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JP5239382B2 - Optical reflection element - Google Patents
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JP5239382B2 - Optical reflection element - Google Patents

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Description

本発明は、レーザーディスプレイなどに用いられる光学反射素子に関するものである。   The present invention relates to an optical reflection element used for a laser display or the like.

従来、レーザーディスプレイなどに用いられるレーザーから発せられた光線を掃引する光学反射素子としては、ガルバノミラーなどが挙げられる。   Conventionally, a galvanometer mirror etc. are mentioned as an optical reflective element which sweeps the light emitted from the laser used for a laser display etc.

このガルバノミラーは、ミラー部とこのミラー部の外周に配置されたコイルと、このコイルの外側に配置された磁石とを備え、この磁石の内側に磁界を発生させ、磁界中のコイルに電流を流すことで電磁力を発生させる。そしてこの電磁力によってミラー部を駆動させ、回動するミラー部でレーザー光を反射することにより、スクリーン面上にレーザー光線を掃引させる(例えば、特許文献1参照)。   The galvano mirror includes a mirror part, a coil arranged on the outer periphery of the mirror part, and a magnet arranged outside the coil, generates a magnetic field inside the magnet, and supplies a current to the coil in the magnetic field. Electromagnetic force is generated by flowing. And a mirror part is driven by this electromagnetic force, and a laser beam is swept on a screen surface by reflecting a laser beam by the rotating mirror part (for example, refer patent document 1).

そして近年、このようなレーザーディスプレイの小型化に伴い、光学反射素子の小型化が命題となっている。
特開平7−218857号公報
In recent years, with the miniaturization of such a laser display, miniaturization of the optical reflecting element has become a proposition.
JP 7-218857 A

従来の光学反射素子は、小型化が困難であった。   Conventional optical reflecting elements have been difficult to downsize.

それは、ミラー部を駆動するための磁石が、大きな配置面積を要するからである。   This is because a magnet for driving the mirror portion requires a large arrangement area.

そこで本発明は光学反射素子を小型化することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to reduce the size of the optical reflecting element.

そして、この目的を達成するために本発明は、ミラー部と、このミラー部を介して対向するとともに、このミラー部とそれぞれ第一の支持部で連結された、対の第一の音叉形圧電振動子と、これらの第一の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結され、対の第一の音叉形圧電振動子の外周を囲う枠体と、この枠体を介して対向するとともに、この枠体とそれぞれ第三の支持部で連結された、対の第二の音叉形圧電振動子と、これらの第二の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第四の支持部で連結された支持体とを備え、第一の音叉形圧電振動子は、それぞれ第一の支持部の両側に第一のアームと第二のアームとを有し、第二の音叉形圧電振動子は、それぞれ第三の支持部の両側に第三のアームと第四のアームとを有し、対の第一の音叉形圧電振動子の対向方向と、対の第二の音叉形圧電振動子の対向方向とは直交する関係にあるとともに、第三の支持部と第四の支持部とは、蛇腹形状とした。   In order to achieve this object, the present invention provides a pair of first tuning fork-shaped piezoelectric elements that are opposed to each other via a mirror part and are connected to the mirror part by a first support part. The vibrator is connected to the vibration center of each of the first tuning fork-shaped piezoelectric vibrators by the second support portion and surrounds the outer periphery of the pair of first tuning-fork piezoelectric vibrators, And a pair of second tuning-fork type piezoelectric vibrators connected to the frame body by a third support portion, and the vibration centers of the second tuning-fork type piezoelectric vibrators, respectively, Each of the first tuning fork-type piezoelectric vibrators has a first arm and a second arm on both sides of the first support portion, respectively, and a second tuning fork. Each piezoelectric vibrator has a third arm and a fourth arm on both sides of the third support part. The opposing direction of the pair of first tuning fork type piezoelectric vibrators and the opposing direction of the pair of second tuning fork type piezoelectric vibrators are orthogonal to each other, and the third support part and the fourth support part are The bellows shape.

これにより本発明は、光学反射素子を小型化することができる。   Thereby, the present invention can reduce the size of the optical reflecting element.

その理由は、音叉形圧電振動子のアームを、圧電駆動で撓み振動させることにより、ミラー部を励振できるからである。そしてその結果、光学反射素子を小型化できる。   The reason is that the mirror portion can be excited by bending and vibrating the arm of the tuning fork type piezoelectric vibrator by piezoelectric driving. As a result, the optical reflecting element can be reduced in size.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における光学反射素子の構成について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the configuration of the optical reflecting element according to Embodiment 1 of the present invention will be described.

図1において、この光学反射素子は、ミラー部1と、このミラー部1を介して対向するとともに、このミラー部1とそれぞれの第一の支持部2で連結された、一対の第一の音叉形圧電振動子3と、これらの第一の音叉形圧電振動子3の振動中心4とそれぞれ第二の支持部5で連結され、一対の第一の音叉形圧電振動子3の外周を囲う枠体6と、この枠体6を介して対向するとともに、この枠体6とそれぞれ第三の支持部7で連結された、一対の第二の音叉形圧電振動子8と、これらの第二の音叉形圧電振動子8の振動中心9とそれぞれ第四の支持部10で連結された枠形状の支持体11とを備えている。   In FIG. 1, this optical reflecting element is a pair of first tuning forks that are opposed to a mirror portion 1 via the mirror portion 1 and are connected to the mirror portion 1 by a respective first support portion 2. A frame surrounding the outer circumference of the pair of first tuning fork-shaped piezoelectric vibrators 3, which is connected to the vibration center 4 of each of the first tuning-fork type piezoelectric vibrators 3 by the second support portion 5. A pair of second tuning-fork-type piezoelectric vibrators 8 that face the body 6 through the frame body 6 and are connected to the frame body 6 by a third support portion 7, respectively. A vibration center 9 of the tuning-fork type piezoelectric vibrator 8 and a frame-shaped support body 11 each connected by a fourth support portion 10 are provided.

そして第一の音叉形圧電振動子3は、それぞれ第一の支持部2の両側に、第一のアーム12と第二のアーム13とを有し、第二の音叉形圧電振動子8は、それぞれ第三の支持部7の両側に第三のアーム14と第四のアーム15とを有している。   The first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3 has a first arm 12 and a second arm 13 on both sides of the first support part 2, respectively. Each has a third arm 14 and a fourth arm 15 on both sides of the third support portion 7.

また対の第一の音叉形圧電振動子3の対向方向は図1のX軸に平行であり、対の第二の音叉形圧電振動子8の対向方向はY軸に平行であり、これらの対向方向は、ミラー部1の中心を通り直交する関係にある。   The opposing direction of the pair of first tuning fork type piezoelectric vibrators 3 is parallel to the X axis in FIG. 1, and the opposing direction of the pair of second tuning fork type piezoelectric vibrators 8 is parallel to the Y axis. The facing direction is in a relationship of passing through the center of the mirror unit 1 and orthogonal.

そして、第一の支持部2、第二の支持部5、第一の音叉形圧電振動子3は、それぞれ回転軸を共通にし、この回転軸はミラー部1の中心を通り図1のX軸に平行である。   The first support portion 2, the second support portion 5, and the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 have a common rotation axis, and the rotation axis passes through the center of the mirror portion 1 and is the X axis in FIG. Parallel to

また第三の支持部7、第四の支持部10、第二の音叉形圧電振動子8は、それぞれ回転軸を共通にし、この回転軸はミラー部1の中心を通りY軸に平行である。   The third support portion 7, the fourth support portion 10, and the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8 have a common rotation axis, and this rotation axis passes through the center of the mirror portion 1 and is parallel to the Y axis. .

そして第三の支持部7と第四の支持部10とは、蛇腹形状である。   And the 3rd support part 7 and the 4th support part 10 are bellows shapes.

