光偏轉器的驅動器及其設定方法
2023-09-19 17:41:00 5
專利名稱：光偏轉器的驅動器及其設定方法
技術領域：
本發明涉及用於驅動光偏轉器的驅動器和設定其驅動電壓的方法。
背景技術：
現有技術的二維光偏轉器包括反射鏡；可動框，該可動框包圍該反射鏡以通過一對扭力杆來支承該反射鏡；內部壓電致動器，該內部壓電致動器固定在該可動框與扭力杆之間並且用作懸臂，用於通過扭力杆使反射鏡關於反射鏡的X軸來搖擺；支承體，該支承體包圍該可動框；以及外部壓電致動器，該外部壓電致動器固定在該支承體與可動框之間並且用作懸臂，用於通過該可動框使反射鏡關於反射鏡的垂直於X軸的Y軸來搖擺(參見JP2009-223165A)。一般地，在光學掃描儀中，反射鏡關於X軸搖擺以便在諸如15kHz的高頻率下水平偏轉，同時反射鏡關於Y軸搖擺以便在諸如60Hz的高頻率下豎直偏轉。在所描述的現有技術的二維光偏轉器中，由於內部壓電致動器通過扭力杆來搖擺反射鏡，所以內部壓電致動器被同步正弦波驅動電壓所驅動。另一方面，由於外部壓電致動器不用扭力杆來搖擺反射鏡，所以外部壓電致動器被同步鋸齒形驅動電壓所驅動。更具體地，外部壓電致動器在每個致動器處折返或者蜿蜒前進(meander)，並且第一組外部壓電致動器的和與第一組外部壓電致動器交替的第二組外部壓電致動器的分別用兩個同步鋸齒形驅動電壓來驅動。然而，當第一組外部壓電致動器和第二組外部壓電致動器被這兩個同步鋸齒形驅動電壓驅動時，同步的鋸齒形驅動電壓除了包括它們的基頻還包括諧波頻率分量。因此，即使當同步鋸齒形驅動電壓的基頻小於依賴外部壓電致動器的結構的反射鏡關於Y軸的機械振動系統的固有頻率，上述的共振頻率分量之一也將會與固有頻率之一重合或者接近固有頻率之一。在此情況下，驅動電壓的共振頻率分量將與反射鏡關於Y軸的機械振動系統的這種固有頻率發生共振，從而高頻振動將疊加到反射鏡關於Y軸的搖擺上。為了避免反射鏡的高頻振動，一種途徑是使固有頻率遠大於同步鋸齒形驅動電壓的基頻。然而在此情況下，由於包括外部壓電致動器的反射鏡的機械振動系統硬化，所以很難以更大的偏轉角來搖擺反射鏡。另一個途徑是取代同步鋸齒形驅動電壓而使用同步正弦驅動電壓，其頻率遠大於反射鏡關於Y軸的機械振動系統的固有頻率。然而在此情況下，同步正弦驅動電壓的一個時段內的線性偏轉時段(其中偏轉角線性地改變)變得太小，即，有效掃描時段變得太小，因此在諸如投影儀的圖像顯示設備中使用這種光偏轉器是不實際的。
發明內容
本發明尋求解決上述問題中的一個或者更多個。根據本發明的光偏轉器包括反射鏡；可動框，所述可動框用於支承所述反射鏡；支承體，所述支承體包圍所述可動框；以及用作懸臂的第一組壓電致動器和用作懸臂的與第一組壓電致動器交替的第二組壓電致動器，這些壓電致動器在每個致動器處折返並且從所述支承體連接到所述可動框。每個壓電致動器都與所述反射鏡的一個軸平行。驅動器生成具有第一鋸齒波的第一驅動電壓並且將所述第一驅動電壓施加到第一組壓電致動器。該驅動器生成具有與第一鋸齒波相位相反的第二鋸齒波的第二驅動電壓並且將第二驅動電壓施加到第二組壓電致動器。第一鋸齒波和第二鋸齒波之間的相位差為預定值，以抑制取決於所述壓電致動器的、所述反射鏡關於其軸的機械振動系統的固有頻率。根據本發明，由於使用了同步鋸齒波，所以可線性地改變偏轉角達更長的時段，從而根據本發明的光偏轉器可應用於諸如投影儀的圖像顯示設備。另外，可抑制第一驅動電壓和第二驅動電壓的諧波頻率分量與反射鏡的機械振動系統的固有頻率分量的共振。另外，本發明提供了一種設定用於驅動光偏轉器的驅動數據的方法，其中，該光偏振器包括反射鏡；可動框，所述可動框用於支承所述反射鏡；支承體，所述支承體包圍所述可動框；以及用作懸臂的第一組壓電致動器和用作懸臂的與第一組壓電致動器交替的第二組壓電致動器，這些壓電致動器在每個致動器處折返並且從所述支承體連接到所述可動框，每個壓電致動器都與所述反射鏡的一個軸平行，為分別用於第一組壓電致動器和第二 組壓電致動器的第一驅動電壓和第二驅動電壓公共地設定了時段。接著，指定上升時段與下降時段的比。在此情況下，上升時段和下降時段之和等於用於選擇形成具有該上升時段和該下降時段的鋸齒波的第一驅動數據的時段。最終，反轉並且移位第一驅動數據以獲得用於第二組壓電致動器的第二驅動數據。第一驅動數據的移位量是與取決於所述壓電致動器的、所述反射鏡關於其軸的機械振動系統的固有頻率的半波長相對應的值。
