JP2014056211A - アクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】ムービングコイル方式を採用するアクチュエーターにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができるアクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供すること。
【解決手段】光スキャナー1は、X軸周りに揺動可能な枠体部13と、枠体部13をX軸周りに揺動可能に支持する軸部14a、14b、14c、14dと、軸部14a、14b、14c、14dの厚さよりも厚く形成され、軸部14a、14b、14c、14dを支持する支持部15と、枠体部13に設けられたコイル31と、コイル31に作用する磁界を発生させる永久磁石と、支持部15に設けられた軟磁性体22とを備え、支持部15は、支持部15のコイル31とは反対側の面から枠体部13側に向かって傾斜する傾斜面151を有し、軟磁性体22は、傾斜面151に当接する部分222を有する。
【選択図】図1
【解決手段】光スキャナー1は、X軸周りに揺動可能な枠体部13と、枠体部13をX軸周りに揺動可能に支持する軸部14a、14b、14c、14dと、軸部14a、14b、14c、14dの厚さよりも厚く形成され、軸部14a、14b、14c、14dを支持する支持部15と、枠体部13に設けられたコイル31と、コイル31に作用する磁界を発生させる永久磁石と、支持部15に設けられた軟磁性体22とを備え、支持部15は、支持部15のコイル31とは反対側の面から枠体部13側に向かって傾斜する傾斜面151を有し、軟磁性体22は、傾斜面151に当接する部分222を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、アクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイに関するものである。
例えば、プリンターやディスプレイ等において、光を走査する光スキャナーとして用いられ、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術によりシリコン基板を加工して形成された構造体を用いたアクチュエーターとして、ムービングコイル方式を採用したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
例えば、特許文献1に記載されたアクチュエーターは、可動板(可動部)と、可動板を揺動可能に支持する1対の軸部材(軸部)と、1対の軸部材を支持する枠状の支持部と、可動板に設けられたコイルと、コイルに対向する永久磁石とを有し、コイルに電圧を印加することにより、各軸部材を捩れ変形させながら可動板を揺動させる。
例えば、特許文献1に記載されたアクチュエーターは、可動板(可動部)と、可動板を揺動可能に支持する1対の軸部材(軸部)と、1対の軸部材を支持する枠状の支持部と、可動板に設けられたコイルと、コイルに対向する永久磁石とを有し、コイルに電圧を印加することにより、各軸部材を捩れ変形させながら可動板を揺動させる。
しかし、特許文献1に記載のアクチュエーターは、永久磁石とコイルとの間にヨークやコアが設けられていないため、永久磁石からの磁界をコイルに効率的に作用させることができない。そのため、可動板を所望の揺動角(振れ角)で揺動させるには、コイルへの電流を大きくする必要がある。このようなことから、従来のアクチュエーターでは、消費電力の増大を招くという問題があった。
ここで、枠状の支持部の内側にコイル、外側に永久磁石が配置されている。また、支持部のコイル側の面には、コイルへの通電のための配線や端子が配置されている。したがって、支持部のコイル側の面にヨークやコアを設けると、かかる配線や端子の配置の自由度が低くなってしまう。一般に、支持部のコイル側の面には、コイルへの通電のための配線や端子だけでなく、可動板の挙動を検出するためのセンサーに電気的に接続される配線や端子も配置されている。そのため、支持部のコイル側の面におけるこれらの配線や端子の配置の自由度を高くすることが望まれる。
また、一般に、ハンドリング性を高めたり軸部の捩れ変形による支持部の変形を防止したりする等の目的で、支持部の厚さが可動板や軸部材の厚さよりも厚くなっている。そして、支持部のコイルとは反対側の面が可動板に対して可動板の厚さ方向に離間している。したがって、単に支持部のコイルとは反対側の面にヨークやコアを設けると、ヨークやコアとコイルとの距離が大きくなってしまい、その結果、永久磁石からの磁界の磁力線をコイルの内側に十分に集中させることができない。
本発明の目的は、ムービングコイル方式を採用するアクチュエーターにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を抑制しつつ、省電力化を図ることができるアクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエーターは、所定の軸周りに揺動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部の厚さよりも厚く形成され、前記軸部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成されたアクチュエーターによれば、ムービングコイル方式を採用するアクチュエーターにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
本発明のアクチュエーターは、所定の軸周りに揺動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部の厚さよりも厚く形成され、前記軸部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成されたアクチュエーターによれば、ムービングコイル方式を採用するアクチュエーターにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記軸部の前記コイル側の面に設けられ、前記可動部の挙動を検出する挙動検出センサーをさらに備えることが好ましい。
このような挙動検出センサーを有する場合、支持部のコイル側の面に配置される配線および端子の数が多くなり、支持部のコイル側の面における配線および端子の配置の自由度が高いことが特に望まれる。そのため、かかる場合に本発明を適用することの効果が顕著となる。
このような挙動検出センサーを有する場合、支持部のコイル側の面に配置される配線および端子の数が多くなり、支持部のコイル側の面における配線および端子の配置の自由度が高いことが特に望まれる。そのため、かかる場合に本発明を適用することの効果が顕著となる。
本発明のアクチュエーターでは、第1の軸周りに揺動可能な第1可動部と、
前記第1の可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、をさらに備え、
前記可動部は、前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部を構成し、
前記軸部は、前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部を構成することが好ましい。
前記第1の可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、をさらに備え、
前記可動部は、前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部を構成し、
前記軸部は、前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部を構成することが好ましい。
これにより、アクチュエーターの小型化を図りつつ、本発明のアクチュエーターを光スキャナーに適用した場合、光を2次元的に走査することができる。また、このような構造を有する場合、一般に、第1軸部および第2軸部のコイル側の面にそれぞれ可動部の挙動を検出する挙動検出センサーが設けられるため、支持部のコイル側の面に配置される配線および端子の数が多くなり、支持部のコイル側の面における配線および端子の配置の自由度が高いことが特に望まれる。そのため、かかる場合に本発明を適用することの効果が顕著となる。
本発明のアクチュエーターでは、前記第1可動部に固定され、かつ光反射性を有する光反射部が設けられた光反射板をさらに備え、
前記光反射板は、前記第1軸部に対して前記光反射板の板厚方向に離間するとともに、前記板厚方向からみたときに前記第1軸部の少なくとも一部と重なって設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエーターの小型化を図ることができる。
前記光反射板は、前記第1軸部に対して前記光反射板の板厚方向に離間するとともに、前記板厚方向からみたときに前記第1軸部の少なくとも一部と重なって設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエーターの小型化を図ることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記光反射板は、前記第1可動部の前記コイル側の面に固定されていることが好ましい。
これにより、光反射板と可動部との離間距離を抑えつつ、光反射板の板面の面積を大きくすることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記光反射板の前記光反射部とは反対側の面には、軟磁性体が設けられていることが好ましい。
これにより、永久磁石からコイルへ作用する磁界の磁力線の数を多くすることができる。
これにより、光反射板と可動部との離間距離を抑えつつ、光反射板の板面の面積を大きくすることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記光反射板の前記光反射部とは反対側の面には、軟磁性体が設けられていることが好ましい。
これにより、永久磁石からコイルへ作用する磁界の磁力線の数を多くすることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記光反射板は、前記第1可動部の前記コイルとは反対側の面に固定されていることが好ましい。
これにより、支持部のコイル側の面を実装基板(配線用基板)に接合することにより、アクチュエーターを実装基板に実装することができる。その際、支持部のコイル側の面に設けられた端子と、実装基板の端子との電気的接続も同時に行うことができる。そのため、実装基板に対するアクチュエーターの実装を容易なものとすることができる。
これにより、支持部のコイル側の面を実装基板(配線用基板)に接合することにより、アクチュエーターを実装基板に実装することができる。その際、支持部のコイル側の面に設けられた端子と、実装基板の端子との電気的接続も同時に行うことができる。そのため、実装基板に対するアクチュエーターの実装を容易なものとすることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記支持部に設けられた前記軟磁性体は、前記第1の軸および前記第2の軸に対して垂直な方向からみた平面視にて、前記第1の軸および前記第2の軸に対して傾斜した縁部を有することが好ましい。
これにより、平面視にて、永久磁石からの磁界の磁力線をコイルの内側に効率的に集中させることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記軟磁性体は、板状をなすことが好ましい。
これにより、低コスト化および小型化を図ることができる。
