JP2012237788A - Optical scanner and image projection device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置および画像投影装置に関し、特に、2次元走査の光走査装置およびそれを備えた画像投影装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and an image projection device, and more particularly, to a two-dimensional scanning optical scanning device and an image projection device including the same.
レーザー光等の光線を偏光・走査する光走査装置は、画像投影装置やレーザープリンタ等の光学機器に利用されている。この光走査装置については、多角柱ミラーをモーターで回転させて反射光を走査するポリゴンミラーや、平面ミラーを電磁アクチュエーターによって回転振動させるガルバノミラー等を有するものがある。しかし、このような光走査装置においては、ミラーをモーターや電磁アクチュエーターで駆動する機械的な駆動機構が必要となるが、その駆動機構はサイズが比較的大きく、また高価であることから、光走査装置の小型化を阻害するとともに高価格化を招くといった問題がある。 An optical scanning device that polarizes and scans a light beam such as a laser beam is used in an optical apparatus such as an image projection device or a laser printer. Some of these optical scanning devices include a polygon mirror that scans reflected light by rotating a polygonal column mirror with a motor, a galvano mirror that rotates and vibrates a plane mirror by an electromagnetic actuator, and the like. However, in such an optical scanning device, a mechanical drive mechanism for driving the mirror by a motor or an electromagnetic actuator is required. However, since the drive mechanism is relatively large and expensive, the optical scanning is performed. There is a problem that downsizing of the apparatus is hindered and the price is increased.
そこで、光走査装置の小型化、低価格化および生産性の向上を図るために、半導体製造技術を応用した、シリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術を用いてミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の光走査装置(いわゆる、MEMSミラー)の開発が進んでいる。 Therefore, in order to reduce the size, cost and productivity of optical scanning devices, components such as mirrors and elastic beams using micromachining technology that microfabricates silicon and glass using semiconductor manufacturing technology. Development of an optical scanning device (so-called MEMS mirror) of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) in which is integrally formed.
そして、1次元走査の光走査装置を2組配置し、各々のミラーで反射される光線をそれぞれ水平走査、垂直走査とすることにより、投影面に2次元画像を表示させる画像投影装置がある。また、水平走査および垂直走査ができる2次元走査の光走査装置を用いれば、1組でラスター走査(水平走査および垂直走査)ができ、小型化および低価格化に繋がる。 There is an image projection apparatus in which two sets of one-dimensional scanning optical scanning apparatuses are arranged, and light rays reflected by the respective mirrors are respectively set to horizontal scanning and vertical scanning to display a two-dimensional image on a projection surface. In addition, if a two-dimensional scanning optical scanning device capable of horizontal scanning and vertical scanning is used, raster scanning (horizontal scanning and vertical scanning) can be performed in one set, which leads to reduction in size and cost.
ここで、画像投影装置の品質を決める要素の1つに、出力画像や入力画像の位置を高精度に制御することがある。この制御のためにはミラーの角度を正確に検出する必要がある。そのため、従来、ミラーの角度を検出するために、ピエゾ抵抗素子を用いた光走査装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Here, one of the factors that determine the quality of the image projection apparatus is to control the positions of the output image and the input image with high accuracy. For this control, it is necessary to accurately detect the angle of the mirror. Therefore, conventionally, an optical scanning device using a piezoresistive element for detecting the angle of the mirror is known (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1には、ピエゾ抵抗素子を用いた2次元走査の光走査装置が開示されている。この光走査装置は、固定フレーム部、可動フレーム部およびミラー部を備えている。ミラー部は、第1の弾性梁によって水平方向に回動可能に可動フレーム部に支持されており、可動フレーム部は、第2の弾性梁によって垂直方向に回動可能に固定フレーム部に支持されている。そして、このような構成により、ミラー部は、第1、第2の弾性梁が捩り方向に振動することによって、固定フレーム部に対して2次元方向に揺動する。これにより、ミラー部で反射される光が2次元方向に走査される。また、各弾性梁の近傍には、弾性梁の捩れ角を検出するピエゾ抵抗素子が1つずつ設けられており、このピエゾ抵抗素子からの出力に基づいてミラー部の振れ角が検出される。 Patent Document 1 discloses a two-dimensional scanning optical scanning device using a piezoresistive element. This optical scanning device includes a fixed frame portion, a movable frame portion, and a mirror portion. The mirror portion is supported by the movable frame portion so as to be rotatable in the horizontal direction by the first elastic beam, and the movable frame portion is supported by the fixed frame portion so as to be rotatable in the vertical direction by the second elastic beam. ing. With such a configuration, the mirror part swings in a two-dimensional direction with respect to the fixed frame part as the first and second elastic beams vibrate in the torsional direction. Thereby, the light reflected by the mirror unit is scanned in a two-dimensional direction. In addition, one piezoresistive element for detecting the torsion angle of the elastic beam is provided in the vicinity of each elastic beam, and the deflection angle of the mirror portion is detected based on the output from the piezoresistive element.
しかしながら、上記特許文献1に記載された従来の光走査装置では、2次元走査において、可動フレーム部の駆動による検出信号にミラー部の駆動による影響が重なって検出されてしまうという不都合がある。そのため、このクロストークの影響により検出精度が低下するという問題点がある。 However, the conventional optical scanning device described in Patent Document 1 has a disadvantage in that, in the two-dimensional scanning, the detection signal generated by driving the movable frame unit overlaps the detection signal generated by the driving of the mirror unit. Therefore, there is a problem that the detection accuracy is lowered due to the influence of the crosstalk.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、ミラーの走査角度の検出精度を向上させた2次元走査の光走査装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical scanning device for two-dimensional scanning with improved detection accuracy of a mirror scanning angle. It is.
この発明のもう1つの目的は、走査角度の検出精度が向上された光走査装置を備えることで高品質な画像を投影できる画像投影装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an image projection apparatus capable of projecting a high-quality image by including an optical scanning apparatus with improved scanning angle detection accuracy.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による光走査装置は、互いに異なる軸方向を有する第1軸部および第2軸部と、第1軸部の回動によって回動するとともに、第2軸部の回動によって回動するミラー部と、ミラー部および第1軸部を囲み、第2軸部の回動によって回動する可動枠部と、第2軸部を介して可動枠部を振動させることで、第1軸部および第2軸部を中心軸としてミラー部を駆動させる駆動部とを備えている。そして、上記第2軸部の軸上であって、第1軸部の回動に対して逆位相となる対称な位置に、可動枠部の角度を検出する第1角度検出部および第2角度検出部が設けられている。 In order to achieve the above object, an optical scanning device according to a first aspect of the present invention rotates by rotating a first shaft portion and a second shaft portion having different axial directions, and the first shaft portion. , A mirror portion that is rotated by the rotation of the second shaft portion, a movable frame portion that surrounds the mirror portion and the first shaft portion and is rotated by the rotation of the second shaft portion, and is movable through the second shaft portion. A drive unit that drives the mirror unit with the first shaft unit and the second shaft unit as the central axes is provided by vibrating the frame unit. A first angle detection unit and a second angle that detect the angle of the movable frame portion at a symmetrical position on the axis of the second shaft portion and in an opposite phase to the rotation of the first shaft portion. A detection unit is provided.
