(57)【要約】【課題】製造プロセスを簡略化することができる光走査素子を提供する。【解決手段】光走査素子１Ａは、光を反射する平板状の反射部１１と、反射部１１を揺動させる揺動軸１２と、反射部１１の揺動軸１２上に設けられ、台座８に対して反射部１１を揺動自在に支持する梁部１３とを有するミラー３と、ミラー３の揺動方向の振れ角を検出する振れ角検出部５とを備える。振れ角検出部５は、ミラー駆動部７が駆動からミラー３を揺動するまでのミラー揺動動作に起因する磁束の変化をミラー３の振れ角として検出する。【選択図】図１
2020020916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する平板状の反射部と、前記反射部を揺動させる第１揺動軸と、前記反射部の前記第１揺動軸上に設けられ、台座に対して前記反射部を揺動自在に支持する一対の第１梁部と、を有するミラーと、
前記ミラーを揺動させるミラー駆動部と、
前記ミラーの揺動方向の振れ角を検出する第１振れ角検出部と、
を備え、
前記第１振れ角検出部は、
前記ミラー駆動部が駆動から前記ミラーを揺動するまでのミラー揺動動作に起因する磁束の変化を前記ミラーの振れ角として検出する、
ことを特徴とする光走査素子。
【請求項２】
前記ミラーは、
少なくとも前記第１梁部が、歪みが生じると磁束が変化する磁性材料で構成され、
前記第１振れ角検出部は、
少なくとも前記反射部の揺動に起因する前記第１梁部の磁束の変化を前記ミラーの振れ角として検出する、
請求項１に記載の光走査素子。
【請求項３】
前記ミラー駆動部は、前記台座のうち、前記第１揺動軸上とは異なる位置に少なくとも１つ配置され、かつ前記反射部に磁力を与えて揺動させる、
請求項１または２に記載の光走査素子。
【請求項４】
前記ミラー駆動部は、
前記ミラーの対角線上にあって前記第１揺動軸を挟んで対向する位置に配置される、
請求項３に記載の光走査素子。
【請求項５】
前記第１振れ角検出部は、
巻き線コイルを含んで構成され、
前記巻き線コイルの中心軸と前記第１梁部に対応する第１揺動軸とが重なる位置、または、平行となる位置に配置される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査素子。
【請求項６】
枠状に形成され、かつ内側に前記第１梁部を介して接続された前記ミラーを有する平板状の枠部と、平面視において前記第１揺動軸と直交する第２揺動軸と、前記枠部の前記第２揺動軸上に設けられ、前記台座に対して前記枠部を揺動自在に支持する一対の第２梁部と、を有するフレームと、
前記フレームの揺動方向の振れ角を検出する第２振れ角検出部と、
をさらに備え、
前記第２振れ角検出部は、
前記ミラー駆動部が駆動から前記フレームを揺動するまでのフレーム揺動動作に起因する磁束の変化を前記フレームの振れ角として検出し、
前記フレームは、
少なくとも前記第２梁部が、歪みが生じると磁束が変化する磁性材料で構成され、
前記第２振れ角検出部は、
巻き線コイルを含んで構成され、
少なくとも前記巻き線コイルの中心軸と前記第２梁部に対応する第２揺動軸とが重なる位置に配置され、
前記枠部の揺動に起因する前記第２梁部の磁束の変化を前記フレームの振れ角として検出する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光走査素子は、揺動するミラーにレーザ光等の光を反射させて光走査を行うものである。光走査素子は、例えば、レーザプロジェクタやヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head  Up  Display）等の様々な機器に用いられている。光走査素子は、例えば、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro  Electro  Mechanical  System）技術を用いたＭＥＭＳミラーがある。
【０００３】
ＭＥＭＳミラーは、例えば、シリコンウエハを加工して弾性を持たせた部分にコイルを配置して外部から磁力を与えて可動部とし、可動部に反射面を形成してレーザ光を反射させることで光を偏向して走査するものである。例えば、特許文献１では、Ｘ軸周りに揺動可能な枠体部と、枠体部をＸ軸周りに揺動可能に支持する軸部と、軸部の厚さよりも厚く形成され、軸部を支持する支持部と、枠体部に設けられたコイルと、コイルに作用する磁界を発生させる永久磁石と、支持部に設けられた軟磁性体とを備える光スキャナーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５６２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のＭＥＭＳミラーは、シリコンウエハにコイルを配置したり、ピエゾ抵抗素子を形成して可動部の振れ角を検出しているが、複雑な製造プロセスが必要であり、改