JP6805568B2

JP6805568B2 - Drive system, image projection device and drive control method

Info

Publication number: JP6805568B2
Application number: JP2016121943A
Authority: JP
Inventors: ▲高▼橋　啓行; 啓行 ▲高▼橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2036-06-20
Also published as: JP2017040911A

Description

本発明は、駆動システム、画像投影装置および駆動制御方法に関する。 The present invention, drive systems, to images projector and a drive control method.

圧電素子は、分極方向に電圧を印加すると、この印加電圧の電位に比例した歪み、即ち伸縮を生じる、いわゆる逆圧電効果を発揮することが知られている。そこで従来では、このような圧電素子を利用して被駆動体に駆動力を伝達する圧電アクチュエータが実現されている。 It is known that when a voltage is applied in the polarization direction, the piezoelectric element exhibits a so-called inverse piezoelectric effect, which causes distortion, that is, expansion and contraction, which is proportional to the potential of the applied voltage. Therefore, conventionally, a piezoelectric actuator that transmits a driving force to a driven body by using such a piezoelectric element has been realized.

圧電アクチュエータに用いられる圧電素子は、例えるなら、永久磁石のように一方向に分極されている状態で駆動力を発揮するものであり、その分極方向両端面に設けられた電極間に駆動回路の出力を接続することで駆動力を得ることができる。前述の分極は、素子の組成を考慮し、ある一定の電圧を一定時間印加し続けることで得られる。一度分極が得られた素子は、一般的に分極を与えた電圧方向とゼロの間で電圧が印加されることで駆動する。 A piezoelectric element used in a piezoelectric actuator, for example, exerts a driving force in a state of being polarized in one direction like a permanent magnet, and is a drive circuit between electrodes provided on both end faces in the polarization direction. Driving force can be obtained by connecting the outputs. The above-mentioned polarization can be obtained by continuously applying a certain voltage for a certain period of time in consideration of the composition of the device. Once polarized, the device is generally driven by applying a voltage between the polarized voltage direction and zero.

従来では、圧電素子の分極を保つために、駆動をグランド（ＧＮＤ）から正電圧で行っていた。圧電素子によるアクチュエータは基本的にコンデンサの構造をしている。そのため、容量が非常に大きく、普通のオペアンプのみで駆動することが困難である。そこで通常では、アンプの出力段に電流増幅を行う回路が付加されていた。しかしながら、片電源（正電源のみ）ではＧＮＤから出力することが不可能であるため、構造上負電源が必要になってしまい、コストが大幅に増加してしまうという問題があった。 Conventionally, in order to maintain the polarization of the piezoelectric element, the drive is performed from the ground (GND) with a positive voltage. An actuator based on a piezoelectric element basically has a capacitor structure. Therefore, the capacitance is very large, and it is difficult to drive it only with an ordinary operational amplifier. Therefore, usually, a circuit for performing current amplification is added to the output stage of the amplifier. However, since it is impossible to output from the GND with a single power supply (only a positive power supply), there is a problem that a negative power supply is structurally required and the cost is significantly increased.

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、コストを大幅に増加させることなく片電源での駆動が可能な駆動システム、画像投影装置および駆動制御方法を提供することを目的とする。 The present invention, the has been made in view of the problems, aims to provide cost can be driven by a single power supply without significantly increasing drive systems, the images projector and a drive control method And.

上記目的を達成するために、本発明にかかる駆動システムは、駆動部を有する圧電アクチュエータと、前記駆動部を駆動するための電圧波形を生成する波形生成部と、前記電圧波形を増幅して前記駆動部に印加する駆動用アンプと、前記駆動部にバイアス電圧を印加するバイアスアンプと、を備える駆動システムであって、前記バイアスアンプの出力電圧は、前記駆動用アンプの最小出力電圧以上であり、前記圧電アクチュエータは、可動部と、前記可動部を第１の方向に駆動させる第１駆動部と、前記可動部を、前記第１の方向とは異なる方向である第２の方向に駆動させる第２駆動部と、を備え、前記駆動用アンプは、前記第１駆動部に電圧を印加する第１駆動用アンプと、前記第２駆動部に電圧を印加する第２駆動用アンプと、を備え、前記バイアスアンプは、前記第１駆動部に電圧を印加する第１バイアスアンプと、前記第２駆動部に電圧を印加する第２バイアスアンプと、を備え、前記第１駆動用アンプ、前記第２駆動用アンプ、前記第１バイアスアンプ及び前記第２バイアスアンプは、それぞれ高電圧源及び低電圧源に接続されると共に、前記低電圧源がグランドに接続されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the drive system according to the present invention includes a piezoelectric actuator having a drive unit, a waveform generation unit that generates a voltage waveform for driving the drive unit, and a voltage waveform amplification unit. A drive system including a drive amplifier that applies to the drive unit and a bias amplifier that applies a bias voltage to the drive unit, and the output voltage of the bias amplifier is equal to or higher than the minimum output voltage of the drive amplifier . The piezoelectric actuator drives the movable portion, the first drive portion that drives the movable portion in the first direction, and the movable portion in a second direction that is a direction different from the first direction. The drive amplifier includes a second drive unit, and the drive amplifier includes a first drive amplifier that applies a voltage to the first drive unit and a second drive amplifier that applies a voltage to the second drive unit. The bias amplifier includes a first bias amplifier that applies a voltage to the first drive unit and a second bias amplifier that applies a voltage to the second drive unit, and the first drive amplifier, said. The second drive amplifier, the first bias amplifier, and the second bias amplifier are connected to a high voltage source and a low voltage source, respectively, and the low voltage source is connected to the ground, respectively.

また、本発明にかかる駆動制御方法は、可動部と、前記可動部を第１の方向に駆動させる第１駆動部と、前記第１の方向とは異なる方向である第２の方向に前記可動部を駆動させる第２駆動部と、を備えた圧電アクチュエータと、前記第１駆動部及び前記第２駆動部を駆動するための電圧波形を生成する波形生成部と、前記電圧波形を増幅して前記第１駆動部に電圧を印加する第１駆動用アンプと、前記第２駆動部に電圧を印加する第２駆動用アンプと、を備えた駆動用アンプと、前記第１駆動部に電圧を印加する第１バイアスアンプと、前記第２駆動部に電圧を印加する第２バイアスアンプと、を備えたバイアスアンプと、を備える駆動システムの駆動制御方法であって、前記バイアスアンプの出力電圧を、前記駆動用アンプの最小出力電圧以上とし、前記第１駆動用アンプ、前記第２駆動用アンプ、前記第１バイアスアンプ及び前記第２バイアスアンプを、それぞれ高電圧源及び低電圧源に接続すると共に、前記低電圧源をグランドに接続し、前記波形生成部が第１電圧波形および第２電圧波形を生成し、前記第１駆動用アンプ及び前記第２駆動用アンプが前記第１電圧波形を増幅し、前記第１バイアスアンプ及び前記第２バイアスアンプが前記第２電圧波形を増幅し、前記圧電アクチュエータが増幅後の前記第１および第２電圧波形に基づいて前記可動部を駆動制御することを特徴とする。 Further, in the drive control method according to the present invention, the movable portion, the first drive portion for driving the movable portion in the first direction, and the movable portion in a second direction different from the first direction. A piezoelectric actuator including a second drive unit for driving the unit, a waveform generation unit for generating a voltage waveform for driving the first drive unit and the second drive unit, and a voltage waveform amplified. A drive amplifier including a first drive amplifier that applies a voltage to the first drive unit, a second drive amplifier that applies a voltage to the second drive unit, and a voltage to the first drive unit. A drive control method for a drive system including a first bias amplifier to be applied, a second bias amplifier to apply a voltage to the second drive unit, and a bias amplifier, wherein the output voltage of the bias amplifier is controlled. , The minimum output voltage of the drive amplifier or higher, and the first drive amplifier, the second drive amplifier, the first bias amplifier, and the second bias amplifier are connected to the high voltage source and the low voltage source, respectively. At the same time, the low voltage source is connected to the ground, the waveform generator generates the first voltage waveform and the second voltage waveform, and the first drive amplifier and the second drive amplifier generate the first voltage waveform. Amplify, the first bias amplifier and the second bias amplifier amplify the second voltage waveform, and the piezoelectric actuator drives and controls the movable part based on the first and second voltage waveforms after amplification. It is characterized by.

さらにまた、本発明に係る画像投影装置は、上述した駆動システムと、前記圧電アクチュエータの前記駆動部に取り付けられた回転可能なミラーと、レーザ光を出力する光源と、前記レーザ光を前記ミラーへ入射させる光学系と、前記駆動システムを制御して前記ミラーを駆動する制御部と、を備えることを特徴とする。 Furthermore, the image projection device according to the present invention includes the drive system described above, a rotatable mirror attached to the drive unit of the piezoelectric actuator , a light source for outputting laser light, and the laser light to the mirror. It is characterized by including an optical system for incident light and a control unit for controlling the drive system to drive the mirror.

本発明によれば、コストを大幅に増加させることなく片電源での駆動が可能な駆動システム、画像投影装置および駆動制御方法を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize the drive can drive the system in the single power supply without significantly increasing the cost, the images projector and a drive control method.

