JP2010044307A - Optical reflection element - Google Patents
Optical reflection element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010044307A JP2010044307A JP2008209633A JP2008209633A JP2010044307A JP 2010044307 A JP2010044307 A JP 2010044307A JP 2008209633 A JP2008209633 A JP 2008209633A JP 2008209633 A JP2008209633 A JP 2008209633A JP 2010044307 A JP2010044307 A JP 2010044307A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arm
- connecting portion
- tuning fork
- piezoelectric vibrator
- support
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、ディスプレイ装置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 in a display device or the like.
従来、ディスプレイ装置などに用いられる光学反射素子としては、ガルバノミラーなどが挙げられる。 Conventionally, a galvanometer mirror etc. are mentioned as an optical reflective element used for a display apparatus etc.
このガルバノミラーは、ミラー部とこのミラー部の外周に配置されたコイルと、このコイルの外側に配置された磁石とを備え、この磁石の内側に磁界を発生させ、磁界中のコイルに電流を流すことで電磁力を発生させる。そしてこの電磁力によってミラー部を駆動させ、回動するミラー部でレーザー光を反射することにより、スクリーン面上にレーザー光線を掃引させる(例えば、特許文献1参照)。 The galvano mirror includes a mirror part, a coil arranged on the outer periphery of the mirror part, and a magnet arranged outside the coil, generates a magnetic field inside the magnet, and supplies a current to the coil in the magnetic field. Electromagnetic force is generated by flowing. And a mirror part is driven by this electromagnetic force, and a laser beam is swept on a screen surface by reflecting a laser beam by the rotating mirror part (for example, refer patent document 1).
そして近年、このようなディスプレイ装置の小型化に伴い、光学反射素子の小型化が命題となっている。
従来の光学反射素子では、小型化が困難であった。 It is difficult to reduce the size of conventional optical reflecting elements.
それは、ミラー部を駆動するための磁石が、大きな配置面積を要するからである。 This is because a magnet for driving the mirror portion requires a large arrangement area.
そこで本発明は光学反射素子を小型化することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the size of the 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音叉形圧電振動子と、この音叉形圧電振動子の振動中心と第二の支持部で連結された支持体とを備え、音叉形圧電振動子は、その振動中心を通る連結部と、この連結部の両端からそれぞれ延伸するアームとを有し、これらのアームの内側の辺と連結部の内側の辺との成す角は、鈍角であるものとした。 In order to achieve this object, the present invention provides a mirror part, a tuning fork type piezoelectric vibrator connected to the mirror part and the first support part, a vibration center of the tuning fork type piezoelectric vibrator, and a second A tuning fork-shaped piezoelectric vibrator having a connecting portion passing through the vibration center and arms extending from both ends of the connecting portion, and the inner sides of these arms. The angle formed by the inner side of the connecting portion is an obtuse angle.
これにより本発明は、光学反射素子を小型化することができる。 Thereby, the present invention can reduce the size of the optical reflecting element.
その理由は、音叉形圧電振動子のアームを、圧電駆動で撓み振動させることにより、ミラー部を励振できるからである。そしてその結果、光学反射素子を小型化できる。 The reason is that the mirror portion can be excited by bending and vibrating the arm of the tuning fork type piezoelectric vibrator by piezoelectric driving. As a result, the optical reflecting element can be reduced in size.
