特許 7024193 光偏向システム及び制御装置

(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】

(24)【登録日】2022-02-15

(45)【発行日】2022-02-24

(54)【発明の名称】光偏向システム及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20220216BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20220216BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20220216BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 104Z

G02B26/08 E

B81B3/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017049242

(22)【出願日】2017-03-14

(65)【公開番号】P2018151583

(43)【公開日】2018-09-27

【審査請求日】2020-01-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】福岡 直紀

(72)【発明者】

【氏名】三木 芳彦

【審査官】井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１０１４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５４９８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

Ｇ０２Ｂ ２６／０８

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反射面を有する反射部と、
前記反射部を揺動可能に支持する支持部と、
前記支持部に配置され、入力された駆動信号に基づいて前記支持部を変形させ、該変形を検知して検知信号を出力する兼用圧電素子と、
前記駆動信号を出力する出力手段と、
前記駆動信号または前記検知信号を伝送する伝送路と、
前記伝送路に常時接続する前記検知信号の検知信号処理回路と、
切替タイミング信号に基づいて前記伝送路と前記出力手段との接続を切り離す信号切替回路と、
を有し、
前記検知信号処理回路は、前記伝送路と前記出力手段との接続が切り離されている期間に前記伝送路から入力される信号を前記検知信号として抽出する、
光偏向システム。

【請求項2】

更に、
前記入力された駆動信号に基づいて前記支持部を変形させる駆動用圧電素子を有する、
請求項１に記載の光偏向システム。

【請求項3】

前記信号切替回路は、前記切替タイミング信号に基づいて、前記検知信号が伝送する前記伝送路と前記出力手段との接続および切り離しを繰り返すことにより、前記検知信号が伝送する前記伝送路に離散的な前記駆動信号を伝送する、
請求項１または２に記載の光偏向システム。

【請求項4】

反射面を有する反射部と、
前記反射部を揺動可能に支持する支持部と、
前記支持部に配置され、入力された駆動信号に基づいて前記支持部を変形させ、該変形を検知して検知信号を出力する兼用圧電素子と、
前記駆動信号または前記検知信号を伝送可能な共通配線を有する伝送路と、
を有する光偏向を制御する制御装置であって、
前記駆動信号を出力する出力手段と、
前記伝送路に常時接続する前記検知信号の検知信号処理回路と、
切替タイミング信号に基づいて前記伝送路と前記出力手段との接続を切り離す信号切替回路とを有し、
前記検知信号処理回路は、前記伝送路と前記出力手段との接続が切り離されている期間に前記伝送路から入力される信号を前記検知信号として抽出する、
制御装置。

【請求項5】

更に、
前記駆動信号の駆動信号波形または前記切替タイミング信号の波形パターンの変更を受け付ける受付部を有する、
請求項４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、光偏向システム及び制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）光スキャナなどの光偏向器において、ミラー支持部を屈曲変形させることによりミラー部を揺動させる駆動用圧電素子と、ミラー支持部の屈曲変形量を検知する検知用圧電素子とを備えたものがある。駆動用圧電素子は、駆動電圧の印加により変形してミラー支持部を屈曲変形させるものであり、検知用圧電素子は、圧電効果に基づくミラー支持部の変形により分極し、変形量に応じた電気を発生させるものである。

【0003】

この場合において生じる混信（クロストーク）を防止する目的で、検知用の圧電素子と接続している配線と駆動用の圧電素子と接続している配線との間に接地用配線を設けたものなどが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の光偏向器は、ミラー支持部に駆動用圧電素子と検知用圧電素子とをそれぞれ備えている。このため、ミラー支持部における駆動用圧電素子の配置面積が検知用圧電素子の配置面積をとることにより小さくなり、駆動用圧電素子の駆動力が低下するという問題がある。更に、駆動用圧電素子と検知用圧電素子のそれぞれに配線を所定の配線エリアを渡して接続することになるが、配線エリアが細いため、駆動用の配線と検知用の配線との間隔を十分にとることが難しい。このため、駆動用の配線と検知用の配線との混信（クロストーク）により駆動制御精度が低下するという問題もある。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少なくとも混信（クロストーク）による駆動制御精度の低下を防止することが可能な光偏向システム及び制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光偏向システムは、反射面を有する反射部と、上記反射部を揺動可能に支持する支持部と、上記支持部に配置され、入力された駆動信号に基づいて上記支持部を変形させ、該変形を検知して検知信号を出力する兼用圧電素子と、上記駆動信号を出力する出力手段と、上記駆動信号または上記検知信号を伝送する伝送路と、上記伝送路に常時接続する上記検知信号の検知信号処理回路と、切替タイミング信号に基づいて上記伝送路と上記出力手段との接続を切り離す信号切替回路と、を有し、上記検知信号処理回路は、上記伝送路と上記出力手段との接続が切り離されている期間に上記伝送路から入力される信号を上記検知信号として抽出する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、少なくとも混信（クロストーク）による駆動制御精度の低下を防止することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、ＭＥＭＳ光スキャナの平面図である。

【図2】図２は、ＭＥＭＳ光スキャナのＰ－Ｐ’断面図である。

【図3】図３は、ＭＥＭＳ光スキャナのＱ－Ｑ’断面図である。

【図4】図４は、ＭＥＭＳ光スキャナを制御する制御装置のハードウェアブロックの構成の一例を示す図である。

【図5】図５は、信号切替回路の動作説明図である。

【図6】図６は、変形例１に係る制御装置のハードウェアブロックの構成の一例を示す図である。

【図7】図７は、変形例２に係る制御装置のハードウェアブロックの構成の一例を示す図である。

【図8】図８は、変形例３に係る制御装置の構成の一例を示す図である。

【図9】図９は、変形例４に係る制御装置の構成の一例を示す図である。

【図10】図１０は、変形例５に係る制御装置の構成の一例を示す図である。

【図11】図１１は、駆動信号がノコギリ波形（その一）である場合の信号切替回路の動作説明図である。

【図12】図１２は、駆動信号がノコギリ波形（その二）である場合の信号切替回路の動作説明図である。

【図13】図１３は、第１の動作時の動作説明図である。

【図14】図１４は、第２の動作時の動作説明図である。

【図15】図１５は、第１の動作から第２の動作に変更される前後の第１の共通伝送路上の信号の変化を示す比較図である。

【図16】図１６は、兼用圧電素子と駆動専用の圧電素子とを配置エリアに配置したときの配置例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、光偏向システム、光偏向器、及び制御装置の実施の形態を詳細に説明する。以下では、上記光偏向器をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）光スキャナへ適用した光偏向システムの一例を示す。

