[go: up one dir, main page]

JP7563091B2 - Optical deflector, deflection device, object recognition device, image projection device, and moving object - Google Patents

Optical deflector, deflection device, object recognition device, image projection device, and moving object Download PDF

Info

Publication number
JP7563091B2
JP7563091B2 JP2020167189A JP2020167189A JP7563091B2 JP 7563091 B2 JP7563091 B2 JP 7563091B2 JP 2020167189 A JP2020167189 A JP 2020167189A JP 2020167189 A JP2020167189 A JP 2020167189A JP 7563091 B2 JP7563091 B2 JP 7563091B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical deflector
fillet
optical
mirror
deflector according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020167189A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021089418A (en
Inventor
悟一 赤沼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to US16/953,632 priority Critical patent/US11789258B2/en
Publication of JP2021089418A publication Critical patent/JP2021089418A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7563091B2 publication Critical patent/JP7563091B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Description

本発明は、光偏向器、偏向装置、物体認識装置、画像投影装置、及び移動体に関する。 The present invention relates to an optical deflector, a deflection device, an object recognition device, an image projection device, and a moving object.

近年、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術の発達に伴い、シリコンまたはガラスを微細加工して製造されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスの開発が進んでいる。 In recent years, advances in micromachining technology that utilizes semiconductor manufacturing technology have led to the development of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices that are manufactured by microfabricating silicon or glass.

MEMSデバイスは、例えば、圧電アクチュエータでミラー部を駆動(回動)させる光偏向器として利用できる。圧電アクチュエータは、例えば、反射面を設けたミラー部とトーションバーと梁部(弾性梁)とをウエハ上に一体に形成し、梁部上に薄膜化した圧電材料を積層した構造である。 The MEMS device can be used, for example, as an optical deflector that uses a piezoelectric actuator to drive (rotate) a mirror section. The piezoelectric actuator has a structure in which, for example, a mirror section with a reflective surface, a torsion bar, and a beam section (elastic beam) are integrally formed on a wafer, and a thin film of piezoelectric material is laminated on the beam section.

上記のような光偏向器の一例として、ミラー部の限界振れ角を大きくすることが可能な光偏向器が開示されている(例えば、特許文献1)。 As an example of such an optical deflector, an optical deflector capable of increasing the limit deflection angle of the mirror portion has been disclosed (for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載されている光偏向器は、周回リブと突出リブとを有している。しかし、この光偏向器では、突出リブが可動部を形成する枠部の周回リブと連続しているため、トーションバーのねじれ変形が抑制され、ミラー部のねじり共振モードの阻害が生じる。このため、ミラー部の振幅(振幅感度)を大きくすることが困難であり、所望の高画角化を達成することはできない。 The optical deflector described in Patent Document 1 has a circumferential rib and a protruding rib. However, in this optical deflector, the protruding rib is continuous with the circumferential rib of the frame part that forms the movable part, so the torsional deformation of the torsion bar is suppressed and the torsional resonance mode of the mirror part is inhibited. This makes it difficult to increase the amplitude (amplitude sensitivity) of the mirror part, and the desired wide angle of view cannot be achieved.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、光偏向器の破壊限界角を拡大し、所望の高画角化を実現することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above points, and aims to expand the breaking limit angle of the optical deflector and achieve the desired wide angle of view.

開示の技術の一態様に係る光偏向器は、光を反射するミラー部と、前記ミラー部と一端が接続されており前記ミラー部を支持する1対の支持部と、各々の前記支持部の他端と接続されており、前記支持部を変形させて前記ミラー部を第1軸を中心に回動させる1対の駆動梁と、前記支持部と前記駆動梁とを接続する接続部と、を有し、前記接続部には、前記1対の支持部の長手方向と交差する方向を長手とするリブが設けられており、前記1対の駆動を駆動していないときの前記ミラー部の反射面と平行な平面を、前記1対の支持部の長手方向と平行な直線で二分したとき、前記1対の駆動は、前記二分された平面の何れか一方に配置されていることを特徴とする。
An optical deflector according to one aspect of the disclosed technology has a mirror section that reflects light, a pair of support sections each having one end connected to the mirror section and supporting the mirror section, a pair of drive beams each connected to the other end of each of the support sections and deforming the support section to rotate the mirror section around a first axis, and a connection section that connects the support section and the drive beam, wherein the connection section is provided with a rib whose longitudinal direction intersects with the longitudinal direction of the pair of support sections, and when a plane parallel to the reflective surface of the mirror section when the pair of drive beams are not driven is divided in two by a straight line parallel to the longitudinal direction of the pair of support sections, the pair of drive beams are positioned on one of the two divided planes.

開示の技術によれば、光偏向器の破壊限界角を拡大し、所望の高画角化を実現できる。 The disclosed technology makes it possible to expand the breaking limit angle of the optical deflector and achieve the desired wide angle of view.

第1の実施形態における光偏向器の上面図である。FIG. 2 is a top view of the optical deflector according to the first embodiment. 第1の実施形態における光偏向器の裏面図である。FIG. 2 is a rear view of the optical deflector according to the first embodiment. 接続部リブ長と接続部における破壊振幅の相関図である。FIG. 11 is a correlation diagram between the rib length of the connection portion and the fracture amplitude at the connection portion. 第1の実施形態における光偏向器の接続部リブの説明図(1)である。FIG. 4 is an explanatory diagram (1) of a connection rib of the optical deflector according to the first embodiment. 第1の実施形態における光偏向器の接続部リブの説明図(2)である。FIG. 2 is an explanatory diagram (2) of a connection rib of the optical deflector according to the first embodiment. 第2の実施形態における光偏向器の上面図である。FIG. 11 is a top view of an optical deflector according to a second embodiment. 第2の実施形態における光偏向器の裏面図である。FIG. 11 is a rear view of the optical deflector according to the second embodiment. 第2の実施形態における光偏向器の変形例の裏面図である。FIG. 13 is a rear view of a modified example of the optical deflector in the second embodiment. 第3の実施形態における光偏向器の上面図である。FIG. 13 is a top view of an optical deflector according to a third embodiment. 第3の実施形態における光偏向器の裏面図である。FIG. 13 is a rear view of the optical deflector according to the third embodiment. 第3の実施形態における光偏向器の変形例の裏面図である。FIG. 13 is a rear view of a modified example of the optical deflector in the third embodiment. 第4の実施形態における光偏向器の上面図である。FIG. 13 is a top view of an optical deflector according to a fourth embodiment. 光走査システムの一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example optical scanning system. 光走査システムの一例のハードウェア構成図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of an example of an optical scanning system. 駆動装置の一例の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of an example of a drive device. 光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。13 is a flowchart of an example of a process related to the optical scanning system. ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of an automobile equipped with a head-up display device. ヘッドアップディスプレイ装置の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of a head-up display device. 光書込装置を搭載した画像形成装置の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of an image forming apparatus equipped with an optical writing device. 光書込装置の一例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an optical writing device. レーザレーダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。1 is a schematic diagram of an example of an automobile equipped with a laser radar device. レーザレーダ装置の一例の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a laser radar device. パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an example of a packaged optical deflector.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Below, a description will be given of a mode for carrying out the invention with reference to the drawings. In each drawing, the same components are given the same reference numerals, and duplicated explanations may be omitted.

〔第1の実施形態〕
近年、画像形成装置等に用いられる光偏向器には、画像形成装置等を高画質化するために、ミラー部の大振幅化、及びミラー部の高解像度化が求められている。
First Embodiment
2. Description of the Related Art In recent years, optical deflectors used in image forming apparatuses and the like are required to have a mirror portion with a larger amplitude and a higher resolution in order to improve the image quality of the image forming apparatuses and the like.

ミラー部を大振幅化すると、ミラー部の振幅に比例してミラー部の回転加速度が大きくなる。即ち、ミラー部の振幅が増加すると、それに伴ってミラー部を支持するトーションバー及び固定部にかかる応力が大きくなる。トーションバー及び固定部への応力が大きくなり、ミラー部の振幅がトーションバー及び固定部の破壊が生じるミラー振幅限界角に達すると、光偏向器は破壊に至る。 When the amplitude of the mirror part is increased, the rotational acceleration of the mirror part increases in proportion to the amplitude of the mirror part. In other words, as the amplitude of the mirror part increases, the stress on the torsion bar and fixed part that support the mirror part increases accordingly. When the stress on the torsion bar and fixed part increases and the amplitude of the mirror part reaches the mirror amplitude limit angle at which the torsion bar and fixed part are destroyed, the optical deflector is destroyed.

また、ミラー部を高解像度化するためには走査線を多くする必要があり、そのためにはミラー部の駆動周波数(共振周波数)を高くする必要がある。ミラー部の共振周波数が高くなると、周波数の二乗に比例してミラー部の回転加速度が大きくなる。従って、ミラー部の振幅が同じであっても、ミラー部の周波数が高くなると、ミラー部を支持するトーションバー及び固定部への負荷は急激に増大する。そして、トーションバー及び固定部への負荷が、トーションバー及び固定部の破壊強度を超えると、光偏向器は破壊に至る。 In addition, to increase the resolution of the mirror section, it is necessary to increase the number of scanning lines, which requires increasing the drive frequency (resonant frequency) of the mirror section. When the resonant frequency of the mirror section increases, the rotational acceleration of the mirror section increases in proportion to the square of the frequency. Therefore, even if the amplitude of the mirror section is the same, when the frequency of the mirror section increases, the load on the torsion bar and fixed section that support the mirror section increases rapidly. And when the load on the torsion bar and fixed section exceeds the breaking strength of the torsion bar and fixed section, the optical deflector is destroyed.

また、従来の片持ち構造の光偏向器では、トーションバーを片持ち支持する駆動梁(梁部)との接続部において駆動梁の先端側は開放されている。そのため、ミラー部の周波数が高くなると、トーションバーと駆動梁との接続部において変形が大きくなりやすい。このため、トーションバーと駆動梁との接続部がトーションバーのねじりによる負荷に耐え切れずに光偏向器が破壊されやすい傾向にある。 Furthermore, in conventional optical deflectors with a cantilever structure, the tip side of the drive beam is open at the connection with the drive beam (beam section) that supports the torsion bar in a cantilever manner. Therefore, when the frequency of the mirror section increases, the connection between the torsion bar and the drive beam is likely to become more deformed. This means that the connection between the torsion bar and the drive beam is likely to be unable to withstand the load caused by the torsion bar's twisting, and the optical deflector is likely to be destroyed.

