[go: up one dir, main page]

JP2005128147A - Optical deflector and optical device - Google Patents

Optical deflector and optical device Download PDF

Info

Publication number
JP2005128147A
JP2005128147A JP2003361873A JP2003361873A JP2005128147A JP 2005128147 A JP2005128147 A JP 2005128147A JP 2003361873 A JP2003361873 A JP 2003361873A JP 2003361873 A JP2003361873 A JP 2003361873A JP 2005128147 A JP2005128147 A JP 2005128147A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
mirror
optical deflector
optical
support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003361873A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Yasuda
喜昭 安田
Masanao Tani
雅直 谷
Masahiro Akamatsu
雅洋 赤松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stanley Electric Co Ltd filed Critical Stanley Electric Co Ltd
Priority to JP2003361873A priority Critical patent/JP2005128147A/en
Publication of JP2005128147A publication Critical patent/JP2005128147A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Facsimile Heads (AREA)
  • Laser Beam Printer (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

【課題】 ミラー基板と圧電素子との一体形成を可能とし、軸ずれを抑えて、圧電振動の影響によるミラーの並進運動を防止できるとともに、高速動作が可能で、大きな偏向角及び大振幅動作が得られ、また、小型化、薄型化、及び軽量化を図ることができる光偏向器を提供する。
【解決手段】 圧電ユニモルフ振動板3a〜3dと、この圧電ユニモルフ振動板3a〜3dの一端を固定して支持する空隙9′を有した支持体9と、圧電ユニモルフ振動板3a〜3dに接続された弾性支持部2a、2bと、この弾性支持部2a、2bに接続され、これを介して圧電ユニモルフ振動板3a〜3dの駆動により上記空隙9′内で回転振動するミラー部1とを備え、これらを一体形成する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To integrally form a mirror substrate and a piezoelectric element, suppress axial deviation, prevent translational movement of a mirror due to the influence of piezoelectric vibration, enable high-speed operation, large deflection angle and large amplitude operation. An optical deflector that can be obtained and can be reduced in size, thickness, and weight is provided.
SOLUTION: Piezoelectric unimorph diaphragms 3a to 3d, a support body 9 having a gap 9 'for fixing and supporting one end of the piezoelectric unimorph diaphragms 3a to 3d, and piezoelectric unimorph diaphragms 3a to 3d are connected. Elastic support portions 2a and 2b, and a mirror portion 1 that is connected to the elastic support portions 2a and 2b and rotates and vibrates in the gap 9 'by driving the piezoelectric unimorph diaphragms 3a to 3d through the elastic support portions 2a and 2b. These are integrally formed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、入射光を偏向して光走査する光偏向器、特に、高速かつ大振幅動作が可能な小型可動ミラーを有する光偏向器及びそれを用いた光学装置に関するものである。   The present invention relates to an optical deflector that deflects incident light and performs optical scanning, and more particularly to an optical deflector having a small movable mirror capable of high-speed and large-amplitude operation and an optical device using the same.

レーザ光等の光ビームを偏向、走査する装置(光偏向器)は、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ等の光学機器に広く用いられている。また、レーザ光をスキヤニングして映像を投影する表示装置などにも使用されている。   An apparatus (optical deflector) that deflects and scans a light beam such as a laser beam is widely used in an optical apparatus such as an electrophotographic copying machine, a laser beam printer, and a barcode reader. It is also used in display devices that project images by scanning laser light.

このような機械的に光偏向を行う光偏向器としては、一般には回転多面鏡(ポリゴンミラー)や振動型反射鏡(ガルバノミラー)等があるが、ガルバノミラー型の方が小型化に優れている。特に、小型の光偏向器としては、マイクロマシン技術を用いて作製されたシリコン基板を用いたマイクロミラーの試作が報告されている(例えば、特許文献1、2参照。)。   As such an optical deflector for optically deflecting light, there are generally a rotary polygon mirror (polygon mirror) and a vibrating reflector (galvano mirror), but the galvano mirror type is superior in size reduction. Yes. In particular, as a small-sized optical deflector, a trial production of a micromirror using a silicon substrate manufactured by using a micromachine technique has been reported (for example, see Patent Documents 1 and 2).

上記特許文献1(特開平7−175005号公報)に開示された光偏向器は、電磁力を利用して駆動するところに特徴があり、ベース上に配置された左右一対の永久磁石と反射ミラーの外周部に配置された駆動用コイルとを有し、この駆動用コイルに正逆交互の駆動電流を通電するように構成されている。正逆交互の駆動電流が通電されると、一対の永久磁石の外部磁界と駆動用コイルの電流とによるローレンツ力で反射ミラー部が振動するというものである。   The optical deflector disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-175005) is characterized in that it is driven using electromagnetic force, and a pair of left and right permanent magnets and a reflecting mirror disposed on the base. And a drive coil disposed on the outer periphery of the drive coil. The drive coil is configured to pass forward and reverse alternating drive currents. When the forward and reverse alternating drive currents are energized, the reflection mirror section vibrates due to the Lorentz force generated by the external magnetic field of the pair of permanent magnets and the drive coil current.

上記の電磁力を利用した光偏向器は、角度が大きくなるにつれてローレンツ力が低下するので、ミラーの回転角を大きく設定するためには永久磁石の磁力を強めるか、コイル電流を大きくする必要があり、それぞれサイズアップや消費電力の増大を招くという課題があった。また、永久磁石を接着する必要があるので、あまり素子サイズを小さくできないという課題もあった。   In the optical deflector using the above electromagnetic force, the Lorentz force decreases as the angle increases. Therefore, in order to set the mirror rotation angle large, it is necessary to increase the magnetic force of the permanent magnet or increase the coil current. There was a problem of increasing the size and increasing the power consumption. Further, since it is necessary to bond a permanent magnet, there is a problem that the element size cannot be reduced too much.

また、特許文献2(特開平6−180428号公報)に記載された光偏向器は、静電力を利用して駆動するものであり、反射ミラーのすぐ下にわずかなギャップを空けて駆動電極が対向配置され、導体からなるミラーとでコンデンサが構成されている。駆動電極は、ミラーの回転軸を対称軸として左右に分割して形成されている。ミラーと駆動電極間に電圧を加えると、静電力が生じるため、ミラーは駆動電極に引き寄せられるが、左右の駆動電極に交互に電圧を印加することにより、ミラーは回転軸を中心にして振動するというものである。   The optical deflector described in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-open No. Hei 6-180428) is driven using electrostatic force, and a drive gap is formed with a slight gap immediately below the reflecting mirror. A capacitor is composed of a mirror made of a conductor arranged oppositely. The drive electrode is divided into left and right with the rotation axis of the mirror as the axis of symmetry. When a voltage is applied between the mirror and the drive electrode, an electrostatic force is generated, so that the mirror is attracted to the drive electrode. By alternately applying a voltage to the left and right drive electrodes, the mirror vibrates around the rotation axis. That's it.

この静電力を利用した光偏向器は、半導体プロセスのみで作製できるので小型化できる利点があるが、静電力がミラーと駆動電極間の距離の2乗に反比例するため、ミラ−を駆動するのに十分な静電力を与えるためにはギャップを狭くすることが必要である。そのため、ミラーの回転運動は駆動電極との接触により制限され、ミラーの回転角を大きくできないという課題があった。また、静電駆動方式では一般に駆動電圧が50V以上の高い電圧が必要で、専用のドライバICが必要になることも課題の一つであった。   The optical deflector using the electrostatic force can be manufactured only by a semiconductor process and has an advantage that the size can be reduced. However, since the electrostatic force is inversely proportional to the square of the distance between the mirror and the driving electrode, the mirror is driven. In order to provide a sufficient electrostatic force, it is necessary to narrow the gap. Therefore, the rotational motion of the mirror is limited by contact with the drive electrode, and there is a problem that the rotational angle of the mirror cannot be increased. In addition, the electrostatic driving method generally requires a high driving voltage of 50 V or more, and a dedicated driver IC is also required.

