JP2010266508A - ２次元走査の光走査装置及びそれを備えた画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトリフレクタによる検出精度を向上させた２次元走査の光走査装置を提供することである。
【解決手段】光走査装置１２ａは、互いに異なる軸方向を有するミラー軸部（第１軸部）２２及び枠軸部（第２軸部）２４と、ミラー軸部２２の回動によって回動するとともに、枠軸部２４の回動によって回動するミラー部２０と、ミラー部２０及びミラー軸部２２を囲み、枠軸部２４の回動によって回動する可動枠部２３と、ミラー部２０の裏面に対向し、ミラー部２０の裏面を反射面とする第１フォトリフレクタ３１と、可動枠部２３の裏面に対向し、可動枠部２３の裏面を反射面とする第２フォトリフレクタ３２とを備えた構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＭＥＭＳミラー等の２次元走査の光走査装置及びそれを備えた画像投影装置に関する。

レーザ光等の光線を偏光・走査する光走査装置は、画像投影装置やレーザプリンタ等の光学機器に利用されている。この光走査装置については、多角柱ミラーをモータで回転させて反射光を走査するポリゴンミラーや、平面ミラーを電磁アクチュエータによって回転振動させるガルバノミラー等を有するものがある。しかし、このような光走査装置においては、ミラーやモータを電磁アクチュエータで駆動する機械的な駆動機構が必要となるが、その駆動機構はサイズが比較的大きく、また高価であることから、光走査装置の小型化を阻害するとともに高価格化を招くといった問題がある。

そこで、光走査装置の小型化、低価格化及び生産性の向上を図るために、半導体製造技術を応用したシリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術を用いてミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光走査装置（いわゆる、ＭＥＭＳミラー）の開発が進んでいる。

そして、１次元走査の光走査装置を２組配置し、各々のミラーで反射される光線をそれぞれ水平走査、垂直走査することにより、投影面に２次元画像を表示させる画像投影装置がある。また、水平走査及び垂直走査ができる２次元走査の光走査装置を用いれば、１組でラスター走査（水平走査及び垂直走査）でき、小型化及び低価格化に繋がる。

ここで、画像投影装置の品質を決める要素の１つに、出力画像や入力画像の位置を高精度に制御することがある。この制御のためにはミラーの角度を正確に検出する必要がある。そのため角度を検出する様々な手法が提案されている。

例えば特許文献１には、トーションバーのせん断応力を２対の電極を有するピエゾ抵抗素子で測定することによりミラーの角度を検出する技術が開示されている。また特許文献２には、振幅検出用コイルを配線することでミラーの角度を検出する技術が開示されている。

このように、特許文献１及び特許文献２ではミラーの角度を検出する手段がＭＥＭＳに組み込まれている。しかしながら、ＭＥＭＳにこのような手段を組み込むことで、製造工程が複雑になり製造コストが上昇し、また温度変化があったときに検出精度が低下することにもなる。

したがって、ＭＥＭＳの作りやすさ等を考慮すると、ミラーの角度を検出する手段はＭＥＭＳの外部に設けることが好ましいと言える。そして、ＭＥＭＳの駆動を妨げない非接触式で小型の検出手段が好ましい。例えば特許文献３では、フォトリフレクタを用いることが提案されている。

特開２００９−９０６４号公報 特開２００７−２９５７８０号公報 特開２００９−９０９３号公報

しかしながら、単純にフォトリフレクタを配置するだけでは高い検出精度を得ることは難しい。特許文献３では、フォトリフレクタはミラーの裏面側に配置することだけが示されており、具体的な配置の仕方は記載されていない。実際には、高い検出精度を得るためにはフォトリフレクタの配置の仕方が重要になる。

２次元走査のＭＥＭＳミラーにおいて、フォトリフレクタの配置時に問題になるのは、１つは、フォトリフレクタをミラーの裏面側に配置することでミラーからの漏れ光がノイズになるという問題がある。次に、水平方向の信号と垂直方向の信号とのクロストークの問題もある。これらの要因でミラーの角度検出精度が落ちる。

そこで本発明は、フォトリフレクタによる検出精度を向上させた２次元走査の光走査装置を提供することを目的とする。また本発明は、その光走査装置を備えることで高品質な画像を投影できる画像投影装置を提供することも目的とする。

上記目的を達成するために本発明の光走査装置は、互いに異なる軸方向を有する第１軸部及び第２軸部と、前記第１軸部の回動によって回動するとともに、前記第２軸部の回動によって回動するミラー部と、前記ミラー部及び前記第１軸部を囲み、前記第２軸部の回動によって回動する可動枠部と、前記ミラー部の裏面に対向し、前記ミラー部の裏面を反射面とする第１フォトリフレクタと、前記可動枠部の裏面に対向し、前記可動枠部の裏面を反射面とする第２フォトリフレクタとを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、ミラー部や可動枠部の回動量（角度）に応じて第１フォトリフレクタや第２フォトリフレクタで検出される反射光のエネルギー量が変化する。

