(57)【要約】  光学反射素子は、ミラーと、ミラーと接続された枠体と、振動することによりミラーが回転軸を中心に回転させる駆動梁とを備える。枠体はミラーを間にして互いに反対側に位置する２つの接続部でミラーと接続されている。枠体の剛性はミラーの剛性より高い。回転軸は第一と第二の接続部を結ぶ線分に直交する。この光学反射素子は、ミラーの動的撓みを抑制することができる。
2013046612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラーと、
前記ミラーを間にして互いに反対側に位置する第一の接続部と第二の接続部とで前記ミラーと接続された枠体と、
振動することにより前記ミラーが回転軸を中心に回転するように前記枠体を間にして互いに反対側で前記枠体と結合する一対の駆動梁と、
を備え、
前記枠体の剛性は前記ミラーの剛性より高く、
前記回転軸は前記第一の接続部と前記第二の接続部を結ぶ線分に直交する、光学反射素子。
【請求項２】
前記ミラーは、前記第一の接続部と前記第二の接続部で前記枠体と一体に形成されている、請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記ミラーは光を反射する表面と、前記表面の反対側の裏面とを有し、
前記ミラーの前記裏面に設けられた補強リブをさらに備えた、請求項１または２に記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記一対の駆動梁は前記枠体に接続された、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学反射素子。
【請求項５】
前記一対の駆動梁は前記回転軸において前記枠体に接続された、請求項４に記載の光学反射素子。
【請求項６】
前記駆動梁と前記枠体との間に設けられており、前記回転軸と異なる位置で前記一対の駆動梁とそれぞれ接続されて、前記枠体に沿って延在する一対の外枠と、
前記駆動梁と前記枠体との間に設けられており、前記一対の外枠を前記枠体にそれぞれ連結する一対の連結部と、
をさらに備えた、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学反射素子。
【請求項７】
前記一対の連結部は前記回転軸において前記枠体に接続されている、請求項６に記載の光学反射素子。
【請求項８】
前記駆動梁は前記回転軸と異なる位置で前記枠体と接続され、
前記第一の接続部と前記第二の接続部は剛性が異なる、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学反射素子。
【請求項９】
前記駆動梁は前記回転軸と異なる位置で前記枠体と接続され、
前記第一の接続部において前記ミラーが前記枠体に接続されている面積は、前記第二の接続部において前記ミラーが前記枠体に接続されている面積と異なる、請求項１から４のいずれか一項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投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】
レーザなどの光源から射出した光束を走査する、車載用レーダや投影型の表示装置が実用化されている。従来この種の光学反射素子は、外枠体と、この外枠体に溝で分離された内枠体と、この溝内に設けられて外枠体に内枠体を支持する外支軸と、内枠体に溝で分離されたミラーと、この溝内に設けられて内枠体にミラーを支持する内支軸と、外枠体に接続された一端と外支軸に接続された他端とを有する外圧電振動板と、内枠体に接続された一端と内支軸に接続された他端とを有する内圧電振動板とを備える。外支軸と内支軸とを中心としてミラーが揺動運動をすることにより、ミラーに入射する光の反射光をスクリーン上において２次元的に走査して、スクリーン上に画像を表示する。【０００３】
この光学反射素子に類似の光学反射素子は、例えば、特許文献１に記載されている。【０００４】
この走査型光学反射装置を用いて高解像度な画像を実現するためには、ミラーの大型化・高速化が求められるが、それに伴い駆動時のミラーの動的撓みが発生する。動的撓みにより、ミラーが凹面ミラー若しくは凸面ミラーとなり、ミラーで反射したレーザ光が広がり、正確に画像を表示できなくなったり、フォーカスのぼけた画像が表示されたりする。【０００５】
動的撓みの発生要因は、ミラーにかかる慣性力である。したがって、回転軸からの距離が増加するに伴い慣性力が増加し、動的撓みも増加する。ミラーは、揺動運動の中心となる支軸を備えており、ミラーの支持方法により動的撓みの分布が変化する。つまり、動的撓みの分布は、慣性力と支持方法のバランスによって決定される。【０００６】
特許文献２には、ミラーの中央部と周縁部の間に、周縁部から中央部に動的撓みが伝達することを抑制するための貫通孔を設ける構成が記載されている。ミラーの周縁部は、揺動運動するための駆動力を伝えているトーションバーとの接続位置において応力集中により周囲に比べ大きな動的撓みが生じる。特許文献２はこの応力集中によって生じた動的撓みが中央部に伝達することを抑制している。【０００７】
