特許 6670143 揺動体装置の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6670143

(24)【登録日】2020年3月3日

(45)【発行日】2020年3月18日

(54)【発明の名称】揺動体装置の制御装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20200309BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20200309BHJP

   B81B 7/02 20060101ALI20200309BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/10 C

   G02B26/10 104Z

   G02B26/08 E

   B81B7/02

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-60690(P2016-60690)

(22)【出願日】2016年3月24日

(65)【公開番号】特開2017-173622(P2017-173622A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2019年3月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005016

【氏名又は名称】パイオニア株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】503213291

【氏名又は名称】パイオニア・マイクロ・テクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】特許業務法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】埴原 甲二

【審査官】 佐藤 洋允

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−５３１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２５８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８０２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２７０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０４９３６５０４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／００−２６／１２

Ｂ８１Ｂ １／００−７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの揺動軸を中心に揺動する揺動体と前記揺動体を駆動する駆動部とを有する揺動体装置の制御装置であって、
周波数が前記揺動体の共振周波数に対応するそれぞれ一定振幅の信号であって、前記揺動体の揺動角度を増加させる第１の信号と前記揺動角度を減少させる第２の信号とを生成する生成部と、
前記第１及び第２の信号をそれぞれ出力する第１及び第２の期間を交互に繰り返して前記駆動部に前記第１及び第２の信号を出力する出力部とを有することを特徴とする制御装置。

【請求項2】

前記第２の信号は前記第１の信号とは逆位相であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記出力部は、前記第１の期間と、前記第２の期間と、信号の出力を停止する第３の期間とをこの順で繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記揺動体の非駆動時における基準位置からの揺動角度を検知する検知部を有し、
前記出力部は、前記揺動体の前記基準位置からの前記揺動角度が所定角度以下となった場合に前記第３の期間に移行して信号の出力を停止することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記第１及び第２の期間は略同一の長さの期間であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の制御装置。

【請求項6】

前記揺動体の共振周波数をｆとし、前記揺動体の静止状態から揺動状態を経て静止状態に戻るまでの周期をＴとしたとき、前記揺動体のＱ値はＱ＞４．５ｆ×Ｔの関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の制御装置。

【請求項7】

前記揺動体は互いに直交する第１及び第２の揺動軸を中心に揺動し、
前記生成部は、前記揺動体を前記第１の揺動軸に対して揺動させる前記第１及び第２の信号と、前記揺動体を前記第２の揺動軸に対して揺動させる第３及び第４の信号を生成し、
前記第１及び第２の信号は、周波数が前記揺動体の前記第１及び第２の揺動軸周りに共通の共振周波数に対応するそれぞれ一定振幅かつ互いに逆位相の信号であり、
前記第３及び第４の信号は、周波数が前記共通の共振周波数に対応し、それぞれ振幅が一定であり、かつそれぞれ位相が前記第１及び第２の信号とは９０度異なる信号であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＥＭＳミラーなどの揺動体装置の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、二次元の光走査装置として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを高速駆動させる技術が知られている。例えば、マイクロミラーを有するＭＥＭＳスキャナは、多くの場合、１つ以上の軸で動作するようにバネに懸架されたミラープレートを含む。また、ＭＥＭＳスキャナは、当該ミラープレートに静電的、電磁的、熱的又は圧電的な力を与えることで対象物（対象領域）の走査を行う。例えば、特許文献１及び２には、Ｘ軸及びＹ軸の２軸方向に動作可能な光源又は光偏向装置に駆動信号を与え、らせん軌道での走査を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第2015/281630号明細書

【特許文献2】特表2006-520022号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、ＭＥＭＳスキャナは、揺動体となるミラープレートを高速で揺動させ、揺動時の位置（基準位置からの傾斜位置）に対応する領域に順次光を照射していく。また、ミラープレートを揺動させる場合、当該ミラープレートをその共振周波数に対応する周波数で駆動することで、被駆動部を大きく揺動させること、すなわち大きな振幅（例えば走査領域）を得ることができる。

【0005】

一方、省電力な揺動体装置を作製することを考慮すると、揺動体装置のＱ値（Quality factor）は大きいことが好ましい。例えば、Ｑ値はＭＥＭＳスキャナを構成するバネの特性などによって定まる。例えば、ＭＥＭＳスキャナなどの揺動体装置においては、Ｑ値が高いほど、省電力で安定した揺動状態（振動状態）を得ることができる。