以上のように、従来の電磁力及び静電力を利用した光偏向器においては、ミラーの回転角を大きく設定できないという課題があった。この課題の解決方法として、例えば図7、図8及び図9に示すような圧電素子の振動を利用した光偏向器が提案されている(例えば、特許文献3、4、5参照。)。   As described above, the conventional optical deflector using electromagnetic force and electrostatic force has a problem that the rotation angle of the mirror cannot be set large. As a method for solving this problem, an optical deflector using the vibration of a piezoelectric element as shown in FIGS. 7, 8, and 9, for example, has been proposed (see, for example, Patent Documents 3, 4, and 5).

図7に示されている光偏向器は、板状のマイクロミラー101と、マイクロミラー101の両側を支持する一対の回転支持体102と、それらの周辺を囲う枠部103と、枠部103に並進運動を加える圧電素子104とを備えている。   The optical deflector shown in FIG. 7 includes a plate-like micromirror 101, a pair of rotating supports 102 that support both sides of the micromirror 101, a frame portion 103 that surrounds them, and a frame portion 103. And a piezoelectric element 104 that applies translational motion.

図8に示されている光偏向器は、支持体201と、支持体201に固定されて往復運動する圧電振動子202a、202bと、圧電振動子202a、202bに接続された弾性体203a、203bと、弾性体203a、203bを介して圧電振動子202a、202bにより駆動されて振動する反射板204とを有している。   The optical deflector shown in FIG. 8 includes a support 201, piezoelectric vibrators 202a and 202b fixed to the support 201 and reciprocating, and elastic bodies 203a and 203b connected to the piezoelectric vibrators 202a and 202b. And a reflector 204 that is driven and vibrated by the piezoelectric vibrators 202a and 202b via the elastic bodies 203a and 203b.

図9に示されている光偏向器は、その変換機構301に置いて、一対の柱状部の一端側をヒンジ部302で連結し、他端側にアクチュエータ303を介在させるとともに、ヒンジ部302の上方位置に可動ミラー部として、ミラー304、弾性支持部305、及び支持基板306を配置している。   The optical deflector shown in FIG. 9 is placed on the conversion mechanism 301, one end side of a pair of columnar parts is connected by a hinge part 302, and an actuator 303 is interposed on the other end side. A mirror 304, an elastic support portion 305, and a support substrate 306 are arranged as movable mirror portions at an upper position.

上記の提案に共通しているのは、圧電素子を弾性体を介してミラー素子基板と接合し、圧電素子の振動をミラーの回転運動に変換させていることである。これら圧電素子を利用した光偏向器では、ミラーの回転に制限がないため、大きな偏向角が得られている。
特開平7−175005号公報 特開平6−180428号公報 特開平10−197819号公報 特開2001−272626号公報 特開2003−29191号公報
What is common to the above proposal is that the piezoelectric element is bonded to the mirror element substrate via an elastic body, and the vibration of the piezoelectric element is converted into the rotational movement of the mirror. In the optical deflector using these piezoelectric elements, there is no limitation on the rotation of the mirror, so that a large deflection angle is obtained.
JP-A-7-175005 JP-A-6-180428 JP-A-10-197819 JP 2001-272626 A JP 2003-29191 A

しかしながら、上記の圧電素子の並進運動を弾性体を介してミラーの回転運動に変換する仕組みの光偏向器においては、ベースの基板、圧電素子、弾性体、そしてミラー基板等と複数の構成部品を精度良く接合、接着させないと、圧電素子からの振動がミラーにうまく伝播しなかったり、接合に問題がなくても圧電素子の並進運動がすべて回転運動に変換されずに、ミラーが回転だけでなく並進運動も行い、ビーム光がずれてしまいがちになるという問題があった。また、バルクセラミクスである圧電素子や金属板あるいはロッドからなる弾性体を構成部品として使用するために小型化するのが難しく、更に、各構成要素を接着剤やハンダ等で接合、組立てるので、半導体デバイスのようにシリコンウェハレベルでアッセンブリできないというプロセス上の問題もあった。   However, in the optical deflector configured to convert the translational motion of the piezoelectric element into the rotational motion of the mirror via the elastic body, a plurality of components such as a base substrate, a piezoelectric element, an elastic body, and a mirror substrate are included. If the bonding and bonding are not performed accurately, the vibration from the piezoelectric element does not propagate well to the mirror, or even if there is no problem with the bonding, not all the translational movement of the piezoelectric element is converted into a rotational movement. There was also a problem that the light beam tends to shift due to translational movement. In addition, it is difficult to reduce the size because it uses bulk ceramics, such as piezoelectric elements, metal plates, or rods, as components, and each component is joined and assembled with adhesives, solder, etc. There was also a process problem that the device could not be assembled at the silicon wafer level like a device.

このように、上記従来の技術では、ポリゴンミラーやガルバノミラーに比べて著しく小型で、かつ、高速、大変位角を実現する光偏向器として十分であるとはいえず、半導体プロセス技術での製作が容易で、更に高速で大変位角の光偏向器が望まれていた。   As described above, the conventional technique is not sufficiently small as an optical deflector that realizes a high speed and a large displacement angle as compared with a polygon mirror or a galvanometer mirror. Therefore, there has been a demand for an optical deflector that is easy to operate and has a high displacement angle and a high speed.

本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ミラー基板と圧電素子との一体形成を可能とし、軸ずれを抑えて、圧電振動の影響によるミラーの並進運動を防止できるとともに、高速動作が可能で、大きな偏向角及び大振幅動作が得られ、また、小型化、薄型化、及び軽量化を図ることができる光偏向器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to make it possible to integrally form a mirror substrate and a piezoelectric element, to suppress axial misalignment, and to prevent the mirror from being affected by piezoelectric vibration. An object of the present invention is to provide an optical deflector that can prevent translational motion, that can operate at high speed, that can provide a large deflection angle and large amplitude operation, and that can be reduced in size, thickness, and weight.

上記の目的を達成するために、本発明に係る光偏向器は、圧電ユニモルフ振動板と、前記圧電ユニモルフ振動板の一端を固定して支持する空洞部を有した支持体と、前記圧電ユニモルフ振動板に接続された弾性体と、前記弾性体に接続され、該弾性体を介して前記圧電ユニモルフ振動板の駆動により前記空洞部内で回転振動する反射板とを有し、前記圧電ユニモルフ振動板、支持体、弾性体及び反射板を一体形成したものである。   In order to achieve the above object, an optical deflector according to the present invention includes a piezoelectric unimorph diaphragm, a support having a hollow portion that fixes and supports one end of the piezoelectric unimorph diaphragm, and the piezoelectric unimorph vibration. An elastic body connected to a plate, and a reflection plate connected to the elastic body and rotating and oscillating in the cavity by driving the piezoelectric unimorph vibration plate through the elastic body, the piezoelectric unimorph vibration plate, A support, an elastic body and a reflector are integrally formed.

具体的には、上記圧電ユニモルフ振動板は反射板の回転軸を挟んで対称に配置した一対あるいは二対の振動板を有し、各々の振動板に対して位相が統一されていない180°位相の異なる二つの交流電圧を印加して駆動、振動させることにより、上記反射板に回転トルクを与え、上記弾性支持部を回転軸とする所定変位角の回転運動に変換することによって、上記反射板に入射する入射光を偏向するようにしたものである。   Specifically, the piezoelectric unimorph diaphragm has a pair of or two pairs of diaphragms arranged symmetrically with respect to the rotation axis of the reflector, and the phase is not uniform for each diaphragm. By applying and driving two alternating voltages having different voltages, rotational torque is applied to the reflecting plate, and the reflecting plate is converted into rotational motion having a predetermined displacement angle with the elastic support portion as a rotation axis. The incident light incident on is deflected.

また、本発明に係る光学装置は、上記構成の光偏向器を備えたものである。   An optical device according to the present invention includes the optical deflector having the above-described configuration.

