JP2017003719A - 可動反射素子及び二次元走査装置 - Google Patents
可動反射素子及び二次元走査装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
平板状の固定枠と、
前記固定枠との間に隙間が空くように前記固定枠の枠内に配置された平板状の可動枠と、
反射面を有し、前記可動枠との間に隙間が空くように前記可動枠の枠内に配置された平板状の鏡面部と、
前記固定枠と前記可動枠とを連結し、前記固定枠の内辺から第1の方向に沿って延びた部分に、前記第1の方向に交差する方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある線状の一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第1の方向に交差する第2の方向における前記可動枠の両側に配置され、前記圧電素子の伸縮により変形して第1の回転軸を中心に前記固定枠に対して前記可動枠を揺動させる第1のアクチュエータ部と、
前記可動枠と前記鏡面部とを連結し、前記可動枠の内辺から前記第2の方向に沿って延びた部分に、前記第2の方向に交差する方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある線状の一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第1の方向における前記鏡面部の両側に配置され、前記圧電素子の伸縮により変形して前記第1の回転軸に交差する第2の回転軸を中心に前記可動枠に対して前記鏡面部を揺動させる第2のアクチュエータ部と、
を備え、
前記第1のアクチュエータ部の前記第1の方向に沿って延びた部分の長さは、
前記第1のアクチュエータ部が接続された前記固定枠の内辺から前記第1の方向に沿った前記可動枠の外辺の中点までの距離よりも長い。
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第1の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第1のアーム部と、
一端が前記第1のアーム部の他端と接続し、前記第2の方向に沿って延びた前記第2のアーム部と、
一端が前記第2のアーム部の他端と接続し、前記第2のアーム部の他端から折り返して前記第1のアームに沿って延び、他端が前記可動枠の外辺の中点と接続する第3のアーム部と、
を備える、
こととしてもよい。
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第2の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第4のアーム部と、
一端が前記第4のアーム部の他端と接続し、前記第1の方向に沿って延びる前記第5のアーム部と、
一端が前記第5のアーム部の他端と接続し、前記第5のアーム部の他端から折り返して前記第4のアーム部に沿って延び、前記第2の方向に沿った前記鏡面部の外辺の中点と他端が接続する第6のアーム部と、
を備える、
こととしてもよい。
前記第2のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として2回回転対称に配置され、
前記第1のアーム部の一端から他端へ向かう向きと、前記第4のアーム部の一端から他端へ向かう向きとが、前記鏡面部を中心とする回転方向に関して同じである、
こととしてもよい。
前記第2のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として2回回転対称に配置され、
前記第1のアーム部の一端から他端へ向かう向きと、前記第4のアーム部の一端から他端へ向かう向きとが、前記鏡面部を中心とする回転方向に関して逆向きである、
こととしてもよい。
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第2の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延び、前記鏡面部の角部に他端が接続する第7のアーム部を有する、
こととしてもよい。
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第1の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第8のアーム部を有し、
前記第8のアーム部の他端から折り返すことなく、前記可動枠の外辺の中点を避けて前記可動枠と接続する、
こととしてもよい。
前記第8のアーム部の他端から、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第2の方向に沿って延び、前記第2の方向に沿った前記可動枠の外辺の中点を超えて前記可動枠の角部と接続する第9のアーム部を有する、
こととしてもよい。
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第2の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第10のアーム部を有し、
前記第10のアーム部の他端から折り返すことなく、前記第2の方向に延びる前記鏡面部の外辺の中点を避けて前記鏡面部と接続する、
こととしてもよい。
前記第10のアーム部の他端から前記第1の方向に沿って延び、前記第1の方向に沿った前記鏡面部の外辺の中点を超えて前記鏡面部の角部と接続する第11のアーム部を有する、
こととしてもよい。