これにより、平面視にて、永久磁石からの磁界の磁力線をコイルの内側に効率的に集中させることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記軟磁性体は、板状をなすことが好ましい。
これにより、低コスト化および小型化を図ることができる。
本発明の光スキャナーは、光反射性を有する光反射部が設けられ、所定の軸周りに揺動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部の厚さよりも厚く形成され、前記軸部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成された光スキャナーによれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナーにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
前記可動部を前記所定の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部の厚さよりも厚く形成され、前記軸部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成された光スキャナーによれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナーにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
本発明の光スキャナーは、光反射性を有する光反射部が設けられ、第1の軸周りに揺動可能な第1可動部と、
前記第1可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部と、
前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2軸部の厚さよりも厚く形成され、前記第2軸部を支持する支持部と、
前記第2可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記第2可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成された光スキャナーによれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナーにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
前記第1可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部と、
前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2軸部の厚さよりも厚く形成され、前記第2軸部を支持する支持部と、
前記第2可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記第2可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成された光スキャナーによれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナーにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
本発明の画像表示装置は、光反射性を有する光反射部が設けられ、第1の軸周りに揺動可能な第1可動部と、
前記第1可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部と、
前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2軸部の厚さよりも厚く形成され、前記第2軸部を支持する支持部と、
前記第2可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記第2可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成された画像表示装置によれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナーにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
前記第1可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部と、
前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2軸部の厚さよりも厚く形成され、前記第2軸部を支持する支持部と、
前記第2可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記第2可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成された画像表示装置によれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナーにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
本発明のヘッドマウントディスプレイは、光反射性を有する光反射部が設けられ、第1の軸周りに揺動可能な第1可動部と、
前記第1可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部と、
前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2軸部の厚さよりも厚く形成され、前記第2軸部を支持する支持部と、
前記第2可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記第2可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成されたヘッドマウントディスプレイによれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナーにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
前記第1可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部と、
前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2軸部の厚さよりも厚く形成され、前記第2軸部を支持する支持部と、
前記第2可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記第2可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする。
このように構成されたヘッドマウントディスプレイによれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナーにおいて、コイル等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
以下、本発明のアクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ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。なお、以下の実施形態では、本発明のアクチュエーターを光スキャナー(光学デバイス)に適用した場合について代表的に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明のアクチュエーター(光スキャナー)の第1実施形態を示す平面図、図2は、図1に示すアクチュエーターの断面図(X軸に沿った断面図)である。また、図3は、図1に示すアクチュエーターが備える駆動部の電圧印加部を説明するためのブロック図、図4は、図3に示す第1電圧発生部および第2電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。さらに、図5は、図1に示すアクチュエーターが備える軟磁性体を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図2中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。また、図1では説明上、可動ミラー部を透視した状態の平面図を示す。
<第1実施形態>
図1は、本発明のアクチュエーター(光スキャナー)の第1実施形態を示す平面図、図2は、図1に示すアクチュエーターの断面図(X軸に沿った断面図)である。また、図3は、図1に示すアクチュエーターが備える駆動部の電圧印加部を説明するためのブロック図、図4は、図3に示す第1電圧発生部および第2電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。さらに、図5は、図1に示すアクチュエーターが備える軟磁性体を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図2中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。また、図1では説明上、可動ミラー部を透視した状態の平面図を示す。
図1および図2に示すように、光スキャナー1は、可動ミラー部11と、1対の軸部12a、12b(第1軸部)と、枠体部13(第2可動部)と、2対の軸部14a、14b、14c、14d(第2軸部)と、支持部15と、永久磁石21と、軟磁性体22と、コイル31と、電圧印加部4(図示せず)とを備える。
ここで、可動ミラー部11および1対の軸部12a、12bは、Y軸(第1の軸)周りに揺動(往復回動)する第1の振動系を構成する。また、可動ミラー部11、1対の軸部12a、12b、枠体部13、2対の軸部14a、14b、14c、14dおよびコイル31は、Y軸に直交(交差)するX軸(第2の軸)周りに揺動(往復回動)する第2の振動系を構成する。
ここで、可動ミラー部11および1対の軸部12a、12bは、Y軸(第1の軸)周りに揺動(往復回動)する第1の振動系を構成する。また、可動ミラー部11、1対の軸部12a、12b、枠体部13、2対の軸部14a、14b、14c、14dおよびコイル31は、Y軸に直交(交差)するX軸(第2の軸)周りに揺動(往復回動)する第2の振動系を構成する。
このような第1の振動系および第2の振動系を有する構造(ジンバル構造)を有する光スキャナー1は、光スキャナー1の小型化を図りつつ、光を2次元的に走査することができる。また、このような構造を有する光スキャナー1は、後述するように、軸部12bおよび軸部14cのコイル31側の面にそれぞれ可動ミラー部11の挙動を検出する挙動検出センサー51、52が設けられる。そのため、支持部15のコイル31側の面に配置される配線および端子の数が多くなり、支持部15のコイル31側の面における配線および端子の配置の自由度が高いことが特に望まれる。したがって、かかる構造に本発明を適用すると、その効果が顕著となる。
また、永久磁石21、軟磁性体22、コイル31および電圧印加部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、可動ミラー部11をX軸およびY軸周りに揺動)させる駆動部を構成する。
また、永久磁石21、軟磁性体22、コイル31および電圧印加部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、可動ミラー部11をX軸およびY軸周りに揺動)させる駆動部を構成する。
