[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP7501281B2 - Optical deflector, deflection device, distance measuring device, image projection device, and moving body - Google Patents

Optical deflector, deflection device, distance measuring device, image projection device, and moving body Download PDF

Info

Publication number
JP7501281B2
JP7501281B2 JP2020162066A JP2020162066A JP7501281B2 JP 7501281 B2 JP7501281 B2 JP 7501281B2 JP 2020162066 A JP2020162066 A JP 2020162066A JP 2020162066 A JP2020162066 A JP 2020162066A JP 7501281 B2 JP7501281 B2 JP 7501281B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
actuator
optical deflector
movable frame
piezoelectric actuator
mirror
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
JP2020162066A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021089417A (en
Inventor
光宏 與田
幸人 佐藤
瑞季 新川
悟一 赤沼
修一 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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 Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to US16/953,826 priority Critical patent/US11796793B2/en
Publication of JP2021089417A publication Critical patent/JP2021089417A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7501281B2 publication Critical patent/JP7501281B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Printer (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Description

本発明は、光偏向器、偏向装置、距離測定装置、画像投影装置、及び移動体に関する。 The present invention relates to an optical deflector, a deflection device, a distance measuring device, an image projection device, and a moving object.

近年、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術の発達に伴い、シリコンやガラスを微細加工して製造されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスの開発が進んでいる。 In recent years, advances in micromachining technology that utilizes semiconductor manufacturing technology have led to the development of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices, which are manufactured by microfabricating silicon and glass.

MEMSデバイスとして、反射面を設けたミラー部とトーションバー、梁部(弾性梁)をウエハ上に一体に形成し、梁部上に薄膜化した圧電材料を重ね合わせて構成した圧電アクチュエータにより、ミラー部を駆動(回動)させる2次元光偏向器が知られている。 A known MEMS device is a two-dimensional optical deflector in which a mirror section with a reflective surface, a torsion bar, and a beam section (elastic beam) are integrally formed on a wafer, and the mirror section is driven (rotated) by a piezoelectric actuator constructed by layering a thin film of piezoelectric material on the beam section.

上記のような2次元光偏向器では、ミラー部の支持層は圧電梁部の支持層と異なる厚さで形成される構成が開示されている。(例えば、特許文献1) In the two-dimensional optical deflector described above, a configuration has been disclosed in which the support layer of the mirror section is formed with a thickness different from that of the support layer of the piezoelectric beam section. (For example, Patent Document 1)

しかしながら、従来の2次元光偏向器では、トーションバーを挟んで対向配置された1対または2対の第1の圧電アクチュエータは、トーションバーの一方の側の圧電アクチュエータに印加される第1の交流電圧と、トーションバーの他方の側の圧電アクチュエータに印加される第2の交流電圧とは互いに180度位相が異なるため、180度位相の異なる第1の圧電アクチュエータ(主走査)の振動が、第1の圧電アクチュエータに接続された可動枠、および第2の圧電アクチュエータ(副走査)に伝搬し、可動枠において回動軸(第1軸)を中心に、意図しない回動(振動)が生じる場合があり、このような光偏向器を用いて画像を形成した場合、高画質な画像を形成することができなかった。 However, in conventional two-dimensional optical deflectors, one or two pairs of first piezoelectric actuators are arranged opposite each other across a torsion bar, and the first AC voltage applied to the piezoelectric actuator on one side of the torsion bar and the second AC voltage applied to the piezoelectric actuator on the other side of the torsion bar are 180 degrees out of phase with each other. This causes the vibration of the first piezoelectric actuator (main scanning) that is 180 degrees out of phase to propagate to the movable frame connected to the first piezoelectric actuator and the second piezoelectric actuator (sub-scanning), which can cause unintended rotation (vibration) around the rotation axis (first axis) in the movable frame. When an image is formed using such an optical deflector, it is not possible to form a high-quality image.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、光偏向器を用いて画像を形成する際に、形成される画像を高画質にすることのできる光偏向器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and aims to provide an optical deflector that can produce high-quality images when forming an image using the optical deflector.

開示の技術の一態様に係る光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部と一端が接続されており前記ミラー部を支持する1対の支持部と、各々の前記支持部の他端と接続されており、前記支持部を変形させて前記ミラー部を第1軸を中心に回動させる1対の第1のアクチュエータ部と、前記第1のアクチュエータ部を支持する可動枠と、前記第1軸を挟み前記第1のアクチュエータ部とは反対側において、前記可動枠と接続されている第2のアクチュエータ部と、を有し、前記第2のアクチュエータ部は、前記支持部には接続されておらず、前記ミラー部が回動可能な状態において、前記第1のアクチュエータ部と、前記第2のアクチュエータ部は、同じ方向に屈曲変形可能であることを特徴とする。
An optical deflector according to one aspect of the disclosed technology includes a mirror section that reflects light, a pair of support sections each connected at one end to the mirror section and supporting the mirror section, a pair of first actuator sections each connected to the other end of each of the support sections and configured to deform the support section to rotate the mirror section around a first axis, a movable frame that supports the first actuator section, and a second actuator section connected to the movable frame on the opposite side of the first axis to the first actuator section, wherein the second actuator section is not connected to the support section, and when the mirror section is in a rotatable state, the first actuator section and the second actuator section are capable of bending and deforming in the same direction.

開示の技術によれば、光偏向器を用いて画像を形成する際に、形成される画像を高画質にすることができる。 The disclosed technology makes it possible to form an image with high image quality when using an optical deflector.

片持ち構造の光偏向器の一例を示す構造図である。FIG. 2 is a structural diagram showing an example of an optical deflector having a cantilever structure. 両持ち構造の光偏向器の一例を示す構造図である。FIG. 2 is a structural diagram showing an example of an optical deflector having a double-supported structure. 第1の実施形態における光偏向器の構造図(1)である。FIG. 1 is a structural diagram of an optical deflector according to a first embodiment; 第1の実施形態における光偏向器の構造図(2)である。FIG. 2 is a structural diagram of the optical deflector according to the first embodiment; 第1の実施形態における光偏向器の構造図(3)である。FIG. 3 is a structural diagram of the optical deflector according to the first embodiment; 第1の実施形態における光偏向器の説明図(1)である。FIG. 1 is an explanatory diagram (1) of an optical deflector according to a first embodiment. 第1の実施形態における光偏向器の説明図(2)である。FIG. 2 is an explanatory diagram (2) of the optical deflector according to the first embodiment. 第1の実施形態における光偏向器の駆動波形の説明図である。5 is an explanatory diagram of a driving waveform of the optical deflector in the first embodiment. 第2の実施形態における光偏向器の構造図である。FIG. 11 is a structural diagram of an optical deflector according to a second embodiment. 光走査システムの一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example optical scanning system. 光走査システムの一例のハードウェア構成図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of an example of an optical scanning system. 駆動装置の一例の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of an example of a drive device. 光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。13 is a flowchart of an example of a process related to the optical scanning system. ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of an automobile equipped with a head-up display device. ヘッドアップディスプレイ装置の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of a head-up display device. 光書込装置を搭載した画像形成装置の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of an image forming apparatus equipped with an optical writing device. 光書込装置の一例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an optical writing device. ライダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an automobile equipped with a lidar device. ライダ装置の一例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a lidar device. パッケージングされた光偏向器の一例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a packaged optical deflector.

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、同一の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。 Below, a description will be given of a mode for carrying out the invention with reference to the drawings. In each drawing, the same components are given the same reference numerals, and duplicated explanations may be omitted.

〔第1の実施形態〕
最初に、主走査方向に光偏向するための2つ又は4つの圧電アクチュエータのすべてがミラー部に接続されている構成の光偏向器について説明する。
First Embodiment
First, an optical deflector in which two or four piezoelectric actuators for deflecting light in the main scanning direction are all connected to a mirror portion will be described.

図1は、主走査方向に光偏向するための2つの圧電アクチュエータ部903a、903bのすべてがミラー部101に接続されている構成の片持ち構造の光偏向器である。 Figure 1 shows a cantilevered optical deflector in which two piezoelectric actuator sections 903a, 903b for deflecting light in the main scanning direction are all connected to a mirror section 101.

ミラー部101は光を反射する反射面14を有している。トーションバー902a、902bは、ミラー部101と圧電アクチュエータ部903a、903bとを接続し、ミラー部101を第1軸を中心に回動可能な状態で支持している。可動枠104は、可動枠104の内側で、圧電アクチュエータ部903a、903bを支持している。 The mirror section 101 has a reflecting surface 14 that reflects light. The torsion bars 902a and 902b connect the mirror section 101 to the piezoelectric actuator sections 903a and 903b, and support the mirror section 101 in a state in which it can rotate around a first axis. The movable frame 104 supports the piezoelectric actuator sections 903a and 903b on the inside of the movable frame 104.

可動枠104の外側には、第2軸を中心に可動枠104を回動可能な状態で支持する1対の圧電アクチュエータ部905a、905bが設けられている。圧電アクチュエータ部905a、905bは、可動枠104と固定枠106との間に設けられており、固定枠106は、圧電アクチュエータ部905a、905bを支持している。 A pair of piezoelectric actuator units 905a, 905b are provided on the outside of the movable frame 104 to support the movable frame 104 in a rotatable state around the second axis. The piezoelectric actuator units 905a, 905b are provided between the movable frame 104 and the fixed frame 106, and the fixed frame 106 supports the piezoelectric actuator units 905a, 905b.

尚、圧電アクチュエータ部903a、903bには、不図示の下部電極、圧電部、上部電極が順に形成されている。可動枠104に支持され、トーションバー902a、902bが接続された圧電アクチュエータ部903a、903bは、上部電極及び下部電極を介し駆動電圧が印加されると変形する。圧電部の変形により、圧電アクチュエータ部903a、903bは屈曲変形し、トーションバー902a、902bがねじれる。 The piezoelectric actuator units 903a and 903b are formed with a lower electrode, a piezoelectric unit, and an upper electrode, which are not shown, in that order. The piezoelectric actuator units 903a and 903b are supported by the movable frame 104 and connected to the torsion bars 902a and 902b, and are deformed when a drive voltage is applied via the upper and lower electrodes. The deformation of the piezoelectric unit causes the piezoelectric actuator units 903a and 903b to bend and deform, and the torsion bars 902a and 902b to twist.

また、図2は、主走査方向に光偏向するための4つの圧電アクチュエータ部913a、913b、913c、913dのすべてがミラー部101に接続されている構成の両持ち構造の光偏向器である。 Figure 2 also shows a double-supported optical deflector in which all four piezoelectric actuators 913a, 913b, 913c, and 913d for deflecting light in the main scanning direction are connected to the mirror section 101.

トーションバー902a、902bは、ミラー部101と圧電アクチュエータ部913a、913b、913c、913dとを接続し、ミラー部101を第1軸を中心に回動可能な状態で支持している。可動枠104は、可動枠104の内側で、圧電アクチュエータ部913a、913b、913c、913dを支持している。 The torsion bars 902a and 902b connect the mirror section 101 to the piezoelectric actuator sections 913a, 913b, 913c, and 913d, and support the mirror section 101 in a state in which it can rotate around the first axis. The movable frame 104 supports the piezoelectric actuator sections 913a, 913b, 913c, and 913d on the inside of the movable frame 104.

