JP2006320089A - Actuator, manufacturing method of actuators, focus changing apparatus, optical scanner, and image displaying apparatus - Google Patents

Actuator, manufacturing method of actuators, focus changing apparatus, optical scanner, and image displaying apparatus Download PDF

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JP2006320089A JP2005138993A JP2005138993A JP2006320089A JP 2006320089 A JP2006320089 A JP 2006320089A JP 2005138993 A JP2005138993 A JP 2005138993A JP 2005138993 A JP2005138993 A JP 2005138993A JP 2006320089 A JP2006320089 A JP 2006320089A
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Yasuo Nishikawa
恭生 西川
Nobuaki Asai
伸明 浅井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator, a manufacturing method for actuators, a focus changing apparatus, an optical scanner, and an image displaying apparatus wherein stress in a direction in which the stress is unwanted can be lessened to prevent damage. <P>SOLUTION: A piezoelectric actuator 109 is so constructed that by applying voltage to a distortion causing element 111 supported on an elastic member 113, the actuating portion of the distortion causing element 111 is actuated. Thus, the elastic member 113 can be deformed. The piezoelectric actuator 109 is so constructed that multiple driving units 111c, 111d to which voltage in the same phase is applied in the distortion causing element 111 are provided in parallel with the elastic member 113. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、アクチュエータ、アクチュエータの製造方法、焦点可変装置、光走査装置及び画像表示装置に関するものであり、特に、弾性部材に支持された起歪素子に電圧を印加することにより、起歪素子の駆動部を駆動させて、弾性部材を変形可能にしたアクチュエータ、アクチュエータの製造方法、焦点可変装置、光走査装置及び画像表示装置に関する。   The present invention relates to an actuator, an actuator manufacturing method, a focus variable device, an optical scanning device, and an image display device, and more particularly, by applying a voltage to a strain generating element supported by an elastic member. The present invention relates to an actuator in which an elastic member can be deformed by driving a drive unit, an actuator manufacturing method, a focus variable device, an optical scanning device, and an image display device.

従来から、マイクロマシンをアクティブに駆動するためのアクチュエータが提案され、実用化されている。例えば、画像を表示するための画像表示装置には、焦点を調節するための焦点可変装置、光を走査するための光走査装置などが含まれているが、これら焦点可変装置、光走査装置には、ミラーを変位させるためのアクチュエータを備えたものが知られている。   Conventionally, an actuator for actively driving a micromachine has been proposed and put into practical use. For example, an image display device for displaying an image includes a focus variable device for adjusting the focus, an optical scanning device for scanning light, and the like. Is known that includes an actuator for displacing a mirror.

このようなアクチュエータには、弾性部材と、その弾性部材上に起歪素子とが備えられ、その起歪素子に電圧を印加することによって弾性部材及び起歪素子が駆動するものが知られている。また、このような起歪素子には、例えば、電圧が印加される上部電極と、弾性部材に支持され、前記電圧と異なる電圧が印加される下部電極と、上部電極及び下部電極に挟持された圧電素子とを有するものがある。この上部電極と下部電極との間に電圧を印加することによって、起歪素子が駆動することとなる。   Such an actuator includes an elastic member and a strain generating element on the elastic member, and the elastic member and the strain generating element are driven by applying a voltage to the strain generating element. . Further, in such a strain generating element, for example, an upper electrode to which a voltage is applied, a lower electrode supported by an elastic member and applied with a voltage different from the voltage, and sandwiched between the upper electrode and the lower electrode Some have a piezoelectric element. By applying a voltage between the upper electrode and the lower electrode, the strain generating element is driven.

また、このようなアクチュエータの中には、例えば、特許文献1に示すように、長手方向の一端が固定部に固定され、他端にミラーが設けられている一対のトーションバーに、陽極の電圧、陰極の電圧をそれぞれ印加するものが開示されている。これによって、一対のトーションバーが駆動し、ミラーを変位させる。
特開平7−270700号公報
In addition, among such actuators, for example, as shown in Patent Document 1, the anode voltage is applied to a pair of torsion bars in which one end in the longitudinal direction is fixed to the fixing portion and a mirror is provided on the other end. And those for applying a cathode voltage respectively. As a result, the pair of torsion bars are driven to displace the mirror.
JP-A-7-270700

しかしながら、上述したようなアクチュエータでは、トーションバーが駆動する場合に、そのトーションバーを固定した固定部(枠体やミラーなど)近傍において、その駆動に応じて、長手方向に対する応力以外にも短手方向に対しても、本来必要のない応力が発生するため、その不要な応力によって、効率よくミラー等を駆動させることができないばかりか、応力集中が過大になり、固定部やトーションバーなどが損傷するおそれがあった。これは、圧電素子などの変形する力が、長手方向のみならず短手方向にも加わり、結果として構造上弱い箇所に集中してしまうためであった。   However, in the actuator as described above, when the torsion bar is driven, in the vicinity of the fixed portion (frame body, mirror, etc.) to which the torsion bar is fixed, depending on the drive, the short side other than the stress in the longitudinal direction. Since unnecessary stress is generated in the direction, not only the unnecessary stress can drive the mirror etc. efficiently, but also the stress concentration becomes excessive and the fixed part and the torsion bar are damaged. There was a risk. This is because the deformation force of the piezoelectric element or the like is applied not only in the longitudinal direction but also in the lateral direction, and as a result, concentrates on a weak point in the structure.

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、不要な応力を軽減し、損傷を防止することができるアクチュエータ、アクチュエータの製造方法、焦点可変装置、光走査装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an actuator that can reduce unnecessary stress and prevent damage, an actuator manufacturing method, a focus variable device, an optical scanning device, and an image display device. The purpose is to provide.

以上のような目的を達成するために、本発明は、以下のようなものを提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides the following.

すなわち、請求項1記載の本発明では、弾性部材に支持された起歪素子に電圧を印加することにより、前記起歪素子の駆動部を駆動させて、前記弾性部材を変形可能にしたアクチュエータにおいて、前記起歪素子において同相の電圧が印加される複数の駆動部を前記弾性部材に並設したことを特徴とするアクチュエータとした。   That is, according to the first aspect of the present invention, in the actuator in which the elastic member can be deformed by driving the driving unit of the strain generating element by applying a voltage to the strain generating element supported by the elastic member. The actuator is characterized in that a plurality of drive units to which in-phase voltages are applied in the strain generating element are arranged in parallel with the elastic member.

また、請求項2記載の本発明では、前記複数の駆動部は、前記起歪素子を複数に分岐してなることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータとした。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the actuator according to the first aspect, wherein the plurality of driving units are formed by branching the strain generating element into a plurality of parts.

また、請求項3記載の本発明では、前記複数の駆動部は、駆動方向を含む駆動面に対して平行な方向に並設されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータとした。   According to a third aspect of the present invention, in the actuator according to the first or second aspect, the plurality of driving units are arranged in parallel in a direction parallel to the driving surface including the driving direction. did.

また、請求項4記載の本発明では、前記起歪素子は、前記同相の電圧が印加される上部電極と、前記弾性部材に支持され、前記同相の電圧と異なる電圧が印加される下部電極と、前記上部電極及び前記下部電極に挟持された圧電素子と、を有し、前記上部電極及び前記圧電素子、若しくは、前記上部電極、前記圧電素子及び前記下部電極のそれぞれに溝が形成されており、複数の上部電極及び複数の圧電素子、若しくは、複数の上部電極、複数の圧電素子及び複数の下部電極として分岐されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のアクチュエータとした。   Further, in the present invention according to claim 4, the strain generating element includes an upper electrode to which the in-phase voltage is applied, and a lower electrode that is supported by the elastic member and to which a voltage different from the in-phase voltage is applied. A piezoelectric element sandwiched between the upper electrode and the lower electrode, and a groove is formed in each of the upper electrode and the piezoelectric element, or the upper electrode, the piezoelectric element, and the lower electrode. The actuator according to claim 1, wherein the actuator is branched as a plurality of upper electrodes and a plurality of piezoelectric elements, or a plurality of upper electrodes, a plurality of piezoelectric elements, and a plurality of lower electrodes. did.

また、請求項5記載の本発明では、前記弾性部材が複数に分岐された状態で並設されていることを特徴とする請求項4に記載のアクチュエータとした。   According to a fifth aspect of the present invention, in the actuator according to the fourth aspect, the elastic members are arranged in parallel in a state of being branched into a plurality of portions.

また、請求項6記載の本発明では、前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加することによって前記起歪素子における前記複数の駆動部を駆動させることを特徴とする請求項4又は5に記載のアクチュエータとした。   According to a sixth aspect of the present invention, the plurality of driving units in the strain-generating element are driven by applying a voltage between the upper electrode and the lower electrode. The actuator described in 5 was used.

また、請求項7記載の本発明では、弾性部材に支持された起歪素子に電圧を印加することにより、前記起歪素子の駆動部を駆動させて、前記弾性部材を変形可能にしたアクチュエータの製造方法において、前記起歪素子において同相の電圧が印加される複数の駆動部を、前記弾性部材に並設したことを特徴とするアクチュエータの製造方法とした。   According to the seventh aspect of the present invention, there is provided an actuator that deforms the elastic member by driving a driving unit of the strain generating element by applying a voltage to the strain generating element supported by the elastic member. In the manufacturing method, the actuator manufacturing method is characterized in that a plurality of drive units to which in-phase voltages are applied in the strain generating element are arranged in parallel to the elastic member.

また、請求項8記載の本発明では、エッチングにより弾性部材を複数に分岐し、前記弾性部材上に、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層することによって、複数の下部電極、複数の圧電素子、複数の上部電極を順に形成することを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータの製造方法とした。   Further, in the present invention according to claim 8, the elastic member is branched into a plurality by etching, and a plurality of lower electrodes are formed by sequentially laminating a lower electrode layer, a piezoelectric element layer, and an upper electrode layer on the elastic member. The method for manufacturing an actuator according to claim 7, wherein a plurality of piezoelectric elements and a plurality of upper electrodes are formed in order.

また、請求項9記載の本発明では、前記弾性部材上に、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層することによって、下部電極、圧電素子、上部電極を順に形成し、少なくとも前記上部電極及び前記圧電素子に溝を形成することによって、複数の上部電極、複数の圧電素子を形成することを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータの製造方法とした。   In the present invention according to claim 9, the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer are sequentially stacked on the elastic member, thereby forming the lower electrode, the piezoelectric element, and the upper electrode in order. The actuator manufacturing method according to claim 7, wherein a plurality of upper electrodes and a plurality of piezoelectric elements are formed by forming grooves in the upper electrode and the piezoelectric elements.

また、請求項10記載の本発明では、前記弾性部材上に、下部電極層を積層することによって、下部電極を形成し、前記下部電極上に所定の間隔でマスキングを施し、圧電素子層を積層することによって、複数の圧電素子を形成し、前記複数の圧電素子層上に、上部電極層を積層することによって、複数の上部電極を形成することを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータの製造方法とした。   According to a tenth aspect of the present invention, a lower electrode layer is laminated on the elastic member to form a lower electrode, masking is performed on the lower electrode at a predetermined interval, and a piezoelectric element layer is laminated. A plurality of upper electrodes are formed by forming a plurality of piezoelectric elements by laminating an upper electrode layer on the plurality of piezoelectric element layers. It was set as the manufacturing method.

また、請求項11記載の本発明では、前記複数の圧電素子上における各縁端にマスキングを施し、前記複数の圧電素子上に、上部電極層を積層することによって、前記複数の上部電極を形成することを特徴とする請求項8又は10に記載のアクチュエータの製造方法とした。   Further, in the present invention according to claim 11, the plurality of upper electrodes are formed by masking each edge on the plurality of piezoelectric elements and laminating an upper electrode layer on the plurality of piezoelectric elements. An actuator manufacturing method according to claim 8 or 10 is provided.

また、請求項12記載の本発明では、請求項1から6のいずれかに記載のアクチュエータを備えたことを特徴とする焦点可変装置とした。   According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a variable focus apparatus including the actuator according to any one of the first to sixth aspects.

また、請求項13記載の本発明では、請求項1から6のいずれかに記載のアクチュエータを備えたことを特徴とする光走査装置とした。   According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device including the actuator according to any one of the first to sixth aspects.

また、請求項14記載の本発明では、請求項12に記載の焦点可変装置、請求項13に記載の光走査装置のいずれか又は両者を備えたことを特徴とする画像表示装置とした。   According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an image display device including any one or both of the variable focus device according to the twelfth aspect and the optical scanning device according to the thirteenth aspect.

請求項1、2、6、7、12から14のいずれか記載の発明によれば、同相の電圧が印加される複数の駆動部を弾性部材に並設したので、例えば、一つの駆動部として起歪素子が設けられた場合と比べて、起歪素子の駆動部の駆動によって生じる不要な応力を軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。   According to the invention of any one of claims 1, 2, 6, 7, and 12 to 14, a plurality of drive units to which in-phase voltages are applied are arranged in parallel on the elastic member. Compared with the case where a strain generating element is provided, unnecessary stress generated by driving the drive unit of the strain generating element can be reduced, and unnecessary strain can be suppressed.

また、請求項3記載の発明によれば、複数の駆動部は、その駆動方向(例えば、上下方向)を含む駆動面(例えば、垂直面)に対して平行な方向(水平方向)に並設されたので、起歪素子の駆動部の駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。   According to the third aspect of the present invention, the plurality of driving units are arranged in parallel in a direction (horizontal direction) parallel to a driving surface (for example, vertical surface) including the driving direction (for example, vertical direction). As a result, unnecessary stress generated by driving the drive unit of the strain generating element can be reduced more efficiently, and unnecessary strain can be suppressed.

