JP7801875B2 - Optical Reflective Elements - Google Patents
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Description
本発明は、光学反射素子、特にマイクロミラー装置、および光学反射素子を用いたマイクロ投影装置に関する。 The present invention relates to optical reflection elements, particularly micromirror devices, and microprojection devices using optical reflection elements.
特許第5045470号公報には、ミラー素子が2つの第2の支持部材によって支持される光学反射素子が記載されている。ここで、2つの第2の支持部材のうち、一方は第1の音叉型振動子で支持され、他方の第2の支持部材は第2の音叉型振動子で支持される。2つの第2の支持部材は、光学反射素子の回転軸上を延びる。 Japanese Patent Publication No. 5045470 describes an optical reflecting element in which a mirror element is supported by two second support members. One of the two second support members is supported by a first tuning fork vibrator, and the other second support member is supported by a second tuning fork vibrator. The two second support members extend on the rotation axis of the optical reflecting element.
本発明は、駆動部と光学反射素子のミラーとの間の利用可能な空間を最適に利用する光学反射素子を開発するという課題に基づく。 The present invention is based on the problem of developing an optical reflecting element that optimally utilizes the available space between the drive unit and the mirror of the optical reflecting element.
この課題を解決するために、請求項1に記載の光学反射素子、特にマイクロミラー装置が提案される。加えて、請求項15に記載のマイクロ投影装置が提案される。この光学反射素子は、特にマイクロミラー装置として構成されており、ここで、第1の支持部材を備える支持体を有する。第1の支持部材の第1の端部は、特に光学反射素子のフレーム素子として構成されている支持体によって支持される。さらに、光学反射素子は、第1のアームと第2のアームとを備える第1の音叉型振動子を有する。第1の音叉型振動子の第1および第2のアームは、第1の支持部材の第2の端部によって支持される。第1の支持部材を備えた第1の音叉型振動子は、回転軸を中心にねじり振動するように構成されている。特に、第1の支持部材は、回転軸上を延びる。光学反射素子は、さらに少なくとも、第2の支持部材と、第3の支持部材と、ミラー素子とを有する。ここで、ミラー素子は、第2の支持部材の第2の端部と、第3の支持部材の第2の端部とによって、ミラー素子が回転軸を中心に繰り返し回転振動するように支持される。回転軸は、特に音叉型振動子と第1の支持部材に共通の回転軸である。第2の支持部材の第1の端部は、第1の音叉型振動子によって支持される。加えて、第3の支持部材の第1の端部は、第1の音叉型振動子によって支持される。ミラー素子を第2の支持部材と第3の支持部材とに懸架することで、板の曲がりによる非線形効果を避けることができる。 To achieve this object, an optical reflecting element, particularly a micromirror device, is proposed as described in claim 1. Additionally, a microprojection device is proposed as described in claim 15. This optical reflecting element is particularly configured as a micromirror device, and has a support including a first support member. A first end of the first support member is supported by a support configured, particularly as a frame element of the optical reflecting element. Furthermore, the optical reflecting element has a first tuning fork-type oscillator having a first arm and a second arm. The first and second arms of the first tuning fork-type oscillator are supported by the second end of the first support member. The first tuning fork-type oscillator with the first support member is configured to torsionally vibrate about a rotation axis. In particular, the first support member extends on the rotation axis. The optical reflecting element further has at least a second support member, a third support member, and a mirror element. Here, the mirror element is supported by the second end of the second support member and the second end of the third support member so that the mirror element repeatedly rotates and oscillates around a rotation axis. The rotation axis is particularly a rotation axis common to the tuning fork vibrator and the first support member. The first end of the second support member is supported by the first tuning fork vibrator. In addition, the first end of the third support member is supported by the first tuning fork vibrator. By suspending the mirror element between the second support member and the third support member, nonlinear effects due to plate bending can be avoided.
好ましくは、光学反射素子は、支持体の第4の支持部材をさらに有する。第4の支持部材の第1の端部は、支持体によって支持される。また、光学反射素子は、ここで第3のアームと第4のアームとを備える第2の音叉型振動子を有する。第2の音叉型振動子の第3および第4のアームは、第4の支持部材の第2の端部によって支持される。第4の支持部材を備えた第2の音叉型振動子は、回転軸を中心にねじり振動するように構成されている。特に、第4の支持部材は、回転軸上を延びる。光学反射素子は、第5の支持部材と第6の支持部材とをさらに有する。ここで、ミラー素子は、第5の支持部材の第2の端部および第6の支持部材の第2の端部によって、ミラー素子が、特に共通の回転軸を中心に繰り返し回転振動するように支持される。第5の支持部材の第1の端部は、第2の音叉型振動子によって支持される。加えて、第6の支持部材の第1の端部は、第2の音叉型振動子によって支持される。したがって、それぞれ2つの支持部材で両面が支持された光学反射素子が生じる。 Preferably, the optical reflecting element further includes a fourth support member of the support. A first end of the fourth support member is supported by the support. The optical reflecting element also includes a second tuning fork-type vibrator having a third arm and a fourth arm. The third and fourth arms of the second tuning fork-type vibrator are supported by the second end of the fourth support member. The second tuning fork-type vibrator including the fourth support member is configured to torsionally vibrate around a rotation axis. In particular, the fourth support member extends on the rotation axis. The optical reflecting element further includes a fifth support member and a sixth support member. Here, the mirror element is supported by the second end of the fifth support member and the second end of the sixth support member so that the mirror element repeatedly rotationally vibrates, in particular around a common rotation axis. The first end of the fifth support member is supported by the second tuning fork-type vibrator. In addition, the first end of the sixth support member is supported by the second tuning fork vibrator. Thus, an optical reflecting element is created whose two sides are supported by two support members.
