JP2012078389A - Optical scanner, and image projector equipped with the optical scanner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射したレーザ光を所定方向に走査する光スキャナと、その光スキャナを備える画像投影装置、に関し、さらに詳しくは、光スキャナの所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧の大きさを小さくすることができる光スキャナと、その光スキャナを備える画像投影装置に関する。 The present invention relates to an optical scanner that scans incident laser light in a predetermined direction and an image projection apparatus including the optical scanner. More specifically, the present invention relates to a required drive voltage per predetermined mirror deflection angle of the optical scanner. The present invention relates to an optical scanner that can be made small, and an image projection apparatus including the optical scanner.
光スキャナとは、レーザ光が入射されるミラーを揺動させることでレーザ光を所定方向に走査する装置である。光スキャナは、レーザプリンタ、バーコードリーダ、レーザプロジェクタ、又は網膜走査ディスプレイ等に用いられる。 An optical scanner is a device that scans laser light in a predetermined direction by swinging a mirror on which the laser light is incident. The optical scanner is used in a laser printer, a barcode reader, a laser projector, a retinal scanning display, or the like.
ミラーを所望の振れ角で揺動させるために、所定の大きさの駆動電圧が光スキャナに加えられる。一般的に、光スキャナのミラー振れ角を大きくするためには、光スキャナに加える駆動電圧を大きくする必要がある。このため、光スキャナの消費電力を小さくするためには、所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧を小さくすることが求められる。 A drive voltage of a predetermined magnitude is applied to the optical scanner in order to swing the mirror at a desired swing angle. Generally, in order to increase the mirror deflection angle of the optical scanner, it is necessary to increase the drive voltage applied to the optical scanner. For this reason, in order to reduce the power consumption of the optical scanner, it is required to reduce the required drive voltage per predetermined mirror deflection angle.
駆動電圧を加えることでミラーを揺動させる光スキャナの一例が、特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されている光スキャナとしての光走査装置は、構造体としての基板が台座としての支持部材に片持ち状に支持されている。この台座は、ミラーを所定方向に走査するのに適した固定部品に固定される。 An example of an optical scanner that swings a mirror by applying a driving voltage is disclosed in Patent Document 1. In an optical scanning device as an optical scanner disclosed in Patent Document 1, a substrate as a structure is supported in a cantilever manner on a support member as a base. This pedestal is fixed to a fixed part suitable for scanning the mirror in a predetermined direction.
上記の光スキャナについて、本発明者は、種々の実験を通して、台座と固定部品との固定位置によって所要駆動電圧が異なるという知見を得た。即ち、台座と固定部品との固定位置によっては、所要駆動電圧が大きくなるという問題点があった。 Regarding the above-described optical scanner, the present inventor has obtained the knowledge that the required drive voltage varies depending on the fixing position between the base and the fixing component through various experiments. That is, there is a problem that the required driving voltage increases depending on the fixing position between the base and the fixing component.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧を小さくすることができる光スキャナを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical scanner that can reduce a required drive voltage per predetermined mirror deflection angle.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の光スキャナは、固定部品と固定されて設置される光スキャナであって、前記光スキャナは、入射したレーザ光を反射するミラー部と、前記ミラー部の揺動軸線に沿う第1方向に延び、前記ミラー部の両端に接続される梁部と、前記梁部を支持し、前記ミラー部から離間する第2方向に延びる本体部と、を有す構造体と、前記本体部の前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向において対向する2つの面のうち、一方の面に形成され、駆動電圧の印加により、前記本体部に振動を加え、前記本体部及び前記梁部を介して前記ミラー部を揺動軸線を中心として所定の共振周波数にて揺動させる駆動部と、を備え、前記光スキャナは、前記構造体を片持ち支持する支持面を有し、前記第3方向の前記ミラー部から離間する向きに延びる支持部と、前記支持部と接続され、前記第2方向に平行な面上で延びる台部と、を有す台座をさらに備え、前記台部の第3方向における変形量が前記支持面の第3方向における変形量より小さい領域にて、前記台部の前記第3方向において対向する二つの面のうち前記構造体がある側
とは反対側の面と前記固定部品とは固定されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the optical scanner according to claim 1 is an optical scanner that is fixedly installed to a fixed component, the optical scanner including a mirror unit that reflects incident laser light, and the optical scanner. A beam portion extending in a first direction along the swing axis of the mirror portion and connected to both ends of the mirror portion; and a main body portion supporting the beam portion and extending in a second direction away from the mirror portion. The main body portion is formed on one of the two surfaces facing each other in the third direction orthogonal to the first direction and the second direction of the main body portion, and by applying a driving voltage. And a drive unit that oscillates the mirror unit at a predetermined resonance frequency about an oscillation axis through the main body unit and the beam unit, and the optical scanner includes the structural body. The third direction has a support surface for cantilever support A pedestal comprising: a support portion extending in a direction away from the mirror portion; and a pedestal portion connected to the support portion and extending on a plane parallel to the second direction; and a third direction of the pedestal portion In a region where the amount of deformation is smaller than the amount of deformation in the third direction of the support surface, the surface on the opposite side to the side where the structure is located, of the two surfaces of the base portion facing in the third direction, and the surface The fixed part is fixed.
