专利名称：使用复合正弦波驱动电压的光偏转器的驱动器及其设置方法
技术领域：
这里公开的主题涉及用于驱动光偏转器的驱动器和为其设置驱动电压的方法。
背景技术：
现有技术的二维光偏转器由以下部件构成反射镜；围绕反射镜的可动框，其用于通过一对扭力杆支撑该反射镜；内侧压电致动器，其固定在可动框和扭力杆之间，并用作悬臂以通过扭力杆使反射镜相对于反射镜的X轴摆动；支撑体，其围绕可动框；和外侧压电致动器，其固定在支撑体和可动框之间，并用作悬臂以通过可动框使反射镜相对于反射镜的与X轴垂直的Y轴摆动(参见JP2009-223165A)。一般在光扫描器中，针对诸如15kHz高频的水平偏转，使反射镜关于X轴摆动，而 针对诸如60Hz低频的垂直偏转，使反射镜关于Y轴摆动。在上述现有技术的二维光偏转器中，由于内侧压电致动器通过扭力杆摆动反射镜，所以利用同步正弦波驱动电压来驱动内侧压电致动器。另一方面，由于外侧压电致动器不用扭力杆来摆动反射镜，所以利用同步的锯齿驱动电压来驱动外侧压电致动器。更详细地说，外侧压电致动器在每个致动器处折返或喷射，并且第一组外侧压电致动器和与第一组外侧压电致动器交替的第二组外侧压电致动器分别由两个同步锯齿驱动电压来驱动。但是，当第一和第二组外侧压电致动器由这样的两个同步锯齿驱动电压驱动时，除了它们的基本频率以外，同步锯齿驱动电压还含有谐波频率成分。因此，即使同步锯齿驱动电压的基本频率低于反射镜关于Y轴的机械振动系统的、取决于外侧压电致动器的结构的固有频率，上述谐波频率成分中的一个也可能与固有频率中的一个一致或接近。在该情况下，驱动电压的该谐波频率成分将与反射镜的机械振动系统关于Y轴的固有频率共振，使得高频振动叠加在反射镜关于Y轴的摆动上。为了避免反射镜的高频振动，一个办法是使固有频率远高于同步锯齿驱动电压的基本频率。但该情况下由于包括外侧压电致动器在内的反射镜的机械振动系统变硬，将难以使反射镜以大偏转角度进行摆动。另一办法是取代同步锯齿驱动电压，而使用频率远高于反射镜的机械振动系统关于Y轴的固有频率的同步正弦波驱动电压。但是在该情况下，同步正弦波驱动电压的一个周期内的、偏转角线性变化的线性偏转周期变得太小，即有效扫描周期变得太小，这在投影仪这样的使用该光偏转器的图像显示装置中是不实用的。
发明内容
这里公开的主题寻求解决上述问题中的一个或更多个。根据这里公开的主题，光偏转器包括反射镜；可动框，其用于支撑反射镜；支撑体，其围绕可动框；和用作悬臂的第一组压电致动器、以及与第一组压电致动器交替的用作悬臂的第二组压电致动器，其中压电致动器在每个致动器处折返并从支撑体连接到可动框。各个压电致动器与反射镜的一个轴平行。生成针对第一组压电致动器的第一驱动电压，该第一驱动电压具有第一重复波，每个第一重复波具有第一上升周期和第一下降周期。第一上升周期和第一下降周期中的一方大于另一方。生成针对第二组压电致动器的第二驱动电压，第二驱动电压具有第二重复波，每个第二重复波具有与第一驱动电压的第一上升周期对应的第二下降周期和与第一驱动电压的第一下降周期对应的第二上升周期。第一和第二重复波的频率排除了反射镜关于其轴的机械振动系统的、取决于压电致动器的固有频率。根据这里公开的主题，由于第一驱动电压的第一上升周期和第二驱动电压的第二下降周期大于第一驱动电压的第一下降周期和第二驱动电压的第二上升周期，偏转角可在更长的时间中线性地变化，使得根据这里公开的主题的光偏转器可以应用于诸如投影仪的图像显示装置。另外，可以抑制第一和第二驱动电压的谐波频率成分与反射镜的机械振动系统的固有频率成分之间的共振。 另外，在设置用于驱动光偏转器的驱动数据的方法中，光偏转器包括反射镜；可动框，其用于支撑反射镜；支撑体，其围绕可动框；和用作悬臂的第一组压电致动器、以及与第一组压电致动器交替的用作悬臂的第二组压电致动器，其中压电致动器在每个致动器处折返并从支撑体连接到可动框，每个压电致动器与反射镜的一个轴平行，设置对于第一和第二组压电致动器各自的第一和第二驱动电压公共的周期。接着，选择第一和第二半周期。此时，第一和第二半周期之和等于所设置的周期，以选择分别具有第一和第二半周期的第一和第二正弦波。接着，确定第一和第二正弦波的频率是否在反射镜的机械振动系统关于Y轴的、取决于压电致动器的结构的固有频率附近。接着，当第一和第二正弦波的频率不在固有频率附近时，将第一正弦波与第二正弦波组合，由此按照第一正弦波的上升周期的终点与第二正弦波的下降周期的起点一致并且第二正弦波的下降周期的终点与第一正弦波的上升周期的起点一致的方式设置针对第一组压电致动器的第一驱动数据。