WO2014068846A1 - アクチュエータ - Google Patents

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WO2014068846A1
WO2014068846A1 PCT/JP2013/005837 JP2013005837W WO2014068846A1 WO 2014068846 A1 WO2014068846 A1 WO 2014068846A1 JP 2013005837 W JP2013005837 W JP 2013005837W WO 2014068846 A1 WO2014068846 A1 WO 2014068846A1
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movable frame
pair
unit
movable
actuator
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寿彰 堀江
晋輔 中園
聡一郎 平岡
小牧　一樹
黒塚　章
山本　雄大
丈博 小林
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パナソニック株式会社
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    • H10N30/2044—Cantilevers, i.e. having one fixed end having multiple segments mechanically connected in series, e.g. zig-zag type

Definitions

  • the present invention relates to an actuator used for a display device or the like.
  • Actuators for scanning light beams emitted from light sources such as lasers and light emitting diodes have been put into practical use. This type of actuator scans the light beam one-dimensionally with a laser printer or a barcode reader, and scans the light beam two-dimensionally with an on-vehicle radar or a projection display device.
  • FIG. 12 is a perspective view of a conventional actuator 1 and FIG. 13 is a plan view showing a monitor structure of the actuator 1.
  • the actuator 1 includes a fixed frame 2, a pair of first vibrating portions 3 and 4, a movable frame 5, a pair of second vibrating portions 6 and 7, and a movable portion 8.
  • the first ends of the first vibrating portions 3 and 4 are connected to the inside of the fixed frame 2, and the second ends are connected to the outside of the movable frame 5.
  • the 1st vibration parts 3 and 4 are supporting the movable frame 5 so that rotation is possible.
  • the first ends of the second vibrating portions 6 and 7 are connected to the inside of the movable frame 5, and the second ends are connected to the movable portion 8.
  • the second vibrating parts 6 and 7 are disposed so as to be substantially orthogonal to the first vibrating parts 3 and 4 and support the movable part 8 so as to be rotatable.
  • the main surface of the movable part 8 functions as a mirror surface.
  • the movable frame 5 rotates around the X axis.
  • the X axis passes through the approximate center of the movable portion 8 along the first vibrating portions 3 and 4.
  • the movable part 8 rotates around the Y axis.
  • the Y axis passes through the center of the movable portion 8 along the second vibrating portions 6 and 7.
  • the second vibrating sections 6 and 7 are provided with a monitor signal detecting section 9 and a drive electrode 10, respectively.
  • the monitor signal detector 9 is formed of a piezoelectric film or a piezoresistor. Therefore, when the second vibrating units 6 and 7 are rotated, the monitor signal detecting unit 9 outputs an electrical signal. Based on this signal, displacement information of the movable part 8 can be obtained (for example, Patent Document 1).
  • FIG. 14 is a perspective view of another conventional actuator 19.
  • the actuator 19 includes a fixed frame 13, a pair of first vibrating portions 14, a movable frame 15, a pair of second vibrating portions 16, and a movable portion 17.
  • a first end of each first vibrating portion 14 is connected to the inside of the fixed frame 13, and a second end is connected to the outside of the movable frame 15.
  • a first end of each second vibrating portion 16 is connected to the inside of the movable frame 15, and a second end is connected to the movable portion 17.
  • the second vibrating part 16 extends in a direction substantially orthogonal to the first vibrating part 14.
  • a monitor unit 18 is provided at a position on the rotation axis of the movable frame 15.
  • the monitor unit 18 provided on the movable frame 15 detects that an abnormality has occurred in the scanning of the light beam by the movable unit 17 (for example, Patent Document 2).
  • the present invention is an actuator capable of accurately grasping displacement information of the movable frame.
  • the actuator of the present invention includes a fixed frame, a pair of first vibration units, a movable frame, a pair of second vibration units, a movable unit, and a first monitor signal detection unit.
  • Each of the first vibrating portions is opposed to the inside of the fixed frame, and has a first end connected to the inside of the fixed frame and a second end connected to the outside of the movable frame.
  • Each of the second vibrating parts has a first end facing the inner side of the movable frame and connected to the inner side of the movable frame, and a second end connected to the movable part.
  • the second vibration part extends in a direction perpendicular to the direction in which the first vibration part extends.
  • the first monitor signal detection unit is provided at a connection portion between the movable frame and the first vibration unit, and detects the displacement of the movable frame.
  • FIG. 1 is a perspective view of an actuator according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view of the actuator shown in FIG. 1 taken along line 2-2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating driving of the first vibration unit of the actuator shown in FIG. 4A is a diagram illustrating an operation state of the movable portion with respect to the movable frame of the actuator illustrated in FIG. 1.
  • 4B is a diagram illustrating an operation state of the movable frame and the movable unit with respect to the fixed frame of the actuator illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 5 is an enlarged plan view around the movable frame of the actuator shown in FIG. 6A is a diagram showing displacement information of the movable part and the movable frame of the actuator shown in FIG. FIG.
  • FIG. 6B is a diagram showing displacement information of the movable portion that is combined with displacement information of the movable frame of the actuator shown in FIG.
  • FIG. 6C is a block diagram showing a process of generating a drive signal for the actuator shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing deformation of the movable frame when the actuator shown in FIG. 1 is driven.
  • FIG. 8 is a perspective view of the actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged plan view around the movable frame of the actuator shown in FIG. 10A is a diagram showing displacement information of the movable frame of the actuator shown in FIG. 8 and a drive signal for suppressing vibration of the movable frame.
  • FIG. 10B is a diagram showing displacement information of the movable frame with respect to the fixed frame of the actuator shown in FIG.
  • FIG. 10C is a block diagram showing a process of generating a drive signal for the actuator shown in FIG.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view around the movable frame of another actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view of a conventional actuator.
  • FIG. 13 is a plan view showing a monitor structure of the actuator shown in FIG.
  • FIG. 14 is a perspective view of another conventional actuator.
  • a monitor signal detection unit 9 is provided inside the movable frame 5. With this structure, displacement information of the movable portion 8 relative to the movable frame 5 can be obtained. However, when the movable portion 8 rotates about the Y axis, the monitor signal detection unit 9 cannot detect displacement information of the movable frame 5 even though the movable frame 5 also rotates due to the reaction. Therefore, it is difficult for the actuator 1 to obtain accurate displacement information of the movable part 8.
  • the monitor unit 18 is provided on the movable frame 15. With this configuration, the displacement information of the movable portion 17 and the movable frame 15 cannot be grasped separately.
