(57)【要約】【課題】本発明は光学反射素子を小型化す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１と、このミラー部１と第一の支持部２で連結された音叉形圧電振動子４と、この音叉形圧電振動子４の振動中心３と第二の支持部５で連結された支持体６とを備え、音叉形圧電振動子４は、その振動中心３を通る連結部７と、この連結部７の両端からそれぞれ延伸するアーム８、９とを有し、これらのアーム８、９の内側の辺と連結部７の内側の辺との成す角は、鈍角であるものとした。これにより本発明は、小型の光学反射素子を実現できる。【選択図】図１
2010044307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、
このミラー部と第一の支持部で連結された音叉形圧電振動子と、
この音叉形圧電振動子の振動中心と第二の支持部で連結された支持体とを備え、
前記音叉形圧電振動子は、
その振動中心を通る連結部と、
この連結部の両端からそれぞれ延伸するアームとを有し、
これらのアームの内側の辺と前記連結部の内側の辺との成す角は、鈍角である光学反射素子。
【請求項２】
ミラー部と、
このミラー部と第一の支持部で連結された音叉形圧電振動子と、
この音叉形圧電振動子の振動中心と第二の支持部で連結された支持体とを備え、
前記音叉形圧電振動子は、
その振動中心を通る連結部と、
この連結部の両端からそれぞれ延伸するアームとを有し、
前記連結部の内側の辺は、
前記振動中心側から前記アームに向って外方へ湾曲している光学反射素子。
【請求項３】
前記連結部と前記第一の支持部との成す角は、
約９０度である請求項１または２に記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記アームの外側の辺と前記連結部の外側の辺との成す角は、鈍角である請求項１または２に記載の光学反射素子。
【請求項５】
前記連結部の外側の辺は、
前記振動中心側から前記アームに向って外方へ湾曲している請求項１または２に記載の光学反射素子。
【請求項６】
一対の前記音叉形圧電振動子が、
前記ミラー部を介して対向し、
このミラー部とそれぞれ前記第一の支持部で連結されるとともに、
それぞれ第二の支持部で前記支持体と連結されている請求項１または２に記載の光学反射素子。
【請求項７】
前記支持体は、
さらに振動子と連結されている請求項１または２に記載の光学反射素子。
【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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディスプレイ装置などに用いられる光学反射素子としては、ガルバノミラーなどが挙げられる。
【０００３】
このガルバノミラーは、ミラー部とこのミラー部の外周に配置されたコイルと、このコイルの外側に配置された磁石とを備え、この磁石の内側に磁界を発生させ、磁界中のコイルに電流を流すことで電磁力を発生させる。そしてこの電磁力によってミラー部を駆動させ、回動するミラー部でレーザー光を反射することにより、スクリーン面上にレーザー光線を掃引させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そして近年、このようなディスプレイ装置の小型化に伴い、光学反射素子の小型化が命題となっている。
【特許文献１】特開平７−２１８８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光学反射素子では、小型化が困難であった。
【０００６】
それは、ミラー部を駆動するための磁石が、大きな配置面積を要するからである。
【０００７】
そこで本発明は光学反射素子を小型化することを目的とする。
【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、ミラー部と、このミラー部と第一の支持部で連結された音叉形圧電振動子と、この音叉形圧電振動子の振動中心と第二の支持部で連結された支持体とを備え、音叉形圧電振動子は、その振動中心を通る連結部と、この連結部の両端からそれぞれ延伸するアームとを有し、これらのアームの内側の辺と連結部の内側の辺との成す角は、鈍角であるものとした。
【発明の効果】
【０００９】
これにより本発明は、光学反射素子を小型化することができる。
【００１０】
