JP2013156487A - ミラーデバイス、ミラーデバイスの製造方法、光スキャナー及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】可動部に固着する磁石の剥離を防止し、コイルが発生する磁界を磁石に十分に作用させることができるミラーデバイス、ミラーデバイスの製造方法、光スキャナー及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】ミラーデバイス1は、光反射性を有する光反射部12を備える可動板11と、一対の軸部材13a,13bと、可動板11に設けられ、両極が第1の軸を挟んで配置された永久磁石20と、可動板11と永久磁石20との間に介在して可動板11と永久磁石20とを接合し、半田で構成された半田層21と、可動板11と半田層21との間に介在し、可動板11よりも半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層22とを備え、可動板11の平面視で、下地層22は、半田層21を包含し、下地層22の少なくとも一部が永久磁石20から突出している。
【選択図】図1
【解決手段】ミラーデバイス1は、光反射性を有する光反射部12を備える可動板11と、一対の軸部材13a,13bと、可動板11に設けられ、両極が第1の軸を挟んで配置された永久磁石20と、可動板11と永久磁石20との間に介在して可動板11と永久磁石20とを接合し、半田で構成された半田層21と、可動板11と半田層21との間に介在し、可動板11よりも半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層22とを備え、可動板11の平面視で、下地層22は、半田層21を包含し、下地層22の少なくとも一部が永久磁石20から突出している。
【選択図】図1
Description
本発明は、ミラーデバイス、ミラーデバイスの製造方法、光スキャナー及び画像形成装置に関するものである。
光走査により描画を行う光スキャナーがプロジェクター、プリンター等に用いられている。そして、2次元的に光を走査する光スキャナーが特許文献1に開示されている。特許文献1に記載の光スキャナーは、可動板と、支持枠と、可動板を支持枠に対してねじり回転可能に支持する一対の弾性支持部と、永久磁石と、ホルダーと、電圧の印加により永久磁石に作用する磁界を発生するコイルとを有している。永久磁石は、直方体形状をなしており、可動板の裏面に、接着剤により接合されている。また、支持枠は、ホルダーに接合されており、そのホルダーの可動板に対向する部位に、コイルが設置されている。
しかながら、特許文献1に記載の光スキャナーでは、接着剤により永久磁石と可動板とが接合されている。従って、高温多湿の環境下において、永久磁石が可動板から剥離してしまうという問題がある。また、コイルで発生した磁界における磁束を永久磁石に導く手段がないので、そのコイルで発生した磁界を永久磁石に十分に作用させることができないという問題がある。
本発明の目的は、磁石の剥離を防止することができ、磁路を設けることで磁石に作用する磁界の磁束密度を高くすることができ、可動部を第1の軸の周りに回動させることのできるミラーデバイス、ミラーデバイスの製造方法、光スキャナー及び画像形成装置を提供することにある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例にかかるミラーデバイスは、光反射性を有する光反射部を備える可動部と、前記可動部を第1の軸周りに回動可能とするように、前記第1の軸に沿う方向に前記可動部の両端に設けられた一対の第1の軸部材と、前記可動部に設けられ、両極が前記第1の軸と交差する方向に配置された磁石と、前記可動部と前記磁石との間に介在して前記可動部と前記磁石とを接合し、半田で構成された半田層と、前記可動部と前記半田層との間に介在し、前記可動部よりも前記半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層と、を備え、前記下地層は複数の領域に分割されていることを特徴とする。
本適用例によれば、可動部は光反射性を有する光反射部を備えている。可動部には第1の軸に沿う方向に可動部の両端に一対の第1の軸部材が設けられ、可動部を第1の軸周りに回動する。可動部には磁石が接合されているので磁石に磁力を加えることにより、第1の軸部材を回転軸にして可動部を回動させることができる。そして、光反射部に光を照射することにより光をスキャンすることができる。
そして、半田層により可動部と磁石とが接合されている。これにより、可動部と磁石とを強固に接合することができ、高温多湿の環境下においても磁石が可動部から剥離してしまうことを防止することができる。
下地層は軟磁性体を含む為、下地層には磁路が構成される。その下地層により磁界の磁束を磁石に導くことができ、これにより、磁石に作用する磁界の磁束密度を高くすることができる。これによって、駆動力が大きくなり、可動部の回動角を大きくすることができる。下地層は複数の領域に分割されており、可動部よりも半田の濡れ性が高くなっている。従って、下地層が分割されていないときに比べて、下地層の面積が狭くなる為、半田層における半田の量を減らすことができる。
[適用例2]上記適用例に記載のミラーデバイスでは、前記下地層は、互いに異なる材料で構成された第1層と、第2層と、第3層とが前記半田層と反対側からこの順序で積層された積層体で構成され、前記第1層は、前記可動部と前記第2層との密着性を向上させる機能を有し、前記第2層は、前記軟磁性体で構成され、前記第3層は、前記半田の濡れ性を向上させる機能を有することが好ましい。
本適用例によれば、第2層は軟磁性体で構成されている。これにより、下地層により磁路を確実に構成することができる。第1層は、可動部と第2層との密着性を向上させる機能を有し、第3層は、半田の濡れ性を向上させる機能を有する。従って、可動部と磁石とをより強固に接合することができる。
[適用例3]上記適用例に記載のミラーデバイスでは、前記第1層の構成材料は、Cr、Ti及びTaのうちの少なくとも1種を含み、前記第2層の構成材料は、Niを含む金属や合金を含み、前記第3層の構成材料は、Au及びPdのうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。
本適用例によれば、第1層の構成材料は、Cr、Ti及びTaのうちの少なくとも1種を含んでいる為、可動部と第2層との密着性を向上させる機能を有することができる。そして、第2層の構成材料は、Niを含む金属や合金等を含んでいる為、第2層を軟磁性体の層にすることができる。さらに、第3層の構成材料は、Au及びPdのうちの少なくとも1種を含む為、半田の濡れ性を向上させる機能を有することができる。その結果、下地層により磁路を確実に構成することができるとともに、可動部と磁石とをより強固に接合することができる。
[適用例4]上記適用例に記載のミラーデバイスでは、前記磁石と前記半田層との間に介在し、前記磁石よりも前記半田の濡れ性が高い磁石側下地層を有することが好ましい。
本適用例によれば、磁石と半田層との間には半田の濡れ性が高い磁石側下地層が設置されている。従って、可動部と磁石とをより強固に接合することができる。
[適用例5]上記適用例に記載のミラーデバイスでは、前記磁石側下地層は、前記磁石の前記可動部側の面に設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、磁石側下地層は、磁石の可動部側の面に設けられている為、可動部と磁石とをより強固に接合することができる。
[適用例6]上記適用例に記載のミラーデバイスでは、前記磁石側下地層は、前記磁石の側面に設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、磁石側下地層は、磁石の側面に設けられている為、可動部と磁石とをより強固に接合することができる。
[適用例7]上記適用例に記載のミラーデバイスでは、前記可動部の平面視で、前記下地層は、前記磁石から該磁石の両極を結ぶ線分の方向に突出しており、前記下地層の前記磁石から前記線分の方向に突出した部位における前記線分に対して直交する方向の長さは、前記線分に沿って前記磁石から離間する方向に向って、漸増していることが好ましい。
本適用例によれば、下地層は、磁石から該磁石の両極を結ぶ線分の方向に突出している。そして、突出した部位における線分に対して直交する方向の長さは、線分に沿って磁石から離間する方向に向って、漸増している。従って、より多くの磁束を磁石に導くことができる。その結果、磁石に作用する磁界の磁束密度をより高くすることができる。さらに、下地層が磁石から突出することから磁石の角にも半田層が付着する為、可動部と磁石とをより強固に接合することができる。
[適用例8]上記適用例に記載のミラーデバイスでは、前記可動部の平面視で、前記下地層は、前記磁石から突出していることが好ましい。
本適用例によれば、可動部の平面視で、下地層は、磁石全体から突出している。これにより、より多くの磁束を磁石に導くことができ、これによって、磁石に作用する磁界の磁束密度をより高くすることができる。さらに、下地層が磁石から突出することから磁石の角にも半田層が付着する為、可動部と磁石とをより強固に接合することができる。
[適用例9]上記適用例に記載のミラーデバイスでは、前記可動部は、枠状部材と、前記枠状部材の内側に設けられ、前記光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記第1の軸に直交する第2の軸周りに回動可能とするように、前記可動板の前記第2の軸に沿う方向の両端に設けられ、前記可動板を前記枠状部材に支持する一対の第2の軸部材とを備え、前記一対の第1の軸部材は、前記枠状部材を前記第1の軸周りに回動可能とするように、前記枠状部材の前記第1の軸に沿う方向の両端に設けられたものであることが好ましい。
