(57)【要約】【課題】本発明は光学反射素子の駆動精度を高め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を介して対向するとともに、このミラー部１とそれぞれ第一の支持部２で連結された、対の第一の音叉形圧電振動子３と、これらの第一の音叉形圧電振動子３とそれぞれ第二の支持部５で連結された枠体６と、この枠体６とそれぞれ第三の支持部７で連結された対の第二の音叉形圧電振動子８と、これらの第二の音叉形圧電振動子８とそれぞれ第四の支持部１０で連結された支持体１１とを備え、第三の支持部７および第四の支持部１０はそれぞれミアンダ形状であり、これらの第三の支持部７または第四の支持部１０の少なくとも一方には、第一のモニター素子１７が設けられたものである。これにより本発明は、光学反射素子の駆動精度を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、このミラー部を介して対向するとともに、このミラー部とそれぞれ第一の支持部で連結された、対の第一の音叉形圧電振動子と、これらの第一の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結され、前記対の第一の音叉形圧電振動子の外周を囲う枠体と、この枠体を介して対向し、この枠体とそれぞれ第三の支持部で連結されるとともに、前記第一の音叉形圧電振動子の回転軸と直交する回転軸を有する対の第二の音叉形圧電振動子と、これらの第二の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第四の支持部で連結された支持体とを備え、
前記第三の支持部および第四の支持部はそれぞれミアンダ形状であり、
これらの第三の支持部または第四の支持部の少なくとも一方には、第一のモニター素子が設けられた光学反射素子。
【請求項２】
前記第三の支持部または第四の支持部の少なくとも一方には、
その回転軸に垂直な領域に、前記第一のモニター素子が設けられた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記第一の支持部および第二の支持部はそれぞれミアンダ形状であり、
これらの第一の支持部または第二の支持部の少なくとも一方には、第二のモニター素子が設けられた請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記第一の支持部または第二の支持部の少なくとも一方には、
その回転軸に垂直な領域に、前記第二のモニター素子が設けられた請求項３に記載の光学反射素子。
【請求項５】
さらに前記第一の音叉形圧電振動子の振幅を検出する第二のモニター素子を有し、前記第一のモニター素子は、一方の前記第二の音叉形圧電振動子と連結された第三の支持部または第四の支持部の少なくとも一方に設けられ、
他方の第二の音叉形圧電振動子上には、前記第二のモニター素子の配線が引き回されている請求項１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、レーザーディスプレイ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】
従来の光学反射素子は、図１０に示すように、ミラー部１０１と、このミラー部１０１を第一のトーションバー１０２を介して支持する枠体１０３と、この枠体１０３内において、第一のトーションバー１０２を回動させる第一の圧電振動子１０４と、枠体１０３を、第二のトーションバー１０５を介して支持する支持体１０６と、この支持体１０６内において、第二のトーションバー１０５を回動させる第二の圧電振動子１０７とを備えている。そして第一のトーションバー１０２の回転軸と第二のトーションバー１０５の回転軸とは垂直な関係である。
【０００３】
そしてこの光学反射素子は、小型のディスプレイ装置などに利用することができ、この第一、第二のトーションバー１０２、１０５の回転トルクによってミラー部１０１を励振させ、回動するミラー部１０１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。
【０００４】
なお、この技術分野に関連する文献としては、下記特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】特開２００８−２０７０１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、駆動精度が低いことがある。
【０００６】
その理由は、圧電振動子の設計誤差や外部環境要因により、発生する駆動力が変動するからである。したがって所定の電気信号を印加しても、所望の駆動力が得られない場合がある。
【０００７】
そこで本発明は光学反射素子の駆動精度を高め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、このミラー部を介して対向するとともに、このミラー部とそれぞれ第一の支持部で連結された、対の第一の音叉形圧電振動子と、これらの第一の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結され、対の第一の音叉形圧電振動子の外周を囲う枠体と、この枠体を介して対向し、この枠体とそれぞれ第三の支持部で連結されるとともに、第一の音叉形圧電振動子の回転軸と直交する回転軸を有する対の第二の音叉形圧電振動子と、これらの第二の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第四の支持部で連結された支持体とを備えている。そしてそれぞれの第三の支持部および第四の支持部はミアンダ形状であり、これらの第三の支持部または第四の支持部の少なくとも一方には、第一のモニター素子が設けられたものとした。
