(57)【要約】【課題】本発明は、光学反射素子の損傷を抑制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と第一梁２を介して連結され、この第一梁２およびミラー部１の外周を囲う可動枠３と、この可動枠３と第二梁４を介して連結された支持体５と、第一梁２および第二梁４のそれぞれの中心軸を中心にミラー部１を反復回転振動させる駆動手段と、可動枠３のＸ軸方向またはＹ軸方向の少なくとも一方の振動を抑制する抑制手段とを備えたものとした。これにより本発明は、可動枠３の過剰な振幅を抑制でき、結果として光学反射素子の損傷を抑制できる。【選択図】図１
2010197662.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梁を介して連結され、この第一梁および前記ミラー部の外周を囲う可動枠と、
この可動枠と第二梁を介して連結された支持体とを備え、
前記第一梁はＹ軸方向の中心軸を有し、第二梁はＸ軸方向の中心軸を有し、
これらの中心軸を中心に前記ミラー部を反復回転振動させる駆動手段と、
前記可動枠のＸ軸方向またはＹ軸方向の少なくとも一方の振幅を抑制する抑制手段とが設けられた光学反射素子。
【請求項２】
前記抑制手段は、
前記可動枠または前記支持体の少なくとも一方に設けられた凸部を含む請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記抑制手段は、
前記可動枠の外周に設けられた凹部と、前記支持体に設けられ、前記凹部内に向けて突出し、この凹部と所定間隔を空けて 嵌合する凸部とからなる請求項２に記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記抑制手段は、
前記支持体に設けられ、内方へ突出する凸部であって、
この凸部の内側の側面と前記可動枠の外側の側面とは所定間隔を空けて対向する請求項２に記載の光学反射素子。
【請求項５】
前記可動枠または前記支持体の少なくとも一方は、
Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸の方向の厚みが前記第二梁よりも厚い請求項２に記載の光学反射素子。
【請求項６】
前記抑制手段は、
前記可動枠と前記支持体との間に設けられ、前記可動枠の外側面と所定間隔を空けて対向する柱状体または板状体である請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項７】
前記抑制手段は、
前記可動枠または前記支持体の少なくとも一方に設けられた凸部と、
前記可動枠と前記支持体との間に設けられた柱状体または板状体である請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項８】
ミラー部と、このミラー部と第一梁を介して連結され、この第一梁およびミラー部の外周を囲う可動枠と、
この可動枠と第二梁を介して連結された支持体とを備え、
前記第一梁はＹ軸方向の中心軸を有し、第二梁はＸ軸方向の中心軸を有し、
これらの中心軸を中心に前記ミラー部を反復回転振動させる駆動手段と、
前記可動枠の、前記Ｘ軸およびＹ軸に垂直な、Ｚ軸の方向の振幅を抑制する抑制手段とを備えた光学反射素子。
【請求項９】
前記抑制手段は、
前記可動枠に対向する上方面または下方面の少なくとも一方に設けられるとともに、
前記第二梁の中心軸と対向する領域が凸となる形状である請求項８に記載の光学反射素子。
【請求項１０】
前記抑制手段は、頂上が水平面で構成された凸形状である請求項９に記載の光学反射素子。
【請求項１１】
ミラー部と、このミラー部と第一梁を介して連結され、この第一梁および前記ミラー部の外周を囲う可動枠と、
この可動枠と第二梁を介して連結された支持体とを備え、
前記第一梁は、Ｙ軸方向の中心軸を有し、第二梁はＸ軸方向の中心軸を有し、
これらの中心軸を中心に前記ミラー部を反復回転振動させる駆動手段と、
前記可動枠のＸ軸方向またはＹ軸方向の少なくとも一方の振動を抑制する抑制手段と、
