(57)【要約】【課題】発光素子と受光素子とを使用せずに、しかもノイズの影響を受けずに傾動部の傾動位置を検出することのできる傾動位置検出装置と、アクチュエータ駆動システムと、映像機器とを提供する。【解決手段】駆動圧電素子２０〜２５によって弾性変形部が弾性変形することによって可動部１７が固定フレーム１１に対して傾動される可動部１７の傾動位置を検出する傾動位置検出装置であって、前記弾性変形部の弾性変形量を検出する検出用圧電素子３１と、この検出用圧電素子３１の近傍に配置された検出用圧電素子３０と、検出用圧電素子３０,３１の出力信号の差に応じた差信号を出力する差動増幅器とを備え、この差動増幅器が出力する差信号に基づいて可動部１７の傾動位置を検出する。【選択図】  図３
2014157170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動手段によって弾性変形部が弾性変形することによって可動部が固定フレームに対して傾動される前記可動部の傾動位置を検出する傾動位置検出装置であって、
前記弾性変形部に設けられ該弾性変形部の弾性変形量を検出する第１変形検出手段と、
この第１変形検出手段の近傍に配置された第２変形検出手段と、
前記第１,第２変形検出手段の出力信号の差に応じた差信号を出力する差動増幅器とを備え、
この差動増幅器が出力する差信号に基づいて前記可動部の傾動位置を検出することを特徴とする傾動位置検出装置。
【請求項２】
前記第１,第２変形検出手段は、第１,第２検出用圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の傾動位置検出装置。
【請求項３】
固定フレームに後部が固定された弾性変形部と、この弾性変形部の先端部に支持された可動部と、前記弾性変形部を弾性変形させる駆動手段とを有し、この駆動手段によって前記弾性変形部を弾性変形させることによって前記可動部を傾動させるアクチュエータ駆動システムであって、
請求項１に記載の傾動位置検出装置を設けて、前記可動部の傾動位置を検出するようにしたことを特徴とするアクチュエータ駆動システム。
【請求項４】
前記弾性変形部は第１,第２弾性変形部を有し、この第１,第２弾性変形部の弾性変形により前記可動部は２軸回りに傾動し、
前記傾動位置検出装置は、前記可動部のどちらか一方の軸回りの傾動位置を検出することを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ駆動システム。
【請求項５】
前記駆動手段は駆動用圧電素子であり、
前記第１,第２変形検出手段は、検出用圧電素子であることを特徴とする請求項請求項４に記載のアクチュエータ駆動システム。
【請求項６】
固定フレームに設けられるとともに１回以上の折り返し構造によって形成された少なくとも第１,第２弾性変形部と、第２弾性変形部の先端部に支持された第３変形部と、第３変形部に支持された可動部とを有し、第１弾性変形部の一端が固定フレームに固定され、第１弾性変形部の他端が第２弾性変形部の後部に固定され、
第１,第２,第３弾性変形部を弾性変形させる第１,第２,第３駆動手段を備え、第１,第２駆動手段によって第１,第２弾性変形部を弾性変形させることによって第１軸回りに前記可動部を傾動させ、第３駆動手段によって第３弾性変形部を弾性変形させることによって第１軸と直交する第２軸回りに前記可動部を傾動させるアクチュエータ駆動システムであって、
請求項１に記載の傾動位置検出装置を有し、
前記第３弾性変形部の弾性変形量を検出する第３変形検出手段を該第３弾性変形部に設け、
前記傾動位置検出装置の第１変形検出手段を第２弾性変形部に設け、第２変形検出手段を第１弾性変形部に設け、前記差動増幅器が出力する差信号に基づいて、前記可動部の第１軸回りの傾動位置を求め、
前記第３変形検出手段が検出する弾性変形量から前記可動部の第２軸回りの傾動位置を求めることを特徴とするアクチュエータ駆動システム。
【請求項７】
前記第１駆動手段ないし第３駆動手段は、第１駆動用圧電素子ないし第３駆動用圧電素子であり、
前記第１変形検出手段ないし第３変形検出手段は、第１検出用圧電素子ないし第３検出用圧電素子であり、
前記可動部は、第１,第２軸回りに傾動することにより光を２次元方向に走査する反射ミラーを有することを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ駆動システム。
【請求項８】