【発明の効果】
【０００９】
これにより本発明は、光学反射素子の駆動精度を高めることができる。
【００１０】
すなわち本発明は第一のモニター素子を、枠体を支持体に軸支する第三または第四の支持部に配置したことにより、ミラー部の振動と位相ズレの少ない検知信号を得ることができる。また本発明は、第一のモニター素子を、高変位が可能なミアンダ形状の第三、または第四の支持部に配置したことにより、高感度に検知することができる。
【００１１】
したがって、第一のモニター素子からの信号を検出して、第二の音叉形圧電振動子に入力する電気信号を制御すれば、第二の音叉形圧電振動子に所望の変位駆動をさせることができる。そしてその結果、光学反射素子の駆動精度を高めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（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。
【００１３】
図１において、この光学反射素子は、ミラー部１と、このミラー部１を介して対向するとともに、このミラー部１とそれぞれの第一の支持部２で連結された、一対の第一の音叉形圧電振動子３と、これらの第一の音叉形圧電振動子３の振動中心４とそれぞれ第二の支持部５で連結され、一対の第一の音叉形圧電振動子３の外周を囲う枠体６と、この枠体６を介して対向するとともに、この枠体６とそれぞれ第三の支持部７で連結された、一対の第二の音叉形圧電振動子８と、これらの第二の音叉形圧電振動子８の振動中心９とそれぞれ第四の支持部１０で連結された枠形状の支持体１１とを備えている。
【００１４】
そして第一の音叉形圧電振動子３は、それぞれ第一の支持部２の両側に、第一のアーム１２と第二のアーム１３とを有し、第二の音叉形圧電振動子８は、それぞれ第三の支持部７の両側に第三のアーム１４と第四のアーム１５とを有している。
【００１５】
また対の第一の音叉形圧電振動子３の対向方向は図１のＸ軸に平行であり、対の第二の音叉形圧電振動子８の対向方向はＹ軸に平行であり、これらの対向方向は、ミラー部１の中心を通り直交する関係にある。
【００１６】
そして、第一の支持部２、第二の支持部５、第一の音叉形圧電振動子３は、それぞれ回転軸１６Ｘを共通にし、この回転軸１６Ｘはミラー部１の中心を通り図１のＸ軸に平行である。
【００１７】
また第三の支持部７、第四の支持部１０、第二の音叉形圧電振動子８は、それぞれ回転軸１６Ｙを共通にし、この回転軸１６Ｙはミラー部１の中心を通りＹ軸に平行である。
【００１８】
さらに対となる第一の音叉形圧電振動子３は、第二の音叉形圧電振動子８の回転軸１６Ｙに対して線対称な関係にあり、対となる第二の音叉形圧電振動子８は、第一の音叉形圧電振動子３の回転軸１６Ｘに対して線対称な関係にある。
【００１９】
そして本実施の形態では、第三の支持部７と第四の支持部１０とは、ミアンダ形状である。
【００２０】
また図２（ａ）（ｂ）に示すように、対となる二つの第三の支持部７において、一方の第三の支持部７は、他方の第三の支持部７の回転対称形である。すなわち本実施の形態では、この光学反射素子の水平面において、一方の第三の支持部７を１８０度回転させると他方の第三の支持部７と同形になる。
【００２１】
また対となる二つの第四の支持部１０のうち、一方の第四の支持部１０は、他方の第四の支持部１０の回転対称形である。このような回転対称形とすることによって、素子全体の重量バランスを高め、不要な振動の発生を低減することができる。
【００２２】
また本実施の形態では、第三の支持部７は、いずれも両端が第二の音叉形圧電振動子８の回転軸１６Ｙ上に配置されている。これにより不要な振動を抑制することができる。また同様の理由により、第四の支持部１０も、いずれも両端が第二の音叉形圧電振動子８の回転軸１６Ｙ上に配置されている。
【００２３】
さらに本実施の形態では、第三の支持部７と第四の支持部１０とは、同一形状であって回転対称形とした。同一形状とすると、第三の支持部７と第四の支持部１０との梁長さが合致し、第三の支持部７と第四の支持部１０の固有振動周波数を合わせることができ、効率よく駆動することができる。また回転対称形とすることにより、不要な振動を低減できる。
【００２４】
また本実施の形態では、一方の第四の支持部１０上にモニター素子１７を設けた。このモニター素子１７は、第四の支持部１０上であって、第二の音叉形振動子８の回転軸１６Ｙに対して垂直な領域に設けることが好ましい。これにより効率よく第二の音叉形振動子８の変位を検出することができ、モニター素子１７の検出精度を向上させることが出来る。
【００２５】