以下、光スキャナー1の各部を順次詳細に説明する。
可動ミラー部11は、基部(第1可動部)111と、スペーサー112を介して基部111に固定された光反射板113とを有する。
光反射板113の上面(一方の面)には、光反射性を有する光反射部114が設けられている。
この光反射板113は、軸部12a、12bに対して光反射板113の板厚方向に離間するとともに、光反射板113の板厚方向(X軸およびY軸の双方に垂直な方向)からみたときに(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。
可動ミラー部11は、基部(第1可動部)111と、スペーサー112を介して基部111に固定された光反射板113とを有する。
光反射板113の上面(一方の面)には、光反射性を有する光反射部114が設けられている。
この光反射板113は、軸部12a、12bに対して光反射板113の板厚方向に離間するとともに、光反射板113の板厚方向(X軸およびY軸の双方に垂直な方向)からみたときに(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、光反射板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と軸部14c、14dの長さを短くすることができる。また、軸部14a、14bと軸部14c、14dの長さを短くすることができることから、支持部15の小型化を図ることができる。さらに、支持部15の小型化を図ることができることから、後述する永久磁石21の1対の磁極21a、21bを支持部15の外側に配置した場合において、当該1対の磁極21a、21b間の距離を短くすることができる。
このようなことから、光反射板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、永久磁石21の1対の磁極21a、21bを支持部15の外側に配置した場合において、当該1対の磁極21a、21b間の距離を短くすることができることから、永久磁石21の磁界を効率的にコイル31へ作用させることができる。そのため、永久磁石21の小型化を図りつつ、光反射板113の揺動角を大きくすることができる。
また、永久磁石21の1対の磁極21a、21bを支持部15の外側に配置した場合において、当該1対の磁極21a、21b間の距離を短くすることができることから、永久磁石21の磁界を効率的にコイル31へ作用させることができる。そのため、永久磁石21の小型化を図りつつ、光反射板113の揺動角を大きくすることができる。
また、光反射板113は、平面視にて、軸部12a、12bの全体を覆うように形成されている。言い換えると、軸部12a、12bは、それぞれ、平面視にて、光反射板113の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板113の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部114の面積を大きくすることができる。また、不要な光(例えば、光反射部114に入射できなかった光)が軸部12a、12bで反射して迷光となるのを防止することができる。
また、光反射板113は、平面視にて、枠体部13の全体を覆うように形成されている。言い換えると、枠体部13は、平面視にて、光反射板113の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板113の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部114の面積を大きくすることができる。また、不要な光が枠体部13で反射して迷光となるのを防止することができる。
さらに、光反射板113は、平面視にて、軸部14a、14b、14c、14dの全体を覆うように形成されている。言い換えると、軸部14a、14b、14c、14dは、それぞれ、平面視にて、光反射板113の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板113の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部114の面積を大きくすることができる。また、不要な光が軸部14a、14b、14c、14dで反射して迷光となるのを防止することができる。
なお、光反射板113は、上述のように、必ずしも枠体部13の全体を覆っていなくてもよく、枠体部13の一部が光反射板113からもはみ出していてもよい。また、光反射板113は、上述のように、軸部14a、14b、14c、14dの全体を覆っていなくてもよく、軸部14a、14b、14c、14dが光反射板113からはみ出していてもよい。
本実施形態では、光反射板113は、平面視にて、円形をなしている。なお、光反射板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し、振動系全体の外形に沿った外形を有する形状であってもよい。光反射板113をX軸およびY軸に沿った方向にそれぞれ突出した形状にすることで、光反射板113の慣性モーメント増加を抑えつつ、各軸部での迷光を効率よく低減できる。
このような光反射板113の下面(他方の面、光反射板113の基部111側の面)には、硬質層115が設けられている。
このような光反射板113の下面(他方の面、光反射板113の基部111側の面)には、硬質層115が設けられている。
硬質層115は、光反射板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、光反射板113の剛性を高めることができる。そのため、光反射板113の揺動時における撓みを防止または抑制することができる。また、光反射板113の厚さを薄くし、光反射板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。
このような硬質層115の構成材料としては、光反射板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、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、カーボンナイトライド膜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のが好ましい。
このような硬質層115の構成材料としては、光反射板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、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、カーボンナイトライド膜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のが好ましい。
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。
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。また、硬質層115は、光反射板113の下面全体に設けられていてもよいし、下面の一部に設けられていてもよい。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。
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。また、硬質層115は、光反射板113の下面全体に設けられていてもよいし、下面の一部に設けられていてもよい。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。
また、光反射板113の下面は、スペーサー112を介して基部111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、14c、14dとの接触を防止しつつ、光反射板113をY軸周りに揺動させることができる。
また、光反射板113の下面は、スペーサー112を介して基部111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、14c、14dとの接触を防止しつつ、光反射板113をY軸周りに揺動させることができる。
本実施形態では、光反射板113は、スペーサー112を介して、基部111(第1可動部)のコイル31側の面(上面)に固定されている。これにより、光反射板113と枠体部13(可動部)との離間距離を抑えつつ、光反射板113の板面の面積を大きくすることができる。
基部111は、平面視にて、光反射板113の外周に対して内側に位置している。また、基部111の平面視での面積は、基部111がスペーサー112を介して光反射板113を支持することができれば、できるだけ小さいのが好ましい。これにより、光反射板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。
基部111は、平面視にて、光反射板113の外周に対して内側に位置している。また、基部111の平面視での面積は、基部111がスペーサー112を介して光反射板113を支持することができれば、できるだけ小さいのが好ましい。これにより、光反射板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。
枠体部13は、枠状をなし、前述した可動ミラー部11の基部111を囲んで設けられている。言い換えると、可動ミラー部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、14c、14dを介して支持部15に支持されている。また、可動ミラー部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。
そして、枠体部13は、軸部14a、14b、14c、14dを介して支持部15に支持されている。また、可動ミラー部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。
また、枠体部13は、Y軸に沿った方向での長さがX軸に沿った方向での長さよりも長くなっている。すなわち、Y軸に沿った方向における枠体部13の長さをaとし、X軸に沿った方向における枠体部13の長さをbとしたとき、a>bなる関係を満たす。これにより、軸部12a、12bに必要な長さを確保しつつ、X軸に沿った方向における光スキャナー1の長さを抑えることができる。
また、枠体部13は、平面視にて、可動ミラー部11の基部111および1対の軸部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、可動ミラー部11および1対の軸部12a、12bで構成された第1の振動系の振動、すなわち、可動ミラー部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ず、例えば、内周縁および外周縁がそれぞれ四角形または円形をなすものであってもよい。
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ず、例えば、内周縁および外周縁がそれぞれ四角形または円形をなすものであってもよい。
軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dは、それぞれ、弾性変形可能である。
そして、軸部12a、12bは、可動ミラー部11をY軸(第1の軸)周りに揺動(回動)可能とするように、可動ミラー部11と枠体部13を連結している。また、軸部14a、14b、14c、14dは、枠体部13をY軸に直交するX軸(第2の軸)周りに揺動(回動)可能とするように、枠体部13と支持部15を連結している。
