光学反射素子
【課題】本発明は二軸駆動の光学反射素子において、小型で振動の周波数比を大きくすることができる光学反射素子を提供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、第一の支持部２で連結された一対の音叉型振動子３と、第二の支持部５で連結された枠体６と、この枠体６と一端７が連結されたミアンダ型振動子８と、ミアンダ型振動子８の他端９が連結された支持体１０とを備え、音叉型振動子３は、第一のアーム１２と第二のアーム１３とを有し、音叉型振動子３の回転軸２８Ｂと、ミアンダ型振動子８の回転軸２８Ａとは直交した構成とする。
【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、第一の支持部２で連結された一対の音叉型振動子３と、第二の支持部５で連結された枠体６と、この枠体６と一端７が連結されたミアンダ型振動子８と、ミアンダ型振動子８の他端９が連結された支持体１０とを備え、音叉型振動子３は、第一のアーム１２と第二のアーム１３とを有し、音叉型振動子３の回転軸２８Ｂと、ミアンダ型振動子８の回転軸２８Ａとは直交した構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学スキャナ、プロジェクターなどに用いられる光学反射素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電駆動式光学反射素子の一例を図６に示す。この光学反射素子は、ミラー部１０１と、このミラー部１０１の両端に接続された第一のトーション梁１０２を介し、ミラー部１０１を支持する枠体１０３と、この枠体１０３の両端に接続されると共に第一のトーション梁１０２と軸方向が直交する、第二のトーション梁１０４を介し、枠体１０３を支持する支持体１０５とを備えている。
【０００３】
また第一のトーション梁１０２の両側には、その一端をミラー部１０１に連結され、他端を枠体１０３と連結された圧電振動体１０６Ａ、１０６Ｂを備え、第二のトーション梁１０４の両側には、その一端を枠体１０３と連結され、他端を支持体１０５と連結された圧電振動板１０７Ａ、１０７Ｂを備えている。
【０００４】
そして圧電振動板１０６Ａと１０６Ｂ、および圧電振動板１０７Ａと１０７Ｂにそれぞれ正負逆の電圧を印加すると、第一、第二のトーション梁１０２、１０４が、これらの回転軸を中心に回動し、この振動エネルギーがミラー部１０１、枠体１０３へと伝搬し、ミラー部１０１が直交する二軸を中心に反復回転振動する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような光学反射素子は、レーザー光源等からの光をミラー部で反射し、光をスクリーンの垂直、水平方向に走査することによって、スクリーン上に二次元の描画を投影することができる。
【特許文献１】特開２００５−１４８４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成の光学反射素子では、投影する描画の分解能が低くなることがあった。それは、それぞれの二軸を中心とする反復回動振動の、周波数比が小さいからである。また、周波数比を大きくすると形状が大きくなるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、二軸駆動の光学反射素子において、小型で二軸の振動の周波数比を大きくすることができる光学反射素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、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一対の音叉型振動子と、これらの音叉型振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結された枠体と、この枠体と一端が連結されたミアンダ型振動子と、このミアンダ型振動子の他端が連結された支持体とを備え、前記音叉型振動子は、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、前記音叉型振動子の振動の回転軸と、前記ミアンダ型振動子の振動の回転軸とは直交する構成とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光学反射素子は、二軸駆動の光学反射素子において、小型形状で、二軸の振動の周波数比を大きくすることができる。
【００１０】
その理由は、一方の軸を中心とする反復回転振動は、音叉型振動子によって、高い周波数で駆動できるとともに、他方の軸を中心とする反復回転振動は、梁長の長いミアンダ梁で駆動することによって低い周波数で駆動できるからであり、二軸駆動の光学反射素子において、小型形状の振動子とし、二軸の振動の周波数比を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（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図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本実施の形態１における光学反射素子の平面図であり、図２は図１のＡＡ部における断面図であり、図３は音叉振動子の動作状態を示す模式図である。
【００１３】
図１において、本実施の形態１における光学反射素子は、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音叉型振動子３と、これらの音叉型振動子３の振動中心４とそれぞれ第二の支持部５で連結された枠体６を有し、この枠体６と端部７が連結されたミアンダ型振動子８と、このミアンダ型振動子８の端部９が連結された枠形状の支持体１０とを備えた構成としている。
【００１４】
そして、前記ミアンダ型振動子８は、端部７を枠体６の角と接続され、それぞれ第一の支持部２と平行な振動板１１を複数有し、繰り返し蛇行した梁形状としている。
【００１５】
また、音叉型振動子３は、それぞれ第一の支持部２の両側に連結部２２を介して、第一の支持部とほぼ平行な第一のアーム１２と第二のアーム１３とを有している。
【００１６】
また、本実施の形態１では、第一の支持部２と第二の支持部５とは図１のＹ軸に平行な一直線上である回転軸２８Ｂ上に設けており、さらに、より安定して駆動させるため、ミアンダ型振動子８の端部９は、このミアンダ型振動子８の回転軸２８Ａ上に設けた構成としている。
【００１７】
また、音叉型振動子３はＹ軸に平行な回転軸２８Ｂを有し、ミアンダ型振動子８はＸ軸に平行な回転軸２８Ａを有し、音叉型振動子３の振動の回転軸２８Ｂとミアンダ型振動子８の振動の回転軸２８Ａ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。
【００１８】
次に、図２に示すように光学反射素子の基材１４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、ガラスまたは石英などの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。
【００１９】