上記の光走査装置において、前記第１フォトリフレクタの発光部と受光部とが前記第１軸部の軸方向に垂直な方向に並んでおり、前記発光部と前記受光部との中間点が、前記ミラー部の中央に重なっていることが好ましい。

この構成によれば、第１フォトリフレクタの発光部と受光部とが第１軸部の軸方向に垂直な方向に並んでいるので、ミラー部が第２軸部回りに回動した状態でも受光部が反射した発光部からの光を無駄なく受光できる。したがって、第１フォトリフレクタは、ミラー部の第２軸部回りの回動の影響を受けずに、ミラー部の第１軸部回りの回動を高精度に検出することができる。また、発光部と受光部との中間点が、ミラー部の中央に重なっているので、光源からの漏れ光が第１フォトリフレクタに照射されにくくなり、漏れ光によるノイズを軽減することができる。

また上記の光走査装置において、前記第１フォトリフレクタの発光部と受光部とが前記第１軸部の軸方向に垂直な方向に並んでおり、前記受光部の前記第１軸部の軸方向の長さが、前記発光部の前記第１軸部の軸方向の長さより長いことが好ましい。

この構成によれば、発光部より受光部が長いので、ミラー部が第２軸部回りに回動した状態でも、受光部が反射した発光部からの光を無駄なく受光できる。これにより、フォトリフレクタは、ミラー部の垂直方向の傾きの影響を受けずに、ミラー部の水平方向の傾きを高精度に検出することができる。

また上記の光走査装置において、前記第２フォトリフレクタの発光部と受光部とが前記第２軸部の軸方向に垂直な方向に並んでいることが好ましい。

この構成によれば、可動枠部との距離の変化だけでなく、可動枠部の角度変化も検出することになり、受光部で受光するエネルギー量の変化が大きく現れるので、検出精度が向上する。

また上記の光走査装置において、前記第２フォトリフレクタは、前記ミラー部に重ならない位置に設けることが好ましい。そして、ミラー部から離れるほど好ましい。

この構成によれば、第２フォトリフレクタは、ミラー部から離れることになるので、漏れ光の影響が小さくなり検出精度が向上する。さらに、第２フォトリフレクタが第１フォトリフレクタにぶつかるような配置になることも回避できる。

また上記の光走査装置において、前記第１フォトリフレクタと前記第２フォトリフレクタとの間に遮光部材を備えることが好ましい。

この構成によれば、それぞれのフォトリフレクタが他方のフォトリフレクタからの漏れ光の影響を受けることなく検出できるので、検出精度が向上する。

また上記の光走査装置において、前記ミラー部の回動量に応じて前記第１フォトリフレクタへの入射光量を減衰させる第１反射光減衰手段を備えることが好ましい。

この構成によれば、ミラー部の回動量に応じて第１フォトリフレクタで検出される反射光のエネルギー量がさらに大きく変化するので、感度が高く十分な分解能がとれ、ミラー部の角度を高精度に検出することができる。

また上記の光走査装置において、前記可動枠部の回動量に応じて前記第２フォトリフレクタへの入射光量を減衰させる第２反射光減衰手段を備えることが好ましい。

この構成によれば、可動枠部の回動量に応じて第２フォトリフレクタで検出される反射光のエネルギー量がさらに大きく変化するので、感度が高く十分な分解能がとれ、ミラー部の角度を高精度に検出することができる。

また本発明の画像投影装置は、上記の何れかに記載の光走査装置と、該光走査装置の駆動制御を行う光走査装置制御部と、前記ミラー部へ照射する光源と、該光源を駆動する光源駆動回路と、画像信号に基づき前記光源駆動回路を介して前記光源の制御を行う画像信号制御部とを備えた構成とする。

本発明の光走査装置によると、ミラー部の水平方向の傾きを検出する第１フォトリフレクタと、ミラー部の垂直方向の傾きを検出する第２フォトリフレクタとを別々に離して設けることで、ミラーからの漏れ光による影響を抑えるとともに、水平方向の信号と垂直方向の信号とのクロストークも抑え、ミラー部の角度を高精度に検出することができる。