結合附圖，與現有技術相比較，本發明的以上和其它優點和特徵將從下面的特定實施方式的描述變得明顯，其中圖I是例示了根據本發明的用於驅動光偏轉器的驅動器的實施方式的圖；圖2是圖I的光偏轉器的截面圖；圖3是說明圖I的外部壓電致動器的操作的圖；圖4A、圖4B和圖4C是用於例示當圖I的驅動器應用於現有技術時的驅動電壓VY1、Vy2和偏轉角A的時序圖；圖5是試驗獲得的圖I的反射鏡的機械振動系統的頻譜圖；圖6是圖I的驅動電壓Vyi和Vy2的頻率特性圖；圖7是說明作為圖I的控制電路的操作的設定外部壓電致動器的驅動數據的示例的流程圖； 圖8A、圖8B和圖8C是圖7的步驟702、706和707中的驅動電壓Vyi、驅動電壓VY2,和驅動電壓Vy2的時序圖；圖9是用於說明圖7的步驟704中的| A小|的時序圖；圖IOA和圖IOB是用於說明圖7的流程圖中的偏轉角A的時序圖；圖11是說明作為圖I的控制電路的操作的外部壓電致動器的驅動的流程圖。
具體實施方式
圖I中例示了根據本發明的用於驅動光偏轉器的驅動器的實施方式，在圖I中，設置光偏轉器10及其驅動器20。光偏轉器10包括圓形反射鏡I,該圓形反射鏡I用於反射入射光；可動框2,該可動框2包圍反射鏡I以便通過一對扭力杆3a和3b來支承反射鏡I ;內部壓電致動器4a_l、4a_2、4b_l和4b_2,內部壓電致動器固定在可動框2與扭力杆3a和3b之間並且用作懸臂以便通過扭力杆3a和3b使反射鏡I關於反射鏡I的X軸來搖擺；包圍可動框2的支承體5 ;外部壓電致動器6a-l、6a_2、6a_3和6a_4,外部壓電致動器6b-l、6b-2、6b_3和6b_4固定在支承體5與可動框2之間並且用作懸臂以便通過可動框2使反射鏡I關於反射鏡的垂直於X軸的Y軸來搖擺；以及位於可動框2上的壓電傳感器7a和7b。
扭力杆3a和3b沿著X軸排列，並且一端耦接到可動框2的內周，另一端連接到反射鏡I的外周。因此，扭力杆3a和3b被內部壓電致動器4a-l、4a-2、4b-l和4b-2扭曲以使反射鏡I關於X軸來搖擺。內部壓電致動器4a_l和4b_l沿著Y軸彼此相對並且夾著扭力杆3a。內部壓電致動器4a_l和4b_l —端耦接到可動框2的內周而另一端耦接到扭力杆2a。在此情況下，內部壓電致動器4a_l的偏折方向與內部壓電致動器4b_l的偏折方向相反。類似地，內部壓電致動器4a_2和4b_2沿著Y軸彼此相對並且夾著扭力杆3b。內部壓電致動器4a-2和4b-2 —端耦接到可動框2的內周而另一端耦接到扭力杆2b。在此情況下，內部壓電致動器4a-2的偏折方向與內部壓電致動器4b-2的偏折方向相反。支承體5是圍繞可動框2的矩形框架。外部壓電致動器 6a_l、6a-2、6a_3、6a_4、6b_l、6b_2、6b_3、6b_4 耦接在支承體 5 的內周與可動框2的外周之間，以使與反射鏡I相關聯的可動框2關於支承體5來搖擺，即，使反射鏡I關於Y軸來搖擺。外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a_3和6a_4從可動框2串聯耦接到支承體5。另外，每個外部壓電致動器6a-l、6a_2、6a_3和6a_4都與反射鏡I的X軸平行。因此，外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a_3和6a_4在每個致動器處折返或者從支承體5到可動框2蜿蜓前進，從而可沿著與反射鏡I的Y軸垂直的方向改變外部壓電致動器6a-l、6a_2、6a_3和6a_4的幅度。類似地，外部壓電致動器6b-l、6b-2、6b_3和6b_4從支承體5串聯耦接到可動框
