JP7318240B2 - optical deflection element, optical deflection system, optical scanning system - Google Patents
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Description
本発明は、光偏向素子、光偏向システム、光走査システム、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイ、物体認識装置、及び移動体に関する。 The present invention relates to an optical deflection element, an optical deflection system, an optical scanning system, an image projection device, a head-up display, a laser headlamp, a head-mounted display, an object recognition device, and a moving object.
近年、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術の発達に伴い、シリコンやガラスを微細加工して製造される光偏向素子としてMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスの開発が進んでいる。 2. Description of the Related Art In recent years, with the development of micromachining technology applying semiconductor manufacturing technology, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices have been developed as light deflection elements manufactured by microfabrication of silicon or glass.
MEMSデバイスの一例としては、可動部と軸部をジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、イットリウム(Y)の何れかの酸化物で形成または被覆する構成を有するヘッドマウントディスプレイが挙げられる(例えば、特許文献1参照)。 An example of the MEMS device is a head-mounted display having a configuration in which the movable portion and the shaft portion are formed or coated with an oxide of zirconium (Zr), aluminum (Al), or yttrium (Y) (for example, See Patent Document 1).
ところで、MEMSデバイスでは、性能を更に向上させるため、可動部を大きく、かつ速く動かすことを求められる場合が多い。しかし、可動部を大きく動かそうとすると、可動部に変位に相応して応力が集中することが懸念され、また共振を用いて速く動かそうとすると大きく可動させることが困難である。 By the way, in order to further improve the performance of MEMS devices, it is often required that the movable portion be large and move quickly. However, if one tries to move the movable part by a large amount, there is concern that stress will be concentrated on the movable part corresponding to the displacement, and it is difficult to move the movable part by a large amount if an attempt is made to move the movable part quickly using resonance.
例えば、梁部に金属材料を用いたMEMSミラーでは、その材料特性から振れ角の拡大は実現可能だが、高速化を実現するためには共振周波数を高周波化させるために梁厚を厚膜化しなければならなかった。数十μm厚の金属をパターン加工するには、半導体プロセスで多用されるドライエッチングでは難しく、レーザ加工や寸法制御の難しいウェットエッチングで行うしかない。 For example, in a MEMS mirror that uses a metal material for its beams, it is possible to expand the deflection angle due to the characteristics of the material. I had to. In order to pattern a metal with a thickness of several tens of micrometers, dry etching, which is often used in semiconductor processes, is difficult, and laser processing and wet etching, which is difficult to control dimensions, must be used.
また、金属は比較的融点が低いものが多く、熱膨張係数もシリコンと比べると大きいため、MEMS形成のための半導体プロセス中にできるだけ温度負荷がかからない特殊なプロセスを使わなければならない。このように、金属材料はプロセス面の問題があった。一方、ミラーを支える梁部に異なる材料の層を追加する手法においては、動作周波数の操作は可能だが、振れ角の観点から梁部の主材料であるシリコンの機械特性に依存し、振れ角の拡大はできなかった。以上のように、加工性を損なわずに振れ角(可動領域)の拡大と高速化の両立は困難であるという問題があった。 In addition, many metals have a relatively low melting point and a large coefficient of thermal expansion compared to silicon. Therefore, a special process that minimizes the temperature load during the semiconductor process for forming the MEMS must be used. Thus, metal materials have problems in terms of processing. On the other hand, in the method of adding a layer of different material to the beam that supports the mirror, although it is possible to control the operating frequency, the deflection angle depends on the mechanical properties of silicon, which is the main material of the beam. Couldn't expand. As described above, there is a problem that it is difficult to achieve both an increase in deflection angle (movable range) and a high speed without impairing workability.
上記のヘッドマウントディスプレイでも、梁部に破壊強度が大きい材料を用いているが、可動領域の拡大と高速化の両立はできていない。 In the head-mounted display described above, a material with high breaking strength is used for the beam portion, but it is not possible to achieve both expansion of the movable area and speeding up.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、光偏向素子において加工性を損なわずに可動領域の拡大と高速化の両立を可能にすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to make it possible to expand the movable region and increase the speed of an optical deflection element without impairing workability.
本光偏向素子は、反射面を備える可動部を回動させて、前記反射面へ入射する光を偏向する光偏向素子であって、前記可動部に接続され、前記可動部を第1軸の周りに駆動する第1駆動部と、前記可動部及び前記第1駆動部を支持する第1支持部と、を有し、前記第1駆動部は、前記可動部を回動可能に支持する梁部を含み、前記可動部は、第1層及び第2層で構成され、前記第1層は前記反射面を有し、該反射面を除く前記第1層の全て及び前記梁部は、炭化ケイ素、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、ジルコニア、ダイヤモンド、或いはそれらを主材料とする化合物の何れかのみで構成されている。 The present optical deflection element rotates a movable portion having a reflecting surface to deflect light incident on the reflecting surface , is connected to the movable portion, and is connected to the movable portion so as to move the movable portion along the first axis. a first driving portion that drives around; and a first supporting portion that supports the movable portion and the first driving portion, wherein the first driving portion is a beam that rotatably supports the movable portion. wherein the movable portion is composed of a first layer and a second layer, the first layer has the reflective surface, and all of the first layer excluding the reflective surface and the beam portion are carbonized It is composed only of silicon, alumina, sapphire, silicon nitride, zirconia, diamond, or compounds containing these as main materials.
開示の技術によれば、光偏向素子において加工性を損なわずに可動領域の拡大と高速化の両立を可能にできる。 According to the disclosed technology, it is possible to achieve both expansion of the movable region and high speed operation without impairing workability in the optical deflection element.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[光走査システム]
まず、本実施形態の可動装置を適用した光走査システムについて、図1~図4に基づいて詳細に説明する。
[Optical scanning system]
First, an optical scanning system to which the movable device of this embodiment is applied will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.