第１検出用圧電素子から出力される第１検出信号の電流を電圧に変換する第１電圧変換器と、第２検出用圧電素子から出力される第２検出信号の電流を電圧に変換する第２電圧変換器と、第３検出用圧電素子から出力される第３検出信号の電流を電圧に変換する第３電圧変換器とを設け、
第１,第２電圧変換器はローパスフィルタを有し、
第３電圧変換器はハイパスフィルタを有し、
前記差動増幅器で第１電圧変換器の出力電圧と第２電圧変換器の出力電圧との差を増幅させて前記可動部の第１軸回りの傾動位置を検出し、
前記第３電圧変換器の出力電圧に基づいて第２軸回りの傾動位置を検出することを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ駆動システム。
【請求項９】
第１電圧変換器の出力端子と前記差動増幅器の一方の入力端子との間と、第２電圧変換器の出力端子と前記差動増幅器の他方の入力端子との間とに２次以上のパッシブルフィルタまたはアクティブフィルタを設け、
または、前記差動増幅器の出力端子に２次以上のパッシブルフィルタまたはアクティブフィルタを設けることを特徴とする請求項８に記載のアクチュエータ駆動システム。
【請求項１０】
前記差動増幅器は計装増幅器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の傾動位置検出装置。
【請求項１１】
前記差動増幅器は計装増幅器であることを特徴とする請求項３ないし請求項１０に記載のアクチュエータ駆動システム。
【請求項１２】
前記折り返し構造が２つ設けられ、
一方の折り返し構造の第１弾性変形部に設けられた第２弾性変形検出手段の出力端子と、他方の折り返し構造の第１性変形部に設けられた第２弾性変形検出手段の出力端子とを接続し、
一方の折り返し構造の第２弾性変形部に設けられた第１弾性変形検出手段の出力端子と、他方の折り返し構造の第２性変形部に設けられた第１弾性変形検出手段の出力端子とを接続して前記差動増幅器に入力させることを特徴とする請求項６ないし請求項１１に記載のアクチュエータ駆動システム。
【請求項１３】
前記折り返し構造が２つ設けられ、
一方の折り返し構造の第１,第２弾性変形部に設けられた第２,第１弾性変形検出手段と、
他方の折り返し構造の第１,第２弾性変形部に設けられた第２,第１弾性変形検出手段とのうち、予め求めておいた感度の高い一方の第１弾性変形検出手段または他方の第１弾性変形検出手段と、予め求めておいた感度の高い一方の第２弾性変形検出手段または他方の第２弾性変形検出手段とからの検出信号値の差を前記差動増幅器から求めることを特徴とする請求項６ないし請求項１１のいずれか１つに記載のアクチュエータ駆動システム。
【請求項１４】
前記折り返し構造が２つ設けられ、
一方の折り返し構造の第２弾性変形部に設けられた第１弾性変形検出手段と、他方の折り返し構造の第２弾性変形部に設けられた第１弾性変形検出手段とのどちらか一方と、
一方の折り返し構造の第１弾性変形部に設けられた第２弾性変形検出手段と、他方の折り返し構造の第１弾性変形部に設けられた第２弾性変形検出手段とのどちらか一方とを選択する切換スイッチを設け、
それぞれの第１,第２弾性変形検出手段の感度を測定して、感度のよい第１,第２弾性変形検出手段を前記切換スイッチの切り換えによって選択し、この選択された第１,第２弾性変形検出手段の検出信号を前記差動増幅器に入力するようにしたことを特徴とする請求項６ないし請求項１１のいずれか１つに記載のアクチュエータ駆動システム。
【請求項１５】
請求項３ないし請求項１４のいずれか１つのアクチュエータ駆動システムを備えたことを特徴とする光走査型の映像機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば圧電素子などによって傾動される可動部の傾動位置を検出する傾動位置検出装置と、この傾動位置検出装置を備えたアクチュエータ駆動システムと、このアクチュエータ駆動システムを備えた映像機器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源から射出されたレーザ光を二次元方向に走査する光スキャナーが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
