WO2016166942A1 - 光走査装置 - Google Patents
光走査装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016166942A1 WO2016166942A1 PCT/JP2016/001755 JP2016001755W WO2016166942A1 WO 2016166942 A1 WO2016166942 A1 WO 2016166942A1 JP 2016001755 W JP2016001755 W JP 2016001755W WO 2016166942 A1 WO2016166942 A1 WO 2016166942A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- torsion beam
- reflecting
- scanning device
- optical scanning
- connecting portion
- 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.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
- B81B3/0067—Mechanical properties
- B81B3/007—For controlling stiffness, e.g. ribs
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/08—Mirrors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
- G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
- G02B7/1821—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors for rotating or oscillating mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2041—Beam type
- H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
- H10N30/2043—Cantilevers, i.e. having one fixed end connected at their free ends, e.g. parallelogram type
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/04—Optical MEMS
- B81B2201/042—Micromirrors, not used as optical switches
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
- B81B2203/0109—Bridges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
- B81B2203/0145—Flexible holders
- B81B2203/0154—Torsion bars
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
- B81B2203/019—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement characterized by their profile
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/877—Conductive materials
Definitions
- the optical scanning device described in Patent Document 1 includes a connecting portion that connects a support beam serving as a rotation axis of a mirror and a movable frame on which a drive source is formed in order to disperse stress.
- the U-shaped central portion 31 has, as side surfaces, the side surfaces of the yz plane opposite to the reflecting portion 1 in the x direction of the bottom portion, and the x- The side surface of the z plane, the side surface of the yz plane on the reflecting portion 1 side in the x direction of the bottom portion connected to the torsion beam 2, and the side surface of the yz plane on the reflecting portion 1 side in the x direction of each protrusion And the side of the xz plane on the torsion beam 2 side of each of the protrusions.