【0010】

図１～図３は、ＭＥＭＳ光スキャナの一例を示す図である。図１は、ＭＥＭＳ光スキャナの平面図である。図２は、図１に示すＭＥＭＳ光スキャナのＰ－Ｐ’断面図である。図３は、図１に示すＭＥＭＳ光スキャナのＱ－Ｑ’断面図である。

【0011】

図１に示す一例のＭＥＭＳ光スキャナ１は、ミラー部１１（１１ａ、１１ｂ）と、第１の支持部１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）と、第２の支持部１３（１３ａ、１３ｂ）と、電極接続部１４とを有する。ミラー部１１は「反射部」に相当し、第１の支持部１２と第２の支持部１３は「支持部」に相当し、電極接続部１４は「伝送路」の一部に対応する。

【0012】

ＭＥＭＳ光スキャナ１は、１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチング処理等により一体的に形成したものが基礎になっている。ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１のシリコン層（以下、「シリコン支持層」と言う）１１１の上に酸化シリコン層１１２を設け、更に酸化シリコン層１１２の上に単結晶シリコンからなる第２のシリコン層（以下、「シリコン活性層」と言う）１１３を設けたものである。

【0013】

シリコン活性層１１３は、図１～図３に示すＺ軸方向における厚みが小さい。このため、シリコン支持層１１１と酸化シリコン層１１２とを有さない部分においては、シリコン活性層１１３は屈曲可能な弾性体として機能する。

【0014】

ＳＯＩ基板に対し、以下に示すような反射面や、圧電素子や、外部端子などの構成部品を形成する。構成部品の形成は、ＳＯＩ基板の成形中であっても成形後であっても良い。

【0015】

図１に示すように、ミラー部１１は、円形部を有する基体１１ａと、基体１１ａの円形部の＋Ｚ側の面上に設けた反射面１１ｂとから構成されており、入射する光を、その反射面１１ｂにより反射する。基体１１ａは、第１の支持部１２のシリコン活性層１１３（図２参照）と一体に構成されている。反射面１１ｂは、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成されている。なお、基体１１ａの－Ｚ側の面に補強用のリブを設けていても良い。補強用のリブは、例えばシリコン支持層１１１（図２参照）及び酸化シリコン層１１２（図２参照）により構成され、基体１１ａの歪みを抑制するように機能する。

【0016】

第１の支持部１２は、上記弾性体としての一対のトーションバー１２ｃと、一対のトーションバー１２ｃを支持する一対のカンチレバー１２ａと、一対のカンチレバー１２ａを支持する第１の支持体１２ｂとにより構成されている。第１の支持体１２ｂは、ミラー部１１を囲み一対のカンチレバー１２ａのそれぞれの一端を支持する矩形形状の支持体である。

【0017】

図２に断面構造を示すように、カンチレバー１２ａは、シリコン活性層１１３と、シリコン活性層１１３上に設けた第１の圧電素子１５とにより構成されている。なお、シリコン活性層１１３と第１の圧電素子１５の間に酸化シリコン層を設けてもよい。

【0018】

第１の支持体１２ｂは、シリコン活性層１１３と酸化シリコン層１１２とシリコン支持層１１１とにより構成されている。なお、シリコン活性層１１３の上に酸化シリコン層を設けてもよい。また、第１の支持体１２ｂの＋Ｚ側の面上に示す配線１３１ａは、第１の配線１３１（１３１ａ、１３１ｂ）の内の、第１の圧電素子１５の上部電極１２３に接続される配線を表している。

【0019】

第１の圧電素子１５は、シリコン活性層１１３の＋Ｚ側の面上に下部電極１２１と、圧電体１２２と、上部電極１２３とを形成により設けたものである。上部電極１２３および下部電極１２１には、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）などを使用することができる。圧電体１２２には、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電材料を使用することができる。本実施の形態において、第１の圧電素子１５は、カンチレバー１２ａを変形させる駆動用と、その変形を検知して変形量（「変位」の一例）を示す信号（検知信号）を出力する検知用との、兼用圧電素子として設けたものである。

【0020】

図１に示すように、第２の支持部１３は、上記弾性体としてのミアンダ弾性体１３ａとミアンダ弾性体１３ａを支持する第２の支持体１３ｂとにより構成されている。

【0021】

ミアンダ弾性体１３ａは、複数の梁を端部でつなげて折り返したような形状（ミアンダ形状）のもので、部分的に、斜線により示した第２の圧電素子１６を有する。第２の圧電素子１６は、ミアンダ弾性体１３ａを変形させる駆動用と、その変形を検知して検知信号を出力する検知用との、兼用圧電素子として設けたものである。ミアンダ弾性体１３ａは、ミラー部１１の点対称位置に設けられており、それぞれの一端が第１の支持体１２ｂに繋がり、他端が第２の支持体１３ｂに繋がっている。第２の支持体１３ｂは、第１の支持体１２ｂを囲み、点対称位置にあるミアンダ弾性体１３ａのそれぞれの一端を支持する矩形形状の支持体である。

【0022】

図３に断面構造を示すように、ミアンダ弾性体１３ａは、シリコン活性層１１３と、シリコン活性層１１３上に設けた第２の圧電素子１６とにより構成されている。第２の支持体１３ｂは、シリコン支持層１１１の補強がなされたものである。

