JP2011137911A - Vibrating mirror element - Google Patents

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Hidetoshi Kodera
秀俊 小寺
Isaku Jinno
伊策 神野
Manabu Murayama
学 村山
Naoki Inoue
尚樹 井上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibrating mirror element which accurately reflects light at a mirror part. <P>SOLUTION: The vibrating mirror element 100 includes: a cantilever-shaped driving part 31 which extends in Y-direction in a straight line form and includes an end part 31a formed on Y1 side, an end part 31b formed on Y2 side, and a connection part 31c formed on the end part 31b side; a mirror supporting part 32 which is connected to the connection part 31c of the driving part 31 and so formed to have substantially the same inclination as that of the connection part 31c when the driving part 31 drives; and an X-direction optical scanning part 10 which is turned around the turning center R2 extending in X-direction by being supported by the mirror supporting part 32 so as to have substantially the same inclination as that of the connection part 31c, wherein the turning center R2 is disposed at the position which passes through substantially the center R4 of a straight line (tangential lines C1 and D1) which extends in the Y-direction connecting the end part 31a and the connection part 31c of the diving part 31 when the driving part 31 does not drive. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、振動ミラー素子に関し、特に、駆動部を備える振動ミラー素子に関する。   The present invention relates to a vibrating mirror element, and more particularly to a vibrating mirror element provided with a drive unit.

従来、駆動部を備える振動ミラー素子が知られている(たとえば、特許文献1および2参照)。   Conventionally, a vibrating mirror element including a drive unit is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

上記特許文献1には、一対の駆動部と、一対の駆動部の間に挟み込まれるように配置され、X方向に延びる回動中心回りに一対の駆動部によって回動されるミラー部と、一対の駆動部とミラー部とを取り囲むように配置された支持部とを備える光偏向器が開示されている。この一対の駆動部の各々の一方端部は、それぞれ、ミラー部とY方向(X方向と同一面内で直交する方向)の一方側および他方側で接続されている。また、一対の駆動部の各々の他方端部は、Y方向のミラー部が配置されている側とは反対側で支持部によって固定されている。また、一対の駆動部の各々は、X方向に延びる圧電アクチュエータがY方向に複数並べられた状態で配置されており、複数の圧電アクチュエータの各々の端部において互いに折り返されることによって連続的に接続されている。また、隣接する圧電アクチュエータには、逆の位相の電圧が印加されることによって、隣接する圧電アクチュエータが逆方向に変形するように構成されている。   In Patent Document 1, a pair of drive units, a mirror unit disposed so as to be sandwiched between the pair of drive units, and rotated by a pair of drive units around a rotation center extending in the X direction, and a pair of An optical deflector is disclosed that includes a drive unit and a support unit disposed so as to surround the mirror unit. One end of each of the pair of drive units is connected to the mirror unit on one side and the other side in the Y direction (a direction orthogonal to the X direction in the same plane). Further, the other end of each of the pair of drive units is fixed by a support unit on the side opposite to the side where the Y-direction mirror unit is disposed. In addition, each of the pair of drive units is arranged in a state in which a plurality of piezoelectric actuators extending in the X direction are arranged in the Y direction, and are continuously connected by being folded back at each end of the plurality of piezoelectric actuators. Has been. Further, the adjacent piezoelectric actuators are configured to be deformed in the reverse direction when a voltage having an opposite phase is applied to the adjacent piezoelectric actuators.

また、上記特許文献2には、X方向の一方側に形成された固定端部と、X方向の他方側に形成された自由端部とを含み、X方向に沿って直線状に延びる一対の片持ち梁と、Y方向(X方向と同一面内で直交する方向)において一対の片持ち梁に挟まれるように配置され、X方向に沿って片持ち梁と同様の長さで延びる折り返し梁(支持部)と、一対の片持ち梁の自由端部と折り返し梁の一方端部(一対の片持ち梁の自由端部側)とを接続する連結部材と、折り返し梁の他方端部(一対の片持ち梁の固定端部側)と接続され、回動可能な変位部材(ミラー部)とを備える変位素子が開示されている。この変位素子では、一対の片持ち梁の自由端部を変位させて連結部材を変位させることによって、折り返し梁が傾斜されて変位部材が変位されるように構成されている。また、上記特許文献2に記載の変位素子では、一対の片持ち梁の固定端部と変位部材とが、Y方向に延びる直線上に位置するように配置されている。   Further, Patent Document 2 includes a pair of a fixed end portion formed on one side in the X direction and a free end portion formed on the other side in the X direction, and extending linearly along the X direction. A cantilever beam and a folded beam that is arranged so as to be sandwiched between a pair of cantilever beams in the Y direction (a direction orthogonal to the X direction in the same plane) and extends in the same direction as the cantilever beam along the X direction (Supporting portion), a connecting member that connects a free end portion of the pair of cantilever beams and one end portion of the folded beam (the free end portion side of the pair of cantilever beams), and the other end portion (a pair of folded beams) A displacement element is disclosed which is connected to a fixed end portion of the cantilever and includes a rotatable displacement member (mirror portion). In this displacement element, the free end portion of the pair of cantilever beams is displaced to displace the connecting member, whereby the folded beam is inclined and the displacement member is displaced. Further, in the displacement element described in Patent Document 2, the fixed end portions of the pair of cantilevers and the displacement member are arranged so as to be positioned on a straight line extending in the Y direction.

特開2009−169290号公報JP 2009-169290 A WO2005/059933号公報WO2005 / 059933

しかしながら、上記特許文献1に記載の光偏向器では、隣接する圧電アクチュエータが逆方向に変形するように構成されているため、隣接する圧電アクチュエータが変形されることによって生じる各々の傾斜は異なっていると考えられる。このため、一対の駆動部が駆動された際、一対の駆動部の間に配置されたミラー部の回動中心は、一対の駆動部が非駆動の状態における回動中心の位置よりも上下方向に移動すると考えられる。このため、ミラー部の回動中心の位置を一定に維持することができないので、一対の駆動部の駆動状態に応じてミラー部の回動中心の位置が変化することに起因して、ミラー部において光を精度よく反射させることが困難であるという問題点がある。   However, the optical deflector described in Patent Document 1 is configured such that adjacent piezoelectric actuators are deformed in the opposite direction, and therefore each inclination generated by the deformation of adjacent piezoelectric actuators is different. it is conceivable that. For this reason, when the pair of drive units are driven, the rotation center of the mirror unit disposed between the pair of drive units is in the vertical direction relative to the position of the rotation center when the pair of drive units is not driven. It is considered to move to. For this reason, since the position of the center of rotation of the mirror unit cannot be maintained constant, the position of the center of rotation of the mirror unit changes according to the driving state of the pair of drive units. However, it is difficult to accurately reflect light.

また、上記特許文献2に記載の変位素子では、一対の片持ち梁の固定端部と変位部材とが、Y方向に延びる直線上に位置するように配置されているため、一対の片持ち梁が変位された際、変位部材の回動中心は、一対の片持ち梁が変位していない時の変位部材の位置よりも下方に移動すると考えられる。このため、変位部材の回動中心の位置を一定に維持することができないので、一対の片持ち梁の駆動状態に応じて変位部材の回動中心の位置が変化することに起因して、変位部材において光を精度よく反射させることが困難であるという問題点がある。   Further, in the displacement element described in Patent Document 2, the fixed end portions of the pair of cantilevers and the displacement member are arranged so as to be positioned on a straight line extending in the Y direction. When is displaced, the rotation center of the displacement member is considered to move downward relative to the position of the displacement member when the pair of cantilevers are not displaced. For this reason, since the position of the rotation center of the displacement member cannot be maintained constant, the position of the rotation center of the displacement member changes according to the driving state of the pair of cantilevers. There is a problem that it is difficult to accurately reflect light on the member.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、ミラー部において光を精度よく反射させることが可能な振動ミラー素子を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a vibrating mirror element capable of accurately reflecting light at a mirror portion. .

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

この発明の一の局面による振動ミラー素子は、第1方向の一方側に形成された固定端と、第1方向の他方側に形成された自由端と、自由端側に形成された接続部とを含み、第1方向に沿って直線状に延びるとともに、変形可能な片持ち梁状の第1駆動部と、第1駆動部の接続部と接続され、第1駆動部の駆動時に、接続部における傾斜と略同じ傾斜になるように構成されたミラー支持部と、ミラー支持部により接続部における傾斜と略同じ傾斜になるように支持されることによって、第1方向と直交する第2方向に延びる第1回動中心回りに回動されるミラー部とを備え、第1回動中心は、第1駆動部の非駆動状態において、第1駆動部の固定端と接続部とを結ぶ第1方向に延びる直線の略中央を通る位置に配置されている。   A vibrating mirror element according to one aspect of the present invention includes a fixed end formed on one side in the first direction, a free end formed on the other side in the first direction, and a connection portion formed on the free end side. And is connected to the deformable cantilever-shaped first drive unit and the connection unit of the first drive unit, and when the first drive unit is driven, the connection unit In the second direction orthogonal to the first direction, the mirror support portion is configured to have substantially the same inclination as the inclination in the above, and is supported by the mirror support portion so as to have substantially the same inclination as the inclination in the connection portion. And a mirror portion that rotates about a first rotation center that extends, and the first rotation center connects the fixed end of the first drive portion and the connection portion when the first drive portion is not driven. It is arranged at a position passing through the approximate center of a straight line extending in the direction.

この発明の一の局面による振動ミラー素子では、上記のように、ミラー部をミラー支持部により接続部における傾斜と略同じ傾斜になるように支持されるように構成することによって、第1駆動部が駆動されて第1駆動部の接続部とともにミラー部が傾斜した際、ミラー部を接続部と略同じ傾斜角度で傾斜させることができる。すなわち、第1回動中心は、第1駆動部の駆動状態および非駆動状態にかかわらず、接続部における接線を通る位置に略配置される。さらに、第1駆動部の非駆動状態において、第1回動中心が第1駆動部の固定端と接続部とを結ぶ第1方向に延びる直線の略中央を通る位置に配置されることによって、第1駆動部の駆動状態および非駆動状態にかかわらず、第1回動中心と第1駆動部の接続部との距離と、第1回動中心と第1駆動部の固定端との距離とを略同じにすることができる。これにより、第1駆動部の接続部を、第1駆動部の駆動状態と非駆動状態とにかかわらず、常に、第1回動中心と接続部とを結ぶ直線(接続部における接線)を半径とし、第1回動中心を中心とする円弧上に略位置させることができる。この結果、第1回動中心を第1駆動部の駆動状態と非駆動状態とにかかわらず略不動の位置に配置することができる。したがって、第1回動中心の位置が略変化しない状態でミラー部を第1回動中心回りに、接続部における傾斜と略同じ傾斜になるように回動させることができるので、ミラー部において光を精度よく反射させることができる。   In the oscillating mirror element according to one aspect of the present invention, as described above, the mirror unit is configured to be supported by the mirror support unit so as to have substantially the same inclination as the inclination in the connection part, thereby providing the first drive unit. When the mirror part is tilted together with the connecting part of the first driving part, the mirror part can be tilted at substantially the same tilt angle as the connecting part. That is, the first rotation center is substantially disposed at a position passing through the tangent line in the connection portion regardless of the driving state and the non-driving state of the first driving portion. Furthermore, in the non-driving state of the first drive unit, the first rotation center is disposed at a position passing through the approximate center of the straight line extending in the first direction connecting the fixed end of the first drive unit and the connection unit, Regardless of the drive state and non-drive state of the first drive unit, the distance between the first rotation center and the connection part of the first drive unit, and the distance between the first rotation center and the fixed end of the first drive unit Can be made substantially the same. Thus, the radius of the connecting portion of the first driving unit is always a straight line (tangent line at the connecting portion) connecting the first rotation center and the connecting portion regardless of the driving state and non-driving state of the first driving unit. And approximately positioned on an arc centered on the first rotation center. As a result, the first rotation center can be disposed at a substantially fixed position regardless of whether the first drive unit is driven or not. Accordingly, the mirror portion can be rotated around the first rotation center so as to have substantially the same inclination as that of the connection portion in a state where the position of the first rotation center does not substantially change. Can be accurately reflected.