前記第1のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第1の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第12のアーム部と、
前記第12のアーム部の他端から前記第2の方向に沿って前記可動枠の外辺の中点まで延びる第13のアーム部と、
一端が前記第12のアーム部の他端と接続し、他端が前記凹部と接続する第14のアーム部と、
を備える、
こととしてもよい。
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第2の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第15のアーム部と、
前記第15のアーム部の他端から前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第1の方向に沿って前記可動枠の外辺の中点まで延びる第16のアーム部と、
一端が前記第16のアーム部の他端と接続し、他端が前記鏡面部の外辺の中点に接続する第17のアーム部と、
を備える、
こととしてもよい。
前記第2のアクチュエータ部と前記可動枠とが接続する部分に設けられ、前記第2のアクチュエータ部の幅よりも広い幅である第2の幅広部と、
の少なくとも一方が設けられている、
こととしてもよい。
独立して駆動される前記圧電素子が複数設けられている、
こととしてもよい。
前記第2のアクチュエータ部の変位を検出し、前記第2のアクチュエータ部の幅よりも狭い幅である第2の検出用電極と、
の少なくとも一方を備える、
こととしてもよい。
前記第2の検出用電極は、前記第2のアクチュエータ部と前記可動枠とが接続する部分に設けられている、
こととしてもよい。
こととしてもよい。
前記固定枠から前記可動枠に向かうにつれて、又は、前記可動枠から前記鏡面部に向かうにつれて、幅が異なっている、
こととしてもよい。
こととしてもよい。
前記固定枠に対する前記可動枠の動きを制限するために、前記固定枠の内辺から延び、前記固定枠と前記可動枠との隙間に配置された第2の制限部と、
の少なくとも一方が設けられている、
こととしてもよい。
前記可動枠は、前記第2の制限部を避けて、且つ、静止状態における重心が前記可動枠の中心になるよう、外周面が形成されている、
こととしてもよい。
本発明の可動反射素子と、
前記可動反射素子を二次元方向に駆動して、二次元走査を行う制御部と、
を備える。
まず、本発明の実施の形態1について説明する。本実施の形態1では、可動反射素子100の基本的な構成と、その動作について説明する。なお、実施の形態1から、後述する実施の形態4までの可動反射素子100は、同様の思想に基づき設計されており、同一のグループに属するものである。
図1(A)は、本実施の形態に係る可動反射素子100の主構造体(D層を除く)の上面図であり、図1(B)は、可動反射素子100の主構造体の側面図である。
次に、アクチュエータ部140、150の動作について説明する。図4(B)に示すように、アクチュエータ部140には、A層(基板層)140A、B層(下部電極層)140B、C層(圧電材料層)140C、D層(上部電極層)140Dが形成されている。A層(基板層)140Aを「アクチュエータ本体部140A」と呼ぶ。また、B層(下部電極層)140B、C層(圧電材料層)140C、D層(上部電極層)140Dの3層構造部分を「圧電素子(140A、140B、140C)」と呼ぶ。このようにすれば、アクチュエータ部140は、可撓性を有するアクチュエータ本体部140Aと、このアクチュエータ本体部140Aの上面に固着された圧電素子(140B、140C、140D)とによって構成されているとみなすことができる。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態3では、アクチュエータ部150の構成が、略L字状となっている点が、実施の形態1と異なっている。
次に、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態4の可動反射素子100は、アクチュエータ部140、150ともに略L字状となっている。
次に、本発明の実施の形態5について説明する。なお、実施の形態5から、後述する実施の形態7までの可動反射素子100は、同様の思想に基づき設計されており、同一のグループに属するものである。
次に、本発明の実施の形態6について説明する。
次に、本発明の実施の形態7について説明する。
次に、本発明の実施の形態8について説明する。なお、実施の形態8と後述する実施の形態9との可動反射素子100は、同様の思想に基づき設計されており、同一のグループに属するものである。
次に、本発明の実施の形態9について説明する。
次に、本発明の実施の形態10〜12について説明する。
次に、本発明の実施の形態13について説明する。本実施の形態13では、可動反射素子100を備える二次元走査装置について説明する。
本実施の形態13に係る二次元走査装置20をプロジェクタ80等に利用する場合、可動反射素子100の反射面Mの傾斜角はできるだけ大きな範囲に設定できる方が好ましい。反射面Mの傾斜角を大きくするには、鏡面部130の揺動運動の振幅を大きくする必要がある。振幅を大きくするためには、圧電素子に供給する電圧を大きくする必要がある。ただ、同じ電圧の交流信号を供給した場合でも、鏡面部130の揺動運動の振幅は、その周波数によって異なってくる。これは、一般に、振動系におけるエネルギー効率は、振動系に固有の共振周波数で振動させた場合に最も高まるためである。