その理由は、音叉形圧電振動子のアームを、圧電駆動で撓み振動させることにより、ミラー部を励振できるからである。そしてその結果、光学反射素子を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１） 
以下、本発明の実施の形態１における光学反射素子の構成について説明する。 
【００１２】
図１において、光学反射素子は、ミラー部１と、このミラー部１とそれぞれ一端が連結された第一の支持部２と、これらの第一の支持部２の他端とそれぞれの振動中心３で連結されるとともに、ミラー部１を介して対向する一対の音叉形圧電振動子４と、これらの音叉形圧電振動子４の各振動中心３とそれぞれ一端が連結された第二の支持部５と、これらの第二の支持部５の他端と連結されるとともに、一対の音叉形圧電振動子４の外周を囲う枠体６（支持体）とを備えている。
【００１３】
そして音叉形圧電振動子４は、その振動中心３を通り、左右に延伸している連結部７と、この連結部７の両端とそれぞれ連結された第一のアーム８、第二のアーム９とを有している。
【００１４】
また本実施の形態では、一対の音叉形圧電振動子４は共通の回転軸１０を有し、第一の支持部２、第二の支持部５の中心軸はこの回転軸１０と一致する。
【００１５】
さらに回転軸１０はミラー部１の重心を通り、一対の音叉形圧電振動子４は、回転軸１０に垂直であってミラー部１の重心を通る直線に対して、線対称に形成されている。
【００１６】
そして各音叉形圧電振動子４の第一のアーム８、第二のアーム９は、それぞれ第一の支持部２を挟むように配置され、連結部７の端部１１からミラー部１側に向って、回転軸１０とほぼ平行に延伸している。
【００１７】
また本実施の形態では、音叉形圧電振動子４の共振周波数と、ミラー部１と第一の支持部２で構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数となるように振動設計した。これにより効率良くミラー部１を回動させることができる。
【００１８】
さらに本実施の形態では、第一の支持部２と第二の支持部５とをミアンダ形とした。これにより第一の支持部２および第二の支持部５は変形しやすくなり、これらを効率よく捩り振動させることができる。また第一の支持部２及び第二の支持部５の共振器長は、ほぼ同一とすることが好ましい。所定の入力信号でこれらを効率よく捩り振動させるためである。
【００１９】
なお、本実施の形態では、第二の支持部５のミアンダの折り返し幅は、第一の支持部２のミアンダの折り返し幅よりも広く形成した。すなわち、第二の支持部５と第一の支持部２の共振器長を等しくするには両者を同形状にすればよいが、その場合には光学反射素子が大型化する。光学反射素子のサイズを小型に保つためには枠体６と音叉形圧電振動子４との間のスペースを狭くしてその中に共振器長を変化させずに第二の支持部を設置すればよいが、そのためには第二の支持部５の折り返し幅を広くし、折り返し数を減らした形状で第二の支持部５の共振器長を第一の支持部２と近似させればよい。これにより、音叉形圧電振動子４と枠体６との間のスペースを小さくし、光学反射素子の小型化を維持することができる。
【００２０】
また本実施の形態では、連結部７の端部１１において、この端部の内側の辺と第一のアーム８または第二のアーム９の内側の辺との成す角（内角）θ1は１３５°とした。すなわち、連結部７の端部１１は、その内側の辺が、音叉形圧電振動子４の振動中心３側から第一のアーム８、第二のアーム９に向けて斜め外方に広がる直線で構成されている。
【００２１】
さらに本実施の形態では、連結部７の振動中心３側（付け根部分１２）は回転軸１０に対して垂直（θ２＝９０°）である。そして連結部７は途中で一度内側に折り曲がっており、その折曲がり角度θ３は１３５°である。折り曲げ回数は複数回でもよいが、この折り曲げ角を鈍角とすることにより、後述のように振動効率を向上させることが出来る。
【００２２】
また本実施の形態では、連結部７の端部１１は、その外側の辺も、音叉形圧電振動子４の振動中心３側から第一のアーム８、第二のアーム９に向けてそれぞれ斜め外方に広がる直線で構成されている。なお、本実施の形態では、連結部７の外側の辺と第一のアーム８、第二のアーム９の外側の辺との成す角（内角）θ４は、それぞれ１３５°とした。
【００２３】
さらに本実施の形態では、連結部７の幅をほぼ均一にするため、連結部７の外側の辺も途中で内方に折れ曲がっており、その曲げ角θ５は１３５°である。これにより本実施の形態では、連結部７の外側の辺と内側の辺とは、いずれの領域においてほぼ平行に形成されている。
