本發(fā)明涉及控制裝置、光偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、圖像投影裝置以及控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，利用對(duì)壓電部施加電壓使得壓電部產(chǎn)生變形，來(lái)使得反射面變?yōu)閿[動(dòng)的光偏轉(zhuǎn)器等擺動(dòng)裝置被用來(lái)作為偏轉(zhuǎn)光束進(jìn)行光掃描的裝置。對(duì)此，專利文獻(xiàn)1(jp特開(kāi)2015-55829號(hào)公報(bào))公開(kāi)了一種用于驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置，用來(lái)控制施加到上述壓電部的具有規(guī)定波形的驅(qū)動(dòng)電壓。

上述控制裝置通常假設(shè)壓電常數(shù)是與驅(qū)動(dòng)電壓無(wú)關(guān)的定值，以此假設(shè)為前提決定驅(qū)動(dòng)電壓。

但是實(shí)際上，壓電常數(shù)的值取決于驅(qū)動(dòng)電壓的大小，尤其是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓處于最小值附近時(shí)壓電常數(shù)變化大，為此，壓電部的變形與驅(qū)動(dòng)電壓大小不成比例，無(wú)法穩(wěn)定改善反射面擺動(dòng)速度的均一性能。

本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題，旨在改善反射面擺動(dòng)速度的均一性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的控制裝置通過(guò)對(duì)壓電部施加驅(qū)動(dòng)電壓，使該壓電部發(fā)生變形來(lái)控制反射面的擺動(dòng)，其特征在于，具備：施加部，用于對(duì)所述壓電部施加所述驅(qū)動(dòng)電壓；以及，控制部，用于控制所述驅(qū)動(dòng)電壓，所述控制部控制的所述驅(qū)動(dòng)電壓的最小值與0相差一規(guī)定差值。

本發(fā)明的效果在于能夠改善反射面擺動(dòng)速度的均一性。

附圖說(shuō)明

圖1是一例光掃描裝置的示意圖。

圖2是光掃描系統(tǒng)的一例硬件構(gòu)成模塊圖。

圖3是光掃描系統(tǒng)的控制裝置的一例功能模塊圖。

圖4是光掃描系統(tǒng)涉及的處理的一例流程圖。

圖5是搭載頭盔型顯示器裝置的一例汽車的示意圖。

圖6是頭盔型顯示裝置的一例示意圖。

圖7是一例搭載光寫入裝置的圖像形成裝置的示意圖。

圖8是一例光寫入裝置的示意圖。

圖9是搭載激光雷達(dá)裝置的汽車的示意圖。

圖10是一例激光雷達(dá)裝置的示意圖。

圖11是被打包的擺動(dòng)裝置的一例示意圖。

圖12是從+z方向觀察時(shí)的一例擺動(dòng)裝置的俯視圖。

圖13是圖12的p-p’截面圖。

圖14是圖12的q-q’截面圖。

圖15的(a)至(c)是經(jīng)過(guò)變形的擺動(dòng)裝置的第二驅(qū)動(dòng)部的示意圖。

圖16的(a)是一例施加于擺動(dòng)裝置的壓電驅(qū)動(dòng)部群a上的驅(qū)動(dòng)電壓a的波形圖，(b)是一例施加于擺動(dòng)裝置的壓電驅(qū)動(dòng)部群a上的驅(qū)動(dòng)電壓a的波形圖，(c)是將驅(qū)動(dòng)電壓a和驅(qū)動(dòng)電壓b的波形重合后的重合波形圖。

圖17是在反射面圍繞第二軸的擺動(dòng)速度保持一定的情況下，反射面圍繞第二軸的轉(zhuǎn)角的時(shí)間變化的示意圖。

圖18是在反射面圍繞第二軸的擺動(dòng)速度不保持一定的情況下，反射面圍繞第二軸的轉(zhuǎn)角的時(shí)間變化的示意圖。

圖19的(a)是圍繞第二軸的擺動(dòng)速度保持一定時(shí)的投影圖像示意圖，(b)是圍繞第二軸的擺動(dòng)速度不保持一定時(shí)的投影圖像示意圖。

圖20是表示壓電部的壓電系數(shù)的電壓依賴性的圖。

圖21是一例最小值為最小電壓值δe的驅(qū)動(dòng)電壓a和b的波形圖。

圖22是關(guān)于均一性指標(biāo)的示意圖。

圖23是對(duì)均一性指標(biāo)隨著最小電壓值δe的變化而改變的示意圖。

圖24是驅(qū)動(dòng)電壓a和驅(qū)動(dòng)電壓b中最小值的最小電壓值δe不相同時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓的波形圖。

圖25是從+z方向觀察時(shí)擺動(dòng)裝置的第一變形例的俯視圖。

圖26是從+z方向觀察時(shí)擺動(dòng)裝置的第二變形例的俯視圖。

圖27是一例壓電部的壓電常數(shù)曲線圖。

圖28是在加溫條件下壓電常數(shù)隨時(shí)間發(fā)生變化的曲線圖。

圖29是一例驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)定處理流程圖。

具體實(shí)施方式

以下詳述本發(fā)明的實(shí)施方式。

〈光掃描系統(tǒng)〉

首先，參考圖1至圖4，詳述采用本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的控制裝置的光掃描系統(tǒng)。

圖1是一例光掃描裝置的示意圖。

如圖1所示，光掃描系統(tǒng)10在控制裝置11的控制下，由具有擺動(dòng)裝置13的反射面14偏轉(zhuǎn)光源裝置12發(fā)射的光，使得該光對(duì)被掃描面15進(jìn)行光掃描。

光掃描系統(tǒng)10包括控制裝置11、光源裝置12、具有反射面14的擺動(dòng)裝置13。

控制裝置11是例如具備cpu(centralprocessingunit)和fpga(field-programmablegatearray)等的電子電路單元。擺動(dòng)裝置13是例如具有反射面14、使得反射面14擺動(dòng)的mems(microelectromechanicsystems)的器件。光源裝置12是例如照射激光的激光裝置。被掃描面15是例如屏幕。

控制裝置11根據(jù)取得的光掃描信息，生成光源裝置12和擺動(dòng)裝置13的控制指令，根據(jù)控制指令，輸出光源裝置12和擺動(dòng)裝置13的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

光源裝置12根據(jù)輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行照射。擺動(dòng)裝置13根據(jù)輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得反射面能夠圍繞一軸或圍繞兩軸或圍繞一軸和兩軸的雙方擺動(dòng)。這樣，在例如基于作為一例光掃描信息的圖像信息的控制裝置11的控制下，擺動(dòng)裝置13的反射面14能夠在規(guī)定范圍以內(nèi)圍繞兩軸來(lái)回?cái)[動(dòng)，使得入射反射面14的來(lái)自光源裝置12的照射光圍繞兩軸偏轉(zhuǎn)，進(jìn)行光掃描，從而將任意圖像投影到被掃描面15上。

關(guān)于可擺動(dòng)裝置的具體構(gòu)成以及本實(shí)施方式的控制裝置的控制將在以下詳述。

以下參考圖2描述光掃描系統(tǒng)10的一例硬件構(gòu)成。

圖2是光掃描系統(tǒng)10的一例硬件構(gòu)成模塊圖。

如圖2所示，光掃描系統(tǒng)10具備控制裝置11、光源裝置12以及擺動(dòng)裝置13，各裝置互相電連接。

〈控制裝置〉

其中，控制裝置11具備cpu20、ram21(randomaccessmemory)、rom22(readonlymemory)、fpga23、外設(shè)i/f24、光源裝置驅(qū)動(dòng)器25、以及擺動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)器26。

cpu20是運(yùn)算裝置，從rom22等存儲(chǔ)裝置中讀取程序或數(shù)據(jù)，執(zhí)行處理，實(shí)現(xiàn)控制裝置11的整體控制。

ram21是暫時(shí)性保持程序或數(shù)據(jù)的易失性存儲(chǔ)裝置。

rom22是在電源被切斷的情況下也能夠保持程序的非易失性存儲(chǔ)裝置。其中保存用于cpu20控制光掃描系統(tǒng)10各項(xiàng)功能而執(zhí)行的處理用程序或數(shù)據(jù)。

fpga23是按照cpu20的處理，輸出適用于光源裝置驅(qū)動(dòng)器25和擺動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)器26的控制信號(hào)的電路。