本適用例によれば、可動部は、枠状部材と枠状部材の内側に設けられた可動板を備えている。そして、一対の第2の軸部材が可動板の第2の軸に沿う方向の両端に設けられている。第2の軸部材は可動板を枠状部材に支持している。一対の第1の軸部材は、枠状部材の第1の軸に沿う方向の両端に設けられている。これにより、枠状部材は第1の軸周りに回動可能となっている。従って、可動板を第1の軸及び第1の軸に直交する第2の軸の周りに回動させることができる。
[適用例10]上記適用例に記載のミラーデバイスでは、前記磁石は、前記枠状部材に一対設けられ、前記一対の磁石は、それぞれ、前記磁石の両極を結ぶ線分が前記第1の軸部材の軸線及び前記第2の軸部材の軸線のそれぞれに対して傾斜するように配置され、前記半田層は、一対設けられ、前記一対の半田層は、それぞれ、前記枠状部材と前記一対の磁石との間に介在して前記枠状部材と前記一対の磁石とを接合し、前記下地層は、一対設けられ、前記一対の下地層は、それぞれ、前記枠状部材よりも前記半田の濡れ性が高く、前記枠状部材と前記一対の半田層との間に介在していることが好ましい。
本適用例によれば、磁石は枠状部材に一対設けられている。そして、一対の磁石は、それぞれ、磁石の両極を結ぶ線分が第1の軸部材の軸線及び第2の軸部材の軸線のそれぞれに対して傾斜するように配置されている。従って、可動板を第1の軸及び第1の軸に直交する第2の軸の周りに回動させることができる。
半田層は、一対設けられている。一対の半田層は、それぞれ、枠状部材と一対の磁石との間に介在して枠状部材と一対の磁石とを接合している。下地層は一対設けられている。該一対の下地層は、それぞれ、枠状部材よりも半田の濡れ性が高く、枠状部材と一対の半田層との間に介在している。従って、一対の磁石に作用する磁界の磁束密度をより高くすることができる。さらに、可動部と一対の磁石とをより強固に接合することができる。
[適用例11]本適用例に記載のミラーデバイスの製造方法は、光反射性を有する光反射部を備える可動部と、前記可動部を軸周りに回動可能とするように、前記可動部の前記軸に沿う方向の両端に設けられた一対の軸部材と、前記可動部に設けられ、両極が前記軸を挟んで配置された磁石と、前記可動部と前記磁石との間に介在して前記可動部と前記磁石とを接合し、半田で構成された半田層と、前記可動部と前記半田層との間に介在し、前記可動部よりも前記半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層と、を備え、前記下地層は、複数の領域に分割されており、前記磁石の外形をまたいで、前記磁石の外形に沿って配置されているミラーデバイスの製造方法であって、前記下地層を形成する工程と、前記下地層上に半田を配置し、前記半田を溶融し、前記半田層を形成して該半田層により前記磁石または着磁前の前記磁石を前記下地層に接合する工程と、を有することを特徴とする。
本適用例によれば、下地層を形成する工程を備えている。そして、下地層上に半田を配置し、半田を溶融し、半田層を形成して該半田層により磁石または着磁前の磁石を下地層に接合する工程を有している。下地層は、磁路の機能を有しているので、製造の際、別途磁路を形成する工程が不要となり、製造にかかる手間を低減することができる。さらに、下地層は、磁路の機能を有している為、磁石に作用する磁界の磁束密度を高くすることができる。
磁石または着磁前の磁石を接合する際は、下地層上の溶融された半田により、磁石または着磁前の磁石が適切な位置に自動的に移動する。磁石または着磁前の磁石は位置決めがなされるので、磁石または着磁前の磁石を適切な位置に容易かつ確実に位置決めすることができる。従って、ミラーデバイスを容易かつ品質良く製造することができる。さらに、下地層は半田の濡れ性が高い為磁石の剥離を防止することができる。
[適用例12]上記適用例に記載のミラーデバイスの製造方法では、基板の所定の位置に前記下地層を形成した後、前記基板を所定の形状に加工し、前記可動部と、前記一対の軸部材とをそれぞれ形成することが好ましい。
本適用例によれば、基板の所定の位置に下地層を形成した後、基板を所定の形状に加工している。そして、可動部と、一対の軸部材とがそれぞれ形成されている。従って、可動部を形成する際に、同時に、可動部における下地層の位置決めを行うことができる。その結果、製造工程を削減することができる。さらに、可動部における下地層の位置を正確に設定することができる。
[適用例13]本適用例に記載の光スキャナーは、光反射性を有する光反射部を備える可動部と、前記可動部を軸周りに回動可能とするように、前記可動部の前記軸に沿う方向の両端に設けられた一対の軸部材と、前記可動部に設けられ、両極が前記軸を挟んで配置された磁石と、前記可動部と前記磁石との間に介在して前記可動部と前記磁石とを接合し、半田で構成された半田層と、前記可動部と前記半田層との間に介在し、前記可動部よりも前記半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層と、前記可動部に対向するように配置され、電圧の印加により前記磁石に作用する磁界を発生するコイルと、前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、前記下地層は、複数の領域に分割されており、前記可動部の平面視で、前記下地層は、前記半田層を包含し、該下地層の少なくとも一部が前記磁石から突出しており、前記電圧印加手段により、所定の周波数の電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動部を前記所定の周波数で前記軸周りに回動させるよう構成されていることを特徴とする。
本適用例によれば、半田層により可動部と磁石とが接合されている。従って、可動部と磁石とを強固に接合することができる。さらに、高温多湿の環境下においても磁石が可動部から剥離してしまうことを防止することができる。
下地層により磁路が構成され、その下地層により、コイルで発生した磁界の磁束を磁石に導くことができる。従って、磁石に作用する磁界の磁束密度を高くすることができる。その結果、駆動力が大きくなり、可動部の回動角を大きくすることができる。下地層が、磁路の機能を有しているので、別途磁路が形成されている場合に比べて、製造の際、別途磁路を形成する工程が不要となり、製造にかかる手間を低減することができる。
[適用例14]本適用例に記載の画像形成装置は、光を射出する光源と、前記光源からの光を走査する光スキャナーと、を備え、前記光スキャナーは、光反射性を有する光反射部を備える可動部と、前記可動部を軸周りに回動可能とするように、前記可動部の前記軸に沿う方向の両端に設けられた一対の軸部材と、前記可動部に設けられ、両極が前記軸を挟んで配置された磁石と、前記可動部と前記磁石との間に介在して前記可動部と前記磁石とを接合し、半田で構成された半田層と、前記可動部と前記半田層との間に介在し、前記可動部よりも前記半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層と、前記可動部に対向するように配置され、電圧の印加により前記磁石に作用する磁界を発生するコイルと、前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、前記下地層は、複数の領域に分割されており、前記可動部の平面視で、前記下地層は、前記半田層を包含し、該下地層の少なくとも一部が前記磁石から突出しており、前記電圧印加手段により、所定の周波数の電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動部を前記所定の周波数で前記軸周りに回動させるよう構成されていることを特徴とする。
本適用例によれば、半田層により可動部と磁石とが接合されているので、可動部と磁石とを強固に接合することができる。さらに、高温多湿の環境下においても磁石が可動部から剥離してしまうことを防止することができる。
下地層により磁路が構成され、その下地層により、コイルで発生した磁界の磁束を磁石に導くことができる。従って、磁石に作用する磁界の磁束密度を高くすることができる。その結果、駆動力が大きくなり、可動部の回動角を大きくすることができる。さらに、下地層が、磁路の機能を有している為、別途磁路が形成されている場合に比べて、製造の際、別途磁路を形成する工程が不要となる。従って、製造にかかる手間を低減することができる。
以下、本発明のミラーデバイス、ミラーデバイスの製造方法、光スキャナー及び画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。尚、下記の実施形態では、代表的に、本発明のミラーデバイスを光スキャナーに適用した場合について説明する。以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
<第1実施形態>
図1は、光スキャナーの構造を示す模式平面図である。図2は、光スキャナーの構造を示す模式側断面図であり、図1のA−A線から見た断面図である。図3は、光スキャナーの構造を示す模式背面図である。図4は、光スキャナーのコイルに印加する電圧波形図である。図5〜図7は、ミラーデバイスの製造方法を説明するための模式図である。
<第1実施形態>
図1は、光スキャナーの構造を示す模式平面図である。図2は、光スキャナーの構造を示す模式側断面図であり、図1のA−A線から見た断面図である。図3は、光スキャナーの構造を示す模式背面図である。図4は、光スキャナーのコイルに印加する電圧波形図である。図5〜図7は、ミラーデバイスの製造方法を説明するための模式図である。
