專利名稱：光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動器及其設(shè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動器和設(shè)定其驅(qū)動電壓的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的ニ維光偏轉(zhuǎn)器包括反射鏡；可動框，該可動框包圍該反射鏡以通過ー對扭カ桿來支承該反射鏡；內(nèi)部壓電致動器，該內(nèi)部壓電致動器固定在該可動框與扭力桿之間并且用作懸臂，用于通過扭カ桿使反射鏡關(guān)于反射鏡的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并且用作懸臂，用于通過該可動框使反射鏡關(guān)于反射鏡的垂直于X軸的Y軸來搖擺(參見JP2009-223165A)。一般地，在光學(xué)掃描儀中，反射鏡關(guān)于X軸搖擺以便在諸如15kHz的高頻率下水平偏轉(zhuǎn)，同時反射鏡關(guān)于Y軸搖擺以便在諸如60Hz的高頻率下豎直偏轉(zhuǎn)。 在所描述的現(xiàn)有技術(shù)的ニ維光偏轉(zhuǎn)器中，由于內(nèi)部壓電致動器通過扭カ桿來搖擺反射鏡，所以內(nèi)部壓電致動器被同步正弦波驅(qū)動電壓所驅(qū)動。另ー方面，由于外部壓電致動器不用扭カ桿來搖擺反射鏡，所以外部壓電致動器被同步鋸齒形驅(qū)動電壓所驅(qū)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)，并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(qū)動電壓來驅(qū)動。然而，當(dāng)?shù)谝唤M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(qū)動電壓驅(qū)動吋，同步的鋸齒形驅(qū)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(dāng)同步鋸齒形驅(qū)動電壓的基頻小于依賴外部壓電致動器的結(jié)構(gòu)的反射鏡關(guān)于Y軸的機械振動系統(tǒng)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(qū)動電壓的共振頻率分量將與反射鏡關(guān)于Y軸的機械振動系統(tǒng)的這種固有頻率發(fā)生共振，從而高頻振動將疊加到反射鏡關(guān)于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于同步鋸齒形驅(qū)動電壓的基頻。然而在此情況下，由于包括外部壓電致動器的反射鏡的機械振動系統(tǒng)硬化，所以很難以更大的偏轉(zhuǎn)角來搖擺反射鏡。另ー個途徑是取代同步鋸齒形驅(qū)動電壓而使用同步正弦驅(qū)動電壓，其頻率遠大于反射鏡關(guān)于Y軸的機械振動系統(tǒng)的固有頻率。然而在此情況下，同步正弦驅(qū)動電壓的ー個時段內(nèi)的線性偏轉(zhuǎn)時段(其中偏轉(zhuǎn)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(shè)備中使用這種光偏轉(zhuǎn)器是不實際的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求解決上述問題中的ー個或者更多個。根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)器包括反射鏡；可動框，所述可動框用于支承所述反射鏡；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并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ー個軸平行。驅(qū)動器將具有相同波形的第一原始鋸齒波和第二原始鋸齒波組合為第一鋸齒波。驅(qū)動器生成具有第一鋸齒波的第一驅(qū)動電壓并且將所述第一驅(qū)動電壓施加到第一組壓電致動器。驅(qū)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(qū)動電壓并且將第二驅(qū)動電壓施加到第ニ組壓電致動器。第一原始鋸齒波和原始第二鋸齒波之間的相位差為預(yù)定值，以抑制取決于所述壓電致動器、所述反射鏡關(guān)于其軸的機械振動系統(tǒng)的固有頻率與所述反射鏡的頻率的一致。根據(jù)本發(fā)明，由于使用了變型的同步鋸齒波，所以可線性地改變偏轉(zhuǎn)角達更長的時段，從而根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)器可應(yīng)用于諸如投影儀的圖像顯示設(shè)備。另外，可抑制第一驅(qū)動電壓和第二驅(qū)動電壓的諧波頻率分量與反射鏡的機械振動系統(tǒng)的固有頻率分量的共振。