【0006】

一方、Ｑ値を大きくすることを考慮すると応答性が低下するため、高いＱ値の揺動体装置には、駆動力の印加から揺動動作が安定するまでの時間が長くなるという特性がある。ここで、らせん軌道を描くような駆動（以下、スパイラル駆動と称する）を行う場合、揺動体の振幅（例えば揺動角度）を周期的に変調する必要がある。従って、高いＱ値を有する揺動体装置のスパイラル駆動を行うことを考慮すると、その応答性の低さによって揺動体の安定した振幅変調が困難となるという問題が一例として挙げられる。

【0007】

また、高いＱ値を有する揺動体装置など、揺動体などの振動体を有する振動体装置においては、省電力で安定した駆動制御を行うことが可能であることが好ましい。

【0008】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、省電力で揺動体の振幅変調を行うことが可能な揺動体装置の制御装置を提供することを課題の１つとしている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１に記載の発明は、少なくとも１つの揺動軸を中心に揺動する揺動体と揺動体を駆動する駆動部とを有する揺動体装置の制御装置であって、周波数が揺動体の共振周波数に対応するそれぞれ一定振幅の信号であって、揺動体の揺動角度を増加させる第１の信号と揺動角度を減少させる第２の信号とを生成する生成部と、第１及び第２の信号をそれぞれ出力する第１及び第２の期間を交互に繰り返して駆動部に第１及び第２の信号を出力する出力部とを有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）は実施例１に係る揺動体装置及びその制御装置の模式的な上面図であり、（ｂ）は実施例１に係る揺動体装置の断面図である。

【図2】実施例１に係る制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3】（ａ）は、実施例１に係る制御装置の出力信号の波形を示す図であり、（ｂ）は、実施例１に係る揺動体装置におけるミラープレートの揺動軸ＡＸ周りの振幅変化を示す図である。

【図4】（ａ）は、実施例１に係る揺動体装置の概略的な動作説明図であり、（ｂ）は、実施例１に係る揺動体装置によるレーザ光の走査軌跡を示す図である。

【図5】実施例１に係る揺動体装置の制御装置の他の出力信号の出力例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

【実施例1】

【0012】

図１（ａ）は、実施例１に係る揺動体装置１０及びその制御装置２０の模式的な上面図である。揺動体装置１０は、駆動力を印加することで揺動体１４が揺動される装置である。本実施例においては、揺動体１４はミラープレートであり、揺動体装置１０はミラープレート１４を駆動することで対象物の光走査を行う光スキャナである。しかし、揺動体１４はミラープレートである場合に限定されない。例えば、揺動体装置１０は、揺動体１４として可動部を有するアクチュエータであってもよい。なお、以下においては揺動体１４がミラープレートである場合について説明する。

【0013】

揺動体装置１０は、ベース部１１、揺動部１２、駆動部１３及び揺動体１４を有する。また、本実施例においては、揺動体装置１０は、互いに直交する２つの揺動軸（第１及び第２の揺動軸）ＡＸ及びＡＹの周りを揺動体１４が揺動するように構成されている。また、駆動部１３は、揺動部１２及び揺動体１４を揺動する揺動力（駆動力）を生成する。駆動部１３には制御装置２０が接続され、制御装置２０によって駆動部１３の駆動制御が行われる。

【0014】

本実施例においては、ベース部１１は第１及び第２のベース基板Ｂ１及びＢ２を含む。揺動部１２は、一端がベース部１１に接続されたトーションバー（第１のトーションバー）ＳＸと、トーションバーＳＸの他端に接続され、揺動軸ＡＸの周りを揺動する揺動枠ＭＸと、一端が揺動枠ＭＸに接続されたトーションバー（第２のトーションバー）ＳＹと、トーションバーＳＹの他端に接続され、揺動軸ＡＹの周りを揺動する揺動板ＭＹと、を有する。また、揺動板ＭＹ上には揺動体１４が形成されている。