そして図３に示すように、本実施の形態における光学反射素子の基材１８は、金属、ガラスまたはセラミック基板などの弾性、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生産性の観点から好ましく、例えば、金属、水晶、ガラス、石英またはセラミック材料を用いることが機械的特性と入手性の観点から好ましい。さらに、シリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などの金属を用いれば、振動特性、加工性に優れた光学反射素子を実現できる。
【００２６】
そして本実施の形態では、図1に示すように、シリコンなどの基材（図３の１８）で構成された第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５のそれぞれは、少なくとも一面に、たわみ振動を起こすための圧電アクチュエータ１９が形成されている。
【００２７】
この圧電アクチュエータ１９は、本実施の形態では、図３に示すように、下部電極層２０、圧電体層２１および上部電極層２２の積層体構造からなる薄膜積層型圧電アクチュエータ１９とした。これによって、第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８をより薄型にすることができる。なお、本実施の形態では、下部電極層２０および圧電体層２１は第一の音叉形圧電振動子３と第二の音叉形圧電振動子８とで共通に形成し、上部電極層２２はそれぞれ電気的に独立するように形成した。
【００２８】
また、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３の厚みを、図１に示す第一のアーム１２および第二のアーム１３の幅寸法よりも小さくすることによって、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。同様に、第二の音叉形圧電振動子８の厚みを図1に示す第三のアーム１４および第四のアーム１５の幅寸法よりも小さくすることによって、光学反射素子の小型化に寄与する。
【００２９】
さらに本実施の形態では、図４の第四の支持部１０の要部断面図に示すように、モニター素子１７は、圧電アクチュエータ（図３の１９）と共通の下部電極層２０および圧電体層２１と、圧電アクチュエータ１９の上部電極層（図３の２２）とは電気的に独立した上部電極層２３とを有している。
【００３０】
これらの図３、図４に示す下部電極層２０、圧電体層２１および上部電極層２２、２３は、それぞれ基材１８の上に順次スパッタリングするなど、薄膜プロセスにより形成することができる。従って、圧電アクチュエータ１９やモニター素子１７は、素子の表面に形成することが生産性の観点から好ましい。
【００３１】
そして、圧電体層２１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。
【００３２】
また、図１に示す第一の音叉形圧電振動子３の共振周波数は、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略同一周波数となるように振動設計することで、効率良くミラー部１を反復回転振動させることができる。
【００３３】
同様に、第二の音叉形圧電振動子８の共振周波数は、枠体６と第三の支持部７とで構成された捩れ振動子の共振周波数と略同一周波数となるように設計することが好ましい。
【００３４】
また本実施の形態では、図１に示すように、第三の支持部７は、枠体６と第二の音叉形圧電振動子８側へ入り込むように形成されている。これにより第三の支持部７の共振器長を長くしても、第三の支持部７を省スペースに配置でき、小型化に寄与する。
【００３５】
さらに第三の支持部７は、第二の音叉形圧電振動子８側よりも、枠体６側へより長く入り込ませることが好ましい。逆に第二の音叉形圧電振動子８側へ長く入り込ませると、振動中心９近傍の形状が複雑になり、第二の音叉形圧電振動子８に不要な振動モードが発生する場合があるからである。特に本実施の形態では、第三の支持部７がミアンダ形状のため、入り込む面積も大きくなることから、このように枠体６側へより入り込ませる方が不要な振動モードを抑制することができる。
【００３６】
さらに第四の支持部１０は、支持体１１側へ入り込むように形成している。すなわち、枠体６と第三の支持部７とを効率よく捩り振動させるためには、第三の支持部７と第四の支持部１０との共振器長を出来るだけ等しく必要があるが、この第四の支持部１０を支持体１１側へめり込ますことによって、第四の支持部１０が長くても省スペースに配置でき、光学反射素子を小型化できる。
【００３７】
また本実施の形態では、第二の支持部５は、枠体６側へ入り込むように形成しているため小型化が図れる。なおこの第二の支持部５は、枠体６側へ入り込ませているため、枠体６の幅は狭くなっているが、第一の音叉形圧電振動子３の幅は変えていない。すなわち、幅の狭い領域では、局所的に応力が集中し、不要な振動モードが発生することがあるが、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３は、全体として略同幅のため、応力を均一に分散することができ、安定して振動させることが出来る。
【００３８】
さらに、第一のアーム１２、第二のアーム１３およびこれらの連結部２４の幅や、第三のアーム１４、第四のアーム１５およびこれらの連結部２５をそれぞれ等幅とすることによって、光学反射素子に発生する不要な振動モードを低減できる。
【００３９】