図１は、圧電アクチュエータのフレームの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a frame of a piezoelectric actuator. 図２は、圧電アクチュエータの圧電素子の配置例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an arrangement example of the piezoelectric elements of the piezoelectric actuator. 図３は、圧電アクチュエータへの接続の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of connection to the piezoelectric actuator. 図４は、圧電アクチュエータと電極の配置の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the arrangement of the piezoelectric actuator and the electrodes. 図５は、圧電アクチュエータのＸ軸側の駆動電圧を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a drive voltage on the X-axis side of the piezoelectric actuator. 図６は、図５に示す駆動電圧に対する圧電アクチュエータの動作を表した模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing the operation of the piezoelectric actuator with respect to the drive voltage shown in FIG. 図７は、圧電アクチュエータのＹ軸側の駆動電圧を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a drive voltage on the Y-axis side of the piezoelectric actuator. 図８は、図７に示す駆動電圧に対する圧電アクチュエータの動作を表した模式図である。FIG. 8 is a schematic view showing the operation of the piezoelectric actuator with respect to the drive voltage shown in FIG. 図９は、圧電アクチュエータのＹ軸側動作中の形状を説明する図である（その１）。FIG. 9 is a diagram for explaining the shape of the piezoelectric actuator during operation on the Y-axis side (No. 1). 図１０は、図９に示す形状における走査方向、走査領域および描画領域と光の輝線との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the scanning direction, the scanning area, and the drawing area and the emission line of light in the shape shown in FIG. 図１１は、圧電アクチュエータのＹ軸側動作中の形状を説明する図である（その２）。FIG. 11 is a diagram for explaining the shape of the piezoelectric actuator during operation on the Y-axis side (No. 2). 図１２は、図１１に示す形状における走査方向、走査領域および描画領域と光の輝線との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the scanning direction, the scanning area, and the drawing area and the emission line of light in the shape shown in FIG. 図１３は、圧電アクチュエータを用いて２次元画像を描画する動作を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an operation of drawing a two-dimensional image using a piezoelectric actuator. 図１４は、比較例としてのアクチュエータ駆動装置の概略構成例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration example of an actuator drive device as a comparative example. 図１５は、本発明の実施形態１にかかる駆動システムの概略構成例を示す回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the drive system according to the first embodiment of the present invention. 図１６は、図１５に示す駆動システムにおける主走査および共通電極の駆動回路を示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram showing a main scanning and common electrode drive circuit in the drive system shown in FIG. 図１７は、図１６に示すＤＡＣの出力波形の一例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of the output waveform of the DAC shown in FIG. 図１８は、図１６に示すアンプの出力波形の一例を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an example of the output waveform of the amplifier shown in FIG. 図１９は、図１５に示す駆動システムにおける副走査および共通電極の駆動回路を示す回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram showing a sub-scanning and common electrode drive circuit in the drive system shown in FIG. 図２０は、図１９に示すＤＡＣの出力波形の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of the output waveform of the DAC shown in FIG. 図２１は、図１９に示す他のＤＡＣの出力波形の一例を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing an example of output waveforms of the other DACs shown in FIG. 図２２は、図１９に示すアンプの出力波形の一例を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing an example of the output waveform of the amplifier shown in FIG. 図２３は、図１９に示す他のアンプの出力波形の一例を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing an example of output waveforms of the other amplifier shown in FIG. 図２４は、図１９に示すさらに他のアンプの出力波形の一例を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing an example of the output waveform of the other amplifier shown in FIG. 図２５は、本発明の実施形態２にかかる駆動システムにおける主走査および共通電極の駆動回路を示す回路図である。FIG. 25 is a circuit diagram showing a drive circuit of a main scan and a common electrode in the drive system according to the second embodiment of the present invention. 図２６は、図２５に示すアンプの出力波形の一例を示す図である。FIG. 26 is a diagram showing an example of the output waveform of the amplifier shown in FIG. 25. 図２７は、本発明の実施形態３にかかる駆動システムにおける副走査および共通電極の駆動回路を示す回路図である。FIG. 27 is a circuit diagram showing a sub-scanning and a common electrode drive circuit in the drive system according to the third embodiment of the present invention. 図２８は、図２７に示すＤＡＣの出力波形の一例を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing an example of the output waveform of the DAC shown in FIG. 27. 図２９は、図２７に示すアンプの出力波形の一例を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing an example of the output waveform of the amplifier shown in FIG. 27. 図３０は、本発明の実施形態５にかかる駆動システムの概略構成例を示す回路図である。FIG. 30 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the drive system according to the fifth embodiment of the present invention. 図３１は、図３０に示す駆動システムにおける主走査および共通電極の駆動回路を示す回路図である。FIG. 31 is a circuit diagram showing a main scanning and common electrode drive circuit in the drive system shown in FIG. 図３２は、本発明の実施形態７にかかる画像投影装置の概略構成例を示す模式図である。FIG. 32 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the image projection device according to the seventh embodiment of the present invention. 図３３は、本発明の実施形態７にかかる２次元光偏向器の概略構成例を示す模式図である。FIG. 33 is a schematic view showing a schematic configuration example of the two-dimensional optical deflector according to the seventh embodiment of the present invention. 図３４は、本発明の実施形態７にかかる電圧印加パターンの一例を示す波形図である。FIG. 34 is a waveform diagram showing an example of the voltage application pattern according to the seventh embodiment of the present invention. 図３５は、本発明の実施形態７の変形例にかかるヘッドアップディスプレイの概略構成例を示す模式図である。FIG. 35 is a schematic view showing a schematic configuration example of a head-up display according to a modified example of the seventh embodiment of the present invention. 図３６は、本発明の実施形態８にかかる駆動制御方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 36 is a flowchart showing an example of the drive control method according to the eighth embodiment of the present invention.

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な実施形態であるので、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明によって不当に限定されるものではなく、また、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須の構成要件ではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, various technically preferable limitations are attached, but the scope of the present invention is unreasonably limited by the following description. Not all of the configurations described in this embodiment are essential constituents of the present invention.

上述したように、従来技術による圧電素子を用いたアクチュエータは、構造上負電源が必要になり、コストが大幅に増加してしまうという問題があった。また、従来の構成では、共通電極部に任意の電圧を印加することができないという問題もあった。さらに、従来では相対的に正電圧しか掛けない駆動としていたが、その場合、アクチュエータの特性を補正することができないという問題も存在した。 As described above, the actuator using the piezoelectric element according to the prior art has a problem that a negative power source is structurally required and the cost is significantly increased. Further, in the conventional configuration, there is a problem that an arbitrary voltage cannot be applied to the common electrode portion. Further, in the past, the drive was driven by applying only a relatively positive voltage, but in that case, there was a problem that the characteristics of the actuator could not be corrected.

ここで、圧電アクチュエータの構造例およびその動作について、以下に例を挙げて説明する。図１は、圧電アクチュエータのフレーム構成の一例を示す図である。図２は、図１に例示するフレームに対する圧電素子の配置例を示す図である。図３は、図２に例示する圧電アクチュエータに対する配線例を示す図である。なお、ここで例示する圧電アクチュエータは、Ｘ軸およびＹ軸の２軸方向に光をスキャンするためのアクチュエータである。 Here, a structural example of the piezoelectric actuator and its operation will be described below with an example. FIG. 1 is a diagram showing an example of a frame configuration of a piezoelectric actuator. FIG. 2 is a diagram showing an example of arrangement of the piezoelectric element with respect to the frame illustrated in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a wiring example for the piezoelectric actuator illustrated in FIG. The piezoelectric actuator illustrated here is an actuator for scanning light in two axial directions, the X-axis and the Y-axis.

図１に示すように、圧電アクチュエータのフレーム構成は、シリコン基板上に形成された圧電アクチュエータのフレーム１１にミラー１が取り付けられた構造を有する。フレーム１１は、折り返し構造部１２〜１５と、Ｘ軸フレーム１６および１７とを備える。折り返し構造部１２の左側はフレーム１１との接続部であり、折り返し構造部１３の左側はＸ軸フレーム１６および１７との接続部であり、折り返し構造部１４の右側はＸ軸フレーム１６および１７との接続部であり、折り返し構造部１５の右側はフレーム１１との接続部である。なお、図１では折り返し構造部１２〜１５での折り返しが１回の例を示したが、２回以上の折り返し構造であってもよい。折り返し構造部１２〜１５は、Ｘ軸フレーム１６および１７全体を捻る方向に回動させる。ミラー１はＸ軸フレーム１６および１７の回動中心に取り付けられており、レーザ光線等の光を照射して光をスキャンする。図１においてスキャンのＹ軸方向は、ミラー１を通る上下方向の中心線に対して垂直、即ち左右の方向となる。Ｘ軸フレーム１６および１７もミラー１と接続されている。図１においてスキャンのＸ軸方向は、ミラー１を通る左右方向の中心線に対して垂直、即ち上下の方向となる。したがって、図１の場合は、紙面中上下方向がＸ軸となり、左右方向がＹ軸となる。 As shown in FIG. 1, the frame configuration of the piezoelectric actuator has a structure in which the mirror 1 is attached to the frame 11 of the piezoelectric actuator formed on the silicon substrate. The frame 11 includes a folded structure portion 12 to 15 and X-axis frames 16 and 17. The left side of the folded structure portion 12 is the connection portion with the frame 11, the left side of the folded structure portion 13 is the connection portion with the X-axis frames 16 and 17, and the right side of the folded structure portion 14 is the X-axis frames 16 and 17. The right side of the folded structure portion 15 is the connecting portion with the frame 11. In addition, although FIG. 1 shows an example in which the folded structure portions 12 to 15 are folded once, the folded structure may be formed twice or more. The folded structure portions 12 to 15 rotate the entire X-axis frames 16 and 17 in a twisting direction. The mirror 1 is attached to the rotation center of the X-axis frames 16 and 17, and irradiates light such as a laser beam to scan the light. In FIG. 1, the Y-axis direction of the scan is perpendicular to the vertical center line passing through the mirror 1, that is, the left-right direction. The X-axis frames 16 and 17 are also connected to the mirror 1. In FIG. 1, the X-axis direction of the scan is perpendicular to the center line in the left-right direction passing through the mirror 1, that is, the up-down direction. Therefore, in the case of FIG. 1, the vertical direction in the paper surface is the X axis, and the horizontal direction is the Y axis.

図２に示すように、圧電アクチュエータ１０は、図１に示すフレーム１１に対し、折り返し構造部１２〜１５の各々に駆動用の圧電素子２２〜２５と検知用の圧電素子３２〜３５とが設けられた構造を有する。また、Ｘ軸フレーム１６および１７の各々にも駆動用の圧電素子２６および２７と検知用の圧電素子３６および３７とが設けられている。 As shown in FIG. 2, the piezoelectric actuator 10 is provided with a drive piezoelectric element 22 to 25 and a detection piezoelectric element 32 to 35 in each of the folded structure portions 12 to 15 with respect to the frame 11 shown in FIG. Has a structure. Further, each of the X-axis frames 16 and 17 is also provided with the piezoelectric elements 26 and 27 for driving and the piezoelectric elements 36 and 37 for detection.

図３に示すように、図２に示す圧電アクチュエータ１０に対しては、圧電素子２２および２４を共通で駆動するための配線ＳＤＡ（Sub Drive Ach）と、圧電素子２３および２５を共通で駆動するための配線ＳＤＢ（Sub Drive Bch)と、圧電素子２６および２７を共通で駆動するための配線ＭＤ（Main Drive）と、折り返し構造部１２に接続された検知端子ＳＳＡ１（Sub Sense Ach-1）と、折り返し構造部１３に接続された検知端子ＳＳＢ１（Sub Sense Bch-1）と、折り返し構造部１４に接続された検知端子ＳＳＡ２（Sub Sense Ach-2）と、折り返し構造部１５に接続された検知端子ＳＳＢ２（Sub Sense Bch-2）とが設けられている。 As shown in FIG. 2, for the piezoelectric actuator 10 shown in FIG. 2, the wiring SDA (Sub Drive Ach) for driving the piezoelectric elements 22 and 24 in common and the piezoelectric elements 23 and 25 are commonly driven. Wiring SDB (Sub Drive Bch) for the purpose, wiring MD (Main Drive) for driving the piezoelectric elements 26 and 27 in common, and detection terminal SSA1 (Sub Sense Ach-1) connected to the folded structure portion 12. , The detection terminal SSB1 (Sub Sense Bch-1) connected to the folded structure unit 13, the detection terminal SSA2 (Sub Sense Ach-2) connected to the folded structure unit 14, and the detection connected to the folded structure unit 15. A terminal SSB2 (Sub Sense Bch-2) is provided.

また、図４に、図２に例示した各圧電素子とこれらの裏面に設けられる電極との組み合わせと各電極に接続される配線との例を示す。図４に示すように、駆動用の圧電素子２２および２４の裏面には共通の配線ＳＤＡＧが接続された電極４２および４４が配置され、圧電素子２３および２５の裏面には共通の配線ＳＤＢＧが接続された電極４３および４５が配置され、圧電素子２６および２７の裏面には共通の配線ＭＤＧが接続された電極４６および４７が配置される。また、検知用の圧電素子３２の裏面には配線ＳＳＡ１Ｇが接続された電極５２が配置され、圧電素子３３の裏面には配線ＳＳＢ１Ｇが接続された電極５３が配置され、圧電素子３４の裏面には配線ＳＳＡ２Ｇが接続された電極５４が配置され、圧電素子３５の裏面には配線ＳＳＢ２Ｇが接続された電極５５が配置され、圧電素子３６および３７の裏面には共通の配線ＭＳＧが接続された電極５６および５７が配置される。 Further, FIG. 4 shows an example of a combination of each piezoelectric element illustrated in FIG. 2 and an electrode provided on the back surface thereof and a wiring connected to each electrode. As shown in FIG. 4, electrodes 42 and 44 to which the common wiring SDAG is connected are arranged on the back surfaces of the driving piezoelectric elements 22 and 24, and the common wiring SDBG is connected to the back surfaces of the piezoelectric elements 23 and 25. The electrodes 43 and 45 are arranged, and the electrodes 46 and 47 to which the common wiring MDG is connected are arranged on the back surfaces of the piezoelectric elements 26 and 27. Further, an electrode 52 to which the wiring SSA1G is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric element 32 for detection, an electrode 53 to which the wiring SSB1G is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric element 33, and an electrode 53 to which the wiring SSB1G is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric element 34. The electrode 54 to which the wiring SSA2G is connected is arranged, the electrode 55 to which the wiring SSB2G is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric element 35, and the electrode 56 to which the common wiring MSG is connected is arranged on the back surface of the piezoelectric elements 36 and 37. And 57 are placed.