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、製造プロセスを簡略化することができる光走査素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る光走査素子は、光を反射する平板状の反射部と、前記反射部を揺動させる第１揺動軸と、前記反射部の前記第１揺動軸上に設けられ、台座に対して前記反射部を揺動自在に支持する一対の第１梁部と、を有するミラーと、前記ミラーを揺動させるミラー駆動部と、前記ミラーの揺動方向の振れ角を検出する第１振れ角検出部と、を備え、前記第１振れ角検出部は、前記ミラー駆動部が駆動から前記ミラーを揺動するまでのミラー揺動動作に起因する磁束の変化を前記ミラーの振れ角として検出することを特徴とする。
【０００８】
また、上記光走査素子において、前記ミラーは、少なくとも前記第１梁部が、歪みが生じると磁束が変化する磁性材料で構成され、前記第１振れ角検出部は、少なくとも前記反射部の揺動に起因する前記第１梁部の磁束の変化を前記ミラーの振れ角として検出することが好ましい。
【０００９】
また、上記光走査素子において、前記ミラー駆動部は、前記台座のうち、前記第１揺動軸上とは異なる位置に少なくとも１つ配置され、かつ前記反射部に磁力を与えて揺動させることが好ましい。
【００１０】
また、上記光走査素子において、前記ミラー駆動部は、前記ミラーの対角線上にあって前記第１揺動軸を挟んで対向する位置に配置されることが好ましい。
【００１１】
また、上記光走査素子において、前記第１振れ角検出部は、巻き線コイルを含んで構成され、前記巻き線コイルの中心軸と前記第１梁部に対応する第１揺動軸とが重なる位置、または、平行となる位置に配置されることが好ましい。
【００１２】
また、上記光走査素子において、枠状に形成され、かつ内側に前記第１梁部を介して接続された前記ミラーを有する平板状の枠部と、平面視において前記第１揺動軸と直交する第２揺動軸と、前記枠部の前記第２揺動軸上に設けられ、前記台座に対して前記枠部を揺動自在に支持する一対の第２梁部と、を有するフレームと、前記フレームの揺動方向の振れ角を検出する第２振れ角検出部と、をさらに備え、前記第２振れ角検出部は、前記ミラー駆動部が駆動から前記フレームを揺動するまでのフレーム揺動動作に起因する磁束の変化を前記フレームの振れ角として検出し、前記フレームは、少なくとも前記第２梁部が、歪みが生じると磁束が変化する磁性材料で構成され、前記第２振れ角検出部は、巻き線コイルを含んで構成され、少なくとも前記巻き線コイルの中心軸と前記第２梁部に対応する第２揺動軸とが重なる位置に配置され、前記枠部の揺動に起因する前記第２梁部の磁束の変化を前記フレームの振れ角として検出する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光走査素子によれば、製造プロセスを簡略化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る光走査素子の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るミラーの揺動動作を示す模式図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るミラーの振れ角検出を説明するための模式図である。
【図５】図５は、第１実施形態の変形例１に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。
【図６】図６は、第１実施形態の変形例２に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る光走査素子の概略構成を示す縦断面図である。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、第２実施形態に係る光走査素子の低周波の通電電流波形とミラーの振れ角との関係を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第２実施形態に係る光走査素子の高周波の通電電流波形とミラーの振れ角との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係るミラーの振れ角検出を説明するための模式図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の変形例１に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態の変形例２に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係る第１振れ角検出部の配置例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態に係る光走査素子を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。