しかしながら、周縁部の動的撓みが中央部に伝達することを抑制するために、周縁部と中央部の連結部を小型化すると、連結部周辺に駆動のためのトルクが集中し中央部の動的撓みを招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１４８４５９号公報
【特許文献２】特許第３９２６５５２号公報
【発明の概要】
【０００９】
光学反射素子は、ミラーと、ミラーと接続された枠体と、振動することによりミラーが回転軸を中心に回転させる駆動梁とを備える。枠体はミラーを間にして互いに反対側に位置する２つの接続部でミラーと接続されている。枠体の剛性はミラーの剛性より高い。回転軸は第一と第二の接続部を結ぶ線分に直交する。
【００１０】
この光学反射素子は、ミラーの動的撓みを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の実施の形態１における光学反射素子の平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは実施の形態１における光学反射素子の可動板の表面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは図２Ａに示す可動板の裏面図である。
【図３】図３は図１に示す光学反射素子の線３−３における断面図である。
【図４】図４は実施の形態１における光学反射素子の駆動を示す斜視図である。
【図５Ａ】図５Ａは実施の形態１における光学反射素子のミラーの側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは実施の形態１における光学反射素子のミラーの側面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは実施の形態１における光学反射素子のミラーの側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは実施の形態１における光学反射素子のミラーの模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは図６Ａに示すミラーの動的撓みを示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは実施の形態１における光学反射素子の枠体の模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは図７Ａに示す枠体の動的撓みを示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは実施の形態１における光学反射素子のミラーと枠体の模式図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは実施の形態１における光学反射素子のミラーと枠体の模式図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは実施の形態１における光学反射素子のミラーと枠体の模式図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは実施の形態１における光学反射素子のミラーと枠体の模式図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは実施の形態１における光学反射素子のミラーと枠体の模式図である。
【図９】図９は実施の形態１における他の光学反射素子の平面図である。
【図１０】図１０は図９に示す光学反射素子の駆動梁の振動を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは本発明の実施の形態２における光学反射素子の可動板の表面の拡大図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは図１１Ａに示す可動板の裏面の拡大図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは図１１Ａに示す可動板の線１１Ｃ−１１Ｃにおける断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは実施の形態２における光学反射素子の補強リブを示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは実施の形態２における光学反射素子の他の補強リブを示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは実施の形態２における光学反射素子のさらに他の補強リブを示す図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは実施の形態２における光学反射素子のさらに他の補強リブを示す図である。