2。另外，每個外部壓電致動器6b-l、6b-2、6b-3和6b-4都與反射鏡I的X軸平行。因此，外部壓電致動器6b-l、6b_2、6b_3和6b_4在每個致動器處折返或者從支承體5到可動框2蜿蜓前進，從而可沿著與反射鏡I的Y軸垂直的方向改變外部壓電致動器6b-l、6b_2、6b_3和6b-4的幅度。壓電傳感器7a和7b感測反射鏡I關於Y軸的偏轉角A。光偏轉器10上設置有連接到驅動器20的焊盤Pal、Pa2、Pa3> Pa4> Pa5和Pa6，Pbl、Pb2>Pb3、Pb4、Pb5 和 Pb6°焊盤Pal連接到每個內部壓電致動器4a_l和4a_2的上電極層207 (參見圖2)，焊盤Pa2連接到每個內部壓電致動器4a-l和4a-2的下電極層205 (參見圖2)。另外，焊盤Pa3連接到每個外部壓電致動器6a-l和6a-3的上電極層207 (參見圖2)，焊盤Pa4連接到每個內部壓電致動器6a-2和6a-4的上電極層207 (參見圖2)。此外，焊盤Pa5連接到每個外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a-3和6a-4的下電極層205(參見圖2)。另外，焊盤Pa6連接到壓電傳感器7a的上電極層207 (參見圖2)。另一方面，焊盤Pbl連接到每個內部壓電致動器4b_l和4b_2的上電極層207(參見圖2)，焊盤Pb2連接到每個內部壓電致動器4b-l和4b-2的下電極層205 (參見圖2)。另外，焊盤Pb3連接到每個外部壓電致動器6b-l和6b-3的上電極層207 (參見圖2)，焊盤Pb4連接到每個外部壓電致動器6b-2和6b-4的上電極層207 (參見圖2)。此外，焊盤Pb5連接到每個外部壓電致動器6b-l、6b_2、6a_3和6a_4的下電極層205 (參見圖2)。另外,焊盤Pb6連接到壓電傳感器7b的上電極層207。驅動器20由諸如微計算機的控制電路21構成，包括中央處理單元(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、輸入/輸出(I/O)接口等。驅動器20還包括用於存儲用於驅動內部壓電致動器4a_l和4a_2的上電極層的驅動數據Xa的非易失性存儲器221、用於將驅動數據Xa轉換為驅動電壓Vxa的數模轉換器 (DAC) 231，以及用於將驅動電壓Vxa施加到焊盤Pal的驅動電路241。驅動器20還包括用於存儲用於驅動內部壓電致動器4b_l和4b_2的上電極層的驅動數據Xb的非易失性存儲器222、用於將驅動數據Xb轉換為驅動電壓Vxb的數模轉換器(DAC) 232，以及用於將驅動電壓Vxb施加到焊盤Pbl的驅動電路242。驅動器20還包括用於存儲用於驅動內部壓電致動器4a-l、4a-2、4b_l和4b_2的下電極層的基準數據Xr的非易失性存儲器223、用於將基準數據Xr轉換為基準電壓Vx,的數模轉換器(DAC) 233，以及用於將基準電壓Vx,施加到焊盤Pa2和Pb2的驅動電路243。驅動器20還包括用於存儲用於驅動外部壓電致動器6a-l、6a_3、6b_l和6b_3的上電極層的驅動數據Yl的非易失性存儲器224、用於將驅動數據Yl轉換為驅動電壓Vyi的數模轉換器(DAC) 234，以及用於將驅動電壓Vyi施加到焊盤Pa3和Pb3的驅動電路244。驅動器20還包括用於存儲用於驅動外部壓電致動器6a-2、6a_4、6b_2和6b_4的上電極層的驅動數據Y2的非易失性存儲器225、用於將驅動數據Y2轉換為驅動電壓Vy2的數模轉換器(DAC) 235，以及用於將驅動電壓Vy2施加到焊盤Pa4和Pb4的驅動電路245。