尚、圧電アクチュエータ部913a、913b、913c、913dには、不図示の下部電極、圧電部、上部電極が順に形成されている。可動枠104に支持され、トーションバー902a、902bが接続された圧電アクチュエータ部913a、913b、913c、913dは、上部電極及び下部電極を介し駆動電圧が印加されると変形する。圧電部の変形により、圧電アクチュエータ部913a、913b、913c、913dは屈曲変形し、トーションバー902a、902bがねじれる。 In addition, a lower electrode, a piezoelectric portion, and an upper electrode (not shown) are formed in this order on the piezoelectric actuator portions 913a, 913b, 913c, and 913d. The piezoelectric actuator portions 913a, 913b, 913c, and 913d, which are supported by the movable frame 104 and to which the torsion bars 902a and 902b are connected, deform when a drive voltage is applied via the upper and lower electrodes. Due to the deformation of the piezoelectric portion, the piezoelectric actuator portions 913a, 913b, 913c, and 913d bend and deform, and the torsion bars 902a and 902b twist.

図1又は図2に示される光偏向器では、主走査側の圧電アクチュエータによる振動が、主走査側の圧電アクチュエータに接続された可動枠及び副走査側の圧電アクチュエータに伝搬し、可動枠において、回動軸(第1軸)を中心に意図しない余分な回動(振動)が生じる場合がある。このように、光偏向器において、意図しない余分な振動が加わると、所望とする光偏向を正確に行うことが困難となる。例えば、この光偏向器を用いて画像を形成した場合に、形成される画像に暗線等が生じ画質の低下を招く場合がある。このため、高画質な画像を形成することのできる光偏向器が求められている。 In the optical deflector shown in FIG. 1 or FIG. 2, vibrations caused by the piezoelectric actuator on the main scanning side are transmitted to the movable frame connected to the piezoelectric actuator on the main scanning side and to the piezoelectric actuator on the sub-scanning side, and in some cases, unintended extra rotation (vibration) occurs in the movable frame around the rotation axis (first axis). In this way, when unintended extra vibrations are applied to the optical deflector, it becomes difficult to accurately perform the desired optical deflection. For example, when an image is formed using this optical deflector, dark lines or the like may appear in the formed image, resulting in a decrease in image quality. For this reason, there is a demand for an optical deflector that can form high-quality images.

第1の実施形態における光偏向器について説明する。本実施形態における光偏向器は、図3に示されるように、圧電アクチュエータを用いた2次元光偏向器である。 The optical deflector in the first embodiment will be described. The optical deflector in this embodiment is a two-dimensional optical deflector that uses a piezoelectric actuator, as shown in FIG. 3.

本実施形態における光偏向器は、ミラー部101、1対のトーションバー102a、102b、1対の第1の圧電アクチュエータ部103a、103b、第2の圧電アクチュエータ部103c、103d、可動枠104、第3の圧電アクチュエータ部105a、105b、固定枠106を有する。尚、本願においては、トーションバーを支持部と記載する場合がある。 The optical deflector in this embodiment has a mirror section 101, a pair of torsion bars 102a, 102b, a pair of first piezoelectric actuator sections 103a, 103b, second piezoelectric actuator sections 103c, 103d, a movable frame 104, third piezoelectric actuator sections 105a, 105b, and a fixed frame 106. Note that in this application, the torsion bars may be referred to as a support section.

ミラー部101は光を反射する反射面14を有している。トーションバー102a、102bは、ミラー部101と第1の圧電アクチュエータ部103a、103bとを接続し、ミラー部101を第1軸を中心に回動可能な状態で支持している。具体的には、トーションバー102a、102bは、一端がミラー部101と接続されており、他端が第1の圧電アクチュエータ部103a、103bと接続されている。 The mirror section 101 has a reflecting surface 14 that reflects light. The torsion bars 102a and 102b connect the mirror section 101 to the first piezoelectric actuator sections 103a and 103b, and support the mirror section 101 in a state in which it can rotate around a first axis. Specifically, the torsion bars 102a and 102b have one end connected to the mirror section 101 and the other end connected to the first piezoelectric actuator sections 103a and 103b.

可動枠104は、可動枠104の内側で、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bと、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dを支持している。具体的には、可動枠104の内側の-X側で第1の圧電アクチュエータ部103a、103bを支持しており、+X側で第2の圧電アクチュエータ部103c、103dを支持している。第1の圧電アクチュエータ部103a、103bと、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dとは、第1軸について対向する位置に設けられており、より好ましくは第1軸を対称軸として略対称の位置に設けられている。第2の圧電アクチュエータ部103c、103dは、トーションバー102a、102bとは接続されてはいない。 The movable frame 104 supports the first piezoelectric actuator parts 103a and 103b and the second piezoelectric actuator parts 103c and 103d on the inside of the movable frame 104. Specifically, the first piezoelectric actuator parts 103a and 103b are supported on the -X side of the inside of the movable frame 104, and the second piezoelectric actuator parts 103c and 103d are supported on the +X side. The first piezoelectric actuator parts 103a and 103b and the second piezoelectric actuator parts 103c and 103d are provided at positions facing each other with respect to the first axis, and more preferably at positions approximately symmetrical with respect to the first axis. The second piezoelectric actuator parts 103c and 103d are not connected to the torsion bars 102a and 102b.

可動枠104の外側には、第2軸を中心に可動枠104を回動可能な状態で支持する1対の第3の圧電アクチュエータ部105a、105bが設けられている。第3の圧電アクチュエータ部105a、105bは、可動枠104と固定枠106との間に設けられており、固定枠106は、第3の圧電アクチュエータ部105a、105bを支持している。尚、第1軸と第2軸は直交している。また、第3の圧電アクチュエータ部105a、105bには、Y方向に延びる複数の梁部が設けられており、隣り合う梁部は接続部により接続されている。第3の圧電アクチュエータ部105a、105bに設けられた複数の梁部には、各々の圧電駆動部が設けられており、圧電駆動部群Aにおける圧電駆動部と、圧電駆動部群Bにおける圧電駆動部とが交互に設けられている。各々の圧電駆動部には、不図示の下部電極、圧電部、上部電極が順に形成されている。 A pair of third piezoelectric actuators 105a and 105b are provided on the outside of the movable frame 104 to support the movable frame 104 in a rotatable state around the second axis. The third piezoelectric actuators 105a and 105b are provided between the movable frame 104 and the fixed frame 106, and the fixed frame 106 supports the third piezoelectric actuators 105a and 105b. The first axis and the second axis are perpendicular to each other. The third piezoelectric actuators 105a and 105b are provided with a plurality of beams extending in the Y direction, and adjacent beams are connected by a connection portion. The beams provided on the third piezoelectric actuators 105a and 105b are each provided with a piezoelectric drive portion, and the piezoelectric drive portions in the piezoelectric drive portion group A and the piezoelectric drive portions in the piezoelectric drive portion group B are provided alternately. Each piezoelectric drive portion is provided with a lower electrode, a piezoelectric portion, and an upper electrode (not shown) in that order.

また、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bには、不図示の下部電極、圧電部、上部電極が順に形成されている。可動枠104に支持され、トーションバー102a、102bの他端が接続された第1の圧電アクチュエータ部103a、103bは、上部電極及び下部電極を介し駆動電圧が印加されると変形する。圧電部の変形により、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bは屈曲変形し、トーションバー102a、102bがねじれる。 The first piezoelectric actuator units 103a and 103b are formed with a lower electrode, a piezoelectric unit, and an upper electrode, which are not shown, in that order. The first piezoelectric actuator units 103a and 103b are supported by a movable frame 104 and connected to the other ends of the torsion bars 102a and 102b, and are deformed when a drive voltage is applied via the upper and lower electrodes. The deformation of the piezoelectric unit causes the first piezoelectric actuator units 103a and 103b to bend and deform, and the torsion bars 102a and 102b to twist.

トーションバー102a、102bのねじれが回動力となり、ミラー部101は第1軸回りに往復回動する。第1の圧電アクチュエータ部103a、103bに印加される駆動電圧の波形は正弦波等であり、ミラー部101は、正弦波の駆動電圧波形の周期で共振駆動し、往復回動する。 The twisting of the torsion bars 102a and 102b becomes a rotational force, and the mirror section 101 rotates back and forth around the first axis. The waveform of the drive voltage applied to the first piezoelectric actuator sections 103a and 103b is a sine wave or the like, and the mirror section 101 resonates and rotates back and forth with the period of the sine wave drive voltage waveform.

第2の圧電アクチュエータ部103c、103dは、上部電極、及び下部電極を通じて駆動電圧が印加されると変形する。圧電部の変形により、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dは、屈曲変形するが、トーションバー102a、102bには接続されてはいないため、ミラー部101を回動させるための回転トルクは発生しない。 The second piezoelectric actuator units 103c and 103d are deformed when a drive voltage is applied through the upper and lower electrodes. The second piezoelectric actuator units 103c and 103d are bent and deformed due to the deformation of the piezoelectric units, but because they are not connected to the torsion bars 102a and 102b, no rotational torque is generated to rotate the mirror unit 101.

従って、可動枠104に支持されている第1の圧電アクチュエータ部103a、103b及び第2の圧電アクチュエータ部103c、103dは、駆動電圧が印加されると屈曲変形する。これにより、可動枠104及び第2の圧電アクチュエータ部103c、103dにも振動が伝搬する。 Therefore, the first piezoelectric actuator units 103a, 103b and the second piezoelectric actuator units 103c, 103d supported by the movable frame 104 are bent and deformed when a drive voltage is applied. As a result, vibrations are also transmitted to the movable frame 104 and the second piezoelectric actuator units 103c, 103d.

本実施形態においては、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bに印加される交流電圧と、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dに印加される交流電圧の波形は、略同位相、好ましくは同位相に設定される。これにより、第1の圧電アクチュエータ部103a、103b、及び、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dから伝搬した振動により、可動枠104が第1軸を中心として回転する余分な動作が低減される。また、可動枠104の余分な動作が低減されることにより、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bの駆動力がミラー部101へ効率よく伝達されることから、ミラー部101の駆動感度を向上することができる。 In this embodiment, the waveforms of the AC voltage applied to the first piezoelectric actuator units 103a and 103b and the AC voltage applied to the second piezoelectric actuator units 103c and 103d are set to be approximately in phase, preferably in phase. This reduces unnecessary movement of the movable frame 104 rotating around the first axis due to vibrations propagated from the first piezoelectric actuator units 103a and 103b and the second piezoelectric actuator units 103c and 103d. In addition, by reducing unnecessary movement of the movable frame 104, the driving force of the first piezoelectric actuator units 103a and 103b is efficiently transmitted to the mirror unit 101, thereby improving the driving sensitivity of the mirror unit 101.