  • the actuator in order to control the actuator with high accuracy, not only the displacement information of the movable part relative to the movable frame but also the displacement information of the movable frame relative to the fixed frame is detected together, and the displacement information of the movable part relative to the fixed frame is accurately detected. It is necessary to grasp.
  • the main surface of the movable part functions as a mirror surface that reflects a light beam.
  • the video is displayed by controlling the output of the light source according to the position of the mirror surface. Therefore, it is necessary to detect the position of the mirror surface with respect to the fixed frame with high accuracy.
  • FIG. 1 is a perspective view of an actuator 21 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the actuator 21 includes a fixed frame 22, a pair of first vibration units 24, a movable frame 25, a pair of second vibration units 27, a movable unit 28, and a first monitor signal detection unit (hereinafter, detection unit) 30. And have.
  • Each of the first vibrating sections 24 is opposed to the inside of the fixed frame 22 and has a first end connected to the inside of the fixed frame 22 and a second end connected to the outside of the movable frame 25.
  • the first vibrating section 24 is formed in a meander shape in which linear vibrating beams and folded vibrating beams are alternately connected.
  • Each of the second vibrating portions 27 has a first end facing the inside of the movable frame 25 and connected to the inside of the movable frame 25, and a second end connected to the movable portion 28.
  • the second vibrating portion 27 extends in a direction orthogonal to the direction in which the first vibrating portion 24 extends.
  • the first vibrating portion 24 extends along the X axis 23
  • the second vibrating portion 27 extends along the Y axis 26.
  • Each of the detection units 30 is provided at a connection portion between the movable frame 25 and the first vibration unit 24 and detects the displacement of the movable frame 25.
  • the main surface of the movable portion 28 can be used as an optical reflecting element by being a mirror surface, and can be used as an infrared detecting element by being a light receiving surface.
  • Each of the second vibrating sections 27 is provided with a second monitor signal detecting section (hereinafter referred to as a detecting section) 29 that detects the driving state (displacement) of the second vibrating section 27.
  • Each of the first vibration units 24 is provided with a first drive unit 33 that controls the displacement of the first vibration unit 24, and each of the second vibration units 27 controls the displacement of the second vibration unit 27.
  • a second drive unit 37 is provided.
  • the first drive unit 33 includes a lower electrode 34, a piezoelectric body 35 formed on the lower electrode 34, and an upper electrode 36 formed on the piezoelectric body 35.
  • the lower electrode 34 and the upper electrode 36 are formed of a metal film such as platinum, gold, titanium, and tungsten, and the piezoelectric body 35 is a piezoelectric film such as lead zirconate titanate (Pb (Zr 1-x , Ti x ) O 3 ). It is made of material.
  • the lower electrode 34, the piezoelectric body 35, and the upper electrode 36 can be formed into a thin film by vapor deposition, sol-gel, CVD, sputtering, or the like.
  • the piezoelectric body 35 expands and contracts in the plane direction of the piezoelectric body 35 by the inverse piezoelectric effect. For this reason, the first drive unit 33 including the piezoelectric body 35 causes bending displacement in the thickness direction. At this time, by applying an electric field in the opposite direction to each adjacent vibrating beam in the first vibrating portion 24, the bending that occurs along the direction of the Y axis 26 is superimposed, and the movable frame 25 that includes the movable portion 28 is formed. It rotates around the X axis 23.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the driving of the first vibration unit 24 of the actuator 21.
  • the first driving unit 33 by applying a predetermined potential to the first driving unit 33 so that the linear vibrating beam adjacent to the first vibrating unit 24 is displaced in the reverse direction, as shown in FIG. The displacement is superimposed and the movable frame 25 can be driven to be displaced greatly.
  • the second drive unit 37 provided in the second vibration unit 27 is configured such that the movable unit 28 rotates around the Y axis 26. That is, since the second drive unit 37 is divided and arranged around the Y axis 26, if an electric field is applied to each of the second drive units 37 in the opposite direction, vibration in the Y axis direction that constitutes the second vibration unit 27. A bending moment in the opposite direction is applied to the plate. Since this bending moment makes the second vibrating portion 27 easy to twist, the movable portion 28 can be greatly displaced about the Y axis 26.
  • the movable frame 25 When the movable part 28 rotates, the movable frame 25 also rotates by reaction. That is, if the angle formed by the movable frame 25 and the movable portion 28 is ⁇ m, and the angle formed by the fixed frame 22 and the movable frame 25 is ⁇ f, the angle formed by the fixed frame 22 and the movable portion 28 is ⁇ m ⁇ f.
  • the rigidity of the first vibration unit 24 is changed by the force received from the first drive unit 33. . That is, the movable frame 25 is supported by the first vibration unit 24, and when a voltage is applied to the first drive unit 33, the piezoelectric body 35 constituting the first drive unit 33 is expanded and contracted in the plane direction of the piezoelectric body 35. To do. Therefore, the rigidity of the first vibration unit 24 is changed by the force received from the first drive unit 33. As a result, the rotating state of the movable frame 25 changes. For this reason, the movable part 28 cannot be scanned with a desired waveform. For example, when a laser beam is reflected by the movable unit 28 and scanned to project an image, the image is distorted and a high-definition image cannot be projected.
  • FIG. 5 shows an enlarged plan view around the movable frame 25.
  • the detection unit 30 is provided at the connection portion between the first vibration unit 24 and the movable frame 25, and the detection unit 29 is provided on the second vibration unit 27.
  • the detection units 30 and 29 have the same cross-sectional structure as the first vibration unit 24 illustrated in FIG. That is, the detection units 30 and 29 are configured by a lower electrode formed on an insulator formed on the substrate 31, a piezoelectric body formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the piezoelectric body. ing.
  • the piezoelectric bodies constituting the detectors 30 and 29 are distorted, and a distortion signal due to the piezoelectric effect is generated.
  • the displacement information of the second vibration unit 27 can be detected. Therefore, the displacement information of the movable unit 28 can be grasped from the detection signal of the detection unit 29.
  • FIGS. 6A and 6B are diagram showing the displacement information Yf of the movable frame 25 and the displacement information Ym of the movable portion 28
  • FIG. 6B is a diagram showing the displacement information Ym of the movable portion 28 and the displacement information Yf of the movable frame 25.
  • the accurate displacement information Yw is shown. Since the detection unit 30 is provided at the connection portion between the first vibrating unit 24 and the movable frame 25, displacement information of the movable frame 25 with respect to the fixed frame 22 can be grasped.
