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JP7563261B2 - Optical deflection element, image projection device, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device and moving body - Google Patents
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JP7563261B2 - Optical deflection element, image projection device, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device and moving body - Google Patents

Optical deflection element, image projection device, head-up display, laser headlamp, head-mounted display, object recognition device and moving body Download PDF

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Description

本発明は、光偏向素子、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイ、物体認識装置および移動体に関する。 The present invention relates to an optical deflection element, an image projection device, a head-up display, a laser headlamp, a head-mounted display, an object recognition device, and a moving object.

従来、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(MEMS)技術を用いて製作した光偏向素子が知られている。画像計測センサや距離センサなどに用いられる光偏向素子においては、光をより広範囲に走査するため、ミラー部の大型化、振れ角の広角化、高反射化が求められている。 Conventionally, optical deflection elements manufactured using microelectromechanical system (MEMS) technology are known. Optical deflection elements used in image measurement sensors, distance sensors, and the like are required to have a larger mirror portion, a wider deflection angle, and higher reflectivity in order to scan light over a wider range.

ところで、光偏向素子のミラー部についての大型化、振れ角の拡大、高速駆動を行う場合、ミラー部に対する多くの環境負荷(例えば、湿度水分の集中など)、形状の変形、応力集中が起こる可能性がある。 However, when the mirror part of the optical deflection element is enlarged, the deflection angle is increased, and high-speed operation is performed, there is a possibility that the mirror part may be subjected to a large amount of environmental load (e.g., concentration of humidity and moisture), deformation of the shape, and stress concentration.

一般に、光偏向素子には、水分によって腐食する材料が用いられることがある。そこで、特許文献1には、アクチュエータ部上に保護膜を形成して湿度水分を防湿する技術が開示されている。 In general, optical deflection elements are made of materials that corrode when exposed to moisture. Therefore, Patent Document 1 discloses a technology for forming a protective film on the actuator section to protect against moisture.

しかしながら、保護膜による保護対象を光偏向素子の備える反射部としたとき、特許文献1に開示の技術によれば、保護膜部の端部からの水分侵入を防止することができず、反射膜部が腐食することによる反射率低下や機能低下を起こす機会が増え、光偏向素子の信頼性を低下させるという懸念があった。 However, when the object to be protected by the protective film is the reflective portion of the optical deflection element, the technology disclosed in Patent Document 1 cannot prevent moisture from entering from the end of the protective film portion, and there is a concern that the reflective film portion may corrode, increasing the chance of a decrease in reflectance and a decrease in functionality, thereby reducing the reliability of the optical deflection element.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、反射部の防湿性を高めることで、光偏向素子の信頼性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to improve the reliability of the optical deflection element by increasing the moisture resistance of the reflecting portion.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、反射部と、前記反射部を支持する基体と、前記基体の前記反射部が設けられた領域の外側の領域において前記反射部の外周を囲むように配置され、前記反射部が設けられた面から突出または陥没の少なくとも何れか一方の形状に形成される変形部と、前記反射部と前記変形部とを覆い、前記反射部を保護する保護部と、を備えることを特徴とする。 To solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention is characterized by comprising a reflecting section, a base supporting the reflecting section, a deforming section arranged to surround the outer periphery of the reflecting section in an area outside the area of the base where the reflecting section is provided and formed in at least one of a protruding or recessed shape from the surface where the reflecting section is provided, and a protective section covering the reflecting section and the deforming section to protect the reflecting section.

本発明によれば、反射部の防湿性を高めることで、光偏向素子の信頼性を向上させることができるという効果を奏する。 The present invention has the effect of improving the reliability of the optical deflection element by improving the moisture resistance of the reflecting portion.

図1は、第1の実施形態にかかる可動装置の構成の一例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view illustrating an example of a configuration of a movable device according to a first embodiment. 図2は、可動装置の構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a movable device. 図3は、可動装置の構成の変形例を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a modified example of the configuration of the movable device. 図4は、ミラー部の一例を拡大して示す平面図である。FIG. 4 is an enlarged plan view showing an example of a mirror portion. 図5は、ミラー部の一例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a mirror portion. 図6は、ミラー部の他の一例を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing another example of the mirror portion. 図7は、ミラー部の他の一例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of the mirror portion. 図8は、溝部の変形例を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modified example of the groove. 図9は、変形部の変形例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modified example of the deformation portion. 図10は、第2の実施形態にかかる光走査システムの一例を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of an optical scanning system according to the second embodiment. 図11は、光走査システムの一例のハードウェア構成図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a hardware configuration of an example of an optical scanning system. 図12は、制御装置の一例の機能ブロック図である。FIG. 12 is a functional block diagram of an example of a control device. 図13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。FIG. 13 is a flowchart of an example of a process related to the optical scanning system. 図14は、第3の実施形態にかかる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を示す概略図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of an automobile equipped with a head-up display device according to the third embodiment. 図15は、ヘッドアップディスプレイ装置の一例を示す概略図である。FIG. 15 is a schematic diagram showing an example of a head-up display device. 図16は、第4の実施形態にかかる光書込装置を組み込んだ画像形成装置の一例を示す概略図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing an example of an image forming apparatus incorporating an optical writing device according to the fourth embodiment. 図17は、光書込装置の一例を示す概略図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of an optical writing device. 図18は、第5の実施形態にかかるライダ装置を搭載した自動車の一例を示す概略図である。FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of an automobile equipped with a lidar device according to the fifth embodiment. 図19は、ライダ装置の一例を示す概略図である。FIG. 19 is a schematic diagram illustrating an example of a lidar device. 図20は、第6の実施形態にかかるレーザヘッドランプの構成の一例を示す概略図である。FIG. 20 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a laser headlamp according to the sixth embodiment. 図21は、第7の実施形態にかかるHMDの外観を例示する斜視図である。FIG. 21 is a perspective view illustrating an external appearance of an HMD according to the seventh embodiment. 図22は、HMDの構成を部分的に例示する図である。FIG. 22 is a diagram illustrating a portion of the configuration of an HMD.

以下に添付図面を参照して、光偏向素子、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイ、物体認識装置および移動体の実施の形態を詳細に説明する。 The following describes in detail embodiments of an optical deflection element, an image projection device, a head-up display, a laser headlamp, a head-mounted display, an object recognition device, and a moving body with reference to the attached drawings.

[第1の実施形態]
ここで、図1は第1の実施形態にかかる可動装置13の構成の一例を示す平面図、図2は可動装置13の構成の一例を示す断面図である。
[First embodiment]
1 is a plan view showing an example of the configuration of a movable device 13 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the movable device 13. As shown in FIG.

図1に示すように、光偏向素子である可動装置13は、ミラー部101と、第1駆動部110a、110bと、第1支持部120と、第2駆動部130a、130bと、第2支持部140と、電極接続部150と、を有する。 As shown in FIG. 1, the movable device 13, which is an optical deflection element, has a mirror section 101, first drive sections 110a and 110b, a first support section 120, second drive sections 130a and 130b, a second support section 140, and an electrode connection section 150.

ミラー部101は、入射した光を反射する。第1駆動部110a、110bは、ミラー部101に接続され、ミラー部101をY軸に平行な第1軸周りに駆動する。第1支持部120は、ミラー部101および第1駆動部110a、110bを支持する。 The mirror unit 101 reflects incident light. The first driving units 110a and 110b are connected to the mirror unit 101 and drive the mirror unit 101 around a first axis parallel to the Y axis. The first support unit 120 supports the mirror unit 101 and the first driving units 110a and 110b.

第2駆動部130a、130bは、第1支持部120に接続され、ミラー部101および第1支持部120をX軸に平行な第2軸周りに駆動する。第2支持部140は、第2駆動部を支持する。 The second driving units 130a and 130b are connected to the first support unit 120 and drive the mirror unit 101 and the first support unit 120 around a second axis parallel to the X-axis. The second support unit 140 supports the second driving unit.

電極接続部150は、第1駆動部110a、110bおよび第2駆動部130a、130bおよび制御装置11(例えば、図10参照)に電気的に接続される。 The electrode connection unit 150 is electrically connected to the first drive units 110a, 110b, the second drive units 130a, 130b, and the control device 11 (see, for example, FIG. 10).

可動装置13は、例えば、1枚のSOI(Silicon On Insulator)基板をエッチング処理等により成形し、成形した基板上に反射膜部14や第1圧電駆動部112a、112b、第2圧電駆動部131a~131f、132a~132f、電極接続部150等を形成することで、各構成部が一体的に形成されている。なお、上記の各構成部の形成は、SOI基板の成形後に行ってもよいし、SOI基板の成形中に行ってもよい。 The movable device 13 is formed, for example, by forming a single SOI (Silicon On Insulator) substrate by etching or the like, and then forming the reflective film section 14, first piezoelectric drive sections 112a, 112b, second piezoelectric drive sections 131a-131f, 132a-132f, electrode connection section 150, etc. on the formed substrate, so that each component is integrally formed. Note that the formation of each of the above components may be performed after forming the SOI substrate, or may be performed while forming the SOI substrate.