この第1の局面による光走査装置では、上記のように、可動枠部の角度を検出する第1,第2角度検出部が第1軸部の回動に対して逆位相となる対称な位置に設けられているため、第1,第2角度検出部からの信号を用いることで、第1軸部の回動の影響を取り除くことができる。このため、第1軸部の回動の影響を受けない第2軸部の回動による信号のみを取り出すことができる。これにより、高精度にミラー部の走査角度を検出することができる。 In the optical scanning device according to the first aspect, as described above, the first and second angle detection units that detect the angle of the movable frame unit are symmetrical positions that are in reverse phase with respect to the rotation of the first shaft unit. Therefore, the influence of the rotation of the first shaft portion can be removed by using the signals from the first and second angle detectors. For this reason, it is possible to extract only the signal due to the rotation of the second shaft portion that is not affected by the rotation of the first shaft portion. Thereby, the scanning angle of the mirror part can be detected with high accuracy.
また、このように構成すれば、第1軸部の回動の影響を取り除くために、たとえば、駆動回路にフィルターなどを設ける必要がなくなる。そのため、駆動回路からフィルターなどを削減することができるので、駆動回路の簡素化(小型化)を図ることもできる。 Also, with this configuration, it is not necessary to provide a filter or the like in the drive circuit, for example, in order to remove the influence of the rotation of the first shaft portion. Therefore, since a filter etc. can be reduced from a drive circuit, the simplification (miniaturization) of a drive circuit can also be achieved.
上記第1の局面による光走査装置において、第1角度検出部および第2角度検出部は、第1軸部に対して軸対称な位置に配置されているのが好ましい。このように構成すれば、逆位相となる対称な位置での検出信号により、容易に、第1軸部の回動(クロストーク)の影響を除去することができる。 In the optical scanning device according to the first aspect, it is preferable that the first angle detection unit and the second angle detection unit are arranged at positions that are axially symmetric with respect to the first shaft portion. If comprised in this way, the influence of rotation (crosstalk) of a 1st axial part can be easily removed by the detection signal in the symmetrical position used as an antiphase.
また、上記第1の局面による光走査装置において、第1角度検出部および第2角度検出部は、ミラー面に対して面対称な位置に配置されていてもよい。このように構成した場合でも、逆位相となる対称な位置での検出信号が得られるため、容易に、第1軸部の回動(クロストーク)の影響を除去することができる。 Further, in the optical scanning device according to the first aspect, the first angle detection unit and the second angle detection unit may be arranged at positions symmetrical with respect to the mirror surface. Even in such a configuration, a detection signal at a symmetrical position having an opposite phase can be obtained, so that the influence of the rotation (crosstalk) of the first shaft portion can be easily removed.
上記第1の局面による光走査装置において、第1角度検出部からの第1検出信号および第2角度検出部からの第2検出信号を用いて、可動枠部の角度を検出する演算部を備えているのが好ましい。このように構成すれば、逆位相となる対称な位置での検出信号を用いて演算部で演算する(たとえば和をとる)ことで、第1軸部の回動(クロストーク)の影響が除去された、第2軸部の回動による信号のみを容易に取り出すことができる。 The optical scanning device according to the first aspect includes an arithmetic unit that detects the angle of the movable frame unit using the first detection signal from the first angle detection unit and the second detection signal from the second angle detection unit. It is preferable. If comprised in this way, the influence of the rotation (crosstalk) of a 1st axial part will be eliminated by calculating in a calculating part using the detection signal in the symmetrical position used as an antiphase (for example, taking a sum). Only the signal generated by the rotation of the second shaft portion can be easily taken out.
上記第1の局面による光走査装置において、第1角度検出部および第2角度検出部は、それぞれ、ピエゾ抵抗素子を有する構成とすることができる。このように構成すれば、第2軸部の回動により発生するせん断応力を、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化として検出することができる。これにより、高精度に可動枠部の角度を検出することができる。加えて、光走査装置の小型化を容易に図ることができる。 In the optical scanning device according to the first aspect, each of the first angle detection unit and the second angle detection unit may include a piezoresistive element. If comprised in this way, the shear stress which generate | occur | produces by rotation of a 2nd axial part can be detected as a change of the resistance value of a piezoresistive element. Thereby, the angle of the movable frame portion can be detected with high accuracy. In addition, the optical scanning device can be easily reduced in size.
この場合において、ピエゾ抵抗素子は、第2軸部の回動により発生するせん断応力が最も大きくなる位置近傍に配置されているのが好ましい。このように構成すれば、ミラー部の角度を高感度に検出することができる。 In this case, the piezoresistive element is preferably arranged in the vicinity of the position where the shear stress generated by the rotation of the second shaft portion is the largest. If comprised in this way, the angle of a mirror part can be detected with high sensitivity.
また、第1角度検出部および第2角度検出部がピエゾ抵抗素子を有する構成の場合、光走査装置をn型単結晶シリコン材料から構成し、ピエゾ抵抗素子をp型領域で形成するのが好ましい。この場合、ピエゾ抵抗素子は、一対の検出電極を結ぶ方向が、n型単結晶シリコン材料の(100)面における〈100〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、ミラー部の角度を高感度に検出することができる。 In the case where the first angle detection unit and the second angle detection unit have a piezoresistive element, it is preferable that the optical scanning device is made of an n-type single crystal silicon material and the piezoresistive element is formed in a p-type region. . In this case, the piezoresistive element is arranged so that the direction connecting the pair of detection electrodes is substantially parallel or substantially perpendicular to the <100> axis on the (100) plane of the n-type single crystal silicon material. Is preferred. If comprised in this way, the angle of a mirror part can be detected with high sensitivity easily.
また、この場合において、第2軸部は、〈100〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されているのが好ましい。このように構成すれば、より容易に、ミラー部の角度を高感度に検出することができる。 In this case, the second shaft portion is preferably arranged so as to be substantially parallel or substantially perpendicular to the <100> axis. If comprised in this way, the angle of a mirror part can be detected with high sensitivity more easily.
なお、光走査装置をp型単結晶シリコン材料から構成し、ピエゾ抵抗素子をn型領域で形成することもできる。この場合、ピエゾ抵抗素子は、一対の検出電極を結ぶ方向が、p型単結晶シリコン材料の(100)面における〈110〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されているのが好ましい。このように構成した場合も、容易に、ミラー部の角度を高感度に検出することができる。 Note that the optical scanning device may be made of a p-type single crystal silicon material, and the piezoresistive element may be formed of an n-type region. In this case, the piezoresistive element is arranged so that the direction connecting the pair of detection electrodes is substantially parallel or substantially perpendicular to the <110> axis in the (100) plane of the p-type single crystal silicon material. Is preferred. Even in such a configuration, the angle of the mirror portion can be easily detected with high sensitivity.
また、この場合において、第2軸部は、〈110〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されているのが好ましい。このように構成すれば、より容易に、ミラー部の角度を高感度に検出することができる。 In this case, the second shaft portion is preferably arranged so as to be substantially parallel or substantially perpendicular to the <110> axis. If comprised in this way, the angle of a mirror part can be detected with high sensitivity more easily.
ここで、〈100〉軸に対して略平行とは、−10度から+10度の範囲内とすることができる。また、〈100〉軸に対して略垂直とは、80度〜100度の範囲内とすることができる。このような範囲内であれば、ミラー部の角度を高感度に検出することができる。 Here, “substantially parallel to the <100> axis” can be within a range of −10 degrees to +10 degrees. Further, “substantially perpendicular to the <100> axis” can be in the range of 80 to 100 degrees. Within such a range, the angle of the mirror part can be detected with high sensitivity.
