JP5842467B2 - アクチュエータ装置、このアクチュエータ装置用の保護カバー、このアクチュエータの製造方法、このアクチュエータ装置を用いた光偏向装置、二次元光走査装置及びこれを用いた画像投影装置 - Google Patents
アクチュエータ装置、このアクチュエータ装置用の保護カバー、このアクチュエータの製造方法、このアクチュエータ装置を用いた光偏向装置、二次元光走査装置及びこれを用いた画像投影装置 Download PDFInfo
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Description
梁部材32は枠部材31に一対設けられ、可動部33はその一対の梁部材32を介して枠部材31に支持されている。その可動部33には、例えば、ミラー面33aが形成されている。
この種のアクチュエータ装置30では、共振現象を利用して小さなエネルギーで、高速かつ大振幅の回転振動を得ることができる。
この形態では、梁部材32の互いに隣り合う直線部34bを交互に反対方向に屈曲変形させることにより、バネ系の剛性を低くして大きな傾き角度を得ることができる(特許文献1参照。)。
従って、バネ剛性を下げることができ、低速駆動する場合に、バネ系の共振周波数を下げることもできるし、共振による振動を使わない場合も、小さな駆動力で大きな回動角を得ることができる。
請求項4に記載のアクチュエータ装置は、前記可動部が平板部と補強用壁部とを有する可動部材から構成され、前記平板部に前記ダンパー部材と同じ材料を用いて衝撃緩和部材を設けたことを特徴とする。
請求項6に記載のアクチュエータ装置は、前記枠部材の壁部と前記可動部材の壁部とに、前記ダンパー部材を構成するゲル状材料塗布用ディスペンサ装置の吐出針の逃げ部が形成されていることを特徴とする。
請求項8に記載のアクチュエータ装置は、前記回動軸位置認識マークが、前記駆動手段に駆動電力を供給するために前記梁部材に配設された配線を用いて形成されていることを特徴とする。
請求項10に記載のアクチュエータ装置の製造方法は、前記枠部材を水平面に対して傾けた状態で、前記ダンパー部材を前記梁部材に形成することを特徴とする。
請求項16に記載の画像投影装置は、請求項15に記載の二次元光走査装置を用いて投射面に画像を形成することを特徴とする。
例えば、低周波、小駆動力で回転振幅できるように、梁部材を細長くしてバネ剛性を下げた場合でも、衝撃を受けたときに梁部材が大きく変形するのを防止できる。
請求項13に記載の発明によれば、梁部材の回動軸線に相当する箇所の上方に隙間を開けて、かつ、回動軸線の延びる方向に直線部材を緊張させて配設し、ダンパー部材の形成用の材料を梁部材と直線部材とに接しさせ、ダンパー部材の形成用の材料の表面張力を利用して、ダンパー部材を形成した後、このダンパー部材から直線部材を引き離すことにしたので、ダンパー部材を梁部材の回動軸線に相当する箇所に形成する際に、ダンパー部材を形成する材料の垂れ流れを防止できる。
請求項15に記載の発明によれば、二次元光走査装置の低周波駆動する側の衝撃による故障を抑制でき、信頼性を向上させることができる。ほぼ、MEMS単体に近い状態で故障抑制対策ができるので、故障抑制のために大きなスペースを必要とせず、二次元光走査装置の設計自由度を上げることができる。
図9は本発明に係るマイクロアクチュエータ(MEMS)装置30の第1実施例を示す斜視図である。この図9において、1は長方形状の枠部材、2は可動部としての正方形状の可動部材である。枠部材1は長辺枠部1aと短辺枠部1bとを有する。可動部材2は一対の梁部材3を介して短辺枠部1bに支持されている。
一対の梁部材3は、長辺枠部1aの延びる方向に平行に延びている。その一対の梁部材3は枠部材1の長手方向を回動軸として、可動部材2を回転振幅可能に支持する機能を有する。
そのゲル材料には、シリコーンを主原料としたものが良く知られている。このゲル材料には、紫外線を照射したり、加熱したりすることにより、粘度が上昇する材料もある。
以下では、そのダンパー部材4には、主に、紫外線硬化型のゲル状の材料を用いるものとして説明する。
ここでは、このマイクロアクチュエータの駆動手段として、圧電膜を例に挙げて説明したが、電磁方式、静電方式等、各種の駆動手段を用いることができる。
図11は梁部材3を折り返し部3aとこの折り返し部3aから折り返されて互いに反対方向に延びる直線部3bとからなる蛇行状支持部3cを形成したものである。ここでは、折り返し部3aは長辺枠部1aに平行に延びる形状とされ、直線部3bは短辺枠部1bに平行に延びる形状とされている。
その蛇行状支持部3cには、その表面に、ダンパー部材4が不連続的に配設されている。このダンパー部材4は、ここでは、連結軸部3d、3eを結ぶ回動軸Oの線上に設けられている。
すなわち、蛇行状支持部3cは、ダンパー部材4bによって回動軸Oの線上で蛇行状支持部3cの不連続な空間が繋げられている。
その直線部3bはその連結軸部3d、3eを結ぶ回動軸Oに対しても平行である。
この実施例によれば、低周波でかつ小さな駆動力で回転振動できるように、梁部材3を蛇行させてバネ剛性を下げた場合でも、梁部材3の変位の小さい回動軸Oの線上にダンパー部材4を配置したので、実施例1と同様に、通常の回転駆動については、ダンパー部材4を設けたことによる回転振動に対する抵抗はほとんどなく、衝撃を受けたときに、梁部材3が大きく変形するのを防止でき、ひいては、アクチュエータ装置30が破損する可能性を低減できる。
、蛇行状支持部3cを枠部材1に連結する連結軸部3eとが、回動軸Oの延びる方向に延びる構成となっているが、連結軸部3d、3eは、図14に示すように、回動軸Oから離間した位置に設けても良い。
この図15に示す構造のアクチュエータ装置30を用いても、図11に示すアクチュエータ装置30について図13を用いて説明したと同様の作用効果が生じる。
図16は図11に示すアクチュエータ装置30の連結軸部3dと連結軸部3eとを結ぶ回動軸Oの軸線上に直線部3bを横断するように連続的にダンパー部材4を配設したものであり、図17は図12に示すアクチュエータの連結軸部3dと連結軸部3eとを結ぶ回動軸線上に直線部3bの延びる方向に連続的にダンパー部材4を配設したものである。
この構造のアクチュエータ装置30についても、図11、図12、図14に示すアクチュエータ装置30と同様の作用効果を奏する。
図19は蛇行状支持部3cの直線部3bに圧電膜5を直接形成し、この圧電膜5に反り方向の変位をそれぞれ与え、各梁部材3の直線部3bの個々に微小変位を生じさせ、この各直線部3bの微小変位を加算することにより、可動部材2に大きな振幅変位を与えることにしたものである。
図20は可動部材2を傾き変位させたときの各直線部3bの傾き変位を仮想的に回転軸方向から見た模式図を示しており、可動部材2は個々の直線部3bの傾き変位の総和として結果的に枠部材1に対して大きく傾いている。
また、梁部材3に圧電膜を直接形成しているので、アクチュエータ装置30を大型化することなく製作できる。
図21は、図19に示す可動部材2の平板部2aに衝撃緩和部材6を設ける構成とし、可動枠部材2の大きな変位により図示を略す他部材に衝突して衝撃を受けた場合でも、この衝撃力を緩和する構成としたものである。衝撃緩和部材6の材料には、ダンパー部材4と同じゲル状の材料を用いる。
図22、図23は、梁部材3の裏面にダンパー部材4を配設する構成としたものである。図19、図21に示すように、梁部材3の表面側にダンパー部材4を配設することにすると、ダンパー部材4が枠部材1の表面側から外に向かって盛り上がり、表面から出っ張る構成となり、アクチュエータ装置30が取り付けられる相手側の部品(図示を略す)の設計の自由度が低下する。
図23に示すように、梁部材3の裏面にダンパー部材4を形成する場合、図24に示すディスペンサー装置7を用いる。このディスペンサ装置7は、シリンダ7aと吐出針7bとを有する。シリンダ7aにはゲル状の材料が貯留されている。
ダンパー部材4の材料にゲル状の材料を用いると、加熱したり、紫外線を照射したりした場合、硬化過程の初期段階においてその粘性が低いため、梁部材3に塗布したとき、回動軸線上からはみ出て流出するおそれがある。
このようなことが起こると、ダンパー部材4によって、アクチュエータ装置30の正常な回転振動が妨げられる。
この実施例によれば、枠部材1を傾けてダンパー部材4を梁部材3に塗布するので、回動軸線上に細長いダンパー部材4を形成できる。
梁部材3に粘度の非常に小さいゲル状の材料を用いてダンパー部材4を形成する場合には、図26に示す型枠部材10を用いる。この型枠部材10は、紫外線硬化型のゲル状の材料を用いる場合には、紫外線透過性(光透過性素材)の材料を用いて形成する。
この型枠部材10は、図27に示すように、枠部材1の表面に押し当て、この状態でディスペンサ装置7を操作して、ダンパー部材4を形成するゲル状の材料を梁部材3に塗布する。
ダンパー部材4として熱硬化型のゲル状の材料を用いる場合には、熱伝導性の良好な材料を用いて型枠部材10を形成し、型枠部材10を直接加熱してゲル状の材料を加熱硬化させてダンパー部材4を形成すれば良い。
(製造方法の実施例3)
型枠部材10は紫外線透過型のゲル状の材料により形成し、下から紫外線を照射して、ゲル状の材料を硬化させて、ダンパー部材4を蛇行状支持部3cの表面に形成する。
図30に示すように、予めゲル状の紫外線照射型のゲル状の材料を所望の形状、寸法に硬化させてダンパー素材4’を連結軸部3d、3eに貼着する構成とすることもできる。ダンパー素材4’と連結軸部3d、3eとの接着に用いる接着剤には、ダンパー部材4に用いるゲル状の材料を用いれば良い。
この実施例によれば、ダンパー部材4の製作作業の容易化を図ることができる。
図31は蛇行状支持部3cの回動軸Oに相当する箇所にこの回動軸Oをパターン認識させるための回動軸位置認識マークを形成するための説明図であって、この実施例5では、回動軸Oの軸線上に、梁部材3の直線部3bを横断する方向に回動軸位置認識マークMaが形成されている。この回動位置認識マークMaは、例えば、蛇行状支持部3cに白線塗料を塗布することにより形成される。
更に、蛇行状支持部3cに対するダンパー部材4の塗布の自動化を図る場合にも、回動軸位置認識マークMaをパターン認識手段としての画像認識処理手段により認識できるので、そのダンパー部材4の塗布の自動化を容易に行うことができる。
図32、図33はダンパー部材4の垂れ流しを防止するために、直線部材Mzを蛇行状支持部3cの回動軸線Oに相当する箇所の上方に隙間Mgを開けて、かつ、回動軸線Oの延びる方向に直線部材Mzを緊張させて張り渡したものである。その図32、図33において、符号Mi、Miはその直線部材Mzの両端部を保持する保持部材である。
図34ないし図36は本発明に係るアクチュエータ装置30を保護する保護カバーの説明図であって、図34、図35はそのアクチュエータ装置30が組み込まれた保護カバー40の斜視図を示している。
底壁40bには、図36に示すように、可動部材2が対向する箇所にその回動を許容する空間40dが形成されている。
包囲壁40aの長辺部には、フレキシブルプリント基盤41を案内する切り欠き部40fが形成されている。
一対の支持壁部40e、40eの頂部40gには、アクチュエータ装置30を保護カバー40に組み付ける前にダンパー部材4を形成する材料を塗布し、ダンパー部材4を一対の支持壁部40e、40eと、アクチュエータ装置30の蛇行状支持部3cとにより図37に示すように挟持する。
保護カバー40が紫外線透過型の材料により形成されている場合には、保護カバー40の底壁40bの面を介して紫外線を照射する。
この種の一対の支持壁部40e、40eの形状は、例えば、保護カバー40を包囲壁40aと底壁40bとの要素に上下に分割する構成を採用し後から包囲壁40aと底壁40bとを接合して保護カバー40を製作する構成を採用すれば、支障なく作成できる。
図43に示すように、可動部材2の平板部2aに アルミニウム物質を真空蒸着等の手段を用いて蒸着することにより反射ミラー14’を形成すれば、このアクチュエータ装置30を光偏向装置として用いることができる。
すなわち、可動部材2の回動によって、入射光線に対する反射方向が変更され、これにより、アクチュエータ装置30を光偏向装置、光走査装置として用いることができる。
図44は本発明に係るアクチュエータ装置30を二次元光走査装置3Qに適用した実施例を示すものである。
この実施例では、枠部材1は長方形状の外側枠部材とされている。可動部材2は長方形状の内側枠部材14を有する。内側枠部材14は長辺枠部14aと短辺枠部14bとを有する。
この梁部材16a、16aの延びる方向先端部はカンチレバー部材17a〜17dと一体化されている。ここでは、カンチレバー部材17a〜17dは4個である。
このカンチレバー17a〜17dにはバイモルフやモノモルフ、バイメタル、形状記憶合金を用いることができるが、ここでは、このカンチレバー17a〜17dには圧電膜5が用いられている。
蛇行状支持部3cは短辺枠部1bに蛇行状支持部3cを連結する連結軸部3e’と、長辺枠部14aに蛇行状支持部3cを連結する連結軸部3d’とを有する。
その連結軸部3d’と連結軸部3e’とを結ぶ直線をX軸方向の回動軸としてその回動軸線上には、ダンパー部材4が設けられている。
例えば、回動軸位置認識マークMaは、図45に示すように、枠部材1としての外側枠部材と可動部材2としての内側枠部材14とを連結する蛇行状支持部3cに駆動手段としてのカンチレバー17a〜17dに設けられた圧電膜5に駆動電力を供給するための配線Mxの一部を用いて、配線と同時に形成することができる。
図47は図46に示す二次元光走査装置3Qを組み込んだ画像投影装置を示している。
画像投影装置は、赤色のレーザー光を射出する赤色光源装置1Rと、緑色のレーザー光を射出する緑色光源装置1Gと、青色のレーザー光を射出する青色光源装置1Bと、クロスダイクロイックプリズム2Qと、クロスダイクロイックプリズム2Qから射出されたレーザー光を走査する二次元光走査装置3Qとを備えている。投射面(スクリーン)4Qに投影する。この画像投影装置は投射面4Qと一体構成であっても良い。
これらにより、二次元光走査装置3Qのミラーの投影面内で2方向に振動運動が可能となっており、投射面(スクリーン)4Qの水平方向及び垂直方向にレーザー光を走査することが可能となり、投影位置に応じて、各色の光源の発光量を調整することにより、所望の画像を表示することができる。
この実施例では、カラー画像を投影する例について述べているが、白黒画像を投影する場合にも、本発明に係る二次元光走査装置3Qを適用可能である。
2…可動部材(可動部)
3…梁部材
4…ダンパー部材
Claims (16)
- 枠部材と、
該枠部材に一対の梁部材を介して回動可能に支持された可動部と、
前記一対の梁部材を変形させて可動部を前記枠部材に対して所定の回動軸で回動させる駆動手段と、
を備え、
前記梁部材は、折り返し部と、該折り返し部から折り返された直線部とを有した蛇行状構造を備え、
前記梁部材は、回動軸上で隣接する折り返し部または直線部にダンパー部材が接触していることを特徴とするアクチュエータ装置。 - 前記直線部に屈曲変形用の圧電膜と該圧電膜に駆動電圧を印加する電極とが形成され、前記駆動電圧の印加に基づく前記直線部の屈曲変形の累積により、前記可動部が回動されることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装置。
- 前記可動部に、前記ダンパー部材と同じ材料を用いて衝撃緩和部材を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアクチュエータ装置。
- 前記可動部が平板部と補強用壁部とを有する可動部材から構成され、前記平板部に前記ダンパー部材と同じ材料を用いて衝撃緩和部材を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアクチュエータ装置。
- 前記梁部材の裏面に、前記ダンパー部材が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。
- 前記枠部材の壁部と前記可動部材の壁部とに、前記ダンパー部材を構成するゲル状材料塗布用ディスペンサ装置の吐出針の逃げ部が形成されていることを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ装置。
- 前記梁部材の前記回動軸に相当する箇所に該回動軸をパターン認識させるための回動軸位置認識マークが形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。
- 前記回動軸位置認識マークが、前記駆動手段に駆動電力を供給するために前記梁部材に配設された配線を用いて形成されていることを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータ装置。
- 請求項1ないし請求項8に記載のアクチュエータ装置を周囲から包囲する包囲壁と、前記ダンパー部材を支持する支持壁部とを有するアクチュエータ装置用の保護カバー。
- 前記枠部材を水平面に対して傾けた状態で、前記ダンパー部材を前記梁部材に形成することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
- 前記ダンパー部材の形成用の型枠部材を前記枠部材に当接させ、前記ダンパー部材形成用のゲル状材料を前記型枠部材に流し込み、前記ゲル状の材料の硬化後に前記型枠部材を前記枠部材から取り外すことにより、前記ダンパー部材を前記梁部材に形成することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
- ゲル状の材料を硬化することにより形成されたダンパー素材を前記梁部材に貼着することにより前記ダンパー部材を前記梁部材に形成することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
- 前記梁部材の前記回動軸線に相当する箇所の上方に隙間を開けて、かつ、前記回動軸線の延びる方向に直線部材を緊張させて配設し、前記ダンパー部材の形成用の材料を前記梁部材と前記直線部材とに接しさせて前記材料を硬化させて前記ダンパー部材を形成した後、該ダンパー部材から前記直線部材を引き離すことにより、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置の可動部に反射面を形成し、前記可動部を回動させることにより、入射光線の反射方向を変化させることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置において、
前記可動部として、反射面を有する別のアクチュエータ構造が設けられ、
前記可動部を互いに直交する二軸方向の回りに回動させて、入射光線の反射方向を変化させることにより互いに直交する方向に光走査することを特徴とする二次元光走査装置。 - 請求項15に記載の二次元光走査装置を用いて投射面に画像を形成することを特徴とする画像投影装置。
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