上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、第1駆動部を変形させながら駆動する際に、第1回動中心は、第1駆動部の固定端における接線と第1駆動部の接続部における接線との交点を通る位置に配置されるとともに、第1回動中心の位置が略変化しないように構成されている。このように構成すれば、第1駆動部を変形させながら駆動する場合であっても、容易に、第1回動中心を第1駆動部の駆動状態と非駆動状態とにかかわらず略不動の位置に配置することができる。   In the oscillating mirror element according to the above aspect, preferably, when the first drive unit is driven while being deformed, the first rotation center is a tangent at the fixed end of the first drive unit and the connection unit of the first drive unit. It is arranged at a position passing through the intersection with the tangent at, and the position of the first rotation center is not substantially changed. If comprised in this way, even if it is a case where it drives, deforming the 1st drive part, the 1st rotation center will be made substantially immovable irrespective of the drive state of the 1st drive part, and the non-drive state. Can be placed in position.

上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、第1駆動部を変形させながら駆動する際に、ミラー支持部およびミラー部は、第1駆動部の接続部における傾斜と略同じ傾斜を有する略同一の平面上に位置するように構成されている。このように構成すれば、第1駆動部の接続部の傾斜と、ミラー支持部の傾斜と、ミラー部の傾斜とが略同一になるように維持した状態でミラー部を第1回動中心回りに傾斜させることができる。   In the oscillating mirror element according to the above aspect, preferably, when the first drive unit is driven while being deformed, the mirror support unit and the mirror unit have substantially the same inclination as that of the connection part of the first drive unit. It is comprised so that it may be located on the same plane. With this configuration, the mirror unit is rotated around the first rotation center in a state where the inclination of the connection portion of the first drive unit, the inclination of the mirror support unit, and the inclination of the mirror unit are maintained substantially the same. Can be tilted.

上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、第1駆動部およびミラー支持部は、第2方向におけるミラー部の両側にミラー部を挟むように一対設けられており、一対の第1駆動部の固定端は、共に第1方向におけるミラー部の一方側に配置され、一対の第1駆動部の自由端は、共に第1方向におけるミラー部の他方側に配置され、第1回動中心は、一対の第1駆動部の非駆動状態において、一対の第1駆動部の固定端と接続部とを結ぶ第1方向に延びる直線の略中央を通る位置に配置されている。このように構成すれば、第1回動中心を一対の第1駆動部の駆動状態と非駆動状態とにかかわらず略不動の位置に配置した状態で、一対の第1駆動部の各々の接続部における傾斜を略同じ傾斜角度に制御することができるので、ミラー支持部およびミラー部を一対の第1駆動部の各々の接続部と略同じ傾斜角度で第1回動中心回りに傾斜させることができる。この結果、ミラー部において光を精度よく反射させることができる。また、第1駆動部およびミラー支持部を、第2方向におけるミラー部の両側にミラー部を挟むように一対設けることによって、第2方向の両側からミラー部を支持した状態でミラー部を第1回動中心回りに回動させることができるので、より安定的にミラー部を回動させることができる。   In the vibrating mirror element according to the above aspect, preferably, the first drive unit and the mirror support unit are provided in a pair so as to sandwich the mirror unit on both sides of the mirror unit in the second direction, and the pair of first drive units The fixed ends of the first drive unit are arranged on one side of the mirror unit in the first direction, the free ends of the pair of first drive units are arranged on the other side of the mirror unit in the first direction, and the first rotation center is In a non-driving state of the pair of first drive units, the pair of first drive units are disposed at positions passing through substantially the center of a straight line extending in the first direction connecting the fixed ends of the pair of first drive units and the connection unit. If comprised in this way, each connection of a pair of 1st drive part is in the state which has arrange | positioned the 1st rotation center in the substantially fixed position irrespective of the drive state and non-drive state of a pair of 1st drive part. Since the inclination in the part can be controlled to substantially the same inclination angle, the mirror support part and the mirror part are inclined around the first rotation center at substantially the same inclination angle as each connection part of the pair of first drive parts. Can do. As a result, it is possible to accurately reflect light at the mirror portion. Further, by providing a pair of the first drive unit and the mirror support unit so as to sandwich the mirror unit on both sides of the mirror unit in the second direction, the first mirror unit is supported in a state where the mirror unit is supported from both sides in the second direction. Since it can be rotated around the rotation center, the mirror portion can be rotated more stably.

この場合、好ましくは、一対の第1駆動部は、電圧が印加されることによって駆動するように構成されており、一対の第1駆動部には、略同じ位相の電圧が印加されるように構成されている。このように構成すれば、容易に、一対の第1駆動部において同じ方向(ミラー部を回動させる方向)に同程度の変形を起こさせることができる。   In this case, preferably, the pair of first driving units are configured to be driven by applying a voltage, and the pair of first driving units are applied with voltages having substantially the same phase. It is configured. If comprised in this way, a deformation | transformation comparable as the same direction (direction which rotates a mirror part) can be made to raise | generate easily in a pair of 1st drive part.

上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、第1駆動部の接続部は、第1駆動部の自由端近傍に形成され、ミラー支持部は、ミラー支持部の一方端部近傍において第1駆動部の接続部と接続され、接続部から第1駆動部の固定端側に向かって第1方向に沿って直線状に延びるように形成されているとともに、ミラー支持部の他方端部近傍においてミラー部と接続されている。このように構成すれば、片持ち梁形状の第1駆動部において変位が最も生じる自由端近傍に第1駆動部の接続部を形成することにより、接続部における傾斜角度をより大きくすることができるので、ミラー部の傾斜可能な角度範囲をより広く確保することができる。   In the vibrating mirror element according to the above aspect, preferably, the connection portion of the first drive portion is formed in the vicinity of the free end of the first drive portion, and the mirror support portion is the first in the vicinity of one end portion of the mirror support portion. In the vicinity of the other end of the mirror support portion, it is connected to the connecting portion of the driving portion and is formed to extend linearly along the first direction from the connecting portion toward the fixed end side of the first driving portion. Connected to the mirror section. If comprised in this way, the inclination angle in a connection part can be enlarged more by forming the connection part of a 1st drive part in the free end vicinity which a displacement produces most in a 1st drive part of a cantilever shape. Therefore, a wider angle range in which the mirror portion can be tilted can be secured.

上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、第1方向において、第1駆動部の長さは、ミラー部の長さよりも大きい。このように構成すれば、第1駆動部の長さが大きい分、第1駆動部の駆動力を大きくすることができるので、第1駆動部の接続部における傾斜角度をより大きくすることができる。これにより、ミラー部の傾斜可能な角度範囲をより広く確保することができる。   In the vibrating mirror element according to the above aspect, the length of the first drive unit is preferably greater than the length of the mirror unit in the first direction. If comprised in this way, since the drive force of a 1st drive part can be enlarged by the length of a 1st drive part, the inclination angle in the connection part of a 1st drive part can be enlarged more. . Thereby, the angle range which can incline a mirror part can be ensured more widely.

この場合、好ましくは、第1方向において、第1駆動部の長さは、ミラー部の長さの2倍以上である。このように構成すれば、容易に、第1駆動部の駆動力を大きくすることができるので、容易に、第1駆動部の接続部における傾斜角度を大きくすることができる。   In this case, preferably, in the first direction, the length of the first drive unit is at least twice the length of the mirror unit. If comprised in this way, since the drive force of a 1st drive part can be enlarged easily, the inclination angle in the connection part of a 1st drive part can be enlarged easily.

上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、ミラー部は、ミラーと、ミラーの面内方向において第1回動中心と直交する第2回動中心回りにミラーを回動させる第2駆動部とを含む。このように構成すれば、ミラーにおいて第1回転中心回りに光を精度よく反射させることが可能であるとともに、第1回動中心回りの回動と第2回動中心回りの回動とによって、2次元的に光を走査することができる。   In the oscillating mirror element according to the above aspect, preferably, the mirror unit includes a mirror and a second driving unit that rotates the mirror around a second rotation center that is orthogonal to the first rotation center in the in-plane direction of the mirror. Including. With this configuration, it is possible to accurately reflect light around the first rotation center in the mirror, and by turning around the first rotation center and turning around the second rotation center, Light can be scanned two-dimensionally.

この場合、好ましくは、第1駆動部は、第1周波数に基づいて、ミラー部を第1回動中心回りに回動させるように構成されており、第2駆動部は、第1周波数よりも大きい第2周波数に基づいて、ミラーを第2回動中心回りに回動させるように構成されている。このように構成すれば、ミラー部が第1回動中心回りよりも第2回動中心回りにより大きな周波数で回動するように構成された状態で2次元的に光を走査することができる。   In this case, preferably, the first drive unit is configured to rotate the mirror unit around the first rotation center based on the first frequency, and the second drive unit is configured to rotate more than the first frequency. Based on the large second frequency, the mirror is configured to rotate around the second rotation center. With this configuration, it is possible to scan light two-dimensionally in a state where the mirror unit is configured to rotate at a higher frequency around the second rotation center than around the first rotation center.

上記一の局面による振動ミラー素子において、好ましくは、第1駆動部、ミラー支持部およびミラー部は、一体的に形成されている。このように構成すれば、第1駆動部とミラー支持部との接続およびミラー支持部とミラー部との接続を別途行う必要がないので、振動ミラー素子の製造工程を簡素化することができる。   In the vibrating mirror element according to the above aspect, the first drive unit, the mirror support unit, and the mirror unit are preferably integrally formed. With this configuration, it is not necessary to separately connect the first drive unit and the mirror support unit and the mirror support unit and the mirror unit, so that the manufacturing process of the vibrating mirror element can be simplified.

本発明の一実施形態による振動ミラー素子の構造を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the structure of the vibration mirror element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。It is the top view which showed the structure of the vibration mirror element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による振動ミラー素子の構造を示した側面図である。It is the side view which showed the structure of the vibration mirror element by one Embodiment of this invention. 図2に示した振動ミラー素子の1000−1000線に沿った拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line 1000-1000 of the vibrating mirror element shown in FIG. 図2に示した振動ミラー素子の2000−2000線に沿った拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the oscillating mirror element shown in FIG. 2 taken along line 2000-2000. 図2に示した振動ミラー素子の3000−3000線に沿った拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the oscillating mirror element shown in FIG. 2 taken along line 3000-3000. 図2に示した振動ミラー素子の4000−4000線に沿った拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the oscillating mirror element shown in FIG. 2 taken along line 4000-4000. 図3〜図7に示した振動ミラー素子の圧電アクチュエータ近傍を示した拡大断面図である。FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of a piezoelectric actuator of the vibrating mirror element shown in FIGS. 本発明の一実施形態による振動ミラー素子が所定の角度(傾斜角度θ1)で傾斜した状態を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the state which the vibration mirror element by one Embodiment of this invention inclined with the predetermined | prescribed angle (inclination angle (theta) 1). 本発明の一実施形態による振動ミラー素子が所定の角度(傾斜角度θ1)で傾斜した状態を示した側面図である。It is the side view which showed the state in which the vibration mirror element by one Embodiment of this invention inclined with the predetermined | prescribed angle (inclination angle (theta) 1). 本発明の一実施形態による振動ミラー素子が所定の角度(傾斜角度θ2)で傾斜した状態を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the state which the vibration mirror element by one Embodiment of this invention inclined with the predetermined | prescribed angle (inclination angle (theta) 2). 本発明の一実施形態による振動ミラー素子が所定の角度(傾斜角度θ2)で傾斜した状態を示した側面図である。It is the side view which showed the state in which the vibration mirror element by one Embodiment of this invention inclined with the predetermined | prescribed angle (inclination angle (theta) 2). 本発明の一実施形態による振動ミラー素子の製造工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing process of the vibration mirror element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による振動ミラー素子の製造工程を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the manufacturing process of the vibration mirror element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の変形例による振動ミラー素子の構造を示した平面図である。It is the top view which showed the structure of the vibration mirror element by the modification of one Embodiment of this invention.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、図1〜図8を参照して、本発明の一実施形態による振動ミラー素子100の構成について説明する。   First, with reference to FIGS. 1-8, the structure of the vibration mirror element 100 by one Embodiment of this invention is demonstrated.