【００２４】
このような音叉形圧電振動子４の形状によって、ミラー部１を効率よく回動させることができる。その理由については、後述する。
【００２５】
そして本実施の形態では、図２に示すようにこの光学反射素子の基材としてシリコン基板１３を用いた。この基材としては、シリコン以外にも、弾性、機械的強度および高いヤング率を有する材料で構成することができる。具体的には、水晶、ガラス、石英またはセラミック材料や、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などが挙げられる。
【００２６】
そして本実施の形態では、シリコン基板１３で構成された第一のアーム８、第二のアーム９にはそれぞれ圧電素子１４を有している。
【００２７】
この圧電素子１４は、下部電極層１５、圧電体層１６および上部電極層１７の積層体構造からなる。なお、本実施の形態では、下部電極層１５および圧電体層１６は第一のアーム８、第二のアーム９に共通に形成し、上部電極層１７はそれぞれ電気的に独立するように形成した。
【００２８】
また、これらの下部電極層１５、圧電体層１６および上部電極層１７はシリコン基板１３上に順次スパッタリング技術などの薄膜プロセスにより形成することができる。
【００２９】
そしてこのように形成された圧電素子１４は薄型化できるため、第一のアーム８および第二のアーム９の厚みは、これらの幅寸法よりも小さくできる。これにより振幅が大きくなり、小型の光学反射素子を実現することができる。
【００３０】
ここで圧電体層１６に用いる圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高い圧電定数を有する圧電体材料が好ましい。下部電極層１５に用いる材料としては、白金などが挙げられる。上部電極層１７に用いる材料としては、チタン／金などが挙げられる。上部電極層１７の下層をチタンとすることでＰＺＴ薄膜などの圧電体層１６との密着力を高めることができ、チタンの他にクロムなどの金属を用いることができる。これによって、圧電体層１６との密着性に優れ、かつ、金電極とは強固な拡散層を形成していることから、密着強度の高い圧電素子１４を形成することができる。
【００３１】
なお本実施の形態では第一のアーム８、第二のアーム９に形成した圧電素子１４のそれぞれの上部電極層１７と、これらに共通の下部電極層１５とは、それぞれ電気的に独立した引き出し線（図示せず）を備え、これらの引き出し線は個別に素子上に引きまわされ、図１の接続端子１８〜２０へと接続される。
【００３２】
次に、このような構成からなる光学反射素子の動作原理について説明する。
【００３３】
図２に示す下部電極層１５と上部電極層１７との間に交流の駆動電圧を印加すると、圧電体層１６が面方向に伸び・縮みし、第一のアーム８と第二のアーム９が基材に対して垂直方向に撓み振動する。
【００３４】
このとき、第一のアーム８と第二のアーム９上のそれぞれの上部電極層１７に、正負反対の駆動信号を印加すれば、図３に示すように、第一のアーム８と第二のアーム９とを、位相が１８０度異なる方向（矢印２１、２２方向）に、つまり逆方向に撓み振動させることができる。ここで本実施の形態では、第一のアーム８、第二のアーム９は、その先端を自由端とする片持ち構造のため、大きく撓み振動させることができる。
【００３５】
そして、この第一のアーム８と第二のアーム９の振動エネルギーは、音叉形圧電振動子４の連結部７へと伝搬される。これによって、音叉形圧電振動子４は、その振動中心３を通る回転軸１０を中心に、所定の周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。
【００３６】
次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部７に接合された第一の支持部２に伝達され、第一の支持部２とミラー部１とで構成される捩れ振動子が、その回転軸１０を中心に矢印２３方向に捩れ振動を起こすようになる。これによって、ミラー部１はその回転軸１０を軸中心として反復回転振動を起こす。このとき、音叉形圧電振動子４の反復回転振動の方向と、第一の支持部２およびミラー部１で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が１８０度異なる反対方向に振動することとなる。
【００３７】
上述のように駆動可能な光学反射素子は、ミラー部１に例えばレーザー光源またはＬＥＤ光源などから発生させた光線を入力し、振動するミラー部１で反射させることによって、光線を走査することができる。