【0015】

また、本実施例においては、トーションバーＳＸ及びＳＹは、少なくとも周方向の弾性を有する２つの棒状の弾性部材（弾性棒）を含む。また、トーションバーＳＸ（弾性棒）は、揺動枠ＭＸを挟んでその長さ方向に整列しており、その整列方向が揺動枠ＭＸの揺動軸ＡＸ方向である。トーションバーＳＸの一端はベース部１１に固定された固定端であり、他端は揺動枠ＭＸの外周部に接続されている。トーションバーＳＹ（弾性棒）は、揺動板ＭＹを挟んでその長さ方向に整列しており、その整列方向が揺動板ＭＹの揺動軸ＡＹ方向である。また、トーションバーＳＹは、一端が揺動枠ＭＸの内周部に接続されており、他端が揺動板ＭＹの外周部に接続されている。

【0016】

駆動部１３は、永久磁石ＭＧと、揺動枠ＭＸ上において揺動枠ＭＸの外周に沿って引き回された配線（第１の配線）ＷＸと、揺動板ＭＹ上において揺動板ＭＹの外周に沿って引き回された配線（第２の配線）ＷＹとを含む。本実施例においては、駆動部１３は、永久磁石ＭＧによって生ずる磁界と、配線ＷＸ及びＷＹに電流が印加されることよって生ずる電界とによって、電磁気的に揺動部１２及び揺動体１４を揺動させる電磁気力（駆動力）を生成する。

【0017】

本実施例においては、永久磁石ＭＧは、第２のベース基板Ｂ２の外側に設けられ、揺動部１２を挟んで並んで配置された複数の磁石片を有する。本実施例においては、磁石片は各揺動軸ＡＸ及びＡＹに沿ってそれぞれ２つ、合計４つ配置されている。配線ＷＸに電流が流れると、配線ＷＸに生じた電界と、揺動軸ＡＹの軸方向に並んだ永久磁石ＭＧの磁石片によって生じた磁界との相互作用により、トーションバーＳＸが周方向にねじれ、揺動枠ＭＸが揺動軸ＡＸの周りを揺動する。同様に、配線ＷＹに流れた電流による電界と揺動枠ＡＸの軸方向に並んだ永久磁石ＭＧの磁石片による磁界とによってトーションバーＳＹがねじれ、揺動板ＭＹが揺動軸ＡＹの周りを揺動する。なお、本実施例においては、揺動部１２における揺動軸ＡＸ周りの共振周波数と揺動軸ＡＹ周りの共振周波数は等しい。

【0018】

本実施例においては、揺動体１４としてのミラープレートは、平板形状を有し、揺動軸ＡＸ及びＡＹに直交する中心軸ＣＡを有する。揺動板ＭＹは揺動体１４を搭載し、揺動枠ＭＸは揺動板ＭＹを取り囲むように配置され、ベース部１１は揺動枠ＭＸを取り囲むように配置されている。揺動部１２及び揺動体１４は、揺動体１４の中心軸ＣＡに関して回転対称に配置されている。

【0019】

図１（ｂ）は、揺動体装置１０の断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。本実施例においては、揺動体装置１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）装置である。具体的には、まず、図１（ｂ）に示すように、ベース部１１は、凹部を有する第１のベース基板Ｂ１と、第１のベース基板Ｂ１に固定された平板形状の第２のベース基板Ｂ２とを含む。例えば、第１のベース基板Ｂ１は樹脂材料から形成され、第２のベース基板Ｂ２はＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハから形成されている。

【0020】

また、揺動部１２（揺動枠ＭＸ、揺動板ＭＹ並びにトーションバーＳＸ及びＳＹ）は、第２のベース基板Ｂ２（ＳＯＩウェハ）を加工することで形成された第２のベース基板Ｂ２の部分である。また、揺動部１２及び揺動体１４は、第１のベース基板Ｂ１の凹部上において第２のベース基板Ｂ２に支持（懸架）されている。また、揺動体１４は、２軸ジンバルとして機能する揺動部１２に懸架されている。なお、第２のベース基板Ｂ２におけるトーションバーＳＸよりも外側の部分は、揺動部１２及び揺動体１４を振動（揺動）可能に支持する支持枠として機能する。

