(57)【要約】  光学反射素子は、互いに反対側の一対の辺を有する固定部と、固定部の一対の辺にそれぞれ接続された一端を有する一対の第１の振動部と、一対の第１の振動部の他端にそれぞれ接続された一対の接続部と、一対の接続部を介して一対の第１の振動部の他端に回動可能に支持された可動枠と、可動枠の一対の辺のそれぞれに接続された一端を有する一対の第２の振動部と、一対の第２の振動部の他端に回動可能に接続されたミラー部とを備える。一対の第２の振動部は、回動軸周りの回動振動をミラー部に伝達させるように構成されている。一対の接続部は回動軸の方向で可動枠と接続されている。一対の接続部はミラー部の回動振動による可動枠の変位量が最も小さい部分に接続されている。この光学反射素子は、不要振動を低減し、鮮明な画像を投影することが出来る。
2013168386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに反対側の一対の辺を有する固定部と、
前記固定部の前記一対の辺にそれぞれ接続された一端と、他端とを有する一対の第１の振動部と、
前記一対の第１の振動部の前記他端にそれぞれ接続された一対の接続部と、
前記一対の接続部を介して前記一対の第１の振動部の前記他端に回動可能に支持されてかつ互いに反対側の一対の辺を有する可動枠と、
前記可動枠の前記一対の辺のそれぞれに接続された一端と、他端とを有する一対の第２の振動部と、
前記一対の第２の振動部の前記他端に回動可能に接続されたミラー部と、
を備え、
前記一対の第２の振動部は、回動軸周りの回動振動を前記ミラー部に伝達させるように構成されており、
前記一対の接続部は前記回動軸の方向で前記可動枠と接続されており、
前記一対の接続部は前記ミラー部の前記回動振動による前記可動枠の変位量が最も小さい部分に接続されている、光学反射素子。
【請求項２】
前記一対の接続部は前記可動枠の前記一対の辺にそれぞれ接続されており、
前記一対の接続部の前記回動軸と直角の方向の幅のそれぞれの中心から前記回動軸までの距離は、前記可動枠の前記一対の辺の前記回動軸と直角の前記方向の長さの１／４以下である、請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記一対の接続部は前記回動軸上で前記可動枠に接続されている、請求項２に記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記一対の接続部の幅は前記一対の接続部の厚みよりも大きい、請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項５】
前記一対の第１の振動部は前記ミラー部の中心について互いに点対称に設けられている、請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項６】
前記一対の接続部の剛性は前記一対の第１の振動部の剛性より小さい、請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項７】
前記一対の第１の振動部はミアンダ形状を有する、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、レーザ光を用いた光学反射装置等に用いられる光学反射素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）技術を用いて、レーザ光を走査しスクリーン等に画像を投影する光学反射素子が開発されている。画像を投影するには、その光学反射素子を用いてレーザ光を２次元に走査する必要があり、光学反射素子を駆動する手段の一つに圧電アクチュエータが用いられる。【０００３】