本実施形態における光偏向器は、トーションバーと駆動梁(梁部)とを接続する接続部にリブ構造を有する。リブ構造は、ミラー部の大振幅化及び高周波数化に伴う負荷増大による接続部の変形を抑制して接続部の応力を緩和するため、光偏向器の破壊限界角を拡大できる。 The optical deflector in this embodiment has a rib structure at the connection that connects the torsion bar and the drive beam (beam portion). The rib structure suppresses deformation of the connection due to increased load associated with larger amplitude and higher frequency of the mirror portion, and relieves stress at the connection, thereby expanding the fracture limit angle of the optical deflector.

(光偏向器)
第1の実施形態における光偏向器について、図1及び図2に基づき説明する。尚、図1は、本実施形態における光偏向器の上面図であり、図2は、裏面図である。
(Optical deflector)
An optical deflector according to a first embodiment will be described with reference to Fig. 1 and Fig. 2. Fig. 1 is a top view of the optical deflector according to this embodiment, and Fig. 2 is a rear view.

本実施形態における光偏向器は、光を反射する反射面14を有するミラー部110を備えており、このミラー部110の両側にはトーションバー120が接続されている。トーションバー120は、トーションバースプリングとも呼ばれるが、本願においては、トーションバー120と記載する。 The optical deflector in this embodiment has a mirror section 110 having a reflective surface 14 that reflects light, and torsion bars 120 are connected to both sides of this mirror section 110. The torsion bar 120 is also called a torsion bar spring, but in this application it will be referred to as a torsion bar 120.

トーションバー120の一方の端部120aは、ミラー部110に接続されており、一方の端部120aとは反対の他方の端部120bは、接続部140を介して、駆動梁130と接続されている。駆動梁130は、トーションバー120の軸方向(即ち、X軸方向)の両側に配置されている。本願においては、対象物の一方の端部を一端と記載し、他方の端部を他端と記載する場合がある。 One end 120a of the torsion bar 120 is connected to the mirror section 110, and the other end 120b opposite to the one end 120a is connected to the drive beam 130 via a connection section 140. The drive beams 130 are disposed on both sides of the axial direction (i.e., the X-axis direction) of the torsion bar 120. In the present application, one end of the object may be referred to as one end, and the other end may be referred to as the other end.

駆動梁130は、シリコン基板等により形成された基体の梁部131の上に、圧電材料132が積層された構造である。駆動梁130は、例えば、平板短冊状のユニモルフ構造である。駆動梁130の一方の端部は、固定枠150に接続されており、他方の端部は、接続部140を介して、トーションバー120の他方の端部120bに接続されている。本願においては、固定枠150を枠部と記載する場合がある。 The drive beam 130 has a structure in which a piezoelectric material 132 is laminated on a beam portion 131 of a base body formed from a silicon substrate or the like. The drive beam 130 has, for example, a flat rectangular unimorph structure. One end of the drive beam 130 is connected to a fixed frame 150, and the other end is connected to the other end 120b of the torsion bar 120 via a connection portion 140. In this application, the fixed frame 150 may be referred to as a frame portion.

このような構造の光偏向器において、ミラー部110の回動軸となる第1軸、即ち、1対のトーションバー120の中心軸に対して、片側に設けられた駆動梁130は、ミラー部110及びトーションバー120を支持している。駆動梁130は、例えば、第1軸に対し-Y側に位置している。本実施形態における光偏向器は、駆動梁130が固定枠150に片持ち支持された片持ち構造である。 In an optical deflector having such a structure, the drive beam 130 provided on one side of the first axis that serves as the rotation axis of the mirror section 110, i.e., the central axis of the pair of torsion bars 120, supports the mirror section 110 and the torsion bars 120. The drive beam 130 is located, for example, on the -Y side of the first axis. The optical deflector in this embodiment has a cantilever structure in which the drive beam 130 is cantilevered by the fixed frame 150.

本実施形態においては、トーションバー120のねじれ中心軸方向、即ち、ミラー部110の第1軸方向をX軸方向、ミラー部110の反射面14の法線をZ軸方向、X軸方向及びZ軸方向に直交する方向をY軸方向とする。また、シリコン基板等により形成された基体において、トーションバー120と駆動梁130とが接続されている接続部分を接続部140とする。 In this embodiment, the direction of the torsion central axis of the torsion bar 120, i.e., the first axis of the mirror section 110, is the X-axis direction, the normal to the reflecting surface 14 of the mirror section 110 is the Z-axis direction, and the direction perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction is the Y-axis direction. In addition, in a base body formed of a silicon substrate or the like, the connection portion where the torsion bar 120 and the drive beam 130 are connected is referred to as the connection portion 140.

本実施形態における光偏向器においては、ミラー部110の裏面にミラー部リブ111が設けられており、接続部140の裏面に接続部リブ141が設けられている。接続部リブ141は、回動軸である第1軸に対し交差する方向、好ましくは第1軸と直交するY軸方向に伸びるように形成されている。このように接続部140の裏面に形成された接続部リブ141により、接続部140における変形が抑制されるため、ミラー部110の回動時における接続部140の応力が低減され、光偏向器の破壊限界角を大きくすることができる。その結果、ミラー部110を大振幅で回動することが可能となる。 In the optical deflector of this embodiment, a mirror rib 111 is provided on the back surface of the mirror section 110, and a connection rib 141 is provided on the back surface of the connection section 140. The connection rib 141 is formed to extend in a direction intersecting the first axis, which is the rotation axis, preferably in the Y-axis direction perpendicular to the first axis. Since the connection rib 141 formed on the back surface of the connection section 140 in this manner suppresses deformation in the connection section 140, the stress in the connection section 140 when the mirror section 110 rotates is reduced, and the fracture limit angle of the optical deflector can be increased. As a result, it becomes possible to rotate the mirror section 110 with a large amplitude.

ここで、駆動梁130と接続部140との接続部分の境界となる接続線を、フィレット形状の固定端側フィレット142の最も駆動梁130側の端点から第1軸方向に沿った仮想線Kとする。本実施形態においては、この仮想線K上に接続部リブ141を設けることにより破壊に対する接続部140の強度を高めることができる。接続部リブ141は、固定端側フィレット142の最も駆動梁130側の端からX軸方向となる第1軸方向に沿った仮想線Kを跨ぐように設けられている。 Here, the connection line that is the boundary of the connection portion between the drive beam 130 and the connection portion 140 is an imaginary line K that runs from the end point of the fillet-shaped fixed end side fillet 142 closest to the drive beam 130 along the first axis direction. In this embodiment, the strength of the connection portion 140 against breakage can be increased by providing a connection portion rib 141 on this imaginary line K. The connection portion rib 141 is provided so as to straddle the imaginary line K that runs from the end of the fixed end side fillet 142 closest to the drive beam 130 along the first axis direction, which is the X-axis direction.

接続部140及び駆動梁130に、第1軸に直交するY軸方向に伸びる接続部リブ141を設けることにより、大振幅化及び高周波数化に伴う負荷増大による接続部140の変形が抑制され、接続部140の応力が緩和される。これにより、光偏向器の破壊限界角を拡大することができる。 By providing the connection part 140 and the drive beam 130 with a connection part rib 141 extending in the Y-axis direction perpendicular to the first axis, deformation of the connection part 140 due to increased load associated with larger amplitude and higher frequency is suppressed, and stress in the connection part 140 is alleviated. This makes it possible to expand the fracture limit angle of the optical deflector.

本実施形態における光偏向器では、MEMSプロセスによってシリコン基板を加工することにより、ミラー部110、トーションバー120、及び駆動梁130を一体で形成している。ミラー部110の反射面14は、例えば、シリコン基板の表面にアルミニウムまたは銀などの金属の薄膜を成膜することで形成する。 In the optical deflector of this embodiment, the mirror section 110, the torsion bar 120, and the drive beam 130 are integrally formed by processing a silicon substrate using a MEMS process. The reflective surface 14 of the mirror section 110 is formed, for example, by depositing a thin film of a metal such as aluminum or silver on the surface of the silicon substrate.

駆動梁130は、トーションバー120とミラー部110を片側から支持した片持ち構造であり、駆動梁130の+Y側の先端は自由端である。そのため、ミラー部110は、回動する際に余計な制約を受けることなく大きな振幅で回動することができる。これにより、駆動梁130の曲げにより発生する力を効率よくトーションバー120の捻り方向の変形に伝えることができる。 The drive beam 130 has a cantilever structure that supports the torsion bar 120 and the mirror section 110 from one side, and the tip of the drive beam 130 on the +Y side is a free end. Therefore, the mirror section 110 can rotate with a large amplitude without being subjected to unnecessary constraints when rotating. This allows the force generated by bending the drive beam 130 to be efficiently transmitted to the deformation of the torsion bar 120 in the twisting direction.

図1及び図2に示される片持ち構造の光偏向器は、駆動梁130の曲げ共振とトーションバー120のねじれ共振を適切に設計することにより、駆動感度(印加電圧に対する振幅角)を十分に大きくすることが可能である。従って、片持ち構造の光偏向器において、実現可能な振幅角は、シリコン構造体の強度に起因する破壊限界角が制約となる。 The cantilever-structured optical deflector shown in Figures 1 and 2 can achieve sufficiently high drive sensitivity (amplitude angle relative to applied voltage) by appropriately designing the bending resonance of the drive beam 130 and the torsional resonance of the torsion bar 120. Therefore, in a cantilever-structured optical deflector, the achievable amplitude angle is limited by the fracture limit angle due to the strength of the silicon structure.

従って、光偏向器の強度限界(破壊応力)は材料(Si)で決まってしまうため、回動時に発生する応力が破壊応力より低くなるように構造設計を最適化する必要がある。本実施形態における光偏向器では、前述のように接続部140の裏面に、接続部リブ141を設けた構造とすることにより、ミラー部110の回動時に接続部140に発生する応力を抑制し、光偏向器の破壊限界角を増大することが可能である。 Since the strength limit (breaking stress) of the optical deflector is determined by the material (Si), it is necessary to optimize the structural design so that the stress generated during rotation is lower than the breaking stress. In the optical deflector of this embodiment, as described above, by providing a connection rib 141 on the back surface of the connection part 140, it is possible to suppress the stress generated in the connection part 140 when the mirror part 110 rotates and increase the breaking limit angle of the optical deflector.

尚、接続部140の裏面に接続部リブ141が設けられていない構造の光偏向器では、接続部において、駆動梁が設けられている側に形成された固定端側フィレットや仮想線K上の所定の箇所に応力が集中する。これに対し、本実施形態における光偏向器では、接続部140の裏面に接続部リブ141が設けられているため、接続部140の駆動梁130が設けられている側に形成された固定端側フィレット142や仮想線K上の所定の箇所において生じる応力が緩和される。 In an optical deflector having a structure in which the connection rib 141 is not provided on the back surface of the connection portion 140, stress is concentrated at the fixed end fillet formed on the side where the drive beam is provided and at a specified location on the virtual line K. In contrast, in the optical deflector of this embodiment, the connection rib 141 is provided on the back surface of the connection portion 140, so that the stress generated at the fixed end fillet 142 formed on the side of the connection portion 140 where the drive beam 130 is provided and at a specified location on the virtual line K is alleviated.

