CN115461666A - 微镜器件 - Google Patents

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CN115461666A CN202180030386.9A CN202180030386A CN115461666A CN 115461666 A CN115461666 A CN 115461666A CN 202180030386 A CN202180030386 A CN 202180030386A CN 115461666 A CN115461666 A CN 115461666A
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Abstract

本发明的微镜器件(1)具备:反射镜部(12);第1致动器(14),在反射镜部(12)的周围配置成环状且使反射镜部(12)绕第1轴(a1)往复转动;及第2致动器(16),使反射镜部(12)绕第2轴(a2)往复转动,并且使反射镜部(12)和第1致动器(14)绕第1轴(a1)以彼此相反的相位转动的最低阶的共振模式的共振频率A、反射镜部(12)和第1致动器(14)在与第1轴(a1)及第2轴(a2)均正交的方向上以相反的相位振动的共振模式中最低阶的共振模式的共振频率B、共振频率A与共振频率B的频率差分F=A‑B,小于频率差分F且最接近频率差分F的共振频率C、大于频率差分F且最接近频率差分F的共振频率D满足F‑C≥20Hz及F‑D≤‑150Hz。

Description

微镜器件
技术领域
本发明涉及一种微镜器件。
背景技术
作为使用硅(Si)的微加工技术制作的微机电系统(Micro Electro MechanicalSystems:MEMS)器件之一,已知一种微镜器件。该微镜器件小型且耗电量低,因此期待广泛的应用,例如,使用激光的平视显示器及视网膜显示器等激光显示器乃至光学相干断层扫描仪等光学诊断用扫描仪等。微镜器件的主要用途为激光显示器及光学诊断用扫描仪等通过反射镜部的位移来进行光学扫描的扫描仪,因此还被称为MEMS扫描仪等。
微镜器件的驱动方式多种多样,利用压电元件的变形的压电驱动方式相较于其他方式,以致动器的每单位质量的产生扭矩的大小定义的扭矩密度较高。因此,压电驱动方式具有小型且作为反射镜部的位移角度可获得相对较大的位移角度的优点,因此有望用于需要较大的位移角度的用途。尤其,在如激光显示器的那样需要较大的位移角度的用途中,主要使用使反射镜部产生共振的共振驱动。在采用共振驱动的情况下,压电驱动方式的扭矩的大小将成为较大的优点。
适用于激光显示器的微镜器件的一般结构具备:反射镜部,绕彼此正交的第1轴及第2轴这两个轴转动自如;及压电驱动方式的致动器,根据压电体驱动电压使上述反射镜部绕第1轴及第2轴这两个轴分别往复转动(参考日本特开2017-132281号公报)。
作为激光显示器的性能指标之一,可举出分辨率,其受微镜器件的反射镜部的驱动频率和位移角度的影响较大。例如,在一般的光栅扫描型激光显示器中,通过使微镜器件的反射镜部以两种不同的驱动频率绕第1轴和第2轴往复转动来进行二维光学扫描。当进行二维光学扫描时,通常将两种驱动频率中的高速侧设定为10kHz以上,将低速侧设定为10~100Hz,基本上,高速侧的转动的驱动频率和位移角度越大,激光显示器的分辨率也越提高。从上述观点出发,通常将高速侧的驱动频率设定为10kHz以上的共振频率,并通过共振驱动以较大的位移角度驱动反射镜部。
在如上所述的微镜器件中以特定的共振频率的驱动模式驱动反射镜部的情况下,有时会在与该驱动模式的共振频率不同的频率下产生不必要的共振,导致正常的光学扫描受到伴随不必要的共振的异常振动的阻碍。以下,将产生上述不必要的共振的共振模式称为异常振动模式。
日本特开2013-114015号公报中称,在驱动模式的共振频率的n倍的频率(n为自然数)与异常振动模式的共振频率的差分频率较小的情况下,该异常振动模式被激振。在日本特开2013-114015号公报中,将差分频率设为500Hz以上被认为是抑制异常振动的基准,作为异常振动的抑制方法,提出了在微镜器件的结构体中追加如限制异常振动模式下的位移的结构的方法。
发明内容
发明要解决的技术课题
然而,对结构体的多余的结构的追加会因结构的复杂化而降低制造稳定性。此外,微镜器件的质量增加会导致固有振动频率下降,从而驱动模式的共振频率会显著下降。驱动模式的共振频率的下降会导致反射镜部的位移角度的减小,因此不优选。
并且,根据本发明人的研究,在形状与日本特开2013-114015号公报中记载的形状不同的微镜器件中,即使在驱动模式的共振频率的n倍的频率(在此,n为自然数。)与异常振动模式的共振频率的差分频率相差500Hz以上的情况下,异常振动模式有时也会被激振。
本发明人考虑到一种微镜器件,其具备:第1致动器,具有在反射镜部的周围配置成环状的第1压电元件,并且与反射镜部连接且通过使第1压电元件周期性地变形而使反射镜部绕第1轴往复转动;及第2致动器,具有第2压电元件,并且通过使第2压电元件周期性地变形而使反射镜部绕与第1轴正交的第2轴往复转动。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于,提供一种能够在上述结构的微镜器件中抑制异常振动的微镜器件。
用于解决技术课题的手段
用于解决上述问题的具体方法包括以下方式。
<1>一种微镜器件,其具有反射镜部,该反射镜部具有反射入射光的反射面,该微镜器件通过使反射镜部绕彼此交叉的第1轴及第2轴这两个轴分别往复转动来二维地改变反射面的朝向,并且具备:
第1致动器,具有在反射镜部的周围配置成环状的第1压电元件,并且与反射镜部连接且通过使第1压电元件周期性地变形而使反射镜部绕第1轴往复转动;及
第2致动器,具有第2压电元件,并且通过使第2压电元件周期性地变形而使反射镜部绕第2轴往复转动,
将不同共振频率的多个共振模式中反射镜部和第1致动器绕第1轴以彼此相反的相位往复转动的最低阶的共振模式的共振频率设为A,
将多个共振模式中反射镜部和第1致动器在与第1轴及第2轴均正交的方向上以相反的相位振动的最低阶的共振模式的共振频率设为B,
