JP2011007902A - Optical scanner - Google Patents

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Kazuhiro Nakajima
和浩 中嶋
Hirochika Nakamura
博親 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner capable of obtaining a large optical deflection angle at driving voltage of small value.SOLUTION: The optical scanner 1 is equipped with a mirror part 2, a movable beam 3, a pair of driving parts 4a and 4b, and a fixed part 5. The mirror part 2 is equipped with a reflection surface 6 swinging around a swing axial line SW, and reflecting incident luminous flux to perform scanning. The movable beam 3 is equipped with a pair of supporting beams 7a and 7b, a pair of extending beams 8a and 8b, and four coupling beams 9a to 9d. The pair of supporting beams 7a and 7b extends from both sides of the mirror part 2 in an X-axis direction, that is, a direction parallel with the swinging axial line SW. The driving parts 4a and 4b are provided to extend over a pair of coupling beams 9a and 9b and the fixed part 5 respectively. The center of gravity GC of the mirror part 2 is positioned on the opposite side CS of the driving parts 4a and 4b with respect to an extension line XT.

Description

本発明は、レーザプリンタや投影型表示装置などに用いられる光スキャナに関する。   The present invention relates to an optical scanner used in a laser printer, a projection display device, and the like.

従来よりレーザプリンタや投影型表示装置等には光スキャナが使用されている。この光スキャナとして、一般に、ポリゴンミラーを用いるものや、MEMS(Micro−Electro−Mechanical Systems)ミラーを用いるものがある。このうち、MEMSミラーを用いた光スキャナは、ミラー部と、ミラー部を支持し、ミラー部に駆動力を伝達する梁と、梁に連結し、ミラー部と梁とを囲う固定枠との一体成形により製造されることなどから、ポリゴンミラーと比較して、軽量・小型の光スキャナに適している。   Conventionally, optical scanners are used in laser printers, projection display devices, and the like. As this optical scanner, there are generally those using a polygon mirror and those using a MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) mirror. Among these, an optical scanner using a MEMS mirror is an integral part of a mirror part, a beam that supports the mirror part and transmits a driving force to the mirror part, and a fixed frame that is connected to the beam and surrounds the mirror part and the beam. Because it is manufactured by molding, etc., it is suitable for light and small optical scanners compared to polygon mirrors.

図9は、特許文献1に開示されているMEMSミラーを用いた光スキャナ101の分解斜視図である。光スキャナ101は、ベース台102と振動体105とを備える。ベース台102は、一対の支持部103a、103bと、一対の凹部104a、104bと、中間凹部104cと、を備える。支持部103aと支持部103bとは、ベース台102の上面に形成されている。凹部104a、104bは支持部103aと支持部103bとの間に形成されている。中間凹部104cは、凹部104aと凹部104bとの間に形成されている。凹部104aと凹部104bとは、各々支持部103a、103bに隣接するように形成されている。振動体105は、このようにして構成されたベース台102上に配置されている。   FIG. 9 is an exploded perspective view of the optical scanner 101 using the MEMS mirror disclosed in Patent Document 1. In FIG. The optical scanner 101 includes a base table 102 and a vibrating body 105. The base 102 includes a pair of support portions 103a and 103b, a pair of recesses 104a and 104b, and an intermediate recess 104c. The support part 103 a and the support part 103 b are formed on the upper surface of the base table 102. The concave portions 104a and 104b are formed between the support portion 103a and the support portion 103b. The intermediate recess 104c is formed between the recess 104a and the recess 104b. The recess 104a and the recess 104b are formed adjacent to the support portions 103a and 103b, respectively. The vibrating body 105 is disposed on the base table 102 configured as described above.

振動体105は、ミラー部106と、支持梁107a、107bと、延出梁108a、108bと、連結梁109a、109b、109c、109dと、固定部110と、駆動部111a、111bと、を備える。ミラー部106は反射面106aを有する。支持梁107aと支持梁107bとは、ミラー部106に連結し、ミラー部106を挟んで互いに対向している。延出梁108aは、支持梁107aに連結し、支持梁107aの両側に延出している。延出梁108bは、支持梁107bに連結し、支持梁107bの両側に延出している。連結梁109a、109cは、延出梁108aの両端に連結し、固定部110に向けて延出し、固定部110に連結する。連結梁109b、109dは、延出梁108a、108bに連結し、固定部110に向けて延出し、固定部110に連結する。固定部110は、ミラー部106と、支持梁107a、107bと、延出梁108a、108bと、連結梁109a〜109dとの外周を囲う外枠である。固定部100は、ベース台102の支持部103a、103b上に配置される。駆動部111aは、連結梁109aと固定部110とに跨って備えられる。駆動部111bは、連結梁109bと固定部110とに跨って備えられる。   The vibrating body 105 includes a mirror unit 106, support beams 107a and 107b, extended beams 108a and 108b, connecting beams 109a, 109b, 109c, and 109d, a fixing unit 110, and driving units 111a and 111b. . The mirror unit 106 has a reflecting surface 106a. The support beam 107a and the support beam 107b are connected to the mirror unit 106 and face each other with the mirror unit 106 interposed therebetween. The extended beam 108a is connected to the support beam 107a and extends to both sides of the support beam 107a. The extension beam 108b is connected to the support beam 107b and extends to both sides of the support beam 107b. The connecting beams 109 a and 109 c are connected to both ends of the extended beam 108 a, extended toward the fixed portion 110, and connected to the fixed portion 110. The connecting beams 109b and 109d are connected to the extended beams 108a and 108b, extend toward the fixed portion 110, and are connected to the fixed portion 110. The fixed portion 110 is an outer frame that surrounds the outer periphery of the mirror portion 106, the support beams 107a and 107b, the extended beams 108a and 108b, and the connecting beams 109a to 109d. The fixed part 100 is disposed on the support parts 103 a and 103 b of the base table 102. The drive unit 111a is provided across the connecting beam 109a and the fixed unit 110. The drive unit 111b is provided across the connecting beam 109b and the fixed unit 110.

駆動部111a、111bは、圧電体と圧電体を挟む2枚の電極とから構成される。駆動部111a、111bの圧電体は、各々、駆動部111a、111bの電極に電圧が印加されることで分極する。駆動部111a、111bの分極した圧電体は、各々、連結梁109a、109bの長手方向に伸縮する。駆動部111a、111bに供給された駆動信号の波形に応じた大きさ、及び極性を持った駆動電圧が駆動部111a、111bの電極に印加される。即ち、例えば、駆動部111a、111bに同位相の駆動信号が供給された場合、同じ極性をもった駆動電圧が、駆動部111a、111bの電極に印加される。駆動部111a、111bの電極に同じ極性をもった駆動電圧が印加されると、駆動部111a、111bの圧電体は、一方がミラー部106に向かって伸びた場合は他方も伸び、一方がミラー部106から遠ざかるように縮んだ場合は他方も縮むように伸縮する。駆動部111a、111bの圧電体が伸縮することで、連結梁109a、109bが、各々、連結梁109a、109bの厚み方向に上下に屈曲する。連結梁109a、109bの屈曲が、延出梁108a、108b、支持梁107a、107b、及びミラー部106の揺動を引き起こす。ミラー部106が揺動することで、反射面106aが揺動し、反射面106aは、揺動しながら入射した光束を反射する。以上のようにして、光スキャナ101は反射面106aに入射した光束を走査する。   The drive units 111a and 111b are composed of a piezoelectric body and two electrodes sandwiching the piezoelectric body. The piezoelectric bodies of the drive units 111a and 111b are polarized by applying a voltage to the electrodes of the drive units 111a and 111b, respectively. The polarized piezoelectric bodies of the drive units 111a and 111b expand and contract in the longitudinal direction of the connecting beams 109a and 109b, respectively. A drive voltage having a magnitude and polarity according to the waveform of the drive signal supplied to the drive units 111a and 111b is applied to the electrodes of the drive units 111a and 111b. That is, for example, when drive signals having the same phase are supplied to the drive units 111a and 111b, drive voltages having the same polarity are applied to the electrodes of the drive units 111a and 111b. When a drive voltage having the same polarity is applied to the electrodes of the drive units 111a and 111b, when one of the piezoelectric bodies of the drive units 111a and 111b extends toward the mirror unit 106, the other also extends, and one of them is a mirror. When contracting away from the portion 106, the other contracts. As the piezoelectric bodies of the drive units 111a and 111b expand and contract, the connecting beams 109a and 109b bend vertically in the thickness direction of the connecting beams 109a and 109b, respectively. The bending of the connecting beams 109a and 109b causes the extending beams 108a and 108b, the support beams 107a and 107b, and the mirror unit 106 to swing. As the mirror unit 106 swings, the reflecting surface 106a swings, and the reflecting surface 106a reflects the incident light beam while swinging. As described above, the optical scanner 101 scans the light beam incident on the reflecting surface 106a.

上記のような光スキャナ101において、大きな光学振れ角を得る方法として、駆動部111a、111bの圧電体の伸縮を大きくすることが挙げられる。圧電体の伸縮量は、駆動部111a、111bの電極に印加される電圧の大きさに依存するので、大きな光学振れ角を得るには、大きな駆動電圧が駆動部111a、111bの電極に印加される必要がある。従って、駆動部111a、111bの圧電体の伸縮を大きくするという方法では、小さな駆動電圧で駆動部111a、111bを駆動させることができないという問題がある。   In the optical scanner 101 as described above, as a method of obtaining a large optical deflection angle, it is possible to increase the expansion and contraction of the piezoelectric bodies of the drive units 111a and 111b. Since the expansion / contraction amount of the piezoelectric body depends on the magnitude of the voltage applied to the electrodes of the driving units 111a and 111b, a large driving voltage is applied to the electrodes of the driving units 111a and 111b in order to obtain a large optical deflection angle. It is necessary to Therefore, the method of increasing the expansion and contraction of the piezoelectric bodies of the drive units 111a and 111b has a problem that the drive units 111a and 111b cannot be driven with a small drive voltage.