即ち、ミラー部101と、トーションバー102a、102b、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bにより構成される振動系のミラー回転固有振動数f1とすると、ミラー回転固有振動数f1に対して、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dにより構成される振動系の梁部曲げ固有振動数f2を調整し、ミラー回転固有振動数f1と梁部曲げ固有振動数f2とを等しくして、同位相で駆動する。これにより、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bから可動枠104へ伝搬する余分な動作を効率的に低減することが可能となる。 In other words, if the mirror rotation natural frequency of the vibration system formed by the mirror section 101, the torsion bars 102a, 102b, and the first piezoelectric actuator sections 103a, 103b is f1, then the beam bending natural frequency f2 of the vibration system formed by the second piezoelectric actuator sections 103c, 103d is adjusted relative to the mirror rotation natural frequency f1, so that the mirror rotation natural frequency f1 and the beam bending natural frequency f2 are made equal and driven in phase. This makes it possible to efficiently reduce unnecessary motion propagated from the first piezoelectric actuator sections 103a, 103b to the movable frame 104.

例えば、図3に示されるように、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bよりも、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dの幅を広くするとともに、長さを長くする。これにより、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dの慣性モーメントを大きくし、梁部曲げ固有振動数f2を、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bを含む構成の振動系のミラー回転固有振動数f1に対して調整することができる。なお、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bと第2の圧電アクチュエータ部103c、103dは、略同等の特性を有する圧電素子であることが好ましい。略同等の特性を有する圧電素子を用いることにより、高画質な画像を形成することができる。 For example, as shown in FIG. 3, the width and length of the second piezoelectric actuator units 103c and 103d are made wider and longer than the first piezoelectric actuator units 103a and 103b. This increases the moment of inertia of the second piezoelectric actuator units 103c and 103d, and allows the beam bending natural frequency f2 to be adjusted relative to the mirror rotation natural frequency f1 of the vibration system including the first piezoelectric actuator units 103a and 103b. Note that the first piezoelectric actuator units 103a and 103b and the second piezoelectric actuator units 103c and 103d are preferably piezoelectric elements having substantially the same characteristics. By using piezoelectric elements having substantially the same characteristics, a high-quality image can be formed.

また、図4A及び図4Bに示されるように、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dにおいて、可動枠104と接続されている側とは反対側の端部103e、103fの幅を他の部分よりも広くする形状にすることにより調整してもよい。これにより、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dの慣性モーメントを大きくすることができる。このようにして、梁部曲げ固有振動数f2を、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bを含む構成の振動系のミラー回転固有振動数f1に対して調整することができる。 Also, as shown in Figures 4A and 4B, the width of the end portions 103e and 103f of the second piezoelectric actuator portions 103c and 103d opposite to the side connected to the movable frame 104 may be adjusted by making them wider than the other portions. This makes it possible to increase the moment of inertia of the second piezoelectric actuator portions 103c and 103d. In this way, the beam bending natural frequency f2 can be adjusted relative to the mirror rotation natural frequency f1 of the vibration system including the first piezoelectric actuator portions 103a and 103b.

このとき、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dの端部103e、103fにおけるミラー部101と最も近い辺の形状は、ミラー部101の外周形状の少なくとも一部に沿った形状であることが好ましい。例えば、図4Bのように、端部103e、103fにおけるミラー部101側に対向する辺S1、S2を、辺S1、S2に最も近いミラー部101の外周部分の形状に沿った形状とすることが好ましい。これにより、大きな慣性モーメントを稼ぎつつ、ミラー部101への接触を防止可能となることから、高画質な画像を形成できる。なお、図4Bにおいては、ミラー部101の外周形状が円である場合について図示しているが、ミラー部101の外周形状が円以外の形状である場合についても同様である。 In this case, it is preferable that the shape of the side closest to the mirror section 101 at the ends 103e and 103f of the second piezoelectric actuator sections 103c and 103d is a shape that follows at least a part of the outer periphery of the mirror section 101. For example, as shown in FIG. 4B, it is preferable that the sides S1 and S2 facing the mirror section 101 at the ends 103e and 103f are shaped to follow the shape of the outer periphery of the mirror section 101 closest to the sides S1 and S2. This makes it possible to prevent contact with the mirror section 101 while obtaining a large moment of inertia, thereby forming a high-quality image. Note that FIG. 4B illustrates a case in which the outer periphery of the mirror section 101 is a circle, but the same applies to a case in which the outer periphery of the mirror section 101 is a shape other than a circle.

次に、図5及び図6に基づき、本実施形態における光偏向器を駆動について説明する。図5及び図6は、図3における一点鎖線3A-3Bにおいて切断した断面図である。図5は、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dが非駆動の状態を示し、図6は、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dが駆動している状態を示す。 Next, the driving of the optical deflector in this embodiment will be described with reference to Figures 5 and 6. Figures 5 and 6 are cross-sectional views taken along dashed line 3A-3B in Figure 3. Figure 5 shows the state in which the second piezoelectric actuator units 103c and 103d are not driven, and Figure 6 shows the state in which the second piezoelectric actuator units 103c and 103d are driven.

図5は、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dを駆動させることなく、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bを駆動した場合を示す。この場合、可動枠104の第1の圧電アクチュエータ部103a、103bに接続された側と、回動軸(第1軸)を挟み可動枠104の対向する側とは、反対方向に向かう力が働く。即ち、破線矢印で示されるように、可動枠104の第1の圧電アクチュエータ部103a、103bに接続された側に、上に向かう力が働いたときには、回動軸(第1軸)を挟み可動枠104の対向する側には、下に向かう力が働く。 Figure 5 shows the case where the first piezoelectric actuator units 103a and 103b are driven without driving the second piezoelectric actuator units 103c and 103d. In this case, forces act in opposite directions on the side of the movable frame 104 connected to the first piezoelectric actuator units 103a and 103b and the opposing side of the movable frame 104 across the rotation axis (first axis). That is, as shown by the dashed arrow, when an upward force acts on the side of the movable frame 104 connected to the first piezoelectric actuator units 103a and 103b, a downward force acts on the opposing side of the movable frame 104 across the rotation axis (first axis).

よって、可動枠104はミラー部101の回動軸(第1軸)を中心に、慣性モーメントが生じ回転動作するが、この場合、本来のミラー部101の回転動作に加えて、可動枠104に余分な回転動作が生じる。このため、光偏向器により描画された画像にずれが発生しやすくなる。 As a result, a moment of inertia occurs and the movable frame 104 rotates around the rotation axis (first axis) of the mirror section 101. In this case, however, in addition to the original rotation of the mirror section 101, an extra rotation occurs in the movable frame 104. This makes it easier for misalignment to occur in the image drawn by the optical deflector.

本実施形態においては、図6に示されるように、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bに印加される交流電圧と、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dに印加される交流電圧の波形を同位相にして印加する。この場合、図6に示されるように、可動枠104の第1の圧電アクチュエータ部103a、103bに接続された側と、回動軸(第1軸)を挟み可動枠104の対向する側とは、同じ方向に向かう力が働く。即ち、破線矢印で示されるように、可動枠104の第1の圧電アクチュエータ部103a、103bに接続された側に、下に向かう力が働いたときには、回動軸(第1軸)を挟み可動枠104の対向する側にも、下に向かう力が働く。このため、第1の圧電アクチュエータ部103a、103b、及び、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dから伝搬した振動により、可動枠104が第1軸を中心として回転する余分な動作を低減することができる。 In this embodiment, as shown in Fig. 6, the AC voltage applied to the first piezoelectric actuator units 103a and 103b and the AC voltage applied to the second piezoelectric actuator units 103c and 103d are applied in the same phase. In this case, as shown in Fig. 6, a force acts in the same direction on the side of the movable frame 104 connected to the first piezoelectric actuator units 103a and 103b and on the opposing side of the movable frame 104 across the rotation axis (first axis). That is, as shown by the dashed arrow, when a downward force acts on the side of the movable frame 104 connected to the first piezoelectric actuator units 103a and 103b, a downward force also acts on the opposing side of the movable frame 104 across the rotation axis (first axis). This reduces unnecessary movement of the movable frame 104 rotating about the first axis due to vibrations propagated from the first piezoelectric actuator units 103a, 103b and the second piezoelectric actuator units 103c, 103d.

即ち、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bを含む構成の振動系のミラー回転固有振動数f1に対して、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dにより構成される振動系の梁部曲げ固有振動数f2を調整する。これにより、ミラー回転固有振動数f1と梁部曲げ固有振動数f2とを等しくして、同位相で駆動する。これにより、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bから、可動枠104へ伝搬する余分な動作をより効率的に低減することが可能となる。 That is, the beam bending natural frequency f2 of the vibration system composed of the second piezoelectric actuator units 103c and 103d is adjusted relative to the mirror rotation natural frequency f1 of the vibration system including the first piezoelectric actuator units 103a and 103b. This makes the mirror rotation natural frequency f1 and the beam bending natural frequency f2 equal and drives them in phase. This makes it possible to more efficiently reduce unnecessary motion propagated from the first piezoelectric actuator units 103a and 103b to the movable frame 104.

このとき、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bと第2の圧電アクチュエータ部103c、103dを同位相で駆動するため、位相を調整する特別な駆動回路を増設する必要がなくなる。そのため、特別な駆動回路の増設による画質の劣化を抑制でき、高画質な画像を形成できる。また、特別な回路を増設する必要がなくなるため、装置の小型化や簡便な駆動が可能となる。 At this time, the first piezoelectric actuator units 103a, 103b and the second piezoelectric actuator units 103c, 103d are driven in the same phase, eliminating the need to add a special drive circuit to adjust the phase. This makes it possible to suppress deterioration in image quality due to the addition of a special drive circuit, and to form high-quality images. In addition, since there is no need to add a special circuit, the device can be made smaller and driven more simply.

図7は、本実施形態における光偏向器の第1の圧電アクチュエータ部103a、103bと、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dに印加される駆動波形を示す。固有振動数f1、f2を調整することが困難である場合には、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dの駆動電圧を調整することにより、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bから、可動枠104へ伝搬する余分な動作をより効率的に低減することが可能となり、高画質な画像を形成できる。 Figure 7 shows the drive waveforms applied to the first piezoelectric actuator units 103a and 103b and the second piezoelectric actuator units 103c and 103d of the optical deflector in this embodiment. When it is difficult to adjust the natural frequencies f1 and f2, adjusting the drive voltages of the second piezoelectric actuator units 103c and 103d makes it possible to more efficiently reduce the excess motion propagating from the first piezoelectric actuator units 103a and 103b to the movable frame 104, thereby forming a high-quality image.