外設(shè)i/f24例如為外設(shè)或網(wǎng)絡(luò)等的接口。外設(shè)裝置包含例如個(gè)人計(jì)算機(jī)等上游裝置、usb存儲(chǔ)器、sd卡、cd、dvd、hdd、ssd等存儲(chǔ)裝置。網(wǎng)絡(luò)例如為用于汽車的can(controllerareanetwork)或lan(localareanetwork)、互聯(lián)網(wǎng)等。外設(shè)i/f24只要夠成為能夠與外設(shè)連接或通信便可，也可為每個(gè)外設(shè)設(shè)置的外設(shè)i/f24。

光源裝置驅(qū)動(dòng)器25是按照輸入控制信號(hào)，向光源裝置12輸出驅(qū)動(dòng)電壓等驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路。

擺動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)器26是按照輸入控制信號(hào)，向擺動(dòng)裝置13輸出驅(qū)動(dòng)電壓等驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路。

控制裝置11的cpu20通過(guò)外設(shè)i/f，取得來(lái)自外設(shè)或網(wǎng)絡(luò)的光掃描信息。既可以將cpu20構(gòu)成為能夠取得光掃描信息，也可以用控制裝置11內(nèi)的rom22和fpga23保存光掃描信息，進(jìn)而還可以在控制裝置11內(nèi)新設(shè)置ssd等存儲(chǔ)裝置，用該存儲(chǔ)裝置來(lái)保存光掃描信息。

光掃描信息是指表示如何光掃描被掃描面15的信息，例如通過(guò)光掃描顯示圖像時(shí)，光掃描信息為圖像數(shù)據(jù)。再如通過(guò)光掃描進(jìn)行光寫入時(shí)，光掃描信息為寫入數(shù)據(jù)，表示寫入順序或?qū)懭氩课?。此外還有通過(guò)光掃描進(jìn)行物體認(rèn)知時(shí)，光掃描信息為照射數(shù)據(jù)，表示照射用于物體認(rèn)知的光的時(shí)刻和照射范圍。

本實(shí)施方式涉及的控制裝置11通過(guò)cpu20的指令以及圖2所示的硬件構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)下述功能結(jié)構(gòu)。

〈控制裝置〉

以下參考圖3描述光掃描系統(tǒng)10的控制裝置11的功能構(gòu)成。圖3是光掃描系統(tǒng)的控制裝置的一例功能模塊圖。

如圖3所示，控制裝置11具有控制部30和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出部31，用以作為功能。

控制部30的功能通過(guò)例如cpu20、fpga23等實(shí)現(xiàn)，從外設(shè)取得光掃描信息，將光掃描信息轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，并輸出到驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出部31。具體如下。例如，控制部30從外設(shè)的取得圖像數(shù)據(jù)，用以作為光掃描信息，通過(guò)規(guī)定的處理，基于圖像數(shù)據(jù)生成控制信號(hào)，輸出到驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出部31。

驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出部31構(gòu)成施加部，其功能通過(guò)光源裝置驅(qū)動(dòng)器25、擺動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)器26等實(shí)現(xiàn)，根據(jù)被輸入的控制信號(hào)，向光源裝置12或擺動(dòng)裝置13輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于控制光源裝置12或擺動(dòng)裝置13的驅(qū)動(dòng)。例如在光源裝置12中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為控制光源照射時(shí)刻以及照射強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)電壓。再如在擺動(dòng)裝置13中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為控制具有擺動(dòng)裝置13的反射面14能夠擺動(dòng)的時(shí)刻和擺動(dòng)范圍的驅(qū)動(dòng)電壓。

〈光掃描處理〉

以下參考圖4，描述光掃描系統(tǒng)10對(duì)被掃描面15光掃描的處理。圖4是光掃描系統(tǒng)涉及的處理的一例流程圖。

在步驟s11中，控制部30從外設(shè)等取得光掃描信息。

在步驟s12中，控制部30根據(jù)取得的光掃描信息生成控制信號(hào)，將控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出部31。

在步驟s13中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出部31根據(jù)輸入的控制信號(hào)，向光源裝置12和擺動(dòng)裝置13輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

在步驟s14中，光源裝置12根據(jù)輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行光照射。擺動(dòng)裝置13根據(jù)輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使得反射面14擺動(dòng)。通過(guò)光源裝置12和擺動(dòng)裝置13的驅(qū)動(dòng)，光可以向任意方向偏轉(zhuǎn)，進(jìn)行光掃描。

在上述光掃描系統(tǒng)10中，一個(gè)控制裝置11具有控制光源裝置12和擺動(dòng)裝置13的裝置和功能。對(duì)此，也可以把光源裝置用的控制裝置和擺動(dòng)裝置用的控制裝置分開(kāi)設(shè)置。

在上述光掃描系統(tǒng)10中，在一臺(tái)控制裝置11中設(shè)置光源裝置12和擺動(dòng)裝置13的控制部30的功能以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出部31的功能。對(duì)此，這些功能也可以分開(kāi)設(shè)置，例如控制裝置11和與控制裝置11另設(shè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出裝置分別具有控制部30和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出部31。上述光掃描系統(tǒng)10中還可以包含以具有反射面14的擺動(dòng)裝置13以及控制裝置11構(gòu)成進(jìn)行光偏轉(zhuǎn)的光偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

〈圖像投影裝置〉

以下參考圖5和圖6，詳述采用本實(shí)施方式的控制裝置的圖像投影裝置。

圖5是搭載作為一例圖像投影裝置的頭盔型顯示器裝置500的汽車400的實(shí)施方式的示意圖。圖6是頭盔型顯示裝置500的一例示意圖。

圖像投影裝置用于投影經(jīng)過(guò)光掃描的圖像，例如為頭盔型顯示裝置。

如圖5所示，頭盔型顯示裝置500例如被設(shè)置在汽車400的擋風(fēng)玻璃(前車窗401等)附近。頭盔型顯示裝置500發(fā)射的投影光l受到擋風(fēng)玻璃401反射后，射往用戶即觀察者(駕駛員402)。

這樣，駕駛員402便能夠確認(rèn)到通過(guò)頭盔型顯示裝置500投影的作為虛像的圖像等。此外，還可以在擋風(fēng)玻璃內(nèi)壁面上設(shè)置自適應(yīng)控制器，用受到該自適應(yīng)控制器反射的投影光，讓用戶確認(rèn)虛像。

如圖6所示，頭盔型顯示裝置500中紅色、綠色、藍(lán)色的激光光源501r、501g、501b發(fā)射激光。被射出的激光經(jīng)過(guò)相對(duì)于個(gè)激光光源設(shè)置的準(zhǔn)直透鏡502、503、504、兩個(gè)分色鏡505、506、以及光量調(diào)整部507構(gòu)成的入射光學(xué)系統(tǒng)之后，偏轉(zhuǎn)到具有反射面的擺動(dòng)裝置13。

而后，經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)的激光經(jīng)過(guò)自由曲面鏡509、中間顯示屏510、投射鏡511構(gòu)成的投射光學(xué)系統(tǒng)，投影到屏幕上。

上述頭盔型顯示裝置500將激光光源501r、501g、501b、準(zhǔn)直透鏡502、503、504、分色鏡505、506作為光源單元530，通過(guò)光學(xué)框體而被單元化。

上述頭盔型顯示裝置500將中間顯示屏510上顯示的中間像投射到汽車400的擋風(fēng)玻璃401上，從而讓駕駛員402確認(rèn)到作為虛像的中間像。

激光光源501r、501g、501b發(fā)射的各色激光分別通過(guò)準(zhǔn)直透鏡502、503、504大致成為平行光，進(jìn)而通過(guò)兩個(gè)分光鏡505、506合成。經(jīng)過(guò)合成的激光再通過(guò)光量調(diào)整部507調(diào)整光量之后，受到具有反射面14的擺動(dòng)裝置13二維光掃描。經(jīng)過(guò)擺動(dòng)裝置13二維光掃描的投射光l受到自由曲面鏡509反射，變形補(bǔ)償后，會(huì)聚到中間顯示屏510，顯示中間像。中間顯示屏510以微鏡二維排列形成的微鏡陣列構(gòu)成，以微鏡為單位放大入射中間顯示屏510的投射光l。