好ましくは、第2の支持部材は第1の音叉型振動子の第1のアームに接続され、第3の支持部材は第1の音叉型振動子の第2のアームに接続されている。代替的または追加的に、第5の支持部材は、好ましくは第2の音叉型振動子の第3のアームに接続され、第6の支持部材は第2の音叉型振動子の第4のアームに接続されている。 Preferably, the second support member is connected to the first arm of the first tuning fork vibrator, and the third support member is connected to the second arm of the first tuning fork vibrator. Alternatively or additionally, the fifth support member is preferably connected to the third arm of the second tuning fork vibrator, and the sixth support member is connected to the fourth arm of the second tuning fork vibrator.
好ましくは、第2および第3の支持部材は、特に第2および第3の支持部材の長手方向において、回転軸と略平行に延びる。代替的または追加的に、第5および第6の支持部材は、好ましくは回転軸に略平行に、特に第5および第6の支持部材の長手方向に延びる。ここで、第2および第3の支持部材は、特に直線状のトーションバーとして構成されている。代替的または追加的に、第5および第6の支持部材は、特に、直線状のトーションバーとして構成されている。このようなトーションバーを支持部として使用することは、ミラー素子を懸架するための最も容易な構造を具現する。 Preferably, the second and third support members extend substantially parallel to the axis of rotation, particularly in the longitudinal direction of the second and third support members. Alternatively or additionally, the fifth and sixth support members preferably extend substantially parallel to the axis of rotation, particularly in the longitudinal direction of the fifth and sixth support members. Here, the second and third support members are particularly configured as linear torsion bars. Alternatively or additionally, the fifth and sixth support members are particularly configured as linear torsion bars. Using such torsion bars as supports embodies the simplest structure for suspending the mirror element.
好ましくは、第2および第3の支持部材は、特に第2および第3の支持部材の長手方向において、回転軸に対して略斜めに延びる。代替的または追加的に、第5および第6の支持部材は、好ましくは特に第5および第6の支持部材の長手方向に、回転軸に対して略斜めに延びる。ここで、第2および第3の支持部材は、特に湾曲したばね要素として構成されている。代替的または追加的に、第5および第6の支持部材は、特に湾曲したばね要素として構成されている。湾曲したばねを蛇行させることで、ばねの応力分布を最適化する様々な可能性が生じる。加えて、ミラー素子上のばね端部の位置を自由に選択することで、ミラーの動的変形を最適化することができる。好ましくは、特に湾曲したばね要素は、回転軸に対して斜めの角度で、特に20°から90°の範囲でミラー素子に接続されている。ばねの長さが大きいため、ばねの幅を適切に選択することで、同じ周波数でより低い機械的張力を得ることができる。特に好ましくは、ばね要素は、回転軸に対して略45°または略90°の斜めの角度でミラー素子に接続されている。これにより、動的変形をさらに低減することができる。 Preferably, the second and third support members extend substantially obliquely to the axis of rotation, particularly in the longitudinal direction of the second and third support members. Alternatively or additionally, the fifth and sixth support members extend substantially obliquely to the axis of rotation, particularly in the longitudinal direction of the fifth and sixth support members. Here, the second and third support members are configured as particularly curved spring elements. Alternatively or additionally, the fifth and sixth support members are configured as particularly curved spring elements. The meandering of the curved springs offers various possibilities for optimizing the stress distribution in the springs. In addition, the dynamic deformation of the mirror can be optimized by freely selecting the position of the spring ends on the mirror element. Preferably, the particularly curved spring elements are connected to the mirror element at an oblique angle to the axis of rotation, particularly in the range of 20° to 90°. Due to the large spring length, a lower mechanical tension can be obtained at the same frequency by appropriately selecting the spring width. Particularly preferably, the spring element is connected to the mirror element at an oblique angle of approximately 45° or approximately 90° relative to the axis of rotation, which can further reduce dynamic deformation.
好ましくは、第2および第3の支持部材は、特に平面図において、回転軸の対向面上に延びる。代替的または追加的に、第5の支持部材および第6の支持部材は、特に平面図において、回転軸の対向面上に延びる。 Preferably, the second and third support members extend on opposite sides of the rotation axis, particularly in plan view. Alternatively or additionally, the fifth and sixth support members extend on opposite sides of the rotation axis, particularly in plan view.