具体的には、固有振動数f1と固有振動数f2とが大きくずれている場合には、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bに対して、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dの駆動電圧を調整する。これにより、可動枠104において、第1の圧電アクチュエータ部103a、103bが接続されている側と、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dが接続されている側において発生する力が同じとなるようにすることが可能である。この結果、可動枠104の余分な回転動作を低減することができる。可動枠104に発生する力が同じとなるのであれば、電圧の関係は逆であっても構わない。 Specifically, when the natural frequency f1 and the natural frequency f2 are significantly different, the drive voltage of the second piezoelectric actuator units 103c and 103d is adjusted relative to the first piezoelectric actuator units 103a and 103b. This makes it possible to make the force generated on the side of the movable frame 104 to which the first piezoelectric actuator units 103a and 103b are connected the same as the force generated on the side to which the second piezoelectric actuator units 103c and 103d are connected. As a result, unnecessary rotational movement of the movable frame 104 can be reduced. The voltage relationship may be reversed as long as the force generated on the movable frame 104 is the same.

尚、本願発明の発明者は、有限要素シミュレーションにより、第2の圧電アクチュエータ部103c、103dの形状(幅、長さ)及び駆動電圧を調整することにより、可動枠104における余分な回転を半分以下に低減可能であることを確認している。 The inventors of the present invention have confirmed through finite element simulation that it is possible to reduce excess rotation in the movable frame 104 to less than half by adjusting the shape (width, length) and drive voltage of the second piezoelectric actuator parts 103c and 103d.

〔第2の実施形態〕
次に、第2の実施形態における光偏向器について説明する。本実施形態における光偏向器は、図8に示されるように、圧電アクチュエータを用いた2次元光偏向器である。
Second Embodiment
Next, a description will be given of an optical deflector in a second embodiment. The optical deflector in this embodiment is a two-dimensional optical deflector using a piezoelectric actuator, as shown in FIG.

本実施形態における光偏向器は、ミラー部101、1対のトーションバー102a、102b、1対の第1の圧電アクチュエータ部203a、203b、1対の第4の圧電アクチュエータ部203c、203d、第5の圧電アクチュエータ部203e、第2の圧電アクチュエータ部203f、可動枠104、第3の圧電アクチュエータ部105a、105b、固定枠106を有する。 The optical deflector in this embodiment has a mirror section 101, a pair of torsion bars 102a, 102b, a pair of first piezoelectric actuator sections 203a, 203b, a pair of fourth piezoelectric actuator sections 203c, 203d, a fifth piezoelectric actuator section 203e, a second piezoelectric actuator section 203f, a movable frame 104, a third piezoelectric actuator section 105a, 105b, and a fixed frame 106.

ミラー部101は光を反射する反射面14を有している。トーションバー102aは、一端がミラー部101と接続されており、他端が第1の圧電アクチュエータ部203a及び第4の圧電アクチュエータ部203cと接続されている。トーションバー102bは、一端がミラー部101と接続されており、他端が第1の圧電アクチュエータ部203b及び第4の圧電アクチュエータ部203dと接続されている。ミラー部101は、1対のトーションバー102a、102bにより、第1軸を中心に回動可能な状態で支持されている。 The mirror section 101 has a reflecting surface 14 that reflects light. One end of the torsion bar 102a is connected to the mirror section 101, and the other end is connected to the first piezoelectric actuator section 203a and the fourth piezoelectric actuator section 203c. One end of the torsion bar 102b is connected to the mirror section 101, and the other end is connected to the first piezoelectric actuator section 203b and the fourth piezoelectric actuator section 203d. The mirror section 101 is supported by the pair of torsion bars 102a and 102b in a state in which it can rotate around the first axis.

可動枠104は、可動枠104の内側で、第1の圧電アクチュエータ部203a、203bと、第4の圧電アクチュエータ部203c、203dを支持している。具体的には、可動枠104の内側の-X側で第1の圧電アクチュエータ部203a、203bを支持しており、+X側で第4の圧電アクチュエータ部203c、203dを支持している。 The movable frame 104 supports the first piezoelectric actuator units 203a and 203b and the fourth piezoelectric actuator units 203c and 203d on the inside of the movable frame 104. Specifically, the first piezoelectric actuator units 203a and 203b are supported on the -X side of the inside of the movable frame 104, and the fourth piezoelectric actuator units 203c and 203d are supported on the +X side.

更に、可動枠104の内側の-X側では、第5の圧電アクチュエータ部203eを支持しており、可動枠104の内側の+X側では、第2の圧電アクチュエータ部203fを支持している。第5の圧電アクチュエータ部203e及び第2の圧電アクチュエータ部203fは、トーションバー102a、102bとは接続されてはいない。 Furthermore, the fifth piezoelectric actuator part 203e is supported on the inner -X side of the movable frame 104, and the second piezoelectric actuator part 203f is supported on the inner +X side of the movable frame 104. The fifth piezoelectric actuator part 203e and the second piezoelectric actuator part 203f are not connected to the torsion bars 102a and 102b.

可動枠104の外側には、可動枠104が第2軸を中心に回動可能な状態で支持する1対の第3の圧電アクチュエータ部105a、105bが設けられている。第3の圧電アクチュエータ部105a、105bは、可動枠104と固定枠106との間に設けられており、固定枠106は、第3の圧電アクチュエータ部105a、105bを支持している。 A pair of third piezoelectric actuator units 105a, 105b are provided on the outside of the movable frame 104, which support the movable frame 104 in a state in which the movable frame 104 can rotate around the second axis. The third piezoelectric actuator units 105a, 105b are provided between the movable frame 104 and the fixed frame 106, and the fixed frame 106 supports the third piezoelectric actuator units 105a, 105b.

可動枠104に支持され、トーションバー102a、102bの他端が接続された第1の圧電アクチュエータ部203a、203b、第4の圧電アクチュエータ部203c、203dは、上部電極、及び下部電極を通じて駆動電圧が印加されると変形する。圧電部の変形により、第1の圧電アクチュエータ部203a、203b、及び、第4の圧電アクチュエータ部203c、203dは屈曲変形し、トーションバー102a、102bがねじれる。 The first piezoelectric actuator units 203a, 203b and the fourth piezoelectric actuator units 203c, 203d, which are supported by the movable frame 104 and to which the other ends of the torsion bars 102a, 102b are connected, deform when a drive voltage is applied through the upper electrode and the lower electrode. Due to the deformation of the piezoelectric units, the first piezoelectric actuator units 203a, 203b and the fourth piezoelectric actuator units 203c, 203d bend and deform, and the torsion bars 102a, 102b twist.

このようなトーションバー102a、102bのねじれが回動力となり、ミラー部101は、第1軸を中心に往復回動する。第1の圧電アクチュエータ部203a、203b、及び、第4の圧電アクチュエータ部203c、203dに印加される駆動電圧の波形は正弦波等である。第1の圧電アクチュエータ部203a、203bに印加される駆動波形と、第4の圧電アクチュエータ部203c、203dに印加される駆動波形は位相が180度異なっており、ミラー部101は、正弦波の駆動電圧波形の周期で共振駆動し、往復回動する。 The twisting of the torsion bars 102a and 102b becomes a rotational force, and the mirror section 101 rotates back and forth around the first axis. The waveform of the drive voltage applied to the first piezoelectric actuator sections 203a and 203b and the fourth piezoelectric actuator sections 203c and 203d is a sine wave or the like. The drive waveform applied to the first piezoelectric actuator sections 203a and 203b and the drive waveform applied to the fourth piezoelectric actuator sections 203c and 203d are 180 degrees out of phase with each other, and the mirror section 101 resonates and rotates back and forth with the period of the sine wave drive voltage waveform.

可動枠104に支持される第5の圧電アクチュエータ部203e、第2の圧電アクチュエータ部203fは、上部電極、及び下部電極を通じて駆動電圧が印加されると変形する。圧電部の変形により、第5の圧電アクチュエータ部203e、第2の圧電アクチュエータ部203fは屈曲変形するが、トーションバー102a、102bには接続されてはいないため、ミラー部101を回動させる回転トルクは発生しない。 The fifth piezoelectric actuator unit 203e and the second piezoelectric actuator unit 203f supported by the movable frame 104 are deformed when a drive voltage is applied through the upper electrode and the lower electrode. The fifth piezoelectric actuator unit 203e and the second piezoelectric actuator unit 203f are bent and deformed by the deformation of the piezoelectric unit, but since they are not connected to the torsion bars 102a and 102b, no rotational torque is generated to rotate the mirror unit 101.

可動枠104に支持された第1の圧電アクチュエータ部203a、203b、第4の圧電アクチュエータ部203c、203d、第5の圧電アクチュエータ部203e、第2の圧電アクチュエータ部203fは、駆動電圧が印加されると屈曲変形する。この屈曲変形は、可動枠104、及び、第3の圧電アクチュエータ部105a、105bにも振動が伝搬する。 The first piezoelectric actuator units 203a and 203b, the fourth piezoelectric actuator units 203c and 203d, the fifth piezoelectric actuator unit 203e, and the second piezoelectric actuator unit 203f supported by the movable frame 104 undergo bending deformation when a drive voltage is applied. This bending deformation also propagates vibrations to the movable frame 104 and the third piezoelectric actuator units 105a and 105b.

本実施形態においては、第1の圧電アクチュエータ部203a、203bに印加される交流電圧と、第2の圧電アクチュエータ部203fに印加される交流電圧の波形を同位相にする。また、第4の圧電アクチュエータ部203c、203dに印加される交流電圧と、第5の圧電アクチュエータ部203eに印加される交流電圧の波形を同位相にする。これにより、第1の圧電アクチュエータ部203a、203b、及び、第4の圧電アクチュエータ部203c、203dより伝搬した振動により、可動枠104が第1軸を中心として回転する余分な動作を低減することが可能となる。 In this embodiment, the waveforms of the AC voltages applied to the first piezoelectric actuator units 203a and 203b and the second piezoelectric actuator unit 203f are in phase with each other. In addition, the waveforms of the AC voltages applied to the fourth piezoelectric actuator units 203c and 203d and the fifth piezoelectric actuator unit 203e are in phase with each other. This makes it possible to reduce unnecessary movement of the movable frame 104 rotating about the first axis due to vibrations propagated from the first piezoelectric actuator units 203a and 203b and the fourth piezoelectric actuator units 203c and 203d.

以上に説明した本実施形態に係る光偏向器は、光走査システム、画像投影装置、光書込装置、距離測定装置に使用することができる。 The optical deflector according to the present embodiment described above can be used in optical scanning systems, image projection devices, optical writing devices, and distance measuring devices.

[光走査システム]
まず、図9~図12を参照して、本発明の実施形態に係る駆動装置を適用した光走査システムについて詳細に説明する。
[Optical scanning system]
First, an optical scanning system to which a driving device according to an embodiment of the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS.

図9に、光走査システムの一例の概略図を示す。 Figure 9 shows a schematic diagram of an example of an optical scanning system.

図9に示すように、光走査システム10は、駆動装置11の制御に従って光源装置12から照射された光を光偏向器13の有する反射面14により偏向して被走査面15を光走査するシステムである。 As shown in FIG. 9, the optical scanning system 10 is a system that deflects light irradiated from a light source device 12 by a reflecting surface 14 of an optical deflector 13 under the control of a driving device 11 to optically scan a surface 15 to be scanned.

