JP5428541B2 - マイクロミラー装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を所望の方向に反射するマイクロミラー装置に関する。

従来、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を用いて、光を所望の方向に反射するマイクロミラー装置が知られている。マイクロミラー装置は、ＭＥＭＳが備えるミラーを電気信号により揺動させることにより、光の反射方向を制御する（特許文献１）。

特開２００５−２０８１６４号公報

しかし、ＭＥＭＳは印加電圧や電圧の周波数等に応じて一以上の方向に単純に振動する装置であるため、ＭＥＭＳから照射された光が照射対象面上においてどの位置にあるかをある程度把握しなければ、所望の方向に光を正確に反射することができない。

本発明は、この問題を鑑みてなされたものであり、所望の方向へ光を正確に反射するマイクロミラー装置を得ることを目的とする。

本発明によるマイクロミラー装置は、第１の揺動軸周りに揺動しながら光を反射するミラー部材と、ミラー部材を保護するとともに、ミラー部材による光の反射方向に設けられてミラー部材が反射した光を透過する保護部材と、保護部材に設けられ、ミラー部材から投光された光をミラー部材の周囲に向けて反射する反射部材と、反射部材が反射した光を検出可能となるようミラー部材の周囲に設けられる光検出部と、光検出部が検出した光に応じてミラー部材の振幅を制御するミラー制御部とを備えることを特徴とする。

ミラー部材は光を反射する平面状の鏡面を有し、保護部材は板状であって、ミラー部材が揺動していないときに鏡面と平行となり、反射部材は、保護部材の鏡面側に設けられることが好ましい。

ミラー部材を格納する凹部を有するケースをさらに備え、保護部材は凹部を外部から封止するようにケースに取り付けられることが好ましい。

ミラー部材は、第１の揺動軸周りに所定の角度内で揺動し、反射部材が反射した光はミラー部材の周囲において線分状の軌跡を成し、複数の光検出部が、ミラー部材が反射した光がミラー部材の周囲に成す軌跡が伸びる方向に対して直線状に並べられることが好ましい。

複数の光検出部が、ミラー部材の周囲における線分状の軌跡の両端部付近に各々並べられることが好ましい。

第１の揺動軸に直交する第２の揺動軸周りに揺動する第２のミラー部材をさらに備え、第１及び第２のミラー部材が反射した光は、ミラー部材の周囲であって、互いに直交する直線上に位置する第１及び第２の軌跡を成し、マイクロミラー装置は、第１の軌跡が伸びる方向に対して互いに平行な直線上に並べられる複数の光検出部と、第２の軌跡が伸びる方向に対して互いに平行な直線上に並べられる複数の第２の光検出部とを備え、ミラー制御部は、光検出部及び第２の光検出部による検出状態に応じて第１及び第２のミラー部材の振幅を制御することが好ましい。

ミラー部材の周囲における第１の軌跡及び第２の軌跡の各両端部付近に、複数の光検出部が各々並べられることが好ましい。

光検出部はＣｄＳであって、光を受光すると電流値が変化し、ミラー制御部は光検出部による電流の変化に応じてミラー部材を制御することが好ましい。

光検出部はスパッタリング加工により設けられることが好ましい。

本発明によれば、所望の方向へ光を正確に反射するマイクロミラー装置を得る。

マイクロミラー装置の斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線におけるマイクロミラー装置の断面図である。 マイクロミラー装置の正面図である。 ＭＥＭＳミラーの斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線におけるマイクロミラー装置の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線におけるマイクロミラー装置の断面図である。 ＭＥＭＳミラーの制御装置を示したブロック図である。 ＭＥＭＳミラーの振動特性を示したグラフである。 第１の制御処理を示したフローチャートである。 振幅変化により生じる位相変化を示したグラフである。 第２の制御処理を示したフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態であるマイクロミラー装置１０について図を用いて説明する。

まず、マイクロミラー装置１０の構成について図１から６を用いて説明する。マイクロミラー装置１０は、開口部を備える枡形のケース３００と、ケース３００の開口部を塞ぐカバーガラス２００と、ケース３００の内部に格納されたＭＥＭＳミラー１００とから主に構成される。

ケース３００の内部には、ケース凹部が形成される。ケース凹部は、長方形である４つの内側面と正方形のケース底面３１１とにより形成され、ケース３００の頂面３１３に設けられる正方形の開口部を有する。ケース３００は、２つの外側面３１４から直角に突出するフランジ３２０を備える。これら２つの外側面３１４は、ケース底面３１１の対辺を含む面である。フランジ３２０は、ケース底面３１１と面一な面を備え、ケース底面３１１と直角方向に厚さを有する。

