JP7011165B2 - アクチュエータ及び光走査装置 - Google Patents
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Description
本発明は、アクチュエータ及び光走査装置に関する。
従来から圧電薄膜の上面に上部電極、下面に下部電極を形成した圧電素子を駆動源とするアクチュエータを用いて、入射光を反射させるミラー部を回転軸回りに回転させ、反射光を走査する光走査装置が知られている。このアクチュエータでは、圧電薄膜に電圧を印加するために、上部電極に接続される上部配線と、下部電極に接続される下部配線とが形成されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
上記の光走査装置では、駆動源に鋸歯状波形の電圧が用いられるが、駆動時にミラー部の共振振動によるリンギングが発生する場合ある。リンギングの発生は、光走査装置の走査により形成される画像の画質劣化に繋がる。
特許文献３では、鋸波を入力した際の振れ角をセンシングし、リンギング成分を除去するように駆動波形に周波数フィルタを掛けるフィードバック制御を行っている。
特許文献４では既知の周波数成分に対して共振周波数成分を除去するフィルタを掛けた駆動波形を入力している。
しかしながら、上記のように駆動波形全体に周波数フィルタを掛ける方法を用いると、例えば主走査区間が階段状になった鋸波を使用する場合においては階段部分が鈍ってしまい必要な直線区間が得られなくなる問題がある。また、フィルタを掛ける方法では連続的に繰り返される鋸波には有効だが、鋸波の周波数が変動する場合や、鋸波と鋸波の間に不定期に待ち時間が発生する場合などでは適切なリンギング抑制効果が得られなくなる。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、鋸波全体ではなく、鋸波の主走査区間単独で発生するリンギングそのものを抑制し、主走査区間部分の波形以外の波形に依らずリンギングを抑えることを可能とすることを目的とする。
本発明の一態様に係るアクチュエータは、駆動対象物（１２０）を支持する梁（１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２）と、駆動信号が入力される駆動源（１７１Ａ、１７１Ｂ）と、を有し、前記駆動信号は鋸波形状の駆動波形を含み、前記鋸波形状の駆動波形の上り部分は、第１階段状波形と前記第１階段状波形に連続する第２階段状波形を有し、前記第１階段状波形は、前記第２階段状波形において発生され得るリンギング波形を抑制する振動のリンギング抑制波形を発生させており、前記駆動源の駆動により所定の軸（ＡＸＶ）の周りを回転する方向に前記駆動対象物を揺動駆動する。
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
開示の技術によれば、前記鋸波形状の駆動波形の上り部分は、第１階段状波形と前記第１階段状波形に連続する第２階段状波形を有し、前記第１階段状波形は、前記第２階段状波形において発生され得るリンギング波形を抑制する振動のリンギング抑制波形を発生させており、鋸波全体ではなく、鋸波の主走査区間単独で発生するリンギングそのものを抑制し、主走査区間部分の波形以外の波形に依らずリンギングを抑えることが可能である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
＜実施の形態＞
図１（Ａ）は、実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。図１（Ｂ）は、実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す下面側の斜視図である。図２は、実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の平面図である。本実施の形態に係る光走査部１００は、セラミックパッケージとパッケージカバー等のパッケージ部材に収容して用いることができる。
図１（Ａ）は、実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の斜視図である。図１（Ｂ）は、実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す下面側の斜視図である。図２は、実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例を示す上面側の平面図である。本実施の形態に係る光走査部１００は、セラミックパッケージとパッケージカバー等のパッケージ部材に収容して用いることができる。