  • the displacement information Ym of the movable part 28 with respect to the movable frame 25 obtained from the detection part 29 is expressed by the mathematical formula (1).
  • displacement information Yf of the movable frame 25 with respect to the fixed frame 22 obtained from the detection unit 30 is expressed by Equation (2).
  • the displacement information Yw of the movable part 28 with respect to the fixed frame 22 can be obtained by combining the formula (1) and the formula (2) as in the formula (3).
  • the displacement information Yw represented by the mathematical formula (3) is the accurate displacement of the movable portion 28 with respect to the fixed frame 22. Even when the movable unit 28 is controlled in synchronization with a video signal or the like, a drive signal is generated on the basis of the displacement information Yw, and the drive signal is input to the second drive unit 37, whereby the movable unit 28 and the video are controlled. A high-definition video can be displayed without causing a phase shift with respect to the signal.
  • This signal processing can be performed by a circuit provided outside the actuator 21.
  • a control unit 51 that generates a drive signal based on the displacement information Yw and inputs it to the second drive unit 37 may be provided in the actuator 21.
  • the detection unit 30 is disposed in a range in which the distortion associated with the displacement of the movable frame 25 can be detected, but it is particularly preferable that the detection unit 30 be provided on a connection portion between the movable frame 25 and the first vibration unit.
  • the detection unit 30 by providing the detection unit 30 so as to include the boundary between the first vibration unit 24 and the movable frame 25, the detection unit 30 has a sufficient size regardless of the connection position of the first vibration unit 24 and the movable frame 25. A distortion signal can be obtained.
  • the detection unit 30 is provided on the connection portion, a signal including not only the displacement information of the movable frame 25 but also the displacement information of the first vibrating unit 24 is obtained.
  • the vibration frequency of the displacement of the first vibration unit 24 is in a high speed range (several tens of kHz) and is different from the displacement of the movable frame 25 with respect to the fixed frame 22 in the low speed range (several tens of Hz). Therefore, only the displacement information of the movable frame 25 relative to the fixed frame 22 can be obtained by using a frequency separation filter or the like.
  • the detection unit 30 may be disposed at least one of the pair of first vibration units 24, but it is desirable to dispose the detection unit 30 at both ends of the movable frame 25 in order to obtain a larger distortion signal.
  • FIG. 7 is a diagram showing deformation of the movable frame 25 when the actuator 21 is driven. When the movable frame 25 is deformed when the actuator 21 is driven, both ends of the movable frame 25 provided with the detection unit 30 are deformed in the opposite directions. That is, when the movable frame 25 is deformed to be convex upward, the detection unit 30 is deformed in a direction to be compressed, and when the movable frame 25 is deformed to be convex downward, the detection unit 30 is pulled in a direction to be pulled. Deform.
  • the displacement of the first vibration unit 24 can also be detected using the detection unit 30.
  • a distortion signal generated when the detection unit 30 is bent and deformed in the direction of the X axis 23 is used.
  • the strain signal generated when the detection unit 30 is bent or twisted in the direction of the Y axis 26 is used, displacement information of the first vibration unit 24 can be obtained. Therefore, it is possible to acquire different signals even with the configuration of one monitor signal detection unit. As the acquired signal, only a desired signal can be obtained using a frequency separation filter such as a low-pass filter.
  • one of the pair of detection units 30 may be used for detecting the displacement of the movable frame 25, and the other one may be used for detecting the displacement of the first vibrating unit 24.
  • FIG. 8 is a perspective view of the actuator 41.
  • FIG. 9 is an enlarged plan view around the movable frame 25 of the actuator 41.
  • the actuator 41 has the same structure as the actuator 21 of the first embodiment, and rotates the movable part 28. Therefore, only the structure different from the actuator 21 will be described. Further, the same components as those of the actuator 21 will be described with the same reference numerals. That is, the actuator 41 includes a fixed frame 22, a pair of first vibration units 24, a movable frame 25, a pair of second vibration units 27, a movable unit 28, and a first monitor signal detection unit (hereinafter, detection unit). ) 30, a first drive unit 33, and a second drive unit 37.
  • the actuator 41 further includes a third drive unit 42 that is provided on the movable frame 25 and controls the displacement of the movable frame 25.
  • the third drive unit 42 includes a lower electrode formed on an insulator formed on the substrate, a piezoelectric body formed on the lower electrode, And an upper electrode formed on the piezoelectric body.
  • the third driving unit 42 can deform the movable frame 25 by applying a predetermined potential difference between the lower electrode and the upper electrode.
  • FIG. 10A is a diagram showing a drive signal Yfd for suppressing the signal of the movable frame 25 and displacement information Yfm of the movable frame 25, and FIG. 10B shows displacement information Yfm of the movable frame 25 with respect to the fixed frame 22. That is, based on the signal detected by the detection unit 30, the drive signal Yfd is generated in the third drive unit 42 so as to have the opposite phase of the fluctuation amount of the movable frame 25, and the drive signal Yfd is input to the third drive unit 42. As a result, the deformation of the movable frame 25 is canceled.
  • the actuator 41 may be provided with a control unit 52 that generates a drive signal Yfd having an opposite phase to the signal obtained from the detection unit 30 and inputs the drive signal Yfd to the third drive unit 42.
  • the third drive unit 42 is provided on each of two sides parallel to the X axis 23 of the movable frame 25, and each is provided symmetrically with the Y axis 26 as the center. Is desirable.
  • the method of dividing the third drive unit 42 may be any of a method in which the piezoelectric body and the lower electrode are common and only the upper electrode is divided, or a method in which the third drive unit 42 itself is divided into two.
  • a drive signal having an opposite phase can be input to the pair of drive pieces 50, so that the movable frame 25 can be driven so as to cancel the displacement. Therefore, fluctuations in the movable frame 25 can be further reduced.
  • the axis of symmetry of the third drive unit 42 can use an axis connecting the centers of a pair of sides parallel to the X axis 23 in the movable frame 25 instead of the Y axis 26 described above.
  • the third drive unit 42 is provided only on one side of the movable frame 25 parallel to the X axis 23, the effect of the present embodiment can be obtained. However, it is preferable to provide the third drive unit 42 on two sides parallel to the X axis 23.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view of the periphery of the movable frame 25 of another actuator in the present embodiment.
  • the third drive unit 42 is provided on the side of the movable frame 25 parallel to the X axis 23.
  • the third drive unit 43 is provided from the side of the movable frame 25 parallel to the X axis 23 to the side of the movable frame 25 parallel to the Y axis 26, and Y
  • the shaft 26 is divided and arranged around the center.