図3は、有限要素シミュレーションで得られた接続部140における発生応力から推定した破壊振幅と、接続部140の接続部リブ141の接続部リブ長との関係を示す。破壊振幅は、実験的に破壊応力を求め、シミュレーションで得られた応力から換算した。尚、図3における『接続部リブ長0μm』は、接続部リブ141が設けられていない状態を意味している。図3に示されるように、接続部リブ長が350μmの接続部リブ141を設けることにより、破壊強度を高くすることができ、破壊振幅を約30°以上にすることができる。この場合、図4に示されるように、接続部リブ141は、固定端側フィレット142の-Y側の端部よりも、更に、駆動梁130側となる-Y側に延びている。このように、接続部140において、X軸方向における幅が最も狭くなる固定端側フィレット142よりも駆動梁130側にまで、接続部リブ141を設けることにより、破壊振幅を大きくすることができる。尚、図3に示される5水準のパラメータ85、95、105、115、125は、トーションバー120のミラー部110の中心に対するオフセット量に関する設計パラメータであって、片持ち構造のバランスを最適化するパラメータである。5水準のいずれのパラメータにおいても、同様の傾向にある。 Figure 3 shows the relationship between the fracture amplitude estimated from the stress generated in the connection part 140 obtained by the finite element simulation and the connection part rib length of the connection part rib 141 of the connection part 140. The fracture amplitude was calculated by experimentally determining the fracture stress and converting it from the stress obtained by the simulation. In addition, "Connection part rib length 0 μm" in Figure 3 means a state in which the connection part rib 141 is not provided. As shown in Figure 3, by providing the connection part rib 141 with a connection part rib length of 350 μm, the fracture strength can be increased and the fracture amplitude can be made about 30° or more. In this case, as shown in Figure 4, the connection part rib 141 extends further to the -Y side, which is the drive beam 130 side, than the end of the -Y side of the fixed end side fillet 142. In this way, by providing the connection part rib 141 to the drive beam 130 side from the fixed end side fillet 142, where the width in the X-axis direction is narrowest, in the connection part 140, the fracture amplitude can be increased. The five levels of parameters 85, 95, 105, 115, and 125 shown in FIG. 3 are design parameters related to the offset of the torsion bar 120 from the center of the mirror portion 110, and are parameters that optimize the balance of the cantilever structure. All five levels of parameters have the same tendency.

次に、図5に基づき、接続部リブ141が形成される位置について説明する。接続部リブ141は、X軸方向における接続部140の中央140aにおいて、Y軸方向に沿って接続部140を2つの領域に2分した場合に、トーションバー120とは反対側の領域に設けられている。このように、接続部リブ141をトーションバー120から離れた位置に設けることにより、トーションバー120のねじれ変形が、接続部リブ141によって急激に拘束されることで発生する応力集中を抑制することができる。その結果、光偏向器の破壊限界角を増大できる。 Next, the position where the connection rib 141 is formed will be described with reference to FIG. 5. The connection rib 141 is provided at the center 140a of the connection 140 in the X-axis direction, in the region opposite the torsion bar 120 when the connection 140 is divided into two regions along the Y-axis direction. In this way, by providing the connection rib 141 at a position away from the torsion bar 120, it is possible to suppress stress concentration that occurs when the torsional deformation of the torsion bar 120 is suddenly restrained by the connection rib 141. As a result, it is possible to increase the fracture limit angle of the optical deflector.

更に、接続部リブ141は、接続部140の+Y側の端部140b及び-X側の端部140cよりも所定の長さだけ内側に設けられている。具体的には、接続部リブ141は、接続部140の+Y側の端部140bよりも内側となる-Y側にYa離れた位置に設けられ、かつ-X側の端部140cよりも内側となる+X側にXa離れた位置に設けられている。接続部の端部に接続部リブを設けた場合には、応力集中が生じる場合があるが、接続部リブ141を接続部140の端部よりも内側に設けることにより、応力集中が生じることを抑制できる。 Furthermore, the connection rib 141 is provided a predetermined length inward from the +Y side end 140b and the -X side end 140c of the connection part 140. Specifically, the connection rib 141 is provided at a position Ya away from the -Y side, which is more inward than the +Y side end 140b of the connection part 140, and at a position Xa away from the +X side, which is more inward than the -X side end 140c. When a connection rib is provided at the end of the connection part, stress concentration may occur, but by providing the connection rib 141 inward from the end of the connection part 140, stress concentration can be suppressed.

〔第2の実施形態〕
次に、第2の実施形態における光偏向器について、図6及び図7に基づき説明する。尚、図6は、本実施形態における光偏向器の上面図であり、図7は、裏面図である。
Second Embodiment
Next, an optical deflector according to a second embodiment will be described with reference to Fig. 6 and Fig. 7. Fig. 6 is a top view of the optical deflector according to this embodiment, and Fig. 7 is a rear view.

本実施形態における光偏向器は、接続部140において、駆動梁130と接続されている側とは反対側となる+Y側の端に凸部143が形成されており、凸部143のトーションバー120側には、自由端側フィレット144が形成されている。尚、接続部140において、駆動梁130側となる-Y側には、固定端側フィレット142が設けられている。よって、接続部140において、トーションバー120の両側には、自由端側フィレット144と、固定端側フィレット142が設けられている。自由端側フィレット144は、トーションバー120のねじれによる応力抑制のために設けられている。本願においては、自由端側フィレット144を第1のフィレット部と記載し、固定端側フィレット142を第2のフィレット部と記載する場合がある。 In the optical deflector of this embodiment, a convex portion 143 is formed at the end of the connection portion 140 on the +Y side, which is the side opposite to the side connected to the drive beam 130, and a free end side fillet 144 is formed on the torsion bar 120 side of the convex portion 143. In addition, a fixed end side fillet 142 is provided on the connection portion 140 on the -Y side, which is the drive beam 130 side. Therefore, in the connection portion 140, a free end side fillet 144 and a fixed end side fillet 142 are provided on both sides of the torsion bar 120. The free end side fillet 144 is provided to suppress stress due to the twisting of the torsion bar 120. In this application, the free end side fillet 144 may be described as a first fillet portion, and the fixed end side fillet 142 may be described as a second fillet portion.

更に、本実施形態における光偏向器では、接続部リブ141は、凸部143にも設けられている。即ち、本実施形態においては、接続部リブ141は、トーションバー120の+Y側の端部よりも、更に+Y側に延びて形成されている。尚、接続部リブ141は、ミラー部110の回動軸となる第1軸、即ち、トーションバー120の中心軸と交差する方向、好ましくは第1軸と直交するY軸方向に伸びるように形成されている。これにより、接続部140における変形が抑制されるため、ミラー部110の回動時における接続部140の応力が低減され、光偏向器の破壊限界角を大きくすることができ、ミラー部110を大振幅で回動することが可能となる。 Furthermore, in the optical deflector of this embodiment, the connection rib 141 is also provided on the convex portion 143. That is, in this embodiment, the connection rib 141 is formed to extend further toward the +Y side than the end of the +Y side of the torsion bar 120. The connection rib 141 is formed to extend in a direction intersecting the first axis that is the rotation axis of the mirror part 110, that is, the central axis of the torsion bar 120, preferably in the Y-axis direction perpendicular to the first axis. This suppresses deformation in the connection part 140, thereby reducing the stress of the connection part 140 when the mirror part 110 rotates, and the fracture limit angle of the optical deflector can be increased, making it possible to rotate the mirror part 110 with a large amplitude.

本実施形態における光偏向器は、自由端側フィレット144の形状は円弧により形成されていてもよい。また、固定端側フィレット142におけるフィレット形状の曲率と、自由端側フィレット144におけるフィレット形状の曲率とが異なっていてもよい。具体的には、自由端側フィレット144におけるフィレット形状の曲率が、固定端側フィレット142におけるフィレット形状の曲率よりも小さくなるように形成されていてもよい。 In the optical deflector of this embodiment, the shape of the free end side fillet 144 may be formed by a circular arc. In addition, the curvature of the fillet shape of the fixed end side fillet 142 may be different from the curvature of the fillet shape of the free end side fillet 144. Specifically, the curvature of the fillet shape of the free end side fillet 144 may be formed to be smaller than the curvature of the fillet shape of the fixed end side fillet 142.

固定端側フィレット142におけるフィレット形状を形成する円弧の曲率と、自由端側フィレット144におけるフィレット形状を形成する円弧の曲率が同じである場合には、固定端側フィレット142の近傍における応力が大きくなる。固定端側フィレット142のフィレット形状の曲率よりも、自由端側フィレット144のフィレット形状の曲率を小さくすることにより、固定端側フィレット142の近傍の応力と、自由端側フィレット144の近傍の応力とを等しくすることができる。 When the curvature of the arc forming the fillet shape in the fixed end fillet 142 is the same as the curvature of the arc forming the fillet shape in the free end fillet 144, the stress in the vicinity of the fixed end fillet 142 becomes large. By making the curvature of the fillet shape of the free end fillet 144 smaller than the curvature of the fillet shape of the fixed end fillet 142, the stress in the vicinity of the fixed end fillet 142 and the stress in the vicinity of the free end fillet 144 can be made equal.

また、自由端側フィレット144のフィレット形状が、楕円弧により形成されていてもよい。この場合、楕円形の長径がX軸方向、即ち、トーションバー120の長手方向となるように形成されていてもよい。 The fillet shape of the free end fillet 144 may be formed as an elliptical arc. In this case, the major axis of the ellipse may be formed to be in the X-axis direction, i.e., the longitudinal direction of the torsion bar 120.

また、自由端側フィレット144のフィレット形状が所定の曲率半径の円弧により形成されており、自由端側フィレット144のフィレット形状が形成されている部分のなす角が、90度以下であってもよい。 In addition, the fillet shape of the free end side fillet 144 may be formed by an arc with a predetermined radius of curvature, and the angle formed by the portion where the fillet shape of the free end side fillet 144 is formed may be 90 degrees or less.

このような形状にすることにより、凸部143の+Y側における長さを短くして、駆動梁130を軽量化して共振周波数を高くしたり、駆動梁130の曲げによる破壊を抑制したりすることができる。 By using this shape, the length of the convex portion 143 on the +Y side can be shortened, making the drive beam 130 lighter and increasing the resonant frequency, and preventing damage to the drive beam 130 due to bending.