本発明の一実施形態による振動ミラー素子100は、図1〜図3に示すように、後述するミラー11を用いてX方向に光を走査するためのX方向光走査部10と、ミラー11を用いてX方向と直交するY方向に光を走査するためのY方向光走査部30とを備えている。また、X方向光走査部10およびY方向光走査部30は、図4〜図7に示すように、共通の約0.1mmの厚みt1を有するSi基板1上に一体的に形成されている。なお、X方向光走査部10は、本発明の「ミラー部」の一例である。   As shown in FIGS. 1 to 3, the vibrating mirror element 100 according to an embodiment of the present invention includes an X-direction optical scanning unit 10 for scanning light in the X direction using a mirror 11 described later, and a mirror 11. And a Y-direction optical scanning unit 30 for scanning light in the Y direction orthogonal to the X direction. Further, as shown in FIGS. 4 to 7, the X direction optical scanning unit 10 and the Y direction optical scanning unit 30 are integrally formed on the Si substrate 1 having a common thickness t1 of about 0.1 mm. . The X-direction optical scanning unit 10 is an example of the “mirror unit” in the present invention.

また、振動ミラー素子100は、図示しないプロジェクタなどの光を走査する機器に組み込まれ、X方向光走査部10によりX方向に光を走査するとともに、Y方向光走査部30によりY方向に光を走査するように構成されている。また、X方向光走査部10は、約30kHzの共振周波数で共振駆動するように構成されている一方、Y方向光走査部30は、約60Hzの周波数で非共振駆動するように構成されている。ここで、Y方向光走査部30を非共振駆動するように構成することによって、振動ミラー素子100の周囲の温度変化に起因した共振周波数の変化が存在しないので、後述するミラー11を安定的に駆動させることが可能である。なお、約30kHzの共振周波数は、本発明の「第2周波数」の一例であり、約60Hzの周波数は、本発明の「第1周波数」の一例である。   The oscillating mirror element 100 is incorporated in a device that scans light such as a projector (not shown), scans light in the X direction by the X direction light scanning unit 10, and emits light in the Y direction by the Y direction light scanning unit 30. It is configured to scan. The X-direction optical scanning unit 10 is configured to be resonantly driven at a resonance frequency of about 30 kHz, while the Y-direction optical scanning unit 30 is configured to be non-resonantly driven at a frequency of about 60 Hz. . Here, by configuring the Y-direction optical scanning unit 30 to be non-resonantly driven, there is no change in the resonance frequency due to a change in the temperature around the vibrating mirror element 100. It is possible to drive. The resonance frequency of about 30 kHz is an example of the “second frequency” in the present invention, and the frequency of about 60 Hz is an example of the “first frequency” in the present invention.

また、図4および図7に示すように、後述する枠体20を除くX方向光走査部10とY方向光走査部30とは、Z方向に約0.1mmの厚みt1を有する一方、枠体20は、t1よりも大きい約0.5mmの厚みt2を有する。なお、枠体20は、約0.1mmの厚みt1を有するSi基板1と、Si基板1の下面(Z2側)に形成された薄いSiO層2と、SiO層2の下面に形成された約0.4mmの厚みを有する下部Si層3とから構成されている。 As shown in FIGS. 4 and 7, the X-direction optical scanning unit 10 and the Y-directional optical scanning unit 30 excluding the frame 20 described later have a thickness t1 of about 0.1 mm in the Z direction, while the frame The body 20 has a thickness t2 of about 0.5 mm that is larger than t1. The frame 20 is formed on the Si substrate 1 having a thickness t1 of about 0.1 mm, the thin SiO 2 layer 2 formed on the lower surface (Z2 side) of the Si substrate 1, and the lower surface of the SiO 2 layer 2. And a lower Si layer 3 having a thickness of about 0.4 mm.

また、X方向光走査部10は、図1および図2に示すように、ミラー11と、ミラー11と接続され、ねじり変形可能なトーションバー12および13と、トーションバー12と接続され、傾斜可能なバー14と、トーションバー13と接続され、傾斜可能なバー15と、バー14および15と接続される内側駆動部16および17と、内側駆動部16および17を固定する固定部18および19と、枠体20とを含む。また、図2に示すように、枠体20(X方向光走査部10)は、Y方向に約5mmの長さL1を有するとともに、X方向に約4mmの長さL2を有する。なお、内側駆動部16および17は、本発明の「第2駆動部」の一例である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the X-direction optical scanning unit 10 is connected to the mirror 11, the torsion bars 12 and 13 that are connected to the mirror 11, and torsionally deformable, and torsion bars 12. , A tiltable bar 15 connected to the torsion bar 13, inner drive parts 16 and 17 connected to the bars 14 and 15, and fixing parts 18 and 19 for fixing the inner drive parts 16 and 17. The frame 20 is included. As shown in FIG. 2, the frame 20 (X-direction optical scanning unit 10) has a length L1 of about 5 mm in the Y direction and a length L2 of about 4 mm in the X direction. The inner drive units 16 and 17 are examples of the “second drive unit” in the present invention.

また、ミラー11とトーションバー12および13とは、共振によってバー14および15の傾斜角度以上に傾斜されるように構成されている。また、振動ミラー素子100がX方向に光を走査する際の回動中心R1およびY方向に光を走査する際の回動中心R2は、共にミラー11の中心R3を通るように構成されている。このミラー11の中心R3は、X方向光走査部10のX方向およびY方向の中央に位置するように構成されている。なお、回動中心R1は、本発明の「第2回動中心」の一例であり、回動中心R2は、本発明の「第1回動中心」の一例である。また、Y方向は、本発明の「第1方向」の一例であり、X方向は、本発明の「第2方向」の一例である。   Further, the mirror 11 and the torsion bars 12 and 13 are configured to be inclined more than the inclination angle of the bars 14 and 15 by resonance. Further, the rotation center R1 when the oscillating mirror element 100 scans light in the X direction and the rotation center R2 when scanning light in the Y direction are both configured to pass through the center R3 of the mirror 11. . The center R3 of the mirror 11 is configured to be positioned at the center in the X direction and the Y direction of the X direction optical scanning unit 10. The rotation center R1 is an example of the “second rotation center” in the present invention, and the rotation center R2 is an example of the “first rotation center” in the present invention. The Y direction is an example of the “first direction” in the present invention, and the X direction is an example of the “second direction” in the present invention.

また、図1に示すように、内側駆動部16および17は、それぞれ、固定部18および19を固定端として、Z方向に凹形状または凸形状に変形するように構成されている。この内側駆動部16と内側駆動部17とを互いに逆方向に変形させることによって、ミラー11を回動中心R1(図2参照)回りにA1方向またはA2方向に傾斜させることが可能なように構成されている。また、この変形動作を繰り返すことによって、X方向光走査部10は、ミラー11を回動中心R1回りにA方向に振動させてX方向に光を走査させるように構成されている。なお、内側駆動部16および17の詳細な構造は後述する。   Further, as shown in FIG. 1, the inner drive units 16 and 17 are configured to be deformed into a concave shape or a convex shape in the Z direction, with the fixed portions 18 and 19 being fixed ends, respectively. The inner drive unit 16 and the inner drive unit 17 are deformed in directions opposite to each other so that the mirror 11 can be tilted in the A1 direction or the A2 direction around the rotation center R1 (see FIG. 2). Has been. Further, by repeating this deformation operation, the X-direction optical scanning unit 10 is configured to cause the mirror 11 to vibrate in the A direction around the rotation center R1 and to scan light in the X direction. The detailed structure of the inner drive units 16 and 17 will be described later.

また、Y方向光走査部30は、図2に示すように、X方向光走査部10のX1側に形成された駆動部31およびミラー支持部32と、X方向光走査部10のX2側に形成された駆動部33およびミラー支持部34とを備える。すなわち、駆動部31およびミラー支持部32と駆動部33およびミラー支持部34とは、X方向において、X方向光走査部10を挟み込むように配置されている。また、駆動部31および33とミラー支持部32および34とは、Y方向に直線状に延びるように形成されている。なお、駆動部31および33は、本発明の「第1駆動部」の一例である。   In addition, as shown in FIG. 2, the Y-direction optical scanning unit 30 includes a driving unit 31 and a mirror support unit 32 formed on the X1 side of the X-directional optical scanning unit 10, and an X2 side of the X-directional optical scanning unit 10. The drive part 33 and the mirror support part 34 which were formed are provided. That is, the drive unit 31, the mirror support unit 32, the drive unit 33, and the mirror support unit 34 are arranged so as to sandwich the X direction optical scanning unit 10 in the X direction. The drive units 31 and 33 and the mirror support units 32 and 34 are formed so as to extend linearly in the Y direction. The drive units 31 and 33 are examples of the “first drive unit” in the present invention.

ここで、本実施形態では、駆動部31のY1側の端部31aと駆動部33のY1側の端部33aとは、図示しない外枠体によって固定されている。すなわち、駆動部31および33は、それぞれ、端部31aおよび33aを固定端とするとともに、駆動部31のY2側の端部31bおよび駆動部33のY2側の端部33bを自由端とする片持ち梁状の構造を有している。これにより、駆動部31および33が駆動する際には、駆動部31および33が反るように変形することにより、端部31bおよび33bがZ方向(図1参照)に変位されるとともに、傾斜されるように構成されている。この際、固定端である端部31aおよび33aは、駆動部31および33が駆動する際においても変位しない。これにより、固定端である端部31aおよび33aにおける接線D1およびD2に対して、自由端である端部31bおよび33bにおける接線C1およびC2は、所定の傾斜角度で傾斜するように構成されている。   Here, in the present embodiment, the Y1 side end 31a of the drive unit 31 and the Y1 side end 33a of the drive unit 33 are fixed by an unshown outer frame. That is, each of the drive units 31 and 33 is a piece having the end portions 31a and 33a as fixed ends and the end portion 31b on the Y2 side of the drive portion 31 and the end portion 33b on the Y2 side of the drive portion 33 as free ends. It has a cantilevered structure. As a result, when the drive units 31 and 33 are driven, the end portions 31b and 33b are displaced in the Z direction (see FIG. 1) by being deformed so that the drive units 31 and 33 are warped. It is configured to be. At this time, the end portions 31a and 33a, which are fixed ends, are not displaced even when the drive portions 31 and 33 are driven. Thus, the tangent lines C1 and C2 at the end portions 31b and 33b that are free ends are configured to be inclined at a predetermined inclination angle with respect to the tangent lines D1 and D2 at the end portions 31a and 33a that are fixed ends. .

