JP2010197662A - Optical reflection element - Google Patents
Optical reflection element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010197662A JP2010197662A JP2009041943A JP2009041943A JP2010197662A JP 2010197662 A JP2010197662 A JP 2010197662A JP 2009041943 A JP2009041943 A JP 2009041943A JP 2009041943 A JP2009041943 A JP 2009041943A JP 2010197662 A JP2010197662 A JP 2010197662A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- movable frame
- axis direction
- axis
- support
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置やヘッドマウントディスプレイ装置などに用いられる光学反射素子に関する。 The present invention relates to an optical reflection element used for a head-up display device, a head-mounted display device, or the like.
従来の光学反射素子は、ミラー部と、このミラー部と第一梁を介して連結され、この第一梁およびミラー部の外周を囲う可動枠と、この可動枠と第二梁を介して連結された支持体とを備えている。そして第一梁はY軸方向に、第二梁はX軸方向に中心軸を有し、これらの中心軸を中心にミラー部を反復回転振動させる駆動手段を有している。 The conventional optical reflecting element is connected to the mirror portion, the mirror portion and the first beam via a movable frame surrounding the first beam and the outer periphery of the mirror portion, and the movable frame and the second beam. And a supported support. The first beam has a central axis in the Y-axis direction and the second beam has a central axis in the X-axis direction, and has driving means for repeatedly rotating and vibrating the mirror portion around these central axes.
この光学反射素子は、ミラー部および可動枠が質量体となり、これらの質量体を第一梁、あるいは第二梁のねじり振動や揺動によって振動させている。 In this optical reflecting element, the mirror part and the movable frame are mass bodies, and these mass bodies are vibrated by torsional vibration or swinging of the first beam or the second beam.
この出願に類似する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
従来の光学反射素子では、外乱振動や外部からの衝撃を受けた際に損傷することがあった。 Conventional optical reflective elements may be damaged when subjected to disturbance vibrations or external impacts.
その理由は、光学反射素子が、外乱振動と共振したり、あるいは外部から衝撃を受けたりすると、可動枠が大きく振幅するからである。そして可動枠の振幅に従って第二梁が変形し、変形の許容範囲を超えると第二梁が損傷し、素子が破壊されるのである。 The reason is that when the optical reflection element resonates with disturbance vibrations or receives an impact from the outside, the movable frame greatly swings. Then, the second beam is deformed according to the amplitude of the movable frame, and when the allowable range of deformation is exceeded, the second beam is damaged and the element is destroyed.
そこで本発明は、光学反射素子の損傷を抑制することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress damage to the optical reflection element.
そしてこの目的を達成するために本発明は、可動枠のX軸方向またはY軸方向の少なくとも一方および/またはZ軸方向の振幅を抑制する抑制手段を備えたものとした。 In order to achieve this object, the present invention includes suppression means for suppressing the amplitude of at least one of the movable frame in the X-axis direction or the Y-axis direction and / or the Z-axis direction.
これにより本発明は、光学反射素子の損傷を抑制できる。 Thereby, this invention can suppress damage to an optical reflective element.
その理由は、可動枠の過剰な振幅を抑制できるからである。 The reason is that the excessive amplitude of the movable frame can be suppressed.
したがって第二梁の変形も抑制でき、結果として光学反射素子の損傷を抑制できる。 Therefore, deformation of the second beam can be suppressed, and as a result, damage to the optical reflecting element can be suppressed.
(実施の形態1)
図1に示すように、本実施の形態における光学反射素子は、ミラー部1と、このミラー部1を介して対向するとともに、このミラー部1の端部とそれぞれの一端が連結された一対の第一梁2と、これらの第一梁2の他端と連結され、これらの第一梁2およびミラー部1の外周を囲む可動枠3と、この可動枠3を介して対向するとともに、この可動枠3とそれぞれ一端が連結された一対の第二梁4と、これらの第二梁4の他端と連結されるとともに、これらの第二梁4および可動枠3の外周を囲う枠形状の支持体5とを備えている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the optical reflecting element in the present embodiment is opposed to the
またこの光学反射素子は、ミラー部1のXY平面上には反射面が形成されている。
The optical reflecting element has a reflecting surface on the XY plane of the
さらに、一対の第一梁2は、図1のY軸方向に延設されている。そしてこれらの第一梁2は、Y軸にほぼ平行であり、ミラー部1のほぼ中心を通る、共通の中心軸S1を有し、その中心軸S1と交差する複数の振動板6が、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状である。