将共振频率A与共振频率B之差A-B设为频率差分F,
将多个共振模式中具有频率小于频率差分F的共振频率且具有最接近频率差分F的共振频率的共振模式的共振频率设为C,
将多个共振模式中具有频率大于频率差分F的共振频率且具有最接近频率差分F的共振频率的共振模式的共振频率设为D,在该情况下,
频率差分F与共振频率C之差ΔF1满足
ΔF1=F-C≥20Hz,
并且,
频率差分F与共振频率D之差ΔF2满足
ΔF2=F-D≤-150Hz。
<2>根据<1>所述的微镜器件,其中,
差ΔF1及差ΔF2满足
ΔF1≥100Hz,
ΔF2≤-400Hz。
<3>根据<1>或<2>所述的微镜器件,其中,
反射镜部和第1致动器通过沿着第1轴延伸的第1连接部连接。
<4>根据<1>至<3>中任一项所述的微镜器件,其具备:
环状的可动框,包围第1致动器的周围;及
第2连接部,连接可动框和第1致动器,
第2致动器经由可动框使反射镜部绕第2轴往复转动。
<5>根据<4>所述的微镜器件,其中,
第2连接部沿着第1轴延伸。
<6>根据<1>至<5>中任一项所述的微镜器件,其中,
第2致动器具备两个以上的矩形板状部,两个以上的矩形板状部包括经由连结部折回成蜿蜒状的蜿蜒结构,两个以上的矩形板状部分别具备第2压电元件。
<7>根据<1>至<6>中任一项所述的微镜器件,其中,
共振频率A为10kHz以上。
发明效果
根据本发明,能够提供一种能够抑制异常振动的微镜器件。
附图说明
图1是实施方式的微镜器件的俯视图。
图2是表示微镜器件的一部分的截面结构的图。
图3是从上表面侧观察实施方式的微镜器件的结构体时的立体图。
图4是从底面侧观察实施方式的微镜器件的结构体时的立体图。
图5是用于说明检测有无异常振动的方法的图。
图6是表示由光检测器检测出的扫描线的图,图6A表示异常振动时的扫描线,图6B表示正常时的扫描线。
图7是驱动时产生异常振动时的频谱分析图。
图8是微镜器件的第1共振模式下的形状位移的模拟图。
图9是微镜器件的第2共振模式下的形状位移的模拟图。
图10是微镜器件的第3共振模式之一的共振模式((iii)-1模式)下的形状位移的模拟图。
图11是微镜器件的第3共振模式之一的共振模式((iii)-2模式)下的形状位移的模拟图。
图12是微镜器件的第3共振模式之一的共振模式((iii)-3模式)下的形状位移的模拟图。
图13是微镜器件的第3共振模式之一的共振模式((iii)-4模式)下的形状位移的模拟图。
图14是微镜器件的第3共振模式之一的共振模式((iii)-5模式)下的形状位移的模拟图。
图15是表示伴随微镜器件的一部分要素的尺寸变化的共振振动频率的变化的图。
图16是表示试验例的微镜器件的尺寸的图。
图17是表示试验例的微镜器件的尺寸变更部位的图。
图18是表示与试验例相关的ΔF1与最大位移角度之间的关系的图表。
图19是表示与试验例相关的ΔF2与最大位移角度之间的关系的图表。
具体实施方式
以下,参考附图对本发明的具体的实施方式进行说明。
图1是实施方式所涉及的微镜器件1的俯视图。图2是表示微镜器件1的一部分的截面结构的图。图3是从上表面侧观察微镜器件1时的立体图。图4是从底面侧观察微镜器件1时的立体图。
本实施方式的微镜器件1具备反射镜部12、第1致动器14、第1连接部21、可动框18、第2连接部22、固定部20及第2致动器16。第1致动器14在反射镜部12的周围配置成环状,并且具有第1压电元件41、42。第1连接部21连接反射镜部12和第1致动器14。可动框18在第1致动器14的周围配置成环状。第2连接部22连接第1致动器14和可动框18。固定部20配置于可动框18的外周。第2致动器16具有第2压电元件44、46,并且配置于可动框18与固定部20之间。在本例子中,第2致动器16经由可动框18及第2连接部22与第1致动器14连接,并且经由可动框18使反射镜部12及第1致动器14绕第2轴往复转动。
第1致动器14具备一对半环状致动器部14A、14B,它们分别设置有第1压电元件41、42。并且,第2致动器16具备一对蜿蜒型致动器部16A、16B,它们分别设置有第2压电元件44、46。第1压电元件41、42及第2压电元件44、46具有在振动板30上依次层叠下部电极31、压电膜32及上部电极33而成的层叠结构(参考图2)。另外,在图2中,为了便于视觉辨认,关于各层的膜厚及膜厚的比率,以与实际的尺寸不同的尺寸示出。上部电极33及下部电极31在图2的图面上夹着压电膜32对置配置,并且分别配置于压电膜32的上部及下部,因此为了便于说明,表述为“上部”及“下部”。然而,上部电极33及下部电极31的“上部”及“下部”并不一定表示实际配置时的上部及下部,例如,在实际配置时,上部电极33有时还会在铅垂方向上位于比下部电极31更靠下方的位置。并且,在实际配置时,上部电极33及下部电极31有时还会在水平方向上对置配置。如此,上部及下部是为了方便起见而使用的称呼,在本实施方式中,将夹着压电膜32的一对电极中设置于振动板30侧的电极称为下部电极31,将夹着压电膜32与下部电极31对置配置的电极称为上部电极33。
蜿蜒型致动器部16A具有:多个矩形板状部61,分别具备第2压电元件44;及连结部62,连结相邻的矩形板状部61。在本例子中,矩形板状部61为六个。六个矩形板状部61以各长度方向上的边彼此平行的姿势并排配置,其中一个端部通过连结部62连结。整体上观察六个矩形板状部61时,六个矩形板状部61看似经由连结部62折回。这种形状酷似河流蜿蜒的形状,因此称为蜿蜒状,蜿蜒状的结构被称为蜿蜒结构。如此,蜿蜒型致动器部16A整体包括六个矩形板状部61经由连结部62折回成蜿蜒状的蜿蜒结构。蜿蜒型致动器部16B具有分别具备第2压电元件46的多个矩形板状部61和连结部62,并且为与蜿蜒型致动器部16A几乎相同的结构。
若第1致动器14及第2致动器16的各压电元件41、42、44及46被施加规定的电压,则压电膜32变形。若第1致动器14及第2致动器16的压电膜32变形,则分别弯曲位移,产生驱动力。即,第1致动器14通过使第1压电元件41、42分别周期性地变形而使反射镜部12绕第1轴a1往复转动。并且,第2致动器16通过使第2压电元件44、46分别周期性地变形而使反射镜部12绕第2轴a2往复转动。