また第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８をコの字状とすることによっても不要な振動モードを抑制できる。
【００４０】
また本実施の形態では図１に示す、第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５に形成した圧電アクチュエータ１９のそれぞれ上部電極層２２は、個別に引き出し線（図示せず）を形成しながら接続端子２６Ａ〜２６Ｆへ接続し、共通の下部電極層２０は接続端子２７へ接続している。これによって第一のアーム１２と第二のアーム１３に正負反対の電気信号を、第三のアーム１４と第四のアーム１５に正負反対の電極信号を、それぞれの圧電アクチュエータ１９に印加することができる。
【００４１】
また図４に示すモニター素子１７の上部電極層２３は図１の接続端子２８へ接続し、図４の下部電極層２０は図１の接続端子２７へとそれぞれ接続した。このモニター素子１７により、第二の音叉形圧電振動子８の振幅を検出しながら入力信号を調整することができ、安定した自励駆動を実現できる。なお、共振駆動の場合は、対となる第二の音叉形圧電振動子８は対称的に駆動することから、対の第四の支持部１０の内、すくなくとも一方にのみモニター素子１７を設けることによって、いずれの第二の音叉形圧電振動子８の変位も分かる。
【００４２】
なお、上述の圧電アクチュエータ１９の引き出し線や、モニター素子１７とその引き出し線は、図３、図４においても記載を省略した。
【００４３】
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。
【００４４】
図３に示す下部電極層２０と上部電極層２２との間に交流の駆動電圧を印加すると、圧電体層２１が面方向に伸び・縮みし、第一のアーム（図１の１２）と第二のアーム１３が基材１８に対して垂直方向に撓み振動する。
【００４５】
このとき、第一のアーム１２と第二のアーム１３に形成したそれぞれの圧電アクチュエータ１９に、正負反対の駆動信号を印加すれば、図５に示すように、第一のアーム１２と第二のアーム１３とを、位相が１８０度異なる方向（矢印２９、３０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、第二のアーム１２、１３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。
【００４６】
そして、この第一のアーム１２と第二のアーム１３の振動エネルギーは、第一の音叉形圧電振動子３の連結部２４へと伝搬される。これによって、第一の音叉形圧電振動子３は、その振動中心４を通る直線を回転軸１６Ｘとして、この回転軸１６Ｘ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。
【００４７】
次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部２４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１６Ｘを中心に矢印方向３１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にその回転軸１６Ｘを軸中心として反復回転振動を起こす。このとき、第一の音叉形圧電振動子３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。
【００４８】
また図６に示すように、第二の音叉形圧電振動子８も、下部電極層と上部電極層間に電圧を印加し、第三のアーム１４と第四のアーム１５とを、それぞれ位相が１８０度異なる方向に撓み振動させることによって、振動中心９を通る回転軸１６Ｙを中心に、捩り振動を起こす。この時、第四の支持部１０は、第二の音叉形圧電振動子８と同位相に反復回転振動をする。
【００４９】
そしてこの振動エネルギーが連結部２５を介して第三の支持部７に伝播すると、この第三の支持部７と枠体（図１の６）とからなる捩り振動子を、その回転軸１６Ｙを中心に、第二の音叉形圧電振動子８と逆位相に反復回転振動させることができる。
【００５０】
そして図１の枠体６が傾くと、この枠体６に支持されているミラー部１も傾き、ミラー部１を反復回転振動させることができる。
【００５１】
また本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、第四の支持部１０の上にモニター素子１７を設けている為、図４に示すモニター素子１７の圧電体層２１の変位を上部電極層２３で電気信号として取り出すことができる。ここで第四の支持部１０は第二の音叉形圧電振動子８とともに反復回転振動を行うことから、このモニター素子１７からの電気信号を検出することで、第二の音叉形圧電振動子８の変位を検出することができる。そしてこれによって、ミラー部１における振幅も知ることができる。
【００５２】
また本実施の形態では、図１に示すように、第三の支持部７をミアンダ形状とすることによって、この第三の支持部７におけるバネ定数が小さくなり、第三の支持部７に連結された枠体６の反復回転振動の振幅を大きくすることができる。
【００５３】
さらに第三の支持部７と逆方向に反復回転振動を行う第四の支持部１０もミアンダ形状とすることによって、第三の支持部７と第四の支持部１０の共振器長を合わせるように調整でき、効率よく駆動できる。
【００５４】