【0021】

また、揺動体１４としてのミラープレートは、揺動板ＭＹとして機能する第２のベース基板Ｂ２の部分上に板状（膜状）に形成されている。また、永久磁石ＭＧは、トーションバーＳＸとして機能する第２のベース基板Ｂ２の部分の外側、本実施例においては第１のベース基板Ｂ１上に形成されている。また、本実施例においては、揺動部１２は、第２のベース基板Ｂ２の厚さ方向に揺動する。また、揺動体１４は、中心軸ＣＡ上の１点を揺動中心とし、第２のベース基板Ｂ２（ベース部１１）に対して傾斜するように揺動する。

【0022】

このように、揺動体装置１０は、揺動軸ＡＸ及びＡＹを中心に揺動する揺動体１４と、揺動体１４を駆動する駆動部１３とを備えている。また、揺動体装置１０には揺動体装置１０の駆動を制御する制御装置２０が設けられている。また、本実施例においては、揺動体１４は、駆動部１３によって揺動する揺動部１２上に形成され、駆動部１３によって揺動部１２が揺動することで揺動体１４が揺動する。また、制御回路２０は駆動部１３に接続されている。

【0023】

図２（ａ）は、制御装置２０の構成を示すブロック図である。制御装置２０は、揺動体装置１０を駆動する信号を生成して揺動体装置１０に供給する。制御装置２０は、基準信号生成部２１と、揺動体装置１０を揺動させる信号を生成する揺動信号生成部（生成部）２２と、当該信号を駆動部１３に出力する出力部２３とを有する。また、本実施例においては、制御回路２０は、出力部２３が出力する信号を切替える切替信号を生成する切替信号生成部２４と、揺動体１４の揺動角度を検知する揺動角検知部２５を有する。

【0024】

基準信号生成部２１は、揺動信号の基準となる基準信号ＲＳを生成し、揺動信号生成部２２に供給する。基準信号生成部２１は、基準信号ＲＳとして、周期的な信号を生成する。基準信号ＲＳは、例えば正弦波及び鋸波である。

【0025】

揺動信号生成部２２は、揺動軸ＡＸに対する揺動体１４の揺動角度を増加させる第１の揺動信号（第１の信号）Ｓ１と、揺動軸ＡＸに対する揺動体１４の揺動角度を減少させる第２の揺動信号（第２の信号）Ｓ２を生成する第１の生成部２２Ａを有する。また、揺動信号生成部２２は、揺動軸ＡＹに対する揺動体１４の揺動角度を増加させる第３の揺動信号Ｓ３と、揺動軸ＡＹに対する揺動体１４の揺動角度を減少させる第４の揺動信号Ｓ４を生成する第２の生成部２２Ｂを有する。

【0026】

第１の生成部２２Ａは、基準信号ＲＳの位相を９０度シフトしてシフト基準信号ＲＳＳを生成する第１の位相シフト回路ＳＦ１と、シフト基準信号ＲＳＳの位相を１８０度シフトする第２の位相シフト回路ＳＦ２と、第１及び第２の位相シフト回路ＳＦ１及びＳＦ２の出力端にそれぞれ接続された第１及び第２の増幅回路ＡＭ１及びＡＭ２とを含む。第１の生成部２２Ａは、第１及び第２の増幅回路ＡＭ１及びＡＭ２が増幅した信号を、それぞれ第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２として出力部２３に供給する。

【0027】

第２の生成部２２Ｂは、基準信号ＲＳの位相を１８０度シフトする第３の位相シフト回路ＳＦ３と、第３の位相シフト回路ＳＦ３及び基準信号生成部２１の出力端にそれぞれ接続された第３及び第４の増幅回路ＡＭ３及びＡＭ４とを含む。第２の生成部２２Ｂは、第３及び第４の増幅回路ＡＭ１及びＡＭ２が増幅した信号を、それぞれ第１及び第２の揺動信号Ｓ３及びＳ４として出力部２３に供給する。

【0028】

出力部２３は、第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２を選択して第１の出力信号ＯＳ１として出力する第１の出力部２３Ａと、第３及び第４の揺動信号Ｓ３及びＳ４を選択して第２の出力信号ＯＳ２を出力する第２の出力部２３Ｂとを含む。

【0029】

第１の出力信号ＯＳ１は、揺動体１４の揺動軸ＡＸに対する揺動角度（振幅）を制御する制御信号であり、第２の出力信号ＯＳ２は、揺動体１４の揺動軸ＡＹに対する揺動角度（振幅）を制御する制御信号である。本実施例においては、第１の出力信号ＯＳ１は配線ＷＸに供給され、第２の出力信号ＯＳ２は配線ＷＹに供給される。