【図１３】図１３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１４Ａ】図１４Ａは実施の形態３における光学反射素子の可動板の表面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは図１４Ａに示す可動板の裏面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは実施の形態３における光学反射素子の枠体の模式図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは図１５Ａに示す枠体の位置と動的撓みの関係を示す図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは比較例の光学反射素子の枠体の模式図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは図１５Ｃに示す枠体の位置と動的撓みの関係を示す図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは実施の形態３における光学反射素子のミラーの模式図である。
【図１５Ｆ】図１５Ｆは図１５Ｅに示すミラーの位置と動的撓みの関係図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは本発明の実施の形態４における光学反射素子の可動板の表面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは図１６Ａに示す可動板の裏面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは実施の形態４における光学反射素子の他の可動板の表面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは図１７Ａに示す可動板の裏面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における光学反射素子１８の平面図である。光学反射素子１８は、長方形枠状の支持体１と、二つの音叉振動子６ａ、６ｂを有している。駆動梁２ａ、２ｂの一端が支持体１に固定されている。音叉振動子６ａ、６ｂの振動中心９ａ、９ｂに駆動梁１１ａ、１１ｂの一端がそれぞれ固定されている。駆動梁１１ａ、１１ｂの他端にレーザ光線などの光を反射するミラー１３を含む可動板１２が接続されている。音叉振動子６ａは、アーム３ａ、４ａと、アーム３ａ、４ａを連結する連結部５ａとからなる。音叉振動子６ｂは、アーム３ｂ、４ｂと、アーム３ｂ、４ｂを連結する連結部５ｂとからなる。音叉振動子６ａ、６ｂは可動板１２を間にして互いに反対側に配置されている。振動中心９ａ、９ｂが可動板１２の回転軸１４上に配置されている。
【００１３】
図２Ａと図２Ｂはそれぞれ可動板１２の表面図と裏面図である。可動板１２は、ミラー１３と、ミラー１３を接続部１５、１６で支持する枠体１７とを有する。枠体１７は駆動梁１１ａ、１１ｂによって支持されている。また、接続部１５、１６を結ぶ線分Ｌ１は回転軸１４に対して直角である。枠体１７の厚みはミラー１３の厚みより大きい。ミラー１３は接続部１５、１６で局所的に枠体１７に接続されており、回転軸１４では枠体１７に接続されておらず離れている。図１にも示すように、一対の駆動梁２ａ、２ｂは回転軸１４において枠体１７に接続されている。
【００１４】
図３は図１に示す光学反射素子１８の線３−３における断面図である。光学反射素子１８は、シリコンなどの弾性、機械的強度および高いヤング率を有する弾性部材よりなる。
【００１５】
アーム３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂはシリコンなどの基材２０で構成され、アーム３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂの少なくとも一面には、撓み振動を起こすための圧電アクチュエータ１０が形成されている。基材２０はシリコンなどの弾性、機械的強度および高いヤング率を有する弾性部材よりなる。圧電アクチュエータ１０は、基材２０上に積層されたシリコン酸化膜２１と、シリコン酸化膜２１上に積層された下部電極層２２と、下部電極層２２上に積層された圧電体層２３と、圧電体層２３上に積層された上部電極層２４とで形成されている。
【００１６】
実施の形態１では、下部電極層２２が白金よりなり、上部電極層２４が金よりなり、圧電体層２３がチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３、ｘ＝０．５２５）等の圧電材料よりなる。これらの層は蒸着、ゾルゲル、ＣＶＤ、スパッタ法などの薄膜プロセスにより一括して形成することができ、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング技術により微細なパターンを正確に加工することができる。
【００１７】
可動板１２も基材２０で形成されておいる。ミラー１３よりも厚い枠体１７は、基材２０の下面に設けられたシリコン酸化膜２５と、シリコン酸化膜２５との下面に設けられたシリコン構造体２６を備えている。基材２０とシリコン酸化膜２５とシリコン構造体２６が一体となった平板基板をその表面からフッ素系ガスによりエッチングすることで基材２０を加工し、その後、裏面から表面と同様にフッ素系ガスによりエッチングすることで厚みの異なるシリコン構造体２６を形成できる。なお、ミラー１３の表面には銀を主成分とする金属薄膜２７が、蒸着、スパッタ法などの薄膜プロセスにより形成されている。金属薄膜２７はレーザ光線などの光を反射するように構成されている。