驅動器20還包括用於存儲用於驅動外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a-3、6a_4、6b-l、6b-2、6b-3和6b-4的下電極層的基準數據Yr的非易失性存儲器226、用於將基準數據Yr轉換為基準電壓Vft的數模轉換器(DAC) 236，以及用於將基準電壓Vft施加到焊盤Pa5和Pb5的驅動電路246。驅動器20還包括用於放大來自焊盤Pa6和Pb6的反射鏡I的模擬偏轉角A的放大器251，以及用於將模擬偏轉角A轉換為數字偏轉角數據的模數轉換器(ADC) 252。請注意，外部壓電致動器6a_l、6a-2、6a_3和6a_4的數量和外部壓電致動器6b_l、6b-2、6b-3和6b-4的數量可以是其它值，如2，6，8，等。下面參照圖2來說明光偏轉器10的各個元件的結構。在圖2中，通過絕緣體上矽(SOI)基板形成了單晶矽支承層201、中間氧化矽層202和非晶娃有源層203。另外，附圖標記204表不_■氧化娃層，205表不由Pt、Au等製成的下電極層，206表示鋯鈦酸鉛(PZT)層，207表示由Pt、Au等製成的上電極層，208表示由Al、Ag等製成的金屬層，209表示由二氧化矽等製成的硬掩模層。反射鏡I由用作振動板的單晶矽支承層201、用作反射器的金屬層208以及硬掩模層209製成。可動框2以及扭力杆3a和3b由單晶矽有源層203和二氧化矽層204構成。內部壓電致動器4a-l、4a-2、4b_l和4b_2和外部壓電致動器6a_l到6a_4和6b_l到6b-4和壓電傳感器7a和7b由單晶矽有源層203、二氧化矽層204、下電極層205、PZT層206和上電極層207構成。支承體5由單晶矽層201、中間矽層202、單晶矽有源層203、二氧化矽層204和硬掩模層209構成。焊盤Pal、Pa2、Pa3、Pa4、Pa5 和 Pa6、Pbl、Pb2、Pb3、Pb4、Pb5 和 Pb6 由下電極層 205 構成。首先，下面將說明通過使反射鏡I關於X軸來搖擺的光偏轉或者水平掃描操作。也就是說，預先存儲在非易失性存儲器221中的基於驅動數據Xa的驅動電壓Vxa 以及預先存儲在非易失性存儲器222中的基於驅動數據Xb的驅動電壓Vxb是諸如15kHz的預定頻率的正弦形的，並且與存儲在非易失性存儲器223中的基於基準數據Xr的基準電壓的相位對稱或相反。結果，內部壓電致動器4a-l和4a-2以及內部壓電致動器4b_l和4b_2在彼此相反的方向上進行偏折操作，從而扭力杆3a和3b發生扭曲以使反射鏡I關於X軸來搖擺。在通過使相反射鏡I對於X軸搖擺的光偏轉或者水平掃描操作中，驅動電壓Vxa的上升和下降定時分別與驅動電壓Vxb的上升和下降定時重合，因此，驅動電壓Vxa和Vxb可以是彼此同步的。接著，下面來說明通過使反射鏡I關於Y軸搖擺的光偏轉或者豎直掃描操作。外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a-3、6a-4、6b-l、6b-2、6b_3和6b_4被劃分為奇數組外部壓電致動器6a_l和6a-3，6b_l和6b_3以及與奇數組外部壓電致動器6a_l和6a_3，6b-l和6b-3交替的偶數組外部壓電致動器6a-2和6a_4、6b_2和6b_4。如圖3所示,僅僅例示了外部壓電致動器6b-l、6b-2、6b_3和6b_4,當奇數組外部壓電致動器6a_l和6a_3 ;6b_l和6b_3在一個方向上偏折時,例如,在向下方向上偏折時，偶數組外部壓電致動器6a_2和6a_4 ;6b_2和6b_4在另一個方向上偏折，即在向上方向上偏折。另一方面，當奇數組外部壓電致動器6a_l和6a_3 ;6b_l和6b_3在向上方向上偏折時，偶數組外部壓電致動器6a_2和6a_4 ;6b_2和6b_4在向下方向上偏折。因而，反射鏡I發生了搖擺。