JP2014021424A - Optical device, image display unit, and method of manufacturing optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学デバイス、当該光学デバイスを備えた画像表示装置および当該光学デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to an optical device, an image display apparatus including the optical device, and a method for manufacturing the optical device.
従来、例えば、反射板と基部を別体として作製し、反射板を接着剤などにより基部に固定する光学デバイスが知られていた。(例えば、特許文献1参照。)
Conventionally, for example, an optical device is known in which a reflector and a base are manufactured separately and the reflector is fixed to the base with an adhesive or the like. (For example, refer to
しかしながら、上記の光学デバイスでは、反射板を基部に実装する際、基部が反射板に押され、基部を揺動可能に支持する軸部の変形や、軸部の破損が発生してしまう、という課題があった。 However, in the above optical device, when the reflector is mounted on the base, the base is pushed by the reflector, and the shaft that supports the base so as to be swingable is deformed or the shaft is damaged. There was a problem.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following application examples.
[適用例1]本適用例に係る光学デバイスは、基部と、前記基部の第1面に設けられたスペーサーを介して設けられ、光を反射する反射面を有する反射板と、を有する可動部と、前記可動部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠体部と、前記枠体部に設けられた永久磁石と、を備え、前記基部と前記枠体部は、前記軸部により接続され、前記基部の前記第1面の反対側となる第2面に凸部が設けられていることを特徴とする。 Application Example 1 An optical device according to this application example includes a base, and a movable part having a reflecting plate that is provided via a spacer provided on the first surface of the base and has a reflecting surface that reflects light. A shaft portion that supports the movable portion so as to be swingable around a first axis, a frame body portion that is swingable around a second axis that intersects the first axis, and the frame body portion. Provided with a permanent magnet, wherein the base and the frame body part are connected by the shaft part, and a convex part is provided on a second surface of the base opposite to the first surface. It is characterized by.
本適用例によれば、反射板を基部に固定する際に基部の押し下がり量が凸部によって規制される。これにより、軸部の変形量が低減される。従って、軸部の破損等を低減させることができる信頼性の高い光学デバイスを提供することができる。 According to this application example, when the reflecting plate is fixed to the base, the amount by which the base is pushed down is regulated by the convex portion. Thereby, the deformation amount of the shaft portion is reduced. Therefore, it is possible to provide a highly reliable optical device that can reduce breakage of the shaft portion and the like.
[適用例2]上記適用例に記載の光学デバイスは、前記基部、前記軸部、前記枠体部は、Silicon On Insulator(SOI)基板のデバイス層を用いて形成され、前記凸部は、前記SOI基板のハンドル層を用いて形成されていることが好ましい。 Application Example 2 In the optical device according to the application example described above, the base portion, the shaft portion, and the frame body portion are formed using a device layer of a silicon on insulator (SOI) substrate, and the convex portion is It is preferably formed using a handle layer of an SOI substrate.
ここで、Silicon On Insulator(SOI)基板とは、第1のSi層(デバイス層)と、SiO2層(ボックス層)と、第2のSi層(ハンドル層)とが積層した基板をいう。 Here, the silicon on insulator (SOI) substrate refers to a substrate in which a first Si layer (device layer), a SiO 2 layer (box layer), and a second Si layer (handle layer) are stacked.
本適用例によれば、SOI基板はエッチングにより微細な加工が可能であるため、SOI基板を用いて基部、枠体部、軸部および凸部を形成することにより、これらの寸法精度を優れたものとすることができる。また、凸部は、SOI基板のハンドル層を用いることで容易に形成できる。 According to this application example, since the SOI substrate can be finely processed by etching, the base portion, the frame body portion, the shaft portion, and the convex portion are formed using the SOI substrate, so that these dimensional accuracy is excellent. Can be. Further, the convex portion can be easily formed by using the handle layer of the SOI substrate.
[適用例3]上記適用例に記載の光学デバイスは、前記凸部は、前記基部の厚さ方向に設けられていることが好ましい。 Application Example 3 In the optical device according to the application example, it is preferable that the convex portion is provided in a thickness direction of the base portion.
本適用例によれば、凸部が基部の厚さ方向に設けられているので、反射板を基部に固定する方向と、凸部の突出方向が一致する。これにより、反射板を基部に固定する際に基部の押し下がり量を低減させることができる。 According to this application example, since the convex portion is provided in the thickness direction of the base portion, the direction in which the reflecting plate is fixed to the base portion and the protruding direction of the convex portion coincide. Thereby, when the reflecting plate is fixed to the base, the amount by which the base is pushed down can be reduced.
[適用例4]上記適用例に記載の光学デバイスは、前記永久磁石は、前記基部を跨ぐように設けられ、前記基部の厚さ方向における前記凸部の長さは、前記基部の厚さ方向における前記永久磁石の最大長さ以上であることが好ましい。 Application Example 4 In the optical device according to the application example, the permanent magnet is provided so as to straddle the base portion, and the length of the convex portion in the thickness direction of the base portion is the thickness direction of the base portion. It is preferable that it is more than the maximum length of the said permanent magnet.
本適用例によれば、基部の厚さ方向における凸部の長さが、基部の厚さ方向における永久磁石の最大長さ以上なので、反射板を基部に固定する際に、基部が永久磁石と衝突することを低減できる。 According to this application example, since the length of the convex portion in the thickness direction of the base portion is equal to or greater than the maximum length of the permanent magnet in the thickness direction of the base portion, when the reflector is fixed to the base portion, the base portion becomes a permanent magnet. Collision can be reduced.
[適用例5]上記適用例に記載の光学デバイスは、前記凸部は、前記永久磁石と離れた位置に設けられていることが好ましい。 Application Example 5 In the optical device according to the application example described above, it is preferable that the convex portion is provided at a position away from the permanent magnet.
本適用例によれば、可動部が第1の軸周りに揺動する際に、凸部が永久磁石に衝突することを低減できる。従って、可動部の揺動範囲を拡げることができる。 According to this application example, when the movable portion swings around the first axis, it is possible to reduce the collision of the convex portion with the permanent magnet. Therefore, the swing range of the movable part can be expanded.
[適用例6]上記適用例に記載の光学デバイスは、前記凸部は、前記第2面に複数設けられており、前記基部の厚さ方向における前記各凸部の長さが等しいことが好ましい。 Application Example 6 In the optical device according to the application example described above, it is preferable that a plurality of the protrusions are provided on the second surface, and the lengths of the protrusions in the thickness direction of the base are equal. .
本適用例によれば、凸部が基部の第2面に複数設けられており、基部の厚さ方向における各凸部の長さが等しいので、反射板を基部に固定する際、基部が傾いて軸部が変形することを低減できる。ここで、本適用例において「各凸部の長さが等しい」とは、完全に等しい状態に限らず、所定範囲内の差であれば等しいとしてもよい。例えば、各凸部の長さの差が±10%以下であれば等しいとすることもできる。 According to this application example, a plurality of convex portions are provided on the second surface of the base portion, and the lengths of the respective convex portions in the thickness direction of the base portion are equal. Therefore, when the reflector is fixed to the base portion, the base portion is inclined. Thus, the deformation of the shaft portion can be reduced. Here, in this application example, “the lengths of the convex portions are equal” is not limited to a completely equal state, and may be equal as long as the difference is within a predetermined range. For example, if the difference between the lengths of the convex portions is ± 10% or less, they can be equal.