図１２は特許文献１に記載されている従来の光学反射素子１の斜視図である。光学反射素子１は、固定部２ａと、固定部２ａの内側に一端を対向するように接続された一対の第一振動部３ａ、３ｂと、一対の第一振動部３ａ、３ｂの他端に接続された可動枠４と、可動枠４の内側に一端を対向するように接続された第二振動部５ａ、５ｂと、一対の第二振動部５ａ、５ｂの他端に接続されたミラー部６で構成されている。第一振動部３ａ、３ｂの回動軸である第一軸７ａと第二振動部５ａ、５ｂの回動軸である第二軸７ｂは略直交する。また、一対の第一振動部３ａ、３ｂは第二振動部５ａ、５ｂの回動軸に平行な可動枠４の辺と接続されている。【０００４】
図１３は光学反射素子１の拡大斜視図であり、第一振動部３ａ、３ｂを示す。第一振動部３ａ、３ｂは、固定部２ａに接続、支持された梁であり、複数回折り返したいわゆるミアンダ形状を有し、複数の折り返し部８と、複数の折り返し部８を連結した複数の連結部９とから構成されている。第二振動部５ａ、５ｂも、第一振動部３ａ、３ｂと同様に、可動枠４に接続、支持された梁であり、複数回折り返したいわゆるミアンダ形状を有し、複数の折り返し部８と複数の連結部９とから構成されている。【０００５】
折り返し部８および連結部９の上部には圧電アクチュエータが各々形成されている。圧電アクチュエータは、絶縁膜と、その絶縁膜の上部に設けられた下部電極と、その下部電極の上部に設けられた圧電膜と、その圧電膜の上部に設けられた上部電極からなる。圧電アクチュエータを互いに逆位相となるように駆動され、連結部９を矢印方向に変位させて反らせることで、その変位量を連結部の数だけ加算させてミアンダ形状の一端の大変位を実現している。光学反射素子はこの変位を利用してレーザ光を走査する。【０００６】
光学反射素子１に類似の従来の光学反射素子は特許文献２にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０４０２４０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４１３３３号公報
【発明の概要】
【０００８】
光学反射素子は、互いに反対側の一対の辺を有する固定部と、固定部の一対の辺にそれぞれ接続された一端を有する一対の第１の振動部と、一対の第１の振動部の他端にそれぞれ接続された一対の接続部と、一対の接続部を介して一対の第１の振動部の他端に回動可能に支持された可動枠と、可動枠の一対の辺のそれぞれに接続された一端を有する一対の第２の振動部と、一対の第２の振動部の他端に回動可能に接続されたミラー部とを備える。一対の第２の振動部は、回動軸周りの回動振動をミラー部に伝達させるように構成されている。一対の接続部は回動軸の方向で可動枠と接続されている。一対の接続部はミラー部の回動振動による可動枠の変位量が最も小さい部分に接続されている。
【０００９】
この光学反射素子は、不要振動を低減し、鮮明な画像を投影することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は実施の形態における光学反射素子の平面図である。
【図２】図２は図１に示す光学反射素子の線２−２における断面図である。
【図３】図３は実施の形態における光学反射素子の拡大斜視図である。
【図４】図４は実施の形態における光学反射素子の拡大平面図である。
【図５】図５は図４に示す光学反射素子の線５−５における断面図である。
【図６】図６は実施の形態における光学反射素子の可動枠の側面図である。
【図７】図７は実施の形態における光学反射素子の拡大図である。
【図８】図８は実施の形態における他の光学反射素子の拡大図である。