図1には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図1に示すように、光走査システム10は、制御装置11の制御に従って光源装置12から照射された光を可動装置13の有する反射面14により偏向して被走査面15を光走査するシステムである。
A schematic diagram of an example of an optical scanning system is shown in FIG. As shown in FIG. 1, an
光走査システム10は、制御装置11、光源装置12、反射面14を有する可動装置13により構成される。
The
制御装置11は、例えばCPU(Central Processing Unit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)等を備えた電子回路ユニットである。可動装置13は、例えば反射面14を有し、反射面14を可動可能なMEMS(Micro Electromechanical Systems)デバイスである。光源装置12は、例えばレーザを照射するレーザ装置である。なお、被走査面15は、例えばスクリーンである。
The
制御装置11は、取得した光走査情報に基づいて光源装置12および可動装置13の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置12および可動装置13に駆動信号を出力する。
The
光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光源の照射を行う。可動装置13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14を1軸方向または2軸方向の少なくともいずれかに可動させる。
The
これにより、例えば、光走査情報の一例である画像情報に基づいた制御装置11の制御によって、可動装置13の反射面14を所定の範囲で2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する光源装置12からの照射光をある1軸周りに偏向して光走査することにより、被走査面15に任意の画像を投影することができる。なお、本実施形態の可動装置の詳細および制御装置による制御の詳細については後述する。
As a result, for example, the reflecting
次に、光走査システム10一例のハードウェア構成について図2を用いて説明する。図2は、光走査システム10の一例のハードウェア構成図である。図2に示すように、光走査システム10は、制御装置11、光源装置12および可動装置13を備え、それぞれが電気的に接続されている。このうち、制御装置11は、CPU20、RAM21(Random Access Memory)、ROM22(Read Only Memory)、FPGA23、外部I/F24、光源装置ドライバ25、可動装置ドライバ26を備えている。
Next, a hardware configuration of an example of the
CPU20は、ROM22等の記憶装置からプログラムやデータをRAM21上に読み出し、処理を実行して、制御装置11の全体の制御や機能を実現する演算装置である。
The
RAM21は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。
The
ROM22は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、CPU20が光走査システム10の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。
The
FPGA23は、CPU20の処理に従って、光源装置ドライバ25および可動装置ドライバ26に適した制御信号を出力する回路である。
The
外部I/F24は、例えば外部装置やネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、PC(Personal Computer)等の上位装置、USBメモリ、SDカード、CD、DVD、HDD、SSD等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えば自動車のCAN(Controller Area Network)やLAN(Local Area Network)、インターネット等である。外部I/F24は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部I/F24が用意されてもよい。
The external I/
光源装置ドライバは、入力された制御信号に従って光源装置12に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
The light source device driver is an electric circuit that outputs a drive signal such as a drive voltage to the
可動装置ドライバ26は、入力された制御信号に従って可動装置13に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
The
制御装置11において、CPU20は、外部I/F24を介して外部装置やネットワークから光走査情報を取得する。なお、CPU20が光走査情報を取得することができる構成であればよく、制御装置11内のROM22やFPGA23に光走査情報を格納する構成としてもよいし、制御装置11内に新たにSSD等の記憶装置を設けて、その記憶装置に光走査情報を格納する構成としてもよい。
In the
ここで、光走査情報とは、被走査面15にどのように光走査させるかを示した情報であり、例えば、光走査により画像を表示する場合は、光走査情報は画像データである。また、例えば、光走査により光書込みを行う場合は、光走査情報は書込み順や書込み箇所を示した書込みデータである。他にも、例えば、光走査により物体認識を行う場合は、光走査情報は物体認識用の光を照射するタイミングと照射範囲を示す照射データである。
Here, the optical scanning information is information indicating how to optically scan the
制御装置11は、CPU20の命令および図2に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。
The
次に、光走査システム10の制御装置11の機能構成について図3を用いて説明する。図3は、光走査システムの制御装置の一例の機能ブロック図である。
Next, the functional configuration of the
図3に示すように、制御装置11は、機能として制御部30と駆動信号出力部31とを有する。
As shown in FIG. 3, the
制御部30は、例えばCPU20、FPGA23等により実現され、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報を制御信号に変換して駆動信号出力部31に出力する。例えば、制御部30は、外部装置等から画像データを光走査情報として取得し、所定の処理により画像データから制御信号を生成して駆動信号出力部31に出力する。
The
駆動信号出力部31は、光源装置ドライバ25、可動装置ドライバ26等により実現され、入力された制御信号に基づいて光源装置12または可動装置13に駆動信号を出力する。駆動信号は、光源装置12または可動装置13の駆動を制御するための信号である。例えば、光源装置12においては、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、可動装置13においては、可動装置13の有する反射面14を可動させるタイミングおよび可動範囲を制御する駆動電圧である。
The drive
次に、光走査システム10が被走査面15を光走査する処理について図4を用いて説明する。図4は、光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。
Next, a process of optically scanning the
ステップS11において、制御部30は、外部装置等から光走査情報を取得する。
In step S11, the
ステップS12において、制御部30は、取得した光走査情報から制御信号を生成し、制御信号を駆動信号出力部31に出力する。
In step S<b>12 , the
ステップS13において、駆動信号出力部31は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を光源装置12および可動装置13に出力する。
In step S13, the drive
ステップS14において、光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、可動装置13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14の可動を行う。光源装置12および可動装置13の駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。
In step S14, the
なお、上記光走査システム10では、1つの制御装置11が光源装置12および可動装置13を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の制御装置および可動装置用の制御装置と、別体に設けてもよい。
In the
また、上記光走査システム10では、1つの制御装置11に光源装置12および可動装置13の制御部30の機能および駆動信号出力部31の機能を設けているが、これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部30を有した制御装置11とは別に駆動信号出力部31を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。なお、上記光走査システム10のうち、反射面14を有した可動装置13と制御装置11により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。
In the
[画像投影装置]
次に、本実施形態の可動装置を適用した画像投影装置について、図5および図6を用いて詳細に説明する。
[Image projection device]
Next, an image projection device to which the movable device of this embodiment is applied will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.
図5は、画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置500を搭載した自動車400の実施形態に係る概略図である。また、図6はヘッドアップディスプレイ装置500の一例の概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of an embodiment of an
画像投影装置は、光走査により画像を投影する装置であり、例えばヘッドアップディスプレイ装置である。 An image projection device is a device that projects an image by optical scanning, such as a head-up display device.
図5に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500は、例えば、自動車400のウインドシールド(フロントガラス401等)の付近に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置500から発せられる投射光Lがフロントガラス401で反射され、ユーザーである観察者(運転者402)に向かう。これにより、運転者402は、ヘッドアップディスプレイ装置500によって投影された画像等を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールドの内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させる構成にしてもよい。
As shown in FIG. 5, the head-up
図6に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500は、赤色、緑色、青色のレーザ光源501R,501G,501Bからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメータレンズ502,503,504と、2つのダイクロイックミラー505,506と、光量調整部507と、から構成される入射光学系を経た後、反射面14を有する可動装置13にて偏向される。そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー509と、中間スクリーン510と、投射ミラー511とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。なお、上記ヘッドアップディスプレイ装置500では、レーザ光源501R,501G,501B、コリメータレンズ502,503,504、ダイクロイックミラー505,506は、光源ユニット530として光学ハウジングによってユニット化されている。
As shown in FIG. 6, head-up
上記ヘッドアップディスプレイ装置500は、中間スクリーン510に表示される中間像を自動車400のフロントガラス401に投射することで、その中間像を運転者402に虚像として視認させる。
The head-up
レーザ光源501R,501G,501Bから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ502,503,504で略平行光とされ、2つのダイクロイックミラー505,506により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部507で光量が調整された後、反射面14を有する可動装置13によって二次元走査される。可動装置13で二次元走査された投射光Lは、自由曲面ミラー509で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン510に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン510は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、中間スクリーン510に入射してくる投射光Lをマイクロレンズ単位で拡大する。
Color laser beams emitted from
可動装置13は、反射面14を2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する投射光Lを二次元走査する。この可動装置13の駆動制御は、レーザ光源501R,501G,501Bの発光タイミングに同期して行われる。
The
以上、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイ装置500の説明をしたが、画像投影装置は、反射面14を有した可動装置13により光走査を行うことで画像を投影する装置であればよい。例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ装置等にも、同様に適用することができる。
The head-up
また、画像投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。 In addition, the image projection device is used not only for vehicles and mounting members, but also for mobile objects such as aircraft, ships, and mobile robots, or working robots that operate objects to be driven such as manipulators without moving from the spot. It may be mounted on a non-moving object.
尚、ヘッドアップディスプレイ装置500は、特許請求の範囲に記載の「ヘッドアップディスプレイ」の一例である。また自動車400は、特許請求の範囲に記載の「車両」の一例である。
The head-up
[光書込装置]
次に、本実施形態の可動装置13を適用した光書込装置について図7および図8を用いて詳細に説明する。
[Optical writing device]
Next, an optical writing device to which the
図7は、光書込装置600を組み込んだ画像形成装置の一例である。また、図8は、光書込装置の一例の概略図である。
FIG. 7 shows an example of an image forming apparatus in which the
図7に示すように、上記光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有するレーザプリンタ650等に代表される画像形成装置の構成部材として使用される。画像形成装置において光書込装置600は、1本または複数本のレーザビームで被走査面15である感光体ドラムを光走査することにより、感光体ドラムに光書込を行う。
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように、光書込装置600において、レーザ素子などの光源装置12からのレーザ光は、コリメータレンズなどの結像光学系601を経た後、反射面14を有する可動装置13により1軸方向または2軸方向に偏向される。そして、可動装置13で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ602aと第二レンズ602b、反射ミラー部602cからなる走査光学系602を経て、被走査面15(例えば感光体ドラムや感光紙)に照射し、光書込みを行う。走査光学系602は、被走査面15にスポット状に光ビームを結像する。また、光源装置12および反射面14を有する可動装置13は、制御装置11の制御に基づき駆動する。
As shown in FIG. 8, in an
このように上記光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有する画像形成装置の構成部材として使用することができる。また、走査光学系を異ならせて1軸方向だけでなく2軸方向に光走査可能にすることで、レーザ光をサーマルメディアに偏向して光走査し、加熱することで印字するレーザラベル装置等の画像形成装置の構成部材として使用することができる。
Thus, the
上記光書込装置に適用される反射面14を有した可動装置13は、ポリゴンミラー等を用いた回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置の省電力化に有利である。また、可動装置13の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置の静粛性の改善に有利である。光書込装置は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また可動装置13の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。
The
[物体認識装置]
次に、上記本実施形態の可動装置を適用した物体認識装置について、図9および図10を用いて詳細に説明する。
[Object recognition device]
Next, an object recognition device to which the movable device of the present embodiment is applied will be described in detail with reference to FIGS. 9 and 10. FIG.