前記可動枠の、前記Ｘ軸およびＹ軸に垂直な、Ｚ軸の方向の振幅を抑制する抑制手段とを備えた光学反射素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置やヘッドマウント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。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学反射素子は、ミラー部と、このミラー部と第一梁を介して連結され、この第一梁およびミラー部の外周を囲う可動枠と、この可動枠と第二梁を介して連結された支持体とを備えている。そして第一梁はＹ軸方向に、第二梁はＸ軸方向に中心軸を有し、これらの中心軸を中心にミラー部を反復回転振動させる駆動手段を有している。
【０００３】
この光学反射素子は、ミラー部および可動枠が質量体となり、これらの質量体を第一梁、あるいは第二梁のねじり振動や揺動によって振動させている。
【０００４】
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２００８−０４０２４０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、外乱振動や外部からの衝撃を受けた際に損傷することがあった。
【０００６】
その理由は、光学反射素子が、外乱振動と共振したり、あるいは外部から衝撃を受けたりすると、可動枠が大きく振幅するからである。そして可動枠の振幅に従って第二梁が変形し、変形の許容範囲を超えると第二梁が損傷し、素子が破壊されるのである。
【０００７】
そこで本発明は、光学反射素子の損傷を抑制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、可動枠のＸ軸方向またはＹ軸方向の少なくとも一方および／またはＺ軸方向の振幅を抑制する抑制手段を備えたものとした。
【発明の効果】
【０００９】
これにより本発明は、光学反射素子の損傷を抑制できる。
【００１０】
その理由は、可動枠の過剰な振幅を抑制できるからである。
【００１１】
したがって第二梁の変形も抑制でき、結果として光学反射素子の損傷を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（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の端部とそれぞれの一端が連結された一対の第一梁２と、これらの第一梁２の他端と連結され、これらの第一梁２およびミラー部１の外周を囲む可動枠３と、この可動枠３を介して対向するとともに、この可動枠３とそれぞれ一端が連結された一対の第二梁４と、これらの第二梁４の他端と連結されるとともに、これらの第二梁４および可動枠３の外周を囲う枠形状の支持体５とを備えている。
【００１３】
またこの光学反射素子は、ミラー部１のＸＹ平面上には反射面が形成されている。
【００１４】
さらに、一対の第一梁２は、図１のＹ軸方向に延設されている。そしてこれらの第一梁２は、Ｙ軸にほぼ平行であり、ミラー部１のほぼ中心を通る、共通の中心軸Ｓ１を有し、その中心軸Ｓ１と交差する複数の振動板６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、一対の第二梁４は、図１のＸ軸方向に延設されている。そしてこれらの第二梁４は、Ｘ軸にほぼ平行であり、ミラー部１のほぼ中心を通る、共通の中心軸Ｓ２を有し、その中心軸Ｓ２と交差する複数の振動板７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。このように第一梁２、第二梁４をミアンダ形とすることによって、梁が弾性変形しやすくなり、効率よく大振幅を得られる。また第一梁２、第二梁４をミアンダ形とすることによって、素子の小型化に寄与する。
【００１６】
そして中心軸Ｓ１と中心軸Ｓ２とは、ミラー部１のほぼ中心で直交する関係にある。また一対の第一梁２は中心軸Ｓ２に対して線対称形であり、一対の第二梁４は中心軸Ｓ１に対して線対称形である。
【００１７】
さらに本実施の形態では、可動枠３の水平方向の振動を抑制する抑制手段として、可動枠３の外周であって、Ｙ軸方向の両端に設けられた一対の凹部８と、支持体５に設けられ、凹部８内に向けて突出し、静的状態では凹部８と所定間隔を空けて嵌合する一対の凸部９とが設けられている。この凸部９は図１のＸ軸方向（中心軸Ｓ２方向）に対して垂直な方向に突出していることが好ましく、これにより可動枠３のＸ軸方向の振動を抑制することができる。さらに凸部９は中心軸Ｓ１上に配置する事が好ましく、これにより可動枠３のＹ軸方向（中心軸Ｓ１方向）の一定以上の振幅を抑制することができ、かつ可動枠３の中心を中心軸Ｓ１上に位置決めできる。そしてミラー部１のほぼ中心にある重心を不動点として可動枠３およびミラー部１を反復回転振動させることができ、高精度に画像を投影することができる。
