JP2011069954A - Optical scanner - Google Patents

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Hirochika Nakamura
博親 中村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner in which a large amount of displacement of a mirror is obtained. <P>SOLUTION: The optical scanner 100 includes a mirror part 110, a supporting beam 120, a fixed part 140 and a piezoelectric driving part 130. The mirror part 110 rocks around a rocking axis line AR. The supporting beam 120 extends from the mirror part 110. The supporting beam 120 is connected to the fixed part 140. The piezoelectric driving part 130 is provided from the fixed part 140 to a part of the supporting beam 120. The supporting beam 120 has a pair of beam parts 123 disposed symmetrically with respect to the rocking axis line AR and connected to the fixed part 140. The pair of beam parts 123 have a first portion 123a and a bent portion 123b. The first portion 123a extends in a separating direction from the mirror part 110 along the rocking axis line AR. The bent portion 123b is connected to the first portion 123a and bent in the directions separating from the rocking axis line AR and along the rocking axis line AR. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザープリンタや画像表示装置に用いられる光スキャナ、特にMEMSミラーを有する光スキャナに関する。   The present invention relates to an optical scanner used in a laser printer or an image display device, and more particularly to an optical scanner having a MEMS mirror.

従来、レーザープリンタや光を走査して画像を表示する画像表示装置等には、光スキャナが利用されてきた。一般に、この光スキャナとしては、ポリゴンミラーを用いるものやガルバノミラー、MEMS(Micro−Electro−Mechanical Systems)ミラーを用いるものが存在する。特に、MEMSミラーを用いた光スキャナは、光の反射面が一面だけで良く、またミラー、トーションバー、支持枠を一体加工できるので、ポリゴンミラー及びガルバノミラーを用いた光スキャナに対し小型化、軽量化が可能になる。   Conventionally, optical scanners have been used in laser printers and image display devices that display light by scanning light. In general, there are optical scanners using a polygon mirror, galvanometer mirrors, and MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) mirrors. In particular, the optical scanner using the MEMS mirror needs only one light reflecting surface, and the mirror, the torsion bar, and the support frame can be integrally processed. Therefore, the optical scanner using the polygon mirror and the galvanometer mirror can be downsized. Weight reduction is possible.

MEMSミラーを用いた光スキャナ(以下、単に光スキャナとも表記する)の機械的構造に関する発明が、今日までに多く出願されている。その一例として、特許文献1に記載された光スキャナを図6に示す。光スキャナ500は、基体510と台座520とに分けられる。基体510の中心には、ミラー部511が位置する。ミラー部511は一対の第1弾性梁512によって両持支持される。一対の第1弾性梁512は、二股に分かれた第2弾性梁513に夫々接続される。第2弾性梁513は、固定部514に接続される。ミラー部511、第1弾性梁512及び第2弾性梁513を揺動させるための圧電駆動部530は、第2弾性梁513の上面から固定部514に亘り形成される。台座520は、固定部514と台座接合部521とが接合されるようにして、基体510の下に設けられる。   Many inventions relating to the mechanical structure of an optical scanner using a MEMS mirror (hereinafter also simply referred to as an optical scanner) have been filed. As an example, the optical scanner described in Patent Document 1 is shown in FIG. The optical scanner 500 is divided into a base 510 and a pedestal 520. A mirror portion 511 is located at the center of the base 510. The mirror unit 511 is supported at both ends by a pair of first elastic beams 512. The pair of first elastic beams 512 is connected to a second elastic beam 513 divided into two branches. The second elastic beam 513 is connected to the fixed part 514. A piezoelectric driving unit 530 for swinging the mirror unit 511, the first elastic beam 512, and the second elastic beam 513 is formed from the upper surface of the second elastic beam 513 to the fixing unit 514. The pedestal 520 is provided under the base 510 so that the fixed portion 514 and the pedestal joint 521 are joined.

光スキャナ500の動作を説明する。圧電駆動部530に含まれる圧電素子は、電圧が印加されることで分極する。圧電素子の分極によって、圧電駆動部530は、第2弾性梁513の長手方向へ伸び、又は縮む。圧電駆動部530は第2弾性梁513及び固定部514に固定されているので、圧電駆動部530の伸縮は、第2弾性梁513が基体510の厚み方向に変形する撓み変形に変換される。即ち、圧電駆動部530は、ユニモルフとして働く。第2弾性梁513の撓み変形は、第1弾性梁512と第2弾性梁513との連結位置を介して、第1弾性梁512,第2弾性梁513及びミラー部511を揺動させるための回転トルクに変換される。   The operation of the optical scanner 500 will be described. The piezoelectric element included in the piezoelectric driving unit 530 is polarized by applying a voltage. The piezoelectric driving unit 530 extends or contracts in the longitudinal direction of the second elastic beam 513 due to the polarization of the piezoelectric element. Since the piezoelectric driving unit 530 is fixed to the second elastic beam 513 and the fixing unit 514, the expansion and contraction of the piezoelectric driving unit 530 is converted into a bending deformation in which the second elastic beam 513 is deformed in the thickness direction of the base 510. That is, the piezoelectric drive unit 530 functions as a unimorph. The bending deformation of the second elastic beam 513 is for swinging the first elastic beam 512, the second elastic beam 513, and the mirror part 511 through the connection position of the first elastic beam 512 and the second elastic beam 513. Converted to rotational torque.

特開2003−57586号公報JP 2003-57586 A

例えば光スキャナが画像表示装置に用いられる場合、表示画像の画角はミラー部の変位量に依存する。従って、大きな画像や精緻な画像を表示するためには、ミラー部の変位量は大きいほど望ましい。   For example, when an optical scanner is used in an image display device, the angle of view of the display image depends on the amount of displacement of the mirror unit. Therefore, in order to display a large image or a detailed image, it is desirable that the amount of displacement of the mirror portion is larger.