図2に示すように、SOI基板は、単結晶シリコン(Si)からなる第1のシリコン層の上に酸化シリコン層362が設けられ、その酸化シリコン層の上にさらに単結晶シリコンからなる第2のシリコン層が設けられている基板である。以降、第1のシリコン層をシリコン支持層361、第2のシリコン層をシリコン活性層363とする。 As shown in FIG. 2, an SOI substrate is a substrate in which a silicon oxide layer 362 is provided on a first silicon layer made of single crystal silicon (Si), and a second silicon layer made of single crystal silicon is further provided on the silicon oxide layer. Hereinafter, the first silicon layer is referred to as silicon support layer 361, and the second silicon layer is referred to as silicon active layer 363.

シリコン活性層363は、X軸方向またはY軸方向に対してZ軸方向への厚みが小さいため、シリコン活性層363のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。 Since the silicon active layer 363 has a smaller thickness in the Z-axis direction than in the X-axis direction or the Y-axis direction, a member consisting only of the silicon active layer 363 functions as an elastic part.

なお、SOI基板は、必ず平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。また、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば可動装置13の形成に用いられる部材はSOI基板に限られない。 The SOI substrate does not necessarily have to be planar, and may have curvature, etc. Also, the material used to form the movable device 13 is not limited to the SOI substrate, as long as it can be integrally molded by etching or the like and can be made partially elastic.

ミラー部101は、例えば、円形形状のミラー部基体102と、ミラー部基体102の+Z側の面上に形成された反射部である反射膜部14とから構成される。ミラー部基体102は、例えば、シリコン活性層363から構成される。反射膜部14は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成される。なお、当該金属薄膜としては単層であっても、多層であってもよい。また、金属薄膜上に当該金属薄膜とは異なる材料から構成される機能膜、例えば増反射膜が形成されていてもよい。ミラー部101は、ミラー部基体102の-Z側の面にミラー部補強用のリブが形成されていてもよい。リブは、例えば、シリコン支持層361および酸化シリコン層362から構成され、可動によって生じる反射膜部14の歪みを抑制することができる。 The mirror section 101 is composed of, for example, a circular mirror section base 102 and a reflective film section 14, which is a reflective section formed on the +Z side surface of the mirror section base 102. The mirror section base 102 is composed of, for example, a silicon active layer 363. The reflective film section 14 is composed of, for example, a metal thin film containing aluminum, gold, silver, etc. The metal thin film may be a single layer or a multilayer. In addition, a functional film composed of a material different from the metal thin film, such as an enhanced reflection film, may be formed on the metal thin film. The mirror section 101 may have a rib formed on the -Z side surface of the mirror section base 102 to reinforce the mirror section. The rib is composed of, for example, a silicon support layer 361 and a silicon oxide layer 362, and can suppress distortion of the reflective film section 14 caused by movement.

第1駆動部110a、110bは、ミラー部基体102に一端が接続し、第1軸方向にそれぞれ延びてミラー部101を可動可能に支持する2つのトーションバー111a、112bと、一端がトーションバーに接続され、他端が第1支持部の内周部に接続される第1圧電駆動部112a、112bと、から構成される。 The first driving units 110a and 110b are composed of two torsion bars 111a and 112b, each of which has one end connected to the mirror base 102 and extends in the first axial direction to movably support the mirror unit 101, and first piezoelectric driving units 112a and 112b, each of which has one end connected to the torsion bar and the other end connected to the inner circumference of the first support unit.

図2に示されるように、トーションバー111a、111bはシリコン活性層363から構成される。また、第1圧電駆動部112a、112bは、弾性部であるシリコン活性層363の+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成されて構成される。上部電極203および下部電極201は、例えば金(Au)または白金(Pt)等から構成される。圧電部202は、例えば、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。 As shown in FIG. 2, the torsion bars 111a and 111b are composed of a silicon active layer 363. The first piezoelectric driving units 112a and 112b are composed of a lower electrode 201, a piezoelectric unit 202, and an upper electrode 203, which are formed in this order on the +Z side surface of the silicon active layer 363, which is the elastic unit. The upper electrode 203 and the lower electrode 201 are composed of, for example, gold (Au) or platinum (Pt). The piezoelectric unit 202 is composed of, for example, PZT (lead zirconate titanate), which is a piezoelectric material.

図1に戻り、第1支持部120は、例えば、シリコン支持層361、酸化シリコン層362、シリコン活性層363から構成され、ミラー部101を囲うように形成された矩形形状の支持体である。 Returning to FIG. 1, the first support section 120 is a rectangular support member that is composed of, for example, a silicon support layer 361, a silicon oxide layer 362, and a silicon active layer 363, and is formed to surround the mirror section 101.

第2駆動部130a、130bは、例えば、折り返すように連結された複数の第2圧電駆動部131a~131f、132a~132fから構成されており、第2駆動部130a、130bの一端は第1支持部120の外周部に接続され、他端は第2支持部140の内周部に接続されている。このとき、第2駆動部130aと第1支持部120の接続箇所および第2駆動部130bと第1支持部120の接続箇所、さらに第2駆動部130aと第2支持部140の接続箇所および第2駆動部130bと第2支持部140の接続箇所は、反射膜部14の中心に対して点対称となっている。 The second drive units 130a and 130b are composed of, for example, a plurality of second piezoelectric drive units 131a to 131f, 132a to 132f that are connected in a folded manner, and one end of the second drive units 130a and 130b is connected to the outer periphery of the first support unit 120, and the other end is connected to the inner periphery of the second support unit 140. At this time, the connection point between the second drive unit 130a and the first support unit 120 and the connection point between the second drive unit 130b and the first support unit 120, as well as the connection point between the second drive unit 130a and the second support unit 140 and the connection point between the second drive unit 130b and the second support unit 140, are point-symmetrical with respect to the center of the reflective film unit 14.

図2に示されるように、第2駆動部130a、130bは、弾性部であるシリコン活性層363の+Z側の面上に下部電極201、圧電部202、上部電極203の順に形成されて構成される。上部電極203および下部電極201は、例えば金(Au)または白金(Pt)等から構成される。圧電部202は、例えば、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。 As shown in FIG. 2, the second driving units 130a and 130b are configured by forming a lower electrode 201, a piezoelectric unit 202, and an upper electrode 203 in this order on the +Z side surface of the silicon active layer 363, which is the elastic unit. The upper electrode 203 and the lower electrode 201 are made of, for example, gold (Au) or platinum (Pt). The piezoelectric unit 202 is made of, for example, PZT (lead zirconate titanate), which is a piezoelectric material.

図1に戻り、第2支持部140は、例えば、シリコン支持層361、酸化シリコン層362、シリコン活性層363から構成され、ミラー部101、第1駆動部110a、110b、第1支持部120および第2駆動部130a、130bを囲うように形成された矩形の支持体である。 Returning to FIG. 1, the second support unit 140 is a rectangular support member that is composed of, for example, a silicon support layer 361, a silicon oxide layer 362, and a silicon active layer 363, and is formed to surround the mirror unit 101, the first drive units 110a and 110b, the first support unit 120, and the second drive units 130a and 130b.

電極接続部150は、例えば、第2支持部140の+Z側の面上に形成され、第1圧電駆動部112a、112b、第2圧電駆動131a~131fの各上部電極203および各下部電極201,および制御装置11にアルミニウム(Al)等の電極配線を介して電気的に接続されている。なお、上部電極203または下部電極201は、それぞれが電極接続部と直接接続されていてもよいし、電極同士を接続する等により間接的に接続されていてもよい。 The electrode connection part 150 is formed, for example, on the +Z side surface of the second support part 140, and is electrically connected to the upper electrodes 203 and lower electrodes 201 of the first piezoelectric drive parts 112a, 112b, the second piezoelectric drive parts 131a to 131f, and the control device 11 via electrode wiring such as aluminum (Al). Note that the upper electrodes 203 or the lower electrodes 201 may each be directly connected to the electrode connection part, or may be indirectly connected by connecting the electrodes to each other, etc.

なお、本実施形態では、圧電部202が弾性部であるシリコン活性層363の一面(+Z側の面)のみに形成された場合を一例として説明したが、弾性部の他の面(例えば-Z側の面)に設けても良いし、弾性部の一面および他面の双方に設けても良い。 In this embodiment, the piezoelectric portion 202 is formed only on one surface (the surface on the +Z side) of the silicon active layer 363, which is the elastic portion, as an example. However, the piezoelectric portion 202 may be provided on another surface (for example, the surface on the -Z side) of the elastic portion, or may be provided on both one surface and the other surface of the elastic portion.

また、ミラー部101を第1軸周りまたは第2軸周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーションバー111a、111bや第1圧電駆動部112a、112bが曲率を有した形状を有していてもよい。 In addition, as long as the mirror unit 101 can be driven around the first axis or the second axis, the shape of each component is not limited to the shape of the embodiment. For example, the torsion bars 111a, 111b and the first piezoelectric drive units 112a, 112b may have a shape with a curvature.

