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JP2024068414A - Movable device, optical scanning system, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device and moving body. - Google Patents

Movable device, optical scanning system, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device and moving body. Download PDF

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JP2024068414A
JP2024068414A JP2022178848A JP2022178848A JP2024068414A JP 2024068414 A JP2024068414 A JP 2024068414A JP 2022178848 A JP2022178848 A JP 2022178848A JP 2022178848 A JP2022178848 A JP 2022178848A JP 2024068414 A JP2024068414 A JP 2024068414A
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JP
Japan
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movable
drive
unit
mirror
movable device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2022178848A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
悟一 赤沼
Goichi Akanuma
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】
駆動感度を高くしつつ小型化が実現可能な可動装置を提供する。
【解決手段】
本発明は、可動部と、前記可動部を駆動させる駆動部と、前記可動部と前記駆動部を連結する連結部と、を有し、前記連結部は、前記可動部と前記駆動部の少なくとも一方と平面視において重なる領域に間隔を有し、平面視における前記可動部及び前記駆動部との接続領域を除く前記可動部との接続位置と前記駆動部との接続位置との間の連結部の長さは、平面視における前記駆動部と前記可動部との距離よりも長いことを特徴とした可動装置である。
【選択図】図1E

【assignment】
To provide a movable device that can be made compact while increasing drive sensitivity.
SOLUTION
The present invention is a movable device comprising a movable part, a driving part which drives the movable part, and a connecting part which connects the movable part and the driving part, wherein the connecting part has a gap in an area which overlaps with at least one of the movable part and the driving part in a planar view, and the length of the connecting part between the connection position with the movable part and the connection position with the driving part, excluding the connection area between the movable part and the driving part in a planar view, is longer than the distance between the driving part and the movable part in a planar view.
[Selected Figure] Figure 1E

Description

本発明は、可動装置、光走査システム、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 a movable device, an optical scanning system, a head-up display, a laser headlamp, a head-mounted display, an object recognition device, and a moving body.

特許文献1では、SOIウェハに対し、酸化シリコン層側からのエッチングにより酸化シリコン層側に開口する空洞を外側圧電アクチュエータの形成領域に形成し、空洞の露出面を酸化シリコン層で被覆する。次に、SOIウェハの酸化シリコン層とSOIウェハの支持層とを接合して、空洞を封入したSOIウェハを製造する。次に、SOIウェハの裏面側に凹部を形成した後、裏面側から凹部の深さ方向に、異方性のドライエッチングを行って、酸化シリコン層を除去する方法が開示されている。 In Patent Document 1, a cavity that opens onto the silicon oxide layer side of an SOI wafer is formed in a region where an outer piezoelectric actuator is to be formed by etching from the silicon oxide layer side, and the exposed surface of the cavity is covered with a silicon oxide layer. Next, the silicon oxide layer of the SOI wafer is bonded to a support layer of the SOI wafer to produce an SOI wafer with an enclosed cavity. Next, a recess is formed on the back side of the SOI wafer, and then anisotropic dry etching is performed from the back side in the depth direction of the recess to remove the silicon oxide layer.

特開2020‐204695号公報JP 2020-204695 A

駆動感度を高くしつつ小型化が実現可能な可動装置を提供する。 To provide a movable device that can be made compact while increasing drive sensitivity.

本発明は、可動部と可動部を駆動させる駆動部と、可動部と駆動部を連結する連結部からなる可動装置であって、駆動部と、連結部が重なる領域があり、重なる領域は、駆動部と連結部の間に、可動部側に開放される空間を有することを特徴とする可動装置である。 The present invention is a movable device that includes a movable part, a drive part that drives the movable part, and a connecting part that connects the movable part and the drive part, and is characterized in that there is an area where the drive part and the connecting part overlap, and the overlapping area has a space between the drive part and the connecting part that is open to the movable part.

駆動感度を高くしつつ小型化が実現可能な可動装置を提供することができる。 It is possible to provide a movable device that can be made compact while still improving drive sensitivity.

本実施形態の構成の一例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an example of a configuration of an embodiment of the present invention. 本実施形態の構成の一例を示す裏面図である。FIG. 2 is a rear view showing an example of the configuration of this embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 可動装置の第2駆動構造部の駆動を模式的に表した図である。FIG. 4 is a schematic representation of the drive of a second drive structure of the movable device; (a)可動装置の圧電素子部群Aに印加される駆動電圧Aの波形の一例(b)圧電素子部群Bに印加される駆動電圧の波形Bの一例(c)駆動電圧Aの波形と駆動電圧Bの波形を重ね合わせた図である。(a) An example of the waveform of a driving voltage A applied to a piezoelectric element group A of a movable device; (b) an example of the waveform B of a driving voltage applied to a piezoelectric element group B; (c) a diagram showing the waveforms of driving voltage A and driving voltage B superimposed on each other. 本実施形態の構成の一例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an example of a configuration of an embodiment of the present invention. 本実施形態の構成の一例を示す裏面図である。FIG. 2 is a rear view showing an example of the configuration of this embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an example of a configuration of an embodiment of the present invention. 本実施形態の構成の一例を示す裏面図である。FIG. 2 is a rear view showing an example of the configuration of this embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an example of a configuration of an embodiment of the present invention. 本実施形態の構成の一例を示す裏面図である。FIG. 2 is a rear view showing an example of the configuration of this embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an example of a configuration of an embodiment of the present invention. 本実施形態の構成の一例を示す裏面図である。FIG. 2 is a rear view showing an example of the configuration of this embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an example of a configuration of an embodiment of the present invention. 本実施形態の構成の一例を示す裏面図である。FIG. 2 is a rear view showing an example of the configuration of this embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 本実施形態の構成の一例を示す平面図の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a plan view showing an example of a configuration of the present embodiment. 光走査システムの一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example optical scanning system. 光走査システムの一例のハードウェア構成図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of an example of an optical scanning system. 制御装置の一例の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of an example of a control device. 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。13 is a flowchart of an example of a process related to the optical scanning system. ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of an automobile equipped with a head-up display device. ヘッドアップディスプレイ装置の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of a head-up display device. 光書込装置を搭載した画像形成装置の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of an image forming apparatus equipped with an optical writing device. 光書込装置の一例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an optical writing device. ライダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an automobile equipped with a lidar device. ライダ装置の一例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a lidar device. レーザヘッドランプの構成の一例を説明する概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of a laser headlamp. ヘッドマウントディスプレイの構成の一例を示す概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of the configuration of a head mounted display. ヘッドマウントディスプレイの構成の一部の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a portion of the configuration of a head mounted display.

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Below, a description of the embodiment of the invention will be given with reference to the drawings. Note that in the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted.

[第1の実施形態]
<可動装置の構成>
第1の実施形態を図1に示す。図1Aは正面図、図1Bは裏面図、図1C~図1Eはそれぞれ断面図である。
[First embodiment]
<Configuration of movable device>
The first embodiment is shown in Fig. 1. Fig. 1A is a front view, Fig. 1B is a rear view, and Figs. 1C to 1E are cross-sectional views.

図1に示すように、可動装置13は、入射した光を反射するミラー部101と、ミラー部に接続され、ミラー部をY軸に平行な第1軸周りに駆動する第1駆動構造部110a、110bと、ミラー部および第1駆動構造部を支持する第1支持部120と、第1支持部に接続され、ミラー部および第1支持部をY軸に平行な第2軸周りに駆動する第2駆動構造部130a、130bと、第2駆動構造部を支持する第2支持部140と、第1駆動構造部および第2駆動構造部および制御装置に電気的に接続される電極接続部150と、を有する。 As shown in FIG. 1, the movable device 13 has a mirror section 101 that reflects incident light, first drive structure sections 110a and 110b that are connected to the mirror section and drive the mirror section around a first axis parallel to the Y axis, a first support section 120 that supports the mirror section and the first drive structure section, second drive structure sections 130a and 130b that are connected to the first support section and drive the mirror section and the first support section around a second axis parallel to the Y axis, a second support section 140 that supports the second drive structure section, and an electrode connection section 150 that is electrically connected to the first drive structure section, the second drive structure section, and the control device.

可動装置13は、例えば、第一のSOI(Silicon On Insulator)基板361と第二のSOI基板362の2枚のSOI基板が酸化シリコン層363を挟んで接合されて形成されている。第一のSOI基板はシリコン支持層361a、酸化シリコン層361b、シリコン活性層361cで形成され、第二のSOI基板はシリコン支持層362a、酸化シリコン層362b、シリコン活性層362cで形成されている。各々のSOI基板は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駆動部112a、112b、第2駆動部131a~131d、132a~132d、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、SOI基板の成形後に行ってもよいし、SOI基板の成形中に行ってもよい。 The movable device 13 is formed, for example, by bonding two SOI substrates, a first SOI (Silicon On Insulator) substrate 361 and a second SOI substrate 362, with a silicon oxide layer 363 sandwiched between them. The first SOI substrate is formed of a silicon support layer 361a, a silicon oxide layer 361b, and a silicon active layer 361c, and the second SOI substrate is formed of a silicon support layer 362a, a silicon oxide layer 362b, and a silicon active layer 362c. Each SOI substrate is shaped by etching or the like, and the reflective surface 14, the first driving units 112a, 112b, the second driving units 131a to 131d, 132a to 132d, the electrode connection unit 150, and the like are formed on the shaped substrate, so that each component is integrally formed. The formation of each of the above components may be performed after the SOI substrate is shaped, or may be performed during the shaping of the SOI substrate.

先述したように駆動部には、第1駆動構造部110に配置した第1駆動部112a、112bおよび、第2駆動構造部130に配置した第2駆動部131a~131d、132a~132dがある。本実施形態における主要な構造は、第1駆動部であるため、説明の簡略化のために、第1駆動部を駆動部と記すことがある。 As mentioned above, the drive units include first drive units 112a, 112b arranged in the first drive structure unit 110, and second drive units 131a-131d, 132a-132d arranged in the second drive structure unit 130. Since the main structure in this embodiment is the first drive unit, for the sake of simplicity, the first drive unit may be referred to as the drive unit.

SOI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さらに単結晶シリコンからなる第2のシリコン層が設けられている基板である。以降、第1のシリコン層をシリコン支持層361a、362a、第2のシリコン層をシリコン活性層361c、362cとする。 An SOI substrate is a substrate in which a silicon oxide layer is provided on a first silicon layer made of single crystal silicon (Si), and a second silicon layer made of single crystal silicon is provided on the silicon oxide layer. Hereinafter, the first silicon layer is referred to as silicon support layers 361a, 362a, and the second silicon layer is referred to as silicon active layers 361c, 362c.

シリコン活性層361c、362c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、シリコン活性層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。 Since the silicon active layers 361c and 362c are thinner in the Z-axis direction than in the X-axis direction or the Y-axis direction, a member made up of only the silicon active layer functions as an elastic part.

なお、SOI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形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば可動装置13の形成に用いられる部材はSOI基板に限られない。 The SOI substrate does not necessarily have to be planar, and may have curvature, etc. Also, the material used to form the movable device 13 is not limited to the SOI substrate, as long as it can be integrally molded by etching or the like and can be made partially elastic.

次に第1軸を中心に回動させるための主走査構造の詳細を説明する。
ミラー部101は、例えば、シリコン活性層361cで構成された円形状のミラー部基体102と、ミラー部基体の+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、例えば、シリコン活性層361c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。
また、図1Bに示すように、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103が形成されていてもよい。リブは、例えば、シリコン支持層361aおよび酸化シリコン層361bから構成され、ミラー振幅時に生じる反射面14の歪みを抑制することができる。
Next, the main scanning structure for rotating about the first axis will be described in detail.
The mirror section 101 is composed of, for example, a circular mirror section base 102 made of a silicon active layer 361c, and a reflecting surface 14 formed on the +Z side surface of the mirror section base. The mirror section base 102 is composed of, for example, a silicon active layer 361c. The reflecting surface 14 is composed of a metal thin film containing, for example, aluminum, gold, silver, or the like.
1B, the mirror section 101 may have a rib 103 for reinforcing the mirror section formed on the −Z side surface of the mirror section base 102. The rib is made of, for example, a silicon support layer 361a and a silicon oxide layer 361b, and can suppress distortion of the reflecting surface 14 that occurs when the mirror oscillates.

第1駆動構造部110a、110bは、シリコン活性層361cで構成された駆動部112a、112bと、トーションスプリング111a、111bから構成される。駆動部112a、112bは、第1圧電素子部を有したシリコン活性層からなり、駆動部112a、112bの裏面には駆動部リブ114a、114bと後述する駆動部接続部113a、113bが形成されている。駆動部112a、112bの一端は、後述するトーションバースプリング111a、111bと接続され、他端は第1支持部120の内周部に接続されている。 The first drive structure 110a, 110b is composed of the drive units 112a, 112b made of the silicon active layer 361c and the torsion springs 111a, 111b. The drive units 112a, 112b are made of a silicon active layer having a first piezoelectric element unit, and the back surfaces of the drive units 112a, 112b are formed with the drive unit ribs 114a, 114b and the drive unit connection units 113a, 113b described later. One end of the drive units 112a, 112b is connected to the torsion bar springs 111a, 111b described later, and the other end is connected to the inner periphery of the first support unit 120.

第1圧電素子部は、図1Eに示すように弾性部であるシリコン活性層361cの+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成されて構成される。上部電極203および下部電極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。 The first piezoelectric element portion is configured by forming a lower electrode 201, a piezoelectric portion 202, and an upper electrode 203 in this order on the +Z side surface of the silicon active layer 361c, which is the elastic portion, as shown in FIG. 1E. The upper electrode 203 and the lower electrode 201 are configured, for example, from gold (Au) or platinum (Pt). The piezoelectric portion 202 is configured, for example, from PZT (lead zirconate titanate), which is a piezoelectric material.

トーションバースプリング111a、111bは、図1Bに示すように、第1軸方向を長手方向として、第二のSOI基板362のシリコン活性層362cから構成されている。ミラー部14は可動部の一例であり、駆動部112a、112bは駆動部の一例である。トーションバースプリング111a、111bは、連結部を構成する一部分の一例である。 As shown in FIG. 1B, the torsion bar springs 111a and 111b are configured from the silicon active layer 362c of the second SOI substrate 362 with the first axis direction as the longitudinal direction. The mirror section 14 is an example of a movable section, and the actuators 112a and 112b are an example of an actuator. The torsion bar springs 111a and 111b are an example of a part that configures a connecting section.