本発明は、大きなミラー部の変位量を得られる光スキャナを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical scanner capable of obtaining a large amount of displacement of a mirror portion.

本発明を反映した第1の課題解決手段は、揺動軸線の周りに揺動され、入射する光を所定方向に走査するミラー部と、前記ミラー部から延出する支持梁と、前記支持梁が連結される固定部と、前記固定部から前記支持梁の一部に亘って設けられ、前記ミラー部及び前記支持梁を揺動駆動させる圧電駆動部とを備え、前記支持梁は、前記揺動軸線に対して対称になるように配置され、前記固定部に接続される一対の梁部分を有し、前記一対の梁部分は、前記ミラー部から離れる方向に、前記揺動軸線に沿って伸張する第1部分と、前記第1部分に接続され、前記揺動軸線を含む平面上で前記揺動軸線から離間する方向及び前記揺動軸線に沿う方向に屈曲し、前記固定部に接続される屈曲部分を有する、ことを特徴とする。   The first problem-solving means reflecting the present invention includes a mirror section that is swung around a swing axis and that scans incident light in a predetermined direction, a support beam that extends from the mirror section, and the support beam. And a piezoelectric drive unit provided to extend from the fixed part to a part of the support beam to drive the mirror part and the support beam to swing. The support beam includes the swinging part. A pair of beam portions arranged symmetrically with respect to the movement axis and connected to the fixed portion, the pair of beam portions extending along the swing axis in a direction away from the mirror portion A first portion that extends, is connected to the first portion, bends in a direction away from the swing axis and in a direction along the swing axis on a plane including the swing axis, and is connected to the fixed portion. It is characterized by having a bent portion.

本発明を反映した第2の課題解決手段は、前記屈曲部分は、その一端が前記第1部分に接続され、前記揺動軸線から離間する方向に伸張する第2部分と、その一端が前記第2部分の他端に接続され、前記ミラー部に近づく方向に、前記揺動軸線に沿って伸張し、その他端が前記固定部に接続される第3部分とを有する、ことを特徴とする。   The second problem-solving means reflecting the present invention is characterized in that the bent portion has one end connected to the first portion and extending in a direction away from the swing axis, and one end of the bent portion. A third portion connected to the other end of the two portions, extending along the swing axis in a direction approaching the mirror portion, and having the other end connected to the fixed portion.

本発明を反映した第3の課題解決手段は、前記第3部分は、前記第3部分の前記揺動軸線に沿う方向の長さが、前記第1部分の前記揺動軸線に沿う方向の長さよりも長くなるように形成される、ことを特徴とする。   According to a third problem solving means reflecting the present invention, the length of the third portion in the direction along the swing axis of the third portion is the length of the first portion in the direction along the swing axis. It is formed so that it may become longer than this.

本発明を反映した第4の課題解決手段は、前記圧電駆動部は、少なくとも前記固定部から前記第3部分を介して前記第2部分に亘って設けられる、ことを特徴とする。   A fourth problem solving means reflecting the present invention is characterized in that the piezoelectric driving unit is provided from at least the fixing unit to the second part via the third part.

本発明を反映した第5の課題解決手段は、前記支持梁はさらに、前記ミラー部にその一端が接続され、前記揺動軸線に沿う方向に伸長するミラー接続部分と、前記ミラー接続部分の他端に接続され、前記揺動軸線を含む平面上で前記揺動軸線に直交する方向に伸長する梁接続部分とを有し、前記第1部分は、その一端が前記梁連結部分の両端に接続され、その他端が前記第2部分の一端に接続される、ことを特徴とする。   The fifth problem-solving means reflecting the present invention is characterized in that the support beam is further connected at one end to the mirror portion and extends in a direction along the swing axis, and the other of the mirror connection portion. A beam connecting portion connected to an end and extending in a direction perpendicular to the swing axis on a plane including the swing axis, and one end of the first portion is connected to both ends of the beam connecting portion. And the other end is connected to one end of the second portion.

本発明を反映した第1の課題解決手段では、一対の梁部分が屈曲部分を有するので、後記する実施形態に示されるように、大きなミラー部の変位量を得ることが可能になる。   In the first problem solving means reflecting the present invention, since the pair of beam portions have the bent portions, it is possible to obtain a large amount of displacement of the mirror portion as shown in an embodiment described later.

本発明を反映した第2の課題解決手段では、屈曲部分は、揺動軸線から離間する方向に伸張する第2部分と、ミラー部に近づく方向に揺動軸線に沿って伸張する第3部分とを有する。換言すれば、一対の梁部は、第1部分によってミラー部から離間し、第2部分及び第3部分によってミラー部に近づく方向に1回折り返されている構成である。後記する実施形態に示されるように、屈曲部分の折り返される回数は、1回の場合において大きなミラー部の変位量を得ることが可能になる。   In the second problem-solving means reflecting the present invention, the bent portion includes a second portion that extends in a direction away from the swing axis, and a third portion that extends along the swing axis in a direction approaching the mirror portion. Have In other words, the pair of beam portions are configured to be separated from the mirror portion by the first portion and to be folded once in the direction approaching the mirror portion by the second portion and the third portion. As shown in an embodiment described later, it is possible to obtain a large amount of displacement of the mirror portion when the bent portion is folded once.

本発明を反映した第3の課題解決手段では、第3部分の揺動軸線に沿う方向の長さが、第1部分の前記揺動軸線に沿う方向の長さよりも長くなる。この構成によって、後記する実施形態に示されるように、大きなミラー部の変位量を得ることが可能になる。   In the third problem solving means reflecting the present invention, the length of the third portion in the direction along the swing axis is longer than the length of the first portion in the direction along the swing axis. With this configuration, it is possible to obtain a large amount of displacement of the mirror portion as shown in an embodiment described later.