关于微镜器件1的尺寸,例如,长度及宽度尺寸通常分别为1mm~10mm左右,但也可以为大于或小于该尺寸的结构,并无特别限制。并且,致动器的厚度通常也为5μm~0.2mm左右,只要在可制作的范围内即可,并无特别限制。
第1致动器14使绕第1轴a1的旋转扭矩作用于反射镜部12,第2致动器16使绕与第1轴a1正交的第2轴a2的旋转扭矩作用于第1致动器14。由此,绕第1轴a1及第2轴a2二维旋转驱动反射镜部12。本微镜器件1通过二维旋转驱动反射镜部12,能够反射入射于反射镜部12的反射面12a的入射光来进行二维扫描。
第1轴a1位于包括反射镜部12的静止时的反射面12a的平面内。第2轴a2在该平面内与第1轴a1交叉。在本例子中,在此,第1轴a1和第2轴a2为彼此正交的轴。另外,第1轴a1和第2轴a2优选在反射面12a的中心交叉,但交叉位置也可以偏离中心。
以下,在各图中,将反射镜部12的静止时的反射面12a的法线方向(即,与第1轴a1及第2轴a2正交的方向)设为z轴方向,将与第1轴a1平行的方向设为x轴方向,将与第2轴a2平行的方向设为y轴方向。
本微镜器件1以高速侧的驱动频率绕第1轴a1驱动反射镜部12,并且以低速侧的驱动频率绕第2轴a2驱动反射镜部12。第1致动器14通过沿着第1轴a1延伸的第1连接部21与反射镜部12连接。第1连接部21呈沿着第1轴a1延伸的细长形状,因此绕第1轴a1的转动惯量相对较小。经由这种第1连接部21向反射镜部12传递旋转扭矩的结构适合反射镜部12绕第1轴a1的高速驱动。作为绕第1轴a1的驱动频率,优选为10kHz以上。通过将使反射镜部12绕第1轴a1往复转动的驱动频率设为10kHz以上,能够在将微镜器件1适用于激光显示器时显示高清图像。第2致动器16的蜿蜒型致动器部16A、16B发挥连接第1致动器14和固定部20的长板簧的功能。因此,第2致动器16尽管响应性下降,但柔软性提高,因此适合绕第2轴a2低速驱动第1致动器14及反射镜部12。如上所述,绕第1轴a1的驱动优选使用共振频率。
微镜器件1具有与多个固有振动频率对应的多个不同的共振频率的共振模式。由于驱动效率较高,因此绕第1轴a1的驱动优选使用该多个共振模式中使反射镜部12和第1致动器14以相反的相位绕第1轴a1往复转动的最低阶的共振模式。以下,将使该反射镜部12和第1致动器14以相反的相位绕第1轴a1往复转动的最低阶的共振模式称为驱动模式。通过以该驱动模式驱动反射镜部12,能够以较低的驱动电压实现较大的位移角度。另外,最低阶表示频率最低。
本微镜器件1的多个共振模式满足以下关系。
将上述绕第1轴a1的驱动模式的共振频率设为A。并且,将反射镜部12和第1致动器14以相反的相位在与第1轴a1及第2轴a2均正交的方向(z轴方向)上振动的最低阶模式的共振模式的共振频率设为B。并且,将共振频率A与共振频率B之差A-B设为频率差分F。进而,将多个共振模式中具有频率小于频率差分F的共振频率且具有最接近频率差分F的共振频率的共振模式的共振频率设为C。将多个共振模式中具有频率大于频率差分F的共振频率且具有最接近频率差分F的共振频率的共振模式的共振频率设为D。
在该情况下,频率差分F与共振频率C之差ΔF1为
ΔF1=F-C≥20Hz,
并且,
频率差分F与共振频率D之差ΔF2为
ΔF2=F-D≤-150Hz。
换言之,在本微镜器件1中,在超过F-20Hz且小于F+150Hz的频率范围内,不存在微镜器件1的共振模式。
并且,优选ΔF1≥100Hz,并且优选ΔF2≤-400Hz。即,优选,在超过F-100Hz且小于F+400Hz的频率范围内,不存在微镜器件1的共振模式。
另外,在本结构的微镜器件1中,共振频率A大于共振频率B。
根据本发明人的研究,通过使微镜器件1的共振模式满足上述关系式,当在驱动模式下驱动反射镜部12时,能够抑制产生频率与该驱动模式的共振频率A不同的不必要的共振。
若在微镜器件中产生不必要的共振,则伴随该不必要的共振的振动(以下,称为异常振动。)叠加于在驱动模式下发生的反射镜部12绕第1轴a1的往复转动,扫描线会因该异常振动而在时间上相对于宽度方向及长度方向发生较大的抖动,导致发生阻碍正常的光学扫描的不良情况。然而,通过满足ΔF1=F-C≥20Hz及ΔF2=F-D≤-150Hz,能够抑制产生异常振动,从而使反射镜部12以足够的位移角度往复转动,而不发生扫描线的抖动。并且,通过进一步满足ΔF1≥100Hz及ΔF2≤-400Hz,能够直至更大的位移角度为止抑制产生异常振动。例如,当将本实施方式的微镜器件1适用于激光显示器等时,由于异常振动较少,因此能够显示极高清的图像。
根据本发明人的研究,证实了即使为具有与微镜器件1相似的结构的微镜器件,在该多个共振模式不满足上述关系的情况下,当绕第1轴a1驱动反射镜部12时,也会产生异常振动,从而无法以足够的位移角度往复转动(参考后述试验例)。
微镜器件1的异常振动的产生与否可以通过观察扫描线来确认。图5是用于说明检测有无异常振动的方法的图。在将微镜器件1设置于水平面上并驱动反射镜部12使其绕第1轴a1往复转动的状态下,使激光束L0从光源100入射于微镜器件1的反射镜部。通过二维光检测器PD检测被反射镜部12反射的激光束L,并观察沿着y轴方向扫描的激光束的扫描线SL。
在图6中,图6A表示产生异常振动时的扫描线SL,图6B表示未产生异常振动的正常时的扫描线SL。如图6所示,产生异常振动时的扫描线SL相较于正常时的扫描线SL,扫描线SL在x轴方向上的宽度变宽,长度为y轴方向上的扫描量以上的长度。如此,在产生异常振动的情况下,扫描线SL在x轴方向及y轴方向上均较大地抖动。因此,能够根据x轴方向上的扫描线SL的宽度及y轴方向上的扫描线SL的长度来判断有无扫描线SL的抖动,并且能够根据有无扫描线SL的抖动来判断有无异常振动。即,若扫描线抖动,则判断为产生了异常振动,若扫描线未抖动,则判断为未产生异常振动。
在此,关于具有与上述实施方式的微镜器件1相似的形状的后述的试验例的微镜器件1A(参考图16),对产生异常振动时产生的不必要的共振模式的一例进行说明。