[適用例7]上記適用例に記載の光学デバイスは、コイルと、前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を有し、前記永久磁石は、平面視において、前記第1の軸および前記第2の軸に対して傾斜する方向に配置され、前記電圧印加手段は、前記可動部を前記第1の軸周りに揺動させる第1周波数の第1の電圧と、前記枠体部を前記第2の軸周りに揺動させる第2周波数の第2の電圧とを重畳した電圧を前記コイルに印加することが好ましい。 Application Example 7 The optical device according to the application example includes a coil and a voltage applying unit that applies a voltage to the coil, and the permanent magnet includes the first shaft and the coil in a plan view. The voltage application means is arranged in a direction inclined with respect to a second axis, and the voltage application means includes a first voltage having a first frequency that causes the movable part to swing around the first axis, and the frame body part as described above. It is preferable that a voltage obtained by superimposing a second voltage of a second frequency that swings around the second axis is applied to the coil.
本適用例によれば、部品点数を少なくしつつ、反射板を第1の軸周りおよび第2の軸周りに揺動させることができる。 According to this application example, the reflecting plate can be swung around the first axis and the second axis while reducing the number of parts.
[適用例8]本適用例に係る画像表示装置は、基部と、前記基部の第1面に設けられたスペーサーを介して設けられ、光反射性を有する反射面を設けられた反射板と、を有する可動部と、一端部が前記基部に接続され、前記可動部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、前記軸部の他端部が接続され、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠体部と、前記枠体部に設けられた永久磁石と、を備え、前記基部の前記第1面の反対側となる第2面に凸部が設けられている光学デバイスと、前記光学デバイスに対して光を射出する光源と、を備えたことを特徴とする。 Application Example 8 An image display device according to this application example is provided with a base, a reflector provided on a first surface of the base, and provided with a reflective surface having light reflectivity, and A movable portion having one end connected to the base, a shaft portion supporting the movable portion so as to be swingable about a first axis, and the other end of the shaft portion being connected, A frame body portion swingable around a second axis that intersects the axis, and a permanent magnet provided on the frame body portion, on a second surface opposite to the first surface of the base portion An optical device having a convex portion and a light source that emits light to the optical device are provided.
本適用例によれば、反射板を基部に固定する際に基部の押し下がり量が凸部によって規制される。これにより、軸部の変形量が低減される。従って、軸部の破損等を低減させることができる信頼性の高い画像表示装置を提供することができる。 According to this application example, when the reflecting plate is fixed to the base, the amount by which the base is pushed down is regulated by the convex portion. Thereby, the deformation amount of the shaft portion is reduced. Therefore, it is possible to provide a highly reliable image display device that can reduce breakage of the shaft portion and the like.
[適用例9]本適用例に係る光学デバイスの製造方法は、Silicon On Insulator(SOI)基板のデバイス層を用いて、基部と、枠体部と、前記基部と前記枠体部を接続する第1の軸部を形成する工程と、前記SOI基板のハンドル層を用いて、前記基部に凸部を形成する工程と、前記枠体部に永久磁石を固定する工程と、光を反射する反射面を有する反射板を、前記反射板に設けられたスペーサーを介して前記基部の前記デバイス層側の面に固定する工程と、を備えることを特徴とする。 Application Example 9 An optical device manufacturing method according to this application example uses a device layer of a silicon on insulator (SOI) substrate to connect a base portion, a frame body portion, and the base portion and the frame body portion. A step of forming a shaft portion, a step of forming a convex portion on the base portion using a handle layer of the SOI substrate, a step of fixing a permanent magnet to the frame body portion, and a reflecting surface for reflecting light And a step of fixing the reflecting plate to the surface of the base portion on the device layer side through a spacer provided on the reflecting plate.
ここで、Silicon On Insulator(SOI)基板とは、第1のSi層(デバイス層)と、SiO2層(ボックス層)と、第2のSi層(ハンドル層)とが積層した基板をいう。 Here, the silicon on insulator (SOI) substrate refers to a substrate in which a first Si layer (device layer), a SiO 2 layer (box layer), and a second Si layer (handle layer) are stacked.
本適用例によれば、反射板を基部に固定する際に基部の押し下がり量が凸部によって規制される。これにより、軸部の変形量が低減される。従って、軸部の破損等を低減させることができる信頼性の高い光学デバイスの製造方法を提供することができる。 According to this application example, when the reflecting plate is fixed to the base, the amount by which the base is pushed down is regulated by the convex portion. Thereby, the deformation amount of the shaft portion is reduced. Therefore, it is possible to provide a highly reliable manufacturing method of an optical device that can reduce breakage of the shaft portion and the like.
[適用例10]本適用例に係る光学デバイスの製造方法は、Silicon On Insulator(SOI)基板のデバイス層を用いて、基部と、枠体部と、前記基部と前記枠体部を接続する第1の軸部を形成する工程と、前記SOI基板のハンドル層を用いて、前記基部に凸部を形成する工程と、前記枠体部に永久磁石を固定する工程と、前記基部の前記デバイス層側の面にスペーサーを固定する工程と、前記スペーサーの前記基部に固定した面の反対側にある面に、光を反射する反射面を有する反射板を固定する工程と、を備えることを特徴とする。 Application Example 10 An optical device manufacturing method according to this application example uses a device layer of a silicon on insulator (SOI) substrate to connect a base portion, a frame body portion, and the base portion and the frame body portion. A step of forming a shaft portion, a step of forming a convex portion on the base portion using a handle layer of the SOI substrate, a step of fixing a permanent magnet to the frame body portion, and the device layer of the base portion A step of fixing a spacer to a side surface, and a step of fixing a reflecting plate having a reflecting surface for reflecting light to a surface on the opposite side of the surface fixed to the base of the spacer. To do.
本適用例によれば、反射板を基部に固定する際に基部の押し下がり量が凸部によって規制される。これにより、軸部の変形量が低減される。従って、軸部の破損等を低減させることができる信頼性の高い光学デバイスの製造方法を提供することができる。 According to this application example, when the reflecting plate is fixed to the base, the amount by which the base is pushed down is regulated by the convex portion. Thereby, the deformation amount of the shaft portion is reduced. Therefore, it is possible to provide a highly reliable manufacturing method of an optical device that can reduce breakage of the shaft portion and the like.
[適用例11]上記適用例に記載の光学デバイスの製造方法は、前記凸部を形成する工程では、前記基部の厚さ方向における前記凸部の長さが、前記基部の厚さ方向における前記永久磁石の最大長さ以上となるように前記凸部を形成することが好ましい。 Application Example 11 In the manufacturing method of the optical device according to the application example, in the step of forming the convex portion, the length of the convex portion in the thickness direction of the base portion is the length in the thickness direction of the base portion. It is preferable to form the convex portion so as to be longer than the maximum length of the permanent magnet.
本適用例によれば、基部の厚さ方向における凸部の長さが、基部の厚さ方向における永久磁石の最大長さ以上なので、反射板を基部に固定する際に、基部が永久磁石と衝突することを低減できる。 According to this application example, since the length of the convex portion in the thickness direction of the base portion is equal to or greater than the maximum length of the permanent magnet in the thickness direction of the base portion, when the reflector is fixed to the base portion, the base portion becomes a permanent magnet. Collision can be reduced.