図5〜図7は、図3のB−B線から見た断面図となっている。尚、以下では、説明の便宜上、図1中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図2中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。また、図3では、図1に対して上下が逆になっているが、図3中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。同様に、図5〜図7では、図2に対して上下が逆になっているが、図5〜図7中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。尚、図1、図3の平面視が、それぞれ、可動部の平面視である。
図1〜図3に示すように、光スキャナー10は、ミラーデバイス1と、ホルダー19と、コイル30と、コイル30に電圧を印加する電圧印加手段40とを備えている。ミラーデバイス1は、可動板11と、一対の軸部材13a,13bと、支持枠18と、永久磁石(磁石)20とを備えている。可動板11は可動板本体110及び光反射性を有する光反射部12を備えている。
可動板11と永久磁石20との間には半田層21、下地層22、磁石側下地層としての下地層23が積層されている。半田層21は可動板11と永久磁石20とを接合する。下地層22は可動板11と半田層21との間に介在し、下地層23は永久磁石20と半田層21との間に介在する。
光反射部12は、可動板本体110の上面に設けられている。尚、可動板11により可動部が構成される。また、一対の軸部材13a,13bにより、一対の第1の軸部材が構成される。また、可動板11と、軸部材13a,13bと、永久磁石20と、半田層21と、下地層22、23とで、軸部材13a,13bを回動軸とする振動系が構成される。
可動板11は、軸部材13a,13bによって支持枠18に支持されている。また、支持枠18は、ホルダー19に支持されている。可動板11の形状は、図示の構成では、平面視で円形をなしているが、これに限定されず、平面視で、例えば、楕円形、四角形等の多角形であってもよい。
軸部材13a,13bは、それぞれ、弾性変形可能であり、可動板11を図1に示すX軸(第1の軸)周りに回動可能とするように、可動板11と支持枠18を連結している。この場合、軸部材13a,13bは、可動板11のX軸に沿う方向の両端に設けられ、可動板11を支持枠18に両持ち支持する。尚、支持枠18の中心及び可動板11の中心は、図1の平面視にて、X軸と、X軸に直交するY軸との交点上に位置している。また、軸部材13a,13bの軸線は、X軸と一致している。
可動板11、軸部材13a,13b及び支持枠18は、例えばシリコンを主材料として一体に形成されている。シリコンを主材料とすることにより、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理(加工)が可能であり、光スキャナー10の小型化を図ることができる。尚、SOI(Silicon On Insulator)基板等の積層構造を有する基板を用いてこれらを形成してもよく、この場合、可動板11、軸部材13a,13b及び支持枠18が一体となるように、可動板11、軸部材13a,13b及び支持枠18を積層構造基板の1つの層で形成するのが好ましい。
ホルダー19は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。ホルダー19の形状は、図示の構成では、凹状をなし、また、平面視で四角形をなしているが、支持枠18を支持することができれば特に限定されない。支持枠18とホルダー19との接合方法は、特に限定されず、例えば接着剤を用いて接合してもよいし、陽極接合により接合してもよい。また、例えば、支持枠18とホルダー19との間にSiO2を主材料として構成されたSiO2層が介在していてもよい。
可動板11の下面(光反射部12とは反対側の面)には、永久磁石20が設けられている。この永久磁石20は、半田層21により、下地層22、23を介して可動板11に接合されている。具体的には、まず、可動板11の下面に下地層22が形成され、永久磁石20の表面全体、すなわち、永久磁石20の上面(可動部側の面)、下面、4つの側面のそれぞれに下地層23が形成されている。そして、半田層21は、下地層22と、永久磁石20の上面に形成された下地層23との間に介在しており、また、半田層21は、永久磁石20の4つの側面に形成された下地層23の図2中の上側の端部にも密着している。
また、ホルダー19の内部においてミラーデバイス1を向く上面には永久磁石20に作用する磁界を発生するコイル30が設けられている。コイル30は電圧印加手段40に電気的に接続されている。永久磁石20、コイル30及び電圧印加手段40によって可動板11を回動させる駆動手段が構成される。
永久磁石20は、長手形状、図示の構成では、直方体形状、すなわち、横断面が四角形をなす真っ直ぐな棒状をなしており、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石20のS極とN極とを結ぶ線分の方向が、永久磁石20の長手方向と一致している。換言すれば、永久磁石20のS極とN極とを結ぶ線分が、永久磁石20の軸線と一致している。尚、永久磁石20の形状は、図示の形状に限定されるものではない。
永久磁石20は、その両極の間にX軸が位置するように配置されている。換言すれば、永久磁石20は、両端部(各磁極)が、X軸で分割される2つの領域に位置するように配置されている。そして、永久磁石20は、その軸線がX軸に対して直交するように配置されている。また、図1に示すように支持枠18の平面視にて、永久磁石20の中心は、可動板11の中心と一致している。これにより、円滑かつ確実に可動板11をX軸の周りに回動させることができる。尚、永久磁石20の長手方向の軸線と、Y軸とが一致している。
永久磁石20としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等の硬磁性体を着磁したものを好適に用いることができる。
尚、光スキャナー10を製造する際は、既に着磁がなされて永久磁石20となったものを可動板11に設置してもよいし、また、着磁前の硬磁性体を可動板11に設置してから、その硬磁性体を着磁することで永久磁石20としてもよい。但し、着磁前の硬磁性体を可動板11に設置してから、その硬磁性体を着磁することで永久磁石20とすることが好ましい。
半田層21は、半田で構成されている。半田層21に用いる半田としては、特に限定されず、例えば、Sn−Pb系、Sn−Pb−Bi系、Sn−Pb−Ag系、Sn−Sb系、Sn−Cu系、Sn−Pb−Sb系、Sn−Pb−Cu系、Sn−Ag系、Sn−Ag−Cu系、Sn−Ag−Bi−Cu系、Sn−In−Ag−Bi系、Sn−Zn系、Sn−Zn−Bi系、Sn−Bi系、Sn−In系、Pb−Ag系、Au系等が挙げられる。尚、半田層21には、それぞれ、半田以外の材料、例えば、フラックス機能(活性)を有する化合物等が含まれていてもよい。
永久磁石20は、半田層21により、下地層22、23を介して可動板11に接合されている。これにより、可動板11と永久磁石20とを強固に接合することができ、高温多湿の環境下においても半田層21は接着剤に比べ劣化が小さく、永久磁石20が可動板11から剥離してしまうことを防止することができる。
下地層22は、可動板11の下面(光反射部12とは反対側の面)に設けられている。そして、下地層22は、その半田層21側の表面の半田の濡れ性が可動板11よりも高くなるように構成されている。これにより半田層21により永久磁石20を接合する際、下地層22上に半田が確実に、かつ均一に濡れ広げることができる。
また、下地層22は、軟磁性体を含み、磁路を構成している。そして、可動板11の平面視で下地層22は半田層21を包含し、下地層22は複数の領域に分割されている。下地層22は永久磁石20の外形から突出し、永久磁石20の外形に沿って枠形に配置されている。本実施形態では可動板11の平面視で下地層22は永久磁石20全体から突出している。すなわち、下地層22は、可動板11の平面視で永久磁石20のX軸方向(永久磁石20の両極を結ぶ線分に対して直交する方向)の両端からそれぞれX軸方向に突出している。さらに、下地層22は永久磁石20のY軸方向(永久磁石20の両極を結ぶ線分の方向)の両端からそれぞれY軸方向に突出している。
下地層22の永久磁石20からY軸方向及び−Y軸方向に突出した部位におけるX軸方向の長さは、Y軸方向の線分に沿って永久磁石20から離間する方向に向って、漸増していることが好ましい。これにより、より多くの磁束を永久磁石20に導くことができる。その結果、永久磁石20に作用する磁界の磁束密度をより高くすることができる。
この下地層22により、コイル30で発生した磁界の磁束を永久磁石20に導くことができ、これにより、永久磁石20に作用する磁界の磁束密度を高くすることができる。これによって、駆動力が大きくなり、可動板11の回動角を大きくすることができる。
また、可動板11の平面視で下地層22が永久磁石20全体から突出していることにより、半田層21が、永久磁石20の4つの側面に形成された下地層23の図2中の上側の端部に、その全周に亘って密着し、これにより、可動板11と永久磁石20とを強固に接合することができる。
また、下地層22は複数の領域に分割されており、永久磁石20の外形から突出して永久磁石20の外形に沿って枠形に配置されている。これにより、永久磁石20と対向する場所の総てに半田層21を設置するときに比べて、半田層21の量を減らすことができる。さらに、永久磁石20と可動板11の間の全面に半田層21と下地層22を設ける場合と比較して、接合する際に生じる応力が低減され、可動板11のたわみが抑制される。
この場合、半田層21と下地層22は永久磁石20の外形における中心に対して点対称に設けられていることが好ましい。これにより、半田層21の硬化時の収縮に起因する力は、永久磁石20に対して点対称に生じることから、当該力に起因した磁石の位置ずれを防止することができる。