(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
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とそれぞれ一端が連結された第一の支持部2と、これらの第一の支持部2の他端とそれぞれの振動中心3で連結されるとともに、ミラー部1を介して対向する一対の音叉形圧電振動子4と、これらの音叉形圧電振動子4の各振動中心3とそれぞれ一端が連結された第二の支持部5と、これらの第二の支持部5の他端と連結されるとともに、一対の音叉形圧電振動子4の外周を囲う枠体6(支持体)とを備えている。
In FIG. 1, the optical reflecting element includes a
そして音叉形圧電振動子4は、その振動中心3を通り、左右に延伸している連結部7と、この連結部7の両端とそれぞれ連結された第一のアーム8、第二のアーム9とを有している。
The tuning fork-shaped
また本実施の形態では、一対の音叉形圧電振動子4は共通の回転軸10を有し、第一の支持部2、第二の支持部5の中心軸はこの回転軸10と一致する。
In the present embodiment, the pair of tuning fork-shaped
さらに回転軸10はミラー部1の重心を通り、一対の音叉形圧電振動子4は、回転軸10に垂直であってミラー部1の重心を通る直線に対して、線対称に形成されている。
Further, the rotating
そして各音叉形圧電振動子4の第一のアーム8、第二のアーム9は、それぞれ第一の支持部2を挟むように配置され、連結部7の端部11からミラー部1側に向って、回転軸10とほぼ平行に延伸している。
The
また本実施の形態では、音叉形圧電振動子4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した。これにより効率良くミラー部1を回動させることができる。
Further, in the present embodiment, the vibration design is performed so that the resonance frequency of the tuning fork type
さらに本実施の形態では、第一の支持部2と第二の支持部5とをミアンダ形とした。これにより第一の支持部2および第二の支持部5は変形しやすくなり、これらを効率よく捩り振動させることができる。また第一の支持部2及び第二の支持部5の共振器長は、ほぼ同一とすることが好ましい。所定の入力信号でこれらを効率よく捩り振動させるためである。
Further, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態では、第二の支持部5のミアンダの折り返し幅は、第一の支持部2のミアンダの折り返し幅よりも広く形成した。すなわち、第二の支持部5と第一の支持部2の共振器長を等しくするには両者を同形状にすればよいが、その場合には光学反射素子が大型化する。光学反射素子のサイズを小型に保つためには枠体6と音叉形圧電振動子4との間のスペースを狭くしてその中に共振器長を変化させずに第二の支持部を設置すればよいが、そのためには第二の支持部5の折り返し幅を広くし、折り返し数を減らした形状で第二の支持部5の共振器長を第一の支持部2と近似させればよい。これにより、音叉形圧電振動子4と枠体6との間のスペースを小さくし、光学反射素子の小型化を維持することができる。
In the present embodiment, the meander folding width of the
また本実施の形態では、連結部7の端部11において、この端部の内側の辺と第一のアーム8または第二のアーム9の内側の辺との成す角(内角)θ1は135°とした。すなわち、連結部7の端部11は、その内側の辺が、音叉形圧電振動子4の振動中心3側から第一のアーム8、第二のアーム9に向けて斜め外方に広がる直線で構成されている。
In the present embodiment, at the
さらに本実施の形態では、連結部7の振動中心3側(付け根部分12)は回転軸10に対して垂直(θ2=90°)である。そして連結部7は途中で一度内側に折り曲がっており、その折曲がり角度θ3は135°である。折り曲げ回数は複数回でもよいが、この折り曲げ角を鈍角とすることにより、後述のように振動効率を向上させることが出来る。
Furthermore, in the present embodiment, the
また本実施の形態では、連結部7の端部11は、その外側の辺も、音叉形圧電振動子4の振動中心3側から第一のアーム8、第二のアーム9に向けてそれぞれ斜め外方に広がる直線で構成されている。なお、本実施の形態では、連結部7の外側の辺と第一のアーム8、第二のアーム9の外側の辺との成す角(内角)θ4は、それぞれ135°とした。
Further, in the present embodiment, the
さらに本実施の形態では、連結部7の幅をほぼ均一にするため、連結部7の外側の辺も途中で内方に折れ曲がっており、その曲げ角θ5は135°である。これにより本実施の形態では、連結部7の外側の辺と内側の辺とは、いずれの領域においてほぼ平行に形成されている。
Further, in the present embodiment, in order to make the width of the connecting
このような音叉形圧電振動子4の形状によって、ミラー部1を効率よく回動させることができる。その理由については、後述する。
Due to the shape of the tuning fork-shaped
そして本実施の形態では、図2に示すようにこの光学反射素子の基材としてシリコン基板13を用いた。この基材としては、シリコン以外にも、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できる。具体的には、水晶、ガラス、石英またはセラミック材料や、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などが挙げられる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
そして本実施の形態では、シリコン基板13で構成された第一のアーム8、第二のアーム9にはそれぞれ圧電素子14を有している。
In the present embodiment, the
この圧電素子14は、下部電極層15、圧電体層16および上部電極層17の積層体構造からなる。なお、本実施の形態では、下部電極層15および圧電体層16は第一のアーム8、第二のアーム9に共通に形成し、上部電極層17はそれぞれ電気的に独立するように形成した。
The
また、これらの下部電極層15、圧電体層16および上部電極層17はシリコン基板13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。
The
そしてこのように形成された圧電素子14は薄型化できるため、第一のアーム8および第二のアーム9の厚みは、これらの幅寸法よりも小さくできる。これにより振幅が大きくなり、小型の光学反射素子を実現することができる。
And since the
ここで圧電体層16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。下部電極層15に用いる材料としては、白金などが挙げられる。上部電極層17に用いる材料としては、チタン/金などが挙げられる。上部電極層17の下層をチタンとすることでPZT薄膜などの圧電体層16との密着力を高めることができ、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16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素子14を形成することができる。
Here, the piezoelectric material used for the
なお本実施の形態では第一のアーム8、第二のアーム9に形成した圧電素子14のそれぞれの上部電極層17と、これらに共通の下部電極層15とは、それぞれ電気的に独立した引き出し線(図示せず)を備え、これらの引き出し線は個別に素子上に引きまわされ、図1の接続端子18〜20へと接続される。
In the present embodiment, the