Further, the pair of
また、一対の第二梁4は、図1のX軸方向に延設されている。そしてこれらの第二梁4は、X軸にほぼ平行であり、ミラー部1のほぼ中心を通る、共通の中心軸S2を有し、その中心軸S2と交差する複数の振動板7が、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状である。このように第一梁2、第二梁4をミアンダ形とすることによって、梁が弾性変形しやすくなり、効率よく大振幅を得られる。また第一梁2、第二梁4をミアンダ形とすることによって、素子の小型化に寄与する。
The pair of
そして中心軸S1と中心軸S2とは、ミラー部1のほぼ中心で直交する関係にある。また一対の第一梁2は中心軸S2に対して線対称形であり、一対の第二梁4は中心軸S1に対して線対称形である。
The central axis S1 and the central axis S2 are orthogonal to each other at substantially the center of the
さらに本実施の形態では、可動枠3の水平方向の振動を抑制する抑制手段として、可動枠3の外周であって、Y軸方向の両端に設けられた一対の凹部8と、支持体5に設けられ、凹部8内に向けて突出し、静的状態では凹部8と所定間隔を空けて嵌合する一対の凸部9とが設けられている。この凸部9は図1のX軸方向(中心軸S2方向)に対して垂直な方向に突出していることが好ましく、これにより可動枠3のX軸方向の振動を抑制することができる。さらに凸部9は中心軸S1上に配置する事が好ましく、これにより可動枠3のY軸方向(中心軸S1方向)の一定以上の振幅を抑制することができ、かつ可動枠3の中心を中心軸S1上に位置決めできる。そしてミラー部1のほぼ中心にある重心を不動点として可動枠3およびミラー部1を反復回転振動させることができ、高精度に画像を投影することができる。
Further, in the present embodiment, as a suppressing means for suppressing the vibration in the horizontal direction of the
また本実施の形態では、第一梁2および第二梁4はそれぞれ駆動手段として、複数の振動板6、7上に配置された圧電素子(図2(b)の10)を備えている。この圧電素子10は、図2(b)に示すように、基板11上に接地電極12、圧電体13、駆動電極14Aあるいは接地電極12、圧電体13、駆動電極14B順に積層された積層構造である。なお図2(a)(b)は第一梁2を示すが、第二梁4も同様の積層構造からなる圧電素子10を有する。
In the present embodiment, each of the
ここで基板11の材料としては、シリコンやガラス、石英、ステンレスなどの金属が挙げられ、本実施の形態では、微細加工に適したシリコンを用いた。表層には二酸化ケイ素などの絶縁層15が形成されていることが好ましい。接地電極12としては、圧電体13の結晶配向性を高める観点から、白金などが好ましく、圧電体13としては、高い圧電特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛などが挙げられる。また駆動電極14A、14Bは、金などで形成できる。
Here, examples of the material of the
そしてこれらの接地電極12、圧電体13、駆動電極14A、14Bは、それぞれスパッタやCVD法などで形成できる。またベースとなる基板11は、ウエットエッチングやドライエッチングなどの薄膜形成技術により、所望の形状に加工できる。
The
本実施の形態における光学反射素子の動作を以下に説明する。 The operation of the optical reflecting element in the present embodiment will be described below.
まず、第一梁2上の駆動電極14A、14Bに、第一梁2に固有の振動周波数の電圧を印加する。この時、電気的に独立した二つの駆動電極14A、14Bを図1の振動板6を交互に配置し、それぞれ逆位相の交流電圧を印加すれば、振動板6はそれぞれ逆方向に撓み振動し、図3のように中心軸S1を中心に振動板数に応じて変位が蓄積される。そしてこの第一梁2の振幅によって、ミラー部1の端部が厚み方向、すなわちX軸およびY軸に垂直なZ軸の方向に振動し、ミラー部1を、中心軸S1を中心として大きく反復回転振動させることができる。
First, a voltage having a vibration frequency specific to the
また第二梁4上の駆動電極にも同様に、第二梁4に固有の振動周波数の電圧を印加する。この時複数の振動板7にそれぞれ逆位相の交流電圧を交互に印加することにより、中心軸S2を中心に、振動板数に応じて変位が蓄積される。そして可動枠3の端部が厚み方向(Z軸方向)に振動し、この可動枠3およびミラー部1を、中心軸S2を中心として大きく反復回転振動させることができる。
Similarly, a voltage having a vibration frequency specific to the
なお本実施の形態では、ミラー部1のサイズは約1mm×1mm、可動枠3のY軸方向の長さは約5.5mmとした。そして第一梁2と第二梁4とは、それぞれ異なる共振駆動周波数を有し、その周波数比は10倍〜100倍程度である。例えば本実施の形態では、第一梁2の共振周波数が10kHz、第二梁4の共振周波数が200Hz程度、振幅角はそれぞれ±10°程度である。このように第一梁2と第二梁4との駆動周波数比を大きくすることにより、走査精度が高まり、高精度な画像を投影することができる。
In the present embodiment, the size of the
ここで第二梁4は可動枠3が質量体となるため、可動枠3を大きくしたり、あるいは厚みを増やしたりすることによって、より低い周波数で駆動することができる。本実施の形態では、ミラー部1、第一梁2および第二梁4のZ軸方向厚みがそれぞれ100μmであるのに対し、可動枠3および支持体5の厚みは575μmと厚くしている。また可動枠3と凹部8、支持体5と凸部9とは、それぞれ一体成形しているため、同じ厚みとした。
Here, since the
また第二梁4を長くすることによっても、共振器長を伸ばすことができ、より低い周波数で駆動することができる。ただし可動枠3の質量が大きくなると、重力加速度が大きくなり、過剰な衝撃が印加された際の振幅も大きくなる。また第二梁4が長くなると、てこの原理により負荷が大きくなり、損傷しやすくなる。しかし本実施の形態では、前述の振動抑制手段により、その損傷を抑制することができる。この効果の詳細は後述する。
Also, by lengthening the
なお、本実施の形態では、各振動板6、7に交互に逆位相の電圧を印加したが、一つ置きに同位相の電圧を印加しても同様に駆動させることができる。またそれぞれの振動板6、7に同位相の電圧を印加しても、第一梁2、第二梁4全体が上下に揺動し、ミラー部1や可動枠3の端部を上下に振動させることができ、結果として中心軸S1、S2を中心にミラー部を反復回転振動させることができる。さらに第一梁2、第二梁4上に直接圧電素子10を形成しなくてもよく、例えば図4に示すように、ほぼ正方形状の支持体5の外方に、中心軸S1 、S2との間の角の二等分線を回転軸S3とする振動部Pを設け、この振動部P上に圧電素子10を配置してもよい。この時、圧電素子10には、第一梁2と第二梁4の駆動信号を合成させた信号を入力する。この場合は、回転軸S3を中心とする捩れ加振力がベクトル分解され、中心軸S1を回転中心とする捩れ加振力と、中心軸S2を回転中心とする捩れ加振力として作用する。よって、第一梁2は中心軸S1を中心に、第二梁4は中心軸S2を中心に反復回転振動させることができる。 さらに第一梁2、第二梁4の形状はミアンダ形以外でもよく、たとえば直線形状でもよい。また本実施の形態では、駆動手段として圧電駆動方式を例に挙げたが、電磁駆動方式や静電駆動方式でもよい。
In the present embodiment, voltages having opposite phases are alternately applied to the
本実施の形態における光学反射素子の効果を以下に説明する。 The effect of the optical reflecting element in the present embodiment will be described below.