また、可動板11の平面視において永久磁石20と可動板11との接合面で下地層22とで重なる領域全体に下地層23が設けられている。そして、下地層23は、その表面の半田の濡れ性が永久磁石20よりも高くなるように構成されている。これにより半田層21により永久磁石20を接合する際、作業者は下地層23上に半田を確実にかつ均一に濡れ広げることができる。尚、下地層23は、軟磁性体を含んでいることが好ましい。また、下地層23は永久磁石20の表面全体に設けられていてもよい。
このように、可動板11と半田層21との間に下地層22を介在させ、永久磁石20と半田層21との間に下地層23を介在させることにより、それらの下地層22,23を介して可動板11と永久磁石20とを確実に接合することができる。
下地層22の構成材料としては、軟磁性材料を含み、下地層22の表面の半田の濡れ性が可動板11よりも高くなるものであれば、特に限定されず、例えば、Niを含む金属、合金等が挙げられる。
下地層23の構成材料としては、下地層23の表面の半田の濡れ性が永久磁石20よりも高くなるものであれば、特に限定されないが、軟磁性材料を含むことが好ましく、例えば、Niを含む金属や合金等が挙げられる。
下地層22、23は、それぞれ、単層であってもよく、また、複数の層が積層された積層体で構成されていてもよいが、下地層22は、互いに異なる材料で構成された第1層221と、第2層222と、第3層223とが可動板11から半田層21に向けてこの順序で積層された積層体で構成されていることが好ましい。本実施形態では、図2に示すように、下地層22は積層体で構成されている。
下地層23は、互いに異なる材料で構成された第1層231と、第2層232と、第3層233とが永久磁石20から半田層21に向けてこの順序で積層された積層体で構成されていることが好ましい。本実施形態では、図2に示すように、下地層23は積層体で構成されている。
尚、下地層22の第1層221、第2層222、第3層223は、それぞれ、下地層23の第1層231、第2層232、第3層233と同様である。従って、以下では代表的に下地層22の第1層221、第2層222、第3層223について説明する。
第1層221は、可動板11と第2層222との密着性を向上させる機能を有している。
この第1層221の構成材料としては、例えば、Cr、Ti及びTaのうちの1種または2種以上を含むものが好ましく、Crがより好ましい。2種以上含むものとしては、例えば、Ni−Cr系合金等が挙げられる。
この第1層221の構成材料としては、例えば、Cr、Ti及びTaのうちの1種または2種以上を含むものが好ましく、Crがより好ましい。2種以上含むものとしては、例えば、Ni−Cr系合金等が挙げられる。
第2層222は、軟磁性体で構成されている。そして、第2層222は、さらに、第1層221と第3層223との密着を保持しつつ、半田を溶融して半田層21を形成する際、その半田の構成材料の可動板11への拡散を防止する機能を有していることが好ましい。
この第2層222の構成材料としては、例えば、Ni、Cr、Ti及びTaのうちの少なくとも1種または2種以上を含むものが好ましく、Niがより好ましい。2種以上含むものとしては、例えば、Ni−Cr系合金等が挙げられる。
また、第3層223は、半田の濡れ性を向上させる機能を有している。そして、第3層223は、さらに、半田層21と第2層222との密着性を向上させる機能と、第1層221及び第2層222の酸化を防止する機能とを有していることが好ましい。この第3層223の構成材料としては、例えば、Au及びPdのうちの少なくとも1種または2種以上を含むものが好ましい。
尚、下地層22、23を2層の積層体で構成する場合の具体例としては、それぞれ、例えば、Crで構成されたCr層(第1層)と、Niで構成されたNi層(第2層)とをNi層が半田層21側に位置するように積層した積層体、Niで構成されたNi層(第1層)と、Auで構成されたAu層(第2層)とをAu層が半田層21側に位置するように積層した積層体、が挙げられる。
永久磁石20の直下には、コイル30が設けられている。すなわち、可動板11の下面に対向するように、コイル30が設けられている。これにより、コイル30から発生する磁界を効率的に永久磁石20に作用させることができる。これにより、光スキャナー10の省電力化及び小型化を図ることができる。
コイル30は、電圧印加手段40と電気的に接続されている。そして、電圧印加手段40によりコイル30に電圧が印加されることで、コイル30から永久磁石20に作用する磁束を有する磁界が発生する。尚、コイル30は磁心に巻き付けられていてもよい。
次に、光スキャナー10の駆動方法について説明する。図4に示すように電圧印加手段40は交流電圧を出力してコイル30印加する。これにより、永久磁石20のN極をコイル30が引き付けて、永久磁石20のS極をコイル30から離間させようとする磁界(この磁界を「磁界A1」という)が形成される。このとき、磁界は、可動板11と永久磁石20のN極との接合部付近をコイル30が引き付け、可動板11と永久磁石20のS極との接合部付近をコイル30から離間させようとする。
次に、永久磁石20のN極をコイル30から離間させて、永久磁石20のS極との接合部付近をコイル30に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界A2」という)が形成される。このとき、磁界は、可動板11と永久磁石20のN極との接合部付近をコイル30から離間させて、可動板11と永久磁石20のS極との接合部付近をコイル30に引き付けようとする。そして、「磁界A1」と「磁界A2」とが交互に切り換わる。
ここで、上述したように、永久磁石20は、それぞれの端部(磁極)が、X軸で分割される2つの領域に位置するように配置される。すなわち図1において、X軸を挟んで一方側に永久磁石20のN極が位置し、他方側にS極が位置している。そのため、磁界A1と磁界A2とが交互に切り換わることで、軸部材13a,13bを捩れ変形させつつ、可動板11が、第1の電圧の周波数でX軸周りに回動する。
尚、コイル30に印加する交流電圧の周波数は、可動板11と軸部材13a,13b4と、永久磁石20と、半田層21と、下地層22、23とで構成される振動系のねじり共振周波数(共振周波数)と一致しているのが好ましいが、異なっていてもよい。
また、本実施形態では、電圧印加手段40によりコイル30へ図4に示す交流電圧を印加するものについて説明したが、可動板11を回動させることができれば、これに限定されず、例えば、電圧印加手段40によりコイル30へ直流電圧を間欠的に印加するように構成されていてもよい。
次に、ミラーデバイス1の製造方法の一例について説明する。まず、シリコンで構成された基板(シリコン基板)5を用意する。次に、図5(a)に示すように、基板5の上面に、レジスト膜61を形成する。次に、図5(b)に示すように、基板5の上面の下地層22を形成する部位のレジスト膜61を除去する。すなわち、基板5の上面の下地層22を形成する部位以外を覆うようにレジスト膜61のパターニングを行う。下地層22を形成する部位の位置は、後述する溶融した半田66により永久磁石20の位置決めがなされる際、永久磁石20が適切な位置に位置するように設定される。
次に、図5(c)に示すように、基板5の上面に、下地層22となる部位を含む層62を形成する。尚、層62の構成材料は、下地層22の構成材料と同一のものである。そして、層62は第1層221、第2層222、第3層223に対応する層の3層を積層して形成する。次に、図5(d)に示すように、レジスト膜61を除去する。これにより、基板5の上面の所定の位置に、下地層22が形成される。次に、図5(e)に示すように、基板5の上面及び下地層22の上面に、レジスト膜63を形成する。
次に、図6(a)に示すように、可動板本体110(可動板11)と、軸部材13a,13bと、支持枠18との平面視形状に対応する形状をなすようにレジスト膜63のパターニングを行う。次に、図6(b)に示すように、レジスト膜63をマスクとして、基板5を上面側からエッチングする。
エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。尚、レジスト膜63をマスクとする基板5のエッチングにおいては、例えば、誘導結合型反応性イオンエッチングを行う。
次に、図6(c)に示すように、レジスト膜63を除去する。これにより、下地層22が設けられた可動板本体110と、軸部材13a,13bと、支持枠18とを備えた基板5が得られる。次に、図6(d)に示すように、可動板本体110の下面に、光反射部12を形成する。この光反射部12の形成は、例えば、所定のマスクを用いて行うことができる。これにより、光反射部12を有し、下地層22が設けられた可動板11と、軸部材13a,13bと、支持枠18とを備えた基板5が得られる。
次に、図6(e)に示すように、下地層22上に、フラックス機能を有する化合物を塗布して、フラックス膜64を形成する。次に、図7(a)に示すように、フラックス膜64上に半田ボール65を配置する。次に、図7(b)に示すように、半田ボール65を溶融する。これにより、半田66が、それぞれ下地層22上全体に濡れ広がる。この際、フラックス膜64により半田66の濡れ性が向上する。また、フラックス膜64により半田66の表面の酸化膜が除去され、半田66の酸化が防止される。
次に、図7(c)に示すように、半田66上に、フラックス機能を有する化合物を塗布して、フラックス膜67を形成する。次に、図7(d)に示すように、着磁前の永久磁石20、すなわち着磁により永久磁石20となる硬磁性体200の表面全体に、下地層23を形成する。下地層23は第1層231、第2層232、第3層233の3層を積層して形成する。