【００１８】
また本実施の形態では、第一梁２および第二梁４はそれぞれ駆動手段として、複数の振動板６、７上に配置された圧電素子（図２（ｂ）の１０）を備えている。この圧電素子１０は、図２（ｂ）に示すように、基板１１上に接地電極１２、圧電体１３、駆動電極１４Ａあるいは接地電極１２、圧電体１３、駆動電極１４Ｂ順に積層された積層構造である。なお図２（ａ）（ｂ）は第一梁２を示すが、第二梁４も同様の積層構造からなる圧電素子１０を有する。
【００１９】
ここで基板１１の材料としては、シリコンやガラス、石英、ステンレスなどの金属が挙げられ、本実施の形態では、微細加工に適したシリコンを用いた。表層には二酸化ケイ素などの絶縁層１５が形成されていることが好ましい。接地電極１２としては、圧電体１３の結晶配向性を高める観点から、白金などが好ましく、圧電体１３としては、高い圧電特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛などが挙げられる。また駆動電極１４Ａ、１４Ｂは、金などで形成できる。
【００２０】
そしてこれらの接地電極１２、圧電体１３、駆動電極１４Ａ、１４Ｂは、それぞれスパッタやＣＶＤ法などで形成できる。またベースとなる基板１１は、ウエットエッチングやドライエッチングなどの薄膜形成技術により、所望の形状に加工できる。
【００２１】
本実施の形態における光学反射素子の動作を以下に説明する。
【００２２】
まず、第一梁２上の駆動電極１４Ａ、１４Ｂに、第一梁２に固有の振動周波数の電圧を印加する。この時、電気的に独立した二つの駆動電極１４Ａ、１４Ｂを図１の振動板６を交互に配置し、それぞれ逆位相の交流電圧を印加すれば、振動板６はそれぞれ逆方向に撓み振動し、図３のように中心軸Ｓ１を中心に振動板数に応じて変位が蓄積される。そしてこの第一梁２の振幅によって、ミラー部１の端部が厚み方向、すなわちＸ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸の方向に振動し、ミラー部１を、中心軸Ｓ１を中心として大きく反復回転振動させることができる。
【００２３】
また第二梁４上の駆動電極にも同様に、第二梁４に固有の振動周波数の電圧を印加する。この時複数の振動板７にそれぞれ逆位相の交流電圧を交互に印加することにより、中心軸Ｓ２を中心に、振動板数に応じて変位が蓄積される。そして可動枠３の端部が厚み方向（Ｚ軸方向）に振動し、この可動枠３およびミラー部１を、中心軸Ｓ２を中心として大きく反復回転振動させることができる。
【００２４】
なお本実施の形態では、ミラー部１のサイズは約１ｍｍ×１ｍｍ、可動枠３のＹ軸方向の長さは約５.５ｍｍとした。そして第一梁２と第二梁４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、第一梁２の共振周波数が１０ｋＨｚ、第二梁４の共振周波数が２００Ｈｚ程度、振幅角はそれぞれ±１０°程度である。このように第一梁２と第二梁４との駆動周波数比を大きくすることにより、走査精度が高まり、高精度な画像を投影することができる。
【００２５】
ここで第二梁４は可動枠３が質量体となるため、可動枠３を大きくしたり、あるいは厚みを増やしたりすることによって、より低い周波数で駆動することができる。本実施の形態では、ミラー部１、第一梁２および第二梁４のＺ軸方向厚みがそれぞれ１００μｍであるのに対し、可動枠３および支持体５の厚みは５７５μｍと厚くしている。また可動枠３と凹部８、支持体５と凸部９とは、それぞれ一体成形しているため、同じ厚みとした。
【００２６】
また第二梁４を長くすることによっても、共振器長を伸ばすことができ、より低い周波数で駆動することができる。ただし可動枠３の質量が大きくなると、重力加速度が大きくなり、過剰な衝撃が印加された際の振幅も大きくなる。また第二梁４が長くなると、てこの原理により負荷が大きくなり、損傷しやすくなる。しかし本実施の形態では、前述の振動抑制手段により、その損傷を抑制することができる。この効果の詳細は後述する。
【００２７】