請求項2に記載の光スキャナは、前記台部は、前記支持面と前記ミラー部との最短距離より、前記支持面と前記台部との最短距離が遠い領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。 The optical scanner according to claim 2, wherein the base portion is fixed to a fixing component in a region where the shortest distance between the support surface and the base portion is farther than a shortest distance between the support surface and the mirror portion. It is characterized by that.
請求項3に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第2方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第1方向に延びる両側方領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。 The optical scanner according to claim 3, wherein the base portion has opposite ends in the second direction, and at both side regions extending in the first direction at one end far from the support surface. It is fixed to a fixed part.
請求項4に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第2方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面に近い一端の前記第1方向に延びる領域の中央領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。 The optical scanner according to claim 4, wherein the platform has opposite ends in the second direction, and a center region of a region extending in the first direction at one end close to the support surface of the both ends. It is characterized by being fixed to a fixed part.
請求項5に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第2方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面に近い一端の前記第1方向に延びる領域の中央領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。 The optical scanner according to claim 5, wherein the base portion has opposite ends in the second direction, and a center region of a region extending in the first direction at one end close to the support surface among the both ends. It is characterized by being fixed to a fixed part.
請求項6に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第2方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第1方向に延びる領域の両側方領域にて固定部品と固定され、前記中央領域は、前記両側方領域より狭いことを特徴とする。 The optical scanner according to claim 6, wherein the base portion has opposite ends in the second direction, and both side regions of a region extending in the first direction at one end far from the support surface among the both ends. The center region is narrower than the both side regions.
請求項7に記載の画像投影装置は、画像信号に応じたレーザ光を出射する光出射部と、前記光出射部から出射されたレーザ光を前記ミラー部に反射させ、所定方向に走査する請求項1〜6のいずれかに記載の光スキャナと、前記光スキャナによって前記所定方向に走査されたレーザ光を、前記所定方向と略直交する方向に走査する第2光スキャナと、前記第2光スキャナによって前記直交する方向に走査されたレーザ光を被投射対象に投射する投射部と、を備えることを特徴とする。 The image projection apparatus according to claim 7, wherein a light emitting unit that emits a laser beam corresponding to an image signal, and the laser beam emitted from the light emitting unit is reflected by the mirror unit and scanned in a predetermined direction. Item 7. The optical scanner according to any one of Items 1 to 6, a second optical scanner that scans laser light scanned in the predetermined direction by the optical scanner in a direction substantially perpendicular to the predetermined direction, and the second light A projection unit that projects the laser beam scanned in the orthogonal direction onto the projection target by a scanner.
請求項1に記載の光スキャナによれば、台部は、台部の第3方向における変形量が支持面の第3方向における変形量より小さい領域にて固定部品と固定される。台部が第3方向における変形量の小さい領域にて固定部品と固定されることで、支持面の第3方向における変形量より変形量が大きな領域にて固定部品と固定する場合と比較して、駆動部によって本体部に加えられた振動力が台座を伝って固定部品に発散しにくい。このため、支持面の第3方向における変形量より変形量が大きな領域にて固定部品と固定する場合と比較して、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。 According to the optical scanner of the first aspect, the pedestal is fixed to the fixed component in a region where the amount of deformation of the pedestal in the third direction is smaller than the amount of deformation of the support surface in the third direction. Compared to the case where the base part is fixed to the fixed component in the region where the deformation amount is small in the third direction, and is fixed to the fixed component in the region where the deformation amount is larger than the deformation amount in the third direction of the support surface. The vibration force applied to the main body by the drive unit is less likely to diverge to the fixed component through the pedestal. For this reason, the required drive voltage of the optical scanner can be reduced as compared with the case where the fixing part is fixed in a region where the deformation amount is larger than the deformation amount in the third direction of the support surface.
請求項2に記載の光スキャナによれば、台部は、支持面とミラー部との最短距離より、支持面と台部との最短距離が遠い領域にて固定部品と固定される。支持面から遠い台部は構造体及び台座に振動力を与える駆動部から遠い。このために、支持面から遠い台部は、支持面に近い台部と比較して、変形量が小さい。その結果、振動力が台部を伝って固定部品に発散しにくい。このため、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。 According to the optical scanner of the second aspect, the pedestal is fixed to the fixed component in a region where the shortest distance between the support surface and the base is farther than the shortest distance between the support surface and the mirror. The base part far from the support surface is far from the driving part that applies vibration force to the structure and the base. For this reason, a base part far from a support surface has a small deformation amount compared with a base part close to the support surface. As a result, the vibration force is unlikely to diverge to the fixed part through the base. For this reason, the required drive voltage of the optical scanner can be reduced.
請求項3に記載の光スキャナによれば、台部は、第2方向において対向する両端のうち、支持面から遠い一端の第1方向における両側方領域にて固定部品と固定される。支持面から遠い一端の中で、第1方向における中央領域は振動の腹となる。このため、第1方向における中央領域は、前記両側方領域と比較して変形量が大きい。このため、前記中央領域と固定部品とを固定すると、光スキャナの所要駆動電圧が大きくなる。一方、前記両側方領域は振動の節となる。このため、前記両側方領域は支持面から遠い一端の中で変形量
が比較的小さい。このため、台部の前記両側方領域と固定部品とを固定することで、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。
According to the optical scanner of the third aspect, the pedestal is fixed to the fixed component in both side regions in the first direction at one end far from the support surface among the opposite ends in the second direction. In one end far from the support surface, the central region in the first direction becomes a vibration antinode. For this reason, the central region in the first direction has a larger deformation amount than the both side regions. For this reason, if the said center area | region and fixing components are fixed, the required drive voltage of an optical scanner will become large. On the other hand, the both side regions serve as vibration nodes. For this reason, the deformation amount of the both side regions is relatively small in one end far from the support surface. For this reason, the required drive voltage of an optical scanner can be made small by fixing the said both sides area | region of a base part, and a fixing component.
