JP2009223115A

JP2009223115A - Optical reflecting element

Info

Publication number: JP2009223115A
Application number: JP2008069031A
Authority: JP
Inventors: Jiro Terada; 二郎寺田; Shinsuke Nakazono; 晋輔中園; Shigeo Furukawa; 成男古川; Kazuki Komaki; 一樹小牧
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-10-01

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase frequency ratio of the vibration of a dual-axis drive optical reflecting element. SOLUTION: This optical reflecting element comprises: a mirror part 1; a tuning fork type vibrator 3 connected to the mirror part 1 at a supporting part 2; a frame 6 which is connected to the tuning fork type vibrator 3 at a supporting part 5 and encloses the tuning fork type vibrator 3 and the outer circumference of the mirror part 1; a pair of tuning fork type vibrators 8 facing to each other via the frame 6 and respectively connected to the frame 6 at supporting parts 7; and a supporting body 11 connected to the tuning fork type vibrator 8 at supporting parts 10, wherein the turning axis 18 of the tuning fork type vibrator 3 and the turning axis 17 of the tuning fork type vibrator 5 are at right angle, projected parts 16A and 16B respectively projecting outward are formed at the end of the arms 14 and 15 of the tuning fork type vibrators 8. Thus the frequency ratio of the vibration of the dual-axis drive optical reflecting element can be increased. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザーディスプレイなどに用いられる光学反射素子に関するものである。 The present invention relates to an optical reflection element used for a laser display or the like.

図１０に従来の圧電駆動式光学反射素子の一例を示す。この光学反射素子は、ミラー部１０１と、このミラー部１０１の両端に接続された第一のトーション梁１０２を介し、ミラー部１０１を支持する枠体１０３と、この枠体１０３の両端に接続されると共に第一のトーション梁１０２と軸方向が直交する、第二のトーション梁１０４を介し、枠体１０３を支持する支持体１０５とを備えている。 FIG. 10 shows an example of a conventional piezoelectric driven optical reflection element. The optical reflecting element is connected to the frame body 103 supporting the mirror section 101 and the both ends of the frame body 103 via the mirror section 101 and the first torsion beam 102 connected to both ends of the mirror section 101. And a support body 105 that supports the frame body 103 via a second torsion beam 104 whose axial direction is orthogonal to the first torsion beam 102.

また第一のトーション梁１０２の両側には、その一端をミラー部１０１に連結され、他端を枠体１０３と連結された圧電振動体１０６Ａ、１０６Ｂを備え、第二のトーション梁１０４の両側には、その一端を枠体１０３と連結され、他端を支持体１０５と連結された圧電振動体１０７Ａ、１０７Ｂを備えている。 Further, on both sides of the first torsion beam 102, piezoelectric vibrating bodies 106A and 106B having one end connected to the mirror part 101 and the other end connected to the frame 103 are provided on both sides of the second torsion beam 104. Includes piezoelectric vibrating bodies 107 A and 107 B having one end connected to the frame body 103 and the other end connected to the support body 105.

そして圧電振動体１０６Ａと１０６Ｂ、および圧電振動体１０７Ａと１０７Ｂにそれぞれ正負逆の電圧を印加すると、第一、第二のトーション梁１０２、１０４が、これらの回転軸を中心に回動し、この振動エネルギーがミラー部１０１、枠体１０３へと伝搬し、ミラー部１０１が直交する二軸を中心に反復回転振動する（例えば、特許文献１参照）。 When positive and negative voltages are applied to the piezoelectric vibrators 106A and 106B and the piezoelectric vibrators 107A and 107B, the first and second torsion beams 102 and 104 rotate about their rotation axes. The vibration energy propagates to the mirror unit 101 and the frame body 103, and the mirror unit 101 repeatedly rotates and vibrates around two orthogonal axes (see, for example, Patent Document 1).

この光学反射素子は、レーザ光源等からの光をミラー部１０１で反射し、光をスクリーンの垂直、水平方向に走査することによって、スクリーン面上に二次元の描画を投影することができる。
特開２００５−１４８４５９号公報 This optical reflection element can project a two-dimensional drawing on the screen surface by reflecting light from a laser light source or the like by the mirror unit 101 and scanning the light in the vertical and horizontal directions of the screen.
JP 2005-148459 A

従来の光学反射素子を用いると、投影する描画の分解能が低くなることがあった。 When a conventional optical reflection element is used, the resolution of drawing to be projected may be lowered.

その理由は、それぞれの二軸を中心とする反復回動振動の、周波数比が小さいからである。 The reason is that the frequency ratio of repetitive rotational vibrations about the two axes is small.

そこで本発明は二軸駆動の光学反射素子において、振動の周波数比を大きくすることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to increase the frequency ratio of vibration in a biaxially driven optical reflecting element.

そして、この目的を達成するために本発明は、ミラー部と、このミラー部と第一の支持部で連結された第一の音叉形振動子と、この第一の音叉形振動子と第二の支持部で連結され、第一の音叉形振動子およびミラー部の外周を囲う枠体と、この枠体を介して対向し、この枠体とそれぞれ第三の支持部で連結される対の第二の音叉形振動子と、これらの第二の音叉形振動子とそれぞれ第四の支持部で連結された支持体とを備え、第一の音叉形振動子の回転軸と第二の音叉形振動子の回転軸とは垂直な関係であって、第一の音叉形振動子は第一のアームおよび第二のアームを有し、第二の音叉形振動子は第三のアームおよび第四のアームを有し、これらの第三のアームと第四のアームの先端には、それぞれ外側へ突出する突起部が形成されているものとした。 In order to achieve this object, the present invention provides a mirror section, a first tuning fork vibrator coupled with the mirror section and the first support section, the first tuning fork vibrator and the second tuning fork vibrator. Of the first tuning fork vibrator and the mirror part, and a pair of frames that are opposed to each other through the frame and connected to the frame by a third support part. A second tuning fork vibrator, and a support body connected to each of the second tuning fork vibrators by a fourth support portion, and a rotation axis of the first tuning fork vibrator and a second tuning fork. The first tuning fork vibrator has a first arm and a second arm, and the second tuning fork vibrator has a third arm and a second arm. There are four arms, and at the tips of these third and fourth arms, there are formed protrusions that protrude outward. It was as.

これにより本発明は、二軸駆動の光学反射素子において、振動の周波数比を大きくすることができる。 Thereby, the present invention can increase the frequency ratio of vibration in the biaxially driven optical reflecting element.

その理由は、第二の音叉形振動子を低周波駆動させることができるからである。すなわち本発明は、突起部が重りとなるため、第三のアーム、第四のアームは大きく撓み振動を起こし、第二の音叉振動子はその回転軸を中心に、より低い周波数で反復回転振動することができる。そしてその結果、二軸駆動の光学反射素子において、振動の周波数比を大きくすることができる。 This is because the second tuning fork vibrator can be driven at a low frequency. That is, according to the present invention, since the projections are weighted, the third arm and the fourth arm are greatly bent and vibrated, and the second tuning fork vibrator repeats rotational vibration at a lower frequency around its rotation axis. can do. As a result, the frequency ratio of vibration can be increased in the biaxially driven optical reflecting element.

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における光学反射素子の構成について説明する。 (Embodiment 1)
Hereinafter, the configuration of the optical reflecting element according to Embodiment 1 of the present invention will be described.

図１において、光学反射素子は、ミラー部１と、このミラー部１を介して対向するとともに、このミラー部１とそれぞれ第一の支持部２で連結された、一対の第一の音叉形振動子３と、これら二つの第一の音叉形振動子３の各振動中心４とそれぞれ第二の支持部５で連結され、これらの第一の音叉形振動子３およびミラー部１の外周を囲う枠体６と、この枠体６を介して対向するとともに、この枠体６とそれぞれ第三の支持部７で連結された対の第二の音叉形振動子８と、これらの二つの第二の音叉形振動子８の振動中心９とそれぞれ第四の支持部１０で連結された枠形状の支持体１１とを備えている。 In FIG. 1, the optical reflecting element is a pair of first tuning fork-shaped vibrations that face the mirror unit 1 via the mirror unit 1 and are connected to the mirror unit 1 by the first support unit 2. The child 3 and the vibration centers 4 of the two first tuning fork vibrators 3 are connected to each other by the second support part 5 so as to surround the outer periphery of the first tuning fork vibrator 3 and the mirror part 1. A pair of second tuning fork vibrators 8 that face each other through the frame body 6 and are connected to the frame body 6 by a third support portion 7 respectively, and the two second The tuning fork vibrator 8 has a vibration center 9 and a frame-shaped support body 11 connected by a fourth support portion 10 respectively.

そして本実施の形態では、ミラー部１は第一の支持部２でそれぞれ第一の音叉形振動子３に両持ち支持された構成であり、この第一の音叉形振動子３は、それぞれ第一の支持部２の両側に、第一のアーム１２と第二のアーム１３とを有している。 In the present embodiment, the mirror unit 1 is configured to be supported by the first tuning fork vibrator 3 by the first support part 2, and each of the first tuning fork vibrators 3 is provided with the first tuning fork vibrator 3. A first arm 12 and a second arm 13 are provided on both sides of one support portion 2.