【００３８】
次に、本実施の形態１における光学反射素子の製造方法について図２を用いて説明する。
【００３９】
まず始めに、図２に示すような基材となるシリコン基板１３を準備し、その上にスパッタリング法または蒸着法などの薄膜プロセスを用いて下部電極層１５を形成する。
【００４０】
その後、この下部電極層１５の上にスパッタリング法などによって圧電体層１６を形成する。このとき、圧電体層１６と下部電極層１５との間には、配向制御層としてＰｂとＴｉを含む酸化物誘電体を用いることが好ましく、ＰＬＭＴからなる配向制御層を形成することがより好ましい。これによって、圧電体層１６の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電素子１４を実現することができる。
【００４１】
次に、この圧電体層１６の上にチタン／金よりなる上部電極層１７を形成している。なお、本実施の形態では、白金の下部電極層１５の厚みは０．２μｍ、ＰＺＴからなる圧電体層１６は３．５μｍ、および上部電極層１７のチタン部分は０．０１μｍとし、金電極部分は０．３μｍで形成している。
【００４２】
次に、下部電極層１５、圧電体層１６、上部電極層１７とを、フォトリソ技術を用いてエッチングし、圧電素子１４をパターン形成する。
【００４３】
このとき、上部電極層１７のエッチング液としてはヨウ素／ヨウ化カリウム混合溶液と水酸化アンモニウム、過酸化水素混合溶液からなるエッチング液を用いて所定の電極パターンを形成した。
【００４４】
また、下部電極層１５、圧電体層１６に用いるエッチング方法としては、ドライエッチング法とウエットエッチング法のいずれかの方法、あるいはこれらを組み合わせた方法などを用いることができる。
【００４５】
一例として、ドライエッチング法であればフルオロカーボン系のエッチングガス、あるいはＳＦ６ガスなどを用いることができる。
【００４６】
その他、圧電体層１６を、弗酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液を用いウエットエッチングしてパターニングし、その後、さらに、ドライエッチングによって下部電極層１５をエッチングしてパターニングする方法がある。
【００４７】
次に、ＸｅＦ２ガスを用いてシリコン基板１３を等方的にドライエッチングすることによって不必要なシリコン部分を除去してパターニングすれば、図１に示したような形状の光学反射素子を形成することができる。
【００４８】
なお、シリコン基板１３をより高精度にエッチングする場合は、シリコンの異方性を利用したドライエッチングが好ましい。この場合は、エッチングを促進するＳＦ６ガスとエッチングを抑制するＣ４Ｆ８ガスの混合ガスを用いるか、あるいはこれらのガスを交互に切り替えることにより、より直線的にエッチングできる。
【００４９】
以上のような製造方法によって、小型で、高精度な光学反射素子を一括して効率よく作製することができる。
【００５０】
以上のような製造プロセスによって、例えばミラー部１の大きさが１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、枠体６の大きさが７．２ｍｍ×３．８ｍｍ、第一のアーム８、第二のアーム９幅がそれぞれ７．００ｍｍの光学反射素子を形成することができる。
【００５１】
本実施の形態では、ミラー部１、第一の支持部２、音叉形圧電振動子４、第二の支持部５、枠体６の基材を、同一基材（図２のシリコン基板１３）から一体形成とすることによって、安定した振動特性と、生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００５２】
また本実施の形態における光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材の上に薄膜プロセス、フォトリソ技術などの半導体プロセスを応用することによって高精度に、一括して作製することができ、光学反射素子の小型化、高精度化および生産効率に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００５３】
なお、ミラー部１は基材の表面を鏡面研磨することによっても形成できるが、光の反射特性に優れた金やアルミニウムの金属薄膜をミラー膜として形成することもできる。本実施の形態では、上部電極層１７として金を用いた為、この金の膜をそのままミラー膜として用いることができ、生産効率も高まる。  