【0023】

第２の圧電素子１６は、第１の圧電素子１５と同様に、シリコン活性層１１３の＋Ｚ側の面上に下部電極１２１と、圧電体１２２と、上部電極１２３とを形成により設けたものである。

【0024】

図３の第２の圧電素子１６の＋Ｚ側の面上に示す配線１３１ｂは、第１の配線１３１の内の、第１の圧電素子１５の下部電極１２１に接続される接地用の配線を表している。その他の配線については図示を省略している。

【0025】

なお、第２の圧電素子１６の上部電極１２３の＋Ｚ側の面上の各配線は、酸化シリコン膜からなる絶縁層（不図示）を介して上部電極１２３の＋Ｚ側の面上に配線されている。上部電極１２３と配線とを接続する接続スポットのみ、絶縁層を除去または絶縁層を形成しないことによる開口部を設けている。これにより、圧電素子や配線などの設計自由度をあげ、更に電極同士の接触による短絡抑制や、酸化シリコン膜による反射防止材としての機能などが備わる。

【0026】

一対のカンチレバー１２ａ及び点対称位置のミアンダ弾性体１３ａは、ミラー部１１を揺動可能に支持し、ミラー部１１は第１の圧電素子１５の駆動により図中のＹ軸に平行な第１の軸周りに向きを変え、第２の圧電素子１６の駆動により図中のＸ軸に平行な第２の軸周りに向きを変える。

【0027】

続いて、第１の圧電素子１５及び第２の圧電素子１６への配線について説明する。以下では、配線の電気的な接続関係を単に配線の接続と言う。

【0028】

第１の配線１３１は、第１の圧電素子１５への駆動信号の伝送と第１の圧電素子１５からの検知信号の伝送とを行うための信号線である。本実施の形態では、駆動用の信号線のみとし、駆動用の信号線に検知信号の伝送も兼用させる。

【0029】

第１の配線１３１は、３つの配線１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃにより構成されている。配線１３１ａは第１の支持部１２（図１参照）上の配線エリアを使って２つの第１の圧電素子１５の上部電極１２３に接続する。配線１３１ｂは、第２の支持部１３上の配線エリアを使って１つの第１の圧電素子１５の下部電極１２１に接続する接地用の配線である。配線１３１ｃは、２つの第１の圧電素子１５の下部電極１２１同士を接続する配線である。なお、２つの第１の圧電素子１５のそれぞれの下部電極１２１に配線１３１ｂを接続しても良い。なお、配線１３１ａは、ミラー部１１に対して＋Ｘ方向のミアンダ弾性体１３ａの上を通るように配線する。また、配線１３１ｂはミラー部１１に対して－Ｘ方向のミアンダ弾性体１３ａの上を通るように配線する。このように配線することで、２つのミアンダ弾性体１３ａの重量バランスを略同様にできる。

【0030】

第２の配線１３３（１３３ａ～１３３ｆ）は、第２の圧電素子１６への駆動信号の伝送と第２の圧電素子１６からの検知信号の伝送とを行うための信号線である。本実施の形態では、第１の配線１３１と同様に、駆動用の信号線のみとし、駆動用の信号線に検知信号の伝送も兼用させる。

【0031】

図１において第１の支持部１２より＋Ｘ側に示す第２の配線１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃは、第１の支持部１２より＋Ｘ側の第２の圧電素子１６を駆動する駆動用の信号線に対応し、第１の支持部１２より－Ｘ側に示す第２の配線１３３ｄ、１３３ｅ、１３３ｆは、第１の支持部１２より－Ｘ側の第２の圧電素子１６を駆動する駆動用の信号線に対応するものである。本例では、第１の支持部１２の＋Ｘ側から奇数番目の梁の第２の圧電素子１６ａと、＋Ｘ側から偶数番目の梁の第２の圧電部１６ｂとでグループ分けを行い、各グループに異なる信号を入力して各グループで制御する。また、第１の支持部１２の－Ｘ側から奇数番目の梁の第２の圧電素子１６ｆと、－Ｘ側から偶数番目の梁の第２の圧電素子１６ｅとでグループ分けを行い、各グループに異なる信号を入力して各グループで制御する。

【0032】

図１に示す配線１３３ａは、＋Ｘ側に示す偶数番グループ（第２の圧電素子１６ｂ）の上部電極１２３に接続する。偶数番グループの上部電極１２３への配線は、第２の圧電素子１６を一つ飛ばしで上部電極１２３同士を結線するなどして配線１３３ａを直接的又は間接的に偶数番グループの各上部電極１２３へ配線する。配線１３３ｂは、＋Ｘ側に示す奇数番グループ（第２の圧電素子１６ａ）の上部電極１２３に接続する。奇数番グループの上部電極１２３への配線は、第２の圧電素子１６を一つ飛ばしで上部電極１２３同士を結線するなどして配線１３３ｂを直接的又は間接的に奇数番グループの各上部電極１２３へ配線する。配線１３３ｃは、＋Ｘ側に示す第２の圧電素子１６（第２の圧電素子１６ａ及び第２の圧電素子１６ｂ）の下部電極１２１に接続する接地用の配線である。接地用の配線については、各第２の圧電素子１６の下部電極１２１同士を結線するなどして接地する。

【0033】

配線１３３ｄは、－Ｘ側に示す第２の圧電素子１６（第２の圧電素子１６ｅ及び第２の圧電素子１６ｆ）の下部電極１２１に接続する接地用の配線である。配線１３３ｅは、－Ｘ側に示す奇数番グループ（第２の圧電素子１６ｆ）の上部電極１２３に接続する。配線１３３ｆは、－Ｘ側に示す偶数番グループ（第２の圧電素子１６ｅ）の上部電極１２３に接続する。なお、－Ｘ側の各配線１３３ｄ、１３３ｅ、１３３ｆの配線方法については、それぞれ、＋Ｘ側の各配線１３３ｃ、１３３ｂ、１３３ａの配線方法に従うものとする。なお、各電極や各支持部に絶縁膜を設けて、その上に配線し、各電極との接続箇所だけコンタクトホールを形成して接続しても良い。これにより配線自由度が向上する。

