JP2019082625A - Optical reflection element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光などの照射位置を往復動させる光学反射素子に関する。 The present invention relates to an optical reflecting element for reciprocating an irradiation position of a laser beam or the like.
従来のレーザ光の照射位置を往復動させる光学反射素子は、例えば特許文献1に示されるように、レーザ光などを反射する反射体と、この反射体に接続されて自らが捩れることにより反射体を回転揺動させる接続体と、接続体に往復の捩れを発生させるために反射体の回転軸と交差する方向に延在する二本のアーム状の振動体と、これらの振動体をそれぞれ振動させる圧電素子などを備えた駆動体とを備えている。 For example, as disclosed in Patent Document 1, a conventional optical reflecting element that reciprocates an irradiation position of a laser beam is a reflector that reflects a laser beam and the like, and reflection is caused by being connected to this reflector and being twisted by itself. A connecting body for rotating and rocking the body, two arm-like vibrating bodies extending in a direction intersecting with the rotating shaft of the reflector for causing the connecting body to reciprocate, and these vibrating bodies And a driver including a piezoelectric element to be vibrated.
このような光学反射素子は、モーターによりポリゴンミラーを回転させる反射素子に比べて小型かつ軽量であり反射体を回転揺動させる電力も少ない。しかし、強い振動が発生するような車などに光学反射素子を取り付けた場合、外乱振動が反射体に伝達され、安定した駆動ができなくなる。 Such an optical reflecting element is smaller and lighter than a reflecting element that causes a polygon mirror to be rotated by a motor, and has less power for rotating and oscillating the reflector. However, when the optical reflecting element is attached to a car or the like where strong vibration occurs, the disturbance vibration is transmitted to the reflector, and stable driving can not be performed.
そこで本発明は、外乱振動が発生した場合でも安定して駆動することができる光学反射素子の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical reflecting element that can be stably driven even when disturbance vibration occurs.
上記目的を達成するために、本願発明の1つである光学反射素子は、第一回転軸を中心として回転揺動し、光を反射する反射体と、前記第一回転軸に沿って配置され、前記反射体と先端部が連結される第一接続体と、前記第一回転軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第一振動体と、前記第一回転軸に対し前記第一振動体の逆側において前記第一回転軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第二振動体と、前記第一振動体の先端部に連結され、前記第一振動体を介して前記第一接続体を回転揺動させる第一駆動体と、前記第二振動体の先端部に連結され、前記第二振動体を介して前記第一接続体を回転揺動させる第二駆動体と、第一基体に対し前記第一振動体、および前記第二振動体を振動可能に接続する第二接続体とを備え、前記第一接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性は、前記第二接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性よりも弱い。 In order to achieve the above object, an optical reflecting element which is one of the present invention is disposed along a first rotational axis, a reflector which pivots around a first rotational axis and reflects light, A first connecting body in which the reflector and the distal end are connected, and a first vibrating body extending in a direction crossing the first rotation axis and connected to a proximal end of the first connecting body; A second vibrating body extending in a direction intersecting the first rotating shaft on the opposite side of the first vibrating body with respect to the first rotating shaft, and connected to a base end of the first connection body; A first driving body connected to the tip end of the first vibrating body and rotationally swinging the first connection body through the first vibrating body, and connected to the tip end of the second vibrating body, the second A second drive body for rotating and rocking the first connection body via the vibrator, the first vibrator and the second vibrator with respect to the first base body; And a second connection body that is movably connected, wherein the torsional rigidity per unit length in the weakest portion of the first connection body is greater than the torsional rigidity per unit length in the weakest portion of the second connection body. Too weak.
本発明により、外乱振動が発生した場合でも安定して駆動する光学反射素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical reflecting element that can be stably driven even when disturbance vibration occurs.
次に、本発明に係る光学反射素子の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Next, an embodiment of the optical reflecting element according to the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments described below are all inclusive or specific examples. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited thereto. Further, among the components in the following embodiments, components not described in the independent claim indicating the highest concept are described as arbitrary components.
また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。 In addition, the drawings are schematic diagrams in which emphasis, omission, and adjustment of ratios are appropriately performed to show the present invention, and may differ from actual shapes, positional relationships, and ratios.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る光学反射素子を示す平面図である。図2は、実施の形態1に係る光学反射素子を示す斜視図である。
Embodiment 1
FIG. 1 is a plan view showing an optical reflecting element according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing the optical reflecting element according to the first embodiment.