また、請求項4記載の発明によれば、上部電極及び圧電素子など(例えば、下部電極を含む場合もある)のそれぞれに溝が形成されており、複数の上部電極及び複数の圧電素子など(例えば、複数の下部電極を含む場合もある)として分岐されているので、起歪素子の駆動部の駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。   Further, according to the invention described in claim 4, grooves are formed in each of the upper electrode and the piezoelectric element (for example, the lower electrode may be included), and a plurality of upper electrodes and a plurality of piezoelectric elements ( For example, a plurality of lower electrodes may be included), so that unnecessary stress caused by driving the drive unit of the strain generating element can be more efficiently reduced, and unnecessary strain can be suppressed. Can do.

また、請求項5記載の発明によれば、弾性部材が複数に分岐された状態で並設されているので、起歪素子の駆動部の駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。   According to the invention described in claim 5, since the elastic members are arranged in parallel in a state where the elastic members are branched into a plurality, it is possible to more efficiently reduce unnecessary stress caused by driving of the driving portion of the strain generating element. And unnecessary distortion can be suppressed.

また、請求項8記載の発明によれば、エッチングにより複数に分岐された弾性部材上に、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層することによって、複数の下部電極、複数の圧電素子、複数の上部電極を順に形成するので、エッチングによって弾性部材を細かく分岐することができ、更にこれに伴い、下部電極、圧電素子、上部電極も細かく分岐することができる。また、物理的な切断を行わないため、余計な力をかけることなく、弾性部材を細かく分岐することができる。   According to the eighth aspect of the present invention, the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer are sequentially laminated on the elastic member branched into a plurality of parts by etching, so that the plurality of lower electrodes and the plurality of piezoelectric elements are stacked. Since the element and the plurality of upper electrodes are sequentially formed, the elastic member can be finely branched by etching, and further, the lower electrode, the piezoelectric element, and the upper electrode can also be finely branched. Further, since the physical cutting is not performed, the elastic member can be finely branched without applying extra force.

また、請求項9記載の発明によれば、弾性部材上に、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層することによって、弾性部材上に、下部電極、圧電素子、上部電極を順に形成し、少なくとも上部電極及び圧電素子に、溝を形成することによって、複数の上部電極及び複数の圧電素子を形成したので、マスキングなどを施すことなく、上部電極及び圧電素子などを複数に分岐することができる。また、マスキングなどを施さないため、相対的に少ない工程でアクチュエータを製造することができる。更には、マスキングを行わない関係上、上部電極を広く形成することができ、大きな発生力を得ることが可能となる。   According to the ninth aspect of the invention, the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer are sequentially laminated on the elastic member, so that the lower electrode, the piezoelectric element, and the upper electrode are sequentially formed on the elastic member. Since the plurality of upper electrodes and the plurality of piezoelectric elements are formed by forming and forming grooves in at least the upper electrode and the piezoelectric elements, the upper electrode and the piezoelectric elements are branched into a plurality without performing masking or the like. be able to. Further, since no masking or the like is performed, the actuator can be manufactured with relatively few steps. Further, since the masking is not performed, the upper electrode can be formed widely, and a large generation force can be obtained.

また、請求項10記載の発明によれば、弾性部材上に形成された下部電極上に所定の間隔でマスキングを施し、圧電素子層を積層することによって、複数の圧電素子を形成し、それら複数の圧電素子層上に、上部電極層を積層することによって、複数の上部電極を形成するので、マスキングによって圧電素子を細かく分岐することができ、これに伴い、上部電極も細かく分岐することができる。また、物理的な切断を行わないため、余計な力をかけることなく、細かく分岐することができる。   According to the tenth aspect of the present invention, a plurality of piezoelectric elements are formed by masking at a predetermined interval on the lower electrode formed on the elastic member, and laminating the piezoelectric element layers. A plurality of upper electrodes are formed by laminating the upper electrode layer on the piezoelectric element layer, so that the piezoelectric element can be finely branched by masking, and accordingly, the upper electrode can also be finely branched. . Moreover, since physical cutting is not performed, it is possible to branch finely without applying extra force.

また、請求項11記載の発明によれば、複数の圧電素子上における各縁端にマスキングを施し、上部電極層を積層することによって、複数の上部電極を形成するので、下部電極と上部電極との短絡を確実に防止することができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, the plurality of upper electrodes are formed by masking each edge on the plurality of piezoelectric elements and laminating the upper electrode layer. Can be reliably prevented.

以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[画像表示装置の構成]
以下、本発明に係る画像表示装置の一実施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の一例である網膜走査型ディスプレイ1の構成について図1を用いて説明する。
[Configuration of image display device]
Hereinafter, an image display apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of a retinal scanning display 1 which is an example of an image display device according to the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示すように、網膜走査型ディスプレイ1には、外部から供給される映像信号を処理するための光源ユニット部2が設けられている。光源ユニット部2には、外部からの映像信号が入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する映像信号供給回路3が設けられ、この映像信号供給回路3から映像信号4、水平同期信号5、垂直同期信号6、及び奥行き信号7が出力される。また、光源ユニット部2には、映像信号供給回路3から映像信号4として伝達される赤(R),緑(G),青(B)の各映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、Rレーザ13,Gレーザ12,Bレーザ11を、それぞれ駆動するためのRレーザドライバ10,Gレーザドライバ9,Bレーザドライバ8が設けられている。さらに、各レーザより出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられた第1コリメート光学系14と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー15と、合波されたレーザ光を光ファイバ17に導く結合光学系16とが設けられている。尚、Rレーザ13,Gレーザ12,Bレーザ11として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。尚、本実施形態における光源ユニット部2は、少なくとも1つの光源と、当該光源から出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。   As shown in FIG. 1, the retinal scanning display 1 is provided with a light source unit 2 for processing a video signal supplied from the outside. The light source unit 2 is provided with a video signal supply circuit 3 that receives an external video signal and generates each signal as an element for synthesizing the video based on the video signal. A signal 4, a horizontal synchronization signal 5, a vertical synchronization signal 6, and a depth signal 7 are output. The light source unit 2 also includes lasers that are intensity-modulated based on the red (R), green (G), and blue (B) video signals transmitted from the video signal supply circuit 3 as video signals 4. An R laser driver 10, a G laser driver 9, and a B laser driver 8 for driving the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 are provided so as to emit light. Furthermore, the first collimating optical system 14 provided so as to collimate the laser light emitted from each laser into parallel light, the dichroic mirror 15 for combining the collimated laser lights, and the combined laser light Is coupled to the optical fiber 17. As the R laser 13, G laser 12, and B laser 11, a semiconductor laser such as a laser diode or a solid-state laser may be used. The light source unit 2 in this embodiment corresponds to an example of a modulation unit that modulates the intensity of at least one light source and a light beam emitted from the light source according to an image signal.

また、網膜走査型ディスプレイ1には、光源ユニット部2から伝搬されたレーザ光を再度平行光にコリメートする第2コリメート光学系18と、コリメートされたレーザ光を波面曲率変調するための波面曲率変調系100と、変調されたレーザ光を、マイクロスキャナ19aを利用して水平方向に走査する水平走査系19と、水平走査系19に走査され、第1リレー光学系20を介して入射されたレーザ光を、ガルバノミラー21aを利用して垂直方向に走査する垂直走査系21とが設けられ、垂直走査系21に走査されたレーザ光を観察者の瞳孔24に入射するように第2リレー光学系22が設けられている。第1リレー光学系20は、水平走査系19のマイクロスキャナ19aと、垂直走査系21のガルバノミラー21aとが共役となるように、また、第2リレー光学系22は、ガルバノミラー21aと、観察者の瞳孔24とが共役となるように、各々設けられている。   The retinal scanning display 1 also includes a second collimating optical system 18 that collimates the laser light propagated from the light source unit 2 into parallel light again, and wavefront curvature modulation for wavefront curvature modulation of the collimated laser light. The system 100, the horizontal scanning system 19 that scans the modulated laser light in the horizontal direction using the micro scanner 19a, and the laser that is scanned by the horizontal scanning system 19 and incident through the first relay optical system 20 A vertical scanning system 21 that scans light in the vertical direction by using a galvano mirror 21a, and a second relay optical system so that laser light scanned by the vertical scanning system 21 is incident on the pupil 24 of the observer. 22 is provided. The first relay optical system 20 is conjugated with the microscanner 19a of the horizontal scanning system 19 and the galvano mirror 21a of the vertical scanning system 21, and the second relay optical system 22 is connected with the galvano mirror 21a. Each of them is provided so as to be conjugate with the pupil 24 of the person.

尚、具体的な一例としては、水平走査系19は、表示すべき画像の1フレームごとに、レーザビームを水平な複数の走査線に沿って水平にラスタ走査する水平走査(これが第1走査の一例である。)を行う光学系である。これに対し、垂直走査系21は、表示すべき画像の1フレームごとに、レーザビームを最初の走査線から最後の走査線に向かって垂直に走査する垂直走査(これが第2走査の一例である。)を行う光学系である。水平走査系19は、垂直走査系21より高速にすなわち高周波数でレーザビームを走査するように設計されている。   As a specific example, the horizontal scanning system 19 performs horizontal scanning (this is the first scanning) in which the laser beam is raster scanned horizontally along a plurality of horizontal scanning lines for each frame of the image to be displayed. This is an example. On the other hand, the vertical scanning system 21 performs vertical scanning in which the laser beam is scanned vertically from the first scanning line toward the last scanning line for each frame of the image to be displayed (this is an example of the second scanning). .). The horizontal scanning system 19 is designed to scan the laser beam at a higher speed, that is, at a higher frequency than the vertical scanning system 21.

さらに、波面曲率変調系100は、映像信号供給回路3に接続され、映像信号供給回路3より出力される奥行き信号7に基づいて、入射したレーザ光(光束)を波面曲率変調させる。また、水平走査系19,垂直走査系21は、各々映像信号供給回路3に接続され、映像信号供給回路3より出力される水平同期信号5,垂直同期信号6にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。尚、この波面曲率変調系100は、映像信号供給回路3より出力される奥行き信号7に基づいて、例えば、各画素毎に焦点位置を調節するが、これに限らず、例えば、その奥行き信号7に基づいて、複数画素毎に焦点を調節してもよい。更には、一又は複数ライン毎に焦点を調節してもよい。   Further, the wavefront curvature modulation system 100 is connected to the video signal supply circuit 3 and performs wavefront curvature modulation of the incident laser beam (light beam) based on the depth signal 7 output from the video signal supply circuit 3. The horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 are connected to the video signal supply circuit 3 and scan the laser beam in synchronization with the horizontal synchronization signal 5 and the vertical synchronization signal 6 output from the video signal supply circuit 3, respectively. Is configured to do. The wavefront curvature modulation system 100 adjusts the focal position for each pixel, for example, based on the depth signal 7 output from the video signal supply circuit 3, but is not limited to this. For example, the depth signal 7 Based on the above, the focus may be adjusted for each of a plurality of pixels. Furthermore, the focus may be adjusted for each line or a plurality of lines.

また、波面曲率変調系100は、詳しくは図2を用いて後述するが、ビームスプリッタ101と、凸レンズ102と、可動ミラー103を備えている。   The wavefront curvature modulation system 100 includes a beam splitter 101, a convex lens 102, and a movable mirror 103, as will be described in detail later with reference to FIG.

尚、本実施形態における水平走査系19及び垂直走査系21は、入射した光束を、第1の方向及びその第1の方向にほぼ垂直な第2の方向に走査させることによって、フレームを形成する光走査装置の一例である。また、本実施形態における第1リレー光学系20及び第2リレー光学系22は、光束を観察者の瞳孔に入射するための光学手段の一例に相当する。また、本実施形態における波面曲率変調系100は、入射した光束の焦点を変更させる焦点可変装置の一例に相当する。   Note that the horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 in this embodiment form a frame by scanning an incident light beam in a first direction and a second direction substantially perpendicular to the first direction. It is an example of an optical scanning device. In addition, the first relay optical system 20 and the second relay optical system 22 in the present embodiment correspond to an example of an optical unit for making a light beam enter an observer's pupil. Further, the wavefront curvature modulation system 100 in the present embodiment corresponds to an example of a variable focus device that changes the focus of an incident light beam.

次に、本発明の一実施の形態の画像表示装置が、外部からの映像信号を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図1を用いて説明する。   Next, the process from when the image display apparatus according to the embodiment of the present invention receives an image signal from the outside to when the image is projected onto the retina of the observer will be described with reference to FIG.

図1に示すように、本実施の形態の網膜走査型ディスプレイ1では、光源ユニット部2に設けられた映像信号供給回路3が外部からの映像信号の供給を受けると、映像信号供給回路3は、赤,緑,青の各色のレーザ光を出力させるためのR映像信号,G映像信号,B映像信号からなる映像信号4と、水平同期信号5と、垂直同期信号6と、奥行き信号7とを出力する。Rレーザドライバ10,Gレーザドライバ9,Bレーザドライバ8は各々入力されたR映像信号,G映像信号,B映像信号に基づいてRレーザ13,Gレーザ12,Bレーザ11に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Rレーザ13,Gレーザ12,Bレーザ11はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々を第1コリメート光学系14に出力する。点光源から発生されるレーザ光は、この第1コリメート光学系14によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー15に入射されて1つの光束となるよう合成された後、結合光学系16によって光ファイバ17に入射されるよう導かれる。   As shown in FIG. 1, in the retinal scanning display 1 of the present embodiment, when the video signal supply circuit 3 provided in the light source unit 2 is supplied with an external video signal, the video signal supply circuit 3 is A video signal 4 composed of R video signal, G video signal and B video signal for outputting laser beams of red, green and blue, horizontal synchronizing signal 5, vertical synchronizing signal 6 and depth signal 7; Is output. The R laser driver 10, the G laser driver 9, and the B laser driver 8 respectively drive the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 based on the input R video signal, G video signal, and B video signal. Output a signal. Based on this drive signal, the R laser 13, the G laser 12, and the B laser 11 each generate intensity-modulated laser light and output each to the first collimating optical system 14. The laser light generated from the point light source is collimated into parallel light by the first collimating optical system 14, and further, is incident on the dichroic mirror 15 to be combined into one light beam, and then combined optical system 16. To be incident on the optical fiber 17.