図6及び図7に示される光偏向器は、自由端側フィレット144が設けられている構造の光偏向器であるが、本実施形態における光偏向器は、図8に示されるように、自由端側フィレット144が設けられていない光偏向器であってもよい。図8に示される構造の光偏向器であっても、接続部リブ141を凸部143にまで設けた効果は得られる。 The optical deflector shown in Figs. 6 and 7 is an optical deflector having a structure in which a free end fillet 144 is provided, but the optical deflector in this embodiment may be an optical deflector not having a free end fillet 144, as shown in Fig. 8. Even with an optical deflector having the structure shown in Fig. 8, the effect of providing the connection rib 141 up to the convex portion 143 can be obtained.

尚、上記以外の内容については、第1の実施形態と同様である。 All other aspects are the same as in the first embodiment.

〔第3の実施形態〕
次に、第3の実施形態における光偏向器について、図9及び図10に基づき説明する。尚、図9は、本実施形態における光偏向器の上面図であり、図10は、裏面図である。
Third Embodiment
Next, an optical deflector according to a third embodiment will be described with reference to Fig. 9 and Fig. 10. Fig. 9 is a top view of the optical deflector according to this embodiment, and Fig. 10 is a rear view.

本実施形態における光偏向器は、光を反射する反射面14を有するミラー部110を有しており、このミラー部110の両側にはトーションバー120が接続されている。 The optical deflector in this embodiment has a mirror section 110 with a reflective surface 14 that reflects light, and torsion bars 120 are connected to both sides of this mirror section 110.

トーションバー120の一方の端部120aは、ミラー部110に接続されており、一方の端部120aとは反対の他方の端部120bは、接続部240を介して、駆動梁230と接続されている。駆動梁230は、トーションバー120の軸方向(即ち、X軸方向)の両側に配置されている。 One end 120a of the torsion bar 120 is connected to the mirror section 110, and the other end 120b opposite to the one end 120a is connected to the drive beam 230 via a connection section 240. The drive beams 230 are disposed on both sides of the torsion bar 120 in the axial direction (i.e., the X-axis direction).

本実施形態における光偏向器においては、トーションバー120の中心軸である第1軸を挟んで、両側から駆動梁230が一対のトーションバー120を支持している。即ち、図10に示されるように、2つの駆動梁230が一対のトーションバー120のそれぞれを支持した構造であり、合計で4つの駆動梁230が設けられている。 In the optical deflector of this embodiment, the drive beams 230 support a pair of torsion bars 120 from both sides of the first axis, which is the central axis of the torsion bar 120. That is, as shown in FIG. 10, two drive beams 230 support each of the pair of torsion bars 120, and a total of four drive beams 230 are provided.

駆動梁230は、シリコン基板等により形成された基体の梁部231の上に、圧電材料232が積層された構造である。駆動梁230は、例えば、平板短冊状のユニモルフ構造である。駆動梁230の一方の端部は、固定枠250に接続されており、他方の端部は、接続部240を介して、トーションバー120の他方の端部120bに接続されている。本願においては、固定枠250を枠部と記載する場合がある。 The drive beam 230 has a structure in which a piezoelectric material 232 is laminated on a beam portion 231 of a base body formed from a silicon substrate or the like. The drive beam 230 has, for example, a flat rectangular unimorph structure. One end of the drive beam 230 is connected to a fixed frame 250, and the other end is connected to the other end 120b of the torsion bar 120 via a connection portion 240. In this application, the fixed frame 250 may be referred to as a frame portion.

従って、駆動梁230は、トーションバー120の他方の端部120bにおいて、トーションバー120の中心軸に対して両側に配置されており、梁状部材でミラー部110とトーションバー120を固定枠250に対して両持ち支持した構造である。即ち、ミラー部110及びトーションバー120は、第1軸に対し+Y側の駆動梁230及び-Y側の駆動梁230により支持された両持ち構造である。 Therefore, the drive beams 230 are arranged on both sides of the central axis of the torsion bar 120 at the other end 120b of the torsion bar 120, and the mirror section 110 and the torsion bar 120 are supported at both ends by beam-shaped members relative to the fixed frame 250. In other words, the mirror section 110 and the torsion bar 120 are supported at both ends by the drive beam 230 on the +Y side and the drive beam 230 on the -Y side relative to the first axis.

図9及び図10に示されるように、トーションバー120と駆動梁230とを接続する接続部240の裏面には、回動軸である第1軸に対し直交するY軸方向に伸びる接続部リブ241が設けられている。これにより、接続部240の変形が抑制されるため、ミラー部110の回動時における接続部240の応力が低減され、光偏向器の破壊限界角を大きくすることができ、ミラー部110を大振幅で回動することが可能となる。 As shown in Figures 9 and 10, a connection rib 241 is provided on the back surface of the connection portion 240 that connects the torsion bar 120 and the drive beam 230, extending in the Y-axis direction perpendicular to the first axis, which is the rotation axis. This suppresses deformation of the connection portion 240, reducing the stress on the connection portion 240 when the mirror portion 110 rotates, making it possible to increase the fracture limit angle of the optical deflector and rotate the mirror portion 110 with a large amplitude.

接続部リブ241は、図10に示されるように連続した1本のリブでもよいが、図11に示されるように、トーションバー120の中心軸を挟んで2分割した構造のものであってもよい。図11に示されるように、接続部リブ241を2分割することにより、接続部240における剛性が若干低くなるため、破壊への耐性は低くなるが、駆動梁230による力による変形がトーションバー120に伝わりやすくなるため、大きな振幅が得られやすい。 The connection rib 241 may be a single continuous rib as shown in FIG. 10, or may be a structure divided into two parts on either side of the central axis of the torsion bar 120 as shown in FIG. 11. As shown in FIG. 11, by dividing the connection rib 241 into two parts, the rigidity of the connection 240 is slightly reduced, so the resistance to destruction is reduced, but deformation due to the force of the drive beam 230 is more easily transmitted to the torsion bar 120, making it easier to obtain a large amplitude.

尚、上記以外の内容については、第1の実施形態と同様である。 All other aspects are the same as in the first embodiment.

〔第4の実施形態〕
次に、第4の実施形態における光偏向器について説明する。本実施形態における光偏向器は、回動軸である第1軸と、第1軸と直交する第2軸とを中心に回動可能である。具体的には、図12に示されるように、副走査の可動枠350の内側に、第2の実施形態におけるミラー部110、トーションバー120、駆動梁130、固定端側フィレット142、及び自由端側フィレット144が設けられている。駆動梁130は可動枠350に支持されており、ミラー部110は、第1軸を中心に回動可能である。本実施形態における光偏向器では、駆動梁130が主走査駆動梁となる。
Fourth embodiment
Next, an optical deflector in the fourth embodiment will be described. The optical deflector in this embodiment can rotate around a first axis, which is a rotation axis, and a second axis perpendicular to the first axis. Specifically, as shown in FIG. 12, the mirror section 110, the torsion bar 120, the drive beam 130, the fixed end side fillet 142, and the free end side fillet 144 in the second embodiment are provided inside the sub-scanning movable frame 350. The drive beam 130 is supported by the movable frame 350, and the mirror section 110 can rotate around the first axis. In the optical deflector in this embodiment, the drive beam 130 serves as the main-scanning drive beam.

また、可動枠350の両側には、ミアンダ構造の可動枠支持部360が設けられている。可動枠支持部360は、X軸方向が長手方向となる複数の梁部361と、隣り合う梁部361を接続する梁部接続部362と、各々の梁部361の上に設けられた圧電部材363とを有している。各々の可動枠支持部360の一方の端部は可動枠350に接続されており、他方の端部は固定枠370に接続されている。 Moreover, on both sides of the movable frame 350, movable frame support parts 360 with a meandering structure are provided. The movable frame support part 360 has a plurality of beam parts 361 whose longitudinal direction is the X-axis direction, beam part connection parts 362 that connect adjacent beam parts 361, and piezoelectric members 363 provided on each beam part 361. One end of each movable frame support part 360 is connected to the movable frame 350, and the other end is connected to the fixed frame 370.

本実施形態における光偏向器では、各々の梁部361の上に設けられた圧電部材363に電圧を印加することにより、ミラー部110を含む可動枠350全体を、第2軸を中心に回動させることができる。 In the optical deflector of this embodiment, the entire movable frame 350 including the mirror section 110 can be rotated about the second axis by applying a voltage to the piezoelectric members 363 provided on each beam section 361.

上記における説明では、可動枠350の内側に第2の実施形態における光偏向器を配置する例について説明したが、可動枠350の内側に第1または第3の実施形態における光偏向器を配置することも可能である。 In the above explanation, an example was described in which the optical deflector in the second embodiment is placed inside the movable frame 350, but it is also possible to place the optical deflector in the first or third embodiment inside the movable frame 350.

以上に説明した第1から第4の実施形態に係る光偏向器は、光走査システム、画像投影装置、光書込装置、物体認識装置に使用することができる。 The optical deflectors according to the first to fourth embodiments described above can be used in optical scanning systems, image projection devices, optical writing devices, and object recognition devices.

[光走査システム]
まず、図13~図16を参照して、第1から第4の実施形態に係る光偏向器の何れかを搭載した光走査システムについて詳細に説明する。
[Optical scanning system]
First, an optical scanning system incorporating any one of the optical deflectors according to the first to fourth embodiments will be described in detail with reference to FIGS.

図13に、光走査システムの一例の概略図を示す。 Figure 13 shows a schematic diagram of an example of an optical scanning system.

図13に示すように、光走査システム10は、駆動装置11の制御に従って光源装置12から照射された光を光偏向器13の有する反射面14により偏向して被走査面15を光走査するシステムである。光偏向器13は、第1から第4の実施形態に係る光偏向器の何れか1つである。 As shown in FIG. 13, the optical scanning system 10 is a system that deflects light irradiated from a light source device 12 by a reflecting surface 14 of an optical deflector 13 under the control of a driving device 11 to optically scan a scanned surface 15. The optical deflector 13 is any one of the optical deflectors according to the first to fourth embodiments.

光走査システム10は、駆動装置11、光源装置12、及び反射面14を有する光偏向器13を含む。光走査システム10は、本発明に係る偏向装置の代表的な一例である。 The optical scanning system 10 includes a driving device 11, a light source device 12, and an optical deflector 13 having a reflecting surface 14. The optical scanning system 10 is a representative example of a deflection device according to the present invention.

駆動装置11は、例えばCPU(Central Processing Unit)およびFPGA(Field-Programmable Gate Array)等を備えた電子回路ユニットである。光偏向器13は、例えば反射面14を有し、反射面14を可動可能なMEMS(Micro Electromechanical Systems)デバイスである。光源装置12は、例えばレーザを照射するレーザ装置である。なお、被走査面15は、例えばスクリーンである。 The driving device 11 is, for example, an electronic circuit unit equipped with a CPU (Central Processing Unit) and an FPGA (Field-Programmable Gate Array). The optical deflector 13 is, for example, a MEMS (Micro Electromechanical Systems) device that has a reflective surface 14 and can move the reflective surface 14. The light source device 12 is, for example, a laser device that irradiates a laser. The scanned surface 15 is, for example, a screen.

