JP2009192781A - Optical reflection element - Google Patents
Optical reflection element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009192781A JP2009192781A JP2008032849A JP2008032849A JP2009192781A JP 2009192781 A JP2009192781 A JP 2009192781A JP 2008032849 A JP2008032849 A JP 2008032849A JP 2008032849 A JP2008032849 A JP 2008032849A JP 2009192781 A JP2009192781 A JP 2009192781A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arm
- tuning
- fork type
- type piezoelectric
- piezoelectric vibrator
- 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
Links
Images
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
【課題】本発明は光学反射素子を小型化することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するため本発明は、ミラー部1と、このミラー部1を介して対向するとともに、このミラー部1とそれぞれ第一の支持部2で連結された、第一の音叉形圧電振動子3と、これらの第一の音叉形圧電振動子3の振動中心とそれぞれ第二の支持部5で連結され、第一の音叉形圧電振動子3の外周を囲う枠体6と、この枠体6を介して対向するとともに、この枠体6とそれぞれ第三の支持部7で連結された、第二の音叉形圧電振動子8と、これらの第二の音叉形圧電振動子8の振動中心とそれぞれ第四の支持部10で連結された支持体11とを備え、対の第一の音叉形圧電振動子3の対向方向と、対の第二の音叉形圧電振動子8の対向方向とは直交する関係にあるものとした。これにより本発明は、小型の光学反射素子を実現できる。
【選択図】図1An object of the present invention is to downsize an optical reflecting element.
In order to achieve this object, the present invention is directed to a first mirror portion, which is opposed to the mirror portion 1 via the mirror portion 1, and is connected to the mirror portion 1 by a first support portion 2, respectively. The tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 3 and the frame 6 surrounding the outer periphery of the first tuning-fork piezoelectric vibrator 3 are connected to the vibration center of the first tuning-fork piezoelectric vibrator 3 by the second support portion 5. And the second tuning-fork type piezoelectric vibrator 8 which is opposed to each other through the frame body 6 and is connected to the frame body 6 by a third support portion 7 and the second tuning-fork type piezoelectric vibrations. A vibration center of the child 8 and a support body 11 connected by a fourth support portion 10 are provided. The opposing direction of the pair of first tuning fork type piezoelectric vibrators 3 and the pair of second tuning fork type piezoelectric vibrators. It was assumed that there was a relationship orthogonal to the facing direction of 8. Thereby, this invention can implement | achieve a small optical reflective element.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、レーザーディスプレイなどに用いられる光学反射素子に関するものである。 The present invention relates to an optical reflection element used for a laser display or the like.
従来、レーザーディスプレイなどに用いられるレーザーから発せられた光線を掃引する光学反射素子としては、ガルバノミラーなどが挙げられる。 Conventionally, a galvanometer mirror etc. are mentioned as an optical reflective element which sweeps the light emitted from the laser used for a laser display etc.
このガルバノミラーは、ミラー部とこのミラー部の外周に配置されたコイルと、このコイルの外側に配置された磁石とを備え、この磁石の内側に磁界を発生させ、磁界中のコイルに電流を流すことで電磁力を発生させる。そしてこの電磁力によってミラー部を駆動させ、回動するミラー部でレーザー光を反射することにより、スクリーン面上にレーザー光線を掃引させる(例えば、特許文献1参照)。 The galvano mirror includes a mirror part, a coil arranged on the outer periphery of the mirror part, and a magnet arranged outside the coil, generates a magnetic field inside the magnet, and supplies a current to the coil in the magnetic field. Electromagnetic force is generated by flowing. And a mirror part is driven by this electromagnetic force, and a laser beam is swept on a screen surface by reflecting a laser beam by the rotating mirror part (for example, refer patent document 1).
そして近年、このようなレーザーディスプレイの小型化に伴い、光学反射素子の小型化が命題となっている。
従来の光学反射素子では、小型化が困難であった。 It is difficult to reduce the size of conventional optical reflecting elements.
それは、ミラー部を駆動するための磁石が、大きな配置面積を要するからである。 This is because a magnet for driving the mirror portion requires a large arrangement area.
そこで本発明は光学反射素子を小型化することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the size of the optical reflecting element.
そして、この目的を達成するために本発明は、ミラー部と、このミラー部を介して対向するとともに、このミラー部とそれぞれ第一の支持部で連結された、対の第一の音叉形圧電振動子と、これらの第一の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結され、対の第一の音叉形圧電振動子の外周を囲う枠体と、この枠体を介して対向するとともに、この枠体とそれぞれ第三の支持部で連結された、対の第二の音叉形圧電振動子と、これらの第二の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第四の支持部で連結された支持体とを備え、第一の音叉形圧電振動子は、それぞれ第一の支持部の両側に第一のアームと第二のアームとを有し、第二の音叉形圧電振動子は、それぞれ第三の支持部の両側に第三のアームと第四のアームとを有し、一対の第一の音叉形圧電振動子の対向方向と、一対の第二の音叉形圧電振動子の対向方向とは直交する関係にあるものとした。 In order to achieve this object, the present invention provides a pair of first tuning fork-shaped piezoelectric elements that are opposed to each other via a mirror part and are connected to the mirror part by a first support part. The vibrator is connected to the vibration center of each of the first tuning fork-shaped piezoelectric vibrators by the second support portion and surrounds the outer periphery of the pair of first tuning-fork piezoelectric vibrators, And a pair of second tuning-fork type piezoelectric vibrators connected to the frame body by a third support portion, and the vibration centers of the second tuning-fork type piezoelectric vibrators, respectively, Each of the first tuning fork-type piezoelectric vibrators has a first arm and a second arm on both sides of the first support portion, respectively, and a second tuning fork. Each piezoelectric vibrator has a third arm and a fourth arm on both sides of the third support part. And the opposing direction of the first tuning fork piezoelectric vibrator pair was assumed to be in a relationship perpendicular to the opposing direction of the pair second tuning fork piezoelectric vibrator.
