JP2023000488A - Mirror drive mechanism - Google Patents
Mirror drive mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023000488A JP2023000488A JP2021101342A JP2021101342A JP2023000488A JP 2023000488 A JP2023000488 A JP 2023000488A JP 2021101342 A JP2021101342 A JP 2021101342A JP 2021101342 A JP2021101342 A JP 2021101342A JP 2023000488 A JP2023000488 A JP 2023000488A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- portions
- thickness
- mass
- drive mechanism
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 9
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 10
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本開示は、ミラー駆動機構に関するものである。 The present disclosure relates to mirror drive mechanisms.
ミラーを含み、ミラーを揺動させて光を走査する光走査装置や画像形成装置が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。このような光走査装置や画像形成装置を用い、ミラーによって反射される光を所望の経路に沿って走査することにより、文字や図形等の画像を描画することができる。
2. Description of the Related Art There are known optical scanning devices and image forming apparatuses that include mirrors and scan light by swinging the mirrors (see, for example,
ミラー部を揺動させるミラー駆動機構において、ミラー部を揺動させる揺動軸を例えば直交する二軸とすることにより、二次元の画像を描画することができる。この時、直交する二軸のうち、フレームレートで駆動する軸を考えると、駆動電圧を正弦波から鋸波にすることで、単位時間当たりの描画時間を増加させることができる。そのため、画像輝度や解像度を向上させることができる。この鋸波駆動時において、画像の描画時において光を走査する際に、ミラー部を揺動可能に支持する支持部に意図しない共振振動が励起すると、適切に光を走査することができない。例えば、画像走査時に一定速度で描画することができず、画像に不要なムラが生ずる等の画質劣化が発生してしまう。そこで、描画される画像の画質の劣化を抑制することができるミラー駆動機構を提供することを目的の1つとする。 In the mirror drive mechanism for swinging the mirror section, a two-dimensional image can be drawn by setting the swing axes for swinging the mirror section to, for example, two orthogonal axes. At this time, considering the axis driven at the frame rate among the two orthogonal axes, the drawing time per unit time can be increased by changing the drive voltage from a sine wave to a sawtooth wave. Therefore, image brightness and resolution can be improved. In the sawtooth wave driving, when an image is drawn and light is scanned, if an unintended resonance vibration is excited in the supporting portion that oscillatably supports the mirror portion, the light cannot be scanned properly. For example, the image cannot be drawn at a constant speed during image scanning, resulting in deterioration in image quality such as unwanted unevenness in the image. Accordingly, one of the objects is to provide a mirror driving mechanism capable of suppressing deterioration of image quality of a drawn image.
本開示に従ったミラー駆動機構は、貫通孔を有する板状のベース部と、ミラーを含み、貫通孔内に配置されるミラー部と、貫通孔を取り囲むベース部の内壁面とミラー部の外縁とを連結し、ミラー部を揺動可能に支持する板状の支持部と、を備える。支持部は、支持部の揺動の中心軸に直交する方向にそれぞれ延び、互いに平行に配置される複数の第1部分と、隣り合う第1部分の長手方向の一方側の端部同士および他方側の端部同士を交互に接続する第2部分と、複数の第1部分のそれぞれの長手方向に沿って延び、第1部分に対応する領域における、厚み方向の一方側に位置する面上に配置される圧電素子と、を含む。ミラー駆動機構は、ミラー部と支持部とを連結する連結部と、連結部を介して揺動の中心軸と垂直な方向に接続される動吸収材と、を含む。動吸収材は、連結部と接続される第1の厚さのバネ部と、バネ部と接続され、第1の厚さよりも厚い第2の厚さの領域を含むマス部と、を含む。 A mirror driving mechanism according to the present disclosure includes a plate-like base portion having a through hole, a mirror portion disposed in the through hole, an inner wall surface of the base portion surrounding the through hole, and an outer edge of the mirror portion. and a plate-shaped support portion that supports the mirror portion so as to be able to swing. The support portion includes a plurality of first portions extending in a direction orthogonal to a central axis of swinging of the support portion and arranged parallel to each other, and adjacent ends of the first portions on one side in the longitudinal direction and on the other side. 2nd portions that alternately connect side ends; and a plurality of first portions that extend along the longitudinal direction of each of the first portions; a positioned piezoelectric element. The mirror drive mechanism includes a connecting portion that connects the mirror portion and the support portion, and a motion absorbing member that is connected via the connecting portion in a direction perpendicular to the central axis of swing. The dynamic absorber includes a spring portion of a first thickness connected to the connecting portion, and a mass portion connected to the spring portion and including a region of a second thickness greater than the first thickness.