そして、本実施の形態１では、図１および図２に示すように、シリコンなどの基材（図２の１４）で構成された第一のアーム１２、第二のアーム１３と、ミアンダ型振動子８の振動板１１のそれぞれには、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１５、１６、１７を形成しており、この圧電アクチュエータ１５、１６、１７を、下部電極層１８、圧電体層１９および上部電極層２０Ａ、２０Ｂ、２１の積層体からなる積層圧電薄膜型構造としている。
【００２０】
これによって、音叉型振動子３、ミアンダ型振動子８をより薄型にすることができる。なお、本実施の形態１では、下部電極層１８および圧電体層１９は音叉型振動子３とミアンダ型振動子８とで共通に形成し、上部電極層２０Ａ、２０Ｂ、２１はそれぞれ電気的に独立するように形成した。
【００２１】
また、音叉型振動子３の厚みを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、ミアンダ型振動子８の厚みをその幅寸法よりも小さくすることによって、振幅が大きくなる。
【００２２】
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２０Ａ、２０Ｂ、２１は音叉型振動子３、ミアンダ型振動子８を形成する基材１４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１５、１６、１７を音叉型振動子３およびミアンダ型振動子８の表面に形成することが生産性の観点から好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
また、音叉型振動子３の共振周波数と、ミラー部１と第一の支持部の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、音叉型振動子３を共振駆動させると、捩れ振動子も共振させることができ、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。
【００２５】
また、ミアンダ型振動子８にもその共振周波数の信号を印加し、共振駆動させることによって、効率よく枠体６を反復回転振動させることができる。また振動子８をミアンダ型とすることによって共振器長を大きくすることができ、低い周波数で駆動できる振動子とすることができる。
【００２６】
また、音叉型振動子３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。
【００２７】
また本実施の形態では図１に示す、音叉型振動子３の第一のアーム１２、第二のアーム１３、ミアンダ型振動子８の振動板１１に形成した圧電アクチュエータ１５、１６、１７のそれぞれ上部電極層（図２の２０Ａ、２０Ｂ、２１）と、これらに共通の下部電極層（図２の１８）の引き出し電極は個別に引き出し線（図示せず）を形成しながら接続端子２３Ａ〜２３Ｃ、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、ミアンダ型振動子８にその共振周波数の電極信号を、それぞれの圧電アクチュエータ１５、１６、１７に印加することができる。
【００２８】
なお、音叉型振動子３の第一のアーム１２、第二のアーム１３、ミアンダ型振動子８の振動板１１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〜２５Ｃへ接続した。これにより、音叉型振動子３の第一、第二のアーム１２、１３、ミアンダ型振動子８の振動板１１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。
【００２９】
なお、上述の圧電アクチュエータ１５、１６、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。
【００３０】
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。
【００３１】
図２に示す下部電極層１８と上部電極層２０Ａ、２０Ｂ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１２と第二のアーム１３が基材１４に対して垂直方向に撓み振動する。
【００３２】
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１５、１６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１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。
【００３３】
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、音叉型振動子３の連結部２２へと伝搬される。これによって、音叉型振動子３は、その振動中心４を通る直線を回転軸２８Ｂとして、この回転軸２８Ｂ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。
【００３４】
次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部２２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２８Ｂを中心に、矢印２９方向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２８Ｂを軸中心として反復回転振動を起こす。このとき、音叉型振動子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。
【００３５】
また、図１に示すミアンダ型振動子８は、図２の下部電極層１８と上部電極層２１間に電圧を印加すると、複数の振動板１１がそれぞれ振動し、ミアンダ型振動子８全体としては、その回転軸（ミアンダ形状の中央部）を中心に反復回転振動を起こす。すなわち、隣どうしの振動板１１は位相が１８０°異なる方向に撓み振動することによってより大きな振幅を有する反復回転振動を枠体６に加えることができる。
【００３６】
なお、隣接する振動板１１に、それぞれ共通の上部電極層２１を設け、同位相の信号を印加したが、独立した上部電極層を設け、その隣接する振動板１１に位相が１８０度異なる信号を印加すれば、その回転軸を中心にして変位が蓄積し、より大きな振幅を得ることができる。
【００３７】
そしてこの振動エネルギーで枠体６の端部を垂直方向に振動させ、枠体６をミアンダ型振動子８の回転軸を中心に反復回転振動させることができる。
【００３８】
そしてこのように枠体６が振動すると、この枠体６に支持されているミラー部１も、ミアンダ型振動子８の回転軸を中心に反復回転振動させることができる。
【００３９】
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、音叉型振動子３とミアンダ型振動子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上の垂直、水平方向に走査することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
まず始めに、基材１４となる、厚みが約０．３ｍｍのシリコン基板を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて白金電極からなる下部電極層１８を形成する。このとき、シリコン基板の厚みは変えても良い。厚みを変えることにより、固有周波数を調整できる。
【００４２】
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１５、１６、１７を実現することができる。