また図2(a)(b)に示すように、対となる二つの第三の支持部7において、一方の第三の支持部7は、他方の第三の支持部7の回転対称形である。すなわち本実施の形態では、この光学反射素子の水平面において、一方の第三の支持部7を180度回転させると他方の第三の支持部7と同形になる。   As shown in FIGS. 2A and 2B, in the two third support portions 7 that form a pair, one third support portion 7 is rotationally symmetric with respect to the other third support portion 7. is there. In other words, in the present embodiment, when one third support portion 7 is rotated 180 degrees in the horizontal plane of the optical reflecting element, the same shape as the other third support portion 7 is obtained.

また対となる二つの第四の支持部10のうち、一方の第四の支持部10は、他方の第四の支持部10の回転対称形である。このような回転対称形とすることによって、素子全体の重量バランスを高め、不要な振動の発生を低減することができる。   Of the two fourth support portions 10 to be paired, one fourth support portion 10 is rotationally symmetric with respect to the other fourth support portion 10. By adopting such a rotationally symmetric shape, it is possible to increase the weight balance of the entire element and reduce the occurrence of unnecessary vibration.

また本実施の形態では、第三の支持部7は、いずれも両端が第二の音叉形圧電振動子8の回転軸上に配置されている。これにより不要な振動を抑制することができる。また同様の理由により、第四の支持部10も、いずれも両端が第二の音叉形圧電振動子8の回転軸上に配置されている。   In the present embodiment, both ends of the third support portion 7 are arranged on the rotation axis of the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8. Thereby, unnecessary vibration can be suppressed. For the same reason, both ends of the fourth support portion 10 are arranged on the rotation axis of the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8.

さらに本実施の形態では、第三の支持部7と第四の支持部10とは、同一形状であって回転対称形とした。同一形状とすると、第三の支持部7と第四の支持部10との梁長さが合致し、第三の支持部7と第四の支持部10の固有振動周波数を合わせることができ、効率よく駆動することができる。また回転対称形とすることにより、不要な振動を低減できる。   Further, in the present embodiment, the third support portion 7 and the fourth support portion 10 have the same shape and are rotationally symmetric. With the same shape, the beam lengths of the third support portion 7 and the fourth support portion 10 are matched, and the natural vibration frequencies of the third support portion 7 and the fourth support portion 10 can be matched, It can be driven efficiently. Moreover, unnecessary vibration can be reduced by using a rotationally symmetric shape.

そして図3に示すように、本実施の形態における光学反射素子の基材16は、金属、ガラスまたはセラミック基板などの弾性、機械的強度および高いヤング率を有する材料で構成することが生産性の観点から好ましく、例えば、金属、水晶、ガラス、石英またはセラミック材料を用いることが機械的特性と入手性の観点から好ましい。さらに、シリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などの金属を用いれば、振動特性、加工性に優れた光学反射素子を実現できる。   As shown in FIG. 3, the substrate 16 of the optical reflecting element in the present embodiment is made of a material having elasticity, mechanical strength and high Young's modulus such as metal, glass or ceramic substrate. From the viewpoint, it is preferable to use a metal, quartz, glass, quartz, or ceramic material from the viewpoint of mechanical properties and availability. Furthermore, if a metal such as silicon, titanium, stainless steel, Elinvar, or a brass alloy is used, an optical reflecting element having excellent vibration characteristics and workability can be realized.

そして本実施の形態では、図1に示すように、シリコンなどの基材(図3の16)で構成された第一のアーム12、第二のアーム13、第三のアーム14、第四のアーム15のそれぞれは、少なくとも一面に、撓み振動を起こすための圧電アクチュエータ17が形成されている。   And in this Embodiment, as shown in FIG. 1, the 1st arm 12, the 2nd arm 13, the 3rd arm 14, and the 4th comprised with base materials, such as a silicon | silicone (16 of FIG. 3). Each of the arms 15 is formed with a piezoelectric actuator 17 for causing flexural vibration on at least one surface.

この圧電アクチュエータ17は、本実施の形態では、図3に示すように、下部電極層18、圧電体層19および上部電極層20の積層体構造からなる薄膜積層型圧電アクチュエータ17とした。これによって、第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8をより薄型にすることができる。なお、本実施の形態では、下部電極層18および圧電体層19は第一の音叉形圧電振動子3と第二の音叉形圧電振動子8とで共通に形成し、上部電極層20はそれぞれ電気的に独立するように形成した。   In this embodiment, the piezoelectric actuator 17 is a thin film laminated piezoelectric actuator 17 having a laminated structure of a lower electrode layer 18, a piezoelectric layer 19, and an upper electrode layer 20, as shown in FIG. Thereby, the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 and the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8 can be made thinner. In the present embodiment, the lower electrode layer 18 and the piezoelectric layer 19 are formed in common by the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 and the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8, and the upper electrode layer 20 is respectively formed. It was formed so as to be electrically independent.

また、第一の音叉形圧電振動子3の厚みを、図1に示す第一のアーム12および第二のアーム13の幅寸法よりも小さくすることによって、振幅が大きくなり、小型の光学反射素子を実現することができる。同様に、第二の音叉形圧電振動子8の厚みを図1に示す第三のアーム14および第四のアーム15の幅寸法よりも小さくすることによって、光学反射素子の小型化に寄与する。   Further, by making the thickness of the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3 smaller than the width dimension of the first arm 12 and the second arm 13 shown in FIG. Can be realized. Similarly, by making the thickness of the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8 smaller than the width dimension of the third arm 14 and the fourth arm 15 shown in FIG. 1, it contributes to miniaturization of the optical reflecting element.

また、図3に示す下部電極層18、圧電体層19および上部電極層20は第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8を形成する基材16の上に順次スパッタリング技術などの薄膜プロセスにより形成することができる。従って、圧電アクチュエータ17を第一の音叉形圧電振動子3および第二の音叉形圧電振動子8の表面に形成することが生産性の観点から好ましい。   Further, the lower electrode layer 18, the piezoelectric layer 19 and the upper electrode layer 20 shown in FIG. 3 are sequentially formed on the base material 16 forming the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 and the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8. It can be formed by a thin film process such as a sputtering technique. Therefore, the piezoelectric actuator 17 is preferably formed on the surfaces of the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 and the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8 from the viewpoint of productivity.

そして、圧電体層19に用いる圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの高い圧電定数を有する圧電体材料が好ましい。   The piezoelectric material used for the piezoelectric layer 19 is preferably a piezoelectric material having a high piezoelectric constant such as lead zirconate titanate (PZT).

また、第一の音叉形圧電振動子3の共振周波数は、ミラー部1と第一の支持部(図1の2)で構成された捩れ振動子の共振周波数と略同一周波数となるように振動設計することで、効率良くミラー部1を反復回転振動させることができる。   The resonance frequency of the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3 vibrates so as to be substantially the same as the resonance frequency of the torsional vibrator formed by the mirror part 1 and the first support part (2 in FIG. 1). By designing, the mirror unit 1 can be repeatedly rotated and vibrated efficiently.

同様に、第二の音叉形圧電振動子8の共振周波数は、枠体6と第三の支持部7とで構成された捩れ振動子の共振周波数と略同一周波数となるように設計することが好ましい。   Similarly, the resonance frequency of the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8 can be designed to be substantially the same as the resonance frequency of the torsional vibrator constituted by the frame body 6 and the third support portion 7. preferable.

また本実施の形態では、図1に示すように、第三の支持部7は、枠体6と第二の音叉形圧電振動子8側へ入り込むように形成されている。これにより第三の支持部7の共振器長を長くしても、第三の支持部7を省スペースに配置でき、小型化に寄与する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the third support portion 7 is formed so as to enter the frame body 6 and the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8 side. As a result, even if the resonator length of the third support portion 7 is increased, the third support portion 7 can be disposed in a space-saving manner, contributing to downsizing.