另外，本發(fā)明提供了一種設(shè)定用于驅(qū)動光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動數(shù)據(jù)的方法，其中，該光偏振器包括反射鏡；可動框，所述可動框用于支承所述反射鏡；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 ニ組壓電致動器，這些壓電致動器在每個致動器處折返并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ー個軸平行，設(shè)定對于分別用于第一組壓電致動器和第二組壓電致動器的第一驅(qū)動電壓和第二驅(qū)動電壓而言公共的周期。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于該周期以選擇形成具有該上升時段和該下降時段的第一原始鋸齒波的第一驅(qū)動數(shù)據(jù)。接著，將第一原始驅(qū)動數(shù)據(jù)移位一個移位量，以獲得第二原始驅(qū)動數(shù)據(jù)，所述移位量與依賴所述壓電致動器的所述反射鏡關(guān)于所述軸的機械振動系統(tǒng)的固有頻率的半波長相對應(yīng)。接著，將第一原始驅(qū)動數(shù)據(jù)和第二原始驅(qū)動數(shù)據(jù)組合為形成用于第一組壓電致動器的第一鋸齒波的第一驅(qū)動數(shù)據(jù)。最終，將第一驅(qū)動數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)以獲得形成用于所述第二組壓電致動器的第二鋸齒波的第二驅(qū)動數(shù)據(jù)。


結(jié)合附圖，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的以上和其它優(yōu)點和特征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(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動器的實施方式的圖；圖2是圖I的光偏轉(zhuǎn)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是用于例示當(dāng)圖I的驅(qū)動器應(yīng)用于現(xiàn)有技術(shù)時驅(qū)動電壓Vyi、Vy2和偏轉(zhuǎn)角A的示例的時序圖；圖5是實驗獲得的圖I的反射鏡的機械振動系統(tǒng)的頻譜圖的示例；圖6是圖I的驅(qū)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(shè)定外部壓電致動器的驅(qū)動數(shù)據(jù)的流程圖；圖8A、圖8B、圖8C和圖8D是在圖7的步驟703、704、705和706的驅(qū)動電壓VY11、Vy12、驅(qū)動電壓Vyi和驅(qū)動電壓Vy2的示例的時序圖；圖9是用于說明圖7的步驟704中的|Δφ|的時序圖；圖10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(qū)動的流程圖；圖IIA和圖IIB是用于說明圖10的流程圖中的偏轉(zhuǎn)角A及其頻率特性的時序圖；圖12Α、圖12Β和圖12C是用于例示當(dāng)圖I的驅(qū)動器應(yīng)用于現(xiàn)有技術(shù)時驅(qū)動電壓Vyi> Vy2和偏轉(zhuǎn)角A的其它示例的時序圖；圖13是實驗獲得的圖I的反射鏡的機械振動系統(tǒng)的頻譜圖的另ー個示例；圖14Α、圖14Β、圖14C和圖14D是在圖7的步驟703、704、705和706的驅(qū)動電壓 VyiVy12、驅(qū)動電壓Vyi和驅(qū)動電壓Vy2的示例的時序圖；圖15Α和圖15Β是用于說明圖10的流程圖中的偏轉(zhuǎn)角A及其頻率特性的其它時序圖。
具體實施例方式圖I中例示了根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動器的實施方式，在圖I中，設(shè)置光偏轉(zhuǎn)器10及其驅(qū)動器20。光偏轉(zhuǎn)器10包括圓形反射鏡1，該圓形反射鏡I用于反射入射光；可動框2，該可動框2包圍反射鏡I以便通過ー對扭カ桿3a和3b來支承反射鏡I ;內(nèi)部壓電致動器4a-l、4a_2、4b_l和4b_2,內(nèi)部壓電致動器固定在可動框2與扭カ桿3a和3b之間并且用作懸臂以便通過扭カ桿3a和3b使反射鏡I關(guān)于反射鏡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之間并且用作懸臂以便通過可動框2使反射鏡I關(guān)于反射鏡的垂直于X軸的Y軸來搖擺；以及位于可動框2上的壓電傳感器7a和7b。扭カ桿3a和3b沿著X軸排列，并且一端耦接到可動框2的內(nèi)周，另一端連接到反射鏡I的外周。因此，扭カ桿3a和3b被內(nèi)部壓電致動器4a-l、4a-2、4b-l和4b-2扭曲以使反射鏡I關(guān)于X軸來搖擺。內(nèi)部壓電致動器4a_l和4b_l沿著Y軸彼此相對并且夾著扭カ桿3a。內(nèi)部壓電致動器4a-l和4b-l —端耦接到可動框2的內(nèi)周而另一端耦接到扭カ桿2a。在此情況下，內(nèi)部壓電致動器4a-l的偏折方向與內(nèi)部壓電致動器4b-l的偏折方向相反。類似地，內(nèi)部壓電致動器4a_2和4b_2沿著Y軸彼此相對并且夾著扭カ桿3b。內(nèi)部壓電致動器4a-2和4b-2 —端耦接到可動框2的內(nèi)周而另一端耦接到扭カ桿2b。