なお、本実施の形態では、各振動板６、７に交互に逆位相の電圧を印加したが、一つ置きに同位相の電圧を印加しても同様に駆動させることができる。またそれぞれの振動板６、７に同位相の電圧を印加しても、第一梁２、第二梁４全体が上下に揺動し、ミラー部１や可動枠３の端部を上下に振動させることができ、結果として中心軸Ｓ１、Ｓ２を中心にミラー部を反復回転振動させることができる。さらに第一梁２、第二梁４上に直接圧電素子１０を形成しなくてもよく、例えば図４に示すように、ほぼ正方形状の支持体５の外方に、中心軸Ｓ1 、Ｓ２との間の角の二等分線を回転軸Ｓ３とする振動部Ｐを設け、この振動部Ｐ上に圧電素子１０を配置してもよい。この時、圧電素子１０には、第一梁２と第二梁４の駆動信号を合成させた信号を入力する。この場合は、回転軸Ｓ３を中心とする捩れ加振力がベクトル分解され、中心軸Ｓ１を回転中心とする捩れ加振力と、中心軸Ｓ２を回転中心とする捩れ加振力として作用する。よって、第一梁２は中心軸Ｓ１を中心に、第二梁４は中心軸Ｓ２を中心に反復回転振動させることができる。 さらに第一梁２、第二梁４の形状はミアンダ形以外でもよく、たとえば直線形状でもよい。また本実施の形態では、駆動手段として圧電駆動方式を例に挙げたが、電磁駆動方式や静電駆動方式でもよい。
【００２８】
本実施の形態における光学反射素子の効果を以下に説明する。
【００２９】
光学反射素子は、中心軸Ｓ１、Ｓ２を中心に、所望の共振周波数でミラー部１を振動させ、所定の振幅を得られるように、第一梁２、第二梁４、ミラー部１、可動枠３の設計を行う。しかしこの光学反射素子を車載すると、車の動きによって光学反射素子に予期せぬ衝撃が加わることがある。また外部から光学反射素子に伝わる振動の周波数が、この光学反射素子の共振周波数と合致する場合に、光学反射素子が大きく振動してしまうことがある。これらのような場合にあっても、本実施の形態では、光学反射素子の損傷を抑制し、信頼性を向上させることができる。
【００３０】
その理由は、上記の凸部９および凹部８の組み合わせによって、可動枠３が水平方向、すなわち図１のＸＹ平面上で、ミラー部１の駆動に必要な振幅以上に振幅するのを抑制できる。
【００３１】
すなわち、光学反射素子は、図１のＸ軸方向に過剰な衝撃や振動が加わった場合、可動枠３の質量は比較的大きいため、Ｘ軸方向に大きな重力加速度が発生し、可動枠３がＸ軸方向に激しく振幅しようとする。この時、第二梁４は変形しやすいミアンダ形であるため、可動枠３の振幅に合わせて大きく変形してしまう。そしてその変形が許容範囲を超えると第二梁４は 折れてしまうのである。なお、このような損傷は、第二梁４の最も外側にある振動板７の端部が支持体５と接触したり、第二梁４の最も内側にある振動板７の端部が可動枠３と接触したりすることによって発生しやすい。
【００３２】
これに対し本実施の形態では、可動枠３がＸ軸方向に大きく振幅しようとすると、可動枠３の凹部８に支持体５から突出する凸部９が引っ掛かるため、その過剰な振幅を抑制することができる。そしてその結果、第二梁４の損傷を抑制できる。
【００３３】
なお、Ｘ軸方向に重力加速度を加える衝撃加速度試験の結果、凸部９と凹部８による振動抑制手段を設けていない場合は、６３５Ｇで第二梁４が損傷したのに対し、本実施の形態では、１１５０Ｇ〜１２１０Ｇ程度まで第二梁４の損傷を抑制することができた。
【００３４】
さらに本実施の形態では、図１のＹ軸方向に過剰な衝撃が加わった場合も、可動枠３の凹部８と支持体５に設けた凸部９とが接触することにより、可動枠３がＹ軸方向に大きく振幅するのを抑制することができる。なおこの場合は、第二梁４が損傷する前に凸部９と凹部８とを接触させる必要があるため、凸部９と凹部８とが形成された領域では、支持体５と可動枠３との間隔を、凸部９と凹部８とが形成されていない領域における支持体５と可動枠３との間隔 よりも狭めておくことが好ましい。本実施の形態では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、凸部９と凹部８との間隔が５０μｍ〜１５０μｍであり、この領域の外周における可動枠と支持体との間隔（図５（ａ）〜（ｃ）では２００μｍ）よりも狭めている。
【００３５】
本実施の形態では、Ｙ軸方向に重力加速度を加える衝撃加速度試験の結果、２２００Ｇ〜３０００Ｇ程度まで第二梁４の損傷を抑制することができ、機械的信頼性の高い光学反射素子を実現できた。