また枠体６は第三の支持部７でそれぞれ第二の音叉形振動子８に両持ち支持された構成であり、この第二の音叉形振動子８は、それぞれ第三の支持部７の両側に第三のアーム１４と第四のアーム１５とを有している。 Further, the frame body 6 is supported by the second tuning fork vibrator 8 by the third support portion 7, and the second tuning fork vibrator 8 is supported by the third support portion 7. A third arm 14 and a fourth arm 15 are provided on both sides.

そしてこの第三のアーム１４と第四のアーム１５とは、それぞれ枠体６の外側を、枠体６の側辺に沿って、その辺中央に向けまっすぐに延伸している。そして第三のアーム１４、第四のアーム１５のそれぞれの先端には、外側（支持体１１側）へほぼ垂直に折れ曲がって突出し、さらに垂直に折り返して第三のアーム１４および第四のアーム１５に平行に延伸する突起部１６Ａ、１６Ｂが形成されている。本実施の形態では、この突起部１６Ａ、１６Ｂと第三のアーム１４、あるいは第四のアーム１５の延伸部分はほぼ同じ長さとした。 Each of the third arm 14 and the fourth arm 15 extends straight from the outside of the frame 6 along the side of the frame 6 toward the center of the side. Then, the distal ends of the third arm 14 and the fourth arm 15 are bent substantially vertically to the outside (the support body 11 side), and are further folded vertically to be folded back to the third arm 14 and the fourth arm 15. Protrusions 16A and 16B extending in parallel to are formed. In the present embodiment, the extended portions of the protrusions 16A and 16B and the third arm 14 or the fourth arm 15 have substantially the same length.

またこれらの突起部１６Ａ、１６Ｂは、互いに第二の音叉形振動子８の回転軸１７に対して線対称に形成されている。また対向する突起部１６Ａ同士、および対向する突起部１６Ｂ同士は、互いに第一の音叉形振動子３の回転軸１８に対して線対称な形状である。 The protrusions 16A and 16B are formed symmetrically with respect to the rotation axis 17 of the second tuning fork vibrator 8. Further, the opposing protruding portions 16A and the opposing protruding portions 16B have shapes that are line-symmetric with respect to the rotation axis 18 of the first tuning fork vibrator 3.

さらに対となる第一の音叉形振動子３は、第二の音叉形振動子８の回転軸１７に対して線対称であり、対となる第二の音叉形振動子８は、第一の音叉形振動子３の回転軸１８に対して線対称に形成されている。 Further, the first tuning fork vibrator 3 to be paired is axisymmetric with respect to the rotation axis 17 of the second tuning fork vibrator 8, and the second tuning fork vibrator 8 to be paired is The tuning fork vibrator 3 is formed in line symmetry with respect to the rotation axis 18.

また第一の支持部２と第二の支持部５とは、第一の音叉形振動子３の回転軸１８上に形成され、第三の支持部７と第四の支持部１０とは、第二の音叉形振動子８の回転軸１７上に形成されている。ここで本実施の形態では、第一の音叉形振動子３の回転軸１８と第二の音叉形振動子８の回転軸１７とは、垂直な関係にある。これによりミラー部１からの反射光を、スクリーン上のＸ軸とＹ軸方向へ、二次元に走査させることが出来る。 The first support portion 2 and the second support portion 5 are formed on the rotation shaft 18 of the first tuning fork vibrator 3, and the third support portion 7 and the fourth support portion 10 are: It is formed on the rotation shaft 17 of the second tuning fork vibrator 8. Here, in the present embodiment, the rotation axis 18 of the first tuning fork vibrator 3 and the rotation axis 17 of the second tuning fork vibrator 8 are in a perpendicular relationship. Thereby, the reflected light from the mirror unit 1 can be scanned two-dimensionally in the X-axis and Y-axis directions on the screen.

そして本実施の形態では、図２に示す光学反射素子の基材１９は、金属、ガラスまたはセラミック基板などの弾性、機械的強度および高いヤング率を有する材料で構成することが生産性の観点から好ましく、例えば、金属、水晶、ガラス、石英またはセラミック材料を用いることが機械的特性と入手性の観点から好ましい。さらに、シリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などの金属を用いれば、振動特性、加工性に優れた光学反射素子を実現できる。 In this embodiment, the substrate 19 of the optical reflecting element shown in FIG. 2 is made of a material having elasticity, mechanical strength, and high Young's modulus such as a metal, glass, or ceramic substrate from the viewpoint of productivity. For example, it is preferable to use a metal, quartz, glass, quartz, or ceramic material from the viewpoint of mechanical properties and availability. Furthermore, if a metal such as silicon, titanium, stainless steel, Elinvar, or a brass alloy is used, an optical reflecting element having excellent vibration characteristics and workability can be realized.

そして本実施の形態では、シリコンなどの基材１９で構成された第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム（図１の１４）、第四のアーム（図１の１５）のそれぞれは、少なくとも一面に、たわみ振動を起こすための圧電アクチュエータ２０が形成されている。 In this embodiment, the first arm 12, the second arm 13, the third arm (14 in FIG. 1), and the fourth arm (15 in FIG. 1) made of a base material 19 such as silicon are used. In each of these, a piezoelectric actuator 20 for causing flexural vibration is formed on at least one surface.

本実施の形態では、図２に示すように、この圧電アクチュエータ２０を、下部電極層２１、圧電体層２２および上部電極層２３の積層体構造からなる薄膜積層型圧電アクチュエータ２０とした。これによって、第一の音叉形振動子３、第二の音叉形振動子８をより薄型にすることができる。なお、本実施の形態では、下部電極層２１および圧電体層２２は第一の音叉形振動子３と第二の音叉形振動子８とで共通に形成し、上部電極層２３はそれぞれ電気的に独立するように形成した。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the piezoelectric actuator 20 is a thin film laminated piezoelectric actuator 20 having a laminated structure of a lower electrode layer 21, a piezoelectric layer 22 and an upper electrode layer 23. Thereby, the first tuning fork vibrator 3 and the second tuning fork vibrator 8 can be made thinner. In the present embodiment, the lower electrode layer 21 and the piezoelectric layer 22 are formed in common by the first tuning fork vibrator 3 and the second tuning fork vibrator 8, and the upper electrode layer 23 is electrically connected to each other. Formed independently.

また、第一の音叉形振動子３の厚みを、第一のアーム１２および第二のアーム１３の幅寸法よりも小さくすることによって、振幅が大きくなり、小型の光学反射素子を実現することができる。同様に、第二の音叉形振動子８の厚みを第三のアーム１４および第四のアーム１５の幅寸法よりも小さくすることによって、光学反射素子の小型化に寄与する。 Further, by making the thickness of the first tuning fork vibrator 3 smaller than the width dimension of the first arm 12 and the second arm 13, the amplitude is increased and a small optical reflecting element can be realized. it can. Similarly, by making the thickness of the second tuning fork vibrator 8 smaller than the width dimension of the third arm 14 and the fourth arm 15, it contributes to miniaturization of the optical reflecting element.

また、これらの下部電極層２１、圧電体層２２および上部電極層２３は第一の音叉形振動子３、第二の音叉形振動子８を形成する基材１９の上に順次スパッタリング技術などの薄膜プロセスにより形成することができる。従って、圧電アクチュエータ２０を第一の音叉形振動子３および第二の音叉形振動子８の表面に形成することが生産性の観点から好ましい。 The lower electrode layer 21, the piezoelectric layer 22 and the upper electrode layer 23 are sequentially formed on the base material 19 forming the first tuning fork vibrator 3 and the second tuning fork vibrator 8 by sputtering technique or the like. It can be formed by a thin film process. Therefore, the piezoelectric actuator 20 is preferably formed on the surfaces of the first tuning fork vibrator 3 and the second tuning fork vibrator 8 from the viewpoint of productivity.

そして、圧電体層２２に用いる圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高い圧電定数を有する圧電体材料が好ましい。 The piezoelectric material used for the piezoelectric layer 22 is preferably a piezoelectric material having a high piezoelectric constant such as lead zirconate titanate (PZT).

また、第一の音叉形振動子３の共振周波数と、ミラー部１と第一の支持部２で構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数となるように振動設計することによって、効率良くミラー部１を反復回転振動させることができる。 Further, by designing the vibration so that the resonance frequency of the first tuning fork vibrator 3 and the resonance frequency of the torsional vibrator formed of the mirror part 1 and the first support part 2 are substantially the same frequency, The mirror unit 1 can be repeatedly rotated and vibrated efficiently.

同様に、突起部１６Ａ、１６Ｂを含む第二の音叉形振動子８の共振周波数と、枠体６と第三の支持部７とで構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数となるように設計することが好ましい。 Similarly, the resonance frequency of the second tuning fork vibrator 8 including the protrusions 16A and 16B and the resonance frequency of the torsional vibrator constituted by the frame 6 and the third support part 7 are substantially the same frequency. It is preferable to design as follows.