特開2003−57586号公報JP 2003-57586 A

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、入射した光束を反射して、走査する光スキャナであって、揺動軸線の回りに揺動可能な反射面を有するミラー部と、前記揺動軸線に平行な方向に前記ミラー部の両側から延出する一対のミラー支持梁と、前記一対のミラー支持梁の各々に連結する一対の第1連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第1連結部から前記ミラー支持梁の両側に延出する一対の延出梁と、前記一対の延出梁の両端の各々に連結する4つの第2連結部を有し、前記揺動軸線に平行に前記ミラー部から離れる方向に、前記第2連結部から延出する4つの連結梁と、を有する可動梁と、前記4つの連結梁に連結する固定部と、前記4つの連結梁のうち前記一対のミラー支持梁を結ぶ延長線に対して片側に位置する一対の連結梁と前記固定部とに跨って設けられ、前記可動梁を駆動するための一対の駆動部と、を備える光スキャナの大きな光学振れ角を小さな駆動電圧で得ることを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is an optical scanner that reflects and scans an incident light beam, and has a reflecting surface that can swing around a swing axis. A pair of mirror support beams extending from both sides of the mirror portion in a direction parallel to the swing axis, and a pair of first connection portions connected to each of the pair of mirror support beams, A pair of extending beams extending from the first connecting portion to both sides of the mirror support beam in a direction parallel to the reflecting surface and perpendicular to the swing axis, and the pair of extending beams A movable beam having four second coupling portions coupled to each of both ends, and four coupling beams extending from the second coupling portion in a direction away from the mirror portion in parallel to the swing axis. A fixed portion connected to the four connecting beams, and the front of the four connecting beams An optical scanner comprising: a pair of connecting beams positioned on one side with respect to an extension line connecting a pair of mirror support beams; and a pair of drive units for driving the movable beam, The object is to obtain a large optical deflection angle with a small driving voltage.

上記目的を達成するために、請求項1記載の本発明は、入射した光束を反射して、走査する光スキャナであって、揺動軸線の回りに揺動可能な反射面を有するミラー部と、前記揺動軸線に平行な方向に前記ミラー部の両側から延出する一対のミラー支持梁と、前記一対のミラー支持梁の各々に連結する一対の第1連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第1連結部から前記ミラー支持梁の両側に延出する一対の延出梁と、前記一対の延出梁の両端の各々に連結する4つの第2連結部を有し、前記揺動軸線に平行に前記ミラー部から離れる方向に、前記第2連結部から延出する4つの連結梁と、を有する可動梁と、前記4つの連結梁に連結する固定部と、前記4つの連結梁のうち前記一対のミラー支持梁を結ぶ延長線に対して片側に位置する一対の連結梁と前記固定部とに跨って設けられ、前記可動梁を駆動するための一対の駆動部と、を備え、前記ミラー部の重心は、前記延長線に対して、前記一対の駆動部とは反対側に位置することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is an optical scanner that reflects and scans an incident light beam, and includes a mirror portion having a reflecting surface that can swing around a swing axis. A pair of mirror support beams extending from both sides of the mirror portion in a direction parallel to the swing axis, and a pair of first connection portions connected to each of the pair of mirror support beams; A pair of extended beams extending from the first connecting portion to both sides of the mirror support beam in a direction perpendicular to the swing axis, and both ends of the pair of extended beams. A movable beam having four second coupling portions coupled to each other, and four coupling beams extending from the second coupling portion in a direction away from the mirror portion in parallel to the swing axis; The fixed portion connected to the four connecting beams, and the pair of mirrors of the four connecting beams. A pair of connecting beams positioned on one side with respect to the extension line connecting the support beams and the fixed portion, and a pair of driving portions for driving the movable beam, The center of gravity is located on a side opposite to the pair of driving units with respect to the extension line.

請求項2記載の本発明は、請求項1に記載の発明において、前記一対の駆動部は、各々、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行に伸縮する圧電体と前記圧電体を挟んだ両側に設けられた一対の電極と、を備え、前記一対の駆動部の前記圧電体が、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行な方向において、共に伸び、または縮むように、前記一対の駆動部に対し同位相の駆動信号を供給する駆動制御部を備えることを特徴とするものである。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the pair of driving units each include a piezoelectric body that expands and contracts on a plane parallel to the reflecting surface and parallel to the swing axis. A pair of electrodes provided on both sides of the piezoelectric body, wherein the piezoelectric bodies of the pair of drive units are on a plane parallel to the reflecting surface and in a direction parallel to the swing axis. And a drive control section for supplying a drive signal having the same phase to the pair of drive sections so as to extend or contract together.

請求項3記載の本発明では、請求項1または2に記載の発明において、前記延長線を挟んで対向する一対の前記連結梁間の分岐幅は、前記ミラー部の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向のミラー幅の半分より小さく、前記ミラー部の重心と前記延長線との間の距離は、前記分岐幅の半分の長さを前記ミラー幅の半分から減じた長さであることを特徴とするものである。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the branch width between the pair of connecting beams facing each other across the extension line is a plane parallel to the reflecting surface of the mirror portion. The distance between the center of gravity of the mirror portion and the extension line is less than half of the mirror width in the direction perpendicular to the swing axis and is half the branch width. It is characterized in that the length is reduced from.

請求項4記載の本発明では、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記延長線に対して、前記一対の駆動部とは反対側に位置する前記ミラー部の一側端と前記延長線との間の距離が、前記延長線に対して、前記一対の駆動部と同じ側に位置する前記ミラー部の他側端と前記延長線との間の距離とは異なることで、前記ミラー部の重心は、前記延長線に対して、前記一対の駆動部とは反対側に位置することを特徴とするものである。   In this invention of Claim 4, in the invention in any one of Claims 1-3, The one side end of the said mirror part located in the opposite side to the said pair of drive part with respect to the said extension line, The distance between the extension line and the extension line is different from the distance between the extension line and the other end of the mirror portion located on the same side as the pair of drive units. The center of gravity of the mirror part is located on the opposite side to the pair of driving parts with respect to the extension line.

請求項5記載の本発明では、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記ミラー部が穴、溝、または重りを有することにより、前記ミラー部の重心は、前記延長線に対して、前記一対の駆動部とは反対側に位置することを特徴とするものである。   In this invention of Claim 5, in the invention in any one of Claims 1-3, when the said mirror part has a hole, a groove | channel, or a weight, the gravity center of the said mirror part is with respect to the said extension line. And it is located on the opposite side to a pair of above-mentioned drive part, It is characterized by the above-mentioned.

本発明者らは、以下に説明する光スキャナを開発し改良を重ねてきた。その光スキャナは、入射した光束を反射して、走査する光スキャナであって、揺動軸線の回りに揺動可能な反射面を有するミラー部と、前記揺動軸線に平行な方向に前記ミラー部の両側から延出する一対のミラー支持梁と、前記一対のミラー支持梁の各々に連結する一対の第1連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第1連結部から前記ミラー支持梁の両側に延出する一対の延出梁と、前記一対の延出梁の両端の各々に連結する4つの第2連結部を有し、前記揺動軸線に平行に前記ミラー部から離れる方向に、前記第2連結部から延出する4つの連結梁と、を有する可動梁と、前記4つの連結梁に連結する固定部と、前記4つの連結梁のうち前記一対のミラー支持梁を結ぶ延長線に対して片側に位置する一対の連結梁と前記固定部とに跨って設けられ、前記可動梁を駆動するための一対の駆動部と、を備える。上記光スキャナを、以後、「二股光スキャナ」と記す。本発明者は、この二股光スキャナに対し、数値解析を行うことにより、ミラー部の重心を、延長線に対して、一対の駆動部とは反対側に位置させることで、一定の振れ角を得るのに必要とされる駆動電圧が低減されることを確認した。また、本発明者は、二股光スキャナに対し、ミラー部の重心を、延長線に対して、一対の駆動部と同じ側に位置させた場合、ミラー部の重心が延長線上にある場合と比較して、一定の振れ角を得るのに、より大きな駆動電圧が必要とされることも確認した。   The inventors have developed and improved the optical scanner described below. The optical scanner is an optical scanner that reflects and scans an incident light beam, and includes a mirror portion having a reflecting surface that can swing around a swing axis, and the mirror in a direction parallel to the swing axis. A pair of mirror support beams extending from both sides of the part, and a pair of first connection parts connected to each of the pair of mirror support beams, on the plane parallel to the reflecting surface and the swing axis A pair of extending beams extending from the first connecting portion to both sides of the mirror support beam, and four second connecting portions connected to both ends of the pair of extending beams. A movable beam having four connecting beams extending from the second connecting portion in a direction away from the mirror portion in parallel with the swing axis, and a fixed portion connected to the four connecting beams; Of the four connecting beams, one piece with respect to an extension line connecting the pair of mirror support beams It provided across a pair of connecting beams and the fixed portion located, and a pair of drive unit for driving the movable beam. Hereinafter, the optical scanner is referred to as a “bifurcated optical scanner”. The present inventor performs a numerical analysis on the bifurcated optical scanner, thereby positioning the center of gravity of the mirror portion on the side opposite to the pair of drive portions with respect to the extension line, thereby providing a constant deflection angle. It was confirmed that the drive voltage required to obtain was reduced. In addition, the present inventor compared the case where the center of gravity of the mirror part is located on the same side as the pair of driving parts with respect to the extension line, compared to the case where the center of gravity of the mirror part is on the extension line with respect to the bifurcated optical scanner. It was also confirmed that a larger driving voltage is required to obtain a constant deflection angle.

請求項1記載の光スキャナによれば、二股光スキャナのミラー部の重心を、延長線に対して、一対の駆動部とは反対側に位置させることで、大きな駆動電圧を印加しなくとも、上記光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。従って、二股光スキャナの大きな光学振れ角を小さな駆動電圧で得ることができる。   According to the optical scanner of claim 1, by positioning the center of gravity of the mirror portion of the bifurcated optical scanner on the side opposite to the pair of drive portions with respect to the extension line, it is possible to apply a large drive voltage without applying a large drive voltage. A large optical deflection angle of the optical scanner can be obtained. Therefore, a large optical deflection angle of the bifurcated optical scanner can be obtained with a small driving voltage.

請求項2記載の光スキャナによれば、一対の駆動部に対し同位相の駆動信号を供給するという二股光スキャナに最適な同位相の駆動制御方式を採用するとともに、二股光スキャナのミラー部の重心を、延長線に対して、一対の駆動部とは反対側に位置させることで、大きな駆動電圧を印加しなくとも、上記光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。従って、二股光スキャナの大きな光学振れ角を小さな駆動電圧で得ることができる。   According to the optical scanner of the second aspect, the same phase drive control system that is optimal for the bifurcated optical scanner that supplies the same phase drive signal to the pair of drive units is adopted, and the mirror unit of the bifurcated optical scanner is provided. By positioning the center of gravity on the side opposite to the pair of drive units with respect to the extension line, a large optical deflection angle of the optical scanner can be obtained without applying a large drive voltage. Therefore, a large optical deflection angle of the bifurcated optical scanner can be obtained with a small driving voltage.