在此情況下，內(nèi)部壓電致動器4a-2的偏折方向與內(nèi)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(nèi)周與可動框2的外周之間，以使與反射鏡I相關(guān)聯(lián)的可動框2關(guān)于支承體5來搖擺，即，使反射鏡I關(guān)于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(lián)耦接到支承體5。另外，姆個外部壓電致動器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在姆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(lián)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在姆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(guān)于Y軸的偏轉(zhuǎn)角A。光偏轉(zhuǎn)器10上設(shè)置有連接到驅(qū)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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)。另ー方面，焊盤Pbl連接到每個內(nèi)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(nèi)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連接到姆個外部壓電致動器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(qū)動器20由諸如微計算機的控制電路21構(gòu)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)接ロ等。驅(qū)動器20還包括用于存儲用于驅(qū)動內(nèi)部壓電致動器4a_l和4a_2的上電極層的驅(qū)動數(shù)據(jù)Xa的非易失性存儲器221、用于將驅(qū)動數(shù)據(jù)Xa轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電壓Vxa的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 231，以及用于將驅(qū)動電壓Vxa施加到焊盤Pal的驅(qū)動電路241。驅(qū)動器20還包括用于存儲用于驅(qū)動內(nèi)部壓電致動器4b_l和4b_2的上電極層的驅(qū)動數(shù)據(jù)Xb的非易失性存儲器222、用于將驅(qū)動數(shù)據(jù)Xb轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電壓Vxb的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 232，以及用于將驅(qū)動電壓Vxb施加到焊盤Pbl的驅(qū)動電路242。驅(qū)動器20還包括用于存儲用于驅(qū)動內(nèi)部壓電致動器4a-l、4a-2、4b_l和4b_2的下電極層的基準數(shù)據(jù)Xr的非易失性存儲器223、用于將基準數(shù)據(jù)Xr轉(zhuǎn)換為基準電壓V&的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 233，以及用于將基準電壓V&施加到焊盤Pa2和Pb2的驅(qū)動電路243。驅(qū)動器20還包括用于存儲用于驅(qū)動外部壓電致動器6a-l、6a_3、6b_l和6b_3的上電極層的驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl的非易失性存儲器224、用于將驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電壓Vyi的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 234，以及用于將驅(qū)動電壓Vyi施加到焊盤Pa3和Pb3的驅(qū)動電路244。驅(qū)動器20還包括用于存儲用于驅(qū)動外部壓電致動器6a-2、6a_4、6b_2和6b_4的上電極層的驅(qū)動數(shù)據(jù)Y2的非易失性存儲器225、用于將驅(qū)動數(shù)據(jù)Y2轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電壓Vy2的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 235，以及用于將驅(qū)動電壓Vy2施加到焊盤Pa4和Pb4的驅(qū)動電路245。驅(qū)動器20還包括用于存儲用于驅(qū)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(shù)據(jù)Yr的非易失性存儲器226、用于將基準數(shù)據(jù)Yr轉(zhuǎn)換為基準電壓Vy,的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 236，以及用于將基準電壓Vy,施加到焊盤Pa5和Pb5的驅(qū)動電路246。