- the upper surface of the connecting portion 3 is deformed in the vicinity of the joint portion between the torsion beam 2 and the connecting portion 3 due to the bending stress applied to the connecting portion 3, but the upper surface has less irregularities than the side surface which is a processed surface, and cracks due to deformation. Is unlikely to occur. Therefore, as in the optical scanning device described in Patent Document 1, the torsion beam 2 is largely twisted with respect to the connecting portion 3, and the structure is obtained even when the scanning angle is increased as compared with the case where a large stress is applied to the side surface that is the processing surface. Hard to cause destruction.
- the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
- angular part of the center part 31 return is reduced by making the center part 31 into the shape which returns in circular arc shape. Therefore, the breakage of the torsion beam 2 can be further suppressed, and the breakage of the connecting portion 3 can be suppressed.
- the drive unit 5 is formed in the part from the both end portions 32 of the connecting unit 3 to the support frame 4.
- the drive unit 5 may be formed in another place. For example, you may form the drive part 5 only in the both ends 32.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
反射面(11a)を有する反射部(1)と、反射部を中心として、反射面aの平面上における一方向の両側に互いに延設された捩り梁(2)と、反射部を中心として一方向の両側に互いに配置され、反射部に向かって開口したU字形状の中央部(31)において捩り梁の端部と接合し、中央部の両端から、反射面の平面上における一方向に垂直な他方向の外側に延設された両端部(32)を有する連結部(3)と、連結部の両端を互いに接続する支持部(41)と、を備え、中央部に、該中央部の捩り梁側の側面に開口し、連結部を反射面に垂直な厚み方向に貫通して他方向に伸びるように凹まされた第1凹部(6)が捩り梁の両側それぞれに形成され、捩り梁を挟んで対向する第1凹部の互いの底部の間の距離(w1)が、中央部の他方向において対向する側面の間の距離(w2)よりも大きくされている。
Description
本出願は、2015年4月15日に出願された日本出願番号2015-83576号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、圧電駆動式の光走査装置に関するものである。
従来、反射部と駆動部とを捩り梁を介して連結し、駆動部に備えられた圧電膜に電圧を印加することで、捩り梁の固有の共振周波数に基づく固有振動によって反射部を回転させ、反射部による光ビームの走査を可能とする光走査装置が提案されている。
このような光走査装置については、構造破壊の発生を抑制するため、駆動中に生じる応力を分散させることが重要な課題である。例えば、特許文献1に記載の光走査装置は、応力を分散させるために、ミラーの回転軸となる支持梁と駆動源が形成された可動枠とをつなぐ連結部を備えている。
しかしながら、特許文献1に記載の光走査装置では、ミラーが大きく傾いた際に連結部が十分に曲がらないため、支持梁が連結部に対して大きく捩れる。このため、支持梁の上面と側面に大きな応力が発生する。
また、支持梁と連結部との接合部の表面のうち、特にミラーおよび可動枠に対向する側面には、構造を形成する際の加工で発生した小さな凹凸が存在する。例えば、支持梁、連結部等のパターニングはいわゆるボッシュプロセスを用いて行われるが、ボッシュプロセスではエッチングした側面(側壁)に多段の凹凸が形成される。このため、小さな応力でも亀裂が発生し構造破壊に進展してしまう。したがって、大きな走査角を得ることができないという問題がある。
本開示は、捩り梁の破壊を抑制できる光走査装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の一つの例によれば、光走査装置は、光ビームを反射させる反射面を有する反射部と、反射部を中心として、反射面の平面上における一方向の両側に延設され、反射部を一方向に平行な軸周りに揺動可能とする捩り梁と、反射部を中心として一方向の両側に配置され、反射部に向かって開口したU字形状の中央部と、中央部の両端から、反射面の平面上における一方向に垂直な他方向の外側に延設された両端部とを有し、中央部において捩り梁の反射部と反対側の端部と接合する連結部と、反射部を中心として、他方向の両側に配置されると共に一方向の両側に延設され、連結部の両端を互いに接続する支持部と、を備え、中央部に、該中央部の捩り梁側の側面に開口し、連結部を反射面に垂直な厚み方向に貫通して他方向に伸びるように凹まされた第1凹部が捩り梁の両側それぞれに形成されることにより、捩り梁を挟んで対向する第1凹部の底部の間の距離が、中央部の他方向において対向する側面の間の距離よりも大きくされている。
これによれば、連結部に第1凹部が形成され、連結部が曲げ変形を起こしやすい形状とされている。そのため、反射部が傾いた際に捩り梁の側面にかかる応力を低減して、捩り梁の破壊を抑制することができる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第1実施形態における光走査装置の平面図である。
図1のII-II線における断面図である。