図9は、物体認識装置の一例であるライダ(LiDAR;Laser Imaging Detection and Ranging)装置を搭載した自動車の概略図である。また、図10はライダ装置の一例の概略図である。 FIG. 9 is a schematic diagram of a vehicle equipped with a LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) device, which is an example of an object recognition device. Also, FIG. 10 is a schematic diagram of an example of a lidar device.
物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばライダ装置である。 An object recognition device is a device that recognizes an object in a target direction, such as a lidar device.
図9に示すように、ライダ装置700は、例えば自動車701に搭載され、対象方向を光走査して、対象方向に存在する被対象物702からの反射光を受光することで、被対象物702を認識する。
As shown in FIG. 9, the
図10に示すように、光源装置12から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメータレンズ703と、平面ミラー704とから構成される入射光学系を経て、反射面14を有する可動装置13で1軸もしくは2軸方向に走査される。そして、投光光学系である投光レンズ705等を経て装置前方の被対象物702に照射される。光源装置12および可動装置13は、制御装置11により駆動を制御される。被対象物702で反射された反射光は、光検出器709により光検出される。すなわち、反射光は入射光検出受光光学系である集光レンズ706等を経て撮像素子707により受光され、撮像素子707は検出信号を信号処理回路708に出力する。信号処理回路708は、入力された検出信号に2値化やノイズ処理等の所定の処理を行い、結果を測距回路710に出力する。
As shown in FIG. 10, the laser light emitted from the
測距回路710は、光源装置12がレーザ光を発光したタイミングと、光検出器709でレーザ光を受光したタイミングとの時間差、または受光した撮像素子707の画素ごとの位相差によって、被対象物702の有無を認識し、さらに被対象物702との距離情報を算出する。
The
反射面14を有する可動装置13は多面鏡に比べて破損しづらく、小型であるため、耐久性の高い小型のレーダ装置を提供することができる。このようなライダ装置は、例えば車両に取り付けられ、所定範囲を光走査して障害物の有無や障害物までの距離を認識することができる。
Since the
ライダ装置は、車両だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。 A lidar device is mounted not only on a vehicle but also on a mobile object such as an aircraft, a ship, a mobile robot, or a non-mobile object such as a working robot that operates a driven object such as a manipulator without moving from its place. may
上記物体認識装置では、一例としてのライダ装置700の説明をしたが、物体認識装置は、反射面14を有した可動装置13を制御装置11で制御することにより光走査を行い、光検出器により反射光を受光することで被対象物702を認識する装置であればよく、上述した実施形態に限定されるものではない。
In the above object recognition device, the
例えば、手や顔を光走査して得た距離情報から形状等の物体情報を算出し、記録と参照することで対象物を認識する生体認証や、対象範囲への光走査により侵入物を認識するセキュリティセンサ、光走査により得た距離情報から形状等の物体情報を算出して認識し、3次元データとして出力する3次元スキャナの構成部材などにも同様に適用することができる。 For example, biometric authentication that recognizes an object by calculating object information such as shape from distance information obtained by optically scanning the hand or face, recording and referring to it, or recognizing an intruder by optically scanning the target range. The present invention can also be applied to a security sensor, a component of a three-dimensional scanner that calculates and recognizes object information such as shape from distance information obtained by optical scanning, and outputs it as three-dimensional data.
[レーザヘッドランプ]
次に、上記本実施形態の可動装置を自動車のヘッドライトに適用したレーザヘッドランプ50について、図11 を用いて説明する。図11は、レーザヘッドランプ50の構成の一例を説明する概略図である。
[Laser headlamp]
Next, a
レーザヘッドランプ50は、制御装置11と、光源装置12bと、反射面14を有する可動装置13と、ミラー51と、透明板52とを有する。
The
光源装置12bは、青色のレーザ光を発する光源である。光源装置12bから発せられた光は、可動装置13に入射し、反射面14にて反射される。可動装置13は、制御装置11からの信号に基づき、反射面をXY方向に可動し、光源装置12bからの青色のレーザ光をXY方向に二次元走査する。
The
可動装置13による走査光は、ミラー51で反射され、透明板52に入射する。透明板52は、表面又は裏面を黄色の蛍光体により被覆されている。ミラー51からの青色のレーザ光は、透明板52における黄色の蛍光体の被覆を通過する際に、ヘッドライトの色として法定される範囲の白色に変化する。これにより自動車の前方は、透明板52からの白色光で照明される。
The scanning light from the
可動装置13による走査光は、透明板52の蛍光体を通過する際に所定の散乱をする。これにより自動車前方の照明対象における眩しさは緩和される。
The scanning light from the
可動装置13を自動車のヘッドライトに適用する場合、光源装置12b及び蛍光体の色は、それぞれ青及び黄色に限定されない。例えば、光源装置12bを近紫外線とし、透明板52を、光の三原色の青色、緑色及び赤色の各蛍光体を均一に混ぜたもので被覆してもよい。この場合でも、透明板52を通過する光を白色に変換でき、自動車の前方を白色光で照明することができる。
When applying the
なお、レーザヘッドランプ50は、車両だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。
Note that the
[ヘッドマウントディスプレイ]
次に、上記本実施形態の可動装置を適用したヘッドマウントディスプレイ60について、図12~13を用いて説明する。ここでヘッドマウントディスプレイ60は、人間の頭部に装着可能な頭部装着型ディスプレイで、例えば、眼鏡に類する形状とすることができる。ヘッドマウントディスプレイを、以降ではHMDと省略して示す。
[Head-mounted display]
Next, a head mounted
図12は、HMD60の外観を例示する斜視図である。図12において、HMD60は、左右に1組ずつ略対称に設けられたフロント60a、及びテンプル60bにより構成されている。フロント60aは、例えば、導光板61により構成することができ、光学系や制御装置等は、テンプル60bに内蔵することができる。
FIG. 12 is a perspective view illustrating the appearance of the
図13は、HMD60の構成を部分的に例示する図である。なお、図13では、左眼用の構成を例示しているが、HMD60は右眼用としても同様の構成を有している。
FIG. 13 is a diagram partially illustrating the configuration of the
HMD60は、制御装置11と、光源ユニット530と、光量調整部507と、反射面14を有する可動装置13と、導光板61と、ハーフミラー62とを有している。
The
光源ユニット530は、上述したように、レーザ光源501R、501G、及び501Bと、コリメータレンズ502、503、及び504と、ダイクロイックミラー505、及び506とを、光学ハウジングによってユニット化したものである。光源ユニット530において、レーザ光源501R、501G、及び501Bからの三色のレーザ光は、ダイクロイックミラー505及び506で合成される。光源ユニット530からは、合成された平行光が発せられる。
The
光源ユニット530からの光は、光量調整部507により光量調整された後、可動装置13に入射する。可動装置13は、制御装置11からの信号に基づき、反射面14をXY方向に可動し、光源ユニット530からの光を二次元走査する。この可動装置13の駆動制御は、レーザ光源501R、501G、501Bの発光タイミングに同期して行われ、走査光によりカラー画像が形成される。
The light from the
可動装置13による走査光は、導光板61に入射する。導光板61は、走査光を内壁面で反射させながらハーフミラー62に導光する。導光板61は、走査光の波長に対して透過性を有する樹脂等により形成されている。
Scanning light from the
ハーフミラー62は、導光板61からの光をHMD60の背面側に反射し、HMD60の装着者63の眼の方向に出射する。ハーフミラー62は、例えば、自由曲面形状を有している。走査光による画像は、ハーフミラー62での反射により、装着者63の網膜に結像する。或いは、ハーフミラー62での反射と眼球における水晶体のレンズ効果とにより、装着者63の網膜に結像する。またハーフミラー62での反射により、画像は空間歪が補正される。装着者63は、XY方向に走査される光で形成される画像を、観察することができる。
The
62はハーフミラーであるため、装着者63には、外界からの光による像と走査光による画像が重畳して観察される。ハーフミラー62に代えてミラーを設けることで、外界からの光をなくし、走査光による画像のみを観察できる構成としてもよい。
Since 62 is a half mirror, the
[パッケージング]
次に、本実施形態の可動装置のパッケージングについて図14を用いて説明する。
[Packaging]
Next, the packaging of the movable device of this embodiment will be described with reference to FIG. 14 .