【図９】図９は実施の形態におけるさらに他の光学反射素子の拡大斜視図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは実施の形態におけるさらに他の光学反射素子の拡大図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは図１０Ａに示す光学反射素子の線１０Ｂ−１０Ｂにおける断面図である。
【図１１】図１１は実施の形態における光学反射素子の接続部の拡大図である。
【図１２】図１２は従来の光学反射素子の斜視図である。
【図１３】図１３は従来の光学反射素子の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は実施の形態における光学反射素子１１の上面図である。光学反射素子１１は、固定部１２と、一対の振動部１３ａ、１３ｂと、一対の接続部２７ａ、２７ｂと、可動枠１４と、一対の振動部１５ａ、１５ｂと、ミラー部１６を有している。一対の振動部１３ａ、１３ｂの一端が固定部１２の内側に接続されて固定部１２に支持され、他端が可動枠１４に接続されて可動枠１４を支持している。振動部１３ａ、１３ｂは可動枠１４について互いに反対側に位置する。具体的には、一対の接続部２７ａ、２７ｂは一対の振動部１３ａ、１３ｂの他端にそれぞれ接続され、可動枠１４は一対の接続部２７ａ、２７ｂを介して一対の振動部１３ａ、１３ｂの他端に回動可能に支持されている。一対の振動部１５ａ、１５ｂが可動枠１４の内側に接続されて可動枠１４に支持され、他端がミラー部１６に接続されてミラー部１６を支持している。振動部１５ａ、１５ｂはミラー部１６について互いに反対側に位置する。振動部１３ａ、１３ｂは回動軸１７ａ周りに可動枠１４を回動させるように支持し、振動部１５ａ、１５ｂは回動軸１７ａと実質的に直交する回動軸１７ｂ周りにミラー部１６を回動させるように支持する。可動枠１４は、互いに反対側の辺１４ａ、１４ｂと、互いに反対側の辺１４ｃ、１４ｄとを有して、実質的に矩形状を有する。辺１４ａ、１４ｂは回動軸１７ｂに平行に延び、辺１４ｃ、１４ｄは回動軸１７ａと平行に延びる。接続部２７ａ、２７ｂは可動枠１４の辺１４ｄ、１４ｃにそれぞれ接続されている。
【００１２】
図２は、図１に示す光学反射素子１１の線２−２における断面図である。振動部１３ａ、１３ｂは、シリコンよりなる基板２０と、基板２０上に設けられた絶縁膜２１とを有する。固定部１２と振動部１３ａ、１３ｂと可動枠１４と振動部１５ａ、１５ｂとミラー部１６とは基板２０で一体的に形成されている。絶縁膜２１上に下部電極２２が設けられ、下部電極２２上には圧電膜２３が設けられ、圧電膜２３上に上部電極２４が設けられている。基板２０と絶縁膜２１と下部電極２２と圧電膜２３と上部電極２４は振動部１３ａ、１３ｂの厚み方向Ｄ１１１に積層されている。実施の形態における光学反射素子１１では厚み方向Ｄ１１１は回動軸１７ａ、１７ｂの方向と直角であり、光を反射するミラー部１６の反射面１６ａと直角である。
【００１３】
下部電極２２は白金等の導電材料で形成され、圧電膜２３はチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘ，Ｔｉｘ）Ｏ３）等の圧電材料によって形成されている。これらの材料が蒸着、ゾルゲル、ＣＶＤ、スパッタ法等によって薄膜化されることで下部電極２２や圧電膜２３を形成することが出来る。
【００１４】
図３は光学反射素子１１の振動部１３ａを示す拡大斜視図である。振動部１３ａは、複数の連結部２５と、複数の連結部２５に交互に配置されて複数の連結部２５を連結する複数の折り返し部２６とで構成されたミアンダ形状を有する。折り返し部２６は互いに隣り合った連結部２５を連結する。振動部１３ａの下部電極２２と上部電極２４との間に所定の電位差を与えると圧電膜２３に所定の電界が掛かり、逆圧電効果によって圧電膜２３が厚み方向Ｄ１１１と直角の圧電膜２３の平面方向Ｄ１１２に伸縮する。圧電膜２３で発生した平面方向Ｄ１１２の伸縮が振動部１３ａの厚み方向Ｄ１１１のモーメントとして働くことにより、振動部１３ａは厚み方向Ｄ１１１に撓み振動する。振動部１３ａの互いに隣り合う連結部２５にそれぞれ逆位相の電圧を印加することによって、連結部２５の撓みが重畳され、回動軸１７ａ周りの大きな回動変位を得ることが出来る。