最后，将第一驱动数据反转为针对第二组压电致动器的第二驱动数据。此外，在设置用于驱动光偏转器的驱动数据的方法中，光偏转器包括反射镜；可动框，其用于支撑反射镜；支撑体，其围绕可动框；和用作悬臂的第一组压电致动器、以及与第一组压电致动器交替的用作悬臂的第二组压电致动器，压电致动器在每个致动器处折返并从支撑体连接到可动框，各个压电致动器与反射镜的一个轴平行，分别设置对第一和第二组压电致动器的第一和第二驱动电压公共的周期。接着指定上升周期和下降周期。此时，上升周期与下降周期之和等于所设置的周期，由此选择周期等于上升周期与下降周期之和的锯齿波数据。接着，对该锯齿波数据执行傅立叶变换以获得频谱。接着，去除或衰减频谱中的处于反射镜的机械振动系统的取决于压电致动器的固有频率成分附近的谐波频率成分。接着，对频谱执行傅立叶逆变换以获得针对第一组压电致动器的第一驱动数据。最后，将第一驱动数据反转为针对第二组压电致动器的第二驱动数据。
与现有技术相比，通过以下结合附图对具体实施方式
进行的说明，可更清楚地理解这里公开的主题的上述和其它优点和特征，在附图中
图I示出了根据这里公开的主题的用于驱动光偏转器的驱动器的实施方式；图2是图I的光偏转器的截面图；图3是用于说明图I的外侧压电致动器的动作的图；图4A、4B和4C是用于示出当图I的驱动器应用于现有技术时图I的驱动电压Vyi、Vy2和偏转角度A的时序图；图5是用于说明作为图I的控制电路的动作的、外侧压电致动器的驱动数据设置的第一例的流程图；图6是在图5的步骤502中计算的、图I的反射镜的机械振动系统的频谱图；图7A和7B是在图5的步骤503中选择的正弦波电压的时序图； 图8是在图5的步骤505中获得的驱动电压Vyi的时序图；图9A和9B是用于说明在图5的步骤507中把驱动电压Vyi反转为驱动电压Vy2的动作的时序图；图10是用于说明作为图I的控制电路的动作的、外侧压电致动器的驱动的流程图；图11A、11B和IlC是图10的流程图中的驱动电压VY1、VY2和偏转角度A的时序图；图12A、12B和12C是图10的流程图中的驱动电压VY1、VY2和偏转角度A的另一时序图；图13是用于说明作为图I的控制电路的动作的、外侧压电致动器的驱动数据设置的第二例的流程图；图14是在图13的步骤1302中计算的图I的反射镜的机械振动系统的频谱图；图15是在图13的步骤1303中选择的锯齿电压的时序图；图16是在图13的步骤1304中通过傅立叶变换获得的频谱图；图17A和17B是在图13的步骤1305中获得的频谱图；图18A和18B是用于说明在图13的步骤1308中把驱动电压Vyi反转为驱动电压Vy2的动作的时序图；图19是用于说明作为图I的控制电路的动作的、外侧压电致动器的驱动的流程图；和图20A、20B和20C是图19的流程图中的驱动电压VY1、VY2和偏转角度A的时序图。
具体实施例方式在图I中，提供了光偏转器10及其驱动器20，图I示出了根据这里公开的主题的用于驱动光偏转器的驱动器的一个实施方式。光偏转器10由以下构成圆形反射镜I，其用于反射入射光；可动框2,其围绕反射镜I，用于通过一对扭力杆3a和3b支撑反射镜I ;内侧压电致动器4a-l、4a-2、4b_l和4b-2，它们固定在可动框2与扭力杆3a、3b之间，并用作悬臂以通过扭力杆3a和3b使反射镜I关于反射镜I的X轴摆动；支撑体5,其围绕可动框2 ;外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a-3和6a-4以及6b-l、6b-2、6b-3和6b_4，它们固定在支撑体5和可动框2之间，并用作悬臂以通过可动框2使反射镜I关于反射镜I的与X轴垂直的Y轴摆动；以及可动框2上的压电传感器7a和7b。
扭力杆3a和3b沿X轴设置，其一端连接到可动框2的内周，另一端连接到反射镜I的外周。因此，扭力杆3a和3b由内侧压电致动器4a-l、4a-2、4b-l和4b-2扭曲以使反射镜I关于X轴摆动。内侧压电致动器4a_l和4b_l沿Y轴彼此相对，并夹着扭力杆3a。内侧压电致动器4a_l和4b_l的一端连接到可动框2的内周，另一端连接到扭力杆3a。在该情况下，内侧压电致动器4a_l的弯曲方向与内侧压电致动器4b_l的弯曲方向相反。同样，内侧压电致动器4 a_2和4b_2沿Y轴彼此相对，并夹着扭力杆3b。内侧压电致动器4a-2和4b-2的一端连接到可动框2的内周，另一端连接到扭力杆3b。在该情况下，内侧压电致动器4a-2的弯曲方向与内侧压电致动器4b-2的弯曲方向相反。支撑体5是矩形框，以围绕可动框2。