本発明を反映した第4の課題解決手段では、圧電駆動部が、少なくとも固定部から第2部分に亘って設けられる。この構成によって、圧電駆動部で発生した動力を、効率よくミラーに伝達することが可能になる。従って、大きなミラー部の変位量を得ることが可能になる。   In the fourth problem-solving means reflecting the present invention, the piezoelectric drive unit is provided from at least the fixed part to the second part. With this configuration, it is possible to efficiently transmit the power generated by the piezoelectric drive unit to the mirror. Accordingly, it is possible to obtain a large amount of displacement of the mirror portion.

本発明を反映した第5の課題解決手段では、支持梁が、ミラー接続部分と、梁接続部分とを含む。一対の梁部は、圧電駆動部で発生した動力によって、撓み変形をする。この撓み変形は、梁連結部分を介することで、ミラー部の揺動に効率良く変換される。従って、これらの構成を屈曲部分に加えて有することによって、さらに大きなミラー部の変位量を得ることが可能になる。   In the fifth problem solving means reflecting the present invention, the support beam includes a mirror connecting portion and a beam connecting portion. The pair of beam portions are bent and deformed by the power generated by the piezoelectric drive unit. This bending deformation is efficiently converted into the swing of the mirror portion through the beam connecting portion. Therefore, it becomes possible to obtain a larger amount of displacement of the mirror portion by having these configurations in addition to the bent portion.

本発明の第1の実施形態に係る、光スキャナ100の平面図。1 is a plan view of an optical scanner 100 according to a first embodiment of the present invention. 第1の実施形態に係る、屈曲部分123bの折り返し回数を変化させた場合の、支持梁120周辺の光スキャナ100の平面図。The top view of the optical scanner 100 of the periphery of the support beam 120 at the time of changing the frequency | count of folding of the bending part 123b based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る、屈曲部分123bの折り返し回数と光学振れ角との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the frequency | count of folding | turning of the bending part 123b, and an optical deflection angle based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る、光スキャナ100の支持梁120周辺の拡大平面図。FIG. 3 is an enlarged plan view around a support beam 120 of the optical scanner 100 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る、第3部分123b−2の長さと光学振れ角との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the length of the 3rd part 123b-2 and optical deflection angle based on 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例である光スキャナ200の平面図。The top view of the optical scanner 200 which is a modification of 1st Embodiment. 特許文献1における従来の光スキャナの一例を示した図。FIG. 10 is a diagram showing an example of a conventional optical scanner in Patent Document 1.

<第1の実施形態>
[光スキャナ100の構成]
図1は、本発明第1の実施形態に係る光スキャナ100の平面図である。x方向は、光スキャナ100の揺動軸線ARに平行な方向である。y方向は、図1における紙面垂直方向である光スキャナ100の厚み方向及びx方向に直交する方向である。光スキャナ100は、ミラー部110、支持梁120、圧電駆動部130及び固定部140を備える。尚、光スキャナ100は、図示しない台座に接着される。以下、図1を用いて、光スキャナ100の個々の構成要素について説明を行う。
<First Embodiment>
[Configuration of Optical Scanner 100]
FIG. 1 is a plan view of an optical scanner 100 according to the first embodiment of the present invention. The x direction is a direction parallel to the swing axis AR of the optical scanner 100. The y direction is a direction orthogonal to the thickness direction of the optical scanner 100 and the x direction, which is the direction perpendicular to the paper surface in FIG. The optical scanner 100 includes a mirror unit 110, a support beam 120, a piezoelectric drive unit 130, and a fixed unit 140. The optical scanner 100 is bonded to a base (not shown). Hereinafter, individual components of the optical scanner 100 will be described with reference to FIG.

ミラー部110は、入射した光を所定方向に走査するために、揺動軸線ARを中心として揺動可能に構成される。ミラー部110の平面視における形状は、略円形である。   The mirror unit 110 is configured to be swingable about the swing axis AR in order to scan incident light in a predetermined direction. The shape of the mirror part 110 in plan view is substantially circular.

支持梁120は、揺動軸線ARに沿う方向に、ミラー部110から延出する。支持梁120は、ミラー部110の中心位置を通過するy方向に平行な仮想軸線に対して線対称になるように、一対設けられる。支持梁120は、ミラー接続部分121、梁連結部分122及び梁部分123を含む。ミラー接続部分121の一端は、ミラー部110に接続される。ミラー接続部分121は、揺動軸線ARに沿う方向に伸長する。ミラー接続部分121は、揺動軸線ARを含むように配置される。梁連結部分122は、ミラー接続部分121の他端に接続され、y方向に伸長する。   The support beam 120 extends from the mirror unit 110 in a direction along the swing axis AR. A pair of support beams 120 are provided so as to be line symmetric with respect to a virtual axis parallel to the y direction passing through the center position of the mirror unit 110. The support beam 120 includes a mirror connection part 121, a beam connection part 122, and a beam part 123. One end of the mirror connection part 121 is connected to the mirror part 110. The mirror connection portion 121 extends in a direction along the swing axis AR. The mirror connecting portion 121 is disposed so as to include the swing axis AR. The beam connecting portion 122 is connected to the other end of the mirror connecting portion 121 and extends in the y direction.

梁部分123は、第1部分123a及び屈曲部分123bを含む。梁部分123は、揺動軸線ARに対して線対称となるように、一対設けられる。第1部分123aの一端は、梁連結部分122の両端に夫々接続される。第1部分123aは、ミラー部110から離れる方向に、揺動軸線ARに沿って伸張する。屈曲部分123bの一端は、第1部分123aの他端に接続される。屈曲部分123bは、揺動軸線ARを含む平面上で揺動軸線ARから離間する方向及び揺動軸線ARに沿う方向に屈曲する。屈曲部分123bの他端は、固定部140の突出部分140aに接続される。   The beam portion 123 includes a first portion 123a and a bent portion 123b. A pair of beam portions 123 are provided so as to be line symmetric with respect to the swing axis AR. One end of the first portion 123a is connected to both ends of the beam connecting portion 122, respectively. The first portion 123a extends along the swing axis AR in a direction away from the mirror unit 110. One end of the bent portion 123b is connected to the other end of the first portion 123a. The bent portion 123b bends in a direction away from the swing axis AR and in a direction along the swing axis AR on a plane including the swing axis AR. The other end of the bent portion 123b is connected to the protruding portion 140a of the fixed portion 140.