そして、軸部12a、12bは、可動ミラー部11をY軸(第1の軸)周りに揺動(回動)可能とするように、可動ミラー部11と枠体部13を連結している。また、軸部14a、14b、14c、14dは、枠体部13をY軸に直交するX軸(第2の軸)周りに揺動(回動)可能とするように、枠体部13と支持部15を連結している。
軸部12a、12bは、可動ミラー部11の基部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。
このように基部111をY軸周りに揺動可能に支持する軸部12a、12bは、それぞれ、可動ミラー部11のY軸周りの揺動に伴ってねじれ変形する。
このように基部111をY軸周りに揺動可能に支持する軸部12a、12bは、それぞれ、可動ミラー部11のY軸周りの揺動に伴ってねじれ変形する。
軸部14a、14bおよび軸部14c、14d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、14c、14d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、14c、14dは、それぞれ、一端部が枠体部13に接続され、他端部が支持部15に接続されている。また、軸部14a、14bは、X軸を介して互いに対向するように配置され、同様に、軸部14c、14dは、X軸を介して互いに対向するように配置されている。
このように枠体部13をX軸周りに揺動可能に支持する軸部14a、14b、14c、14dは、枠体部13のX軸周りの揺動に伴って、軸部14a、14b全体および軸部14c、14d全体がそれぞれねじれ変形する。
このように枠体部13をX軸周りに揺動可能に支持する軸部14a、14b、14c、14dは、枠体部13のX軸周りの揺動に伴って、軸部14a、14b全体および軸部14c、14d全体がそれぞれねじれ変形する。
このように、可動ミラー部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、可動ミラー部11(光反射板113)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、軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dの形状は、それぞれ、前述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。
なお、軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dの形状は、それぞれ、前述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。
このような軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dのうち、軸部12bには、挙動検出センサー51が設けられ、軸部14cには、挙動検出センサー52が設けられている。
挙動検出センサー51は、軸部12bのコイル31側の面(上面)に設けられている。また、挙動検出センサー52は、軸部14cのコイル31側の面(上面)に設けられている。
挙動検出センサー51は、軸部12bのコイル31側の面(上面)に設けられている。また、挙動検出センサー52は、軸部14cのコイル31側の面(上面)に設けられている。
このような挙動検出センサー51、52を有する場合、支持部15のコイル31側の面に配置される配線および端子の数が多くなり、支持部15のコイル31側の面における配線および端子の配置の自由度が高いことが特に望まれる。そのため、かかる場合に本発明を適用することの効果が顕著となる。
挙動検出センサー51は、主に、可動ミラー部11のY軸周りの揺動に関する挙動(例えば、揺動角、周波数等)を検出するものである。一方、挙動検出センサー52は、主に、可動ミラー部11のX軸周りの揺動に関する挙動(例えば、揺動角、周波数等)を検出するものである。
挙動検出センサー51は、主に、可動ミラー部11のY軸周りの揺動に関する挙動(例えば、揺動角、周波数等)を検出するものである。一方、挙動検出センサー52は、主に、可動ミラー部11のX軸周りの揺動に関する挙動(例えば、揺動角、周波数等)を検出するものである。
このような挙動検出センサー51、52としては、例えば、ピエゾ抵抗素子を用いることができる。ピエゾ抵抗素子を用いた挙動検出センサー51は、軸部12bに生じる歪に基づいて、可動ミラー部11のY軸周りの挙動を検出することができる。また、ピエゾ抵抗素子を用いた挙動検出センサー52は、軸部14cに生じる歪に基づいて、可動ミラー部11のX軸周りの挙動を検出することができる。
より具体的に説明すると、ピエゾ抵抗素子を用いた挙動検出センサー51、52は、シリコンで構成された軸部12b、14cにn型またはp型の不純物(リン、ボロン等)をドーピング(拡散あるいはイオン注入)することにより形成されたピエゾ抵抗領域と、ピエゾ抵抗領域に設けられた1対の入力電極および1対の出力電極とを有する。そして、1対の入力電極間に電圧を印加することにより、ピエゾ抵抗領域上に電界を生じさせる。その状態で、ピエゾ抵抗領域にせん断応力が生じると、そのせん断応力の程度に応じて、ピエゾ抵抗領域の比抵抗値が変化し、その変化に応じた電位差が1対の出力電極間に生じる。この電位差は、軸部12b、14cの捩れ変形量や可動ミラー部11の回動角に応じたものである。したがって、この電位差に基づき、可動ミラー部11の挙動を検知することができる。
また、支持部15のコイル31側の面(上面)には、挙動検出センサー51、52およびコイル31に配線(図示せず)を介して電気的に接続されている複数の端子61が設けられている。
また、支持部15のコイル31側の面(上面)には、挙動検出センサー51、52およびコイル31に配線(図示せず)を介して電気的に接続されている複数の端子61が設けられている。
ここで、支持部15のコイル31とは反対側の面は、実装基板70(配線基板)に例えば接着剤等により接合され、これにより、光スキャナー1が実装基板70上に実装される。
実装基板70には、複数の端子71が設けられており、上述した複数の端子61は、例えばボンディングワイヤーのような配線を介して、複数の端子71に電気的に接続されている。
また、実装基板70には、厚さ方向に貫通する貫通孔72が形成されており、この貫通孔72は、枠体部13が実装基板70に接触するのを防止する逃げ部を構成する。なお、かかる逃げ部は、上面に開放する有底の凹部で構成されていてもよい。
実装基板70には、複数の端子71が設けられており、上述した複数の端子61は、例えばボンディングワイヤーのような配線を介して、複数の端子71に電気的に接続されている。
また、実装基板70には、厚さ方向に貫通する貫通孔72が形成されており、この貫通孔72は、枠体部13が実装基板70に接触するのを防止する逃げ部を構成する。なお、かかる逃げ部は、上面に開放する有底の凹部で構成されていてもよい。
軸部14a、14b、14c、14dを支持する支持部15は、平面視にて、枠体部13を囲むように形成された枠状をなしている。なお、支持部15の平面視形状は、これに限定されず、例えば、枠状の周方向での一部を欠損したような形状であってもよい。
前述したような基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、14c、14dおよび支持部15は、一体的に形成されている。
前述したような基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、14c、14dおよび支持部15は、一体的に形成されている。
本実施形態では、基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、14c、14dおよび支持部15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)とがこの順に積層したSOI基板をエッチングすることにより形成されている。これにより、第1の振動系および第2の振動系の振動特性を優れたものとすることができる。また、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111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、14c、14dおよび支持部15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。
そして、基部111、軸部12a、12b、枠体部13、および軸部14a、14b、14c、14dは、それぞれ、SOI基板の第1のSi層で構成されている。これにより、軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dの弾性を優れたものとすることができる。また、基部111がY軸周りに回動する際に枠体部13に接触するのを防止することができる。
また、支持部15は、それぞれ、SOI基板の第1のSi層、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。これにより、支持部15の剛性を優れたものとすることができる。また、支持部15の厚さ(X軸およびY軸に直交する方向での長さ)を基部111、軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dの厚さ(X軸およびY軸に直交する方向での長さ)よりも厚くすることで、第1の振動系および第2の振動系の振動特性を優れたものとしつつ、支持部15の剛性を優れたものとし、光スキャナー1の製造時におけるハンドリング性を高めたり、軸部14a、14b、14c、14dの捩れ変形による支持部15の変形を防止したりすることができる。本実施形態では、支持部15の厚さは、枠体部13の厚さよりも厚い。
なお、本実施形態では、枠体部13をSOI基板の第1のSi層で構成しているが、枠体部13をSOI基板の第1のSi層、SiO2層および第2のSi層からなる積層体で構成してもよい。この場合、枠体部13は、SOI基板のSiO2層および第2のSi層からなるリブを有しているといえる。また、枠体部13にリブが設けられる場合、リブの構成は上述のSOI基板による構成に限定されない。枠体部13にリブが設けられる場合の、枠体部13とリブの合計の厚さは、支持部15と同じであっても異なっていてもよい。
また、平面視にて、支持部15の上面のうち、光反射板113の外側に位置する部分には、反射防止処理が施されているのが好ましい。これにより、光反射板113以外に照射された不要光が迷光となるのを防止することができる。なお、光反射板113を小型化した場合、平面視にて、軸部12a、12b、軸部14a、14b、14c、14dおよび枠体部13の上面のうち、光反射板113の外側に位置する部分にも、反射防止処理が施されているのが好ましい。
かかる反射防止処理としては、特に限定されないが、例えば、反射防止膜(誘電体多層膜)の形成、粗面化処理、黒色処理等が挙げられる。
なお、前述した基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、14c、14dおよび支持部15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。
なお、前述した基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、14c、14dおよび支持部15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。