外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a_3和6a_4，6b-l、6b-2、6b_3和6b_4连接在支撑体5的内周和可动框2的外周之间，以使与反射镜I关联的可动框2相对于支撑体5摆动，即，使反射镜I关于Y轴摆动。外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a_3和6a_4从支撑体5串联地连接到可动框2。另夕卜，外侧压电致动器6a-l、6a_2、6a_3和6a_4都与反射镜I的X轴平行。因此,外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a_3和6a_4在每个致动器处折返,或从支撑体5蜿蜒到可动框2，使得外侧压电致动器6a-l、6a_2、6a_3和6a_4的振幅可以沿着垂直于反射镜I的Y轴的方向变化。同样，外侧压电致动器6b-l、6b-2、6b_3和6b_4从可动框2串联地连接到支撑体
5。另外，外侧压电致动器6b-l、6b-2、6b-3和6b-4都与反射镜I的X轴平行。因此，外侧压电致动器6b-l、6b_2、6b_3和6b_4在每个致动器处折返，或从支撑体5蜿蜓到可动框2，使得外侧压电致动器6b-l、6b-2、6b-3和6b_4的振幅可以沿着垂直于反射镜I的Y轴的方向变化。压电传感器7a和7b检测反射镜I相对于Y轴的偏转角度A。在光偏转器10上设置了连接到驱动器20的焊盘Pal、Pa2、Pa3、Pa4、Pa5和Pa6，Pbl、Pb2、Pb3、Pb4、Pb5 和 Pb6°焊盘Pal连接到内侧压电致动器4a_l和4a_2各自的上电极层207 (参见图2)，并且焊盘Pa2连接到内侧压电致动器4a-l和4a-2各自的下电极层205 (参见图2)。另外，焊盘Pa3连接到外侧压电致动器6a-l和6a-3各自的上电极层207 (参见图2)，并且焊盘Pa4连接到外侧压电致动器6a-2和6a-4各自的上电极层207 (参见图2)。此外，焊盘Pa5连接到外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a-3和6a_4各自的下电极层205 (参见图2)。此外，焊盘Pa6连接到压电传感器7a的上电极层207 (参见图2)。另一方面，焊盘Pbl连接到内侧压电致动器4b_l和4b_2各自的上电极层207 (参见图2)，并且焊盘Pb2连接到内侧压电致动器4b-l和4b-2各自的下电极层205 (参见图
2)。另外，焊盘Pb3连接到外侧压电致动器6b-l和6b-3各自的上电极层207 (参见图2)，并且焊盘Pb4连接到外侧压电致动器6b-2和6b-4各自的上电极层207 (参见图2)。此外，焊盘Pb5连接到外侧压电致动器6b-l、6b-2、6b-3和6b-4各自的下电极层205 (参见图2)。此外，焊盘Pb6连接到压电传感器7b的上电极层207。驱动器20由包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口等的微计算机这样的控制电路21构成。
驱动器20还包括非易失性存储器221，其用于存储驱动数据Xa，驱动数据Xa用于驱动内侧压电致动器4a-l和4a-2的上电极层；数字模拟转换器(DAC) 231，其用于将驱动数据Xa转换为驱动电压Vxa ;和驱动电路241，其用于对焊盘Pal施加驱动电压VXa。驱动器20还包括非易失性存储器222，其用于存储驱动数据Xb，驱动数据Xb用于驱动内侧压电致动器4b-l和4b-2的上电极层；数字模拟转换器(DAC) 232，其用于将驱动数据Xb转换为驱动电压Vxb ;和驱动电路242，其用于对焊盘Pbl施加驱动电压Vxb。驱动器20还包括非易失性存储器223，其用于存储基准数据Xr，基准数据Xr用于驱动内侧压电致动器4a-l、4a-2、4b-l和4b_2的下电极层；数字模拟转换器(DAC) 233，其用于将基准数据Xr转换为基准电压Vx,;和驱动电路243，其用于对焊盘Pa2和Pb2施加基准电压\t。驱动器20还包括非易失性存储器224，其用于存储驱动数据Y1，驱动数据Yl用 于驱动外侧压电致动器6a-l、6a-3和6b-l和6b-3的上电极层；数字模拟转换器(DAC) 234，其用于将驱动数据Yl转换为驱动电压Vyi ;和驱动电路244，其用于对焊盘Pa3和Pb3施加驱动电压Vyi。