JP2005148459A - 2次元光スキャナ及び光学装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 空隙11′を持つ支持基板11の内側に、反射膜2を有するミラー部1と、ミラー部1を囲み第1のトーションバー4a、4bを介してミラー部1を支持する内部可動枠3を備える。また、第1のトーションバー4a、4bと軸方向が直交する第2のトーションバー12a、12bを介して内部可動枠3を支持基板11に軸支し、かつ、一端が支持基板11に保持され他端が弾性体を介して内部可動枠3に接続された第1の振動板6a、6b、6c、6dと、一端が内部可動枠3に保持され他端が弾性体を介してミラー部1に接続された第2の振動板14a、14b、14c、14dを備え、該圧電ユニモルフの駆動によって内部可動枠3及びミラー部1に回転トルクを作用させる。
【選択図】 図1
Description
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5に示す。支持基板11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)の貼り合わせ基板(SOI基板)を用いた。各層の厚みはそれぞれ25μm/2μm/525μmであり、トップ層の表面には光学研磨処理を施している。
実施例2では図6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つの先端駆動部を介してミラー部1及び内部可動枠3に伝達しているが、本実施例では図6に示すように、第1及び第2の先端駆動部がそれぞれミラー部1及び内部可動枠3には接続されず、回転トルクを与えるための第1の動力板21a、21b及び第2の動力板22a、22bにそれぞれ保持されている。
次に、図1及び図6に示す2次元光スキャナ(光偏向器)を備えた光学機器(装置)への応用について説明する。図7は光学機器として画像表示装置の場合を例として示す図である。
(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、軽量化できる。
(5)直交する2軸間の光軸調整が不要である。
(6)直交する2軸間の干渉がなく、各々独立に制御可能である。
(7)素子の小型化により、従来よりも高速動作が可能である。
(8)圧電膜アクチュエータの発生力が大きいために、両軸とも大きな偏向角が得られる。
(9)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。
2 反射膜(反射面)
3 内部可動枠
4a、4b 第1のトーションバー
5a、5b、5c、5d 第1の先端駆動部
6a、6b、6c、6d 第1の振動板(圧電ユニモルフ振動板)
7a、7b、7c、7d 第1の下部電極
8a、8b、8c、8d 第1の圧電膜
9a、9b、9c、9d 第1の上部電極
10a、10b、10c、10d 第1の圧電アクチュエータ
11 支持基板(支持体)
11′ 空隙(空洞部)
12a、12b 第2のトーションバー
13a、13b、13c、13d 第2の先端駆動部
14a、14b、14c、14d 第2の振動板(圧電ユニモルフ振動板)
15a、15b、15c、15d 第2の下部電極
16a、16b、16c、16d 第2の圧電膜
17a、17b、17c、17d 第2の上部電極
18a、18b、18c、18d 第2の圧電アクチュエータ
31 2次元光スキャナ
32 レーザー光源
33 レンズ群
34 レンズ群
35 投影面
Claims (7)
- 空洞部を持つ支持体の内側に、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を囲み第1のトーションバーを介して該ミラー部を支持する内部可動枠を備えるとともに、前記第1のトーションバーと軸方向が直交する第2のトーションバーを介して前記内部可動枠を前記支持体に軸支し、かつ、一端が前記支持体に保持され他端が弾性体を介して前記内部可動枠に接続された第1の圧電ユニモルフ振動板と、一端が前記内部可動枠に保持され他端が弾性体を介して前記ミラー部に接続された第2の圧電ユニモルフ振動板とを備え、該圧電ユニモルフの駆動によって前記内部可動枠及びミラー部に回転トルクを作用させることにより、前記第1及び第2のトーションバーを2軸としてミラー部を回動させて、該ミラー部の反射面に入射する光の反射光を2次元的に走査することを特徴とする2次元光スキャナ。
- 前記圧電ユニモルフ振動板は、第1及び第2のトーションバーを挟んで対称に配置した1対あるいは2対の振動板から構成され、各々の振動板に対して位相が統一されていない交流電圧を印加することにより内部可動枠及びミラー部に回転トルクを与え、前記第1及び第2のトーションバーをそれぞれ回転軸とする所定変位角の回転運動に変換することを特徴とする請求項1に記載の2次元光スキャナ。
- 前記交流電圧は、互いに180°位相が異なる2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2次元光スキャナ。
- 前記支持体として半導体基板を用い、ミラー部、内部可動枠、トーションバーを含む機械的構成要素を該半導体基板のエッチング加工によって形成し、前記ミラー部上に金属反射膜を形成して反射面としたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の2次元光スキャナ。
- 前記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4のいずれかに記載の2次元光スキャナ。
- 前記圧電膜は、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って成膜された膜であることを特徴とする請求項5に記載の2次元光スキャナ。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の2次元光スキャナを備えたことを特徴とする光学装置。
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