また、本実施形態では、スペーサー112および光反射板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、光反射板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および光反射板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および光反射板113を簡単かつ高精度に製造することができる。
このようなスペーサー112は、例えば、接着剤、ろう材等の接合材(図示せず)により基部111に接合されている。
このように、SOI基板を用いてスペーサー112および光反射板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および光反射板113を簡単かつ高精度に製造することができる。
このようなスペーサー112は、例えば、接着剤、ろう材等の接合材(図示せず)により基部111に接合されている。
前述した軸部14a、14b、14c、14dを支持する枠体部13の上面(光反射板113側の面)には、コイル31が接合されている。
コイル31は、枠体部13の周方向に沿って形成された環状をなす。そのため、このコイル31は、電圧が印加されることにより、枠体部13の内側付近においてX軸およびY軸の双方に直交する方向の磁界を発生させる。
コイル31は、枠体部13の周方向に沿って形成された環状をなす。そのため、このコイル31は、電圧が印加されることにより、枠体部13の内側付近においてX軸およびY軸の双方に直交する方向の磁界を発生させる。
コイル31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、接着剤を用いた接合方法を用いることができる。
なお、コイル31は、予めコイルの形態をなすものを枠体部13に上述したような接合方法により接合したものであってもよいし、枠体部13に公知の成膜法を用いてコイルの形状にパターニングすることにより形成されたものであってもよい。
なお、コイル31は、予めコイルの形態をなすものを枠体部13に上述したような接合方法により接合したものであってもよいし、枠体部13に公知の成膜法を用いてコイルの形状にパターニングすることにより形成されたものであってもよい。
このようなコイル31は、電圧印加部4に電気的に接続されている。なお、電圧印加部4については、後に詳述する。
また、このようなコイル31には、永久磁石21からの磁界が作用する。ここで、永久磁石21とコイル31との間には、永久磁石21からコイル31への磁路を形成する軟磁性体22が設けられている。そのため、永久磁石21からの磁界の少なくとも一部は、軟磁性体22を介してコイル31に作用する。
また、このようなコイル31には、永久磁石21からの磁界が作用する。ここで、永久磁石21とコイル31との間には、永久磁石21からコイル31への磁路を形成する軟磁性体22が設けられている。そのため、永久磁石21からの磁界の少なくとも一部は、軟磁性体22を介してコイル31に作用する。
なお、永久磁石21は、磁極21aを有する永久磁石と、磁極21bを有する永久磁石とからなる1対の永久磁石で構成されていてもよいし、磁極21a、21bを有する1つの永久磁石で構成されていてもよい。また、磁極21a、21bは、軟磁性体22と接触していてもよい。さらに、磁極21a、21bと軟磁性体22との間には、それぞれ、他の軟磁性体(コア、ヨーク)が設けられていてもよい。また、図示の例では、平面視にて、永久磁石21の磁極21aと磁極21bとを結ぶ線分がX軸およびY軸に対して傾斜しているが、永久磁石21からの磁界を軟磁性体22に導くことによって、後述するようなコイル31に作用する磁界を生じさせることができれば、永久磁石21の形状、配置等は特に限定されない。
このような永久磁石21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。
軟磁性体22は、支持部15の下面に設けられている。すなわち、前述したコイル31は、枠体部13の一方の面側(上側)に設けられているが、軟磁性体22は、支持部15のコイル31と反対の面側(上側)に設けられている。
軟磁性体22は、支持部15の下面に設けられている。すなわち、前述したコイル31は、枠体部13の一方の面側(上側)に設けられているが、軟磁性体22は、支持部15のコイル31と反対の面側(上側)に設けられている。
そして、軟磁性体22は、永久磁石21の磁極21a、21bからコイル31への磁路を形成する。
ここで、図2に示すように、支持部15は、コイル31とは反対の面側(下面側)から枠体部13(可動部)に向かって、支持部15の厚さ方向に直交する面(すなわち、X軸およびY軸に平行な面、以下、「XY平面」ともいう)に対して傾斜する傾斜面151を有する。言い換えると、支持部15は、外側(枠体部13とは反対側)から内側(枠体部13側)に向けて、厚さが漸減する部分を有する。
ここで、図2に示すように、支持部15は、コイル31とは反対の面側(下面側)から枠体部13(可動部)に向かって、支持部15の厚さ方向に直交する面(すなわち、X軸およびY軸に平行な面、以下、「XY平面」ともいう)に対して傾斜する傾斜面151を有する。言い換えると、支持部15は、外側(枠体部13とは反対側)から内側(枠体部13側)に向けて、厚さが漸減する部分を有する。
この傾斜面151は、枠状の支持部15の内周の全域に亘って形成されている。なお、傾斜面151は、枠状の支持部15の内周の一部に形成されていてもよく、この場合、平面視にて、X軸およびY軸により分割された4つの領域のうち、少なくとも、磁極21aを含む領域と、磁極21bを含む領域とに、それぞれ傾斜面151が設けられていればよい。
そして、軟磁性体22は、支持部15の下面のうちXY平面に平行な部分に沿って設けられた第1部分221と、前述した傾斜面151に沿って(当接して)設けられた第2部分222とを有する。
そして、軟磁性体22は、支持部15の下面のうちXY平面に平行な部分に沿って設けられた第1部分221と、前述した傾斜面151に沿って(当接して)設けられた第2部分222とを有する。
このように軟磁性体22の第2部分222が支持部15の傾斜面151に沿って設けられていることにより、軟磁性体22が支持部15の下面側に設けられていても、X軸およびY軸に対して垂直な方向において軟磁性体22の中心とコイル31の中心とを一致または近づけることができる。そのため、永久磁石21からの磁界を軟磁性体22を介して効率的にコイル31へ導くことができる。その結果、光スキャナー1の省電力化を図ることができる。
また、軟磁性体22が支持部15の下面側に設けられているので、支持部15の上面における配線や端子の配置の自由度の低下を防止することができる。すなわち、支持部15の上面における配線や端子の配置の自由度が高い。
XY平面に対する傾斜面151の傾斜角θ1は、支持部15の厚さ、形状等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、30度以上60度以下であることが好ましい。これにより、永久磁石21からの磁界を軟磁性体22を介して効率的にコイル31へ導くことができる。
XY平面に対する傾斜面151の傾斜角θ1は、支持部15の厚さ、形状等に応じて決められるものであり、特に限定されないが、30度以上60度以下であることが好ましい。これにより、永久磁石21からの磁界を軟磁性体22を介して効率的にコイル31へ導くことができる。
また、傾斜面151は、シリコンの結晶面で構成されていることが好ましい。これにより、簡単かつ高精度に傾斜面151を形成することができる。例えば、板面が(100)面で構成されたシリコン基板を異方性エッチングにより加工して、支持部15等を形成する場合、傾斜面151をシリコンの(111)面で構成することができる。この場合、傾斜角θ1は、54.73°である。
なお、図示では、傾斜面151は、平坦な面であるが、軟磁性体22の第2部分222を支持部15の下面から枠体部13側に向けて傾斜して設置することができれば、微細な凹部または凸部が形成されていてもよいし、階段状をなすものであってもよい。また、傾斜面151は、湾曲した部分を有していてもよい。また、第2部分222は、図示では、傾斜面151に対して接触しているが、傾斜面151に対して非接触の部分を有していてもよい。また、傾斜面151と第2部分222との間には、例えば接着剤が介在していてもよい。
また、図5に示すように、平面視にて、軟磁性体22は、X軸およびY軸に対して傾斜する方向に延在している。このような軟磁性体22は、平面視にて、X軸およびY軸に対して傾斜した1対の縁部224、225を有する。これにより、平面視にて、永久磁石21からの磁界の磁力線をコイル31の内側に効率的に集中させることができる。
なお、図5では、説明の便宜上、軟磁性体22の形成領域に網掛け模様を付している。
なお、図5では、説明の便宜上、軟磁性体22の形成領域に網掛け模様を付している。
平面視におけるY軸に対する各縁部224、225の傾斜角θ2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。これにより、後述するようなX軸およびY軸に対して傾斜する方向の磁界をコイル31に効率的に作用させ、円滑かつ確実に可動ミラー部11をX軸およびY軸の周りに回動させることができる。
また、軟磁性体22には、平面視にて、コイル31を包含する開口部223が形成されている。本実施形態では、開口部223は、支持部15の内周に沿った内周を有する。
このような軟磁性体22の開口部223内では、平面視にて、X軸およびY軸に対して傾斜する方向となる磁界が発生する。すなわち、永久磁石21により軟磁性体22の開口部223内に生じる磁界は、X軸に平行な方向成分と、Y軸に平行な方向成分とを有する。
このような軟磁性体22の開口部223内では、平面視にて、X軸およびY軸に対して傾斜する方向となる磁界が発生する。すなわち、永久磁石21により軟磁性体22の開口部223内に生じる磁界は、X軸に平行な方向成分と、Y軸に平行な方向成分とを有する。
したがって、かかる磁界と枠体部13に設けられたコイル31の磁界との相互作用により、枠体部13をX軸周りおよびY軸周りに搖動または振動させることができる。
しかも、軟磁性体22が永久磁石21からの磁界の磁力線をコイル31の内側に集中させることができる。そのため、光スキャナー1の省電力化を図ることができる。
また、軟磁性体22は、板状をなしている。なお、薄いシート状をなす軟磁性体や、後述する成膜法によって層状に成膜された軟磁性体についても、板状の範囲に含むこととする。これにより、低コスト化および小型化を図ることができる。
しかも、軟磁性体22が永久磁石21からの磁界の磁力線をコイル31の内側に集中させることができる。そのため、光スキャナー1の省電力化を図ることができる。
また、軟磁性体22は、板状をなしている。なお、薄いシート状をなす軟磁性体や、後述する成膜法によって層状に成膜された軟磁性体についても、板状の範囲に含むこととする。これにより、低コスト化および小型化を図ることができる。
このような板状またはシート状をなす軟磁性体22は、公知の成膜法を用いて支持部15上に成膜することによって形成されたものであってもよいが、軟磁性体22の厚さを容易かつ安価に厚くすることができることから、板状またはシート状の軟磁性体を打ち抜き加工したものを支持部15上に接着剤等により固定したものであるのが好ましい。また、上述の成膜法と板状またはシート状の軟磁性体を接着する方法とを組み合わせても良い。例えば、支持部15の第1部分221には板状またはシート状の軟磁性体を接着し、支持部15の第2部分222には公知の成膜法によって軟磁性体を成膜して形成することができる。
