WO2019176907A1 - Actuator - Google Patents
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Abstract
This actuator has: a holding member; torsion bars that each have one end connected to the holding member; and a pivot part that is connected to the other ends of the torsion bars and that can pivot about the pivot axis. The torsion bars each have a first section that includes the corresponding other end and extends along the pivot axis, and a second section that includes the corresponding one end and extends from the one end toward the direction intersecting the extending direction of the first section.
Description
本発明は、揺動部を駆動するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスであるアクチュエータに関する。
The present invention relates to an actuator that is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device that drives a swinging portion.
アクチュエータとして、例えば、光偏向器に利用されているものがある。例えば、特許文献１には、光偏向器として、固定ベースと、ミラー部と、該ミラー部を揺動可能に支持する一対の弾性支持部材と、それぞれ梁状部材に圧電部材が固着された一対の駆動梁とを備え、弾性支持部材の長手方向と駆動梁の長手方向とを略直交して配置して、両者を接続し、駆動梁の他端は固定ベースに固定して、一対の駆動梁で、ミラー部と一対の弾性支持部材とを固定ベースに対して片持ち支持する構成が開示されている。
Some actuators are used in, for example, optical deflectors. For example, in Patent Document 1, as a light deflector, a fixed base, a mirror portion, a pair of elastic support members that swingably support the mirror portion, and a pair of piezoelectric members fixed to beam members, respectively. A drive beam, and the longitudinal direction of the elastic support member and the longitudinal direction of the drive beam are arranged substantially orthogonally to each other, and the other end of the drive beam is fixed to a fixed base, and a pair of drives A configuration in which a mirror and a pair of elastic support members are cantilevered with respect to a fixed base by a beam is disclosed.
従来の光偏向器における弾性支持部材（いわゆるトーションバー）の直線形状では、揺動するミラー部の振り角が大きくなると、弾性支持部材が追従していくことができず、ミラー部の大きな振り角を得ることができないという問題点がある。
In the linear shape of the elastic support member (so-called torsion bar) in the conventional optical deflector, when the swing angle of the oscillating mirror portion increases, the elastic support member cannot follow, and the large swing angle of the mirror portion. There is a problem that cannot be obtained.
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、揺動部における大きな振り角を得ることが可能なアクチュエータを提供することを課題の１つとしている。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an actuator capable of obtaining a large swing angle in the swing portion.
請求項１に記載の発明のアクチュエータは、保持部材と、
一端が前記保持部材に接続されたトーションバーと、
前記トーションバーの他端に接続され、揺動軸の周りに揺動可能な揺動部と、を有し、
前記トーションバーは、前記他端を含みかつ前記揺動軸に沿って伸長する第１部分及び前記一端を含みかつ前記一端から前記第１部分の伸長方向と交差する方向に伸長する第２部分を有することを特徴とする。 The actuator of the invention according to claim 1 is a holding member;
A torsion bar having one end connected to the holding member;
A swinging portion connected to the other end of the torsion bar and swingable around a swinging shaft;
The torsion bar includes a first portion including the other end and extending along the swing axis, and a second portion including the one end and extending from the one end in a direction crossing the extending direction of the first portion. It is characterized by having.
一端が前記保持部材に接続されたトーションバーと、
前記トーションバーの他端に接続され、揺動軸の周りに揺動可能な揺動部と、を有し、
前記トーションバーは、前記他端を含みかつ前記揺動軸に沿って伸長する第１部分及び前記一端を含みかつ前記一端から前記第１部分の伸長方向と交差する方向に伸長する第２部分を有することを特徴とする。 The actuator of the invention according to claim 1 is a holding member;
A torsion bar having one end connected to the holding member;
A swinging portion connected to the other end of the torsion bar and swingable around a swinging shaft;
The torsion bar includes a first portion including the other end and extending along the swing axis, and a second portion including the one end and extending from the one end in a direction crossing the extending direction of the first portion. It is characterized by having.
以下、図面を参照しつつ本発明による実施例のアクチュエータを含む光走査装置の一例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, an example of an optical scanning device including an actuator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to a following example.