图7是对以驱动模式的共振频率驱动反射镜部12而产生异常振动的后述的试验例的微镜器件1A(参考图16)测定微镜器件1A(具体而言,试验例9)的传感器信号并对微镜器件1A实施FFT(Fast Fourier Transform(快速傅里叶变换))分析而得的频谱。具体而言,如下得到频谱。针对微镜器件1A,将使反射镜部12绕第1轴a1往复转动的驱动模式(图中的第1共振模式(i))的共振频率A即42kHz的驱动信号输入于第1致动器14的第1压电元件41、42。并且,获取以该共振频率A驱动反射镜部12时的微镜器件1A中产生的振动作为组装到微镜器件1A中的压电传感器(未图示)的传感器信号,并进行了FFT分析。
根据图7所示的频谱可知,尽管以第1共振模式(i)的42kHz附近的驱动模式驱动,但还是产生了约26kHz及约16kHz附近的其他共振模式。以下,将约26kHz处产生的共振模式称为第2共振模式(ii),将约16kHz处产生的共振模式称为第3共振模式(iii)。另外,在作为以往技术而记载的日本特开2013-114015号公报中,在与驱动模式的共振频率和其n倍的频率相差500Hz的范围内具有共振模式的情况下,表述为异常振动被激发。然而,在微镜器件1A中,如图7所示,尽管该不必要的第2共振模式(ii)及第3共振模式(iii)的共振频率与作为驱动模式的第1共振模式(i)的共振频率及第1共振模式的2倍波成分的频率均相差10kHz以上,但还是被激发,从而不符合日本特开2013-114015号公报中所述的产生异常振动的规则。
对上述驱动模式(第1共振模式(i))及其2倍波以外的共振模式(第2共振模式(ii)、第3共振模式(iii))如下检查了准确的共振频率及振动形状。
针对获取到上述图7的频谱的试验例9的微镜器件1A,将电压振幅2V、瞬间频率0~100kHz的啁啾信号输入于第1致动器14的第1压电元件41、42,使用激光多普勒测振仪测定了由啁啾信号产生的反射镜部12及第1致动器14的振动导致的位移。测定方法及共振模式的确定方法将在后述的试验例中详细说明。根据由激光多普勒测振仪测得的反射镜部12及第1致动器14的位移确定了上述第2共振模式(ii)及第3共振模式(iii)的共振频率及振动形状。
进而,对试验例9的微镜器件1A进行使用市售的有限元法分析软件的共振模式分析模拟,求出了0~100Hz之间产生的共振模式的共振频率及振动形状。
通过比较使用上述啁啾信号获取的共振频率及振动形状和通过模拟得到的共振模式的共振频率及振动形状,确定了图7的第2共振模式(ii)及第3共振模式(iii)的频率及共振模式的振动形状(即,是伴随哪种振动的共振)。
使用啁啾信号获取的共振频率与图7的频谱中示出的共振频率大致一致,因此能够确定图7中的各峰是以哪种振动形状振动的共振模式。另一方面,获取到的共振频率包括共振模式的n倍波(n≥2),并且无法确定该共振频率是1倍波的共振模式的共振频率,还是n倍波的共振模式的共振频率。而通过模拟获取的共振模式的共振频率尽管与通过实际器件的测定得到的共振频率并不完全一致,但能够排除由n倍波产生的共振频率。因此,通过比较使用啁啾信号获取的共振频率和通过模拟获取的共振模式的共振频率,能够确定不是微镜器件1A的n倍波的共振频率及其振动形状。
在此,使用图8~图14对作为驱动模式的第1共振模式(i)、如上所述得到的第2共振模式(ii)、第3共振模式(iii)的振动形状进行说明。图7的频谱中的第3共振模式(iii)看似是与一个共振频率对应的一个共振模式,但实际上,包括图10~图14所示的多个第3共振模式(iii)-1~第3共振模式(iii)-5。图10~图14所示的多个共振模式(第3共振模式(iii)-1~第3共振模式(iii)-5)分别与不同的共振频率对应。图8~图14是表示各共振模式的最大位移状态的形状的模拟图。在图8~图14中,利用深浅示出了位移量。图中,位移刻度所示的0表示静止状态的位置,相对于静止状态,颜色越深(越接近黑色),表示向-z轴方向的位移越大,颜色越浅(越接近白色),表示向+z轴方向的位移越大。
图8是表示反射镜部12和第1致动器14以驱动模式绕第1轴a1(x轴)以彼此相反的相位转动时的最大位移状态的模拟图。图8中示出了如下状态:反射镜部12以第1轴a1为中心,使y轴方向上的一端y1向+z轴方向倾斜位移,并且使y轴方向上的另一端y2向-z轴方向倾斜位移。并且,尽管位移量极小,但第1致动器14以第1轴a1为中心,使半环状致动器部14A的与反射镜部12的一端y1对置的部分向-z轴方向位移,并且使半环状致动器部14B的与反射镜部12的另一端y2对置的部分向+z轴方向位移。
第2共振模式(ii)为反射镜部12和第1致动器14在与包括第1轴a1(x轴)及第2轴a2(y轴)的面正交的z轴方向上以相反的相位转动的共振模式。图9是第2共振模式(ii)的情况的模拟图。如图9所示,第2共振模式(ii)为第1致动器14在反射镜部12向+z轴方向位移时向-z轴方向位移的振动模式。
图10所示的第3共振模式(iii)-1为反射镜部12和第1致动器14以相同相位绕第2轴a2转动的模式。
图11所示的第3共振模式(iii)-2为反射镜部12和第1致动器14以相同相位绕第1轴a1转动的模式。
图12所示的第3共振模式(iii)-3为反射镜部12和第1致动器14几乎不位移而第2致动器16的一对蜿蜒型致动器部16A、16B的矩形板状部61相对于第1致动器14在z轴方向上变形的模式。在图12所示的第3共振模式(iii)-3中,一对蜿蜒型致动器部16A、16B以相同相位位移。在此,相同相位是指如下状态:蜿蜒型致动器部16A、16B分别具有的多个矩形板状部61中的以第1轴a1为对称轴配置于对称的位置的矩形板状部61彼此在z轴方向上发生相同朝向的位移。例如,在图12中,在一对蜿蜒型致动器部16A、16B中,配置于在y轴方向上最远离第1轴a1的位置的矩形板状部61彼此以中央部分在z轴方向上向相同朝向隆起的方式位移。进而,在图12所示的第3共振模式(iii)-3中,一对蜿蜒型致动器部16A、16B各自的矩形板状部61越靠近反射镜部12,z轴方向上的变形量越小,在y轴方向上越远离反射镜部12,z轴方向上的变形量越大。
