JP6870699B2 - 拡大された画像領域を備える走査光学デバイス - Google Patents

Description

本開示は、円形走査運動へ作動される反射面を備える光学デバイスに関する。

走査反射鏡は、光検出及び測距センサ（ＬＩＤＡＲ）のような撮像装置内で使用され得る。走査反射鏡は、レーザ発振器からの光線を周囲環境に向かって反射することができる少なくとも１つの可動反射鏡を備えてもよい。可動反射鏡と当該環境との間の光路に、追加の反射鏡又はレンズを備えてもよい。戻り光線は、出射光線を反射したのと同じ反射鏡又はレンズによって光検出器に向かって内側に反射され得る。

走査反射鏡の撮像領域（すなわち、視野）は、反射鏡から反射された光線が当たる可能性がある空間内の領域を指す。撮像領域は、可動反射鏡をどれだけ、どのように傾けることができるかによってある程度決定される。これについて図１を用いて説明する。図１は、反射鏡システムの概略平面図である。レーザ発振器１１は、光線１１１を出射する。ここで、可動反射鏡１２は、トーションビームから吊下げられており、ｚ軸周りを回転することができると仮定する。反射鏡１２は、反時計周りに回転した位置に実線で示されている。この位置から反射された光線１２１も、実線で示されている。反射鏡１２は、時計回りの端部まで回転した位置に破線で示されている。この位置から反射された光線１２２も、破線で示されている。この概略図では、ｚｙ平面における反射鏡の走査軌道は線であり、その長さは、２つの光線１２１及び１２２の間の走査角度αによって決定される。当該線は、ここでは、反射鏡システムの典型的な画像領域を表わす。より一般的には、反射鏡システムの画像領域という用語は、本明細書では、反射鏡システムの走査軌道によって区切られた領域を指すために使用される。図１の例では、画像領域は１次元で変化し、その範囲は、走査角度αに依存する。

多方向走査運動のためには、適切に調整され、時間を定められた順に様々な反射鏡側面を持ち上げ沈降させることを含む、より複雑な動作が必要とされる。

ここでは、往復運動と呼ばれる多方向走査運動の一形態は、図２に概略的に示されるシステムを用いて生成されてもよい。図示された反射鏡システムは、ｙｚ平面に円形反射鏡２１を備える。この反射鏡２１は、反射鏡２１の縁部の周りに対称的に配置された位置に固定された４つのアクチュエーター２２１、２２２、２２３及び２２４によって支持体２２から吊下げられている。各アクチュエーターは電圧によって制御され、当該アクチュエーターが反射鏡の縁部に固定されている点で、当該反射鏡の縁部を上方に持ち上げる、又は、下方に押し下げることができる。

各アクチュエーターの昇降動作を適切に調整することによって、反射鏡表面の法線がＸ軸からある角度へ分岐するように、反射鏡表面を、ｙｚ平面から離れるように傾動させてもよい。例えば、アクチュエーター２２４は、アクチュエーター２２４が固定されている縁部を持ち上げ、アクチュエーター２２２は、アクチュエーター２２２が固定されている縁部を押し下げ、アクチュエーター２２１及び２２３の両方は、それらが固定されている縁部を中間位置に維持する場合、反射鏡の作動は、アクチュエーターの動きに合わせてｙ軸周りの傾動を模倣する。アクチュエーター２２３が下降する間に、アクチュエーター２２１は上昇し、アクチュエーター２２２及びアクチュエーター２２４の両方が中間位置に留まる場合、反射鏡の作動は、アクチュエーターの動きに合わせてｚ軸周りの傾動を模倣する。多方向走査モードの場合、可動反射鏡２１は、２つの直交する回転軸の周りに位相差で振動するように構成されてもよく、その結果として生じる反射鏡の位置は、２つの振動の重ね合わせである。反射鏡が共振振動数で振動するように駆動される場合、最大傾斜角は、下記式で表される。

ここで、Ｑは反射鏡に蓄えられたエネルギー／振動周期当たりのエネルギー損失であり、Ｍは反射鏡の質量であり、ｒは反射鏡の半径であり、ｆｒｅｓは共振周波数であり、Ｆは駆動力である。駆動力Ｆは、下記式で表される。

ここで、ηはアクチュエーターのトランスダクタンス係数であり、Ｖは印加電圧である。従って、大きな傾斜角θを達成するために、システムは大きなＱ値を有する必要がある、又は、傾動させるために、非常に大きな電圧を使用する必要がある。非常に大きな駆動電圧を使用することは実用的ではないが、反射鏡が構造システム要素内に真空パッケージされる場合には、１０００〜１００００、又はそれ以上のオーダーのＱ値を達成することができる。

直交正弦波振動モードが９０度の位相差で共振して駆動される場合、図２の円形反射鏡２１から反射された光線は、反射鏡と反対側のｙｚ平面に平行な表面上に円形走査軌道を作り出す。レンズ及び／又は反射鏡の適切な組み合わせを用いて、この反射光線１２１をさらに反射又は屈折させて、ｙｚ平面の１つの層に対応する一次元の３６０°の走査軌道を作り出してもよい。しかしながら、画像形成のためには、これだけでは十分ではない。ｘ方向にも画像領域を広げる、より広い走査パターンは、多くの用途において必要とされるだろう。

走査軌道をゆがめるための従来の手法は、直接振動変調であり、ここで、重畳振動の共通振幅は、動作のための目標駆動力を変えることによって、又は、駆動力にさらなる偏向力を加えることによって、変えられる。しかしながら、高Ｑ値の使用に対する要求は、この点においていくつかの問題を引き起こす。

実施にもかかわらず、２つの傾斜固有モードの周波数分割が常にあり、Ｑ値が高い間、各共振の帯域幅は非常に狭い。これは、制御可能に駆動された振動モードでは、周波数のわずかなシフトがあっても振幅に非常に大きな変化が生じることを意味する。したがって、実際には、２つの振動モード間で必要な９０°位相シフトを維持することは困難である。共振モード間の位相差の変動は、不均一な、又は、ランダムに変化する走査パターンをもたらし、これは望ましくない。

さらに、外部変調信号に対するシステム応答は、〜ｅｘｐ（−ｔ／τ）に比例する指数関数的な過渡項を有する。ここで、τはシステム時間定数である。τ＝Ｑ／πｆｒであるので、過渡項を下記式で表すことができる。

これは、時定数が大きく、過渡期間がゆっくりと消滅するので、大きなＱ値（狭い帯域幅）がミラー傾斜角を急速に変えたい場合に問題を引き起こすことを意味する。

本開示の目的は、単一の反射面を有する拡大された走査パターンを達成するための装置及び当該装置を駆動する方法を提供することである。

本開示の目的は、独立請求項に記載されていることを特徴とする装置によって達成される。本開示の例示的な実施形態は、従属請求項で開示されている。開示された解決策は、連成振動子の抑制された使用に基づく。

開示された構成の利点は、直接振幅を変調しなくても、拡大された走査パターンが構造的に達成され得ることである。

以下では、添付の図面を参照しながら、好ましい実施形態に関して本開示をより詳細に説明する。

図１は、反射鏡システムの概略平面図である。 図２は、多方向走査運動の発生を概略的に示す図である。 図３は、反射鏡システムの基本要素を示す図である。 図４は、吊下げ部材上のアクチュエーターと検知要素とを示す図である。 図５は、拡大された画像領域を提供するための反射鏡システムの一例を示す図である。 図６Ａは、連成振動子の例示的な構成を示す図である。 図６Ｂは、連成振動子の例示的な構成を示す図である。 図７は、円形傾動運動から生じるパターンの例を示す図である。 図８は、反射鏡システムの構造の他の例を示す図である。 図９は、図６Ｂの連成振動子の代替構造を示す図である。 図１０は、図６Ａの連成振動子の代替構造を示す図である。 図１１Ａは、図６Ａの連成振動子のさらなる代替構造を示す図である。 図１１Ｂは、図６Ｂの連成振動子のさらなる代替構造を示す図である。 図１２Ａは、図６Ａの連成振動子のさらなる代替構造を示す図である。 図１２Ｂは、図６Ｂの連成振動子のさらなる代替構造を示す図である。 図１３は、慣性要素が剛性質量体である、他の実施形態を示す図である。 図１４は、慣性要素が反射鏡内の剛性質量体である、他の実施形態を示す図である。 図１５は、３つの吊下げ部材の構成に適用可能な信号処理要素の主要な機能要素を示す図である。 図１６は、３つの吊下げ部材の反射鏡への例示的な連結を示す図である。 図１７は、図１５の信号分離のための例示的な実装形態を示す図である。 図１８は、図１５の振幅位相制御のための例示的な実装形態を示す図である。 図１９は、４つの吊下げ部材の構成に適用可能な信号処理要素の主要な機能要素を示す図である。 図２０は、４つの吊下げ部材の反射鏡への例示的な連結を示す図である。 図２１は、図１９の信号分離のための例示的な実装形態を示す図である。 図２２は、図１９の振幅位相制御のための例示的な実装形態を示す図である。 図２３は、図１９の振幅位相制御のための他の例示的な実装形態を示す図である。 図２４は、図１９の振幅位相制御のための他の例示的な実装形態を示す図である。 図２５は、図１９の振幅位相制御のためのさらなる例示的な実装形態を示す図である。 図２６は、慣性質量を増やした構成を示す図である。

本開示の実施形態は、反射鏡システム及び信号処理要素を備える光学デバイスを含んでいる。図３は、開示された装置に適用可能な反射鏡システムの基本要素を示す。反射鏡システムは、支持体３００と、反射鏡３０２と、支持体から反射鏡を吊下げるバネ構造３０４、３０６、及び、３０８とを備える。

ここでは、支持体３００という用語は、反射鏡システムを備える装置の一部、例えば、ＭＥＭＳ光学デバイスの一部とすることができる機械的要素を指す。あるいは、支持体は、装置に堅固に固定された別個の要素であってもよい。従って、支持体とは、ここでは、反射鏡システムの可動要素を固定することができる、又は、それから反射鏡システムの可動要素を吊下げることができる、剛性で、局所的に不活性な基準を提供する任意の要素を指す。反射鏡システムのいくつかの実施形態では、支持体は、反射鏡の下方に面外ギャップによって分離された支持層と、反射鏡をデバイス層内に懸架する要素とを備える。デバイス層内の支持体及び可動要素は、例えば、支持体３００から突出する１つ以上の固定点３１２、３１４、及び、３１６を介して互いに連結されてもよい。あるいは、支持体は、支持体層の一部であるか、又は、支持体層に堅固に固定され、デバイス層内で反射鏡を囲むフレームを備えてもよい。反射鏡３０２という用語は、ここでは、光の入射波面を戻す固体反射面を含む任意の要素を指す。反射の法則は、各入射光線に対して、入射角が反射角と等しく、入射方向、法線方向、及び、反射方向は同一平面上にあると述べている。微小電気機械反射鏡システムでは、反射鏡の反射面は、例えば、反射コーティングで被覆されたシリコンプレートによって実現されてもよい。反射コーティングは、例えば、アルミニウム、銀、金又は銅のフィルムなどの１つ以上の金属薄膜層を含んでもよい。あるいは、コーティングは、異なる屈折率を有する１つ以上の誘電体フィルムのスタックを含んでもよい。当該フィルムは、スタックが光を反射するように配置される。有利には、反射面は平面である。