図１は、実施例１の光走査装置のMEMSミラー装置１１の一部分を切り欠いた様子を示す斜視図である。図２は、第１走査方向であるＸ方向と第２走査方向であるＹ方向とが直交し、これらに直交するＺ方向側から眺めたMEMSミラー装置１１の平面図である。図３は、図２のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a part of the MEMS mirror device 11 of the optical scanning device of Embodiment 1 is cut away. FIG. 2 is a plan view of the MEMS mirror device 11 as viewed from the Z direction side in which the X direction as the first scanning direction and the Y direction as the second scanning direction are orthogonal to each other. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
MEMSミラー装置１１は、図１～図３に示すように、揺動部ＳＷと、これを取り囲む環状の保持部材ＳＰと、を有している。揺動部ＳＷ上には、その内側中央に光反射膜１２が設けられている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the MEMS mirror device 11 has a swing part SW and an annular holding member SP surrounding the swing part SW. On the swing part SW, a light reflection film 12 is provided at the inner center.
保持部材ＳＰの内周部には、揺動部ＳＷを挟むように一対の突出部ＰＲ１及びＰＲ２の組並びに一対の突出部ＰＲ３及びＰＲ４の組が設けられている。一対の突出部ＰＲ１及びＰＲ２の組並びに一対の突出部ＰＲ３及びＰＲ４の組のＸ方向に並ぶ突出部は、互いに一端（自由端）同士が対向して、他端がそれぞれ保持部材ＳＰの内周部に接続している。
A pair of protrusions PR1 and PR2 and a pair of protrusions PR3 and PR4 are provided on the inner periphery of the holding member SP so as to sandwich the swinging part SW. The protrusions arranged in the X direction of the pair of protrusions PR1 and PR2 and the pair of protrusions PR3 and PR4 have one end (free end) facing each other, and the other end is the inner circumference of the holding member SP. Connected to the department.
さらに、一対のトーションバー組ＴＢＰ１及びＴＢＰ２は、保持部材ＳＰの一対の突出部ＰＲ１及びＰＲ２の組並びに一対の突出部ＰＲ３及びＰＲ４の組のＸ方向に並ぶ突出部の対向する先端に設けられている。
Further, the pair of torsion bar sets TBP1 and TBP2 are provided at the opposing ends of the pair of protrusions PR1 and PR2 of the holding member SP and the protrusions arranged in the X direction of the pair of protrusions PR3 and PR4. Yes.
保持部材ＳＰの一対の突出部ＰＲ１及びＰＲ２の組並びに一対の突出部ＰＲ３及びＰＲ４の組が揺動軸Ａ１に対称になるように構成されている。一対のトーションバー組ＴＢＰ１及びＴＢＰ２は揺動軸Ａ１に対称になるように構成されている。
The pair of protrusions PR1 and PR2 and the pair of protrusions PR3 and PR4 of the holding member SP are configured to be symmetric with respect to the swing axis A1. The pair of torsion bar sets TBP1 and TBP2 are configured to be symmetric with respect to the swing axis A1.
図１及び図３に示す揺動部ＳＷと保持部材ＳＰ（突出部ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４）とトーションバーＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、ＴＢ４とは、例えば、エッチング処理等を含むＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を加工することで、成形したシリコン層により一体で形成され得る。よって、これら揺動部ＳＷと保持部材ＳＰ（突出部ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４）とトーションバーＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、ＴＢ４とは、同じ厚さを有している。
The swinging part SW, the holding member SP (protrusions PR1, PR2, PR3, PR4) and the torsion bars TB1, TB2, TB3, TB4 shown in FIG. 1 and FIG. For example, by processing a SOI (Silicon On On Insulator) substrate by a mechanical (system) system, the silicon layer can be integrally formed. Therefore, the swinging part SW, the holding member SP (projecting parts PR1, PR2, PR3, PR4) and the torsion bars TB1, TB2, TB3, TB4 have the same thickness.
MEMSミラー装置１１は、さらに、固定部２１を有し、固定部２１は固定基板２１Ａ及びこれから突出する環状の隔壁部２１Ｂを含む。隔壁部２１Ｂは固定基板２１Ａ上に成形された凹部を区画する。隔壁部２１Ｂの頂面には、突出部ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４を除く保持部材ＳＰが固着されている。よって、隔壁部２１Ｂの内側において、保持部材ＳＰにより、その突出部ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４とトーションバーＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、ＴＢ４と揺動部ＳＷとは、固定基板２１Ａの凹部上にて懸架、支持されている。
The MEMS mirror device 11 further includes a fixing portion 21, and the fixing portion 21 includes a fixing substrate 21 </ b> A and an annular partition wall portion 21 </ b> B protruding from the fixing substrate 21 </ b> A. The partition wall 21B defines a recess formed on the fixed substrate 21A. A holding member SP excluding the protrusions PR1, PR2, PR3, and PR4 is fixed to the top surface of the partition wall 21B. Therefore, the protrusions PR1, PR2, PR3, PR4, the torsion bars TB1, TB2, TB3, TB4, and the swinging part SW and the swinging part SW are held on the concave portion of the fixed substrate 21A by the holding member SP inside the partition wall 21B. Suspended and supported.
MEMSミラー装置１１は、さらに、揺動部ＳＷ上の光反射膜１２と、保持部材ＳＰの突出部ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４上にそれぞれ固着される圧電素子ＰＺ１、ＰＺ２、ＰＺ３、ＰＺ４と、電極接続部（図示せず）等とを有している。突出部ＰＲ１～ＰＲ４は圧電素子ＰＺ１～ＰＺ４と共に、ミラーを揺動させるアクチュエータとして機能する。光反射膜１２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。各圧電素子は、図示しないが、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛の膜を上部電極膜および下部電極膜で挟んで構成される。
The MEMS mirror device 11 further includes a light reflecting film 12 on the oscillating portion SW, and piezoelectric elements PZ1, PZ2, PZ3, PZ4 fixed on the protrusions PR1, PR2, PR3, PR4 of the holding member SP, respectively. It has an electrode connection part (not shown) and the like. The protrusions PR1 to PR4 function as actuators that swing the mirror together with the piezoelectric elements PZ1 to PZ4. The light reflecting film 12 is composed of a metal thin film containing, for example, aluminum, gold, silver or the like. Although not shown, each piezoelectric element is configured, for example, by sandwiching a film of lead zirconate titanate, which is a piezoelectric material, between an upper electrode film and a lower electrode film.
駆動部材である圧電素子の各々は揺動軸Ａ１に垂直に延びる各突出部に固着されている故に、圧電素子各々は、印加電圧により、面内方向の歪みを反り変形を発生させ、当該変形は各突出部の一端（自由対向端）をＺ方向に変位させる。
Since each piezoelectric element as a driving member is fixed to each protrusion extending perpendicularly to the swing axis A1, each piezoelectric element causes warping deformation in the in-plane direction by the applied voltage, and the deformation Displaces one end (free opposing end) of each protrusion in the Z direction.
図４は、駆動部材の圧電素子による印加電圧駆動における揺動部ＳＷの揺動軸周りの様子を示す側面図である。
FIG. 4 is a side view showing a state around the swing axis of the swing part SW in the applied voltage drive by the piezoelectric element of the drive member.
図４に示すように、圧電素子ＰＺ１、ＰＺ２、ＰＺ３、ＰＺ４への電圧印加駆動により、揺動部ＳＷは、２本一組（トーションバー組ＴＢＰ１）のトーションバーＴＢ１及びＴＢ２の中間と２本一組（トーションバー組ＴＢＰ１）のトーションバーＴＢ３、ＴＢ４の中間とを通過する揺動軸Ａ１の周りで揺動可能とされる。従って、揺動部ＳＷの中央部に設けられた光反射膜１２で反射される光ビームＬは、揺動部ＳＷの揺動に応じてその照射方向が変化される。この場合、図４Ａに示すように光ビームＬが反射するように揺動部ＳＷを揺動させるには、圧電素子ＰＺ１、及びＰＺ３に同期して所定電圧を印加して実現でき、図４Ｂに示す光ビームＬの反射は、圧電素子ＰＺ２、及びＰＺ４に同期して所定電圧を印加して実現できる。
As shown in FIG. 4, by applying voltage to the piezoelectric elements PZ1, PZ2, PZ3, and PZ4, the oscillating portion SW has two and one pair of torsion bars TB1 and TB2 (one set of torsion bars set TBP1). It can be swung around a swing axis A1 that passes through one set (torsion bar set TBP1) of torsion bars TB3 and TB4. Therefore, the irradiation direction of the light beam L reflected by the light reflecting film 12 provided at the center of the swing part SW is changed according to the swing of the swing part SW. In this case, as shown in FIG. 4A, the swinging portion SW can be swung so that the light beam L is reflected by applying a predetermined voltage in synchronization with the piezoelectric elements PZ1 and PZ3. The reflection of the light beam L shown can be realized by applying a predetermined voltage in synchronization with the piezoelectric elements PZ2 and PZ4.