図２は、第１実施形態に係る光走査素子の概略構成を示す縦断面図である。図３は、第１実施形態に係るミラーの揺動動作を示す模式図である。図４は、第１実施形態に係るミラーの振れ角検出を説明するための模式図である。図５は、第１実施形態の変形例１に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。図６は、第１実施形態の変形例２に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。なお、図２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。
【００１７】
以下の説明では、図示のＸ方向は、光走査素子を平面視した場合における幅方向を示すものとし、Ｙ方向はＸ方向に直交する方向であって奥行き方向を示すものとする。図示のＺ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する上下方向を示すものとする。
【００１８】
第１実施形態に係る光走査素子１Ａは、図１および図２に示すように、いわゆる１軸方式のＭＥＭＳミラーである。光走査素子１Ａは、例えば、レーザプロジェクタやヘッドアップディスプレイ等に利用される。光走査素子１Ａは、ミラー３が揺動軸１２周りに揺動しながら、光源（不図示）から出射されたレーザ光をスクリーン（不図示）に向けて反射することで当該スクリーンに画像を投影する。光走査素子１Ａは、ボディ２と、ミラー３と、ボディ用支柱４と、台座８と、振れ角検出部５と、振れ角検出部用支柱６と、ミラー駆動部７とを含んで構成される。
【００１９】
ボディ２は、平板状に形成されたＭＥＭＳミラーの本体部である。ボディ２は、磁性材料およびシリコンウエハにより構成される。この磁性材料は、磁歪材料であり、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、ソフトフェライト等が含まれる。ボディ２は、例えば、磁歪材料の薄膜がシリコンウエハ上に形成されたものである。磁歪材料は、一般的に、外部からの磁界により弾性変形する特性を有する。また、磁性材料は、外力により歪みが生じると磁束が変化する特性を有する。例えば、磁歪材料から成る平行梁の軸方向に圧縮応力を加えると磁化が減少して、平行梁の周囲の磁束が低下する。ボディ２は、揺動軸１２上の両端部に外側に向けた突起部２ａを有する。ボディ２は、ミラー３の周囲に一対の打ち抜き孔１４が形成されている。打ち抜き孔１４は、ボディ２を上下方向に貫通する孔であり、ミラー３を形作るように形成されている。
【００２０】
ミラー３は、平板状のボディ２の一部を抜き打ち加工して弾性を持たせた可動部であり、レーザ光等の光を反射する部分である。ミラー３は、反射部１１と、揺動軸１２と、一対の梁部１３とを有する。反射部１１は、光を反射する反射面１１ａを有する。揺動軸１２は、第１揺動軸である。揺動軸１２は、反射部１１を揺動させる軸であり、奥行き方向に延びている。梁部１３は、第１梁部であり、反射部１１の揺動軸１２上に設けられ、台座８に対して反射部１１を揺動自在に支持するものである。梁部１３は、ボディ２と反射部１１とを接続する。梁部１３は、反射部１１の揺動軸であると共に、反射部１１の揺動を抑制するねじりバネとしても機能する。梁部１３は、反射部１１の揺動軸１２周りの揺動により弾性変形し、歪みが付加されると周囲の磁束が変化する。
【００２１】
ボディ用支柱４は、ボディ２の幅方向の両端部をそれぞれ支持するものである。ボディ用支柱４は、それぞれが奥行き方向に長い四角柱で構成され、台座８に立設されている。台座８は、ボディ２と略同じ矩形状を有し、反射部１１に平行に載置されている。
【００２２】
振れ角検出部５は、第１振れ角検出部であり、図３に示すように、ミラー３の揺動方向の振れ角±θ（以下、単に「振れ角θ」とする）を検出するものである。振れ角検出部５は、例えば、ボディ２を挟んで奥行き方向に対向する位置に配置されている。言い換えると、振れ角検出部５は、揺動軸１２上にあってミラー３を挟んで対向する位置に配置されている。振れ角検出部５は、例えば、ミラー駆動部７が駆動からミラー３を揺動するまでのミラー揺動動作において、反射部１１の揺動に起因する梁部１３の磁束の変化をミラー３の振れ角θとして検出する。振れ角検出部５は、巻き線コイル５ａと、鉄心５ｂとを含んで構成される。巻き線コイル５ａは、鉄心５ｂに巻かれた銅線である。鉄心５ｂは、巻き線コイル５ａの内部に入れて磁気回路として用いる鋼材である。本実施形態の振れ角検出部５は、巻き線コイル５ａの中心軸と、梁部１３に対応する揺動軸１２とが重なるように配置される。
【００２３】