  • the driving method of the third driving unit 43 is the same as that of the third driving unit 42 provided on the side of the movable frame 25 shown in FIG. That is, the pair of drive pieces 53 constituting the third drive unit 43 are driven in opposite phases so as to cancel the drive of the movable frame 25. Thereby, the fluctuation
  • the third drive unit 43 is not particularly illustrated, but may be provided on the entire upper portion of the movable frame 25 and divided about the Y axis 26.
  • the first vibrating portion 24 is formed in a meander shape, but the shape of the first vibrating portion 24 is not limited to the meander shape.
  • the same effect can be obtained with shapes other than the meander shape such as a torsion bar shape and a tuning fork shape.
  • the 1st vibration part 24 and the 2nd vibration part 27 are driven by the piezoelectric action, there exists the same effect also by drive methods, such as electrostatic drive, besides this.
  • a clear image can be projected on a screen by using the piezoelectric actuator of the present invention for a display device. Therefore, it can be used for a small projector or a head mounted display. It can also be used as an infrared detection element.
  • Second monitor signal detection unit (detection unit) 30 First monitor signal detector (detector) 31 Substrate 32 Insulator 33 First Drive Unit 34 Lower Electrode 35 Piezoelectric 36 Upper Electrode 37 Second Drive Units 42 and 43 Third Drive Units 50 and 53 Drive Pieces 51 and 52 Control Unit

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Abstract

　アクチュエータは、固定枠と、一対の第１振動部と、可動枠と、一対の第２振動部と、可動部と、第１モニタ信号検出部とを有する。第１振動部はそれぞれ、固定枠の内側に対向し、固定枠の内側に接続された第１端と、可動枠の外側に接続された第２端とを有する。第２振動部はそれぞれ、可動枠の内側に対向し、可動枠の内側に接続された第１端と、可動部に接続された第２端とを有する。第２振動部は、第１振動部が延在する方向と直行する方向に延在している。第１モニタ信号検出部は、可動枠と第１振動部との接続部分に設けられ、可動枠の変位を検出する。

Description

アクチュエータ
　本発明は、表示装置などに用いられるアクチュエータに関する。
　レーザーや発光ダイオードなどの光源から射出した光束を走査するためのアクチュエータが実用化されている。この種のアクチュエータは、レーザープリンタやバーコードリーダーでは１次元に光束を走査し、車載用レーダや投影型の表示装置では光束を２次元に走査する。
　図１２は従来のアクチュエータ１の斜視図、図１３はアクチュエータ１のモニタ構造を示す平面図である。アクチュエータ１は、固定枠２と、一対の第１振動部３、４と、可動枠５と、一対の第２振動部６、７と、可動部８とを有する。第１振動部３、４の第１端は固定枠２の内側に接続され、第２端は可動枠５の外側に接続されている。第１振動部３、４は可動枠５を回動可能に支持している。第２振動部６、７の第１端は可動枠５の内側に接続され、第２端は可動部８に接続されている。第２振動部６、７は第１振動部３、４に略直交するように配設され、可動部８を回動可能に支持している。なお、可動部８の主面はミラー面として機能する。可動枠５は、Ｘ軸周りに回動する。Ｘ軸は、第１振動部３、４に沿って、可動部８の略中心を通っている。可動部８は、Ｙ軸周りに回動する。Ｙ軸は第２振動部６、７に沿って、可動部８の中心を通っている。
　図１３に示すように、第２振動部６、７にはモニタ信号検出部９と駆動電極１０とがそれぞれ設けられている。モニタ信号検出部９は圧電膜やピエゾ抵抗で形成されている。そのため、第２振動部６、７が回動すると、モニタ信号検出部９が電気信号を出力する。この信号を基に可動部８の変位情報を得ることができる（例えば、特許文献１）。
　図１４は従来の他のアクチュエータ１９の斜視図である。アクチュエータ１９は固定枠１３と、一対の第１振動部１４と、可動枠１５と、一対の第２振動部１６と、可動部１７とを有する。それぞれの第１振動部１４の第１端は、固定枠１３の内側に接続され、第２端は可動枠１５の外側に接続されている。それぞれの第２振動部１６の第１端は可動枠１５の内側に接続され、第２端は可動部１７に接続されている。第２振動部１６は第１振動部１４と略直交する方向に延びている。可動枠１５の回転軸上の位置にはモニタ部１８が設けられている。可動枠１５上に設けられたモニタ部１８は、可動部１７による光束の走査に異常が生じたことを検知する（例えば、特許文献２）。
特開２０１０－１４８２６５号公報 特開２００７－０１７６４８号公報
　本発明は、可動枠の変位情報を正確に把握することが可能なアクチュエータである。本発明のアクチュエータは、固定枠と、一対の第１振動部と、可動枠と、一対の第２振動部と、可動部と、第１モニタ信号検出部とを有する。第１振動部はそれぞれ、固定枠の内側に対向し、固定枠の内側に接続された第１端と、可動枠の外側に接続された第２端とを有する。第２振動部はそれぞれ、可動枠の内側に対向し、可動枠の内側に接続された第１端と、可動部に接続された第２端とを有する。第２振動部は、第１振動部が延在する方向と直行する方向に延在している。第１モニタ信号検出部は、可動枠と第１振動部との接続部分に設けられ、可動枠の変位を検出する。以上の構成により、可動枠の変位情報を正確に把握することができる。そのため、アクチュエータを高精度に制御することができる。