【００５４】
本実施の形態の効果を以下に説明する。
【００５５】
本実施の形態では、光学反射素子を小型化することができる。
【００５６】
それは、図１に示すような音叉形圧電振動子４を用いることにより、それぞれの第一のアーム８、第二のアーム９の撓み振動を利用して、ミラー部１を反復回転振動することができるからである。
【００５７】
したがって、配置面積の大きい磁石等を用いることなく、ミラー部１を励振することができ、素子の小型化に寄与する。
【００５８】
また駆動源を音叉形にすることにより、アームの先端が自由端となるため、小型であってもミラー部１の振れ角度を効率よく大きくできる。
【００５９】
また振動源を、高Ｑ値を有する音叉形とすることにより、小さなエネルギーで大きな振動エネルギーを得ることが出来、素子の小型化にも寄与する。
【００６０】
さらに本実施の形態では、連結部７の端部１１の内側の辺と、第一のアーム８、第二のアームの内側の辺との成す角θ１を鈍角にしたことによって、ミラー部１の振幅角を大きくすることができる。
【００６１】
すなわち、本実施の形態における光学反射素子のミラー部１の振幅角と振動周波数を図４の実施例３に示す。これにより分かるように、本実施の形態における光学反射素子は、連結部の端部１１から第一のアーム８、第二のアーム９が垂直に折り曲げられた（θ１＝９０度）比較例１と比べて、高い周波数で駆動しているにもかかわらず、大きな振幅が得られる。なお、一般に共振駆動では入力エネルギーを機械的な変位に変換する効率が同じであれば周波数が高周波化するほど変位量は減少する。本実施の形態と比較例１の結果では前記の関係は成立しておらず、このことは本実施の形態での素子が高いエネルギー変換効率が有することを意味している。
【００６２】
またさらに詳細に検討すると、図４、図５に示すように、ミラーの外形が７．２ｍｍ×３．８ｍｍ、第一のアーム８、第二のアーム９のアーム幅が７．００ｍｍの光学反射素子において、連結部７の端部１１の内側を斜めに形成した実施例１〜３、実施例５、７は、第一のアーム８、第二のアーム９が連結部７から直角に折れ曲がっている図４の比較例１、２と比べて、ミラー部１の振幅が非常に大きくなる。
【００６３】
その理由は、本実施の形態では、振動エネルギーの伝播効率が高いからと考えられる。すなわち、連結部７の端部１１と第一のアーム８および第二のアーム９との成す角θ１をそれぞれ鈍角とすることによって、アームは連結部７へとなだらかに繋がることになる。したがって、第一のアーム８、第二のアーム９の振動エネルギーは、効率よく音叉形圧電振動子４の振動中心３へと伝搬され、第一の支持部２およびミラー部１とで構成される捻じれ振動子の回動角が大きくなり、結果としてミラー部１の振幅角を大きくすることができる。
【００６４】
また本実施の形態では、連結部７の折り曲げ角θ３も鈍角にしているため、連結部７の端部１１から振動中心３までのエネルギーの伝搬効率も向上し、結果としてミラー部１の振幅角を大きくすることができる。
【００６５】
さらに本実施の形態では、この角度θ１やθ３を調整することによって、音叉形圧電振動子４の共振器長を調整することができる。ここで、音叉形圧電振動子４の共振周波数は、第一のアーム８、第二のアーム９の伸長によっても調整することができるが、例えば第一のアーム８、第二のアーム９を短くすると、発生するエネルギーは大幅に減少する傾向にある。これに対し、前述のように角度θ１、θ３を変えても、発生するエネルギーに与える影響は少ない。したがって本実施の形態では、高いエネルギー効率を保ちつつ、音叉形圧電振動子４の共振周波数を調整することができる。
【００６６】
なお、第一のアーム８、第二のアーム９と連結部７との内側の成す角θ１や連結部７の折り曲げ角θ３の角度は、９０度より大きく１８０度未満で適宜調整が可能であるが、角度が大きすぎても小さすぎても前記のエネルギーの伝播効率向上効果および音叉型圧電振動子の共振器長調整効果が低くなる。図４、図５の実施例１〜３、実施例５、７で示した光学反射素子の解析の結果ではθ１の角度は１３５〜１５０度程度、θ３の角度は１２０〜１３５度程度が適当であった。
【００６７】
また連結部７の端部１１は、その外側も斜めに形成することによって、ミラー部１の振幅角をより大きくすることができる。
【００６８】