擺動(dòng)裝置13使得反射面14在兩軸方向上來(lái)回?cái)[動(dòng)，二維掃描入射反射面14的投射光l。該擺動(dòng)裝置13的驅(qū)動(dòng)控制與激光光源501r、501g、501b的發(fā)光時(shí)刻同步實(shí)行。

以上描述的頭盔型顯示裝置500是圖像投影裝置的一個(gè)例子，只要是通過(guò)具有反射面14的擺動(dòng)裝置13實(shí)行光掃描來(lái)投影圖像的裝置，便可作為本發(fā)明的圖像投影裝置。

上述圖像投影裝置也同樣適用于，例如將圖像投影到顯示屏上的桌上型投影儀、搭載于穿戴在觀察者頭部等上的穿戴部件上投影到穿戴部件具有的反射透過(guò)顯示屏上，或者以眼球?yàn)轱@示屏投影圖像的頭盔型顯示裝置等。

圖像投影裝置不僅可以搭載于車輛或穿戴部件上，還可以搭載于航空器、船舶、移動(dòng)式機(jī)器人等移動(dòng)體，或不移動(dòng)場(chǎng)地的操縱器等操作驅(qū)動(dòng)對(duì)象的作業(yè)機(jī)器人等非移動(dòng)體上。

〈光寫入裝置〉

以下參考圖7和圖8，詳述采用了本實(shí)施方式的控制裝置11的光寫入裝置。

圖7是一例設(shè)有光寫入裝置600的圖像形成裝置的示意圖。圖8是一例光寫入裝置的示意圖。

如圖7所示，上述光寫入裝置600被用于作為以具有激光打印功能的激光打印機(jī)650等為代表的圖像形成裝置的構(gòu)成部件。圖像形成裝置中，光寫入裝置600用一束或多數(shù)激光，光掃描被掃描面15即感光鼓，在感光鼓上進(jìn)行光寫入。

如圖8所示，在光寫入裝置600中，激光元件等光源裝置12發(fā)射的激光在經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡等成像光學(xué)系統(tǒng)之后，通過(guò)具有反射面14的擺動(dòng)裝置13，在一軸方向或兩軸方向上受到偏轉(zhuǎn)。

而后，受到擺動(dòng)裝置13偏轉(zhuǎn)的激光經(jīng)過(guò)第一透鏡602a和第二透鏡602b以及反射鏡部602c構(gòu)成的掃描光學(xué)系統(tǒng)602，照射被掃描面15(例如感光鼓或感光鼓或感光紙)，實(shí)行光寫入。掃描光學(xué)系統(tǒng)602中光束在被掃描面15上以點(diǎn)狀成像。

在控制裝置11的控制下，光源裝置12和具有反射面14的擺動(dòng)裝置13驅(qū)動(dòng)。

上述光寫入裝置600可以用作為具有激光打印功能的圖像形成裝置的構(gòu)成部件。

還可以通過(guò)采用不同的掃描光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行兩軸方向而不僅是一軸方向的光掃描，將激光偏轉(zhuǎn)到熱媒體進(jìn)行光掃描并加熱以實(shí)行打印的激光標(biāo)簽裝置等的圖像形成裝置的構(gòu)成部件。

具有被用于上述光寫入裝置的反射面14的擺動(dòng)裝置13與使用多面鏡等的轉(zhuǎn)動(dòng)多面鏡相比，用于驅(qū)動(dòng)的電能消費(fèi)少，有利于光寫入裝置的節(jié)能。

擺動(dòng)裝置13發(fā)生振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)噪聲也比轉(zhuǎn)動(dòng)多面鏡小，因此還有利于光寫入裝置的噪聲性能的改善。光寫入裝置相比于轉(zhuǎn)動(dòng)多面鏡，其設(shè)置空間大幅度減小，而且擺動(dòng)裝置的發(fā)熱量也十分有限，因此有利于裝置小型化，進(jìn)而有利于圖像形成裝置的小型化。

〈物體識(shí)別裝置〉

以下參考圖9和圖10，詳述采用上述本實(shí)施方式的控制裝置的物體識(shí)別裝置。

圖9是搭載作為一例物體識(shí)別裝置的激光雷達(dá)裝置的汽車的示意圖。圖10是一例激光雷達(dá)裝置的示意圖。

物體識(shí)別裝置例如為激光雷達(dá)裝置，用于識(shí)別對(duì)象方向的物體。

如圖9所示，激光雷達(dá)裝置700例如搭載于汽車701，在對(duì)象方向上進(jìn)行光掃描，通過(guò)接收來(lái)自對(duì)象方向上存在的被識(shí)別對(duì)象物702的反射光，來(lái)識(shí)別被識(shí)別對(duì)象物702。

如圖10所示，從光源裝置12發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)包括準(zhǔn)直透鏡703即使得發(fā)散光大致成為平行光的光學(xué)系統(tǒng)、以及平面鏡704的入射光學(xué)系統(tǒng)后，通過(guò)具有反射面14的擺動(dòng)裝置13在一軸或兩軸方向上受到掃描。

而后，經(jīng)由投光光學(xué)系統(tǒng)即投光透鏡705等光照射位于裝置前方的被識(shí)別對(duì)象物702?？刂蒲b置11控制光源裝置12和擺動(dòng)裝置13的驅(qū)動(dòng)。光檢測(cè)器709用來(lái)檢測(cè)被識(shí)別對(duì)象物702反射的反射光。

即，反射光經(jīng)過(guò)聚光透鏡706等光檢測(cè)受光光學(xué)系統(tǒng)，入射攝像元件707，該攝像元件707向信號(hào)處理裝置708輸出檢測(cè)信號(hào)。信號(hào)處理電路708對(duì)輸入的檢測(cè)信號(hào)實(shí)施二值化處理和噪聲處理等規(guī)定的處理，向測(cè)距電路710輸出結(jié)果。

測(cè)距電路710通過(guò)識(shí)別光源裝置12發(fā)射激光的時(shí)刻與光檢測(cè)器709接受激光入射的時(shí)刻之間的時(shí)差，或者接受光入射的攝像元件707的每個(gè)象素的相位差，來(lái)識(shí)別是否存在被識(shí)別對(duì)象物702，進(jìn)而計(jì)算與被識(shí)別對(duì)象物702的距離信息。

相比于多面鏡，具有反射面14的擺動(dòng)裝置13小型且比較不易破損，為此能夠提供具有良好耐久性的小型雷達(dá)裝置。

這種雷達(dá)裝置可以安裝在車輛、航空器、船舶以及機(jī)器人等上，光掃描固定范圍，識(shí)別有無(wú)障礙物或與障礙物之間的距離。

在上述物體識(shí)別裝置的描述中以激光雷達(dá)裝置700作為例子，但是本發(fā)明并不受到上述實(shí)施方式的限定，只要是通過(guò)控制裝置11控制具有反射面14的擺動(dòng)裝置13進(jìn)行光掃描，并通過(guò)光檢測(cè)器接受反射光入射的裝置，均可作為物體識(shí)別裝置。

上述物體識(shí)別裝置同樣適用于下述技術(shù)或裝置元件。例如，生物識(shí)別技術(shù)，即通過(guò)光掃描手或臉獲得距離信息，根據(jù)該距離信息計(jì)算手或臉的形狀，參考記錄識(shí)別對(duì)象物。安全傳感器，即通過(guò)光掃描對(duì)象范圍來(lái)識(shí)別入侵物。再者，將根據(jù)光掃描獲得的距離信息計(jì)算并識(shí)別形狀等物體信息作為三維數(shù)據(jù)輸出的三維掃描儀的構(gòu)成部件等。

〈封裝〉

以下參考圖11，描述用本實(shí)施方式的控制裝置控制的擺動(dòng)裝置的封裝。

圖11是經(jīng)過(guò)封裝的擺動(dòng)裝置的一例示意圖。

如圖11所示，擺動(dòng)裝置13被安裝在設(shè)置于封裝部件801內(nèi)側(cè)的安裝部件802上，封裝部件的一部分用透過(guò)部件803覆蓋，從而將擺動(dòng)裝置密閉封裝。