バネ構造は、１つ以上の吊下げ部材３０４、３０６及び３０８を備える。各吊下げ部材は、それが反射鏡の重量を支えるように可撓性を有するが、それはまた支持体３００に対して反射鏡を動かす、又は、動かすことを可能にする。反射鏡の静的な非作動状態、すなわち、反射鏡が支持されているが動かない場合、プレートの平面反射面は反射鏡基準面を形成すると考えられる。吊下げ部材の材料の弾性により、各吊下げ部材の一部ひいては吊下げ部材に連結された反射鏡の一部は、支持体に対して少なくとも一方向に移動することができる。吊下げ部材３０４は、２つの端部、第１端部及び第２端部を有する細長い弾性要素を含んでもよい。吊下げ部材３０４の第１端部は、平面反射面の外縁部の第１連結点３４０に連結され、吊下げ部材３０４の第２端部は支持体内の第２連結点３１２に固定されてもよい。吊下げ部材は、反射鏡基準面の法線と平行な、少なくとも面外方向に偏向するように構成されてもよい。吊下げ部材は、例えば反射鏡を形成するプレートと同じシリコン基板層から形成されたシリコンビームであってもよい。

反射鏡システムは、反射鏡を機械的に作動させるための第１変換器構造を備えてもよい。図３の例示的な実施形態では、支持体から反射鏡を吊下げる吊下げ部材は、圧電アクチュエーターを備えてもよい。圧電アクチュエーターという用語は、ここでは、部品に印加された電圧に応じて物理的に変形する圧電部品を指す。アクチュエーターは、反射鏡が周期的なＡＣ電圧信号で制御される場合に、反射鏡の振動運動を駆動するために使用され得る。吊下げ部材を面外方向にたわませる屈曲圧電アクチュエーターは、吊下げ部材上に被覆された圧電層と導電層とを含んでもよい。例えば、典型的なＭＥＭＳ光学デバイスでは、電圧が印加された場合に、約５０μｍの厚さのシリコン層は、圧電材料と共に曲がるのに十分に薄い。屈曲圧電アクチュエーターは、駆動運動を容易にするために、窒化アルミニウムなどの圧電活性層を備えてもよい。屈曲圧電アクチュエーターは、圧電活性層の両側に金属電極層を備えてもよい。これにより、駆動運動は、圧電信号により制御され得る。電極は、例えば、モリブデン、アルミニウム又はチタンから製造されてもよい。

図３の例示的な微小電気機械反射鏡システムでは、吊下げ部材３０４、３０６、及び、３０８のそれぞれは、それぞれの固定点３１２、３１４及び３１６から支持体に固定されている。図３の吊下げ部材の構成は、例示的なものであり、吊下げ部材及び連結点の量、形態及び位置は、範囲内で変更可能である。連結点を介した連結は、固定されても伝達されてもよい。ここでは、固定された連結とは、吊下げ部材の端部が連結点にしっかりと設置又は固定される、機械的に剛性のある接続を指す。例えば、支持体への第２連結点３１２、３１４及び３１６は固定されてもよく、吊下げ部材アクチュエーターへの電気的接続の伝達のための経路を提供してもよい。伝達連結とは、ここでは、吊下げ部材の端部がそれらの間で偏向又は捩れ得る要素を介して連結点に接続されている構成を指す。例えば、破損の危険性を減らすために、吊下げ部材３０４の第１端部と反射鏡３０２内の第１連結点との間の接続は、要素３４２を通って面外方向に向かう第１連結点３４０の動きを直接中継する伝達連結であってもよいが、要素３４２は、吊下げ部材のたわみの端部でわずかな曲げを可能にする。

非作動状態の反射鏡の反射面が仮想基準面に整列すると考えられる場合、吊下げ部材の第２端部は、弾性を有する吊下げ部材３０４、３０６、３０８、及び、吊下げ部材上の圧電アクチュエーターによって面外方向に移動することができる。これらの変位は、反射鏡を２つの回転軸の周りの振動として表すことができる多方向走査運動に誘導するために適用されてもよい。図３では、第１回転軸３２６がＹ方向に整列して示されており、第２回転軸３２８がＸ方向に整列して示されており、ここでは、両方とも図面のページと整列する仮想基準面に示される。反射鏡３０２の振動は、細長い吊下げ部材３０４、３０６、３０８上に延在する１つ以上の屈曲圧電アクチュエーターに周期的ＡＣ電圧を印加することによって駆動することができる。

反射鏡の抑制された振動については、反射鏡システムは、反射鏡の機械的動きを表す検知信号を生成するように構成された第２変換器の構造を備えてもよい。これを達成するための１つの可能な方法は、吊下げ部材の実現された変位又はたわみを感知することである。このために、１つ以上の、有利には、全ての吊下げ部材に、圧電アクチュエーターに加えて圧電検知要素を設けてもよい。この例では、検知要素という用語は、反射鏡の動きによってそれに引き起こされる物理的な変形に応じて電圧信号を生成する圧電部品を指す。

第１トランスデューサー構造及び第２トランスデューサー構造は、バネ構造の各吊下げ部材がアクチュエーター要素と検知要素とを備えるように構成されてもよい。図４は、細長い圧電アクチュエーター４００及び圧電検知要素４０２は、電気的に独立して延在するが、図３の吊下げ部材３０６上に並列に連結される例示的な配置を示す。制御要素への電気的接続は、１つ以上の第２連結点３１２、３１４、３１６を通して伝達されてもよい当然のことながら、他のトランスデューサーの構成も、本開示の範囲内で適用されてもよい。例えば、圧電トランスデューサーは、それらのコンパクトなサイズ及び低い駆動電圧要件により反射鏡システムの用途に有利である。しかしながら、容量性作動及びセンシングもまた、本開示の範囲内で適用することができる。容量性センシング及び検出の実施は、当業者によく知られているため、ここでは、より詳細には説明しない。

光学デバイスは、さらに信号処理要素を含んでもよい。信号処理要素は、第１トランスデューサー構造及び第２トランスデューサー構造に連結され、バネ構造の各吊下げ部材から検知信号を受信し、反射鏡を始動させるための作動信号を前述の吊下げ部材に供給するように構成されてもよい。具体的には、信号処理要素は、平面反射面の対称点における法線が、対称点における反射鏡基準面の法線の周りを周回する円形傾動運動のための動作信号をバネ構造の吊下げ部材に供給するように構成されてもよい。これに関連して、平面又は基準面への法線とは、所与の点で表面又は平面に垂直な線を指す。反射鏡の円運動では、所与の点は反射鏡の対称点である。定常的な円運動のために、反射鏡は典型的には円形であり、すなわち、その縁部は円を形成する。そのような場合、対称点は円の中心である。

光線が円形傾斜運動を受ける反射鏡に入射すると、反射光線は円形走査軌道を形成する。円形傾動運動は、周期的な動作信号を吊下げ部材に連続的に印加することによって引き起こされ得る。例えば、図３の構成では、吊下げ部材の第１端部は、支持体内のそれぞれの連結点に固定して連結されたままでよく、アクチュエーターは、吊下げ部材の第２端部が面外方向に連続した順序で変位するように捩れる又は曲がるように制御されてもよい。従って、抑制された作動を通して、反射鏡の縁部における連結点を面外方向に上下に順番に動かすことができる。円形走査軌道の場合、吊下げ部材は、全ての連結点が同じ振幅であるが反射鏡の縁部における連結点の位置に対応する位相差で面外方向に振動するように最適に作動される。有利には、連結点は、円形反射鏡の縁部に対称的に配置されている。実際には、３６０度の全円の円形反射鏡は、駆動する吊下げ部材の数で分割されてもよく、作動における位相差は、連結点と交差する半径間の角度に対応する。例えば、３つの吊下げ部材の位相差は、１２０度であり、４つの吊下げ部材の位相差は、９０度であるなどである。

反射鏡システムの一般的な目的は、振動の達成に必要な消費電力が確実に最適化されることである。最大振幅応答は、共振モードで動作するように、すなわち、両方の振動が共通の共振周波数で生じるように反射鏡システムを設計することにより達成される。制御装置が、第１共振周波数Ｆ１１で第１回転軸３２６を中心とする第１回転振動と、第２共振周波数Ｆ１２で第２回転軸３２８を中心とする第２回転振動とを反射鏡３０２に同時に駆動させる制御信号を提供するように構成されるように、円形走査軌道は、モデル化されてもよい。第１回転軸３２６と第２回転軸とは直交しており、結果として生じる反射鏡３０２の位置は、第１回転振動と第２回転振動の重ね合わせである。反射鏡３０２の反射面に入射する光線が反射される場合、反射された光線の方向は入射時の反射鏡の位置に依存する。有利には、第１回転振動及び第２回転振動は、反射された光線が反射鏡システムの画像領域を形成する抑制された走査パターンに沿って移動するように、反射鏡を配置するように構成される。Ｆ１１がＦ１２と等しい場合、ここでは、Ｆ_１と表される、円形傾動運動（往復モード走査運動とも呼ばれる）は、円形画像領域を通って走査する円形走査軌道をもたらす。そのような円形傾動運動は、式（１）及び式（２）で表される。

ここで、θ_ｘは、第１回転軸３２６に対する反射鏡３０２の表面の角度であり、θ_ｙは、第２回転軸３２８に対する反射鏡の表面の角度である。

図５は、拡大された画像領域を提供する抑制された走査パターンのために構成された光学デバイス用の反射鏡システムの一例を示す。反射鏡システムは、支持体５００と、反射鏡５０２と、バネ構造の吊下げ部材５０４、５０６、５０８、５１０とを備える。これらの要素の基本は、図３及び図４の説明から参照されてもよい。反射鏡システムは、さらに、他のバネ構造の１つ以上の吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６を介して反射鏡に連結された、慣性要素５３０、５３２、５３４、５３６を備える。反射鏡と慣性要素との間の１つ以上の吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６によって形成されたバネ構造は、第１バネ構造体を構成する。反射鏡５０２、慣性要素５３０、５３２、５３４、５３６と、第１バネ構造体とを連結する１つ以上の吊下げ部材５０４、５０６、５０８、５１０によって形成されたバネ構造は、第２バネ構造体を構成する。第２バネ構造体の吊下げ部材５０４、５０６、５０８、５１０は、それぞれ、アクチュエーター要素及び検知要素（図示せず）を備えていてもよい。アクチュエーター要素は、それぞれ、吊下げ部材上に延在してもよく、作動信号に従って吊下げ部材を偏向させるように構成されてもよい。同じ吊下げ部材上に、吊下げ部材のたわみに応じて検知信号を出力するように構成された、対応する検知要素が延在してもよい。作動信号は、信号処理要素（図示せず）内で生成され、反射鏡システムのアクチュエーターに入力される。検知信号は、反射鏡システムで生成され、信号処理要素に入力される。

図５に示されるように、反射鏡システムは、可撓性を有する吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６の第１バネ構造体を用いて反射鏡の動きに弾力的に連結された、１つ以上の慣性要素５３０、５３２、５３４、５３６を備えてもよい。反射鏡の動きは、第１バネ構造体の吊下げ部材を反射鏡自体に連結することによって直接的に、又は、第１バネ構造体の吊下げ部材を第２バネ構造体の吊下げ部材に連結することによって間接的に、慣性要素に伝達されてもよい。言いかえれば、第１バネ構造体の各吊下げ部材において、吊下げ部材の第１端部は、反射鏡又は第２バネ構造体中の連結点に連結され、吊下げ部材の第２端部は慣性要素に連結されてもよい。図５の例では、第１バネシステムの４つの吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６は、それぞれ、反射鏡５０２の縁部の一点に連結され、それによって反射鏡５０２を動かしながら動く。なお、他の代替案については、後述する。