光走査部１００は、ミラー１１０を揺動させて光源から照射されるレーザ入射光を走査する部分である。光走査部１００は、例えば圧電素子である駆動源によりミラー１１０を駆動させるＭＥＭＳミラー等である。光走査部１００に設けられたミラー１１０にレーザ入射光を入射して、ミラー１１０から出射される光を２次元に走査する。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２に示されるように、光走査部１００は、ミラー１１０と、ミラー支持部１２０と、連結梁１２１Ａ、１２１Ｂと、水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂと、可動枠１６０と、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂと、固定枠１８０とを有する。ミラー支持部１２０の上面にミラー１１０が支持されている。
ミラー１１０を支持するミラー支持部１２０の両側に、ミラー支持部１２０に接続され、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を支持する一対の水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂが配置されている。ミラー支持部１２０と水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂは連結梁１２１Ａ、１２１Ｂにより接続されている。また、水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂ、連結梁１２１Ａ、１２１Ｂ、ミラー支持部１２０及びミラー１１０は、可動枠１６０によって外側から支持されている。水平駆動梁１３０Ａは、水平回転軸ＡＸＨと直交する垂直回転軸ＡＸＶの方向に延在する複数の矩形状の水平梁１３３Ｘ１、１３３Ｘ２、１３３Ｘ３、１３３Ｘ４を有し、隣接する水平梁の端部同士が折り返し部１３１Ｘ２、１３１Ｘ３、１３１Ｘ４により連結され、全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する。水平駆動梁１３０Ａの一方が可動枠１６０の内周側に、他方が折り返し部１３１Ｘ１及び連結梁１２１Ａを介してミラー支持部１２０に接続される。また、水平駆動梁１３０Ｂは、水平回転軸ＡＸＨと直交する垂直回転軸ＡＸＶの方向に延在する複数の矩形状の水平梁１３３Ｙ１、１３３Ｙ２、１３３Ｙ３、１３３Ｙ４を有し、隣接する水平梁の端部同士が折り返し部１３１Ｙ２、１３１Ｙ３、１３１Ｙ４により連結され、全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する。水平駆動梁１３０Ｂの一方が可動枠１６０の内周側に、他方が折り返し部１３１Ｙ１及び連結梁１２１Ｂを介してミラー支持部１２０に接続される。
また、可動枠１６０の両側に、可動枠１６０に接続される一対の垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂが配置されている。垂直駆動梁１７０Ａは、水平回転軸ＡＸＨ方向に延在する複数の矩形状の垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２を有し、隣接する垂直梁の端部同士が折り返し部１７１Ｘにより連結され、全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する。垂直駆動梁１７０Ａの一方が固定枠１８０の内周側に、他方が可動枠１６０の外周側に接続される。また、垂直駆動梁１７０Ｂは、水平回転軸ＡＸＨ方向に延在する複数の矩形状の垂直梁１７３Ｙ１、１７３Ｙ２を有し、隣接する垂直梁の端部同士が折り返し部１７１Ｙにより連結され、全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する。垂直駆動梁１７０Ｂの一方が固定枠１８０の内周側に、他方が可動枠１６０の外周側に接続される。
水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂは、それぞれ圧電素子である水平駆動源１３１Ａ、１３１Ｂを有する。また、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、それぞれ圧電素子である垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂを有する。水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂ、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、ミラー１１０を上下又は左右に揺動駆動してレーザ光を走査するアクチュエータとして機能する。
