれてもよい。
In the first to third embodiments, the beam portion is provided in a direction orthogonal to the rotation axis. However, the beam portion may not be orthogonal as long as it intersects the rotation axis.
Moreover, although the movable part was described as a cantilever structure, it is not limited to such a configuration, and a double-supported beam structure may be used.
In addition, the sum of the two first voltage waveforms applied to each of the plurality of adjacent upper and lower electrodes is set to always take a constant value regardless of time. However, the timing may be shifted to such an extent that it does not affect the vibration of the beam portion.
また、画像投影装置としてのヘッドアップディスプレイに光偏向器を備えることとしてもよい。
ヘッドアップディスプレイは、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等の移動体に搭載されて、光により画像を形成し、該画像を形成した透過反射部剤に導くことで、該透過反射部材を介して該画像の虚像を視認可能にする。
ここで透過反射部材とは、光の一部を透過させ、残光の少なくとも一部を反射させるような部材を指す。
Moreover, it is good also as providing an optical deflector in the head-up display as an image projector.
The head-up display is mounted on a moving body such as a vehicle, an aircraft, a ship, or a robot, for example, forms an image with light, and guides it to the transmission / reflection part agent that has formed the image via the transmission / reflection member. The virtual image of the image is made visible.
Here, the transmission / reflection member refers to a member that transmits part of light and reflects at least part of afterglow.
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。 The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
１０ 光偏向器（反射ミラー）
１１ａ ミラー
１２ａ 蛇行状梁部
１２ｂ 蛇行状梁部
１３、１３ａ〜ｈ 梁部
１７ 可動部（第１可動部）
１８ 可動部（第２可動部）
２０ 圧電アクチュエータ装置
２１ 圧電部（第１圧電部）
２２ 第２圧電部
３０ 電極部
５０ 枠部
５１ 凸部
５２ 電圧制御部
５５ 光偏向器（光走査装置）
１００ 画像投影装置
２００ 画像形成装置
３００ 画像投影表示装置
３０１ 上部電極（奇数側上部電極）
３０２ 上部電極（偶数側上部電極）
３０３ 下部電極（奇数側下部電極）
３０４ 下部電極（偶数側下部電極）
Ｖ３０１ 第１の電圧波形（奇数側第１電圧）
Ｖ３０２ 第１の電圧波形（偶数側第１電圧）
Ｖ３０３ 第２の電圧波形（奇数側第２電圧）
Ｖ３０４ 第２の電圧波形（偶数側第２電圧）
Ｖ３０５ 第１の電圧波形（奇数側第１電圧）
Ｖ３０６ 第１の電圧波形（偶数側第１電圧）
Ｖ３０７ 第２の電圧波形（奇数側第２電圧）
Ｖ３０８ 第２の電圧波形（偶数側第２電圧）
Ｖ３１５ 第１の電圧波形（奇数側第１電圧）
Ｖ３１６ 第１の電圧波形（偶数側第１電圧）
Ｖ３１７ 第２の電圧波形（奇数側第２電圧）
Ｖ３１８ 第２の電圧波形（偶数側第２電圧）
Ｄｕｔｙ１、Ｄｕｔｙ３ 第１急変化部
Ｄｕｔｙ２、Ｄｕｔｙ４ 第２急変化部
δｆ 位相差
Ｏ１ 回転軸
Ｏ２ 回転軸
Ｏ’ 重心
Ｘ 主走査方向
Ｙ 副走査方向
Ｚ 光軸方向
10 Optical deflector (reflection mirror)
18 Movable part (second movable part)
20
22 Second piezoelectric part 30
DESCRIPTION OF
302 Upper electrode (even side upper electrode)
303 Lower electrode (odd side lower electrode)
304 Lower electrode (Even side lower electrode)
V301 first voltage waveform (odd-side first voltage)
V302 First voltage waveform (even-side first voltage)
V303 Second voltage waveform (odd-side second voltage)
V304 Second voltage waveform (even side second voltage)
V305 First voltage waveform (odd-side first voltage)
V306 First voltage waveform (even-side first voltage)
V307 Second voltage waveform (odd-side second voltage)
V308 Second voltage waveform (even side second voltage)
V315 First voltage waveform (odd-side first voltage)
V316 1st voltage waveform (even side first voltage)
V317 Second voltage waveform (odd-side second voltage)
V318 Second voltage waveform (even side second voltage)
Claims (8)
前記可動部を支持する、前記回転軸方向と交差する方向に伸び蛇行するように連続して形成された複数の梁部を有する一対の蛇行状梁部と、
前記複数の梁部にそれぞれ設けられ、前記梁部を変形させる複数の圧電部と、
前記複数の圧電部の両面にそれぞれ設けられた電極部と、を有し、
前記電極部は、前記圧電部の一方の面側に設けられ、当該圧電部に第１の電圧波形の第１電圧を印加するための上部電極と、
前記圧電部を挟んで前記上部電極と対向して設けられ、前記圧電部に第２の電圧波形の第２電圧を印加するための下部電極と、
を有し、
前記第１の電圧波形と、前記第２の電圧波形とは、正負が逆であって、前記第２電圧から前記第１電圧を引いた差分が常に０以上である圧電アクチュエータ装置。 A movable part rotatable about a predetermined rotation axis;
A pair of serpentine beam portions having a plurality of beam portions continuously formed so as to meander and extend in a direction intersecting the rotation axis direction, supporting the movable portion;
A plurality of piezoelectric portions that are respectively provided on the plurality of beam portions and deform the beam portions;
An electrode part provided on each of both surfaces of the plurality of piezoelectric parts,
The electrode portion is provided on one surface side of the piezoelectric portion, and an upper electrode for applying a first voltage having a first voltage waveform to the piezoelectric portion;
A lower electrode that is provided opposite to the upper electrode across the piezoelectric portion, and that applies a second voltage of a second voltage waveform to the piezoelectric portion;
Have
Said first voltage waveform, the and the second voltage waveform, positive and negative reversed der piezoelectric actuator device difference obtained by subtracting the first voltage from said second voltage is always greater than or equal to zero.