本発明によれば、ミラー基板と圧電素子との一体形成が可能で、軸ずれを抑えて、圧電振動の影響によるミラーの並進運動を防止できるとともに、高速動作が可能で、大きな偏向角及び大振幅動作が得られ、また、小型化、薄型化、及び軽量化を図ることができる。   According to the present invention, the mirror substrate and the piezoelectric element can be integrally formed, the axial deviation can be suppressed, the translational movement of the mirror due to the influence of the piezoelectric vibration can be prevented, and the high-speed operation can be performed. An amplitude operation can be obtained, and the size, thickness, and weight can be reduced.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明に係る光偏向器の構成を示す斜視図である。この光偏向器は、圧電ユニモルフ振動板(振動板3a〜3d)と、この圧電ユニモルフ振動板の一端を固定して支持する空洞部(空隙9′)を有した支持体(支持体9)と、上記圧電ユニモルフ振動板に接続された弾性体(弾性支持部2a〜2d)と、この弾性体に接続され、該弾性体を介して上記圧電ユニモルフ振動板の駆動により上記空洞部内で回転振動する反射板(ミラー部1)とを有し、上記圧電ユニモルフ振動板、支持体、弾性体及び反射板を一体形成したものである。   FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical deflector according to the present invention. This optical deflector includes a piezoelectric unimorph diaphragm (diaphragms 3a to 3d) and a support (support 9) having a cavity (gap 9 ') for fixing and supporting one end of the piezoelectric unimorph diaphragm. An elastic body (elastic support portions 2a to 2d) connected to the piezoelectric unimorph diaphragm, and connected to the elastic body, and rotationally vibrates in the cavity by driving the piezoelectric unimorph diaphragm through the elastic body. The piezoelectric unimorph diaphragm, the support, the elastic body, and the reflector are integrally formed.

また、上記圧電ユニモルフ振動板は、反射板の回転軸を挟んで対称に配置した一対あるいは二対の振動板を有し、各々の振動板において、圧電素子を駆動するために印加される交流電圧の位相が統一されないようにしている。具体的には、互いに180°位相が異なる二つの交流電圧が印加されるようにしている。   The piezoelectric unimorph diaphragm has a pair of or two pairs of diaphragms arranged symmetrically with respect to the rotation axis of the reflector, and an AC voltage applied to drive the piezoelectric element in each diaphragm. The phase is not unified. Specifically, two AC voltages that are 180 ° out of phase with each other are applied.

同図の構成において、入射した光を反射するミラー部1は、一対の弾性支持部2a、2bで保持されており、これらの支持部2a、2bを回転軸として所定変位角まで傾くことができるようになっている。支持部2a、2bは、共にミラー部1の重心位置に配置されており、回転紬は同一である。なお、支持部2a、2bの幅Wは、ミラー部1が所定の変位角まで回転できるように十分ねじれる設定となっている。   In the configuration shown in the figure, the mirror portion 1 that reflects incident light is held by a pair of elastic support portions 2a and 2b, and can be tilted to a predetermined displacement angle using the support portions 2a and 2b as rotation axes. It is like that. The support portions 2a and 2b are both disposed at the center of gravity of the mirror portion 1 and have the same rotating rod. The width W of the support portions 2a and 2b is set to be sufficiently twisted so that the mirror portion 1 can be rotated to a predetermined displacement angle.

上記支持部2a、2bは、それぞれもう片方の端を支持体9に保持されている。支持体9の中央部には空隙9が設けられており、ミラー部1がこの支持部2a、2bを軸として所定変位角の回転をするのに支障のない構造となっている。また、二対の振動板3a、3b、及び3c、3dが一方の端を支持体9で保持されており、他方の端にそれぞれ形成された先端駆動部4a、4b、4c、4dを介してそれぞれミラー部1と連結されている。各先端駆動部4a、4b、4c、4dの連結位置は、支持部2a、2bに対して対称に配置されている。また、各先端駆動部4a、4b、4c、4dの幅W′は、支持部2a、2bの幅Wよりも大きくてねじりにくいように設定されている。   The other ends of the support portions 2a and 2b are held by the support body 9, respectively. A gap 9 is provided in the central portion of the support 9, and the mirror portion 1 has a structure that does not hinder the rotation of the mirror portion 1 with a predetermined displacement angle about the support portions 2a and 2b. Further, two pairs of diaphragms 3a, 3b, 3c, and 3d are held at one end by the support 9, and the tip driving portions 4a, 4b, 4c, and 4d formed at the other end respectively. Each is connected to the mirror unit 1. The connection positions of the tip drive units 4a, 4b, 4c, and 4d are arranged symmetrically with respect to the support units 2a and 2b. In addition, the width W ′ of each of the tip driving portions 4a, 4b, 4c, and 4d is set to be larger than the width W of the support portions 2a and 2b and difficult to twist.

振動板3a、3b、3c、3d上には、下部電極5a、5b、5c、5dと、圧電膜6a、6b、6c、6dと、上部電極7a、7b、7c、フdとがそれぞれ積層されて、圧電アクチュエータ8a、8b、8c、8dが構成されている。そして、下部電極5a、5b、5c、5dと上部電極7a、7b、7c、7dとの間にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、支持体9と接続する端を支点として、上記圧電アクチュエータ8a、8b、8c、8dの変位により、振動板3a、3b、3c、3dがユニモルフ的に振動する。すなわち、先端駆動部4a、4b、4c、4dが図2の矢印Rの方向に振動する。   On the diaphragms 3a, 3b, 3c, and 3d, lower electrodes 5a, 5b, 5c, and 5d, piezoelectric films 6a, 6b, 6c, and 6d, and upper electrodes 7a, 7b, 7c, and d are stacked. Thus, piezoelectric actuators 8a, 8b, 8c and 8d are configured. Then, by applying predetermined voltages between the lower electrodes 5a, 5b, 5c, and 5d and the upper electrodes 7a, 7b, 7c, and 7d, the piezoelectric actuator 8a is configured with the end connected to the support 9 as a fulcrum. , 8b, 8c, 8d, the diaphragms 3a, 3b, 3c, 3d vibrate in a unimorph manner. That is, the tip driving units 4a, 4b, 4c, and 4d vibrate in the direction of the arrow R in FIG.

ここで、上記光偏向器の構成としては、ミラー部1、弾性支持部2a、2b、振動板3a、3b、3c、3d、先端駆動部4a、4b、4c、4dは支持体9を除去加工して一体形成することが好ましい。例えば、支持体に単結晶シリコン基板を用いれば、半導体プロセスを用いてシリコン基板の一部を除去加工することで一体形成が可能である。この場合、接合、接着等の加工法に比べて、各構成要素のアライメント精度を向上させることができる。   Here, as the configuration of the optical deflector, the mirror unit 1, the elastic support units 2a and 2b, the diaphragms 3a, 3b, 3c and 3d, and the tip driving units 4a, 4b, 4c and 4d are processed by removing the support body 9. It is preferable to integrally form them. For example, when a single crystal silicon substrate is used as the support, it can be integrally formed by removing a part of the silicon substrate using a semiconductor process. In this case, the alignment accuracy of each component can be improved as compared with processing methods such as bonding and adhesion.

また、圧電アクチュエータ8a、8b、8b、8c、8dを構成する圧電素子は、シリコン基板の除去加工前に、CSD、MOCVD、スパッタ、反応性イオンプレーティング等の手法で支持体9上に直接成膜し、ウェットまたはドライエッチングによってパターン加工して形成する。具体的には、アーク放電プラズマを利用したイオンプレーティング法により成膜した圧電膜とする(特開2001−234331号公報、特開2002−177765号公報、特開2003−81694号公報参照)。   The piezoelectric elements constituting the piezoelectric actuators 8a, 8b, 8b, 8c, and 8d are directly formed on the support 9 by a technique such as CSD, MOCVD, sputtering, or reactive ion plating before the silicon substrate is removed. A film is formed and patterned by wet or dry etching. Specifically, a piezoelectric film is formed by an ion plating method using arc discharge plasma (see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-234331, 2002-177765, and 2003-81694).

次に、上記の光偏向器の動作について、図2を用いて説明する。図2は図1におけるA−A′線断面図である。   Next, the operation of the optical deflector will be described with reference to FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.

圧電アクチュエータ8a、8bに同位相、8c、8dに逆位相あるいは位相のずれた交流電圧(例えば正弦波)を印加し、振動板3a、3b及び3b、3dを振動させる。各振動板3a、3b及び3b、3dの一端は支持体9に固定、保持されているので、先端駆動部4a、4b及び4c、4dが矢印Rの上下方向に振動するが、先端駆動部4a、4bと4c、4dの振動には位相差がある。特に、上記印加電圧の位相が逆位相の場合には、先端駆動部4a、4bと4c、4dの振動方向は正反対になる。   An alternating voltage (for example, a sine wave) having the same phase and the opposite phase or phase shift is applied to the piezoelectric actuators 8a and 8b, and the diaphragms 3a and 3b and 3b and 3d are vibrated. Since one end of each of the diaphragms 3a, 3b and 3b, 3d is fixed and held on the support 9, the tip drive units 4a, 4b and 4c, 4d vibrate in the vertical direction of the arrow R, but the tip drive unit 4a The vibrations of 4b, 4c, and 4d have a phase difference. In particular, when the phase of the applied voltage is opposite, the vibration directions of the tip drive units 4a, 4b and 4c, 4d are opposite.

