JP2019148678A

JP2019148678A - 光偏向器

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Publication number: JP2019148678A
Application number: JP2018032851A
Authority: JP
Inventors: 大島　清朗; Kiyoaki Oshima; 清朗大島; 友崇矢部; Tomotaka Yabe
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-09-05

Abstract

【課題】反射板の振角を大きくしつつ小型化することができる光偏向器を提供する。【解決手段】ベース部７の突出部５１が、基端斜辺５１と第１縁部５２と第２縁部５３とを有することで、基端斜辺５１を固定端とするとともに、第１縁部５２と第２縁部５３との交点５４を自由端として、突出部５Ａ、５Ｂが反り変形する。従って、突出部５Ａ、５Ｂは反射板２に近い交点５４において駆動力を集中させることができるため、最大変位が得られるように反り変形し、駆動素子６Ａ、６Ｂの面積を小さくしても反射板２の振角を大きくすることができる。即ち、光偏向器１Ａを小型化しつつも、反射板２の振角を大きくすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、光偏向器に関する。

従来、光を走査するための光偏向器として、アーム部（ベース部）の自由端側にミラー部（反射板）が接続され、圧電素子（駆動素子）がアーム部に設けられることにより、ミラー部を回動させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された光偏向器では、アーム部の自由端側に、圧電素子を設けない受動領域を形成することにより、アーム部が反り変形した際に圧電素子が損傷することを抑制している。

特開２０１４−１５３７０３号公報

特許文献１に記載されたような駆動方式の光偏向器においては、駆動素子の面積を大きくして駆動素子による駆動力を向上させれば、梁状部の反り（先端の変位量）を大きくして反射板の振角を大きくすることができる。しかしながら、駆動素子の面積を大きくすると光偏向器全体も大型化してしまい、反射板の振角を大きくしつつ光偏向器を小型化することは困難であった。

したがって、本発明の課題は、反射板の振角を大きくしつつ小型化することができる光偏向器を提供することが一例として挙げられる。

前述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の光偏向器は、反射板と、前記反射板の回動軸を定める一対の軸部と、前記一対の軸部を支持するベース部と、前記反射板を回動させる駆動素子と、を備え、前記ベース部は、前記反射板の周囲に配置される枠状部と、該枠状部から前記反射板に向かって突出するとともに前記駆動素子が配置される突出部と、を有し、前記突出部は、前記回動軸の方向において前記反射板から離れるにしたがって前記回動軸に近づくように延びる基端斜辺と、前記基端斜辺のうち前記回動軸に近い一端部から前記反射板に向かって延びる第１縁部と、他端部から前記回動軸に向かって延びる第２縁部と、を有することを特徴としている。

本発明の実施例に係る光偏向器を示す平面図である。前記光偏向器において反射板が回動した様子を示す斜視図である。比較例の光偏向器を示す平面図である。前記光偏向器において反射板が回動した様子を示す斜視図である。本発明の実施例に係る光偏向器のベース部を形成するためのウエハを示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態に係る光偏向器は、反射板と、反射板の回動軸を定める一対の軸部と、一対の軸部を支持するベース部と、反射板を回動させる駆動素子と、を備える。ベース部は、反射板の周囲に配置される枠状部と、枠状部から反射板に向かって突出するとともに駆動素子が配置される突出部と、を有する。突出部は、回動軸の方向において反射板から離れるにしたがって回動軸に近づくように延びる基端斜辺と、基端斜辺のうち回動軸に近い一端部から反射板に向かって延びる第１縁部と、他端部から回動軸に向かって延びる第２縁部と、を有する。

ベース部の突出部では、第１縁部において基端斜辺側が固定端となるとともに反射板側が自由端となり、第２縁部において基端斜辺側が固定端となるとともに反射板側が自由端となる。従って、突出部は反射板に近い位置において駆動力を集中させることができるため、最大変位が得られるように反り変形し、駆動素子の面積を小さくしても反射板の振角を大きくすることができる。即ち、反射板の振角を大きくしつつ光偏向器を小型化することができる。

これに対し、回動軸の方向において反射板から離れた位置においてもベース部が反り変形しやすい構成においては、駆動素子の面積に対して得られる振角が小さい。例えば、ベース部の突出部が矩形状に形成され、軸部から回動軸に沿って延びる縁部（第１縁部に相当）の両端において突出部が同様に反り変形する構成においては、駆動素子の駆動力が、反射板の回動に寄与しにくい位置においても突出部の反り変形に利用される。従って、このような構成においては、装置の小型化と、反射板の振角を大きくすることと、の両立が困難である。