【0030】

基準信号生成部２１は、例えば発振器を含む。第１〜第３の位相シフト回路ＳＦ１〜ＳＦ３は、例えば遅延回路を含む。第１〜第４の増幅回路ＡＭ１〜ＡＭ４は、例えば乗算回路を含む。第１及び第２の出力部２３Ａ及び２３Ｂは、例えばセレクタを含む。なお、第１の出力部２３Ａは３つの入力端を有し、第１及び第２の入力端には第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２が入力され、第３の入力端は接地されている。また、第２の出力部２３Ｂは３つの入力端を有し、第１及び第２の入力端には第３及び第４の揺動信号Ｓ３及びＳ４が入力され、第３の入力端は接地されている。

【0031】

また、制御装置２０は、出力部２３における出力信号ＯＳ１及びＯＳ２の制御、すなわち各揺動信号を切替る切替信号ＳＳ１及びＳＳ２をそれぞれ生成する切替信号生成部２４を有する。切替信号ＳＳ１は第１の出力部２３Ａに供給され、切替信号ＳＳ２は第２の出力部２３Ｂに供給される。すなわち、出力部２３の出力動作は、切替信号ＳＳ１及びＳＳ２によって制御されている。

【0032】

制御装置２０は、揺動体１４の揺動角度を検知する揺動角検知部（以下、単に検知部と称する）２５を有する。検知部２５は、例えば揺動枠ＭＸ及び揺動板ＭＹの傾斜位置を検知することで、揺動体１４の各揺動軸ＡＸ及びＡＹに対する非駆動時の位置からの揺動角度を検知する。検知部２５は、例えば、トーションバーＳＸ上に形成された抵抗器と、当該抵抗器の電気抵抗値を測定する測定回路とを有する第１の検知部（図示せず）と、トーションバーＳＹ上に形成された抵抗器と、当該抵抗器の電気抵抗値を測定する第２の検知部（図示せず）とを有する。

【0033】

図３（ａ）は、出力部２３の第１の出力部２３Ａから出力された出力信号ＯＳ１の波形を示す図である。図の横軸は時間を示し、縦軸は出力信号ＯＳ１の振幅を示している。図３（ａ）を用いて、揺動信号生成部２２の生成動作及び出力部２３の出力動作について説明する。まず、揺動信号生成部２２（第１の生成部２２Ａ）は、周波数が揺動体１４の共振周波数に対応し（例えば整数倍）、振幅がそれぞれ一定の第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２を生成する。

【0034】

また、出力部２３（第１の出力部２３Ａ）は、第１の期間Ｐ１において第１の揺動信号Ｓ１を出力し、第２の期間Ｐ２において第２の揺動信号Ｓ２を出力する。また、本実施例においては、出力部２３は、駆動部１３に対し、第１の期間Ｐ１と、第２の期間Ｐ２と、信号の出力を停止する無信号期間（第３の期間）Ｐ３とをこの順で繰り返す。具体的には、第１の出力部２３Ａは、切替信号ＳＳ１によって、その入力端の接続位置を、第１の増幅回路ＡＭ１の出力端、第２の増幅回路ＡＭ２の出力端及び接地端と、をこの順で繰り返して切り替える。

【0035】

また、本実施例においては、第１及び第２の期間Ｐ１及びＰ２は略同一の長さの期間である。より具体的には、第１の期間Ｐ１と、第２の期間Ｐ２の開始から無信号期間Ｐ３の終了までの期間（期間Ｐ２＋Ｐ３）とは互いに同一の長さである。一方、第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２の各々は、無信号期間Ｐ３よりも十分に長い。

【0036】

また、無信号期間Ｐ３は、揺動体１４の揺動角度が所定角度以下、例えば非駆動時の基準位置の時（揺動角度が０度の時）に開始される。すなわち、出力部２３は、第２の期間Ｐ２後に揺動体１４の揺動角度が所定角度以下となった際、所定期間、駆動部１３に固定電位（例えば接地電位）を印加するように構成されている。なお、無信号期間Ｐ３（接地電位の印加）は検知部２５の検知信号に基づいて開始する。