進(jìn)而，封裝部件801內(nèi)封入氮?dú)獾榷栊詺怏w。這樣能夠防止擺動(dòng)裝置13氧化造成的質(zhì)量下降，進(jìn)而改善溫度等環(huán)境變化的耐久性能。

以下參考圖11至圖28，詳述上述偏光系統(tǒng)、光掃描系統(tǒng)、圖像投影裝置、光寫入裝置、物體識(shí)別裝置中適用的擺動(dòng)裝置的具體構(gòu)成和本實(shí)施方式的控制裝置的控制。

〈擺動(dòng)裝置〉

首先參考圖12至圖14，詳述擺動(dòng)裝置。

圖12是能夠?qū)嵤﹥奢S方向光偏轉(zhuǎn)的雙持型擺動(dòng)裝置的俯視圖。圖13是圖12的p-p’截面圖。圖14是圖12的q-q’截面圖。

如圖12所示，擺動(dòng)裝置13具有與用來(lái)反射入射光的鏡部101、連接鏡部101并圍繞平行于y軸的第一軸驅(qū)動(dòng)鏡部101的第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b(以下也稱為110)、支承鏡部101和第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b的第一支承部120、連接第一支承部120且圍繞平行于x軸的第二軸驅(qū)動(dòng)鏡部101和第一支承部110的第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b(以下也稱為130)、支承第二驅(qū)動(dòng)部130的第二支承部140、將第一驅(qū)動(dòng)部110和第二驅(qū)動(dòng)部130與控制裝置電連接的電極連接部150。

擺動(dòng)裝置13的形成如下。例如，通過(guò)蝕刻處理形成一片soi(silicononinsulator)基板，而后在該基板上形成反射面14或第一壓電驅(qū)動(dòng)部112a及112b、第二壓電驅(qū)動(dòng)部131a至131f，電極連接部150等，從而一體形成各構(gòu)成部。

上述各構(gòu)成部的形成既可以在soi基板的形成之后，也可以在soi基板的形成期間。

soi基板中，單結(jié)晶硅(si)形成的第一硅層上設(shè)有二氧化硅層162，該二氧化硅成162上設(shè)有單結(jié)晶硅形成的第二硅層。以下將第一硅層作為硅支承層161，第二硅層作為硅活性層163。

硅活性層163中z軸方向的厚度相對(duì)于x軸方向或y軸方向較小，因而，僅以硅活性層163構(gòu)成的部件具備具有彈性的彈性部功能。

soi基板不需要一定是平面形，也可以具有曲率等。而且用以作為形成擺動(dòng)裝置13的部件并不只限于soi基板，只要是能夠經(jīng)過(guò)蝕刻處理一體形成且一部分具有彈性的基板，均可以用來(lái)作為擺動(dòng)裝置13的部件。

鏡部101例如包括圓形鏡部基體102和反射面14，其中反射面14形成在鏡部基體上+z一方的表面上。

反射面14以飽含例如鋁、金、銀等的金屬薄膜構(gòu)成。鏡部101上還可以在鏡部基體102的-z一方表面上形成鏡部增強(qiáng)用的肋。

肋例如以硅支承層161和二氧化硅層162構(gòu)成，可用來(lái)抑制擺動(dòng)引起的反射面14的變形。

第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b的一端與鏡部基體102相連接，由沿著第一軸向分別延伸并可動(dòng)地支承鏡部101的兩條扭力桿111a及111b、以及一端連接扭力桿另一端連接第一支承部?jī)?nèi)周部的第一電壓驅(qū)動(dòng)部112a及112b構(gòu)成。

如圖13所示，扭力桿111a及111b以硅活性層163構(gòu)成。第一壓電驅(qū)動(dòng)部112a及112b構(gòu)成為在彈性部的硅活性層163的+z一方表面上依次形成下部電極201、壓電部202、上部電極203。

上部電極203和下部電極201以例如金(au)或白金(pt)等形成。壓電部202以例如壓電材料的pzt(鋯鈦酸鉛)形成。

返回圖12。第一支承部120以例如硅支承層161、二氧化硅層162、硅活性層163構(gòu)成，是圍繞鏡部101形成的矩形支承體。

第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b以例如折回連接的多個(gè)第二壓電驅(qū)動(dòng)部131a至131f、132a至132f構(gòu)成，其中一端連接第一支承部120的外周部，另一端連接第二支承部140的內(nèi)周部。

此時(shí)，第二驅(qū)動(dòng)部130a與第一支承部120的連接部位以及第二驅(qū)動(dòng)部130b與第一支承部120的連接部位、進(jìn)而第二驅(qū)動(dòng)部130a與第二支承部140的連接部位以及第二驅(qū)動(dòng)部130b與第二支承部140的連接部位均相對(duì)于反射面14的中心點(diǎn)對(duì)稱。

如圖14所示，第二壓電驅(qū)動(dòng)部130a及130b構(gòu)成為在彈三性部的硅活性層163的+z一方表面上依次形成下部電極201、壓電部202、上部電極203。上部電極203和下部電極201以金(au)或白金(pt)等形成。壓電部202以壓電材料即pzt(鋯鈦酸鉛)形成。

返回圖12。第二支承部140例如硅支承層161、二氧化硅層162、硅活性層163構(gòu)成，是圍繞鏡部101、第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b、第一支承部120以及第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b形成的矩形支承體。

電極連接部150被形成在例如第二支承部140的+z一方表面上，通過(guò)金屬鋁等電極導(dǎo)線，與第一壓電驅(qū)動(dòng)部112a及112b、第二壓電驅(qū)動(dòng)部131a至131f的各個(gè)上部電極203以及各下部電極201、以及控制裝置11相連接。

上部電極203或下部電極201既可以分別直接連接電極連接部150，也可以電極之間互相連接來(lái)間接連接。

本實(shí)施方式用僅以壓電部202為彈性部的硅活性層163的一個(gè)表面(+z一方的面)形成的情況為例進(jìn)行功能描述。但是也可以設(shè)在彈性部的其他表面(例如-z一方的表面)上，既可以設(shè)在彈性部的一個(gè)表面上，也可以設(shè)在其他表面，還可以同時(shí)設(shè)于彈性部的上述一個(gè)表面和其他表面的雙方。

只要能夠圍繞第一軸或第二軸驅(qū)動(dòng)鏡部101，各構(gòu)成部的形狀不受實(shí)施方式的形狀的限定。例如扭力桿111a及111b、或者第一壓電驅(qū)動(dòng)部112a及112b的形狀也可以具有曲率。

進(jìn)而，還可以在第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b的上部電極203、第一支承部、第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b、第二支承部中至少任意一個(gè)的+z一側(cè)的表面上形成以二氧化硅薄膜形成的絕緣層。

此時(shí)，在絕緣層上設(shè)置電極導(dǎo)線，同時(shí)在連接上部電極203或下部電極201與電極導(dǎo)線的連接點(diǎn)上，局部性地除去絕緣層，或者不形成絕緣層，用以作為開(kāi)口部，能夠提高第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b、第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b以及電極導(dǎo)線的設(shè)計(jì)自由度，進(jìn)而抑制電極互相接觸引起短路。此外，二氧化硅薄膜還具備作為反射防止部件的功能。

〈控制裝置的控制〉

以下詳述控制裝置控制擺動(dòng)裝置的第一驅(qū)動(dòng)部和第二驅(qū)動(dòng)部的驅(qū)動(dòng)。

第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b、第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b所具有的壓電部202被施加相對(duì)于極化方向?yàn)檎蜇?fù)的電壓后，發(fā)生與施加電壓的電位成比例的變形(例如伸縮)，即發(fā)揮所謂的逆壓電效應(yīng)。第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b、第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b利用上述逆壓電效應(yīng)，使得鏡部101擺動(dòng)。

在此，將入射鏡部101的反射面14的光束受到偏轉(zhuǎn)的角度作為轉(zhuǎn)角。假設(shè)電壓部上未施加電壓時(shí)的轉(zhuǎn)角為零，偏轉(zhuǎn)角度比該角度更大的為正轉(zhuǎn)角，較小時(shí)為負(fù)轉(zhuǎn)角。

