WO2011118296A1 - 磁気力型駆動装置、光走査装置、及び画像表示装置 - Google Patents
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- G02B7/1821—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors for rotating or oscillating mirrors
Definitions
- the optical scanning mirror based on the MEMS technology is generally driven by making the resonance frequency of the structure coincide with the drive frequency (resonance drive).
- the deflection angle ⁇ of the optical scanning mirror in resonance driving is given by the following equation (2), where T is the driving force applied to the optical scanning mirror.
- an optical scanning device using a magnetic force type driving device is known.
- An image display apparatus is A light beam generator for generating a modulated light beam; Including the above-described optical scanning device that reflects and scans the luminous flux. It is characterized by that.
- the signal processing circuit 11 generates red, green, and blue video signals S2R, S2G, and S2B for generating red, green, and blue luminous fluxes modulated according to the image signal S1 input from the external device 8, respectively. , And output to the red, green, and blue laser drive circuits 15, 16, and 17, respectively.
- the signal processing circuit 11 generates horizontal and vertical synchronization signals SH and SV for synchronizing the operations of the horizontal and vertical scanning units 40 and 50 and the operation of the light beam generation device 10, respectively. Output to circuits 45 and 55, respectively.
- the yoke 210 is formed of a magnetic material including, for example, an iron-based material, a ferrite material, or a permalloy material, and includes a first yoke portion 211, a second yoke portion 212, a third yoke portion 213, And a fourth yoke portion 214.
- the first yoke portion 211 has one end portion (hereinafter referred to as a first end portion) 211 a disposed to face the lower surface of the permanent magnet 120.
- the second yoke portion 212 has one end portion (hereinafter referred to as a second end portion) 212a disposed opposite to the north pole of the permanent magnet 120 on the opposite side of the first end portion 211a.
- the coil 220 is wound around the first yoke portion 211 and is disposed inside the yoke 210 in the width direction and the thickness direction.
- the yoke 210 is magnetized, and magnetic poles appear at the first end 211a, the second end 212a, and the third end 213a, respectively.
- the magnetic pole appearing at the first end 211a has a different polarity from the magnetic pole appearing at the second end 212a and the third end 213a.
- first end 211a and the third end 213a of the yoke 210 are arranged so as to face each other with the other magnetic pole (S pole) of the permanent magnet interposed therebetween, and magnetized so as to have different magnetic poles.
- S pole magnetic pole
- the magnetic field applied to the permanent magnet 120 can be further increased. Therefore, the driving force applied to the first movable part 100 can be further increased, and the deflection angle of the first movable part 100 can be further increased.
- optical scanning device 5 according to the first embodiment will be described in more detail based on examples.
- the permanent magnet 120 was a neodymium magnet, and its width, depth, and thickness were 2 [mm], 6 [mm], and 300 [ ⁇ m], respectively.
- the width, depth, and thickness of the mirror 51 were set to 2 [mm], 6 [mm], and 50 [ ⁇ m], respectively.
- the mirror 51 was fixed to the upper surface of the first movable plate 111 with an adhesive.
- the gap between the first end 211a and the second end 212a of the yoke 210 and the gap between the first end 211a and the third end 213a of the yoke 210 were set to 2 [mm].
- the moment of inertia of the first movable unit 100 can be reduced by making the center of gravity of the first movable unit 100 substantially coincide with the Y axis that is the swing axis thereof. . Therefore, the torsional elastic coefficient of the first pair of beam portions 103 can be reduced, and the deflection angle of the mirror 51 can be further increased.
- the first embodiment is used to support the stopper 231.
- the image display device 1 of the first embodiment includes the optical scanning devices 4 and 5 provided in the horizontal and vertical scanning units 40 and 50
- the image display device of the fifth embodiment is an image display device. It differs from the image display device 1 of the first embodiment in that a single biaxial type optical scanning device 5G is provided instead of the single optical scanning device 4 or 5. Therefore, in this embodiment, the optical scanning device 5G will be described, and the description of the image display device will be omitted.
- the same reference numerals are given to configurations common to the optical scanning devices 5 and 5 to 5F of the first to fourth embodiments, and description thereof is omitted.
- the optical scanning device 5G is the same as the optical scanning device 5C of the fourth embodiment except for the configuration of the first movable unit 100G.