图13所示的第3共振模式(iii)-4为反射镜部12和第1致动器14几乎不位移而第2致动器16的一对蜿蜒型致动器部16A、16B的矩形板状部以第2轴a2为中心在z轴方向上变形的模式。并且,与图12所示的第3共振模式(iii)-3相同地,为在y轴方向上最远离反射镜部12的矩形板状部61的变形最大的模式。另一方面,图13所示的第3共振模式(iii)-4与图12所示的第3共振模式(iii)-3不同,为一对蜿蜒型致动器部16A、16B以相反的相位位移的模式。在此,相反的相位是指如下状态:蜿蜒型致动器部16A、16B分别具有的多个矩形板状部61中的以第1轴a1为对称轴配置于对称的位置的矩形板状部61彼此在z轴方向上发生相反的朝向的位移。例如,在图13中,在蜿蜒型致动器部16A中,配置于在y轴方向上最远离第1轴a1的位置的矩形板状部61以中央部分在z轴方向上凹陷的方式位移。相对于此,在蜿蜒型致动器部16B中,配置于在y轴方向上最远离第1轴a1的位置的矩形板状部61以中央部分在z轴方向上隆起的方式位移。
图14所示的第3共振模式(iii)-5为反射镜部12和第1致动器14几乎不位移而第2致动器16的一对蜿蜒型致动器部16A、16B的矩形板状部以第2轴a2为中心在z轴方向上变形的模式。并且,与图12所示的第3共振模式(iii)-3相同地,为一对蜿蜒型致动器部16A、16B以相同相位位移的模式。但是,与图12所示的第3共振模式(iii)-3的情况不同,为蜿蜒型致动器部16A、16B各自的矩形板状部61中从第1致动器14侧起第3个矩形板状部61的变形最大的模式。
当以第1共振模式(i)驱动时,若产生如第2共振模式(ii)及第3共振模式(iii)-1~(iii)-5那样的异常振动模式,则不必要的振动即异常振动会叠加于由第1共振模式(i)驱动的反射镜部12绕第1轴的往复转动。因此,扫描线会在宽度方向及长度方向上发生抖动,导致无法获得所期望的扫描角度。
另一方面,根据本发明的微镜器件1,当以第1共振模式(i)驱动时,能够抑制产生如上所述的异常振动模式。其结果,能够抑制异常振动,从而能够抑制发生扫描线的抖动,以实现高精度的光学扫描。
微镜器件1的固有振动频率根据构成微镜器件1的要素的材料、形状及尺寸而定,通过调整各要素的尺寸,能够改变固有振动频率。因此,可以调整各要素的尺寸,以使微镜器件1的共振频率满足上述关系。在制作微镜器件1时,根据微镜器件1的所期望的性能来确定各要素的基准尺寸。根据这些基准尺寸来进行求出固有振动频率的模拟,并检查通过模拟求出的固有振动频率是否满足上述关系式。在不满足上述关系式的情况下,改变某个要素的尺寸。例如,可以改变反射镜部12的直径、第1连接部21沿着第1轴a1方向的长度(反射镜部12的外周至第1致动器14的长度)、第1连接部21在第2轴a2方向上的宽度、蜿蜒型致动器部16A、16B的各矩形板状部61沿着第1轴a1方向的长度及在第2轴a2方向上的宽度、及第1致动器14在第1轴a1方向上的宽度和在第2轴a2方向上的宽度中的一个或多个。
例如,在±10μm的范围内改变第1连接部21的宽度的情况下,如图15所示,微镜器件1的第1共振模式(i)的共振频率会较大地变动。第1连接部21的宽度越大,第1共振模式(i)的共振频率越大。另一方面,第2共振模式(ii)的共振频率几乎恒定。如此,通过变更一部分构成要素的尺寸,能够改变微镜器件1的共振频率及它们之间的关系。
以下,对微镜器件1的各要素的细节进行说明。
反射镜部12具有反射入射光的反射面12a。反射面12a由设置于反射镜部12的一个面上的例如Au(金)及Al(铝)等金属薄膜构成。用于形成反射面12a的反射镜涂层所使用的材料及膜厚并无特别限定,可以使用公知的反射镜材料(高反射率材料)来进行各种设计。并且,在本例子中,如图4所示,为了保持反射面的平坦性,反射镜部12的背面设置有沿着外周形状的圆形肋及在圆形肋内与第2轴a2平行的三个肋13。
在图1中,例示了具有大致圆形的反射面12a且呈与反射面12a相似的俯视形状的反射镜部12,但反射镜部12的俯视形状可以与反射面12a的形状一致,也可以不同。反射镜部12及反射面12a的形状并无特别限定。也可以为椭圆形、正方形、矩形及多边形等各种形状,而不限于例示的圆形。
第1连接部21由从反射镜部12的外周沿着第1轴a1向外侧对称地延伸设置的一对棒状部件构成,其在第1轴a1上连接反射镜部12和第1致动器14,并且将反射镜部12支撑为能够绕第1轴a1转动。第1连接部21各自的一端与反射镜部12的外周连接,各自的另一端与第1致动器14连接。
第1致动器14包括分别具备第1压电元件41、42的一对半环状致动器部14A、14B。一对半环状致动器部14A、14B在第1轴a1上连接,并且在反射镜部12的周围配置成环状。
在此,环状只要是不间断地包围内侧的区域的形状即可,内周及外周的形状可以不是圆形,是包括矩形或多边形等的概念。
通过使夹着第1轴a1配置的半环状致动器部14A和半环状致动器部14B彼此向相反的方向挠曲,能够产生绕第1轴a1的扭矩,由此使反射镜部12绕第1轴a1转动。
第2连接部22由从第1致动器14的外周沿着第1轴a1向外侧对称地延伸设置的一对棒状部件构成,其在第1轴a1上连接第1致动器14和可动框18。
如上所述,第2致动器16由配置于第1致动器14与固定部20之间的一对蜿蜒型致动器部16A、16B构成。一对蜿蜒型致动器部16A、16B夹着可动框18、第1致动器14及反射镜部12相对于第1轴a1对称地配置。设置于蜿蜒型致动器部16A、16B的一端的连结部62与第1致动器14的外周连接,设置于另一端的连结部62与固定部20连接。
蜿蜒型致动器部16A、16B各自的矩形板状部61发挥压电悬臂的功能。为了产生绕第2轴的扭矩,可以使相邻的矩形板状部61彼此向相反的方向挠曲。由此,产生的倾斜角度蓄积于各矩形板状部61的端部,它们的和成为第1致动器14的倾斜度(=反射镜部12的倾斜度)。因此,以产生相反的方向的应力的方式对相邻的矩形板状部61的第2压电元件44彼此以及第2压电元件46彼此施加电压。具体而言,可以使对它们施加的电压波形的相位180°位移。如此,第2致动器16能够使第1致动器14和反射镜部12产生旋转扭矩。