好ましくは、第2の支持部材は、ミラー素子の第1の部分面、特にミラー素子の第1のエッジ面に接続されている。ここで、第3の支持部材は、第1の部分面とは異なるミラー素子の第2の部分面、特にミラー素子の第2のエッジ面に接続されている。代替的または追加的に、第5の支持部材は、ミラー素子の第3の部分面、特にミラー素子の第3のエッジ面に接続されている。ここで、第6の支持部材は、第3の部分面とは異なるミラー素子の第4の部分面、特にミラー素子の第4のエッジ面に接続されている。 Preferably, the second support member is connected to a first partial surface of the mirror element, in particular a first edge surface of the mirror element. Here, the third support member is connected to a second partial surface of the mirror element different from the first partial surface, in particular a second edge surface of the mirror element. Alternatively or additionally, the fifth support member is connected to a third partial surface of the mirror element, in particular a third edge surface of the mirror element. Here, the sixth support member is connected to a fourth partial surface of the mirror element different from the third partial surface, in particular a fourth edge surface of the mirror element.
好ましくは、ミラー素子を安定化させるために、第2、第3、第5および第6の安定化部材が、少なくとも部分的にミラー素子の下方を延びる。したがって、ミラー素子の反射面が減少しない。好ましくは、第2、第3、第5および第6の安定化部材は、ミラー素子に形状接続されている。好ましくは、第2、第3、第5および第6の安定化部材は、特に剛性の高い梁として構成されている。好ましくは、第2、第3、第5および第6の安定化部分が、特にミラー素子の中心点として構成されている共通の点で集合する。好ましくは、第2の支持部材と第2の安定化部は一体的に構成されている。同様に、好ましくは、第3の支持部材と第3の安定化部は一体的に構成されている。好ましくは、第5の支持部材と第5安定化部材は、同様に一体的に構成されている。同様に、好ましくは、第6の支持部材と第6の安定化部材は一体的に構成されている。 Preferably, the second, third, fifth, and sixth stabilizing members extend at least partially below the mirror element to stabilize the mirror element. Therefore, the reflecting surface of the mirror element is not reduced. Preferably, the second, third, fifth, and sixth stabilizing members are positively connected to the mirror element. Preferably, the second, third, fifth, and sixth stabilizing members are configured as particularly rigid beams. Preferably, the second, third, fifth, and sixth stabilizing portions meet at a common point, which is particularly configured as the center point of the mirror element. Preferably, the second support member and the second stabilizing portion are configured integrally. Similarly, preferably, the third support member and the third stabilizing portion are configured integrally. Preferably, the fifth support member and the fifth stabilizing member are similarly configured integrally. Similarly, preferably, the sixth support member and the sixth stabilizing member are configured integrally.
好ましくは、第2および第3の支持部材は、回転軸に関して対称的な配置構成を有する。代替的または追加的に、第5および第6の支持部材は、回転軸に関して対称的な配置構成を有する。 Preferably, the second and third support members have a symmetrical arrangement with respect to the axis of rotation. Alternatively or additionally, the fifth and sixth support members have a symmetrical arrangement with respect to the axis of rotation.
好ましくは、光学反射素子はさらに、第1および第2のアクチュエータ、特に第1および第2の圧電アクチュエータを有する。ここで、第1のアクチュエータは、第1の音叉型振動子の第1のアームの上面および/または下面に配置されている。第2のアクチュエータは、第1の音叉型振動子の第2のアームの上面および/または下面に配置されている。代替的または追加的に、光学反射素子はさらに、第3および第4のアクチュエータ、特に第3および第4の圧電アクチュエータを有する。第3のアクチュエータは、第2の音叉型振動子の第3のアームの上面および/または下面に配置されている。第4のアクチュエータは、第2の音叉型振動子の第4のアームの上面および/または下面に配置されている。アクチュエータ、特に圧電アクチュエータは、光学反射素子の駆動素子として機能する。音叉型振動子のアーム上の圧電層によってアームが振動し、その振動が第2、第3、第5および/または第6の支持部材を介してミラーに伝達される。この時、ミラーはアームと同じ位相で振動するが、これには、比較的低い共振周波数に対応する、またはアームが逆位相で振動する場合と、比較的高い共振周波数に対応する場合とがある。 Preferably, the optical reflecting element further comprises first and second actuators, particularly first and second piezoelectric actuators. Here, the first actuator is arranged on the upper and/or lower surface of the first arm of the first tuning fork vibrator. The second actuator is arranged on the upper and/or lower surface of the second arm of the first tuning fork vibrator. Alternatively or additionally, the optical reflecting element further comprises third and fourth actuators, particularly third and fourth piezoelectric actuators. The third actuator is arranged on the upper and/or lower surface of the third arm of the second tuning fork vibrator. The fourth actuator is arranged on the upper and/or lower surface of the fourth arm of the second tuning fork vibrator. The actuators, particularly piezoelectric actuators, function as driving elements for the optical reflecting element. A piezoelectric layer on the arm of the tuning fork vibrates the arm, and the vibration is transmitted to the mirror via the second, third, fifth, and/or sixth support members. At this time, the mirror vibrates in the same phase as the arm, which may correspond to a relatively low resonant frequency, or the arm may vibrate in antiphase, or may correspond to a relatively high resonant frequency.