本発明者が数値解析を行うことにより、二股光スキャナのミラー部の重心と延長線との間の距離を大きくしていくと、一定の振れ角を得るために必要とされる駆動電圧が次第に下がり、ある極小値に達した後、上がるか、またはある最小の収束値に収束することが確認された。   As the inventor conducts numerical analysis to increase the distance between the center of gravity of the mirror portion of the bifurcated optical scanner and the extension line, the driving voltage required to obtain a constant deflection angle gradually increases. It has been confirmed that after falling and reaching a certain minimum value, it rises or converges to a certain minimum convergence value.

上記駆動電圧の変化が確認されたことを基に、請求項3記載の光スキャナによれば、ミラー部の重心と延長線との間の距離を、分岐幅の半分の長さをミラー幅の半分から減じた長さとすることで、一定の振れ角を得るために必要とされる駆動電圧が極小値、または最小の収束値近傍の値となり、上記光スキャナの大きな光学振れ角を可及的に小さな駆動電圧で得ることができる。   On the basis of the fact that the change in the driving voltage is confirmed, according to the optical scanner of claim 3, the distance between the center of gravity of the mirror portion and the extension line is set so that the half of the branch width is equal to the mirror width. By reducing the length from half, the drive voltage required to obtain a constant deflection angle becomes a minimum value or a value near the minimum convergence value, and the large optical deflection angle of the optical scanner is made as much as possible. Can be obtained with a small driving voltage.

請求項4記載の光スキャナによれば、二股光スキャナのミラー部の重心を、延長線に対して、一対の駆動部とは反対側に位置させることで、大きな駆動電圧を印加しなくとも、上記光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。従って、二股光スキャナの大きな光学振れ角を小さな駆動電圧で得ることができる。   According to the optical scanner of claim 4, by positioning the center of gravity of the mirror portion of the bifurcated optical scanner on the side opposite to the pair of drive units with respect to the extension line, even without applying a large drive voltage, A large optical deflection angle of the optical scanner can be obtained. Therefore, a large optical deflection angle of the bifurcated optical scanner can be obtained with a small driving voltage.

請求項5記載の光スキャナによれば、二股光スキャナのミラー部の重心を、延長線に対して、一対の駆動部とは反対側に位置させることで、大きな駆動電圧を印加しなくとも、上記光スキャナの大きな光学振れ角を得ることができる。従って、二股光スキャナの大きな光学振れ角を小さな駆動電圧で得ることができる。   According to the optical scanner of claim 5, by positioning the center of gravity of the mirror part of the bifurcated optical scanner on the side opposite to the pair of drive parts with respect to the extension line, even without applying a large drive voltage, A large optical deflection angle of the optical scanner can be obtained. Therefore, a large optical deflection angle of the bifurcated optical scanner can be obtained with a small driving voltage.

本発明の一実施形態に係る光スキャナ1の部分上面図である。1 is a partial top view of an optical scanner 1 according to an embodiment of the present invention. 上記光スキャナ1の部分拡大上面図である。2 is a partially enlarged top view of the optical scanner 1. FIG. 本実施形態に係る駆動部4aの構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the structure of the drive part 4a which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る駆動信号DSを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the drive signal DS which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るミラー部2の揺動を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating rocking | fluctuation of the mirror part 2 which concerns on this embodiment. 連結梁9aと連結梁9cとの間の分岐幅WD=200μmとした場合における本実施形態に係るオフセット量OSと駆動電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between offset amount OS and drive voltage which concern on this embodiment at the time of setting branch width WD = 200 micrometers between the connection beam 9a and the connection beam 9c. 上記分岐幅WD=300、400、500μmとした場合における本実施形態に係るオフセット量OSと駆動電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between offset amount OS and drive voltage which concern on this embodiment in the case of setting said branch width WD = 300, 400, 500 micrometers. 本実施形態に係る構造体の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the structure which concerns on this embodiment. 上記光スキャナ1の網膜走査ディスプレイ201における使用例を示す図である。It is a figure which shows the usage example in the retinal scanning display 201 of the said optical scanner 1. FIG. 従来の光スキャナ101を示す図である。It is a figure which shows the conventional optical scanner 101. FIG.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

[光スキャナ外観]
図1は、本実施形態の光スキャナ1の外観を示す部分上面図である。図1は簡略化のため、光スキャナ1の一部を省略して示している。光スキャナ1は、共振型の光スキャナである。図1に示すように、光スキャナ1は、ミラー部2と、可動梁3と、一対の駆動部4a、4bと、固定部5とを備えている。本実施形態におけるミラー部2が、本発明のミラー部の一例である。本実施形態における可動梁3が、本発明の可動梁の一例である。本実施形態における駆動部4a、4bが、本発明の駆動部の一例である。本実施形態における固定部5が、本発明の固定部の一例である。固定部5は、特開2003−57586号公報に開示されているような、ミラー部2と可動梁3とを囲う外枠であるが、図1は簡略化のため、可動梁3と固定部5との連結部近傍の固定部5のみを示している。なお、ミラー部2と、可動梁3と、駆動部4a、4bと、固定部5とは、図示しないベース台上に配置される。
[Optical scanner appearance]
FIG. 1 is a partial top view showing the appearance of the optical scanner 1 of the present embodiment. In FIG. 1, a part of the optical scanner 1 is omitted for simplification. The optical scanner 1 is a resonance type optical scanner. As shown in FIG. 1, the optical scanner 1 includes a mirror unit 2, a movable beam 3, a pair of drive units 4 a and 4 b, and a fixed unit 5. The mirror part 2 in this embodiment is an example of the mirror part of this invention. The movable beam 3 in this embodiment is an example of the movable beam of the present invention. The drive units 4a and 4b in the present embodiment are an example of the drive unit of the present invention. The fixing part 5 in the present embodiment is an example of the fixing part of the present invention. The fixed portion 5 is an outer frame that surrounds the mirror portion 2 and the movable beam 3 as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-57586, but FIG. 1 shows the movable beam 3 and the fixed portion for simplification. Only the fixing part 5 in the vicinity of the connecting part to 5 is shown. In addition, the mirror part 2, the movable beam 3, the drive parts 4a and 4b, and the fixed part 5 are arrange | positioned on the base stand which is not shown in figure.

ミラー部2は、揺動軸線SWの回りに揺動可能で、入射した光束を反射して、走査する反射面6を備える。以後、簡略化のため、図1に示すように、光スキャナ1の静止時の、揺動軸線SWに平行な方向をX軸とし、反射面6に平行な面上で、且つ揺動軸線SWに垂直な方向をY軸とし、反射面6に垂直な方向をZ軸として定義する。X軸、Y軸、Z軸の方向の定義は、他の図面においても共通のものとする。本実施形態における反射面6が、本発明の反射面の一例である。   The mirror unit 2 includes a reflecting surface 6 that can swing around the swing axis SW and that reflects and scans an incident light beam. Hereinafter, for simplification, as shown in FIG. 1, the direction parallel to the swing axis SW when the optical scanner 1 is stationary is defined as the X axis, on the plane parallel to the reflecting surface 6, and the swing axis SW. A direction perpendicular to the Y axis is defined as the Y axis, and a direction perpendicular to the reflecting surface 6 is defined as the Z axis. The definitions of the directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis are common to other drawings. The reflective surface 6 in the present embodiment is an example of the reflective surface of the present invention.

可動梁3は、図1に示すように、X軸方向にミラー部2の両側から延出する。可動梁3は、図1に示すように、一対の支持梁7a、7bと、一対の延出梁8a、8bと、4つの連結梁9a〜9dとを備える。一対の支持梁7a、7bは、X軸方向に、即ち揺動軸線SWに平行な方向にミラー部2の両側から延出する。4つの連結梁9a〜9dのうち、一対の連結梁9a、9bは、一対の支持梁7a、7bを結ぶ延長線XTに対して一方の側SSに位置する。一対の連結梁9c、9dは、延長線XTに対して他方の側CSに位置する。駆動部4a、4bは、各々、一対の連結梁9a、9bと固定部5とに跨って設けられる。本実施形態における支持梁7a、7bが、本発明のミラー支持梁の一例である。本実施形態における延出梁8a、8bが、本発明の延出梁の一例である。本実施形態における連結梁9a〜9dが、本発明の連結梁の一例である。   As shown in FIG. 1, the movable beam 3 extends from both sides of the mirror portion 2 in the X-axis direction. As shown in FIG. 1, the movable beam 3 includes a pair of support beams 7a and 7b, a pair of extended beams 8a and 8b, and four connecting beams 9a to 9d. The pair of support beams 7a and 7b extend from both sides of the mirror portion 2 in the X-axis direction, that is, in a direction parallel to the swing axis SW. Of the four connecting beams 9a to 9d, the pair of connecting beams 9a and 9b are located on one side SS with respect to the extension line XT connecting the pair of support beams 7a and 7b. The pair of connecting beams 9c and 9d are located on the other side CS with respect to the extension line XT. The drive units 4a and 4b are provided across the pair of connecting beams 9a and 9b and the fixed unit 5, respectively. The support beams 7a and 7b in this embodiment are an example of the mirror support beam of the present invention. The extended beams 8a and 8b in this embodiment are an example of the extended beam of the present invention. The connecting beams 9a to 9d in the present embodiment are examples of the connecting beam of the present invention.