光走査システム10は、駆動装置11、光源装置12、及び反射面14を有する光偏向器13を含む。光走査システム10は、本発明に係る偏向装置の代表的な一例である。 The optical scanning system 10 includes a driving device 11, a light source device 12, and an optical deflector 13 having a reflecting surface 14. The optical scanning system 10 is a representative example of a deflection device according to the present invention.

駆動装置11は、例えばCPU(Central Processing Unit)およびFPGA(Field-Programmable Gate Array)等を備えた電子回路ユニットである。光偏向器13は、例えば反射面14を有し、反射面14を可動可能なMEMS(Micro Electromechanical Systems)デバイスである。光源装置12は、例えばレーザを照射するレーザ装置である。なお、被走査面15は、例えばスクリーンである。 The driving device 11 is, for example, an electronic circuit unit equipped with a CPU (Central Processing Unit) and an FPGA (Field-Programmable Gate Array). The optical deflector 13 is, for example, a MEMS (Micro Electromechanical Systems) device that has a reflective surface 14 and can move the reflective surface 14. The light source device 12 is, for example, a laser device that irradiates a laser. The scanned surface 15 is, for example, a screen.

駆動装置11は、取得した光走査情報に基づいて光源装置12および光偏向器13の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置12および光偏向器13に駆動信号を出力する。 The driving device 11 generates control commands for the light source device 12 and the optical deflector 13 based on the acquired optical scanning information, and outputs driving signals to the light source device 12 and the optical deflector 13 based on the control commands.

光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光源の照射を行う。光偏向器13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14を1軸方向または2軸方向の少なくともいずれかに可動させる。 The light source device 12 emits light based on the input drive signal. The optical deflector 13 moves the reflecting surface 14 in at least one axial direction or two axial directions based on the input drive signal.

これにより、例えば、光走査情報の一例である画像情報に基づいた駆動装置11の制御によって、光偏向器13の反射面14を所定の範囲で2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する光源装置12からの照射光を偏向して光走査することにより、被走査面15に任意の画像を投影することができる。 As a result, for example, by controlling the driving device 11 based on image information, which is an example of optical scanning information, the reflecting surface 14 of the optical deflector 13 can be moved back and forth in two axial directions within a predetermined range, and the irradiation light from the light source device 12 that is incident on the reflecting surface 14 can be deflected and optically scanned, thereby projecting any image onto the scanned surface 15.

なお、光偏向器の詳細および本実施形態の駆動装置による制御の詳細については後述する。 Details of the optical deflector and the control by the drive device of this embodiment will be described later.

次に、図10を参照して、光走査システム10の一例のハードウェア構成について説明する。 Next, referring to FIG. 10, the hardware configuration of an example of the optical scanning system 10 will be described.

図10は、光走査システム10の一例のハードウェア構成図である。 Figure 10 is a hardware configuration diagram of an example of an optical scanning system 10.

図10に示すように、光走査システム10は、駆動装置11、光源装置12および光偏向器13を備え、それぞれが電気的に接続されている。 As shown in FIG. 10, the optical scanning system 10 includes a driving device 11, a light source device 12, and an optical deflector 13, all of which are electrically connected to each other.

[駆動装置]
このうち、駆動装置11は、CPU20、RAM21(Random Access Memory)、ROM22(Read Only Memory)、FPGA23、外部I/F24、光源装置ドライバ25、光偏向器ドライバ26を備えている。
[Drive unit]
Of these, the driving device 11 includes a CPU 20, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an FPGA 23, an external I/F 24, a light source device driver 25, and an optical deflector driver .

CPU20は、ROM22等の記憶装置からプログラムやデータをRAM21上に読み出し、処理を実行して、駆動装置11の全体の制御や機能を実現する演算装置である。RAM21は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。 The CPU 20 is a calculation device that reads programs and data from storage devices such as the ROM 22 onto the RAM 21 and executes processing to realize the overall control and functions of the drive device 11. The RAM 21 is a volatile storage device that temporarily stores programs and data.

ROM22は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、CPU20が光走査システム10の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。 The ROM 22 is a non-volatile storage device that can retain programs and data even when the power is turned off, and stores the processing programs and data that the CPU 20 executes to control each function of the optical scanning system 10.

FPGA23は、CPU20の処理に従って、光源装置ドライバ25および光偏向器ドライバ26に適した制御信号を出力する回路である。 The FPGA 23 is a circuit that outputs control signals suitable for the light source device driver 25 and the optical deflector driver 26 according to the processing of the CPU 20.

外部I/F24は、例えば外部装置やネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、PC(Personal Computer)等の上位装置、USBメモリ、SDカード、CD、DVD、HDD、SSD等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えば自動車のCAN(Controller Area Network)やLAN(Local Area Network)、インターネット等である。外部I/F24は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部I/F24が用意されてもよい。 The external I/F 24 is, for example, an interface with an external device or a network. Examples of external devices include higher-level devices such as a PC (Personal Computer), and storage devices such as USB memory, SD cards, CDs, DVDs, HDDs, and SSDs. Examples of networks include an automobile's CAN (Controller Area Network) or LAN (Local Area Network), the Internet, etc. The external I/F 24 may have any configuration that enables connection or communication with an external device, and an external I/F 24 may be provided for each external device.

光源装置ドライバ25は、入力された制御信号に従って光源装置12に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。 The light source device driver 25 is an electrical circuit that outputs a drive signal, such as a drive voltage, to the light source device 12 according to the input control signal.

光偏向器ドライバ26は、入力された制御信号に従って光偏向器13に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。 The optical deflector driver 26 is an electrical circuit that outputs a drive signal, such as a drive voltage, to the optical deflector 13 according to the input control signal.

駆動装置11において、CPU20は、外部I/F24を介して外部装置やネットワークから光走査情報を取得する。なお、CPU20が光走査情報を取得することができる構成であればよく、駆動装置11内のROM22やFPGA23に光走査情報を格納する構成としてもよいし、駆動装置11内に新たにSSD等の記憶装置を設けて、その記憶装置に光走査情報を格納する構成としてもよい。 In the drive device 11, the CPU 20 acquires optical scanning information from an external device or a network via the external I/F 24. Note that any configuration is acceptable as long as the CPU 20 is capable of acquiring optical scanning information, and the optical scanning information may be stored in the ROM 22 or FPGA 23 in the drive device 11, or a new storage device such as an SSD may be provided in the drive device 11, and the optical scanning information may be stored in that storage device.

ここで、光走査情報とは、被走査面15にどのように光走査させるかを示した情報であり、例えば、光走査により画像を表示する場合は、光走査情報は画像データである。また、例えば、光走査により光書込みを行う場合は、光走査情報は書込み順や書込み箇所を示した書込みデータである。他にも、例えば、光走査により物体認識を行う場合は、光走査情報は物体認識用の光を照射するタイミングと照射範囲を示す照射データである。 Here, the optical scanning information is information that indicates how to optically scan the scanned surface 15. For example, when an image is displayed by optical scanning, the optical scanning information is image data. Also, for example, when optical writing is performed by optical scanning, the optical scanning information is writing data that indicates the writing order and writing locations. In addition, for example, when object recognition is performed by optical scanning, the optical scanning information is irradiation data that indicates the timing and irradiation range of irradiating light for object recognition.

本実施形態に係る駆動装置11は、CPU20の命令および図10に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。 The drive device 11 according to this embodiment can realize the functional configuration described below by using instructions from the CPU 20 and the hardware configuration shown in FIG. 10.

[駆動装置の機能構成]
次に、図11を参照して、光走査システム10の駆動装置11の機能構成について説明する。図11は、光走査システムの駆動装置の一例の機能ブロック図である。
[Functional configuration of the driving device]
Next, a functional configuration of the driving device 11 of the optical scanning system 10 will be described with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a functional block diagram of an example of the driving device of the optical scanning system.

図11に示すように、駆動装置11は、機能として制御部30と駆動信号出力部31とを有する。 As shown in FIG. 11, the drive device 11 has the functions of a control unit 30 and a drive signal output unit 31.

制御部30は、例えばCPU20、FPGA23等により実現され、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報を制御信号に変換して駆動信号出力部31に出力する。例えば、制御部30は、制御手段を構成し、外部装置等から画像データを光走査情報として取得し、所定の処理により画像データから制御信号を生成して駆動信号出力部31に出力する。 The control unit 30 is realized by, for example, the CPU 20, FPGA 23, etc., and acquires optical scanning information from an external device, converts the optical scanning information into a control signal, and outputs it to the drive signal output unit 31. For example, the control unit 30 constitutes a control means, acquires image data from an external device, etc. as optical scanning information, generates a control signal from the image data by performing a predetermined process, and outputs it to the drive signal output unit 31.

駆動信号出力部31は、印加手段を構成し、光源装置ドライバ25、光偏向器ドライバ26等により実現され、入力された制御信号に基づいて光源装置12または光偏向器13に駆動信号を出力する。駆動信号出力部31(印加手段)は、例えば、駆動信号を出力する対象ごとに設けられてもよい。 The drive signal output unit 31 constitutes an application means, and is realized by the light source device driver 25, the optical deflector driver 26, etc., and outputs a drive signal to the light source device 12 or the optical deflector 13 based on the input control signal. The drive signal output unit 31 (application means) may be provided, for example, for each target to which the drive signal is output.

駆動信号は、光源装置12または光偏向器13の駆動を制御するための信号である。例えば、光源装置12においては、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、光偏向器13においては、光偏向器13の有する反射面14を可動させるタイミングおよび可動範囲を制御する駆動電圧である。なお、駆動装置は、光源装置12や受光装置等の外部装置から光源の照射タイミングや受光タイミングを取得し、これらを光偏向器13の駆動に同期するようにしてもよい。 The drive signal is a signal for controlling the drive of the light source device 12 or the optical deflector 13. For example, in the light source device 12, it is a drive voltage that controls the timing and intensity of the light source irradiation. Also, for example, in the optical deflector 13, it is a drive voltage that controls the timing and range of movement of the reflective surface 14 of the optical deflector 13. The drive device may obtain the light source irradiation timing and light reception timing from an external device such as the light source device 12 or a light receiving device, and synchronize these with the drive of the optical deflector 13.

[光走査処理]
次に、図12を参照して、光走査システム10が被走査面15を光走査する処理について説明する。図12は、光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。
[Optical scanning process]
Next, a process of optically scanning the surface 15 to be scanned by the optical scanning system 10 will be described with reference to Fig. 12. Fig. 12 is a flowchart of an example of a process related to the optical scanning system.

ステップS11において、制御部30は、外部装置等から光走査情報を取得する。 In step S11, the control unit 30 acquires optical scanning information from an external device, etc.

ステップS12において、制御部30は、取得した光走査情報から制御信号を生成し、制御信号を駆動信号出力部31に出力する。 In step S12, the control unit 30 generates a control signal from the acquired optical scanning information and outputs the control signal to the drive signal output unit 31.