駆動素子は、基端斜辺と第１縁部と第２縁部とのそれぞれに沿った辺を有して三角形状に形成されていることが好ましい。これにより、突出部を、基端斜辺と対向する頂点において駆動力を集中させることができるため、最大変位が得られるように反り変形させやすい。

枠状部が六角形状に形成されていることが好ましい。これにより、円板状材料によって複数のベース部を形成する場合に、占積率を向上させることができる。このとき、枠状部は正六角形状であることがより好ましい。

第１縁部と第２縁部との交点において、軸部がベース部に接続されることが好ましい。突出部が反り変形する際、第１縁部と第２縁部との交点において駆動力を集中させることができるため、最大変位が得られやすい。このような交点において軸部がベース部に接続されることで、反射板の振角を大きくすることができる。

一対の軸部と一対の突出部と駆動素子とが駆動ユニットを構成し、回動軸との直交方向に並ぶように配置された２組の駆動ユニットを備えていてもよい。２組の駆動ユニットによって反射板を互いに反対向きに交互に回動させるようにすれば、反射板の合計の振角を大きくすることができる。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。光偏向器１Ａは、図１に示すように、反射板２と、枠状部３と、２組の駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂと、を備える。光偏向器１Ａは、例えば車両に搭載されて赤外線等の光を送受信することで他車両や設置物等との距離を検出する検出装置において、赤外線を走査するために用いられる。本実施例では、反射板２の回動軸Ｏ１、Ｏ２の軸方向をＸ方向とし、後述するように板状に形成されたベース部７の面内においてＸ方向と直交する方向をＹ方向とし、ベース部７の板厚方向をＺ方向とする。

反射板２は、光を反射する反射面を片面に有し、矩形板状に形成されている。枠状部３は、外縁が正六角形の枠状に形成されたものであって、反射板２と２組の駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂとをその内側に収容する。即ち、枠状部３は反射板２の周囲に配置される。枠状部３は、Ｙ方向の一方側（図１中上側）において、Ｘ方向に沿って延びる平行辺部３１と、平行辺部３１の両端に接続されてＸ方向に対して傾斜して延びる２つの傾斜辺部３２、３３と、を有し、Ｙ方向の他方側において、Ｘ方向に沿って延びる平行辺部３４と、平行辺部３４の両端に接続されてＸ方向に対して傾斜して延びる２つの傾斜辺部３５、３６と、を有する。

駆動ユニット１０Ａは、一対の軸部４Ａ、４Ｂと、一対の突出部５Ａ、５Ｂと、一対の駆動素子６Ａ、６Ｂと、を備える。駆動ユニット１０Ｂも駆動ユニット１０Ａと同様の構成を有するとともに、ＺＸ平面を対称面として駆動ユニット１０Ａと対称な形状を有しており、以下では主として駆動ユニット１０Ａについて説明する。このように、光偏向器１Ａは、Ｙ方向に並ぶように配置された２組の駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂを備える。

一対の軸部４Ａ、４Ｂは、反射板２におけるＹ方向に沿った辺と接続しており、一対の軸部４Ａのそれぞれの軸は、反射板２の中央部からＹ方向の一方側（図１における上側）及び他方側（図１における下側）にずれた位置からＸ方向に沿って延びている。一対の軸部４Ｂについても同様であるが、反射板２における一対の軸部４Ａの接続部分の反対側に接続されている。一対の軸部４Ａ、４ＢはＸ方向において連続している。

一対の突出部５Ａは、それぞれ枠状部３の傾斜辺部３２、３５から反射板２に向かって突出しており、一対の突出部５Ｂは、それぞれ枠状部３の傾斜辺部３３、３６から反射板２に向かって突出している。突出部５Ａ、５Ｂは枠状部３と一体に形成されており、枠状部３と突出部５Ａ、５Ｂとがベース部７を構成する。尚、駆動ユニット１０Ａのベース部７と、駆動ユニット１０Ｂのベース部７と、は枠状部３を共有する。ベース部７は、全体が平板状に形成されている。

