(57)【要約】  光学反射素子は、ミラー部と、一対の接合部と、一対の振動部と、複数の駆動部と、固定部とを有する。接合部はそれぞれ、ミラー部の対向する位置のそれぞれに接続された第１端と、この第１端の反対側の第２端とを有し、第１軸方向に伸びている。振動部はそれぞれ、接合部の一方の第２端に接続された中央部を有する。複数の駆動部はそれぞれ、一対の振動部のそれぞれに設けられ、ミラー部を回動させる。固定部には一対の振動部の各両端が連結されている。接合部の第１軸に直交する方向の長さとして定義される梁幅は、一対の振動部のそれぞれの梁幅より大きい。
2013168385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、
前記ミラー部の対向する位置のそれぞれに接続された第１端と、前記第１端の反対側の第２端とを有し、第１軸方向に伸びる一対の接合部と、
前記接合部の一方の前記第２端に接続された中央部を有する一対の振動部と、
前記一対の振動部のそれぞれに設けられ前記ミラー部を回動させる複数の駆動部と、
前記一対の振動部の各両端が連結された固定部と、を備え、
前記接合部の前記第１軸に直交する方向の長さとして定義される梁幅が、前記一対の振動部のそれぞれの梁幅より大きい、
光学反射素子。
【請求項２】
前記一対の振動部は、前記第１軸に直交する第２軸に沿って伸び、前記一対の振動部のそれぞれの前記梁幅は、前記第１軸に沿った方向の長さとして定義される、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記一対の振動部はそれぞれ、前記接合部に接続された前記中央部と前記固定部との間に一対の梁部を有し、
前記一対の梁部のそれぞれは湾曲形状を有し、
前記一対の振動部のそれぞれの前記梁幅は、前記湾曲形状の外周と内周との間の長さとして定義される、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記梁部はそれぞれ、前記固定部により近い第１湾曲部と、前記中央部により近い第２湾曲部とで構成された、
請求項３記載の光学反射素子。
【請求項５】
前記第１湾曲部の曲率半径が前記第２湾曲部の曲率半径よりも小さい、
請求項４記載の光学反射素子。
【請求項６】
前記第２湾曲部の曲率半径は、前記第１湾曲部により近い側と前記接合部により近い側とで異なる、
請求項５記載の光学反射素子。
【請求項７】
前記第１湾曲部と前記第２湾曲部の湾曲方向が異なる、
請求項４記載の光学反射素子。
【請求項８】
前記第１湾曲部の曲率半径が前記第２湾曲部の曲率半径よりも小さい、
請求項７記載の光学反射素子。
【請求項９】
前記第２湾曲部の曲率半径は、前記第１湾曲部により近い側と前記接合部により近い側とで異なる、
請求項８記載の光学反射素子。
【請求項１０】
前記駆動部は前記第２湾曲部上に形成されている、
請求項４記載の光学反射素子。
【請求項１１】
前記駆動部は、下部電極膜と圧電膜と上部電極膜を順に積膜して形成されている、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項１２】
前記固定部と前記振動部との境界にモニタ部が形成されている、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項１３】
前記接合部の前記梁幅は、前記第１軸と前記第１軸に直交する第２軸で構成される平面と直交する方向の長さで定義される前記接合部の梁厚よりも大きい、
請求項１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、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイ等の画像投影装置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る。光学反射素子を駆動する原理として、例えば圧電アクチュエータが用いられる。【０００３】