【００１５】
図４は光学反射素子１１の可動枠１４と振動部１５ａ、１５ｂとミラー部１６を示す拡大平面図である。振動部１５ａ、１５ｂは可動枠１４内部においてトーションバー形状を有する。振動部１５ａは、ミラー部１６に接続された接合部１８ａと、接合部１８ａを可動枠１４に接続する駆動部１９ａ、１９ｂから構成されている。振動部１５ｂは、ミラー部１６に接続された接合部１８ｂと、接合部１８ｂを可動枠１４に接続する駆動部１９ｃ、１９ｄから構成されている。接合部１８ａ、１８ｂはミラー部１６を挟んで互いに反対側に位置する。駆動部１９ａ、１９ｂは接合部１８ａを可動枠１４の辺１４ａ、１４ｂから挟むように支持して、接合部１８ａを可動枠１４の辺１４ａ、１４ｂにそれぞれ接続する。駆動部１９ｃ、１９ｄは接合部１８ｂを可動枠１４の辺１４ａ、１４ｂから挟むように支持して、接合部１８ｂを可動枠１４の辺１４ａ、１４ｂにそれぞれ接続する。接合部１８ａ、１８ｂの一端が駆動部１９ａ〜１９ｄの一端に接続され、他端がミラー部１６と接続されている。
【００１６】
図５は図４に示す光学反射素子１１の線５−５における断面図である。駆動部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、シリコンよりなる基板２０と、基板２０上に設けられた絶縁膜２１と、絶縁膜２１に設けられた下部電極２２と、下部電極２２上に設けられた圧電膜２３と、圧電膜２３上に設けられた上部電極２４で構成されている。基板２０と絶縁膜２１と下部電極２２と圧電膜２３と上部電極２４とは厚み方向Ｄ１１１に積層されている。下部電極２２と上部電極２４との間に所定の電位差を与えることにより駆動部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄが厚み方向Ｄ１１１に撓み振動する。駆動部１９ａに与える電圧を、接合部１８ａを挟んで対向する駆動部１９ｂに与える電圧に対して逆位相にすることにより、駆動部１９ａ、１９ｂの撓み振動により接合部１８ａに回動軸１７ｂ周りに捩れ変位を起こすことが可能となる。接合部１８ａと同様に、駆動部１９ｃ、１９ｄに位相が逆方向の電圧をそれぞれ印加することにより接合部１８ｂに回動軸１７ｂ周りに捩れ変位を起こすことが可能となる。さらに、駆動部１９ａと駆動部１９ｃにそれぞれ印加する電圧を互いに同位相にし、駆動部１９ｂ、１９ｄにそれぞれ印加する電圧の位相を同位相にすることにより、一対の接合部１８ａ、１８ｂが同位相ですなわち同方向に回動軸１７ｂ周りに捩れ変位を起こし、ミラー部１６に回動軸１７ｂ周りの回動振動をさせることができる。
【００１７】
図１２と図１３に示す従来の光学反射素子１では、第二軸７ｂ周りに回動する第二振動部５ａ、５ｂの振動が可動枠４を通して第一軸７ａ周りに回動する第一振動部３ａ、３ｂに伝達される。これにより、第一軸７ａ周りに回動する第一振動部３ａ、３ｂに不要振動が発生し、光学反射素子１によって投影される画像が不鮮明になる場合がある。
【００１８】
図１に示す実施の形態における光学反射素子１１では振動部１３ａ、１３ｂでの不要振動を低減させることができる。
【００１９】