【0037】

図３（ｂ）は、出力信号ＯＳ１によって揺動した揺動体１４の揺動軸ＡＸに対する揺動角度の変化を示す図である。図の横軸は時間を示し、縦軸は揺動体１４の揺動軸ＡＸ周りの揺動角度（振幅）を示している。まず、上記したように、揺動体１４には、第１の期間Ｐ１において揺動体１４の揺動角度が大きくなるような揺動信号Ｓ１が供給される。しかし、揺動体１４が高いＱ値を有する場合、その応答性の低さ故、信号の供給直後には所望の揺動状態には至らない。従って、図３（ｂ）に示すように、揺動体１４は、第１の期間Ｐ１において、その共振周波数に対応する周波数で駆動力を受け、その揺動角度すなわち振幅を徐々に増大させながら揺動を行う。

【0038】

一方、第１の期間Ｐ１の後、第２の期間Ｐ２として、揺動体１４の揺動角度が小さくなるような駆動力、本実施例においては揺動信号Ｓ１とは逆位相の揺動信号Ｓ２が揺動体１４に供給される。具体的には、揺動体１４は、第１の期間Ｐ１において振幅が増大して所定の振幅での揺動状態に達した後、第２の期間Ｐ２においてはその揺動が抑制されるような駆動力を受ける。従って、揺動体１４は、第２の期間Ｐ２においては揺動角度すなわち振幅が小さくなるように揺動を行う。

【0039】

また、本実施例においては、制御装置２０は、第２の期間Ｐ２の後、すなわち揺動体１４の揺動角度が小さくなった後に、揺動体１４に揺動信号Ｓ１及びＳ２を供給しない期間すなわち無信号期間Ｐ３に移行する。無信号期間Ｐ３において揺動体１４には駆動部１３には接地電位が印加されるため、駆動力は生じない。出力部２３は、第３の期間Ｐ３以降は、第１〜第３の期間Ｐ１〜Ｐ３を繰り返して信号出力を行う。

【0040】

なお、第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２、並びに後述する第３及び第４の揺動信号Ｓ３及びＳ４の周波数については揺動体１４の各揺動軸ＡＸ及びＡＹ周りの共振周波数に略一致させる必要がある。一方、第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２の振幅及び第２の期間Ｐ２は、揺動体１４のＱ値に応じて調節することができる。例えば、所望の揺動角度に至るまでの第１の揺動信号Ｓ１の振幅を揺動体１４のＱ値に基づいて算出し、その算出結果に応じて第１の揺動信号Ｓ１の振幅や第２の期間Ｐ２の長さを設定することができる。

【0041】

このように、制御装置２０は、周波数が揺動体１４の共振周波数に対応し、振幅がそれぞれ一定の信号であって、揺動体１４の揺動角度を増大させる第１の揺動信号（第１の信号）Ｓ１と、揺動体１４の揺動角度を減少させる第２の揺動信号（第２の信号）Ｓ２を生成する揺動信号生成部２２と、第１の揺動信号Ｓ１を出力する第１の期間Ｐ１と第２の揺動信号Ｓ２を出力する第２の期間Ｐ２とを繰り返して第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２を駆動部１３に出力する出力部２３とを有する。従って、揺動体１４の振幅変調を容易にかつ確実に行うことができる。

【0042】

また、出力部２３の第２の出力部２３Ｂは、駆動部１３に対し、それぞれ第１及び第２の期間Ｐ１及びＰ２にそれぞれ第３及び第４の揺動信号Ｓ３及びＳ４を出力する。従って、出力部２３の第２の出力部２３Ｂから出力された出力信号ＯＳ２の波形は、位相が９０度シフトしていることを除いては、図３（ａ）に示す出力信号ＯＳ１と同様の波形を示す。また、出力信号ＯＳ２によって揺動した揺動体１４の揺動軸ＡＹに対する揺動角度の変化は、図３（ｂ）に示す揺動軸ＡＸに対する揺動角度と同様の変化を示す。

【0043】

本実施例においては、揺動体１４は互いに直交する第１及び第２の揺動軸ＡＸ及びＡＹを中心に揺動する。生成部２２は、揺動体１４を第１の揺動軸ＡＸに対して揺動させる第１及び第２の信号Ｓ１及びＳ２と、揺動体１４を第２の揺動軸ＡＹに対して揺動させる第３及び第４の信号Ｓ３及びＳ４を生成する。