かかる光スキャナーは、固定枠内に配置された可動枠とミラー部とを備え、可動枠は弾性変形可能な４つの曲がり梁によって固定枠に保持され、ミラー部は２つのトーションバーによって可動枠内に保持されている。可動枠は曲がり梁の弾性変形によって第１軸回りに回動し、ミラー部はトーションバーのねじれによって、２つのトーションバーと同軸上の第２軸回りに回動するようになっている。第１軸と第２軸とは直交している。
各曲がり梁の表面には、圧電素子が取り付けられており、この圧電素子の伸縮により曲がり梁が弾性変形して可動枠及びミラー部が第１軸回りに回動し、曲がり梁の曲がりに応じて可動枠に第２軸回りの回転トルクが与えられ、トーションバーを介してミラー部が第２軸回りに回動するようになっている。このミラー部の第１軸及び第２軸回りの回動により、レーザ光を二次元方向に走査するようになっている。
また、可動枠やミラー部の動きは、発光素子の光を検出対象部に照射して、その反射光を受光素子で受光し、その反射光量の変化から検出する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような光スキャナーでは、ミラー部の動きを検出するために、光スキャナーとは別に、発光素子と受光素子とが必要であるという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、発光素子と受光素子とを使用せずに、しかもノイズの影響を受けずに傾動部の傾動位置を検出することのできる傾動位置検出装置と、この傾動位置検出装置を備えたアクチュエータ駆動システムと、このアクチュエータ駆動システムを備えた映像機器とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、駆動手段によって弾性変形部が弾性変形することによって可動部が固定フレームに対して傾動される前記可動部の傾動位置を検出する傾動位置検出装置であって、
前記弾性変形部に設けられ該弾性変形部の弾性変形量を検出する第１変形検出手段と、
この第１変形検出手段の近傍に配置された第２変形検出手段と、
前記第１,第２変形検出手段の出力信号の差に応じた差信号を出力する差動増幅器とを備え、
この差動増幅器が出力する差信号に基づいて前記可動部の傾動位置を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、発光素子や受光素子を使用せずに、しかもノイズの影響を受けすに傾動部の傾動位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明に係るアクチュエータ駆動システムの構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】図１に示すアクチュエータ駆動システムのメムスユニットのフレーム板を示した平面図である。
【図３】図２に示すフレーム板の各部と、この各部に取り付けた駆動用圧電素子と検出用圧電素子とを示した説明図である。
【図４】図３に示す駆動用圧電素子と検出用圧素子の電気的な接続関係を示した説明図である。
【図５】駆動用圧電素子に印加される鋸波電圧と、ミラーの傾動位置とを示した説明図である。
【図６】図２に示すフレーム板の弾性変形部の変形状態とミラーのＹ方向の傾動状態を示した斜視図である。
【図７】図６とは逆方向にミラーが傾動した状態を示したフレーム板の斜視図である。
【図８】図６に示す位置へミラーが傾動した場合の反射光の反射方向を示した説明図である。
【図９】図７に示す位置へミラーが傾動した場合の反射光の反射方向を示した説明図である。
【図１０】共振電圧ＶｄとミラーのＸ方向に対する傾動状態との関係を示した説明図である。
【図１１】検出部の増幅回路の構成を示した回路図である。
【図１２】差動増幅回路の構成を示した回路図である。
【図１３】各フィルタの構成を示した回路図である。
【図１４】傾動位置検出装置の構成を示した回路図である。
【図１５】パッシブフィルタの構成を示した回路図である。
【図１６】アクティブローパスフィルタの構成を示した回路図である。
【図１７】計装アンプの構成を示した回路図である。
【図１８】第２実施例のアクチュエータ駆動システムの構成を示した説明図である。
【図１９】第３実施例のアクチュエータ駆動システムの構成を示した説明図である。
【図２０】映像機器の構成を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明に係る傾動位置検出装置を備えたアクチュエータ駆動システムの実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００１０】