【0034】

電極接続部１４は、第２の支持体１３ｂの＋Ｚ側の面上に設けられている。電極接続部１４は、外部端子１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ、１４２ｂ、・・・、１４２ｆを有し、これらに対し、各配線（配線１３１ａ、１３１ｂ、１３３ａ、１３３ｂ、・・・１３３ｆ）が電極配線（アルミニウム（Ａｌ）等）を介して配線されている。

【0035】

外部端子１４１ａには、配線１３１ａが配線されている。外部端子１４１ｂには、配線１３１ｂが配線されている。外部端子１４２ａには、配線１３３ａが配線されている。外部端子１４２ｂには、配線１３３ｂが配線されている。外部端子１４２ｃには、配線１３３ｃが配線されている。外部端子１４２ｄには、配線１３３ｄが配線されている。外部端子１４２ｅには、配線１３３ｅが配線されている。外部端子１４２ｆには、配線１３３ｆが配線されている。

【0036】

電極接続部１４の各外部端子１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ、１４２ｂ、・・・、１４２ｆに対し、後述する制御装置２（「外部の制御装置」の一例）から同数の制御線をコネクタなどにより接続することにより、ＭＥＭＳ光スキャナ１と制御装置２との間に第１の配線１３１を使用する信号伝送路（第１の共通伝送路）と第２の配線１３３を使用する信号伝送路（第２の共通伝送路）とが形成される。ここで、「共通伝送路」とは、駆動信号と検知信号の共通の伝送路のことを指している。制御装置２は、第１の共通伝送路を介して、後述するように第１の圧電素子１５を制御し、第２の共通伝送路を介して、第２の圧電素子１６を制御する。

【0037】

なお、ここでは一例として、ＳＯＩ基板として平面上のものを示したが、平面状である必要はなく、曲率等を有していても良い。また、ＳＯＩ基板に限らず、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性機能を持たせられるものであれば、他の基板を利用しても良い。

【0038】

また、第１の支持部１２や第２の支持部１３の構成は、これに限定されない。ミラー部１１が第１の軸周り又は第２の軸周りに駆動できるものであれば、適宜変形しても良い。例えば、カンチレバー１２ａや第１の圧電素子１５などを曲率を有するものに変更しても良い。

【0039】

また、圧電体１２２を弾性機能を有するシリコン活性層１１３の一面（＋Ｚ側の面）のみに設けたものを示しているが、弾性機能を有する部分の他の面（例えばシリコン活性層１１３の－Ｚ側の面など）に設けても良いし、弾性機能を有する部分の一面および他の面の双方に設けても良い。

【0040】

図４は、ＭＥＭＳ光スキャナを制御する制御装置のハードウェアブロックの構成の一例を示す図である。図４に示す一例の制御装置２は、主に駆動信号出力回路２１と、検知信号処理回路２２と、信号切替回路２３とを有する。駆動信号出力回路２１は、「出力手段」に相当する。検知信号処理回路２２は、「入力手段」に相当する。信号切替回路２３は「切替手段」に相当する。

【0041】

駆動信号出力回路２１は、信号切替回路２３へ上りの信号である駆動信号（駆動電圧など）Ｓ１を出力する回路である。

【0042】

検知信号処理回路２２は、下りの信号である検知信号Ｓ２を処理する回路である。

【0043】

信号切替回路２３は、ＭＥＭＳ光スキャナ１との間の上りと下りの信号を伝送する共通伝送路（第１の共通伝送路や第２の共通伝送路）Ａとの接続を、時分割した期間ごとに、駆動信号出力回路２１と検知信号処理回路２２との何れか一方へ切り替える回路である。つまり、信号切替回路２３は、時分割した期間ごとに、駆動信号の信号伝送と検知信号の信号伝送とを切り替える。信号切替回路２３は、例えば、切替タイミング出力回路２３１とスイッチ回路（ＣＭＯＳ（Complementary MOS）スイッチ等）２３２とにより構成され、切替タイミング出力回路２３１からの切替タイミング信号Ｓ３の入力に応じ、スイッチ回路２３２が接続先を切り替える。

【0044】

本実施の形態では、上記共通伝送路Ａとして第１の共通伝送路と第２の共通伝送路とを有するものを一例として示している。従って、駆動信号出力回路２１、検知信号処理回路２２、及び信号切替回路２３は、第１の共通伝送路の信号と第２の共通伝送路の信号とを個別に扱い、第１の共通伝送路の信号と第２の共通伝送路の信号との信号別に動作する。例えば、信号切替回路２３では、第１の共通伝送路に対しての駆動信号出力回路２１と検知信号処理回路２２との接続切替と第２の共通伝送路に対しての駆動信号出力回路２１と検知信号処理回路２２との接続切替とを個別に行う。

【0045】

駆動信号出力回路２１と、検知信号処理回路２２と、信号切替回路２３とにおける一連の動作は、対象が第１の共通伝送路の信号であっても第２の共通伝送路の信号であっても共に共通する。このため、以下における説明を簡単にするために、共通伝送路Ａを第１の共通伝送路に見立て、以下に、第１の共通伝送路の信号を対象とする動作について説明する。

【0046】

図５は、信号切替回路２３の動作説明図である。図５（ａ）は、駆動信号出力回路２１から出力される駆動信号Ｓ１の信号波形の一例を示す図である。図５（ｂ）は、信号切替回路２３の切替タイミング信号Ｓ３の切替タイミングの一例を示す図である。図５（ｃ）は、信号切替回路２３から第１の共通伝送路Ａに出力される出力信号（上りの信号）の信号波形の一例を示す図である。図５（ｄ）は、第１の共通伝送路Ａから信号切替回路２３に入力される検知信号（下りの信号）の信号波形の一例を示す図である。各図には、時間を横軸に設定し、電圧レベルを縦軸に設定したものを示している。