トーションバースプリング111a、111bは、それぞれの一端がミラー接続部104を介してミラー部リブ103に接続し、他端が駆動部接続部113a、113bを介して駆動部112a、112bに接続され、ミラー部101を回動可能に支持している。ミラー共振周波数はトーションバースプリング111aの長さ、幅、厚さで設計されている。 Torsion bar springs 111a and 111b each have one end connected to mirror rib 103 via mirror connector 104, and the other end connected to drivers 112a and 112b via driver connectors 113a and 113b, rotatably supporting mirror 101. The mirror resonance frequency is designed based on the length, width, and thickness of torsion bar spring 111a.

平面視である図1Bに示すトーションバースプリング111aと、ミラー接続部104およびミラー部リブ103を介してミラー部基体102に接続される個所を断面方向から見ると、図1Eで示すように、ミラー部基体102は積層上に接続領域591(可動部と連結部の接続)を介して、連結部111aと接続している。接続領域591は第1のSOI基板のシリコン支持層361aおよび第2のSOI基板のシリコン活性層362cから構成されている。接続領域591は連結部111aを構成する一部分の一例である。 When the torsion bar spring 111a shown in FIG. 1B, which is a plan view, is viewed in cross section at the point where it is connected to the mirror base 102 via the mirror connection part 104 and the mirror rib 103, as shown in FIG. 1E, the mirror base 102 is connected to the connection part 111a via a connection region 591 (connection between the movable part and the connection part) on the stack. The connection region 591 is composed of the silicon support layer 361a of the first SOI substrate and the silicon active layer 362c of the second SOI substrate. The connection region 591 is an example of a part that constitutes the connection part 111a.

また、接続領域の一部である平面視で示したミラー接続部104は、連結部111aを構成する一部分の一例である。本実施形態においては、ミラー接続部104とミラー部リブ103は、異なる層で形成されているが、一体的に形成されていても良い。ミラー接続部104とミラー部リブ103を一体的に形成する場合、ミラー部101を補強するため剛性が高いことが好ましい。ただし、例えば、ミラー接続部104の剛性をトーションバースプリング111a、111bと同定度まで下げることで、可動装置の駆動感度をより高くする構成としても良い。 The mirror connection portion 104, which is shown in a plan view as a part of the connection region, is an example of a part that constitutes the link portion 111a. In this embodiment, the mirror connection portion 104 and the mirror portion rib 103 are formed in different layers, but they may be formed integrally. When the mirror connection portion 104 and the mirror portion rib 103 are formed integrally, it is preferable that the rigidity is high in order to reinforce the mirror portion 101. However, for example, the rigidity of the mirror connection portion 104 may be reduced to the same level as the torsion bar springs 111a and 111b, thereby increasing the drive sensitivity of the movable device.

平面視である図1Bに示すトーションバースプリング111aは、駆動部接続部113aを介して駆動部112aに接続される。断面視である図1Eで示すように、駆動部112aは、積層上に接続領域590(駆動部と連結部の接続)を介して、トーションバースプリング111aと接続する。接続領域590は第1のSOI基板のシリコン支持層361aおよび第2のSOI基板のシリコン活性層362cから構成されている。接続領域590は連結部111aを構成する一部分の一例である。 The torsion bar spring 111a shown in FIG. 1B, which is a plan view, is connected to the driving unit 112a via the driving unit connection part 113a. As shown in FIG. 1E, which is a cross-sectional view, the driving unit 112a is connected to the torsion bar spring 111a via a connection region 590 (connection between the driving unit and the connecting part) on the stack. The connection region 590 is composed of the silicon support layer 361a of the first SOI substrate and the silicon active layer 362c of the second SOI substrate. The connection region 590 is an example of a part that constitutes the connecting part 111a.

駆動部接続部113a、113bは、連結部を構成する一部分の一例である。本実施例においては、駆動部接続部113a、113bと駆動部リブ114a、114bは、異なる層で形成されているが、後述する第4の実施形態のように一体的に形成されていても良い。駆動部接続部113a、113bを、ミラー部リブ103又は駆動部リブ114a、114bと一体的に形成する場合、駆動部112a、112bを補強するため剛性が高いことが好ましい。ただし、例えば、駆動部接続部113a、113bの剛性をトーションバースプリング111a、111bと同定度まで下げることで、可動装置の駆動感度をより高くする構成としても良い。 The drive unit connection parts 113a and 113b are an example of a part that constitutes the coupling part. In this embodiment, the drive unit connection parts 113a and 113b and the drive unit ribs 114a and 114b are formed in different layers, but they may be formed integrally as in the fourth embodiment described later. When the drive unit connection parts 113a and 113b are formed integrally with the mirror unit rib 103 or the drive unit ribs 114a and 114b, it is preferable that the rigidity is high in order to reinforce the drive units 112a and 112b. However, for example, the rigidity of the drive unit connection parts 113a and 113b may be reduced to the same level as the torsion bar springs 111a and 111b, thereby increasing the drive sensitivity of the movable device.

駆動部112a、112bは、第1圧電素子部とそれを支持するシリコン活性層361cの部分から構成される。第1圧電素子部は、駆動力を発揮するように設計され、シリコン活性層361cの部分は、連結部111aとの接合や、支持部120との接合に適した形状に便宜設計している。また、シリコン活性層361cは支持部120が担っている駆動を支持する役割も一部担う形となっている。 The driving units 112a and 112b are composed of a first piezoelectric element unit and a silicon active layer 361c that supports it. The first piezoelectric element unit is designed to exert a driving force, and the silicon active layer 361c unit is conveniently designed in a shape suitable for bonding to the connecting unit 111a and for bonding to the support unit 120. The silicon active layer 361c also plays a role in supporting the driving force provided by the support unit 120.

第1圧電素子部とシリコン活性層361cの形状は、それぞれ別なフォトリソグラフィー工程を設けて加工するため、それぞれの形状に大きな制約を受けることなく任意な形状を適宜形成することが可能である。 The shapes of the first piezoelectric element portion and the silicon active layer 361c are processed using separate photolithography processes, so any shape can be formed without significant restrictions on the shape of each portion.

トーションバースプリング111a、111bは、図1Bに示すように、第1軸方向を長手方向として、第二のSOI基板362のシリコン活性層362cから構成されている。ミラー部14は可動部の一例であり、駆動部112aは駆動部の一例である。トーションバースプリング111aは、連結部の一例である。 As shown in FIG. 1B, the torsion bar springs 111a and 111b are configured from the silicon active layer 362c of the second SOI substrate 362 with the first axis direction as the longitudinal direction. The mirror portion 14 is an example of a movable portion, and the driving portion 112a is an example of a driving portion. The torsion bar spring 111a is an example of a connecting portion.

トーションバースプリング111a、111bは、それぞれの一端がミラー接続部104を介してミラー部リブ103に接続する。トーションバースプリング111a、111bの他端は、駆動部接続部113a、113bを介して駆動部112a、112bに接続される。ミラー部101を回動可能に支持している。ミラー共振周波数はトーションバースプリング111aの長さ、幅、厚さで設計されている。 One end of each of the torsion bar springs 111a and 111b is connected to the mirror section rib 103 via the mirror connection section 104. The other ends of the torsion bar springs 111a and 111b are connected to the drive sections 112a and 112b via the drive section connection sections 113a and 113b. They support the mirror section 101 so that it can rotate. The mirror resonance frequency is designed based on the length, width, and thickness of the torsion bar spring 111a.

ここで図1Bに示すようにトーションバースプリングはそのねじり中心軸をミラーの中心からオフセット(dS)することで、駆動部先端のZ方向の振幅を回転力(モーメント)に変えてミラーを回動させている。駆動部は先端が自由端となっているため圧電駆動力を妨げることなく大振幅が得られる。 As shown in Figure 1B, the torsion bar spring offsets (dS) its torsional axis from the center of the mirror, converting the amplitude of the Z direction at the tip of the driver into a rotational force (moment) to rotate the mirror. Because the tip of the driver is a free end, a large amplitude can be obtained without interfering with the piezoelectric driving force.

更に駆動部の曲げモード共振をミラー共振(トーションバースプリングのねじりモード共振)近傍に設定することで、ミラーの回転角度を大きく拡大することができ、低い印可電圧で大振幅動作が可能となる。駆動部リブ114a、114bの形状や幅で剛性を設計し駆動部の曲げモードの共振周波数を所望の値に設定している。 Furthermore, by setting the bending mode resonance of the drive unit close to the mirror resonance (the torsion mode resonance of the torsion bar spring), the rotation angle of the mirror can be greatly expanded, enabling large amplitude operation with a low applied voltage. The stiffness is designed by the shape and width of the drive unit ribs 114a, 114b, and the resonance frequency of the bending mode of the drive unit is set to the desired value.

図1Aに戻り、第1支持部120は、例えば、シリコン支持層361a、酸化シリコン層361b、シリコン活性層361cから構成され、ミラー部101および第一駆動部112a、112bを囲うように形成された略矩形形状の支持体である。 Returning to FIG. 1A, the first support unit 120 is, for example, a support having a substantially rectangular shape and made up of a silicon support layer 361a, a silicon oxide layer 361b, and a silicon active layer 361c, and is formed to surround the mirror unit 101 and the first drive units 112a and 112b.

図1EのE-E’断面を見ると分かるように、ミラー部基体102とトーションバースプリング111aはZ方向の視野で重なっている。また、トーションバースプリング111aと駆動部112aはZ方向の視野で重なっている。 As can be seen from the E-E' cross section in Figure 1E, the mirror base 102 and the torsion bar spring 111a overlap in the Z direction. Also, the torsion bar spring 111a and the drive unit 112a overlap in the Z direction.

なお、平面視とは、ミラー部14の上面の法線方向から対象を見ることである。図1Aには、参考のため、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸が示される。X軸方向及びY軸方向は、ミラー部14の上面に平行な平面内で互いに直交する方向である。また、Z軸方向は、X軸方向及びY軸方向に直交する方向である。言い換えれば、Z軸方向は、ミラー部14の上面の法線方向である。ここで、平面視におけるミラー部14とは、図1AのXY平面で示すミラー部14を指すものとする。なお、他の図においても、図1Aに対応するX軸、Y軸、及びZ軸を示す場合がある。 Note that a planar view means viewing an object from the normal direction of the top surface of the mirror section 14. For reference, FIG. 1A shows an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are mutually orthogonal. The X-axis direction and the Y-axis direction are directions that are mutually orthogonal in a plane that is parallel to the top surface of the mirror section 14. The Z-axis direction is a direction that is orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction. In other words, the Z-axis direction is the normal direction of the top surface of the mirror section 14. Here, the mirror section 14 in a planar view refers to the mirror section 14 shown in the XY plane in FIG. 1A. Note that the X-axis, Y-axis, and Z-axis corresponding to FIG. 1A may also be shown in other figures.

ミラー部14とトーションバースプリング111aの間に、第一のシリコン支持層361aが配置されるともに空間580が形成される。空間580は、駆動部112a側に開放されている。 A first silicon support layer 361a is disposed between the mirror section 14 and the torsion bar spring 111a, and a space 580 is formed. The space 580 is open to the drive section 112a side.

駆動部112aとトーションバースプリング111aの間にも、第一のシリコン支持層361aが配置されるともに第一のシリコン支持層361aの厚さ分を間隙として空間580が形成されている。空間580は、ミラー14側に開放されている。 A first silicon support layer 361a is also disposed between the drive unit 112a and the torsion bar spring 111a, and a space 580 is formed with a gap equal to the thickness of the first silicon support layer 361a. The space 580 is open to the mirror 14 side.

これにより、トーションバースプリング111aのばね定数となるトーションバースプリング111aの長さは、ミラー部14および駆動部112aが開放されている空間を含む領域に広がる。実質、トーションバースプリングを短くすることなく、同じばね定数のトーションバースプリングをミラー部の下層に重ねることができている。この重なった領域分、実質、第1支持部120がコンパクトに形成できる。 As a result, the length of the torsion bar spring 111a, which is the spring constant of the torsion bar spring 111a, extends to the area including the space where the mirror section 14 and the drive section 112a are open. In effect, a torsion bar spring with the same spring constant can be stacked below the mirror section without shortening the torsion bar spring. This overlapping area essentially allows the first support section 120 to be formed compactly.

トーションバースプリング111aと駆動部112aの接続は、第一のシリコン支持層361aによってなされ、厚さ方向に積層するように接合されている。ここで、厚さ方向とは、1Eに示すZ軸方向を指す。すなわち、厚さ方向は、第1支持部120における、シリコン支持層361a、酸化シリコン層361b、シリコン活性層361cの積層方向と同一の方向である。この接合されている部分を接合部領域590とする。同様にミラー部14と駆動部112aの接続は、第一のシリコン支持層361aによってなされ、厚さ方向に積層するように接合されている。この接合されている部分を接合部領域591とする。 The torsion bar spring 111a and the driving unit 112a are connected by the first silicon support layer 361a, and are bonded so as to be stacked in the thickness direction. Here, the thickness direction refers to the Z-axis direction shown in FIG. 1E. In other words, the thickness direction is the same as the stacking direction of the silicon support layer 361a, silicon oxide layer 361b, and silicon active layer 361c in the first support unit 120. This bonded portion is referred to as the bonding region 590. Similarly, the mirror unit 14 and the driving unit 112a are connected by the first silicon support layer 361a, and are bonded so as to be stacked in the thickness direction. This bonded portion is referred to as the bonding region 591.

この接合部領域が厚さ方向に配置されていることで、従来の平面方向での接合する方法と比べ、平面方向の接合部領域分、狭くすることが可能となる。これにより、狭くなった分、トーションバースプリングの実質的な長さを変えることなく、第1支持部120をコンパクトに設計することが可能となる。可動装置として、ばね定数が同等で振れ幅を維持したまま、小型化が可能となる。 By arranging this joint area in the thickness direction, it is possible to narrow the joint area in the planar direction compared to the conventional method of joining in the planar direction. This makes it possible to design the first support part 120 compactly without changing the actual length of the torsion bar spring by the narrower area. As a movable device, it is possible to reduce the size while maintaining the same spring constant and the amplitude of the deflection.

図1Eには、それぞれの主要な構成要素の距離関係を示す。可動部および駆動部と連結部との距離501をL1とする。L1はZ軸方向の間隔を示し、このL1が有限の数値を示すことで、ここに空間があることを意図している。この空間によってトーションバースプリング111aが動くことができる。 Figure 1E shows the distance relationship between each of the main components. The distance 501 between the movable part and the drive part and the connecting part is L1. L1 indicates the distance in the Z-axis direction, and by indicating that L1 is a finite value, it is intended that there is a space here. This space allows the torsion bar spring 111a to move.