また本実施の形態では、第二の支持部５は、枠体６側へ入り込むように形成している。すなわち、ミラー部１と第一の支持部２とを効率よく捩り振動させるためには、第二の支持部５と第一の支持部２との共振器長を出来るだけ等しくする必要があるが、この第二の支持部５を枠体６の内側へめり込ますことによって、第二の支持部５が長くても省スペースに配置でき、光学反射素子を小型化できる。 Moreover, in this Embodiment, the 2nd support part 5 is formed so that it may enter into the frame 6 side. That is, in order to efficiently torsionally vibrate the mirror part 1 and the first support part 2, it is necessary to make the resonator lengths of the second support part 5 and the first support part 2 as equal as possible. By inserting the second support portion 5 into the inside of the frame body 6, even if the second support portion 5 is long, it can be disposed in a space-saving manner, and the optical reflecting element can be reduced in size.

また本実施の形態では、この第二の支持部５を枠体６側へ入り込ませているため、枠体６の幅は狭くなっているが、第一の音叉形振動子３の幅は変えていない。ここで、幅の狭い領域では、局所的に応力が集中し、不要な振動モードが発生することがあるが、本実施の形態では、第一の音叉形振動子３は、全体として略同幅のため、応力を均一に分散することができ、安定して振動させることが出来る。 In the present embodiment, since the second support portion 5 is inserted into the frame body 6 side, the width of the frame body 6 is reduced, but the width of the first tuning fork vibrator 3 is changed. Not. Here, in a narrow region, stress concentrates locally and an unnecessary vibration mode may occur. However, in the present embodiment, the first tuning-fork vibrator 3 has substantially the same width as a whole. Therefore, the stress can be evenly distributed and can be vibrated stably.

さらに本実施の形態では、第三の支持部７は、枠体６と第二の音叉形振動子８側へ入り込み、さらに第四の支持部１０は、支持体１１側へ入り込んだ形状である。これにより光学反射素子の小型化が図れるとともに、第二の音叉形振動子８の幅が局所的に変化するのを防ぎ、安定して振動させることができる。 Furthermore, in the present embodiment, the third support portion 7 enters the frame body 6 and the second tuning fork vibrator 8 side, and the fourth support portion 10 enters the support body 11 side. . As a result, the optical reflecting element can be miniaturized and the width of the second tuning fork vibrator 8 can be prevented from changing locally and can be vibrated stably.

また、第三の支持部７は、第二の音叉形振動子８側よりも、枠体６側へより長く入り込ませることが好ましい。逆に第二の音叉形振動子８側へ長く入り込ませると、振動中心９近傍の形状が複雑になり、第二の音叉形振動子８に不要な振動モードが発生する場合があるからである。 In addition, it is preferable that the third support portion 7 is made to enter the frame body 6 longer than the second tuning fork vibrator 8 side. Conversely, if the second tuning fork vibrator 8 is inserted into the second tuning fork vibrator 8 for a long time, the shape near the vibration center 9 becomes complicated, and an unnecessary vibration mode may occur in the second tuning fork vibrator 8. .

さらに、第一のアーム１２、第二のアーム１３およびこれらの連結部２４の幅や、第三のアーム１４、第四のアーム１５およびこれらの連結部２５をそれぞれ等幅とすることによって、光学反射素子に発生する不要な振動モードを低減できる。 Furthermore, by making the widths of the first arm 12, the second arm 13 and their connecting portions 24, and making the third arm 14, the fourth arm 15 and their connecting portions 25 equal in width, respectively, Unnecessary vibration modes generated in the reflective element can be reduced.

また本実施の形態では、第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５に形成した圧電アクチュエータ２０のそれぞれ上部電極層（図２の２３）と、これらに共通の下部電極層（図２の２１）との引き出し電極は、個別に引き出し線（図示せず）を形成しながら接続端子２６Ａ〜２６Ｄ、２７と接続している。これによって第一のアーム１２と第二のアーム１３に正負反対の電気信号を、第三のアーム１４と第四のアーム１５に正負反対の電極信号を、それぞれの圧電アクチュエータ２０に印加することができる。 In this embodiment, the upper electrode layers (23 in FIG. 2) of the piezoelectric actuators 20 formed on the first arm 12, the second arm 13, the third arm 14, and the fourth arm 15, respectively, The lead electrode with the common lower electrode layer (21 in FIG. 2) is connected to the connection terminals 26A to 26D, 27 while individually forming lead lines (not shown). As a result, opposite electrical signals can be applied to the first arm 12 and the second arm 13, and opposite electrode signals can be applied to the respective piezoelectric actuators 20 to the third arm 14 and the fourth arm 15. it can.

なお本実施の形態では、第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５にそれぞれモニター電極（図示せず）を配置し、これらも上部電極と同様に素子上に引き回しながら接続端子２８Ａ〜２８Ｄへ接続した。これにより、第一、第二、第三、第四のアーム１２、１３、１４、１５のそれぞれの振幅を検出しながら入力信号を調整することができ、安定した自励駆動を実現できる。 In the present embodiment, monitor electrodes (not shown) are arranged on the first arm 12, the second arm 13, the third arm 14, and the fourth arm 15, respectively, and these are also the same as the upper electrode. The connection terminals 28A to 28D were connected while being routed on the element. As a result, the input signal can be adjusted while detecting the amplitude of each of the first, second, third, and fourth arms 12, 13, 14, and 15, and stable self-excited drive can be realized.

なお、上述の圧電アクチュエータ２０の引き出し線や、モニター電極とその引き出し線は、図２においても記載を省略した。 Note that the lead lines of the piezoelectric actuator 20, the monitor electrodes, and the lead lines thereof are not shown in FIG.

次に、このような構成からなる光学反射素子の動作原理について説明する。 Next, the operation principle of the optical reflecting element having such a configuration will be described.

図２に示す下部電極層２１と上部電極層２３との間に交流の駆動電圧を印加すると、圧電体層２２が面方向に伸び・縮みし、第一のアーム１２と第二のアーム１３が基材１９表面に対して垂直方向に撓み振動する。 When an alternating drive voltage is applied between the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 23 shown in FIG. 2, the piezoelectric layer 22 expands and contracts in the plane direction, and the first arm 12 and the second arm 13 It bends and vibrates in the direction perpendicular to the surface of the substrate 19.

このとき、第一のアーム１２と第二のアーム１３に形成したそれぞれの圧電アクチュエータ２０に、正負反対の駆動信号を印加すれば、図３に示すように、第一のアーム１２と第二のアーム１３とを、位相が１８０度異なる方向（矢印２９Ａ、２９Ｂ方向）に、つまり逆方向に撓み振動させることができる。ここで本実施の形態では、第一、第二のアーム１２、１３は、その先端を自由端とする片持ち構造のため、大きく撓み振動させることができる。 At this time, if a drive signal opposite to the positive and negative is applied to each piezoelectric actuator 20 formed on the first arm 12 and the second arm 13, as shown in FIG. The arm 13 can be flexibly vibrated in a direction (in the directions of arrows 29A and 29B) that is 180 degrees out of phase, that is, in the opposite direction. Here, in the present embodiment, the first and second arms 12 and 13 can be greatly bent and vibrated because of the cantilever structure having the distal ends thereof as free ends.

そして、この第一のアーム１２と第二のアーム１３の振動エネルギーは、第一の音叉形振動子３の連結部２４へと伝搬される。これによって、第一の音叉形振動子３は、その振動中心４を通る直線を回転軸１８として、この回転軸１８を中心に、所定の周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。 The vibration energy of the first arm 12 and the second arm 13 is propagated to the connecting portion 24 of the first tuning fork vibrator 3. As a result, the first tuning-fork vibrator 3 repeats rotational vibration (torsional vibration) at a predetermined frequency about the rotation axis 18 with the straight line passing through the vibration center 4 as the rotation axis 18.

次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部２４に接合された第一の支持部２に伝達され、第一の支持部２とミラー部１とで構成される捩れ振動子が、その回転軸１８を中心に矢印３０方向に捩れ振動を起こすようになる。これによってミラー部１は、その回転軸１８を軸中心として反復回転振動する。このとき、第一の音叉形振動子３の反復回転振動の方向と、第一の支持部２およびミラー部１で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が１８０度異なる反対方向に振動することとなる。 Next, the vibration energy of this repetitive rotational vibration is transmitted to the first support part 2 joined to the connecting part 24, and the torsional vibrator composed of the first support part 2 and the mirror part 1 The torsional vibration is caused in the direction of the arrow 30 around the rotation shaft 18. As a result, the mirror unit 1 repeatedly rotates and vibrates about the rotation shaft 18 as an axis center. At this time, the direction of the repetitive rotational vibration of the first tuning fork vibrator 3 and the direction of the repetitive rotational vibration of the torsional vibrator constituted by the first support part 2 and the mirror part 1 are opposite in phase by 180 degrees. Will vibrate.