フランジ３２０において、ケース３００の外側面３１４と直角を成す面上に、複数のピン電極４００が設けられる。ピン電極４００は、ケース３００の外側面３１４をケース凹部まで貫通する。複数のピン電極４００は、ケース３００の内側面から直角に突出する。

以下、ケース３００の頂面３１３に平行であってフランジ３２０の突出方向に直角となる方向をＸ方向、フランジ３２０の突出方向をＹ方向、ケース底面３１１から頂面３１３に向く方向をＺ正方向とし、カバーガラス２００の底面であるカバーガラス底面２０２の中心を原点Ｏとする右手系座標を用いて説明する。

ケース３００の内側面は、第１のケース側面３０３ｘｎ、第２のケース側面３０３ｘｐ、第３のケース側面３０３ｙｎ、及び第４のケース側面３０３ｙｐから成る。第１のケース側面３０３ｘｎ及び第２のケース側面３０３ｘｐはＸ軸と直交し、第３のケース側面３０３ｙｎ及び第４のケース側面３０３ｙｐはＹ軸と直交する。そして、第１のケース側面３０３ｘｎはＸ軸負方向側に位置し、第２のケース側面３０３ｘｐはＸ軸正方向側に位置する。第３のケース側面３０３ｙｎはＹ軸負方向側に位置し、第４のケース側面３０３ｙｐはＹ軸正方向側に位置する。第３のケース側面３０３ｙｎ及び第４のケース側面３０３ｙｐから、ケース３００内部に向けて複数のピン電極４００が突出する。

ケース底面３１１には、ＭＥＭＳミラー１００と光検出部材とが設けられる。ＭＥＭＳミラー１００は、ケース底面３１１の中央であって、可動部１１０と駆動電極１６０とから主に構成される。

可動部１１０は、円盤形状の第１の可動部１２０と、環状の第２の可動部１３０と、環状の枠部１４０とから主に構成される。

第１の可動部１２０は、２つの円形面のうち１つが鏡面１２１を成す。第２の可動部１３０は第１の可動部１２０の外周面１２２を取り囲む用に設けられ、枠部１４０は第２の可動部１３０の外周面１３１を取り囲むように設けられる。第１の可動部１２０、第２の可動部１３０及び枠部１４０は、いずれも略同じ厚さである。第１、２の可動部１２０、１３０及び枠部１４０の中心は同心である。

第１の可動部１２０の外周面１２２と第２の可動部１３０の内周面１３２とを接続する第１の支持部１２３、１２４が設けられる。第１の支持部１２３、１２４は、直方体の板状部材であって、第１の可動部１２０の中心軸を通る平面上に設けられる。この形状及び位置により第１の支持部１２３、１２４は捻り方向に弾性を有する。これにより第１の可動部１２０は、第１の支持部１２３、１２４を軸として第２の可動部１３０に対し揺動可能に支持される。すなわち、第１の可動部１２０は、Ｘ軸回りに揺動可能となる。

第２の可動部１３０の外周面１３１と枠部１４０とを接続する第２の支持部１３３、１３４が設けられる。第２の支持部１３３、１３４は、直方体の板状部材であって、第１の支持部１２３、１２４が設けられる平面に対し直角、かつ第１の可動部１２０の中心軸を通る平面上に設けられる。この形状及び位置により第２の支持部１３３、１３４は捻り方向に弾性を有する。これにより第２の可動部１３０は、第２の支持部１３３、１３４を軸として枠部１４０に対し揺動可能に支持される。すなわち、第２の可動部１３０は、Ｙ軸回りに揺動可能となる。第１の可動部１２０の揺動軸と第２の可動部１３０の揺動軸は直交する。

駆動電極１６０は、第１の可動部１２０をＸ軸周りに駆動するためのＸ方向電極１７０と、第２の可動部１３０をＹ軸周り駆動するためのＹ方向電極１８０とから成る。Ｘ方向電極１７０は、円盤を直径で二分して得られる２つの略半円からなる。略半円のうち、図においてＸ軸のＹ軸負側に置かれる略半円をＸ正電極１７１、Ｘ軸のＹ軸正側に置かれる略半円をＸ負電極１７２とする。Ｙ方向電極１８０は、環形状を直径で二分して得られる２つの略半輪からなり、内周にＸ方向電極１７０を納める。略半輪のうち、図においてＹ軸のＸ軸負側に置かれる略半輪をＹ負電極１８１、Ｙ軸のＸ軸正側に置かれる略半輪をＹ正電極１８２とする。駆動電極１６０に電位差を与えないアイドル状態においては、Ｘ軸およびＹ軸に直交するＺ軸は、第１の可動部１２０の鏡面１２１の法線と一致している。