また、駆動部31のY2側の端部31bの近傍には、接続部31cが設けられている。駆動部31は、接続部31cにおいてミラー支持部32のY2側の端部32aの近傍の接続部32bと接続されている。また、駆動部33のY2側の端部33bの近傍には、接続部33cが設けられている。駆動部33は、接続部33cにおいてミラー支持部34のY2側の端部34aの近傍の接続部34bと接続されている。   Further, a connection portion 31c is provided in the vicinity of the end portion 31b on the Y2 side of the drive portion 31. The drive unit 31 is connected to a connection part 32b in the vicinity of the end part 32a on the Y2 side of the mirror support part 32 at the connection part 31c. Further, a connecting portion 33c is provided in the vicinity of the Y2 side end portion 33b of the driving portion 33. The drive unit 33 is connected to a connection part 34b in the vicinity of the Y2 side end 34a of the mirror support part 34 at the connection part 33c.

また、図2に示すように、ミラー支持部32は、駆動部31の接続部31cから、駆動部31のY1側の端部31aに向かって、Y方向に直線状に延びるように形成されているとともに、ミラー支持部34は、駆動部33の接続部33cから、駆動部33のY1側の端部33aに向かって、Y方向に直線状に延びるように形成されている。   As shown in FIG. 2, the mirror support portion 32 is formed so as to extend linearly in the Y direction from the connection portion 31 c of the drive portion 31 toward the end portion 31 a on the Y1 side of the drive portion 31. In addition, the mirror support portion 34 is formed to extend linearly in the Y direction from the connection portion 33 c of the drive portion 33 toward the end portion 33 a on the Y1 side of the drive portion 33.

また、本実施形態では、ミラー支持部32は、駆動部31の駆動状態において、駆動部31の端部31bがZ方向(図1参照)に変位した状態であっても、略撓まないように構成されている。これにより、ミラー支持部32は、駆動部31の駆動状態において、自由端である駆動部31の端部31bにおける接線C1(図3参照)上に位置することによって、固定端である駆動部31の端部31aにおける接線D1(図3参照)に対して、所定の傾斜角度で傾斜するように構成されている。   Further, in this embodiment, the mirror support portion 32 does not bend substantially even when the end portion 31b of the drive portion 31 is displaced in the Z direction (see FIG. 1) in the drive state of the drive portion 31. It is configured. Thereby, in the drive state of the drive part 31, the mirror support part 32 is located on the tangent C1 (refer FIG. 3) in the edge part 31b of the drive part 31 which is a free end, and the drive part 31 which is a fixed end. It is comprised so that it may incline with a predetermined | prescribed inclination | tilt angle with respect to the tangent D1 (refer FIG. 3) in the edge part 31a.

また、ミラー支持部34は、駆動部31の駆動状態において、駆動部33の端部33bがZ方向に変位した状態であっても、略撓まないように構成されている。これにより、ミラー支持部34は、駆動部33の駆動状態において、自由端である駆動部33の端部33bにおける接線C2(図3参照)上に位置することによって、固定端である駆動部33の端部33aにおける接線D2(図3参照)に対して、所定の傾斜角度で傾斜するように構成されている。   Further, the mirror support portion 34 is configured so as not to bend substantially even when the end portion 33 b of the drive portion 33 is displaced in the Z direction in the drive state of the drive portion 31. Accordingly, the mirror support portion 34 is positioned on the tangent line C2 (see FIG. 3) at the end portion 33b of the drive portion 33 that is the free end in the drive state of the drive portion 33, so that the drive portion 33 that is the fixed end. It is comprised so that it may incline with a predetermined | prescribed inclination angle with respect to the tangent D2 (refer FIG. 3) in the edge part 33a.

また、ミラー支持部32は、Y1側の端部32cにおいて、X方向光走査部10の枠体20のY2側の側面のX1側の端部近傍で接続されている。また、ミラー支持部34は、Y1側の端部34cにおいて、X方向光走査部10の枠体20のY2側の側面のX2側の端部近傍で接続されている。これにより、X方向光走査部10は、ミラー支持部32が位置する接線C1およびミラー支持部34が位置する接線C2を含む平面上に位置することによって、接線D1およびD2に対して、所定の傾斜角度で傾斜するように構成されている。   Further, the mirror support portion 32 is connected at the end portion 32c on the Y1 side in the vicinity of the end portion on the X1 side of the side surface on the Y2 side of the frame body 20 of the X direction optical scanning unit 10. Further, the mirror support portion 34 is connected in the vicinity of the end portion on the X2 side of the side surface on the Y2 side of the frame body 20 of the X direction optical scanning portion 10 at the end portion 34c on the Y1 side. As a result, the X-direction optical scanning unit 10 is positioned on a plane including the tangent line C1 where the mirror support unit 32 is located and the tangent line C2 where the mirror support unit 34 is located. It is configured to incline at an inclination angle.

また、本実施形態では、図2に示すように、駆動部31および33は、Y方向に約14mmの長さL3を有するとともに、X方向に約0.8mmの幅W1を有する。これにより、駆動部31および33のY方向の長さL3は、X方向光走査部10のY方向の長さL1(約5mm)よりも2倍以上大きくなるように構成されている。また、ミラー支持部32および34は、Y方向に約4.5mmの長さL4を有するとともに、X方向に約0.7mmの幅W2を有する。この際、ミラー支持部32および34のY方向の長さL4(約4.5mm)と、X方向光走査部10のY方向の長さL1(約5mm)の半分(約2.5mm)との合計(約7mm)が、駆動部31および33のY2側の端部(自由端)31bおよび33b(接続部31cおよび33c)からX方向光走査部10の回動中心R2までのY方向における距離になるように構成されている。これにより、X方向光走査部10の回動中心R2は、駆動部31および33のY2側の端部31bおよび33b(接続部31cおよび33c)からY1側に約7mmの位置を通るように配置されるとともに、駆動部31および33のY1側の端部(固定端)31aおよび33aからY2側に約7mmの位置を通るように配置される。一方、駆動部31のY方向の中央R4は、端部(固定端)31aからY2側に約7mmの位置で、かつ、端部(自由端)31bからY1側に約7mmの位置に位置する。また、駆動部33のY方向の中央R5は、端部(固定端)33aからY2側に約7mmの位置で、かつ、端部(自由端)33bからY1側に約7mmの位置に位置する。この結果、回動中心R2は、駆動部31および33の非駆動状態において、接続部31cおよび33cと端部(固定端)31aおよび33aとを結ぶY方向に延びる直線の略中央R4およびR5を通る位置に配置されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the drive units 31 and 33 have a length L3 of about 14 mm in the Y direction and a width W1 of about 0.8 mm in the X direction. Accordingly, the length L3 in the Y direction of the drive units 31 and 33 is configured to be at least twice as long as the length L1 (about 5 mm) in the Y direction of the X direction optical scanning unit 10. The mirror support portions 32 and 34 have a length L4 of about 4.5 mm in the Y direction and a width W2 of about 0.7 mm in the X direction. At this time, the length L4 (about 4.5 mm) in the Y direction of the mirror support portions 32 and 34 and half (about 2.5 mm) of the length L1 (about 5 mm) in the Y direction of the X direction optical scanning portion 10 In the Y direction from the Y2 side ends (free ends) 31b and 33b (connecting portions 31c and 33c) of the drive units 31 and 33 to the rotation center R2 of the X direction optical scanning unit 10. It is configured to be a distance. Accordingly, the rotation center R2 of the X-direction optical scanning unit 10 is disposed so as to pass through a position of about 7 mm from the Y2 side end portions 31b and 33b (connection portions 31c and 33c) of the driving units 31 and 33 to the Y1 side. At the same time, the Y1 side ends (fixed ends) 31a and 33a of the drive units 31 and 33 are arranged to pass through a position of about 7 mm from the Y2 side. On the other hand, the center R4 in the Y direction of the drive unit 31 is located about 7 mm from the end (fixed end) 31a to the Y2 side and about 7 mm from the end (free end) 31b to the Y1 side. . Further, the center R5 in the Y direction of the drive unit 33 is located at a position about 7 mm from the end (fixed end) 33a to the Y2 side, and at a position about 7 mm from the end (free end) 33b to the Y1 side. . As a result, the rotation center R2 has substantially straight centers R4 and R5 extending in the Y direction connecting the connection portions 31c and 33c and the end portions (fixed ends) 31a and 33a when the drive portions 31 and 33 are not driven. It is arranged at a passing position.

また、本実施形態では、X方向光走査部10(ミラー11)は、ミラー支持部32および34に撓まない状態で支持されていることにより、接線C1およびC2を含む平面上に位置するように構成されている。さらに、駆動部31および33の非駆動状態において、回動中心R2が、端部(固定端)31aと端部(自由端)31bとを結ぶY方向に延びる直線の略中央R4および端部(固定端)33aと端部(自由端)33bとを結ぶY方向に延びる直線の略中央R5を通る位置に配置されることによって、駆動部31および33の駆動状態および非駆動状態にかかわらず、回動中心R2と端部(自由端)31bおよび33bとの距離と、回動中心R2と第1駆動部の端部(固定端)31aおよび33aとの距離とがそれぞれ略同じなる。これにより、端部(自由端)31bおよび33bは、駆動部31および33の駆動状態と非駆動状態とにかかわらず、常に、回動中心R2と端部(自由端)31bおよび33bとを結ぶ直線(接線C1およびC2)を半径とし、回動中心R2を中心とする円弧上に略位置するように構成されている。この際、端部(固定端)31aおよび33aは固定されており、端部(固定端)31aおよび33aにおける接線D1およびD2は変化しないので、回動中心R2を中心とする円は固定されて移動しないように構成されている。この結果、回動中心R2を、駆動部31および33の駆動状態と非駆動状態とにかかわらず略不動の位置に配置することが可能になる。なお、Y方向光走査部30の具体的な駆動動作に関しては後述する。   In the present embodiment, the X-direction optical scanning unit 10 (mirror 11) is supported by the mirror support units 32 and 34 without being bent, so that the X-direction optical scanning unit 10 (mirror 11) is positioned on a plane including the tangent lines C1 and C2. It is configured. Furthermore, in the non-driving state of the drive parts 31 and 33, the rotation center R2 has a substantially straight center R4 and an end part extending in the Y direction connecting the end part (fixed end) 31a and the end part (free end) 31b ( Regardless of the driving state and the non-driving state of the drive units 31 and 33, the fixed portion is disposed at a position passing through the approximate center R5 of the straight line extending in the Y direction connecting the end portion (free end) 33b. The distance between the rotation center R2 and the end portions (free ends) 31b and 33b is substantially the same as the distance between the rotation center R2 and the end portions (fixed ends) 31a and 33a of the first drive unit. As a result, the end portions (free ends) 31b and 33b always connect the rotation center R2 and the end portions (free ends) 31b and 33b regardless of whether the drive portions 31 and 33 are driven or not. A straight line (tangent lines C1 and C2) is used as the radius, and the straight line (tangent lines C1 and C2) is substantially positioned on an arc centered on the rotation center R2. At this time, the end portions (fixed ends) 31a and 33a are fixed, and the tangent lines D1 and D2 at the end portions (fixed ends) 31a and 33a do not change. Therefore, the circle around the rotation center R2 is fixed. It is configured not to move. As a result, it becomes possible to arrange the rotation center R2 at a substantially fixed position regardless of whether the drive units 31 and 33 are driven or not. A specific driving operation of the Y-direction optical scanning unit 30 will be described later.