【００３６】
ここで本実施の形態のように第二梁４をミアンダ形とする場合は、弾性変形によって、Ｘ軸方向への振幅の方がＹ軸方向への振幅よりも大きくなる。したがって、図５（ｃ）に示すように、凸部９と凹部８との間隔は、Ｘ軸方向に対向する部分を５０μｍとし、Ｙ軸方向に対向する部分の間隔（１００μｍ）よりも狭める方が、Ｘ軸方向の重力加速度に対する耐衝撃性をより高めることができる。
【００３７】
以上のように本実施の形態では、一つの振動抑制手段によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のいずれの過剰な振幅も抑制することができ、信頼性が高く、生産性に優れた光学反射素子を実現できる。
【００３８】
さらに本実施の形態では、可動枠３および支持体５が第二梁４よりも十分に厚いため、可動枠３が中心軸Ｓ１、Ｓ２の交点を中心に１０°程度傾いた場合にも、凸部９の一部は凹部８に所定間隔を空けて嵌合した状態となっている。したがってこの光学反射素子の動作時においても、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のいずれの過剰な振動や衝撃に対しても強度を高めることができる。
【００３９】
なお、光学反射素子を設計する場合は、凹部８と可動枠３の厚み（ｘとする）、凸部９と支持体５の厚み（ｙとする）、動作時の最大振幅角θの関係が、
ｙ＜ｘ・tanθ／２
となるように設計すれば、動作時においても凸部９と凹部８とを遊嵌合させることができる。
【００４０】
なお、可動枠３の両端に凹部８を形成しているため、光学反射素子の動作時において、凹部８の少なくとも一方が凸部９と遊嵌合していれば、動作時は常に光学反射素子の破損を抑制する効果を得られる。したがって本実施の形態では、可動枠３および支持体５の双方の厚みを大きくしたが、可動枠３あるいは支持体５のいずれか一方の厚みを大きくしてもよい。
【００４１】
すなわち、例えば可動枠３は薄く、支持体５は厚く形成した場合であって、可動枠３と支持体５の上面が面一となる構成の場合、可動枠３の一端が支持体５よりも上方へ傾き、一方の凹部８が凸部９から離れてしまっても、可動枠３の他端は支持体５の内方に存在していれば、他方の凹部８が他方の凸部９と遊嵌合した状態である。したがって、動作時においても可動枠３の過剰な振幅を抑制できる。
【００４２】
また本実施の形態では、凸部９は支持体５と一体的に形成されているため、生産性が高いとともに、応力が掛かっても損傷しにくく、光学反射素子の信頼性を高めることができる。
【００４３】
更に本実施の形態では、凹部８と凸部９とをそれぞれ可動枠３の両端側に形成したため、バランスよく可動枠３の振幅を抑制することができる。
【００４４】
さらに本実施の形態では、素子を小型化するため、微細加工に適したシリコン基板１１を用いたが、シリコンは劈開性を有するため、過剰な変形によって損傷しやすい。しかし本実施の形態では、凸部９と凹部８とからなる振幅抑制手段により、その損傷を低減することができる。
【００４５】
また振幅抑制手段の別の例としては、例えば図６に示すように、支持体５の内周に設けられた一対の凹部１６と、可動枠３の外周に設けられ、凹部１６内に向けて外側に突出し、凹部１６と所定間隔を空けて嵌合する一対の凸部１７とで構成してもよい。これにより、可動枠３の水平方向の過剰な振幅を抑制できる。なお凹部１６が無い場合は、Ｙ軸方向の過剰な振幅のみを抑制することができる。
【００４６】
ただし図１に示すように、支持体５に凸部９を形成するほうが、光学反射素子全体の機械的強度を維持することができる。すなわち光学反射素子全体の機械的強度は、その最外周にある支持体５の機械的強度に大きく影響を受けるが、図６に示すように、この支持体５に凹部１６を形成すると、その分支持体５の幅が狭くなり、折れやすくなる。したがって、図１に示すように、支持体５に凸部９を設け、支持体５の幅を増やすことによって、光学反射素子の機械的強度をより高めることができる。
【００４７】
（実施の形態２）
図７に示すように、本実施の形態１と実施の形態２との主な違いは、振幅抑制手段である。
【００４８】
本実施の形態における振幅抑制手段は、支持体５に設けられ、内方へ突出し、可動枠に所定間隔を空けて対向する凸部１８で構成されている。この凸部１８は、可動枠３の四隅の外側面とそれぞれ対向するように設けられ、それぞれの先端が、可動枠３と振動板７との隙間に入り込むように形成される。