さらに、第1駆動部110a、110bの上部電極203の+Z側の面上、第1支持部の+Z側の面上、第2駆動部130a、130bの上部電極203の+Z側の面上、第2支持部の+Z側の面上の少なくともいずれかに酸化シリコン膜からなる絶縁層が形成されていてもよい。このとき、絶縁層の上に電極配線を設け、また、上部電極203または下部電極201と電極配線とが接続される接続スポットのみ、開口部として部分的に絶縁層を除去または絶縁層を形成しないことにより、第1駆動部110a、110b、第2駆動部130a、130bおよび電極配線の設計自由度をあげ、さらに電極同士の接触による短絡を抑制することができる。また、酸化シリコン膜は、反射防止材としていの機能も備える。 Furthermore, an insulating layer made of a silicon oxide film may be formed on at least one of the +Z side surface of the upper electrode 203 of the first driving unit 110a, 110b, the +Z side surface of the first support unit, the +Z side surface of the upper electrode 203 of the second driving unit 130a, 130b, and the +Z side surface of the second support unit. In this case, electrode wiring is provided on the insulating layer, and the insulating layer is partially removed or not formed as an opening only at the connection spot where the upper electrode 203 or the lower electrode 201 is connected to the electrode wiring, thereby increasing the design freedom of the first driving unit 110a, 110b, the second driving unit 130a, 130b, and the electrode wiring, and further suppressing short circuits due to contact between the electrodes. In addition, the silicon oxide film also functions as an anti-reflective material.

[制御装置の制御の詳細]
次に、可動装置13の第1駆動部110a、110bおよび第2駆動部130a、130bを駆動させる制御装置の制御の詳細について説明する。
[Details of control of the control device]
Next, details of the control by the control device that drives the first drive units 110a, 110b and the second drive units 130a, 130b of the movable device 13 will be described.

第1駆動部110a、110b、第2駆動部130a、130bが有する圧電部202は、分極方向に正または負の電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形(例えば、伸縮)が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。第1駆動部110a、110b,第2駆動部130a、130bは、上記の逆圧電効果を利用してミラー部101を可動させる。 When a positive or negative voltage is applied in the polarization direction, the piezoelectric section 202 of the first driving section 110a, 110b and the second driving section 130a, 130b undergoes deformation (e.g., expansion and contraction) proportional to the potential of the applied voltage, thereby exerting the so-called inverse piezoelectric effect. The first driving section 110a, 110b and the second driving section 130a, 130b use the inverse piezoelectric effect to move the mirror section 101.

このとき、ミラー部101の反射膜部14がXY平面に対して+Z方向または-Z方向へ傾いたときのXY平面と反射膜部14により成す角度を、振れ角とよぶ。このとき、+Z方向を正の振れ角、-Z方向を負の振れ角とする。 In this case, the angle formed by the XY plane and the reflective film portion 14 when the reflective film portion 14 of the mirror portion 101 is tilted in the +Z direction or the -Z direction with respect to the XY plane is called the deflection angle. In this case, the +Z direction is the positive deflection angle, and the -Z direction is the negative deflection angle.

まず、第1駆動部110a、110bを駆動させる制御装置の制御について説明する。 First, we will explain the control of the control device that drives the first drive units 110a and 110b.

第1駆動部110a、110bでは、第1圧電駆動部112a、112bが有する圧電部202に、上部電極203および下部電極201を介して駆動電圧が並列に印加されると、それぞれの圧電部202が変形する。この圧電部202の変形による作用により、第1圧電駆動部112a、112bが屈曲変形する。その結果、2つのトーションバー111a、111bのねじれを介してミラー部101に第1軸周りの駆動力が作用し、ミラー部101が第1軸周りに可動する。第1駆動部110a、110bに印加される駆動電圧は、制御装置11によって制御される。 In the first driving units 110a and 110b, when a driving voltage is applied in parallel to the piezoelectric units 202 of the first piezoelectric driving units 112a and 112b via the upper electrode 203 and the lower electrode 201, each piezoelectric unit 202 is deformed. The deformation of the piezoelectric units 202 causes the first piezoelectric driving units 112a and 112b to bend and deform. As a result, a driving force about the first axis acts on the mirror unit 101 via the twisting of the two torsion bars 111a and 111b, and the mirror unit 101 moves about the first axis. The driving voltage applied to the first driving units 110a and 110b is controlled by the control device 11.

そこで、制御装置11によって、第1駆動部110a、110bが有する第1圧電駆動部112a、112bに所定の正弦波形の駆動電圧を並行して印加することで、ミラー部101を、第1軸周りに所定の正弦波形の駆動電圧の周期で可動させることができる。 Therefore, the control device 11 can apply a predetermined sinusoidal drive voltage in parallel to the first piezoelectric drive units 112a and 112b of the first drive units 110a and 110b, thereby moving the mirror unit 101 around the first axis at a period of the predetermined sinusoidal drive voltage.

特に、例えば、正弦波形電圧の周波数がトーションバー111a、111bの共振周波数と同程度である約20kHzに設定された場合、トーションバー111a、111bのねじれによる機械的共振が生じるのを利用して、ミラー部101を約20kHzで共振振動させることができる。 In particular, for example, when the frequency of the sinusoidal voltage is set to approximately 20 kHz, which is similar to the resonant frequency of the torsion bars 111a and 111b, the mirror portion 101 can be made to resonate at approximately 20 kHz by utilizing the mechanical resonance caused by the twisting of the torsion bars 111a and 111b.

なお、本実施形態では、可動装置13は図1に示されるように、トーションバー111a、111bから+X方向に向かって第1圧電駆動部112a、112bが延びる片持ちタイプの可動装置13を用いているが、電圧印加された圧電部により反射膜部14を可動させる構成であれば、これに限られない。図3は、可動装置13の構成の変形例を示す平面図である。例えば、図3に示すように、可動装置として、トーションバー211a、211bから+X方向に向かって延びる第一圧電駆動部212a、212bおよび-X方向に向かって延びる第一圧電駆動部212c、212dを有する両端支持(両持ち)タイプの可動装置13aを適用するようにしてもよい。また、可動装置13は、1軸方向のみに反射膜部14を可動させる構成としてもよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the movable device 13 is a cantilever type movable device 13 in which the first piezoelectric drive units 112a and 112b extend from the torsion bars 111a and 111b in the +X direction, but the configuration is not limited to this as long as the reflective film unit 14 is moved by the piezoelectric unit to which a voltage is applied. FIG. 3 is a plan view showing a modified configuration of the movable device 13. For example, as shown in FIG. 3, a movable device 13a of a double-supported type having first piezoelectric drive units 212a and 212b extending from the torsion bars 211a and 211b in the +X direction and first piezoelectric drive units 212c and 212d extending in the -X direction may be used as the movable device. In addition, the movable device 13 may be configured to move the reflective film unit 14 in only one axial direction.

次に、ミラー部101について詳述する。 Next, the mirror unit 101 will be described in detail.

ここで、図4はミラー部101の一例を拡大して示す平面図、図5はミラー部101の一例を示す断面図である。図4および図5に示すように、本実施形態のミラー部101は、反射膜部14と、反射膜部14を支持するミラー部基体102と、反射膜部14を保護可能な保護膜部141と、を備える。 Here, FIG. 4 is a plan view showing an enlarged example of the mirror section 101, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the mirror section 101. As shown in FIGS. 4 and 5, the mirror section 101 of this embodiment includes a reflective film section 14, a mirror section base 102 that supports the reflective film section 14, and a protective film section 141 that can protect the reflective film section 14.

ミラー部101のミラー部基体102は、シリコン活性層363から形成される。ただし、これに限定されるものではなく、ミラー部101のミラー部基体102は、酸化材料や無機材料、有機材料等で構成してもよい。また、ミラー部101のミラー部基体102の負のZ方向の面には、補強するためのリブやその他の構造が設けられていても良い。リブやその他の構造は、シリコン支持層361及び酸化シリコン層362等で形成される。 The mirror section base 102 of the mirror section 101 is formed from a silicon active layer 363. However, this is not limited to this, and the mirror section base 102 of the mirror section 101 may be made of an oxide material, an inorganic material, an organic material, or the like. In addition, a reinforcing rib or other structure may be provided on the negative Z-direction surface of the mirror section base 102 of the mirror section 101. The rib or other structure is formed from a silicon support layer 361 and a silicon oxide layer 362, etc.

ミラー部101は、図4および図5に示すように、ミラー部101のミラー部基体102の正のZ方向の面上に反射膜部14を形成する。反射膜部14は、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜やその多層膜を用いる。なお、当該金属薄膜としては単層であっても、多層であってもよい。また、金属薄膜上に当該金属薄膜とは異なる材料から構成される機能膜、例えば増反射膜が形成されていてもよい。 As shown in Figures 4 and 5, the mirror section 101 forms a reflective film section 14 on the positive Z-direction surface of the mirror section base 102 of the mirror section 101. The reflective film section 14 uses a metal thin film containing aluminum, gold, silver, etc., or a multi-layer film thereof. The metal thin film may be a single layer or a multi-layer. In addition, a functional film made of a material different from the metal thin film, such as an increased reflection film, may be formed on the metal thin film.