ミラー部2のXY平面に対する質量分布はほぼ一様である。本実施形態において重心GCとは、ミラー部2のように、空間的広がりをもって質量が分布するような系において、その質量に対して働く重力の合力の作用点、即ち、質量中心である。図1に示すように、延長線XTに対して、駆動部4a、4bとは反対の側CSに位置するミラー部2の一側端CEと延長線XTとの間の距離CDは、延長線XTに対して、駆動部4a、4bと同じ側SSに位置するミラー部2の他側端SEと延長線XTとの間の距離SDより大きい。このようにして、オフセット量OS=CD−SDが図1に示すY軸方向の正の値に設定されていることにより、ミラー部2の重心GCは、図1に示すように、延長線XTに対して、駆動部4a、4bとは反対の側CSに位置する。なお、揺動軸線SWは、重心GCの近傍を通過し、オフセット量OS=0μmの場合、揺動軸線SWと延長線XTとは略一致し、共に、重心GC近傍を通過する。本実施形態における一側端CEが、本発明の一側端の一例である。本実施形態における他側端SEが、本発明の他側端の一例である。   The mass distribution with respect to the XY plane of the mirror unit 2 is substantially uniform. In the present embodiment, the center of gravity GC is the point of action of the resultant force of gravity acting on the mass in a system in which the mass is distributed with a spatial spread like the mirror unit 2, that is, the center of mass. As shown in FIG. 1, with respect to the extension line XT, the distance CD between the one end CE of the mirror part 2 located on the side CS opposite to the drive parts 4a and 4b and the extension line XT is an extension line. With respect to XT, the distance SD is larger than the distance SD between the other end SE of the mirror unit 2 located on the same side SS as the drive units 4a and 4b and the extension line XT. In this way, the offset amount OS = CD−SD is set to a positive value in the Y-axis direction shown in FIG. 1, so that the center of gravity GC of the mirror unit 2 is extended line XT as shown in FIG. 1. On the other hand, it is located on the side CS opposite to the drive units 4a and 4b. The swing axis SW passes near the center of gravity GC, and when the offset amount OS = 0 μm, the swing axis SW and the extension line XT substantially coincide with each other, and both pass near the center of gravity GC. One side end CE in the present embodiment is an example of one side end of the present invention. The other side end SE in the present embodiment is an example of the other side end of the present invention.

図2を用いて、光スキャナ1の構造について詳細に説明する。図2は、光スキャナ1の部分拡大上面図である。図2には簡略化のため、支持梁7a、延出梁8a、連結梁9a、9c、駆動部4aのみが示されているが、支持梁7b、延出梁8b、連結梁9b、9d、駆動部4bも、各々、支持梁7a、延出梁8a、連結梁9a、9c、駆動部4aと同一の構成を有する。図2に示すように、支持梁7aは、X軸方向に、ミラー部2の一側面から延出する。図2に示すように、延出梁8aは、支持梁7aに連結する第1連結部CP1を有し、Y軸方向において、第1連結部CP1から支持梁7aの両側に延出する。図2に示すように、連結梁9a、9cは、延出梁8aの両端の各々に連結する一対の第2連結部CP2を有する。また、図2に示すように、連結梁9a、9cは、固定部5に連結する一対の第3連結部CP3を有する。連結梁9a、9cは、X方向にミラー部2から離れる方向に、第2連結部CP2から第3連結部CP3に向けて延出する。本実施形態における第1連結部CP1、第2連結部CP2が、各々、本発明の第1連結部、第2連結部の一例である。   The structure of the optical scanner 1 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a partially enlarged top view of the optical scanner 1. In FIG. 2, only the support beam 7a, the extension beam 8a, the connection beams 9a and 9c, and the drive unit 4a are shown for simplification, but the support beam 7b, the extension beam 8b, the connection beams 9b and 9d, The drive unit 4b also has the same configuration as the support beam 7a, the extended beam 8a, the connecting beams 9a and 9c, and the drive unit 4a. As shown in FIG. 2, the support beam 7a extends from one side surface of the mirror unit 2 in the X-axis direction. As shown in FIG. 2, the extended beam 8a has a first connecting portion CP1 connected to the support beam 7a, and extends from the first connecting portion CP1 to both sides of the support beam 7a in the Y-axis direction. As shown in FIG. 2, the connecting beams 9a and 9c have a pair of second connecting portions CP2 that are connected to both ends of the extending beam 8a. Further, as shown in FIG. 2, the connecting beams 9 a and 9 c have a pair of third connecting portions CP <b> 3 that are connected to the fixing portion 5. The connecting beams 9a and 9c extend from the second connecting part CP2 toward the third connecting part CP3 in the direction away from the mirror part 2 in the X direction. The first connecting portion CP1 and the second connecting portion CP2 in the present embodiment are examples of the first connecting portion and the second connecting portion of the present invention, respectively.

[駆動部の構造]
図3を用いて、駆動部4a、4bの構造について詳細に説明する。図3では代表して、駆動部4aのみが示されているが、駆動部4bも駆動部4aと同一の構成を有する。駆動部4aは、図3に示すように、薄板状の圧電体10aが、上部電極11aと下部電極12aとに挟まれた積層体である。圧電体10aは、電圧印加により変形するチタン酸ジルコン酸鉛(以後、「PZT」と記す。)から構成される。駆動部4bも、駆動部4aと同様に、図示しない圧電体10bと、上部電極11bと下部電極12bとを備える。本実施形態における圧電体10a、10bが、本発明の圧電体の一例である。本実施形態における上部電極11a、11bと下部電極12a、12bとが、本発明の電極の一例である。
[Structure of drive unit]
The structure of the drive units 4a and 4b will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 3, only the drive unit 4a is shown as a representative, but the drive unit 4b has the same configuration as the drive unit 4a. As shown in FIG. 3, the drive unit 4a is a laminated body in which a thin plate-like piezoelectric body 10a is sandwiched between an upper electrode 11a and a lower electrode 12a. The piezoelectric body 10a is composed of lead zirconate titanate (hereinafter referred to as “PZT”) that is deformed by voltage application. Similarly to the drive unit 4a, the drive unit 4b includes a piezoelectric body 10b (not shown), an upper electrode 11b, and a lower electrode 12b. The piezoelectric bodies 10a and 10b in the present embodiment are examples of the piezoelectric body of the present invention. The upper electrodes 11a and 11b and the lower electrodes 12a and 12b in the present embodiment are examples of the electrode of the present invention.

上部電極11a、11bと下部電極12a、12bは、リード線50により、駆動制御部60に接続されている。駆動制御部60から、リード線50を介して、同位相の駆動信号が駆動部4a、4bに供給される。駆動制御部60から、駆動部4a、4bに同位相の駆動信号が供給されることにより、上部電極11aと下部電極12aとの間、及び上部電極11bと下部電極12bとの間に同じ極性を持った電圧が印加される。このように電圧が印加されることにより、圧電体10a、10bがX軸方向に共に伸び、または縮む。本実施形態における駆動制御部60が、本発明の駆動制御部の一例である。   The upper electrodes 11 a and 11 b and the lower electrodes 12 a and 12 b are connected to the drive control unit 60 by lead wires 50. A drive signal having the same phase is supplied from the drive control unit 60 to the drive units 4 a and 4 b through the lead wire 50. By supplying drive signals of the same phase from the drive control unit 60 to the drive units 4a and 4b, the same polarity is provided between the upper electrode 11a and the lower electrode 12a and between the upper electrode 11b and the lower electrode 12b. A voltage is applied. When the voltage is applied in this way, the piezoelectric bodies 10a and 10b extend or contract together in the X-axis direction. The drive control unit 60 in the present embodiment is an example of the drive control unit of the present invention.

[光スキャナの駆動]
図4、図5を用いて、光スキャナ1の駆動について説明する。図4は、駆動制御部60から駆動部4a、4bに供給される同位相の駆動信号DSを示す図である。図4において、縦軸は駆動部4a、4bの上部電極11a、11bと下部電極12a、12bとの間に印加される電圧Vtであり、横軸は時間Tmである。駆動制御部60は、駆動部4a、4bを駆動するための駆動信号DSを生成し、駆動信号DSを駆動部4a、4bに供給する。駆動部4aと駆動部4bとに供給される駆動信号DSは少なくとも同じ位相を有していればよいが、本実施形態においては、駆動部4aと駆動部4bとに供給される駆動信号DSは、同じ振幅と同じ位相とを有している。駆動信号DSの周期性により、駆動部4a、4bの圧電体10a、10bは、X軸方向に共に伸び、または縮む。即ち、例えば、図4において破線と矢印とで示した時間Tm1〜Tm2においては、上部電極11a、11bと下部電極12a、12bとに印加される電圧Vtが徐々に大きくなる。電圧Vtが徐々に大きくなると、圧電体10a、10bは、共にX軸方向に縮む。また、図4において一点鎖線と矢印とで示した時間Tm3〜Tm4においては、上部電極11a、11bと下部電極12a、12bとに印加される電圧Vtが徐々に小さくなる。電圧Vtが徐々に小さくなると、圧電体10a、10bは、共にX軸方向に伸びる。このようにして、駆動信号DSの周期性により、駆動部4a、4bの圧電体10a、10bは、X軸方向に共に伸び、または縮む。
[Drive optical scanner]
The driving of the optical scanner 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram illustrating in-phase drive signals DS supplied from the drive control unit 60 to the drive units 4a and 4b. In FIG. 4, the vertical axis represents the voltage Vt applied between the upper electrodes 11a, 11b and the lower electrodes 12a, 12b of the drive units 4a, 4b, and the horizontal axis represents the time Tm. The drive control unit 60 generates a drive signal DS for driving the drive units 4a and 4b, and supplies the drive signal DS to the drive units 4a and 4b. The drive signals DS supplied to the drive unit 4a and the drive unit 4b need only have at least the same phase, but in the present embodiment, the drive signals DS supplied to the drive unit 4a and the drive unit 4b are Have the same amplitude and the same phase. Due to the periodicity of the drive signal DS, the piezoelectric bodies 10a and 10b of the drive units 4a and 4b extend or contract together in the X-axis direction. That is, for example, at times Tm1 to Tm2 indicated by broken lines and arrows in FIG. 4, the voltage Vt applied to the upper electrodes 11a and 11b and the lower electrodes 12a and 12b gradually increases. As the voltage Vt gradually increases, the piezoelectric bodies 10a and 10b both contract in the X-axis direction. In addition, in the time Tm3 to Tm4 indicated by the alternate long and short dash line and the arrow in FIG. 4, the voltage Vt applied to the upper electrodes 11a and 11b and the lower electrodes 12a and 12b gradually decreases. When the voltage Vt gradually decreases, the piezoelectric bodies 10a and 10b both extend in the X-axis direction. Thus, due to the periodicity of the drive signal DS, the piezoelectric bodies 10a and 10b of the drive units 4a and 4b both expand or contract in the X-axis direction.