第2実施形態における光走査装置の平面図である。
第3実施形態における光走査装置の平面図である。
解析用モデルの平面図である。
図5のモデルを用いた解析結果を示す図である。
第4実施形態における光走査装置の平面図である。
第5実施形態における光走査装置の平面図である。
以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
(第1実施形態)
本開示の第1実施形態について図1、図2を用いて説明する。本実施形態の光走査装置100は、例えば自動車のヘッドアップディスプレイに用いられるが、本実施形態の光走査装置100を他の用途に用いてもよい。
本開示の第1実施形態について図1、図2を用いて説明する。本実施形態の光走査装置100は、例えば自動車のヘッドアップディスプレイに用いられるが、本実施形態の光走査装置100を他の用途に用いてもよい。
光走査装置100は、反射部1と、捩り梁2と、連結部3と、支持枠4と、駆動部5とを備える。図1では、上記の構成要素のみを図示しているが、これらの構成要素が図示しない強制走査部もしくは単なる基板に支持されることで、光走査装置100が構成される。
光走査装置100が備える上記の構成要素は、板状の基板10を用いて形成されている。本実施形態では、基板10は、支持基板10aと活性層10bとで犠牲層となる埋込酸化膜10cを挟み込んだ構造とされたSOI(Silicon on insulator)基板にて構成されている。活性層10bは、図1に示すように、光走査装置100が備える上記の構成要素にパターニングされている。
反射部1は、光走査装置100に照射された光ビームを反射させるものであり、ミラー11と、リブ12とを備える。ミラー11は、反射部1のうち、活性層10bをパターニングすることにより形成された部分であり、上面が円形状とされている。反射部1は、ミラー11の上面である反射面11aにおいて光ビームを反射させる。
反射面11aの平面における一方向をx方向、反射面11aの平面におけるx方向に垂直な方向をy方向とする。また、反射面11aに垂直な方向をz方向とする。x方向、y方向、z方向は、それぞれ、一方向(あるいは第1方向)、他方向(あるいは第2方向)、厚み方向(あるいは第3方向)とも言及される。
ミラー11の裏面には、リブ12が形成されている。リブ12は、ミラー11を補強し、光走査装置100の駆動中にミラー11が振動により変形することを抑制するためのものである。リブ12は、反射部1において、支持基板10aと埋込酸化膜10cとを部分的に除去することにより形成され、本実施形態では、中空円筒形状とされている。
反射部1は、反射部1を中心としてx方向の両側それぞれに延設された捩り梁2により両持ち支持されている。捩り梁2は、反射部1をx方向に平行な軸周りに揺動可能とするものである。捩り梁2のz方向の厚みは、反射部1のうち活性層10bの厚みと等しくされている。
捩り梁2の反射部1と反対側の端部は、連結部3と接合されている。連結部3は、捩り梁2と支持枠4および駆動部5とを連結するものであり、中央部31と、両端部32とを有する。中央部31は、反射部1を中心としてx方向の両側にそれぞれ配置され、反射面11aを鳥瞰するz方向から見て(即ち、平面図(xy平面)に於いて)、反射部1に向かって開口したU字形状とされている。両端部32は、中央部31のy方向の両端各々から、y方向の外側に延設されている。連結部3は、上記のように、中央部31において捩り梁2の反射部1と反対側の端部と接合している。中央部31のうち捩り梁2との接合部付近はy方向に延設され、xy平面において、中央部31のうち捩り梁2との接合部付近は捩り梁2に対し垂直に配置されている。即ち、中央部31は、(i)捩り梁2との接合部を中心として、y方向に延伸するU字形状の底辺部と、(ii)U字形状の底辺部のy方向の両側それぞれより反射部1側に突出する2つの突出部よりなり、この2つの突出部が捩り梁2を挟む構成であるとも言える。連結部3のz方向の厚みは、捩り梁2の厚みと等しくされている。尚、z方向の面は、側面と言及される。よって、厚みは、側面のz方向の長さでもある。
U字形状の中央部31は、側面として、底辺部のx方向に於いて反射部1とは反対側のy-z面の側面、底辺部と突出部それぞれのy方向の両端側のx-z面の側面、捩り梁2と接続する底辺部のx方向於いて反射部1側のy-z面の側面、突出部それぞれのx方向に於いて反射部1側のy-z面の側面、そして、突出部それぞれの捩り梁2側のx-z面の側面を含む。
更に、中央部31には、U字形状の突出部の捩り梁2側の側面に開口し、連結部3をz方向に貫通してy方向に伸びる直線状の第1スリット6が、捩り梁2の両側それぞれに形成されている。
第1スリット6は凹形状を持つ第1凹部とも言及され、平面図において(反射面11aを鳥瞰する方向から見て)、捩り梁2側の側面の開口から、y方向の捩り梁2側と反対側の方向に伸び、捩れ梁2からy方向に最も離れている第1スリット6のデットエンドが凹形状の底部と見える。
これにより、捩り梁2を挟んで対向する第1スリット6の凹形状の互いの底部の間の距離w1が、中央部31(即ち、U字形状の突出部)のy方向において互いに対向する捩り梁2側の側面の間の距離w2よりも大きくされている。
なお、連結部3の表面のうちの、上記の側面は、活性層10bをz方向に除去することによって形成された面である。第1スリット6は、ここでは、中央部31の捩り部2側の側面のうち、x方向において反射部1から最も離れた部分に開口し、y方向における両側それぞれに形成されている。なお、凹部は、間隙部あるいは切込み部とも言及することができる。
これにより、反射部1が傾いた際、捩り梁2の捩れとともに連結部3が曲げ変形を起こし、捩り梁2の側面にかかる応力が連結部3の上面に分散される。なお、捩り梁2の表面のうち、活性層10bをz方向に除去することによって形成された面を、捩り梁2の側面とする。
なお、第1スリット6は、幅w3と幅w4とが互いに等しくなるように形成されている。ここで、幅w3は、中央部31のうち、x方向において第1スリット6よりも反射部1から遠い部分のx方向における幅である。また、幅w4は、中央部31のうち、y方向において第1スリット2よりも捩り梁2から遠い部分のy方向における幅である。