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15と上部電極層17との間に交流の駆動電圧を印加すると、圧電体層16が面方向に伸び・縮みし、第一のアーム8と第二のアーム9が基材に対して垂直方向に撓み振動する。
When an alternating drive voltage is applied between the
このとき、第一のアーム8と第二のアーム9上のそれぞれの上部電極層17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8と第二のアーム9とを、位相が180度異なる方向(矢印21、22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、第一のアーム8、第二のアーム9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 in polarity is applied to the
そして、この第一のアーム8と第二のアーム9の振動エネルギーは、音叉形圧電振動子4の連結部7へと伝搬される。これによって、音叉形圧電振動子4は、その振動中心3を通る回転軸10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
次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部7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10を中心に矢印23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10を軸中心として反復回転振動を起こす。このとき、音叉形圧電振動子4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
上述のように駆動可能な光学反射素子は、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、光線を走査することができる。
The optical reflecting element that can be driven as described above can scan a light beam by inputting a light beam generated from, for example, a laser light source or an LED light source to the
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、図2に示すような基材となるシリコン基板13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下部電極層15を形成する。
First, a
その後、この下部電極層15の上にスパッタリング法などによって圧電体層16を形成する。このとき、圧電体層16と下部電極層15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16の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電素子14を実現することができる。
Thereafter, the
次に、この圧電体層16の上にチタン/金よりなる上部電極層17を形成している。なお、本実施の形態では、白金の下部電極層15の厚みは0.2μm、PZTからなる圧電体層16は3.5μm、および上部電極層17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。
Next, an
次に、下部電極層15、圧電体層16、上部電極層17とを、フォトリソ技術を用いてエッチングし、圧電素子14をパターン形成する。
Next, the
このとき、上部電極層17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
また、下部電極層15、圧電体層16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。
In addition, as an etching method used for the
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。 As an example, if a dry etching method is used, a fluorocarbon-based etching gas or SF 6 gas can be used.
その他、圧電体層16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15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
次に、XeF2ガスを用いてシリコン基板13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, if unnecessary silicon portions are removed by isotropic dry etching of the
なお、シリコン基板13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 the
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、枠体6の大きさが7.2mm×3.8mm、第一のアーム8、第二のアーム9幅がそれぞれ7.00mmの光学反射素子を形成することができる。
By the manufacturing process as described above, for example, the size of the
本実施の形態では、ミラー部1、第一の支持部2、音叉形圧電振動子4、第二の支持部5、枠体6の基材を、同一基材(図2のシリコン基板13)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
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 reflective element in the present embodiment can be manufactured in a batch with high accuracy by applying a semiconductor process such as a thin film process or a photolithography technique on a substrate such as a silicon wafer. It is possible to realize an optical reflecting element that is excellent in miniaturization, high accuracy, and production efficiency.
なお、ミラー部1は基材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17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。
In addition, although the
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、光学反射素子を小型化することができる。 In the present embodiment, the optical reflecting element can be reduced in size.
それは、図1に示すような音叉形圧電振動子4を用いることにより、それぞれの第一のアーム8、第二のアーム9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るからである。
That is, by using the tuning-fork type
したがって、配置面積の大きい磁石等を用いることなく、ミラー部1を励振することができ、素子の小型化に寄与する。
Therefore, the
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
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.