次に、硬磁性体200を下地層22上に載置して半田66を溶融することにより、半田層21を形成する。半田層21により下地層22、23介して可動板11と硬磁性体200とが接合される。この際、半田層21は、硬磁性体200の下面に形成された下地層23のみならず、硬磁性体200の4つの側面に形成された下地層23の下側の端部にも密着する。
また、半田66を溶融した際は半田66の表面張力により硬磁性体200が適切な位置に自動的に移動し、硬磁性体200が位置決めされる。これによって、硬磁性体200を適切な位置に容易かつ確実に位置決めすることができる。また、半田66上にフラックス膜67を設けることにより半田層21の表面の酸化膜を除去し、半田層21の酸化を防止することができる。
次に、硬磁性体200に対して着磁を行う。これにより、硬磁性体200が永久磁石20となる。以上のようにして、ミラーデバイス1が製造される。
以上説明したように、本実施形態によれば、永久磁石20は、半田層21により、下地層22、23を介して可動板11に接合されているので、可動板11と永久磁石20とを強固に接合することができ、高温多湿の環境下においても永久磁石20が可動板11から剥離してしまうことを防止することができる。
また、下地層22により磁路が構成され、その下地層22により磁束を永久磁石20に導くことができ、これにより、永久磁石20に作用する磁界の磁束密度を高くすることができる。これによって、駆動力が大きくなり、可動板11の回動角を大きくすることができる。
また、ミラーデバイス1の製造において着磁前の永久磁石20である硬磁性体200を接合する際は、下地層22上の溶融された半田により、硬磁性体200が適切な位置に自動的に移動し、その硬磁性体200の位置決めがなされるので、硬磁性体200を適切な位置に容易かつ確実に位置決めすることができる。尚、着磁がなされた永久磁石20を接合する際も同様である。
また、ミラーデバイス1を製造する際は、基板5の所定の位置に下地層22を形成した後、基板5を所定の形状に加工し、可動板本体110(可動板11)と、軸部材13a,13bとをそれぞれ形成している。これにより、可動板本体110を形成する際に、同時に、可動板本体110における下地層22の位置決めをそれぞれ行うことができる。従って、製造工程を削減することができる為、生産性良くミラーデバイス1を製造することができる。さらに、可動板本体110における下地層22の位置を正確に設定することができる。
また、下地層22が、磁路の機能を有しているので、別途磁路が形成されている場合に比べて、製造の際、別途磁路を形成する工程が不要となり、製造にかかる手間を低減することができる。
また、光スキャナー10は、可動板11に永久磁石20を設け、永久磁石20に対向するようにホルダー19上にコイル30を設けている。つまり、振動系上には発熱体であるコイル30が設けられていない。そのため、通電によってコイル30から発生する熱による振動系の撓みや共振周波数の変化を防止または抑制することができる。その結果、光スキャナー10は、長時間の連続使用であっても所望の振動特性を発揮することができる。
尚、本実施形態では、可動板11の平面視で下地層22は、永久磁石20全体から突出している。可動板11の平面視で下地層22は、半田層21を包含し下地層22の少なくとも一部が永久磁石20から突出していればよい。例えば、可動板11の平面視で、下地層22は、永久磁石20からX軸方向のみに突出していてもよく、また、Y軸方向のみに突出していてもよい。
また、本実施形態では、下地層23は、第1層231、第2層232、第3層233の3層により構成された。これに限らず、下地層23は第2層232のNi層のみでもよい。
<第2実施形態>
次に、光スキャナーの一実施形態について図8〜図11を用いて説明する。本実施形態が第1実施形態と異なるところは、光反射部12が光を直交する2方向に走査する点にある。
次に、光スキャナーの一実施形態について図8〜図11を用いて説明する。本実施形態が第1実施形態と異なるところは、光反射部12が光を直交する2方向に走査する点にある。
図8は、光スキャナーの構造を示す模式平面図である。図9は、光スキャナーの構造を示す模式側断面図であり、図8のC−C線から見た断面図である。図10は、光スキャナーが備える駆動手段の電圧印加手段を示すブロック図である。図11は、第1の電圧発生部及び第2の電圧発生部の発生電圧の一例を示す図である。尚、以下では、説明の便宜上、図8中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図9中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。尚、図8の平面視は、可動板11における平面視を示す。
図8及び図9に示すように、光スキャナー10は、ミラーデバイス1と、ホルダー17と、コイル30と、コイル30に電圧を印加する電圧印加手段40aとを備えている。ミラーデバイス1は可動板11と、一対の軸部材(第2の軸部材)13a、13bと、枠状部材14とを備えている。可動板11は可動板本体110及び光反射性を有する光反射部12を備えている。さらに、ミラーデバイス1は一対の軸部材(第1の軸部材)15a、15bと、支持枠16と、一対の永久磁石(磁石)20a、20bと、枠状部材14とを備えている。
さらに、ミラーデバイス1は枠状部材14と永久磁石20aとを接合する一対の半田層21aと、枠状部材14と永久磁石20bとを接合する半田層21bとを備えている。さらに、ミラーデバイス1は枠状部材14と半田層21aとの間に介在する下地層22aと、枠状部材14と半田層21bとの間に介在する下地層22bとを備えている。さらに、ミラーデバイス1は永久磁石20aと半田層21aとの間に介在する下地層23aと、永久磁石20bと半田層21bとの間に介在する下地層23bとを備えている。
また、下地層22aおよび下地層22bは、それぞれ複数の領域に分割されており、永久磁石20の外形から突出して永久磁石20の外形に沿って枠形に配置されている。なお、半田層21aと下地層22aとは、永久磁石20aの外形における中心に対して点対称に設けられていることが好ましい。同様に、半田層21bと下地層22bとは、永久磁石20bの外形における中心に対して点対称に設けられていることが好ましい。これにより、各半田層の硬化時の収縮に起因する力による各磁石の位置ずれを低減することができる。
光反射部12は、可動板本体110の上面に設けられている。尚、可動板11と、軸部材13a,13bと、枠状部材14と、軸部材15a,15bとにより、可動部が構成される。
また、可動板11(光反射部12)と、軸部材13a,13bと、枠状部材14と、軸部材15a,15bと、永久磁石20a,20bと、半田層21a,21bと、下地層22a,22b,23a,23bとで、軸部材15a,15bを回動軸とする第1の振動系が構成されている。可動板11(光反射部12)と、軸部材13a,13bとで、軸部材13a,13bを回動軸とする第2の振動系が構成される。
枠状部材14は、軸部材15a,15bによって支持枠16に支持されている。また、可動板11は、枠状部材14の内側に配置され、軸部材13a,13bによって枠状部材14に支持されている。また、支持枠16は、ホルダー17に支持されている。
可動板11の形状は、平面視で円形をなしているが、これに限定されず、平面視で、例えば、楕円形、四角形等の多角形であってもよい。
軸部材13a,13b及び軸部材15a,15bは、それぞれ、弾性変形可能である。軸部材15a,15bは、枠状部材14を図8に示すX軸(第1の軸)周りに回動可能とするように、枠状部材14と支持枠16を連結している。この場合、軸部材15a,15bは、枠状部材14のX軸に沿う方向の両端に設けられ、枠状部材14を支持枠16に両持ち支持する。
また、軸部材13a,13bは、可動板11を図8に示すY軸(第2の軸)周りに回動可能とするように、可動板11と枠状部材14を連結している。この場合、軸部材13a,13bは、可動板11のY軸に沿う方向の両端に設けられ、可動板11を枠状部材14に両持ち支持する。尚、X軸とY軸は、互いに直交している。また、枠状部材14の中心及び可動板11の中心は、図8の平面視にて、X軸とY軸の交点上に位置している。尚、軸部材15a,15bの軸線は、X軸と一致し、軸部材13a,13bの軸線は、Y軸と一致している。
枠状部材14をX軸周りに回動可能とし、可動板11をY軸周りに回動可能とすることにより、可動板11をX軸及びY軸の直交する2軸周りに回動させることができる。
可動板11、軸部材13a,13b、枠状部材14、軸部材15a,15b、及び支持枠16は、例えばシリコンを主材料として一体に形成されている。シリコンを主材料とすることにより、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理(加工)が可能であり、光スキャナー10の小型化を図ることができる。
尚、SOI基板等の積層構造を有する基板を用いてこれらを形成してもよく、この場合、可動板11、軸部材13a,13b、枠状部材14、軸部材15a,15b、及び支持枠16が一体となるように、積層構造基板の1つの層で形成するのが好ましい。
ホルダー17は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。ホルダー17の形状は凹状をなし、平面視で四角形をなしている。ホルダー17の形状は、支持枠16を支持することができれば良く、特に限定されない。支持枠16とホルダー17との接合方法は、特に限定されず、例えば接着剤を用いて接合してもよいし、陽極接合により接合してもよい。また、例えば、支持枠16とホルダー17との間にSiO2を主材料として構成されたSiO2層が介在していてもよい。