【００４９】
所望の駆動周波数で駆動している間は、この凸部１８の内側の側面と可動枠３の外側の側面とが所定間隔を空けて対向するが、図７のＸ軸方向に過剰な衝撃や振動が加わった時は、凸部１８の内側の側面と可動枠３の外側の側面とが接触し、凸部１８が可動枠３を支持する。したがって、可動枠３のＸ軸方向における過剰な振動振幅を抑制することができ、結果として光学反射素子の信頼性を高めることができる。
【００５０】
なお、凸部１８と可動枠３との間隔は、予め可動枠３がどの程度振幅すると第二梁４が破壊するかを測定し、その振幅よりも小さい振幅で凸部１８と可動枠３とが接触するように設計する。
【００５１】
ここで凸部１８は対角線上に設けることが好ましく、さらには四つの凸部１８を可動枠３の四隅と対向させることによって、より安定して可動枠３を支持することができる。
【００５２】
なお、実施の形態１と同様に、光学反射素子の動作時においても凸部１８で可動枠３を支持できるように、この可動枠３、支持体５のいずれか一方の厚みを第二梁４よりも大きく設計すればよい。
【００５３】
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。
【００５４】
（実施の形態３）
図８（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態と実施の形態１との主な違いは、振幅抑制手段である。
【００５５】
この振幅抑制手段は、可動枠３と支持体５との間に配置すればよいが、特に本実施の形態では、可動枠３とこの可動枠３に最も近い振動板７との隙間に設けられ、この光学反射素子の厚み方向（Ｚ軸方向）に立てられたフィルム状の仕切り板１９で構成されている。このフィルム状の仕切り板１９は、その両端を、支持体５の全体を内包するパッケージ２０などに固定すればよい。
【００５６】
そして所望の駆動周波数で駆動している間は、仕切り板１９の内側の側面と可動枠３の外側の側面とが所定間隔を空けて対向するが、図８（ａ）に示すＸ軸方向に過剰な衝撃や振動が加わった時は、仕切り板１９の内側の側面と可動枠３の外側の側面とが接触し、仕切り板１９が可動枠３を支持する。したがって、可動枠３のＸ軸方向に機械的強度を高めることができる。
【００５７】
本実施の形態では、可動枠３のＸ軸方向に対して垂直な辺の外方に仕切り板１９を設けることによって、Ｘ軸方向における可動枠３の振幅を抑制したが、可動枠３のＹ軸方向に対して垂直な辺の外方に仕切り板１９を設ければ、Ｙ軸方向における可動枠３の振幅も抑制できる。
【００５８】
なおこの仕切り板１９は、樹脂フィルムやゴムなどを用いることで、可動枠３の振幅による衝撃を、仕切り板１９の弾性変形によって吸収することができる。
【００５９】
さらにこの仕切り板１９を樹脂やゴムなどで形成する場合は、シリカや酸化チタンなどの無機粒子を含むものを用いることで、静電気の発生を抑えることができる。
【００６０】
また仕切り板１９のように板状体でなくてもよく、円柱や角柱のような柱状体でも同様に、可動枠３の水平方向の振幅を抑制できる。
【００６１】
なお、仕切り板１９と前述の実施の形態１、２で述べた凹部８と凸部９、あるいは凸部１８とを組み合わせてもよい。例えば第二梁４と連結される可動枠３の端部側は本実施の形態で示す仕切り板１９で支持し、他方の端部側は実施の形態２で示す凸部１８で支持してもよい。実施の形態２では、凸部１８を形成することで、第二梁４を可動枠３の最端部と連結することができないが、本実施の形態と組合すことで、第二梁４を可動枠３の最端部に連結する構成をとることができ、効率よく可動枠３を振動させることができる。
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。
【００６２】
（実施の形態４）
図９に示すように本実施の形態の光学反射素子は、パッケージ２１を備え、このパッケージ２１は、端子台２２と、この端子台２２に設けられた底部２３と、この底部２３上に配置された支持体５およびこの支持体５の外周を囲う枠体２４と、この枠体２４の上方を覆う蓋部２５とを備えている。そしてパッケージ２１内であって、蓋部２５の内側には、上部プロテクタ２６が配置され、可動枠３と所定間隔を空けて対向する上方面は上プロテクタ面２６Ａとなる。また底部２３上には下部プロテクタ２７が配置され、可動枠３と所定間隔を空けて対向する下方面は下プロテクタ面２７Ａとなる。