図4に示す例は、ミラー部101のミラー部基体102の形状を円形形状とした例である。また、反射膜部14は、ミラー部基体102に合わせて円形形状に形成されている。 The example shown in FIG. 4 is an example in which the shape of the mirror base 102 of the mirror 101 is circular. In addition, the reflective film 14 is formed in a circular shape to match the mirror base 102.

なお、ミラー部101のミラー部基体102の形状は、これに限定されるものではない。ここで、図6はミラー部101の他の一例を示す平面図である。例えば、図6に示すように、ミラー部101のミラー部基体102の形状は、矩形形状に形成されていてもよい。図6(a)に示す例では、反射膜部14をミラー部基体102に合わせて矩形形状に形成したものである。図6(b)に示す例では、ミラー部101のミラー部基体102の形状を矩形形状に形成し、反射膜部14の形状を図4に示す例と同様に円形形状としたものである。 The shape of the mirror base 102 of the mirror section 101 is not limited to this. Here, FIG. 6 is a plan view showing another example of the mirror section 101. For example, as shown in FIG. 6, the shape of the mirror base 102 of the mirror section 101 may be formed into a rectangular shape. In the example shown in FIG. 6(a), the reflective film section 14 is formed into a rectangular shape to match the mirror base 102. In the example shown in FIG. 6(b), the mirror base 102 of the mirror section 101 is formed into a rectangular shape, and the reflective film section 14 is formed into a circular shape similar to the example shown in FIG. 4.

なお、ミラー部101の反射膜部14は、図4および図6に示したように、円形形状または矩形形状に形成されるが、これに限定されるものではなく、その他形状でも良い。 As shown in Figures 4 and 6, the reflective film portion 14 of the mirror portion 101 is formed in a circular or rectangular shape, but is not limited to this and may be in other shapes.

ところで、従来のミラー部においては、より広範囲への反射要求によるミラー部の面積の拡大、駆動範囲の広角化、高速駆動化により、振動とねじりモーメントが発生しやすい機会が増し、ミラー反射部の基体と保護膜部と間に微小の水分子が入り込み、反射部まで浸潤することがある。 However, in conventional mirrors, the need for wider reflection requires an increase in the area of the mirror, a wider driving range, and faster driving speeds, which increases the chances of vibration and torsional moment occurring, and this can cause tiny water molecules to get in between the base and protective film of the mirror reflector and penetrate into the reflector.

そこで、本実施形態のミラー部101は、図4および図5に示すように、ミラー部基体102における反射部が設けられた領域の外側の領域において、反射部が設けられた面に開口を有して陥没する変形部である溝部142を形成する。溝部142は、反射部の外周を囲むように配置される。なお、溝部142は切れ目により複数に分けられた構成であってもよいが、反射膜部14への水分の侵入機会をより抑制できることから切れ目なく囲むように環状に配置されることが好ましい。また溝部142の形状は特に限定されず、図4で示す曲率を有する形状の他に、直線状であってもよく、また蛇行状の構造を有する形状であってもよい。溝部142は、ミラー部101のミラー部基体102の活性層に形成される。 Therefore, as shown in Figs. 4 and 5, the mirror section 101 of this embodiment forms a groove 142, which is a deformed portion that has an opening on the surface where the reflecting section is provided, in an area outside the area where the reflecting section is provided in the mirror section base 102. The groove 142 is arranged so as to surround the outer periphery of the reflecting section. Note that the groove 142 may be configured to be divided into multiple parts by cuts, but it is preferable to arrange it in a ring shape so as to surround the reflecting section without cuts, as this can further reduce the opportunity for moisture to enter the reflecting film section 14. The shape of the groove 142 is not particularly limited, and in addition to the shape with curvature shown in Fig. 4, it may be linear or have a meandering structure. The groove 142 is formed in the active layer of the mirror section base 102 of the mirror section 101.

溝部142は、反射膜部14よりZ方向に負の層に設けられる。図5に示すように、ミラー部101のミラー部基体102の端部からの距離cは、c>0である。また、溝部142の幅bは、10μm程度で形成される。溝部142の深さdは、10μm程度で形成される。溝部142の開口度は、構造の破壊強度の観点より、溝が無い場合の断面積の0~10%以下の開口度が望ましい。溝部142の形状は、図5に示すように、浸潤した水分の這い上がりを抑制することを目的とし、Z方向の深さdと幅bとが同一であることが望ましい。 The groove 142 is provided in a layer that is negative in the Z direction from the reflective film 14. As shown in FIG. 5, the distance c from the end of the mirror base 102 of the mirror 101 is c>0. The width b of the groove 142 is formed to be about 10 μm. The depth d of the groove 142 is formed to be about 10 μm. From the viewpoint of the fracture strength of the structure, the opening degree of the groove 142 is preferably 0 to 10% or less of the cross-sectional area when there is no groove. As shown in FIG. 5, the shape of the groove 142 is intended to suppress the creeping up of infiltrated moisture, and it is preferable that the depth d and width b in the Z direction are the same.

なお、反射膜部14は、溝部142の一部にかかっても良いが、溝部142を完全に覆わないものとする。 The reflective film 14 may cover part of the groove 142, but does not completely cover the groove 142.

本実施形態のミラー部101は、少なくとも反射膜部14のZ方向の上部と、溝部142の側部及び底部とに、保護膜部141を形成する。保護膜部141は、溝部142の側壁部および底部を、側壁部および底部に沿ってコンフォーマルに覆うものである。なお、反射膜部14は、ミラー部101のミラー部基体102の端部までを覆うようにしても良い。こうすることにより、保護膜部141が剥がれにくくなる。 In this embodiment, the mirror section 101 has a protective film section 141 formed at least on the upper part of the reflective film section 14 in the Z direction and on the side and bottom of the groove section 142. The protective film section 141 conformally covers the sidewalls and bottom of the groove section 142 along the sidewalls and bottom. The reflective film section 14 may also cover up to the end of the mirror section base 102 of the mirror section 101. This makes it difficult for the protective film section 141 to peel off.

保護膜部141は、原子の性質である自己制御性を利用し、ピンポンフリーかつステップカバレッジを得ることが出来るALD(原子堆積層)成膜にて、防湿特性が既知のAl2O3(アルミナ)にて形成する。これにより、溝部142の側壁部および底部に沿った良好な保護膜部141が形成される。ただし、保護膜部141は、これに限定されるものではなく、その他無機または有機耐湿性膜、多層膜、塗布型のフッ素系樹脂材等でも良い。 The protective film portion 141 is formed of Al2O3 (alumina) with known moisture-proofing properties by ALD (atomic layer deposition) deposition, which utilizes the self-controlling properties of atoms and can obtain ping-pong-free and step coverage. This forms a good protective film portion 141 along the sidewalls and bottom of the groove portion 142. However, the protective film portion 141 is not limited to this, and may be other inorganic or organic moisture-resistant films, multilayer films, coating-type fluorine-based resin materials, etc.

本実施形態のミラー部101は、このような構成とすることにより、保護膜部141の端部に環境負荷によりクラックや膜剥がれが生じた場合に、保護膜部141の端部より侵入した水分を溝部142に沿って保護膜部141との間に浸潤させることができる。そして、本実施形態のミラー部101は、保護膜部141の端部から反射膜部14までの水分の通り道を従来に比べて長くすることができることにより、反射膜部14までの水分の伝搬を抑制することができる、という効果を奏する。 The mirror section 101 of this embodiment is configured in this way, so that if cracks or peeling occurs at the end of the protective film section 141 due to environmental load, moisture that has entered from the end of the protective film section 141 can seep into the protective film section 141 along the groove section 142. The mirror section 101 of this embodiment can make the path for moisture from the end of the protective film section 141 to the reflective film section 14 longer than in the past, thereby achieving the effect of suppressing the propagation of moisture to the reflective film section 14.

このように本実施形態によれば、環境負荷による反射膜部14への水分の侵入機会を抑制し、反射膜部14の防湿性を高めることで、光偏向素子の信頼性を向上させることができる。 In this way, according to this embodiment, the opportunity for moisture to enter the reflective film portion 14 due to environmental load is reduced, and the moisture resistance of the reflective film portion 14 is improved, thereby improving the reliability of the optical deflection element.

このように本実施形態によれば、光偏向素子の信頼性の向上を図ることにより、反射率が維持でき、長期間使用においても画質が劣化しない、という効果を奏する。また、本実施形態によれば、性能を長期間維持することができるとともに、高環境負荷の高い状況でも使用することができる。 As described above, according to this embodiment, by improving the reliability of the optical deflection element, the reflectance can be maintained, and the image quality does not deteriorate even with long-term use. Furthermore, according to this embodiment, performance can be maintained for a long period of time, and it can be used in situations with high environmental loads.