- the second drive unit 400G is configured to drive the second movable unit 300G using the piezoelectric effect of the piezoelectric element 420G, but the second drive unit of the present invention is not limited to this.
- you may be comprised so that the 2nd movable part 300G may be driven using an electromagnetic force or an electrostatic force.
- At least one of the first and second end portions is formed at an acute angle toward the permanent magnet,
- the first movable plate is formed with a hole portion in which the permanent magnet is disposed, The permanent magnet is disposed in the hole so that the center of gravity of the first movable part substantially coincides with the first axis.
- the magnetic force type driving device according to any one of appendices 1 to 7, characterized in that:
- the yoke is formed including an iron-based material, 18.
- the magnetic force type driving device according to any one of appendices 1 to 17, wherein
Abstract
Description
光走査ミラーの共振周波数frは、梁部のねじり弾性係数をkとし、光走査ミラーの慣性モーメントをImとすると、以下の式(1)で与えられる。
fr=1/(2π)・(k/Im)1/2 (1)
共振駆動における光走査ミラーの振れ角θは、光走査ミラーに加わる駆動力をTとすると、以下の式(2)で与えられる。
θ=QT/k (2)
式(2)において、Qは系の品質係数であり、空気中での典型的な値は100程度、真空中での典型的な値は1000程度である。
従って、共振駆動における光走査ミラーは、比較的小さな駆動力でも大きく振れさせることが可能である。
非共振駆動における光走査ミラーの振れ角θは、以下の式(3)で与えられる。
θ=T/k (3)
式(3)によれば、品質係数Qを援用できないため、式(2)と比較して、光走査ミラーの振れ角θが小さい。そこで、光走査ミラーの振れ角θを大きくするためには、駆動力Tを大きくするか、又は梁部のねじり弾性係数kを小さくする必要がある。しかし、式(1)から導かれるように、梁部のねじり弾性係数kを小さくすると、光走査ミラーの共振周波数frが低下する。そして、光走査ミラーの共振周波数frが非共振駆動における駆動周波数(通常60Hz)と接近することにより、光走査ミラーの振動波形に共振モードが乗ってしまう場合がある。これを避けるためには、典型的には、光走査ミラーの共振周波数frを1kHz程度以上に設定する必要がある。従って、光走査ミラーの振れ角θを大きくするためには、梁部のねじり弾性係数kを小さくすることよりも、駆動力Tを大きくすることが望ましい。
非磁性材料で形成された第1の可動板と、前記第1の可動板に固定され、前記第1の可動板の主面と略平行な方向に磁化した永久磁石と、を有する第1の可動部と、
前記第1の可動部の周縁を囲むように形成された第1の枠体と、
前記第1の枠体と前記第1の可動板とを接続し、前記第1の可動部を、前記第1の枠体に対し、前記第1の可動板の主面と略平行かつ前記永久磁石の磁化方向と略垂直な第1の軸の回りに揺動可能に支持する第1の一対の梁部と、
ヨークと、前記ヨークを磁化させるコイルと、を有する第1の駆動部と、を備え、
前記ヨークは、前記永久磁石の近傍に配置された第1の端部を有する第1のヨーク部と、前記永久磁石の一方の磁極に対して前記第1の端部の反対側に配置された第2の端部を有する第2のヨーク部と、を備え、
前記第1の端部と前記第2の端部とは、互いに異種の極性に磁化することにより、前記第1の可動部を同一の揺動方向に駆動する、
ことを特徴とする。
上述の磁気力型駆動装置と、
前記第1の可動部に設けられ、入射した光を反射するミラーと、を備える、
ことを特徴とする。
変調された光束を生成する光束生成装置と、
前記光束を反射及び走査する上述の光走査装置と、を備える、
ことを特徴とする。