【００６３】
これらの上プロテクタ面２６Ａおよび下プロテクタ面２７Ａが、それぞれＺ軸方向の振幅抑制手段となる。すなわちこの上プロテクタ面２６Ａは、図１の可動枠３の上方への過剰な振動を抑制し、下プロテクタ面２７Ａは、可動枠３の下方への過剰な振幅を抑制する。なお上プロテクタ面２６Ａおよび下プロテクタ面２７Ａと可動枠３との間には、所定の駆動周波数における振幅に必要な隙間が設けられている。
【００６４】
そして本実施の形態の上プロテクタ面２６Ａは、ミラー部１におけるレーザビームの入・反射に必要な透過部（孔２８）を除き、図１の第一梁２、可動枠３、第二梁４、支持体５の上方のほぼ全体を覆っている。
【００６５】
さらに下プロテクタ面２７Ａは、図１のミラー部１、可動枠３、第一梁２、第二梁４の下方の全体を覆っている。
【００６６】
上部プロテクタ２６、下部プロテクタ２７の材料としては、樹脂やゴムなど弾性体や、不織布などが挙げられる。これらの材料にはカーボン粒子やカーボンファイバーを混練しておけば、静電気の発生を抑えることができる。
【００６７】
本実施の形態の効果を以下に説明する。
【００６８】
本実施の形態では、質量体である可動枠３に対して、厚み方向、すなわちＸＹ平面に対して垂直なＺ軸方向に過剰な衝撃や振動が印加された場合、可動枠３が上プロテクタ面２６Ａ、あるいは下プロテクタ面２７Ａと接触し、これらの上プロテクタ面２６Ａ、下プロテクタ面２７Ａがストッパーとなるため、振幅を抑制することができる。
【００６９】
すなわち質量体である可動枠３が上下に振幅すると、第二梁４がその振幅に追従して変形する。したがって可動枠３が振幅しすぎると、第二梁４の変形は許容範囲を超え、損傷してしまうことがある。
【００７０】
これに対して本実施の形態では、第二梁４が破壊してしまう限界の振幅量を予め測定し、可動枠３の振幅がその限界の振幅よりも小さい振幅で留まるように、上プロテクタ面２６Ａおよび下プロテクタ面２７Ａに接触するようにした。これにより第二梁４の損傷を抑制することができ、信頼性の高い光学反射素子を実現できる。
【００７１】
そしてＺ軸方向に重力加速度を加える衝撃加速度試験を行った結果、上プロテクタ面２６Ａ、下プロテクタ面２７Ａによる振幅抑制手段を設けていない場合は、６０Ｇで第二梁４が損傷したのに対し、本実施の形態では、２１００Ｇまで第二梁４の損傷を抑制することができた。
【００７２】
なお本実施の形態では、上プロテクタ面２６Ａおよび下プロテクタ面２７Ａの両方を用いたが、いずれか一方のみを設けてもよい。たとえば上プロテクタ面２６Ａを構成せず、不織布で構成された下プロテクタ面２７Ａを可動枠３の下方に配置した状態で衝撃加速度試験を行った結果、８６０Ｇまで第二梁４の損傷を抑制できた。
【００７３】
また本実施の形態のような可動枠３のＺ軸方向の振動を抑制する抑制手段は、単独で用いてもよいが、実施の形態１で挙げた可動枠３のＸ軸方向および／またはＹ軸方向の振動を抑制する抑制手段と組み合わせることで、可動枠３の３次元における過剰な振幅を抑制できる。
【００７４】
（実施の形態５）
本実施の形態と実施の形態４との主な違いは、図１０、図１１に示すように、下プロテクタ面２７Ａおよび上プロテクタ面２６Ａの形状である。
【００７５】
本実施の形態では、これらの上プロテクタ面２６Ａおよび下プロテクタ面２７Ａは、第二梁４の中心軸と対向する領域から外方に向けて下がる斜面で構成されている。すなわち上プロテクタ面２６Ａも、下プロテクタ面２７Ａも、第二梁４の中心軸Ｓ２と対向する領域が凸となるような形状である。
【００７６】
更に本実施の形態の上プロテクタ面２６Ａおよび下プロテクタ面２７Ａはいずれも、第二梁４の中心軸Ｓ２と対向する領域およびその近傍が、水平面で構成されている。すなわち頂上が水平面で構成された凸形状である。
【００７７】
また本実施の形態の第二梁４は、実施の形態１と同様に、複数の振動板７が同一平面上で蛇行するように折り返し連結されたミアンダ形である。そしてこの第二梁４は、それぞれの振動板７が交互に逆位相に撓み振動し、中心軸Ｓ２を中心として振動板数に応じて変位が蓄積されるように駆動する。この駆動によって、可動枠３は中心軸Ｓ２を中心に、反復回転振動する。
【００７８】
本実施の形態の効果を以下に説明する。
【００７９】