【００４３】
次に、この圧電体層１９の上に上部金属層２０Ａ、２０Ｂ、２１となるチタン／金膜を形成している。
【００４４】
このとき、金の膜の下層のチタン膜は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１５、１６、１７を形成することができる。
【００４５】
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２０Ａ、２０Ｂ、２１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。
【００４６】
次に、下部電極層１８、圧電体層１９、上部電極層２０Ａ、２０Ｂ、２１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１５、１６、１７をパターン形成する。
【００４７】
このとき、上部電極層２０Ａ、２０Ｂ、２１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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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てウエットエッチングし、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。
【００５１】
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１４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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
本実施の形態１では、ミラー部１、第一の支持部２、音叉型振動子３、第二の支持部５、枠体６、ミアンダ型振動子８、支持体１０の基材１４を、同一基材１４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。
【００５５】
また本実施の形態１における光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材１４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。
【００５６】
なお、ミラー部１は基材１４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２０Ａ、２０Ｂ、２１として金を用いていることから、この金薄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。
【００５７】
以上説明してきたように、本実施の形態１における二軸駆動の光学反射素子では、一方の軸を中心とする反復回転振動は、音叉型振動子３によって、高い周波数で駆動できるとともに、他方の軸を中心とする反復回転振動は、梁長の大きいミアンダ型振動子８のミアンダ梁で駆動し、低い周波数で駆動できることから、二軸の振動の周波数比を大きくすることができるとともに、小型化を実現することができる。ミアンダ振動子と音叉型振動子を組み合わせることによって、小型の光学反射素子を実現することができる。
【００５８】
特に画像を投影する場合、画像の分解能を高めるには、スクリーンの水平方向への走査速度を、垂直方向への走査速度より大きくすることが望ましく、垂直方向へ光を走査させるための振動子をミアンダ型振動子８としたことにより、小型の素子内でも容易に梁長を長く設計することができ、二軸駆動の光学反射素子の周波数比を大きくすることができる。
【００５９】
また、本実施の形態１では、ミアンダ型振動子８より内側に配置され、よりサイズも小さくなる振動子は、反復回転振動をする音叉型としたことにより、簡易なパターンとなって生産効率が高まるとともに、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光学反射素子とすることができる。
【００６０】
なお、一般に駆動周波数の高周波化に伴って、十分な振幅を得ることは困難となるが、本実施の形態１の音叉型振動子では高効率な駆動により、十分な振幅を得ることが可能となり、高精度な光学反射素子を実現することができる。
【００６１】
また、振動源を、高Ｑ値を有する音叉型とすることにより、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でき、素子の小型化にも寄与する。
【００６２】
また、これらの音叉型振動子３、ミアンダ型振動子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。
【００６３】
さらに、ミラー部１をその両側から一対の音叉型振動子３で囲い、これらの音叉型振動子３の外周を枠体６で囲い、この枠体６をミアンダ型振動子８で支持し、このミアンダ型振動子８の外周を支持体１０で囲う構成のため、素子の面積を有効に活用することができ、素子を小型化できる。
【００６４】
また、ミラー部１の両側に、対称的に音叉型振動子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、ミラー部１の中心が不動点となって光を安定して走査することができる。
【００６５】
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の不要な振動を抑制し、外乱振動による影響も低減できる。
【００６６】
また、枠体６は、その一端がミアンダ型振動子８で支持されている片持ち構造のため、小型の素子構造を実現することができる。
【００６７】
なお、図１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１５、１６を形成したが、少なくともいずれか一方のみにアクチュエータ素子を形成してもよい。これは音叉型振動子３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２２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。
【００６８】
また、音叉型振動子３とミアンダ型振動子８の同一面に圧電アクチュエータ１５、１６、１７を形成することによって生産性に優れた光学反射素子とすることができる。
【００６９】
また、音叉型振動子３、ミアンダ型振動子８のいずれも、圧電アクチュエータ１５、１６、１７は、アームおよびミアンダの片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。
【００７０】
なお、音叉型振動子３は、ミアンダ型振動子８よりも面積が小さく、駆動力が弱いため、音叉型振動子３のみ、基材１４の両面に圧電アクチュエータ１５、１６を形成してもよい。
【００７１】
また、第一の支持部２、第二の支持部５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。
【００７２】
以上のような構成を有する光学反射素子の応用としては、画像投影装置やレーザー露光機が挙げられる。画像投影装置は、例えばミラー部１を二軸方向に回動させながら、このミラー部１に光を照射し、ミラー部１で光を反射させ、スクリーン上に二次元の画像を投影することができるものである。