上記ミラー駆動機構によれば、描画される画像の画質の劣化を抑制することができる。 According to the mirror drive mechanism described above, it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the drawn image.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係るミラー駆動機構は、貫通孔を有する板状のベース部と、ミラーを含み、貫通孔内に配置されるミラー部と、貫通孔を取り囲むベース部の内壁面とミラー部の外縁とを連結し、ミラー部を揺動可能に支持する板状の支持部と、を備える。支持部は、支持部の揺動の中心軸に直交する方向にそれぞれ延び、互いに平行に配置される複数の第1部分と、隣り合う第1部分の長手方向の一方側の端部同士および他方側の端部同士を交互に接続する第2部分と、複数の第1部分のそれぞれの長手方向に沿って延び、第1部分に対応する領域における、厚み方向の一方側に位置する面上に配置される圧電素子と、を含む。ミラー駆動機構は、ミラー部と支持部とを連結する連結部と、連結部を介して揺動の中心軸と垂直な方向に接続される動吸収材と、を含む。動吸収材は、連結部と接続される第1の厚さのバネ部と、バネ部と接続され、第1の厚さよりも厚い第2の厚さの領域を含むマス部と、を含む。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure are listed and described. A mirror driving mechanism according to the present disclosure includes a plate-shaped base portion having a through hole, a mirror portion disposed in the through hole, an inner wall surface of the base portion surrounding the through hole, and an outer edge of the mirror portion. and a plate-shaped support portion that supports the mirror portion so as to be able to swing. The support portion includes a plurality of first portions extending in a direction orthogonal to a central axis of swinging of the support portion and arranged parallel to each other, and adjacent ends of the first portions on one side in the longitudinal direction and on the other side. 2nd portions that alternately connect side ends; and a plurality of first portions that extend along the longitudinal direction of each of the first portions; a positioned piezoelectric element. The mirror drive mechanism includes a connecting portion that connects the mirror portion and the support portion, and a motion absorbing member that is connected via the connecting portion in a direction perpendicular to the central axis of swing. The dynamic absorber includes a spring portion of a first thickness connected to the connecting portion, and a mass portion connected to the spring portion and including a region of a second thickness greater than the first thickness.
本発明者は、描画される画像の画質の劣化を抑制することができる構成について検討した。その結果、以下の構成を採用することにより、描画される画像の画質の劣化を抑制することができることを見出した。 The inventors have studied a configuration capable of suppressing degradation of image quality of an image to be drawn. As a result, it was found that the deterioration of the image quality of the drawn image can be suppressed by adopting the following configuration.
支持部を板状として厚みを薄くすることにより、支持部の軽量化を図りつつ支持部の変形量を大きくして、揺動の振幅を大きくすることができる。また、圧電素子に供給する電圧の波形として、三角波や鋸波のようなリニアに電圧が変化する領域が大きい波形を利用することにより、光の走査に利用できる揺動の振幅の範囲を大きくすることができる。このような構成を採用すると、光の利用効率の向上を図る上で有利である。しかし、波形が三角波や鋸波である電圧を圧電素子に供給した場合、ミラー駆動機構が有する複数の共振周波数の一つに起因した、ミラー部および支持部の揺動に高周波成分が含まれてしまう。特に支持部の揺動の中心軸に直交する方向に延びる第1部分においては、高周波成分によりミラー部と支持部とを含み揺動運動を行う揺動部の共振周波数での振動が誘発され、揺動時において第1部分に意図しないリンギングとも呼ばれる不要な振動が発生する。その結果、描画される画像の画質の劣化が生じる問題がある。 By reducing the thickness of the support portion in the form of a plate, it is possible to increase the amount of deformation of the support portion while reducing the weight of the support portion, thereby increasing the amplitude of oscillation. In addition, by using a waveform such as a triangular wave or a sawtooth wave in which the voltage changes linearly in a large area as the waveform of the voltage to be supplied to the piezoelectric element, the range of oscillation amplitude that can be used for scanning with light can be increased. be able to. Employment of such a configuration is advantageous in terms of improving the light utilization efficiency. However, when a voltage having a triangular wave or a sawtooth wave is supplied to the piezoelectric element, a high-frequency component is included in the oscillation of the mirror and support due to one of the multiple resonance frequencies of the mirror driving mechanism. put away. In particular, in the first portion extending in the direction orthogonal to the center axis of the oscillation of the supporting portion, the oscillation at the resonance frequency of the oscillating portion including the mirror portion and the supporting portion and performing the oscillating motion is induced by the high-frequency component, During rocking, an unwanted vibration called unintended ringing occurs in the first portion. As a result, there is a problem that the image quality of the rendered image is degraded.