前述のように、第１バネ構造体又は第２バネ構造体における吊下げ部材の連結は固定されてもよく、又は、連動されてもよい。図５の例では、第２バネシステムの４つの吊下げ部材５０４、５０６、５０８、５１０のそれぞれは、面内方向に湾曲して延びる屈曲部と、屈曲部の一端と反射鏡５０２の外縁部における連結点との間で、面内方向に屈曲部の法線に対して垂直に延びる短いねじり部とを備える。一例として、図５は、吊下げ部材５０４の屈曲部５６０及びねじり部５６２を示す。さらに、第１バネシステムの４つの吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６のそれぞれは、面内方向に直線的に延びる屈曲部と、屈曲部の一端と第２バネ構造体の連結点との間で面内方向に垂直に延びる短いねじり部とを備える。

一例として、図５は、吊下げ部材５２０の屈曲部５７０及びねじり部５７２を示す。第２バネシステムの吊下げ部材５０４と、第１バネシステムの吊下げ部材５２０のねじり部の軸とは一致している。ねじり部は、反射鏡の縁部における各連結点の面外運動がねじり部を介して屈曲部の連結された端部に直接伝達されるように面外方向に剛性である。ねじり部は、反射鏡、第１バネシステム及び第２バネシステムを面内方向に互いに遠ざける。ねじり部は、必ずしも必要ではないが、構造体の疲労及び破損の危険性を低減するために、ある程度までねじれてもよい。

第１及び第２バネシステムの構成では、反射鏡の質量と慣性質量とが連結して連成振動子を形成する。図６Ａ及び図６Ｂのブロック図は、連成振動子の例示的な構成を示す。図６Ａは、図５に対応しており、ここでは、第１バネシステムが反射鏡の縁部における連結点に連結されている。参照番号ｋ１は、第１バネ構造体の吊下げ部材５２０のバネ効果及び第２バネ構造体の吊下げ部材５０４のバネ効果を表すと考えられてもよい。Ｍ１は、第２バネ構造体の吊下げ部材５０４に対する反射鏡の質量を表し、Ｍ２は、慣性要素５３０の質量を表すと考えられてもよい。図６Ｂのブロック図は、後述する図８に対応する連成振動子の構成を示しており、第１バネシステムが第２バネ構造体の吊下げ部材内の連結点に連結されている。参照番号ｋ１は、第１バネ構造体の吊下げ部材５２０のバネ効果を表すと考えられてもよく、参照符号ｋ２は、吊下げ部材５０４のバネ効果を表すと考えられてもよい。Ｍ１は、第１バネ構造体の吊下げ部材５０４に対する反射鏡の質量を表すと考えられてもよく、Ｍ２は、慣性要素５３０の質量を表すと考えられてもよい。

図６Ａ及び図６Ｂの連成振動子では、２つの質量Ｍ１及びＭ２は、それらの動きが独立しないように連結されている。面外方向におけるそれらの平衡位置からのＭ１及びＭ２の変位は、同じ方向ではあるが、周波数及び位相が異なる２つの単振動の干渉の結果として生じる。図５のような構成では、１以上の慣性要素は、円形傾動運動が２つの振動モード、第１振動モードの第１共振周波数及び第２振動モードの第２共振周波数を有するように反射鏡要素に対して寸法設定できることが分かった。なお、第１共振周波数は、第２共振周波数とは異なる。次いで、信号処理要素は、第１振動モードでは一定の第１振幅を維持し、第２振動モードでは一定の第２振幅を維持する作動信号を提供するように構成されてもよい。結果として、円形傾動運動は、反射光線の傾斜角が制御可能に変化する走査パターンを形成する。そのような円形傾動運動は、式（３）及び（４）で表される。

ここで、θ_ｙは、第１回転軸５５０に対する反射鏡５０２の表面の角度であり、θ_ｘは、第２回転軸５５２に対する反射鏡の表面の角度である。第１回転軸と第２回転軸は、反射鏡の平面に沿って配列され、互いに直交している。Ａ_１は、第１振動モードの選択振幅であり、Ａ_２は、第２振動モードの選択振幅である。Ｆ_１は、第１共振周波数、すなわち、第１振動モードの共振周波数であり、Ｆ_２は、第２共振周波数、すなわち、第２振動モードの共振周波数である。

第２振動モードの円形走査軌道は、制御装置が、第２共振周波数Ｆ２１で第３回転軸を中心とする第３回転振動と、第２共振周波数Ｆ２２で第４回転軸を中心とする第４回転振動とを反射鏡５０２に同時に駆動させる制御信号を提供するように構成されるように、第２振動モードの円形走査軌道は、対応してモデル化されてもよい。第２に駆動する制御信号を提供するように構成される。図５では、第３回転軸は、第１回転軸５５０と一致し、第４回転軸は、第２回転軸５５２と一致する。しかしながら、本明細書の図面に示される回転軸は、例示的な例に過ぎない。第１及び第２回転軸は、必ずしも反射鏡に対するバネシステムの連結点と一致しない。さらに、第１振動モードのための第１及び第２回転軸は、第２振動モードのための第３及び第４回転軸と異なってもよい。しかしながら、第１振動モードでは、第１回転軸と第２回転軸とは、反射面の平面内にあり、互いに直交しており、第２振動モードでは、第３回転軸と第４回転軸とは、反射面の平面内にあり、互いに直交している。

従って、第３回転軸と第４回転軸とは直交し、第２振動モードによって結果として生じる反射鏡５０２の位置は、第３回転振動と第４回転振動との重ね合わせである。Ｆ２１がＦ２２（ここでは、Ｆ_２として示される）と等しい場合、反射鏡の走査運動は、円形の画像領域を通って走査する他の円形走査軌道を形成する。式（３）及び（４）に示されるように、第１振動モードと第２振動モードとの組み合わせは、拡大された画像領域を有する円形傾動運動をもたらす。第１振動モードと第２振動モードとの組み合わせから生じる円形傾動運動の最小振幅は、｜Ａ１−Ａ２｜であり、最大振幅は、｜Ａ１＋Ａ２｜である。従って、式（３）及び（４）の円形傾動運動において反射鏡から反射される光線の傾斜角は、一定の半径を有する円でなく、２つの極値間で変化する。第１共振周波数Ｆ_１と第２共振周波数Ｆ_２とが、互いに関して適切に選択される場合、規定のシステムフレームレートｆ_ＦＲでそれ自体を繰り返す、拡大された走査パターンを達成することができる。図７は、式（３）及び（４）の円形傾動運動においてミラーの表面から反射される光線によって形成されるパターンの一例を示す。図７のパターンでは、線内の各位置は、定義された時点におけるシステムフレーム内の座標に対応する。所望のシステムフレームレートｆ_ＦＲについて、第１共振周波数Ｆ_１と第２共振周波数Ｆ_２との間の関係は、式（５）で表される。

ここでは、ｎは整数である。図７のパターンに適用される例示的な振幅（反射鏡角度）及び周波数値は、以下の通りである。Ａ_１＝７．５度、Ａ_２＝５度、Ｆ_１＝２０００Ｈｚ、Ｆ_２＝１０１５Ｈｚ、ｎ＝２、ｆ_ＦＲ＝３０Ｈｚである。

実用的な実施における適切な設計の課題は、反射鏡が揺動し、慣性要素がそれに対応して動くための面外方向の自由空間が、非常に限られていることである。図８は、図６Ｂに示される連成振動子を備える代替構造を示す。この構造では、反射鏡システムは、図５で説明され、さらに図３及び図４でも説明された基本部品５００、５０２、５０４、５０８及び５１０を同様に備える。さらに、この構成は、可撓性を有する吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６を備える第１バネ構造体を用いて反射鏡要素に弾力的に連結された１つ以上の慣性要素５３０、５３２、５３４、５３６を含む。前述のように、図６Ｂの構成では、第１バネ構造体の各吊下げ部材の第１端部は、第２バネ構造体の吊下げ部材内の連結点に連結され、吊下げ部材の第２端部は慣性要素に連結される。図８の例では、第１バネシステムの４つの吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６はそれぞれ、第１バネシステムのそれぞれの吊下げ部材５０４、５０６、５０８、５１０内の連結点に連結されている。しかしながら、第１バネ構造体の吊下げ部材が第２バネ構造体に連結する点は、第２バネ構造体の吊下げ部材の屈曲部とねじり部とが交わる点ではなく、反射鏡の連結が面外方向に剛性である点ではない。第１バネ構造体の吊下げ部材はそれぞれ、支持体５００への連結点と反射鏡５０２への連結点との間の点での第２バネ構造体の吊下げ部材に連結する。例えば、図８の例示的な構造では、第１バネ構造体の吊下げ部材５２０は、吊下げ部材５０４の支持部への連結点５４０と吊下げ部材５０４の反射鏡５０２への連結点５４８との間の点で、第２バネ構造体の吊下げ部材５０４に連結する。この例では、連結点は、第２バネ構造体の吊下げ部材の屈曲部の中央にあるが、本開示の範囲内で他の位置も可能である。連結点は、反射鏡の動きと共に移動するため、慣性要素と反射鏡との間に弾性的な接続を提供する。しかしながら、第２バネ構造体への接続点では、面外運動は反射鏡の縁部におけるよりも既に小さい。異なる構成の効果は、反射鏡の動きへの必要な連結が、面外方向への動きのより少ない空間を必要とする慣性要素を用いて達成され得ることである。言いかえれば、第１バネ構造体の吊下げ部材の連結点が、第２バネ構造体の吊下げ部材の端部にない場合、バネシステムによって指示されている慣性要素の振幅は、面外方向において、より小さいままである。これは、反射鏡の揺動運動の面外振幅のためのより多くの空間を可能にする。

図５及び図８の構成は、第２バネ構造体の外側の空間を有効に使用するように設計されており、したがって、矩形の装置寸法を有する光学デバイスに特に最適である。図９は、図６Ｂの連成振動子のためのもう１つの代替構造を示す。当該代替構造は、第２のバネ構造内の空間を有効に使用している。この構成では、反射鏡システムは、図５で説明され、さらに図３及び図４でも説明された、基本部品５００、５０２、５０４、５０６、５０８、５１０を同様に備える。さらに、この構成は、可撓性を有する吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６を備える第１バネ構造体と反射鏡要素に弾性的に連結された１つ以上の慣性要素５３０、５３２、５３４、５３６を含む。第１バネ構造体の各吊下げ部材では、吊下げ部材の第１端部は、第２バネ構造体内の連結点に再び連結され、吊下げ部材の第２端部は慣性要素に連結される。図９の例では、第１バネシステムの４つの吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６はそれぞれ、第２バネシステムのそれぞれの吊下げ部材５０４、５０６、５０８、５１０内の連結点に連結される。