突出部５Ａ、５Ｂは、それぞれ、基端斜辺５１と第１縁部５２と第２縁部５３とを有し、平面視において直角三角形状に形成されている。基端斜辺５１は、第１縁部５２と第２縁部５３の、軸部が設けられた側と反対側の端部をつなぐ辺によって定義されるものであって、Ｘ方向において反射板２から離れるにしたがって回動軸Ｏ１に近づくように、Ｘ方向に対して傾斜している。第１縁部５２は、基端斜辺５１のうち回動軸Ｏ１に近い一端部５１１から、反射板２に向かってＸ方向に沿って延びる。第２縁部５３は、基端斜辺５１の他端部５１２から回動軸Ｏ１に向かってＹ方向に沿って延びる。

ベース部７を構成する突出部５Ａ、５Ｂに対し、第１縁部５２と第２縁部５３との交点５４において、軸部４Ａ、４Ｂが接続されている。

駆動素子６Ａ、６Ｂは、例えばシリコン基板上に下部電極と圧電体と上部電極とがこの順に積層された圧電素子であって、電極間に電圧が印加されることにより伸縮するものである。駆動素子６Ａ、６Ｂは突出部５Ａ、５Ｂに配置されており、駆動素子６Ａ、６Ｂが伸縮することにより、突出部５Ａ、５Ｂが反り変形する。本実施例では、電圧印加時に突出部５Ａ、５Ｂがその先端にかけてＺ方向の一方側（図１における紙面手前側）に向かうように変位する。

駆動素子６Ａ、６Ｂは、基端斜辺５１に沿った斜辺６１と、第１縁部５２に沿ってＸ方向に延びる平行辺６２と、第２縁部５３に沿ってＹ方向に延びる直交辺６３と、を有し、平面視において直角三角形状に形成されている。駆動素子６Ａ、６Ｂは、突出部５Ａ、５Ｂ全体に配置されている。

ここで、駆動素子６Ａ、６Ｂによって突出部５Ａ、５Ｂを反り変形させる際の態様について説明する。突出部５Ａ、５Ｂでは、第１縁部５２において、基端斜辺５１との交点となる一端部５１１が固定端となるとともに、第２縁部５３との交点５４が自由端となる。第２縁部５３において、基端斜辺５１との交点となる他端部５１２が固定端となるとともに、第１縁部５２との交点５４が自由端となる。従って、突出部５Ａ、５Ｂは、図２に示すように、反射板２に近い交点５４において駆動力を集中させることができるため、最大変位が得られるように反り変形する。このとき、突出部５Ａ、５Ｂは固定端においてほとんど反り変形しない。

このとき、駆動ユニット１０Ａの駆動素子６Ａ、６Ｂと、駆動ユニット１０Ｂの駆動素子６Ａ、６Ｂと、には互いに異なるタイミングで電圧が印加される。従って、駆動ユニット１０Ａにおいて突出部５Ａ、５Ｂが反り変形しようとする際には、駆動ユニット１０Ｂの突出部５Ａ、５Ｂは反り変形しようとしない。これにより、反射板２は、回動軸Ｏ２（駆動ユニット１０Ｂの軸部４Ａ、４Ｂを通る回動軸）を中心に回動する。さらに、駆動ユニット１０Ｂにおいて突出部５Ａ、５Ｂが反り変形しようとする際には、駆動ユニット１０Ａの突出部５Ａ、５Ｂは反り変形しようとしない。これにより、反射板２は、回動軸Ｏ１を中心に回動する。

これに対し、図３に示すような比較例の光偏向器１００においては、突出部１０１は以下に説明するように反り変形する。光偏向器１００は、突出部１０１と矩形状の枠状部１０２とを有する。突出部１０１は、枠状部１０２のうちＸ方向に沿った辺から、Ｙ方向に沿って内側に向かって突出しており、矩形状に形成されている。突出部１０１におけるＹ方向に沿って延びる辺１０３と、枠状部１０２と、の間には隙間が形成されており、突出部１０１はＸ方向において反射板２から離れた位置においても変形可能となっている。

このような突出部１０１の全体に、矩形状の駆動素子１０４が配置されている。駆動素子１０４によって突出部１０１を反り変形させようとすると、図４に示すように、突出部１０１の先端辺１０５がＹ方向全体にわたってＺ方向に向かって変位しようとする。このとき、先端辺１０５全体が突出部１０１の自由端となる。即ち、突出部１０１は、先端辺１０５のうち反射板２から離れた側の端部においても反り変形するが、当該位置における反り変形は、反射板２の回動に寄与しにくい。

本実施例にかかるベース部７は、図５に示すように、板状のウエハＷを材料として形成される。このとき、枠状部３の外縁が正六角形状であることから、１つのベース部７の周囲に６つのベース部７を配置するようにして複数のベース部７を形成すればよい。