ここで、このリンギングの発生を抑制するために、圧電素子に投入する電圧の駆動信号を制御して供給する方法が考えられる。しかし、このような方法によれば、信号波形を整形する整形回路が必要となり、結果的に回路構成が複雑になってしまう。そうすると、制御回路の大型化を招くことになり、ミラー駆動機構の構成上好ましくない。 Here, in order to suppress the occurrence of this ringing, it is conceivable to control and supply the drive signal of the voltage applied to the piezoelectric element. However, such a method requires a shaping circuit for shaping the signal waveform, resulting in a complicated circuit configuration. Then, the size of the control circuit is increased, which is not preferable in terms of the structure of the mirror driving mechanism.
本開示のミラー駆動機構は、ベース部と支持部とを連結する連結部と、連結部を介して揺動の中心軸と垂直な方向に接続される動吸収材と、を含む。動吸収材は、連結部と接続される第1の厚さのバネ部と、バネ部と接続され、第1の厚さよりも厚い第2の厚さの領域を含むマス部と、を含む。このような動吸収材を含むことにより、動吸収材による制振機能を発揮して、不要な振動の発生を抑制することができる。ここで、第1の厚さのバネ部を第2の厚さのマス部よりも薄くして、バネ部を積極的に撓ませてマス部による制振を効率的に行うことができる。したがって、より確実にミラー部における不要な振動の発生を抑制することができる。その結果、描画される画像の画質の劣化を抑制することができる。 A mirror driving mechanism of the present disclosure includes a connecting portion that connects a base portion and a supporting portion, and a motion absorber that is connected in a direction perpendicular to the central axis of swinging via the connecting portion. The dynamic absorber includes a spring portion of a first thickness connected to the connecting portion, and a mass portion connected to the spring portion and including a region of a second thickness greater than the first thickness. By including such a dynamic absorbing material, the vibration damping function of the dynamic absorbing material can be exhibited, and generation of unnecessary vibration can be suppressed. Here, by making the spring portion having the first thickness thinner than the mass portion having the second thickness, the spring portion is positively deflected so that the mass portion can effectively damp vibrations. Therefore, it is possible to more reliably suppress the generation of unnecessary vibrations in the mirror section. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the drawn image.
上記ミラー駆動機構において、ミラー部の質量に対する動吸収材の質量の割合は、0.1以上1.0以下であってもよい。このようにすることにより、ミラー駆動機構を構成する部材の寸法のばらつきを考慮して、確実にミラー部に対する制振機能の向上を図ることができる。ミラー部の質量に対する動吸収材の質量の割合を、0.3以上0.5以下とすることにより、さらに確実にミラー部に対する制振機能の向上を図ることができる。 In the mirror drive mechanism, the ratio of the mass of the dynamic absorber to the mass of the mirror portion may be 0.1 or more and 1.0 or less. By doing so, it is possible to reliably improve the damping function for the mirror section, taking into consideration the variation in the dimensions of the members constituting the mirror drive mechanism. By setting the ratio of the mass of the dynamic absorber to the mass of the mirror portion to be 0.3 or more and 0.5 or less, it is possible to more reliably improve the damping function for the mirror portion.
上記ミラー駆動機構において、ミラー部は、円板状であってもよい。動吸収材は、ミラー部の外縁と間隔をあけてミラー部の外周側に配置されてもよい。動吸収材をこのような位置に配置することにより、ミラー部の揺動時においてミラー部と動吸収材との干渉を回避しやすくすることができる。したがって、より確実に描画される画像の画質の劣化を抑制することができる。 In the mirror drive mechanism described above, the mirror portion may be disc-shaped. The dynamic absorber may be arranged on the outer peripheral side of the mirror section with a gap from the outer edge of the mirror section. By arranging the motion absorbing member at such a position, interference between the mirror portion and the motion absorbing member can be easily avoided when the mirror portion swings. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the drawn image more reliably.