前記可動部を支持する、前記回転軸方向と交差する方向に伸び蛇行するように連続して形成された複数の梁部を有する一対の蛇行状梁部と、
前記複数の梁部にそれぞれ設けられ、前記梁部を変形させる複数の圧電部と、
前記複数の圧電部の両面にそれぞれ設けられた電極部と、を有し、
前記電極部は、前記圧電部の一方の面側に設けられ、当該圧電部に第１の電圧波形の第１電圧を印加するための上部電極と、
前記圧電部を挟んで前記上部電極と対向して設けられ、前記圧電部に第２の電圧波形の第２電圧を印加するための下部電極と、
を有し、
前記第１の電圧波形と、前記第２の電圧波形とは、正負が逆であって、
前記第１の電圧波形のうち時間的な変化の度合いが最も大きい部分である第１急変化部と、
前記第２の電圧波形のうち時間的な変化の度合いが最も大きい部分である第２急変化部と、を有し、
前記電極部に備えられた一対の前記上部電極と前記下部電極とにおける前記第１急変化部と第２急変化部との時間的な長さが異なり、
隣り合う複数の前記電極部にそれぞれ備えられた前記上部電極に印加される前記第１急変化部の時間的な長さが等しく、
隣り合う複数の前記電極部にそれぞれ備えられた前記下部電極に印加される前記第２急変化部の時間的な長さが等しい圧電アクチュエータ装置。 A movable part rotatable about a predetermined rotation axis;
A pair of serpentine beam portions having a plurality of beam portions continuously formed so as to meander and extend in a direction intersecting the rotation axis direction, supporting the movable portion;
A plurality of piezoelectric portions that are respectively provided on the plurality of beam portions and deform the beam portions;
An electrode part provided on each of both surfaces of the plurality of piezoelectric parts,
The electrode portion is provided on one surface side of the piezoelectric portion, and an upper electrode for applying a first voltage having a first voltage waveform to the piezoelectric portion;
A lower electrode that is provided opposite to the upper electrode across the piezoelectric portion, and that applies a second voltage of a second voltage waveform to the piezoelectric portion;
Have
The first voltage waveform and the second voltage waveform are opposite in sign.
A first sudden change portion that is a portion having the greatest degree of temporal change in the first voltage waveform;
A second sudden change portion that is a portion having the greatest degree of temporal change in the second voltage waveform,
The time lengths of the first sudden change portion and the second sudden change portion in the pair of the upper electrode and the lower electrode provided in the electrode portion are different,
The time lengths of the first sudden change portions applied to the upper electrodes respectively provided in the plurality of adjacent electrode portions are equal,
A piezoelectric actuator device in which the time lengths of the second sudden change portions applied to the lower electrodes respectively provided in a plurality of adjacent electrode portions are equal .
隣り合う複数の前記下部電極に印加される前記第２の電圧波形は、互いに周期が等しく、一方の前記第２の電圧波形の絶対値が最大になる点と、他方の前記第２の電圧波形の絶対値が最小になる点とが時間的に一致することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ装置。 The first voltage waveforms applied to the plurality of adjacent upper electrodes have the same period, the point at which the absolute value of one of the first voltage waveforms is maximum, and the other one of the first voltage waveforms The point where the absolute value of
The second voltage waveforms applied to the plurality of adjacent lower electrodes have the same period, the point at which the absolute value of one of the second voltage waveforms is maximized, and the other second voltage waveform. 3. The piezoelectric actuator device according to claim 1, wherein a point at which an absolute value of the piezoelectric element coincides with each other in time.
前記圧電アクチュエータ装置に入射した光束を、前記反射面で反射することで走査させる光偏向器。An optical deflector that scans the light beam incident on the piezoelectric actuator device by reflecting the light beam on the reflecting surface.
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