次に、可動部および駆動部と連結部と間に形成される空間長さ502をL2とする。この時、接続領域(駆動部と連結部の接続)590、接続領域(可動部と連結部の接続)591を除く、駆動部と可動部の間のトーションバースプリングの長さとする。この接続領域は、トーションバースプリングのうち、駆動部又は可動部と連結する面と、当該面とZ軸方向で連続する部分であり、連結面を底面とする柱状の領域とする。 Next, the length of the space 502 formed between the movable part and the drive part and the connecting part is defined as L2. At this time, this is the length of the torsion bar spring between the drive part and the movable part, excluding the connection area (connection between the drive part and the connecting part) 590 and the connection area (connection between the movable part and the connecting part) 591. This connection area is the surface of the torsion bar spring that connects to the drive part or the movable part and the part that is continuous with this surface in the Z-axis direction, and is a columnar area with the connecting surface as its bottom surface.

最後に、可動部と駆動部の距離503をL3とする。L3が有限あることで可動部と駆動部は直接、直接接触することがない。 Finally, the distance 503 between the movable part and the driving part is L3. Since L3 is finite, the movable part and the driving part do not come into direct contact with each other.

本実施形態のように2枚のSOI基板を接合することで、立体的な構造を作ることができる。つまりは、L1をシリコン支持層361aで形成することで、L3よりはるかに大きいL2を実現できる。L2はばね定数を決定する重要なファクターであり、この値に制約をかけることなく、L3をできるだけ小さくすることで、大きな可動部と、小型の可動装置が実現できる。 By bonding two SOI substrates as in this embodiment, a three-dimensional structure can be created. In other words, by forming L1 from the silicon support layer 361a, it is possible to achieve L2 that is much larger than L3. L2 is an important factor that determines the spring constant, and by making L3 as small as possible without restricting this value, it is possible to achieve a large moving part and a small moving device.

先の説明でトーションバースプリングを111a、駆動部を112aと記しているが、図から分かるように、本実施形態では対称性を有しており、トーションバースプリング111bおよび駆動部112bに対しても上記記載の配置は同様である。以下ではそれぞれを代表して111a、112aのみの記載とすることがあるが、111b、112bを含み、111a,112aに限定しない。 In the previous explanation, the torsion bar spring is referred to as 111a and the drive unit as 112a, but as can be seen from the figure, this embodiment has symmetry, and the above-described arrangement is similar for the torsion bar spring 111b and the drive unit 112b. In the following, only 111a and 112a may be described as representative, but this includes 111b and 112b and is not limited to 111a and 112a.

このように、ミラー部14と駆動部112aは第一のSOI基板のシリコン活性層361cで形成し、トーションバースプリングは第二のSOI基板のシリコン活性層362cで形成しているため、これらを第一のシリコン支持層361aの厚さ分を間隙として立体的に重ねてコンパクトに構成することができている。またこれにより、主走査構造の慣性モーメントを小さくすることができる。 In this way, the mirror section 14 and the driving section 112a are formed from the silicon active layer 361c of the first SOI substrate, and the torsion bar spring is formed from the silicon active layer 362c of the second SOI substrate, so that they can be stacked three-dimensionally with a gap of the thickness of the first silicon support layer 361a to form a compact structure. This also makes it possible to reduce the moment of inertia of the main scanning structure.

次に第2軸を中心に回動をおこなうための副走査の構造の詳細を説明する。第2駆動構造部130a、130bは、例えば、折り返すように連結された複数の第2駆動構造部131a~131d、132a~132dから構成されており、第2駆動構造部130a、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。このとき、第2駆動構造部130aと第1支持部120の接続箇所および第2駆動構造部130bと第1支持部120の接続箇所、さらに第2駆動構造部130aと第2支持部140の接続箇所および第2駆動構造部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。 Next, the details of the sub-scanning structure for rotating around the second axis will be described. The second drive structure 130a, 130b is composed of a plurality of second drive structure parts 131a-131d, 132a-132d, for example, connected in a folded manner, and one end of the second drive structure parts 130a, 130b is connected to the outer periphery of the first support part 120, and the other end is connected to the inner periphery of the second support part 140. At this time, the connection part between the second drive structure part 130a and the first support part 120 and the connection part between the second drive structure part 130b and the first support part 120, as well as the connection part between the second drive structure part 130a and the second support part 140 and the connection part between the second drive structure part 130b and the second support part 140 are point symmetrical with respect to the center of the reflecting surface 14.

図1Cに示されるように、第2駆動構造部130a、130bは、弾性部であるシリコン活性層361cの+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成されて構成される。上部電極203および下部電極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. 1C, the second drive structure 130a, 130b is configured by forming a lower electrode 201, a piezoelectric portion 202, and an upper electrode 203 in this order on the +Z side surface of the silicon active layer 361c, which is the elastic portion. The upper electrode 203 and the lower electrode 201 are made of, for example, gold (Au) or platinum (Pt). The piezoelectric portion 202 is made of, for example, PZT (lead zirconate titanate), which is a piezoelectric material.

図1Aに戻り、第2支持部140は、第一のSOI基板361と第二のSOI基板362の2枚のSOI基板が酸化シリコン層363を挟んで接合されて構成され、ミラー部101、第1駆動構造部110a、110b、第1支持部120および第2駆動構造部130a、130bを囲うように形成された矩形の支持体である。 Returning to FIG. 1A, the second support section 140 is a rectangular support body formed by bonding two SOI substrates, a first SOI substrate 361 and a second SOI substrate 362, with a silicon oxide layer 363 sandwiched between them, and is formed to surround the mirror section 101, the first drive structure sections 110a and 110b, the first support section 120, and the second drive structure sections 130a and 130b.

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駆動部112a、112b、第2圧電駆動131a~131d、132a~132dの各上部電極203および各下部電極201にアルミニウム(Al)等の電極配線を介して電気的に接続されている。なお図1Aでは電極配線は図示していない。上部電極203または下部電極201は、それぞれが電極接続部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 electrode connection portion 150 is formed, for example, on the +Z side surface of the second support portion 140, and is electrically connected to each upper electrode 203 and each lower electrode 201 of the first drive portion 112a, 112b, the second piezoelectric drive portion 131a to 131d, 132a to 132d via electrode wiring such as aluminum (Al). Note that the electrode wiring is not shown in FIG. 1A. The upper electrode 203 or the lower electrode 201 may each be directly connected to the electrode connection portion, or may be indirectly connected by connecting the electrodes to each other, etc.

なお、本実施形態では、圧電部202が弾性部であるシリコン活性層361c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が、弾性部の他の面(例えば-Z側の面)に設けても良いし、弾性部の一面および他面の双方に設けても良い。 In this embodiment, the piezoelectric portion 202 is formed only on one surface (the surface on the +Z side) of the silicon active layer 361c, which is the elastic portion, as an example. However, the piezoelectric portion 202 may be provided on another surface (for example, the surface on the -Z side) of the elastic portion, or may be provided on both one surface and the other surface of the elastic portion.

また、ミラー部を第1軸周りまたは第2軸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、トーションバースプリング111a、111bや第1駆動部112a、112bが曲率を有した形状を有していてもよい。 In addition, as long as the mirror unit can be driven around the first axis or the second axis, the shape of each component is not limited to the shape of the embodiment. For example, the torsion bar springs 111a, 111b and the first drive units 112a, 112b may have a shape with a curvature.

さらに、第1駆動構造部110a、110bの上部電極203の+Z側の面上、第1支持部の+Z側の面上、第2駆動構造部130a、130bの上部電極203の+Z側の面上、第2支持部の+Z側の面上の少なくともいずれかに酸化シリコン膜からなる絶縁層が形成されていてもよい。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駆動構造部110a、110b、第2駆動構造部130a、130bおよび電極配線の設計自由度をあげ、さらに電極同士の接触による短絡を抑制することができる。また、酸化シリコン膜は、反射防止材としていの機能も備える。 Furthermore, an insulating layer made of a silicon oxide film may be formed on at least one of the +Z side surface of the upper electrode 203 of the first driving structure 110a, 110b, the +Z side surface of the first support part, the +Z side surface of the upper electrode 203 of the second driving structure 130a, 130b, and the +Z side surface of the second support part. In this case, an electrode wiring is provided on the insulating layer, and the insulating layer is partially removed or not formed as an opening only at the connection spot where the upper electrode 203 or the lower electrode 201 is connected to the electrode wiring, thereby increasing the design freedom of the first driving structure 110a, 110b, the second driving structure 130a, 130b, and the electrode wiring, and further suppressing short circuits due to contact between the electrodes. In addition, the silicon oxide film also functions as an anti-reflection material.

[制御装置の制御の詳細]
次に、可動装置の第1駆動構造部および第2駆動構造部を駆動させる制御装置の制御の詳細について説明する。
[Details of control of the control device]
Next, details of the control of the control device that drives the first drive structure and the second drive structure of the movable device will be described.

第1駆動構造部110a、110b、第2駆動構造部130a、130bが有する圧電部202は、分極方向に正または負の電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形(例えば、伸縮)が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。第1駆動構造部110a,110b,第2駆動構造部130a、130bは、上記の逆圧電効果を利用してミラー部101を可動させる。 When a positive or negative voltage is applied in the polarization direction, the piezoelectric section 202 of the first driving structure 110a, 110b and the second driving structure 130a, 130b undergoes deformation (e.g., expansion and contraction) proportional to the potential of the applied voltage, thereby exerting the so-called inverse piezoelectric effect. The first driving structure 110a, 110b and the second driving structure 130a, 130b utilize the inverse piezoelectric effect to move the mirror section 101.

このとき、ミラー部101の反射面14がXY平面に対して+Z方向または-Z方向へ傾いたときのXY平面と反射面14により成す角度を、振れ角とよぶ。このとき、+Z方向を正の振れ角、-Z方向を負の振れ角とする。 In this case, the angle formed by the XY plane and the reflecting surface 14 when the reflecting surface 14 of the mirror section 101 is tilted in the +Z direction or the -Z direction with respect to the XY plane is called the deflection angle. In this case, the +Z direction is the positive deflection angle, and the -Z direction is the negative deflection angle.

まず、第1駆動構造部を駆動させる制御装置の制御について説明する。
第1駆動構造部110a、110bでは、第1駆動部112a、112bが有する圧電部202に、上部電極203および下部電極201を介して駆動電圧が並列に印加されると、それぞれの圧電部202が変形する。この圧電部202の変形による作用により、第1駆動部112a、112bが屈曲変形する。その結果、2つのトーションバースプリング111a、111bのねじれを介してミラー部101に第1軸周りの駆動力が作用し、ミラー部101が第1軸周りに可動する。第1駆動構造部110a、110bに印加される駆動電圧は、制御装置11によって制御される。
First, the control of the control device that drives the first drive structure will be described.
In the first drive structure 110a, 110b, when a drive voltage is applied in parallel to the piezoelectric portion 202 of the first drive portion 112a, 112b via the upper electrode 203 and the lower electrode 201, each piezoelectric portion 202 is deformed. The action of the deformation of the piezoelectric portion 202 causes the first drive portion 112a, 112b to bend and deform. As a result, a drive force about the first axis acts on the mirror portion 101 via the twist of the two torsion bar springs 111a, 111b, and the mirror portion 101 moves about the first axis. The drive voltage applied to the first drive structure 110a, 110b is controlled by the control device 11.

そこで、制御装置11によって、第1駆動構造部110a、110bが有する第1駆動部112a、112bに所定の正弦波形の駆動電圧を並行して印加することで、ミラー部101を、第1軸周りに所定の正弦波形の駆動電圧の周期で可動させることができる。 Therefore, the control device 11 can apply a predetermined sinusoidal waveform drive voltage in parallel to the first drive units 112a and 112b of the first drive structure units 110a and 110b, thereby moving the mirror unit 101 around the first axis at a period of the predetermined sinusoidal waveform drive voltage.

特に、例えば、正弦波形電圧の周波数がトーションバースプリング111a、111bの共振周波数と同程度である約20kHzに設定された場合、トーションバースプリング111a、111bのねじれによる機械的共振が生じるのを利用して、ミラー部101を約20kHzで共振振動させることができる。 In particular, for example, when the frequency of the sinusoidal voltage is set to approximately 20 kHz, which is similar to the resonant frequency of the torsion bar springs 111a and 111b, the mirror portion 101 can be made to resonate and vibrate at approximately 20 kHz by utilizing the mechanical resonance caused by the twisting of the torsion bar springs 111a and 111b.

次に、第2駆動構造部を駆動させる制御装置の制御について、図1~図3を用いて説明する。図2は、可動装置の第2駆動構造部130bの駆動を模式的に表した模式図である。点線で表されているのはミラー部101等である。なお、紙面向かって右方向が+X方向、紙面向かって上方向が+Y方向、紙面手前が+Z方向である。 Next, the control of the control device that drives the second drive structure will be described with reference to Figs. 1 to 3. Fig. 2 is a schematic diagram showing the drive of the second drive structure 130b of the movable device. The mirror section 101 and the like are shown in dotted lines. Note that the right direction on the paper is the +X direction, the upward direction on the paper is the +Y direction, and the front of the paper is the +Z direction.

図2(i)に示すように、第2駆動構造部130bに駆動電圧が印加されていない状態では、第2駆動構造部による振れ角はゼロである。 As shown in FIG. 2(i), when no drive voltage is applied to the second drive structure 130b, the deflection angle caused by the second drive structure is zero.

第2駆動構造部130aが有する複数の第2駆動部131a~131dのうち、最もミラー部に距離が近い第2駆動部(131a)から数えて偶数番目の第2駆動部、すなわち第2駆動部131b、131dを圧電素子部群Aとする。また、さらに第2駆動構造部130bが有する複数の第2駆動部132a~132dのうち、最もミラー部に距離が近い第2駆動部(132a)から数えて奇数番目の第2駆動部、すなわち第2駆動部132a、132cを同様に圧電素子部群Aとする。圧電素子部群Aは、駆動電圧が並行に印加されると、図2(ii)に示すように、圧電素子部群Aが同一方向に屈曲変形し、ミラー部101が-Z方向に第2軸周りに可動する。 Of the multiple second drive units 131a to 131d that the second drive structure unit 130a has, the even-numbered second drive units, counting from the second drive unit (131a) that is closest to the mirror unit, i.e., the second drive units 131b and 131d, are defined as piezoelectric element unit group A. Furthermore, of the multiple second drive units 132a to 132d that the second drive structure unit 130b has, the odd-numbered second drive units, counting from the second drive unit (132a) that is closest to the mirror unit, i.e., the second drive units 132a and 132c, are similarly defined as piezoelectric element unit group A. When drive voltages are applied in parallel to the piezoelectric element unit group A, as shown in FIG. 2(ii), the piezoelectric element unit group A bends and deforms in the same direction, and the mirror unit 101 moves around the second axis in the -Z direction.