図１０は、図６Ａの連成振動子のための代替構造を示す。当該代替構造も、第２バネ構造体内の空間を有効に使用している。この構成では、反射鏡システムは、図５で説明され、さらに図３及び図４で説明された基本部品５００、５０２、５０４、５０６、５０８、５１０を同様に含む。さらに、この構成は、可撓性を有する吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６を備える第１バネ構造体を用いて反射鏡要素に弾性的に連結された１つ以上の慣性要素５３０、５３２、５３４、５３６を含む。第１バネ構造体の各吊下げ部材では、吊下げ部材の第１端部は、反射鏡要素内の連結点に再び連結され、吊下げ部材の第２端部は慣性要素に連結される。図８の例では、第１バネシステムの４つの吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６はそれぞれ、反射鏡５０２の縁部にある連結点に連結される。第２バネシステムの４つの吊下げ部材５０４、５０６、５０８、５１０のそれぞれ、及び、第１バネシステムの４つの吊下げ部材５２０、５２２、５２４、５２６のそれぞれは、面内方角に湾曲して延びる屈曲部と、屈曲部の一端と反射鏡５０２の外縁部の連結点との間で屈曲部の法線に垂直な面内方向に延びる短いねじり部とを備える。第１バネ構造体のねじり部は、第２バネ構造体のねじり部よりも長いので、これらのバネ構造は機械的に離れている。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ、図６Ａ及び図６Ｂの連成振動子のための代替構造を示す。これらの構造では、反射鏡は第１バネ構造体の３つの吊下げ部材によって支持され、第２振動モードは第２バネ構造体で反射鏡に連結された３つの慣性要素によって作り出される。図１１Ａ及び１１Ｂの構成では、反射鏡システムは、支持体１１００、反射鏡１１０２、及び、３つの吊下げ部材１１０４、１１０６、１１０８を備える第２バネシステムを含み、これらはそれぞれ、図５で説明された基本部品５００、５０２、５０４、５０６、５０８に対応する。さらに、この構成は、可撓性を有する吊下げ部材１１２０、１１２２、１１２４を備える第１バネ構造体を用いて反射鏡要素に弾性的に連結された３つの慣性要素１１３０、１１３２、１１３４を含む。図１１Ａは、図６Ａの配置を表しているので、第１バネ構造体の各吊下げ部材では、吊下げ部材の第１端部は、反射鏡要素中の連結点に再び連結され、吊下げ部材の第２端部は慣性要素に連結される。動作中、反射鏡内の連続する連結点中のいずれかのモードの振動における位相差は、１２０度である。図５、図８、図９及び図１０の構成では、位相差は９０度である。図１１Ｂは、図６Ｂの配置を表す。図１１Ｂは、図１１Ａに非常によく似ているが、第１バネ構造体の各吊下げ部材では、吊下げ部材の第１端部は第２バネ構造体内の連結点に連結され、吊下げ部材の第２端部は慣性要素に連結される。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ、図６Ａ及び図６Ｂの連成振動子のための代替構造を示す。これらの構造では、反射鏡はさらに第２バネ構造体の３つの吊下げ部材に支持され、第２振動モードは第１バネ構造体で反射鏡に連結された３つの慣性要素で引き起こされる。図９及び図１０の構造として、これらの構造は、さらに第２バネ構造体内の空間を有効に使用する。図１２Ａ及び図１２Ｂの構成では、反射鏡システムは、支持体１２００、反射鏡１２０２、及び、３つの吊下げ部材１２０４、１２０６、１２０８を備える第２バネシステムを含み、これらはそれぞれ図５で説明された基本部品５００、５０２、５０４、５０６、５０８に対応する。さらに、この構成は、可撓性を有する吊下げ部材１２２０、１２２２、１２２４を備える第１バネ構造体を用いて反射鏡要素に弾性的に連結された３つの慣性要素１２３０、１２３２、１２３４を含む。図１２Ａは、図６Ａの配置を表しているので、第１バネ構造体の各吊下げ部材では、吊下げ部材の第１端部は、反射鏡要素内の連結点に再び連結され、吊下げ部材の第２端部は慣性要素に連結される。動作中、反射鏡内の連続する連結点におけるいずれかのモードの振動における位相差は、１２０度である。図１２Ｂは、図６Ｂの配置を表している。それは、図１２Ａとかなり一致するが、第１バネ構造体の各吊下げ部材では、吊下げ部材の第１端部は第２バネ構造体中の連結点に連結され、吊下げ部材の第２端部は慣性要素に連結される。

図１３は、慣性要素が基準面内の反射鏡によって囲まれた１つの剛体質量である、さらなる実施形態を示す。言いかえれば、反射鏡システムの非作動状態では、慣性要素の上面は平面であり、反射鏡の平面反射面に沿って配列され、反射鏡の平面反射面によって囲まれている。図１３の構成では、円形反射鏡は環状形状を有し、慣性要素を囲む。連成振動のための合理的な質量を可能とするために、慣性要素の底面は、有利には、反射鏡の底面に沿って配列されない。反射鏡及び慣性要素の寸法は、２つの所望の共振周波数を有する連成振動子を形成するように調節されてもよい。図１３の構成では、反射鏡システムは、支持体１３００、反射鏡１３０２、及び、４つの吊下げ部材１３０４、１３０６、１３０８、１３１０を備える第２バネシステムを含み、これらはそれぞれ、図５で説明された基本部品５００、５０２、５０４、５０６、５０８、５１０に対応する。さらに、この構成は、可撓性を有する吊下げ部材１３２０、１３２２、１３２４、１３２６を備える第１バネ構造体を用いて反射鏡要素に弾性的に連結される慣性要素１３３０を含む。図１３の例示的な構成では、第１バネ構造体及び第２バネ構造体の慣性要素１３３０への連結点は、互いから約４５度の距離で半径方向に交互に分布している。代替の連結構造は、本開示の範囲内で適用されてもよい。例えば、第１バネ構造体及び第２バネ構造体の慣性要素１３３０への連結点は、互いに９０度の距離をおいて半径が一致してもよい。

図１４は、慣性要素が基準面内の反射鏡内の剛性質量体である、さらなる実施形態を示す。言いかえれば、反射鏡システムの非作動状態で、慣性要素の上面は平面であり、反射鏡の平面反射面に沿って配列され、反射鏡の平面反射面は慣性要素を囲む。慣性要素の底面は、必ずしも反射鏡の底面に沿って配列される必要はない。図１４の構成では、反射鏡システムは、支持体１４００、反射鏡１４０２、及び、４つの吊下げ部材１４０４、１４０６、１４０８、１４１０を備える第２バネシステムを含み、それらはそれぞれ、図５で説明された基本部品５００、５０２、５０４、５０６、５０８、５１０に対応する。さらに、この構成は、可撓性を有する吊下げ部材１４２０、１４２２、１４２４、１４２６を備える第１バネ構造体を用いて反射鏡要素に弾性的に連結される慣性要素１４３０を含む。有利には、この構成では、光源の中央部分は、慣性要素の非反射部分及び第１バネ構造体の吊下げ部材への光線の入射を回避するために遮断されてもよい。

図示されるように、円形傾動運動のための２つの振動モードは、広範囲の異なる様々な構造変化で実現されてもよい。バネ効果は、例えば、ここで示されている直線状又は湾曲した屈曲部を備える様々な吊下げ部材直線の屈曲部又は曲げられた屈曲部、もしくは、ここに示された直線状のねじれ部品を含む様々な吊下げ部材の形態で実現されてもよい。吊下げ部材は、組み合わされた形態の吊下げ部材が面外方向に連成振動子の所望のバネ効果を提供する限り、他の任意の形態の部品をさらに備えてもよい。１つ又は２つのアクチュエーター要素のみを用いた円形傾動運動の作動は、実際には、非常に困難であり得るが、吊下げ部材の数も変化し得る。

前述のように、光学要素は、反射鏡システムに作動信号を供給するように、かつ反射鏡システムから検知信号を受信するように反射鏡システムに接続された信号処理要素を含む。図４に示されるように、第２バネ構造体の吊下げ部材は、アクチュエーター要素と検知要素とを含むように構成されてもよく、アクチュエーター要素は作動信号に従って吊下げ部材をたわませるように構成されてもよく、検知要素は、吊下げ部材のたわみによって検知信号を出力するように構成されてもよい。信号処理要素は、例えば、連結点を介して支持体に配線することによって第２バネ構造体に連結され、それによってそのような吊下げ部材から検知信号を受信し、前述の吊下げ部材に作動信号を供給するように構成されてもよい。

検知信号は、吊下げ部材の検知された動きに従って変化するため、吊下げ部材上の作動要素及び検知要素の共存は、吊下げ部材を作動させるために作動信号のレベルが吊下げ部材の検知された動きのレベルに基づいて決定されるフィードバック動作を可能にする。決定された作動信号は、検知信号に対して−９０度の位相シフトで吊下げ部材に供給されてもよい。ここで開示されるシステムでは、信号処理要素は、第１振動モードを作動させるための構成要素及び第２振動モードを作動させるための構成要素を含む作動信号を吊下げ部材のアクチュエーターに供給するように構成されてもよい。さらに、信号処理要素は、第１振動モードで規定された第１振幅を維持し、第２振動モードで規定された第２振幅を維持するための作動信号を提供するように構成されてもよい。

図１５のブロック図は、第２バネシステムが３つの吊下げ部材を含み、図３の構成に適用可能な信号処理要素の主要な機能要素を示す。ここで開示されるブロック図の機能要素は、以下に説明される機能を実行するために１つ以上の入力と１つ以上の出力との間で相互に連結される電気部品の組み合わせを表す。開示された機能は、当業者に周知の方法で、異なるアナログ及びデジタル構成要素を組み合わせることにより、多くの様々な方法で実現され得ることは明らかである。

図１６に示されるように、第２バネ構造体のこれらの吊下げ部材のそれぞれは、連結点Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１で反射鏡ＲＥＦに連結される。連結点は、それらの位置が所定の角度で分離されるように、反射鏡の縁部に対称的に分割されてもよい。この例では、所定の角度は、１２０度である。図１５では、信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１は、それぞれ、連結点Ｐ１１、Ｐ２１及びＰ３１の吊下げ部材上の検知要素によって生成された検知信号を表す。これらの検知信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１のそれぞれは、第１共振周波数Ｆ１中の第１振動モードの成分と、第２共振周波数Ｆ２中の第２振動モードの成分とを含む。

検知信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１は、デジタルフォーマットへの変換のためにそれらをスケーリングするアナログフロントエンド要素ＡＦＥに供給されてもよい。また、ＡＦＥは、不要な周波数を減らすための初期フィルタリングを含んでいてもよい。このために、ＡＦＥは、例えば、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、又は、両方のタイプのフィルタを含んでいてもよい。スケーリングされた検知信号Ｓ１２、Ｓ２２及びＳ３２は、アナログデジタル変換を行ない、デジタル検知信号Ｓ１３、Ｓ２３及びＳ３３を信号分離要素ＤＩＶに供給するアナログデジタル変換器ＡＤＣに供給される。また、ＡＤＣは、一定の利得によって信号を増幅させてもよい。ＤＩＶは、各デジタル検知信号Ｓ１３、Ｓ２３、Ｓ３３から、第１振動モードの検知信号成分Ｓ１４．１、Ｓ２４．１、Ｓ３４．１と、第２振動モードの検知信号成分Ｓ１４．２、Ｓ２４．２、Ｓ３４．２とを分離する。