さらに第三の支持部7は、第二の音叉形圧電振動子8側よりも、枠体6側へより長く入り込ませることが好ましい。逆に第二の音叉形圧電振動子8側へ長く入り込ませると、振動中心9近傍の形状が複雑になり、第二の音叉形圧電振動子8に不要な振動モードが発生する場合があるからである。特に本実施の形態では、第三の支持部7が蛇腹形状のため、入り込む面積も大きくなることから、このように枠体6側へより入り込ませる方が不要な振動モードを抑制することができる。   Furthermore, it is preferable that the third support portion 7 is allowed to enter the frame body 6 longer than the second tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 8 side. Conversely, if the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8 is inserted long, the shape in the vicinity of the vibration center 9 becomes complicated, and an unnecessary vibration mode may occur in the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8 in some cases. It is. In particular, in the present embodiment, since the third support portion 7 has an accordion shape, the area to be entered increases, and thus it is possible to suppress an unnecessary vibration mode when entering the frame body 6 side in this way. .

さらに第四の支持部10は、支持体11側へ入り込むように形成している。すなわち、枠体6と第三の支持部7とを効率よく捩り振動させるためには、第三の支持部7と第四の支持部10との共振器長を出来るだけ等しくする必要があるが、この第四の支持部10を支持体11側へめり込ますことによって、第四の支持部10が長くても省スペースに配置でき、光学反射素子を小型化できる。   Furthermore, the 4th support part 10 is formed so that it may enter into the support body 11 side. That is, in order to efficiently torsionally vibrate the frame body 6 and the third support portion 7, it is necessary to make the resonator lengths of the third support portion 7 and the fourth support portion 10 as equal as possible. By inserting the fourth support portion 10 toward the support body 11, the fourth support portion 10 can be disposed in a space-saving manner even if the fourth support portion 10 is long, and the optical reflecting element can be miniaturized.

また本実施の形態では、第二の支持部5は、枠体6側へ入り込むように形成しているため小型化が図れる。なおこの第二の支持部5は、枠体6側へ入り込ませているため、枠体6の幅は狭くなっているが、第一の音叉形圧電振動子3の幅は変えていない。すなわち、幅の狭い領域では、局所的に応力が集中し、不要な振動モードが発生することがあるが、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3は、全体として略同幅のため、応力を均一に分散することができ、安定して振動させることが出来る。   Moreover, in this Embodiment, since the 2nd support part 5 is formed so that it may enter into the frame 6 side, size reduction can be achieved. Since the second support portion 5 is inserted into the frame body 6 side, the width of the frame body 6 is narrow, but the width of the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 is not changed. That is, in a narrow region, stress concentrates locally and an unnecessary vibration mode may occur. However, in the present embodiment, the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3 has substantially the same width as a whole. Therefore, the stress can be evenly distributed and can be vibrated stably.

さらに、第一のアーム12、第二のアーム13およびこれらの連結部21の幅や、第三のアーム14、第四のアーム15およびこれらの連結部22をそれぞれ等幅とすることによって、光学反射素子に発生する不要な振動モードを低減できる。   Furthermore, by making the widths of the first arm 12, the second arm 13, and their connecting portions 21 and the third arm 14, the fourth arm 15 and their connecting portions 22 equal, Unnecessary vibration modes generated in the reflective element can be reduced.

また第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8をコの字状とすることによっても不要な振動モードを抑制できる。   Unnecessary vibration modes can also be suppressed by making the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 and the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8 U-shaped.

また本実施の形態では図1に示す、第一のアーム12、第二のアーム13、第三のアーム14、第四のアーム15に形成した圧電アクチュエータ17のそれぞれ上部電極層20と、これらに共通の下部電極層18の引き出し電極は個別に引き出し線(図示せず)を形成しながら接続端子23A〜23D、24へ接続している。これによって第一のアーム12と第二のアーム13に正負反対の電気信号を、第三のアーム14と第四のアーム15に正負反対の電極信号を、それぞれの圧電アクチュエータ17に印加することができる。   In the present embodiment, the upper electrode layers 20 of the piezoelectric actuators 17 formed on the first arm 12, the second arm 13, the third arm 14, and the fourth arm 15 shown in FIG. The lead electrodes of the common lower electrode layer 18 are connected to the connection terminals 23A to 23D and 24 while individually forming lead lines (not shown). As a result, opposite electrical signals can be applied to the first arm 12 and the second arm 13, and opposite electrode signals can be applied to the respective piezoelectric actuators 17 to the third arm 14 and the fourth arm 15. it can.

なお本実施の形態では、第一のアーム12、第二のアーム13、第三のアーム14、第四のアーム15にそれぞれモニター電極(図示せず)を配置し、これらも上部電極と同様に素子上に引き回しながら接続端子25A〜25Dへ接続した。これにより、第一、第二、第三、第四のアーム12、13、14、15のそれぞれの振幅を検出しながら入力信号を調整することができ、安定した自励駆動を実現できる。   In the present embodiment, monitor electrodes (not shown) are arranged on the first arm 12, the second arm 13, the third arm 14, and the fourth arm 15, respectively, and these are also the same as the upper electrode. It was connected to connection terminals 25A to 25D while being routed on the element. As a result, the input signal can be adjusted while detecting the amplitude of each of the first, second, third, and fourth arms 12, 13, 14, and 15, and stable self-excited drive can be realized.

なお、上述の圧電アクチュエータ17の引き出し線や、モニター電極とその引き出し線は、図3においても記載を省略した。   Note that the lead lines of the piezoelectric actuator 17 and the monitor electrodes and the lead lines thereof are not shown in FIG.

次に、このような構成からなる光学反射素子の動作原理について説明する。   Next, the operation principle of the optical reflecting element having such a configuration will be described.

図3に示す下部電極層18と上部電極層20との間に交流の駆動電圧を印加すると、圧電体層19が面方向に伸び・縮みし、第一のアーム(図1の12)と第二のアーム13が基材16に対して垂直方向に撓み振動する。   When an alternating drive voltage is applied between the lower electrode layer 18 and the upper electrode layer 20 shown in FIG. 3, the piezoelectric layer 19 expands and contracts in the plane direction, and the first arm (12 in FIG. 1) and the first The second arm 13 bends and vibrates in the direction perpendicular to the substrate 16.

このとき、第一のアーム12と第二のアーム13に形成したそれぞれの圧電アクチュエータ17に、正負反対の駆動信号を印加すれば、図4に示すように、第一のアーム12と第二のアーム13とを、位相が180度異なる方向(矢印26、27方向)に、つまり逆方向に撓み振動させることができる。ここで本実施の形態では、第一、第二のアーム12、13は、その先端を自由端とする片持ち構造のため、大きく撓み振動させることができる。   At this time, if a drive signal opposite to the positive and negative is applied to each piezoelectric actuator 17 formed on the first arm 12 and the second arm 13, as shown in FIG. The arm 13 can be flexibly vibrated in a direction (in the direction of arrows 26 and 27) that is 180 degrees out of phase, that is, in the opposite direction. Here, in the present embodiment, the first and second arms 12 and 13 can be greatly bent and vibrated because of the cantilever structure having the distal ends thereof as free ends.

そして、この第一のアーム12と第二のアーム13の振動エネルギーは、第一の音叉形圧電振動子3の連結部へと伝搬される。これによって、第一の音叉形圧電振動子3は、その振動中心4を通る直線を回転軸28として、この回転軸28を中心に、所定の周波数にて反復回転振動(捩れ振動)をする。   The vibration energy of the first arm 12 and the second arm 13 is propagated to the connecting portion of the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3. As a result, the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3 repeats rotational vibration (torsional vibration) at a predetermined frequency about the rotation axis 28 with the straight line passing through the vibration center 4 as the rotation axis 28.