これにより本発明は、光学反射素子を小型化することができる。 Thereby, the present invention can reduce the size of the optical reflecting element.
その理由は、音叉形圧電振動子のアームを、圧電駆動で撓み振動させることにより、ミラー部を励振できるからである。そしてその結果、光学反射素子を小型化できる。 The reason is that the mirror portion can be excited by bending and vibrating the arm of the tuning fork type piezoelectric vibrator by piezoelectric driving. As a result, the optical reflecting element can be reduced in size.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における光学反射素子の構成について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the configuration of the optical reflecting element according to
図1において、光学反射素子は、ミラー部1と、このミラー部1を介して対向するとともに、このミラー部1とそれぞれの第一の支持部2で連結された、一対の第一の音叉形圧電振動子3と、これらの第一の音叉形圧電振動子3の振動中心4とそれぞれ第二の支持部5で連結され、一対の第一の音叉形圧電振動子3の外周を囲う枠体6と、この枠体6を介して対向するとともに、この枠体6とそれぞれ第三の支持部7で連結された、一対の第二の音叉形圧電振動子8と、これらの第二の音叉形圧電振動子8の振動中心9とそれぞれ第四の支持部10で連結された枠形状の支持体11とを備えている。
In FIG. 1, the optical reflecting element is a pair of first tuning fork shapes that are opposed to the
そして第一の音叉形圧電振動子3は、それぞれ第一の支持部2の両側に、第一のアーム12と第二のアーム13とを有し、第二の音叉形圧電振動子8は、それぞれ第三の支持部7の両側に第三のアーム14と第四のアーム15とを有している。
The first tuning-fork type
また本実施の形態では、第一の支持部2と第二の支持部5とは図1のX軸に平行な一直線上にあり、第三の支持部7と第四の支持部10とは、図1のY軸に平行な一直線上にある。そして一対の第一の音叉形圧電振動子3の対向方向はX軸に平行であり、一対の第二の音叉形圧電振動子8の対向方向はY軸に平行であり、これらの対向方向は直交する関係にある。
Moreover, in this Embodiment, the
また本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3は図1のX軸に平行な回転軸を有し、第二の音叉形圧電振動子8はY軸に平行な回転軸を有し、第一の音叉形圧電振動子3の回転軸と第二の音叉形圧電振動子8の回転軸とは、ミラー部1のほぼ中心で直交するように形成されている。
In the present embodiment, the first tuning fork type
そして本実施の形態では、図2に示すようにこの光学反射素子の基材16は、金属、ガラスまたはセラミック基板などの弾性、機械的強度および高いヤング率を有する材料で構成することが生産性の観点から好ましく、例えば、金属、水晶、ガラス、石英またはセラミック材料を用いることが機械的特性と入手性の観点から好ましい。さらに、シリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などの金属を用いれば、振動特性、加工性に優れた光学反射素子を実現できる。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
そして本実施の形態では、図1に示すように、シリコンなどの基材(図2の16)で構成された第一のアーム12、第二のアーム13、第三のアーム14、第四のアーム15のそれぞれは、少なくとも一面に、たわみ振動を起こすための圧電アクチュエータ17が形成されている。
And in this Embodiment, as shown in FIG. 1, the
本実施の形態では、図2に示すように、この圧電アクチュエータ17を、下部電極層18、圧電体層19および上部電極層20の積層体構造からなる薄膜積層型圧電アクチュエータ17とした。これによって、第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8をより薄型にすることができる。なお、本実施の形態では、下部電極層18および圧電体層19は第一の音叉形圧電振動子3と第二の音叉形圧電振動子8とで共通に形成し、上部電極層20はそれぞれ電気的に独立するように形成した。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
また、第一の音叉形圧電振動子3の厚みを、図1に示す第一のアーム12および第二のアーム13の幅寸法よりも小さくすることによって、振幅が大きくなり、小型の光学反射素子を実現することができる。同様に、第二の音叉形圧電振動子8の厚みを図1に示す第三のアーム14および第四のアーム15の幅寸法よりも小さくすることによって、光学反射素子の小型化に寄与する。
Further, by making the thickness of the first tuning-fork type
また、これらの下部電極層18、圧電体層19および上部電極層20は第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8を形成する基材16の上に順次スパッタリング技術などの薄膜プロセスにより形成することができる。従って、圧電アクチュエータ17を第一の音叉形圧電振動子3および第二の音叉形圧電振動子8の表面に形成することが生産性の観点から好ましい。
The
そして、圧電体層19に用いる圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの高い圧電定数を有する圧電体材料が好ましい。
The piezoelectric material used for the
また、第一の音叉形圧電振動子3の共振周波数と、ミラー部1と第一の支持部(図1の2)で構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数となるように振動設計することによって効率良くミラー部1を反復回転振動させる光学反射素子を実現することができる。
Further, the resonance frequency of the first tuning-fork type
同様に、第二の音叉形圧電振動子8の共振周波数と、枠体6と第三の支持部7とで構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数となるように設計することが好ましい。
Similarly, the resonance frequency of the second tuning-fork type
また本実施の形態では、第二の支持部5は、枠体6側へ入り込むように形成している。すなわち、ミラー部1と第一の支持部2とを効率よく捩り振動させるためには、第二の支持部5と第一の支持部2との共振器長を出来るだけ等しくする必要があるが、この第二の支持部5を枠体6の内側へ第二の支持部5をめり込ますことによって、第二の支持部5が長くても省スペースに配置でき、光学反射素子を小型化できる。
Moreover, in this Embodiment, the
また本実施の形態では、この第二の支持部5を枠体6側へ入り込ませているため、枠体6の幅は狭くなっているが、第一の音叉形圧電振動子3の幅は変えていない。すなわち、幅の狭い領域では、局所的に応力が集中し、不要な振動モードが発生することがあるが、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3は、全体として略同幅のため、応力を均一に分散することができ、安定して振動させることが出来る。