さらに本実施の形態では、連結部7の端部11の内側の辺と、第一のアーム8、第二のアームの内側の辺との成す角θ1を鈍角にしたことによって、ミラー部1の振幅角を大きくすることができる。
Further, in the present embodiment, the angle θ 1 formed between the inner side of the
すなわち、本実施の形態における光学反射素子のミラー部1の振幅角と振動周波数を図4の実施例3に示す。これにより分かるように、本実施の形態における光学反射素子は、連結部の端部11から第一のアーム8、第二のアーム9が垂直に折り曲げられた(θ1=90度)比較例1と比べて、高い周波数で駆動しているにもかかわらず、大きな振幅が得られる。なお、一般に共振駆動では入力エネルギーを機械的な変位に変換する効率が同じであれば周波数が高周波化するほど変位量は減少する。本実施の形態と比較例1の結果では前記の関係は成立しておらず、このことは本実施の形態での素子が高いエネルギー変換効率が有することを意味している。
That is, the amplitude angle and vibration frequency of the
またさらに詳細に検討すると、図4、図5に示すように、ミラーの外形が7.2mm×3.8mm、第一のアーム8、第二のアーム9のアーム幅が7.00mmの光学反射素子において、連結部7の端部11の内側を斜めに形成した実施例1〜3、実施例5、7は、第一のアーム8、第二のアーム9が連結部7から直角に折れ曲がっている図4の比較例1、2と比べて、ミラー部1の振幅が非常に大きくなる。
In further detail, as shown in FIGS. 4 and 5, the optical reflection is such that the outer shape of the mirror is 7.2 mm × 3.8 mm, and the arm widths of the
その理由は、本実施の形態では、振動エネルギーの伝播効率が高いからと考えられる。すなわち、連結部7の端部11と第一のアーム8および第二のアーム9との成す角θ1をそれぞれ鈍角とすることによって、アームは連結部7へとなだらかに繋がることになる。したがって、第一のアーム8、第二のアーム9の振動エネルギーは、効率よく音叉形圧電振動子4の振動中心3へと伝搬され、第一の支持部2およびミラー部1とで構成される捻じれ振動子の回動角が大きくなり、結果としてミラー部1の振幅角を大きくすることができる。
The reason is considered that the propagation efficiency of vibration energy is high in the present embodiment. That is, by making the angles θ 1 formed by the
また本実施の形態では、連結部7の折り曲げ角θ3も鈍角にしているため、連結部7の端部11から振動中心3までのエネルギーの伝搬効率も向上し、結果としてミラー部1の振幅角を大きくすることができる。
Further, in this embodiment, since the bending angle θ 3 of the connecting
さらに本実施の形態では、この角度θ1やθ3を調整することによって、音叉形圧電振動子4の共振器長を調整することができる。ここで、音叉形圧電振動子4の共振周波数は、第一のアーム8、第二のアーム9の伸長によっても調整することができるが、例えば第一のアーム8、第二のアーム9を短くすると、発生するエネルギーは大幅に減少する傾向にある。これに対し、前述のように角度θ1、θ3を変えても、発生するエネルギーに与える影響は少ない。したがって本実施の形態では、高いエネルギー効率を保ちつつ、音叉形圧電振動子4の共振周波数を調整することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the resonator length of the tuning fork type
なお、第一のアーム8、第二のアーム9と連結部7との内側の成す角θ1や連結部7の折り曲げ角θ3の角度は、90度より大きく180度未満で適宜調整が可能であるが、角度が大きすぎても小さすぎても前記のエネルギーの伝播効率向上効果および音叉型圧電振動子の共振器長調整効果が低くなる。図4、図5の実施例1〜3、実施例5、7で示した光学反射素子の解析の結果ではθ1の角度は135〜150度程度、θ3の角度は120〜135度程度が適当であった。
The angle θ 1 formed between the
また連結部7の端部11は、その外側も斜めに形成することによって、ミラー部1の振幅角をより大きくすることができる。
Further, the
すなわち連結部7の外側の辺と第一のアーム8、第二のアームの外側の辺との成す角もそれぞれ鈍角にすることによって、第一のアーム8、第二のアーム9と連結部7の幅を均一化できる。なお、エネルギー伝播経路の途中でアーム幅が広くなるとエネルギーが拡散するため、伝播効率が劣化する。伝播経路でのアーム幅を均一化することで前記エネルギー拡散を低減することが可能となる。
That is, the
ここで、図4の実施例1と図5の実施例5とを比較しても分かるように、実施例5のように角部の外側も斜めに形成されている光学反射素素子は、実施例1の連結部7から第一のアーム8、第二のアーム9が直角に折れ曲がっている光学反射素子と比べて、高い周波数で駆動しているにもかかわらず、同等以上の振幅を得ることが出来る。したがって、実施例5は、実施例1と比較して、更に効率よくミラー部1を駆動させることが出来る。
Here, as can be seen from a comparison between Example 1 in FIG. 4 and Example 5 in FIG. 5, the optical reflector element in which the outside of the corner portion is also formed obliquely as in Example 5 is implemented. Compared with the optical reflecting element in which the
