(57)【要約】【課題】ポリゴンミラーに代わる光走査装置として、シリコンマイクロマシニング技術を利用した微小ミラーを揺動させる構成のマイクロミラーディバイスが提案されている。この駆動方式の１つとして、静電駆動方式がある。変動量を大きくするため、櫛歯形電極構造が優れているが、本来の揺動方向に直交する方向に振動が発生すると、櫛歯同士が接触して隣合う櫛歯間で吸着する現象があり、問題視されている。【解決手段】電極間に与える電圧の駆動信号を、起動モードにおいては、駆動信号Ｄ、ＣＢのように、可動板の揺動幅が小さい駆動信号から順に、所定時間内に変化させながら与え、定常駆動モードにおいては、最大の揺動幅が得られる駆動信号Ａに切り替える。本来の揺動方向に直交する方向の振動は駆動信号Ｄ、Ｃ、Ｂ、Ａの順に小さくなるので、定常モードにおいては櫛歯間の吸着問題は発生しない。【選択図】図４
2007240626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも中央部を含む部分に反射ミラーを有し、重心を含む１本の軸方向両端に捻り変位可能な支持部材を有する平板状の可動部材と、前記支持部材に連結し、前記可動部材の周囲を非接触で取り囲むように設けられ、１面が前記駆動部材の反射ミラー面とほぼ同一面になるよう構成した固定部材とからなり、前記可動部材のうち、前記軸方向とは直交する方向の可動部材端部付近に可動電極を、前記可動部材端部付近に対向する固定部材の固定部材端部付近に固定電極を設け、前記両電極の間に電圧を印加して、両電極間に発生する静電力によって前記可動部材を揺動可能とする光スキャナを駆動する駆動方法において、前記両電極の間に印加する電圧の駆動信号として複数種の信号波形状の駆動信号を用いることを特徴とする光スキャナ駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光スキャナ駆動方法において、前記駆動信号の与え方は、起動モードと定常駆動モードの２つの駆動モードからなり、各駆動モードは前記複数種の信号波形形状を選択的に用いることを特徴とする光スキャナ駆動方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光スキャナ駆動方法において、前記定常駆動モード時は矩形波形状の駆動信号を用い、前記起動モード時は矩形波形状以外の駆動信号を用いることを特徴とする光スキャナ駆動方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の光スキャナ駆動方法において、前記定常駆動モード時は、可動部材の揺動方向と異なる方向に共振振動する共振周波数成分を除去した矩形波形状の駆動信号を用いることを特徴とする光スキャナ駆動方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光スキャナ駆動方法を用いる光スキャナ駆動装置であって、任意の波形形状を生成可能とする波形生成部と、任意波形を選択可能とする波形選択部と、上記波形から任意の周波数成分を除去する波形整形部と、前記波形を任意の周波数で生成可能とする揺動周波数生成部とから構成されることを特徴とする光スキャナ駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光スキャナ駆動装置において、前記揺動周波数生成部は、揺動振周波数を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段とデジタルデータの値に対応した任意の周波数を生成可能とするプログラマブル発振器とを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形生成部は波形形状を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形形状を生成可能とするプログラマブル波形生成器とを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか１つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形選択部は、波形形状の選択を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形選択を可能とするプログラマブル波形選択器とを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。