第1角度検出部および第2角度検出部がピエゾ抵抗素子を有する場合、ピエゾ抵抗素子は、平面十字形状を有し、その4つの先端部に、互いに対向して、一対の印加電極および一対の検出電極が配置されているのが好ましい。このように構成すれば、ミラー部の角度をより高感度に検出することができる。 When the first angle detection unit and the second angle detection unit have a piezoresistive element, the piezoresistive element has a plane cross shape, and a pair of application electrodes and a pair of pairs are opposed to each other at its four tip portions. A detection electrode is preferably arranged. If comprised in this way, the angle of a mirror part can be detected with higher sensitivity.
また、ピエゾ抵抗素子は、平面十字形状以外に平面Oリング形状であってもよい。この場合、平面Oリング形状のリング中心から互いに90度の方向となる4つの部分に、互いに対向して、一対の印加電極および一対の検出電極が配置されているのが好ましい。このように構成すれば、ミラー部の角度をより高感度に検出することができる。 Further, the piezoresistive element may have a planar O-ring shape other than the planar cross shape. In this case, it is preferable that a pair of application electrodes and a pair of detection electrodes are disposed opposite to each other at four portions that are 90 degrees from the center of the plane O-ring shape. If comprised in this way, the angle of a mirror part can be detected with higher sensitivity.
上記第1の局面による光走査装置において、好ましくは、第1軸部の近傍に、ミラー部の角度を検出する第3角度検出部を有している。このように構成すれば、第1軸部のせん断応力を抵抗値で検出可能であるとともに、小型であり、かつ高精度にミラー部の角度を検出することができる。 The optical scanning device according to the first aspect preferably includes a third angle detection unit that detects the angle of the mirror unit in the vicinity of the first shaft unit. If comprised in this way, while being able to detect the shear stress of a 1st axial part by resistance value, it is small and can detect the angle of a mirror part with high precision.
この発明の第2の局面による画像投影装置は、上記第1の局面による光走査装置と、光走査装置の駆動制御を行う光走査装置制御部と、光走査装置のミラー部に光を照射する光源と、光源を駆動する光源駆動回路と、画像信号に基づき光源駆動回路を介して光源の制御を行う画像信号制御部とを備えている。 An image projection device according to a second aspect of the present invention irradiates light to the optical scanning device according to the first aspect, an optical scanning device control unit that performs drive control of the optical scanning device, and a mirror unit of the optical scanning device. A light source, a light source driving circuit that drives the light source, and an image signal control unit that controls the light source via the light source driving circuit based on the image signal.
この第2の局面による画像投影装置では、上記のように、第1の局面による光走査装置を備えることによって、小型・コンパクトで、かつ高精度にミラー走査をすることができる。このため、高品質に映像投影することができる。 In the image projection apparatus according to the second aspect, as described above, the optical scanning apparatus according to the first aspect is provided, so that mirror scanning can be performed with high accuracy with a small size and a compact size. For this reason, it is possible to project an image with high quality.
以上のように、本発明によれば、ミラーの走査角度の検出精度を向上させた2次元走査の光走査装置を容易に得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a two-dimensional scanning optical scanning device with improved detection accuracy of the mirror scanning angle.
また、本発明によれば、走査角度の検出精度が向上された光走査装置を備えることで高品質な画像を投影できる画像投影装置を容易に得ることができる。 In addition, according to the present invention, it is possible to easily obtain an image projection apparatus capable of projecting a high-quality image by including an optical scanning device with improved scanning angle detection accuracy.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による画像投影装置の投影の様子を示した模式図である。図2は、本発明の第1実施形態による画像投影装置の光走査装置と光源との位置関係を示した模式図である。図3は、本発明の第1実施形態による画像投影装置の構成を示したブロック図である。図4〜図10は、本発明の第1実施形態による光走査装置を説明するための図である。まず、図1〜図10を参照して、本発明の第1実施形態による光走査装置およびその光走査装置を備えた画像投影装置について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a projection state of the image projection apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship between the light scanning device and the light source of the image projection device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the image projection apparatus according to the first embodiment of the present invention. 4 to 10 are views for explaining the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention. First, an optical scanning device according to a first embodiment of the present invention and an image projection device including the optical scanning device will be described with reference to FIGS.
第1実施形態による画像投影装置100は、図1に示すように、たとえば略箱形の形状を有しており、スクリーンなどの投影面200に映像(画像)を投影するプロジェクター装置として構成されている。この画像投影装置100では、投影面200に向けて照射される光線のラスター走査を行うことにより、投影面200への2次元画像の表示が可能となっている。このラスター走査では、たとえば表示画像の上端における開始位置Qaから、表示画像の下端における終了位置Qbまで光線が連続的に走査されることで、1回の画像表示が完了する。なお、終了位置Qbまで光線が走査されると、次の画像表示のために、開始位置Qaに復帰する垂直走査(および水平走査)が画像表示を伴わない垂直ブランキング期間中に行われる。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、画像投影装置100の内部には、光走査装置10と、光走査装置10に向けて光線(たとえばレーザー光)LTを発する光源30が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