図１０は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、ミラー部９と、ミラー部９を支持する固定部３と、一対の振動梁４と、ミラー部９を回動駆動させる圧電体層１０とを有する。振動梁４はそれぞれ、ミラー部９が固定部３に対して回動可能なように、ミラー部９と固定部３とを連結している。圧電体層１０に通電すると圧電体層１０が伸縮する。この伸縮によって、振動梁４が捩れ変形してミラー部９が回動する。【０００４】
また、各振動梁４は、ミラー部９から延出するトーションバー６と、駆動部材７と、一対の弾性部材８とを有する。駆動部材７はトーションバー６のミラー部９と反対側の端に接続されている。一対の弾性部材８は、駆動部材７よりもミラー部９寄りに設けられ、互いにミラー部９の回動中心軸を介して対向している。また弾性部材８の第１端は駆動部材７に接続され、第２端は固定部３の一部に接続されている。なお、この出願に関する圧電アクチュエータを開示するものとして、例えば、特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２８５５６８号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、大きな変位量かつ高周波駆動を実現できる小型の光学反射素子である。本発明の光学反射素子は、ミラー部と、一対の接合部と、一対の振動部と、複数の駆動部と、固定部とを有する。接合部はそれぞれ、ミラー部の対向する位置のそれぞれに接続された第１端と、この第１端の反対側の第２端とを有し、第１軸方向に伸びている。振動部はそれぞれ、接合部の一方の第２端に接続された中央部を有する。複数の駆動部はそれぞれ、一対の振動部のそれぞれに設けられ、ミラー部を回動させる。固定部には一対の振動部の各両端が連結されている。接合部の第１軸に直交する方向の長さとして定義される梁幅は、一対の振動部のそれぞれの梁幅より大きい。
【０００７】
この構成により、接合部に掛かる応力が低減され機械的強度を高めることができるので、ミラー部を大きな回動角（変位量）でかつ高周波駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明の実施の形態１によ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２−２線における断面図である。
【図３】図３は図１に示す光学反射素子の共振周波数と機械振れ角の関係を示す図である。
【図４】図４は図１に示す光学反射素子における電極膜の配置図である。
【図５】図５は図１に示す光学反射素子の５−５線における断面図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態２における光学反射素子の振動部を示す部分拡大図である。
【図７Ａ】図７Ａは本発明の実施の形態２における光学反射素子の他の振動部を示す部分拡大図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは本発明の実施の形態２における光学反射素子のさらに他の振動部を示す部分拡大図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは本発明の実施の形態２における光学反射素子の別の振動部を示す部分拡大図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態３における光学反射素子の平面図である。
【図９】図９は図８に示す光学反射素子の振動部の拡大図である。
【図１０】図１０は従来の光学反射素子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施の形態の説明に先立ち、従来の光学反射素子１における課題を簡単に説明する。投影画像の解像度を高めるためには、ミラー部９の回動角度を維持しながら駆動周波数を高くして光束（光点）の走査速度を高める必要がある。その際、トーションバー６に応力が集中するため、例えば、トーションバー６を長くして応力を分散する必要がある。その結果、光学反射素子１が大きくなり、走査速度が低下する。