図14は、パッケージングされた可動装置の一例の概略図である。 FIG. 14 is a schematic diagram of an example of a packaged mobile device.
図14に示すように、可動装置13は、パッケージ部材801の内側に配置される取付部材802に取り付けられ、パッケージ部材801の一部を透過部材803で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、可動装置13の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。
As shown in FIG. 14 , the
以上に説明した光偏向システム、光走査システム、画像投影装置、光書込装置、物体認識装置、レーザヘッドランプ、及びヘッドマウントディスプレイに使用される本実施形態の可動装置の詳細について、以下で図面を参照しながら説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Details of the movable device of the present embodiment used in the optical deflection system, the optical scanning system, the image projection device, the optical writing device, the object recognition device, the laser headlamp, and the head mounted display described above are shown in the drawings below. will be described with reference to. In addition, in each drawing, the same code|symbol may be attached|subjected to the same component part, and the overlapping description may be abbreviate|omitted.
実施形態の説明では、第1軸を回動の中心とした光走査を副走査とし、第2軸を回動の中心とした光走査を主走査とする。また実施形態の用語における回動、揺動、可動は同義であるとする。さらに、矢印により示した方向のうち、X方向は第1軸と平行な方向、Y方向は第2軸と平行な方向、Z方向はXY平面と直交する方向とする。なお、Z方向は「積層方向」の一例である。 In the description of the embodiments, sub-scanning is optical scanning with the first axis as the center of rotation, and main scanning is optical scanning with the second axis as the center of rotation. Also, the terms "rotation", "swing" and "movability" in the terms of the embodiment are synonymous. Furthermore, among the directions indicated by the arrows, the X direction is the direction parallel to the first axis, the Y direction is the direction parallel to the second axis, and the Z direction is the direction perpendicular to the XY plane. Note that the Z direction is an example of the “stacking direction”.
[第1実施形態]
〈可動装置の構造〉
図15は、第1実施形態に係る可動装置を例示する平面図である。図16は、図15のA-A線に沿う断面図である。図17は、図15のB-B線に沿う断面図である。
[First embodiment]
<Structure of movable device>
15 is a plan view illustrating the movable device according to the first embodiment; FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 15. FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 15. FIG.
図15に示す可動装置13は、反射面を備える可動部を共振振動により回動させて、反射面へ入射する光を2軸方向(第1軸及び第2軸の周り)に偏向する片持ちタイプの光偏向素子である。
The
可動装置13は、主走査方向に相当する第1軸の周りのミラー部101の回動と、副走査方向に相当する第2軸の周りのミラー部101の回動とを可能にする構造を備えている。すなわち、可動装置13は、ミラー部101が2軸方向に回転することにより、入射する光を2軸方向に走査しながら偏向可能である。以下、可動装置13の構造について詳説する。
The
可動装置13は、入射した光を反射するミラー部101と、可動部であるミラー部101に接続されミラー部101をY軸に平行な第1軸の周りに駆動する第1駆動部110a及び110bと、ミラー部101並びに第1駆動部110a及び110bを支持する第1支持部120と、第1支持部120に接続されミラー部101及び第1支持部120をX軸に平行な(第1軸と垂直方向の)第2軸の周りに駆動する第2駆動部130a及び130bと、第2駆動部130a及び130bを支持する第2支持部140と、第1駆動部110a及び110b並びに第2駆動部130a及び130bと電気的に接続される電極接続部150と、を有する。
The
可動装置13は、例えば、サファイア/シリコン構造からなるSOS(Sapphire On Silicon)基板をエッチング処理等により成形し、成形した基板上に反射面14や第1圧電駆動部112a及び112b、第2圧電駆動部131a~131f及び132a~132f、電極接続部150等を形成することで、各構成部が一体的に形成されている。なお、上記の各構成部の形成は、SOS基板の成形後に行ってもよいし、SOS基板の成形中に行ってもよい。
The
SOS基板は、単結晶シリコン(Si)からなる第1のシリコン層の上に酸化シリコン層が設けられ、その酸化シリコン層の上に更にサファイアからなる活性層が設けられた基板である。以降、第1のシリコン層を支持層161、サファイア活性層を活性層163とする。なお、酸化シリコン層162はなくても構わない。
The SOS substrate is a substrate in which a silicon oxide layer is provided on a first silicon layer made of single crystal silicon (Si), and an active layer made of sapphire is further provided on the silicon oxide layer. Hereinafter, the first silicon layer will be referred to as a
活性層163は、例えば、炭化ケイ素(SiC)、酸化アルミニウム(Al2O3、アルミナ、サファイア)、窒化ケイ素(Si3N4)、ダイヤモンド、窒化アルミニウム(AlN)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等を含む破壊靭性と弾性限界とヤング率がシリコンに比べて大きい材料であれば、サファイアに限られない。また、活性層163は、X軸方向またはY軸方向に対してZ軸方向への厚みが小さいため、活性層163のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。
The
なお、SOS基板は、必ず平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。また、エッチング処理等により一体的に成型でき、部分的に弾性を持たせることができ、活性層163の材料が上述のように破壊靭性と弾性限界とヤング率がシリコンに比べて大きい材料であれば可動装置13の形成に用いられる部材はSOS基板に限らない。
Note that the SOS substrate does not necessarily have to be planar, and may have a curvature or the like. In addition, if the material of the
ミラー部101は、可動部であり、例えば、円形状のミラー部基体102と、ミラー部基体102の+Z側の面上に形成された反射面14とから構成される。ミラー部基体102は、活性層163から構成される。反射面14は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成される。
The
また、ミラー部101は、ミラー部基体102の-Z側の面にミラー部補強用のリブが形成されていてもよい。リブは、支持層161及び酸化シリコン層162、または支持層161のみから構成され、可動によって生じる反射面14の歪みを抑制できる。
Further, the
第1駆動部110a及び110bは、ミラー部基体102に一端が接続し、第1軸方向にそれぞれ延びてミラー部101を可動可能に支持する2つのトーションバー111a及び111bと、一端がトーションバー111aまたは111bに接続され、他端が第1支持部120の内周部に接続される第1圧電駆動部112a及び112bを含む。
The
図16に示すように、トーションバー111a及び111bは活性層163から構成される。また、第1圧電駆動部112a及び112bは、弾性部である活性層163の+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成される。上部電極203及び下部電極201は、例えば金(Au)または白金(Pt)等から構成される。圧電部202は、例えば、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。