一般的に、圧電素子に分極時に掛けた電圧と同じ極性の電圧を掛けると、圧電素子に引っ張る力が発生する。例えば分極時にＧＮＤ基準で＋３０Ｖを掛けたとすると、ＧＮＤ基準で正極性の電圧を掛けることで、圧電素子の全体が縮む方向に変形する。これにより、圧電素子に引っ張る力が発生する。また、圧電素子に力を掛けると微弱な電圧が発生する。この電圧により電荷がチャージされて、圧電素子と電極との間に電流が流れる。圧電素子２２〜２７および圧電素子３２〜３７では、これらの特性を利用して駆動と検知とが行われる。 Generally, when a voltage having the same polarity as the voltage applied during polarization is applied to the piezoelectric element, a pulling force is generated on the piezoelectric element. For example, if + 30V is applied based on the GND standard at the time of polarization, the entire piezoelectric element is deformed in the direction of contraction by applying a positive voltage based on the GND reference. As a result, a pulling force is generated on the piezoelectric element. Further, when a force is applied to the piezoelectric element, a weak voltage is generated. An electric charge is charged by this voltage, and a current flows between the piezoelectric element and the electrode. The piezoelectric elements 22 to 27 and the piezoelectric elements 32 to 37 are driven and detected by utilizing these characteristics.

なお、図１から図４においては、圧電素子を一方の面のみに配置した場合を例示したが、配置配線や圧電素子の作成上の自由度を向上させるために両面に配置してもよい。また、これらの圧電素子や電極の形成はほぼ半導体プロセスに準じるものであるため、大量生産によりコストダウンを図ることが可能である。 Although the cases in which the piezoelectric elements are arranged on only one surface are illustrated in FIGS. 1 to 4, they may be arranged on both sides in order to improve the degree of freedom in the arrangement and wiring and the production of the piezoelectric elements. Further, since the formation of these piezoelectric elements and electrodes is almost the same as that of the semiconductor process, it is possible to reduce the cost by mass production.

図５は、圧電アクチュエータ１０のＸ軸方向の動作を説明する図であり、図６は、圧電アクチュエータ１０を横方向から見た図である。なお、Ｘ軸方向は少ない投入エネルギーでできるだけ大きな振幅を得るために共振で動作させるのが一般的であることから、図５および図６では共振周波数で圧電アクチュエータ１０を動作させている。図５に示すように、時刻ｔ１では電極ＭＤ−ＭＤＧ間の電圧がゼロとなっている。この時刻ｔ１での圧電アクチュエータ１０は、図６に示すように、ミラー１の中心の左側で圧電素子の変位がゼロである。時刻ｔ２では、圧電素子が中央に縮む方向に変形し、それによりミラー１の中心がやや左向きに傾く。時刻ｔ３では、圧電素子の縮みが最大となり、その結果、ミラー１の中心が左向きに最大に傾く。このようにして圧電アクチュエータ１０はＸ軸方向に動作する。 FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the piezoelectric actuator 10 in the X-axis direction, and FIG. 6 is a view of the piezoelectric actuator 10 viewed from the lateral direction. Since it is common to operate by resonance in the X-axis direction in order to obtain as large an amplitude as possible with a small input energy, the piezoelectric actuator 10 is operated at a resonance frequency in FIGS. 5 and 6. As shown in FIG. 5, the voltage between the electrodes MD and MDG is zero at time t1. As shown in FIG. 6, in the piezoelectric actuator 10 at this time t1, the displacement of the piezoelectric element is zero on the left side of the center of the mirror 1. At time t2, the piezoelectric element is deformed in the direction of contracting to the center, whereby the center of the mirror 1 is slightly tilted to the left. At time t3, the shrinkage of the piezoelectric element becomes maximum, and as a result, the center of the mirror 1 is tilted to the maximum to the left. In this way, the piezoelectric actuator 10 operates in the X-axis direction.

図７は、圧電アクチュエータ１０のＹ軸方向の動作を説明する図であり、図８は、圧電アクチュエータ１０を下方向から見た図である。なお、図７において、実線は電極ＳＤＡ−ＳＤＡＧ間の電圧波形を示し、破線は電極ＳＤＢ−ＳＤＢＧ間の電圧波形を示している。これらの波形は位相が１８０度反転した鋸波である。時刻ｔ０では、電極ＳＤＡ−ＳＤＡＧ間の電圧が最大となり、電極ＳＤＢ−ＳＤＢＧ間の電圧がゼロとなる。その際（時刻ｔ０）のミラー１は、図８に示すように、ミラー１を中心として右向きに最大に傾く。時刻ｔ１では、電極ＳＤＡ−ＳＤＡＧ間の電圧が最大電圧のおおよそ４分の１、電極ＳＤＢ−ＳＤＢＧ間の電圧が最大電圧のおおよそ４分の３となり、ミラー１の傾きが最大傾斜と水平とのおおよそ中間となる。時刻t２では、電極ＳＤＡ−ＳＤＡＧ間および電極ＳＤＢ−ＳＤＢＧ間とも、電圧が最大電圧のおおよそ中間の電圧となり、ミラー１の傾きがおおよそ水平となる。時刻ｔ３では、電極ＳＤＡ−ＳＤＡＧ間の電圧が最大電圧のおおよそ４分の３、電極ＳＤＢ−ＳＤＢＧ間の電圧が最大電圧のおおよそ４分の１となり、ミラー１の傾きが時刻ｔ０における最大傾斜の逆向きの最大傾斜と水平とのおおよそ中間の傾きとなる。時刻ｔ４では、電極ＳＤＡ−ＳＤＡＧ間の電圧がゼロ、電極ＳＤＢ−ＳＤＢＧ間の電圧が最大電圧となり、ミラー１の傾きが時刻ｔ０における最大傾斜の逆向きの最大傾斜となる。時刻ｔ５では、電極ＳＤＡ−ＳＤＡＧ間の電圧が最大、電極ＳＤＢ−ＳＤＢＧ間の電圧がゼロとなり、ミラー１が時刻ｔ０と同様に右向きに最大に傾く。 FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the piezoelectric actuator 10 in the Y-axis direction, and FIG. 8 is a view of the piezoelectric actuator 10 viewed from below. In FIG. 7, the solid line shows the voltage waveform between the electrodes SDA and SDAG, and the broken line shows the voltage waveform between the electrodes SDB and SDBG. These waveforms are sawtooth waves whose phase is inverted by 180 degrees. At time t0, the voltage between the electrodes SDA and SDAG becomes maximum, and the voltage between the electrodes SDB and SDBG becomes zero. At that time (time t0), as shown in FIG. 8, the mirror 1 is tilted to the maximum to the right with respect to the mirror 1. At time t1, the voltage between the electrodes SDA and SDAG is about one-fourth of the maximum voltage, the voltage between the electrodes SDB and SDBG is about three-quarters of the maximum voltage, and the inclination of the mirror 1 is about the maximum inclination and the horizontal. It will be roughly in the middle. At time t2, the voltage between the electrodes SDA and SDAG and between the electrodes SDB and SDBG is approximately intermediate to the maximum voltage, and the inclination of the mirror 1 is approximately horizontal. At time t3, the voltage between the electrodes SDA and SDAG is about three-quarters of the maximum voltage, the voltage between the electrodes SDB and SDBG is about one-fourth of the maximum voltage, and the inclination of the mirror 1 is the maximum inclination at time t0. The maximum inclination in the opposite direction is approximately halfway between the horizontal and horizontal. At time t4, the voltage between the electrodes SDA and SDAG is zero, the voltage between the electrodes SDB and SDBG is the maximum voltage, and the inclination of the mirror 1 is the maximum inclination opposite to the maximum inclination at time t0. At time t5, the voltage between the electrodes SDA and SDAG becomes maximum, the voltage between electrodes SDB and SDBG becomes zero, and the mirror 1 tilts to the maximum to the right as at time t0.

図９〜図１２も圧電アクチュエータ１０のＹ軸方向の動作を説明する図であり、図８の動作を立体的に見た場合の図である。図９は、図８における時刻ｔ０およびｔ５の状態を示す図であり、電極ＳＤＡ、即ちＡｃｈに属する圧電素子２２および２４が最大に縮んでいる場合を示している。図１１は、図８における時刻ｔ４の状態を示す図であり、電極ＳＤＢ、即ちＢｃｈに属する圧電素子２３および２５が最大に縮んでいる場合を示している。図１０および図１２は、それぞれ図９および図１１に詳細な説明を加えた図である。図９〜図１２に示すように、ミラー１に光が入射されると、反射光がＹ軸方向（水平方向）にスキャンされるのが分かる。なお、光スキャナ等のシステムにこのような圧電アクチュエータを適用させる場合、Ｙ軸方向に直線的にスキャンさせる、即ちラスタスキャン動作とするのが一般的である。図９〜図１２はラスタスキャンで動作させている状況を説明している。この動作において印加される電圧の周波数は数十Ｈｚ程度である。一般的な画像或いは映像を扱う場合、６０〜７０Ｈｚで動作させることが多い。 9 to 12 are also views for explaining the operation of the piezoelectric actuator 10 in the Y-axis direction, and are views when the operation of FIG. 8 is viewed three-dimensionally. FIG. 9 is a diagram showing the states at times t0 and t5 in FIG. 8, and shows a case where the electrodes SDA, that is, the piezoelectric elements 22 and 24 belonging to Ach are maximally contracted. FIG. 11 is a diagram showing a state at time t4 in FIG. 8, and shows a case where the electrodes SDB, that is, the piezoelectric elements 23 and 25 belonging to Bch are maximally contracted. 10 and 12 are views in which detailed description is added to FIGS. 9 and 11, respectively. As shown in FIGS. 9 to 12, when light is incident on the mirror 1, it can be seen that the reflected light is scanned in the Y-axis direction (horizontal direction). When such a piezoelectric actuator is applied to a system such as an optical scanner, it is generally scanned linearly in the Y-axis direction, that is, a raster scan operation is performed. FIGS. 9 to 12 describe a situation in which a raster scan is operated. The frequency of the voltage applied in this operation is about several tens of Hz. When handling a general image or video, it is often operated at 60 to 70 Hz.