また本発明の画像投影装置は、その光走査装置を備えることで高品質な画像を投影することができる。

本発明の画像投影装置の投影の様子を示す模式図である。 本発明の光走査装置と光源との位置関係を示す模式図である。 本発明の画像投影装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の光走査装置の要部構成を示す平面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図５Ａのミラー部が水平方向に駆動した状態を示す図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図６Ａのミラー部が垂直方向に駆動した状態を示す図である。 第２実施形態の光走査装置の要部構成を示す平面図である。 図７のＣ−Ｃ線断面図である。 第３実施形態の光走査装置の要部構成を示す平面図である。 図９のＤ−Ｄ線断面図である。 図１０Ａのミラー部２０が水平方向に駆動した状態を示す図である。 図９のＥ−Ｅ線断面図である。 図１１Ａのミラー部２０が垂直方向に駆動した状態を示す図である。 本発明のホルダの斜視図である。 第４実施形態に係るミラー部の平面図である。 第４実施形態の他の例に係るミラー部の平面図である。 シミュレーションＳ１時の要部構成の配置を示す断面図である。 シミュレーションＳ２時の要部構成の配置を示す断面図である。 シミュレーションＳ４時の要部構成の配置を示す断面図である。 フォトリフレクタの発光部から出た光が反射して受光部に戻るエネルギー量を計算した結果を表したグラフである。 図１８のデータを一覧にした表である。

図１は、本発明の画像投影装置の投影の様子を示す模式図である。画像投影装置１０は、箱型の形状を有しており、スクリーン１１に映像（画像）を投影するプロジェクタ装置として構成されている。この画像投影装置１０では、投影面であるスクリーン１１に向けて照射される光線のラスター走査を行うことにより、スクリーン１１への２次元画像の表示が可能となっている。このラスター走査では、例えば表示画像の上端における開始位置Ｑａから、表示画像の下端における終了位置Ｑｂまで光線が連続的に走査されることで、１回の画像表示が完了することになる。なお、終了位置Ｑｂまで光線が走査されると、次の画像表示のために開始位置Ｑａに復帰する垂直走査（及び水平走査）が画像表示を伴わない垂直ブランキング期間中に行われる。

図２は、光走査装置と光源との位置関係を示す模式図である。画像投影装置１０の内部には、図２に示す光走査装置１２と、光走査装置１２に向けて光線（例えばレーザ光）ＬＴを発する光源１３とが設けられている。

光走査装置１２は、Ｘ軸（図４参照）に平行な第１軸と、Ｙ軸（図４参照）に平行で第１軸と略直角に交差する第２軸とを中心とした回動が可能なミラー部２０を備えている。このミラー部２０が第１軸及び第２軸において２次元的に回動することにより、ミラー部２０で反射された光源１３からの光線ＬＴをラスター走査することができる。光走査装置１２の具体的な構成については後述する。

図３は、画像投影装置１０の構成を示すブロック図である。画像投影装置１０は、上述した光走査装置１２及び光源１３を備えるとともに、光走査装置１２の駆動制御を行う光走査装置制御部１４と、光源１３を駆動し光線ＬＴの変調が可能な光源駆動回路１５と、光源駆動回路１５を制御する画像信号制御部１６とを有している。

光走査装置１２は、角度検出部２１を有している。そして角度検出部２１は、位置検出センサとしてフォトリフレクタを有している。フォトリフレクタがミラー部２０の裏面又は後述する可動枠部の裏面で反射された光を検出することでミラー部２０の角度を検出することができる。

光走査装置制御部１４は、ミラー部２０に関するＸ軸回りの回動、つまり水平方向の駆動を制御する水平駆動制御部１４ａと、ミラー部２０に関するＹ軸回りの回動、つまり垂直方向の駆動を制御する垂直駆動制御部１４ｂとを有している。

画像信号制御部１６は、例えば画像投影装置１０の外部から入力された画像信号に基づき光源１３を制御するための制御信号を生成する。そして、この制御信号に基づき光源駆動回路１５を介して光源１３の制御（例えば点灯・消灯の制御や発光強度の制御）を行うことにより、入力された画像信号に基づく適切な画像表示がスクリーン１１で行える。

以下に光走査装置１２について４つの実施形態を例示する。

〈第１実施形態〉
図４は、第１実施形態の光走査装置１２ａの要部構成を示す平面図である。光走査装置１２ａは、圧電駆動方式を採用しており、ミラー部２０、ミラー軸部２２、可動枠部２３、枠軸部２４、保持部２５、圧電素子２６、及び固定枠２７を含む。これらの部材は基板となる変形可能なシリコン基板等をエッチングすることにより形成される。さらに光走査装置１２ａは、角度検出部２１、マスク２８、及び遮光板２９を含む。

ミラー部２０は、表面で光源１３からの光を反射し、裏面でフォトリフレクタからの光を反射するものであり、基板の一部分の表裏に金やアルミニウム等の反射膜を蒸着やスパッタ法にて形成したり、金やアルミニウムの上に誘電体多層膜を形成して反射率を向上させることで形成される。例えば、図４に示すように、半円状のくびれ部分を両端から挟む挟持部分を含む開孔３０（第１開孔３０ａ、・第２開孔３０ｂ）が向かい合うことで、円を含む基板の残部が生じる。そして、この残部の一部分の表裏に反射膜が形成されることで、ミラー部２０は完成する。

