WO2017183368A1 - ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置 - Google Patents

ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2017183368A1
WO2017183368A1 PCT/JP2017/010641 JP2017010641W WO2017183368A1 WO 2017183368 A1 WO2017183368 A1 WO 2017183368A1 JP 2017010641 W JP2017010641 W JP 2017010641W WO 2017183368 A1 WO2017183368 A1 WO 2017183368A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
mirror
drive
unit
fast axis
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/010641
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
高橋 聡
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 浜松ホトニクス株式会社 filed Critical 浜松ホトニクス株式会社
Priority to CN201780024766.5A priority Critical patent/CN109073881B/zh
Priority to DE112017002098.0T priority patent/DE112017002098T5/de
Priority to JP2018513070A priority patent/JP6775008B2/ja
Priority to US16/095,020 priority patent/US10761318B2/en
Publication of WO2017183368A1 publication Critical patent/WO2017183368A1/ja
Priority to US16/906,128 priority patent/US10962768B2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/105Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B1/00Devices without movable or flexible elements, e.g. microcapillary devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G01N21/6458Fluorescence microscopy
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036Scanning details, e.g. scanning stages
    • G02B21/0048Scanning details, e.g. scanning stages scanning mirrors, e.g. rotating or galvanomirrors, MEMS mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/085Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by electromagnetic means
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/29Reflection microscopes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • H01J37/3045Object or beam position registration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/063Illuminating optical parts
    • G01N2201/0636Reflectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/10Scanning
    • G01N2201/105Purely optical scan
    • G01N2201/1053System of scan mirrors for composite motion of beam
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/02Details
    • H01J2237/024Moving components not otherwise provided for
    • H01J2237/0245Moving whole optical system relatively to object
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/248Components associated with the control of the tube
    • H01J2237/2482Optical means