驱动器20还包括非易失性存储器225，其用于存储驱动数据Y2，驱动数据Y2用于驱动外侧压电致动器6a_2、6a_4和6b_2和6b_4的上电极层；数字模拟转换器(DAC) 235,其用于将驱动数据Y2转换为驱动电压Vy2 ;和驱动电路245，其用于对焊盘Pa4和Pb4施加驱动电压Vy2。驱动器20还包括非易失性存储器226，其用于存储基准数据Yr，基准数据Yr用于驱动外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a-3、6a-4、6b-l、6b-2、6b_3和6b_4的下电极层；数字模拟转换器(DAC) 236，其用于将基准数据Yr转换为基准电压Vft ;和驱动电路246，其用于对焊盘Pa5和Pb5施加基准电压Vft。驱动器20还包括放大器251，其用于放大来自焊盘Pa6和Pb6的反射镜I的模拟偏转角度A ;和模拟数字转换器(ADC) 252，其用于将模拟偏转角度A转换为数字偏转角度数据。注意，外侧压电致动器6a-l、6a_2、6a_3和6a_4的数量和外侧压电致动器6b_l、6b-2、6b-3和6b-4的数量可以是其它值，诸如2、6、8...。下面参照图2说明光偏转器10的各个元件的结构。在图2中，通过绝缘体上硅(SOI)基板形成了单晶硅支撑层201、中间二氧化硅层202和单晶娃有源层203。另外，标号204表不_■氧化娃层，205表不由Pt、Au等制成的下电极层，206表示锆钛酸铅(PZT)层，207表示由Pt、Au等制成的上电极层，208表示由Al、Ag等制成的金属层，并且209表示由二氧化硅等制成的硬掩模层。反射镜I由用作振动板的单晶硅支撑层201、用作反射体的金属层208和硬掩模层209构成。可动框2和扭力杆3a和3b由单晶硅有源层203和二氧化硅层204构成。内侧压电致动器4a-l、4a-2、4b_l和4b_2和外侧压电致动器6a_l至6a_4以及6b_l至6b_4以及压电传感器7a和7b由单晶娃有源层203、二氧化娃层204、下电极层205、PZT层206和上电极层207构成。支撑体5由单晶硅支撑层201、中间二氧化硅层202、单晶硅有源层203、二氧化硅层204和硬掩模层209构成。焊盘Pal、Pa2、Pa3、Pa4、Pa5 和 Pa6，Pbl、Pb2、Pb3、Pb4、Pb5 和 Pb6 由下电极层 205 构成。下面首先说明使反射镜I关于X轴摆动而进行的光偏转或水平扫描动作。即，基于预先存储在非易失性存储器221中的驱动数据Xa的驱动电压Vxa和基于预先存储在非易失性存储器222中的驱动数据Xb的驱动电压Vxb是诸如15kHz的预定频率的正弦波，并且在相位上彼此对称或相反，在非易失性存储器223中预先存储了基于基准数据Xr的基准电压Vx,。结果，内侧压电致动器4a-l和4a_2与内侧压电致动器4b_l和4b-2进行方向彼此相反的弯曲动作，使得扭力杆3a和3b扭曲以使反射镜I关于X轴摆动。 在使反射镜I关于X轴摆动而进行的光偏转或水平扫描动作中，由于驱动电压Vxa的上升和下降定时分别与驱动电压Vxb的下降和上升定时一致，可以说驱动电压Vxa和Vxb是彼此同步的。接着说明使反射镜I关于Y轴摆动而进行的光偏转或垂直扫描动作。外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a-3、6a-4、6b-l、6b-2、6b_3和6b_4分为奇数组外侧压电致动器6a-l和6a-3 ;6b_l和6b_3以及与奇数组外侧压电致动器6a_l和6a_3 ;6b_l和6b-3交替的偶数组外侧压电致动器6a-2和6a-4 ;6b_2和6b_4。如仅示出外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a_3和6a_4的图3所示，当奇数组外侧压电致动器6a-l、6a-3、6b-l和6b_3在例如向下的一个方向上弯曲时，偶数组外侧压电致动器6a-2、6a_4、6b_2和6b_4在另一方向、即向上的方向上弯曲。另一方面，当奇数组外侧压电致动器6a-l、6a-3、6b-l和6b_3在向上的方向上弯曲时，偶数组外侧压电致动器6a_2、6a-4、6b-2和6b-4在向下的方向上弯曲。因而，反射镜I摆动。例如,假设驱动电压Vyi是图4A所示的锯齿形并且驱动电压Vy2是图4B所示的锯齿形。此时，如果根据外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a-3、6a-4、6b-l、6b-2、6b-3和6b_4，驱动电压Vyi和Vy2的一次谐波频率成分等的谐波频率成分与反射镜I的机械振动系统关于Y轴的固有频率f。