すなわち、先端駆動部4a、4bが上の方向に動くとき、先端駆動部4c、4dは下の方向に動く。このとき、ミラー部1には弾性支持部2a、2bを中心とした回転トルクが作用し、上記支持部を中心軸として傾く。そして、各先端駆動部4a、4bと4c、4dが交流印加電圧に追従して上下方向の振動を繰り返すと、上述の原理でミラー部1にはシーソー的な回転トルクが作用し、ミラー部1は所定角度まで回転振動を繰り返す。逆位相でなく位相差がある振動の場合においても、上記と同様にミラー部1が回転振動する。   That is, when the tip drive units 4a and 4b move in the upward direction, the tip drive units 4c and 4d move in the downward direction. At this time, rotational torque about the elastic support portions 2a and 2b acts on the mirror portion 1, and the mirror portion 1 is inclined with the support portion as a central axis. When each of the tip driving units 4a, 4b and 4c, 4d follows the AC applied voltage and repeats vertical vibrations, the seesaw-like rotational torque acts on the mirror unit 1 according to the above-described principle, and the mirror unit 1 Repeats rotational vibration to a predetermined angle. Even in the case of vibrations having a phase difference instead of an antiphase, the mirror unit 1 rotates and vibrates in the same manner as described above.

圧電アクチュエータ8a、8b、8c、8dの駆動周波数がミラー部1と弾性支持部2a、2bとを合わせた構造(可動ミラー部)の機械的な共振周波数と−致または近いときに、ミラー部1の回転振動は最大になり、最大変位角が得られる。また、振動板3a、3b、3c、3dの共振周波数を上記可動ミラー部の共振周波数と一致または近くに設定すると、圧電アクチュエータ8a、8b、8c、8dの駆動力が小さくても大きな可動ミラー部の回転角を得ることが可能である。もちろん、回転角は小さくなるものの、圧電アクチュエータ8a、8b、8c、8dの駆動周波数でミラー部1を回転振動させることも可能である。   When the driving frequency of the piezoelectric actuators 8a, 8b, 8c, and 8d is equal to or close to the mechanical resonance frequency of the structure (movable mirror unit) in which the mirror unit 1 and the elastic support units 2a and 2b are combined, the mirror unit 1 The maximum vibration is obtained, and the maximum displacement angle is obtained. If the resonance frequency of the diaphragms 3a, 3b, 3c, and 3d is set to be close to or close to the resonance frequency of the movable mirror portion, the large movable mirror portion even if the driving force of the piezoelectric actuators 8a, 8b, 8c, and 8d is small. Can be obtained. Of course, although the rotation angle is small, the mirror unit 1 can be rotated and vibrated at the drive frequency of the piezoelectric actuators 8a, 8b, 8c, and 8d.

また、ミラー部1は重心で連結した弾性支持部2a、2bを回転軸として回転振動するので、並進的な動きを抑制することができる。   Moreover, since the mirror part 1 is rotationally vibrated by using the elastic support parts 2a and 2b connected at the center of gravity as a rotation axis, translational movement can be suppressed.

次に、実際に上述のような光偏向器を作製して、評価実験を行った結果について説明する。以下、これを実施例1、2及び3として説明する。   Next, the results of actually producing the optical deflector as described above and conducting an evaluation experiment will be described. Hereinafter, this will be described as Examples 1, 2, and 3.

(実施例1)
実施例1では、図1に示す光偏向器を作製した。作製方法を図3に示す。支持体9として厚さ552μmの単結晶シリコン(トップ層)/酸化シリコン(中間酸化膜層)/単結晶シリコン(ベース層)の貼り合せ基板(SOI基板)を用いた。各層の厚みはそれぞれ25μm/2μm/525μmであり、上記トップ層の表面は光学研磨処理が施されている。
(Example 1)
In Example 1, the optical deflector shown in FIG. 1 was produced. The manufacturing method is shown in FIG. As the support 9, a bonded substrate (SOI substrate) of single crystal silicon (top layer) / silicon oxide (intermediate oxide film layer) / single crystal silicon (base layer) having a thickness of 552 μm was used. The thickness of each layer is 25 μm / 2 μm / 525 μm, respectively, and the surface of the top layer is subjected to optical polishing treatment.

まず、図3の(A)に示すように、上記のSOI基板の表面に拡散炉によって厚さ500nm〜1000nmの熱酸化シリコン膜を形成した。次に、図3の(B)に示すように、トップ層側(基板表面)にスパッタ法によってTi及びptをそれぞれの厚みが50nm及び150nmになるように順次成膜し、下部電極5を形成した。次に、反応性アーク放電イオンプレーティング法(特開2001−234331号公報、特開2002−177765号公報、及び特開2003−81694号公報参照)によって、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の膜を厚み3μmで上記Pt電極上に成膜し、圧電膜6を形成した。その後、スパッタ法によってPtを厚み150nmで上記圧電膜6上に成膜して、上部電極7を形成した。   First, as shown in FIG. 3A, a thermal silicon oxide film having a thickness of 500 nm to 1000 nm was formed on the surface of the SOI substrate by a diffusion furnace. Next, as shown in FIG. 3B, Ti and pt are sequentially formed on the top layer side (substrate surface) by sputtering so that the respective thicknesses become 50 nm and 150 nm, thereby forming the lower electrode 5. did. Next, lead zirconate titanate (a piezoelectric material) is formed by a reactive arc discharge ion plating method (see Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-234331, 2002-177765, and 2003-81694). A PZT film having a thickness of 3 μm was formed on the Pt electrode to form a piezoelectric film 6. Thereafter, Pt was deposited on the piezoelectric film 6 with a thickness of 150 nm by sputtering to form the upper electrode 7.

次に、図3の(C)に示すように、基板表面にフォトリソ技術及びドライエッチング技術により、pt上部電極7のパターニングを行い、上部電極7a、7b、7c、7dを形成した。同様に、PZT圧電膜6と下部電極5もパターニングを行い、圧電膜6a、6b、6c、6d及び下部電極5a、5b、5c、5dを形成し、圧電アクチュエータ8a、8b、8c、8dを作製した。このとき、ミラー部1上の下部電極pt/Ti層がドライエッチングからレジストで保護して反射膜として残した。ミラー部1の光反射効率を高めたい場合には、その後、AlやAuをスパッタ成膜した上でフォトリソ技術とドライエッチング技術を用いて、ミラー部1のPt上に反射膜の形成を行う。   Next, as shown in FIG. 3C, the pt upper electrode 7 was patterned on the substrate surface by photolithography and dry etching techniques to form upper electrodes 7a, 7b, 7c, and 7d. Similarly, the PZT piezoelectric film 6 and the lower electrode 5 are also patterned to form the piezoelectric films 6a, 6b, 6c, and 6d and the lower electrodes 5a, 5b, 5c, and 5d, and the piezoelectric actuators 8a, 8b, 8c, and 8d are manufactured. did. At this time, the lower electrode pt / Ti layer on the mirror part 1 was protected with dry resist and left as a reflective film. When it is desired to increase the light reflection efficiency of the mirror unit 1, a reflective film is formed on Pt of the mirror unit 1 using a photolithographic technique and a dry etching technique after sputtering with Al or Au.

