JP2006171267A - 光偏向器 - Google Patents
光偏向器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006171267A JP2006171267A JP2004362466A JP2004362466A JP2006171267A JP 2006171267 A JP2006171267 A JP 2006171267A JP 2004362466 A JP2004362466 A JP 2004362466A JP 2004362466 A JP2004362466 A JP 2004362466A JP 2006171267 A JP2006171267 A JP 2006171267A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- optical deflector
- movable portion
- movable part
- movable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Laser Beam Printer (AREA)
Abstract
【課題】光偏向器において、固定した際の応力或いは熱応力等により基板の支持部との固定箇所がたとえ変形しても、可動部の反射面の平面度(面精度)の低下を防止することである。
【解決手段】光偏向器は、基板101と、可動部102と、可動部102を基板101にねじり振動自在に支持する同一ねじり軸108上の2本の弾性部105、106と、可動部102に形成される反射面103と、基板101を固定する支持部107を有し、可動部102を基板101に対して相対的に駆動させ、反射面103に入射する入射光を偏向する。基板101が支持部107に固定される場所は、基板101と弾性部の1本105との接点109付近を通り且つ可動部102のねじり軸108に対してほぼ垂直な線110を境界として、可動部102とは反対方向の基板部位111側である。
【選択図】図1
【解決手段】光偏向器は、基板101と、可動部102と、可動部102を基板101にねじり振動自在に支持する同一ねじり軸108上の2本の弾性部105、106と、可動部102に形成される反射面103と、基板101を固定する支持部107を有し、可動部102を基板101に対して相対的に駆動させ、反射面103に入射する入射光を偏向する。基板101が支持部107に固定される場所は、基板101と弾性部の1本105との接点109付近を通り且つ可動部102のねじり軸108に対してほぼ垂直な線110を境界として、可動部102とは反対方向の基板部位111側である。
【選択図】図1
Description
本発明は、マイクロメカニクス技術などにより作製され得る光偏向器、それを用いた画像形成装置などの装置に関するものである。
近年、半導体デバイスの高集積化に代表されるように、マイクロエレクトロニクスの発展に伴い、様々な機器が高機能化と共に小型化されてきている。シリコンプロセスを用いたマイクロメカニクス技術によるマイクロマシンデバイス(例えば、回転軸中心にねじり振動する部材を有するマイクロ光偏向器、マイクロ力学量センサ、マイクロアクチュエータ等)を利用した装置も同様である。例えば、光偏向器を用いて光走査を行うレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置、バーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置等においても、高機能化、小型化がなされ、更に、より一層の小型化によって、例えば、持ち運びに容易な形態とした製品への応用が望まれている。
ねじり振動する光偏向器の一例として、図4(a)、(b)に示すような構成のものがある(特許文献1参照)。図4(c)は実装構造の実装工程を説明する斜視図である。この光偏向器において、シリコン基板1000に、可動部1001とこれをねじり振動可能に軸支する弾性支持部1002、1003とが一体形成されている。可動部1001の表面側に反射面1004を設けられ、可動部1001の裏面側に駆動コイル1005が設けられている。さらに、駆動コイル1005に静磁場を与える磁場発生手段を設け、駆動コイル1005に電流を流すことで発生する磁気力によって、可動部1001を駆動できる。
この光偏向器の実装構造は、実装用基板1010の光偏向器固定領域内に、光偏向器の可動部1001の揺動動作を許容する空間部1011を形成し、その近傍に導電パターン1012を設けている。光偏向器を実装用基板1010に固定したときに、光偏向器の半導体基板裏面に設けた駆動コイル電極端子1006と導電パターン1012とが接触するようにしている。