Ｘ方向電極１７０とＹ方向電極１８０の中心は、Ｚ軸上にて第１、２の可動部１２０、１３０及び枠部１４０の中心と同心に置かれる。Ｘ方向電極１７０の直径は第１の可動部１２０の直径と略等しく、Ｙ方向電極１８０の内径及び外径は、第２の可動部１３０の内径及び外径と等しい。第１、２の可動部１２０、１３０及びＸ、Ｙ方向電極１８０は、それらの中心軸（すなわちＺ軸）から見たとき、第１の可動部１２０とＸ方向電極１７０とが、そして第２の可動部１３０とＹ方向電極１８０とが、各々略一致して重なるように設けられる。

また、第１、２の可動部１２０、１３０の中心軸から見たとき、Ｘ方向電極１７０は第１の可動部１２０の揺動軸によりＸ正電極１７１とＸ負電極１７２とに二分され、Ｙ方向電極１８０は第２の可動部１３０の揺動軸によりＹ負電極１８１とＹ正電極１８２とに二分される。

Ｘ正電極１７１及びＸ負電極１７２の略半円形の頂部には、Ｘ正電極１７１及びＸ負電極１７２に電荷を移送するためのＸ正配線１７３及びＸ負配線１７４が各々設けられる。Ｙ負電極１８１とＹ正電極１８２の略半円形の頂部には、Ｙ負電極１８１とＹ正電極１８２に電荷を移送するためのＹ負配線１８３とＹ正配線１８４が各々設けられる。Ｘ正配線１７３、Ｘ負配線１７４、Ｙ正配線１８４、及びＹ負配線１８３は、図示しない電源装置に接続され、第１、２の可動部１２０、１３０及び枠部１４０は電気的に接地される。

光検出部材は、第１から第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ６と、第１から第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ１−ＰＤｙ６とから成る。

第１から第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ６は長方形であって、その長手方向がＹ軸と平行方向に伸びる。第１から第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ６は、Ｘ軸負方向から正方向に向けて互いに平行となるよう順番に並べられる。第１から第３のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ３は、第１のケース側面３０３ｘｎに近接して設けられ、第４から第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ４−ＰＤｘ６は、第２のケース側面３０３ｘｐに近接して設けられる。第３のＸ方向光検出部ＰＤｘ３と第４のＸ方向光検出部ＰＤｘ４との間には、他のＸ方向検出部との間隔よりも大きな間隔が空けられる。第１から第３のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ３は、第４から第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ４−ＰＤｘ６と、ケース底面３１１の中心を通りＹ軸と平行な直線に対して線対称の関係にあるとともに、ケース底面３１１の中心に対して点対称の関係にある。

第１から第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ１−ＰＤｙ６もまた長方形であって、その長手方向がＸ軸と平行方向に伸びる。第１から第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ１−ＰＤｙ６は、Ｙ軸負方向から正方向に向けて互いに平行となるように並べられる。第１から第３のＹ方向光検出部ＰＤｙ１−ＰＤｙ３は、第１のケース側面３０３ｙｎに近接して設けられ、第４から第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ４−ＰＤｙ６は、第２のケース側面３０３ｙｐに近接して設けられる。第３のＹ方向光検出部ＰＤｙ３と第４のＹ方向光検出部ＰＤｙ４との間には、他のＹ方向検出部との間隔よりも大きな間隔が空けられる。第１から第３のＹ方向光検出部ＰＤｙ１−ＰＤｙ３は、第４から第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ４−ＰＤｙ６と、ケース底面３１１の中心を通りＸ軸と平行な直線に対して線対称の関係にあるとともに、ケース底面３１１の中心に対して点対称の関係にある。

第１のＸ方向光検出部ＰＤｘ１、第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６、第１のＹ方向光検出部ＰＤｙ１、及び第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ６からケース底面３１１の中心までの距離は等しい。第２のＸ方向光検出部ＰＤｘ２、第５のＸ方向光検出部ＰＤｘ５、第２のＹ方向光検出部ＰＤｙ２、及び第５のＹ方向光検出部ＰＤｙ５、そして第３のＸ方向光検出部ＰＤｘ３、第４のＸ方向光検出部ＰＤｘ４、第３のＹ方向光検出部ＰＤｙ３、及び第４のＹ方向光検出部ＰＤｙ４に関しても同様である。

第３のＹ方向光検出部ＰＤｙ３と第４のＹ方向光検出部ＰＤｙ４との間、及び第３のＹ方向光検出部ＰＤｙ３と第４のＹ方向光検出部ＰＤｙ４との間には、ＭＥＭＳミラー１００が設けられる。

第１から第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ６及び第１から第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ１−ＰＤｙ６は、第３及び第４のケース側面３０３ｙｎ、３０３ｙｐから突出するピン電極４００に、ボンディングワイヤ４０１を介して接続される（図３参照）。