光学反射素子100は、レーザ光などの光の反射角度を周期的に変更して光の照射位置を周期的に掃引する装置であって、図1、図2に示すように、反射体110と、接続体である第一接続体121、第二接続体122、振動体である第一振動体141と、第二振動体142と、駆動体である第一駆動体151と、第二駆動体152と、基体である第一基体161とを備えている。また、本実施の形態の場合、反射体110の一部と、接続体と、振動体の一部と、基体とは1つの基板から不要部分を除去することにより一体に成形されたものである。具体的に例えば、半導体製造過程で用いられるエッチング技術を用いてシリコン基板の不要部分を除去し反射体110の一部と、接続体と、振動体の一部と、基体とが一体に成形される。光学反射素子100は、いわゆるMEMS(メムス、Micro Electro Mechanical Systems)である。また、光学反射素子100は、モニタ素子である第一モニタ素子171と、第二モニタ素子172とを備えている。
The optical reflecting
ここで、基板を構成する材料は、特に限定されるものではないが、金属、結晶体、ガラス、樹脂など機械的強度および高いヤング率を有する材料が好ましい。具体的には、シリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などの金属や合金を例示出る。これら金属、合金などを用いれば、振動特性、加工性に優れた光学反射素子100を実現できる。
Here, the material constituting the substrate is not particularly limited, but a material having mechanical strength and a high Young's modulus, such as metal, crystal, glass, or resin, is preferable. Specifically, metals and alloys such as silicon, titanium, stainless steel, elinvar, and brass alloys are exemplified. If these metals, alloys, etc. are used, the optical reflecting
反射体110は、第一回転軸101を中心として回転揺動(反復回転振動)し、光を反射する部分である。反射体110の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、矩形の板状であり、反射対象の光を高い反射率で反射することができる反射部111を表面に備えている。反射部111の材質は、任意に選定することができ、例えば、金、銀、銅、アルミニウムなどの金属や金属化合物などを例示できる。また、反射部111は複数層で構成されるものでもよい。さらに、反射部111は、反射体110の表面を平滑に磨くことにより設けてもかまわない。反射部111は、平面ばかりでなく曲面であってもよい。
The
第一接続体121は、第一回転軸101に沿って配置され、反射体110と先端部が連結され、第一振動体141の基端部、および第二振動体142の基端部のそれぞれと基端部が連結された状態で反射体110を保持する部材である。第一接続体121は、反射体110を回転揺動させる為のトルクを反射体110に伝達する部材であり、第一接続体121が第一回転軸101周り(図中θ1)に捩れることで反射体110を保持しつつ反射体110を回転揺動させることができるものとなっている。
The
第一接続体121の形状は、特に限定されるものではないが、自身が捩れることにより反射体110を回転揺動させる部材であるため、反射体110よりも幅(図中X軸方向の長さ)の狭い細い棒状となっている。第一接続体121の第一回転軸101に垂直な断面形状は矩形であり、第一接続体121の厚さは反射体110、および他の部分と同じ厚さになっている。第一接続体121は、反射体110から第一振動体141の基端部、および第二振動体142の基端部に至るまで同一の断面形状となっている。第一回転軸101に直交する断面において、第一接続体121を、第一回転軸101に沿って均一の矩形状および均一の面積とすることにより、光学反射素子100を駆動させた際に第一接続体121が全体として均等に捩れ、応力が集中することによる破損を回避することができる。
The shape of the
なお、これらの構成材料が同じ厚みである必要は無く、例えば反射体110は、第一接続体121や伝達体131よりも厚くすれば、反射体100の表面の歪みを抑制できるので都合がよい。また、第一基体161の厚みを厚くすれば、光学反射素子100を例えば他の製品の平坦な面に実装した時に、第一駆動体151、第二駆動体152および反射体110が駆動するために必要なZ軸方向の空間を確保することができるので都合がよい。また、光学反射素子100全体の構造的強度が向上するので都合がよい。
In addition, these constituent materials do not need to be the same thickness, for example, if the
なお、第一回転軸101に沿うとは、本実施の形態のように、第一接続体121が真っ直ぐに沿う場合ばかりでなく、第一接続体121が蛇行状に湾曲したり、ジグザグに屈曲したりしていても、仮想的に真っ直ぐな第一回転軸101に全体として沿う場合は、含まれるものとしている。
Along the
また、本明細書、および特許請求の範囲において「交差」とは、二本の線が接触する交差ばかりでなく二本の線が接触しない立体交差も含むものとして用いている。 Also, in the present specification and claims, "crossing" is used to include not only crossings where two lines touch but also crossings where two lines do not touch.