首先描述控制裝置控制第一驅(qū)動(dòng)部的控制。

第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b中，具有第一壓電驅(qū)動(dòng)部112a和第一壓電驅(qū)動(dòng)部112a及112b的壓電部202經(jīng)由上部電極203和下部電極201被并聯(lián)施加驅(qū)動(dòng)電壓后，各個(gè)壓電部202分別發(fā)生變形。在該壓電部202變形的作用下，第一壓電驅(qū)動(dòng)部112a及112b發(fā)生彎曲變形。

其結(jié)果，經(jīng)由兩根扭力桿111a及111b的扭曲，對(duì)鏡部101產(chǎn)生圍繞第一軸轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，使得鏡部101能夠圍繞第一軸擺動(dòng)。被施加在第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b上的驅(qū)動(dòng)電壓受到控制裝置11的控制。

通過(guò)控制裝置11，對(duì)具有第一驅(qū)動(dòng)部110a及110b的第一壓電驅(qū)動(dòng)部112a及112b并聯(lián)施加具有規(guī)定的正弦波波形的驅(qū)動(dòng)電壓，從而使得鏡部101能夠按照具有規(guī)定正弦波波形的驅(qū)動(dòng)電壓的周期，圍繞第一軸擺動(dòng)。

尤其是，例如當(dāng)正弦波波形電壓的頻率與扭力桿111a及111b的共振頻率大致相同地被設(shè)定為20khz時(shí)，利用隨著扭力桿111a及111b的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的機(jī)械共振，鏡部101能夠以約20khz進(jìn)行共振。

以下參考圖15至圖27描述控制裝置對(duì)第二驅(qū)動(dòng)部的控制。

圖15的(a)至(c)是表示擺動(dòng)裝置的第二驅(qū)動(dòng)部130b的驅(qū)動(dòng)示意圖。以斜線表示的區(qū)域?yàn)殓R部101等。

在第二驅(qū)動(dòng)部130a具有的多個(gè)第二壓電驅(qū)動(dòng)部131a至131f中，從與鏡部相距最近的第二壓電驅(qū)動(dòng)部(131a)開(kāi)始計(jì)數(shù)，將偶數(shù)個(gè)第二壓電驅(qū)動(dòng)部即第二壓電驅(qū)動(dòng)部131b、131d、131f設(shè)定為壓電驅(qū)動(dòng)部群a。

而后，在第二驅(qū)動(dòng)部130b具有的多個(gè)第二壓電驅(qū)動(dòng)部131a至131f中，從與鏡部相距最近的第二壓電驅(qū)動(dòng)部(132a)開(kāi)始計(jì)數(shù)，將奇數(shù)個(gè)第二壓電驅(qū)動(dòng)部即第二壓電驅(qū)動(dòng)部132a、132c、132e同樣設(shè)定為壓電驅(qū)動(dòng)部群a。在對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)部群a并列施加驅(qū)動(dòng)電壓后，鏡部101圍繞第二軸擺動(dòng)，使得壓電驅(qū)動(dòng)部群a如圖15中的(a)所示，向同一個(gè)方向彎曲變形，成為正轉(zhuǎn)角。

在第二驅(qū)動(dòng)部130a具有的多個(gè)第二壓電驅(qū)動(dòng)部131a至131f中，從與鏡部相距最近的第二壓電驅(qū)動(dòng)部(131a)開(kāi)始計(jì)數(shù)，將奇數(shù)個(gè)第二壓電驅(qū)動(dòng)部即第二壓電驅(qū)動(dòng)部131a、131c、131e設(shè)定為壓電驅(qū)動(dòng)部群b。而后，在第二驅(qū)動(dòng)部130b具有的多個(gè)第二壓電驅(qū)動(dòng)部131a至131f中，從與鏡部相距最近的第二壓電驅(qū)動(dòng)部(132a)開(kāi)始計(jì)數(shù)，將偶數(shù)個(gè)第二壓電驅(qū)動(dòng)部即第二壓電驅(qū)動(dòng)部132b、132d、132f同樣設(shè)定為壓電驅(qū)動(dòng)部群b。在對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)部群b并列施加驅(qū)動(dòng)電壓后，鏡部101圍繞第二軸擺動(dòng)，使得壓電驅(qū)動(dòng)部群b如圖15中的(c)所示，向同一個(gè)方向彎曲變形，成為負(fù)轉(zhuǎn)角。

如圖15的(a)和(c)所示，讓第二驅(qū)動(dòng)部130a或130b中壓電驅(qū)動(dòng)部群a具有的多個(gè)壓電部202或者壓電驅(qū)動(dòng)部群b具有的多個(gè)壓電部202彎曲，能夠積累彎曲變形的擺動(dòng)量，從而能夠加大鏡部101圍繞第二軸的轉(zhuǎn)角角度。

例如如圖12所示，第二驅(qū)動(dòng)部130a與130b相連接，圍繞第一支承部的中心點(diǎn)與第一支承部點(diǎn)對(duì)稱。為此，在對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)部群a施加驅(qū)動(dòng)電壓之后，第二驅(qū)動(dòng)部130a中第一支承部與第二驅(qū)動(dòng)部130a的連接部上產(chǎn)生+z方向的驅(qū)動(dòng)力，第二驅(qū)動(dòng)部130b中第一支承部與第二驅(qū)動(dòng)部130b的連接部上產(chǎn)生-z方向的驅(qū)動(dòng)力，擺動(dòng)量累積起來(lái)后增加了鏡部101圍繞第二軸的轉(zhuǎn)角角度。

此外，如圖15的(b)所示，在未施加電壓，或者施加電壓使得壓電驅(qū)動(dòng)部群a造成鏡部101的擺動(dòng)量與施加電壓使得壓電驅(qū)動(dòng)部群b造成鏡部101的擺動(dòng)量相當(dāng)?shù)那闆r下，轉(zhuǎn)角為0。

對(duì)第二壓電驅(qū)動(dòng)部施加驅(qū)動(dòng)電壓，連續(xù)地反復(fù)圖15的(a)至(c)，便能夠圍繞第二軸驅(qū)動(dòng)鏡部。

〈驅(qū)動(dòng)電壓〉

被施加于第二驅(qū)動(dòng)部的驅(qū)動(dòng)電壓受到控制裝置的控制。

參考圖16描述施加于壓電驅(qū)動(dòng)部群a的驅(qū)動(dòng)電壓(以下稱為驅(qū)動(dòng)電壓a)以及施加于壓電驅(qū)動(dòng)部群b的驅(qū)動(dòng)電壓(以下稱為驅(qū)動(dòng)電壓b)。

圖16的(a)是一例施加于擺動(dòng)裝置的壓電驅(qū)動(dòng)部群a上的驅(qū)動(dòng)電壓a的波形圖，(b)是一例施加于擺動(dòng)裝置的壓電驅(qū)動(dòng)部群a上的驅(qū)動(dòng)電壓a的波形圖，(c)是將驅(qū)動(dòng)電壓a和驅(qū)動(dòng)電壓b的波形重合后的重合波形圖。

被施加到壓電驅(qū)動(dòng)部群a的驅(qū)動(dòng)電壓a例如具有如圖16的(a)所示的鋸齒形波形，頻率例如是60hz。

予設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓a的波形中，電壓值從極小值上升到下一個(gè)極大值為止的期間的時(shí)間為tra，從極大值下降到下一個(gè)極小值為止的期間的時(shí)間為tfa，tra：tfa＝9：1。此時(shí)，tra相對(duì)于一個(gè)周期的比率成為驅(qū)動(dòng)電壓a的對(duì)稱性。被施加到壓電驅(qū)動(dòng)部群b的驅(qū)動(dòng)電壓b例如具有如圖16的(b)所示的鋸齒形波形，頻率例如是60hz。

予設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓b的波形中，電壓值從極小值上升到下一個(gè)極大值為止的期間的時(shí)間為trb，從極大值下降到下一個(gè)極小值為止的期間的時(shí)間為tfb，trb：tfb＝9：1。此時(shí)，將trb相對(duì)于一個(gè)周期的比率稱為驅(qū)動(dòng)電壓b的對(duì)稱性。