枠状部材14の下面(ホルダー17と対向する面)には、永久磁石20a,20bが設けられている。この永久磁石20a,20bは、半田層21a,21bにより、下地層22a,22b,23a,23bを介して枠状部材14に接合されている。具体的には、まず、枠状部材14の下面に下地層22a,22bが形成され、永久磁石20a,20bの表面全体、すなわち、永久磁石20a,20bの上面(可動部側の面)、下面、4つの側面のそれぞれに下地層23a、23bが形成されている。
そして、半田層21aは、下地層22aと、永久磁石20aの上面に形成された下地層23aとの間に介在している。また、半田層21aは、永久磁石20aの4つの側面に形成された下地層23aの図9中の上側の端部にも密着している。同様に、半田層21bは、下地層22bと、永久磁石20bの上面に形成された下地層23bとの間に介在している。また、半田層21bは、永久磁石20bの4つの側面に形成された下地層23bの図9中の上側の端部にも密着している。前述のとおり、下地層22aおよび下地層22bが分割されているため、永久磁石20a、20bと枠状部材14との間の前面に半田層と下地層を設ける場合と比較して、半田の使用量を減らすことができる。さらに、永久磁石の接合の際に生じる応力が低減され、枠状部材14に生じる歪みを低減できる。
また、ホルダー17の上面には、永久磁石20a,20bに作用する磁界を発生するコイル30が設けられている。コイル30は電圧印加手段40aと電気的に接続されている。永久磁石20a,20b、コイル30及び電圧印加手段40aによって可動板11及び枠状部材14を回動させる駆動手段が構成される。
永久磁石20a,20bは、それぞれ、長手形状、図示の構成では、直方体形状、すなわち、横断面が四角形をなす真っ直ぐな棒状をなしており、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石20aのS極とN極とを結ぶ線分の方向が、永久磁石20aの長手方向と一致している。換言すれば、永久磁石20aのS極とN極とを結ぶ線分が、永久磁石20aの軸線と一致している。永久磁石20bについても同様である。
永久磁石20aと永久磁石20bとは、形状、寸法等が異なっていてもよいが、本実施形態では、永久磁石20aと永久磁石20bとは、形状及び寸法が同一に設定されている。尚、永久磁石20a,20bの形状は、それぞれ、図示の形状に限定されるものではない。
永久磁石20a,20bは、それぞれ、その両極の間にX軸が位置するように配置されている。すなわち、永久磁石20a,20bは、それぞれ、両端部(各磁極)が、X軸で分割される2つの領域に位置するように配置されている。そして、永久磁石20a,20bは、それぞれ、その軸線がX軸及びY軸に対して傾斜するように配置されている。
また、X軸、すなわち軸部材15a,15bの軸線と、永久磁石20a,20bの軸線(永久磁石20a,20bの両極を結ぶ線分)とのなす角(X軸に対する永久磁石20a,20bの軸線の傾斜角)θaは、それぞれ、特に限定されないが、30°以上60°以下であるのが好ましく、45°以上60°以下度であることがより好ましく、45度であるのがさらに好ましい。このように永久磁石20a,20bを設けることで、円滑かつ確実に可動板11をX軸の周り及びY軸の周りに回動させることができる。
永久磁石20aの傾斜角θaと、永久磁石20bの傾斜角θaとは、同一でもよく、また、異なっていてもよいが、本実施形態では、同一に設定されている。すなわち、永久磁石20a,20bは、それぞれの軸線が互いに平行となるように配置されている。そして、本実施形態では、永久磁石20a,20bは、平面視にて、永久磁石20aと永久磁石20bとが枠状部材14(可動板11)の中心に対して点対称となるように配置されている。これにより、可動板11を円滑にX軸周り及びY軸周りに回動させることができる。尚、永久磁石20aのN極と永久磁石20bのS極とが点対称となり、永久磁石20aのS極と永久磁石20bのN極とが点対称となっている。
尚、本実施形態では、永久磁石20a,20bは、枠状部材14の下面(ホルダー17と対向する面)に設けられているが、これに限らず、永久磁石20aは、枠状部材14の上面(光反射部12が設けられている側の面)に設けられていてもよく、また、枠状部材14の下面と上面の両方に設けられていてもよい。同様に、永久磁石20bは、枠状部材14の上面に設けられていてもよく、また、枠状部材14の下面と上面の両方に設けられていてもよい。尚、永久磁石20aが枠状部材14の上面に設けられる場合は、永久磁石20bも枠状部材14の上面に設けられることが好ましく、また、永久磁石20aが枠状部材14の下面と上面の両方に設けられる場合は、永久磁石20bも枠状部材14の下面と上面の両方に設けられることが好ましい。
尚、永久磁石20a,20bとしては、それぞれ、前述した第1実施形態で挙げたものと同様のものを用いることができる。また、光スキャナー10を製造する際は、既に着磁がなされて永久磁石20a,20bとなったもの枠状部材14に設置してもよいし、また、着磁前の硬磁性体を枠状部材14に設置してから、その硬磁性体を着磁することで永久磁石20としてもよい。但し、着磁前の硬磁性体を枠状部材14に設置してから、その硬磁性体を着磁することで永久磁石20とすることが好ましい。
また、半田層21a,21bとしては、それぞれ、前述した第1実施形態で挙げたものと同様のものを用いることができる。また、下地層22a,22bは、枠状部材14の下面(ホルダー17と対向する面)に設けられており、その半田層21a,21b側の表面の半田の濡れ性が枠状部材14よりも高くなるように構成されている。また、下地層22a,22b,23a,23bとしては、それぞれ、前述した第1実施形態で挙げたものと同様のものを用いることができる。
図10に示すように、電圧印加手段40は、第1の電圧発生部41と、第2の電圧発生部42と、電圧重畳部43とを備えている。第1の電圧発生部41は、可動板11をX軸周りに回動させるための第1の電圧V1を発生させる。第2の電圧発生部42は可動板11をY軸周りに回動させるための第2の電圧V2を発生させる。電圧重畳部43は第1の電圧V1と第2の電圧V2とを重畳し、その電圧をコイル30に印加する。
図11(a)に示すように、第1の電圧発生部41は周期T1で周期的に変化する第1の電圧V1(垂直走査用電圧)を発生させるものである。第1の電圧V1は、鋸波のような波形をなしている。そのため、光スキャナー10は効果的に光を垂直走査(副走査)することができる。尚、第1の電圧V1の波形は、これに限定されない。ここで、第1の電圧V1の周波数(1/T1)は、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、30〜80Hz(60Hz程度)であるのが好ましい。
第1の振動系が可動板11と、軸部材13a,13bと、枠状部材14と、軸部材15a,15bと、永久磁石20a,20bと、半田層21a,21bと、下地層22a,22b,23a,23bとで構成されている。そして、第1の電圧V1の周波数は、本実施形態では第1の振動系のねじり共振周波数(共振周波数)と異なる周波数となるように調整されている。
図11(b)に示すように、一方、第2の電圧発生部42は周期T1と異なる周期T2で周期的に変化する第2の電圧V2(水平走査用電圧)を発生させるものである。第2の電圧V2は、正弦波のような波形をなしている。そのため、光スキャナー10は効果的に光を主走査することができる。尚、第2の電圧V2の波形は、これに限定されない。
このような第2の電圧V2の周波数(第2周波数)は、第1の電圧V1の周波数(第1周波数)よりも大きいことが好ましい。すなわち、周期T2は、周期T1よりも短いことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動板11をX軸周りに第1周波数で回動させつつ、Y軸周りに第2周波数で回動させることができる。
また、第2周波数は、第1周波数と異なり、かつ、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、10〜40kHzであるのが好ましい。このように、第2の電圧V2の周波数を10〜40kHzとし、前述したように第1の電圧V1の周波数を60Hz程度とすることで、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動板11を互いに直交する2軸(X軸及びY軸)のそれぞれの軸周りに回動させることができる。ただし、可動板11をX軸及びY軸のそれぞれの軸周りに回動させることができれば、第1の電圧V1の周波数と第2の電圧V2の周波数との組み合わせは、特に限定されない。
本実施形態では、第2周波数は、可動板11と、軸部材13a,13bとで構成される軸部材13a,13bを回動軸とする第2の振動系のねじり共振周波数(f2)と等しくなるように設定されている。つまり、第2の振動系は、そのねじり共振周波数f2が水平走査に適した周波数になるように設計(製造)されている。これにより、可動板11のY軸周りの回動角を大きくすることができる。
また、第1周波数は、可動板11と、軸部材13a,13bと、枠状部材14と、軸部材15a,15bと、永久磁石20a,20bと、半田層21a,21bと、下地層22a,22b,23a,23bとで構成される軸部材15a,15bを回動軸とする第1の振動系のねじり共振周波数(f1)の10分の1以下であることが望ましい。第1の振動系を非共振状態(振幅ゲインが1)で駆動するためには、第1周波数はf1の10分の1以下に設定する必要がある。10分の1より大きい周波数で駆動すると、第1の振動系の共振を起こす可能性があるからである。
第2周波数は、第1の振動系を非共振状態(振幅ゲインが1)で駆動するため、第1周波数の10倍以上に設定することが望ましい。第2周波数が第1周波数に対して10倍未満であると、第2の電圧V2をコイル30に印加した時に、第1の振動系も回転運動してしまい、駆動信号のクロストークが発生してしまう。尚、上述のように、第1周波数はf1の10分の1以下が望ましいので、これらの関係から第2周波数は第1周波数よりも大きいことが望ましい。