なお、連結部7の付け根部分12の幅は、連結部7の端部11(第一のアーム8、第二のアーム9との結合部位)の幅と同じか、これよりやや太くすることが好ましい。ここで分析により、図4の実施例1と図5の実施例7との比較や、図4の実施例4と図5の実施例6との比較から、連結部7の付け根部分12を細くすると、周波数が低くなるにもかかわらず、振幅角が得られず、振動エネルギーの伝搬効率が低下する傾向が分かっている。
Note that the width of the
さらに連結部7の付け根部分12は第一の支持部2に対して垂直とすることによって、ミラー部1の振幅角をより大きくすることができる。
Further, by making the
すなわち図1に示すように、連結部7の振動中心3近傍(付け根部分12)を一直線に形成すると、第一のアーム8からの振動エネルギーと、第二のアーム9からの振動エネルギーとを、効率よく振動中心3に集中させることができると考えられる。
That is, as shown in FIG. 1, when the vicinity of the vibration center 3 (base portion 12) of the connecting
なお、音叉形圧電振動子4は図4の実施例4、図5の実施例6に示すように、U字形でもよい。この場合、連結部7は、内側の辺が振動中心3側から第一のアーム8、第二のアーム9に向って外方に湾曲して広がる曲線で形成される。これにより連結部7と第一のアーム8、第二のアーム9とはなだらかに繋がることから、振動エネルギーの伝搬効率を高め、ミラー部1の振幅角を大きくすることができる。また外側の辺も同様に、振動中心3側から第一、第二のアーム8、9に向って外方に湾曲して広がる曲線で形成することによって、連結部7の幅が均一化し、振動エネルギーの伝搬効率をより向上させることができる。
The tuning fork-shaped
なお、図4の実施例3と図5の実施例5とを比較しても分かるように、連結部7の付け根部分12が第一の支持部2に対して垂直である実施例3の光学反射素子は、連結部7が第一の支持部2に対して斜めに結合されている実施例5の光学反射素子と比べて、ミラー部1の振幅角がより大きくなっている。この結果からも、連結部7は、第一の支持部2と連結する領域において、この第一の支持部2に直交するように形成することが好ましいことがわかる。
As can be seen from a comparison between Example 3 in FIG. 4 and Example 5 in FIG. 5, the optical part of Example 3 in which the
また実施の形態では、ミラー部1をその両側から一対の音叉形圧電振動子4で囲い、これらの音叉形圧電振動子4の外周を枠体6で囲う構成のため、各部材が小さな隙間を介して幾層か巻い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。
In the embodiment, since the
また本実施の形態では、ミラー部1の両側に、対称的に音叉形圧電振動子4を配置しているため、ミラー部1を安定して左右対称に励振させることができ、その中心が不動点となるため光を安定して走査することができる。
In this embodiment, the tuning fork-shaped
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
なお、上記実施の形態では、第一のアーム8と第二のアーム9の双方に圧電素子(図2の14)を形成したが、少なくともいずれか一方のみに圧電素子14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7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 element (14 in FIG. 2) is formed on both the
また圧電素子14は、連結部7にまで延伸しなくてもよく、第一のアーム8、第二のアーム9にのみ配置してもよい。
The
さらに本実施の形態では、圧電素子14は、第一のアーム8、第二のアーム9のそれぞれ片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施の形態では、第一の支持部2、第二の支持部5はいずれもミアンダ形としたが、いずれか一方または両方直線状に形成してもよい。さらに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。
Moreover, in this Embodiment, although the
さらに上記実施の形態では、音叉形圧電振動子4をミラー部1の両側にそれぞれ設けたが、図6に示すように、ミラー部1の片側にのみ設けてもよい。このような構成でも、ミラー部1を、回転軸10を中心に反復回転振動させることが出来る。また音叉形圧電振動子4を片側にのみ設けた場合は、光学反射素子をより小型化することができる。
Further, in the above embodiment, the tuning fork type
(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、実施の形態1に示すような光学反射素子の枠体6(支持体)にさらに振動子を連結させ、二軸駆動の光学反射素子とした点である。
(Embodiment 2)
The main difference between the present embodiment and the first embodiment is that a vibrator is further coupled to the frame 6 (support) of the optical reflecting element as shown in the first embodiment, so that the biaxially driven optical reflecting element is provided. This is the point.