通過(guò)重合正弦波生成上述驅(qū)動(dòng)電壓a和驅(qū)動(dòng)電壓b的鋸齒形波形。

本實(shí)施方式用鋸齒形波形的驅(qū)動(dòng)電壓作為驅(qū)動(dòng)電壓a和b，但是本發(fā)明并不受此限制?？梢愿鶕?jù)擺動(dòng)裝置的設(shè)備特性改變波形，如鋸齒形波形的頂點(diǎn)削圓的波形的驅(qū)動(dòng)電壓，用鋸齒形波形的直線區(qū)域作為曲線的波形的驅(qū)動(dòng)電壓等等。

以下參考圖17至圖19，描述擺動(dòng)裝置的反射面圍繞第二軸的擺動(dòng)速度，即反射面圍繞第二軸的轉(zhuǎn)角的時(shí)間變化。

圖17是在反射面圍繞第二軸的擺動(dòng)速度一定(均一)的情況下，反射面圍繞第二軸的轉(zhuǎn)角的時(shí)間變化的示意圖。圖18是在反射面圍繞第二軸的擺動(dòng)速度不保持一定的情況下，反射面圍繞第二軸的轉(zhuǎn)角的時(shí)間變化的示意圖。圖19的(a)是鏡部101圍繞第二軸的擺動(dòng)速度保持一定時(shí)的投影圖像示意圖，(b)是鏡部101圍繞第二軸的擺動(dòng)速度不保持一時(shí)的投影圖像示意圖。

優(yōu)選反射面14圍繞第二軸的轉(zhuǎn)角的時(shí)間變化，即反射面14圍繞第二軸的擺動(dòng)速度如圖17所示，呈直線性。換言之，優(yōu)選鏡部101圍繞第二軸的擺動(dòng)速度保持不變。如果鏡部101圍繞第二軸的擺動(dòng)速度發(fā)生變化，則直線性光掃描會(huì)受到妨礙，例如被掃描面15上形成的圖像會(huì)發(fā)生輝度不均、變形等問(wèn)題，引起畫質(zhì)下降。

但是實(shí)際上如圖18所示，第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b帶來(lái)的鏡部101圍繞第二軸的擺動(dòng)動(dòng)作中，轉(zhuǎn)角負(fù)方最大附近和正方最大附近，擺動(dòng)速度變動(dòng)，也就是隨著擺動(dòng)速度的下降，轉(zhuǎn)角隨時(shí)間的變化由線形變?yōu)榉蔷€形，難以保持?jǐn)[動(dòng)速度的均一性。

〈投影圖像〉

在用圖18所示的存在變動(dòng)的擺動(dòng)速度來(lái)進(jìn)行光掃描的擺動(dòng)裝置進(jìn)行圖像投影時(shí)，原本如圖19的(a)所示的投影圖像會(huì)變得如圖(b)所示，圖像的上端周圍和下端周圍會(huì)發(fā)生變形。

對(duì)此在本實(shí)施方式中，控制裝置11在向壓電部202施加規(guī)定波形的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，控制所施加的具有規(guī)定波形的驅(qū)動(dòng)電壓的最小值為與0相差一規(guī)定差值。

其結(jié)果，本實(shí)施方式能夠抑制鏡部圍繞第二軸的擺動(dòng)動(dòng)作中發(fā)生在轉(zhuǎn)角負(fù)方最大附近和正方最大附近的擺動(dòng)速度的變動(dòng)，提高鏡部擺動(dòng)速度的均一性。

以下參考圖20至圖23，詳述通過(guò)上述控制使得鏡部101的擺動(dòng)速度均一性獲得改善的理由。

〈電壓系數(shù)〉

圖20是表示壓電部的壓電系數(shù)的電壓依賴性的關(guān)系圖。壓電系數(shù)的壓電依賴性也被稱為壓電系數(shù)曲線。

壓電部的壓電系數(shù)用以下方法計(jì)算。

長(zhǎng)度l的硅活性層構(gòu)成的彈性部的+z表面上形成pzt構(gòu)成的壓電部，在壓電部的上下施加電壓，使得彈性部發(fā)生彎曲變形，用激光多普勒振動(dòng)計(jì)一邊改變施加的電壓，一邊測(cè)定彈性部端的位移量k。而后用測(cè)定到的彈性部端的位移量δk和下式(1)來(lái)求出相對(duì)于施加的電壓的壓電系數(shù)d31。壓電系數(shù)d31表示在壓電部上施加電壓e時(shí)的變動(dòng)難易。

上式1中，δk是彈性部前端變動(dòng)量，l表示彈性部長(zhǎng)度，tpzt是pzt的厚度，d31是壓電系數(shù)，e是施加于pzt的電場(chǎng)，a是用esi(si的楊氏模量)/epzt(pzt的楊氏模量)求出的定數(shù)，b是tsi(彈性部的si厚度)/tpzt(pzt的厚度)。

本實(shí)施方式用l＝3500μm、tpzt＝2μm、esi＝170gpa、epzt＝90gpa、tsi＝40μm作為參數(shù)，計(jì)算壓電系數(shù)d31。

如圖20所示，壓電部202的壓電常數(shù)在施加電壓為0v至10v之間時(shí)變動(dòng)，而當(dāng)施加電壓在10v以上時(shí)，則基本保持一定。尤其是施加電壓在0v至5v之間時(shí)，壓電常數(shù)變化大。

上述現(xiàn)象發(fā)生的原因在于，構(gòu)成壓電部202的pzt利用濺射制膜或者旋轉(zhuǎn)涂布的溶膠凝膠方法形成。利用這種方法形成的pzt通常在施加電壓達(dá)到規(guī)定值之前壓電常數(shù)不保持一定，即壓電部的變形難易度隨著施加電壓而變化。

為此，對(duì)于壓電部202上施加的驅(qū)動(dòng)電壓反復(fù)地在如圖20所示的電壓值范圍(a)，即一個(gè)周期中的0與e1之間上升下降，對(duì)于這種情況，在壓電常數(shù)變化較大的0附近的低電壓區(qū)域中，壓電部202的變形與電壓值不成比例。換言之，在電壓值為0附近的低電壓區(qū)域，在壓電部202上施加的驅(qū)動(dòng)電壓使得鏡部101的轉(zhuǎn)角為最大附近，無(wú)法使得該鏡部101的擺動(dòng)速度保持不變。

對(duì)此，本實(shí)施方式的控制裝置11控制壓電部202上施加的驅(qū)動(dòng)電壓，使得該驅(qū)動(dòng)電壓的電壓值反復(fù)地在如圖20所示的范圍(b)，即最小電壓值δe與e2之間上升下降。在此，最小電壓值δe是與0相差一規(guī)定值的偏離量。

具體如下。設(shè)定能夠?qū)弘姵?shù)的值的變化率(在一個(gè)周期中施加最大電壓值時(shí)的壓電常數(shù)與施加最小電壓值時(shí)的壓電常數(shù)之間的變化比例)控制在20％以內(nèi)的最小電壓值δe。優(yōu)選設(shè)定能夠?qū)弘姵?shù)大小的變化率控制在10％以內(nèi)的最小電壓值δe。此時(shí)，壓電常數(shù)的值的變化率也可以是，在以開(kāi)始施加電壓為起點(diǎn)的半個(gè)周期內(nèi)，施加最大電壓值時(shí)的壓電常數(shù)與施加最小電壓時(shí)的壓電常數(shù)之間的比例。隨著壓電部具有的特性的不同，在某些情況下，壓電常數(shù)曲線上的壓電常數(shù)經(jīng)過(guò)幾伏特之后達(dá)到極大值之后逐漸下降。即使在這種情況下，基于以開(kāi)始施加電壓為起點(diǎn)的半個(gè)周期內(nèi)的壓電常數(shù)的變化率來(lái)決定最小電壓值δe，不僅上述低電壓區(qū)域中的變形和電壓值的比例關(guān)系，包括下述的極化特性，均對(duì)改善擺動(dòng)速度均一性有效。

這樣，由于利用壓電常數(shù)在較小范圍內(nèi)變化的電壓值，壓電部的變形容易與驅(qū)動(dòng)電壓大小成比例，尤其是能夠改善圍繞第二軸的反射面的可能夠速度的保持不變的性能。