［第１実施例］
図１にレーザ光を２次元方向に走査するアクチュエータ駆動システム１を示す。
このアクチュエータ駆動システム１は、メムスユニット１００と、このメムスユニット１００の後述する可動部１７（図２参照）を傾動させる駆動部２００と、
可動部１７の傾動位置を求める傾動位置検出装置５００を有する検出部３００とを備えている。
【００１１】
駆動部２００には、後述する鋸波電圧Ｖａ,Ｖｂ（図５参照）を出力する出力回路２０１と、後述する共振電圧Ｖｄ（図１０参照）を出力する出力回路２０２とが設けられている。
【００１２】
検出部３００には、増幅回路３１０と差動増幅回路（差動増幅器）３３０とが設けられている。
【００１３】
メムスユニット１００は、図３に示すように、フレーム板１０と、このフレーム板１０の所定箇所に取り付けられた駆動用圧電素子２０〜２５と、検出用圧電素子３０〜３５とを有している。
［フレーム板］
フレーム板１０は、図２に示すように、複数の切込Ｋ１〜Ｋ６によって形成された外周囲側に位置する固定フレーム１１と、この固定フレーム１１内に位置する弾性変形部１２〜１６と、可動部１７を有している。
【００１４】
弾性変形部（第１弾性変形部）１２は、一端が固定フレーム１１に固定され、その他端が弾性変形部（第２弾性変形部）１３の後部に固定されている。弾性変形部１２と弾性変形部１３とは切込Ｋ１,Ｋ２によって１回の折返し構造となっている。
【００１５】
同様に、弾性変形部（第１弾性変形部）１４は、他端が固定フレーム１１に固定され、その一端が弾性変形部（第２弾性変形部）１５の後部に固定されている。弾性変形部１４と弾性変形部１５とは切込Ｋ３,Ｋ４によって１回の折返し構造となっている。
【００１６】
弾性変形部１３の先端部には下方（図２において）に延びたアーム部１８Ｌが連続形成され、このアーム部１８Ｌの先端部が弾性変形部（第３変形部）１６の一端側の下部（図２において）に固定されている。一方、弾性変形部１５の先端部が弾性変形部１６の他端側の下部に固定されている。また、弾性変形部１５の先端部には逆Ｌ字形のアーム部１８Ｒが形成され、このアーム部１８Ｒの先端部が弾性変形部１３の先端部に固定されている。
【００１７】
弾性変形部１６の上部の両端部には、切込Ｋ５,Ｋ６によって左右方向に延びた細い支持部１９Ａ,１９Ｂが形成され、この支持部１９Ａ,１９Ｂが可動部１７を支持している。可動部１７の表面はミラー１７Ｍとなっている。
【００１８】
弾性変形部１６は、弾性変形部１２〜１５の弾性変形によりＹ方向（図２において左右方向）に傾動し、可動部１７は弾性変形部１６の弾性変形によりＸ方向（図２において上下方向）に傾動するようになっている。すなわち、可動部１７は２軸回りに傾動するようになっている。
そして、弾性変形部１２〜１５の表面には、図３に示すように弾性変形部１２〜１５を弾性変形させる駆動用圧電素子（駆動手段）２０〜２３が取り付けられている。弾性変形部１６の左右の両端側の表面には駆動用圧電素子（第３駆動手段）２４,２５が取り付けられている。
また、弾性変形部１２〜１５の表面には、弾性変形部１２〜１５の弾性変形量を検出する検出用圧電素子（変形検出手段）３０〜３３が駆動用圧電素子２０〜２３に隣接して取り付けられている。弾性変形部１６の左右方向（図３において）の両端部の表面には、弾性変形部１６の弾性変形を検出する検出用圧電素子（変形検出手段）３４,３５が駆動用圧電素子２４，２５に隣接して、すなわち近傍に取り付けられている。
図４に示すように、駆動用圧電素子（第１駆動手段）２０の表面電極（図示せず）と駆動用圧電素子（第２駆動手段）２３の表面電極（図示せず）とが共通の入力端子ＳＤＡに接続され、駆動用圧電素子（第２駆動手段）２１の表面電極（図示せず）と駆動用圧電素子（第１駆動手段）２２の表面電極（図示せず）とが共通の入力端子ＳＤＢに接続されている。また、駆動用圧電素子２４の表面電極と駆動用圧電素子２５の表面電極とが共通の入力端子ＭＤに接続されている。各駆動用圧電素子２０〜２５の裏面電極（図示せず）はアースライン（図示せず）に接続されている。
入力端子ＳＤＡは、図１に示すように、駆動部２００の出力回路２０１の出力端子２０１Ａに接続され、入力端子ＳＤＢは出力回路２０１の出力端子２０１Ｂに接続されている。また、入力端子ＭＤは出力回路２０２の出力端子２０２Ａに接続されている。
【００１９】