Definitions

  • the present disclosure relates to a mirror device, a mirror driving method, a light irradiation device, and an image acquisition device.
  • Patent Document 1 discloses an electromagnetically driven scanning mirror.
  • the scanning mirror is controlled to oscillate as a resonance state around a predetermined axis.
  • a control signal for driving the scanning mirror is generated using a back electromotive force generated by driving the scanning mirror.
  • an object of the embodiment is to provide a mirror device that can drive a mirror in a resonance state, a mirror driving method, a light irradiation device, and an image acquisition device.
  • the embodiment is a mirror device.
  • the mirror device is a mirror supported so as to be swingable around the first drive shaft and swingably supported around a second drive shaft that intersects the first drive shaft. And a mirror whose first resonance value is the second resonance frequency of the second drive shaft and a second value lower than the first resonance value.
  • a signal generation unit for generating a drive signal for controlling the first drive unit so that Provided.
  • Another embodiment is a mirror driving method.
  • the driving method of the mirror is a mirror supported so as to be swingable around the first drive shaft and swingably supported around the second drive shaft intersecting with the first drive shaft.
  • a method of driving a mirror wherein the resonance frequency of oscillation with respect to the drive shaft is a first value and the resonance frequency of oscillation with respect to the second drive shaft is a second value smaller than the first value.
  • the mirror is swung around the first drive shaft by the first drive unit. While the mirror swings around the first drive shaft, the signal extraction unit obtains a composite signal from the second drive unit.
  • This combined signal includes an induced signal generated in the second drive unit due to the operation of swinging the mirror around the first drive axis. Since the induced signal is caused by the operation of the first drive unit, the frequency corresponds to the frequency in the oscillation of the mirror with respect to the first drive axis. Since the frequency at which the mirror swings with respect to the first drive shaft is higher than the frequency of the mirror with respect to the second drive shaft, the induced signal can be easily extracted from the signal obtained from the second drive unit.
  • a signal generation part produces
  • a feedback loop system related to the oscillation of the mirror with respect to the first drive shaft is configured, so that the mirror with respect to the first drive shaft can be reliably driven in a resonance state.
  • the signal generation unit may generate a drive signal according to a phase difference between the phase of the drive signal input from the signal generation unit to the first drive unit and the phase of the induced signal obtained in the signal extraction unit.
  • the drive signal may be generated according to a phase difference between the phase of the drive signal input to the first drive unit and the phase of the induced signal obtained in the extraction step.
  • the signal generation unit may generate the drive signal so that the phase difference becomes a constant value.
  • the drive signal may be generated so that the phase difference becomes a constant value.
  • the signal generation unit may generate a drive signal so that the phase difference is small.
  • the drive signal may be generated so that the phase difference is small.
  • the deviation between the frequency of the drive signal and the resonance frequency in the oscillation of the mirror with respect to the first drive axis is indicated as a phase difference between the phase of the drive signal and the phase of the induced signal.
  • the signal generation unit may generate a drive signal according to the amplitude of the induced signal obtained in the signal extraction unit. Further, in the generation step, the drive signal may be generated according to the amplitude of the induced signal obtained in the extraction step. Furthermore, the signal generation unit may generate the drive signal so that the amplitude of the induced signal is increased. In the generation step, the drive signal may be generated so that the amplitude of the induced signal is increased. According to these configurations, the deviation between the frequency of the drive signal and the resonance frequency in the oscillation of the mirror with respect to the first drive shaft is indicated as the amplitude of the induced signal. By adjusting the frequency of the drive signal so that the amplitude becomes large, the frequency of the drive signal can be easily adjusted to the resonance frequency.
  • the signal extraction unit may include a signal filter unit, and the signal filter unit may pass a signal including a frequency greater than the second value.
  • a signal including a frequency larger than the second value may be passed by the signal filter unit.
  • the signal filter unit may attenuate a signal including a frequency smaller than the second value.
  • a signal including a frequency smaller than the second value may be attenuated by the signal filter unit.
  • the signal extraction unit may include a signal amplifier, and the signal amplification unit may amplify a signal including a frequency greater than the second value. Moreover, the extraction step may amplify a signal including a frequency larger than the second value by a signal amplifier. According to this configuration, the induced signal can be extracted from the synthesized signal with high accuracy.
  • another embodiment is a light irradiation apparatus which irradiates light to a target object.
  • the light irradiation device includes a light source that outputs light and the above-described mirror device that scans the light output from the light source.
  • another embodiment is the light irradiation method which irradiates light to a target object.
  • the light irradiation method includes an output step of outputting light from the light source and the above-described mirror driving method of scanning the light output from the light source.
  • another form is an image acquisition apparatus which acquires the image of a target object.
  • the image acquisition device includes the above-described light irradiation device and a photodetector that detects light generated in the object in accordance with light irradiation by the light irradiation device.
  • Another embodiment is an image acquisition method for acquiring an image of an object.
  • the image acquisition method includes the above-described light irradiation method and a detection step of detecting light generated in the object in accordance with light irradiation by the light irradiation method.
  • the mirror device can reliably drive the mirror around the first drive axis in a resonance state, so that light irradiation and image acquisition can be reliably performed.
  • a mirror device a mirror driving method, a light irradiation device, and an image acquisition device that can reliably drive the scanning mirror in a resonance state are provided.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a mirror device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the mirror unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the mirror structure shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the arrangement of the first coil and the second coil in the mirror structure.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the control unit shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating signals handled in the control unit.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a band of a signal extracted by the signal extraction unit illustrated in FIG.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the controller shown in FIG. FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing the phase relationship between the drive signal and the induced signal and the amplitude relationship between the drive signal and the induced signal.
  • FIG. 10 is a diagram showing main steps in the mirror driving method.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of a controller included in a control unit according to a modification.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of a controller included in a control unit according to another modification.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit according to still another modification.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration of a light irradiation device including a mirror device.
  • FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image acquisition device including a mirror device.
  • the mirror device 1 includes a mirror unit 2 and a control unit 3.
  • Light L1 enters the mirror unit 2.
  • the light L1 includes, for example, coherent light such as laser light or incoherent light such as light output from a light emitting diode.
  • the mirror unit 2 reflects the incident light L1 while changing the optical path of the reflected light L2.
  • the control unit 3 inputs a drive signal to the mirror unit 2.
  • the optical path of the reflected light L2 is controlled based on this drive signal.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the mirror unit 2.
  • the mirror unit 2 includes a mirror structure 10, a lower magnetic body 20, a cap structure 30, and a housing 40.
  • the housing 40 has a substantially rectangular parallelepiped shape and accommodates the mirror structure 10 and the lower magnetic body 20.
  • the lower magnetic body 20 is disposed on the bottom surface 42 of the housing 40.
  • the mirror structure 10 is disposed above the lower magnetic body 20 (on the Z axis positive direction side).
  • the cap structure 30 is disposed so as to cover the opening 41 of the housing 40.
  • FIG. 3 is a perspective view of the mirror structure 10.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the arrangement of the second coil 17 a and the first coil 18 a in the mirror structure 10.
  • the mirror structure 10 includes a support portion 11, a second movable portion 12, a first movable portion 13, and a mirror 16.
  • the second movable part 12 is connected to the support part 11.
  • the first movable part 13 is connected to the second movable part 12.
  • the mirror 16 is supported by the first movable part 13.
  • the support portion 11 is a frame and has a rectangular shape when viewed from the Z-axis direction.
  • the support portion 11 is provided with a rectangular opening portion 11a.
  • a pair of substantially rectangular recesses 11b and 11b are provided on two sides extending in the X-axis direction.
  • the second movable portion 12 is disposed in the opening 11 a of the support portion 11.
  • the second movable portion 12 is connected to the support portion 11 by a pair of second beam portions 14 and 14.
  • the second movable portion 12 is physically connected to the first movable portion 13 by a pair of first beam portions 15 and 15.
  • the pair of second beam portions 14, 14 are located on a straight line A ⁇ b> 2 parallel to the Y axis, and are provided on both sides of the second movable portion 12.
  • the second beam portion 14 supports the second movable portion 12 with respect to the support portion 11 so as to be swingable around a straight line A2.
  • the second beam portion 14 has a meandering shape as viewed from the Z direction. According to such a shape, the second beam portion 14 has a relatively small torsional rigidity around the straight line A2.
  • the second movable part 12 has a rectangular opening 12a.
  • the first movable portion 13 is a frame and has a rectangular shape when viewed from the Z-axis direction.
  • the first movable portion 13 is provided with a rectangular opening 13a.
  • the first movable portion 13 is connected to the second movable portion 12 by a pair of first beam portions 15 and 15.
  • the first movable portion 13 is physically connected to the mirror 16.
  • the pair of first beam portions 15, 15 are located on a straight line A ⁇ b> 1 parallel to the X axis, and are provided on both sides of the first movable portion 13.
  • the first beam portion 15 supports the first movable portion 13 with respect to the second movable portion 12 so as to be swingable around a straight line A1.
  • the first beam portion 15 extends linearly in the X-axis direction. According to such a shape, the first beam portion 15 has a relatively large torsional rigidity around the straight line A1.
  • the torsional rigidity of the first beam part 15 is larger than the torsional rigidity of the second beam part 14.
  • the mirror 16 is disposed on a surface facing the cap structure 30 on the first movable portion 13.
  • the mirror 16 has a light reflecting film composed of a metal thin film or the like.
  • the mirror structure 10 constitutes a first vibration system having the first movable portion 13 and the mirror 16 as mass elements and the pair of first beam portions 15 as elastic elements.
  • the first vibration system has a resonance frequency based on the total mass of the first movable part 13 and the mirror 16 and the elastic coefficient of the first beam part 15.
  • the resonance frequency of the first vibration system is referred to as a first resonance frequency. More specifically, since the first vibration system is rocking (reciprocating rotation) around the straight line A1, the total mass is the moment of inertia around the straight line A1, and the elastic coefficient is the torsion of the first beam portion 15. It is rigid.
  • the mirror structure 10 constitutes a second vibration system in which the second movable portion 12, the first movable portion 13 and the mirror 16 are mass elements and the pair of second beam portions 14 are elastic elements.