上記の構成により、ベース部７の突出部５１が、基端斜辺５１と第１縁部５２と第２縁部５３とを有することで、基端斜辺５１を固定端とするとともに、第１縁部５２と第２縁部５３との交点５４を自由端として、突出部５Ａ、５Ｂが反り変形する。従って、突出部５Ａ、５Ｂは反射板２に近い交点５４において駆動力を集中させることができるため、最大変位が得られるように反り変形し、駆動素子６Ａ、６Ｂの面積を比較例に比べて小さくしても反射板２の振角を大きくすることができる。即ち、光偏向器１Ａを小型化しつつも、反射板２の振角を大きくすることができる。

また、駆動素子６Ａ、６Ｂが斜辺６１と平行辺６２と直交辺６３とを有して直角三角形状に形成されていることで、突出部５Ａ、５Ｂを、基端斜辺５１と対向する頂点（交点５４）において駆動力を集中させることができるため、最大変位が得られるように反り変形させやすい。

また、枠状部３が六角形状に形成されていることで、円板状のウエハＷによって複数のベース部７を形成する場合に、占積率を向上させることができる。

第１縁部５２と第２縁部５３との交点５４において軸部４Ａ、４Ｂがベース部７に接続されることで、突出部５Ａ、５Ｂが反り変形する際、交点５４において駆動力を集中させることができるため、最大変位が得られやすい。このような交点５４において軸部４Ａ、４Ｂがベース部７に接続されることで、反射板２の振角を大きくすることができる。

光偏向器１Ａが、Ｙ方向に並ぶように配置された２組の駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂを備え、２組の駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂによって反射板２を互いに反対向きに回動させることにより、反射板２の合計の振角を大きくすることができる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、駆動素子６Ａ、６Ｂが斜辺６１と平行辺６２と直交辺６３とを有して直角三角形状に形成されているものとしたが、駆動素子は突出部に配置されるものであればよく、その形状は任意である。即ち、駆動素子が突出部全体に配置されていなくてもよく、反射板の振角に影響を与えにくい部分において駆動素子を省略すれば、低コスト化することができる。

また、前記実施例では、枠状部３が六角形状に形成されているものとしたが、枠状部は他の形状を有していてもよい。例えば、光偏向器が搭載される装置において、光偏向器の形状や寸法が制限される場合、このような制限に応じて枠状部の形状を決定してもよい。

また、前記実施例では、第１縁部５２と第２縁部５３との交点５４において軸部４Ａ、４Ｂがベース部７に接続されるものとしたが、軸部４Ａ、４Ｂの接続位置は、この交点５４から多少ずれていてもよい。

また、前記実施例では、光偏向器１Ａが２組の駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂを備えるものとしたが、光偏向器は１組の駆動ユニットのみを備えていてもよく、振角の設計値に応じて駆動ユニットの数を適宜に設定すればよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施例に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施例に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１Ａ光偏向器
２反射板
３枠状部
４Ａ、４Ｂ軸部
５Ａ、５Ｂ突出部
５１基端斜辺
５２第１縁部
５３第２縁部
５４交点
６Ａ、６Ｂ駆動素子
７ベース部
１０Ａ、１０Ｂ駆動ユニット

Claims

反射板と、
前記反射板の回動軸を定める一対の軸部と、
前記一対の軸部を支持するベース部と、
前記反射板を回動させる駆動素子と、を備え、
前記ベース部は、前記反射板の周囲に配置される枠状部と、該枠状部から前記反射板に向かって突出するとともに前記駆動素子が配置される突出部と、を有し、
前記突出部は、前記回動軸の方向において前記反射板から離れるにしたがって前記回動軸に近づくように延びる基端斜辺と、前記基端斜辺のうち前記回動軸に近い一端部から前記反射板に向かって延びる第１縁部と、他端部から前記回動軸に向かって延びる第２縁部と、を有することを特徴とする光偏向器。
前記駆動素子は、前記基端斜辺と前記第１縁部と前記第２縁部とのそれぞれに沿った辺を有して三角形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
前記枠状部が六角形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
前記第１縁部と前記第２縁部との交点において、前記軸部が前記ベース部に接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光偏向器。
前記一対の軸部と一対の前記突出部と前記駆動素子とが駆動ユニットを構成し、
前記回動軸との直交方向に並ぶように配置された２組の前記駆動ユニットを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光偏向器。