上述した動作では、Ｘ軸が共振現象を利用してできるだけ少ないエネルギーで動作させるのに対し、Ｙ軸は非共振で動作させる。そのため、Ｙ軸方向における圧電素子の変位量が小さい。そこで、圧電アクチュエータ１０に折り返し構造部１２〜１５ならびにＸ軸フレーム１６および１７を設け、複数の圧電素子２２〜２７を並列に動作させることで、Ｙ軸方向の変位量を稼ぐようにしている。 In the above-mentioned operation, the X-axis operates with as little energy as possible by utilizing the resonance phenomenon, whereas the Y-axis operates in a non-resonant manner. Therefore, the amount of displacement of the piezoelectric element in the Y-axis direction is small. Therefore, the piezoelectric actuator 10 is provided with the folded structure portions 12 to 15 and the X-axis frames 16 and 17, and a plurality of piezoelectric elements 22 to 27 are operated in parallel to obtain a displacement amount in the Y-axis direction.

図１３は、上述したような圧電アクチュエータ１０を用いて２次元画像を描画する動作を示す図である。図１３に示すように、２次元の画像の描画では、時刻ｔ０に走査領域の左上隅から始まり、時刻t１０で走査領域の右下隅に到達することで、１画面の走査が終了する。 FIG. 13 is a diagram showing an operation of drawing a two-dimensional image using the piezoelectric actuator 10 as described above. As shown in FIG. 13, in drawing a two-dimensional image, scanning of one screen is completed by starting from the upper left corner of the scanning area at time t0 and reaching the lower right corner of the scanning area at time t10.

なお、上述ではいわゆる片持ち梁と呼ばれる構造の圧電アクチュエータ１０を例示したが、この構造に限定されるものではない。すなわち、以下の実施形態には、種々の構造による圧電アクチュエータを適用することが可能である。 In the above description, the piezoelectric actuator 10 having a structure called a so-called cantilever beam has been illustrated, but the structure is not limited to this. That is, it is possible to apply piezoelectric actuators having various structures to the following embodiments.

図１４は、比較例としてのアクチュエータ駆動装置の概略構成例を示す図である。図１４に示すように、アクチュエータ駆動装置９００は、波形生成部９１０と、アンプ９２１および９２３と、アクチュエータ９３０とを備える。波形生成部９１０からは、主走査用駆動電圧Ｍがアンプ９２１に出力され、副走査用駆動電圧Ｓがアンプ９２３に出力される。各々のアンプ９２１および９２３の電源には、０Ｖから必要な最大出力電圧までが得られるように、負電源Ｖｅｅと、必要な最大出力電圧より高い電圧である正電源Ｖｃｃとが用いられている。アクチュエータ９３０の駆動部には、アンプ９２１の出力Ｍ−ＡＭＰ（主走査）と、アンプ９２３の出力Ｓ−ＡＭＰ（副走査）とが接続される。アクチュエータ９３０の共通電極Ｍ−ＣＯＭおよびＳ−ＣＯＭは、ＧＮＤに接続されている。 FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration example of an actuator drive device as a comparative example. As shown in FIG. 14, the actuator drive device 900 includes a waveform generation unit 910, amplifiers 921 and 923, and an actuator 930. From the waveform generation unit 910, the main scanning drive voltage M is output to the amplifier 921, and the sub-scanning drive voltage S is output to the amplifier 923. For the power supplies of the respective amplifiers 921 and 923, a negative power supply Vee and a positive power supply Vcc, which is a voltage higher than the required maximum output voltage, are used so that 0 V to the required maximum output voltage can be obtained. The output M-AMP (main scan) of the amplifier 921 and the output S-AMP (secondary scan) of the amplifier 923 are connected to the drive unit of the actuator 930. The common electrodes M-COM and S-COM of the actuator 930 are connected to the GND.

つづいて、実施形態１にかかるアクチュエータの駆動システムおよび駆動制御方法について、図面を用いて詳細に説明する。図１５は、実施形態１にかかる駆動システムの概略構成例を示すブロック図である。図１５に示すように、駆動システム１００は、波形生成部１１０と、主走査駆動用アンプ１２１と、主走査共通電極駆動用アンプ（主走査バイアスアンプともいう）１２２と、副走査駆動用アンプ１２３と、副走査共通電極駆動用アンプ（副走査バイアスアンプともいう）１２４と、アクチュエータ１３０とを備える。アクチュエータ１３０は、たとえば圧電素子をその駆動部として有している。波形生成部１１０には電源Ｖｌ（低電圧源）が供給され、各アンプ１２１〜１２４には第１の電源電圧Ｖｈ（高電圧源）が供給される。実施形態１では、図１４に示した比較例とは異なり、全てのアンプ１２１〜１２４の低電圧源がＧＮＤに接続されている。 Subsequently, the actuator drive system and the drive control method according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 15 is a block diagram showing a schematic configuration example of the drive system according to the first embodiment. As shown in FIG. 15, the drive system 100 includes a waveform generation unit 110, a main scan drive amplifier 121, a main scan common electrode drive amplifier (also referred to as a main scan bias amplifier) 122, and a sub scan drive amplifier 123. , A sub-scan common electrode driving amplifier (also referred to as a sub-scan bias amplifier) 124, and an actuator 130 are provided. The actuator 130 has, for example, a piezoelectric element as a driving unit thereof. A power supply Vl (low voltage source) is supplied to the waveform generation unit 110, and a first power supply voltage Vh (high voltage source) is supplied to the amplifiers 121 to 124. In the first embodiment, unlike the comparative example shown in FIG. 14, the low voltage sources of all the amplifiers 121 to 124 are connected to the GND.

このような構成を備えた駆動システム１００は、負電源を必要とせずに片電源での駆動が可能である。それにより、コストの増加を抑制することが可能となる。なお、実施形態１では、共通電極部と駆動電圧との最小電圧を、主走査（第１の方向）で同電位とし、副走査（第２の方向）で負電位とする。以下に、その詳細について図面を用いて説明する。 The drive system 100 having such a configuration can be driven by a single power source without requiring a negative power source. As a result, it becomes possible to suppress an increase in cost. In the first embodiment, the minimum voltage of the common electrode portion and the drive voltage is set to the same potential in the main scan (first direction) and a negative potential in the sub scan (second direction). The details will be described below with reference to the drawings.

図１６は、駆動システム１００における主走査および共通電極の駆動回路を示す回路図である。図１６に示すように、主走査駆動回路１００Ｍは、デジタルアナログコンバータ（以下、ＤＡＣという）１１１と、シャントレギュレータ１１２と、アンプ１４１と、バッファ１４２とを備える。シャントレギュレータ１１２は、高精度で基準電圧Ｖｒｅｆを発生させ、ＤＡＣ１１１に入力する。ＤＡＣ１１１の電源電圧はＶｌ（Ｖ）である。基準電圧Ｖｒｅｆは抵抗Ｒ１およびＲ２で分圧され、電圧Ｖｍｏ（Ｖ）が生成される。この電圧Ｖｍｏは、バッファ１４２でバッファリングされて出力ＭＯＦＳとして出力されるが、その際、電圧Ｖｍｏに駆動側のアンプ１４１のゲインＧｍを乗じた電圧Ｖｍｏ×Ｇｍに等しい電圧となるように設定される。 FIG. 16 is a circuit diagram showing a drive circuit of a main scan and a common electrode in the drive system 100. As shown in FIG. 16, the main scanning drive circuit 100M includes a digital-to-analog converter (hereinafter referred to as DAC) 111, a shunt regulator 112, an amplifier 141, and a buffer 142. The shunt regulator 112 generates a reference voltage Vref with high accuracy and inputs it to the DAC 111. The power supply voltage of the DAC 111 is Vl (V). The reference voltage Vref is divided by the resistors R1 and R2 to generate a voltage Vmo (V). This voltage Vmo is buffered by the buffer 142 and output as an output MOFS. At that time, the voltage Vmo is set to be equal to the voltage Vmo × Gm obtained by multiplying the voltage Vmo by the gain Gm of the amplifier 141 on the drive side. To.

アンプ１４１の出力ＭＤは、図１５の出力Ｍ−ＡＭＰに対応し、バッファ１４２の出力ＭＯＦＳは、図１５の出力Ｍ−ＣＯＭに対応している。 The output MD of the amplifier 141 corresponds to the output M-AMP of FIG. 15, and the output MOFS of the buffer 142 corresponds to the output M-COM of FIG.

ここでＤＡＣ１１１は、一般的にＧＮＤレベルから基準電圧Ｖｒｅｆまで出力することが可能であるが、前述したように負電源を使わない場合、アンプ１４１の出力としてＧＮＤレベルから基準電圧Ｖｒｅｆまでを出力することはできない。ただし、単電源（片電源）で使う場合には、ＧＮＤよりある程度高い電圧から出力可能である。そこで実施形態１では、図１７に示すように、ＤＡＣ１１１の出力範囲をＧＮＤよりある程度高い電圧Ｖｏｆｓから基準電圧Ｖｒｅｆとする。その場合、駆動用のアンプ１４１のゲインをＧｍｄとすると、図１８に示すように、アンプ１４１の出力が電圧Ｖｏｆｓ×Ｇｍｄから電圧Ｖｒｅｆ×Ｇｍｄまでとなり、最低電圧が共通電極部の電圧Ｖｍｏ×Ｇｍと等しくなる。これにより、負電源が無い場合でも、主走査について従来と同様の駆動が可能となる。 Here, the DAC 111 can generally output from the GND level to the reference voltage Vref, but as described above, when a negative power supply is not used, the DAC 111 outputs from the GND level to the reference voltage Vref as the output of the amplifier 141. It is not possible. However, when used with a single power supply (single power supply), it is possible to output from a voltage that is somewhat higher than GND. Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 17, the output range of the DAC 111 is changed from the voltage Vofs, which is somewhat higher than the GND, to the reference voltage Vref. In that case, assuming that the gain of the driving amplifier 141 is Gmd, as shown in FIG. 18, the output of the amplifier 141 is from the voltage Vofs × Gmd to the voltage Vref × Gmd, and the minimum voltage is the voltage Vmo × Gm of the common electrode portion. Is equal to. As a result, even when there is no negative power supply, the main scanning can be driven in the same manner as in the conventional case.

図１９は、駆動システム１００における副走査および共通電極の駆動回路を示す回路図である。図１９に示すように、副走査駆動回路１００Ｓは、ＤＡＣ１１３および１１４と、シャントレギュレータ１１５と、アンプ１４３〜１４５とを備える。シャントレギュレータ１１５は、高精度で基準電圧Ｖｒｅｆを発生させ、ＤＡＣ１１３および１１４にそれぞれ入力する。このシャントレギュレータ１１５は、主走査駆動回路１００Ｍで用いているシャントレギュレータ１１２と共通とすることが可能である。ＤＡＣ１１３および１１４の電源電圧はＶｌ（Ｖ）である。上述したように、副走査は極性の異なる２系統の駆動が必要である。そこで、図１９に示す副走査駆動回路１００Ｓでは、片方の駆動を出力ＳｕｂＤｒｉｖｅＡ（以下、ＳＤＡと記す）とし、もう一方の駆動を出力ＳｕｂＤｒｉｖｅＢ（以下、ＳＤＢと記す）としている。基準電圧Ｖｒｅｆは抵抗Ｒ３およびＲ４で分圧され、電圧Ｖｓｏ（Ｖ）が生成される。この電圧Ｖｓｏは、抵抗Ｒ３およびＲ４の接続点に接続されたアンプ１４５のゲインＧｓｏで増加されて、出力ＳＯＦＳとして出力される。なお、この出力ＳＯＦＳを主走査駆動回路１１０Ｍの出力ＭＯＦＳと等しい電圧にした場合、抵抗Ｒ３およびＲ４とアンプ１４５とを省略することが可能である。 FIG. 19 is a circuit diagram showing a sub-scanning and a common electrode drive circuit in the drive system 100. As shown in FIG. 19, the sub-scanning drive circuit 100S includes DACs 113 and 114, a shunt regulator 115, and amplifiers 143 to 145. The shunt regulator 115 generates a reference voltage Vref with high accuracy and inputs it to the DACs 113 and 114, respectively. The shunt regulator 115 can be shared with the shunt regulator 112 used in the main scanning drive circuit 100M. The power supply voltage of the DACs 113 and 114 is Vl (V). As described above, the sub-scan requires the drive of two systems having different polarities. Therefore, in the sub-scanning drive circuit 100S shown in FIG. 19, one drive is referred to as an output SubDrive A (hereinafter referred to as SDA), and the other drive is referred to as an output SubDrive B (hereinafter referred to as SDB). The reference voltage Vref is divided by the resistors R3 and R4 to generate a voltage Vso (V). This voltage Vso is increased by the gain Gso of the amplifier 145 connected to the connection points of the resistors R3 and R4, and is output as an output SOFS. When the output SOFS has a voltage equal to the output MOFS of the main scanning drive circuit 110M, the resistors R3 and R4 and the amplifier 145 can be omitted.