As shown in FIG. 16, the
図15に戻り、第1支持部120は、例えば、支持層161、酸化シリコン層162、及び活性層163の3層、或いは支持層161及び活性層163の2層から構成され、ミラー部101を囲うように形成された矩形形状の支持体である。
Returning to FIG. 15, the
第2駆動部130a及び130bは、例えば、折り返すように連結された複数の第2圧電駆動部131a~131f及び132a~132fから構成されている。第2駆動部130a及び130bの一端は第1支持部120の外周部に接続され、他端は第2支持部140の内周部に接続されている。
The
このとき、第2駆動部130aと第1支持部120の接続箇所及び第2駆動部130bと第1支持部120の接続箇所、更に第2駆動部130aと第2支持部140の接続箇所、及び第2駆動部130bと第2支持部140の接続箇所は、反射面14の中心に対して点対称となっている。
At this time, the connection point between the
ここで、第2圧電駆動部131b、131d、及び131f、並びに132a、132c、及び132eは圧電駆動部群170Aを構成する。圧電駆動部群170Aは、駆動電圧が各圧電部に対して同時に印加されると、同一方向に屈曲変形する。この変形を回動力として、ミラー部101が第1軸の周りに回動する。
Here, the second
また、第2圧電駆動部131a、131c、及び131e、並びに132b、132d、及び132fは圧電駆動部群170Bを構成する。圧電駆動部群170Bは、駆動電圧が各圧電部に対して同時に印加されると、同一方向に屈曲変形する。この変形を回動力として、可動部110が、圧電駆動部群170Aによる回動とは逆方向に第1軸の周りに回動する。
Further, the second
図17に示すように、第2駆動部130a及び130bは、弾性部である活性層163の+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成される。上部電極203及び下部電極201は、例えば金(Au)または白金(Pt)等から構成される。圧電部202は、例えば、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。
As shown in FIG. 17, the
図15に戻り、第2支持部140は、例えば、支持層161、酸化シリコン層162、及び活性層163の3層、或いは支持層161及び活性層163の2層から構成され、ミラー部101、第1駆動部110a及び110b、第1支持部120、並びに第2駆動部130a及び130bを囲うように形成された矩形の支持体である。
Returning to FIG. 15, the
電極接続部150は、例えば、第2支持部140の+Z側の面上に形成され、第1圧電駆動部112a及び112b、第2圧電駆動部131a~131fの各上部電極203及び各下部電極201を、アルミニウム(Al)等の電極配線を介して、制御装置11と電気的に接続するための部分である。なお、上部電極203または下部電極201は、それぞれが電極接続部150と直接接続されていてもよいし、電極同士を接続する等により間接的に接続されていてもよい。
The
なお、本実施形態では、圧電部202が弾性部である活性層163の一面(+Z側の面)のみに形成された場合を一例として説明した。しかし、圧電部202を弾性部の他面(例えば-Z側の面)に設けても良いし、圧電部202を弾性部の一面及び他面の双方に設けても良い。
In the present embodiment, the case where the
また、ミラー部101を第1軸の周りまたは第2軸の周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーションバー111a及び111bや第1圧電駆動部112a及び112bが曲率を有した形状を有していてもよい。
Further, the shape of each component is not limited to the shape of the embodiment as long as the
更に、第1駆動部110a及び110bの上部電極203の+Z側の面上、第1支持部120の+Z側の面上、第2駆動部130a及び130bの上部電極203の+Z側の面上、第2支持部140の+Z側の面上の少なくとも何れかに酸化シリコン層からなる絶縁層が形成されていてもよい。
Furthermore, on the +Z side surfaces of the
このとき、絶縁層の上に電極配線を設け、また、上部電極203または下部電極201と電極配線とが接続される接続スポットのみ、開口部として部分的に絶縁層を除去または絶縁層を形成しないことにより、第1駆動部110a及び110b、第2駆動部130a及び130b、並びに電極配線の設計自由度をあげ、更に電極同士の接触による短絡を抑制できる。また、酸化シリコン層は、反射防止材としていの機能も備える。
At this time, the electrode wiring is provided on the insulating layer, and only the connection spots where the
〈シミュレーション〉
ミラー部101のX軸方向の可動領域、つまりミラー振れ角と、動作速度のシミュレーションによる解析結果を示す。なお、本実施形態において、駆動は共振によって行うため、動作速度は共振周波数に対応する。
<simulation>
Analysis results of the movable area in the X-axis direction of the
説明を容易にするため、図18~図20のような可動装置のモデル1を用いて解析した。モデル1は、活性層2と支持層3と駆動のための圧電体部6を有する。活性層2は、可動ミラー部4と、可動ミラー部4を可動可能に支持する2つの梁部(トーションバー)5と、振動板部7とを備えている。なお、活性層2は本発明に係る第1層の代表的な一例であり、支持層3は本発明に係る第2層の代表的な一例である。
In order to facilitate the explanation, the
可動ミラー部4、梁部5、及び振動板部7が活性層2として一体となっているため、梁部5の材料のみをかえたときに生じる可動ミラー部4と梁部5、または振動板部7と可動ミラー部4の密着性の課題は生じない。支持層3は可動ミラー部4を補強するリブ8からなる。
Since the movable mirror portion 4, the
活性層2の材料に関して、可動ミラー部4の駆動は共振によって行うため、共振周波数が大きければ高速駆動が可能である。一般的に、梁の共振周波数fは式(1)で表される。
Regarding the material of the
断面二次モーメントIは、例えば断面が幅b、厚さhの長方形のとき、式(2)で表される。 The geometric moment of inertia I is expressed by Equation (2), for example, when the cross section is a rectangle with a width of b and a thickness of h.
ヤング率の観点から、共振周波数と振れ角はトレードオフの関係にあるが、加工性を考慮すると活性層2の厚さはできるだけ薄くしたい。活性層2の厚さが薄いと式(1)及び式(2)より共振周波数が低くなってしまうため、ヤング率の高い材料を選定する。
From the viewpoint of Young's modulus, there is a trade-off relationship between the resonance frequency and the deflection angle, but considering workability, the thickness of the
以上をまとめると、活性層2の材料として好ましいのは、現在一般的な材料であるシリコンよりも破壊靭性、弾性限界、ヤング率が大きい材料で、できれば密度が小さく半導体プロセス親和性のある材料である。このような材料としては、例えば、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si3N4)、ダイヤモンド、窒化アルミニウム(AlN)、酸化ジルコニウム(ZrO2)などが望ましい。
In summary, the preferred material for the
これらの材料は、難エッチング材料のものが多く、厚膜のエッチングは困難であるが、ヤング率が高いため式(1)及び式(2)から薄膜でも高共振周波数が実現可能である。そのため、加工性の課題も最小限に抑えられる。 Many of these materials are difficult to etch, and it is difficult to etch a thick film. However, since the Young's modulus is high, a high resonance frequency can be realized even with a thin film from equations (1) and (2). Therefore, workability issues are also minimized.
支持層3の材料としては加工性や熱伝導などのプロセス面を考慮して、シリコン、または酸化膜付シリコンなどが望ましい。
As the material of the
図21~図23及び表1~4を参照しながら、具体的な加工性と動作周波数・振れ角のシミュレーション結果について説明する。 Specific simulation results of workability, operating frequency, and deflection angle will be described with reference to FIGS. 21 to 23 and Tables 1 to 4.