在本例子中,在蜿蜒型致动器部16A、16B中,设置了六个矩形板状部61,但矩形板状部61的数量只要为一个以上即可,并无限定。在矩形板状部61仅为一个的情况下,设置于其一端的连结部与半环状致动器部14A或14B的外周连接,设置于另一端的连结部与固定部20的内周连接,通过两个连结部和矩形板状部61,整体构成为呈蜿蜒形状。但是,优选一个蜿蜒型致动器部16A和16B包括两个以上的矩形板状部61,并且,从抑制微镜器件1静止时的翘曲的观点出发,矩形板状部61优选为偶数。
另外,在本例子中,由一对蜿蜒型致动器部16A、16B构成了第2致动器16,但作为第2致动器16,只要能够使反射镜部12及第1致动器14沿着第2轴a2一体往复转动即可,也可以为其他形状。
可动框18具有向第1致动器14及反射镜部12传递由第2致动器16产生的旋转扭矩的功能。但是,微镜器件1也可以不具备可动框18及第2连接部22,而使第2致动器16与第1致动器14直接连接。
固定部20支撑第2致动器16,并且经由第2致动器16支撑可动框18、第1致动器14及反射镜部12。另外,固定部20设置有未图示的配线及电极端子等。并且,固定部20可以进一步设置有未图示的电子电路。
在本例子中,固定部20为包围第2致动器16的框部件。固定部20并不限于框部件,也可以由与一个蜿蜒型致动器部16A连接的第1固定部和与另一个蜿蜒型致动器部16B连接的第2固定部这两个部件构成。
在本例子的微镜器件1中,反射镜部12、第1致动器14、可动框18、第2致动器16、固定部20、第1连接部21及第2连接部22以线对称的结构配置于第1轴a1上。通过这种对称结构,能够使旋转扭矩高效地作用于中央的反射镜部12。
微镜器件1例如可以通过利用半导体制造技术进行加工而从硅基板制作成由反射镜部12、第1致动器14、第2致动器16、固定部20及连接部21等要素一体地构成的结构物。
另外,固定部20厚于反射镜部12、第1致动器14、可动框18、第2致动器16、第1连接部21及第2连接部22(参考图3及图4)。即,反射镜部12、第1致动器14、可动框18、第2致动器16、第1连接部21及第2连接部22的厚度形成为薄于固定部20的厚度(z轴方向上的厚度)。由此,第1致动器14、第2致动器16、第1连接部21及第2连接部22成为容易变形(弯曲变形或扭曲变形)的结构。将反射镜部12、第1致动器14、第2致动器16及固定部20中除反射面、压电膜、电极及配线等以外的基材部分称为微镜器件用结构体。并且,该结构体中除固定部20以外的部分为结构体中的主体部分。微镜器件1的基本性能取决于该主体部分的形状,而不取决于固定部20的形状。
设置于第1致动器14的一对半环状致动器部14A、14B的第1压电元件41、42的上部电极33可以分别由多个单独的电极部构成。
对设置于第1致动器14及第2致动器16的压电元件41、42、44、46进行说明。如上所述,压电元件41、42、44、46具有下部电极31、压电膜32及上部电极33的层叠体结构。
下部电极及上部电极的厚度并无特别限制,例如为200nm左右。压电膜的厚度只要为10μm以下,则并无特别限制,通常为1μm以上,例如为1~5μm。下部电极、上部电极及压电膜的成膜方法并无特别限定,但优选气相生长法,尤其优选通过溅射法成膜。
下部电极的主成分并无特别限制,可举出Au、Pt、Ir、IrO2、RuO2、LaNiO3及SrRuO3等金属或金属氧化物以及它们的组合。
上部电极的主成分并无特别限制,可举出在下部电极中例示的材料、Al、Ti、Ta、Cr及Cu等通常在半导体工艺中使用的电极材料以及它们的组合。
作为压电膜,可举出含有由下述式表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物(P)的压电膜。
通式ABO3 (P)
(式中,A:A位的元素,含有Pb的至少一种元素。
B:B位的元素,选自包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sb、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe及Ni的组中的至少一种元素。
O:氧元素。
A位元素、B位元素及氧元素的摩尔比的标准为1:1:3,但它们的摩尔比也可以在可采用的钙钛矿结构的范围内偏离基准摩尔比。)
作为由上述通式表示的钙钛矿型氧化物,可举出钛酸铅、钛酸锆酸铅(PZT)、锆酸铅、钛酸铅镧、锆酸钛酸铅镧、镁铌酸锆钛酸铅、镍铌酸锆钛酸铅、锌铌酸锆钛酸铅等含铅化合物及它们的混晶系;钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸铋钠、钛酸铋钾、铌酸钠、铌酸钾、铌酸锂、铋铁氧体等不含铅化合物及它们的混晶系。
并且,本实施方式的压电膜优选含有由下述式表示的一种或两种以上的钙钛矿型氧化物(PX)。
Aa(Zrx、Tiy、Mb-x-y)bOc (PX)
(式中,A:A位的元素,含有Pb的至少一种元素。M为选自包括V、Nb、Ta及Sb的组中的至少一种元素。
0<x<b、0<y<b、0≤b-x-y、a:b:c=1:1:3为标准,但它们的摩尔比也可以在可采用钙钛矿结构的范围内偏离基准摩尔比。)
由用上述通式(P)及(PX)表示的钙钛矿型氧化物构成的压电膜具有较高的压电应变常数(d31常数),因此具备这种压电膜的致动器具有优异的位移特性。另外,由通式(PX)表示的钙钛矿型氧化物的压电常数比由通式(P)表示的钙钛矿型氧化物的压电常数高。
并且,具备由用通式(P)及(PX)表示的钙钛矿型氧化物构成的压电膜的致动器在驱动电压范围内具有线性优异的电压位移特性。这些压电材料在实施本发明的技术时表现出良好的压电特性。
[试验例]
以下,对本发明的技术的实施例及比较例的微镜器件进行说明。作为实施例及比较例,制作了以下试验例1~16。试验例1~12相当于实施例,试验例13~16相当于比较例。
通过以下步骤,制作出图16中示出俯视图的微镜器件1A,作为试验例1~16。形状与图1所示的微镜器件1相等,并且对相同要素标注了相同符号。图17是表示图16中用虚线A圈住的反射镜部12的背面的图。
-制造方法-
(工序1)作为结构用基板,使用了背面硅氧化物(SiO2)层1.5μm、Si处理层250μm、硅氧化物掩埋层1μm、Si器件层100μm、表面硅氧化物1μm的层叠结构的SOI(Silicon OnInsulator(硅晶绝缘体))基板。通过溅射法以350℃的基板温度在该SOI基板的表面氧化层1μm上形成了30nm的Ti层和150nm的Ir层。Ti层及Ir层的层叠结构相当于图2的下部电极31。