好ましくは、第2および第3の支持部材は、第5および第6の支持部材と異なるように構成されている。 Preferably, the second and third support members are configured differently from the fifth and sixth support members.
本発明のさらなる主題は、上述の光学反射素子を備えたマイクロ投影装置である。マイクロ投影装置は、光ユニット、特にレーザーユニットを用いて生成された画像を、投影ユニット、特にスクリーンに投影するために使用され、特にマイクロプロジェクタとして構成されている。 A further subject of the present invention is a microprojection device comprising the above-mentioned optical reflection element. The microprojection device is used to project an image generated by means of an optical unit, in particular a laser unit, onto a projection unit, in particular a screen, and is configured in particular as a microprojector.
図1は、第1の実施形態に係る光学反射素子1aを下から見た概略図である。ここで、マイクロミラー装置として構成されている光学反射素子1aは、支持体2a、2bを有し、支持体2a、2bは、本実施形態では光学反射素子1aのフレーム素子として構成されており、ここでは簡略化のために一部のみを示している。支持体2aは、第1の端部19aが支持体2aに支持された第1の支持部材3aを有する。さらに、光学反射素子1aは、第1のアーム4aと第2のアーム4bとを備える第1の音叉型振動子5aを有する。第1のアーム4aおよび第2のアーム4bは、第1の支持部材3aの第2の端部19bによって支持される。第1の音叉型振動子5aは、回転軸22を中心に第1の支持部材3aとねじれ振動するように構成されている。さらに、反射素子1aは、第2の支持部材7aと第3の支持部材7bとを有する。また、光学反射素子は、ミラー素子10を有する。ミラー素子10は、本実施形態ではシリコンから構成されている。ミラー素子10は、第2の支持部材7aの第2の端部14aと、第3の支持部材7bの第2の端部14bとによって、ミラー素子10が回転軸22を中心に繰り返し回転振動するようによって支持される。第2の支持部材7aの第1の端部8aと、第3の支持部材7bの第1の端部8bとは、第1の音叉型振動子5aによって支持される。 Figure 1 is a schematic diagram of an optical reflecting element 1a according to the first embodiment, viewed from below. Here, the optical reflecting element 1a, configured as a micromirror device, has supports 2a and 2b, which in this embodiment are configured as frame elements for the optical reflecting element 1a, and only a portion of them is shown here for simplicity. The support 2a has a first support member 3a, the first end 19a of which is supported by the support 2a. Furthermore, the optical reflecting element 1a has a first tuning-fork vibrator 5a having a first arm 4a and a second arm 4b. The first arm 4a and the second arm 4b are supported by the second end 19b of the first support member 3a. The first tuning-fork vibrator 5a is configured to torsionally vibrate with the first support member 3a around a rotation axis 22. Furthermore, the reflecting element 1a has a second support member 7a and a third support member 7b. The optical reflecting element also has a mirror element 10. In this embodiment, the mirror element 10 is made of silicon. The mirror element 10 is supported by the second end 14a of the second support member 7a and the second end 14b of the third support member 7b so that the mirror element 10 repeatedly rotates and vibrates around the rotation axis 22. The first end 8a of the second support member 7a and the first end 8b of the third support member 7b are supported by the first tuning-fork vibrator 5a.
光学反射素子1aは、支持体2bの第4の支持部材3bを有し、その第1の端部20aが支持体2bによって支持される。さらに、光学反射素子1aは、第3のアーム4cと第4のアーム4dとを備える第2の音叉型振動子6aを有する。第2の音叉型振動子6aの第3のアーム4cおよび第4のアーム4dは、第4の支持部材3bの第2の端部20bによって支持される。第4の支持部材3bを有する第2の音叉型振動子6aは、回転軸22を中心にねじり振動するように構成されている。さらに、光学反射素子1aは、第5の支持部材11bと、第6の支持部材11aとを有する。ミラー素子は、第5の支持部材11bの第2の端部15bと、第6の支持部材11aの第2の端部15aとによって、同様にミラー素子10が回転軸22を中心に繰り返し回転振動するように支持される。第5の支持部材11bの第1の端部12bと、第6の支持部材11aの第1の端部12aとは、第2の音叉型振動子6aによって支持される。 The optical reflecting element 1a has a fourth support member 3b of the support body 2b, and its first end 20a is supported by the support body 2b. The optical reflecting element 1a also has a second tuning-fork vibrator 6a with a third arm 4c and a fourth arm 4d. The third arm 4c and the fourth arm 4d of the second tuning-fork vibrator 6a are supported by the second end 20b of the fourth support member 3b. The second tuning-fork vibrator 6a with the fourth support member 3b is configured to torsionally vibrate around the rotation axis 22. The optical reflecting element 1a also has a fifth support member 11b and a sixth support member 11a. The mirror element 10 is similarly supported by the second end 15b of the fifth support member 11b and the second end 15a of the sixth support member 11a so that the mirror element 10 repeatedly rotationally vibrates around the rotation axis 22. The first end 12b of the fifth support member 11b and the first end 12a of the sixth support member 11a are supported by the second tuning fork vibrator 6a.