【００１８】
次に、圧電アクチュエータ１０を用いた光学反射素子１８の駆動方法について説明する。
【００１９】
図４は光学反射素子１８の動作を示す斜視図である。可動板１２を中心とし、可動板１２の回転軸１４上に互いに反対側に音叉振動子６ａ、６ｂが配置されている。音叉振動子６ａ、６ｂのアーム３ａ、３ｂが同じ方向に撓み、アーム４ａ、４ｂが同じ方向に撓み、アーム３ａ、３ｂがアーム４ａ、４ｂの反対の方向に撓むように圧電アクチュエータ１０に電圧を印加する。音叉振動子６ａ、６ｂの振動エネルギーを利用して駆動梁１１ａ、１１ｂと可動板１２とで構成された捩れ振動子に捩れ振動を起こさせることができる。この捩れ振動によって、可動板１２を反復回転振動させる。
【００２０】
実施の形態１における回転軸１４上に延びる駆動梁１１ａ、１１ｂの捩れ振動によりミラー１３の捩れ振動を発生する光学反射素子１８において、回転軸１４と平行な方向と直角の方向との両方向におけるミラー１３の動的撓みを同時に抑制することができる。
【００２１】
最初に、回転軸１４に直角の方向の動的撓み抑制効果について説明する。図５Ａから図５Ｃはミラー１３を回転軸１４の方向から見た側面図である。ミラー１３が回転軸１４を中心に回転運動する場合、ミラー１３の各部分には、図５Ｂに示すように、それらの部分の回転軸１４からの距離と比例した大きさの慣性力Ｆ１がかかる。慣性力Ｆ１によって、ミラー１３は図５Ｃに示すように回転とともに動的に撓む。したがって、ミラー１３のような円形状のミラーでは、回転軸１４から最も離れ、慣性力Ｆ１が最大となるミラー１３の両端が接続部１５、１６で、ミラー１３よりも剛性が高い枠体１７に接続されて支持することによりミラー１３の動的撓みを抑制することができる。また、枠体１７の厚みを大きくすることにより剛性を高くすることができる。
【００２２】
次に、回転軸１４と平行な方向の動的撓みを抑制する効果について説明する。回転軸１４と平行な方向のミラー１３の各部分の動的撓みは、回転軸１４からの距離が等しいので慣性力Ｆ１は回転軸１４に平行な方向では等しいが、ミラー１３が支持される支持点からの距離が異なるために生じる。
【００２３】
図６Ａはミラー１３の模式図である。ミラー１３の外縁上の接続部１５の中心点を支持点２８と定義し、ミラー１３の外縁上の接続部１６の中心点を支持点２９と定義する。ミラー１３は支持点２８、２９を有し、支持点２８、２９を結ぶ線分と回転軸１４とがなす角度が９０度である。図６Ｂは、図６Ａに占めすミラー１３の線Ｌ１０１上における動的撓みの量の分布を示す。図６Ｂにおいて、ミラー１３は線Ｌ１０１上の端部ｂ１、ｂ２を有し、線Ｌ１０１は支持点２８、２９を結ぶ線分Ｍ１と交点ｂ０で交わる。線Ｌ１０１上において動的撓みの量は、交点ｂ０において最小となる。ミラー１３の各部分では、交点ｂ０からの距離に応じて支持点２８、２９からの距離が増すので、交点ｂ０からの距離が増えるにつれて動的撓みの量が増加する。
【００２４】
図７Ａは枠体１７の模式図である。枠体１７が駆動梁１１ａに接続される接続箇所の中心点を支持点３７と定義し、枠体１７が駆動梁１１ｂに接続される接続箇所の中心点を支持点３８として定義する。図７Ｂは、図７Ａに示す枠体１７の線Ｌ１０２における動的撓みの量の分布を示す。枠体１７は線Ｌ１０２上の端部ｃ１、ｃ２を有し、端部ｃ１、ｃ２を結ぶ線分は中点ｃ０を有する。線Ｌ１０２において、動的撓み量は中点ｃ０で最大となり、中点ｃ０からの距離が増えるにつれて減少する。
【００２５】
図６Ｂに示す動的撓みの量の分布は下に凸の特性を有する。図７Ｂに示す動的撓みの量の分布は上に凸の特性を有し、図７Ａに示す分布に対して反転している。図２Ａと図２Ｂに示すように枠体１７とミラー１３を一部重ねるように接続し、ミラー１３の動的撓みを枠体１７の動的撓みが相殺するようにミラー１３と枠体１７の重ね幅を選ぶと、回転軸１４と平行方向の動的撓みを抑制することができる。
【００２６】
例えば、駆動梁１１ａ、１１ｂを枠体１７を介さずにミラー１３を直接接続し、ミラー１３の厚みを１００μｍ、ミラー１３の直径を１．１ｍｍとした比較例の光学反射素子のミラー１３の動的撓み量は５９０ｎｍである。これに対し、図２Ａと図２Ｂに示す光学反射素子１８のように駆動梁１１ａ、１１ｂを枠体１７を介して結合し、ミラー１３の厚みを１００μｍ、枠体１７の厚みを２００μｍとし、接続部１５、１６の厚みも枠体１７同様に２００μｍとし、ミラー１３の直径を１．１ｍｍ、線分Ｌ１の方向での枠体１７とミラーの接続幅ｈ１を５０μｍ、線分Ｌ１の方向での枠体１７とミラー１３の接続幅ｈ２を５０μｍとした場合の動的撓み量は９１ｎｍである。このように、実施の形態１における光学反射素子１８は比較例に対して８５％だけ動的撓みの量を抑制すことができる。
【００２７】
光学反射素子１８では、ミラー１３に動的撓みが発生しないので、ミラー１３で反射する光が広がらず、スクリーン上に鮮明な画像を正確に表示することができる。
【００２８】