屈曲部分123bは、梁が揺動軸線ARに沿う方向に折り返されながら、揺動軸線ARから離間する方向に伸長する部分である。屈曲部分123bは、第2部分123b−1及び第3部分123b−2を含む。第2部分123b−1の一端は、第1部分123aの他端に接続される。第2部分123b−1は、揺動軸線ARから離間する方向に伸長する。具体的には、第2部分123b−1は、揺動軸線ARから離間するように、y方向に沿って伸張する。第3部分123b−2の一端は、第2部分123b−1の他端に接続される。第3部分123b−2は、揺動軸線ARに沿って、ミラー部110に近づく方向に伸張する。第3部分123b−2の他端は、固定部140の突出部140aに接続される。   The bent portion 123b is a portion that extends in a direction away from the swing axis AR while the beam is folded back in a direction along the swing axis AR. The bent portion 123b includes a second portion 123b-1 and a third portion 123b-2. One end of the second portion 123b-1 is connected to the other end of the first portion 123a. The second portion 123b-1 extends in a direction away from the swing axis AR. Specifically, the second portion 123b-1 extends along the y direction so as to be separated from the swing axis AR. One end of the third portion 123b-2 is connected to the other end of the second portion 123b-1. The third portion 123b-2 extends along the swing axis AR in a direction approaching the mirror unit 110. The other end of the third portion 123b-2 is connected to the protruding portion 140a of the fixed portion 140.

固定部140は、ミラー部110及び一組の支持梁120の周囲に、四角環状に配置される。即ち、固定部140は、y方向に平行な一対の帯状部と、x方向に平行な一対の帯状部とで構成される。固定部140は、第3部分123b−2が固定されるための、4つの突出部分140aを有する。突出部分140aは、固定部140のy方向に平行な一対の帯状部のミラー部110の近傍から、ミラー部110に近づく方向に突出する。尚、固定部140は、ミラー部110及び支持梁120が揺動される際に、固定端として働く。即ち、固定端として働く機能を有していれば、固定部140はどの様な形状であっても差し支えない。   The fixed portion 140 is arranged in a square ring around the mirror portion 110 and the pair of support beams 120. In other words, the fixing portion 140 includes a pair of strip portions parallel to the y direction and a pair of strip portions parallel to the x direction. The fixing portion 140 has four projecting portions 140a for fixing the third portion 123b-2. The protruding portion 140 a protrudes from the vicinity of the pair of belt-shaped mirror portions 110 parallel to the y direction of the fixed portion 140 in a direction approaching the mirror portion 110. The fixed portion 140 serves as a fixed end when the mirror portion 110 and the support beam 120 are swung. That is, as long as it has a function of functioning as a fixed end, the fixed portion 140 may have any shape.

圧電駆動部130は、ミラー部110を及び支持梁120を揺動駆動する。圧電駆動部130は、少なくとも固定部140の固定部分140aから、第3部分123b−2を介して、第2部分123b−1に亘って設けられる。より具体的には、図1において黒点のハッチングで示されるように、圧電駆動部130は、第3部分123b−2及び第2部分123b−1を介して、固定部140の突出部140aから第1部分123aの一部に亘って設けられる。この構成によって、圧電駆動部130で発生した動力を、効率よくミラー部110に伝達することが可能になり、大きなミラー部110の変位量を得ることが可能になる。尚、圧電駆動部130は、図示しない下部電極、圧電素子及び上部電極を含む。   The piezoelectric driving unit 130 swings and drives the mirror unit 110 and the support beam 120. The piezoelectric drive unit 130 is provided from at least the fixed portion 140a of the fixed portion 140 to the second portion 123b-1 via the third portion 123b-2. More specifically, as indicated by the black dot hatching in FIG. 1, the piezoelectric driving unit 130 is moved from the protruding portion 140a of the fixing unit 140 through the third portion 123b-2 and the second portion 123b-1. It is provided over a part of one part 123a. With this configuration, the power generated by the piezoelectric drive unit 130 can be efficiently transmitted to the mirror unit 110, and a large amount of displacement of the mirror unit 110 can be obtained. The piezoelectric drive unit 130 includes a lower electrode, a piezoelectric element, and an upper electrode (not shown).

光スキャナ100の作用を説明する。まず、下部電極と上部電極との間に交流電圧が周期的に印加されることにより、分極した圧電素子はx方向に伸び、又は縮む。圧電駆動部130が、固定部140の突出部140aから第1部分123aの一部に亘って固定されているので、圧電素子のx方向の伸縮は、梁部分123の光スキャナ100の厚み方向への撓み変形に変換される。この撓み変形は、梁連結部分122を介して、ミラー部110を揺動させるための回転トルクに変換される。ミラー部110が揺動されることによって、光スキャナ100は、ミラー部110に入射する光を所定方向に走査することができる。   The operation of the optical scanner 100 will be described. First, when an alternating voltage is periodically applied between the lower electrode and the upper electrode, the polarized piezoelectric element expands or contracts in the x direction. Since the piezoelectric driving unit 130 is fixed from the protruding portion 140a of the fixing unit 140 to a part of the first portion 123a, the expansion and contraction of the piezoelectric element in the x direction is in the thickness direction of the optical scanner 100 of the beam portion 123. It is converted into a bending deformation. This bending deformation is converted into a rotational torque for swinging the mirror part 110 via the beam connecting portion 122. When the mirror unit 110 is swung, the optical scanner 100 can scan the light incident on the mirror unit 110 in a predetermined direction.