驅(qū)動器20還包括用于放大來自焊盤Pa6和Pb6的反射鏡I的模擬偏轉(zhuǎn)角A的放大器251，以及用于將模擬偏轉(zhuǎn)角A轉(zhuǎn)換為數(shù)字偏轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)量和外部壓電致動器6b_l、6b-2、6b-3和6b-4的數(shù)量可以是其它值，如2，6，8，等。下面參照圖2來說明光偏轉(zhuǎn)器10的各個元件的結(jié)構(gòu)。 在圖2中，通過絕緣體上硅(SOI)基板形成了單晶硅支承層201、中間氧化硅層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等制成的下電極層，206表示鋯鈦酸鉛(PZT)層，207表示由Pt、Au等制成的上電極層，208表示由Al、Ag等制成的金屬層，209表示由ニ氧化硅等制成的硬掩模層。反射鏡I由用作振動板的單晶硅支承層201、用作反射器的金屬層208以及硬掩模層209制成?？蓜涌?以及扭カ桿3a和3b由單晶硅有源層203和ニ氧化硅層204構(gòu)成。內(nèi)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由單晶硅有源層203、ニ氧化硅層204、下電極層205、PZT層206和上電極層207構(gòu)成。支承體5由單晶硅層201、中間硅層202、單晶硅有源層203、ニ氧化硅層204和硬掩模層209構(gòu)成。焊盤Pal、Pa2、Pa3、Pa4、Pa5 和 Pa6、Pbl、Pb2、Pb3、Pb4、Pb5 和 Pb6 由下電極層 205 構(gòu)成。首先，下面將說明通過使反射鏡I關(guān)于X軸來搖擺的光偏轉(zhuǎn)或者水平掃描操作。也就是說，預(yù)先存儲在非易失性存儲器221中的基于驅(qū)動數(shù)據(jù)Xa的驅(qū)動電壓Vxa以及預(yù)先存儲在非易失性存儲器222中的基于驅(qū)動數(shù)據(jù)Xb的驅(qū)動電壓Vxb是諸如15kHz的預(yù)定頻率的正弦形的，并且與存儲在非易失性存儲器223中的基于基準數(shù)據(jù)Xr的基準電壓的相位對稱或相反。結(jié)果，內(nèi)部壓電致動器4a-l和4a-2以及內(nèi)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，從而扭カ桿3a和3b發(fā)生扭曲以使反射鏡I關(guān)于X軸來搖擺。在通過使相反射鏡I對于X軸搖擺的光偏轉(zhuǎn)或者水平掃描操作中，驅(qū)動電壓Vxa的上升和下降定時分別與驅(qū)動電壓Vxb的上升和下降定時重合，因此，驅(qū)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(guān)于Y軸搖擺的光偏轉(zhuǎn)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(shù)組外部壓電致動器6a-l和6a-3，6b-l和6b_3以及與奇數(shù)組外部壓電致動器6a_l和6a_3，6b-l和6b-3交替的偶數(shù)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(dāng)奇數(shù)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(shù)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(dāng)奇數(shù)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(shù)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(fā)生了搖擺。例如,假定驅(qū)動電壓Vyi是圖4A例示的鋸齒形,并且驅(qū)動電壓Vy2是圖4B例示的鋸齒形。在圖4A和4B中，Ta+Tb = T= 1/60Ta Tb = 9 I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6b-4是35 μ m厚，35mm長和O. 2mm寬，并且彈簧常數(shù)是4· 5X l(T3N/cm3，則實驗地獲得如圖5例示的頻率特性，其中固有頻率fc是242Hz。
另ー方面，圖6例示了頻率為60Hz的驅(qū)動電壓Vyi和Vy2的頻率特性，其中ち是基頻(=60Hz)，是ー階諧波頻率分量(=120Hz)，f2是ニ階諧波頻率分量(=180Hz)，f3是三階諧波頻率分量(=240Hz)因此，如果諸如驅(qū)動電壓Vyi和Vy2的三階諧波頻率分量f3 ( = 240Hz)這樣的諧波頻率分量接近取決于外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a-3和6a_4、6b-l、6b-2、6b_3和6b_4的反射鏡I的機械振動系統(tǒng)的關(guān)于Y軸的固有頻率f。= 242Hz，則三階諧波頻率分量f3將與固有頻率f。= 242Hz共振，從而固有頻率f。將出現(xiàn)在反射鏡I的偏轉(zhuǎn)角A中，如圖4C所