なお、第１開孔３０ａと第２開孔３０ｂとが並ぶ方向をＹ方向と称し、ミラー部２０の中心からＹ方向に延びる方向をＹ軸と称する。

ミラー軸部（第１軸部）２２は、第１開孔３０ａの挟持部分と第２開孔３０ｂの挟持部分とが向かい合うことで、ミラー部２０の一端と他端とに繋がるように生じる軸上部分である。なお、ミラー部２０の一端に繋がるミラー軸部２２の一方（第１ミラー軸部２２ａ）と、ミラー部２０の他端に繋がるミラー軸部２２の他方（第２ミラー軸部２２ｂ）とは、ミラー部２０から互いに異なる向きに延び出る（但し、第１ミラー軸部２２ａ及び第２ミラー軸部２２ｂは平行である）。

また、このミラー軸部２２の延び出る方向は、Ｙ方向に対して直交する（交差する）。そこで、このミラー軸部２２の延び出る方向をＸ方向と称し、ミラー部２０の中心からＸ方向に延びる方向をＸ軸と称する。

可動枠部２３は、ミラー部２０及びミラー軸部２２を囲む枠である。例えば、括弧状（］状）の２つの開孔３０のうち、一方の開孔３０である第３開孔３０ｃが第１ミラー軸部２２ａを囲むように形成され、他方の開孔３０である第４開孔３０ｄが第２ミラー軸部２２ｂを囲むように形成されると、第３開孔３０ｃと第１開孔３０ａ・第２開孔３０ｂとに挟まれる基板の残部、及び第４開孔３０ｄと第１開孔３０ａ・第２開孔３０ｂとに挟まれる基板の残部が生じる。すると、この両方の残部が、ミラー部２０及びミラー軸部２２を囲む基板の一部、すなわち可動枠部２３となる。

枠軸部２４（第１枠軸部２４ａ・第２枠軸部２４ｂ）は、可動枠部２３の外縁にて、Ｙ軸に重なり且つ対向する一端と他端とから外側に延びることで、その可動枠部２３を挟持する。例えば、括弧状の第３開孔３０ｃ及び第４開孔３０ｄが向かい合い、第３開孔３０ｃの両端及び第４開孔３０ｄの両端が向かい合うと、それら両端に挟まれる基板の一部分が棒状になり、その棒状部分が枠軸部２４となる。

保持部２５は、枠軸部２４を保持すること（枠軸部２４に繋がること）によって可動枠部２３を保持する。この保持部２５は、Ｘ方向に延びた開孔３０（第５開孔３０ｅ・第６開孔３０ｆ）と第３開孔３０ｃ・第４開孔３０ｄとの間に生じる基板の残部で形成される。

詳説すると、第５開孔３０ｅと第６開孔３０ｆとがＹ方向に沿って並び、且つ第３開孔３０ｃ及び第４開孔３０ｄを挟む。すると、第５開孔３０ｅと第３開孔３０ｃ・第４開孔３０ｄとの間に位置するＸ方向に延びる基板の残部が第１保持部２５ａとなり、第６開孔３０ｆと第３開孔３０ｃ・第４開孔３０ｄとの間に位置するＸ方向に延びる基板の残部が第２保持部２５ｂとなる。なお、このようなＸ方向に延びる形状（線状）の保持部２５は撓みやすい。

圧電素子２６（２６ａ〜２６ｄ）は、電圧を力に変換する素子であり、分極処理された圧電体（不図示）と、圧電体を挟持する電極（不図示）とを含む。そして、この圧電素子（駆動部）２６が保持部２５の面上に貼り付けられることで、ユニモルフ部（アクチュエータ）が形成される。詳説すると、圧電素子２６における一方の電極と、保持部２５の一面とが貼り合うことで、ユニモルフ部が形成される。

そして、電極間に分極反転を起こさせない範囲で±の電圧（交流電圧）が印加されることで圧電体が伸縮し、その伸縮に応じてユニモルフ部が撓む。

なお、圧電素子２６ａ、２６ｂは、第１枠軸部２４ａを挟持するようにして、第１保持部２５ａに貼られ、圧電素子２６ｃ、２６ｄは、第２枠軸部２４ｂを挟持するようにして、第２保持部２５ｂに貼られる。そのため、圧電素子２６ａ、２６ｂ及び圧電素子２６ｃ、２６ｄにおける圧電体の伸縮変形に応じて、保持部２５も変形（撓み変形／曲げ変形）する。

固定枠２７は、光走査装置１２ａの外枠である。すなわち、固定枠２７は、ミラー部２０、ミラー軸部２２、可動枠部２３、枠軸部２４、保持部２５、圧電素子２６、を囲む枠状部材である。

このような構成により、光走査装置１２ａは、枠軸部２４を基準にミラー部２０を回動（揺動）させることができ、さらに、ミラー軸部２２を基準にミラー部２０を回動させることもできる。

