JP2011064928A - 2次元光スキャナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光スキャナ1は、ミラー部2と一対の第1駆動部3A、3Bとを有する可動部4と、第2駆動部5と、基台6と、設置部7と、を備える。第1駆動部3A、3Bが圧電駆動方式により駆動され、可動枠42に軸線AX1を節とする定在的な波形の変形が生じる。第2駆動部5が電磁駆動方式により駆動され、外枠43がZ軸方向に運動し、可動部4は、軸線AX2回りに揺動する。この結果、ミラー部2が軸線AX1回りに揺動されつつ、可動部4が軸線AX2回りに揺動されることで、光スキャナ1は、ミラー部2の反射面21に入射した光束を反射して、2次元走査する。
【選択図】 図1
Description
本発明の第1の実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、図1〜図5を用いて本実施形態の光スキャナ1の外観について説明する。図1は、本実施形態の光スキャナ1の外観を示す図である。図2は、光スキャナ1の上面図である。図3は、図2に示した光スキャナ1のA−A線に従う断面図である。図1、図2、及び図3に示すように、光スキャナ1は、ミラー部2と一対の第1駆動部3A、3Bとを有する可動部4と、第2駆動部5と、基台6と、設置部7と、を備える。なお、図2に示したA−A線は、図1に示した軸線AX1と略一致している。図4は、可動部4の底面を示す図である。図5は、第2駆動部5の磁界発生部5Mを示す斜視図である。
以下、図6を用いて光スキャナ1の電気的構成について説明する。光スキャナ1は、図6に示す駆動制御部8を備える。駆動制御部8は、駆動電圧生成部81と、駆動電流生成部82と、第1駆動制御部83と、第2駆動制御部84と、を備える。駆動電圧生成部81は、調整可能な駆動電圧を生成するもので、第1駆動部3A、3Bの上部電極、及び下部電極に接続される。駆動電流生成部82は、調整可能な駆動電流を生成するもので、第2駆動部5のコイル5Cに接続される。第1駆動制御部83は、駆動電圧生成部81に接続される。第1駆動制御部83は、駆動電圧生成部81を制御し、駆動電圧生成部81に駆動電圧を生成させる。第2駆動制御部84は、駆動電流生成部82に接続される。第2駆動制御部84は、駆動電流生成部82を制御し、駆動電流生成部82に駆動電流を生成させる。駆動電圧生成部81、及び第1駆動制御部83は、第1駆動部3A、3Bを圧電駆動方式により駆動する。駆動電流生成部82、及び第2駆動制御部84は、第2駆動部5を電磁駆動方式により駆動する。なお、駆動電圧生成部81により生成され、第1駆動部3A、3Bに供給される駆動電圧は、時間とともに周期的に変化する駆動信号である。駆動電圧生成部81は、光スキャナ1全系の共振周波数を有する駆動信号を生成し、第1駆動部3A、3Bに供給する。共振周波数を有する駆動信号が第1駆動部3A、3Bに供給されることで、第1駆動部3A、3Bが共振状態で駆動され、ミラー部2が可及的に大きく、且つ高速で揺動される。なお、駆動電流生成部81は、第2駆動部5を非共振状態で駆動するための駆動電流を生成する。これにより第2駆動部5は非共振状態で駆動される。第1駆動部3A、3Bが共振状態で駆動され、第2駆動部5が非共振状態で駆動されることにより、第1駆動部3A、3Bと第2駆動部5とがともに共振状態にて駆動される場合と比較して、光スキャナ1が画像表示装置に適用される場合において、画像表示の制御が容易となる。また、第2駆動部5が共振状態に達せずとも、光スキャナ1を駆動することができる。本実施形態における駆動制御部8が、本発明の駆動制御部の一例である。
図1〜図7を用いて光スキャナ1の動作について説明する。
本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。