水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位である水平梁ごとに水平駆動源１３１Ａ、１３１Ｂが形成されている。水平駆動源１３１Ａは、水平駆動梁１３０Ａの上面（表面）に形成された圧電素子であり、圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。水平駆動源１３１Ｂは、水平駆動梁１３０Ｂの上面（表面）に形成された圧電素子であり、圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。
水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂは、水平梁ごとに隣接している水平駆動源１３１Ａ、１３１Ｂ同士で、駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形の駆動電圧（駆動信号）を印加することにより、隣接する水平梁を上方向に反らせ、各水平梁の上下動の蓄積をミラー支持部１２０に伝達する。本実施の形態においては、駆動波形は鋸波形状とする。水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂの動作によりミラー１１０及びミラー支持部１２０が水平回転軸ＡＸＨを回転する方向に揺動駆動され、この揺動する方向を水平方向と呼び、ミラー１１０の光反射面の中心を通る上記の揺動軸を水平回転軸ＡＸＨという。例えば水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂによる水平駆動には、非共振振動を用いることができる。
例えば、水平駆動源１３１Ａは、水平駆動梁１３０Ａを構成する１番目から４番目の各水平梁の上にそれぞれ形成された４つの水平駆動源１３１Ａ１、１３１Ａ２、１３１Ａ３、１３１Ａ４を含む。また、水平駆動源１３１Ｂは、水平駆動梁１３０Ｂを構成する１番目から４番目の各水平梁の上にそれぞれ形成された４つの水平駆動源１３１Ｂ１、１３１Ｂ２、１３１Ｂ３、１３１Ｂ４を含む。この場合、水平駆動源１３１Ａ１、１３１Ｂ１、１３１Ａ３、１３１Ｂ３を同波形、水平駆動源１３１Ａ２、１３１Ｂ２、１３１Ａ４、１３１Ｂ４を前者と駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形で駆動することで、ミラー１１０及びミラー支持部１２０を水平方向へ揺動駆動できる。
垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上面には、それぞれ曲線部を含まない矩形単位である垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２ごとに垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。垂直駆動源１７１Ａは、垂直駆動梁１７０Ａの上面（表面）に形成された圧電素子であり、圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。垂直駆動源１７１Ｂは、垂直駆動梁１７０Ｂの上面（表面）に形成された圧電素子であり、圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。
垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂは、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２ごとに隣接している垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂ同士で、駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形の駆動電圧（駆動信号）を印加することにより、隣接する垂直梁を上方向に反らせ、各垂直梁の上下動の蓄積を可動枠１６０に伝達する。本実施の形態においては、駆動波形は鋸波形状とする。垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの動作により可動枠１６０に接続されたミラー１１０が水平回転軸ＡＸＨの方向と直交する方向に揺動駆動され、この揺動する方向を垂直方向と呼び、ミラー１１０の光反射面の中心を通る上記の揺動軸を垂直回転軸ＡＸＶという。例えば垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂによる垂直駆動には、非共振振動を用いることができる。