各検出用圧電素子３０〜３３の表面電極には、図４に示すように出力端子ＳＳＡ１,ＳＳＡ２,ＳＳＢ１,ＳＳＢ２がそれぞれ接続され、各検出用圧電素子３０〜３３が検出する弾性変形量に応じた検出信号（検出電流）が出力端子ＳＳＡ１,ＳＳＡ２,ＳＳＢ１,ＳＳＢ２から出力されることになる。また、検出用圧電素子３４，３５の表面電極には、共通の出力端子ＭＳが接続され、検出用圧電素子３４,３５が検出する弾性変形量に応じた検出信号（検出電流）が出力端子ＭＳから出力されることになる。
【００２０】
駆動部２００の出力回路２０１の出力端子２０１Ａ,２０１Ｂからは、図５に示す鋸波電圧Ｖａ,Ｖｂが出力されて入力端子ＳＤＡ,ＳＤＢを介して駆動用圧電素子２０,２３、２１,２２に印加する。鋸波電圧Ｖａと鋸波電圧Ｖｂとは位相が１８０度反転した電圧である。
この鋸波電圧Ｖａ,Ｖｂにより、駆動用圧電素子２０,２３、２１,２２が伸縮して可動部１７のミラー１７ＭがＹ方向に対して傾動する。すなわち、Ｘ方向と平行なミラー１７Ｍの中心を通るＡ軸回りに回動する（図４参照）。
図５は、ミラー１７Ｍの傾きと、駆動用圧電素子２０,２３、２１,２２に印加する鋸波電圧Ｖａ,Ｖｂとの関係を示す。時点ｔ０では、ミラー１７Ｍはミラー１７Ｍを中心にして、すなわち図４のＡ軸（第１軸）回りに右側に最大傾き、時点ｔ１では、鋸波電圧Ｖａは最大電圧の３/４、鋸波電圧Ｖｂは最大電圧の１/４となり、ミラー１７Ｍは最大傾斜と水平のおおよそ中間の傾きとなる。
時点ｔ２では、鋸波電圧Ｖａは最大電圧の１/２、鋸波電圧Ｖｂは最大電圧の１/２となり、ミラー１７Ｍはおおよそ水平となる。時点ｔ３では、鋸波電圧Ｖａは最大電圧の１/４、鋸波電圧Ｖｂは最大電圧の３/４となり、ミラー１７Ｍは時点ｔ１の傾きと逆の傾きとなる。時点ｔ４では、鋸波電圧Ｖａはゼロ、鋸波電圧Ｖｂは最大電圧となり、ミラー１７Ｍは時点ｔ０の傾きと逆の傾きとなる。時点ｔ５では、鋸波電圧Ｖａは最大電圧、鋸波電圧Ｖｂはゼロとなり、ミラー１７Ｍは時点ｔ０と同じ傾きとなる。以下、同様な動作が繰り返されることになる。
図６は、時点ｔ０,ｔ５のフレーム板１０の弾性変形部１２〜１６の弾性変形（傾動状態）と、ミラー１７Ｍの傾動状態を示したものである。
時点ｔ０,ｔ５では、弾性変形部１２,１５が最大に変形（駆動用圧電素子２０,２３が最大に収縮）した状態を示す。
図７は、時点ｔ４のフレーム板１０の弾性変形部１２〜１６の弾性変形（傾動状態）と、ミラー１７Ｍの傾動状態を示したものである。時点ｔ４では、弾性変形部１３,１４が最大に変形（駆動用圧電素子２１,２２が最大に収縮）した状態を示す。
図８及び図９は、時点ｔ０,ｔ５と時点ｔ４とのとき、ミラー１７Ｍに光が入射した場合、その反射光の反射方向をそれぞれ示したものであり、ミラー１７Ｍの傾きに応じて反射光はＹ方向（水平方向：図３において左右方向）に走査されることが分かる。
図１０は、駆動用圧電素子２４,２５に印加する共振電圧Ｖｄと、ミラー１７ＭのＸ方向に対する傾動状態との関係を示したものである。時点ｔ１では、共振電圧Ｖｄはゼロであり、ミラー１７Ｍの変位（傾動）はゼロである。時点ｔ２では、駆動用圧電素子２４,２５が最大の中間ぐらいに収縮し、ミラー１７Ｍはやや左へ傾動する。時点ｔ３では、駆動用圧電素子２４,２５が最大に収縮し、ミラー１７Ｍは左側へ最大に傾動する。このようにして、ミラー１７ＭはＸ方向に傾動していく。すなわち、ミラー１７Ｍは、Ｙ方向と平行な第２軸回りに傾動する。
ミラー１７ＭのＸ方向の傾動は、少ない投入エネルギーでできる限り大きな振幅を得るために共振で動作させる。共振電圧Ｖｄは、共振周波数の電圧を示す。
［増幅回路］
増幅回路３１０は、検出用圧電素子３４,３５から出力される検出信号を増幅する増幅回路である。
この増幅回路３１０は、図１１に示すように、検出用圧電素子３４,３５か出力される検出信号の電流を電圧に変換する電圧変換器（第３電圧変換器）３１１と、ローパスフィルタＦ１及びハイパスフィルタＦ２と、増幅器３１２とを有している。
電圧変換器３１１の反転入力端子と出力端子との間にローパスフィルタＦ１が接続され、非反転入力端子が接地されている。
電圧変換器３１１の出力端子はハイパスフィルタＦ２及び抵抗Ｒ１を介して増幅器３１２の反転入力端子に接続されている。また、この増幅器３１２の反転入力端子は抵抗Ｒ２を介して増幅器３１２の出力端子に接続されている。増幅器３１２の非反転入力端子は接地されている。
ローパスフィルタＦ１は、図１３に示すように、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１の並列回路から構成されている。ハイパスフィルタＦ２は、コンデンサＣ２のみからなるフィルタである。