= &2(参见图6) —致或接近，则一次谐波频率成分将与固有频率fc共振，使得固有频率f。将出现在反射镜I的偏转角度A中，如图4C所示。根据这里公开的主题的第一例,不使用图4A和图4B的锯齿驱动电压Vyi和Vy2，而使用各为两个不同正弦波电压的组合的复合正弦波驱动电压。图5是用于说明作为图I的控制电路21的动作的、外侧压电致动器的驱动数据Vyi和Vy2的设置的第一例的流程图。首先，参照步骤501，根据客户的需求等设置驱动电压Vyi和Vy2的周期2 T。例如，如果按照60Hz的频率进行垂直偏转，则2 T — 1/60其中T是半周期。接着参照步骤502，根据外侧压电致动器6a-l、6a-2、6a-3、6a-4、6b-l、6b-2、6b_3和6b-4的结构，控制电路21的CPU计算反射镜I的机械振动系统关于Y轴的固有频率f^、f02.。例如，当外侧压电致动器 6a-l、6a-2、6a-3、6a-4、6b-l、6b-2、6b-3 和 6b_4 是 30 y m厚、35mm长且0. 2mm宽并且它们的弹性常数是5. 0X 10_3N/cm2时，反射镜I的频率特性如图6所示，其中f01 = 102Hz和f02 = 205Hz是固有频率。接着，参照步骤503，通过指定Tla与Tlb之比来选择两个正弦波电压Sa和Sb，其中Tla是正弦波电压Sa的半周期，Tlb是正弦波电压Sb的半周期。此时，Tla+Tlb = TTla > Tlb例如，Tla Tlb = 6 4结果，选择图7A所示的正弦波电压Sa和图7B所示的正弦波电压Sb接着，参照步骤504，确定所选择的正弦波电压Sa和Sb的频率fa和fb是否与步骤502中求出的反射镜I的机械振动系统关于Y轴的固有频率4、f02...相同或接近(即在附近)。在该情况下，fa = 1/(2 Tla)fb = 1/(2 Tib)例如，当Tla : Tlb = 6:4 时，fa = 50Hzfb = 75Hz因此，fa = 50Hz和fb = 75Hz小于固有频率L1 = 102Hz和fQ2 = 205Hz，所选的正弦波电压Sa和Sb的频率fa和fb远离固有频率4和&2。此时，控制从步骤504进行到步骤505。注意，如果所选的正弦波电压Sa和Sb的频率fa和fb与固有频率和&相同或接近，则控制返回到步骤503，改变Tla与Tlb之比而再次选择两个正弦波电压Sa和Sb。在步骤505中，把图7A所示的正弦波电压Sa的上升周期和图7B所示的正弦波电压Sb的下降周期连续地组合为Tla Tlb正弦波驱动电压Vyi，即图8所示的复合正弦波驱动电压VY1。即，正弦波电压Sa的上升周期的终点与正弦波电压Sb的下降周期的起点一致，并且正弦波电压Sb的下降周期的终点与正弦波电压Sa的上升周期的起点一致。 接着，参照步骤506，把驱动电压Vxi的驱动数据Yl存储在非易失性存储器224中。接着，参照步骤507，相对于基准数据Yr把驱动数据Yl反转为驱动数据Y2。SP，把对应于图8的图9A中示出的驱动电压Vyi相对于基准电SVft反转为Tlb Tla正弦波驱动电压VY2，即图9B所示的复合正弦波驱动电压VY2。即，正弦波电压Sa的下降周期的终点与正弦波电压Sb的上升周期的起点一致，并且正弦波电压Sb的上升周期的终点与正弦波电压Sa的下降周期的起点一致。因而，驱动电压Vy2与驱动电压Vyi同步。接着，参照步骤508，把驱动电压Vy2的驱动数据Y2存储在非易失性存储器225中。接着通过步骤509完成图5的例程。图10的流程图解释了作为图I的控制电路21的动作的、根据通过图5的例程而存储在非易失性存储器224、225和226中的驱动数据Yl、Y2和Yr驱动外侧压电致动器的过程。参照步骤1001，顺序地从非易失性存储器224和225读出驱动数据Yl和Y2，从而将图IlA所示的驱动电压Vyi施加到奇数组外侧压电致动器6a-l、6a-3、6b-l和6b_3，并且将图IlB所示的驱动电压Vy2施加到偶数组外侧压电致动器6a-2、6a-4、6b-2和6b_4。同时，从焊盘Pa6和Pb6读取如图IlC所示的反射镜I的偏转角度A。此时，注意偏转角度A不含有固有频率成分。接着通过步骤1002重复图10的步骤1001，直到输入或生成了停止消息。