以下、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置の好適な実施形態1および2について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各図においては、各部材等を認識可能な程度の大きさにするため、各部材等の尺度を実際とは異ならせて示している。また、以下の実施形態1および2では、光学デバイスを光スキャナーに適用した場合について代表的に説明する。
Hereinafter,
<実施形態1>
図1は、光デバイスとしての光スキャナーの構成を示す平面図、図2は実施形態1に係る光スキャナーの構成を示す断面図(X軸に沿った断面図)、図3は、実施形態1に係る光スキャナーの構成を示す断面図(A−Aに沿った断面図)、図4は、駆動手段の構成を示すブロック図、図5は、発生電圧の一例を示す説明図である。なお、以下では、説明の便宜上、図2中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
<
1 is a plan view showing the configuration of an optical scanner as an optical device, FIG. 2 is a cross-sectional view (cross-sectional view along the X axis) showing the configuration of the optical scanner according to
図1ないし図3に示すように、光スキャナー1は、可動部11と、1対の軸部12a、12b(第1の軸部)と、枠体部13と、1対の軸部14a、14b(第2の軸部)と、支持枠部16と、支持部15と、永久磁石21Aと、コイル31と、磁心32と、電圧印加手段4とを備える。
ここで、可動部11および1対の軸部12a、12bは、軸部12a、12bを軸としてY軸(第1の軸)周りに可動部11を揺動(往復回動)する第1の振動系を構成する。また、可動部11、1対の軸部12a、12b、枠体部13、1対の軸部14a、14bおよび永久磁石21Aは、1対の軸部14a、14bを軸としてX軸(第2の軸)周りに枠体部13を揺動(往復回動)する第2の振動系を構成する。
また、永久磁石21A、コイル31および電圧印加手段4は、前述した第1の振動系および第2の振動系を駆動(すなわち、可動部11をX軸およびY軸周りに揺動)させる駆動手段を構成する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
Here, the
The
以下、光スキャナー1の各部を順次詳細に説明する。
可動部11は、基部111と、スペーサー112を介して基部111に固定された反射板113とを有する。
反射板113の上面には、光を反射する反射面114が設けられている。
Hereinafter, each part of the
The
A
この反射板113は、軸部12a、12bに対して厚さ方向に離間するとともに、基部111の厚さ方向からみたとき(以下、「平面視」ともいう)、軸部12a、12bと重なって設けられている。
そのため、軸部12aと軸部12bとの間の距離を短くしつつ、反射板113の板面の面積を大きくすることができる。また、軸部12aと軸部12bとの間の距離を短くすることができることから、枠体部13の小型化を図ることができる。さらに、枠体部13の小型化を図ることができることから、軸部14a、14bとの間の距離を短くすることができる。
The
Therefore, the area of the plate surface of the reflecting
このようなことから、反射板113の板面の面積を大きくしても、光スキャナー1の小型化を図ることができる。
また、反射板113が軸部12a、12bに対して厚さ方向に離間して設けられているので、すなわち、軸部12a、12bが反射板113の側面に直接接続されていないので、反射板113の揺動時に、軸部12a、12bの捩れ変形による応力が反射板113に及ぶのを防止または低減することができ、その結果、反射板113の撓みを低減することができる。
For this reason, the
Further, since the reflecting
このような反射板113の下面には、硬質層115が設けられている。
硬質層115は、反射板113本体の構成材料よりも硬質な材料で構成されている。これにより、反射板113の剛性を高めることができる。そのため、反射板113の揺動時における撓みを防止または低減することができる。また、反射板113の厚さを薄くし、反射板113のX軸およびY軸周りの揺動時における慣性モーメントを抑えることができる。
A
The
このような硬質層115の構成材料としては、反射板113本体の構成材料よりも硬質な材料であれば、特に限定されず、例えば、ダイヤモンド、カーボンナイトライド膜、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムなどを用いることができるが、特に、ダイヤモンドを用いることが好ましい。硬質層115の厚さ(平均)は、特に限定されないが、1〜10μm程度であるのが好ましく、1〜5μm程度であるのがさらに好ましい。
The constituent material of such a
また、硬質層115は、単層で構成されていてもよいし、複数の層の積層体で構成されていてもよい。なお、硬質層115は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。このような硬質層115の形成には、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射、シート状部材の接合等を用いることができる。
Moreover, the
また、反射板113の下面は、スペーサー112を介して基部111の上面(第1面)111aに固定されている。これにより、軸部12a、12b、枠体部13および軸部14a、14bとの接触を防止しつつ、反射板113をY軸周りに揺動させることができる。また、基部111の平面視での面積は、基部111がスペーサー112を介して反射板113を支持することができれば、できるだけ小さいことが好ましい。これにより、反射板113の板面の面積を大きくしつつ、軸部12aと軸部12bとの間の距離を小さくすることができる。
Further, the lower surface of the reflecting
枠体部13は、枠状をなし、前述した可動部11の基部111を平面視にて囲んで設けられている。言い換えると、可動部11の基部111は、枠状をなす枠体部13の内側に設けられている。そして、枠体部13は、軸部14a、14bを介して支持枠部16に支持されている。また、可動部11の基部111は、軸部12a、12bを介して枠体部13に支持されている。
The
また、枠体部13は、平面視にて、可動部11の基部111および軸部12a、12bからなる構造体の外形に沿った形状をなしている。これにより、可動部11、軸部12a、12bで構成された第1の振動系の振動、すなわち、可動部11のY軸周りの揺動を許容しつつ、枠体部13の小型化を図ることができる。なお、枠体部13の形状は、枠状であれば、図示のものに限定されない。
Moreover, the
軸部12a、12bおよび軸部14a、14bは、それぞれ、弾性変形可能である。そして、軸部12a、12bは、可動部11をY軸(第1の軸)周りに回動(揺動)可能とするように、基部111と枠体部13を連結している。また、軸部14a、14bは、枠体部13をY軸に直交するX軸(第2の軸)周りに回動(揺動)可能とするように、枠体部13と支持枠部16を連結している。
The
軸部12a、12bは、基部111を介して互いに対向するように配置されている。また、軸部12a、12bは、それぞれ、Y軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部12a、12bは、それぞれ、一端部が基部111に接続され、他端部が枠体部13に接続されている。また、軸部12a、12bは、それぞれ、中心軸がY軸に一致するように配置されている。
The
このような軸部12a、12bは、それぞれ、可動部11のY軸周りの揺動に伴ってねじれ変形する。軸部14a、14bは、枠体部13を介して互いに対向するように配置されている。また、軸部14a、14bは、それぞれ、X軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部14a、14bは、それぞれ、一端部が枠体部13に接続され、他端部が支持枠部16に接続されている。また、軸部14a、14bは、それぞれ、中心軸がX軸に一致するように配置されている。
Each of the
このような軸部14a、14bは、枠体部13のX軸周りの揺動に伴って、軸部14a、14bがそれぞれねじれ変形する。このように、可動部11をY軸周りに揺動可能とするとともに、枠体部13をX軸周りに揺動可能とすることにより、可動部11を互いに直交するX軸およびY軸の2軸周りに揺動(回動)させることができる。なお、前述したような基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、および支持枠部16は、一体的に形成されている。
In
永久磁石21Aは、図1に示すように、平面視にて、一方の磁極と他方の磁極とがX軸を挟んで(跨いで)枠体部13に設けられている。つまり、基部111を跨ぐように設けられている。また、X軸およびY軸に対して傾斜する方向に磁化されている。本実施形態では、永久磁石21Aは、X軸およびY軸に対して傾斜する方向に延在する長手形状(棒状)をなす。そして、永久磁石21Aは、長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石21Aは、一端部をS極とし、他端部をN極とするように磁化されている。
As shown in FIG. 1, the permanent magnet 21 </ b> A is provided on the
X軸に対する永久磁石21Aの磁化の方向(延在方向)の傾斜角θは、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°以下であることがより好ましく、45°であるのがさらに好ましい。このように永久磁石21Aを設けることで、円滑かつ確実に可動部11をX軸周りに回動させることができる。これに対し、傾斜角θが前記下限値未満であると、電圧印加手段4によりコイル31に印加される電圧の強さなどの諸条件によっては、可動部11を十分にX軸周りに回動させることができない場合がある。一方、傾斜角θが前記上限値を超えると、諸条件によっては、可動部11を十分にY軸周りに回動させることができない場合がある。
The inclination angle θ in the magnetization direction (extending direction) of the
このような永久磁石21A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、ボンド磁石等を好適に用いることができる。また、永久磁石21Aと可動部11とが干渉(衝突)しないように、永久磁石21Aには凹部21aが設けられている。すなわち、基部111の第2面111bと、第2面111bに対向する永久磁石21Aとの間には、隙間が形成されている。
As such a
また、基部111の下面(第2面)111bには凸部131が設けられている。なお、本実施形態では、2つの凸部131A、131Bが設けられている。従って、後述するように、反射板113を基部111に取り付ける(固定する)際に基部111の押し下がり量が凸部131によって規制される。
In addition, a
また、凸部131は基部の厚さ方向、つまり基部111から真っ直ぐ下方向(重力方向)に向かって設けられていることが好ましい。これにより、反射板113を取り付ける方向と、凸部131の突出方向が一致する。
Moreover, it is preferable that the
また、凸部131は、複数設けられていることが好ましい。これにより、反射板113を基部111に取り付ける際の安定性が向上する。
Moreover, it is preferable that the
また、複数の凸部131が基部111の下面(第2面)の中心を原点対称とした位置に設けられていることが好ましい。これにより、反射板113を基部111に取り付ける際の安定性がより一層向上する。
Further, it is preferable that the plurality of
また、基部111の厚さ方向(上下方向)における複数の凸部131の長さが等しいことが好ましい。これにより、反射板113を基部111に取り付ける際の安定性がより一層向上する。
Moreover, it is preferable that the length of the some
また、基部111の厚さ方向(上下方向)における凸部131の長さは、上下方向における永久磁石21Aの最大長さ以上であることが好ましい。ここで、上下方向における永久磁石21Aの最大長さは、図3におけるLである。これにより、反射板113を基部111に取り付ける際に、基部111が永久磁石21Aと衝突することを低減できる。
Moreover, it is preferable that the length of the
また、凸部131は、永久磁石21Aと離れていた位置に設けられていることが好ましい。これにより、可動部11がY軸(第1の軸)周りに揺動する際に、凸部131が永久磁石21Aに衝突することを低減できる。
Moreover, it is preferable that the
永久磁石21Aの直下には、コイル31が設けられている。すなわち、枠体部13の下面に対向するように、コイル31が設けられている。これにより、コイル31から発生する磁界を効率的に永久磁石21Aに作用させることができる。これにより、光スキャナー1の省電力化および小型化を図ることができる。本実施形態では、コイル31は、磁心32に巻回されて設けられている。これにより、コイル31で発生した磁界を効率的に永久磁石21Aに作用させることができる。なお、磁心32は、省略してもよい。
A
このようなコイル31は、電圧印加手段4に電気的に接続されている。そして、電圧印加手段4によりコイル31に電圧が印加されることで、コイル31からX軸およびY軸に直交する磁束を有する磁界が発生する。電圧印加手段4は、図4に示すように、可動部11をY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1の電圧発生部41と、可動部11をX軸周りに回動させるための第2の電圧V2を発生させる第2の電圧発生部42と、第1の電圧V1と第2の電圧V2とを重畳する電圧重畳部43とを備え、電圧重畳部43で重畳した電圧をコイル31に印加する。
Such a
第1の電圧発生部41は、図5(a)に示すように、周期T1で周期的に変化する第1の電圧V1(水平走査用電圧)を発生させるものである。すなわち、第1の電圧発生部41は、第1周波数(1/T1)の第1の電圧V1を発生させるものである。第1の電圧V1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1は効果的に光を主走査することができる。なお、第1の電圧V1の波形は、これに限定されない。
As shown in FIG. 5A, the
また、第1周波数(1/T1)は、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。本実施形態では、第1周波数は、可動部11、1対の軸部12a、12bで構成される第1の振動系(ねじり振動系)のねじり共振周波数(f1)と等しくなるように設定されている。つまり、第1の振動系は、そのねじり共振周波数f1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、可動部11のY軸周りの回動角を大きくすることができる。
The first frequency (1 / T1) is not particularly limited as long as it is suitable for horizontal scanning, but is preferably 10 to 40 kHz. In the present embodiment, the first frequency is set to be equal to the torsional resonance frequency (f1) of the first vibration system (torsional vibration system) composed of the
一方、第2の電圧発生部42は、図5(b)に示すように、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(垂直走査用電圧)を発生させるものである。すなわち、第2の電圧発生部42は、第2周波数(1/T2)の第2の電圧V2を発生させるものである。第2の電圧V2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1は効果的に光を垂直走査(副走査)することができる。なお、第2の電圧V2の波形は、これに限定されない。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the
第2周波数(1/T2)は、第1周波数(1/T1)と異なり、かつ、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、30〜120Hz(60Hz程度)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60Hz程度とし、前述したように第1の電圧V1の周波数を10〜40kHzとすることで、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動部11を互いに直交する2軸(X軸および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、可動部11をX軸および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。
The second frequency (1 / T2) is not particularly limited as long as it is different from the first frequency (1 / T1) and is suitable for vertical scanning, but is preferably 30 to 120 Hz (about 60 Hz). . As described above, the frequency of the second voltage V2 is set to about 60 Hz, and the frequency of the first voltage V1 is set to 10 to 40 kHz as described above, so that the
本実施形態では、第2の電圧V2の周波数は、可動部11、1対の軸部12a、12b、枠体部13、1対の軸部14a、14bおよび永久磁石21Aで構成された第2の振動系(ねじり振動系)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。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)よりも小さいことが好ましい。すなわち、周期T2は、周期T1よりも長いことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動部11をY軸周りに第1周波数で回動させつつ、X軸周りに第2周波数で回動させることができる。
In the present embodiment, the frequency of the second voltage V2 is the second composed of the
また、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、f1≧10f2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、可動部11を、Y軸周りに第1の電圧V1の周波数で回動させつつ、X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。これに対し、f1≦f2とした場合は、第2周波数による第1の振動系の振動が起こる可能性がある。
Further, when the torsional resonance frequency of the first vibration system is f1 [Hz] and the torsional resonance frequency of the second vibration system is f2 [Hz], f1 and f2 satisfy the relationship of f2 <f1. Is preferable, and it is more preferable to satisfy the relationship of f1 ≧ 10f2. Thereby, the
このような第1の電圧発生部41および第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および第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31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31に印加するようになっている。
The first
次に、光スキャナー1の駆動方法について説明する。なお、本実施形態では、前述したように、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等しく設定されており、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異なる値に、かつ、第1の電圧V1の周波数よりも小さ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18kHz、第2の電圧V2の周波数が60Hzに設定されている)。
Next, a method for driving the
例えば、図5(a)に示すような第1の電圧V1と、図5(b)に示すような第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31に印加する。すると、第1の電圧V1によって、永久磁石21Aの一端部(N極)をコイル31に引き付けようとするとともに、永久磁石21Aの他端部(S極)をコイル31から離間させようとする磁界(「磁界A1」という)と、永久磁石21Aの一端部(N極)をコイル31から離間させようとするとともに、永久磁石21Aの他端部(S極)をコイル31に引き付けようとする磁界(「磁界A2」という)とが交互に切り換わる。
For example, the
ここで、図1の平面視において、Y軸を挟んで(跨いで)一方側に永久磁石21AのS極が位置し、他方側に永久磁石21AのN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、枠体部13にY軸周りのねじり振動成分を有する振動が励振され、その振動に伴って、軸部12a、12bを捩れ変形させつつ、可動部11が第1の電圧V1の周波数でY軸まわりに回動する。また、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等しい。そのため、第1の電圧V1によって、効率的に、可動部11をY軸周りに回動させることができる。すなわち、前述した枠体部13のY軸周りのねじり振動成分を有する振動が小さくても、その振動に伴う可動部11のY軸周りの回動角を大きくすることができる。
Here, in the plan view of FIG. 1, the south pole of the
一方、第2の電圧V2によって、永久磁石21Aの一端部(N極)をコイル31に引き付けようとするとともに、永久磁石21Aの他端部(S極)をコイル31から離間させようとする磁界(「磁界B1」という)と、永久磁石21Aの一端部(N極)をコイル31から離間させようとするとともに、永久磁石21Aの他端部(S極)をコイル31に引き付けようとする磁界(「磁界B2」という)とが交互に切り換わる。
On the other hand, the second voltage V2 attempts to attract one end (N pole) of the
ここで、図1の平面視において、X軸を挟んで(跨いで)一方側に永久磁石21AのN極が位置し、他方側に永久磁石21AのS極が位置している。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14a、14bをそれぞれ捩れ変形させつつ、枠体部13が可動部11とともに、第2の電圧V2の周波数でX軸周りに回動する。また、第2の電圧V2の周波数は、第1の電圧V1の周波数に比べて極めて低く設定されている。また、第2の振動系のねじり共振周波数は、第1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。そのため、可動部11が第2の電圧V2の周波数でY軸周りに回動してしまうことを防止することができる。
Here, in the plan view of FIG. 1, the N pole of the permanent magnet 21 </ b> A is located on one side and the S pole of the permanent magnet 21 </ b> A is located on the other side across the X axis. Therefore, by alternately switching the magnetic field B1 and the magnetic field B2, the
以上説明したように光スキャナー1では、第1の電圧V1と第2の電圧V2とを重畳させた電圧をコイル31に印加することで、可動部11を、Y軸周りに第1の電圧V1の周波数で回動させつつ、X軸周りに第2の電圧のV2の周波数で回動させることができる。これにより、装置の低コスト化および小型化を図るとともに、電磁駆動方式(ムービングマグネット方式)により、可動部11をX軸およびY軸のそれぞれの軸周りに回動させることができる。また、駆動源を構成する部品(永久磁石およびコイル)の数を少なくすることができるため、簡単かつ小型な構成とすることができる。また、コイル31が光スキャナー1の振動系と離間しているので、かかる振動系に対するコイル31の発熱による悪影響を防止することができる。
As described above, in the
次に、図6、図7を参照して本実施形態による光スキャナー1の製造方法について説明する。図6、図7は、実施形態1に係る光スキャナーの製造方法を示す工程図(X軸に沿った断面図)である。なお、以下の説明では、図6、図7中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Next, the method for manufacturing the
まず、図6(a)に示すように、第1のSi層(デバイス層)400aとSiO2層(ボックス層)400bと第2のSi層(ハンドル層)400cとが積層した基板400を用意する。この基板は一般的にSilicon On Insulator(SOI)基板400と呼ばれる。以下、第1のSi層400aにより基部111、第1の軸部12a、12b、枠体部13、第2の軸部14a、14b、支持枠部16を形成し、SiO2層400bと第2のSi層400cにより凸部131A、131B、支持部15を形成する。
First, as shown in FIG. 6A, a
次に、図6(b)に示すように、第2のSi層400cの下面側に熱酸化等の方法を用いて酸化膜500を形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, an
次に、図6(c)に示すように、酸化膜500の表面にレジスト600を塗布する。
Next, as shown in FIG. 6C, a resist 600 is applied to the surface of the
次に、図6(d)に示すように、フォトリソグラフィー工程により酸化膜500のエッチングマスク601を形成する。
Next, as shown in FIG. 6D, an
次に、図6(e)に示すように酸化膜500をエッチングし酸化膜マスク501を形成する。エッチング方法は、バッファードフッ酸(BHF)等を用いた化学的ウェットエッチングや、物理的エッチング、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などを用いてもよい。また、上記エッチング法の1種又は2種以上を組み合わせて用いることもできる。なお、以下各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 6E, the
次に、エッチングマスク601を除去し、図6(f)に示すように、第1のSi層400aをパターニングするために、第1のSi層400aの上面側に新しいレジスト700を塗布する。
Next, the
次に、図6(g)に示すように、フォトリソグラフィー工程により第1のSi層400aのエッチングマスク701を形成する。フォトリソグラフィー工程のアライメントには、既に形成した酸化膜マスク501とのアライメント(所謂、両面アライメント)を行う。
Next, as shown in FIG. 6G, an
次に、図7(h)に示すように、第1のSi層400aをエッチング加工する。このとき、SiO2層400bは、エッチングのストップ層として機能する。この工程では、高アスペクト比を有する構造体を形成するためDRIE(DeepReactiveIonEtching)装置をドライエッチング装置として用いる。その後に、エッチングマスク701を除去する。
Next, as shown in FIG. 7H, the
次に、図7(i)に示すように、第2のSi層400cをDRIEによって加工する。このとき、SiO2層400bは、エッチングのストップ層として機能する。
Next, as shown in FIG. 7I, the
次に、図7(j)に示すように、SiO2層400bをフッ酸によるウェットエッチングを行う。このとき、酸化膜マスク501も一緒に除去される。ここで、SiO2層400bと第2のSi層400cからなる凸部131A、131B、支持部15が形成される。このように、凸部131A、131Bは、基部111の下に位置するハンドル層の一部をあえて残すことで容易に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 7J, the
その際、基部111の厚さ方向(上下方向)における凸部131A、131Bの長さは、次工程で枠体部13に接合される永久磁石21Aの上下方向における最大長さ以上とすることが好ましい。これにより、反射板113を基部111に取り付ける際に、基部111が永久磁石21Aと衝突することを低減できる。
At that time, the length of the
さらに、上下方向における凸部131A、131Bの長さが、上下方向における支持部15の長さ以上とすることが好ましい。これにより、反射板113を基部111に取り付ける際に、凸部131A、131Bによって規制される基部111の押し下がり量をより一層低減できる。
Furthermore, it is preferable that the length of the
なお、フッ酸によるウェットエッチングにより基部111、第1の軸部12a、12b、枠体部13、第2の軸部14a、14b、支持枠部16が形成される。
The
次に、図3および図7(k)に示すように、枠体部13の下面に、永久磁石21Aを接合(設置)する。永久磁石21Aと枠体部13との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、接着剤、ろう剤等の接合剤(図示せず)を用いた接合方法を用いることができる。また、永久磁石21Aは既に着磁された硬磁性体(すなわち、永久磁石21A)を接合(設置)してもよいし、接合後、着磁器等を用いて着磁してもよい。
Next, as shown in FIG. 3 and FIG. 7 (k), the permanent magnet 21 </ b> A is joined (installed) to the lower surface of the
次に、図7(l)に示すように、永久磁石21Aを接合したデバイスを土台800に載置し、スペーサー112を介して反射板113を基部111のデバイス層側の面に取り付ける。従って、反射板113を基部111に取り付ける(固定する)際に基部111の押し下がり量が凸部131A、131Bによって規制される。これにより、基部111に接続された軸部12a、12bの変形量が低減される。
Next, as shown in FIG. 7L, the device to which the
ここで、本実施形態では、スペーサー112および反射板113も、SOI基板をエッチングすることにより形成されている。そして、スペーサー112は、SOI基板のSiO2層および第2のSi層からなる積層体で構成されている。また、反射板113は、SOI基板の第1のSi層で構成されている。このように、SOI基板を用いてスペーサー112および反射板113を形成することにより、互いに接合されたスペーサー112および反射板113を簡単かつ高精度に製造することができる。
Here, in this embodiment, the
また、スペーサー112と基部111との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、接着剤、ろう材等の接合材(図示せず)を用いた接合方法を用いることができる。また、反射板113の上面には反射面114として金属膜を形成している。このような金属膜の形成方法としては、真空蒸着、スパッタ、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、金属箔の接合等が挙げられる。
In addition, a method for joining the
以上、上記実施形態1に係る光スキャナー1によれば、下記の効果を得ることができる。
As described above, according to the
基部111の下面(第2面)111bには凸部131が設けられているので、反射板113を基部111に取り付ける(固定する)際に基部111の押し下がり量が凸部131によって規制される。これにより、基部111に接続された軸部12a、12bの変形量が低減される。従って、軸部12a、12bの破損等を低減させることができる。さらに、凸部131が設けられることにより、可動部11の重心位置を調節し、軸部12a、12bの中心軸に近づける、あるいは、一致させることができる。これにより、可動部11の重心位置が軸部12a、12bの中心軸からずれた状態で第1の振動系および第2の振動系を駆動し、軸部12a、12bに複合応力がかかることを低減させることができる。従って、軸部12a、12bが破損等することを低減させることができる。
Since the
また、凸部131は基部の厚さ方向、つまり基部111から真っ直ぐ下方向(重力方向)に向かって設けられているので、反射板113を取り付ける方向と、凸部131の突出方向が一致する。従って、反射板113を基部111に取り付ける際に、凸部131によって規制される基部111の押し下がり量をより一層低減できる。
Moreover, since the
また、凸部131は、複数設けられているので、反射板113を基部111に取り付ける際の安定性が向上する。従って、基部111が傾いて軸部12a、12bが変形することを低減できる。
In addition, since a plurality of the
また、複数の凸部131が基部111の下面(第2面)111bの中心を原点対称とした位置に設けられているので、反射板113を基部111に取り付ける際の安定性がより一層向上する。
In addition, since the plurality of
また、基部111の厚さ方向(上下方向)における複数の凸部131の長さが等しいので、反射板113を基部111に取り付ける際の安定性がより一層向上する。
Moreover, since the length of the some
また、基部111の厚さ方向(上下方向)における凸部131の長さは、上下方向における永久磁石21Aの最大長さ以上であるので、反射板113を基部111に取り付ける際に、基部111が永久磁石21Aと衝突することを低減できる。従って、基部111が永久磁石21Aに衝突することにより、永久磁石21Aが固定されている枠体部13が下がり、軸部14a、14bが変形して破損等することを低減できる。
In addition, since the length of the
また、凸部131は、永久磁石21Aと離れた位置に設けられているので、可動部11がY軸(第1の軸)周りに揺動する際に、凸部131が永久磁石21Aに衝突することを低減できる。従って、可動部の揺動範囲を拡げることができる。
Further, since the
また、SOI基板400は、エッチングにより微細な加工が可能であるため、SOI基板400を用いて基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14bおよび支持枠部16を形成することにより、これらの寸法精度を優れたものとすることができ、また、光スキャナー1の小型化を図ることができる。
Further, since the
また、基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14bおよび支持枠部16は、それぞれ、SOI基板の第1のSi層で構成されているので、軸部12a、12bおよび軸部14a、14bの弾性を優れたものとすることができる。
In addition, since the
また、凸部131は、基部111の下に位置するハンドル層の一部をあえて残すことで容易に形成することができる。
Further, the
<実施形態2>
次に、本発明の実施形態2について説明する。
図8は、実施形態2に係る光スキャナーの構成を示す平面図、図9は、実施形態2に係る光スキャナーの構成を示す断面図(X軸に沿った断面図)、図10は、実施形態2に係る光スキャナーの構成を示す断面図(A−Aに沿った断面図)である。なお、以下では、説明の便宜上、図9中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
<Embodiment 2>
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described.
FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the optical scanner according to the second embodiment, FIG. 9 is a cross-sectional view (cross-sectional view along the X axis) showing the configuration of the optical scanner according to the second embodiment, and FIG. It is sectional drawing (sectional drawing along AA) which shows the structure of the optical scanner which concerns on form 2. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 9 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
以下、実施形態2について、前述した実施形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図8ないし図10において、前述した実施形態1と同様の構成については、同一符号を付している。実施形態2の光スキャナー1Aは、永久磁石21Aに代わって、永久磁石21B、21Cを備える点、永久磁石固定部17A、17B、17C、17D(永久磁石固定部17Dは図示せず)を備える点、凸部131Cの数が1つである点以外は、前述した実施形態1の光スキャナー1と同様である。
Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted. 8 to 10, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above. The
実施形態2では、凸部131Cは基部111の下面(第2面)の中心に1つだけ設けられている。ここで、基部111の下面(第2面)の中心から離れた位置に凸部131Cが1つだけ設けられている場合、反射板113を基部111に取り付ける際に基部111が傾いてしまう。実施形態2の場合は、凸部131Cが基部111の下面(第2面)の中心に設けられているので、反射板113を基部111に取り付ける際の安定性が向上する。従って、基部111が傾いて軸部12a、12bが変形することを低減できる。
In the second embodiment, only one
また、永久磁石は、複数設けられていてもよい。これにより、永久磁石が1つの場合と比較して、第1の振動系および第2の振動系を駆動(すなわち、可動部11をX軸およびY軸周りに揺動)させる駆動力を向上させることができる。実施形態2では永久磁石21B、21Cが2つ設けられている。また、永久磁石21B、21Cは、凸部131Cと干渉しないように、平面視にて、基部111の中心から離れた位置に設置している。
A plurality of permanent magnets may be provided. As a result, the driving force for driving the first vibration system and the second vibration system (that is, swinging the
永久磁石21B、21Cは、それぞれ、平面視にて、X軸およびY軸に対して傾斜する方向に磁化されている。また、永久磁石21B、21Cは、それぞれ、X軸およびY軸に対して傾斜する方向に延在する長手形状(棒状)をなす。そして、永久磁石21B、21Cは、それぞれ、長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石21B、21Cは、それぞれ、一端部をS極とし、他端部をN極とするように磁化されている。また、永久磁石21B、21Cは、平面視にて、X軸とY軸との交点を中心として対称(点対称)となるように設けられている。
The
また、枠体部13の下面には、永久磁石固定部17A、17B、17C、17Dが設けられている。さらに、永久磁石21B、21Cは、永久磁石固定部17A、17B、17C、17Dに設けられている。これにより、実施形態1のような凹部を永久磁石21B、21Cに設けることなく、永久磁石21B、21Cと可動部の干渉(衝突)を防止することができる。
In addition, permanent
なお、永久磁石固定部17A、17B、17C、17Dは、例えば、SOI基板400のボックス層400bおよびハンドル層400cで形成することで、枠体部13と一体形成することができる。
The permanent
以上述べたように、実施形態2に係る光スキャナー1Aによれば、実施形態1での効果に加えて、下記の効果を得ることができる。すなわち、1つの凸部131Cだけで、反射板113を基部111に取り付ける際の安定性を向上させることができる。
As described above, according to the
また、永久磁石が1つの場合と比較して、第1の振動系および第2の振動系を駆動(すなわち、可動部11をX軸およびY軸周りに揺動)させる駆動力を向上させることができる。また、永久磁石固定部17A、17B、17C、17Dは、枠体部13と一体形成するので、永久磁石固定部17A、17B、17C、17Dを枠体部13の所望の位置へ正確に形成することができる。
In addition, the driving force for driving the first vibration system and the second vibration system (that is, swinging the
<画像表示装置の実施形態>
図11は、画像表示装置の構成を示す模式図である。本実施形態では、画像表示装置の一例として、光スキャナー1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。なお、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軸がスクリーンSの横方向と平行であり、Y軸がスクリーンSの縦方向と平行である。
<Embodiment of Image Display Device>
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the configuration of the image display apparatus. In the present embodiment, a case where the
画像表示装置(プロジェクター)9は、レーザーなどの光を射出する光源装置(光源)91と、複数のダイクロイックミラー92A、92B、92Cと、光スキャナー1とを有している。光源装置91は、赤色光を射出する赤色光源装置911と、青色光を射出する青色光源装置912と、緑色光を射出する緑色光源装置913とを備えている。
The image display device (projector) 9 includes a light source device (light source) 91 that emits light such as a laser, a plurality of
各ダイクロイックミラー92A、92B、92Cは、赤色光源装置911、青色光源装置912、緑色光源装置913のそれぞれから射出された光を合成する光学素子である。このような画像表示装置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)から射出された光をダイクロイックミラー92A、92B、92Cでそれぞれ合成し、この合成された光が光スキャナー1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。
The dichroic mirrors 92A, 92B, and 92C are optical elements that synthesize light emitted from the red
2次元走査の際、光スキャナー1の可動部11のY軸周りの回動により反射面114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1の可動部11のX軸周りの回動により反射面114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。なお、図11中では、ダイクロイックミラー92A、92B、92Cで合成された光を光スキャナー1によって2次元的に走査した後、その光を固定ミラー93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が、固定ミラー93を省略し、光スキャナー1によって2次元的に走査された光を直接スクリーンSに射出してもよい。
During two-dimensional scanning, the light reflected by the reflecting
以下に、画像表示装置の適用例について説明する。
<画像表示装置の適用例1>
図12は、画像表示装置の適用例1を示す斜視図である。図12に示すように、画像表示装置9は、携帯用画像表示装置100に適用することができる。
Hereinafter, application examples of the image display device will be described.
<Application Example 1 of Image Display Device>
FIG. 12 is a perspective view illustrating an application example 1 of the image display device. As shown in FIG. 12, the image display device 9 can be applied to a portable
この携帯用画像表示装置100は、手で把持することができる寸法で形成されたケーシング110と、ケーシング110内に内蔵された画像表示装置9とを有している。この携帯用画像表示装置100により、例えば、スクリーンや、デスク上等の所定の面に、所定の画像を表示することができる。また、携帯用画像表示装置100は、所定の情報を表示するディスプレイ120と、キーパット130と、オーディオポート140と、コントロールボタン150と、カードスロット160と、AVポート170とを有している。なお、携帯用画像表示装置100は、通話機能、GSP受信機能等の他の機能を備えていてもよい。
The portable
<画像表示装置の適用例2>
図13は、画像表示装置の適用例2を示す斜視図である。図13に示すように、画像表示装置9は、ヘッドアップディスプレイシステム200に適用することができる。このヘッドアップディスプレイシステム200では、画像表示装置9は、自動車のダッシュボードに、ヘッドアップディスプレイ210を構成するように搭載されている。このヘッドアップディスプレイ210により、フロントガラス220に、例えば、目的地までの案内表示等の所定の画像を表示することができる。なお、ヘッドアップディスプレイシステム200は、自動車に限らず、例えば、航空機、船舶等にも適用することができる。
<Application Example 2 of Image Display Device>
FIG. 13 is a perspective view illustrating an application example 2 of the image display device. As shown in FIG. 13, the image display device 9 can be applied to a head-up
<画像表示装置の適用例3>
図14は、画像表示装置の適用例3を示す斜視図である。図14に示すように、画像表示装置9は、ヘッドマウントディスプレイ300に適用することができる。
すなわち、ヘッドマウントディスプレイ300は、眼鏡310と、眼鏡310に搭載された画像表示装置9とを有している。そして、画像表示装置9により、眼鏡310の本来レンズである部位に設けられた表示部320に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。
<Application Example 3 of Image Display Device>
FIG. 14 is a perspective view illustrating an application example 3 of the image display device. As shown in FIG. 14, the image display device 9 can be applied to a head mounted
That is, the head mounted
表示部320は、透明であってもよく、また、不透明であってもよい。表示部320が透明な場合は、現実世界からの情報に画像表示装置9からの情報を上乗せして使用することができる。なお、ヘッドマウントディスプレイ300に、2つ画像表示装置9を設け、両方の目で視認される画像を、2つの表示部320に表示するようにしてもよい。
The
以上、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置について、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い。例えば、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置では、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、また、他の任意の構成を付加することもできる。 While the optical device and the image display apparatus of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to this. For example, in the optical device and the image display apparatus of the present invention, the configuration of each part can be replaced with an arbitrary configuration having a similar function, and other arbitrary configurations can be added.
また、凸部131は、基部111の下面(第2面)よりも下方に突出している部分を有していればよく、凸部の数、寸法、配置などは特に限定されない。例えば、斜め下方向に向かって設けられていたり、分岐した箇所を有していたりしてもよい。
Moreover, the
また、前述した実施形態1,2では、反射板113は、平面視にて、円形をなしている場合を例に説明したが、反射板113の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、四角形等の多角形であってもよい。
In the first and second embodiments described above, the reflecting
また、前述した実施形態1、2では、軸部が2つ(1対)設けられている場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、軸部が4つ(2対)以上設けられていてもよい。また、軸部12a、12bおよび軸部14a、14bの形状は、それぞれ、実施形態1、2で示したものに限定されず、例えば、途中の少なくとも1箇所に屈曲または湾曲した部分や分岐した部分を有していてもよい。
Moreover, although
また、前述した実施形態1、2では、平面視にて反射板が軸部全体を覆う場合を例に説明したが、平面視にて反射板が軸部の少なくとも一部(可動部の基部側の端部)が覆われていれば、前述したような光学デバイスの小型化、反射板の大面積化、反射板の動撓みの防止、軸部の基部側の端部による迷光の防止等の効果を奏することができる。 In the first and second embodiments described above, the case where the reflection plate covers the entire shaft portion in a plan view has been described as an example. If the optical device is covered, the size of the optical device as described above, the area of the reflector is increased, the deflection of the reflector is prevented, the stray light is prevented by the end on the base side of the shaft, etc. There is an effect.
また、前述した実施形態1、2では、SOI基板を加工することにより反射板およびスペーサーを形成した場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、反射板およびスペーサーを別々の基板から形成してもよい。また、反射板と基部との間のスペーサーは、ハンダボールであってもよい。この場合、例えば、反射板および基部のスペーサー側の面にそれぞれ金属膜を形成しておき、ハンダボールを介してこれらの金属膜同士を接合すればよい。 In the first and second embodiments, the case where the reflector and the spacer are formed by processing the SOI substrate has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the reflector and the spacer are separated from different substrates. It may be formed. The spacer between the reflector and the base may be a solder ball. In this case, for example, a metal film may be formed on each of the reflecting plate and the spacer-side surface of the base, and these metal films may be bonded to each other via a solder ball.
なお、基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、支持枠部16、支持部15、凸部131の構成材料および形成方法は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。
In addition, the constituent material and the forming method of the
また、前述した実施形態1、2では、本発明の光学デバイスを光スキャナーに適用した場合を例に説明したが、これに限定されず、本発明の光学デバイスは、例えば、光スイッチ、光アッテネータ等の他の光学デバイスにも適用可能である。 In the first and second embodiments described above, the case where the optical device of the present invention is applied to an optical scanner has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the optical device of the present invention includes, for example, an optical switch and an optical attenuator. The present invention can also be applied to other optical devices.
1…光スキャナー 1A…光スキャナー 4…電圧印加手段 7…制御部 9…画像表示装置 11…可動部 12a,12b…軸部(第1の軸部) 13…枠体部 14,14b…軸部(第2の軸部) 15…支持部 16…支持枠部 17A,17B,17C…永久磁石固定部 21A,21B,21C…永久磁石 31…コイル 32…磁心 41…第1の電圧発生部 42…第2の電圧発生部 43…電圧重畳部 43a…加算器 91…光源装置 92A,92B,92C…ダイクロイックミラー 93…固定ミラー 100…携帯用画像表示装置 110…ケーシング 111…基部 112…スペーサー 113…反射板 114…反射面 115…硬質層 120…ディスプレイ 130…キーパット 131A,131B,131C…凸部 140…オーディオポート 150…コントロールボタン 160…カードスロット 170…ポート 200…ヘッドアップディスプレイシステム 210…ヘッドアップディスプレイ 220…フロントガラス 221a…凹部 221b…凹部 300…ヘッドマウントディスプレイ 310…眼鏡 320…表示部 400…SOI基板 400a…第1のSi層(デバイス層) 400b…SiO2層(ボックス層) 400c…第2のSi層(ハンドル層) 500…酸化膜 501…酸化膜マスク 600…レジスト 601…エッチングマスク 700…レジスト 701…エッチングマスク 800…土台 911…赤色光源装置 912…青色光源装置 913…緑色光源装置 S…スクリーン T1…周期 T2…周期 V1…第1の電圧 V2…第2の電圧
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記可動部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠体部と、
前記枠体部に設けられた永久磁石と、を備え、
前記基部と前記枠体部は、前記軸部により接続され、
前記基部の前記第1面の反対側となる第2面に凸部が設けられていることを特徴とする光学デバイス。 A movable part having a base and a reflector having a reflective surface that reflects light and is provided via a spacer provided on the first surface of the base;
A shaft portion that supports the movable portion in a swingable manner around the first axis;
A frame portion swingable around a second axis intersecting the first axis;
A permanent magnet provided in the frame body part,
The base portion and the frame body portion are connected by the shaft portion,
An optical device, wherein a convex portion is provided on a second surface opposite to the first surface of the base portion.
前記凸部は、前記SOI基板のハンドル層を用いて形成されている請求項1に記載の光学デバイス。 The base portion, the shaft portion, and the frame body portion are formed using a device layer of a silicon on insulator (SOI) substrate,
The optical device according to claim 1, wherein the convex portion is formed using a handle layer of the SOI substrate.
前記基部の厚さ方向における前記凸部の長さは、前記基部の厚さ方向における前記永久磁石の最大長さ以上である請求項1ないし3のいずれか一項に記載の光学デバイス。 The permanent magnet is provided so as to straddle the base,
4. The optical device according to claim 1, wherein a length of the convex portion in the thickness direction of the base portion is equal to or greater than a maximum length of the permanent magnet in the thickness direction of the base portion.
前記基部の厚さ方向における前記各凸部の長さが等しい請求項1ないし5のいずれか一項に記載の光学デバイス。 A plurality of the convex portions are provided on the second surface,
The optical device according to claim 1, wherein the lengths of the convex portions in the thickness direction of the base portion are equal.
前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を有し、
前記永久磁石は、平面視において、前記第1の軸および前記第2の軸に対して傾斜する方向に配置され、
前記電圧印加手段は、前記可動部を前記第1の軸周りに揺動させる第1周波数の第1の電圧と、前記枠体部を前記第2の軸周りに揺動させる第2周波数の第2の電圧とを重畳した電圧を前記コイルに印加する請求項1ないし6のいずれか一項に記載の光学デバイス。 Coils,
Voltage applying means for applying a voltage to the coil,
The permanent magnet is disposed in a direction inclined with respect to the first axis and the second axis in plan view,
The voltage applying means includes a first voltage having a first frequency that causes the movable portion to swing around the first axis, and a second frequency that causes the frame body portion to swing around the second axis. The optical device according to claim 1, wherein a voltage superposed with a voltage of 2 is applied to the coil.
前記可動部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠体部と、
前記枠体部に設けられた永久磁石と、を備え、
前記基部と前記枠体部は、前記軸部により接続され、
前記基部の前記第1面の反対側となる第2面に凸部が設けられている光学デバイスと、
前記光学デバイスに対して光を射出する光源と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。 A movable part having a base and a reflector having a reflective surface that reflects light and is provided via a spacer provided on the first surface of the base;
A shaft portion that supports the movable portion in a swingable manner around the first axis;
A frame portion swingable around a second axis intersecting the first axis;
A permanent magnet provided in the frame body part,
The base portion and the frame body portion are connected by the shaft portion,
An optical device in which a convex portion is provided on a second surface opposite to the first surface of the base;
An image display apparatus comprising: a light source that emits light to the optical device.
前記SOI基板のハンドル層を用いて、前記基部に凸部を形成する工程と、
前記枠体部に永久磁石を固定する工程と、
光を反射する反射面を有する反射板を、前記反射板に設けられたスペーサーを介して前記基部の前記デバイス層側の面に固定する工程と、を備えることを特徴とする光学デバイスの製造方法。 Forming a base portion, a frame body portion, and a first shaft portion connecting the base portion and the frame body portion using a device layer of a silicon on insulator (SOI) substrate;
Using the handle layer of the SOI substrate to form a protrusion on the base;
Fixing a permanent magnet to the frame body part;
And a step of fixing a reflecting plate having a reflecting surface for reflecting light to the surface on the device layer side of the base through a spacer provided on the reflecting plate. .
前記SOI基板のハンドル層を用いて、前記基部に凸部を形成する工程と、
前記枠体部に永久磁石を固定する工程と、
前記基部の前記デバイス層側の面にスペーサーを固定する工程と、
前記スペーサーの前記基部に固定した面の反対側にある面に、光を反射する反射面を有する反射板を固定する工程と、を備えることを特徴とする光学デバイスの製造方法。 Forming a base portion, a frame body portion, and a first shaft portion connecting the base portion and the frame body portion using a device layer of a silicon on insulator (SOI) substrate;
Using the handle layer of the SOI substrate to form a protrusion on the base;
Fixing a permanent magnet to the frame body part;
Fixing a spacer on the surface of the base on the device layer side;
And a step of fixing a reflecting plate having a reflecting surface for reflecting light to a surface on the opposite side of the surface fixed to the base of the spacer.
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