Further, in the present embodiment, since the
さらに本実施の形態では、第三の支持部7は、枠体6と第二の音叉形圧電振動子8側へ入り込み、さらに第四の支持部10は、支持体11側へ入り込んだ形状である。これにより光学反射素子の小型化が図れるとともに、第二の音叉形圧電振動子8の幅が局所的に変化するのを防ぎ、安定して振動させることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
また、第三の支持部7は、第二の音叉形圧電振動子8側よりも、枠体6側へより長く入り込ませることが好ましい。逆に第二の音叉形圧電振動子8側へ長く入り込ませると、振動中心9近傍の形状が複雑になり、第二の音叉形圧電振動子8に不要な振動モードが発生する場合があるからである。
Further, it is preferable that the
さらに、第一のアーム12、第二のアーム13およびこれらの連結部21の幅や、第三のアーム14、第四のアーム15およびこれらの連結部22をそれぞれ等幅とすることによって、光学反射素子に発生する不要な振動モードを低減できる。
Furthermore, by making the widths of the
また第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8をコの字状とすることによっても不要な振動モードを抑制できる。
Unnecessary vibration modes can also be suppressed by making the first tuning fork type
また本実施の形態では図1に示す、第一のアーム12、第二のアーム13、第三のアーム14、第四のアーム15に形成した圧電アクチュエータ17のそれぞれ上部電極層と、これらに共通の下部電極層の引き出し電極は個別に引き出し線(図示せず)を形成しながら接続端子23A〜23D、24へ接続している。これによって第一のアーム12と第二のアーム13に正負反対の電気信号を、第三のアーム14と第四のアーム15に正負反対の電極信号を、それぞれの圧電アクチュエータ17に印加することができる。
In the present embodiment, the upper electrode layers of the
なお本実施の形態では、第一のアーム12、第二のアーム13、第三のアーム14、第四のアーム15にそれぞれモニター電極(図示せず)を配置し、これらも上部電極と同様に素子上に引き回しながら接続端子25A〜25Dへ接続した。これにより、第一、第二、第三、第四のアーム12、13、14、15のそれぞれの振幅を検出しながら入力信号を調整することができ、安定した自励駆動を実現できる。
In the present embodiment, monitor electrodes (not shown) are arranged on the
なお、上述の圧電アクチュエータ17の引き出し線や、モニター電極とその引き出し線は、図2においても記載を省略した。
Note that the lead lines of the
次に、このような構成からなる光学反射素子の動作原理について説明する。 Next, the operation principle of the optical reflecting element having such a configuration will be described.
図2に示す下部電極層18と上部電極層20との間に交流の駆動電圧を印加すると、圧電体層19が面方向に伸び・縮みし、第一のアーム(図1の12)と第二のアーム13が基材16に対して垂直方向に撓み振動する。
When an alternating drive voltage is applied between the
このとき、第一のアーム12と第二のアーム13に形成したそれぞれの圧電アクチュエータ17に、正負反対の駆動信号を印加すれば、図3に示すように、第一のアーム12と第二のアーム13とを、位相が180度異なる方向(矢印26、27方向)に、つまり逆方向に撓み振動させることができる。ここで本実施の形態では、第一、第二のアーム12、13は、その先端を自由端とする片持ち構造のため、大きく撓み振動させることができる。
At this time, if a drive signal opposite to the positive and negative is applied to each
そして、この第一のアーム12と第二のアーム13の振動エネルギーは、第一の音叉形圧電振動子3の連結部21へと伝搬される。これによって、第一の音叉形圧電振動子3は、その振動中心4を通る直線を回転軸28として、この回転軸28を中心に、所定の周波数にて反復回転振動(捩れ振動)をする。
The vibration energy of the
次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部21に接合された第一の支持部2に伝達され、第一の支持部2とミラー部1とで構成される捩れ振動子が、その回転軸28を中心に矢印方向29に捩れ振動を起こすようになる。これによって、ミラー部1にその回転軸28を軸中心として反復回転振動を起こす。このとき、第一の音叉形圧電振動子3の反復回転振動の方向と、第一の支持部2およびミラー部1で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が180度異なる反対方向に振動することとなる。
Next, the vibration energy of this repetitive rotational vibration is transmitted to the
また図1に示す第二の音叉形圧電振動子8も、下部電極層と上部電極層間に電圧を印加し、第三のアーム14と第四のアーム15とを、それぞれ位相が180度異なる方向に撓み振動させることによって、振動中心9を通る回転軸を中心に、捩り振動を起こす。
The second tuning-fork type
そしてこの振動エネルギーが連結部22を介して第三の支持部7に伝播すると、この第三の支持部7と枠体6とからなる捩り振動子を、その回転軸を中心に、第二の音叉形圧電振動子8と逆位相に反復回転振動させることができる。
Then, when this vibration energy propagates to the
そして枠体6が傾くと、この枠体6に支持されているミラー部1も傾き、ミラー部1を反復回転振動させることができる。
When the
そしてミラー部1に例えばレーザー光源またはLED光源などから発生させた光線を入力し、振動するミラー部1で反射させることによって、スクリーン上に光線を走査することができる。また本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3と第二の音叉形圧電振動子8の回転軸は直交するため、ミラー部1から出射させた光をスクリーンの垂直、水平方向に走査することができる。
A light beam generated from, for example, a laser light source or an LED light source is input to the
なお、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3による駆動で光を水平方向に走査し、第二の音叉形圧電振動子8による駆動で光を垂直方向に走査する。
In the present embodiment, light is scanned in the horizontal direction by driving by the first tuning fork type
次に、本実施の形態1における光学反射素子の製造方法について図2を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the optical reflecting element in the first embodiment will be described with reference to FIG.