カバーガラス２００は、平板状の直方体であって、正方形であるカバーガラス頂面２０１及びカバーガラス底面２０２と、４つの側面とから構成される。カバーガラス底面２０２がケース３００の開口部を塞ぐように、カバーガラス２００がケース３００に取り付けられる。カバーガラス底面２０２には、光反射膜２０３が形成される。

光反射膜２０３は、ロの字型であって、カバーガラス底面２０２においてケースの頂面よりも内側に形成される。カバーガラス底面２０２上における光反射膜２０３の内側の領域、結像レーザ透過領域２１０を成す。

マイクロミラー装置１０の外部には、図示しないレーザ光源が設けられ、鏡面１２１に向けてレーザ光を照射する。レーザ光は、カバーガラス２００を透過して、鏡面１２１に到達する。第１及び第２の可動部１２０、１３０は、二次元平面である図示しない照射対象面に向けて、各々揺動しながらレーザ光を反射する。レーザ光は、再度カバーガラス２００を透過して、照射対象面上に走査される。レーザ光の発光タイミングを調節することにより、照射対象面上の所望の位置に所望の画像を描画することが可能である。照射対象面上において所望の領域内にレーザ光が走査されるように、第１及び第２の可動部１２０、１３０の揺動角度、周期、移相が制御される。これらを適切に制御するため、第１及び第２の可動部１２０、１３０が反射したレーザ光の位置を光検出部材が検出する。

マイクロミラー装置１０が走査するレーザ光のうち、カバーガラス底面２０２において結像レーザ透過領域２１０の外側に向けて走査されるレーザ光は、光反射膜２０３により光検出部材に向けて反射される（図５、６参照）。このとき、第１の可動部１２０は、第１のＹ方向光検出部ＰＤｙ１と第２のＹ方向光検出部ＰＤｙ２との間から第５のＹ方向光検出部ＰＤｙ５と第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ６との間までレーザ光を走査するように制御され、第２の可動部１３０は、第１のＸ方向光検出部ＰＤｘ１と第２のＸ方向光検出部ＰＤｘ２との間から第５のＸ方向光検出部ＰＤｘ５と第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６との間までレーザ光を走査するように制御される。そして、この範囲にレーザ光を反射したとき、照射対象面に設けられた結像領域内にレーザ光が照射されるように、照射対象面とマイクロミラー装置１０との距離に応じて、第１から第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ６及び第１から第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ１−ＰＤｙ６の位置があらかじめ定められる。これにより、照射対象面に設けられた結像領域内に形成される情報、たとえば文字情報や画像情報をユーザが認識可能となる。

次に、第１の可動部１２０の動作について図１から６を用いて説明する。

まず、第１の可動部１２０がＸ軸時計周りに揺動する場合について説明する。

図示しない電源装置がＸ正配線１７３を介してＸ正電極１７１に交流電圧を印加する。交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されている第１の可動部１２０とＸ正電極１７１との間に電圧差が生じ、この電圧差により第１の可動部１２０とＸ正電極１７１との間に静電力が生じる。この静電力により、第１の可動部１２０とＸ正電極１７１とが引き合い、第１の可動部１２０がＸ軸時計周りに回転する。交流電圧が最大となるとき、第１の可動部１２０が最大の回転角度で回転する。

交流電圧が最大電圧から減少していくと同時に静電力が減少し、第１の可動部１２０は、第１の支持部１２３、１２４の弾性力により第２の可動部１３０及び枠部１４０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになると第１の可動部１２０とＸ正電極１７１との間の電位差が無くなって静電力が消滅し、第１の可動部１２０は、第２の可動部１３０及び枠部１４０と平行な状態となる。

これを繰り返すことにより、第１の可動部１２０がＸ軸時計周りに揺動する。

次に、第１の可動部１２０がＸ軸反時計周りに揺動する場合について説明する。

この場合、電源装置はＸ負配線１７４を介してＸ負電極１７２に交流電圧を印加する。交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されている第１の可動部１２０とＸ負電極１７２との間に電圧差が生じ、この電圧差により第１の可動部１２０とＸ負電極１７２との間に静電力が生じる。この静電力により、第１の可動部１２０とＸ負電極１７２とが引き合い、第１の可動部１２０がＸ軸反時計周りに回転する。交流電圧が最大となるとき、第１の可動部１２０が最大の回転角度で回転する。

交流電圧が最大電圧から減少していくと同時に静電力が減少し、第１の可動部１２０は、第１の支持部１２３、１２４の弾性力により第２の可動部１３０及び枠部１４０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになると第１の可動部１２０とＸ負電極１７２との間の電位差が無くなって静電力が消滅し、第１の可動部１２０は、第２の可動部１３０及び枠部１４０と平行な状態となる。