図６は光学反射素子１１の可動枠１４の側面図である。ミラー部１６を回動軸１７ｂ周りに回動振動させて変位させると、その回動の反作用により、可動枠１４がミラー部１６とは逆方向に回動軸１７ｂ周りの回動振動を起こす。すなわち、ミラー部１６の回動振動により回動軸１７ｂと平行な可動枠１４の辺１４ｃ、１４ｄの回動軸１７ｂから離れた部分が回動軸１７ｂ周りに回動変位する。振動部１３ａ、１３ｂにそれぞれ繋がる接続部２７ａ、２７ｂが回動軸１７ｂと平行な可動枠１４の辺１４ａ、１４ｂに接続されている場合、振動部１３ａ、１３ｂに可動枠１４の回動振動による上下振動が伝達される。振動部１３ａ、１３ｂに伝達された振動は振動部１３ａ、１３ｂに不要振動を起こし、結果、振動部１５ａ、１５ｂによるミラー部１６の駆動を阻害する。
【００２０】
振動部１５ａ、１５ｂの回動により可動枠１４が変位するときには、可動枠１４の位置によって回動軸１７ｂ周りの変位量が異なる。図６に示すように実施の形態における光学反射素子１１では、可動枠１４の変位量が最も小さい部分１４ｐに接続部２７ａ、２７ｂすなわち振動部１３ａ、１３ｂが接続されている。これにより、振動部１５ａ、１５ｂから振動部１３ａ、１３ｂに伝わる振動を低減させることができる。
【００２１】
図１に示すように振動部１５ａ、１５ｂがトーションバー形状を有する場合には、可動枠１４の最も変位量が小さい部分１４ｐは振動部１５ａ、１５ｂの回動軸１７ｂと一致している。したがって、回動軸１７ｂ上で可動枠１４に振動部１３ａ、１３ｂすなわち接続部２７ａ、２７ｂを接続することにより、振動部１３ａ、１３ｂへの伝達される振動を低減することができる。特に、可動枠１４の辺１４ｄ、１４ｃの回動軸１７ａの方向の中点１４ｓで可動枠１４を支持することによりバランスよく可動枠１４を支持することができるので、接続部２７ａ、２７ｂが振動部１５ａ、１５ｂの回動軸１７ｂから離れている光学反射素子に比べて、振動部１３ａ、１３ｂの不要振動をより低減することができる。
【００２２】
振動部１３ａ、１３ｂはミラー部１６の中心点１６ｃについて互いに点対称な構造を有しかつ、接続部２７ａ、２７ｂはミラー部１６の中心点１６ｃについて互いに点対称な構造を有することが望ましい。ミラー部１６の中心点１６ｃで回動軸１７ａ、１７ｂが交わる。振動部１３ａ、１３ｂや接続部２７ａ、２７ｂが互いに点対称でなく線対称の構造を有している場合には、接続部２７ａ、２７ｂが共に可動枠１４の辺１４ｃ、１４ｄのどちらか一方に接続される。この構造により振動部１３ａ、１３ｂの慣性モーメントが増大するので、振動部１３ａ、１３ｂの周波数特性の劣化を招く。振動部１３ａ、１３ｂや接続部２７ａ、２７ｂが互いに対称でない構造を有している場合には、回動軸１７ｂについて互いに反対側の質量モーメントの均衡が崩れ、可動枠１４が実際に回動する回動軸が回動軸１７ｂと一致しないことから不要振動を起こす。
【００２３】
実施の形態における光学反射素子１１では、接続部２７ａ、２７ｂは正確に回動軸１７ｂ上で可動枠１４に接続されていなくてもよい。図７は光学反射素子１１の拡大図であり、可動枠１４と接続部２７ａを特に示す。可動枠１４の変位量の最も小さい部分１４ｐに接続部２７ａ、２７ｂが接続されることが不要振動を抑制するために効果的ではある。しかし、不要振動を抑制するために、可動枠１４の辺１４ｃ、１４ｄの回動軸１７ａの方向の長さＬ１と、接続部２７ａ、２７ｂの回動軸１７ａの方向の中点１４ｓから回動軸１７ｂまでの距離Ｌ２が式１を満たしていてもよい。
Ｌ２≦Ｌ１／４  …（式１）
式１を満たすことで、接続部２７ａ、２７ｂすなわち振動部１３ａ、１３ｂは可動枠１４の変位量の小さい部分を支持することができるので、振動部１３ａ、１３ｂに伝達される不要振動を低減することができる。距離Ｌ２がＬ１／４の値より大きくなるほど、接続部２７ａ、２７ｂで支持される位置が可動枠１４の変位量の最小な部分１４ｐから遠くなり、振動部１５ａ、１５ｂの振動が振動部１３ａ、１３ｂに伝わりやすく、振動部１３ａ、１３ｂの不要振動を起こしやすくなる。