また、第2駆動構造部130aが有する複数の第2駆動部131a~131dのうち、最もミラー部に距離が近い第2駆動部(131a)から数えて奇数番目の第2駆動部、すなわち第2駆動部131a、131cを圧電素子部群Bとする。また、さらに第2駆動構造部130bが有する複数の第2駆動部132a~132dのうち、最もミラー部に距離が近い第2駆動部(132a)から数えて偶数番目の第2駆動部、すなわち、132b、132dを同様に圧電素子部群Bとする。圧電素子部群Bは、駆動電圧が並行に印加されると、図2(iv)に示すように、圧電素子部群Bが同一方向に屈曲変形し、ミラー部101が+Z方向に第2軸周りに可動する。 Of the multiple second drive units 131a to 131d that the second drive structure unit 130a has, the odd-numbered second drive units, counting from the second drive unit (131a) that is closest to the mirror unit, i.e., the second drive units 131a and 131c, are defined as piezoelectric element unit group B. Furthermore, of the multiple second drive units 132a to 132d that the second drive structure unit 130b has, the even-numbered second drive units, counting from the second drive unit (132a) that is closest to the mirror unit, i.e., 132b and 132d, are similarly defined as piezoelectric element unit group B. When drive voltages are applied in parallel to the piezoelectric element unit group B, as shown in FIG. 2(iv), the piezoelectric element unit group B bends and deforms in the same direction, and the mirror unit 101 moves around the second axis in the +Z direction.

図2(ii)、(iv)に示すように、第2駆動構造部130aまたは130bでは、圧電素子部群Aが有する複数の圧電部202または圧電素子部群Bが有する複数の圧電部202を同時に屈曲変形させることにより、屈曲変形による可動量を累積させ、ミラー部101の第2軸周りの振れ角度を大きくすることができる。例えば、図1に示すように、第2駆動構造部130a、130bが、第1支持部の中心点に対して第1支持部に点対称で接続されている。そのため、圧電素子部群Aに駆動電圧を印加すると、第2駆動構造部130aでは第1支持部と第2駆動構造部130aの接続部に+Z方向に動かす駆動力が生じ、第2駆動構造部130bでは第1支持部と第2駆動構造部130bの接続部に-Z方向に動かす駆動力が生じ、可動量が累積されてミラー部101の第2軸周りの振れ角度を大きくすることができる。 2 (ii) and (iv), in the second drive structure 130a or 130b, the multiple piezoelectric parts 202 of the piezoelectric element part group A or the multiple piezoelectric parts 202 of the piezoelectric element part group B are simultaneously bent and deformed, so that the amount of movement due to the bending deformation can be accumulated and the deflection angle of the mirror part 101 around the second axis can be increased. For example, as shown in FIG. 1, the second drive structure 130a, 130b is connected to the first support part in point symmetry with respect to the center point of the first support part. Therefore, when a drive voltage is applied to the piezoelectric element part group A, the second drive structure 130a generates a driving force at the connection part between the first support part and the second drive structure 130a to move in the +Z direction, and the second drive structure 130b generates a driving force at the connection part between the first support part and the second drive structure 130b to move in the -Z direction, and the amount of movement is accumulated to increase the deflection angle of the mirror part 101 around the second axis.

また、図2(iii)に示すように、電圧印加による圧電素子部群Aによるミラー部101の可動量と電圧印加による圧電駆動群Bによるミラー部101の可動量が釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。 Also, as shown in FIG. 2 (iii), when the amount of movement of the mirror section 101 caused by the piezoelectric element group A due to the application of voltage is balanced with the amount of movement of the mirror section 101 caused by the piezoelectric drive group B due to the application of voltage, the deflection angle is zero.

図2(ii)~図2(iv)を連続的に繰り返すように第2駆動部に駆動電圧を印加することにより、ミラー部を第2軸周りに駆動させることができる。 By applying a drive voltage to the second drive unit so as to continuously repeat Figures 2(ii) to 2(iv), the mirror unit can be driven around the second axis.

第2駆動構造部に印加される駆動電圧は、制御装置によって制御される。 The drive voltage applied to the second drive structure is controlled by the control device.

圧電素子部群Aに印加される駆動電圧(以下、駆動電圧A)、圧電素子部群Bに印加される駆動電圧(以下、駆動電圧B)について、図3を用いて説明する。 The drive voltage applied to the piezoelectric element group A (hereinafter, drive voltage A) and the drive voltage applied to the piezoelectric element group B (hereinafter, drive voltage B) are explained using FIG. 3.

図3(a)に示すように、圧電素子部群Aに印加される駆動電圧Aは、例えば、ノコギリ波状の波形の駆動電圧であり、周波数は、例えば60HZである。また、駆動電圧Aの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をTrA、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をTfAとしたとき、例えば、TrA:TfA=9:1となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するTrAの比率を駆動電圧Aのシンメトリという。 As shown in FIG. 3(a), the drive voltage A applied to the group of piezoelectric element parts A is, for example, a sawtooth waveform drive voltage, and has a frequency of, for example, 60 Hz. In addition, the waveform of the drive voltage A is preset to a ratio of, for example, TrA:TfA=9:1, where TrA is the duration of the rise period during which the voltage value increases from a minimum value to the next maximum value, and TfA is the duration of the fall period during which the voltage value decreases from a maximum value to the next minimum value. In this case, the ratio of TrA to one period is called the symmetry of the drive voltage A.

図3(b)に示すように、圧電素子部群Bに印加される駆動電圧Bは、例えば、ノコギリ波状の波形の駆動電圧であり、周波数は、例えば60HZである。また、駆動電圧Bの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をTrB、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をTfBとしたとき、例えば、TfB:TrB=9:1となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するTfBの比率を駆動電圧Bのシンメトリという。また、図3Cに示すように、例えば、駆動電圧Aの波形の周期TAと駆動電圧Bの波形の周期TBは、同一となるように設定されている。 As shown in FIG. 3B, the drive voltage B applied to the piezoelectric element group B is, for example, a sawtooth waveform drive voltage, and the frequency is, for example, 60 Hz. In addition, the waveform of the drive voltage B is preset to a ratio of, for example, TfB:TrB=9:1, where TrB is the duration of the rise period during which the voltage value increases from the minimum value to the next maximum value, and TfB is the duration of the fall period during which the voltage value decreases from the maximum value to the next minimum value. In this case, the ratio of TfB to one period is called the symmetry of the drive voltage B. In addition, as shown in FIG. 3C, for example, the period TA of the waveform of the drive voltage A and the period TB of the waveform of the drive voltage B are set to be the same.

なお、上記の駆動電圧Aおよび駆動電圧Bのノコギリ波状の波形は、正弦波の重ね合わせによって生成される。また、本実施形態では、駆動電圧A、Bとしてノコギリ波状の波形の駆動電圧を用いているが、これに限らず、ノコギリ波状の波形の頂点を丸くした波形の駆動電圧や、ノコギリ波状の波形の直線領域を曲線とした波形の駆動電圧など、可動装置のデバイス特性に応じて波形を変えることも可能である。 The sawtooth waveforms of the drive voltages A and B are generated by superimposing sine waves. In this embodiment, drive voltages with sawtooth waveforms are used as drive voltages A and B, but the waveforms can be changed according to the device characteristics of the movable device, such as a drive voltage with rounded peaks of a sawtooth waveform or a drive voltage with a waveform in which the linear regions of the sawtooth waveform are curved.

このように副走査は非共振で回動させているのは、主走査のように共振動作にすると走査線が等間隔とならずに画質が劣化してしまうためである。非共振動作をさせる場合、第2軸を中心とする回転モードの共振周波数を駆動周波数よりも十分に高い周波数で設計する必要がある。 The reason why the sub-scanning is rotated in a non-resonant manner in this way is that if it were to operate in a resonant manner like the main scanning, the scanning lines would not be spaced equally and image quality would deteriorate. When operating in a non-resonant manner, the resonant frequency of the rotation mode about the second axis must be designed to be sufficiently higher than the drive frequency.

ここで、前述のように、本実施形態では主走査構造を立体的に構成し、慣性モーメントを小さくすることができるため副走査の1次共振周波数を高くすることが容易となる。近年、ミラーサイズの拡大が望まれることが多いため、主走査構造が大きくなりやすく本実施形態を利用することで共振周波数の低下を防ぐことが可能である。 As mentioned above, in this embodiment, the main scanning structure is configured three-dimensionally, and the moment of inertia can be reduced, making it easy to increase the primary resonance frequency of the sub-scanning. In recent years, there has been a strong demand for larger mirror sizes, which has led to larger main scanning structures, but by using this embodiment, it is possible to prevent a decrease in the resonance frequency.

また、副走査の振幅拡大が必要な際には、副走査構造の剛性を下げることで、振幅を増大させることができるが副走査の1次共振周波数が下がってしまう。このような場合にも本実施形態を利用することで共振周波数を維持したまま副走査の振幅を拡大することが可能である。 In addition, when it is necessary to increase the amplitude of the sub-scanning, the amplitude can be increased by lowering the rigidity of the sub-scanning structure, but this lowers the primary resonance frequency of the sub-scanning. Even in such cases, it is possible to increase the amplitude of the sub-scanning while maintaining the resonance frequency by using this embodiment.

[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態を図4に示す。図4Aは正面図、図4Bは裏面図、図4C~図4Fはそれぞれ断面図である。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention is shown in Fig. 4. Fig. 4A is a front view, Fig. 4B is a rear view, and Figs. 4C to 4F are cross-sectional views.

基本構成は第1の実施形態と同様である。第1の実施形態と異なる点は駆動部とトーションバースプリングの接続の形態が異なっている。図4Bに示す駆動部接続部113a、113bの位置が異なる。本実施形態では、駆動部接続部113a、113bは、駆動部111a、111bの+Y軸の端部に配置されている。すなわち、第2の実施形態では駆動部のY方向の長さが第1の実施形態より長く、第一支持部120の内側全体が利用されている。 The basic configuration is the same as in the first embodiment. The difference from the first embodiment is the form of connection between the drive unit and the torsion bar spring. The positions of the drive unit connections 113a, 113b shown in FIG. 4B are different. In this embodiment, the drive unit connections 113a, 113b are disposed at the +Y-axis ends of the drive units 111a, 111b. That is, in the second embodiment, the length of the drive unit in the Y direction is longer than in the first embodiment, and the entire inside of the first support unit 120 is utilized.

図4Dには、この折り返しが断面によって示されている。D-D‘の断面において、駆動部接続部113aによって、駆動部112aと連結部111aが接続されている。シリコン支持層361aを挟んで、シリコン活性層362cと駆動部が形成されているシリコン活性層361cとが接続されている。駆動部の固定端側に折り返される形で接続され、略ミラー中心軸付近で駆動部接続部113a、113bを介してトーションバースプリング111a、111bと接続されている。駆動部接続部113a、113bは、シリコン活性層361cよりも厚いシリコン活性層362cで形成されており、ほとんど変形せずに折り返される。 Figure 4D shows this folding back in cross section. In the cross section D-D', the driving unit 112a and the coupling unit 111a are connected by the driving unit connection part 113a. The silicon active layer 362c and the silicon active layer 361c in which the driving unit is formed are connected with the silicon support layer 361a sandwiched between them. The driving unit is connected in a folded-back manner to the fixed end side of the driving unit, and is connected to the torsion bar springs 111a and 111b via the driving unit connection parts 113a and 113b approximately near the central axis of the mirror. The driving unit connection parts 113a and 113b are formed from the silicon active layer 362c, which is thicker than the silicon active layer 361c, and are folded back with almost no deformation.

図4Bにおいて、それぞれの主要な構成要素の距離関係を以下に記す。可動部102と駆動部112aの間のトーションバースプリングの長さL2とする。この時、L2の長さは、接合領域113bから、D-D‘ラインを通り、E-E’の交点で屈曲して、ミラー部接続部104に至る経路を示す。ミラー部接続部は第2のSOI基板のシリコン活性層362cで形成されている。 In FIG. 4B, the distance relationship between each of the main components is as follows. The length of the torsion bar spring between the movable part 102 and the driving part 112a is L2. In this case, the length of L2 indicates the path from the junction region 113b, passing through the D-D' line, bending at the intersection of E-E', and reaching the mirror part connection part 104. The mirror part connection part is formed of the silicon active layer 362c of the second SOI substrate.

可動部102と駆動部112a、112bの距離をL3とする。駆動部は可動部の円周を囲むように一定距離をおいて、形成されている。これは可能な限り大きな面積とした方が、駆動力が増すためである。つまりは、可動部に対し、一定の距離L3を介して、接触することを防止するように距離を定めている。 The distance between the movable part 102 and the drive parts 112a and 112b is L3. The drive parts are formed at a fixed distance so as to surround the circumference of the movable part. This is because the drive force increases when the area is as large as possible. In other words, the distance is set to prevent contact with the movable part via a fixed distance L3.

平面に可動部と駆動部と連結部を形成する場合には、連結部はL3の長さとなる。それに対し、本実施形態では先に記したL2の長さを連結部とみなすことが可能となる。はるかにL2の方が長く、ばね定数を維持しつつ、可動部と連結部が重なることで、可能限り小型の可動装置を実現できている。 When the movable part, drive part and connecting part are formed on a flat surface, the connecting part has a length of L3. In contrast, in this embodiment, the length of L2 mentioned above can be considered the connecting part. L2 is much longer, and by overlapping the movable part and connecting part while maintaining the spring constant, it is possible to realize the smallest possible movable device.