在步骤1001中，注意可以把图IlA所示的驱动电压Vyi施加到偶数组外侧压电致动器6a-2、6a-4、6b-2和6b_4，并且可以把图IlB所示的驱动电压Vy2施加到奇数组外侧压电致动器 6a-l、6a-3、6b-l 和 6b_3。在上面提到的第一例中，Tla : Tlb = 6 : 4。但是，Tla与Tlb之比可以是其它值。例如，Tla Tlb = 5. 8 4.2。此时，fa = 51. 7Hzfb = 71.4Hz因此，即使在此情况下fa = 51. 7Hz和fb = 71. 4Hz也低于固有频率f01 = 102Hz和fQ2 = 205Hz，所选择的正弦波电压Sa和Sb的频率fa和fb远离固有频率fQ1和fQ2，如图7所示。结果，获得如图12A所示的驱动电压Vyi并获得如图12B所示的驱动电压Vy2,从而获得了不含有固有频率成分的图12C所示的反射镜I的偏转角度A。 但是比率Tla/(Tla+Tlb)或Tlb (Tla+Tlb)应该在0. 2至0. 8之间。若比率Tla/(Tla+Tlb)或Tlb (Tla+Tlb)小于0. 2或大于0. 8，则由Tla和Tlb中较小一方限定的正弦波电压Sa或Sb接近于直线，这会增加驱动电压Vyi和Vy2中的与反射镜I关于Y轴的固有频率相应的谐波成分。此外，在第一例中，驱动电压Vyi的振幅可以与驱动电压Vy2的振幅相同，或者与驱动电压Vy2的振幅不同。根据这里公开的主题的第二例，使用各由两个伪正弦波电压形成的复合正弦波驱动电压，而非图4A和4B的锯齿驱动电压Vyi和VY2。图13是用于说明作为图I的控制电路21的动作的、外侧压电致动器的驱动数据Vyi和Vy2的设置的第二例的流程图。首先，参照步骤1301，根据客户的需求等设置驱动电压Vyi和Vy2的周期2 T0例如，如果按照60Hz的频率执行垂直偏转，则2 T ^ 1/60其中T是半周期。接着参照步骤1302，根据外侧压电致动器6a_l、6a_2、6a_3、6a_4、6b_l、6b_2、6b-3和6b-4的结构，控制电路21的CPU计算反射镜I的机械振动系统的固有频率4、&2、f03.。例如，当外侧压电致动器 6a-l、6a-2、6a-3、6a-4、6b-l、6b-2、6b-3 和 6b_4 是 40 y m厚、35mm长且0. 2mm宽并且它们的弹性常数是I. 0X 10_3N/cm2时，反射镜I的频率特性如图14 所示，其中 L1 = 80Hz、f02 = 150Hz,f03 = 300Hz. . 。接着参照步骤1303，通过指定T2a与T2b之比来选择锯齿电压S。。此时，T2a+T2b = TT2a > T2b例如，T2a T2b = 8 2结果，获得如图15所示的锯齿电压S。。接着，参照步骤1304，控制电路21的CPU对所选择的锯齿电压S。执行傅立叶变换以获得如图15所示的频谱，其中&是基本频率(=60Hz)，f:是一次谐波频率(=120Hz)，f2是二次谐波频率(=180Hz)，…。
在图16示出的频谱中，谐波频率f\、f2、...可能与反射镜I的机械振动系统的固有频率feu、一致。此时，如果从所选择的锯齿电压S。去除落入大约80到300Hz内的谐波频率成分或衰减这样的谐波频率成分的振幅，则所选择的锯齿电压S。将不与固有频率、...共振。因此应该去除或衰减谐波频率成分4、4和f3。接着参照步骤1305，控制电路21的CPU确定谐波频率成分是否在反射镜I的机械振动系统的固有频率feu、f02> f03-附近。接着，控制电路21的CPU去除或衰减在固有频率feu、f02> f03-附近的谐波频率成分。更详细地说，控制电路21的CPU选择谐波频率成分中的具有最大振幅Ai的一个，并选择振幅大于Ai/a的其它谐波频率成分，其中a大于l(a >1)。接着，去除最大振幅Ai和上述其它振幅，或衰减到Ai/2。
实际上，在步骤1305中，如果a = 2，则去除一次谐波频率成分和振幅大于一次谐波频率成分的振幅Al的一半的其它谐波频率成分，如图17A所示，或者将它们的振幅衰减到么^],如图17B所示。接着参照步骤1306，控制电路21的CPU对图17A或17B的频谱执行傅立叶逆变换以获得复合正弦波驱动电压Vyi,如图18A所示。即，图18A的驱动电压Vyi是图14的锯齿电压的圆整波，使得图18A的驱动电压乂￥1类似于图9A的驱动电压VY1。另外，驱动电压Vyi的上升周期大致与图14的锯齿电压S。的周期T2a相同，并且驱动电压Vyi的下降周期大致与图14的锯齿电压S。的周期T2b相同。因而，可以说将伪正弦波的上升周期T2a和另一伪正弦波的下降周期T2b连续地组合为驱动电压VY1。因此，可以说获得了 T2a T2b正弦波驱动电压、即复合正弦波驱动电压VY1。接着参照步骤1307，把驱动电压Vxi的驱动数据Yl存储在非易失性存储器224中。接着，参照步骤1308，相对于基准数据Yr，把驱动数据Yl反转为驱动数据Y2。