第一振動体141、および第二振動体142を含む振動体は、第一回転軸101を中心とする周方向に振動することにより、反射体110を回転揺動させるトルクを発生させるためのアーム状の部材であり、第一回転軸101に交差する方向に延在する部材である。第一振動体141は、第一回転軸101と交差する方向に配置され、第一接続体121の基端部に連結されている。第二振動体142は、第一回転軸101に対し第一振動体141の逆側において第一回転軸101と交差する方向に配置され、第一接続体121の基端部に連結されている。
The vibrating body including the first vibrating
本実施の形態の場合、第一振動体141は、第一回転軸101に直交する方向に延在する矩形棒状の部材であり、第二振動体142は、第一回転軸101に直交し第一振動体141の逆方向に延在する矩形棒状の部材である。
In the case of the present embodiment, the first
また、第一振動体141の基端部と第二振動体142の基端部とは連結体149により一体に連結されており、第一振動体141と第二振動体142とは、第一回転軸101を中心にして直交方向に延在する真っ直ぐな棒状となっている。
Further, the base end of the first vibrating
第一駆動体151、および第二駆動体152を含む駆動体は、振動体の先端部を第一回転軸101を中心とする周方向に振動させるための駆動力を発生させる部材である。第一駆動体151は、第一振動体141の先端部に連結され、第一振動体141を第一回転軸101周りに振動させ、第一接続体121を回転揺動させる部材である。第二駆動体152は、第二振動体142の先端部に連結され、第二振動体142を第一回転軸101周りに振動させ、第一接続体121を回転揺動させる部材である。
The driving body including the
本実施の形態の場合、第一駆動体151は、第一振動体141の先端部に基端部が一体に連結され、第一回転軸101に沿って反射体110に向かって延在する断面矩形棒状の第一駆動本体部183を備え、第一駆動本体部183の表面に第一回転軸101に沿って配置されている細長い板形状の圧電素子である第一圧電素子185を備えている。この第一圧電素子185に周期的に変動する電圧を印加することにより第一圧電素子185が伸縮を繰り返す。この第一圧電素子185の動きに対応して第一駆動本体部183が湾曲と復帰とを繰り返す。第一駆動本体部183は、第一振動体141に連結している基端部よりも突出している先端部が大きく振動し、第一駆動体151全体の振動エネルギーが第一振動体141の先端に伝達する。
In the case of the present embodiment, the
第二駆動体152も第一駆動体151と同様に、第二駆動本体部184と第二圧電素子186とを備え、第一回転軸101を含み反射体110の表面に直交する仮想的な面に対し第一駆動体151と対象の位置に配置され、第二振動体142の先端に基端部が接続されている。また、第二駆動体152の動作も第一駆動体151の動作と同様である。
Similar to the
本実施の形態の場合、圧電素子は、駆動体本体部の表面に形成された、電極と圧電体とを厚さ方向に積層した積層体構造からなる薄膜積層型圧電アクチュエータである。これによって、駆動体をより薄型にすることができる。 In the case of the present embodiment, the piezoelectric element is a thin film laminated type piezoelectric actuator formed of a laminated body structure in which an electrode and a piezoelectric body are laminated in the thickness direction, which is formed on the surface of the driver main body. This makes it possible to make the driver thinner.
なお、駆動体は、圧電素子の歪により振動するものばかりでなく、磁場、電場との相互作用により力が発生する部材、装置などを備え、外部装置により発生させた磁場、および電場の少なくとも一方を変化させ、また自身が発生させる磁場、および電場の少なくとも一方を変化させることにより振動するものでもかまわない。また、圧電体を構成する材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの高い圧電定数を有する圧電体材料を例示することができる。 The driving body is not only one that vibrates due to the strain of the piezoelectric element, but also includes a member that generates a force due to an interaction with a magnetic field or an electric field, a device, etc. It is also possible to oscillate by changing at least one of the magnetic field generated by itself and the electric field generated. Moreover, as a material which comprises a piezoelectric material, the piezoelectric material which has high piezoelectric constants, such as a lead zirconate titanate (PZT), can be illustrated.
第一基体161は、光学反射素子100を外部の構造部材などに取り付けるための部材であり、第一基体161に対し第一振動体141、および第二振動体142を振動可能に接続する第二接続体122と連結されている。
The
第二接続体122は、第一回転軸101に沿って配置されており、基端部が第一基体161に連結され、先端部が第一振動体141の基端部、および第二振動体142の基端部に連結されている。
The
第二接続体122の形状は、特に限定されるものではないが、第一振動体141、および第二振動体142の振動により自身が捩れることにより、第一基体161に対して第一接続体121捩れを許容する部材であるため、第一接続体121よりもねじり剛性が高い棒状となっている。本実施の形態の場合、第二接続体122の第一回転軸101に垂直な断面形状は矩形であり、第二接続体122の厚さは第一接続体121、および他の部分と同じ厚さになっている。従って、第二接続体122の幅(図中X軸方向の長さ)は、第一接続体121よりも広くなっている。また、第二接続体122は、第一基体161から振動体に至るまで同一の断面形状となっている。これにより、第一接続体121と同様、応力の集中を回避して第二接続体122が破断することを防止している。
The shape of the
本実施の形態の場合、ねじり剛性については、第一接続体121、および第二接続体122はいずれも第一回転軸101に沿って均等であるため、全体がねじり剛性が最も弱い部分と考えることができる。従って、第一接続体121の単位長さあたりのねじり剛性は、第二接続体122の単位長さあたりのねじり剛性よりも弱いものとなっている。なお、第一接続体121に他の部分よりねじり剛性の弱い部分がある場合、および第二接続体122に他の部分よりねじり剛性の弱い部分がある場合であっても、ねじり剛性が最も弱い部分同士を比較し、第一接続体のねじり剛性は、第二接続体122のねじり剛性よりも弱くなっていればよい。
In the case of the present embodiment, with regard to the torsional rigidity, the