光ファイバ17によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ17から出射される際に第2コリメート光学系18によって再度コリメートされ、波面曲率変調系100に入射される。   When the laser light propagated through the optical fiber 17 is emitted from the optical fiber 17, it is collimated again by the second collimating optical system 18 and enters the wavefront curvature modulation system 100.

ここで、波面曲率の変調について説明する。まず、すべての物体は無数の点光源の集まりと考えることができ、各点光源から光束が出ている。ある光源から発した光は、光源を中心とした全方位に等速、同位相で進む光の波、いわゆる球面波として伝搬されるが、光源と観察者との距離に応じてその球面波の持つ曲率半径が異なってくる。光源が近ければ曲率半径の小さい光束として、また、光源が遠ければ曲率半径の大きい光束として観察者の眼に入射される。観察者はこの曲率半径の違いを認識し、遠近感として感じることができる。本発明によれば、この光束の曲率、つまり波面曲率を人工的に変調させることができる。人間がものの遠近を感じる方法には大きく二つあり、輻輳検知によるもの、波面曲率検知によるものである。しかし、現在世の中で開発されている立体視を実現する画像表示装置は、輻輳調整のみを利用したものがほとんどである。対して本発明を画像表示装置に応用することによって、輻輳調整に加えて波面曲率調整も行えるため、人間が物を見る仕組みに近い立体視、奥行き感を観察者に提供することを可能としている。   Here, the modulation of the wavefront curvature will be described. First, all objects can be considered as a collection of innumerable point light sources, and luminous flux is emitted from each point light source. Light emitted from a light source is propagated as a so-called spherical wave that travels at the same speed and in the same phase in all directions centered on the light source, so-called spherical waves, but depending on the distance between the light source and the observer, The radius of curvature is different. When the light source is close, it enters the observer's eye as a light beam with a small radius of curvature, and when the light source is far, the light beam has a large radius of curvature. The observer can recognize this difference in radius of curvature and feel it as a sense of perspective. According to the present invention, the curvature of the light beam, that is, the wavefront curvature can be artificially modulated. There are two main ways in which humans can sense the distance of objects, by means of congestion detection and by wavefront curvature detection. However, most of the image display apparatuses that realize stereoscopic vision that are currently being developed in the world use only convergence adjustment. On the other hand, by applying the present invention to the image display device, in addition to the convergence adjustment, the wavefront curvature adjustment can be performed, so that it is possible to provide the observer with a stereoscopic view and a sense of depth similar to a mechanism in which a human sees an object. .

波面曲率変調系100から出射されたレーザ光は、水平走査系19のマイクロスキャナ19aの偏向面19bに入射される。マイクロスキャナ19aは、光センサ(図示せず)によって出力されたBD(Beam Detector)信号をもとに回転速度が算出され、このBD信号をもとに映像信号供給回路3の出力する水平同期信号5と同期するように等速回転の速度が調整されている。マイクロスキャナ19aの偏向面19bに入射したレーザ光は水平方向に走査されて第1リレー光学系20を介し、垂直走査系21のガルバノミラー21aの偏向面21bに入射する。第1リレー光学系20ではマイクロスキャナ19aの偏向面19bとガルバノミラー21aの偏向面21bとが共役の関係となるように調整され、また、マイクロスキャナ19aの面倒れが補正されている。ガルバノミラー21aは、マイクロスキャナ19aと同様に垂直同期信号6に同期して、その偏向面21bが入射光を垂直方向に反射するように往復振動をしており、このガルバノミラー21aによってレーザ光は垂直方向に走査される。水平走査系19及び垂直走査系21によって水平方向及び垂直方向に2次元に走査されたレーザ光は、ガルバノミラー21aの偏向面21bと、観察者の瞳孔24とが共役の関係となるように設けられた第2リレー光学系22により観察者の瞳孔24へ入射され、網膜上に投影される。観察者はこのように2次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。尚、水平走査系19のマイクロスキャナ19aと、垂直走査系21のガルバノミラー21aとは、名称を区別して説明したが、光を走査するように其の反射面(偏向面19b、21b)が揺動させられるものであれば、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよいことは言うまでもない。   The laser light emitted from the wavefront curvature modulation system 100 is incident on the deflection surface 19b of the microscanner 19a of the horizontal scanning system 19. The micro scanner 19a calculates a rotation speed based on a BD (Beam Detector) signal output by an optical sensor (not shown), and outputs a horizontal synchronization signal output from the video signal supply circuit 3 based on the BD signal. The speed of constant speed rotation is adjusted so as to synchronize with 5. The laser beam incident on the deflection surface 19b of the micro scanner 19a is scanned in the horizontal direction and enters the deflection surface 21b of the galvanometer mirror 21a of the vertical scanning system 21 via the first relay optical system 20. In the first relay optical system 20, the deflection surface 19b of the micro scanner 19a and the deflection surface 21b of the galvano mirror 21a are adjusted so as to have a conjugate relationship, and the surface tilt of the micro scanner 19a is corrected. Similar to the micro scanner 19a, the galvano mirror 21a is reciprocally oscillated so that the deflection surface 21b reflects incident light in the vertical direction in synchronization with the vertical synchronizing signal 6, and the galvano mirror 21a causes the laser light to be emitted. Scans vertically. Laser light that is two-dimensionally scanned in the horizontal and vertical directions by the horizontal scanning system 19 and the vertical scanning system 21 is provided so that the deflection surface 21b of the galvano mirror 21a and the pupil 24 of the observer have a conjugate relationship. The second relay optical system 22 is incident on the observer's pupil 24 and projected onto the retina. The observer can thus recognize the image by the laser light that is two-dimensionally scanned and projected onto the retina. The microscanner 19a of the horizontal scanning system 19 and the galvanometer mirror 21a of the vertical scanning system 21 have been described with different names. However, the reflecting surfaces (deflection surfaces 19b and 21b) swing so as to scan light. Needless to say, any drive system such as piezoelectric drive, electromagnetic drive, or electrostatic drive may be used as long as it can be moved.

[波面曲率変調系の構成]
上述した波面曲率変調系100の構成について図2を用いて説明する。
[Configuration of wavefront curvature modulation system]
The configuration of the wavefront curvature modulation system 100 described above will be described with reference to FIG.

波面曲率変調系100は、図2に示すように、上述したように、入射したレーザ光を透過光と、透過光の進行方向に対して垂直方向に反射された反射光とに分離するビームスプリッタ101と、ビームスプリッタ101によって反射されたレーザ光を収束する凸レンズ102と、凸レンズ102に収束されたレーザ光を入射方向に反射し、かつ入射方向と平行な方向に(すなわち、可動ミラー面103とは垂直な方向に)変位(駆動)可能である可動ミラー103とを備えている。   As shown in FIG. 2, the wavefront curvature modulation system 100 splits the incident laser light into transmitted light and reflected light reflected in a direction perpendicular to the traveling direction of the transmitted light, as described above. 101, a convex lens 102 for converging the laser light reflected by the beam splitter 101, and a laser light converged on the convex lens 102 in a direction parallel to the incident direction (that is, the movable mirror surface 103) And a movable mirror 103 that can be displaced (driven) in a vertical direction.

ビームスプリッタ101は、斜面に誘電体多層膜の施された直角プリズム2つが張り合わされたキューブ状の形状を成しており、その斜面101aにおいて、矢印Aで示す方向からの入射光の光量の約50%をそのまま入射方向と同じ伝播方向へと直角方向に反射することによって、再びビームスプリッタ101へ反射される。その後、入射時と同じく約50%は反射、約50%は透過し、凸レンズ102、可動ミラー103へ入射光を導き、約50%を透過するようになっている。凸レンズ102、可動ミラー103へ導かれた入射光は、可動ミラー103によって、マイクロスキャナ19aの方向(矢印Bに示す方向)に出射される。   The beam splitter 101 has a cube shape in which two right-angle prisms each having a dielectric multilayer film are attached to a slope, and the light quantity of incident light from the direction indicated by the arrow A on the slope 101a. By reflecting 50% as it is in the direction perpendicular to the propagation direction same as the incident direction, it is reflected again to the beam splitter 101. Thereafter, about 50% is reflected and about 50% is transmitted as in the case of incidence, and incident light is guided to the convex lens 102 and the movable mirror 103, and about 50% is transmitted. Incident light guided to the convex lens 102 and the movable mirror 103 is emitted by the movable mirror 103 in the direction of the micro scanner 19a (the direction indicated by the arrow B).

また、可動ミラー103は、図3を用いて詳しく後述するが、反射ミラー部108(図3(a)参照)を可動させることによって、レーザ光の焦点位置を調節することとなる。   Although the movable mirror 103 will be described later in detail with reference to FIG. 3, the focal position of the laser beam is adjusted by moving the reflecting mirror unit 108 (see FIG. 3A).

[可動ミラーの構成]
上述した可動ミラー103の構成について図3から図5を用いて説明する。尚、図3は、可動ミラー103等を示す斜視図である。図4は、圧電アクチュエータ109を示す説明図である。図5は、圧電アクチュエータ109などを長手方向から見た説明図である。
[Configuration of movable mirror]
The configuration of the movable mirror 103 described above will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view showing the movable mirror 103 and the like. FIG. 4 is an explanatory view showing the piezoelectric actuator 109. FIG. 5 is an explanatory view of the piezoelectric actuator 109 and the like viewed from the longitudinal direction.

可動ミラー103は、図3(a)に示すように、例えばシリコンやガラス等の板材の表面に金属膜の鏡面コートを施した反射面108aを有する反射ミラー部108と、例えば圧電型のピエゾ素子などを積層した圧電アクチュエータ109とで構成される。   As shown in FIG. 3A, the movable mirror 103 includes, for example, a reflection mirror unit 108 having a reflection surface 108a obtained by applying a mirror coating of a metal film to the surface of a plate material such as silicon or glass, and a piezoelectric piezoelectric element, for example. Etc., and a piezoelectric actuator 109 in which such layers are stacked.

圧電アクチュエータ109は、後述する駆動回路106(図4参照)からの駆動電圧が印加されることで駆動され、圧電アクチュエータ109に固定した反射ミラー部108と凸レンズ102との位置関係が変動されるようになっている。可動ミラー103の可動方向は反射ミラー部108の反射面108aに対し垂直方向(図3(a)中におけるZ軸方向)で、ビームスプリッタ101と凸レンズ102とを通過するレーザ光の光軸が直線上で一致するように構成されている。   The piezoelectric actuator 109 is driven by applying a driving voltage from a driving circuit 106 (see FIG. 4), which will be described later, so that the positional relationship between the reflecting mirror 108 fixed to the piezoelectric actuator 109 and the convex lens 102 is changed. It has become. The movable mirror 103 is movable in a direction perpendicular to the reflecting surface 108a of the reflecting mirror unit 108 (Z-axis direction in FIG. 3A), and the optical axis of the laser beam passing through the beam splitter 101 and the convex lens 102 is linear. Configured to match above.

また、反射ミラー部108を可動させる圧電アクチュエータ109は、反射ミラー部108が固定された弾性部材113と、その弾性部材113に支持され、弾性部材を可動させる一対の起歪素子111及び112と、それら弾性部材113、一対の起歪素子111及び112を固定するための枠体114とを備えている。   In addition, the piezoelectric actuator 109 that moves the reflection mirror unit 108 includes an elastic member 113 to which the reflection mirror unit 108 is fixed, a pair of strain generating elements 111 and 112 that are supported by the elastic member 113 and move the elastic member, These elastic members 113 and a frame 114 for fixing the pair of strain generating elements 111 and 112 are provided.

枠体114は、矩形状に形成されている。この枠体114は、後述する弾性部材113と一体に形成されている。枠体114、弾性部材113は、シリコン(Si)などを主な材料としている。尚、本実施形態においては、枠体114は、長手方向(図3(a)中においてX軸方向)に約1600μm、短手方向(図3(a)中においてY軸方向)に約800μmの大きさである。   The frame body 114 is formed in a rectangular shape. The frame body 114 is formed integrally with an elastic member 113 described later. The frame body 114 and the elastic member 113 are mainly made of silicon (Si) or the like. In the present embodiment, the frame body 114 has a length of about 1600 μm in the longitudinal direction (X-axis direction in FIG. 3A) and a width of about 800 μm in the lateral direction (Y-axis direction in FIG. 3A). It is a size.

また、枠体114の中央には、弾性部材113などを反射ミラー部108の反射面108aに対して垂直方向に駆動可能なように、矩形状の開口114aが形成されている。尚、本実施形態においては、この開口114aは、長手方向(図3(a)中においてX軸方向)に約1000μm、短手方向(図3(a)中においてY軸方向)に約600μmのサイズである。枠体114の開口114aの長手方向(図3(a)中においてX軸方向)縁端には弾性部材113が一体に固定されている。   A rectangular opening 114a is formed at the center of the frame body 114 so that the elastic member 113 and the like can be driven in a direction perpendicular to the reflecting surface 108a of the reflecting mirror unit 108. In this embodiment, the opening 114a is about 1000 μm in the longitudinal direction (X-axis direction in FIG. 3A) and about 600 μm in the lateral direction (Y-axis direction in FIG. 3A). Size. An elastic member 113 is integrally fixed to the edge of the opening 114a of the frame 114 in the longitudinal direction (X-axis direction in FIG. 3A).

弾性部材113は、矩形状の薄板であり、開口114a上に配設されている。弾性部材113は、上述したように、枠体114の開口114aの長手方向(図3(a)中においてX軸方向)縁端に一体に固定されている。この弾性部材113は、シリコン(Si)等、弾性を有する材料を主に用いて形成されている。   The elastic member 113 is a rectangular thin plate and is disposed on the opening 114a. As described above, the elastic member 113 is integrally fixed to the edge of the opening 114a of the frame body 114 in the longitudinal direction (X-axis direction in FIG. 3A). The elastic member 113 is mainly formed using an elastic material such as silicon (Si).

また、弾性部材113の中央には、反射ミラー部108が設けられている。また、弾性部材113の上面には、反射ミラー部108の両側部に起歪素子111、112が貼り付けられている。詳しく後述するが、起歪素子111、112に電圧を印加することによって、弾性部材が上下方向(図3(a)中においてZ軸方向)に駆動し、反射ミラー部108を反射面108aに対して垂直方向(上下方向)に駆動させることとなる。つまり、このような圧電アクチュエータ109は、弾性部材113に支持された起歪素子111に電圧を印加することにより、起歪素子111の後述する駆動部111bを駆動させて、弾性部材113を変形可能にし、ひいては反射ミラー部108を上下動可能にするものである。   A reflection mirror unit 108 is provided at the center of the elastic member 113. In addition, strain-generating elements 111 and 112 are attached to the upper surface of the elastic member 113 on both sides of the reflection mirror unit 108. As will be described in detail later, by applying a voltage to the strain-generating elements 111 and 112, the elastic member is driven in the vertical direction (Z-axis direction in FIG. 3A), and the reflecting mirror unit 108 is moved with respect to the reflecting surface 108a. Therefore, it is driven in the vertical direction (vertical direction). That is, such a piezoelectric actuator 109 can deform the elastic member 113 by applying a voltage to the strain-generating element 111 supported by the elastic member 113 to drive a drive unit 111b described later of the strain-generating element 111. Thus, the reflecting mirror unit 108 can be moved up and down.

起歪素子111、112は、それぞれ、反射ミラー108の両側部における弾性部材113上に貼り付けられている。また、これら起歪素子111、112は、それぞれ、弾性部材113と枠体114とを跨いで貼り付けられている。これら起歪素子111、112は、後述する下部電極131、圧電素子132、上部電極133(ともに図4参照)から主に構成され、上部電極133と下部電極131との間に電圧を印加することによって、弾性部材113、反射ミラー部108を反射面108aに対して垂直方向(上下方向、図3(a)中においてZ軸方向)に駆動させることとなる。また、詳しくは後述するが、上部電極133と下部電極131との間に電圧を印加することによって、後述する複数の駆動部111c、111dを駆動させることにもなる。尚、これら一対の起歪素子111及び112は、同じような形成、同じような機能であるため、発明の理解を容易とするために、起歪素子112についての説明を省略し、起歪素子111について代表して以下に説明する。   The strain generating elements 111 and 112 are respectively attached on the elastic members 113 on both sides of the reflection mirror 108. In addition, the strain generating elements 111 and 112 are pasted across the elastic member 113 and the frame body 114, respectively. These strain generating elements 111 and 112 are mainly composed of a lower electrode 131, a piezoelectric element 132, and an upper electrode 133 (both see FIG. 4), which will be described later, and a voltage is applied between the upper electrode 133 and the lower electrode 131. Thus, the elastic member 113 and the reflection mirror portion 108 are driven in a direction perpendicular to the reflection surface 108a (vertical direction, Z-axis direction in FIG. 3A). Further, as will be described in detail later, by applying a voltage between the upper electrode 133 and the lower electrode 131, a plurality of driving units 111c and 111d described later can be driven. Since the pair of strain generating elements 111 and 112 have the same formation and the same function, the description of the strain generating element 112 is omitted to facilitate the understanding of the invention, and the strain generating element is omitted. 111 will be described below as a representative.

起歪素子111は、矩形状であり、その長手方向が反射ミラー部108に向かうように設けられている。起歪素子111は、枠体114上に貼り付けられ、電圧を印加しても駆動に寄与しない固定部111aと、弾性部材113上に貼り付けられ、電圧を印加すると駆動する駆動部111bとから構成される。尚、本実施形態においては、起歪素子111は、長手方向に約500μm、短手方向に約200μmのサイズである。また、本実施形態においては、起歪素子111は、長手方向に約150μmだけ枠体114上に配設されており、残りの約350μmだけ弾性部材113上に配設されている。   The strain generating element 111 has a rectangular shape and is provided such that the longitudinal direction thereof faces the reflection mirror unit 108. The strain generating element 111 is affixed on the frame 114 and includes a fixed part 111a that does not contribute to driving even when a voltage is applied, and a driving part 111b that is affixed on the elastic member 113 and is driven when a voltage is applied. Composed. In the present embodiment, the strain generating element 111 has a size of about 500 μm in the longitudinal direction and about 200 μm in the lateral direction. In the present embodiment, the strain generating element 111 is disposed on the frame body 114 by about 150 μm in the longitudinal direction, and the remaining about 350 μm is disposed on the elastic member 113.

起歪素子111における駆動部111bには、長手方向に伸びる溝111eが形成されており、複数の駆動部111c、111dに分けられている。尚、起歪素子111における固定部111aには、溝が形成されていない。尚、本実施形態においては、この溝111eは、長手方向に約350μm、短手方向に約20μmのサイズである。また、言い換えると、複数の駆動部111c、111dは、それぞれ、長手方向に約350μm、短手方向に約90μmのサイズに分岐される。尚、従来例においては、起歪素子111における駆動部191bは複数に分岐されず、長手方向に約350μm、短手方向に約180μmのサイズであった。このため、本実施形態においては、駆動部111c、111dの長手方向が更に長くなるようにアスペクト比が変更されることとなる。このように、起歪素子111における駆動部111bは、複数の駆動部111c、111dに分岐されている。また、言い換えると、このような圧電アクチュエータ109には、起歪素子111において同相の電圧が印加される複数の駆動部111c、111dが弾性部材113に並設されている。特に、起歪素子111における駆動部111bは、上部電極133、圧電素子132及び下部電極131のそれぞれに溝111eが形成されており、複数の上部電極、複数の圧電素子及び複数の下部電極として分岐されている。つまり、複数の駆動部111c、111dは、起歪素子111(駆動部111b)を複数に分岐してなる。また、複数の駆動部111c、111dは、上下方向(駆動方向、図3(a)中においてZ軸方向)を含む駆動面Q(図3(a)中においてX軸、Z軸を含む面)に対して平行な方向(短手方向、図3(a)中においてY軸方向)に並設されている。尚、このような溝111eなどは、エッチング等によって形成されても物理的な切断により形成されても問題ない。また、本実施形態においては、エッチング等によって形成されている等の理由から「凹部」と称してもよい。また、溝111eは、底面を貫通していても貫通していなくてもよい。   A groove 111e extending in the longitudinal direction is formed in the driving portion 111b of the strain generating element 111, and is divided into a plurality of driving portions 111c and 111d. Note that a groove is not formed in the fixing portion 111 a of the strain generating element 111. In the present embodiment, the groove 111e has a size of about 350 μm in the longitudinal direction and about 20 μm in the short direction. In other words, each of the plurality of driving units 111c and 111d is branched to a size of about 350 μm in the longitudinal direction and about 90 μm in the short direction. In the conventional example, the drive unit 191b in the strain generating element 111 is not branched into a plurality of pieces, and has a size of about 350 μm in the longitudinal direction and about 180 μm in the short direction. For this reason, in the present embodiment, the aspect ratio is changed so that the longitudinal direction of the drive units 111c and 111d becomes longer. As described above, the driving unit 111b in the strain generating element 111 is branched into a plurality of driving units 111c and 111d. In other words, in such a piezoelectric actuator 109, a plurality of drive units 111c and 111d to which in-phase voltages are applied in the strain generating element 111 are arranged in parallel with the elastic member 113. In particular, the driving unit 111b in the strain generating element 111 has grooves 111e formed in the upper electrode 133, the piezoelectric element 132, and the lower electrode 131, and branches as a plurality of upper electrodes, a plurality of piezoelectric elements, and a plurality of lower electrodes. Has been. That is, the plurality of drive units 111c and 111d are formed by branching the strain generating element 111 (drive unit 111b) into a plurality. Further, the plurality of drive units 111c and 111d have a drive surface Q including a vertical direction (drive direction, Z-axis direction in FIG. 3A) (surface including X-axis and Z-axis in FIG. 3A). Are parallel to each other (the short direction, the Y-axis direction in FIG. 3A). It should be noted that such a groove 111e or the like may be formed by etching or the like or may be formed by physical cutting. In the present embodiment, it may be referred to as a “concave portion” because it is formed by etching or the like. Further, the groove 111e may or may not penetrate the bottom surface.

このように、同相の電圧が印加される複数の駆動部111c、111dを弾性部材113に並設したので、例えば、一つの駆動部191bとして起歪素子191が設けられた従来例と比べて、起歪素子111の駆動部111c、111dの駆動によって生じる不要な応力を軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。また、複数の駆動部111c、111dは、その駆動方向(例えば、上下方向、図3(a)中においてZ軸方向)を含む駆動面Q(例えば、垂直面)に対して平行な方向(水平方向、短手方向、図3(a)中においてY軸方向)に並設されたので、起歪素子111の駆動部111c、111dの駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。尚、例えば、長手方向の一端が固着され、長手方向に対して上下方向(駆動方向)に駆動する複数の駆動部111c、111dは、その上下方向に平行な短手方向に対して並設されたとも言い換えることも可能である。また、上部電極133及び圧電素子132など(例えば、下部電極131を含む場合もある)のそれぞれに溝111eが形成されており、複数の上部電極及び複数の圧電素子など(例えば、複数の下部電極を含む場合もある)として分岐されているので、起歪素子111の駆動部111c、111dの駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。   As described above, since the plurality of driving units 111c and 111d to which in-phase voltages are applied are arranged in parallel with the elastic member 113, for example, compared to the conventional example in which the strain generating element 191 is provided as one driving unit 191b. Unnecessary stress generated by driving the drive units 111c and 111d of the strain generating element 111 can be reduced, and unnecessary strain can be suppressed. The plurality of driving units 111c and 111d are parallel to a driving surface Q (for example, a vertical surface) including a driving direction (for example, a vertical direction, a Z-axis direction in FIG. 3A) (horizontal direction). Direction, the short direction, and the Y-axis direction in FIG. 3A), unnecessary stress caused by driving of the driving portions 111c and 111d of the strain generating element 111 can be more efficiently reduced. Unnecessary distortion can be suppressed. Note that, for example, a plurality of drive units 111c and 111d that are fixed at one end in the longitudinal direction and are driven in the vertical direction (drive direction) with respect to the longitudinal direction are arranged in parallel in the short direction parallel to the vertical direction. In other words, it can be paraphrased. Further, a groove 111e is formed in each of the upper electrode 133 and the piezoelectric element 132 (for example, the lower electrode 131 may be included), and a plurality of upper electrodes and a plurality of piezoelectric elements (for example, a plurality of lower electrodes) are formed. Therefore, unnecessary stress generated by driving the driving portions 111c and 111d of the strain generating element 111 can be reduced more efficiently, and unnecessary strain can be suppressed. .

また、上述した弾性部材113にも、長手方向に伸びる溝113a、113bが形成されている。また、この溝113aは、駆動部111bにおける溝111eと貫通するように連設されている。つまり、この圧電アクチュエータ109においては、弾性部材113が複数に分岐された状態で並設されている。このように、弾性部材113が複数に分岐された状態で並設されているので、起歪素子111の駆動部111c、111dの駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。また、一方の起歪素子111において発生した不要な応力が、他方の起歪素子112がなどに影響を与え難い構造でもある。尚、弾性部材113における溝113aは、駆動部111bに形成された溝111eと比べて、長手方向に長く形成されている。尚、本実施形態における具体的な一例としては、弾性部材113における溝113aは、長手方向に約375μm、短手方向に約30μmのサイズである。このため、起歪素子111の駆動部111c、111dの駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。   The elastic member 113 described above is also formed with grooves 113a and 113b extending in the longitudinal direction. The groove 113a is continuously provided so as to penetrate the groove 111e in the driving unit 111b. That is, in the piezoelectric actuator 109, the elastic members 113 are arranged in parallel in a state where the elastic members 113 are branched into a plurality. As described above, since the elastic members 113 are arranged in parallel in a state where the elastic members 113 are branched, unnecessary stress generated by driving the driving portions 111c and 111d of the strain generating element 111 can be more efficiently reduced. Necessary distortion can be suppressed. In addition, the structure is such that unnecessary stress generated in one strain generating element 111 hardly affects the other strain generating element 112. The groove 113a in the elastic member 113 is formed longer in the longitudinal direction than the groove 111e formed in the drive unit 111b. As a specific example in the present embodiment, the groove 113a in the elastic member 113 has a size of about 375 μm in the longitudinal direction and about 30 μm in the lateral direction. For this reason, unnecessary stress generated by driving the drive units 111c and 111d of the strain generating element 111 can be more efficiently reduced, and unnecessary strain can be suppressed.

また、起歪素子111は、図4に示すように、弾性部材113上に形成された下部電極131と、その下部電極131上に形成され、ピエゾ素子などから構成される圧電素子132と、その圧電素子132上に形成された上部電極133とで構成されている。つまり、起歪素子111は、同相の電圧が印加される上部電極133と、弾性部材113に支持され、前記同相の電圧と異なる電圧が印加される下部電極131と、上部電極133及び下部電極131に挟持された圧電素子132と、を有している。尚、本実施形態においては、下部電極131、上部電極133の厚さは、それぞれ約0.2μm、圧電素子132の厚さは、約1μmとなっている。   Further, as shown in FIG. 4, the strain generating element 111 includes a lower electrode 131 formed on the elastic member 113, a piezoelectric element 132 formed on the lower electrode 131 and configured by a piezoelectric element, and the like. The upper electrode 133 is formed on the piezoelectric element 132. That is, the strain generating element 111 is supported by the upper electrode 133 to which a voltage having the same phase is applied, the lower electrode 131 to which a voltage different from the voltage having the same phase is applied, and the upper electrode 133 and the lower electrode 131. And a piezoelectric element 132 sandwiched between the two. In this embodiment, the thickness of the lower electrode 131 and the upper electrode 133 is about 0.2 μm, and the thickness of the piezoelectric element 132 is about 1 μm.

このような構成において、上部電極133と下部電極131との間に電圧が印加されることによって、圧電素子132は上部電極133および下部電極131に垂直な方向に縮む(伸びる)。このとき、圧電素子132は上部電極133および下部電極131に平行な面内においては等方的に伸びる(縮む)ように変位を起こす。一方、弾性部材113は電圧印加によって膨張も収縮もしないので、上面に形成された圧電素子の上部電極133および下部電極131に平行な面内の伸び(縮み)により、下方へ(上方へ)曲げ変形を起こす。これによって、弾性部材113に設けられた反射ミラー部108が反射面108aに対して垂直方向に変位することとなる。   In such a configuration, when a voltage is applied between the upper electrode 133 and the lower electrode 131, the piezoelectric element 132 contracts (extends) in a direction perpendicular to the upper electrode 133 and the lower electrode 131. At this time, the piezoelectric element 132 is displaced so as to extend (shrink) isotropically in a plane parallel to the upper electrode 133 and the lower electrode 131. On the other hand, since the elastic member 113 does not expand or contract by voltage application, it is bent downward (upward) by in-plane expansion (contraction) parallel to the upper electrode 133 and the lower electrode 131 of the piezoelectric element formed on the upper surface. Cause deformation. As a result, the reflection mirror portion 108 provided on the elastic member 113 is displaced in the direction perpendicular to the reflection surface 108a.

成膜時における膜内応力や、このような変位(駆動)に伴う電圧印加時の圧電歪など、起歪素子111、特に、圧電素子132の面内膨張により、弾性部材113に対して、長手方向に対する応力のみならず、短手方向に対する応力が発生することとなる。従来例においては、図3(c)及び図5(b)に示すように、駆動部191bが一体となっており、このような短手方向に対する応力F0によって、無駄であるばかりか余計な応力集中を招き、起歪素子111、112や、弾性部材113、枠体114あるいは両者の継ぎ目などが破損、破断するおそれがあった。そこで、本実施形態においては、図3(a)及び図5(a)に示すように、起歪素子111における駆動部111bを、複数(例えば2個など)の駆動部111c、111dに分岐することによって、従来例と比べて、同じ容積であっても、変位量を保ちながら、前記ミラー部108の駆動方向(図3に示すZ軸方向)を含む駆動面Q(図3に示すX軸、Z軸を含む面)に垂直な短手方向(図3に示すY軸方向、長手方向に垂直な短手方向)に対する応力F1、F2を逃がし、軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。特に、起歪素子111、112における固定部111a、112aが貼り付けられた枠体114や、弾性部材113と枠体114との間などに生じやすい応力集中や不必要な歪みを抑制することができ、より一層、正確に制御可能であり、かつ、耐久性の高いアクチュエータを提供することができる。   Longitudinal relative to the elastic member 113 due to in-plane expansion of the strain generating element 111, in particular, the piezoelectric element 132, such as in-film stress at the time of film formation and piezoelectric strain at the time of voltage application accompanying such displacement (drive) Not only the stress for the direction but also the stress for the short direction is generated. In the conventional example, as shown in FIGS. 3C and 5B, the drive unit 191b is integrated, and the stress F0 with respect to the short side direction is not only useless but also extra stress. Concentration may be caused, and the strain generating elements 111 and 112, the elastic member 113, the frame body 114, or the joint between the two may be damaged or broken. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 5A, the drive unit 111b in the strain generating element 111 is branched into a plurality of (for example, two) drive units 111c and 111d. As a result, the driving surface Q (the X axis shown in FIG. 3) including the driving direction (Z axis direction shown in FIG. 3) of the mirror unit 108 is maintained while maintaining the amount of displacement even if the volume is the same as that of the conventional example. , The stresses F1 and F2 with respect to the short direction perpendicular to the Z-axis) (the Y-axis direction shown in FIG. 3 and the short direction perpendicular to the long direction) can be released and reduced, and unnecessary strain can be reduced. Can be suppressed. In particular, it is possible to suppress stress concentration and unnecessary strain that are likely to occur in the frame body 114 to which the fixing portions 111a and 112a of the strain generating elements 111 and 112 are attached, between the elastic member 113 and the frame body 114, and the like. Thus, it is possible to provide an actuator that can be controlled more accurately and has high durability.

尚、本実施形態においては、図3(a)に示すように、起歪素子111、112以外にも、弾性部材113に溝が形成されたが、これに限らず、例えば、図3(b)に示すように、起歪素子111、112には溝が形成されるが、弾性部材113には溝が形成されないようにしてもよい。つまり、起歪素子111、112において、上部電極133、圧電素子132、下部電極131の分割し、弾性部材だけ分割しないように形成してもよい。また、起歪素子111、112において、駆動部111b、112bに溝111e、112eを形成し、固定部111a、112aに溝を形成しなかったが、これに限らず、例えば、固定部111a、112aに溝を形成してもよい。もちろん、起歪素子111、112のそれぞれは、固定部111a、112aで複数の駆動部111c、111d、112c、112dを一体としていたが、これに限らず、例えば、固定部111a、112aなどで、複数の駆動部111c、111d、112c、112dを一体に形成しなくてもよい。また、例えば、駆動部111b、112bを長手方向に完全に分割する必要もなく、駆動部111b、112bの全部又は一部が分岐していればよい。   In this embodiment, as shown in FIG. 3A, grooves are formed in the elastic member 113 in addition to the strain-generating elements 111 and 112. However, the present invention is not limited to this. For example, FIG. ), Grooves are formed in the strain-generating elements 111 and 112, but grooves may not be formed in the elastic member 113. That is, in the strain generating elements 111 and 112, the upper electrode 133, the piezoelectric element 132, and the lower electrode 131 may be divided so that only the elastic member is not divided. Further, in the strain generating elements 111 and 112, the grooves 111e and 112e are formed in the driving units 111b and 112b, and the grooves are not formed in the fixing units 111a and 112a. You may form a groove | channel in this. Of course, each of the strain generating elements 111 and 112 has a plurality of driving units 111c, 111d, 112c, and 112d integrated with the fixing units 111a and 112a, but is not limited thereto. For example, the fixing units 111a and 112a The plurality of driving units 111c, 111d, 112c, and 112d may not be formed integrally. Further, for example, it is not necessary to completely divide the drive units 111b and 112b in the longitudinal direction, and all or a part of the drive units 111b and 112b may be branched.

また、図3から図5においては、起歪素子111及び112における駆動部111b及び112bが、溝111e及び112eが形成され、それぞれ2個の駆動部111c、111d、112c及び112dに分岐させたが、これに限らず、例えば、図6に示すように、2個以上の駆動部に分岐させてもよい。   Further, in FIGS. 3 to 5, the driving portions 111b and 112b in the strain generating elements 111 and 112 are formed with grooves 111e and 112e, respectively, and branched into two driving portions 111c, 111d, 112c and 112d, respectively. For example, as shown in FIG. 6, two or more drive units may be branched.

ここで、圧電アクチュエータにおける起歪素子及び弾性部材の分割数と、それらの変位に対する応力をシミュレーションにより算出した結果について図7を用いて説明する。尚、従来と同じように駆動部を分岐しない場合について図7(a)を用いて説明し、駆動部を2個に分岐した場合について図7(b)を用いて説明し、駆動部を10個に分岐した場合について図7(c)を用いて説明する。また、それらの実験結果については図7(d)を用いて説明する。尚、このシミュレーションにおいては、同じ容積を有する起歪素子、弾性部材において、駆動部を5.8μmだけ変位させたときの応力が算出される。尚、この実験結果での応力は応力の最大値を示すものであり、この最大応力によって、応力の低減が認識可能である。   Here, the number of divisions of the strain-generating element and the elastic member in the piezoelectric actuator and the result of calculating the stress for the displacement thereof by simulation will be described with reference to FIG. The case where the drive unit is not branched as in the prior art will be described with reference to FIG. 7A, and the case where the drive unit is branched into two will be described with reference to FIG. A case of branching into pieces will be described with reference to FIG. The experimental results will be described with reference to FIG. In this simulation, the stress when the drive unit is displaced by 5.8 μm in the strain generating element and the elastic member having the same volume is calculated. The stress in this experimental result indicates the maximum value of the stress, and the reduction of the stress can be recognized by this maximum stress.

図7(d)を参照すると、図7(a)に示すように分岐しない場合において駆動部を5.8μmだけ変位させたときには、応力が1083Pa(パスカル)となり、図7(b)に示すように2個に分割した場合において駆動部を5.8μmだけ変位させたときには、応力が777.1Pa(パスカル)となり、図7(c)に示すように10個に分割した場合においては、駆動部を5.8μmだけ変位させたときに、応力が720.5Pa(パスカル)となった。   Referring to FIG. 7D, when the drive unit is displaced by 5.8 μm without branching as shown in FIG. 7A, the stress becomes 1083 Pa (Pascal), as shown in FIG. 7B. When the drive unit is displaced by 5.8 μm in the case of dividing into two parts, the stress becomes 777.1 Pa (Pascal), and in the case of dividing into ten parts as shown in FIG. Was displaced by 5.8 μm, the stress was 720.5 Pa (pascal).

このように、起歪素子の駆動部を複数に分岐することによって、同じ容積であっても、変位量を保ちながら、応力を低減することができる。これは、駆動部を複数に分岐した場合のほうが、短手方向に対する応力を抑制することができるからと考えられる。特に、この実験結果から、分割数を多くするに従い、応力が低減され、応力の集中が抑制されたことがわかる。また、この実験結果においては、2個に分岐した場合が最も効率良く応力を抑制することができる。   Thus, by branching the drive unit of the strain-generating element into a plurality, the stress can be reduced while maintaining the amount of displacement even with the same volume. This is thought to be because the stress in the short direction can be suppressed when the drive unit is branched into a plurality of parts. In particular, it can be seen from this experimental result that stress is reduced and stress concentration is suppressed as the number of divisions is increased. In addition, in this experimental result, the stress can be most efficiently suppressed when branched into two.

[アクチュエータの製造方法]
上述したような構成の圧電アクチュエータ109の製造方法について図8から図10を用いて説明する。尚、以下に説明する圧電アクチュエータ109の製造方法は、代表的な製造方法であり、これらに限らない。つまり、起歪素子111などにおいて同相の電圧が印加される複数の駆動部111c、111dを、反射ミラー部108を備えた弾性部材113に並設するように製造すればよい。
[Actuator manufacturing method]
A method of manufacturing the piezoelectric actuator 109 having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. In addition, the manufacturing method of the piezoelectric actuator 109 demonstrated below is a typical manufacturing method, and is not restricted to these. That is, a plurality of drive units 111c and 111d to which in-phase voltages are applied in the strain generating element 111 and the like may be manufactured so as to be arranged in parallel on the elastic member 113 including the reflection mirror unit 108.

まず、第一の製造方法について図8を用いて説明する。   First, the first manufacturing method will be described with reference to FIG.

第一に、図8(a)に示すように、形成されている弾性部材113をエッチングにより、複数の弾性部材113に分岐させる。そして、図8(b)に示すように、下部電極材料を成膜することによって、図8(c)に示すように、分岐した複数の弾性部材113上に、複数の下部電極131が形成される。そして、同じように、圧電素子材料を成膜することによって、図8(d)に示すように、複数の下部電極131上に、複数の圧電素子132が形成される。続いて、複数の圧電素子132上において、それら複数の圧電素子132の各縁端にマスキングを施す。そして、同じように、上部電極材料を成膜させることによって、図8(e)に示すように、複数の圧電素子132上に、複数の上部電極133が形成される。   First, as shown in FIG. 8A, the formed elastic member 113 is branched into a plurality of elastic members 113 by etching. Then, as shown in FIG. 8B, a plurality of lower electrodes 131 are formed on the branched elastic members 113 as shown in FIG. 8C by forming the lower electrode material. The Similarly, a plurality of piezoelectric elements 132 are formed on the plurality of lower electrodes 131 as shown in FIG. 8D by depositing the piezoelectric element material. Subsequently, on the plurality of piezoelectric elements 132, masking is performed on each edge of the plurality of piezoelectric elements 132. Similarly, by depositing the upper electrode material, a plurality of upper electrodes 133 are formed on the plurality of piezoelectric elements 132 as shown in FIG.

つまり、このような圧電アクチュエータ109の製造方法においては、エッチングにより弾性部材113を複数に分岐し、その弾性部材113上に、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層することによって、複数の下部電極131、複数の圧電素子132、複数の上部電極133を順に形成することとなる。特に、複数の圧電素子132上における各縁端にマスキングを施し、複数の圧電素子132上に、上部電極層を積層することによって、複数の上部電極133を形成することとなる。このように製造することによって、エッチングによって弾性部材113を細かく分岐することができ、更にこれに伴い、下部電極131、圧電素子132、上部電極133も細かく分岐することができる。また、物理的な切断を行わないため、余計な力をかけることなく、細かく分岐することができる。また、複数の圧電素子132上における各縁端にマスキングを施し、上部電極層を積層することによって、複数の上部電極133を形成するので、下部電極131と上部電極133との短絡を確実に防止することができる。   That is, in such a manufacturing method of the piezoelectric actuator 109, the elastic member 113 is branched into a plurality by etching, and the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer are sequentially laminated on the elastic member 113, A plurality of lower electrodes 131, a plurality of piezoelectric elements 132, and a plurality of upper electrodes 133 are formed in this order. In particular, by masking each edge on the plurality of piezoelectric elements 132 and stacking the upper electrode layer on the plurality of piezoelectric elements 132, the plurality of upper electrodes 133 are formed. By manufacturing in this way, the elastic member 113 can be finely branched by etching, and accordingly, the lower electrode 131, the piezoelectric element 132, and the upper electrode 133 can also be finely branched. Moreover, since physical cutting is not performed, it is possible to branch finely without applying extra force. Further, by masking each edge on the plurality of piezoelectric elements 132 and laminating the upper electrode layer, the plurality of upper electrodes 133 are formed, so that a short circuit between the lower electrode 131 and the upper electrode 133 is surely prevented. can do.

また、第二の製造方法について図9を用いて説明する。   The second manufacturing method will be described with reference to FIG.

第一に、図9(a)に示すように、弾性部材113上に、下部電極材料を成膜することによって、図9(b)に示すように、弾性部材113上に下部電極131が形成される。そして、同じように、圧電素子材料を成膜することによって、図9(c)に示すように、下部電極131上に圧電素子132が形成される。続いて、同じように、上部電極材料を成膜することによって、図9(d)に示すように、圧電素子132上に上部電極133が形成される。このように積層された弾性部材113、下部電極131、圧電素子132、上部電極133を、ダイシング等の手段で、物理的に切断することによって、図9(e)に示すように、複数の下部電極131、圧電素子132、上部電極133が形成される。   First, as shown in FIG. 9A, the lower electrode 131 is formed on the elastic member 113 by depositing the lower electrode material on the elastic member 113 as shown in FIG. 9B. Is done. Similarly, by forming a film of the piezoelectric element material, the piezoelectric element 132 is formed on the lower electrode 131 as shown in FIG. Subsequently, the upper electrode material is formed in the same manner, whereby the upper electrode 133 is formed on the piezoelectric element 132 as shown in FIG. By physically cutting the elastic member 113, the lower electrode 131, the piezoelectric element 132, and the upper electrode 133 stacked in this way by means such as dicing, a plurality of lower portions are obtained as shown in FIG. An electrode 131, a piezoelectric element 132, and an upper electrode 133 are formed.

つまり、このような圧電アクチュエータ109の製造方法においては、弾性部材113上に、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層することによって、下部電極131、圧電素子132、上部電極133を順に形成し、少なくとも上部電極133及び圧電素子132に溝を形成することによって、複数の上部電極133、複数の圧電素子132を形成することとなる。このように製造することによって、マスキングなどを施すことなく、上部電極133及び圧電素子132などを複数に分岐することができる。また、マスキングなどを施さないため、相対的に少ない工程でアクチュエータを製造することができる。更には、マスキングを行わない関係上、上部および下部電極の短絡が発生しえないために、上部電極133を広く形成することができ、駆動力を発生する面積を稼ぐことができる。   That is, in such a manufacturing method of the piezoelectric actuator 109, the lower electrode 131, the piezoelectric element 132, and the upper electrode 133 are formed by sequentially laminating the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer on the elastic member 113. A plurality of upper electrodes 133 and a plurality of piezoelectric elements 132 are formed by sequentially forming and forming grooves in at least the upper electrode 133 and the piezoelectric elements 132. By manufacturing in this way, the upper electrode 133 and the piezoelectric element 132 can be branched into a plurality without masking. Further, since no masking or the like is performed, the actuator can be manufactured with relatively few steps. Further, since the upper and lower electrodes cannot be short-circuited because masking is not performed, the upper electrode 133 can be formed widely, and an area for generating a driving force can be gained.

最後に、第三の製造方法について図10を用いて説明する。   Finally, the third manufacturing method will be described with reference to FIG.

第一に、図10(a)に示すように、弾性部材113上に、下部電極材料を成膜することによって、図10(b)に示すように、弾性部材113上に下部電極131が形成される。そして、下部電極131上に所定の間隔でマスキングを施す。続いて、圧電素子材料を成膜することによって、図10(c)に示すように、下部電極131上に複数の圧電素子132が形成される。続いて、複数の圧電素子132上において、それら複数の圧電素子132の各縁端にマスキングを施す。そして、同じように、上部電極材料を成膜させることによって、図10(d)に示すように、複数の圧電素子132上に、複数の上部電極133が形成される。   First, as shown in FIG. 10A, the lower electrode 131 is formed on the elastic member 113 by depositing a lower electrode material on the elastic member 113 as shown in FIG. Is done. Then, masking is performed on the lower electrode 131 at a predetermined interval. Subsequently, a plurality of piezoelectric elements 132 are formed on the lower electrode 131 by depositing a piezoelectric element material as shown in FIG. Subsequently, on the plurality of piezoelectric elements 132, masking is performed on each edge of the plurality of piezoelectric elements 132. Similarly, by depositing the upper electrode material, a plurality of upper electrodes 133 are formed on the plurality of piezoelectric elements 132 as shown in FIG.

つまり、このような圧電アクチュエータ109の製造方法においては、弾性部材113上に、下部電極層を積層することによって、下部電極131を形成し、下部電極131上に所定の間隔でマスキングを施し、圧電素子層を積層することによって、複数の圧電素子132を形成し、複数の圧電素子132上に、上部電極層を積層することによって、複数の上部電極133を形成することとなる。特に、複数の圧電素子132上における各縁端にマスキングを施し、複数の圧電素子132上に、上部電極層を積層することによって、複数の上部電極133を形成することとなる。このように製造することによって、マスキングによって圧電素子132を細かく分岐することができ、これに伴い、上部電極133も細かく分岐することができる。また、物理的な切断を行わないため、余計な力をかけることなく、細かく分岐することができる。また、複数の圧電素子132上における各縁端にマスキングを施し、上部電極層を積層することによって、複数の上部電極133を形成するので、下部電極131と上部電極133との短絡を確実に防止することができる。   That is, in such a manufacturing method of the piezoelectric actuator 109, the lower electrode 131 is formed by laminating the lower electrode layer on the elastic member 113, masking is performed on the lower electrode 131 at a predetermined interval, and piezoelectric A plurality of piezoelectric elements 132 are formed by stacking the element layers, and a plurality of upper electrodes 133 are formed by stacking the upper electrode layers on the plurality of piezoelectric elements 132. In particular, by masking each edge on the plurality of piezoelectric elements 132 and stacking the upper electrode layer on the plurality of piezoelectric elements 132, the plurality of upper electrodes 133 are formed. By manufacturing in this way, the piezoelectric element 132 can be finely branched by masking, and accordingly, the upper electrode 133 can also be finely branched. Moreover, since physical cutting is not performed, it is possible to branch finely without applying extra force. Further, by masking each edge on the plurality of piezoelectric elements 132 and laminating the upper electrode layer, the plurality of upper electrodes 133 are formed, so that a short circuit between the lower electrode 131 and the upper electrode 133 is surely prevented. can do.

尚、上述した実施形態においては、図8及び図9に示すように、弾性部材113、下部電極131、圧電素子132及び上部電極133の全てを複数に分岐した構成や、図10に示すように、弾性部材113及び下部電極131を複数に分岐せず、圧電素子132及び上部電極133の全てを複数に分岐した構成を示したが、これらに限らず、例えば、図11(a)に示すように、弾性部材113、下部電極131及び圧電素子132を複数に分岐せず、上部電極133を複数に分岐した構成、図11(b)に示すように、弾性部材113を複数に分岐せず、下部電極131、圧電素子132及び上部電極133の全てを複数に分岐した構成であってもよい。   In the above-described embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the elastic member 113, the lower electrode 131, the piezoelectric element 132, and the upper electrode 133 are all branched into a plurality, or as shown in FIG. In addition, the elastic member 113 and the lower electrode 131 are not branched into a plurality of parts, and the piezoelectric element 132 and the upper electrode 133 are all branched into a plurality of parts. However, the present invention is not limited thereto. For example, as shown in FIG. In addition, the elastic member 113, the lower electrode 131, and the piezoelectric element 132 are not branched into a plurality of parts, and the upper electrode 133 is branched into a plurality of parts, as shown in FIG. The lower electrode 131, the piezoelectric element 132, and the upper electrode 133 may all be branched into a plurality.

尚、上述した実施形態においては、下部電極材料、圧電素子材料、上部電極材料を順に堆積させて、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層し、下部電極、圧電素子、上部電極を順に形成する物理気相成長法(PVD:Physical Vapor Deposition)を採用した。物理気相成長法には、例えば、真空中に不活性ガスを導入しながら基板とターゲット間に直流電圧あるいは交流電圧を印加し、イオン化した不活性ガスをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基板に成膜させるスパッタリングあるいはナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行なうAD法もある。但し、これに限らず、化学気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)によって、下部電極層、圧電素子層、上部電極層のうち、少なくとも一つの層を形成してもよい。   In the above-described embodiment, the lower electrode material, the piezoelectric element material, and the upper electrode material are sequentially deposited, and the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer are sequentially stacked to form the lower electrode, the piezoelectric element, and the upper electrode. The physical vapor deposition method (PVD: Physical Vapor Deposition) is used. In the physical vapor deposition method, for example, an inert gas is introduced into a vacuum while a DC voltage or an AC voltage is applied between the substrate and the target, and the ionized inert gas is collided with the target to be blown off. There is also an AD method in which a film is formed by sputtering to spray a substance on a substrate or by spraying nano-sized fine particles. However, the present invention is not limited thereto, and at least one of the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.

尚、上述した実施形態においては、焦点可変装置の一例としての波面曲率変調系100における圧電アクチュエータ109に本発明を採用したが、これに限らず、例えば、図1で説明したマイクロスキャナ19aやガルバノミラー21aなどの光走査装置における圧電アクチュエータの少なくともいずれか(両方であってもよい)に本発明を採用してもよい。また、このような焦点可変装置、光走査装置の少なくともいずれか(両方であってもよい)を備えた画像表示装置に本発明を採用してもよい。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to the piezoelectric actuator 109 in the wavefront curvature modulation system 100 as an example of the focus changing device. However, the present invention is not limited to this, and for example, the micro scanner 19a and the galvano described in FIG. The present invention may be applied to at least one (or both) of the piezoelectric actuator in the optical scanning device such as the mirror 21a. Further, the present invention may be applied to an image display device provided with at least one (or both) of the variable focus device and the optical scanning device.

このように、光走査装置における圧電アクチュエータに本発明を採用した好適な一実施形態について図12から図14を用いて以下に説明する。尚、本実施形態においては、図1における網膜走査型ディスプレイ1において、水平走査系19におけるマイクロスキャナ19aの代わりに、図12に示す光スキャナ204が配設されている。また、上述した実施形態とは異なる事項について以下に説明し、同じような事項については説明を省略する。尚、この光スキャナ204は、レーザ光を水平走査するためのものであるが、これに限らず、例えば、垂直走査するためのものであってもよい。   Thus, a preferred embodiment in which the present invention is applied to a piezoelectric actuator in an optical scanning device will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, in the retinal scanning display 1 shown in FIG. 1, an optical scanner 204 shown in FIG. 12 is provided instead of the micro scanner 19a in the horizontal scanning system 19. Further, items different from the above-described embodiment will be described below, and description of similar items will be omitted. The optical scanner 204 is used for horizontal scanning with laser light, but is not limited thereto, and may be used for vertical scanning, for example.

光走査装置の一例としての光スキャナ204は、図12に示すように、本体部210がベース212に装着されて構成されている。   As shown in FIG. 12, an optical scanner 204 as an example of an optical scanning device is configured by mounting a main body 210 on a base 212.

本体部210は、シリコン(Si)等、弾性を有する材料を主に用いて形成されている。本体部210は、図12の上部に示すように、概略的には、光が通過し得る貫通穴214を有して薄板長方形状を成している。本体部210は、外側には固定枠216を備え、一方、内側には、反射面220が形成された反射ミラー部222を有する振動体224を備えている。   The main body 210 is formed mainly using an elastic material such as silicon (Si). As shown in the upper part of FIG. 12, the main body part 210 generally has a thin plate rectangular shape having a through hole 214 through which light can pass. The main body 210 is provided with a fixed frame 216 on the outer side, and on the inner side is provided with a vibrating body 224 having a reflection mirror part 222 on which a reflection surface 220 is formed.

このような本体部210の構成に対応して、ベース212は、本体部210との装着状態において固定枠216が装着されるべき支持部230と、振動体224と対向する凹部232とを有するように構成されている。凹部232は、本体部210をベース212に装着した状態において、振動体224が振動によって変位してもベース212と干渉しない形状を有するために形成されている。   Corresponding to the configuration of the main body part 210, the base 212 has a support part 230 to which the fixing frame 216 is to be attached in a state of being attached to the main body part 210, and a concave part 232 facing the vibrating body 224. It is configured. The recess 232 is formed so as to have a shape that does not interfere with the base 212 even when the vibrating body 224 is displaced by vibration in a state where the main body 210 is mounted on the base 212.

図12に示すように、反射ミラー部222の反射面220は、それの対称中心線でもある揺動軸線234を中心として揺動させられる。振動体224は、さらに、その反射ミラー部222からそれと同一面上に延びて、その反射ミラー部222を固定枠216に接合するはり部240を備えている。本実施形態においては、反射ミラー部222の両側から一対のはり部240,240がそれぞれ互いに逆向きに延び出している。   As shown in FIG. 12, the reflection surface 220 of the reflection mirror portion 222 is swung around a swing axis 234 that is also a symmetric center line thereof. The vibrating body 224 further includes a beam portion 240 that extends on the same plane as the reflection mirror portion 222 and joins the reflection mirror portion 222 to the fixed frame 216. In the present embodiment, a pair of beam portions 240 and 240 extend in opposite directions from both sides of the reflection mirror portion 222.

各はり部240は、1個のミラー側板ばね部242と、一対の枠側板ばね部244,244と、それらミラー側板ばね部242と一対の枠側板ばね部244,244とを互いに接続する接続部246とを含むように構成されている。   Each beam portion 240 includes one mirror side leaf spring portion 242, a pair of frame side leaf spring portions 244 and 244, and a connecting portion that connects the mirror side leaf spring portion 242 and the pair of frame side leaf spring portions 244 and 244 to each other. 246.

各はり部240においては、ミラー側板ばね部242が、反射ミラー部222のうち揺動軸線234上において互いに対向する一対の縁の一方から、対応する接続部246まで延びている。接続部246は、揺動軸線234と直交する方向に延びている。さらに、各はり部240においては、一対の枠側板ばね部244が、対応する接続部246の端部から、揺動軸線234に対して互いに逆向きにオフセットする姿勢で、揺動軸線234に沿って固定枠216まで延びている。   In each beam portion 240, the mirror side leaf spring portion 242 extends from one of a pair of edges facing each other on the swing axis 234 of the reflection mirror portion 222 to the corresponding connection portion 246. The connecting portion 246 extends in a direction orthogonal to the swing axis 234. Further, in each beam portion 240, the pair of frame side leaf spring portions 244 are along the swing axis 234 in a posture in which they are offset from the ends of the corresponding connecting portions 246 in the opposite directions with respect to the swing axis 234. Extending to the fixed frame 216.

各はり部240においては、一対の枠側板ばね部244,244のそれぞれに、固定枠216に及ぶ姿勢で、起歪素子250,252,254,256が取り付けられている。各起歪素子250,252,254,256は、上述した実施形態と同じように、図13に示すように、圧電素子260、上部電極262、下部電極264を主体として構成されている。   In each beam portion 240, strain-generating elements 250, 252, 254, and 256 are attached to the pair of frame-side plate spring portions 244 and 244 in a posture that reaches the fixed frame 216. As shown in FIG. 13, each of the strain generating elements 250, 252, 254, and 256 is configured mainly with a piezoelectric element 260, an upper electrode 262, and a lower electrode 264, as shown in FIG.

圧電素子260は、薄板状を成して振動体224の片面に貼り付けられている。圧電素子260は、その貼付面と直角な方向において上部電極262と下部電極264とによって挟まれており、それにより、各起歪素子250,252,254,256が構成されている。上部電極262と下部電極264とはそれぞれ、各リード線266により、固定枠216に設置された一対の入力端子268,268に接続されている。   The piezoelectric element 260 has a thin plate shape and is attached to one surface of the vibrating body 224. The piezoelectric element 260 is sandwiched between the upper electrode 262 and the lower electrode 264 in a direction perpendicular to the sticking surface thereof, thereby constituting the strain-generating elements 250, 252, 254, and 256. The upper electrode 262 and the lower electrode 264 are respectively connected to a pair of input terminals 268 and 268 installed on the fixed frame 216 by lead wires 266.

図12に示すように、本実施形態においては、4個の起歪素子250,252,254,256が、反射ミラー部222を隔てた一対の対向位置に2個ずつ、かつ、揺動軸線234に関して互いに線対称的に配置されている。それら4個の起歪素子250,252,254,256のうち、一方の対向位置に配置されている2個の起歪素子250,254(図12において右側に位置する)が第1対を成し、他方の対向位置に配置されている2個の起歪素子252,256(図12において左側に位置する)が第2対を成している。尚、本実施形態においては、起歪素子250,254という対と、起歪素子252,256という対であったが、これに限らず、例えば、起歪素子250,252という対と、起歪素子254,256という対であってもよく、この場合において、駆動は各対になった電極を同相で駆動させることとなる。   As shown in FIG. 12, in this embodiment, four strain generating elements 250, 252, 254, and 256 are provided two at a pair of opposed positions with the reflecting mirror portion 222 therebetween, and the swing axis 234. With respect to each other. Of these four strain-generating elements 250, 252, 254, and 256, two strain-generating elements 250 and 254 (located on the right side in FIG. 12) arranged at one opposing position form a first pair. The two strain-generating elements 252 and 256 (located on the left side in FIG. 12) arranged at the other facing position form a second pair. In this embodiment, the pair of strain-generating elements 250 and 254 and the pair of strain-generating elements 252 and 256 are used. However, the present invention is not limited to this. For example, the pair of strain-generating elements 250 and 252 A pair of elements 254 and 256 may be used, and in this case, driving is performed by driving the electrodes in each pair in phase.

本実施形態においては、第1対を成す2個の起歪素子250,254がそれぞれ駆動源として機能し、振動体224を揺動軸線234のまわりに捩じり振動させて揺動させる。そのため、各起歪素子250,254においては、上部電極262と下部電極264と(図13参照)に電圧が印加され、それにより、その印加方向と直交する向きすなわち長さ方向の変位が各起歪素子250,254に発生させられる。   In the present embodiment, the two strain-generating elements 250 and 254 forming the first pair function as drive sources, respectively, and torsionally vibrate the vibrating body 224 around the oscillation axis 234. Therefore, in each of the strain generating elements 250 and 254, a voltage is applied to the upper electrode 262 and the lower electrode 264 (see FIG. 13), thereby causing displacement in the direction perpendicular to the application direction, that is, the length direction. It is generated in the strain elements 250 and 254.

この変位により、図14に示すように、はり部240に屈曲すなわち反りが発生する。この屈曲は、はり部240のうち固定枠216との接続部を固定端とする一方、反射ミラー部222との接続部を自由端として行われる。その結果、その屈曲の向きが上向きであるか下向きであるかにより、自由端が上向きまたは下向きに変位する。   Due to this displacement, as shown in FIG. 14, the beam 240 is bent or warped. This bending is performed with the connection portion with the fixed frame 216 in the beam portion 240 as a fixed end, and the connection portion with the reflection mirror portion 222 as a free end. As a result, the free end is displaced upward or downward depending on whether the bending direction is upward or downward.

第1対を成す2個の起歪素子250および254は、それぞれの圧電素子260の自由端が互いに逆向きに変位するように屈曲させられる。その結果、反射ミラー部222は、図14に示すように、揺動軸線234のまわりに回転させられる。   The two strain-generating elements 250 and 254 forming the first pair are bent so that the free ends of the respective piezoelectric elements 260 are displaced in directions opposite to each other. As a result, the reflection mirror unit 222 is rotated around the swing axis 234 as shown in FIG.

以上、各枠側板ばね部244は、それに貼り付けられた起歪素子250,252,254,256の直線変位を屈曲運動に変換する機能を有し、接続部246は、各枠側板ばね部244の屈曲運動をミラー側板ばね部242の回転運動に変換する機能を有しているのである。そのミラー側板ばね部242の回転運動によって反射ミラー部222が回転させられる。   As described above, each frame-side leaf spring portion 244 has a function of converting the linear displacement of the strain-generating elements 250, 252, 254, and 256 affixed thereto into a bending motion, and the connection portion 246 has each frame-side leaf spring portion 244. It has a function to convert the bending motion of the mirror into the rotational motion of the mirror side leaf spring portion 242. The reflection mirror 222 is rotated by the rotational movement of the mirror side leaf spring 242.

本実施形態においては、第1対を成す2個の起歪素子250および254を互いに逆向きに変位させることにより、反射ミラー部222にそれの揺動軸線234まわりの往復回転運動すなわち揺動運動が発生させられる。このことを実現するために、第1対を成す2個の起歪素子250および254に交番電圧が互いに逆位相で印加される。その結果、第1対を成す2個の起歪素子250および254の一方が、図12において下向きに撓んだ場合には、他方が、同図において上向きに撓むこととなる。つまり、起歪素子250における上部電極262は、同相の電圧が印加される。また、起歪素子252における上部電極262は、起歪素子250における上部電極262とは異なる逆相の電圧が印加される。   In the present embodiment, the two strain-generating elements 250 and 254 forming the first pair are displaced in opposite directions to cause the reflection mirror unit 222 to reciprocate or swing around its swing axis 234. Is generated. In order to realize this, alternating voltages are applied to the two strain-generating elements 250 and 254 forming the first pair in opposite phases. As a result, when one of the two strain-generating elements 250 and 254 forming the first pair bends downward in FIG. 12, the other bends upward in FIG. That is, an in-phase voltage is applied to the upper electrode 262 in the strain generating element 250. In addition, a reverse phase voltage different from that of the upper electrode 262 in the strain generating element 250 is applied to the upper electrode 262 in the strain generating element 252.

また、上述した起歪素子250,252,254,256のそれぞれは、複数に分岐されて並設されている。起歪素子252,256を代表として図15(a)を用いて以下に説明する。   Each of the strain generating elements 250, 252, 254, and 256 described above is branched into a plurality and arranged in parallel. The strain generating elements 252 and 256 will be described below with reference to FIG.

枠側板ばね部244には、図15(a)に示すように、起歪素子252が貼り付けられている。この起歪素子252は、上述したように、圧電素子260、上部電極262、下部電極264(図13参照)から構成されている。この起歪素子252には、図15(a)に示すように、長手方向(図15(a)においてX軸方向)に溝252cが形成されており、短手方向(図15(a)においてY軸方向)に、複数の駆動部252a,252bとして分岐されて並設されている。つまり、複数の駆動部252a,252bは、駆動方向(上下方向、図15(a)においてZ軸方向)を含む駆動面Q(図15(a)においてX軸、Z軸を含む面)に垂直な方向(短手方向、図15(a)においてY軸方向)に分岐され、並設されている。   As shown in FIG. 15A, a strain generating element 252 is attached to the frame side leaf spring portion 244. As described above, the strain generating element 252 includes the piezoelectric element 260, the upper electrode 262, and the lower electrode 264 (see FIG. 13). As shown in FIG. 15A, the strain generating element 252 has a groove 252c formed in the longitudinal direction (X-axis direction in FIG. 15A), and in the short direction (FIG. 15A). In the Y-axis direction), the plurality of drive units 252a and 252b are branched and arranged in parallel. That is, the plurality of drive units 252a and 252b are perpendicular to the drive surface Q (the surface including the X axis and the Z axis in FIG. 15A) including the drive direction (vertical direction, the Z axis direction in FIG. 15A). Are branched in parallel to each other (short direction, Y-axis direction in FIG. 15A).

更には、枠側板ばね部244にも、溝252cと貫通するように連設された溝270が、長手方向(図15(a)においてX軸方向)に延びるように形成されている。また、溝270は、溝252cよりも長手方向(図15(a)においてX軸方向)に長い形状で形成されている。このため、弾性部材としての枠側板ばね部244も、短手方向(図15(a)においてY軸方向)に分岐して並設されている。
つまり、弾性部材としての枠側板ばね部244も、駆動方向(上下方向、図15(a)においてZ軸方向)を含む駆動面Q(図15(a)においてX軸、Z軸を含む面)に垂直な方向(短手方向、図15(a)においてY軸方向)に分岐され、並設されている。
Further, the frame-side leaf spring portion 244 is also formed with a groove 270 that is continuous with the groove 252c so as to extend in the longitudinal direction (X-axis direction in FIG. 15A). The groove 270 is formed in a shape longer in the longitudinal direction (X-axis direction in FIG. 15A) than the groove 252c. For this reason, the frame side leaf | plate spring part 244 as an elastic member is also branched and provided in the transversal direction (Y-axis direction in Fig.15 (a)).
That is, the frame side leaf spring portion 244 as an elastic member also has a driving surface Q (a surface including the X axis and the Z axis in FIG. 15A) including the driving direction (vertical direction, Z axis direction in FIG. 15A). Are branched in parallel (a short direction, the Y-axis direction in FIG. 15A).

そして、起歪素子252における上部電極262には、同相の電圧が印加され、上下方向(図15(a)においてZ軸方向)に駆動することとなる。もちろん、起歪素子252における上部電極262とは逆相ではあるが、起歪素子256における上部電極262自体においては、同相の電圧が印加され、上下方向(図15(a)においてZ軸方向)に駆動することとなる。   Then, an in-phase voltage is applied to the upper electrode 262 in the strain generating element 252, and the upper electrode 262 is driven in the vertical direction (Z-axis direction in FIG. 15A). Of course, the upper electrode 262 in the strain-generating element 252 is out of phase with the upper electrode 262 in the strain-generating element 256, but the same-phase voltage is applied to the upper electrode 262 itself, and the vertical direction (Z-axis direction in FIG. 15A). Will be driven to.

従来においては、図15(b)に示すように、起歪素子298が複数に分岐されておらず、一体となっている。本実施形態においても、上述した実施形態と同じように、従来と比べて、同じ容積であっても、同相の電圧が印加される複数の駆動部252a,252bを弾性部材としての枠側板ばね部244に並設したので、例えば、一つの駆動部として起歪素子298が設けられた従来と比べて、短手方向に対する応力を逃がし、起歪素子252の駆動部252a,252bの駆動によって生じる不要な応力を軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。また、複数の駆動部252a,252bは、その駆動方向(例えば、上下方向)を含む駆動面(例えば、垂直面)に対して平行な方向(水平方向)に並設されたので、起歪素子252の駆動部252a,252bの駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。尚、例えば、長手方向の一端が固着され、長手方向に対して上下方向(駆動方向)に駆動する複数の駆動部252a,252bは、その上下方向に平行な短手方向に対して並設されたとも言い換えることも可能である。また、上部電極262及び圧電素子260など(例えば、下部電極264を含む場合もある)のそれぞれに溝252cが形成されており、複数の上部電極及び複数の圧電素子など(例えば、複数の下部電極を含む場合もある)として分岐されているので、起歪素子252の駆動部252a,252bの駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。   Conventionally, as shown in FIG. 15B, the strain-generating element 298 is not branched into a plurality, but is integrated. Also in this embodiment, as in the above-described embodiment, a frame-side leaf spring portion using a plurality of drive units 252a and 252b to which in-phase voltages are applied as an elastic member even if the volume is the same as in the conventional case. Since it is arranged in parallel with H.244, for example, compared with the conventional case where the strain generating element 298 is provided as one drive unit, the stress in the short direction is released, and unnecessary due to driving of the drive units 252a and 252b of the strain generating element 252 is unnecessary. Unnecessary stress can be reduced, and unnecessary strain can be suppressed. Further, since the plurality of driving units 252a and 252b are arranged in parallel in a direction (horizontal direction) parallel to a driving surface (for example, vertical surface) including the driving direction (for example, vertical direction), the strain generating element Unnecessary stress generated by driving the driving units 252a and 252b of 252 can be further efficiently reduced, and unnecessary distortion can be suppressed. Note that, for example, a plurality of drive units 252a and 252b that are fixed at one end in the longitudinal direction and are driven in the vertical direction (drive direction) with respect to the longitudinal direction are arranged in parallel in the short direction parallel to the vertical direction. In other words, it can be paraphrased. In addition, a groove 252c is formed in each of the upper electrode 262 and the piezoelectric element 260 (for example, the lower electrode 264 may be included), and a plurality of upper electrodes and a plurality of piezoelectric elements (for example, a plurality of lower electrodes) are formed. Therefore, unnecessary stress generated by driving the driving portions 252a and 252b of the strain generating element 252 can be more efficiently reduced, and unnecessary distortion can be suppressed. .

また、枠側板ばね部244が複数に分岐された状態で並設されているので、起歪素子252の駆動部252a,252bの駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。尚、枠側板ばね部244における溝270は、駆動部252a,252bにおける溝252cと比べて、長手方向に長く形成されている。このため、起歪素子252の駆動部252a,252bの駆動によって生じる不要な応力を更に効率よく軽減することができ、不必要な歪みを抑制することができる。   Further, since the frame side leaf springs 244 are arranged in parallel in a branched state, unnecessary stress caused by driving of the drive parts 252a and 252b of the strain generating element 252 can be more efficiently reduced, which is not necessary. Necessary distortion can be suppressed. The groove 270 in the frame side leaf spring portion 244 is formed longer in the longitudinal direction than the groove 252c in the drive portions 252a and 252b. For this reason, unnecessary stress generated by driving the drive units 252a and 252b of the strain generating element 252 can be more efficiently reduced, and unnecessary strain can be suppressed.

また、同じように、枠側板ばね部244には、起歪素子256が貼り付けられている。この起歪素子256は、上述したように、圧電素子260、上部電極262、下部電極264(図13参照)から構成されている。この起歪素子252,256には、図15(a)に示すように、長手方向に溝256cが形成されており、複数の駆動部256a,256bとして分岐されている。更には、枠側板ばね部244にも、溝256cと貫通するように連設された溝274が形成されている。また、溝274は、溝256cよりも長手方向に長い形状で形成されている。このため、上述したような同じような効果が得られる。   Similarly, a strain generating element 256 is attached to the frame side leaf spring portion 244. As described above, the strain generating element 256 includes the piezoelectric element 260, the upper electrode 262, and the lower electrode 264 (see FIG. 13). As shown in FIG. 15A, the strain generating elements 252 and 256 are formed with grooves 256c in the longitudinal direction, and are branched as a plurality of drive units 256a and 256b. Further, the frame side leaf spring portion 244 is also formed with a groove 274 that is continuous with the groove 256c. Further, the groove 274 is formed in a shape longer in the longitudinal direction than the groove 256c. For this reason, the same effect as described above can be obtained.

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。例えば、本発明を適用した光走査装置は、レーザプリンタ内でレーザービームを走査する光走査装置にも応用できることはいうまでもない。又、本発明を適用した焦点可変装置は、画像投影装置(例えばプロジェクタ)や各種撮像装置(例えば、デジタルカメラ)等の光学機構におけるレンズやミラーの可動によるピント調節行う機構やズーム調整を行う機構などにも応用できる。   As described above, some of the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, these are merely examples, and various embodiments can be made based on the knowledge of those skilled in the art including the aspects described in the section of the disclosure of the invention. The present invention can be implemented in other forms that have been modified or improved. For example, it goes without saying that the optical scanning apparatus to which the present invention is applied can also be applied to an optical scanning apparatus that scans a laser beam in a laser printer. The focus changing apparatus to which the present invention is applied is a mechanism for adjusting the focus by moving a lens or a mirror in an optical mechanism such as an image projection apparatus (for example, a projector) or various imaging apparatuses (for example, a digital camera), or a mechanism for performing a zoom adjustment. It can also be applied to.

本実施形態における網膜走査型ディスプレイ1を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the retinal scanning display 1 in this embodiment. 本実施形態における波面曲率変調系100を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the wavefront curvature modulation system 100 in this embodiment. 本実施形態における可動ミラー103及び143、従来における可動ミラー183を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the movable mirrors 103 and 143 in this embodiment, and the movable mirror 183 in the past. 本実施形態における圧電アクチュエータ109を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the piezoelectric actuator 109 in this embodiment. 本実施形態における圧電アクチュエータ109を長手方向から見た説明図である。It is explanatory drawing which looked at the piezoelectric actuator 109 in this embodiment from the longitudinal direction. 本実施形態における圧電アクチュエータ109を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the piezoelectric actuator 109 in this embodiment. 本実施形態における圧電アクチュエータ109と、その変位に対する応力を算出したシミュレーション結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the simulation result which computed the piezoelectric actuator 109 in this embodiment, and the stress with respect to the displacement. 本実施形態における圧電アクチュエータ109の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the piezoelectric actuator 109 in this embodiment. 本実施形態における圧電アクチュエータ109の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the piezoelectric actuator 109 in this embodiment. 本実施形態における圧電アクチュエータ109の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the piezoelectric actuator 109 in this embodiment. 本実施形態における圧電アクチュエータ109を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the piezoelectric actuator 109 in this embodiment. 本実施形態における光スキャナ204を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the optical scanner 204 in this embodiment. 本実施形態における振動体224を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the vibrating body 224 in this embodiment. 本実施形態における振動体224を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the vibrating body 224 in this embodiment. 本実施形態における振動体224を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the vibrating body 224 in this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 網膜走査型ディスプレイ
19 水平走査系
20 第1リレー光学系
21 垂直走査系
22 第2リレー光学系
24 瞳孔
100 波面曲率変調系
101 ビームスプリッタ
102 凸レンズ
103 可動ミラー
106 駆動回路
108、222 反射ミラー部
108a、220 反射面
109 圧電アクチュエータ
111、112、250、252、254、256 起歪素子
111a、112a 固定部
111b、111c、111d、112b、112c、112d、252a、252b、256a、256b 駆動部
111e、112e、113a、113b、252c、256c、270、274 溝
113 弾性部材
114 枠体
131、264 下部電極
132、260 圧電素子
133、262 上部電極
204 光スキャナ
224 振動体
244 枠側板ばね部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Retina scanning display 19 Horizontal scanning system 20 1st relay optical system 21 Vertical scanning system 22 2nd relay optical system 24 Pupil 100 Wavefront curvature modulation system 101 Beam splitter 102 Convex lens 103 Movable mirror 106 Driving circuit 108, 222 Reflecting mirror part 108a , 220 Reflecting surface 109 Piezoelectric actuator 111, 112, 250, 252, 254, 256 Strain generating element 111a, 112a Fixed part 111b, 111c, 111d, 112b, 112c, 112d, 252a, 252b, 256a, 256b Drive part 111e, 112e 113a, 113b, 252c, 256c, 270, 274 Groove 113 Elastic member 114 Frame 131, 264 Lower electrode 132, 260 Piezoelectric element 133, 262 Upper electrode 204 Optical scanner 224 Vibration body 244 Frame side leaf spring

Claims (14)

弾性部材に支持された起歪素子に電圧を印加することにより、前記起歪素子の駆動部を駆動させて、前記弾性部材を変形可能にしたアクチュエータにおいて、
前記起歪素子において同相の電圧が印加される複数の駆動部を前記弾性部材に並設したことを特徴とするアクチュエータ。
In the actuator in which the elastic member can be deformed by driving the drive unit of the strain element by applying a voltage to the strain element supported by the elastic member.
An actuator characterized in that a plurality of drive units to which in-phase voltages are applied in the strain generating element are arranged in parallel with the elastic member.
前記複数の駆動部は、前記起歪素子を複数に分岐してなることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。   2. The actuator according to claim 1, wherein the plurality of driving units are formed by branching the strain generating element into a plurality of parts. 前記複数の駆動部は、駆動方向を含む駆動面に対して平行な方向に並設されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the plurality of driving units are arranged in parallel to a driving surface including a driving direction. 前記起歪素子は、
前記同相の電圧が印加される上部電極と、
前記弾性部材に支持され、前記同相の電圧と異なる電圧が印加される下部電極と、
前記上部電極及び前記下部電極に挟持された圧電素子と、を有し、
前記上部電極及び前記圧電素子、若しくは、前記上部電極、前記圧電素子及び前記下部電極のそれぞれに溝が形成されており、複数の上部電極及び複数の圧電素子、若しくは、複数の上部電極、複数の圧電素子及び複数の下部電極として分岐されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のアクチュエータ。
The strain generating element is:
An upper electrode to which the in-phase voltage is applied;
A lower electrode supported by the elastic member and applied with a voltage different from the in-phase voltage;
A piezoelectric element sandwiched between the upper electrode and the lower electrode,
A groove is formed in each of the upper electrode and the piezoelectric element, or the upper electrode, the piezoelectric element, and the lower electrode, and a plurality of upper electrodes and a plurality of piezoelectric elements, or a plurality of upper electrodes, a plurality of The actuator according to claim 1, wherein the actuator is branched as a piezoelectric element and a plurality of lower electrodes.
前記弾性部材が複数に分岐された状態で並設されていることを特徴とする請求項4に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 4, wherein the elastic members are juxtaposed in a state of being branched into a plurality of branches. 前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加することによって前記起歪素子における前記複数の駆動部を駆動させることを特徴とする請求項4又は5に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 4 or 5, wherein the plurality of driving units in the strain-generating element are driven by applying a voltage between the upper electrode and the lower electrode. 弾性部材に支持された起歪素子に電圧を印加することにより、前記起歪素子の駆動部を駆動させて、前記弾性部材を変形可能にしたアクチュエータの製造方法において、
前記起歪素子において同相の電圧が印加される複数の駆動部を、前記弾性部材に並設したことを特徴とするアクチュエータの製造方法。
In the method of manufacturing an actuator in which the elastic member is deformable by driving a driving unit of the strain generating element by applying a voltage to the strain generating element supported by the elastic member.
A method for manufacturing an actuator, comprising: a plurality of driving units to which in-phase voltages are applied in the strain generating element;
エッチングにより弾性部材を複数に分岐し、
前記弾性部材上に、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層することによって、複数の下部電極、複数の圧電素子、複数の上部電極を順に形成することを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータの製造方法。
The elastic member is branched into a plurality by etching,
8. A plurality of lower electrodes, a plurality of piezoelectric elements, and a plurality of upper electrodes are sequentially formed on the elastic member by sequentially laminating a lower electrode layer, a piezoelectric element layer, and an upper electrode layer. A manufacturing method of the actuator described in 1.
前記弾性部材上に、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層することによって、下部電極、圧電素子、上部電極を順に形成し、
少なくとも前記上部電極及び前記圧電素子に溝を形成することによって、複数の上部電極、複数の圧電素子を形成することを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータの製造方法。
On the elastic member, a lower electrode layer, a piezoelectric element layer, and an upper electrode layer are sequentially laminated to form a lower electrode, a piezoelectric element, and an upper electrode in order,
The actuator manufacturing method according to claim 7, wherein a plurality of upper electrodes and a plurality of piezoelectric elements are formed by forming grooves in at least the upper electrode and the piezoelectric elements.
前記弾性部材上に、下部電極層を積層することによって、下部電極を形成し、
前記下部電極上に所定の間隔でマスキングを施し、圧電素子層を積層することによって、複数の圧電素子を形成し、
前記複数の圧電素子層上に、上部電極層を積層することによって、複数の上部電極を形成することを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータの製造方法。
By laminating a lower electrode layer on the elastic member, a lower electrode is formed,
A plurality of piezoelectric elements are formed by performing masking at a predetermined interval on the lower electrode and laminating piezoelectric element layers,
The method for manufacturing an actuator according to claim 7, wherein a plurality of upper electrodes are formed by laminating an upper electrode layer on the plurality of piezoelectric element layers.
前記複数の圧電素子上における各縁端にマスキングを施し、前記複数の圧電素子上に、上部電極層を積層することによって、前記複数の上部電極を形成することを特徴とする請求項8又は10に記載のアクチュエータの製造方法。   11. The plurality of upper electrodes are formed by masking each edge on the plurality of piezoelectric elements and laminating an upper electrode layer on the plurality of piezoelectric elements. A manufacturing method of the actuator described in 1. 請求項1から6のいずれかに記載のアクチュエータを備えたことを特徴とする焦点可変装置。   A focus variable apparatus comprising the actuator according to claim 1. 請求項1から6のいずれかに記載のアクチュエータを備えたことを特徴とする光走査装置。   An optical scanning device comprising the actuator according to claim 1. 請求項12に記載の焦点可変装置、請求項13に記載の光走査装置のいずれか又は両者を備えたことを特徴とする画像表示装置。   An image display device comprising either or both of the variable focus device according to claim 12 and the optical scanning device according to claim 13.
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