［トーションバーの形状］
以下にトーションバーの形状についてトーションバーＴＢ１を例にして更に詳述する。 [Torsion bar shape]
In the following, the shape of the torsion bar will be described in more detail using the torsion bar TB1 as an example.
以下にトーションバーの形状についてトーションバーＴＢ１を例にして更に詳述する。 [Torsion bar shape]
In the following, the shape of the torsion bar will be described in more detail using the torsion bar TB1 as an example.
図５は、図２に示すMEMSミラー装置１１における揺動部ＳＷと一対のトーションバー組ＴＢＰ１と一対の突出部ＰＲ１及びＰＲ２と一対の圧電素子ＰＺ１及びＰＺ２とを示す部分平面図である。
FIG. 5 is a partial plan view showing the swing part SW, the pair of torsion bar sets TBP1, the pair of protrusions PR1 and PR2, and the pair of piezoelectric elements PZ1 and PZ2 in the MEMS mirror device 11 shown in FIG.
図５に示すように、トーションバーＴＢ１は、突出部ＰＲ１（保持部材ＳＰ）に接続された一端Ｔ１と、揺動部ＳＷに接続された他端Ｔ２と、を有している。
As shown in FIG. 5, the torsion bar TB1 has one end T1 connected to the projecting part PR1 (holding member SP) and the other end T2 connected to the swing part SW.
トーションバーＴＢ１は、他端Ｔ２を含みかつ揺動軸Ａ１に沿って伸長する第１部分Ｓ１と、一端Ｔ１を含みかつ一端Ｔ１から第１部分Ｓ１の伸長方向と交差する方向に伸長する第２部分Ｓ２と、を有している。
The torsion bar TB1 includes a first portion S1 including the other end T2 and extending along the swing axis A1, and a second portion including the one end T1 and extending from the one end T1 in a direction intersecting the extending direction of the first portion S1. Part S2.
トーションバーＴＢ１の第１部分Ｓ１は、第１部分Ｓ１の他端Ｔ２から揺動軸Ａ１に沿った方向に例えば平行に伸長している。
The first portion S1 of the torsion bar TB1 extends, for example, in parallel to the direction along the swing axis A1 from the other end T2 of the first portion S1.
トーションバーＴＢ１の第２部分Ｓ２は屈曲形状を有する。好ましくは、トーションバーＴＢ１の第２部分Ｓ２は曲線状形状を有する。すなわち、第２部分Ｓ２は、突出部ＰＲ１の一端Ｔ１からトーションバーＴＢ１の第１部分Ｓ１の端部に向かって、伸長方向（Ｘ方向）から離れるように伸長する部分であり、屈曲形状又は曲線状形状をなして第１部分Ｓ１と接続する。
The second portion S2 of the torsion bar TB1 has a bent shape. Preferably, the second portion S2 of the torsion bar TB1 has a curved shape. That is, the second portion S2 is a portion that extends away from the extending direction (X direction) from one end T1 of the projecting portion PR1 toward the end of the first portion S1 of the torsion bar TB1, and is bent or curved. A shape is formed and connected to the first portion S1.
トーションバーＴＢ１の第１部分Ｓ１と第２部分Ｓ２とが同一平面内において伸長しており、同平面内において、トーションバーＴＢ１の第１部分Ｓ１の伸長方向と第２部分Ｓ２の伸長方向とがなす角度（該伸長方向から逸れる角度）は、９０度以下である。
The first portion S1 and the second portion S2 of the torsion bar TB1 extend in the same plane, and the extension direction of the first portion S1 and the extension direction of the second portion S2 of the torsion bar TB1 are within the same plane. The angle formed (the angle deviating from the extending direction) is 90 degrees or less.