SP，把图18A中示出的驱动电压Vyi相对于基准电压Vft反转为T2b T2a正弦波驱动电压VY2，即复合正弦波驱动电压Vy2,如图18B所示。因而,驱动电压Vy2与驱动电压Vyi同步。接着，参照步骤1309，把驱动电压Vy2的驱动数据Y2存储在非易失性存储器225中。接着通过步骤1310完成图13的例程。在步骤1305和1306中，可通过从锯齿电压S。减去应该去除的频率和f2的正弦波电压而形成驱动电压Vyi。在步骤1308中，首先，可以把锯齿电压S。相对于基准数据Yr反转为锯齿电压S/，接着可以从锯齿电压S。减去应该去除的频率和f2的正弦波电压而获得驱动电压vY2。图19的流程图解释了根据通过图13的例程而存储在非易失性存储器224、225和226中的驱动数据Yl、Y2和Yr进行的、作为图I的控制电路21的动作进行的外侧压电致动器的驱动。参照步骤1901，顺序地从非易失性存储器224和225读出驱动数据Yl和Y2，从而把图20A所示的驱动电压Vyi施加到奇数组外侧压电致动器6a-l、6a-3、6b-l和6b_3，并把图20B所示的驱动电压Vy2施加到偶数组外侧压电致动器6a-2、6a-4、6b-2和6b_4。因而从焊盘Pa6和Pb6读出图20C所示的反射镜I的偏转角度A。注意，偏转角度A不含固有频率成分。接着通过步骤1902重复图19的步骤1001，直到输入或生成了停止消息。
在步骤1901中，注意，可以把图20A所示的驱动电压Vyi施加到偶数组外侧压电致动器6a-2、6a-4、6b-2和6b_4，并把图20B所示的驱动电压Vy2施加到奇数组外侧压电致动器 6a_l、6a-3、6b_l 和 6b_3。在上述第二例中，T2b : T2a = 8 : 2。但是T2b与T2a之比可以是其它值。另外，在第二例中，驱动电压Vyi的振幅可以与驱动电压Vy2的振幅相同，或者与驱动电压Vy2的振幅不同。根据上述实施方式，由于驱动电压Vyi的上升周期(或下降周期)和驱动电压Vy2的下降周期(或上升周期)大于驱动电压Vyi的下降周期(或上升周期)和驱动电压Vy2的上升周期(或下降周期)，所以偏转角度可以更长时间地线性变化，使得根据这里公开的主题的光偏转器可以应用于投影仪等的图像显示装置。另外，根据上述实施方式，可以抑制驱动电压Vyi和Vy2的谐波频率成分与反射镜I的机械振动系统的固有频率成分的共振。此外，图5、10、13和19的例程作为程序存储在控制电路21的ROM等中。此外，当图I的二维光偏转器具有同样的内侧压电致动器但如外侧压电致动器那样没有扭力杆时，这里公开的主题也可应用于这样的光偏转器。此外，这里公开的主题可以应用于一维光偏转器，该一维光偏转器由以下构成反射镜；可动体，其用于支撑反射镜；支撑体，其围绕可动框；和压电致动器，其固定在支撑体和可动框之间，并用作悬臂以通过可动框使反射镜关于反射镜的轴摆动。此时，可动体可以是可动框。对于本领域技术人员明显的是，在不脱离这里公开的主题的精神或范围的情况下，可以对这里公开的主题做出各种修改和变化。因而，这里公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的各种修改和变化。在此以引用的方式并入在上面及本说明书的背景技术部分中说明的所有相关或现有技术参考资料。
本申请要求2011年3月4日提交的日本专利申请JP2011-048189的优先权，由此以引用的方式并入其全部内容。
权利要求
1.一种用于驱动光偏转器的驱动器，该光偏转器包括 反射镜； 可动框，其用于支撑所述反射镜； 支撑体，其围绕所述可动框；和 用作悬臂的第一组压电致动器，以及与所述第一组压电致动器交替的用作悬臂的第二组压电致动器， 所述压电致动器在每个致动器处折返并从所述支撑体连接到所述可动框，各个所述压电致动器与所述反射镜的一个轴平行， 所述驱动器生成具有第一重复波的第一驱动电压，所述第一重复波各具有第一上升周期和第一下降周期，所述第一上升周期和所述第一下降周期中的一方大于另一方，所述驱 动器对所述第一组压电致动器施加所述第一驱动电压， 所述驱动器生成具有第二重复波的第二驱动电压，所述第二重复波各具有与所述第一驱动电压的所述第一上升周期对应的第二下降周期和与所述第一驱动电压的所述第一下降周期对应的第二上升周期，使得所述第二驱动电压与所述第一驱动电压反相，所述驱动器对所述第二组压电致动器施加所述第二驱动电压， 其中所述第一重复波和第二重复波的频率排除了所述反射镜关于其所述轴的机械振动系统的、取决于所述压电致动器的固有频率。