/Jn ο根據(jù)本發(fā)明，使用了變型的同步鋸齒形驅(qū)動電壓Vyi和Vy2而不是圖4A和圖4B的同步鋸齒形驅(qū)動電壓Vyi和Vy2，從而可補償驅(qū)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(diào)節(jié)驅(qū)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(shè)定外部壓電致動器的驅(qū)動數(shù)據(jù)Vyi和Vy2的示例的流程圖。首先，參照步驟701，根據(jù)顧客的請求等預(yù)先設(shè)定驅(qū)動電壓Vyi和Vy2的周期T。例如，如果以60Hz的頻率進行豎直偏轉(zhuǎn)，則T — 1/60，其中T是周期。接著，參照步驟702，控制電路21的CPU計算取決于外部壓電致動器6a_l、6a_2、6a-3和6a-4、6b-l、6b-2、6b-3和6b_4的結(jié)構(gòu)的、反射鏡I關(guān)于Y軸的機械振動系統(tǒng)的固有頻率f。。在此情況下，由于外部壓電致動器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(lián)連接的懸臂的分布式恒定系統(tǒng)，從而由于瑞利定律，彈性能量的最大值可能等于動能的最大值，由于共振現(xiàn)象所造成的反射鏡I的高頻分量f。近似為= (1/2 π ) · ^ (35XEXt2/33X ^ 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；η 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(shù)量。即使在此情況下，例如當(dāng)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35 μ m厚、35mm長、0. 2mm寬并且彈簧常數(shù)是4. 5xl(T3N/cm2時，實驗地獲得如圖5例示的反射鏡的頻率特性，其中，fc = 242Hz是固有頻率。接著，參照步驟703，通過指定Ttla與Ttlb的比來選擇第一原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)YlI。在此情況下，T0a+T0b = T = 1/60
T0a > Tob例如，T0a : Tob = 9 : I結(jié)果，選擇了如圖8所例示的用于第一原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Yll的第一鋸齒驅(qū)動電壓Vyi。接著，參照步驟704，將第一原始驅(qū)動數(shù)據(jù)Yll移位諧波頻率(固有頻率)fc的半相位Δφ，以獲得如圖SB例示的第二原始驅(qū)動數(shù)據(jù)Υ12。半相位Δφ計算為
Δφ = 360x(f0/fc)/2 (度)如果 fQ 是 60Hz 且 fc 是 242Hz，則
Δφ = 45 (度)接著，參照步驟705，將第一原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Yll和第二原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Υ12組合為如圖SC例示的用于驅(qū)動電壓Vyi的鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Υ1。在此情況下，Yl (t) = α · (Yll(t)+Y12(t)) + 3其中t是時間，α是諸如1/2的正值，β是偏移值。偏移值β被確定為使鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl的最小值為零。因而，由于第一原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Yii (t)和第二原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Y12(t)具有相同的頻率ち，即，相同的周期T，和相同的幅度，所以鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl具有頻率fo，即，周期T和確定的幅度。在圖8C和圖8D中，Ta+Tb = T= 1/60
Τα = Τ0α-(Δφ/360) ■ (l/f0)
Tb = Tob + (Δφ/360) ■ (l/f0)在此情況下，為了滿足關(guān)系Ta > Tb，
f0 ■ T0a > 1/2 + Δφ/360或者
f0 ■ Tob く 1/2+Δφ/360例如，如果fQ = 60Hz 和fc=242 Hz (Δφ=45 度)，則f0 · T0a > 5/8f0 · Tob < 3/8接著，參照步驟706，相對于基準數(shù)據(jù)Yr將驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl反轉(zhuǎn)為驅(qū)動數(shù)據(jù)Y2。也就是說，相對于基準電壓Vft將如圖8C例示的驅(qū)動電壓Vyi反轉(zhuǎn)為如圖8D例示的Tb Ta鋸齒形驅(qū)動電壓Vy2。接著，參照步驟707，因為以下討論的原因，調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓Vyi和Vy2的幅度，即驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl和Y2。