また図１に示す第二の音叉形振動子８も、下部電極層（図２の２１）と上部電極層（図２の２３）間に電圧を印加し、第三のアーム１４と第四のアーム１５とを、それぞれ位相が１８０度異なる方向に撓み振動させることによって、振動中心９を通る回転軸１７を中心に、捩り振動を起こす。 The second tuning fork vibrator 8 shown in FIG. 1 also applies a voltage between the lower electrode layer (21 in FIG. 2) and the upper electrode layer (23 in FIG. 2), and the third arm 14 and the fourth The arm 15 is flexibly vibrated in directions different from each other by 180 degrees to cause torsional vibration about the rotating shaft 17 passing through the vibration center 9.

そしてこの振動エネルギーが連結部２５を介して第三の支持部７に伝播すると、この第三の支持部７と枠体６とからなる捩り振動子を、その回転軸１７を中心に、第二の音叉形振動子８と逆位相に反復回転振動させることができる。 Then, when this vibration energy propagates to the third support portion 7 via the connecting portion 25, the torsional vibrator composed of the third support portion 7 and the frame body 6 is moved around the rotation shaft 17 to the second The tuning fork vibrator 8 can be repeatedly rotated in the opposite phase.

そして枠体６が傾くと、この枠体６に支持されているミラー部１も傾き、ミラー部１を反復回転振動させることができる。 When the frame body 6 is tilted, the mirror portion 1 supported by the frame body 6 is also tilted, and the mirror portion 1 can be repeatedly rotated and vibrated.

そしてミラー部１に例えばレーザー光源またはＬＥＤ光源などから発生させた光線を入力し、振動するミラー部１で反射させることによって、スクリーン上に光線を走査することができる。また本実施の形態では、第一の音叉形振動子３と第二の音叉形振動子８の回転軸１８、１７は直交するため、ミラー部１から出射させた光をスクリーンの垂直、水平方向に走査することができる。 A light beam generated from, for example, a laser light source or an LED light source is input to the mirror unit 1 and reflected by the vibrating mirror unit 1 to scan the light beam on the screen. In the present embodiment, since the rotation axes 18 and 17 of the first tuning fork vibrator 3 and the second tuning fork vibrator 8 are orthogonal to each other, the light emitted from the mirror unit 1 is in the vertical and horizontal directions of the screen. Can be scanned.

なお、本実施の形態では、第一の音叉形振動子３による駆動で光を水平方向に走査し、第二の音叉形振動子８による駆動で光を垂直方向に走査する。 In the present embodiment, light is scanned in the horizontal direction by driving by the first tuning fork vibrator 3 and light is scanned in the vertical direction by driving by the second tuning fork vibrator 8.

次に、本実施の形態１における光学反射素子の製造方法について図２を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the optical reflecting element in the first embodiment will be described with reference to FIG.

まず始めに、基材１９となる、厚みが約０．５ｍｍのシリコン基板を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて白金電極からなる下部電極層２１を形成する。 First, a silicon substrate having a thickness of about 0.5 mm to be the base material 19 is prepared, and a lower electrode layer 21 made of a platinum electrode is formed thereon using a thin film process such as sputtering or vapor deposition.

その後、この下部電極層２１の上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いてスパッタリング法などによって圧電体層２２を形成する。このとき、圧電体層２２と下部電極層２１との間には、配向制御層としてＰｂとＴｉを含む酸化物誘電体を用いることが好ましく、ＰＬＭＴからなる配向制御層を形成することがより好ましい。これによって、圧電体層２２の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電アクチュエータ２０を実現することができる。 Thereafter, a piezoelectric layer 22 is formed on the lower electrode layer 21 by a sputtering method or the like using a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT). At this time, an oxide dielectric containing Pb and Ti is preferably used as the orientation control layer between the piezoelectric layer 22 and the lower electrode layer 21, and an orientation control layer made of PLMT is more preferably formed. . Thereby, the crystal orientation of the piezoelectric layer 22 is further improved, and the piezoelectric actuator 20 having excellent piezoelectric characteristics can be realized.

次に、この圧電体層２２の上にチタン／金よりなる上部電極層２３を形成している。 Next, an upper electrode layer 23 made of titanium / gold is formed on the piezoelectric layer 22.

このとき、上部電極層２３の下層のチタンはＰＺＴ薄膜などの圧電体層２２との密着力を高めるために形成しており、チタンの他にクロムなどの金属を用いることができる。これによって、圧電体層２２との密着性に優れ、かつ、金電極とは強固な拡散層を形成していることから、密着強度の高い圧電アクチュエータ２０を形成することができる。なお、本実施の形態では、白金の下部電極層２１の厚みは０．２μｍ、ＰＺＴからなる圧電体層２２は３．５μｍ、および上部電極層２３のチタン部分は０．０１μｍとし、金電極部分は０．３μｍで形成している。 At this time, titanium below the upper electrode layer 23 is formed in order to increase the adhesion with the piezoelectric layer 22 such as a PZT thin film, and a metal such as chromium can be used in addition to titanium. As a result, a diffusion layer that is excellent in adhesion with the piezoelectric layer 22 and is strong with the gold electrode is formed, so that the piezoelectric actuator 20 with high adhesion strength can be formed. In this embodiment, the thickness of the platinum lower electrode layer 21 is 0.2 μm, the piezoelectric layer 22 made of PZT is 3.5 μm, and the titanium portion of the upper electrode layer 23 is 0.01 μm. Is formed at 0.3 μm.

次に、下部電極層２１、圧電体層２２、上部電極層２３とを、フォトリソ技術を用いてエッチングし、圧電アクチュエータ２０をパターン形成する。 Next, the lower electrode layer 21, the piezoelectric layer 22, and the upper electrode layer 23 are etched using a photolithographic technique, and the piezoelectric actuator 20 is patterned.

このとき、上部電極層２３のエッチング液としてはヨウ素／ヨウ化カリウム混合溶液と水酸化アンモニウム、過酸化水素混合溶液からなるエッチング液を用いて所定の電極パターンを形成した。 At this time, as an etching solution for the upper electrode layer 23, a predetermined electrode pattern was formed by using an etching solution composed of an iodine / potassium iodide mixed solution, ammonium hydroxide, and hydrogen peroxide mixed solution.

また、下部電極層２１、圧電体層２２に用いるエッチング方法としては、ドライエッチング法とウエットエッチング法のいずれかの方法、あるいはこれらを組み合わせた方法などを用いることができる。 Further, as an etching method used for the lower electrode layer 21 and the piezoelectric layer 22, any one of a dry etching method and a wet etching method, or a combination of these methods can be used.

一例として、ドライエッチング法であればフルオロカーボン系のエッチングガス、あるいはＳＦ₆ガスなどを用いることができる。 For example, in the case of a dry etching method, a fluorocarbon-based etching gas or SF ₆ gas can be used.

その他、圧電体層２２を、弗酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液を用いウエットエッチングしてパターニングし、その後、さらに、ドライエッチングによって下部電極層２１をエッチングしてパターニングする方法がある。 In addition, there is a method in which the piezoelectric layer 22 is patterned by wet etching using a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid and hydrogen peroxide, and then the lower electrode layer 21 is further etched and patterned by dry etching. .

次に、ＸｅＦ₂ガスを用いてシリコン基板を等方的にドライエッチングすることによって不必要なシリコン部分を除去してパターニングし、図２に示すような基材１９を形成すれば、図１に示したような形状の光学反射素子を形成することができる。 Next, the silicon substrate is isotropically dry-etched using XeF ₂ gas to remove unnecessary silicon portions and patterning to form a base material 19 as shown in FIG. An optical reflection element having a shape as shown can be formed.

なお、シリコン基板をより高精度にエッチングする場合は、シリコンの異方性を利用したドライエッチングが好ましい。この場合は、エッチングを促進するＳＦ₆ガスとエッチングを抑制するＣ₄Ｆ₈ガスの混合ガスを用いるか、あるいはこれらのガスを交互に切り替えることにより、より直線的にエッチングできる。 In addition, when etching a silicon substrate with higher accuracy, dry etching utilizing the anisotropy of silicon is preferable. In this case, etching can be performed more linearly by using a mixed gas of SF ₆ gas that promotes etching and C ₄ F ₈ gas that suppresses etching, or by alternately switching these gases.

以上のような製造方法によって、小型で、高精度な光学反射素子を一括して効率よく作製することができる。 By the manufacturing method as described above, it is possible to efficiently produce a small and highly accurate optical reflecting element collectively.

以上のような製造プロセスによって、例えばミラー部１の大きさが１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、支持体１１の大きさが５．８ｍｍ×５．８ｍｍ、厚さ０．０８ｍｍ、駆動周波数；ｆ_H（水平）２２ｋＨｚ、ｆ_V（垂直）０．３ｋＨｚ、ミラー部１の振れ角；θ_H（水平）±５度、θ_V（垂直）±１０度程度の特性を有した光学反射素子を作製することができる。 By the manufacturing process as described above, for example, the size of the mirror portion 1 is 1.0 mm × 1.0 mm, the size of the support 11 is 5.8 mm × 5.8 mm, the thickness is 0.08 mm, the driving frequency; f _H An optical reflection element having characteristics of (horizontal) 22 kHz, f _V (vertical) 0.3 kHz, deflection angle of the mirror portion 1; θ _H (horizontal) ± 5 degrees, θ _V (vertical) ± 10 degrees is manufactured. be able to.