2.根据权利要求I所述的驱动器，其中所述第一重复波分别是通过将所述第一上升周期的第一正弦波与所述第一下降周期的第二正弦波组合而形成的，所述第二重复波分别是通过将所述第二下降周期的所述第一正弦波与所述第二上升周期的所述第二正弦波组合而形成的， 所述第一正弦波的频率不同于所述第二正弦波的频率， 所述第一上升周期的所述第一正弦波的终点与所述第一下降周期的所述第二正弦波的起点一致， 所述第一下降周期的所述第二正弦波的终点与所述第一上升周期的所述第一正弦波的起点一致， 所述第二下降周期的所述第一正弦波的终点与所述第二上升周期的所述第二正弦波的起点一致， 所述第二上升周期的所述第二正弦波的终点与所述第二下降周期的所述第一正弦波的起点一致。
3.根据权利要求2所述的驱动器，其中所述第一上升周期与所述第一上升周期加所述第一下降周期之比是0.2至0.8。
4.一种设置用于驱动光偏转器的驱动数据的方法，该光偏转器包括 反射镜； 可动框，其用于支撑所述反射镜； 支撑体，其围绕所述可动框；和 用作悬臂的第一组压电致动器，以及与所述第一组压电致动器交替的用作悬臂的第二组压电致动器， 所述压电致动器在每个致动器处折返并从所述支撑体连接到所述可动框，各个所述压电致动器与所述反射镜的一个轴平行， 所述方法包括 设置对于所述第一压电致动器和第二组压电致动器各自的第一驱动电压和第二驱动电压公共的周期； 指定第一半周期和第二半周期，所述第一半周期与第二半周期之和等于所述周期，以选择分别具有第一半周期和第二半周期的第一正弦波和第二正弦波； 确定所述第一正弦波和第二正弦波的频率是否在所述反射镜的机械振动系统的、取决于所述压电致动器的结构的固有频率附近； 当所述第一正弦波和第二正弦波的频率不在所述固有频率附近时，将所述第一正弦波与所述第二正弦波组合以按照所述第一正弦波的上升周期的终点与所述第二正弦波的下降周期的起点一致并且所述第二正弦波的下降周期的终点与所述第一正弦波的上升周期 的起点一致的方式设置所述第一组压电致动器的第一驱动数据；和 将所述第一驱动数据反转为所述第二组压电致动器的第二驱动数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一半周期与所述第一半周期加所述第二半周期之比是0.2至0.8。
6.一种设置用于驱动光偏转器的驱动数据的方法，所述光偏转器包括 反射镜； 可动框，其用于支撑所述反射镜； 支撑体，其围绕所述可动框；和 用作悬臂的第一组压电致动器，以及与所述第一组压电致动器交替的用作悬臂的第二组压电致动器， 所述压电致动器在每个致动器处折返并从所述支撑体连接到所述可动框，各个所述压电致动器与所述反射镜的一个轴平行， 所述方法包括 设置对于所述第一组压电致动器和第二组压电致动器各自的第一驱动电压和第二驱动电压公共的周期； 指定上升周期和下降周期，所述上升周期和所述下降周期之和等于所述周期，以选择具有所述上升周期和所述下降周期的锯齿波数据； 对所述锯齿波数据执行傅立叶变换以获得频谱； 去除或衰减所述频谱中的、所述反射镜的机械振动系统的取决于所述压电致动器的固有频率附近的谐波频率成分； 在去除或衰减所述谐波频率成分后，对所述频谱执行傅立叶逆变换，以获得所述第一组压电致动器的第一驱动数据；和 将所述第一驱动数据反转为所述第二组压电致动器的第二驱动数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述去除或衰减包括 选择所述谐波频率成分中的具有最大振幅Ai的一个； 选择振幅大于Ai/a的其它谐波频率成分，其中a大于I;和 去除或衰减所述频谱中的所述谐波频率成分中的所述一个和所述其它谐波频率成分。
全文摘要
使用复合正弦波驱动电压的光偏转器的驱动器及其设置方法。光偏转器包括反射镜、支撑反射镜的可动框、围绕可动框的支撑体和用作悬臂的交替的第一组压电致动器及第二组压电致动器，压电致动器在各自处折返并从支撑体连接到可动框，且分别平行于反射镜的一个轴。生成第一组压电致动器的第一驱动电压，其具有包含第一上升周期及下降周期的第一重复波。第一上升周期和下降周期中的一方大于另一方。生成第二组压电致动器的第二驱动电压，其具有包含与所述第一上升周期对应的第二下降周期和与所述第一下降周期对应的第二上升周期的第二重复波。第一和第二重复波的频率排除了反射镜的机械振动系统关于其轴的、取决于压电致动器的固有频率。
文档编号G02B26/08GK102654643SQ20121005441
公开日2012年9月5日 申请日期2012年3月2日 优先权日2011年3月4日
发明者四十物孝宪, 安田喜昭 申请人:斯坦雷电气株式会社