なお、本実施形態のミラー部101は、十分な反射膜部14の面積を確保するために、溝部142をミラー部基体102に1つ形成するようにしたが、ミラー部101の溝部142の数は、これに限定されるものではない。ここで、図7はミラー部101の他の一例を示す断面図である。例えば、図7に示すミラー部101は、十分な反射膜部14の面積を確保可能であることを条件として、溝部142をミラー部基体102に2つ形成している。このように、十分な反射膜部14の面積を確保可能であれば、ミラー部101は、溝部142をミラー部基体102に複数備えていてもよい。図7に示す溝部142の変形例によれば、保護膜部141の端部から反射膜部14までの水分の通り道を図5に示す溝部142に比べて長くすることができることにより、水分の反射膜部14への伝搬をさらに抑制することができる。 In the mirror section 101 of this embodiment, one groove 142 is formed in the mirror section base 102 to ensure a sufficient area of the reflective film section 14, but the number of grooves 142 in the mirror section 101 is not limited to this. Here, FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of the mirror section 101. For example, the mirror section 101 shown in FIG. 7 has two grooves 142 formed in the mirror section base 102, provided that a sufficient area of the reflective film section 14 can be ensured. In this way, if a sufficient area of the reflective film section 14 can be ensured, the mirror section 101 may have multiple grooves 142 in the mirror section base 102. According to the modified example of the groove 142 shown in FIG. 7, the path of moisture from the end of the protective film section 141 to the reflective film section 14 can be made longer than the groove 142 shown in FIG. 5, thereby further suppressing the propagation of moisture to the reflective film section 14.

また、本実施形態ミラー部101は、変形部として、図5に示したようなZ方向の深さdと幅bとが同一であるような溝部142を示したが、これに限るものではない。ここで、図8は溝部142の変形例を示す断面図である。図8(a)は、溝部の開口幅eと底部の幅fとが異なる長さの形状の断面となる溝部142を示している。図8(b)は、溝部の開口幅gと底部の幅hとが異なる長さの台形形状の断面となる溝部142を示している。なお、図8(b)は、溝部の幅が下から上に向けて先細りになっていく逆テーパ形状の断面となる溝部142を示したが、溝部の幅が上から下に向けて先細りになっていくテーパ形状の断面となる溝部142であってもよい。図8(c)は、円形形状の外周の一端をカットした断面となる溝部142を示している。図8に示す溝部142の変形例によれば、保護膜部141の端部から反射膜部14までの水分の通り道を図5に示す溝部142に比べて長くすることができることにより、水分の反射膜部14への伝搬をさらに抑制することができる。 In addition, the mirror unit 101 of this embodiment shows a groove 142 having the same depth d and width b in the Z direction as shown in FIG. 5 as a deformation part, but is not limited to this. Here, FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modified example of the groove 142. FIG. 8(a) shows a groove 142 having a cross section with a shape in which the opening width e of the groove and the width f of the bottom are different lengths. FIG. 8(b) shows a groove 142 having a trapezoidal cross section with a groove opening width g and a bottom width h of different lengths. Note that FIG. 8(b) shows a groove 142 having an inverse tapered cross section in which the width of the groove tapers from bottom to top, but the groove 142 may have a tapered cross section in which the width of the groove tapers from top to bottom. FIG. 8(c) shows a groove 142 having a cross section in which one end of the outer periphery of a circular shape is cut. According to the modified example of the groove portion 142 shown in FIG. 8, the path for moisture from the end of the protective film portion 141 to the reflective film portion 14 can be made longer than that of the groove portion 142 shown in FIG. 5, thereby further suppressing the propagation of moisture to the reflective film portion 14.

さらに、本実施形態ミラー部101は、変形部として、反射膜部14よりZ方向に負の層に設けられた溝部142を示したが、これに限るものではない。ここで、図9は変形部の変形例を示す断面図である。図9に示すように、変形部は、反射膜部14よりZ方向に正の方向に突出して設けられた少なくとも1以上の凸部143であってもよい。図9に示す変形例によれば、保護膜部141の端部から反射膜部14までの水分の通り道を従来に比べて長くすることができることにより、水分の反射膜部14への伝搬をさらに抑制することができる。 Furthermore, in the mirror section 101 of this embodiment, the deformation section is shown as a groove section 142 provided in a layer negative in the Z direction from the reflective film section 14, but this is not limited to this. Here, FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modified example of the deformation section. As shown in FIG. 9, the deformation section may be at least one or more convex sections 143 provided protruding in the positive Z direction from the reflective film section 14. According to the modified example shown in FIG. 9, the path for moisture from the end of the protective film section 141 to the reflective film section 14 can be made longer than in the conventional case, thereby further suppressing the propagation of moisture to the reflective film section 14.

なお、本実施形態ミラー部101は、変形部として、溝部142と、凸部143との両方を備えるものであってもよい。 In addition, the mirror portion 101 of this embodiment may have both the groove portion 142 and the convex portion 143 as the deformation portion.

[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態の光走査システムについて説明する。
Second Embodiment
Next, an optical scanning system according to a second embodiment will be described.

第2の実施形態は、上述の第1の実施形態の可動装置13を設けた光走査システムの例である。 The second embodiment is an example of an optical scanning system equipped with the movable device 13 of the first embodiment described above.

図10は、第2の実施形態にかかる光走査システム10の一例を示す概略図である。図10に示すように、光走査システム10は、制御装置11の制御に従って光源装置12から照射された光を可動装置13の有する反射膜部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。 Fig. 10 is a schematic diagram showing an example of an optical scanning system 10 according to the second embodiment. As shown in Fig. 10, the optical scanning system 10 is a system that deflects light irradiated from a light source device 12 by a reflective film portion 14 of a movable device 13 under the control of a control device 11 to optically scan a scanned surface 15.

光走査システム10は、制御装置11、光源装置12、反射膜部14を有する可動装置13により構成される。 The optical scanning system 10 is composed of a control device 11, a light source device 12, and a movable device 13 having a reflective film section 14.

制御装置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。可動装置13は、例えば反射膜部14を有し、反射膜部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 control device 11 is, for example, an electronic circuit unit including a CPU (Central Processing Unit) and an FPGA (Field-Programmable Gate Array). The movable device 13 is, for example, a MEMS (Micro Electromechanical Systems) device that has a reflective film portion 14 and can move the reflective film portion 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.

制御装置11は、取得した光走査情報に基づいて光源装置12および可動装置13の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置12および可動装置13に駆動信号を出力する。 The control device 11 generates control commands for the light source device 12 and the movable device 13 based on the acquired optical scanning information, and outputs drive signals to the light source device 12 and the movable device 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。可動装置13は、入力された駆動信号に基づいて反射膜部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 movable device 13 moves the reflective film portion 14 in at least one axial direction or two axial directions based on the input drive signal.

これにより、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装置11の制御によって、可動装置13の反射膜部14を所定の範囲で2軸方向に往復可動させ、反射膜部14に入射する光源装置12からの照射光をある1軸周りに偏向して光走査することにより、被走査面15に任意の画像を投影することができる。なお、本実施形態の可動装置の詳細および制御装置による制御の詳細については後述する。 As a result, for example, by controlling the control device 11 based on image information, which is an example of optical scanning information, the reflective film portion 14 of the movable device 13 can be moved back and forth in two axial directions within a predetermined range, and the irradiation light from the light source device 12 that is incident on the reflective film portion 14 can be deflected around one axis to perform optical scanning, thereby projecting any image onto the scanned surface 15. Details of the movable device of this embodiment and the control by the control device will be described later.

次に、光走査システム10一例のハードウェア構成について図11を用いて説明する。図11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。図11に示すように、光走査システム10は、制御装置11、光源装置12および可動装置13を備え、それぞれが電気的に接続されている。このうち、制御装置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、可動装置ドライバ26を備えている。 Next, the hardware configuration of an example of the optical scanning system 10 will be described with reference to FIG. 11. FIG. 11 is a hardware configuration diagram of an example of the optical scanning system 10. As shown in FIG. 11, the optical scanning system 10 includes a control device 11, a light source device 12, and a movable device 13, which are electrically connected to each other. Of these, the control device 11 includes a CPU 20, a RAM 21 (Random Access Memory), a ROM 22 (Read Only Memory), an FPGA 23, an external I/F 24, a light source device driver 25, and a movable device 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、制御装置11の全体の制御や機能を実現する演算装置である。 The CPU 20 is a calculation device that reads programs and data from storage devices such as the ROM 22 onto the RAM 21, executes processing, and realizes the overall control and functions of the control device 11.

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。 RAM21 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および可動装置ドライバ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 movable device driver 26 according to the processing of the CPU 20.

外部I/F24は、例えば外部装置や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、SSD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)やLAN(Local Area Network)、イ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 USB memory, SD cards, CDs, DVDs, HDDs, and SSDs. Examples of networks include an automobile's CAN (Controller Area Network) or LAN (Local Area Network), the Internet, etc. 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.

光源装置トライバは、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 is an electric circuit that outputs a drive signal, such as a drive voltage, to the light source device 12 in accordance with an input control signal.

可動装置ドライバ26は、入力された制御信号に従って可動装置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 movable device driver 26 is an electrical circuit that outputs a drive signal, such as a drive voltage, to the movable device 13 according to the input control signal.