詳説すると、保持部２５の撓み変形により枠軸部２４のねじれ変形が生じ、ミラー部２０が可動枠部２３とともにＹ軸回りに回動、つまり垂直方向に駆動する。また、保持部２５の撓み変形による可動枠部２３のＸ軸回りの回動と、圧電素子２６への印加電圧の周波数に応じた共振によるミラー軸部２２のＸ軸回りの回動とにより、ミラー部２０が水平方向に駆動する。

次に、角度検出部２１、マスク２８（２８ａ、２８ｂ）、及び遮光板２９について詳説する。

角度検出部２１は、ミラー部２０の裏面に対向し、ミラー部２０の水平方向の傾き（角度）を検出するフォトリフレクタ（第１フォトリフレクタ）３１と、可動枠部２３の裏面に対向し、可動枠部２３の垂直方向の傾き（角度）、つまりミラー部２０の垂直方向の傾き（角度）を検出するフォトリフレクタ（第２フォトリフレクタ）３２とを有している。

そして、フォトリフレクタ３１は、ミラー部２０の裏面に対向する面に発光部３１ａと受光部３１ｂとを有し、フォトリフレクタ３２は、可動枠部２３の裏面に対向する面に発光部３２ａと受光部３２ｂとを有している。これらフォトリフレクタ３１、３２は発光部３１ａ、３２ａからミラー部２０の裏面又は可動枠部２３の裏面に向けて発光し、ミラー部２０の裏面又は可動枠部２３の裏面で反射された光を受光部３１ｂ、３２ｂで検出する。そして角度検出部２１の制御部（不図示）で、その検出値からミラー部２０の角度を算出する。

なお、フォトリフレクタ３１において、発光部３１ａと受光部３１ｂとがミラー軸部２２の軸方向に垂直な方向、つまりＹ方向に並んでおり、受光部３１ａのＸ方向の長さが、発光部３１ｂのＸ方向の長さより長くなっている。これは、ミラー部２０が垂直方向に傾いた状態でも受光部３１ｂが反射した発光部３１ａからの光を無駄なく受光できるようにするためである。これにより、フォトリフレクタ３１は、ミラー部２０の垂直方向の傾きの影響を受けずに、ミラー部２０の水平方向の傾きを高精度に検出することができる。

また、フォトリフレクタ３１において、発光部３１ａと受光部３１ｂとの中間点（発光部３１ａと受光部３１ｂとのＸ方向の中間線とＹ方向の中間線との交点）が、ミラー部２０の中央に重なっている。これにより、光源１３からの漏れ光がフォトリフレクタ３１に照射されにくくなり、漏れ光によるノイズを軽減することができる。

また、フォトリフレクタ３２において、発光部３２aと受光部３２ｂとがミラー軸部２２の軸方向（枠軸部２４の軸方向に垂直な方向）、つまりＸ方向に並んでいる。仮にＹ方向に並んでいる場合だと、フォトリフレクタ３２は可動枠部２３との距離の変化だけを検出することになるが、Ｘ方向に並べることで、距離の変化だけでなく、可動枠部２３の角度変化も検出することになり、受光部３２ｂで受光するエネルギー量の変化が大きく現れるので、検出精度が向上する。

図５Ａは、図４のＡ−Ａ線断面図であり、図５Ｂは、図５Ａのミラー部２０が水平方向に駆動した状態を示す図である。また、図６Ａは、図４のＢ−Ｂ線断面図であり、図６Ｂは、図６Ａのミラー部２０が垂直方向に駆動した状態を示す図である。

マスク２８ａは、ミラー部２０と受光部３１ｂとの間に設けられた板状の遮光部材であり、マスク２８ｂは、可動枠部２３と受光部３２ｂとの間に設けられた板状の遮光部材であり、それぞれミラー部２０の回動量に応じて受光部３１ａ、３２ａへの入射光量を減衰させる反射光減衰手段として機能する。また、マスク２８には光源１３からの漏れ光を遮る役割もあり、漏れ光によるノイズを軽減することができる。マスク２８の材料としては、樹脂や金属などを用いることができ、その表面は反射を抑制するつや消し処理されていることが好ましい。

マスク２８は、発光部３１ａ、３２ａからの光が反射するまでは遮らず、且つ反射光をミラー部２０の回動量に応じて一部遮る位置に設ける必要がある。したがって、受光部３１ｂ、３２ｂを完全に覆う位置又は受光部３１ｂ、３２ｂの発光部３１ａ、３２ａ側の一部を除いて覆う位置に設ければよい。

例えば、図５Ａ又は図６Ａの状態では、反射光がマスク２８ａ、２８ｂによってあまり遮光されないので、反射光の多くが受光部３１ｂ、３２ｂに入射する。一方、図５Ｂ又は図６Ｂの状態では、反射光の多くがマスク２８ａ、２８ｂによって遮光されるので、残りの一部の反射光だけが受光部３１ｂ、３２ｂに入射する。