接著，參照步驟708，將用于驅(qū)動電壓Vyi的驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl和用于驅(qū)動電壓Vy2的驅(qū)動數(shù)據(jù)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709完成。通過步驟703、704、705和706，獲得了用于同步驅(qū)動電壓Vyi和Vy2的兩個同步驅(qū) 動數(shù)據(jù)Yl和Y2。在此情況下，如果僅僅壓電致動器6a-l、6a-3 ;6b_l、6b_3被圖8C例示的驅(qū)動電壓Vyi驅(qū)動，則將獲得圖9中用實線指示的反射鏡I的偏轉(zhuǎn)角Al。類似地，如果僅僅壓電致動器6a-2、6a-4 ;6b_2、6b_4被如圖8D例示的驅(qū)動電壓Vy2驅(qū)動，則將獲得圖9A中用虛線指示的反射鏡I的偏轉(zhuǎn)角A2。在此情況下，由于偏轉(zhuǎn)角Al和A2具有相位Δφ相反的高頻分量f。，所以當(dāng)壓電致動器6a-l、6a-3 ;6b_l、6b_3被圖8C例示的驅(qū)動電壓Vyi驅(qū)動同時壓電致動器6a-2、6a-4 ;6b_2、6b_4被圖8D例示的驅(qū)動電壓Vy2驅(qū)動時，偏轉(zhuǎn)角Al中包含的高頻分量即固有頻率f。和偏轉(zhuǎn)角A2中包含的高頻分量即固有頻率f。將彼此補償。然而，一般地，由于外部壓電致動器6a_l、6a-2、6a-3、6a_4 ;6b-l、6b-2、6b_3和6b_4的連接的長度和負載等因素，偏轉(zhuǎn)角Al中包含的高頻分量f。的幅度和偏轉(zhuǎn)角A2中包含的高頻分量f。的幅度不同。因此，為了更完全地補償圖9的偏轉(zhuǎn)角Al和A2兩者中包含的高頻分量f。，在步驟707，按照使僅僅施加驅(qū)動電壓Vyi而不施加驅(qū)動電壓Vy2時的偏轉(zhuǎn)角Al的幅度等于僅僅施加驅(qū)動電壓Vy2而不施加驅(qū)動電壓Vyi時的偏轉(zhuǎn)角A2的幅度的方式，來調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓Vyi的幅度和/或驅(qū)動電壓Vy2的幅度，即驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl和/或Y2。圖10是用于說明作為圖I的控制電路21的操作根據(jù)通過圖7的例程存儲在非易失性存儲器224、225和226中的驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl、Y2和Yr來驅(qū)動外部壓電致動器的流程圖。參照步驟1001，從非易失性存儲器224和225順序地讀出驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl和Y2，從而將如圖8C例示的驅(qū)動電壓Vyi施加到奇數(shù)組的外部壓電致動器6a-l、6a-3、6b-l和6b_3，將圖8D例示的驅(qū)動電壓VY2施加到偶數(shù)組的外部壓電致動器6a-2、6a-4、6b-2和6b_4。同時，從焊盤Pa6和Pb6讀取如圖IlA例示的反射鏡I的偏轉(zhuǎn)角A。如圖IlB所例示的，偏轉(zhuǎn)角A不包括諧波頻率分量f。。接著，通過步驟1102重復(fù)圖10的步驟1001直至輸入或者生成了停止消息為止。在圖IlA 中，
Ta =Toa-(Δφ/360) ■ (1/fo)
=9 - (45/360) ■ (1/40)
= 8.1
Tb = Tob + (Δφ/360) ■ (l/f0)
=I + (45/360) ■ (1/40)
=1.9因此，可獲得ー個周期T中約80%的充分長的有效掃描時段。另外，假定驅(qū)動電壓Vyi是如圖12A例示的鋸齒形，驅(qū)動電壓Vy2是圖12B例示的鋸齒形。在圖12A和圖12B中，Ta+Tb = T= 1/60Ta Tb = 9. 8 O. 2
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6b-4是40 μ m厚，35mm長和O. 2mm寬，并且彈簧常數(shù)是I. O X l(T3N/cm3，則實驗地獲得如圖13例示的頻率特性，其中固有頻率f。是355Hz。另ー方面，圖6例示了頻率為60Hz的驅(qū)動電壓Vyi和Vy2的頻率特性。因此,如果諸如驅(qū)動電壓Vyi和Vy2的五階諧波頻率分量f5( = 360Hz)這樣的諧波頻率分量接近取決于外部壓電致動器6a-l、6a-2、6a-3和6a_4、6b-l、6b-2、6b_3和6b_4的、反射鏡I的機械振動系統(tǒng)關(guān)于Y軸的固有頻率f。= 355Hz，則五階諧波頻率分量ち將與固有頻率f。= 355Hz共振，從而固有頻率f。將出現(xiàn)在反射鏡I的偏轉(zhuǎn)角A中，如圖12C所例示的。根據(jù)本發(fā)明，使用通過圖7的流程圖生成的變型的同步鋸齒形驅(qū)動電壓Vyi和Vy2代替圖12A和圖12B的同步鋸齒形驅(qū)動電壓Vyi和VY2，從而可補償驅(qū)動電壓Vyi和Vy2與固有頻率f。的共振所造成的高次諧波分量。另外，調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓Vyi和Vy2的幅度，從而可完全補償上述高次諧波分量。在此情況下，例如當(dāng)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40μπι厚、35mm長和0. 2mm寬并且彈簧常數(shù)是I. O X l(T3N/cm2時，實驗地獲得如圖13例示的反射鏡I的頻率特性，其中f。= 355Hz是固有頻率。另外，通過指定Ttla與Ttlb的比來選擇第一原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Y11。在此情況下，T0a+T0b = T = 1/60T0a > Tob例如，TOa TOb = 9. 8 O. 2結(jié)果，選擇如圖14A所例示的用于第一原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Vll的鋸齒形驅(qū)動電