例えば、垂直駆動源１７１Ａは、垂直駆動梁１７０Ａを構成する１番目から２番目の各垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２の上にそれぞれ形成された２つの垂直駆動源１７１Ａ１、１７１Ａ２を含む。また、垂直駆動源１７１Ｂは、垂直駆動梁１７０Ｂを構成する１番目から２番目の各垂直梁１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の上にそれぞれ形成された２つの垂直駆動源１７１Ｂ１、１７１Ｂ２を含む。この場合、垂直駆動源１７１Ａ１、１７１Ｂ１を同波形、垂直駆動源１７１Ａ２、１７１Ｂ２を前者と駆動波形の中央値を基準に上下反転した波形で駆動することで、ミラー１１０に接続されている可動枠１６０を垂直方向へ揺動できる。
本実施の形態の光走査装置において、アクチュエータとして機能するＭＥＭＳ構造体は、例えば支持層、埋め込み（ＢＯＸ）層及び活性層を有するＳＯＩ基板から形成されている。上記の固定枠１８０と可動枠１６０等は、支持層、ＢＯＸ層及び活性層の３層から形成されている。一方、水平駆動梁１３０Ａ，１３０Ｂ及び垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂ等の固定枠１８０と可動枠１６０等を除く部分は活性層の単層によって形成されている。あるいは、ＢＯＸ層と活性層の２層で形成されていてもよい。
本実施の形態の光走査装置において、水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂを構成する水平梁の一方の面（上面）には上記のように水平駆動源１３１Ａ、１３１Ｂが形成されており、他方の面（裏面）には水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂを構成する水平梁の中央部である水平回転軸ＡＸＨ上にリブ１３２が形成されている。リブ１３２は、水平梁の長手方向に短く、短手方向に長い形状である。水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂを構成する水平梁の他方の面（裏面）に形成されているリブ１３２は、例えば、ＭＥＭＳ構造体の製造工程においてダイシングを行う際に、振動や水流によって蛇腹部分が振動し破損することを抑制するために設けられている。
また、本実施の形態の光走査装置においては、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを構成する垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙの一方の面（上面）には上記のように垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂが形成されている。垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙの他方の面（裏面）にはリブ１７２が形成されている。リブ１７２は、例えば垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２と折り返し部１７１Ｘ、１７１Ｙの連結部分からの距離が垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の長さの１０～２０％である位置に形成されている。リブ１７２は、垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の長手方向に短く、短手方向に長い形状である。垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを構成する垂直梁の他方の面（裏面）に形成されているリブ１７２を設けることで、垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂの上方向への反りと直交する方向（垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の幅（短手）方向）へ不要に反ってしまうことを防止し、ミラー支持部１２０の厚さ方向の変位量を抑制できる。
また、本実施の形態の光走査装置においては、ミラー支持部１２０のミラー１１０形成面の裏面にもリブが形成されている。ミラー支持部１２０の裏面に形成されているリブは、例えば、ミラー支持部が不要に反ってしまうことを防止する目的で設けられている。
垂直駆動梁１７０Ａ、１７０Ｂを構成する垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の他方の面（裏面）に形成されているリブ１７２は、固定枠１８０及び可動枠１６０と同じ高さ（厚さ）を有する。即ち、光走査装置のアクチュエータとして機能するＭＥＭＳ構造体がＳＯＩ基板で形成される場合、活性層から形成される垂直梁１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２の裏面において、ＢＯＸ層と支持層からリブ１７２が形成される。水平駆動梁１３０Ａ、１３０Ｂを構成する水平梁は活性層から形成され、水平梁の他方の面（裏面）に形成されているリブ１３２は、ＢＯＸ層と支持層から形成される。ミラー支持部１２０は活性層から形成され、ミラー支持部１２０のミラー１１０形成面の裏面に形成されているリブはＢＯＸ層と支持層から形成される。また、リブはＳＯＩ基板の支持層を利用するほかに、バルクシリコンをエッチングすることで段差を形成することで設けてもよい。
図３は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形を示す図である。例えば、垂直駆動源１７１Ａ、１７１Ｂに入力される駆動波形である。横軸は時間であり、縦軸はミラーの目標角度である。図３に示されるように、駆動波形は鋸波形状となっている。鋸波形状の１周期は主走査区間と戻り区間とを有する。主走査区間において、角度は、初期角度から時間変化に従って一定の割合で変化し、主走査区間の終了時に所定の角度に到達する。戻り区間において、主走査区間の終了時の角度から初期角度に戻る。
図４は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の駆動波形の上り部分である主走査区間の波形を示す図である。図４は図３中のＡ１で示された領域を拡大した図に相当する。鋸波形状の主走査区間は、図４のように階段形状となっている。第１階段状波形と、第１階段状波形に連続する第２階段状波形を有し、第１階段状波形の高さと第１階段状波形に対する第２階段状波形の高さは実質的に同じである。第１階段波形はリンギング波長λｒの１／２（０．５λｒ）の長さである。即ち、第１階段状波形と第２階段状波形を有する１組の階段の段差部分において、リンギング波長λｒの１／２の時間間隔で、２回に分けて変位する。このとき、後述のように、第１階段状波形は、第２階段状波形に発生し得るリンギング波形と逆位相のリンギング波形であるリンギング抑制波形を発生する。即ち、第１階段状波形により発生するリンギングと第２階段状波形により発生するリンギングが互いに打ち消し合う。第１階段状波形と第２階段状波形によりリンギングが打ち消されることの詳細は後述する。
図５は本実施の形態に係る光走査装置の光走査部の一例の主走査区間の入力波形と対応するミラー角度波形を示す図である。図５（Ａ）は第１階段状波形の入力波形である。第１階段状波形の高さは１／２ｈである。図５（Ｂ）は図５（Ａ）の入力の結果のミラー角度である。第１階段状波形に沿ってミラー角度の変位が生じた後、リンギングが生じている。図５（Ｃ）は第２階段状波形の入力波形であり、第１階段状波形を考慮に入れていない第２階段状波形のみの入力波形である。第２階段状波形の高さは１／２ｈである。第２階段状波形は、第１階段状波形から０．５λｒ分立ち上がりが遅くなっている。即ち、第１階段状波形の長さが０．５λｒである。図５（Ｄ）は図５（Ｃ）の入力の結果のミラー角度である。図５（Ｄ）は第２階段状波形のみを考慮したときのミラー角度である。図５（Ｄ）は、図５（Ｂ）と同様に、第２階段状波形に沿ってミラー角度の変位が生じた後、リンギングが生じている。但し、図５（Ｄ）は、図５（Ｂ）に対して０．５λｒ位相が遅くなった波形形状である。
ミラーの駆動は、第１階段状波形と第２階段状波形を足し合わせた波形で行う。図５（Ｅ）は図５（Ａ）と図５（Ｃ）を足し合わせた波形である。図５（Ａ）に示される第１階段状波形の高さは１／２ｈであり、図５（Ｃ）に示される第２階段状波形の高さは１／２ｈである。図５（Ｅ）に示されるように、高さ１／２ｈである第１階段状波形と高さ１／２ｈである第２階段状波形を合成すると、高さｈの波形となる。即ち、第１階段状波形の高さと第２階段状波形の高さが実質的に等しい。第１階段状波形の高さと第２階段状波形の高さが実質的に等しいことにより、図５（Ｂ）に示される第１階段状波形で発生するリンギング波形の振幅と、第２階段状波形で発生するリンギング波形の振幅が同じになる。
図５（Ｆ）は図５（Ｅ）の入力の結果を示すミラー角度であり、図５（Ｂ）と図５（Ｄ）を足し合わせた波形となる。ここで、図５（Ａ）の第１階段状波形の立ち上がり位置と図５（Ｃ）の第２階段状波形の立ち上がりの位置が０．５λｒずれていることから、図５（Ｂ）に示されるリンギング波形と図５（Ｄ）に示されるリンギング波形は、リンギングの位相が反転して山と谷が逆になっている。図５（Ｂ）と図５（Ｄ）を足し合わせるとリンギングの波形同士が相殺して互いに打ち消し合い、リンギングが消失する。この結果、図５（Ｆ）に示されるように、リンギングのない平坦なミラー角度の波形を得ることができる。このように、第１階段状波形で発生するリンギング波形は、第２階段状波形で発生するリンギング波形を抑制する効果を有するので、第１階段状波形で発生するリンギング波形をリンギング抑制波形とも称する。上記の「第１階段状波形の高さと第２階段状波形の高さが実質的に等しい」とは、立ち上がりの位置が０．５λｒずれた波形としたときにリンギングの波形同士が相殺して互いに打ち消し合うのに十分な程度に、第１階段状波形で発生するリンギング波形の振幅と、第２階段状波形で発生するリンギング波形の振幅が同じとなる範囲であることを示す。
上記のように、第１階段状波形で発生するリンギング抑制波形と第２階段状波形で発生するリンギング波形は、振幅が同じで、位相が異なる。従って、第１階段状波形で発生するリンギング抑制波形と第２階段状波形で発生するリンギング波形を合成すると、互いに打ち消し合うように作用する。特に位相が０．５λｒずれているとき、第１階段状波形で発生するリンギング抑制波形と第２階段状波形で発生するリンギング波形の山と谷の位置が丁度逆となるので、実質的にリンギングを除去することが可能である。
上記の第１階段状波形の長さについて説明する。第１階段状波形の長さを０．５λｒとすることで、リンギング抑制波形の位相を第２階段状波形で発生するリンギング波形の位相と丁度逆にすることができる。このとき、第１階段状波形で発生するリンギング抑制波形と第２階段状波形で発生するリンギング波形が互いに打ち消し合う。第１階段状波形の長さが０．５λｒの場合、位相が丁度逆となるので、リンギング波形が打ち消し合う効果を最も高められる。但し、第１階段状波形の長さが０．５λｒでなくとも、ｎλｒ（ｎは正の整数）でない限りは、ある程度位相がずれて互いに打ち消し合うように作用し、第１階段状波形で発生するリンギング抑制波形が第２階段状波形で発生するリンギング波形よ抑制する効果を得ることができる。但し、第２階段状波形の長さがｎλｒ（ｎは正の整数）の場合は、第１階段状波形で発生するリンギング波形と第２階段状波形で発生するリンギング波形が強め合い、リンギング成分を抑制する効果を得ることはできない。
上記の第１階段状波形と第２階段状波形を１組としたときに、主走査区間の駆動波形は第１階段状波形と第２階段状波形の組を複数有して構成されている。第１階段状波形と第２階段状波形の組ごとに、リンギングの波形同士が相殺して消されている。
上記のように、本実施の形態によれば、鋸波形状の駆動波形の上り部分は、第１階段状波形と前記第１階段状波形に連続する第２階段状波形を有し、第１階段状波形は、第２階段状波形において発生され得るリンギング波形を抑制する振動のリンギング抑制波形を発生させており、鋸波全体ではなく、鋸波の主走査区間単独で発生するリンギングそのものを抑制し、主走査区間部分の波形以外の波形に依らずリンギングを抑えることが可能である。
＜実施例＞
光走査装置のミラーの変位をさせる垂直駆動波形として、階段波形を用いる場合、単純に階段波形を入力波形としてしまうとｆ０が強く励起されてしまいリンギングが発生する。また、水平駆動波形の鋸波の戻り時間よりも垂直駆動波形の階段部分の遷移時間が長いと、水平駆動において待機する期間が発生し、水平駆動おいてリンギングが発生するため、遷移時間は水平駆動の戻り区間の時間（例えば２ミリ秒程度）より短い必要がある。さらに、階段の段数は最大５１２段となるが、階段１段あたりの分解能は４段となる（１組の階段状波形に割り当て可能な階段状波形は４つまでである）ため、水平駆動波形の戻り区間のようななだらかな波形は作れない。それらの条件を満たしつつ、リンギングを抑えられるような波形を検討した。
光走査装置のミラーの変位をさせる垂直駆動波形として、階段波形を用いる場合、単純に階段波形を入力波形としてしまうとｆ０が強く励起されてしまいリンギングが発生する。また、水平駆動波形の鋸波の戻り時間よりも垂直駆動波形の階段部分の遷移時間が長いと、水平駆動において待機する期間が発生し、水平駆動おいてリンギングが発生するため、遷移時間は水平駆動の戻り区間の時間（例えば２ミリ秒程度）より短い必要がある。さらに、階段の段数は最大５１２段となるが、階段１段あたりの分解能は４段となる（１組の階段状波形に割り当て可能な階段状波形は４つまでである）ため、水平駆動波形の戻り区間のようななだらかな波形は作れない。それらの条件を満たしつつ、リンギングを抑えられるような波形を検討した。
図６は比較例に係る光走査装置の光走査部の主走査区間のミラー垂直角に係る入力波形（ｉｎｐｕｔ）と、シミュレーションにより求めた入力波形に対応する出力波形（ｏｕｔｐｕｔ）を示す図である。横軸は時間であり、縦軸はミラー垂直角である。比較例の入力波形（ｉｎｐｕｔ）は単純階段の形状であり、１つの階段状波形により、ミラーの角度を所定の角度分変位させる。多数個の階段状波形により主走査区間の入力波形が構成される。１つの階段状波形でミラーを変位させると、図６の出力波形のようにリンギングが生じる。階段状波形の立ち上がり部分に要する遷移時間は０秒であり、出力波形においては入力波形の階段状波形の高さの１９０．１５％の振幅のリンギングが発生し、リンギングが落ち着くまで０．１秒以上かかってしまう。
図７は参考例１に係る光走査装置の光走査部の主走査区間のミラー垂直角に係る入力波形（ｉｎｐｕｔ）と、シミュレーションにより求めた入力波形に対応する出力波形（ｏｕｔｐｕｔ）を示す図である。横軸は時間であり、縦軸はミラー垂直角である。参考例１の入力波形（ｉｎｐｕｔ）はテーパーの形状であり、所定の時間をかけて所定の角度を変位させる。多数個のテーパー状波形によって主走査区間の入力波形が構成される。１つのテーパー波形でミラーを変位させると、図７の出力波形のようにリンギングは大きく抑えられる。テーパー状波形の立ち上がり部分に要する遷移時間は３．１６ミリ秒であり、出力波形においては入力波形の階段状波形の高さの２．５８％の振幅のリンギングが発生する。テーパーの遷移時間をリンギング波長の倍数にとるとリンギングを抑えられる。リンギングはｆ０の振動が支配的であることから、参考例１ではｆ０の波長３．１６ミリ秒のテーパーとした。リンギングはかなり小さくなっているが、ロジック回路できれいなテーパー波形を作成するのは非常に困難である。
図８は実施例に係る光走査装置の光走査部の主走査区間のミラー垂直角に係る入力波形（ｉｎｐｕｔ）と、シミュレーションにより求めた入力波形に対応する出力波形（ｏｕｔｐｕｔ）を示す図である。横軸は時間であり、縦軸はミラー垂直角である。実施例の入力波形（ｉｎｐｕｔ）は２段の階段形状であり、第１階段状波形と第２階段状波形の組で所定の角度を変位させる。第１階段状波形と第２階段状波形はそれぞれ所定の角度の５０％分を変位させる。第１階段状波形と第２階段状波形の組の多数組によって主走査区間の入力波形が構成される。１つの組の２段の階段波形でミラーを変位させると、図５で説明されるように、図８の出力波形のようにリンギングは大きく抑えられる。第１階段状形状と第２階段状形状の間隔に相当する遷移時間は１．５８ミリ秒であり、出力波形においては入力波形の２つの階段状波形の高さの和の７．６３％の振幅のリンギングが発生する。リンギング周波数の半分の時間（０．５λｒ）の分、立ち上がりがずれた２つの同じ高さの階段状波形が設けられている。第１階段状波形は、第２階段状波形において発生され得るリンギング波形を抑制する振動のリンギング抑制波形を発生させており、リンギングを相殺できる。遷移時間も短く、波形も階段状なのでロジック回路でも容易に再現することが可能である。
図９は参考例２に係る光走査装置の光走査部の主走査区間のミラー垂直角に係る入力波形（ｉｎｐｕｔ）と、シミュレーションにより求めた入力波形に対応する出力波形（ｏｕｔｐｕｔ）を示す図である。横軸は時間であり、縦軸はミラー垂直角である。参考例２の入力波形（ｉｎｐｕｔ）は矩形のパターンの形状である。第１の立ち上がりによって所定の角度分変位した後、０．１１ミリ秒後に５０％分の変位が戻され、さらに１．３７ミリ秒後に第２の立ち上がりによって５０％変位して、第１の立ち上がりから第２の立ち上がりまでの総計で所定の角度の変位が行われる。第１の立ち上がりから第２の立ち上がりまでの波形を１つの組として多数の組を有して主走査区間の入力波形が構成される。１つの組の矩形パターン波形でミラーを変位させると、図９の出力波形のようにリンギングは大きく抑えられる。第１の立ち上がり形状と第２の立ち上がり形状の間隔に相当する遷移時間は１．４８ミリ秒であり、出力波形においては入力波形の第１の立ち上がりから第２の立ち上がりまでの変位の和の５．８３％の振幅のリンギングが発生する。第１の立ち上がりから所定の角度の所定の割合分戻るまでの時間、所定の角度の所定の割合分戻ってから第２の立ち上がりまでの時間、所定の角度の所定の割合の３つのパラメータでリンギングが小さくなるように調整できる。組み合わせでｆ０以外のリンギングも打ち消されていると考えられる。しかし、パラメータと相殺している周波数の関係性が不明確となっている。
以上、好ましい実施の形態について説明したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。例えば、上記の実施の形態では、ミラーを有する光走査装置にアクチュエータを適用した形態を説明しているが、アクチュエータの駆動対象物はミラーでなくてもよく、本発明はミラーを持たないアクチュエータにも適用することが可能である。また、上記実施の形態では、圧電薄膜を駆動源とする圧電駆動方式のアクチュエータを適用した形態を説明しているが、その他の電磁駆動方式や静電駆動方式を採用したアクチュエータにも適用することが可能である。また、本発明の光走査装置は、眼底検査装置の光干渉断層計に好ましく適用することができる。眼底検査装置の光干渉断層計では、プロジェクタのように一方の軸が高速動作するため共振駆動を必要とされず、振角量を自由に設定して調整して光走査ができることを求められているため、本実施例のような二軸とも非共振駆動の構成が適している。また、プロジェクション装置にも適用可能である。
１００ 光走査部
１１０ ミラー
１２０ ミラー支持部
１２１Ａ、１２１Ｂ 連結梁
１３０Ａ、１３０Ｂ 水平駆動梁
１３１Ａ、１３１Ｂ 水平駆動源
１３１Ａ１、１３１Ａ２、１３１Ａ３、１３１Ａ４ 水平駆動源
１３１Ｂ１、１３１Ｂ２、１３１Ｂ３、１３１Ｂ４ 水平駆動源
１３１Ｘ１、１３１Ｘ２、１３１Ｘ３、１３１Ｘ４ 折り返し部
１３１Ｙ１、１３１Ｙ２、１３１Ｙ３、１３１Ｙ４ 折り返し部
１３２ リブ
１３３Ｘ１、１３３Ｘ２、１３３Ｘ３，１３３Ｘ４ 水平梁
１３３Ｙ１、１３３Ｙ２，１３３Ｙ３、１３３Ｙ４ 水平梁
１６０ 可動枠
１７０Ａ、１７０Ｂ 垂直駆動梁
１７１Ａ、１７１Ｂ 垂直駆動源
１７１Ａ１、１７１Ａ２ 垂直駆動源
１７１Ｂ１、１７１Ｂ２ 垂直駆動源
１７１Ｘ、１７１Ｙ 折り返し部
１７２ リブ
１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２ 垂直梁
１８０ 固定枠
１１０ ミラー
１２０ ミラー支持部
１２１Ａ、１２１Ｂ 連結梁
１３０Ａ、１３０Ｂ 水平駆動梁
１３１Ａ、１３１Ｂ 水平駆動源
１３１Ａ１、１３１Ａ２、１３１Ａ３、１３１Ａ４ 水平駆動源
１３１Ｂ１、１３１Ｂ２、１３１Ｂ３、１３１Ｂ４ 水平駆動源
１３１Ｘ１、１３１Ｘ２、１３１Ｘ３、１３１Ｘ４ 折り返し部
１３１Ｙ１、１３１Ｙ２、１３１Ｙ３、１３１Ｙ４ 折り返し部
１３２ リブ
１３３Ｘ１、１３３Ｘ２、１３３Ｘ３，１３３Ｘ４ 水平梁
１３３Ｙ１、１３３Ｙ２，１３３Ｙ３、１３３Ｙ４ 水平梁
１６０ 可動枠
１７０Ａ、１７０Ｂ 垂直駆動梁
１７１Ａ、１７１Ｂ 垂直駆動源
１７１Ａ１、１７１Ａ２ 垂直駆動源
１７１Ｂ１、１７１Ｂ２ 垂直駆動源
１７１Ｘ、１７１Ｙ 折り返し部
１７２ リブ
１７３Ｘ１、１７３Ｘ２、１７３Ｙ１、１７３Ｙ２ 垂直梁
１８０ 固定枠
Claims (9)
- 駆動対象物を支持する梁と、
駆動信号が入力される駆動源と、を有し、
前記駆動信号は鋸波形状の駆動波形を含み、
前記鋸波形状の駆動波形の上り部分は、第１階段状波形と前記第１階段状波形に連続する第２階段状波形を有し、
前記第１階段状波形は、前記第２階段状波形において発生され得るリンギング波形を抑制する振動のリンギング抑制波形を発生させており、
前記駆動源の駆動により所定の軸の周りを回転する方向に前記駆動対象物を揺動駆動する
アクチュエータ。 - 前記梁は、複数が前記所定の軸に垂直な方向に延在しており、
隣接する前記梁の端部同士が折り返し部で連結され全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有する
請求項１に記載のアクチュエータ。 - 前記梁は、前記駆動源が表面に形成され前記駆動対象物を揺動する駆動梁である
請求項１又は２に記載のアクチュエータ。 - 前記第１階段状波形により発生するリンギングと前記第２階段状波形により発生するリンギングが互いに打ち消し合う
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。 - 前記第１階段状波形の高さと前記第２階段状波形の高さが実質的に等しい
請求項1乃至４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。 - 前記第１階段状波形の長さは、前記第１階段状波形により発生するリンギングのリンギング波長λｒのｎ倍（ｎは正の整数）以外の長さである
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。 - 前記第１階段状波形の長さは、０．５λｒである
請求項６に記載のアクチュエータ。 - 前記鋸波形状の上り区間は、前記アクチュエータによる走査の主走査区間である
請求項１乃至７のいずれか１つに記載のアクチュエータ。 - 光反射面を有するミラーと、
前記ミラーを支持するミラー支持体と、
所定の軸に垂直な方向に延在する複数の梁を有し、隣接する前記梁の端部同士が折り返し部で連結されて全体としてジグザグ状の蛇腹構造を有し、前記ミラー支持体を支持する駆動梁と、
前記梁の表面に形成され、駆動信号が入力される駆動源と、を有し、
前記駆動信号は鋸波形状の駆動波形を含み、
前記鋸波形状の駆動波形の上り部分は、第１階段状波形と前記第１階段状波形に連続する第２階段状波形を有し、
前記第１階段状波形は、前記第２階段状波形において発生され得るリンギング波形を抑制する振動のリンギング抑制波形を発生させており、
前記駆動源の駆動により前記所定の軸の周りを回転する方向に前記ミラー支持体を揺動駆動する
光走査装置。
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