請求項4に記載の光スキャナによれば、台座は1対のハネ部を有し、1対のハネ部は支持面に近い側の領域にて固定部品と固定される。前記1対のハネ部の中で前記支持面から遠い側の領域は振動の腹となる。このため、前記支持面から遠い側の領域は変形量が大きく、光スキャナの所要駆動電圧が大きくなる。一方、前記1対のハネ部の各ハネ部の前記支持面から近い側の領域は振動の節となる。このため、前記支持面から近い側の領域は前記支持面から遠い側と比較して変形量が小さい。このため、前記支持面から近い側の領域と固定部品とを固定することで、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。また、前記支持面に近い側の領域と固定部品とを固定することにより、固定部品と台座との接合力が強化される。その結果、過度な衝撃が光スキャナに加わることによって固定部品と台座とが分離されることを防ぐことができる。また、駆動部と駆動部を制御するための制御回路とをつなぐ接続部品を1対のハネ部の各ハネ部に載置し、ワイヤーボンディング等により駆動部と接続部品とを電気的に接続することで、容易に駆動部に駆動電圧を加えることができる。 According to the optical scanner of the fourth aspect, the pedestal has a pair of honey portions, and the pair of honey portions is fixed to the fixing component in a region near the support surface. A region farther from the support surface in the pair of honey portions becomes an antinode of vibration. For this reason, the region far from the support surface has a large amount of deformation, and the required drive voltage of the optical scanner increases. On the other hand, the region of the pair of honey portions closer to the support surface of each honey portion becomes a vibration node. For this reason, the deformation | transformation amount is small compared with the side far from the said support surface in the area | region near the said support surface. For this reason, the required drive voltage of the optical scanner can be reduced by fixing the region closer to the support surface and the fixed component. Further, by fixing the region close to the support surface and the fixed component, the bonding force between the fixed component and the pedestal is strengthened. As a result, it is possible to prevent the fixed component and the base from being separated due to an excessive impact applied to the optical scanner. In addition, a connection component that connects the drive unit and a control circuit for controlling the drive unit is placed on each of the pair of honey portions, and the drive unit and the connection component are electrically connected by wire bonding or the like. Thus, the drive voltage can be easily applied to the drive unit.
請求項5に記載の光スキャナによれば、台部は、第2方向において対向する両端のうち、支持面に近い一端の第1方向の中央領域にて固定部品と固定される。前記支持面から近い一端の中で、第1方向における両側方領域は振動の腹となる。このため、第1方向における両側方領域は変形量が大きく、光スキャナの所要駆動電圧が大きくなる。一方、第1方向における中央領域はわずかに振動の節となる。このため、第1方向における中央領域の変形量は、第1方向における両側方領域の変形量と比較して小さい。このため、前記中央領域と固定部品とを固定した場合、前記両側方領域と固定部品とを固定した場合と比較して、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。また、台部の第2方向において対向する両端のうち支持面から遠い一端が固定されている場合、支持面から近い一端の第1方向の中央領域と、支持面から遠い一端と、は、第2方向において互いに反対側に固定される。このため、第2方向において同じ側に固定された場合と比較して、光スキャナの振動が安定する。また、前記中央領域にて固定することにより、第2方向において同じ側に固定された場合と比較して、台部の前記反対側の面全体に対する偏りがなくなる。その結果、固定部品と台部との接合力が強化される。そして、過度な衝撃が光スキャナに加わることによって固定部品と台部とが分離されることを防ぐことができる。 According to the optical scanner of the fifth aspect, the pedestal is fixed to the fixed component in the central region in the first direction at one end close to the support surface among the opposite ends in the second direction. In one end close to the support surface, both side regions in the first direction become vibration antinodes. For this reason, the deformation amount is large in both side regions in the first direction, and the required driving voltage of the optical scanner is increased. On the other hand, the central region in the first direction is slightly a vibration node. For this reason, the amount of deformation of the central region in the first direction is smaller than the amount of deformation of the side regions in the first direction. For this reason, when the central region and the fixed component are fixed, the required driving voltage of the optical scanner can be reduced as compared with the case where the both side regions and the fixed component are fixed. In addition, when one end far from the support surface is fixed among the opposing ends in the second direction of the base, the central region in the first direction at one end near the support surface and the one end far from the support surface are They are fixed on opposite sides in the two directions. For this reason, the vibration of the optical scanner is stabilized as compared with the case of being fixed on the same side in the second direction. Moreover, by fixing in the said center area | region, compared with the case where it fixes to the same side in a 2nd direction, the bias | inclination with respect to the whole surface of the said opposite side of a base part is lose | eliminated. As a result, the bonding force between the fixed component and the base is enhanced. And it can prevent that a fixed component and a base part isolate | separate by applying an excessive impact to an optical scanner.
