(57)【要約】【課題】本発明は、光学反射素子のパッケージの気密性を向上させることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するため本発明は、ミラー部６およびこのミラー部６を振動させる駆動部７、９を有する光学反射素子５と、この光学反射素子５を内包するとともに、ミラー部６の上方に開口部２０を有するパッケージ１２と、このパッケージ１２の開口部２０上を覆い、上側が凸となる湾曲形状の光透過部１３とを備え、パッケージ１２は、開口部２０の周縁からパッケージ１２の上方へ突出する突起部２１を有し、光透過部１３は、突起部２１の外側に載置され、光透過部１３と突起部２１との隙間には、シール材２３が挿入されているものとした。これにより本発明は、光透過部１３とパッケージ１２との接合強度が高まり、結果としてパッケージ１２の気密性を向上させることができる。【選択図】図３
2010122412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部およびこのミラー部を振動させる駆動部を有する光学反射素子と、
この光学反射素子を内包するとともに、前記ミラー部の上方に開口部を有するパッケージと、
このパッケージの前記開口部上を覆い、上側が凸となる湾曲形状の光透過部とを備え、
前記パッケージは、
前記開口部の周縁から前記パッケージの上方へ突出する突起部を有し、
前記光透過部は、前記突起部の外側に載置され、
前記光透過部と前記突起部との隙間には、シール材が挿入されている光学反射素子ユニット。
【請求項２】
前記シール材は凹部を有し、
この凹部に前記光透過部の端部が挿入されている請求項１に記載の光学反射素子ユニット。
【請求項３】
前記シール材は前記突起部の内壁を覆い、前記パッケージの内壁に至るまで形成された請求項２に記載の光学反射素子ユニット。
【請求項４】
前記光学反射素子の水平面に対して垂直な断面において、
前記光透過部は、
その一端と前記ミラー部の中心とを結ぶ直線と、他端と前記ミラー部の中心とを結ぶ直線との成す角が、１２０度以下となるように形成された請求項１に記載の光学反射素子ユニット。
【請求項５】
前記パッケージの内壁の、前記光学反射素子の表面と対向する領域は、前記ミラー部よりも粗面化されている請求項１に記載の光学反射素子ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ装置などに用いられる光学反射素子ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７の光学反射素子ユニット１は、ミラー部およびこのミラー部を振動させる駆動部を有する光学反射素子２と、この光学反射素子２を内包するパッケージ３と、このパッケージ３と接合され、ミラー部上方を覆う光透過部４とを備えている。この光学反射素子２は、圧電素子や電磁コイルなどで振動させたミラー部に光を入射し、反射させることによって光を走査でき、例えばスクリーン等の走査面上に画像を投影することができる。そして光学反射素子２は、ミラー部を塵埃や湿気などから保護するため、パッケージ３と光透過部４とで封止される。
【０００３】
この出願に類似する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００３−７５６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで光透過部４は、その端部を樹脂などのシール材でパッケージ３と接合することができる。しかし光透過部４を湾曲形状とした場合、パッケージ３の気密性が低下することがある。
【０００５】
その理由は、光透過部４とパッケージ３との接合強度が低くなるからである。
【０００６】
すなわち、光透過部４を湾曲形状とし、外方へ突出させると、外圧を受けた際に端部に内向きの負荷が掛かり、光透過部４がパッケージ３から外れたり位置ずれしたりしやすくなる。そしてその結果、パッケージ３の気密性が低下することになる。
【０００７】
そこで本発明は、湾曲形状の光透過部を用いた場合にも、パッケージの気密性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そしてこの目的を達成するために本発明は、ミラー部およびこのミラー部を振動させる駆動部を有する光学反射素子と、この光学反射素子を内包するとともに、ミラー部の上方に開口部を有するパッケージと、このパッケージの開口部上を覆い、上側が凸となる湾曲形状の光透過部とを備え、パッケージは、開口部の周縁からパッケージの上方へ突出する突起部を有し、光透過部は、突起部の外側に載置され、光透過部と突起部との隙間には、シール材が挿入されているものとした。
【発明の効果】
【０００９】
これにより本発明は、湾曲形状の光透過部を用いた場合に、パッケージの気密性を向上させることができる。
【００１０】
その理由は、パッケージの開口部に外圧を受けた時、外圧によってシール材の気密性が保たれるため、光透過部とパッケージとの接合強度がより高まるからである。
【００１１】
すなわち本発明は、光透過部が外圧を受けても、シール材を介して突起部で内側から支持することができる。
【００１２】
したがって、光透過部とパッケージとの接合強度が高まり、結果としてパッケージの気密性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態における光学反射素子５は、ミラー部６と、このミラー部６を介して対向するとともに、このミラー部６の端部とそれぞれ連結された一対の駆動部７と、これらの駆動部７と連結され、これらの駆動部７およびミラー部６の外周を囲む枠体８と、この枠体８を介して対向するとともに、この枠体８とそれぞれ連結された一対の駆動部９と、これらの駆動部９と連結されるとともに、これらの駆動部９および枠体８の外周を囲う枠形状の支持体１０とを備えている。
【００１４】
さらに、駆動部７は、その中心軸Ｓ１に垂直な複数の振動板７Ａ〜７Ｄが、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状である。
【００１５】
また駆動部９は、その中心軸Ｓ２に垂直な複数の振動板９Ａ〜９Ｅが、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状である。
【００１６】
なお、中心軸Ｓ１と中心軸Ｓ２とは、ミラー部６の重心で直交する関係にある。そして対となる駆動部７は、中心軸Ｓ２に対して線対称形であり、対となる駆動部９は、中心軸Ｓ１に対して線対称形である。
【００１７】
また本実施の形態では、駆動部７および駆動部９は圧電駆動するものであり、複数の振動板７Ａ〜７Ｄ、振動板９Ａ〜９Ｅ上には、それぞれ下部電極層、圧電体層、上部電極層からなる圧電素子（図示せず）を配置した。そして例えば振動板７Ａ〜７Ｄの圧電素子に、交互に逆位相の交流電圧を印加すれば、振動板７Ａ〜７Ｄはそれぞれ逆方向に撓み振動し、図２のように中心軸Ｓ１を中心に変位が蓄積され、図１のミラー部６を大きく反復回転振動させることができる。同様に、振動板９Ａ〜９Ｅを変位させることによって、中心軸Ｓ２を中心に、枠体８およびミラー部６を反復回転振動させることができる。
【００１８】
なお本実施の形態では、ミラー部６のサイズは１ｍｍ×１ｍｍ程度とした。そして駆動部７と駆動部９とは、それぞれ異なる共振駆動周波数を有し、その周波数比は１０倍〜１００倍程度である。例えば本実施の形態では、駆動部７の共振周波数が１０ｋＨｚ、駆動部９の共振周波数が２００Ｈｚ程度である。
【００１９】
次に、上記光学反射素子５を用いた光学反射素子５ユニットについて説明する。
【００２０】
図３、図４に示すように、本実施の形態の光学反射素子ユニット１１は、上記光学反射素子５がパッケージ１２と光透過部１３とで気密封止されたものである。光透過部１３は、ガラスなどの透明な材料で形成される。このパッケージ１２内は、ミラー部６への質量負荷を防ぎ、Ｑ値を高めるため、真空に保つか、あるいはＨｅガスなどの軽い気体が充填されていることが望ましい。
【００２１】
そしてこのパッケージ１２は、平板状の底部１４と、この底部１４上に配置された、可動用スペーサ１５と、この可動用スペーサ１５上に設けられた素子用スペーサ１６と、底部１４上に接合され、光学反射素子５の上方に空間を設けるように形成された蓋部１７とを備えている。
【００２２】
本実施の形態では、蓋部１７と底部１４とは金属で形成され、溶接によって接合されている。これにより、蓋部１７と底部１４との密着性を高め、パッケージ１２の気密性を高めることができる。
【００２３】
ここで図３に示すように、可動用スペーサ１５には、光学反射素子５のミラー部６、駆動部（図１の７）、枠体（図１の８）、駆動部（図１の９）のそれぞれの変位駆動が可能なキャビティ１８が設けられている。
【００２４】
また素子用スペーサ１６には、前述のキャビティ１８の上方位置に、光学反射素子５をはめ込めるようなキャビティ１９が設けられている。このキャビティ１９は、キャビティ１８よりも大きい。
【００２５】
また蓋部１７は、ミラー部６の上方に相当する位置に、開口部２０（孔）が設けられ、開口部２０の周縁がパッケージ１２の上方へ盛り上がるように突出している。すなわち開口部２０の周縁一帯には、環状の突起部２１が形成されている。
【００２６】