まず始めに、基材16となる、厚みが約0.3mmのシリコン基板を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて白金電極からなる下部電極層18を形成する。
First, a silicon substrate having a thickness of about 0.3 mm to be the
その後、この下部電極層18の上にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電材料を用いてスパッタリング法などによって圧電体層19を形成する。このとき、圧電体層19と下部電極層18との間には、配向制御層としてPbとTiを含む酸化物誘電体を用いることが好ましく、PLMTからなる配向制御層を形成することがより好ましい。これによって、圧電体層19の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電アクチュエータ17を実現することができる。
Thereafter, a
次に、この圧電体層19の上にチタン/金よりなる上部電極層20を形成している。
Next, an
このとき、上部電極層20の下層のチタンはPZT薄膜などの圧電体層19との密着力を高めるために形成しており、チタンの他にクロムなどの金属を用いることができる。これによって、圧電体層19との密着性に優れ、かつ、金電極とは強固な拡散層を形成していることから、密着強度の高い圧電アクチュエータ17を形成することができる。なお、本実施の形態では、白金の下部電極層18の厚みは0.2μm、PZTからなる圧電体層19は3.5μm、および上部電極層20のチタン部分は0.01μmとし、金電極部分は0.3μmで形成している。
At this time, titanium below the
次に、下部電極層18、圧電体層19、上部電極層20とを、フォトリソ技術を用いてエッチングし、圧電アクチュエータ17をパターン形成する。
Next, the
このとき、上部電極層20のエッチング液としてはヨウ素/ヨウ化カリウム混合溶液と水酸化アンモニウム、過酸化水素混合溶液からなるエッチング液を用いて所定の電極パターンを形成した。
At this time, a predetermined electrode pattern was formed using an etching solution composed of an iodine / potassium iodide mixed solution, ammonium hydroxide, and hydrogen peroxide mixed solution as an etching solution for the
また、下部電極層18、圧電体層19に用いるエッチング方法としては、ドライエッチング法とウエットエッチング法のいずれかの方法、あるいはこれらを組み合わせた方法などを用いることができる。
Moreover, as an etching method used for the
一例として、ドライエッチング法であればフルオロカーボン系のエッチングガス、あるいはSF6ガスなどを用いることができる。 For example, in the case of a dry etching method, a fluorocarbon-based etching gas or SF 6 gas can be used.
その他、圧電体層19を、弗酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液を用いウエットエッチングしてパターニングし、その後、さらに、ドライエッチングによって下部電極層18をエッチングしてパターニングする方法がある。
In addition, there is a method in which the
次に、XeF2ガスを用いてシリコン基板を等方的にドライエッチングすることによって不必要なシリコン部分を除去してパターニングし、図2に示すような基材16を形成すれば、図1に示したような形状の光学反射素子を形成することができる。
Next, the silicon substrate is isotropically dry-etched using XeF 2 gas to remove unnecessary silicon portions and perform patterning to form the
なお、シリコン基板をより高精度にエッチングする場合は、シリコンの異方性を利用したドライエッチングが好ましい。この場合は、エッチングを促進するSF6ガスとエッチングを抑制するC4F8ガスの混合ガスを用いるか、あるいはこれらのガスを交互に切り替えることにより、より直線的にエッチングできる。 In addition, when etching a silicon substrate with higher accuracy, dry etching utilizing the anisotropy of silicon is preferable. In this case, etching can be performed more linearly by using a mixed gas of SF 6 gas that promotes etching and C 4 F 8 gas that suppresses etching, or by alternately switching these gases.
以上のような製造方法によって、小型で、高精度な光学反射素子を一括して効率よく作製することができる。 By the manufacturing method as described above, it is possible to efficiently produce a small and highly accurate optical reflecting element collectively.
以上のような製造プロセスによって、例えばミラー部1の大きさが1.0mm×1.0mm、支持体11の大きさが5.8mm×5.8mm、厚さ0.03mm、駆動周波数;fH(水平)22kHz、fV(垂直)0.5kHz、ミラー部1の振れ角;θH(水平)±5度、θV(垂直)±5度程度の特性を有した光学反射素子を作製することができる。
By the manufacturing process as described above, for example, the size of the
本実施の形態では、ミラー部1、第一の支持部2、第一の音叉形圧電振動子3、第二の支持部5、枠体6、第三の支持部7、第二の音叉形圧電振動子8、第四の支持部10、および支持体11の基材16を、同一基材16から一体形成とすることによって、安定した振動特性と、生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。
In the present embodiment, the
また本実施の形態における光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材16の上に薄膜プロセス、フォトリソ技術などの半導体プロセスを応用することによって高精度に、一括して作製することができ、光学反射素子の小型化、高精度化および生産効率に優れた光学反射素子を実現することができる。
Further, the optical reflecting element in the present embodiment can be manufactured in a lump with high precision by applying a semiconductor process such as a thin film process or a photolithographic technique on the
なお、ミラー部1は基材16の表面を鏡面研磨することによっても形成できるが、光の反射特性に優れた金やアルミニウムの金属薄膜をミラー膜として形成することもできる。本実施の形態では、上部電極層20として金を用いた為、この金の膜をそのままミラー膜として用いることができ、生産効率も高まる。
The
本実施の形態の効果を以下に説明する。 The effect of this embodiment will be described below.