次に、図3の(D)に示すように、基板表面全体を厚膜レジストで保護しておき、裏側の上記ベース層表面の熱酸化膜をバッファードフッ酸(BHF)で除去した後、Alをスパッタ成膜してフォトリソ技術及びウェットエッチング技術でバパターニングして、ICP−RIEのハードマスクを形成した。その後、図3の(E)に示すように、基板表面の保護レジストを剥離し、再度フォトリソを行ってレジストパターンをマスクにし、ICP−RIE装置にてトップ層の熱酸化膜と単結晶シリコンをドライエッチングによって除去加工し、ミラー部1、弾性支持部2a、2b、振動板3a、3b、3c、3d、及び先端駆動部4a、4b、4c、4dを残して、最終的には支持体9の空隙9′となる溝を形成した。   Next, as shown in FIG. 3D, after protecting the entire substrate surface with a thick film resist, and removing the thermal oxide film on the surface of the base layer on the back side with buffered hydrofluoric acid (BHF), A hard mask of ICP-RIE was formed by sputtering Al and patterning by photolithography and wet etching. Thereafter, as shown in FIG. 3E, the protective resist on the surface of the substrate is peeled off, photolithography is performed again using the resist pattern as a mask, and the top layer thermal oxide film and single crystal silicon are removed with an ICP-RIE apparatus. Removal processing is performed by dry etching, leaving the mirror portion 1, elastic support portions 2a and 2b, diaphragms 3a, 3b, 3c, and 3d, and tip drive portions 4a, 4b, 4c, and 4d, and finally the support body 9 A groove to be a gap 9 'was formed.

次に、図3の(F)に示すように、ICP−RIE装置によって、裏側からベ−ス層の単結晶シリコンをドライエッチング加工し、支持体9の空隙9′になる深溝を形成した。最後に、図3の(G)に示すように、中間酸化膜層をBHFを用いて除去し、支持体9の空隙9′を形成して、図1の光偏向器を完成させた。   Next, as shown in FIG. 3F, the base layer single crystal silicon was dry-etched from the back side by an ICP-RIE apparatus to form a deep groove to be a gap 9 ′ of the support 9. Finally, as shown in FIG. 3G, the intermediate oxide film layer was removed using BHF to form a gap 9 ′ of the support 9, thereby completing the optical deflector of FIG.

そして、圧電アクチュエータ8a、8bに同位相の電圧10Vpp、20kHzの正弦波バイアスを印加し、圧電アクチュエータ8c、8dに上記位相と逆位相の同じく電圧10Vpp、20kHzの正弦波バイアスを印加して、ミラー部1の回転振動を試みた。He−Neレーザ光をミラー部1に入射し、その反射光を所定の距離を持って配置したスクリーン上で観察し、ミラー部1の回転角を測定したところ、±10°の回転角が得られた。このとき、ミラー部1によって偏向された光走査を経時的に観察したところ、安定した直線性の良い光走査を確認できた。   Then, a sine wave bias having a voltage of 10 Vpp and 20 kHz having the same phase is applied to the piezoelectric actuators 8 a and 8 b, and a sine wave bias having a voltage of 10 Vpp and 20 kHz having the same phase opposite to the above phase is applied to the piezoelectric actuators 8 c and 8 d. The rotation vibration of part 1 was tried. He-Ne laser light is incident on the mirror unit 1 and the reflected light is observed on a screen arranged at a predetermined distance, and when the rotation angle of the mirror unit 1 is measured, a rotation angle of ± 10 ° is obtained. It was. At this time, when the optical scanning deflected by the mirror unit 1 was observed over time, stable optical scanning with good linearity could be confirmed.

本実施例の光偏向器では、圧電アクチュエータ8a、8b、8c、8dの駆動周波数を弾性支持部2a、2b及び先端駆動部4a、4b、4c、4dを含むミラー部1の機械的共振周波数に合わせることで、低電圧駆動でも大きな回転角を得られることを確認できた。圧電ユニモルフ振動板からの回転トルクの作用点と回転軸とが分離された構造であるため、弾性支持部2a、2bを中心軸とした回転運動のみが励振されて、安定した光走査を行えることを確認できた。   In the optical deflector of the present embodiment, the drive frequency of the piezoelectric actuators 8a, 8b, 8c, 8d is set to the mechanical resonance frequency of the mirror unit 1 including the elastic support portions 2a, 2b and the tip drive portions 4a, 4b, 4c, 4d. By combining, it was confirmed that a large rotation angle could be obtained even with low voltage driving. Since the rotational torque acting point from the piezoelectric unimorph diaphragm is separated from the rotational axis, only the rotational motion with the elastic support portions 2a and 2b as the central axis is excited, and stable optical scanning can be performed. Was confirmed.

(実施例2)
実施例2では、図4に示す光偏向器を作製した。作製方法については実施例1に示すものと基本的に同じであるが、素子構造が若干異なる。実施例1では圧電ユニモルフ振動板による回転トルクを4つの先端駆動部4a、4b、4c、4dを介してミラー部1に伝達しているが、本実施例2では図4のように弾性支持部2a、2bのミラー部側ではない端が支持体9ではなく、先端駆動部4a、4b、4c、4dが連結した動力板10a、10bに保持されている。
(Example 2)
In Example 2, the optical deflector shown in FIG. 4 was produced. The manufacturing method is basically the same as that shown in Example 1, but the element structure is slightly different. In the first embodiment, the rotational torque generated by the piezoelectric unimorph diaphragm is transmitted to the mirror section 1 through the four tip drive sections 4a, 4b, 4c, and 4d. In the second embodiment, the elastic support section is used as shown in FIG. The ends of 2a and 2b that are not on the mirror part side are held by the power plates 10a and 10b to which the tip driving parts 4a, 4b, 4c, and 4d are connected, not the support 9.

すなわち、図4中の先端駆動部4a、4cが動力板10aに連結し、弾性支持部2aの一端もこの動力板10aに保持されている。同様に、先端駆動部4b、4dが動力板10bに連結し、弾性支持部2bの一端もこの動力板10bに保持されている。その他の構成は実施例1と同様である。   That is, the front end drive portions 4a and 4c in FIG. 4 are connected to the power plate 10a, and one end of the elastic support portion 2a is also held by the power plate 10a. Similarly, the front end drive portions 4b and 4d are connected to the power plate 10b, and one end of the elastic support portion 2b is also held by the power plate 10b. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、実施例1と同様に圧電アクチュエータ8a、8bに同位相の電圧を、圧電アクチュエータ8c、8dに上記位相と逆位相の正弦波電圧を印加して、ミラー部1の回転振動を試みた。ただし、電圧は10Vpp、15kHzとした。実施例1と同様にミラー部1の回転角を測定したところ、±15°と実施例1よりも大きな回転角が得られた。これは、動力板10a、10bに作用する回転トルクが直接弾性支持部2a、2bのねじり変形に変換されてエネルギー効率が向上したためと、実施例1における先端駆動部4a、4b、4c、4dは回転トルクを作用させるためには効果的であるが、ミラー部1の回転振動に対しては変位角を抑制する抵抗成分として作用するのに対して、実施例2では回転軸である弾性支持部2a、2b以外にミラー部1と連結している個所がないために、上記抵抗成分が減少したためであると考えられる。ただし、機械的には実施例1の光偏向器よりも柔らかい構造になったために、ミラー部1の機械的共振周波数は20kHzから15kHzに低下した。   Next, the same phase voltage was applied to the piezoelectric actuators 8a and 8b as in Example 1, and a sinusoidal voltage having the opposite phase to the above-described phase was applied to the piezoelectric actuators 8c and 8d to attempt rotational vibration of the mirror unit 1. . However, the voltage was 10 Vpp and 15 kHz. When the rotation angle of the mirror unit 1 was measured in the same manner as in Example 1, a rotation angle greater than ± 15 ° and Example 1 was obtained. This is because the rotational torque acting on the power plates 10a and 10b is directly converted into the torsional deformation of the elastic support portions 2a and 2b and the energy efficiency is improved, and the tip driving portions 4a, 4b, 4c and 4d in the first embodiment are Although effective for applying a rotational torque, it acts as a resistance component that suppresses the displacement angle against the rotational vibration of the mirror part 1, whereas in the second embodiment, the elastic support part is a rotating shaft. This is probably because the resistance component is reduced because there is no portion connected to the mirror portion 1 other than 2a and 2b. However, the mechanical resonance frequency of the mirror unit 1 decreased from 20 kHz to 15 kHz because the structure was mechanically softer than the optical deflector of Example 1.