なお、第二接続体122も第一接続体121と同様、第一回転軸101に真っ直ぐに沿う場合ばかりでなく、蛇行状に湾曲したり、ジグザグに屈曲したりしていてもかまわない。このような場合も、第一回転軸101周りのねじり剛性を、第一接続体121と第二接続体122とで比較した場合、第一接続体121のねじり剛性が弱い。
In the same manner as the
本実施の形態の場合、第一モニタ素子171、および第二モニタ素子172を含むモニタ素子は、それぞれ第一振動体141、および第二振動体に取り付けられ、これら振動体の湾曲状態を歪として検出する素子である。モニタ素子からの出力を測定することにより反射体110の回転揺動の状態を正確にモニタリングすることができる。
In the case of the present embodiment, the monitor elements including the
本実施の形態の場合、第一振動体141、および第二振動体の両方に、第一モニタ素子171、および第二モニタ素子172がそれぞれ取り付けられている。これらの第一モニタ素子171、第二モニタ素子172は図示しない検出回路に接続され、2つのモニタ素子の出力が差動検出されている。これにより種々のノイズをキャンセルして高い精度で反射体110の回転揺動の状態をモニタリングでき、駆動体の制御にフィードバックすることが可能となる。
In the case of the present embodiment, the
以上の実施の形態1に記載した光学反射素子100によれば、第一駆動体151と第二駆動体152とを逆位相で駆動することにより、第一振動体141と第二振動体142とが逆位相に振動して第一回転軸101周りに同じ回転方向のトルクが発生する。このトルクを第一接続体121の基端部に伝達することで高効率でトルクを伝達することができる。また、光学反射素子100に第一基体を介して外乱振動が伝わってきた場合でも、外乱振動が第一接続体121にまで伝わることを第二接続体122が抑制し、反射体を安定して回転揺動することができる。
According to the optical reflecting
さらに、第一振動体141と第二振動体142で生じた振動(トルク)は、高効率で第一接続体121へと伝搬されるため、反射体110と第一接続体121で構成される構成体の共振尖鋭度(Q値)が高くなる。言い換えると、第一接続体121へと伝搬される振動(トルク)の伝送ロスが小さくなるため、反射体110と第一接続体121で構成される構成体の共振尖鋭度(Q値)が高くなる。当該共振尖鋭度(Q値)が高くなることで、反射体110の駆動周波数の帯域が狭くなる。これにより、外乱振動の影響を受けにくくなり、反射体110の安定な回転揺動が可能となる。
Furthermore, since the vibration (torque) generated by the first vibrating
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, another embodiment realized by arbitrarily combining the components described in the present specification and excluding some of the components may be used as an embodiment of the present invention. Further, modifications obtained by applying various modifications to those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention, that is, the meaning indicated by the language described in the claims, are also included in the present invention. Be
例えば、図3に示すように、第二接続体122は、第一振動体141の基端部と第二振動体142の基端部とをそれぞれ連結するように複数箇所に分離していてもかまわない。この場合、第二接続体122の第一回転軸101周りのねじり剛性は、複数の第二接続体122の全体をねじる場合の剛性となる。従って、複数本の第二接続体122が第一回転軸101を挟んで遠くに配置することにより構造的にねじり剛性を高めることも可能となる。
For example, as shown in FIG. 3, the
また、図4に示すように、反射体110の反射面(図中XY平面)に直交する方向(図中Z軸方向)における第二接続体122の長さ(厚さ)は、第一接続体の長さよりも長くすることにより、単位長さあたりの第二接続体122のねじり剛性を第一接続体121のねじり剛性より高めてもかまわない。
In addition, as shown in FIG. 4, the length (thickness) of the second connecting
第二接続体122の厚さを第一接続体121の厚さより厚くする方法は特に限定されるものではないが、例えば、第二接続体122の表面に増強部材129を取り付けることにより厚くしてもかまわない。また、増強部材129の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、圧電素子と同じ材料とすることにより、圧電素子と同じ工程で増強部材129を第二接続体122に形成することができるため好ましい。
Although the method of making the thickness of the
また、第一接続体121の厚さを第二接続体122の厚さよりも薄くしてもかまわない。例えば、第一接続体121の表面に対してのみエッチングを実施することにより実現できる。
In addition, the thickness of the
また、第一回転軸101に直交する断面において、第一接続体121と第二接続体122との形状や面積が同一の場合でも、相互に異なる材質とすることにより第二接続体122の単位長さあたりのねじり剛性を第一接続体121よりも高めることもできる。
Moreover, even in the case where the shapes and areas of the
さらに、第一接続体121と第二接続体122とが同材質からなるものであっても、焼き入れ、焼き鈍しなどの加熱などによる改質により第二接続体122の単位長さあたりのねじり剛性を第一接続体121よりも高めることもできる。
Furthermore, even if the
(実施の形態2)
次に、光学反射素子の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態1と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの(部分)には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態1と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。
Second Embodiment
Next, another embodiment of the optical reflecting element will be described. The same reference numerals may be given to components (portions) having the same operation and function as the first embodiment, and the same shape, mechanism and structure as the first embodiment, and the description may be omitted. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described, and the description of the same contents may be omitted.