振れ角検出部用支柱６は、それぞれが振れ角検出部５を支持するものである。振れ角検出部用支柱６は、それぞれが幅方向に長い四角柱で構成される。振れ角検出部用支柱６は、例えば、台座８に立設されることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２４】
ミラー駆動部７は、反射部１１に磁力を与えて揺動させるものであり、例えば、電磁石等で構成される。本実施形態のミラー駆動部７は、反射部１１に磁力を与えて揺動させる位置に配置される。ミラー駆動部７は、例えば、図１に示すように、揺動軸１２上とは異なる位置に配置される。ミラー駆動部７は、例えば、矩形状のミラー３の対角線上にあって揺動軸１２を挟んで対向する位置に配置される。
【００２５】
次に、本実施形態に係る光走査素子１Ａの動作について図３を参照して説明する。本実施形態に係る光走査素子１Ａは、磁歪材料を含むミラー３が、電磁石であるミラー駆動部７の磁力により揺動軸１２周りに揺動することで反射光を偏光させる。例えば、揺動軸１２を挟んで対向する位置にある２つのミラー駆動部７ａ，７ｂへの通電電流を制御してミラー３を揺動させる場合、図示のミラー駆動部７ａに通電して鉄心５ｂを励磁すると、ミラー駆動部７ａの周囲に磁束３０が発生する。この磁束３０により反射部１１に磁力が加わると、反射部１１の幅方向の一方がミラー駆動部７ａ側に吸引されて、反射部１１が揺動軸１２を中心に右側に傾く。このとき、ミラー３には、梁部１３の揺動方向のねじれに対して元に戻ろうとする反力が働き、反射部１１が揺動軸１２を中心に左側に傾こうとする。さらに、ミラー駆動部７ｂに、ミラー駆動部７ａに流した電流と異なる向きの電流を流すと、ミラー駆動部７ｂの周囲に、磁束３０と反対向きの磁束３１が発生する。この磁束３１により反射部１１に磁力が加わると、反射部１１の幅方向の他方がミラー駆動部７ｂ側に吸引されて、反射部１１が揺動軸１２を中心に左側に傾く。このように、例えば対向する位置にある２つのミラー駆動部７ａ，７ｂへの通電電流を制御して、発生する磁束３０，３１の向きを交互に変更することで、反射部１１が揺動軸１２を中心として揺動方向に揺動させることができる。光走査素子１Ａでは、反射部１１の揺動に対する応力が梁部１３を介してボディ２に働いてしまい、当該光走査素子１Ａ全体が揺動する場合があるので、ミラー３を含むボディ２がボディ用支柱４により台座８に固定されていることが好ましい。
【００２６】
次に、本実施形態に係る振れ角検出部５の振れ角検出動作について図４を参照して説明する。本実施形態に係る光走査素子１Ａは、振れ角検出部５がミラー３の揺動方向の振れ角θを検出する。ミラー３が揺動方向に揺動すると、梁部１３とボディ２との連結部分に応力による歪みが生じる。梁部１３と連結するボディ２は、磁歪材料で構成されていることから、生じた歪みにより磁化が減少して周囲の磁束が低下する。梁部１３の周囲の磁束が低下すると、振れ角検出部５の巻き線コイル５ａの周囲の磁束も低下して、巻き線コイル５ａに流れる励磁電流が低下する。振れ角検出部５は、例えば、巻き線コイル５ａが振れ角検出装置３２に接続されている。振れ角検出装置３２は、巻き線コイル５ａに流れる励磁電流を測定し、励磁電流の変化をミラー３の振れ角θとして検出する。振れ角検出装置３２は、例えば、励磁電流の変化に対する振れ角θの関係を示すテーブル情報を有し、当該テーブル情報に基づいてミラー３の振れ角θを検出する。
【００２７】
以上のように、第１実施形態に係る光走査素子１Ａは、反射部１１と、反射部１１を揺動させる揺動軸１２上に設けられ、反射部１１を揺動自在に支持する梁部１３とを有するミラー３と、ミラー３の揺動方向の振れ角θを検出する振れ角検出部５とを備える。ミラー３は、少なくとも梁部１３が、歪みが生じると磁束が変化する磁性材料で構成される。振れ角検出部５は、反射部１１の揺動に起因する梁部１３の磁束の変化をミラー３の振れ角θとして検出する。
【００２８】
上記構成を有する光走査素子１Ａによれば、従来のＭＥＭＳミラーの製造プロセスにおいて、振れ角センサを形成するために、シリコンウエハに対してピエゾ抵抗素子を形成する工程が不要となり、製造プロセスの一部を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。また、光走査素子１Ａは、反射部１１の揺動に起因する梁部１３の磁束の変化をミラー３の振れ角θとして検出するので、簡素な構造でミラー３の振れ角θを検出することができる。また、光走査素子１Ａは、梁部１３を含むミラー３が磁歪材料とシリコンウエハにより構成されるので、シリコンと特性が似る磁歪材料を利用することができ、ピエゾ抵抗素子のような特性が異なる材料が不要となる。また、磁歪材料は金属性を有するので、少なくともミラー３の強度を高くすることができる。
【００２９】