図5は、光スキャナ1が駆動され、ミラー部2が揺動軸線SWの回りに揺動する様子を示す図である。図5は、簡略化のため、ミラー部2と可動梁3のみを示している。また、図5は、簡略化のため、オフセット量OSが0μmに近い光スキャナ1を示している。図5において、二点鎖線により示された光スキャナ1は静止時の光スキャナ1を示している。また、実線により示された光スキャナ1は、光スキャナ1が駆動され、ミラー部2がある揺動角度Φに達した際の光スキャナ1を示している。なお、ミラー部2の揺動角度は、周知のように、光スキャナ1の光学振れ角に相当するものである。可動梁3は構造を簡略化し、示されている。図4に示された同位相の駆動信号DSが駆動制御部60から駆動部4a、4bに供給されることにより、駆動部4a、4bが駆動され、圧電体10a、10bがX軸方向に共に伸び、または縮む。この圧電体10a、10bの伸び縮みの結果、連結梁9a、9bの駆動部4a、4b近傍の部分がZ軸方向の上側、または下側に屈曲する。図5に示した同位相の駆動信号DSの周期性により、上部電極11aと下部電極12aとの間、及び上部電極11bと下部電極12bとの間に印加される電圧が周期的に変化する。この周期的な電圧の変化は、連結梁9a、9bの駆動部4a、4b近傍の部分に、Z軸方向の上側、または下側への周期的な屈曲をもたらす。連結梁9a、9bの駆動部4a、4b近傍の部分における周期的な屈曲により、可動梁3が揺動軸線SWを中心に捻れ振動する。可動梁3の捻れ振動により、ミラー部2は、揺動軸線SWを中心に揺動する。ミラー部2の反射面6は、揺動軸線SWを中心に揺動しながら、入射した光束を反射する。このように光束が反射面6により反射されることで、光束が走査される。以上のようにして、同位相の駆動信号DSが駆動制御部60から駆動部4a、4bに供給されることにより、光スキャナ1が駆動され、光スキャナ1は、反射面6に入射した光束を反射して走査する。なお、Z軸方向の上側、下側とは、各々、Z軸の正の領域側、負の領域側であり、厳密にZ軸方向に平行な方向に限定される意味ではない。   FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the optical scanner 1 is driven and the mirror unit 2 swings around the swing axis SW. FIG. 5 shows only the mirror unit 2 and the movable beam 3 for simplification. FIG. 5 shows the optical scanner 1 having an offset amount OS close to 0 μm for simplification. In FIG. 5, an optical scanner 1 indicated by a two-dot chain line indicates the optical scanner 1 at rest. An optical scanner 1 indicated by a solid line shows the optical scanner 1 when the optical scanner 1 is driven and the mirror portion 2 reaches a certain swing angle Φ. As is well known, the swing angle of the mirror unit 2 corresponds to the optical swing angle of the optical scanner 1. The movable beam 3 is shown with a simplified structure. The drive signal DS having the same phase shown in FIG. 4 is supplied from the drive control unit 60 to the drive units 4a and 4b, so that the drive units 4a and 4b are driven, and the piezoelectric bodies 10a and 10b are moved together in the X-axis direction. Stretch or shrink. As a result of the expansion and contraction of the piezoelectric bodies 10a and 10b, the portions in the vicinity of the drive portions 4a and 4b of the connecting beams 9a and 9b bend upward or downward in the Z-axis direction. Due to the periodicity of the in-phase drive signal DS shown in FIG. 5, the voltage applied between the upper electrode 11a and the lower electrode 12a and between the upper electrode 11b and the lower electrode 12b periodically changes. This periodic voltage change causes a periodic bending upward or downward in the Z-axis direction in the vicinity of the driving portions 4a and 4b of the connecting beams 9a and 9b. Due to the periodic bending of the connecting beams 9a and 9b in the vicinity of the drive portions 4a and 4b, the movable beam 3 is twisted and oscillated around the swing axis SW. Due to the torsional vibration of the movable beam 3, the mirror unit 2 swings about the swing axis SW. The reflecting surface 6 of the mirror unit 2 reflects the incident light beam while swinging about the swing axis SW. In this way, the light beam is reflected by the reflecting surface 6 so that the light beam is scanned. As described above, when the drive signal DS having the same phase is supplied from the drive control unit 60 to the drive units 4a and 4b, the optical scanner 1 is driven, and the optical scanner 1 receives the light beam incident on the reflection surface 6 as a result. Reflect and scan. Note that the upper side and the lower side in the Z-axis direction are the positive region side and the negative region side of the Z-axis, respectively, and are not strictly limited to a direction parallel to the Z-axis direction.

[解析結果]
オフセット量OSを変化させた際の、光スキャナ1の駆動電圧の変化等についてのシミュレーションによる解析結果を説明する。先ず、図1を用いて、シミュレーションに際して設定した光スキャナ1の各部の寸法について説明する。Y軸方向のミラー部2の幅MRは、幅MR=1000μmである。延長線XTを挟んで対向する一対の連結梁9aと連結梁9cとの間の分岐幅WDは、分岐幅WD=200μm、300μm、400μm、及び500μmの4通りの設定値でシミュレーションを行った。なお、一対の連結梁9bと連結梁9dとの間の幅も、一対の連結梁9aと連結梁9cとの間の分岐幅WDと同じ分岐幅WDである。また、図1に示すように、Y軸方向のミラー部2の幅MRは、距離CDと距離SDとの和である。オフセット量OSの正負は、図1に示したY軸方向の正負に従う。即ち、ミラー部2の重心GCが、延長線XTに対して、一対の駆動部4a、4bとは反対側CSに位置する場合、オフセット量OS>0μmであり、一対の駆動部4a、4bと同じ側SSに位置する場合、オフセット量OS<0μmである。また、図1に示すように、オフセット量OSの絶対値は、Y軸方向のミラー部2の幅MRの半分以下である必要があるため、オフセット量OSは、−500μm以上、500μm以下である必要がある。
[Analysis result]
An analysis result by simulation of a change in the driving voltage of the optical scanner 1 when the offset amount OS is changed will be described. First, the dimensions of each part of the optical scanner 1 set in the simulation will be described with reference to FIG. The width MR of the mirror part 2 in the Y-axis direction is a width MR = 1000 μm. The branch width WD between the pair of connecting beams 9a and 9c facing each other across the extension line XT was simulated with four set values of the branch width WD = 200 μm, 300 μm, 400 μm, and 500 μm. The width between the pair of connecting beams 9b and 9d is also the same as the branch width WD between the pair of connecting beams 9a and 9c. Further, as shown in FIG. 1, the width MR of the mirror section 2 in the Y-axis direction is the sum of the distance CD and the distance SD. The sign of the offset amount OS follows the sign in the Y-axis direction shown in FIG. That is, when the center of gravity GC of the mirror unit 2 is located on the opposite side CS to the extension line XT, the offset amount OS> 0 μm, and the pair of drive units 4a, 4b When located on the same side SS, the offset amount OS <0 μm. Further, as shown in FIG. 1, since the absolute value of the offset amount OS needs to be less than or equal to half the width MR of the mirror portion 2 in the Y-axis direction, the offset amount OS is −500 μm or more and 500 μm or less. There is a need.

図6A、図6B、及び表を用いて、解析結果を説明する。図6A、図6B、及び表に記載されている、駆動電圧や共振周波数等の数値は、全て光スキャナ1の光学振れ角、即ち、ミラー部2の揺動角度を25度と設定した際の数値である。表1に、分岐幅WD=200μmと設定した際の、オフセット量OSと、駆動電圧、及び共振周波数との関係を示す。表1、及び図6Aに示すように、オフセット量OS>0μmの場合、オフセット量OS=0μmの場合と比較して、駆動電圧が低減されることがわかる。また、オフセット量OS>0μmの場合、オフセット量OSが大きいほど、駆動電圧が小さく抑えられることがわかる。一方、表1に示すように、オフセット量OS<0μmの場合、オフセット量OS=0μmの場合と比較して、非常に大きな駆動電圧がかかることがわかる。従って、ミラー部の重心GCが、延長線XTに対して、一対の駆動部4a、4bとは反対側CSに位置する場合に限り、ミラー部の重心GCが延長線XT上に位置する従来の光スキャナと比較して、小さな駆動電圧で、光スキャナ1の大きな光学振れ角を得ることができることがわかる。一方、ミラー部の重心GCが、延長線XTに対して、一対の駆動部4a、4bと同じ側SSに位置する場合、ミラー部の重心GCが延長線XT上に位置する従来の光スキャナと比較して、光スキャナ1の大きな光学振れ角を得るには、大きな駆動電圧が必要とされることがわかる。   An analysis result is demonstrated using FIG. 6A, FIG. 6B, and a table | surface. The numerical values such as the drive voltage and the resonance frequency described in FIGS. 6A and 6B and the table are all obtained when the optical deflection angle of the optical scanner 1, that is, the oscillation angle of the mirror unit 2 is set to 25 degrees. It is a numerical value. Table 1 shows the relationship between the offset amount OS, the drive voltage, and the resonance frequency when the branch width WD is set to 200 μm. As shown in Table 1 and FIG. 6A, it can be seen that when the offset amount OS> 0 μm, the drive voltage is reduced compared to the case where the offset amount OS = 0 μm. It can also be seen that when the offset amount OS> 0 μm, the drive voltage can be suppressed smaller as the offset amount OS is larger. On the other hand, as shown in Table 1, it can be seen that when the offset amount OS <0 μm, a very large drive voltage is applied compared to the case where the offset amount OS = 0 μm. Therefore, the center of gravity GC of the mirror portion is located on the extension line XT only when the center of gravity GC of the mirror portion is located on the side CS opposite to the pair of drive portions 4a and 4b with respect to the extension line XT. It can be seen that a large optical deflection angle of the optical scanner 1 can be obtained with a small driving voltage as compared with the optical scanner. On the other hand, when the center of gravity GC of the mirror part is located on the same side SS as the pair of drive parts 4a and 4b with respect to the extension line XT, the conventional optical scanner in which the center of gravity GC of the mirror part is located on the extension line XT In comparison, it can be seen that a large drive voltage is required to obtain a large optical deflection angle of the optical scanner 1.