次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部21に接合された第一の支持部2に伝達され、第一の支持部2とミラー部1とで構成される捩れ振動子が、その回転軸28を中心に矢印方向29に捩れ振動を起こすようになる。これによって、ミラー部1にその回転軸28を軸中心として反復回転振動を起こす。このとき、第一の音叉形圧電振動子3の反復回転振動の方向と、第一の支持部2およびミラー部1で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が180度異なる反対方向に振動することとなる。   Next, the vibration energy of this repetitive rotational vibration is transmitted to the first support part 2 joined to the connecting part 21, and the torsional vibrator constituted by the first support part 2 and the mirror part 1 The torsional vibration is caused in the arrow direction 29 around the rotation shaft 28. As a result, repetitive rotational vibration is caused in the mirror unit 1 with the rotation shaft 28 as the axis. At this time, the direction of the repetitive rotational vibration of the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3 and the direction of the repetitive rotational vibration of the torsional vibrator composed of the first support part 2 and the mirror part 1 are opposite to each other by 180 degrees. It will vibrate in the direction.

また図5に示すように、第二の音叉形圧電振動子8も、下部電極層と上部電極層間に電圧を印加し、第三のアーム14と第四のアーム15とを、それぞれ位相が180度異なる方向に撓み振動させることによって、振動中心9を通る回転軸30を中心に、捩り振動を起こす。   As shown in FIG. 5, the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8 also applies a voltage between the lower electrode layer and the upper electrode layer, and the third arm 14 and the fourth arm 15 have a phase of 180 respectively. By bending and vibrating in different directions, torsional vibration is caused about the rotation axis 30 passing through the vibration center 9.

そしてこの振動エネルギーが連結部22を介して第三の支持部7に伝播すると、この第三の支持部7と枠体(図1の6)とからなる捩り振動子を、その回転軸30を中心に、第二の音叉形圧電振動子8と逆位相に反復回転振動させることができる。   When this vibration energy propagates to the third support portion 7 via the connecting portion 22, the torsional vibrator composed of the third support portion 7 and the frame body (6 in FIG. 1) is connected to the rotating shaft 30. In the center, the second tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 8 can be repeatedly rotated and oscillated in the opposite phase.

そして図1の枠体6が傾くと、この枠体6に支持されているミラー部1も傾き、ミラー部1を反復回転振動させることができる。   When the frame 6 in FIG. 1 is tilted, the mirror unit 1 supported by the frame 6 is also tilted, and the mirror unit 1 can be repeatedly rotated and vibrated.

また本実施の形態では、第三の支持部7を蛇腹形状とすることによって、この第三の支持部7におけるバネ定数が小さくなり、第三の支持部7に連結された枠体6の反復回転振動の振幅を大きくすることができる。   In the present embodiment, the third support portion 7 has a bellows shape, so that the spring constant in the third support portion 7 is reduced, and the frame 6 connected to the third support portion 7 is repeated. The amplitude of the rotational vibration can be increased.

また第三の支持部7と逆方向に反復回転振動を行う第四の支持部10も蛇腹形状とすることによって、第三の支持部7と第四の支持部10の共振器長を合わせるように調整でき、効率よく駆動できる。   In addition, the fourth support portion 10 that repeatedly rotates and vibrates in the opposite direction to the third support portion 7 is also formed in a bellows shape so that the resonator lengths of the third support portion 7 and the fourth support portion 10 are matched. And can be driven efficiently.

そしてミラー部1に例えばレーザー光源またはLED光源などから発生させた光線を入力し、振動するミラー部1で反射させることによって、スクリーン上に光線を走査することができる。また本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3と第二の音叉形圧電振動子8の回転軸は直交するため、ミラー部1から出射させた光を水平、垂直方向に走査することができる。   A light beam generated from, for example, a laser light source or an LED light source is input to the mirror unit 1 and reflected by the vibrating mirror unit 1 to scan the light beam on the screen. In the present embodiment, since the rotation axes of the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 and the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8 are orthogonal, the light emitted from the mirror unit 1 is scanned in the horizontal and vertical directions. be able to.

次に、本実施の形態1における光学反射素子の製造方法について図3を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the optical reflecting element in the first embodiment will be described with reference to FIG.

まず始めに、基材16となる、厚みが約0.3mmのシリコン基板を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて白金電極からなる下部電極層18を形成する。このとき、シリコン基板の厚みは0.3mmより厚くても良い。   First, a silicon substrate having a thickness of about 0.3 mm to be the base material 16 is prepared, and a lower electrode layer 18 made of a platinum electrode is formed thereon using a thin film process such as sputtering or vapor deposition. At this time, the thickness of the silicon substrate may be greater than 0.3 mm.

その後、この下部電極層18の上にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電材料を用いてスパッタリング法などによって圧電体層19を形成する。このとき、圧電体層19と下部電極層18との間には、配向制御層としてPbとTiを含む酸化物誘電体を用いることが好ましく、PLMTからなる配向制御層を形成することがより好ましい。これによって、圧電体層19の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電アクチュエータ17を実現することができる。   Thereafter, a piezoelectric layer 19 is formed on the lower electrode layer 18 by a sputtering method or the like using a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT). At this time, an oxide dielectric containing Pb and Ti is preferably used as the orientation control layer between the piezoelectric layer 19 and the lower electrode layer 18, and an orientation control layer made of PLMT is more preferably formed. . Thereby, the crystal orientation of the piezoelectric layer 19 is further increased, and the piezoelectric actuator 17 having excellent piezoelectric characteristics can be realized.

次に、この圧電体層19の上にチタン/金よりなる上部電極層20を形成している。   Next, an upper electrode layer 20 made of titanium / gold is formed on the piezoelectric layer 19.

このとき、上部電極層20の下層のチタンはPZT薄膜などの圧電体層19との密着力を高めるために形成しており、チタンの他にクロムなどの金属を用いることができる。これによって、圧電体層19との密着性に優れ、かつ、金電極とは強固な拡散層を形成していることから、密着強度の高い圧電アクチュエータ17を形成することができる。なお、本実施の形態では、白金の下部電極層18の厚みは0.2μm、PZTからなる圧電体層19は3.5μm、および上部電極層20のチタン部分は0.01μmとし、金電極部分は0.3μmで形成している。   At this time, titanium below the upper electrode layer 20 is formed in order to increase the adhesion with the piezoelectric layer 19 such as a PZT thin film, and a metal such as chromium can be used in addition to titanium. As a result, since a diffusion layer that is excellent in adhesion to the piezoelectric layer 19 and is strong with the gold electrode is formed, the piezoelectric actuator 17 having high adhesion strength can be formed. In this embodiment, the thickness of the platinum lower electrode layer 18 is 0.2 μm, the piezoelectric layer 19 made of PZT is 3.5 μm, the titanium portion of the upper electrode layer 20 is 0.01 μm, and the gold electrode portion. Is formed at 0.3 μm.

次に、下部電極層18、圧電体層19、上部電極層20とを、フォトリソ技術を用いてエッチングし、圧電アクチュエータ17をパターン形成する。   Next, the lower electrode layer 18, the piezoelectric layer 19, and the upper electrode layer 20 are etched using a photolithographic technique, and the piezoelectric actuator 17 is patterned.

このとき、上部電極層20のエッチング液としてはヨウ素/ヨウ化カリウム混合溶液と水酸化アンモニウム、過酸化水素混合溶液からなるエッチング液を用いて所定の電極パターンを形成した。   At this time, a predetermined electrode pattern was formed using an etching solution composed of an iodine / potassium iodide mixed solution, ammonium hydroxide, and hydrogen peroxide mixed solution as an etching solution for the upper electrode layer 20.