[本開示の実施形態の詳細]
次に、本開示のミラー駆動機構の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Next, one embodiment of the mirror drive mechanism of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts, and the description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
本開示の実施の形態1に係るミラー駆動機構について説明する。図1は、実施の形態1におけるミラー駆動機構を示す概略平面図である。図2は、実施の形態1におけるミラー駆動機構を線分II-IIで切断した場合の概略断面図である。
(Embodiment 1)
A mirror drive mechanism according to
図1および図2を参照して、本実施の形態におけるミラー駆動機構11は、板状のベース部12と、ミラー部14と、板状の支持部31と、ミラー部14と支持部31とを連結する一対の連結部41,42と、動吸収材51と、を備える。図1に示すように、厚さ方向に見て、ベース部12の外形形状は、長方形である。ベース部12の長辺は、図1中の矢印Xで示す方向に延びている。ベース部12の短辺は、図1中の矢印Yで示す方向に延びている。矢印Xで示す方向と矢印Yで示す方向とは、直交している。ベース部12は、厚さ方向に貫通する第1の貫通孔13を有する。なお、ベース部12の厚さ方向は、図2中の矢印Zで示す方向である。ベース部12は、厚さ方向の一方に位置する第1の面12aと厚さ方向の他方に位置する第2の面12bを含む。本実施形態においては、ミラー駆動機構11は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)により構成されている。
1 and 2,
ミラー駆動機構11は、第1の貫通孔13内に配置されるミラー部14を含む。ミラー部14は、板状である。ミラー部14の厚さは、ベース部12の厚さよりも薄い。ミラー部14は、ミラー15を含む。ミラー15は、ミラー駆動機構11の外部から入射された光を反射するミラー面15aを有する。ミラー15は、円板状である。ミラー15のミラー面15aには、例えば、アルミニウムといった金属が成膜されている。
The
ミラー部14は、第2の貫通孔16を有する。ミラー15は、第2の貫通孔16内に配置される。ミラー部14は、一対の軸部17a,17bを含む。一対の軸部17a,17bは、それぞれ細い棒状である。一対の軸部17a,17bは、ベース部12の厚さ方向に見て、円板状のミラー15の中心を回転中心として180度回転させた位置に配置される。一対の軸部17a,17bはそれぞれ、第2の貫通孔16を取り囲むミラー部14の内壁面18とミラー15の外縁19とを連結する。
The
ミラー部14は、圧電素子であるピエゾ素子21a,21b,21c,21dを含む。4つのピエゾ素子21a,21b,21c,21dの外形形状はそれぞれ、ベース部12の厚さ方向に見て、長方形である。ピエゾ素子21a,21b,21c,21dは、板状のミラー部14において、厚さ方向の一方の面、本実施形態においてはミラー面15aが位置する側の面に配置される。ピエゾ素子21a,21bは、X方向に間隔をあけて配置される。ピエゾ素子21c,21dは、X方向に間隔をあけて配置される。ピエゾ素子21a,21cは、Y方向に間隔をあけて配置される。ピエゾ素子21b,21dは、Y方向に間隔をあけて配置される。なお、ピエゾ素子21a,21b,21c,21dに接続される配線については、図示を省略している。
The
支持部31は、第1の貫通孔13内において、ミラー部14を支持する。支持部31は、第1の貫通孔13を取り囲むベース部12の内壁面22とミラー部14の外縁23とを連結する。支持部31は、ミラー部14を揺動可能に支持する。揺動の中心軸24aは、図1中において一点鎖線で図示している。揺動の中心軸24aは、X方向に延びている。揺動の中心軸24aは、ベース部12の厚さ方向に見て、ミラー15の中心を通る。
The
支持部31は、揺動の中心軸24aに直交する方向(Y方向)にそれぞれ延び、互いに平行に配置される複数の第1部分32a,32b,32c,32d,32e,32f,32g,32hと、隣り合う第1部分32a,32b,32c,32d,32e,32f,32g,32hの長手方向の一方側の端部同士および他方側の端部同士を交互に接続する第2部分33a,33b,33c,33d,33e,33fと、を含む。支持部31は、第1部分32aとベース部12の内壁面22とを接続する接続部34aと、第1部分32dと連結部41とを接続する接続部34bと、第1部分32eとベース部12の内壁面22とを接続する接続部34cと、第1部分32hと連結部42とを接続する接続部34dと、を含む。支持部31は、ミアンダ構造を有する。