請求項6に記載の光スキャナによれば、支持面に近い一端の中央領域は、支持面から遠い一端の両側方領域より狭い。一般的に、固定領域を大きくすればするほど、駆動部による振動が固定部品に分散されやすく、その結果所要駆動電圧は大きくなる。また、台部の第2方向における両端のうち、支持面に近い一端は支持面から遠い一端と比較して変形量が大きい。このため、前記中央領域を前記両側方領域より小さくすることで、光スキャナの所要駆動電圧を一層小さくすることができる。 According to the optical scanner of the sixth aspect, the central region at one end close to the support surface is narrower than the both side regions at one end far from the support surface. In general, the larger the fixed region, the more easily the vibration caused by the drive unit is distributed to the fixed components, and as a result, the required drive voltage increases. In addition, of both ends of the base portion in the second direction, one end close to the support surface has a larger amount of deformation than one end far from the support surface. For this reason, the required drive voltage of the optical scanner can be further reduced by making the central region smaller than the both side regions.
本発明の一側面を反映した実施形態について、図面を用いて以下に詳細に説明する。本発明の一側面は以下に記載の構成に限定されるものではなく、同一の技術的思想において種々の構成を採用することができる。例えば、以下に説明する各構成において、所定の構成を省略し、または他の構成などに置換してもよい。また、他の構成を含むようにしてもよい。 Embodiments reflecting one aspect of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. One aspect of the present invention is not limited to the configuration described below, and various configurations can be employed in the same technical idea. For example, in each configuration described below, a predetermined configuration may be omitted or replaced with another configuration. Moreover, you may make it include another structure.
[光スキャナ100の構成]
図1を用いて光スキャナ100について説明する。図1は、光スキャナ100の平面図である。図1に示すように、光スキャナ100は、構造体110と、圧電駆動部120と、台座130と、を備える。光スキャナ100において、圧電駆動部120が構造体110の共振周波数にて周期的に伸縮することで、構造体110に板波振動が励起される。この板波振動が構造体110の本体部113を伝達し、構造体110のミラー部111を揺動させることで、光スキャナ100は駆動される。
[Configuration of Optical Scanner 100]
The
[構造体110の構成]
図2を用いて、構造体110と圧電駆動部120との構成を説明する。図2は、構造体110と圧電駆動部120との平面図である。構造体110は、ミラー部111と、捩れ梁部112A、112Bと、本体部113と、を有する。構造体110は、プレス加工を用いて、厚さ数十から数百μmのステンレスの金属板に対して、上記各構成を形成することで製造される。
[Configuration of Structure 110]
The structure of the
方向について定義する。構造体110の厚み方向がZ方向、ミラー部111の揺動軸線L1に平行な方向がX方向、捻れ梁部112A、112Bの端部から本体部113が延びる方向がY方向、とそれぞれ定義される。以下、構造体110に含まれる各構成について説明する。
Define the direction. The thickness direction of the
ミラー部111は、揺動軸線L1を中心として、数万Hzの共振周波数で揺動する。ミラー部111は、Z方向から見て円形に形成される。ミラー部111のZ方向負側の面は、入射した光を反射するように、鏡面研磨がなされている。 The mirror unit 111 swings at a resonance frequency of tens of thousands of Hz around the swing axis L1. The mirror unit 111 is formed in a circular shape when viewed from the Z direction. The surface on the negative side in the Z direction of the mirror unit 111 is mirror-polished so as to reflect incident light.
捩れ梁部112A、112Bは、ミラー部111の両側に接続され、揺動軸線L1に平行に延びる。捩れ梁部112Aは、ミラー部111からX方向正側に延びる。捩れ梁部112Bは、ミラー部111からX方向負側に延びる。
The
本体部113は、耳部分113A1、113A2と、中心部分113Bと、接続部分113Cと、を有する。耳部分113A1は、捩れ梁部112AのX方向正側の端部と接続される。耳部分113A2は、捩れ梁部112BのX方向負側の端部と接続される。耳部分113A1、113A2は、耳部分113A1、113A2の捩れ梁部112A、112Bが接続される位置から、Y方向負側に延びる。耳部分113A1は、中心部分113BのY方向正側の辺において、中心部分113BのX方向正側の端部に接続される。耳部分113A2は、中心部分113BのY方向正側の辺において、中心部分113BのX方向負側の端部に接続される。中心部分113Bは、構造体110の中心部分に位置する。中心部分113Bは、Z方向正側から見て四角形状の中心本体部113B1と、中心本体部113B1のY方向負側の辺からY方向負側にテーパ状に狭く形成される中心テーパ部
113B2と、を備える。中心本体部113B1のZ方向正側の面は、圧電駆動部120が接着される。中心テーパ部113B2のY方向負側の辺は、接続部分113Cと接続される。接続部分113Cは、Z方向から見て四角形状である。接続部分113CのY方向正側の一端のX方向の中央と、中心テーパ部113B2のY方向負側の一端と、は接続される。接続部分113Cは、台座130に固定される。
The
圧電駆動部120は、中心本体部113B1のZ方向正側の面に設けられる。圧電駆動部120は、例えば、厚さ30μm〜100μmの平板状に成形され圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛の両面に対して、電極層として金又は白金を0.2μm〜0.6μm積層することで形成される。圧電駆動部120と中心本体部113B1とは、導電性接着剤で接着される。導電性接着剤は、例えば、エポキシ系の合成樹脂製の基剤内に、銀で構成された円盤状の金属フィラーを分散させたものである。