また、下部電極層18、圧電体層19に用いるエッチング方法としては、ドライエッチング法とウエットエッチング法のいずれかの方法、あるいはこれらを組み合わせた方法などを用いることができる。   Moreover, as an etching method used for the lower electrode layer 18 and the piezoelectric layer 19, any one of a dry etching method and a wet etching method, or a combination of these methods can be used.

一例として、ドライエッチング法であればフルオロカーボン系のエッチングガス、あるいはSF6ガスなどを用いることができる。 For example, in the case of a dry etching method, a fluorocarbon-based etching gas or SF 6 gas can be used.

その他、圧電体層19を、弗酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液を用い、ウエットエッチングによりパターニングし、その後、さらに、ドライエッチングによって下部電極層18をエッチングしてパターニングする方法がある。   In addition, there is a method in which the piezoelectric layer 19 is patterned by wet etching using a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid and hydrogen peroxide, and then further patterned by etching the lower electrode layer 18 by dry etching. .

次に、XeF2ガスを用いてシリコン基板(基材16)を等方的にドライエッチングすることによって不必要なシリコン部分を除去してパターニングすれば、図1に示したような形状の光学反射素子を形成することができる。 Next, if the silicon substrate (base material 16) isotropically dry-etched using XeF 2 gas to remove unnecessary silicon portions and patterning, the optical reflection having the shape shown in FIG. An element can be formed.

なお、シリコン基板をより高精度にエッチングする場合は、シリコンの異方性を利用したドライエッチングが好ましい。この場合は、エッチングを促進するSF6ガスとエッチングを抑制するC48ガスの混合ガスを用いるか、あるいはこれらのガスを交互に切り替えることにより、より直線的にエッチングできる。 In addition, when etching a silicon substrate with higher accuracy, dry etching utilizing the anisotropy of silicon is preferable. In this case, the etching can be performed more linearly by using a mixed gas of SF 6 gas that promotes etching and C 4 F 8 gas that suppresses etching, or by alternately switching these gases.

以上のような製造方法によって、小型で、高精度な光学反射素子を一括して効率よく作製することができる。   By the manufacturing method as described above, it is possible to efficiently produce a small and highly accurate optical reflecting element collectively.

以上のような製造プロセスによって、例えばミラー部1の大きさが1.0mm×1.0mm、支持体11の大きさが5.8mm×5.8mm、厚さ0.03mm、駆動周波数;fH(水平)22kHz、fV(垂直)0.8kHz、ミラー部1の振れ角;θH(水平)±5度、θV(垂直)±10度の特性を有した光学反射素子を作製することができる。 By the manufacturing process as described above, for example, the size of the mirror portion 1 is 1.0 mm × 1.0 mm, the size of the support 11 is 5.8 mm × 5.8 mm, the thickness is 0.03 mm, the driving frequency; f H (Horizontal) 22 kHz, f V (vertical) 0.8 kHz, deflection angle of the mirror portion 1; θ H (horizontal) ± 5 degrees, θ V (vertical) ± 10 degrees optical reflection element having characteristics Can do.

本実施の形態では、ミラー部1、第一の支持部2、第一の音叉形圧電振動子3、第二の支持部5、枠体6、第三の支持部7、第二の音叉形圧電振動子8、第四の支持部10、および支持体11の基材16を、同一基材16から一体形成とすることによって、安定した振動特性と、生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。   In the present embodiment, the mirror part 1, the first support part 2, the first tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 3, the second support part 5, the frame 6, the third support part 7, and the second tuning fork form. By integrating the piezoelectric vibrator 8, the fourth support portion 10, and the base material 16 of the support body 11 from the same base material 16, a stable vibration characteristic and an optical reflective element with excellent productivity can be realized. can do.

また本実施の形態における光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材16の上に薄膜プロセス、フォトリソ技術などの半導体プロセスを応用することによって高精度に、一括して作製することができ、光学反射素子の小型化、高精度化および生産効率に優れた光学反射素子を実現することができる。   Further, the optical reflecting element in the present embodiment can be manufactured in a lump with high precision by applying a semiconductor process such as a thin film process or a photolithographic technique on the base material 16 such as a silicon wafer, and the optical reflecting element. It is possible to realize an optical reflective element that is small in size, high in accuracy, and excellent in production efficiency.

なお、ミラー部1は基材16の表面を鏡面研磨することによっても形成できるが、光の反射特性に優れた金やアルミニウムの金属薄膜をミラー膜として形成することもできる。本実施の形態では、上部電極層20として金を用いた為、この金の膜をそのままミラー膜として用いることができ、生産効率も高まる。   The mirror portion 1 can also be formed by mirror polishing the surface of the substrate 16, but a gold or aluminum metal thin film having excellent light reflection characteristics can also be formed as a mirror film. In this embodiment, since gold is used as the upper electrode layer 20, this gold film can be used as a mirror film as it is, and the production efficiency is also increased.

本実施の形態の効果を以下に説明する。   The effect of this embodiment will be described below.

本実施の形態では、光学反射素子を小型化することができる。   In the present embodiment, the optical reflecting element can be reduced in size.

それは、図1に示すような第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8を用いることにより、それぞれの第一のアーム12、第二のアーム13、第三のアーム14、第四のアーム15の撓み振動を利用して、ミラー部1を反復回転振動することができるからである。   The first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 and the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8 as shown in FIG. 1 are used, so that the first arm 12, the second arm 13, and the third arm are respectively used. 14 because the mirror unit 1 can be repeatedly rotated and vibrated by utilizing the flexural vibration of the fourth arm 15.

したがって、配置面積の大きい磁石等を用いることなく、ミラー部1を励振することができ、素子の小型化に寄与する。   Therefore, the mirror unit 1 can be excited without using a magnet having a large arrangement area, which contributes to miniaturization of the element.

また駆動源を音叉形にすることにより、アームの先端が自由端となるため、小型であってもミラー部1の振れ角度(振幅)を効率よく大きくできる。   Further, since the tip of the arm becomes a free end by making the drive source a tuning fork, the deflection angle (amplitude) of the mirror portion 1 can be efficiently increased even if it is small.

また振動源を、高Q値を有する音叉形とすることにより、小さなエネルギーで大きな振動エネルギーを得ることが出来、素子の小型化にも寄与する。   Further, by making the vibration source a tuning fork having a high Q value, a large vibration energy can be obtained with a small energy, which contributes to the miniaturization of the element.

またこれらの第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8の振動設計をすることによって、出力光の反射角度を大きく変化させることができ、レーザー光線などの入力光を所定の設計値となるように掃引することができる光学反射素子を実現することができる。   Further, by designing the vibration of the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3 and the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8, the reflection angle of the output light can be greatly changed, and the input light such as a laser beam is predetermined. It is possible to realize an optical reflecting element that can be swept so that the design value becomes.

また本実施の形態では、第三の支持部7と第四の支持部10とは、蛇腹形状とすることにより、第三の支持部7のバネ定数が小さくなり、この第三の支持部7に連結された枠体6の、反復回転振動の振幅を大きくすることができ、小さなエネルギーで大きな駆動力を得ることが出来る。   In the present embodiment, the third support portion 7 and the fourth support portion 10 have a bellows shape, so that the spring constant of the third support portion 7 is reduced. It is possible to increase the amplitude of repeated rotational vibration of the frame body 6 connected to, and to obtain a large driving force with a small energy.

さらに本実施の形態では、第三の支持部7および第四の支持部10のみ蛇腹形状としたことにより、第二の音叉形圧電振動子8によって、ミラー部1を垂直方向に振動させれば、垂直方向の振動の周波数fVのみを小さくすることができ、この二次駆動方式の光学反射素子において、水平方向および垂直方向の振動の周波数比を大きくすることができる。 Furthermore, in the present embodiment, only the third support portion 7 and the fourth support portion 10 are formed in a bellows shape, so that the mirror portion 1 can be vibrated in the vertical direction by the second tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 8. Only the vibration frequency f V in the vertical direction can be reduced, and the frequency ratio of the vibration in the horizontal direction and the vertical direction can be increased in this secondary drive type optical reflecting element.