第1、第2の実施形態に係る光スキャナ1、201の製造方法について説明する。以後、光スキャナ1、201を総称して「光スキャナ」と記す。他の部材もこれに則り、例えば、ミラー部2、202であれば、ミラー部と記す。なお、可動部と設置部とは以下に示す製造方法により一体形成されており、以下、可動部と設置部とをあわせて可動部と記す。先ず、弾性を有する基板が被エッチング材として準備される。次に、被エッチング材にエッチング処理が施され、可動部が形成される。可動部が形成されると、可動部の表面のうち下部電極が設けられる箇所を除いた領域にレジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されると、白金(Pt)や金(Au)等の金属が、表面にレジスト膜が形成された可動部に蒸着される。この処理により、可動部に金属の下部電極が積層される。下部電極が積層されると、レジスト膜が可動部の表面から除去される。次に圧電体が下部電極上に設けられる。この圧電体設置の処理では、先ず可動部と下部電極との表面のうち、下部電極上に圧電体が設けられる箇所を除いた領域に、レジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されると、圧電材料であるPZTのエアロゾルが、表面にレジスト膜が形成された可動部と下部電極とに吹き付けられる。この処理により、下部電極に、PZTの圧電膜が成膜され、圧電体が形成される。圧電体が形成されると、レジスト膜が可動部と下部電極との表面から除去される。圧電体設置の処理が行われると、上部電極が、圧電体上に設けられる。上部電極積層の処理では、上述の下部電極積層処理と同様の金属蒸着が用いられる。上部電極が圧電体上に積層されると、基板のうちのミラー部が形成される領域にアルミニウム(Al)や金(Au)等の金属膜の反射面が形成される。反射面の形成には、上述の金属蒸着が用いられる。反射面が形成されると、可動部の下側にコイルが接着剤または両面テープなどにより接着される。この際、巻き線状のパターンを有するフレキシブル印刷回路(Flexible Printed Circuit、以後、「FPC」と記す)が事前に別体で作製され、コイルとして可動部の下側に接着される。コイルが接着されると、可動部が、磁界発生部を備えた基台上に設置される。以上の製造方法により、光スキャナが製造される。
第1、第2の実施形態に係る光スキャナ1、201は、レーザプリンタや網膜走査ディスプレイ等の画像表示装置に適用可能である。光スキャナ1、201がこれらの装置に適用される場合、光スキャナ1、201は画像を形成するための画像光を2次元走査する偏向素子として用いられる。本実施形態に係る光スキャナ1、201が用いられることにより、高精度の走査が可能となり、高画質な画像が形成可能となる。
第1、第2の実施形態において、第1駆動部3A、3B、203は、圧電体と、圧電体を挟むように圧電体の上下に設けられる上部電極及び下部電極とにより構成されていた。しかし、これに限らず、第1駆動部が圧電体と圧電体の上部に設けられる上部電極とから構成されていてもよい。この場合、第1の実施形態における可動部4、第2の実施形態における連結板242Bに相当する部材などがステンレス等の金属により形成され、下部電極を兼ねる必要がある。
2 ミラー部
21 反射面
3A、3B 第1駆動部
4 可動部
41 支持梁
42 可動枠
43 外枠
44 延出梁
5 第2駆動部
5C コイル
5C−A、5C−B 辺
5M 磁界発生部
6 基台
6A 凹部
7 設置部
8 駆動制御部
201 光スキャナ
202 ミラー部
221 反射面
203 第1駆動部
204 可動部
241 支持梁
242A 可動板
242B 連結板
243 外枠
244 延出梁
205 第2駆動部
205C コイル
205C−A、205C−B 辺
205M 磁界発生部
206 基台
206A 凹部
207 設置部
208 駆動制御部
Claims (10)
- 第1軸線回りに揺動可能なミラー部と、前記ミラー部を前記第1軸線回りに揺動させるための第1駆動部と、を有する可動部と、
前記可動部を前記第1軸線に直交する第2軸線回りに揺動させるための第2駆動部と、 前記第1駆動部を第1駆動方式により駆動し、前記第2駆動部を第1駆動方式と異なる第2駆動方式により駆動する駆動制御部と、を備え、
前記ミラー部が前記第1駆動部により前記第1軸線回りに揺動されつつ、前記可動部が前記第2駆動部により前記第2軸線回りに揺動されることで、前記ミラー部に入射した光束を反射して、2次元走査する2次元光スキャナ。 - 前記第1駆動部は、圧電体により構成され、
前記駆動制御部は、前記圧電体に駆動信号を供給する前記第1駆動方式により前記第1駆動部を駆動することを特徴とする請求項1に記載の2次元光スキャナ。 - 前記第2駆動部は、コイルと磁界を発生する磁界発生部とにより構成され、