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態による光学反射素子を説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による光学反射素子１１の平面図である。光学反射素子１１は、ミラー部１２と、一対の接合部１３Ａ、１３Ｂと、一対の振動部１４、１５と、複数の駆動部２４Ａ，２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄと、固定部１６とを有する。接合部１３Ａ、１３Ｂは、第１軸１７Ａに沿った方向に伸び、ミラー部１２を挟むように対向している。すなわち、接合部１３Ａ、１３Ｂの第１端はミラー部１２の対向する位置でミラー部１２に接続されてミラー部１２を支持している。振動部１４、１５は中央部で接合部１３Ａ、１３Ｂを挟むように配置され、これらの第２端に接続されている。振動部１４、１５は、第１軸１７Ａに直交する第２軸１７Ｂに沿って伸びている。枠状の固定部１６は振動部１４、１５の両端に連結され、振動部１４、１５を支持している。なお固定部１６は振動部１４、１５を支持していれば２つ以上の部品で構成してもよく枠状でなくてもよい。
【００１２】
駆動部２４Ａ、２４Ｂは振動部１４の中央部を挟んだ互いに反対側に設けられ、駆動部２４Ｃ、２４Ｄは振動部１５の中央部を挟んだ互いに反対側に設けられている。駆動部２４Ａ〜２４Ｄは第１軸１７Ａを中心軸としてミラー部１２を回動させる。駆動部２４Ａ〜２４Ｄは、第２軸１７Ｂ方向に延伸された直線形状、あるいは湾曲した形状を有している。
【００１３】
次に、駆動部２４Ａ〜２４Ｄの構成について図２を参照しながら説明する。図２は、図１における２−２線の断面図である。振動部１４、１５を構成する駆動部２４Ａ、２４Ｃは、最下層として光学反射素子１１の全体に亘って一体に形成されたシリコン基板１８を有し、シリコン基板１８上に絶縁膜１９が形成されている。絶縁膜１９の上には下部電極膜２０が設けられ、下部電極膜２０の上には圧電膜２１が形成され、圧電膜２１の上には上部電極膜２２が形成されている。このように、圧電体層２３は、絶縁膜１９と、下部電極膜２０と、圧電膜２１と、上部電極膜２２とで構成されている。
【００１４】
下部電極膜２０、上部電極膜２２は、白金、金、チタン、タングステンなどの金属膜で形成され、圧電膜２１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。これらは蒸着、ゾルゲル、ＣＶＤ、スパッタ法等によって薄膜として形成することができる。なお、駆動部２４Ｂ、２４Ｄも同様に構成されている。すなわち、駆動部２４Ａ〜２４Ｄは、下部電極膜２０と圧電膜２１と上部電極膜２２を順に積膜して形成されている。
【００１５】
下部電極膜２０と上部電極膜２２との間に所定の電圧を印加することにより、逆圧電効果によって圧電膜２１が圧電膜２１の平面方向に伸縮動作する。そのため、圧電膜２１を含む駆動部２４Ａ〜２４Ｄは、厚み方向に曲げ変位を起こす。
【００１６】
駆動部２４Ａに与える電圧を、接合部１３Ａを挟んで対向する駆動部２４Ｂに与える電圧に対して逆位相にすることにより、駆動部２４Ａ、２４Ｂが逆方向へ曲がる。その結果、駆動部２４Ａ、２４Ｂに挟まれた接合部１３Ａには捩れ変位が生じる。
【００１７】
接合部１３Ｂにも接合部１３Ａと同様に、駆動部２４Ｃ、２４Ｄに位相が逆方向の電圧を印加することにより捩れ変位が生じる。駆動部２４Ａと駆動部２４Ｃに印加する電圧の位相を同位相にし、駆動部２４Ｂ、２４Ｄに印加する電圧の位相を同位相とすることにより、接合部１３Ａ、１３Ｂが同位相で捩れ変位を起こす。その結果、ミラー部１２が第１軸１７Ａの周りに回動する。
【００１８】
第１軸１７Ａ周りに回動動作を起こす固有振動モードを利用することで、ミラー部１２を大きく変位させることが可能になる。そのため、駆動部２４Ａ〜２４Ｄに共振周波数と同期した駆動周波数を印加させることで、第１軸１７Ａを中心軸としてミラー部１２を大きく変位させることができる。
【００１９】