モデル1において、可動ミラー部4の直径を1mm、梁部5の長さを500μm、幅を50μmまたは100μm、圧電体部6の厚さを2μm、リブ8の厚さを200μmとする。
In
活性層2の材料をシリコン(基準)または炭化ケイ素(SiC)またはアルミナ(Al2O3、酸化アルミニウムの多結晶または非晶質体)またはサファイア(Al2O3、酸化アルミニウムの単結晶体)、窒化ケイ素(Si3N4)またはジルコニア(ZrO2、酸化ジルコニウム)、ダイヤモンドの7種類と、支持層3の材料をシリコン、圧電体部6をPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)とした場合についてANSYS(解析ソフトウェア)を用いてシミュレーションする。
The material of the
各活性層材料の物性値を表1にまとめた。なお、ヤング率、ポアソン比についてはシリコン以外の材料は等方性材料として扱った。シリコン以外の材料はシリコンより破壊靭性と弾性限界とヤング率が高い材料である。 Table 1 summarizes the physical properties of each active layer material. Regarding Young's modulus and Poisson's ratio, materials other than silicon were treated as isotropic materials. Materials other than silicon have higher fracture toughness, elastic limit and Young's modulus than silicon.
加工性について説明する。寸法精度が容易なドライエッチング可能な材料が好ましい。炭化ケイ素、窒化ケイ素はフッ素系ガス、アルミナ、サファイア、ジルコニアは塩素系ガス、ダイヤモンドは酸素ガスでドライエッチングの実績がある。炭化ケイ素、サファイアはドライエッチングで数十μmの深掘りの実績もある。 Workability will be explained. A dry-etchable material with easy dimensional accuracy is preferred. Silicon carbide and silicon nitride are dry-etched with fluorine-based gas, alumina, sapphire, and zirconia with chlorine-based gas, and diamond with oxygen gas. Silicon carbide and sapphire have a track record of deep etching of several tens of μm by dry etching.
また、梁幅を50μmまたは100μmとしたときの各材料における共振周波数の活性層膜厚依存性は図21及び図22のようになる。それぞれの活性層材料において、例えば32kHzの共振周波数を実現可能な膜厚を求めると、表2のように、梁幅が50μmのときはシリコン:108μm、炭化ケイ素:56μm、アルミナ:67μm、サファイア:58μm、窒化ケイ素:77μm、ダイヤモンド:34μmで、梁幅100μmのときはシリコン:52μm、炭化ケイ素:34μm、アルミナ:37μm、サファイア:35μm、窒化ケイ素:41μm、ジルコニア:58μm、ダイヤモンド:24μmと、ジルコニア以外の材料は、シリコンより薄い膜厚で32kHz共振が実現可能なことがわかる。ジルコニアは、密度が大きい分Siよりも厚くしなければならない。 21 and 22 show the dependence of the resonance frequency on the active layer thickness for each material when the beam width is 50 μm or 100 μm. For each active layer material, the film thickness that can realize a resonance frequency of 32 kHz, for example, is obtained as shown in Table 2. When the beam width is 50 μm, silicon: 108 μm, silicon carbide: 56 μm, alumina: 67 μm, sapphire: 58 μm, silicon nitride: 77 μm, diamond: 34 μm, and when the beam width is 100 μm, silicon: 52 μm, silicon carbide: 34 μm, alumina: 37 μm, sapphire: 35 μm, silicon nitride: 41 μm, zirconia: 58 μm, diamond: 24 μm, and zirconia. It can be seen that other materials can achieve 32 kHz resonance with a film thickness thinner than that of silicon. Zirconia should be thicker than Si due to its higher density.
動作速度について説明する。同じ構造、例えば梁幅50μm、活性層2の厚さが40μmのとき、または梁幅100μm、活性層2の厚さが40μmのときの各材料の共振周波数は表3のようになる。梁幅50μm、活性層2の厚さが40μmのときは、シリコン:15.4kHz、炭化ケイ素:24.7kHz、アルミナ:22.1kHz、サファイア:24.2kHz、窒化ケイ素:20.2kHz、ジルコニア:14.2kHz、ダイヤモンド37.8kHz、梁幅100μm、活性層2の厚さが40μmのときは、シリコン:24.0kHz、炭化ケイ素:39.4kHz、アルミナ:35.2kHz、サファイア:38.2kHz、窒化ケイ素:31.9kHz、ジルコニア:22.4kHz、ダイヤモンド43.1kHzで、ジルコニア以外の材料はシリコンより高速駆動が可能である。
Operation speed will be explained. Table 3 shows the resonance frequency of each material when the beam width is 50 μm and the thickness of the
振れ角に関して説明する。モデル1において、振動板部7の±Y方向の端と可動ミラー部4の中心を拘束した状態を想定し、可動ミラー部4の一端に集中荷重を-Z方向に印加する。可動ミラー部4の±Z方向の変位量から式(3)を用いて振れ角θを算出する。
A swing angle will be explained. In
印加する集中荷重を変化させていき、梁部5にかかる第1主応力の最大値が、活性層2の材料の最大応力と一致したときの振れ角を最大振れ角と定義する。最大応力は、活性層2と支持層3どちらもSiとしたモデルを基準として、実績をもとに破壊靭性や弾性限界の文献値に係数を掛け合わせて求めた仮想の破壊応力である。
The maximum deflection angle is defined as the deflection angle when the maximum value of the first principal stress applied to the
以上のような手法で、高速駆動が可能な構造、例えば表3のような32kHz共振構造における最大振れ角を各活性層材料について求めると、表4のようになる。梁幅が50μmのときはシリコン:9.3°、炭化ケイ素:19.8°、アルミナ:17.5°、サファイア:22.0°、窒化ケイ素:22.1°、ダイヤモンド:55.6°で、梁幅100μmのときはシリコン:7.8°、炭化ケイ素:15.5°、アルミナ:19.7°、サファイア:17.1°、窒化ケイ素:16.5°、ジルコニア:24.4°、ダイヤモンド:82.7°と、32kHz共振構造においてどの材料もシリコンより約2倍またはそれ以上の振れ角を実現可能である。 Table 4 shows the maximum deflection angle for each active layer material in a structure capable of high-speed driving, for example, a 32 kHz resonant structure as shown in Table 3, obtained by the above method. When the beam width is 50 μm, silicon: 9.3°, silicon carbide: 19.8°, alumina: 17.5°, sapphire: 22.0°, silicon nitride: 22.1°, diamond: 55.6° When the beam width is 100 μm, silicon: 7.8°, silicon carbide: 15.5°, alumina: 19.7°, sapphire: 17.1°, silicon nitride: 16.5°, zirconia: 24.4°. °, diamond: 82.7°, any material can achieve a deflection angle about twice or more than silicon in a 32 kHz resonant structure.
以上のように、反射面を除く活性層2の全てが、シリコンに比べて高破壊靭性、高弾性限界、高ヤング率である炭化ケイ素、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、ジルコニア、ダイヤモンドの何れかのみで構成されていることが好ましい。又、支持層3はシリコンで構成されていることが好ましい。
As described above, the entire
この場合、炭化ケイ素、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、ダイヤモンドはシリコンよりも薄膜で高速駆動が可能でかつシリコンより振れ角も大きい、つまり加工性の問題を最小限にしてシリコンより高速駆動と大きな振れ角の実現が可能である。ジルコニアについては、密度が大きい分高速駆動に厚膜が必要になり、エッチング時間が長くなるが、シリコンより大きく可動できる。 In this case, silicon carbide, alumina, sapphire, silicon nitride, and diamond are thinner than silicon, can be driven at high speed, and have a larger deflection angle than silicon. Angular realizations are possible. As for zirconia, a thick film is required for high-speed driving due to its high density, and the etching time is long, but it can move more than silicon.