これを繰り返すことにより、第１の可動部１２０がＸ軸反時計周りに揺動する。

次に、第２の可動部１３０の動作について説明する。

まず、第２の可動部１３０がＹ軸反時計周りに揺動する場合について説明する。

図示しない電源装置がＹ負配線１８３を介してＹ負電極１８１に交流電圧を印加する。交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されている第２の可動部１３０とＹ負電極１８１との間に電圧差が生じ、この電圧差により第２の可動部１３０とＹ負電極１８１との間に静電力が生じる。この静電力により、第２の可動部１３０とＹ負電極１８１とが引き合い、第２の可動部１３０がＹ軸反時計周りに回転する。交流電圧が最大となるとき、第２の可動部１３０が最大の回転角度で回転する。

交流電圧が最大電圧から減少していくと同時に静電力が減少し、第２の可動部１３０は、第２の支持部１３３、１３４の弾性力により第１の可動部１２０及び枠部１４０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになると第２の可動部１３０とＹ負電極１８１との間の電位差が無くなって静電力が消滅し、第２の可動部１３０は、第１の可動部１２０及び枠部１４０と平行な状態となる。

これを繰り返すことにより、第２の可動部１３０がＹ軸反時計周りに揺動する。

次に、第２の可動部１３０がＹ軸時計周りに揺動する場合について説明する。

この場合、電源装置はＹ正配線１８４を介してＹ正電極１８２に交流電圧を印加する。交流電圧が０Ｖから増加していくと、接地されている第２の可動部１３０とＹ正電極１８２との間に電圧差が生じ、この電圧差により第２の可動部１３０とＹ正電極１８２との間に静電力が生じる。この静電力により、第２の可動部１３０とＹ正電極１８２とが引き合い、第２の可動部１３０がＹ軸時計周りに回転する。交流電圧が最大となるとき、第２の可動部１３０が最大の回転角度で回転する。

交流電圧が最大電圧から減少していくと同時に静電力が減少し、第２の可動部１３０は、第２の支持部１３３、１３４の弾性力により第１の可動部１２０及び枠部１４０と平行な状態に近づいてゆく。交流電圧が０Ｖになると第２の可動部１３０とＹ正電極１８２との間の電位差が無くなって静電力が消滅し、第２の可動部１３０は、第１の可動部１２０及び枠部１４０と平行な状態となる。

これを繰り返すことにより、第２の可動部１３０がＹ軸時計周りに揺動する。

次に、マイクロミラー装置１０の動作を制御する制御装置５００について図７を用いて説明する。

制御装置５００は、マイコン５６１、発振器５６２、Ｘ方向反転器５６３、Ｘ方向正電圧アンプ５６４、Ｘ方向負電圧アンプ５６５、カウンタ５６６、Ｙ方向反転器５６７、Ｙ方向正電圧アンプ５６８、Ｙ方向負電圧アンプ５６９とから主に構成される。

マイコン５６１は、光検出部材に接続され、光を受光した光検出部材から受信したアナログ信号に応じて、発振器５６２、Ｙ方向正電圧アンプ５６８、及びＹ方向負電圧アンプ５６９を制御する。Ｘ方向及びＹ方向の振幅を制御するため制御信号が発振器５６２に送信される。

光検出部材から受信したアナログ信号の状態をマイコン５６１が記録する。

発振器５６２は、マイコン５６１からの制御信号に応じた周波数の交流信号をＸ方向正電圧アンプ５６４、Ｘ方向反転器５６３、及びカウンタ５６６に送信する。発振器５６２は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）又はＤＤＳ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザ）が用いられる。

Ｘ方向反転器５６３は、受信した交流信号の位相を反転させ、反転した交流信号をＸ方向負電圧アンプ５６５に送信する。Ｘ方向正電圧アンプ５６４及びＸ方向負電圧アンプ５６５は、可動部１１０を駆動するに足る電圧まで交流信号を増幅し、ＭＥＭＳミラー１００が備える駆動電極１６０に交流信号を送信する。

Ｘ方向正電圧アンプ５６４及びＸ方向負電圧アンプ５６５からの交流信号の周波数に応じた揺動周波数で、可動部１１０が揺動する。交流信号の振幅が上げられると、可動部１１０の振幅が大きくなる。交流信号の振幅が下げられると、可動部１１０の振幅が小さくなる。このようにして、可動部１１０により反射されたレーザ光がカバーガラス底面２０２上においてＸ軸正負方向に走査される。

カウンタ５６６は、発振器５６２が発信した信号の周波数を３／４に分周する。そして、分周した信号をＹ方向正電圧アンプ５６８及びＹ方向反転器５６７に送信する。Ｘ方向反転器５６３と同様にして、Ｙ方向反転器５６７は反転した交流信号をＹ方向負電圧アンプ５６９に送信する。Ｙ方向正電圧アンプ５６８及びＹ方向負電圧アンプ５６９は、受信した交流信号の電圧、すなわち振幅をマイコン５６１からの電圧制御信号に応じて変化させた後、ＭＥＭＳミラー１００が備える駆動電極１６０に送信する。