始めに、図1を参照して、第1の実施形態に係る画像表示装置1について説明する。なお、画像表示装置1は、後述する磁気力型駆動装置7(図2参照)から構成された非共振タイプの光走査装置5を備え、外部機器8から入力される画像信号S1に基づいて、変調された赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光束を生成、合成、及び走査することにより、スクリーン9に映像を表示させるものである。
H=NI/g (4)
本実施例では、(4)式により、ヨーク210の第1の端部211aと第2の端部212aとの間、及びヨーク210の第1の端部211aと第3の端部213aとの間に発生する磁場Hは、概ね、2×104[A/m]≒250[Oe]となる。
I・(d2/dt2)θ(t)+Kθ・θ(t)
-M・H(t)・cos(θ0-θ(t))=0 (5)
本実施例では、(5)式により、第1の可動部100の振れ角θは、概ね、±20[°]となる。従って、光の走査範囲は、概ね、±40[°]となる。
次に、第2の実施形態に係る画像表示装置及び光走査装置5Aについて説明する。第2の実施形態の画像表示装置は、基本的構成については第1の実施形態の画像表示装置1と同様であるが、光走査装置5Aの構成において第1の実施形態の画像表示装置1と異なる。従って、本実施形態では、光走査装置5Aについて説明し、画像表示装置についての説明を省略する。また、第1の実施形態の光走査装置5と共通する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
次に、第3の実施形態に係る画像表示装置及び光走査装置5Bについて説明する。第3の実施形態の画像表示装置は、基本的構成については第1の実施形態の画像表示装置1と同様であるが、光走査装置5Bの構成において第1の実施形態の画像表示装置1と異なる。従って、本実施形態では、光走査装置5Bについて説明し、画像表示装置についての説明を省略する。また、第1及び第2の実施形態の光走査装置5,5Aと共通する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
次に、第4の実施形態に係る画像表示装置及び光走査装置5C~5Fについて説明する。第4の実施形態の画像表示装置は、基本的構成については第1の実施形態の画像表示装置1と同様であるが、光走査装置5C~5Fの構成において第1の実施形態の画像表示装置1と異なる。従って、本実施形態では、光走査装置5C~5Fについて説明し、画像表示装置についての説明を省略する。また、第1~第3の実施形態の光走査装置5,5A,5Bと共通する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
次に、第5の実施形態に係る画像表示装置及び光走査装置5Gについて説明する。第1の実施形態の画像表示装置1は、水平、垂直走査部40,50に設けられた光走査装置4,5を備えていたが、第5の実施形態の画像表示装置は、画像表示装置1の光走査装置4,5に代えて、単一の2軸タイプの光走査装置5Gを備える点において、第1の実施形態の画像表示装置1と異なる。従って、本実施形態では、光走査装置5Gについて説明し、画像表示装置についての説明を省略する。また、第1~第4の実施形態の光走査装置5,5~5Fと共通する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
非磁性材料で形成された第1の可動板と、前記第1の可動板に固定され、前記第1の可動板の主面と略平行な方向に磁化した永久磁石と、を有する第1の可動部と、
前記第1の可動部の周縁を囲むように形成された第1の枠体と、
前記第1の枠体と前記第1の可動板とを接続し、前記第1の可動部を、前記第1の枠体に対し、前記第1の可動板の主面と略平行かつ前記永久磁石の磁化方向と略垂直な第1の軸の回りに揺動可能に支持する第1の一対の梁部と、
ヨークと、前記ヨークを磁化させるコイルと、を有する第1の駆動部と、を備え、
前記ヨークは、前記永久磁石の近傍に配置された第1の端部を有する第1のヨーク部と、前記永久磁石の一方の磁極に対して前記第1の端部の反対側に配置された第2の端部を有する第2のヨーク部と、を備え、
前記第1の端部と前記第2の端部とは、互いに異種の極性に磁化することにより、前記第1の可動部を同一の揺動方向に駆動する、
ことを特徴とする磁気力型駆動装置。
前記ヨークは、前記永久磁石の他方の磁極に対して前記第1の端部の略反対側に配置された第3の端部を有する第3のヨーク部を更に備え、
前記第1の端部と前記第3の端部とは、互いに異種の極性に磁化することにより、前記第1の可動部を同一の揺動方向に駆動する、
ことを特徴とする付記1に記載の磁気力型駆動装置。
前記第1及び第2のヨーク部は、相互に磁気的に結合されて磁気回路を構成する、
ことを特徴とする付記1に記載の磁気力型駆動装置。
前記第1、第2、及び第3のヨーク部は、相互に磁気的に結合されて磁気回路を構成する、
ことを特徴とする付記2に記載の磁気力型駆動装置。
前記第1及び第2の端部の少なくとも一方は、前記永久磁石に向けて鋭角に形成されている、