[光スキャナ100の製造方法]
光スキャナ100の製造方法を説明する。まず、厚さ約30μm〜200μmの薄長矩形のシリコン基材上において、ミラー部110、支持梁120及び固定部140に対応する部分に、マスキングのためのレジスト膜が形成される。その後、シリコン基材はエッチングされる。エッチングによって、シリコン基材においてレジスト膜が形成されている部分が、ミラー部110、支持梁120及び固定部140として形成される。最後に、レジスト膜が除去されることによって、光スキャナ100の外形が形成される。
[Method for Manufacturing Optical Scanner 100]
A method for manufacturing the optical scanner 100 will be described. First, on a thin rectangular silicon substrate having a thickness of about 30 μm to 200 μm, a resist film for masking is formed on portions corresponding to the mirror portion 110, the support beam 120, and the fixing portion 140. Thereafter, the silicon substrate is etched. The portions where the resist film is formed on the silicon base material are formed as the mirror portion 110, the support beam 120, and the fixing portion 140 by etching. Finally, the outer shape of the optical scanner 100 is formed by removing the resist film.

次に、下部電極が、切り抜かれたシリコン基材の上に形成される。具体的には、下部電極は、第3部分123b−2及び第2部分123b−1を介して、固定部140から第1部分123aの一部に亘って、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm〜0.6μmの厚さで堆積することで形成される。この堆積には、例えばスパッタや蒸着等の製膜方法が用いられる。   Next, a lower electrode is formed on the cut silicon substrate. Specifically, the lower electrode is formed of platinum (Pt) or gold (Au) from the fixing part 140 to a part of the first part 123a via the third part 123b-2 and the second part 123b-1. Etc. are deposited at a thickness of 0.2 μm to 0.6 μm. For this deposition, for example, a film forming method such as sputtering or vapor deposition is used.

次に、圧電素子が、前記した下部電極の上に形成される。具体的には、圧電素子は、前記した下部電極の上面に圧電素材を1μm〜3μmの厚さで堆積することで形成される。この堆積には、例えばナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行うエアロゾルデポジション法(例えば、特開2007−31737号公報を参照)等の製膜方法が用いられる。本実施形態では、圧電素子として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が用いられる。   Next, a piezoelectric element is formed on the aforementioned lower electrode. Specifically, the piezoelectric element is formed by depositing a piezoelectric material with a thickness of 1 μm to 3 μm on the upper surface of the lower electrode. For this deposition, for example, a film forming method such as an aerosol deposition method (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-31737) in which film formation is performed by spraying nano-sized fine particles is used. In this embodiment, lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric element.

最後に、上部電極が、圧電素子の上に形成される。具体的には、上部電極は、前記した圧電素子の上面に、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm〜0.6μmの厚さで堆積することで形成される。この堆積には、下部電極の場合と同様に、スパッタや蒸着等の製膜方法が用いられる。   Finally, the upper electrode is formed on the piezoelectric element. Specifically, the upper electrode is formed by depositing platinum (Pt), gold (Au), or the like with a thickness of 0.2 μm to 0.6 μm on the upper surface of the piezoelectric element. For this deposition, a film forming method such as sputtering or vapor deposition is used as in the case of the lower electrode.

[折り返し回数と光学振れ角との関係]
本実施形態においては、屈曲部分123bが設けられることによって、大きなミラー部110の変位量が得られる。ここでは、この屈曲部分123bにおける梁の折り返し回数を変化させ、折り返し回数とミラーの変位量との関係をシミュレーションによって調べる。
[Relationship between number of turns and optical deflection angle]
In the present embodiment, a large amount of displacement of the mirror portion 110 is obtained by providing the bent portion 123b. Here, the number of folding of the beam in the bent portion 123b is changed, and the relationship between the number of folding and the amount of displacement of the mirror is examined by simulation.

図2は、屈曲部分123bにおける折り返し回数を変化させた場合における、光スキャナ100の支持梁120周辺の平面図である。圧電駆動部130は、y方向正側に存在する梁部分123の全面に亘って設けられる。尚、簡略化のため、図2において、固定部140は省略される。   FIG. 2 is a plan view of the periphery of the support beam 120 of the optical scanner 100 when the number of turns at the bent portion 123b is changed. The piezoelectric driving unit 130 is provided over the entire surface of the beam portion 123 existing on the positive side in the y direction. For simplification, the fixing part 140 is omitted in FIG.

図2(A)は、屈曲部分123bの折り返し回数が1回の場合における、支持梁120周辺の平面図である。この場合は、屈曲部分123bが、前記した第2部分123b−1及び第3部分123b−2を含む状態に相当する。   FIG. 2A is a plan view of the periphery of the support beam 120 when the bent portion 123b is folded once. In this case, the bent portion 123b corresponds to a state including the second portion 123b-1 and the third portion 123b-2.

図2(B)は、屈曲部分123bの折り返し回数が2回の場合における、支持梁120周辺の平面図である。この場合は、屈曲部分123bが、揺動軸線ARから離間する方向に第1部分123aから伸長し、さらにミラー部110に近づくように揺動軸線ARに沿って伸長し、さらに揺動軸線ARから離間する方向に伸長し、さらにミラー部110から離間するように揺動軸線ARに沿って伸長し、その後固定部140に接続する状態である。   FIG. 2B is a plan view of the periphery of the support beam 120 when the bent portion 123b is folded twice. In this case, the bent portion 123b extends from the first portion 123a in a direction away from the swing axis AR, further extends along the swing axis AR so as to approach the mirror portion 110, and further from the swing axis AR. It is in a state where it extends in the direction of separating, further extends along the swing axis AR so as to be separated from the mirror unit 110, and then connected to the fixing unit 140.