【0047】

図５（ａ）には、駆動信号Ｓ１の一例として正弦波形の信号（正弦波形信号）を示している。駆動信号出力回路２１（図４参照）が上記駆動信号Ｓ１として正弦波形信号を出力すると、信号切替回路２３（図４参照）は、図５（ｂ）に示す切替タイミング信号Ｓ３の各「ＨＩＧＨ」の期間に第１の共通伝送路Ａ（図４参照）との接続を未接続状態から駆動信号出力回路２１（図４参照）に切り替え、図５（ｂ）に示す各「ＬＯＷ」の期間に第１の共通伝送路Ａ（図４参照）との接続を検知信号処理回路２２（図４参照）に切り替える。ここで、「ＨＩＧＨ」と「ＬＯＷ」が切り替わる時間間隔は等間隔であり、信号切替回路２３（図４参照）は、駆動信号Ｓ１の一周期を所定時間で分割した等間隔の期間おきに接続を切り替える。

【0048】

従って、正弦波形信号が出力されている期間において、「ＨＩＧＨ」期間では、第１の圧電素子１５の駆動用の第１の配線１３１（配線１３１ａ及び配線１３１ｂ）に対し駆動信号出力回路２１（図４参照）が接続されるので、図５（ｃ）のように離散的な正弦波形の駆動電圧が第１の共通伝送路Ａ（図４参照）上に発生する。第１の圧電素子１５は、駆動電圧が印加されないタイミング（「ＬＯＷ」期間）を間欠的に含むものの、その時間は十分短いため、連続的に変形する。

【0049】

また、「ＬＯＷ」期間では、第１の圧電素子１５の駆動用の第１の配線１３１（配線１３１ａ及び配線１３１ｂ）に対し検知信号処理回路２２（図４参照）が接続されるので、第１の圧電素子１５の変形により生じる信号電圧が、例えば図５（ｄ）に示す、図５（ｃ）の離散的な正弦波形に追随する大きさの信号電圧として、離散的に発生する。このように共通伝送路Ａ上において駆動信号の信号伝送時間と検知信号の信号伝送時間とを重ならせないようにすることができる。

【0050】

本実施の形態では、光偏向システムとしてＭＥＭＳ光スキャナ１を制御装置２が制御する態様について示した。光偏向システムは、駆動信号出力回路２１、検知信号処理回路２２、及び信号切替回路２３によりＭＥＭＳ光スキャナ１を制御する態様のものであればその他のものでも良い。例えば、制御装置２が備える駆動信号出力回路２１、検知信号処理回路２２、及び信号切替回路２３の内の一部を外部装置に設け、制御装置２と外部装置との通信によりＭＥＭＳ光スキャナ１を制御する態様としても良い。

【0051】

以上に示すような制御装置２は、駆動用の上りの信号と検知用の下りの信号とを時分割で伝送させる。つまり、制御装置２は、駆動用の第１の圧電素子１５の駆動期間外において第１の圧電素子１５を検知用として動作させるため、駆動用の第１の圧電素子１５を駆動用と検知用の兼用圧電素子として利用することが可能になる。従って、検知専用の圧電素子を別途設ける必要がなくなるため、検知専用の圧電素子の配置面積を駆動用の圧電素子に割り当てることが可能になり、十分な駆動力を得ることが可能になる。また、駆動用の上りの信号と検知用の下りの信号とは、伝送される時間帯が異なるため、混信による駆動制御の精度低下を防止することが可能になる。ここでは、第１の共通伝送路を例に動作を示したが、第２の共通伝送路についても同様に動作するので、第２の圧電素子１６についても効果は同様である。

【0052】

（変形例１）
図４に示す検知信号処理回路２２を共通伝送路Ａ（ここでも第１の共通伝送路Ａを一例として示す）に常時接続させる場合の制御装置２の変形例について示す。

【0053】

図６は変形例１に係る制御装置のハードウェアブロックの構成の一例を示す図である。図６に示す制御装置３では、検知信号処理回路３２と第１の共通伝送路Ａとが常時接続された構成を有する。以下、主な変形箇所である信号切替回路３３と検知信号処理回路３２との構成について説明し、それらの動作について図５に示す正弦波形を例に説明する。

【0054】

信号切替回路３３は、駆動信号出力回路２１と第１の共通伝送路Ａとを切替タイミング信号Ｓ３の「ＨＩＧＨ」で接続し、「ＬＯＷ」で切り離すように動作する。また、信号切替回路３３は、検知信号処理回路３２に対し、上記切替タイミング信号Ｓ３を出力する。信号切替回路３３は、例えば、切替タイミング出力回路３３１とスイッチ回路（ＣＭＯＳスイッチ等）３３２とにより構成される。切替タイミング出力回路３３１は、スイッチ回路３３２と検知信号処理回路３２とに切替タイミング信号Ｓ３を出力する。スイッチ回路３３２は、切替タイミング出力回路３３１からの切替タイミング信号Ｓ３の入力に応じ、第１の共通伝送路Ａに対する駆動信号出力回路２１の接続をオンオフする。

【0055】

検知信号処理回路３２は、駆動信号出力回路２１と第１の共通伝送路Ａとが接続されているＨＩＧＨ期間（図５（ｂ）参照）は駆動信号出力回路２１が出力する駆動信号Ｓ１を入力し、駆動信号出力回路２１と第１の共通伝送路Ａとが切り離されているＬＯＷ期間（図５（ｂ）参照）は、ＭＥＭＳ光スキャナ１からの検知信号Ｓ２を入力する。そして、検知信号処理回路３２は、信号切替回路３３から出力される切替タイミング信号Ｓ３に基づき、連続して入力される入力信号から上記検知信号Ｓ２のみを抽出する。

【0056】

具体的に、検知信号処理回路３２には、上記入力信号として、ＨＩＧＨ期間に図５（ｃ）の離散的な駆動信号が入力され、ＬＯＷ期間に図５（ｄ）の離散的な検知信号が入力される。検知信号処理回路３２は、上記入力信号から、信号切替回路３３から出力される切替タイミング信号Ｓ３のＬＯＷ期間に入力される信号を上記検知信号として抽出する。