このようにミラー部１２を変位させると、接合部１３Ａ、１３Ｂには捩れ変位が起こることにより、捩れ応力が発生する。ミラー部１２の変位量が増大するに伴って、接合部１３Ａ、１３Ｂに掛かる捩れ応力も増加する。この捩れ応力が接合部１３Ａ、１３Ｂの機械的強度を越えると、接合部１３Ａ、１３Ｂにはクラック破壊などが起こり、ミラー部１２を変位動作させることができなくなる。
【００２０】
一般的に、ミラー部１２の変位量を増大させるには、例えば、接合部１３Ａ、１３Ｂの長さを第１軸１７Ａ方向に延伸して、接合部１３Ａ、１３Ｂに掛かる捩れ応力を低減する。しかしながら、接合部１３Ａ、１３Ｂを第１軸１７Ａ方向に延伸させると光学反射素子１１が大きくなり、前述のように走査速度である共振周波数が低下する。
【００２１】
これに対し光学反射素子１１では、接合部１３Ａ、１３Ｂの梁幅Ｗ１が、振動部１４、１５の梁幅Ｗ２より大きい。梁幅Ｗ１は、接合部１３Ａ、１３Ｂの第１軸１７Ａに直交する方向の長さとして定義される。一方、梁幅Ｗ２は、振動部１４、１５の第１軸１７Ａに沿った方向の長さとして定義される。
【００２２】
この寸法関係により、接合部１３Ａ、１３Ｂでは、捩れ変位よりも、駆動部２４Ａ〜２４Ｄによる曲げ変位が支配的になる。すなわち、接合部１３Ａ、１３Ｂの中央部に掛かっていた捩れ応力よりも、接合部１３Ａ、１３Ｂのそれぞれの全体に掛かる曲げ応力が支配的となる。このように接合部１３Ａ、１３Ｂ全体に応力が分散されるため、接合部１３Ａ、１３Ｂを構成する材料の機械的強度を越えることなくミラー部１２の変位量を確保することができる。
【００２３】
なお、接合部１３Ａ、１３Ｂの梁幅を広くすることで、回動体であるミラー部１２と接合部１３Ａ、１３Ｂの合計質量が増加する。その結果、ミラー部１２の上下振動モードの共振周波数は低下する。一方、第１軸１７Ａに平行な接合部１３Ａ、１３Ｂの端部からミラー部１２の第２軸１７Ｂ方向の端部までの距離は相対的に短くなる。そのため、ミラー部１２の第１軸１７Ａ周りにおける慣性モーメントが相対的に小さくなる。その結果、第１軸１７Ａ周りを回動する振動モードの共振周波数は増加する。この両者のバランスを調整することによって振動モードの共振周波数を増加させることができる。
【００２４】
図３は、振動部１４、１５の梁幅Ｗ２に対し、接合部１３Ａ、１３Ｂの梁幅Ｗ１を増減させたことによる共振周波数とミラー部１２の機械振れ角の関係を示している。横軸は共振周波数、縦軸は機械振れ角を示している。接合部１３Ａ、１３Ｂの梁幅Ｗ１を振動部１４、１５の梁幅Ｗ２である１７０μｍに対し５０μｍ狭くすると、共振周波数と機械振れ角が低下する。一方、接合部１３Ａ、１３Ｂの梁幅Ｗ１を振動部１４、１５の梁幅Ｗ２である１７０μｍに対し１００μｍ広くした場合には、共振周波数と機械振れ角が共に増加しトレードオフの関係を逸脱できていることが分かる。このように、振動部１４、１５の梁幅Ｗ２に対し、接合部１３Ａ、１３Ｂの梁幅Ｗ１を大きくすることで、共振周波数と機械振れ角を同時に増大させることができる。
【００２５】
次に図４を参照しながら、光学反射素子１１における好ましい構造を説明する。図４は光学反射素子１１における上部電極膜２２の配置図である。
【００２６】
前述のように、駆動部２４Ａ〜２４Ｄには、振動部１４、１５に曲げ変位を起こすための圧電体層２３が設けられている。そのため、圧電体層２３を利用して振動部１４、１５の駆動状態をモニタリングする機能を同時に持たせてもよい。つまり、圧電膜２１は圧電効果を有するため、駆動部２４Ａ〜２４Ｄの曲げ変位に伴って、電荷を発生する。また、曲げ変位量に応じた電荷量が発生するため、この電荷をモニタリングすることで、振動部１４、１５の駆動状態を精度よくモニタリングすることが可能となる。
【００２７】
但し、振動部１４、１５の駆動を阻害することなく駆動状態を検知し、且つ圧電膜２１に歪みが生じ易い箇所に電極膜を配置することが必要となる。駆動部２４Ａ〜２４Ｄが曲げ変位を起こすため、固定部１６の周辺には歪みが集中し易い。そのため、図４に示すように、少なくとも固定部１６と振動部１４、１５との境界線上に、上部電極膜２２を設けることが望ましい。すなわち、固定部１６と振動部１４、１５との境界にモニタ部を構成する上部電極膜２２が形成されていることが好ましい。
【００２８】
