JP5929691B2 - 光走査素子及び表示装置 - Google Patents
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Description
上記問題点を鑑み、本発明は、共振周波数を高く、且つ走査角を大きく設計可能な光走査素子及び表示装置を提供することを目的とする。
本発明の第1実施形態に係る光走査素子は、図1(a)に示すように、ミラー部11と、梁部12a,12b,12c,12d,14a,14bと、アーム部13a,13b,13c,13d,15a,15bと、フレーム部17とを備える。ミラー部11は、光を反射するミラーを有する。ミラー部11のミラーは、例えば、上面にアルミニウム(Al)、金(Au)等の高反射率を有する金属薄膜を成膜することにより形成される。ミラー部11は、任意の直線(例えばミラー部11の中心部を通る直線)を回転軸Xとして振動(揺動)しながら光ビームを反射することにより対象を走査する。
第1実施形態の第1変形例に係る光走査素子は、図2に示すように、それぞれ、アーム部13a〜13dの上面からフレーム部17の上面に亘って設けられ、変位することによりアーム部13a〜13dを駆動する圧電素子21a〜21dを更に備える。
第1実施形態の第2変形例に係る光走査素子は、図3に示すように、アーム部15a,15bの上面に、圧電素子22a〜22dを更に備える。圧電素子22a〜22dは、圧電素子21a〜21dと同様に、それぞれ、下部電極層、圧電体層、上部電極層等が順次積層されることにより構成されている。
第1実施形態の第3変形例に係る光走査素子は、図4に示すように、圧電素子22a〜22dと同様の構成の圧電素子23a〜23dを備えるが、圧電素子23a〜23dが、アーム部15a,15bの変位を検出する検出部として機能する点で第2変形例と異なる。
本発明の第2実施形態に係る光走査素子は、図5に示すように、ミラー部11の両端側の梁部12a,12bと梁部12c,12dとの間に、それぞれ、複数の梁部14a,14c、梁部14b,14dを備える点で第1実施形態と異なる。第2の実施の形態において説明しない他の構成は、第1実施形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
本発明の第3実施形態に係る光走査素子は、図6に示すように、梁部14〜14dをそれぞれ支持するアーム部15a〜15dを備える点で第2実施形態と異なる。第3実施形態において説明しない他の構成は、第1及び第2実施形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
第3実施形態の第1変形例に係る光走査素子は、図7に示すように、アーム部13a〜13dを駆動する圧電素子21a〜21dと、アーム部15a〜15dの変位を検出する圧電素子23a〜23dとを更に備える。圧電素子23a〜23dは、アーム部15a〜15dの上面からフレーム部17の上面に亘ってそれぞれ設けられる。
第3実施形態の第2変形例に係る光走査素子は、図8に示すように、ミラー部11の振動の周波数を検出する為の圧電素子25a〜25dが、アーム部15a〜15d及び梁部14a〜14dの上面に設けられる点で第1変形例と異なる。圧電素子25a〜25dは、それぞれ、梁部14a〜14dの上面から、アーム部15a〜15dの上面を介してフレーム部17の上面に亘って設けられる。
本発明の第4実施形態に係る光走査素子は、図9に示すように、ミラー部11からそれぞれ延伸する梁部14a〜14dの終端部が、ミラー部11の揺動を低減する揺動抑制部16Aa,16Abをなす点で第1〜第3実施形態と異なる。第4実施形態において説明しない他の構成は、第1〜第3実施形態と実質的に同様であるので、重複する説明を省略する。
揺動抑制部16Aa,16Abは、図10に示すように、フレーム部17に連結せず、それぞれ、アーム部15a,15cの間、アーム部15b,15dの間を連結する連結部である揺動抑制部16Ba,16Bbであっても同様の効果を得ることができる。第4実施形態の第1変形例に係る光走査素子が備える揺動抑制部16Ba,16Bbは、形成時において、それぞれ、アーム部15a,15cの間、アーム部15b,15dの間を、梁部14a,14c、梁部14b,14d側の辺から切り欠いた残余部となっている。
また、揺動抑制部16Aa,16Abは、図12に示すように、揺動抑制部16Ba,16Bbを更に備える揺動抑制部16Da,16Dbであってもよい。第4実施形態の第2変形例に係る光走査素子が備える揺動抑制部16Da,16Dbは、フレーム部17に連結して支持される梁部14b,14dの終端部と、アーム部15a,15cの間、アーム部15b,15dの間を連結する連結部とからなる。
また、揺動抑制部16Ba,16Bbは、図13に示すように、それぞれ、アーム部15a,15cの間、アーム部15b,15dの間を蛇行するような、互い違いにU字型に屈曲した平面パターンを有する揺動抑制部16Ea,16Ebであってもよい(図13において揺動抑制部16Eaのみを図示している)。
本発明の第5実施形態として、第1〜第4実施形態に係る光走査素子を用いた表示装置5について説明する。表示装置5は、例えば、レーザプロジェクタやヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイである。第5実施形態に係る表示装置5は、図14に示すように、2軸光走査素子1Aと、光源部55と、2軸光走査素子1A及び光源部55の駆動を制御する制御部50Aとを備える。表示装置5は、光源部55が、制御部50Aの制御により、画像Qの情報である画像情報に応じて輝度を変調して出射したレーザ光Lを、2軸光走査素子1Aが反射してスクリーンPを走査することにより、スクリーンP上に画像Qを表示する。
第5実施形態の変形例に係る表示装置5Bは、図16に示すように、垂直方向の走査を、光走査素子1と別個の、ミラー部を備える光走査素子1Bが行うことにより、2軸方向にラスタ走査を行う。
上記のように、本発明の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
1A 2軸光走査素子
3 信号源
4 検出器
5,5B 表示装置
10 窓部
11 ミラー部
12a〜12d,14a〜14d,12Aa,12Ab 梁部
13a〜13d,15a〜15d アーム部
16Aa,16Ab,16Ba,16Bb,16Ca,16Cb,16Da,16Db,16Ea,16Eb 揺動抑制部
17 フレーム部,17A
21a〜21d,22a〜22d 圧電素子(駆動部)
23a〜23d,25a〜25d 圧電素子(検出部)
50A,50B 制御部
55 光源部
Claims (9)
- 任意の直線を回転軸として振動するミラー部と、
前記回転軸と平行な直線上にそれぞれ配置され、前記ミラー部を支持する一対の第1梁部と、
前記回転軸を対称軸として一対の前記第1梁部それぞれと線対称となる位置に配置され、前記ミラー部を支持する一対の第2梁部と、
一対の前記第1梁部それぞれを支持する一対の第1アーム部と、
一対の前記第2梁部それぞれを支持する一対の第2アーム部と、
前記第1梁部と前記第2梁部との間において、前記ミラー部を支持する一対の第3梁部と、
一対の前記第3梁部それぞれを支持する一対の第3アーム部と、
前記第1アーム部、前記第2アーム部及び前記第3アーム部を支持するフレーム部と
を備えることを特徴とする光走査素子。 - 一対の前記第3アーム部それぞれは、前記回転軸と同一直線上において前記第3梁部を支持することを特徴とする請求項1に記載の光走査素子。
- 一対の前記第3梁部は、前記回転軸と同一直線上ではない位置に配置されており、
前記回転軸を対称軸として一対の前記第3梁部それぞれと線対称となる位置に配置され、前記ミラー部の両端側を支持する一対の第4梁部を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の光走査素子。 - 一対の前記第4梁部それぞれを、一端側において支持する一対の第4アーム部を更に備え、
一対の前記第3アーム部それぞれは、一端側において一対の前記第3梁部それぞれを支持し、
前記フレーム部は、前記第3アーム部及び前記第4アーム部の他端側を支持することを特徴とする請求項3に記載の光走査素子。 - 前記ミラー部が振動する場合において、前記第3梁部及び前記第4梁部は、前記第1梁部及び前記第2梁部よりも応力が小さくなるように形成されることを特徴とする請求項3〜4のいずれか1項に記載の光走査素子。
- 前記第1アーム部及び前記第2アーム部のうち、少なくとも一方の上面に、前記ミラー部を振動させる駆動部として圧電素子が形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光走査素子。
- 前記第3アーム部の上面に、前記ミラー部の振動を検出する検出部として圧電素子が形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光走査素子。
- 前記第3アーム部及び前記第3梁部は、単結晶シリコンからなり、
前記第3アーム部及び前記第3梁部のうち、少なくとも一方に、前記ミラー部の振動を検出する検出部としてピエゾ抵抗が形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光走査素子。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の光走査素子と、
レーザ光を前記ミラー部に出射する光源部と、
前記光走査素子及び前記光源部の駆動を制御する制御部とを備えることを特徴とする表示装置。
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