すなわち連結部７の外側の辺と第一のアーム８、第二のアームの外側の辺との成す角もそれぞれ鈍角にすることによって、第一のアーム８、第二のアーム９と連結部７の幅を均一化できる。なお、エネルギー伝播経路の途中でアーム幅が広くなるとエネルギーが拡散するため、伝播効率が劣化する。伝播経路でのアーム幅を均一化することで前記エネルギー拡散を低減することが可能となる。
【００６９】
ここで、図４の実施例１と図５の実施例５とを比較しても分かるように、実施例５のように角部の外側も斜めに形成されている光学反射素素子は、実施例１の連結部７から第一のアーム８、第二のアーム９が直角に折れ曲がっている光学反射素子と比べて、高い周波数で駆動しているにもかかわらず、同等以上の振幅を得ることが出来る。したがって、実施例５は、実施例１と比較して、更に効率よくミラー部１を駆動させることが出来る。
【００７０】
なお、連結部７の付け根部分１２の幅は、連結部７の端部１１（第一のアーム８、第二のアーム９との結合部位）の幅と同じか、これよりやや太くすることが好ましい。ここで分析により、図４の実施例１と図５の実施例７との比較や、図４の実施例４と図５の実施例６との比較から、連結部７の付け根部分１２を細くすると、周波数が低くなるにもかかわらず、振幅角が得られず、振動エネルギーの伝搬効率が低下する傾向が分かっている。
【００７１】
さらに連結部７の付け根部分１２は第一の支持部２に対して垂直とすることによって、ミラー部１の振幅角をより大きくすることができる。
【００７２】
すなわち図１に示すように、連結部７の振動中心３近傍（付け根部分１２）を一直線に形成すると、第一のアーム８からの振動エネルギーと、第二のアーム９からの振動エネルギーとを、効率よく振動中心３に集中させることができると考えられる。
【００７３】
なお、音叉形圧電振動子４は図４の実施例４、図５の実施例６に示すように、Ｕ字形でもよい。この場合、連結部７は、内側の辺が振動中心３側から第一のアーム８、第二のアーム９に向って外方に湾曲して広がる曲線で形成される。これにより連結部７と第一のアーム８、第二のアーム９とはなだらかに繋がることから、振動エネルギーの伝搬効率を高め、ミラー部１の振幅角を大きくすることができる。また外側の辺も同様に、振動中心３側から第一、第二のアーム８、９に向って外方に湾曲して広がる曲線で形成することによって、連結部７の幅が均一化し、振動エネルギーの伝搬効率をより向上させることができる。
【００７４】
なお、図４の実施例３と図５の実施例５とを比較しても分かるように、連結部７の付け根部分１２が第一の支持部２に対して垂直である実施例３の光学反射素子は、連結部７が第一の支持部２に対して斜めに結合されている実施例５の光学反射素子と比べて、ミラー部１の振幅角がより大きくなっている。この結果からも、連結部７は、第一の支持部２と連結する領域において、この第一の支持部２に直交するように形成することが好ましいことがわかる。
【００７５】
また実施の形態では、ミラー部１をその両側から一対の音叉形圧電振動子４で囲い、これらの音叉形圧電振動子４の外周を枠体６で囲う構成のため、各部材が小さな隙間を介して幾層か巻いたような構造となり、素子全体のデッドスペースを減らし、素子を小型化できる。
【００７６】
また本実施の形態では、ミラー部１の両側に、対称的に音叉形圧電振動子４を配置しているため、ミラー部１を安定して左右対称に励振させることができ、その中心が不動点となるため光を安定して走査することができる。
【００７７】
またミラー部１は、その両端が第一の支持部２で支持されている両持ち構造のため、ミラー部１の不要な共振を抑制し、さらに外乱振動による影響も低減できる。
【００７８】
なお、上記実施の形態では、第一のアーム８と第二のアーム９の双方に圧電素子（図２の１４）を形成したが、少なくともいずれか一方のみに圧電素子１４を形成してもよい。これは音叉形振動子の特性を利用したものであり、どちらか一方のアームが振動すると、連結部７を介して他方のアームに運動エネルギーが伝播し、この他方のアームも励振させることができるからである。
【００７９】
また圧電素子１４は、連結部７にまで延伸しなくてもよく、第一のアーム８、第二のアーム９にのみ配置してもよい。
【００８０】
さらに本実施の形態では、圧電素子１４は、第一のアーム８、第二のアーム９のそれぞれ片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。
【００８１】
また、本実施の形態では、第一の支持部２、第二の支持部５はいずれもミアンダ形としたが、いずれか一方または両方直線状に形成してもよい。さらにそれぞれの断面形状を円状とすれば、捩れ振動の振動モードが安定し、不要共振も抑制することができ、外乱振動に影響されにくい光学反射素子を実現することができる。