【００２４】
ミラー部１６と振動部１５ａ、１５ｂの回動振動による可動枠１４の変位量が最小になる部分１４ｐの位置は振動部１５ａ、１５ｂの重心の位置により変わる。
【００２５】
図８は実施の形態における他の光学反射素子１１ａの拡大上面図である。図８において、図１から図７に示す光学反射素子１１と同じ部分には同じ参照番号を付す。光学反射素子１１ａは、図１から図７に示す光学反射素子１１のミラー部１６を支持する振動部１５ａ、１５ｂの代わりに、ミラー部１６を支持する振動部５５ａ、５５ｂを備える。図４に示す振動部１５ａ、１５ｂは共に可動枠１４の互いに反対側の辺１４ａ、１４ｂに接続されている。図８に示す振動部５５ａ、５５ｂは可動枠１４の辺１４ａのみに接続されて他の辺１４ｂ〜１４ｄには接続されていない。光学反射素子１１ａでは、振動部５５ａ、５５ｂの回動振動による可動枠１４の変位量が最も小さい部分１４ｐは、辺１４ｃ、１４ｄの中点１４ｓから辺１４ａに向かって離れる部分１４ｔに位置する。接続部２７ａ、２７ｂを可動枠１４の辺１４ｄ、１４ｃの部分１４ｔに接続することにより、可動枠１４の変位量が最小の位置で接続することが可能になり、振動部５５ａ、５５ｂから振動部１３ａ、１３ｂに伝わる振動を低減することが可能になる。
【００２６】
振動部１５ａ、１５ｂは図４に示すトーションバー形状の代わりに、振動部１３ａ、１３ｂと同様に、可動枠１４の辺１４ｃ、１４ｄに接続された一端と、ミラー部１６に接続された他端とをそれぞれ有するミアンダ形状を有していてもよい。これにより、振動部１３ａ、１３ｂと同様に振動部１５ａ、１５ｂの回動軸１７ｂ回りの回動振動の大きな変位量を得ることができる。この光学反射素子では、回動軸１７ｂ周りのミラー部１６の大きな変位量を得ながら振動部１３ａ、１３ｂに伝達される不要振動を低減することができる。
【００２７】
図９は実施の形態におけるさらに他の光学反射素子１１ｂの拡大斜視図である。図９において、図１から図７に示す光学反射素子１１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図９に示す光学反射素子１１ｂは、トーションバー形状を有する振動部１５ａ、１５ｂの代わりに、音叉形状を有する振動部３０ａ、３０ｂを備える。振動部３０ａは、可動枠１４の辺１４ｃに接続された一端を有する支持部３１ａと、支持部３１ａの他端に接続されたアーム３２ａ、３２ｂと、支持部３１ａの他端に接続された一端を有するトーションバー３４ａによって構成されている。トーションバー３４ａの他端はミラー部１６に接続されている。支持部３１ａとトーションバー３４ａは回動軸１７ｂに沿って延びる梁形状を有する。支持部３１ａとアーム３２ａ、３２ｂは音叉形状を構成する。振動部３０ｂは、可動枠１４の辺１４ｄに接続された一端を有する支持部３１ｂと、支持部３１ｂの他端に接続されたアーム３３ａ、３３ｂと、支持部３１ｂの他端に接続された一端を有するトーションバー３４ｂによって構成されている。トーションバー３４ｂの他端はミラー部１６に接続されている。支持部３１ｂとトーションバー３４ｂは回動軸１７ｂに沿って延びる梁形状を有する。支持部３１ａとアーム３２ａ、３２ｂは音叉形状を構成する。支持部３１ｂとアーム３３ａ、３３ｂは音叉形状を構成する。
【００２８】
アーム３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂは、図２と図４に示す振動部１３ａ、１５ａ、１５ｂと同様、シリコンよりなる基板２０と、基板２０上に設けられた絶縁膜２１と、絶縁膜２１上に設けられた下部電極２２と、下部電極２２上に設けられた圧電膜２３と、圧電膜２３上に設けられた上部電極２４とを有する。基板２０と絶縁膜２１と下部電極２２と圧電膜２３と上部電極２４とは厚み方向Ｄ１１１に積層されている。