また、図4〜図7に示すように、内側駆動部16および17(図4参照)と駆動部31および33とは、Si基板1の上面(Z1側の面)に圧電アクチュエータ40が形成された構造を有している。この圧電アクチュエータ40は、図8に示すように、Si基板1側(Z2側)から、下部電極41と圧電体42と上部電極43とが積層された構造を有している。また、下部電極41は、TiまたはPtなどからなり、Si基板1の上面に形成されている。これにより、圧電アクチュエータ40の下部電極41への配線処理をSi基板1の任意の部分に対して行うことが可能なように構成されている。なお、圧電アクチュエータ40の厚みはSi基板1に対して十分に小さいので、図3、図10および図12では、内側駆動部16および17と駆動部31および33とに形成されている圧電アクチュエータ40の図示を省略している。また、下部電極41の厚みは十分に小さいので、図8以外の図面では、Si基板1の上面に形成されている下部電極41の図示を省略している。   Also, as shown in FIGS. 4 to 7, the inner drive parts 16 and 17 (see FIG. 4) and the drive parts 31 and 33 are formed with a piezoelectric actuator 40 on the upper surface (the surface on the Z1 side) of the Si substrate 1. Have a structure. As shown in FIG. 8, the piezoelectric actuator 40 has a structure in which a lower electrode 41, a piezoelectric body 42, and an upper electrode 43 are laminated from the Si substrate 1 side (Z2 side). The lower electrode 41 is made of Ti or Pt and is formed on the upper surface of the Si substrate 1. Thus, the wiring process to the lower electrode 41 of the piezoelectric actuator 40 can be performed on an arbitrary portion of the Si substrate 1. Since the thickness of the piezoelectric actuator 40 is sufficiently smaller than that of the Si substrate 1, the piezoelectric actuator 40 formed in the inner driving portions 16 and 17 and the driving portions 31 and 33 in FIGS. 3, 10, and 12. Is omitted. Since the thickness of the lower electrode 41 is sufficiently small, the illustration of the lower electrode 41 formed on the upper surface of the Si substrate 1 is omitted in the drawings other than FIG.

また、圧電体42は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなり、膜厚方向(Z方向)に分極されることによって、電圧を印加されると伸縮するように構成されている。なお、圧電体42は、ミラー支持部32および34(図6参照)の下部電極41の上面上にも形成されている。なお、圧電体42の厚みはSi基板1に対して十分に小さいので、図3、図10および図12では、ミラー支持部32および34の上面上に形成されている圧電体42の図示を省略している。   The piezoelectric body 42 is made of lead zirconate titanate (PZT) and is configured to expand and contract when a voltage is applied by being polarized in the film thickness direction (Z direction). The piezoelectric body 42 is also formed on the upper surface of the lower electrode 41 of the mirror support portions 32 and 34 (see FIG. 6). In addition, since the thickness of the piezoelectric body 42 is sufficiently small with respect to the Si substrate 1, the illustration of the piezoelectric body 42 formed on the upper surfaces of the mirror support portions 32 and 34 is omitted in FIGS. is doing.

また、上部電極43は、Al、Cr、Cu、AuまたはPtなどの導電性のある金属材料からなる。また、内側駆動部16および17における上部電極43には、互いに逆位相の電圧が印加されるように構成されている一方、駆動部31および33における上部電極43には、同じ位相の電圧が印加されるように構成されている。   The upper electrode 43 is made of a conductive metal material such as Al, Cr, Cu, Au, or Pt. The upper electrodes 43 in the inner driving units 16 and 17 are configured to be applied with voltages having opposite phases, while the upper electrodes 43 in the driving units 31 and 33 are applied with voltages having the same phase. It is configured to be.

次に、図1、図3および図9〜図12を参照して、本発明の一実施形態による振動ミラー素子100のY方向光走査部30の駆動動作を説明する。   Next, the driving operation of the Y-direction optical scanning unit 30 of the vibrating mirror element 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1および図3に示すような駆動部31および33が非駆動状態であることにより水平に保たれている状態から、図9に示すように、駆動部31および33に圧電アクチュエータ40の上面側(Z1側)が下面側(Z2側)よりも収縮されるような同位相の電圧を印加すると、駆動部31および33の上面側(Z1側)は、下面側(Z2側)よりも収縮される。これにより、駆動部31では、自由端であるY2側の端部31bが固定端であるY1側の端部31aよりも上方(Z1側)に位置することにより、駆動部31は上方に反るように変形される。この際、図10に示すように、駆動部31の端部(自由端)31bのB1方向への傾斜角度は、端部31a(固定端)における接線D1に対してθ1になる。同様に、駆動部33では、自由端であるY2側の端部33bが固定端であるY1側の端部33aよりも上方に位置することにより、駆動部33は上方に反るように変形される。この際、駆動部33の端部(自由端)33bのB1方向への傾斜角度は、端部(固定端)33aにおける接線D2に対してθ1になる。   From the state in which the drive units 31 and 33 as shown in FIGS. 1 and 3 are kept in a horizontal state due to the non-drive state, the drive units 31 and 33 are placed on the upper surface side of the piezoelectric actuator 40 as shown in FIG. When a voltage of the same phase is applied so that (Z1 side) is contracted more than the lower surface side (Z2 side), the upper surface side (Z1 side) of the drive units 31 and 33 is contracted more than the lower surface side (Z2 side). The Thereby, in the drive part 31, the drive part 31 warps upwards because the edge part 31b by the side of Y2 which is a free end is located above the edge part 31a by the side of Y1 which is a fixed end (Z1 side). It is deformed as follows. At this time, as shown in FIG. 10, the inclination angle of the end portion (free end) 31b of the drive portion 31 in the B1 direction is θ1 with respect to the tangent line D1 at the end portion 31a (fixed end). Similarly, in the drive unit 33, the end portion 33b on the Y2 side, which is a free end, is positioned above the end portion 33a on the Y1 side, which is a fixed end, so that the drive unit 33 is deformed to warp upward. The At this time, the inclination angle of the end portion (free end) 33b of the drive unit 33 in the B1 direction is θ1 with respect to the tangent line D2 at the end portion (fixed end) 33a.

この結果、図10に示すように、駆動部31のY2側の接続部31cと接続されているミラー支持部32は、接線D1に対する駆動部31の端部31bの傾斜角度θ1を保った状態で、撓まない状態でB1方向に傾斜される。同様に、駆動部33のY2側の接続部33cと接続されているミラー支持部34は、接線D2に対する駆動部33の端部33bの傾斜角度θ1を保った状態で、撓まない状態でB1方向に傾斜される。これにより、ミラー支持部32にX1側で、かつ、Y2側で支持されているとともに、ミラー支持部34にX2側で、かつ、Y2側で支持されているX方向光走査部10(ミラー11)は、ミラー支持部32および34と同様に接線D1およびD2に対して傾斜角度θ1でB1方向に傾斜される。   As a result, as shown in FIG. 10, the mirror support portion 32 connected to the Y2 side connection portion 31c of the drive portion 31 maintains the inclination angle θ1 of the end portion 31b of the drive portion 31 with respect to the tangent line D1. Inclined in the B1 direction without bending. Similarly, the mirror support portion 34 connected to the Y2 side connection portion 33c of the drive portion 33 maintains the inclination angle θ1 of the end portion 33b of the drive portion 33 with respect to the tangent line D2 and does not bend B1. Tilted in the direction. Accordingly, the X-direction optical scanning unit 10 (mirror 11) is supported by the mirror support unit 32 on the X1 side and the Y2 side, and supported by the mirror support unit 34 on the X2 side and the Y2 side. ) Is inclined in the B1 direction at an inclination angle θ1 with respect to the tangent lines D1 and D2, similarly to the mirror support portions 32 and.

また、図11に示すように、駆動部31および33に圧電アクチュエータ40がより収縮するような大きな電圧を印加すると、駆動部31および33の上面側(Z1側)は、下面側(Z2側)よりもより収縮されて、駆動部31および33はより上方に反るように変形される。この際、図12に示すように、駆動部31の端部31bのB1方向への傾斜角度は、固定端である端部31aにおける接線D1に対してθ1(図10参照)よりも大きいθ2になる。同様に、駆動部33の端部33bのB1方向への傾斜角度は、固定端である端部33aにおける接線D2に対してθ1(図10参照)よりも大きいθ2になる。この結果、ミラー支持部32および34とX方向光走査部10(ミラー11)は、ミラー支持部32および34と同様に接線D1およびD2に対して傾斜角度θ2でB1方向に傾斜される。   Further, as shown in FIG. 11, when a large voltage is applied to the drive units 31 and 33 so that the piezoelectric actuator 40 contracts more, the upper surface side (Z1 side) of the drive units 31 and 33 is the lower surface side (Z2 side). The drive parts 31 and 33 are deformed so as to warp further upward. At this time, as shown in FIG. 12, the inclination angle of the end portion 31b of the drive unit 31 in the B1 direction is set to θ2 larger than θ1 (see FIG. 10) with respect to the tangent D1 at the end portion 31a which is a fixed end. Become. Similarly, the inclination angle of the end portion 33b of the drive unit 33 in the B1 direction is θ2 larger than θ1 (see FIG. 10) with respect to the tangent line D2 at the end portion 33a which is a fixed end. As a result, the mirror support parts 32 and 34 and the X-direction optical scanning part 10 (mirror 11) are inclined in the B1 direction at an inclination angle θ2 with respect to the tangent lines D1 and D2, similarly to the mirror support parts 32 and 34.

さらに、Y方向光走査部30の駆動部31および33は、約60Hzの周波数で圧電アクチュエータ40の上面側(Z1側)が下面側(Z2側)よりも収縮される方向に非共振駆動するように電圧が印加される。これにより、X方向光走査部10(ミラー11)は、図1および図3の水平な状態から、図9および図10の傾斜角度θ1で傾斜されて、図11および図12の傾斜角度θ2で傾斜された後に、再度、図9および図10の傾斜角度θ1でB1方向に傾斜されて、図1および図3の水平な状態に戻される。この一連の変形動作を繰り返すことによって、駆動部31および33とミラー支持部32および34とにより、ミラー11を回動中心R2回りにB1方向に傾斜させてY方向に光を走査させる。   Further, the drive units 31 and 33 of the Y-direction optical scanning unit 30 are nonresonantly driven in a direction in which the upper surface side (Z1 side) of the piezoelectric actuator 40 is contracted more than the lower surface side (Z2 side) at a frequency of about 60 Hz. A voltage is applied to. Thus, the X-direction optical scanning unit 10 (mirror 11) is tilted from the horizontal state of FIGS. 1 and 3 at the tilt angle θ1 of FIGS. 9 and 10, and at the tilt angle θ2 of FIGS. After the tilt, the tilt is again tilted in the B1 direction at the tilt angle θ1 of FIGS. 9 and 10 to return to the horizontal state of FIGS. By repeating this series of deformation operations, the drive units 31 and 33 and the mirror support units 32 and 34 cause the mirror 11 to tilt in the B1 direction around the rotation center R2 and scan light in the Y direction.

次に、図7、図8、図13および図14を参照して、本発明の一実施形態による振動ミラー素子100の製造工程について説明する。なお、図13および図14は、図2に示した4000−4000線に沿った断面図である。   Next, with reference to FIG. 7, FIG. 8, FIG. 13 and FIG. 14, a manufacturing process of the vibrating mirror element 100 according to the embodiment of the present invention will be described. 13 and 14 are cross-sectional views taken along line 4000-4000 shown in FIG.