図１は本発明の実施の形態１におけるアクチュエータの斜視図である。 図２は図１に示すアクチュエータの２－２線における断面図である。 図３は図１に示すアクチュエータの第１振動部の駆動を示す図である。 図４Ａは図１に示すアクチュエータの可動枠に対する可動部の動作状態を示す図である。 図４Ｂは図１に示すアクチュエータの固定枠に対する可動枠と可動部の動作状態を示す図である。 図５は図１に示すアクチュエータの可動枠周辺の拡大平面図である。 図６Ａは図１に示すアクチュエータの可動部と可動枠の変位情報を示す図である。 図６Ｂは図１に示すアクチュエータの可動枠の変位情報を合わせた可動部の変位情報を示す図である。 図６Ｃは図１に示すアクチュエータの駆動信号を生成する過程を示すブロック図である。 図７は図１に示すアクチュエータの駆動時の、可動枠の変形を示す図である。 図８は本発明の実施の形態２におけるアクチュエータの斜視図である。 図９は図８に示すアクチュエータの可動枠周辺の拡大平面図である。 図１０Ａは図８に示すアクチュエータの可動枠の変位情報と、可動枠の振動を抑制するための駆動信号とを示す図である。 図１０Ｂは図８に示すアクチュエータの固定枠に対する可動枠の変位情報を示す図である。 図１０Ｃは図８に示すアクチュエータの駆動信号を生成する過程を示すブロック図である。 図１１は本発明の実施の形態２における他のアクチュエータの可動枠周辺の拡大平面図である。 図１２は従来のアクチュエータの斜視図である。 図１３は図１２に示すアクチュエータのモニタ構造を示す平面図である。 図１４は従来の他のアクチュエータの斜視図である。
　本発明の実施の形態の説明に先立ち、図１２～図１４に示した従来のアクチュエータ１、１９における課題について説明する。アクチュエータ１では、可動枠５の内部にモニタ信号検出部９が設けられている。この構造によって、可動枠５に対する可動部８の変位情報を得ることができる。しかしながら、可動部８がＹ軸周りに回動すると、反作用により可動枠５も回動するにもかかわらず、モニタ信号検出部９は可動枠５の変位情報を検知できない。そのため、アクチュエータ１では可動部８の正確な変位情報を得ることが困難である。
　一方、アクチュエータ１９では、モニタ部１８が可動枠１５上に設けられている。この構成では、可動部１７と可動枠１５の変位情報を別々に把握することができない。
　しかしながら、アクチュエータを高精度に制御するためには、可動枠に対する可動部の変位情報だけでなく、固定枠に対する可動枠の変位情報も併せて検知し、固定枠に対する可動部の変位情報を正確に把握する必要がある。例えば、アクチュエータを表示装置に用いる場合、可動部の主面は光束を反射するミラー面として機能する。そして、このミラー面の位置に応じて光源の出力を制御して映像を表示する。そのため、固定枠に対するミラー面の位置を高精度に検知する必要がある。
　（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態１におけるアクチュエータ２１について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるアクチュエータ２１の斜視図である。アクチュエータ２１は、固定枠２２と、一対の第１振動部２４と、可動枠２５と、一対の第２振動部２７と、可動部２８と、第１モニタ信号検出部（以下、検出部）３０とを有する。
　第１振動部２４はそれぞれ、固定枠２２の内側に対向し、固定枠２２の内側に接続された第１端と、可動枠２５の外側に接続された第２端とを有する。第１振動部２４は直線形状の振動梁と折り返し形状の振動梁とが交互に連結されたミアンダ形状に形成されている。第２振動部２７はそれぞれ、可動枠２５の内側に対向し、可動枠２５の内側に接続された第１端と、可動部２８に接続された第２端とを有する。
　第２振動部２７は、第１振動部２４が延在する方向と直行する方向に延在している。図１では、第１振動部２４はＸ軸２３に沿って延び、第２振動部２７はＹ軸２６に沿って延びている。検出部３０はそれぞれ、可動枠２５と第１振動部２４との接続部分に設けられ、可動枠２５の変位を検出する。
　なお、可動部２８の主面はミラー面とすることで光学反射素子として活用でき、受光面とすることで赤外線検出素子などとして活用できる。また、第２振動部２７にはそれぞれ、第２振動部２７の駆動状態（変位）を検出する第２モニタ信号検出部（以下、検出部）２９が設けられている。
　また、第１振動部２４のそれぞれには、第１振動部２４の変位を制御する第１駆動部３３が設けられ、第２振動部２７のそれぞれには、第２振動部２７の変位を制御する第２駆動部３７が設けられている。
　図２は、図１に示す２－２線におけるアクチュエータ２１の断面図である。第１振動部２４は、基板３１と、基板３１上に形成された絶縁体３２とを有する。第１駆動部３３は絶縁体３２上に形成されている。
　第１駆動部３３は下部電極３４と、下部電極３４上に形成された圧電体３５と、圧電体３５上に形成された上部電極３６とで構成されている。下部電極３４、上部電極３６は、白金、金、チタン、タングステンなどの金属膜で形成され、圧電体３５はチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ１－ｘ，Ｔｉｘ）Ｏ３）等の圧電材料によって形成されている。下部電極３４、圧電体３５、上部電極３６は蒸着、ゾルゲル、ＣＶＤ、スパッタ法等によって薄膜に形成することができる。
　下部電極３４と上部電極３６との間に所定の電位差を与えると、逆圧電効果によって圧電体３５が圧電体３５の平面方向に伸縮動作する。そのため、圧電体３５を含む第１駆動部３３は、厚み方向に曲げ変位を起こす。このとき、第１振動部２４において、隣接する振動梁毎に逆方向へ電界を印加することで、Ｙ軸２６の方向に沿って生じる撓みが重畳され、可動部２８を内包する可動枠２５がＸ軸２３を中心に回動する。
　図３はアクチュエータ２１の第１振動部２４の駆動を示す図である。以上のように、第１振動部２４の隣接する直線形状の振動梁が逆方向に変位するように第１駆動部３３に所定の電位を加えることにより、図３に示すように、振動梁の変位が重畳され可動枠２５を大きく変位駆動させることができる。
　なお、第２振動部２７に設けられた第２駆動部３７も第１駆動部３３と同様に、可動部２８がＹ軸２６を中心に回動するように構成されている。つまり、Ｙ軸２６を中心に第２駆動部３７が分割配置されているため、第２駆動部３７のそれぞれに逆方向へ電界を印加すると、第２振動部２７を構成するＹ軸方向の振動板に逆方向の曲げモーメントが掛かる。この曲げモーメントが第２振動部２７を捩れ易くするため、Ｙ軸２６を中心として可動部２８を大きく変位させることができる。
　図４Ａは可動枠２５に対する可動部２８の動作状態を示す図、図４Ｂは固定枠２２に対する可動枠２５と可動部２８の動作状態を示す図である。これらの図において、Ｘ軸２３とＹ軸２６とで構成される面が固定枠２２の主面方向である。図４Ｂの実線は固定枠２２に対する可動枠２５と可動部２８の動作状態を示している。図４Ｂの破線は、図４Ａで示した可動枠２５に対する可動部２８の動作状態を重ねて示している。