光走査装置10は、光源30からの光線LTを投影面200(図1参照)に向けて反射するミラー部11を有している。このミラー部11は、X軸に平行な第1軸(ミラー軸部)と、Y軸に平行で第1軸と略直角に交差する第2軸(枠軸部)とを中心とした回動が可能に構成されている。そして、ミラー部11が第1軸および第2軸において2次元的に回動することにより、ミラー部11で反射された光源30からの光線LTがラスター走査される。
The
また、図3に示すように、画像投影装置100は、上記した光走査装置10および光源30に加えて、光走査装置10の駆動制御を行う光走査装置制御部40と、光源30を駆動し光線LTの変調が可能な光源駆動回路70と、光源駆動回路70を制御する画像信号制御部80とを有している。
In addition to the
光走査装置10は、角度検出部18,19を有している。この角度検出部18,19は、ミラー部11の角度(回動角度(振れ角))を検出する角度検出センサとしてピエゾ抵抗素子を有している。
The
光走査装置制御部40は、ミラー部11に関するX軸周りの回動、つまり水平方向(H方向)の駆動を制御する水平駆動制御部50と、ミラー部11に関するY軸周りの回動、つまり垂直方向(V方向)の駆動を制御する垂直駆動制御部60とを有している。
The optical scanning
画像信号制御部80は、たとえば画像投影装置100の外部から入力された画像信号に基づき光源30を制御するための制御信号を生成する。そして、この制御信号に基づき、光源駆動回路70を介して光源30の制御(たとえば点灯・消灯の制御や発光強度の制御)を行う。なお、上記光走査装置制御部40には、ミラー部11の駆動のタイミングを画像信号と同期させるための同期信号が入力される。これにより、入力された画像信号に基づく適切な画像表示が投影面200(図1参照)で行われる。
The image
また、第1実施形態による光走査装置10(10a)は、シリコン基板に対してエッチング処理などを施すことで得られる構造体(MEMS構造体)からなり、図4に示すように、ミラー部11に加えて、固定枠12、駆動部13および可動枠部14などを一体的に有している。なお、以下の説明では、ミラー部11の中心を図4の縦方向に横切る軸(映像(画像)をX方向(左右方向)に走査する軸)をX軸とし、ミラー部11の中心を図4の横方向に横切る軸(映像(画像)をY方向(上下方向)に走査する軸)をY軸とする。言い換えると、X軸とY軸とが直交する点をミラー部11の中心とする。
Further, the optical scanning device 10 (10a) according to the first embodiment includes a structure (MEMS structure) obtained by performing an etching process or the like on a silicon substrate. As shown in FIG. In addition, the fixed
固定枠12は、光走査装置10の外縁に相当する部分であって、他の部分(ミラー部11、駆動部13および可動枠部14など)を取り囲んでいる。
The fixed
駆動部13は、X軸方向において固定枠12と連結され、Y軸方向において固定枠12と分離されている。さらに、駆動部13は4つのユニモルフ構造を含んでいるとともに、その4つのユニモルフ構造がX軸およびY軸のそれぞれを対称軸として対称となり、かつ、互いに離間した状態となるように配置されている。また、駆動部13としてのユニモルフ構造は、図5に示すように、圧電素子13a(たとえば、PZTなどを原料とした焼結体を分極処理したもの)を一対の電極13bで挟持し、それをシリコン基板の駆動部13となる領域上に貼り付けることによって形成されている。
The
このような駆動部13では、一対の電極13bに、分極反転を起こさない範囲で±の電圧(交流電圧)が印加されると、一対の電極13bに挟持された圧電素子13aが伸長または収縮する。そして、それに応じて、シリコン基板の駆動部13となる領域が変形(撓み変形/曲げ変形)する。すなわち、駆動部13は、電力が供給されることで駆動する。
In such a
また、図4に示すように、可動枠部14は、駆動部13の内側に位置する略ひし形形状の枠である。また、可動枠部14と固定枠12との間には、Y軸方向に沿って延びる一対の枠軸部(垂直トーションバー)15が設けられている。この一対の枠軸部15は、Y軸と重なり、かつ、X軸に対して対称となるように配置されている。さらに、一対の枠軸部15のそれぞれの一方端は、固定枠12のY軸上の端部に連結されている。そして、可動枠部14は、一対の枠軸部15の他方端の間に配置されており、その他方端(一対の枠軸部15)によって支持(挟持)されている。このため、可動枠部14は、枠軸部15を回動軸(中心軸)としてY軸周りに回動可能とされている。
Further, as shown in FIG. 4, the
可動枠部14は、ミラー部11を囲む枠であり、その内側には、ミラー部11に加えて、X軸方向に沿って延びる一対のミラー軸部(水平トーションバー)16が設けられている。この一対のミラー軸部16は、X軸と重なり、かつ、X軸に対して対称となるように配置されている。さらに、一対のミラー軸部16のそれぞれの一方端は、可動枠部14のX軸上の端部に連結されている。そして、ミラー部11は、一対のミラー軸部16の他方端の間に配置されており、その他方端(一対のミラー軸部16)によって支持(挟持)されている。このため、ミラー部11は、可動枠部14とともにY軸周りに回動され、ミラー軸部16を回動軸(中心軸)としてX軸周りにも回動される。なお、枠軸部15は、本発明の「第2軸部」の一例であり、ミラー軸部16は、本発明の「第1軸部」の一例である。
The
また、上記ミラー部11は、たとえば略円形状に形成されており、金やアルミニウムなどからなる反射膜をシリコン基板のミラー部11となる領域上に貼り付けることで得ている。なお、これ以外に、たとえば、シリコン基板の一部に金やアルミニウム等の反射膜を蒸着やスパッタ法にて形成することで得ることもできる。また、金やアルミニウムの上に誘電体多層膜を形成して反射率を向上させることも可能である。
Moreover, the said
また、4つの駆動部13は、その一部が連結部17によって枠軸部15と連結されている。この連結部17は、シリコン基板の駆動部13となる領域および枠軸部15と一体的に形成されている。そして、この連結部17を通じて、駆動部13で発生する駆動力を枠軸部15へ伝達し、ミラー部11を走査する。
Further, a part of the four
さらに、枠軸部15の近傍には、この枠軸部15の捩れ角度を検出するための角度検出部18が設けられている。同様に、ミラー軸部16の近傍には、このミラー軸部16の捩れ角度を検出するための角度検出部19が設けられている。角度検出部18および19は、それぞれ、ピエゾ抵抗素子20を有しており、枠軸部15およびミラー軸部16の変形時に生じるせん断応力を抵抗値で検出する。そして、角度検出部18からの出力に基づいて、枠軸部15によるY軸周りのミラー部11(可動枠部14)の角度(振れ角)を検出するとともに、角度検出部19からの出力に基づいて、ミラー軸部16によるX軸周りのミラー部11の角度(振れ角)を検出する。
Further, an
また、角度検出部18は、枠軸部15の軸上(Y軸上)に配置されており、角度検出部19は、ミラー軸部16の軸上(X軸上)に配置されている。なお、軸上とは、枠軸部15上およびミラー軸部16上のみならず、枠軸部15の延長線上およびミラー軸部16の延長線上をも含む。また、角度検出部19は、本発明の「第3角度検出部」の一例である。
The
ここで、第1実施形態では、上記角度検出部18は、2つの角度検出部(第1角度検出部18a、第2角度検出部18b)を有している。そして、これら第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bが、ミラー軸部16の回動に対して互いに逆位相となる対称な位置に設けられている。具体的には、第1実施形態では、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bが、ミラー軸部16に対して軸対称となる位置に設けられている。
Here, in the first embodiment, the
また、図6に示すように、角度検出部18(ピエゾ抵抗素子20)は、枠軸部15の回動により発生するせん断応力が最も大きくなる位置近傍に配置されている。具体的には、枠軸部15の軸上であって、枠軸部15の根元部分(枠軸部15の固定枠12側の根本部分(連結部分))または根元部分の近傍に角度検出部18(ピエゾ抵抗素子20)が形成されている。
Further, as shown in FIG. 6, the angle detection unit 18 (piezoresistive element 20) is disposed in the vicinity of a position where the shear stress generated by the rotation of the
また、角度検出部18(ピエゾ抵抗素子20)は、固定枠12の内側におけるX軸に沿った縁部12a(縁部12aをX軸方向に結ぶ仮想線P)に対して枠軸部15側に配置されている。
Further, the angle detection unit 18 (piezoresistive element 20) is arranged on the side of the
第1実施形態の光走査装置10は、n型単結晶シリコン材料から構成されており、ピエゾ抵抗素子20は、p+不純物(たとえばボロンなど)がドープ(イオン注入)されたp型領域で形成されている。ピエゾ抵抗素子20(イオン注入された領域)は、図6に示すように、平面十字形状を有しており、その4つの先端部の各々に電極21が1つずつ形成されている。これらの電極21は、イオン注入された領域上(ドープ領域上)に形成された金属層からなる。そして、4つの電極21のうち、互いに対向する一対の電極21aが、電流が印可される印可電極21aとなっており、互いに対向する他の一対の電極21bが、電圧を検出する検出電極21bとなっている。なお、各電極21には、信号線(配線)22が接続されている。
The