例如，假定驅動電壓Vyi是圖4A例示的鋸齒形，並且驅動電壓Vy2是圖4B例示的鋸齒形。也就是說，驅動電壓Vyi和Vy2是同步的。在此情況下，如果外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a-3 和 6a_4、6b-l、6b-2、6b_3 和 6h~4 是 30 y m 厚、35mm 長、0. 2mm 寬，則通過實驗獲得了如圖5例示的頻率特性。另一方面，圖6例示了頻率為60Hz的驅動電壓Vyi和Vy2的頻率特性。因此，如果驅動電壓Vyi和Vy2的諸如一階諧波頻率的分量( = 180Hz)的諧波頻率分量接近取決於外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a-3和6a-4、6b-l、6b-2、6b_3和6b_4的、反射鏡I關於Y軸的機械振動系統的固有頻率f。= f02 = 205Hz，則一階頻率分量將與固有頻率f。= f02共振，從而固有頻率f。將出現在反射鏡I的偏轉角A中，如圖4C所示。根據本發明，使用了異步鋸齒形驅動電壓Vyi和Vy2而不是圖4A和圖4B的同步鋸齒形驅動電壓Vyi和VY2，從而可補償驅動電壓Vyi和Vy2與固有頻率的共振所造成的高次諧波分量。另外，調節驅動電壓Vyi和Vy2的幅度，從而可完全補償上述高次諧波分量。圖7是說明作為圖I的控制電路21的操作的設定外部壓電致動器的驅動數據Vyi和Vy2的示例的流程圖。首先，參照步驟701，根據顧客的請求等預先設定驅動電壓￥￥1和Vy2的周期T。例如，如果以60Hz的頻率進行豎直偏轉，則T — 1/60，其中T是周期。接著，參照步驟702，控制電路21的CPU計算取決於外部壓電致動器6a-l、6a_2、6a-3和6a-4、6b-l、6b-2、6b-3和6b_4的、反射鏡I關於Y軸的機械振動系統的結構的固 有頻率f。。在此情況下，由於外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a-3和6a-4、6b-l、6b-2、6b_3和6b-4可被認為是串聯連接的懸臂的分布式恆定系統，從而由於瑞利定律，彈性能量的最大值可能等於動能的最大值，由於共振現象所造成的反射鏡I的高頻分量f。近似為fc = (1/2 K ) /" (35 X EX t2/33 X p X (LXn)4)其中，E是壓電致動器 6a-l、6a-2、6a-3 和 6a-4、6b-l、6b-2、6b_3 和 6b_4 的縱向彈性模量；t 是壓電致動器 6a-l、6a-2、6a_3 和 6a-4、6b-l、6b-2、6b_3 和 6b_4 的厚度；p 是壓電致動器 6a-l、6a-2、6a-3 和 6a-4、6b-l、6b-2、6b-3 和 6b-4 的密度；L 是壓電致動器 6a-l、6a-2、6a-3 和 6a-4、6b-l、6b-2、6b-3 和 6b-4 的長度；n 是壓電致動器 6a-l、6a-2、6a-3 和 6a-4、6b-l、6b-2、6b-3 和 6b-4 的數量。即使在此情況下，例如當外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a_3和6a-4、6b-l、6b_2、6b-3和6b-4是30 ii m厚、35mm長、0. 2mm寬並且彈簧常數是5. 0xl(T3N/cm2時，實驗地獲得如圖5例示的反射鏡的頻率特性，其中，f01 = 102Hz和f。= 205Hz是固有頻率。接著，參照步驟703，通過指定Tla與Tlb的比來選擇用於鋸齒形驅動電壓Vyi的鋸齒形驅動數據Y1。在此情況下，Tla+Tlb = TTla > Tlb例如，Tla Tlb = 9 I結果，選擇了如圖8所例示的用於鋸齒形驅動電壓Vyi的鋸齒形驅動數據Yl。接著，參照步驟704，確定如圖9例示的相位差I Acp I是否在預定值A9b附近。