【0057】

このように、変形例１でも、駆動用の上りの信号と検知用の下りの信号とを、時分割で伝送することができるため、兼用圧電素子を利用することや、混信を防止することが可能になる。

【0058】

（変形例２）
実施の形態では兼用圧電素子をＭＥＭＳ光スキャナに設けた場合の光偏光システムの態様について示した。ここでは、駆動専用の圧電素子（駆動用圧電素子）と検知専用の圧電素子（検知用圧電素子）とをＭＥＭＳ光スキャナに設けた場合の光偏光システムの変形例について示す。なお、ＭＥＭＳ光スキャナの構成としては、兼用圧電素子の代わりに駆動用圧電素子と検知用圧電素子とを配置したものになる。また、第１の配線１３１（配線１３１ａと配線１３１ｂ）は駆動専用配線と検知専用配線としてそれぞれ設けられる。ここでは、主に、駆動用と検知用とに利用される共通伝送路Ａ（ここでも第１の共通伝送路Ａを一例として示す）を、駆動専用の伝送路と検知専用の伝送路との個別の伝送路に変更した場合の制御装置の変形例について示す。

【0059】

図７は、変形例２に係る制御装置のハードウェアブロックの構成の一例を示す図である。図７に示す制御装置４は、制御装置２（図４参照）において第１の共通伝送路Ａ（図４参照）を駆動専用配線で形成される駆動専用伝送路と検知専用配線で形成される検知専用伝送路とに変形し、この構成に対応するものに信号切替回路２３の構成を変形したものである。以下、主な変形箇所である信号切替回路４３の構成について説明し、その動作について図５に示す正弦波形を例に説明する。

【0060】

信号切替回路４３は、例えば、切替タイミング出力回路４３１とスイッチ回路（ＣＭＯＳスイッチ等）４３２とにより構成される。切替タイミング出力回路４３１は、スイッチ回路４３２に切替タイミング信号Ｓ３を出力する。スイッチ回路４３２は、切替タイミング信号Ｓ３の入力に応じ、ＨＩＧＨで駆動専用伝送路Ｂ－１と駆動信号出力回路２１とを接続し、ＬＯＷで駆動専用伝送路Ｂ－１と駆動信号出力回路２１とを切り離す。また、スイッチ回路４３２は、駆動信号出力回路２１の接続と切り離しと同じタイミングで、ＨＩＧＨで検知専用伝送路Ｂ－２と検知信号処理回路２２とを切り離し、ＬＯＷで検知専用伝送路Ｂ－２と検知信号処理回路２２とを接続する。

【0061】

このように切替タイミング信号Ｓ３の各「ＨＩＧＨ」の期間に駆動信号出力回路２１と駆動専用伝送路Ｂ－１とを接続し、切替タイミング信号Ｓ３の各「ＬＯＷ」の期間に検知信号処理回路２２と検知専用伝送路Ｂ－２とを接続する。このような切り替えにより、信号切替回路４３から駆動専用伝送路Ｂ－１に対し、図５（ｃ）の離散的な正弦波形で変化する駆動電圧が出力される。また、ＬＯＷの期間に図５（ｄ）に示す離散的な検知信号Ｓ２が検知信号処理回路２２に入力される。

【0062】

以上のように、変形例２では、ＭＥＭＳ光スキャナに駆動用圧電素子と検知用圧電素子とを設け、それぞれ異なる配線で、駆動用の上りの信号と検知用の下りの信号とを伝送する。この場合においても、駆動用の上りの信号と検知用の下りの信号とを、時分割で伝送するため、混信を防止することが可能になる。

【0063】

（変形例３）
実施の形態、変形例１、及び変形例２では、制御装置が、駆動信号出力回路と、検知信号処理回路と、信号切替回路とを備えるものとして示した。当該制御装置は、これらの回路を全て備えているため、上述した時分割伝送の機能を制御装置内で完結させることができる。これに限らず、制御装置は、その内の一部の回路を一つ又は複数の外部装置に配置し、各外部装置との通信により上述した時分割伝送の機能を実現するようにしても良い。各外部装置には、上記一部の回路の他に、その他の任意の回路が備えられていても良い。

【0064】

図８は、変形例３に係る制御装置の構成の一例を示す図である。図８（ａ）と図８（ｂ）に、変形例３についての二つの形態を示している。図８（ａ）は第１の共通伝送路Ａを有する形態のものであり、図８（ｂ）は駆動専用伝送路Ｂ－１と検知専用伝送路Ｂ－２とを個別に有する形態のものである。なお、図８において、実施の形態や、変形例１や、変形例２などと同様の箇所については同一の符号を付している。

【0065】

図８（ａ）と図８（ｂ）の各制御装置５は、信号切替回路（それぞれ、信号切替回路２３（又は３３）、信号切替回路４３）を備えている。また、各制御装置５は、「通信手段」の一例として第１の外部通信インタフェース５１と第２の外部通信インタフェース５２とを備えている。上記駆動信号出力回路及び上記検知信号処理回路については外部装置（不図示）が備えるものとする。

【0066】

第１の外部通信インタフェース５１は、駆動信号出力回路から出力される駆動信号を外部装置（不図示）から受信し、その受信した駆動信号を信号切替回路に出力する、外部装置との第１の通信インタフェースである。第２の外部通信インタフェース５２は、信号切替回路から信号（検知信号含む）を入力して、入力した信号を外部装置の検知信号処理回路に向けて送信する、外部装置との第２の通信インタフェースである。

【0067】

例えば、図８（ａ）において、第１の外部通信インタフェース５１は、上記外部装置の駆動信号出力回路（駆動信号出力回路２１に相当）から出力される駆動信号を上記外部装置から受信し、その受信した駆動信号を駆動信号Ｓ１として信号切替回路２３（又は信号切替回路３３）に出力する。第２の外部通信インタフェース５２は、信号切替回路２３（又は信号切替回路３３）から信号（検知信号Ｓ２含む）を入力して、入力した信号を上記外部装置の検知信号処理回路２２（又は検知信号処理回路３２）に向けて送信する。