駆動部の断面D-D‘(図4D)における変形時の概念図を図4Fに示す。駆動部とトーションバースプリングとの間には空間が形成され、その空間は第一支持部との接合部の方へ解放されている。図では-Y方向となる。これにより、駆動部の先端でのZ変位570が打ち消され、トーションバースプリングの中心軸付近(410、410)ではZ方向振幅成分に対して回転成分の割合が高くなり、純粋なモーメントが得られ易くなる。トーションバースプリング中心軸410は変位する時には、トーションバースプリング中心軸(変位位置)411となり、先端部分のZ方向振幅成分570よりも小さいことが分かる。 Figure 4F shows a conceptual diagram of the driver at cross section D-D' (Figure 4D) during deformation. A space is formed between the driver and the torsion bar spring, and this space is released toward the joint with the first support. In the figure, it is in the -Y direction. This cancels out the Z displacement 570 at the tip of the driver, and the ratio of the rotational component to the Z-direction amplitude component is high near the central axis of the torsion bar spring (410, 410), making it easier to obtain a pure moment. When displaced, the central axis 410 of the torsion bar spring becomes the central axis (displacement position) 411 of the torsion bar spring, which can be seen to be smaller than the Z-direction amplitude component 570 at the tip.

図4A、図4Bではミラー中心軸とトーションバースプリングの中心軸は略一致させている。つまり、軸530とE-E‘のラインがほぼ一致している。軸530とトーションバースプリングの中心軸との差分のZ成分を極力少なくするように駆動部接続部の折り返し長さを調整してもよい。第2の実施形態ではこのように第1駆動部の面積を最大限に大きくすることで振幅を拡大することができる。 In Figures 4A and 4B, the central axis of the mirror and the central axis of the torsion bar spring are approximately aligned. In other words, axis 530 and the line E-E' are approximately aligned. The folded length of the drive unit connection part may be adjusted to minimize the Z component of the difference between axis 530 and the central axis of the torsion bar spring. In this way, in the second embodiment, the amplitude can be increased by maximizing the area of the first drive unit.

[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態を図5に示す。図5Aは正面図、図5Bは裏面図、図5C~図5Eはそれぞれ断面図である。
基本構成は第1および第2の実施形態と同様である。本実施形態は主走査の振幅量を検知することができるように駆動部とトーションバースプリングの接続部分に検知用の圧電部材116a、116bが形成されている。
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention is shown in Fig. 5. Fig. 5A is a front view, Fig. 5B is a rear view, and Figs. 5C to 5E are cross-sectional views.
The basic configuration is the same as in the first and second embodiments. In this embodiment, piezoelectric members 116a and 116b for detection are formed at the connection portion between the drive unit and the torsion bar spring so that the amplitude of the main scanning can be detected.

接続部において折り返す構造は第2の実施形態と似ているが、シリコン活性層361cで形成される駆動部にスリット(Y方向)550を入れて分離し、シリコン支持層361aも残すことで折り返し部分が変形しないようになっている。駆動部はL字状に、スリット(X方向)560とスリット(Y方向)550によって分離され、自由端となっている(図5A)。スリット(X方向)は、図5Dの断面の方に明記する。 The folded structure at the connection part is similar to that of the second embodiment, but the actuator part formed of silicon active layer 361c is separated by a slit (Y direction) 550, and the silicon support layer 361a is left as is, so that the folded part does not deform. The actuator part is L-shaped, separated by a slit (X direction) 560 and a slit (Y direction) 550, and forms a free end (Figure 5A). The slit (X direction) is clearly indicated on the cross section of Figure 5D.

但し、検出用圧電部材116a、116bを配置する部分はシリコン支持層361aを分離しシリコン活性層361cのみの領域を形成し、変形しやすくすることでミラー部の振幅に応じたトーションバースプリングのねじり対応する検出信号が得られるようになっている。 However, in the area where the detection piezoelectric elements 116a and 116b are arranged, the silicon support layer 361a is separated to form an area of only the silicon active layer 361c, which makes it easier to deform, and thereby a detection signal corresponding to the twist of the torsion bar spring according to the amplitude of the mirror part can be obtained.

[第4の実施形態]
<可動装置の構成>
第4の実施形態を図6に示す。図6Aは正面図、図6Bは裏面図、図6C~図6Eはそれぞれ断面図である。但し、図6Bは断面C-C’における半断面図となっている。
[Fourth embodiment]
<Configuration of movable device>
The fourth embodiment is shown in Fig. 6. Fig. 6A is a front view, Fig. 6B is a rear view, and Fig. 6C to Fig. 6E are cross-sectional views, respectively. However, Fig. 6B is a half cross-sectional view taken along the line CC'.

第4~6の実施形態は第1~3の実施形態と基板構成が異なる。
図6に示すように、可動装置13は、入射した光を反射するミラー部101と、ミラー部に接続されミラー部をY軸に平行な第1軸周りに駆動する第1駆動構造部110a、110bと、ミラー部および第1駆動構造部を支持する第1支持部120と、第1支持部に接続され、ミラー部および第1支持部をX軸に平行な第2軸周りに駆動する第2駆動構造部130a、130bと、第2駆動構造部を支持する第2支持部140と、第1駆動構造部および第2駆動構造部および制御装置に電気的に接続される電極接続部150と、を有する。
The fourth to sixth embodiments differ from the first to third embodiments in the substrate configuration.
As shown in Figure 6, the movable device 13 has a mirror portion 101 that reflects incident light, first drive structure portions 110a, 110b connected to the mirror portion and driving the mirror portion around a first axis parallel to the Y axis, a first support portion 120 that supports the mirror portion and the first drive structure portion, second drive structure portions 130a, 130b connected to the first support portion and driving the mirror portion and the first support portion around a second axis parallel to the X axis, a second support portion 140 that supports the second drive structure portion, and an electrode connection portion 150 that is electrically connected to the first drive structure portion, the second drive structure portion, and a control device.

可動装置13は、例えば、第一のSOI(Silicon On Insulator)基板361と第二のSOI基板362の2枚のSOI基板が酸化シリコン層363を挟んで接合されて形成されている。 The movable device 13 is formed, for example, by bonding two SOI (Silicon On Insulator) substrates, a first SOI substrate 361 and a second SOI substrate 362, with a silicon oxide layer 363 sandwiched between them.

第一のSOI基板はシリコン支持層361a、酸化シリコン層361b、シリコン活性層361cで形成され、第二のSOI基板はシリコン支持層362a、酸化シリコン層362b、シリコン活性層362cで形成されている。 The first SOI substrate is formed of a silicon support layer 361a, a silicon oxide layer 361b, and a silicon active layer 361c, and the second SOI substrate is formed of a silicon support layer 362a, a silicon oxide layer 362b, and a silicon active layer 362c.

ここで第1~3の実施形態は第一のSOI基板361のシリコン支持層361aと第二のSOI基板362のシリコン活性層362cが接合面であったのに対し、第4~第6の実施形態では、第一のSOI基板361のシリコン支持層361aと第二のSOI基板362のシリコン支持層362cが接合面となっている。すなわち第二のSOI基板362が反転している。 In the first to third embodiments, the bonding surface is the silicon support layer 361a of the first SOI substrate 361 and the silicon active layer 362c of the second SOI substrate 362, whereas in the fourth to sixth embodiments, the bonding surface is the silicon support layer 361a of the first SOI substrate 361 and the silicon support layer 362c of the second SOI substrate 362. In other words, the second SOI substrate 362 is inverted.

各々のSOI基板は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駆動部112a、112b、第2駆動部131a~131d、132a~132d、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、SOI基板の成形後に行ってもよいし、SOI基板の成形中に行ってもよい。 Each SOI substrate is shaped by etching or the like, and the reflective surface 14, first drive units 112a, 112b, second drive units 131a-131d, 132a-132d, electrode connection unit 150, etc. are formed on the shaped substrate, so that each component is integrally formed. Note that the formation of each of the above components may be performed after the SOI substrate is shaped, or may be performed while the SOI substrate is being shaped.

なお、SOI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形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば可動装置13の形成に用いられる部材はSOI基板に限られない。 The SOI substrate does not necessarily have to be planar, and may have curvature, etc. Also, the material used to form the movable device 13 is not limited to the SOI substrate, as long as it can be integrally molded by etching or the like and can be made partially elastic.

次に第1軸を中心に回動させるための主走査構造の詳細を説明する。
ミラー部101は例えば円形状のミラー部基体102と、ミラー部基体の-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、例えば、シリコン活性層362c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。
Next, the main scanning structure for rotating about the first axis will be described in detail.
The mirror section 101 is composed of, for example, a circular mirror section base 102 and a reflecting surface 14 formed on the -Z side surface of the mirror section base. The mirror section base 102 is composed of, for example, a silicon active layer 362c. The reflecting surface 14 is composed of, for example, a metal thin film containing aluminum, gold, silver, or the like.

ミラー部101は、第1~3の実施形態と異なり、裏面を反射面として形成されている。
また、図6Bに示すように、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103が形成されていてもよい。リブは、例えば、シリコン支持層362aおよび酸化シリコン層362bから構成され、ミラー振幅時に生じる反射面14の歪みを抑制することができる。
Unlike the first to third embodiments, the mirror section 101 is formed with the rear surface serving as a reflective surface.
6B, the mirror section 101 may have a rib 103 for reinforcing the mirror section formed on the −Z side surface of the mirror section base 102. The rib is made of, for example, a silicon support layer 362a and a silicon oxide layer 362b, and can suppress distortion of the reflecting surface 14 that occurs when the mirror oscillates.

第1駆動構造部110a、110bは、シリコン活性層361cで構成された第1駆動部112a、112bと、第1圧電素子部から構成される。第1駆動部112a、112bの裏面には駆動部リブ114a、114bと後述する駆動部接続部113a、113bが形成されている。駆動部リブ114a、114bの形状や幅で剛性を設計し駆動部の共振周波数を所望の値に設定している。
駆動部112a、112bの一端は、後述するトーションバースプリングと接続され、他端は第1支持部120の内周部に接続されている。
The first drive structure 110a, 110b is composed of a first drive section 112a, 112b made of a silicon active layer 361c, and a first piezoelectric element section. Drive section ribs 114a, 114b and drive section connection sections 113a, 113b (described later) are formed on the back surface of the first drive section 112a, 112b. The stiffness is designed by the shape and width of the drive section ribs 114a, 114b, and the resonance frequency of the drive section is set to a desired value.
One end of each of the drive portions 112 a and 112 b is connected to a torsion bar spring, which will be described later, and the other end is connected to the inner periphery of the first support portion 120 .

第1駆動部112a、112bは、図6eに示すように弾性部であるシリコン活性層361cの+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成されて構成される。上部電極203および下部電極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。 The first driving units 112a and 112b are configured by forming a lower electrode 201, a piezoelectric unit 202, and an upper electrode 203 in this order on the +Z side surface of the silicon active layer 361c, which is the elastic unit, as shown in FIG. 6e. The upper electrode 203 and the lower electrode 201 are made of, for example, gold (Au) or platinum (Pt). The piezoelectric unit 202 is made of, for example, PZT (lead zirconate titanate), which is a piezoelectric material.

トーションバースプリング111a、111bは、図6Bに示すように、第1軸方向を長手方向として、第一のSOI基板361のシリコン活性層361aから構成されている。 As shown in FIG. 6B, the torsion bar springs 111a and 111b are configured from the silicon active layer 361a of the first SOI substrate 361 with the first axis direction as the longitudinal direction.

トーションバースプリング111a、111bは、それぞれの一端がミラー接続部104を介してミラー部リブ103に接続され、他端が駆動部接続部113a、113bを介して第1駆動構造部110a、110bに接続され、ミラー部101を回動可能に支持している。 The torsion bar springs 111a, 111b each have one end connected to the mirror section rib 103 via the mirror connection section 104, and the other end connected to the first drive structure sections 110a, 110b via the drive section connection sections 113a, 113b, supporting the mirror section 101 in a rotatable manner.

ここで図6Bに示すようにトーションバースプリングはそのねじり中心軸をミラーの中心からオフセット(dS)することで、駆動部先端のZ方向の振幅を回転力(モーメント)に変えてミラーを回動させている。駆動部は先端が自由端となっているため圧電駆動力を妨げることなく大振幅が得られる。
更に駆動部の曲げモード共振をミラー共振(トーションバースプリングのねじりモード共振)近傍に設定することで、ミラーの回転角度を大きく拡大することができ、低い印可電圧で大振幅動作が可能となる。
As shown in Fig. 6B, the torsion bar spring has its torsion central axis offset (dS) from the center of the mirror, so that the amplitude in the Z direction at the tip of the driver is converted into a rotational force (moment) to rotate the mirror. Since the tip of the driver is a free end, a large amplitude can be obtained without interfering with the piezoelectric driving force.
Furthermore, by setting the bending mode resonance of the drive section close to the mirror resonance (the torsion mode resonance of the torsion bar spring), the rotation angle of the mirror can be greatly increased, enabling large amplitude operation with a low applied voltage.

図6Aに戻り、第1支持部120は、例えば、シリコン支持層361a、酸化シリコン層361b、シリコン活性層361cから構成され、ミラー部101および第一駆動部112a、112bを囲うように形成された略矩形形状の支持体である。 Returning to FIG. 6A, the first support unit 120 is, for example, a support having a substantially rectangular shape and made up of a silicon support layer 361a, a silicon oxide layer 361b, and a silicon active layer 361c, and is formed to surround the mirror unit 101 and the first drive units 112a and 112b.

このように、トーションバースプリングと駆動部は第一のSOI基板のシリコン活性層361c、および、またはシリコン支持層361aで形成し、ミラー部は第二のSOI基板362cで形成しているため、これらを第一のシリコン支持層362cの厚さ分を間隙として立体的に重ね、コンパクトに構成することで、主走査構造の慣性モーメントを小さくすることができる。 In this way, the torsion bar spring and drive section are formed from the silicon active layer 361c and/or silicon support layer 361a of the first SOI substrate, and the mirror section is formed from the second SOI substrate 362c. By stacking these three-dimensionally with a gap of the thickness of the first silicon support layer 362c and configuring them compactly, the moment of inertia of the main scanning structure can be reduced.

第2軸を中心に回動させるための副走査の構造および、制御装置の制御の詳細は第1~3の実施形態と同様である。 The structure of the sub-scanning for rotating around the second axis and the details of the control of the control device are the same as those in the first to third embodiments.

[第5の実施形態]
本発明の第5の実施形態を図7に示す。図7Aは正面図、図7Bは裏面図、図7C~図7Eはそれぞれ断面図である。
[Fifth embodiment]
A fifth embodiment of the present invention is shown in Fig. 7. Fig. 7A is a front view, Fig. 7B is a rear view, and Figs. 7C to 7E are cross-sectional views.

基本構成は第4の実施形態と同様である。 The basic configuration is the same as in the fourth embodiment.

第5の実施形態はミラーサイズがさらに大きい場合の実施形態である。図7に示すようにミラー部が主走査構造より一回り大きく形成されており、第1支持部120よりも大きい。第1支持部は厚さが大きいシリコン支持層で形成されているため、第1支持部の大きさは慣性モーメントへの影響が大きい。 The fifth embodiment is an embodiment in which the mirror size is even larger. As shown in FIG. 7, the mirror portion is formed to be slightly larger than the main scanning structure, and is larger than the first support portion 120. Since the first support portion is formed from a thick silicon support layer, the size of the first support portion has a large effect on the moment of inertia.

本実施形態のようにミラー部サイズに対して第1支持部120を小さく形成することで、慣性モーメントを小さく抑えることが可能である。本実施形態においてミラー部のリブ103と第一支持部または駆動部リブ114a、114b、トーションバースプリング112とはZ方向において重ならないように配置されている。これによって動作時のZ方向の変形で互いに干渉することがないようになっている。 By forming the first support section 120 small relative to the size of the mirror section as in this embodiment, it is possible to keep the moment of inertia small. In this embodiment, the rib 103 of the mirror section and the first support section or drive section ribs 114a, 114b and the torsion bar spring 112 are arranged so as not to overlap in the Z direction. This prevents them from interfering with each other when deforming in the Z direction during operation.

[第6の実施形態]
第6の実施形態を図8に示す。図8Aは正面図、図8Bは裏面図、図8C~図8Eはそれぞれ断面図である。
Sixth embodiment
The sixth embodiment is shown in Fig. 8. Fig. 8A is a front view, Fig. 8B is a rear view, and Figs. 8C to 8E are cross-sectional views.

基本構成は第4および第5の実施形態と同様である。 The basic configuration is the same as in the fourth and fifth embodiments.

第6の実施形態は第5の実施形態と同様にミラーサイズが大きい場合である。 The sixth embodiment is similar to the fifth embodiment in that the mirror size is large.

図8Dに示すように、ミラー14と駆動部112bがZ方向の視野で重なっている。図8Eに示すように、トーションバースプリング111aとミラー14の間には空間580が形成されている。空間580は接続部570から-X方向に開放されている。これは駆動部112bとトーションバースプリング111aとの接続部570の方向に開放されていることとなる。トーションバースプリングは空間580の開放方向に実質的な長さを有しており、ばね定数を確保できている。これにより、ミラー14が拡大しても、駆動部112bとミラー部14とが重なっており、小型化が実現できている。この時、トーションバースプリング111bは、空間580によりばね定数を維持し、振れ角は維持できている。 As shown in FIG. 8D, the mirror 14 and the driver 112b overlap in the field of view in the Z direction. As shown in FIG. 8E, a space 580 is formed between the torsion bar spring 111a and the mirror 14. The space 580 is open from the connection 570 in the -X direction. This means that it is open in the direction of the connection 570 between the driver 112b and the torsion bar spring 111a. The torsion bar spring has a substantial length in the opening direction of the space 580, and the spring constant can be secured. As a result, even if the mirror 14 expands, the driver 112b and the mirror part 14 overlap, and compactness can be achieved. At this time, the torsion bar spring 111b maintains its spring constant due to the space 580, and the deflection angle can be maintained.

第6の実施形態では、第5の実施形態と同様に、ミラー部サイズに対して第1支持部120を小さく形成することで、慣性モーメントを小さく抑えることができる。さらに、第1支持部のX軸周りの慣性モーメントをY軸周りの慣性モーメントに対して大きくすることで、副走査の一次共振周波数を下げずに第1支持部の振動を抑制することができる。具体的には第1支持部を第2軸中心近傍で第1軸中心から離れた位置のみで枠幅を太くすることで第2軸周りの慣性モーメントを抑えながら第1軸周りの慣性モーメントを大きくしている。 In the sixth embodiment, as in the fifth embodiment, the moment of inertia can be kept small by forming the first support 120 small relative to the size of the mirror section. Furthermore, by making the moment of inertia of the first support around the X axis larger relative to the moment of inertia around the Y axis, it is possible to suppress vibration of the first support without lowering the primary resonance frequency of the sub-scanning. Specifically, by increasing the frame width of the first support only in a position near the center of the second axis and away from the center of the first axis, the moment of inertia around the first axis is increased while suppressing the moment of inertia around the second axis.

第2軸(副走査構造)の支持系の第1軸周りの剛性が小さい場合には第1支持部120の1軸周りの慣性モーメントはミラー部の慣性モーメントよりも大きくすることで異常な動作を抑えることができる。 When the rigidity of the support system for the second axis (sub-scanning structure) around the first axis is low, abnormal operation can be suppressed by making the moment of inertia around one axis of the first support section 120 larger than the moment of inertia of the mirror section.

以下、本発明の光偏向器をアプリケーションに適用した実施形態について説明する。 The following describes an embodiment in which the optical deflector of the present invention is applied to an application.

[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9~12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.

図9には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図9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。 Figure 9 shows a schematic diagram of an example of an optical scanning system. As shown in Figure 9, the optical scanning system 10 is a system that deflects light irradiated from a light source device 12 by a reflecting surface 14 of a movable device 13 under the control of a control device 11 to optically scan a scanned surface 15.

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 optical scanning system 10 is composed of a control device 11, a light source device 12, and a movable device 13 having a reflective surface 14.

制御装置11は、例えばCPU(Central Processing Unit)および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 control device 11 is, for example, an electronic circuit unit equipped with a CPU (Central Processing Unit) and an FPGA (Field-Programmable Gate Array). The movable device 13 is, for example, a MEMS (Micro Electromechanical Systems) device that has a reflective surface 14 and can move the reflective surface 14. The light source device 12 is, for example, a laser device that irradiates a laser. The scanned surface 15 is, for example, a screen.

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 control device 11 generates control commands for the light source device 12 and the movable device 13 based on the acquired optical scanning information, and outputs drive signals to the light source device 12 and the movable device 13 based on the control commands.

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 light source device 12 emits light based on the input drive signal. The movable device 13 moves the reflecting surface 14 in at least one axial direction or two axial directions based on the input drive signal.

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, by controlling the control device 11 based on image information, which is an example of optical scanning information, the reflective surface 14 of the movable device 13 can be moved back and forth in two axial directions within a predetermined range, and the irradiation light from the light source device 12 that is incident on the reflective surface 14 can be deflected around a certain axis to perform optical scanning, thereby projecting any image onto the scanned surface 15. Details of the movable device of this embodiment and the control by the control device will be described later.

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10を用いて説明する。図10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。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, the hardware configuration of an example of the optical scanning system 10 will be described with reference to FIG. 10. FIG. 10 is a hardware configuration diagram of an example of the optical scanning system 10. The optical scanning system 10 includes a control device 11, a light source device 12, and a movable device 13, which are electrically connected to each other. Of these, the control device 11 includes a CPU 20, a RAM 21 (Random Access Memory), a ROM 22 (Read Only Memory), an FPGA 23, an external I/F 24, a light source device driver 25, and a movable device driver 26.

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 CPU 20 is a calculation device that reads programs and data from storage devices such as the ROM 22 onto the RAM 21, executes processing, and realizes the overall control and functions of the control device 11.

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。 RAM21 is a volatile storage device that temporarily stores programs and data.

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 ROM 22 is a non-volatile storage device that can retain programs and data even when the power is turned off, and stores the processing programs and data that the CPU 20 executes to control each function of the optical scanning system 10.

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 FPGA 23 is a circuit that outputs control signals suitable for the light source device driver 25 and the movable device driver 26 according to the processing of the CPU 20.

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/F 24 is, for example, an interface with an external device, a network, etc. The external device includes, for example, a higher-level device such as a PC (Personal Computer), and a storage device such as a USB memory, an SD card, a CD, a DVD, a HDD, and an SSD. The network is, for example, a controller area network (CAN) or a local area network (LAN) of an automobile, the Internet, etc. The external I/F 24 may have any configuration that enables connection or communication with an external device, and an external I/F 24 may be provided for each external device.

光源装置トライバは、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 light source device 12 in accordance with an input control signal.

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 movable device driver 26 is an electrical circuit that outputs a drive signal, such as a drive voltage, to the movable device 13 according to the input control signal.

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 control device 11, the CPU 20 acquires optical scanning information from an external device or a network via the external I/F 24. Note that any configuration is acceptable as long as the CPU 20 is capable of acquiring optical scanning information, and the optical scanning information may be stored in the ROM 22 or FPGA 23 in the control device 11, or a new storage device such as an SSD may be provided in the control device 11, and the optical scanning information may be stored in that storage device.

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 that indicates how to optically scan the scanned surface 15. For example, when an image is displayed by optical scanning, the optical scanning information is image data. Also, for example, when optical writing is performed by optical scanning, the optical scanning information is writing data that indicates the writing order and writing locations. In addition, for example, when object recognition is performed by optical scanning, the optical scanning information is irradiation data that indicates the timing and irradiation range of irradiating light for object recognition.

制御装置11は、CPU20の命令および図10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 control device 11 can realize the functional configuration described below by using instructions from the CPU 20 and the hardware configuration shown in FIG. 10.

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11を用いて説明する。
図11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 control device 11 of the optical scanning system 10 will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a functional block diagram of an example of a control device of the optical scanning system.

図11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. 11, the control device 11 has the functions of a control unit 30 and a drive signal output unit 31.

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。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。 The control unit 30 is realized by, for example, the CPU 20, FPGA 23, etc., and acquires optical scanning information from an external device, converts the optical scanning information into a control signal, and outputs it to the drive signal output unit 31. For example, the control unit 30 acquires image data from an external device, etc. as optical scanning information, generates a control signal from the image data by performing a predetermined process, and outputs it to the drive signal output unit 31. The drive signal output unit 31 is realized by the light source device driver 25, movable device driver 26, etc., and outputs a drive signal to the light source device 12 or movable device 13 based on the input control signal.

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 signal is a signal for controlling the drive of the light source device 12 or the movable device 13. For example, in the light source device 12, it is a drive voltage that controls the timing and intensity of the light source irradiation. Also, for example, in the movable device 13, it is a drive voltage that controls the timing and range of movement of the reflective surface 14 of the movable device 13.

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12を用いて説明する。図12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, the process of optically scanning the surface 15 to be scanned by the optical scanning system 10 will be described with reference to FIG. 12. FIG. 12 is a flowchart of an example of the process related to the optical scanning system.

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 control unit 30 acquires optical scanning information from an external device, etc.

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 S12, the control unit 30 generates a control signal from the acquired optical scanning information and outputs the control signal to the drive signal output unit 31.

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 signal output unit 31 outputs a drive signal to the light source device 12 and the movable device 13 based on the input control signal.

ステップ14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 14, the light source device 12 emits light based on the input drive signal. The movable device 13 moves the reflecting surface 14 based on the input drive signal. By driving the light source device 12 and the movable device 13, the light is deflected in any direction and optically scanned.

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 optical scanning system 10, one control device 11 has the devices and functions to control the light source device 12 and the movable device 13, but the control device for the light source device and the control device for the movable device may be provided separately.

また、上記光走査システム10では、一つの制御装置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 addition, in the optical scanning system 10, one control device 11 is provided with the functions of the control unit 30 of the light source device 12 and the movable device 13 and the function of the drive signal output unit 31, but these functions may exist separately, for example, a drive signal output device having a drive signal output unit 31 may be provided separately from the control device 11 having the control unit 30. Note that, in the optical scanning system 10, the movable device 13 having the reflective surface 14 and the control device 11 may form an optical deflection system that performs optical deflection.

[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13および図14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.

図13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14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。 Figure 13 is a schematic diagram of an embodiment of an automobile 400 equipped with a head-up display device 500, which is an example of an image projection device. Also, Figure 14 is a schematic diagram of an example of the head-up display device 500.

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13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. 13, the head-up display device 500 is installed, for example, near the windshield (windshield 401, etc.) of the automobile 400. The projected light L emitted from the head-up display device 500 is reflected by the windshield 401 and directed toward the observer (driver 402), who is the user. This allows the driver 402 to view the image projected by the head-up display device 500 as a virtual image. Note that a combiner may be installed on the inner wall surface of the windshield, and the projected light reflected by the combiner may be configured to allow the user to view a virtual image.

図14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. 14, in the head-up display device 500, laser light is emitted from red, green, and blue laser light sources 501R, 501G, and 501B. The emitted laser light passes through an incident optical system consisting of collimator lenses 502, 503, and 504 provided for each laser light source, two dichroic mirrors 505 and 506, and a light amount adjustment unit 507, and is then deflected by a movable device 13 having a reflective surface 14. The deflected laser light then passes through a projection optical system consisting of a free-form mirror 509, an intermediate screen 510, and a projection mirror 511, and is projected onto a screen. In the head-up display device 500, the laser light sources 501R, 501G, and 501B, the collimator lenses 502, 503, and 504, and the dichroic mirrors 505 and 506 are unitized by an optical housing as a light source unit 530.

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 display device 500 projects an intermediate image displayed on an intermediate screen 510 onto the windshield 401 of the automobile 400, allowing the driver 402 to view the intermediate image as a virtual image.

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。 The laser light of each color emitted from the laser light sources 501R, 501G, and 501B is converted into approximately parallel light by collimator lenses 502, 503, and 504, respectively, and then combined by two dichroic mirrors 505 and 506. The combined laser light has its light amount adjusted by a light amount adjustment unit 507, and is then two-dimensionally scanned by a movable device 13 having a reflecting surface 14. The projection light L two-dimensionally scanned by the movable device 13 is reflected by a free-form surface mirror 509, where distortion is corrected, and then focused on an intermediate screen 510 to display an intermediate image. The intermediate screen 510 is composed of a microlens array in which microlenses are arranged two-dimensionally, and the projection light L entering the intermediate screen 510 is magnified in units of microlenses.

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 movable device 13 moves the reflecting surface 14 back and forth in two axial directions, two-dimensionally scanning the projection light L incident on the reflecting surface 14. The drive control of this movable device 13 is performed in synchronization with the emission timing of the laser light sources 501R, 501G, and 501B.

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 above describes the head-up display device 500 as an example of an image projection device, but the image projection device may be any device that projects an image by performing optical scanning with a movable device 13 having a reflective surface 14. For example, the present invention can be similarly applied to a projector that is placed on a desk or the like and projects an image onto a display screen, or a head-mounted display device that is mounted on a mounting member that is attached to the observer's head or the like and projects an image onto a reflective/transmissive screen of the mounting member, or projects an image using the eyeball as a screen.

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。 The image projection device may be mounted not only on a vehicle or a mounting member, but also on a moving body such as an aircraft, a ship, or a mobile robot, or on a non-moving body such as a work robot that operates a drive target such as a manipulator without moving from its location.

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 display device 500 is an example of a "head-up display" as described in the claims. The automobile 400 is an example of a "vehicle" as described in the claims.

[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15および図16を用いて詳細に説明する。
[Optical writing device]
Next, an optical writing device to which the movable device 13 of this embodiment is applied will be described in detail with reference to FIGS.

図15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16は、光書込装置の一例の概略図である。 Figure 15 shows an example of an image forming device incorporating an optical writing device 600. Figure 16 is a schematic diagram of an example of an optical writing device.

図15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. 15, the optical writing device 600 is used as a component of an image forming device such as a laser printer 650 having a printer function using laser light. In the image forming device, the optical writing device 600 optically writes on the photosensitive drum, which is the scanned surface 15, by optically scanning the photosensitive drum with one or more laser beams.

図16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. 16, in the optical writing device 600, the laser light from the light source device 12 such as a laser element passes through an imaging optical system 601 such as a collimator lens, and is then deflected in one or two axial directions by a movable device 13 having a reflective surface 14. The laser light deflected by the movable device 13 then passes through a scanning optical system 602 consisting of a first lens 602a, a second lens 602b, and a reflective mirror section 602c, and is irradiated onto a scanned surface 15 (e.g., a photosensitive drum or photosensitive paper) to perform optical writing. The scanning optical system 602 forms a spot-shaped light beam on the scanned surface 15. In addition, the light source device 12 and the movable device 13 having the reflective surface 14 are driven under the control of the control device 11.

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。 In this way, the optical writing device 600 can be used as a component of an image forming device having a printer function using laser light. In addition, by changing the scanning optical system to enable optical scanning not only in one axis direction but also in two axes directions, it can be used as a component of an image forming device such as a laser label device that deflects laser light onto thermal media, optically scans it, and prints by heating it.

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 movable device 13 having a reflective surface 14 applied to the optical writing device described above consumes less power to operate than a rotating polygon mirror using a polygon mirror or the like, which is advantageous for reducing the power consumption of the optical writing device. In addition, the wind noise generated when the movable device 13 vibrates is smaller than that of a rotating polygon mirror, which is advantageous for improving the quietness of the optical writing device. The optical writing device requires far less installation space than a rotating polygon mirror, and the movable device 13 generates only a small amount of heat, making it easy to miniaturize the device, which is advantageous for miniaturizing the image forming device.

[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17および図18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. 17 and 18. FIG.

図17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。ライダ装置を自動車の前照灯を搭載する灯部ユニットに搭載した自動車の概略図である。また、図18はライダ装置の一例の概略図である。 Figure 17 is a schematic diagram of an automobile equipped with a LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) device, which is an example of an object recognition device. It is a schematic diagram of an automobile equipped with a LiDAR device in a lamp unit that mounts the automobile's headlights. Also, Figure 18 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 objects in a target direction, such as a lidar device.

図17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. 17, the lidar device 700 is mounted on, for example, an automobile 701, and recognizes an object 702 by optically scanning the target direction and receiving reflected light from the object 702 present in the target direction.

図18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トレンズ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. 18, the laser light emitted from the light source device 12 passes through an incident optical system consisting of a collimator lens 703, which is an optical system that converts divergent light into approximately parallel light, and a plane mirror 704, and is scanned in one or two axial directions by a movable device 13 having a reflecting surface 14. Then, it is irradiated onto an object 702 in front of the device through a projection lens 705, which is a projection optical system. The light source device 12 and the movable device 13 are controlled by the control device 11. The reflected light reflected by the object 702 is optically detected by a photodetector 709. That is, the reflected light passes through a condenser lens 706, which is an incident light detection and light receiving optical system, and is received by an image sensor 707, which outputs a detection signal to a signal processing circuit 708. The signal processing circuit 708 performs predetermined processing such as binarization and noise processing on the input detection signal, and outputs the result to a distance measurement circuit 710.

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 distance measurement circuit 710 recognizes the presence or absence of the object 702 based on the time difference between when the light source device 12 emits the laser light and when the laser light is received by the photodetector 709, or the phase difference between each pixel of the image sensor 707 that receives the light, and further calculates the distance information to the object 702.

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、航空機、船舶、ロボット等に取り付けられ、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。 The movable device 13 with the reflective surface 14 is less likely to break than a polygonal mirror and is small, making it possible to provide a small, highly durable radar device. Such a lidar device can be attached to, for example, a vehicle, an aircraft, a ship, a robot, etc., and can optically scan a specified range to determine the presence or absence of an obstacle and the distance to the obstacle.

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。 The above object recognition device has been described as an example of a lidar device 700, but the object recognition device may be any device that performs optical scanning by controlling a movable device 13 having a reflective surface 14 with a control device 11, and recognizes an object 702 by receiving reflected light with a photodetector, and is not limited to the above-mentioned embodiment.

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, it can be used in biometric authentication, where object information such as shape is calculated from distance information obtained by optically scanning a hand or face, and the target object is recognized by referencing the record; in security sensors that recognize intruders by optically scanning a target range; and in components of 3D scanners that calculate and recognize object information such as shape from distance information obtained by optical scanning, and output it as 3D 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19を用いて説明する。図19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 laser headlamp 50 in which the movable device of the present embodiment is applied to an automobile headlight will be described with reference to Fig. 19. Fig. 19 is a schematic diagram for explaining an example of the configuration of the laser headlamp 50.

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 laser headlamp 50 has a control device 11, a light source device 12b, a movable device 13 having a reflective surface 14, a mirror 51, and a transparent plate 52.

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。 Light source device 12b is a light source that emits blue laser light. The light emitted from light source device 12b enters movable device 13 and is reflected by reflective surface 14. Movable device 13 moves the reflective surface in the XY directions based on a signal from control device 11, and performs two-dimensional scanning of the blue laser light from light source device 12b in the XY directions.

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 movable device 13 is reflected by the mirror 51 and enters the transparent plate 52. The transparent plate 52 is coated with a yellow phosphor on either the front or back side. When the blue laser light from the mirror 51 passes through the yellow phosphor coating on the transparent plate 52, it changes to white within the legal range for headlight colors. As a result, the front of the car is illuminated with white light from the transparent plate 52.

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 movable device 13 scatters in a certain way as it passes through the phosphor in the transparent plate 52. This reduces glare on the illuminated object in front of the vehicle.

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 the movable device 13 is applied to an automobile headlight, the colors of the light source device 12b and the phosphor are not limited to blue and yellow, respectively. For example, the light source device 12b may be near-ultraviolet, and the transparent plate 52 may be covered with a uniform mixture of phosphors of the three primary colors of light: blue, green, and red. Even in this case, the light passing through the transparent plate 52 can be converted to white, and the front of the automobile can be illuminated with white light.

[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20~21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 display 60 to which the movable device of the present embodiment is applied will be described with reference to Figures 20 to 21. Here, the head mounted display 60 is a head mounted display that can be mounted on a human head, and can have a shape similar to glasses, for example. The head mounted display will be abbreviated to HMD hereinafter.

図20は、HMD60の外観を例示する斜視図である。図20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。 Figure 20 is a perspective view illustrating the appearance of the HMD 60. In Figure 20, the HMD 60 is composed of a front 60a and temples 60b, which are provided approximately symmetrically on the left and right. The front 60a can be composed of, for example, a light guide plate 61, and the optical system, control device, etc. can be built into the temples 60b.

図21は、HMD60の構成を部分的に例示する図である。なお、図21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。 Figure 21 is a diagram illustrating a partial configuration of the HMD 60. Note that while Figure 21 illustrates a configuration for the left eye, the HMD 60 has a similar configuration for the right eye.

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 HMD 60 has a control device 11, a light source unit 530, a light amount adjustment unit 507, a movable device 13 having a reflective surface 14, a light guide plate 61, and a half mirror 62.

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。 As described above, the light source unit 530 is a unit made up of the laser light sources 501R, 501G, and 501B, the collimator lenses 502, 503, and 504, and the dichroic mirrors 505 and 506, all of which are enclosed in an optical housing. In the light source unit 530, the three color laser beams from the laser light sources 501R, 501G, and 501B are combined by the dichroic mirrors 505 and 506. The combined parallel light is emitted from the light source unit 530.

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 light source unit 530 is adjusted in amount by the light amount adjustment unit 507 and then enters the movable device 13. The movable device 13 moves the reflecting surface 14 in the XY directions based on a signal from the control device 11, and performs two-dimensional scanning with the light from the light source unit 530. The drive control of this movable device 13 is performed in synchronization with the emission timing of the laser light sources 501R, 501G, and 501B, and a color image is formed by the scanning light.

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。 The scanning light from the movable device 13 enters the light guide plate 61. The light guide plate 61 guides the scanning light to the half mirror 62 while reflecting it on its inner wall surface. The light guide plate 61 is made of a resin or the like that is transparent to the wavelength of the scanning light.

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 half mirror 62 reflects the light from the light guide plate 61 to the back side of the HMD 60 and emits it in the direction of the eyes of the wearer 63 of the HMD 60. The half mirror 62 has, for example, a free-form surface shape. An image formed by the scanning light is formed on the retina of the wearer 63 by reflection from the half mirror 62. Alternatively, an image is formed on the retina of the wearer 63 by reflection from the half mirror 62 and the lens effect of the crystalline lens in the eyeball. Furthermore, spatial distortion of the image is corrected by reflection from the half mirror 62. The wearer 63 can observe the image formed by the light scanned in the XY directions.

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 image produced by the light from the outside world and the image produced by the scanning light are superimposed on each other and observed by the wearer 63. By providing a mirror instead of the half mirror 62, it is possible to eliminate the light from the outside world and to configure the wearer 63 to be able to observe only the image produced by the scanning light.

以上説明したように、本発明の態様は以下の通りである。 As described above, the aspects of the present invention are as follows:

<1>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、可動部と、前記可動部を駆動させる駆動部と、前記可動部と前記駆動部を連結する連結部と、を有し、前記連結部は、前記可動部と前記駆動部の少なくとも一方と平面視において重なる領域に間隔を有し、平面視における前記可動部及び前記駆動部との接続領域を除く前記可動部との接続位置と前記駆動部との接続位置との間の連結部の長さは、平面視における前記駆動部と前記可動部との距離よりも長いことを特徴とした。
<1>
A movable device according to one embodiment of the present invention has a movable part, a driving part that drives the movable part, and a connecting part that connects the movable part and the driving part, wherein the connecting part has a gap in an area that overlaps with at least one of the movable part and the driving part in a planar view, and the length of the connecting part between the connection position with the movable part and the connection position with the driving part, excluding the connection area between the movable part and the driving part in a planar view, is longer than the distance between the driving part and the movable part in a planar view.

これにより、連結部の実質的な長さを変えることなく、連結部と駆動部とが重なった領域分、従来よりもコンパクトに可動装置を形成できる。連結部の長さは、ばね定数と比例して、長さが同じであれば、ばね定数は同じであり、可動部の振幅や周波数を同等に維持しつつ、コンパクトな可動装置を提供できる。 This allows the movable device to be made more compact than before by the area where the connecting part and the drive part overlap, without changing the actual length of the connecting part. The length of the connecting part is proportional to the spring constant, so if the length is the same, the spring constant is the same, and a compact movable device can be provided while maintaining the same amplitude and frequency of the movable part.

<2>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、前記平面視において、前記駆動部と前記可動部が重なることを特徴とした<1>に記載した特徴を有する。これにより、可動部と連結部とが重なった領域分、従来よりもコンパクトに可動装置を形成できる。
<2>
The movable device according to one embodiment of the present invention has the feature described in <1>, in which the drive unit and the movable unit overlap in the plan view. This allows the movable device to be formed more compactly than before by the area where the movable unit and the connecting unit overlap.

<3>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、前記駆動部は、前記可動部を回動させ、平面視における前記連結部は、前記可動部との接続位置から前記回動の軸と平行な方向に延伸する<1>又は<2>に記載した特徴を有する。これにより、可動部と連結部とが重なった領域分、従来よりもコンパクトに可動装置を形成できる。
<3>
The movable device according to one embodiment of the present invention has the feature described in <1> or <2>, in which the drive unit rotates the movable unit, and the connecting unit in a plan view extends from a connection position with the movable unit in a direction parallel to the axis of the rotation. This makes it possible to form a movable device that is more compact than conventional devices by an area where the movable unit and the connecting unit overlap.

<4>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、前記駆動部は、前記可動部を回動させ、平面視における前記連結部は、前記駆動部との接続位置から前記回動の軸と交差する方向に延伸する<1>~<3>に記載した特徴を有する。これにより、可動部と連結部とが重なった領域分、従来よりもコンパクトに可動装置を形成できる。
<4>
The movable device according to one embodiment of the present invention has the features described in <1> to <3>, in which the drive unit rotates the movable unit, and the connecting unit in a plan view extends from a connection position with the drive unit in a direction intersecting the axis of the rotation. This makes it possible to form a movable device that is more compact than conventional devices by the area where the movable unit and the connecting unit overlap.

<5>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、前記駆動部を固定する第1の支持部があり、前記第1の支持部に接続し前記第1の支持部を駆動させる他の駆動部があり、前記他の駆動部を固定する第2の支持部があり、前記可動部を前記駆動部によって回動する第1軸に対し、前記他の駆動部によって回動する第2の軸が、略直交し、<1>~<4>に記載の特徴を有する。
<5>
A movable device according to one embodiment of the present invention has a first support part for fixing the drive part, another drive part connected to the first support part and driving the first support part, a second support part for fixing the other drive part, a first axis for rotating the movable part by the drive part and a second axis for rotating the movable part by the other drive part that are substantially perpendicular to each other, and has the features described in <1> to <4>.

これより、第1軸(実施例で示した光偏向器では主走査方向)の構造がコンパクトに形成できる。コンパクトな構造体であるため慣性モーメントが小さくなる。これにより、第2軸である副走査の一次共振周波数を高くすることができる。 This allows the structure of the first axis (the main scanning direction in the optical deflector shown in the embodiment) to be formed compactly. Because it is a compact structure, the moment of inertia is small. This allows the primary resonance frequency of the second axis, the sub-scanning, to be increased.

従来では、駆動部、連結部、可動部をそれぞれ平面的に構成すると構造体の面積が大きくなり、副走査回動中心からの距離が増加し慣性モーメントが急激に増大してしまっていた。光偏向器の各部要素を積み重ねて構成することで慣性モーメントを小さくすることができる。主走査構造(すなわち副走査に対する可動部)の慣性モーメントを小さくすることによって、副走査の一次共振周波数を高くすることができる。また、一次共振周波数が十分高い場合には、副走査の走査方向の支持剛性を小さく設計することで、共振周波数を高くする代わりに振幅を拡大することができる。一般的に利用されているSOI基板は2層構成であるため、このように各構成要素を積み重ねて形成することはできなかったが、製造プロセスにおいて接合技術や実装技術の進歩によって3層、または4層構造の基板を構造体として利用できるようになってきたことで実現できるようになった。 Conventionally, when the drive unit, the connecting unit, and the movable unit are each configured in a planar manner, the area of the structure becomes large, and the distance from the sub-scanning rotation center increases, causing a sudden increase in the moment of inertia. The moment of inertia can be reduced by stacking the components of the optical deflector. By reducing the moment of inertia of the main scanning structure (i.e., the movable unit relative to the sub-scanning), the primary resonance frequency of the sub-scanning can be increased. In addition, if the primary resonance frequency is sufficiently high, the amplitude can be increased instead of increasing the resonance frequency by designing the support rigidity in the scanning direction of the sub-scanning to be small. Since the commonly used SOI substrate has a two-layer structure, it was not possible to stack the components in this way, but it has become possible to use three- or four-layer substrates as structures due to advances in bonding and mounting technologies in the manufacturing process.

<6>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、前記駆動部にスリットが入っており、前記駆動部の前記第1の支持部側に折り返した位置で前記連結部が接続され、前記スリットによって分割された前記駆動部の面積の小さい側の領域に圧電検出機能を有する領域が形成されている<1>~<5>に記載の特徴を有する。
<6>
The movable device according to one embodiment of the present invention has the features described in <1> to <5>, in which a slit is formed in the driving section, the connecting section is connected at a position where the driving section is folded back toward the first support section, and an area having a piezoelectric detection function is formed in the area on the side of the smaller area of the driving section divided by the slit.

これにより、検出部における駆動部の振幅量を増大させ、検出感を向上させる効果がある。感度を向上させることで制御性を高め、従来よりも小型化した可動装置においても正確に可動部を駆動させることが可能となる。 This has the effect of increasing the amplitude of the drive section in the detection unit and improving the detection feeling. By improving the sensitivity, controllability is improved, making it possible to drive the moving section accurately even in a moving device that is smaller than before.

<7>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、前記可動部の裏面にはリブが形成され、前記駆動部と前記連結部とは重ならないように配置され<1>~<6>に記載の特徴を有する。これにより、面変形を抑制しつつ可動域を確保する効果がある。これにより従来よりも、さらなる小型の可動装置が可能となる。
<7>
The movable device according to one embodiment of the present invention has the features described in <1> to <6>, in which a rib is formed on the back surface of the movable part, and the drive part and the connecting part are arranged so as not to overlap. This has the effect of ensuring a range of motion while suppressing surface deformation. This makes it possible to make a movable device even smaller than before.

<8>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、前記第1の支持部および前記第1の駆動部の第1軸周りの慣性モーメントが前記可動部の第1軸周りの慣性モーメントよりも大きく<1>または<2>に記載の特徴を有する。
<8>
The movable device according to one embodiment of the present invention has the feature described in <1> or <2>, in which the moment of inertia about the first axis of the first support part and the first drive part is larger than the moment of inertia about the first axis of the movable part.

これにより、第1軸動作時に生じる第1支持部の振動を抑制する効果がある。これにより従来よりも、さらなる小型の可動装置が可能となる。 This has the effect of suppressing vibrations in the first support part that occur when the first axis operates. This makes it possible to create an even smaller movable device than before.

<9>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、可動部と前記可動部を駆動させる駆動部と、前記可動部と前記駆動部を連結する連結部と、を有する可動装置であって、平面視において、前記駆動部と、前記連結部が重なる領域を有し、前記領域は、前記駆動部と前記連結部の間に、可動部側に開放される空間を含むことを特徴とした。
<9>
A movable device according to one embodiment of the present invention is a movable device having a movable part, a driving part that drives the movable part, and a connecting part that connects the movable part and the driving part, and is characterized in that, in a planar view, it has a region where the driving part and the connecting part overlap, and the region includes a space between the driving part and the connecting part that is open to the movable part side.

これにより、連結部の実質的な長さを変えることなく、連結部と駆動部とが重なった領域分、従来よりもコンパクトに可動装置を形成できる。連結部の長さは、ばね定数と比例して、長さが同じであれば、ばね定数は同じであり、可動部の振幅や周波数を同等に維持しつつ、コンパクトな可動装置を提供できる。 This allows the movable device to be made more compact than before by the area where the connecting part and the drive part overlap, without changing the actual length of the connecting part. The length of the connecting part is proportional to the spring constant, so if the length is the same, the spring constant is the same, and a compact movable device can be provided while maintaining the same amplitude and frequency of the movable part.

<10>
本発明の一実施形態にかかる可動装置は、前記駆動部と前記連結部との前記空間が、前記駆動部の前記支持部の方向に開放している<9>に記載の特徴を有する。
<10>
The movable device according to one embodiment of the present invention has the feature described in <9>, in which the space between the drive section and the connection section is open toward the support section of the drive section.

これにより、接続部が駆動幅の大きい自由端に位置することで、重なっている前記連結部が固定端の方向に折り返すように延伸する配置となる。折り返すことで駆動部のたわみによる基板厚さ方向の変動をなくし回転成分(モーメント)を効率よく弾性支持部材に伝えることができる。また、駆動部の面積を大きくすることで駆動振幅を大きくする効果がある。折り返すことで駆動部のたわみによる基板厚さ方向の変動をなくし回転成分(モーメント)を効率よく弾性支持部材に伝えることができる。また、駆動部の面積を大きくすることで駆動振幅を大きくする効果がある。
As a result, the connecting portion is positioned at the free end with the larger driving width, resulting in an arrangement in which the overlapping connecting portions extend so as to fold back toward the fixed end. By folding back, fluctuations in the substrate thickness direction caused by deflection of the driving portion can be eliminated, and the rotational component (moment) can be efficiently transmitted to the elastic support member. In addition, increasing the area of the driving portion has the effect of increasing the driving amplitude. By folding back, fluctuations in the substrate thickness direction caused by deflection of the driving portion can be eliminated, and the rotational component (moment) can be efficiently transmitted to the elastic support member. In addition, increasing the area of the driving portion has the effect of increasing the driving amplitude.

10 光走査システム
11 制御装置
12 光源装置
13 可動装置
14 反射面
15 被走査面
30 制御部(制御手段の一例)
31 駆動信号出力部(印加手段の一例)
101 ミラー部
102 ミラー基体
103 ミラー部リブ
104 ミラー部接続部
110a、100b 第1駆動構造部a、b
111a、b トーションバースプリングa、b
112a、112b 第1駆動部
113a、113b 駆動部接続部
114a、114b 駆動部リブ
120 第1支持部
130a、130b 第2駆動構造部
131a~131d 第2駆動部a
132a~132d 第2駆動部b
140 第2支持部
150 電極接続部
361 シリコン支持層
362 酸化シリコン層
363 シリコン活性層
201 下部電極
202 圧電部
203 上部電極
400 自動車
410 トーション中心
411 トーション中心(変位位置)
500 ヘッドアップディスプレイ装置(画像投射装置)
501 L1(可動部および駆動部と連結部との距離)
502 L2(可動部および駆動部と連結部と間に形成される空間長さ)
503 L3(可動部と駆動部の距離)
510 圧電素子部群A
520 圧電素子部群B
530 第1軸
540 第2軸
550 駆動部のスリット部(Y方向)
560 駆動部のスリット部(X方向)
570 Z方向振幅
580 空間
590 接続領域(駆動部と連結部との接続)
591 接続領域(可動部と連結部との接続)
600 光書込装置
650 レーザプリンタ(画像形成装置)
700 レーザレーダ装置(物体認識装置)

<実施形態の用語と請求項の用語の対応>
駆動信号出力部31は、「印加手段」の一例である。制御部30は、「制御手段」の一例である。
10 Optical scanning system 11 Control device 12 Light source device 13 Movable device 14 Reflecting surface 15 Scanned surface 30 Control unit (one example of a control means)
31 Drive signal output unit (an example of an application means)
101 Mirror portion 102 Mirror base 103 Mirror portion rib 104 Mirror portion connection portion 110a, 110b First drive structure portion a, b
111a, b Torsion bar spring a, b
112a, 112b First drive section 113a, 113b Drive section connection section 114a, 114b Drive section rib 120 First support section 130a, 130b Second drive structure section 131a to 131d Second drive section a
132a to 132d Second driving section b
140 Second support portion 150 Electrode connection portion 361 Silicon support layer 362 Silicon oxide layer 363 Silicon active layer 201 Lower electrode 202 Piezoelectric portion 203 Upper electrode 400 Automobile 410 Torsion center 411 Torsion center (displacement position)
500 Head-up display device (image projection device)
501 L1 (distance between the movable part and the drive part and the connecting part)
502 L2 (length of space formed between the movable part, the driving part and the connecting part)
503 L3 (distance between moving part and driving part)
510 Piezoelectric element group A
520 Piezoelectric element group B
530: First shaft 540: Second shaft 550: Slit portion of the drive portion (Y direction)
560 Slit part of drive part (X direction)
570 Z-direction amplitude 580 Space 590 Connection area (connection between drive part and coupling part)
591 Connection area (connection between movable part and connecting part)
600 Optical writing device 650 Laser printer (image forming device)
700 Laser radar device (object recognition device)

<Correspondence between terms in the embodiments and terms in the claims>
The drive signal output unit 31 is an example of an "applying unit." The control unit 30 is an example of a "controlling unit."

Claims (15)

可動部と、
前記可動部を駆動させる駆動部と、
前記可動部と前記駆動部を連結する連結部と、を有し、
前記連結部は、前記可動部と前記駆動部の少なくとも一方と平面視において重なる領域に間隔を有し、
平面視における前記可動部及び前記駆動部との接続領域を除く前記可動部との接続位置と前記駆動部との接続位置との間の連結部の長さは、平面視における前記駆動部と前記可動部との距離よりも長い
ことを特徴とする可動装置。
A movable part;
A drive unit that drives the movable unit;
a connecting portion that connects the movable portion and the driving portion,
the connecting portion has a gap in a region overlapping with at least one of the movable portion and the driving portion in a plan view,
A movable device characterized in that the length of the connection portion between the connection position with the movable part and the connection position with the drive part, excluding the connection area with the movable part and the drive part in a planar view, is longer than the distance between the drive part and the movable part in a planar view.
前記平面視において、前記駆動部と前記可動部が重なる
ことを特徴とした請求項1に記載の可動装置。
The movable device according to claim 1 , wherein the drive section and the movable section overlap each other in the plan view.
前記駆動部は、前記可動部を回動させ、
平面視における前記連結部は、前記可動部との接続位置から前記回動の軸と平行な方向に延伸する請求項1又は2に記載の可動装置。
The drive unit rotates the movable unit,
The movable device according to claim 1 or 2, wherein the connecting portion in a plan view extends in a direction parallel to the axis of rotation from a connection position with the movable portion.
前記駆動部は、前記可動部を回動させ、
平面視における前記連結部は、前記駆動部との接続位置から前記回動の軸と交差する方向に延伸する請求項1又は2に記載の可動装置。
The drive unit rotates the movable unit,
The movable device according to claim 1 or 2, wherein the connecting portion in a plan view extends from a connection position with the driving portion in a direction intersecting the axis of rotation.
前記駆動部を固定する第1の支持部があり、
前記第1の支持部に接続し前記第1の支持部を駆動させる他の駆動部があり、
前記他の駆動部を固定する第2の支持部があり、
前記可動部を前記駆動部によって回動する第1軸に対し、
前記他の駆動部によって回動する第2の軸が、略直交すること
を特徴とした請求項1または請求項2に記載の可動装置。
a first support portion for fixing the driving portion;
There is another drive unit connected to the first support unit and driving the first support unit,
a second support portion for fixing the other driving portion;
With respect to a first axis that rotates the movable part by the drive part,
3. The movable device according to claim 1, wherein the second axis rotated by the other driving portion is substantially perpendicular to the first axis.
前記駆動部にスリットが入っており、
前記駆動部の前記第1の支持部側に折り返した位置で前記連結部が接続され、
前記スリットによって分割された前記駆動部の面積の小さい側の領域に
圧電検出機能を有する領域が形成されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の可動装置。
The drive section has a slit,
The coupling portion is connected to the driving portion at a position where the driving portion is folded back toward the first support portion,
3. The movable device according to claim 1, wherein a region having a piezoelectric detection function is formed in a region on the side of the smaller area of the driving portion divided by the slit.
前記可動部の裏面にはリブが形成され、
前記駆動部と前記連結部とは重ならないように配置されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2の可動装置。
A rib is formed on the back surface of the movable portion,
3. The movable device according to claim 1, wherein the drive portion and the connecting portion are arranged so as not to overlap each other.
前記第1の支持部および前記第1の駆動部の第1軸周りの慣性モーメントが前記可動部の第1軸周りの慣性モーメントよりも大きい
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の可動装置。
3. The movable device according to claim 1, wherein a moment of inertia of the first support portion and the first drive portion about the first axis is greater than a moment of inertia of the movable portion about the first axis.
前記可動部は、前記第1の支持部よりも大きく、前記第2の支持部よりも小さい
を特徴とした請求項1または請求項2に記載の可動装置。
3. The movable device according to claim 1, wherein the movable portion is larger than the first support portion and smaller than the second support portion.
請求項1に記載の可動装置を有する画像投影装置。 An image projection device having the movable device according to claim 1. 請求項1に記載の可動装置を備えるヘッドアップディスプレイ。 A head-up display comprising the movable device according to claim 1. 請求項1に記載の可動装置を備えるレーザヘッドランプ。 A laser headlamp comprising the movable device according to claim 1. 請求項1に記載の可動装置を備えるヘッドマウントディスプレイ。 A head-mounted display comprising the movable device according to claim 1. 請求項1に記載の可動装置を備える物体認識装置。 An object recognition device comprising the movable device according to claim 1. 請求項11に記載のヘッドアップディスプレイ、請求項12に記載のレーザヘッドランプ、及び請求項14に記載の物体認識装置の少なくとも1つを有する移動体。 A moving object having at least one of the head-up display according to claim 11, the laser headlamp according to claim 12, and the object recognition device according to claim 14.
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