在圖9中，將在步驟707獲得驅動電壓Vy2 (參見圖SC)。通過下式獲得相位差Acp:I A (J) I = I 360 Tlb/ (Tla+Tlb) - y | (deg)例如，如果Tla Tlb = 9 I並且共振頻率f。= 205Hz，則I A (J) I = 360/10-y (deg)小y = 60 X (I/ (2 fc)) X 360 (deg)= 52. 7 (deg)A (J)b = 17 (deg)也就是說，如果|A(p卜0，則驅動電壓Vyi的上升時段的開始定時與驅動電壓Vy2的上升時段的開始定時重合，因此產生了很大的振鈴(ringing)現象。另一方面，如果I A9 |太大，則線性掃描時段變短。因此，|A(p|應在預定值A9b附近。結果，如果|A(p|在值A9b附近，則控制進行到步驟706。否則，控制進行到步驟705，其中調節比Tla Tlb和/或重新設計外部壓電致動器 6a-l、6a-2、6a-3、6a-4、6b-l、6b-2、6b-3、6b-4，以返回步驟 702 和 703，其中改變固有頻率f。和/或鋸齒形驅動數據Yl。接著，參照步驟706，關於基準數據Yr將驅動數據Yl反轉為驅動數據Y2'。也就是說，關於基準電壓Vft將如圖8A例示的驅動電壓Vyi反轉為Tla Tlb鋸齒形驅動電壓Vy2,,如圖8B所例示。接著，參照步驟707，將驅動數據Y2'移位共振頻率的半個相位9 y，以獲得如圖9C例示的用於驅動電壓Vy2的驅動數據Y2。接著，參照步驟708，因為以下討論的原因，調節驅動電壓Vyi和VY2，即驅動數據Yl和Y2的幅度。接著，參照步驟709，將用於驅動電壓Vyi的驅動數據Yl和用於驅動電壓Vy2的驅動數據Y2分別存儲在非易失性存儲器224和225中。接著，圖7的例程在步驟710完成。通過步驟703、706和707，獲得了具有相位差9y的用於異步驅動電壓Vyi和Vy2的兩個異步驅動數據Yl和Y2。在此情況下，如果壓電致動器6a-l、6a-3 ;6b_l、6b_3僅被圖8A例示的驅動電壓Vyi驅動，則將獲得圖IOA中用實線表示的反射鏡I的偏轉角Al。類似地，如果壓電致動器6a-2、6a-4 ;6b_2、6b_4僅被圖8C例示的驅動電壓Vy2驅動，則將獲得圖IOA中用虛線表示的反射鏡I的偏轉角A2。在此情況下，由於偏轉角Al和A2具有相位9 y彼此相反的高頻分量f。，所以當壓電致動器6a-l、6a-3 ;6b_l、6b_3被圖8A例示的驅動電壓Vyi驅動同時壓電致動器6a-2、6a-4 ;6b_2、6b_4被圖8C例示的驅動電壓Vy2驅動時，偏轉角Al中包括的高頻分量f。和偏轉角A2中包括的高頻分量f。將彼此補償。然而，一般地，由於連接的長度和外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a-3、6a-4 ;6b-l、6b-2、6b_3和6b_4的負載等因素，偏轉角Al中包括的高頻分量f。的幅度和偏轉角A2中包括的高頻分量f。的幅度是不同的。因此，為了更完全地補償圖IOA的偏轉角Al和A2兩者中所包括的高頻分量f。，在步驟708，按照以下方式來調節驅動電壓Vyi的幅度和/或驅動電壓Vy2的幅度，即驅動數據Yl和/或Y2 :使得僅施加驅動電壓Vyi而不施加驅動電壓Vy2時的偏轉角Al的幅度等於僅施加驅動電壓Vy2而不施加驅動電壓Vyi時的偏轉角A2的幅度調節。圖11是用於說明作為圖I的控制電路21的操作根據通過圖7的例程存儲在非易失性存儲器224、225和226中的驅動數據Yl、Y2和Yr來驅動外部壓電致動器的流程圖。參照步驟1101，從非易失性存儲器224和225順序地讀出驅動數據Yl和Y2，從而將如圖8A例示的驅動電壓Vyi施加到奇數組外部壓電致動器6a-l、6a-3、6b_l和6b_3，將圖8C例示的驅動電壓Vy2施加到偶數組外部壓電致動器6a-2、6a-4、6b-2和6b_4。同時，從焊盤Pa6和Pb6讀取如圖IOB例示的反射鏡I的偏轉角A。如圖IOB所例示的，偏轉角A不包括共振頻率分量f。。