ここで、ピエゾ抵抗素子20の感度は、シリコン単結晶の結晶方位の影響を大きく受けるため、より高感度に軸部のせん断力を検出するためには、上記ピエゾ抵抗素子20は、一対の検出電極21bを結ぶ方向が、n型単結晶シリコン材料の(100)面における〈100〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されているのが好ましい。このように構成することにより、ピエゾ抵抗素子20の感度を高めることができるので、ミラー部11の角度を高感度に検出することが可能となる。さらに、枠軸部15は、〈100〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されているのが好ましい。この場合も、ミラー部11の角度を高感度に検出することが可能となる。なお、〈100〉軸に対して略平行とは、たとえば、−10度から+10度の範囲内とすることができる。また、〈100〉軸に対して略垂直とは、たとえば、80度〜100度の範囲内とすることができる。このような範囲内であれば、ミラー部11の角度を高感度に検出することが可能となる。また、ピエゾ抵抗素子20による抵抗値の検出は、たとえば、枠軸部15に平行な電極(cd間)に定電流を印加し、枠軸部15に垂直な電極(ab間)の電圧を検出することで行われる。
Here, since the sensitivity of the
なお、X軸周りの角度を検出する角度検出部19(ピエゾ抵抗素子20)(図4参照)についても、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bと同様に構成されているのが好ましい。
Note that the angle detector 19 (piezoresistive element 20) (see FIG. 4) that detects the angle around the X axis is also configured similarly to the
光走査装置10の走査動作は、4つの駆動部13を駆動(伸縮)させるタイミングを調整し、ミラー部11をX軸周りおよびY軸周りに振動させることによって行われる。たとえば、Y軸周りに振動させるときの周波数は約60Hzに設定され、X軸周りに振動させるときの周波数は約30kHzに設定される。なお、Y軸周りに振動させるときの垂直駆動信号は、たとえば三角波とされ、X軸周りに振動させるときの水平駆動信号は、たとえば正弦波とされる。
The scanning operation of the
4つの駆動部13のそれぞれに13−1〜13−4の符号を付して具体的に説明する。ミラー部11をY軸周りに振動させる際には、駆動部13−1および13−3を一方の組とするとともに、駆動部13−2および13−4を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部13−1および13−3が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部13−2および13−4が収縮する方向に変形する。また、一方の組である駆動部13−1および13−3が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部13−2および13−4が伸長する方向に変形する。これにより、ミラー部11が可動枠部14とともにY軸周りに振動し、ミラー部11の傾き(角度)がY軸周りに変動する。
Each of the four driving
また、ミラー部11をX軸周りに振動させる際には、駆動部13−1および13−2を一方の組とするとともに、駆動部13−3および13−4を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部13−1および13−2が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部13−3および13−4が収縮する方向に変形する。また、一方の組である駆動部13−1および13−2が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部13−3および13−4が伸長する方向に変形する。これにより、ミラー部11が可動枠部14とともにX軸周りに振動し、ミラー部11の傾き(角度)がX軸周りに変動する。
When the
このとき、駆動部13を変形させることのみでミラー部11をX軸周りに回動させようとすると、ミラー部11のX軸周りの傾き(角度)の変動は小さくなってしまう。このため、実際に走査動作を行う際には、駆動部13に印加される電圧の周波数によってミラー部11が共振するように、駆動部13への印加電圧の周波数が設定される。すなわち、ミラー部11のX軸周りの振動は、ミラー軸部16を基準としてなされる。
At this time, if the
上記のようにミラー部11を動作させることで、互いに直交している2軸周りにミラー部11を回動させることができ、1つのミラー部11で二次元走査することが可能となる。なお、水平方向(H方向)の駆動信号(正弦波)と垂直方向(V方向)の駆動信号(三角波)とを重畳した電圧を4つの駆動部(圧電素子)13−1〜13−4に加えることによって、上記のようにミラー軸部16を支点にした水平方向の共振駆動と、可動枠部14全体を駆動させる垂直方向の駆動とを実現することができる。
By operating the
ここで、2次元駆動時におけるミラー部11の垂直方向の理想的な動き(駆動波形)を図7に示す。図7の縦軸は、ミラーのV方向角度を示しており、横軸は時間を示している。図7に示すように、ミラー部11(図4参照)の垂直方向の駆動は、垂直駆動信号(三角波)に対応した駆動波形となっているのが好ましい。
Here, FIG. 7 shows an ideal vertical movement (drive waveform) of the
しかしながら、垂直方向の駆動においては、走査方向が変わる瞬間の折り返し(破線Rで囲んだ部分)が急なため、図8に示すように、垂直方向の走査に対して共振が発生する。このときの周波数は、1kHz〜2kHz程度である。この共振の影響により、垂直方向に一定速度で走査することが困難となり、投影画像には明暗の横縞が発生する。なお、図8は、2次元駆動時におけるミラー部11の垂直方向の共振が垂直方向の走査に影響した状態(実際のセンサ(角度検出部18)の検出波形(出力波形))を示している。
However, in the vertical driving, since the turn-back at the moment when the scanning direction changes (the portion surrounded by the broken line R) is steep, resonance occurs in the vertical scanning as shown in FIG. The frequency at this time is about 1 kHz to 2 kHz. Due to the influence of this resonance, it becomes difficult to scan at a constant speed in the vertical direction, and bright and dark horizontal stripes are generated in the projected image. FIG. 8 shows a state (actual detection waveform (output waveform) of the actual sensor (angle detection unit 18)) in which the vertical resonance of the
さらに、光走査装置10は、ミラー部11をX軸周りにも回動させて水平方向(H方向)にも走査するため、そのクロストークの影響を受ける。すなわち、可動枠部14の駆動による検出信号には、ミラー部11の駆動によるクロストークの影響が重なって検出されてしまう。具体的には、図8の検出波形の一部を拡大した図に示すように、垂直方向の走査における検出波形は、水平方向の周波数(30kHz付近)にて垂直方向に細かく振動する。このクロストークは、ミラー部11(可動枠部14)の垂直方向の制御に悪影響を与える。なお、図8では、検出波形の線を太く表示することで、クロストークのノイズの影響を表現している。また、ミラー部11の水平方向の駆動は共振動作であるため、周波数にはばらつきがある。
Furthermore, since the
そのため、第1実施形態では、可動枠部14の角度を検出する角度検出部18を第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bを含むように構成するとともに、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bを、ミラー軸部16の回動に対して逆位相となる対称な位置に配置している。このため、第1角度検出部18aからの検出信号(第1検出信号)と第2角度検出部18bからの検出信号(第2検出信号)との和をとる(加算する)ことで、クロストークが除去される。そして、クロストークが除去された検出信号を垂直駆動制御部60(図3参照)にフィードバックすることで、共振の影響が除去される。これにより、ミラー部11を垂直方向に一定速度で走査することが可能となる。
Therefore, in the first embodiment, the
具体的には、図9に示すように、第1実施形態では、垂直駆動制御部60が、プリアンプ61および62、演算部63、位相補償器64、ゲイン補償器65、パワーアンプ66を含んで構成されている。また、第1実施形態では、可動枠部14の角度を検出する角度検出部18が、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bを含んで構成されているため、たとえば、センサ1が第1角度検出部18aに対応し、センサ2が第2角度検出部18bに対応している。また、センサ1からの検出信号(出力波形)は、プリアンプ61で信号増幅されて演算部63に入力される。一方、センサ2からの検出信号(出力波形)は、プリアンプ62で信号増幅されて演算部63に入力される。演算部63は、アナログ処理またはデジタル処理によって、入力された信号を演算(加算)し、演算(加算)した信号を出力する。