駆動装置11は、取得した光走査情報に基づいて光源装置12および光偏向器13の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置12および光偏向器13に駆動信号を出力する。 The driving device 11 generates control commands for the light source device 12 and the optical deflector 13 based on the acquired optical scanning information, and outputs driving signals to the light source device 12 and the optical deflector 13 based on the control commands.

光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光源の照射を行う。光偏向器13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14を1軸方向または2軸方向の少なくともいずれかに可動させる。 The light source device 12 emits light based on the input drive signal. The optical deflector 13 moves the reflecting surface 14 in at least one axial direction or two axial directions based on the input drive signal.

これにより、駆動装置11は、例えば、光走査情報の一例である画像情報に基づいた制御によって、光偏向器13の反射面14を所定の範囲で2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する光源装置12からの照射光を偏向して光走査する。その結果、駆動装置11は、被走査面15に任意の画像を投影することができる。 As a result, the driving device 11, for example, by controlling based on image information, which is an example of optical scanning information, moves the reflecting surface 14 of the optical deflector 13 back and forth in two axial directions within a predetermined range, deflecting the irradiation light from the light source device 12 that is incident on the reflecting surface 14 to perform optical scanning. As a result, the driving device 11 can project any image onto the scanned surface 15.

なお、駆動装置11による制御の詳細については後述する。 Details about the control by the drive unit 11 will be described later.

次に、図14を参照して、光走査システム10の一例のハードウェア構成について説明する。 Next, referring to FIG. 14, we will explain the hardware configuration of an example of the optical scanning system 10.

図14は、光走査システム10の一例のハードウェア構成図である。 Figure 14 is a hardware configuration diagram of an example of an optical scanning system 10.

図14に示すように、光走査システム10は、駆動装置11、光源装置12および光偏向器13を備え、それぞれが電気的に接続されている。 As shown in FIG. 14, the optical scanning system 10 includes a driving device 11, a light source device 12, and an optical deflector 13, all of which are electrically connected to each other.

[駆動装置]
駆動装置11は、CPU20、RAM21(Random Access Memory)、ROM22(Read Only Memory)、FPGA23、外部I/F24、光源装置ドライバ25、及び光偏向器ドライバ26を備えている。
[Drive unit]
The driving device 11 includes a CPU 20 , a RAM (Random Access Memory) 21 , a ROM (Read Only Memory) 22 , an FPGA 23 , an external I/F 24 , a light source device driver 25 , and an optical deflector driver 26 .

CPU20は、ROM22等の記憶装置からプログラムやデータをRAM21上に読み出し、処理を実行して、駆動装置11の全体の制御や機能を実現する演算装置である。RAM21は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。 The CPU 20 is a calculation device that reads programs and data from storage devices such as the ROM 22 onto the RAM 21 and executes processing to realize the overall control and functions of the drive device 11. The RAM 21 is a volatile storage device that temporarily stores programs and data.

ROM22は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、CPU20が光走査システム10の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。 The ROM 22 is a non-volatile storage device that can retain programs and data even when the power is turned off, and stores the processing programs and data that the CPU 20 executes to control each function of the optical scanning system 10.

FPGA23は、CPU20の処理に従って、光源装置ドライバ25および光偏向器ドライバ26に適した制御信号を出力する回路である。 The FPGA 23 is a circuit that outputs control signals suitable for the light source device driver 25 and the optical deflector driver 26 according to the processing of the CPU 20.

外部I/F24は、例えば外部装置またはネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、PC(Personal Computer)等の上位装置、USBメモリ、SDカード、CD、DVD、HDD、またはSD等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えば自動車のCAN(Controller Area Network)、LAN(Local Area Network)、またはンターネット等である。外部I/F24は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部I/F24が用意されてもよい。 The external I/F 24 is, for example, an interface with an external device or a network. Examples of external devices include higher-level devices such as a PC (Personal Computer), and storage devices such as a USB memory, an SD card, a CD, a DVD, a HDD, or an SD. Examples of networks include an automobile's CAN (Controller Area Network), a LAN (Local Area Network), or the Internet. The external I/F 24 may have any configuration that enables connection or communication with an external device, and an external I/F 24 may be provided for each external device.

光源装置ドライバ25は、入力された制御信号に従って光源装置12に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。 The light source device driver 25 is an electrical circuit that outputs a drive signal, such as a drive voltage, to the light source device 12 according to the input control signal.

光偏向器ドライバ26は、入力された制御信号に従って光偏向器13に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。 The optical deflector driver 26 is an electrical circuit that outputs a drive signal, such as a drive voltage, to the optical deflector 13 according to the input control signal.

駆動装置11において、CPU20は、外部I/F24を介して外部装置またはネットワーク等から光走査情報を取得する。なお、駆動装置11は、CPU20が光走査情報を取得することができる構成であればよく、駆動装置11内のROM22またはFPGA23に光走査情報を格納する構成としてもよい。また、駆動装置11は、内部に新たにSSD等の記憶装置を設けて、その記憶装置に光走査情報を格納する構成としてもよい。 In the drive device 11, the CPU 20 acquires optical scanning information from an external device or a network via the external I/F 24. The drive device 11 may be configured to store the optical scanning information in the ROM 22 or FPGA 23 within the drive device 11 as long as the CPU 20 can acquire the optical scanning information. The drive device 11 may also be configured to store the optical scanning information in a new internal storage device such as an SSD.

ここで、光走査情報とは、被走査面15にどのように光走査させるかを示した情報であり、例えば、光走査により画像を表示する場合は、光走査情報は画像データである。また、例えば、光走査により光書込みを行う場合は、光走査情報は書込み順または書込み箇所を示した書込みデータである。他にも、例えば、光走査により物体認識を行う場合は、光走査情報は物体認識用の光を照射するタイミングと照射範囲を示す照射データである。 Here, the optical scanning information is information that indicates how to optically scan the scanned surface 15. For example, when an image is displayed by optical scanning, the optical scanning information is image data. Also, for example, when optical writing is performed by optical scanning, the optical scanning information is writing data that indicates the writing order or writing location. In addition, for example, when object recognition is performed by optical scanning, the optical scanning information is irradiation data that indicates the timing and irradiation range of irradiating light for object recognition.

駆動装置11は、CPU20の命令および図14に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。 The drive device 11 can realize the functional configuration described below using instructions from the CPU 20 and the hardware configuration shown in FIG. 14.

[駆動装置の機能構成]
次に、図15を参照して、光走査システム10の駆動装置11の機能構成について説明する。図15は、光走査システムの駆動装置の一例の機能ブロック図である。
[Functional configuration of the drive device]
Next, a functional configuration of the driving device 11 of the optical scanning system 10 will be described with reference to Fig. 15. Fig. 15 is a functional block diagram of an example of the driving device of the optical scanning system.

図15に示すように、駆動装置11は、機能として制御部30と駆動信号出力部31とを有する。 As shown in FIG. 15, the drive device 11 has the functions of a control unit 30 and a drive signal output unit 31.

制御部30は、例えばCPU20及びFPGA23等により実現され、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報を制御信号に変換して駆動信号出力部31に出力する。例えば、制御部30は、制御手段であり、外部装置等から画像データを光走査情報として取得し、所定の処理により画像データから制御信号を生成して駆動信号出力部31に出力する。 The control unit 30 is realized by, for example, a CPU 20 and an FPGA 23, and acquires optical scanning information from an external device, converts the optical scanning information into a control signal, and outputs it to the drive signal output unit 31. For example, the control unit 30 is a control means, and acquires image data from an external device, etc. as optical scanning information, generates a control signal from the image data by performing a predetermined process, and outputs it to the drive signal output unit 31.

駆動信号出力部31は、印加手段であり、光源装置ドライバ25及び光偏向器ドライバ26等により実現され、入力された制御信号に基づいて光源装置12または光偏向器13に駆動信号を出力する。駆動信号出力部31(印加手段)は、例えば、駆動信号を出力する対象ごとに設けられてもよい。 The drive signal output unit 31 is an application means, and is realized by the light source device driver 25 and the optical deflector driver 26, etc., and outputs a drive signal to the light source device 12 or the optical deflector 13 based on the input control signal. The drive signal output unit 31 (application means) may be provided, for example, for each target to which the drive signal is output.

駆動信号は、光源装置12または光偏向器13の駆動を制御するための信号である。例えば、光源装置12においては、駆動信号は、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、光偏向器13においては、駆動信号は、光偏向器13の有する反射面14を可動させるタイミングおよび可動範囲を制御する駆動電圧である。なお、駆動装置は、光源装置12や受光装置等の外部装置から光源の照射タイミング及び受光タイミングを取得し、これらを光偏向器13の駆動に同期するようにしてもよい。 The drive signal is a signal for controlling the drive of the light source device 12 or the optical deflector 13. For example, in the light source device 12, the drive signal is a drive voltage that controls the timing and intensity of the light source irradiation. Also, for example, in the optical deflector 13, the drive signal is a drive voltage that controls the timing and range of movement of the reflective surface 14 of the optical deflector 13. The drive device may obtain the light source irradiation timing and light receiving timing from an external device such as the light source device 12 or a light receiving device, and synchronize these with the drive of the optical deflector 13.

[光走査処理]
次に、図16を参照して、光走査システム10が被走査面15を光走査する処理について説明する。図16は、光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。
[Optical scanning process]
Next, a process of optically scanning the surface 15 to be scanned by the optical scanning system 10 will be described with reference to Fig. 16. Fig. 16 is a flowchart of an example of a process related to the optical scanning system.

ステップS11において、制御部30は、外部装置等から光走査情報を取得する。 In step S11, the control unit 30 acquires optical scanning information from an external device, etc.

ステップS12において、制御部30は、取得した光走査情報から制御信号を生成し、制御信号を駆動信号出力部31に出力する。 In step S12, the control unit 30 generates a control signal from the acquired optical scanning information and outputs the control signal to the drive signal output unit 31.

ステップS13において、駆動信号出力部31は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を光源装置12および光偏向器13に出力する。 In step S13, the drive signal output unit 31 outputs a drive signal to the light source device 12 and the optical deflector 13 based on the input control signal.

ステップS14において、光源装置12は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、光偏向器13は、入力された駆動信号に基づいて反射面14の可動を行う。光源装置12および光偏向器13の駆動により、反射面14に入射した光は任意の方向に偏向され、光走査される。 In step S14, the light source device 12 emits light based on the input drive signal. The optical deflector 13 moves the reflecting surface 14 based on the input drive signal. By driving the light source device 12 and the optical deflector 13, the light incident on the reflecting surface 14 is deflected in an arbitrary direction and optically scanned.