【００７３】
(実施の形態２)
以下、本発明の実施の形態２における光学反射素子の構成について図面を参照しながら説明する。
【００７４】
図４は本実施の形態２における光学反射素子の平面図である。
【００７５】
図４において、本実施の形態２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、枠体６と支持体１０との間を第三の支持部３０にて支持した構成としていることである。この第三の支持部３０は枠体６が回転軸２８Ａを中心として反復回転振動を高精度に振動させるときに効果的である。すなわち回転軸２８Ａを中心とする所定の振動以外の不要な振動を抑制することができるものであり、回転軸２８Ａの軸上に配置することが好ましい。この第三の支持部３０は回転反復振動に対して抵抗の小さな構造が好ましい。そのため、細い梁形状が好ましい。さらに、ジンバル機構を有する構成とすることがより好ましい。
【００７６】
また、圧電アクチュエータ１５、１６の形状および配置場所が実施の形態１と異なっており、すなわち音叉型振動子３において、圧電アクチュエータ１５、１６を、第一のアーム１２と第二のアーム１３との連結部２２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１５、１６の駆動電極が互いに電気的に短絡しないよう、音叉型振動子３の振動中心４で断続させている。
【００７７】
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。
【００７８】
(実施の形態３)
以下、本発明の実施の形態３における光学反射素子の構成について図面を参照しながら説明する。
【００７９】
図５は本実施の形態３における光学反射素子の平面図である。本実施の形態３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、一対の音叉型振動子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３１で接続されている点である。この弾性体３１は、光学反射素子の基材１４よりも軟らかいものであり、本実施の形態３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。
【００８０】
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。
【００８１】
なお、弾性体３１としては樹脂を用いたが、その他例えばゴム材、弾性が大きく厚みの薄い金属などを用いても良い。
【００８２】
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３１で接続しておくことによって、対向する音叉型振動子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、それぞれの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。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。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明にかかる光学反射素子は、小型化できるという効果を有し、特に小型のプロジェクター、光学スキャナ、電子写真方式の複写機、レーザープリンタ等の用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１における光学反射素子の平面図
【図２】同光学反射素子の断面図（図１のＡＡ断面）
【図３】同音叉振動子の動作状態を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態２における光学反射素子の平面図
【図５】本発明の実施の形態３における光学反射素子の平面図
【図６】従来の光学反射素子の平面図
【符号の説明】
【００８５】
１ ミラー部
２ 第一の支持部
３ 音叉型振動子
４ 振動中心
５ 第二の支持部
６ 枠体
７ 端部
８ ミアンダ型振動子
９ 端部
１０ 支持体
１１ 振動板
１２ 第一のアーム
１３ 第二のアーム
１４ 基材
１５、１６、１７ 圧電アクチュエータ
１８ 下部電極層
１９ 圧電体層
２０Ａ、２０Ｂ 上部電極層
２１ 上部電極層
２２ 連結部
２３Ａ〜２３Ｃ 接続端子
２４ 接続端子
２５Ａ〜２５Ｃ 接続端子
２６、２７ 矢印
２８Ａ、２８Ｂ 回転軸
２９ 矢印
３０ 第三の支持部
３１ 弾性体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学スキャナ、プロジェクターなどに用いられる光学反射素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電駆動式光学反射素子の一例を図６に示す。この光学反射素子は、ミラー部１０１と、このミラー部１０１の両端に接続された第一のトーション梁１０２を介し、ミラー部１０１を支持する枠体１０３と、この枠体１０３の両端に接続されると共に第一のトーション梁１０２と軸方向が直交する、第二のトーション梁１０４を介し、枠体１０３を支持する支持体１０５とを備えている。
【０００３】
また第一のトーション梁１０２の両側には、その一端をミラー部１０１に連結され、他端を枠体１０３と連結された圧電振動体１０６Ａ、１０６Ｂを備え、第二のトーション梁１０４の両側には、その一端を枠体１０３と連結され、他端を支持体１０５と連結された圧電振動板１０７Ａ、１０７Ｂを備えている。
【０００４】
そして圧電振動板１０６Ａと１０６Ｂ、および圧電振動板１０７Ａと１０７Ｂにそれぞれ正負逆の電圧を印加すると、第一、第二のトーション梁１０２、１０４が、これらの回転軸を中心に回動し、この振動エネルギーがミラー部１０１、枠体１０３へと伝搬し、ミラー部１０１が直交する二軸を中心に反復回転振動する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような光学反射素子は、レーザー光源等からの光をミラー部で反射し、光をスクリーンの垂直、水平方向に走査することによって、スクリーン上に二次元の描画を投影することができる。
【特許文献１】特開２００５−１４８４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成の光学反射素子では、投影する描画の分解能が低くなることがあった。それは、それぞれの二軸を中心とする反復回動振動の、周波数比が小さいからである。また、周波数比を大きくすると形状が大きくなるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、二軸駆動の光学反射素子において、小型で二軸の振動の周波数比を大きくすることができる光学反射素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、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一対の音叉型振動子と、これらの音叉型振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結された枠体と、この枠体と一端が連結されたミアンダ型振動子と、このミアンダ型振動子の他端が連結された支持体とを備え、前記音叉型振動子は、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、前記音叉型振動子の振動の回転軸と、前記ミアンダ型振動子の振動の回転軸とは直交する構成とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光学反射素子は、二軸駆動の光学反射素子において、小型形状で、二軸の振動の周波数比を大きくすることができる。