［差動増幅回路］
差動増幅回路３３０は、図１２に示すように、電圧変換器３３１，３３２と、差動アンプ３４０などとを有している。
【００２１】
電圧変換器（第２電圧変換器）３３１の非反転入力端子は接地され、反転入力端子はローパスフィルタＦ３を介して出力端子に接続されている。
【００２２】
電圧変換器（第１電圧変換器）３３２の非反転入力端子は接地され、反転入力端子はローパスフィルタＦ３を介して出力端子に接続されている。
【００２３】
差動アンプ３４０は、オペアンプ３４１と抵抗Ｒ４〜Ｒ７とを有している。オペアンプ３４１の非反転入力端子は抵抗Ｒ４を介して電圧変換器３３１の出力端子に接続され、また、オペアンプ３４１の非反転入力端子は抵抗Ｒ５を介して接地されている。
【００２４】
オペアンプ３４１の反転入力端子は抵抗Ｒ６を介して電圧変換器３３２の出力端子に接続され、また、オペアンプ３４１の反転入力端子は抵抗Ｒ７を介して出力端子に接続されている。
【００２５】
ローパスフィルタＦ３は、図１３に示すように、抵抗Ｒ８とコンデンサＣ３の並列回路から構成されるフィルタである。
［傾動位置検出装置］
傾動位置検出装置５００は、図１４に示すように、検出用圧電素子（第２変形検出手段）３０と、検出用圧電素子（第１変形検出手段）３１と、この検出用圧電素子３０,３１の検出信号（出力信号）の差を求めてこの差（差信号）から可動部の傾動位置を検出する差動増幅回路３３０とを有している。
［動  作］
次に、上記のように構成されるアクチュエータ駆動システム１の動作について説明する。
【００２６】
図１に示す駆動部２００の出力回路２０２から図１０に示す共振周波数の共振電圧Ｖｄが出力され、この共振電圧Ｖｄが駆動用圧電素子２４,２５に印加し、駆動用圧電素子２４,２５が伸縮して、フレーム板１０の弾性変形部１６が弾性変形し、可動部１７のミラー１７Ｍは図１０に示すように傾動していく。すなわち、ミラー１７ＭはＸ方向に傾動していく。
【００２７】
このミラー１７ＭのＸ方向の傾動により、ミラー１７Ｍに入射した光は反射してＸ方向に走査されていくことになる。
【００２８】
一方、検出用圧電素子３４,３５から出力される検出信号が図１１に示す増幅回路３１０の電圧変換器３１１に入力し、検出信号の電流が電圧に変換されて電圧変換器３１１から出力電圧として出力される。この出力電圧がハイパスフィルタＦ２を通って増幅器３１２に入力し、増幅器３１２から検出信号に応じた出力電圧が出力され、この出力電圧によってミラー１７ＭのＸ方向に対する傾動位置が検出されることになる。すなわち、弾性変形部１６のＸ方向の弾性変形量が増幅器３１２から出力される出力電圧として検出される。
【００２９】
ところで、共振電圧Ｖｄの周波数は、数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚであるため、検出用圧電素子３４,３５の電極に発生する電荷量も比較的多く、このため、検出用圧電素子３４,３５から出力される検出信号の電流は大きく、Ｓ／Ｎ比も良好な検出信号が得られることになる。このため、増幅回路３１０からミラー１７ＭのＸ方向に対する傾動位置を示すＸ傾動位置信号を得ることができる。
他方、駆動部２００の出力回路２０１の出力端子２０１Ａ,２０１Ｂから図５に示す鋸波電圧Ｖａ,Ｖｂが出力されて、駆動用圧電素子２０,２３、２１,２２に印加し、駆動用圧電素子２０,２３、２１,２２が伸縮していく。これにより、フレーム板１０の弾性変形部１２〜１５が弾性変形して、可動部１７のミラー１７Ｍが図５に示すように傾動していく。すなわち、ミラー１７ＭはＹ方向に傾動していく。
このミラー１７ＭのＹ方向の傾動により、ミラー１７Ｍに入射した光は反射してＹ方向に走査されていくことになる。
弾性変形部１２,１３の弾性変形量は、検出用圧電素子３０,３１から出力される検出信号が図１４に示す差動増幅回路３３０の電圧変換器３３１,３３２にそれぞれ入力し、検出信号の電流が電圧（出力電圧）Ｖ１,Ｖ２に変換されて電圧変換器３３１,３３２から出力され、この電圧Ｖ１,Ｖ２が差動アンプ３４０に入力する。差動アンプ３４０は、電圧変換器３３１,３３２から出力される電圧Ｖ１,Ｖ２の差に応じた電圧（差信号）を出力する。