【請求項９】
請求項５ないし８のいずれか１つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形整形部は、波形整形を施す周波数、および整形幅を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形整形を可能とするプログラマブル波形整形器とを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれか１つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記データ格納、およびその他の制御を行うためのマイクロプロセッサシステムを備えたことを特徴とする光スキャナ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、 レーザープリンター、バーコードリーダー、ディスプレー等の光学機器に用い得る、マイクロミラーをトーションバー軸の周りに揺動させ、ミラーに反射した光ビームを走査する静電駆動型の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光走査装置において、光ビームを走査する光偏向器としてポリゴンミラーが多く用いられている。ポリゴンミラーは高速に回転して光ビームを走査するが、ポリゴンミラーを用いた画像形成では、より高い解像度の画像および高速の画像形成を達成するには、ポリゴンミラーをさらに高速に回転させる必要がある。しかし、ミラーの高速回転を達成するには、軸受けの耐久性を向上し、発熱、騒音の対策を行う必要があり、この課題を解決しなければならない。したがって、ミラーが形成された回転体を使用した高速走査には限界がある。一方、近年光ビームを走査する光走査装置は、シリコンマイクロマシニング技術を利用した微小ミラーを揺動させる構成の物が提案されている。この様なマイクロミラーディバイスはその駆動方式から大別して、電磁駆動方式（例えば、特許文献１  参照。）、静電駆動方式（例えば、特許文献２  参照。）が提案されている。
【０００３】
前記従来の提案ではマイクロミラー可動部の駆動方式として、磁界発生手段を用いた駆動方式、あるいは静電誘導発生手段を用いた駆動方式では、駆動電圧を正弦波交流信号として定常的に印加して駆動する方式となっている。静電誘導発生手段を用いた代表的な例として静電引力によってミラーを揺動させる光走査装置を示す事が出来る（例えば、特許文献３  参照。）。静電駆動方式は現在２つの方式が用いられている。一つは駆動電極が平行平板電極構成であり、他は櫛歯型電極構成（例えば、特許文献４  参照。）とした方式である。櫛歯型電極方式は、一般的に変動量、駆動力とも、平行平板電極方式より大きく優れていると言われている。図５は櫛歯形電極構造を有するマイクロミラーの櫛歯構成部を示している（詳細は後述する）。櫛歯型の固定電極と可動電極が対向する様に配置されている。固定電極は、基板に固定されて動かないが、可動電極はバネとともに可動部を形成しており、梁を中心にＹ方向に揺動する。揺動方向への静電力を高める手段として、高電圧化、櫛歯長の増長などが挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７８３６８号公報
【特許文献２】特開平８−２１１３２０号公報
【特許文献３】特許第３０１１１４４号公報
【特許文献４】特許第３００６１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで櫛歯型電極方式は、櫛歯可動電極の揺動方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に隣合う櫛歯間で吸着する現象が指摘されている。即ち、図５に示すＸ方向への振動である。この原因として、理想的には可動側櫛歯が固定櫛歯の中央に位置していれば、左右のＸ方向の静電力が釣り合い、静電合力は０になる。ところが、実際にはＸ方向のわずかな位置ズレにより、Ｘ方向の静電力が発生する。この静電力がＸ方向のバネの反力を上回ると可動電極が一方の固定電極に吸引され、電極間の短絡が発生する。この問題を解決するために、従来は、Ｙ方向のバネ定数ｋｙと、Ｘ方向のバネ定数ｋｘとの関係をｋｙ＜＜ｋｘにする事が重要であるとして、バネの形状等を適正化する構造改良の対策が報告されている。また、発明者らの実験に依ると駆動信号として矩形形状の電圧印加信号を用いると、Ｘ方向の振動の発生が生じ易いことが判った。