【００１０】
その理由は、一方の軸を中心とする反復回転振動は、音叉型振動子によって、高い周波数で駆動できるとともに、他方の軸を中心とする反復回転振動は、梁長の長いミアンダ梁で駆動することによって低い周波数で駆動できるからであり、二軸駆動の光学反射素子において、小型形状の振動子とし、二軸の振動の周波数比を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（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図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本実施の形態１における光学反射素子の平面図であり、図２は図１のＡＡ部における断面図であり、図３は音叉振動子の動作状態を示す模式図である。
【００１３】
図１において、本実施の形態１における光学反射素子は、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音叉型振動子３と、これらの音叉型振動子３の振動中心４とそれぞれ第二の支持部５で連結された枠体６を有し、この枠体６と端部７が連結されたミアンダ型振動子８と、このミアンダ型振動子８の端部９が連結された枠形状の支持体１０とを備えた構成としている。
【００１４】
そして、前記ミアンダ型振動子８は、端部７を枠体６の角と接続され、それぞれ第一の支持部２と平行な振動板１１を複数有し、繰り返し蛇行した梁形状としている。
【００１５】
また、音叉型振動子３は、それぞれ第一の支持部２の両側に連結部２２を介して、第一の支持部とほぼ平行な第一のアーム１２と第二のアーム１３とを有している。
【００１６】
また、本実施の形態１では、第一の支持部２と第二の支持部５とは図１のＹ軸に平行な一直線上である回転軸２８Ｂ上に設けており、さらに、より安定して駆動させるため、ミアンダ型振動子８の端部９は、このミアンダ型振動子８の回転軸２８Ａ上に設けた構成としている。
【００１７】
また、音叉型振動子３はＹ軸に平行な回転軸２８Ｂを有し、ミアンダ型振動子８はＸ軸に平行な回転軸２８Ａを有し、音叉型振動子３の振動の回転軸２８Ｂとミアンダ型振動子８の振動の回転軸２８Ａ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。
【００１８】
次に、図２に示すように光学反射素子の基材１４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、ガラスまたは石英などの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。
【００１９】
そして、本実施の形態１では、図１および図２に示すように、シリコンなどの基材（図２の１４）で構成された第一のアーム１２、第二のアーム１３と、ミアンダ型振動子８の振動板１１のそれぞれには、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１５、１６、１７を形成しており、この圧電アクチュエータ１５、１６、１７を、下部電極層１８、圧電体層１９および上部電極層２０Ａ、２０Ｂ、２１の積層体からなる積層圧電薄膜型構造としている。
【００２０】
これによって、音叉型振動子３、ミアンダ型振動子８をより薄型にすることができる。なお、本実施の形態１では、下部電極層１８および圧電体層１９は音叉型振動子３とミアンダ型振動子８とで共通に形成し、上部電極層２０Ａ、２０Ｂ、２１はそれぞれ電気的に独立するように形成した。
【００２１】
また、音叉型振動子３の厚みを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、ミアンダ型振動子８の厚みをその幅寸法よりも小さくすることによって、振幅が大きくなる。
【００２２】
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２０Ａ、２０Ｂ、２１は音叉型振動子３、ミアンダ型振動子８を形成する基材１４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１５、１６、１７を音叉型振動子３およびミアンダ型振動子８の表面に形成することが生産性の観点から好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
また、音叉型振動子３の共振周波数と、ミラー部１と第一の支持部の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、音叉型振動子３を共振駆動させると、捩れ振動子も共振させることができ、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。
【００２５】
また、ミアンダ型振動子８にもその共振周波数の信号を印加し、共振駆動させることによって、効率よく枠体６を反復回転振動させることができる。また振動子８をミアンダ型とすることによって共振器長を大きくすることができ、低い周波数で駆動できる振動子とすることができる。
【００２６】
また、音叉型振動子３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。
【００２７】
また本実施の形態では図１に示す、音叉型振動子３の第一のアーム１２、第二のアーム１３、ミアンダ型振動子８の振動板１１に形成した圧電アクチュエータ１５、１６、１７のそれぞれ上部電極層（図２の２０Ａ、２０Ｂ、２１）と、これらに共通の下部電極層（図２の１８）の引き出し電極は個別に引き出し線（図示せず）を形成しながら接続端子２３Ａ〜２３Ｃ、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、ミアンダ型振動子８にその共振周波数の電極信号を、それぞれの圧電アクチュエータ１５、１６、１７に印加することができる。
【００２８】
なお、音叉型振動子３の第一のアーム１２、第二のアーム１３、ミアンダ型振動子８の振動板１１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〜２５Ｃへ接続した。これにより、音叉型振動子３の第一、第二のアーム１２、１３、ミアンダ型振動子８の振動板１１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。
【００２９】
なお、上述の圧電アクチュエータ１５、１６、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。
【００３０】
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。
【００３１】
図２に示す下部電極層１８と上部電極層２０Ａ、２０Ｂ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１２と第二のアーム１３が基材１４に対して垂直方向に撓み振動する。