図６に示すように、トーションバーＴＢ１の第２部分Ｓ２は、変形例として、一端Ｔ１から突出部ＰＲ１（保持部材ＳＰ）の伸長方向（Ｘ方向）に伸長してから揺動軸Ａ１に対して９０度の角度すなわち逸れる角度の最大９０度で伸長してもよい。
As shown in FIG. 6, as a modification, the second portion S2 of the torsion bar TB1 extends from the one end T1 in the extending direction (X direction) of the projecting portion PR1 (holding member SP) and then moves relative to the swing axis A1. It may extend at an angle of 90 degrees, that is, a maximum of 90 degrees of deviating angle.
本実施例によれば、トーションバーＴＢ１が突出部ＰＲ１（保持部材ＳＰ）の伸長方向（Ｘ方向）からそれるように屈曲形状又は曲線状となるように伸ばされることにより、突出部ＰＲ１（保持部材ＳＰ）の変形に起因するトーションバーＴＢ１への応力を逃がすことができるため、トーションバーＴＢ１の破断を防ぐことができる。また、揺動部ＳＷの揺動に追従してトーションバーＴＢ１が変形しやすくなるため、揺動部ＳＷに大きな振り角を得ることができる。
According to the present embodiment, the torsion bar TB1 is extended so as to be bent or curved so as to deviate from the extension direction (X direction) of the protrusion PR1 (holding member SP). Since the stress on the torsion bar TB1 due to the deformation of the member SP) can be released, the torsion bar TB1 can be prevented from being broken. Further, since the torsion bar TB1 is easily deformed following the swing of the swing part SW, a large swing angle can be obtained in the swing part SW.
仮に、突出部ＰＲ１（保持部材ＳＰ）から揺動部ＳＷへ直角にトーションバーＴＢ１が伸びる、すなわち第１部分Ｓ１のみで構成した場合、突出部ＰＲ１（保持部材ＳＰ）の揺れに伴う応力がトーションバーＴＢ１の根本（突出部ＰＲ１の側面部）にかかるのでトーションバーＴＢ１が折れやすい。また、トーションバーＴＢ１が揺動部ＳＷの揺動に追従して十分に変形できないため、揺動部ＳＷを大きく振ることができない。しかしながら、本実施例によれば、この根本に上記第２部分Ｓ２を斜め（曲線）形状に設けることで当該応力を上記第２部分Ｓ２に逃がせることができ、揺動部ＳＷに大きな振り角を得ることができる。
If the torsion bar TB1 extends at a right angle from the protrusion PR1 (holding member SP) to the swinging part SW, that is, if it is composed only of the first portion S1, the stress associated with the swing of the protrusion PR1 (holding member SP) is caused by the torsion. Since it covers the base of the bar TB1 (side surface part of the projecting part PR1), the torsion bar TB1 is easily broken. Further, since the torsion bar TB1 cannot sufficiently deform following the swing of the swinging part SW, the swinging part SW cannot be shaken greatly. However, according to the present embodiment, the stress can be released to the second portion S2 by providing the second portion S2 in an oblique (curved) shape at the base, and the swinging portion SW has a large swing angle. Can be obtained.
さらに、トーションバーＴＢ１の長さは揺動部ＳＷの振り角に大きく関係する故に、トーションバーＴＢ１はあまり長くできない。よって、トーションバーＴＢ１の第１部分Ｓ１と第２部分Ｓ２からなるシンプルな構成が好ましい。
Furthermore, since the length of the torsion bar TB1 is largely related to the swing angle of the swing part SW, the torsion bar TB1 cannot be made too long. Therefore, a simple configuration including the first portion S1 and the second portion S2 of the torsion bar TB1 is preferable.