表1に示すように、オフセット量OS>0μmの場合、光スキャナ1の共振周波数は、オフセット量OSが0μmから大きくなるほど次第に大きくなり、オフセット量OS=400μm近傍で極大値に達し、オフセット量OS=400μm近傍を超える領域で次第に小さくなる。表1、及び図6Aに示したように、オフセット量OS=400μm近傍を超える領域において、オフセット量OSを大きくしても、駆動電圧はそれほど低減されない。また、共振周波数が小さくなると、光スキャナ1を網膜走査ディスプレイ等の画像表示装置に適用した際に、画像の解像度が低下する。従って、光スキャナ1の駆動電圧を最大限低減しつつ、一定の共振周波数を保つためにも、オフセット量OSを、分岐幅WD=200μmの半分である100μmをミラー部2の幅MR=1000μmの半分である500μmから減じた長さ、即ち400μm近傍の値に設定することが望ましい。   As shown in Table 1, when the offset amount OS> 0 μm, the resonance frequency of the optical scanner 1 gradually increases as the offset amount OS increases from 0 μm, and reaches a maximum value near the offset amount OS = 400 μm. = Small in the region exceeding 400 μm. As shown in Table 1 and FIG. 6A, in the region where the offset amount OS exceeds about 400 μm, even if the offset amount OS is increased, the drive voltage is not reduced so much. Further, when the resonance frequency is reduced, the resolution of the image is lowered when the optical scanner 1 is applied to an image display device such as a retinal scanning display. Therefore, in order to maintain the constant resonance frequency while reducing the drive voltage of the optical scanner 1 as much as possible, the offset amount OS is changed from 100 μm, which is half of the branch width WD = 200 μm, to the width MR of the mirror portion 2 = 1000 μm. It is desirable to set the length from 500 μm which is half, that is, a value in the vicinity of 400 μm.

表2、表3、及び表4に、各々、分岐幅WD=300、400、500μmと設定した際の、オフセット量OSと、駆動電圧、及び共振周波数との関係を示す。表2、及び図6Bに示すように、分岐幅WD=300μmと設定した場合、光スキャナ1の駆動電圧は、オフセット量OSが0μmから大きくなるほど次第に小さくなり、オフセット量OS=350μm近傍で極小値に達し、オフセット量OS=350μm近傍を超える領域で次第に大きくなる。しかし、オフセット量OS=450μmにおける駆動電圧は、オフセット量OS=0μmと比較して小さい。従って、オフセット量OS>0μmの場合、オフセット量OS=0μmの場合と比較して、駆動電圧が低減されることがわかる。   Tables 2, 3, and 4 show the relationship between the offset amount OS, the drive voltage, and the resonance frequency when the branch width WD is set to 300, 400, and 500 μm, respectively. As shown in Table 2 and FIG. 6B, when the branch width WD = 300 μm is set, the drive voltage of the optical scanner 1 gradually decreases as the offset amount OS increases from 0 μm, and is a minimum value near the offset amount OS = 350 μm. And gradually increases in the region exceeding the offset amount OS = 350 μm. However, the drive voltage at the offset amount OS = 450 μm is smaller than the offset amount OS = 0 μm. Therefore, it can be seen that when the offset amount OS> 0 μm, the drive voltage is reduced as compared with the case where the offset amount OS = 0 μm.

表3、及び図6Bに示すように、分岐幅WD=400μmと設定した場合、光スキャナ1の駆動電圧は、オフセット量OSが0μmから大きくなるほど次第に小さくなり、オフセット量OS=300μm近傍で極小値に達し、オフセット量OS=300μm近傍を超える領域で次第に大きくなる。しかし、オフセット量OS=450μmにおける駆動電圧は、オフセット量OS=0μmと比較して小さい。従って、オフセット量OS>0μmの場合、オフセット量OS=0μmの場合と比較して、駆動電圧が低減されることがわかる。   As shown in Table 3 and FIG. 6B, when the branch width WD is set to 400 μm, the drive voltage of the optical scanner 1 gradually decreases as the offset amount OS increases from 0 μm, and is a minimum value near the offset amount OS = 300 μm. And gradually increases in a region exceeding the offset amount OS = 300 μm vicinity. However, the drive voltage at the offset amount OS = 450 μm is smaller than the offset amount OS = 0 μm. Therefore, it can be seen that when the offset amount OS> 0 μm, the drive voltage is reduced as compared with the case where the offset amount OS = 0 μm.

表4、及び図6Bに示すように、分岐幅WD=500μmと設定した場合、光スキャナ1の駆動電圧は、オフセット量OSが0μmから大きくなるほど次第に小さくなり、オフセット量OS=200μm近傍で極小値に達し、オフセット量OS=200μm近傍を超える領域で次第に大きくなる。オフセット量OS=450μmにおける駆動電圧は、オフセット量OS=0μmと比較して大きいが、オフセット量OS>0μmの場合、オフセット量OS<400μm程度の範囲であれば、オフセット量OS=0μmの場合と比較して、駆動電圧が低減されることがわかる。   As shown in Table 4 and FIG. 6B, when the branch width WD is set to 500 μm, the drive voltage of the optical scanner 1 gradually decreases as the offset amount OS increases from 0 μm, and is a minimum value near the offset amount OS = 200 μm. And gradually increases in a region exceeding the offset amount OS = 200 μm vicinity. The drive voltage at the offset amount OS = 450 μm is larger than the offset amount OS = 0 μm. However, when the offset amount OS> 0 μm, the offset amount OS <400 μm, the offset amount OS = 0 μm. In comparison, it can be seen that the drive voltage is reduced.

表2、表3、及び表4に示すように、オフセット量OS<0μmの場合、オフセット量OS=0μmの場合と比較して、大きな駆動電圧がかかることがわかる。従って、分岐幅WD=300、400、500μmと設定した場合も、分岐幅WD=200μmと設定した場合と同様に、ミラー部の重心GCが、延長線XTに対して、一対の駆動部4a、4bとは反対側CSに位置する場合に限り、ミラー部の重心GCが延長線XT上に位置する従来の光スキャナと比較して、小さな駆動電圧で、光スキャナ1の大きな光学振れ角を得ることができることがわかる。一方、ミラー部の重心GCが、延長線XTに対して、一対の駆動部4a、4bと同じ側SSに位置する場合、ミラー部の重心GCが延長線XT上に位置する従来の光スキャナと比較して、光スキャナ1の大きな光学振れ角を得るには、大きな駆動電圧が必要とされることがわかる。   As shown in Tables 2, 3, and 4, it can be seen that a larger drive voltage is applied when the offset amount OS <0 μm than when the offset amount OS = 0 μm. Therefore, when the branch width WD is set to 300, 400, and 500 μm, similarly to the case where the branch width WD is set to 200 μm, the center of gravity GC of the mirror portion is a pair of drive units 4a, Only when it is located on the side CS opposite to 4b, a large optical deflection angle of the optical scanner 1 is obtained with a small driving voltage as compared with the conventional optical scanner in which the center of gravity GC of the mirror portion is located on the extension line XT. You can see that On the other hand, when the center of gravity GC of the mirror part is located on the same side SS as the pair of drive parts 4a and 4b with respect to the extension line XT, the conventional optical scanner in which the center of gravity GC of the mirror part is located on the extension line XT In comparison, it can be seen that a large drive voltage is required to obtain a large optical deflection angle of the optical scanner 1.

表2に示したように、分岐幅WD=300μmと設定した場合、オフセット量OS>0μmであれば、光スキャナ1の共振周波数は、オフセット量OSが0μmから大きくなるほど次第に大きくなり、オフセット量OS=350μm近傍で極大値に達し、オフセット量OS=350μm近傍を超える領域で次第に小さくなる。また、表3、表4に示したように、分岐幅WD=400、500μmと設定した場合、オフセット量OS>0μmであれば、光スキャナ1の共振周波数は、オフセット量OSが0μmから大きくなるほど次第に小さくなる。表2、表3、表4、及び図6Bに示したように、分岐幅WD=300、400、及び500μmと設定した場合、各々、オフセット量OS=350、300、250μm近傍を超える領域において、オフセット量OSを大きくしていくと、駆動電圧は次第に大きくなる。従って、光スキャナ1の駆動電圧を最大限低減しつつ、一定の共振周波数を保つためにも、オフセット量OSを、分岐幅WDの半分の長さをミラー部2の幅MRの半分の長さから減じた長さ、即ち、各々、350、300、250μmに設定することが望ましい。   As shown in Table 2, when the branch width WD = 300 μm is set and the offset amount OS> 0 μm, the resonance frequency of the optical scanner 1 gradually increases as the offset amount OS increases from 0 μm. = Maximum value in the vicinity of 350 μm, and gradually decreases in the region exceeding the offset amount OS = 350 μm. As shown in Tables 3 and 4, when the branch width WD is set to 400 and 500 μm, and the offset amount OS> 0 μm, the resonance frequency of the optical scanner 1 increases as the offset amount OS increases from 0 μm. It becomes smaller gradually. As shown in Table 2, Table 3, Table 4, and FIG. 6B, when the branch width WD is set to 300, 400, and 500 μm, the offset amount OS = 350, 300, in the region that exceeds the vicinity of 250 μm, As the offset amount OS increases, the drive voltage gradually increases. Therefore, in order to maintain the constant resonance frequency while reducing the drive voltage of the optical scanner 1 as much as possible, the offset amount OS is set to be half the branch width WD and half the width MR of the mirror portion 2. It is desirable to set the lengths subtracted from 350, 300, and 250 μm, respectively.

[構造体の製造方法]
図7を用いて、本実施形態における構造体の製造方法について説明する。構造体とは、ミラー部2の基板と可動梁3と固定部5とを指す。反射面6は、通常、ミラー部2の基板上に金等から成る金属膜が成膜されることにより形成される。
[Method of manufacturing structure]
A structure manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The structure refers to the substrate of the mirror unit 2, the movable beam 3, and the fixed unit 5. The reflecting surface 6 is usually formed by forming a metal film made of gold or the like on the substrate of the mirror unit 2.