The
支持部31は、ピエゾ素子36a,36b,36c,36d,36e,36f,36g,36hを含む。ピエゾ素子36a,36b,36c,36d,36e,36f,36g,36hの外形形状はそれぞれ、ベース部12の厚さ方向に見て、長方形である。ピエゾ素子36a,36b,36c,36d,36e,36f,36g,36hはそれぞれ、複数の第1部分32a,32b,32c,32d,32e,32f,32g,32hのそれぞれに対応する領域において、それぞれ長手方向に沿って延びるように設けられている。ピエゾ素子36a,36b,36c,36d,36e,36f,36g,36hはそれぞれ、複数の第1部分32a,32b,32c,32d,32e,32f,32g,32hのそれぞれの厚さ方向の一方側に位置する第1の面12a上に配置されている。なお、ピエゾ素子36a,36b,36c,36d,36e,36f,36g,36hに接続される配線についても、図示を省略している。
The
一対の連結部41,42は、ミラー部14と支持部31とを連結する。連結部41,42はそれぞれ、細い棒状であり、X方向に延びるように設けられている。連結部41は、ミラー部14の外縁26と、接続部34bとを連結する。連結部42は、ミラー部14の外縁26と接続部34dとを連結する。連結部41,42は、ベース部12の厚さ方向に見て、円板状のミラー15の中心を回転中心として180度回転させた位置に配置される。
A pair of connecting
動吸収材51は、連結部41,42を介して揺動の中心軸24aと垂直な方向に接続される。動吸収材51は、ミラー部14の外縁26と間隔をあけて、ミラー部14の外周側に配置される。ミラー部14と動吸収材51との間には、連結部41,42が配置されている箇所において仕切られた第3の貫通孔27が形成されている。
The
動吸収材51は、マス部52a,52bと、バネ部53a,53b,53c,53dと、を含む。バネ部53a,53b,53c,53dの外形形状はそれぞれ、ベース部12の厚さ方向に見て、Y方向が長手方向となる長方形である。バネ部53a,53bは、連結部41と接続される。バネ部53a,53bは、連結部41を介してY方向において隣り合って配置される。バネ部53c,53dは、連結部42と接続される。バネ部53c,53dは、連結部42を介してY方向において隣り合って配置される。マス部52a,52bはそれぞれ、ベース部12の厚さ方向に見て、円弧状に沿った形状である。マス部52aは、その両端部においてそれぞれ、バネ部53a,53cと接続される。マス部52bは、その両端部においてそれぞれ、バネ部53b,53dと接続される。
The
バネ部53a,53b,53c,53dはそれぞれ、第1の厚さT1を有する。マス部52a,52bはそれぞれ、第1の厚さT1よりも厚い第2の厚さT2の領域を有する。本実施形態においては、マス部52a,52bはそれぞれ、全域にわたって厚さT2を有する。
Each of the
また、ミラー部14の質量に対する動吸収材51の質量の割合は、0.1以上1.0以下である。本実施形態においては、ミラー部14の質量に対する動吸収材51の質量の割合は、0.44である。
Also, the ratio of the mass of the
ここで、ミラー駆動機構11におけるミラー15の揺動の動作について簡単に説明する。隣り合う第1部分32a,32b,32c,32d,32e,32f,32g,32hにそれぞれ配置されるピエゾ素子36a,36b,36c,36d,36e,36f,36g,36hに供給する電圧を交互に逆位相とすることにより、隣り合う第1部分32a,32b,32c,32d,32e,32f,32g,32hを交互に逆向きに反らせるよう変形させることができる。ミラー部14は、隣り合う第1部分32a,32b,32c,32d,32e,32f,32g,32hの交互の逆向きの反りにより、揺動の中心軸24aを揺動軸として揺動する。揺動の周波数としては、例えば画像のフレームレートから選択される。
Here, the operation of swinging the