両端部32の中央部31と反対側の4つの端部は、支持枠4により互いに接続されている。支持枠4は、捩り梁2および連結部3を通して反射部1を支持する枠体であり、反射部1、捩り梁2、連結部3を内側に配置した長方形状とされている。支持枠4は、第1支持部41と、第2支持部42とを有する。
第1支持部41は、支持枠4を構成する枠体のうちx方向に延設された部分であり、反射部1を中心として、y方向の両側それぞれに配置されると共にx方向の両側に延設されている。第1支持部41は、連結部3の両端を互いに接続している。具体的には、y方向において反射部1の一方側に配置された連結部3の2つの端部を互いに接続し、y方向において反射部1の他方側に配置された連結部3の2つの端部を互いに接続している。第1支持部41は、単に支持部とも言及される。
第2支持部42は、支持枠4を構成する枠体のうちy方向に延設された部分であり、第1支持部41の両端は、第2支持部42により連結されている。支持枠4のz方向の厚みは、捩り梁2および連結部3の厚みよりも大きく、SOI基板の厚みと等しくされている。
連結部3の両端部32から支持枠4に至って、駆動部5が形成されている。駆動部5は、捩り梁2を共振させることにより、反射部1を捩り梁2の軸周りに揺動させるものであり、連結部3の両端部32から支持枠4に至る部分の上面に圧電素子を形成することで構成されている。
圧電素子は、図2に示すように、下部電極50aと、圧電膜50bと、上部電極50cとが順に積層された構造とされ、活性層10bの表面のうち、両端部32から支持枠4に至る部分の上面に形成されている。下部電極50aおよび上部電極50cは、例えばAl、Au、Pt等により構成されている。また、圧電膜50bは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電材料により構成されている。
また、圧電素子は、両端部32と支持枠4との4箇所の接合部それぞれに1つずつ形成されており、4つの圧電素子は、それぞれ、上面が長方形状とされている。4つの圧電素子のうち、図1の紙面右上、右下、左上、左下に位置するものを、それぞれ、圧電素子51、52、53、54とする。
圧電素子51、52は、下部電極50a同士、上部電極50c同士が図示しない配線により電気的に接続されている。また、圧電素子53、54は、下部電極50a同士、上部電極50c同士が図示しない配線により電気的に接続されている。また、各圧電素子は、図示しない配線を通して、外部に備えられた図示しない制御装置に電気的に接続されている。
以上のようにして、本実施形態にかかる光走査装置100が構成されている。このような光走査装置100は、基板10をパターニングして反射部1等の上面形状および厚みを上記のように形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、活性層10bの表面に各圧電素子および各配線を形成することで製造できる。
このように構成された光走査装置100では、駆動部5の各圧電素子が備える電極に対して共振走査用電圧を印加することで、各圧電素子が備える圧電膜50bを変形させ、捩り梁2を共振振動させる。これにより、反射部1を捩り梁2の軸周りに揺動させる。また、光走査装置100の反射部1等の構成要素が図示しない強制走査部に支持される場合、強制走査部に形成された圧電素子により、支持枠4がy方向に平行な軸周りに揺動される。これにより、反射部1がx方向に平行な軸およびy方向に平行な軸周りに揺動され、2次元での走査が可能となる。
このとき、連結部3が十分に変形しない場合、走査動作による反射部1の傾きは、主に捩り梁2の捩れにより発生させられることになる。そのため、捩り梁2には、大きな応力がかかる。
これに対して、本実施形態では、連結部3に第1スリット6が形成され、連結部3のうち捩り梁2との接合部付近が曲げ変形を起こしやすい形状とされている。つまり、反射部1の傾きは、捩り梁2の捩れと、連結部3の変形とによって発生させられる。
そのため、連結部3が十分に変形しない場合に比べて、捩り梁2にかかる応力が小さくなる。具体的には、連結部3の捩り梁2との接合部付近が、捩り梁2の軸周りの回転に応じて、捩り梁2の軸を中心としてS字状にたわみ、連結部3に対する捩り梁2の捩れが小さくなる。これにより、捩り梁2にかかる応力が小さくなる。
また、連結部3にかかる曲げ応力により、捩り梁2と連結部3との接合部付近において連結部3の上面が変形するが、上面は加工面である側面よりも凹凸が少なく、変形による亀裂が発生しにくい。そのため、特許文献1に記載の光走査装置のように連結部3に対して捩り梁2が大きく捩れ、加工面である側面に大きな応力がかかる場合に比べて、走査角を大きくしても構造破壊を起こしにくい。
このように、本実施形態の光走査装置100では、連結部3に第1スリット6を形成することにより、光走査装置100の駆動時に、連結部3の上面に応力を分散し、捩り梁2の側面にかかる応力を低減している。そのため、捩り梁2の破壊を抑制することができる。また、これにより、光走査装置100を大きな走査角において使用することができる。
なお、捩り梁2と連結部3との接合部に生じる応力集中を緩和するため、捩り梁2と連結部3との接合部において捩り梁2の側面と連結部3の側面との角部に丸みをつけることが好ましい。
(第2実施形態)
本開示の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して連結部3の形状を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本開示の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して連結部3の形状を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、連結部3に第2スリット7が形成されている。第2スリット7は、図3に示すように、連結部3のうちx方向において第1スリット6よりも反射部1に近い部分に、中央部31の捩り梁2と反対側の側面に開口し、連結部3をz方向に貫通してy方向に伸びるように凹まされた凹形状の第2凹部に相当するものであり、直線状に形成されている。第2スリット7は、ここでは、中央部31の捩り梁2と反対側の側面のうち、x方向において反射部1に最も近い部分に開口し、反対側の捩り梁2側はデッドエンドの底部を形成し、捩り梁2のy方向における両側に形成されている。