まず、図7に示すように、弾性を有する板状のシリコン基板が被エッチング材として準備される(ステップS1、以下S1と記す)。次に、シリコン基板の両面にフォトレジストが塗布され、シリコン基板の両面にレジスト膜が形成される。(S2)。レジスト膜が形成されると、フォトリソグラフィ技術が用いられ、レジスト膜に対して、所定のパターン光が露光される。所定のパターン光が露光されることにより、レジスト膜のうち不要な部分が除去される。これにより、シリコン基板の両面上に、各々、マスクパターンが形成される(S3)。マスクパターンが形成されると、シリコン基板とマスクパターンとの積層体が、エッチング溶液を収容しているエッチング槽に浸漬され、ウェットエッチングが施される(S4)。ウェットエッチングが施されると、シリコン基板とマスクパターンとの積層体が、エッチング槽から取り出され(S5)、続いて、マスクパターンがシリコン基板の両面から剥離される(S6)。以上の製造方法により、所定の形状をした構造体が製造される。   First, as shown in FIG. 7, a plate-like silicon substrate having elasticity is prepared as a material to be etched (step S1, hereinafter referred to as S1). Next, a photoresist is applied to both sides of the silicon substrate, and a resist film is formed on both sides of the silicon substrate. (S2). When the resist film is formed, a photolithography technique is used, and a predetermined pattern light is exposed to the resist film. By exposing the predetermined pattern light, unnecessary portions of the resist film are removed. Thereby, mask patterns are formed on both surfaces of the silicon substrate, respectively (S3). When the mask pattern is formed, the laminated body of the silicon substrate and the mask pattern is immersed in an etching tank containing an etching solution, and wet etching is performed (S4). When wet etching is performed, the laminated body of the silicon substrate and the mask pattern is taken out from the etching tank (S5), and then the mask pattern is peeled off from both surfaces of the silicon substrate (S6). A structure having a predetermined shape is manufactured by the above manufacturing method.

[光スキャナ使用例]
本実施形態に係る光スキャナ1の網膜走査ディスプレイ201における使用例について、図8を用いて説明する。網膜走査ディスプレイ201とは、ヘッドマウントディスプレイ装置(以後、「HMD」と記す。)の一形態である。網膜走査ディスプレイ201は、装着者の頭部およびその近辺に装着され、画像光を装着者の眼に導き、装着者の網膜上で2次元方向に走査することにより、画像情報に対応する画像が装着者により視認されるように構成されたものである。本実施形態に係る光スキャナ1は、図8に示した共振型偏向素子261と偏向素子281とに用いられる。ただし、駆動制御部60は、水平走査制御回路262と垂直走査制御回路282とに対応するものである。
[Optical scanner usage example]
An example of use of the optical scanner 1 according to this embodiment in the retinal scanning display 201 will be described with reference to FIG. The retinal scanning display 201 is a form of a head mounted display device (hereinafter referred to as “HMD”). The retinal scanning display 201 is mounted on the wearer's head and in the vicinity thereof, guides image light to the wearer's eyes, and scans the wearer's retina in a two-dimensional direction so that an image corresponding to the image information is obtained. It is comprised so that it may be visually recognized by the wearer. The optical scanner 1 according to this embodiment is used for the resonant deflection element 261 and the deflection element 281 shown in FIG. However, the drive control unit 60 corresponds to the horizontal scanning control circuit 262 and the vertical scanning control circuit 282.

網膜走査ディスプレイ201は、光束生成部220と、水平走査部260と、垂直走査部280とを備えている。   The retinal scanning display 201 includes a light beam generation unit 220, a horizontal scanning unit 260, and a vertical scanning unit 280.

光束生成部220は、外部から供給される画像情報Sに基づいて画像光を生成し、生成された画像光を水平走査部260に供給する。水平走査部260は、光束生成部220により生成された画像光を水平方向に走査し、水平方向に走査された画像光をリレー光学系270を介して、垂直走査部280に供給する。垂直走査部280は、リレー光学系270を介して、水平走査部260から供給された画像光を垂直方向に走査し、垂直方向に走査された画像光をリレー光学系290を介して、装着者の瞳孔Eaに供給する。   The light flux generation unit 220 generates image light based on the image information S supplied from the outside, and supplies the generated image light to the horizontal scanning unit 260. The horizontal scanning unit 260 scans the image light generated by the light beam generation unit 220 in the horizontal direction, and supplies the image light scanned in the horizontal direction to the vertical scanning unit 280 via the relay optical system 270. The vertical scanning unit 280 scans the image light supplied from the horizontal scanning unit 260 in the vertical direction via the relay optical system 270, and the image light scanned in the vertical direction via the relay optical system 290. To the pupil Ea.

光束生成部220は、信号処理回路221と、光源部230と、光合成部240と、を備えている。   The light beam generation unit 220 includes a signal processing circuit 221, a light source unit 230, and a light combining unit 240.

信号処理回路221は、外部から供給された画像データSを受信する。信号処理回路221は、画像データSに基づいて、画像を合成するための要素となる青、赤、緑の各画像信号、B映像信号、R映像信号、G映像信号を生成し、光源部230に供給する。信号処理回路221は、水平走査部260を駆動するための水平同期信号を水平走査部260に供給し、垂直走査部280を駆動するための垂直同期信号を垂直走査部280に供給する。   The signal processing circuit 221 receives image data S supplied from the outside. Based on the image data S, the signal processing circuit 221 generates blue, red, and green image signals, a B video signal, an R video signal, and a G video signal that are elements for synthesizing images, and the light source unit 230. To supply. The signal processing circuit 221 supplies a horizontal synchronization signal for driving the horizontal scanning unit 260 to the horizontal scanning unit 260 and supplies a vertical synchronization signal for driving the vertical scanning unit 280 to the vertical scanning unit 280.

光源部230は、信号処理回路221から供給されるB映像信号、R映像信号、G映像信号をそれぞれ画像光にする画像光出力部として機能する。光源部230は、青色の画像光を発生するBレーザ234及びBレーザ234を駆動するBレーザドライバ231と、赤色の画像光を発生するRレーザ235及びRレーザ235を駆動するRレーザドライバ232と、緑色の画像光を発生するGレーザ236及びGレーザ236を駆動するGレーザドライバ233と、を備えている。   The light source unit 230 functions as an image light output unit that converts the B video signal, the R video signal, and the G video signal supplied from the signal processing circuit 221 into image light. The light source unit 230 includes a B laser 234 that generates blue image light and a B laser driver 231 that drives the B laser 234, an R laser 235 that generates red image light, and an R laser driver 232 that drives the R laser 235. A G laser 236 that generates green image light, and a G laser driver 233 that drives the G laser 236.

光合成部240は、光源部230から出力された3つの画像光を供給され、3つの画像光を1つの画像光に合成して任意の画像光を生成する。光合成部240は、コリメート光学系241、242、243と、このコリメートされた画像光を合成するためのダイクロイックミラー244、245、246と、合成された画像光を伝送ケーブル250に導く結合光学系247とを備えている。各レーザ234、235、236から出射したレーザ光は、コリメート光学系241、242、243によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー244、245、246に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー244、245、246により、各画像光が波長に関して選択的に反射または透過される。コリメート光学系251は、伝送ケーブル250を介して出射される画像光を平行光化し、水平走査部260に導く。   The light combining unit 240 is supplied with the three image lights output from the light source unit 230, and generates arbitrary image light by combining the three image lights into one image light. The light combining unit 240 includes collimating optical systems 241, 242, and 243, dichroic mirrors 244, 245, and 246 for combining the collimated image light, and a coupling optical system 247 that guides the combined image light to the transmission cable 250. And. Laser beams emitted from the lasers 234, 235, and 236 are collimated by collimating optical systems 241, 242, and 243, respectively, and then incident on dichroic mirrors 244, 245, and 246. Thereafter, the dichroic mirrors 244, 245, and 246 selectively reflect or transmit each image light with respect to the wavelength. The collimating optical system 251 converts the image light emitted through the transmission cable 250 into parallel light and guides it to the horizontal scanning unit 260.

平行光化された画像光は、水平走査部260、リレー光学系270、垂直走査部280、及びリレー光学系290により、2次元的に走査された画像光に変換される。水平走査部260は、コリメート光学系251で平行光化された画像光を画像表示のために水平方向に往復走査する。リレー光学系270は、水平走査部260と垂直走査部280との間に設けられ、水平走査部260により走査された画像光を、垂直走査部280に導く。垂直走査部280は、水平走査部260で水平方向に走査された画像光を垂直方向に往復走査する。リレー光学系290は、水平方向と垂直方向とに走査(2次元的に走査)された画像光を瞳孔Eaへ出射する。   The collimated image light is converted into two-dimensionally scanned image light by the horizontal scanning unit 260, the relay optical system 270, the vertical scanning unit 280, and the relay optical system 290. The horizontal scanning unit 260 reciprocally scans the image light that has been collimated by the collimating optical system 251 in the horizontal direction for image display. The relay optical system 270 is provided between the horizontal scanning unit 260 and the vertical scanning unit 280 and guides the image light scanned by the horizontal scanning unit 260 to the vertical scanning unit 280. The vertical scanning unit 280 reciprocates in the vertical direction the image light scanned in the horizontal direction by the horizontal scanning unit 260. The relay optical system 290 emits image light scanned (two-dimensionally scanned) in the horizontal direction and the vertical direction to the pupil Ea.

水平走査部260は、共振型偏向素子261と、水平走査制御回路262と、を備えている。本実施形態に係る光スキャナ1は、共振型偏向素子261に用いられる。共振型偏向素子261は、画像光を水平方向に走査するための反射面を有する。水平走査制御回路262は、信号処理回路221から供給される水平同期信号に基づいて、共振型偏向素子261を共振させる。リレー光学系270は、水平走査部260と垂直走査部280との間で画像光を中継する。共振型偏向素子261によって水平方向に走査された光は、リレー光学系270によって垂直走査部280内の偏向素子281の反射面に収束される。   The horizontal scanning unit 260 includes a resonance type deflection element 261 and a horizontal scanning control circuit 262. The optical scanner 1 according to the present embodiment is used for the resonance type deflection element 261. The resonant deflection element 261 has a reflection surface for scanning the image light in the horizontal direction. The horizontal scanning control circuit 262 resonates the resonance type deflection element 261 based on the horizontal synchronization signal supplied from the signal processing circuit 221. The relay optical system 270 relays image light between the horizontal scanning unit 260 and the vertical scanning unit 280. The light scanned in the horizontal direction by the resonance type deflection element 261 is converged on the reflection surface of the deflection element 281 in the vertical scanning unit 280 by the relay optical system 270.