壓 VY1。將第一原始驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl I移位共振頻率(固有頻率)f。的半相位Δφ，以獲得如圖14Β例示的第二原始驅(qū)動數(shù)據(jù)Υ12。由于fQ是60Hz且f。是355Hz，所以半相位Δφ被計算為
Δφ = 360x(f0/fc)/2 (度)
Δφ = 30 (度)第一原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Yll和第二原始鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Y12被組合為如圖14C例示的用于驅(qū)動電壓Vyi的鋸齒形驅(qū)動數(shù)據(jù)Y1。將驅(qū)動數(shù)據(jù)Yl相對于基準數(shù)據(jù)Yr反轉(zhuǎn)為驅(qū)動數(shù)據(jù)Y2。也就是說，將如圖14C例示的驅(qū)動電壓Vyi相對于基準電壓Vfc反轉(zhuǎn)為Tb Ta鋸齒形驅(qū)動電壓Vy2，如圖14D所例示。當(dāng)將圖14C例示的驅(qū)動電壓Vyi施加到奇數(shù)組的外部壓電致動器6a-l、6a-3、6b_l和6b-3，并且將圖14D例示的驅(qū)動電壓Vy2施加到偶數(shù)組的外部壓電致動器6a-2、6a-4、6b-2和6b-4時，獲得了如圖15A例示的反射鏡I的偏轉(zhuǎn)角A，從而偏轉(zhuǎn)角A不包括如圖15B所例示的諧波頻率分量f。。在圖15A 中，
Ta =Toa-(Δφ/360) ■ (1/fo)
=9.8 - (45/360) ■ (1/40)
=8.8
Tb = Tob + (Δφ/360) ■ (l/f0)
=0.2 + (45/360) ■ (1/40)
=1.2因此，可獲得ー個周期T中約90%的充分長的有效掃描時段。在步驟1001，請注意如圖8C例示的驅(qū)動電壓Vyi可施加到偶數(shù)組的外部壓電致動器6a-2、6a-4、6b-2和6b_4，并且如圖8D例示的驅(qū)動電壓Vy2可施加到奇數(shù)組的外部壓電致動器 6a-l、6a-3、6b-l 和 6b_3。根據(jù)上述實施方式，由于驅(qū)動電壓Vyi的上升時段(或者下降時段)和驅(qū)動電壓Vy2的下降時段(或者上升時段)大于驅(qū)動電壓Vyi的下降時段(或者上升時段)和驅(qū)動電壓Vy2的上升時段(或者下降時段)，所以偏轉(zhuǎn)角可線性改變更長時間，從而根據(jù)本發(fā)明的光偏轉(zhuǎn)器可應(yīng)用于諸如投影儀的圖像顯示設(shè)備。另外，根據(jù)上述實施方式，可抑制驅(qū)動電壓Vyi和Vy2的諧波頻率分量與反射鏡I的機械振動系統(tǒng)的固有頻率分量的共振。此外，圖7和圖10的例程作為程序存儲在控制電路21的ROM等中。此外，當(dāng)圖I的ニ維光偏轉(zhuǎn)器具有與外部壓電致動器相同的沒有扭カ桿的內(nèi)部壓電致動器時，本發(fā)明還可應(yīng)用于這種光偏轉(zhuǎn)器。此外，本發(fā)明可應(yīng)用于ー維光學(xué)偏轉(zhuǎn)器，該ー維光學(xué)偏轉(zhuǎn)器由以下構(gòu)成反射鏡；可動框，所述可動主體用干支承所述反射鏡；支承體，該支承體包圍該可動框；以及壓電致動器，該壓電致動器固定在該支承體與該可動框之間，并且用作懸臂，用于通過該可動框使該反射鏡相對于反射鏡的軸來搖擺。在此情況下，該可動框可以是可動框。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很明顯，可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下對本發(fā)明做出各種修改和變化。因此，本發(fā)明g在涵蓋本發(fā)明的落入所附權(quán)利要求及其等同物范圍內(nèi)的這些修改和變化。以上和在本說明書的背景技術(shù)部分描述的全部相關(guān)或者現(xiàn)有技術(shù)引用在此通過引用整體并入。本申請要求2011年3月22日提交的日本專利申請No. JP 2011-062919的優(yōu)先權(quán)，該公開在此通過引用整體并入 。