JP2013160892A - Oscillation mirror element, method of manufacturing oscillation mirror element, and electronic equipment having projector function - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、振動ミラー素子、振動ミラー素子の製造方法およびプロジェクタ機能を有する電子機器に関し、特に、ミラー部が揺動可能な振動ミラー素子、振動ミラー素子の製造方法およびプロジェクタ機能を有する電子機器に関する。 The present invention relates to a vibrating mirror element, a method of manufacturing a vibrating mirror element, and an electronic device having a projector function, and more particularly to a vibrating mirror element capable of swinging a mirror portion, a method of manufacturing the vibrating mirror element, and an electronic device having a projector function. .
従来、ミラー部が揺動可能な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)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a vibrating mirror element in which a mirror portion can swing is known (for example, see Patent Documents 1 and 2).
上記特許文献1には、X軸(第1軸線)回りに揺動可能なミラー部と、ミラー部に接続され、変形することによってミラー部を揺動させる基板(第1駆動ユニット)とを備えた光走査装置(振動ミラー素子)が開示されている。また、ミラー部および基板は、金属からなる共通の基材により構成されており、基板は、基板とは異なる基材で構成される支持部材により支持されている。そして、支持部材は基板よりも大きい厚みを有するように形成されることにより基板を支持するのに十分な剛性を確保している。 Patent Document 1 includes a mirror unit that can swing around the X axis (first axis) and a substrate (first drive unit) that is connected to the mirror unit and swings the mirror unit by being deformed. An optical scanning device (vibrating mirror element) is disclosed. Moreover, the mirror part and the board | substrate are comprised by the common base material which consists of metals, and the board | substrate is supported by the supporting member comprised with the base material different from a board | substrate. The support member is formed to have a thickness larger than that of the substrate, thereby ensuring sufficient rigidity to support the substrate.
また、上記特許文献2には、軸x1(第1軸線)回りに揺動可能なミラー部と、ミラー部に接続され、変形することによってミラー部を揺動させる第1のアクチュエータ(第1駆動ユニット)と、第1のアクチュエータに接続され、第1のアクチュエータを支持する可動枠(第1支持部)とを備えた光偏向器(振動ミラー素子)が開示されている。また、ミラー部、第1のアクチュエータおよび可動枠は、単結晶シリコン、酸化シリコンおよび単結晶シリコンを順番に貼り合わせて構成されたSOI(Silicon on Insulator)からなる共通のSOI基板(基材)により構成されている。また、上記特許文献2の光偏向器では、SOI基板が部分的に異なる厚みを有するようにエッチングされることによって、変形する第1のアクチュエータに対応する部分が可動枠よりも小さい厚みを有するように形成されている。これにより、第1のアクチュエータを容易に変形させることが可能である。
Further, in
しかしながら、上記特許文献1に記載の光走査装置では、ミラー部および基板と共に支持部材にも金属からなる共通の基材を用いた場合には、支持部材が基板およびミラー部と共に共振してしまう。そのため、ミラー部を揺動させるために基板を変形させる振動エネルギーが支持部材の変形にも消費されるので、その分、基板の変形量が小さくなってミラー部の振れ角が減少する。一方、基材の厚みを大きくして支持部材の剛性を高めた場合には、基板の剛性も大きくなって変形しにくくなるので、ミラー部の振れ角が減少する。したがって、上記特許文献1に記載の光走査装置では、ミラー部および基板と共に支持部材にも金属からなる共通の基材を用いた場合には、ミラー部の振れ角を大きくすることが困難であるという問題点がある。なお、金属からなる基材を用いる場合には、エッチングなどにより、部分的に異なる厚みに形成することは困難である。 However, in the optical scanning device described in Patent Document 1, when a common base material made of metal is used for the support member as well as the mirror portion and the substrate, the support member resonates with the substrate and the mirror portion. Therefore, the vibration energy for deforming the substrate to swing the mirror portion is also consumed for the deformation of the support member, and accordingly, the amount of deformation of the substrate is reduced and the deflection angle of the mirror portion is reduced. On the other hand, when the thickness of the base material is increased to increase the rigidity of the support member, the rigidity of the substrate also increases and becomes difficult to deform, so the deflection angle of the mirror portion decreases. Therefore, in the optical scanning device described in Patent Document 1, it is difficult to increase the deflection angle of the mirror portion when a common base material made of metal is used for the support member as well as the mirror portion and the substrate. There is a problem. In addition, when using the base material which consists of metals, it is difficult to form in a partially different thickness by etching etc.
また、上記特許文献2に記載の光偏向器では、ミラー部、第1のアクチュエータおよび可動枠の共通の基材としてSi層を含むSOI基板が用いられているので、Si層のエッチングにより可動枠よりも第1のアクチュエータの厚みを容易に小さくすることが可能である一方、Siが脆性材料であるため、Siを基材として用いた場合には金属材料と比べて振動に対する耐久性が劣るという問題点がある。
Further, in the optical deflector described in
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、振動に対する耐久性を確保しながら、ミラー部の振れ角を大きくすることが可能な振動ミラー素子、振動ミラー素子の製造方法およびプロジェクタ機能を有する電子機器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 vibration that can increase the deflection angle of the mirror portion while ensuring durability against vibration. An object is to provide a mirror element, a method of manufacturing a vibrating mirror element, and an electronic apparatus having a projector function.
この発明の第1の局面による振動ミラー素子は、少なくとも第1軸線回りに揺動可能なミラー部と、ミラー部に接続され、変形することによってミラー部を揺動させる第1駆動ユニットと、第1駆動ユニットに接続され、第1駆動ユニットを支持する第1支持部とを備え、ミラー部、第1駆動ユニットおよび第1支持部の基材は、金属からなる共通の金属基材により構成されており、金属基材の第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部にはシリコンからなる補強部材が接合されておらず、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分にはシリコンからなる補強部材が接合されている。 A vibrating mirror element according to a first aspect of the present invention includes a mirror unit that can swing at least around a first axis, a first drive unit that is connected to the mirror unit and swings the mirror unit by being deformed, A first support unit that is connected to one drive unit and supports the first drive unit, and the base material of the mirror unit, the first drive unit, and the first support unit is configured by a common metal base material made of metal. A reinforcing member made of silicon is not bonded to at least a part of the part corresponding to the first drive unit of the metal base, and at least a part corresponding to the first support part of the metal base A reinforcing member made of silicon is joined.
この発明の第1の局面による振動ミラー素子では、ミラー部、第1駆動ユニットおよび第1支持部の基材を、金属からなる共通の金属基材により構成するとともに、金属基材の第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部にはシリコンからなる補強部材を接合しないで、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分にはシリコンからなる補強部材を接合することによって、変形可能な第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部の剛性を小さくすることができるとともに、シリコンからなる補強部材により、少なくとも第1駆動ユニットを支持する第1支持部の剛性を高めることができる。これにより、ミラー部を振動させる際に、少なくとも第1駆動ユニットの一部を共振させながら、第1支持部を共振させないようにすることができるので、第1駆動ユニットを変形させるための振動エネルギーが第1支持部により消費されてしまうのを抑制することができる。その結果、ミラー部の振れ角を大きくすることができる。また、ミラー部の振れ角を大きくすることができるので、ミラー部を所定の角度で揺動させる場合に、より低い消費電力でミラー部を所望の振れ角で揺動させることができる。また、ミラー部、第1駆動ユニットおよび第1支持部が共に共通の金属基材により構成されるので、Siなどの脆性材料からなる基材を用いた場合とは異なり、振動に対する耐久性を高めることができる。したがって、第1の局面による振動ミラー素子では、振動に対する耐久性を確保しながら、ミラー部の振れ角を大きくすることができる。 In the vibrating mirror element according to the first aspect of the present invention, the base of the mirror unit, the first drive unit, and the first support is formed of a common metal base made of metal, and the first drive of the metal base is performed. The reinforcing member made of silicon is not joined to at least a part of the portion corresponding to the unit, and the deformation is made by joining the reinforcing member made of silicon to at least the portion corresponding to the first support portion of the metal base. The rigidity of at least a part of the portion corresponding to the possible first drive unit can be reduced, and at least the rigidity of the first support portion that supports the first drive unit is increased by the reinforcing member made of silicon. Can do. Accordingly, when the mirror portion is vibrated, it is possible to prevent the first support unit from resonating while resonating at least a part of the first drive unit. Therefore, vibration energy for deforming the first drive unit. Can be prevented from being consumed by the first support portion. As a result, the deflection angle of the mirror part can be increased. In addition, since the swing angle of the mirror portion can be increased, when the mirror portion is swung at a predetermined angle, the mirror portion can be swung at a desired swing angle with lower power consumption. In addition, since the mirror unit, the first drive unit, and the first support unit are all formed of a common metal base material, the durability against vibration is increased unlike the case of using a base material made of a brittle material such as Si. be able to. Therefore, in the vibrating mirror element according to the first aspect, the deflection angle of the mirror portion can be increased while ensuring durability against vibration.