図2(C)は、屈曲部分123bの折り返し回数が3回の場合における、支持梁120周辺の平面図である。この場合は、屈曲部分123bが、揺動軸線ARから離間する方向に第1部分123aから伸長し、さらにミラー部110に近づくように揺動軸線ARに沿って伸長し、さらに揺動軸線ARから離間する方向に伸長し、さらにミラー部110から離間するように揺動軸線ARに沿って伸長し、さらに揺動軸線ARから離間する方向に伸長し、さらにミラー部110に近づくように揺動軸線ARに沿って伸長し、その後固定部140に接続する状態である。   FIG. 2C is a plan view of the periphery of the support beam 120 when the bent portion 123b is folded three times. In this case, the bent portion 123b extends from the first portion 123a in a direction away from the swing axis AR, further extends along the swing axis AR so as to approach the mirror portion 110, and further from the swing axis AR. Extends in the direction of separating, further extends along the swing axis AR so as to be separated from the mirror portion 110, further extends in a direction away from the swing axis AR, and further swings toward the mirror portion 110. It is in a state of extending along the AR and then connecting to the fixing part 140.

図2(D)は、屈曲部分123bの折り返し回数が0回の場合における、支持梁120周辺の平面図である。この場合は、屈曲部分123bが存在しない状態に相当する。図2(D)に示される光スキャナ100は、本発明の実施形態とは言えないが、屈曲部分123bが存在する図2(A)〜(C)の場合と比較するために示される。   FIG. 2D is a plan view of the periphery of the support beam 120 when the bent portion 123b is folded back 0 times. This corresponds to a state where the bent portion 123b does not exist. The optical scanner 100 shown in FIG. 2D is not an embodiment of the present invention, but is shown for comparison with the case of FIGS. 2A to 2C in which the bent portion 123b exists.

図3(A)は、屈曲部分123bにおける折り返し回数を変化させた際の、光学振れ角の変化をシミュレーションによって調べた結果を示す図である。図3(B)は、図3(A)の結果をグラフにした図である。図3(B)において、横軸がミラーの折り返し回数に、縦軸が光学振れ角にそれぞれ対応する。尚、光学振れ角とは、ミラー部110が揺動される場合に、ミラー部110に入射する光が走査される角度のことである。即ち、光学振れ角は、ミラー部の変位量と一対一に対応する。また、全ての場合において、圧電駆動部130には、40Vの交流電圧が印加される。   FIG. 3A is a diagram showing a result of examining a change in the optical deflection angle by simulation when the number of turns at the bent portion 123b is changed. FIG. 3B is a graph showing the result of FIG. In FIG. 3B, the horizontal axis corresponds to the number of mirror folding times, and the vertical axis corresponds to the optical deflection angle. The optical deflection angle is an angle at which light incident on the mirror unit 110 is scanned when the mirror unit 110 is swung. That is, the optical deflection angle has a one-to-one correspondence with the amount of displacement of the mirror portion. In all cases, an AC voltage of 40 V is applied to the piezoelectric drive unit 130.

図3において、折り返しがなしの場合(図2(D))よりも、屈曲部分123bが存在する場合の方が、光学振れ角が大きい。即ち、屈曲部分123bが設けられることによって、大きなミラー部110の変位量が得られることが確認される。さらに、光学振れ角は、折り返し回数が1回の場合に最大となる。折り返し回数が2回以上の場合、光学振れ角は、折り返し回数が増加するに従って減少する。即ち、屈曲部分123bの折り返し回数は、1回が最も有効である。   In FIG. 3, the optical deflection angle is larger in the case where the bent portion 123b exists than in the case where there is no folding (FIG. 2D). That is, it is confirmed that a large amount of displacement of the mirror portion 110 can be obtained by providing the bent portion 123b. Furthermore, the optical deflection angle becomes maximum when the number of times of folding is one. When the number of times of folding is two or more, the optical deflection angle decreases as the number of times of folding increases. In other words, the number of times of folding of the bent portion 123b is most effective.

[屈曲部分123bの長さと光学振れ角との関係]
前記した様に、屈曲部分123bの折り返し回数は、1回が最も有効である。ここでは、屈曲部分123bの折り返し回数が1回の場合において、屈曲部分123bのx方向の長さと光学振れ角との関係を調べる。図4は、光スキャナ100の支持梁120周辺の拡大平面図である。第1部分123aのx方向の長さは、長さL1とされる。第3部分123b−2のx方向の長さは、長さL2とされる。圧電駆動部130は、梁部分123の全面に亘って設けられる。尚、簡略化のため、図4において、固定部140は省略される。以下、長さL2を長さL1で除した値である折り返し割合L2/L1と、光学振れ角との関係を示す。
[Relationship between the length of the bent portion 123b and the optical deflection angle]
As described above, it is most effective to turn the bent portion 123b once. Here, the relationship between the length of the bent portion 123b in the x direction and the optical deflection angle is examined when the number of turns of the bent portion 123b is one. FIG. 4 is an enlarged plan view around the support beam 120 of the optical scanner 100. The length of the first portion 123a in the x direction is a length L1. The length of the third portion 123b-2 in the x direction is a length L2. The piezoelectric drive unit 130 is provided over the entire surface of the beam portion 123. For simplification, the fixing part 140 is omitted in FIG. Hereinafter, the relationship between the folding ratio L2 / L1, which is a value obtained by dividing the length L2 by the length L1, and the optical deflection angle is shown.

図5(A)は、折り返し割合L2/L1を変化させた際の、光学振れ角の変化をシミュレーションによって調べた結果を示す図である。比較のために、折り返し割合L2/L1が0%の場合の結果も示される。折り返し割合L2/L1が0%の場合は、図2(D)に示される場合と同様に、屈曲部分123bが存在しない状態に相当する。図5(B)は、図5(A)の結果をグラフにした図である。図5(B)において、横軸が折り返し割合L2/L1に、縦軸が光学振れ角にそれぞれ対応する。全ての場合において、圧電駆動部130には、40Vの交流電圧が印加される。   FIG. 5A is a diagram showing a result of examining a change in the optical deflection angle by simulation when the folding ratio L2 / L1 is changed. For comparison, a result in the case where the folding ratio L2 / L1 is 0% is also shown. When the folding ratio L2 / L1 is 0%, as in the case shown in FIG. 2D, this corresponds to a state in which the bent portion 123b does not exist. FIG. 5B is a graph showing the result of FIG. In FIG. 5B, the horizontal axis corresponds to the folding ratio L2 / L1, and the vertical axis corresponds to the optical deflection angle. In all cases, an AC voltage of 40 V is applied to the piezoelectric drive unit 130.