また、本実施形態に係る光走査素子１Ａは、台座８のうち、揺動軸１２上とは異なる位置に少なくとも１つ配置され、かつ反射部１１に磁力を与えて揺動させるミラー駆動部７をさらに備える。これにより、従来のＭＥＭＳミラーの製造プロセスにおいて、シリコンウエハにコイルを配置する工程が不要となり、製造プロセスの一部を簡略化して、製造コストをさらに低減することができる。また、シリコンウエハへのコイルの配置が不要となるので、簡素な構造でミラー３を揺動することが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態に係る光走査素子１Ａは、ミラー駆動部７が、ミラー３の対角線上にあって揺動軸１２を挟んで対向する位置に少なくとも１つ配置されるので、ミラー３を磁力により容易に揺動することが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態に係る光走査素子１Ａは、振れ角検出部５が、巻き線コイル５ａを含んで構成され、巻き線コイル５ａの中心軸と梁部１３に対応する揺動軸１２とが重なる位置に配置される。これにより、梁部１３の磁束の変化を容易に検出することが可能となる。
【００３２】
なお、上記第１実施形態に係る光走査素子１Ａは、振れ角検出部５が、ミラー揺動動作において、反射部１１の揺動に起因する梁部１３の磁束の変化をミラー３の振れ角θとして検出しているが、これに限定されるものではない。例えば、振れ角検出部５は、ミラー揺動動作において、ミラー駆動部７の駆動により生じる磁束の変化をミラー３の振れ角θとして検出してもよい。上述したように、本実施形態では、２つのミラー駆動部７ａ，７ｂへの通電電流を制御して、発生する磁束３０，３１の向きを交互に変更することで、反射部１１を揺動軸１２を中心として揺動方向に揺動させる。そこで、振れ角検出部５は、ミラー揺動動作におけるミラー駆動部７ａ，７ｂの駆動により生じる磁束の変化をミラー３の振れ角θとして検出する。このように、振れ角検出部５は、ミラー揺動動作において、ミラー駆動部７の駆動により生じる磁束の変化をミラー３の振れ角θとして検出するので、簡素な構造でミラー３の振れ角θを検出することができる。この結果、光走査素子１Ａは、製造プロセスの一部を簡略することができ、製造コストを低減することができる。
【００３３】
また、上記第１実施形態に係る光走査素子１Ａは、振れ角検出部５が、ミラー駆動部７の駆動により生じる磁束の変化を、ボディ２を介してミラー３の振れ角θとして検出する構成であってもよい。ボディ２は、上述したように、磁性材料であることから、ミラー駆動部７の駆動により生じる磁界の磁束変化を、振れ角検出部５に伝達することができる。すなわち、振れ角検出部５は、ミラー揺動動作において、ミラー駆動部７の駆動により発生し、磁歪材料で構成されたボディ２を介して伝達される磁束の変化を、ミラー３の振れ角θとして検出する。これにより、簡素な構造でミラー３の振れ角θを検出することができる。この結果、光走査素子１Ａは、振れ角センサを形成するための工程が不要となり、製造プロセスの一部を簡略することができ、製造コストを低減することができる。
【００３４】
［第１実施形態の変形例１，２］
次に、第１実施形態の変形例１，２に係る光走査素子１Ｂ，１Ｃについて図５及び図６を参照して説明する。上記第１実施形態に係る光走査素子１Ａでは、ミラー駆動部７が図１に示す位置に配置されているが、ミラー３に磁力を与えて揺動可能にする位置であれば、例えば、図５および図６に示す位置に配置されていてもよい。図５に示す光走査素子１Ｂは、ミラー駆動部７が、揺動軸１２上とは異なる位置で、かつ矩形状のミラー３の対角線上に配置されている。図６に示す光走査素子１Ｃは、ミラー駆動部７が、揺動軸１２上とは異なる位置で、かつミラー３の揺動軸１２と直交する方向の両端側に配置されている。なお、図示のすべての位置にミラー駆動部７が配置されていてもよいし、いずれか１箇所にのみ配置されていてもよい。
【００３５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る光走査素子について図７〜図１４を参照して説明する。図７は、第２実施形態に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。図８は、第２実施形態に係る光走査素子の概略構成を示す縦断面図である。図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、第２実施形態に係る光走査素子の低周波の通電電流波形とミラーの振れ角との関係を示す図である。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第２実施形態に係る光走査素子の高周波の通電電流波形とミラーの振れ角との関係を示す図である。図１１は、第２実施形態に係るミラーの振れ角検出を説明するための模式図である。図１２は、第２実施形態の変形例１に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。図１３は、第２実施形態の変形例２に係る光走査素子の概略構成を示す平面図である。図１４は、第２実施形態に係る振れ角検出部の配置例を示す斜視図である。なお、図８は、図７中のＢ−Ｂ断面図である。