このように二軸方向における振動の周波数比を大きくすると、この光学反射素子を用いて光線を走査した場合に、スクリーン上の垂直方向の走査速度よりも水平方向の走査速度を相対的に高めることができ、投影する画像の分解能を向上させ、高精度な画像投影装置を実現できる。   Thus, when the frequency ratio of vibration in the biaxial direction is increased, the scanning speed in the horizontal direction is relatively higher than the scanning speed in the vertical direction on the screen when the light beam is scanned using this optical reflecting element. Thus, the resolution of the projected image can be improved, and a highly accurate image projection apparatus can be realized.

さらに実施の形態では、ミラー部1をその両側から一対の第一の音叉形圧電振動子3で囲い、これらの第一の音叉形圧電振動子3の外周を枠体6で囲い、この枠体6をその両側から一対の第二の音叉形圧電振動子8で囲い、これらの第二の音叉形圧電振動子8の外周を支持体11で囲う構成のため、各部材が小さな隙間を介して幾層にも巻かれたような構造となり、素子全体のデッドスペースを減らし、素子を小型化できる。   Further, in the embodiment, the mirror unit 1 is surrounded by a pair of first tuning fork type piezoelectric vibrators 3 from both sides thereof, and the outer periphery of these first tuning fork type piezoelectric vibrators 3 is surrounded by a frame body 6. 6 is surrounded by a pair of second tuning fork type piezoelectric vibrators 8 from both sides, and the outer periphery of these second tuning fork type piezoelectric vibrators 8 is surrounded by a support 11, so that each member is interposed through a small gap. The structure is such that it is wound in several layers, reducing the dead space of the entire device and reducing the size of the device.

また本実施の形態では、第一、第二、第三、第四のアーム12、13、14、15はそれぞれ直線形状のため、加工も容易である。   In the present embodiment, the first, second, third, and fourth arms 12, 13, 14, and 15 are easy to process because they are each linear.

また本実施の形態では、ミラー部1の両側に、対称的に第一の音叉形圧電振動子3を配置しているため、ミラー部1を安定して左右対称に励振させることができ、その中心が不動点となるため光を安定して走査することができる。   In the present embodiment, since the first tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 3 is symmetrically disposed on both sides of the mirror unit 1, the mirror unit 1 can be excited stably and bilaterally. Since the center is a fixed point, light can be scanned stably.

またミラー部1は、その両端が第一の支持部2で支持されている両持ち構造のため、ミラー部1の不要な共振を抑制し、さらに外乱振動による影響も低減できる。   Moreover, since the mirror part 1 has a both-end support structure in which both ends are supported by the first support part 2, unnecessary resonance of the mirror part 1 can be suppressed, and the influence of disturbance vibration can be reduced.

さらに本実施の形態では、枠体6の両側に、対称的に第二の音叉形圧電振動子8を配置しているため、枠体6の中心を不動点として励振させることができる。   Further, in the present embodiment, since the second tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 8 is symmetrically disposed on both sides of the frame body 6, the center of the frame body 6 can be excited with the fixed point.

また枠体6は、その両端が第三の支持部7で支持されている両持ち構造のため、枠体6の不要な共振を抑制し、外乱振動による影響も低減できる。   Further, since the frame body 6 has a both-end support structure in which both ends are supported by the third support portion 7, unnecessary resonance of the frame body 6 can be suppressed, and the influence of disturbance vibration can be reduced.

なお、上記実施の形態では、第一のアーム12と第二のアーム13の双方に圧電アクチュエータ17を形成したが、少なくともいずれか一方のみに圧電アクチュエータ17を形成してもよい。これは音叉形圧電振動子の特性を利用したものであり、どちら一方のアームが振動すると、連結部21を介して他方のアームに運動エネルギーが伝播し、この他方のアームも励振させることができるからである。   In the above embodiment, the piezoelectric actuators 17 are formed on both the first arm 12 and the second arm 13, but the piezoelectric actuators 17 may be formed only on at least one of them. This utilizes the characteristics of a tuning fork type piezoelectric vibrator. When one of the arms vibrates, the kinetic energy propagates to the other arm via the connecting portion 21, and the other arm can be excited. Because.

また第二の音叉形圧電振動子8も同様に、第三のアーム14と第四のアーム15のいずれか一方にのみ圧電アクチュエータ17を形成しても、双方に形成した場合と同様に動作させることができる。   Similarly, the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8 is operated in the same manner as when the piezoelectric actuator 17 is formed only on one of the third arm 14 and the fourth arm 15. be able to.

また本実施の形態では、第一、第二の音叉形圧電振動子3、8のいずれも、圧電アクチュエータ17は、アームの片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。また第一の音叉形圧電振動子3は、第二の音叉形圧電振動子8よりも面積が小さく、駆動力が弱いため、第一の音叉形圧電振動子3のみ、基材16の両面に圧電アクチュエータ17を形成してもよい。   In the present embodiment, the piezoelectric actuator 17 is formed only on one side of the arm in both the first and second tuning-fork type piezoelectric vibrators 3 and 8, but may be formed on both sides. Further, since the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 has a smaller area than the second tuning fork type piezoelectric vibrator 8 and a weak driving force, only the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 is provided on both surfaces of the substrate 16. The piezoelectric actuator 17 may be formed.

以上のような光学反射素子の応用としては、画像投影装置、レーザ露光機などが挙げられ、これらの装置を小型化することができる。   Examples of the application of the optical reflection element as described above include an image projection apparatus and a laser exposure machine, and these apparatuses can be miniaturized.

なお、第一の支持部2、第二の支持部5、第三の支持部7、第四の支持部10のそれぞれの断面形状を円状とすれば、捩れ振動の振動モードが安定し、不要共振も抑制することができ、外乱振動に影響されにくい光学反射素子を実現することができる。   In addition, if each cross-sectional shape of the 1st support part 2, the 2nd support part 5, the 3rd support part 7, and the 4th support part 10 is circular, the vibration mode of torsional vibration will be stabilized, Unnecessary resonance can also be suppressed, and an optical reflection element that is hardly affected by disturbance vibration can be realized.

(実施の形態2)
本実施の形態における光学反射素子と、実施の形態1における光学反射素子との主な違いは、図6に示すように、第一の支持部2および第二の支持部5も蛇行形状とした点である。
(Embodiment 2)
The main difference between the optical reflecting element in the present embodiment and the optical reflecting element in the first embodiment is that, as shown in FIG. 6, the first support portion 2 and the second support portion 5 are also meandered. Is a point.

これにより本実施の形態では、第一の支持部2のバネ定数が小さくなり、ミラー部1を小さなエネルギーで効率よく駆動することができる。また第一の支持部2の共振器長が長くなるため、第一の支持部2の回転軸を中心としたミラー部1の反復回転振動の振幅を大きくすることができる。   Thereby, in this Embodiment, the spring constant of the 1st support part 2 becomes small, and can drive the mirror part 1 efficiently with small energy. Further, since the resonator length of the first support portion 2 is increased, the amplitude of the repetitive rotational vibration of the mirror portion 1 around the rotation axis of the first support portion 2 can be increased.

また本実施の形態では、対となる二つの第一の支持部2において、一方の第一の支持部2は他方の第一の支持部2と回転対称形とした。これにより素子全体の重力バランスが高まり、不要な振動の発生を抑制し、この光学反射素子を用いて高精度に光を走査することができる。また同様の理由により、第二の支持部5も、対となる他方の第二の支持部5と回転対称形とした。   Moreover, in this Embodiment, in the two 1st support parts 2 used as a pair, one 1st support part 2 was made into the rotational symmetry form of the other 1st support part 2. As shown in FIG. As a result, the gravity balance of the entire element is increased, generation of unnecessary vibration is suppressed, and light can be scanned with high accuracy using this optical reflecting element. For the same reason, the second support portion 5 is also rotationally symmetric with the other second support portion 5 in a pair.