図5において、屈曲部分123b存在しない状態(L2/L1=0%)において、光学振れ角は最小である。そして、折り返し割合L2/L1が25%〜50%までは、折り返し割合L2/L1が増加するに従って、光学振れ角も増加する。折り返し割合L2/L1が75%の場合において、光学振れ角は、折り返し割合L2/L1が50%の場合よりも減少する。そして、折り返し割合L2/L1が100%以上の領域において、光学振れ角は、折り返し割合L2/L1が増加するに従って再び増加する。そして、折り返し割合L2/L1が100%以上の領域における光学振れ角の値は、折り返し割合L2/L1が100%以下の領域における光学振れ角の値よりも大きい。従って、折り返し割合L2/L1が100%以上の領域の場合、換言すれば、第3部分123b−2のx方向の長さが、第1部分123aのx方向の長さよりも長くなるように形成される場合、大きな光学振れ角、即ち大きなミラー部の変位量が得られる。   In FIG. 5, the optical deflection angle is minimum in the state where the bent portion 123b does not exist (L2 / L1 = 0%). When the folding ratio L2 / L1 is 25% to 50%, the optical deflection angle increases as the folding ratio L2 / L1 increases. When the folding ratio L2 / L1 is 75%, the optical deflection angle is smaller than when the folding ratio L2 / L1 is 50%. In the region where the folding ratio L2 / L1 is 100% or more, the optical deflection angle increases again as the folding ratio L2 / L1 increases. The value of the optical deflection angle in the region where the folding ratio L2 / L1 is 100% or more is larger than the value of the optical deflection angle in the region where the folding ratio L2 / L1 is 100% or less. Therefore, in the case where the folding ratio L2 / L1 is 100% or more, in other words, the length of the third portion 123b-2 in the x direction is longer than the length of the first portion 123a in the x direction. In this case, a large optical deflection angle, that is, a large amount of displacement of the mirror portion can be obtained.

<変形例>
本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその変形の一例を述べる。
<Modification>
The present invention is not limited to the embodiments described so far, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention. An example of the modification will be described below.

前記した実施形態において、光スキャナ100は、図1に示される様に、ミラー部110が一対の支持梁120によって両持支持される形状である。しかし、例えば、ミラー部110が一本の支持梁120によって片持支持される形状であっても良い。要は、梁部分123が屈曲部分123bを有する構成であれば、片持ちでも両持ちでも差し支えない。   In the above-described embodiment, the optical scanner 100 has a shape in which the mirror unit 110 is supported by a pair of support beams 120 as shown in FIG. However, for example, the mirror unit 110 may be cantilevered by the single support beam 120. In short, as long as the beam portion 123 has a bent portion 123b, it can be either cantilevered or cantilevered.

前記した実施形態において、光スキャナ100は、図1に示される様に、ミラー部110から伸長するミラー接続部分121が梁連結部分122に接続され、その梁連結部分122に一対の梁部分123が接続される。しかし、ミラー接続部分121及び梁連結部分122が省略されても良い。図6は、第1の実施形態の変形例である光スキャナ200の平面図である。光スキャナ100と同様の構成は、同一の図番を付与することで説明を省略する。支持梁220は、ミラー部110の中心位置を通過するy方向に平行な仮想軸線に対して線対称になるように、一対設けられる。支持梁220は、ミラー接続部分及び梁連結部分を有さず、一対の梁部分223のみを有する。梁部分223は、第1部分223a及び屈曲部分223bを含む。梁部分223は、揺動軸線ARに対して線対称となるように、一対設けられる。第1部分223aの一端は、ミラー部110に接続される。第1部分223aは、ミラー部110から離れる方向に、揺動軸線ARに沿って伸張する。屈曲部分223bの一端は、第1部分223aの他端に接続される。屈曲部分223bは、揺動軸線ARを含む平面上で揺動軸線ARから離間する方向及び揺動軸線ARに沿う方向に屈曲する。屈曲部分223bの他端は、固定部140の突出部分140aに接続される。屈曲部分223bは、第2部分223b−1及び第3部分223b−2を含む。第2部分223b−1の一端は、第1部分223aの他端に接続される。第2部分223b−1は、揺動軸線ARから離間する方向に伸長する。具体的には、第2部分223b−1は、揺動軸線ARから離間するように、y方向に沿って伸張する。第3部分223b−2の一端は、第2部分223b−1の他端に接続される。第3部分223b−2は、揺動軸線ARに沿って、ミラー部110に近づく方向に伸張する。第3部分223b−2の他端は、固定部140の突出部140aに接続される。この光スキャナ200も、本発明の意図する範囲に当然含まれる。   In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, in the optical scanner 100, the mirror connecting portion 121 extending from the mirror portion 110 is connected to the beam connecting portion 122, and the beam connecting portion 122 has a pair of beam portions 123. Connected. However, the mirror connecting part 121 and the beam connecting part 122 may be omitted. FIG. 6 is a plan view of an optical scanner 200 that is a modification of the first embodiment. The same configuration as that of the optical scanner 100 is assigned the same drawing number and the description thereof is omitted. A pair of support beams 220 are provided so as to be line symmetric with respect to a virtual axis parallel to the y direction passing through the center position of the mirror part 110. The support beam 220 does not have a mirror connection portion and a beam connection portion, and has only a pair of beam portions 223. The beam portion 223 includes a first portion 223a and a bent portion 223b. A pair of beam portions 223 are provided so as to be line symmetric with respect to the swing axis AR. One end of the first portion 223 a is connected to the mirror unit 110. The first portion 223a extends along the swing axis AR in a direction away from the mirror unit 110. One end of the bent portion 223b is connected to the other end of the first portion 223a. The bent portion 223b bends in a direction away from the swing axis AR and in a direction along the swing axis AR on a plane including the swing axis AR. The other end of the bent portion 223b is connected to the protruding portion 140a of the fixed portion 140. The bent portion 223b includes a second portion 223b-1 and a third portion 223b-2. One end of the second portion 223b-1 is connected to the other end of the first portion 223a. The second portion 223b-1 extends in a direction away from the swing axis AR. Specifically, the second portion 223b-1 extends along the y direction so as to be separated from the swing axis AR. One end of the third portion 223b-2 is connected to the other end of the second portion 223b-1. The third portion 223b-2 extends in a direction approaching the mirror unit 110 along the swing axis AR. The other end of the third portion 223b-2 is connected to the protruding portion 140a of the fixing portion 140. This optical scanner 200 is naturally included in the intended scope of the present invention.