本実施の形態では、光学反射素子を小型化することができる。 In the present embodiment, the optical reflecting element can be reduced in size.
それは、図1に示すような第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8を用いることにより、それぞれの第一のアーム12、第二のアーム13、第三のアーム14、第四のアーム15の撓み振動を利用して、ミラー部1を反復回転振動することができるからである。
The first tuning fork type
したがって、配置面積の大きい磁石等を用いることなく、ミラー部1を励振することができ、素子の小型化に寄与する。
Therefore, the
また駆動源を音叉形にすることにより、アームの先端が自由端となるため、小型であってもミラー部1の振れ角度を効率よく大きくできる。
Further, since the tip of the arm becomes a free end by making the drive source a tuning fork, the deflection angle of the
また振動源を、高Q値を有する音叉形とすることにより、小さなエネルギーで大きな振動エネルギーを得ることが出来、素子の小型化にも寄与する。 Further, by making the vibration source a tuning fork having a high Q value, a large vibration energy can be obtained with a small energy, which contributes to the miniaturization of the element.
またこれらの第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8の振動設計をすることによって、出力光の反射角度を大きく変化させることができ、レーザー光線などの入力光を所定の設計値となるように掃引することができる光学反射素子を実現することができる。
Further, by designing the vibration of the first tuning-fork type
さらに実施の形態では、ミラー部1をその両側から一対の第一の音叉形圧電振動子3で囲い、これらの第一の音叉形圧電振動子3の外周を枠体6で囲い、この枠体6をその両側から一対の第二の音叉形圧電振動子8で囲い、これらの第二の音叉形圧電振動子8の外周を支持体11で囲う構成のため、各部材が小さな隙間を介して幾層にも巻かれたような構造となり、素子全体のデッドスペースを減らし、素子を小型化できる。
Further, in the embodiment, the
また本実施の形態では、第一、第二、第三、第四のアーム12、13、14、15はそれぞれ直線形状のため、加工も容易である。
In the present embodiment, the first, second, third, and
また本実施の形態では、ミラー部1の両側に、対称的に第一の音叉形圧電振動子3を配置しているため、ミラー部1を安定して左右対称に励振させることができ、その中心が不動点となるため光を安定して走査することができる。
In the present embodiment, since the first tuning fork-shaped
またミラー部1は、その両端が第一の支持部2で支持されている両持ち構造のため、ミラー部1の不要な共振を抑制し、さらに外乱振動による影響も低減できる。
Moreover, since the
さらに本実施の形態では、枠体6の両側に、対称的に第二の音叉形圧電振動子8を配置しているため、枠体6の中心を不動点として励振させることができる。
Further, in the present embodiment, since the second tuning fork-shaped
また枠体6は、その両端が第三の支持部7で支持されている両持ち構造のため、枠体6の不要な共振を抑制し、外乱振動による影響も低減できる。
Further, since the
なお、上記実施の形態では、第一のアーム12と第二のアーム13の双方に圧電アクチュエータ17を形成したが、少なくともいずれか一方のみに圧電アクチュエータ17を形成してもよい。これは音叉形圧電振動子の特性を利用したものであり、どちらか一方のアームが振動すると、連結部21を介して他方のアームに運動エネルギーが伝播し、この他方のアームも励振させることができるからである。
In the above embodiment, the
また第二の音叉形圧電振動子8も同様に、第三のアーム14と第四のアーム15のいずれか一方にのみ圧電アクチュエータ17を形成しても、双方に形成した場合と同様に動作させることができる。
Similarly, the second tuning-fork type
また本実施の形態では、第一、第二の音叉形圧電振動子3、8のいずれも、圧電アクチュエータ17は、アームの片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。また第一の音叉形圧電振動子3は、第二の音叉形圧電振動子8よりも面積が小さく、駆動力が弱いため、第一の音叉形圧電振動子3のみ、基材16の両面に圧電アクチュエータ17を形成してもよい。
In the present embodiment, the
なお、第一の支持部2、第二の支持部5、第三の支持部7、第四の支持部10のそれぞれの断面形状を円状とすれば、捩れ振動の振動モードが安定し、不要共振も抑制することができ、外乱振動に影響されにくい光学反射素子を実現することができる。
In addition, if each cross-sectional shape of the
以上のような光学反射素子は、例えば画像投影装置に応用することができる。すなわち二軸方向に振動するミラー部1に光を入射し、このミラー部1で光を反射し、光を二次元に走査することでスクリーンに描画を投影することができる。その他レーザ露光機などにも用いることができる。
The optical reflection element as described above can be applied to, for example, an image projection apparatus. That is, light can be incident on the
(実施の形態2)
本実施の形態における光学反射素子と、実施の形態1における光学反射素子との主な違いは、図4に示すように圧電アクチュエータ17の形状および配置場所である。
(Embodiment 2)
The main difference between the optical reflecting element in the present embodiment and the optical reflecting element in the first embodiment is the shape and location of the
すなわち本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3において、圧電アクチュエータ17を、第一のアーム12と第二のアーム13との連結部21まで延長し、L字形に構成している。なお、第一のアーム12と第二のアーム13には、それぞれ逆位相の信号を印加するため、これらに形成した圧電アクチュエータ17の駆動電極が互いに電気的に短絡しないよう、第一の音叉形圧電振動子3の振動中心4で断続させている。
That is, in the present embodiment, in the first tuning-fork type
また同様に第二の音叉形圧電振動子8においても、圧電アクチュエータ17を第三のアーム14と第四のアーム15との連結部22にまで延長している。
Similarly, in the second tuning-fork type
このように、連結部22にまで圧電アクチュエータ17を形成することによって、面積を有効に活用し、大きな駆動源を得ることが出来る。
Thus, by forming the
なお、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3、第二の音叉形圧電振動子8ともに圧電アクチュエータ17の形状をL字形にしたが、いずれか一方のみ形成してもよい。いずれの場合であっても、対となる音叉形圧電振動子同士は、同じ圧電アクチュエータ17の形状とすることにより、ミラー部1を、その中心を不動点として安定して励振させることができる。
In the present embodiment, the shape of the
その他実施の形態1と同様の構成及び効果については説明を省略する。 Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment will be omitted.