【００２９】
下部電極２２と上部電極２４との間に所定の電位差を与えると、逆圧電効果によって圧電膜２３が圧電膜２３の平面方向Ｄ１１２に伸縮し、アーム３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂは厚み方向Ｄ１１１に撓み振動する。アーム３２ａの圧電膜２３に印加される電圧をアーム３２ｂの圧電膜２３に印加される電圧と逆相にし、アーム３３ａの圧電膜２３に印加される電圧をアーム３３ｂの圧電膜２３に印加される電圧と逆相にする。これにより、アーム３２ａ、３２ｂは互いに逆方向に撓み振動し、アーム３３ａ、３３ｂは互いに逆方向に撓み振動する。さらに、アーム３２ａの圧電膜２３に印加される電圧をアーム３３ａの圧電膜２３に印加される電圧と同相にし、アーム３２ｂの圧電膜２３に印加される電圧をアーム３３ｂの圧電膜２３に印加される電圧と同相にする。これにより、アーム３２ａ、３３ａは互いに同方向に撓み振動し、アーム３２ｂ、３３ｂは互いに同方向に撓み振動する。これらの撓み振動により、支持部３１ａ、３１ｂおよびトーションバー３４ａ、３４ｂが捩れ振動して変位し、結果、ミラー部１６に回動軸１７ｂ周りの回動振動をさせることが出来る。
【００３０】
次に、振動部１３ａ、１３ｂと可動枠１４を接続する接続部２７ａ、２７ｂの詳細を以下で説明する。
【００３１】
図１０Ａは実施の形態におけるさらに他の光学反射素子１１ｃの拡大図である。図１０Ｂは図１０Ａに示す光学反射素子１１ｃの線１０Ｂ−１０Ｂにおける断面図である。図１０Ａと図１０Ｂにおいて、図１から図９に示す光学反射素子１１（１１ａ、１１ｂ）と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態における光学反射素子１１（１１ａ、１１ｂ）では、接続部２７ａ、２７ｂは振動部１３ａ、１３ｂや可動枠１４、振動部１５ａ、１５ｂ（３０ａ、３０ｂ）と一体的に形成されるシリコンよりなる基板２０で形成されている。これにより振動部１３ａ、１３ｂの不要振動を低減できる。
【００３２】
図１０Ａと図１０Ｂに示す光学反射素子１１ｃでは、接続部２７ａ、２７ｂは基板２０と異なり、シリコンより剛性の小さな材料で形成されている。これにより、振動部１３ａ、１３ｂに伝達される振動部１５ａ、１５ｂの回動振動に起因する不要振動をさらに低減することができる。
【００３３】
上述したように、振動部１３ａ、１３ｂと可動枠１４とが接続される接続部２７ａ、２７ｂを振動部１５ａ、１５ｂの回動の中心である回動軸１７ｂ上に設けることにより、振動部１３ａ、１３ｂに伝達される振動エネルギーは低減できる。可動枠１４の辺１４ｃ、１４ｄと回動軸１７ｂとの交点の近傍の部分では捩れ振動が生じている。光学反射素子１１、１１ａ、１１ｂでは接続部２７ａ、２７ｂが振動部１３ａ、１３ｂや可動枠１４と同じシリコンよりなる基板２０で構成されているので、この捩れ振動によるエネルギーが減衰されることなく振動部１３ａ、１３ｂへと伝達される。図１０Ａと図１０Ｂに示す光学反射素子１１ｃでは、接続部２７ａ、２７ｂの剛性が振動部１３ａ、１３ｂや可動枠１４の基板２０よりも小さく減衰係数の大きな材料を用いて構成することにより、振動部１５ａ、１５ｂから伝達される振動エネルギーをさらに低減させることができる。
【００３４】
接続部２７ａ、２７ｂの材料として用いられる、シリコンより剛性が小さくかつＭＥＭＳ技術と整合性のある材料として、例えばポリイミドやエポキシ系永久レジスト、パリレン、アモルファスフッ素樹脂などの樹脂材料が挙げられる。
【００３５】