すなわち本実施の形態の光学反射素子は、図7に示すように、枠体6にそれぞれの一端が連結された第三の支持部24と、この第三の支持部24の他端と連結されるとともに、枠体6を介して対向する一対の音叉形圧電振動子4Aと、これらの音叉形圧電振動子4Aの振動中心3Aとそれぞれ一端が連結された第四の支持部25と、これらの第四の支持部25の他端と連結されるとともに、一対の音叉形圧電振動子4Aの外周を囲う枠形状の支持体26とを備えている。
That is, as shown in FIG. 7, the optical reflecting element of the present embodiment is connected to the
そして対となる音叉形圧電振動子4Aは共通の回転軸10Aを有し、この回転軸10Aは、音叉形圧電振動子4の回転軸10とミラー部1の重心で直交する関係にある。また第三の支持部24と第四の支持部25の中心軸は、それぞれ同一線上にあり、回転軸10Aと一致する。さらに一対の音叉形圧電振動子4Aは、音叉形圧電振動子4の回転軸10に対して線対称形である。
The tuning fork-shaped
さらに音叉形圧電振動子4Aは、第三の支持部24の両側に、それぞれ回転軸10Aと平行な第三のアーム8Aと第四のアーム9Aと、これらの第三のアーム8Aと第四のアーム9Aの端部と振動中心3Aとをつなぐ連結部7Aとを有している。
Further, the tuning fork-shaped
また本実施の形態では、第一の支持部2、第二の支持部5、第三の支持部24、第四の支持部25はいずれも直線形であり、第一の支持部2と第二の支持部5、第三の支持部24と第四の支持部25とはそれぞれ共振器長をほぼ同一にしている。
In the present embodiment, the
そして本実施の形態では、実施の形態1と同様に、音叉形圧電振動子4の連結部7の端部11における内側の辺と第一のアーム8、第二のアーム9との成す角を鈍角にしている。
In the present embodiment, as in the first embodiment, the angle formed between the inner side of the
以下、本実施の形態における光学反射素子の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the optical reflecting element in the present embodiment will be described.
音叉形圧電振動子4Aは、第三のアーム8Aと第四のアーム9Aにそれぞれ圧電素子を配置し、これらの第三のアーム8Aと第四のアーム9Aとを逆位相駆動させることによって、その振動エネルギーが連結部7Aへと伝搬し、音叉形圧電振動子4Aは、その振動中心3Aを通る回転軸10Aを中心に、所定の周波数にて反復回転振動をする。
The tuning fork-shaped
そしてこの反復回転振動の振動エネルギーが、連結部7Aに接合された第三の支持部24に伝達され、第三の支持部24と枠体6とで構成される捩れ振動子が、その回転軸10Aを中心に捩れ振動を起こし、枠体6の振幅に伴ってミラー部1も回転軸10Aを中心に回動させることが出来る。このとき、音叉形圧電振動子4Aの反復回転振動の方向と、第三の支持部24および枠体6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。
The vibration energy of this repetitive rotational vibration is transmitted to the
なお、音叉形圧電振動子4の動作については実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
Since the operation of the tuning fork type
このように本実施の形態では音叉形圧電振動子4、4Aを組み合わせることにより、二つの直交する回転軸10、10Aを中心にミラー部1を回動させることができる。したがって、このミラー部1に入射した光を二軸方向に走査することができ、例えば画像を投影するプロジェクタなどに用いることが出来る。
As described above, in the present embodiment, by combining the tuning fork-shaped
ここで、この時、一般的にミラー部1の水平方向の振動周波数を、垂直方向の振動周波数よりも高くし、周波数比を高めることによって、高精度な画像を投影することができる。
At this time, generally, the horizontal vibration frequency of the
本実施の形態では、音叉形圧電振動子4の内側の角を斜めに構成したことにより、振動エネルギーの伝播効率が高まるため、この音叉形圧電振動子4を効率よく高周波数駆動させることができる。また内側の角を斜めにすることにより、音叉形圧電振動子4の共振器長を短く調整することができ、共振周波数を高くすることができる。したがって、水平方向の振動周波数を高くすることができ、二軸方向における周波数比が高まることから高精度な画像を投影することができる。
In the present embodiment, since the inner corners of the tuning fork-shaped
なお、エネルギーの伝搬効率を高めるという観点においては、図8に示すように、音叉形圧電振動子4Aも、連結部7Aの内側の辺と第三のアーム8A、第四のアーム9Aの内側との成す角をそれぞれ鈍角にし、角を斜めにすることも有用である。
From the viewpoint of increasing the energy propagation efficiency, as shown in FIG. 8, the tuning fork-shaped
なおこの場合は、音叉形圧電振動子4、4A及び枠体6、支持体26それぞれの角の内側、外側を斜めにすることによって、角部材をはめ込むように配置することができるため、素子を小型化することができる。
In this case, the tuning fork-shaped
(実施の形態3)
本実施の形態は、図9に示すように、実施の形態1に示すような光学反射素子の枠体6(支持体)にさらにミアンダ形圧電振動子27が連結された、二軸駆動の光学反射素子である。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, a biaxial driving optical system in which a meander type
すなわち本実施の形態では、枠体6を介して対向する一対のミアンダ形圧電振動子27は、それぞれ一端が枠体6と連結され、他端がミアンダ形圧電振動子27および枠体6の外周を囲う枠形状の支持体26と連結されている。
That is, in the present embodiment, a pair of meander-type
このミアンダ形圧電振動子27は、回転軸10にミラー部1の重心で直交する回転軸10B(中心軸)を有し、この回転軸10Bに垂直な複数の振動板28が、同一平面上で折り返し連結されている。また一対のミアンダ形圧電振動子27は、音叉形圧電振動子4の回転軸10に対して線対称形である。
This meander-