The
[台座130の構成]
図3を用いて、台座130について説明する。図3(A)は、台座130の平面図である。図3(B)は、図3(A)に示す台座130をA−A線に沿って破断した断面図である。図3(C)は、台座130の底面図である。台座130は、図3(A)に示されるように、Z方向正側から見て十字型に形成される。台座130は、ステンレスで構成されている。図3(A)(B)に示すように、台座130は、台部133と、支持部132と、1対のハネ部131A、131Bと、を備える。
[Configuration of Pedestal 130]
The
図3(A)に示すように、台部133は、Z方向から見て四角形状に形成される。図3(B)に示すように、台部133は、1対のハネ部131A、131BのZ方向負側の面と比較して、Z方向負側に数μm突出した突出部133Aを備える。台部133のZ方向負側の突出部133Aの周りの面133Fは、後述する固定部品200と接着される。図3(C)に示すように、台部133は、Z方向から見て楕円形の貫通孔HL1と、Z方向から見て矩形の貫通孔HL2と、が設けられる。貫通孔HL1は、構造体110のミラー部111のZ方向負側に位置する。図示しない光出射装置から出射されたレーザ光は、貫通孔HL1を通過して、鏡面研磨されたミラー部111のZ方向負側の面に入射され、水平方向に反射される。貫通孔HL2は、中心テーパ部113B2のZ方向負側に位置する。貫通孔HL2は、光スキャナ100の製造工程において用いられる。
As shown in FIG. 3A, the
図3(A)に示すように、支持部132は、台部133の縁から□型にZ方向正側に延びる。支持部132のY方向負側のZ方向正側の面132Fと、構造体110の接続部分113CのZ方向負側の面とは、接続される。
As shown in FIG. 3A, the
図3(A)に示すように、1対のハネ部131A、131Bは、台部133のX方向の両側のY方向における中央から、ミラー部111から離間する向きに突出して、Y方向に延びて設けられる。図3(B)に示すように、ハネ部131AのX方向負側の一端は、Z方向正側に突出して形成される。ハネ部131BのX方向正側の一端は、Z方向正側に突出して形成される。
As shown in FIG. 3A, the pair of
[固定部品200と台座130との接着領域]
図4を用いて、固定部品200と台座130との接着領域について説明する。図4(A)は、固定部品200と台座130との側面図である。図4(B)は、固定部品200と台座130との接着領域を示す平面図である。図4(A)に示すように、固定部品200は、台部133のZ方向負側の突出部133Aの周りの面133Fと接着剤を用いて固定される。接着剤は、アクリル樹脂からなる。図4(B)に示すように、固定部品200と台座130とは、所定の接着領域FF1、FF2、FF3、FF4、FF5にて接着される。接着領域FF1は、台部133のY方向正側の一端のX方向における両側のうちX方
向負側の領域である。接着領域FF2は、台部133のY方向正側の一端のX方向における両側のうちX方向正側の領域である。接着領域FF3は、台座130のハネ部131BのY方向における両側のうち、Y方向負側の領域である。接着領域FF4は、台座130のハネ部131AのY方向における両側のうち、Y方向負側の領域である。接着領域FF5は、台部133のY方向負側の一端のX方向に延びる領域における中央領域である。
[Adhesion Area between
The adhesion area | region of the
〔光スキャナ100駆動時の変形量〕
図5を用いて、光スキャナ100の駆動時での台座130のZ方向における変形量の大きさの違いについて説明する。図5は、光スキャナ100の駆動時での台座130のZ方向における変形量の大きさの状況を示す図である。図5のZ方向における変形量の大きさは、インテリスウィートを用いて実験した結果である。図5に示す領域BF1、BF2(縦線部分)は、台座130のZ方向における変形量の平均変形量に対してZ方向における変形量が小さい領域である。領域BF1は、台部133のY方向正側の一端のX方向における両側のうちX方向負側から、ハネ部131AのY方向負側までをほぼ帯状に延びる領域である。領域BF2は、台部133のY方向正側の一端のX方向における両側のうちX方向正側から、ハネ部131BのY方向負側までをほぼ帯状に延びる領域である。図5に示すように、接着領域FF1、FF2、FF3、FF4に相当する領域は、領域BF1、BF2内にある。領域BF1、BF2は、台座130の他の領域と比較して、光スキャナ100の駆動時のZ方向における変形量が小さい。変形量が小さい領域は、変形量が大きい領域と比較して、圧電駆動部120による構造体110への振動力が台座130を介して固定部品へと発散しにくい。ゆえに、変形量が小さい領域は、変形量が大きい領域と比較して、固定部品と固定されて所定の駆動電圧をかけた際のミラー振れ角が大きい。
[Deformation amount when driving optical scanner 100]
The difference in the amount of deformation in the Z direction of the
図6を用いて、固定部品と台座との接着領域の違いによるミラー部111の振れ角変化について説明する。図6(A)は、固定部品と台座との接着領域の違いによる振れ角変化を示すグラフである。図6(B)は、固定部品と台座との接着領域の違いによる振れ角変化率を示すグラフである。実験は、所定の振れ角を測定可能な評価装置を用いて、一定の駆動電圧に対する振れ角を測定した。また、数値計算は、インテリスウィートを用いた。実験は、イニシャル、ミラー側のみ、溶接側のみ、の3パターンで、試行回数3回、行われた。イニシャルとは、台座130と固定部品200とを接着せず治具で固定した場合の実験結果である。ミラー側のみとは、ミラー部111に近接した接着領域FF1、FF2のみで固定部品200と台座130とを固定した場合である。溶接側のみとは、台座130のY方向負側の一端のX方向における両側方領域のみで固定部品200と台座130とを固定した場合である。図6(A)を見てみると、イニシャルの場合の振れ角は、平均して27°前後であるのに対し、ミラー側のみの振れ角は、平均30°前後である。図6(B)を見てみると、ミラー側のみの振れ角変化率は、イニシャルの振れ角変化率と比較して、平均10%前後高くなっている。一方、図6(A)に示すように、ミラー側のみのY方向における反対側にあたる溶接側のみの振れ角は、平均23°前後である。図6(B)を見てみると、溶接側のみの振れ角変化率は、イニシャルの振れ角変化率と比較して、平均20%前後低くなっている。このように、ミラー側のみ接着した場合の光スキャナ100は、溶接側のみ接着した場合の光スキャナと比較して、所要駆動電圧に対する振れ角が大きい。即ち、ミラー側のみ接着した場合の光スキャナ100は、溶接側のみ接着した場合の光スキャナと比較して、所定のミラー振れ角を得るための所要駆動電圧の大きさが小さい。図6より、Z方向における変形量の少ない領域FF1、FF2と固定部品200とを接着することで、Z方向における変形量の大きい領域と固定部品200とを接着した場合と比較して、光スキャナの所要駆動電圧の大きさが小さくなることは明らかである。