〈驅(qū)動(dòng)電壓〉

圖21是在電壓值范圍δe至e2內(nèi)對(duì)具有壓電驅(qū)動(dòng)部群a和壓電驅(qū)動(dòng)部群b的壓電部202施加的驅(qū)動(dòng)電壓a和b的一例波形圖。

此時(shí)，用稱之為均一性指標(biāo)的參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)角隨時(shí)間的變化，即在對(duì)第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b施加驅(qū)動(dòng)電壓之際，如圖21所示地改變最小電壓值δe，據(jù)此評(píng)價(jià)此時(shí)反射面圍繞第二軸擺動(dòng)的擺動(dòng)速度的變化。

以下參考圖22，說(shuō)明均一性指標(biāo)。圖22是以轉(zhuǎn)角誤差為第一縱軸(左軸)、施加電壓為第二縱軸(右軸)、時(shí)間為橫軸的圖。

圖22中，光掃描期間是指進(jìn)行光掃描的期間，相當(dāng)于例如圖15所示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)a的上升時(shí)間tra或驅(qū)動(dòng)信號(hào)b的下降時(shí)間tfb。評(píng)價(jià)期間是指，光掃描期間的一個(gè)周期內(nèi)，去除開(kāi)始之后的5％以及結(jié)束之前的5％以外的剩下的90％的期間。在圖像形成等時(shí)通常將該評(píng)價(jià)期間作為圖像形成期間使用。

圖22中以粗線表示在上述評(píng)價(jià)期間中的轉(zhuǎn)角誤差，具體來(lái)說(shuō)，對(duì)圍繞第二軸的轉(zhuǎn)角的時(shí)間變化實(shí)行二次方近似等處理，計(jì)算求出近似直線后，從轉(zhuǎn)角的時(shí)間變化中去除該近似直線得到的結(jié)果，即與理想轉(zhuǎn)角之間的誤差。此時(shí)，轉(zhuǎn)角誤差中的正向最大差值為差值a，負(fù)向最大差值為差值b。

均一性指標(biāo)計(jì)算如下。

均一性指標(biāo)＝(差值a+差值b)/(最大電壓值e2-最小電壓值δe)

上式表示掃描線直線型指標(biāo)的值越小，擺動(dòng)速度均一性程度越高。

設(shè)最大電壓值e2與最小電壓值δe之差為ec，固定ec，改變e2和δe。

圖23是以最小電壓值δe為橫軸，均一性指標(biāo)為縱軸的圖。

從圖23可知，最小電壓值δe增大，均一性指標(biāo)變小，擺動(dòng)速度的均一性獲得改善。當(dāng)最小電壓值δe增大到一定值以上后，均一性指標(biāo)幾乎保持不變。例如，在能夠使得壓電常數(shù)的值的變化率達(dá)到20％左右的最小電壓值δe為2v時(shí)，均一性指標(biāo)得到改善，而當(dāng)能夠使得壓電常數(shù)的值的變化率達(dá)到10％左右的最小電壓值δe為4.5v時(shí)，均一性指標(biāo)進(jìn)一步改善。而當(dāng)能夠使得壓電常數(shù)的值的變化率達(dá)到5％左右的最小電壓值δe為7v時(shí)，均一性指標(biāo)與4.5v是大致相同。

如果最小電壓值δe過(guò)大，則盡管壓電常數(shù)的值的變化率不大因而均一性指標(biāo)變化不大，也會(huì)發(fā)生增加耗電或壓電部202損耗，因此，要求不把最小電壓值δe設(shè)定得過(guò)大。

對(duì)此，例如如果將最小電壓值δe設(shè)定為使得壓電常數(shù)的值的變化率為5％以上且20％以下，便能夠抑制增加耗電以及對(duì)壓電部202造成更大的損耗，同時(shí)還能夠改善均一性指標(biāo)。進(jìn)而優(yōu)選將最小電壓值δe設(shè)定為使得壓電常數(shù)的值的變化率為5％以上且10％以下，能夠進(jìn)一步改善均一性指標(biāo)。

壓電常數(shù)隨著壓電部的形成方法、構(gòu)成壓電部的材料的組成比例等而不同。對(duì)此，可以例如逐漸增大最小電壓值δe，或者一邊逐漸減小一邊測(cè)試直線性指標(biāo)，在均一性指標(biāo)達(dá)到最佳值時(shí)的電壓作為最佳的最小電壓值δe。例如，將均一性指標(biāo)達(dá)到5％以內(nèi)時(shí)的最小電壓值δe作為最佳值。

以上描述的本實(shí)施方式的控制裝置11中，施加于第二驅(qū)動(dòng)部130a及130b并具有規(guī)定波形的驅(qū)動(dòng)電壓的最小值與0相差一規(guī)定差值，該規(guī)定差值被設(shè)定為，使得一個(gè)周期中壓電部202的壓電常數(shù)的值的變化率小于最小值為0時(shí)的壓電常數(shù)的值的變化率，為此，能夠改善反射面14的擺動(dòng)速度的均一性。

具體為，控制裝置11如圖23所示，將驅(qū)動(dòng)電壓的最小值設(shè)定為大于壓電部202的壓電常數(shù)的值發(fā)生變化的0v附近的低電壓區(qū)域的值。換言之，使用圖20所示的驅(qū)動(dòng)電壓范圍(b)，而不是驅(qū)動(dòng)電壓范圍(a)。這樣，便能夠獲得圖17所示的反射面轉(zhuǎn)角的線性變化，抑制圖18所示的非線性變化，也就是改善反射面的擺動(dòng)速度的均一性。通過(guò)改善均一性，能夠抑制例如如圖19(b)所示的圖象上端周圍以及下端周圍的變形，如圖19(a)所示地顯示投影圖像。

圖24顯示上述實(shí)施方式涉及的控制裝置的變形例。如圖24所示，可以使得對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)群a和壓電驅(qū)動(dòng)群b施加具有不同最小值的驅(qū)動(dòng)電壓a和驅(qū)動(dòng)電壓b。

例如，以e3為驅(qū)動(dòng)電壓a的最小值，e4為驅(qū)動(dòng)電壓b的最小值，且e4〉e3，能夠使得反射面14的擺動(dòng)速度的均一性獲得更大改善。優(yōu)選例如將e4調(diào)整為與e3相差±5％以內(nèi)。

以上是出于壓電驅(qū)動(dòng)部群a和壓電驅(qū)動(dòng)部群b之間布線或連接點(diǎn)的設(shè)計(jì)未能完全一致、以及壓電驅(qū)動(dòng)部群a和壓電驅(qū)動(dòng)部群b的制造誤差等產(chǎn)生的壓電驅(qū)動(dòng)部群a和壓電驅(qū)動(dòng)部群b之間對(duì)于壓電常數(shù)或驅(qū)動(dòng)電壓的彎曲變形的程度不同所造成，而通過(guò)使得壓電驅(qū)動(dòng)部群a和壓電驅(qū)動(dòng)部群b之間最小值不同，能夠進(jìn)一步改善反射面14的擺動(dòng)速度的均一性。

作為上述控制裝置的實(shí)施方式的另一種變形例，還可以使得驅(qū)動(dòng)電壓a與驅(qū)動(dòng)電壓b之間的對(duì)稱性不同。

在利用規(guī)定的調(diào)制信號(hào)(例如鋸齒波形信號(hào))驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)裝置時(shí)，隨著該調(diào)制信號(hào)種類的不同，其頻譜(對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行傅立葉轉(zhuǎn)換分解為頻率成分)中存在一定間隔的“低谷(理論上功率密度為0的點(diǎn))”。

通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓a或驅(qū)動(dòng)電壓b的對(duì)稱性，能夠調(diào)整上述“低谷”的頻率區(qū)域，而調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓a和驅(qū)動(dòng)電壓b，使得擺動(dòng)裝置所具有的機(jī)械性共振頻率包含上述“低谷”的頻率區(qū)域，從而抑制擺動(dòng)裝置被驅(qū)動(dòng)電壓的高次諧波等勵(lì)起的機(jī)械共振，改善反射面14的擺動(dòng)速度的均一性。

以上描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，而上述各種實(shí)施方式均為本發(fā)明的應(yīng)用例，這些實(shí)施方式均不會(huì)對(duì)本發(fā)明產(chǎn)生限制，在本發(fā)明的實(shí)施中只要不脫離本發(fā)明的宗旨，允許對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行種種增刪變形來(lái)進(jìn)行具體化。