可動部１１０は、Ｙ方向正電圧アンプ５６８及びＹ方向負電圧アンプ５６９からの交流信号の周波数に応じた揺動周波数と電圧に応じた振幅とにより揺動する。交流信号の振幅が上げられると、可動部１１０の振幅が大きくなる。交流信号の振幅が下げられると、可動部１１０の振幅が小さくなる。このようにして、可動部１１０により反射されたレーザ光がカバーガラス底面２０２上においてＹ軸正負方向に走査される。

図８から１１を用いて、マイクロミラー装置１０を制御する制御手段について説明する。マイクロミラー装置１０は、照射対象面上の所定の範囲内にレーザ光を走査するように制御される。以下、レーザ光の走査範囲を、照射対象面上の所定の範囲内に対応する、カバーガラス底面２０２の所定の範囲内に置き換えて説明する。

始めに、カバーガラス底面２０２上のＸ軸方向にレーザ光を走査する手段について説明する。

図６における最上段の曲線は、カバーガラス底面２０２上のＸ軸方向におけるレーザ光照射位置の時間変化を示す。照射対象面上の結像領域を大きく超えてレーザ光が照射される場合、及び結像領域内にしか照射されていない場合、結像領域に形成される情報、たとえば文字情報や画像情報の形状が崩れ、ユーザが情報を認識できなくなる。そのため、結像領域をわずかに外す程度の範囲でレーザ光が走査されるように、第１の制御手段が実行される。すなわち、カバーガラス底面２０２上における結像レーザ透過領域２１０をわずかに外す程度の範囲でレーザ光を走査する。

結像レーザ透過領域２１０を外れたレーザ光が光反射膜２０３により反射されて第４のＸ方向光検出部ＰＤｘ４に入射すると、第４のＸ方向光検出部ＰＤｘ４は、アナログ信号をマイコン５６１に送信する。

マイコン５６１は、アナログ信号を受信して、第４のＸ方向状態変数Ｖｘ４をＯＮにする。

さらに、レーザ光が第５、第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ５、ＰＤｘ６に入射すると、第５、第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ５、ＰＤｘ６は、アナログ信号をマイコン５６１に送信する。マイコン５６１はアナログ信号を受信して、第５、第６のＸ方向状態変数Ｖｘ５、Ｖｘ６を各々ＯＮにする。

次に、カバーガラス底面２０２上のＸ軸正方向最大位置でレーザ光が折り返してＸ軸負方向に移動を始めると、光反射膜２０３により反射されて第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６に入射する。レーザ光を受信した第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６がアナログ信号をマイコン５６１に送信すると、マイコン５６１はアナログ信号を受信して、第６のＸ方向状態変数Ｖｘ６をＯＦＦにする。

さらに、レーザ光が第５、第４のＸ方向光検出部ＰＤｘ５、ＰＤｘ４に入射すると、第５、第４のＸ方向光検出部ＰＤｘ５、ＰＤｘ４が、アナログ信号をマイコン５６１に送信する。マイコン５６１はアナログ信号を受信して、第５、第４のＸ方向状態変数Ｖｘ５、Ｖｘ４を各々ＯＦＦにする。

レーザ光が結像レーザ透過領域２１０を外れてから再度結像レーザ透過領域２１０内に戻るまでに必要な時間は、可動部１１０のＸ軸方向周期の半分、すなわち半周期より短い。

一方、マイコン５６１におけるＸ方向状態変数がＯＦＦの時に、レーザ光がＸ軸正方向最大位置から結像レーザ透過領域２１０内へ向けて移動している場合がある。このとき、各Ｘ方向光検出部は、レーザ光を最初に感知してから可動部１１０の半周期以内にレーザ光を感知しない。言い換えると、可動部１１０の半周期以内に各Ｘ方向光検出部はレーザ光を２回感知しない。そこで、マイコン５６１は、最初に感知したときにＯＮにしたＸ方向状態変数をＯＦＦに変更し、再度Ｘ方向光検出部からのアナログ信号を待つ。

これにより、カバーガラス２００のＸ軸方向において、どのような範囲にレーザ光が照射されているかを判断することができる。

なお、第１から第３のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ３に対しても同様の処理を行うことにより、Ｘ軸負方向における振幅を制御することができる。このとき、第１のＸ方向光検出部ＰＤｘ１が第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６に、第２のＸ方向光検出部ＰＤｘ２が第５のＸ方向光検出部ＰＤｘ５に、第３のＸ方向光検出部ＰＤｘ３が第４のＸ方向光検出部ＰＤｘ４に対応する機能を有する。

Ｙ軸方向に対しても同様の処理を行うことにより、カバーガラス２００のＹ軸方向において、どのような範囲にレーザ光が照射されているかを判断することができる。このとき、図６における第４、第５、第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ４、ＰＤｘ５、ＰＤｘ６を、第４、第５、第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ４、ＰＤｙ５、ＰＤｙ６にそれぞれ読み替える。

カバーガラス底面２０２上におけるＸ軸方向にレーザ光を走査する第１の制御処理について図７及び８を用いて説明する。第１の制御処理は、マイクロミラー装置１０の振幅が狭いと判断されたとき、すなわち第４のＸ方向光検出部ＰＤｘ４と第５のＸ方向光検出部ＰＤｘ５との間までしかレーザ光が照射されないときに実行される。

ステップＳ７０１において、駆動電極１６０に印加されている交流信号の電圧が上げられる。これにより第２の可動部１３０の振幅が大きくなる。他方、交流信号の電圧上昇により交流信号の位相が変化する。これにより、第２の可動部１３０の位相も変化する。

ステップＳ７０２では、ステップＳ７０１における処理により変化した交流信号の位相を調節する。この調節は、交流信号を構成する駆動パルスの出力タイミングを調節することにより行われる。これにより、交流信号の電圧が上げられる前の位相に第２の可動部１３０の位相が戻される。

そして、ステップＳ７０３では、第２の可動部１３０の振幅が規定の範囲にあるか否かを判断する。すなわち、第５のＸ方向光検出部ＰＤｘと第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６との間にまでレーザ光が照射されているか否かを判断する。第２の可動部１３０の振幅が規定の範囲にある場合、処理が終了する。第２の可動部１３０の振幅が規定の範囲にない場合、処理はステップＳ７０１に戻り、再度振幅及び位相を調整する。

この処理により、結像レーザ透過領域２１０から、第５のＸ方向光検出部ＰＤｘ５と第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６との間に相当するカバーガラス底面２０２上の位置までレーザ光が照射される。

また、第１から第３のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ３、及び第１から第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ１−ＰＤｙ６に対しても同様の処理を行うことにより、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正負方向に対してレーザ光の照射範囲を調節できる。

カバーガラス底面２０２上におけるＸ軸方向にレーザ光を走査する第２の制御処理について図８及び９を用いて説明する。第２の制御処理は、マイクロミラー装置１０の振幅が広いと判断されたとき、すなわち第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６をＸ軸正方向に超えてレーザ光が照射されるときに実行される。

ステップＳ９０１において、駆動電極１６０に印加されている交流信号の電圧が下げられる。これにより第２の可動部１３０の振幅が小さくなる。他方、交流信号の電圧上昇により交流信号の位相が変化する。これにより、第２の可動部１３０の位相も変化する。

ステップＳ９０２では、ステップＳ９０１における処理により変化した交流信号の位相を調節する。この調節は、交流信号を構成する駆動パルスの出力タイミングを調節することにより行われる。これにより、交流信号の電圧が上げられる前の位相に第２の可動部１３０の位相が戻される。

そして、ステップＳ９０３では、第２の可動部１３０の振幅が規定の範囲にあるか否かを判断する。すなわち、第５のＸ方向光検出部ＰＤｘと第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６との間にまでレーザ光が照射されているか否かを判断する。第２の可動部１３０の振幅が規定の範囲にある場合、処理が終了する。第２の可動部１３０の振幅が規定の範囲にない場合、処理はステップＳ９０１に戻り、再度振幅及び位相を調整する。

この処理により、結像レーザ透過領域２１０から、第５のＸ方向光検出部ＰＤｘ５と第６のＸ方向光検出部ＰＤｘ６との間に相当するカバーガラス底面２０２上の位置までレーザ光が照射される。

また、第１から第３のＸ方向光検出部ＰＤｘ１−ＰＤｘ３、及び第１から第６のＹ方向光検出部ＰＤｙ１−ＰＤｙ６に対しても同様の処理を行うことにより、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正負方向に対してレーザ光の照射範囲を調節できる。

本実施形態によれば、レーザの照射対象物に光検出部材を設けることなく、正確にレーザの照射範囲を制御することができる。

１０ マイクロミラー装置
１００ ＭＥＭＳミラー
１１０ 可動部
１２０ 第１の可動部
１２１ 鏡面
１２２ 外周面
１２３ 第１の支持部
１３０ 第２の可動部
１３１ 外周面
１３２ 内周面
１３３ 第２の支持部
１４０ 枠部
１６０ 駆動電極
１７０ Ｘ方向電極
１７１ Ｘ正電極
１７２ Ｘ負電極
１７３ Ｘ正配線
１７４ Ｘ負配線
１８０ Ｙ方向電極
１８１ Ｙ負電極
１８２ Ｙ正電極
１８３ Ｙ負配線
１８４ Ｙ正配線
２００ カバーガラス
２０１ カバーガラス頂面
２０２ カバーガラス底面
２０３ 光反射膜
２１０ 結像レーザ透過領域
３００ ケース
３０３ｘｎ 第１のケース側面
３０３ｘｐ 第２のケース側面
３０３ｙｎ 第３のケース側面
３０３ｙｐ 第４のケース側面
３１１ ケース底面
３１３ 頂面
３１４ 外側面
３２０ フランジ
４００ ピン電極
４０１ ボンディングワイヤ
５００ 制御装置
５６１ マイコン
５６２ 発振器
５６３ Ｘ方向反転器
５６４ Ｘ方向正電圧アンプ
５６５ Ｘ方向負電圧アンプ
５６６ カウンタ
５６７ Ｙ方向反転器
５６８ Ｙ方向正電圧アンプ
５６９ Ｙ方向負電圧アンプ
ＰＤｘ１ 第１のＸ方向光検出部
ＰＤｘ２ 第２のＸ方向光検出部
ＰＤｘ３ 第３のＸ方向光検出部
ＰＤｘ４ 第４のＸ方向光検出部
ＰＤｘ５ 第５のＸ方向光検出部
ＰＤｘ６ 第６のＸ方向光検出部
ＰＤｙ１ 第１のＹ方向光検出部
ＰＤｙ２ 第２のＹ方向光検出部
ＰＤｙ３ 第３のＹ方向光検出部
ＰＤｙ４ 第４のＹ方向光検出部
ＰＤｙ５ 第５のＹ方向光検出部
ＰＤｙ６ 第６のＹ方向光検出部

Claims (8)

1. 第１の揺動軸周りに揺動しながら光を反射するミラー部材と、
   前記ミラー部材を保護するとともに、前記ミラー部材による光の反射方向に設けられて前記ミラー部材が反射した光を透過する保護部材と、
   前記保護部材において前記ミラー部材と対向する面に設けられ、前記ミラー部材からの反射光を前記ミラー部材の周囲に向けて反射する反射部材と、
   前記反射部材が反射した光を検出可能となるよう前記ミラー部材の周囲に設けられる光検出部と、
   前記光検出部が検出した光に応じて前記ミラー部材の振幅を制御するミラー制御部と、
   頂部に開口部を有する有底筒状のケースとを備え、
   前記ケースの底部に前記ミラー部材と前記光検出部とを格納し、前記開口部を前記保護部材が塞ぐマイクロミラー装置。
2. 前記ミラー部材は光を反射する平面状の鏡面を有し、
   前記保護部材は板状であって、前記ミラー部材が揺動していないときに前記鏡面と平行となり、
   前記反射部材は、前記保護部材の前記鏡面側に設けられる請求項１に記載のマイクロミラー装置。
3. 前記ミラー部材は、第１の揺動軸周りに所定の角度内で揺動し、
   前記反射部材が反射した光は前記ミラー部材の周囲において線分状の軌跡を成し、
   複数の前記光検出部が、前記ミラー部材が反射した光が前記ミラー部材の周囲に成す軌跡が伸びる方向に対して直線状に並べられる請求項２に記載のマイクロミラー装置。
4. 前記複数の光検出部が、前記ミラー部材の周囲における前記線分状の軌跡の両端部付近に各々並べられる請求項３に記載のマイクロミラー装置。
5. 前記ミラー部材は、前記第１の揺動軸に直交する第２の揺動軸周りに所定の角度内で揺動し、
   前記第１の揺動軸周りに揺動する前記ミラー部材が反射した光は、前記ミラー部材の周囲において線分状の第１の軌跡を成し、
   前記第２の揺動軸周りに揺動する前記ミラー部材が反射した光は、前記ミラー部材の周囲において、前記第１の軌跡に直交する線分状の第２の軌跡を成し、
   前記マイクロミラー装置は、前記第１の軌跡が伸びる方向に対して互いに平行な直線上に並べられる複数の光検出部と、前記第２の軌跡が伸びる方向に対して互いに平行な直線上に並べられる複数の第２の光検出部とを備え、
   前記ミラー制御部は、前記光検出部及び前記第２の光検出部による検出状態に応じて前記ミラー部材の振幅を制御する請求項３に記載のマイクロミラー装置。
6. 前記ミラー部材の周囲における前記第１の軌跡及び前記第２の軌跡の各両端部付近に、複数の前記光検出部が各々並べられる請求項５に記載のマイクロミラー装置。
7. 前記光検出部はＣｄＳであって、光を受光すると電流値が変化し、前記ミラー制御部は前記光検出部による電流の変化に応じて前記ミラー部材を制御する請求項１に記載のマイクロミラー装置。
8. 前記光検出部はスパッタリング加工により設けられる請求項７に記載のマイクロミラー装置。

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