そして開口部２０の上方には、上側が凸となる湾曲形状の光透過部１３が被せられている。この光透過部１３の構成について、以下に説明する。
【００２７】
すなわち本実施の形態における光透過部１３は、図３に示すように、その表面１３Ａおよび裏面１３Ｂが、ミラー部６の反射面６Ａに中心点２２を有する球面の一部で構成されるものである。図３に示す中心点２２から光透過部１３の表面１３Ａの任意の点までの半径ｒ１、ｒ２、ｒ３は等しい。
【００２８】
このように、光透過部１３をミラー部６に中心点２２を有する球面の一部で構成することにより、光源をいずれの場所においても、光源から入射した光は、光透過部１３の裏面１３Ｂに対してもほぼ垂直に入射し、光をこの裏面１３Ｂからミラー部６側に向って殆ど屈折させずに直進して出射させることが出来る。そしてその結果、スクリーン等の走査面上にドットがぶれて表示されるのを防ぎ、描画精度を高めることができる。
【００２９】
なおこの中心点２２は、ミラー部６の反射面６Ａに形成することが好ましいが、少なくともミラー部６に配置することで、光学反射素子ユニット１１の描画精度を向上させることができる。またミラー部６の中心をターゲットに直進光を照射することが多いため、中心点２２は、ミラー部６の中心に設けることが好ましい。
【００３０】
そして本実施の形態では、この湾曲形状の光透過部１３は、前述の突起部２１の外側に載置され、光透過部１３と突起部２１との隙間には、シール材２３が挿入されている。このシール材２３は、弾性の高い樹脂あるいはゴムなどが好ましい。
【００３１】
このように光透過部１３をパッケージ１２と接合することによって、パッケージ１２の気密性を向上させることができる。
【００３２】
その理由を以下に説明する。
【００３３】
すなわち、光透過部１３の端部を接着剤等で接合しただけでは、光透過部１３が外圧を受けた際に、光透過部１３の端部に内向きの負荷が掛かり、光透過部１３がパッケージ１２から外れたり位置ずれしたりしやすくなる。ここでパッケージ１２の内部は、真空にすることによって、光学反射素子５のＱ値を高めることができるが、その場合、光透過部１３は外方から内向きに大きな圧力がかかり、より位置ずれや脱離を起こしやすくなる。そしてその結果、パッケージ１２の気密性が低下し、Ｑ値が低下したり、塵埃、異物などが混入したりして素子の特性を悪化させてしまう。
【００３４】
これに対し本実施の形態では、光透過部１３の内側に突起部２１を設け、シール材２３を介して光透過部１３を支持することができるため、光透過部１３とパッケージ１２との接合強度が高まり、結果としてパッケージ１２の気密性を向上させることができる。またシール材２３を、突起部２１や光透過部１３と比較して弾性の小さい（軟らかい）材料とすることにより、内向きに外圧がかかっても、光透過部１３と突起部２１との隙間を埋めるようにシール材２３が弾性変形し、光透過部１３と突起部２１とを密着封止させることができる。
【００３５】
本実施の形態では、光透過部１３と突起部２１の隙間にシール材２３を充填できるため、光透過部１３にシール材２３が付着する面積を大きくすることができ、パッケージ１２の気密性向上に寄与する。
【００３６】
さらに本実施の形態では、光透過部１３が湾曲していても、パッケージ１２と高い密着力で接合することができるため、光透過部１３を必要な領域にのみ配置することができる。すなわち光透過部１３を半球形状よりも中心角の小さい扇形にすることができ、光透過部１３を小さくすることができる。ここで光透過部１３は、ガラス等の機械的強度が低い材料で構成されることが多いが、パッケージ１２と組み合わせることによって光透過部１３の面積を小さくでき、ユニット全体の強度を高めることができる。さらに光学的に設計された光透過部１３は高価であるが、面積が小さいためコストを下げることができる。
【００３７】
また図３に示すように光透過部１３は、光学反射素子５の水平面に対して垂直な断面において、その一端１３Ｃとミラー部６の中心点２２とを結ぶ直線と、他端１３Ｄと中心点２２とを結ぶ直線との成す角が１２０度以下となるように形成する事が好ましい。
【００３８】
その理由は、不要な光の入射及び出射を極力低減するためである。
【００３９】
すなわち光透過部１３には、光源からの光を入射および出射させなければならないが、それ以外の不要な光が入・出射すると、光学反射素子５の描画精度が低下する原因となる。したがって本実施の形態では、光透過部１３を、中心角の小さい扇形とすることによって、光源光の入・出射に必要最低限の大きさとし、描画精度を高めることができた。
【００４０】
またパッケージ１２の内壁であって、光学反射素子５の表面（反射面側）と対向する領域は、粗面化する事が好ましい。すなわち本実施の形態では、少なくとも図３に示す蓋部１７の裏面１７Ａは粗面化する事が好ましい。なお本実施の形態では、蓋部１７は金属で形成しているが、ミラー部６よりも粗面化した。具体的には、平面粒疎度が１μｍ〜１００μｍ程度の粗面化が適している。