また、ミラー部14において、隣り合うように配置されるピエゾ素子21a,21b,21c,21dに供給する電圧を交互に逆位相とすることにより、ミラー部14を変形させて、軸部17a,17bをねじる方向に変形させて、ミラー15を揺動させることができる。揺動の中心軸24bは、Y方向に延びている。揺動の中心軸24bは、ベース部12の厚さ方向に見て、ミラー15の中心を通る。揺動の中心軸24bは、一対の軸部17a,17bの中心を通る。図1に示すミラー駆動機構11において、ベース部12の厚さ方向に見て、揺動の中心軸24aと揺動の中心軸24bとは直交し、ミラー15の中心において交わる。ミラー15は、ミラー部14および軸部17a,17bの構造により決まるミラー部14の共振周波数で振動し、フレームレートよりも高い周波数となる。
Also, in the
ミラー駆動機構11は、X方向に延びる揺動の中心軸24aおよびY方向に延びる揺動の中心軸24bを揺動軸として、ミラー15を揺動させることができる。よって、ミラー駆動機構11は、外部から入射された光をミラー15により反射させて走査し、二次元の画像を描画することができる。
The
ここで、ミラー駆動機構11は、上記構成の動吸収材51を含む。そうすると、動吸収材51による制振機能を発揮して、不要な振動の発生を抑制することができる。ここで、第1の厚さT1のバネ部53a,53b,53c,53dは第2の厚さT2のマス部52a,52bよりも薄いため、バネ部53a,53b,53c,53dを積極的に撓ませてマス部52a,52bによる制振を効率的に行うことができる。したがって、より確実にミラー部14における不要な振動の発生を抑制することができる。その結果、描画される画像の画質の劣化を抑制することができる。
Here, the
本実施形態においては、ミラー部14の質量に対する動吸収材51の質量の割合は、0.1以上1.0以下である。このようにすることにより、ミラー駆動機構11を構成する部材の寸法のばらつきを考慮して、確実にミラー部14に対する制振機能の向上を図ることができる。ミラー部14の質量に対する動吸収材51の質量の割合を、0.3以上0.5以下とすることにより、さらに確実にミラー部14に対する制振機能の向上を図ることができる。
In this embodiment, the ratio of the mass of the
本実施形態においては、ミラー部14は、円板状である。動吸収材51は、ミラー部14の外縁と間隔をあけてミラー部14の外周側に配置されている。よって、ミラー部14の揺動時においてミラー部14と動吸収材51との干渉を回避しやすくすることができる。したがって、より確実に描画される画像の画質の劣化を抑制することができる。
In this embodiment, the
ここで、デバイスの共振駆動が励起されている状態において、主系にωの角振動数の定常調和励振F1ejωtを付加されている状態として、制振構造を考える。図3は、制振構造を単純化したモデルを示す模式図である。図3を参照して、部材61aは、ミラー部14に相当し、部材61bは、動吸収材51に相当する。ここで、MEMSデバイスに使用可能な材料を鑑みた時に、ダンパーのような粘性抵抗成分を持つ減衰機構を追加することは困難なため、減衰成分のない2自由度振動系を考える。X1を主系のバネの自然長からの変位、X2を従系のバネの自然長からの変位、tを時刻、m1を主系の質量、m2を従系の質量、k1を主系のバネ定数、k2を従系のバネ定数、xstをF1が静的な外力として作用した場合の主系のたわみ、ωmを主系単独での固有角振動数、ωaを従系単独での固有角振動数とすると、この場合の振動応答は、以下の数(1)に示す式および数(2)に示す式で示される。
Here, a damping structure is considered assuming that a steady harmonic excitation F 1 e jωt with an angular frequency of ω is added to the main system while the resonance drive of the device is excited. FIG. 3 is a schematic diagram showing a simplified model of the damping structure. Referring to FIG. 3,
ここで、以下の数(3)に示す式および数(4)に示す式の関係を有すると、周波数応答曲線は、図4に示すようになる。 Here, if the relationship of the equations (3) and (4) below is satisfied, the frequency response curve is as shown in FIG.