上述したように、図29に示すプロジェクタ80を構成するコントローラ22は、可動反射素子100の反射面MをX軸方向およびY軸方向に振動させる駆動機能を有しているが、実用上は、このような駆動を適切に行うために、コントローラ22にフィードバック制御機能をもたせておくのが好ましい。図33は、このようなフィードバック制御機能を備えたプロジェクタ80の模式図である。なお、可動反射素子100の上面図におけるハッチングは、D層の平面形状パターンを明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
これまで、鏡面部130を揺動運動させる際に、個々の軸方向に関する固有の共振周波数で振動させるような駆動を行うと良好なエネルギー効率が得られることを説明し、予め用途が定められている可動反射素子100の場合は、固有の共振周波数が、予定されている駆動信号の周波数になるような設計を行うのが好ましいことを説明した。そして、表示制御装置40からコントローラ22に与える制御信号Cx,Cyによって、固有の共振周波数fx,fyによる振動を指示するのが好ましいことを説明した。
Claims (22)
- 平板状の固定枠と、
前記固定枠との間に隙間が空くように前記固定枠の枠内に配置された平板状の可動枠と、
反射面を有し、前記可動枠との間に隙間が空くように前記可動枠の枠内に配置された平板状の鏡面部と、
前記固定枠と前記可動枠とを連結し、前記固定枠の内辺から第1の方向に沿って延びた部分に、前記第1の方向に交差する方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある線状の一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第1の方向に交差する第2の方向における前記可動枠の両側に配置され、前記圧電素子の伸縮により変形して第1の回転軸を中心に前記固定枠に対して前記可動枠を揺動させる第1のアクチュエータ部と、
前記可動枠と前記鏡面部とを連結し、前記可動枠の内辺から前記第2の方向に沿って延びた部分に、前記第2の方向に交差する方向に沿って伸縮する圧電素子が形成された、可撓性のある線状の一対の部材であり、その部材のそれぞれが、前記第1の方向における前記鏡面部の両側に配置され、前記圧電素子の伸縮により変形して前記第1の回転軸に交差する第2の回転軸を中心に前記可動枠に対して前記鏡面部を揺動させる第2のアクチュエータ部と、
を備え、
前記第1のアクチュエータ部の前記第1の方向に沿って延びた部分の長さは、
前記第1のアクチュエータ部が接続された前記固定枠の内辺から前記第1の方向に沿った前記可動枠の外辺の中点までの距離よりも長い、
可動反射素子。 - 前記第1のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第1の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第1のアーム部と、
一端が前記第1のアーム部の他端と接続し、前記第2の方向に沿って延びた前記第2のアーム部と、
一端が前記第2のアーム部の他端と接続し、前記第2のアーム部の他端から折り返して前記第1のアームに沿って延び、他端が前記可動枠の外辺の中点と接続する第3のアーム部と、
を備える請求項1に記載の可動反射素子。 - 前記第2のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第2の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第4のアーム部と、
一端が前記第4のアーム部の他端と接続し、前記第1の方向に沿って延びる前記第5のアーム部と、
一端が前記第5のアーム部の他端と接続し、前記第5のアーム部の他端から折り返して前記第4のアーム部に沿って延び、前記第2の方向に沿った前記鏡面部の外辺の中点と他端が接続する第6のアーム部と、
を備える請求項2に記載の可動反射素子。 - 前記第1のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として2回回転対称に配置され、
前記第2のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として2回回転対称に配置され、
前記第1のアーム部の一端から他端へ向かう向きと、前記第4のアーム部の一端から他端へ向かう向きとが、前記鏡面部を中心とする回転方向に関して同じである、
請求項3に記載の可動反射素子。 - 前記第1のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として2回回転対称に配置され、
前記第2のアクチュエータ部の一対の部材それぞれが、前記鏡面部を中心として2回回転対称に配置され、
前記第1のアーム部の一端から他端へ向かう向きと、前記第4のアーム部の一端から他端へ向かう向きとが、前記鏡面部を中心とする回転方向に関して逆向きである、
請求項3に記載の可動反射素子。 - 前記第2のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第2の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延び、前記鏡面部の角部に他端が接続する第7のアーム部を有する、
請求項2に記載の可動反射素子。 - 前記第1のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第1の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第8のアーム部を有し、