また第四の支持部１０をミアンダ形とすることによって、第四の支持部１０上には、第二の音叉形圧電振動子の回転軸１６Ｙに垂直な領域を形成することができる。そしてこの垂直な領域は、回転軸１６Ｙを中心に反復回転振動を行う時、大きく変位することから、この垂直な領域に図２（ａ）のモニター素子１７を設けることによって、効率よく第四の支持部１０の変位を検出することができる。
【００５５】
そしてミラー部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、スクリーン上に光線を走査することができる。また本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３と第二の音叉形圧電振動子８の回転軸１６Ｘ、１６Ｙは直交するため、ミラー部１から出射させた光を水平、垂直方向に走査することができる。
【００５６】
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３、図４を用いて説明する。
【００５７】
まず始めに、基材１８となる、厚みが約０．３ｍｍのシリコン基板を準備し、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白金電極からなる下部電極層２０を形成する。このとき、シリコン基板の厚みは０．３ｍｍより厚くても良い。
【００５８】
その後、この下部電極層２０の上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いてスパッタリング法などによって圧電体層２１を形成する。このとき、圧電体層２１と下部電極層２０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２１の結晶配向性がより高まり、圧電特性に優れた圧電アクチュエータ１９を実現することができる。
【００５９】
次に、この圧電体層２１の上にチタン／金よりなる上部電極層２２、２３を形成している。
【００６０】
このとき、上部電極層２２、２３の下層のチタンはＰＺＴ薄膜などの圧電体層２１との密着力を高めるために形成しており、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２１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アクチュエータ１９、モニター素子１７を形成することができる。なお、本実施の形態では、白金の下部電極層２０の厚みは０．２μｍ、ＰＺＴからなる圧電体層２１は３．５μｍ、および上部電極層２２、２３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。
【００６１】
次に、下部電極層２０、圧電体層２１、上部電極層２２、２３とを、フォトリソ技術を用いてエッチングし、圧電アクチュエータ１９あるいはモニター素子１７をパターン形成する。
【００６２】
このとき、上部電極層２２、２３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。
【００６３】
また、下部電極層２０、圧電体層２１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。
【００６４】
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。
【００６５】
その他、圧電体層２１を、沸酸、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によりパターニングし、その後、さらに、ドライエッチングによって下部電極層２０をエッチングしてパターニングする方法がある。
【００６６】
次に、ＸｅＦ2ガスを用いてシリコン基板（基材１８）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。
【００６７】
なお、シリコン基板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。
【００６８】
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。
【００６９】
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、支持体１１の大きさが５．８ｍｍ×５．８ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍ、駆動周波数；ｆH（水平）２２ｋＨｚ、ｆV（垂直）０．８ｋＨｚ、ミラー部１の振れ角；θH（水平）±５度、θV（垂直）±１０度の特性を有した光学反射素子を作製することができる。
【００７０】
本実施の形態では、ミラー部１、第一の支持部２、第一の音叉形圧電振動子３、第二の支持部５、枠体６、第三の支持部７、第二の音叉形圧電振動子８、第四の支持部１０、および支持体１１の基材１８を、同一基材１８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。
【００７１】
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１８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。