まず、図13に示すように、Si基板1と、Si基板1の下面(Z2側)に形成されたSiO層2と、SiO層2の下面に形成された下部Si層3とを有するSOI基板4を準備する。そして、SOI基板4の上面(Si基板1のZ1側の表面)上の全面に、スパッタなどにより下部電極41(図8参照)および圧電体42(図8参照)を順次形成する。そして、内側駆動部16および17と、駆動部31および33とに対応する圧電体42の上面上に、蒸着などにより上部電極43(図8参照)を形成する。このようにして、内側駆動部16および17と、駆動部31および33とに圧電アクチュエータ40が形成される。 First, as shown in FIG. 13, the Si substrate 1, the SiO 2 layer 2 formed on the lower surface (Z2 side) of the Si substrate 1, and the lower Si layer 3 formed on the lower surface of the SiO 2 layer 2 are included. An SOI substrate 4 is prepared. Then, the lower electrode 41 (see FIG. 8) and the piezoelectric body 42 (see FIG. 8) are sequentially formed on the entire upper surface of the SOI substrate 4 (the surface on the Z1 side of the Si substrate 1) by sputtering or the like. Then, the upper electrode 43 (see FIG. 8) is formed on the upper surface of the piezoelectric body 42 corresponding to the inner driving units 16 and 17 and the driving units 31 and 33 by vapor deposition or the like. In this way, the piezoelectric actuator 40 is formed in the inner drive units 16 and 17 and the drive units 31 and 33.

そして、内側駆動部16および17と、駆動部31および33と、ミラー支持部32および34とに対応する位置にフォトリソグラフィによりレジストパターン(図示せず)を形成した後、そのレジストパターンをマスクとしてウェットエッチングなどを行うことにより、内側駆動部16および17と、駆動部31および33と、ミラー支持部32および34とに対応する位置以外の位置に形成された圧電体42を除去する。その後、SOI基板4の下面(下部Si層3のZ2側の表面)の枠体20および図示しない外枠体に対応する位置に、蒸着などによりAl、Cr、Cu、AuまたはPtなどからなるマスクパターン5を形成する。   Then, after a resist pattern (not shown) is formed by photolithography at positions corresponding to the inner drive parts 16 and 17, the drive parts 31 and 33, and the mirror support parts 32 and 34, the resist pattern is used as a mask. By performing wet etching or the like, the piezoelectric body 42 formed at a position other than the position corresponding to the inner driving sections 16 and 17, the driving sections 31 and 33, and the mirror support sections 32 and 34 is removed. Thereafter, a mask made of Al, Cr, Cu, Au, Pt, or the like by vapor deposition or the like at a position corresponding to the frame 20 on the lower surface of the SOI substrate 4 (the surface on the Z2 side of the lower Si layer 3) and the outer frame not shown. Pattern 5 is formed.

そして、振動ミラー素子100に対応する位置にフォトリソグラフィによりレジストパターン(図示せず)を形成した後、そのレジストパターンをマスクとしてウェットエッチングなどを行うことにより、振動ミラー素子100に対応する位置以外の位置に形成された下部電極41(図8参照)を除去する。これにより、振動ミラー素子100を形成するSi基板1の上面(Z1側の表面)上のみに下部電極41が形成される。   Then, after a resist pattern (not shown) is formed by photolithography at a position corresponding to the vibrating mirror element 100, wet etching or the like is performed using the resist pattern as a mask, so that a position other than the position corresponding to the vibrating mirror element 100 is obtained. The lower electrode 41 (see FIG. 8) formed at the position is removed. Thereby, the lower electrode 41 is formed only on the upper surface (the surface on the Z1 side) of the Si substrate 1 on which the oscillating mirror element 100 is formed.

その後、図14に示すように、反応性イオンエッチング(RIE)などにより、振動ミラー素子100に対応する位置以外の位置に形成されたSi基板1を除去する。その後、マスクパターン5をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE)などにより、枠体20および図示しない外枠体に対応する位置以外の位置に形成された下部Si層3を除去する。その後、反応性イオンエッチング(RIE)などにより、振動ミラー素子100に対応する位置以外の位置に形成されたSiO層2を除去する。これにより、図7に示す振動ミラー素子100が形成される。 Thereafter, as shown in FIG. 14, the Si substrate 1 formed at a position other than the position corresponding to the vibrating mirror element 100 is removed by reactive ion etching (RIE) or the like. Thereafter, the lower Si layer 3 formed at a position other than the position corresponding to the frame body 20 and the outer frame body (not shown) is removed by reactive ion etching (RIE) or the like using the mask pattern 5 as a mask. Thereafter, the SiO 2 layer 2 formed at a position other than the position corresponding to the vibrating mirror element 100 is removed by reactive ion etching (RIE) or the like. Thereby, the vibrating mirror element 100 shown in FIG. 7 is formed.

本実施形態では、上記のように、X方向光走査部10(ミラー11)をミラー支持部32および34により端部(自由端)31bおよび33bにおける傾斜と略同じ傾斜になるように支持されるように構成することによって、駆動部31および33が駆動されて駆動部31および33の端部(自由端)31bおよび33bとともにX方向光走査部10が傾斜した際、X方向光走査部10を端部(自由端)31bおよび33bと略同じ傾斜角度で傾斜させることができる。すなわち、駆動部31および33の駆動状態および非駆動状態にかかわらず、回動中心R2は、端部(自由端)31bおよび33bにおける接線C1およびC2を通る位置に略配置される。さらに、駆動部31および33の非駆動状態において、回動中心R2が、端部(固定端)31aと端部(自由端)31bとを結ぶY方向に延びる直線の略中央R4および端部(固定端)33aと端部(自由端)33bとを結ぶY方向に延びる直線の略中央R5を通る位置に配置されることによって、駆動部31および33の駆動状態および非駆動状態にかかわらず、回動中心R2と端部(自由端)31bおよび33bとの距離と、回動中心R2と第1駆動部の端部(固定端)31aおよび33aとの距離とをそれぞれ略同じにすることができる。これにより、端部(自由端)31bおよび33bを、駆動部31および33の駆動状態と非駆動状態とにかかわらず、常に、回動中心R2と端部(自由端)31bおよび33bとを結ぶ直線(接線C1およびC2)を半径とし、回動中心R2を中心とする円弧上に略位置させることができる。この際、端部(固定端)31aおよび33aは固定されており、端部(固定端)31aおよび33aにおける接線D1およびD2は変化しないので、回動中心R2を中心とする円は固定されて移動しない。この結果、回動中心R2を、駆動部31および33の非駆動状態において中央R4およびR5を通る位置に略配置させることによって、回動中心R2を接線D1と接線C1との交点および接線D2と接線C2との交点を通る位置に配置することができるので、回動中心R2を駆動部31および33の駆動状態と非駆動状態とにかかわらず略不動の位置に配置することができる。したがって、回動中心R2の位置が略変化しない状態でX方向光走査部10を回動中心R2回りに、端部31bおよび33bと略同じ傾斜になるように回動させることができるので、X方向光走査部10(ミラー11)において光を精度よく反射させることができる。   In the present embodiment, as described above, the X-direction optical scanning unit 10 (mirror 11) is supported by the mirror support units 32 and 34 so as to have substantially the same inclination as that of the end parts (free ends) 31b and 33b. With this configuration, when the drive units 31 and 33 are driven and the X-direction light scanning unit 10 is tilted together with the end portions (free ends) 31b and 33b of the drive units 31 and 33, the X-direction light scanning unit 10 is It can be inclined at substantially the same inclination angle as the end portions (free ends) 31b and 33b. That is, regardless of the drive state and non-drive state of the drive units 31 and 33, the rotation center R2 is substantially disposed at a position passing through the tangent lines C1 and C2 at the end portions (free ends) 31b and 33b. Furthermore, in the non-driving state of the drive parts 31 and 33, the rotation center R2 has a substantially straight center R4 and an end part extending in the Y direction connecting the end part (fixed end) 31a and the end part (free end) 31b ( Regardless of the driving state and the non-driving state of the drive units 31 and 33, the fixed portion is disposed at a position passing through the approximate center R5 of the straight line extending in the Y direction connecting the end portion (free end) 33b. The distance between the rotation center R2 and the end portions (free ends) 31b and 33b and the distance between the rotation center R2 and the end portions (fixed ends) 31a and 33a of the first drive unit may be substantially the same. it can. Thus, the end portions (free ends) 31b and 33b are always connected to the rotation center R2 and the end portions (free ends) 31b and 33b regardless of the drive state and non-drive state of the drive units 31 and 33. The straight line (tangent line C1 and C2) is a radius, and can be positioned substantially on an arc centered on the rotation center R2. At this time, the end portions (fixed ends) 31a and 33a are fixed, and the tangent lines D1 and D2 at the end portions (fixed ends) 31a and 33a do not change. Therefore, the circle around the rotation center R2 is fixed. Do not move. As a result, the rotation center R2 is substantially disposed at a position passing through the centers R4 and R5 in the non-driven state of the drive units 31 and 33, so that the rotation center R2 is intersected with the intersection of the tangent line D1 and the tangent line C1 and the tangent line D2. Since it can be arranged at a position passing through the intersection with the tangent line C2, the rotation center R2 can be arranged at a substantially fixed position regardless of whether the drive units 31 and 33 are driven or not. Accordingly, the X-direction optical scanning unit 10 can be rotated around the rotation center R2 so as to have substantially the same inclination as the end portions 31b and 33b in a state where the position of the rotation center R2 does not substantially change. The directional light scanning unit 10 (mirror 11) can reflect light with high accuracy.

また、本実施形態では、上記のように、駆動部31および33のY1側の端部31aおよび33aを固定端とするとともに、Y2側の端部31bおよび33bを自由端とすることによって、駆動部31および33に同様の駆動を行わせることにより、駆動部31および33の各々の接続部31cおよび33cにおける傾斜を略同じ傾斜角度に制御することができるので、ミラー支持部32および34およびX方向光走査部10(ミラー11)を駆動部31および33の各々の接続部31cおよび33cと略同じ傾斜角度で傾斜させることができる。この結果、X方向光走査部10(ミラー11)において光を精度よく反射させることができる。   In the present embodiment, as described above, the Y1 side ends 31a and 33a of the drive units 31 and 33 are fixed ends, and the Y2 side ends 31b and 33b are free ends. By causing the parts 31 and 33 to perform the same drive, the inclination of the connection parts 31c and 33c of the drive parts 31 and 33 can be controlled to substantially the same inclination angle, so that the mirror support parts 32 and 34 and X The directional light scanning unit 10 (mirror 11) can be tilted at substantially the same tilt angle as the connection portions 31c and 33c of the drive units 31 and 33, respectively. As a result, light can be accurately reflected by the X-direction optical scanning unit 10 (mirror 11).

また、本実施形態では、上記のように、駆動部31およびミラー支持部32と駆動部33およびミラー支持部34とを、X方向において、X方向光走査部10を挟み込むように配置することによって、X方向の両側からX方向光走査部10(ミラー11)を支持した状態でX方向光走査部10を回動中心R2回りに回動させることができるので、より安定的にX方向光走査部10を回動させることができる。   In the present embodiment, as described above, the drive unit 31, the mirror support unit 32, the drive unit 33, and the mirror support unit 34 are arranged so as to sandwich the X direction optical scanning unit 10 in the X direction. Since the X direction optical scanning unit 10 can be rotated around the rotation center R2 while the X direction optical scanning unit 10 (mirror 11) is supported from both sides in the X direction, the X direction optical scanning can be performed more stably. The part 10 can be rotated.