図5は、実施の形態2に係る光学反射素子を示す平面図である。 FIG. 5 is a plan view showing the optical reflecting element according to the second embodiment.
実施の形態2に係る光学反射素子200は、第一回転軸101に直交し反射体110の中心を含む仮想面に対し面対称の関係にある2つの回転揺動機構により1つの反射体110を回転揺動させる装置である。回転揺動機構がそれぞれ備える接続体、振動体、駆動体、基体、および、モニタ素子は、面対称に配置されている。また、回転揺動機構がそれぞれ備える接続体、振動体、駆動体、基体、および、モニタ素子の機能や連結態様は、実施の形態1と同様である。
The optical reflecting
具体的には図5に示すように、接続体として第一回転揺動機構201が備える第一接続体121、第二接続体122と面対称に、第二回転揺動機構202は、第三接続体123、第四接続体124を備えている。第三接続体123は、反射体110に対し第一接続体121の逆側に第一回転軸101に沿って配置され、反射体110と先端部が連結されている。振動体として第一回転揺動機構201が備える第一振動体141、第二振動体142と面対称に、第二回転揺動機構202は、第三振動体143、第四振動体144を備えている。駆動体として第一回転揺動機構201が備える第一駆動体151、第二駆動体152と面対称に、第二回転揺動機構202は、第三駆動体153、第四駆動体154を備えている。第三駆動体153は、第三駆動体本体部187と、第三圧電素子189とを備え、第四駆動体154は、第四駆動体本体部188と第四圧電素子190を備える点も、第一回転揺動機構201と同様である。基体として第一回転揺動機構201が備える第一基体161と面対称に第二回転揺動機構202は、第二基体162を備えている。本実施の形態の場合、第一基体161と第二基体162とは、一体に連結されており、全体として矩形環状の枠部材を形成している。また、第二回転揺動機構202は、第一回転揺動機構201と同様、第三振動体143に第三モニタ素子173が取り付けられ、第四振動体144に第四モニタ素子174が取り付けられている。
Specifically, as shown in FIG. 5, the second
以上実施の形態2にかかる光学反射素子200は、実施の形態1で記載した効果に加えて、第一回転軸101に沿って反射体110の両側から回転揺動のためのトルクが伝達されるため、反射体110がぶれにくくなり第一回転軸101周りを安定して回転揺動することが可能となる。
In the optical reflecting
さらに、第一基体161、および第二基体162の両端部がそれぞれ連結された枠状となっているため、光学反射素子200全体の構造的強度が向上し、外乱振動が第一接続体121、および第二接続体122に伝わりにくくなり反射体110の回転揺動が安定する。
Furthermore, since both ends of the
さらに、反射体110と第一接続体121、第二接続体122、第三接続体123、および第四接続体で構成される構成体の共振尖鋭度(Q値)が高くなるため、反射体110の駆動周波数の帯域が狭くなる。これにより、外乱振動の影響を受けにくくなり、反射体110の安定な回転揺動が可能となる。
Furthermore, since the resonance sharpness (Q value) of the structure configured of the
(実施の形態3)
次に、光学反射素子の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態1、2と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの(部分)には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態1、2と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。
Third Embodiment
Next, another embodiment of the optical reflecting element will be described. The same reference numerals may be given to components (portions) having the same operation and function as the first and second embodiments and the same shape, mechanism and structure as the first and second embodiments and the description may be omitted. In the following, differences from the first and second embodiments will be mainly described, and the description of the same contents may be omitted.