仮に、トーションバーＴＢ１の中程に複数の屈曲部分を設けた場合、トーションバーＴＢ１が長くなりすぎて揺動部ＳＷへの駆動力が十分に伝達されない虞がある。しかしながら、本実施例によれば、駆動中において揺動部ＳＷと突出部ＰＲ１（保持部材ＳＰ）先端との相対的な位置ずれに追従するのに必要最小限の変形をトーションバーＴＢ１の根本（第２部分Ｓ２）が担っている故に、駆動力が十分に速く伝達される。
If a plurality of bent portions are provided in the middle of the torsion bar TB1, the torsion bar TB1 may become too long and the driving force to the swinging part SW may not be sufficiently transmitted. However, according to the present embodiment, the minimum deformation necessary for following the relative displacement between the swinging part SW and the tip of the projecting part PR1 (holding member SP) during driving is reduced to the root of the torsion bar TB1 ( Due to the second part S2), the driving force is transmitted sufficiently quickly.
トーションバーＴＢ１における突出部ＰＲ１（保持部材ＳＰ）とトーションバーＴＢ１の接続部（第２部分Ｓ２）の形状は、曲線形状又はクランク形状もしくは図７に示すようにステー形状であることが好ましい。
The shape of the connecting portion (second portion S2) of the protrusion PR1 (holding member SP) and the torsion bar TB1 in the torsion bar TB1 is preferably a curved shape or a crank shape or a stay shape as shown in FIG.
以上、トーションバーの形状についてトーションバーＴＢ１を例にして説明したが、他のトーションバーＴＢ２、ＴＢ３、ＴＢ４も同様に構成され、トーションバーＴＢ１と同様の効果を得ることができる。
Although the torsion bar TB1 has been described above as an example of the torsion bar shape, the other torsion bars TB2, TB3, and TB4 are configured in the same manner, and the same effects as the torsion bar TB1 can be obtained.
更に、本実施例によれば、揺動部ＳＷは、揺動軸Ａ１を挟んで位置する突出部ＰＲ１及びＰＲ２（保持部材ＳＰ）の一対に接続されたトーションバーの一対ＴＢ１及びＴＢ２で支持され、これらの第１部分Ｓ１のそれぞれが揺動軸Ａ１を挟みかつ揺動軸Ａ１に沿って伸長している。さらに、トーションバーの一対ＴＢ１及びＴＢ２（ＴＢ３及びＴＢ４）の二組ＴＢＰ１及びＴＢＰ２が揺動部ＳＷを挟んでいる。
Furthermore, according to the present embodiment, the swinging part SW is supported by a pair of torsion bars TB1 and TB2 connected to a pair of protrusions PR1 and PR2 (holding members SP) located across the swinging axis A1. Each of these first portions S1 sandwiches the swing axis A1 and extends along the swing axis A1. Furthermore, two pairs TBP1 and TBP2 of a pair of torsion bars TB1 and TB2 (TB3 and TB4) sandwich the swinging part SW.
この構成によって揺動軸Ａ１を挟むように配置されるトーションバー対で構成されるトーションバー組は、揺動軸上の１本のトーションバーから成るトーションバー構造に比べて、揺動部ＳＷを大きな振り角で駆動させることができる。
With this configuration, the torsion bar set composed of a pair of torsion bars arranged so as to sandwich the swing axis A1 has a swinging portion SW as compared with a torsion bar structure including one torsion bar on the swing shaft. It can be driven with a large swing angle.
図８は、実施例２の光走査装置のMEMSミラー装置１１において、第１走査方向であるＸ方向と第２走査方向であるＹ方向とが直交し、これらに直交するＺ方向側から眺めたMEMSミラー装置１１１の平面図である。
FIG. 8 shows the MEMS mirror device 11 of the optical scanning device according to the second embodiment, in which the X direction that is the first scanning direction and the Y direction that is the second scanning direction are orthogonal to each other and viewed from the Z direction side orthogonal to these. 2 is a plan view of a MEMS mirror device 111. FIG.
実施例１では、揺動軸Ａ１を画定し、揺動部ＳＷを揺動軸Ａ１の周りに一軸方向に揺動可能とする構成を例示した。
In the first embodiment, the configuration in which the swing axis A1 is defined and the swing portion SW is swingable around the swing axis A1 in one axial direction is exemplified.