【0044】

また、第１及び第２の信号Ｓ１及びＳ２は、周波数が揺動体１４の第１及び第２の揺動軸ＡＸ及びＡＹ周りに共通の共振周波数に対応するそれぞれ一定振幅かつ互いに逆位相の信号である。また、第３及び第４の信号Ｓ３及びＳ４は、周波数が当該共通の共振周波数に対応し、それぞれ振幅が一定であり、かつそれぞれ位相が第１及び第２の信号Ｓ１及びＳ２とは９０度異なる信号である。

【0045】

制御装置２０が揺動体１４の揺動軸ＡＸ及びＡＹに対してそれぞれ同様の出力信号ＯＳ１及びＯＳ２を供給することで、揺動体１４は、揺動軸ＡＸ及びＡＹに対して変調された角度（振幅）で揺動を行う。このように揺動体１４を揺動させることで、容易に揺動体１４のスパイラル駆動を行うことが可能となる。

【0046】

図４（ａ）は、揺動体装置１０としてのＭＥＭＳミラーの模式的な動作説明図である。揺動体装置１０は、光源ＬＳからの入力光Ｌ１を、ミラープレート１４によって、対象物ＯＢに向けて反射させるように構成されている。また、ミラープレート１４は、制御装置２０によって駆動される。揺動体装置１０は、ミラープレート１４を揺動させることで、対象物ＯＢの走査対象となる被照射領域Ａ１に反射光Ｌ２を照射しつつ被照射領域Ａ１の光走査を行う。例えば、揺動体装置１０が撮像装置に搭載される場合、対象物ＯＢの被照射領域Ａ１は撮像領域である。

【0047】

図４（ｂ）は、制御装置２０によるミラープレート１４の駆動軌跡を模式的に示す図である。図４（ｂ）は、揺動体装置１０としてのＭＥＭＳミラーによる被照射領域Ａ１の光走査軌跡、すなわち対象物ＯＢの被照射領域Ａ１における反射光Ｌ２の照射軌跡を模式的に示す図である。なお、本実施例においては、被照射領域Ａ１が平面状の領域である場合について説明する。

【0048】

図４（ｂ）に示すように、反射光Ｌ２は、らせん軌道を描くように被照射領域Ａ１に照射される。すなわち、揺動体装置１０は、ミラープレート１４をスパイラル駆動によって揺動させる。従って、揺動体装置１０としてのＭＥＭＳミラーは、スパイラル走査によって被照射領域Ａ１を走査する。

【0049】

スパイラル駆動（スパイラル走査）は、例えば、ミラープレート１４のミラー面の非駆動時における中心軸ＣＡからの傾斜角度（揺動角度）を変調させつつ、ミラープレート１４をその中心軸ＣＡ上の１点を回転中心として回転させるように駆動することで実現することができる。

【0050】

例えば、上記した制御装置２０による揺動体装置１０の制御方法は、Ｑ値が高い揺動体１４をスパイラル駆動させる場合に大きな効果（駆動容易化及び省電力化）を得ることができる。揺動体１４のＱ値は揺動体１４の材料や形状、揺動部１２の構成などによって定まる。例えば、揺動体１４の揺動軸ＡＸ及びＡＹに対する共振周波数をｆとし、揺動体１４を静止状態から揺動状態を経て静止状態に戻るまでの周期をＴとしたとき、揺動体１４の共振周波数のＱ値がＱ＞４．５×ｆ×Ｔを満たす場合に効果が大きい。発明者らは、揺動体１４のＱ値がＱ≦４．５ｆＴの場合、揺動体１４（駆動部１３）に対して単純に振幅変調した揺動信号を供給しても同様の揺動駆動が可能であることをシミュレーションによって確認している。

【0051】

また、本実施例においては、駆動部１３が揺動部１２及び揺動体１４を駆動する駆動力として電磁気力を生成する場合について説明したが、駆動部１３の構成はこれに限定されない。例えば、駆動部１３は、制御装置２０から制御信号（例えば揺動信号Ｓ１及びＳ２）が供給されることで静電力又は圧電力を生成するように構成されていてもよい。