【0068】

変形例３に係る制御装置５は、このような、第１の外部通信インタフェース５１と第２の外部通信インタフェース５２とによる上記外部装置との通信を介し、上記外部装置と連携して時分割伝送の機能を実現することになる。なお、上記駆動信号出力回路と、上記検知信号処理回路と、上記信号切替回路との時分割伝送のための動作については、実施の形態や、変形例１や、変形例２に示す通りであり、説明の繰り返しになるため、ここでの、これ以上の説明は省略する。

【0069】

（変形例４）
検知信号処理回路を上記外部装置に配置し、駆動信号出力回路と信号切替回路とを制御装置に設けた場合の変形例について示す。

【0070】

図９は、変形例４に係る制御装置の構成の一例を示す図である。図９に示す一例の制御装置６は、駆動信号出力回路２１と信号切替回路２３とを備える。更に、制御装置６は、「通信手段」の一例として第３の外部通信インタフェース６１と第４の外部通信インタフェース６２とを備えている。なお、ここでは、信号切替回路の一例として信号切替回路２３を示しているが、信号切替回路３３や信号切替回路４３などであっても良い。上記信号切替回路が信号切替回路２３や信号切替回路３３の場合、制御装置６は、図９に省略しているが共通伝送路Ａの形態をとる。上記信号切替回路が信号切替回路４３の場合、制御装置６は、駆動専用の伝送路Ｂ－１と検知専用の伝送路Ｂ－２の形態をとる。

【0071】

第３の外部通信インタフェース６１は、外部装置（不図示）から出力される信号を受信し、その受信した信号を駆動信号出力回路２１に出力する、外部装置との第３の通信インタフェースである。受信する信号としては、例えば駆動信号の波形パターンや、出力タイミングや、電圧レベルなどを調節する調節信号などである。駆動信号出力回路２１は、受信信号に基づいて駆動信号Ｓ１を出力する。第４の外部通信インタフェース６２は、信号切替回路２３から信号（検知信号Ｓ２含む）を入力して、入力した信号を上記外部装置の検知信号処理回路（検知信号処理回路２２に相当）に向けて送信する、外部装置との第４の通信インタフェースである。

【0072】

変形例４に係る制御装置６は、このような、第３の外部通信インタフェース６１と第４の外部通信インタフェース６２とによる上記外部装置との通信を介し、上記外部装置と連携して時分割伝送の機能を実現することになる。なお、上記駆動信号出力回路と、上記検知信号処理回路と、上記信号切替回路との時分割伝送のための動作については、実施の形態や、変形例１や、変形例２に示す通りであり、説明の繰り返しになるため、ここでの、これ以上の説明は省略する。

【0073】

（変形例５）
制御装置が備える駆動信号出力回路と検知信号処理回路と信号切替回路とを外部装置から制御するための構成について示す。

【0074】

図１０は、変形例５に係る制御装置の構成の一例を示す図である。図１０に一例を示す制御装置７は、駆動信号出力回路２１と検知信号処理回路２２と信号切替回路２３とのそれぞれの外部通信インタフェースとして第５の外部通信インタフェース７１と第６の外部通信インタフェース７２と第７の外部通信インタフェース７３とを備えている。

【0075】

なお、ここでは、信号切替回路の一例として信号切替回路２３を示しているが、信号切替回路３３や信号切替回路４３などであっても良い。上記信号切替回路が信号切替回路２３や信号切替回路３３の場合、制御装置７は、図９に図示を省略しているが共通伝送路Ａの形態をとる。上記信号切替回路が信号切替回路４３の場合、制御装置７は、駆動専用の伝送路Ｂ－１と検知専用の伝送路Ｂ－２の形態をとる。また、上記信号切替回路が信号切替回路３３の場合、検知信号処理回路は検知信号処理回路３２に変更する。

【0076】

駆動信号出力回路２１と検知信号処理回路２２と信号切替回路２３とは、それぞれ、設定値を受け付ける受付部を有する。各外部通信インタフェース７１、７２、７３は、それぞれ、外部装置と通信を行い、外部装置から送信される設定値などを、駆動信号出力回路２１や検知信号処理回路２２や信号切替回路２３のそれぞれの受付部に出力する。

【0077】

設定値としては、信号切替回路２３については例えば切替タイミング信号Ｓ３の波形パターン（「切替パターン」の一例）の変更を示す設定値などとする。駆動信号出力回路２１については、例えば正弦波形からノコギリ波形への駆動信号波形（「切替パターン」の一例）の変更を示す設定値などとする。

【0078】

これにより、外部装置からの設定の変更が可能になる。なお、ここでは各外部通信インタフェースを設定変更のために使用しているが、外部装置が備える任意の回路との通信に使用して良い。

【0079】

（変形例６）
駆動信号出力回路２１が出力する駆動信号のその他の一例を示す。

【0080】

図１１は、駆動信号Ｓ１がノコギリ波形（その一）である場合の信号切替回路２３の動作説明図である。図１１（ａ）は、駆動信号出力回路２１から出力される駆動信号Ｓ１の信号波形の一例を示す図である。図１１（ｂ）は、信号切替回路２３の切替タイミング信号Ｓ３の切替タイミングの一例を示す図である。図１１（ｃ）は、信号切替回路２３から第１の共通伝送路Ａに出力される出力信号（上りの信号）の信号波形の一例を示す図である。図１１（ｄ）は、第１の共通伝送路Ａから信号切替回路２３に入力される検知信号（下りの信号）の信号波形の一例を示す図である。各図には、時間を横軸に設定し、電圧レベルを縦軸に設定したものを示している。