このような構成の本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。また、連結部3に第2スリット7を形成し、連結部3を折り返し構造とすることで、連結部3がさらに変形しやすい形状となるため、捩り梁2の側面にかかる応力をさらに低減し、捩り梁2の破壊をさらに抑制することができる。
なお、連結部3のうち、捩り梁2から支持枠4に至る経路において捩り梁2から遠い部分よりも捩り梁2に近い部分を変形しやすくするために、幅w5が幅w3、w4よりも大きいことが好ましい。ここで、幅w5は、中央部31の第2スリット7を囲む部分のうち、y方向において第2スリット7よりも捩り梁2に近い部分のy方向における幅である。
(第3実施形態)
本開示の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態に対して駆動部5の位置を変更したものであり、その他に関しては第2実施形態と同様であるため、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本開示の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態に対して駆動部5の位置を変更したものであり、その他に関しては第2実施形態と同様であるため、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、図4に示すように、駆動部5が連結部3の中央部31から両端部32、支持枠4に至る部分に配置されている。また、駆動部5は、各圧電素子の上面を長方形状としたまま、中央部31のうちx方向において第2スリット7よりも反射部1に近い部分の捩り梁2側の先端まで形成されている。
第2実施形態のように第2スリット7を形成し、連結部3を折り返し構造にすることで、本実施形態のように、駆動部5のy方向における幅を大きくすることができる。これにより、中央部31、両端部32のうち、駆動部5が形成された部分の変位を大きくし、走査角を大きくすることができる。また、本実施形態においても、第2実施形態と同様の効果が得られる。
発明者らは、図5に示すモデルを用いて、光走査装置100の動作について解析を行った。図5に示すモデルは、本実施形態の変形例であり、本実施形態に対して、連結部3および駆動部5の形状を変更したものである。具体的には、連結部3のうち駆動部5が形成された部分を反射部1および捩り梁2の外縁に沿って延設し、圧電素子51、52を一体化し、圧電素子53、54を一体化したものである。
また、図5に示すモデルでは、反射部1と捩り梁2との接合部、捩り梁2と連結部3との接合部において、反射部1の側面と捩り梁2の側面との角部、捩り梁2の側面と連結部3の側面との角部に丸みがつけられている。なお、反射部1の表面のうち、活性層10bをz方向に除去することによって形成された面を、反射部1の側面とする。
図6に示すように、反射部1が傾いた際、連結部3の捩り梁2との接合部付近が捩り梁2の軸を中心としてS字状にたわみ、連結部3に対する捩り梁2の捩れが小さくなっていることがわかる。
(第4実施形態)
本開示の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対して連結部3の形状を変更したものであり、その他に関しては第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本開示の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対して連結部3の形状を変更したものであり、その他に関しては第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、図7に示すように、連結部3の中央部31のうち捩り梁2との接合部付近が湾曲した形状とされ、第1スリット6が開口部から底部に向かってx方向の幅が小さくなる形状とされている。また、連結部3のうち第1スリット6を囲む部分の側面同士の角部に丸みがつけられ、中央部31の上面が第1スリット6の周りで円弧状に折り返す形状とされている。また、本実施形態では、第2スリット7が開口部から底部に向かってx方向の幅が小さくなる形状とされている。
このような構成の本実施形態においても、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、中央部31を円弧状に折り返す形状とすることで、中央部31の折り返しの角部に集中する応力を低減している。そのため、捩り梁2の破壊をさらに抑制し、また、連結部3の破壊を抑制することができる。
(第5実施形態)
本開示の第5実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対して捩り梁2および連結部3の形状を変更したものであり、その他に関しては第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本開示の第5実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対して捩り梁2および連結部3の形状を変更したものであり、その他に関しては第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、捩り梁2および連結部3に第3スリット8が形成されている。第3スリット8は、図8に示すように、中央部31の反射部1と反対側の側面に開口し、連結部3および捩り梁2をz方向に貫通し、x方向に伸びるように形成されている。これにより、反射部1の両側それぞれにおいて、各捩り梁2がx方向に並行する2本の捩り梁ユニットとして形成されている。第3スリット8は、第3凹部とも言及される。
このような構成の本実施形態においても、第3実施形態と同様の効果が得られる。また、第3スリット8を形成し、捩り梁2を2つに分け(即ち、捩り梁2を並行する2本の捩り梁ユニットとして形成し)、反射部1の両側それぞれにおいて捩り梁2を2本ずつの捩り梁ユニットとして形成することで、捩り梁2のうち連結部3と接続される部分が変位しやすくなるため、捩り梁2に捩りのみでなく曲げの力がかかる。すなわち、捩り梁2において捩りの応力が低減され、曲げの応力が大きくなるため、第1実施形態における連結部3の曲げ変形による効果と同様に、捩り梁2の破壊をさらに抑制することができる。