上記第1の局面による振動ミラー素子において、金属基材のミラー部に対応する部分には、シリコンからなる補強部材が接合されている。このように構成すれば、ミラー部の剛性が高められるので、ミラー部の変形を抑制することができる。これにより、ミラー部が反射するビームが歪むのを抑制することができる。 In the vibrating mirror element according to the first aspect, a reinforcing member made of silicon is bonded to a portion corresponding to the mirror portion of the metal substrate. If comprised in this way, since the rigidity of a mirror part is improved, a deformation | transformation of a mirror part can be suppressed. Thereby, it can suppress that the beam which a mirror part reflects is distorted.
上記第1の局面による振動ミラー素子において、金属基材に接合されるシリコンからなる補強部材は、金属基材の厚みよりも大きい厚みを有する。このように構成すれば、補強部材が接合される第1支持部の剛性を容易に高めることができるので、容易に、第1支持部により振動エネルギーが消費されるのを抑制してミラー部の振れ角を大きくすることができる。 In the vibrating mirror element according to the first aspect, the reinforcing member made of silicon bonded to the metal base has a thickness larger than the thickness of the metal base. If comprised in this way, since the rigidity of the 1st support part to which a reinforcement member is joined can be raised easily, it will suppress that a vibration energy is consumed by a 1st support part easily, and a mirror part will have. The deflection angle can be increased.
上記第1の局面による振動ミラー素子において、第1駆動ユニットは、電圧が印加されることにより変形される圧電体を有しており、圧電体は、電極として機能する金属基材上に設けられている。このように構成すれば、金属基材を圧電体に電圧を印加するための電極としても流用することができるので、専用の電極部材を別途設ける必要がなく、その分、部品点数を削減することができる。 In the vibrating mirror element according to the first aspect, the first drive unit has a piezoelectric body that is deformed by application of a voltage, and the piezoelectric body is provided on a metal base material that functions as an electrode. ing. With this configuration, the metal substrate can be used as an electrode for applying a voltage to the piezoelectric body, so there is no need to provide a dedicated electrode member, and the number of parts can be reduced accordingly. Can do.
上記第1の局面による振動ミラー素子において、第1駆動ユニットは、ミラー部に一方端部側が接続され、ミラー部を揺動可能に連結するミラー連結部と、ミラー連結部の他方端部側と接続される梁部と、梁部の一方端部および他方端部とそれぞれ接続され、ミラー部を揺動させる第1駆動部とを含み、金属基材の少なくとも第1駆動部に対応する部分には、シリコンからなる補強部材が接合されておらず、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分にはシリコンからなる補強部材が接合されている。このように構成すれば、ミラー部を揺動させる第1駆動部の剛性を低くし、かつ、シリコンからなる補強部材により第1支持部の剛性を高めることができるので、ミラー部の振れ角を確実に大きくすることができる。 In the oscillating mirror element according to the first aspect, the first drive unit includes a mirror connecting portion that is connected to the mirror portion at one end side so as to be able to swing the mirror portion, and the other end portion side of the mirror connecting portion. A beam portion to be connected, and a first drive portion that is connected to one end portion and the other end portion of the beam portion and swings the mirror portion, and at least a portion corresponding to the first drive portion of the metal base In this case, the reinforcing member made of silicon is not joined, and the reinforcing member made of silicon is joined to at least a portion corresponding to the first support portion of the metal base. If comprised in this way, the rigidity of the 1st drive part which rocks | fluctuates a mirror part can be made low, and the rigidity of a 1st support part can be improved with the reinforcement member which consists of silicon | silicone, Therefore The deflection angle of a mirror part can be increased. It can surely be enlarged.
上記第1の局面による振動ミラー素子において、第1支持部を第1軸線に略直交する第2軸線回りに揺動させる第2駆動ユニットと、第2駆動ユニットに接続され、第2駆動ユニットを支持する第2支持部とをさらに備え、ミラー部、第1駆動ユニットおよび第1支持部の基材に加えて、第2駆動ユニットおよび第2支持部の基材も、共通の金属基材により構成されており、金属基材の第2駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部にはシリコンからなる補強部材が接合されておらず、金属基材の少なくとも第2支持部に対応する部分にはシリコンからなる補強部材が接合されている。このように構成すれば、第1駆動ユニットおよび第2駆動ユニットによりミラー部を第1軸線および第2軸線回りの両方に揺動させることができる。また、第1軸線側のみならず、第2軸線側についても、第2駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部の剛性を小さくすることができるとともに、シリコンからなる補強部材により、第2駆動ユニットを支持する第2支持部の剛性を高めることができるので、第1軸線回りの振れ角に加えて、第2軸線回りの振れ角も大きくすることができる。また、第1軸線回りおよび第2軸線回りの両方にミラー部を揺動させることが可能なように構成しながら、振動に対する耐久性を確保することができる。 In the vibrating mirror element according to the first aspect, a second drive unit that swings the first support portion around a second axis that is substantially orthogonal to the first axis, and the second drive unit that is connected to the second drive unit, And a second support unit for supporting, in addition to the mirror unit, the first drive unit, and the first support unit base material, the second drive unit and the second support unit base material are made of a common metal base material. A portion corresponding to at least the second support portion of the metal base material, wherein the reinforcing member made of silicon is not joined to at least a part of the portion corresponding to the second drive unit of the metal base material. A reinforcing member made of silicon is bonded to the substrate. If comprised in this way, a mirror part can be rock | fluctuated to both the surroundings of a 1st axis line and a 2nd axis line by a 1st drive unit and a 2nd drive unit. Further, not only on the first axis side but also on the second axis side, the rigidity of at least a part of the portion corresponding to the second drive unit can be reduced, and the reinforcing member made of silicon allows the second to Since the rigidity of the second support portion that supports the drive unit can be increased, the deflection angle around the second axis can be increased in addition to the deflection angle around the first axis. In addition, it is possible to ensure durability against vibration while configuring the mirror unit to be able to swing around both the first axis and the second axis.
この場合、好ましくは、第2駆動ユニットは、第1軸線に略平行な方向に延びるように設けられ、第1支持部を揺動させる複数の第2駆動部を含み、第2支持部は、複数の第2駆動部のそれぞれを接続する複数の接続部と、第2駆動部を固定するための固定部とを含み、金属基材の第2駆動部に対応する部分には、シリコンからなる補強部材が接合されておらず、金属基材の少なくとも複数の接続部および固定部に対応する部分には、シリコンからなる補強部材が接合されている。このように構成すれば、第1軸線側と同様に、複数の第2駆動部の剛性を低くし、かつ、シリコンからなる補強部材により複数の接続部および固定部の剛性を高めることができるので、第1軸線回りの振れ角のみならず、第2軸線回りの振れ角も確実に大きくすることができる。 In this case, preferably, the second drive unit is provided so as to extend in a direction substantially parallel to the first axis, and includes a plurality of second drive units that swing the first support unit. The part corresponding to the second drive part of the metal base is made of silicon, including a plurality of connection parts for connecting each of the plurality of second drive parts and a fixing part for fixing the second drive part. The reinforcing member is not joined, and a reinforcing member made of silicon is joined to portions corresponding to at least the plurality of connecting portions and the fixing portion of the metal base. If comprised in this way, since the rigidity of a some 2nd drive part can be lowered | hung like the 1st axis side, and the rigidity of a some connection part and fixing | fixed part can be improved with the reinforcement member which consists of silicon | silicone. In addition to the deflection angle around the first axis, the deflection angle around the second axis can be reliably increased.
この発明の第2の局面による振動ミラー素子の製造方法は、少なくとも第1軸線回りに揺動可能なミラー部と、ミラー部に接続され、変形することによってミラー部を揺動させる第1駆動ユニットと、第1駆動ユニットに接続され、第1駆動ユニットを支持する第1支持部との基材を構成する金属からなる共通の金属基材を形成する工程と、金属基材にシリコン層を接合する工程と、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分のシリコン層を残した状態で、金属基材の第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部においてシリコン層を除去することによって、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分にシリコンからなる補強部材を設ける工程とを備える。 A method of manufacturing a vibrating mirror element according to a second aspect of the present invention includes a mirror unit that can swing at least about a first axis, and a first drive unit that is connected to the mirror unit and swings the mirror unit by deformation. And a step of forming a common metal substrate made of metal constituting the substrate with the first support unit connected to the first drive unit and supporting the first drive unit, and bonding a silicon layer to the metal substrate And removing the silicon layer in at least a part of the part corresponding to the first drive unit of the metal base, with the silicon layer of the part corresponding to the first support unit of the metal base remaining at least. And a step of providing a reinforcing member made of silicon on at least a portion of the metal base material corresponding to the first support portion.