【００３２】
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１５、１６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１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。
【００３３】
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、音叉型振動子３の連結部２２へと伝搬される。これによって、音叉型振動子３は、その振動中心４を通る直線を回転軸２８Ｂとして、この回転軸２８Ｂ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。
【００３４】
次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部２２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２８Ｂを中心に、矢印２９方向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２８Ｂを軸中心として反復回転振動を起こす。このとき、音叉型振動子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。
【００３５】
また、図１に示すミアンダ型振動子８は、図２の下部電極層１８と上部電極層２１間に電圧を印加すると、複数の振動板１１がそれぞれ振動し、ミアンダ型振動子８全体としては、その回転軸（ミアンダ形状の中央部）を中心に反復回転振動を起こす。すなわち、隣どうしの振動板１１は位相が１８０°異なる方向に撓み振動することによってより大きな振幅を有する反復回転振動を枠体６に加えることができる。
【００３６】
なお、隣接する振動板１１に、それぞれ共通の上部電極層２１を設け、同位相の信号を印加したが、独立した上部電極層を設け、その隣接する振動板１１に位相が１８０度異なる信号を印加すれば、その回転軸を中心にして変位が蓄積し、より大きな振幅を得ることができる。
【００３７】
そしてこの振動エネルギーで枠体６の端部を垂直方向に振動させ、枠体６をミアンダ型振動子８の回転軸を中心に反復回転振動させることができる。
【００３８】
そしてこのように枠体６が振動すると、この枠体６に支持されているミラー部１も、ミアンダ型振動子８の回転軸を中心に反復回転振動させることができる。
【００３９】
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、音叉型振動子３とミアンダ型振動子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上の垂直、水平方向に走査することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
まず始めに、基材１４となる、厚みが約０．３ｍｍのシリコン基板を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて白金電極からなる下部電極層１８を形成する。このとき、シリコン基板の厚みは変えても良い。厚みを変えることにより、固有周波数を調整できる。
【００４２】
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１５、１６、１７を実現することができる。
【００４３】
次に、この圧電体層１９の上に上部金属層２０Ａ、２０Ｂ、２１となるチタン／金膜を形成している。
【００４４】
このとき、金の膜の下層のチタン膜は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１５、１６、１７を形成することができる。
【００４５】
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２０Ａ、２０Ｂ、２１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。
【００４６】
次に、下部電極層１８、圧電体層１９、上部電極層２０Ａ、２０Ｂ、２１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１５、１６、１７をパターン形成する。
【００４７】
このとき、上部電極層２０Ａ、２０Ｂ、２１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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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てウエットエッチングし、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。
【００５１】
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１４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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
本実施の形態１では、ミラー部１、第一の支持部２、音叉型振動子３、第二の支持部５、枠体６、ミアンダ型振動子８、支持体１０の基材１４を、同一基材１４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。
【００５５】
また本実施の形態１における光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材１４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。
【００５６】
なお、ミラー部１は基材１４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２０Ａ、２０Ｂ、２１として金を用いていることから、この金薄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。
【００５７】
以上説明してきたように、本実施の形態１における二軸駆動の光学反射素子では、一方の軸を中心とする反復回転振動は、音叉型振動子３によって、高い周波数で駆動できるとともに、他方の軸を中心とする反復回転振動は、梁長の大きいミアンダ型振動子８のミアンダ梁で駆動し、低い周波数で駆動できることから、二軸の振動の周波数比を大きくすることができるとともに、小型化を実現することができる。ミアンダ振動子と音叉型振動子を組み合わせることによって、小型の光学反射素子を実現することができる。
【００５８】
特に画像を投影する場合、画像の分解能を高めるには、スクリーンの水平方向への走査速度を、垂直方向への走査速度より大きくすることが望ましく、垂直方向へ光を走査させるための振動子をミアンダ型振動子８としたことにより、小型の素子内でも容易に梁長を長く設計することができ、二軸駆動の光学反射素子の周波数比を大きくすることができる。
【００５９】
また、本実施の形態１では、ミアンダ型振動子８より内側に配置され、よりサイズも小さくなる振動子は、反復回転振動をする音叉型としたことにより、簡易なパターンとなって生産効率が高まるとともに、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光学反射素子とすることができる。