図6は、実施の形態3に係る光学反射素子を示す平面図である。なお、第一回転揺動機構201、および第二回転揺動機構202の詳細な符合は省略している。
FIG. 6 is a plan view showing an optical reflecting element according to the third embodiment. In addition, the detailed agreement of the 1st
実施の形態3に係る光学反射素子300は、実施の形態2で示した反射体110、第一回転揺動機構201、および第二回転揺動機構202を全体として回転揺動させることができる第三回転揺動機構203、と第四回転揺動機構204とをさらに備えている。
The optical reflecting
第三回転揺動機構203は、第一回転揺動機構201、および第二回転揺動機構202が反射体110を回転揺動させる第一回転軸101と交差(本実施の形態の場合は直交)する第二回転軸102周りに、反射体110、第一回転揺動機構201、および第二回転揺動機構202を一体に回転揺動させる装置であり、第一回転揺動機構201と同様、接続体、振動体、駆動体、基体、および、モニタ素子を備えている。また、接続体、振動体、駆動体、基体、および、モニタ素子の機能や連結態様は、実施の形態2と同様である。
The third
具体的には図6に示すように、第三回転揺動機構203は、接続体として第五接続体125、第六接続体126を備えている。第五接続体125は、反射体110を通過する第二回転軸102に沿って配置され、第一基体161、および第二基体162からなる枠部材と先端部が連結されている。振動体として、第五振動体145、第六振動体146を備えている。駆動体として第五駆動体155、第六駆動体156を備えている。第五駆動体155は、第五駆動体本体部191と、第五圧電素子192とを備え、第六駆動体156は、第六駆動体本体部193と、第六圧電素子194を備えている。基体として第三基体163を備えている。本実施の形態の場合、第三基体163は、光学反射素子300を外部の構造部材に取り付けるための部材であり、第一基体161は第三回転揺動機構203の第五接続体125の先端に一体に取り付けられている。また、第三回転揺動機構203は、第一回転揺動機構201などと同様、第五振動体145に第五モニタ素子175が取り付けられ、第六振動体146に第六モニタ素子176が取り付けられている。
Specifically, as shown in FIG. 6, the third
第四回転揺動機構204は、第二回転軸102に直交し反射体110の中心を含む仮想面に対し第三回転揺動機構203と面対称の位置関係にある。第四回転揺動機構204がそれぞれ備える接続体、振動体、駆動体、基体、および、モニタ素子は、第三回転揺動機構203のそれぞれに対し面対称に配置されている。
The fourth
具体的には、接続体として第三回転揺動機構203が備える第五接続体125、第六接続体126と面対称に、第四回転揺動機構204は、第七接続体127、第八接続体128を備えている。第七接続体127は、反射体110に対し第五接続体125の逆側に第二回転軸102に沿って配置され、第二基体162と先端部が連結されている。振動体として第三回転揺動機構203が備える第五振動体145、第六振動体146と面対称に、第四回転揺動機構204は、第七振動体147、第八振動体148を備えている。駆動体として第三回転揺動機構203が備える第五駆動体155、第六駆動体156と面対称に、第四回転揺動機構204は、第七駆動体157、第八駆動体158を備えている。第七駆動体157は、第七駆動体本体部195と、第七圧電素子196とを備え、第八駆動体158は、第八駆動体本体部197と第八圧電素子198を備える点も、第三回転揺動機構203と同様である。基体として第三回転揺動機構203が備える第三基体163と面対称に第四回転揺動機構204は、第四基体164を備えている。本実施の形態の場合、第三基体163と第四基体164とは、一体に連結されており、全体として矩形環状の枠部材を形成している。また、第四回転揺動機構204は、第三回転揺動機構203と面対称に、第七振動体147に第七モニタ素子177が取り付けられ、第八振動体148に第八モニタ素子178が取り付けられている。
Specifically, the fourth
以上実施の形態3にかかる光学反射素子300は、実施の形態1で記載した効果、および実施の形態2で記載した効果に加えて、第一回転揺動機構201、および第二回転揺動機構202により第一回転軸101を中心に回転揺動する反射体110を第一回転軸101と交差する第二回転軸102を中心にさらに回転揺動させることができる。従って、例えば反射させるレーザ光が1本の場合でも、レーザ光の照射位置を2次元的に掃引することができる。
The optical reflecting
なお本実施の形態では、第一回転軸101と第二回転軸102とは、反射体110のほぼ中心で直交するように形成されている。これにより反射体110の中心が不動点となり、この不動部分に光を入射すれば、スクリーン上に投影される光の光路は一定となり、プロジェクタなどに光学反射素子300を用いた場合、画像を高精度に投影することができる。
In the present embodiment, the
さらに、反射体110と第一回転揺動機構201、第二回転揺動機構202、第三回転揺動機構203、および第四回転揺動機構204で構成される光学反射素子300の共振尖鋭度(Q値)が高くなるため、反射体110の駆動周波数の帯域が狭くなる。これにより、外乱振動の影響を受けにくくなり、反射体110の安定な回転揺動が可能となる。
Furthermore, the resonance sharpness of the optical reflecting
なお上記実施の形態1〜3では、一対の振動体、および一対の駆動体で全体的に音叉形としている。これは、反射体110を囲む様に配置することで光学反射素子を小型化できるばかりでなく、振動体の先端、および駆動体の先端がそれぞれ自由端となるため、反射体110の振れ角度を効率よく大きくでき、また、小さなエネルギーで大きな振動エネルギーを得ることができるためである。ただし、本発明は、上記実施の形態1〜3に限定されるものではない。例えば振動体と駆動体とを1本の棒状に形成してもかまわない。
In the first to third embodiments, the tuning fork is generally formed by the pair of vibrators and the pair of drivers. This arrangement not only makes it possible to miniaturize the optical reflecting element by arranging it so as to surround the
例えば、第一回転揺動機構201および第二回転揺動機構202を面対称に配置し、第三回転揺動機構203および第四回転揺動機構204を面対称に配置したが、これらをそれぞれ回転対称に配置してもかまわない。
For example, although the first
また圧電素子を駆動体本体部の片面に形成したが、両面に形成してもよい。さらに、振動体の表面にも圧電素子を形成してもかまわない。 Further, although the piezoelectric element is formed on one side of the drive body main part, it may be formed on both sides. Furthermore, a piezoelectric element may be formed on the surface of the vibrating body.