  • the second vibration system has a resonance frequency based on the total mass of the second movable portion 12, the first movable portion 13 and the mirror 16 and the elastic coefficient of the second beam portion 14.
  • the resonance frequency of the second vibration system is referred to as a second resonance frequency. More specifically, since the second vibration system is rocking (reciprocating rotation) around the straight line A2, the total mass is the moment of inertia around the straight line A2, and the elastic coefficient is the torsion of the second beam portion 14. It is rigid.
  • the inertia moment of the first vibration system is smaller than the inertia moment of the second vibration system by the amount of the inertia moment of the second movable part 12.
  • the torsional rigidity of the first vibration system is larger than the torsional rigidity of the second vibration system.
  • the resonance frequency (more precisely, the natural frequency) is inversely proportional to the moment of inertia (mass) and proportional to the torsional stiffness (elastic coefficient). For this reason, the resonance frequency of the first vibration system is higher than the resonance frequency of the second vibration system.
  • the mirror structure 10 further includes a second coil 17a and a first coil 18a.
  • the second coil 17 a is disposed on the second movable portion 12.
  • the second coil 17a cooperates with the lower magnetic body 20 (see FIG. 2) and the cap structure 30 (see FIG. 2) to generate an electromagnetic force that causes the mirror 16 to swing around the straight line A2 (see FIG. 3). generate.
  • the second coil 17a, the lower magnetic body 20, and the cap structure 30 constitute a second drive unit D2.
  • the second driving unit D2 is physically connected to the first driving unit D1.
  • the second coil 17a has a rectangular shape when viewed from the Z direction. In the following description, it is assumed that the rectangle includes a square.
  • the second coil 17 a is electrically connected to a pair of pads 17 c and 17 c on the support portion 11 by wiring 17 b disposed on one second beam portion 14. Accordingly, by supplying a current between the pair of pads 17c and 17c, a current is supplied to the second coil 17a.
  • the first coil 18a is disposed in the first movable part 13.
  • the first coil 18a cooperates with the lower magnetic body 20 and the cap structure 30 to generate an electromagnetic force that causes the mirror 16 to swing around the straight line A1.
  • the first coil 18a, the lower magnetic body 20 (see FIG. 2), and the cap structure 30 (see FIG. 2) constitute the first drive unit D1.
  • the first drive unit D1 is physically connected to the mirror 16.
  • the first coil 18a has a rectangular shape when viewed from the Z direction.
  • the first coil 18 a is electrically connected to the pair of pads 18 c and 18 c on the support portion 11 by wiring 18 b disposed on the first beam portion 15, the second movable portion 12, and the other second beam portion 14. Connected to. Therefore, a current is supplied to the first coil 18a by supplying a current between the pair of pads 18c, 18c.
  • the mirror structure 10 having the above-described configuration, for example, performs processing such as anisotropic etching on a semiconductor substrate such as silicon to provide the second movable portion 12, the first movable portion 13, the second beam portion 14, the first By forming the one beam portion 15, the beam portion 15 is integrally formed.
  • the lower magnetic body 20 has a rectangular parallelepiped shape formed integrally.
  • the lower magnetic body 20 is disposed on the back surface side of the surface of the mirror structure 10 on which the mirror 16 is disposed, that is, on the Z-axis negative direction side.
  • the lower magnetic body 20 has a first magnetic part 21, a second magnetic part 22, and a third magnetic part 23.
  • the 1st magnetic part 21 and the 2nd magnetic part 22 are arrange
  • the third magnetic part 23 is disposed between the first magnetic part 21 and the second magnetic part 22.
  • the first magnetic part 21, the second magnetic part 22, and the third magnetic part 23 are, for example, the housing 40.
  • a magnetic field is generated in a direction parallel to the diagonal direction of the bottom surface.
  • the cap structure 30 is a plate-like member and has a rectangular shape when viewed from the Z-axis direction.
  • the cap structure 30 is disposed on the surface side of the mirror structure 10 on which the mirror 16 is disposed, that is, on the Z axis positive direction side.
  • the cap structure 30 may be configured using, for example, a neodymium magnet or a samarium cobalt magnet.
  • the 1st field 31 and the 2nd field 32 are arranged in the direction which intersects the direction (namely, X-axis direction and Y-axis direction) where each side of the 2nd coil 17a and the 1st coil 18a extends.
  • the resonance frequency of the first vibration system is higher than the resonance frequency of the second vibration system.
  • the configuration relating to the first vibration system may be described using the name “fast”.
  • the straight line A1 related to the first vibration system is also referred to as “fast axis” (first drive axis)
  • the resonance frequency of the first vibration system is also referred to as “fast axis resonance frequency”
  • the first coil related to the first vibration system is Also called “fast axis coil”.
  • the configuration relating to the second vibration system may be described using the name “slow”.
  • the straight line A2 related to the second vibration system is also referred to as “slow axis” (second drive axis)
  • the resonance frequency of the second vibration system is also referred to as “slow axis resonance frequency”
  • the second coil related to the second vibration system is , Also called “slow shaft coil”.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control unit 3.
  • the control unit 3 generates a drive signal for controlling the mirror unit 2.
  • the control unit 3 includes a controller 51, a fast axis coil drive circuit 52, a slow axis coil drive circuit 53, and a signal extraction unit 54.
  • the controller 51 generates a fast axis control signal (first control signal) N1a (see part (a) in FIG. 6) and a slow axis control signal (second control signal) N2a (see part (b) in FIG. 6). To do.
  • the fast axis control signal N1a is a control signal for the operation of swinging the mirror 16 around the fast axis A1f.
  • the fast axis control signal N1a is a signal including a component of the fast axis resonance frequency that is the resonance frequency of the first vibration system.
  • the controller 51 sets the waveform of the fast axis control signal N1a to a sine wave, and sets the frequency of the fast axis control signal N1a (fast axis control frequency) to the fast axis resonance frequency (first value).
  • the waveform of the fast axis control signal N1a is not limited to a sine wave shape, and may be other shapes such as a rectangular shape.
  • the slow axis control signal N2a is a control signal for the operation of swinging the mirror 16 around the straight line A2.
  • the controller 51 sets the waveform of the slow axis control signal N2a to a sawtooth waveform or a triangular wave, and sets the frequency of the slow axis control signal N2a (slow axis control frequency).
  • the slow axis control frequency is generally set lower than the slow axis resonance frequency (second value).
  • the slow axis resonance frequency (second value) is about 1/100 to 1/1000 of the fast axis resonance frequency (first value). Smaller than the value.
  • the waveform of the slow axis control signal N2a is not limited to a sawtooth or triangular wave.
  • the frequency of the fast axis control signal N1a is appropriately changed according to the state of the mirror unit 2.
  • the fast axis resonance frequency varies depending on the environment in which the mirror unit 2 is disposed and the usage time. For example, when the temperature changes, the torsional rigidity of the material constituting the first beam portion 15 changes, so that the fast axis resonance frequency also changes. For this reason, when the frequency of the fast axis control signal N1a is set to a preset fixed value, the frequency of the fast axis control signal N1a may deviate from the actual fast axis resonance frequency (that is, the first value). obtain. Therefore, the controller 51 has a configuration for appropriately adjusting the frequency of the fast axis control signal N1a. The configuration for adjusting the frequency of the fast axis control signal N1a will be described in detail later.
  • the fast axis coil drive circuit 52 is connected to the controller 51 and receives a fast axis control signal N1a from the controller 51.
  • the fast axis coil drive circuit 52 generates a fast axis drive signal N1 (see part (c) in FIG. 6) in response to the fast axis control signal N1a.
  • the fast axis coil drive circuit 52 is electrically connected to the fast axis coil 18f and outputs a fast axis drive signal N1 to the fast axis coil 18f.
  • the slow axis coil drive circuit 53 is connected to the controller 51 and receives a slow axis control signal N2a from the controller 51.
  • the slow axis coil drive circuit 53 generates a slow axis drive signal N2 (see part (d) in FIG. 6) in response to the slow axis control signal N2a.
  • the slow axis coil drive circuit 53 is electrically connected to the slow axis coil 17s and outputs the slow axis drive signal N2 to the slow axi
  • the signal extraction unit 54 is electrically connected to the slow axis coil drive circuit 53 and the slow axis coil 17s. That is, the signal extraction unit 54 is electrically connected to the slow shaft drive unit (second drive unit D2).
  • the signal extraction unit 54 acquires the composite signal N3 (see the part (e) in FIG. 6) output from the slow shaft coil 17s.
  • the signal extraction part 54 extracts the induction signal N4 (refer the part (f) of FIG. 6) used for the production
  • the signal extraction unit 54 outputs the extracted induced signal N4 to the controller 51.
  • the inventor found that the fast shaft coil 18f and the slow shaft coil 17s are magnetically coupled to each other, and when the fast shaft coil 18f swings, the slow shaft coil 17s is reversed according to the swing.
  • electromotive force is generated.
  • a signal resulting from the counter electromotive force is an induced signal N4.
  • the induced signal N4 is obtained by the signal extraction unit 54.
  • the signal extraction unit 54 extracts the induced signal N4 from the combined signal N3 obtained from the slow shaft coil 17s.
  • the combined signal N3 (see the part (e) in FIG. 6) input to the signal extracting unit 54 is a slow axis in addition to the induced signal N4 (part (f) in FIG. 6) caused by the back electromotive force.
  • a drive signal N2 (see part (d) in FIG. 6) is also included. Therefore, the signal extraction unit 54 extracts the induced signal N4 from the combined signal N3 using a signal amplifier (signal amplifier) 54a (signal amplification unit), a signal filter (signal filter unit) 54b, or the like.
  • the signal amplifier 54a amplifies the frequency component of the induced signal N4.
  • the signal filter 54b passes the frequency component of the induced signal N4 and attenuates the frequency component of the slow axis drive signal N2.
  • the signal extraction unit 54 may include both the signal amplifier 54a and the signal filter 54b, or may include either one.
  • the frequency band extracted by the signal extraction unit 54 will be described. As shown in FIG. 7, the frequency of the band (BA) extracted by the signal extraction unit 54 is at least larger than the slow axis resonance frequency (Frs).
  • the first range (F1 ⁇ F ⁇ F2) shown in the band B1 is appropriate as a band extracted by the signal extraction unit 54.
  • the first lower limit frequency (F1) is smaller than the fast axis resonance frequency (Frf) and larger than the frequency (Fds) and the slow axis resonance frequency (Frs) of the slow axis drive signal N2.
  • the first upper limit frequency (F2) is greater than the fast axis resonance frequency (Frf).
  • the second range (F3 ⁇ F ⁇ F2) shown in the band B2 is appropriate as a band extracted by the signal extraction unit 54.
  • the second lower limit frequency (F3) is equal to or lower than the slow axis resonance frequency (Frs) and higher than the frequency (Fds) of the slow axis drive signal N2. That is, the second lower limit frequency (F3) does not include the frequency (Fds) of the slow axis drive signal N2.
  • the third range (F4 ⁇ F ⁇ F2) shown in the band B3 is not appropriate as the band extracted by the signal extraction unit 54.
  • the third lower limit frequency (F4) is equal to or lower than the frequency (Fds) of the slow axis drive signal N2.
  • the fourth range (F5 ⁇ F ⁇ F6) shown in the band B4 is not appropriate as a band extracted by the signal extraction unit 54.
  • the fourth lower limit frequency (F5) is greater than the slow axis resonance frequency (Frs).
  • the second upper limit frequency (F6) is greater than the slow axis resonance frequency (Frs) and less than the fast axis resonance frequency (Frf).
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the controller 51.
  • the induced signal N4 generated in the slow axis coil 17s depends on the oscillation frequency and amplitude of the fast axis coil 18f. Therefore, by observing the induced signal N4, it is possible to know the swinging state of the mirror 16 around the fast axis A1f. In other words, the induced signal N4 is related to the fast axis resonance frequency, not the fast axis drive signal N1.
  • FIG. 9 shows time waveforms G1, G2, and G3.
  • the time waveform G1 shows the induced signal N4 when the frequency of the fast axis drive signal N1 matches the fast axis resonance frequency (22.05 kHz).
  • the time waveform G2 shows the induced signal N4 when the frequency of the fast axis drive signal N1 matches the frequency (22.06 kHz) obtained by adding 10 Hz to the fast axis resonance frequency.
  • the time waveform G3 shows the induced signal N4 when the frequency of the fast axis drive signal N1 matches the frequency (22.04 kHz) obtained by subtracting 10 Hz from the fast axis resonance frequency.
  • the phase of the fast axis drive signal N1 and the phase of oscillation of the mirror 16 around the fast axis A1f. Phase difference
  • the frequency of the fast axis drive signal N1 is adjusted so that the phase difference between the phase of the fast axis drive signal N1 and the phase of the induced signal N4 generated in the slow axis coil 17s becomes a constant value (for example, zero). Good.
  • the controller 51 adjusts the frequency of the fast axis control signal N1a to bring the phase difference close to a certain value (for example, zero).
  • the controller 51 includes a control unit 61, a slow axis waveform generation unit 62, and a fast axis waveform generation unit 63.
  • the control unit 61 controls the operations of the slow axis waveform generation unit 62 and the fast axis waveform generation unit 63.
  • the slow axis waveform generator 62 generates a sawtooth waveform slow axis control signal N2a. Then, the slow axis waveform generation unit 62 outputs the generated signal to the slow axis coil drive circuit 53.
  • the fast axis waveform generator 63 generates a sinusoidal fast axis control signal N1a. Then, the fast axis waveform generation unit 63 outputs a fast axis control signal N1a to the fast axis coil drive circuit 52.
  • the fast axis waveform generation unit 63 includes a phase comparator 63a, a loop filter 63b, and a voltage controlled oscillator 63c. According to these configurations, the fast axis waveform generation unit 63 has a function as a so-called phase synchronization circuit (PLL: Phase : Lock Loop). That is, the fast axis waveform generation unit 63 synchronizes the phase of the fast axis control signal N1a generated by the voltage controlled oscillator 63c with the phase of the induced signal N4 input from the signal extraction unit 54.
  • PLL Phase synchronization circuit
  • the phase comparator 63a obtains a phase difference by comparing the induced signal N4 input from the signal extraction unit 54 with the fast axis control signal N1a input from the voltage controlled oscillator 63c. Then, the phase comparator 63a outputs a phase signal corresponding to the phase difference to the loop filter 63b.
  • the loop filter 63b obtains a processed phase signal by attenuating unnecessary high frequency components included in the phase signal. Then, the loop filter 63b outputs a processing phase signal to the voltage controlled oscillator 63c.
  • the voltage controlled oscillator 63c outputs a frequency corresponding to the magnitude (voltage) of the processing phase signal input from the loop filter 63b.
  • FIG. 10 is a diagram showing main steps in the mirror driving method.
  • a step (swing step) S1 of swinging the mirror 16 around the fast axis A1f is performed.
  • This step S1 is performed by the controller 51, the fast axis coil drive circuit 52, and the fast axis coil 18f of the control unit 3.
  • a step (acquisition step) S2 of obtaining a composite signal N3 from the slow shaft driving unit D2 is performed.
  • This step S2 is performed by the slow shaft coil 17s and the signal extraction unit 54 of the control unit 3.
  • step S3 of extracting the induced signal N4 from the synthesized signal N3 is executed.
  • This step S3 is performed by the signal extraction unit 54 of the control unit 3.
  • step (generation step) S4 of generating the fast axis control signal N1a according to the induced signal N4 is executed.
  • This step S4 is performed by the controller 51 of the control unit 3. More specifically, step S4 is performed by the controller 61 of the controller 51, the fast axis waveform generator 63, the voltage controlled oscillator 63c, the loop filter 63b, and the phase comparator 63a.
  • the mirror 16 is swung around the fast axis A1f. While the mirror 16 swings around the fast axis A1f, the signal extraction unit 54 obtains the combined signal N3 from the slow axis driving unit D2. Specifically, the signal extraction unit 54 obtains the composite signal N3 from the slow shaft coil 17s of the slow shaft drive unit D2. This synthesized signal N3 includes an induced signal N4. The induced signal N4 is a signal generated in the slow axis driving unit D2 due to the operation of swinging the mirror 16 around the fast axis A1f.
  • the frequency of the induced signal N4 corresponds to the frequency at which the mirror 16 swings with respect to the fast axis A1f.
  • the frequency at which the mirror 16 swings with respect to the fast axis A1f is higher than the frequency of the mirror 16 with respect to the slow axis A2s. Therefore, it is possible to easily extract the induced signal N4 from the combined signal N3 obtained from the slow shaft driving unit D2.
  • the signal generation unit 50 is electrically connected to the signal extraction unit 54 and the fast axis drive unit (first drive unit D1), and generates a drive signal to be provided to the fast axis coil 18f according to the induced signal N4. Generate.
  • the result of the mirror 16 being swung by the fast axis coil 18f can be obtained as the induced signal N4 from the slow axis coil 17s.
  • a feedback loop system related to the oscillation of the mirror 16 with respect to the fast axis A1f is configured, so that the mirror 16 with respect to the fast axis A1f can be reliably driven in a resonance state.
  • the embodiment described above shows an example of a mirror device and a mirror driving method.
  • the mirror device and the mirror driving method are not limited to the mirror device and the mirror driving method according to the embodiment, and may be modified or applied to other ones without changing the gist described in each claim. It may be.
  • the mirror 16 is swung around the fast axis A1f and the slow axis A2s, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the mirror 16 may be configured to swing only around the fast axis A1f. Even in this case, when the mirror 16 is swung around the fast axis A1f, a counter electromotive force is generated in the slow axis coil 17s. Therefore, by using this back electromotive force, the feedback loop system can be easily configured, so that the mirror 16 can be reliably driven in the resonance state.
  • the fast axis waveform generator 63 adjusts the frequency of the fast axis control signal N1a according to the phase difference between the phase of the fast axis control signal N1a and the phase of the induced signal N4.
  • the deviation between the frequency of the fast axis control signal N1a and the fast axis resonance frequency affects not only the phase difference but also the amplitude of the induced signal N4. Therefore, the frequency of the fast axis control signal N1a may be adjusted according to the amplitude of the induced signal N4.
  • the mirror 16 is not in a resonance state.
  • the oscillation angle of the mirror 16 whose oscillation is not in the resonance state is smaller than the oscillation angle when the oscillation of the mirror 16 is a resonance operation.
  • the magnitude of the magnetic field fluctuation generated by the fast axis coil 18f is also small. Therefore, the magnitude of the back electromotive force generated in the slow shaft coil 17s (that is, the amplitude of the induced signal N4) is also reduced (see the amplitudes H1, H2, and H3 in FIG. 9). Therefore, the fast axis waveform generation unit 63 sweeps the frequency of the fast axis drive signal N1 in a predetermined frequency band.
  • the fast axis waveform generation unit 63 determines that the frequency at which the amplitude of the induced signal N4 becomes the maximum value is the fast axis resonance frequency.
  • the phase synchronization function in the fast axis waveform generation unit 63 is configured as an analog circuit.
  • the phase synchronization function in the fast axis waveform generation unit 63 may be configured not only as an analog circuit but also as a digital circuit (see FIG. 11), or may be configured by combining an analog circuit and a digital circuit (see FIG. 11). 12).
  • the controller 51A configured as a digital circuit includes a digital control unit 61A, a slow axis waveform generation unit 62A, and a fast axis waveform generation unit 63A.
  • the digital control unit 61A controls the operations of the slow axis waveform generation unit 62A and the fast axis waveform generation unit 63A.
  • the slow axis waveform generator 62 ⁇ / b> A generates a slow axis control signal N ⁇ b> 2 a provided to the slow axis coil drive circuit 53.
  • the slow axis waveform generation unit 62A includes a DA converter 62a.
  • the DA converter 62a converts the slow axis control signal N2a output from the digital control unit 61A to the slow axis waveform generation unit 62A as a digital value into an analog value. Then, the DA converter 62a outputs the slow axis control signal N2a converted into an analog value to the slow axis coil drive circuit 53.
  • the fast axis waveform generation unit 63A generates a fast axis control signal N1a provided to the fast axis coil drive circuit 52.
  • the fast axis waveform generation unit 63A includes an AD converter 63d and a DA converter 63e.
  • the AD converter 63d receives the induced signal N4 that is an analog value from the signal extraction unit 54, and converts the induced signal N4 into a digital value. Then, the AD converter 63d outputs the induced signal N4 converted into a digital value to the digital control unit 61A.
  • the digital control unit 61A outputs the fast axis control signal N1a whose frequency is adjusted according to the induced signal N4 as a digital value to the DA converter 63e.
  • the phase comparison is performed by the digital control unit 61A.
  • the DA converter 63e converts the fast axis control signal N1a output from the digital controller 61A to the fast axis waveform generator 63A as a digital value into an analog value. Then, the DA converter 63e outputs the fast axis control signal N1a converted into the analog value to the fast axis coil drive circuit 52.
  • the controller 51B configured as a digital circuit includes a digital control unit 61A, a slow axis waveform generation unit 62A, and a fast axis waveform generation unit 63B. Since the digital control unit 61A and the slow axis waveform generation unit 62A have the same configuration as the digital control unit 61A and the slow axis waveform generation unit 62A included in the controller 51A illustrated in FIG. 11, detailed description thereof will be omitted.
  • the fast axis waveform generation unit 63B includes a phase comparator 63a, an AD converter 63d, and a DA converter 63e.
  • the phase comparator 63a obtains a signal related to the phase difference between the phase of the fast axis control signal N1a output from the DA converter 63e and the phase of the induced signal N4 output from the signal extraction unit 54. Then, the phase comparator 63a outputs a signal related to the phase difference to the AD converter 63d.
  • the AD converter 63d receives the signal related to the phase difference output from the phase comparator 63a, and converts the signal related to the phase difference into a digital value. Then, the AD converter 63d outputs a signal converted into a digital value to the digital control unit 61A. In the controller 51B, the phase comparison is performed by the phase comparator 63a.
  • the signal extraction unit 54 handles the induced signal N4 as a voltage.
  • the signal extraction unit 54 may treat the induced signal N4 as a current.
  • the counter electromotive force generated in the slow shaft coil 17s may be treated as a current fluctuation.
  • the induced signal N4 may be extracted directly from the combined signal N3 indicating the current fluctuation.
  • the control unit 3 ⁇ / b> C of the mirror device 1 ⁇ / b> C may include a current-voltage conversion circuit 58 between the slow shaft coil 17 s and the signal extraction unit 54. Then, the current-voltage conversion circuit 58 may convert the combined signal N3 output as a current fluctuation into a voltage, and then input the converted combined signal N3 to the signal extraction unit 54.
  • the mirror device 1 is used for a light irradiation device or an image acquisition device.
  • FIG. 14 shows the light irradiation device 7 which is a head-up display or a projector.
  • the light irradiation device 7 includes a light source 71 and a mirror device 1 and irradiates light on an object S such as a windshield and a screen.
  • FIG. 15 shows an image acquisition device 8 such as a microscope device.
  • the microscope apparatus include a reflection microscope or a transmission microscope, a fluorescence microscope, a confocal microscope, a light sheet microscope, and a STED microscope.
  • the image acquisition device 8 includes an objective lens 81 that irradiates the object S with light output from the light irradiation device 7, and light (for example, fluorescence) generated in the object S due to light irradiation.
  • it includes a photodetector 82 that detects transmitted light, reflected light, and the like, and a computer 83 that generates an image of the object S based on a detection signal output from the photodetector 82.
  • the photodetector 82 include an image sensor, a photodiode, and a photomultiplier tube. Further, the light generated by the object S may be detected by the photodetector 82 via the mirror device 1 or may be detected by the photodetector 82 not via the mirror device 1.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