なお、上記光走査システム10では、1つの駆動装置11が光源装置12および光偏向器13を制御するが、光源装置12を制御する駆動装置と光偏向器13を制御する駆動装置とを別々に設けてもよい。 In the optical scanning system 10, one driving device 11 controls the light source device 12 and the optical deflector 13, but a driving device that controls the light source device 12 and a driving device that controls the optical deflector 13 may be provided separately.

また、上記光走査システム10では、一つの駆動装置11に制御部30の機能および駆動信号出力部31の機能を設けている。しかし、これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部30を有した駆動装置11とは別に駆動信号出力部31を有した駆動信号出力装置を設けてもよい。なお、上記光走査システム10のうち、反射面14を有した光偏向器13と駆動装置11により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。 In addition, in the optical scanning system 10, one driving device 11 is provided with the functions of the control unit 30 and the driving signal output unit 31. However, these functions may exist separately, for example, a driving signal output device having a driving signal output unit 31 may be provided separately from the driving device 11 having the control unit 30. Note that, in the optical scanning system 10, an optical deflector 13 having a reflective surface 14 and the driving device 11 may form an optical deflection system that performs optical deflection.

第1から第4の実施形態に係る光偏向器を光走査システムに用いることにより、可動部の高画角及び高解像での光走査が可能となる。 By using the optical deflectors according to the first to fourth embodiments in an optical scanning system, optical scanning with a wide angle of view and high resolution of the movable part becomes possible.

[画像投影装置]
次に、図17及び図18を参照して、光偏向器13を適用した画像投影装置について詳細に説明する。
[Image Projection Device]
Next, an image projection device to which the optical deflector 13 is applied will be described in detail with reference to FIGS.

図17は、画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置500を搭載した自動車400の実施形態に係る概略図である。また、図18はヘッドアップディスプレイ装置500の一例の概略図である。 Figure 17 is a schematic diagram of an embodiment of an automobile 400 equipped with a head-up display device 500, which is an example of an image projection device. Also, Figure 18 is a schematic diagram of an example of the head-up display device 500.

画像投影装置は、光走査により画像を投影する装置であり、例えばヘッドアップディスプレイ装置である。 An image projection device is a device that projects an image by optical scanning, such as a head-up display device.

図17に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500は、例えば、自動車400のウインドシールド(フロントガラス401等)の付近に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置500から発せられる投射光Lがフロントガラス401で反射され、ユーザーである観察者(運転者402)に向かう。 As shown in FIG. 17, the head-up display device 500 is installed, for example, near the windshield (windshield 401, etc.) of the automobile 400. Projection light L emitted from the head-up display device 500 is reflected by the windshield 401 and directed toward the observer (driver 402), who is the user.

これにより、運転者402は、ヘッドアップディスプレイ装置500によって投影された画像等を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールドの内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させる構成にしてもよい。 This allows the driver 402 to view the image projected by the head-up display device 500 as a virtual image. A combiner may be installed on the inner wall surface of the windshield, and the user may view a virtual image by projected light reflected by the combiner.

図18に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置500は、赤色、緑色、及び青色のレーザ光源501R,501G,及び501Bからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメートレンズ502,503,及び504と、2つのダイクロイックミラー505及び506と、光量調整部507とを含む入射光学系に入射する。そして、入射光学系を経たレーザ光は、反射面14を有する光偏向器13で偏向される。 As shown in FIG. 18, in the head-up display device 500, laser light is emitted from red, green, and blue laser light sources 501R, 501G, and 501B. The emitted laser light is incident on an incident optical system including collimator lenses 502, 503, and 504 provided for each laser light source, two dichroic mirrors 505 and 506, and a light amount adjustment unit 507. The laser light that passes through the incident optical system is deflected by an optical deflector 13 having a reflecting surface 14.

そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー509と、中間スクリーン510と、投射ミラー511とを含む投射光学系を経て、スクリーンに投影される。 The deflected laser light then passes through a projection optical system that includes a free-form surface mirror 509, an intermediate screen 510, and a projection mirror 511, and is projected onto the screen.

ヘッドアップディスプレイ装置500では、レーザ光源501R,501G,及び501B、コリメートレンズ502,503,及び504、並びにダイクロイックミラー505及び506は、光源ユニット530として光学ハウジングでユニット化されている。 In the head-up display device 500, the laser light sources 501R, 501G, and 501B, the collimating lenses 502, 503, and 504, and the dichroic mirrors 505 and 506 are unitized in an optical housing as the light source unit 530.

上記ヘッドアップディスプレイ装置500は、中間スクリーン510に表示される中間像を自動車400のフロントガラス401に投射することで、その中間像を運転者402に虚像として視認させる。 The head-up display device 500 projects an intermediate image displayed on an intermediate screen 510 onto the windshield 401 of the automobile 400, allowing the driver 402 to view the intermediate image as a virtual image.

レーザ光源501R,501G,及び501Bから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメートレンズ502,503,及び504で略平行光とされ、2つのダイクロイックミラー505及び506により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部507で光量が調整された後、反射面14を有する光偏向器13によって二次元走査される。光偏向器13で二次元走査された投射光Lは、自由曲面ミラー509で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン510に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン510は、例えば、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイであり、中間スクリーン510に入射する投射光Lをマイクロレンズ単位で拡大する。 The laser light of each color emitted from the laser light sources 501R, 501G, and 501B is converted into approximately parallel light by the collimating lenses 502, 503, and 504, respectively, and is combined by two dichroic mirrors 505 and 506. The combined laser light has its light amount adjusted by the light amount adjustment unit 507, and is then two-dimensionally scanned by the optical deflector 13 having a reflecting surface 14. The projection light L two-dimensionally scanned by the optical deflector 13 is reflected by the free-form surface mirror 509, where distortion is corrected, and then focused on the intermediate screen 510 to display an intermediate image. The intermediate screen 510 is, for example, a microlens array in which microlenses are arranged two-dimensionally, and the projection light L incident on the intermediate screen 510 is magnified in units of microlenses.

光偏向器13は、反射面14を2軸方向に往復可動させ、反射面14に入射する投射光Lを二次元走査する。この光偏向器13による反射面14の駆動制御は、レーザ光源501R,501G,及び501Bの発光タイミングに同期して行われる。 The optical deflector 13 moves the reflecting surface 14 back and forth in two axial directions, two-dimensionally scanning the projection light L incident on the reflecting surface 14. The drive control of the reflecting surface 14 by the optical deflector 13 is performed in synchronization with the light emission timing of the laser light sources 501R, 501G, and 501B.

以上、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイ装置500の説明をしたが、画像投影装置は、反射面14を有した光偏向器13により光走査を行うことで画像を投影する装置であれば、ヘッドアップディスプレイ装置以外であってもよい。 The above describes the head-up display device 500 as an example of an image projection device, but the image projection device may be a device other than a head-up display device as long as it projects an image by performing optical scanning using an optical deflector 13 having a reflective surface 14.

画像投影装置は、例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタにも、同様に適用することができる。また、画像投影装置は、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ装置等にも、同様に適用することができる。 The image projection device can be similarly applied to, for example, a projector that is placed on a desk or the like and projects an image onto a display screen. The image projection device can also be similarly applied to a head-mounted display device that is mounted on a mounting member that is worn on the observer's head or the like and projects an image onto a reflective/transmissive screen that the mounting member has, or projects an image using the observer's eyeball as a screen.

また、画像投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、航空機、船舶、及び移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。 The image projection device may be mounted not only on vehicles or mounting members, but also on moving bodies such as aircraft, ships, and mobile robots, or on non-moving bodies such as work robots that operate drive targets such as manipulators without moving from their locations.

第1から第4の実施形態に係る光偏向器を画像投影装置に用いることにより、可動部の高画角及び高解像での画像投影が可能となる。 By using the optical deflectors according to the first to fourth embodiments in an image projection device, it becomes possible to project images with a wide angle of view and high resolution from the movable part.

[光書込装置]
次に、図19及び図20を参照して、光偏向器13を適用した光書込装置について詳細に説明する。
[Optical writing device]
Next, an optical writing device to which the optical deflector 13 is applied will be described in detail with reference to FIGS.

図19は、光書込装置600を組み込んだ画像形成装置の一例である。また、図20は、光書込装置の一例の概略図である。 Figure 19 shows an example of an image forming device incorporating an optical writing device 600. Also, Figure 20 is a schematic diagram of an example of an optical writing device.

図19に示すように、上記光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有するレーザプリンタ650等に代表される画像形成装置の構成部材として使用される。画像形成装置において光書込装置600は、1本または複数本のレーザビームで被走査面15である感光体ドラムを光走査することにより、感光体ドラムに光書込を行う。 As shown in FIG. 19, the optical writing device 600 is used as a component of an image forming device such as a laser printer 650 having a printer function using laser light. In the image forming device, the optical writing device 600 optically writes on the photosensitive drum, which is the scanned surface 15, by optically scanning the photosensitive drum with one or more laser beams.

図20に示すように、光書込装置600において、レーザ素子などの光源装置12からのレーザ光は、コリメートレンズなどの結像光学系601を経た後、反射面14を有する光偏向器13により1軸方向または2軸方向に偏向される。 As shown in FIG. 20, in an optical writing device 600, laser light from a light source device 12 such as a laser element passes through an imaging optical system 601 such as a collimator lens, and is then deflected in one or two axial directions by an optical deflector 13 having a reflecting surface 14.

そして、光偏向器13で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ602aと第二レンズ602b、及び反射ミラー部602cを含む走査光学系602を経て、被走査面15(例えば感光体ドラムや感光紙)に照射し、光書込みを行う。走査光学系602は、被走査面15にスポット状に光ビームを結像する。 The laser light deflected by the optical deflector 13 then passes through the scanning optical system 602, which includes a first lens 602a, a second lens 602b, and a reflecting mirror section 602c, and is irradiated onto the surface to be scanned 15 (e.g., a photosensitive drum or photosensitive paper) to perform optical writing. The scanning optical system 602 forms a spot-shaped light beam on the surface to be scanned 15.

また、光源装置12および反射面14を有する光偏向器13は、駆動装置11の制御に基づき駆動する。 In addition, the light source device 12 and the optical deflector 13 having the reflective surface 14 are driven based on the control of the driving device 11.

このように上記光書込装置600は、レーザ光によるプリンタ機能を有する画像形成装置の構成部材として使用することができる。 In this way, the optical writing device 600 can be used as a component of an image forming device that has a laser light printer function.