特開2000−249964号公報
上記のようなマイクロマシンデバイスを用いて光走査を行うレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置、バーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置などでは、光を偏向する反射面の平面度が要求される。
しかしながら、可動部および弾性支持部を形成する基板を固定した場合、固定した際の応力或いは熱応力等が基板に作用し、その応力が弾性支持部にかかり、可動部を歪ませる懸念がある。そのため、光偏向手段である反射面の平面度(面精度)が低下する。
上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、基板と、可動部と、可動部を基板にねじり振動自在に支持する同一ねじり軸上の2本の弾性部(例えば、可動部を挟んで、一直線に沿って伸びた一対のトーションバー)と、可動部に形成される反射面と、基板を固定する支持部とを有し、可動部を基板に対して相対的に駆動させ、反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器であって、基板が支持部に固定される場所は、基板と弾性部の1本との接点付近を通り且つ可動部のねじり軸に対してほぼ垂直な線を境界として、可動部とは反対方向の基板部位側であることを特徴とする。
また、上記の課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、上記の光偏向器と光源を有し、光源からの光を光偏向器で偏向して所望の面に画像を形成することを特徴とする。勿論、本発明の光偏向器は、光走査を行うレーザビームプリンタ、ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置の他に、バーコードリーダ等の入力デバイスの光取り入れ装置等にも使用できる。
上記の本発明の構成によれば、基板が支持部に固定される場所が、基板と弾性部の1本との接点付近を通り且つ可動部のねじり軸に対してほぼ垂直な線を境界として、可動部とは反対方向の基板部位側であるので、固定した際の応力或いは熱応力等により基板の支持部との固定箇所がたとえ変形しても、その変形の影響は上記境界の可動部とは反対側の部位に止まって、可動部には応力が殆ど作用しない。したがって、反射面の平面度(面精度)の低下を防止することができる。
こうして、固定した際の応力或いは熱応力等によって反射面が歪むことが防止され、これを用いて形成される画質などの劣化を防止できる。
上記本発明の基本構成に基づく実施の形態の構成について説明する。
上記基本構成に基づく光偏向器は、基板に可動部が同一ねじり軸上の2本の弾性部で振動自在に支持されており、可動部の一方面側に、アルミニウム、誘電体多層膜などの反射率の高い膜を成膜して反射面を形成する。そして、可動部を外部から加振することによって基板に対して可動部を相対的に駆動させて、反射面に入射する入射光を偏向する。駆動方法は、電磁方式(後述の実施例で採用する)、静電方式(例えば、可動部裏面上の電極と電極基板上の電極間に作用する静電力を利用する方式)、ピエゾ方式(例えば、支持部に設置した圧電素子を上下に振動させて可動部を共振振動させる方式)等が用いられる。
上記基本構成に基づく光偏向器は、基板に可動部が同一ねじり軸上の2本の弾性部で振動自在に支持されており、可動部の一方面側に、アルミニウム、誘電体多層膜などの反射率の高い膜を成膜して反射面を形成する。そして、可動部を外部から加振することによって基板に対して可動部を相対的に駆動させて、反射面に入射する入射光を偏向する。駆動方法は、電磁方式(後述の実施例で採用する)、静電方式(例えば、可動部裏面上の電極と電極基板上の電極間に作用する静電力を利用する方式)、ピエゾ方式(例えば、支持部に設置した圧電素子を上下に振動させて可動部を共振振動させる方式)等が用いられる。
この構成において、同一ねじり軸上の2本の弾性部によって可動部を支持することによって、可動部の衝撃に対する強さを向上することができる。さらに、可動部を基板に対して相対的に駆動する時に、同一ねじり軸上の2本の弾性部で可動部を支持することによって、1本の弾性部で支持する場合より、可動部の自重による可動部の変形を低減することができる。