前記駆動制御部は、前記コイルに駆動電流を供給し、前記コイルに供給される前記駆動電流と前記磁界発生部が発生する磁界とを相互作用させる前記第2駆動方式により前記第2駆動部を駆動することを特徴とする請求項2に記載の2次元光スキャナ。 - 前記駆動制御部は、前記圧電体に共振周波数を有する前記駆動信号を供給することで前記第1駆動部を駆動することを特徴とする請求項2または3に記載の2次元光スキャナ。
- 前記駆動制御部は、非共振状態で前記第2駆動部を駆動することを特徴とする請求項3または4に記載の2次元光スキャナ。
- 前記ミラー部は、前記ミラー部に入射した光束を反射する反射面を有し、
前記可動部は、
前記ミラー部に連結し、前記反射面に平行な面上において前記ミラー部の両側から延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁に連結し、前記反射面に平行な面上において前記ミラー部と前記一対の支持梁とを囲う可動枠と、
前記可動枠に連結し、前記反射面に平行な面上において前記ミラー部と前記一対の支持梁と前記可動枠とを囲う外枠と、
前記一対の支持梁に垂直な方向における前記外枠の両側に連結し、前記反射面に平行な面上において前記一対の支持梁に垂直な方向に延出する延出梁と、を有し、
前記圧電体は、前記可動枠の前記一対の支持梁に垂直な方向の両側に設けられ、
前記コイルは、前記外枠上に設けられ、
前記第1駆動部により前記一対の支持梁が捻れ振動され、前記ミラー部が前記第1軸線回りに揺動されつつ、前記第2駆動部により前記延出梁が揺動され、前記可動部が前記第2軸線回りに揺動されることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の2次元光スキャナ。 - 前記圧電体は、前記ミラー部の反射面に垂直な一方向側において前記可動枠の面上に設けられ、
前記コイルは、前記ミラー部の反射面に垂直な他方向側において前記外枠の面上に前記外枠に沿って設けられることを特徴とする請求項6に記載の2次元光スキャナ。 - 前記ミラー部は、前記ミラー部に入射した光束を反射する反射面を有し、
前記可動部は、
前記ミラー部に連結し、前記反射面に平行な面上において前記ミラー部の両側から延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁に各々連結し、前記反射面に平行な面上において前記一対の支持梁に垂直な方向の両側に各々延出する一対の可動板と、
前記一対の可動板の、前記反射面に平行な面上において前記一対の支持梁に垂直な方向の片側に連結する連結板と、
前記連結板に連結し、前記反射面に平行な面上において前記ミラー部と前記一対の支持梁と前記一対の可動板と前記連結板とを囲う外枠と、
前記一対の支持梁に垂直な方向における前記外枠の両側に連結し、前記反射面に平行な面上において前記一対の支持梁に垂直な方向に延出する延出梁と、を有し、
前記圧電体は、前記連結板上に設けられ、
前記コイルは、前記外枠上に設けられ、
前記第1駆動部により前記一対の支持梁が捻れ振動され、前記ミラー部が前記第1軸線回りに揺動されつつ、前記第2駆動部により前記延出梁が揺動され、前記可動部が前記第2軸線回りに揺動されることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の2次元光スキャナ。 - 前記圧電体は、前記ミラー部の反射面に垂直な一方向側において前記連結板の面上に設けられ、
前記コイルは、前記ミラー部の反射面に垂直な他方向側において前記外枠の面上に前記外枠に沿って設けられることを特徴とする請求項8に記載の2次元光スキャナ。 - 前記磁界発生部が配置される凹部を有する基台と、
前記延出梁に連結し、前記基台上に設けられる設置部と、を備え、
前記可動部は、前記凹部の上に位置するように設けられ、
前記磁界発生部は、前記一対の支持梁に平行な方向の磁界を発生し、
前記コイルのうち前記一対の支持梁に垂直な垂直辺に供給される駆動電流と前記磁界発生部が発生する前記一対の支持梁に平行な方向の磁界とによるローレンツ力により前記第2駆動部を駆動することを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の2次元光スキャナ。
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