また、軟磁性体22の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、コイル31の厚さに対し、0.1倍以上30倍以下であることが好ましく、具体的には、1μm以上1000μm以下であることが好ましい。
なお、図示では、軟磁性体22の厚さが全域において一定となっているが、厚さが異なる部分を有していてもよい。
なお、図示では、軟磁性体22の厚さが全域において一定となっているが、厚さが異なる部分を有していてもよい。
また、軟磁性体22は、軟磁性材料を主材料として構成されている。このような軟磁性材料としては、特に限定されず、例えば、Fe、各種Fe合金(ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト)等が挙げられる。なお、軟磁性体22は、全体として軟磁性体の特性を有すれば、軟磁性材料以外の材料が含まれていてもよい。
なお、軟磁性体22は、磁極21a側と磁極21b側とに2つに分離した形態であってもよい。すなわち、平面視にて、X軸およびY軸により分割された4つの領域のうち、少なくとも、磁極21aを含む領域と、磁極21bを含む領域とに、それぞれ軟磁性体が設けられていてもよい。
なお、軟磁性体22は、磁極21a側と磁極21b側とに2つに分離した形態であってもよい。すなわち、平面視にて、X軸およびY軸により分割された4つの領域のうち、少なくとも、磁極21aを含む領域と、磁極21bを含む領域とに、それぞれ軟磁性体が設けられていてもよい。
ここで、コイル31に電気的に接続された電圧印加部4について説明する。
電圧印加部4は、図3に示すように、可動ミラー部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電圧発生部41と、可動ミラー部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。
電圧印加部4は、図3に示すように、可動ミラー部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電圧発生部41と、可動ミラー部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。
第1電圧発生部41は、図4(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。
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。
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。
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、可動ミラー部11および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、可動ミラー部11のY軸周りの回動角を大きくすることができる。
一方、第2電圧発生部42は、図4(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。
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。
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、可動ミラー部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、可動ミラー部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。
本実施形態では、第2の電圧V2の周波数は、可動ミラー部11、1対の軸部12a、12b、枠体部13、2対の軸部14a、14b、14c、14dおよびコイル31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、可動ミラー部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。
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、可動ミラー部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。
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、可動ミラー部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。
このような第1電圧発生部41および第2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電圧発生部41および第2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電圧発生部41から第1の電圧V1を受けるとともに、第2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。
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電圧発生部41から第1の電圧V1を受けるとともに、第2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。
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)。
例えば、図4(a)に示すような第1の電圧V1と、図4(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、コイル31の一方の面側(上側)を永久磁石21の一方の磁極21a側(S極側)に引き付けようとするとともに、コイル31の他方の面側(下側)を永久磁石21の他方の磁極21b側(N極側)に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界A1」という)と、コイル31の一方の面側(上側)を永久磁石21の他方の磁極21b側(N極側)に引き付けようとするとともに、コイル31の他方の面側(下側)を永久磁石21の一方の磁極21a側(S極側)に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界A2」という)とが交互に切り換わる。
すると、第1の電圧V1によって、コイル31の一方の面側(上側)を永久磁石21の一方の磁極21a側(S極側)に引き付けようとするとともに、コイル31の他方の面側(下側)を永久磁石21の他方の磁極21b側(N極側)に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界A1」という)と、コイル31の一方の面側(上側)を永久磁石21の他方の磁極21b側(N極側)に引き付けようとするとともに、コイル31の他方の面側(下側)を永久磁石21の一方の磁極21a側(S極側)に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界A2」という)とが交互に切り換わる。
ここで、上述したように、永久磁石21によりコイル31に作用する磁界は、平面視にて、X軸およびY軸に対して傾斜している。したがって、永久磁石21によりコイル31に作用する磁界は、X軸に平行な成分を有する。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、可動ミラー部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、可動ミラー部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ミラー部11のY軸周りの回動角を大きくすることができる。
一方、第2の電圧V2によって、コイル31の一方の面側(上側)を永久磁石21の一方の磁極21a側(S極側)に引き付けようとするとともに、コイル31の他方の面側(下側)を永久磁石21の他方の磁極21b側(N極側)に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界B1」という)と、コイル31の一方の面側(上側)を永久磁石21の他方の磁極21b側(N極側)に引き付けようとするとともに、コイル31の他方の面側(下側)を永久磁石21の一方の磁極21a側(S極側)に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界B2」という)とが交互に切り換わる。
ここで、上述したように、永久磁石21によりコイル31に作用する磁界は、平面視にて、X軸およびY軸に対して傾斜している。したがって、永久磁石21によりコイル31に作用する磁界は、Y軸に平行な成分を有する。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および軸部14c、14dをそれぞれ捩れ変形させつつ、枠体部13が可動ミラー部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、可動ミラー部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。
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、可動ミラー部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。
以上説明したように、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、可動ミラー部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(ムービングコイル方式)により、可動ミラー部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。
以上説明したような光スキャナー1によれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナー(アクチュエーター)において、コイル31等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
以上説明したような光スキャナー1によれば、ムービングコイル方式を採用する光スキャナー(アクチュエーター)において、コイル31等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図6は、本発明のアクチュエーター(光スキャナー)の第2実施形態を示す平面図、図7は、図6に示すアクチュエーターの断面図(X軸に沿った断面図)である。なお、以下では、説明の便宜上、図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図6は、本発明のアクチュエーター(光スキャナー)の第2実施形態を示す平面図、図7は、図6に示すアクチュエーターの断面図(X軸に沿った断面図)である。なお、以下では、説明の便宜上、図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態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6および図7において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態のアクチュエーターは、可動ミラー部の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態のアクチュエーターと同様である。