上記問題を解決する方法として、従来の様な櫛歯構造の改良以外に、電圧を印加する駆動信号の信号形状の複数種生成、選択、信号発生タイミングを適切に制御することにより実現する、新たな提案をする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、少なくとも中央部を含む部分に反射ミラーを有し、重心を含む１本の軸方向両端に捻り変位可能な支持部材を有する平板状の可動部材と、前記支持部材に連結し、前記可動部材の周囲を非接触で取り囲むように設けられ、１面が前記駆動部材の反射ミラー面とほぼ同一面になるよう構成した固定部材とからなり、前記可動部材のうち、前記軸方向とは直交する方向の可動部材端部付近に可動電極を、前記可動部材端部付近に対向する固定部材の固定部材端部付近に固定電極を設け、前記両電極の間に電圧を印加して、両電極間に発生する静電力によって前記可動部材を揺動可能とする光スキャナを駆動する駆動方法において、前記両電極の間に印加する電圧の駆動信号として複数種の信号波形状の駆動信号を用いることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光スキャナ駆動方法において、前記駆動信号の与え方は、起動モードと定常駆動モードの２つの駆動モードからなり、各駆動モードは前記複数種の信号波形形状を選択的に用いることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の光スキャナ駆動方法において、前記定常駆動モード時は矩形波形状の駆動信号を用い、前記起動モード時は矩形波形状以外の駆動信号を用いることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の光スキャナ駆動方法において、前記定常駆動モード時は、可動部材の揺動方向と異なる方向に共振振動する共振周波数成分を除去した矩形波形状の駆動信号を用いることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光スキャナ駆動方法を用いる光スキャナ駆動装置であって、任意の波形形状を生成可能とする波形生成部と、任意波形を選択可能とする波形選択部と、上記波形から任意の周波数成分を除去する波形整形部と、前記波形を任意の周波数で生成可能とする揺動周波数生成部とから構成される光スキャナ駆動装置を特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の光スキャナ駆動装置において、前記揺動周波数生成部は、揺動振周波数を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段とデジタルデータの値に対応した任意の周波数を生成可能とするプログラマブル発振器とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項７に記載の発明では、請求項５または６に記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形生成部は波形形状を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形形状を生成可能とするプログラマブル波形生成器とを備えたことを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項５ないし７のいずれか１つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形選択部は、波形形状の選択を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形選択を可能とするプログラマブル波形選択器とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項９に記載の発明では、請求項５ないし８のいずれか１つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記波形整形部は、波形整形を施す周波数、および整形幅を決定するデジタルデータを格納するデータ格納手段と、デジタルデータの値に対応した任意の波形整形を可能とするプログラマブル波形整形器とを備えたことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項６ないし９のいずれか１つに記載の光スキャナ駆動装置において、前記データ格納、およびその他の制御を行うためのマイクロプロセッサシステムを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光スキャナ駆動方法、および光スキャナ駆動装置によれば、Ｘ方向への振動を抑制しつつ、Ｙ方向への揺動を可能にする事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１３は従来の揺動型ミラーを示す図である。