本実施の形態では、ミラー部１、第一の支持部２、第一の音叉形振動子３、第二の支持部５、枠体６、第三の支持部７、第二の音叉形振動子８、第四の支持部１０、および支持体１１の基材１９を、同一基材１９から一体形成とすることによって、安定した振動特性と、生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。 In the present embodiment, the mirror unit 1, the first support unit 2, the first tuning fork vibrator 3, the second support unit 5, the frame 6, the third support unit 7, and the second tuning fork type vibration. Realizing a stable vibration characteristic and an optical reflecting element excellent in productivity by integrally forming the base member 19 of the child 8, the fourth support portion 10 and the support body 11 from the same base material 19. Can do.

また本実施の形態における光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材１９の上に薄膜プロセス、フォトリソ技術などの半導体プロセスを応用することによって高精度に、一括して作製することができ、光学反射素子の小型化、高精度化および生産効率に優れた光学反射素子を実現することができる。 In addition, the optical reflecting element in the present embodiment can be manufactured at once with high accuracy by applying a semiconductor process such as a thin film process or a photolithography technique on a base material 19 such as a silicon wafer. It is possible to realize an optical reflective element that is small in size, high in accuracy, and excellent in production efficiency.

なお、ミラー部１は基材１９の表面を鏡面研磨することによっても形成できるが、光の反射特性に優れた金やアルミニウムの金属薄膜をミラー膜として形成することもできる。本実施の形態では、上部電極層２３として金を用いた為、この金の膜をそのままミラー膜として用いることができ、生産効率も高まる。 The mirror portion 1 can be formed by mirror polishing the surface of the substrate 19, but a gold or aluminum metal thin film having excellent light reflection characteristics can also be formed as a mirror film. In the present embodiment, since gold is used for the upper electrode layer 23, this gold film can be used as it is as a mirror film, and the production efficiency is increased.

本実施の形態の効果を以下に説明する。 The effect of this embodiment will be described below.

本実施の形態では、二軸駆動の光学反射素子において、振動の周波数比ｆ_H／ｆ_Vを大きくすることができる。 In the present embodiment, the vibration frequency ratio f _H / f _V can be increased in the biaxially driven optical reflecting element.

その理由は、第二の音叉形振動子８を低周波駆動させることができるからである。すなわち本実施の形態では、第二の音叉形振動子８の第三のアーム１４、第四のアーム１５の先端に突起部１６Ａ、１６Ｂを設けた為、この突起部１６Ａ、１６Ｂが重りとなり、第三のアーム１４、第四のアーム１５を大きく撓み振動させることができる。 The reason is that the second tuning fork vibrator 8 can be driven at a low frequency. That is, in the present embodiment, since the protrusions 16A and 16B are provided at the tips of the third arm 14 and the fourth arm 15 of the second tuning fork vibrator 8, the protrusions 16A and 16B become weights. The third arm 14 and the fourth arm 15 can be greatly bent and vibrated.

したがってこの第二の音叉形振動子８は、その回転軸１７を中心に、より低い周波数で反復回転振動をする。そしてこの第二の音叉形振動子８によって、ミラー部１を垂直方向に振動させれば、垂直方向の振動の周波数ｆ_Vのみを小さくすることができ、結果として二次駆動方式の光学反射素子において、水平方向および垂直方向の振動の周波数比ｆ_H／ｆ_Vを大きくすることができる。 Therefore, the second tuning fork vibrator 8 repeats rotational vibration at a lower frequency around the rotation shaft 17. If the mirror unit 1 is vibrated in the vertical direction by the second tuning fork vibrator 8, only the vibration frequency f _{V in the} vertical direction can be reduced. As a result, the optical reflection element of the secondary drive system , The frequency ratio f _H / f _V of the horizontal and vertical vibrations can be increased.

なおこのように二軸方向における振動の周波数比ｆ_H／ｆ_Vを大きくすると、この光学反射素子を用いて光線を走査した場合に、スクリーン上の垂直方向の走査速度よりも水平方向の走査速度を相対的に高めることができ、投影する画像の分解能を向上させ、高精度な画像投影装置を実現できる。 When the frequency ratio f _H / f _V of vibration in the biaxial direction is increased in this way, when scanning light using this optical reflecting element, the scanning speed in the horizontal direction is higher than the scanning speed in the vertical direction on the screen. Can be relatively increased, the resolution of the projected image can be improved, and a highly accurate image projection apparatus can be realized.

また本実施の形態では、突起部１６Ａ、１６Ｂをそれぞれ外側へ突出させ、第三のアーム１４または第四のアーム１５に平行に折り返しているため、素子の面積を有効に利用することができる。 Further, in the present embodiment, since the projecting portions 16A and 16B protrude outward and are folded back in parallel with the third arm 14 or the fourth arm 15, the area of the element can be used effectively.

また本実施の形態では、第三のアーム１４、第四のアーム１５と突起部１６Ａ、１６Ｂの延伸部分は、ほぼ同じ長さに形成しているため、素子の面積を有効に活用することができる。なお、第三のアーム１４、第四のアーム１５と突起部１６Ａ、１６Ｂの長さは同じでなくてもよいが、少なくとも突起部１６Ａ、１６Ｂは第三のアーム１４、第四のアーム１５の長さ以下にすることが好ましい。これは支持体１１が大きくなるのを防ぐためである。 In the present embodiment, the extended portions of the third arm 14, the fourth arm 15, and the protrusions 16A and 16B are formed to have substantially the same length, so that the area of the element can be effectively utilized. it can. The lengths of the third arm 14 and the fourth arm 15 and the protrusions 16A and 16B may not be the same, but at least the protrusions 16A and 16B are the same as those of the third arm 14 and the fourth arm 15. It is preferable to make it below the length. This is to prevent the support 11 from becoming large.

さらに本実施の形態では、枠体６を第三の支持部７で両持ち支持しているため、枠体６を安定して励振させることができる。 Further, in the present embodiment, since the frame body 6 is supported at both ends by the third support portion 7, the frame body 6 can be stably excited.

また、突起部１６Ａ、１６Ｂは第二の音叉形振動子８の回転軸１７に対して左右対称形とすることが振動特性の観点から好ましく、そのときの突起部１６Ａ、１６Ｂの形状は特に制限はなく、振動特性、生産性の観点から適宜選択することができる。 In addition, it is preferable that the protrusions 16A and 16B are symmetrical with respect to the rotation axis 17 of the second tuning fork vibrator 8 from the viewpoint of vibration characteristics, and the shapes of the protrusions 16A and 16B at that time are particularly limited. However, it can be appropriately selected from the viewpoint of vibration characteristics and productivity.

なお、この突起部１６Ａ、１６Ｂの質量は大きい方が振幅を大きくする上で望ましく、設計上大きな形状を設けることができないときには突起部１６Ａ、１６Ｂに重りを付加することもできる。 It should be noted that a larger mass of the protrusions 16A and 16B is desirable for increasing the amplitude, and a weight can be added to the protrusions 16A and 16B when a large shape cannot be provided by design.

さらに実施の形態では、ミラー部１をその両側から一対の第一の音叉形振動子３で囲い、これらの第一の音叉形振動子３の外周を枠体６で囲い、この枠体６を両側から第二の音叉形振動子８で囲い、さらにこの第二の音叉形振動子８の外周を支持体１１で囲う構成のため、各部材が小さな隙間を介して幾層にも巻かれたような構造となり、素子全体のデッドスペースを減らし、素子を小型化できる。 Further, in the embodiment, the mirror unit 1 is surrounded by a pair of first tuning fork vibrators 3 from both sides, and the outer periphery of the first tuning fork vibrator 3 is surrounded by a frame body 6. Since the second tuning fork vibrator 8 is surrounded by the second tuning fork vibrator 8 from both sides and the outer periphery of the second tuning fork vibrator 8 is surrounded by the support 11, each member is wound in several layers through a small gap. Thus, the dead space of the entire device can be reduced and the device can be downsized.

また本実施の形態では、第一、第二、第三、第四のアーム１２、１３、１４、１５と突起部１６Ａ、１６Ｂとはそれぞれ直線形状のため、加工も容易である。さらにこれらは同一基板からなり、エッチング等により同時に形成することができ、生産効率が高まる。 Further, in the present embodiment, the first, second, third, and fourth arms 12, 13, 14, and 15 and the protrusions 16A and 16B are each linear, and thus processing is easy. Furthermore, these are made of the same substrate and can be formed simultaneously by etching or the like, increasing the production efficiency.

また本実施の形態では、ミラー部１の両側に、対称的に対の第一の音叉形振動子３を配置しているため、よりミラー部１を安定して左右対称に励振させることができ、その中心が不動点となって光を安定して走査することができる。 In the present embodiment, since the pair of first tuning fork vibrators 3 are symmetrically disposed on both sides of the mirror unit 1, the mirror unit 1 can be more stably and symmetrically excited. The center becomes a fixed point, and light can be scanned stably.

またミラー部１は、その両端が第一の支持部２で支持されている両持ち構造のため、ミラー部１の不要な共振を抑制し、さらに外乱振動による影響も低減できる。 Moreover, since the mirror part 1 has a both-end support structure in which both ends are supported by the first support part 2, unnecessary resonance of the mirror part 1 can be suppressed, and the influence of disturbance vibration can be reduced.

さらに本実施の形態では、枠体６の外周を、第一の音叉形振動子３の回転軸１８に対して左右対称な、対の第二の音叉形振動子８で囲っているため、枠体６を左右対称に励振させることができる。また本実施の形態ではミラー部１を枠体６内のほぼ中央に配置しているため、結果としてミラー部１の中心を不動点として、第二の音叉形振動子８によりミラー部１を励振することができ、光をより安定して走査することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the outer periphery of the frame body 6 is surrounded by a pair of second tuning fork vibrators 8 that are symmetrical with respect to the rotation axis 18 of the first tuning fork vibrator 3. The body 6 can be excited symmetrically. Further, in the present embodiment, the mirror unit 1 is disposed substantially at the center in the frame 6, and as a result, the mirror unit 1 is excited by the second tuning-fork vibrator 8 with the center of the mirror unit 1 as a fixed point. The light can be scanned more stably.

ここで前述の安定に走査できる理由について、下記に説明する。 The reason why the above-described stable scanning can be performed will be described below.

すなわち本実施の形態では、ミラー部１の中心が回転軸１７、１８の交点となり、この交点は不動点となる。したがって、光源から光がこの不動点に入射すると、スクリーン上に投影される光の光路長は一定となり、画像を高精度に投影することが可能となる。この不動点は、少なくともミラー部１の面積内に存在することが好ましく、より好ましくは本実施の形態のようにミラー部１の中心に配置することである。これにより、製造誤差などに伴って第一の音叉形振動子３の回転軸１８の位置あるいは第二の音叉形振動子８の回転軸１７の位置に多少の誤差が発生した場合でも、不動点がミラー部１の面内に留まる確率が高くなる。 That is, in the present embodiment, the center of the mirror unit 1 is the intersection of the rotating shafts 17 and 18, and this intersection is a fixed point. Therefore, when light from the light source enters the fixed point, the optical path length of the light projected on the screen is constant, and the image can be projected with high accuracy. This fixed point is preferably present at least within the area of the mirror unit 1, and more preferably arranged at the center of the mirror unit 1 as in the present embodiment. As a result, even if a slight error occurs in the position of the rotating shaft 18 of the first tuning fork vibrator 3 or the position of the rotating shaft 17 of the second tuning fork vibrator 8 due to a manufacturing error, etc., the fixed point. Is likely to stay in the plane of the mirror unit 1.

また本実施の形態では、圧電アクチュエータ２０を備えた第一の音叉形振動子３、第二の音叉形振動子８を用いることにより、それぞれの第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５の撓み振動を利用して、ミラー部１を反復回転振動することができ、素子の小型化に寄与する。 Further, in the present embodiment, by using the first tuning fork vibrator 3 and the second tuning fork vibrator 8 provided with the piezoelectric actuator 20, the first arm 12, the second arm 13, By utilizing the flexural vibration of the third arm 14 and the fourth arm 15, the mirror unit 1 can be repeatedly rotated and oscillated, contributing to the miniaturization of the element.

また駆動源を音叉形にすることにより、アームの先端が自由端となるため、小型であってもミラー部１の振れ角度を効率よく大きくできる。 Further, since the tip of the arm becomes a free end by making the drive source a tuning fork, the deflection angle of the mirror portion 1 can be efficiently increased even if it is small.

また振動源を、高Ｑ値を有する音叉形とすることにより、小さなエネルギーで大きな振動エネルギーを得ることが出来、素子の小型化にも寄与する。 Further, by making the vibration source a tuning fork having a high Q value, a large vibration energy can be obtained with a small energy, which contributes to the miniaturization of the element.

またこれらの第一の音叉形振動子３、第二の音叉形振動子８の振動設計をすることによって、出力光の反射角度を大きく変化させることができ、レーザー光線などの入力光を所定の設計値となるように掃引することができる光学反射素子を実現することができる。 In addition, by designing the vibration of the first tuning fork vibrator 3 and the second tuning fork vibrator 8, the reflection angle of the output light can be greatly changed, and the input light such as a laser beam can be designed according to a predetermined design. An optical reflecting element that can be swept to a value can be realized.

なお、上記実施の形態では、第一のアーム１２と第二のアーム１３の双方に圧電アクチュエータ２０を形成したが、少なくともいずれか一方のみに圧電アクチュエータ２０を形成してもよい。これは音叉形振動子の特性を利用したものであり、どちらか一方のアームが振動すると、連結部を介して他方のアームに運動エネルギーが伝播し、この他方のアームも励振させることができるからである。 In the above embodiment, the piezoelectric actuators 20 are formed on both the first arm 12 and the second arm 13, but the piezoelectric actuators 20 may be formed only on at least one of them. This utilizes the characteristics of a tuning fork vibrator. When one of the arms vibrates, kinetic energy propagates to the other arm via the connecting portion, and this other arm can also be excited. It is.

また第二の音叉形振動子８も同様に、第三のアーム１４と第四のアーム１５のいずれか一方にのみ圧電アクチュエータ２０を形成しても、双方に形成した場合と同様に動作させることができる。 Similarly, even if the piezoelectric actuator 20 is formed only on one of the third arm 14 and the fourth arm 15, the second tuning fork vibrator 8 can be operated in the same manner as when both are formed. Can do.

また本実施の形態では、第一、第二の音叉形振動子３、８のいずれも、圧電アクチュエータ２０は、アームの片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。また第一の音叉形振動子３は、第二の音叉形振動子８よりも面積が小さく、駆動力が弱いため、第一の音叉形振動子３のみ、基材１９の両面に圧電アクチュエータ２０を形成してもよい。 In the present embodiment, the piezoelectric actuator 20 is formed only on one side of the arm in each of the first and second tuning fork vibrators 3 and 8, but may be formed on both sides. Further, since the first tuning fork vibrator 3 has a smaller area than the second tuning fork vibrator 8 and a weak driving force, only the first tuning fork vibrator 3 has piezoelectric actuators 20 on both surfaces of the base material 19. May be formed.

なお、第一の支持部２、第二の支持部５、第三の支持部７、第四の支持部１０のそれぞれの断面形状を円状とすれば、捩れ振動の振動モードが安定し、不要共振も抑制することができ、外乱振動に影響されにくい光学反射素子を実現することができる。 In addition, if each cross-sectional shape of the 1st support part 2, the 2nd support part 5, the 3rd support part 7, and the 4th support part 10 is circular, the vibration mode of torsional vibration will be stabilized, Unnecessary resonance can also be suppressed, and an optical reflection element that is hardly affected by disturbance vibration can be realized.

また図１では、第一、第二、第三、第四の支持部２、５、７、１０のそれぞれは直線状であるが、例えばミアンダ形状としてもよい。ミアンダ形状とすることにより、支持部の梁長が長くなっても、素子を小型にすることができる。 In FIG. 1, each of the first, second, third, and fourth support portions 2, 5, 7, and 10 is linear, but may be, for example, a meander shape. By adopting the meander shape, the element can be reduced in size even when the beam length of the support portion is increased.

また特に第三、第四の支持部７、１０をミアンダ形状とすることにより、回転軸１７を中心とする反復回転振動の振動周波数を低下することができ、水平、垂直方向における振動の周波数比ｆ_H／ｆ_Vを大きくすることができる。 In particular, by making the third and fourth support portions 7 and 10 meander, the vibration frequency of repetitive rotational vibration around the rotation shaft 17 can be reduced, and the frequency ratio of vibration in the horizontal and vertical directions can be reduced. f _H / f _V can be increased.

以上のような光学反射素子は、例えば画像投影装置に応用することができる。すなわち図４に示すように二軸方向に振動するミラー部１に光源３１（レーザ光源、あるいはＬＥＤ光源など）から光を入射し、このミラー部１で光を反射し、光を二次元に走査することでスクリーン３２に描画を投影することができる。またその他光学反射素子の応用例としては、レーザ露光機などが挙げられる。 The optical reflection element as described above can be applied to, for example, an image projection apparatus. That is, as shown in FIG. 4, light is incident from a light source 31 (laser light source, LED light source, or the like) on a mirror unit 1 that vibrates in two axial directions, the light is reflected by this mirror unit 1, and the light is scanned two-dimensionally. By doing so, the drawing can be projected onto the screen 32. As other application examples of the optical reflecting element, there are laser exposure machines and the like.

なお、上記実施の形態では、第一の音叉形振動子３は第一のアーム１２、第二のアーム１３、第二の音叉形振動子８は第三のアーム１４、第四のアーム１５の領域にのみ圧電アクチュエータ２０を設けたが、図５に示すように、それぞれ連結部２４、２５にまで延長し、Ｌ字形に構成してもよい。 In the above embodiment, the first tuning fork vibrator 3 has the first arm 12 and the second arm 13, and the second tuning fork vibrator 8 has the third arm 14 and the fourth arm 15. Although the piezoelectric actuator 20 is provided only in the region, as shown in FIG. 5, the piezoelectric actuator 20 may be extended to the connecting portions 24 and 25 and configured in an L shape.

ここで図５では、第一のアーム１２と第二のアーム１３、第三のアーム１４と第四のアーム１５には、それぞれ逆位相の信号を印加するため、これらに形成した圧電アクチュエータ２０の駆動電極が互いに電気的に短絡しないよう、それぞれの振動中心４、９で断続させている。 Here, in FIG. 5, signals of opposite phases are applied to the first arm 12 and the second arm 13, and the third arm 14 and the fourth arm 15, respectively. The drive electrodes are intermittently connected at the vibration centers 4 and 9 so as not to be electrically short-circuited with each other.

このように、連結部２４、２５にまで圧電アクチュエータ２０を形成した場合は、振動子の面積を有効に活用し、より大きな駆動源を得ることが出来る。 As described above, when the piezoelectric actuator 20 is formed up to the connecting portions 24 and 25, the area of the vibrator can be effectively used to obtain a larger driving source.

なお、図５では、第一の音叉形振動子３、第二の音叉形振動子８ともに圧電アクチュエータ２０の形状をＬ字形にしたが、例えば第一の音叉形振動子３のみ、あるいは第二の音叉形振動子８のみＬ字形としてもよい。ただし、対となる第一の音叉形振動子３、あるいは対となる第二の音叉形振動子８は、互いに同じ圧電アクチュエータ２０の形状とする方がよい。それは、ミラー部１を、回転軸１７、１８を中心に安定して反復回転振動させるためである。 In FIG. 5, the piezoelectric actuator 20 is L-shaped in both the first tuning fork vibrator 3 and the second tuning fork vibrator 8, but for example, only the first tuning fork vibrator 3 or the second tuning fork vibrator 3 Only the tuning fork vibrator 8 may be L-shaped. However, it is preferable that the first tuning fork vibrator 3 that forms a pair or the second tuning fork vibrator 8 that forms a pair have the same piezoelectric actuator 20 shape. This is because the mirror unit 1 is stably rotated repeatedly around the rotation shafts 17 and 18.

さらに図６に示すように、一対の第一の音叉形振動子３は、対向する第一のアーム１２間と、対向する第二のアーム１３間とを、それぞれ弾性部材３３で接続してもよい。 Further, as shown in FIG. 6, the pair of first tuning fork vibrators 3 may be connected by elastic members 33 between the opposing first arms 12 and the opposing second arms 13. Good.

この弾性部材３３は、光学反射素子の基材１９よりも弾性の小さい（軟らかい）ものであり、例えば伸縮性のある樹脂フィルムで形成し、第一のアーム１２または第二のアーム１３に貼り付ければよい。 The elastic member 33 has a smaller elasticity (softer) than the base material 19 of the optical reflecting element, and is formed of, for example, a stretchable resin film and is attached to the first arm 12 or the second arm 13. That's fine.

この樹脂フィルムとしては、第一のアーム１２、第二のアーム１３の延伸方向と平行な方向に対してより伸縮性の高い素材が好ましい。 As this resin film, a material having higher elasticity in the direction parallel to the extending direction of the first arm 12 and the second arm 13 is preferable.

なお、弾性部材３３としては樹脂以外にもその他例えばゴム材や、弾性の小さく厚みの薄い金属などを用いても良い。 As the elastic member 33, other than resin, for example, a rubber material or a metal having a small elasticity and a small thickness may be used.

このように第一のアーム１２間と第二のアーム１３間を弾性部材３３で接続しておくことによって、対向する第一の音叉形振動子３の共振周波数の僅かなずれを矯正することができる。また撓み振動の対称性が高まり、アームの自由端の不要振動を抑制することができ、駆動力が高まる。 In this way, by connecting the first arm 12 and the second arm 13 with the elastic member 33, it is possible to correct a slight deviation in the resonance frequency of the opposing first tuning fork vibrator 3. it can. Further, the symmetry of flexural vibration is increased, unnecessary vibration at the free end of the arm can be suppressed, and the driving force is increased.

また図６では、第一のアーム１２間と、第二のアーム１３間に弾性部材３３を配置したが、第三のアーム１４間と、第四のアーム１５間に弾性部材３３を配置してもよい。この場合も、第三のアーム１４間、第四のアーム１５間に弾性部材３３を配置することによって、アームの自由端の不要な振動を抑制することができ、第二の音叉形振動子８を効率よく捩り振動させることが出来る。 In FIG. 6, the elastic member 33 is disposed between the first arms 12 and between the second arms 13. However, the elastic member 33 is disposed between the third arms 14 and between the fourth arms 15. Also good. Also in this case, by disposing the elastic member 33 between the third arm 14 and the fourth arm 15, unnecessary vibration of the free end of the arm can be suppressed, and the second tuning-fork vibrator 8 can be suppressed. Can be efficiently torsionally vibrated.

（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との主な違いは、図７に示すように、それぞれの第一の音叉形振動子３は、第一のアーム１２および第二のアーム１３と、これらの第一のアーム１２、第二のアーム１３の間の第一の支持部２とを、第五の支持部３４で繋いだ点である。この第五の支持部３４は、第一の支持部２と直交する軸形状である。 (Embodiment 2)
As shown in FIG. 7, the main difference between the present embodiment and the first embodiment is that each first tuning fork vibrator 3 includes a first arm 12 and a second arm 13, and The fifth support portion 34 connects the first support portion 2 between the first arm 12 and the second arm 13. The fifth support portion 34 has an axial shape orthogonal to the first support portion 2.

本実施の形態では、第一の音叉形振動子３の反復回転振動のエネルギーが、第五の支持部３４を介しても第一の支持部２へ伝搬し、この第一の支持部２を効率よく捩り振動させることができ、光学反射素子の小型化に寄与する。 In the present embodiment, the energy of the repetitive rotational vibration of the first tuning fork vibrator 3 propagates to the first support part 2 via the fifth support part 34, and the first support part 2 passes through the first support part 2. The torsional vibration can be efficiently performed, which contributes to the miniaturization of the optical reflecting element.

また第一のアーム１２、第二のアーム１３と第一の支持部２との間の空間を有効に利用することができる。 Moreover, the space between the 1st arm 12, the 2nd arm 13, and the 1st support part 2 can be utilized effectively.

なお、第五の支持部３４は、第一の支持部２とミラー部１とから構成された捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けることが好ましい。すなわちこの定在波の振動節部は１／２、１／３、１／４と示されるように整数分の一で現れてくるものであり、この所定の定在波の振動節部に第五の支持部３４を設けることで、より効率よく振動エネルギーを伝播することができる。 The fifth support portion 34 is preferably provided in a vibration node portion of a higher-order standing wave having a resonance frequency of the torsional vibrator constituted by the first support portion 2 and the mirror portion 1. In other words, the vibration node of the standing wave appears in an integral number as indicated by 1/2, 1/3, and 1/4. By providing the five support portions 34, vibration energy can be more efficiently propagated.

また、第五の支持部３４は、第一のアーム１２、第二のアーム１３の自由端側よりも固定端側、すなわちミラー部１よりも第一の音叉形振動子３の振動中心４に近い位置に形成することがより好ましい。自由端側に第五の支持部３４を形成すると、第一のアーム１２と第二のアーム１３の撓み振動が拘束され、却って振幅が小さくなるからである。 Further, the fifth support portion 34 is at the fixed end side of the first arm 12 and the second arm 13, that is, at the vibration center 4 of the first tuning fork vibrator 3 than the mirror portion 1. More preferably, they are formed at close positions. This is because if the fifth support portion 34 is formed on the free end side, the bending vibrations of the first arm 12 and the second arm 13 are constrained, and the amplitude is reduced.

以上説明してきたように、本実施の形態では、第五の支持部３４によって駆動力の大きい光学反射素子を実現することができ、小型化に寄与する。 As described above, in the present embodiment, an optical reflecting element having a large driving force can be realized by the fifth support portion 34, which contributes to downsizing.

なお、第五の支持部３４を設ける場合は、対となる第一の音叉形振動子３の双方に設けることが好ましく、さらに同じ位置に形成することが望ましい。これは、ミラー部１を対称的に励振させるためである。 In addition, when providing the 5th support part 34, it is preferable to provide in both the 1st tuning fork type vibrators 3 used as a pair, and it is desirable to form in the same position further. This is for exciting the mirror unit 1 symmetrically.

その他実施の形態１と同様の構成及び効果については説明を省略する。 Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment will be omitted.

（実施の形態３）
本実施の形態と実施の形態１との主な差異点は、図８に示すように、第一の音叉形振動子３は、第一のアーム１２と第二のアーム１３の先端の間隔ｄ₁が、この第一、第二のアーム１２、１３に垂直なミラー部１の最大長さｄ₂（直径）よりも短い点である。 (Embodiment 3)
As shown in FIG. 8, the main difference between the present embodiment and the first embodiment is that the first tuning fork vibrator 3 has an interval d between the tips of the first arm 12 and the second arm 13. ₁ is a point shorter than the maximum length d ₂ (diameter) of the mirror portion 1 perpendicular to the first and second arms 12 and 13.

すなわち本実施の形態では、第一の音叉形振動子３の第一、第二のアーム１２、１３がミラー部１の外周を囲わず、より内側に内包されているため、図８の縦方向の素子長さを短くすることができる。 That is, in the present embodiment, the first and second arms 12 and 13 of the first tuning fork vibrator 3 do not surround the outer periphery of the mirror unit 1 but are included inside more, so the vertical direction of FIG. The element length can be shortened.

さらに本実施の形態では、突起部１６Ａ、１６Ｂは実施の形態１と同様に、第三のアーム１４、第四のアーム１５とほぼ平行に折り曲げられている為、突起部１６Ａ、１６Ｂを形成しても、縦方向の素子長さは影響を受けない。 Further, in the present embodiment, the protrusions 16A and 16B are bent substantially parallel to the third arm 14 and the fourth arm 15 as in the first embodiment, so that the protrusions 16A and 16B are formed. However, the element length in the vertical direction is not affected.

すなわち本実施の形態では、素子の一方の長さを短くすることが出来、装置内における実装スペースによっては有効な形状となる。 That is, in the present embodiment, one length of the element can be shortened, and an effective shape is obtained depending on the mounting space in the apparatus.

（実施の形態４）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、図９に示すように、第一の音叉形振動子３を一つのみ形成した点である。 (Embodiment 4)
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that only one first tuning fork vibrator 3 is formed as shown in FIG.

すなわち本実施の形態では、ミラー部１を一つの第一の支持部２で一つの第一の音叉形振動子３に片持ち支持した構成である。 In other words, in the present embodiment, the mirror unit 1 is cantilevered on one first tuning fork vibrator 3 by one first support unit 2.

この形態では、図１のように枠体６内に対の第一の音叉形振動子３を配置する場合と比較し、枠体６のサイズを小さくすることができ、光学反射素子全体の小型化に寄与する。特に第三のアーム１４、第四のアーム１５の外側に突起部１６Ａ、１６Ｂが並んで配置されているため、横方向の素子長さが長くなる。したがって本実施の形態のように第一の音叉形振動子３を一つにすることによって、横方向の素子長さを短くすることができ、小型化に寄与する。 In this embodiment, the size of the frame body 6 can be reduced compared to the case where the pair of first tuning fork vibrators 3 are arranged in the frame body 6 as shown in FIG. Contributes to In particular, since the protrusions 16A and 16B are arranged side by side on the outer side of the third arm 14 and the fourth arm 15, the element length in the lateral direction becomes long. Therefore, by using one first tuning fork vibrator 3 as in this embodiment, the lateral element length can be shortened, which contributes to miniaturization.

また本実施の形態では、第一の音叉形振動子３の第一のアーム１２と第二のアーム１３とを、ミラー部１の先端（自由端側）まで延伸しているため、アームを長くすることができ、第一の音叉形振動子３をより大きく捩り振動させることが出来る。 In the present embodiment, since the first arm 12 and the second arm 13 of the first tuning fork vibrator 3 are extended to the tip (free end side) of the mirror unit 1, the arm is lengthened. The first tuning fork vibrator 3 can be torsionally vibrated more greatly.

その他実施の形態１と同様の構成および効果については説明を省略する。 Description of other configurations and effects similar to those of the first embodiment is omitted.

本発明は、小型で高精度なディスプレイ装置、レーザ露光機、光学スキャナ、レーザープリンタ等に有用である。 The present invention is useful for a small, high-precision display device, a laser exposure machine, an optical scanner, a laser printer, and the like.

本発明の実施の形態１における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflection element in Embodiment 1 of this invention 同光学反射素子の断面図（図１のＡＡ断面）Sectional view of the optical reflecting element (cross section AA in FIG. 1) 同光学反射素子の動作状態を示す模式図Schematic diagram showing the operating state of the optical reflection element 同光学反射素子の応用方法を示す模式図Schematic showing the application method of the optical reflection element 本発明の実施の形態１における別の例の光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element of another example in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１における別の例の光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element of another example in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態２における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態３における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element in Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態４における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element in Embodiment 4 of this invention 従来の光学反射素子の平面図Plan view of a conventional optical reflecting element

Explanation of symbols

１ミラー部
２第一の支持部
３第一の音叉形振動子
４振動中心
５第二の支持部
６枠体
７第三の支持部
８第二の音叉形振動子
９振動中心
１０第四の支持部
１１支持体
１２第一のアーム
１３第二のアーム
１４第三のアーム
１５第四のアーム
１６Ａ、１６Ｂ突起部
１７回転軸
１８回転軸
１９基材
２０圧電アクチュエータ
２１下部電極層
２２圧電体層
２３上部電極層
２４連結部
２５連結部
２６Ａ〜２６Ｄ接続端子
２７接続端子
２８Ａ〜２８Ｄ接続端子
２９Ａ、２９Ｂ矢印
３０矢印
３１光源
３２スクリーン
３３弾性部材
３４第五の支持部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mirror part 2 1st support part 3 1st tuning fork type vibrator 4 center of vibration 5 2nd support part 6 frame 7 3rd support part 8 2nd tuning fork type vibrator 9 center of vibration 10 4th Support portion 11 Support body 12 First arm 13 Second arm 14 Third arm 15 Fourth arm 16A, 16B Protrusion portion 17 Rotating shaft 18 Rotating shaft 19 Base material 20 Piezoelectric actuator 21 Lower electrode layer 22 Piezoelectric layer 23 upper electrode layer 24 connection part 25 connection part 26A-26D connection terminal 27 connection terminal 28A-28D connection terminal 29A, 29B arrow 30 arrow 31 light source 32 screen 33 elastic member 34 fifth support part

Claims

Mirror part,
A first tuning fork vibrator connected by the mirror part and the first support part;
A frame that is connected to the first tuning fork vibrator and a second support, and surrounds the outer periphery of the first tuning fork vibrator and the mirror part,
A pair of second tuning-fork vibrators opposed to each other through the frame and connected to the frame by a third support,
These second tuning fork vibrators and a support connected by a fourth support portion, respectively,
The rotation axis of the first tuning fork vibrator and the rotation axis of the second tuning fork vibrator are perpendicular to each other,
The first tuning fork vibrator has a first arm and a second arm;
The second tuning fork vibrator has a third arm and a fourth arm;
An optical reflecting element in which protrusions projecting outward are formed at the tips of the third arm and the fourth arm, respectively.

2. The optical reflecting element according to claim 1, wherein the protrusions are folded from the tips of the third arm and the fourth arm, respectively, and extend substantially parallel to the third arm or the fourth arm.

The protrusions formed on the third arm and the fourth arm are:
The optical reflection element according to claim 1, wherein the optical reflection elements are formed symmetrically with respect to a rotation axis of the second tuning fork vibrator.

The first tuning fork vibrator is
The optical reflection element according to claim 1, wherein two optical reflection elements are arranged so as to face each other with the mirror portion interposed therebetween.

The first tuning fork vibrator is
The first arm and the second arm are driven to bend and vibrate in directions different in phase by 180 degrees, and torsionally vibrate around the rotation axis,
The second tuning fork vibrator is
The third arm and the fourth arm are flexed and vibrated in directions different in phase by 180 degrees,
The optical reflecting element according to claim 1, wherein the optical reflecting element is driven to torsionally vibrate about the rotation axis.

The resonance frequency of the first tuning fork vibrator and the resonance frequency of the torsional vibrator formed by the mirror part and the first support part are substantially the same frequency,
The optical reflection element according to claim 1, wherein the resonance frequency of the second tuning fork vibrator and the resonance frequency of the torsional vibrator formed of the frame body and the third support portion are substantially the same frequency.

At least one of the first arm and the second arm;
The optical reflecting element according to claim 1, wherein a piezoelectric actuator is provided on at least one of the third arm and the fourth arm.

The distance between the tips of the first arm and the second arm is
The optical reflecting element according to claim 1, wherein the optical reflecting element is shorter than a maximum length of the mirror portion perpendicular to the first arm and the second arm.

The first and second arms, and a fifth support portion that connects the first support portion disposed between the first arm and the second arm. The optical reflective element as described.

The fifth support portion is
The vibration center side of the first tuning fork vibrator from the mirror part,
The optical reflection element according to claim 9, wherein the optical reflection element is provided at a vibration node portion of a higher-order standing wave having a resonance frequency of a torsional vibrator including the mirror portion and the first support portion.