ミラー装置1は、ファスト軸A1fの周りに揺動可能に支持されると共に、スロー軸A2sの周りに揺動可能に支持されたミラー16であって、ファスト軸A1fに対する揺動の共振周波数が第一の値でありスロー軸A2sに対する揺動の共振周波数が第一の値よりも低い第二の値であるミラー16と、ミラー16をファスト軸A1fの周りに揺動させる動作に起因してスロー軸コイル17sに発生する誘起信号N4を含む合成信号N3をスロー軸コイル17sから得ると共に、合成信号N3から誘起信号N4を抽出する信号抽出部54と、誘起信号N4に応じて、ファスト軸A1fに対するミラー16の揺動が共振状態となるようにファスト軸駆動信号N1を生成する信号生成部50と、を備える。

Description

ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置
 本開示は、ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置に関する。
 特許文献1には、電磁駆動型の走査ミラーが開示されている。走査ミラーは、所定軸の周りに共振状態として揺動するように制御される。走査ミラーを駆動するための制御信号は、走査ミラーの駆動によって発生する逆起電力を利用して生成される。
特開2009-258321号公報
 特許文献1の装置において、逆起電力は、駆動信号に加算された形で検出されるので、検出された信号から逆起電力に対応する信号成分を抽出する必要がある。しかし、駆動信号の周波数と逆起電力の周波数とが同じであるうえに、駆動信号の振幅に対して逆起電力の振幅が小さい。従って、検出された信号から逆起電力の成分を抽出することは難しかった。走査ミラーの駆動信号は、逆起電力を利用して生成されるので、逆起電力の成分の抽出が難しい場合には、走査ミラーを確実に共振状態として駆動することも困難であった。
 そこで、実施形態は、ミラーを共振状態として駆動できるミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置を提供することを目的とする。
 実施形態は、ミラー装置である。ミラー装置は、第一駆動軸の周りに揺動可能に支持されると共に、第一駆動軸と交差する第二駆動軸の周りに揺動可能に支持されたミラーであって、第一駆動軸に対する揺動の共振周波数が第一の値であり、第二駆動軸に対する揺動の共振周波数が第一の値よりも低い第二の値であるミラーと、ミラーを第一駆動軸の周りに揺動させる第一駆動部と、ミラーを第二駆動軸の周りに揺動させる第二駆動部と、ミラーを第一駆動軸の周りに揺動させる動作に起因して第二駆動部に発生する誘起信号を含む合成信号を第二駆動部から得ると共に、合成信号から誘起信号を抽出する信号抽出部と、抽出された誘起信号に応じて、第一駆動軸に対するミラーの揺動が共振状態となるように第一駆動部を制御するための駆動信号を生成する信号生成部と、を備える。
 別の実施形態は、ミラーの駆動方法である。ミラーの駆動方法は、第一駆動軸の周りに揺動可能に支持されると共に、第一駆動軸と交差する第二駆動軸の周りに揺動可能に支持されたミラーであって、第一駆動軸に対する揺動の共振周波数が第一の値であり、第二駆動軸に対する揺動の共振周波数が第一の値よりも小さい第二の値であるミラーの駆動方法であって、第一駆動部を制御して、ミラーを第一駆動軸の周りに揺動させるステップ(搖動ステップ)と、ミラーを第一駆動軸の周りに揺動させる動作に起因して第二駆動部に発生する誘起信号を含む合成信号を第二駆動部から得るステップ(取得ステップ)と、合成信号から誘起信号を抽出するステップ(抽出ステップ)と、抽出された誘起信号に応じて、第一駆動軸に対するミラーの揺動が共振状態となるように第一駆動部を制御するための駆動信号を生成するステップ(生成ステップ)と、を有する。
 ミラーは、第一駆動部によって、第一駆動軸の周りに揺動される。このミラーが第一駆動軸の周りに揺動している間に、信号抽出部は、第二駆動部から合成信号を得る。この合成信号は、ミラーを第一駆動軸の周りに揺動させる動作に起因して第二駆動部に発生した誘起信号を含む。誘起信号は、第一駆動部の動作に起因するので、その周波数は第一駆動軸に対するミラーの揺動における周波数に対応する。第一駆動軸に対するミラーの揺動における周波数は、第二駆動軸に対するミラーの周波数よりも高いので、第二駆動部から得られる信号から誘起信号を容易に抽出することが可能である。そして、信号生成部は、誘起信号に応じて、第一駆動部に提供する駆動信号を生成する。従って、第一駆動部によってミラーを揺動させた結果を、第二駆動部から誘起信号として得ることが可能になる。これにより、第一駆動軸に対するミラーの揺動に関するフィードバックループ系が構成されるので、第一駆動軸に対するミラーを確実に共振状態として駆動することができる。
 信号生成部は、信号生成部から第一駆動部に入力される駆動信号の位相と信号抽出部において得られた誘起信号の位相との位相差に応じて駆動信号を生成してもよい。また、生成ステップは、第一駆動部に入力される駆動信号の位相と抽出ステップにおいて得られた誘起信号の位相との位相差に応じて駆動信号を生成してもよい。さらに、信号生成部は、位相差が一定値になるように、駆動信号を生成してもよい。また、生成ステップは、位相差が一定値になるように、駆動信号を生成してもよい。さらに、信号生成部は、位相差が小さくなるように、駆動信号を生成してもよい。生成ステップは、位相差が小さくなるように、駆動信号を生成してもよい。これらの構成によれば、駆動信号の周波数と第一駆動軸に対するミラーの揺動における共振周波数とのずれが、駆動信号の位相と誘起信号の位相との位相差として示される。この位相差を一定値とする、或いは小さくするように、駆動信号の周波数を調整することにより、駆動信号の周波数を共振周波数に容易に調整することができる。この一定値は、ゼロであってもよい。
 信号生成部は、信号抽出部において得られた誘起信号の振幅に応じて駆動信号を生成してもよい。また、生成ステップは、抽出ステップにおいて得られた誘起信号の振幅に応じて駆動信号を生成してもよい。さらに、信号生成部は、誘起信号の振幅が大きくなるように、駆動信号を生成してもよい。また、生成ステップは、誘起信号の振幅が大きくなるように、駆動信号を生成してもよい。これらの構成によれば、駆動信号の周波数と第一駆動軸に対するミラーの揺動における共振周波数とのずれが、誘起信号の振幅として示される。この振幅が大きくなるように、駆動信号の周波数を調整することにより、駆動信号の周波数を共振周波数に容易に調整することができる。
 信号抽出部は、信号フィルタ部を含み、信号フィルタ部は、第二の値より大きい周波数を含む信号を通過させてもよい。また、抽出ステップは、信号フィルタ部により、第二の値より大きい周波数を含む信号を通過させてもよい。さらに、信号フィルタ部は、第二の値より小さい周波数を含む信号を減衰させてもよい。また、抽出ステップは、信号フィルタ部により、第二の値より小さい周波数を含む信号を減衰させてもよい。これらの構成によれば、合成信号から精度よく誘起信号を抽出することができる。
 信号抽出部は、信号増幅器を含み、信号増幅部は、第二値より大きい周波数を含む信号を増幅してもよい。また、また、抽出ステップは、信号増幅器により、第二の値より大きい周波数を含む信号を増幅してもよい。この構成によれば、合成信号から精度よく誘起信号を抽出することができる。
 また、さらに別の実施形態は、対象物に光を照射する光照射装置である。光照射装置は、光を出力する光源と、光源から出力された光を走査する上述のミラー装置と、を備える。また、別の実施形態は、対象物に光を照射する光照射方法である。光照射方法は、光源から光を出力する出力ステップと、光源から出力された光を走査する上述のミラー駆動方法、を備える。さらに、別の形態は、対象物の画像を取得する画像取得装置である。画像取得装置は、上述の光照射装置と、光照射装置による光の照射に伴って対象物で発生する光を検出する光検出器と、を備える。また、別の実施形態は、対象物の画像を取得する画像取得方法である。画像取得方法は、上述の光照射方法と、光照射方法による光の照射に伴って対象物で発生する光を検出する検出ステップと、を備える。これらの形態によれば、ミラー装置によって、ミラーを第一駆動軸の周りにおいて確実に共振状態として駆動することができるため、光の照射及び画像取得を確実に行うことができる。
 実施形態によれば、走査ミラーを確実に共振状態として駆動できるミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置が提供される。
図1は、実施形態に係るミラー装置の構成を示す斜視図である。 図2は、図1に示されたミラーユニットを分解して示す斜視図である。 図3は、図2に示されたミラー構造体を示す斜視図である。 図4は、ミラー構造体における第一コイル及び第二コイルの配置を示す斜視図である。 図5は、図1に示された制御ユニットの構成を示すブロック図である。 図6は、制御ユニットにおいて扱われる信号を例示する図である。 図7は、図5に示された信号抽出部において抽出される信号の帯域を示す図である。 図8は、図5に示されたコントローラの構成を示すブロック図である。 図9は、駆動信号及び誘起信号の位相関係及び駆動信号及び誘起信号の振幅関係を示すグラフである。 図10は、ミラーの駆動方法における主要なステップを示す図である。 図11は、変形例に係る制御ユニットが有するコントローラの構成を示すブロック図である。 図12は、別の変形例に係る制御ユニットが有するコントローラの構成を示すブロック図である。 図13は、さらに別の変形例に係る制御ユニットの構成を示すブロック図である。 図14は、ミラー装置を備える光照射装置の構成を示す概略図である。 図15は、ミラー装置を備える画像取得装置の構成を示す概略図である。
 以下、添付図面を参照しながらミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
 図1に示されるように、実施形態に係るミラー装置1は、ミラーユニット2と、制御ユニット3と、を有する。ミラーユニット2には、光L1が入射する。光L1は、例えば、レーザ光などのコヒーレント光あるいは発光ダイオードから出力された光などのインコヒーレント光を含む。そして、ミラーユニット2は、反射光L2の光路を変更しながら、入射された光L1を反射する。制御ユニット3は、ミラーユニット2に対して駆動信号を入力する。反射光L2の光路は、この駆動信号に基づいて制御される。
 図2は、ミラーユニット2の分解斜視図である。説明の便宜のために、各図にはX軸、Y軸及びZ軸を付す。図2に示されるように、ミラーユニット2は、ミラー構造体10と、下部磁性体20と、キャップ構造体30と、筐体40と、を有する。筐体40は、略直方体形状を有し、ミラー構造体10及び下部磁性体20を収容する。下部磁性体20は、筐体40の底面42上に配置される。ミラー構造体10は、下部磁性体20の上方(Z軸正方向の側)に配置される。キャップ構造体30は、筐体40の開口部41を覆うように配置される。
 図3及び図4を参照して、ミラー構造体10の構成について詳細に説明する。図3は、ミラー構造体10の斜視図である。図4は、ミラー構造体10における第二コイル17a及び第一コイル18aの配置を示す斜視図である。図3及び図4に示されるように、ミラー構造体10は、支持部11と、第二可動部12と、第一可動部13と、ミラー16とを有する。第二可動部12は、支持部11に連結される。第一可動部13は、第二可動部12に連結される。ミラー16は、第一可動部13に支持される。
 支持部11は、枠体であり、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈する。支持部11には、矩形の開口部11aが設けられる。開口部11aの外縁のうち、X軸方向に延びる2辺には、略矩形の一対の凹部11b,11bが設けられる。
 第二可動部12は、支持部11の開口部11a内に配置される。第二可動部12は、一対の第二梁部14,14により、支持部11に連結される。また、第二可動部12は、一対の第一梁部15,15により、第一可動部13に物理的に連結される。一対の第二梁部14,14は、Y軸に平行な直線A2上に位置し、第二可動部12の両側に設けられる。第二梁部14は、第二可動部12を支持部11に対して直線A2の周りに揺動可能に支持する。第二梁部14は、Z方向から見て蛇行形状とされる。このような形状によれば、第二梁部14は、直線A2の周りにおける比較的小さいねじり剛性を有する。第二可動部12は、矩形の開口部12aを有する。
 第一可動部13は、枠体であり、Z軸方向から見た場合に矩形状を呈する。第一可動部13には、矩形の開口部13aが設けられる。第一可動部13は、一対の第一梁部15,15により、第二可動部12に連結される。また、第一可動部13は、ミラー16に物理的に連結される。一対の第一梁部15,15は、X軸に平行な直線A1上に位置し、第一可動部13の両側に設けられる。第一梁部15は、第一可動部13を第二可動部12に対して直線A1の周りに揺動可能に支持する。第一梁部15は、X軸方向に直線状に延びる。このような形状によれば、第一梁部15は、直線A1の周りにおける比較的大きいねじり剛性を有する。例えば、第一梁部15のねじり剛性は、第二梁部14のねじり剛性より大きい。
 ミラー16は、第一可動部13上において、キャップ構造体30に対向する面の上に配置される。ミラー16は、金属薄膜等により構成された光反射膜を有する。