ここで、ミラー１７ＭのＹ方向の傾動は、非共振であり、かつ周波数も数１０Ｈｚである。このため、検出用圧電素子３０,３１の電極に発生する電荷量が非常に少ない（発生する電荷量は動作周波数と比例関係にある）。このため、電圧変換器３３１,３３２のゲインを上げれば検出用圧電素子３０,３１の出力信号を大きくすることができるが、検出用圧電素子３０,３１から出力される検出信号のＳ／Ｎ比が非常に悪く、このため、電圧変換器３３１,３３２のみから検出信号を取り出すのは困難であった。
しかし、電圧変換器３３１,３３２から出力される電圧を差動アンプ３４０で差動増幅すると、ノイズが打ち消されて信号成分のみが出力され、しかも、差動アンプ３４０から出力される電圧は、ミラー１７ＭのＹ方向の傾動に応じて変化していることも分かった。これは、弾性変形部１２,１３の変形量が異なるために、検出用圧電素子３０,３１から出力される検出信号に差が生じ、差動アンプ３４０で差動増幅すると、ノイズが打ち消されて信号成分のみが出力されるものと思われる。
すなわち、電圧変換器３３１,３３２から出力される電圧を差動アンプ３４０で差動増幅することにより、ミラー１７ＭのＹ方向の傾動位置に応じた電圧を検出することができることが分かった。つまり、差動増幅回路３３０からミラー１７ＭのＹ方向に対する傾動位置を示すＹ傾動位置信号が出力される。
この第１実施例では、検出部３００の増幅回路３１０にはハイパスフィルタＦ２を設けているので、出力回路２０１から出力される周波数の低い鋸波電圧Ｖａ,Ｖｂ（図５参照）によるクロストークを抑えることができる。また、検出部３００の差動増幅回路３３０にはローパスフィルタＦ３を設けているので、出力回路２０２から出力される周波数の高い共振電圧Ｖｄ（図１０参照）によるクロストークを抑えることができる。このため、さらにＳ／Ｎ比の高いＸ傾動位置信号やＹ傾動位置信号を得ることができる。
図１５は、Ｌ型２次ＣＲパッシブフィルタＦ４を示す。このＬ型２次ＣＲパッシブフィルタＦ４は、抵抗Ｒ８,Ｒ９とコンデンサＣ４,Ｃ５とから構成されている。
このＬ型２次ＣＲパッシブフィルタＦ４を差動増幅回路３３０の出力端子Ｓ−Ｖoutに接続すれば、さらにＳ／Ｎ比の高いＹ傾動位置信号を得ることができる。また、出力端子Ｓ−Ｖoutに接続する替わりにローパスフィルタＦ３の接続点Ａ１,Ａ２と抵抗Ｒ４,Ｒ５との間に接続してもよい。
図１６は、ＶＣＶＳ型アクティブローパスフィルタＦ５を示す。このＶＣＶＳ型アクティブローパスフィルタＦ５は、オペアンプＯＰ１と抵抗Ｒ１０,Ｒ１１,Ｒ１２,Ｒ１３とコンデンサＣ６,Ｃ７とから構成されている。
このＶＣＶＳ型アクティブローパスフィルタＦ５をＬ型２次ＣＲパッシブフィルタＦ４の替わりに使用してもよい。ＶＣＶＳ型アクティブローパスフィルタＦ５を使用することにより、さらに、Ｓ／Ｎ比の高いＹ傾動位置信号を得ることができる。
図１７は、計装アンプ（計装増幅器）６００を示す。この計装アンプ６００は、増幅器６０１,６０２と差動増幅器６０３とから構成されている。この計装アンプ６００を差動アンプ３４０の替わりに使用すれば、高感度でさらにＳ／Ｎ比のよいＹ傾動位置信号を得ることができる。
第１実施例では、検出用圧電素子３０,３１をフレーム板１０の弾性変形部１２,１３に設けて検出用圧電素子３０,３１の検出信号の差をとるようにしているが、フレーム板１０の固定フレーム１１の位置で検出用圧電素子３０,３１に重畳されるノイズと同じノイズが重畳される場合には、検出用圧電素子３０,３１のどちらか一方をフレーム板１０の固定フレーム１１に設けて、検出用圧電素子３０,３１の検出信号の差をとるようにしてもよい。
また、第１実施例では、検出用圧電素子３２,３３の検出信号を利用していないので、検出用圧電素子３２,３３を設けなくてもよい。
第１実施例では、フレーム板１０に弾性変形部１２,１４と弾性変形部１３,１５とは切込Ｋ１,Ｋ２,Ｋ３,Ｋ４によって１回の折返し構造を設けているが、複数回設けてもよく、また、弾性変形量が十分にとれる場合には折返し構造を設けたくてもよい。
［第２実施例］
図１８は第２実施例のアクチュエータ駆動システム７００を示す。このアクチュエータ駆動システム７００は、傾動位置検出装置５１０の差動増幅回路３３０の前段に選択部７０１を設けたものである。この選択部７０１によって、感度の高い検出用圧電素子３０または検出用圧電素子３２と、検出用圧電素子３１または検出用圧電素子３３とを選択し、この選択した検出用圧電素子３１または３２と、検出用圧電素子３１または３３とを差動増幅回路３３０に接続するものである。そして、この接続した検出用圧電素子３１または３２と、検出用圧電素子３１または３３とから出力される検出信号を差動増幅回路３３０へ入力するようにしたものである。