接著，通過步驟1102重複圖11的步驟1101直至輸入或者生成了停止消息為止。在步驟1101，請注意如圖8A例示的驅動電壓Vyi可施加到偶數組外部壓電致動器6a-2、6a-4、6b-2和6b-4，並且如圖8C例示的驅動電壓Vy2可施加到奇數組外部壓電致動器6a-l、6a-3、6b-l和 6b_3。
根據上述實施方式，由於驅動電壓Vyi的上升時段(或者下降時段)和驅動電壓Vy2的下降時段(或者上升時段)大於驅動電壓Vyi的下降時段(或者上升時段)和驅動電壓Vy2的上升時段(或者下降時段)，所以偏轉角可線性改變更長時段，從而根據本發明的光偏轉器可應用於諸如投影儀的圖像顯示設備。另外，根據上述實施方式，可抑制驅動電壓VyJP Vy2的共振頻率分量與反射鏡I的機械振動系統的固有頻率分量的共振。此外，圖I和圖11的例程作為程序存儲在控制電路21的ROM等中。此外，當圖I的二維光偏轉器具有與外部壓電致動器相同的沒有扭力杆的內部壓電致動器時，本發明還可應用於這種光偏轉器。此外，本發明可應用於一維光偏轉器，一維光偏轉器由反射鏡、可動框、支承體和 壓電致動器構成，可動框用於支承該反射鏡，支承體圍繞所述可動框，壓電致動器固定在支承體與可動框之間並且用作通過可動框使反射鏡關於反射鏡的軸來搖擺。在此情況下，可動框可以是可動框。對於本領域技術人員而言，很明顯，可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下對本發明做出各種修改和變化。因此，本發明旨在涵蓋本發明的落入所附權利要求及其等同物範圍內的這些修改和變化。以上和在本說明書的背景技術部分描述的全部相關或者現有技術引用在此通過引用整體併入。本申請要求2011年3月4日提交的日本專利申請No. JP2011-048188的優先權，該公開在此通過引用整體併入。
權利要求
1.一種用於驅動光偏轉器的驅動器，所述光偏轉器包括 反射鏡； 可動框，其用於支承所述反射鏡； 支承體，其包圍所述可動框；以及 用作懸臂的第一組壓電致動器和用作懸臂的與第一組壓電致動器交替的第二組壓電致動器， 所述壓電致動器在每個致動器處折返並且從所述支承體連接到所述可動框，每個所述壓電致動器都與所述反射鏡的一個軸平行， 所述驅動器生成具有第一鋸齒波的第一驅動電壓並將所述第一驅動電壓施加到所述第一組壓電致動器， 所述驅動器生成具有與所述第一鋸齒波相位相反的第二鋸齒波的第二驅動電壓並將所述第二驅動電壓施加到所述第二組壓電致動器， 所述第一鋸齒波與所述第二鋸齒波之間的相位差為預定值，以抑制取決於所述壓電致動器的、所述反射鏡關於它的所述軸的機械振動系統的固有頻率。
2.根據權利要求I所述的驅動器，其中，僅將所述第一驅動電壓施加到所述第一組壓電致動器而不施加所述第二驅動電壓時所述反射鏡的偏轉角的幅度等於僅將所述第二驅動電壓施加到所述第二組壓電致動器而不施加所述第一驅動電壓時所述反射鏡的偏轉角的幅度。
3.根據權利要求I所述的驅動器，其中，每個所述第一鋸齒波都具有第一上升時段和大於所述第一上升時段的第二下降時段，並且每個所述第二鋸齒波都具有與所述第一下降時段相對應的第二上升時段和與所述第一上升時段相對應的第二下降時段， 所述第二驅動電壓的所述第二上升時段的開始點晚於所述第一驅動電壓的所述第一上升時段的開始點， 所述第一驅動電壓的所述下降時段的開始點與所述第二驅動電壓的所述上升時段的開始點之間的時間差為所述機械振動系統的所述固有頻率的半周期。
4.根據權利要求3所述的驅動器，其中，所述第一鋸齒波和所述第二鋸齒波的頻率為60Hz，並且所述第一驅動電壓的所述第一上升時段與所述第一下降時段的比是9 1，並且所述第二驅動電壓的所述第二上升時段與所述第二下降時段的比是I : 9。