ことを特徴とする付記1又は3に記載の磁気力型駆動装置。
前記第1、第2、及び第3の端部の少なくとも1つは、前記永久磁石に向けて鋭角に形成されている、
ことを特徴とする付記2又は4に記載の磁気力型駆動装置。
前記第1の端部は、複数の突起を有して形成されている、
ことを特徴とする付記1乃至6の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記第1の可動板には、前記永久磁石が配置される空孔部が形成され、
前記永久磁石は、前記第1の可動部の重心が前記第1の軸と略一致するように、前記空孔部に配置されている、
ことを特徴とする付記1乃至7の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記第1の端部と前記第1の可動部との間には、非磁性材料で形成され、前記第1の可動部の揺動を所定の角度で規制する板状のストッパが配置されている、
ことを特徴とする付記1乃至8の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記ストッパと前記第1の枠体との間には、非磁性材料で形成されたスペーサが配置されている、
ことを特徴とする付記9に記載の磁気力型駆動装置。
前記コイルは、前記第1のヨーク部にのみ巻回されている、
ことを特徴とする付記1乃至10の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記第1の可動板と前記第1の枠体と前記第1の一対の梁部とは、単結晶シリコン基板で一体形成されている、
ことを特徴とする付記1乃至11の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記第1の可動板と前記第1の枠体と前記第1の一対の梁部とは、金属基板で一体形成されている、
ことを特徴とする付記1乃至11の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記第1の可動板と前記第1の枠体と前記第1の一対の梁部とは、ステンレス基板で一体形成されている、
ことを特徴とする付記1乃至11の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記永久磁石の厚さは、1mm以下である、
ことを特徴とする付記1乃至14の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記永久磁石は、サマリウムコバルト磁石から構成されている、
ことを特徴とする付記1乃至15の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記永久磁石は、ネオジム磁石から構成されている、
ことを特徴とする付記1乃至15の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記ヨークは、鉄系材料を含んで形成されている、
ことを特徴とする付記1乃至17の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記ヨークは、フェライト材料を含んで形成されている、
ことを特徴とする付記1乃至17の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
前記ヨークは、パーマロイ材料を含んで形成されている、
ことを特徴とする1乃至17の何れかに記載の磁気力型駆動装置。
付記1乃至20の何れかに記載の磁気力型駆動装置と、
前記第1の可動部に設けられ、入射した光を反射するミラーと、を備える、
ことを特徴とする光走査装置。
前記第1の可動部は、
非磁性材料で形成された第2の可動板を有する第2の可動部と、
前記第1の可動板に固定され、前記第2の可動部の周縁を囲むように形成された第2の枠体と、
前記第2の枠体と前記第2の可動板とを接続し、前記第2の可動部を、前記第2の枠体に対し、前記第1の軸と略垂直かつ前記第2の可動板の主面と略平行な第2の軸の回りに揺動可能に支持する第2の一対の梁部と、を更に備え、
前記ミラーは、前記第2の可動部に設けられている、
ことを特徴とする付記21に記載の光走査装置。
前記第2の一対の梁部に接続され、前記第2の可動部を駆動する第2の駆動部を更に備える、
ことを特徴とする付記22に記載の光走査装置。
前記第2の駆動部は、圧電材料を備える、
ことを特徴とする付記23に記載の光走査装置。
前記ミラーは、銀合金で形成されている、
ことを特徴とする付記21乃至24の何れかに記載の光走査装置。
前記ミラーは、アルミニウム合金で形成されている、
ことを特徴とする付記21乃至24の何れかに記載の光走査装置。
変調された光束を生成する光束生成装置と、
前記光束を反射及び走査する付記21乃至26の何れかに記載の光走査装置と、を備える、
ことを特徴とする画像表示装置。
4 光走査装置
5,5A~5G 光走査装置
7,7A~7G 磁気力型駆動装置
8 外部機器
9 スクリーン
10 光束生成装置