Specifically, as shown in FIG. 9, in the first embodiment, the vertical
また、センサ1からの出力(増幅された出力)は、たとえば、図10の(A)に示すような波形となり、センサ2からの出力(増幅された出力)は、たとえば、図10の(B)に示すような波形となる。上述のように、センサ1(第1角度検出部18a)とセンサ2(第2角度検出部18b)とは、ミラー軸部16(図4参照)の回動に対して逆位相となる対称な位置に配置されている。このため、センサ1の検出信号(出力波形)に加わるクロストークの波形と、センサ2の検出信号(出力波形)に加わるクロストークの波形とは、位相が180度異なる。すなわち、互いに逆相となっている。そのため、演算部63において、センサ1(第1角度検出部18a)からの検出信号(出力波形)とセンサ2(第2角度検出部18b)からの検出信号(出力波形)とが演算(加算)されることで、図10の(C)に示すように、クロストークがキャンセルされる。これにより、ミラー軸部16(図4参照)の回動の影響を受けない枠軸部15(図4参照)の回動による信号のみが取り出される。なお、図10の(A)、(B)では、検出波形の線を太く表示することで、クロストークのノイズの影響を表現しており、図10の(C)では、波形の線を細く表示することで、クロストークのノイズの影響が除去された状態を表現している。
Further, the output (amplified output) from the sensor 1 has a waveform as shown in FIG. 10A, for example, and the output (amplified output) from the sensor 2 is, for example, (B in FIG. ). As described above, the sensor 1 (first
そして、図9に示すように、クロストークの影響が除去された信号は位相補償器64によって位相補償が施された後、垂直駆動信号にフィードバックされる。具体的には、垂直駆動信号からフィードバック信号が減算される。フィードバック信号が減算された垂直駆動信号は、ゲイン補償器65に入力されて、ゲイン補償器65でゲイン補償が施される。ゲイン補償が施された信号はパワーアンプ66に入力されて電力増幅され、垂直方向駆動アクチュエーター90(駆動部13)に供給される。これにより、光走査装置10の駆動部13(図4参照)が駆動される。
As shown in FIG. 9, the signal from which the influence of crosstalk has been removed is subjected to phase compensation by the
このように、第1実施形態では、センサ1(第1角度検出部18a)からの検出信号(出力波形)とセンサ2(第2角度検出部18b)からの検出信号(出力波形)とを演算(加算)することで、クロストークがキャンセルされる。そして、クロストークがキャンセルされた、枠軸部15の回動による信号を垂直駆動信号にフィードバックすることによって、ミラー部11の垂直方向の共振が取り除かれる。これにより、可動枠部14の角度を高精度に制御することが可能となるので、高品質の映像投影が可能となる。
Thus, in the first embodiment, the detection signal (output waveform) from the sensor 1 (first
なお、上記第1実施形態とは異なり、枠軸部15の捩れ角度を検出するための角度検出部18を1つ配置(1箇所に配置)した場合を比較例として説明する。図11は、比較例による光走査装置を垂直方向に駆動するための垂直駆動制御部のブロック図である。図11を参照して、比較例による光走査装置は、クロストークの影響を除去するためのバンドパスフィルタ(BPF)503を備えている。また、比較例では、可動枠部の角度を検出する角度検出部(センサ501)からの検出信号(出力波形)は、プリアンプ502で信号増幅されて、BPF503に入力される。そして、BPF503でクロストークの影響が除去される。クロストークの影響が除去された検出信号は位相補償器504によって位相補償が施された後、垂直駆動信号にフィードバックされる。そして、ゲイン補償器505でゲイン補償が施される。ゲイン補償が施された信号はパワーアンプ506に入力されて電力増幅され、垂直方向駆動アクチュエーター507(駆動部)に供給される。
Note that, unlike the first embodiment, a case where one
しかしながら、この場合のBPF503は、規模が大きく、また調整が必要であるという不都合がある。これに対し、第1実施形態では、上記のように、センサ1(第1角度検出部18a)とセンサ2(第2角度検出部18b)とを用いることによって、BPF503を削除することが可能となる。そのため、駆動回路等の簡素化(小型化)を図ることができる。なお、ミラー部11のX軸周りの角度を検出する角度検出部19(図4参照)は、Y軸周りの回動の影響を受けないため1つでもよい。
However, the
第1実施形態では、上記のように、可動枠部14の角度(振れ角)を検出する角度検出部18を、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bを含むように構成するとともに、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bをミラー軸部16の回動に対して逆位相となる対称な位置に設けることによって、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bからの信号を用いることで、ミラー軸部16の回動(クロストーク)の影響を取り除くことができる。このため、ミラー軸部16の回動の影響を受けない枠軸部15の回動による信号のみを取り出すことができる。これにより、高精度にミラー部11の走査角度を検出することができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、ミラー軸部16の回動(クロストーク)の影響を取り除くために、たとえば、駆動回路にフィルター(BPF)などを設ける必要がない。そのため、駆動回路(垂直駆動制御部60)からフィルター(BPF)などを削減することができるので、駆動回路の簡素化(小型化)を図ることもできる。
Further, in the first embodiment, in order to remove the influence of the rotation (crosstalk) of the
また、第1実施形態では、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bを、ミラー軸部16に対して軸対称な位置に配置することによって、逆位相となる対称な位置での検出信号により、容易に、ミラー軸部16の回動(クロストーク)の影響を除去することができる。
In the first embodiment, the first
また、第1実施形態では、第1角度検出部18aからの検出信号および第2角度検出部からの検出信号を用いて可動枠部14の角度を検出する演算部63を備えることによって、逆位相となる対称な位置での検出信号を用いて演算部63で演算することで、ミラー軸部16の回動(クロストーク)の影響が除去された、枠軸部15の回動による信号のみを容易に取り出すことができる。
Further, in the first embodiment, by providing the
また、第1実施形態では、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bを、それぞれ、ピエゾ抵抗素子20を有する構成とすることによって、枠軸部15の回動により発生するせん断応力を、ピエゾ抵抗素子20の抵抗値の変化として検出することができる。そのため、高精度に可動枠部14の角度を検出することができる。加えて、光走査装置10の小型化を容易に図ることができる。
In the first embodiment, the first
また、第1実施形態では、ピエゾ抵抗素子20を、枠軸部15のせん断応力が最も大きくなる位置近傍に配置することによって、ミラー部11の角度を高感度に検出することができる。なお、角度検出に用いるピエゾ抵抗素子の数を増やしても、MEMSミラーを製造するシリコン加工プロセスにおいては、同じプロセス中で同時に形成できるので、コストアップ要因とはならない。
In the first embodiment, the angle of the
さらに、第1実施形態では、ミラー軸部16の近傍に、ミラー部11の角度(X軸周りの回動角度)を検出する角度検出部19を設けることによって、ミラー軸部16のせん断応力を抵抗値で検出可能であるとともに、小型であり、かつ高精度にミラー部11(X軸周りの回動角度)の角度を検出することができる。
Furthermore, in the first embodiment, by providing an
なお、第1実施形態では、上記光走査装置10を用いて画像投影装置100を構成することにより、画像投影装置100を、小型・コンパクトで、かつ高精度にミラー走査をすることが可能に構成することができる。このため、このように構成された画像投影装置100は、高品質に映像投影することができる。たとえば横縞低減等の画質向上効果を得ることができる。
In the first embodiment, by configuring the
(第2実施形態)
図12は、本発明の第2実施形態による光走査装置の平面図である。図13は、本発明の第2実施形態による光走査装置の一部を示した断面図である。次に、図12および図13を参照して、本発明の第2実施形態による光走査装置について説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a plan view of an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a part of an optical scanning device according to the second embodiment of the present invention. Next, an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.