この発明の第2の局面による振動ミラー素子の製造方法では、少なくとも第1軸線回りに揺動可能なミラー部と、ミラー部に接続され、変形することによってミラー部を揺動させる第1駆動ユニットと、第1駆動ユニットに接続され、第1駆動ユニットを支持する第1支持部との基材を構成する金属からなる共通の金属基材を形成する工程と、金属基材にシリコン層を接合する工程と、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分のシリコン層を残した状態で、金属基材の第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部においてシリコン層を除去することによって、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分にシリコンからなる補強部材を設ける工程とを設けることによって、変形可能な第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部の剛性を小さくすることができるとともに、シリコンからなる補強部材により、少なくとも第1駆動ユニットを支持する第1支持部の剛性を高めることができる。これにより、ミラー部を振動させる際に、少なくとも第1駆動ユニットの一部を共振させながら、第1支持部を共振させないようにすることができるので、第1駆動ユニットを変形させるための振動エネルギーが第1支持部により消費されてしまうのを抑制することができる。その結果、ミラー部の振れ角を大きくすることができる。また、ミラー部の振れ角を大きくすることができるので、ミラー部を所定の角度で揺動させる場合に、より低い消費電力でミラー部を所望の振れ角で揺動させることができる。また、ミラー部、第1駆動ユニットおよび第1支持部が共に共通の金属基材により構成されるので、Siなどの脆性材料からなる基材を用いた場合とは異なり、振動に対する耐久性を高めることができる。したがって、第2の局面による振動ミラー素子の製造方法では、振動に対する耐久性を確保しながら、ミラー部の振れ角を大きくすることが可能な振動ミラー素子を得ることができる。また、金属基材に接合されたシリコン層を部分的に除去することによって、金属基材の所定の位置だけにシリコンからなる補強部材を容易に設けることができる。 In the method for manufacturing a vibrating mirror element according to the second aspect of the present invention, a mirror unit that can swing at least about the first axis, and a first drive unit that is connected to the mirror unit and swings the mirror unit by deformation. And a step of forming a common metal substrate made of metal constituting the substrate with the first support unit connected to the first drive unit and supporting the first drive unit, and bonding a silicon layer to the metal substrate And removing the silicon layer in at least a part of the part corresponding to the first drive unit of the metal base, with the silicon layer of the part corresponding to the first support unit of the metal base remaining at least. By providing a step of providing a reinforcing member made of silicon in at least a portion corresponding to the first support portion of the metal base, a portion corresponding to the deformable first drive unit It is possible to reduce at least a portion of the rigidity of, the reinforcing member made of silicon, it is possible to increase the rigidity of the first supporting portion for supporting at least a first drive unit. Accordingly, when the mirror portion is vibrated, it is possible to prevent the first support unit from resonating while resonating at least a part of the first drive unit. Therefore, vibration energy for deforming the first drive unit. Can be prevented from being consumed by the first support portion. As a result, the deflection angle of the mirror part can be increased. In addition, since the swing angle of the mirror portion can be increased, when the mirror portion is swung at a predetermined angle, the mirror portion can be swung at a desired swing angle with lower power consumption. In addition, since the mirror unit, the first drive unit, and the first support unit are all formed of a common metal base material, the durability against vibration is increased unlike the case of using a base material made of a brittle material such as Si. be able to. Therefore, with the method for manufacturing a vibrating mirror element according to the second aspect, it is possible to obtain a vibrating mirror element capable of increasing the deflection angle of the mirror portion while ensuring durability against vibration. Further, by partially removing the silicon layer bonded to the metal substrate, a reinforcing member made of silicon can be easily provided only at a predetermined position of the metal substrate.
上記第2の局面による振動ミラー素子の製造方法において、好ましくは、シリコン層を接合する工程は、複数個の金属基材に、一体的に形成されたシリコンウエハを接合する工程を含み、シリコンからなる補強部材を設ける工程は、各々の金属基材の少なくとも第1支持部に対応するシリコンウエハの部分を残した状態で、金属基材の第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部に対応するシリコンウエハの部分をエッチングにより除去することによって、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分にシリコンからなる補強部材を設ける工程を含み、シリコンからなる補強部材が設けられた複数個の金属基材を個々の金属基材ごとに分割する工程をさらに備える。このように構成すれば、一体的に形成されたシリコンウエハを用いて複数個の金属基材にシリコンからなる補強部材を同時に設けることができるので、容易に、複数個の振動ミラー素子を生産することができる。また、複数個の金属基材のそれぞれにシリコン層を接合してシリコンからなる補強部材を設ける場合とは異なり、1枚のシリコンウエハから複数個の金属基材のそれぞれにシリコンからなる補強部材を設けることができるので、製造工程を簡略化することができる。 In the method of manufacturing a vibrating mirror element according to the second aspect, preferably, the step of bonding the silicon layer includes a step of bonding an integrally formed silicon wafer to a plurality of metal substrates. The step of providing the reinforcing member is at least a part of the portion corresponding to the first drive unit of the metal substrate, with at least a portion of the silicon wafer corresponding to the first support portion of each metal substrate left. A step of providing a reinforcing member made of silicon on at least a portion corresponding to the first support portion of the metal base material by removing a portion of the silicon wafer corresponding to the above by etching, and a plurality of the reinforcing members made of silicon provided The method further includes the step of dividing the individual metal substrates into individual metal substrates. If comprised in this way, since the reinforcement member which consists of silicon | silicones can be simultaneously provided in the several metal base material using the silicon wafer formed integrally, a several vibration mirror element is produced easily. be able to. Further, unlike the case where a silicon layer is bonded to each of a plurality of metal bases and a reinforcing member made of silicon is provided, a reinforcing member made of silicon is applied to each of a plurality of metal bases from one silicon wafer. Since it can be provided, the manufacturing process can be simplified.
この発明の第3の局面によるプロジェクタ機能を有する電子機器は、レーザ光を発するレーザ光発生部と、入力された映像を解析して、画素情報を認識する制御部と、レーザ光を走査する振動ミラー素子とを備え、振動ミラー素子は、少なくとも第1軸線回りに揺動可能なミラー部と、ミラー部に接続され、変形することによってミラー部を揺動させる第1駆動ユニットと、第1駆動ユニットに接続され、第1駆動ユニットを支持する第1支持部とを備え、ミラー部、第1駆動ユニットおよび第1支持部の基材は、金属からなる共通の金属基材により構成されており、金属基材の第1駆動ユニットに対応する部分のうち少なくとも一部にはシリコンからなる補強部材が接合されておらず、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分にはシリコンからなる補強部材が接合されている。 An electronic apparatus having a projector function according to a third aspect of the present invention includes a laser light generation unit that emits laser light, a control unit that analyzes input video and recognizes pixel information, and vibration that scans the laser light. A oscillating mirror element, a mirror unit capable of oscillating at least about the first axis, a first drive unit connected to the mirror unit and oscillating the mirror unit by being deformed, and a first drive A first support unit that is connected to the unit and supports the first drive unit, and the base of the mirror unit, the first drive unit, and the first support unit is configured by a common metal base made of metal. The reinforcing member made of silicon is not joined to at least a part of the part corresponding to the first drive unit of the metal base, and the part corresponding to at least the first support part of the metal base is not Reinforcing member made of silicon is bonded.