第2の支持部材7aは、第1の音叉型振動子5aの第1のアーム4aに接続され、第3の支持部材7bは、第1の音叉型振動子5aの第2のアーム4bに接続されている。同様に、第5の支持部材11bは、第2の音叉型振動子6aの第3のアーム4cに接続され、第6の支持部材11aは、第2の音叉型振動子6aの第4のアーム4dに接続されている。 The second support member 7a is connected to the first arm 4a of the first tuning fork vibrator 5a, and the third support member 7b is connected to the second arm 4b of the first tuning fork vibrator 5a. Similarly, the fifth support member 11b is connected to the third arm 4c of the second tuning fork vibrator 6a, and the sixth support member 11a is connected to the fourth arm 4d of the second tuning fork vibrator 6a.
この第1の実施形態では、第2の支持部材7a、第3の支持部材7b、第5の支持部材11bおよび第6の支持部材11aは、直線状のトーションバーとして構成されていて、このトーションバーの長手方向の軸24a、24b、25a、25bは回転軸22に略平行に延びる。第2の安定化部材26a、第3の安定化部材26b、第5の安定化部材27bおよび第6の安定化部材27aは、ミラー10を安定化するためにミラー10の下方を延び、ミラー10の中心で集合する。安定化部材26a、26b、27aおよび27bは、ミラー素子10の下面と形状接続されている。本実施形態では、第2の支持部材7aと第2安定化部材26aとは一体的に構成されている。同様に、第3の支持部材7bと第3安定化部材26bとは一体的に構成されている。また、第5の支持部11bと第5安定化部27bは同様に一体的に構成されている。同様に、第6の支持部11aと第6安定化部27aは一体的に構成されている。 In this first embodiment, the second support member 7a, the third support member 7b, the fifth support member 11b, and the sixth support member 11a are configured as linear torsion bars, with longitudinal axes 24a, 24b, 25a, and 25b of the torsion bars extending substantially parallel to the rotation axis 22. The second stabilizing member 26a, the third stabilizing member 26b, the fifth stabilizing member 27b, and the sixth stabilizing member 27a extend below the mirror 10 to stabilize the mirror 10 and converge at the center of the mirror 10. The stabilizing members 26a, 26b, 27a, and 27b are form-connected to the underside of the mirror element 10. In this embodiment, the second support member 7a and the second stabilizing member 26a are configured integrally. Similarly, the third support member 7b and the third stabilizing member 26b are configured integrally. Similarly, the fifth support portion 11b and the fifth stabilizing portion 27b are integrally configured. Similarly, the sixth support portion 11a and the sixth stabilizing portion 27a are integrally configured.
第2の支持部材7aと第3の支持部材7bおよび第5の支持部材11bと第6の支持部材11aは、回転軸22の対向面上に延びる。 The second support member 7a, the third support member 7b, and the fifth support member 11b and the sixth support member 11a extend on opposing surfaces of the rotation shaft 22.
第2の支持部材7aの第2の端部14aと、ミラー素子10の第1の部分面9aとは、互いに接続されている。ここで、第1の部分面9aは、ミラー素子10の第1のエッジ面として構成されている。また、第3の支持部材7bの第2の端部14bと、ミラー素子10の第2の部分面9bとは、同様に互いに接続されている。ここで、第1の部分面9aは、第2の部分面9bとは異なるように構成されている。第1の部分面9aと第2の部分面9bは、回転軸22に対して鏡面対称に配置されている。ここで、第2の部分面9bは、ミラー素子10の第2のエッジ面として構成れている。 The second end 14a of the second support member 7a and the first partial surface 9a of the mirror element 10 are connected to each other. Here, the first partial surface 9a is configured as the first edge surface of the mirror element 10. Similarly, the second end 14b of the third support member 7b and the second partial surface 9b of the mirror element 10 are connected to each other. Here, the first partial surface 9a is configured differently from the second partial surface 9b. The first partial surface 9a and the second partial surface 9b are arranged mirror-symmetrically with respect to the rotation axis 22. Here, the second partial surface 9b is configured as the second edge surface of the mirror element 10.
第5の支持部材11bの第2の端部15bと、ミラー素子10の第3の部分面13bとは、互いに接続されている。ここで、第3の部分面13bは、ミラー素子10の第3のエッジ面として構成されている。第6の支持部材11aの第2の端部15aと、ミラー素子10の第4の部分面13aとは、同様に互いに接続されている。ここで、第3の部分面13bは、第4の部分面13aとは異なる。第3の部分面13bと第4の部分面13aは、回転軸22に対して鏡面対称に配置されている。ここで、第3の部分面13bは、ミラー素子10の第4のエッジ面として構成されている。 The second end 15b of the fifth support member 11b and the third partial surface 13b of the mirror element 10 are connected to each other. Here, the third partial surface 13b is configured as the third edge surface of the mirror element 10. The second end 15a of the sixth support member 11a and the fourth partial surface 13a of the mirror element 10 are similarly connected to each other. Here, the third partial surface 13b is different from the fourth partial surface 13a. The third partial surface 13b and the fourth partial surface 13a are arranged mirror-symmetrically with respect to the rotation axis 22. Here, the third partial surface 13b is configured as the fourth edge surface of the mirror element 10.