 上述したように、ミラー16は、直線A2の周りに揺動すると共に、直線A1の周りに揺動する。この揺動動作についてさらに説明する。まず、ミラー構造体10は、第一可動部13及びミラー16を質量要素とし、一対の第一梁部15を弾性要素とする第一振動系を構成する。この第一振動系は、第一可動部13及びミラー16の合計質量と、第一梁部15の弾性係数とに基づく共振周波数を有する。以下、第一振動系の共振周波数を第一共振周波数という。より詳細には、第一振動系は、直線A1の周りにおける揺動(往復回転運動)であるので、合計質量は直線A1の周りにおける慣性モーメントであり、弾性係数は第一梁部15のねじり剛性である。
 さらに、ミラー構造体10は、第二可動部12、第一可動部13及びミラー16を質量要素とし、一対の第二梁部14を弾性要素とする第二振動系を構成する。この第二振動系は、第二可動部12、第一可動部13及びミラー16の合計質量と、第二梁部14の弾性係数とに基づく共振周波数を有する。以下、第二振動系の共振周波数を第二共振周波数という。より詳細には、第二振動系は、直線A2の周りにおける揺動(往復回転運動)であるので、合計質量は直線A2の周りにおける慣性モーメントであり、弾性係数は第二梁部14のねじり剛性である。
 ここで、第一振動系の慣性モーメントは、第二可動部12の慣性モーメントの分だけ第二振動系の慣性モーメントよりも小さい。また、第一振動系のねじり剛性は、第二振動系のねじり剛性よりも大きい。共振周波数(より正確には固有周波数)は、慣性モーメント(質量)に反比例し、ねじり剛性(弾性係数)に比例する。このため、第一振動系の共振周波数は、第二振動系の共振周波数よりも大きい。
 図4に示されるように、ミラー構造体10は、第二コイル17aと、第一コイル18aとをさらに有する。第二コイル17aは、第二可動部12に配置される。第二コイル17aは、下部磁性体20(図2参照)及びキャップ構造体30(図2参照)と協働して、ミラー16を直線A2(図3参照)の周りに揺動させる電磁力を発生させる。従って、第二コイル17a、下部磁性体20及びキャップ構造体30は、第二駆動部D2を構成する。第二駆動部D2は、第一駆動部D1と物理的に連結される。第二コイル17aは、Z方向から見て長方形状を有する。なお、以下の説明において、長方形には、正方形が含まれるものとする。第二コイル17aは、一方の第二梁部14上に配置された配線17bにより、支持部11上の一対のパッド17c,17cに電気的に接続される。従って、一対のパッド17c,17cの間に電流を供給することにより、第二コイル17aに電流が供給される。
 第一コイル18aは、第一可動部13に配置される。第一コイル18aは、下部磁性体20及びキャップ構造体30と協働して、ミラー16を直線A1の周りに揺動させる電磁力を発生させる。従って、第一コイル18a、下部磁性体20(図2参照)及びキャップ構造体30(図2参照)は、第一駆動部D1を構成する。従って、第一駆動部D1は、ミラー16と物理的に連結される。また、第一コイル18aは、Z方向から見て長方形状を有する。第一コイル18aは、第一梁部15上、第二可動部12上及び他方の第二梁部14上に配置された配線18bにより、支持部11上の一対のパッド18c,18cに電気的に接続される。従って、一対のパッド18c,18cの間に電流を供給することにより、第一コイル18aに電流が供給される。
 上述した構成を有するミラー構造体10は、例えば、シリコン等の半導体基板に対して異方性エッチング等の加工を行って第二可動部12、第一可動部13、第二梁部14、第一梁部15を形成することにより、一体として形成される。
 図2に示されるように、下部磁性体20は、一体として形成された直方体形状を有する。下部磁性体20は、ミラー構造体10のミラー16が配置された面の裏面側、すなわちZ軸負方向側に配置される。
 下部磁性体20は、第一磁性部21と、第二磁性部22と、第三磁性部23と、を有する。第一磁性部21及び第二磁性部22は、第二コイル17a及び第一コイル18aの各辺が延びる方向(すなわちX軸方向及びY軸方向)に交差する方向に配置される。より詳細には、第一磁性部21及び第二磁性部22は、それぞれ、下部磁性体20において、下部磁性体20の底面の対角線方向における一端側及び他端側に配置される。第三磁性部23は、第一磁性部21と第二磁性部22との間に配置される。このように第一磁性部21、第二磁性部22及び第三磁性部23が配置されることにより、第一磁性部21、第二磁性部22及び第三磁性部23は、例えば筐体40の底面の対角線方向に平行な方向の磁界を発生させる。
 キャップ構造体30は、板状部材であり、Z軸方向から見た場合に矩形を呈する。キャップ構造体30は、ミラー構造体10のミラー16が配置された面側、すなわちZ軸正方向側に配置される。キャップ構造体30は、例えばネオジム系磁石又はサマリウムコバルト系磁石を用いて構成してよい。第一領域31及び第二領域32は、第二コイル17a及び第一コイル18aの各辺が延びる方向(すなわちX軸方向及びY軸方向)に交差する方向に配列される。
 ところで、第一振動系の共振周波数が第二振動系の共振周波数よりも高いことは、既に述べた。この関係に基づいて、以下の説明において、第一振動系に関する構成について「ファスト」の名称を利用して説明することがある。例えば、第一振動系に関する直線A1は、「ファスト軸」(第一駆動軸)ともいい、第一振動系の共振周波数は「ファスト軸共振周波数」ともいい、第一振動系に関する第一コイルは、「ファスト軸コイル」ともいう。一方、第二振動系に関する構成について「スロー」の名称を利用して説明することがある。例えば、第二振動系に関する直線A2は、「スロー軸」(第二駆動軸)ともいい、第二振動系の共振周波数は「スロー軸共振周波数」ともいい、第二振動系に関する第二コイルは、「スロー軸コイル」ともいう。
 図5は、制御ユニット3の構成を示すブロック図である。制御ユニット3は、ミラーユニット2を制御するための駆動信号を生成する。制御ユニット3は、コントローラ51と、ファスト軸コイル駆動回路52と、スロー軸コイル駆動回路53と、信号抽出部54と、を有する。
 コントローラ51は、ファスト軸制御信号(第1制御信号)N1a(図6の(a)部参照)とスロー軸制御信号(第2制御信号)N2a(図6の(b)部参照)とを生成する。ファスト軸制御信号N1aは、ミラー16をファスト軸A1fの周りに揺動させる動作のための制御信号である。また、ファスト軸制御信号N1aは、第一振動系の共振周波数であるファスト軸共振周波数の成分が含まれた信号である。コントローラ51は、ファスト軸制御信号N1aの波形を正弦波状に設定すると共に、ファスト軸制御信号N1aの周波数(ファスト軸制御周波数)をファスト軸共振周波数(第一の値)に設定する。なお、ファスト軸制御信号N1aの波形は、正弦波状に限らず、矩形状など他の形状であってもよい。スロー軸制御信号N2aは、ミラー16を直線A2の周りに揺動させる動作のための制御信号である。コントローラ51は、スロー軸制御信号N2aの波形をノコギリ波状又は三角波に設定すると共に、スロー軸制御信号N2aの周波数(スロー軸制御周波数)を設定する。スロー軸制御周波数は、一般的に、スロー軸共振周波数(第二の値)よりも低く設定される。また、一般的に、スロー軸共振周波数(第二の値)は、ファスト軸共振周波数(第一の値)の1/100~1/1000程度であるため、第二の値は、第一の値よりも小さくなる。なお、スロー軸制御信号N2aの波形は、ノコギリ歯状又は三角波に限られない。
 ここで、ファスト軸制御信号N1aの周波数は、ミラーユニット2の状態に応じて適宜変更される。ファスト軸共振周波数は、ミラーユニット2が配置された環境や使用時間によって変化する。例えば、温度が変化すると、第一梁部15を構成する材料のねじり剛性が変化するので、ファスト軸共振周波数も変化する。このため、ファスト軸制御信号N1aの周波数を予め設定された固定値とした場合、実際のファスト軸共振周波数(すなわち、第一の値)に対してファスト軸制御信号N1aの周波数がずれることがあり得る。そこで、コントローラ51は、ファスト軸制御信号N1aの周波数を適宜調整する構成を有する。このファスト軸制御信号N1aの周波数を調整する構成については、後に詳細に説明する。
 ファスト軸コイル駆動回路52は、コントローラ51に接続され、コントローラ51からファスト軸制御信号N1aを受け取る。ファスト軸コイル駆動回路52は、ファスト軸制御信号N1aに応じてファスト軸駆動信号N1(図6の(c)部参照)を生成する。そして、ファスト軸コイル駆動回路52は、ファスト軸コイル18fに電気的に接続され、ファスト軸駆動信号N1をファスト軸コイル18fに出力する。スロー軸コイル駆動回路53は、コントローラ51に接続され、コントローラ51からスロー軸制御信号N2aを受け取る。スロー軸コイル駆動回路53は、スロー軸制御信号N2aに応じてスロー軸駆動信号N2(図6の(d)部参照)を生成する。そして、スロー軸コイル駆動回路53は、スロー軸コイル17sに電気的に接続され、当該スロー軸駆動信号N2をスロー軸コイル17sに出力する。
 信号抽出部54は、スロー軸コイル駆動回路53とスロー軸コイル17sとに電気的に接続される。つまり、信号抽出部54は、スロー軸駆動部(第二駆動部D2)と電気的に接続される。信号抽出部54は、スロー軸コイル17sから出力される合成信号N3(図6の(e)部参照)を取得する。そして、信号抽出部54は、取得した合成信号N3からファスト軸制御信号N1aの周波数の生成に用いられる誘起信号N4(図6の(f)部参照)を抽出する。信号抽出部54は、抽出された誘起信号N4をコントローラ51に出力する。
 ここで、発明者は、ファスト軸コイル18fとスロー軸コイル17sとは磁気的には相互に結合され、ファスト軸コイル18fが揺動したときにスロー軸コイル17sにはその揺動に応じて逆起電力が発生することを見出した。この逆起電力に起因する信号が、誘起信号N4である。この誘起信号N4は、信号抽出部54により得られる。信号抽出部54は、スロー軸コイル17sから得られる合成信号N3から誘起信号N4を抽出する。ここで、信号抽出部54に入力される合成信号N3(図6の(e)部参照)は、逆起電力に起因する誘起信号N4(図6の(f)部)に加えて、スロー軸駆動信号N2(図6の(d)部参照)も含む。そのため、信号抽出部54は、信号増幅器(シグナルアンプリファイア)54a(信号増幅部)、あるいは信号フィルタ(信号フィルタ部)54bなどを用いて、合成信号N3から誘起信号N4を抽出する。例えば、信号増幅器54aは、誘起信号N4が有する周波数成分を増幅する。また、信号フィルタ54bは、誘起信号N4が有する周波数成分を通過させ、スロー軸駆動信号N2が有する周波数成分を減衰させる。信号抽出部54は、信号増幅器54aと信号フィルタ54bの両方を含んでもよいし、どちらか一方を含んでもよい。
 ここで、信号抽出部54が抽出する周波数帯域について説明する。図7に示されるように、信号抽出部54が抽出する帯域(BA)の周波数は、少なくともスロー軸共振周波数(Frs)より大きい。
 例えば、帯域B1に示される第一範囲(F1≦F≦F2)は、信号抽出部54が抽出する帯域として適当である。第一下限周波数(F1)は、ファスト軸共振周波数(Frf)より小さく、且つ、スロー軸駆動信号N2の周波数(Fds)及びスロー軸共振周波数(Frs)より大きい。第一上限周波数(F2)は、ファスト軸共振周波数(Frf)より大きい。また、帯域B2に示される第二範囲(F3<F≦F2)は、信号抽出部54が抽出する帯域として適当である。第二下限周波数(F3)は、スロー軸共振周波数(Frs)以下であり、且つ、スロー軸駆動信号N2の周波数(Fds)より大きい。すなわち、第二下限周波数(F3)は、スロー軸駆動信号N2の周波数(Fds)を含まない。
 一方、帯域B3に示される第三範囲(F4≦F≦F2)は、信号抽出部54が抽出する帯域として適当でない。第三下限周波数(F4)は、スロー軸駆動信号N2の周波数(Fds)以下である。また、帯域B4に示される第四範囲(F5≦F≦F6)は、信号抽出部54が抽出する帯域として適当でない。第四下限周波数(F5)は、スロー軸共振周波数(Frs)より大きい。第二上限周波数(F6)は、スロー軸共振周波数(Frs)より大きく、且つ、ファスト軸共振周波数(Frf)より小さい。
 以下、コントローラ51の構成と動作とについて具体的に説明する。図8は、コントローラ51の構成を示すブロック図である。
 スロー軸コイル17sにおいて発生した誘起信号N4は、ファスト軸コイル18fの揺動の周波数と振幅とに依存する。従って、誘起信号N4を観察することにより、ファスト軸A1fの周りにおけるミラー16の揺動状態を知ることができる。換言すると、誘起信号N4は、ファスト軸駆動信号N1ではなく、ファスト軸共振周波数と関連する。図9は、時間波形G1,G2,G3を示す。時間波形G1は、ファスト軸駆動信号N1の周波数がファスト軸共振周波数(22.05kHz)と一致した場合における誘起信号N4を示す。時間波形G2は、ファスト軸駆動信号N1の周波数がファスト軸共振周波数に10Hzを加算した周波数(22.06kHz)と一致した場合における誘起信号N4を示す。時間波形G3は、ファスト軸駆動信号N1の周波数がファスト軸共振周波数に10Hzを減算した周波数(22.04kHz)と一致した場合における誘起信号N4を示す。図9からわかるように、例えば、ファスト軸共振周波数とファスト軸駆動信号N1の周波数とが一致した場合には、ファスト軸駆動信号N1の位相とミラー16のファスト軸A1fの周りにおける揺動の位相とのずれ(位相差)は一定値(例えば、ゼロ)である。一方、ファスト軸共振周波数と、ファスト軸駆動信号N1の周波数とが一致しない場合には、ファスト軸駆動信号N1の位相とミラー16のファスト軸A1fの周りにおける揺動の位相との間にずれ(位相差)が生じる。すなわち、ファスト軸駆動信号N1の位相とスロー軸コイル17sに発生した誘起信号N4の位相との間の位相差(図9の位相差Δφ1、Δφ2参照)を得ることにより、ファスト軸A1fの周りにおけるミラー16の揺動が共振状態であるか否かを知ることができる。従って、ファスト軸駆動信号N1の位相とスロー軸コイル17sに発生した誘起信号N4の位相との位相差が一定値(例えば、ゼロ)になるように、ファスト軸駆動信号N1の周波数を調整すればよい。