同図について符号１０１は支持基板、１０２はミラー、１０３はトーションバー、１０４は電極用のパッド、１０５はミラー電極、１０６は絶縁体、１０７は固定電極、１０８は固定電極用パッドをそれぞれ示す。
従来の揺動型ミラーの動作について、特許文献３記載を参照し同図を用いて説明する。
固定部材としての支持基板１０１に設けられた凹部にミラー１０２が配置され、ミラー１０２は一体的に設けられた支持部材としてのトーションバー１０３を介して前記支持基板１０１に支持される。ミラー１０２はトーションバー１０３の捩じり作用により、その両側がミラーの平面に対して垂直方向に揺動可能としている。トーションバー１０３は導電性部材で構成さその両端は前記支持基板１０１に設けられたパッド１０４に電気的に接続されている。
【００１３】
前記支持基板１０１の凹部の両側には絶縁体１０６を介して固定電極１０７が支持されている。固定電極１０７はミラー１０２の両側部にあるミラー電極部１０５との位置関係を、両者が振動や揺動によっても接触しない範囲で微小間隔をもって配置し、固定電極１０７のほうが、ミラー電極部１０５の初期位置よりも揺動方向に沿って高い位置に配置する。すなわち、ミラー電極部１０５の初期位置においてミラー電極部と固定電極部１０７とは高低差を持って配置した構成になっている。この光走査装置は、一方の固定電極１０７のパッド１０８とトーションバー１０３が接続されたパッド１０４との間に高電圧を印加し、固定電極１０７とミラー電極部１０５との間に静電力を発生させ、その静電引力によってミラー１０２の一方の側面を固定電極１０７側に吸引し、この吸引動作によってトーションバー１０３を捩じり変形させながらミラー１０２をミラーの平面に対して垂直方向に揺動させる。この揺動動作の直後に固定電極１０７への電圧印加を解除すると、トーションバー１０３の捩じり復元力によってミラーは逆方向に揺動される。この電圧印加と停止を繰り返すことにより、ミラー１０２を揺動させることが出来、図示していない光源からの光をミラー１０２で反射させることで、光を偏向、走査が可能となる。
【００１４】
図１は本発明の平行平板電極構成の光偏向器を示す図である。
図２は本発明の櫛歯型電極構成の光偏向器を示す図である。同図（ａ）は初期状態、同図（ｂ）は揺動状態をそれぞれ示す図である。
両図において符号１は固定部材としての支持基板、２は弾性支持部、３は固定電極、４は可動電極、５は反射ミラー面、７は平板状の可動板をそれぞれ示す。
シリコンからなる支持基板１に可動板７の１組の対向する側縁の中央部が弾性支持部２（以下説明の都合上梁と呼ぶ）で支持されており、可動板７の少なくとも中央部付近は反射ミラーとして作用する反射ミラー面５にとなっている。２箇所の梁２は捻り変位が可能で、可動板７の重心を通る１本の軸となるよう構成してある。
可動板７の上記支持方向とは直交するほうの端面付近には可動電極４が設けられ、可動電極４に対向する固定部材側のほぼ同一平面となる位置に固定電極３が設けられている。固定部材は、少なくとも振動や揺動によっても両者が接触しない範囲で、可動部材７を取り囲むように構成されている。可動電極４と固定電極３の間には例えば５μｍのギャップを設けておく。
例えば、可動板７の裏面に図示しない他の電極を設けて、固定電極との間に電圧を印加すると、両電極同士が引き合う力によって、可動板７が揺動を開始する。あるいは外力を作用させることによって、揺動を開始させてもよい。外力としては弱い空気圧などでも十分である。その他公知の方法のいずれをも利用しうる。
揺動が開始されれば、この電極間に電圧を所定のタイミングで印加する事により電極間に静電引力が働き、可動板７の端面が固定電極３に引き寄せられる。この様に構成される光偏向器の動作を図３を参照して説明する。
【００１５】
図３は本発明の光偏向器の動作を説明するための図である。同図（ａ）は反時計回りの振れの最大位置付近を示す図。同図（ｂ）は時計回りに回動中に中立位置（初期位置）を通過する状態を示す図、同図（ｃ）は時計回りの振れの最大位置付近を示す図である。