第2の支持部材7aと第3の支持部材7bは、回転軸22に対して対称的な配置構成を有する。同様に、第5の支持部材11bと第6の支持部材11aは、回転軸22に対して対称的な配置構成を有する。 The second support member 7a and the third support member 7b are arranged symmetrically with respect to the rotation axis 22. Similarly, the fifth support member 11b and the sixth support member 11a are arranged symmetrically with respect to the rotation axis 22.
光学反射素子1aを駆動するために、光学反射素子1aは第1のアクチュエータ16a、第2のアクチュエータ16b、第3のアクチュエータ16cおよび第4のアクチュエータ16dを有し、これらはここで圧電アクチュエータとして構成されており、第1の音叉型振動子5aと第2の音叉型振動子6aのそれぞれのアーム4a、4b、4cまたは4dの上面に配置されている。 To drive the optical reflecting element 1a, the optical reflecting element 1a has a first actuator 16a, a second actuator 16b, a third actuator 16c, and a fourth actuator 16d, which are configured as piezoelectric actuators here and are arranged on the upper surfaces of the arms 4a, 4b, 4c, and 4d of the first tuning fork vibrator 5a and the second tuning fork vibrator 6a, respectively.
図2は、光学反射素子1bの第2の実施形態を下から見た概略図である。第1の実施形態とは異なり、第2の支持部材30a、第3の支持部材30b、第5の支持部材31bおよび第6の支持部材31aは、湾曲したばね要素として構成されている。第2の支持部材30a、第3の支持部材30b、第5の支持部材31bおよび第6の支持部材31aは、それぞれの長手方向38a、38b、39a、39b、41a、41b、42aおよび42bに、回転軸22に対して略斜めに延びる。湾曲したばね要素である第2の支持部材30a、第3の支持部材30b、第5の支持部材31bおよび第6の支持部材31aは、本実施例では、回転軸22に対して略30°の斜めの角度40a、40b、40cおよび40dでミラー素子10に接続されている。代替的に、ばね要素は、例えば、回転軸22に対して略45°または略90°の斜めの角度でミラー素子10に接続されていてもよい。 Figure 2 is a schematic diagram of a second embodiment of the optical reflecting element 1b, viewed from below. Unlike the first embodiment, the second support member 30a, the third support member 30b, the fifth support member 31b, and the sixth support member 31a are configured as curved spring elements. The second support member 30a, the third support member 30b, the fifth support member 31b, and the sixth support member 31a extend in their respective longitudinal directions 38a, 38b, 39a, 39b, 41a, 41b, 42a, and 42b, approximately obliquely relative to the axis of rotation 22. The curved spring elements, the second support member 30a, the third support member 30b, the fifth support member 31b, and the sixth support member 31a, are connected to the mirror element 10 at oblique angles 40a, 40b, 40c, and 40d of approximately 30° relative to the axis of rotation 22 in this embodiment. Alternatively, the spring element may be connected to the mirror element 10 at an oblique angle of, for example, approximately 45° or approximately 90° relative to the axis of rotation 22.
第2の支持部30aの第2の端部49aと、ミラー素子10の第1の部分面37aとは互いに接続されている。ここで、第1の部分面37aは、ミラー素子10の第1のエッジ面として構成されている。また、第3の支持部30bの第2の端部49bと、ミラー素子10の第2の部分面37bとは、同様に互いに接続されている。ここで、第1の部分面37aは、第2の部分面37bとは異なるように構成されている。第1の部分面37aと第2の部分面37bは、回転軸22に対して鏡面対称に配置されている。ここで、第2の部分面37bは、ミラー素子10の第2のエッジ面として構成されている。 The second end 49a of the second support 30a and the first partial surface 37a of the mirror element 10 are connected to each other. Here, the first partial surface 37a is configured as the first edge surface of the mirror element 10. Similarly, the second end 49b of the third support 30b and the second partial surface 37b of the mirror element 10 are connected to each other. Here, the first partial surface 37a is configured differently from the second partial surface 37b. The first partial surface 37a and the second partial surface 37b are arranged mirror-symmetrically with respect to the rotation axis 22. Here, the second partial surface 37b is configured as the second edge surface of the mirror element 10.
第5の支持部31bの第2の端部49dと、ミラー素子10の第3の部分面36bとは互いに接続されている。ここで、第3の部分面36bは、ミラー素子10の第3のエッジ面として構成されている。また、第6の支持部31aの第2の端部49cと、ミラー素子10の第4の部分面36aとは、同様に互いに接続されている。ここで第3の部分面36bは、第4の部分面36aとは異なるように構成されている。第3の部分面36bと第4の部分面36aは、回転軸22に対して鏡面対称に配置されている。ここで、第3の部分面36bは、ミラー素子10の第4のエッジ面として構成されている。 The second end 49d of the fifth support 31b and the third partial surface 36b of the mirror element 10 are connected to each other. Here, the third partial surface 36b is configured as the third edge surface of the mirror element 10. Similarly, the second end 49c of the sixth support 31a and the fourth partial surface 36a of the mirror element 10 are connected to each other. Here, the third partial surface 36b is configured differently from the fourth partial surface 36a. The third partial surface 36b and the fourth partial surface 36a are arranged mirror-symmetrically with respect to the rotation axis 22. Here, the third partial surface 36b is configured as the fourth edge surface of the mirror element 10.