【００７２】
なお、ミラー部１は基材１８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２２、２３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。
【００７３】
本実施の形態の効果を以下に説明する。
【００７４】
本実施の形態では、光学反射素子の駆動精度を高めることができる。その理由は、第二の音叉形圧電振動子８の変位を、モニター素子１７で検出できるからである。
【００７５】
すなわち本実施の形態はモニター素子１７を、枠体６を支持体１１に軸支する第三または第四の支持部７、１０に配置したことにより、ミラー部１の振動と位相ズレの少ない検知信号を得ることができる。また本実施の形態では、モニター素子１７を、高変位が可能なミアンダ形状の第三、または第四の支持部７、１０に配置したことにより、高感度に検知することができる。
【００７６】
したがって、モニター素子１７からの信号を検出して、第二の音叉形圧電振動子８に入力する電気信号を制御すれば、第二の音叉形圧電振動子８に所望の変位駆動をさせることができる。そしてその結果、光学反射素子の駆動精度を高めることが出来る。
【００７７】
また本実施の形態では、第四の支持部１０と第二の音叉形圧電振動子８は同位相に駆動するため、モニター素子１７で検出した電気信号の位相を反転させ、フィードバック回路を介して第二の音叉形圧電振動子８に入力することによって、第二の音叉形圧電素子８を自励駆動させることができる。
【００７８】
さらに本実施の形態では、モニター素子１７を素子の周縁側にある第四の支持部１０に設けたことにより、接続端子２６までの配線長が短くなり、ノイズの発生を低減できる。
【００７９】
なお、モニター素子１７は、ノイズ低減の観点からは第四の支持部１０上に設けることが好ましいが、第三の支持部７上に設けても、第二の音叉形圧電振動子８の振幅を検出することができる。この場合、第三の支持部７と第二の音叉形圧電振動子８とは逆位相に反復回転することから、検出した電気信号の位相を反転することなく第二の音叉形圧電振動子８にフィードバックすることができ、部品点数や回路の簡素化に寄与する。
【００８０】
また本実施の形態では、モニター素子１７を、第四の支持部１０の、回転軸１６Ｙに垂直な領域、すなわち変位の大きい領域に設けたことにより、効率よく振幅を検出することができる。
【００８１】
さらに本実施の形態では、光学反射素子を小型化することができる。
【００８２】
それは、図１に示すような第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８を用いることにより、それぞれの第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５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。
【００８３】
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。
【００８４】
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（振幅）を効率よく大きくできる。
【００８５】
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。
【００８６】
またこれらの第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８の振動設計をすることによって、出力光の反射角度を大きく変化させることができ、レーザー光線などの入力光を所定の設計値となるように掃引することができる光学反射素子を実現することができる。
【００８７】
また本実施の形態では、第三の支持部７と第四の支持部１０とは、ミアンダ形状とすることにより、第三の支持部７のバネ定数が小さくなり、この第三の支持部７に連結された枠体６の、反復回転振動の振幅を大きくすることができ、小さなエネルギーで大きな駆動力を得ることが出来る。
【００８８】
さらに本実施の形態では、第三の支持部７および第四の支持部１０のみをミアンダ形状としたことにより、第二の音叉形圧電振動子８によって、ミラー部１を垂直方向に振動させれば、垂直方向の振動の周波数ｆVのみを小さくすることができ、この二次駆動方式の光学反射素子において、水平方向および垂直方向の振動の周波数比を大きくすることができる。
【００８９】
このように二軸方向における振動の周波数比を大きくすると、この光学反射素子を用いて光線を走査した場合に、スクリーン上の垂直方向の走査速度よりも水平方向の走査速度を相対的に高めることができ、投影する画像の分解能を向上させ、高精度な画像投影装置を実現できる。
【００９０】
さらに実施の形態では、ミラー部１をその両側から一対の第一の音叉形圧電振動子３で囲い、これらの第一の音叉形圧電振動子３の外周を枠体６で囲い、この枠体６をその両側から一対の第二の音叉形圧電振動子８で囲い、これらの第二の音叉形圧電振動子８の外周を支持体１１で囲う構成のため、各部材が小さな隙間を介して幾層にも巻かれ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。
【００９１】