ステップS13において、駆動信号出力部31は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を光源装置12および光偏向器13に出力する。 In step S13, the drive signal output unit 31 outputs a drive signal to the light source device 12 and the optical deflector 13 based on the input control signal.

ステップS14において、光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、光偏向器13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14の可動を行う。光源装置12および光偏向器13の駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。 In step S14, the light source device 12 emits light based on the input drive signal. The optical deflector 13 moves the reflecting surface 14 based on the input drive signal. By driving the light source device 12 and the optical deflector 13, the light is deflected in an arbitrary direction and optical scanning is performed.

なお、上記光走査システム10では、1つの駆動装置11が光源装置12および光偏向器13を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の駆動装置および光偏向器用の駆動装置と、別体に設けてもよい。 In the optical scanning system 10, one driving device 11 has the device and function to control the light source device 12 and the optical deflector 13, but the driving device for the light source device and the driving device for the optical deflector may be provided separately.

また、上記光走査システム10では、一つの駆動装置11に光源装置12および光偏向器13の制御部30の機能および駆動信号出力部31の機能を設けているが、これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部30を有した駆動装置11とは別に駆動信号出力部31を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。なお、上記光走査システム10のうち、反射面14を有した光偏向器13と駆動装置11により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。 In addition, in the optical scanning system 10, one driving device 11 is provided with the functions of the control unit 30 of the light source device 12 and the optical deflector 13 and the function of the driving signal output unit 31, but these functions may exist separately, for example, a configuration may be adopted in which a driving signal output device having a driving signal output unit 31 is provided separately from the driving device 11 having the control unit 30. Note that, in the optical scanning system 10, an optical deflector 13 having a reflective surface 14 and the driving device 11 may form an optical deflection system that performs optical deflection.

本実施形態に係る光偏向器を光走査システムに用いることにより、高画質での光走査が可能となる。 By using the optical deflector according to this embodiment in an optical scanning system, optical scanning with high image quality becomes possible.

[画像投影装置]
次に、図13及び図14を参照して、本実施形態の駆動装置を適用した画像投影装置について詳細に説明する。
[Image Projection Device]
Next, an image projection device to which the driving device of this embodiment is applied will be described in detail with reference to FIG. 13 and FIG.

図13は、画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置500を搭載した自動車400の実施形態に係る概略図である。また、図14はヘッドアップディスプレイ装置500の一例の概略図である。 Figure 13 is a schematic diagram of an embodiment of an automobile 400 equipped with a head-up display device 500, which is an example of an image projection device. Also, Figure 14 is a schematic diagram of an example of the head-up display device 500.

画像投影装置は、光走査により画像を投影する装置であり、例えばヘッドアップディスプレイ装置である。 An image projection device is a device that projects an image by optical scanning, such as a head-up display device.

図13に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500は、例えば、自動車400のウインドシールド(フロントガラス401等)の付近に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置500から発せられる投射光Lがフロントガラス401で反射され、ユーザーである観察者(運転者402)に向かう。 As shown in FIG. 13, the head-up display device 500 is installed, for example, near the windshield (windshield 401, etc.) of the automobile 400. Projection light L emitted from the head-up display device 500 is reflected by the windshield 401 and directed toward the observer (driver 402), who is the user.

これにより、運転者402は、ヘッドアップディスプレイ装置500によって投影された画像等を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールドの内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させる構成にしてもよい。 This allows the driver 402 to view the image projected by the head-up display device 500 as a virtual image. A combiner may be installed on the inner wall surface of the windshield, and the user may view a virtual image by projected light reflected by the combiner.

図14に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500は、赤色、緑色、青色のレーザ光源501R,501G,501Bからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメートレンズ502,503,504と、2つのダイクロイックミラー505,506と、光量調整部507と、から構成される入射光学系を経た後、反射面14を有する光偏向器13にて偏向される。 As shown in FIG. 14, in the head-up display device 500, laser light is emitted from red, green, and blue laser light sources 501R, 501G, and 501B. The emitted laser light passes through an incident optical system consisting of collimating lenses 502, 503, and 504 provided for each laser light source, two dichroic mirrors 505 and 506, and a light amount adjustment unit 507, and is then deflected by an optical deflector 13 having a reflecting surface 14.

そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー509と、中間スクリーン510と、投射ミラー511とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。 The deflected laser light then passes through a projection optical system consisting of a free-form surface mirror 509, an intermediate screen 510, and a projection mirror 511, and is projected onto the screen.

なお、上記ヘッドアップディスプレイ装置500では、レーザ光源501R,501G,501B、コリメートレンズ502,503,504、ダイクロイックミラー505,506は、光源ユニット530として光学ハウジングによってユニット化されている。 In the head-up display device 500, the laser light sources 501R, 501G, and 501B, the collimating lenses 502, 503, and 504, and the dichroic mirrors 505 and 506 are unitized by an optical housing as the light source unit 530.

上記ヘッドアップディスプレイ装置500は、中間スクリーン510に表示される中間像を自動車400のフロントガラス401に投射することで、その中間像を運転者402に虚像として視認させる。 The head-up display device 500 projects an intermediate image displayed on an intermediate screen 510 onto the windshield 401 of the automobile 400, allowing the driver 402 to view the intermediate image as a virtual image.

レーザ光源501R,501G,501Bから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメートレンズ502,503,504で略平行光とされ、2つのダイクロイックミラー505,506により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部507で光量が調整された後、反射面14を有する光偏向器13によって二次元走査される。光偏向器13で二次元走査された投射光Lは、自由曲面ミラー509で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン510に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン510は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、中間スクリーン510に入射してくる投射光Lをマイクロレンズ単位で拡大する。 The laser light of each color emitted from the laser light sources 501R, 501G, and 501B is converted into approximately parallel light by collimating lenses 502, 503, and 504, respectively, and then combined by two dichroic mirrors 505 and 506. The combined laser light has its light amount adjusted by a light amount adjustment unit 507, and is then two-dimensionally scanned by an optical deflector 13 having a reflecting surface 14. The projection light L two-dimensionally scanned by the optical deflector 13 is reflected by a free-form mirror 509, where distortion is corrected, and then focused on an intermediate screen 510 to display an intermediate image. The intermediate screen 510 is composed of a microlens array in which microlenses are arranged two-dimensionally, and the projection light L entering the intermediate screen 510 is magnified in units of microlenses.

光偏向器13は、反射面14を2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する投射光Lを二次元走査する。この光偏向器13の駆動制御は、レーザ光源501R,501G,501Bの発光タイミングに同期して行われる。 The optical deflector 13 moves the reflecting surface 14 back and forth in two axial directions, two-dimensionally scanning the projection light L incident on the reflecting surface 14. The drive control of this optical deflector 13 is performed in synchronization with the light emission timing of the laser light sources 501R, 501G, and 501B.

以上、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイ装置500の説明をしたが、画像投影装置は、反射面14を有した光偏向器13により光走査を行うことで画像を投影する装置であればよい。 The above describes the head-up display device 500 as an example of an image projection device, but the image projection device may be any device that projects an image by performing optical scanning using an optical deflector 13 having a reflective surface 14.

例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ装置等にも、同様に適用することができる。 For example, it can be similarly applied to a projector that is placed on a desk or the like and projects an image onto a display screen, or a head-mounted display device that is mounted on a mounting member that is attached to the observer's head or the like and projects an image onto a reflective/transmissive screen that the mounting member has, or projects an image onto the observer's eyeball as a screen.

また、画像投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。 The image projection device may be mounted not only on a vehicle or a mounting member, but also on a moving body such as an aircraft, a ship, or a mobile robot, or on a non-moving body such as a work robot that operates a drive target such as a manipulator without moving from its location.

本実施形態に係る光偏向器を画像投影装置に用いることにより、高画質での画像投影が可能となる。 By using the optical deflector according to this embodiment in an image projection device, it becomes possible to project images with high image quality.

[光書込装置]
次に、図15及び図16を参照して、本実施形態の駆動装置11を適用した光書込装置について詳細に説明する。
[Optical writing device]
Next, an optical writing device to which the driving device 11 of this embodiment is applied will be described in detail with reference to FIG. 15 and FIG.

図15は、光書込装置600を組み込んだ画像形成装置の一例である。また、図16は、光書込装置の一例の概略図である。 Figure 15 shows an example of an image forming device incorporating an optical writing device 600. Figure 16 is a schematic diagram of an example of an optical writing device.

図15に示すように、上記光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有するレーザプリンタ650等に代表される画像形成装置の構成部材として使用される。画像形成装置において光書込装置600は、1本または複数本のレーザビームで被走査面15である感光体ドラムを光走査することにより、感光体ドラムに光書込を行う。 As shown in FIG. 15, the optical writing device 600 is used as a component of an image forming device such as a laser printer 650 having a printer function using laser light. In the image forming device, the optical writing device 600 optically writes on the photosensitive drum, which is the scanned surface 15, by optically scanning the photosensitive drum with one or more laser beams.

図16に示すように、光書込装置600において、レーザ素子などの光源装置12からのレーザ光は、コリメートレンズなどの結像光学系601を経た後、反射面14を有する光偏向器13により1軸方向または2軸方向に偏向される。 As shown in FIG. 16, in an optical writing device 600, laser light from a light source device 12 such as a laser element passes through an imaging optical system 601 such as a collimator lens, and is then deflected in one or two axes by an optical deflector 13 having a reflecting surface 14.

そして、光偏向器13で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ602aと第二レンズ602b、反射ミラー部602cからなる走査光学系602を経て、被走査面15(例えば感光体ドラムや感光紙)に照射し、光書込みを行う。走査光学系602は、被走査面15にスポット状に光ビームを結像する。 The laser light deflected by the optical deflector 13 then passes through a scanning optical system 602 consisting of a first lens 602a, a second lens 602b, and a reflecting mirror section 602c, and is irradiated onto a surface to be scanned 15 (e.g., a photosensitive drum or photosensitive paper) to perform optical writing. The scanning optical system 602 forms a spot-shaped light beam on the surface to be scanned 15.

また、光源装置12および反射面14を有する光偏向器13は、駆動装置11の制御に基づき駆動する。 In addition, the light source device 12 and the optical deflector 13 having the reflective surface 14 are driven based on the control of the driving device 11.

このように上記光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有する画像形成装置の構成部材として使用することができる。 In this way, the optical writing device 600 can be used as a component of an image forming device that has a printer function using laser light.

また、走査光学系を異ならせて1軸方向だけでなく2軸方向に光走査可能にすることで、レーザ光をサーマルメディアに偏向して光走査し、加熱することで印字するレーザラベル装置等の画像形成装置の構成部材として使用することができる。 In addition, by changing the scanning optical system to enable optical scanning not only in one axis direction but also in two axes directions, it can be used as a component of an image forming device such as a laser label device that deflects a laser beam onto thermal media, optically scans the media, and prints by heating it.