100,200,500 光スキャナ
110,511 ミラー部
120,220 支持梁
121 ミラー接続部分
122 梁連結部分
123,223 梁部分
123a,223a 第1部分
123b,223b 屈曲部分
123b−1,223b−1 第2部分
123b−2,223b−2 第3部分
130,530 圧電駆動部
140,514 固定部
140a 突出部分
510 基体
512 第1弾性梁
513 第2弾性梁
520 台座
521 台座接合部
AR 揺動軸線
L1 第1部分123aのx方向の長さ
L2 屈曲部分123bのx方向の長さ
100, 200, 500 Optical scanner 110, 511 Mirror part 120, 220 Support beam 121 Mirror connection part 122 Beam connection part 123, 223 Beam part 123a, 223a First part 123b, 223b Bending part 123b-1, 223b-1 Second Portions 123b-2 and 223b-2 Third portions 130 and 530 Piezoelectric driving portions 140 and 514 Fixed portion 140a Protruding portion 510 Base 512 First elastic beam 513 Second elastic beam 520 Base 521 Base joint AR Swing axis L1 First Length L2 in the x direction of the portion 123a Length in the x direction of the bent portion 123b

Claims (5)

揺動軸線の周りに揺動され、入射する光を所定方向に走査するミラー部と、
前記ミラー部から延出する支持梁と、
前記支持梁が連結される固定部と、
前記固定部から前記支持梁の一部に亘って設けられ、前記ミラー部及び前記支持梁を揺動駆動させる圧電駆動部とを備え、
前記支持梁は、
前記揺動軸線に対して対称になるように配置され、前記固定部に接続される一対の梁部分を有し、
前記一対の梁部分は、
前記ミラー部から離れる方向に、前記揺動軸線に沿って伸張する第1部分と、
前記第1部分に接続され、前記揺動軸線を含む平面上で前記揺動軸線から離間する方向及び前記揺動軸線に沿う方向に屈曲し、前記固定部に接続される屈曲部分を有する、
ことを特徴とする光スキャナ。
A mirror that is swung around a swing axis and scans incident light in a predetermined direction;
A support beam extending from the mirror portion;
A fixing part to which the support beam is coupled;
A piezoelectric drive unit that is provided over a part of the support beam from the fixed unit, and that swings and drives the mirror unit and the support beam;
The support beam is
It is arranged so as to be symmetric with respect to the swing axis, and has a pair of beam parts connected to the fixed part,
The pair of beam portions is
A first portion extending along the swing axis in a direction away from the mirror portion;
A bent portion connected to the first portion, bent in a direction away from the swing axis and in a direction along the swing axis on a plane including the swing axis, and connected to the fixed portion;
An optical scanner characterized by that.
前記屈曲部分は、
その一端が前記第1部分に接続され、前記揺動軸線から離間する方向に伸張する第2部分と、
その一端が前記第2部分の他端に接続され、前記ミラー部に近づく方向に、前記揺動軸線に沿って伸張し、その他端が前記固定部に接続される第3部分とを有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の光スキャナ。
The bent portion is
A second portion having one end connected to the first portion and extending away from the swing axis;
One end of the second portion is connected to the other end of the second portion, the third portion extends along the swing axis in a direction approaching the mirror portion, and the other end is connected to the fixed portion.
The optical scanner according to claim 1.
前記第3部分は、
前記第3部分の前記揺動軸線に沿う方向の長さが、前記第1部分の前記揺動軸線に沿う方向の長さよりも長くなるように形成される、
ことを特徴とする請求項2に記載の光スキャナ。
The third part is
The length of the third portion in the direction along the swing axis is formed to be longer than the length of the first portion in the direction along the swing axis.
The optical scanner according to claim 2.
前記圧電駆動部は、少なくとも前記固定部から前記第3部分を介して前記第2部分に亘って設けられる、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の光スキャナ。
The piezoelectric driving unit is provided from at least the fixed part to the second part via the third part,
The optical scanner according to claim 2, wherein the optical scanner is an optical scanner.
前記支持梁はさらに、
前記ミラー部にその一端が接続され、前記揺動軸線に沿う方向に伸長するミラー接続部分と、
前記ミラー接続部分の他端に接続され、前記揺動軸線を含む平面上で前記揺動軸線に直交する方向に伸長する梁接続部分とを有し、
前記第1部分は、
その一端が前記梁接続部分の両端の夫々に接続され、
その他端が前記第2部分の一端に接続される、
ことを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の光スキャナ。
The support beam further includes
One end of the mirror is connected to the mirror portion, and a mirror connecting portion extending in a direction along the swing axis,
A beam connecting portion connected to the other end of the mirror connecting portion and extending in a direction perpendicular to the swing axis on a plane including the swing axis;
The first part is
One end thereof is connected to each of both ends of the beam connecting portion,
The other end is connected to one end of the second part.
The optical scanner according to claim 2, wherein the optical scanner is an optical scanner.
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