図１１は実施の形態における光学反射素子１１、１１ａ〜１１ｃの拡大図であり、接続部２７ａ、２７ｂを示す。実施の形態における光学反射素子１１、１１ａ〜１１ｃでは、下記の理由で振動部１３ａ、１３ｂと可動枠１４を接続する接続部２７ａ、２７ｂの厚み方向Ｄ１１１と直角の方向の幅２７ｓは厚み方向Ｄ１１１の厚さ２７ｔよりも大きくすることが望ましく、すなわち、接続部２７ａ、２７ｂの回動軸１７ｂと直角の方向の断面の厚み方向Ｄ１１１と直角の方向の幅は厚み方向Ｄ１１１と直角の方向の幅すなわち厚みより大きくすることが望ましい。ミラー部１６の回動振動の反作用により可動枠１４も回動振動し、これにより可動枠１４に接続された接続部２７ａ、２７ｂには捩れ振動が生じて捩れ応力が発生する。捩れ応力が発生すると、接続部２７ａ、２７の回動軸１７ｂと直角の方向の断面の長辺の中央に応力が集中して最大応力が発生する。基板２０の厚み方向Ｄ１１１への加工にはドライエッチングを用いる。ドライエッチングにより、厚み方向Ｄ１１１と平行の面にはスキャロップと呼ばれる凹凸が発生する。よって厚み方向Ｄ１１１の面が断面の長辺である場合には、その凹凸に応力が集中しやすくなり、破壊に対する強度の低下を招く。したがって、厚み方向Ｄ１１１と異なる方向例えば厚み方向Ｄ１１１と直角の面を接続部２７ａ、２７ｂ断面の長辺とすることで、接続部２７ａ、２７ｂでの捩れ応力に対する強度を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の圧電アクチュエータは、スクリーンに鮮明な画像を投影することが可能な光学反射素子を提供でき、小型プロジェクタやヘッドマウントディスプレイに利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１１    光学反射素子
１２    固定部
１３ａ，１３ｂ    振動部（第１の振動部）
１４    可動枠
１５ａ，１５ｂ    振動部（第２の振動部）
１６    ミラー部
１７ｂ    回動軸
２７ａ，２７ｂ    接続部
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月20日(2014.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図１１は実施の形態における光学反射素子１１、１１ａ〜１１ｃの拡大図であり、接続部２７ａ、２７ｂを示す。実施の形態における光学反射素子１１、１１ａ〜１１ｃでは、下記の理由で振動部１３ａ、１３ｂと可動枠１４を接続する接続部２７ａ、２７ｂの厚み方向Ｄ１１１と直角の方向の幅２７ｓは厚み方向Ｄ１１１の厚さ２７ｔよりも大きくすることが望ましく、すなわち、接続部２７ａ、２７ｂの回動軸１７ｂと直角の方向の断面の厚み方向Ｄ１１１と直角の方向の幅は厚み方向Ｄ１１１の幅すなわち厚みより大きくすることが望ましい。ミラー部１６の回動振動の反作用により可動枠１４も回動振動し、これにより可動枠１４に接続された接続部２７ａ、２７ｂには捩れ振動が生じて捩れ応力が発生する。捩れ応力が発生すると、接続部２７ａ、２７ｂの回動軸１７ｂと直角の方向の断面の長辺の中央に応力が集中して最大応力が発生する。基板２０の厚み方向Ｄ１１１への加工にはドライエッチングを用いる。ドライエッチングにより、厚み方向Ｄ１１１と平行の面にはスキャロップと呼ばれる凹凸が発生する。よって厚み方向Ｄ１１１の面が断面の長辺である場合には、その凹凸に応力が集中しやすくなり、破壊に対する強度の低下を招く。したがって、厚み方向Ｄ１１１と異なる方向例えば厚み方向Ｄ１１１と直角の面を接続部２７ａ、２７ｂ断面の長辺とすることで、接続部２７ａ、２７ｂでの捩れ応力に対する強度を確保することができる。
【国際調査報告】
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