また、光書込装置600は、走査光学系を異ならせて1軸方向だけでなく2軸方向に光走査することも可能である。光書込装置600は、例えば、レーザ光をサーマルメディアに偏向して2軸方向に光走査し、サーマルメディアを加熱することで印字するレーザラベル装置等の画像形成装置の構成部材として使用することができる。 The optical writing device 600 can also perform optical scanning in two directions, not just one, by changing the scanning optical system. The optical writing device 600 can be used, for example, as a component of an image forming device such as a laser label device that deflects laser light onto thermal media to perform optical scanning in two directions and prints by heating the thermal media.

上記光書込装置に適用される反射面14を有した光偏向器13は、ポリゴンミラー等を用いた回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置の省電力化に有利である。 The optical deflector 13 having a reflecting surface 14 used in the optical writing device described above consumes less power to operate than a rotating polygon mirror using a polygon mirror or the like, and is therefore advantageous in reducing the power consumption of the optical writing device.

また、光偏向器13の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置の静粛性の改善に有利である。光書込装置は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また光偏向器13の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。 In addition, the wind noise generated by the optical deflector 13 during vibration is smaller than that of the rotating polygon mirror, which is advantageous in improving the quietness of the optical writing device. The optical writing device requires an overwhelmingly smaller installation space than the rotating polygon mirror, and the optical deflector 13 generates only a small amount of heat, making it easy to miniaturize the device, which is advantageous in miniaturizing the image forming device.

第1から第4の実施形態に係る光偏向器を光書込装置に用いることにより、可動部の高画角及び高解像での光書き込みが可能となる。 By using the optical deflectors according to the first to fourth embodiments in an optical writing device, optical writing with a wide angle of view and high resolution of the movable part becomes possible.

[物体認識装置]
次に、図21及び図22を参照して、光偏向器13を適用した物体認識装置について詳細に説明する。
[Object Recognition Device]
Next, an object recognition device to which the optical deflector 13 is applied will be described in detail with reference to FIGS.

図21は、物体認識装置の一例であるレーザレーダ装置を搭載した自動車の概略図である。また、図22はレーザレーダ装置の一例の概略図である。 Figure 21 is a schematic diagram of an automobile equipped with a laser radar device, which is an example of an object recognition device. Also, Figure 22 is a schematic diagram of an example of a laser radar device.

物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばレーザレーダ装置である。 An object recognition device is a device that recognizes objects in a target direction, such as a laser radar device.

図21に示すように、レーザレーダ装置700は、例えば自動車701に搭載され、対象方向を光走査して、対象方向に存在する被対象物702からの反射光を受光することで、被対象物702を認識する。 As shown in FIG. 21, the laser radar device 700 is mounted on, for example, an automobile 701, and recognizes an object 702 by optically scanning the target direction and receiving reflected light from the object 702 present in the target direction.

図22に示すように、光源装置12から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ703と、平面ミラー704とを含む入射光学系を経て、反射面14を有する光偏向器13で1軸もしくは2軸方向に走査される。 As shown in FIG. 22, the laser light emitted from the light source device 12 passes through an incident optical system including a collimator lens 703, which is an optical system that converts divergent light into approximately parallel light, and a plane mirror 704, and is scanned in one or two axial directions by an optical deflector 13 having a reflecting surface 14.

そして、2軸方向に走査されたレーザ光は、投光光学系である投光レンズ705等を経て装置前方の被対象物702に照射される。光源装置12および光偏向器13は、駆動装置11により駆動を制御される。被対象物702で反射された反射光は、光検出器709により光検出される。 The laser light scanned in two axial directions is then irradiated onto the object 702 in front of the device via a projection lens 705, which is a projection optical system. The light source device 12 and the optical deflector 13 are controlled by a driving device 11. The light reflected by the object 702 is optically detected by a photodetector 709.

すなわち、被対象物702で反射された反射光は受光光学系である集光レンズ706等を経て撮像素子707により受光され、撮像素子707は検出信号を信号処理回路708に出力する。信号処理回路708は、入力された検出信号に2値化やノイズ処理等の所定の処理を行い、結果を測距回路710に出力する。 That is, the light reflected by the object 702 passes through the light receiving optical system, such as the condenser lens 706, and is received by the image sensor 707, which outputs a detection signal to the signal processing circuit 708. The signal processing circuit 708 performs predetermined processing, such as binarization and noise processing, on the input detection signal, and outputs the result to the distance measurement circuit 710.

測距回路710は、光源装置12がレーザ光を発光したタイミングと、光検出器709でレーザ光を受光したタイミングとの時間差、または受光した撮像素子707の画素ごとの位相差とによって、被対象物702の有無を認識する。測距回路710は、さらに被対象物702との距離情報を算出する。 The distance measurement circuit 710 recognizes the presence or absence of the object 702 based on the time difference between when the light source device 12 emits the laser light and when the photodetector 709 receives the laser light, or the phase difference between each pixel of the image sensor 707 that receives the light. The distance measurement circuit 710 further calculates distance information to the object 702.

反射面14を有する光偏向器13は多面鏡に比べて破損しづらく、小型であるため、耐久性の高い小型のレーダ装置を提供することができる。 The optical deflector 13 with the reflecting surface 14 is less prone to breakage than a polygon mirror and is small, making it possible to provide a small, highly durable radar device.

このようなレーザレーダ装置は、例えば、車両、航空機、船舶及び移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載できる。そして、レーザレーダ装置は、所定範囲を光走査して障害物の有無や障害物までの距離を認識することができる。
なお、上記では、物体認識装置の一例として、レーザレーダ装置700の説明をしたが、物体認識装置はレーザレーダ装置に限定されるものではない。物体認識装置は、反射面14を有した光偏向器13を駆動装置11で制御することにより光走査を行い、光検出器により反射光を受光することで被対象物702を認識する装置であれば、レーザレーダ装置以外であってもよい。
Such a laser radar device can be mounted on a moving body such as a vehicle, an aircraft, a ship, or a mobile robot, or on a non-moving body such as a work robot that operates a drive target such as a manipulator without moving from the spot. The laser radar device can optically scan a predetermined range to recognize the presence or absence of an obstacle and the distance to the obstacle.
In the above, the laser radar device 700 has been described as an example of an object recognition device, but the object recognition device is not limited to a laser radar device. The object recognition device may be a device other than a laser radar device as long as it performs optical scanning by controlling an optical deflector 13 having a reflecting surface 14 with a driving device 11 and recognizes an object 702 by receiving reflected light with a photodetector.

物体認識装置は、例えば、手や顔を光走査して得た距離情報から形状等の物体情報を算出し、記録と参照することで対象物を認識する生体認証にも同様に適用することができる。また、物体認識装置は、対象範囲への光走査により侵入物を認識するセキュリティセンサ、及び光走査により得た距離情報から形状等の物体情報を算出して認識し、3次元データとして出力する3次元スキャナの構成部材などにも同様に適用することができる。 The object recognition device can be similarly applied to biometric authentication, for example, where object information such as shape is calculated from distance information obtained by optically scanning a hand or face, and the target object is recognized by referring to the record. The object recognition device can also be similarly applied to security sensors that recognize intruding objects by optically scanning a target range, and to components of three-dimensional scanners that calculate and recognize object information such as shape from distance information obtained by optical scanning, and output it as three-dimensional data.

第1から第4の実施形態に係る光偏向器を物体認識装置に用いることにより、可動部の高画角及び高解像での物体認識が可能となる。 By using the optical deflectors according to the first to fourth embodiments in an object recognition device, it becomes possible to recognize objects with a wide angle of view and high resolution of the movable part.

[パッケージング]
次に、図23を参照して、光偏向器13のパッケージングについて説明する。
[Packaging]
Next, packaging of the optical deflector 13 will be described with reference to FIG.

図23は、パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。 Figure 23 is a schematic diagram of an example of a packaged optical deflector.

図23に示すように、光偏向器13は、凹状のパッケージ部材801の底面に配置される取付部材802に取り付けられている。パッケージ部材801には、光偏向器13が配置された領域を覆う透過部材803が設けられている。パッケージ部材801と透過部材803で密閉されることで、光偏向器13がパッケージングされる。 As shown in FIG. 23, the optical deflector 13 is attached to a mounting member 802 that is placed on the bottom surface of a concave packaging member 801. The packaging member 801 is provided with a transparent member 803 that covers the area in which the optical deflector 13 is placed. The optical deflector 13 is packaged by being sealed with the packaging member 801 and the transparent member 803.

さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、光偏向器13の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。 In addition, an inert gas such as nitrogen is sealed inside the package. This prevents the optical deflector 13 from deteriorating due to oxidation, and improves its durability against environmental changes such as temperature.

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the above describes examples of embodiments of the present invention, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims.

10 光走査システム
11 駆動装置
12、12b 光源装置
13 光偏向器
14 反射面
15 被走査面
25 光源装置ドライバ
26 光偏向器ドライバ
30 制御部
31 駆動信号出力部
50 レーザヘッドランプ
51 ミラー
52 透明板
110 ミラー部
120 トーションバー
120a 一方の端部
120b 他方の端部
130 駆動梁
131 梁部
132 圧電材料
140 接続部
141 接続部リブ
142 固定端側フィレット
143 凸部
144 自由端側フィレット
150 固定枠
350 可動枠
360 可動枠支持部
361 梁部
362 梁部接続部
363 圧電部材
370 固定枠
400 自動車(車両の一例)
500 ヘッドアップディスプレイ装置(画像投影装置の一例、ヘッドアップディスプレイの一例)
650 レーザプリンタ
700 レーザレーダ装置(物体認識装置の一例)
702 被対象物
801 パッケージ部材
802 取付部材
803 透過部材
10 Optical scanning system 11 Driving device 12, 12b Light source device 13 Optical deflector 14 Reflecting surface 15 Scanned surface 25 Light source device driver 26 Optical deflector driver 30 Control unit 31 Drive signal output unit 50 Laser headlamp 51 Mirror 52 Transparent plate 110 Mirror portion 120 Torsion bar 120a One end 120b The other end 130 Drive beam 131 Beam portion 132 Piezoelectric material 140 Connection portion 141 Connection portion rib 142 Fixed end side fillet 143 Convex portion 144 Free end side fillet 150 Fixed frame 350 Movable frame 360 Movable frame support portion 361 Beam portion 362 Beam portion connection portion 363 Piezoelectric member 370 Fixed frame 400 Automobile (an example of a vehicle)
500 Head-up display device (an example of an image projection device, an example of a head-up display)
650 Laser printer 700 Laser radar device (an example of an object recognition device)
702 Object 801 Package member 802 Mounting member 803 Transparent member

特開2019-144416号公報JP 2019-144416 A

Claims (15)