 そこで、コントローラ51は、ファスト軸制御信号N1aの周波数を調整して位相差を一定値(例えば、ゼロ)に近づける。図8に示されるように、コントローラ51は、制御部61と、スロー軸波形生成部62と、ファスト軸波形生成部63と、含む。制御部61は、スロー軸波形生成部62とファスト軸波形生成部63との動作を制御する。
 スロー軸波形生成部62は、ノコギリ波状のスロー軸制御信号N2aを生成する。そして、スロー軸波形生成部62は、生成した信号をスロー軸コイル駆動回路53に出力する。
 ファスト軸波形生成部63は、正弦波状のファスト軸制御信号N1aを生成する。そして、ファスト軸波形生成部63は、ファスト軸制御信号N1aをファスト軸コイル駆動回路52に出力する。
 ファスト軸波形生成部63は、位相比較器63aと、ループフィルタ63bと、電圧制御発振器63cとを有する。これらの構成によれば、ファスト軸波形生成部63は、いわゆる位相同期回路(PLL:Phase Lock Loop)としての機能を有する。つまり、ファスト軸波形生成部63は、電圧制御発振器63cにおいて生成されたファスト軸制御信号N1aの位相と信号抽出部54から入力された誘起信号N4の位相とを同期させる。位相比較器63aは、信号抽出部54から入力された誘起信号N4と電圧制御発振器63cから入力されたファスト軸制御信号N1aとを比較することにより位相差を得る。そして、位相比較器63aは、位相差に対応する位相信号をループフィルタ63bに出力する。ループフィルタ63bは、位相信号に含まれる不要な高周波成分を減衰させることにより処理位相信号を得る。そして、ループフィルタ63bは、電圧制御発振器63cに処理位相信号を出力する。電圧制御発振器63cは、ループフィルタ63bから入力された処理位相信号の大きさ(電圧)に対応する周波数を出力する。
 続いて、ミラー装置1の駆動方法について説明する。図10は、ミラーの駆動方法における主要なステップを示す図である。図10に示されるように、まず、ミラー16をファスト軸A1fの周りに揺動させるステップ(搖動ステップ)S1を行う。このステップS1は、制御ユニット3のコントローラ51、ファスト軸コイル駆動回路52及びファスト軸コイル18fにより行われる。次に、スロー軸駆動部D2から合成信号N3を得るステップ(取得ステップ)S2を行う。このステップS2は、スロー軸コイル17s及び制御ユニット3の信号抽出部54により行われる。
 次に、合成信号N3から誘起信号N4を抽出するステップ(抽出ステップ)S3を実行する。このステップS3は、制御ユニット3の信号抽出部54により行われる。次に、誘起信号N4に応じて、ファスト軸制御信号N1aを生成するステップ(生成ステップ)S4を実行する。このステップS4は、制御ユニット3のコントローラ51により行われる。より詳細には、ステップS4は、コントローラ51の制御部61、ファスト軸波形生成部63、電圧制御発振器63c、ループフィルタ63b及び位相比較器63aによって行われる。
 上記ステップS1、S2、S3、S4を繰り返し実行することにより、ファスト軸制御信号N1aの位相と誘起信号N4の位相との間の位相差が一定値(例えば、ゼロ)に近づく。従って、ファスト軸制御信号N1aの周波数が、ファスト軸共振周波数(Frf)に維持されるため、ファスト軸A1fの周りにおけるミラー16の揺動が共振状態に維持される。
 ミラーユニット2では、ミラー16が、ファスト軸A1fの周りに揺動される。このミラー16がファスト軸A1fの周りに揺動する間に、信号抽出部54は、スロー軸駆動部D2から合成信号N3を得る。具体的には、信号抽出部54は、スロー軸駆動部D2のスロー軸コイル17sから合成信号N3を得る。この合成信号N3は、誘起信号N4を含む。誘起信号N4は、ミラー16をファスト軸A1fの周りに揺動させる動作に起因してスロー軸駆動部D2に発生した信号である。つまり誘起信号N4は、ミラー16の動作に起因するので、誘起信号N4の周波数はファスト軸A1fに対するミラー16の揺動における周波数に対応する。ファスト軸A1fに対するミラー16の揺動における周波数は、スロー軸A2sに対するミラー16の周波数よりも高い。従って、スロー軸駆動部D2から得られる合成信号N3から容易に誘起信号N4を抽出することが可能である。そして、信号生成部50は、信号抽出部54及びファスト軸駆動部(第一駆動部D1)と電気的に接続されており、誘起信号N4に応じて、ファスト軸コイル18fに提供する駆動信号を生成する。従って、ファスト軸コイル18fによってミラー16を揺動させた結果を、スロー軸コイル17sから誘起信号N4として得ることが可能になる。これにより、ファスト軸A1fに対するミラー16の揺動に関するフィードバックループ系が構成されるので、ファスト軸A1fに対するミラー16を確実に共振状態として駆動することができる。
 なお、上述した実施形態はミラー装置及びミラーの駆動方法の一例を示すものである。ミラー装置及びミラーの駆動方法は、実施形態に係るミラー装置及びミラーの駆動方法に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、変形し又は他のものに適用したものであってもよい。
 上記実施形態では、ミラー16をファスト軸A1f及びスロー軸A2sの周りに揺動させたが、この構成に限定されない。例えば、ミラー16は、ファスト軸A1fの周りにのみ揺動させる構成であってもよい。この場合であっても、ミラー16をファスト軸A1fの周りに揺動させると、スロー軸コイル17sに逆起電力が生じる。従って、この逆起電力を用いることにより、フィードバックループ系を容易に構成することができるので、ミラー16を確実に共振状態として駆動できる。
 上記実施形態では、ファスト軸波形生成部63は、ファスト軸制御信号N1aの位相と誘起信号N4の位相との間の位相差に応じて、ファスト軸制御信号N1aの周波数を調整した。図9からわかるように、ファスト軸制御信号N1aの周波数とファスト軸共振周波数とのずれは、位相差だけでなく、誘起信号N4の振幅にも影響を及ぼす。そこで、誘起信号N4の振幅に応じて、ファスト軸制御信号N1aの周波数を調整してもよい。ファスト軸制御信号N1aの周波数がファスト軸共振周波数に対してずれていると、ミラー16の揺動は共振状態ではない。そうすると、ミラー16の揺動が共振動作であるときの揺動角よりも、揺動が共振状態ではないミラー16の揺動角が小さくなる。揺動角が小さい場合には、ファスト軸コイル18fが発生させる磁界の変動の大きさも小さくなる。従って、スロー軸コイル17sに生じる逆起電力の大きさ(即ち誘起信号N4の振幅)も小さくなる(図9の振幅H1,H2,H3参照)。そこで、ファスト軸波形生成部63は、ファスト軸駆動信号N1の周波数を所定の周波数帯域において掃引する。そして、ファスト軸波形生成部63は、誘起信号N4の振幅が最大値となる周波数がファスト軸共振周波数であると決定する。このような振幅を用いたファスト軸駆動信号N1の周波数の調整によっても、フィードバックループ系を容易に構成することができるので、ミラー16を確実に共振状態として駆動できる。
 上記実施形態では、ファスト軸波形生成部63における位相同期機能は、アナログ回路として構成した。ファスト軸波形生成部63における位相同期機能は、アナログ回路だけでなく、デジタル回路として構成されてもよいし(図11参照)、アナログ回路とデジタル回路とを組み合わせた構成であってもよい(図12参照)。
 図11に示されるように、デジタル回路として構成されたコントローラ51Aは、デジタル制御部61Aと、スロー軸波形生成部62Aと、ファスト軸波形生成部63Aと、を有する。デジタル制御部61Aは、スロー軸波形生成部62Aとファスト軸波形生成部63Aとの動作を制御する。スロー軸波形生成部62Aは、スロー軸コイル駆動回路53に提供されるスロー軸制御信号N2aを生成する。スロー軸波形生成部62Aは、DAコンバータ62aを有する。DAコンバータ62aは、デジタル値としてデジタル制御部61Aからスロー軸波形生成部62Aに出力されたスロー軸制御信号N2aを、アナログ値に変換する。そして、DAコンバータ62aは、アナログ値に変換されたスロー軸制御信号N2aをスロー軸コイル駆動回路53に出力する。ファスト軸波形生成部63Aは、ファスト軸コイル駆動回路52に提供されるファスト軸制御信号N1aを生成する。ファスト軸波形生成部63Aは、ADコンバータ63dと、DAコンバータ63eと、を有する。ADコンバータ63dは、信号抽出部54からアナログ値である誘起信号N4を受け入れて、誘起信号N4をデジタル値に変換する。そして、ADコンバータ63dは、デジタル値に変換された誘起信号N4をデジタル制御部61Aに出力する。デジタル制御部61Aは、誘起信号N4に応じて周波数が調整されたファスト軸制御信号N1aをデジタル値としてDAコンバータ63eに出力する。このコントローラ51Aでは、位相の比較をデジタル制御部61Aによって行う。DAコンバータ63eは、デジタル値としてデジタル制御部61Aからファスト軸波形生成部63Aに出力されたファスト軸制御信号N1aを、アナログ値に変換する。そして、DAコンバータ63eは、アナログ値に変換されたファスト軸制御信号N1aをファスト軸コイル駆動回路52に出力する。
 図12に示されるように、デジタル回路として構成されたコントローラ51Bは、デジタル制御部61Aと、スロー軸波形生成部62Aと、ファスト軸波形生成部63Bと、を有する。デジタル制御部61A及びスロー軸波形生成部62Aは、図11に示されたコントローラ51Aが有するデジタル制御部61A及びスロー軸波形生成部62Aと同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。ファスト軸波形生成部63Bは、位相比較器63aと、ADコンバータ63dと、DAコンバータ63eと、を有する。位相比較器63aは、DAコンバータ63eから出力されるファスト軸制御信号N1aの位相と、信号抽出部54から出力される誘起信号N4の位相との位相差に関する信号を得る。そして、位相比較器63aは、位相差に関する信号をADコンバータ63dに出力する。ADコンバータ63dは、位相比較器63aから出力された位相差に関する信号を受け入れて、位相差に関する信号をデジタル値に変換する。そして、ADコンバータ63dは、デジタル値に変換された信号をデジタル制御部61Aに出力する。このコントローラ51Bでは、位相の比較を位相比較器63aによって行う。
 上記実施形態では、信号抽出部54は、誘起信号N4を電圧として取り扱った。信号抽出部54は、誘起信号N4を電流として取り扱ってもよい。換言すると、スロー軸コイル17sに発生する逆起電力は、電流の変動として扱ってもよい。この場合には、電流の変動を示された合成信号N3から、直接に誘起信号N4を抽出してもよい。また、図13に示されるように、ミラー装置1Cの制御ユニット3Cは、スロー軸コイル17sと信号抽出部54との間に電流電圧変換回路58を有してもよい。そして、電流電圧変換回路58において、電流の変動として出力された合成信号N3を電圧に変換した後に、変換された合成信号N3を信号抽出部54に入力してもよい。
 また、ミラー装置1は、光照射装置や画像取得装置に用いられる。例えば、図14は、ヘッドアップディスプレイあるいはプロジェクターなどである光照射装置7を示す。光照射装置7は、光源71及びミラー装置1を備えており、フロントガラスやスクリーンといった対象物Sに光を照射する。また、図15は、顕微鏡装置などの画像取得装置8を示す。顕微鏡装置としては、例えば、反射型顕微鏡あるいは透過型顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡、ライトシート顕微鏡、STED顕微鏡が挙げられる。画像取得装置8は、光照射装置7に加え、光照射装置7から出力された光を対象物Sに照射する対物レンズ81と、光の照射に伴い対象物Sで発生する光(例えば、蛍光あるいは透過光、反射光など)を検出する光検出器82と、光検出器82から出力される検出信号に基づいて対象物Sの画像を生成するコンピュータ83とを備える。光検出器82として、イメージセンサあるいはフォトダイオード、光電子増倍管などが挙げられる。また、対象物Sで発生する光は、ミラー装置1を介して光検出器82で検出されてもよいし、ミラー装置1を介さずに光検出器82で検出されてもよい。
1…ミラー装置、2…ミラーユニット、3…制御ユニット、10…ミラー構造体、11…支持部、12…第二可動部、13…第一可動部、14…第二梁部、15…第一梁部、16…ミラー、17a…第二コイル、17s…スロー軸コイル、18a…第一コイル、18f…ファスト軸コイル、20…下部磁性体、30…キャップ構造体、40…筐体、50…信号生成部、51,51A,51B…コントローラ、52…ファスト軸コイル駆動回路、53…スロー軸コイル駆動回路、54…信号抽出部、54a…信号増幅器、54b…信号フィルタ、63a…位相比較器、63b…ループフィルタ、63c…電圧制御発振器、58…電流電圧変換回路、61…制御部、61A…デジタル制御部、62,62A…スロー軸波形生成部、62a,63e…DAコンバータ、63,63A,63B…ファスト軸波形生成部、63d…ADコンバータ、A1f…ファスト軸、A2s…スロー軸、D1…第一駆動部、D2…第二駆動部、N1…ファスト軸駆動信号、N2…スロー軸駆動信号、N3…合成信号、N4…誘起信号。
 