【００６０】
なお、一般に駆動周波数の高周波化に伴って、十分な振幅を得ることは困難となるが、本実施の形態１の音叉型振動子では高効率な駆動により、十分な振幅を得ることが可能となり、高精度な光学反射素子を実現することができる。
【００６１】
また、振動源を、高Ｑ値を有する音叉型とすることにより、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でき、素子の小型化にも寄与する。
【００６２】
また、これらの音叉型振動子３、ミアンダ型振動子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。
【００６３】
さらに、ミラー部１をその両側から一対の音叉型振動子３で囲い、これらの音叉型振動子３の外周を枠体６で囲い、この枠体６をミアンダ型振動子８で支持し、このミアンダ型振動子８の外周を支持体１０で囲う構成のため、素子の面積を有効に活用することができ、素子を小型化できる。
【００６４】
また、ミラー部１の両側に、対称的に音叉型振動子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、ミラー部１の中心が不動点となって光を安定して走査することができる。
【００６５】
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の不要な振動を抑制し、外乱振動による影響も低減できる。
【００６６】
また、枠体６は、その一端がミアンダ型振動子８で支持されている片持ち構造のため、小型の素子構造を実現することができる。
【００６７】
なお、図１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１５、１６を形成したが、少なくともいずれか一方のみにアクチュエータ素子を形成してもよい。これは音叉型振動子３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２２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。
【００６８】
また、音叉型振動子３とミアンダ型振動子８の同一面に圧電アクチュエータ１５、１６、１７を形成することによって生産性に優れた光学反射素子とすることができる。
【００６９】
また、音叉型振動子３、ミアンダ型振動子８のいずれも、圧電アクチュエータ１５、１６、１７は、アームおよびミアンダの片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。
【００７０】
なお、音叉型振動子３は、ミアンダ型振動子８よりも面積が小さく、駆動力が弱いため、音叉型振動子３のみ、基材１４の両面に圧電アクチュエータ１５、１６を形成してもよい。
【００７１】
また、第一の支持部２、第二の支持部５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。
【００７２】
以上のような構成を有する光学反射素子の応用としては、画像投影装置やレーザー露光機が挙げられる。画像投影装置は、例えばミラー部１を二軸方向に回動させながら、このミラー部１に光を照射し、ミラー部１で光を反射させ、スクリーン上に二次元の画像を投影することができるものである。
【００７３】
(実施の形態２)
以下、本発明の実施の形態２における光学反射素子の構成について図面を参照しながら説明する。
【００７４】
図４は本実施の形態２における光学反射素子の平面図である。
【００７５】
図４において、本実施の形態２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、枠体６と支持体１０との間を第三の支持部３０にて支持した構成としていることである。この第三の支持部３０は枠体６が回転軸２８Ａを中心として反復回転振動を高精度に振動させるときに効果的である。すなわち回転軸２８Ａを中心とする所定の振動以外の不要な振動を抑制することができるものであり、回転軸２８Ａの軸上に配置することが好ましい。この第三の支持部３０は回転反復振動に対して抵抗の小さな構造が好ましい。そのため、細い梁形状が好ましい。さらに、ジンバル機構を有する構成とすることがより好ましい。
【００７６】
また、圧電アクチュエータ１５、１６の形状および配置場所が実施の形態１と異なっており、すなわち音叉型振動子３において、圧電アクチュエータ１５、１６を、第一のアーム１２と第二のアーム１３との連結部２２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１５、１６の駆動電極が互いに電気的に短絡しないよう、音叉型振動子３の振動中心４で断続させている。
【００７７】
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。
【００７８】
(実施の形態３)
以下、本発明の実施の形態３における光学反射素子の構成について図面を参照しながら説明する。
【００７９】
図５は本実施の形態３における光学反射素子の平面図である。本実施の形態３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、一対の音叉型振動子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３１で接続されている点である。この弾性体３１は、光学反射素子の基材１４よりも軟らかいものであり、本実施の形態３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。
【００８０】
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。
【００８１】
なお、弾性体３１としては樹脂を用いたが、その他例えばゴム材、弾性が大きく厚みの薄い金属などを用いても良い。
【００８２】
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３１で接続しておくことによって、対向する音叉型振動子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、それぞれの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。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。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上のように、本発明にかかる光学反射素子は、小型化できるという効果を有し、特に小型のプロジェクター、光学スキャナ、電子写真方式の複写機、レーザープリンタ等の用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１における光学反射素子の平面図
【図２】同光学反射素子の断面図（図１のＡＡ断面）
【図３】同音叉振動子の動作状態を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態２における光学反射素子の平面図
【図５】本発明の実施の形態３における光学反射素子の平面図
【図６】従来の光学反射素子の平面図
【符号の説明】
【００８５】