本発明にかかる光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、例えば小型のディスプレイ装置、小型のプロジェクタ、車載用のヘッドアップディスプレイ装置、電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ、光学レーダーなどに利用することができる。 The optical reflecting element according to the present invention has the effect of being miniaturized, for example, a small display device, a small projector, a vehicle head-up display device, an electrophotographic copying machine, a laser printer, an optical scanner, an optical radar It can be used to
100、100A、100B、200、300 光学反射素子
101 第一回転軸
102 第二回転軸
110 反射体
111 反射部
121 第一接続体
122 第二接続体
123 第三接続体
124 第四接続体
125 第五接続体
126 第六接続体
127 第七接続体
128 第八接続体
141 第一振動体
142 第二振動体
143 第三振動体
144 第四振動体
145 第五振動体
146 第六振動体
147 第七振動体
148 第八振動体
149 連結体
151 第一駆動体
152 第二駆動体
153 第三駆動体
154 第四駆動体
155 第五駆動体
156 第六駆動体
157 第七駆動体
158 第八駆動体
161 第一基体
162 第二基体
163 第三基体
164 第四基体
171 第一モニタ素子
172 第二モニタ素子
173 第三モニタ素子
174 第四モニタ素子
175 第五モニタ素子
176 第六モニタ素子
177 第七モニタ素子
178 第八モニタ素子
183 第一駆動本体部
184 第二駆動本体部
185 第一圧電素子
186 第二圧電素子
187 第三駆動体本体部
188 第四駆動体本体部
189 第三圧電素子
190 第四圧電素子
191 第五駆動体本体部
192 第五圧電素子
193 第六駆動体本体部
194 第六圧電素子
195 第七駆動体本体部
196 第七圧電素子
197 第八駆動体本体部
198 第八圧電素子
201 第一回転揺動機構
202 第二回転揺動機構
203 第三回転揺動機構
204 第四回転揺動機構
100, 100A, 100B, 200, 300
Claims (8)
前記第一回転軸に沿って配置され、前記反射体と先端部が連結される第一接続体と、
前記第一回転軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第一振動体と、
前記第一回転軸に対し前記第一振動体の逆側において前記第一回転軸と交差する方向に延在し、前記第一接続体の基端部に連結される第二振動体と、
前記第一振動体の先端部に連結され、前記第一振動体を介して前記第一接続体を回転揺動させる第一駆動体と、
前記第二振動体の先端部に連結され、前記第二振動体を介して前記第一接続体を回転揺動させる第二駆動体と、
第一基体に対し前記第一振動体、および前記第二振動体を振動可能に接続する第二接続体とを備え、
前記第一接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性は、前記第二接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性よりも弱い
光学反射素子。 A reflector that pivots about the first axis of rotation and reflects light;
A first connection body disposed along the first rotation axis, the reflector and the tip portion being connected;
A first vibrating body extending in a direction intersecting the first rotation axis and coupled to a proximal end of the first connector;
A second vibrating body extending in a direction intersecting the first rotating shaft on the opposite side of the first vibrating body with respect to the first rotating shaft, and connected to a base end of the first connection body;
A first driving body connected to a tip end of the first vibrating body, for rotating and rocking the first connection body via the first vibrating body;
A second driving body connected to a tip end of the second vibrating body, for rotating and rocking the first connection body via the second vibrating body;
And a second connecting body that vibratably connects the first vibrating body and the second vibrating body to a first base body,
The optical reflecting element in which the torsional rigidity per unit length in the weakest portion of the first connection body is weaker than the torsional rigidity per unit length in the weakest portion of the second connection body.
前記第一回転軸と交差する方向に延在し、前記第三接続体の基端部に連結される第三振動体と、
前記第一回転軸に対し前記第三接続体の逆側において前記第一回転軸と交差する方向に延在し、前記第三接続体の基端部に連結される第四振動体と、
前記第三振動体の先端部に連結され、前記第三振動体を介して前記第三接続体を揺動状態で回転させる第三駆動体と、
前記第四振動体の先端部に連結され、前記第四振動体を介して前記第三接続体を揺動状態で回転させる第四駆動体と、
第二基体に対し前記第三振動体、および前記第四振動体を振動可能に接続する第四接続体とを備え
前記第三接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性は、前記第二接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性よりも弱い
請求項1に記載の光学反射素子。 A third connection body disposed along the first rotation axis on the opposite side of the first connection body with respect to the reflector, and in which the reflector and a tip end portion are connected;
A third vibrating body extending in a direction intersecting the first rotation axis and coupled to a proximal end of the third connector;
A fourth vibrating body extending in a direction intersecting the first rotation axis on the opposite side of the third connection body with respect to the first rotation axis, and connected to a proximal end of the third connection body;
A third driving body connected to a tip end of the third vibrating body and rotating the third connection body in a swinging state via the third vibrating body;
A fourth driving body connected to a tip end of the fourth vibrating body, and rotating the third connection body in a swinging state via the fourth vibrating body;
The torsional rigidity per unit length in the weakest portion of the third connection body includes the fourth connection body vibratably connecting the third vibration body and the fourth vibration body to a second base body, The optical reflecting element according to claim 1, which is weaker than the torsional rigidity per unit length in the weakest portion of the second connector.