The change in the deflection angle of the mirror unit 111 due to the difference in the adhesion area between the fixed component and the pedestal will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a graph showing a change in deflection angle due to a difference in the adhesion region between the fixed component and the pedestal. FIG. 6B is a graph showing the rate of change of the deflection angle due to the difference in the adhesion region between the fixed component and the pedestal. In the experiment, the deflection angle with respect to a fixed driving voltage was measured using an evaluation apparatus capable of measuring a predetermined deflection angle. In addition, Intelli Sweet was used for the numerical calculation. The experiment was performed three times with three patterns of initial, only the mirror side, and only the welding side. The initial is an experimental result when the
〔使用例〕
本実施形態の光スキャナ100は、例えば特開2010−79104号公報記載の網膜走査ディスプレイの頭部装着ユニットに組み込まれて使用される。光スキャナ100は、
網膜走査ディスプレイの光ファイバから出射されたレーザ光を高速水平走査する光走査素子として使用される。網膜走査ディスプレイは、画像信号に応じたレーザ光を出射する光出射部と、光出射部から出射されたレーザ光をミラー部111に反射させ、水平方向に走査する光スキャナ100と、光スキャナ100によって水平方向に走査されたレーザ光を水平方向と直交する垂直方向に走査する第2光スキャナと、第2光スキャナによって垂直方向に走査されたレーザ光をユーザの瞳孔に投射する投射部と、を備える。光出射部は、画像信号に応じたレーザ光を生成し、レーザ光を出射する。光出射部から出射されたレーザ光は、光スキャナ100のミラー部111にて反射され、水平方向に走査される。光スキャナ100によって水平方向に走査されたレーザ光は、第2光スキャナの第2ミラー部にて反射され、水平方向と直交する垂直方向に走査される。水平方向と直交する垂直方向に走査されたレーザ光は、投射部に出射され、投射部によってユーザの瞳孔に投射される。これにより、ユーザは、画像信号によって変調されたレーザ光を視認することができる。本実施形態における網膜走査ディスプレイ、光出射部、第2光スキャナ、及び投射部は、順に本発明における画像投影装置、光出射部、第2光スキャナ、及び投射部の一例である。本実施形態におけるユーザの瞳孔は、本発明における被投射対象の一例である。本実施形態における水平方向、及び垂直方向は、順に本発明における所定方向、及び所定方向と略直交する方向の一例である。
〔Example of use〕
The
It is used as an optical scanning element that performs high-speed horizontal scanning of laser light emitted from an optical fiber of a retinal scanning display. The retinal scanning display includes a light emitting unit that emits laser light according to an image signal, an
〔変形例〕
本実施形態の台座130とは異なる台座130Bについて図7を用いて説明する。図7は、台座130Bの底面図である。台座130Bは、台座130のハネ部131A、131Bを除いた形状を有する。図8は、台座130Bの光スキャナ駆動時のZ方向における変形量の小さな領域を示す図である。図8の所定の領域BB1、BB2、BB3(縦線部分)のZ方向における変形量は、Z方向の平均変形量と比較して小さい。領域BB1は、Y方向正側の一端のX方向負側領域から、貫通孔HL1のX方向負側のY方向において中央までをほぼ帯状に延びる領域である。領域BB2は、Y方向正側の一端のX方向正側領域から、貫通孔HL1のX方向正側のY方向において中央までをほぼ帯状に延びる領域である。領域BB3は、Y方向負側の一端のX方向における中央領域である。固定部品200との接着領域FF6、FF7、FF8は、領域BB1、BB2、BB3内にそれぞれある。接着領域FF6は、台部133の面133FにおいてY方向正側の一端のX方向における両側方領域のうち、X方向負側の領域である。接着領域FF7は、台部133の面133FにおいてY方向正側の一端のX方向における両側方領域のうち、X方向正側の領域である。接着領域FF8は、台部133の面133FにおいてY方向負側の一端のX方向における中央領域である。Z方向における変形量が小さい領域FF6、FF7と固定部品200とを接着することで、所要駆動電圧を小さくすることができる。Y方向において領域FF6、FF7の反対側にある領域FF8と、固定部品200と、を接着することで、構造体110及び台座130Bの振動が安定する。また、台座130Bと固定部品200との接着が剥がれ、台座130Bと固定部品200とが分離することを防ぐことができる。台座130Bにおいても、台座130と同様に、Z方向における変形量が比較的小さい領域と固定部品200とが接着されているため、Z方向における変形量が大きい領域と固定部品200とを接着した場合と比較して、所要駆動電圧の大きさを小さくすることができる。
[Modification]
A
本実施形態においては、構造体はプレス加工によって形成されたが、構造体は例えばエッチング加工等の他の除去加工によって形成してもよい。本実施形態においては、構造体はステンレスであったが、構造体はシリコンウエハなどの非金属材料によって形成されても差し支えない。この場合、非金属材料の構造体の表面は、金属薄膜などの導電層が設けられると圧電駆動部に駆動電圧を伝達しやすくなる。本実施形態においては、圧電駆動部は、チタン酸ジルコン酸鉛であったが、圧電材料であればよい。本実施形態においては、台座はステンレスであったが、台座はチタン等の弾性を有す金属であればよい。本実施形
態においては、ミラー部111は円形に形成されたが、ミラー部111は、例えば楕円又は多角形であってもよい。本実施形態において固定部品200と台座130とを接着する接着剤は、アクリル樹脂からなるが、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等、合成樹脂であればよい。本実施形態において圧電駆動部120と構造体110とを接着する導電性接着剤は、シリコン樹脂製の基剤内に銀で構成された金属フィラーを分散させたものであったが、基剤はエポキシ樹脂、アクリル樹脂等、合成樹脂であればよいし、フィラーは金、銅等、金属であればよい。