(実施の形態3)
本実施の形態と実施の形態1との主な違いは、図5に示すように、それぞれの第一の音叉形圧電振動子3は、第一のアーム12および第二のアーム13と、第一の支持部2との間に第五の支持部30を有し、またそれぞれの第二の音叉形圧電振動子8は、第三のアーム14および第四のアーム15と、第三の支持部7との間に第六の支持部31を有する点である。
(Embodiment 3)
The main difference between the present embodiment and the first embodiment is that, as shown in FIG. 5, each first tuning-fork type
また第五の支持部30と第一の支持部2とは直交し、第六の支持部31と第三の支持部7とは直交している。
The
本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3の反復回転振動のエネルギーが、第五の支持部30を介しても第一の支持部2へ伝搬し、この第一の支持部2を効率よく捩り振動させることができ、光学反射素子の小型化に寄与する。また第二の音叉形圧電振動子8の反復回転振動のエネルギーは、第六の支持部31を介しても第三の支持部7へ伝搬し、第三の支持部7を効率良く捩り振動させることが出来る。
In the present embodiment, the energy of repetitive rotational vibration of the first tuning-fork type
なお、第五の支持部30は、第一の支持部2とミラー部1から構成された捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けることが好ましい。すなわちこの定在波は1/2、1/3、1/4と示されるように整数分の一で現れてくるものであり、この所定の定在波の振動節部に第五の支持部30を設けることで、より効率よく振動エネルギーを伝播することができる。
The
また、第五の支持部30は、第一のアーム12、第二のアーム13の自由端側よりも固定端側、すなわちミラー部1よりも第一の音叉形圧電振動子3の振動中心4に近い位置に形成することがより好ましい。自由端側に第五の支持部30を形成すると、第一のアーム12と第二のアーム13の撓み振動が拘束され、却って振幅が小さくなるからである。
In addition, the
さらに第六の支持部31も同様の理由により、第三の支持部7と枠体6から構成された捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けることが好ましく、また枠体6よりもより第二の音叉形圧電振動子8の振動中心9により近い位置に形成することが好ましい。
Further, for the same reason, the
以上説明してきたように、本実施の形態では、第五の支持部30、第六の支持部31によって、振幅の大きい光学反射素子を実現することができ、小型化に寄与する。
As described above, in the present embodiment, an optical reflecting element having a large amplitude can be realized by the
なお、本実施の形態では、第五の支持部30、第六の支持部31の両方を形成したが、いずれか一方でもよい。この場合も、例えば第五の支持部30を設ける場合は、対となる第一の音叉形圧電振動子3の双方に形成することが望ましい。これにより、ミラー部1の中心を不動点として、対称的に回動させることができる。
In addition, in this Embodiment, although both the
その他実施の形態1と同様の構成及び効果については説明を省略する。 Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment will be omitted.
(実施の形態4)
本実施の形態と実施の形態1との主な違いは、図6に示すように、一対の第一の音叉形圧電振動子3は、対向する第一のアーム12間と、対向する第二のアーム13間がそれぞれ弾性体32で接続されている点である。
(Embodiment 4)
The main difference between the present embodiment and the first embodiment is that, as shown in FIG. 6, the pair of first tuning fork-shaped
この弾性体32は、光学反射素子の基材よりも弾性の小さい(軟らかい)ものであり、本実施の形態では伸縮性のある樹脂フィルムで形成され、第一のアーム12または第二のアーム13に貼り付けられている。
The
この樹脂フィルムとしては、第一のアーム12、第二のアーム13の延伸方向と平行な方向に対してより伸縮性の高い素材が好ましい。
As this resin film, a material having higher elasticity in the direction parallel to the extending direction of the
なお、本実施の形態では、弾性体としては樹脂を用いたが、その他例えばゴム材や、弾性の小さく厚みの薄い金属などを用いても良い。 In this embodiment, a resin is used as the elastic body, but other materials such as a rubber material or a metal having a small elasticity and a small thickness may be used.
このように第一のアーム12間と第二のアーム13間を弾性体32で接続しておくことによって、対向する第一の音叉形圧電振動子3の共振周波数の僅かなずれを矯正することができる。また撓み振動の対称性が高まり、アームの自由端の不要振動を抑制することができ、駆動力が高まる。
In this way, by connecting the
なお、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3の第一のアーム12間と第二のアーム13間を弾性体32で接続したが、第二の音叉形圧電振動子8の第三のアーム14間と第四のアーム15間とを弾性体32で接続してもよい。なお、この場合、弾性体32としては、第三のアーム14と第四のアーム15の延伸方向と平行な方向に、より伸縮性の高い素材を用いることが好ましい。
In the present embodiment, the
このように弾性体32を設けることによって、対向する第二の音叉形圧電振動子8の共振周波数のずれを矯正することができ、また撓み振動の対称性が高まり、アームの不要な振動を抑制でき、駆動力が高まる。
By providing the
その他実施の形態1と同様の構成及び効果については説明を省略する。 Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment will be omitted.