なお、図8においては、第3スリット8は捩り梁2の反射部1側の端部まで伸びているが、第3スリット8が捩り梁2の反射部1側の端部まで伸びていなくてもよい。
(他の実施形態)
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、第1凹部として上記第1~第3、第5実施形態では直線状の第1スリット6を挙げたが、第1凹部を、捩り梁2と反対側に向かって凹まされた他の形状の凹部としてもよい。また、第2凹部として上記第2、第3、第5実施形態では直線状の第2スリット7を挙げたが、第2凹部を、捩り梁2に向かって凹まされた他の形状の凹部としてもよい。
また、上記第1実施形態では、駆動部5は連結部3の両端部32から支持枠4に至る部分に形成されているが、駆動部5を別の場所に形成してもよい。例えば、駆動部5を両端部32のみに形成してもよい。
また、上記第1実施形態では、支持枠4は第2支持部42を備えているが、支持枠4が第2支持部42を備えていなくてもよい。
また、上記第2実施形態では、第1スリット6および第2スリット7により中央部31が1回折り返す形状とされているが、中央部31をz方向に貫通するスリットを追加して、中央部31を2回以上折り返す形状としてもよい。
また、上記第4実施形態では、連結部3の中央部31のうち捩り梁2との接合部付近が湾曲した形状とされているが、捩り梁2との接合部付近を直線状とし、中央部31の上面を第1スリット6の底部の周りで円弧状に折り返す形状としてもよい。
また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
例えば、上記第5実施形態において、第4実施形態のように、中央部31を円弧状に折り返す形状としてもよい。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (6)
- 光ビームを反射させる、その厚み方向と垂直な一方向と、当該一方向と垂直な他方向とを持つ反射面(11a)を有する反射部(1)と、
前記反射部を中心として、前記一方向の両側に互いに延設され、前記反射部を前記一方向に平行な軸周りに揺動可能とする捩り梁(2)と、
前記反射部を中心として前記一方向の両側に互いに配置され、(i)前記反射面を鳥瞰する前記厚み方向から見て、前記反射部に向かって開口した、底辺部と2つの突出部を持つU字形状の中央部(31)と、(ii)前記中央部の前記他方向の両端のそれぞれから、前記他方向の外側に延設された両端部(32)とを有し、前記U字形状の底辺部において前記捩り梁の前記反射部と反対側の端部とが接合されており、前記U字形状の2つの突出部が前記捩り梁を挟むように互いに対向する連結部(3)と、
前記反射部を中心として、前記他方向の両側に互いに配置されると共に前記一方向の両側に延設され、前記連結部の前記他方向の両端のそれぞれに接続する支持部(41)、を備え、
前記中央部には、前記連結部を前記反射面に垂直な前記厚み方向に貫通して、前記反射面を鳥瞰する前記厚み方向から見て、前記U字形状の突出部の捩り梁側のそれぞれの側面に開口し、前記他方向に前記U字形状の突出部の捩り梁側とは反対側の側面に向けて伸びるように凹まされた凹形状の第1凹部(6)が前記捩り梁の両側それぞれに形成され、
前記捩り梁を挟んで対向する前記第1凹部の前記凹形状のそれぞれの底部の間の前記他方向の距離(w1)が、前記U字形状の2つの突出部の前記他方向において対向する捩り梁側の側面の間の距離(w2)よりも大きくされている
光走査装置。 - 前記中央部のうち前記一方向において前記第1凹部よりも前記反射部に近い部分に、前記中央部の前記捩り梁側の側面と前記他方向の反対側の側面に開口し、前記連結部を前記厚み方向に貫通して前記他方向に前記捩り梁側に向けて伸びるように凹まされた凹形状の第2凹部(7)が形成されている
請求項1に記載の光走査装置。 - 前記中央部から前記両端部に至る部分の表面に、下部電極(50a)と、圧電膜(50b)と、上部電極(50c)とを積層して構成された圧電素子(51、52、53、54)が形成され、
前記圧電素子が、前記中央部のうち前記一方向において前記第2凹部よりも前記反射部に近い部分の前記捩り梁側の先端まで形成されている
請求項2に記載の光走査装置。 - 前記中央部が、前記第1凹部の前記凹形状の底部の周りで円弧状に折り返す形状とされている
請求項2または3に記載の光走査装置。 - 前記中央部の前記一方向の前記反射部と反対側の前記厚み方向に形成される側面に開口し、前記連結部および前記捩り梁を前記厚み方向に貫通し、前記一方向の前記反射部側に伸びる凹形状の第3凹部(8)が形成されることにより、前記反射部の前記他方向の両側のそれぞれにおいて前記一方向に延設される前記捩り梁それぞれが、前記一方向に並行する2本の捩り梁ユニットとして形成されている
請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光走査装置。 - 前記第1凹部(6)は、前記中央部(31)の前記捩り梁(2)側の側面のうち、前記一方向において前記反射部(1)から最も離れた部分に開口するように形成されている
請求項1ないし5のいずれか1つに記載の光走査装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE112016001732.4T DE112016001732B4 (de) | 2015-04-15 | 2016-03-25 | Optische abtastvorrichtung |
| US15/547,218 US10459217B2 (en) | 2015-04-15 | 2016-03-25 | Optical scanning apparatus having pivoting reflector and piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015083576A JP6492914B2 (ja) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | 光走査装置 |
| JP2015-083576 | 2015-04-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016166942A1 true WO2016166942A1 (ja) | 2016-10-20 |
Family