１ ミラー部
２ 第一の支持部
３ 音叉型振動子
４ 振動中心
５ 第二の支持部
６ 枠体
７ 端部
８ ミアンダ型振動子
９ 端部
１０ 支持体
１１ 振動板
１２ 第一のアーム
１３ 第二のアーム
１４ 基材
１５、１６、１７ 圧電アクチュエータ
１８ 下部電極層
１９ 圧電体層
２０Ａ、２０Ｂ 上部電極層
２１ 上部電極層
２２ 連結部
２３Ａ〜２３Ｃ 接続端子
２４ 接続端子
２５Ａ〜２５Ｃ 接続端子
２６、２７ 矢印
２８Ａ、２８Ｂ 回転軸
２９ 矢印
３０ 第三の支持部
３１ 弾性体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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一対の音叉型振動子と、
これらの音叉型振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結された枠体と、
この枠体と一端が連結されたミアンダ型振動子と、
このミアンダ型振動子の他端が連結された支持体とを備え、
前記音叉型振動子は、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、
前記音叉型振動子の振動の回転軸と、前記ミアンダ型振動子の振動の回転軸とは直交する関係にある光学反射素子。
【請求項２】
音叉型振動子は、
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請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
音叉型振動子の共振周波数と、ミラー部と第一の支持部とで構成された捩れ振動子の共振周波数とを同一周波数とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項４】
二つの音叉振動子の形状を略同一形状とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項５】
第一のアームと第二のアームの少なくともいずれか一方には、圧電アクチュエータを設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項６】
圧電アクチュエータは、第一のアームと第二のアームとの連結部分まで延長した請求項５に記載の光学反射素子。
【請求項７】
圧電アクチュエータを第一の電極層、圧電体層および第二の電極層からなる積層圧電薄膜とした請求項５に記載の光学反射素子。
【請求項８】
二つの音叉型振動子とミアンダ型振動子の同一面に圧電アクチュエータを設けた請求項５に記載の光学反射素子。
【請求項９】
第一の支持部、音叉型振動子、第二の支持部、ミアンダ振動子およびミラー部の基材を同一材料とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１０】
基材を弾性部材とした請求項９に記載の光学反射素子。
【請求項１１】
弾性部材を金属、ガラス、水晶または石英とした請求項１０に記載の光学反射素子。
【請求項１２】
金属をシリコン、チタン、ステンレス、エリンバーまたは黄銅合金とした請求項１１に記載の光学反射素子。
【請求項１３】
ミアンダ型振動子の回転軸と同一線上に枠体と支持体とを支持する第三の支持部を設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１４】
対向する第一のアーム間と、対向する第二のアーム間がそれぞれ弾性体で接続した請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１５】
弾性体を金属、ゴム、またはエラストマーとした請求項１４に記載の光学反射素子。
【請求項１】
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一対の音叉型振動子と、
これらの音叉型振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結された枠体と、
この枠体と一端が連結されたミアンダ型振動子と、
このミアンダ型振動子の他端が連結された支持体とを備え、
前記音叉型振動子は、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、
前記音叉型振動子の振動の回転軸と、前記ミアンダ型振動子の振動の回転軸とは直交する関係にある光学反射素子。
【請求項２】
音叉型振動子は、
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請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
音叉型振動子の共振周波数と、ミラー部と第一の支持部とで構成された捩れ振動子の共振周波数とを同一周波数とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項４】
二つの音叉振動子の形状を略同一形状とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項５】
第一のアームと第二のアームの少なくともいずれか一方には、圧電アクチュエータを設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項６】
圧電アクチュエータは、第一のアームと第二のアームとの連結部分まで延長した請求項５に記載の光学反射素子。
【請求項７】
圧電アクチュエータを第一の電極層、圧電体層および第二の電極層からなる積層圧電薄膜とした請求項５に記載の光学反射素子。
【請求項８】
二つの音叉型振動子とミアンダ型振動子の同一面に圧電アクチュエータを設けた請求項５に記載の光学反射素子。
【請求項９】
第一の支持部、音叉型振動子、第二の支持部、ミアンダ振動子およびミラー部の基材を同一材料とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１０】
基材を弾性部材とした請求項９に記載の光学反射素子。
【請求項１１】
弾性部材を金属、ガラス、水晶または石英とした請求項１０に記載の光学反射素子。
【請求項１２】
金属をシリコン、チタン、ステンレス、エリンバーまたは黄銅合金とした請求項１１に記載の光学反射素子。
【請求項１３】
ミアンダ型振動子の回転軸と同一線上に枠体と支持体とを支持する第三の支持部を設けた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１４】
対向する第一のアーム間と、対向する第二のアーム間がそれぞれ弾性体で接続した請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１５】
弾性体を金属、ゴム、またはエラストマーとした請求項１４に記載の光学反射素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２１７０９３（Ｐ２００９−２１７０９３Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６２１６３（Ｐ２００８−６２１６３）
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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