同図において、可動板７に付設された可動電極４は、シリコン基板１に引き出され図示されないパッドを介して接地される。固定電極３と可動電極４の位置関係が同図（ａ）の状態において、固定電極３に、例えば３０Ｖの電圧を印加すると、固定電極３と可動電極４の間にに働く静電力と梁２の捻り剛性により、可動板７は図中時計回りに振れる力が与えられる。同図（ｂ）に示す様、可動板７が中立位置に達した時点で固定電極３への電圧印加をＯＦＦにすると、可動板７は慣性モーメントにより時計回り方向に更に振れる。最終として、同図（ｃ）に示す様、慣性モーメントと梁２の捻り剛性とが釣り合う位置まで振れる。最大振れ角まで到達すると一時停止しその後振れてきた方向と逆向きに振れを開始する。同図では反時計回りに振れ始める。反時計方向に振れ始めた後、適時固定電極３に再度電圧を印加すると、固定電極３と可動電極４の間に働く静電力と梁２の捻り剛性により、可動板７は図中反時計回りに振れる。再び可動板７が水平位置に達した時点で固定電極３への電圧印加をＯＦＦすると、可動板７は慣性モーメントにより反時計回り方向に更に振れる。最終として、同図（ａ）に示す様、慣性モーメントと梁２の捻り剛性とが釣り合う位置まで振れる。この様な固定電極３への電圧印加周波数を可動板７の共振周波数に合わせることにより変位の大きい振れ角で可動板７を揺動させることが出来る。
【００１６】
図４は可動板揺動軌跡と電圧印加タイミングを示す図である。
同図には駆動信号Ａ〜Ｄの例が示されている。駆動信号Ａの波形形状は矩形波、駆動信号Ｂの波形形状は三角波、駆動信号Ｃの波形形状は台形波、駆動信号Ｄの波形形状は正弦波である。上記駆動信号の波形形状は可動板７の揺動振幅に影響する事が実験的に判っている。同図に示す可動板揺動波形のθＨとθＬの間が揺動幅であり、同図の駆動波形Ａ→Ｄの順に揺動幅が小さくなる事がわかった。
同図に示した駆動信号ＰＷは矩形波の１種であるが、時間幅の短い矩形状パルスと時間幅のやや長い矩形状パルスが近接して並んでいる。全体の時間幅は駆動信号Ａの矩形波形状パルスの時間幅とほぼ同程度になっている。このような波形を定常駆動モードのときに与えると、Ｘ方向に関する共振周波数成分が極端に小さくなることが分かった。駆動信号ＰＷの生成方法は後述する。
【００１７】
同図に示す様、振れ角が最大となる時間から電圧印加タイミングの位相αとして、振れ角最大点前から振れ角０に向かって振れる方向の任意の時間ｔの間電圧を印加すると良い。図２は可動部材７の梁２に支持されていないほうの端部は櫛歯形状をなしてその形に合わせて可動電極が構成されており、固定部材側の対応する位置に設けられた同じく櫛歯形状の駆動用の固定電極に微小ギャップを隔ててかみ合う形で対向している。
静止状態において互いに対向している固定電極３と可動電極４は、対向部分で見れば端縁に沿った長さがあり、微視的に見れば厚さがあるので、極端に細長い面が向かい合っていると見ることができる。静電引力はこの対向面が主役をなしているので、この様に電極を櫛歯形状にする事により、対向する電極面積を長さ方向に大きくすることが出来る。したがって駆動トルクをより大きくすることが出来、可動板７の振れ角をより大きくする事が出来る。揺動する可動板７の反射ミラー面５に光ビームを照射すると、可動板７の揺動により入射光が反射ミラー面５により偏向する事ができる。
【００１８】
図５は櫛歯形電極構造を有するマイクロミラーの櫛歯構成部の一部拡大図である。
同図において符号ａは捩り梁幅、ｂは捩り梁高さ、ｃは可動板厚さ、ｄは可動板横幅、ｅは可動板長さ、ｍは櫛歯部梁高さ、ｎは櫛歯部梁幅、ｌｘは櫛歯部梁長さ、Ｌｙは捻り梁長さ、Ｘは櫛歯の並び方向、Ｙは可動板の回動方向をそれぞれ示す。
同図において、支持部材２は捩り梁構造になっている。前記支持部材２に支持された可動板７は支持部材２を軸にして回転揺動を可能とする。可動板７の揺動周波数ｆｙは以下の式で近似される。
ｆｙ＝１／２π√(Ｋｙ／Ｉｙ)  
ｆｙ：可動板７の共振周波数、
Ｉｙ：慣性モーメント、
Ｋｙ：バネ定数
バネ定数Ｋｙは  捻り梁の梁幅ａ、梁高さｂ、梁長さＬｙとすると
、次式で与えられる。
Ｋｙ＝(Ｊp×Ｇ)  ／Ｌｙ、
Ｊp＝０．１４１×ａ×ｂ３、
Ｇ＝Ｅｙ／（２（１＋ι））、
Ｅｙ：ヤング率
ι：ポアソン比
慣性モーメントＩｙは、可動板７の横幅ｄ、長さｅ、厚さｃとすると、
次式で与えられる。  