【００３６】
第２実施形態に係る光走査素子１Ｄは、図７および図８に示すように、いわゆる２軸方式のＭＥＭＳミラーである。光走査素子１Ｄは、フレーム９と、振れ角検出部２５とを含んで構成される点が上記第１実施形態に係る光走査素子１Ａと異なる。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と共通する構成は同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化する。
【００３７】
フレーム９は、平板状の枠部２１と、揺動軸２２と、一対の梁部２３とを有する。枠部２１は、枠状に形成され、かつ内側に梁部１３を介して接続されたミラー３を有する。揺動軸２２は、第２揺動軸である。揺動軸２２は、フレーム９を揺動させる軸であり、平面視において揺動軸１２と直交する。本実施形態の揺動軸１２は、第１揺動軸であり、幅方向に延びているものとする。梁部２３は、第２梁部であり、枠部２１の揺動軸２２上に設けられ、台座８に対して枠部２１を揺動自在に支持するものである。梁部２３は、ボディ２とフレーム９とを接続する。ボディ２は、フレーム９の周囲に一対の打ち抜き孔２４が形成されている。打ち抜き孔２４は、ボディ２の上下方向に貫通する孔であり、フレーム９を形作るように形成されている。本実施形態の梁部１３は、第１梁部であり、フレーム９と反射部１１とを接続する。梁部２３は、フレーム９の揺動軸であると共に、フレーム９の揺動を抑制するねじりバネとしても機能する。梁部２３は、フレーム９の揺動軸２２周りの揺動により弾性変形して、歪みが付加されると周囲の磁束が変化する。
【００３８】
振れ角検出部２５は、第２振れ角検出部であり、フレーム９の揺動方向の振れ角θを検出するものである。本実施形態の振れ角検出部２５は、フレーム９に含まれるミラー３の揺動方向の振れ角θを検出することができる。振れ角検出部２５により検出されるミラー３の振れ方向と、振れ角検出部５により検出されるミラー３の振れ方向とは直交する。振れ角検出部２５により検出されるミラー３の振れ方向は、例えば幅方向であり、副走査方向である。一方、振れ角検出部５により検出されるミラー３の振れ方向は、例えば奥行き方向であり、主走査方向である。振れ角検出部２５は、ボディ２を挟んで奥行き方向に対向する位置に配置されている。振れ角検出部２５は、揺動軸２２上にあってミラー３を挟んで対向する位置に配置されている。振れ角検出部２５は、例えば、ミラー駆動部７が駆動からフレーム９を揺動するまでのフレーム揺動動作において、枠部２１の揺動に起因する梁部２３の磁束の変化をフレーム９の振れ角θとして検出する。振れ角検出部２５は、振れ角検出部５と同様に、巻き線コイル５ａと、鉄心５ｂとを含んで構成される。本実施形態の振れ角検出部２５は、巻き線コイル５ａの中心軸と、梁部２３に対応する揺動軸２２とが重なる位置に配置される。
【００３９】
本実施形態の振れ角検出部５は、第１振れ角検出部であり、ミラー３の揺動方向の振れ角θを検出するものである。振れ角検出部５は、巻き線コイル５ａの中心軸と梁部１３に対応する揺動軸１２とが平行となる位置に配置される。振れ角検出部５は、例えば、ミラー３の対角線上にあって揺動軸１２を挟んで対向する位置に配置される。振れ角検出部５は、上述したミラー揺動動作において、反射部１１の揺動に起因する梁部１３の磁束の変化をミラー３の振れ角θとして検出する。
【００４０】
本実施形態のミラー駆動部７は、反射部１１およびフレーム９にそれぞれ磁力を与えて揺動させる位置に配置されることが好ましく、例えば、図７に示すように、揺動軸２２とは異なる位置に配置される。ミラー駆動部７は、例えば、矩形状のフレーム９の対角線上にあって揺動軸２２を挟んで対向する位置に配置される。
【００４１】
次に、本実施形態に係る光走査素子１Ｄの動作について図１、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、および図１０（Ｂ）を参照して説明する。本実施形態に係る光走査素子１Ｄは、ミラー３が、ミラー駆動部７の磁力により、直交する２本の揺動軸１２および揺動軸２２の周りに揺動することで反射光を偏光させる。例えば、ミラー３の対角線上にあって揺動軸２２を挟んで対向する位置にある２つのミラー駆動部７ａ，７ｂへの通電電流を制御してミラー３を揺動させる場合について説明する。ミラー駆動部７ａ，７ｂには、一般的なＭＥＭＳミラーと同じく、高周波成分と低周波成分とを重畳した電流Ｉを流す。ミラー駆動部７ａ，７ｂに電流Ｉをそれぞれ流すと（図９（Ａ）、図１０（Ａ））、フレーム９は、低周波成分により揺動軸２２を中心に幅方向（Ｘ方向）に揺動する（図９（Ｂ））。一方、電流Ｉの高周波成分は小さいので、フレーム９に対する影響は生じない（図１０（Ｂ））。ミラー３は、高周波成分（例えば共振周波数ｆ）により揺動軸１２を中心に奥行き方向（Ｙ方向）に揺動する（図１０（Ｂ））。このように、電流Ｉの高周波成分をミラー３の共振周波数ｆに合わせて設定すると、ミラー駆動部７ａ，７ｂの駆動力が小さく（図１０（Ａ））、フレーム９の共振周波数からずれているため、その影響を無視することができる。一方、電流Ｉの高周波成分がミラー３の共振周波数ｆと一致するため、ミラー３を大きな振れ角で揺動することができる。例えば、レーザプロジェクタ用のＭＥＭＳミラーでは、揺動軸２２を中心とするフレーム９の共振周波数が１ＫＨｚ以下であり、揺動軸１２を中心とするミラー３の共振周波数が２０ＫＨｚ以上である。