したがって、ミラー部２０の裏面に配設されたフォトリフレクタ３１は、ミラー部２０の回動による変位量が小さくてミラー部２０との距離の変化が小さいにも関わらず、マスク２８ａの作用と、発光部３１ａと受光部３１ｂとがＹ方向に並んでいることとにより、受光部３１ｂが受光する光量の最大値と最小値の差が大きい（感度が高い）ので、高精度に検出することができる。

また、可動枠部２３の裏面に配設されたフォトリフレクタ３２は、マスク２８ｂによる遮光の効果に加え、可動枠部２３の変位量が大きいことによっても感度が高くなるので、高精度に検出することができる。そして、この可動枠部２３の変位量は、枠軸部２４付近よりも、枠軸部２４からＸ方向に離れるほど大きくなる。よって、フォトリフレクタ３２は、枠軸部２４からＸ方向へなるべく離れた位置に設けることが好ましい。また、フォトリフレクタ３２は枠軸部２４からＸ方向へ離れるにしたがってミラー部２０からも離れることになるので、漏れ光の影響が小さくなり検出精度が向上するという利点もある。さらに、フォトリフレクタ３２がフォトリフレクタ３１にぶつかるような配置になることも回避できる。

また、マスク２８ａによればノイズとなる反射光の垂直方向成分が一定量遮光され、マスク２８ｂによればノイズとなる反射光の水平方向成分が一定量遮光されるのでＳ／Ｎ比が向上し、水平方向の信号と垂直方向の信号とのクロストークを軽減することができる。

遮光板２９は、フォトリフレクタ３１とフォトリフレクタ３２との間に設けられた板状の遮光部材であり、その材料としてはマスク２８と同様のものを用いることができる。遮光板２９により、フォトリフレクタ３１とフォトリフレクタ３２との間で遮光されるので、それぞれのフォトリフレクタ３１、３２が他方のフォトリフレクタ３２、３１からの漏れ光の影響を受けることなく検出できるので、検出精度が向上する。

〈第２実施形態〉
図７は、第２実施形態の光走査装置１２ｂの要部構成を示す平面図であり、図８は、図７のＣ−Ｃ線断面図である。第１実施形態の光走査装置１２ａと同様の部材については同符号を付してその詳細な説明は省略する。光走査装置１２ｂは、電磁駆動方式を採用しており、可動枠部２３上にコイル４０が設けられており、コイル４０の配線４０ａ、４０ｂは外部の電源（不図示）に繋がっている。固定枠２７の外側には、固定枠２７の４辺に沿って４つの磁石（不図示）が設けられている。

このような構成により、コイル４０に所定の電圧を印加すると、枠軸部２４を基準にミラー部２０が回動（揺動）したり、ミラー軸部２２を基準にミラー部２０が回動したりする。ミラー部２０の回動の様子は第１実施形態と同様である。

また、マスク２８ａ、２８ｂ、遮光板２９、フォトリフレクタ３１、３２の配置は第１実施形態と同様であるので、この第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果、つまりミラー部２０の角度を高精度で検出できるという効果が得られる。

〈第３実施形態〉
図９は、第３実施形態の光走査装置１２ｃの要部構成を示す平面図である。図１０Ａは、図９のＤ−Ｄ線断面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａのミラー部２０が水平方向に駆動した状態を示す図である。図１１Ａは、図９のＥ−Ｅ線断面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａのミラー部２０が垂直方向に駆動した状態を示す図である。

この光走査装置１２ｃは、第１実施形態の光走査装置１２ａにおいて、マスク２８ａをスリット５０ａを有するマスク５０に置き換え、フォトリフレクタ３１をフォトリフレクタ３２と同形状のフォトリフレクタ５１に置き換えたものである。その他の構成は第１実施形態の光走査装置１２ａと同様であるので同符号を付してその詳細な説明は省略する。

マスク５０は、ミラー部２０とフォトリフレクタ５１との間に設けられた板状の遮光部材であり、ミラー部２０の回動量に応じて受光部５１ａへの入射光量を減衰させる反射光減衰手段として機能する。また、マスク５０には光源１３からの漏れ光を遮る役割もあり、漏れ光によるノイズを軽減することができる。スリット５０ａは、発光部５１ａ上から受光部５１ｂ上に亘って設けられている。マスク５０の材料としては、マスク２８と同様のものを用いることができる。

フォトリフレクタ５１は、その発光部５１ａと受光部５１ｂとがミラー軸部２２の軸方向、つまりＸ方向に並んでいる。

例えば、図１０Ａの状態では、反射光の多くがスリット５０ａを通って受光部５１ｂに入射する。一方、図１０Ｂの状態では、反射光の多くがマスク５０によって遮光されるので、残りの一部の反射光だけがスリット５０ａを通って受光部５１ｂに入射する。

