JP5077139B2

JP5077139B2 - Optical reflection element

Info

Publication number: JP5077139B2
Application number: JP2008209633A
Authority: JP
Inventors: 成男古川; 二郎寺田; 晋輔中園
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2028-08-18
Also published as: JP2010044307A

Description

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

従来、ディスプレイ装置などに用いられる光学反射素子としては、ガルバノミラーなどが挙げられる。 Conventionally, a galvanometer mirror etc. are mentioned as an optical reflective element used for a display apparatus etc.

このガルバノミラーは、ミラー部とこのミラー部の外周に配置されたコイルと、このコイルの外側に配置された磁石とを備え、この磁石の内側に磁界を発生させ、磁界中のコイルに電流を流すことで電磁力を発生させる。そしてこの電磁力によってミラー部を駆動させ、回動するミラー部でレーザー光を反射することにより、スクリーン面上にレーザー光線を掃引させる（例えば、特許文献１参照）。 The galvano mirror includes a mirror part, a coil arranged on the outer periphery of the mirror part, and a magnet arranged outside the coil, generates a magnetic field inside the magnet, and supplies a current to the coil in the magnetic field. Electromagnetic force is generated by flowing. And a mirror part is driven by this electromagnetic force, and a laser beam is swept on a screen surface by reflecting a laser beam by the rotating mirror part (for example, refer patent document 1).

そして近年、このようなディスプレイ装置の小型化に伴い、光学反射素子の小型化が命題となっている。
特開平７−２１８８５７号公報 In recent years, along with the miniaturization of such display devices, miniaturization of optical reflecting elements has become a proposition.
JP 7-218857 A

従来の光学反射素子では、小型化が困難であった。 It is difficult to reduce the size of conventional optical reflecting elements.

それは、ミラー部を駆動するための磁石が、大きな配置面積を要するからである。 This is because a magnet for driving the mirror portion requires a large arrangement area.

そこで本発明は光学反射素子を小型化することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the size of the optical reflecting element.

そして、この目的を達成するために本発明は、ミラー部と、このミラー部と第一の支持部で連結された音叉形圧電振動子と、この音叉形圧電振動子の振動中心と第二の支持部で連結された支持体とを備え、音叉形圧電振動子は、その振動中心を通る連結部と、この連結部の両端からそれぞれ延伸するアームとを有し、これらのアームの内側の辺と連結部の内側の辺との成す角は、鈍角であるものとした。 In order to achieve this object, the present invention provides a mirror part, a tuning fork type piezoelectric vibrator connected to the mirror part and the first support part, a vibration center of the tuning fork type piezoelectric vibrator, and a second A tuning fork-shaped piezoelectric vibrator having a connecting portion passing through the vibration center and arms extending from both ends of the connecting portion, and the inner sides of these arms. The angle formed by the inner side of the connecting portion is an obtuse angle.

これにより本発明は、光学反射素子を小型化することができる。 Thereby, the present invention can reduce the size of the optical reflecting element.

その理由は、音叉形圧電振動子のアームを、圧電駆動で撓み振動させることにより、ミラー部を励振できるからである。そしてその結果、光学反射素子を小型化できる。 The reason is that the mirror portion can be excited by bending and vibrating the arm of the tuning fork type piezoelectric vibrator by piezoelectric driving. As a result, the optical reflecting element can be reduced in size.

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

図１において、光学反射素子は、ミラー部１と、このミラー部１とそれぞれ一端が連結された第一の支持部２と、これらの第一の支持部２の他端とそれぞれの振動中心３で連結されるとともに、ミラー部１を介して対向する一対の音叉形圧電振動子４と、これらの音叉形圧電振動子４の各振動中心３とそれぞれ一端が連結された第二の支持部５と、これらの第二の支持部５の他端と連結されるとともに、一対の音叉形圧電振動子４の外周を囲う枠体６（支持体）とを備えている。 In FIG. 1, the optical reflecting element includes a mirror portion 1, a first support portion 2 having one end connected to the mirror portion 1, the other end of the first support portion 2, and a vibration center 3. And a pair of tuning fork type piezoelectric vibrators 4 that are opposed to each other with the mirror part 1 therebetween, and a second support part 5 in which one end of each tuning fork type piezoelectric vibrator 4 is connected to each vibration center 3. And a frame body 6 (support body) that is connected to the other ends of these second support portions 5 and surrounds the outer periphery of the pair of tuning fork-shaped piezoelectric vibrators 4.

そして音叉形圧電振動子４は、その振動中心３を通り、左右に延伸している連結部７と、この連結部７の両端とそれぞれ連結された第一のアーム８、第二のアーム９とを有している。 The tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 includes a connecting portion 7 extending through the vibration center 3 and extending left and right, and a first arm 8 and a second arm 9 respectively connected to both ends of the connecting portion 7. have.

また本実施の形態では、一対の音叉形圧電振動子４は共通の回転軸１０を有し、第一の支持部２、第二の支持部５の中心軸はこの回転軸１０と一致する。 In the present embodiment, the pair of tuning fork-shaped piezoelectric vibrators 4 have a common rotation shaft 10, and the central axes of the first support portion 2 and the second support portion 5 coincide with the rotation shaft 10.

さらに回転軸１０はミラー部１の重心を通り、一対の音叉形圧電振動子４は、回転軸１０に垂直であってミラー部１の重心を通る直線に対して、線対称に形成されている。 Further, the rotating shaft 10 passes through the center of gravity of the mirror unit 1, and the pair of tuning fork-shaped piezoelectric vibrators 4 are formed symmetrically with respect to a straight line that is perpendicular to the rotating shaft 10 and passes through the center of gravity of the mirror unit 1. .

そして各音叉形圧電振動子４の第一のアーム８、第二のアーム９は、それぞれ第一の支持部２を挟むように配置され、連結部７の端部１１からミラー部１側に向って、回転軸１０とほぼ平行に延伸している。 The first arm 8 and the second arm 9 of each tuning fork type piezoelectric vibrator 4 are arranged so as to sandwich the first support portion 2, respectively, and face the mirror portion 1 side from the end portion 11 of the connecting portion 7. Thus, it extends substantially parallel to the rotating shaft 10.

また本実施の形態では、音叉形圧電振動子４の共振周波数と、ミラー部１と第一の支持部２で構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数となるように振動設計した。これにより効率良くミラー部１を回動させることができる。 Further, in the present embodiment, the vibration design is performed so that the resonance frequency of the tuning fork type piezoelectric vibrator 4 and the resonance frequency of the torsional vibrator formed by the mirror part 1 and the first support part 2 are substantially the same frequency. . Thereby, the mirror part 1 can be rotated efficiently.

さらに本実施の形態では、第一の支持部２と第二の支持部５とをミアンダ形とした。これにより第一の支持部２および第二の支持部５は変形しやすくなり、これらを効率よく捩り振動させることができる。また第一の支持部２及び第二の支持部５の共振器長は、ほぼ同一とすることが好ましい。所定の入力信号でこれらを効率よく捩り振動させるためである。 Further, in the present embodiment, the first support portion 2 and the second support portion 5 are in a meander shape. Thereby, the first support part 2 and the second support part 5 are easily deformed, and can be efficiently torsionally vibrated. The resonator lengths of the first support portion 2 and the second support portion 5 are preferably substantially the same. This is to efficiently torsionally vibrate these with a predetermined input signal.

なお、本実施の形態では、第二の支持部５のミアンダの折り返し幅は、第一の支持部２のミアンダの折り返し幅よりも広く形成した。すなわち、第二の支持部５と第一の支持部２の共振器長を等しくするには両者を同形状にすればよいが、その場合には光学反射素子が大型化する。光学反射素子のサイズを小型に保つためには枠体６と音叉形圧電振動子４との間のスペースを狭くしてその中に共振器長を変化させずに第二の支持部を設置すればよいが、そのためには第二の支持部５の折り返し幅を広くし、折り返し数を減らした形状で第二の支持部５の共振器長を第一の支持部２と近似させればよい。これにより、音叉形圧電振動子４と枠体６との間のスペースを小さくし、光学反射素子の小型化を維持することができる。 In the present embodiment, the meander folding width of the second support portion 5 is formed wider than the meander folding width of the first support portion 2. That is, in order to make the resonator lengths of the second support portion 5 and the first support portion 2 equal, they may be made the same shape, but in this case, the optical reflection element is enlarged. In order to keep the size of the optical reflecting element small, the space between the frame body 6 and the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 is narrowed, and the second support portion is installed therein without changing the resonator length. For this purpose, the width of the second support portion 5 may be widened and the resonator length of the second support portion 5 may be approximated to that of the first support portion 2 with a reduced number of turns. . Thereby, the space between the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 and the frame body 6 can be reduced, and the downsizing of the optical reflecting element can be maintained.

また本実施の形態では、連結部７の端部１１において、この端部の内側の辺と第一のアーム８または第二のアーム９の内側の辺との成す角（内角）θ₁は１３５°とした。すなわち、連結部７の端部１１は、その内側の辺が、音叉形圧電振動子４の振動中心３側から第一のアーム８、第二のアーム９に向けて斜め外方に広がる直線で構成されている。 In the present embodiment, at the end portion 11 of the connecting portion 7, the angle (inner angle) θ ₁ formed between the inner side of this end portion and the inner side of the first arm 8 or the second arm 9 is 135. °. That is, the end portion 11 of the connecting portion 7 is a straight line whose inner side extends obliquely outward from the vibration center 3 side of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 toward the first arm 8 and the second arm 9. It is configured.

さらに本実施の形態では、連結部７の振動中心３側（付け根部分１２）は回転軸１０に対して垂直（θ_２＝９０°）である。そして連結部７は途中で一度内側に折り曲がっており、その折曲がり角度θ_３は１３５°である。折り曲げ回数は複数回でもよいが、この折り曲げ角を鈍角とすることにより、後述のように振動効率を向上させることが出来る。 Furthermore, in the present embodiment, the vibration center 3 side (base portion 12) of the connecting portion 7 is perpendicular to the rotation axis 10 (θ ₂ = 90 °). The connecting part 7 is bent middle fold once inside, that occasion skew angle theta ₃ is 135 °. Although the number of times of bending may be plural, vibration efficiency can be improved as will be described later by making the bending angle an obtuse angle.

また本実施の形態では、連結部７の端部１１は、その外側の辺も、音叉形圧電振動子４の振動中心３側から第一のアーム８、第二のアーム９に向けてそれぞれ斜め外方に広がる直線で構成されている。なお、本実施の形態では、連結部７の外側の辺と第一のアーム８、第二のアーム９の外側の辺との成す角（内角）θ_４は、それぞれ１３５°とした。 Further, in the present embodiment, the end 11 of the connecting portion 7 is also slanted from the vibration center 3 side of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 toward the first arm 8 and the second arm 9, respectively. Consists of straight lines spreading outward. In the present embodiment, the angles (inner angles) θ ₄ formed between the outer side of the connecting portion 7 and the outer sides of the first arm 8 and the second arm 9 are each 135 °.

さらに本実施の形態では、連結部７の幅をほぼ均一にするため、連結部７の外側の辺も途中で内方に折れ曲がっており、その曲げ角θ_５は１３５°である。これにより本実施の形態では、連結部７の外側の辺と内側の辺とは、いずれの領域においてほぼ平行に形成されている。 Further, in this embodiment, in order to make the width of the connecting portion 7 substantially uniform, the outer side of the connecting portion 7 is also bent inward in the middle, and the bending angle θ ₅ is 135 °. Thus, in the present embodiment, the outer side and the inner side of the connecting portion 7 are formed substantially parallel in any region.

このような音叉形圧電振動子４の形状によって、ミラー部１を効率よく回動させることができる。その理由については、後述する。 Due to the shape of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4, the mirror unit 1 can be efficiently rotated. The reason will be described later.

そして本実施の形態では、図２に示すようにこの光学反射素子の基材としてシリコン基板１３を用いた。この基材としては、シリコン以外にも、弾性、機械的強度および高いヤング率を有する材料で構成することができる。具体的には、水晶、ガラス、石英またはセラミック材料や、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などが挙げられる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the silicon substrate 13 is used as the base material of the optical reflecting element. In addition to silicon, the base material can be made of a material having elasticity, mechanical strength, and high Young's modulus. Specifically, quartz, glass, quartz, or a ceramic material, titanium, stainless steel, Elinvar, a brass alloy, etc. are mentioned.

そして本実施の形態では、シリコン基板１３で構成された第一のアーム８、第二のアーム９にはそれぞれ圧電素子１４を有している。 In the present embodiment, the first arm 8 and the second arm 9 formed of the silicon substrate 13 each have a piezoelectric element 14.

この圧電素子１４は、下部電極層１５、圧電体層１６および上部電極層１７の積層体構造からなる。なお、本実施の形態では、下部電極層１５および圧電体層１６は第一のアーム８、第二のアーム９に共通に形成し、上部電極層１７はそれぞれ電気的に独立するように形成した。 The piezoelectric element 14 has a laminated structure of a lower electrode layer 15, a piezoelectric layer 16 and an upper electrode layer 17. In the present embodiment, the lower electrode layer 15 and the piezoelectric layer 16 are formed in common for the first arm 8 and the second arm 9, and the upper electrode layer 17 is formed so as to be electrically independent from each other. .

また、これらの下部電極層１５、圧電体層１６および上部電極層１７はシリコン基板１３上に順次スパッタリング技術などの薄膜プロセスにより形成することができる。 The lower electrode layer 15, the piezoelectric layer 16, and the upper electrode layer 17 can be sequentially formed on the silicon substrate 13 by a thin film process such as a sputtering technique.

そしてこのように形成された圧電素子１４は薄型化できるため、第一のアーム８および第二のアーム９の厚みは、これらの幅寸法よりも小さくできる。これにより振幅が大きくなり、小型の光学反射素子を実現することができる。 And since the piezoelectric element 14 formed in this way can be reduced in thickness, the thickness of the 1st arm 8 and the 2nd arm 9 can be made smaller than these width dimensions. As a result, the amplitude is increased, and a small optical reflection element can be realized.

ここで圧電体層１６に用いる圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高い圧電定数を有する圧電体材料が好ましい。下部電極層１５に用いる材料としては、白金などが挙げられる。上部電極層１７に用いる材料としては、チタン／金などが挙げられる。上部電極層１７の下層をチタンとすることでＰＺＴ薄膜などの圧電体層１６との密着力を高めることができ、チタンの他にクロムなどの金属を用いることができる。これによって、圧電体層１６との密着性に優れ、かつ、金電極とは強固な拡散層を形成していることから、密着強度の高い圧電素子１４を形成することができる。 Here, the piezoelectric material used for the piezoelectric layer 16 is preferably a piezoelectric material having a high piezoelectric constant such as lead zirconate titanate (PZT). Examples of the material used for the lower electrode layer 15 include platinum. Examples of the material used for the upper electrode layer 17 include titanium / gold. When the lower layer of the upper electrode layer 17 is made of titanium, the adhesive force with the piezoelectric layer 16 such as a PZT thin film can be increased, and in addition to titanium, a metal such as chromium can be used. Accordingly, since a diffusion layer that is excellent in adhesion with the piezoelectric layer 16 and is strong with the gold electrode is formed, the piezoelectric element 14 having high adhesion strength can be formed.

なお本実施の形態では第一のアーム８、第二のアーム９に形成した圧電素子１４のそれぞれの上部電極層１７と、これらに共通の下部電極層１５とは、それぞれ電気的に独立した引き出し線（図示せず）を備え、これらの引き出し線は個別に素子上に引きまわされ、図１の接続端子１８〜２０へと接続される。 In the present embodiment, the upper electrode layer 17 of each of the piezoelectric elements 14 formed on the first arm 8 and the second arm 9 and the lower electrode layer 15 common to these are electrically drawn independently from each other. Lines (not shown) are provided, and these lead lines are individually drawn on the element and connected to the connection terminals 18 to 20 in FIG.

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

図２に示す下部電極層１５と上部電極層１７との間に交流の駆動電圧を印加すると、圧電体層１６が面方向に伸び・縮みし、第一のアーム８と第二のアーム９が基材に対して垂直方向に撓み振動する。 When an alternating drive voltage is applied between the lower electrode layer 15 and the upper electrode layer 17 shown in FIG. 2, the piezoelectric layer 16 expands and contracts in the plane direction, and the first arm 8 and the second arm 9 It bends and vibrates in a direction perpendicular to the substrate.

このとき、第一のアーム８と第二のアーム９上のそれぞれの上部電極層１７に、正負反対の駆動信号を印加すれば、図３に示すように、第一のアーム８と第二のアーム９とを、位相が１８０度異なる方向（矢印２１、２２方向）に、つまり逆方向に撓み振動させることができる。ここで本実施の形態では、第一のアーム８、第二のアーム９は、その先端を自由端とする片持ち構造のため、大きく撓み振動させることができる。 At this time, if a drive signal opposite in polarity is applied to the upper electrode layer 17 on each of the first arm 8 and the second arm 9, as shown in FIG. The arm 9 can be flexibly vibrated in a direction (in the direction of the arrows 21 and 22) that is 180 degrees out of phase, that is, in the opposite direction. Here, in the present embodiment, the first arm 8 and the second arm 9 can be flexibly vibrated because of the cantilever structure having the free ends at the tips.

そして、この第一のアーム８と第二のアーム９の振動エネルギーは、音叉形圧電振動子４の連結部７へと伝搬される。これによって、音叉形圧電振動子４は、その振動中心３を通る回転軸１０を中心に、所定の周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。 The vibration energy of the first arm 8 and the second arm 9 is propagated to the connecting portion 7 of the tuning fork type piezoelectric vibrator 4. As a result, the tuning fork type piezoelectric vibrator 4 repeats rotational vibration (torsional vibration) at a predetermined frequency around the rotation shaft 10 passing through the vibration center 3.

次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部７に接合された第一の支持部２に伝達され、第一の支持部２とミラー部１とで構成される捩れ振動子が、その回転軸１０を中心に矢印２３方向に捩れ振動を起こすようになる。これによって、ミラー部１はその回転軸１０を軸中心として反復回転振動を起こす。このとき、音叉形圧電振動子４の反復回転振動の方向と、第一の支持部２およびミラー部１で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が１８０度異なる反対方向に振動することとなる。 Next, the vibration energy of this repetitive rotational vibration is transmitted to the first support part 2 joined to the connecting part 7, and the torsional vibrator composed of the first support part 2 and the mirror part 1 A torsional vibration is generated in the direction of the arrow 23 around the rotation shaft 10. As a result, the mirror unit 1 causes repetitive rotational vibration about the rotation shaft 10 as an axis center. At this time, the direction of repetitive rotational vibration of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 and the direction of repetitive rotational vibration of the torsional vibrator composed of the first support portion 2 and the mirror portion 1 vibrate in opposite directions that are 180 degrees out of phase. Will be.

上述のように駆動可能な光学反射素子は、ミラー部１に例えばレーザー光源またはＬＥＤ光源などから発生させた光線を入力し、振動するミラー部１で反射させることによって、光線を走査することができる。 The optical reflecting element that can be driven as described above can scan a light beam by inputting a light beam generated from, for example, a laser light source or an LED light source to the mirror unit 1 and reflecting it by the vibrating mirror unit 1. .

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

まず始めに、図２に示すような基材となるシリコン基板１３を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて下部電極層１５を形成する。 First, a silicon substrate 13 serving as a base as shown in FIG. 2 is prepared, and a lower electrode layer 15 is formed thereon using a thin film process such as sputtering or vapor deposition.

その後、この下部電極層１５の上にスパッタリング法などによって圧電体層１６を形成する。このとき、圧電体層１６と下部電極層１５との間には、配向制御層としてＰｂとＴｉを含む酸化物誘電体を用いることが好ましく、ランタンマグネシウム添加チタン（ＰＬＭＴ）からなる配向制御層を形成することがより好ましい。これによって、圧電体層１６の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電素子１４を実現することができる。 Thereafter, the piezoelectric layer 16 is formed on the lower electrode layer 15 by sputtering or the like. At this time, it is preferable to use an oxide dielectric containing Pb and Ti as an orientation control layer between the piezoelectric layer 16 and the lower electrode layer 15, and an orientation control layer made of lanthanum magnesium-added titanium ( PLMT ) is used. More preferably, it is formed. Thereby, the crystal orientation of the piezoelectric layer 16 is further improved, and the piezoelectric element 14 having excellent piezoelectric characteristics can be realized.

次に、この圧電体層１６の上にチタン／金よりなる上部電極層１７を形成している。なお、本実施の形態では、白金の下部電極層１５の厚みは０．２μｍ、ＰＺＴからなる圧電体層１６は３．５μｍ、および上部電極層１７のチタン部分は０．０１μｍとし、金電極部分は０．３μｍで形成している。 Next, an upper electrode layer 17 made of titanium / gold is formed on the piezoelectric layer 16. In this embodiment, the thickness of the platinum lower electrode layer 15 is 0.2 μm, the piezoelectric layer 16 made of PZT is 3.5 μm, the titanium portion of the upper electrode layer 17 is 0.01 μm, and the gold electrode portion Is formed at 0.3 μm.

次に、下部電極層１５、圧電体層１６、上部電極層１７とを、フォトリソ技術を用いてエッチングし、圧電素子１４をパターン形成する。 Next, the lower electrode layer 15, the piezoelectric layer 16, and the upper electrode layer 17 are etched using a photolithographic technique, and the piezoelectric element 14 is formed into a pattern.

このとき、上部電極層１７のエッチング液としてはヨウ素／ヨウ化カリウム混合溶液と水酸化アンモニウム、過酸化水素混合溶液からなるエッチング液を用いて所定の電極パターンを形成した。 At this time, as an etching solution for the upper electrode layer 17, a predetermined electrode pattern was formed using an etching solution composed of an iodine / potassium iodide mixed solution, ammonium hydroxide, and hydrogen peroxide mixed solution.

また、下部電極層１５、圧電体層１６に用いるエッチング方法としては、ドライエッチング法とウエットエッチング法のいずれかの方法、あるいはこれらを組み合わせた方法などを用いることができる。 In addition, as an etching method used for the lower electrode layer 15 and the piezoelectric layer 16, any one of a dry etching method and a wet etching method, or a combination of these methods can be used.

一例として、ドライエッチング法であればフルオロカーボン系のエッチングガス、あるいはＳＦ_６ガスなどを用いることができる。 As an example, if a dry etching method is used, a fluorocarbon-based etching gas or SF ₆ gas can be used.

その他、圧電体層１６を、弗酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液を用いウエットエッチングしてパターニングし、その後、さらに、ドライエッチングによって下部電極層１５をエッチングしてパターニングする方法がある。 In addition, there is a method in which the piezoelectric layer 16 is patterned by wet etching using a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid and hydrogen peroxide, and then the lower electrode layer 15 is further etched and patterned by dry etching. .

次に、ＸｅＦ_２ガスを用いてシリコン基板１３を等方的にドライエッチングすることによって不必要なシリコン部分を除去してパターニングすれば、図１に示したような形状の光学反射素子を形成することができる。 Next, if unnecessary silicon portions are removed by isotropic dry etching of the silicon substrate 13 using XeF ₂ gas and patterning is performed, an optical reflecting element having a shape as shown in FIG. 1 is formed. be able to.

なお、シリコン基板１３をより高精度にエッチングする場合は、シリコンの異方性を利用したドライエッチングが好ましい。この場合は、エッチングを促進するＳＦ_６ガスとエッチングを抑制するＣ_４Ｆ_８ガスの混合ガスを用いるか、あるいはこれらのガスを交互に切り替えることにより、より直線的にエッチングできる。 In addition, when etching the silicon substrate 13 with higher accuracy, dry etching utilizing the anisotropy of silicon is preferable. In this case, etching can be performed more linearly by using a mixed gas of SF ₆ gas that promotes etching and C ₄ F ₈ gas that suppresses etching, or by alternately switching these gases.

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

以上のような製造プロセスによって、例えばミラー部１の大きさが１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、枠体６の大きさが７．２ｍｍ×３．８ｍｍ、第一のアーム８、第二のアーム９幅がそれぞれ７．００ｍｍの光学反射素子を形成することができる。 By the manufacturing process as described above, for example, the size of the mirror portion 1 is 1.0 mm × 1.0 mm, the size of the frame body 6 is 7.2 mm × 3.8 mm, the first arm 8 and the second arm 9. Optical reflective elements each having a width of 7.00 mm can be formed.

本実施の形態では、ミラー部１、第一の支持部２、音叉形圧電振動子４、第二の支持部５、枠体６の基材を、同一基材（図２のシリコン基板１３）から一体形成とすることによって、安定した振動特性と、生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。 In the present embodiment, the mirror 1, the first support 2, the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4, the second support 5, and the frame 6 are made of the same base (silicon substrate 13 in FIG. 2). Therefore, it is possible to realize an optical reflecting element having stable vibration characteristics and excellent productivity.

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

なお、ミラー部１は基材の表面を鏡面研磨することによっても形成できるが、光の反射特性に優れた金やアルミニウムの金属薄膜をミラー膜として形成することもできる。本実施の形態では、上部電極層１７として金を用いた為、この金の膜をそのままミラー膜として用いることができ、生産効率も高まる。 In addition, although the mirror part 1 can be formed also by mirror-polishing the surface of a base material, the metal thin film of gold | metal | money and aluminum excellent in the light reflection characteristic can also be formed as a mirror film. In this embodiment, since gold is used as the upper electrode layer 17, this gold film can be used as it is as a mirror film, and the production efficiency is also increased.

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

本実施の形態では、光学反射素子を小型化することができる。 In the present embodiment, the optical reflecting element can be reduced in size.

それは、図１に示すような音叉形圧電振動子４を用いることにより、それぞれの第一のアーム８、第二のアーム９の撓み振動を利用して、ミラー部１を反復回転振動することができるからである。 That is, by using the tuning-fork type piezoelectric vibrator 4 as shown in FIG. 1, the mirror part 1 can be repeatedly rotated and vibrated by utilizing the flexural vibrations of the first arm 8 and the second arm 9, respectively. Because it can.

したがって、配置面積の大きい磁石等を用いることなく、ミラー部１を励振することができ、素子の小型化に寄与する。 Therefore, the mirror unit 1 can be excited without using a magnet having a large arrangement area, which contributes to miniaturization of the element.

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

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

さらに本実施の形態では、連結部７の端部１１の内側の辺と、第一のアーム８、第二のアームの内側の辺との成す角θ_１を鈍角にしたことによって、ミラー部１の振幅角を大きくすることができる。 Furthermore, in the present embodiment, the angle θ ₁ formed between the inner side of the end portion 11 of the connecting portion 7 and the inner sides of the first arm 8 and the second arm is made an obtuse angle, whereby the mirror unit 1 The amplitude angle can be increased.

すなわち、本実施の形態における光学反射素子のミラー部１の振幅角と振動周波数を図４の実施例３に示す。これにより分かるように、本実施の形態における光学反射素子は、連結部の端部１１から第一のアーム８、第二のアーム９が垂直に折り曲げられた（θ_１＝９０度）比較例１と比べて、高い周波数で駆動しているにもかかわらず、大きな振幅が得られる。なお、一般に共振駆動では入力エネルギーを機械的な変位に変換する効率が同じであれば周波数が高周波化するほど変位量は減少する。本実施の形態と比較例１の結果では前記の関係は成立しておらず、このことは本実施の形態での素子が高いエネルギー変換効率が有することを意味している。 That is, the amplitude angle and vibration frequency of the mirror portion 1 of the optical reflecting element in the present embodiment are shown in Example 3 of FIG. As can be seen, in the optical reflecting element according to the present embodiment, the first arm 8 and the second arm 9 are bent vertically from the end 11 of the connecting portion (θ ₁ = 90 degrees). Compared to the above, a large amplitude can be obtained despite driving at a high frequency. In general, in resonance driving, if the efficiency of converting input energy into mechanical displacement is the same, the amount of displacement decreases as the frequency increases. The relationship between the present embodiment and the result of Comparative Example 1 does not hold the above relationship, which means that the element in the present embodiment has high energy conversion efficiency.

またさらに詳細に検討すると、図４、図５に示すように、ミラーの外形が７．２ｍｍ×３．８ｍｍ、第一のアーム８、第二のアーム９のアーム幅が７．００ｍｍの光学反射素子において、連結部７の端部１１の内側を斜めに形成した実施例１〜３、実施例５、７は、第一のアーム８、第二のアーム９が連結部７から直角に折れ曲がっている図４の比較例１、２と比べて、ミラー部１の振幅が非常に大きくなる。 In further detail, as shown in FIGS. 4 and 5, the optical reflection is such that the outer shape of the mirror is 7.2 mm × 3.8 mm, and the arm widths of the first arm 8 and the second arm 9 are 7.00 mm. In the element, in the first to third embodiments and the fifth and seventh embodiments in which the inner side of the end portion 11 of the connecting portion 7 is formed obliquely, the first arm 8 and the second arm 9 are bent from the connecting portion 7 at a right angle. Compared with Comparative Examples 1 and 2 in FIG. 4, the amplitude of the mirror unit 1 is very large.

その理由は、本実施の形態では、振動エネルギーの伝播効率が高いからと考えられる。すなわち、連結部７の端部１１と第一のアーム８および第二のアーム９との成す角θ_１をそれぞれ鈍角とすることによって、アームは連結部７へとなだらかに繋がることになる。したがって、第一のアーム８、第二のアーム９の振動エネルギーは、効率よく音叉形圧電振動子４の振動中心３へと伝搬され、第一の支持部２およびミラー部１とで構成される捻じれ振動子の回動角が大きくなり、結果としてミラー部１の振幅角を大きくすることができる。 The reason is considered that the propagation efficiency of vibration energy is high in the present embodiment. That is, by making the angles θ ₁ formed by the end 11 of the connecting portion 7 and the first arm 8 and the second arm 9 obtuse, the arm is gradually connected to the connecting portion 7. Therefore, the vibration energy of the first arm 8 and the second arm 9 is efficiently propagated to the vibration center 3 of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 and is constituted by the first support portion 2 and the mirror portion 1. The rotation angle of the torsional vibrator increases, and as a result, the amplitude angle of the mirror unit 1 can be increased.

また本実施の形態では、連結部７の折り曲げ角θ_３も鈍角にしているため、連結部７の端部１１から振動中心３までのエネルギーの伝搬効率も向上し、結果としてミラー部１の振幅角を大きくすることができる。 Further, in this embodiment, since the bending angle θ _{3 of} the connecting portion 7 is also an obtuse angle, the energy propagation efficiency from the end portion 11 of the connecting portion 7 to the vibration center 3 is improved, and as a result, the amplitude of the mirror portion 1 is improved. The corner can be increased.

さらに本実施の形態では、この角度θ_１やθ_３を調整することによって、音叉形圧電振動子４の共振器長を調整することができる。ここで、音叉形圧電振動子４の共振周波数は、第一のアーム８、第二のアーム９の伸長によっても調整することができるが、例えば第一のアーム８、第二のアーム９を短くすると、発生するエネルギーは大幅に減少する傾向にある。これに対し、前述のように角度θ_１、θ_３を変えても、発生するエネルギーに与える影響は少ない。したがって本実施の形態では、高いエネルギー効率を保ちつつ、音叉形圧電振動子４の共振周波数を調整することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the resonator length of the tuning fork type piezoelectric vibrator 4 can be adjusted by adjusting the angles θ ₁ and θ ₃ . Here, the resonance frequency of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 can be adjusted by the extension of the first arm 8 and the second arm 9. For example, the first arm 8 and the second arm 9 are shortened. Then, the generated energy tends to decrease significantly. On the other hand, changing the angles θ ₁ and θ ₃ as described above has little effect on the generated energy. Therefore, in the present embodiment, the resonance frequency of the tuning fork type piezoelectric vibrator 4 can be adjusted while maintaining high energy efficiency.

なお、第一のアーム８、第二のアーム９と連結部７との内側の成す角θ_１や連結部７の折り曲げ角θ_３の角度は、９０度より大きく１８０度未満で適宜調整が可能であるが、角度が大きすぎても小さすぎても前記のエネルギーの伝播効率向上効果および音叉型圧電振動子の共振器長調整効果が低くなる。図４、図５の実施例１〜３、実施例５、７で示した光学反射素子の解析の結果ではθ_１の角度は１３５〜１５０度程度、θ_３の角度は１２０〜１３５度程度が適当であった。 The angle θ ₁ formed between the first arm 8, the second arm 9, and the connecting portion 7 and the bending angle θ ₃ of the connecting portion 7 can be appropriately adjusted to be greater than 90 degrees and less than 180 degrees. However, if the angle is too large or too small, the energy propagation efficiency improvement effect and the resonator length adjustment effect of the tuning fork type piezoelectric vibrator are reduced. 4 and 5, the angle of θ ₁ is about 135 to 150 degrees, and the angle of θ ₃ is about 120 to 135 degrees. It was appropriate.

また連結部７の端部１１は、その外側も斜めに形成することによって、ミラー部１の振幅角をより大きくすることができる。 Further, the end portion 11 of the connecting portion 7 is also formed obliquely on the outside thereof, so that the amplitude angle of the mirror portion 1 can be further increased.

すなわち連結部７の外側の辺と第一のアーム８、第二のアームの外側の辺との成す角もそれぞれ鈍角にすることによって、第一のアーム８、第二のアーム９と連結部７の幅を均一化できる。なお、エネルギー伝播経路の途中でアーム幅が広くなるとエネルギーが拡散するため、伝播効率が劣化する。伝播経路でのアーム幅を均一化することで前記エネルギー拡散を低減することが可能となる。 That is, the first arm 8, the second arm 9, and the connecting portion 7 are formed by making the angle formed between the outer side of the connecting portion 7 and the first arm 8 and the outer side of the second arm respectively obtuse. Can be made uniform. Note that if the arm width is increased in the middle of the energy propagation path, the energy diffuses and the propagation efficiency deteriorates. By making the arm width in the propagation path uniform, the energy diffusion can be reduced.

ここで、図４の実施例１と図５の実施例５とを比較しても分かるように、実施例５のように角部の外側も斜めに形成されている光学反射素素子は、実施例１の連結部７から第一のアーム８、第二のアーム９が直角に折れ曲がっている光学反射素子と比べて、高い周波数で駆動しているにもかかわらず、同等以上の振幅を得ることが出来る。したがって、実施例５は、実施例１と比較して、更に効率よくミラー部１を駆動させることが出来る。 Here, as can be seen from a comparison between Example 1 in FIG. 4 and Example 5 in FIG. 5, the optical reflector element in which the outside of the corner portion is also formed obliquely as in Example 5 is implemented. Compared with the optical reflecting element in which the first arm 8 and the second arm 9 are bent at a right angle from the connecting portion 7 in Example 1, an amplitude equal to or higher than that is obtained despite being driven at a high frequency. I can do it. Therefore, the fifth embodiment can drive the mirror unit 1 more efficiently than the first embodiment.

なお、連結部７の付け根部分１２の幅は、連結部７の端部１１（第一のアーム８、第二のアーム９との結合部位）の幅と同じか、これよりやや太くすることが好ましい。ここで分析により、図４の実施例１と図５の実施例７との比較や、図４の実施例４と図５の実施例６との比較から、連結部７の付け根部分１２を細くすると、周波数が低くなるにもかかわらず、振幅角が得られず、振動エネルギーの伝搬効率が低下する傾向が分かっている。 Note that the width of the base portion 12 of the connecting portion 7 may be the same as or slightly thicker than the width of the end portion 11 of the connecting portion 7 (the connecting portion with the first arm 8 and the second arm 9). preferable. Here, the base portion 12 of the connecting portion 7 is narrowed by analysis from the comparison between the first embodiment in FIG. 4 and the seventh embodiment in FIG. 5 and the comparison between the fourth embodiment in FIG. 4 and the sixth embodiment in FIG. Then, although the frequency is lowered, it is known that the amplitude angle cannot be obtained, and the propagation efficiency of vibration energy tends to decrease.

さらに連結部７の付け根部分１２は第一の支持部２に対して垂直とすることによって、ミラー部１の振幅角をより大きくすることができる。 Further, by making the base portion 12 of the connecting portion 7 perpendicular to the first support portion 2, the amplitude angle of the mirror portion 1 can be further increased.

すなわち図１に示すように、連結部７の振動中心３近傍（付け根部分１２）を一直線に形成すると、第一のアーム８からの振動エネルギーと、第二のアーム９からの振動エネルギーとを、効率よく振動中心３に集中させることができると考えられる。 That is, as shown in FIG. 1, when the vicinity of the vibration center 3 (base portion 12) of the connecting portion 7 is formed in a straight line, vibration energy from the first arm 8 and vibration energy from the second arm 9 are It can be considered that the vibration center 3 can be efficiently concentrated.

なお、音叉形圧電振動子４は図４の実施例４、図５の実施例６に示すように、Ｕ字形でもよい。この場合、連結部７は、内側の辺が振動中心３側から第一のアーム８、第二のアーム９に向って外方に湾曲して広がる曲線で形成される。これにより連結部７と第一のアーム８、第二のアーム９とはなだらかに繋がることから、振動エネルギーの伝搬効率を高め、ミラー部１の振幅角を大きくすることができる。また外側の辺も同様に、振動中心３側から第一、第二のアーム８、９に向って外方に湾曲して広がる曲線で形成することによって、連結部７の幅が均一化し、振動エネルギーの伝搬効率をより向上させることができる。 The tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 may be U-shaped as shown in Example 4 in FIG. 4 and Example 6 in FIG. In this case, the connecting portion 7 is formed by a curved line whose inner side curves outwardly from the vibration center 3 side toward the first arm 8 and the second arm 9. Thereby, since the connection part 7, the 1st arm 8, and the 2nd arm 9 are connected gently, the propagation efficiency of vibration energy can be improved and the amplitude angle of the mirror part 1 can be enlarged. Similarly, the outer side is also formed with a curve that curves outwardly from the vibration center 3 side toward the first and second arms 8, 9, so that the width of the connecting portion 7 becomes uniform and vibrations are generated. Energy propagation efficiency can be further improved.

なお、図４の実施例３と図５の実施例５とを比較しても分かるように、連結部７の付け根部分１２が第一の支持部２に対して垂直である実施例３の光学反射素子は、連結部７が第一の支持部２に対して斜めに結合されている実施例５の光学反射素子と比べて、ミラー部１の振幅角がより大きくなっている。この結果からも、連結部７は、第一の支持部２と連結する領域において、この第一の支持部２に直交するように形成することが好ましいことがわかる。 As can be seen from a comparison between Example 3 in FIG. 4 and Example 5 in FIG. 5, the optical part of Example 3 in which the base portion 12 of the connecting portion 7 is perpendicular to the first support portion 2. The reflection element has a larger amplitude angle of the mirror portion 1 than the optical reflection element of the fifth embodiment in which the connecting portion 7 is obliquely coupled to the first support portion 2. From this result, it can be seen that the connecting portion 7 is preferably formed so as to be orthogonal to the first support portion 2 in the region connected to the first support portion 2.

また実施の形態では、ミラー部１をその両側から一対の音叉形圧電振動子４で囲い、これらの音叉形圧電振動子４の外周を枠体６で囲う構成のため、各部材が小さな隙間を介して幾層か巻いたような構造となり、素子全体のデッドスペースを減らし、素子を小型化できる。 In the embodiment, since the mirror unit 1 is surrounded by a pair of tuning fork type piezoelectric vibrators 4 from both sides and the outer periphery of these tuning fork type piezoelectric vibrators 4 is surrounded by a frame body 6, each member has a small gap. As a result, the device has a structure in which several layers are wound, thereby reducing the dead space of the entire device and reducing the device size.

また本実施の形態では、ミラー部１の両側に、対称的に音叉形圧電振動子４を配置しているため、ミラー部１を安定して左右対称に励振させることができ、その中心が不動点となるため光を安定して走査することができる。 In this embodiment, the tuning fork-shaped piezoelectric vibrators 4 are symmetrically arranged on both sides of the mirror unit 1, so that the mirror unit 1 can be stably excited in the left-right symmetry, and its center is stationary. Since it becomes a point, light can be scanned stably.

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

なお、上記実施の形態では、第一のアーム８と第二のアーム９の双方に圧電素子（図２の１４）を形成したが、少なくともいずれか一方のみに圧電素子１４を形成してもよい。これは音叉形振動子の特性を利用したものであり、どちらか一方のアームが振動すると、連結部７を介して他方のアームに運動エネルギーが伝播し、この他方のアームも励振させることができるからである。 In the above embodiment, the piezoelectric element (14 in FIG. 2) is formed on both the first arm 8 and the second arm 9, but the piezoelectric element 14 may be formed only on at least one of them. . This utilizes the characteristics of a tuning fork vibrator. When one of the arms vibrates, the kinetic energy propagates to the other arm via the connecting portion 7, and this other arm can also be excited. Because.

また圧電素子１４は、連結部７にまで延伸しなくてもよく、第一のアーム８、第二のアーム９にのみ配置してもよい。 The piezoelectric element 14 does not need to extend to the connecting portion 7 and may be disposed only on the first arm 8 and the second arm 9.

さらに本実施の形態では、圧電素子１４は、第一のアーム８、第二のアーム９のそれぞれ片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。 Further, in the present embodiment, the piezoelectric element 14 is formed only on one side of each of the first arm 8 and the second arm 9, but may be formed on both sides.

また、本実施の形態では、第一の支持部２、第二の支持部５はいずれもミアンダ形としたが、いずれか一方または両方直線状に形成してもよい。さらにそれぞれの断面形状を円状とすれば、捩れ振動の振動モードが安定し、不要共振も抑制することができ、外乱振動に影響されにくい光学反射素子を実現することができる。 Moreover, in this Embodiment, although the 1st support part 2 and the 2nd support part 5 were all made into the meander shape, you may form either one or both linearly. Furthermore, if each cross-sectional shape is circular, the vibration mode of torsional vibration can be stabilized, unnecessary resonance can be suppressed, and an optical reflection element that is less susceptible to disturbance vibration can be realized.

さらに上記実施の形態では、音叉形圧電振動子４をミラー部１の両側にそれぞれ設けたが、図６に示すように、ミラー部１の片側にのみ設けてもよい。このような構成でも、ミラー部１を、回転軸１０を中心に反復回転振動させることが出来る。また音叉形圧電振動子４を片側にのみ設けた場合は、光学反射素子をより小型化することができる。 Further, in the above embodiment, the tuning fork type piezoelectric vibrator 4 is provided on both sides of the mirror unit 1, but may be provided only on one side of the mirror unit 1 as shown in FIG. 6. Even in such a configuration, the mirror unit 1 can be repeatedly rotated and oscillated around the rotation shaft 10. Further, when the tuning fork type piezoelectric vibrator 4 is provided only on one side, the optical reflecting element can be further downsized.

（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との主な違いは、実施の形態１に示すような光学反射素子の枠体６（支持体）にさらに振動子を連結させ、二軸駆動の光学反射素子とした点である。 (Embodiment 2)
The main difference between the present embodiment and the first embodiment is that a vibrator is further coupled to the frame 6 (support) of the optical reflecting element as shown in the first embodiment, so that the biaxially driven optical reflecting element is provided. This is the point.

すなわち本実施の形態の光学反射素子は、図７に示すように、枠体６にそれぞれの一端が連結された第三の支持部２４と、この第三の支持部２４の他端と連結されるとともに、枠体６を介して対向する一対の音叉形圧電振動子４Ａと、これらの音叉形圧電振動子４Ａの振動中心３Ａとそれぞれ一端が連結された第四の支持部２５と、これらの第四の支持部２５の他端と連結されるとともに、一対の音叉形圧電振動子４Ａの外周を囲う枠形状の支持体２６とを備えている。 That is, as shown in FIG. 7, the optical reflecting element of the present embodiment is connected to the third support 24 having one end connected to the frame 6 and the other end of the third support 24. In addition, a pair of tuning fork type piezoelectric vibrators 4A opposed via the frame body 6, a fourth support portion 25 having one end connected to the vibration center 3A of these tuning fork type piezoelectric vibrators 4A, A frame-shaped support body 26 that is connected to the other end of the fourth support portion 25 and surrounds the outer periphery of the pair of tuning fork-shaped piezoelectric vibrators 4A is provided.

そして対となる音叉形圧電振動子４Ａは共通の回転軸１０Ａを有し、この回転軸１０Ａは、音叉形圧電振動子４の回転軸１０とミラー部１の重心で直交する関係にある。また第三の支持部２４と第四の支持部２５の中心軸は、それぞれ同一線上にあり、回転軸１０Ａと一致する。さらに一対の音叉形圧電振動子４Ａは、音叉形圧電振動子４の回転軸１０に対して線対称形である。 The tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4A as a pair has a common rotating shaft 10A, and the rotating shaft 10A is orthogonal to the rotating shaft 10 of the tuning-fork piezoelectric vibrator 4 at the center of gravity of the mirror portion 1. The center axes of the third support part 24 and the fourth support part 25 are on the same line and coincide with the rotation axis 10A. Further, the pair of tuning fork type piezoelectric vibrators 4 </ b> A are line symmetric with respect to the rotation axis 10 of the tuning fork type piezoelectric vibrator 4.

さらに音叉形圧電振動子４Ａは、第三の支持部２４の両側に、それぞれ回転軸１０Ａと平行な第三のアーム８Ａと第四のアーム９Ａと、これらの第三のアーム８Ａと第四のアーム９Ａの端部と振動中心３Ａとをつなぐ連結部７Ａとを有している。 Further, the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4A has a third arm 8A and a fourth arm 9A parallel to the rotation shaft 10A on both sides of the third support portion 24, and the third arm 8A and the fourth arm. A connecting portion 7A that connects the end of the arm 9A and the vibration center 3A is provided.

また本実施の形態では、第一の支持部２、第二の支持部５、第三の支持部２４、第四の支持部２５はいずれも直線形であり、第一の支持部２と第二の支持部５、第三の支持部２４と第四の支持部２５とはそれぞれ共振器長をほぼ同一にしている。 In the present embodiment, the first support portion 2, the second support portion 5, the third support portion 24, and the fourth support portion 25 are all linear, and the first support portion 2 and the second support portion 25 The second support portion 5, the third support portion 24, and the fourth support portion 25 have substantially the same resonator length.

そして本実施の形態では、実施の形態１と同様に、音叉形圧電振動子４の連結部７の端部１１における内側の辺と第一のアーム８、第二のアーム９との成す角を鈍角にしている。 In the present embodiment, as in the first embodiment, the angle formed between the inner side of the end portion 11 of the coupling portion 7 of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 and the first arm 8 and the second arm 9 is determined. It is obtuse.

以下、本実施の形態における光学反射素子の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the optical reflecting element in the present embodiment will be described.

音叉形圧電振動子４Ａは、第三のアーム８Ａと第四のアーム９Ａにそれぞれ圧電素子を配置し、これらの第三のアーム８Ａと第四のアーム９Ａとを逆位相駆動させることによって、その振動エネルギーが連結部７Ａへと伝搬し、音叉形圧電振動子４Ａは、その振動中心３Ａを通る回転軸１０Ａを中心に、所定の周波数にて反復回転振動をする。 The tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4A has piezoelectric elements arranged on the third arm 8A and the fourth arm 9A, respectively, and the third arm 8A and the fourth arm 9A are driven in opposite phases, The vibration energy propagates to the connecting portion 7A, and the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4A performs repetitive rotational vibration at a predetermined frequency around the rotation shaft 10A passing through the vibration center 3A.

そしてこの反復回転振動の振動エネルギーが、連結部７Ａに接合された第三の支持部２４に伝達され、第三の支持部２４と枠体６とで構成される捩れ振動子が、その回転軸１０Ａを中心に捩れ振動を起こし、枠体６の振幅に伴ってミラー部１も回転軸１０Ａを中心に回動させることが出来る。このとき、音叉形圧電振動子４Ａの反復回転振動の方向と、第三の支持部２４および枠体６で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が１８０度異なる反対方向に振動することとなる。 The vibration energy of this repetitive rotational vibration is transmitted to the third support portion 24 joined to the connecting portion 7A, and the torsional vibrator constituted by the third support portion 24 and the frame 6 has its rotation axis. The torsional vibration is caused about 10A, and the mirror unit 1 can also be rotated about the rotation shaft 10A with the amplitude of the frame 6. At this time, the direction of repetitive rotational vibration of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4A and the direction of repetitive rotational vibration of the torsional vibrator composed of the third support portion 24 and the frame 6 vibrate in opposite directions that are 180 degrees apart. Will be.

なお、音叉形圧電振動子４の動作については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。 Since the operation of the tuning fork type piezoelectric vibrator 4 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

このように本実施の形態では音叉形圧電振動子４、４Ａを組み合わせることにより、二つの直交する回転軸１０、１０Ａを中心にミラー部１を回動させることができる。したがって、このミラー部１に入射した光を二軸方向に走査することができ、例えば画像を投影するプロジェクタなどに用いることが出来る。 As described above, in the present embodiment, by combining the tuning fork-shaped piezoelectric vibrators 4 and 4A, the mirror unit 1 can be rotated about the two orthogonal rotating shafts 10 and 10A. Therefore, the light incident on the mirror unit 1 can be scanned in the biaxial direction, and can be used, for example, in a projector that projects an image.

ここで、この時、一般的にミラー部１の水平方向の振動周波数を、垂直方向の振動周波数よりも高くし、周波数比を高めることによって、高精度な画像を投影することができる。 At this time, generally, the horizontal vibration frequency of the mirror unit 1 is made higher than the vertical vibration frequency and the frequency ratio is increased, so that a highly accurate image can be projected.

本実施の形態では、音叉形圧電振動子４の内側の角を斜めに構成したことにより、振動エネルギーの伝播効率が高まるため、この音叉形圧電振動子４を効率よく高周波数駆動させることができる。また内側の角を斜めにすることにより、音叉形圧電振動子４の共振器長を短く調整することができ、共振周波数を高くすることができる。したがって、水平方向の振動周波数を高くすることができ、二軸方向における周波数比が高まることから高精度な画像を投影することができる。 In the present embodiment, since the inner corners of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4 are slanted, the propagation efficiency of vibration energy is increased. Therefore, the tuning-fork piezoelectric vibrator 4 can be efficiently driven at a high frequency. . In addition, by making the inner corner diagonal, the resonator length of the tuning fork type piezoelectric vibrator 4 can be adjusted to be short, and the resonance frequency can be increased. Accordingly, the vibration frequency in the horizontal direction can be increased and the frequency ratio in the biaxial direction is increased, so that a highly accurate image can be projected.

なお、エネルギーの伝搬効率を高めるという観点においては、図８に示すように、音叉形圧電振動子４Ａも、連結部７Ａの内側の辺と第三のアーム８Ａ、第四のアーム９Ａの内側との成す角をそれぞれ鈍角にし、角を斜めにすることも有用である。 From the viewpoint of increasing the energy propagation efficiency, as shown in FIG. 8, the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator 4A also includes the inner side of the connecting portion 7A, the inner side of the third arm 8A, and the fourth arm 9A. It is also useful to make the angles formed by each obtuse and oblique.

なおこの場合は、音叉形圧電振動子４、４Ａ及び枠体６、支持体２６それぞれの角の内側、外側を斜めにすることによって、角部材をはめ込むように配置することができるため、素子を小型化することができる。 In this case, the tuning fork-shaped piezoelectric vibrators 4 and 4A and the frame body 6 and the support body 26 can be arranged so that the corner members can be fitted by making the inside and outside of the corners oblique. It can be downsized.

（実施の形態３）
本実施の形態は、図９に示すように、実施の形態１に示すような光学反射素子の枠体６（支持体）にさらにミアンダ形圧電振動子２７が連結された、二軸駆動の光学反射素子である。 (Embodiment 3)
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, a biaxial driving optical system in which a meander type piezoelectric vibrator 27 is further connected to the frame 6 (support) of the optical reflecting element as shown in the first embodiment. It is a reflective element.

すなわち本実施の形態では、枠体６を介して対向する一対のミアンダ形圧電振動子２７は、それぞれ一端が枠体６と連結され、他端がミアンダ形圧電振動子２７および枠体６の外周を囲う枠形状の支持体２６と連結されている。 That is, in the present embodiment, a pair of meander-type piezoelectric vibrators 27 facing each other via the frame body 6 has one end connected to the frame body 6 and the other end being the outer circumference of the meander-type piezoelectric vibrator 27 and the frame body 6. Is connected to a frame-shaped support body 26 surrounding the frame.

このミアンダ形圧電振動子２７は、回転軸１０にミラー部１の重心で直交する回転軸１０Ｂ（中心軸）を有し、この回転軸１０Ｂに垂直な複数の振動板２８が、同一平面上で折り返し連結されている。また一対のミアンダ形圧電振動子２７は、音叉形圧電振動子４の回転軸１０に対して線対称形である。 This meander-type piezoelectric vibrator 27 has a rotation axis 10B (center axis) orthogonal to the rotation axis 10 at the center of gravity of the mirror unit 1, and a plurality of diaphragms 28 perpendicular to the rotation axis 10B are arranged on the same plane. It is linked back. The pair of meander-type piezoelectric vibrators 27 are line-symmetric with respect to the rotation axis 10 of the tuning-fork type piezoelectric vibrator 4.

本実施の形態におけるミアンダ形圧電振動子２７は、たとえば各振動板２８にそれぞれ圧電素子を配置し、隣接する振動板２８上の圧電素子に逆位相の電気信号を印加することによって、それぞれの振動板２８が交互に１８０度逆位相に撓み振動を起こす。このように振動板２８が交互に逆位相に駆動すると、ミアンダ形圧電振動子２７全体としては、回転軸１０Ｂを中心に振幅角が蓄積し、枠体６の変位を大きくすることができる。そしてこの枠体６の変位に伴って、ミラー部１も回転軸１０Ｂを中心に、大きく回動させることができる。 In the meander-type piezoelectric vibrator 27 according to the present embodiment, for example, a piezoelectric element is arranged on each diaphragm 28 and an electric signal having an opposite phase is applied to the piezoelectric element on the adjacent diaphragm 28 to thereby cause each vibration. The plates 28 are alternately bent 180 degrees in opposite phase to cause vibration. When the diaphragm 28 is alternately driven in the opposite phase, the meander type piezoelectric vibrator 27 as a whole accumulates the amplitude angle around the rotation shaft 10B, and the displacement of the frame 6 can be increased. As the frame body 6 is displaced, the mirror unit 1 can also be largely rotated about the rotation shaft 10B.

本実施の形態では、実施の形態１と同様に、連結部７と第一のアーム８、第二のアーム９とで構成される内側の角部を斜めに構成したことにより、音叉形圧電振動子４の振動効率を向上させることができる。 In the present embodiment, as in the first embodiment, the inner corner formed by the connecting portion 7, the first arm 8, and the second arm 9 is configured obliquely, so that a tuning-fork type piezoelectric vibration is formed. The vibration efficiency of the child 4 can be improved.

また本実施の形態では、垂直方向に駆動させる振動子をミアンダ形とすることによって、共振器長を長くすることができ、その共振周波数を下げることができる。したがって、二軸駆動の光学反射素子における垂直方向と水平方向における振動周波数比を向上させることができ、この光学反射素子を用いて高精度な画像を投影することができる。 Further, in the present embodiment, by making the vibrator driven in the vertical direction into a meander shape, the resonator length can be increased and the resonance frequency can be lowered. Accordingly, it is possible to improve the vibration frequency ratio in the vertical direction and the horizontal direction in the biaxially driven optical reflecting element, and it is possible to project a highly accurate image using this optical reflecting element.

本発明は、光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、特に電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ用途に有用である。 The present invention has an effect that the optical reflecting element can be miniaturized, and is particularly useful for electrophotographic copying machines, laser printers, and optical scanners.

本発明の実施の形態１における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflection element in Embodiment 1 of this invention 同光学反射素子の断面図（図１のＸＸ断面）Sectional view of the optical reflecting element (XX section in FIG. 1) 同光学反射素子の動作状態を示す模式図Schematic diagram showing the operating state of the optical reflection element 本発明の一実施の形態における光学反射素子と比較例との振動効率を示す図The figure which shows the vibration efficiency of the optical reflective element in one embodiment of this invention, and a comparative example 本発明の一実施の形態における光学反射素子の振動効率を示す図The figure which shows the vibration efficiency of the optical reflection element in one embodiment of this invention 本発明の実施の形態１における別の例の光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element of another example in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態２における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態２における別の例の光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element of another example in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態３における光学反射素子の平面図The top view of the optical reflective element in Embodiment 3 of this invention

Explanation of symbols

１ミラー部
２第一の支持部
３、３Ａ振動中心
４、４Ａ音叉形圧電振動子
５第二の支持部
６枠体（支持体）
７連結部
７Ａ連結部
８第一のアーム
８Ａ第三のアーム
９第二のアーム
９Ａ第四のアーム
１０、１０Ａ、１０Ｂ回転軸
１１端部
１２付け根部分
１３シリコン基板
１４圧電素子
１５下部電極層
１６圧電体層
１７上部電極層
１８〜２０接続端子
２１、２２矢印
２３矢印
２４第三の支持部
２５第四の支持部
２６支持体
２７ミアンダ形圧電振動子
２８振動板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mirror part 2 1st support part 3, 3A Vibration center 4, 4A Tuning fork type piezoelectric vibrator 5 2nd support part 6 Frame (support body)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 Connection part 7A Connection part 8 1st arm 8A 3rd arm 9 2nd arm 9A 4th arm 10, 10A, 10B Rotating shaft 11 End part 12 Base part 13 Silicon substrate 14 Piezoelectric element 15 Lower electrode layer 16 Piezoelectric layer 17 Upper electrode layer 18 to 20 Connection terminals 21, 22 Arrow 23 Arrow 24 Third support portion 25 Fourth support portion 26 Support body 27 Meander-type piezoelectric vibrator 28 Vibration plate

Claims

Mirror part,
Tuning fork-shaped piezoelectric vibrator,
A first support part connecting the mirror part with the vibration center of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator;
And a support body that is connected with the oscillation center and the second supporting portion of the tuning fork piezoelectric vibrator,
The tuning fork type piezoelectric vibrator is
A connecting portion passing through the vibration center;
And arms extending from both ends of the connecting portion,
An angle formed between an inner side of these arms and an inner side of the connecting portion is an optical reflecting element having an obtuse angle.

Mirror part,
Tuning fork-shaped piezoelectric vibrator,
A first support part connecting the mirror part with the vibration center of the tuning fork-shaped piezoelectric vibrator;
And a support body that is connected with the oscillation center and the second supporting portion of the tuning fork piezoelectric vibrator,
The tuning fork type piezoelectric vibrator is
A connecting portion passing through the vibration center;
And arms extending from both ends of the connecting portion,
The inner side of the connecting portion is
An optical reflecting element curved outward from the vibration center toward the arm.

The angle formed by the connecting portion and the first support portion is
The optical reflecting element according to claim 1, wherein the optical reflecting element is about 90 degrees.

The optical reflection element according to claim 1, wherein an angle formed between an outer side of the arm and an outer side of the connecting portion is an obtuse angle.

The outer side of the connecting portion is
The optical reflection element according to claim 1, wherein the optical reflection element is curved outward from the vibration center side toward the arm.

A pair of the tuning fork type piezoelectric vibrators
Opposing through the mirror part,
While being connected to the mirror part by the first support part,
The optical reflection element according to claim 1, wherein each of the optical reflection elements is connected to the support body by a second support portion.

The support is
Furthermore, the optical reflective element of Claim 1 or 2 connected with the vibrator | oscillator.