ID=57125925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2016/001755 Ceased WO2016166942A1 (ja) | 2015-04-15 | 2016-03-25 | 光走査装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10459217B2 (ja) |
| JP (1) | JP6492914B2 (ja) |
| DE (1) | DE112016001732B4 (ja) |
| WO (1) | WO2016166942A1 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6974696B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2021-12-01 | ミツミ電機株式会社 | 光走査装置 |
| DE102017217653A1 (de) * | 2017-10-05 | 2019-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauteil, Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil und Verfahren zum Anregen einer Bewegung eines verstellbaren Teils um eine Rotationsachse |
| WO2019216424A1 (ja) | 2018-05-11 | 2019-11-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学デバイス |
| US11204493B2 (en) * | 2019-03-07 | 2021-12-21 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Display device having scanning mirror system |
| US11360299B2 (en) * | 2019-04-02 | 2022-06-14 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Display device with compact scanning mirror |
| US11221478B2 (en) * | 2019-04-15 | 2022-01-11 | Microsoft Technology Licensing, Llc | MEMS scanner |
| JP7468173B2 (ja) * | 2019-08-20 | 2024-04-16 | 株式会社リコー | 光偏向器、光走査システム、画像投影装置、画像形成装置、レーザレーダ |
| JP7375471B2 (ja) * | 2019-10-30 | 2023-11-08 | 株式会社リコー | 可動装置、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、及び車両 |
| JP7395001B2 (ja) | 2020-08-04 | 2023-12-08 | 富士フイルム株式会社 | マイクロミラーデバイス及び光走査装置 |
| JP7600030B2 (ja) * | 2021-05-14 | 2024-12-16 | スタンレー電気株式会社 | 光偏向器 |
| CN115469447B (zh) * | 2021-06-10 | 2025-05-30 | 西安知微传感技术有限公司 | 多折扭转梁及包括该多折扭转梁的非线性减弱的mems扭转镜 |
| JP7669826B2 (ja) * | 2021-06-28 | 2025-04-30 | 株式会社リコー | 半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法 |
| EP4487162A1 (en) * | 2022-02-28 | 2025-01-08 | Microsoft Technology Licensing, LLC | Locating material interfaces on resonant mirror system |
| US20230384581A1 (en) * | 2022-05-26 | 2023-11-30 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Piezoelectrically-actuated resonant scanning mirror |
| WO2024166662A1 (ja) * | 2023-02-10 | 2024-08-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 駆動素子および光偏向素子 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008193890A (ja) * | 2007-01-10 | 2008-08-21 | Seiko Epson Corp | アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置 |
| JP2008249858A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Konica Minolta Opto Inc | マイクロスキャナおよびそれを備える光学機器 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3605899B2 (ja) | 1995-09-29 | 2004-12-22 | 株式会社デンソー | 光スキャナ装置 |
| US7485485B2 (en) * | 2004-02-09 | 2009-02-03 | Microvision, Inc. | Method and apparatus for making a MEMS scanner |