また、本実施形態では、上記のように、回動中心R2を、端部(固定端)31aにおける接線C1と端部(自由端)31bにおける接線D1との交点を通る位置で、かつ、端部(固定端)33aにおける接線C2と端部(自由端)33bにおける接線D2との交点を通る位置に配置することによって、駆動部31および33を変形させながら駆動する場合であっても、回動中心R2の位置を駆動部31および33の駆動状態と非駆動状態とにかかわらず略変化しないように構成することができるので、X方向光走査部10(ミラー11)において光を精度よく反射させることができる。   In the present embodiment, as described above, the rotation center R2 is located at a position passing through the intersection of the tangent C1 at the end (fixed end) 31a and the tangent D1 at the end (free end) 31b, and at the end. Even if the drive units 31 and 33 are driven while being deformed by being arranged at a position passing through the intersection of the tangent line C2 at the portion (fixed end) 33a and the tangent line D2 at the end portion (free end) 33b, Since the position of the moving center R2 can be configured so as not to change substantially regardless of the driving state and non-driving state of the driving units 31 and 33, the light is accurately reflected by the X-direction optical scanning unit 10 (mirror 11). Can be made.

また、本実施形態では、上記のように、X方向光走査部10を、駆動部31の端部31bにおける接線C1および駆動部33の端部33bにおける接線C2を含む平面上に位置させるように構成することによって、駆動部31の端部(自由端)31bの傾斜と、駆動部33の端部(自由端)33bの傾斜と、ミラー支持部32の傾斜と、ミラー支持部34の傾斜と、X方向光走査部10(ミラー11)の傾斜とが略同一になるように維持した状態で回動中心R2回りにX方向光走査部10(ミラー11)を傾斜させることができる。   In the present embodiment, as described above, the X-direction optical scanning unit 10 is positioned on a plane including the tangent line C1 at the end 31b of the drive unit 31 and the tangent line C2 at the end 33b of the drive unit 33. By configuring, the inclination of the end part (free end) 31b of the drive part 31, the inclination of the end part (free end) 33b of the drive part 33, the inclination of the mirror support part 32, and the inclination of the mirror support part 34 The X-direction light scanning unit 10 (mirror 11) can be tilted about the rotation center R2 while maintaining the inclination of the X-direction light scanning unit 10 (mirror 11) to be substantially the same.

また、本実施形態では、上記のように、駆動部31および33における上部電極43に、同じ位相の電圧が印加することによって、容易に、駆動部31と駆動部33とにおいて同じ方向(X方向光走査部10(ミラー11)を回動させる方向)に同程度の変形を起こさせることができる。   In the present embodiment, as described above, the same phase voltage (X direction) is easily applied to the drive unit 31 and the drive unit 33 by applying the same phase voltage to the upper electrode 43 in the drive units 31 and 33. The same degree of deformation can be caused in the direction in which the optical scanning unit 10 (mirror 11) is rotated.

本実施形態では、上記のように、接続部31cおよび33cを、それぞれ、Y2側の端部(自由端)31bおよび33b近傍に形成することによって、接続部31cおよび33cにおける傾斜角度をより大きくすることができるので、X方向光走査部10(ミラー11)の傾斜可能な角度範囲をより広く確保することができる。   In the present embodiment, as described above, the connection portions 31c and 33c are formed in the vicinity of the Y2 side end portions (free ends) 31b and 33b, respectively, thereby increasing the inclination angle of the connection portions 31c and 33c. Therefore, the tiltable angle range of the X-direction optical scanning unit 10 (mirror 11) can be secured more widely.

また、本実施形態では、上記のように、駆動部31および33のY方向の長さL3(約14mm)をX方向光走査部10のY方向の長さL1(約5mm)の2倍以上にすることによって、駆動部31および33の長さが大きい分、容易に、駆動部31および33の駆動力を大きくすることができるので、容易に、駆動部31および33の端部31bおよび33bにおける傾斜角度をより大きくすることができる。これにより、X方向光走査部10(ミラー11)の傾斜可能な角度範囲をより広く確保することができる。   In the present embodiment, as described above, the length L3 (about 14 mm) in the Y direction of the drive units 31 and 33 is more than twice the length L1 (about 5 mm) in the Y direction of the X direction optical scanning unit 10. Accordingly, the driving force of the driving units 31 and 33 can be easily increased by the length of the driving units 31 and 33, so that the end portions 31b and 33b of the driving units 31 and 33 can be easily set. The inclination angle at can be further increased. Thereby, the angle range which can incline the X direction optical scanning part 10 (mirror 11) can be ensured more widely.

また、本実施形態では、上記のように、X方向光走査部10に、ミラー11と、回動中心R1回りにミラー11を回動させる内側駆動部16および17とを設けることによって、ミラー11において回転中心R2回りに光を精度よく反射させることが可能であるとともに、回転中心R1回りの回動と回動中心R2回りの回動とによって、2次元的に光を走査することができる。   In the present embodiment, as described above, the mirror 11 is provided by providing the X-direction optical scanning unit 10 with the mirror 11 and the inner drive units 16 and 17 that rotate the mirror 11 around the rotation center R1. The light can be accurately reflected around the rotation center R2, and the light can be scanned two-dimensionally by the rotation about the rotation center R1 and the rotation about the rotation center R2.

また、本実施形態では、上記のように、X方向光走査部10を、約30kHzの共振周波数で共振駆動するように構成する一方、Y方向光走査部30を、約60Hzの周波数で非共振駆動するように構成することによって、X方向光走査部10が回動中心R2回りよりも回動中心R1回りにより大きな周波数で回動するように構成された状態で2次元的に光を走査することができる。   In the present embodiment, as described above, the X-direction optical scanning unit 10 is configured to be resonantly driven at a resonance frequency of about 30 kHz, while the Y-direction optical scanning unit 30 is non-resonant at a frequency of about 60 Hz. By being configured to drive, the X-direction optical scanning unit 10 scans light two-dimensionally in a state where the X-direction optical scanning unit 10 is configured to rotate at a greater frequency about the rotation center R1 than about the rotation center R2. be able to.

また、本実施形態では、上記のように、駆動部31、ミラー支持部32、駆動部33およびミラー支持部34(Y方向光走査部30)と、X方向光走査部10とを、共通のSi基板1上に一体的に形成することによって、駆動部31とミラー支持部32との接続、駆動部33とミラー支持部34との接続およびミラー支持部32および34とX方向光走査部10との接続を別途行う必要がないので、振動ミラー素子100の製造工程を簡素化することができる。   Further, in the present embodiment, as described above, the drive unit 31, the mirror support unit 32, the drive unit 33, the mirror support unit 34 (Y direction light scanning unit 30), and the X direction light scan unit 10 are shared. By integrally forming on the Si substrate 1, the connection between the drive unit 31 and the mirror support unit 32, the connection between the drive unit 33 and the mirror support unit 34, and the mirror support units 32 and 34 and the X-direction optical scanning unit 10. Therefore, the manufacturing process of the vibrating mirror element 100 can be simplified.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記実施形態では、振動ミラー素子100がX方向光走査部10とY方向光走査部30とを備え、ミラー11をA方向およびB1方向(2次元的)に回動させた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図15に示す変形例における振動ミラー素子200のように、X方向光走査部を備えずに、Y方向光走査部230とミラー211とを備えるように構成することによって、本実施形態のB1方向(図1参照)に(1次元的)のみ回動させるように構成してもよい。この際、ミラー211は、X1側においてミラー支持部232のY1側の端部232dと接続されているとともに、X2側においてミラー支持部234のY1側の端部234dと接続されている。これにより、ミラー211をB1方向に傾斜可能なように構成されている。また、回動中心R2は、駆動部31および33の非駆動状態において、接続部31cおよび33c(端部(自由端)31bおよび33b)と端部(固定端)31aおよび33aとを結ぶY方向に延びる直線の略中央を通る位置に配置されている。なお、ミラー211は、本発明の「ミラー部」の一例である。   For example, in the above embodiment, the vibrating mirror element 100 includes the X direction light scanning unit 10 and the Y direction light scanning unit 30 and the mirror 11 is rotated in the A direction and the B1 direction (two-dimensional). However, the present invention is not limited to this. For example, unlike the oscillating mirror element 200 in the modification shown in FIG. 15, the Y-direction light scanning unit 230 and the mirror 211 are provided without the X-direction light scanning unit, thereby making it possible to You may comprise so that it may rotate only to the B1 direction (refer FIG. 1) (one-dimensionally). At this time, the mirror 211 is connected to the end portion 232d on the Y1 side of the mirror support portion 232 on the X1 side, and is connected to the end portion 234d on the Y1 side of the mirror support portion 234 on the X2 side. Thus, the mirror 211 is configured to be tiltable in the B1 direction. The rotation center R2 is the Y direction connecting the connection portions 31c and 33c (end portions (free ends) 31b and 33b) and the end portions (fixed ends) 31a and 33a when the drive portions 31 and 33 are not driven. It is arrange | positioned in the position which passes along the approximate center of the straight line extended to. The mirror 211 is an example of the “mirror part” in the present invention.

また、上記実施形態では、振動ミラー素子100のY方向光走査部30に一対の駆動部31および33と、一対のミラー支持部32および34を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、振動ミラー素子の駆動部およびミラー支持部は、X方向のいずれか一方側に1つのみ形成してもよい。また、振動ミラー素子は、駆動部およびミラー支持部をX方向に交互に並ぶように複数個配置するとともに、隣接する駆動部とミラー支持部とを互いに接続することによって、複数の駆動部およびミラー支持部を有するように構成してもよい。   In the above embodiment, the example in which the pair of drive units 31 and 33 and the pair of mirror support units 32 and 34 are provided in the Y-direction optical scanning unit 30 of the oscillating mirror element 100 has been described. Not limited. In the present invention, only one drive part and mirror support part of the vibrating mirror element may be formed on either side in the X direction. In addition, the vibration mirror element includes a plurality of drive units and mirror support units arranged alternately in the X direction, and a plurality of drive units and mirrors are connected by connecting adjacent drive units and mirror support units to each other. You may comprise so that it may have a support part.

また、上記実施形態では、駆動部31のY2側の端部31bの近傍に接続部31cを設けるとともに、駆動部33のY2側の端部33bの近傍に接続部33cを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、駆動部の自由端側に接続部が設けられていれば、駆動部の端部近傍に接続部を設けなくてもよい。   Moreover, in the said embodiment, while providing the connection part 31c in the vicinity of the edge part 31b by the side of Y2 of the drive part 31, the connection part 33c was provided in the vicinity of the edge part 33b by the side of Y2 of the drive part 33 was shown. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, as long as the connection part is provided on the free end side of the drive part, the connection part may not be provided near the end part of the drive part.

また、上記実施形態では、駆動部31および33のY方向の長さL3(約14mm)をX方向光走査部10のY方向の長さL1(約5mm)の2倍以上にした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、駆動部のY方向の長さは、X方向光走査部(ミラー部)の1倍よりも大きく2倍以下であってもよい。また、駆動部のY方向の長さは、X方向光走査部のY方向の長さと略同一でもよいし、小さくてもよい。   In the above embodiment, an example in which the length L3 (about 14 mm) in the Y direction of the drive units 31 and 33 is set to be twice or more the length L1 (about 5 mm) in the Y direction of the X direction optical scanning unit 10 is shown. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the length of the drive unit in the Y direction may be greater than 1 time and less than or equal to 2 times that of the X direction optical scanning unit (mirror unit). Further, the length of the drive unit in the Y direction may be substantially the same as or smaller than the length of the X direction optical scanning unit in the Y direction.