本実施の形態におけるミアンダ形圧電振動子27は、たとえば各振動板28にそれぞれ圧電素子を配置し、隣接する振動板28上の圧電素子に逆位相の電気信号を印加することによって、それぞれの振動板28が交互に180度逆位相に撓み振動を起こす。このように振動板28が交互に逆位相に駆動すると、ミアンダ形圧電振動子27全体としては、回転軸10Bを中心に振幅角が蓄積し、枠体6の変位を大きくすることができる。そしてこの枠体6の変位に伴って、ミラー部1も回転軸10Bを中心に、大きく回動させることができる。
In the meander-
本実施の形態では、実施の形態1と同様に、連結部7と第一のアーム8、第二のアーム9とで構成される内側の角部を斜めに構成したことにより、音叉形圧電振動子4の振動効率を向上させることができる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, the inner corner formed by the connecting
また本実施の形態では、垂直方向に駆動させる振動子をミアンダ形とすることによって、共振器長を長くすることができ、その共振周波数を下げることができる。したがって、二軸駆動の光学反射素子における垂直方向と水平方向における振動周波数比を向上させることができ、この光学反射素子を用いて高精度な画像を投影することができる。 In the present embodiment, the resonator driven in the vertical direction has a meander shape, whereby the resonator length can be increased and the resonance frequency can be lowered. Accordingly, it is possible to improve the vibration frequency ratio in the vertical direction and the horizontal direction in the biaxially driven optical reflecting element, and it is possible to project a highly accurate image using this optical reflecting element.
本発明は、光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、特に電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ用途に有用である。 The present invention has an effect that the optical reflecting element can be miniaturized, and is particularly useful for electrophotographic copying machines, laser printers, and optical scanners.
1 ミラー部
2 第一の支持部
3、3A 振動中心
4、4A 音叉形圧電振動子
5 第二の支持部
6 枠体(支持体)
7 連結部
7A 連結部
8 第一のアーム
8A 第三のアーム
9 第二のアーム
9A 第四のアーム
10、10A、10B 回転軸
11 端部
12 付け根部分
13 シリコン基板
14 圧電素子
15 下部電極層
16 圧電体層
17 上部電極層
18〜20 接続端子
21、22 矢印
23 矢印
24 第三の支持部
25 第四の支持部
26 支持体
27 ミアンダ形圧電振動子
28 振動板
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (7)
このミラー部と第一の支持部で連結された音叉形圧電振動子と、
この音叉形圧電振動子の振動中心と第二の支持部で連結された支持体とを備え、
前記音叉形圧電振動子は、
その振動中心を通る連結部と、
この連結部の両端からそれぞれ延伸するアームとを有し、
これらのアームの内側の辺と前記連結部の内側の辺との成す角は、鈍角である光学反射素子。 Mirror part,
A tuning fork-shaped piezoelectric vibrator connected by the mirror part and the first support part,
Comprising a vibration center of the tuning-fork type piezoelectric vibrator and a support body connected by a second support part,
The tuning fork type piezoelectric vibrator is
A connecting portion passing through the vibration center;
And arms extending from both ends of the connecting portion,
The angle formed between the inner side of these arms and the inner side of the connecting portion is an optical reflecting element having an obtuse angle.
このミラー部と第一の支持部で連結された音叉形圧電振動子と、
この音叉形圧電振動子の振動中心と第二の支持部で連結された支持体とを備え、
前記音叉形圧電振動子は、
その振動中心を通る連結部と、
この連結部の両端からそれぞれ延伸するアームとを有し、
前記連結部の内側の辺は、
前記振動中心側から前記アームに向って外方へ湾曲している光学反射素子。 Mirror part,
A tuning fork-shaped piezoelectric vibrator connected by the mirror part and the first support part,
Comprising a vibration center of the tuning-fork type piezoelectric vibrator and a support body connected by a second support part,
The tuning fork type piezoelectric vibrator is
A connecting portion passing through the vibration center;
And arms extending from both ends of the connecting portion,
The inner side of the connecting portion is
An optical reflecting element curved outward from the vibration center toward the arm.
約90度である請求項1または2に記載の光学反射素子。 The angle formed by the connecting portion and the first support portion is
The optical reflecting element according to claim 1, wherein the optical reflecting element is about 90 degrees.