Ｉｙ＝Ｍｙ×（ｅ２＋ｃ２）／１２、
Ｍｙ＝ρ（ｄ×ｅ×ｃ）
ρは材質密度
上記式から  共振周波数ｆｙは上記支持部材２と可動板７の形状によって決定される。
【００１９】
可動電極４の櫛歯部は片持ち梁の構造であり、このＸ方向の固有振動数ｆｘは以下の式で近似される。                
ｆｘ＝１／２π√（Ｋｘ／Ｉｘ）、
ｆｘ：可動電極４の固有振動数、
Ｉｘ：慣性モーメント、
Ｋｘ：バネ定数
バネ定数Ｋｘは、櫛歯部の梁幅ｎ、梁高さｍ、梁長さｌｘとする
と、次式で与えられる。
Ｋｘ＝（３Ｅｘ×Ｊｘ）／ｌｘ３、
Ｊｘ＝(ｍ×ｎ３)／１２
Ｅｘ：ヤング率
慣性モーメントＩｘは
Ｉｘ＝Ｍｘ×(ｌｘ２＋ｎ２)／１２ 
Ｍｘ＝ρ（ｌｘ×ｍ×ｎ）
上記式から  櫛歯の固有振動数ｆｘは上記可動電極４の形状によって決定される。可動板７の共振周波数ｆｙに対して可動電極４の櫛歯の固有振動数ｆｘはｆｘ＞＞ｆｙの関係にあり、ｆｘはｆｙの４〜２０倍である。
【００２０】
図６は駆動波形ＰＷを生成する方法を説明するための図である。
駆動波形Ａを用いる駆動による揺動振幅θL-θHは、他の駆動波形を用いるより増大する。しかしながら、この場合、Ｘ方向振動への影響も大きくなる。この影響の要因は駆動波形Ａに含まれる高調波成分であり、前記櫛歯固有振動数ｆｘと近似した周波数帯域になっていいる。ｆｘはｆｙの４〜２０倍あり、特にｆｘ＝ｆｙ×２、ｆｘ＝ｆｙ×３は２次高調波、３次高調波として、Ｘ方向の振動に大きく影響を与える。そこで、駆動波形Ａから２次高調波、３次高調波成分を除去する事により、Ｘ方向の振動を低減する事が出来る。同図に示す様、駆動波形Ａに２次高調波、３次高調波を除去するフィルターを作用させる事により、駆動波形ＰＷを生成することが出来る。
この様に、定常駆動時の印加信号の矩形波形状に、可動部材の揺動と異なる方向に共振振動する共振周波数成分を除去した、駆動信号ＰＷの矩形波形状の駆動信号を用いる事により、定常駆動時のＸ方向への振動をより抑止する効果を有する。
【００２１】
図７は固定電極３と可動部材配設電極４間に駆動信号を印加する概念図である。
同図において符号１０は駆動信号を示す。
図８は可動板端部の最大振れ幅が固定電極側の厚さの範囲内にある場合を示す図である。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様である。
図９は可動板端部の最大振れ幅が固定電極側の厚さの範囲を超える場合を示す図である。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）も図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様である。
駆動信号１０の波形形状は図４に示す。前記各波形形状を用いた時の櫛歯電極のＸ方向の振動が、前記駆動信号の波形形状により影響を受ける事が実験的にわかった。駆動波形Ａ→Ｄの順にＸ方向の振動が少なくなる。Ｘ方向への振動発生はＹ方向への揺動振幅が固定電極の厚さの範囲内にある時、すなわち、図８に示す揺動幅の時発生する。Ｙ方向の揺動幅が固定電極の厚さの範囲を超える揺動振幅を維持するとき、すなわち、図９に示す揺動幅の場合、Ｘ方向の振動が減少する。上記３点の事より、可動板７の揺動幅に対応した駆動信号波形形状を適用すると上記問題が軽減すると考えられる。
【００２２】
図１０は本発明の可動板振れ角と駆動信号印加周波数の揺動特性を示す図である。
同図において符号ｆｃは共振周波数、ｆｄは定常駆動周波数、ｆｓは起動開始周波数、θｄは定常振れ角をそれぞれ示す。
可動板７の共振周波数ｆｃにて揺動角最大となり駆動信号印加周波数が大きくなるに従い揺動角は小さくなる。同図において、本発明の光スキャナを定常駆動周波数ｆｄにおいて揺動せしめ用いる場合、起動時目的の定常駆動周波数ｆｄの駆動信号を直接印加せずに、先ず初めに起動周波数ｆｓを与え、初動周波数印加期間Ｔｓの時間をかけて徐々に印加周波数を低減して定常駆動周波数ｆｄに近づけていく手順を用いる方法としている。このような信号の与え方を起動モードと呼ぶ。これに対して、定常状態における駆動周波数の与え方を定常駆動モードと呼び、両モードを合わせて駆動モードと呼ぶ。初動周波数印加期間Ｔｓにおいて、駆動周波数をｆｓからｆｄに可変する際、可動板７の揺動幅に対応した駆動信号の波形形状を選択して用いる。
この様に、本発明は、駆動モードを起動モードと定常駆動モードの複数動作モード構成可能とし、夫々の動作モードにおいて前記複数種の信号波形形状を選択的に利用する光スキャナ駆動方法を提案する。