| DE102004023187A1 (de) | 2004-05-11 | 2005-12-01 | Ganymed Pharmaceuticals Ag | Identifizierung von Oberflächen-assoziierten Antigenen für die Tumordiagnose und -therapie |
| JP2010148265A (ja) | 2008-12-19 | 2010-07-01 | Panasonic Corp | ミアンダ形振動子およびこれを用いた光学反射素子 |
| JP5444968B2 (ja) * | 2009-05-11 | 2014-03-19 | ミツミ電機株式会社 | アクチュエータ及びこれを用いた光走査装置 |
| KR101191203B1 (ko) * | 2009-09-23 | 2012-10-15 | 엘지전자 주식회사 | 스캐닝 마이크로미러 |
| JP5857602B2 (ja) | 2011-10-03 | 2016-02-10 | ミツミ電機株式会社 | 光走査装置 |
-
2015
- 2015-04-15 JP JP2015083576A patent/JP6492914B2/ja active Active
-
2016
- 2016-03-25 WO PCT/JP2016/001755 patent/WO2016166942A1/ja not_active Ceased
- 2016-03-25 US US15/547,218 patent/US10459217B2/en active Active
- 2016-03-25 DE DE112016001732.4T patent/DE112016001732B4/de active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008193890A (ja) * | 2007-01-10 | 2008-08-21 | Seiko Epson Corp | アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置 |
| JP2008249858A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Konica Minolta Opto Inc | マイクロスキャナおよびそれを備える光学機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016206235A (ja) | 2016-12-08 |
| JP6492914B2 (ja) | 2019-04-03 |
| US20180039074A1 (en) | 2018-02-08 |
| DE112016001732B4 (de) | 2022-01-05 |
| US10459217B2 (en) | 2019-10-29 |
| DE112016001732T5 (de) | 2018-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2016166942A1 (ja) | 光走査装置 | |
| US9329384B2 (en) | Optical reflecting element and actuator | |
| US20140320943A1 (en) | Optical scanning device | |
| JP6289957B2 (ja) | 光偏向器 | |
| US12147031B2 (en) | Optical reflective element for causing an illumination position of light to reciprocate | |
| CN104570335B (zh) | 光扫描仪、图像显示装置、头戴式显示器以及平视显示器 | |
| US8482832B2 (en) | Vibrating mirror element | |
| JP6055701B2 (ja) | 光偏向器 | |
| WO2011161943A1 (ja) | 光学反射素子 | |
| JP5429111B2 (ja) | 光偏向子及びこの光偏向子を備えた光偏向器 | |
| KR20110008336A (ko) | 가동 구조체 및 그것을 사용한 마이크로 미러 소자 | |
| JP6451078B2 (ja) | 光走査装置 | |
| JP5915446B2 (ja) | 光走査装置 | |
| JP7686810B2 (ja) | アクチュエータ装置、及びアクチュエータ装置の製造方法 | |
| JP5853933B2 (ja) | 光走査装置および製造方法 | |
| JP2010008609A (ja) | 可動構造体及びそれを用いたマイクロミラー素子 | |
| WO2021125038A1 (ja) | Memsデバイスおよびmemsデバイスの駆動方法 | |
| JP6956019B2 (ja) | 2次元光偏向器 | |
| JP6962183B2 (ja) | 光走査装置及びレーダ装置 | |
| CN115343840A (zh) | 光偏转器 | |
| JP7667043B2 (ja) | 光偏向器 | |
| JP4976063B2 (ja) | マイクロ揺動デバイス及び光学素子 | |
| US20230393386A1 (en) | Drive element and light deflection element | |
| JP4993956B2 (ja) | マイクロ揺動デバイス及び光学素子 | |
| JP2013114015A (ja) | 光スキャナ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16779741 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 15547218 Country of ref document: US |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 112016001732 Country of ref document: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16779741 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |