JP4418152B2 - ミラー支持装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光磁気ディスクドライブ、追記型ディスクドライブ、相変化型ディスクドライブ、CD−ROM、DVD、光カード等の光記録媒体に対して情報を記録および/または再生する情報記録再生装置や、光スキャナー、光通信用の光偏向器等の光学装置に使用するミラー支持装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光磁気ディスクドライブ、追記型ディスクドライブ、相変化型ディスクドライブ、CD−ROM、DVD、光カード等の光記録媒体に対して情報を記録および/または再生する情報記録再生装置等の光学装置や、光スキャナー等の光学装置においては、光束を傾けるためにミラー支持装置が使用される。
【0003】
情報記録再生装置等の光学的記録媒体は、その記録容量を増すために、トラックの間隔がミクロンオーダーまで近接しており、情報を正確に記録再生するために、一般に光学ヘッドをディスクの半径方向に広範囲に駆動する粗アクチュエータと精密なトラッキング動作を行うための精アクチュエータとを使用し、その精アクチュエータの一つとしてガルバノミラー或いはミラー支持装置がある。
【0004】
前記ガルバノミラーとしては、例えば特開平4−337527号公報に図27、図28に示されるような構成が開示されている。
図27を用いて従来例の構造を説明する。このガルバノミラーは、反射ミラー80と、該反射ミラー80を支持する支持部82と、該支持部82に形成したヒンジ部83と、該ヒンジ部83を通り前記反射ミラー80の反射面に平行な仮想平面からほぼ同一の距離に配置され、前記反射ミラー80側面を通るように該反射ミラー80に結合された少なくとも2個のコイル81と、これらの各コイル81のミラー側面に位置する部分に対向するように配置した永久磁石86、87とを備え、前記各コイル81は前記反射面に向かう方向から見て前記支持部82を取り囲むようにほぼ矩形状に形成される。
【0005】
この場合、ヒンジ部83の構造は以下のようになっている。
つまり、前記ヒンジ部83は、熱可撓性ポリエステルエラストマを材料として、モールド成形されたヒンジからなっており、該ヒンジ部83を介してベース84に一体的に支持されており、前記ミラー80はほぼ任意の方向に回動することが可能となっている。
【0006】
また、ヒンジ部83の製造プロセスは図28に示すようになる。
(1)まず、半導体基板90に円形の凹部91を形成し、該凹部91の平坦な底面の円周に沿って静電アクチュエータの電極92を形成する(図28(a),(b))。
(2)次にポリシリコン層93の析出とエッチングを繰り返して階段状の突起94を作る(図28(c)〜(h))。
【0007】
(3)次いで犠牲層となるSi02層95を形成した後(図28(i))、中央部96をエッチングし(図28(j))、
(4)さらにポリシリコン層97を析出させ(図28(k))、
(5)中央付近を残してエッチングし(図28(l))、
(6)更に犠牲層95を除去すると(図28(m))、
(7)ヒンジ部98を有する支持部が完成する。
【0008】
(8)その後、ヒンジ部98を有する支持部にミラー80を接着して(図28(n))、ミラー80を回動可能に支持することにより、ヒンジ部98を通りミラー80の反射面に平行な仮想平面からほぼ同一の距離に固定部に配置された少なくとも3個の電極92を有するガルバノミラーが完成する。
【0009】
この従来例の動作は以下のようになる。
前記半導体基板90の前記凹部91に形成した前記電極92に電圧を印加することによって電極92には電荷が生じ、ミラー表面は誘電体で構成されているので電極92に対向する位置には誘電分極により逆極性の電荷が誘起される。
【0010】
これによって電極92とミラーの間に静電引力が生じ、この力を利用して前記ミラー80を回動させる。電圧を印加する電極92を変えることによって回動軸が変化するため、上述したように、ガルバノミラーの回動軸を決定し、それに対応した1つあるいは2つの前記電極92に適当な電圧を印加すればよい。
【0011】
【特許文献1】
特開平4−337527号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平4−337527号公報に示される従来例には、以下のような問題点がある。
(a) ヒンジ部の断面形状について
階段状のエッチング構造であり連続的な曲線が得られず、屈曲させた場合に階段部に応力が集中し、強度が弱くなるとともに、最悪は予想より小さい負荷で破断するリスクがある。
【0013】
(b)弾性率(材質)について
熱可撓性樹脂を使用する場合、硬度の選択できる範囲は、40A〜60Aと硬めとなる。材質に制限があり、仕様を満たす材質を選定できない。
【0014】
(c)成形安定性、費用について
小さなヒンジを作る場合には、ゴムの形状が小さいため通常のモールド成形方法では安定した品質を得られない。たとえばφ0.3mm、L0.3mm程度としても、成形精度±0.02mmと非常に高い精度が必要である。
(d)耐久性に関する変化、材料変化について
成形後のヒンジ形状が、耐久性に関しては経時的に収縮により変化して、ガルバノミラーの特性変化を生じてしまう可能性がある。
【0015】
(発明の目的)
本発明は、このような前記の問題点に着目してなされたもので、構造が簡単で安価に形成でき、かつ安定性のよいミラー支持装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の第1のミラー支持装置は、少なくとも1つのミラーを有する可動部と、
この可動部を固定部材に対して少なくとも第1の軸回りに傾き可能に支持する支持手段と、
前記可動部を前記第1の軸回りに駆動する第1の駆動手段と、
前記可動部の略中央部に位置し、前記可動部の第一の部位と前記固定部材の第二の部位の間に注入されて硬化し形成された、前記支持手段であるヒンジとを有し、
前記第一の部位、または第二の部位、または両方の部位が凹面または凸面にしたことを特徴とする。
また、本発明の第2のミラー支持装置は、少なくとも1つのミラーを有する可動部と、
この可動部を固定部材に対して少なくとも第1の軸回りに傾き可能に支持する支持手段と、
前記可動部を前記第1の軸回りに駆動する第1の駆動手段と、
前記可動部の略中央部に位置し、前記可動部の第一の部位と前記固定部材の第二の部位の間に注入されて硬化し形成された、前記支持手段であるヒンジとを有し、
前記ヒンジを硬化させる際に、前記可動部と前記固定部材とを位置規制した状態で保持させた後、当該ヒンジを硬化させることを特徴とする。
さらに本発明の第3のミラー支持装置は、少なくとも1つのミラーを有する可動部と、
この可動部を固定部材に対して少なくとも第1の軸回りに傾き可能に支持する支持手段と、
前記可動部を前記第1の軸回りに駆動する第1の駆動手段と、
前記可動部の略中央部に位置し、前記可動部の第一の部位と前記固定部材の第二の部位の間に注入されて硬化し形成された、前記支持手段であるヒンジとを有し、
前記ヒンジの材料が、付加型シリコーン接着剤であることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1〜図11は、本発明の第1の実施の形態を示したもので、図1は光通信用の光路切り替え装置に適用した例を示している。
図1に示すように光路切り替え装置10では1本の光ファイバ11から出射される光通信用信号伝送用の光をコリメータレンズ12で平行光にしてその出射光13をミラー支持装置14(或いはガルバノミラー)を構成するミラー15に導光し、このミラー15で反射された反射光16を、この反射光16に略垂直な平面上に3段にならんでいる合計9つのレンズ17−1〜17−9の中から一つに選択的に入射させ9本の光ファイバ18−1〜18−95の1本に選択的に入射させる。
【0018】
前記ミラー15を回転軸0yの周りに傾けることによりミラー15での前記反射光16を図1の左右方向であるX方向に偏向させ、前記ミラー15を回転軸0xの周りに傾けることにより該ミラー15での反射光16を図1の上下方向であるY方向に偏向させ、9つのレンズ17−1〜17−9に選択的に入射させて、光ファイバ18−1〜18−9に選択的に入射させる。
これにより入射側の一本の前記光ファイバ11からの光を出力する光ファイバを9本の光ファイバ18−1〜18−9の中から選択する。
【0019】
このミラー支持装置14は、ミラー支持装置14を構成するミラー15を直交する2軸0x,0y周りで傾動支持する支持駆動機構と、傾動されるミラー15を2軸方向でその(傾き)角度を検出するセンサ部とで基本的に構成されている。
【0020】
また、前記支持駆動機構はミラー15と、このミラーを駆動するためのコイルを保持し、2方向に傾き可能となる可動部本体となるコイルホルダ31と、コイルに対向して、磁気的に作用するマグネット及びヨークとを保持する固定部材となるマグネットホルダ32とで構成される。
【0021】
次に図2ないし図11を参照して、ミラー支持装置14の具体的な構成を説明する。
図2に示すミラー支持装置14は図3に分解して示すように、ミラー15を有し、光偏向させる光偏向器21、この光偏向器21の後述する第1のコイル36及び第2のコイル37に駆動電流を供給するドライブ回路等を含むIC30が搭載されるフレキシブルプリント基板(FPCと略記)22、光偏向器21等が組み付けられるハウジング23、ミラー15の傾きを検出する傾きセンサ部の光源としての半導体レーザ24、偏光状態に応じて反射、透過する偏光ビームスプリッタ(PBSと略記)25、互いに直交する方向で振動する直線偏光に1/4波長の光路差(位相差)を与える1/4波長板26、レーザ光を集光する集光レンズ27、レーザ光を受光して2次元位置を検出する半導***置検出器(PSD)28、ハウジング23の上面側に配置されるスペーサ29とを有している。
【0022】
光偏向器21等が組み付けられるハウジング23は、PBS25と共にこれに接合された1/4波長板26が収納される略立方体形状の収納部が形成され、この収納部を形成した前壁の前面は平坦にされて光偏向器21が取り付けられる取付面23aとなり、その背面側にはミラー15の反射面15aの傾きを検出する傾きセンサ部が設けられている。
【0023】
図6に示すようにハウジング23における収納部を形成した肉厚にした後壁には後面側に形成した凹部(開口部)23bが形成され、センサ用の光源としての半導体レーザ24が圧入して位置決め固定され、この半導体レーザ24の光学窓を介して出射されるレーザ光は、この光学窓に対向する位置に形成された孔を介してその前方の収納部の底面に形成した台座部に接着されたPBS25にP偏光の光で入射される。
【0024】
このPBS25は2つの3角プリズムが接合される斜面部に誘電体多層膜を設けて、P偏光の光を透過し、S偏光の光を反射する特性の偏光面25aが形成されている。このPBS25の透過光側の面には1/4波長板26が接合して取り付けてあり、P偏光の光は円偏光となる。
【0025】
この1/4波長板26に対向するハウジング23の前壁には図3、図6に示すように円形の開口部23cが形成されて、集光レンズ27が挿入して接着して取り付けられており、1/4波長板26を経た光はこの集光レンズ27により集光されて、図6、図9、図10等で示すように光偏向器21の後面側に組み付けられるミラー41における裏面側の反射面41aに入射される。
【0026】
また、図6に示すようにハウジング23におけるPBS25の偏光面25aで反射された光が進行する側面は開口し、この開口部分にはPSD28が取り付けられ、このPBS28における受光面28aにはPBS25の接合面25aで反射された光がスポット状にフォーカスした状態で入射される。
このPSD28はこの受光面25aに入射された光の直交する2方向の光量中心位置を電流で検出する2次元センサである。
【0027】
つまり、受光面28aに入射された光のスポット位置により、ミラー41面の傾きを検出できるようにしていると共に、後述するようにこのミラー41面の傾きからミラー15の反射面15aの傾きを検出できるようにしている。
このPSD28として、例えば浜松ホトニクス(株)製のS5990−01、S7848−01等を用いることができる。このPSD28は図3にも示すようにFPC22と半田付けされている。
【0028】
なお、この図3に示すようにハウジング23における収納部の上面側は開口し、図4に示すようにスペーサ29を介してドライブ回路を構成するIC30が実装されたFPC22が組み付けられる。
図3に示すようにこのFPC22はその中央付近でPSD28と連結され、またその前端側は斜め下方を向くように折り曲げられた後、その前端面の半田付け面22aが水平面となるように逆に折り曲げられ、光偏向器21と電気的に接続される。
【0029】
例えば、図4に示すようにFPC22の前端面の半田付け面22a部分には4つのスルーホールが設けてあり、光偏向器21の上面から突出する4つの端子38を通して半田付け固定することにより、ドライブ回路の駆動電流を光偏向器21における後述する第1のコイル36及び第2のコイル37に給電できるようにしている。
【0030】
また、このFPC22には図5に示すように後端側に半田付け面22bが延出され、この半田付け面22bに設けた3つのスルーホールは図6に示すように半導体レーザ24の電極ピンを通して半田付け固定することにより、FPC22を半導体レーザ24と電気的に接続でき、この半導体レーザ24を発光駆動できるようにしている。
【0031】
次に主に図7ないし図11を参照して光偏向器21の構成を説明する。
図9に分解して示すように光偏向器21は固定部となるマグネットホルダ32と、このマグネットホルダ32の内側に配置され、可動部となるコイルホルダ31とが薄板状のバネ33をインサート成形して一体的に形成されている。
【0032】
具体的には、コイルホルダ31およびマグネットホルダ32は非導電性プラスチックである例えばチタン酸ウイスカ入りの液晶ポリマーで成形され、その際に、図11に詳細に示すように、ベリリウム銅の20μmの箔をエッチング加工して表面に金メッキを施した4本のバネ33を、それらの可動部側端部をコイルホルダ31に、固定部側端部をマグネットホルダ32にインサート成形して各バネ33の両端を保持している。
【0033】
各バネ33は略1/4円弧状に形成された円弧で形成される連結部33cと、この連結部33cの一端を直角に折り曲げ、例えば回転軸Oyに平行に延出した第1の変形部33aと、他端を直角に折り曲げ、例えば回転軸Oxに平行に延出した第2の変形部33bとを有する。換言すると、回転軸Oy、Oxにそれぞれ平行に延出した第1及び第2の変形部33aと33bとが円弧形状の連結部33cで連結されている。
【0034】
そして、これら4本のバネ33をマグネットホルダ32の略円形の内周面に沿い、かつコイルホルダ31の4隅を取り囲むように略円を形成する如くに配置され、この場合2本でそれぞれ対にした2組の第1の変形部33aが回転軸Oyに平行に近接して配置され、その端部がコイルホルダ31の上端と下端とで保持され、また、2本でそれぞれ対にした2組の第2の変形部33bが回転軸Oxに平行に近接して配置され、その端部がマグネットホルダ32の左右の両端で保持されるようにしている。
【0035】
なお、上述した4本のバネ33は成形後に連結部33eを切り落とした後の場合のものであり、成形の際には、図11に示すようにコイルホルダ31の上端と下端で保持される第1の変形部33aの端部はコイルホルダ31の中央側にまで延出されて左右の2本のバネ33は連結部33eで一体に連結されたものとなっている。
【0036】
そして、成形後に中央側の連結部33eをそれぞれ切り落とすことで、4本のバネ33にできるようにしている。これによりインサート成型時にバネ33の前記コイルホルダ31側の型への位置決め、保持が容易となりより正確に前記コイルホルダ31にインサート成形される。
【0037】
また、上述のようにバネ33のコイルホルダ31の中央側に延出された部分は成形後に中央側の連結部33eは切り落とされるが、コイルホルダ31の外側に延出された部分はコイルホルダ31に取り付けられるコイル36,37の端末部分を半田付けする半田付け部39となる。
【0038】
前記第2の変形部33bの端部が前記マグネットホルダ32にインサートされているが、このインサート部は前記マグネットホルダ32の中を通り、それぞれ4つの端子38に至っている。そして4つの端子38はFPC22の前端面側の半田付け部22aで半田付けされ、該FPC22から給電することにより4本のバネ33を介して2つの前記コイル36,37に給電できるようにしている。
【0039】
図11に示すように隣り合った2本の第1の変形部33a同士、連結部33cと半田付け部39,連結部40cとマグネットホルダ32を紫外線硬化等のシリコンゲルであるダンパ40で連結するように付着し、前記バネ33の両端部のダンピングを取るようにしている。
【0040】
前記ミラー15はコイルホルダ31の中央の円形開口周囲の前面部にその反射面15aを表面側にして、その外周位置が位置決め部31aで決めされてその裏面がコイルホルダ31に接着固定される。このミラー15は表側の反射面15aを主な光の波長1.5μmの反射率が高い様に金または誘電体多層膜がコーティングされている。
【0041】
前記コイルホルダ31の後面の集光レンズ27側には、取付部31c(図8、図10参照)が形成され、厚さ0.2mmのシリコンウェハでできたミラー41が周囲を前記取付部31cに位置決めされて接着固定される。ミラー41の反射面41aはセンサ用の光780nmの反射率が高い様に金がコーティングされている。
【0042】
前記コイルホルダ31の両面周囲にはそれぞれ図7、図8に示すように前記第1のコイル36と第2のコイル37がその内側をそれぞれ前記位置決め部31a、31cの外側の段差面により位置決めされ、前記コイルホルダ31に位置決め接着される。
【0043】
図10に示すように、2枚のミラー15,41の間には空間があり、この空間部分に0.1mmのステンレス板を屈曲形成した(図9にもその外形を示す)アーム42の中央部が位置し、前記ミラー41の外周部を取り囲む様に配置され、両端42bは前記マグネットホルダ32に接着固定される。
図10に示すようにこのアーム42の中央部は中央に穴が開けられた突起42aが形成され、ミラー15の裏面と例えば0.3mmの隙間をあけて位置している。
【0044】
この突起42aと前記ミラー15の間には、例えばシリコーン接着剤により、その形状を自己保持できるダンピング剤として注入され、常温で硬化、或いは必要に応じて紫外線、熱等により硬化、されて略円柱状のヒンジ(或いはピボット)43が形成される。
【0045】
つまり、固定部材側となるアーム42の中央の突起42aと、可動部を構成するミラー15の裏面中央部との両部材の間には液体状の接着剤が注入(或いは塗布)されて可動部を傾き可能に支持するヒンジ43が形成される。
この場合、このヒンジ43の中央部に回転中心0x,0yと可動部の重心Gとが位置するように設定されている。
【0046】
また、本実施の形態では、前記突起42aと対向するミラー15の裏面の中央部には、シリコーン接着剤が塗布される部分を安定して形成するための凸状の台座44が設けてある。
【0047】
このように本実施の形態ではミラー15の裏面側のヒンジ43形成側には、この部分を拡大した図12に示すように凸状の台座44を形成することで、接着剤を塗布した場合にその濡れ面の形状、サイズを安定して形成できる構造にしている。
換言すると、液体状の接着剤の塗布或いは注入によりヒンジ43を形成する場合、ミラー15の裏面側に塗布される面積サイズを凸状の台座44によりこの台座部分のものとなるように規制する規制手段を形成して安定した面積サイズ及び形状のヒンジ43を形成できるようにしている。
【0048】
また、前記コイル36の上には図9に示すように4角枠状のストッパー45が接着される。そして、その前面には2つの略T字状のカバー46が前記マグネットホルダ32の表側の面に形成された4本のボス32aを基準として接着される。
【0049】
そして、可動部が外部振動等で前記ミラー15の反射面15aに垂直方向に移動したときにストッパー45とカバー46の中央部の突起が当接し、可動部の過移動を防止する。
【0050】
また、図9に示す様に前記第1のコイル36用に、例えば水平方向に着磁された2つのマグネット47が背面にヨーク48が接着されて、前記マグネットホルダ32に接着されている。また、前記第2のコイル37用に、例えば上下方向に着磁された2つのマグネット49が背面にヨーク50が接着されて、前記マグネットホルダ32に接着される。
【0051】
前記コイルホルダ31,第1のコイル36,第2のコイル37、ミラー15、41により可動部を構成している。図10に示す様に、可動部の重心Gは回転軸0xと0y上にある。また、可動部の慣性主軸Sは回転軸0xと回転軸0yに一致している。また、前記バネ33は回転軸0xと回転軸0yが構成する平面上に一致する様に配置されている。また、前記第1の変形部33aは回転軸0yにほぼ一致する位置に配置され、前記第2の変形部33bは回転軸0xにほぼ一致する位置に配置されている。
【0052】
前記第1のコイル36は前記第2のコイル37よりも前記バネ33に近い位置に配置されている。これにより前記ミラー15を含めた重心位置をバランサ無しで、回転軸0x,0yに一致させることが出来る。
【0053】
4角枠状の前記マグネットホルダ32は、図3に示すように例えば亜鉛ダイキャストで成形されたハウジング23の前面の取付面23aに2本のボス32b(図8,図10参照)を穴に嵌合させることにより位置決めして、接着固定される。
【0054】
上述のようにハウジング23には前記ミラー15の傾きを検出する傾きセンサが設けてある。
つまり、ハウジング23の後端側に位置決め固定した半導体レーザ24のレーザ光をPBS25、1/4波長板26、集光レンズ27を介してミラー41の反射面41aに照射し、その反射光をPSD28の受光部28aで受光して光の2次元位置を検出する。
【0055】
この場合、PSD28の出力はFPC22に入力され、このFPC22にはPSDの出力電流を電圧に変換する回路と、コイル36,37のドライバ回路を構成するIC30が搭載されている。
【0056】
上述のようにFPC22に搭載されたドライバ回路用のIC30は前記ハウジング23のPBS28の上部に固定されたアルミ製のスペーサ29にその表面を当接し固定されている。これによりスペーサ29と、前記ハウジング23が前記IC30の放熱部材となる。またFPC22の前端面に設けられた半田付部22aは光偏向器21の4つの端子38と半田付けされ、FPC22の後面側の半田付部22bは前記半導体レーザ24の3本の端子が半田付けされる。またFPC22の後端22cは図示しないコネクタに差し込まれる。
【0057】
このような構成の本実施の形態では、図12に示すようにミラー15を回動自在に保持する中心点(支点)となるヒンジ43を形成したヒンジ構造(ピボット)51を形成していることが特徴となっている。
【0058】
この図12(A)に示すように、このヒンジ構造51は(固定部となるマグネットホルダ32にその両端42bが固定されている)アーム42と、可動部となるコイルホルダ31に固定されているミラー15と、このミラー15の裏面(背面)側に形成され、可動部の略中央部に位置しているヒンジ43とから構成され、この場合ミラー15の接着剤塗布部として、凸状台座44が形成されていることが特徴となっている。
【0059】
前記ヒンジ43は接着剤からなり、その材質と形状により、可動部の回転方向の周波数特性(f特性と略記)、Z方向のf特性が規定される。耐性を確保して位置変化が少ないヒンジ構造51を作成したい場合には、たとえば▲1▼JCR6125(東レ・ダウコーニング)、▲2▼JCR6126(東レ・ダウコーニング)、▲3▼SE1821(東レ・ダウコーニング)、▲4▼KE1031(信越)、▲5▼KE109(信越)など付加型シリコーン接着剤を用いれば、圧縮永久ひずみが小さく、縦向き、横向きなど、保持状態によって可動部が移動するものの、静止状態に戻すと位置変化がない。
また、付加型の中でも常温で硬化するシリコーン接着剤であれば、KE109E(信越)などがよい。
【0060】
また、▲1▼TSE3221S(GE東芝)、FEー61(信越)など1液付加型を使用すれば、混合する必要がない。
【0061】
またヒンジ形状は塗布量、隙間距離、そして塗布面積(濡れ面)により左右される。図12のように、凸状の台座44を設け、ヒンジ43を形成する接着剤の濡れ面積部分を規制することでヒンジ形状が安定し、バラツキの少ない特性が均一なミラー支持装置を簡単な構造でしかも安価に製造できる。
【0062】
なお、図12(B)は、ミラー15を上面側にして示したもので、図12(A)ではアーム42の中央部の突起42aの穴の内側にのみ接着剤によるヒンジ43が形成されているが、これに限定されるものでなく、図12(B)に示すようにミラー面を上側にしたり、先端面が濡れるように形成したり、2点鎖線で示すようにより外側にはみ出る形状でも良い。
【0063】
次にこのヒンジ構造51を製造する方法、より具体的にはヒンジ43を安定して形成する接着剤の塗布方法を説明する。
図13〜図18は接着剤53の塗布方法を示したものである。
図13(A)に示すようにアーム42の略中央部に開けられた突起42aの穴の上からシリコーン接着剤等の接着剤53を塗布することで、接着剤53はその穴を下側のミラー15側の凸状台座44まで流れ、図13(B)に示すように接着剤53はアーム42とミラー15とに跨って連結したブリッジを形成し、それが硬化してヒンジ43が形成される。比較的流れやすい接着剤(1Pa・s〜10Pa・s程度の粘度を持った接着剤)については有効な手法である。
【0064】
また、図14(A)に示すように穴の上から接着剤53を塗布した後、接着剤53の流れ込みを待つだけでなく、図14(B)に示すようにアーム42とミラー15を接近させることにより、より短い時間でアーム42とミラー15とに接着剤53によるブリッジを形成した後、アーム42とミラー15とを所定の距離まで離して、接着剤53を硬化させて図14(C)に示すようにヒンジ43が形成されるようにしても良い。
図14に示す方法は接着剤53がミラー15側に流れ込む時間の短縮にもなるし、接着剤53で確実にブリッジさせることができる。
【0065】
また、図15(A)に示すように、予めミラー15とアーム42とを近づけた状態で接着剤53の塗布を行い、アーム42の中央の突起42aの穴から接着剤53をミラー15側に流し込みブリッジを形成した後、図15(B)に示すようにアーム42とミラー15とを所定の距離まで引き離して硬化させることでヒンジ43を形成する方法もある。
【0066】
また、図16(A)に示すように比較的流れのない接着剤53(例えば、10Pa・s〜50Pa・s程度の粘度を持った接着剤)の場合については、アーム42の穴に塗布するのに加えて、ミラー15の凸状台座44にも接着剤53を塗布して、その上面の濡れ面に予め接着剤53を位置させておくことで図16(B)のようにアーム42とミラー15との接近させることで接着剤53が確実にブリッジを形成するようにした後、所定の距離まで離して接着剤53を硬化させて図16(C)に示すようにヒンジ43を形成する方法もある。
【0067】
この場合、図17(A)に示すようにアーム42とミラー15とを接近させた状態でアーム42の穴とミラー15の台座44とに接着剤53を塗布して、ブリッジを形成した後、所定の距離まで離して硬化させることにより図17(B)に示すようにヒンジ43を形成するようにしても良い。
【0068】
以上はアーム42の中央の突起42aに設けた穴から接着剤53をミラー15の台座44側に突出させるようにしていたが、穴を必要とするものに限定されるものでない。
【0069】
例えば図18(A)に示すようにアーム42の突起42aには穴が設けてなく、例えば台座44の上面に接着剤53を塗布した後、図18(B)に示すようにアーム42とミラー15とを接近させて接着剤53でブリッジを形成した後、アーム42とミラー15とを所定の距離まで離して、接着剤53を硬化させて図18(C)に示すようにヒンジ43を形成する方法を採用しても良い。
【0070】
なお、図18(A)では、台座44の上面の接着剤濡れ面部側のみ、つまり片方のみに接着剤53を塗布した場合を示しているが、台座44の上面とアーム42の突起42aの(台座44に対向する)先端面との両方に接着剤53を塗布しても良いし、アーム42の突起42aの先端面側に塗布しても良い。
【0071】
また、前記ミラー15とアーム42との距離を近接させたり遠ざけたりする作業を繰り返し行えば、接着剤53の部材へ濡れ面にまわりがよくなり、結果として適切なサイズのヒンジ43を成形できる。
【0072】
次に接着剤53の硬化方法を説明する。
また熱硬化性の接着剤を用いた場合は、硬化時に可動部と固定部を規定長で硬化させることで、ヒンジ43が適切な長さとなり、製造された製品の性能が安定する。図19(A)は硬化時の位置規制方法或いは位置矯正方法の模式的な装置構成例を示し、図19(B)はその実際的な構成例を示す。
図19(A)に示すように基本的には位置規制用の治具における上側治具61によりアーム42の高さ位置の設定を行い、下側治具62によりミラー15の高さ位置のを設定を行うことにより、接着剤53の硬化時の位置を規制する。
【0073】
より具体的には図19(B)に示すように、光偏向器21における固定部としてのマグネットホルダ32を上下2個からなる上側治具61、下側治具62にて挟み込み、下側治具62により可動部としてのコイルホルダ31をバネにより押し上げ、上側治具61ではマグネットホルダ32を治具の重みで押さえることで、可動部と固定部との位置は矯正される。
結果として可動部と固定部は規定長で保持され、この状態で接着剤53を硬化させれば規定長のヒンジ43を形成できることになる。
【0074】
次に本実施の形態のミラー支持装置14の作用を説明する。
4本のバネ33の2本を介して第1のコイル36に駆動電流を流すとマグネット47から受ける磁界により回転軸0y周りのトルクを発生し、主に第1の変形部33aがねじり変形を、ヒンジ43がたわみ変形を受け、可動部を回転軸0y周りに傾けることができる。この場合、駆動電流の値により傾きの角度を調整できる。
【0075】
4本のバネ33の他の2本を介して第2のコイル37に電流を流すとマグネット49から受ける磁界により回転軸0x周りのトルクを発生し、主に第2の変形部33bがねじり変形を、ヒンジ43がたわみ変形を受け可動部を回転軸0x周りに傾ける。この場合、駆動電流の値により傾きの角度を調整できる。
【0076】
図6に示すように半導体レーザ24からの光はP偏光にてPBS25に入射し、偏光面25aを透過し、1/4波長板26を介してレンズ27に入射し、ミラー31の裏面の反射面31aに入射する。この反射面31aにて反射した光は1/4波長板26を透過し、偏光面が90度回転させられたS偏光で偏光面25aに入射する為、ここで反射されてPSD28の受光面28aに入射する。
【0077】
ミラー15或いはミラー31が回転軸0y周りに傾くと、PSD28の受光面28a上の光は図6のZ方向に移動し、ミラー15が回転軸0x周りに傾くと受光面28a上の光はY方向に移動する為、PSD28の出力によりミラー15の2方向の傾きを検出できる。
【0078】
また、本実施の形態では可動部を直交する2方向の回転軸Ox、Oyの回りで回動自在に支持するヒンジ構造51として、アーム42とミラー15の裏面中央部分との間に接着剤53を注入してブリッジを形成して硬化させたもので簡単に形成でき、その際にミラー15の裏面中央に台座44を形成してアーム42とで形成されるブリッジの形状、サイズを規定或いは規制するようにしているので、形状、サイズが揃ったヒンジ(或いはピボット)43を安定して形成でき、安定した特性の可動部、つまりミラー支持装置14を製造することができる。
【0079】
より具体的には従来例よりも以下の項目についての利点がある。
(a)ヒンジの断面形状について
ヒンジが適切な弾性率を選べるようシリコーン系接着剤からなっており、接着剤の流動性を利用し連続曲線的に形成でき、動作時に応力集中が起こらない形状にできる。
(b)弾性率(材質)について
シリコーン接着剤を選定することで、硬度は16A〜70Aまでと選択の範囲が広い。
【0080】
(c)成形安定性、費用について
接着剤濡れ面によりヒンジ形状がきまり、また長さ方向についても矯正させた状態でヒンジ成形(接着剤を硬化)させることでヒンジは安定した形状、サイズとなる。また、低コストで製造できる。
(d)耐久性に関する変化(材料変化)について
付加型シリコーン接着剤を使用することで、耐久性に関しては経時的に収縮による変形は起こらない材質であるため、ガルバノミラー等のミラー支持の特性変化に影響しない。
【0081】
(第2の実施の形態)
次に本発明の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は第1の実施の形態と、ヒンジ構造が若干異なるのみで基本的に同じ構成であり、第1の実施の形態の変形例ともいえるものである。
図20(A)は本発明の第2の実施の形態におけるヒンジ構造51Bを示す。
本実施の形態では、図20(A)に示すように、ミラー15に台座44設けていると共に、アーム42の中央の突起42aにも台座64を形成している。
【0082】
このようにアーム42の中央の突起42aの先端面と、これに近接して対向するミラー15の裏面中央とにそれぞれ台座64、44を設けているので、これらの間に接着剤53でブリッジを形成した場合にその形状、サイズがより安定する。つまり、接着剤53を硬化させてヒンジ43を形成した場合に、その形状、サイズが揃った、特性が均一なヒンジ構造51Bを形成できる。
【0083】
このため、第1の実施の形態よりも精度の良いヒンジ構造51Bを提供することができる。なお、図20(A)の場合にはアーム42の中央の突起42aに穴を設けることは不用となる。
なお、本実施の形態の変形例として、図20(B)に示すようにアーム42側にのみ台座64を形成したものでも良い。
【0084】
以下、その他の変形例をまとめて説明する。
図21(A)〜21(C)では、アーム42側、ミラー15側に半球形状の凸部を設けて、形成されるヒンジ形状を安定すると共に濡れ性を上げるようにしている。塗布部に半球面を設けて接着剤53の濡れ面のサイズを大きくする。
このように、半球面とすることで接着剤53の濡れ面が大きくなり、界面での破壊強度が増す作用、効果がある。
【0085】
具体的には、図21(A)は、ミラー15側を半球面66aを形成し、アーム42は穴のある突起42aを有する形状であり、図21(B)はアーム42側に半球面66bを形成し、ミラー15は台座44等を形成しない場合を示し、図21(C)はミラー15側及びアーム42側共に半球面66a、66bを設けた場合を示している。
【0086】
上述のように、図21の場合には半球面とすることで接着剤の濡れ面が大きくなり、界面での破壊強度を増すことができ、振動その他に対してミラー支持装置の機械的強度を大きくできる。
【0087】
図21では半球面としたが、図22では円錐面とした場合を示す。この場合にも、円錐面とすることで接着剤53の濡れ面が大きくなり、界面での破壊強度を増大できると共に、さらに接着剤53の塗布が容易となる。
【0088】
具体的には、図22(A)は、ミラー15側に円錐面67aを形成し、アーム42側には穴のある突起42aを有する形状であり、図22(B)はアーム42側に円錐面67bを形成し、ミラー15側には台座44等も形成しない場合を示し、図22(C)はミラー15側及びアーム42側共に円錐面67a、67bを設けた場合を示している。
この場合にもヒンジ43を安定して形成できると共に、機械的強度を大きくすることもできる。
【0089】
また、図23ではミラー15或いはアーム42に凹部を形成した形状にして、この凹部を塗布面とすることにより、濡れ面の広がりを規制する。このため、多少多めに塗布をしても、また流れやすい接着剤53を用いたとしても、ヒンジ43の形状を安定して形成できるようにしている。
【0090】
具体的には、図23(A)は、ミラー15側に凹部68aを形成し、アーム42は穴のある突起42aを有する形状であり、図23(B)はアーム42側に凹部68bを形成し、ミラー15側には台座44等も形成しない場合を示し、図23(C)はミラー15側及びアーム42側共に凹部68a、68bを設けた場合を示している。
この場合にもヒンジ43を安定して形成できると共に、機械的強度を大きくすることもできる。
【0091】
また、図24ではミラー15或いはアーム42に球形凹部を設けることにより、濡れ面形状が安定し、安定したヒンジ43を形成できるようにしている。
また塗布面を球形凹部の形状とすることにより、濡れ面の広がりを規制でき、多少多めに塗布を行ったとしても、また流れやすい接着剤53を用いたとしても、形成されるヒンジ43の形状が安定する。例えば図23の場合よりも、加工を行しやすい。
【0092】
具体的には、図24(A)は、ミラー15側に球形凹部69aを形成し、アーム42は穴のある突起42aを有する形状であり、図24(B)はアーム42側に球形凹部69bを形成し、ミラー15側には台座44等も形成しない場合を示し、図24(C)はミラー15側及びアーム42側共に球形凹部69a、69bを設けた場合を示している。
この場合にもヒンジ43を安定して形成できると共に、機械的強度を大きくすることもできる。
本説明では球形凹部の形状としたが、非球面凹形状、曲凹形状でもよい。
【0093】
また、図25ではミラー15或いはアーム42に凹凸の組み合わせたものを形成したものとしている。
つまり、凹部と凸部の組み合わせとすることにより、凹部同士の組み合わせの場合よりも、ヒンジ43形成時に面同士を近接させることができ、接着剤53が適切に付着する。
【0094】
具体的には図25(A)ではミラー15側に凹部68aを形成し、アーム42側には穴のない凸部42aを形成し、図25(B)ではミラー15側に球形凹部69aを形成し、アーム42側には球形凸部70aを形成したものとしている。
また、上述の実施の形態或いは変形例では両持ちのアーム42の場合で示しているが、図26に示すように片持ちアーム72としても良い。
この場合には塗布スペースができ、作業性がよい。
【0095】
なお、図26ではアーム72に台座64を形成した場合で示しているが、他の形状にしても良い。また、ミラー15側にも台座44を形成した場合を示しているが、他の形状にしても良い。
【0096】
上述した実施の形態或いは変形例において、耐性保存が必要なく、位置安定性が重要でない場所にて、常温で硬化させたい場合には、▲1▼スーパーX(セメダイン製)、TB1530C(スリーボンド)、TB1220D(スリーボンド)、SE9186L(東レ・ダウコーニング)、SE9186(東レ・ダウコーニング)などの1液RTVを使用することもできる。
この場合には、粘性が高いため、さらに細いヒンジ43を形成することができる。
【0097】
第2の実施の形態は第1の実施の形態と基本的にはほぼ同様の効果を有する。
なお、本実施の形態の利用分野として、上述の説明では光通信用としたが、測定器や光記録用のピックアップ等に使用される光偏向器にも適用できる。
また、上述した実施の形態では、ムービングコイルとしたが、ムービングマグネットにすることもできる。
【0098】
また、上述した実施の形態では、2軸で回動自在としたミラー15を支持するミラー支持装置、つまり2軸ガルバノミラーで説明したが、1軸で回動自在のものでもよい。また、上述した実施の形態等を部分的に組み合わせる等して形成される実施の形態等も本発明に属する。
また、接着剤53の塗布部は、ミラー15、アーム42の場合で説明したが、可動部と固定部との間であればよい。また、ミラー15に限らず、他の光学素子、或いは光学部品のヒンジによる支持にも使用可能である。
【0099】
[付記]
1.請求項1において、さらに前記支持手段は前記可動部を固定部材に対して第2の軸回りに傾き可能に支持し、
かつ前記可動部を前記第2の軸回りに駆動する第2の駆動手段を有する。
2.少なくとも1つのミラーを有する可動部と、
この可動部を固定部に対して少なくとも第1の軸回りに傾き可能に支持する支持手段と、
前記可動部を前記第1の軸回りに駆動する第1の駆動手段と、
前記可動部の略中央部に位置し、前記固定部を構成する第1の部位と、前記可動部を構成する第2の部位の間に注入されて形成されたヒンジとを有し、
前記第1の部位、または第2の部位、または両方の部位が凹面または凸面にしたことを特徴とするミラー支持装置。
【0100】
3.少なくとも1つのミラーを有する可動部と、
この可動部を固定部に対して少なくとも第1の軸回りに傾き可能に支持する支持手段と、
前記可動部を前記第1の軸回りに駆動する第1の駆動手段と、
前記可動部の略中央部に位置し、前記固定部を構成する第1の部位と、前記可動部を構成する第2の部位の間に注入されて形成されたヒンジと、
前記第1の部位及び第2の部位に跨って注入により形成されるヒンジの形状及びサイズを規制する規制部と、
を設けたミラー支持装置。
4.付記3において、前記規制部は、前記第1の部位、または第2の部位、または両方の部位に形成した凹面または凸面部である。
【0101】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡単な構造で、注入により形成されるヒンジの形状及びサイズを安定して形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を備えた光路切り替え装置の概略の構成図。
【図2】本発明の第1の実施の形態のミラー支持装置の構成を示す斜視図。
【図3】図2を分解して示す斜視図。
【図4】図2の反対側の側面側から見た斜視図。
【図5】図3におけるFPC及びPSDの反対側の側面の構成を示す斜視図。
【図6】図2の高さ方向の断面によりミラーの傾きを検出する傾きセンサの構造を示す断面図。
【図7】図3の光偏向器を拡大斜視図。
【図8】図7の背面側から見た光偏向器の構成を示す斜視図。
【図9】光偏光器の分解斜視図。
【図10】図6における光偏光器部分の拡大断面図。
【図11】バネをインサート成形したマグネットホルダ及びコイルホルダを示す図。
【図12】ヒンジ構造部分を示す平面図。
【図13】ヒンジを形成するプロセスにおける主に接着剤の塗布方法に関し、アームの穴から接着剤を流し込んで形成する場合の説明図。
【図14】図13の変形例で、アームの穴から接着剤を流し込んだ後、両部材を近づけた後離して形成する場合の説明図。
【図15】ヒンジを形成する場合、両部材を近づけた状態でアームの穴から接着剤を流し込んだ後離して形成する場合の説明図。
【図16】ヒンジを形成する場合、両部材に接着剤を塗布し、近づけた後離して形成する場合の説明図。
【図17】ヒンジを形成する場合、両部材を近づけた状態で両部材に接着剤を塗布した後離して形成する場合の説明図。
【図18】ヒンジを形成する場合、ミラーの台座に接着剤を塗布し、両部材を近づけた後離して形成する場合の説明図。
【図19】接着剤の塗布後に硬化させる際の位置規制方法の模式例と実際例とを示す図。
【図20】本発明の第2の実施の形態におけるヒンジを形成する場合における接着剤が塗布されるアーム部分とミラー部分とに台座を形成した場合とその変形例を示す説明図。
【図21】第1変形例に相当し、ヒンジを形成する場合における接着剤が塗布されるアーム部分とミラー部分との少なくとも一方を半球面にした場合の説明図。
【図22】第2変形例に相当し、ヒンジを形成する場合における接着剤が塗布されるアーム部分とミラー部分との少なくとも一方を円錐面にした場合の説明図。
【図23】第3変形例に相当し、ヒンジを形成する場合における接着剤が塗布されるアーム部分とミラー部分との少なくとも一方に凹部を設けた場合の説明図。
【図24】第4変形例に相当し、図23の凹部を球形凹部にした場合の説明図。
【図25】第5変形例に相当し、ヒンジを形成する場合における接着剤が塗布されるアーム部分とミラー部分との一方に凹部、他方を凸部にした場合の説明図。
【図26】アーム側を片持ちアームにした場合の説明図。
【図27】従来例のガルバノミラーの構成を示す図。
【図28】従来例のヒンジ部の製造プロセスの説明図。
【符号の説明】
10…光路切り替え装置
14…ミラー支持装置
15…ミラー
15a…反射面
21…光偏向器
22…FPC
23…ハウジング
24…半導体レーザ
25…PBS
28…PSD
30…IC
31…コイルホルダ
31a…位置決め部
32…マグネットホルダ
33…バネ
33a…第1の変形部
33b…第2の変形部
33c…連結部
36…第1のコイル
37…第2のコイル
38…端子
40…ダンパ
41…ミラー
42…アーム
42a…突起
43…ヒンジ(ピボット)
44…台座
45…ストッパー
46…カバー
47、49…マグネット
51…ヒンジ構造
53…接着剤
Claims (3)
- 少なくとも1つのミラーを有する可動部と、
この可動部を固定部材に対して少なくとも第1の軸回りに傾き可能に支持する支持手段と、
前記可動部を前記第1の軸回りに駆動する第1の駆動手段と、
前記可動部の略中央部に位置し、前記可動部の第一の部位と前記固定部材の第二の部位の間に注入されて硬化し形成された、前記支持手段であるヒンジとを有し、
前記第一の部位、または第二の部位、または両方の部位が凹面または凸面にしたことを特徴とするミラー支持装置。 - 少なくとも1つのミラーを有する可動部と、
この可動部を固定部材に対して少なくとも第1の軸回りに傾き可能に支持する支持手段と、
前記可動部を前記第1の軸回りに駆動する第1の駆動手段と、
前記可動部の略中央部に位置し、前記可動部の第一の部位と前記固定部材の第二の部位の間に注入されて硬化し形成された、前記支持手段であるヒンジとを有し、
前記ヒンジを硬化させる際に、前記可動部と前記固定部材とを位置規制した状態で保持させた後、当該ヒンジを硬化させることを特徴とするミラー支持装置。 - 少なくとも1つのミラーを有する可動部と、
この可動部を固定部材に対して少なくとも第1の軸回りに傾き可能に支持する支持手段と、
前記可動部を前記第1の軸回りに駆動する第1の駆動手段と、
前記可動部の略中央部に位置し、前記可動部の第一の部位と前記固定部材の第二の部位の間に注入されて硬化し形成された、前記支持手段であるヒンジとを有し、
前記ヒンジの材料が、付加型シリコーン接着剤であることを特徴とするミラー支持装置。
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