【0052】

また、第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２が同一の振幅を有する互いに逆位相の正弦波信号である場合について説明したが、第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２の構成はこれに限定されない。第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２は、それぞれ振幅が一定であればよく、第１の揺動信号Ｓ１が揺動体１４の揺動角度を増大させる信号であり、第２の揺動信号Ｓ２が揺動体１４の揺動角度を減少させる信号であればよい。また、第１及び第２の期間Ｐ１及びＰ２が概ね同一の長さを有する場合について説明したが、第１及び第２の期間は互いに異なる長さであってもよい。第３及び第４の揺動信号Ｓ３及びＳ４についても同様である。

【0053】

また、本実施例においては、制御装置２０が基準信号生成部２１及び揺動角検知部２５を有する場合について説明したが、基準信号生成部２１及び揺動角検知部２５は制御装置２０の外部に設けられていてもよい。また、例えば、揺動角度を推定できる場合には、揺動角検知部２５を設ける必要はない。

【0054】

また、揺動信号生成部２２が第１及び第２の生成部２２Ａ及び２２Ｂを有し、出力部２３が第１及び第２の出力部２３Ａ及び２３Ｂを有する場合について説明したが、揺動信号生成部２２及び出力部２３の構成はこれに限定されない。例えば、揺動体装置１０は、揺動体１４を１つの揺動軸、例えば揺動軸ＡＸのみを中心に揺動するように構成されていてもよい。この場合、揺動信号生成部２２は第１の生成部２２Ａを有していればよく、出力部２３は第１の出力部２３Ａを有していればよい。すなわち、揺動信号生成部２３は第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２を生成すればよく、出力部２３は第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２を選択的に出力するように構成されていればよい。

【0055】

図５は、出力部２３の第１の出力部２３Ａが出力する出力信号ＯＳ１の他の例を示す図である。出力部２３は、図５に示すように、上記した無信号期間Ｐ３に移行せず、第１及び第２の期間Ｐ２を交互に繰り返して第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２を出力するように構成されていてもよい。

【0056】

すなわち、出力部２３は、第１の揺動信号Ｓ１を出力する第１の期間Ｐ１と第２の揺動信号Ｓ２を出力する第２の期間Ｐ２とを繰り返して駆動部１３に第１及び第２の揺動信号Ｓ１及びＳ２を出力するように構成されていればよい。この場合、検知部２５を設ける必要はなく、周期的に第１及び第２の期間Ｐ１及びＰ２が繰り返されればよい。

【0057】

なお、揺動体１４の揺動角度（すなわち振幅）の正確な制御を行うことを考慮すると、第２の期間Ｐ２後には揺動体１４の揺動角度が０度になっていることが好ましい。この場合、第２の期間Ｐ２後において、検知部２５が揺動体１４の揺動角度を検知し、揺動体１４の揺動角度が所定値以下となった際に、出力部２３は第２の期間Ｐ２後に無信号期間Ｐ３に移行して揺動信号の出力を停止することが好ましい。

【0058】

上記したように、本実施例においては、制御装置２０は、少なくとも１つの揺動軸（揺動軸ＡＸ）を中心に揺動する揺動体１４と揺動体１４を駆動する駆動部１３とを有する揺動体装置１０の制御を行う。また、制御装置２０は、周波数が揺動体１４の共振周波数に対応したそれぞれ一定の振幅の信号であって、揺動体１４の揺動角度を増加させる第１の信号Ｓ１と揺動体１４の揺動角度を減少させる第２の信号Ｓ２とを生成する生成部２２と、第１の信号Ｓ１を出力する第１の期間Ｐ１と第２の信号Ｓ２を出力する第２の期間Ｐ２とを繰り返して駆動部１３に第１及び第２の信号Ｓ１及びＳ２を出力する出力部２３とを有する。従って、例えばＱ値の高い揺動体１４を容易に振幅変調させながら揺動させることができる。従って、省電力省電力で揺動体１４の振幅変調を行うことが可能な揺動体装置１０の制御装置２０及び揺動体装置１０の制御方法を提供することができる。

【符号の説明】

【0059】

１０ 揺動体装置
１３ 駆動部
１４ 揺動体
ＡＸ、ＡＹ 揺動軸
２０ 制御装置
２２ 揺動信号生成部（生成部）
２３ 出力部
２５ 揺動角検知部（検知部）
Ｓ１ 第１の揺動信号（第１の信号）
Ｓ２ 第２の揺動信号（第２の信号）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】