また、基板を支持部に接合或いは接着剤等で固定することによって、容易に光偏向器を作製できるが、固定した際の応力或いは熱応力等の応力(例えば、接着剤等の硬化収縮或いは熱膨張、熱収縮による応力)が基板に作用する可能性がある。特に、同一軸上の2本の弾性部で可動部が基板に対して支持されている場合、固定した際の応力或いは熱応力等による基板の変形により、可動部が変形しやすくなる。しかし、本発明の構成では、基板が支持部に固定される場所を、基板と弾性部の1本との接点付近を通り且つ可動部のねじり軸に対してほぼ垂直な線を境界として、可動部とは反対方向の基板部位側とすることにより、固定した際の応力或いは熱応力等がたとえ基板に作用しても、可動部に作用しないようにして可動部の変形を防止し、反射面の平面度の低下を防止している。固定箇所は、基板と弾性部の一本との接点から可動部と反対方向の基板部位の全てであってもよいが、全てである必要はない。ただし、固定箇所は広くする方が、基板の固定が確実且つ安定的になるので、場合に応じて設計すればよい。
本発明ないし本実施形態の原理を説明する。基板を支持部に固定する場合、基板と支持部の熱膨張係数が異なる或いは基板と接着層の熱膨張係数が異なる場合、温度変化によって基板が変形し可動部も変形する可能性がある。また、基板と支持部を固定するときに残留応力が基板に作用しても、基板は変形し、可動部も変形する可能性がある。そこで、基板が支持部に固定される場所を、上記の如く設定する。このとき、基板と弾性部の1本との接点であるのが好ましいが、多少この接点から可動部側に寄った点を通り且つ可動部のねじり軸に対してほぼ垂直な線を境界として、可動部とは反対方向の基板部位側としてもよい。こうして、基板の支持部との固定箇所が変形しても、可動部は殆ど変形せず、反射面の平面度の低下を防止することができる。
さらに、上記構成の光偏向器は、可動部の反射面の反対面側に凹部を有することによって、可動部を軽量化し、小さな発生力で高速に可動部をねじり振動する様にすることもできる。可動部が凹部を有する場合、可動部の剛性が低下し、固定した際の応力或いは熱応力等によって可動部は変形しやすくなる。しかし、上記構成と同様に、基板が支持部に固定される場所を、基板と弾性部の1本との接点付近を通り且つ可動部のねじり軸に対してほぼ垂直な線を境界として、可動部とは反対方向の基板部位側とすることにより、剛性の低い可動部の変形を防止し、反射面の平面度の低下を防止することができる。
また、画像形成装置に用いる光偏向器では、反射面の平面度が低下すると、画質の劣化を起こす。上記の様な反射面の平面度の高い光偏向器を用いることで、安定した画像を形成することができる。例えば、本発明の光偏向器を垂直・平行方向のスキャニングに用いた画像形成装置は、反射面の面精度が高いので、安定した画像を形成できる。
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
<実施例1>
図1(a)は、本発明の実施例1の光偏向器を説明する上面図である。また、図1(b)は、図1(a)のA−B断面を示したものである。実施例1の光偏向器において、シリコン単結晶の基板101に可動部102が形成され、2本の弾性部105、106でねじり振動自在に支持されている。2本の弾性部105、106はねじり軸108上に配置されている。可動部102の一方面側の表面には、光の反射率の高いアルミニウムや誘電体多層膜などがコーティングされて反射面103を形成している。また、可動部102の他方の面側には、メッキ等により硬磁性体104が成膜されている。硬磁性体104は、ねじり軸108に対して垂直方向に磁化されている。そして、シリコン単結晶の基板101は、基板101と弾性部105との接点109を通り且つねじり軸108に対して垂直な線110から、可動部102と反対方向の基板101の部位111(灰色にした部分)でのみ支持部107に固定されている。基板101は、可動部102と駆動コイル113とが所定の間隔を保つように、コイル基板112上に対向配置されている。本実施例では、実装冶具である支持部107はアルミニウム、ガラスなどで形成され、実装冶具107への基板101の固定はエポキシ系接着剤等により行っている。支持部107が基板101と同じくシリコンである場合であっても、実装冶具107への基板101の固定を接着剤で行う場合などには、本発明の構成は効果がある。
<実施例1>
図1(a)は、本発明の実施例1の光偏向器を説明する上面図である。また、図1(b)は、図1(a)のA−B断面を示したものである。実施例1の光偏向器において、シリコン単結晶の基板101に可動部102が形成され、2本の弾性部105、106でねじり振動自在に支持されている。2本の弾性部105、106はねじり軸108上に配置されている。可動部102の一方面側の表面には、光の反射率の高いアルミニウムや誘電体多層膜などがコーティングされて反射面103を形成している。また、可動部102の他方の面側には、メッキ等により硬磁性体104が成膜されている。硬磁性体104は、ねじり軸108に対して垂直方向に磁化されている。そして、シリコン単結晶の基板101は、基板101と弾性部105との接点109を通り且つねじり軸108に対して垂直な線110から、可動部102と反対方向の基板101の部位111(灰色にした部分)でのみ支持部107に固定されている。基板101は、可動部102と駆動コイル113とが所定の間隔を保つように、コイル基板112上に対向配置されている。本実施例では、実装冶具である支持部107はアルミニウム、ガラスなどで形成され、実装冶具107への基板101の固定はエポキシ系接着剤等により行っている。支持部107が基板101と同じくシリコンである場合であっても、実装冶具107への基板101の固定を接着剤で行う場合などには、本発明の構成は効果がある。