実施例２では、光反射膜１２を備えた揺動部ＳＷが揺動軸Ａ１（Ｙ方向）の周りに揺動したときの光反射膜１２によって反射された光束Ｌが移動する方向を第１走査方向とし、第２揺動軸Ａ２（Ｘ方向）の周りに駆動したときの光束Ｌの移動する方向を第２走査方向とする二軸方向に揺動可能とする二軸方向光走査装置のMEMSミラー装置１１１を説明する。
In the second embodiment, the first direction is the direction in which the light beam L reflected by the light reflecting film 12 moves when the swinging part SW including the light reflecting film 12 swings around the swing axis A1 (Y direction). A biaxial optical scanning device capable of oscillating in a biaxial direction with the scanning direction as the second scanning direction and the direction of movement of the light beam L when driven around the second oscillating axis A2 (X direction). The MEMS mirror device 111 will be described.
本実施例の二軸方向光走査装置のMEMSミラー装置１１１は、図８に示すように、実施例１の一軸方向光走査装置のMEMSミラー装置１１を揺動部として含んでいる。よって、MEMSミラー装置１１の説明は省略する。
As shown in FIG. 8, the MEMS mirror device 111 of the biaxial optical scanning device of the present embodiment includes the MEMS mirror device 11 of the uniaxial optical scanning device of the first embodiment as a swinging unit. Therefore, the description of the MEMS mirror device 11 is omitted.
MEMSミラー装置１１１では、揺動部のMEMSミラー装置１１の保持部材ＳＰを、揺動部ＳＷと共に第２保持部材ＳＰ２にて支持して、Ｘ方向に伸長する第２揺動軸Ａ２周りに揺動する。
In the MEMS mirror device 111, the holding member SP of the MEMS mirror device 11 of the swinging part is supported by the second holding member SP2 together with the swinging part SW, and swings around the second swinging axis A2 extending in the X direction. Move.
第２保持部材ＳＰ２の一対の突出部ＰＲ５及びＰＲ６の組並びに一対の突出部ＰＲ７及びＰＲ８の組が第２揺動軸Ａ２に対称になるように構成されている。一対のトーションバーＴＢ５及びＴＢ６の組とトーションバーＴＢ７及びＴＢ８の組は第２揺動軸Ａ２に対称になるように構成されている。
The pair of protrusions PR5 and PR6 and the pair of protrusions PR7 and PR8 of the second holding member SP2 are configured to be symmetric with respect to the second swing axis A2. The pair of torsion bars TB5 and TB6 and the pair of torsion bars TB7 and TB8 are configured to be symmetric with respect to the second swing axis A2.
MEMSミラー装置１１１は、さらに、第２保持部材ＳＰ２の突出部ＰＲ５、ＰＲ６、ＰＲ７、ＰＲ８上にそれぞれ固着される圧電素子ＰＺ５、ＰＺ６、ＰＺ７、ＰＺ８と、電極接続部（図示せず）等と、を有している。
The MEMS mirror device 111 further includes piezoelectric elements PZ5, PZ6, PZ7, PZ8 that are respectively fixed on the protrusions PR5, PR6, PR7, PR8 of the second holding member SP2, and electrode connection portions (not shown). ,have.
本実施例によっても、実施例１同様に、揺動部のMEMSミラー装置１１からのトーションバーＴＢ５、ＴＢ６、ＴＢ７、ＴＢ８の各々について、突出部ＰＲ５、ＰＲ６、ＰＲ７、ＰＲ８（保持部材）の伸長方向に曲線状に伸ばすことにより、同突出部（保持部材）変形に起因する各トーションバーへの応力を逃がすことができるため、各トーションバーの破断を防ぐことができ、揺動部ＳＷを大きな振り角で駆動させることができる。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the protrusions PR5, PR6, PR7, and PR8 (holding members) are extended for each of the torsion bars TB5, TB6, TB7, and TB8 from the MEMS mirror device 11 of the swinging portion. Since the stress on each torsion bar due to the deformation of the protruding portion (holding member) can be released by extending in a curved shape in the direction, it is possible to prevent the torsion bar from breaking and to make the swinging portion SW large. It can be driven at a swing angle.