光を反射するミラー部と、
前記ミラー部と一端が接続されており前記ミラー部を支持する1対の支持部と、
各々の前記支持部の他端と接続されており、前記支持部を変形させて前記ミラー部を第1軸を中心に回動させる1対の駆動梁と、
前記支持部と前記駆動梁とを接続する接続部と、
を有し、
前記接続部には、前記1対の支持部の長手方向と交差する方向を長手とするリブが設けられており、
前記1対の駆動を駆動していないときの前記ミラー部の反射面と平行な平面を、前記1対の支持部の長手方向と平行な直線で二分したとき、前記1対の駆動は、前記二分された平面の何れか一方に配置されていることを特徴とする光偏向器。
A mirror portion that reflects light;
a pair of support parts each having one end connected to the mirror part and supporting the mirror part;
a pair of drive beams connected to the other end of each of the supports and configured to deform the supports to rotate the mirror unit about a first axis;
a connection portion that connects the support portion and the actuation beam;
having
The connection portion is provided with a rib having a longitudinal direction intersecting with a longitudinal direction of the pair of support portions,
An optical deflector characterized in that, when a plane parallel to the reflective surface of the mirror section when the pair of drive beams are not driven is bisected by a straight line parallel to the longitudinal direction of the pair of support sections, the pair of drive beams are positioned on either of the bisected planes.
前記リブは前記第1軸と直交する方向に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。 The optical deflector according to claim 1, characterized in that the rib is provided in a direction perpendicular to the first axis. 前記リブは、前記接続部において、前記ミラー部と接続されている側とは反対側に寄って設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光偏向器。 The optical deflector according to claim 1 or 2, characterized in that the rib is provided on the side of the connection portion opposite to the side connected to the mirror portion. 前記駆動梁を支持する枠部を有し、
前記駆動梁、前記接続部、前記支持部及び前記ミラー部からなる部材は、前記枠部に片持ち支持されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光偏向器。
A frame portion supporting the actuation beam is provided.
4. The optical deflector according to claim 1, wherein a member consisting of said drive beam, said connection portion, said support portion and said mirror portion is cantilevered by said frame portion.
前記接続部は、前記第1軸よりも前記駆動梁側の第1の領域で前記駆動梁と接続されており、
前記接続部において、前記第1の領域とは反対の第2の領域には、前記駆動梁と前記枠部とが接続されている部分に対し反対側に出っ張った凸部を有しており、
前記凸部の前記支持部側には、フィレット形状を有する第1のフィレット部が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の光偏向器。
the connection portion is connected to the actuation beam in a first region on a side of the actuation beam relative to the first axis,
a second region of the connection portion opposite to the first region has a protrusion that protrudes from a portion where the drive beam and the frame portion are connected to each other,
5. The optical deflector according to claim 4, wherein a first fillet portion having a fillet shape is provided on the support portion side of the protrusion.
前記接続部の前記第1の領域の前記支持部側には、フィレット形状を有する第2のフィレット部が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の光偏向器。 The optical deflector according to claim 5, characterized in that a second fillet portion having a fillet shape is provided on the support portion side of the first region of the connection portion. 前記リブは、前記第2のフィレット部の最も前記駆動梁側の端点から前記第1軸方向に沿った仮想線に対して跨るように設けられていることを特徴とする請求項6に記載の光偏向器。 The optical deflector according to claim 6, characterized in that the rib is provided so as to straddle a virtual line along the first axis direction from the end point of the second fillet portion closest to the actuation beam. 前記接続部の前記第1の領域の前記支持部側には、フィレット形状を有する第2のフィレット部が設けられており、
前記第1のフィレット部におけるフィレット形状の曲率と、前記第2のフィレット部におけるフィレット形状の曲率と、は異なることを特徴とする請求項5に記載の光偏向器。
a second fillet portion having a fillet shape is provided on the support portion side of the first region of the connection portion,
6. The optical deflector according to claim 5, wherein a curvature of the fillet shape of the first fillet portion is different from a curvature of the fillet shape of the second fillet portion.
前記第1のフィレット部におけるフィレット形状は、楕円弧であることを特徴とする請求項5から8のいずれか1項に記載の光偏向器。 The optical deflector according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the fillet shape of the first fillet portion is an elliptical arc. 前記第1のフィレット部におけるフィレット形状は、円弧であって、前記円弧の中心に対し90度以下の範囲に形成されていることを特徴とする請求項5から9のいずれか1項に記載の光偏向器。 The optical deflector according to any one of claims 5 to 9, characterized in that the fillet shape of the first fillet portion is an arc and is formed within a range of 90 degrees or less with respect to the center of the arc. 前記枠部は可動枠であって、
前記可動枠と一端が接続されており前記可動枠を前記第1軸と直交する第2軸を中心に回動可能に支持する1対の可動枠支持部と、
前記可動枠支持部の他端が接続された固定枠と、
を有することを特徴とする請求項4から10のいずれかに記載の光偏向器。
The frame portion is a movable frame,
a pair of movable frame support parts each having one end connected to the movable frame and supporting the movable frame rotatably about a second axis perpendicular to the first axis;
a fixed frame to which the other end of the movable frame support portion is connected; and
11. The optical deflector according to claim 4, further comprising:
請求項1から10のいずれか1項に記載の光偏向器と、
光源と、
を備えた偏向装置。
An optical deflector according to any one of claims 1 to 10;
A light source;
A deflection device comprising:
請求項1から10のいずれか1項に記載の光偏向器を備える物体認識装置。 An object recognition device comprising an optical deflector according to any one of claims 1 to 10. 請求項1から10のいずれか1項に記載の光偏向器を備える画像投影装置。 An image projection device comprising an optical deflector according to any one of claims 1 to 10. 請求項13に記載の物体認識装置、請求項14に記載の画像投影装置の少なくとも1つを有する移動体。 A moving body having at least one of the object recognition device according to claim 13 and the image projection device according to claim 14.
JP2020167189A 2019-11-27 2020-10-01 Optical deflector, deflection device, object recognition device, image projection device, and moving object Active JP7563091B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/953,632 US11789258B2 (en) 2019-11-27 2020-11-20 Light deflector, deflecting device, object recognition device, image projection device, and mobile object

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019214515 2019-11-27
JP2019214515 2019-11-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021089418A JP2021089418A (en) 2021-06-10
JP7563091B2 true JP7563091B2 (en) 2024-10-08

Family

ID=76220251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020167189A Active JP7563091B2 (en) 2019-11-27 2020-10-01 Optical deflector, deflection device, object recognition device, image projection device, and moving object

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7563091B2 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011095331A (en) 2009-10-27 2011-05-12 Ricoh Co Ltd Optical scanner, image forming apparatus and image projector
JP2012133242A (en) 2010-12-22 2012-07-12 Mitsumi Electric Co Ltd Optical scanner
US20140327946A1 (en) 2011-11-29 2014-11-06 Innoluce B.V. Mems scanning micromirror
JP2014215534A (en) 2013-04-26 2014-11-17 株式会社デンソー Optical scanner
JP2015176052A (en) 2014-03-17 2015-10-05 株式会社リコー Optical deflector, optical scanning device, image forming device, and image projection device
JP2017097304A (en) 2015-11-27 2017-06-01 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Optical deflector and image forming apparatus including the optical deflector
JP2018010276A (en) 2016-06-29 2018-01-18 株式会社リコー Piezoelectric actuator, light deflector and image projection device
JP2019159257A (en) 2018-03-16 2019-09-19 株式会社リコー Optical scanner, image projection device and mobile body

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011095331A (en) 2009-10-27 2011-05-12 Ricoh Co Ltd Optical scanner, image forming apparatus and image projector
JP2012133242A (en) 2010-12-22 2012-07-12 Mitsumi Electric Co Ltd Optical scanner
US20140327946A1 (en) 2011-11-29 2014-11-06 Innoluce B.V. Mems scanning micromirror
JP2014215534A (en) 2013-04-26 2014-11-17 株式会社デンソー Optical scanner
JP2015176052A (en) 2014-03-17 2015-10-05 株式会社リコー Optical deflector, optical scanning device, image forming device, and image projection device
JP2017097304A (en) 2015-11-27 2017-06-01 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Optical deflector and image forming apparatus including the optical deflector
JP2018010276A (en) 2016-06-29 2018-01-18 株式会社リコー Piezoelectric actuator, light deflector and image projection device
JP2019159257A (en) 2018-03-16 2019-09-19 株式会社リコー Optical scanner, image projection device and mobile body

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021089418A (en) 2021-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7167500B2 (en) Mobile devices, image projection devices, head-up displays, laser headlamps, head-mounted displays, object recognition devices, and vehicles
JP7363177B2 (en) Optical deflector, optical scanning system, image projection device, image forming device, laser radar
JP2018022003A (en) Optical deflector, optical scanning device, image projection device, image forming device, and moving body
JP7451930B2 (en) Optical deflectors, deflection devices, distance measuring devices, image projection devices, and vehicles
JP7501762B2 (en) Movable device, image projection device, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device, and vehicle
US11947113B2 (en) Movable device, image projection apparatus, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device, and vehicle
JP2017116842A (en) Light deflector and image projection device
JP6926625B2 (en) Piezoelectric actuators, optical deflectors and image projection devices
JP7354797B2 (en) Optical deflectors, deflection devices, distance measuring devices, image projection devices, and vehicles
JP7593186B2 (en) Optical deflector, image projection device, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, distance measuring device, and moving body
US11640053B2 (en) Movable device, image projection apparatus, heads-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device, and mobile object
JP2018022004A (en) Optical deflector and image display system
JP7363352B2 (en) Mobile devices, image projection devices, head-up displays, laser headlamps, head-mounted displays, object recognition devices, and vehicles
US11789258B2 (en) Light deflector, deflecting device, object recognition device, image projection device, and mobile object
JP7563091B2 (en) Optical deflector, deflection device, object recognition device, image projection device, and moving object
JP2022143323A (en) Mobile devices, image projection devices, head-up displays, laser headlamps, head-mounted displays, distance measurement devices, and moving objects
JP7608909B2 (en) Movable device, deflection device, object recognition device, image projection device, and moving body
JP7501281B2 (en) Optical deflector, deflection device, distance measuring device, image projection device, and moving body
JP7635590B2 (en) Optical deflector, image projection device, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, distance measuring device and moving body
JP7563261B2 (en) Optical deflection element, image projection device, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device and moving body
JP7468173B2 (en) Optical deflector, optical scanning system, image projection device, image forming device, laser radar
US11796793B2 (en) Optical deflector, deflection apparatus, distance measuring apparatus, image projecting apparatus, and movable body
JP7669826B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2018005201A (en) Actuator device and actuator system
JP6703746B2 (en) Optical deflection element, optical scanning device, and image projection device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230824

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240312

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240513

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240604

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240731

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240827

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240909

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7563091

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150