(工序2)使用高频(RF:radio frequency)溅射装置在上述中得到的层叠形成有下部电极(Ti/Ir)的基板上形成了3μm的压电膜。作为压电膜用溅射成膜的靶材料,使用了组成为Pb1.3((Zr0.52Ti0.48)0.88Nb0.12)O3的材料。成膜压力设为2.2mTorr,成膜温度设为450℃。得到的压电膜为以原子组成比计添加有12%的Nb的Nb掺杂PZT薄膜。
(工序3)通过剥离法在形成有上述中得到的压电膜的基板上图案形成了具有Au/Ir(150nm/50nm)的层叠结构的上部电极。
(工序4)然后,通过感应耦合等离子体(ICP:inductively coupled plasma)干式蚀刻对压电膜及下部电极进行了图案蚀刻。
(工序5)进而,在整个面上形成由厚0.6μm的Al2O3构成的绝缘层之后,通过ICP干式蚀刻将该绝缘层图案化。
(工序6)通过剥离法将Au/Ti(300nm/50nm)的层叠结构图案化,形成了反射镜部12的反射面12a、电极端子及配线层。
(工序7)通过硅的干式蚀刻工艺对器件层进行图案蚀刻,加工出第1致动器14、第2致动器16、可动框18、反射镜部12、第1连接部21、第2连接部22及固定部20的形状。
(工序8)接着,从基板的背面对基底层进行了反应离子深刻蚀。基本上,留下成为固定部20的部分,并去除了基底层。
(工序9)最后,通过干式蚀刻从背面去除绝缘层,由此制作出图16所示的微镜器件。
在上述制作工序中,在工序6中形成了反射镜部12的反射面12a,但也可以使用与电极端子及配线层的材料不同的反射材料来形成反射面12a,此时,例如可以紧接着工序6通过剥离法等形成反射面12a。
本试验例的微镜器件1A的各要素的尺寸如图16所示。反射镜部12的直径设为1.1mm,蜿蜒型致动器部16A、16B的各矩形板状部61沿着x轴方向(第1轴a1方向)的长度设为6.0mm,y轴方向(第2轴a2方向)上的宽度设为0.49mm,相邻的矩形板状部61彼此的间隔设为0.04mm。关于固定部20的外形,轴向设为11.4mm,x轴方向设为8.5mm。并且,反射镜部12、第1致动器14及第2致动器16、以及第1连接部21及第2连接部22的厚度等于器件层的厚度。但是,如图17所示,反射镜部12的背面设置有沿着外周的圆形肋及在圆形部内平行的三个肋13。肋13的厚度设为250μm。
另外,在各试验例1~16中,将支撑反射镜部12的第1连接部21的宽度Δbar及反射镜部12的肋13的宽度Δfrm分别设为表1所示的尺寸。
对各试验例的微镜器件检查了共振模式的频率及频率差与有无异常振动产生之间的相关性。
(各种共振模式的频率及频率差)
使用激光多普勒测振仪(Polytec公司制MSA-500MICRO SYSTEM ANALYZER)对第1致动器14的第1压电元件41、42施加电压振幅2V的啁啾信号(瞬间频率0~100kHz)对各试验例1~16的微镜器件测定了微镜器件1A上的多个测定点的位移。如图16中黑圈(·)所示,测定点分别设定在反射镜部12、第1致动器14的半环状致动器部14A、14B、可动框18及、第2致动器16的蜿蜒状致动器部16A、16B的最靠近可动框18的矩形板状部61上的多个位置。针对由激光多普勒测振仪获取的各测定点上的位移,通过FFT处理获取频谱,并根据各测定点的频谱的平均频谱求出了振动的频率。并且,根据各测定点之间的相位关系求出了各振动模式的振动形状。FT处理的条件设为采样频率256Hz、采样时间1024ms及频率分辨率0.9766Hz。另外,共振模式的频率是根据各测定点的频谱的平均频谱确定的。
在如上所述求出的多个共振模式中,提取了反射镜部12和第1致动器14绕第1轴a1(与x轴平行的轴)以彼此相反的相位往复转动的共振模式中最低阶的第1共振模式(i)的共振频率A以及反射镜部12和第1致动器14在与第1轴a1(x轴)及第2轴a2方向(y轴)均正交的方向(z轴方向)上以相反的相位振动的共振模式中最低阶的第2共振模式(ii)的共振频率B。
并且,计算出了
F=A-B。
并且,在如上所述求出的多个共振模式各自的频率中,提取了具有F附近的频率的共振模式的频率。关于试验例1~16的各微镜器件,作为F的周边模式,存在第3共振模式(iii)-1~第3共振模式(iii)-5的模式。
进而,在第3共振模式(iii)-1~第3共振模式(iii)-5中,提取小于F且最接近F的共振频率,作为共振频率C。并且,在第3共振模式(iii)-1~第3共振模式(iii)-5中,提取大于F且最接近F的共振频率,作为共振频率D。然后,分别计算出了
ΔF1=F-C,
ΔF2=F-D。
(评价)
针对试验例11~16的微镜器件,将第1共振模式(i)的共振频率A的正弦波信号输入于第1致动器14,进行了使反射镜部12绕第1轴转动的第1轴扫描动作。逐渐增加电压振幅,从而逐渐增加了反射镜部12的位移角度,检查了有无异常振动产生及产生异常振动时的反射镜部12的位移角度。具体而言,使可见光激光垂直入射于微镜器件的反射镜部12的反射面12a,通过二维光检测器检测反射光,根据有无扫描线的抖动判定了有无异常振动。对当逐渐增加电压振幅时,反射镜部12因在不产生异常振动的情况下达到Si破坏应力而被破坏的试验例,将作为破坏极限角度的15°设为最大位移角度。并且,在达到破坏极限之前产生异常振动的情况下,将其产生时的角度设为最大位移角度。并且,在表1中,在直至反射镜部12的破坏极限为止未产生异常振动的情况下表述为“未产生”,在小于破坏极限的角度产生异常振动的情况下表述为“产生”。
并且,作为评价,将直至破坏极限为止未产生异常振动的情况评价为A,在产生异常振动的情况下,若最大位移角度为6°以上,则评价为B,若最大位移角度小于6°,则评价为C。在将微镜器件适用于激光显示器的情况下,认为至少需要±6°的位移角度。并且,若能够获得超过±12°的位移角度,则能够实现极高清的图像。
将各例子的构成要素的尺寸、各种频率、频率差及评价结果示于表1。
Figure BDA0003902671300000211