(実施の形態5)
本実施の形態と実施の形態1との主な差異点は、図7に示すように、第一の音叉形圧電振動子3は、第一のアーム12と第二のアーム13の先端の間隔d1が、この第一、第二のアーム12、13に垂直なミラー部1の最大長さd2(直径)よりも短い点である。
(Embodiment 5)
As shown in FIG. 7, the main difference between the present embodiment and the first embodiment is that the first tuning fork-shaped
すなわち本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子3の第一、第二のアーム12、13がミラー部1の外周を囲わず、より内側に内包されているため、枠体6を小さくでき、結果として光学反射素子の小型化に寄与する。
That is, in the present embodiment, the first and
なお、第二の音叉形圧電振動子8を、第三のアーム14と第四のアーム15との間隔が、この第三、第四のアーム14、15に垂直な枠体6の最大長さ、すなわち枠体6の第三の支持部7が接合している辺の長さよりも短い構造としてもよい。
The second tuning fork-shaped
その他実施の形態1と同様の構成及び効果については説明を省略する。 Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment will be omitted.
本発明は、光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、特に電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ用途に有用である。 The present invention has an effect that the optical reflecting element can be miniaturized, and is particularly useful for electrophotographic copying machines, laser printers, and optical scanners.
1 ミラー部
2 第一の支持部
3 第一の音叉形圧電振動子
4 振動中心
5 第二の支持部
6 枠体
7 第三の支持部
8 第二の音叉形圧電振動子
9 振動中心
10 第四の支持部
11 支持体
12 第一のアーム
13 第二のアーム
14 第三のアーム
15 第四のアーム
16 基材
17 圧電アクチュエータ
18 下部電極層
19 圧電体層
20 上部電極層
21 連結部
22 連結部
23A〜23D 接続端子
24 接続端子
25A〜25D 接続端子
26、27 矢印
28 回転軸
29 矢印
30 第五の支持部
31 第六の支持部
32 弾性体
DESCRIPTION OF
Claims (18)
このミラー部を介して対向するとともに、このミラー部とそれぞれ第一の支持部で連結された、対の第一の音叉形圧電振動子と、
これらの第一の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結され、前記対の第一の音叉形圧電振動子の外周を囲う枠体と、
この枠体を介して対向するとともに、この枠体とそれぞれ第三の支持部で連結された、対の第二の音叉形圧電振動子と、
これらの第二の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第四の支持部で連結された支持体とを備え、
前記第一の音叉形圧電振動子は、それぞれ前記第一の支持部の両側に第一のアームと第二のアームとを有し、
前記第二の音叉形圧電振動子は、それぞれ前記第三の支持部の両側に第三のアームと第四のアームとを有し、
前記対の第一の音叉形圧電振動子の対向方向と、前記対の第二の音叉形圧電振動子の対向方向とは直交する関係にある光学反射素子。 Mirror part,
A pair of first tuning fork-shaped piezoelectric vibrators that are opposed to each other through the mirror part and are connected to the mirror part by a first support part,
A frame body that is connected to a vibration center of each of the first tuning fork type piezoelectric vibrators by a second support portion and surrounds an outer periphery of the pair of first tuning fork type piezoelectric vibrators;
A pair of second tuning-fork type piezoelectric vibrators opposed to each other through the frame body and connected to the frame body by a third support portion;
The vibration center of these second tuning-fork type piezoelectric vibrators and a support body respectively connected by a fourth support portion,
Each of the first tuning fork-shaped piezoelectric vibrators has a first arm and a second arm on both sides of the first support part,
The second tuning-fork type piezoelectric vibrator has a third arm and a fourth arm on both sides of the third support part,
An optical reflecting element in which a facing direction of the pair of first tuning fork type piezoelectric vibrators is orthogonal to a facing direction of the pair of second tuning fork type piezoelectric vibrators.
前記第一のアームと第二のアームを、位相が180度異なる方向に撓み振動させ、その回転軸を中心に捩り振動するように駆動させるとともに、
前記第二の音叉形圧電振動子は、
前記第三のアームと第四のアームを、位相が180度異なる方向に撓み振動させ、
その回転軸を中心に捩り振動するように駆動させる請求項1に記載の光学反射素子。 The first tuning-fork type piezoelectric vibrator is
The first arm and the second arm are driven to bend and vibrate in directions different in phase by 180 degrees, and torsionally vibrate around the rotation axis,
The second tuning-fork type piezoelectric vibrator is
The third arm and the fourth arm are flexed and vibrated in directions different in phase by 180 degrees,
The optical reflecting element according to claim 1, wherein the optical reflecting element is driven to torsionally vibrate about the rotation axis.
前記第三のアームと第四のアームの少なくともいずれか一方には、圧電アクチュエータが設けられている請求項1に記載の光学反射素子。 At least one of the first arm and the second arm;
The optical reflecting element according to claim 1, wherein a piezoelectric actuator is provided on at least one of the third arm and the fourth arm.
この圧電アクチュエータは、
前記第一のアームと第二のアームとの連結部分まで延長されている請求項1に記載の光学反射素子。 At least one of the first arm and the second arm is provided with a piezoelectric actuator,
This piezoelectric actuator
The optical reflection element according to claim 1, wherein the optical reflection element extends to a connecting portion between the first arm and the second arm.