In the present embodiment, the structure is formed by pressing, but the structure may be formed by other removal processing such as etching. In the present embodiment, the structure is stainless steel, but the structure may be formed of a non-metallic material such as a silicon wafer. In this case, when a conductive layer such as a metal thin film is provided on the surface of the non-metallic material structure, the driving voltage can be easily transmitted to the piezoelectric driving unit. In this embodiment, the piezoelectric drive unit is lead zirconate titanate, but any piezoelectric material may be used. In the present embodiment, the pedestal is made of stainless steel, but the pedestal may be made of a metal having elasticity such as titanium. In the present embodiment, the mirror unit 111 is formed in a circular shape, but the mirror unit 111 may be, for example, an ellipse or a polygon. In the present embodiment, the adhesive that bonds the fixed
本実施形態におけるX方向、Y方向及びZ方向は、順に本発明における第1方向、第2方向、及び第3方向の一例である。本実施形態における固定部品200、光スキャナ100、構造体110、圧電駆動部120、及び台座130は、順に本発明における固定部品、光スキャナ、構造体、駆動部、及び台座の一例である。本実施形態におけるミラー部111、及び本体部113は、順に本発明におけるミラー部、及び本体部の一例である。本実施形態における捻れ梁部112A、112Bは、本発明における梁部の一例である。本実施形態における支持部132、及び台部133は、本発明における支持部、及び台部の一例である。本実施形態における1対のハネ部131A、131Bは、本発明における1対のハネ部の一例である。本実施形態における支持部132のY方向負側のZ方向正側の面132Fは、本発明における支持面の一例である。本実施形態における周りの面133Fは、本発明における反対側の面の一例である。本実施形態における揺動軸線L1は、本発明における揺動軸線の一例である。本実施形態における接着領域FF1、FF2は、本発明における支持面から遠い一端の第1方向に延びる両側方領域の一例である。本実施形態における接着領域FF1、FF2は、支持面と台部との最短距離が遠い領域の一例である。本実施形態における接着領域FF3、FF4は、本発明における第2方向における両側方領域のうち、前記支持面に近い側の領域の一例である。本実施形態における接着領域FF5は、本発明における、支持面に近い一端の第1方向に延びる領域の中央領域の一例である。本実施形態における接着領域FF6、FF7は、本発明における支持面から遠い一端の前記第1方向に延びる両側方領域の一例である。本実施形態における接着領域FF8は、本発明における第1方向に延びる領域の中央領域の一例である。本実施形態における接着領域FF1、FF2、FF3、FF4、FF5、FF6、FF7、FF8は、台部の第3方向における変形量が支持面の第3方向における変形量より小さい領域の一例である。本実施形態における台座130Bは、本発明における台座の一例である。本実施形態における中心本体部113B1のZ方向正側の面は、本発明における一方の面の一例である。
The X direction, the Y direction, and the Z direction in the present embodiment are examples of the first direction, the second direction, and the third direction in the present invention in order. The fixed
100 光スキャナ
110 構造体
111 ミラー部
112A、112B 捩れ梁部
113 本体部
120 圧電駆動部
130、130B 台座
131A、131B 1対のハネ部
132 支持部
132F 支持面
133 台部
200 固定部品
L1 揺動軸線
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光スキャナは、
入射したレーザ光を反射するミラー部と、
前記ミラー部の揺動軸線に沿う第1方向に延び、前記ミラー部の両端に接続される梁部と、
前記梁部を支持し、前記ミラー部から離間する第2方向に延びる本体部と、
を有す構造体と、
前記本体部の前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向において対向する2つの面のうち、一方の面に形成され、駆動電圧の印加により、前記本体部に振動を加え、前記本体部及び前記梁部を介して前記ミラー部を揺動軸線を中心として所定の共振周波数にて揺動させる駆動部と、を備え、
前記光スキャナは、
前記構造体を片持ち支持する支持面を有し、前記第3方向の前記ミラー部から離間する向きに延びる支持部と、
前記支持部と接続され、前記第2方向に平行な面上で延びる台部と、
を有す台座をさらに備え、
前記台部の第3方向における変形量が前記支持面の第3方向における変形量より小さい領域にて、前記台部の前記第3方向において対向する二つの面のうち前記構造体がある側とは反対側の面と前記固定部品とは固定されることを特徴とする光スキャナ。 An optical scanner installed fixedly with a fixed part,
The optical scanner is
A mirror part for reflecting the incident laser beam;
A beam portion extending in a first direction along the swing axis of the mirror portion and connected to both ends of the mirror portion;
A main body that supports the beam and extends in a second direction away from the mirror;
A structure having
The main body is formed on one of the two surfaces facing each other in the first direction and the third direction orthogonal to the second direction, and by applying a driving voltage, the main body is vibrated, A drive unit that oscillates the mirror unit at a predetermined resonance frequency about the oscillation axis through the main body unit and the beam unit,
The optical scanner is
A support portion that cantilever-supports the structure, and a support portion extending in a direction away from the mirror portion in the third direction;
A base connected to the support and extending on a plane parallel to the second direction;
Further equipped with a pedestal,