ミラー素子10の下方では、ミラー素子10を安定化させるために、それぞれの第2の安定化部材33a、第3の安定化部材33b、第5の安定化部材33dおよび第6の安定化部材33cが延び、ミラー素子10の共通の中心点で集合する。本実施形態では、第2の支持部材30aと第2の安定化部材33aは一体的に構成されている。同様に、第3の支持部材30bと第3安定化部材33bは一体的に構成されている。また、第5の支持部31bと第5安定化部33dは同様に一体的に構成されている。同様に、第6の支持部31aと第6安定化部33cは一体的に構成されている。 Below the mirror element 10, second stabilizing member 33a, third stabilizing member 33b, fifth stabilizing member 33d, and sixth stabilizing member 33c extend and converge at a common center point of the mirror element 10 to stabilize the mirror element 10. In this embodiment, the second support member 30a and the second stabilizing member 33a are integrally formed. Similarly, the third support member 30b and the third stabilizing member 33b are integrally formed. Similarly, the fifth support member 31b and the fifth stabilizing member 33d are integrally formed. Similarly, the sixth support member 31a and the sixth stabilizing member 33c are integrally formed.
図3は、マイクロ投影装置50を概略的に示す。ここで、マイクロ投影装置50は光ユニット51を有し、この光ユニット51はレーザーユニットとして構成され、少なくとも1つの波長の光ビーム52を光学反射素子53に転送する。図1および図2の実施形態に従って構成できる光学反射素子53は、光ユニット51が発した光ビーム52を偏向光ビーム54の形態で投射ユニット55に偏向させるようにさらに構成されている。投影ユニット55は、特にスクリーンとして構成されている。 Figure 3 shows a schematic representation of a micro-projection device 50. Here, the micro-projection device 50 comprises an optical unit 51 configured as a laser unit and transmitting a light beam 52 of at least one wavelength to an optical reflecting element 53. The optical reflecting element 53, which may be configured according to the embodiment of Figures 1 and 2, is further configured to deflect the light beam 52 emitted by the optical unit 51 in the form of a deflected light beam 54 to a projection unit 55. The projection unit 55 is particularly configured as a screen.
Claims (18)
- 第1の支持部材(3a)を備える支持体(2a、2b)であって、前記第1の支持部材(3a)の第1の端部(19a)は前記支持体(2a、2b)によって支持される支持体(2a、2b)と、
- 第1のアーム(4a)と第2のアーム(4b)とを備える第1の音叉型振動子(5a)であって、前記第1の音叉型振動子(5a)の前記第1のアーム(4a)および前記第2のアーム(4b)は、前記第1の支持部材(3a)の第2の端部(19b)によって支持される第1の音叉型振動子(5a)と、を有し、
前記第1の支持部材(3a)を備えた前記第1の音叉型振動子(5a)は、回転軸(22)を中心にねじり振動し、前記光学反射素子(1a、1b、53)は、さらに少なくとも、
- 第2の支持部材(7a、30a)と、
- 第3の支持部材(7b、30b)と、
- ミラー素子(10)と、を有し、
前記ミラー素子(10)は、前記第2の支持部材(7a、30a)の第2の端部(14a、49a)と、前記第3の支持部材(7b、30b)の第2の端部(14b、49b)とによって、前記ミラー素子(10)が、共通の前記回転軸(22)を中心に繰り返し回転振動するように支持される光学反射素子(1a、1b、53)であって、
前記第2の支持部材(7a、30a)の第1の端部(8a)は、前記第1の音叉型振動子(5a)によって支持され、前記第3の支持部材(7b、30b)の第1の端部(8b)は、前記第1の音叉型振動子(5a)によって支持され、
前記第2の支持部材(7a、30a)の前記第2の端部(14a、49a)、および前記第3の支持部材(7b、30b)の前記第2の端部(14b、49b)は、それぞれ、前記第2の支持部材(7a、30a)および前記第3の支持部材(7b、30b)の短手方向に沿った幅よりも大きい幅を有し、かつ、前記ミラー素子(10)の反射面とは反対の裏面側のエッジ面と接続され、
前記第2の支持部材(7a、30a)の前記第2の端部(14a、49a)、および前記第3の支持部材(7b、30b)の前記第2の端部(14b、49b)のそれぞれと接続する安定化部材(33a、33b)はそれぞれ、前記第2の支持部材(7a、30a)および前記第3の支持部材(7b、30b)の短手方向に沿った幅と略同じ幅を有し、かつ、前記ミラー素子(10)の前記裏面のエッジ側から中央側に向かって延びる、
ことを特徴とする、光学反射素子(1a、1b、53)。 An optical reflecting element (1a, 1b, 53),
a support (2a, 2b) comprising a first support member (3a), the first end (19a) of which is supported by said support (2a, 2b);
a first tuning fork vibrator (5a) having a first arm (4a) and a second arm (4b), the first arm (4a) and the second arm (4b) of the first tuning fork vibrator (5a) being supported by a second end (19b) of the first support member (3a);
The first tuning-fork vibrator (5a) having the first support member (3a) vibrates torsionally around a rotation axis (22), and the optical reflecting element (1a, 1b, 53) further comprises at least
a second support member (7a, 30a),
a third support member (7b, 30b),
a mirror element (10),
The mirror element (10) is an optical reflecting element (1a, 1b, 53) supported by a second end (14a, 49a) of the second support member (7a, 30a) and a second end (14b, 49b) of the third support member (7b, 30b) so that the mirror element (10) repeatedly rotates and oscillates around the common rotation axis (22),