図4は、周波数応答曲線を示すグラフである。図4において、縦軸は、ミラー部14の変位(X1/xst)を示し、横軸は、角振動数の比率(ω/ωa)を示す。図4において、ミラー部14の質量m1と動吸収材51の質量m2とすると、線62aは、m2/m1が0.01である場合を示し、線62bは、m2/m1が0.1である場合を示し、線62cは、m2/m1が0.5である場合を示し、線62dは、m2/m1が1.0である場合を示す。図4において、ω/ωa=1である箇所は、反共振点を示す。図4を参照して、ミラー部14の質量m1に対する動吸収材51の質量m2の割合が1に近づくほど、制振できる周波数の範囲は広くなる。ここで、ミラー部14の質量に対する動吸収材51の質量m2の割合m2/m1を、0.1以上1.0以下とすることにより、より確実にミラー部14に対する制振機能の向上を図ることができる。
FIG. 4 is a graph showing frequency response curves. In FIG. 4, the vertical axis indicates the displacement (X 1 /xst) of the
図5は、動吸収材51の寸法と、ノンリニアリティとの関係を示すグラフである。図5において、横軸は、動吸収材51の寸法(μm)を示し、縦軸は、ノンリニアリティ(%)を示す。また、図5においてm2/m1については、0.1以上1.0以下とすることにより、動吸収材51の寸法が変化した場合でも、ノンリニアリティを低減することができる。m2/m1=0.3以上0.5以下の場合、より好ましい。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the dimensions of the dynamic absorbing
図6は、動吸収材51を含まない場合に測定した鋸波の実験結果を示すグラフである。図7は、実施の形態1において測定した鋸波の実験結果を示すグラフである。図6および図7において、横軸は経過時間を示し、縦軸は振幅を示す。ここで、非直線性については、鋸波からの振幅差の最大値P1/鋸波の振幅P2×100(%)で示される。
FIG. 6 is a graph showing experimental results of sawtooth waves measured when the
まず、図6を参照して、動吸収材51を含まないミラー駆動機構によれば、非直線性は、実験値において、8.8(%)であった。これに対し、図7を参照して、実施の形態1におけるミラー駆動機構11によれば、非直線性は、実験値において、4.1(%)であった。このように、本開示に係るミラー駆動機構によれば、非直線性を大きく改善することができる。
First, referring to FIG. 6, according to the mirror drive mechanism that does not include the
(他の実施の形態)
なお、上記の実施の形態によれば、ミラー部は円板状であることとしたが、これに限らず、ミラー部の外形形状は、ベース部の厚さ方向に見て、楕円状であってもよい。
(Other embodiments)
According to the above embodiment, the mirror section is disk-shaped. However, the outer shape of the mirror section is not limited to this, and may be elliptical when viewed in the thickness direction of the base section. may
また、上記の実施の形態においては、マス部の全域の厚さが厚さT2を有することとしたが、これに限らず、マス部の一部の領域の厚さにおいて、厚さT2を有する構成としてもよい。 Further, in the above - described embodiment, the thickness of the entire mass portion is the thickness T2 . It is good also as a structure which has.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and are not restrictive in any aspect. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalents of the scope of the claims.
本開示のミラー駆動機構は、描画される画像の画質の劣化の抑制が求められる場合に特に有利に適用され得る。 The mirror drive mechanism of the present disclosure can be applied particularly advantageously when suppression of deterioration in image quality of an image to be drawn is required.
11 ミラー駆動機構
12 ベース部
12a 第1の面
12b 第2の面
13 第1の貫通孔
14 ミラー部
15 ミラー
15a ミラー面
16 第2の貫通孔
17a,17b 軸部
18,22 内壁面
19,23,26 外縁
21a,21b,21c,21d,36a,36b,36c,36d,36e,36f,36g,36h ピエゾ素子
24a,24b 中心軸
27 第3の貫通孔
31 支持部
32a,32b,32c,32d,32e,32f,32g,32h 第1部分
33a,33b,33c,33d,33e,33f,33g,33h 第2部分
34a,34b,34c,34d 接続部
35 面
41,42 連結部
51 動吸収材
52a,52b マス部
53a,53b,53c,53d バネ部
61a,61b 部材
62a,62b,62c,62d 線
P1 最大値
P2 振幅
X,Y,Z 矢印
m1,m2 質量
X1,X2 変位
k1,k2 バネ定数
xst たわみ
ω 角振動数
ωm,ωa 固有角振動数
11
Claims (3)
貫通孔を有する板状のベース部と、
ミラーを含み、前記貫通孔内に配置されるミラー部と、
前記貫通孔を取り囲む前記ベース部の内壁面と前記ミラー部の外縁とを連結し、前記ミラー部を揺動可能に支持する板状の支持部と、を備え、
前記支持部は、
前記支持部の揺動の中心軸に直交する方向にそれぞれ延び、互いに平行に配置される複数の第1部分と、
隣り合う前記第1部分の長手方向の一方側の端部同士および他方側の端部同士を交互に接続する第2部分と、
前記複数の第1部分のそれぞれの長手方向に沿って延び、前記第1部分に対応する領域における、厚み方向の一方側に位置する面上に配置される圧電素子と、を含み、
前記ミラー駆動機構は、
前記ミラー部と前記支持部とを連結する連結部と、
前記連結部を介して前記揺動の中心軸と垂直な方向に接続される動吸収材と、を含み、
前記動吸収材は、
前記連結部と接続される第1の厚さのバネ部と、
前記バネ部と接続され、第1の厚さよりも厚い第2の厚さの領域を含むマス部と、を含む、ミラー駆動機構。 A mirror driving mechanism,
a plate-like base portion having a through hole;
a mirror part including a mirror and arranged in the through hole;
a plate-shaped support portion that connects the inner wall surface of the base portion surrounding the through hole and the outer edge of the mirror portion and supports the mirror portion so as to be swingable;
The support part is
a plurality of first portions each extending in a direction orthogonal to the central axis of swinging of the support portion and arranged parallel to each other;