また本実施の形態では、第一、第二、第三、第四のアーム１２、１３、１４、１５はそれぞれ直線形状のため、加工も容易である。
【００９２】
また本実施の形態では、ミラー部１の両側に、対称的に第一の音叉形圧電振動子３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。
【００９３】
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。
【００９４】
さらに本実施の形態では、枠体６の両側に、対称的に第二の音叉形圧電振動子８を配置しているため、枠体６の中心を不動点として励振させることができる。
【００９５】
また枠体６は、その両端が第三の支持部７で支持されている両持ち構造のため、枠体６の不要な共振を抑制し、外乱振動による影響も低減できる。
【００９６】
なお、上記実施の形態では、第一のアーム１２と第二のアーム１３の双方に圧電アクチュエータ１９を形成したが、少なくともいずれか一方のみに圧電アクチュエータ１９を形成してもよい。これは音叉形圧電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２４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。
【００９７】
また第二の音叉形圧電振動子８も同様に、第三のアーム１４と第四のアーム１５のいずれか一方にのみ圧電アクチュエータ１９を形成しても、双方に形成した場合と同様に動作させることができる。
【００９８】
また本実施の形態では、第一、第二の音叉形圧電素子３、８のいずれも、圧電アクチュエータ１９は、アームの片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。また第一の音叉形圧電振動子３は、第二の音叉形圧電振動子８よりも面積が小さく、駆動力が弱いため、第一の音叉形圧電振動子３のみ、基材１８の両面に圧電アクチュエータ１９を形成してもよい。
【００９９】
以上のような光学反射素子の応用としては、画像投影装置、レーザ露光機などが挙げられ、これらの装置を小型化することができる。
【０１００】
なお、第一の支持部２、第二の支持部５、第三の支持部７、第四の支持部１０の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。
【０１０１】
（実施の形態２）
本実施の形態における光学反射素子と実施の形態1との違いは、図７に示すように、一方の第一の音叉形振動子３の連結部２４上であって、第二のアーム１３寄りの位置に、第一の音叉形圧電振動子３の振幅を検出するモニター素子３２を設けた点である。これにより本実施の形態では、モニター素子３２からの電気信号を検出して、第一の音叉形圧電振動子３に入力する電気信号を制御すれば、第一の音叉形圧電振動子３に所望の変位駆動をさせることができる。そしてその結果、光学反射素子の駆動精度を高めることが出来る。
【０１０２】
またモニター素子３２が検出した電気信号を逆位相に反転して第一の音叉形圧電振動子３にフィードバックすることにより、第一の音叉形圧電振動子３を高精度に自励駆動させることが出来る。
【０１０３】
このモニター素子３２の構成は、実施の形態１のモニター素子（図２（ａ）の１７）と同様の構成である。ただし、モニター素子３２とモニター素子１７の上部電極層は、互いに電気的に独立させた。
【０１０４】
また本実施の形態では、図２（ａ）に示すモニター素子１７は、一方の第二の音叉形圧電振動子８と連結された第四の支持部１０に設けられ、他方の第二の音叉形圧電振動子８上には、前述のモニター素子３２の配線（図示せず）が引き回されているものとした。これにより本実施の形態では、微細な第四の支持部１０上に引き回される配線の数を低減することができ、ノイズの低減および生産性の向上に寄与する。なお、モニター素子３２の配線は、支持体１１上の接続端子３３に接続されている。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、モニター素子３２を連結部２４の第二のアーム１３寄りの位置に形成したが、第一のアーム１２寄りに形成してもよい。連結部２４は振動中心４を中心に反復回転振動を行うため、モニター素子３２は、振動中心４と重ならず、いずれか一方に偏るように形成することで、振幅が相殺されず、効率よく変位を検出することができる。
【０１０６】
またモニター素子３２は、連結部２４上の位置に制限されず、例えば第一の支持部、または第二の支持部上に設けてもよい。この場合も、第一のアーム１２又は第二のアーム１３寄りの位置に偏るように形成することで、効率よく変位を検出できる。
【０１０７】
（実施の形態３）
本実施の形態における光学反射素子と、実施の形態１における光学反射素子との主な違いは、図８に示すように、第一の支持部２および第二の支持部５もミアンダ形状とした点である。
【０１０８】
そして本実施の形態では、図９（ａ）に示すように、第一の支持部２上であって、第一の音叉形圧電振動子３の回転軸１６Ｘに垂直な領域にモニター素子３２を配置した。
【０１０９】
これにより本実施の形態では、モニター素子３２によって、第一の音叉形圧電振動子３の振動を検出することができ、光学反射素子の駆動精度を高めるとともに、高精度な自励駆動が可能になる。
【０１１０】