前記第二回転軸と交差する方向に延在し、前記第五接続体の基端部に連結される第五振動体と、
前記第二回転軸に対し前記第五振動体の逆側において前記第二回転軸と交差する方向に延在し、前記第五接続体の基端部に連結される第六振動体と、
前記第五振動体の先端部に連結され、前記第五振動体を介して前記第五接続体を回転揺動させる第五駆動体と、
前記第六振動体の先端部に連結され、前記第六振動体を介して前記第五接続体を回転揺動させる第六駆動体と、
第三基体に対し前記第五振動体、および前記第六振動体を振動可能に接続する第六接続体とを備え、
前記第五接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性は、前記第六接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性よりも弱い
請求項1または2に記載の光学反射素子。 A fifth connector disposed along a second rotation axis extending in a direction intersecting with the first rotation axis, the first base and the tip portion being connected;
A fifth oscillator extending in a direction intersecting with the second rotation axis and coupled to a proximal end of the fifth connector;
A sixth vibrating body extending in a direction intersecting with the second rotating shaft on the opposite side of the fifth vibrating body with respect to the second rotating shaft, and connected to a base end of the fifth connection body;
A fifth driving body connected to a tip end portion of the fifth vibrating body, which rotationally swings the fifth connection body via the fifth vibrating body;
A sixth driving body connected to a tip end portion of the sixth vibrating body, which rotationally swings the fifth connection body via the sixth vibrating body;
And a sixth connector vibratably connecting the fifth vibrator and the sixth vibrator to a third base,
The optical reflecting element according to claim 1 or 2, wherein the torsional rigidity per unit length in the weakest portion of the fifth connection body is weaker than the torsional rigidity per unit length in the weakest portion of the sixth connection body. .
前記第二回転軸と交差する方向に延在し、前記第七接続体の基端部に連結される第七振動体と、
前記第二回転軸に対し前記第七振動体の逆側において前記第二回転軸と交差する方向に延在し、前記第七接続体の基端部に連結される第八振動体と、
前記第七振動体の先端部に連結され、前記第七振動体を介して前記第七接続体を回転揺動させる第七駆動体と、
前記第八振動体の先端部に連結され、前記第八振動体を介して前記第七接続体を回転揺動させる第八駆動体と、
第四基体に対し前記第七振動体、および前記第八振動体を振動可能に接続する第八接続体とを備え、
前記第七接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性は、前記第八接続体の最も弱い部分における単位長さあたりのねじり剛性よりも弱い
請求項3に記載の光学反射素子。 A seventh connection body disposed along the second rotation axis on the opposite side of the fifth connection body with respect to the reflector, and in which the first base and the tip end portion are connected;
A seventh vibrator extending in a direction intersecting with the second rotation axis and coupled to a proximal end of the seventh connection body;
An eighth vibrating body extending in a direction intersecting the second rotating shaft on the opposite side of the seventh vibrating body with respect to the second rotating shaft, and connected to a proximal end of the seventh connection body;
A seventh driving body connected to a tip end portion of the seventh vibrating body, for rotating and rocking the seventh connection body via the seventh vibrating body;
An eighth driving body connected to a tip end portion of the eighth vibrating body, for rotating and rocking the seventh connection body via the eighth vibrating body;
And an eighth connecting body that vibratably connects the seventh vibrating body and the eighth vibrating body to a fourth base body,
The optical reflecting element according to claim 3, wherein the torsional rigidity per unit length in the weakest part of the seventh connection body is weaker than the torsional rigidity per unit length in the weakest part of the eighth connection body.
請求項1から4のいずれか一項に記載の光学反射素子。 In a cross section orthogonal to the first rotation axis, the first connection body has a uniform shape and a uniform area along the first rotation axis, and the second connection body extends along the first rotation axis. The optical reflecting element according to any one of claims 1 to 4, which has a uniform shape and a uniform area.
請求項1から5のいずれか一項に記載の光学反射素子。 The length of the said 1st connection body in the direction orthogonal to the said 1st rotation axis in the surface parallel to the reflective surface of the said reflector is shorter than the length of the said 2nd connection body in any one of Claim 1 to 5 The optical reflective element as described in one term.
請求項1から6のいずれか一項に記載の光学反射素子。 The optical reflecting element according to any one of claims 1 to 6, wherein a length of the first connection body in a direction orthogonal to the reflection surface of the reflector is shorter than a length of the second connection body.
請求項1から7のいずれか一項に記載の光学反射素子。 The optical reflecting element according to any one of claims 1 to 7, wherein the second connection body includes an attachment portion that enhances torsional rigidity.
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WO2023063067A1 (en) * | 2021-10-13 | 2023-04-20 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Drive element |
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