この第2実施形態による光走査装置10(10b)では、上記第1実施形態と同様、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bが、ミラー軸部16の回動に対して互いに逆位相となる対称な位置に設けられている。ただし、第2実施形態では、上記第1実施形態とは異なり、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bが、ミラー面に対して面対称な位置に配置されている。具体的には、図12および図13に示すように、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bは、互いに面対称となるように、光走査装置10(シリコン基板)の表面側および裏面側に形成されている。
In the optical scanning device 10 (10b) according to the second embodiment, the first
第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。 Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
第2実施形態では、上記のように、第1角度検出部18aおよび第2角度検出部18bを、ミラー面に対して面対称な位置に配置することによって、上記第1実施形態と同様、逆位相となる対称な位置での検出信号が得られるため、容易に、ミラー軸部16の回動(クロストーク)の影響を除去することができる。
In the second embodiment, as described above, the first
また、光走査装置10(10b)を用いて画像投影装置を構成することで、上記第1実施形態と同様、画像投影装置を、小型・コンパクトで、かつ高精度にミラー走査をすることが可能に構成することができる。 Further, by configuring the image projection device using the optical scanning device 10 (10b), it is possible to perform mirror scanning of the image projection device with a small size, compactness, and high accuracy, as in the first embodiment. Can be configured.
第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
(第3実施形態)
図14は、本発明の第3実施形態による光走査装置のピエゾ抵抗素子を示した平面図である。次に、図4および図14を参照して、本発明の第3実施形態による光走査装置について説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
(Third embodiment)
FIG. 14 is a plan view showing a piezoresistive element of the optical scanning device according to the third embodiment of the present invention. Next, an optical scanning device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.
この第3実施形態では、図14に示すように、角度検出部18のピエゾ抵抗素子20(イオン注入された領域が、平面Oリング形状を有しており、そのリング中心から互いに90度の方向となる4つの部分に、電極21が1つずつ形成されている。これらの電極21は、イオン注入された領域上(ドープ領域上)に形成された金属層からなる。そして、4つの電極21のうち、互いに対向する一対の電極21aが、電流が印可される印可電極21aとなっており、互いに対向する他の一対の電極21bが、電圧を検出する検出電極21bとなっている。また、各電極21には、信号線(配線)22が接続されている。
In the third embodiment, as shown in FIG. 14, the
なお、この場合においても、ピエゾ抵抗素子20は、一対の検出電極21bを結ぶ方向が、n型単結晶シリコン材料の(100)面における〈100〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されているのが好ましい。このように構成することにより、ピエゾ抵抗素子20の感度を高めることができるので、ミラー部11(図4参照)の角度を高感度に検出することが可能となる。
In this case as well, in the
また、X軸周りの角度を検出する角度検出部19(ピエゾ抵抗素子20)(図4参照)についても、角度検出部18と同様に構成されているのが好ましい。
Further, the angle detector 19 (piezoresistive element 20) (see FIG. 4) for detecting the angle around the X axis is preferably configured similarly to the
第3実施形態のその他の構成は、上記第1および第2実施形態と同様である。また、第3実施形態の効果は、上記第1および第2実施形態と同様である。 Other configurations of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments. The effects of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments.
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第1〜第3実施形態では、第1角度検出部および第2角度検出部をそれぞれ1つずつ設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、第1角度検出部および第2角度検出部をそれぞれ複数ずつ設けてもよい。このように構成すれば、角度の検出感度を向上させることができる。 For example, in the first to third embodiments, an example in which one each of the first angle detection unit and the second angle detection unit is provided has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the first angle detection unit and A plurality of second angle detection units may be provided. If comprised in this way, the detection sensitivity of an angle can be improved.
また、上記第1〜第3実施形態では、ミラー部を駆動させる駆動部を、圧電素子を含む圧電駆動方式に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ミラー部を駆動させる駆動アクチュエーターは、圧電駆動方式以外であってもよい。たとえば、静電式であってもよいし、電磁式であってもよい。 In the first to third embodiments, the example in which the driving unit that drives the mirror unit is configured as a piezoelectric driving method including a piezoelectric element has been described. However, the present invention is not limited to this, and the mirror unit is driven. The drive actuator may be other than the piezoelectric drive system. For example, it may be electrostatic or electromagnetic.
また、上記第1〜第3実施形態では、角度検出部を、ピエゾ抵抗素子を有する構成とした例を示したが、本発明はこれに限らず、角度検出部は、ピエゾ抵抗素子以外のたとえばフォトセンサや他の歪みセンサなどを有する構成とされていてもよい。ただし、上記角度検出部は、ピエゾ抵抗素子を有する構成とされているのが、小型な構成で、かつ高精度に検出可能なため、好ましい。 In the first to third embodiments, the example in which the angle detection unit is configured to include a piezoresistive element has been described. However, the present invention is not limited to this, and the angle detection unit may be other than the piezoresistive element. You may be set as the structure which has a photo sensor, another distortion sensor, etc. However, it is preferable that the angle detection unit has a piezoresistive element because it has a small configuration and can be detected with high accuracy.
また、上記第1〜第3実施形態では、光走査装置をn型単結晶シリコン材料から構成し、ピエゾ抵抗素子をp型領域で形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、光走査装置をp型単結晶シリコン材料から構成し、ピエゾ抵抗素子をn型領域で形成することもできる。この場合、ピエゾ抵抗素子は、一対の検出電極を結ぶ方向が、p型単結晶シリコン材料の(100)面における〈110〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されているのが好ましい。このように構成した場合も、容易に、ミラー部の角度を高感度に検出することができる。また、この場合、枠軸部は、〈110〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されているのが好ましい。なお、〈110〉軸に対して略平行とは、上記実施形態と同様、たとえば、−10度から+10度の範囲内とすることができる。また、〈110〉軸に対して略垂直とは、たとえば、80度〜100度の範囲内とすることができる。 In the first to third embodiments, the example in which the optical scanning device is formed of an n-type single crystal silicon material and the piezoresistive element is formed in a p-type region is shown, but the present invention is not limited thereto, For example, the optical scanning device can be made of a p-type single crystal silicon material, and the piezoresistive element can be formed of an n-type region. In this case, the piezoresistive element is arranged so that the direction connecting the pair of detection electrodes is substantially parallel or substantially perpendicular to the <110> axis in the (100) plane of the p-type single crystal silicon material. Is preferred. Even in such a configuration, the angle of the mirror portion can be easily detected with high sensitivity. In this case, the frame shaft portion is preferably disposed so as to be substantially parallel or substantially perpendicular to the <110> axis. Note that “substantially parallel to the <110> axis” can be within a range of −10 degrees to +10 degrees, for example, as in the above embodiment. Further, “substantially perpendicular to the <110> axis” can be, for example, within a range of 80 degrees to 100 degrees.