【００８２】
さらに上記実施の形態では、音叉形圧電振動子４をミラー部１の両側にそれぞれ設けたが、図６に示すように、ミラー部１の片側にのみ設けてもよい。このような構成でも、ミラー部１を、回転軸１０を中心に反復回転振動させることが出来る。また音叉形圧電振動子４を片側にのみ設けた場合は、光学反射素子をより小型化することができる。
【００８３】
（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との主な違いは、実施の形態１に示すような光学反射素子の枠体６（支持体）にさらに振動子を連結させ、二軸駆動の光学反射素子とした点である。
【００８４】
すなわち本実施の形態の光学反射素子は、図７に示すように、枠体６にそれぞれの一端が連結された第三の支持部２４と、この第三の支持部２４の他端と連結されるとともに、枠体６を介して対向する一対の音叉形圧電振動子４Ａと、これらの音叉形圧電振動子４Ａの振動中心３Ａとそれぞれ一端が連結された第四の支持部２５と、これらの第四の支持部２５の他端と連結されるとともに、一対の音叉形圧電振動子４Ａの外周を囲う枠形状の支持体２６とを備えている。
【００８５】
そして対となる音叉形圧電振動子４Ａは共通の回転軸１０Ａを有し、この回転軸１０Ａは、音叉形圧電振動子４の回転軸１０とミラー部１の重心で直交する関係にある。また第三の支持部２４と第四の支持部２５の中心軸は、それぞれ同一線上にあり、回転軸１０Ａと一致する。さらに一対の音叉形圧電振動子４Ａは、音叉形圧電振動子４の回転軸１０に対して線対称形である。
【００８６】
さらに音叉形圧電振動子４Ａは、第三の支持部２４の両側に、それぞれ回転軸１０Ａと平行な第三のアーム８Ａと第四のアーム９Ａと、これらの第三のアーム８Ａと第四のアーム９Ａの端部と振動中心３Ａとをつなぐ連結部７Ａとを有している。
【００８７】
また本実施の形態では、第一の支持部２、第二の支持部５、第三の支持部２４、第四の支持部２５はいずれも直線形であり、第一の支持部２と第二の支持部５、第三の支持部２４と第四の支持部２５とはそれぞれ共振器長をほぼ同一にしている。
【００８８】
そして本実施の形態では、実施の形態１と同様に、音叉形圧電振動子４の連結部７の端部１１における内側の辺と第一のアーム８、第二のアーム９との成す角を鈍角にしている。
【００８９】
以下、本実施の形態における光学反射素子の動作について説明する。
【００９０】
音叉形圧電振動子４Ａは、第三のアーム８Ａと第四のアーム９Ａにそれぞれ圧電素子を配置し、これらの第三のアーム８Ａと第四のアーム９Ａとを逆位相駆動させることによって、その振動エネルギーが連結部７Ａへと伝搬し、音叉形圧電振動子４Ａは、その振動中心３Ａを通る回転軸１０Ａを中心に、所定の周波数にて反復回転振動をする。
【００９１】
そしてこの反復回転振動の振動エネルギーが、連結部７Ａに接合された第三の支持部２４に伝達され、第三の支持部２４と枠体６とで構成される捩れ振動子が、その回転軸１０Ａを中心に捩れ振動を起こし、枠体６の振幅に伴ってミラー部１も回転軸１０Ａを中心に回動させることが出来る。このとき、音叉形圧電振動子４Ａの反復回転振動の方向と、第三の支持部２４および枠体６で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が１８０度異なる反対方向に振動することとなる。
【００９２】
なお、音叉形圧電振動子４の動作については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００９３】
このように本実施の形態では音叉形圧電振動子４、４Ａを組み合わせることにより、二つの直交する回転軸１０、１０Ａを中心にミラー部１を回動させることができる。したがって、このミラー部１に入射した光を二軸方向に走査することができ、例えば画像を投影するプロジェクタなどに用いることが出来る。
【００９４】
ここで、この時、一般的にミラー部１の水平方向の振動周波数を、垂直方向の振動周波数よりも高くし、周波数比を高めることによって、高精度な画像を投影することができる。
【００９５】
本実施の形態では、音叉形圧電振動子４の内側の角を斜めに構成したことにより、振動エネルギーの伝播効率が高まるため、この音叉形圧電振動子４を効率よく高周波数駆動させることができる。また内側の角を斜めにすることにより、音叉形圧電振動子４の共振器長を短く調整することができ、共振周波数を高くすることができる。したがって、水平方向の振動周波数を高くすることができ、二軸方向における周波数比が高まることから高精度な画像を投影することができる。