【0081】

図１１（ｃ）と図１１（ｄ）とに示すように、実施の形態と同様、「ＨＩＧＨ」期間では、第１の圧電素子１５（図１参照）の駆動用の第１の配線１３１（配線１３１ａ及び配線１３１ｂ）に対し駆動信号出力回路２１（図４参照）が接続されるので、図１１（ｃ）のように離散的なノコギリ波形の駆動電圧が第１の共通伝送路Ａ（図４参照）上に発生する。

【0082】

また、「ＬＯＷ」期間では、第１の圧電素子１５（図１参照）の駆動用の第１の配線１３１（配線１３１ａ及び配線１３１ｂ）に対し検知信号処理回路２２（図４参照）が接続されるので、第１の圧電素子１５の変形により生じる信号電圧が、例えば図１１（ｄ）に示す、図１１（ｃ）の離散的なノコギリ波形に追随する大きさの信号電圧として、離散的に発生する。

【0083】

なお、上述の動作原理は、実施の形態に正弦波形を例に説明したものと同様で、説明の繰り返しになるため、ここでのこれ以上の説明を省略する。

【0084】

（変形例７）
図１２は、駆動信号Ｓ１がノコギリ波形（その二）である場合の信号切替回路２３の動作説明図である。図１２（ａ）は、駆動信号出力回路２１から出力される駆動信号Ｓ１の信号波形の一例を示す図である。図１２（ｂ）は、信号切替回路２３の切替タイミング信号Ｓ３の切替タイミングの一例を示す図である。図１２（ｃ）は、信号切替回路２３から第１の共通伝送路Ａに出力される出力信号（上りの信号）の信号波形の一例を示す図である。図１２（ｄ）は、第１の共通伝送路Ａから信号切替回路２３に入力される検知信号（下りの信号）の信号波形の一例を示す図である。各図には、時間を横軸に設定し、電圧レベルを縦軸に設定したものを示している。

【0085】

図１２に示すノコギリ波形（その二）は、図１１に示すノコギリ波形（その一）を左右反転させた波形のものであり、動作原理は、変形例６と同様である。

【0086】

（変形例８）
Ｄｕｔｙ比や切替タイミングが変わる場合について説明する。

【0087】

図１３は、第１の動作時の動作説明図である。図１４は、第２の動作時の動作説明図である。図１５は、第１の動作から第２の動作にＤｕｔｙ比や切替タイミングが変更される前後の第１の共通伝送路Ａ上の信号の変化を示す比較図である。

【0088】

図１３に示すように、第１の動作時には、駆動信号出力回路２１が駆動信号Ｓ１として第１の正弦波形の駆動信号を出力する（図１３（ａ）参照）。そして、信号切替回路２３が第１の正弦波形の周期Ｔ１でＨＩＧＨとＬＯＷとを切り替える切替タイミング信号を出力する（図１３（ｂ）参照）。

【0089】

図１４に示すように、第２の動作時には、駆動信号出力回路２１が駆動信号Ｓ１として第２の正弦波形の駆動信号を出力する（図１４（ａ）参照）。そして、信号切替回路２３が第２の正弦波形の周期Ｔ２でＨＩＧＨとＬＯＷとを切り替える切替タイミング信号を出力する（図１４（ｂ）参照）。図１４（ｃ）と図１３（ｃ）とはＤｕｔｙ比が異なる。

【0090】

ここで、各波形は、次のような関係になっている。
周期Ｔ１＞周期Ｔ２ ・・・（１）
第１の動作時の切替タイミング信号のＨＩＧＨの期間＝周期Ｔ１ ・・・（２）
第２の動作時の切替タイミング信号のＨＩＧＨの期間＝２×周期Ｔ２ ・・・（３）

【0091】

図１３（ｃ）から図１４（ｃ）のようにＤｕｔｙ比や切替タイミングが変わる場合、信号切替回路２３は、変更前の駆動信号（第１の正弦波形の駆動信号）の周期と変更後の駆動信号（第２の正弦波形の駆動信号）の周期とに基づいた切替期間をとって切り替えを行う。具体的には、変更後の駆動信号が変更前の駆動信号の影響を受けないように切り替えを行う。この切替期間として、変更前の駆動信号の周期の整数倍、かつ、変更後の駆動信号の周期の整数倍であることが望ましい。

【0092】

（変形例９）
兼用圧電素子のみのときよりも強力な駆動力を得たい場合には、兼用圧電素子と駆動専用の圧電素子（駆動用圧電素子）とを併用する。駆動用圧電素子は、兼用圧電素子とは異なる配線を使用し、独立して駆動しても良い。

【0093】

図１６は、兼用圧電素子と駆動用圧電素子とを配置エリアに配置したときの配置例を示す図である。図１６に示す配置例は、ＭＥＭＳ光スキャナ１（図１参照）の平面における配置例である。図１６に示す兼用圧電素子１５（又は兼用圧電素子１６）と駆動用圧電素子８０との配置は、適宜、カンチレバー１２ａ（図１参照）上やミアンダ弾性体１３ａ（図１参照）上の何れかの一部や、カンチレバー１２ａ（図１参照）とミアンダ弾性体１３ａ（図１参照）の両方などに、適用して良い。

【0094】

図１６には、兼用圧電素子１５（１６）と駆動用圧電素子８０とを、カンチレバー１２ａやミアンダ弾性体１３ａに構成されるシリコン活性層１１３の長手方向に沿って平行に配置した配置例を示している。なお、これは、一例であるため、兼用圧電素子１５（１６）と駆動用圧電素子８０との配置を任意に変更しても良い。例えば、兼用圧電素子１５（１６）と駆動用圧電素子８０とを図１中のＺ軸方向に重ねて配置しても良いし、長手方向に交互に配置しても良い。

【0095】

このように、兼用圧電素子と駆動用圧電素子とを併用することにより、より強力な駆動力を得ることが可能になる。

【符号の説明】

【0096】

２ 制御装置
２１ 駆動信号出力回路
２２ 検知信号処理回路
２３ 信号切替回路

【先行技術文献】

【特許文献】

【0097】

【文献】特開２０１３－２００３３７号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】