すなわち、反射面を除く活性層2の全てが上記材料の何れかのみで構成されていることで、特許文献1に記載の耐衝撃性向上とは異なり、共振周波数の高周波化と振れ角の拡大という特許文献1に記載のない効果を奏する。
That is, since the entire
以上では、図15の第2軸方向において活性層163の材料をシリコンに比べて高破壊靭性、高弾性限界、高ヤング率である材料にすることでシリコンより高速かつ可動領域を大きくできるというシミュレーション結果を示したが、図15の第1軸方向においても共振で駆動する場合は同様のことが言える。よって、活性層163の材料をシリコンに比べて高破壊靭性、高弾性限界、高ヤング率である材料にすることで2軸方向の高速化と可動領域の拡大が可能となる。
In the above simulation, it is possible to achieve a higher speed and a larger movable area than silicon by using a material for the
また、以上では純粋な炭化ケイ素、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、ジルコニア、ダイヤモンドについてのシミュレーション結果を示した。しかし、それらを主材料とする化合物であり、かつシリコンに比べて高破壊靭性、高弾性限界、高ヤング率であれば、可動装置13に採用可能である。ここで、主材料とは、主要となる材料を指し、元材料の破壊靭性または弾性限界またはヤング率を損なわないように他材料を添加して形成した材料である。
Also, the simulation results for pure silicon carbide, alumina, sapphire, silicon nitride, zirconia, and diamond have been shown above. However, if it is a compound that uses them as the main material and has higher fracture toughness, higher elastic limit, and higher Young's modulus than silicon, it can be used for the
上記化合物の具体例としては、ケイ素/炭化ケイ素複合材料、ルビー、ムライト、スピネル、サイアロン、キュービックジルコニア、ジルコン、多結晶ダイヤモンド、サーメット等が挙げられる。 Specific examples of the above compounds include silicon/silicon carbide composite materials, ruby, mullite, spinel, sialon, cubic zirconia, zircon, polycrystalline diamond, cermet, and the like.
ケイ素/炭化ケイ素複合材料は、破壊靭性が3MPa/√m、弾性限界が300~420MPa、ヤング率が280~350GPaである。ルビーは、破壊靭性が5MPa/√m、弾性限界が689MPa、ヤング率が470GPaである。ムライトは、破壊靭性が7MPa/√m、弾性限界が280MPa、ヤング率が210GPaである。 Silicon/silicon carbide composites have a fracture toughness of 3 MPa/√m, an elastic limit of 300-420 MPa, and a Young's modulus of 280-350 GPa. Ruby has a fracture toughness of 5 MPa/√m, an elastic limit of 689 MPa, and a Young's modulus of 470 GPa. Mullite has a fracture toughness of 7 MPa/√m, an elastic limit of 280 MPa, and a Young's modulus of 210 GPa.
スピネルは、破壊靭性が1.7MPa/√m、弾性限界が400MPa、ヤング率が440GPaである。サイアロンは、破壊靭性が6~7MPa/√m、弾性限界が980~1200MPa、ヤング率が300~330GPaである。キュービックジルコニアは、破壊靭性が7MPa/√m、弾性限界が711MPa、ヤング率が210GPaである。 Spinel has a fracture toughness of 1.7 MPa/√m, an elastic limit of 400 MPa, and a Young's modulus of 440 GPa. Sialon has a fracture toughness of 6-7 MPa/√m, an elastic limit of 980-1200 MPa, and a Young's modulus of 300-330 GPa. Cubic zirconia has a fracture toughness of 7 MPa/√m, an elastic limit of 711 MPa, and a Young's modulus of 210 GPa.
ジルコンは、破壊靭性が2.6MPa/√m、弾性限界が320MPa、ヤング率が330GPaである。多結晶ダイヤモンドは、破壊靭性が9.5MPa/√m、弾性限界が1100~2600MPa、ヤング率が776~920GPaである。サーメットは、破壊靭性が440MPa/√m、弾性限界が1470MPa、ヤング率が440GPaである。 Zircon has a fracture toughness of 2.6 MPa/√m, an elastic limit of 320 MPa, and a Young's modulus of 330 GPa. Polycrystalline diamond has a fracture toughness of 9.5 MPa/√m, an elastic limit of 1100-2600 MPa, and a Young's modulus of 776-920 GPa. Cermet has a fracture toughness of 440 MPa/√m, an elastic limit of 1470 MPa, and a Young's modulus of 440 GPa.
なお、ミラー部101、第1支持部120、及び第2支持部140は、破壊靭性が3MPa/√m以上7MPa/√m以下、弾性限界が525MPa以上2930MPa以下、ヤング率が210GPa以上1050GPa以下であることが好ましい。これらの要件を満足することで、高周波数化ができ、また、触れ角拡大ができる。更に、この条件を満足することにより、可動部が可動することで発生する反射ミラー面の動的面変形を抑制することができる。
The
このように、反射面を除く活性層2の全てが、シリコンに比べて高破壊靭性、高弾性限界、高ヤング率である炭化ケイ素、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、ジルコニア、ダイヤモンド、或いはそれらを主材料とする化合物の何れかのみで構成されていることで、2軸方向の高速化と可動領域の拡大が可能となる。
In this way, all of the
[第2実施形態]
第2実施形態では、第1実施形態とは異なる可動装置の例を示す。なお、第2実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
[Second embodiment]
2nd Embodiment shows the example of a movable device different from 1st Embodiment. In addition, in the second embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiment may be omitted.
図24は、第2実施形態に係る可動装置を例示する平面図である。図24に示す可動装置13Aは、1軸方向のみに光偏向可能な光偏向素子である。可動装置13Aは、例えば光スキャナであり、より具体的には例えばMEMSスキャナである。
FIG. 24 is a plan view illustrating a movable device according to the second embodiment; A
可動装置13Aは、反射ミラー145を有する可動部144と、可動部144の両側で可動部144を支持する一対の蛇行梁部146とを有する。各蛇行梁部146は、一端が支持基板143に固定され、他端は可動部144に連結されている。
13 A of movable apparatuses have the
蛇行梁部146及び支持基板143は、シリコン層、又はシリコン層上に酸化シリコン層が形成された積層部、を有することが好ましい。
The
各蛇行梁部146は、第1圧電部材147aと第2圧電部材147bが交互に配置され、複数の折り返し部を介して蛇行(ミアンダ)パターンを形成している。隣接する第1圧電部材147aと第2圧電部材147bには、互いに逆位相の電圧信号が印加され、蛇行梁部146にZ方向への反りが発生する。
In each
隣接する第1圧電部材147aと第2圧電部材147bでは、撓みの方向が逆になる。逆方向の撓みが累積されて、反射ミラー145を備えた可動部144が、回転軸Aを回転中心として、往復回動する。すなわち、可動装置13Aにおいて、反射ミラー145は1軸(X方向)の光走査を行う。
The first
回転軸Aを回転中心としたミラー共振モードに合わせた駆動周波数をもつ正弦波を逆相で第1圧電部材147aと第2圧電部材147bに印加することで、低電圧で大きな回転角度を得ることができる。
A large rotation angle can be obtained at a low voltage by applying a sine wave having a drive frequency matching the mirror resonance mode with the rotation axis A as the rotation center in opposite phases to the first
第2実施形態に関しても、共振で駆動する場合は第1実施形態に係る可動装置13と同様のことが言える。すなわち、可動装置13Aにおいて、支持基板143、可動部144、蛇行梁部146の材料をシリコンに比べて高破壊靭性、高弾性限界、高ヤング率である材料にすることでシリコンより高速かつ可動領域を大きくできる。
Regarding the second embodiment, the same can be said for the
なお、可動部144、蛇行梁部146、及び支持基板143は、破壊靭性が3MPa/√m以上7MPa/√m以下、弾性限界が525MPa以上2930MPa以下、ヤング率が210GPa以上1050GPa以下であることが好ましい。これらの要件を満足することで、高周波数化ができ、また、触れ角拡大ができる。更に、この条件を満足することにより、可動部が可動することで発生する反射ミラー面の動的面変形を抑制することができる。
The
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope of the claims. can be added.