この発明の第3の局面によるプロジェクタ機能を有する電子機器では、ミラー部、第1駆動ユニットおよび第1支持部の基材を、金属からなる共通の金属基材により構成するとともに、金属基材の第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部にはシリコンからなる補強部材を接合しないで、金属基材の少なくとも第1支持部に対応する部分にはシリコンからなる補強部材を接合することによって、変形可能な第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部の剛性を小さくするとともに、シリコンからなる補強部材により、少なくとも第1駆動ユニットを支持する第1支持部の剛性を高めることができる。これにより、ミラー部を振動させる際に、少なくとも第1駆動ユニットの一部を共振させながら、第1支持部を共振させないようにすることができるので、第1駆動ユニットを変形させるための振動エネルギーが第1支持部により消費されてしまうのを抑制することができる。その結果、ミラー部の振れ角を大きくすることができる。また、ミラー部の振れ角を大きくすることができるので、ミラー部を所定の角度で揺動させる場合に、より低い消費電力でミラー部を所望の振れ角で揺動させることができる。また、ミラー部、第1駆動ユニットおよび第1支持部が共に共通の金属基材により構成されるので、Siなどの脆性材料からなる基材を用いた場合とは異なり、振動に対する耐久性を高めることができる。したがって、第3の局面によるプロジェクタ機能を有する電子機器では、振動に対する耐久性を確保しながら、ミラー部の振れ角を大きくすることができる。その結果、振動ミラー素子によりレーザ光の走査範囲を大きくすることができるので、より大きい範囲に画像を投影することができる。 In the electronic device having a projector function according to the third aspect of the present invention, the base material of the mirror part, the first drive unit and the first support part is constituted by a common metal base material made of metal, The reinforcing member made of silicon is not joined to at least a part of the portion corresponding to the first drive unit, and the reinforcing member made of silicon is joined to at least the portion corresponding to the first support portion of the metal base. The rigidity of at least a part of the portion corresponding to the deformable first drive unit is reduced, and at least the rigidity of the first support portion that supports the first drive unit is increased by the reinforcing member made of silicon. Can do. Accordingly, when the mirror portion is vibrated, it is possible to prevent the first support unit from resonating while resonating at least a part of the first drive unit. Therefore, vibration energy for deforming the first drive unit. Can be prevented from being consumed by the first support portion. As a result, the deflection angle of the mirror part can be increased. In addition, since the swing angle of the mirror portion can be increased, when the mirror portion is swung at a predetermined angle, the mirror portion can be swung at a desired swing angle with lower power consumption. In addition, since the mirror unit, the first drive unit, and the first support unit are all formed of a common metal base material, the durability against vibration is increased unlike the case of using a base material made of a brittle material such as Si. be able to. Therefore, in the electronic device having the projector function according to the third aspect, the deflection angle of the mirror portion can be increased while ensuring durability against vibration. As a result, the scanning range of the laser beam can be increased by the oscillating mirror element, so that an image can be projected in a larger range.
本発明によれば、上記のように、振動ミラー素子の振動に対する耐久性を確保しながら、ミラー部の振れ角を大きくすることができる。 According to the present invention, as described above, the deflection angle of the mirror portion can be increased while ensuring the durability against vibration of the vibrating mirror element.
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18を参照して、本発明の一実施形態による携帯型プロジェクタ100の構成について説明する。
First, the configuration of a
本発明の一実施形態による携帯型プロジェクタ100は、図1に示すように、レーザ光を走査する振動ミラー素子1と、端子2を介して外部から入力された映像を解析して、画素情報を認識する制御部3と、赤色のレーザ光を発生させる赤色レーザダイオード4と、青色のレーザ光を発生させる青色レーザダイオード5と、緑色のレーザ光を発生させる緑色レーザダイオード6と、制御部3において認識された画素情報に基づいて、赤色レーザダイオード4、青色レーザダイオード5および緑色レーザダイオード6の発するレーザ光の階調を制御するレーザ制御部7とが設けられている。また、赤色レーザダイオード4、青色レーザダイオード5および緑色レーザダイオード6は、本発明の「レーザ光発生部」の一例である。なお、携帯型プロジェクタ100は、本発明の「プロジェクタ機能を有する電子機器」の一例である。
As shown in FIG. 1, a
ここで、本実施形態では、振動ミラー素子1は、図2および図3に示すように、光を走査するミラー10と、ミラー10を揺動させる第1駆動ユニット20と、第1駆動ユニット20を支持する第1支持部30とを備えている。また、振動ミラー素子1は、第1支持部30に接続される一対の第2駆動ユニット40および50と、第2駆動ユニット40および50を支持する第2支持部60とを備えている。ミラー10と、第1駆動ユニット20と、第1支持部30と、第2駆動ユニット40および50と、第2支持部60とに対応する部分の基材は、ステンレスからなる共通のステンレス基材11により一体的に形成されている。また、振動ミラー素子1は、図4に示すように、上側(Z1方向側)から、上部電極80、圧電体70、ステンレス基材11および補強部材90が積層されて形成されている。また、振動ミラー素子1は、平面視で、全体として略長方形形状に形成されている。また、ステンレス基材11は、約30μm以上約40μm以下の厚みt1(図5および図6参照)を有している。また、ステンレス基材11は、後述する固定部65に対応する部分おいて、図示しない端子によって外部と電気的に接続されている。なお、ミラー10は、本発明の「ミラー部」の一例である。また、ステンレス基材11は、本発明の「金属基材」の一例である。
Here, in the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the vibrating mirror element 1 includes a
第1駆動ユニット20は、図2および図3に示すように、ミラー10を揺動可能に連結するねじり変形可能なトーションバー21aおよび21bと、トーションバー21aおよび21bと接続される撓み変形可能なバー22aおよび22bと、バー22aおよび22bの端部にそれぞれ接続される第1駆動部23aおよび23bとを備えている。なお、トーションバー21aおよび21bは、本発明の「第1駆動ユニット」および「ミラー連結部」の一例である。また、バー22aおよび22bは、本発明の「第1駆動ユニット」および「梁部」の一例である。また、第1駆動部23aおよび23bは、本発明の「第1駆動ユニット」の一例である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
2つのトーションバー21aおよび21bは、図2および図3に示すように、Y方向に延びるように形成されている。また、トーションバー21aおよび21bのY方向の内側の端部は、それぞれ、ミラー10に接続されている。また、図9に示すように、トーションバー21aおよび21bは、ねじり変形することによりミラー10を第1支持部30に対して相対的に軸線200(図2参照)回りに揺動可能に連結している。なお、軸線200は、本発明の「第1軸線」の一例である。
The two
2つのバー22aおよび22bは、図2および図3に示すように、X方向に延びるように形成されている。また、バー22aおよび22bは、それぞれ、トーションバー21aおよび21bのY方向の外側の端部と接続されている。
The two
第1駆動部23aおよび23bは、それぞれ、図2、図3、図10および図11に示すように、バー22aおよび22bの両端部に接続されている。第1駆動部23aおよび23bは、圧電体70(図5〜図7参照)に電圧が印加されることによって撓み変形するように構成されている。第1駆動部23aおよび23bの撓み変形によって、図2に示すように、ミラー10が軸線200回りにa1方向およびa2方向に揺動されるように構成されている。また、ミラー10は、共振によってバー22aおよび22bの傾斜以上に傾斜されるように構成されている。
The
第1支持部30は、図2、図3、図10および図11に示すように、第1駆動部23aに接続される軸部31aと、第1駆動部23bに接続される軸部31bと、軸部31aおよび軸部31bに接続される枠体32とを備えている。軸部31aおよび31bは、軸線300(図3参照)の方向(X方向)に延びるように形成されている。軸部31aおよび31bは、それぞれ、第1駆動部23aおよび23bを支持するように接続されている。枠体32は、第1駆動部23aおよび23bを囲むように略矩形形状に形成されている。なお、図2に示すように、軸線200と軸線300とは、平面視で、共にミラー10の中心Rを通るとともに、互いに直交する。なお、軸線300は、本発明の「第2軸部」の一例である。
As shown in FIGS. 2, 3, 10, and 11, the
第2駆動ユニット40は、図2、図3、図10および図11に示すように、第1駆動ユニット20の軸部31aに接続される第2駆動部41、42、43、44および45を備えている。また、第2駆動ユニット50は、第1駆動ユニット20の軸部31bに接続される第2駆動部51、52、53、54および55を備えている。また、第2駆動ユニット40および50は、第2支持部60により支持されている。
As shown in FIGS. 2, 3, 10 and 11, the
ここで、図3に示すように、第1駆動ユニット20のX1側に形成された第2駆動ユニット40と第1駆動ユニット20のX2側に形成された第2駆動ユニット50とは、互いに、ミラー10の中心Rを中心として、略点対称の形状を有するように構成されている。すなわち、第2駆動ユニット40の第2駆動部41〜45は、ミラー10の中心Rを中心として180度回転されることによって、それぞれ、第2駆動ユニット50の第2駆動部51〜55と略重なる位置に配置されている。また、第2駆動ユニット40の接続部61〜64は、ミラー10の中心Rを中心として180度回転されることによって、それぞれ、第2駆動ユニット50の接続部66〜69と略重なるような位置関係に配置されている。このため、これ以降は、第2駆動ユニット40の構成について説明し、第2駆動ユニット50についてはその説明を省略する。
Here, as shown in FIG. 3, the
第2駆動ユニット40の第2駆動部41〜45は、図2、図3および図8に示すように、軸線200(図3参照)に略平行な方向(Y方向)に延びるように構成されている。また、第2駆動部41〜45は、X方向に互いに所定の間隔を隔てて設けられている。第2駆動部41〜45は、電圧が印加されることによって変形するように構成されている。また、第2駆動部41〜45は、変形することにより第1支持部30を軸線200(図3参照)に略直交する軸線300回りにB1方向およびB2方向に揺動させるように構成されている。また、第1駆動ユニット20は、約30kHzの周波数で駆動され、ミラー10とトーションバー21aおよび21bとを共振させるように構成されている。一方、第2駆動ユニット40および50は、約60Hzの周波数で駆動され、ミラー10とトーションバー21aおよび21bとを共振させないように構成されている。なお、第2駆動部41〜45は、本発明の「第2駆動ユニット」の一例である。また、軸線300は、本発明の「第2軸線」の一例である。
As shown in FIGS. 2, 3, and 8, the
第2駆動ユニット40に接続され、第2駆動ユニット40を支持する第2支持部60は、図2、図3、図10および図11に示すように、4つの接続部61〜64と、枠形状を有する固定部65とを含んでいる。枠形状の固定部65の内側には、ミラー10と第1駆動ユニット20と第2駆動ユニット40とが収められるように構成されている。また、固定部65は、第2駆動部45に接続されている。4つの接続部61〜64と、固定部65とは、5つの第2駆動部41〜44および45に電圧が印加された場合でも、ほぼ変形しないように構成されている。接続部61は、第2駆動部41および42を接続するように構成されている。また、接続部62は、第2駆動部42および43を接続するように構成されている。また、接続部63は、第2駆動部43および44を接続するように構成されている。また、接続部64は、第2駆動部44および45を接続するように構成されている。なお、接続部61〜64は、本発明の「第2支持部」の一例である。なお、固定部65は、本発明の「第2支持部」の一例である。
As shown in FIGS. 2, 3, 10, and 11, the
また、図5、図6および図13に示すように、電極としての機能を果たすステンレス基材11の第1駆動部23aおよび23bと、軸部31aおよび31bと、枠体32と、第2駆動部41〜45および51〜55と、接続部61〜64および66〜69と、固定部65の一部に対応する部分との上面(Z1方向)側には、それぞれ、圧電体70が形成されている。圧電体70は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)から構成されている。また、圧電体70は、図5および図6に示すように、Z方向に約3μmの厚みt2を有している。
Further, as shown in FIGS. 5, 6 and 13, the
圧電体70は、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Y方向に伸縮変形するように構成されている。具体的には、圧電体70は、印加される電圧の位相に応じて圧電体70の下面側(Z2側)が上面側(Z1側)よりも収縮または圧電体70の上面側(Z1側)が下面側(Z2側)よりも収縮して変形するように構成されている。また、第2駆動部41、43および45と、第2駆動部42および44とは、逆位相の電圧が印加されるように構成されている。また、第2駆動ユニット40の第2駆動部41、43および45と、第2駆動ユニット50の第2駆動部52および54とは、同じ位相の電圧が印加されるように構成されている。また、第2駆動ユニット40の第2駆動部42および44と、第2駆動ユニット50の第2駆動部51、53および55とは、同じ位相の電圧が印加されるように構成されている。この結果、第2駆動ユニット40および50は、互いに逆の駆動を行うように構成されている。
The
また、圧電体70の上面上には、図5〜図7および図15に示すように、それぞれ、上部電極80が形成されている。上部電極80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、上部電極80は、それぞれ、図示しない端子によって外部と電気的に接続されている。また、上部電極80は、Z方向に約100nmの厚みt3(図5参照)を有している。
Further, as shown in FIGS. 5 to 7 and 15,
また、図5、図6および図8に示すように、シリコンからなる補強部材90は、ミラー10と、軸部31aおよび31bと、枠体32と、接続部61〜64および66〜69と、固定部65とに対応する部分のステンレス基材11の裏側(Z2方向側)に接合されている。すなわち、変形可能に構成されているトーションバー21aおよび21bと、バー22aおよび22bと、第1駆動部23aおよび23bと、第2駆動部41〜45および51〜55とに対応する部分のステンレス基材11の裏側(Z2方向側)には、シリコンからなる補強部材90が接合されていない。また、シリコンからなる補強部材90は、たとえばCyclotene(登録商標)からなる接着剤によりステンレス基材11に接合されている。また、図5および図6に示すように、補強部材90は、約200μm以上約300μm以下の厚みt4を有している。シリコンからなる補強部材90は、ステンレス基材11の厚みt1よりも大きい厚みt4を有するように構成されている。
Further, as shown in FIGS. 5, 6, and 8, the reinforcing
次に、図2、図9〜図11を参照して、本発明の一実施形態による振動ミラー素子1の駆動動作を説明する。 Next, with reference to FIGS. 2 and 9 to 11, the driving operation of the vibrating mirror element 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
まず、軸線200回りの駆動について説明する。図9に示すように、第1駆動部23aが伸長するような電圧を第1駆動部23aに印加するとともに、第1駆動部23bが収縮するような電圧を第1駆動部23bに印加すると、第1駆動部23aは、中央部が端部よりも上方に位置する(上方に突出する)ように凸形状に変形されるとともに、第1駆動部23bは、中央部が端部よりも下方に位置する(下方に突出する)ように凹形状に変形される。
First, driving around the
これにより、図9に示すように、バー22aおよび22bは、それぞれ、上面がX1方向に向くように傾斜する。バー22aおよび22bの傾斜に伴って、トーションバー21aおよび21bは、X1方向に向かって傾斜するような状態になる。さらに、ミラー10とトーションバー21aおよび21bとの共振周波数と、第1駆動部23aおよび23bに印加する電圧の周波数とを略一致させていることにより、ミラー10とトーションバー21aおよび21bとは共振する。これにより、トーションバー21aおよび21bにはa1方向にねじられる力が加えられ、ミラー10は、バー22aおよび22bの傾斜角度よりも大きい角度でa1方向に揺動される。
Thereby, as shown in FIG. 9, each of the
一方、第1駆動部23aが収縮するような電圧を第1駆動部23aに印加するとともに、第1駆動部23bが伸長するような電圧を第1駆動部23bに印加した場合には、第1駆動部23aは、中央部が端部よりも下方に位置するように凹形状に変形されるとともに、第1駆動部23bは、中央部が端部よりも上方に位置するように凸形状に変形される。これにより、上記a1方向の振れとは反対方向の動作によって、バー22aおよび22bは、それぞれ、上面がX2方向に向くように傾斜する。この場合、トーションバー21aおよび21bには共振によりa2方向にねじられる力が加えられ、ミラー10は、バー22aおよび22bの傾斜角度よりも大きい角度でa2方向に揺動される。
On the other hand, when a voltage that causes the
次に、軸線300回りの駆動について説明する。図2に示すような第2駆動ユニット40および50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10に示すように、第2駆動ユニット40の第2駆動部41、43および45と、第2駆動ユニット50の第2駆動部52および54とに、圧電体70の上面側(Z1側)が下面側(Z2側)よりも収縮されるような電圧を印加する。一方、第2駆動ユニット40の第2駆動部42および44と、第2駆動ユニット50の第2駆動部51、53および55とに、第2駆動部41、43、45、52および54に印加された電圧とは逆の位相である圧電体70の下面側(Z2側)が上面側(Z1側)よりも収縮されるような電圧を印加する。
Next, driving around the
これにより、図10に示すように、第2駆動ユニット40において、第2駆動部41、43および45は、それぞれ、端部S1、端部S6および端部S10が、端部S3、端部S7および端部S2に対して上方(Z1側)に傾斜するように変形される。一方、第2駆動部42および44は、それぞれ、端部S4および端部S8が、端部S5および端部S9に対して下方(Z2側)に傾斜される。この結果、端部S1に接続された軸部31aは、第2駆動部41〜45の傾斜が累積された状態で、第1駆動ユニット20をY1側がY2側よりも上方(Z1側)に位置するように傾斜させる。また、第2駆動ユニット50は、第2駆動ユニット40と逆の駆動をすることによって、軸部31bは、第2駆動部51〜55の傾斜が累積された状態で、第1駆動ユニット20をY1側がY2側よりも上方(Z1側)に位置するように傾斜させる。これらにより、第1駆動ユニット20は、軸線300(図2参照)回りにB1方向に回動される。
Accordingly, as shown in FIG. 10, in the
また、図2に示すような第2駆動ユニット40および50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11に示すように、第2駆動ユニット40の第2駆動部41、43および45と、第2駆動ユニット50の第2駆動部52および54とに、圧電体70の下面側(Z2側)が上面側(Z1側)よりも収縮されるような電圧を印加する。一方、第2駆動ユニット40の第2駆動部42および44と、第2駆動ユニット50の第2駆動部51、53および55とに、第2駆動部41、43、45、52および54に印加された電圧とは逆の位相である圧電体70の上面側(Z1側)が下面側(Z2側)よりも収縮されるような電圧を印加する。
Further, as shown in FIG. 11, the
これにより、第2駆動ユニット40が、図10の状態とは逆になるように駆動されることによって、軸部31aは、第2駆動部41〜45の傾斜が累積された状態で、第1駆動ユニット20をY1側がY2側よりも下方(Z2側)に位置するように傾斜させる。また、第2駆動ユニット50は、第2駆動ユニット40と逆の駆動をすることによって、軸部31bは、第2駆動部51〜55の傾斜が累積された状態で、第1駆動ユニット20をY1側がY2側よりも下方(Z2側)に位置するように傾斜させる。これらにより、第1駆動ユニット20は、軸線300(図2参照)回りにB2方向に回動される。これら一連の駆動が繰り返されることによって、第1駆動ユニット20は、第2駆動ユニット40および50により軸線300回りに揺動される。
As a result, the
次に、図2、図6および図12〜図18を参照して、本発明の一実施形態による振動ミラー素子1の製造方法について説明する。 Next, with reference to FIG. 2, FIG. 6 and FIGS. 12-18, the manufacturing method of the vibration mirror element 1 by one Embodiment of this invention is demonstrated.
まず、図12に示すように、ステンレス基材11を振動ミラー素子1に対応する形状に形成する。次に、フォトリソグラフィによりステンレス基材11の上側(Z1方向側)にレジストパターン(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、図13および図14に示すように、ステンレス基材11の第1駆動部23aおよび23bと、軸部31aおよび31bと、枠体32と、第2駆動部41〜45および51〜55と、接続部61〜64および66〜69と、固定部65の一部とに対応する部分の上面上(Z1側)に、スパッタなどにより圧電体70を形成する。その後、レジストパターンを除去する。
First, as shown in FIG. 12, the
そして、フォトリソグラフィによりステンレス基材11および圧電体70の上側(Z1方向側)にレジストパターン(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、図15および図16に示すように、第1駆動部23aおよび23bと、第2駆動部41〜45および51〜55とに対応する位置の圧電体70の上面上に、スパッタなどにより上部電極80を形成する。すなわち、圧電体70が設けられた部分のうち、軸部31aおよび31bと、枠体32と、接続部61〜64および66〜69と、固定部65の一部には、上部電極80を設けない。その後、レジストパターンを除去する。
And after forming a resist pattern (not shown) on the upper side (Z1 direction side) of the
次に、図17および図18に示すように、複数個の振動ミラー素子1を形成する複数個のステンレス基材11の下側(Z2方向側)に一体的に形成されたシリコンウエハ91を接合する。なお、シリコンウエハ91は、本発明の「シリコン層」の一例である。
Next, as shown in FIGS. 17 and 18, the
そして、フォトリソグラフィによりシリコンウエハ91の下側(Z2方向側)にレジストパターン(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、図2、図5および図6に示すように、ミラー10、軸部31aおよび31bと、枠体32と、接続部61〜64および66〜69と、固定部65とに対応するステンレス基材11の部分に補強部材90(シリコンウエハ91)を残した状態で、ステンレス基材11の第1駆動部23aおよび23bと、第2駆動部41〜45および51〜55とに対応する部分のステンレス基材11の部分に接合されているシリコンウエハ91をエッチングにより除去する。これにより、ミラー10、軸部31aおよび31bと、枠体32と、接続部61〜64および66〜69と、固定部65とに対応するステンレス基材11の部分にシリコンからなる補強部材90が設けられる。その後、レジストパターンを除去する。
Then, after forming a resist pattern (not shown) on the lower side (Z2 direction side) of the
そして、図17に示す切断線でシリコンウエハ91を切断して、補強部材90が設けられた複数個のステンレス基材11を個々のステンレス基材11ごとに分割する。このようにして、図2に示す振動ミラー素子1が形成される。
Then, the
本実施形態では、上記のように、ミラー10、第1駆動ユニット20および第1支持部30の基材を、共通のステンレス基材11により構成するとともに、ステンレス基材11の第1駆動ユニット20に対応する部分には補強部材90を接合しないで、ステンレス基材11の第1支持部30に対応する部分には補強部材90を接合することによって、変形可能な第1駆動ユニット20に対応する部分の剛性を小さくするとともに、補強部材90により、第1駆動ユニット20を支持する第1支持部30の剛性を高めることができる。これにより、ミラー10を振動させる際に、第1駆動ユニット20の一部を共振させながら、第1支持部30を共振させないようにすることができるので、第1駆動ユニット20を変形させるための振動エネルギーが第1支持部30により消費されてしまうのを抑制することができる。その結果、ミラー10の振れ角を大きくすることができる。また、ミラー10の振れ角を大きくすることができるので、ミラー10を所定の角度で揺動させる場合に、より低い消費電力でミラー10を所望の振れ角で揺動させることができる。また、ミラー10、第1駆動ユニット20および第1支持部30が共に共通のステンレス基材11により構成されるので、Siなどの脆性材料からなる基材を用いた場合とは異なり、振動に対する耐久性を高めることができる。したがって、振動に対する耐久性を確保しながら、ミラー10の振れ角を大きくすることができる。
In the present embodiment, as described above, the base material of the
本実施形態では、上記のように、補強部材90をステンレス基材11のミラー10に対応する部分に接合することによって、ミラー10の剛性が高められるので、ミラー10の変形を抑制することができる。これにより、ミラー10が反射するビームが歪むのを抑制することができる。
In this embodiment, since the rigidity of the
本実施形態では、上記のように、ステンレス基材11に接合される補強部材90を、ステンレス基材11の厚みt1よりも大きい厚みt4を有するように形成することによって、補強部材90を接合する第1支持部30の剛性を容易に高めることができるので、容易に、第1支持部30により振動エネルギーが消費されるのを抑制してミラー10の振れ角を大きくすることができる。
In the present embodiment, as described above, the reinforcing
本実施形態では、上記のように、第1駆動ユニット20に電圧が印加されることにより変形される圧電体70を、電極として機能するステンレス基材11上に設けることによって、ステンレス基材11を圧電体70に電圧を印加するための電極としても流用することができるので、専用の電極部材を別途設ける必要がなく、その分、部品点数を削減することができる。
In the present embodiment, as described above, the
本実施形態では、上記のように、ミラー10に一方端部側が接続され、ミラー10を揺動可能に連結するトーションバー21aおよび21bと、トーションバー21aおよび21bの他方端部側と接続されるバー22aおよび22bと、バー22aおよび22bの一方端部および他方端部とそれぞれ接続され、ミラー10を揺動させる第1駆動部23aおよび23bとを第1駆動ユニット20に設け、ステンレス基材11の第1駆動部23aおよび23bに対応する部分には、補強部材90を接合しておらず、ステンレス基材11の第1支持部30に対応する部分には補強部材90を接合することによって、ミラー10を揺動させる第1駆動部23aおよび23bの剛性を低くし、かつ、補強部材90により第1支持部30の剛性を高めることができるので、ミラー10の振れ角を確実に大きくすることができる。
In the present embodiment, as described above, one end side is connected to the
本実施形態では、上記のように、第1支持部30を軸線200に略直交する軸線300回りに揺動する第2駆動ユニット40および50と、第2駆動ユニット40および50に接続し、第2駆動ユニット40および50を支持する第2支持部60とをさらに設け、ミラー10、第1駆動ユニット20および第1支持部30の基材に加えて、第2駆動ユニット40および50と第2支持部60との基材も、共通のステンレス基材11により構成するとともに、ステンレス基材11の第2駆動ユニット40および50に対応する部分には補強部材90を接合しておらず、ステンレス基材11の第2支持部60に対応する部分には補強部材90を接合することによって、第1駆動ユニット20および第2駆動ユニット40および50によりミラー10を軸線200および軸線300回りの両方に揺動させることができる。また、軸線200側のみならず、軸線300側についても、第2駆動ユニット40および50に対応する部分の剛性を小さくすることができるとともに、補強部材90により、第2駆動ユニット40および50を支持する第2支持部60の剛性を高めることができるので、軸線200回りの振れ角に加えて、軸線300回りの振れ角も大きくすることができる。また、軸線200回りおよび軸線300回りの両方にミラー10を揺動させることが可能なように構成しながら、振動に対する耐久性を確保することができる。
In the present embodiment, as described above, the
本実施形態では、上記のように、第2駆動ユニット40および50を軸線200に略平行な方向に延びるように設け、第1支持部30を揺動させる複数の第2駆動部41〜45および51〜55を第2駆動ユニット40および50に設け、第2支持部60には、複数の第2駆動部41〜45および51〜55のそれぞれを接続する複数の接続部61〜64および66〜69と、第2駆動部41〜45および51〜55を固定するための固定部65とを設けるとともに、ステンレス基材11の第2駆動部41〜45および51〜55に対応する部分には、補強部材90を接合しておらず、ステンレス基材11の複数の接続部61〜64および66〜69と固定部65とに対応する部分には、補強部材90を接合することによって、軸線200側と同様に、複数の第2駆動部41〜45および51〜55の剛性を低くし、かつ、補強部材90により複数の接続部61〜64および65〜69と固定部65の剛性を高めることができるので、軸線200回りの振れ角のみならず、軸線300回りのミラー10の振れ角も確実に大きくすることができる。
In the present embodiment, as described above, the
本実施形態では、上記のように、軸線200回りに揺動可能なミラー10と、ミラー10に接続され、変形することによってミラー10を揺動させる第1駆動ユニット20と、第1駆動ユニット20に接続され、第1駆動ユニット20を支持する第1支持部30との基材を構成する共通のステンレス基材11を形成する工程と、ステンレス基材11にシリコンウエハ91を接合する工程と、ステンレス基材11の第1支持部30に対応する部分のシリコンウエハ91を残した状態で、ステンレス基材11の第1駆動ユニット20に対応する部分のシリコンウエハ91を除去することによって、ステンレス基材11の第1支持部30に対応する部分に補強部材90を設ける工程とを設けることによって、変形可能な第1駆動ユニット20に対応する部分の剛性を小さくすることができるとともに、補強部材90により、第1駆動ユニット20を支持する第1支持部30の剛性を高めるように製造することができる。これにより、ミラー10を振動させる際に、少なくとも第1駆動ユニット20を共振させながら、第1支持部30を共振させないようにすることができるので、第1駆動ユニット20を変形させるための振動エネルギーが第1支持部30により消費されてしまうのを抑制することができる。その結果、ミラー10の振れ角を大きくすることができる。また、ミラー10の振れ角を大きくすることができるので、ミラー10を所定の角度で揺動させる場合に、より低い消費電力でミラー10を所望の振れ角で揺動させることができる。また、ミラー10、第1駆動ユニット20および第1支持部30が共に共通のステンレス基材により構成されるので、Siなどの脆性材料からなる基材を用いた場合とは異なり、振動に対する耐久性を高めることができる。したがって、振動に対する耐久性を確保しながら、ミラー10の振れ角を大きくすることが可能な振動ミラー素子1を得ることができる。また、ステンレス基材11に接合されたシリコンウエハ91を部分的に除去することによって、ステンレス基材11の所定の位置だけに補強部材90を容易に設けることができる。また、ステンレス基材11に接合されたシリコンウエハ91を、補強部材90が設けられるステンレス基材11の第1支持部30に対応する部分に残すように除去することができるので、補強部材90をステンレス基材11の複数箇所に設けて製造する場合には、部品点数を削減することができる。
In the present embodiment, as described above, the
本実施形態では、上記のように、複数個のステンレス基材11に、一体的に形成されたシリコンウエハ91を接合する工程を含み、補強部材90を設ける工程は、各々のステンレス基材11の第1支持部30に対応するシリコンウエハ91の部分を残した状態で、ステンレス基材11の第1駆動ユニット20に対応する部分に対応するシリコンウエハ91の部分をエッチングにより除去することによって、ステンレス基材11の第1支持部30に対応する部分に補強部材90を設ける工程を含み、補強部材90が設けられた複数個のステンレス基材11を個々のステンレス基材11ごとに分割する工程をさらに備えることによって、一体的に形成されたシリコンウエハ91を用いて複数個のステンレス基材11に補強部材90を同時に設けることができるので、容易に、複数個の振動ミラー素子1を生産することができる。また、複数個のステンレス基材11のそれぞれにシリコン層を接合して補強部材90を設ける場合とは異なり、1枚のシリコンウエハ91から複数個のステンレス基材11のそれぞれに補強部材90を一括して設けることができるので、製造工程を簡略化することができる。
In the present embodiment, as described above, the step of bonding the
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.
上記実施形態では、ミラー(ミラー部)、トーションバー(ミラー連結部)、バー(梁部)、軸部(第1支持部)、枠体(第1支持部)、接続部(第2支持部)および固定部(第2支持部)の全てに対応する部分のステンレス基材に補強部材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、ミラー、トーションバー、バー、軸部、枠体、接続部および固定部に対応する部分のうちの一部の部分にだけ補強部材を設けてもよい。 In the above embodiment, the mirror (mirror part), the torsion bar (mirror connecting part), the bar (beam part), the shaft part (first support part), the frame (first support part), the connection part (second support part). ) And the example in which the reinforcing member is provided on the stainless steel base of the portion corresponding to all of the fixed portion (second support portion), the present invention is not limited to this. In this invention, you may provide a reinforcement member only in the one part part among the parts corresponding to a mirror, a torsion bar, a bar | burr, a shaft part, a frame, a connection part, and a fixing | fixed part.
上記実施形態では、第1駆動ユニットの全てに対応する部分のステンレス基材に補強部材を設けない例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1駆動ユニットに対応する部分の一部にだけ補強部材が設けられていなくてもよい。 In the above embodiment, the example in which the reinforcing member is not provided on the stainless base material in the portion corresponding to all of the first drive unit is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the reinforcing member may not be provided only in a part of the portion corresponding to the first drive unit.
上記実施形態では、互いに同様の構成を有する一対の第2駆動ユニット40と第2駆動ユニット50とが、ミラーの中心Rを中心として、略点対称の関係を有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、たとえば、一対の第2駆動ユニットを、非対称形状に構成してもよい。
In the above-described embodiment, an example in which a pair of the
上記実施形態では、圧電体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。本発明では、たとえば、圧電体は、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)O3)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)、ニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)などの圧電材料により形成されていてもよい。 In the said embodiment, although the piezoelectric material showed the example which consists of lead zirconate titanate (PZT), this invention is not limited to this. In the present invention, for example, the piezoelectric body 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 ).
上記実施形態では、圧電体により第1駆動ユニットを変形させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電体以外の材料により第1駆動ユニットを変形させてもよい。 In the said embodiment, although the example which deform | transformed the 1st drive unit with the piezoelectric material was shown, this invention is not limited to this. In the present invention, the first drive unit may be deformed by a material other than the piezoelectric body.
上記実施形態では、Cyclotene(登録商標)からなる接着剤により、ステンレス基材に補強部材を接合する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、パラキシリレン系樹脂またはポリイミド系樹脂を主成分とする接着剤を用いてもよい。 In the said embodiment, although the example which joins a reinforcement member to a stainless steel base material with the adhesive agent which consists of Cyclotene (trademark) was shown, this invention is not limited to this. In the present invention, for example, an adhesive mainly composed of paraxylylene resin or polyimide resin may be used.
上記実施形態では、金属基材がステンレスからなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、金属基材は、ステンレス以外のチタンや、アルミニウムなどの金属により構成されていてもよい。 In the said embodiment, although the metal base material showed the example which consists of stainless steel, this invention is not limited to this. In the present invention, for example, the metal substrate may be made of a metal such as titanium other than stainless steel or aluminum.
上記実施形態では、振動ミラー素子が、第1駆動ユニットおよび第2駆動ユニットを含むことによって、2次元に光を走査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、第1駆動ユニットのみからなり、第2駆動ユニットを有さない構成にすることによって、振動ミラー素子を1次元にのみ光を走査するように構成してもよい。 In the above embodiment, the example in which the oscillating mirror element is configured to scan light two-dimensionally by including the first drive unit and the second drive unit is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the oscillating mirror element may be configured to scan light only in one dimension by using only the first drive unit and not having the second drive unit.
上記実施形態では、本発明を携帯型プロジェクタに適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、携帯型プロジェクタ以外の電子機器、たとえば、携帯電話等に本発明を適用してもよい。 In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a portable projector has been shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the present invention may be applied to electronic devices other than the portable projector, such as a mobile phone.