第２実施例のアクチュエータ駆動システム７００によれば、感度の高い検出用圧電素子３０を予め把握できているので、基板を組み立てる段階で接続する側を決定して接続することにより、よりＳ／Ｎ比のよいＹ傾動位置信号を得ることができる。
［第３実施例］
図１９は第３実施例のアクチュエータ駆動システム８００を示す。アクチュエータ駆動システム８００は、傾動位置検出装置５２０の差動増幅回路３３０の前段に切換スイッチ８０１を設けたものである。この切換スイッチ８０１の切り換えによって、感度の高い検出用圧電素子３０または検出用圧電素子３２と、検出用圧電素子３１または検出用圧電素子３３を選択するものである。
【００３０】
システムのセットアップ時あるいはウオーミングアップ時に実際に切換スイッチ８０１を切り換えることによって各検出用圧電素子３０〜３３の感度を測定し、切換スイッチ８０１によって感度の高い検出用圧電素子３０または３２と、検出用圧電素子３１または３３とを差動増幅回路３３０に接続するものである。
【００３１】
このようにすることで、検出用圧電素子３０〜３３の感度のバラツキや経時変化によって感度が逆転した場合でも、常にＳ／Ｎ比の良いＹ傾動位置信号を得ることができる。
［映像機器］
図２０に光走査型の映像機器１０００を示す。アクチュエータ駆動システム１と、制御装置１００１と、レーザ光発生装置１００２と、映像信号出力装置１００３とを備えている。
制御装置１００１は、映像信号出力装置１００３から出力される映像信号に基づいてアクチュエータ駆動システム１の駆動部２００やレーザ光発生装置１００２を制御する。レーザ光発生装置１００２から出力されたレーザ光は、メムスユニット１００の可動部１７のミラー１７Ｍに向けて照射され、ここで反射されてスクリーン１００４に投影される。この投影される反射光は、ミラー１７ＭのＸ方向及びＹ方向の傾動により、スクリーン１００４上を二次元方向に走査されていき、スクリーン１００４上に映像が投影されることになる。
この映像機器１０００は、アクチュエータ駆動システム１を備えているので、Ｓ／Ｎ比の高いＸ傾動位置信号やＹ傾動位置信号を得ることができ、このため、制御性に優れた高性能な映像機器となる。
この映像機器１０００は、アクチュエータ駆動システム１を備えているが、他のアクチュエータ駆動システム７００,８００であってもよい。
上記実施例は、傾動位置検出装置５００,５１０,５２０をいずれも光を２次元方向に走査するアクチュエータ駆動システム１,７００,８００に適用したものについて説明したが、１次元方向に光を走査するアクチュエータ駆動システムに適応してもよい。
上記実施例では、いずれもフレーム板１０の弾性変形部１２〜１６の変形量を検出用圧電素子３０〜３３で検出するようにしているが、これに限らず、例えばひずみゲージなどを用いて検出するようにしてもよい。
また、弾性変形部１２〜１６の変形を駆動用圧電素子２０〜２３で行っているが、これに限らず、例えば静電気力や電磁力などで弾性変形部１２〜１６を弾性変形させるようにしてもよい。  
【００３２】
この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【符号の説明】
【００３３】
１            アクチュエータ駆動システム
１０            フレーム板
１１            固定フレーム
１２〜１６      弾性変形部
１７            可動部
２０〜２５      駆動用圧電素子
３０〜３３      検出用圧電素子
３３０          差動増幅回路（差動増幅器）
５００          傾動位置検出装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】特開２０１１−１０７５０５号公報
【図１】
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【図２】
2014157170.tif 000004
【図３】
2014157170.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2014157170.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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