垂直走査部280は、偏向素子281と、垂直走査制御回路282と、を備えている。本実施形態に係る光スキャナ1は、偏向素子281に用いられる。偏向素子281は、リレー光学系270により導かれた画像光を垂直方向に走査する。垂直走査制御回路282は、信号処理回路221から供給される垂直同期信号に基づいて、偏向素子281を揺動させる。共振型偏向素子261により水平方向に走査され、偏向素子281によって垂直方向に走査された画像光は、2次元的に走査された走査画像光としてリレー光学系290へ出射される。   The vertical scanning unit 280 includes a deflection element 281 and a vertical scanning control circuit 282. The optical scanner 1 according to this embodiment is used for the deflection element 281. The deflection element 281 scans the image light guided by the relay optical system 270 in the vertical direction. The vertical scanning control circuit 282 swings the deflection element 281 based on the vertical synchronization signal supplied from the signal processing circuit 221. The image light scanned in the horizontal direction by the resonance type deflection element 261 and scanned in the vertical direction by the deflection element 281 is emitted to the relay optical system 290 as scanning image light scanned two-dimensionally.

リレー光学系290は、垂直走査部280と装着者の瞳孔Eaとの間で画像光を中継する。共振型偏向素子261により水平方向に走査され、偏向素子281によって垂直方向に走査された画像光は、リレー光学系290によって装着者の瞳孔Eaに収束される。このようにして、装着者は画像情報に対応する画像を視認することができる。   The relay optical system 290 relays image light between the vertical scanning unit 280 and the wearer's pupil Ea. The image light scanned in the horizontal direction by the resonance type deflection element 261 and scanned in the vertical direction by the deflection element 281 is converged on the pupil Ea of the wearer by the relay optical system 290. In this way, the wearer can visually recognize an image corresponding to the image information.

(変形例)
本実施形態において、延長線XTに対して、駆動部4a、4bとは反対の側CSに位置するミラー部2の一側端CEと延長線XTとの間の距離CDは、延長線XTに対して、駆動部4a、4bと同じ側SSに位置するミラー部2の他側端SEと延長線XTとの間の距離SDより大きい。これにより、ミラー部2の重心GCは、延長線XTに対して、駆動部4a、4bとは反対の側CSに位置していた。しかし、これに限らず、ミラー部2に穴、溝、または重りを設けることにより、ミラー部2の重心GCが、延長線XTに対して、駆動部4a、4bとは反対の側CSに位置するように構成してもよい。
(Modification)
In the present embodiment, with respect to the extension line XT, the distance CD between the one end CE of the mirror unit 2 located on the side CS opposite to the drive parts 4a and 4b and the extension line XT is the extension line XT. On the other hand, it is larger than the distance SD between the other side end SE of the mirror part 2 located on the same side SS as the drive parts 4a and 4b and the extension line XT. As a result, the center of gravity GC of the mirror unit 2 is located on the side CS opposite to the drive units 4a and 4b with respect to the extension line XT. However, the present invention is not limited to this, and by providing a hole, groove, or weight in the mirror part 2, the center of gravity GC of the mirror part 2 is positioned on the side CS opposite to the drive parts 4a and 4b with respect to the extension line XT. You may comprise.

本実施形態において、構造体は、ウェットエッチングを用いた手法により形成されていたが、これに限らず、例えば、ドライエッチングにより形成されてもよい。   In the present embodiment, the structure is formed by a technique using wet etching, but is not limited thereto, and may be formed by dry etching, for example.

本実施形態において、構造体は、図7に示したように一度のマスクパターン形成と、一度のウェットエッチングにより製造されていたが、これに限らず、これらの製造工程は複数回行われてもよい。   In this embodiment, as shown in FIG. 7, the structure is manufactured by one mask pattern formation and one wet etching. However, the structure is not limited to this, and these manufacturing steps may be performed a plurality of times. Good.

本実施形態において、構造体を製造する際のマスクパターンは、シリコン基板に直接フォトレジストを塗布し、その後所定のパターン光を露光することで形成されていたが、これに限らず、例えば、シリコン基板を熱し、シリコン基板の両面にシリコン熱酸化膜を形成した後、シリコン熱酸化膜上にレジストを塗布し、その後所定のパターン光を露光することで所定の形状をしたレジスト膜を形成し、フッ酸等を用いて、シリコン熱酸化膜のうちの余分な部分を除去することで、マスクパターンを形成してもよい。   In this embodiment, the mask pattern for manufacturing the structure is formed by directly applying a photoresist to a silicon substrate and then exposing to a predetermined pattern light. After heating the substrate and forming a silicon thermal oxide film on both sides of the silicon substrate, a resist is applied on the silicon thermal oxide film, and then a predetermined pattern light is exposed to form a resist film having a predetermined shape, The mask pattern may be formed by removing an excess portion of the silicon thermal oxide film using hydrofluoric acid or the like.

本実施形態において、光スキャナ1の使用例として、網膜走査ディスプレイ201を示したが、これに限らず、電子写真式複合機や、レーザプリンタ、バーコードリーダ等に用いられてもよい。   In the present embodiment, the retinal scanning display 201 is shown as an example of use of the optical scanner 1, but the present invention is not limited to this, and it may be used for an electrophotographic multifunction device, a laser printer, a barcode reader, or the like.

1 光スキャナ
2 ミラー部
3 可動梁
4a、4b 駆動部
5 固定部
6 反射面
7a、7b 支持梁
8a、8b 延出梁
9a〜9d 連結梁
10a、10b 圧電体
11a、11b 上部電極
12a、12b 下部電極
60 駆動制御部
SW 揺動軸線
XT 延長線
OS オフセット量

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical scanner 2 Mirror part 3 Movable beam 4a, 4b Drive part 5 Fixed part 6 Reflecting surface 7a, 7b Support beam 8a, 8b Extension beam 9a-9d Connection beam 10a, 10b Piezoelectric body 11a, 11b Upper electrode 12a, 12b Lower part Electrode 60 Drive controller SW Swing axis XT Extension line OS Offset amount

Claims (5)

入射した光束を反射して、走査する光スキャナであって、
揺動軸線の回りに揺動可能な反射面を有するミラー部と、
前記揺動軸線に平行な方向に前記ミラー部の両側から延出する一対のミラー支持梁と、前記一対のミラー支持梁の各々に連結する一対の第1連結部を有し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向において、前記第1連結部から前記ミラー支持梁の両側に延出する一対の延出梁と、前記一対の延出梁の両端の各々に連結する4つの第2連結部を有し、前記揺動軸線に平行に前記ミラー部から離れる方向に、前記第2連結部から延出する4つの連結梁と、を有する可動梁と、
前記4つの連結梁に連結する固定部と、
前記4つの連結梁のうち前記一対のミラー支持梁を結ぶ延長線に対して片側に位置する一対の連結梁と前記固定部とに跨って設けられ、前記可動梁を駆動するための一対の駆動部と、を備え、
前記ミラー部の重心は、前記延長線に対して、前記一対の駆動部とは反対側に位置することを特徴とする光スキャナ。
An optical scanner that reflects and scans an incident light beam,
A mirror portion having a reflecting surface that can swing around a swing axis;
A pair of mirror support beams extending from both sides of the mirror portion in a direction parallel to the swing axis, and a pair of first connection portions connected to each of the pair of mirror support beams; A pair of extending beams extending from the first connecting portion to both sides of the mirror support beam on a parallel plane and in a direction perpendicular to the swing axis, and both ends of the pair of extending beams A movable beam having four second coupling parts coupled to the first coupling part and extending from the second coupling part in a direction away from the mirror part in parallel to the swing axis;
A fixing part connected to the four connecting beams;
A pair of drives for driving the movable beam provided across the pair of connection beams located on one side with respect to the extension line connecting the pair of mirror support beams among the four connection beams and the fixed portion. And comprising
The center of gravity of the mirror part is located on the opposite side to the pair of driving parts with respect to the extension line.
前記一対の駆動部は、各々、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行に伸縮する圧電体と前記圧電体を挟んだ両側に設けられた一対の電極と、を備え、
前記一対の駆動部の前記圧電体が、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に平行な方向において、共に伸び、または縮むように、前記一対の駆動部に対し同位相の駆動信号を供給する駆動制御部を備えることを特徴とする請求項1に記載の光スキャナ。
Each of the pair of driving units includes a piezoelectric body that extends and contracts in parallel with the reflection axis and parallel to the swing axis, and a pair of electrodes that are provided on both sides of the piezoelectric body. ,
Drive in phase with the pair of drive units so that the piezoelectric bodies of the pair of drive units extend or contract together on a plane parallel to the reflecting surface and in a direction parallel to the swing axis. The optical scanner according to claim 1, further comprising a drive control unit that supplies a signal.
前記延長線を挟んで対向する一対の前記連結梁間の分岐幅は、前記ミラー部の、前記反射面に平行な面上で、且つ前記揺動軸線に垂直な方向のミラー幅の半分より小さく、
前記ミラー部の重心と前記延長線との間の距離は、前記分岐幅の半分の長さを前記ミラー幅の半分から減じた長さであることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の光スキャナ。
The branch width between the pair of connecting beams opposed across the extension line is smaller than half of the mirror width of the mirror portion on a plane parallel to the reflection surface and perpendicular to the swing axis,
The distance between the center of gravity of the mirror part and the extension line is a length obtained by subtracting half the branch width from half the mirror width. The optical scanner described in.
前記延長線に対して、前記一対の駆動部とは反対側に位置する前記ミラー部の一側端と前記延長線との間の距離が、前記延長線に対して、前記一対の駆動部と同じ側に位置する前記ミラー部の他側端と前記延長線との間の距離とは異なることで、前記ミラー部の重心は、前記延長線に対して、前記一対の駆動部とは反対側に位置することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光スキャナ。   The distance between the one end of the mirror unit located on the opposite side of the pair of drive units with respect to the extension line and the extension line is such that the pair of drive units with respect to the extension line The center of gravity of the mirror part is opposite to the pair of driving parts with respect to the extension line because the distance between the other side end of the mirror part located on the same side and the extension line is different. The optical scanner according to claim 1, which is located in 前記ミラー部が穴、溝、または重りを有することにより、前記ミラー部の重心は、前記延長線に対して、前記一対の駆動部とは反対側に位置することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光スキャナ。   The center of gravity of the mirror part is located on the opposite side to the pair of driving parts with respect to the extension line by the mirror part having a hole, a groove, or a weight. 4. The optical scanner according to any one of 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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