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動器，所述光偏轉(zhuǎn)器包括 反射鏡； 可動框，其用干支承所述反射鏡； 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并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ー個軸平行， 所述驅(qū)動器將具有相同波形的第一原始鋸齒波和第二原始鋸齒波組合為第一鋸齒波； 所述驅(qū)動器生成具有所述第一鋸齒波的第一驅(qū)動電壓并且將所述第一驅(qū)動電壓施加到所述第一組壓電致動器， 所述驅(qū)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(qū)動電壓并且將所述第二驅(qū)動電壓施加到所述第二組壓電致動器， 所述第一原始鋸齒波和所述第二原始鋸齒波之間的相位差Δφ為預(yù)定值，以抑制取決于所述壓電致動器的、所述反射鏡關(guān)于它的所述軸的機械振動系統(tǒng)的固有頻率與所述反射鏡的頻率的一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動器，其中，所述相位差被確定為Δφ = 360x(f0/fc)/2 (度) 其中，f0是所述第一原始鋸齒波和所述第二原始鋸齒波的頻率ば。是所述固有頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動器，其中，使僅將所述第一驅(qū)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(qū)動電壓時所述反射鏡的偏轉(zhuǎn)角的幅度等于僅將所述第二驅(qū)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(qū)動電壓時所述反射鏡的偏轉(zhuǎn)角的幅度。
4.一種設(shè)定用于驅(qū)動光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動數(shù)據(jù)的方法，所述光偏振器包括 反射鏡； 可動框，其用干支承所述反射鏡； 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并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ー個軸平行， 所述方法包括以下步驟 設(shè)定對于分別用于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(qū)動電壓和第二驅(qū)動電壓而言公共的周期； 指定上升時段與下降時段的比，所述上升時段和所述下降時段之和與所設(shè)定的周期相同，以選擇形成具有所述上升時段和所述下降時段的第一原始鋸齒波的第一原始驅(qū)動數(shù)據(jù)； 將所述第一原始驅(qū)動數(shù)據(jù)移位一個移位量以獲得第二原始驅(qū)動數(shù)據(jù)，所述移位量與取決于所述壓電致動器的、所述反射鏡關(guān)于它的所述軸的機械振動系統(tǒng)的固有頻率的半波長相對應(yīng)； 將所述第一原始驅(qū)動數(shù)據(jù)和所述第二原始驅(qū)動數(shù)據(jù)組合為第一驅(qū)動數(shù)據(jù)，所述第一驅(qū)動數(shù)據(jù)形成了用于所述第一組壓電致動器的第一鋸齒波；以及 將所述第一驅(qū)動數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)以獲得第二驅(qū)動數(shù)據(jù)，所述第二驅(qū)動數(shù)據(jù)形成了用于所述第ニ組壓電致動器的第二鋸齒波。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述偏移量被確定為Δφ = 360x(fo/fc)/2 (度) 其中，fo是所述第一原始鋸齒波和所述第二原始鋸齒波的頻率ば。是所述固有頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括以下步驟使僅將所述第一驅(qū)動數(shù)據(jù)的第一驅(qū)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(qū)動數(shù)據(jù)的第二驅(qū)動電壓時所述反射鏡的偏轉(zhuǎn)角的幅度等于僅將所述第二驅(qū)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(qū)動電壓時所述反射鏡的偏轉(zhuǎn)角的幅度。
全文摘要
提供了光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動器及其設(shè)定方法。光偏轉(zhuǎn)器包括反射鏡；可動框，其用于支承反射鏡；支承體，其包圍可動框；以及第一組壓電致動器和與第一組壓電致動器交替的第二組壓電致動器。壓電致動器從支承體連接到可動框。驅(qū)動器將具有相同波形的第一原始鋸齒波和第二原始鋸齒波組合為第一鋸齒波。驅(qū)動器將具有第一鋸齒波的第一驅(qū)動電壓施加到第一組壓電致動器。驅(qū)動器將具有與第一鋸齒波相位相反的第二鋸齒波的第二驅(qū)動電壓施加到第二組壓電致動器。第一原始鋸齒波和第二原始鋸齒波之間的相位差為預(yù)定值，以抑制取決于壓電致動器的、反射鏡關(guān)于它的軸的機械振動系統(tǒng)的固有頻率與反射鏡的頻率的一致。
文檔編號G02B26/10GK102692704SQ20121007788
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者四十物孝憲 申請人:斯坦雷電氣株式會社