本実施例の光偏向器では、実施例1と同様に圧電アクチュエータの駆動周波数を弾性支持部2a、2bを含むミラー部1の機械的共振周波数に合わせることで、低電圧駆動でも大きな回転角を得られることを確認できた。また、実施例1と同様に安定した光走査が行えることを確認できた。   In the optical deflector of the present embodiment, as in the first embodiment, the rotation frequency of the piezoelectric actuator is matched to the mechanical resonance frequency of the mirror section 1 including the elastic support portions 2a and 2b, thereby providing a large rotation angle even at low voltage drive. It was confirmed that it was obtained. It was also confirmed that stable optical scanning can be performed as in Example 1.

(実施例3)
実施例3では、図5に示すように一対の圧電ユニモルフ振動板からなる光偏向器を作製した。作製方法については実施例1に示すものと同様である。その構造は、図4に示す実施例2の光偏向器における四つの圧電ユニモルフ振動板を二つにまとめたものである。
(Example 3)
In Example 3, an optical deflector composed of a pair of piezoelectric unimorph diaphragms was produced as shown in FIG. The manufacturing method is the same as that shown in Example 1. The structure is a combination of four piezoelectric unimorph diaphragms in the optical deflector of Embodiment 2 shown in FIG.

すなわち、図4中の圧電ユニモルフ振動板3a、3bが図5中の3a′に、3c、3dが3b′にまとめられ、先端駆動部4a、4bが圧電ユニモルフ振動板3a′に接続し、先端駆動部4c、4dが圧電ユニモルフ振動板3b′に接続した構造である。これに伴い、圧電アクチュエータも8a′と8b′の二つに集約された。その他の構成は実施例2と同様である。   That is, the piezoelectric unimorph diaphragms 3a and 3b in FIG. 4 are combined into 3a ′ in FIG. 5 and 3c and 3d are combined into 3b ′, and the tip driving units 4a and 4b are connected to the piezoelectric unimorph diaphragm 3a ′. The drive units 4c and 4d are connected to the piezoelectric unimorph diaphragm 3b '. Along with this, the piezoelectric actuators are also integrated into two, 8a 'and 8b'. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

次に、実施例2と同様に圧電アクチュエータ8a′に電圧10Vpp、15kHzの正弦波電圧を印加し、圧電アクチュエータ8b′に上記電圧と逆位相の同じく電圧10Vpp、15kHzの正弦波電圧を印加して、ミラー部1の回転振動を試みた。実施例1と同様にミラー部1の回転角を測定したところ、±15°の回転角が得られた。本実施例の光偏向器においても、実施例1、2と同様に圧電アクチュエータの駆動周波数を弾性支持部2a、2bを含むミラー部1の機械的共振周波数に合わせることで、低電圧駆動でも大きな回転角を得られることを確認できた。また、実施例1、2と同様に安定した光走査が行えることを確認できた。   Next, as in Example 2, a sine wave voltage of 10 Vpp and 15 kHz was applied to the piezoelectric actuator 8a ′, and a sine wave voltage of 10 Vpp and 15 kHz having the same phase opposite to that of the above voltage was applied to the piezoelectric actuator 8b ′. The rotational vibration of the mirror unit 1 was tried. When the rotation angle of the mirror unit 1 was measured in the same manner as in Example 1, a rotation angle of ± 15 ° was obtained. Also in the optical deflector of the present embodiment, the driving frequency of the piezoelectric actuator is matched to the mechanical resonance frequency of the mirror portion 1 including the elastic support portions 2a and 2b, similarly to the first and second embodiments, so that it is large even at low voltage driving. It was confirmed that the rotation angle could be obtained. Moreover, it was confirmed that stable optical scanning can be performed as in Examples 1 and 2.

次に、上記図1、図4及び図5で説明した光偏向器を用いた光学装置への応用について説明する。図6は光学装置として画像表示装置の場合を例として示す図である。図中、11は図1あるいは図4の光偏向器を偏向方向が互いに直交するように2個配置した光偏向器ユニットであり、水平、垂直方向に入射光をラスタスキャンすることができる。   Next, an application to the optical device using the optical deflector described in FIGS. 1, 4 and 5 will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an image display device as an optical device. In the figure, reference numeral 11 denotes an optical deflector unit in which two optical deflectors shown in FIG. 1 or FIG. 4 are arranged so that the deflection directions are orthogonal to each other, and the incident light can be raster scanned in the horizontal and vertical directions.

レーザ光源12から入射したレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、集光レンズあるいはレンズ群13を通過してから光偏向器ユニット11によって2次元的に走査する。走査されたレーザ光は投影レンズあるいはレンズ群14を通して投影面15上に画像を形成する。   The laser light incident from the laser light source 12 is subjected to predetermined intensity modulation related to the timing of optical scanning, and after passing through the condenser lens or the lens group 13, is scanned two-dimensionally by the optical deflector unit 11. The scanned laser light forms an image on the projection surface 15 through the projection lens or lens group 14.

この他にも本発明の光偏向器を備えた光学装置は、電子写真方式の複写機やレーザプリンタ等の感光体への画像形成用の光走査装置(光スキャナ)にも、バーコードリーダの光走査装置にも応用が可能である。   In addition, the optical apparatus provided with the optical deflector according to the present invention can be used in an optical scanning apparatus (optical scanner) for forming an image on a photosensitive member such as an electrophotographic copying machine or a laser printer. The present invention can also be applied to an optical scanning device.

このように、本発明ではミラー基板と圧電素子との一体形成を可能とし、軸ずれを抑えて、圧電振動の影響によるミラーの並進運動を防止できるとともに、高速動作が可能で、大きな偏向角及び大振幅動作が得られ、また、小型化、薄型化、及び軽量化を図ることができる光偏向器を及び光学装置を実現することができる。   As described above, in the present invention, the mirror substrate and the piezoelectric element can be integrally formed, the axial deviation can be suppressed, the translational movement of the mirror due to the influence of the piezoelectric vibration can be prevented, the high-speed operation is possible, the large deflection angle and An optical deflector and an optical device that can obtain a large amplitude operation and can be reduced in size, thickness, and weight can be realized.

すなわち、次のような効果を得ることができる。
(1)支持基板、圧電素子、弾性体及びミラー基板を一体形成可能(接合、接着が不要)である。
(2)圧電振動の影響によるミラーの並進運動を抑制可能である。
(3)圧電素子として支持体に直接成膜した圧電膜を使用するため、Siウェハ単位での一括加工が可能である。
(4)従来素子よりも小型化、薄型化、軽量化することができる。
(5)素子の小型化により従来よりも高速動作が可能で、かつ、大きな偏向角が得られる。
(6)圧電膜アクチュエータによる直接駆動のため、非共振モードでも動作が可能である。
That is, the following effects can be obtained.
(1) The support substrate, the piezoelectric element, the elastic body, and the mirror substrate can be integrally formed (no need for bonding or bonding).
(2) The translational movement of the mirror due to the influence of piezoelectric vibration can be suppressed.
(3) Since a piezoelectric film directly formed on the support is used as the piezoelectric element, batch processing in units of Si wafers is possible.
(4) It can be made smaller, thinner and lighter than conventional elements.
(5) Due to the miniaturization of the element, it is possible to operate at a higher speed than before and to obtain a large deflection angle.
(6) Since it is directly driven by the piezoelectric film actuator, it can operate even in a non-resonant mode.

本発明は、レーザ光等の光ビームを偏向、走査する光学機器全般、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ、レーザ光をスキャニングして映像を投影する表示装置、ヘッドアップディスプレイ(自動車及び民生機器用)、携帯機器用ラスタスキャンディスプレイ、測距センサ、形状測定センサ、光空間通信ユニット等に広く適用することができる。   The present invention relates to general optical equipment that deflects and scans a light beam such as a laser beam, an electrophotographic copying machine, a laser beam printer, a barcode reader, a display device that scans a laser beam and projects an image, and a head-up display. The present invention can be widely applied to raster scan displays for mobile devices (for automobiles and consumer devices), ranging sensors, shape measuring sensors, optical space communication units, and the like.