制御装置11において、CPU20は、外部I/F24を介して外部装置やネットワークから光走査情報を取得する。なお、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、制御装置11内のROM22やFPGA23に光走査情報を格納する構成としてもよいし、制御装置11内に新たに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 control device 11, the CPU 20 acquires optical scanning information from an external device or a network via the external I/F 24. Any configuration is acceptable as long as the CPU 20 is capable of acquiring optical scanning information, and the optical scanning information may be stored in the ROM 22 or FPGA 23 in the control device 11, or a new storage device such as an SSD may be provided in the control device 11 and the optical scanning information may be stored in that storage device.

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や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 and writing locations. 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.

制御装置11は、CPU20の命令および図2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 control device 11 can realize the functional configuration described below by using instructions from the CPU 20 and the hardware configuration shown in FIG. 2.

次に、光走査システム10の制御装置11の機能構成について図12を用いて説明する。図12は、光走査システム10の制御装置11の一例の機能ブロック図である。 Next, the functional configuration of the control device 11 of the optical scanning system 10 will be described with reference to FIG. 12. FIG. 12 is a functional block diagram of an example of the control device 11 of the optical scanning system 10.

図12に示すように、制御装置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. 12, the control 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、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、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。駆動信号出力部31は、光源装置ドライバ25、可動装置ドライバ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または可動装置13に駆動信号を出力する。 The control unit 30 is realized by, for example, the CPU 20, FPGA 23, etc., 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 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. The drive signal output unit 31 is realized by the light source device driver 25, movable device driver 26, etc., and outputs a drive signal to the light source device 12 or movable device 13 based on the input control signal.

駆動信号は、光源装置12または可動装置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、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、可動装置13においては、可動装置13の有する反射膜部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。 The drive signal is a signal for controlling the drive of the light source device 12 or the movable device 13. For example, in the light source device 12, it is a drive voltage that controls the timing and intensity of the light source irradiation. Also, for example, in the movable device 13, it is a drive voltage that controls the timing and range of movement of the reflective film portion 14 of the movable device 13.

次に、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図13を用いて説明する。図13は、光走査システム10に係る処理の一例のフローチャートである。 Next, the process of optically scanning the surface 15 to be scanned by the optical scanning system 10 will be described with reference to FIG. 13. FIG. 13 is a flowchart of an example of the process related to the optical scanning system 10.

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および可動装置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 movable device 13 based on the input control signal.

ステップ14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、可動装置13は、入力された駆動信号に基づいて反射膜部14の可動を行う。光源装置12および可動装置13の駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。 In step 14, the light source device 12 emits light based on the input drive signal. The movable device 13 moves the reflective film portion 14 based on the input drive signal. By driving the light source device 12 and the movable device 13, the light is deflected in any direction and optically scanned.

なお、上記光走査システム10では、1つの制御装置11が光源装置12および可動装置13を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の制御装置および可動装置用の制御装置と、別体に設けてもよい。 In the optical scanning system 10, one control device 11 has the devices and functions to control the light source device 12 and the movable device 13, but the control device for the light source device and the control device for the movable device may be provided separately.

また、上記光走査システム10では、一つの制御装置11に光源装置12および可動装置13の制御部30の機能および駆動信号出力部31の機能を設けているが、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を有した制御装置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る構成としてもよい。なお、上記光走査システム10のうち、反射膜部14を有した可動装置13と制御装置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 control device 11 is provided with the functions of the control unit 30 of the light source device 12 and the movable device 13 and the function of the drive signal output unit 31, but these functions may exist separately, for example, a drive signal output device having a drive signal output unit 31 may be provided separately from the control device 11 having the control unit 30. Note that, among the optical scanning system 10, the movable device 13 having the reflective film unit 14 and the control device 11 may form an optical deflection system that performs optical deflection.

[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態の画像投影装置について説明する。
[Third embodiment]
Next, an image projection device according to a third embodiment will be described.

第3の実施形態は、上述の第1の実施形態の可動装置13を適用した画像投影装置の例である。 The third embodiment is an example of an image projection device that uses the movable device 13 of the first embodiment described above.

図14は、第3の実施形態にかか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の一例を示す概略図である。また、図15はヘッドアップディスプレイ装置500の一例を示す概略図である。 Fig. 14 is a schematic diagram showing an example of an automobile 400 equipped with a head-up display device 500 according to the third embodiment. Fig. 15 is a schematic diagram showing an example of a 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500である。 The image projection device is a device that projects an image by optical scanning, such as a head-up display device 500.

図14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、移動体である自動車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。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。 As shown in FIG. 14, the head-up display device 500 is installed, for example, near the windshield (windshield 401, etc.) of an automobile 400, which is a moving body. 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. This allows the driver 402 to view the image projected by the head-up display device 500 as a virtual image. Note that a combiner may be installed on the inner wall surface of the windshield, and the user may view a virtual image by the projected light reflected by the combiner.

図15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、青色のレーザ光源501R,501G,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タレンズ502,503,504と、2つのダイクロイックミラー505,506と、光量調整部507と、から構成される入射光学系を経た後、反射膜部14を有する可動装置13にて偏向される。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とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。なお、上記ヘッドアップディスプレイ装置500では、レーザ光源501R,501G,501B、コリメータレンズ502,503,504、ダイクロイックミラー505,506は、光源ユニット530として光学ハウジングによってユニット化されている。 As shown in FIG. 15, 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 passes through an incidence optical system consisting of 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, and is then deflected by a movable device 13 having a reflective film unit 14. The deflected laser light then passes through a projection optical system consisting of a free-form surface mirror 509, an intermediate screen 510, and a projection mirror 511, and is projected onto a screen. In the head-up display device 500, the laser light sources 501R, 501G, and 501B, the collimator lenses 502, 503, and 504, and the dichroic mirrors 505 and 506 are unitized by an optical housing as a 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,501Bから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ502,503,504で略平行光とされ、2つのダイクロイックミラー505,506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、反射膜部14を有する可動装置13によって二次元走査される。可動装置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、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構成されており、中間スクリーン510に入射してくる投射光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 collimator lenses 502, 503, and 504, respectively, and then combined by two dichroic mirrors 505 and 506. The combined laser light has its light amount adjusted by a light amount adjustment unit 507, and is then two-dimensionally scanned by a movable device 13 having a reflective film unit 14. The projection light L two-dimensionally scanned by the movable device 13 is reflected by a free-form surface mirror 509, where distortion is corrected, and then focused on an intermediate screen 510 to display an intermediate image. The intermediate screen 510 is composed of a microlens array in which microlenses are arranged two-dimensionally, and the projection light L entering the intermediate screen 510 is magnified in units of microlenses.

可動装置13は、反射膜部14を2軸方向に往復可動させ、反射膜部14に入射する投射光Lを二次元走査する。この可動装置13の駆動制御は、レーザ光源501R,501G,501Bの発光タイミングに同期して行われる。 The movable device 13 moves the reflective film portion 14 back and forth in two axial directions, two-dimensionally scanning the projection light L incident on the reflective film portion 14. The drive control of this movable device 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、反射膜部14を有した可動装置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よい。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や、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 above describes the head-up display device 500 as an example of an image projection device, but the image projection device may be any device that projects an image by performing optical scanning with a movable device 13 having a reflective film portion 14. For example, the present invention can be similarly applied to a projector that is placed on a desk or the like and projects an image onto a display screen, or a head-mounted display device that is mounted on a mounting member that is attached to the observer's head or the like and projects an image onto a reflective/transmissive screen of the mounting member, or projects an image using the 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、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 a vehicle or a mounting member, but also on a moving body such as 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 its location.

尚、ヘッドアップディスプレイ装置500は、特許請求の範囲に記載の「ヘッドアップディスプレイ」の一例である。また自動車400は、特許請求の範囲に記載の「車両」の一例である。 The head-up display device 500 is an example of a "head-up display" as described in the claims. The automobile 400 is an example of a "vehicle" as described in the claims.

[第4の実施形態]
次に、第4の実施形態の光書込装置について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, an optical writing device according to a fourth embodiment will be described.

第4の実施形態は、上述の第1の実施形態の可動装置13を適用した光書込装置の例である。 The fourth embodiment is an example of an optical writing device that uses the movable device 13 of the first embodiment described above.

図16は、第4の実施形態にかかる光書込装置600を搭載した画像形成装置の一例を示す概略図である。また、図17は、光書込装置の一例を示す概略図である。 Figure 16 is a schematic diagram showing an example of an image forming apparatus equipped with an optical writing device 600 according to the fourth embodiment. Also, Figure 17 is a schematic diagram showing an example of an optical writing device.