この圧電アクチュエータは、
前記第三のアームと第四のアームとの連結部分まで延長されている請求項1に記載の光学反射素子。 At least one of the third arm and the fourth arm is provided with a piezoelectric actuator,
This piezoelectric actuator
The optical reflection element according to claim 1, wherein the optical reflection element extends to a connection portion between the third arm and the fourth arm.
前記第四の支持部は、前記支持体側へ入り込んだ形状である請求項1に記載の光学反射素子。 The third support part enters the second tuning-fork type piezoelectric vibrator side,
The optical reflection element according to claim 1, wherein the fourth support portion has a shape that enters the support side.
前記第一のアームおよび第二のアームと、第一の支持部との間に第五の支持部を有する請求項1に記載の光学反射素子。 Each of the first tuning-fork type piezoelectric vibrators is
The optical reflective element according to claim 1 which has a 5th support part between said 1st arm and 2nd arm, and the 1st support part.
前記第三のアームおよび第四のアームと、第三の支持部との間に第六の支持部を有する請求項1に記載の光学反射素子。 Each of the second tuning-fork type piezoelectric vibrators is
The optical reflective element according to claim 1 which has a 6th support part between said 3rd arm and the 4th arm, and the 3rd support part.
対向する前記第一のアーム間と、対向する前記第二のアーム間がそれぞれ弾性体で接続されている請求項1に記載の光学反射素子。 The first tuning-fork type piezoelectric vibrator of the pair is
The optical reflective element according to claim 1, wherein the first arm facing each other and the second arm facing each other are connected by an elastic body.
対向する前記第三のアーム間と、対向する前記第四のアーム間がそれぞれ弾性体で接続されている請求項1に記載の光学反射素子。 The second tuning-fork type piezoelectric vibrator of the pair is
The optical reflecting element according to claim 1, wherein the third arm facing each other and the fourth arm facing each other are connected by an elastic body.
前記第一のアームと第二のアームの先端の間隔が、
この第一のアーム、第二のアームに垂直なミラー部の最大長さよりも短い請求項1に記載の光学反射素子。 The first tuning-fork type piezoelectric vibrator is
The distance between the tips of the first arm and the second arm is
The optical reflecting element according to claim 1, wherein the optical reflecting element is shorter than a maximum length of a mirror portion perpendicular to the first arm and the second arm.
前記第三のアームと第四のアームの先端の間隔が、
この第三のアーム、第四のアームに垂直な枠体の最大長さよりも短い請求項1に記載の光学反射素子。 The second tuning-fork type piezoelectric vibrator is
The distance between the tips of the third arm and the fourth arm is
The optical reflecting element according to claim 1, wherein the optical reflecting element is shorter than a maximum length of a frame perpendicular to the third arm and the fourth arm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008032849A JP2009192781A (en) | 2008-02-14 | 2008-02-14 | Optical reflection element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008032849A JP2009192781A (en) | 2008-02-14 | 2008-02-14 | Optical reflection element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009192781A true JP2009192781A (en) | 2009-08-27 |
Family
ID=41074854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008032849A Pending JP2009192781A (en) | 2008-02-14 | 2008-02-14 | Optical reflection element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009192781A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101916939B1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-11-08 | 광주과학기술원 | A micro scanner, and fabrication method for the micro scanner |
| JPWO2020195385A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 |
-
2008
- 2008-02-14 JP JP2008032849A patent/JP2009192781A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101916939B1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-11-08 | 광주과학기술원 | A micro scanner, and fabrication method for the micro scanner |
| JPWO2020195385A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | ||
| WO2020195385A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 富士フイルム株式会社 | Micromirror device and method for driving micromirror device |
| JP7237146B2 (en) | 2019-03-28 | 2023-03-10 | 富士フイルム株式会社 | Micromirror device and driving method of micromirror device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5446122B2 (en) | Meander type vibrator and optical reflection element using the same | |
| JP5239379B2 (en) | Optical reflection element | |
| KR101500794B1 (en) | Optical reflection element | |
| JP5229704B2 (en) | Optical scanning device | |
| JP4984117B2 (en) | Two-dimensional optical scanner, optical device using the same, and method for manufacturing two-dimensional optical scanner | |
| US8792151B2 (en) | Optical reflection element | |
| JP2010148265A (en) | Meander type oscillator and optical reflective element using the same | |
| JP2005128147A (en) | Optical deflector and optical device | |
| JP2003172897A (en) | Optical scanning device and its manufacturing method, optical writing device, image forming device, vibrating mirror chip and its manufacturing method, optical scanning module | |
| JP5045470B2 (en) | Optical reflection element | |
| JP2009258210A (en) | Optical reflection element | |
| JP2009265560A (en) | Optical reflection element | |
| JP2009258339A (en) | Optical reflection element | |
| CN103688136B (en) | Vibrators and vibrating gyroscopes | |
| JP2009223115A (en) | Optical reflecting element | |
| JP2007326204A (en) | Actuator | |
| JP5239382B2 (en) | Optical reflection element | |
| JP2009244602A (en) | Optical reflection element | |
| JP2010060688A (en) | Optical reflection element | |
| JP2009217093A (en) | Optical reflection element | |
| JP2009192781A (en) | Optical reflection element | |
| JP5077139B2 (en) | Optical reflection element | |
| JP5045532B2 (en) | Optical reflection element | |
| JP5045463B2 (en) | Optical reflection element | |
| JP2009222841A (en) | Optical reflecting element |