【００２３】
図１１は駆動信号の種類と揺動幅の関係を説明する模式図である。
光スキャナを定常駆動周波数ｆｄにて揺動せしめる場合、起動時には、目的の定常駆動周波数ｆｄの駆動信号を直接印加せず、初めに起動周波数ｆｓを与え、初動周波数印加期間Ｔｓで徐々に印加周波数を変化させて定常駆動周波数ｆｄに近づけて行く。この様に定常駆動周波数ｆｄから離れた周波数ｆｓを起動周波数とする事により、起動時の揺動振幅を小さい振幅から揺動開始する事により光スキャナの起動時の急激な揺動振幅に拠る破損等を回避する事が出来る。起動時に小幅の揺動幅を得、その後光スキャナの共振周波数に近づける方向に駆動周波数を変更する事により徐々に光スキャナの揺動振幅を増大させ、定常駆動周波数ｆｄにて所定に揺動振幅を得ることが出来る。駆動周波数を任意に可変とする機能については後述する。
【００２４】
同図（ａ）においては揺動幅Ｙが微小であり、この範囲ではＸ方向の振動が発生し易い。この区間は駆動信号Ｄの正弦波形状の駆動信号を印加する。同図（ｂ）の揺動幅では駆動信号Ｃの三角波形状の信号を印加する。同図（ｃ）の揺動幅では駆動信号Ｂの台形波を印加し、同図（ｄ）の定常駆動周波数ｆｄで駆動する信号形状は駆動信号Ａの矩形波形状とする。この様に、本発明は、起動モード時は矩形形状と異なる波形形状を駆動信号とし、定常駆動モード時は矩形波形状の駆動信号を用いる。
起動時から定常駆動周波数ｆｄに駆動周波数を可変していくが、この時、Ｘ方向への振動を小さくなる様、Ｙ方向の揺動振幅を増大させる必要がある。この対策として、駆動周波数を定常駆動周波数ｆｄに可変して行く過程で駆動信号波形を任意に変更して行く方法を提案する。
図８の位置でのＹ方向の揺動振幅では、Ｘ方向への振動に拠る不具合発生の割合が高くなるのでこの範囲では駆動信号Ｄを用い。図９に示す位置ではＹ方向の揺動振幅は大きくなり櫛歯が図８の範囲を通過するときは十分な速度が得られ、Ｘ方向への影響は少なくなる。この時点では駆動信号Ａを用いて駆動すると、駆動信号Ｄより効率の良い駆動が可能である。また、駆動信号Ａに関し２次高調波、３次高調波などの共振周波数の影響を軽減する為に駆動信号ＰＷを用いることも可能である。駆動信号波形を任意に可変とする機能については後述する。
【００２５】
図１２は本発明の光スキャナ駆動方法を実現する光スキャナ駆動装置を示すブロック図である。
同図において、符号３６は波形生成部、３９は波形整形部、４２は揺動周波数生成部、５０は波形選択部をそれぞれ示す。
光スキャナ駆動装置は、任意の波形形状を生成可能とする波形生成部３６と、任意波形を選択可能とする波形選択部５０と、上記波形から任意の周波数成分を除去する波形整形部３９と、前記波形を任意の周波数で生成可能とする揺動周波数生成部４２とから構成する。波形生成部３６ではＸ方向の振動を減少可能とする波形形状を生成可能とし、波形生成部３６では光スキャナ駆動開始時の駆動信号波形を選択的に適時、Ｘ方向の振動を減少可能とし、揺動周波数生成部４２では光スキャナ駆動開始時の駆動信号の周波数を揺動幅の小さい周波数から定常駆動周波数ｆｄへ段階的に可変可能とし、初期起動時の動作をスムーズに行うことができる。更に、波形整形部３９では定常駆動時に用いる矩形波形状の不要周波数成分を除去する事が出来る。
【００２６】
駆動信号波形を任意に可変とする機能は波形生成部３６が有している。波形生成部３６は、駆動信号ＡないしＤ、およびＰＷの波形形状を決定するためのデジタルデータ（例えば、ＡないしＤ、およびＰＷに対応させた１ないし５の数値でも良い）を格納しておくためのデータ格納手段を有している。必要に応じて呼び出されたデジタルデータの値によって、予め対応付けられている所定の波形形状を生成することができるように、プログラマブルの波形生成器も有している。
デジタルデータにする事により任意のデータ値を容易に変更修正可能とし、さらにそのデジタルデータの可変速度あるいは可変ステップ量をソフトウエアで容易にプログラム可能となる。
【００２７】
前記駆動波形の切替タイミングは駆動信号印加タイミングと駆動周波数値との相互関係から決定する方法を用いている。予め実験等から得られた適正切替タイミング値をデータ格納部に記憶し、処理プログラムの指令により適時切り替えていく。
駆動信号波形を任意に切り替える機能は波形選択部５０が有している。波形選択部５０は、波形切替値ミングを格納するデジタルデータ格納手段と、デジタルデータから任意の切替タイミングを生成するプログラマブル波形選択器から構成されている。