a second portion that alternately connects ends on one side and ends on the other side of the adjacent first portions in the longitudinal direction;
a piezoelectric element extending along the longitudinal direction of each of the plurality of first portions and arranged on a surface located on one side in the thickness direction in the region corresponding to the first portion;
The mirror driving mechanism is
a connection portion that connects the mirror portion and the support portion;
a motion absorbing member connected in a direction perpendicular to the center axis of the swing through the connecting portion,
The dynamic absorber is
a spring portion having a first thickness connected to the connecting portion;
a mass portion connected to the spring portion and including a region of a second thickness that is thicker than the first thickness.
前記動吸収材は、前記ミラー部の外縁と間隔をあけて前記ミラー部の外周側に配置される、請求項1または請求項2に記載のミラー駆動機構。 The mirror portion is disc-shaped,
3. The mirror driving mechanism according to claim 1, wherein said dynamic absorbing member is arranged on the outer peripheral side of said mirror section with a gap from the outer edge of said mirror section.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021101342A JP2023000488A (en) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | Mirror drive mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021101342A JP2023000488A (en) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | Mirror drive mechanism |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023000488A true JP2023000488A (en) | 2023-01-04 |
Family
ID=84687649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021101342A Pending JP2023000488A (en) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | Mirror drive mechanism |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023000488A (en) |
-
2021
- 2021-06-18 JP JP2021101342A patent/JP2023000488A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101264136B1 (en) | Micro-mirror device using a moving structure | |
JP6129189B2 (en) | MEMS scanning micromirror | |
JP5596671B2 (en) | Induced resonant comb drive scanner | |
JP5659056B2 (en) | Drive device for optical deflector | |
JP6627912B2 (en) | Piezoelectric rotating MEMS resonator | |
TWI446000B (en) | Mems scanning micromirror | |
JP6627911B2 (en) | Piezoelectric rotating MEMS resonator | |
JP2016197265A (en) | Optical reflection element | |
JP2012133242A (en) | Optical scanner | |
WO2013168386A1 (en) | Optical reflection element | |
WO2008038649A1 (en) | Optical scanning device | |
JPWO2009087883A1 (en) | Micro scanner device and control method of micro scanner device | |
WO2012172652A1 (en) | Drive device | |
JP2014238581A (en) | Optical scanner | |
JP2009204818A (en) | Optical scanner | |
JP2008058752A (en) | Light deflector and image forming apparatus using same | |
JP6533365B2 (en) | Light deflection device, light deflection mirror and image display device | |
JP2007226108A (en) | Optical scanner and image forming apparatus | |
JP2010008609A (en) | Movable structure and micromirror element using the same | |
JP5554895B2 (en) | Oscillator structure and oscillator device using the oscillator structure | |
JP2023000488A (en) | Mirror drive mechanism | |
JP2009122293A (en) | Oscillating body apparatus, optical deflector, and optical equipment using the same | |
JP5434668B2 (en) | Optical scanning device | |
JP7259737B2 (en) | mirror driving mechanism | |
JP2004333350A (en) | Scanning mechanism of scanning probe microscope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231221 |