a first end (8a) of the second support member (7a, 30a) is supported by the first tuning-fork vibrator (5a), and a first end (8b) of the third support member (7b, 30b) is supported by the first tuning-fork vibrator (5a);
the second end (14a, 49a) of the second support member (7a, 30a) and the second end (14b, 49b) of the third support member (7b, 30b) have a width greater than the width of the second support member (7a, 30a) and the third support member (7b, 30b) along the short direction, respectively , and are connected to an edge surface on the back side opposite to the reflecting surface of the mirror element (10);
stabilizing members (33a, 33b) connected to the second end (14a, 49a) of the second support member (7a, 30a) and the second end (14b, 49b) of the third support member (7b, 30b), respectively, have widths substantially equal to widths of the second support member (7a, 30a) and the third support member (7b, 30b) along the short direction, and extend from the edge side of the back surface of the mirror element (10) toward the center side;
An optical reflecting element (1a, 1b, 53) characterized in that
前記光学反射素子(1a、1b、53)は、マイクロミラー装置として構成されることを特徴とする、光学反射素子(1a、1b、53)。 2. The optical reflecting element (1a, 1b, 53) according to claim 1,
The optical reflecting element (1a, 1b, 53) is configured as a micromirror device.
前記支持体(2a、2b)は、フレーム素子であることを特徴とする光学反射素子(1a、1b、53)。 3. The optical reflecting element (1a, 1b, 53) according to claim 1 or 2,
The optical reflecting element (1a, 1b, 53) is characterized in that the support (2a, 2b) is a frame element.
- 第3のアーム(4c)と第4のアーム(4d)とを備える第2の音叉型振動子(6a)であって、前記第2の音叉型振動子(6a)の前記第3のアーム(4c)および前記第4のアーム(4d)は、前記第4の支持部材(3b)の第2の端部(20b)によって支持される第2の音叉型振動子(6a)と、をさらに有し、
前記第4の支持部材(3b)を備えた前記第2の音叉型振動子(6a)は、前記回転軸(22)を中心にねじり振動し、前記光学反射素子(1a、1b、53)は、
- 第5の支持部材(11b、31b)と、
- 第6の支持部材(11a、31a)と、をさらに有し、
前記ミラー素子(10)は、前記第5の支持部材(11b、31b)の第2の端部(15b、49d)および前記第6の支持部材(11a、31a)の第2の端部(15a、49c)によって、前記ミラー素子(10)が、共通の前記回転軸(22)を中心に繰り返し回転振動するように支持され、前記第5の支持部材(11b、31b)の第1の端部(12b)は、前記第2の音叉型振動子(6a)によって支持され、前記第6の支持部材(11a、31a)の第1の端部(12a)は、前記第2の音叉型振動子(6a)によって支持され、
前記第5の支持部材(11b、31b)の前記第2の端部(15b、49d)および前記第6の支持部材(11a、31a)の前記第2の端部(15a、49c)は、それぞれ、前記第5の支持部材(11b、31b)および前記第6の支持部材(11a、31a)の短手方向に沿った幅よりも大きい幅を有する
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の光学反射素子(1a、1b、53)。 a fourth support member (3b) of said support (2a, 2b), the first end (20a) of said fourth support member (3b) being supported by said support (2a, 2b);
a second tuning fork vibrator (6a) having a third arm (4c) and a fourth arm (4d), wherein the third arm (4c) and the fourth arm (4d) of the second tuning fork vibrator (6a) are supported by a second end (20b) of the fourth support member (3b);
The second tuning-fork vibrator (6a) having the fourth support member (3b) vibrates torsionally around the rotation axis (22), and the optical reflecting element (1a, 1b, 53)
a fifth support member (11b, 31b),
a sixth support member (11a, 31a),
The mirror element (10) is supported by second ends (15b, 49d) of the fifth support members (11b, 31b) and second ends (15a, 49c) of the sixth support members (11a, 31a) so that the mirror element (10) repeatedly rotates and vibrates around the common rotation axis (22), a first end (12b) of the fifth support members (11b, 31b) is supported by the second tuning-fork vibrator (6a), and a first end (12a) of the sixth support members (11a, 31a) is supported by the second tuning-fork vibrator (6a);
An optical reflecting element (1a, 1b, 53) described in any one of claims 1 to 3, characterized in that the second end (15b, 49d) of the fifth support member (11b, 31b) and the second end (15a, 49c) of the sixth support member (11a, 31a) have a width greater than the width along the short direction of the fifth support member (11b, 31b) and the sixth support member (11a, 31a), respectively.
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