第1の振動系のねじり共振周波数をf1[Hz]とし、第2の振動系のねじり共振周波数をf2[Hz]としたとき、f1とf2とが、f2>f1の関係を満たすことが好ましく、f2≧10f1の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動板11をX軸周りに第1の電圧V1の周波数で回動させつつ、Y軸周りに第2の電圧V2の周波数で回動させることができる。f2≦f1とした場合は、第1周波数による第2の振動系の振動が起こる可能性がある。
このような第1の電圧発生部41及び第2の電圧発生部42は、それぞれ、制御部7に接続され、この制御部7からの信号に基づき駆動する。このような第1の電圧発生部41及び第2の電圧発生部42には、電圧重畳部43が接続されている。
電圧重畳部43は、コイル30に電圧を印加するための加算器43aを備えている。加算器43aは、第1の電圧発生部41から第1の電圧V1を受けるとともに、第2の電圧発生部42から第2の電圧V2を受け、これらの電圧を重畳しコイル30に印加するようになっている。
次に、光スキャナー10の駆動方法について説明する。尚、第1の電圧V1の周波数は、第1の振動系のねじり共振周波数と異なる値に設定されている。そして、第2の電圧V2の周波数は、第2の振動系のねじり共振周波数と等しく、かつ、第1の電圧V1の周波数よりも大きくなるように設定されている(例えば、第1の電圧V1の周波数が60Hzで、第2の電圧V2の周波数が15kHz)。
図11(a)に示す第1の電圧V1と、図11(b)に示す第2の電圧V2とを電圧重畳部43にて重畳し、重畳した電圧をコイル30に印加する。すると、第1の電圧V1によって、枠状部材14と永久磁石20a,20bのN極との接合部付近をコイル30に引き付けようとするとともに、枠状部材14と永久磁石20a,20bのS極との接合部付近をコイル30から離間させようとする磁界(この磁界を「磁界A1」という)が形成される。次に、枠状部材14と永久磁石20a,20bのN極との接合部付近をコイル30から離間させようとするとともに、枠状部材14と永久磁石20a,20bのS極との接合部付近をコイル30に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界A2」という)が形成される。そして、「磁界A1」と「磁界A2」とが交互に切り換わる。
ここで、上述したように、永久磁石20a,20bは、それぞれの端部(磁極)が、X軸で分割される2つの領域に位置するように配置される。すなわち図8の平面視において、X軸を挟んで一方側に永久磁石20a,20bのN極が位置し、他方側にS極が位置している。そのため、磁界A1と磁界A2とが交互に切り換わることで、軸部材15a,15bを捩れ変形させつつ、枠状部材14が可動板11とともに、第1の電圧V1の周波数でX軸周りに回動する。
尚、第1の電圧V1の周波数は、第2の電圧V2の周波数に比べて極めて低く設定されている。また、第1の振動系のねじり共振周波数は、第2の振動系のねじり共振周波数よりも低く設計されている(例えば、第2の振動系のねじり共振周波数の1/10以下)。つまり、第1の振動系は、第2の振動系よりも振動しやすいように設計されているため、枠状部材14は第1の電圧V1によってX軸周りに回動する。すなわち、第2の電圧V2によって、枠状部材14がX軸周りに回動してしまうことを防止することができる。
一方、第2の電圧V2によって、枠状部材14と永久磁石20a,20bのN極との接合部付近をコイル30に引き付けようとするとともに、枠状部材14と永久磁石20a,20bのS極との接合部付近をコイル30から離間させようとする磁界(この磁界を「磁界B1」という)が形成される。次に、枠状部材14と永久磁石20a,20bのN極との接合部付近をコイル30から離間させようとするとともに、枠状部材14と永久磁石20a,20bのS極との接合部付近をコイル30に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界B2」という)が形成される。そして、「磁界B1」と「磁界B2」とが交互に切り換わる。
ここで、上述したように、永久磁石20a,20bは、その軸線がX軸及びY軸に対して傾斜するように配置されている。そのため、磁界B1と磁界B2とが交互に切り換わることで、軸部材13a,13bを捩れ変形させつつ、可動板11が第2の電圧V2の周波数でY軸まわりに回動する。
尚、第2の電圧V2の周波数は、第2の振動系のねじり共振周波数と等しい。そのため、第2の電圧V2によって可動板11をY軸まわりに回動させることができる。つまり、第1の電圧V1によって、可動板11がY軸まわりに回動してしまうことを防止することができる。
本実施形態では、可動板11には、永久磁石20が設けられていないが、これに限らず、例えば、可動板11の下面(光反射部12とは反対側の面)に、永久磁石20が設けられていてもよい。この場合、可動板11と永久磁石20とは、前述した第1実施形態や第2実施形態のように、半田層21により下地層22、23を介して接合されていることが好ましい。下地層23a、23bは、第2層232のNi層のみでもよい。
以上説明したような光スキャナー10は、光反射部12を備えているため、例えば、レーザープリンター、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡や、プロジェクター、ヘッドアップディスプレイ(HUD)、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)のようなイメージング用ディスプレイ等の画像形成装置が備える光スキャナーに好適に適用することができる。
<第3実施形態>
次に、光スキャナーを応用した画像形成装置の一実施形態について図12を用いて説明する。図12は、画像形成装置の構造を示す概略斜視図である。本実施形態では、画像形成装置の一例として、光スキャナー10をイメージング用ディスプレイの光スキャナーとして用いた場合を説明する。図12において、スクリーンSの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。また、X軸、すなわち回動中心軸XがスクリーンSの横方向と平行であり、Y軸、すなわち回動中心軸YがスクリーンSの縦方向と平行である。
次に、光スキャナーを応用した画像形成装置の一実施形態について図12を用いて説明する。図12は、画像形成装置の構造を示す概略斜視図である。本実施形態では、画像形成装置の一例として、光スキャナー10をイメージング用ディスプレイの光スキャナーとして用いた場合を説明する。図12において、スクリーンSの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。また、X軸、すなわち回動中心軸XがスクリーンSの横方向と平行であり、Y軸、すなわち回動中心軸YがスクリーンSの縦方向と平行である。
画像形成装置(プロジェクター)9は、レーザー等の光を照出する光源装置(光源)91と、複数のダイクロイックミラー92と、第2実施形態の光スキャナー10とを有している。
光源装置91は、赤色光を照出する赤色光源装置911と、青色光を照出する青色光源装置912と、緑色光を照出する緑色光源装置913とを備えている。各ダイクロイックミラー92は、赤色光源装置911、青色光源装置912、緑色光源装置913のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
このようなプロジェクター9は、図示しないホストコンピューターからの画像情報に基づいて、光源装置91(赤色光源装置911、青色光源装置912、緑色光源装置913)から照出された光をダイクロイックミラー92で合成し、この合成された光が光スキャナー10によって2次元走査され、スクリーンS上でカラー画像を形成するように構成されている。
2次元走査の際、光スキャナー10の可動板11の、回動中心軸Y回りの回動により光反射部12で反射した光がスクリーンSの横方向に走査(主走査)される。一方、光スキャナー10の可動板11の、回動中心軸X回りの回動により光反射部12で反射した光がスクリーンSの縦方向に走査(副走査)される。
尚、図12中では、ダイクロイックミラー92で合成された光を光スキャナー10によって2次元的に走査した後、その光を固定ミラーKで反射させてからスクリーンSに画像を形成するように構成されている。これに限らず、固定ミラーKを省略し、光スキャナー10によって2次元的に走査された光を直接スクリーンSに照射してもよい。
以上、本発明のミラーデバイス、ミラーデバイスの製造方法、光スキャナー及び画像形成装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。尚、前記実施形態では、磁石として、永久磁石を用いているが、本発明では、磁石として、電磁石を用いてもよい。
1…ミラーデバイス、9…画像形成装置としてのプロジェクター、10…光スキャナー、11…可動部としての可動板、13a,13b…第2の軸部材としての軸部材、14…枠状部材、15a,15b…第1の軸部材としての軸部材、20,20a,20b…永久磁石、21,21a,21b…半田層、22,22a,22b…下地層、23,23a,23b…磁石側下地層としての下地層、30…コイル、40,40a…電圧印加手段、221,231…第1層、222,232…第2層、223,233…第3層。
Claims (14)
- 光反射性を有する光反射部を備える可動部と、
前記可動部を第1の軸周りに回動可能とするように、前記第1の軸に沿う方向に前記可動部の両端に設けられた一対の第1の軸部材と、