　可動部２８が回動すると、反作用で可動枠２５も回動する。つまり、可動枠２５と可動部２８との成す角度をθｍ、固定枠２２と可動枠２５の成す角度をθｆとすると、固定枠２２と可動部２８との成す角度がθｍ－θｆとなる。
　また、第１振動部２４上に第１駆動部３３が一体的に形成された構造の場合、第１駆動部３３から受ける力により第１振動部２４の剛性が変化することが知られている。つまり、可動枠２５は、第１振動部２４に支持されており、第１駆動部３３に電圧を印加すると、第１駆動部３３を構成する圧電体３５が圧電体３５の平面方向に伸縮動作する。そのため、第１駆動部３３から受ける力により第１振動部２４の剛性が変化する。その結果、可動枠２５の回動状態が変化する。このため、可動部２８を所望の波形で走査することができない。例えば、レーザー光を可動部２８で反射して走査し、画像を投影する場合、画像が歪んでしまい高精細な画像を投影することができない。
　図５に可動枠２５周辺の拡大平面図を示す。前述のように、第１振動部２４と可動枠２５との接続部分には検出部３０が設けられており、第２振動部２７上には検出部２９が設けられている。検出部３０、２９は、図２に示した第１振動部２４と同様の断面構造を有している。すなわち、検出部３０、２９は基板３１上に形成された絶縁体の上に形成された下部電極と、下部電極上に形成された圧電体と、圧電体上に形成された上部電極により構成されている。検出部３０、２９が歪むと、検出部３０、２９を構成する圧電体が歪むため、圧電効果による歪み信号が発生する。検出部２９の信号を検出することにより、第２振動部２７の変位情報を検出することができる。そのため、可動部２８の変位情報を検出部２９の検出信号から把握することができる。
　次に、検出部３０を設けることによる効果を、図６Ａ、図６Ｂも参照しながら説明する。図６Ａは可動枠２５の変位情報Ｙｆと可動部２８の変位情報Ｙｍとを示す図であり、図６Ｂは可動部２８の変位情報Ｙｍに可動枠２５の変位情報Ｙｆを合わせた、可動部２８の正確な変位情報Ｙｗを示している。検出部３０が第１振動部２４と可動枠２５との接続部分に設けられているため、固定枠２２に対する可動枠２５の変位情報を把握することができる。
　検出部２９から得られた可動枠２５に対する可動部２８の変位情報Ｙｍは、数式（１）で表される。一方、検出部３０から得られた固定枠２２に対する可動枠２５の変位情報Ｙｆは、数式（２）で表される。そして、数式（３）のように、数式（１）と数式（２）とを合成することで、固定枠２２に対する可動部２８の変位情報Ｙｗを得ることができる。
　Ｙｍ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋δｍ）　　　（１）
　Ｙｆ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋δｆ）　　　（２）
　Ｙｗ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋δｍ）±Ｂｓｉｎ（ωｔ＋δｆ）　　　（３）
　数式（３）で表される変位情報Ｙｗが、固定枠２２に対する可動部２８の正確な変位となる。映像信号などと同期して可動部２８を制御する場合にも、変位情報Ｙｗを基にして駆動信号を生成し、この駆動信号を第２駆動部３７に入力することで、可動部２８と映像信号との位相ずれが起こることなく高精細な映像を表示することが可能となる。この信号処理はアクチュエータ２１の外部に設けられた回路で実施することができる。あるいは、図６Ｃに示すように、変位情報Ｙｗを基にして駆動信号を生成し第２駆動部３７に入力する制御部５１をアクチュエータ２１に設けてもよい。なお、図６Ｂでは、Ｙｗ＝Ｙｍ－Ｙｆとして、変位情報Ｙｗを得ている。
　また、検出部３０は、図５に示すように、可動枠２５と第１振動部２４との接続部分の上に設けられている。このような構成にすることで、可動枠２５が回転動作したときに、検出部３０を構成する圧電体から歪み信号を得ることができる。ただし、検出部３０が可動枠２５と第１振動部２４の境界を含まないように第１振動部２４上だけに検出部３０を設けると、第１振動部２４の変位状態をモニタすることとなり可動枠２５の変位情報が得られない。また、この境界を含まないように可動枠２５上だけに検出部３０を設けると、可動枠２５の歪が小さく大きな信号強度が得られない。よって、検出部３０は、可動枠２５の変位に伴う歪を検出可能な範囲に配置するのであるが、特に可動枠２５と第１振動部の接続部分の上に設けることが望ましい。このように、第１振動部２４と可動枠２５との境界を含むように検出部３０を設けることにより、第１振動部２４と可動枠２５の接続の位置によらず、十分な大きさの歪信号を得ることができる。但し、接続部分の上に検出部３０を設けると、可動枠２５の変位情報だけでなく第１振動部２４の変位情報も含めた信号が得られる。しかしながら、第１振動部２４の変位の振動周波数は高速域（数十ｋＨｚ）であって、低速域（数十Ｈｚ）である固定枠２２に対する可動枠２５の変位とは異なる。そのため、周波数分離フィルタなどを用いることで、固定枠２２に対する可動枠２５の変位情報だけを得ることができる。
　検出部３０は、一対の第１振動部２４のうち少なくともどちらか一方に配置されればよいが、より大きな歪み信号を得るには可動枠２５の両端に配置することが望ましい。図７は、アクチュエータ２１の駆動時の、可動枠２５の変形を示す図である。アクチュエータ２１が駆動する時に可動枠２５が変形すると検出部３０が設けられた可動枠２５の両端が逆方向に変形する。すなわち、可動枠２５が上に凸となるように変形した場合、検出部３０は圧縮される方向に変形し、可動枠２５が下に凸となるように変形すると検出部３０は引っ張られる方向に変形する。したがって、可動枠２５が回動した場合、一対の検出部３０は、図７に示すように逆方向（引張り方向と圧縮方向）に変形する。そのため、この変形から得られた歪み信号を合成すると逆位相の信号成分となり打ち消しあうが、差動増幅回路などを用いることで大きな出力信号を得ることができる。
　なお、検出部３０を用いて第１振動部２４の変位を検出することもできる。可動枠２５の変位情報を得るためには、検出部３０がＸ軸２３の方向に曲げ変形したときに生じる歪み信号を利用している。一方、検出部３０がＹ軸２６の方向に曲げ変形やねじれ変形したときに生じる歪み信号を利用すれば、第１振動部２４の変位情報を得ることができる。よって、１つのモニタ信号検出部の構成であっても異なった信号を取得することが可能となる。取得した信号は、ローパスフィルタなどの周波数分離フィルタなどを用いて所望とする信号だけを得ることができる。また、一対の検出部３０の一方を可動枠２５の変位検出用として利用し、別の一方を第１振動部２４の変位検出用として利用してもよい。
　（実施の形態２）
　以下、本発明の実施の形態２におけるアクチュエータ４１について、図面を参照しながら説明する。
　図８はアクチュエータ４１の斜視図である。図９はアクチュエータ４１の可動枠２５周辺の拡大平面図である。なお、アクチュエータ４１は、実施の形態１のアクチュエータ２１と同様の構造を有し、可動部２８を回転駆動させる。そのため、アクチュエータ２１と異なる構造についてのみ説明する。また、アクチュエータ２１と同様の構成のものには同じ符号を付して説明する。すなわち、アクチュエータ４１は、固定枠２２と、一対の第１振動部２４と、可動枠２５と、一対の第２振動部２７と、可動部２８と、第１モニタ信号検出部（以下、検出部）３０と、第１駆動部３３と、第２駆動部３７とを有する。アクチュエータ４１はさらに、可動枠２５に設けられ、可動枠２５の変位を制御する第３駆動部４２をさらに有する。
　第３駆動部４２は、図２に示した第１駆動部３３と同様に、基板上に形成された絶縁体の上に形成された下部電極と、下部電極上に形成された圧電体と、圧電体上に形成された上部電極とで構成されている。下部電極と上部電極との間に所定の電位差を印加することで第３駆動部４２は可動枠２５を変形させることができる。
　図１０Ａは可動枠２５の信号を抑制するための駆動信号Ｙｆｄと可動枠２５の変位情報Ｙｆｍとを示す図であり、図１０Ｂは固定枠２２に対する可動枠２５の変位情報Ｙｆｍを示している。すなわち、検出部３０で検出した信号に基づき、第３駆動部４２に可動枠２５の変動量の逆位相となるように駆動信号Ｙｆｄを生成し、駆動信号Ｙｆｄを第３駆動部４２に入力することにより、可動枠２５の変形が打ち消される。これにより、可動枠２５が変動を起こさないため、可動枠２５と固定枠２２の位相状態が一定となり、可動部２８の変位情報を正確に把握することが可能となる。この信号処理はアクチュエータ４１の外部に設けられた回路で実施することができる。あるいは、図１０Ｃに示すように、検出部３０から得られた信号の逆位相となる駆動信号Ｙｆｄを生成し、第３駆動部４２に入力する制御部５２をアクチュエータ４１に設けてもよい。
　検出部３０から得られた可動枠２５の変位情報Ｙｆｍが、数式（４）で表される場合、この変動を打ち消すべく数式（５）で表される逆位相となる駆動信号Ｙｆｄを生成して、可動枠２５上に設けられた第３駆動部４２に入力する。
　Ｙｆｍ＝Ｃｓｉｎ（ωｔ＋δｆ）　　　　（４）
　Ｙｆｄ＝－Ｄｓｉｎ（ωｔ＋δｆ）　　　（５）
　また、変位情報Ｙｆｍの振幅Ｃが極めて０に近づくように、入力信号の振幅Ｄを調整するようなフィードバック回路を形成することにより可動枠２５の変形を打ち消し、図１０Ｂに示すように、可動枠２５と固定枠２２の位相状態を一定にすることができる。
　以上のように、変位情報Ｙｆｍの振幅Ｃを極めて０に近づくように第３駆動部４２へ入力する信号を制御し、可動部２８の正確な変位情報を得ることができる。この情報によりアクチュエータ４１を制御することにより、映像信号などと同期する場合にも、位相ズレが起こることなく高精細な映像を表示することが可能となる。
　また、図９に示すように、第３駆動部４２は、可動枠２５のＸ軸２３に平行な２辺の上にそれぞれ設け、且つそれぞれをＹ軸２６を中心に分割して対称に設けることが望ましい。
　第３駆動部４２の分割方法は、圧電体および下部電極は共通とし上部電極だけを分割する方法や、第３駆動部４２自体を２分割にする方法など、いずれでもよい。第３駆動部４２をこのような構成にすることで、一対の駆動片５０に逆位相の駆動信号を入力することができるため、可動枠２５の変位を打ち消すように駆動することができる。そのため、可動枠２５の変動をより低減することができる。なお、第３駆動部４２の対称軸は、上述したＹ軸２６の替わりに可動枠２５におけるＸ軸２３に平行な一対の辺の中心を結ぶ軸を用いることができる。なお、可動枠２５におけるＸ軸２３に平行な一方の辺の上にのみ、第３駆動部４２を設けても本実施の形態による効果を奏することができる。しかしながらＸ軸２３に平行な２辺の上に第３駆動部４２を設けるほうが好ましい。
　次に、第３駆動部の異なる構成について図１１を参照しながら説明する。図１１は本実施の形態における他のアクチュエータの可動枠２５の周辺の拡大平面図である。
　図９に示す構成では、Ｘ軸２３と平行な可動枠２５の辺上に第３駆動部４２が設けられている。これに対し、図１１に示す構成では、Ｘ軸２３と平行な可動枠２５の辺上からＹ軸２６と平行な可動枠２５の辺上に跨って第３駆動部４３が設けられ、且つＹ軸２６を中心に分割して配置されている。
　第３駆動部４３の駆動方法は、図９に示した可動枠２５のＸ軸２３方向の辺に設けられた第３駆動部４２と同様である。すなわち、可動枠２５の駆動を打ち消すように、第３駆動部４３を構成する一対の駆動片５３を逆位相に駆動する。これにより、可動枠２５の変動をより低減することができ可動枠２５と固定枠２２の位相状態を一定にすることができる。そのため、可動部２８の変位情報を正確に把握することができる。また、このような構成により第３駆動部４３の出力強度は図９に示す第３駆動部４２の出力強度より大きくすることができる。そのため、容易に可動枠２５の振動を抑制することが可能となる。なお図１１に示すように、可動枠２５に対してＸ軸２３と中心として一対の駆動片５３をさらに対称に配置することが好ましい。
　なお、第３駆動部４３は、特に図示していないが、可動枠２５の上全体上に設け、且つＹ軸２６を中心に分割した構成としてもよい。
　なお、実施の形態１、２において、第１振動部２４をミアンダ状に形成しているが、第１振動部２４の形状はミアンダ形状に限定されない。トーションバー形状、音叉形状等のミアンダ形状以外の形状でも同様の効果を奏する。また、第１振動部２４及び第２振動部２７は圧電作用により駆動されているが、これ以外に、静電駆動等の駆動方法でも同様の効果を奏する。
　本発明の圧電アクチュエータを表示装置に用いることにより、スクリーンに鮮明な画像を投影することができる。そのため、小型プロジェクタやヘッドマウントディスプレイに利用することができる。また、赤外線検出素子などとしても活用できる。
２１，４１　　アクチュエータ
２２　　固定枠
２３　　Ｘ軸
２４　　第１振動部
２５　　可動枠
２６　　Ｙ軸
２７　　第２振動部
２８　　可動部
２９　　第２モニタ信号検出部（検出部）
３０　　第１モニタ信号検出部（検出部）
３１　　基板
３２　　絶縁体
３３　　第１駆動部
３４　　下部電極
３５　　圧電体
３６　　上部電極
３７　　第２駆動部
４２，４３　　第３駆動部
５０，５３　　駆動片
５１，５２　　制御部

Claims (8)

  1. 固定枠と、
    前記固定枠の内側に対向し、前記固定枠の内側に接続された第１端と、第２端とをそれぞれに有する一対の第１振動部と、
    前記一対の第１振動部のそれぞれの前記第２端に接続された可動枠と、
    前記可動枠の内側に対向し、前記可動枠の内側に接続された第１端と、第２端とをそれぞれ有するとともに、前記一対の第１振動部が延在する方向と直行する方向に延在した一対の第２振動部と、
    前記一対の第２振動部のそれぞれの前記第２端に接続された可動部と、
    前記可動枠と前記一対の第１振動部との接続部分に設けられ、前記可動枠の変位を検出する第１モニタ信号検出部と、を備えた、
    アクチュエータ。
  2. 前記第１モニタ信号検出部は、前記可動枠と前記一対の第１振動部の一方との境界を含む、
    請求項１記載のアクチュエータ。
  3. 前記一対の第２振動部のそれぞれに設けられ、前記一対の第２振動部の駆動状態を検出する第２モニタ信号検出部をさらに備えた、
    請求項１記載のアクチュエータ。
  4. 前記一対の第２振動部のそれぞれに設けられ、前記一対の第２振動部の変位を制御する駆動部と、
    前記第１モニタ信号検出部から得られた検出信号と、前記第２モニタ信号検出部から得られた検出信号とを合成した合成信号を基に、前記駆動部に入力する駆動信号を生成する制御部と、をさらに備えた、
    請求項３記載のアクチュエータ。
  5. 前記可動枠に設けられ、前記可動枠の変位を制御する駆動部をさらに備えた、
    請求項１記載のアクチュエータ。
  6. 前記第１モニタ信号検出部から得られた信号の逆位相となる駆動信号を生成し、前記駆動部に入力する制御部をさらに備えた、
    請求項５記載のアクチュエータ。
  7. 前記駆動部は一対の駆動片で構成され、前記一対の駆動片は、前記第２振動部の回動軸に対して対称に配置された、
    請求項５記載のアクチュエータ。
  8. 前記一対の第１振動部がミアンダ形状に形成されている、
    請求項１記載のアクチュエータ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018132611A (ja) * 2017-02-14 2018-08-23 ミツミ電機株式会社 光走査装置及び光走査方法
JP2019139057A (ja) * 2018-02-09 2019-08-22 スタンレー電気株式会社 ２次元光偏向器
JP2019207402A (ja) * 2018-05-03 2019-12-05 株式会社村田製作所 拡大された画像領域を備える走査光学デバイス

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITUA20162170A1 (it) * 2016-03-31 2017-10-01 St Microelectronics Srl Dispositivo mems oscillante intorno a due assi e dotato di un sistema di rilevamento di posizione, in particolare di tipo piezoresistivo
EP3540496A4 (en) * 2016-11-09 2020-09-09 Dai-Ichi Seiko Co., Ltd. MOBILE REFLECTIVE ELEMENT
CN112439640B (zh) * 2019-08-28 2022-08-02 若川深度科技有限公司 扭力杆式压电致动装置
US11747611B2 (en) 2020-12-16 2023-09-05 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Compact line scan mems time of flight system with actuated lens

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010122751A1 (ja) * 2009-04-21 2010-10-28 パナソニック株式会社 光学反射素子
JP2012063413A (ja) * 2010-09-14 2012-03-29 Ricoh Co Ltd 光走査装置およびこの光走査装置を組み込んだ画像形成装置ならびに投影装置
JP2012137692A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Brother Ind Ltd 画像表示装置
JP2013003526A (ja) * 2011-06-21 2013-01-07 Konica Minolta Advanced Layers Inc 光走査装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3123301B2 (ja) * 1993-04-16 2001-01-09 株式会社村田製作所 角速度センサ
US7078778B2 (en) * 2001-07-26 2006-07-18 Fraunhofer-Gessellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Micromechanical device
WO2008129865A1 (ja) * 2007-04-13 2008-10-30 Panasonic Corporation 慣性力センサ
US8437061B2 (en) * 2007-08-27 2013-05-07 Panasonic Corporation Piezoelectric actuator, optical reflection element using the same and piezoelectric driver
US8422109B2 (en) * 2008-01-31 2013-04-16 Panasonic Corporation Optical reflection element
JP5446122B2 (ja) * 2008-04-25 2014-03-19 パナソニック株式会社 ミアンダ形振動子およびこれを用いた光学反射素子
JP5262613B2 (ja) * 2008-11-20 2013-08-14 パナソニック株式会社 光学反射素子
KR101287267B1 (ko) * 2009-05-11 2013-07-17 파나소닉 주식회사 광학 반사 소자
JP5293668B2 (ja) * 2010-03-30 2013-09-18 パナソニック株式会社 光学反射素子
JP5816002B2 (ja) * 2011-06-22 2015-11-17 スタンレー電気株式会社 光偏向器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010122751A1 (ja) * 2009-04-21 2010-10-28 パナソニック株式会社 光学反射素子
JP2012063413A (ja) * 2010-09-14 2012-03-29 Ricoh Co Ltd 光走査装置およびこの光走査装置を組み込んだ画像形成装置ならびに投影装置
JP2012137692A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Brother Ind Ltd 画像表示装置
JP2013003526A (ja) * 2011-06-21 2013-01-07 Konica Minolta Advanced Layers Inc 光走査装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018132611A (ja) * 2017-02-14 2018-08-23 ミツミ電機株式会社 光走査装置及び光走査方法
JP2019139057A (ja) * 2018-02-09 2019-08-22 スタンレー電気株式会社 ２次元光偏向器
JP6990960B2 (ja) 2018-02-09 2022-01-12 スタンレー電気株式会社 ２次元光偏向器
JP2019207402A (ja) * 2018-05-03 2019-12-05 株式会社村田製作所 拡大された画像領域を備える走査光学デバイス
US11002957B2 (en) 2018-05-03 2021-05-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Scanning optical device with broadened image area

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