また、上記第1〜第3実施形態では、第1角度検出部からの検出信号と第2角度検出部からの検出信号とを演算部で加算することによりクロストークをキャンセルする例を示したが、演算部での演算は、クロストークをキャンセルすることが可能な演算であれば、加算以外の演算(加算を含む演算)であってもよい。この場合、演算部を別途設ける構成としてもよい。 In the first to third embodiments, the example in which the crosstalk is canceled by adding the detection signal from the first angle detection unit and the detection signal from the second angle detection unit by the calculation unit has been described. The calculation in the calculation unit may be a calculation other than addition (calculation including addition) as long as the calculation can cancel the crosstalk. In this case, it is good also as a structure which provides a calculating part separately.
さらに、上記実施形態では、第1,第2角度検出部のピエゾ抵抗素子を、固定枠の内側におけるX軸に沿った縁部(仮想線P)に対して枠軸部側に配置した例を示したが、この場合、角度検出部18(ピエゾ抵抗素子20)は、仮想線Pにかからないように配置されていてもよいし、図15および図16に示すように、仮想線Pにかかるように配置されていてもよい。また、図17および図18に示すように、角度検出部18(ピエゾ抵抗素子20)は、仮想線Pに対して固定枠12側に配置されていてもよい。この場合も、角度検出部18(ピエゾ抵抗素子20)は、仮想線Pにかからないように配置されていてもよいし、仮想線Pにかかるように配置されていてもよい。ただし、角度検出部18(ピエゾ抵抗素子20)が仮想線Pから離れすぎると、特に固定枠側に離れすぎると、検出感度が下がり、角度を検出しにくくなるため、角度検出部18(ピエゾ抵抗素子20)は仮想線Pの近傍に配置されているのが好ましい。
Furthermore, in the said embodiment, the example which has arrange | positioned the piezoresistive element of the 1st, 2nd angle detection part at the frame axial part side with respect to the edge part (imaginary line P) along the X-axis inside a fixed frame. In this case, the angle detection unit 18 (piezoresistive element 20) may be arranged so as not to cover the virtual line P, or may be applied to the virtual line P as shown in FIGS. May be arranged. Further, as shown in FIGS. 17 and 18, the angle detection unit 18 (piezoresistive element 20) may be arranged on the fixed
なお、上記で開示された技術(構成)を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 Embodiments obtained by appropriately combining the techniques (configurations) disclosed above are also included in the technical scope of the present invention.
10 光走査装置
11 ミラー部
12 固定枠
12a 縁部
13 駆動部
13a 圧電素子
13b 電極
14 可動枠部
15 枠軸部(第2軸部)
16 ミラー軸部(第1軸部)
17 連結部
18 角度検出部
18a 第1角度検出部
18b 第2角度検出部
19 角度検出部(第3角度検出部)
20 ピエゾ抵抗素子
21 電極
21a 電極、印加電極
21b 電極、検出電極
30 光源
40 光走査装置制御部
50 水平駆動制御部
60 垂直駆動制御部
61、62 プリアンプ
63 演算部
64 位相補償器
65 ゲイン補償器
66 パワーアンプ
70 光源駆動回路
80 画像信号制御部
90 垂直方向駆動アクチュエーター
100 画像投影装置
DESCRIPTION OF
16 Mirror shaft (first shaft)
17 connecting
20
Claims (15)
前記第1軸部の回動によって回動するとともに、前記第2軸部の回動によって回動するミラー部と、
前記ミラー部および前記第1軸部を囲み、前記第2軸部の回動によって回動する可動枠部と、
前記第2軸部を介して前記可動枠部を振動させることで、前記第1軸部および前記第2軸部を中心軸として前記ミラー部を駆動させる駆動部とを備え、
前記第2軸部の軸上であって、前記第1軸部の回動に対して逆位相となる対称な位置に、前記可動枠部の角度を検出する第1角度検出部および第2角度検出部が設けられていることを特徴とする、光走査装置。 A first shaft portion and a second shaft portion having different axial directions;
A mirror portion that is rotated by rotation of the first shaft portion and rotated by rotation of the second shaft portion;
A movable frame portion that surrounds the mirror portion and the first shaft portion and is rotated by the rotation of the second shaft portion;
A drive unit that drives the mirror unit around the first shaft unit and the second shaft unit by vibrating the movable frame unit via the second shaft unit;
A first angle detection unit and a second angle that detect an angle of the movable frame unit at a symmetrical position on the axis of the second shaft unit and in an opposite phase to the rotation of the first shaft unit. An optical scanning device comprising a detection unit.
前記ピエゾ抵抗素子は、p型領域で形成されるとともに、一対の検出電極を結ぶ方向が、n型単結晶シリコン材料の(100)面における〈100〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光走査装置。 The first angle detection unit and the second angle detection unit include a piezoresistive element, and is an optical scanning device configured of an n-type single crystal silicon material,
The piezoresistive element is formed of a p-type region, and the direction connecting the pair of detection electrodes is substantially parallel or substantially perpendicular to the <100> axis on the (100) plane of the n-type single crystal silicon material. It arrange | positions so that it may become. The optical scanning device of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
前記ピエゾ抵抗素子は、n型領域で形成されるとともに、一対の検出電極を結ぶ方向が、p型単結晶シリコン材料の(100)面における〈110〉軸に対して、略平行あるいは略垂直となるように配置されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光走査装置。 The first angle detection unit and the second angle detection unit have a piezoresistive element, and is an optical scanning device configured of a p-type single crystal silicon material,
The piezoresistive element is formed of an n-type region, and the direction connecting the pair of detection electrodes is substantially parallel or substantially perpendicular to the <110> axis in the (100) plane of the p-type single crystal silicon material. It arrange | positions so that it may become. The optical scanning device of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
前記ピエゾ抵抗素子は、平面十字形状を有し、その4つの先端部に、互いに対向して、一対の印加電極および一対の検出電極が配置されていることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の光走査装置。 The first angle detector and the second angle detector have a piezoresistive element,
The piezoresistive element has a planar cross shape, and a pair of application electrodes and a pair of detection electrodes are arranged at four tip portions thereof so as to face each other. The optical scanning device according to any one of the above.
前記ピエゾ抵抗素子は、平面Oリング形状を有し、そのリング中心から互いに90度の方向となる4つの部分に、互いに対向して、一対の印加電極および一対の検出電極が配置されていることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の光走査装置。 The first angle detector and the second angle detector have a piezoresistive element,
The piezoresistive element has a planar O-ring shape, and a pair of application electrodes and a pair of detection electrodes are arranged opposite to each other at four portions that are 90 degrees from the center of the ring. The optical scanning device according to claim 1, wherein:
前記光走査装置の駆動制御を行う光走査装置制御部と、
前記光走査装置の前記ミラー部に光を照射する光源と、
前記光源を駆動する光源駆動回路と、
画像信号に基づき前記光源駆動回路を介して前記光源の制御を行う画像信号制御部とを備えることを特徴とする、画像投影装置。 The optical scanning device according to any one of claims 1 to 14,
An optical scanning device controller for controlling the driving of the optical scanning device;
A light source for irradiating light to the mirror part of the optical scanning device;
A light source driving circuit for driving the light source;
An image projection apparatus comprising: an image signal control unit configured to control the light source via the light source driving circuit based on an image signal.
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