【００４１】
このように粗面化することによって、パッケージ１２内に不要な光が発生した場合も、裏面１７Ａ上で分散されるため、光透過部１３から出射しても走査面上の大きなノイズとはなりにくく、描画精度を向上させることができる。ここで蓋部１７を金属で加工する場合、一般に反射率が高くなることから、粗面化により不要な反射光を分散させることは非常に有用である。
【００４２】
なお本実施の形態では、蓋部１７は平面が多いため、湾曲している光透過部１３自体の裏面１３Ｂを粗面化するよりも加工しやすいと言う利点がある。
【００４３】
図５は本実施の形態の別の例のパッケージ１２を示すものであり、シール材２３が凹部２４を有する構造とした。この凹部２４に光透過部１３の端部を挿入することにより、光透過部１３の端部を内外から保持する事ができ、パッケージ１２との接合強度が高まる。
【００４４】
また凹部２４の開口径を光透過部１３の端部の直径よりもやや小さくすることによって、光透過部１３の端部が抜け難くなり、パッケージ１２の気密性をより高めることができる。
【００４５】
図６は、更に別の例のパッケージ１２を示すものであり、シール材２３が、光透過部１３の端部を挿入するための凹部２４を有する構造であって、さらにこのシール材２３が突起部２１の上端から内壁を経てパッケージ１２の内壁（蓋部１７の裏面１７Ａ）に至るまで回り込んで付着している。
【００４６】
このように形成することによって、例えば光透過部１３の端部の外側で、シール材２３が上方へ（矢印２５方向）持ち上がり剥離しかけても、このシール材２３は突起部２１の内側の上端部２１Ａが支点となって、突起部２１の内側の下端部２１Ｂには、外方へ（矢印２６方向）と力が働くことになる。したがって、シール材２３の剥離を抑制することができ、結果として光透過部１３とパッケージ１２との接合強度をより高めることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態においても、蓋部１７の裏面１７Ａを粗面化しておけば、シール材２３の接着面積を増やすことができ、接合強度の向上に寄与する。
【００４８】
なお本実施の形態では、図１に示すように駆動部７、９はミアンダ形としたが、その他カンチレバー形や十字形、音叉形の駆動部でもよい。また駆動部７、９は、それぞれ圧電駆動方式以外にも、静電駆動方式や電磁駆動方式にも応用ができる。また本実施の形態の光学反射素子５は、それぞれ中心軸Ｓ１、Ｓ２の異なる駆動部７、９を用いたため、ミラー部６は二軸駆動するが、例えば駆動部７のみを用いて一軸駆動させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の光学反射素子は、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどの小型画像投影装置や、レーザープリンタ、電子写真装置の小型化かつ高精度化に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１における光学反射素子の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における光学反射素子の動作を示す側面図
【図３】本発明の実施の形態１における光学反射素子ユニットの断面図
【図４】同光学反射素子ユニットの斜視図
【図５】本発明の実施の形態１における別の例の光学反射素子ユニットの断面図
【図６】本発明の実施の形態１における別の例の光学反射素子ユニットの断面図
【図７】従来の光学反射素子ユニットの断面図
【符号の説明】
【００５１】
５  光学反射素子
６  ミラー部
６Ａ  反射面
７  駆動部
７Ａ〜７Ｄ  振動板
８  枠体
９  駆動部
９Ａ〜９Ｅ  振動板
１０  支持体
１１  光学反射素子ユニット
１２  パッケージ
１３  光透過部
１３Ａ  表面
１３Ｂ  裏面
１３Ｃ  一端
１３Ｄ  他端
１４  底部
１５  可動用スペーサ
１６  素子用スペーサ
１７  蓋部
１７Ａ  裏面
１８  キャビティ
１９  キャビティ
２０  開口部
２１  突起部
２１Ａ  上端部
２１Ｂ  下端部
２２  中心点
２３  シール材
２４  凹部
２５  矢印
２６  矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010122412.tif 000008
【図７】
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