【００４２】
次に、本実施形態に係る振れ角検出部５の振れ角検出動作について図１１を参照して説明する。本実施形態に係る光走査素子１Ｄは、振れ角検出部５がミラー３の揺動方向の振れ角θを検出する。ミラー３が揺動方向に揺動すると、梁部１３とフレーム９との連結部分に応力による歪みが生じる。梁部１３と連結するフレーム９は、ボディ２と同様に、磁歪材料で構成されていることから、生じた歪みにより磁化が減少して周囲の磁束が低下する。梁部１３の周囲の磁束が低下すると、振れ角検出部５の巻き線コイル５ａの周囲の磁束も低下して、巻き線コイル５ａに流れる励磁電流が低下する。振れ角検出部５は、例えば、巻き線コイル５ａが振れ角検出装置３２に接続されている。振れ角検出装置３２は、巻き線コイル５ａに流れる励磁電流を測定し、励磁電流の変化をミラー３の振れ角θとして検出する。振れ角検出装置３２は、例えば、励磁電流の変化に対する振れ角θの関係を示すテーブル情報を有し、当該テーブル情報に基づいてミラー３の振れ角θを検出する。
【００４３】
本実施形態に係る振れ角検出部２５は、フレーム９が揺動方向に揺動すると、梁部２３とボディ２との連結部分に応力による歪みが生じる。梁部２３と連結するボディ２は、磁歪材料で構成されていることから、生じた歪みにより磁化が減少して周囲の磁束が低下する。梁部２３の周囲の磁束が低下すると、振れ角検出部２５の巻き線コイル５ａの周囲の磁束も低下して、巻き線コイル５ａに流れる励磁電流が低下する。振れ角検出部２５は、巻き線コイル５ａが振れ角検出装置３２に接続されており、振れ角検出装置３２によりフレーム９の振れ角θが検出される。
【００４４】
以上のように、第２実施形態に係る光走査素子１Ｄは、光走査素子１Ａに対して、枠状に形成され、かつ内側に梁部１３を介して接続されたミラー３を有する平板状の枠部２１と、平面視において揺動軸１２と直交する揺動軸２２と、枠部２１の揺動軸２２上に設けられ、台座８に対して枠部２１を揺動自在に支持する一対の梁部２３と、を有するフレーム９と、フレーム９の揺動方向の振れ角θを検出する振れ角検出部２５とをさらに備える。フレーム９は、少なくとも梁部２３が磁性材料で構成される。振れ角検出部２５は、枠部２１の揺動に起因する梁部２３の磁束の変化をフレーム９の振れ角θとして検出する。
【００４５】
上記構成を有する光走査素子１Ｄによれば、上記第１実施形態に係る光走査素子１Ａと同様の効果を奏することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る光走査素子１Ｄは、振れ角検出部２５は、巻き線コイル５ａを含んで構成され、巻き線コイル５ａの中心軸と梁部２３に対応する揺動軸２２とが重なる位置に配置される。これにより、梁部２３の磁束の変化を容易に検出することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態に係る光走査素子１Ｄは、振れ角検出部５は、巻き線コイル５ａの中心軸と梁部１３に対応する揺動軸１２とが平行となる位置に配置される。これにより、振れ角検出部２５により検出される梁部２３の磁束と干渉することなく、梁部１３の磁束の変化を検出することが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態に係る光走査素子１Ｄは、ミラー駆動部７が、ミラー３の対角線上にあって揺動軸１２を挟んで対向する位置に少なくとも１つ配置されるので、ミラー３を磁力により容易に揺動することが可能となる。
【００４９】
なお、上記第２実施形態に係る光走査素子１Ｄは、振れ角検出部２５が、フレーム揺動動作において、枠部２１の揺動に起因する梁部２３の磁束の変化をフレーム９の振れ角θとして検出しているが、これに限定されるものではない。例えば、振れ角検出部２５は、フレーム揺動動作において、ミラー駆動部７の駆動により生じる磁束の変化をフレーム９の振れ角θとして検出してもよい。上述したように、本実施形態では、２つのミラー駆動部７ａ，７ｂへの通電電流を制御して、発生する磁束３０，３１の向きを交互に変更することで、フレーム９を揺動軸２２を中心として揺動方向に揺動させる。そこで、振れ角検出部２５は、フレーム揺動動作におけるミラー駆動部７ａ，７ｂの駆動により生じる磁束の変化をフレーム９の振れ角θとして検出する。このように、振れ角検出部２５は、フレーム揺動動作において、ミラー駆動部７の駆動により生じる磁束の変化をフレーム９の振れ角θとして検出するので、簡素な構造でフレーム９の振れ角θを検出することができる。この結果、光走査素子１Ｄは、上記光走査素子１Ａと同様に、製造プロセスの一部を簡略することができ、製造コストを低減することができる。