次に図５を参照しながら、光学反射素子１１における別の好ましい構造を説明する。図５は図１に示す光学反射素子の５−５線における断面図であり、接合部１３Ａの断面を示している。
【００２９】
このように、接合部１３Ａ、１３Ｂの梁幅Ｗ１を、接合部１３Ａ、１３Ｂの梁厚ｔより大きくすることが望ましい。梁厚ｔは、第１軸１７Ａと第２軸１７Ｂで構成される平面と直交する方向の長さで定義される。接合部１３Ａ、１３Ｂの梁幅Ｗ１が、梁厚ｔ以下の場合、接合部１３Ａ、１３Ｂに掛かる捩れ応力は、接合部１３Ａ、１３Ｂの側壁部に集中し易くなり、梁幅Ｗ１を広くして平面方向に応力を分散させた効果が得られない。また、シリコン基板１８を用いた場合、シリコンの加工にはボッシュプロセスを用いることが多い。しかし、ボッシュプロセスを用いると側壁にはスキャロップと呼ばれる凹凸形状が発生する。この凹凸部に応力が集中すると機械強度が低下してしまう。以上のことから、接合部１３Ａ、１３Ｂの梁幅Ｗ１を梁厚ｔよりも大きくしておくことが望ましい。
【００３０】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における光学反射素子３１の振動部３２を示す部分拡大図である。光学反射素子３１は、ミラー部３４と、接合部３３と、振動部３２と、固定部３５とを有する。光学反射素子３１は振動部３２が曲率を有している点で実施の形態１における光学反射素子１１と異なっている。それ以外の基本的な構成は光学反射素子１１と同様である。すなわち、図示していないが、接合部３３はミラー部３４の対向する位置に一対で設けられ、振動部３２は一対で設けられ、それぞれの中央部で接合部３３に接続されている。振動部３２の両端は固定部３５に接続されている。接合部３３の第１軸１７Ａに直交する方向の長さとして定義される梁幅は、振動部３２の梁幅より大きい。
【００３１】
振動部３２は、接合部３３に接続された中央部と固定部３５との間に一対の梁部３２Ａを有し、梁部３２Ａは湾曲形状を有している。なお振動部３２の梁幅は、梁部３２Ａの湾曲形状の外周と内周との間の長さとして定義される。
【００３２】
振動部３２上には、圧電膜を有する駆動部（図示せず）が設けられている。この圧電膜に電圧を印加することにより、逆圧電効果によって圧電膜が圧電膜の平面方向に伸縮し、振動部３２が厚み方向に曲げ変位を起こす。振動部３２の曲げ変位により、接合部３３と振動部３２の接続箇所付近において曲げ応力が発生する。しかしながら、振動部３２の梁部３２Ａが湾曲形状を有していることにより、接合部３３と振動部３２の接続箇所近傍の応力を分散することができる。その結果、機械強度が向上し、ミラー部３４の振れ角を大きくすることができる。
【００３３】
次に、湾曲した梁部３２Ａの図６とは異なる形状について、図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら説明する。図７Ａ〜図７Ｃは本実施の形態における他の振動部３２を示す部分拡大図である。
【００３４】
図７Ａ〜図７Ｃに示す振動部３２では、梁部３２Ａが固定部３５により近い第１湾曲部３６と、接合部３３に接続された中央部により近い第２湾曲部３７とで構成されている。
【００３５】
直線形状を有する実施の形態１における振動部１４、１５では、振動部１４、１５と固定部１６との接続箇所において、振動部１４、１５の曲げ変位に伴った応力が集中しやすい。これに対し、振動部３２と固定部３５との接続箇所である第１湾曲部３６を、図７Ａ〜図７Ｃのようにある曲率半径を有した形状とすることで固定部３５と第１湾曲部３６との接合箇所を応力分散することができる。
【００３６】
また図７Ｂに示すように、第１湾曲部３６の曲率半径と第２湾曲部３７の曲率半径とが異なった構成としても良い。ここで、第１湾曲部３６の曲率半径をｒ、第２湾曲部３７の曲率半径をＲとしている。
【００３７】
接合部３３に大きな捩れ変位を効率よく発生させるには、接合部３３に対する駆動部の直交成分の割合を、接合部３３に可能な限り近い箇所に多く設けることが効果的である。つまり、第１湾曲部３６の曲率半径ｒが第２湾曲部３７の曲率半径Ｒと同じかより大きい場合、接合部３３に対する駆動部の直交成分の多くが接合部３３から離れた第１湾曲部３６上に構成される。そのため、接合部３３に捩れ変位を起こす駆動効率が低下してしまう。
【００３８】
そこで、接合部３３に対する駆動部の直交成分の多くを、接合部３３に近い第２湾曲部３７上に占めるように、第１湾曲部３６の曲率半径ｒを第２湾曲部３７の曲率半径Ｒより小さくすることが好ましい。なお、第１湾曲部３６、第２湾曲部３７の曲率半径の大小関係については、図７Ａに示す振動部３２にも適用可能である。
【００３９】
また、駆動部３８を構成する圧電体層２３（図２参照）を、第１湾曲部３６上に設けるよりも、少なくとも第２湾曲部３７上に設けることが好ましい。この配置により接合部３３の捩れ変位を効率よく大きくすることができる。
【００４０】
なお、第１湾曲部３６の曲率半径ｒが大きいと、曲率半径ｒに伴って素子が第１軸１７Ａ方向に拡大してしまう。ここで、図７Ｂに示すように、第１湾曲部３６を第１軸１７Ａに沿った方向にミラー部３４に向かって凸な形状とし、第２湾曲部３７を第１軸１７Ａ方向に固定部３５に向かって凸な形状とすることが好ましい。すなわち、第１湾曲部３６と第２湾曲部３７の湾曲方向が異なり、逆方向に突出していることが好ましい。この形状により、ミラー部３４に近い位置に固定部３５との接続位置を設けることができるため、固定部３５と第１湾曲部３６との接合箇所を応力分散しながら第１湾曲部３６の曲率半径ｒの幅だけ光学反射素子３１を小型化することができる。
【００４１】
また、図７Ｃに示すように、第２湾曲部３７を第１湾曲部３６により近い側と接合部３３により近い側とで曲率半径が異なる構成としても良い。振動部３２の曲げ変位により、接合部３３と振動部３２の接続箇所付近において曲げ応力が発生する。この応力を分散するには接続箇所近傍の曲率半径を大きくする必要がある。第２湾曲部３７内の第１湾曲部３６に近い側に掛かる応力は比較的小さい。このため、第２湾曲部３７の曲率半径が一定であると光学反射素子３１が大きくなる。そこで、第２湾曲部３７の第１湾曲部３６に近い側の曲率半径を接合部３３に近い側に対して小さくすることで、光学反射素子３１の機械強度を確保したまま小型化することができる。
【００４２】
また、第１湾曲部３６上には駆動用とは異なる圧電膜３９を設け、振動部３２の駆動状態をモニタリングする機能を同時に持たせてもよい。圧電膜３９は固定部３５と振動部３２との境界に形成されたモニタ部として機能する。
【００４３】
圧電膜３９は圧電効果を有するため、振動部３２の曲げ変位に伴って、電荷を発生する。また、曲げ変位量に応じた電荷量が発生するため、この電荷をモニタリングすることで、振動部３２の駆動状態を精度よくモニタリングすることが可能となる。但し、振動部３２の駆動を阻害することなく駆動状態を検知し、且つ歪みが生じ易い箇所に圧電膜３９を配置することが必要となる。振動部３２が曲げ変位を起こすため、固定部３５と第１湾曲部３６との境界線周辺に歪みが集中し易い。そのため、少なくとも固定部３５と第１湾曲部３６との境界線上に圧電膜３９を設けることが望ましい。
【００４４】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３における光学反射素子４１の平面図である。光学反射素子４１は、固定部４２と、一対の第１振動部４３Ａ、４３Ｂと、可動枠４４と、一対の第２振動部４５Ａ、４５Ｂと、一対の接合部４６Ａ、４６Ｂと、ミラー部４７とを有している。
【００４５】
固定部４２の内側に対向するように第１振動部４３Ａ、４３Ｂの第１端が接続され、第２端が可動枠４４と接続されている。すなわち第１振動部４３Ａ、４３Ｂは可動枠４４を支持している。可動枠４４の内側における第２軸１７Ｂに沿った方向に対向する両辺に、第２振動部４５Ａ、４５Ｂが接続されている。接合部４６Ａ、４６Ｂの第１端は回動可能なミラー部４７の対向する位置に接続され、第１端の反対側の第２端は第２振動部４５Ａ、４５Ｂの中央部に接続されている。第１振動部４３Ａ、４３Ｂは第２軸１７Ｂ周りに可動枠４４を回動させ、第２振動部４５Ａ、４５Ｂは第２軸１７Ｂと直交する第１軸１７Ａ周りにミラー部４７を回動させる。
【００４６】