したがって、ミラー部２０の裏面に配設されたフォトリフレクタ５１は、ミラー部２０の回動による変位量が小さくてミラー部２０との距離の変化が小さいにも関わらず、マスク５０の作用により、受光部５１ｂが受光するエネルギーの最大値と最小値の差が大きい（感度が高い）ので、高精度に検出することができる。また、ミラー部２０が水平な状態を中心として、ミラー部２０の左右への傾き動作に応じて、検出されるエネルギーも左右対称となるので、角度検出の制御が容易である。なお、他の構成による効果は第１実施形態と同様である。

上記第１〜第３実施形態において、遮光板２９は各部材を保持するホルダと一体であってもよい。図１２にホルダの斜視図を示す。図１２では例えば第１実施形態に適用した場合について図示する。ホルダ６０は、樹脂や金属などを成形したものであり、中央付近に貫通穴６０ａが形成され、貫通穴６０ａの紙面手前側の側壁が遮光板２９となっている。

そして、ホルダ６０の上部には遮光板２９を挟んでマスク２８ａ、２８ｂが取り付けられ、ホルダ６０の下部には遮光板を挟んでフォトリフレクタ３１、３２が取り付けられる。そして、ホルダ６０及びマスク２８ａ、２８ｂの上に基板（不図示）が取り付けられる。

このように、遮光板２９をホルダ６０と一体成型することで部品点数を減らすことができ、コスト削減に繋がる。

〈第４実施形態〉
第４実施形態は、第１〜第３の実施形態において、マスクの代わりにミラー部２０の裏面又は可動枠部２３の裏面の反射率を部分的に変えることでマスクと同等の効果を得るものである。その他の構成は第１〜第３の実施形態と同様である。以下ではミラー部２０に適用した場合について説明するが、可動枠部２３についても同様に適用できる。

図１３は、第４実施形態に係るミラー部の平面図である。図１３は、第１又は第２実施形態において、マスク２８ａの代わりにミラー部２０の裏面の左半分（上から見た場合）を鏡面２０ａとし、右半分を非鏡面２０ｂとしたものである。鏡面２０ａは金やアルミニウム等の反射膜を設けることで形成される。非鏡面２０ｂは、表面処理していない基板そのものとしたり、反射を抑制するつや消し処理をしたりすればよい。

この構成により、非鏡面２０ｂが反射光減衰手段としてマスク２８ａと同等の役割を果たし、第１又は第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１４は、第４実施形態の他の例に係るミラー部の平面図である。図１４は、第３実施形態において、マスク５０の代わりにミラー部２０の裏面の中央部分を鏡面２０ｃとし、左部分及び右部分を非鏡面２０ｄとしたものである。

この構成により、非鏡面２０ｄが反射光減衰手段としてマスク５０と同等の役割を果たし、鏡面２０ｃがスリット５０ａと同等の役割を果たすので、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、上記実施形態における反射光減衰手段の効果についてシミュレーション結果を用いて説明する。シミュレーションには光線追跡ソフト（LightTools（R））を用い、フォトリフレクタの発光部から出た光が反射して受光部に戻るエネルギー量を計算した。

ここでは、５つのシミュレーションＳ１〜Ｓ５を行った。Ｓ１は、第３実施形態の構成からマスク５０を除いた構成において、フォトリフレクタ５１について計算した。図１５は、シミュレーションＳ１時の要部構成の配置を示す断面図である。ミラー部２０とフォトリフレクタ５１との距離（Ｌ１）は１ｍｍとした。

Ｓ２は、第１実施形態の構成において、フォトリフレクタ３１について計算した。図１６は、シミュレーションＳ２時の要部構成の配置を示す断面図である。Ｌ１＝１ｍｍ、ミラー部２０とマスク２８ａとの距離（Ｌ２）は０．２ｍｍ、発光部３１ａと受光部３１ｂとの中点からマスク２８ａの端までの距離（Ｌ３）は０．２ｍｍとした。Ｓ３は、Ｓ２においてＬ２＝０．５ｍｍとしたものである。

Ｓ４は、第３実施形態の構成において、フォトリフレクタ５１について計算した。図１７は、シミュレーションＳ４時の要部構成の配置を示す断面図である。Ｌ１＝１ｍｍ、Ｌ２＝０．２ｍｍ、スリット５０ａの幅（Ｌ４）は０．４ｍｍとした。Ｓ５は、Ｓ４においてＬ２＝０．５ｍｍとしたものである。

図１８は、Ｓ１〜Ｓ５について、フォトリフレクタの発光部から出た光が反射して受光部に戻るエネルギー量（相対強度）を計算した結果をグラフに表したものであり、図１９は、その結果のデータを表にしたものである。図１９では感度（エネルギー量の最小値に対する最大値の比）も算出している。各シミュレーションＳ１〜Ｓ５では、ミラー部２０の角度が水平方向に−８°、−４°、０°、４°、８°傾いた状態（垂直方向は０°）についてそれぞれ計算した。