さらに本実施の形態では、第一の支持部2と第二の支持部5のそれぞれの両端は、第一の音叉形圧電振動子3の回転軸上に位置するように形成した。これにより本実施の形態では、不要な振動の発生を抑制し、第一の支持部2、第二の支持部5の回転振動エネルギーを効率よく伝達することができる。   Furthermore, in the present embodiment, both ends of the first support portion 2 and the second support portion 5 are formed so as to be positioned on the rotation axis of the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3. Thereby, in this Embodiment, generation | occurrence | production of an unnecessary vibration can be suppressed and the rotational vibration energy of the 1st support part 2 and the 2nd support part 5 can be transmitted efficiently.

以上のように本実施の形態では、水平方向および垂直方向ともに振幅を大きくすることができる。したがって、小さなエネルギーで大きな駆動力を発生させることができ、光学反射素子の小型化に寄与する。   As described above, in this embodiment, the amplitude can be increased in both the horizontal direction and the vertical direction. Therefore, a large driving force can be generated with a small energy, which contributes to the miniaturization of the optical reflecting element.

なお第一の支持部2と第二の支持部5とを、同一形状とすれば、第一の支持部2と第二の支持部5との固有振動周波数を合わせることができ、効率よく駆動することができる。また第一の支持部2と第二の支持部5とを回転対称形とすれば、不要な振動の発生を低減できる。   In addition, if the 1st support part 2 and the 2nd support part 5 are made into the same shape, the natural vibration frequency of the 1st support part 2 and the 2nd support part 5 can be united, and it drives efficiently. can do. Moreover, if the 1st support part 2 and the 2nd support part 5 are made into a rotational symmetry type, generation | occurrence | production of an unnecessary vibration can be reduced.

また、さらに二軸方向における振動の周波数比を高めたい場合は、例えば第三の支持部7と第四の支持部10の梁長を、第一の支持部2と第二の支持部5の梁長より長くしてもよい。梁長は蛇行部位の折り返し数を変えることによって容易に調整することができる。   Further, when it is desired to further increase the frequency ratio of vibration in the biaxial direction, for example, the beam lengths of the third support portion 7 and the fourth support portion 10 are set to be equal to those of the first support portion 2 and the second support portion 5. It may be longer than the beam length. The beam length can be easily adjusted by changing the number of turns of the meandering region.

その他実施の形態1と同様の構成および効果については説明を省略する。   Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment is omitted.

(実施の形態3)
本実施の形態における光学反射素子と、実施の形態1における光学反射素子との主な違いは、図7に示すように圧電アクチュエータ17の形状および配置場所である。
(Embodiment 3)
The main difference between the optical reflecting element in the present embodiment and the optical reflecting element in the first embodiment is the shape and location of the piezoelectric actuator 17 as shown in FIG.

すなわち本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3において、圧電アクチュエータ17を、第一のアーム12と第二のアーム13との連結部21まで延長し、L字形に構成している。なお、第一のアーム12と第二のアーム13には、それぞれ逆位相の信号を印加するため、これらに形成した圧電アクチュエータ17の駆動電極が互いに電気的に短絡しないよう、第一の音叉形圧電振動子3の振動中心4で断続させている。このように、連結部21にまで圧電アクチュエータ17を形成することによって、面積を有効に活用し、大きな駆動源を得ることが出来る。   That is, in the present embodiment, in the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3, the piezoelectric actuator 17 is extended to the connecting portion 21 between the first arm 12 and the second arm 13 and configured in an L shape. . The first arm 12 and the second arm 13 are applied with signals having opposite phases, respectively, so that the drive electrodes of the piezoelectric actuator 17 formed thereon are not electrically short-circuited with each other. The vibration is interrupted at the vibration center 4 of the piezoelectric vibrator 3. Thus, by forming the piezoelectric actuator 17 up to the connecting portion 21, the area can be effectively used and a large drive source can be obtained.

なお、同様に第二の音叉形圧電振動子8においても、圧電アクチュエータ17を第三のアーム14と第四のアーム15との連結部22にまで延長してもよい。この場合は、振動中心9で圧電アクチュエータ17間を電気的に断絶させればよい。   Similarly, in the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8, the piezoelectric actuator 17 may be extended to the connecting portion 22 between the third arm 14 and the fourth arm 15. In this case, the piezoelectric actuators 17 may be electrically disconnected at the vibration center 9.

第一、第二の音叉形圧電振動子3、8のいずれか一方を上述のようなL字形としてもよく、あるいは双方の圧電アクチュエータ17を上述のようなL字形としてもよいが、いずれの場合も対となる音叉形圧電振動子同士は、同じ圧電アクチュエータ17の形状とすることが好ましく、これによりミラー部1を、その中心を不動点として安定して励振させることができる。   Either one of the first and second tuning-fork type piezoelectric vibrators 3 and 8 may be L-shaped as described above, or both piezoelectric actuators 17 may be L-shaped as described above. Further, the tuning fork-type piezoelectric vibrators that are paired with each other preferably have the same shape of the piezoelectric actuator 17, so that the mirror unit 1 can be stably excited with its center as a fixed point.

その他実施の形態1と同様の構成及び効果については説明を省略する。   Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment will be omitted.

(実施の形態4)
本実施の形態と実施の形態1との主な差異点は、図8に示すように、第一の音叉形圧電振動子3は、第一のアーム12と第二のアーム13の先端の間隔d1が、この第一、第二のアーム12、13に垂直なミラー部1の最大長さd2(直径)よりも短い点である。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 8, the main difference between the present embodiment and the first embodiment is that the first tuning fork type piezoelectric vibrator 3 has an interval between the tips of the first arm 12 and the second arm 13. d 1 is a point shorter than the maximum length d 2 (diameter) of the mirror portion 1 perpendicular to the first and second arms 12 and 13.

すなわち本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3の第一、第二のアーム12、13がミラー部1の外周を囲わず、より内側に内包されているため、枠体6を小さくでき、結果として光学反射素子の小型化に寄与する。   That is, in the present embodiment, the first and second arms 12 and 13 of the first tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 3 do not surround the outer periphery of the mirror portion 1 and are enclosed more inside. As a result, the optical reflecting element can be reduced in size.

また本実施の形態では、第一のアーム12、第二のアーム13が短くなるため、第一の音叉形圧電振動子3における共振周波数が高くなり、この光学反射素子の二軸方向における共振周波数比をより大きくすることができる。   In the present embodiment, since the first arm 12 and the second arm 13 are shortened, the resonance frequency in the first tuning-fork type piezoelectric vibrator 3 is increased, and the resonance frequency in the biaxial direction of the optical reflecting element is increased. The ratio can be made larger.

その他実施の形態1と同様の構成及び効果については説明を省略する。   Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment will be omitted.

本発明は、光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、たとえばレーザディスプレイ装置などの画像投影装置や、その他レーザ露光機などの用途に有用である。   The present invention has an effect that the optical reflecting element can be miniaturized, and is useful for applications such as an image projection apparatus such as a laser display apparatus and other laser exposure machines.