前記可動部に設けられ、両極が前記第1の軸と交差する方向に配置された磁石と、
前記可動部と前記磁石との間に介在して前記可動部と前記磁石とを接合し、半田で構成された半田層と、
前記可動部と前記半田層との間に介在し前記可動部よりも前記半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層と、を備え、
前記下地層は複数の領域に分割されていることを特徴とするミラーデバイス。 - 前記下地層は、互いに異なる材料で構成された第1層と、第2層と、第3層とが前記半田層と反対側からこの順序で積層された積層体で構成され、
前記第1層は、前記可動部と前記第2層との密着性を向上させる機能を有し、
前記第2層は、前記軟磁性体で構成され、
前記第3層は、前記半田の濡れ性を向上させる機能を有することを特徴とする請求項1に記載のミラーデバイス。 - 前記第1層の構成材料は、Cr、Ti及びTaのうちの少なくとも1種を含み、
前記第2層の構成材料は、Niを含む金属や合金を含み、
前記第3層の構成材料は、Au及びPdのうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項2に記載のミラーデバイス。 - 前記磁石と前記半田層との間に介在し、前記磁石よりも前記半田の濡れ性が高い磁石側下地層を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のミラーデバイス。
- 前記磁石側下地層は、前記磁石の前記可動部側の面に設けられていることを特徴とする請求項4に記載のミラーデバイス。
- 前記磁石側下地層は、前記磁石の側面に設けられていることを特徴とする請求項4または5に記載のミラーデバイス。
- 前記可動部の平面視で、前記下地層は、前記磁石から該磁石の両極を結ぶ線分の方向に突出しており、前記下地層の前記磁石から前記線分の方向に突出した部位における前記線分に対して直交する方向の長さは、前記線分に沿って前記磁石から離間する方向に向って、漸増していることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載のミラーデバイス。
- 前記可動部の平面視で、前記下地層は、前記磁石から突出していることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載のミラーデバイス。
- 前記可動部は、枠状部材と、
前記枠状部材の内側に設けられ、前記光反射部を備える可動板と、
前記可動板を前記第1の軸に直交する第2の軸周りに回動可能とするように、前記可動板の前記第2の軸に沿う方向の両端に設けられ、前記可動板を前記枠状部材に支持する一対の第2の軸部材とを備え、
前記一対の第1の軸部材は、前記枠状部材を前記第1の軸周りに回動可能とするように、前記枠状部材の前記第1の軸に沿う方向の両端に設けられたものであることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載のミラーデバイス。 - 前記磁石は、前記枠状部材に一対設けられ、前記一対の磁石は、それぞれ、前記磁石の両極を結ぶ線分が前記第1の軸部材の軸線及び前記第2の軸部材の軸線のそれぞれに対して傾斜するように配置され、
前記半田層は、一対設けられ、前記一対の半田層は、それぞれ、前記枠状部材と前記一対の磁石との間に介在して前記枠状部材と前記一対の磁石とを接合し、
前記下地層は、一対設けられ、前記一対の下地層は、それぞれ、前記枠状部材よりも前記半田の濡れ性が高く、前記枠状部材と前記一対の半田層との間に介在していることを特徴とする請求項9に記載のミラーデバイス。 - 光反射性を有する光反射部を備える可動部と、
前記可動部を軸周りに回動可能とするように、前記可動部の前記軸に沿う方向の両端に設けられた一対の軸部材と、
前記可動部に設けられ、両極が前記軸を挟んで配置された磁石と、
前記可動部と前記磁石との間に介在して前記可動部と前記磁石とを接合し、半田で構成された半田層と、
前記可動部と前記半田層との間に介在し、前記可動部よりも前記半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層と、を備え、
前記下地層は、複数の領域に分割されており、前記磁石の外形をまたいで、前記磁石の外形に沿って配置されているミラーデバイスの製造方法であって、
前記下地層を形成する工程と、
前記下地層上に半田を配置し、前記半田を溶融し、前記半田層を形成して該半田層により前記磁石または着磁前の前記磁石を前記下地層に接合する工程と、を有することを特徴とするミラーデバイスの製造方法。 - 基板の所定の位置に前記下地層を形成した後、前記基板を所定の形状に加工し、前記可動部と、前記一対の軸部材とをそれぞれ形成することを特徴とする請求項11に記載のミラーデバイスの製造方法。
- 光反射性を有する光反射部を備える可動部と、
前記可動部を軸周りに回動可能とするように、前記可動部の前記軸に沿う方向の両端に設けられた一対の軸部材と、
前記可動部に設けられ、両極が前記軸を挟んで配置された磁石と、
前記可動部と前記磁石との間に介在して前記可動部と前記磁石とを接合し、半田で構成された半田層と、
前記可動部と前記半田層との間に介在し、前記可動部よりも前記半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層と、
前記可動部に対向するように配置され、電圧の印加により前記磁石に作用する磁界を発生するコイルと、
前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
前記下地層は、複数の領域に分割されており、
前記可動部の平面視で、前記下地層は、前記半田層を包含し、該下地層の少なくとも一部が前記磁石から突出しており、
前記電圧印加手段により、所定の周波数の電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動部を前記所定の周波数で前記軸周りに回動させるよう構成されていることを特徴とする光スキャナー。 - 光を射出する光源と、
前記光源からの光を走査する光スキャナーと、を備え、
前記光スキャナーは、光反射性を有する光反射部を備える可動部と、
前記可動部を軸周りに回動可能とするように、前記可動部の前記軸に沿う方向の両端に設けられた一対の軸部材と、
前記可動部に設けられ、両極が前記軸を挟んで配置された磁石と、
前記可動部と前記磁石との間に介在して前記可動部と前記磁石とを接合し、半田で構成された半田層と、
前記可動部と前記半田層との間に介在し、前記可動部よりも前記半田の濡れ性が高く、軟磁性体を含む下地層と、
前記可動部に対向するように配置され、電圧の印加により前記磁石に作用する磁界を発生するコイルと、
前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
前記下地層は、複数の領域に分割されており、
前記可動部の平面視で、前記下地層は、前記半田層を包含し、該下地層の少なくとも一部が前記磁石から突出しており、
前記電圧印加手段により、所定の周波数の電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動部を前記所定の周波数で前記軸周りに回動させるよう構成されていることを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012017836A JP2013156487A (ja) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | ミラーデバイス、ミラーデバイスの製造方法、光スキャナー及び画像形成装置 |
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JP2012017836A JP2013156487A (ja) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | ミラーデバイス、ミラーデバイスの製造方法、光スキャナー及び画像形成装置 |
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JP2013156487A true JP2013156487A (ja) | 2013-08-15 |
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ID=49051711
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JP2012017836A Pending JP2013156487A (ja) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | ミラーデバイス、ミラーデバイスの製造方法、光スキャナー及び画像形成装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2013156487A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106444018A (zh) * | 2015-08-06 | 2017-02-22 | 精工爱普生株式会社 | 光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器 |
WO2023176563A1 (ja) * | 2022-03-18 | 2023-09-21 | 日東電工株式会社 | 配線回路基板 |
-
2012
- 2012-01-31 JP JP2012017836A patent/JP2013156487A/ja active Pending
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