上記構成において、コイル113に電流を印加することで、コイル113から磁場が発生する。発生した磁場により可動部102の硬磁性体104にはトルクが作用し、可動部102を駆動することができる。
本発明の特徴である基板101が支持部107に固定される場所111を上記の如く設定することにより、実装時に基板101の固定箇所111に残留応力が作用しても、その影響は固定箇所111側に止まって、可動部102の変形は起こらない。また、基板101と支持部107或いは接着剤との熱膨張係数の違いにより温度変化によって基板101に応力が作用しても、その影響は固定箇所111側に止まって、可動部102の変形は起こらない。
また、可動部102は2本の弾性部105、106によって支持されているので、弾性部105一本のみで支持する場合より、可動部102が振動する時の可動部102の自重による変形を低減することができる。
以上のように構成された本実施例の光偏向器の構成により、0℃から80℃での反射面103の平面度(面精度)は10nm以下にすることができる(すなわち、変形時の頂点部と谷部の間の距離が10nm以下にできる)。
<実施例2>
図2(a)は、本発明の実施例2の光偏向器を説明する上面図である。また、図2(b)は、図2(a)のA−B断面を示したものである。実施例2の光偏向器の構成は、実施例1と略同様であり、厚さ200μmの可動部202および弾性部206、207はバルクマイクロマシニング技術により一体で形成されている。本実施例2が実施例1と異なる点は、可動部202の反射面203の反対面側に深さ165μmの凹部205を形成して軽量化し、Fe、Co、Crを成分とする合金磁石などの永久磁石205を凹部205に配置して、シリコン単結晶の基板201を、基板201と弾性部206との接点209を通り且つねじり軸210に対して垂直な線211から、可動部202と反対方向の基板201の部位212(灰色にした部分)でのみアルミニウム製の支持部208に固定することである。部位212は実施例1の部位111より広くなっている。部位212を、可動部202と反対方向の側に更に広くして固定をより確実且つ安定的にしてもよい。基板201は、可動部202と駆動コイル214とが所定の間隔を保つように、コイル基板213上に対向配置されている。
図2(a)は、本発明の実施例2の光偏向器を説明する上面図である。また、図2(b)は、図2(a)のA−B断面を示したものである。実施例2の光偏向器の構成は、実施例1と略同様であり、厚さ200μmの可動部202および弾性部206、207はバルクマイクロマシニング技術により一体で形成されている。本実施例2が実施例1と異なる点は、可動部202の反射面203の反対面側に深さ165μmの凹部205を形成して軽量化し、Fe、Co、Crを成分とする合金磁石などの永久磁石205を凹部205に配置して、シリコン単結晶の基板201を、基板201と弾性部206との接点209を通り且つねじり軸210に対して垂直な線211から、可動部202と反対方向の基板201の部位212(灰色にした部分)でのみアルミニウム製の支持部208に固定することである。部位212は実施例1の部位111より広くなっている。部位212を、可動部202と反対方向の側に更に広くして固定をより確実且つ安定的にしてもよい。基板201は、可動部202と駆動コイル214とが所定の間隔を保つように、コイル基板213上に対向配置されている。
可動部202に凹部205を形成して軽量化したことにより、小さな発生力で高速にねじり振動することができる。可動部202が凹部205を有すると、固定した際の応力或いは熱応力等によって可動部202は変形しやすくなるが、本実施例の構成のように、基板201が支持部208に固定される場所212を上記の様に設定することにより、実装時の応力或いは温度変化による応力で基板201に応力が作用しても、その影響は固定箇所212側に止まって、可動部202の変形は起こらない。
以上のように構成された本実施例の光偏向器の構成により、0℃から100℃での反射面203の平面度は10nm以下にすることができる。
<実施例3>