【００５０】
また、上記第２実施形態に係る光走査素子１Ｄは、振れ角検出部２５が、ミラー駆動部７の駆動により生じる磁束の変化を、ボディ２を介してフレーム９の振れ角θとして検出する構成であってもよい。ボディ２は、上述したように、磁歪材料であることから、ミラー駆動部７の駆動により生じる磁界の磁束変化を、振れ角検出部２５に伝達することができる。すなわち、振れ角検出部２５は、フレーム揺動動作において、ミラー駆動部７の駆動により発生し、磁歪材料で構成されたボディ２を介して伝達される磁束の変化を、フレーム９の振れ角θとして検出する。これにより、簡素な構造でフレーム９の振れ角θを検出することができる。この結果、光走査素子１Ｄは、振れ角センサを形成するための工程が不要となり、製造プロセスの一部を簡略することができ、製造コストを低減することができる。
【００５１】
［第２実施形態の変形例１，２］
次に、第２実施形態の変形例１，２に係る光走査素子１Ｅ，１Ｆについて図１２及び図１３を参照して説明する。上記第２実施形態に係る光走査素子１Ｄでは、ミラー駆動部７が図７に示す位置に配置されているが、フレーム９に磁力を与えて揺動可能にする位置であれば、例えば、図１２および図１３に示す位置に配置されていてもよい。図１２に示す光走査素子１Ｅおよび図１３に示す光走査素子１Ｆは、ミラー駆動部７が、揺動軸２２上とは異なる位置で、かつ矩形状のフレーム９の対角線上にそれぞれ配置されている。図１２に示すミラー駆動部７は、フレーム９の対角部分にそれぞれ配置されている。図１３に示すミラー駆動部７は、揺動軸２２を挟んで振れ角検出部５と対向する位置にそれぞれ配置されている。なお、図示のすべての位置にミラー駆動部７が配置されていてもよいし、いずれか１箇所にのみ配置されていてもよい。
【００５２】
また、上記第２実施形態に係る光走査素子１Ｄでは、振れ角検出部５が、図７、図８、図１１〜図１３に示す位置に配置されているが、これに限定されるものではない。すなわち、振れ角検出部５は、巻き線コイル５ａの中心軸と梁部１３に対応する揺動軸１２とが平行となる位置に配置されていれば、図１４に示すように、ボディ２の周囲に配置されていてもよい。振れ角検出部５は、例えば、ボディ２のうち、揺動軸２２と直交する幅方向（Ｘ方向）上に配置されていてもよい。また、振れ角検出部５は、ボディ２のうち、ボディ用支柱４に接続された下面側に配置されていてもよいし、当該下面側と反対側の上面側に配置されていてもよい。また、振れ角検出部５は、ボディ２のうち、打ち抜き孔２４内に配置されていてもよいし、突起部２ａ側に配置されていてもよい。
【００５３】
なお、上記第１実施形態では、振れ角検出部５は、２つ配置されているが、いずれか一方に配置されていてもよい。また、上記第２実施形態では、振れ角検出部５，２５がそれぞれ２つずつ配置されているが、いずれか一方に１つずつ配置されていてもよい。
【００５４】
また、上記第１および第２実施形態では、ミラー駆動部７が、複数の位置に配置されているが、いずれか１箇所に１つ配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ  光走査素子
２  ボディ
２ａ  突起部
３  ミラー
４  ボディ用支柱
５，２５  振れ角検出部
５ａ  巻き線コイル
５ｂ  鉄心
６  振れ角検出部用支柱
７，７ａ，７ｂ  ミラー駆動部
８  台座
９  フレーム
１１  反射部
１１ａ  反射面
１２，２２  揺動軸
１３，２３  梁部
１４，２４  打ち抜き孔
２１  枠部
３０，３１  磁束
３２  振れ角検出装置
【図１】
2020020916.tif 000003
【図２】
2020020916.tif 000004
【図３】
2020020916.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020020916.tif 000007
【図６】
2020020916.tif 000008
【図７】
2020020916.tif 000009
【図８】
2020020916.tif 000010
【図９】
2020020916.tif 000011
【図１０】
2020020916.tif 000012
【図１１】
2020020916.tif 000013
【図１２】
2020020916.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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