光学反射素子は、中心軸S1、S2を中心に、所望の共振周波数でミラー部1を振動させ、所定の振幅を得られるように、第一梁2、第二梁4、ミラー部1、可動枠3の設計を行う。しかしこの光学反射素子を車載すると、車の動きによって光学反射素子に予期せぬ衝撃が加わることがある。また外部から光学反射素子に伝わる振動の周波数が、この光学反射素子の共振周波数と合致する場合に、光学反射素子が大きく振動してしまうことがある。これらのような場合にあっても、本実施の形態では、光学反射素子の損傷を抑制し、信頼性を向上させることができる。
The optical reflecting element has the
その理由は、上記の凸部9および凹部8の組み合わせによって、可動枠3が水平方向、すなわち図1のXY平面上で、ミラー部1の駆動に必要な振幅以上に振幅するのを抑制できる。
The reason is that the combination of the convex portion 9 and the
すなわち、光学反射素子は、図1のX軸方向に過剰な衝撃や振動が加わった場合、可動枠3の質量は比較的大きいため、X軸方向に大きな重力加速度が発生し、可動枠3がX軸方向に激しく振幅しようとする。この時、第二梁4は変形しやすいミアンダ形であるため、可動枠3の振幅に合わせて大きく変形してしまう。そしてその変形が許容範囲を超えると第二梁4は 折れてしまうのである。なお、このような損傷は、第二梁4の最も外側にある振動板7の端部が支持体5と接触したり、第二梁4の最も内側にある振動板7の端部が可動枠3と接触したりすることによって発生しやすい。
In other words, the optical reflecting element has a relatively large mass in the X-axis direction when excessive shock or vibration is applied in the X-axis direction in FIG. Trying to violently swing in the X-axis direction. At this time, since the
これに対し本実施の形態では、可動枠3がX軸方向に大きく振幅しようとすると、可動枠3の凹部8に支持体5から突出する凸部9が引っ掛かるため、その過剰な振幅を抑制することができる。そしてその結果、第二梁4の損傷を抑制できる。
On the other hand, in the present embodiment, when the
なお、X軸方向に重力加速度を加える衝撃加速度試験の結果、凸部9と凹部8による振動抑制手段を設けていない場合は、635Gで第二梁4が損傷したのに対し、本実施の形態では、1150G〜1210G程度まで第二梁4の損傷を抑制することができた。
As a result of the impact acceleration test in which gravitational acceleration is applied in the X-axis direction, the
さらに本実施の形態では、図1のY軸方向に過剰な衝撃が加わった場合も、可動枠3の凹部8と支持体5に設けた凸部9とが接触することにより、可動枠3がY軸方向に大きく振幅するのを抑制することができる。なおこの場合は、第二梁4が損傷する前に凸部9と凹部8とを接触させる必要があるため、凸部9と凹部8とが形成された領域では、支持体5と可動枠3との間隔を、凸部9と凹部8とが形成されていない領域における支持体5と可動枠3との間隔 よりも狭めておくことが好ましい。本実施の形態では、図5(a)〜(c)に示すように、凸部9と凹部8との間隔が50μm〜150μmであり、この領域の外周における可動枠と支持体との間隔(図5(a)〜(c)では200μm)よりも狭めている。
Furthermore, in this embodiment, even when an excessive impact is applied in the Y-axis direction in FIG. 1, the
本実施の形態では、Y軸方向に重力加速度を加える衝撃加速度試験の結果、2200G〜3000G程度まで第二梁4の損傷を抑制することができ、機械的信頼性の高い光学反射素子を実現できた。
In the present embodiment, as a result of an impact acceleration test in which gravitational acceleration is applied in the Y-axis direction, damage to the
ここで本実施の形態のように第二梁4をミアンダ形とする場合は、弾性変形によって、X軸方向への振幅の方がY軸方向への振幅よりも大きくなる。したがって、図5(c)に示すように、凸部9と凹部8との間隔は、X軸方向に対向する部分を50μmとし、Y軸方向に対向する部分の間隔(100μm)よりも狭める方が、X軸方向の重力加速度に対する耐衝撃性をより高めることができる。
Here, when the
以上のように本実施の形態では、一つの振動抑制手段によって、X軸方向、Y軸方向のいずれの過剰な振幅も抑制することができ、信頼性が高く、生産性に優れた光学反射素子を実現できる。 As described above, in this embodiment, an optical reflection element that can suppress any excessive amplitude in the X-axis direction and the Y-axis direction with a single vibration suppressing unit, and is highly reliable and excellent in productivity. Can be realized.