本実施例は本発明による光偏向器を用いた画像形成装置の例である。図3は、本実施例の画像形成装置を説明するための概略図である。本実施例1、2のいずれかの光偏向器301、302を偏向方向が互いに直交するように配置することにより、入射光を垂直・水平方向にスキャンすることができる。レーザ光源311から入射したレーザ光341は光強度変調器321により強度変調を受けて、光偏向器301、302により2次元的に走査される。レーザ光源311は赤色、青色、緑色の光源を用い、これらを混色光源系にて混色して用いてもよい。この走査されたレーザ光341はレンズ331により投影面351上に画像を形成することができる。
本実施例は本発明による光偏向器を用いた画像形成装置の例である。図3は、本実施例の画像形成装置を説明するための概略図である。本実施例1、2のいずれかの光偏向器301、302を偏向方向が互いに直交するように配置することにより、入射光を垂直・水平方向にスキャンすることができる。レーザ光源311から入射したレーザ光341は光強度変調器321により強度変調を受けて、光偏向器301、302により2次元的に走査される。レーザ光源311は赤色、青色、緑色の光源を用い、これらを混色光源系にて混色して用いてもよい。この走査されたレーザ光341はレンズ331により投影面351上に画像を形成することができる。
この様な画像形成装置の場合、光偏向器の反射面の面精度が低下すると投影面の画質が劣化する。本発明の光偏向器を画像形成装置に用いることにより、本実施例では、反射面の平面度の劣化を防げるので、画像の劣化を防ぐことができる。こうして、安定した画像を形成することができる。
101、201 基板
102、202 可動部
103、203 反射面
105、106、206、207 弾性部
107、208 支持部
108、210 ねじり軸
109、209 接点
110、211 垂直線
111、212 固定箇所(固定部位)
301、302 光偏向器
351 投影面
102、202 可動部
103、203 反射面
105、106、206、207 弾性部
107、208 支持部
108、210 ねじり軸
109、209 接点
110、211 垂直線
111、212 固定箇所(固定部位)
301、302 光偏向器
351 投影面
Claims (4)
- 基板と、可動部と、可動部を基板にねじり振動自在に支持する同一ねじり軸上の2本の弾性部と、可動部に形成される反射面と、基板を固定する支持部とを有し、可動部を基板に対して相対的に駆動させ、反射面に入射する入射光を偏向する光偏向器であって、
基板が支持部に固定される場所は、基板と弾性部の1本との接点付近を通り且つ可動部のねじり軸に対してほぼ垂直な線を境界として、可動部とは反対方向の基板部位側であることを特徴とする光偏向器。 - 前記可動部が前記反射面とは反対面側に凹部を有する請求項1に記載の光偏向器。
- 前記支持部に前記基板を接合または接着剤により固定している請求項1または2に記載の光偏向器。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の光偏向器と光源を有し、前記光源からの光を光偏向器で偏向して所望の面に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004362466A JP2006171267A (ja) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | 光偏向器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004362466A JP2006171267A (ja) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | 光偏向器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006171267A true JP2006171267A (ja) | 2006-06-29 |
Family
ID=36672114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004362466A Pending JP2006171267A (ja) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | 光偏向器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006171267A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011118296A1 (ja) * | 2010-03-24 | 2011-09-29 | 日本電気株式会社 | 磁気力型駆動装置、光走査装置、及び画像表示装置 |