本実施形態のアクチュエーターは、可動ミラー部の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態のアクチュエーターと同様である。
図6および図7に示すように、第2実施形態の光スキャナー1Aは、可動ミラー部11Aを有する。
可動ミラー部11Aは、基部(可動部)111と、スペーサー112Aを介して基部111に固定された光反射板113とを有する。
本実施形態では、図7に示すように、光反射板113は、スペーサー112Aを介して、基部111のコイル31とは反対側の面に固定されている。
可動ミラー部11Aは、基部(可動部)111と、スペーサー112Aを介して基部111に固定された光反射板113とを有する。
本実施形態では、図7に示すように、光反射板113は、スペーサー112Aを介して、基部111のコイル31とは反対側の面に固定されている。
これにより、支持部15のコイル31側の面を実装基板70A(配線用基板)に接合することにより、光スキャナー1Aを実装基板70Aに実装することができる。その際、支持部15のコイル31側の面に設けられた端子61と、実装基板70Aの端子71との電気的接続も同時に行うことができる。そのため、実装基板70Aに対する光スキャナー1Aの実装を容易なものとすることができる。
端子61と端子71との電気的接続は、例えば、半田による接合、金属間の直接接合、導電性接着剤による接合により行うことができる。なお、図示では、支持部15と実装基板70Aとの接合(固定)は、接着剤8により行われているが、接着剤8を省略してもよい。
ここで、支持部15は、前述した第1実施形態とは表裏反転した状態で、実装基板70Aに接合されている。
ここで、支持部15は、前述した第1実施形態とは表裏反転した状態で、実装基板70Aに接合されている。
そして、支持部15の傾斜面151は、光反射板113と支持部15との接触を防止する逃げ部としても機能する。これにより、光反射板113を基部111のコイル31とは反対側の面に固定しても、光反射板113と枠体部13(可動部)との離間距離を抑えつつ、光反射板113の板面の面積を大きくすることができる。
以上説明したような第2実施形態の光スキャナー1Aによっても、ムービングコイル方式を採用する光スキャナー(アクチュエーター)において、コイル31等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
以上説明したような第2実施形態の光スキャナー1Aによっても、ムービングコイル方式を採用する光スキャナー(アクチュエーター)において、コイル31等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図8は、本発明のアクチュエーター(光スキャナー)の第3実施形態を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図8中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第3実施形態について、前述した第1実施形態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において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図8は、本発明のアクチュエーター(光スキャナー)の第3実施形態を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図8中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第3実施形態について、前述した第1実施形態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において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態のアクチュエーターは、光反射板の光反射部とは反対側の面にも軟磁性体を設けた以外は、前述した第1実施形態のアクチュエーターと同様である。
図8に示すように、第3実施形態の光スキャナー1Bは、可動ミラー部11Bを有する。
可動ミラー部11Bは、基部(第1可動部)111と、スペーサー112を介して基部111に固定された光反射板113と、光反射板113に設けられた軟磁性体116とを有する。
図8に示すように、第3実施形態の光スキャナー1Bは、可動ミラー部11Bを有する。
可動ミラー部11Bは、基部(第1可動部)111と、スペーサー112を介して基部111に固定された光反射板113と、光反射板113に設けられた軟磁性体116とを有する。
本実施形態では、図8に示すように、軟磁性体116は、シート状または板状をなし、光反射板113の光反射部114とは反対側の面(下面)に設けられている。ここで、光反射板113の光反射部114とは反対側の面には、硬質層115が設けられ、軟磁性体116は、硬質層115上に設けられている。
なお、硬質層115は、省略することができ、また、軟磁性体116が硬質層としての機能を有していてもよい。
なお、硬質層115は、省略することができ、また、軟磁性体116が硬質層としての機能を有していてもよい。
この軟磁性体116は、光反射板113の下面のうち、スペーサー112との接合部を除く全域に設けられている。これにより、永久磁石21からコイル31へ作用する磁界の磁力線の数を多くすることができる。なお、軟磁性体116は、光反射板113の下面とスペーサー112との間にも設けられていてもよい。
以上説明したような第3実施形態の光スキャナー1Bによっても、ムービングコイル方式を採用する光スキャナー(アクチュエーター)において、コイル31等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
以上説明したような第3実施形態の光スキャナー1Bによっても、ムービングコイル方式を採用する光スキャナー(アクチュエーター)において、コイル31等への配線の配置の自由度の低下を防止しつつ、省電力化を図ることができる。
以上説明したような光スキャナー1、1A、1Bは、それぞれ、例えば、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表示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。このような画像表示装置によれば、ムービングコイル方式により2次元的に光を走査する光スキャナーの省電力化を図ることができる。
<画像表示装置の実施形態>
図9は、本発明の画像表示装置の実施形態を模式的に示す図である。
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。
図9は、本発明の画像表示装置の実施形態を模式的に示す図である。
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。
画像表示装置(プロジェクター)9は、レーザーなど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。
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のそれぞれから照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)から照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。
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)から照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。
2次元走査の際、光スキャナー1の可動ミラー部11のY軸周りの回動により光反射部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の可動ミラー部11のX軸周りの回動により光反射部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9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に照射してもよい。
なお、図9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に照射してもよい。
以下に、画像表示装置の応用例について説明する。
<画像表示装置の応用例1>
図10は、本発明の画像表示装置の応用例1を示す斜視図である。
図10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。
<画像表示装置の応用例1>
図10は、本発明の画像表示装置の応用例1を示す斜視図である。
図10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。
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。
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。
<画像表示装置の応用例2>
図11は、本発明の画像表示装置の応用例2を示す斜視図である。
図11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。
図11は、本発明の画像表示装置の応用例2を示す斜視図である。
図11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。
<画像表示装置の応用例3>
図12は、本発明の画像表示装置の応用例3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、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。
図12は、本発明の画像表示装置の応用例3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、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。
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つの表示部に表示するようにしてもよい。
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つの表示部に表示するようにしてもよい。
以上、本発明のアクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイについて、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、本発明のアクチュエーター、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイでは、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。
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。
また、前述した実施形態では、第1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、第1軸部が4つ(2対)以上設けられていてもよい。
また、前述した実施形態では、第1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、第1軸部が4つ(2対)以上設けられていてもよい。