本発明に係る光偏向器の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the optical deflector which concerns on this invention. 本発明に係る光偏向器の動作を示す断面図Sectional drawing which shows operation | movement of the optical deflector which concerns on this invention 実施例1による光偏向器の作製方法を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing method of the optical deflector by Example 1 実施例2による光偏向器の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the optical deflector by Example 2. FIG. 実施例3による光偏向器の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the optical deflector by Example 3. FIG. 本発明に係る光学装置の構成を示す説明図Explanatory drawing which shows the structure of the optical apparatus which concerns on this invention 従来例1の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the prior art example 1. 従来例2の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the prior art example 2. 従来例3の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the prior art example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 ミラー部
2a 弾性支持部
2b 弾性支持部
3a 振動板
3b 振動板
3c 振動板
3d 振動板
4a 先端駆動部
4b 先端駆動部
4c 先端駆動部
4d 先端駆動部
6a 圧電膜
6b 圧電膜
6c 圧電膜
6d 圧電膜
8a 圧電アクチュエータ
8b 圧電アクチュエータ
8c 圧電アクチュエータ
8d 圧電アクチュエータ
9 支持体
9′ 空隙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mirror part 2a Elastic support part 2b Elastic support part 3a Vibration plate 3b Vibration plate 3c Vibration plate 3d Vibration plate 4a Tip drive part 4b Tip drive part 4c Tip drive part 4d Tip drive part 6a Piezoelectric film 6b Piezoelectric film 6c Piezoelectric film 6d Piezoelectric Membrane 8a piezoelectric actuator 8b piezoelectric actuator 8c piezoelectric actuator 8d piezoelectric actuator 9 support 9 'gap

Claims (6)

圧電ユニモルフ振動板と、前記圧電ユニモルフ振動板の一端を固定して支持する空洞部を有した支持体と、前記圧電ユニモルフ振動板に接続された弾性体と、前記弾性体に接続され、該弾性体を介して前記圧電ユニモルフ振動板の駆動により前記空洞部内で回転振動する反射板とを有し、前記圧電ユニモルフ振動板、支持体、弾性体及び反射板を一体形成したことを特徴とする光偏向器。   A piezoelectric unimorph diaphragm; a support having a cavity for fixing and supporting one end of the piezoelectric unimorph diaphragm; an elastic body connected to the piezoelectric unimorph diaphragm; and an elastic body connected to the elastic body. And a reflector that rotates and vibrates in the cavity by driving the piezoelectric unimorph diaphragm through a body, and the piezoelectric unimorph diaphragm, the support, the elastic body, and the reflector are integrally formed. Deflector. 上記圧電ユニモルフ振動板は、反射板の回転軸を挟んで対称に配置した一対あるいは二対の振動板を有し、各々の振動板において、圧電素子を駆動するために印加される交流電圧の位相が統一されないようにしたことを特徴とする請求項1に記載の光偏向器。   The piezoelectric unimorph diaphragm has a pair or two pairs of diaphragms arranged symmetrically with respect to the rotation axis of the reflector, and the phase of the AC voltage applied to drive the piezoelectric element in each diaphragm. The optical deflector according to claim 1, wherein the two are not unified. 上記交流電圧は、互いに180°位相が異なる二つの交流電圧であることを特徴とする請求項2に記載の光偏向器。   3. The optical deflector according to claim 2, wherein the AC voltage is two AC voltages whose phases are different from each other by 180 [deg.]. 圧電ユニモルフを構成する圧電素子は、支持体上に直接成膜された圧電膜であることを特徴とする請求項1ないし3何れかに記載の光偏向器。   4. The optical deflector according to claim 1, wherein the piezoelectric element constituting the piezoelectric unimorph is a piezoelectric film directly formed on a support. 上記圧電膜は、アーク放電プラズマを利用した反応性イオンプレーティング法により成膜された圧電膜であることを特徴とする請求項4に記載の光偏向器。   5. The optical deflector according to claim 4, wherein the piezoelectric film is a piezoelectric film formed by a reactive ion plating method using arc discharge plasma. 請求項1ないし5何れかに記載の光偏向器を備えたことを特徴とする光学装置。   An optical device comprising the optical deflector according to claim 1.
JP2003361873A 2003-10-22 2003-10-22 Optical deflector and optical device Pending JP2005128147A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003361873A JP2005128147A (en) 2003-10-22 2003-10-22 Optical deflector and optical device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003361873A JP2005128147A (en) 2003-10-22 2003-10-22 Optical deflector and optical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005128147A true JP2005128147A (en) 2005-05-19

Family

ID=34641683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003361873A Pending JP2005128147A (en) 2003-10-22 2003-10-22 Optical deflector and optical device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005128147A (en)

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007188073A (en) * 2006-01-10 2007-07-26 Samsung Electronics Co Ltd 2-axis micro scanner
JP2008145545A (en) * 2006-12-06 2008-06-26 Seiko Epson Corp Optical device, optical scanner, and image forming apparatus
JP2008164827A (en) * 2006-12-27 2008-07-17 Brother Ind Ltd Optical scanning element, optical scanning device, optical scanning display device, retinal scanning display device, and method for generating through hole in optical scanning device
JP2008197139A (en) * 2007-02-08 2008-08-28 Ricoh Co Ltd Optical scanning device
JP2008203299A (en) * 2007-02-16 2008-09-04 Konica Minolta Opto Inc Microscanner and optical device equipped with the same
JP2008249412A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Stanley Electric Co Ltd Object detection device
JP2009003165A (en) * 2007-06-21 2009-01-08 Konica Minolta Opto Inc Micro scanner and optical scanning apparatus with the same
JP2009145264A (en) * 2007-12-17 2009-07-02 Stanley Electric Co Ltd Object detection device
US7605966B2 (en) 2008-01-21 2009-10-20 Stanley Electric Co., Ltd. Optical deflector
JP2009288182A (en) * 2008-05-30 2009-12-10 Stanley Electric Co Ltd Object detection system, object detection method, and light receiving device
JP2010026069A (en) * 2008-07-16 2010-02-04 Kyoto Univ Vibrating mirror element
CN101852917A (en) * 2010-03-31 2010-10-06 重庆大学 Large Angle Piezo Scanning Micromirror
JP2011137927A (en) * 2009-12-28 2011-07-14 Funai Electric Co Ltd Vibrating mirror element and manufacturing method for same
JP2012073331A (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Jvc Kenwood Corp Light deflector
JP2012123140A (en) * 2010-12-08 2012-06-28 Seiko Epson Corp Actuator, optical scanner and image forming device
US8373916B2 (en) 2009-03-16 2013-02-12 Ricoh Company, Ltd. Optical scanner and image forming apparatus
US8390912B2 (en) 2007-01-10 2013-03-05 Seiko Epson Corporation Actuator, optical scanner and image forming device
CN102959454A (en) * 2010-06-24 2013-03-06 松下电器产业株式会社 Optical reflection element
JP2013090498A (en) * 2011-10-20 2013-05-13 Sumitomo Precision Prod Co Ltd Actuator and method for manufacturing the same
US8553306B2 (en) 2007-03-15 2013-10-08 Ricoh Company, Ltd. Optical deflector and optical device
EP2827183A1 (en) * 2013-07-17 2015-01-21 Fujifilm Corporation Mirror drive device and driving method thereof
EP2827182A1 (en) * 2013-07-17 2015-01-21 Fujifilm Corporation Mirror drive device and driving method thereof
US8956025B2 (en) 2010-04-08 2015-02-17 Stanley Electric Co., Ltd. Vehicle headlight
US9158108B2 (en) 2010-07-29 2015-10-13 Nec Corporation Optical scanning device and image display device
WO2016052547A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 富士フイルム株式会社 Mirror drive device and drive method therefor
WO2016052548A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 富士フイルム株式会社 Mirror drive device and drive method therefor
WO2018150995A1 (en) 2017-02-20 2018-08-23 スタンレー電気株式会社 Vehicle lamp tool and method for controlling vehicle lamp tool
US10114214B2 (en) 2013-12-25 2018-10-30 Stanley Electric Co., Ltd. Vehicle headlight illumination apparatus having scanning laser source
WO2019098285A1 (en) * 2017-11-16 2019-05-23 パイオニア株式会社 Optical deflector
WO2020147625A1 (en) * 2019-01-14 2020-07-23 上海禾赛光电科技有限公司 Scanning device and laser radar