図16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. 16, 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17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、コリメータレンズなどの結像光学系601を経た後、反射膜部14を有する可動装置13により1軸方向または2軸方向に偏向される。そして、可動装置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、ミラー部602cからなる走査光学系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。また、光源装置12および反射膜部14を有する可動装置13は、制御装置11の制御に基づき駆動する。 As shown in FIG. 17, in the optical writing device 600, the laser light from the 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 the movable device 13 having a reflective film section 14. The laser light deflected by the movable device 13 then passes through a scanning optical system 602 consisting of a first lens 602a, a second lens 602b, and a mirror section 602c, and is irradiated onto the scanned surface 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 scanned surface 15. In addition, the light source device 12 and the movable device 13 having the reflective film section 14 are driven under the control of the control 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。また、走査光学系を異ならせて1軸方向だけでなく2軸方向に光走査可能にすることで、レーザ光をサーマルメディアに偏向して光走査し、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。 In this way, the optical writing device 600 can be used as a component of an image forming device having a printer function using laser light. In addition, by changing the scanning optical system to enable optical scanning not only in one axis direction but also in two axes directions, it can be used as a component of an image forming device such as a laser label device that deflects laser light onto thermal media, optically scans it, and prints by heating it.

上記光書込装置に適用される反射膜部14を有した可動装置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。また、可動装置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、また可動装置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。 The movable device 13 having the reflective film portion 14 applied to the optical writing device described above consumes less power to operate than a rotating polygon mirror using a polygon mirror or the like, which is advantageous for reducing the power consumption of the optical writing device. In addition, the wind noise generated when the movable device 13 vibrates is smaller than that of a rotating polygon mirror, which is advantageous for improving the quietness of the optical writing device. The optical writing device requires far less installation space than a rotating polygon mirror, and the movable device 13 generates only a small amount of heat, making it easy to miniaturize the device, which is advantageous for miniaturizing the image forming device.

[第5の実施形態]
次に、第5の実施形態の物体認識装置について説明する。
[Fifth embodiment]
Next, an object recognition device according to a fifth embodiment will be described.

第5の実施形態は、上述の第1の実施形態の可動装置13を適用した物体認識装置の例である。 The fifth embodiment is an example of an object recognition device that uses the movable device 13 of the first embodiment described above.

図18は、第5の実施形態にかかる物体認識装置の一例であるライダ(LiDAR;Laser Imaging Detection and Ranging)装置700を搭載した自動車の一例を示す概略図である。また、図19はライダ装置700の一例を示す概略図である。 Fig. 18 is a schematic diagram showing an example of a vehicle equipped with a LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) device 700, which is an example of an object recognition device according to the fifth embodiment. Fig. 19 is a schematic diagram showing an example of the LiDAR device 700.

物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばライダ装置700である。 The object recognition device is a device that recognizes objects in the target direction, such as a lidar device 700.

図18に示すように、ライダ装置700は、例えば移動体である自動車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. 18, the lidar device 700 is mounted on, for example, a moving body such as 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19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とから構成される入射光学系を経て、反射膜部14を有する可動装置13で1軸もしくは2軸方向に走査される。そして、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および可動装置13は、制御装置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。すなわち、反射光は入射光検出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。 As shown in FIG. 19, the laser light emitted from the light source device 12 passes through an incident optical system consisting of a collimating 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 a movable device 13 having a reflective film portion 14. Then, it is irradiated onto an object 702 in front of the device through a projection lens 705, which is a projection optical system. The light source device 12 and the movable device 13 are controlled by the control device 11. The reflected light reflected by the object 702 is optically detected by a photodetector 709. That is, the reflected light passes through a condenser lens 706, which is an incident light detection and light receiving optical system, and is received by an image sensor 707, which outputs a detection signal to a 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 a 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によって、被対象物702の有無を認識し、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 laser light is received by the photodetector 709, or the phase difference between each pixel of the image sensor 707 that receives the light, and further calculates the distance information to the object 702.

反射膜部14を有する可動装置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。このようなライダ装置は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等に取り付けられ、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。 The movable device 13 with the reflective film portion 14 is less likely to break than a polygonal mirror and is small, making it possible to provide a small, highly durable radar device. Such a lidar device can be attached to, for example, a vehicle, an aircraft, a ship, a robot, etc., and can optically scan a specified range to determine the presence or absence of an obstacle and the distance to the obstacle.

上記物体認識装置では、一例としてのライダ装置700の説明をしたが、物体認識装置は、反射膜部14を有した可動装置13を制御装置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よく、上述した実施形態に限定されるものではない。 The above object recognition device has been described as an example of a lidar device 700, but the object recognition device may be any device that performs optical scanning by controlling a movable device 13 having a reflective film portion 14 with a control device 11, and recognizes an object 702 by receiving reflected light with a photodetector, and is not limited to the above-mentioned embodiment.

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や、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、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。 For example, it can be used in biometric authentication, 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 referencing the record; security sensors recognize intruders by optically scanning a target range; and components of 3D scanners that calculate and recognize object information such as shape from distance information obtained by optical scanning, and output it as 3D data.

[第6の実施形態]
次に、第6の実施形態のレーザヘッドランプについて説明する。
Sixth embodiment
Next, a laser headlamp according to a sixth embodiment will be described.

第6の実施形態は、上述の第1の実施形態の可動装置13を移動体である自動車のヘッドライトに適用したレーザヘッドランプの例である。 The sixth embodiment is an example of a laser headlamp in which the movable device 13 of the first embodiment described above is applied to the headlights of a moving body, such as an automobile.

図20は、第6の実施形態にかかるレーザヘッドランプ50の構成の一例を示す概略図である。 Figure 20 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a laser headlamp 50 according to the sixth embodiment.

レーザヘッドランプ50は、制御装置11と、光源装置12bと、反射膜部14を有する可動装置13と、ミラー51と、透明板52とを有する。 The laser headlamp 50 has a control device 11, a light source device 12b, a movable device 13 having a reflective film portion 14, a mirror 51, and a transparent plate 52.

光源装置12bは、青色のレーザ光を発する光源である。光源装置12bから発せられた光は、可動装置13に入射し、反射膜部14にて反射される。可動装置13は、制御装置11からの信号に基づき、反射膜部14をXY方向に可動し、光源装置12bからの青色のレーザ光をXY方向に二次元走査する。 Light source device 12b is a light source that emits blue laser light. The light emitted from light source device 12b enters movable device 13 and is reflected by reflective film section 14. Movable device 13 moves reflective film section 14 in the XY directions based on a signal from control device 11, and performs two-dimensional scanning in the XY directions with the blue laser light from light source device 12b.

可動装置13による走査光は、ミラー51で反射され、透明板52に入射する。透明板52は、表面又は裏面を黄色の蛍光体により被覆されている。ミラー51からの青色のレーザ光は、透明板52における黄色の蛍光体の被覆を通過する際に、ヘッドライトの色として法定される範囲の白色に変化する。これにより自動車の前方は、透明板52からの白色光で照明される。 The scanning light from the movable device 13 is reflected by the mirror 51 and enters the transparent plate 52. The transparent plate 52 is coated with a yellow phosphor on either the front or back side. When the blue laser light from the mirror 51 passes through the yellow phosphor coating on the transparent plate 52, it changes to white within the legal range for headlight colors. As a result, the front of the car is illuminated with white light from the transparent plate 52.

可動装置13による走査光は、透明板52の蛍光体を通過する際に所定の散乱をする。これにより自動車前方の照明対象における眩しさは緩和される。 The scanning light from the movable device 13 scatters in a certain way as it passes through the phosphor in the transparent plate 52. This reduces glare on the illuminated object in front of the vehicle.

可動装置13を自動車のヘッドライトに適用する場合、光源装置12b及び蛍光体の色は、それぞれ青及び黄色に限定されない。例えば、光源装置12bを近紫外線とし、透明板52を、光の三原色の青色、緑色及び赤色の各蛍光体を均一に混ぜたもので被覆してもよい。この場合でも、透明板52を通過する光を白色に変換でき、自動車の前方を白色光で照明することができる。 When the movable device 13 is applied to an automobile headlight, the colors of the light source device 12b and the phosphor are not limited to blue and yellow, respectively. For example, the light source device 12b may be near-ultraviolet, and the transparent plate 52 may be covered with a uniform mixture of phosphors of the three primary colors of light: blue, green, and red. Even in this case, the light passing through the transparent plate 52 can be converted to white, and the front of the automobile can be illuminated with white light.

[第7の実施形態]
次に、第7の実施形態のヘッドマウントディスプレイについて説明する。
[Seventh embodiment]
Next, a head mounted display according to a seventh embodiment will be described.

第7の実施形態は、上述の第1の実施形態の可動装置13を適用したヘッドマウントディスプレイの例である。ここでヘッドマウントディスプレイは、人間の頭部に装着可能な頭部装着型ディスプレイで、例えば、眼鏡に類する形状とすることができる。ヘッドマウントディスプレイを、以降ではHMDと省略して示す。 The seventh embodiment is an example of a head-mounted display to which the movable device 13 of the first embodiment described above is applied. Here, the head-mounted display is a head-mounted display that can be worn on the human head, and can have a shape similar to glasses, for example. Hereinafter, the head-mounted display will be abbreviated to HMD.

図21は、第7の実施形態にかかるHMD60の外観を例示する斜視図である。図21において、HMD60は、左右に1組ずつ略対称に設けられたフロント60a、及びテンプル60bにより構成されている。フロント60aは、例えば、導光板61により構成することができ、光学系や制御装置等は、テンプル60bに内蔵することができる。 Figure 21 is a perspective view illustrating the appearance of an HMD 60 according to the seventh embodiment. In Figure 21, the HMD 60 is composed of a front 60a and temples 60b, which are provided approximately symmetrically on the left and right. The front 60a can be composed of, for example, a light guide plate 61, and the optical system, control device, etc. can be built into the temples 60b.