In a region where the amount of deformation in the third direction of the base portion is smaller than the amount of deformation in the third direction of the support surface, the side where the structure is located among two surfaces of the base portion facing in the third direction; The optical scanner is characterized in that the opposite surface and the fixed part are fixed.
前記支持面と前記ミラー部との最短距離より、前記支持面と前記台部との最短距離が遠い領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項1に記載の光スキャナ。 The platform is
The optical scanner according to claim 1, wherein the optical scanner is fixed to a fixed component in a region where the shortest distance between the support surface and the base portion is farther than the shortest distance between the support surface and the mirror portion.
前記第2方向において対向する両端を有し、
その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第1方向に延びる両側方領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項2に記載の光スキャナ。 The platform is
Having opposite ends in the second direction,
3. The optical scanner according to claim 2, wherein the optical scanner is fixed to a fixed component at both end regions extending in the first direction at one end far from the support surface.
前記台部の前記第1方向における両側から突出する1対のハネ部を有し、
前記1対のハネ部は、
前記第2方向における両側方領域のうち、前記支持面に近い側の領域にて固定部品と固定され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 pedestal is
A pair of honey portions projecting from both sides of the base portion in the first direction;
The pair of honey portions is
The optical scanner according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical scanner is fixed to a fixed component in a region closer to the support surface in both side regions in the second direction.
前記第2方向において対向する両端を有し、
その両端のうち、前記支持面に近い一端の前記第1方向に延びる領域の中央領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光スキャナ。 The platform is
Having opposite ends in the second direction,
5. The optical scanner according to claim 1, wherein the optical scanner is fixed to a fixed component in a central region of a region extending in the first direction at one end near the support surface among both ends thereof.
前記第2方向において対向する両端を有し、
その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第1方向に延びる領域の両側方領域にて固定部品と固定され、
前記中央領域は、前記両側方領域より狭いことを特徴とする請求項5に記載の光スキャナ。 The platform is
Having opposite ends in the second direction,
Of the both ends, fixed to the fixing component in both side regions of the region extending in the first direction at one end far from the support surface,
The optical scanner according to claim 5, wherein the central region is narrower than the both side regions.
前記光出射部から出射されたレーザ光を前記ミラー部に反射させ、所定方向に走査する請求項1〜6のいずれかに記載の光スキャナと、
前記光スキャナによって前記所定方向に走査されたレーザ光を、前記所定方向と略直交する方向に走査する第2光スキャナと、
前記第2光スキャナによって前記直交する方向に走査されたレーザ光を被投射対象に投射する投射部と、
を備えることを特徴とする画像投影装置。 A light emitting section for emitting laser light according to the image signal;
The optical scanner according to claim 1, wherein the laser beam emitted from the light emitting unit is reflected on the mirror unit and scanned in a predetermined direction.
A second optical scanner that scans laser light scanned in the predetermined direction by the optical scanner in a direction substantially perpendicular to the predetermined direction;
A projection unit that projects the laser beam scanned in the orthogonal direction by the second optical scanner onto a projection target;
An image projection apparatus comprising:
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JP2015176052A (en) * | 2014-03-17 | 2015-10-05 | 株式会社リコー | Optical deflector, optical scanning device, image forming device, and image projection device |
WO2018122916A1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | オリンパス株式会社 | Optical fiber scanning device and endoscope |
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