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10253912A (en) * 1997-01-13 1998-09-25 Denso Corp Optical scanner
JP2000338445A (en) * 1999-05-28 2000-12-08 Mitsubishi Electric Corp Micromirror device and method of manufacturing the same
JP2002287075A (en) * 2001-03-28 2002-10-03 Victor Co Of Japan Ltd Optical deflector
JP2003057586A (en) * 2001-08-20 2003-02-26 Brother Ind Ltd Optical scanning device, vibrator used in optical scanning device, and image forming apparatus provided with optical scanning device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10253912A (en) * 1997-01-13 1998-09-25 Denso Corp Optical scanner
JP2000338445A (en) * 1999-05-28 2000-12-08 Mitsubishi Electric Corp Micromirror device and method of manufacturing the same
JP2002287075A (en) * 2001-03-28 2002-10-03 Victor Co Of Japan Ltd Optical deflector
JP2003057586A (en) * 2001-08-20 2003-02-26 Brother Ind Ltd Optical scanning device, vibrator used in optical scanning device, and image forming apparatus provided with optical scanning device

Cited By (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007188073A (en) * 2006-01-10 2007-07-26 Samsung Electronics Co Ltd 2-axis micro scanner
JP2008145545A (en) * 2006-12-06 2008-06-26 Seiko Epson Corp Optical device, optical scanner, and image forming apparatus
JP2008164827A (en) * 2006-12-27 2008-07-17 Brother Ind Ltd Optical scanning element, optical scanning device, optical scanning display device, retinal scanning display device, and method for generating through hole in optical scanning device
US8390912B2 (en) 2007-01-10 2013-03-05 Seiko Epson Corporation Actuator, optical scanner and image forming device
US8659811B2 (en) 2007-01-10 2014-02-25 Seiko Epson Corporation Actuator, optical scanner and image forming device
JP2008197139A (en) * 2007-02-08 2008-08-28 Ricoh Co Ltd Optical scanning device
US7864392B2 (en) 2007-02-16 2011-01-04 Konica Minolta Opto, Inc. Microscanner and optical equipment with the same
JP2008203299A (en) * 2007-02-16 2008-09-04 Konica Minolta Opto Inc Microscanner and optical device equipped with the same
US8553306B2 (en) 2007-03-15 2013-10-08 Ricoh Company, Ltd. Optical deflector and optical device
JP2008249412A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Stanley Electric Co Ltd Object detection device
JP2009003165A (en) * 2007-06-21 2009-01-08 Konica Minolta Opto Inc Micro scanner and optical scanning apparatus with the same
JP2009145264A (en) * 2007-12-17 2009-07-02 Stanley Electric Co Ltd Object detection device
US7605966B2 (en) 2008-01-21 2009-10-20 Stanley Electric Co., Ltd. Optical deflector
JP2009288182A (en) * 2008-05-30 2009-12-10 Stanley Electric Co Ltd Object detection system, object detection method, and light receiving device
JP2010026069A (en) * 2008-07-16 2010-02-04 Kyoto Univ Vibrating mirror element
US8373916B2 (en) 2009-03-16 2013-02-12 Ricoh Company, Ltd. Optical scanner and image forming apparatus
JP2011137927A (en) * 2009-12-28 2011-07-14 Funai Electric Co Ltd Vibrating mirror element and manufacturing method for same
US8917434B2 (en) 2009-12-28 2014-12-23 Funai Electric Co., Ltd. Vibrating mirror element and method for manufacturing vibrating mirror element
CN102695978A (en) * 2009-12-28 2012-09-26 船井电机株式会社 Vibrating mirror element and manufacturing method for same
CN101852917A (en) * 2010-03-31 2010-10-06 重庆大学 Large Angle Piezo Scanning Micromirror
US9574733B2 (en) 2010-04-08 2017-02-21 Stanley Electric Co., Ltd. Vehicle headlight
US8956025B2 (en) 2010-04-08 2015-02-17 Stanley Electric Co., Ltd. Vehicle headlight
US8964273B2 (en) 2010-06-24 2015-02-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Optical reflection element
CN102959454A (en) * 2010-06-24 2013-03-06 松下电器产业株式会社 Optical reflection element
CN102959454B (en) * 2010-06-24 2015-09-30 松下电器产业株式会社 Optical reflection element
US9025228B1 (en) 2010-06-24 2015-05-05 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Optical reflecting device
US9158108B2 (en) 2010-07-29 2015-10-13 Nec Corporation Optical scanning device and image display device
JP2012073331A (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Jvc Kenwood Corp Light deflector
JP2012123140A (en) * 2010-12-08 2012-06-28 Seiko Epson Corp Actuator, optical scanner and image forming device
JP2013090498A (en) * 2011-10-20 2013-05-13 Sumitomo Precision Prod Co Ltd Actuator and method for manufacturing the same
CN104297918A (en) * 2013-07-17 2015-01-21 富士胶片株式会社 Mirror drive device and driving method thereof
JP2015022065A (en) * 2013-07-17 2015-02-02 富士フイルム株式会社 Mirror drive device and driving method thereof
JP2015022064A (en) * 2013-07-17 2015-02-02 富士フイルム株式会社 Mirror drive device and driving method thereof
EP2827182A1 (en) * 2013-07-17 2015-01-21 Fujifilm Corporation Mirror drive device and driving method thereof
US9864189B2 (en) 2013-07-17 2018-01-09 Fujifilm Corporation Mirror drive device and driving method thereof
EP2827183A1 (en) * 2013-07-17 2015-01-21 Fujifilm Corporation Mirror drive device and driving method thereof
US9678335B2 (en) 2013-07-17 2017-06-13 Fujifilm Corporation Mirror drive device and driving method thereof
US10114214B2 (en) 2013-12-25 2018-10-30 Stanley Electric Co., Ltd. Vehicle headlight illumination apparatus having scanning laser source
JPWO2016052547A1 (en) * 2014-09-30 2017-09-07 富士フイルム株式会社 Mirror driving device and driving method thereof
JPWO2016052548A1 (en) * 2014-09-30 2017-07-27 富士フイルム株式会社 Mirror driving device and driving method thereof
WO2016052548A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 富士フイルム株式会社 Mirror drive device and drive method therefor
WO2016052547A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 富士フイルム株式会社 Mirror drive device and drive method therefor
US10281716B2 (en) 2014-09-30 2019-05-07 Fujifilm Corporation Mirror driving device and driving method thereof
US10371940B2 (en) 2014-09-30 2019-08-06 Fujifilm Corporation Mirror driving device and driving method thereof
WO2018150995A1 (en) 2017-02-20 2018-08-23 スタンレー電気株式会社 Vehicle lamp tool and method for controlling vehicle lamp tool
WO2019098285A1 (en) * 2017-11-16 2019-05-23 パイオニア株式会社 Optical deflector
WO2020147625A1 (en) * 2019-01-14 2020-07-23 上海禾赛光电科技有限公司 Scanning device and laser radar

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4092283B2 (en) Two-dimensional optical scanner and optical device
JP2005128147A (en) Optical deflector and optical device
JP5319939B2 (en) Optical deflector and optical device
JP4984117B2 (en) Two-dimensional optical scanner, optical device using the same, and method for manufacturing two-dimensional optical scanner
US8553306B2 (en) Optical deflector and optical device
JP4691704B2 (en) Optical scanning device
US7161275B2 (en) Actuator
CN104570335B (en) Optical scanner, image display device, head-mounted display, and head-up display
JP6614276B2 (en) Piezoelectric light deflector, optical scanning device, image forming device, and image projection device
JP2005099760A (en) Actuator
JP2012042666A (en) Optical deflector, optical scanner, image forming apparatus and image projecting device
JP2016114798A (en) Optical deflector and manufacturing method for optical deflector
JP5569236B2 (en) Optical scanning apparatus, image forming apparatus, and image projecting apparatus
JP2009258210A (en) Optical reflection element
JP2008111882A (en) Actuator, optical scanner and image forming apparatus
JP5353761B2 (en) Manufacturing method of optical deflector
JP6003529B2 (en) Piezoelectric light deflector, optical scanning device, image forming device, and image projection device
JP4620789B1 (en) Optical scanning device
JP2005279863A (en) Actuator manufacturing method and actuator
JP2001264676A (en) Optical scanner
JP2006081320A (en) Actuator
JP4446345B2 (en) Optical deflection element, optical deflector, optical scanning device, and image forming apparatus
JP2001272626A (en) Optical scanner
JP4561262B2 (en) Actuator
JP2006067706A (en) Actuator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060824

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091124

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100125

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100302

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100531

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20100607

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20101008