従って、図１５を考慮すると、検知信号成分Ｓ１４．１は、スケーリングされた検知信号Ｓ１２から導出されるデジタル検知信号１３の（周波数Ｆ１を有する）第１振動モードの信号成分を含む。スケーリングされた検知信号Ｓ１２は、反射鏡ＲＥＦの端部の点Ｐ１１に結合された吊下げ部材の検知要素から受信される検知信号Ｓ１１からスケーリングされる。それに対応して、検知信号成分Ｓ１４．２は、デジタル検知信号Ｓ１３中に（周波数Ｆ２を有する）第２振動モードの信号成分を含む。検知信号成分Ｓ２４．１は、第１振動モードの信号成分を含み、検知信号成分Ｓ２４．２は、点Ｐ２１の検知信号Ｓ２１から導出された第２振動モードの信号成分を含む。それに対応して、検知信号成分Ｓ３４．１は、第１振動モードの信号成分を含み、デジタル信号Ｓ３４．２は、点Ｐ３１の検知信号Ｓ３１から導出された第２振動モードの信号成分を含む。

第１周波数Ｆ１及び第１振幅Ａ１での円形傾動運動のための第１振動モードは、少なくとも１つの吊下げ部材のアクチュエーターにそのアクチュエーターの検知信号に対して−９０度の位相シフトである作動信号（駆動信号）を供給することにより維持され得る。それに対応して、第２周波数Ｆ２及び第２振幅Ａ２での円形傾動運動のための第２振動モードは、少なくとも１つの吊下げ部材のアクチュエーターにそのアクチュエーターのそれぞれの検知信号に対して−９０度の位相シフトである作動信号（駆動信号）を供給することにより維持され得る。第１振動モードのための別々に振幅位相制御された作動信号成分と、第２振動モードのための別々に振幅位相制御された作動信号成分との合計は、吊下げ部材のアクチュエーターに提供されてもよい。

有利には、合計された作動制御信号は、第２バネ構造体の吊下げ部材に連続した順序で提供され得る。ＤＩＶにおける信号分離により、第１の振幅Ａ１及び第２振幅Ａ２は、別々に一定に維持され得る。図１５の例は、そのような構成に関して説明されている。しかしながら、感知及び作動のためにすべての吊下げ部材を使用することは必須ではない。第１振動モード及び第２振動モードの両方に同じアクチュエーターを使用することもできない。１つの振動モードの検知信号と作動信号との間の−９０度の位相差がアクチュエーターに対して維持され得る限り、一組の１以上のアクチュエーターを第１振動モード専用にし、他の一組の１以上のアクチュエーターを第２振動モード専用にしてもよく、これらの振動モードの振幅は、別々に制御されてもいい。

図１５を考慮すると、第１振動モードの検知信号成分Ｓ１４．１、Ｓ２４．１、Ｓ３４．１は、振幅位相制御要素ＡＰＣに入力されてもよい。まず、受信された検知信号成分Ｓ１４．１に着目する。ＡＰＣは、受信された検知信号成分Ｓ１４．１から検出された振幅値を決定し、検出された振幅値を目標の第１振幅Ａ_１に対応する所定の目標値と比較するように構成される。比較に基づいて、ＡＰＣは、検出されたＳ１４．１の振幅値と目標値との間の差分を最小にする作動信号成分Ｓ１５．１を生成するように構成される。作動信号成分Ｓ１５．１は、Ｐ１１の吊下げ部材における作動力を制御する。検出された振幅が大きすぎる場合、ＡＰＣは、作動信号成分Ｓ１５．１を減少させ、それによってＰ１１の吊下げ部材における第１振動モードのための作動力を減少させる。ＡＰＣは、検出された振幅をより速く減少させるための破壊力を生み出すために利得の極性を変えることさえもし得る。検出された振幅が小さすぎる場合、ＡＰＣは、作動信号成分Ｓ１５．１を増大させ、それによってＰ１１の吊下げ部材における第１振動モードのための作動力を増加させる。ＡＰＣは、また、作動信号成分Ｓ１５．１と検知信号成分Ｓ１４．１（すなわち検知信号Ｓ１１）との間に９０度の位相シフトを生じさせる。ＡＰＣは、検知信号成分Ｓ２４．１及びＳ３４．１に対して同じ制御操作を実行してもよい。信号Ｓ１４．１及びＳ１５．１、信号Ｓ２４．１及び信号Ｓ２５．１、並びに、信号Ｓ３４．１及びＳ３５．１の間の位相シフトは、例えば−９０度である。連結点Ｐ１１とＰ２１との間の角度、及び、連結点Ｐ２１とＰ３１との間の角度は、１２０度である。そのため、信号Ｓ１５．１、Ｓ２５．１及びＳ３５．１の間の位相シフト、並びに、信号Ｓ１５．２、Ｓ２５．２、Ｓ３５．２の間の位相シフトも、１２０度である。

次の位相では、各アクチュエーターの第１振動モード及び第２振動モードの振幅制御された信号と位相シフトされた信号とが合計される。図１５の例を考慮すると、点Ｐ１１に連結された吊下げ部材のアクチュエーターの第１振動モードの作動信号成分Ｓ１５．１と第２振動モードの作動信号成分Ｓ１５．２とは、合計作動信号Ｓ１６に合計される。点Ｐ２１に連結された吊下げ部材のアクチュエーターの合計作動信号Ｓ２６を生成するために信号Ｓ２５．１及びＳ２５．２に対して同様の合計動作が行われ、合計作動信号Ｓ３６を生成するために信号Ｓ３５．１及びＳ３５．２に対して同様の合計動作が行われる。この時点で、デジタル加算作動信号Ｓ１６、Ｓ２６、Ｓ３６は、デジタル−アナログ変換器ＤＡＣでアナログ作動信号Ｓ１７、Ｓ２、Ｓ３７に変換され得る。デジタル−アナログ変換は、一定の利得で実施されてもよい。デジタル−アナログ変換器は、起動中及び「通常動作モード」中に異なる利得設定を有してもよい。その結果、最大駆動信号が必要とされない可能性がある場合、起動中に利得が最大となり、その後、「通常動作モード」中に、より小さい量子化ステップ値を達成するために、利得を下げてもよい。図１５に示されるように、第１振動モード及び第２振動モードの、振幅制御され、かつ、適切に位相シフトされた成分を含む作動信号Ｓ１７、Ｓ２７、Ｓ３７は、次いで、それらをそれぞれの吊下げ部材のアクチュエーターに制御可能に供給する作動電圧バッファーＡＶＢにバッファーされてもよい。

本実施の形態に適用されるアナログ及びデジタルドメインの間の分割は、例示に過ぎない。本明細書に記載されている機能要素のための信号処理は、当業者にはよく知られている方法で、デジタル及び／又はアナログ要素の様々な異なる組み合わせで実現されてもよい。

図１７は、図１５のＤＩＶにおける信号分離のための例示的な実施形態を示す。Ｓ１３のような入力デジタル検知信号は、２つのノッチフィルタに分割されてもよい。各ノッチフィルタは、狭い周波数帯域を遮断し、残りのスペクトルは殆ど変化しない。図１７では、ｎ（Ｆ１）は、Ｆ１の周波数を遮断するノッチフィルタを表し、ｎ（Ｆ２）は、Ｆ１の周波数を遮断するノッチフィルタを表す。入力デジタル検知信号Ｓ１３は、周波数Ｆ１を有する第１振動モードの成分と、周波数Ｆ２を有する第２振動モードの成分とを含む。ノッチフィルタｎ（Ｆ２）は、第２振動モードの成分を遮断し、その結果、フィルタリングの後、出力検知信号成分Ｓ１４．１は周波数Ｆ１を有する第１振動モードの成分のみを含む。それに対応して、ノッチフィルタｎ（Ｆ１）は、第２振動モードの成分を遮断し、その結果、フィルタリングの後、出力検知信号成分Ｓ１４．２は周波数Ｆ２を有する第１振動モードの成分のみを含む。他の信号分離手段は、本開示の範囲内で適用されてもよい。

図１８は、図１５のＡＰＣにおける振幅位相制御のための例示的な実施形態を示す。図１８では、入力Ｄｉｎ１、Ｄｉｎ３、Ｄｉｎ５は、それぞれ、第１振動モードの検知信号成分Ｓ１４．１、Ｓ２４．１、Ｓ３４．１に対応する。それに対応して、出力Ｄｏｕｔ１、Ｄｏｕｔ３、Ｄｏｕｔ５は、それぞれ、第１振動モードの検知信号成分Ｓ１５．１、Ｓ２５．１、Ｓ３５．１に対応する。第１振動モードの第１振幅に対応する目標値は、ｔａｒｇ１として示される。例示的な構造は、比例積分微分制御器（ＰＩＤ制御器）が検知された振動の振幅の連続的に変調された制御を提供する制御ループフィードバック機構を含む。ここで、ＰＩＤ制御器は、受信信号の検出振幅値とＰＩＤ制御器の目標値との間の差に対応する誤差値を計算するように構成されてもよい。誤差値に基づいて、ＰＩＤ制御器は、作動信号成分を増加、維持、又は減少させるために使用することができる利得値を算出することにより補正を実行してもよい。ＰＩＤ制御器は、実施形態の単なる１つの選択肢である。例えば、比例要素、積分要素、又は、微分要素のうちの１つ又は２つをフィードバック制御器から省略されてもよい。

図１８の例は、６つの機能的なＰＩＤ要素ＡＤＣ１、ＡＤＣ２、ＡＤＣ３、ＡＤＣ４、ＡＤＣ５及びＡＤＣ６を含む。１つ目のＡＤＣ１は、第１振動モードの振幅Ａ_１のための目標値ｔａｒｇ１と、連結点Ｐ１１の吊下げ部材の検知信号Ｓ１１から導出された検知信号成分Ｓ１４．１とを入力してもよい。次いで、１つ目のＡＤＣ１は、Ｓ１４．１の検出された振幅値を決定し、それをｔａｒｇ１と比較し、これらの２つの間の差分を最小にする利得制御値ｇ１を出力する。図１８に示されるように、Ｄｏｕｔ１から出力されるべき連結点Ｐ１１の吊下げ部材のアクチュエーターの、振幅制御され、かつ、−９０度位相シフトされた作動信号成分Ｓ１５．１は、１つ目のＡＤＣ１からの利得制御値ｇ１を連結点の吊下げ部材の検知信号から導出されたデジタル信号成分Ｓ３４．１と乗算し、かつ、乗算された信号を３０度まで位相シフトすることによって生成されてもよい。

同様の構成を適用して、連結点Ｐ２１の吊下げ部材のアクチュエーターのＤｏｕｔ３から出力される作動信号成分Ｓ２５．１を生成し、連結点Ｐ３１の吊下げ部材のアクチュエーターのＤｏｕｔ５から出力される作動信号成分Ｓ３５．１を生成してもよい。図１８では、Ｄｏｕｔ３への作動信号成分Ｓ２５．１は、２つ目のＡＤＣ２からの利得制御値ｇ２に、連結点Ｐ１１の吊下げ部材の検知信号から導出された検知信号成分Ｓ１４．１と乗算し、乗算された信号を３０度まで位相シフトすることによって生成される。Ｄｏｕｔ５への作動信号成分Ｓ３５．１は、３つ目のＡＤＣ３からの利得制御値ｇ３と連結点Ｐ２１の吊下げ部材の検知信号から導出された検知信号成分Ｓ２４．１とを乗算し、乗算された信号を３０度まで位相シフトすることによって生成される。なお、全ての出力Ｄｏｕｔ１、Ｄｏｕｔ３、Ｄｏｕｔ６のＡ_１の振幅目標値ｔａｒｇ１は同じである。