また、上記実施形態では、圧電体42がチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、PZT以外の鉛、チタンおよびジルコニウムを主成分とした酸化物からなる圧電材料や、他の圧電材料により形成されていてもよい。具体的には、圧電体は、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛((Pb、La)(Zr、Ti)O)、ニオブ酸カリウム(KNbO)、ニオブ酸ナトリウム(NaNbO)などの圧電材料により形成されていてもよい。 Moreover, although the piezoelectric body 42 showed the example which consists of lead zirconate titanate (PZT) in the said embodiment, this invention is not limited to this. For example, it may be formed of a piezoelectric material made of an oxide mainly composed of lead, titanium and zirconium other than PZT, or other piezoelectric materials. Specifically, the piezoelectric body includes zinc oxide (ZnO), lead lanthanum zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ), potassium niobate (KNbO 3 ), sodium niobate (NaNbO). It may be formed of a piezoelectric material such as 3 ).

また、上記実施形態では、Y方向光走査部30が約60Hzの周波数で非共振駆動するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Y方向光走査部が共振駆動するように構成してもよい。なお、Y方向光走査部は、約30Hz以上約120Hz以下の周波数で非共振駆動するのが好ましい。   In the above embodiment, an example is shown in which the Y-direction optical scanning unit 30 is configured to be non-resonantly driven at a frequency of about 60 Hz. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the Y-direction optical scanning unit may be configured to be resonantly driven. The Y direction optical scanning unit is preferably non-resonantly driven at a frequency of about 30 Hz to about 120 Hz.

また、上記実施形態では、駆動部31、ミラー支持部32、駆動部33およびミラー支持部34(Y方向光走査部30)と、X方向光走査部10とを、共通のSi基板1上に一体的に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Y方向光走査部およびX方向光走査部を一体的に形成しなくてもよいし、Y方向光走査部の駆動部とミラー支持部とを一体的に形成しなくてもよい。たとえば、駆動部とミラー支持部とを別途作成した後に、互いに接合することによって、Y方向光走査部を形成してもよい。   In the above embodiment, the drive unit 31, the mirror support unit 32, the drive unit 33, the mirror support unit 34 (Y direction light scanning unit 30), and the X direction light scan unit 10 are placed on the common Si substrate 1. Although the example formed integrally was shown, this invention is not limited to this. In the present invention, the Y direction optical scanning unit and the X direction optical scanning unit may not be formed integrally, and the drive unit and the mirror support unit of the Y direction optical scanning unit may not be formed integrally. . For example, the Y-direction optical scanning unit may be formed by separately creating the drive unit and the mirror support unit and then joining them together.

また、上記実施形態では、内側駆動部16および17と駆動部31および33とが、下部電極41と圧電体42と上部電極43とが積層された構造を有する圧電アクチュエータ40を含む例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、内側駆動部および駆動部は、圧電アクチュエータ以外の駆動装置によって駆動するように構成されてもよい。たとえば、電極に挟まれたエラストマからなる駆動装置としてもよい。この際、電極間に電圧を印加することにより、電極同士が引き合うことによって、エラストマが圧縮されて駆動装置が変形するように構成される。   Moreover, in the said embodiment, the inner side drive parts 16 and 17 and the drive parts 31 and 33 showed the example containing the piezoelectric actuator 40 which has the structure where the lower electrode 41, the piezoelectric body 42, and the upper electrode 43 were laminated | stacked. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the inner drive unit and the drive unit may be configured to be driven by a drive device other than the piezoelectric actuator. For example, a driving device made of an elastomer sandwiched between electrodes may be used. At this time, by applying a voltage between the electrodes, the electrodes are attracted to each other, so that the elastomer is compressed and the driving device is deformed.

10 X方向光走査部(ミラー部)
11 ミラー
16、17 内側駆動部(第2駆動部)
31、33 駆動部(第1駆動部)
31a、33a 端部(固定端)
31b、33b 端部(自由端)
31c、33c 接続部
32、34、232、234 ミラー支持部
100、200 振動ミラー素子
211 ミラー(ミラー部)
R1 回動中心(第2回動中心)
R2 回動中心(第1回動中心)
10 X-direction optical scanning unit (mirror unit)
11 Mirror 16, 17 Inner drive part (second drive part)
31, 33 Drive unit (first drive unit)
31a, 33a End (fixed end)
31b, 33b end (free end)
31c, 33c Connection part 32, 34, 232, 234 Mirror support part 100, 200 Vibrating mirror element 211 Mirror (mirror part)
R1 rotation center (second rotation center)
R2 center of rotation (first center of rotation)

Claims (11)

第1方向の一方側に形成された固定端と、前記第1方向の他方側に形成された自由端と、前記自由端側に形成された接続部とを含み、前記第1方向に沿って直線状に延びるとともに、変形可能な片持ち梁状の第1駆動部と、
前記第1駆動部の接続部と接続され、前記第1駆動部の駆動時に、前記接続部における傾斜と略同じ傾斜になるように構成されたミラー支持部と、
前記ミラー支持部により前記接続部における前記傾斜と略同じ傾斜になるように支持されることによって、前記第1方向と直交する第2方向に延びる第1回動中心回りに回動されるミラー部とを備え、
前記第1回動中心は、前記第1駆動部の非駆動状態において、前記第1駆動部の前記固定端と前記接続部とを結ぶ前記第1方向に延びる直線の略中央を通る位置に配置されている、振動ミラー素子。
A fixed end formed on one side in the first direction, a free end formed on the other side in the first direction, and a connection portion formed on the free end side, along the first direction A linearly extending and deformable cantilevered first drive unit;
A mirror support part connected to the connection part of the first drive part, and configured to have substantially the same inclination as the inclination in the connection part when the first drive part is driven;
The mirror part rotated about the first rotation center extending in the second direction orthogonal to the first direction by being supported by the mirror support part so as to have substantially the same inclination as the inclination in the connection part. And
The first rotation center is disposed at a position that passes through a substantially center of a straight line extending in the first direction connecting the fixed end of the first drive unit and the connection unit when the first drive unit is not driven. A vibrating mirror element.
前記第1駆動部を変形させながら駆動する際に、前記第1回動中心は、前記第1駆動部の固定端における接線と前記第1駆動部の接続部における接線との交点を通る位置に配置されるとともに、前記第1回動中心の位置が略変化しないように構成されている、請求項1に記載の振動ミラー素子。   When driving while deforming the first drive unit, the first rotation center is at a position passing through an intersection of a tangent line at the fixed end of the first drive unit and a tangent line at the connection unit of the first drive unit. The vibrating mirror element according to claim 1, wherein the vibrating mirror element is arranged and configured so that a position of the first rotation center does not substantially change. 前記第1駆動部を変形させながら駆動する際に、前記ミラー支持部および前記ミラー部は、前記第1駆動部の接続部における前記傾斜と略同じ傾斜を有する略同一の平面上に位置するように構成されている、請求項1または2に記載の振動ミラー素子。   When driving while deforming the first driving unit, the mirror support unit and the mirror unit are positioned on substantially the same plane having substantially the same inclination as the inclination of the connection part of the first driving unit. The vibrating mirror element according to claim 1, wherein the vibrating mirror element is configured as follows. 前記第1駆動部および前記ミラー支持部は、前記第2方向における前記ミラー部の両側に前記ミラー部を挟むように一対設けられており、
前記一対の第1駆動部の固定端は、共に前記第1方向における前記ミラー部の一方側に配置され、前記一対の第1駆動部の自由端は、共に前記第1方向における前記ミラー部の他方側に配置され、
前記第1回動中心は、前記一対の第1駆動部の非駆動状態において、前記一対の第1駆動部の前記固定端と前記接続部とを結ぶ前記第1方向に延びる直線の略中央を通る位置に配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の振動ミラー素子。
The first drive unit and the mirror support unit are provided as a pair so as to sandwich the mirror unit on both sides of the mirror unit in the second direction,
The fixed ends of the pair of first drive parts are both arranged on one side of the mirror part in the first direction, and the free ends of the pair of first drive parts are both of the mirror part in the first direction. Placed on the other side,
The first rotation center is substantially the center of a straight line extending in the first direction connecting the fixed ends of the pair of first drive units and the connection unit when the pair of first drive units is not driven. The vibrating mirror element according to claim 1, wherein the vibrating mirror element is disposed at a passing position.
前記一対の第1駆動部は、電圧が印加されることによって駆動するように構成されており、
前記一対の第1駆動部には、略同じ位相の電圧が印加されるように構成されている、請求項4に記載の振動ミラー素子。
The pair of first driving units are configured to be driven by applying a voltage,
The vibrating mirror element according to claim 4, wherein voltages of substantially the same phase are applied to the pair of first drive units.
前記第1駆動部の接続部は、前記第1駆動部の自由端近傍に形成され、
前記ミラー支持部は、前記ミラー支持部の一方端部近傍において前記第1駆動部の接続部と接続され、前記接続部から前記第1駆動部の固定端側に向かって前記第1方向に沿って直線状に延びるように形成されているとともに、前記ミラー支持部の他方端部近傍において前記ミラー部と接続されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の振動ミラー素子。
The connection portion of the first drive unit is formed near the free end of the first drive unit,
The mirror support part is connected to the connection part of the first drive part in the vicinity of one end part of the mirror support part, and extends in the first direction from the connection part toward the fixed end side of the first drive part. The vibrating mirror element according to claim 1, wherein the vibrating mirror element is formed so as to extend linearly and connected to the mirror portion in the vicinity of the other end of the mirror support portion.
前記第1方向において、前記第1駆動部の長さは、前記ミラー部の長さよりも大きい、請求項1〜6のいずれか1項に記載の振動ミラー素子。   The vibrating mirror element according to claim 1, wherein in the first direction, a length of the first drive unit is larger than a length of the mirror unit. 前記第1方向において、前記第1駆動部の長さは、前記ミラー部の長さの2倍以上である、請求項7に記載の振動ミラー素子。   The vibrating mirror element according to claim 7, wherein in the first direction, the length of the first drive unit is twice or more the length of the mirror unit. 前記ミラー部は、ミラーと、前記ミラーの面内方向において前記第1回動中心と直交する第2回動中心回りに前記ミラーを回動させる第2駆動部とを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の振動ミラー素子。   The said mirror part contains a mirror and the 2nd drive part which rotates the said mirror around the 2nd rotation center orthogonal to a said 1st rotation center in the in-plane direction of the said mirror. The vibrating mirror element according to any one of the above. 前記第1駆動部は、第1周波数に基づいて、前記ミラー部を前記第1回動中心回りに回動させるように構成されており、
前記第2駆動部は、前記第1周波数よりも大きい第2周波数に基づいて、前記ミラーを前記第2回動中心回りに回動させるように構成されている、請求項9に記載の振動ミラー素子。
The first drive unit is configured to rotate the mirror unit around the first rotation center based on a first frequency,
10. The vibrating mirror according to claim 9, wherein the second driving unit is configured to rotate the mirror around the second rotation center based on a second frequency higher than the first frequency. element.
前記第1駆動部、前記ミラー支持部および前記ミラー部は、一体的に形成されている、請求項1〜10のいずれか1項に記載の振動ミラー素子。   The vibrating mirror element according to claim 1, wherein the first drive unit, the mirror support unit, and the mirror unit are integrally formed.
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JP2014215534A (en) * 2013-04-26 2014-11-17 株式会社デンソー Optical scanner

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