CN112204449A (zh) * | 2018-06-14 | 2021-01-08 | 奥林巴斯株式会社 | 光偏转器及扫描型激光显微镜 |
-
2004
- 2004-12-15 JP JP2004362466A patent/JP2006171267A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011118296A1 (ja) * | 2010-03-24 | 2011-09-29 | 日本電気株式会社 | 磁気力型駆動装置、光走査装置、及び画像表示装置 |
CN102834765A (zh) * | 2010-03-24 | 2012-12-19 | 日本电气株式会社 | 磁力驱动装置、光学扫描装置和图像显示装置 |
US8922862B2 (en) | 2010-03-24 | 2014-12-30 | Nec Corporation | Magnetic force drive device, optical scanning device, and image display device |
JP5720673B2 (ja) * | 2010-03-24 | 2015-05-20 | 日本電気株式会社 | 磁気力型駆動装置、光走査装置、及び画像表示装置 |
CN112204449A (zh) * | 2018-06-14 | 2021-01-08 | 奥林巴斯株式会社 | 光偏转器及扫描型激光显微镜 |
CN112204449B (zh) * | 2018-06-14 | 2022-06-17 | 奥林巴斯株式会社 | 光偏转器及扫描型激光显微镜 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5151065B2 (ja) | 光スキャナ及び走査型プロジェクタ | |
JP5229704B2 (ja) | 光走査装置 | |
JP5728823B2 (ja) | 光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置 | |
JP5167634B2 (ja) | レーザー投射装置 | |
JP5055832B2 (ja) | 駆動装置、光走査型装置及び物体情報検知装置 | |
JP4092283B2 (ja) | 2次元光スキャナ及び光学装置 | |
JP5614167B2 (ja) | 光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置 | |
EP2208103B1 (en) | Mems scanning micromirror | |
JP5170983B2 (ja) | 光偏向器、及びそれを用いた光学機器 | |
US8610987B2 (en) | Optical device, optical scanner, and image forming apparatus | |
KR101343314B1 (ko) | 광빔 주사장치 | |
JP3759598B2 (ja) | アクチュエータ | |
JP2005128147A (ja) | 光偏向器及び光学装置 | |
JP2011064928A (ja) | 2次元光スキャナ | |
JP4392410B2 (ja) | 電磁力駆動スキャニングマイクロミラー及びこれを使用した光スキャニング装置 | |
JP4569932B1 (ja) | 光走査装置の組み立て方法 | |
WO2015145943A1 (ja) | 光走査デバイス | |
US7196830B2 (en) | Optical deflector having neutral surface of bending in movable member in different plane from neutral surface of bending in elastic support member | |
JP2009122293A (ja) | 揺動体装置、光偏向器、及びそれを用いた光学機器 | |
JP2009031642A (ja) | 揺動体装置、光偏向器およびそれを用いた画像形成装置 | |
JP2006171267A (ja) | 光偏向器 | |
JP6003529B2 (ja) | 圧電光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置 | |
JP4620789B1 (ja) | 光走査装置 | |
JP2005173436A (ja) | 光偏向器 | |
JP5387222B2 (ja) | 光偏向器 |