例えば、振動型ジャイロスコープ(角速度センサ)において、可動部をシリコンに比べて高破壊靭性、高弾性限界、高ヤング率である材料で形成してもよい。これにより、振動型ジャイロスコープ(角速度センサ)において、高ヤング率であることにより高Q値を実現でき、シリコンより高感度、高S/Nが実現できるのに加え、高破壊靭性、高弾性限界であることにより、可動部の耐衝撃性を高めることが可能である。 For example, in a vibrating gyroscope (angular rate sensor), the moving part may be made of a material that has a higher fracture toughness, a higher elastic limit, and a higher Young's modulus than silicon. As a result, in a vibrating gyroscope (angular rate sensor), a high Q value can be achieved due to the high Young's modulus, and in addition to achieving higher sensitivity and higher S/N than silicon, high fracture toughness and high elastic limit can be achieved. By being, it is possible to improve the impact resistance of the movable portion.
また、可動部をシリコンに比べて高破壊靭性、高弾性限界、高ヤング率である材料で形成することで高速化と大きな可動領域を両立できるだけでなく、耐衝撃性や可動部の動的変形を抑制できる等の効果もある。 In addition, by forming the moving part from a material that has higher fracture toughness, higher elastic limit, and higher Young's modulus than silicon, not only is it possible to achieve both high speed and a large moving range, but also impact resistance and dynamic deformation of the moving part. It also has the effect of suppressing
1 モデル
2 活性層
3 支持層
4 可動ミラー部
5 梁部(トーションバー)
6 圧電体部
7 振動板部
8 補強するリブ
10 光走査システム
11 制御装置
12、12b 光源装置
13、13A 可動装置
14 反射面
15 被走査面
25 光源装置ドライバ
26 可動装置ドライバ
30 制御部
31 駆動信号出力部
50 レーザヘッドランプ
51 ミラー
52 透明板
60 ヘッドマウントディスプレイ
60a フロント
60b テンプル
61 導光板
62 ハーフミラー
63 装着者
101 ミラー部
102 ミラー部基体
110a、110b 第1駆動部
111a、111b トーションバー
112a、112b 第1圧電駆動部
120 第1支持部
130a、130b 第2駆動部
131a~131f及び132a~132f 第2圧電駆動部
140 第2支持部
144 可動部
145 反射ミラー
146 蛇行梁部
143 支持基板
147a 第1圧電部材
147b 第2圧電部材
150 電極接続部
161 支持層
162 酸化シリコン層
163 活性層
170A、170B 圧電駆動部群
201 下部電極
202 圧電部
203 上部電極
400 自動車
500 ヘッドアップディスプレイ装置
650 レーザプリンタ
700 ライダ装置
702 被対象物
801 パッケージ部材
802 取付部材
803 透過部材
REFERENCE SIGNS
6 Piezoelectric Part 7 Diaphragm Part 8 Reinforcing
Claims (16)
前記可動部に接続され、前記可動部を第1軸の周りに駆動する第1駆動部と、
前記可動部及び前記第1駆動部を支持する第1支持部と、を有し、
前記第1駆動部は、前記可動部を回動可能に支持する梁部を含み、
前記可動部は、第1層及び第2層で構成され、
前記第1層は前記反射面を有し、
該反射面を除く前記第1層の全て及び前記梁部は、炭化ケイ素、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、ジルコニア、ダイヤモンド、或いはそれらを主材料とする化合物の何れかのみで構成されている光偏向素子。 An optical deflection element that deflects light incident on the reflecting surface by rotating a movable part having a reflecting surface,
a first drive unit connected to the movable unit for driving the movable unit about a first axis;
a first supporting portion that supports the movable portion and the first driving portion;
The first drive section includes a beam section that rotatably supports the movable section,
The movable part is composed of a first layer and a second layer,
The first layer has the reflective surface,
All of the first layer except for the reflecting surface and the beams are made of silicon carbide, alumina, sapphire, silicon nitride, zirconia, diamond, or compounds containing these as main materials. element.
前記第2駆動部を支持する第2支持部と、を有する請求項1又は2に記載の光偏向素子。 a second driving section connected to the first supporting section for driving the movable section and the first supporting section around a second axis perpendicular to the first axis;
3. The optical deflection element according to claim 1, further comprising a second supporting portion that supports the second driving portion.
前記可動部の両側で前記可動部を支持する一対の蛇行梁部を有し、
各々の前記蛇行梁部の一端が支持基板に固定され、他端が前記可動部に連結され、
前記反射面が1軸の光走査を行い、
前記可動部は、第1層及び第2層で構成され、
前記第1層は前記反射面を有し、該反射面を除く前記第1層の全て及び前記蛇行梁部は、炭化ケイ素、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、ジルコニア、ダイヤモンド、或いはそれらを主材料とする化合物の何れかのみで構成されている光偏向素子。 An optical deflection element that deflects light incident on the reflecting surface by rotating a movable part having a reflecting surface,
Having a pair of meandering beams supporting the movable part on both sides of the movable part,
one end of each of the meandering beam portions is fixed to a support substrate and the other end is connected to the movable portion;
The reflecting surface performs uniaxial optical scanning,
The movable part is composed of a first layer and a second layer,
The first layer has the reflective surface, and all of the first layer excluding the reflective surface and the serpentine beam portion are made of silicon carbide, alumina, sapphire, silicon nitride, zirconia, diamond, or a material thereof. A light deflection element composed only of any one of the compounds.
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Citations (10)
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---|---|---|---|---|
JP2003270555A (en) | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Nippon Signal Co Ltd:The | Planar type actuator and method for manufacturing the same |
JP2005292321A (en) | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Miyota Kk | Method of manufacturing planar actuator |
JP2007519023A (en) | 2003-07-14 | 2007-07-12 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Laser beam scanner |
US20090135460A1 (en) | 2007-11-27 | 2009-05-28 | Duke University | High-Speed Multi-Dimensional Beam Scanning System With Angle Amplification |
JP2011027881A (en) | 2009-07-23 | 2011-02-10 | Brother Industries Ltd | Optical scanner |
JP2014021424A (en) | 2012-07-23 | 2014-02-03 | Seiko Epson Corp | Optical device, image display unit, and method of manufacturing optical device |
KR101445028B1 (en) | 2013-04-03 | 2014-09-26 | 서울대학교산학협력단 | Silicon Nitride Scanner with Improved Tilt Angl and Manufacturing Method thereof |
JP2017206104A (en) | 2016-05-18 | 2017-11-24 | スタンレー電気株式会社 | Vehicular lighting fixture |
US20180003357A1 (en) | 2016-07-04 | 2018-01-04 | Lg Electronics Inc. | Lighting apparatus for vehicle |
JP2018155989A (en) | 2017-03-21 | 2018-10-04 | 株式会社リコー | Optical scan system, image projection device, and object recognition device |
-
2019
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003270555A (en) | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Nippon Signal Co Ltd:The | Planar type actuator and method for manufacturing the same |
JP2007519023A (en) | 2003-07-14 | 2007-07-12 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Laser beam scanner |
JP2005292321A (en) | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Miyota Kk | Method of manufacturing planar actuator |
US20090135460A1 (en) | 2007-11-27 | 2009-05-28 | Duke University | High-Speed Multi-Dimensional Beam Scanning System With Angle Amplification |
JP2011027881A (en) | 2009-07-23 | 2011-02-10 | Brother Industries Ltd | Optical scanner |
JP2014021424A (en) | 2012-07-23 | 2014-02-03 | Seiko Epson Corp | Optical device, image display unit, and method of manufacturing optical device |
KR101445028B1 (en) | 2013-04-03 | 2014-09-26 | 서울대학교산학협력단 | Silicon Nitride Scanner with Improved Tilt Angl and Manufacturing Method thereof |
JP2017206104A (en) | 2016-05-18 | 2017-11-24 | スタンレー電気株式会社 | Vehicular lighting fixture |
US20180003357A1 (en) | 2016-07-04 | 2018-01-04 | Lg Electronics Inc. | Lighting apparatus for vehicle |
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