前記振動中心側から前記アームに向って外方へ湾曲している請求項1または2に記載の光学反射素子。 The outer side of the connecting portion is
The optical reflection element according to claim 1, wherein the optical reflection element is curved outward from the vibration center side toward the arm.
前記ミラー部を介して対向し、
このミラー部とそれぞれ前記第一の支持部で連結されるとともに、
それぞれ第二の支持部で前記支持体と連結されている請求項1または2に記載の光学反射素子。 A pair of the tuning fork type piezoelectric vibrators
Opposing through the mirror part,
While being connected to the mirror part by the first support part,
The optical reflection element according to claim 1, wherein each of the optical reflection elements is connected to the support body by a second support portion.
さらに振動子と連結されている請求項1または2に記載の光学反射素子。 The support is
Furthermore, the optical reflective element of Claim 1 or 2 connected with the vibrator | oscillator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008209633A JP5077139B2 (en) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | Optical reflection element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008209633A JP5077139B2 (en) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | Optical reflection element |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010044307A true JP2010044307A (en) | 2010-02-25 |
JP2010044307A5 JP2010044307A5 (en) | 2011-09-15 |
JP5077139B2 JP5077139B2 (en) | 2012-11-21 |
Family
ID=42015725
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008209633A Expired - Fee Related JP5077139B2 (en) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | Optical reflection element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5077139B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010204142A (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-16 | Ricoh Co Ltd | Optical deflector, optical scanner and image forming apparatus |
WO2024024300A1 (en) * | 2022-07-25 | 2024-02-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Drive element and light deflection element |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63113517A (en) * | 1986-10-31 | 1988-05-18 | Citizen Watch Co Ltd | Scanner for laser printer |
JP2000019446A (en) * | 1998-06-29 | 2000-01-21 | Murata Mfg Co Ltd | Optical scanner |
JP2005275198A (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Brother Ind Ltd | Optical scanner and image forming apparatus comprising the same |
WO2008044470A1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-17 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Optical scanning device |
JP2008164957A (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Konica Minolta Opto Inc | Laser projector |
-
2008
- 2008-08-18 JP JP2008209633A patent/JP5077139B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63113517A (en) * | 1986-10-31 | 1988-05-18 | Citizen Watch Co Ltd | Scanner for laser printer |
JP2000019446A (en) * | 1998-06-29 | 2000-01-21 | Murata Mfg Co Ltd | Optical scanner |
JP2005275198A (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Brother Ind Ltd | Optical scanner and image forming apparatus comprising the same |
WO2008044470A1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-17 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Optical scanning device |
JP2008164957A (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Konica Minolta Opto Inc | Laser projector |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010204142A (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-16 | Ricoh Co Ltd | Optical deflector, optical scanner and image forming apparatus |
WO2024024300A1 (en) * | 2022-07-25 | 2024-02-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Drive element and light deflection element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5077139B2 (en) | 2012-11-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5446122B2 (en) | Meander type vibrator and optical reflection element using the same | |
US8422109B2 (en) | Optical reflection element | |
JP5239379B2 (en) | Optical reflection element | |
JP2010148265A (en) | Meander type oscillator and optical reflective element using the same | |
JP5229704B2 (en) | Optical scanning device | |
JP5293668B2 (en) | Optical reflection element | |
US9293975B2 (en) | Actuator, optical scanner, and image forming apparatus | |
JP5319939B2 (en) | Optical deflector and optical device | |
JP2003172897A (en) | Optical scanner and its manufacturing method, optical writing device, image forming apparatus, vibratory mirror chip and its manufacturing method, and optical scanning module | |
JP2005128147A (en) | Optical deflector and optical apparatus using the same | |
JP2009265560A (en) | Optical reflection element | |
JP2009258210A (en) | Optical reflection element | |
JP2009258339A (en) | Optical reflection element | |
JP2009223115A (en) | Optical reflecting element | |
JP5045470B2 (en) | Optical reflection element | |
JP5077139B2 (en) | Optical reflection element | |
JP5239382B2 (en) | Optical reflection element | |
JP2010060688A (en) | Optical reflection element | |
JP2009217093A (en) | Optical reflection element | |
JP2009192781A (en) | Optical reflecting element | |
JP5045463B2 (en) | Optical reflection element | |
JP5045532B2 (en) | Optical reflection element | |
JP2009244602A (en) | Optical reflection element | |
JP2009222841A (en) | Optical reflecting element | |
JP2009217207A (en) | Optical reflection element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110801 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110801 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20110913 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120711 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120731 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120813 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150907 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150907 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |