JP7175816B2 - optical device - Google Patents

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Description

本発明は、光学装置、特に入射した光の光路を変更する光路変更部を有する光学装置に関する。 The present invention relates to an optical device, and more particularly to an optical device having an optical path changing section that changes the optical path of incident light.

従来、入射光を反射させるミラーを直交する2つの軸周りにそれぞれ傾動させることで、所定の領域上に反射光を走査するミラースキャナーが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a mirror scanner that scans a predetermined area with reflected light by tilting a mirror that reflects incident light around two orthogonal axes.

例えば、特許文献1には、光反射部の両側に、光反射部の中心に関して点対称に配置された一対の圧電式アクチュエータを有するミラースキャナーが開示されている。圧電式アクチュエータのそれぞれは、2本のカンチレバーとその上面に形成された圧電薄膜とで構成されている。つまり、一対の圧電式アクチュエータは、4本のカンチレバーとそれぞれの上面に形成された圧電薄膜とを有しており、光反射部をX軸の周りに高速で傾動させる。また光反射部をX軸と直交するY軸の周りに低速で傾動させる。 For example, Patent Literature 1 discloses a mirror scanner having a pair of piezoelectric actuators arranged point-symmetrically with respect to the center of the light reflecting portion on both sides of the light reflecting portion. Each of the piezoelectric actuators is composed of two cantilevers and a piezoelectric thin film formed on the upper surface thereof. In other words, the pair of piezoelectric actuators has four cantilevers and piezoelectric thin films formed on the upper surfaces of the cantilevers, and tilts the light reflecting portion around the X-axis at high speed. Also, the light reflecting portion is tilted at a low speed around the Y-axis orthogonal to the X-axis.

このような動作をさせるにあたって、4本のカンチレバーにそれぞれ形成された圧電薄膜に複数の電圧成分を重畳させて印加している。具体的には、X軸周りの傾動用の高周波の電圧成分とY軸周りの傾動用の低周波の電圧成分とを重畳して、それぞれの圧電薄膜に印加している。 For such operation, a plurality of voltage components are superimposed and applied to the piezoelectric thin films respectively formed on the four cantilevers. Specifically, a high-frequency voltage component for tilting around the X-axis and a low-frequency voltage component for tilting around the Y-axis are superimposed and applied to the respective piezoelectric thin films.

特許第4400608号公報Japanese Patent No. 4400608

しかし、一般に、圧電薄膜の耐電圧には限界があるため、特許文献1に開示されるように、圧電薄膜に対して複数の電圧成分を重畳させて印加すると、それぞれの軸を動かす周波数成分が持つ電圧振幅は半減してしまう。その結果、光反射部の傾動量を大きくできないおそれがあった。 However, in general, there is a limit to the withstand voltage of a piezoelectric thin film. Therefore, as disclosed in Patent Document 1, when a plurality of voltage components are superimposed and applied to the piezoelectric thin film, the frequency component that moves each axis becomes The voltage amplitude it has is halved. As a result, there is a possibility that the amount of tilting of the light reflecting portion cannot be increased.

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、光路変更部を傾動させるアクチュエータの駆動力を高めた光学装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an optical device in which the driving force of an actuator for tilting an optical path changing portion is increased.

上記の目的を達成するために、本発明に係る光学装置は、光路変更部と、前記光路変更部を通る第1軸に沿って前記光路変更部の両側から延びる一対の第1連結部と、前記光路変更部を内側に囲むように設けられ、前記一対の第1連結部のそれぞれに連結された第1可動枠体と、前記第1軸と交差する第2軸に沿って前記第1可動枠体の両側から延びる一対の第2連結部と、前記第1可動枠体を内側に囲むように設けられ、前記一対の第2連結部のそれぞれに連結された第2可動枠体と、前記第1可動枠体と前記第2可動枠体とに跨がって設けられた第1アクチュエータと、前記第2可動枠体を内側に囲むように設けられ、前記第2可動枠体に連結された固定枠体と、を少なくとも備え、前記第1アクチュエータは、前記光路変更部を前記第1軸の周りに傾動させる圧電式アクチュエータである。 To achieve the above object, an optical device according to the present invention includes an optical path changing portion, a pair of first connecting portions extending from both sides of the optical path changing portion along a first axis passing through the optical path changing portion, a first movable frame provided to surround the optical path changing portion inside and connected to each of the pair of first connecting portions; and the first movable frame along a second axis intersecting the first axis. a pair of second connecting portions extending from both sides of the frame; a second movable frame provided so as to surround the first movable frame inside and connected to each of the pair of second connecting portions; a first actuator provided across the first movable frame and the second movable frame; and a first actuator provided so as to surround the second movable frame and connected to the second movable frame. and a fixed frame, wherein the first actuator is a piezoelectric actuator that tilts the optical path changing portion about the first axis.

本発明の光学装置によれば、第1アクチュエータの駆動力を高められる。また、低い電圧で光路変更部を第1軸の周りに傾動させることができる。 According to the optical device of the present invention, the driving force of the first actuator can be increased. Also, the optical path changing portion can be tilted around the first axis with a low voltage.

本発明の実施形態1に係る光学装置の平面図である。1 is a plan view of an optical device according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. 図1のII-II線での断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1; ミラー部がY軸の周りに傾動した状態を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a state in which the mirror portion is tilted around the Y-axis; 図3Aに示す光学装置をY方向から見た模式図である。FIG. 3B is a schematic view of the optical device shown in FIG. 3A as viewed in the Y direction; ミラー部がX軸の周りに傾動した状態を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a state in which the mirror section is tilted around the X axis; 図4Aに示す光学装置をX方向から見た模式図である。FIG. 4B is a schematic view of the optical device shown in FIG. 4A as seen from the X direction; 光学装置の一部をZ方向下側から見た平面図であり、(a)図は、本実施形態に係る平面図であり、(b)図は、比較のための平面図である。It is the top view which looked at a part of optical apparatus from Z direction lower side, (a) is a top view which concerns on this embodiment, (b) is a top view for a comparison. 変形例に係る第2検出部の配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement|positioning of the 2nd detection part which concerns on a modification. 本発明の実施形態2に係る光学装置の平面図である。FIG. 5 is a plan view of an optical device according to Embodiment 2 of the present invention;

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. The following description of preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its applicability or its uses.

(実施形態1)
[光学装置の構成]
図1は、本実施形態に係る光学装置の平面図を、図2は、図1のII-II線での断面図を示す。なお、以降に示す各図面に描かれた各部材の寸法、厚さ、細部の詳細形状などは実際のものとは異なっている。また、説明の便宜上、図1において、パシベーション膜440の図示を省略している。
(Embodiment 1)
[Configuration of Optical Device]
1 is a plan view of an optical device according to this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. It should be noted that the dimensions, thicknesses, detailed shapes, etc. of each member drawn in each drawing shown below are different from the actual ones. For convenience of explanation, the illustration of the passivation film 440 is omitted in FIG.

図1に示す光学装置100は、SOI基板200(以下、単に基板200と呼ぶことがある。)に所定の加工が施されてなる以下の部材を有している。具体的には、光学装置100は、光路変更部であるミラー部30と、一対の第1連結部41,41と、第1可動枠体50と、一対の第2連結部42,42と、第2可動枠体60と、一対の第3連結部43,43と、一対の第4連結部44,44と、固定枠体10と、ベース枠体300とを備えている。また、光学装置100は、一対の第1アクチュエータ70,70と一対の第2アクチュエータ80,80とを備えている。光学装置100は、半導体微細加工技術を応用したマイクロマシニング技術を用いて基板200を加工して得られるMEMS素子である。 The optical device 100 shown in FIG. 1 has the following members obtained by subjecting an SOI substrate 200 (hereinafter sometimes simply referred to as substrate 200) to predetermined processing. Specifically, the optical device 100 includes a mirror portion 30 as an optical path changing portion, a pair of first connecting portions 41 and 41, a first movable frame 50, a pair of second connecting portions 42 and 42, It includes a second movable frame 60 , a pair of third connecting portions 43 , 43 , a pair of fourth connecting portions 44 , 44 , a fixed frame 10 , and a base frame 300 . The optical device 100 also includes a pair of first actuators 70 and 70 and a pair of second actuators 80 and 80 . The optical device 100 is a MEMS element obtained by processing a substrate 200 using micromachining technology to which semiconductor microfabrication technology is applied.

光学装置100は、一対の第1アクチュエータ70,70を駆動させることで、ミラー部30の中心Oと一対の第1連結部41,41とを通るY軸回りにミラー部30を傾動させる。また、一対の第2アクチュエータ80,80を駆動させることで、ミラー部30の中心Oと一対の第2連結部42,42とを通るX軸周りにミラー部30を傾動させる。光学装置100は、このようにミラー部30をX軸周り及びY軸周りに傾動させることで、ミラー部30に入射された入射光を反射して、所定の領域上に反射光を走査する、いわゆる2軸ミラースキャナーである。 The optical device 100 tilts the mirror section 30 around the Y-axis passing through the center O of the mirror section 30 and the pair of first connecting sections 41 and 41 by driving the pair of first actuators 70 and 70 . Further, by driving the pair of second actuators 80, 80, the mirror section 30 is tilted around the X-axis passing through the center O of the mirror section 30 and the pair of second connecting sections 42, 42. As shown in FIG. By tilting the mirror section 30 around the X-axis and around the Y-axis, the optical device 100 reflects incident light incident on the mirror section 30 and scans a predetermined area with the reflected light. It is a so-called two-axis mirror scanner.

なお、以降の説明において、X軸を第2軸と、Y軸を第1軸とそれぞれ呼ぶことがある。また、X軸及びY軸とそれぞれ交差する軸、具体的には、基板200の厚さ方向に沿った軸をZ軸または第3軸と呼ぶことがある。また、X,Y,Z軸を含んでこれらと平行な方向をそれぞれX方向、Y方向、Z方向と呼ぶことがある。なお、X方向において、第2検出部92が設けられた側を右側と、その反対側を左側とそれぞれ呼ぶことがある。Y方向において、第4連結部44が配置された側を上側と、第3連結部43が配置された側を下側とそれぞれ呼ぶことがある。また、Z方向において、ベース枠体300が配置された側を下側と、その反対側を上側と呼ぶことがある。また、固定枠体10において、パッド電極94が形成された面を主面と呼ぶことがある。他の部材においても、Z方向で固定枠体10の主面と同じ側の面を同様に主面と呼ぶことがある。 In the following description, the X axis may be called the second axis, and the Y axis may be called the first axis. Also, an axis that intersects with the X-axis and the Y-axis, specifically, an axis along the thickness direction of the substrate 200 may be called a Z-axis or a third axis. Also, the directions parallel to and including the X, Y, and Z axes are sometimes called the X direction, Y direction, and Z direction, respectively. In the X direction, the side on which the second detector 92 is provided is sometimes called the right side, and the opposite side is sometimes called the left side. In the Y direction, the side on which the fourth connecting portion 44 is arranged may be called the upper side, and the side on which the third connecting portion 43 is arranged may be called the lower side. Also, in the Z direction, the side on which the base frame 300 is arranged may be called the lower side, and the opposite side may be called the upper side. Moreover, in the fixing frame 10, the surface on which the pad electrodes 94 are formed is sometimes called the main surface. In other members as well, the surface on the same side as the main surface of the fixed frame 10 in the Z direction may be similarly called the main surface.

基板200は、単結晶シリコンで形成された第1シリコン層210と、SiOからなる第1絶縁層220と、単結晶シリコンからなる第2シリコン層230と、がZ方向にこの順で積層されて構成されている。第1シリコン層210の主面には、SiOからなる第2絶縁層240が形成されている。第1シリコン層210の厚さは、30μm、第1絶縁層220の厚さは、1μm、第2シリコン層230の厚さは、250μm、第2絶縁層240の厚さは、1μmであるが、特にこれに限定されない。光学装置100の仕様等に応じて適宜変更されうる。 In the substrate 200, a first silicon layer 210 made of single crystal silicon, a first insulating layer 220 made of SiO2 , and a second silicon layer 230 made of single crystal silicon are laminated in this order in the Z direction. configured as follows. A second insulating layer 240 made of SiO 2 is formed on the main surface of the first silicon layer 210 . The thickness of the first silicon layer 210 is 30 μm, the thickness of the first insulating layer 220 is 1 μm, the thickness of the second silicon layer 230 is 250 μm, and the thickness of the second insulating layer 240 is 1 μm. , but not particularly limited to this. It can be changed as appropriate according to the specifications of the optical device 100 or the like.

光学装置100において、後述する金属膜31を除くミラー部30と、第1~第4連結部41~44と、第1及び第2可動枠体50,60と、固定枠体10とは、基板200と同じ積層構造を有している。光学装置100におけるこれらの部材の形状に合わせて、基板200を貫通するように加工することで、各部材は、互いに連結されるとともに所定の間隔をあけて配置される。なお、通常、ディープドライエッチング法(DRIE)により、基板200が貫通加工される。また、第1及び第2アクチュエータ70,80の構造については後で述べる。 In the optical device 100, the mirror portion 30 excluding the metal film 31 described later, the first to fourth connecting portions 41 to 44, the first and second movable frames 50 and 60, and the fixed frame 10 are formed from substrates. It has the same laminated structure as 200. By processing the substrate 200 so as to penetrate the substrate 200 according to the shapes of these members in the optical device 100, the members are connected to each other and arranged at predetermined intervals. Note that the substrate 200 is generally through-processed by a deep dry etching method (DRIE). Also, the structure of the first and second actuators 70, 80 will be described later.

固定枠体10は、平面視で、ミラー部30と、第1~第4連結部41~44と、第1及び第2可動枠体50,60と、第1及び第2アクチュエータ70,80とを内側に囲むように配設された矩形状の部材である。固定枠体10及びベース枠体300を除く各部材が、第1及び第2アクチュエータ70,80が駆動される場合に変形あるいは変位する可動部材であるのに対して、固定部材は位置が固定されており、可動部材を安定して支持するとともに、可動部材が変位等する場合の位置基準となる。また、固定枠体10は、内周面のうちY方向下側に位置する面からY方向上側に延びる延長部11を有しており、延長部11の先端に第2アクチュエータ80、具体的には後述する第1カンチレバー81が連結されている。 In a plan view, the fixed frame 10 includes a mirror portion 30, first to fourth connecting portions 41 to 44, first and second movable frames 50 and 60, and first and second actuators 70 and 80. It is a rectangular member arranged so as to surround the inside. Each member except for the fixed frame 10 and the base frame 300 is a movable member that is deformed or displaced when the first and second actuators 70 and 80 are driven, whereas the fixed member is fixed in position. It supports the movable member stably and serves as a positional reference when the movable member is displaced. In addition, the fixed frame 10 has an extension portion 11 extending upward in the Y direction from the inner peripheral surface located on the lower side in the Y direction. is connected to a first cantilever 81 which will be described later.

また、延長部11を除く固定枠体10のZ方向下側にはベース枠体300が配置されており、固定枠体10はベース枠体300の主面に固着されている。固定枠体10とベース枠体300との固着方法は種々の方法を適宜採りうる。例えば、両者を図示しない接着材で互いに固着してもよい。また、陽極接合法や拡散接合法により固定枠体10とベース枠体300とを固着してもよい。また、ベース枠体300を構成する部材を単結晶からなるシリコン層と絶縁層との積層構造とし、基板200の主面と反対側の面に予め貼り合わせた状態で、基板200を含む積層構造体を加工して、光学装置100の各部材が形成されるようにしてもよい。また、ベース枠体300の材質は、シリコンでもSiOでもよい。他の材質、例えば、セラミックや金属材料や樹脂材料でもよい。光学装置100の配置環境における温度変化を考慮すれば、ベース枠体300の材質は基板200と熱膨張係数が近いのが好ましい。ベース枠体300の厚さは、第2シリコン層230と同程度かそれ以上であるが、特にこれに限定されない。光学装置100における可動部材がZ方向下側に自由に変位するのを許容できる程度の厚さであればよい。 In addition, a base frame 300 is arranged below the fixed frame 10 in the Z direction except for the extension portion 11 , and the fixed frame 10 is fixed to the main surface of the base frame 300 . Various methods can be used as appropriate for fixing the fixed frame 10 and the base frame 300 together. For example, both may be fixed to each other with an adhesive (not shown). Alternatively, the fixed frame 10 and the base frame 300 may be fixed together by an anodic bonding method or a diffusion bonding method. In addition, the member constituting the base frame 300 has a laminated structure of a silicon layer made of a single crystal and an insulating layer. Each member of the optical device 100 may be formed by processing the body. Also, the material of the base frame 300 may be silicon or SiO 2 . Other materials such as ceramics, metal materials, and resin materials may be used. Considering the temperature change in the environment in which the optical device 100 is arranged, the material of the base frame 300 preferably has a coefficient of thermal expansion close to that of the substrate 200 . The thickness of the base frame 300 is about the same as or greater than that of the second silicon layer 230, but is not particularly limited to this. The thickness may be such that the movable member in the optical device 100 can be freely displaced downward in the Z direction.

また、固定枠体10の主面全体に、SiOからなるパシベーション膜440が形成されている(図2参照)。このパシベーション膜440は、第1及び第2可動枠体50,60、第2~第4連結部42~44及び第1及び第2アクチュエータ70,80の主面にもそれぞれ同様に形成されている。パシベーション膜440は、光学装置100の各部材を機械的に保護するとともに、第1及び第2アクチュエータ70,80や後述する第1及び第2検出部91,92を外部雰囲気中の水分等から保護している。また、固定枠体10のY方向下側の部分において、パシベーション膜440の主面に互いに所定の間隔をあけて複数のパッド電極94が形成されている。これらのパッド電極94のそれぞれに、一対の第1アクチュエータ70,70、一対の第2アクチュエータ80,80及び後述する第1及び第2検出部91,92が配線93を介して接続される。なお、入射した光を所定の方向に反射するために、ミラー部30の主面にはパシベーション膜440は形成されていない。また、第1連結部41の主面にもパシベーション膜440は形成されていない。 A passivation film 440 made of SiO 2 is formed over the entire main surface of the fixing frame 10 (see FIG. 2). This passivation film 440 is similarly formed on the main surfaces of the first and second movable frames 50 and 60, the second to fourth connecting portions 42 to 44, and the first and second actuators 70 and 80, respectively. . The passivation film 440 mechanically protects each member of the optical device 100, and also protects the first and second actuators 70 and 80 and first and second detectors 91 and 92, which will be described later, from moisture and the like in the external atmosphere. is doing. In addition, a plurality of pad electrodes 94 are formed on the main surface of the passivation film 440 at the lower portion of the fixed frame 10 in the Y direction at predetermined intervals. A pair of first actuators 70 , 70 , a pair of second actuators 80 , 80 , and first and second detectors 91 , 92 to be described later are connected to each of these pad electrodes 94 via wiring 93 . Note that the passivation film 440 is not formed on the main surface of the mirror section 30 in order to reflect the incident light in a predetermined direction. Also, the passivation film 440 is not formed on the main surface of the first connecting portion 41 .

また、固定枠体10と第4連結部44と第2可動枠体60と第2アクチュエータ80とを区画するように、これらの間には、基板200をZ方向に貫通して形成される第1貫通開口21が形成されている。同様に、後述する第1カンチレバー81及び第2カンチレバー83と第4連結部44と延長部11と第2可動枠体60とを区画するように、これらの間に第2貫通開口22が形成されている。第1カンチレバー81と第3連結部43と延長部11と第2可動枠体60とを区画するように、これらの間に第3貫通開口23が形成されている。第1可動枠体50と第2可動枠体60とを区画するように、これらの間に第4貫通開口24が形成されている。ミラー部30と第1可動枠体50とを区画するように、これらの間に第5貫通開口25が形成されている。 Further, between the fixed frame 10, the fourth connecting portion 44, the second movable frame 60, and the second actuator 80, there is a second electrode formed penetrating the substrate 200 in the Z direction so as to partition them. 1 through opening 21 is formed. Similarly, a second through opening 22 is formed between a first cantilever 81, a second cantilever 83, a fourth connecting portion 44, an extension portion 11, and a second movable frame 60, which will be described later, so as to partition them. ing. A third through opening 23 is formed between the first cantilever 81, the third connecting portion 43, the extension portion 11, and the second movable frame 60 so as to partition them. A fourth through opening 24 is formed between the first movable frame 50 and the second movable frame 60 so as to partition them. A fifth through opening 25 is formed between the mirror portion 30 and the first movable frame 50 so as to partition them.

第1貫通開口21は、平面視で、一対の第2アクチュエータ80,80を囲む逆U字形状である。第1貫通開口21は後述する凸部44a、62に対向する部分を除いて、幅が略一定となるように形成されている。ここで、本願明細書において、「略一定」とは設計値に対して数割程度の差を許容するものであり、当該幅が厳密に一定であることを意味するものではない。また、第1貫通開口21の両端21aは、固定枠体10と第2カンチレバー83との連結部よりも固定枠体10の外周面に近い側に、この場合は、Y方向下側に延びて形成されている(図5の(a)図参照)。第2貫通開口22は、平面視で、第1カンチレバー81及び延長部11を囲む逆C字形状であり、Y軸に関して互いに線対称となる位置に1箇所ずつ形成されている。第2貫通開口の一端22aは、第2カンチレバー83と固定枠体10との連結端部よりも固定枠体10の外周面に近い側に、この場合は、Y方向下側に延びて形成されている。第2貫通開口22の他端22bは第1カンチレバー81と第2可動枠体60との連結端部よりも固定枠体10の外周面に近い側に、この場合は、後述する第3貫通開口23に近い側であって、Y方向下側に延びて形成されている(図5の(a)図参照)。第3貫通開口23は、平面視で、一対の第1カンチレバー81,81及び第2可動枠体60を囲むU字形状であり、第3貫通開口23の両端23aは、第1カンチレバー81と延長部11との連結端部よりも固定枠体10の外周面に近い側に、この場合は、第2貫通開口22に近い側であって、Y方向上側にそれぞれ延びて形成されている(図5の(a)図参照)。なお、固定枠体10において、X方向の一辺の長さは数mm程度、Y方向の一辺の長さは数mm程度である。 The first through opening 21 has an inverted U shape surrounding the pair of second actuators 80 and 80 in plan view. The first through opening 21 is formed so as to have a substantially constant width, except for portions facing convex portions 44a and 62, which will be described later. Here, in the specification of the present application, the term "substantially constant" allows a difference of about several tenths from the design value, and does not mean that the width is strictly constant. Both ends 21a of the first through opening 21 extend closer to the outer peripheral surface of the fixed frame 10 than the joint between the fixed frame 10 and the second cantilever 83, in this case, downward in the Y direction. are formed (see FIG. 5(a)). The second through openings 22 have an inverted C shape surrounding the first cantilever 81 and the extension portion 11 in plan view, and are formed one by one at positions symmetrical to each other with respect to the Y axis. One end 22a of the second through-opening is formed extending downward in the Y direction closer to the outer peripheral surface of the fixed frame 10 than the connecting end portion between the second cantilever 83 and the fixed frame 10. ing. The other end 22b of the second through-opening 22 is positioned closer to the outer peripheral surface of the fixed frame 10 than the connecting end portion between the first cantilever 81 and the second movable frame 60, in this case, the third through-opening described later. 23 and extends downward in the Y direction (see FIG. 5(a)). The third through-opening 23 has a U-shape in plan view surrounding the pair of first cantilevers 81 and 81 and the second movable frame 60, and both ends 23a of the third through-opening 23 extend from the first cantilever 81. It is formed on the side closer to the outer peripheral surface of the fixed frame 10 than the connection end portion with the portion 11, in this case, the side closer to the second through opening 22 and extending upward in the Y direction (Fig. 5 (a)). In the fixing frame 10, the length of one side in the X direction is about several mm, and the length of one side in the Y direction is about several mm.

ミラー部30は、基板200と同じ積層構造を有する略楕円状あるいは略円形状の部材の主面に金属膜31が形成されてなる部材である。金属膜31は、ミラー部30部に入射された光を反射して、その光路を変更するミラーとして機能する。入射される光の波長や強度等に応じて、金属膜31の構成は適宜変更されうる。例えば、入射光が可視光であれば、Al/Tiの積層膜が用いられ、赤外光であれば、Au/Tiの積層膜が用いられる。なお、ミラー部30の平面形状は他の形状、例えば、矩形や多角形であってもよい。 The mirror section 30 is a member having a metal film 31 formed on the main surface of a substantially elliptical or substantially circular member having the same laminated structure as the substrate 200 . The metal film 31 functions as a mirror that reflects the light incident on the mirror section 30 and changes the optical path of the light. The configuration of the metal film 31 can be appropriately changed according to the wavelength, intensity, etc. of incident light. For example, if the incident light is visible light, an Al/Ti laminated film is used, and if the incident light is infrared light, an Au/Ti laminated film is used. Note that the planar shape of the mirror section 30 may be other shapes such as a rectangle or a polygon.

一対の第1連結部41,41は、ミラー部30のY方向上側及びY方向下側からY軸に沿って延びる一対の棒状部材であり、それぞれ第1可動枠体50に連結されている。一対の第1連結部41,41は、Y軸の周りに傾動可能にミラー部30を第1可動枠体50に連結している。また、第1アクチュエータ70を駆動する場合、一対の第1連結部41,41には、それぞれY軸の周りにねじれ変形を起こすように力が加わる。 The pair of first connecting portions 41 , 41 is a pair of rod-like members extending along the Y-axis from the Y-direction upper side and the Y-direction lower side of the mirror portion 30 and connected to the first movable frame 50 respectively. A pair of first connecting portions 41, 41 connect the mirror portion 30 to the first movable frame 50 so as to be tiltable about the Y-axis. Further, when driving the first actuator 70, a force is applied to the pair of first connecting portions 41, 41 so as to cause torsional deformation around the Y axis.

第1可動枠体50は、ミラー部30及び一対の第1連結部41,41を内側に囲むように設けられた環状の部材であり、平面視で、その外形はミラー部30の外形に相似している。ただし、これに特に限定されず、別の形状を採りうる。また、第1可動枠体50のX方向右側及びX方向左側からX軸に沿ってそれぞれ第2連結部42が延びて設けられている。一対の第2連結部42,42は、Y軸の周りに傾動可能に第1可動枠体50を第2可動枠体60に連結している。 The first movable frame 50 is an annular member provided so as to surround the mirror portion 30 and the pair of first connecting portions 41, 41 inside. is doing. However, it is not particularly limited to this, and other shapes can be adopted. In addition, second connecting portions 42 are provided extending from the right side in the X direction and the left side in the X direction of the first movable frame 50 along the X axis. The pair of second connecting portions 42, 42 connect the first movable frame 50 to the second movable frame 60 so as to be tiltable about the Y-axis.

第2可動枠体60は、第1可動枠体50及び一対の第2連結部42,42を内側に囲むように設けられた環状の部材である。第2可動枠体60は、平面視で、ミラー部30と所定の間隔をあけて設けられており、その内周は第1可動枠体50の外形に相似している。また、第2可動枠体60の外周は矩形状であり、Y方向下側端部からX方向にそれぞれ延びる一対の第3連結部43,43と、Y方向上側端部からX方向にそれぞれ延びる一対の第4連結部44,44と、に連結されている。なお、第2可動枠体60の外周及び内周は、これに特に限定されず、別の形状を採りうる。また、第2可動枠体60は、内周の形状と外周の形状とが異なっており、平面視で幅が変化している。第2可動枠体60における第2連結部42との連結部分は、他の部分よりも幅が狭くなった幅狭部61である。幅狭部61の幅は、第1可動枠体50の最も広い部分の幅の2倍よりも狭くなるように設定されている。 The second movable frame 60 is an annular member provided so as to surround the first movable frame 50 and the pair of second connecting portions 42 , 42 inside. The second movable frame 60 is provided at a predetermined distance from the mirror section 30 in a plan view, and its inner circumference resembles the outer shape of the first movable frame 50 . The outer circumference of the second movable frame 60 is rectangular, and includes a pair of third connecting portions 43, 43 extending in the X direction from the lower end in the Y direction, and extending in the X direction from the upper end in the Y direction. It is connected to a pair of fourth connecting portions 44 and 44 . It should be noted that the outer and inner circumferences of the second movable frame 60 are not particularly limited to this, and may take other shapes. In addition, the second movable frame 60 has a different inner peripheral shape than an outer peripheral shape, and the width changes in a plan view. A portion of the second movable frame 60 that is connected to the second connecting portion 42 is a narrow portion 61 that is narrower than the other portions. The width of the narrow portion 61 is set to be narrower than twice the width of the widest portion of the first movable frame 50 .

第1アクチュエータ70は、第1可動枠体50と第2連結部42と第2可動枠体60とに跨がって、かつミラー部30を挟んでY軸に関して線対称となる位置にそれぞれ形成されている。第1アクチュエータ70は圧電素子71を含んでいる。圧電素子71は、第1可動枠体50、第2連結部42及び第2可動枠体60の主面にそれぞれ跨がって形成されており、下側電極410と圧電体層420と上側電極430とがZ方向にこの順で積層された積層体である。また、圧電素子71は第2可動枠体60の幅狭部61にも形成されている。下側電極410及び上側電極430として、Pt/Tiの積層膜がそれぞれ用いられる。ただし、特にこれに限定されず、例えば、上側電極430として、Au/Tiの積層膜が用いられてもよい。この場合、ミラー部30の金属膜31と同時に上側電極430を形成するようにしてもよい。このことにより、光学装置100の製造工程が簡略化される。また、圧電体層420として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が用いられる。ただし、特にこれに限定されず、他の材質の圧電体を用いてもよい。例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)やニオブ酸リチウム(LiNbO)を用いてもよい。 The first actuator 70 straddles the first movable frame 50, the second connecting portion 42, and the second movable frame 60, and is formed at a line-symmetrical position with respect to the Y-axis with the mirror portion 30 interposed therebetween. It is A first actuator 70 includes a piezoelectric element 71 . The piezoelectric element 71 is formed across the main surfaces of the first movable frame 50, the second connecting portion 42, and the second movable frame 60, respectively, and includes the lower electrode 410, the piezoelectric layer 420, and the upper electrode. 430 is a laminated body laminated in this order in the Z direction. The piezoelectric element 71 is also formed in the narrow portion 61 of the second movable frame 60 . A laminated film of Pt/Ti is used as the lower electrode 410 and the upper electrode 430, respectively. However, it is not particularly limited to this, and for example, an Au/Ti laminated film may be used as the upper electrode 430 . In this case, the upper electrode 430 may be formed simultaneously with the metal film 31 of the mirror section 30 . This simplifies the manufacturing process of the optical device 100 . Further, lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 420 . However, it is not particularly limited to this, and piezoelectric bodies made of other materials may be used. For example, barium titanate (BaTiO 3 ) or lithium niobate (LiNbO 3 ) may be used.

また、本実施形態において、下側電極410と圧電体層420とは、ベース枠体300とミラー部30と第1連結部41とを除く光学装置100の各部材の主面全体に形成されている。一方、上側電極430は、図1に示す形状となるように加工されている。上側電極430を所定の形状に加工することで、第1アクチュエータ70の駆動形態、言い換えると、圧電素子71が形成された第1可動枠体50と第2連結部42と第2可動枠体60とが変形する形態を規定することができる。なお、下側電極410と圧電体層420とを上側電極430と相似の形状に加工してもよい。また、第1アクチュエータ70は、第2可動枠体60に設けられた部分の面積が、第1可動枠体50に設けられた部分の面積よりも広くなるように設定されている。言い換えると、圧電素子71の上側電極430は、第2可動枠体60に設けられた部分の面積が、第1可動枠体50に設けられた部分の面積よりも広くなるように設定されている。 In addition, in this embodiment, the lower electrode 410 and the piezoelectric layer 420 are formed over the entire main surface of each member of the optical device 100 excluding the base frame 300, the mirror section 30, and the first connecting section 41. there is On the other hand, the upper electrode 430 is processed to have the shape shown in FIG. By processing the upper electrode 430 into a predetermined shape, the driving mode of the first actuator 70, in other words, the first movable frame 50, the second connecting portion 42, and the second movable frame 60, on which the piezoelectric element 71 is formed, can be changed. It is possible to define a form in which and are deformed. Note that the lower electrode 410 and the piezoelectric layer 420 may be processed into shapes similar to the upper electrode 430 . The first actuator 70 is set so that the area of the portion provided on the second movable frame 60 is larger than the area of the portion provided on the first movable frame 50 . In other words, the upper electrode 430 of the piezoelectric element 71 is set so that the area of the portion provided on the second movable frame 60 is larger than the area of the portion provided on the first movable frame 50. .

第1検出部91は、第1アクチュエータ70と所定の間隔をあけてそのY方向上側に設けられており、第1アクチュエータ70と同様に、ミラー部30を挟んでY軸に関して線対称となる位置にそれぞれ形成されている。第1検出部91は、圧電素子71と同様の構成を有する積層体であり、第1検出部91の上側電極430は、圧電素子71の上側電極430と所定の間隔をあけて配置されている。後述するように、第1アクチュエータ70を駆動すると、圧電素子71が圧縮または伸長されて、圧電素子71が設けられた第1及び第2可動枠体50,60と第2連結部42が変形する。この変形に応じて、一対の第1検出部91,91にも歪みが生じ、それぞれの上側電極430に電荷が誘起され、電流信号あるいは電圧信号が出力される、一対の第1検出部91,91のそれぞれから出力された信号は極性が互いに逆であるため、図示しない差動アンプに入力して増幅することで、第1アクチュエータ70の駆動量が検出される。また、この駆動量に基づいてミラー部30のY軸周りの傾動量が検出される。 The first detection unit 91 is provided above the first actuator 70 in the Y direction with a predetermined gap therebetween. are formed respectively. The first detection section 91 is a laminate having the same configuration as the piezoelectric element 71, and the upper electrode 430 of the first detection section 91 is arranged with a predetermined gap from the upper electrode 430 of the piezoelectric element 71. . As will be described later, when the first actuator 70 is driven, the piezoelectric element 71 is compressed or expanded, and the first and second movable frames 50 and 60 and the second connecting portion 42 provided with the piezoelectric element 71 are deformed. . According to this deformation, the pair of first detectors 91, 91 also distorts, and charges are induced in the respective upper electrodes 430, and current signals or voltage signals are output. Since the signals output from each of 91 have opposite polarities, the drive amount of the first actuator 70 is detected by inputting the signals to a differential amplifier (not shown) and amplifying them. Further, the amount of tilting of the mirror section 30 around the Y-axis is detected based on this driving amount.

なお、一対の第1検出部91,91の上側電極430には、それぞれ配線93が接続されており、2つの配線93はいずれもY軸よりもX方向右側に位置する第4連結部44及び第2カンチレバー83を通って、固定枠体10に形成されたパッド電極94にそれぞれ接続される。なお、第2カンチレバー83において、一方の第1検出部91の上側電極430に接続された配線93は、第2圧電素子84のX方向左側に配置される一方、他方の第1検出部91の上側電極430に接続された配線93は、第2圧電素子84のX方向右側に配置される。 Wirings 93 are connected to the upper electrodes 430 of the pair of first detecting portions 91, 91, respectively. They are connected to pad electrodes 94 formed on the fixed frame 10 through the second cantilevers 83 . In the second cantilever 83 , the wiring 93 connected to the upper electrode 430 of one first detection section 91 is arranged on the left side of the second piezoelectric element 84 in the X direction, while the other first detection section 91 The wiring 93 connected to the upper electrode 430 is arranged on the right side of the second piezoelectric element 84 in the X direction.

一対の第2アクチュエータ80,80は、第2可動枠体60を挟んで、X方向に相対向する位置に設けられており、第1カンチレバー81と第1圧電素子82と第2カンチレバー83と第2圧電素子84とをそれぞれ有している。この場合、一対の第2アクチュエータ80,80は、第2可動枠体60を挟んでY軸に関して線対称となる位置にそれぞれ配置されている。 A pair of second actuators 80 , 80 are provided at positions facing each other in the X direction with the second movable frame 60 interposed therebetween, and are composed of a first cantilever 81 , a first piezoelectric element 82 , a second cantilever 83 and a second actuator 80 . 2 piezoelectric elements 84, respectively. In this case, the pair of second actuators 80 and 80 are arranged at positions that are symmetrical about the Y-axis with the second movable frame 60 interposed therebetween.

第1カンチレバー81は、第2カンチレバー83よりも第2可動枠体60に近い位置に配置されており、具体的には、第2可動枠体60と固定枠体10の延長部11との間に、これらと間隔をあけてY方向に延びるように設けられている。第1カンチレバー81はY方向下側端部で第3連結部43に、Y方向上側端部で固定枠体10の延長部11にそれぞれ連結されている。また、第3連結部43との連結端部及び延長部11との連結端部を除いて、第1カンチレバー81は第1シリコン層210のみで構成されている。光学装置100における各部材の形状に合わせて、図示しないマスクパターンを形成した後、基板200を貫通するように加工することで、基板200に各部材の原形が形成される。この後で、第1カンチレバー81の所定領域及び第2カンチレバー83の所定領域を開口させるように、基板200の裏面、つまり主面と反対側の面に図示しない別のマスクパターンを形成し、当該マスクパターンをエッチングマスクとして、第2シリコン層230及び第1絶縁層220を除去することで、第1カンチレバー81を第1シリコン層210のみで構成することができる。また、第4連結部44との連結端部及び固定枠体10との連結端部を除いて、第2カンチレバー83も第1シリコン層210のみで構成されている。なお、第1カンチレバー81や第2カンチレバー83において、第1シリコン層210の下面に第1絶縁層220が残っていてもよい。その場合、第1絶縁層220がもとの厚さのまま残っていてもよいし、薄くなった状態で残っていてもよい。 The first cantilever 81 is arranged at a position closer to the second movable frame 60 than the second cantilever 83 is. , are provided so as to extend in the Y direction with a space therebetween. The first cantilever 81 is connected to the third connecting portion 43 at its lower end in the Y direction and to the extended portion 11 of the fixed frame 10 at its upper end in the Y direction. Also, the first cantilever 81 is composed only of the first silicon layer 210 except for the connecting end portion with the third connecting portion 43 and the connecting end portion with the extension portion 11 . After forming a mask pattern (not shown) according to the shape of each member in the optical device 100 , the original shape of each member is formed on the substrate 200 by processing so as to penetrate the substrate 200 . Thereafter, another mask pattern (not shown) is formed on the back surface of the substrate 200, that is, the surface opposite to the main surface so as to open a predetermined region of the first cantilever 81 and a predetermined region of the second cantilever 83. By removing the second silicon layer 230 and the first insulating layer 220 using the mask pattern as an etching mask, the first cantilever 81 can be composed of the first silicon layer 210 alone. In addition, the second cantilever 83 is also composed only of the first silicon layer 210 except for the connecting end portion with the fourth connecting portion 44 and the connecting end portion with the fixed frame 10 . The first insulating layer 220 may remain on the lower surface of the first silicon layer 210 in the first cantilever 81 and the second cantilever 83 . In that case, the first insulating layer 220 may remain with the original thickness, or may remain with a reduced thickness.

また、第1カンチレバー81のX方向の幅をW、Y方向の長さをL、Z方向の厚さをTとそれぞれするとき、式(1)に示す関係を満たすように第1カンチレバー81の寸法が設定される。 Further, when the width in the X direction of the first cantilever 81 is W, the length in the Y direction is L, and the thickness in the Z direction is T, the first cantilever 81 is formed so as to satisfy the relationship shown in Equation (1). Dimensions are set.

W>10-5×L/T ・・・(1) W>10 −5 ×L 3 /T 3 (1)

また、第1カンチレバー81の主面に第1圧電素子82が形成されている。第1圧電素子82の積層構造は、第1アクチュエータ70における圧電素子71の積層構造と同じである。なお、第1圧電素子82の上側電極430は、平面視でY方向上側端部かつX方向に沿った中央部に凹部431を有している。凹部431の内側には、一対の第2検出部92,92の一方が設けられている。一方の第2検出部92は、第1圧電素子82と同様の構成を有する積層体であり、第2検出部92の上側電極430は、第1圧電素子82の上側電極430と間隔をあけて配置されている。なお、第2可動枠体60を挟んでY方向左側に位置する第1圧電素子82において、上側電極430に前述の凹部431は形成されているが、凹部431の内側に第2検出部92は設けられていない。 A first piezoelectric element 82 is formed on the main surface of the first cantilever 81 . The layered structure of the first piezoelectric element 82 is the same as the layered structure of the piezoelectric element 71 in the first actuator 70 . The upper electrode 430 of the first piezoelectric element 82 has a concave portion 431 at the upper end in the Y direction and in the central portion along the X direction in plan view. One of the pair of second detectors 92 , 92 is provided inside the recess 431 . On the other hand, the second detection section 92 is a laminated body having the same configuration as the first piezoelectric element 82, and the upper electrode 430 of the second detection section 92 is spaced apart from the upper electrode 430 of the first piezoelectric element 82. are placed. In the first piezoelectric element 82 located on the left side in the Y direction with the second movable frame 60 interposed therebetween, the upper electrode 430 is formed with the recess 431 described above. Not provided.

第2カンチレバー83は、第2可動枠体60と固定枠体10との間に、これらと間隔をあけてY方向に延びるように設けられている。第2カンチレバー83はY方向下側端部で固定枠体10に、Y方向上側端部で第4連結部44にそれぞれ連結されている。また、前述したように、一部を除いて、第2カンチレバー83は第1シリコン層210のみで構成されている。また、第2カンチレバー83は、第1カンチレバー81よりも幅広に形成されており、第2カンチレバー83のX方向、Y方向、Z方向の各寸法は、式(1)に示す関係を当然に満足する。 The second cantilever 83 is provided between the second movable frame 60 and the fixed frame 10 so as to extend in the Y direction with a gap therebetween. The second cantilever 83 is connected to the fixing frame 10 at the lower end in the Y direction and to the fourth connecting portion 44 at the upper end in the Y direction. Moreover, as described above, the second cantilever 83 is composed only of the first silicon layer 210, except for a part. In addition, the second cantilever 83 is wider than the first cantilever 81, and the dimensions of the second cantilever 83 in the X, Y, and Z directions naturally satisfy the relationship shown in Equation (1). do.

また、第2カンチレバー83の主面に第2圧電素子84が形成されている。第2圧電素子84の積層構造は、第1アクチュエータ70における圧電素子の積層構造と同じである。なお、第2圧電素子84の上側電極430は、平面視でY方向下側端部かつX方向に沿った中央部に凹部432を有している。凹部432の内側には、一対の第2検出部92,92の他方が設けられている。他方の第2検出部92は、第2圧電素子84と同様の構成を有する積層体であり、第2検出部92の上側電極430は、第2圧電素子84の上側電極430と間隔をあけて配置されている。後述するように、第2アクチュエータ80を駆動すると、第1圧電素子82及び第2圧電素子84が互いに反対方向に圧縮または伸長されて、第1カンチレバー81及び第2カンチレバー83は、それぞれ反対方向に湾曲する。この湾曲変形に応じて、一対の第2検出部92,92の上側電極430のそれぞれに電荷が誘起され、電流信号あるいは電圧信号が出力される、一対の第2検出部92,92のそれぞれから出力された信号は極性が互いに逆であるため、図示しない差動アンプに入力して増幅することで、第2アクチュエータ80の駆動量が検出される。また、この駆動量に基づいて第2可動枠体60、ひいては、ミラー部30のX軸周りの傾動量が検出される。なお、第2可動枠体60を挟んでY方向左側に位置する第2圧電素子84において、上側電極430に前述の凹部432は形成されているが、凹部432の内側に第2検出部92は設けられていない。 A second piezoelectric element 84 is formed on the main surface of the second cantilever 83 . The layered structure of the second piezoelectric element 84 is the same as the layered structure of the piezoelectric element in the first actuator 70 . The upper electrode 430 of the second piezoelectric element 84 has a concave portion 432 at the lower end in the Y direction and in the central portion along the X direction in plan view. The other of the pair of second detectors 92 , 92 is provided inside the recess 432 . The other second detection section 92 is a laminate having the same configuration as the second piezoelectric element 84, and the upper electrode 430 of the second detection section 92 is separated from the upper electrode 430 of the second piezoelectric element 84. are placed. As will be described later, when the second actuator 80 is driven, the first piezoelectric element 82 and the second piezoelectric element 84 are compressed or expanded in opposite directions, and the first cantilever 81 and the second cantilever 83 are moved in opposite directions. curved. In response to this bending deformation, an electric charge is induced in each of the upper electrodes 430 of the pair of second detection sections 92 and 92, and a current signal or a voltage signal is output from each of the pair of second detection sections 92 and 92. Since the polarities of the output signals are opposite to each other, the drive amount of the second actuator 80 is detected by inputting the signals to a differential amplifier (not shown) and amplifying them. Further, based on this drive amount, the tilting amount of the second movable frame 60 and thus the mirror section 30 around the X-axis is detected. In the second piezoelectric element 84 located on the left side in the Y direction with the second movable frame 60 interposed therebetween, the upper electrode 430 is formed with the recess 432 described above. Not provided.

また、第4連結部44及びこれに連結された第2可動枠体60のY方向上側辺部にはそれぞれY方向上側に突出する凸部44a,62が設けられている。また、第2可動枠体60のY方向上側辺部に対向する固定枠体10の辺部にはY方向下側に突出する凸部が設けられている。つまり、第4連結部44及び第4連結部44が連結された第2可動枠体60の辺部は、それぞれY方向の幅が変化している。また、第2可動枠体60の当該辺部に対向する固定枠体10のY方向上側辺部は、Y方向の幅が変化している。一方、これらの間に設けられた第1貫通開口21は、幅が略一定となるように形成されている。これらについては後で説明する。 In addition, projections 44a and 62 projecting upward in the Y direction are provided on the Y-direction upper side portions of the fourth connecting portion 44 and the second movable frame 60 connected thereto. In addition, a protrusion projecting downward in the Y direction is provided on the side of the fixed frame 10 that faces the upper side in the Y direction of the second movable frame 60 . That is, the width in the Y direction of the fourth connecting portion 44 and the side portion of the second movable frame 60 to which the fourth connecting portion 44 is connected varies. In addition, the width in the Y direction of the Y-direction upper side of the fixed frame 10 facing the side of the second movable frame 60 varies. On the other hand, the first through opening 21 provided between them is formed to have a substantially constant width. These will be explained later.

また、複数の配線93は、パシベーション膜440に形成された図示しない貫通孔を通じて、圧電素子71や第1及び第2圧電素子82,84や第1及び第2検出部91,92の上側電極430にそれぞれ接続されている。また、複数の配線93は、第2可動枠体60、第1及び第2カンチレバー81,83及び第4連結部44の主面に形成されたパシベーション膜440の主面にそれぞれ引き出されて延びており、固定枠体10を覆うパシベーション膜440の主面に設けられた複数のパッド電極94にそれぞれ接続されている。例えば、第1圧電素子82及び第1カンチレバー81に設けられた第2検出部92に接続された配線93はX方向右側に位置する延長部11を通って、対応するパッド電極94にそれぞれ接続される。なお、配線93及びパッド電極94は、それぞれAu/Tiの積層膜で構成される。また、図示しないが、第1及び第2圧電素子82,84や第1及び第2検出部91,92の下側電極410も固定枠体10に設けられた複数のパッド電極94にそれぞれ接続されている。なお、下側電極410とパッド電極94との電気的な接続は種々の構成を取りうる。好ましい構成は、下側電極410をなす金属膜を第1アクチュエータ70や第2アクチュエータ80から固定枠体10に設けられたパッド電極94の近傍まで引き出されるように残して、配線の役割を持たせるようにすることである。この場合、パッド電極94の直下にあるパッシベーション膜440に図示しない貫通孔を設けて下側電極410とパッド電極94とが電気的に接続される。なお、図1において、Y方向下部中央に存在するパッド電極94がどの配線93にも接続していないのは、前述の構成をとったもので、これが下側電極410に電気的に接続されている。 Further, the plurality of wirings 93 are connected to the piezoelectric element 71, the first and second piezoelectric elements 82 and 84, and the upper electrodes 430 of the first and second detection units 91 and 92 through through holes (not shown) formed in the passivation film 440. are connected to each. Moreover, the plurality of wirings 93 are pulled out and extended to the principal surfaces of the passivation films 440 formed on the principal surfaces of the second movable frame 60, the first and second cantilevers 81 and 83, and the fourth connecting portion 44, respectively. and are connected to a plurality of pad electrodes 94 provided on the main surface of passivation film 440 covering fixed frame 10 . For example, the wiring 93 connected to the first piezoelectric element 82 and the second detection portion 92 provided on the first cantilever 81 is connected to the corresponding pad electrode 94 through the extension portion 11 located on the right side in the X direction. be. The wiring 93 and the pad electrode 94 are each composed of a laminated film of Au/Ti. Although not shown, the first and second piezoelectric elements 82 and 84 and the lower electrodes 410 of the first and second detection units 91 and 92 are also connected to the plurality of pad electrodes 94 provided on the fixed frame 10, respectively. ing. The electrical connection between the lower electrode 410 and the pad electrode 94 can take various configurations. In a preferred configuration, the metal film forming the lower electrode 410 is left so as to be pulled out from the first actuator 70 or the second actuator 80 to the vicinity of the pad electrode 94 provided on the fixed frame 10, and has a role of wiring. It is to do so. In this case, a through hole (not shown) is provided in the passivation film 440 directly below the pad electrode 94 to electrically connect the lower electrode 410 and the pad electrode 94 . In FIG. 1, the reason why the pad electrode 94 present at the bottom center in the Y direction is not connected to any wiring 93 is because of the above-described configuration, which is electrically connected to the lower electrode 410 . there is

[光学装置の動作について]
続いて、図1,2に示す光学装置100の動作について説明する。図3Aは、ミラー部
がY軸の周りに傾動した状態の斜視図を、図3Bは、図3Aに示す光学装置をY方向から見た模式図をそれぞれ示す。また、図4Aは、ミラー部がX軸の周りに傾動した状態の斜視図を、図4Bは、図3Aに示す光学装置をX方向から見た模式図をそれぞれ示す。なお、光学装置100の動作を分かりやすくするために、図3Aにおいて、ミラー部30の傾動量が実際よりも大きい状態を示している。また、説明の便宜上、図3A~4Bにおいて、基板200の各層及び第1アクチュエータ70の上側電極430以外の構成要素の図示を省略している。
[About the operation of the optical device]
Next, the operation of the optical device 100 shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 3A is a perspective view of the mirror portion tilted about the Y axis, and FIG. 3B is a schematic view of the optical device shown in FIG. 3A viewed from the Y direction. 4A is a perspective view of a state in which the mirror portion is tilted around the X axis, and FIG. 4B is a schematic view of the optical device shown in FIG. 3A viewed from the X direction. In order to make the operation of the optical device 100 easier to understand, FIG. 3A shows a state in which the amount of tilting of the mirror section 30 is larger than it actually is. 3A to 4B, illustration of components other than each layer of the substrate 200 and the upper electrode 430 of the first actuator 70 is omitted for convenience of explanation.

ミラー部30は、加工時の熱処理や金属膜31から受ける応力等により反りが生じていることがある。このような反りが生じていると、ミラー部30で反射された反射光の光路長が変化してしまい、所定の領域上に投影される画像の画質等に影響を及ぼす場合がある。これを修正するために、まず、ミラー部30が所定の初期平面に位置するように、一対の圧電素子71,71の上側電極430と、一対の第1圧電素子82,82の上側電極430と、一対の第2圧電素子84,84の上側電極430とにそれぞれ直流電圧が印加される。上側電極430のそれぞれに対して、どのように電圧が印加されるかは、ミラー部30の初期反りの状態に依存する。なお、ミラー部30の反りが修正されたか否かは、適宜、種々の方法を用いて確認することができる。例えば、ミラー部30の金属膜31に所定の角度で光を入射し、反射光を図示しない受光部で検出することにより、受光部上での反射光の位置や拡がり等からミラー部30の反りの状態を検出し、前述したように、各上側電極430に対して、所定の電圧を印加してミラー部30の反りを修正することができる。また、第1及び第2検出部91,92の出力信号と、ミラー部30の反りの状態とを予め実験的に求めておき、各上側電極430に対して、所定の電圧を印加した場合の第1及び第2検出部91,92の出力信号に基づいて、印加される電圧値を調整することで、ミラー部30の反りを修正することができる。あるいは逆に、ミラー部30の反りが無い状態であっても、ミラー部30で反射された反射光に意図的に焦点を持たせるために、予め、一対の圧電素子71,71の上側電極430と、一対の第1圧電素子82,82の上側電極430と、一対の第2圧電素子84,84の上側電極430とにそれぞれ所定の直流電圧を印加しておき、受光部上での反射光の位置や拡がり等から印加される電圧値を調整するようにしてもよい。なお、ミラー部30での反射光を所定の領域上に走査する形態によっては、予め、ミラー部30を積極的に反らせるようにしてもよい。 The mirror portion 30 may be warped due to heat treatment during processing, stress received from the metal film 31, or the like. If such a warp occurs, the optical path length of the reflected light reflected by the mirror section 30 changes, which may affect the image quality of the image projected on the predetermined area. In order to correct this, first, the upper electrodes 430 of the pair of piezoelectric elements 71 and 71 and the upper electrodes 430 of the pair of first piezoelectric elements 82 and 82 are arranged so that the mirror section 30 is positioned on a predetermined initial plane. , and the upper electrodes 430 of the pair of second piezoelectric elements 84, 84, respectively. How the voltage is applied to each of the upper electrodes 430 depends on the state of the initial warp of the mirror section 30 . It should be noted that whether or not the warpage of the mirror section 30 has been corrected can be confirmed using various methods as appropriate. For example, light is incident on the metal film 31 of the mirror section 30 at a predetermined angle, and the reflected light is detected by a light receiving section (not shown). state is detected, and a predetermined voltage is applied to each upper electrode 430 to correct the warp of the mirror section 30 as described above. Further, the output signals of the first and second detection units 91 and 92 and the state of the warp of the mirror unit 30 are obtained experimentally in advance, and a predetermined voltage is applied to each upper electrode 430. By adjusting the applied voltage value based on the output signals of the first and second detectors 91 and 92, the warping of the mirror section 30 can be corrected. Alternatively, conversely, even when the mirror section 30 is not warped, the upper electrodes 430 of the pair of piezoelectric elements 71, 71 are preliminarily arranged so that the reflected light reflected by the mirror section 30 is intentionally focused. A predetermined DC voltage is applied to the upper electrodes 430 of the pair of first piezoelectric elements 82 and 82 and to the upper electrodes 430 of the pair of second piezoelectric elements 84 and 84, respectively, so that the reflected light on the light receiving section The applied voltage value may be adjusted according to the position, spread, or the like. Note that depending on the form in which the light reflected by the mirror section 30 is scanned over a predetermined area, the mirror section 30 may be actively warped in advance.

図3A,3Bに示すように、一対の第1アクチュエータ70,70を駆動することで、ミラー部30をY軸の周りに傾動させることができる。一対の圧電素子71,71のそれぞれにおいて、上側電極430に互いに逆位相の電圧を印加すると、例えば、X方向左側に配置された圧電素子71及び当該圧電素子71の直下に位置する第1可動枠体50と第2連結部42と第2可動枠体60はZ方向上側に持ち上がって、上側に凸状となるように湾曲する。また、X方向右側に配置された圧電素子71及び当該圧電素子71の直下に位置する第1可動枠体50と第2連結部42と第2可動枠体60はZ方向下側に押し下げられて、下側に凸状となるように湾曲する。このように第1可動枠体50が湾曲変形することで、第1アクチュエータ70を除く部分において、Y軸よりX方向左側に位置する第1可動枠体50は、湾曲してZ方向下側に押し下げられ、Y軸よりX方向右側に位置する第1可動枠体50は、湾曲してZ方向上側に持ち上げられる。その結果、第1連結部41を介して第1可動枠体50に連結されたミラー部30がY軸の周りに傾動する。 As shown in FIGS. 3A and 3B, by driving the pair of first actuators 70, 70, the mirror section 30 can be tilted around the Y-axis. When voltages having opposite phases are applied to the upper electrodes 430 of the pair of piezoelectric elements 71, 71, for example, the piezoelectric element 71 arranged on the left side in the X direction and the first movable frame positioned directly below the piezoelectric element 71 The body 50, the second connecting portion 42, and the second movable frame 60 are lifted upward in the Z direction and curved to form an upward convex shape. In addition, the piezoelectric element 71 arranged on the right side in the X direction and the first movable frame 50, the second connecting portion 42, and the second movable frame 60 positioned directly below the piezoelectric element 71 are pushed downward in the Z direction. , curved downwards. By bending and deforming the first movable frame 50 in this manner, the first movable frame 50 located on the left side of the Y-axis in the X direction, except for the first actuator 70, bends downward in the Z direction. The first movable frame 50, which is pushed down and located on the right side of the Y axis in the X direction, is curved and lifted upward in the Z direction. As a result, the mirror portion 30 connected to the first movable frame 50 via the first connecting portion 41 tilts around the Y-axis.

また、この場合、ミラー部30と一対の第1連結部41,41と第1可動枠体50とで構成される振動系の共振周波数に近い周波数の交流電圧を上側電極430に印加することで、ミラー部30はY軸の周りに共振駆動される。振動系の質量分布や各部材の剛性等にもよるが、通常の場合、共振周波数は数kHz~数十kHz程度となる。ミラー部30が共振駆動することで、ミラー部30を高速で傾動できるとともに、低い印加電圧でミラー部30の傾動量を大きくすることができる。なお、低い電圧でミラー部30を共振駆動させるために、第1アクチュエータ70の曲げ変形が最も大きくなる位置に圧電素子71、特に上側電極430を配置するのが好ましい。 Further, in this case, by applying to the upper electrode 430 an AC voltage having a frequency close to the resonance frequency of the vibration system composed of the mirror portion 30, the pair of first connecting portions 41, 41, and the first movable frame 50, , the mirror section 30 is resonantly driven around the Y axis. Depending on the mass distribution of the vibration system, the rigidity of each member, and the like, the resonance frequency is usually several kHz to several tens of kHz. By resonance driving the mirror section 30, the mirror section 30 can be tilted at high speed, and the amount of tilting of the mirror section 30 can be increased with a low applied voltage. In order to resonantly drive the mirror section 30 with a low voltage, it is preferable to dispose the piezoelectric element 71, particularly the upper electrode 430, at a position where the bending deformation of the first actuator 70 is the largest.

また、図4A,4Bに示すように、一対の第2アクチュエータ80,80を駆動させることで、ミラー部30をX軸の周りに傾動させることができる。第1圧電素子82及び第2圧電素子84のそれぞれにおいて、上側電極430に互いに逆位相の電圧を印加すると、例えば、第2圧電素子84がY方向に収縮し、これに応じて、ユニモルフ構造の関係にある第2カンチレバー83はZ方向下側に凸状になるように湾曲する。このとき、第2カンチレバー83のY方向下側端部は、固定枠体10に連結されているため、この部分は変位せず、その反動で、第2カンチレバー83の先端、つまり、第4連結部44に連結された部分がZ方向上側に持ち上がるように第2カンチレバー83が湾曲変形する。また、第1圧電素子82はY方向に伸長し、これに応じて、ユニモルフ構造の関係にある第1カンチレバー81はZ方向上側に凸状になるように湾曲する。このとき、第1カンチレバー81のY方向上側端部は、固定枠体10の延長部11に連結されているため、この部分は変位せず、その反動で、第2カンチレバー83の先端、つまり、第3連結部43に連結された部分がZ方向下側に押し下げられるに第1カンチレバー81が湾曲変形する。 Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, by driving the pair of second actuators 80, 80, the mirror section 30 can be tilted around the X axis. In each of the first piezoelectric element 82 and the second piezoelectric element 84, when voltages having phases opposite to each other are applied to the upper electrode 430, the second piezoelectric element 84 contracts in the Y direction, for example, resulting in a unimorph structure. The related second cantilever 83 curves downward in the Z direction. At this time, since the Y-direction lower end of the second cantilever 83 is connected to the fixed frame 10, this portion is not displaced. The second cantilever 83 bends and deforms such that the portion connected to the portion 44 is lifted upward in the Z direction. Also, the first piezoelectric element 82 extends in the Y direction, and accordingly, the first cantilever 81, which has a relationship of unimorph structure, is curved so as to protrude upward in the Z direction. At this time, since the upper end in the Y direction of the first cantilever 81 is connected to the extension 11 of the fixed frame 10, this portion is not displaced, and the reaction causes the tip of the second cantilever 83, that is, The first cantilever 81 bends and deforms as the portion connected to the third connecting portion 43 is pushed downward in the Z direction.

また、第1カンチレバー81が変形することで、第3連結部43はZ方向下側に押し下げられ、第2カンチレバー83が変形することで、第4連結部44はZ方向上側に持ち上げられる。そのため、Y方向の端部が第3連結部43及び第4連結部44にそれぞれ連結された第2可動枠体60は、X軸の周りに傾動する。第2連結部42を介して第2可動枠体60に連結された第1可動枠体50と、第1連結部41を介して第1可動枠体50に連結されたミラー部30も同様に、X軸の周りに傾動する。このように、第1カンチレバー81と第2カンチレバー83とをZ方向に沿って互いに反対側に変形させることで、第1カンチレバー81の変形量に応じた駆動力と第2カンチレバー83の変形量に応じた駆動力とが足し合わされて、第2アクチュエータ80に高い駆動力が発生する。このため、比較的質量の大きな第2駆動枠体及びこれに連結された第1可動枠体50とミラー部30とをすばやく傾動させることができる。 Further, the deformation of the first cantilever 81 pushes the third connecting portion 43 downward in the Z direction, and the deformation of the second cantilever 83 lifts the fourth connecting portion 44 upward in the Z direction. Therefore, the second movable frame 60 whose Y-direction end portions are respectively connected to the third connecting portion 43 and the fourth connecting portion 44 tilts about the X-axis. The first movable frame 50 connected to the second movable frame 60 via the second connecting portion 42 and the mirror portion 30 connected to the first movable frame 50 via the first connecting portion 41 are similarly connected. , about the X axis. In this way, by deforming the first cantilever 81 and the second cantilever 83 in opposite directions along the Z direction, the driving force corresponding to the deformation amount of the first cantilever 81 and the deformation amount of the second cantilever 83 are changed. A high driving force is generated in the second actuator 80 by adding together the corresponding driving force. Therefore, the second drive frame having a relatively large mass, the first movable frame 50 connected thereto, and the mirror section 30 can be quickly tilted.

なお、第2アクチュエータ80に印加される交流電圧の周波数、つまり、第2アクチュエータ80の駆動周波数は、第1アクチュエータ70の駆動周波数よりも低く、数十Hz程度であり、第2アクチュエータ80は非共振駆動される。 Note that the frequency of the AC voltage applied to the second actuator 80, that is, the driving frequency of the second actuator 80 is lower than the driving frequency of the first actuator 70, and is about several tens of Hz. Resonance driven.

このようにミラー部30をX軸周りやY軸周りに傾動させることで、ミラー部30で反射された反射光を所定の領域上に走査できる。例えば、ミラー部30をY軸周りに共振周波数で傾動させることにより、所定の方向に反射光を線状に走査し、次に、ミラー部30をX軸周りに傾動させることで、所定の線と交差する方向に反射光の走査線をずらす動作を繰り返す、いわゆる、ラスタースキャンを行うことにより、所定の領域上に画像を生成、表示することができる。このように、本実施形態の光学装置100は、プロジェクターやヘッドアップディスプレイ(以下、HUDという)やヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDという)等での画面表示用の走査光源として用いることができる。 By tilting the mirror section 30 around the X axis and around the Y axis in this way, the reflected light reflected by the mirror section 30 can scan a predetermined area. For example, by tilting the mirror section 30 around the Y-axis at the resonance frequency, the reflected light is linearly scanned in a predetermined direction. An image can be generated and displayed on a predetermined area by repeating the operation of shifting the scanning line of the reflected light in a direction intersecting the . Thus, the optical device 100 of the present embodiment can be used as a scanning light source for screen display in a projector, head-up display (hereinafter referred to as HUD), head-mounted display (hereinafter referred to as HMD), or the like.

[効果等]
以上説明したように、本実施形態に係る光学装置100は、光路変更部であるミラー部30と、ミラー部30を通るY軸(第1軸)に沿ってミラー部30の両側から延びる一対の第1連結部41,41と、ミラー部30を内側に囲むように設けられ、一対の第1連結部41,41のそれぞれに連結された第1可動枠体50と、Y軸と交差するX軸(第2軸)に沿って第1可動枠体50の両側から延びる一対の第2連結部42,42と、第1可動枠体50を内側に囲むように設けられ、一対の第2連結部42,42のそれぞれに連結された第2可動枠体60と、第2可動枠体60を内側に囲むように設けられ、第2可動枠体60に連結された固定枠体10と、を少なくとも備えている。
[Effects, etc.]
As described above, the optical device 100 according to the present embodiment includes the mirror section 30 as an optical path changing section, and a pair of mirror sections extending from both sides of the mirror section 30 along the Y-axis (first axis) passing through the mirror section 30 . The first connecting portions 41, 41, the first movable frame 50 provided so as to surround the mirror portion 30 inside and connected to each of the pair of first connecting portions 41, 41, and the X axis intersecting the Y axis. A pair of second connecting portions 42, 42 extending from both sides of the first movable frame 50 along an axis (second axis), and a pair of second connecting portions 42, 42 provided so as to surround the first movable frame 50 inside. A second movable frame 60 connected to each of the parts 42, 42, and a fixed frame 10 provided so as to surround the second movable frame 60 inside and connected to the second movable frame 60. at least have.

また、光学装置100は、第1可動枠体50と第2可動枠体60とに跨がって、かつミラー部30を挟んでX軸に沿って相対向する位置に設けられた一対の第1アクチュエータ70,70を、備えており、一対の第1アクチュエータ70,70は、ミラー部30をY軸の周りに傾動させる圧電式アクチュエータである。 In addition, the optical device 100 includes a pair of first movable frame members 50 and 60 provided at positions facing each other along the X axis with the mirror unit 30 interposed therebetween. 1 actuators 70, 70 are provided, and a pair of first actuators 70, 70 are piezoelectric actuators that tilt the mirror section 30 around the Y-axis.

光学装置100をこのように構成することで、第1アクチュエータ70の駆動力を高められ、低い電圧でミラー部30をY軸の周りに傾動させることができる。特に、第1可動枠体50と第2可動枠体60とに跨がるように第1アクチュエータ70を設けることで、第1可動枠体50のみに第1アクチュエータ70を設けた場合に比べて、圧電素子71の面積を大きくでき、第1アクチュエータ70の駆動力を高められる。また、第2可動枠体60のみに第1アクチュエータ70を設けた場合に比べて、ミラー部30に連結された第1可動枠体50の変形量を大きくでき、第1アクチュエータ70の駆動力を高められる。また、低い電圧でミラー部30の傾動量を大きくすることができる。 By configuring the optical device 100 in this way, the driving force of the first actuator 70 can be increased, and the mirror section 30 can be tilted around the Y-axis with a low voltage. In particular, by providing the first actuator 70 so as to straddle the first movable frame 50 and the second movable frame 60, compared to the case where the first actuator 70 is provided only in the first movable frame 50, the , the area of the piezoelectric element 71 can be increased, and the driving force of the first actuator 70 can be increased. In addition, compared to the case where the first actuator 70 is provided only on the second movable frame 60, the amount of deformation of the first movable frame 50 connected to the mirror section 30 can be increased, and the driving force of the first actuator 70 can be increased. Increased. Also, the amount of tilting of the mirror section 30 can be increased with a low voltage.

一対の第1アクチュエータ70,70は、Y軸に関して線対称となる位置にそれぞれ配置されているのが好ましい。このようにすることで、2つの第1アクチュエータ70,70を互いに逆方向に駆動させた場合、ミラー部30の傾動量をY軸に関して対称にすることができる。 The pair of first actuators 70, 70 are preferably arranged at positions that are symmetrical with respect to the Y-axis. By doing so, when the two first actuators 70 and 70 are driven in mutually opposite directions, the amount of tilting of the mirror section 30 can be made symmetrical with respect to the Y-axis.

第2可動枠体60は、第1可動枠体50の最も広い部分の幅の2倍よりも狭い幅狭部61を有している、のが好ましい。 The second movable frame 60 preferably has a narrow portion 61 narrower than twice the width of the widest portion of the first movable frame 50 .

第2可動枠体60に上記の幅狭部61を設けることで、第1アクチュエータ70を駆動させた場合の第2可動枠体60の変形量を大きくすることができる。その結果、第1アクチュエータ70の駆動力を高められ、また、ミラー部30の傾動量を大きくすることができる。 By providing the narrow portion 61 in the second movable frame 60, the amount of deformation of the second movable frame 60 when the first actuator 70 is driven can be increased. As a result, the driving force of the first actuator 70 can be increased, and the amount of tilting of the mirror section 30 can be increased.

第2可動枠体60に設けられた第1アクチュエータ70の面積は、第1可動枠体50に設けられた第1アクチュエータ70の面積よりも広い、のが好ましい。 The area of the first actuator 70 provided on the second movable frame 60 is preferably larger than the area of the first actuator 70 provided on the first movable frame 50 .

第1可動枠体50が大型化すると、ミラー部30と第1可動枠体50とを含む振動系の共振周波数が低下してしまい、所望の周波数でミラー部30を共振駆動できないおそれがある。このため、第1可動枠体50のサイズは制限される。しかし、このような場合、第1可動枠体50のみに第1アクチュエータ70を設けるようにすると、圧電素子71の面積が小さくなり、第1アクチュエータ70の駆動力を十分に得られないおそれがあった。 When the first movable frame 50 is enlarged, the resonance frequency of the vibration system including the mirror section 30 and the first movable frame 50 is lowered, and there is a possibility that the mirror section 30 cannot be resonantly driven at a desired frequency. Therefore, the size of the first movable frame 50 is limited. However, in such a case, if the first actuator 70 is provided only on the first movable frame 50, the area of the piezoelectric element 71 becomes small, and there is a possibility that the driving force of the first actuator 70 cannot be sufficiently obtained. rice field.

一方、本実施形態によれば、第2可動枠体60に設けられた第1アクチュエータ70の面積を、第1可動枠体50に設けられた第1アクチュエータ70の面積よりも広くすることで、第1可動枠体50が大型化するのを抑制しつつ、第1アクチュエータ70の駆動力を高められる。また、ミラー部30の傾動量を大きくすることができる。 On the other hand, according to the present embodiment, by making the area of the first actuator 70 provided on the second movable frame 60 larger than the area of the first actuator 70 provided on the first movable frame 50, The driving force of the first actuator 70 can be increased while suppressing the first movable frame 50 from increasing in size. Also, the amount of tilting of the mirror section 30 can be increased.

一対の第1アクチュエータ70,70の一方と他方とにそれぞれ逆位相の電圧が印加されることで、一対の第1アクチュエータ70,70は、ミラー部30をY軸の周りに傾動させる。ミラー部30は、ミラー部30と第1可動枠体50とを含む振動系の共振周波数で共振駆動し、Y軸の周りに傾動される。 By applying opposite-phase voltages to one and the other of the pair of first actuators 70, 70, the pair of first actuators 70, 70 tilt the mirror section 30 around the Y-axis. The mirror section 30 is resonantly driven at the resonance frequency of the vibration system including the mirror section 30 and the first movable frame 50, and is tilted around the Y-axis.

本実施形態によれば、ミラー部30を高速で傾動できるとともに、低い印加電圧でミラー部30の傾動量を大きくすることができる。 According to this embodiment, the mirror section 30 can be tilted at high speed, and the amount of tilting of the mirror section 30 can be increased with a low applied voltage.

ミラー部30は、入射した光を反射するミラーとして金属膜31を有しており、金属膜31で反射した反射光を所定の領域上に確実に走査させられる。 The mirror section 30 has a metal film 31 as a mirror for reflecting incident light, and can reliably scan a predetermined area with the reflected light reflected by the metal film 31 .

また、光学装置100は、第2可動枠体60の両側から延びる一対の第3連結部43,43と、第2可動枠体60の両側から延び、かつ一対の第3連結部43,43とY方向に沿って所定の間隔をあけて設けられた一対の第4連結部44,44と、をさらに備えており、一対の第3連結部43,43と一対の第4連結部44,44とは、それぞれ所定の弾性率を有している。また、一対の第3連結部43,43及び一対の第4連結部44,44はX方向にそれぞれ延びるとともに、第2可動枠体60と固定枠体10とを連結している。 The optical device 100 also includes a pair of third connecting portions 43, 43 extending from both sides of the second movable frame 60, and a pair of third connecting portions 43, 43 extending from both sides of the second movable frame 60. A pair of fourth connecting portions 44, 44 are provided at a predetermined interval along the Y direction, and the pair of third connecting portions 43, 43 and the pair of fourth connecting portions 44, 44 are further provided. and each have a predetermined elastic modulus. A pair of third connecting portions 43 , 43 and a pair of fourth connecting portions 44 , 44 extend in the X direction and connect the second movable frame 60 and the fixed frame 10 .

光学装置100をこのように構成することで、第2可動枠体60を確実に固定枠体10に連結させることができる。また、固定枠体10に対して第2可動枠体60を変位または傾動させることができる。 By configuring the optical device 100 in this manner, the second movable frame 60 can be reliably connected to the fixed frame 10 . Also, the second movable frame 60 can be displaced or tilted with respect to the fixed frame 10 .

また、光学装置100は、第2可動枠体60を挟んでX軸に沿って相対向する位置に配置された一対の第2アクチュエータ80,80をさらに備えており、一対の第2アクチュエータ80,80は、第2可動枠体60をX軸の周りに傾動させる圧電式アクチュエータである。 Further, the optical device 100 further includes a pair of second actuators 80, 80 arranged at opposite positions along the X-axis with the second movable frame 60 interposed therebetween. A piezoelectric actuator 80 tilts the second movable frame 60 around the X axis.

一対の第2アクチュエータ80,80を設けることで、第2可動枠体60をX軸の周りに傾動させることができる。また、第2連結部42を介して第2可動枠体60に連結された第1可動枠体50と、第1連結部41を介して第1可動枠体50に連結されたミラー部30も同様に、X軸の周りに傾動させることができる。 By providing the pair of second actuators 80, 80, the second movable frame 60 can be tilted around the X axis. Also, the first movable frame 50 connected to the second movable frame 60 via the second connecting portion 42 and the mirror portion 30 connected to the first movable frame 50 via the first connecting portion 41 Similarly, it can be tilted around the X axis.

一対の第2アクチュエータ80,80は、Y軸に関して線対称となる位置にそれぞれ配置されているのが好ましい。このようにすることで、一対の第2アクチュエータ80,80を互いに同じ方向に駆動させた場合、第2可動枠体60の傾動量、ひいてはミラー部30の傾動量をX軸に関して対称にすることができる。 It is preferable that the pair of second actuators 80, 80 be arranged at positions that are symmetrical with respect to the Y-axis. By doing so, when the pair of second actuators 80 and 80 are driven in the same direction, the amount of tilting of the second movable frame 60 and thus the amount of tilting of the mirror section 30 can be made symmetrical about the X axis. can be done.

第2アクチュエータ80は、一端が固定枠体10に、他端が第3連結部43にそれぞれ連結された第1カンチレバー81と、第1カンチレバー81の主面に形成された第1圧電素子82と、一端が固定枠体10に、他端が第4連結部44にそれぞれ連結された第2カンチレバー83と、第2カンチレバー83の主面に形成された第2圧電素子84と、を有している。 The second actuator 80 includes a first cantilever 81 having one end connected to the fixed frame 10 and the other end connected to the third connecting portion 43 , and a first piezoelectric element 82 formed on the main surface of the first cantilever 81 . , a second cantilever 83 having one end connected to the fixed frame 10 and the other end connected to the fourth connecting portion 44, and a second piezoelectric element 84 formed on the main surface of the second cantilever 83. there is

第1圧電素子82と第2圧電素子84とにそれぞれ逆位相の電圧が印加され、第1カンチレバー81における第3連結部43との連結端部と、第2カンチレバー83における4連結部44との連結端部とが、Z方向に沿って互いに反対側に移動することで、第2可動枠体60がX軸の周りに傾動される。 Voltages having opposite phases are applied to the first piezoelectric element 82 and the second piezoelectric element 84, respectively, and the connection end portion of the first cantilever 81 with the third connection portion 43 and the connection end portion of the second cantilever 83 with the fourth connection portion 44 The second movable frame 60 is tilted about the X-axis by moving the connecting ends in opposite directions along the Z-direction.

第2アクチュエータ80をこのように構成することで、第1カンチレバー81の変形量に応じた駆動力と第2カンチレバー83の変形量に応じた駆動力とが足し合わされて、第2アクチュエータ80に高い駆動力が発生する。このことにより、比較的質量の大きな第2駆動枠体とこれに連結された第1可動枠体50及びミラー部30とをX軸の周りにすばやく傾動させることができる。 By configuring the second actuator 80 in this way, the driving force corresponding to the amount of deformation of the first cantilever 81 and the driving force corresponding to the amount of deformation of the second cantilever 83 are added together. A driving force is generated. As a result, the second drive frame, which has a relatively large mass, and the first movable frame 50 and the mirror section 30 connected thereto can be quickly tilted about the X axis.

固定枠体10は、第1カンチレバー81と第2カンチレバー83との間を通り、かつ先端が第4連結部44の近くまで延びる延長部11を有しており、第1カンチレバー81の一端は、延長部11の先端に連結されている。 The fixed frame 10 has an extension portion 11 which passes between the first cantilever 81 and the second cantilever 83 and whose tip extends near the fourth connecting portion 44. One end of the first cantilever 81 is It is connected to the tip of the extension part 11 .

このようにすることで、第1カンチレバー81のY方向の長さを第2カンチレバー83のY方向の長さに近づけることができる。よって、第2アクチュエータ80が駆動された場合に、第1カンチレバー81における第3連結部43との連結端部がZ方向下側に変位する変位量と、第2カンチレバー83における4連結部との連結端部がZ方向上側に変位する変位量と、を略等しくすることができる。このことにより、第2可動枠体60、ひいてはミラー部30をX軸の周りに傾動させられるとともに、ミラー部30の傾動量をX軸に関して対称にすることができる。なお、第1カンチレバー81の一端が固定されていれば、原理的にはミラー部30に所望の動作を与えられるから、延長部11の代わりに、例えば、ベース枠体300につながるビームと突起からなる構造体(図示せず)があって、その部分に第1カンチレバー81の一端が接合されていてもよい。ベース枠体300が貫通されておらず、底板部(図示せず)があって、アイランド状に突起構造(図示せず)を持ち、その部分に第1カンチレバー81の一端が接続されていても良い。 By doing so, the length of the first cantilever 81 in the Y direction can be brought close to the length of the second cantilever 83 in the Y direction. Therefore, when the second actuator 80 is driven, the amount of displacement of the connecting end portion of the first cantilever 81 with the third connecting portion 43 displaced downward in the Z direction and the amount of displacement between the four connecting portions of the second cantilever 83 are The displacement amount by which the connecting end portion is displaced upward in the Z direction can be made substantially equal. As a result, the second movable frame 60 and thus the mirror section 30 can be tilted around the X-axis, and the amount of tilting of the mirror section 30 can be made symmetrical with respect to the X-axis. In addition, if one end of the first cantilever 81 is fixed, the desired movement can be given to the mirror section 30 in principle. There may be a structure (not shown), and one end of the first cantilever 81 may be joined to that portion. Even if the base frame 300 is not penetrated but has a bottom plate portion (not shown) and has an island-like projecting structure (not shown), and one end of the first cantilever 81 is connected to that portion. good.

第1カンチレバー81及び第2カンチレバー83の少なくとも一方において、X方向の幅をW、Y方向の長さをL、Z方向の厚さをTとそれぞれするとき、W>10-5×L/Tの関係を満たすことが好ましい。 In at least one of the first cantilever 81 and the second cantilever 83, where W is the width in the X direction, L is the length in the Y direction, and T is the thickness in the Z direction, W>10 −5 ×L 3 / It is preferable to satisfy the relationship of T3 .

第1カンチレバー81や第2カンチレバー83をこのように構成することで、これらのZ方向への変形量を確保しつつ、外部からの衝撃等に機械的に耐えうる剛性を持たせることができる。例えば、第1カンチレバー81の長さLが数mm、つまり、数千μmである場合、幅Wは数百μm程度であり、長さLの数分の一から十分の一程度となる。また、厚さTは第1シリコン層210の厚さにほぼ等しいので、30μm程度である。このように、第1カンチレバー81はZ方向に薄く、かつY方向に長いため、たわみが生じやすく、外的衝撃により容易に変形してしまうおそれがある。また、光学装置100をハンドリングする際の衝撃により破損するおそれがある。 By configuring the first cantilever 81 and the second cantilever 83 in this way, it is possible to secure the amount of deformation in the Z direction and to provide the rigidity to mechanically withstand impacts from the outside. For example, when the length L of the first cantilever 81 is several millimeters, that is, several thousand μm, the width W is approximately several hundred μm, which is a fraction of the length L to approximately one tenth. Also, the thickness T is approximately equal to the thickness of the first silicon layer 210, so it is about 30 μm. Thus, since the first cantilever 81 is thin in the Z direction and long in the Y direction, it is likely to be bent and easily deformed by an external impact. In addition, there is a risk of damage due to impact when handling the optical device 100 .

一方、本実施形態によれば、第1カンチレバー81のX方向の幅Wを上記のように規定することで、第1カンチレバー81全体の剛性を高めて、外部からの衝撃等により、第1カンチレバー81が破損したり、変形したりするのを抑制できる。また、ミラー部30が意図せずにX軸の周りに傾動するのを抑制できる。なお、第2カンチレバー83の各寸法に関して同様の関係を規定することで、同様の効果が得られることは言うまでもない。 On the other hand, according to the present embodiment, by defining the width W of the first cantilever 81 in the X direction as described above, the rigidity of the first cantilever 81 as a whole is increased, and the first cantilever 81 is prevented from being bent by an external impact or the like. 81 can be prevented from being damaged or deformed. In addition, unintentional tilting of the mirror portion 30 around the X axis can be suppressed. It goes without saying that the same effect can be obtained by defining the same relationship for each dimension of the second cantilever 83 .

光学装置100は、Y軸を挟んで第2可動枠体60の相異なる位置にそれぞれ設けられ、第1アクチュエータ70の駆動量を検出する一対の第1検出部91,91と、第2アクチュエータ80の駆動量を検出する一対の第2検出部92,92と、をさらに備えている。 The optical device 100 is provided at different positions on the second movable frame 60 across the Y-axis, and includes a pair of first detectors 91, 91 for detecting the drive amount of the first actuator 70, and the second actuator 80. and a pair of second detectors 92, 92 for detecting the amount of driving.

第1検出部91及び第2検出部92を設けることで、第1アクチュエータ70及び第2アクチュエータ80の駆動量を検出でき、ひいてはミラー部30のX軸周り及びY軸周りの傾動量をそれぞれ検出することができる。例えば、図示しない制御部に、第1検出部91及び第2検出部92の出力信号をフィードバックして、第1アクチュエータ70や第2アクチュエータ80に印加される電圧値を調整することで、ミラー部30の傾動量を所望の値に制御することが可能となる。 By providing the first detection section 91 and the second detection section 92, the driving amount of the first actuator 70 and the second actuator 80 can be detected, and the tilting amount of the mirror section 30 around the X axis and the Y axis can be detected. can do. For example, by feeding back the output signals of the first detection unit 91 and the second detection unit 92 to a control unit (not shown) and adjusting the voltage values applied to the first actuator 70 and the second actuator 80, the mirror unit 30 can be controlled to a desired value.

第2検出部92の一方は、第1カンチレバー81におけるX方向に沿った中央部に、第1圧電素子82と所定の間隔をあけて設けられ、第2検出部92の他方は、第2カンチレバー83におけるX方向に沿った中央部に、第2圧電素子84と所定の間隔をあけて設けられているのが好ましい。 One of the second detectors 92 is provided at the center of the first cantilever 81 along the X direction with a predetermined distance from the first piezoelectric element 82, and the other of the second detectors 92 is the second cantilever. It is preferable that the second piezoelectric element 84 and the second piezoelectric element 84 are provided at a central portion along the X direction at a predetermined distance from the second piezoelectric element 84 .

このようにすることで、第1カンチレバー81や第2カンチレバー83がねじれて変形した場合の影響を抑制することができる。前述したように、第1カンチレバー81はZ方向に薄くY方向に長く形成されている。また、第3連結部43が変形すると、第3連結部43との連結端部には、XZ平面内を回転するように力が加わって、第1カンチレバー81がねじれ変形を起こす場合がある。第2カンチレバー83についても同様の事象が起こりうる。このような場合、第2検出部92が、X方向に関して第1カンチレバー81や第2カンチレバー83の端部に位置していると、ねじれ変形の影響を受けて、第2アクチュエータ80の駆動量を正確に検出できないおそれがある。 By doing so, it is possible to suppress the influence when the first cantilever 81 and the second cantilever 83 are twisted and deformed. As described above, the first cantilever 81 is formed thin in the Z direction and long in the Y direction. Further, when the third connecting portion 43 is deformed, a force is applied to the connecting end portion with the third connecting portion 43 so as to rotate in the XZ plane, and the first cantilever 81 may undergo torsional deformation. A similar event can occur with the second cantilever 83 . In such a case, if the second detector 92 is positioned at the end of the first cantilever 81 or the second cantilever 83 in the X direction, the amount of drive of the second actuator 80 is reduced due to the torsional deformation. Accurate detection may not be possible.

一方、本実施形態によれば、第2検出部92を前述した位置に配置することで、ねじれ変形の影響を抑制でき、第2アクチュエータ80の駆動量を正確に検出することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, by arranging the second detector 92 at the position described above, the influence of torsional deformation can be suppressed, and the drive amount of the second actuator 80 can be detected accurately.

第2検出部92の一方は、第1カンチレバー81における固定枠体10との連結端部の近くに設けられ、第2検出部92の他方は、第2カンチレバー83における固定枠体10との連結端部の近くに設けられているのがさらに好ましい。 One of the second detectors 92 is provided near the connection end of the first cantilever 81 with the fixed frame 10 , and the other of the second detectors 92 is connected with the fixed frame 10 of the second cantilever 83 . More preferably, it is provided near the end.

固定枠体10との連結端部に第2検出部92を配置することで、ねじれ変形の影響をより受けにくくなり、第2アクチュエータ80の駆動量を正確に検出することができる。 By arranging the second detection part 92 at the connection end with the fixed frame 10, the influence of torsional deformation is reduced, and the drive amount of the second actuator 80 can be detected accurately.

一対の第2検出部92,92は、一対の第2アクチュエータ80,80の一方のみに設けられてもよく、第2アクチュエータ80の駆動量を検出することができる。なお、この場合に、一対の第2アクチュエータ80,80の一方に含まれる第1及び第2圧電素子82,84の平面形状と、一対の第2アクチュエータ80,80の他方に含まれる第1及び第2圧電素子82,84の平面形状とが同じになるようにするのが好ましい。本実施形態では、第2検出部92が設けられていない側の第2アクチュエータ80に関して、第1圧電素子82及び第2圧電素子84の上側電極430にそれぞれ凹部431,432を設けることで、この関係を満たすようにしている。このようにすることで、一対の第2アクチュエータ80,80のそれぞれにおいて、駆動特性を同じにでき、ミラー部30をX軸の周りに傾動できるとともに、その傾動量をX軸に関して対称とすることができる。 The pair of second detectors 92 , 92 may be provided on only one of the pair of second actuators 80 , 80 and can detect the drive amount of the second actuator 80 . In this case, the planar shape of the first and second piezoelectric elements 82 and 84 included in one of the pair of second actuators 80 and 80 and the first and second piezoelectric elements included in the other of the pair of second actuators 80 and 80 It is preferable that the planar shape of the second piezoelectric elements 82 and 84 be the same. In the present embodiment, with regard to the second actuator 80 on the side where the second detection section 92 is not provided, this Seeking to fulfill a relationship. By doing so, the driving characteristics of the pair of second actuators 80, 80 can be made the same, the mirror section 30 can be tilted around the X axis, and the amount of tilting can be made symmetrical with respect to the X axis. can be done.

固定枠体10の主面には複数のパッド電極94が設けられており、一対の第1アクチュエータ70,70、一対の第2アクチュエータ80,80、一対の第1検出部91,91及び一対の第2検出部92,92はそれぞれ、配線93を介して複数のパッド電極94のいずれかに接続されている。 A plurality of pad electrodes 94 are provided on the main surface of the fixed frame 10, and a pair of first actuators 70, 70, a pair of second actuators 80, 80, a pair of first detectors 91, 91 and a pair of Each of the second detection units 92 , 92 is connected to one of the plurality of pad electrodes 94 via wiring 93 .

一対の第1検出部91,91のそれぞれは、第2可動枠体60と第4連結部44と第2カンチレバー83とに跨がって設けられた配線93を介して、互いに異なるパッド電極94に接続されており、一方の第1検出部91に接続された配線93は、第2圧電素子84を挟んで他方の第1検出部91に接続された配線93と反対側に設けられている。 Each of the pair of first detectors 91 , 91 is connected to a different pad electrode 94 via a wiring 93 provided across the second movable frame 60 , the fourth connecting part 44 and the second cantilever 83 . , and the wiring 93 connected to one first detection section 91 is provided on the opposite side of the wiring 93 connected to the other first detection section 91 with the second piezoelectric element 84 interposed therebetween. .

一対の第1検出部91,91のそれぞれに接続された配線93をこのように配置することで、配線93に入り込むクロストーク成分が等しくなり、検出回路で差分をとれば、この成分は相殺されるから、第1アクチュエータ70の駆動量を正確に検出することができる。 By arranging the wiring 93 connected to each of the pair of first detection units 91, 91 in this manner, the crosstalk components entering the wiring 93 become equal, and if the difference is taken by the detection circuit, these components are canceled. Therefore, the driving amount of the first actuator 70 can be accurately detected.

前述したように、第1可動枠体50及び第2可動枠体60の変形量に応じて、一対の第1検出部91,91に歪みが生じて、それぞれの上側電極430に電荷が誘起されて電流信号あるいは電圧信号が発生する。この信号に基づいて第1アクチュエータ70の駆動量が検出される。一対の第1検出部91,91は互いにZ方向で反対側に変形するため、それぞれから出力される信号は、互いに逆相となる。一方、配線93が長く引き回されることで、他の導電体、例えば第2圧電素子84の上側電極430との間に容量結合が生じ、配線93に伝送される信号にクロストーク成分が重畳することがある。このクロストーク成分は信号のノイズ成分となり、第1アクチュエータ70の駆動量が正確に検出されないおそれがある。 As described above, the pair of first detection units 91 and 91 are distorted according to the amount of deformation of the first movable frame 50 and the second movable frame 60, and charges are induced in the respective upper electrodes 430. A current signal or a voltage signal is generated. Based on this signal, the drive amount of the first actuator 70 is detected. Since the pair of first detectors 91 and 91 deform in opposite directions in the Z direction, the signals output from them are in opposite phases to each other. On the other hand, since the wiring 93 is routed for a long time, capacitive coupling occurs with another conductor, for example, the upper electrode 430 of the second piezoelectric element 84, and a crosstalk component is superimposed on the signal transmitted to the wiring 93. I have something to do. This crosstalk component becomes a noise component of the signal, and the driving amount of the first actuator 70 may not be detected accurately.

一方、本実施形態によれば、一対の第1検出部91,91のそれぞれに接続された配線93を前述したように配置することで、各々の配線93に重畳されたクロストーク成分の振幅はほぼ同じとなり、その位相は互いに同相となる。よって、これらの信号の差分を取ることでクロストーク成分、つまり信号のノイズ成分が相殺され、第1アクチュエータ70の駆動量を正確に検出することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, by arranging the wiring 93 connected to each of the pair of first detection units 91, 91 as described above, the amplitude of the crosstalk component superimposed on each wiring 93 is are almost the same, and their phases are in phase with each other. Therefore, by taking the difference between these signals, the crosstalk component, that is, the noise component of the signal is canceled, and the driving amount of the first actuator 70 can be accurately detected.

また、第4連結部44は、Y方向の幅が変化していてもよい。具体的には、第4連結部44にはY方向上側に突出する凸部44aが設けられていてもよい。このようにすることで、ミラー部30が共振駆動されるときに、第2アクチュエータ80が意図せずに変位するのを抑制できる。このことにより、所定の領域上に確実にミラー部30で反射された反射光を走査することができる。このことについてさらに説明する。 Further, the width in the Y direction of the fourth connecting portion 44 may be changed. Specifically, the fourth connecting portion 44 may be provided with a convex portion 44a that protrudes upward in the Y direction. By doing so, it is possible to suppress unintentional displacement of the second actuator 80 when the mirror section 30 is resonantly driven. As a result, the reflected light reflected by the mirror section 30 can be reliably scanned onto the predetermined area. This will be further explained.

前述したように、第1アクチュエータ70が駆動されると、ミラー部30は、ミラー部30と第1可動枠体50とを含む振動系の共振周波数で共振駆動される。一方、第2可動枠体60は第2連結部42を介して第1可動枠体50に連結され、第2アクチュエータ80は、第3連結部43及び第4連結部44を介して第2可動枠体60に連結されている。このため、ミラー部30が共振駆動すると、その影響が第2アクチュエータ80に伝達される場合がある。一般的には、ミラー部30と第1可動枠体50とを含む振動系の共振周波数(以下、第1共振点と呼ぶことがある。)と、第2アクチュエータ80の振動系、特に第1カンチレバー81及び第2カンチレバー83が周期的に湾曲変形する共振周波数(以下、第2共振点と呼ぶことがある。)とは離れており、ミラー部30が共振駆動しても第2アクチュエータ80の変形量は非常に小さい。 As described above, when the first actuator 70 is driven, the mirror section 30 is resonantly driven at the resonance frequency of the vibration system including the mirror section 30 and the first movable frame 50 . On the other hand, the second movable frame 60 is connected to the first movable frame 50 via the second connecting portion 42, and the second actuator 80 is connected to the second movable frame via the third connecting portion 43 and the fourth connecting portion 44. It is connected to the frame 60 . Therefore, when the mirror section 30 is resonantly driven, its influence may be transmitted to the second actuator 80 . In general, the resonance frequency of the vibration system including the mirror section 30 and the first movable frame 50 (hereinafter sometimes referred to as the first resonance point) and the vibration system of the second actuator 80, particularly the first It is away from the resonance frequency at which the cantilever 81 and the second cantilever 83 are periodically curved and deformed (hereinafter sometimes referred to as the second resonance point). The amount of deformation is very small.

しかし、光学装置100のサイズや、光学装置100に含まれる各部材のサイズや質量、さらに各部材の間隔等によっては、前述の第1共振点と第2共振点とが近くなり、ミラー部30の共振駆動によって第2アクチュエータ80が大きく変形する場合がある。このようなことが起こると、ミラー部30がX軸の周りに意図せずに傾動してしまい、ミラー部30に入射された光は、所望の方向を外れて反射されてしまう。 However, depending on the size of the optical device 100, the size and mass of each member included in the optical device 100, the distance between each member, etc., the first resonance point and the second resonance point become close to each other. , the second actuator 80 may be greatly deformed due to the resonance drive of . If this happens, the mirror section 30 will unintentionally tilt around the X-axis, and the light incident on the mirror section 30 will be reflected out of the desired direction.

一方、本実施形態によれば、第4連結部44のY方向の幅を変化させることで、第4連結部44の慣性モーメントや曲げ剛性を変化させ、第4連結部44に連結された第2アクチュエータ80の共振周波数をずらすことができる。このようにして、第1共振点と第2共振点とを所定以上に離すことができ、意図しないミラー部30の傾動を抑制して、所定の領域上に確実にミラー部30で反射された反射光を走査することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, by changing the width of the fourth connecting portion 44 in the Y direction, the moment of inertia and bending rigidity of the fourth connecting portion 44 are changed, and the fourth connecting portion 44 connected to the fourth connecting portion 44 is changed. The resonance frequency of the two actuators 80 can be shifted. In this manner, the first resonance point and the second resonance point can be separated by a predetermined amount or more, and unintended tilting of the mirror section 30 is suppressed, so that the light reflected by the mirror section 30 is reliably reflected on a predetermined area. Reflected light can be scanned.

同様の理由から、第4連結部44が連結された第2可動枠体60の辺部において、Y方向の幅を変化させるようにしてもよい。具体的には、当該辺部にY方向上側に突出する凸部62が設けられる。この場合も、第1共振点と第2共振点とを所定以上に離すことができ、意図しないミラー部30の傾動を抑制して、所定の領域上に確実にミラー部30で反射された反射光を走査することができる。 For the same reason, the width in the Y direction may be changed at the side portion of the second movable frame 60 to which the fourth connecting portion 44 is connected. Specifically, a convex portion 62 that protrudes upward in the Y direction is provided on the side portion. In this case as well, the first resonance point and the second resonance point can be separated by a predetermined amount or more, suppressing unintended tilting of the mirror section 30 and ensuring that the reflection is reflected by the mirror section 30 onto a predetermined area. Light can be scanned.

固定枠体10と第2可動枠体60との間隔は略一定であることが好ましい。DRIEにより基板200が貫通加工される場合、第1~第5貫通開口21~25の幅が異なると、エッチングスピートが変化することがある。貫通される溝の幅に対する深さの比が大きくなる第1~第3貫通開口21~23では、この傾向は顕著となる。しかし、エッチングスピートが異なると、最終的に形成される幅が変わるおそれがあった。このようなことが生じると各部材の寸法や質量が変化してしまい、ミラー部30の傾動量が変化したり、あるいは共振駆動時の周波数が変化したりするおそれがあった。 It is preferable that the distance between the fixed frame 10 and the second movable frame 60 is substantially constant. When the substrate 200 is pierced by DRIE, if the widths of the first to fifth through openings 21 to 25 are different, the etching speed may change. This tendency becomes remarkable in the first to third through openings 21 to 23 in which the ratio of the depth to the width of the groove to be penetrated is large. However, if the etching speed is different, the finally formed width may vary. If this happens, the dimensions and mass of each member will change, and there is a possibility that the amount of tilting of the mirror section 30 will change, or the frequency during resonance driving will change.

本実施形態では、図1に示すように、第2可動枠体60に連結された第4連結部44の配置に応じて、固定枠体10の辺部に凹凸を設けることで、固定枠体10と第2可動枠体60との間隔は略一定とし、光学装置100の各部材の寸法や質量が変動するのを抑制している。このことにより、ミラー部30を所望の周波数で傾動させられるとともに、傾動量を所望の値とすることができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, by providing unevenness on the sides of the fixed frame 10 according to the arrangement of the fourth connecting portion 44 connected to the second movable frame 60, the fixed frame The distance between 10 and the second movable frame 60 is kept substantially constant to suppress variations in the dimensions and mass of each member of the optical device 100 . As a result, the mirror section 30 can be tilted at a desired frequency and the amount of tilting can be set to a desired value.

また、光学装置100には、第2アクチュエータ80と固定枠体10とを少なくとも区画する第1貫通開口21と、第2カンチレバー83と第1カンチレバー81とを少なくとも区画する第2貫通開口22と、第1カンチレバー81と第2可動枠体60とを少なくとも区画する第3貫通開口23と、がそれぞれ形成されている。第1貫通開口21の一端21aは、第2カンチレバー83と固定枠体10との連結端部よりも固定枠体10の外周面に近い側に形成されている。第2貫通開口22の一端22aは、第2カンチレバー83と固定枠体10との連結端部よりも固定枠体10の外周面に近い側に形成され、他端22bは第1カンチレバー81と第2可動枠体60との連結端部よりも固定枠体10の外周面に近い側にそれぞれ延びて形成されている。第3貫通開口23の両端23aは、第1カンチレバー81と延長部11との連結端部よりも固定枠体10の外周面に近い側にそれぞれ延びて形成されている。 The optical device 100 also includes a first through-opening 21 that at least separates the second actuator 80 and the fixed frame 10, a second through-opening 22 that at least separates the second cantilever 83 and the first cantilever 81, A third through opening 23 that at least partitions the first cantilever 81 and the second movable frame 60 is formed. One end 21 a of the first through opening 21 is formed closer to the outer peripheral surface of the fixed frame 10 than the connecting end portion between the second cantilever 83 and the fixed frame 10 . One end 22a of the second through-opening 22 is formed closer to the outer peripheral surface of the fixed frame 10 than the connecting end portion between the second cantilever 83 and the fixed frame 10, and the other end 22b is formed between the first cantilever 81 and the first cantilever 81. They are formed so as to extend closer to the outer peripheral surface of the fixed frame 10 than the connection ends with the two movable frames 60 . Both ends 23 a of the third through-opening 23 are formed so as to extend closer to the outer peripheral surface of the fixed frame 10 than the connecting ends of the first cantilever 81 and the extension portion 11 .

このようにすることで、第1カンチレバー81と第2カンチレバー83の加工不良を低減できる。図5を用いてさらに説明する。 By doing so, processing defects of the first cantilever 81 and the second cantilever 83 can be reduced. Further description will be made with reference to FIG.

図5は、光学装置をZ方向下側から見た部分平面図を示し、(a)図は、本実施形態に係る平面図を、(b)図は、比較のための平面図をそれぞれ示す。なお、図5において、ベース枠体300の図示を省略している。 FIG. 5 shows a partial plan view of the optical device viewed from below in the Z direction, where (a) shows a plan view according to this embodiment and (b) shows a plan view for comparison. . 5, illustration of the base frame 300 is omitted.

前述したように、基板200に第1~第5貫通開口21~25を形成した後、第1及び第2カンチレバー81,83の薄板部分に対応する領域の第1絶縁層220及び第2シリコン層230を除去することで、光学装置100が形成される。このとき、前者の加工と後者の加工とではそれぞれ異なる形状のマスクパターン(図示せず)が用いられる。 As described above, after forming the first to fifth through openings 21 to 25 in the substrate 200, the first insulating layer 220 and the second silicon layer in the regions corresponding to the thin plate portions of the first and second cantilevers 81 and 83 are removed. By removing 230, the optical device 100 is formed. At this time, mask patterns (not shown) having different shapes are used for the former processing and the latter processing.

しかし、後者の加工時に所定以上のマスクパターンの合わせずれが生じていると、例えば、第1~第3貫通開口21~23の各端部21a,22a,22b,23aにおいて形状不良が生じることがある(図5の(b)図参照)。特に、第2貫通開口の両端22a,22bや第3貫通開口の両端23aにこのような形状不良が生じると、当該端部近傍22a,22b,23aでの第1カンチレバー81や第2カンチレバー83に予期しない応力集中が生じてしまい、ワレ等の問題が生じるおそれがある。特に、第1カンチレバー81や第2カンチレバー83の薄板部分が変形してしまうと、その傾向が顕著となる。 However, if misalignment of the mask pattern more than a predetermined amount occurs during the latter processing, for example, shape defects may occur at the ends 21a, 22a, 22b, and 23a of the first to third through openings 21 to 23. (See FIG. 5(b)). In particular, if such a shape defect occurs at both ends 22a, 22b of the second through opening or both ends 23a of the third through opening, the first cantilever 81 or the second cantilever 83 near the ends 22a, 22b, 23a may be damaged. Unexpected stress concentration may occur, and problems such as cracks may occur. In particular, when the thin plate portions of the first cantilever 81 and the second cantilever 83 are deformed, this tendency becomes remarkable.

一方、図5の(a)図に示すように、予め、第1~第3貫通開口21~23の各端部21a,22a,22b,23aが前述の位置に来るように第1~第3貫通開口21~23の形状を設定することで、前述の合わせずれが起こった場合にも、第1及び第2カンチレバー81,83の最終的な加工形状の不良を抑制できる。このことにより、第1及び第2カンチレバー81,83の応力集中によるワレ等の問題を回避できる。 On the other hand, as shown in FIG. 5(a), the first to third openings 21a, 22a, 22b, and 23a of the first to third through openings 21 to 23 are placed in the positions described above. By setting the shapes of the through openings 21 to 23, it is possible to suppress defects in the final processed shapes of the first and second cantilevers 81 and 83 even when the aforementioned misalignment occurs. As a result, problems such as cracks due to stress concentration in the first and second cantilevers 81 and 83 can be avoided.

<変形例>
図6は、本変形例に係る第2検出部92の配置の平面図を示す。なお、説明の便宜上、図6において、実施形態1と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
<Modification>
FIG. 6 shows a plan view of the arrangement of the second detector 92 according to this modification. For convenience of explanation, in FIG. 6, the same reference numerals are given to the same parts as in the first embodiment, and detailed explanations thereof are omitted.

本変形例に示す第2検出部92は、第1カンチレバー81の主面にX方向に所定の間隔をあけて2箇所設けられている点で、実施形態1に示す第2検出部92の配置と異なる。また、2つの第2検出部92a,92bにそれぞれ接続された配線93は1本にまとめられて、対応するパッド電極94に接続されている。また、2つの第2検出部92a,92bは、第1カンチレバー81のX方向中央部をY方向に通る対称線(図示せず)に関して線対称となるように配置されている。 The second detectors 92 shown in this modified example are provided at two locations on the main surface of the first cantilever 81 with a predetermined interval in the X direction. different from Also, the wirings 93 respectively connected to the two second detection portions 92a and 92b are combined into one and connected to the corresponding pad electrodes 94. As shown in FIG. The two second detectors 92a and 92b are arranged symmetrically with respect to a line of symmetry (not shown) passing through the center of the first cantilever 81 in the X direction in the Y direction.

第2検出部92をこのように構成してもよく、この場合も実施形態1と同様の効果を奏することができる。また、X方向に沿って複数の第2検出部92a,92bを設けることで、第1カンチレバー81のねじれ変形による傾動量の誤検出を確実に抑制することができる。 The second detection section 92 may be configured in this manner, and in this case also, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In addition, by providing a plurality of second detectors 92a and 92b along the X direction, erroneous detection of the tilt amount due to torsional deformation of the first cantilever 81 can be reliably suppressed.

なお、図示しないが、第2カンチレバー83に設けられた第2検出部92も図6に示すのと同様に分割して配置される。このようにすることで、第2検出部92の形状対称性を維持して、第2アクチュエータ80の駆動量を正しく検出することができる。また、ミラー部30のX軸周りの傾動量を所望の値とすることができる。 Although not shown, the second detector 92 provided on the second cantilever 83 is also divided and arranged in the same manner as shown in FIG. By doing so, the shape symmetry of the second detector 92 can be maintained, and the drive amount of the second actuator 80 can be detected correctly. Also, the amount of tilting of the mirror section 30 around the X-axis can be set to a desired value.

また、3つ以上の第2検出部92が、X方向に沿って第1及び第2カンチレバー81,83の主面にそれぞれ設けられていてもよい。この場合も、第1カンチレバー81のX方向中央部をY方向に通る対称線(図示せず)に関して線対称となるように、また、第2カンチレバー83のX方向中央部をY方向に通る対称線(図示せず)に関して線対称となるように、それぞれ第2検出部92を配置することで、第1カンチレバー81や第2カンチレバー83のねじれ変形による傾動量の誤検出を確実に抑制することができる。 Also, three or more second detection units 92 may be provided on the main surfaces of the first and second cantilevers 81 and 83 along the X direction. In this case as well, the symmetry line (not shown) passing through the X-direction central portion of the first cantilever 81 in the Y-direction is symmetrical, and the second cantilever 83 is symmetrical in the Y-direction through the X-direction central portion. By arranging the second detectors 92 so as to be symmetrical with respect to a line (not shown), erroneous detection of the tilt amount due to torsional deformation of the first cantilever 81 and the second cantilever 83 can be reliably suppressed. can be done.

(実施形態2)
図7は、本実施形態に係る光学装置の平面図を示す。なお、説明の便宜上、図7において、実施形態1と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、配線93及びパッド電極94の図示を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 shows a plan view of the optical device according to this embodiment. For convenience of explanation, in FIG. 7, the same reference numerals are assigned to the same parts as those in the first embodiment, and detailed explanation thereof will be omitted. Also, the wiring 93 and the pad electrode 94 are omitted from the drawing.

本実施形態に示す光学装置110は、第2アクチュエータ80が省略されている点で、実施形態1に示す光学装置100と異なる。 The optical device 110 according to this embodiment differs from the optical device 100 according to the first embodiment in that the second actuator 80 is omitted.

この場合、光学装置110は、ミラー部30をY軸の周りに傾動させることで、ミラー部30での反射光を1方向に走査する1軸ミラースキャナーとして機能する。 In this case, the optical device 110 functions as a uniaxial mirror scanner that scans the reflected light from the mirror section 30 in one direction by tilting the mirror section 30 around the Y axis.

なお、一対の第3連結部43,43のそれぞれは、Y方向に直線状に延びて固定枠体10と第2可動枠体60のY方向下側辺部とを連結し、一対の第4連結部44,44のそれぞれは、Y方向に直線状に延びて固定枠体10と第2可動枠体60のY方向上側辺部とを連結している。また、実施形態1と同様に、第3及び第4連結部43,44は、それぞれ所定の弾性率を有する弾性体である。このことにより、第1アクチュエータ70が駆動された場合、第2可動枠体60は固定枠体10に対して変形可能かつ変位可能に連結される。 In addition, each of the pair of third connecting portions 43, 43 extends linearly in the Y direction to connect the fixed frame 10 and the Y-direction lower side portion of the second movable frame 60, Each of the connecting portions 44 , 44 linearly extends in the Y direction and connects the fixed frame 10 and the Y-direction upper side portion of the second movable frame 60 . Also, as in the first embodiment, the third and fourth connecting portions 43 and 44 are elastic bodies each having a predetermined elastic modulus. Accordingly, when the first actuator 70 is driven, the second movable frame 60 is connected to the fixed frame 10 so as to be deformable and displaceable.

本実施形態によれば、実施形態1に示すのと同様に、第1アクチュエータ70の駆動力を高められ、低い電圧でミラー部30を傾動させることができる。 According to this embodiment, similarly to the first embodiment, the driving force of the first actuator 70 can be increased, and the mirror section 30 can be tilted with a low voltage.

また、本実施形態に示す構成では、第1貫通開口21の幅が略一定である一方、ミラー部30の共振駆動に影響を受ける第2アクチュエータ80を省略しているため、第2可動枠体60や第4連結部44や固定枠体10に凸部は設けられていない。このようにすることで、光学装置110の各部材のパターン設計や加工が簡素化される。 In addition, in the configuration shown in this embodiment, while the width of the first through opening 21 is substantially constant, the second actuator 80, which is affected by the resonance driving of the mirror section 30, is omitted. 60, the fourth connecting portion 44, and the fixed frame 10 are not provided with a convex portion. By doing so, the pattern design and processing of each member of the optical device 110 are simplified.

また、第3連結部43及び第4連結部44はともに、第1アクチュエータ70が駆動されることで湾曲変形し、また、第1アクチュエータ70が非駆動状態になると、元の形状に復元する。言い換えると、第3連結部43及び第4連結部44はともに、所定の弾性率を有する弾性体である。なお、図1に示す第3連結部43及び第4連結部44も、所定の弾性率を有する弾性体である。 Both the third connecting portion 43 and the fourth connecting portion 44 are bent and deformed when the first actuator 70 is driven, and return to their original shapes when the first actuator 70 is not driven. In other words, both the third connecting portion 43 and the fourth connecting portion 44 are elastic bodies having a predetermined elastic modulus. The third connecting portion 43 and the fourth connecting portion 44 shown in FIG. 1 are also elastic bodies having a predetermined elastic modulus.

なお、第3及び第4連結部43,44の平面形状は図7に示す形状に限定されるものでなく、他の形状であってもよい。第1アクチュエータ70が駆動された場合、第2可動枠体60が固定枠体10に対して変形可能かつ変位可能に連結されるように、第3及び第4連結部43,44の平面形状がそれぞれ設定されていればよい。 The planar shapes of the third and fourth connecting portions 43 and 44 are not limited to the shape shown in FIG. 7, and may be other shapes. The planar shape of the third and fourth connecting portions 43 and 44 is such that the second movable frame 60 is connected to the fixed frame 10 so as to be deformable and displaceable when the first actuator 70 is driven. It is sufficient if they are set respectively.

(その他の実施形態)
上記の各実施形態及び変形例で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。また、第1アクチュエータ70は、Y軸を挟んでX方向に1箇所のみ設けられていてもよく、第1可動枠体50と第2可動枠体60とに跨がって形成されていればよい。この場合も、ミラー部30をY軸の周りに傾動させることができる。なお、図1に示すように、ミラー部30を挟んでX軸に沿って相対向する位置に一対の第1アクチュエータ70,70を設けることで、ミラー部30の傾動量をY軸周りに対称となるよう制御することが容易となり、また、ミラー部30の傾動量を大きくすることができる。また、光が入射されるミラー部30の中心OがZ方向に移動するのを抑制することが容易となる。このことにより、反射光の光路長を一定にできる。同様に、第2アクチュエータ80も、Y軸を挟んでX方向に1箇所のみ設けられていてもよい。この場合も、ミラー部30をX軸の周りに傾動させることができる。なお、図1に示すように、第2可動枠体60を挟んでX軸に沿って相対向する位置に一対の第2アクチュエータ80,80を設けることで、ミラー部30の傾動量をX軸周りに対称となるよう制御することが容易となり、また、ミラー部30の傾動量を大きくすることができる。また、光が入射されるミラー部30の中心OがZ方向に移動するのを抑制することが容易となる。このことにより、反射光の光路長を一定にできる。
(Other embodiments)
It is also possible to combine the constituent elements described in the above embodiments and modified examples to create new embodiments. Also, the first actuator 70 may be provided only at one location in the X direction across the Y axis, as long as it is formed across the first movable frame 50 and the second movable frame 60. good. Also in this case, the mirror section 30 can be tilted around the Y-axis. As shown in FIG. 1, by providing a pair of first actuators 70, 70 at positions opposed to each other along the X-axis with the mirror section 30 interposed therebetween, the amount of tilting of the mirror section 30 can be made symmetrical about the Y-axis. In addition, the amount of tilting of the mirror section 30 can be increased. In addition, it becomes easy to suppress the movement of the center O of the mirror section 30 into which light is incident in the Z direction. As a result, the optical path length of the reflected light can be made constant. Similarly, the second actuator 80 may also be provided only at one location in the X direction across the Y axis. Also in this case, the mirror section 30 can be tilted around the X axis. As shown in FIG. 1, by providing a pair of second actuators 80, 80 at positions opposed to each other along the X-axis with the second movable frame 60 interposed therebetween, the amount of tilting of the mirror section 30 can be controlled by the X-axis. It becomes easy to control so as to be symmetrical about the periphery, and the amount of tilting of the mirror section 30 can be increased. In addition, it becomes easy to suppress the movement of the center O of the mirror section 30 into which light is incident in the Z direction. As a result, the optical path length of the reflected light can be made constant.

また、実施形態1,2において、光路変更部がミラー部30である構成を例に取って説明したが、光路変更部が別の光学機能を有する部材であってもよい。例えば、入射光に対して1よりも大きい屈折率を有し、入射光を透過させる部材であってもよい。また、光路変更部に直接、発光ダイオード(LED)や面発光レーザ(VCSEL)等の光源を配置するようにしてもよい。この場合は、ミラーとしての金属膜31の形成は省略される
また、図1または図7に示す光学装置100、110を複数個用いて、プロジェクターやHUDやHMD等の画像表示装置を構成するようにしてもよい。例えば、RGB3色光源から出射された光を、それぞれ光学装置100または110で走査して、画像を生成するようにしてもよい。また、光学装置100または110をアレイ状に配置して、それぞれに光を入射させ、反射光を所定の領域上に走査することで、画像を生成するようにしてもよい。
Further, in Embodiments 1 and 2, the configuration in which the optical path changing portion is the mirror portion 30 has been described as an example, but the optical path changing portion may be a member having another optical function. For example, it may be a member that has a refractive index greater than 1 with respect to incident light and transmits the incident light. Also, a light source such as a light emitting diode (LED) or a surface emitting laser (VCSEL) may be arranged directly in the optical path changing portion. In this case, the formation of the metal film 31 as a mirror is omitted. Further, by using a plurality of optical devices 100 and 110 shown in FIG. can be For example, the light emitted from the RGB three-color light source may be scanned by the optical device 100 or 110 to generate an image. Alternatively, an image may be generated by arranging the optical devices 100 or 110 in an array, causing light to enter each of them, and scanning the reflected light over a predetermined area.

また、第2検出部92をX方向左側に位置する第2アクチュエータ80に配置するようにしてもよい。一対の第2アクチュエータ80,80は、ミラー部30の中心Oに関して点対称となる位置にそれぞれ配置されていてもよい。 Alternatively, the second detector 92 may be arranged on the second actuator 80 located on the left side in the X direction. The pair of second actuators 80 , 80 may be arranged at points symmetrical with respect to the center O of the mirror section 30 .

また、第1アクチュエータ70,70をミラー部30の中心Oに関して点対称に配置してもよい。その場合、当然に、一対の第1検出部91,91もミラー部30の中心Oに関して点対称に配置される。 Also, the first actuators 70 , 70 may be arranged point-symmetrically with respect to the center O of the mirror section 30 . In that case, the pair of first detectors 91 , 91 are also arranged point-symmetrically with respect to the center O of the mirror part 30 .

また、実施形態1において、ミラー部30をX軸の周りに傾動させる第2アクチュエータ80として圧電式アクチュエータを用いる例を説明したが、特にこれに限定されず、他の駆動方式のアクチュエータを用いてもよい。例えば、励磁コイルを用いた電磁式アクチュエータを用いてもよいし、静電式アクチュエータを用いてもよい。 Further, in Embodiment 1, an example of using a piezoelectric actuator as the second actuator 80 that tilts the mirror section 30 around the X axis has been described. good too. For example, an electromagnetic actuator using an exciting coil may be used, or an electrostatic actuator may be used.

なお、図2において、第4連結部44に凸部を設けたが、第3連結部43に凸部を設けるようにしてもよいし、第3連結部43と第4連結部44の両方に凸部を設けてもよい。また、第2可動枠体60におけるY方向下側の辺部に凸部を設けるようにしてもよい。Y方向上側及び下側の両方の辺部に凸部を設けるようにしてもよい。これらは、光学装置100における各部材のレイアウトによって適宜選択されうる。ミラー部30と第1可動枠体50とを含む振動系の共振点と、第2可動枠体60と第2アクチュエータ80とを含む振動系の共振点とが所定以上に離れるようにできればよい。また、同じ目的を達成するために、別の形で第2可動枠体60や第3及び第4連結部43,44の形状等を変えるようにしてもよい。例えば、第2可動枠体60や第3及び第4連結部43,44の一部の厚さを変えたり、これらに別の重量物を接着等したりしてもよい。 In addition, in FIG. 2, the fourth connecting portion 44 is provided with a convex portion, but the third connecting portion 43 may be provided with a convex portion, or both the third connecting portion 43 and the fourth connecting portion 44 may A protrusion may be provided. Also, a protrusion may be provided on the lower side of the second movable frame 60 in the Y direction. You may make it provide a convex part in both the side parts of a Y direction upper side and a lower side. These can be appropriately selected depending on the layout of each member in the optical device 100 . It is sufficient if the resonance point of the vibration system including the mirror section 30 and the first movable frame 50 and the resonance point of the vibration system including the second movable frame 60 and the second actuator 80 are separated by a predetermined distance or more. Moreover, in order to achieve the same purpose, the shapes of the second movable frame 60 and the third and fourth connecting portions 43 and 44 may be changed in another way. For example, the thickness of part of the second movable frame 60 and the third and fourth connecting parts 43 and 44 may be changed, or another heavy object may be adhered to these.

なお、実施形態1,2において、第2カンチレバー83は、第1カンチレバー81よりも幅広に形成された例を示したが、特にこれに限定されず、第2カンチレバー83のX方向の幅が第1カンチレバー81のX方向の幅と同じか、これよりも幅狭に形成されていてもよい。光学装置100のサイズや第2アクチュエータ80に求められる駆動特性等によって適宜変更されうる。なお、第2カンチレバー83のX方向の幅と第1カンチレバー81のX方向の幅とが互いに異なるようにすることで、前述の第2共振点を変更しやすくなる。また、この場合も、第2カンチレバー83のX方向、Y方向、Z方向の各寸法は、式(1)に示す関係を当然に満足することは言うまでもない。 In Embodiments 1 and 2, an example in which the second cantilever 83 is wider than the first cantilever 81 is shown, but the present invention is not limited to this, and the width of the second cantilever 83 in the X direction is the The width may be equal to or narrower than the width of one cantilever 81 in the X direction. It can be changed as appropriate depending on the size of the optical device 100, the driving characteristics required for the second actuator 80, and the like. By making the X-direction width of the second cantilever 83 and the X-direction width of the first cantilever 81 different from each other, it becomes easier to change the second resonance point. Also in this case, it goes without saying that the dimensions of the second cantilever 83 in the X direction, the Y direction, and the Z direction naturally satisfy the relationship shown in Equation (1).

また、ミラー部30の固有共振周波数と第1可動枠体50の固有共振周波数とを周波数マッチングさせることでミラー部30は共振駆動する。一方、光学装置100のサイズによっては、第1可動枠体50のサイズを小さくする必要があるが、この場合、第1可動枠体50の固有共振周波数が所定以上に高くなり、前述の周波数マッチングがうまくいかない場合がある。このような場合は、第1連結部41の平面サイズを変えるか、一部の厚さを変えるかして、周波数マッチングを行ってもよい。同様に、ミラー部30の一部あるいは第1可動枠体50の一部の厚さを変えるかして、周波数マッチングを行ってもよい。 Further, by matching the natural resonance frequency of the mirror section 30 and the natural resonance frequency of the first movable frame 50, the mirror section 30 is resonantly driven. On the other hand, depending on the size of the optical device 100, the size of the first movable frame 50 may need to be reduced. may not work. In such a case, the frequency matching may be performed by changing the planar size of the first connecting portion 41 or changing the thickness of a part of it. Similarly, frequency matching may be performed by changing the thickness of part of the mirror section 30 or part of the first movable frame 50 .

本発明に係る光学装置は、光路変更部を傾動させるアクチュエータの駆動力を高められるため、プロジェクターやHUDやHMD等に用いられる光スキャナーとして有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The optical device according to the present invention is useful as an optical scanner used in projectors, HUDs, HMDs, etc., because it can increase the driving force of the actuator that tilts the optical path changing portion.

10 固定枠体
11 延長部
21~25 第1~第5貫通開口
30 ミラー部(光路変更部)
31 金属膜(ミラー)
41~44 第1~第4連結部
50 第1可動枠体
60 第2可動枠体
70 第1アクチュエータ
71 圧電素子
80 第2アクチュエータ
81 第1カンチレバー
82 第1圧電素子
83 第2カンチレバー
84 第2圧電素子
91 第1検出部
92 第2検出部
93 配線
94 パッド電極
100,110 光学装置
200 SOI基板(基板)
210 第1シリコン層
220 第1絶縁層
230 第2シリコン層
300 ベース枠体
410 下側電極
420 圧電体層
430 上側電極
440 パシベーション膜
10 Fixed frame 11 Extensions 21 to 25 First to fifth through openings 30 Mirror section (optical path changing section)
31 metal film (mirror)
41 to 44 First to fourth connecting portions 50 First movable frame 60 Second movable frame 70 First actuator 71 Piezoelectric element 80 Second actuator 81 First cantilever 82 First piezoelectric element 83 Second cantilever 84 Second piezoelectric element Element 91 First detection section 92 Second detection section 93 Wiring 94 Pad electrodes 100 and 110 Optical device 200 SOI substrate (substrate)
210 First silicon layer 220 First insulating layer 230 Second silicon layer 300 Base frame 410 Lower electrode 420 Piezoelectric layer 430 Upper electrode 440 Passivation film

Claims (16)

光路変更部と、
前記光路変更部を通る第1軸に沿って前記光路変更部の両側から延びる一対の第1連結部と、
前記光路変更部を内側に囲むように設けられ、前記一対の第1連結部のそれぞれに連結された第1可動枠体と、
前記第1軸と交差する第2軸に沿って前記第1可動枠体の両側から延びる一対の第2連結部と、
前記第1可動枠体を内側に囲むように設けられ、前記一対の第2連結部のそれぞれに連結された第2可動枠体と、
前記第1可動枠体と前記第2可動枠体とに跨がって設けられた第1アクチュエータと、
前記第2可動枠体を内側に囲むように設けられ、前記第2可動枠体に連結された固定枠体と、を少なくとも備え、
前記第1アクチュエータは、前記光路変更部を前記第1軸の周りに傾動させる圧電式アクチュエータである、光学装置。
an optical path changing unit;
a pair of first connecting portions extending from both sides of the optical path changing portion along a first axis passing through the optical path changing portion;
a first movable frame provided to surround the optical path changing portion inside and connected to each of the pair of first connecting portions;
a pair of second connecting portions extending from both sides of the first movable frame along a second axis that intersects with the first axis;
a second movable frame provided so as to surround the first movable frame inside and connected to each of the pair of second connecting portions;
a first actuator provided across the first movable frame and the second movable frame;
a fixed frame provided to surround the second movable frame inside and connected to the second movable frame;
The optical device, wherein the first actuator is a piezoelectric actuator that tilts the optical path changing portion about the first axis.
前記第2可動枠体の両側からそれぞれ延びる一対の第3連結部と、
前記第2可動枠体の両側から延び、かつ前記一対の第3連結部と前記第1軸と平行な方向に沿って所定の間隔をあけて設けられた一対の第4連結部と、をさらに備え、
前記一対の第3連結部と前記一対の第4連結部とは、それぞれ所定の弾性率を有する、請求項1に記載の光学装置。
a pair of third connecting portions extending from both sides of the second movable frame;
a pair of fourth connecting portions extending from both sides of the second movable frame and provided at a predetermined interval in a direction parallel to the pair of third connecting portions and the first axis; prepared,
2. The optical device according to claim 1, wherein said pair of third connecting portions and said pair of fourth connecting portions each have a predetermined elastic modulus.
前記一対の第3連結部及び前記一対の第4連結部は前記第2軸と平行な方向にそれぞれ延びるとともに、前記第2可動枠体と前記固定枠体とを連結する、請求項2に記載の光学装置。 3. The pair of third connecting parts and the pair of fourth connecting parts according to claim 2, each extending in a direction parallel to the second axis and connecting the second movable frame and the fixed frame. optical device. 前記第2可動枠体を前記第2軸の周りに傾動させる第2アクチュエータ、をさらに備える、請求項2または3に記載の光学装置。 4. The optical device according to claim 2, further comprising a second actuator that tilts the second movable frame around the second axis. 前記第2アクチュエータは、
一端が前記固定枠体に、他端が前記第3連結部にそれぞれ連結された第1カンチレバーと、
前記第1カンチレバーの主面に形成された第1圧電素子と、
一端が前記固定枠体に、他端が前記第4連結部にそれぞれ連結された第2カンチレバーと、
前記第2カンチレバーの主面に形成された第2圧電素子と、を有する、請求項4に記載の光学装置。
The second actuator is
a first cantilever having one end connected to the fixed frame and the other end connected to the third connecting portion;
a first piezoelectric element formed on the main surface of the first cantilever;
a second cantilever having one end connected to the fixed frame and the other end connected to the fourth connecting portion;
and a second piezoelectric element formed on the main surface of the second cantilever.
前記第1カンチレバー及び前記第2カンチレバーの少なくとも一方において、前記第2軸と平行な方向の幅をW、前記第1軸と平行な方向の長さをL、前記第1軸及び前記第2軸とそれぞれ交差する第3軸と平行な方向の厚さをTとそれぞれするとき、
W>10-5×L/T
の関係を満たす、請求項5に記載の光学装置。
In at least one of the first cantilever and the second cantilever, W is the width in the direction parallel to the second axis, L is the length in the direction parallel to the first axis, and the first axis and the second axis When the thickness in the direction parallel to the third axis that intersects with each is T,
W>10 −5 ×L 3 /T 3
6. The optical device according to claim 5, which satisfies the relationship:
前記第1軸を挟んで前記第2可動枠体の相異なる位置にそれぞれ設けられ、前記第1アクチュエータの駆動量を検出する一対の第1検出部と、
前記第2アクチュエータの駆動量を検出する一対の第2検出部と、をさらに備えた、請求項5または6に記載の光学装置。
a pair of first detection units provided at different positions of the second movable frame with the first axis interposed therebetween for detecting the drive amount of the first actuator;
7. The optical device according to claim 5, further comprising a pair of second detectors that detect the drive amount of said second actuator.
前記第2検出部の一方は、前記第1カンチレバーにおける前記第2軸と平行な方向に沿った中央部に、前記第1圧電素子と所定の間隔をあけて設けられ、
前記第2検出部の他方は、前記第2カンチレバーにおける前記第2軸と平行な方向に沿った中央部に、前記第2圧電素子と所定の間隔をあけて設けられている、請求項7に記載の光学装置。
one of the second detectors is provided at a central portion of the first cantilever along a direction parallel to the second axis with a predetermined gap from the first piezoelectric element;
8. The other of the second detectors is provided at a central portion of the second cantilever along the direction parallel to the second axis with a predetermined gap from the second piezoelectric element. Optical device as described.
前記一対の第2検出部は、前記一対の第2アクチュエータの一方のみに設けられている、請求項7または8に記載の光学装置。 9. The optical device according to claim 7, wherein the pair of second detectors is provided on only one of the pair of second actuators. 前記一対の第1検出部のそれぞれは、前記第2可動枠体と前記第4連結部と前記第2カンチレバーとに跨がって設けられた配線を介して、前記固定枠体の主面に設けられた互いに異なるパッド電極に接続されており、
前記一対の第1検出部の一方に接続された配線は、前記第2圧電素子を挟んで前記一対の第1検出部の他方に接続された配線と反対側に設けられている、請求項7ないし9のいずれか1項に記載の光学装置。
Each of the pair of first detection units is connected to the main surface of the fixed frame via wiring provided across the second movable frame, the fourth connecting portion, and the second cantilever. are connected to provided pad electrodes different from each other,
8. The wiring connected to one of the pair of first detection units is provided on the opposite side of the wiring connected to the other of the pair of first detection units across the second piezoelectric element. 10. The optical device according to any one of items 1 to 9.
前記第2アクチュエータと前記固定枠体とを少なくとも区画する第1貫通開口と、前記第2カンチレバーと前記第1カンチレバーとを少なくとも区画する第2貫通開口と、前記第1カンチレバーと前記第2可動枠体とを少なくとも区画する第3貫通開口と、が形成されており、
前記第1軸に平行な方向に延びる前記第2貫通開口の一端は、前記第2カンチレバーと前記固定枠体との連結端部よりも前記固定枠体の外周面に近い側に、他端は、前記第1カンチレバーと前記第2可動枠体との連結端部よりも前記固定枠体の外周面に近い側にそれぞれ延びており、
前記第1軸に平行な方向に延びる前記第3貫通開口の両端は、前記第1カンチレバーと前記固定枠体との連結端部よりも前記固定枠体の外周面に近い側に延びている、前記請求項5ないし10のいずれか1項に記載の光学装置。
A first through opening that at least partitions the second actuator and the fixed frame, a second through opening that partitions at least the second cantilever and the first cantilever, the first cantilever and the second movable frame. a third through opening that at least partitions the body,
One end of the second through opening extending in a direction parallel to the first axis is closer to the outer peripheral surface of the fixed frame than the connection end between the second cantilever and the fixed frame. , extending to a side closer to the outer peripheral surface of the fixed frame than the connection end between the first cantilever and the second movable frame, and
both ends of the third through-opening extending in a direction parallel to the first axis extend closer to the outer peripheral surface of the fixed frame than the connection end between the first cantilever and the fixed frame; The optical device according to any one of claims 5 to 10.
前記第3連結部と前記第4連結部と前記固定枠体に対向した前記第2可動枠体の辺部のうち少なくとも1つは、前記第1軸と平行な方向の幅が変化している、請求項2ないし11のいずれか1項に記載の光学装置。 At least one of the third connecting portion, the fourth connecting portion, and the side portion of the second movable frame opposed to the fixed frame has a variable width in a direction parallel to the first axis. An optical device according to any one of claims 2 to 11. 前記第2可動枠体は、前記第1可動枠体の最も広い部分の幅の2倍よりも狭い幅狭部を有している、請求項1ないし12のいずれか1項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 12, wherein the second movable frame has a narrow portion narrower than twice the width of the widest portion of the first movable frame. . 前記第2可動枠体に設けられた前記第1アクチュエータの面積は、前記第1可動枠体に設けられた第1アクチュエータの面積よりも広い、請求項1ないし13のいずれか1項に記載の光学装置。 The area of the first actuator provided on the second movable frame is wider than the area of the first actuator provided on the first movable frame, according to any one of claims 1 to 13. optical device. 前記光路変更部は、前記光路変更部と前記第1可動枠体とを含む振動系の共振周波数で共振駆動して、前記第1軸の周りに傾動される、請求項1ないし14のいずれか1項に記載の光学装置。 15. The optical path changing section according to any one of claims 1 to 14, wherein the optical path changing section is resonantly driven at a resonance frequency of an oscillation system including the optical path changing section and the first movable frame, and is tilted about the first axis. 2. The optical device according to item 1. 前記光路変更部は、入射した光を反射するミラーを有している、請求項1ないし15のいずれか1項に記載の光学装置。
16. The optical device according to any one of claims 1 to 15, wherein said optical path changing section has a mirror that reflects incident light.
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