さらに本実施の形態では、可動枠3および支持体5が第二梁4よりも十分に厚いため、可動枠3が中心軸S1、S2の交点を中心に10°程度傾いた場合にも、凸部9の一部は凹部8に所定間隔を空けて嵌合した状態となっている。したがってこの光学反射素子の動作時においても、X軸方向、Y軸方向のいずれの過剰な振動や衝撃に対しても強度を高めることができる。
Furthermore, in this embodiment, since the
なお、光学反射素子を設計する場合は、凹部8と可動枠3の厚み(xとする)、凸部9と支持体5の厚み(yとする)、動作時の最大振幅角θの関係が、
y<x・tanθ/2
となるように設計すれば、動作時においても凸部9と凹部8とを遊嵌合させることができる。
When designing an optical reflecting element, the relationship between the thickness of the
y <x · tanθ / 2
If designed to be, the convex portion 9 and the
なお、可動枠3の両端に凹部8を形成しているため、光学反射素子の動作時において、凹部8の少なくとも一方が凸部9と遊嵌合していれば、動作時は常に光学反射素子の破損を抑制する効果を得られる。したがって本実施の形態では、可動枠3および支持体5の双方の厚みを大きくしたが、可動枠3あるいは支持体5のいずれか一方の厚みを大きくしてもよい。
Since the
すなわち、例えば可動枠3は薄く、支持体5は厚く形成した場合であって、可動枠3と支持体5の上面が面一となる構成の場合、可動枠3の一端が支持体5よりも上方へ傾き、一方の凹部8が凸部9から離れてしまっても、可動枠3の他端は支持体5の内方に存在していれば、他方の凹部8が他方の凸部9と遊嵌合した状態である。したがって、動作時においても可動枠3の過剰な振幅を抑制できる。
That is, for example, when the
また本実施の形態では、凸部9は支持体5と一体的に形成されているため、生産性が高いとともに、応力が掛かっても損傷しにくく、光学反射素子の信頼性を高めることができる。
Further, in the present embodiment, since the convex portion 9 is formed integrally with the
更に本実施の形態では、凹部8と凸部9とをそれぞれ可動枠3の両端側に形成したため、バランスよく可動枠3の振幅を抑制することができる。
Furthermore, in the present embodiment, since the
さらに本実施の形態では、素子を小型化するため、微細加工に適したシリコン基板11を用いたが、シリコンは劈開性を有するため、過剰な変形によって損傷しやすい。しかし本実施の形態では、凸部9と凹部8とからなる振幅抑制手段により、その損傷を低減することができる。
Further, in this embodiment, the
また振幅抑制手段の別の例としては、例えば図6に示すように、支持体5の内周に設けられた一対の凹部16と、可動枠3の外周に設けられ、凹部16内に向けて外側に突出し、凹部16と所定間隔を空けて嵌合する一対の凸部17とで構成してもよい。これにより、可動枠3の水平方向の過剰な振幅を抑制できる。なお凹部16が無い場合は、Y軸方向の過剰な振幅のみを抑制することができる。
As another example of the amplitude suppressing means, for example, as shown in FIG. 6, a pair of
ただし図1に示すように、支持体5に凸部9を形成するほうが、光学反射素子全体の機械的強度を維持することができる。すなわち光学反射素子全体の機械的強度は、その最外周にある支持体5の機械的強度に大きく影響を受けるが、図6に示すように、この支持体5に凹部16を形成すると、その分支持体5の幅が狭くなり、折れやすくなる。したがって、図1に示すように、支持体5に凸部9を設け、支持体5の幅を増やすことによって、光学反射素子の機械的強度をより高めることができる。
However, as shown in FIG. 1, the mechanical strength of the entire optical reflecting element can be maintained by forming the convex portion 9 on the
(実施の形態2)
図7に示すように、本実施の形態1と実施の形態2との主な違いは、振幅抑制手段である。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 7, the main difference between this
本実施の形態における振幅抑制手段は、支持体5に設けられ、内方へ突出し、可動枠に所定間隔を空けて対向する凸部18で構成されている。この凸部18は、可動枠3の四隅の外側面とそれぞれ対向するように設けられ、それぞれの先端が、可動枠3と振動板7との隙間に入り込むように形成される。
The amplitude suppressing means in the present embodiment is provided on the
所望の駆動周波数で駆動している間は、この凸部18の内側の側面と可動枠3の外側の側面とが所定間隔を空けて対向するが、図7のX軸方向に過剰な衝撃や振動が加わった時は、凸部18の内側の側面と可動枠3の外側の側面とが接触し、凸部18が可動枠3を支持する。したがって、可動枠3のX軸方向における過剰な振動振幅を抑制することができ、結果として光学反射素子の信頼性を高めることができる。
While driving at a desired driving frequency, the inner side surface of the
なお、凸部18と可動枠3との間隔は、予め可動枠3がどの程度振幅すると第二梁4が破壊するかを測定し、その振幅よりも小さい振幅で凸部18と可動枠3とが接触するように設計する。
Note that the distance between the
ここで凸部18は対角線上に設けることが好ましく、さらには四つの凸部18を可動枠3の四隅と対向させることによって、より安定して可動枠3を支持することができる。
Here, it is preferable to provide the
なお、実施の形態1と同様に、光学反射素子の動作時においても凸部18で可動枠3を支持できるように、この可動枠3、支持体5のいずれか一方の厚みを第二梁4よりも大きく設計すればよい。
As in the first embodiment, the thickness of either the
その他実施の形態1と同様の構成および効果については説明を省略する。 Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment is omitted.
(実施の形態3)
図8(a)(b)に示すように、本実施の形態と実施の形態1との主な違いは、振幅抑制手段である。
(Embodiment 3)
As shown in FIGS. 8A and 8B, the main difference between the present embodiment and the first embodiment is the amplitude suppression means.
この振幅抑制手段は、可動枠3と支持体5との間に配置すればよいが、特に本実施の形態では、可動枠3とこの可動枠3に最も近い振動板7との隙間に設けられ、この光学反射素子の厚み方向(Z軸方向)に立てられたフィルム状の仕切り板19で構成されている。このフィルム状の仕切り板19は、その両端を、支持体5の全体を内包するパッケージ20などに固定すればよい。
This amplitude suppressing means may be disposed between the
そして所望の駆動周波数で駆動している間は、仕切り板19の内側の側面と可動枠3の外側の側面とが所定間隔を空けて対向するが、図8(a)に示すX軸方向に過剰な衝撃や振動が加わった時は、仕切り板19の内側の側面と可動枠3の外側の側面とが接触し、仕切り板19が可動枠3を支持する。したがって、可動枠3のX軸方向に機械的強度を高めることができる。
While driving at a desired drive frequency, the inner side surface of the
本実施の形態では、可動枠3のX軸方向に対して垂直な辺の外方に仕切り板19を設けることによって、X軸方向における可動枠3の振幅を抑制したが、可動枠3のY軸方向に対して垂直な辺の外方に仕切り板19を設ければ、Y軸方向における可動枠3の振幅も抑制できる。
In the present embodiment, the
なおこの仕切り板19は、樹脂フィルムやゴムなどを用いることで、可動枠3の振幅による衝撃を、仕切り板19の弾性変形によって吸収することができる。
In addition, this
さらにこの仕切り板19を樹脂やゴムなどで形成する場合は、シリカや酸化チタンなどの無機粒子を含むものを用いることで、静電気の発生を抑えることができる。
Furthermore, when this
また仕切り板19のように板状体でなくてもよく、円柱や角柱のような柱状体でも同様に、可動枠3の水平方向の振幅を抑制できる。
Moreover, it does not need to be a plate-like body like the
なお、仕切り板19と前述の実施の形態1、2で述べた凹部8と凸部9、あるいは凸部18とを組み合わせてもよい。例えば第二梁4と連結される可動枠3の端部側は本実施の形態で示す仕切り板19で支持し、他方の端部側は実施の形態2で示す凸部18で支持してもよい。実施の形態2では、凸部18を形成することで、第二梁4を可動枠3の最端部と連結することができないが、本実施の形態と組合すことで、第二梁4を可動枠3の最端部に連結する構成をとることができ、効率よく可動枠3を振動させることができる。
その他実施の形態1と同様の構成および効果については説明を省略する。
The
Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment is omitted.
(実施の形態4)
図9に示すように本実施の形態の光学反射素子は、パッケージ21を備え、このパッケージ21は、端子台22と、この端子台22に設けられた底部23と、この底部23上に配置された支持体5およびこの支持体5の外周を囲う枠体24と、この枠体24の上方を覆う蓋部25とを備えている。そしてパッケージ21内であって、蓋部25の内側には、上部プロテクタ26が配置され、可動枠3と所定間隔を空けて対向する上方面は上プロテクタ面26Aとなる。また底部23上には下部プロテクタ27が配置され、可動枠3と所定間隔を空けて対向する下方面は下プロテクタ面27Aとなる。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 9, the optical reflecting element according to the present embodiment includes a
これらの上プロテクタ面26Aおよび下プロテクタ面27Aが、それぞれZ軸方向の振幅抑制手段となる。すなわちこの上プロテクタ面26Aは、図1の可動枠3の上方への過剰な振動を抑制し、下プロテクタ面27Aは、可動枠3の下方への過剰な振幅を抑制する。なお上プロテクタ面26Aおよび下プロテクタ面27Aと可動枠3との間には、所定の駆動周波数における振幅に必要な隙間が設けられている。
The
そして本実施の形態の上プロテクタ面26Aは、ミラー部1におけるレーザビームの入・反射に必要な透過部(孔28)を除き、図1の第一梁2、可動枠3、第二梁4、支持体5の上方のほぼ全体を覆っている。
The
さらに下プロテクタ面27Aは、図1のミラー部1、可動枠3、第一梁2、第二梁4の下方の全体を覆っている。
Further, the
上部プロテクタ26、下部プロテクタ27の材料としては、樹脂やゴムなど弾性体や、不織布などが挙げられる。これらの材料にはカーボン粒子やカーボンファイバーを混練しておけば、静電気の発生を抑えることができる。
Examples of the material of the
本実施の形態の効果を以下に説明する。 The effect of this embodiment will be described below.
本実施の形態では、質量体である可動枠3に対して、厚み方向、すなわちXY平面に対して垂直なZ軸方向に過剰な衝撃や振動が印加された場合、可動枠3が上プロテクタ面26A、あるいは下プロテクタ面27Aと接触し、これらの上プロテクタ面26A、下プロテクタ面27Aがストッパーとなるため、振幅を抑制することができる。
In the present embodiment, when an excessive impact or vibration is applied to the
すなわち質量体である可動枠3が上下に振幅すると、第二梁4がその振幅に追従して変形する。したがって可動枠3が振幅しすぎると、第二梁4の変形は許容範囲を超え、損傷してしまうことがある。
That is, when the
これに対して本実施の形態では、第二梁4が破壊してしまう限界の振幅量を予め測定し、可動枠3の振幅がその限界の振幅よりも小さい振幅で留まるように、上プロテクタ面26Aおよび下プロテクタ面27Aに接触するようにした。これにより第二梁4の損傷を抑制することができ、信頼性の高い光学反射素子を実現できる。
On the other hand, in the present embodiment, the upper protector surface is measured so that the limit amplitude amount that the
そしてZ軸方向に重力加速度を加える衝撃加速度試験を行った結果、上プロテクタ面26A、下プロテクタ面27Aによる振幅抑制手段を設けていない場合は、60Gで第二梁4が損傷したのに対し、本実施の形態では、2100Gまで第二梁4の損傷を抑制することができた。
Then, as a result of performing an impact acceleration test in which gravitational acceleration is applied in the Z-axis direction, the
なお本実施の形態では、上プロテクタ面26Aおよび下プロテクタ面27Aの両方を用いたが、いずれか一方のみを設けてもよい。たとえば上プロテクタ面26Aを構成せず、不織布で構成された下プロテクタ面27Aを可動枠3の下方に配置した状態で衝撃加速度試験を行った結果、860Gまで第二梁4の損傷を抑制できた。
In the present embodiment, both the
また本実施の形態のような可動枠3のZ軸方向の振動を抑制する抑制手段は、単独で用いてもよいが、実施の形態1で挙げた可動枠3のX軸方向および/またはY軸方向の振動を抑制する抑制手段と組み合わせることで、可動枠3の3次元における過剰な振幅を抑制できる。
Further, the suppression means for suppressing the vibration in the Z-axis direction of the
(実施の形態5)
本実施の形態と実施の形態4との主な違いは、図10、図11に示すように、下プロテクタ面27Aおよび上プロテクタ面26Aの形状である。
(Embodiment 5)
The main difference between the present embodiment and the fourth embodiment is the shapes of the
本実施の形態では、これらの上プロテクタ面26Aおよび下プロテクタ面27Aは、第二梁4の中心軸と対向する領域から外方に向けて下がる斜面で構成されている。すなわち上プロテクタ面26Aも、下プロテクタ面27Aも、第二梁4の中心軸S2と対向する領域が凸となるような形状である。
In the present embodiment, the
更に本実施の形態の上プロテクタ面26Aおよび下プロテクタ面27Aはいずれも、第二梁4の中心軸S2と対向する領域およびその近傍が、水平面で構成されている。すなわち頂上が水平面で構成された凸形状である。
Further, in both the
また本実施の形態の第二梁4は、実施の形態1と同様に、複数の振動板7が同一平面上で蛇行するように折り返し連結されたミアンダ形である。そしてこの第二梁4は、それぞれの振動板7が交互に逆位相に撓み振動し、中心軸S2を中心として振動板数に応じて変位が蓄積されるように駆動する。この駆動によって、可動枠3は中心軸S2を中心に、反復回転振動する。
Further, the
本実施の形態の効果を以下に説明する。 The effect of this embodiment will be described below.
本実施の形態では、可動枠3および第二梁4が駆動している時に、Z軸方向に過剰な衝撃や振動が印加された場合も、効果的にその損傷を抑制できる。
In the present embodiment, even when an excessive impact or vibration is applied in the Z-axis direction when the
その理由は、可動枠3および第二梁4が駆動する際の、中心軸S2を中心とする傾きに合わせて、上プロテクタ面26Aおよび下プロテクタ面27Aを斜面としたからである。
The reason is that the
したがって、可動枠3および第二梁4が傾いた状態でZ軸方向にGがかかっても、可動枠3や第二梁4のほぼ全体が上プロテクタ面26A、下プロテクタ面27Aに接触し、この接触時の応力負荷が分散される。その結果、過剰な振幅を効率よく抑制することができる。
Therefore, even if G is applied in the Z-axis direction with the
さらに本実施の形態では、下プロテクタ面27Aの中心軸S2と対向する領域およびその近傍を水平面としたことにより、振動板7の撓みを抑制できる。
Furthermore, in the present embodiment, the region facing the central axis S2 of the
すなわち、第二梁4の振動板7は、長くなるほど中央部分、すなわち中心軸S2近傍が撓みやすい。そしてこの撓み幅が大きくなりすぎると、振動板7の折り返し部分に過剰な負荷が掛かり、第二梁4は損傷してしまう。
That is, as the
したがって、中心軸S2と対向する領域において、下プロテクタ面27Aに水平面を構成し、この水平面と振動板7の撓み部分とを接触させることによって、撓みを抑制することができ、光学反射素子の損傷を抑制することができる。
Therefore, in a region facing the central axis S2, a horizontal plane is formed on the
また上プロテクタ面26Aも中心軸S2と対向する領域およびその近傍を水平面としたが、このような構成により、ミラー部1の上方が水平面となり、光を透過するための孔28を形成しやすくなる。
In addition, the
本実施の形態では、パッケージごとZ軸方向に重力加速度を加える衝撃加速度試験を行った結果、3150Gまで光学反射素子の損傷を抑制できた。 In the present embodiment, as a result of an impact acceleration test in which gravitational acceleration is applied in the Z-axis direction for each package, damage to the optical reflective element can be suppressed up to 3150G.
本発明の光学反射素子は、損傷しにくく機械的信頼性に優れている為、車載用に用いられるヘッドアップディスプレイなどに有用である。また高信頼性が求められる小型ディスプレイやヘッドマウントディスプレイなどの小型画像投影装置、レーザープリンタ、電子写真装置に有用である。 Since the optical reflective element of the present invention is hard to be damaged and has excellent mechanical reliability, it is useful for a head-up display used for in-vehicle use. It is also useful for small image projection devices such as small displays and head mounted displays that require high reliability, laser printers, and electrophotographic devices.
1 ミラー部
2 第一梁
3 可動枠
4 第二梁
5 支持体
6 振動板
7 振動板
8 凹部
9 凸部
10 圧電素子
11 基板
12 接地電極
13 圧電体
14A、14B 駆動電極
15 絶縁層
16 凹部
17 凸部
18 凸部
19 仕切り板
20 パッケージ
21 パッケージ
22 端子台
23 底部
24 枠体
25 蓋部
26 上部プロテクタ
26A 上プロテクタ面
27 下部プロテクタ
27A 下プロテクタ面
28 孔
DESCRIPTION OF
Claims (11)
この可動枠と第二梁を介して連結された支持体とを備え、
前記第一梁はY軸方向の中心軸を有し、第二梁はX軸方向の中心軸を有し、
これらの中心軸を中心に前記ミラー部を反復回転振動させる駆動手段と、
前記可動枠のX軸方向またはY軸方向の少なくとも一方の振幅を抑制する抑制手段とが設けられた光学反射素子。 A mirror part and a movable frame connected to the mirror part via the first beam and surrounding the outer circumference of the first beam and the mirror part;
The movable frame and a support body connected through the second beam,
The first beam has a central axis in the Y-axis direction, the second beam has a central axis in the X-axis direction,
Drive means for repeatedly rotating and vibrating the mirror portion around these central axes;
An optical reflecting element provided with suppression means for suppressing at least one amplitude in the X-axis direction or the Y-axis direction of the movable frame.
前記可動枠または前記支持体の少なくとも一方に設けられた凸部を含む請求項1に記載の光学反射素子。 The suppression means is
The optical reflective element according to claim 1, comprising a convex portion provided on at least one of the movable frame or the support.
前記可動枠の外周に設けられた凹部と、前記支持体に設けられ、前記凹部内に向けて突出し、この凹部と所定間隔を空けて 嵌合する凸部とからなる請求項2に記載の光学反射素子。 The suppression means is
The optical system according to claim 2, comprising: a concave portion provided on an outer periphery of the movable frame; and a convex portion provided on the support, projecting into the concave portion, and fitted into the concave portion with a predetermined interval. Reflective element.
前記支持体に設けられ、内方へ突出する凸部であって、
この凸部の内側の側面と前記可動枠の外側の側面とは所定間隔を空けて対向する請求項2に記載の光学反射素子。 The suppression means is
A convex portion provided on the support and protruding inward;
The optical reflecting element according to claim 2, wherein an inner side surface of the convex portion and an outer side surface of the movable frame are opposed to each other with a predetermined interval.
X軸およびY軸に垂直なZ軸の方向の厚みが前記第二梁よりも厚い請求項2に記載の光学反射素子。 At least one of the movable frame or the support is
The optical reflective element according to claim 2, wherein the thickness in the direction of the Z-axis perpendicular to the X-axis and the Y-axis is thicker than that of the second beam.
前記可動枠と前記支持体との間に設けられ、前記可動枠の外側面と所定間隔を空けて対向する柱状体または板状体である請求項1に記載の光学反射素子。 The suppression means is
The optical reflection element according to claim 1, wherein the optical reflection element is a columnar body or a plate-like body that is provided between the movable frame and the support and faces the outer surface of the movable frame at a predetermined interval.
前記可動枠または前記支持体の少なくとも一方に設けられた凸部と、
前記可動枠と前記支持体との間に設けられた柱状体または板状体である請求項1に記載の光学反射素子。 The suppression means is
A convex portion provided on at least one of the movable frame or the support;
The optical reflecting element according to claim 1, which is a columnar body or a plate-like body provided between the movable frame and the support.
この可動枠と第二梁を介して連結された支持体とを備え、
前記第一梁はY軸方向の中心軸を有し、第二梁はX軸方向の中心軸を有し、
これらの中心軸を中心に前記ミラー部を反復回転振動させる駆動手段と、
前記可動枠の、前記X軸およびY軸に垂直な、Z軸の方向の振幅を抑制する抑制手段とを備えた光学反射素子。 A mirror part, a movable frame connected to the mirror part via the first beam and surrounding the outer periphery of the first beam and the mirror part;
The movable frame and a support body connected through the second beam,
The first beam has a central axis in the Y-axis direction, the second beam has a central axis in the X-axis direction,
Drive means for repeatedly rotating and vibrating the mirror portion around these central axes;
An optical reflecting element comprising suppression means for suppressing the amplitude of the movable frame in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis.
前記可動枠に対向する上方面または下方面の少なくとも一方に設けられるとともに、
前記第二梁の中心軸と対向する領域が凸となる形状である請求項8に記載の光学反射素子。 The suppression means is
While provided on at least one of the upper surface or the lower surface facing the movable frame,
The optical reflecting element according to claim 8, wherein the region facing the central axis of the second beam has a convex shape.
この可動枠と第二梁を介して連結された支持体とを備え、
前記第一梁は、Y軸方向の中心軸を有し、第二梁はX軸方向の中心軸を有し、
これらの中心軸を中心に前記ミラー部を反復回転振動させる駆動手段と、
前記可動枠のX軸方向またはY軸方向の少なくとも一方の振動を抑制する抑制手段と、
前記可動枠の、前記X軸およびY軸に垂直な、Z軸の方向の振幅を抑制する抑制手段とを備えた光学反射素子。 A mirror part and a movable frame connected to the mirror part via the first beam and surrounding the outer circumference of the first beam and the mirror part;
The movable frame and a support body connected through the second beam,
The first beam has a central axis in the Y-axis direction, the second beam has a central axis in the X-axis direction,
Drive means for repeatedly rotating and vibrating the mirror portion around these central axes;
Suppressing means for suppressing vibration of at least one of the movable frame in the X-axis direction or the Y-axis direction;
An optical reflecting element comprising suppression means for suppressing the amplitude of the movable frame in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009041943A JP2010197662A (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Optical reflection element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009041943A JP2010197662A (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Optical reflection element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010197662A true JP2010197662A (en) | 2010-09-09 |
Family
ID=42822447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009041943A Pending JP2010197662A (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Optical reflection element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010197662A (en) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011203764A (en) * | 2011-07-15 | 2011-10-13 | Pioneer Electronic Corp | Driving device |
JP4896270B1 (en) * | 2011-11-04 | 2012-03-14 | パイオニア株式会社 | Drive device |
JP2012210092A (en) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Fujifilm Corp | Piezoelectric actuator, capacity-variable capacitor and light deflection element |
JP2013007780A (en) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Stanley Electric Co Ltd | Optical deflector |
US8681407B2 (en) | 2010-03-30 | 2014-03-25 | Panasonic Corporation | Optical reflection element |
JP2015102671A (en) * | 2013-11-25 | 2015-06-04 | スタンレー電気株式会社 | Optical deflector |
JP2015184596A (en) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | セイコーエプソン株式会社 | Optical scanner, image display device, and head-mounted display |
JP2015215586A (en) * | 2014-11-19 | 2015-12-03 | 株式会社トライフォース・マネジメント | Movable reflective element |
JP2016191800A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | セイコーエプソン株式会社 | Optical scanner, image display device, and head-mounted display |
JP2017191266A (en) * | 2016-04-15 | 2017-10-19 | 株式会社Jvcケンウッド | Optical device |
EP3598197A1 (en) | 2018-07-19 | 2020-01-22 | Stanley Electric Co., Ltd. | Irradiation apparatus |
CN111587512A (en) * | 2018-02-14 | 2020-08-25 | 欧姆龙株式会社 | Wireless communication device, sensor device, and wearable device |
JP2020156173A (en) * | 2019-03-19 | 2020-09-24 | 株式会社東芝 | Semiconductor devise |
JP2020154229A (en) * | 2019-03-22 | 2020-09-24 | 住友精密工業株式会社 | Optical device |
WO2023181675A1 (en) * | 2022-03-23 | 2023-09-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Optical reflective element |
-
2009
- 2009-02-25 JP JP2009041943A patent/JP2010197662A/en active Pending
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8681407B2 (en) | 2010-03-30 | 2014-03-25 | Panasonic Corporation | Optical reflection element |
JP2012210092A (en) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Fujifilm Corp | Piezoelectric actuator, capacity-variable capacitor and light deflection element |
JP2013007780A (en) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Stanley Electric Co Ltd | Optical deflector |
JP2011203764A (en) * | 2011-07-15 | 2011-10-13 | Pioneer Electronic Corp | Driving device |
JP4896270B1 (en) * | 2011-11-04 | 2012-03-14 | パイオニア株式会社 | Drive device |
JP2015102671A (en) * | 2013-11-25 | 2015-06-04 | スタンレー電気株式会社 | Optical deflector |
JP2015184596A (en) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | セイコーエプソン株式会社 | Optical scanner, image display device, and head-mounted display |
JP2015215586A (en) * | 2014-11-19 | 2015-12-03 | 株式会社トライフォース・マネジメント | Movable reflective element |
JP2016191800A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | セイコーエプソン株式会社 | Optical scanner, image display device, and head-mounted display |
JP2017191266A (en) * | 2016-04-15 | 2017-10-19 | 株式会社Jvcケンウッド | Optical device |
CN111587512A (en) * | 2018-02-14 | 2020-08-25 | 欧姆龙株式会社 | Wireless communication device, sensor device, and wearable device |
US11329366B2 (en) | 2018-02-14 | 2022-05-10 | Omron Corporation | Wireless communication device, sensor device, and wearable device |
EP3598197A1 (en) | 2018-07-19 | 2020-01-22 | Stanley Electric Co., Ltd. | Irradiation apparatus |
US11137594B2 (en) | 2018-07-19 | 2021-10-05 | Stanley Electric Co., Ltd. | Irradiation apparatus |
JP2020156173A (en) * | 2019-03-19 | 2020-09-24 | 株式会社東芝 | Semiconductor devise |
US11199696B2 (en) | 2019-03-19 | 2021-12-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
JP2020154229A (en) * | 2019-03-22 | 2020-09-24 | 住友精密工業株式会社 | Optical device |
JP7175816B2 (en) | 2019-03-22 | 2022-11-21 | 住友精密工業株式会社 | optical device |
WO2023181675A1 (en) * | 2022-03-23 | 2023-09-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Optical reflective element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010197662A (en) | Optical reflection element | |
JP5229704B2 (en) | Optical scanning device | |
JP5172364B2 (en) | Optical deflector | |
JP6733709B2 (en) | MEMS reflector system | |
KR20060062131A (en) | Horizontal, vertical, and tuning fork vibratory mems gyroscope | |
KR102591487B1 (en) | optical device | |
WO2008038649A1 (en) | Optical scanning device | |
JP2014238581A (en) | Optical scanner | |
JPWO2018021166A1 (en) | Angular velocity sensor, sensor element and multi-axis angular velocity sensor | |
JPWO2011121946A1 (en) | Optical reflection element | |
JP4766353B2 (en) | Optical beam scanning device | |
JP6627663B2 (en) | Physical quantity sensor | |
JP2021067701A (en) | Angular velocity sensor and sensor element | |
JP5888411B2 (en) | Acceleration sensor | |
JP2013109359A (en) | Optical deflector | |
JP2012163828A (en) | Optical deflection mems element | |
JP2000258165A (en) | Angular velocity sensor | |
JP2010060689A (en) | Optical reflection element unit | |
JP2010145315A (en) | Vibration gyroscope | |
JP6733621B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
WO2016067543A1 (en) | Vibration-type angular velocity sensor | |
JP6506891B1 (en) | Optical device | |
WO2023181675A1 (en) | Optical reflective element | |
JP5810685B2 (en) | Vibrator and vibratory gyro | |
JP2013002895A (en) | Inertia force sensor |