図22は、HMD60の構成を部分的に例示する図である。なお、図22では、左眼用の構成を例示しているが、HMD60は右眼用としても同様の構成を有している。 Figure 22 is a diagram illustrating a partial configuration of the HMD 60. Note that while Figure 22 illustrates a configuration for the left eye, the HMD 60 has a similar configuration for the right eye.

HMD60は、制御装置11と、光源ユニット530と、光量調整部507と、反射膜部14を有する可動装置13と、導光板61と、ハーフミラー62とを有している。 The HMD 60 has a control device 11, a light source unit 530, a light amount adjustment unit 507, a movable device 13 having a reflective film unit 14, a light guide plate 61, and a half mirror 62.

光源ユニット530は、上述したように、レーザ光源501R、501G、及び501Bと、コリメータレンズ502、503、及び504と、ダイクロイックミラー505、及び506とを、光学ハウジングによってユニット化したものである。光源ユニット530において、レーザ光源501R、501G、及び501Bからの三色のレーザ光は、ダイクロイックミラー505及び506で合成される。光源ユニット530からは、合成された平行光が発せられる。 As described above, the light source unit 530 is a unit made up of the laser light sources 501R, 501G, and 501B, the collimator lenses 502, 503, and 504, and the dichroic mirrors 505 and 506, all of which are enclosed in an optical housing. In the light source unit 530, the three color laser beams from the laser light sources 501R, 501G, and 501B are combined by the dichroic mirrors 505 and 506. The combined parallel light is emitted from the light source unit 530.

光源ユニット530からの光は、光量調整部507により光量調整された後、可動装置13に入射する。可動装置13は、制御装置11からの信号に基づき、反射膜部14をXY方向に可動し、光源ユニット530からの光を二次元走査する。この可動装置13の駆動制御は、レーザ光源501R、501G、501Bの発光タイミングに同期して行われ、走査光によりカラー画像が形成される。 The light from the light source unit 530 is adjusted in amount by the light amount adjustment section 507 and then enters the movable device 13. The movable device 13 moves the reflective film section 14 in the XY directions based on a signal from the control device 11, and performs two-dimensional scanning of the light from the light source unit 530. The drive control of this movable device 13 is performed in synchronization with the emission timing of the laser light sources 501R, 501G, and 501B, and a color image is formed by the scanning light.

可動装置13による走査光は、導光板61に入射する。導光板61は、走査光を内壁面で反射させながらハーフミラー62に導光する。導光板61は、走査光の波長に対して透過性を有する樹脂等により形成されている。 The scanning light from the movable device 13 enters the light guide plate 61. The light guide plate 61 guides the scanning light to the half mirror 62 while reflecting it on its inner wall surface. The light guide plate 61 is made of a resin or the like that is transparent to the wavelength of the scanning light.

ハーフミラー62は、導光板61からの光をHMD60の背面側に反射し、HMD60の装着者63の眼の方向に出射する。ハーフミラー62は、例えば、自由曲面形状を有している。走査光による画像は、ハーフミラー62での反射により、装着者63の網膜に結像する。或いは、ハーフミラー62での反射と眼球における水晶体のレンズ効果とにより、装着者63の網膜に結像する。またハーフミラー62での反射により、画像は空間歪が補正される。装着者63は、XY方向に走査される光で形成される画像を、観察することができる。 The half mirror 62 reflects the light from the light guide plate 61 to the back side of the HMD 60 and emits it in the direction of the eyes of the wearer 63 of the HMD 60. The half mirror 62 has, for example, a free-form surface shape. An image formed by the scanning light is formed on the retina of the wearer 63 by reflection from the half mirror 62. Alternatively, an image is formed on the retina of the wearer 63 by reflection from the half mirror 62 and the lens effect of the crystalline lens in the eyeball. Furthermore, spatial distortion of the image is corrected by reflection from the half mirror 62. The wearer 63 can observe the image formed by the light scanned in the XY directions.

62はハーフミラーであるため、装着者63には、外界からの光による像と走査光による画像が重畳して観察される。ハーフミラー62に代えてミラーを設けることで、外界からの光をなくし、走査光による画像のみを観察できる構成としてもよい。 Since 62 is a half mirror, the image produced by the light from the outside world and the image produced by the scanning light are superimposed on each other and observed by the wearer 63. By providing a mirror instead of the half mirror 62, it is possible to eliminate the light from the outside world and to configure the wearer 63 to be able to observe only the image produced by the scanning light.

最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、各実施の形態及び各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Finally, the above-described embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the present invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Furthermore, each embodiment and each modification of each embodiment is included in the scope and spirit of the invention, and is included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

13 光偏向素子
14 反射部
50 レーザヘッドランプ
60 ヘッドマウントディスプレイ
102 基体
141 保護部
142、143 変形部
400、701 移動体
500 画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ
700 物体認識装置
13 Optical deflection element 14 Reflection section 50 Laser headlamp 60 Head mounted display 102 Base body 141 Protective section 142, 143 Deformable section 400, 701 Moving body 500 Image projection device, head up display 700 Object recognition device

特開2015-102597号公報JP 2015-102597 A

Claims (12)

反射部と、
前記反射部を支持する基体と、
前記基体の前記反射部が設けられた領域の外側の領域において前記反射部の外周を囲むように配置され、前記反射部が設けられた面から突出または陥没の少なくとも何れか一方の形状に形成される変形部と、
前記反射部と前記変形部とを覆い、前記反射部を保護する保護部と、
を備えることを特徴とする光偏向素子。
A reflector;
A base supporting the reflector;
a deformation portion that is disposed in a region outside the region where the reflecting portion of the base is provided so as to surround the outer periphery of the reflecting portion, and that is formed in at least one of a protruding shape and a recessed shape from the surface where the reflecting portion is provided;
a protective portion that covers the reflective portion and the deformable portion and protects the reflective portion;
An optical deflection element comprising:
前記変形部は、前記反射部の外周を切れ目なく囲むように環状に配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の光偏向素子。
The deformation portion is disposed in an annular shape so as to surround the outer periphery of the reflection portion without interruption.
2. The optical deflection element according to claim 1.
前記変形部は、複数備えられる、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光偏向素子。
The deformation portion is provided in plurality.
3. The optical deflection element according to claim 1, wherein the first and second optical elements are arranged in a first plane.
前記変形部は、前記反射部が設けられた面から陥没する溝部であって、
当該溝部は、開口幅と底部の幅とが異なる長さの形状の断面となる、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の光偏向素子。
The deformation portion is a groove portion recessed from a surface on which the reflection portion is provided,
The groove has a cross section having a shape in which the opening width and the bottom width are different in length.
4. The optical deflection element according to claim 1, wherein the first and second light deflectors are arranged in a first plane.
前記変形部は、前記反射部が設けられた面から陥没する溝部であって、
当該溝部は、開口幅と底部の幅とが異なる長さの台形形状の断面となる、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の光偏向素子。
The deformation portion is a groove portion recessed from a surface on which the reflection portion is provided,
The groove has a trapezoidal cross section with an opening width and a bottom width of different lengths.
4. The optical deflection element according to claim 1, wherein the first and second light deflectors are arranged in a first plane.
前記変形部は、前記反射部が設けられた面から陥没する溝部であって、
当該溝部は、円形形状の外周の一端をカットした断面となる、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の光偏向素子。
The deformation portion is a groove portion recessed from a surface on which the reflection portion is provided,
The groove portion has a cross section obtained by cutting one end of the outer periphery of a circular shape.
4. The optical deflection element according to claim 1, wherein the first and second light deflectors are arranged in a first plane.
請求項1乃至6の何れか1項に記載の光偏向素子を有する、
ことを特徴とする画像投影装置。
7. A light deflection element comprising the light deflection element according to claim 1 ,
1. An image projection device comprising:
請求項1乃至6の何れか1項に記載の光偏向素子を備える、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
The optical deflection element according to any one of claims 1 to 6,
A head-up display that features
請求項1乃至6の何れか1項に記載の光偏向素子を備える、
ことを特徴とするレーザヘッドランプ。
The optical deflection element according to any one of claims 1 to 6,
A laser headlamp.
請求項1乃至6の何れか1項に記載の光偏向素子を備える、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
The optical deflection element according to any one of claims 1 to 6,
A head mounted display characterized by:
請求項1乃至6の何れか1項に記載の光偏向素子を備える、
ことを特徴とする物体認識装置。
The optical deflection element according to any one of claims 1 to 6,
1. An object recognition device comprising:
請求項8に記載のヘッドアップディスプレイ、請求項9に記載のレーザヘッドランプ、及び請求項11に記載の物体認識装置の少なくとも1つを有する、
ことを特徴とする移動体。
A head-up display comprising at least one of the head-up display according to claim 8, the laser headlamp according to claim 9, and the object recognition device according to claim 11.
A moving object characterized by:
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