デジタルデータにする事により任意のデータ値を容易に変更修正可能とし、さらにそのデジタルデータの可変速度あるいは可変ステップ量をソフトウエアで容易にプログラム可能となる。
【００２８】
図４においては、駆動波形はＡ〜Ｄ、ＰＷ  をそれぞれ独立な波形として示しているが、波形の形状変更をより連続的に可能とする方法もとっている。即ち駆動波形Ｄから駆動波形Ａに切り替えるとき、駆動波形Ｄから駆動波形Ａに急激に変更するのではなく、駆動波形Ｄを連続的に変形しながら駆動波形Ａにする方法である。
この様にすることにより、駆動波形変更に伴うＹ方向の揺動軌跡変動の影響を少なくする事が出来る。
波形整形を任意に可変とする機能は波形整形部３９が有している。波形整形部３９は、波形整形を施すべき周波数、および整形幅を決定するためのデジタルデータを格納するデータ格納手段を有している。必要に応じて呼び出されたデジタルデータの値に応じて、予め対応付けられている周波数と整形幅によって、駆動信号として用いる波形形状を整形することができるように、プログラマブルの波形整形器も有している。
デジタルデータにする事により任意のデータ値を容易に変更修正可能とし、さらにそのデジタルデータの整形速度あるいは整形ステップ量をソフトウエアで容易にプログラム可能となる。
【００２９】
駆動周波数を任意に可変とする機能は揺動周波数生成部４２が有している。
揺動周波数生成部４２は、光走査に必要な揺動周波数が得られるように、デジタルデータを格納するデータ格納手段を有している。しかるべき条件によって、所望の揺動周波数が定まったら、その周波数に対応するデジタルデータを呼び出し、そのデジタルデータに対応する周波数を生成するように、プログラマブルの発振器も有している。格納しておくデジタルデータは、周波数の値そのものでも良いが、予め、離散的な複数の周波数を決めておいて、そのいずれかを選択する方法でも良い場合は、駆動信号選択の項で述べたような、選択肢の数だけの単純な数値にしてもかまわない。
デジタルデータにする事により任意のデータ値を容易に変更修正可能とし、さらにそのデジタルデータの可変速度あるいは可変ステップ量をソフトウエアで容易にプログラム可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の平行平板電極構成の光偏向器を示す図である。
【図２】本発明の櫛歯型電極構成の光偏向器を示す図である。
【図３】本発明の光偏向器の動作を説明するための図である。
【図４】可動板揺動軌跡と電圧印加タイミングを示す図である。
【図５】櫛歯形電極構造を有するマイクロミラーの櫛歯構成部の一部拡大図である。
【図６】駆動波形ＰＷを生成する方法を説明するための図である。
【図７】固定電極３と可動部材配設電極４間に駆動信号を印加する概念図である。
【図８】可動板端部の最大振れ幅が固定電極側の厚さの範囲内にある場合を示す図である。
【図９】可動板端部の最大振れ幅が固定電極側の厚さの範囲を超える場合を示す図である。
【図１０】本発明の可動板振れ角と駆動信号印加周波数の揺動特性を示す図である。
【図１１】駆動信号の種類と揺動幅の関係を説明する模式図である。
【図１２】本発明の光スキャナ駆動方法を実現する光スキャナ駆動装置を示すブロック図である。
【図１３】従来の揺動型ミラーを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      支持基板
２      弾性支持部
３      固定電極
４      可動電極
５      反射ミラー面
７      可動板
【図１】
2007240626.tif 000003
【図２】
2007240626.tif 000004
【図３】
2007240626.tif 000005
【図４】
2007240626.tif 000006
【図５】
2007240626.tif 000007
【図６】
2007240626.tif 000008
【図７】
2007240626.tif 000009
【図８】
2007240626.tif 000010
【図９】
2007240626.tif 000011
【図１０】
2007240626.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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