例如，在上述實(shí)施方式中，控制裝置控制對(duì)壓電部施加始終具有正電壓值的波形的驅(qū)動(dòng)電壓，而只要是對(duì)壓電部施加驅(qū)動(dòng)電壓，使得壓電部產(chǎn)生變形的結(jié)構(gòu)，并不局限于該構(gòu)成。

例如控制裝置還可以控制對(duì)壓電部施加始終具有負(fù)電壓值的波形的驅(qū)動(dòng)電壓。而具有規(guī)定波形的驅(qū)動(dòng)電壓始終具有負(fù)值，最小值便成為與接地之間的電位差為最小的值。

本實(shí)施方式的擺動(dòng)裝置13如圖12所示，是利用第一壓電驅(qū)動(dòng)部112a及112b從扭力桿111a及111b起沿著+x方向延伸的懸臂型擺動(dòng)裝置，然而只要通過(guò)受到施加電壓的壓電部使得反射面擺動(dòng)便可，本發(fā)明并不受此限制。

例如如圖25所示，具有從扭力桿111a及111b起沿著+x方向延伸的第一壓電驅(qū)動(dòng)部212a及212b、以及起沿著-x方向延伸的第一壓電驅(qū)動(dòng)部212c及212d的雙向型擺動(dòng)裝置。此外，在反射面只需要一軸方向擺動(dòng)時(shí)，還可以構(gòu)成為如圖26所示，將反射面14設(shè)置在擺動(dòng)部上。

圖27是一例壓電部的壓電常數(shù)曲線圖。如圖27所示，壓電部的壓電常數(shù)在0-30v之間當(dāng)達(dá)到6.5v附近時(shí)成為極大值之后逐漸下降。

實(shí)驗(yàn)證明，即便是對(duì)于具有這樣的壓電特性的壓電部(例如pzt)，對(duì)壓電部施加驅(qū)動(dòng)電壓，控制擺動(dòng)裝置時(shí)，也可以通過(guò)控制部30將驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)定為與0v相差一規(guī)定差值，與上述實(shí)施方式相同，改善反射面的擺動(dòng)速度的均一性。

對(duì)此，除了上述實(shí)施方式說(shuō)明的內(nèi)容以外，壓電部的極化特性也被認(rèn)為是原因之一，以下詳述。

壓電部(例如pzt)利用逆壓電效應(yīng)，即在計(jì)劃方向上施加正或負(fù)的電壓后，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于施加電壓的變形。也就是說(shuō)，壓電部需要極化。

此時(shí)，制造后經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，壓電部會(huì)脫離極化。

但即便脫離極化，只需要施加幾伏電壓，便可以再次極化，而且再次極化的速度非常快，為此，施加幾伏以上電壓時(shí)，脫離極化很少成為問(wèn)題。

但是，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在0v附近，以脫離極化為原因造成的影響十分大。

圖28是在加溫條件下壓電常數(shù)曲線隨時(shí)間發(fā)生變化的圖。為了加快極化狀態(tài)等時(shí)間變化，因而實(shí)施加溫條件。圖28所示的在實(shí)驗(yàn)中使用的光偏轉(zhuǎn)器是制造后經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的光偏轉(zhuǎn)器(壓電部的脫離極化已經(jīng)達(dá)到一定程度)。圖28顯示在125度加溫條件下，分別測(cè)定經(jīng)過(guò)0小時(shí)、1小時(shí)、3小時(shí)施加驅(qū)動(dòng)電壓以驅(qū)動(dòng)壓電部之后壓電部的壓電特性，進(jìn)而，用0小時(shí)壓電常數(shù)曲線中達(dá)到最大值m時(shí)的電壓成為相同值之后獲得的結(jié)果實(shí)施規(guī)范化，顯示規(guī)范化后的結(jié)果。如果不實(shí)施規(guī)范化，則驅(qū)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)壓電常數(shù)的值在整體上傾向于變小。

如圖28所示，隨時(shí)間變化的壓電常數(shù)的值相對(duì)于極大值的變化，在0至4.5v附近與在4.5v之后相比，前者更大。尤其是在0至2v之間，相對(duì)于極大值的壓電常數(shù)的值的變化十分大。其理由在于，制造時(shí)產(chǎn)生極化的壓電部在制造之后隨著時(shí)間推移逐漸脫離極化，對(duì)此，可以通過(guò)持續(xù)施加電壓驅(qū)動(dòng)來(lái)促進(jìn)再極化。此時(shí)如上所述地施加幾伏以上電壓，雖然能夠立刻促使再次發(fā)生極化，但是由于0v附近再極化進(jìn)展較慢，因而脫離極化影響較大。由此可知，越是在脫離極化影響顯著的低電壓范圍，壓電常數(shù)的值的變化就越大。

在脫離極化影響較大的電壓范圍內(nèi)，壓電特性隨驅(qū)動(dòng)時(shí)間的不同而發(fā)生變化，為此，施加初始設(shè)定的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，難以通過(guò)驅(qū)動(dòng)時(shí)間來(lái)獲得預(yù)想的壓電部變形，對(duì)反射面的擺動(dòng)速度的均一性產(chǎn)生不良影響。另外，對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)時(shí)間改變驅(qū)動(dòng)電壓波形會(huì)造成控制復(fù)雜。

為此，在控制部30驅(qū)動(dòng)電壓的設(shè)定中具有與0v相差一規(guī)定差值，能夠抑制脫離極化的影響，改善反射面擺動(dòng)速度的均一性。

而通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)到，脫離極化的影響在0至4.5v之間較大，尤其在0至2v之間更大。為此，優(yōu)選上述驅(qū)動(dòng)電壓的規(guī)定差值為2v。進(jìn)一步優(yōu)選4.5v。

另外，通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)到，在壓電常數(shù)曲線達(dá)到極大值時(shí)的施加電壓(以下稱為施加電壓m)以下的低電壓一方，壓電常數(shù)的變化傾向于變大。

對(duì)此，控制部30也可以將驅(qū)動(dòng)電壓的規(guī)定差值作為施加電壓m的值。但是，在與施加電壓m相差幾伏的電壓范圍內(nèi)，脫離極化的影響不大，因而，優(yōu)選用施加電壓m的30％以上的施加電壓(例如極大值為6.5v時(shí)為2v)作為規(guī)定差值。進(jìn)一步優(yōu)選，用施加電壓m的70％以上的施加電壓(例如極大值為6.5v時(shí)為4.5v)作為規(guī)定差值。如果規(guī)定差值過(guò)大，則會(huì)造成需要以高驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)壓電部，因而優(yōu)選7v以下。

〈驅(qū)動(dòng)電壓的設(shè)定處理〉

以下參考圖29，描述驅(qū)動(dòng)電壓的設(shè)定處理。圖29是一例驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)定處理流程圖。

在步驟s21，控制部30確認(rèn)驅(qū)動(dòng)電壓的設(shè)定是否結(jié)束。如果結(jié)束(是)，則移動(dòng)到步驟s23，結(jié)束設(shè)定。如果未結(jié)束(否)，則移動(dòng)到步驟s22。

在步驟s22，控制部30設(shè)定包含規(guī)定差值的驅(qū)動(dòng)電壓。此時(shí)，既可以手動(dòng)設(shè)定包含預(yù)定的規(guī)定差值的驅(qū)動(dòng)電壓，也可以保存壓電部的壓電常數(shù)，讀取壓電常數(shù)并按照預(yù)定規(guī)則(例如最小值為壓電常數(shù)曲線達(dá)到最大值時(shí)的施加電壓的30％，最大值為最小值的+25v)，自動(dòng)輸入并設(shè)定包含預(yù)定的規(guī)定差值的驅(qū)動(dòng)電壓。設(shè)定之后，移動(dòng)到步驟s23。

在步驟s23，控制部30確認(rèn)到已經(jīng)設(shè)定包含預(yù)定的規(guī)定差值的驅(qū)動(dòng)電壓，而后設(shè)設(shè)定完畢旗on，結(jié)束設(shè)定。

按照上述流程設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓，能夠改善反射面的擺動(dòng)速度的均一性。