5.根據權利要求3所述的驅動器，其中，所述第一驅動電壓的所述第一上升時段的開始點與所述第二驅動電壓的所述第二上升時段的開始點之間的相位差的絕對值在零以外的預定值附近。
6.—種設定用於驅動光偏轉器的驅動數據的方法,所述光偏轉器包括 反射鏡； 可動框，其用於支承所述反射鏡； 支承體，其包圍所述可動框；以及 用作懸臂的第一組壓電致動器和用作懸臂的與所述第一組壓電致動器交替的第二組壓電致動器， 所述壓電致動器在每個致動器處折返並且從所述支承體連接到所述可動框，每個所述壓電致動器都與所述反射鏡的一個軸平行，所述方法包括以下步驟 設定對於分別用於所述第一組壓電致動器和所述第二組壓電致動器的第一驅動電壓和第二驅動電壓公用的周期； 指定上升時段與下降時段的比，以選擇形成具有所述上升時段和所述下降時段的鋸齒波的用於所述第一組壓電致動器的第一驅動數據，其中，所述上升時段和所述下降時段之和等於所設定的周期；以及 反轉並移位所述第一驅動數據以獲得用於所述第二組壓電致動器的第二驅動數據， 所述第一驅動數據的移位量是與取決於所述壓電致動器的、所述反射鏡關於它的所述軸的機械振動系統的固有頻率的半波長相對應的值。
7.根據權利要求6所述的方法，該方法還包括以下步驟使僅將所述第一驅動數據的第一驅動電壓施加到所述第一組壓電致動器而不施加所述第二驅動電壓時所述反射鏡的偏轉角的幅度等於僅將所述第二驅動數據的第二驅動電壓施加到所述第二組壓電致動器而不施加所述第一驅動電壓時所述反射鏡的偏轉角的幅度。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，第一驅動電壓的所述上升時段和所述第二驅動電壓的所述下降時段大於所述第一驅動電壓的所述下降時段和所述第二驅動電壓的所述上升時段， 所述第二驅動電壓的所述上升時段的開始點晚於所述第二驅動電壓的所述上升時段的開始點， 所述第一驅動電壓的所述下降時段的開始點與所述第二驅動電壓的所述上升時段的開始點之間的時間差為取決於所述壓電致動器的、所述反射鏡關於它的所述軸的機械振動系統的所述固有頻率的半周期。
9.根據權利要求6所述的方法，其中，每個所述第一鋸齒波都具有第一上升時段和大於所述第一上升時段的第一下降時段，並且每個所述第二鋸齒波都具有與所述第一下降時段相對應的第二上升時段和與所述第一上升時段相對應的第二下降時段， 所述第二驅動電壓的所述第二上升時段的開始點晚於所述第一驅動電壓的所述第一上升時段的開始點， 所述第一驅動電壓的所述下降時段的開始點與所述第二驅動電壓的所述上升時段的開始點之間的時間差為所述機械振動系統的所述固有頻率的半周期。
10.根據權利要求9所述的方法，該方法還包括以下步驟確定所述第一驅動電壓的所述上升時段的開始點與所述第二驅動電壓的所述上升時段的開始點之間的相位差的絕對值是否在零以外的預定值附近， 當所述絕對值不在所述預定值附近時重複所述周期的設定和所述比的指定。
全文摘要
本發明提供了光偏轉器的驅動器及其設定方法。光偏轉器包括反射鏡；可動框，其用於支承反射鏡；支承體，其包圍可動框；以及用作懸臂的第一組壓電致動器和用作懸臂的與第一組壓電致動器交替的第二組壓電致動器。在該光偏轉器中，壓電致動器在每個致動器處折返並且從支承體連接到可動框。每個壓電致動器都與反射鏡的一個軸平行。驅動器生成具有第一鋸齒波的第一驅動電壓並將第一驅動電壓施加到第一組壓電致動器。驅動器生成具有與第一鋸齒波相位相反的第二鋸齒波的第二驅動電壓並將第二驅動電壓施加到第二組壓電致動器。第一鋸齒波和第二鋸齒波之間的相位差為預定值，以抑制取決於壓電致動器的、反射鏡關於其軸的機械振動系統的固有頻率。
文檔編號G02B26/10GK102654642SQ20121005394
公開日2012年9月5日 申請日期2012年3月2日 優先權日2011年3月4日
發明者四十物孝憲 申請人:斯坦雷電氣株式會社