如表1所示,评价为A或B的试验例1~12满足ΔF1=F-C≥20Hz及ΔF2=F-D≤-150Hz。另一方面,评价为C的试验例13~16的ΔF2的值大于-150Hz。
图18是表示试验例1~16的ΔF1与最大位移角度之间的关系的图表。在图中,四边形(□)的标记表示ΔF2为-400Hz以下的试验例,菱形(◆)的标记表示ΔF2大于-400Hz的试验例。根据图18可知,在ΔF2为-400Hz以下的试验例1~7中,ΔF1越接近0,产生的异常振动位移角度越小。在ΔF1为100Hz以下的试验例6、7中,能够实现±6°以上的最大位移角度,但未能获得超过±12°的最大位移角度。
图19是表示试验例1~16的ΔF2与最大位移角度之间的关系的图表。在图中,四边形(□)的标记表示ΔF1为100Hz以上的试验例,菱形(◆)的标记表示ΔF1小于100Hz的试验例。根据图19可知,在ΔF1为100Hz以上的试验例1~5及8~16中,ΔF2越接近0,产生的异常振动的位移角度越小。如上所述,ΔF2大于-150Hz的试验例13~16未能获得最大位移角度±6°,ΔF2为-150Hz以下但超过-400Hz的试验例8~12能够实现±6°以上的最大位移角度,但未能获得超过±12°的最大位移角度。
另一方面,在图18及图19中,在用虚线圈住的ΔF1为100z以上且ΔF2为-400Hz以下的试验例1~5中,直至破坏极限为止未产生异常振动。
即,通过满足ΔF1=F-C≥20Hz及ΔF2=F-D≤-150Hz,能够实现适合激光显示器用途的±6°以上的位移角度,通过满足ΔF1=F-C≥100Hz及ΔF2=F-D≤-400Hz,能够实现超过±12°的位移角度,因此可以说能够进行极高清的光学扫描。
另外,在实施本发明的技术时,并不限定于本试验例的结构及制造方法,基板的材料、电极材料、压电材料、膜厚及成膜条件等可以根据目的适当选择。
2020年4月23日申请的日本专利申请2020-076928号的发明的所有内容通过参考援用于本说明书中。
本说明书中记载的所有文献、专利申请及技术标准可与具体且分别记载通过参考援用各文献、专利申请及技术标准的情况相同程度地通过参考援用于本说明书中。

Claims (7)

1.一种微镜器件,其具有反射镜部,所述反射镜部具有反射入射光的反射面,所述微镜器件通过使所述反射镜部绕彼此交叉的第1轴及第2轴这两个轴分别往复转动来二维地改变所述反射面的朝向,其中,该微镜器件具备:
第1致动器,其在所述反射镜部的周围配置成环状,并具有第1压电元件,并且与所述反射镜部连接且通过使所述第1压电元件周期性地变形而使所述反射镜部绕所述第1轴往复转动;及
第2致动器,其具有第2压电元件,并且通过使所述第2压电元件周期性地变形而使所述反射镜部绕所述第2轴往复转动,
将不同共振频率的多个共振模式中所述反射镜部和所述第1致动器绕所述第1轴以彼此相反的相位往复转动的最低阶的共振模式的共振频率设为A,
将所述多个共振模式中所述反射镜部和所述第1致动器在与所述第1轴及所述第2轴均正交的方向上以相反的相位振动的最低阶的共振模式的共振频率设为B,
将所述共振频率A与所述共振频率B之差A-B设为频率差分F,
将所述多个共振模式中具有频率小于所述频率差分F的共振频率且具有最接近所述频率差分F的共振频率的共振模式的共振频率设为C,
将所述多个共振模式中具有频率大于所述频率差分F的共振频率且具有最接近所述频率差分F的共振频率的共振模式的共振频率设为D,在该情况下,
所述频率差分F与所述共振频率C之差ΔF1满足
ΔF1=F-C≥20Hz,
并且,
所述频率差分F与所述共振频率D之差ΔF2满足
ΔF2=F-D≤-150Hz。
2.根据权利要求1所述的微镜器件,其中,
所述差ΔF1及所述差ΔF2满足
ΔF1≥100Hz,
ΔF2≤-400Hz。
3.根据权利要求1或2所述的微镜器件,其中,
所述反射镜部和所述第1致动器通过沿着所述第1轴延伸的第1连接部连接。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的微镜器件,其中,该微镜器件具备:
环状的可动框,其包围所述第1致动器的周围;及
第2连接部,其连接所述可动框和所述第1致动器,
所述第2致动器经由所述可动框使所述反射镜部绕所述第2轴往复转动。
5.根据权利要求4所述的微镜器件,其中,
所述第2连接部沿着所述第1轴延伸。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的微镜器件,其中,
所述第2致动器具备两个以上的矩形板状部,并包含所述两个以上的矩形板状部经由连结部折回成蜿蜒状的蜿蜒结构,所述两个以上的矩形板状部分别具备所述第2压电元件。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的微镜器件,其中,
所述共振频率A为10kHz以上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013114015A (ja) 2011-11-29 2013-06-10 Brother Ind Ltd 光スキャナ
JP6289957B2 (ja) * 2014-03-25 2018-03-07 スタンレー電気株式会社 光偏向器
JP6581002B2 (ja) 2016-01-25 2019-09-25 スタンレー電気株式会社 前照灯装置
JP7132481B2 (ja) * 2018-02-23 2022-09-07 ミツミ電機株式会社 アクチュエータ及び光走査装置
IT201800008091A1 (it) * 2018-08-14 2020-02-14 St Microelectronics Srl Dispositivo micromeccanico dotato di una struttura orientabile tramite attuazione quasi-statica di tipo piezoelettrico e avente elementi di irrigidimento
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