副走査駆動回路１００Ｓにおいても、ＤＡＣ１１３および１１４は、一般的にＧＮＤレベルから基準電圧Ｖｒｅｆ（Ｖ）まで出力することが可能であるが、前述したようにアンプ１４３および１４４の出力としてＧＮＤレベルから基準電圧Ｖｒｅｆまでを出力することはできない。ただし、単電源（片電源）で使う場合には、ＧＮＤよりある程度高い電圧から出力可能であるので、主走査駆動回路１００Ｍと同様に、ＤＡＣ１１３および１１４の出力範囲を電圧Ｖｃｏｍから基準電圧Ｖｒｅｆとする（ＤＡＣ１１３は図２０参照、ＤＡＣ１１４は図２１参照）。その際、駆動用のアンプ１４３〜１４５のゲインをＧｓｄとすると、図２２に示すように、アンプ１４３の出力は電圧Ｖｃｏｍ×Ｇｓｄから電圧Ｖｒｅｆ×Ｇｓｄまでとなり、また、図２３に示すように、アンプ１４４の出力も電圧Ｖｃｏｍ×Ｇｓｄから電圧Ｖｒｅｆ×Ｇｓｄまでとなる。一方、共通電極駆動用のアンプ１４５の出力Ｖｓｏは、前述した通り抵抗Ｒ３およびＲ４とアンプ１４５のゲインＧｓｏとで調整して、図２４に示すような出力ＳＯＦＳとすることができる。これにより、負電源が無い場合でも、副走査について相対的に負電圧を印加した状態で駆動をすることができる。 In the sub-scanning drive circuit 100S, the DACs 113 and 114 can generally output from the GND level to the reference voltage Vref (V), but as described above, the DACs 143 and 144 are output from the GND level to the reference voltage. It is not possible to output up to the voltage Vref. However, when used with a single power supply (single power supply), it is possible to output from a voltage higher than GND to some extent, so the output range of DAC 113 and 114 is set to the reference voltage Vref from the voltage Vcom, as in the main scanning drive circuit 100M. (See FIG. 20 for DAC 113 and FIG. 21 for DAC 114). At that time, assuming that the gains of the driving amplifiers 143 to 145 are Gsd, the output of the amplifier 143 is from the voltage Vcom × Gsd to the voltage Vref × Gsd as shown in FIG. 22, and as shown in FIG. The output of the amplifier 144 also has a voltage Vcom × Gsd to a voltage Vref × Gsd. On the other hand, the output Vso of the amplifier 145 for driving the common electrode can be adjusted by the resistors R3 and R4 and the gain Gso of the amplifier 145 as described above to obtain the output SOFS as shown in FIG. 24. As a result, even when there is no negative power supply, the sub-scan can be driven with a relatively negative voltage applied.

以上のように、実施形態１によれば、負電源を使用せずに相対的に共通電極部に負電圧を掛けることが可能となる。その結果、コストを大幅に増加させることなく片電源での駆動を可能とすることができる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to relatively apply a negative voltage to the common electrode portion without using a negative power supply. As a result, it is possible to drive with a single power source without significantly increasing the cost.

つぎに、実施形態２にかかるアクチュエータの駆動システムおよび駆動制御方法について、図面を用いて詳細に説明する。実施形態２では、実施形態１で例示した主走査駆動回路１００Ｍ（図１６参照）の別形態を例示する。図２５は、実施形態２にかかる主走査駆動回路２００Ｍの概略構成例を示す回路図である。図２５に示すように、主走査駆動回路２００Ｍは、図１６に示す主走査駆動回路１００Ｍと同様の構成において、抵抗Ｒ１およびＲ２がＤＡＣ２１１に置き換えられた構成を備える。このような構成を備えることで、実施形態２では、図２６に示すように、主走査側の共通電極の電圧を可変することができるため、相対的に負電圧で駆動することが可能となる。これにより、アクチュエータ１３０の特性変化を適切に補正することが可能となる。 Next, the actuator drive system and the drive control method according to the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the second embodiment, another embodiment of the main scanning drive circuit 100M (see FIG. 16) illustrated in the first embodiment is illustrated. FIG. 25 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the main scanning drive circuit 200M according to the second embodiment. As shown in FIG. 25, the main scanning drive circuit 200M has a configuration in which resistors R1 and R2 are replaced with DAC211 in the same configuration as the main scanning drive circuit 100M shown in FIG. By providing such a configuration, in the second embodiment, as shown in FIG. 26, the voltage of the common electrode on the main scanning side can be changed, so that it can be driven with a relatively negative voltage. .. This makes it possible to appropriately correct the characteristic change of the actuator 130.

以上のように、実施形態２によれば、実施形態１にかかる駆動システム１００において、主走査のバイアス電圧を適切に制御することが可能となる。その他の構成、動作および効果は、実施形態１と同様のため、ここでは詳細な説明を省略する。 As described above, according to the second embodiment, in the drive system 100 according to the first embodiment, it is possible to appropriately control the bias voltage of the main scan. Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted here.

つぎに、実施形態３にかかるアクチュエータの駆動システムおよび駆動制御方法について、図面を用いて詳細に説明する。実施形態３では、実施形態１で例示した副走査駆動回路１００Ｓ（図１９参照）の別形態を例示する。図２７は、実施形態３にかかる副走査駆動回路３００Ｓの概略構成例を示す回路図である。図２７に示すように、副走査駆動回路３００Ｓは、図１９に示す副走査駆動回路１００Ｓと同様の構成において、抵抗Ｒ３およびＲ４がＤＡＣ３１５に置き換えられた構成を備える。ＤＡＣ３１５の出力は、図２８に示すように、電圧Ｖｃｏｍから基準電圧Ｖｒｅｆまでの任意の電圧とすることができる。このような構成を備えることで、実施形態３では、図２９に示すように、副走査側の共通電極の電圧を可変することができるため、相対的に負電圧で駆動することが可能となる。これにより、アクチュエータ１３０の特性変化を適切に補正することが可能となる。 Next, the actuator drive system and the drive control method according to the third embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the third embodiment, another embodiment of the sub-scanning drive circuit 100S (see FIG. 19) illustrated in the first embodiment is illustrated. FIG. 27 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the sub-scanning drive circuit 300S according to the third embodiment. As shown in FIG. 27, the sub-scanning drive circuit 300S has a configuration in which the resistors R3 and R4 are replaced with DAC315 in the same configuration as the sub-scanning drive circuit 100S shown in FIG. The output of the DAC 315 can be any voltage from the voltage Vcom to the reference voltage Vref, as shown in FIG. By providing such a configuration, in the third embodiment, as shown in FIG. 29, the voltage of the common electrode on the sub-scanning side can be changed, so that it can be driven with a relatively negative voltage. .. This makes it possible to appropriately correct the characteristic change of the actuator 130.

以上のように、実施形態３によれば、実施形態１にかかる駆動システム１００において、副走査のバイアス電圧を適切に制御することが可能となる。その他の構成、動作および効果は、実施形態１と同様のため、ここでは詳細な説明を省略する。 As described above, according to the third embodiment, in the drive system 100 according to the first embodiment, it is possible to appropriately control the bias voltage of the sub-scanning. Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted here.

つぎに、実施形態４にかかるアクチュエータの駆動システムおよび駆動制御方法について説明する。上述の実施形態３では、実施形態１をベースとして副走査側の共通電極の電圧を可変としたが、これに限られるものではない。そこで実施形態４では、実施形態２をベースとして主走査側および副走査側の両方の共通電極の電圧を可変とする。 Next, the actuator drive system and the drive control method according to the fourth embodiment will be described. In the above-described third embodiment, the voltage of the common electrode on the sub-scanning side is variable based on the first embodiment, but the present invention is not limited to this. Therefore, in the fourth embodiment, the voltages of the common electrodes on both the main scanning side and the sub scanning side are made variable based on the second embodiment.

実施形態４にかかる駆動システムは、たとえば実施形態１で例示した駆動システム１００に、実施形態２で例示した主走査駆動回路２００Ｍと、実施形態３で例示した副走査駆動回路３００Ｓとを組み込むことで実現することができる。このような構成を備えることで、アクチュエータ１３０の特性変化をさらに適切に補正することが可能となる。 The drive system according to the fourth embodiment incorporates, for example, the main scanning drive circuit 200M exemplified in the second embodiment and the sub-scanning drive circuit 300S exemplified in the third embodiment in the drive system 100 exemplified in the first embodiment. It can be realized. By providing such a configuration, it is possible to more appropriately correct the characteristic change of the actuator 130.

つぎに、実施形態５にかかるアクチュエータの駆動システムおよび駆動制御方法について、図面を用いて詳細に説明する。図３０は、実施形態５にかかる駆動システム５００の概略構成例を示す回路図である。図３０に示すように、駆動システム５００は、図１５に示す駆動システム１００と同様の構成において、主走査駆動用アンプ１２１および主走査共通電極駆動用アンプ１２２に、副走査駆動用アンプ１２３および副走査共通電極駆動用アンプ１２４の電源電圧Ｖｈとは異なる、専用の第２の電源電圧Ｖｈｍを供給するように構成されている。 Next, the actuator drive system and the drive control method according to the fifth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 30 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the drive system 500 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 30, in the same configuration as the drive system 100 shown in FIG. 15, the drive system 500 includes the main scan drive amplifier 121 and the main scan common electrode drive amplifier 122, and the sub scan drive amplifier 123 and the sub It is configured to supply a dedicated second power supply voltage Vhm, which is different from the power supply voltage Vh of the scanning common electrode driving amplifier 124.

前述のように、主走査は共振で動作し、副走査は非共振で駆動するように構成されている。このため、副走査の駆動電圧は比較的高く、例えば５０Ｖ程度必要になる。一方、主走査の駆動電圧は、例えば２０Ｖから３０Ｖ程度である。そこで、主走査用に専用の電源電圧Ｖｈｍを設けることで、主走査に一般的な部品を用いることができるため、コストダウンを図ることが可能となる。 As described above, the main scan is configured to operate in resonance and the sub scan to be driven in a non-resonant manner. Therefore, the drive voltage for the sub-scan is relatively high, and requires, for example, about 50 V. On the other hand, the drive voltage of the main scan is, for example, about 20V to 30V. Therefore, by providing a dedicated power supply voltage Vhm for the main scan, general parts can be used for the main scan, so that the cost can be reduced.