なお、モニター素子３２は、第二の支持部５上に形成してもよいが、よりミラー部１に近い位置に配置することによって、ミラー部１の振幅を効率良く知ることが出来る。
【０１１１】
また本実施の形態では、第一の支持部２、第二の支持部５をそれぞれミアンダ形状としたことにより、それぞれのバネ定数が小さくなり、ミラー部１を小さなエネルギーで効率よく駆動することができる。
【０１１２】
さらに本実施の形態では、対となる二つの第一の支持部２において、一方の第一の支持部２は他方の第一の支持部２と回転対称形とした。これにより素子全体の重力バランスが高まり、不要な振動の発生を抑制し、この光学反射素子を用いて高精度に光を走査することができる。また同様の理由により、第二の支持部５も、対となる他方の第二の支持部５と回転対称形とした。
【０１１３】
さらに本実施の形態では、図９（ａ）（ｂ）に示すように、第一の支持部２と第二の支持部５のそれぞれの両端は、第一の音叉形圧電振動子３の回転軸１６Ｘ上に位置するように形成した。これにより本実施の形態では、不要な振動の発生を抑制し、第一の支持部２、第二の支持部５の回転振動エネルギーを効率よく伝達することができる。
【０１１４】
以上のように本実施の形態では、水平方向および垂直方向ともに振幅を大きくすることができる。したがって、小さなエネルギーで大きな駆動力を発生させることができ、光学反射素子の小型化に寄与する。
【０１１５】
なお第一の支持部２と第二の支持部５とを、同一形状とすれば、第一の支持部２と第二の支持部５との固有振動周波数を合わせることができ、効率よく駆動することができる。また第一の支持部２と第二の支持部５とを回転対称形とすれば、不要な振動の発生を低減できる。
【０１１６】
また、さらに二軸方向における振動の周波数比を高めたい場合は、例えば第三の支持部７と第四の支持部１０の梁長を、第一の支持部２と第二の支持部５の梁長より長くしてもよい。梁長は蛇行部位の折り返し数を変えることによって容易に調整することができる。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、図９（ａ）（ｂ）に示すように、一方の第一の支持部２上にモニター素子３２を形成したが、双方の第一の支持部２上に設けても良い。
【０１１８】
さらに、モニター素子３２は、第一の支持部２と第二の支持部５の双方に設けても良い。ただしこの場合は、第一の支持部２と第二の支持部５とは逆位相に変位するため、それぞれのモニター素子を電気的に独立させた方がよい。
【０１１９】
その他実施の形態１と同様の構成および効果については説明を省略する。
【０１２０】
なお、上記実施の形態では、圧電アクチュエータ１９は、それぞれ第一、第二、第三、第四のアーム１２〜１５上に設けているが、例えば連結部２４、２５上にまで延長してもよい。連結部２４、２５にまで圧電アクチュエータ１９を形成することによって、面積を有効に活用し、大きな駆動源を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
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、たとえばレーザディスプレイ装置などの画像投影装置や、その他レーザ露光機などの用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施の形態１における光学反射素子の上面図
【図２】（ａ）図１のＰ部を示す要部拡大上面図、（ｂ）図１のＱ部を示す要部拡大上面図
【図３】図１のＡＡ断面図
【図４】本発明の実施の形態１における光学反射素子の要部拡大断面図
【図５】同光学反射素子の動作状態を示す模式図
【図６】同光学反射素子の動作状態を示す模式図
【図７】本発明の実施の形態２における光学反射素子の上面図
【図８】本発明の実施の形態３における光学反射素子の上面図
【図９】（ａ）図８のＲ部を示す要部拡大上面図、（ｂ）図８のＳ部を示す要部拡大上面図
【図１０】従来の光学反射素子の斜視図
【符号の説明】
【０１２３】
１  ミラー部
２  第一の支持部
３  第一の音叉形圧電振動子
４  振動中心
５  第二の支持部
６  枠体
７  第三の支持部
８  第二の音叉形圧電振動子
９  振動中心
１０  第四の支持部
１１  支持体
１２  第一のアーム
１３  第二のアーム
１４  第三のアーム
１５  第四のアーム
１６Ｘ  回転軸
１６Ｙ  回転軸
１７  モニター素子
１８  基材
１９  圧電アクチュエータ
２０  下部電極層
２１  圧電体層
２２  上部電極層
２３  上部電極層
２４  連結部
２５  連結部
２６Ａ〜２６Ｆ  接続端子
２７  接続端子
２８  接続端子
２９、３０  矢印
３１  矢印
３２  モニター素子
３３  接続端子
【図１】
2010060688.tif 000003
【図２】
2010060688.tif 000004
【図３】
2010060688.tif 000005
【図４】
2010060688.tif 000006
【図５】
2010060688.tif 000007
【図６】
2010060688.tif 000008
【図７】
2010060688.tif 000009
【図８】
2010060688.tif 000010
【図９】
2010060688.tif 000011
【図１０】
2010060688.tif 000012