前記第8のアーム部の他端から折り返すことなく、前記可動枠の外辺の中点を避けて前記可動枠と接続する、
請求項1に記載の可動反射素子。 - 前記第1のアクチュエータ部は、
前記第8のアーム部の他端から、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第2の方向に沿って延び、前記第2の方向に沿った前記可動枠の外辺の中点を超えて前記可動枠の角部と接続する第9のアーム部を有する、
請求項7に記載の可動反射素子。 - 前記第2のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠の内辺に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第2の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第10のアーム部を有し、
前記第10のアーム部の他端から折り返すことなく、前記第2の方向に延びる前記鏡面部の外辺の中点を避けて前記鏡面部と接続する、
請求項7又は8に記載の可動反射素子。 - 前記第2のアクチュエータ部は、
前記第10のアーム部の他端から前記第1の方向に沿って延び、前記第1の方向に沿った前記鏡面部の外辺の中点を超えて前記鏡面部の角部と接続する第11のアーム部を有する、
請求項9に記載の可動反射素子。 - 前記可動枠の前記第2の方向に沿った2つの外辺に凹部が設けられ、
前記第1のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記固定枠の内辺に接続し、前記固定枠と前記可動枠との隙間を前記第1の方向に沿って、前記一端から前記可動枠の外辺の中点を超えて直線状に延びた第12のアーム部と、
前記第12のアーム部の他端から前記第2の方向に沿って前記可動枠の外辺の中点まで延びる第13のアーム部と、
一端が前記第12のアーム部の他端と接続し、他端が前記凹部と接続する第14のアーム部と、
を備える請求項1に記載の可動反射素子。 - 前記第2のアクチュエータ部は、
前記圧電素子が形成されており、一端が前記可動枠に接続し、前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第2の方向に沿って、前記一端から前記鏡面部の外辺の中点を超えて直線状に延びた第15のアーム部と、
前記第15のアーム部の他端から前記可動枠と前記鏡面部との隙間を前記第1の方向に沿って前記可動枠の外辺の中点まで延びる第16のアーム部と、
一端が前記第16のアーム部の他端と接続し、他端が前記鏡面部の外辺の中点に接続する第17のアーム部と、
を備える請求項11に記載の可動反射素子。 - 前記第1のアクチュエータ部と前記固定枠とが接続する部分に設けられ、前記第1のアクチュエータ部の幅よりも広い幅である第1の幅広部と、
前記第2のアクチュエータ部と前記可動枠とが接続する部分に設けられ、前記第2のアクチュエータ部の幅よりも広い幅である第2の幅広部と、
の少なくとも一方が設けられている、
請求項11又は12に記載の可動反射素子。 - 前記第1のアクチュエータ部及び前記第2のアクチュエータ部の少なくとも一方に、
独立して駆動される前記圧電素子が複数設けられている、
請求項1から13のいずれか一項に記載の可動反射素子。 - 前記第1のアクチュエータ部の変位を検出し、前記第1のアクチュエータ部の幅よりも狭い幅である第1の検出用電極と、
前記第2のアクチュエータ部の変位を検出し、前記第2のアクチュエータ部の幅よりも狭い幅である第2の検出用電極と、
の少なくとも一方を備える、
請求項1から14のいずれか一項に記載の可動反射素子。 - 前記第1の検出用電極は、前記第1のアクチュエータ部と前記固定枠とが接続する部分に設けられ、
前記第2の検出用電極は、前記第2のアクチュエータ部と前記可動枠とが接続する部分に設けられている、
請求項15に記載の可動反射素子。 - 前記可動枠は、前記鏡面部より厚く形成されている、
請求項1から16のいずれか一項に記載の可動反射素子。 - 前記第1のアクチュエータ部及び前記第2のアクチュエータ部の少なくとも一方は、
前記固定枠から前記可動枠に向かうにつれて、又は、前記可動枠から前記鏡面部に向かうにつれて、幅が異なっている、
請求項1から16のいずれか一項に記載の可動反射素子。 - 前記可動枠に重りが取り付けられている、
請求項1から18のいずれか一項に記載の可動反射素子。 - 前記可動枠に対する前記鏡面部の動きを制限するために、前記可動枠の内辺から延び、前記可動枠と前記鏡面部との隙間に配置された第1の制限部と、
前記固定枠に対する前記可動枠の動きを制限するために、前記固定枠の内辺から延び、前記固定枠と前記可動枠との隙間に配置された第2の制限部と、
の少なくとも一方が設けられている、
請求項1から19のいずれか一項に記載の可動反射素子。 - 前記鏡面部は、前記第1の制限部を避けて、且つ、静止状態における重心が前記鏡面部の中心になるよう、外周面が形成されており、
前記可動枠は、前記第2の制限部を避けて、且つ、静止状態における重心が前記可動枠の中心になるよう、外周面が形成されている、
請求項20に記載の可動反射素子。 - 請求項1から21のいずれか一項に記載の可動反射素子と、
前記可動反射素子を二次元方向に駆動して、二次元走査を行う制御部と、
を備える、二次元走査装置。
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