11 信号処理回路
12 赤色レーザ
13 緑色レーザ
14 青色レーザ
15 赤色レーザ駆動回路
16 緑色レーザ駆動回路
17 青色レーザ駆動回路
20 コリメート光学系
21,22,23 コリメータレンズ
30 合成光学系
31,32,33 ダイクロイックミラー
40 水平走査部
41 光走査ミラー
42 水平走査駆動回路
43 共振周波数調整回路
45 水平走査同期回路
50 垂直走査部
51,51G 光走査ミラー(ミラー)
52 垂直走査駆動回路
55 垂直走査同期回路
100,100G 第1の可動部
111,111B,111G 第1の可動板
111a 空孔部
112 第1の枠体
113 第1の一対の梁部
120 永久磁石
200 第1の駆動部
210,210C~F ヨーク
211 第1のヨーク部
211a 第1の端部
211b 他端部
211c,d 突起
212 第2のヨーク部
212a 第2の端部
212b 他端部
213 第3のヨーク部
213a 第3の端部
213b 他端部
214 第4のヨーク部
220 コイル
230 支持部
231A ストッパ
231a 円孔
232A スペーサ
300G 第2の可動部
311G 第2の可動板
312G 第2の枠体
313G 第2の一対の梁部
400G 第2の駆動部
410G 下部電極
420G 圧電素子
430G 上部電極
Claims (10)
- 非磁性材料で形成された第1の可動板と、前記第1の可動板に固定され、前記第1の可動板の主面と略平行な方向に磁化した永久磁石と、を有する第1の可動部と、
前記第1の可動部の周縁を囲むように形成された第1の枠体と、
前記第1の枠体と前記第1の可動板とを接続し、前記第1の可動部を、前記第1の枠体に対し、前記第1の可動板の主面と略平行かつ前記永久磁石の磁化方向と略垂直な第1の軸の回りに揺動可能に支持する第1の一対の梁部と、
ヨークと、前記ヨークを磁化させるコイルと、を有する第1の駆動部と、を備え、
前記ヨークは、前記永久磁石の近傍に配置された第1の端部を有する第1のヨーク部と、前記永久磁石の一方の磁極に対して前記第1の端部の反対側に配置された第2の端部を有する第2のヨーク部と、を備え、
前記第1の端部と前記第2の端部とは、互いに異種の極性に磁化することにより、前記第1の可動部を同一の揺動方向に駆動する、
ことを特徴とする磁気力型駆動装置。 - 前記ヨークは、前記永久磁石の他方の磁極に対して前記第1の端部の略反対側に配置された第3の端部を有する第3のヨーク部を更に備え、
前記第1の端部と前記第3の端部とは、互いに異種の極性に磁化することにより、前記第1の可動部を同一の揺動方向に駆動する、
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気力型駆動装置。 - 前記第1及び第2の端部の少なくとも一方は、前記永久磁石に向けて鋭角に形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気力型駆動装置。 - 前記第1、第2、及び第3の端部の少なくとも1つは、前記永久磁石に向けて鋭角に形成されている、
ことを特徴とする請求項2に記載の磁気力型駆動装置。 - 前記第1の端部は、複数の突起を有して形成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の磁気力型駆動装置。 - 前記第1の可動板には、前記永久磁石が配置される空孔部が形成され、
前記永久磁石は、前記第1の可動部の重心が前記第1の軸と略一致するように、前記空孔部に配置されている、
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の磁気力型駆動装置。 - 前記第1の端部と前記第1の可動部との間には、非磁性材料で形成され、前記第1の可動部の揺動を所定の角度で規制する板状のストッパが配置されている、
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の磁気力型駆動装置。 - 請求項1乃至7の何れか1項に記載の磁気力型駆動装置と、
前記第1の可動部に設けられ、入射した光を反射するミラーと、を備える、
ことを特徴とする光走査装置。 - 前記第1の可動部は、
非磁性材料で形成された第2の可動板を有する第2の可動部と、
前記第1の可動板に固定され、前記第2の可動部の周縁を囲むように形成された第2の枠体と、
前記第2の枠体と前記第2の可動板とを接続し、前記第2の可動部を、前記第2の枠体に対し、前記第1の軸と略垂直かつ前記第2の可動板の主面と略平行な第2の軸の回りに揺動可能に支持する第2の一対の梁部と、を更に備え、
前記ミラーは、前記第2の可動部に設けられている、
ことを特徴とする請求項8に記載の光走査装置。 - 変調された光束を生成する光束生成装置と、
前記光束を反射及び走査する請求項8又は9に記載の光走査装置と、を備える、
ことを特徴とする画像表示装置。
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