１１ MEMSミラー装置
１２ 光反射膜
ＳＷ 揺動部
ＳＰ 保持部材
ＳＰ２ 第２保持部材
ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４ 突出部
ＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、ＴＢ４ トーションバー
Ｓ１ 第１部分
Ｓ２ 第２部分
Ｔ１ 一端
Ｔ２ 他端
Ａ１、Ａ２ 揺動軸 11MEMS mirror device 12 Light reflecting film SW Oscillating part SP Holding member SP2 Second holding member PR1, PR2, PR3, PR4 Projection part TB1, TB2, TB3, TB4 Torsion bar S1 First part S2 Second part T1 One end T2 Others End A1, A2 Oscillating shaft
１２ 光反射膜
ＳＷ 揺動部
ＳＰ 保持部材
ＳＰ２ 第２保持部材
ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４ 突出部
ＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、ＴＢ４ トーションバー
Ｓ１ 第１部分
Ｓ２ 第２部分
Ｔ１ 一端
Ｔ２ 他端
Ａ１、Ａ２ 揺動軸 11
Claims (10)
- 保持部材と、
一端が前記保持部材に接続されたトーションバーと、
前記トーションバーの他端に接続され、揺動軸の周りに揺動可能な揺動部と、を有し、
前記トーションバーは、前記他端を含みかつ前記揺動軸に沿って伸長する第１部分及び前記一端から前記第１部分の伸長方向と交差する方向に伸長する第２部分を有することを特徴とするアクチュエータ。 A holding member;
A torsion bar having one end connected to the holding member;
A swinging portion connected to the other end of the torsion bar and swingable around a swinging shaft;
The torsion bar includes a first portion including the other end and extending along the swing axis, and a second portion extending from the one end in a direction intersecting with the extending direction of the first portion. Actuator to do. - 前記第１部分は前記揺動軸に平行な方向に伸長することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, wherein the first portion extends in a direction parallel to the swing axis.
- 前記第２部分は前記第１部分に対して屈曲した屈曲形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。 3. The actuator according to claim 1, wherein the second portion has a bent shape bent with respect to the first portion.
- 前記第２部分は前記第１部分に対して湾曲した曲線状形状を有することを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 3, wherein the second portion has a curved shape curved with respect to the first portion.
- 前記第１部分と前記第２部分とが同一平面内において伸長して前記トーションバーを構成していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the first portion and the second portion extend in the same plane to constitute the torsion bar.
- 前記第１部分の伸長方向と前記第２部分の伸長方向とがなす角度は、９０度以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein an angle formed by an extending direction of the first portion and an extending direction of the second portion is 90 degrees or less.
- 前記第２部分は、前記一端から前記揺動軸に対して９０度の角度で伸長していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein the second portion extends from the one end at an angle of 90 degrees with respect to the swing shaft.
- 前記保持部材に固定され、前記保持部材を変形させて、前記揺動部を揺動させる駆動部材を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 7, further comprising: a driving member that is fixed to the holding member and deforms the holding member to cause the swinging portion to swing.
- 前記駆動部材は圧電素子を含むことを特徴とする請求項８に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 8, wherein the driving member includes a piezoelectric element.
- 前記揺動部は、前記揺動軸を挟んで位置する、一対の前記保持部材のそれぞれに接続された一対の前記トーションバーで支持され、
前記トーションバーの前記第１部分のそれぞれが前記揺動軸を挟みかつ前記揺動軸に沿って伸長していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The swinging part is supported by a pair of torsion bars connected to each of the pair of holding members, which are located across the swinging shaft,
10. The actuator according to claim 1, wherein each of the first portions of the torsion bar extends along the swing shaft while sandwiching the swing shaft. 11.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022163105A1 (en) * | 2021-01-26 | 2022-08-04 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Drive element and light deflection element |
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| WO2009072515A1 (en) * | 2007-12-05 | 2009-06-11 | Nec Corporation | Optical scanner and optical scanning device |
| JP2014115612A (en) * | 2012-11-15 | 2014-06-26 | Ricoh Co Ltd | Light deflecting device and image forming apparatus |
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-
2019
- 2019-03-12 WO PCT/JP2019/009895 patent/WO2019176907A1/en active Application Filing
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