また、前述した実施形態では、第1軸部が第1の軸に平行な方向に延在している場合を例に説明したが、これに限定されず、第1軸部が第1の軸に対して傾斜した方向に延在していてもよい。
また、前述した実施形態では、第2軸部が4つ(2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、第2軸部が2つ(1対)または6つ(3対)以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、第2軸部が4つ(2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、第2軸部が2つ(1対)または6つ(3対)以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、第2軸部が第2の軸に平行な方向に延在している場合を例に説明したが、これに限定されず、第2軸部が第2の軸に対して傾斜した方向に延在していてもよい。
また、前述した実施形態では、第1軸部および第2軸部の幅がそれぞれ長手方向での全域で一定となっている場合を例に説明したが、これに限定されず、第1軸部および第2軸部は、幅が異なる部分を有していてもよい。
また、前述した実施形態では、第1軸部および第2軸部の幅がそれぞれ長手方向での全域で一定となっている場合を例に説明したが、これに限定されず、第1軸部および第2軸部は、幅が異なる部分を有していてもよい。
また、前述した実施形態では、平面視にて光反射板が第1軸部全体、枠体部全体および第2軸部全体を覆う場合を例に説明したが、平面視にて光反射板が第1軸部の少なくとも一部(可動ミラー部の基部側の端部)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、光反射板の大面積化、光反射板の動撓みの防止、第1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。
また、前述した実施形態では、SOI基板を加工することにより光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、光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、光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、光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、これらの金属膜同士をハンダボールを介して接合すればよい。
また、光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、光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、これらの金属膜同士をハンダボールを介して接合すればよい。
また、前述した実施形態では、本発明のアクチュエーター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、本発明のアクチュエーターは、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。
また、前述した実施形態では、枠体部にのみコイルを設け、周波数の異なる2つの電圧を重畳した電圧をコイルに印加することにより、可動部を第1の軸周りおよび第2の軸周りにそれぞれ揺動させる場合を例に説明した。しかし、これに限定されず、例えば、可動部にもコイルを設け、可動部のコイルに第1周波数の電圧を印加し、枠体部のコイルに第1周波数と異なる第2周波数の電圧を印加することによっても、可動部を第1の軸周りおよび第2の軸周りにそれぞれ揺動させることができる。
また、前述した実施形態では、枠体部にのみコイルを設け、周波数の異なる2つの電圧を重畳した電圧をコイルに印加することにより、可動部を第1の軸周りおよび第2の軸周りにそれぞれ揺動させる場合を例に説明した。しかし、これに限定されず、例えば、可動部にもコイルを設け、可動部のコイルに第1周波数の電圧を印加し、枠体部のコイルに第1周波数と異なる第2周波数の電圧を印加することによっても、可動部を第1の軸周りおよび第2の軸周りにそれぞれ揺動させることができる。
また、前述した実施形態では、光スキャナーに適用した場合に、光を2次元的に走査可能な構造(ジンバル構造)を有するアクチュエーターについて代表的に説明したが、本発明は、これに限定されず、ムービングコイル方式を採用するねじり振動系の各種アクチュエーターに適用可能である。例えば、可動部を1つの軸周りに揺動させるアクチュエーターにも本発明は適用可能であり、かかるアクチュエーターを光スキャナーに適用する場合、可動部に光反射部を設ければよい。
1‥‥光スキャナー 1A‥‥光スキャナー 1B‥‥光スキャナー 4‥‥電圧印加部 7‥‥制御部 9‥‥画像表示装置 11‥‥可動ミラー部 11A‥‥可動ミラー部 11B‥‥可動ミラー部 12a‥‥軸部(第1軸部) 12b‥‥軸部(第1軸部) 13‥‥枠体部(第2可動部、可動部) 14a‥‥軸部(第2軸部) 14b‥‥軸部(第2軸部) 14c‥‥軸部(第2軸部) 14d‥‥軸部(第2軸部) 15‥‥支持部 21‥‥永久磁石 21a‥‥磁極 21b‥‥磁極 22‥‥軟磁性体 31‥‥コイル 41‥‥第1電圧発生部 42‥‥第2電圧発生部 43‥‥電圧重畳部 43a‥‥加算器 51‥‥挙動検出センサー 52‥‥挙動検出センサー 61‥‥端子 70‥‥実装基板 70A‥‥実装基板 71‥‥端子 72‥‥貫通孔 81‥‥接着剤 91‥‥光源装置 92A‥‥ダイクロイックミラー 92B‥‥ダイクロイックミラー 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 112A‥‥スペーサー 113‥‥光反射板 114‥‥光反射部 115‥‥硬質層 116‥‥軟磁性体 120‥‥ディスプレイ 130‥‥キーパット 140‥‥オーディオポート 150‥‥コントロールボタン 151‥‥傾斜面 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 221‥‥第1部分 222‥‥第2部分 223‥‥開口部 224‥‥縁部 225‥‥縁部 300‥‥ヘッドマウントディスプレイ 310‥‥眼鏡 320‥‥表示部 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 θ1‥‥傾斜角 θ2‥‥傾斜角
Claims (13)
- 所定の軸周りに揺動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部の厚さよりも厚く形成され、前記軸部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とするアクチュエーター。 - 前記軸部の前記コイル側の面に設けられ、前記可動部の挙動を検出する挙動検出センサーをさらに備える請求項1に記載のアクチュエーター。
- 第1の軸周りに揺動可能な第1可動部と、
前記第1の可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、をさらに備え、
前記可動部は、前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部を構成し、
前記軸部は、前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部を構成する請求項1または2に記載のアクチュエーター。 - 前記第1可動部に固定され、かつ光反射性を有する光反射部が設けられた光反射板をさらに備え、
前記光反射板は、前記第1軸部に対して前記光反射板の板厚方向に離間するとともに、前記板厚方向からみたときに前記第1軸部の少なくとも一部と重なって設けられている請求項3に記載のアクチュエーター。 - 前記光反射板は、前記第1可動部の前記コイル側の面に固定されている請求項4に記載のアクチュエーター。
- 前記光反射板の前記光反射部とは反対側の面には、軟磁性体が設けられている請求項5に記載のアクチュエーター。
- 前記光反射板は、前記第1可動部の前記コイルとは反対側の面に固定されている請求項4に記載のアクチュエーター。
- 前記支持部に設けられた前記軟磁性体は、前記第1の軸および前記第2の軸に対して垂直な方向からみた平面視にて、前記第1の軸および前記第2の軸に対して傾斜した縁部を有する請求項1ないし7のいずれか一項に記載のアクチュエーター。
- 前記軟磁性体は、板状をなす請求項1ないし8のいずれか一項に記載のアクチュエーター。
- 光反射性を有する光反射部が設けられ、所定の軸周りに揺動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部の厚さよりも厚く形成され、前記軸部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする光スキャナー。 - 光反射性を有する光反射部が設けられ、第1の軸周りに揺動可能な第1可動部と、
前記第1可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部と、
前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2軸部の厚さよりも厚く形成され、前記第2軸部を支持する支持部と、
前記第2可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記第2可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする光スキャナー。 - 光反射性を有する光反射部が設けられ、第1の軸周りに揺動可能な第1可動部と、
前記第1可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部と、
前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2軸部の厚さよりも厚く形成され、前記第2軸部を支持する支持部と、
前記第2可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記第2可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とする画像表示装置。 - 光反射性を有する光反射部が設けられ、第1の軸周りに揺動可能な第1可動部と、
前記第1可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部を囲んで設けられ、前記第1軸部を支持するとともに、前記第1の軸に交差する第2の軸周りに揺動可能な枠状の第2可動部と、
前記第2可動部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2軸部の厚さよりも厚く形成され、前記第2軸部を支持する支持部と、
前記第2可動部に設けられたコイルと、
前記コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、
前記支持部に設けられ、前記永久磁石から前記コイルへの磁路を形成する軟磁性体と、を備え、
前記支持部は、前記支持部の前記コイルとは反対側の面から前記第2可動部側に向かって、前記支持部の厚さ方向に直交する面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記軟磁性体は、前記傾斜面に当接する部分を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
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