本実施の形態では、可動枠３および第二梁４が駆動している時に、Ｚ軸方向に過剰な衝撃や振動が印加された場合も、効果的にその損傷を抑制できる。
【００８０】
その理由は、可動枠３および第二梁４が駆動する際の、中心軸Ｓ２を中心とする傾きに合わせて、上プロテクタ面２６Ａおよび下プロテクタ面２７Ａを斜面としたからである。
【００８１】
したがって、可動枠３および第二梁４が傾いた状態でＺ軸方向にＧがかかっても、可動枠３や第二梁４のほぼ全体が上プロテクタ面２６Ａ、下プロテクタ面２７Ａに接触し、この接触時の応力負荷が分散される。その結果、過剰な振幅を効率よく抑制することができる。
【００８２】
さらに本実施の形態では、下プロテクタ面２７Ａの中心軸Ｓ２と対向する領域およびその近傍を水平面としたことにより、振動板７の撓みを抑制できる。
【００８３】
すなわち、第二梁４の振動板７は、長くなるほど中央部分、すなわち中心軸Ｓ２近傍が撓みやすい。そしてこの撓み幅が大きくなりすぎると、振動板７の折り返し部分に過剰な負荷が掛かり、第二梁４は損傷してしまう。
【００８４】
したがって、中心軸Ｓ２と対向する領域において、下プロテクタ面２７Ａに水平面を構成し、この水平面と振動板７の撓み部分とを接触させることによって、撓みを抑制することができ、光学反射素子の損傷を抑制することができる。
【００８５】
また上プロテクタ面２６Ａも中心軸Ｓ２と対向する領域およびその近傍を水平面としたが、このような構成により、ミラー部１の上方が水平面となり、光を透過するための孔２８を形成しやすくなる。
【００８６】
本実施の形態では、パッケージごとＺ軸方向に重力加速度を加える衝撃加速度試験を行った結果、３１５０Ｇまで光学反射素子の損傷を抑制できた。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の光学反射素子は、損傷しにくく機械的信頼性に優れている為、車載用に用いられるヘッドアップディスプレイなどに有用である。また高信頼性が求められる小型ディスプレイやヘッドマウントディスプレイなどの小型画像投影装置、レーザープリンタ、電子写真装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【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）同光学反射素子の第一梁の斜視図、（ｂ）同光学反射素子の第一梁の断面図（図２（ａ）のＡＡ断面）
【図３】同光学反射素子の第一梁の動作を示す側面図
【図４】同光学反射素子の上面図
【図５】（ａ）〜（ｃ）同光学反射素子の要部を拡大した上面図
【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の上面図
【図７】本発明の実施の形態２における光学反射素子の上面図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３における光学反射素子の上面図、（ｂ）同光学反射素子の断面図（図８（ａ）のＡＡ断面）
【図９】本発明の実施の形態４における光学反射素子の断面図
【図１０】本発明の実施の形態５における光学反射素子の下部プロテクタの斜視図
【図１１】同光学反射素子の上部プロテクタの斜視図
【符号の説明】
【００８９】
１  ミラー部
２  第一梁
３  可動枠
４  第二梁
５  支持体
６  振動板
７  振動板
８  凹部
９  凸部
１０  圧電素子
１１  基板
１２  接地電極
１３  圧電体
１４Ａ、１４Ｂ  駆動電極
１５  絶縁層
１６  凹部
１７  凸部
１８  凸部
１９  仕切り板
２０  パッケージ
２１  パッケージ
２２  端子台
２３  底部
２４  枠体
２５  蓋部
２６  上部プロテクタ
２６Ａ  上プロテクタ面
２７  下部プロテクタ
２７Ａ  下プロテクタ面
２８  孔
【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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【図１０】
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【図１１】
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