図３１は、実施形態５にかかる主走査駆動回路５００Ｍの概略構成例を示す回路図である。図３１に示すように、主走査駆動回路５００Ｍは、図２５に示す主走査駆動回路２００Ｍと同様の構成において、低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ５０１をさらに備えた構成を備える。ＬＤＯレギュレータ５０１は、電源電圧Ｖｈ（高電圧源）を必要な電源電圧Ｖｈｍまで下げてアンプ１４１およびバッファ１４２に供給する。たとえばＬＤＯレギュレータ５０１は、５０Ｖの電源電圧Ｖｈを２０Ｖから３０Ｖ程度の電源電圧Ｖｈｍに低下させ、この電源電圧Ｖｈｍをアンプ１４１およびバッファ１４２に供給する。その他の構成、動作および効果は、実施形態１と同様のため、ここでは詳細な説明を省略する。 FIG. 31 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the main scanning drive circuit 500M according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 31, the main scan drive circuit 500M has the same configuration as the main scan drive circuit 200M shown in FIG. 25, but further includes a low dropout (LDO) regulator 501. The LDO regulator 501 lowers the power supply voltage Vh (high voltage source) to the required power supply voltage Vhm and supplies it to the amplifier 141 and the buffer 142. For example, the LDO regulator 501 reduces the power supply voltage Vh of 50V from 20V to a power supply voltage Vhm of about 30V, and supplies this power supply voltage Vhm to the amplifier 141 and the buffer 142. Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted here.

つぎに、実施形態６について説明する。上述の実施形態で例示した駆動システムおよび駆動制御方法は、映像機器に採用することもできる。それにより、制御性に優れた高性能な映像機器を得ることができる。 Next, the sixth embodiment will be described. The drive system and drive control method exemplified in the above-described embodiment can also be adopted for video equipment. As a result, a high-performance video device with excellent controllability can be obtained.

つぎに、実施形態７について説明する。上述の実施形態１〜５で例示した駆動システムは、光偏偏向器として作用することができる。そのため、これらの駆動システムは、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイなどの画像投影装置や画像投影装置を搭載した移動体装置などに搭載することが可能である。以下に、上述の実施形態１〜５で例示した駆動システムを搭載した画像投影装置を、実施形態７として図面を用いて詳細に説明する。 Next, the seventh embodiment will be described. The drive system exemplified in the above-described first to fifth embodiments can act as a light bias deflector. Therefore, these drive systems can be mounted on an image projection device such as a projector, a head-mounted display, or a head-up display, or a mobile device equipped with the image projection device. Hereinafter, the image projection device equipped with the drive system illustrated in the above-described first to fifth embodiments will be described in detail as the seventh embodiment with reference to the drawings.

図３２は、実施形態７にかかる画像投影装置の概略構成例を示す模式図である。図３２に示すように、画像投影装置１０００は、赤色レーザ光源１００１と、緑色レーザ光源１００２と、青色レーザ光源１００３と、コリメートレンズ１００４と、光路合成手段１００５と、２次元光偏向器１００９と、ＬＤ駆動部１０１１と、光偏向器駆動部１０１２と、制御部１０１３と、記憶部１０１４とを備える。上述した実施形態１〜５にかかる駆動システムは、光偏向器駆動部１０１２に組み込まれる。 FIG. 32 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the image projection device according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 32, the image projection device 1000 includes a red laser light source 1001, a green laser light source 1002, a blue laser light source 1003, a collimating lens 1004, an optical path synthesis means 1005, a two-dimensional light deflector 1009, and the like. It includes an LD drive unit 1011, an optical deflector drive unit 1012, a control unit 1013, and a storage unit 1014. The drive system according to the above-described first to fifth embodiments is incorporated in the optical deflector drive unit 1012.

コリメートレンズ１００４および光路合成手段１００５は、レーザ光源１００１〜１００３から出力されたレーザ光を２次元光偏向器１００９の反射ミラー１１００（図３３参照）へ入射させる光学系を構成する。赤色レーザ光源１００１、緑色レーザ光源１００２および青色レーザ光源１００３のそれぞれから発せられた光は、コリメートレンズ１００４によってそれぞれ平行光になって出射される。図３２に示す例では、赤色レーザ光源１００１として波長６４２ｎｍ、緑色レーザ光源１００２として波長５２０ｎｍ、青色レーザ光源１００３として波長４５０ｎｍの光源をそれぞれ用いた。 The collimating lens 1004 and the optical path synthesizing means 1005 constitute an optical system in which the laser light output from the laser light sources 1001 to 1003 is incident on the reflection mirror 1100 (see FIG. 33) of the two-dimensional light deflector 1009. The light emitted from each of the red laser light source 1001, the green laser light source 1002, and the blue laser light source 1003 is emitted as parallel light by the collimating lens 1004. In the example shown in FIG. 32, a light source having a wavelength of 642 nm was used as the red laser light source 1001, a light source having a wavelength of 520 nm was used as the green laser light source 1002, and a light source having a wavelength of 450 nm was used as the blue laser light source 1003.

コリメートレンズ１００４でコリメートされたレーザ光は、光路合成手段１００５に入射される。光路合成手段１００５は、３本の光路を１つの光路に合成するものであり、ダイクロイックミラーなどの光路合成プリズムで構成されている。この光路合成手段１００５は、光源の数に対応した数の反射面を有してよい。したがって、図３２に示す例では、光路合成手段１００５は、３つの反射面１００６、１００７および１００８を有する。 The laser beam collimated by the collimating lens 1004 is incident on the optical path synthesizing means 1005. The optical path synthesizing means 1005 synthesizes three optical paths into one optical path, and is composed of an optical path synthesizing prism such as a dichroic mirror. The optical path synthesizing means 1005 may have a number of reflecting surfaces corresponding to the number of light sources. Therefore, in the example shown in FIG. 32, the optical path synthesizing means 1005 has three reflecting surfaces 1006, 1007 and 1008.

反射面１００６には、赤色の波長のレーザ光を反射し、緑色、青色の波長のレーザ光を透過するダイクロイック膜が形成されている。反射面１００７には、緑色の波長のレーザ光を反射し、青色の波長のレーザ光を透過するダイクロイック膜が形成されている。反射１００８は、青色の波長のレーザ光を反射する。このような反射面１００６〜１００８を備えることで、光路合成手段１００５は３つの光路を１つの光路に合成する。 A dichroic film that reflects a laser beam having a red wavelength and transmits a laser beam having a green and blue wavelength is formed on the reflecting surface 1006. A dichroic film that reflects a laser beam having a green wavelength and transmits a laser beam having a blue wavelength is formed on the reflecting surface 1007. The reflection 1008 reflects a laser beam having a blue wavelength. By providing such reflecting surfaces 1006 to 1008, the optical path synthesizing means 1005 synthesizes three optical paths into one optical path.

合成されたレーザ光は、２次元光偏向器１００９によってスクリーン１０１０を２次元に走査するように偏向される。スクリーン１０１０への画像の形成は、２次元光偏向器１００９によるレーザ光の２次元光走査と、各レーザ光源１００１〜１００３の強度変調とによって行なわれる。このとき、各レーザ光源１００１〜１００３の強度変調信号は、ＬＤ駆動部１０１１から送られる。２次元光偏向器１００９への動作信号は、光偏向器駆動部１０１２より送られる。画像を形成するためのＬＤ駆動部１０１１および２次元光偏向器１００９の制御は、制御部１０１３で行われる。記憶部１０１４には、２次元光偏向器１００９を駆動するための初期データが格納されている。 The combined laser light is deflected by the two-dimensional light deflector 1009 so as to scan the screen 1010 in two dimensions. The formation of an image on the screen 1010 is performed by two-dimensional optical scanning of laser light by a two-dimensional optical deflector 1009 and intensity modulation of each laser light source 1001 to 1003. At this time, the intensity modulation signals of the laser light sources 1001 to 1003 are sent from the LD drive unit 1011. The operation signal to the two-dimensional optical deflector 1009 is sent from the optical deflector drive unit 1012. The control unit 1013 controls the LD drive unit 1011 and the two-dimensional optical deflector 1009 for forming an image. Initial data for driving the two-dimensional optical deflector 1009 is stored in the storage unit 1014.

つづいて、実施形態７における２次元光偏向器１００９のより具体的な構成例を、以下に図面を用いて詳細に説明する。図３３は、実施形態７にかかる２次元光偏向器の概略構成例を示す模式図である。 Subsequently, a more specific configuration example of the two-dimensional optical deflector 1009 according to the seventh embodiment will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 33 is a schematic view showing a schematic configuration example of the two-dimensional optical deflector according to the seventh embodiment.

図３３に示すように、２次元光偏向器１００９は、レーザ光を反射させる反射ミラー１１００を中心部に備える。反射ミラー１１００は、一対のトーションバー１１０１で支持されている。トーションバー１１０１の端部は、それぞれ圧電カンチレバー１１０２の一端に支持されている。圧電カンチレバー１１０２の他端は、それぞれ可動枠１１０３に支持されている。可動枠１１０３は、複数の折り返し部を有して蛇行して形成された一対の梁部（蛇行状梁部）１１０４で支持されている。蛇行状梁部１１０４は、素子枠部材１１０５に支持されている。蛇行した各梁部には、独立の圧電部材１１０６ａおよび１１０６ｂが設けられている。 As shown in FIG. 33, the two-dimensional light deflector 1009 includes a reflection mirror 1100 that reflects laser light at a central portion. The reflection mirror 1100 is supported by a pair of torsion bars 1101. Each end of the torsion bar 1101 is supported by one end of the piezoelectric cantilever 1102. The other ends of the piezoelectric cantilever 1102 are supported by the movable frame 1103, respectively. The movable frame 1103 is supported by a pair of beam portions (meandering beam portions) 1104 formed by meandering with a plurality of folded portions. The meandering beam portion 1104 is supported by the element frame member 1105. Independent piezoelectric members 1106a and 1106b are provided on each meandering beam portion.

図３３に示す構成では、圧電カンチレバー１１０２を駆動することで、反射ミラー１１００を支持するトーションバー１１０１にねじれが発生し、それにより、反射ミラー１１００がＹ軸周りに回転振動する。ここでは、圧電カンチレバー１１０２に対して正弦波による駆動を行い、反射ミラー１１００の回転に機械的共振を利用する。 In the configuration shown in FIG. 33, by driving the piezoelectric cantilever 1102, the torsion bar 1101 supporting the reflection mirror 1100 is twisted, whereby the reflection mirror 1100 rotates and vibrates around the Y axis. Here, the piezoelectric cantilever 1102 is driven by a sine wave, and mechanical resonance is used for the rotation of the reflection mirror 1100.

一方、蛇行状梁部１１０４を駆動することで、可動枠１１０３がＸ軸周りに回転し、これに応じて反射ミラー１１００もＸ軸周りに回転する。具体的には、蛇行状梁部１１０４の蛇行した各梁部に独立に設けられた圧電部材１１０６ａおよび１１０６ｂの一つおきにのこぎり波による電圧印加を行う。ここでは、圧電部材１１０６ａ同士が同じ波形の電圧印加パターンであり、圧電部材１１０６ｂ同士が同じ波形の電圧印加パターンである。電圧印加パターンの一例を図３４に示す。図３４では、縦軸が電圧値を示し、横軸が時間を示す。また、例えば実線が圧電部材１１０６ａ（もしくは１１０６ｂ）の電圧印加パターンを示し、破線が圧電部材１１０６ｂ（もしくは１１０６ａ）の電圧印加パターンを示す。図３４に例示するような電圧印加パターンによれば、蛇行状梁部１１０４の一つおきにのこぎり波の位相の調整が行われ、それにより、蛇行状梁部１１０４が回転駆動する。このような駆動により、均一性の高い光走査が可能になる。 On the other hand, by driving the meandering beam portion 1104, the movable frame 1103 rotates about the X-axis, and the reflection mirror 1100 also rotates about the X-axis accordingly. Specifically, a voltage is applied by a sawtooth wave to every other piezoelectric member 1106a and 1106b independently provided on each meandering beam portion of the meandering beam portion 1104. Here, the piezoelectric members 1106a have the same waveform voltage application pattern, and the piezoelectric members 1106b have the same waveform voltage application pattern. An example of the voltage application pattern is shown in FIG. In FIG. 34, the vertical axis represents the voltage value and the horizontal axis represents the time. Further, for example, the solid line shows the voltage application pattern of the piezoelectric member 1106a (or 1106b), and the broken line shows the voltage application pattern of the piezoelectric member 1106b (or 1106a). According to the voltage application pattern as illustrated in FIG. 34, the phase of the sawtooth wave is adjusted every other meandering beam portion 1104, whereby the meandering beam portion 1104 is rotationally driven. Such driving enables highly uniform optical scanning.

なお、図３２では、画像投影装置１０００の一例としてプロジェクタ装置を示しているが、これに限らず、頭に装着するヘッドマウントディスプレイや、スクリーンとして拡散板やマイクロレンズアレイを使用し、フロントガラスなどの半透明板などを使って虚像を形成するヘッドアップディスプレイなどへ適用することができる。図３５に、ヘッドアップディスプレイの概略構成例を示す。図３５に示すように、ヘッドアップディスプレイ１２００は、図３２に示す画像投影装置１０００と同様の構成において、２次元光偏向器１００９の先の光路上に、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイ１２１５と、半透明板１２１６（例えばコンバイナやフロントガラス）とが配置された構成を備える。図３５に示す構成では、２次元光偏向器１００９による第１軸および第２軸周りのレーザ光の偏向動作に伴い、マイクロレンズアレイ１２１５上に画像が形成される。そして、半透明板１２１６を介して画像が拡大された虚像１２１７を視点１２１８より視認することができる。この場合、マイクロレンズアレイ１２１５によりレーザ光が拡散されるため、スペックルノイズの低減された虚像１２１７となる。半透明板１２１６には、車両の窓ガラス等を使うことも可能である。 Note that FIG. 32 shows a projector device as an example of the image projection device 1000, but the present invention is not limited to this, and a head-mounted display worn on the head, a diffuser plate or a microlens array as a screen, a windshield, etc. It can be applied to a head-up display or the like that forms a virtual image using a semi-transparent plate or the like. FIG. 35 shows a schematic configuration example of the head-up display. As shown in FIG. 35, the head-up display 1200 has a configuration similar to that of the image projection device 1000 shown in FIG. 32, and is a microlens array 1215 including a plurality of microlenses on the optical path ahead of the two-dimensional light deflector 1009. And a semi-transparent plate 1216 (for example, a combiner or a windshield) are arranged. In the configuration shown in FIG. 35, an image is formed on the microlens array 1215 as the laser light is deflected around the first axis and the second axis by the two-dimensional light deflector 1009. Then, the virtual image 1217 whose image is enlarged via the translucent plate 1216 can be visually recognized from the viewpoint 1218. In this case, since the laser beam is diffused by the microlens array 1215, the virtual image 1217 with reduced speckle noise is obtained. It is also possible to use a vehicle window glass or the like for the translucent plate 1216.

このような構成を備えるヘッドアップディスプレイ１２００は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等の移動体に搭載することができる。そこで、ヘッドアップディスプレイ１２００と、ヘッドアップディスプレイ１２００が搭載される移動体とを備える移動体装置を提供することができる。 The head-up display 1200 having such a configuration can be mounted on a moving body such as a vehicle, an aircraft, a ship, or a robot. Therefore, it is possible to provide a mobile device including a head-up display 1200 and a mobile body on which the head-up display 1200 is mounted.

つぎに、実施形態８について説明する。実施形態８では、上述した実施形態にかかる駆動システムが実行する駆動制御方法の一例について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本説明では、実施形態１にかかる駆動システム１００（図１５参照）を引用して説明するが、他の実施形態にかかる駆動システム（たとえば図３０に示す駆動システム５００）に対しても、同様に適用可能である。 Next, the eighth embodiment will be described. In the eighth embodiment, an example of the drive control method executed by the drive system according to the above-described embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In this description, the drive system 100 (see FIG. 15) according to the first embodiment will be referred to, but the drive system (for example, the drive system 500 shown in FIG. 30) according to another embodiment will also be referred to. It is applicable as well.

図３６は、実施形態８にかかる駆動制御方法の一例を示すフローチャートである。図３６に示すように、本動作では、まず、波形生成部１１０がデバイス固有の感度値（係数やオフセットなどで表されたデバイス個体差補正用のパラメータ）を不図示のメモリから読み出す（ステップＳ１０１）。 FIG. 36 is a flowchart showing an example of the drive control method according to the eighth embodiment. As shown in FIG. 36, in this operation, the waveform generation unit 110 first reads a device-specific sensitivity value (parameter for correcting individual device differences represented by a coefficient, offset, etc.) from a memory (not shown) (step S101). ).

つぎに、波形生成部１１０が、ステップＳ１０１で読み出した感度値を用いて主走査駆動波形Ｍを生成し、この主走査駆動波形Ｍを主走査駆動用アンプ１２１へ出力する（ステップＳ１０２）。出力された主走査駆動波形Ｍは主走査駆動用アンプ１２１で増幅され（ステップＳ１０３）、その後、主走査駆動用アンプ１２１からアクチュエータ１３０へ、主走査駆動波形Ｍに基づく出力Ｍ−ＡＭＰとして出力される（ステップＳ１０４）。 Next, the waveform generation unit 110 generates a main scan drive waveform M using the sensitivity value read in step S101, and outputs the main scan drive waveform M to the main scan drive amplifier 121 (step S102). The output main scan drive waveform M is amplified by the main scan drive amplifier 121 (step S103), and then output from the main scan drive amplifier 121 to the actuator 130 as an output M-AMP based on the main scan drive waveform M. (Step S104).

また、波形生成部１１０は、ステップＳ１０１で読み出した感度値を用いて主走査バイアス駆動波形Ｂ−ＢＩＡＳを生成し、この主走査バイアス駆動波形Ｂ−ＢＩＡＳを主走査バイアスアンプ１２２へ出力する（ステップＳ１０５）。出力された主走査バイアス駆動波形Ｂ−ＢＩＡＳは主走査バイアスアンプ１２２で増幅され（ステップＳ１０６）、その後、主走査バイアスアンプ１２２からアクチュエータ１３０へ、主走査バイアス駆動波形Ｂ−ＢＩＡＳに基づく出力Ｍ−ＣＯＭとして出力される（ステップＳ１０７）。 Further, the waveform generation unit 110 generates the main scanning bias drive waveform B-BIAS using the sensitivity value read in step S101, and outputs the main scan bias drive waveform B-BIAS to the main scan bias amplifier 122 (step). S105). The output main scan bias drive waveform B-BIAS is amplified by the main scan bias amplifier 122 (step S106), and then the output M- based on the main scan bias drive waveform B-BIAS is transmitted from the main scan bias amplifier 122 to the actuator 130. It is output as COM (step S107).

また、波形生成部１１０が、ステップＳ１０１で読み出した感度値を用いて副走査駆動波形Ｓを生成し、この副走査駆動波形Ｓを副走査駆動用アンプ１２３へ出力する（ステップＳ１０８）。出力された副走査駆動波形Ｓは副走査駆動用アンプ１２３で増幅され（ステップＳ１０９）、その後、副走査駆動用アンプ１２３からアクチュエータ１３０へ、副走査駆動波形Ｓに基づく出力Ｓ−ＡＭＰとして出力される（ステップＳ１１０）。 Further, the waveform generation unit 110 generates a sub-scanning drive waveform S using the sensitivity value read in step S101, and outputs the sub-scanning drive waveform S to the sub-scanning drive amplifier 123 (step S108). The output sub-scanning drive waveform S is amplified by the sub-scanning drive amplifier 123 (step S109), and then output from the sub-scanning drive amplifier 123 to the actuator 130 as an output S-AMP based on the sub-scanning drive waveform S. (Step S110).

また、波形生成部１１０は、ステップＳ１０１で読み出した感度値を用いて副走査バイアス駆動波形Ｓ−ＢＩＡＳを生成し、この副走査バイアス駆動波形Ｓ−ＢＩＡＳを副走査バイアスアンプ１２４へ出力する（ステップＳ１１１）。出力された副走査バイアス駆動波形Ｓ−ＢＩＡＳは副走査バイアスアンプ１２４で増幅され（ステップＳ１１２）、その後、副走査バイアスアンプ１２４からアクチュエータ１３０へ、副走査バイアス駆動波形Ｓ−ＢＩＡＳに基づく出力Ｓ−ＣＯＭとして出力される（ステップＳ１１３）。 Further, the waveform generation unit 110 generates a sub-scanning bias drive waveform S-BIAS using the sensitivity value read in step S101, and outputs the sub-scan bias drive waveform S-BIAS to the sub-scanning bias amplifier 124 (step). S111). The output sub-scan bias drive waveform S-BIAS is amplified by the sub-scan bias amplifier 124 (step S112), and then from the sub-scan bias amplifier 124 to the actuator 130, the output S- based on the sub-scan bias drive waveform S-BIAS. It is output as COM (step S113).

以上のように、主走査駆動波形Ｍに基づく出力Ｍ−ＡＭＰ、主走査バイアス駆動波形Ｂ−ＢＩＡＳに基づく出力Ｍ−ＣＯＭ、副走査駆動波形Ｓに基づく出力Ｓ−ＡＭＰ、および、副走査バイアス駆動波形Ｓ−ＢＩＡＳに基づく出力Ｓ−ＣＯＭがアクチュエータ１３０にそれぞれ入力されることで、アクチュエータ１３０が駆動する（ステップＳ１１４）。その後、アクチュエータ１３０の駆動が終了次第、本動作が終了する。 As described above, the output M-AMP based on the main scan drive waveform M, the output M-COM based on the main scan bias drive waveform B-BIAS, the output S-AMP based on the sub scan drive waveform S, and the sub scan bias drive. The actuator 130 is driven by inputting the output S-COM based on the waveform S-BIAS to the actuator 130 (step S114). After that, as soon as the drive of the actuator 130 is completed, this operation is completed.

以上のように動作することで、上述した実施形態において説明したように、負電源を使用せずに相対的に共通電極部に負電圧を掛けることが可能となる。その結果、コストを大幅に増加させることなく片電源での駆動を可能とすることができる。その他の構成、動作および効果は、上述した実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。 By operating as described above, as described in the above-described embodiment, it is possible to relatively apply a negative voltage to the common electrode portion without using a negative power supply. As a result, it is possible to drive with a single power source without significantly increasing the cost. Since other configurations, operations, and effects are the same as those in the above-described embodiment, detailed description thereof will be omitted here.

以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例で説明したものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on suitable examples, the present invention is not limited to the one described in the above examples, and various modifications are made without departing from the gist thereof. It goes without saying that it is possible.

上記実施形態の駆動システムは、アクチュエータを駆動させることにより動作する装置であれば適用可能であり、例えば、反射面を有したアクチュエータを駆動させることにより、レーザ光源から照射されたレーザ光を対象方向に光走査し、対象方向からの反射光により対象方向に存在する物体を認識する物体認識装置に適用可能である。物体認識装置は、例えば、レーザレーダ、レーザ３次元計測装置、生体認証装置等である。 The drive system of the above embodiment is applicable as long as it is a device that operates by driving an actuator. For example, by driving an actuator having a reflecting surface, a laser beam emitted from a laser light source is directed in a target direction. It can be applied to an object recognition device that scans light and recognizes an object existing in the target direction by reflected light from the target direction. The object recognition device is, for example, a laser radar, a laser three-dimensional measurement device, a biometric authentication device, or the like.

１００，５００駆動システム
１００Ｍ，２００Ｍ，５００Ｍ主走査駆動回路
１００Ｓ，３００Ｓ副走査駆動回路
１１０波形生成部
１１１，１１３，１１４，２１１，３１５ＤＡＣ
１１２，１１５シャントレギュレータ
１２１主走査駆動用アンプ
１２２主走査共通電極駆動用アンプ
１２３副走査駆動用アンプ
１２４副走査共通電極駆動用アンプ
１３０アクチュエータ
１４１，１４３，１４４，１４５アンプ
１４２バッファ
１０００画像投影装置
１００１〜１００３レーザ光源
１００４コリメートレンズ
１００５光路合成手段
１００９２次元光偏向器
１２１５マイクロレンズアレイ
１２１６半透明板
Ｒ１〜Ｒ４抵抗 100,500 drive system 100M, 200M, 500M Main scan drive circuit 100S, 300S Sub-scan drive circuit 110 Waveform generator 111, 113, 114, 211, 315 DAC
112, 115 Shunt regulator 121 Main scan drive amplifier 122 Main scan common electrode drive amplifier 123 Sub scan drive amplifier 124 Sub scan common electrode drive amplifier 130 Actuator 141, 143, 144, 145 amplifier 142 Buffer 1000 Image projection device 1001 1003 Laser light source 1004 Collimated lens 1005 Optical path synthesis means 1009 Two-dimensional optical deflector 1215 Microlens array 1216 Translucent plate R1 to R4 Resistance

特許第２９２１２１８号公報Japanese Patent No. 292218 特許第２５７０２３７号公報Japanese Patent No. 2570237 特開２００８−１１６６６８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-116668 特開２００７−１５５９８４号公報JP-A-2007-155984 特開２００７−２２６１０８号公報JP-A-2007-226108 特開２００７−２４０６２６号公報JP-A-2007-240626 特開２００７−２４１１６９号公報JP-A-2007-241169 特許第３８０４３１２号公報Japanese Patent No. 3804312 特開２０１１−００４３３９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-004339 特開２０１０−０２６４４３号公報JP-A-2010-026443 特開２０１２−０２２５３７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-022537

Claims

駆動部を有する圧電アクチュエータと、前記駆動部を駆動するための電圧波形を生成する波形生成部と、前記電圧波形を増幅して前記駆動部に印加する駆動用アンプと、前記駆動部にバイアス電圧を印加するバイアスアンプと、を備える駆動システムであって、
前記バイアスアンプの出力電圧は、前記駆動用アンプの最小出力電圧以上であり、
前記圧電アクチュエータは、可動部と、前記可動部を第１の方向に駆動させる第１駆動部と、前記可動部を、前記第１の方向とは異なる方向である第２の方向に駆動させる第２駆動部と、を備え、
前記駆動用アンプは、前記第１駆動部に電圧を印加する第１駆動用アンプと、前記第２駆動部に電圧を印加する第２駆動用アンプと、を備え、
前記バイアスアンプは、前記第１駆動部に電圧を印加する第１バイアスアンプと、前記第２駆動部に電圧を印加する第２バイアスアンプと、を備え、
前記第１駆動用アンプ、前記第２駆動用アンプ、前記第１バイアスアンプ及び前記第２バイアスアンプは、それぞれ高電圧源及び低電圧源に接続されると共に、前記低電圧源がグランドに接続されていること
を特徴とする駆動システム。 A piezoelectric actuator having a drive unit, a waveform generator that generates a voltage waveform for driving the drive unit, a drive amplifier that amplifies the voltage waveform and applies it to the drive unit, and a bias voltage on the drive unit. A drive system that includes a bias amplifier that applies
The output voltage of the bias amplifier is equal to or higher than the minimum output voltage of the drive amplifier .
The piezoelectric actuator has a movable portion, a first driving portion for driving the movable portion in a first direction, and a second driving portion for driving the movable portion in a second direction different from the first direction. Equipped with 2 drive units
The drive amplifier includes a first drive amplifier that applies a voltage to the first drive unit and a second drive amplifier that applies a voltage to the second drive unit.
The bias amplifier includes a first bias amplifier that applies a voltage to the first drive unit and a second bias amplifier that applies a voltage to the second drive unit.
The first drive amplifier, the second drive amplifier, the first bias amplifier, and the second bias amplifier are connected to a high voltage source and a low voltage source, respectively, and the low voltage source is connected to the ground. drive system characterized in that is.

前記第２駆動用アンプ及び前記第２バイアスアンプには、前記高電圧源からの高電圧が供給され、A high voltage from the high voltage source is supplied to the second drive amplifier and the second bias amplifier.
前記第１駆動用アンプ及び前記第１バイアスアンプには、前記高電圧よりも低い低電圧が供給されること A low voltage lower than the high voltage is supplied to the first drive amplifier and the first bias amplifier.
を特徴とする請求項１に記載の駆動システム。 The drive system according to claim 1.

前記高電圧から前記低電圧を生成するレギュレータをさらに備え、Further provided with a regulator that produces the low voltage from the high voltage
前記第１駆動用アンプおよび前記第１バイアスアンプは、前記レギュレータと前記グランドとの間に接続されること The first drive amplifier and the first bias amplifier are connected between the regulator and the ground.
を特徴とする請求項２に記載の駆動システム。 2. The drive system according to claim 2.

前記第１駆動用アンプ、前記第２駆動用アンプ、前記第１バイアスアンプ及び前記第２バイアスアンプには、それぞれ共通の高電圧源からの高電圧が供給されることA high voltage from a common high voltage source is supplied to the first drive amplifier, the second drive amplifier, the first bias amplifier, and the second bias amplifier.
を特徴とする請求項１に記載の駆動システム。 The drive system according to claim 1.

前記可動部の駆動方向である前記第１の方向と前記第２の方向がなす角は直角であることThe angle formed by the first direction and the second direction, which is the driving direction of the movable portion, is a right angle.
を特徴とする請求項１から請求項４のうち、いずれか一項に記載の駆動システム。 The drive system according to any one of claims 1 to 4, wherein the drive system is characterized.

前記第１バイアスアンプの出力は、可変であること
を特徴とする請求項１から請求項５のうち、いずれか一項に記載の駆動システム。 The drive system according to any one of claims 1 to 5, wherein the output of the first bias amplifier is variable.

前記第２バイアスアンプの出力は、可変であること
を特徴とする請求項１から請求項６のうち、いずれか一項に記載の駆動システム。 The drive system according to any one of claims 1 to 6, wherein the output of the second bias amplifier is variable.

請求項１〜７のいずれか一項に記載の駆動システムと、
前記圧電アクチュエータの前記駆動部に取り付けられた回転可能なミラーと、
レーザ光を出力する光源と、
前記レーザ光を前記ミラーへ入射させる光学系と、
前記駆動システムを制御して前記ミラーを駆動する制御部と、
を備えることを特徴とする画像投影装置。 The drive system according to any one of claims 1 to 7 .
A rotatable mirror attached to the drive unit of the piezoelectric actuator and
A light source that outputs laser light and
An optical system that causes the laser beam to enter the mirror,
A control unit that controls the drive system to drive the mirror,
An image projection device comprising.

前記圧電アクチュエータは、前記ミラーを支持する支持部を備え、
前記支持部は、蛇行するように連続する複数の梁と、前記複数の梁に個別に設けられた複数の圧電部材とを含み、
前記駆動システムは、隣り合う２つの前記梁に個別に設けられた２つの前記圧電部材に非相似の波形の２つの電圧を平行して個別に印加すること
を特徴とする請求項８に記載の画像投影装置。 The piezoelectric actuator includes a support portion that supports the mirror.
The support portion includes a plurality of beams that are continuous in a meandering manner, and a plurality of piezoelectric members that are individually provided on the plurality of beams.
The eighth aspect of the present invention, wherein the drive system individually applies two voltages having dissimilar waveforms in parallel to two piezoelectric members individually provided on two adjacent beams. Image projection device.

可動部と、前記可動部を第１の方向に駆動させる第１駆動部と、前記第１の方向とは異なる方向である第２の方向に前記可動部を駆動させる第２駆動部と、を備えた圧電アクチュエータと、前記第１駆動部及び前記第２駆動部を駆動するための電圧波形を生成する波形生成部と、前記電圧波形を増幅して前記第１駆動部に電圧を印加する第１駆動用アンプと、前記第２駆動部に電圧を印加する第２駆動用アンプと、を備えた駆動用アンプと、前記第１駆動部に電圧を印加する第１バイアスアンプと、前記第２駆動部に電圧を印加する第２バイアスアンプと、を備えたバイアスアンプと、を備える駆動システムの駆動制御方法であって、
前記バイアスアンプの出力電圧を、前記駆動用アンプの最小出力電圧以上とし、
前記第１駆動用アンプ、前記第２駆動用アンプ、前記第１バイアスアンプ及び前記第２バイアスアンプを、それぞれ高電圧源及び低電圧源に接続すると共に、前記低電圧源をグランドに接続し、
前記波形生成部が第１電圧波形および第２電圧波形を生成し、
前記第１駆動用アンプ及び前記第２駆動用アンプが前記第１電圧波形を増幅し、
前記第１バイアスアンプ及び前記第２バイアスアンプが前記第２電圧波形を増幅し、
前記圧電アクチュエータが増幅後の前記第１および第２電圧波形に基づいて前記可動部を駆動制御すること
を特徴とする駆動制御方法。 The movable portion, the first drive portion that drives the movable portion in the first direction, and the second drive portion that drives the movable portion in a second direction different from the first direction. A piezoelectric actuator provided, a waveform generation unit that generates a voltage waveform for driving the first drive unit and the second drive unit, and a first unit that amplifies the voltage waveform and applies a voltage to the first drive unit. A drive amplifier including a 1-drive amplifier, a second drive amplifier that applies a voltage to the second drive unit, a first bias amplifier that applies a voltage to the first drive unit, and the second drive amplifier . A drive control method for a drive system including a second bias amplifier that applies a voltage to the drive unit and a bias amplifier that includes the second bias amplifier .
The output voltage of the bias amplifier is set to be equal to or higher than the minimum output voltage of the drive amplifier.
The first drive amplifier, the second drive amplifier, the first bias amplifier, and the second bias amplifier are connected to a high voltage source and a low voltage source, respectively, and the low voltage source is connected to the ground.
The waveform generator generates a first voltage waveform and a second voltage waveform,
The first drive amplifier and the second drive amplifier amplify the first voltage waveform.
The first bias amplifier and the second bias amplifier amplify the second voltage waveform.
A drive control method characterized in that the piezoelectric actuator drives and controls the movable portion based on the first and second voltage waveforms after amplification.