【００９６】
なお、エネルギーの伝搬効率を高めるという観点においては、図８に示すように、音叉形圧電振動子４Ａも、連結部７Ａの内側の辺と第三のアーム８Ａ、第四のアーム９Ａの内側との成す角をそれぞれ鈍角にし、角を斜めにすることも有用である。
【００９７】
なおこの場合は、音叉形圧電振動子４、４Ａ及び枠体６、支持体２６それぞれの角の内側、外側を斜めにすることによって、角部材をはめ込むように配置することができるため、素子を小型化することができる。
【００９８】
（実施の形態３）
本実施の形態は、図９に示すように、実施の形態１に示すような光学反射素子の枠体６（支持体）にさらにミアンダ形圧電振動子２７が連結された、二軸駆動の光学反射素子である。
【００９９】
すなわち本実施の形態では、枠体６を介して対向する一対のミアンダ形圧電振動子２７は、それぞれ一端が枠体６と連結され、他端がミアンダ形圧電振動子２７および枠体６の外周を囲う枠形状の支持体２６と連結されている。
【０１００】
このミアンダ形圧電振動子２７は、回転軸１０にミラー部１の重心で直交する回転軸１０Ｂ（中心軸）を有し、この回転軸１０Ｂに垂直な複数の振動板２８が、同一平面上で折り返し連結されている。また一対のミアンダ形圧電振動子２７は、音叉形圧電振動子４の回転軸１０に対して線対称形である。
【０１０１】
本実施の形態におけるミアンダ形圧電振動子２７は、たとえば各振動板２８にそれぞれ圧電素子を配置し、隣接する振動板２８上の圧電素子に逆位相の電気信号を印加することによって、それぞれの振動板２８が交互に１８０度逆位相に撓み振動を起こす。このように振動板２８が交互に逆位相に駆動すると、ミアンダ形圧電振動子２７全体としては、回転軸１０Ｂを中心に振幅角が蓄積し、枠体６の変位を大きくすることができる。そしてこの枠体６の変位に伴って、ミラー部１も回転軸１０Ｂを中心に、大きく回動させることができる。
【０１０２】
本実施の形態では、実施の形態１と同様に、連結部７と第一のアーム８、第二のアーム９とで構成される内側の角部を斜めに構成したことにより、音叉形圧電振動子４の振動効率を向上させることができる。
【０１０３】
また本実施の形態では、垂直方向に駆動させる振動子をミアンダ形とすることによって、共振器長を長くすることができ、その共振周波数を下げることができる。したがって、二軸駆動の光学反射素子における垂直方向と水平方向における振動周波数比を向上させることができ、この光学反射素子を用いて高精度な画像を投影することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、特に電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施の形態１における光学反射素子の平面図
【図２】同光学反射素子の断面図（図１のＸＸ断面）
【図３】同光学反射素子の動作状態を示す模式図
【図４】本発明の一実施の形態における光学反射素子と比較例との振動効率を示す図
【図５】本発明の一実施の形態における光学反射素子の振動効率を示す図
【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の平面図
【図７】本発明の実施の形態２における光学反射素子の平面図
【図８】本発明の実施の形態２における別の例の光学反射素子の平面図
【図９】本発明の実施の形態３における光学反射素子の平面図
【符号の説明】
【０１０６】
１  ミラー部
２  第一の支持部
３、３Ａ  振動中心
４、４Ａ  音叉形圧電振動子
５  第二の支持部
６  枠体（支持体）
７  連結部
７Ａ  連結部
８  第一のアーム
８Ａ  第三のアーム
９  第二のアーム
９Ａ  第四のアーム
１０、１０Ａ、１０Ｂ  回転軸
１１  端部
１２  付け根部分
１３  シリコン基板
１４  圧電素子
１５  下部電極層
１６  圧電体層
１７  上部電極層
１８〜２０  接続端子
２１、２２  矢印
２３  矢印
２４  第三の支持部
２５  第四の支持部
２６  支持体
２７  ミアンダ形圧電振動子
２８  振動板
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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