1 振動ミラー素子
3 制御部
4 赤色レーザダイオード(レーザ光発生部)
5 青色レーザダイオード(レーザ光発生部)
6 緑色レーザダイオード(レーザ光発生部)
10 ミラー(ミラー部)
11 ステンレス基材(金属基材)
20 第1駆動ユニット
21a、21b トーションバー(ミラー連結部、第1駆動ユニット)
22a、22b バー(梁部、第1駆動ユニット)
23a、23b 第1駆動部(第1駆動ユニット)
30 第1支持部
40、50 第2駆動ユニット
41、42、43、44、45 第2駆動部(第2駆動ユニット)
51、52、53、54、55 第2駆動部(第2駆動ユニット)
60 第2支持部(第2駆動ユニット)
61、62、63、64 接続部(第2支持部)
65 固定部(第2支持部)
66、67、68、69 接続部(第2支持部)
70 圧電体
90 補強部材(シリコンからなる補強部材)
91 シリコンウエハ(シリコン層)
100 携帯型プロジェクタ(プロジェクタ機能を有する電子機器)
200 軸線(第1軸線)
300 軸線(第2軸線)
1 Vibrating mirror element 3
5 Blue laser diode (laser beam generator)
6 Green laser diode (laser beam generator)
10 Mirror (mirror part)
11 Stainless steel substrate (metal substrate)
20
22a, 22b Bar (beam, first drive unit)
23a, 23b 1st drive part (1st drive unit)
30
51, 52, 53, 54, 55 Second drive unit (second drive unit)
60 2nd support part (2nd drive unit)
61, 62, 63, 64 Connection part (second support part)
65 Fixing part (second support part)
66, 67, 68, 69 Connection part (second support part)
70
91 Silicon wafer (silicon layer)
100 Portable projector (electronic equipment having a projector function)
200 axis (first axis)
300 axis (second axis)
Claims (10)
前記ミラー部に接続され、変形することによって前記ミラー部を揺動させる第1駆動ユニットと、
前記第1駆動ユニットに接続され、前記第1駆動ユニットを支持する第1支持部とを備え、
前記ミラー部、前記第1駆動ユニットおよび前記第1支持部の基材は、金属からなる共通の金属基材により構成されており、
前記金属基材の前記第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部にはシリコンからなる補強部材が接合されておらず、前記金属基材の少なくとも前記第1支持部に対応する部分には前記シリコンからなる補強部材が接合されている、振動ミラー素子。 A mirror that can swing at least about the first axis;
A first drive unit that is connected to the mirror part and swings the mirror part by being deformed;
A first support unit connected to the first drive unit and supporting the first drive unit;
The mirror part, the first drive unit, and the base material of the first support part are composed of a common metal base material made of metal,
A reinforcing member made of silicon is not joined to at least a part of the part corresponding to the first drive unit of the metal base, and at least a part corresponding to the first support part of the metal base. Is a vibrating mirror element to which a reinforcing member made of silicon is bonded.
前記圧電体は、電極として機能する前記金属基材上に設けられている、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 has a piezoelectric body that is deformed by application of a voltage,
The vibrating mirror element according to claim 1, wherein the piezoelectric body is provided on the metal base material that functions as an electrode.
前記金属基材の少なくとも前記第1駆動部に対応する部分には、前記シリコンからなる補強部材が接合されておらず、前記金属基材の少なくとも前記第1支持部に対応する部分には前記シリコンからなる補強部材が接合されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の振動ミラー素子。 The first drive unit has one end side connected to the mirror part, a mirror connecting part that connects the mirror part so as to be swingable, a beam part connected to the other end side of the mirror connecting part, A first driving unit that is connected to one end and the other end of the beam unit and swings the mirror unit;
A reinforcing member made of silicon is not bonded to at least a portion corresponding to the first driving portion of the metal base, and at least a portion corresponding to the first support portion of the metal base is the silicon. The vibration mirror element according to claim 1, wherein a reinforcing member made of
前記第2駆動ユニットに接続され、前記第2駆動ユニットを支持する第2支持部とをさらに備え、
前記ミラー部、前記第1駆動ユニットおよび前記第1支持部の基材に加えて、前記第2駆動ユニットおよび前記第2支持部の基材も、前記共通の金属基材により構成されており、
前記金属基材の前記第2駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部には前記シリコンからなる補強部材が接合されておらず、前記金属基材の少なくとも前記第2支持部に対応する部分には前記シリコンからなる補強部材が接合されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の振動ミラー素子。 A second drive unit that swings the first support portion around a second axis substantially perpendicular to the first axis;
A second support unit connected to the second drive unit and supporting the second drive unit;
In addition to the mirror part, the first drive unit and the base material of the first support part, the base material of the second drive unit and the second support part is also composed of the common metal base material,
The reinforcing member made of silicon is not joined to at least a part of the part corresponding to the second drive unit of the metal base, and the part corresponding to at least the second support part of the metal base The vibrating mirror element according to claim 1, wherein a reinforcing member made of silicon is bonded to the vibrating mirror element.
前記第2支持部は、前記複数の第2駆動部のそれぞれを接続する複数の接続部と、前記第2駆動部を固定するための固定部とを含み、
前記金属基材の第2駆動部に対応する部分には、前記シリコンからなる補強部材が接合されておらず、前記金属基材の少なくとも前記複数の接続部および前記固定部に対応する部分には、前記シリコンからなる補強部材が接合されている、請求項6に記載の振動ミラー素子。 The second drive unit includes a plurality of second drive units that are provided so as to extend in a direction substantially parallel to the first axis and swing the first support unit.
The second support part includes a plurality of connection parts for connecting the plurality of second drive parts, and a fixing part for fixing the second drive part,
The reinforcing member made of silicon is not joined to the portion corresponding to the second drive portion of the metal base, and at least the portion corresponding to the plurality of connecting portions and the fixing portion of the metal base The vibrating mirror element according to claim 6, wherein the reinforcing member made of silicon is bonded.
前記金属基材にシリコン層を接合する工程と、
前記金属基材の少なくとも前記第1支持部に対応する部分の前記シリコン層を残した状態で、前記金属基材の前記第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部において前記シリコン層を除去することによって、前記金属基材の少なくとも前記第1支持部に対応する部分に前記シリコンからなる補強部材を設ける工程とを備える、振動ミラー素子の製造方法。 A mirror unit that can swing at least about a first axis, a first drive unit that is connected to the mirror unit and that swings the mirror unit by being deformed, and is connected to the first drive unit; Forming a common metal base material made of a metal constituting the base material with the first support portion supporting the drive unit;
Bonding a silicon layer to the metal substrate;
The silicon layer in at least a part of the part corresponding to the first drive unit of the metal base while leaving the silicon layer of the part corresponding to the first support part of the metal base at least. And a step of providing a reinforcing member made of silicon on at least a portion of the metal base material corresponding to the first support portion by removing the metal base material.
前記シリコンからなる補強部材を設ける工程は、各々の前記金属基材の少なくとも前記第1支持部に対応する前記シリコンウエハの部分を残した状態で、前記金属基材の前記第1駆動ユニットに対応する部分のうちの少なくとも一部に対応する前記シリコンウエハの部分をエッチングにより除去することによって、前記金属基材の少なくとも前記第1支持部に対応する部分に前記シリコンからなる補強部材を設ける工程を含み、
前記シリコンからなる補強部材が設けられた前記複数個の前記金属基材を個々の前記金属基材ごとに分割する工程をさらに備える、請求項8に記載の振動ミラー素子の製造方法。 The step of bonding the silicon layer includes a step of bonding the silicon wafer formed integrally with the plurality of metal substrates,
The step of providing the reinforcing member made of silicon corresponds to the first drive unit of the metal base material, with at least a portion of the silicon wafer corresponding to the first support portion of each metal base material left. A step of providing a reinforcing member made of silicon on at least a portion of the metal base corresponding to the first support portion by removing the portion of the silicon wafer corresponding to at least a portion of the portion to be etched. Including
The method of manufacturing a vibrating mirror element according to claim 8, further comprising a step of dividing the plurality of the metal bases provided with the reinforcing member made of silicon for each of the metal bases.
入力された映像を解析して、画素情報を認識する制御部と、
レーザ光を走査する振動ミラー素子とを備え、
前記振動ミラー素子は、
少なくとも第1軸線回りに揺動可能なミラー部と、
前記ミラー部に接続され、変形することによって前記ミラー部を揺動させる第1駆動ユニットと、
前記第1駆動ユニットに接続され、前記第1駆動ユニットを支持する第1支持部とを備え、
前記ミラー部、前記第1駆動ユニットおよび前記第1支持部の基材は、金属からなる共通の金属基材により構成されており、
前記金属基材の前記第1駆動ユニットに対応する部分のうち少なくとも一部にはシリコンからなる補強部材が接合されておらず、前記金属基材の少なくとも前記第1支持部に対応する部分には前記シリコンからなる補強部材が接合されている、プロジェクタ機能を有する電子機器。 A laser beam generator that emits laser beam;
A controller that analyzes input video and recognizes pixel information;
A vibrating mirror element that scans the laser beam,
The vibrating mirror element is
A mirror that can swing at least about the first axis;
A first drive unit that is connected to the mirror part and swings the mirror part by being deformed;
A first support unit connected to the first drive unit and supporting the first drive unit;
The mirror part, the first drive unit, and the base material of the first support part are composed of a common metal base material made of metal,
A reinforcing member made of silicon is not bonded to at least a part of the part corresponding to the first drive unit of the metal base, and at least a part corresponding to the first support part of the metal base An electronic apparatus having a projector function, wherein a reinforcing member made of silicon is bonded.
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