その結果、マスクがないＳ１の場合、ミラー部の角度変化によるエネルギー量の変化がほとんどなく、感度は約１倍であった。つまり、どのミラー部の角度でもほぼ同じエネルギー量が検出され、ミラー部の角度検出精度が非常に悪いことを示している。

次にＳ２の場合、エネルギー量の最大値はＳ１の場合と同等であり、ミラー部の角度が小さくなるにしたがってエネルギー量も小さくなり、感度は約２．５倍であった。また、Ｓ３の場合もＳ２と同様にミラー部の角度が小さくなるにしたがってエネルギー量も小さくなっており、感度は約５倍であった。但し、Ｓ３はＳ２よりＬ２が大きいので、より多くの反射光が遮光され、エネルギー量の値は相対的に小さくなっている。

このように、Ｓ２、Ｓ３によれば、感度が非常に高いので十分な分解能がとれ、ミラー部の角度を高精度に検出することができる。また、Ｓ２とＳ３の比較からわかるように、ミラー部とマスクとの距離が近い方が、大きなエネルギー量が検出されるので、ノイズの影響が小さくなり、より高精度に検出することができる。

次にＳ４及びＳ５の場合、図１８に示すように、０°を軸に左右対称な山型のグラフとなっている。そして、Ｓ４の感度は１．１倍、Ｓ５の感度は１．０７倍となっている。但し、Ｓ５はＳ４よりＬ２が大きいので、より多くの反射光が遮光され、エネルギー量の値は相対的に小さくなっている。

このように、Ｓ４、Ｓ５によれば、感度は十分な分解能がとれ、ミラー部の角度を高精度に検出することができる。また、ミラー部の動作と同じように、０°を軸に左右対称なエネルギー量が検出されるので、角度検出の制御が容易である。また、Ｓ４とＳ５の比較からわかるように、ミラー部とマスクとの距離が近い方が、大きなエネルギー量が検出されるので、ノイズの影響が小さくなり、より高精度に検出することができる。

なお、Ｓ２とＳ３、Ｓ４とＳ５の関係から、ミラー部とマスクとの距離が近い方が好ましいが、具体的には、マスクがミラー部にぶつからなければ、より近い方が好ましいといえる。

本発明の光走査装置はＭＥＭＳミラーとして、画像投影装置をはじめ、画像をスキャンするスキャナ装置、レーザプリンタ、複写機などに利用することができる。

１０ 画像投影装置
１２ 光走査装置
１３ 光源
１４ 光走査装置制御部
１５ 光源駆動回路
１６ 画像信号制御部
２０ ミラー部
２２ ミラー軸部（第１軸部）
２３ 可動枠部
２４ 枠軸部（第２軸部）
２８、５０ マスク（反射光減衰手段）
３１、３２、５１ フォトリフレクタ

Claims (9)

1. 互いに異なる軸方向を有する第１軸部及び第２軸部と、
   前記第１軸部の回動によって回動するとともに、前記第２軸部の回動によって回動するミラー部と、
   前記ミラー部及び前記第１軸部を囲み、前記第２軸部の回動によって回動する可動枠部と、
   前記ミラー部の裏面に対向し、前記ミラー部の裏面を反射面とする第１フォトリフレクタと、
   前記可動枠部の裏面に対向し、前記可動枠部の裏面を反射面とする第２フォトリフレクタとを備えたことを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１フォトリフレクタの発光部と受光部とが前記第１軸部の軸方向に垂直な方向に並んでおり、
   前記発光部と前記受光部との中間点が、前記ミラー部の中央に重なっていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記第１フォトリフレクタの発光部と受光部とが前記第１軸部の軸方向に垂直な方向に並んでおり、
   前記受光部の前記第１軸部の軸方向の長さが、前記発光部の前記第１軸部の軸方向の長さより長いことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
4. 前記第２フォトリフレクタの発光部と受光部とが前記第２軸部の軸方向に垂直な方向に並んでいることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光走査装置。
5. 前記第２フォトリフレクタは、前記ミラー部に重ならない位置に設けることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光走査装置。
6. 前記第１フォトリフレクタと前記第２フォトリフレクタとの間に遮光部材を備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の光走査装置。
7. 前記ミラー部の回動量に応じて前記第１フォトリフレクタへの入射光量を減衰させる第１反射光減衰手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の光走査装置。
8. 前記可動枠部の回動量に応じて前記第２フォトリフレクタへの入射光量を減衰させる第２反射光減衰手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の光走査装置。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の光走査装置と、該光走査装置の駆動制御を行う光走査装置制御部と、前記ミラー部へ照射する光源と、該光源を駆動する光源駆動回路と、画像信号に基づき前記光源駆動回路を介して前記光源の制御を行う画像信号制御部とを備えた画像投影装置。

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