図２に示した実施の形態１、２と同様に、第１振動部４３Ａ、４３Ｂは、最下層として一体に形成されたシリコン基板１８を有し、シリコン基板１８上に絶縁膜１９が形成されている。絶縁膜１９の上には下部電極膜２０が設けられ、下部電極膜２０の上には圧電膜２１が形成され、圧電膜２１の上には上部電極膜２２が形成されている。下部電極膜２０、圧電膜２１、上部電極膜２２は駆動部として機能する。
【００４７】
図９は第１振動部４３Ａの一部拡大図である。第１振動部４３Ａは、平行に設けられ隣り合った複数の連結部４８と、連結部４８のうちの２つを繋ぐ折り返し部４９を有し、複数の連結部４８と、複数の折り返し部４９によってミアンダ形状に形成されている。第１振動部４３Ａの下部電極膜２０と上部電極膜２２との間に所定の電圧を印加すると、圧電膜２１に所定の電界が掛かり、逆圧電効果によって圧電膜２１が圧電膜２１の平面方向に伸縮動作をする。このとき、圧電膜２１で発生した平面方向の伸縮動作が第１振動部４３Ａの厚み方向のモーメントとして働くことにより、第１振動部４３Ａは厚み方向に撓み振動する。このとき、第１振動部４３Ａの連結部４８に対し、隣接した連結部４８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４８の撓みが重畳され、可動枠４４は第２軸１７Ｂ周りに回動する。
【００４８】
第２振動部４５Ａ、４５Ｂとして、実施の形態１で説明した振動部１４、１５または実施の形態２で説明した振動部３２を用いることにより、第１軸１７Ａ周り、および第２軸１７Ｂ周りに、ミラー部４７は同時に大きな変位で回動することができる。そのため、ミラー部４７に、例えばレーザ光を照射して、２次元平面上に鮮明な画像などを投影することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の光学反射素子は、スクリーンに鮮明な画像を投影することができ、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】
【００５０】
１１，３１，４１    光学反射素子
１２，３４，４７    ミラー部
１３Ａ，１３Ｂ，３３，４６Ａ，４６Ｂ    接合部
１４，１５，３２    振動部
１６，３５，４２    固定部
１７Ａ    第１軸
１７Ｂ    第２軸
１８    シリコン基板
１９    絶縁膜
２０    下部電極膜
２１，３９    圧電膜
２２    上部電極膜
２３    圧電体層
２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，３８    駆動部
３２Ａ    梁部
３６    第１湾曲部
３７    第２湾曲部
４３Ａ，４３Ｂ    第１振動部
４４    可動枠
４５Ａ，４５Ｂ    第２振動部
４８    連結部
４９    折り返し部
【図１】
2013168385.tif 000003
【図２】
2013168385.tif 000004
【図３】
2013168385.tif 000005
【図４】
2013168385.tif 000006
【図５】
2013168385.tif 000007
【図６】
2013168385.tif 000008
【図７Ａ】
2013168385.tif 000009
【図７Ｂ】
2013168385.tif 000010
【図７Ｃ】
2013168385.tif 000011
【図８】
2013168385.tif 000012
【図９】
2013168385.tif 000013
【図１０】
2013168385.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月16日(2014.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、大きな変位量かつ高周波駆動を実現できる小型の光学反射素子である。本発明の光学反射素子は、ミラー部と、一対の接合部と、一対の振動部と、複数の駆動部と、固定部とを有する。接合部はそれぞれ、ミラー部の対向する位置のそれぞれに接続された第１端と、この第１端の反対側の第２端とを有し、第１軸に沿って伸びている。振動部はそれぞれ、接合部の一方の第２端に接続された中央部を有する。複数の駆動部はそれぞれ、一対の振動部のそれぞれに設けられ、ミラー部を回動させる。固定部には一対の振動部の各両端が連結されている。接合部の第１軸に直交する方向の長さとして定義される梁幅は、一対の振動部のそれぞれの梁幅より大きい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