Claims (12)

  1.  第一駆動軸の周りに揺動可能に支持されると共に、前記第一駆動軸と交差する第二駆動軸の周りに揺動可能に支持され、前記第一駆動軸に対する揺動の共振周波数が第一の値であり、前記第二駆動軸に対する揺動の共振周波数が前記第一の値よりも低い第二の値である、ミラーと、
     前記ミラーを前記第一駆動軸の周りに揺動させる第一駆動部と、
     前記ミラーを前記第二駆動軸の周りに揺動させる第二駆動部と、
     前記ミラーを前記第一駆動軸の周りに揺動させる動作に起因して前記第二駆動部に発生する誘起信号を含む合成信号を前記第二駆動部から得ると共に、前記合成信号から前記誘起信号を抽出する信号抽出部と、
     前記信号抽出部によって抽出された前記誘起信号に応じて、前記第一駆動軸に対する前記ミラーの揺動が共振状態となるように前記第一駆動部を制御するための駆動信号を生成する信号生成部と、を備える、ミラー装置。
  2.  前記信号生成部は、前記信号生成部から前記第一駆動部に入力される前記駆動信号の位相と、前記信号抽出部において得られた前記誘起信号の位相との位相差に応じて前記駆動信号を生成する、請求項1に記載のミラー装置。
  3.  前記信号生成部は、前記位相差が一定値になるように、前記駆動信号を生成する、請求項2に記載のミラー装置。
  4.  前記一定値は、ゼロである、請求項3に記載のミラー装置。
  5.  前記信号生成部は、前記信号抽出部において得られた前記誘起信号の振幅に応じて前記駆動信号を生成する、請求項1~4の何れか一項に記載のミラー装置。
  6.  前記信号生成部は、前記誘起信号の振幅が大きくなるように、前記駆動信号を生成する請求項5に記載のミラー装置。
  7.  前記信号抽出部は、信号増幅部を含み、
     前記信号増幅部は、前記第二の値より大きい周波数を含む信号を増幅する、請求項1~6の何れか一項に記載のミラー装置。
  8.  前記信号抽出部は、信号フィルタ部を含み、
     前記信号フィルタ部は、前記第二の値より大きい周波数を含む信号を通過させる、請求項1~7の何れか一項に記載のミラー装置。
  9.  前記信号フィルタ部は、前記第二の値より小さい周波数を含む信号を減衰させる、請求項8に記載のミラー装置。
  10.  対象物に光を照射する光照射装置であって、
     前記光を出力する光源と、
     前記光源から出力された前記光を走査する請求項1~9のいずれか一項に記載のミラー装置と、を備える、光照射装置。
  11.  対象物の画像を取得する画像取得装置であって、
    請求項10に記載の光照射装置と、
    前記光照射装置による前記光の照射に伴って前記対象物で発生する光を検出する光検出器と、を備える、画像取得装置。
  12.  第一駆動軸の周りに揺動可能に支持されると共に、前記第一駆動軸と交差する第二駆動軸の周りに揺動可能に支持され、前記第一駆動軸に対する揺動の共振周波数が第一の値であり、前記第二駆動軸に対する揺動の共振周波数が第一の値よりも小さい第二の値である、ミラーの駆動方法であって、
     第一駆動部を制御して、前記ミラーを前記第一駆動軸の周りに揺動させる搖動ステップと、
     前記ミラーを前記第一駆動軸の周りに揺動させる動作に起因して、前記ミラーを前記第二駆動軸の周りに揺動させる第二駆動部に発生する誘起信号を含む合成信号を前記第二駆動部から得る取得ステップと、
     前記合成信号から前記誘起信号を抽出する抽出ステップと、
     前記誘起信号に応じて、前記第一駆動軸に対する前記ミラーの揺動が共振状態となるように前記第一駆動部を制御するための駆動信号を生成する生成ステップと、を有する、ミラーの駆動方法。
     
PCT/JP2017/010641 2016-04-22 2017-03-16 ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置 WO2017183368A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780024766.5A CN109073881B (zh) 2016-04-22 2017-03-16 镜装置、镜的驱动方法、光照射装置和图像取得装置
DE112017002098.0T DE112017002098T5 (de) 2016-04-22 2017-03-16 Spiegelvorrichtung, Spiegelbetriebsverfahren, Lichtbestrahlungsvorrichtung und Bilderfassungsvorrichtung
JP2018513070A JP6775008B2 (ja) 2016-04-22 2017-03-16 ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置
US16/095,020 US10761318B2 (en) 2016-04-22 2017-03-16 Mirror device, mirror drive method, light irradiation device, and image acquisition device
US16/906,128 US10962768B2 (en) 2016-04-22 2020-06-19 Mirror device, mirror drive method, light irradiation device, and image acquisition device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016086122 2016-04-22
JP2016-086122 2016-04-22

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/095,020 A-371-Of-International US10761318B2 (en) 2016-04-22 2017-03-16 Mirror device, mirror drive method, light irradiation device, and image acquisition device
US16/906,128 Continuation US10962768B2 (en) 2016-04-22 2020-06-19 Mirror device, mirror drive method, light irradiation device, and image acquisition device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017183368A1 true WO2017183368A1 (ja) 2017-10-26

Family

ID=60116043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/010641 WO2017183368A1 (ja) 2016-04-22 2017-03-16 ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10761318B2 (ja)
JP (1) JP6775008B2 (ja)
CN (1) CN109073881B (ja)
DE (1) DE112017002098T5 (ja)
WO (1) WO2017183368A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020106741A (ja) * 2018-12-28 2020-07-09 ミツミ電機株式会社 光走査装置及びその制御方法
WO2022162828A1 (ja) * 2021-01-28 2022-08-04 三菱電機株式会社 Memsミラー装置及び測距装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017183368A1 (ja) * 2016-04-22 2017-10-26 浜松ホトニクス株式会社 ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置
CN110940989A (zh) * 2019-12-20 2020-03-31 深圳市镭神智能***有限公司 一种振镜和激光雷达
CN110941083B (zh) * 2019-12-20 2022-07-26 深圳市镭神智能***有限公司 一种振镜和激光雷达

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011107505A (ja) * 2009-11-19 2011-06-02 Konica Minolta Opto Inc 2次元光スキャナ駆動装置
US20120236379A1 (en) * 2010-08-23 2012-09-20 Lighttime, Llc Ladar using mems scanning
JP2015212784A (ja) * 2014-05-07 2015-11-26 株式会社トライフォース・マネジメント 可動反射素子および二次元走査装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4223328B2 (ja) * 2002-12-09 2009-02-12 日本信号株式会社 電磁アクチュエータ及びその駆動方法
JP4946964B2 (ja) * 2008-04-16 2012-06-06 船井電機株式会社 レーザプロジェクタ
JP5913726B2 (ja) * 2012-03-22 2016-04-27 アップル インコーポレイテッド ジンバル式走査ミラーアレイ
US9335544B2 (en) * 2013-03-15 2016-05-10 Rit Wireless Ltd. Electrostatically steerable actuator
JP6289957B2 (ja) * 2014-03-25 2018-03-07 スタンレー電気株式会社 光偏向器
WO2017183368A1 (ja) * 2016-04-22 2017-10-26 浜松ホトニクス株式会社 ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011107505A (ja) * 2009-11-19 2011-06-02 Konica Minolta Opto Inc 2次元光スキャナ駆動装置
US20120236379A1 (en) * 2010-08-23 2012-09-20 Lighttime, Llc Ladar using mems scanning
JP2015212784A (ja) * 2014-05-07 2015-11-26 株式会社トライフォース・マネジメント 可動反射素子および二次元走査装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020106741A (ja) * 2018-12-28 2020-07-09 ミツミ電機株式会社 光走査装置及びその制御方法
JP7157332B2 (ja) 2018-12-28 2022-10-20 ミツミ電機株式会社 光走査装置及びその制御方法
WO2022162828A1 (ja) * 2021-01-28 2022-08-04 三菱電機株式会社 Memsミラー装置及び測距装置
JP7499889B2 (ja) 2021-01-28 2024-06-14 三菱電機株式会社 Memsミラー装置及び測距装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109073881B (zh) 2020-12-29
US10962768B2 (en) 2021-03-30
US10761318B2 (en) 2020-09-01
JP6775008B2 (ja) 2020-10-28
US20200319452A1 (en) 2020-10-08
CN109073881A (zh) 2018-12-21
US20190121125A1 (en) 2019-04-25
JPWO2017183368A1 (ja) 2019-02-21
DE112017002098T5 (de) 2019-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017183368A1 (ja) ミラー装置、ミラーの駆動方法、光照射装置及び画像取得装置
JP5769941B2 (ja) アクチュエータの駆動装置
JP6270830B2 (ja) 光走査ユニット、光走査型観察装置、および光ファイバ走査装置
JP2010092018A (ja) アクチュエータの駆動装置
JP2014044265A (ja) 光走査装置
WO2015182137A1 (ja) 光走査型内視鏡装置
JP2010164954A (ja) 2次元光走査装置及び光走査型画像表示装置
US20230176361A1 (en) Optical scanning device, method of driving optical scanning device, and image drawing system
JP2009058616A (ja) 揺動体装置、光偏向装置、及びそれを用いた画像形成装置
EP2158512A1 (en) Oscillator device, optical deflecting device and method of controlling the same
WO2007072621A1 (ja) 走査型プローブ顕微鏡
JP6006039B2 (ja) 光走査型観察装置
JP6553183B2 (ja) 光走査装置の駆動条件設定装置
JP3765251B2 (ja) 光スキャナ装置及び光スキャナ装置の駆動方法
JP2012015227A (ja) 電子線装置の位置決め方法及び装置
JPH0749462A (ja) 共振スキャナ
JP2012053269A (ja) 2次元光走査装置
CN101960357A (zh) 振荡器装置、光学偏转器和使用光学偏转器的图像形成设备
WO2018092302A1 (ja) 光走査装置および光走査装置の組立調整方法
JP2017090793A (ja) プロジェクタ
US20230314793A1 (en) Optical scanning device, driving method of optical scanning device, and image drawing system
US20220385866A1 (en) Optical scanning device, driving method of optical scanning device, and image drawing system
JP2009109928A (ja) 光スキャナ、及びそれを用いた光学機器
JP2005077447A (ja) 合焦装置及び変位センサ、並びに共焦点顕微鏡
JP2009145567A (ja) 走査顕微鏡

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018513070

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17785710

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17785710

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1