上記光書込装置に適用される反射面14を有した光偏向器13は、ポリゴンミラー等を用いた回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置の省電力化に有利である。 The optical deflector 13 having a reflecting surface 14 used in the optical writing device described above consumes less power to operate than a rotating polygon mirror using a polygon mirror or the like, and is therefore advantageous in reducing the power consumption of the optical writing device.

また、光偏向器13の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置の静粛性の改善に有利である。光書込装置は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また光偏向器13の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。 In addition, the wind noise generated by the optical deflector 13 during vibration is smaller than that of the rotating polygon mirror, which is advantageous in improving the quietness of the optical writing device. The optical writing device requires an overwhelmingly smaller installation space than the rotating polygon mirror, and the optical deflector 13 generates only a small amount of heat, making it easy to miniaturize the device, which is advantageous in miniaturizing the image forming device.

本実施形態に係る光偏向器を光書込装置に用いることにより、高画質での光書込みが可能となる。 By using the optical deflector according to this embodiment in an optical writing device, optical writing with high image quality becomes possible.

[距離測定装置]
次に、図17及び図18を参照して、上記本実施形態の駆動装置を適用した距離測定装置について詳細に説明する。
[Distance measuring device]
Next, a distance measuring device to which the driving device of the present embodiment is applied will be described in detail with reference to FIG. 17 and FIG.

図17は、距離測定装置の一例であるライダ(LiDAR;Laser Imaging Detection and Ranging)装置を搭載した自動車の概略図である。また、図18はライダ装置の一例の概略図である。 Figure 17 is a schematic diagram of an automobile equipped with a LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) device, which is an example of a distance measuring device. Also, Figure 18 is a schematic diagram of an example of a LiDAR device.

物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばレーザレーダ装置である。 An object recognition device is a device that recognizes objects in a target direction, such as a laser radar device.

図17に示すように、ライダ装置700は、例えば自動車701に搭載され、対象方向を光走査して、対象方向に存在する被対象物702からの反射光を受光することで、被対象物702を認識する。また、ライダ装置700は、進行方向の情報を収集することを目的として、自動車の前照灯を搭載する灯部ユニットに搭載してもよいし、車両の前後左右のそれぞれに計4つ以上のライダ装置を設けてもよい。尚、ライダ装置700が搭載されるものとしては、自動車に限定されず、道路情報や地物に関する情報を収集することを目的とする計測車両であってもよいし、搭乗者の移動や旅客輸送、運送を目的とした一般車両等といった移動体であってもよい。 As shown in FIG. 17, the lidar device 700 is mounted on, for example, an automobile 701, and recognizes an object 702 by optically scanning the target direction and receiving reflected light from the object 702 present in the target direction. The lidar device 700 may be mounted on a lighting unit that mounts the headlights of the automobile for the purpose of collecting information on the traveling direction, or a total of four or more lidar devices may be provided on each of the front, rear, left and right of the vehicle. Note that the object on which the lidar device 700 is mounted is not limited to an automobile, and may be a measurement vehicle for the purpose of collecting information on road information and features, or a moving body such as a general vehicle for the purpose of moving passengers, transporting passengers, or transporting.

図18に示すように、光源装置12から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ703と、平面ミラー704とから構成される入射光学系を経て、反射面14を有する光偏向器13で1軸もしくは2軸方向に走査される。そして、投光光学系である投光レンズ705等を経て装置前方の被対象物702に照射される。光源装置12および光偏向器13は、駆動装置11により駆動を制御される。被対象物702で反射された反射光は、光検出器709により光検出される。 As shown in FIG. 18, the laser light emitted from the light source device 12 passes through an input optical system consisting of a collimator lens 703, which is an optical system that converts divergent light into approximately parallel light, and a plane mirror 704, and is scanned in one or two axial directions by an optical deflector 13 having a reflecting surface 14. The light then passes through a projection lens 705, which is a projection optical system, and is irradiated onto an object 702 in front of the device. The light source device 12 and the optical deflector 13 are controlled by a driving device 11. The light reflected by the object 702 is optically detected by a photodetector 709.

すなわち、反射光は受光光学系である集光レンズ706等を経て撮像素子707により受光され、撮像素子707は検出信号を信号処理回路708に出力する。信号処理回路708は、入力された検出信号に2値化やノイズ処理等の所定の処理を行い、結果を測距回路710に出力する。 That is, the reflected light passes through the collecting lens 706, which is a light receiving optical system, and is received by the image sensor 707, which outputs a detection signal to the signal processing circuit 708. The signal processing circuit 708 performs predetermined processing such as binarization and noise processing on the input detection signal, and outputs the result to the distance measurement circuit 710.

測距回路710は、光源装置12がレーザ光を発光したタイミングと、光検出器709でレーザ光を受光したタイミングとの時間差、または受光した撮像素子707の画素ごとの位相差によって、被対象物702の有無を認識し、さらに被対象物702との距離情報を算出する。 The distance measurement circuit 710 recognizes the presence or absence of the object 702 based on the time difference between when the light source device 12 emits the laser light and when the laser light is received by the photodetector 709, or the phase difference between each pixel of the image sensor 707 that receives the light, and further calculates the distance information to the object 702.

反射面14を有する光偏向器13は多面鏡に比べて破損しづらく、小型であるため、耐久性の高い小型のレーダ装置を提供することができる。 The optical deflector 13 with the reflecting surface 14 is less prone to breakage than a polygon mirror and is small, making it possible to provide a small, highly durable radar device.

このようなライダ装置は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等に取り付けられ、所定範囲を光走査して障害物の有無や障害物までの距離を認識することができる。上記距離測定装置では、一例としてのライダ装置700の説明をしたが、距離測定装置は、反射面14を有した光偏向器13を駆動装置11で制御することにより光走査を行い、光検出器により反射光を受光することで被対象物702を認識する装置であればよく、上述した実施形態に限定されるものではない。 Such a lidar device can be attached to, for example, a vehicle, an aircraft, a ship, a robot, etc., and can optically scan a predetermined range to recognize the presence or absence of an obstacle and the distance to the obstacle. In the above distance measurement device, the lidar device 700 has been described as an example, but the distance measurement device may be any device that performs optical scanning by controlling the optical deflector 13 having a reflective surface 14 with the driving device 11, and recognizes the target object 702 by receiving the reflected light with a photodetector, and is not limited to the above-mentioned embodiment.

例えば、手や顔を光走査して得た距離情報から形状等の物体情報を算出し、記録と参照することで対象物を認識する生体認証や、対象範囲への光走査により侵入物を認識するセキュリティセンサ、光走査により得た距離情報から形状等の物体情報を算出して認識し、3次元データとして出力する3次元スキャナの構成部材などにも同様に適用することができる。 For example, it can be used in biometric authentication, where object information such as shape is calculated from distance information obtained by optically scanning a hand or face, and the target object is recognized by referencing the record; security sensors recognize intruders by optically scanning a target range; and components of 3D scanners that calculate and recognize object information such as shape from distance information obtained by optical scanning, and output it as 3D data.

本実施形態に係る光偏向器を距離測定装置に用いることにより、高精度での物体認識及び高精度での物体との距離情報の算出が可能となる。 By using the optical deflector according to this embodiment in a distance measuring device, it becomes possible to recognize objects with high accuracy and calculate distance information to the object with high accuracy.

[パッケージング]
次に、図19を参照して、本実施形態の駆動装置により制御される光偏向器のパッケージングについて説明する。
[Packaging]
Next, with reference to FIG. 19, packaging of the optical deflector controlled by the driving device of this embodiment will be described.

図19は、パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。 Figure 19 is a schematic diagram of an example of a packaged optical deflector.

図19に示すように、光偏向器13は、パッケージ部材801の内側に配置される取付部材802に取り付けられ、パッケージ部材の一部を透過部材803で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。 As shown in FIG. 19, the optical deflector 13 is attached to a mounting member 802 that is placed inside a packaging member 801, and a portion of the packaging member is covered with a transparent member 803, and the optical deflector 13 is packaged by being sealed.

さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、光偏向器13の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。 In addition, an inert gas such as nitrogen is sealed inside the package. This prevents the optical deflector 13 from deteriorating due to oxidation, and improves its durability against environmental changes such as temperature.

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the above describes examples of embodiments of the present invention, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims.

10 光走査システム
11 駆動装置
12、12b 光源装置
13 光偏向器
14 反射面
15 被走査面
25 光源装置ドライバ
26 光偏向器ドライバ
30 制御部
31 駆動信号出力部
50 レーザヘッドランプ
51 ミラー
52 透明板
60 ヘッドマウントディスプレイ
60a フロント
60b テンプル
61 導光板
62 ハーフミラー
63 装着者
101 ミラー部
102a、102b トーションバー
103a、103b 第1の圧電アクチュエータ部
103c、103d 第2の圧電アクチュエータ部
104 可動枠
105a、105b 第3の圧電アクチュエータ部
400 自動車(車両の一例)
500 ヘッドアップディスプレイ装置(画像投影装置の一例、ヘッドアップディスプレイの一例)
650 レーザプリンタ
700 ライダ装置(距離測定装置の一例)
701 自動車
702 被対象物
801 パッケージ部材
802 取付部材
803 透過部材
10 Optical scanning system 11 Driving device 12, 12b Light source device 13 Optical deflector 14 Reflecting surface 15 Scanned surface 25 Light source device driver 26 Optical deflector driver 30 Control unit 31 Drive signal output unit 50 Laser headlamp 51 Mirror 52 Transparent plate 60 Head mounted display 60a Front 60b Temple 61 Light guide plate 62 Half mirror 63 Wearer 101 Mirror unit 102a, 102b Torsion bar 103a, 103b First piezoelectric actuator unit 103c, 103d Second piezoelectric actuator unit 104 Movable frame 105a, 105b Third piezoelectric actuator unit 400 Automobile (one example of a vehicle)
500 Head-up display device (an example of an image projection device, an example of a head-up display)
650 Laser printer 700 LIDAR device (an example of a distance measuring device)
701 Automobile 702 Object 801 Package member 802 Mounting member 803 Transparent member

特許第5506976号公報Japanese Patent No. 5506976

Claims (14)