固定部４２の内側に、互いに対向するように第１振動部４３Ａ、４３Ｂの第１端が接続され、第２端が可動枠４４と接続されている。すなわち第１振動部４３Ａ、４３Ｂは可動枠４４を支持している。可動枠４４の内側における第２軸１７Ｂに沿った方向に対向する両辺に、第２振動部４５Ａ、４５Ｂが接続されている。接合部４６Ａ、４６Ｂの第１端は回動可能なミラー部４７の対向する位置に接続され、第１端の反対側の第２端は第２振動部４５Ａ、４５Ｂの中央部に接続されている。第１振動部４３Ａ、４３Ｂは第２軸１７Ｂ周りに可動枠４４を回動させ、第２振動部４５Ａ、４５Ｂは第２軸１７Ｂと直交する第１軸１７Ａ周りにミラー部４７を回動させる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、
前記ミラー部の対向する位置のそれぞれに接続された第１端と、前記第１端の反対側の第２端とを有し、第１軸に沿って伸びる一対の接合部と、
前記接合部の一方の前記第２端に接続された中央部を有する一対の振動部と、
前記一対の振動部のそれぞれに設けられ前記ミラー部を回動させる複数の駆動部と、
前記一対の振動部の各両端が連結された固定部と、を備え、
前記接合部の前記第１軸に直交する方向の長さとして定義される梁幅が、前記一対の振動部のそれぞれの梁幅より大きい、
光学反射素子。
【請求項２】
前記一対の振動部は、前記第１軸に直交する第２軸に沿って伸び、前記一対の振動部のそれぞれの前記梁幅は、前記第１軸に沿った方向の長さとして定義される、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記一対の振動部はそれぞれ、前記接合部に接続された前記中央部と前記固定部との間に一対の梁部を有し、
前記一対の梁部のそれぞれは湾曲形状を有し、
前記一対の振動部のそれぞれの前記梁幅は、前記湾曲形状の外周と内周との間の長さとして定義される、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記梁部はそれぞれ、前記固定部により近い第１湾曲部と、前記中央部により近い第２湾曲部とで構成された、
請求項３記載の光学反射素子。
【請求項５】
前記第１湾曲部の曲率半径が前記第２湾曲部の曲率半径よりも小さい、
請求項４記載の光学反射素子。
【請求項６】
前記第２湾曲部の曲率半径は、前記第１湾曲部により近い側と前記接合部により近い側とで異なる、
請求項５記載の光学反射素子。
【請求項７】
前記第１湾曲部と前記第２湾曲部の湾曲方向が異なる、
請求項４記載の光学反射素子。
【請求項８】
前記第１湾曲部の曲率半径が前記第２湾曲部の曲率半径よりも小さい、
請求項７記載の光学反射素子。
【請求項９】
前記第２湾曲部の曲率半径は、前記第１湾曲部により近い側と前記接合部により近い側とで異なる、
請求項８記載の光学反射素子。
【請求項１０】
前記駆動部は前記第２湾曲部上に形成されている、
請求項４記載の光学反射素子。
【請求項１１】
前記駆動部は、下部電極膜と圧電膜と上部電極膜を順に積膜して形成されている、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項１２】
前記固定部と前記振動部との境界にモニタ部が形成されている、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項１３】
前記接合部の前記梁幅は、前記第１軸と前記第１軸に直交する第２軸で構成される平面と直交する方向の長さで定義される前記接合部の梁厚よりも大きい、
請求項１記載の光学反射素子。
【国際調査報告】
2013168385.tif 000015
2013168385.tif 000016