図１８に、入力Ｄｉｎ２、Ｄｉｎ４、Ｄｉｎ６は、それぞれ、第２振動モードの検知信号成分Ｓ１４．２、Ｓ２４．２、Ｓ３４．２に対応する。それに対応して、出力Ｄｏｕｔ２、Ｄｏｕｔ４、Ｄｏｕｔ６は、それぞれ、第２振動モードの作動信号成分Ｓ１５．２、Ｓ２５．２、Ｓ３５．２に対応する。第１振動モードのデジタル信号成分に適用されたものと同様の構成を適用して、出力Ｄｏｕｔ２、Ｄｏｕｔ４、Ｄｏｕｔ６から出力されるべき作動信号成分を生成してもよい。図１８では、Ｄｏｕｔ２への作動信号成分Ｓ１５．２は、４つ目のＡＤＣ４からの利得制御値ｇ４と連結点Ｐ３１の吊下げ部材の検知信号から導出された検知信号成分Ｓ３４．２とを乗算し、乗算された信号を３０度まで位相シフトすることによって生成される。Ｄｏｕｔ４への作動信号成分Ｓ２５．２は、５つ目のＡＤＣ５からの利得制御値ｇ５と連結点Ｐ１１の吊下げ部材の検知信号から導出された検知信号成分Ｓ１４．２とを乗算し、乗算された信号を３０度まで位相シフトすることによって生成される。Ｄｏｕｔ６への作動信号成分Ｓ３５．２は、６つ目のＡＤＣ６からの利得制御値ｇ６と連結点Ｐ２１の吊下げ部材の検知信号から導出された検知信号成分Ｓ２４．２とを乗算し、乗算された信号を３０度まで位相シフトすることによって生成される。なお、全ての出力Ｄｏｕｔ２、Ｄｏｕｔ４、Ｄｏｕｔ６のＡ_２の振幅目標値ｔａｒｇ２は同じである。

図１９のブロック図は、図５のような構成に適用可能な信号処理要素の主要な機能要素を示しており、第２バネシステムは、４つの吊下げ部材を含む。図２０に示されるように、第２バネ構造体のこれらの吊下げ部材のそれぞれは、連結点Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１で反射鏡ＲＥＦに連結する。連結点は、それらの位置が所定の角度で分離されるように、反射鏡の縁部に対称的に分割されてもよい。この例では、所定の角度は、９０度である。信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１及びＳ４１は、それぞれ、連結点Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１の吊下げ部材上の検知要素によって生成された検知信号を表す。これらの信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１のそれぞれは、第１共振周波数Ｆ１における第１振動モードの成分と、第２共振周波数Ｆ２における第２振動モードの成分とを含む。

検知信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１は、デジタルフォーマットへの変換のためにそれらをスケーリングするアナログフロントエンド要素ＡＦＥに供給される。ＡＦＥは、さらに、不要な周波数を減らすための初期フィルタリングを含んでもよい。これについて、ＡＦＥは、例えば、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ又は両方の種類のフィルタを含んでもよい。４つの吊下げ部材を有する構造では、図１５〜図１８を用いて上述したように、各検知信号を別々に処理することが可能である。あるいは、装置の動作寿命における構造的変動の影響を排除する、又は、少なくとも低減する差動検波のための連結点の本質的に直交する位置決めを利用することが可能である。この代替案は、図１９の例で説明されている。

従って、スケーリングされた検知信号Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２は、アナログデジタル変換を実行するアナログデジタル変換器ＡＤＣに供給され、２つの差動検出信号Ｓｘ３及びＳｙ３を生成する。第１差動検出信号Ｓｘ３は、対向位置Ｐ１１及びＰ３１からの信号を減算することにより生じ、第２差動検出信号Ｓｙ３は、対向位置Ｐ２１及びＰ４１からの信号を減算することにより生じる。対向位置Ｐ１１及びＰ３１の方向は、ｘ方向に対応するように示され、この結果として、対向位置Ｐ２１及びＰ４１の方向は、ｘ方向に直交するｙ方向に対応するように示される。また、ＡＤＣは、Ｓｘ３＝Ｇ（Ｓ１２−Ｓ３２）及びＳｙ３＝Ｇ（Ｓ２２−Ｓ４２）となるように一定の利得Ｇを導入することにより信号Ｓｘ３及びＳｙ３を増幅してもよい。

次に、ＡＤＣは、作動検出信号Ｓｘ３及びＳｙ３を信号分離要素ＤＩＶに供給してもよい。ＤＩＶは、第１振動モードの検知信号成分Ｓｘ４．１（第１振動モードのＳｘ４．１）及び検知信号成分Ｓｘ４．２（第２振動モードのＳｙ４．２）からＳｘ３及びＳｙ３を分離する。図１９を考慮すると、検知信号成分Ｓｘ４．１は、差動検出信号Ｓｘ３の第１振動モード（周波数Ｆ１）、すなわち、アナログ信号Ｓ１２及びＳ３２から差動的に導出された信号を含む。これらのアナログ信号は、点Ｐ１１に連結された吊下げ部材の検知要素から受信された検知信号Ｓ１１と、反射鏡ＲＥＦの端部の点Ｐ３１に連結された吊下げ部材の検知要素から受信された検知信号Ｓ３１とからスケーリングされた。これに対応して、検知信号成分Ｓｘ４．２は、差動検出信号Ｓｘ３の第２振動モード（周波数Ｆ２）の信号成分、すなわち、点Ｐ１１及び点３１の吊下げ部材を通して差動的に導出された信号を含む。検知信号成分Ｓｙ４．１は、差動検出信号Ｓｙ３の第１振動モード（周波数Ｆ１）の信号成分、すなわち、アナログ信号Ｓ２２及びＳ４２から差動的に導出される信号を含む。これらのアナログ信号は、点Ｐ２１に連結された吊下げ部材の検知要素から受信された検知信号Ｓ２１と、反射鏡ＲＥＦの端部の点Ｐ４１に連結された吊下げ部材の検知要素から受信された検知信号Ｓ４１とからスケーリングされた。これに対応して、検知信号成分Ｓｙ４．２は、差動検出信号Ｓｙ３の第２振動モード（周波数Ｆ２）の信号成分、すなわち、点Ｐ２１及びＰ４１の吊下げ部材を通して差動的に導出された信号を含む。

図２１は、図１９のＤＩＶにおける信号分離のための例示的な実施形態を示す。入力差動検出信号Ｓｘ３は、２つのノッチフィルタに分割することができる。各ノッチフィルタは、狭い周波数帯域を遮断し、残りのスペクトルが殆ど変化しない、図２１では、ｎ（Ｆ１）は、再び周波数Ｆ１を遮断するノッチフィルタを示し、ｎ（Ｆ２）は、Ｆ１の周波数を遮断するノッチフィルタを示す。入力差動検出信号Ｓｘ３及びＳｙ３は、周波数Ｆ１を有する第１振動モード、及び、周波数Ｆ２を有する第２振動モードの成分を含む。ノッチフィルタｎ（Ｆ２）は、第２振動モードの成分を遮断し、その結果、フィルタリングの後、出力検知信号成分Ｓｘ４．１及びＳｙ４．１は、周波数Ｆ１を有する第１振動モードの成分のみを含む。それに対応して、ノッチフィルタｎ（Ｆ１）は、第２振動モードの成分を遮断し、その結果、フィルタリングの後、出力検知信号成分Ｓｘ４．２及びＳｙ４．２は、周波数Ｆ２を有する第１振動モードの成分のみを含む。他の信号分離手段は、本開示の範囲内で適用されてもよい。

図１９を再び参照すると、デジタル信号成分Ｓｘ４．１、Ｓｘ４．２、Ｓｙ４．１、Ｓｙ４．２は、振幅位相制御要素ＡＰＣに入力されてもよい。図２２を用いてより詳細に説明するように、ＡＰＣは、受信信号Ｓｘ４．１、Ｓｙ４．１から検出振幅値を決定し、検出振幅値を、目標とする第１振幅Ａ_１に対応する所定の目標値と比較するように構成される。比較に基づいて、ＡＰＣは、検出振幅値とＡ１の目標値との間の差分を最小にする作動信号成分Ｓｘ５．１及びＳｙ５．１を生成するように構成される。それに対応して、ＡＰＣは、受信信号Ｓｘ４．２、Ｓｙ４．２から検出振幅値を決定し、検出振幅値を目標とする第２振幅Ａ２に対応する所定の目標値と比較するように構成される。比較に基づいて、ＡＰＣは、検出動振幅値とＡ２の目標値との間の差分を最小にする作動信号成分Ｓｘ５．２及びＳｙ５．２を生成するように構成される。

ＡＰＣは、また、駆動信号と吊下げ部材の検知信号との間の−９０度の位相シフトを生じさせる。ｘ方向の向きでは、これは、作動信号成分Ｓｘ５．２と信号Ｓｘ４．２との間、及び、作動信号成分Ｓｘ５．１と信号Ｓｘ４．１との間の−９０度の位相シフトを意味する。それに対応して、ｙ方向の向きでは、これは、作動信号成分Ｓｙ５．２と信号Ｓｙ４．２との間、及び、作動信号成分Ｓｙ５．１と信号Ｓｙ４．１との間の−９０度の位相シフトを意味する。

次の位相では、各アクチュエーターについて、第１振動モードの、振幅制御され、かつ、位相シフトされた信号と、第２振動モードの、振幅制御され、かつ、位相シフトされた信号とが、デジタルアナログ変換のために合計される。図１９の例を考慮すると、ｘ方向における第１振動モードの作動信号成分Ｓｘ５．１と第２振動モードの作動信号成分Ｓｘ５．２とは、加算作動信号Ｓｘ６に合計される。同様の加算動作が信号Ｓｙ５．１及びＳｙ５．２に対して行われ、ｙ方向の加算作動信号Ｓｙ６が生成される。この点で、デジタル加算作動信号Ｓｘ６は、デジタルアナログ変換器ＤＣＡにおいて、Ｐ１１及びＰ３１の吊下げ部材を作動させるために２つのアナログ作動信号Ｓ１７及びＳ３７に変換されてもよく、デジタル加算作動信号Ｓｙ６は、Ｐ２１及びＰ４１の吊下げ部材を作動するために２つのアナログ作動信号Ｓ１７及びＳ３７に変換されてもよい。当該変換は、一定の利得で実行されてもよい。図１６に示されるように、第１振動モード及び第２振動モードの、振幅制御され、かつ、適切に位相シフトされた成分を含む作動信号Ｓ１７、Ｓ２７、Ｓ３７、Ｓ４７は、それらを制御可能に作動電圧バッファーＡＶＢに供給する作動電圧バッファーＡＶＢにバッファーされてもよい。

図２２は、図１９のＡＰＣにおける振幅位相制御のための例示的な実施形態を示す。図２２に、入力Ｄｉｎ１、Ｄｉｎ３は、それぞれ、検知信号成分Ｓｘ４．１（第１振動モードのＳｙ４．１）に対応する。それに対応して、出力Ｄｏｕｔ１、Ｄｏｕｔ３は、それぞれ、作動信号成分Ｓｘ５．１（第１振動モードのＳｙ５．１）に対応する。入力Ｄｉｎ２及びＤｉｎ４は、それぞれ、第２振動モードの検知信号成分Ｓｘ４．２、Ｓｙ４．２に対応し、出力Ｄｏｕｔ２、Ｄｏｕｔ４は、それぞれ、作動信号成分Ｓｘ５．２（第２振動モードのＳｙ５．２）に対応する。第１振動モードの第１振幅Ａ_１に対応する目標値は、ｔａｒｇ１として示され、第２振動モードの第２振幅Ａ２に対応する目標値は、ｔａｒｇ２として示される。

図１９の例は、４つの機能的なＰＩＤ要素ＡＤＣ１、ＡＤＣ２、ＡＤＣ３、ＡＤＣ４を含む。１つ目のＡＤＣ１は、第１振動モードの振幅Ａ１の目標値ｔａｒｇ１及び第１振動モードの検知信号成分Ｓｘ４．１を入力してもよい。次に１つ目のＡＤＣ１は、Ｓｘ４．１の検出振幅値を決定し、それをｔａｒｇ１と比較し、これらの２つの間の差分を最小にする利得制御値ｇ１を出力する。この例では、差動検出の２つの方向の直交性は、ｘ方向の向きで検知された信号を使用してｙ方向の向きで信号を生成することによって、作動信号の生成に利用されてもよい。

従って、図２２に示されるように、Ｄｏｕｔ１から出力される、Ｘ方向の配向における第１振動モードの、振幅制御され、かつ、−９０度位相シフトされた作動信号成分Ｓｘ５．１は、１つ目のＡＤＣ１からの利得制御値ｇ１を、Ｄｉｎ３における直交検知信号成分Ｓｙ４．１と乗算し、乗算された信号を１８０度まで位相シフトすることによって生成されてもよい。Ｄｏｕｔ２から出力される、Ｘ方向の配向における第２振動モードの検知信号成分Ｓｘ５．２は、２つ目のＡＤＣ２からの利得制御値ｇ２を、Ｄｉｎ４における直交検知信号成分Ｓｙ４．２を乗算し、乗算された信号を１８０度まで位相シフトすることによって生成されてもよい。Ｄｏｕｔ３から出力されるｙ方向の配向における第１振動モードの差動信号成分Ｓｙ５．１は、３つ目のＡＤＣ３からの利得制御値ｇ３を、Ｄｉｎ１における直交検知信号成分Ｓｘ４．１と乗算することによって生成されてもよい。Ｄｏｕｔ４から出力されるｙ方向の配向における第２振動モードの作動信号成分Ｓｙ５．２は、４つ目のＡＤＣ３からの利得制御値ｇ４を、Ｄｉｎ２における直交検知信号成分Ｓｘ４．２と乗算することによって生成されてもよい。

図２３は、図１９のＡＰＣにおける振幅位相制御のための他の例示的な実施形態を示す。図２３では、入力Ｄｉｎ１、Ｄｉｎ２、Ｄｉｎ３、Ｄｉｎ４、出力Ｄｏｕｔ１、Ｄｏｕｔ２、Ｄｏｕｔ３、Ｄｏｕｔ４、及び、目標値ｔａｒｇ１、ｔａｒｇ２内の信号は、図２２を参照して説明したものに対応する。利得制御要素ＡＧＣ１、ＡＧＣ２、ＡＧＣ３、ＡＧＣ４も図２２を参照して説明したように動作する。

この例では、差動検出の２つの方向の直交性は、作動信号の生成には利用されないが、必要な位相シフトは、９０度位相シフト成分ＰＳ９０ ｄｅｇを用いて実施される。従って、Ｄｏｕｔ１から出力される、ｘ方向の配向における第１振動モードの、振幅制御され、かつ、−９０度位相シフトされた作動信号成分Ｓｘ５．１は、１つ目のＡＤＣ１からの利得制御値ｇ１を、９０度位相シフトさせた、Ｄｉｎ１における検知信号成分Ｓｘ４．１と乗算し、乗算された信号を１８０度まで位相シフトすることによって生成されてもよい。Ｄｏｕｔ２から出力される、ｘ方向の配向における第２振動モードの作動信号成分Ｓｘ５．２は、２つ目のＡＤＣ２からの利得制御値ｇ２を、９０度位相シフトされた、Ｄｉｎ２における検知信号成分Ｓｘ４を乗算し、乗算された信号を１８０度まで位相シフトすることによって生成されてもよい。Ｄｏｕｔ３から出力される、ｙ方向の配向における第１振動モードの作動信号部品Ｓｙ５．１は、３つ目のＡＤＣ３からの利得制御値ｇ３を、９０度位相シフトされた、Ｄｉｎ３における検知信号成分を乗算することによって生成されてもよい。Ｄｏｕｔ４から出力される、ｙ方向の配向における第２振動モードの作動信号成分Ｓｙ５．２は、４つ目のＡＤＣ３からの利得制御値ｇ４を、９０度位相シフトされた、Ｄｉｎ４における検知信号成分Ｓｙ４．２と乗算することによって生成されてもよい。

図２４は、図１９のＡＰＣにおける振幅位相制御のための他の例示的な実施形態を示す。図２４においても、入力Ｄｉｎ１、Ｄｉｎ２、Ｄｉｎ３、Ｄｉｎ４、出力Ｄｏｕｔ１、Ｄｏｕｔ２、Ｄｏｕｔ３、Ｄｏｕｔ４、及び、目標値ｔａｒｇ１、ｔａｒｇ２内の信号は、図２２を参照して説明したものに対応する。利得制御要素ＡＧＣ１、ＡＧＣ２、ＡＧＣ３、ＡＧＣ４も、図２２を参照して説明したように動作する。

この例は、図２２及び２３に適用された２つのオプションの組み合わせである。従って、図２３に示されるように、Ｄｏｕｔ１から出力される、ｘ方向の配向における第１振動モードの、振幅制御され−９０度位相シフトされた作動信号成分Ｓｘ５．１は、１つめのＡＤＣ１からの利得制御値ｇ１を、９０度位相シフトされた、Ｄｉｎ１における検知信号成分Ｓｘ４．１と乗算し、乗算された信号を１８０度まで位相シフトすることによって生成されてもよい。Ｄｏｕｔ２から出力される、ｘ方向の配向における第２振動モードの作動信号成分Ｓｘ５．２は、２つ目のＡＤＣ２からの利得制御値ｇ２を、９０度位相シフトされた、Ｄｉｎ２における検知信号成分４．２と乗算し、乗算された信号を１８０度まで位相シフトすることによって生成されてもよい。しかしながら、ｘ方向の配向及びｙ方向配向の吊下げ部材とｙ方向配向の吊下げ部材との連続位置間の固有の位相差を使用して、Ｄｏｕｔ３から出力される、ｙ方向の配向における第１振動モードの作動信号成分Ｓｙ５．１は、３つ目のＡＤＣ３からの利得制御値ｇ３を、Ｄｉｎ１における直交検知信号成分Ｓｘ４．１と乗算することによって生成されてもよい。Ｄｏｕｔ４から出力される、ｙ方向の配向における第２振動モードの作動信号成分Ｓｙ５．２は、４つ目のＡＤＣ３からの利得制御値ｇ４を、Ｄｉｎ２における直交検知信号成分Ｓｘ４．２と乗算することによって生成されてもよい。

図２５は、図１９のＡＰＣにおける振幅位相制御のための他の例示的な実施形態を示す。図２５においても、入力Ｄｉｎ１、Ｄｉｎ２、Ｄｉｎ３、Ｄｉｎ４、出力Ｄｏｕｔ１、Ｄｏｕｔ２、Ｄｏｕｔ３、Ｄｏｕｔ４、目標値ｔａｒｇ１、ｔａｒｇ２内の信号は、図２２を参照して説明したものに対応する。利得制御要素ＡＧＣ１、ＡＧＣ２、ＡＧＣ３、ＡＧＣ４も図２２を参照して説明したように動作する。

図２５の実施例は、図２４の実施例と非常に類似しているが、精度を高めるために、作動信号の位相は、ｘ方向の配向における信号とｙ方向の配向における信号との間の検出位相差に依存するように作成される。例えば、図２５を考慮すると、Ｄｏｕｔ１におけるＳｘ５．１の制御利得ｇ１は、Ｄｉｎ１におけるデジタル信号成分Ｓｘ４．１の振幅を、第１振動モードの目標値ｔａｒｇ１と比較することによって、より早く決定され得ることが分かる。Ｄｉｎ１における検知信号成分Ｓｘ４．１は、ｘ方向の配向における第１振動モードの位相を表し、Ｄｉｎ３における検知信号成分Ｓｙ４．１は、ｙ方向の配向における第１振動モードの位相を表す。位相検出器ＰＤ１、ＰＤ２は、検知側からの２つの入力信号間の位相差を比較し、その比較に基づいて、ｘ方向配向の信号とｙ方向配向の信号との間の９０度位相差が正確に維持されるように駆動信号の生成に適用され得る位相制御信号を算出するフィードバック機構を提供する。従って、ｘ方向配向及びｙ方向配向の検知信号成分は、位相検出器ＰＤ１、ＰＤ２に選択的に入力され得る。位相検出器ＰＤ１、ＰＤ２からの位相制御信号は、入力位相制御信号に従って、入力信号の位相を調整するように構成された可変遅延フィルタＶＤＦ１、ＶＤＦ２、ＶＤＦ３、ＶＤＦ４に供給されてもよい。

より詳細には、図２５において、Ｄｉｎ１内の検知信号成分Ｓｘ４．１及びＤｉｎ３内の検知信号成分Ｓｙ４．１は、２つの位相補正値ｖ１１、ｖ１２を出力する第１位相検出器ＰＤ１に入力される。ＰＤ１は、Ｄｉｎ１内の入力信号成分Ｓｘ４．１とＤｉｎ３内の入力信号成分Ｓｙ４．１との間の初期の９０度位相差を維持することを目的とする第１位相補正値ｖ１１を決定するように構成される。Ｄｉｎ１内の検知信号成分Ｓｘ４．１は、＋９０度の固有位相シフトを必要とする。そのため、ＰＤ１は、固有の位相シフトを実行する値ｖ１１を決定し、上述の目的を実現するための調整を提供する。ＰＤ１の第１位相補正値ｖ１１は、このようにＶＤＦ１に供給されてもよい。次いで、ＶＤＦ１は、ｖ１１を使用して、Ｄｉｎ１からの検知信号成分Ｓｘ４．１の位相を調整する。作動信号成分Ｓｘ５．１をＤｏｕｔ１へ送信するために、結果として得られる位相調整信号は、ＡＤＣ１からの利得制御値ｇ１と乗算され、１８０度まで位相シフトされる。

また、ＰＤ１は、Ｄｉｎ１内の入力信号成分Ｓｘ４．１とＤｉｎ３内のＳｙ４．１との間の初期の９０度位相差を維持することを目的としているが、Ｄｉｎ３内のデジタル信号成分Ｓｙ４．１に固定の追加の位相シフトを導入しない第２位相補正値ｖ１２も決定するように構成される。ＰＤ１の第２位相補正値ｖ１２は、このようにＶＤＦ３に供給されてもよい。次いで、ＶＤＦ３は、ｖ１２を使用してＤｉｎ１からの検知信号成分Ｓｘ４．１の位相を調節する。作動信号成分Ｓｙ５．１をＤｏｕｔ３へ送信するために、結果として生じる位相調整信号は、ＡＤＣ３からの利得制御値ｇ３と乗算される。

それに対応して、第２振動モードでは、Ｄｉｎ２内の検知信号成分Ｓｘ４．２及びＤｉｎ４内の検知信号成分Ｓｙ４．１は、第２位相検出器ＰＤ２に入力されてもよい。ＰＤ２は、Ｄｉｎ２内の入力信号成分Ｓｘ４．２とＤｉｎ４内の入力信号成分Ｓｙ４．２との間の初期の９０度位相差を維持することを目的とする第１位相補正値ｖ２１を決定するように構成される。Ｄｉｎ２内の検知信号成分Ｓｘ４．２は、＋９０度の固有の位相シフトを必要とするので、ＰＤ２は、固有の位相シフトを実行する値ｖ２１を決定し、上述の目的を実現するための調整を提供する。したがって、ＰＤ２の第１位相補正値ｖ２１は、ＶＤＦ２に供給されてもよい。次いで、ＶＤＦ２は、ｖ２１を使用してＤｉｎ２からの検知信号成分Ｓｘ４．２の位相を調節する。作動信号成分Ｓｘ５．２をＤｏｕｔ２へ送るために、結果として生じる位相両性信号は、ＡＤＣ２からの利得制御値ｇ２と乗算され、１８０度まで位相シフトされる。

また、ＰＤ２は、Ｄｉｎ２内の入力信号成分Ｓｘ４．２とＤｉｎ４内のＳｙ４．２との間の初期の９０度位相差を維持することを目的としているが、Ｄｉｎ５内のデジタル信号成分Ｓｙ４．２に固定の追加の位相シフトを導入しない第２位相補正値ｖ２２も決定するように構成される。ＰＤ２の第２位相補正値ｖ２２は、このようにＶＤＦ４に供給されてもよい。次いで、ＶＤＦ４は、ｖ２２を使用してＤｉｎ２からの検知信号成分Ｓｘ４．２の位相を調節する。作動信号成分Ｓｙ５．２をＤｏｕｔ４へ送信するために、結果として生じる位相調整信号は、ＡＤＣ４からの利得制御値ｇ４と乗算される。

図２２〜図２５は、光学デバイスにおける振幅位相制御のための例示的なオプションの選択肢を示す。本明細書に基づいて、当業者は、保護の範囲内に含まれる更なる変形を容易に生成し得る。

設計方針としてよくあるのは、光学デバイスの利用可能な表面領域における反射面領域を最大化することである。これは、連成振動子を形成するために懸架されている１つ以上の慣性要素の質量が反射鏡の質量に対して無視できないほど大きくてはならないことを意味する。図５及び図８は、慣性要素の質量を最大にするために装置の外表面積が効果的に使用される設計を示す。光学ＭＥＭＳデバイスは、薄い絶縁層によって分離された２つの導電層を含む層状固体構造体から製造されることが多い。そのような構造体の例には、シリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）及びキャビティシリコンオンインシュレーター（キャビティＳＯＩ）ウェハが含まれる。ＳＯＩウェハは、典型的には、ハンドルウェハ層、埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層及びデバイス層を含む。ハンドルウェハ層は、通常最も厚い部分であり、数百ミクロンの厚さであり、デバイス層は、典型的には、数分の１ミクロンから数十ミクロンの厚さである。ＢＯＸ層は、典型的には、数分の１ミクロンから数ミクロンの厚さである。慣性要素は、装置の動作において電気的な役割を一切持たない。これにより、光学デバイスの必要な表面積を増大させることなく、それらの質量を増加させることが可能になる。図２６の側面図は、層状構造体のハンドル層の材料を使用して、垂直方向に層を介して反射鏡に連結された慣性質量を増大させる構成を示している。

図２６の例は、層状ウェハ構造体の側面投影における連成振動子の構成要素を示す。層状構造体は、デバイス層２６０、ハンドル層２６１及びそれらの間の絶縁膜２６２を含む。層の中心には、反射鏡２６３がある。第１バネ構造体２６４は、慣性要素２６５を反射鏡に連結させ、第２バネ構造体２６６は、反射鏡、慣性要素及び第１バネ構造体を支持体に連結させる。層が水平方向に延びると考えられる場合、１以上、好ましくは全ての慣性要素が、デバイス層２６０から少なくとも部分的にハンドル層２６１まで垂直に延びる固体構造体を形成するように製造される。図２６では、デバイス層内の要素は、図９及び図１０の順で示されているが、この構成は、他の設計にも同様に適用可能である。例えば、図１３の実施形態では、反射鏡によって囲まれた慣性要素は、層状構造体から作られてもよい。

Claims (18)

1. 反射鏡システムと信号処理要素とを備える光学デバイスであって、
   前記反射鏡システムは、
   支持体と、
   平面反射面を有する反射鏡であって、前記反射鏡の非作動状態で、前記平面反射面が反射鏡基準面を形成するように、前記支持体から懸架されている反射鏡と、
   １つ以上の慣性要素と、
   前記１つ以上の慣性要素を前記反射鏡の動きに弾性的に連結する第１バネ構造体と、
   前記反射鏡、前記慣性要素及び前記第１バネ構造体を前記支持体に弾性的に連結する第２バネ構造体と、
   を備え、
   前記信号処理要素は、前記平面反射面の対称点における法線が前記対称点における前記反射鏡基準面の法線の周りを周回する円形傾動運動の作動信号を前記第２バネ構造体に提供するように構成され、
   前記反射鏡、前記第１バネシステム、前記第２バネシステム及び前記慣性要素は、円形傾動運動の２つの振動モードであって、第１共振周波数における第１回転軸周りの第１回転振動と第２回転軸周りの第２回転振動との重ね合わせからなる第１振動モードと、前記第１共振周波数とは異なる第２共振周波数における第３回転軸周りの第３回転振動と第４回転軸周りの第４回転振動との重ね合わせからなる第２振動モードとを有する連成振動子を形成するように寸法を決められ、
   前記信号処理要素は、前記第１振動モードにおける第１振幅、及び、前記第２振動モードにおける第２振幅を維持するように前記作動信号を制御するように構成され、
   前記第２バネ構造体は、可撓性を有する複数の吊下げ部材を備え、
   前記吊下げ部材のそれぞれの第１端部は、前記反射鏡における第１連結点に連結され、
   前記吊下げ部材の第２端部は、前記支持体中の第２連結点に連結され、
   前記吊下げ部材は、前記反射鏡基準面の前記法線に対して平行な面外方向にたわむように構成される、
   光学デバイス。
2. 慣性要素は、前記基準面内の前記反射鏡内の剛性質量体である、
   請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記第２バネ構造体の吊下げ部材は、それぞれ、アクチュエーター要素と、検知要素とを備え、
   前記アクチュエーター要素は、作動信号に従って前記吊下げ部材をたわませるように構成され、
   前記検知要素は、前記吊下げ部材のたわみに応じて検知信号を出力するように構成され、
   前記信号処理要素は、前記第２バネ構造体に連結され、前記第２バネ構造体の各吊下げ部材から検知信号を受信するように、かつ、前記吊下げ部材に前記第１振動モード及び前記第２振動モードで前記反射鏡を作動させるための作動信号を提供するように構成される、
   請求項１又は２に記載の光学デバイス。
4. 前記第１バネ構造体の各吊下げ部材において、前記吊下げ部材の第１端部は、前記反射鏡内又は前記第２バネ構造体内の連結点に連結され、前記吊下げ部材の第２端部は、慣性要素に連結される、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学デバイス。
5. 各吊下げ部材の前記第１連結点は、前記反射鏡の外縁部にある、
   請求項４に記載の光学デバイス。
6. 前記第１バネ構造体の吊下げ部材の前記第１連結点は、前記反射鏡の前記外縁部に均等に分割されている、
   請求項５に記載の光学デバイス。
7. 前記第２バネ構造体の吊下げ部材は、前記アクチュエーター要素と前記検知要素とが延在する細長い弾性要素を備え、
   前記アクチュエーター要素と前記検知要素とは電気的に分離されているが、並列して機械的に連結されている、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学デバイス。
8. 前記細長い弾性要素は、吊下げ部材の屈曲部である、
   請求項７に記載の光学デバイス。
9. 前記吊下げ部材は、さらに、前記屈曲部の一端と前記第１連結点との間で面内方向に垂直に延びるねじり部を備える、
   請求項８に記載の光学デバイス。
10. 前記２つの振動モードの共振周波数は、前記円形傾動運動が所定のフレームレートで繰り返されるように互いに関係して設定される、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学デバイス。
11. 前記関係は、下記式で定義される、
    請求項１０に記載の光学デバイス。
    

    

    
    式中、ｆ_ＦＲは前記フレームレートであり、Ｆ_１は前記第１共振周波数であり、Ｆ_２は前記第２共振周波数であり、ｎは整数である。
12. 前記信号処理要素は、前記第１振動モードの検知信号成分及び前記第２振動モードの検知信号成分を少なくとも１つの検知要素の検知信号から分離するように構成された信号分離要素を備える、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学デバイス。
13. 前記信号分離要素は、一方が前記第１共振周波数の周波数を阻止し、他方が前記第２共振周波数の周波数を阻止する２つの並列ノッチフィルタへ検知信号を入力するように、かつ、前記第１振動モードの信号成分及び前記第２振動モードの信号成分として前記２つのノッチフィルタの出力を使用するように構成される、
    請求項１２に記載の光学デバイス。
14. 前記信号処理要素は、振幅位相制御要素を備え、
    前記振幅位相制御要素は、前記検知要素の前記検知信号の前記第１振動モードの前記成分と前記第２振動モードの信号成分を入力するように構成され、
    前記振幅位相制御要素は、前記第１振動モード及び前記第２振動モードの検出された振幅を決定するように構成され、
    前記振幅位相制御要素は、前記第１振動モードの検出された振幅と第１振幅との差分が最小になるように、前記第１振動モードの作動信号成分を生成するように構成され、
    前記振幅位相制御要素は、前記第２振動モードの検出された振幅と第２振幅との間の差分が最小になるように、前記第２振動モードの作動信号成分を生成するように構成される、
    請求項１２又は１３に記載の光学デバイス。
15. 前記振幅位相制御要素は、前記検知信号成分のそれぞれと、それに対応する作動信号成分との位相差が−９０度であるように前記作動信号成分を生成するように構成される、
    請求項１４に記載の光学デバイス。
16. 前記信号処理要素は、前記第１振動モードの作動信号成分と前記第２振動モードの作動信号成分との合計から少なくとも１つのアクチュエーター要素の作動信号を生成するように構成された加算要素を備える、
    請求項１４又は１５に記載の光学デバイス。
17. 前記振幅位相制御要素は、比例積分微分制御器を備える、
    請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の光学デバイス。
18. 前記反射鏡、前記第１バネシステム、前記第２バネシステム及び前記慣性要素は、デバイス層とハンドル層とを含むウェハ層構造体から形成され、
    １つ以上の前記慣性要素は、前記デバイス層から前記ハンドル層に少なくとも部分的に延びる固体構造体を形成するように製造される、
    請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光学デバイス。

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