光を反射するミラー部と、
前記ミラー部と一端が接続されており前記ミラー部を支持する1対の支持部と、
各々の前記支持部の他端と接続されており、前記支持部を変形させて前記ミラー部を第1軸を中心に回動させる1対の第1のアクチュエータ部と、
前記第1のアクチュエータ部を支持する可動枠と、
前記第1軸を挟み前記第1のアクチュエータ部とは反対側において、前記可動枠と接続されている第2のアクチュエータ部と、
を有し、
前記第2のアクチュエータ部は、前記支持部には接続されておらず、
前記ミラー部が回動可能な状態において、前記第1のアクチュエータ部と、前記第2のアクチュエータ部は、同じ方向に屈曲変形可能であることを特徴とする光偏向器。
A mirror portion that reflects light;
a pair of support parts each having one end connected to the mirror part and supporting the mirror part;
a pair of first actuator units connected to the other end of each of the supports and configured to deform the supports to rotate the mirror unit about a first axis;
a movable frame supporting the first actuator unit;
a second actuator unit connected to the movable frame on the opposite side of the first axis from the first actuator unit;
having
the second actuator portion is not connected to the support portion;
13. An optical deflector, comprising: a first actuator section and a second actuator section each capable of bending and deforming in the same direction when the mirror section is in a rotatable state.
光を反射するミラー部と、A mirror portion that reflects light;
前記ミラー部と一端が接続されており前記ミラー部を支持する1対の支持部と、a pair of support parts each having one end connected to the mirror part and supporting the mirror part;
各々の前記支持部の他端と接続されており、前記支持部を変形させて前記ミラー部を第1軸を中心に回動させる1対の第1のアクチュエータ部と、a pair of first actuator units connected to the other end of each of the supports and configured to deform the supports to rotate the mirror unit about a first axis;
前記第1のアクチュエータ部を支持する可動枠と、a movable frame supporting the first actuator unit;
前記第1軸を挟み前記第1のアクチュエータ部とは反対側において、前記可動枠と接続されている第2のアクチュエータ部と、a second actuator unit connected to the movable frame on the opposite side of the first axis from the first actuator unit;
を有し、having
前記第2のアクチュエータ部は、前記支持部には接続されていないことを特徴とする光偏向器。2. An optical deflector according to claim 1, wherein the second actuator portion is not connected to the support portion.
前記ミラー部が回動可能な状態において、前記第1のアクチュエータ部と、前記第2のアクチュエータ部は、同じ位相で屈曲変形することを特徴とする請求項1または2に記載の光偏向器。 3. The optical deflector according to claim 1 , wherein, in a state in which the mirror section is rotatable, the first actuator section and the second actuator section are bent and deformed in the same phase. 前記可動枠と一端が接続されており、前記可動枠を支持する第3のアクチュエータ部と、
前記第3のアクチュエータ部の他端と接続されている固定枠と、
を有し、前記第3のアクチュエータ部は前記可動枠を、前記第1軸と直交する第2軸を中心に回動可能に支持していることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光偏向器。
a third actuator unit having one end connected to the movable frame and supporting the movable frame;
a fixed frame connected to the other end of the third actuator portion;
4. The optical deflector according to claim 1, wherein the third actuator portion supports the movable frame so as to be rotatable about a second axis perpendicular to the first axis.
前記第2のアクチュエータ部は、前記第1軸を対称軸として、前記第1のアクチュエータ部と対称となる位置に設けられていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の光偏向器。 5. The optical deflector according to claim 1, wherein the second actuator section is provided at a position symmetrical to the first actuator section with respect to the first axis. 前記第1のアクチュエータ部と、前記第2のアクチュエータ部は、形状が異なっていることを特徴とする請求項に記載の光偏向器。 6. The optical deflector according to claim 5 , wherein the first actuator element and the second actuator element have different shapes. 前記第2のアクチュエータ部における前記ミラー部と最も近い辺の形状は、前記ミラー部の外周形状の少なくとも一部に沿った形状であることを特徴とする請求項に記載の光偏向器。 7. The optical deflector according to claim 6 , wherein a shape of the side of the second actuator element closest to the mirror element follows at least a part of an outer periphery of the mirror element. 前記第1軸を対称軸として、前記第1のアクチュエータ部と対称となる位置に設けられた前記可動枠に一端が接続された1対の第4のアクチュエータ部と、
前記第1軸を挟み前記第4のアクチュエータ部とは反対側において、前記可動枠と接続されている第5のアクチュエータ部と、
を有し、
前記第4のアクチュエータ部の他端は、前記支持部に接続されており、
前記第5のアクチュエータ部は、前記支持部には接続されていないことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の光偏向器。
a pair of fourth actuator units, one end of which is connected to the movable frame, the fourth actuator units being provided at positions symmetrical to the first actuator units with respect to the first axis;
a fifth actuator unit connected to the movable frame on the opposite side of the first axis from the fourth actuator unit; and
having
the other end of the fourth actuator portion is connected to the support portion,
5. The optical deflector according to claim 1, wherein the fifth actuator portion is not connected to the support portion.
前記第1軸を対称軸として、前記第1のアクチュエータ部と対称となる位置に設けられた前記可動枠に一端が接続された1対の第4のアクチュエータ部と、
前記第1軸を挟み前記第4のアクチュエータ部とは反対側において、前記可動枠と接続されている第5のアクチュエータ部と、
を有し、
前記第4のアクチュエータ部の他端は、前記支持部に接続されており、
前記第5のアクチュエータ部は、前記支持部には接続されておらず、
前記第4のアクチュエータ部及び前記第5のアクチュエータ部は、前記第1のアクチュエータ部及び前記第2のアクチュエータ部と、180度異なる位相で屈曲変形することを特徴とする請求項に記載の光偏向器。
a pair of fourth actuator units, one end of which is connected to the movable frame, the fourth actuator units being provided at positions symmetrical to the first actuator units with respect to the first axis;
a fifth actuator unit connected to the movable frame on the opposite side of the first axis from the fourth actuator unit; and
having
the other end of the fourth actuator portion is connected to the support portion,
the fifth actuator portion is not connected to the support portion,
4. The optical deflector according to claim 3 , wherein the fourth actuator unit and the fifth actuator unit are bent and deformed in a phase that is 180 degrees different from that of the first actuator unit and the second actuator unit.
前記可動枠と一端が接続されており、前記可動枠を支持する第3のアクチュエータ部と、a third actuator unit having one end connected to the movable frame and supporting the movable frame;
前記第3のアクチュエータ部の他端と接続されている固定枠と、a fixed frame connected to the other end of the third actuator portion;
を有し、前記第3のアクチュエータ部は前記可動枠を、前記第1軸と直交する第2軸を中心に回動可能に支持していることを特徴とする請求項9に記載の光偏向器。10. The optical deflector according to claim 9, wherein the third actuator section supports the movable frame so as to be rotatable about a second axis perpendicular to the first axis.
請求項1から10のいずれか1項に記載の光偏向器と、
光源と、
を備えた偏向装置。
An optical deflector according to any one of claims 1 to 10 ;
A light source;
A deflection device comprising:
請求項1から10のいずれか1項に記載の光偏向器を備える距離測定装置。 A distance measuring device comprising the optical deflector according to any one of claims 1 to 10 . 請求項1から10のいずれか1項に記載の光偏向器を備える画像投影装置。 An image projection device comprising the optical deflector according to claim 1 . 請求項12に記載の距離測定装置、請求項13に記載の画像投影装置の少なくとも1つを有する移動体。 A moving object comprising at least one of the distance measuring device according to claim 12 and the image projection device according to claim 13 .
JP2020162066A 2019-11-27 2020-09-28 Optical deflector, deflection device, distance measuring device, image projection device, and moving body Active JP7501281B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/953,826 US11796793B2 (en) 2019-11-27 2020-11-20 Optical deflector, deflection apparatus, distance measuring apparatus, image projecting apparatus, and movable body

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019214517 2019-11-27
JP2019214517 2019-11-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021089417A JP2021089417A (en) 2021-06-10
JP7501281B2 true JP7501281B2 (en) 2024-06-18

Family

ID=76220204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020162066A Active JP7501281B2 (en) 2019-11-27 2020-09-28 Optical deflector, deflection device, distance measuring device, image projection device, and moving body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7501281B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009192967A (en) 2008-02-18 2009-08-27 Panasonic Corp Optical reflecting element
US20170343795A1 (en) 2016-05-24 2017-11-30 Robert Bosch Gmbh Micromechanical Component and Method for Adjusting an Adjustable Part Simultaneously about Two Axes of Rotation Inclined in Relation to One Another
JP2018155798A (en) 2017-03-15 2018-10-04 株式会社リコー Inspection method of optical deflector, optical deflector and image projection device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009192967A (en) 2008-02-18 2009-08-27 Panasonic Corp Optical reflecting element
US20170343795A1 (en) 2016-05-24 2017-11-30 Robert Bosch Gmbh Micromechanical Component and Method for Adjusting an Adjustable Part Simultaneously about Two Axes of Rotation Inclined in Relation to One Another
JP2018155798A (en) 2017-03-15 2018-10-04 株式会社リコー Inspection method of optical deflector, optical deflector and image projection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021089417A (en) 2021-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7167500B2 (en) Mobile devices, image projection devices, head-up displays, laser headlamps, head-mounted displays, object recognition devices, and vehicles
JP7501762B2 (en) Movable device, image projection device, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device, and vehicle
JP7451930B2 (en) Optical deflectors, deflection devices, distance measuring devices, image projection devices, and vehicles
JP7243174B2 (en) Mobile devices, distance measuring devices, image projection devices, and vehicles
JP7225771B2 (en) Mobile devices, distance measuring devices, image projection devices, vehicles, and pedestals
US11947113B2 (en) Movable device, image projection apparatus, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device, and vehicle
JP2022144257A (en) Optical deflector, image projector, head-up display, laser head lamp, head mount display, distance measuring device, and mobile body
US20200400940A1 (en) Light deflector, lidar device, and image forming apparatus
JP7501281B2 (en) Optical deflector, deflection device, distance measuring device, image projection device, and moving body
US20220299757A1 (en) Movable device, image projection apparatus, laser headlamp, head-mounted display, distance measurement device, and mobile object
JP7459580B2 (en) Mobile devices, image projection devices, head-up displays, laser headlamps, head-mounted displays, object recognition devices, and moving objects
JP7363352B2 (en) Mobile devices, image projection devices, head-up displays, laser headlamps, head-mounted displays, object recognition devices, and vehicles
US11789258B2 (en) Light deflector, deflecting device, object recognition device, image projection device, and mobile object
JP7459579B2 (en) Mobile devices, image projection devices, head-up displays, laser headlamps, head-mounted displays, object recognition devices, and moving objects
JP7338403B2 (en) Optical deflectors, image projection devices, head-up displays, laser headlamps, head-mounted displays, object recognition devices, and vehicles
JP7354797B2 (en) Optical deflectors, deflection devices, distance measuring devices, image projection devices, and vehicles
JP7563091B2 (en) Optical deflector, deflection device, object recognition device, image projection device, and moving object
US11796793B2 (en) Optical deflector, deflection apparatus, distance measuring apparatus, image projecting apparatus, and movable body
US12140698B2 (en) Light deflector, deflecting device, distance measurement device, image projection device, and vehicle
US20220155582A1 (en) Operating device, light deflector, light deflecting device, distance measurement apparatus, image projection apparatus, and mobile object
JP7247553B2 (en) Mobile devices, image projection devices, head-up displays, laser headlamps, head-mounted displays, object recognition devices, and vehicles
JP6809281B2 (en) Optical deflector, optical scanning device, image projection device, and object recognition device
US20220326512A1 (en) Movable apparatus
JP2023140219A (en) Movable device, light deflection element, image projection apparatus, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition apparatus and movable body
JP2022146675A (en) Movable device, deflection device, object recognition device, image projection device, and mobile object

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230714

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240214

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240411

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240507

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240520

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7501281

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150