本発明の実施の形態1における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflection element in Embodiment 1 of this invention (a)図1のP部を示す要部拡大平面図、(b)図1のQ部を示す要部拡大平面図(A) The principal part enlarged plan view which shows the P section of FIG. 1, (b) The principal part enlarged plan view which shows the Q part of FIG. 図1のAA断面図AA sectional view of FIG. 本発明の実施の形態1における光学反射素子の動作状態を示す模式図Schematic diagram showing the operating state of the optical reflecting element according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における光学反射素子の動作状態を示す模式図Schematic diagram showing the operating state of the optical reflecting element according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element in Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態4における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element in Embodiment 4 of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 ミラー部
2 第一の支持部
3 第一の音叉形圧電振動子
4 振動中心
5 第二の支持部
6 枠体
7 第三の支持部
8 第二の音叉形圧電振動子
9 振動中心
10 第四の支持部
11 支持体
12 第一のアーム
13 第二のアーム
14 第三のアーム
15 第四のアーム
16 基材
17 圧電アクチュエータ
18 下部電極層
19 圧電体層
20 上部電極層
21 連結部
22 連結部
23A〜23D 接続端子
24 接続端子
25A〜25D 接続端子
26、27 矢印
28 回転軸
29 矢印
30 回転軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mirror part 2 1st support part 3 1st tuning fork type piezoelectric vibrator 4 center of vibration 5 2nd support part 6 Frame 7 3rd support part 8 2nd tuning fork type piezoelectric vibrator 9 center of vibration 10 1st Four support portions 11 Support body 12 First arm 13 Second arm 14 Third arm 15 Fourth arm 16 Base material 17 Piezoelectric actuator 18 Lower electrode layer 19 Piezoelectric layer 20 Upper electrode layer 21 Connection portion 22 Connection Portion 23A-23D Connection terminal 24 Connection terminal 25A-25D Connection terminal 26, 27 Arrow 28 Rotating shaft 29 Arrow 30 Rotating shaft

Claims (11)

ミラー部と、このミラー部を介して対向するとともに、このミラー部とそれぞれ第一の支持部で連結された、対の第一の音叉形圧電振動子と、これらの第一の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結され、前記対の第一の音叉形圧電振動子の外周を囲う枠体と、この枠体を介して対向するとともに、この枠体とそれぞれ第三の支持部で連結された、対の第二の音叉形圧電振動子と、これらの第二の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第四の支持部で連結された支持体とを備え、
前記第一の音叉形圧電振動子は、それぞれ前記第一の支持部の両側に第一のアームと第二のアームとを有し、前記第二の音叉形圧電振動子は、それぞれ前記第三の支持部の両側に第三のアームと第四のアームとを有し、
前記対の第一の音叉形圧電振動子の対向方向と、前記対の第二の音叉形圧電振動子の対向方向とは直交する関係にあるとともに、
前記第三の支持部と第四の支持部とは、蛇腹形状とした光学反射素子。
A pair of first tuning-fork type piezoelectric vibrators that face each other through the mirror part and are connected to the mirror part by a first support part, and these first tuning-fork type piezoelectric vibrations A frame that is connected to the vibration center of each child by a second support and surrounds the outer periphery of the pair of first tuning fork-shaped piezoelectric vibrators, is opposed to the frame through the frame, and A pair of second tuning-fork type piezoelectric vibrators connected by three support parts, and a support center connected by a fourth support part and a vibration center of each of these second tuning-fork type piezoelectric vibrators ,
Each of the first tuning fork type piezoelectric vibrators has a first arm and a second arm on both sides of the first support portion, and each of the second tuning fork type piezoelectric vibrators is provided with the third tuning fork type piezoelectric vibrator. A third arm and a fourth arm on both sides of the support portion of the
The opposing direction of the first tuning fork type piezoelectric vibrator of the pair and the opposing direction of the second tuning fork type piezoelectric vibrator of the pair are orthogonal to each other,
The third support part and the fourth support part are optical reflecting elements having a bellows shape.
前記第一の音叉形圧電振動子は、
前記第一のアームと第二のアームを、位相が180度異なる方向に撓み振動させ、その回転軸を中心に捩り振動するように駆動させるとともに、
前記第二の音叉形圧電振動子は、
前記第三のアームと第四のアームを、位相が180度異なる方向に撓み振動させ、
その回転軸を中心に捩り振動するように駆動させる請求項1に記載の光学反射素子。
The first tuning-fork type piezoelectric vibrator is
The first arm and the second arm are flexibly oscillated in directions different in phase by 180 degrees, and driven to torsionally oscillate around the rotation axis,
The second tuning-fork type piezoelectric vibrator is
The third arm and the fourth arm are flexed and vibrated in directions different in phase by 180 degrees,
The optical reflecting element according to claim 1, wherein the optical reflecting element is driven to torsionally vibrate about the rotation axis.
前記第一の音叉形圧電振動子の共振周波数と、前記ミラー部と第一の支持部とで構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数とした請求項1に記載の光学反射素子。 The optical reflection element according to claim 1, wherein the resonance frequency of the first tuning-fork type piezoelectric vibrator and the resonance frequency of the torsional vibrator constituted by the mirror part and the first support part are substantially the same frequency. . 前記第二の音叉形圧電振動子の共振周波数と、前記枠体と第三の支持部とで構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数とした請求項1に記載の光学反射素子。 The optical reflection element according to claim 1, wherein a resonance frequency of the second tuning-fork type piezoelectric vibrator and a resonance frequency of a torsional vibrator constituted by the frame and the third support part are set to substantially the same frequency. . 前記第一のアームと第二のアームの少なくともいずれか一方と、
前記第三のアームと第四のアームの少なくともいずれか一方には、圧電アクチュエータが設けられている請求項1に記載の光学反射素子。
At least one of the first arm and the second arm;
The optical reflecting element according to claim 1, wherein a piezoelectric actuator is provided on at least one of the third arm and the fourth arm.
一方の前記第三の支持部は、
対となる他方の第三の支持部の回転対称形であるとともに、
一方の前記第四の支持部は、
対となる他方の第四の支持部の回転対称形である請求項1に記載の光学反射素子。
One of the third support portions is
And the rotationally symmetrical shape of the other third support part in the pair,
One of the fourth support parts is
The optical reflection element according to claim 1, wherein the other fourth support portion in a pair has a rotationally symmetric shape.
前記第三の支持部および第四の支持部のそれぞれの両端は、
前記第二の音叉形圧電振動子の回転軸上に形成されている請求項1に記載の光学反射素子。
Both ends of the third support part and the fourth support part are
The optical reflection element according to claim 1, wherein the optical reflection element is formed on a rotation axis of the second tuning-fork type piezoelectric vibrator.
前記第三の支持部は、前記枠体側または前記第二の音叉形圧電振動子側の少なくともいずれか一方へ入り込んでいる請求項1に記載の光学反射素子。 2. The optical reflecting element according to claim 1, wherein the third support portion enters at least one of the frame body side and the second tuning fork-shaped piezoelectric vibrator side. 前記第三の支持部は、前記枠体側および前記第二の音叉形圧電振動子側の両方へ入り込んでいるとともに、
前記枠体側へ入り込んだ第三の支持部の長さは、
前記第二の音叉形圧電振動子側へ入り込んだ長さよりも長いものとした請求項1に記載の光学反射素子。
The third support portion enters both the frame body side and the second tuning fork-shaped piezoelectric vibrator side, and
The length of the third support part that has entered the frame body side is:
The optical reflection element according to claim 1, wherein the optical reflection element is longer than a length of the second tuning fork-shaped piezoelectric vibrator.
前記第三の支持部は、前記第二の音叉形圧電振動子側へ入り込み、
前記第四の支持部は、前記支持体側へ入り込んだ形状である請求項1に記載の光学反射素子。
The third support part enters the second tuning-fork type piezoelectric vibrator side,
The optical reflection element according to claim 1, wherein the fourth support portion has a shape that enters the support side.
前記第一の支持部と前記第二の支持部とは、
蛇腹形状とした請求項1に記載の光学反射素子。
The first support part and the second support part are:
The optical reflective element according to claim 1, which has a bellows shape.
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