なお、回転軸１４上の梁による捩れ振動によりミラー１３の捩れ振動を実現する光学反射素子１８において、回転軸１４上で梁に支持された枠体１７が接続部１５、１６でミラー１３において接続される。接続部１５、１６を結ぶ線分Ｌ１が回転軸１４となす角が９０度となるように構成すると、枠体１７とミラー１３の動的撓み分布は反転する。すなわち、枠体１７とミラー１３の動的撓みの分布が互いに反転するように枠体１７とミラー１３が接続されていれば、動的撓みを相殺することができる。図８Ａ〜図８Ｅは枠体１７とミラー１３の動的撓み分布が互いに相殺するように接続された枠体１７とミラー１３の模式図である。図８Ａと図８Ｂに示すように、接続部１５、１６が枠体１７に接続される幅と、ミラー１３に接続される幅とが異なっていてもよい。また、枠体１７はミラー１３の円形の外縁と同じ円形ではなく、図８Ｄに示す四角形であっても、図８Ｅに示す六角形であってもよい。
【００２９】
枠体１７の厚みを大きくすると枠体１７の剛性が増しミラー１３をより強固に支持するので、動的撓みを抑制する効果が増す。しかし、この場合にはミラー１３の動的撓みを相殺する効果が薄れ、枠体１７の撓みがミラー１３の撓みとなり、動的撓みを抑制する効果が小さくなる。また、この場合には、枠体１７とミラー１３で構成される可動板１２の重量が増加するので、共振周波数の低下、駆動効率の低下を招く。したがって、厚み１００μｍのＳｉを基材としたミラー１３に対しては、枠体１７の幅を５０μｍにして厚みを２００μｍにすることで枠体１７の動的撓みがミラー１３の動的撓みを相殺し、高い駆動効率で可動板１２を振動させることができる。なお、基材２０の組成、厚み等の光学反射素子１８の構成に応じて、最も効果的に相殺効果を得る枠体の幅、厚みを調整する。
【００３０】
ミラー１３の厚みを大きくすることにより、簡単にミラー１３の動的撓みを抑制する効果を得ることができる。しかし、ミラー１３を厚くすることによって枠体１７による動的撓みを抑制する効果と同等の効果を得るためには、ミラー１３の厚みを５００μｍ程度にする必要がある。その場合、ミラー１３の重量が増加することによる共振周波数の低下、駆動効率の低下を招く。したがって、動的撓み抑制のためにミラー１３を厚くしては圧電アクチュエータ１０の性能を低減させてしまう。これに対し、実施の形態１における光学反射素子１８では、ミラー１３の厚みを変えずに動的撓みを抑制することができるので、共振周波数と駆動効率を維持したまま動的撓みを効率的に抑制することができる。
【００３１】
また、実施の形態１における光学反射素子１８では、ミラー１３の面全体の動的撓みを抑制することができる。したがって、回転軸１４から最も離れた点がミラー１３の端部である場合に、回転軸１４と直角の方向でのミラー１３の幅を大きくすると、回転軸１４からミラー１３の端部までの距離が増加し、ミラー１３の慣性モーメントが増加する。したがって、回転軸１４と直角の方向へミラー１３を大きくすると、回転軸１４と平行な方向へ大きくする場合よりも大幅に共振周波数の低下、駆動効率の低下を招く。実施の形態１における光学反射素子１８では、回転軸１４と直角の方向へ大きくすることがないので、共振周波数、駆動効率を維持したままミラー１３の面全体の動的撓みを効率的に抑制することができる。
【００３２】
ミラー１３と枠体１７の動的撓みの分布が反転することによるミラー１３の動的撓みを打ち消す効果は、可動板１２において接続部１５、１６を結ぶ線分Ｌ１が回転軸１４に対して９０度になるように、ミラー１３に枠体１７を接続することで最も効果的に得ることができる。しかしながら、接続部１５、１６を結ぶ線分Ｌ１が回転軸１４に対して９０度にない場合でも、回転軸１４に直交する方向に接続部１５，１６が設けられていれば動的撓みを抑制する効果を得ることができる。特に、接続部１５、１６が回転軸１４に対して線対称に配置されている場合、本願発明の動的撓み抑制効果をより効果的に得ることができる。
【００３３】
この効果は、アーム３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂによってミラー１３を駆動する駆動方法と可動板１２の駆動方法が異なる場合においても同様に得ることができる。
【００３４】
上述のように、光学反射素子１８は、ミラー１３と、ミラー１３を間にして互いに反対側に位置する接続部１５、１６でミラー１３と接続された枠体１７と、振動することによりミラー１３が回転軸１４を中心に回転するように枠体１７を間にして互いに反対側で枠体１７と結合する一対の駆動梁１１ａ、１１ｂとを備える。枠体１７の剛性はミラー１３の剛性より高い。回転軸１４は接続部１５、１６を結ぶ線分Ｌ１に直交する。
【００３５】
ミラー１３は、接続部１５、１６で枠体１７と一体に形成されていてもよい。
【００３６】
ミラー１３は光を反射する表面と、その表面の反対側の裏面とを有する。ミラー１３の裏面に補強リブ４０が設けられていてもよい。一対の駆動梁１１ａ、１１ｂは枠体１７に接続されている。
【００３７】
図９は実施の形態１における他の光学反射素子３０の平面図を示す。図９において、図１に示す光学反射素子１８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３０は図１に示す光学反射素子１８の直線形状を有する駆動梁２ａ、２ｂ、１１ａ、１１ｂの代わりに、ミアンダ形状を有する駆動梁３６を備える。図９に示す光学反射素子３０は、長方形枠状の支持体３４と、支持体３４に支持された１対の駆動梁３６と、駆動梁３６のそれぞれの内端が回転軸１４上で結合して支持する可動板３５を備えている。駆動梁３６のそれぞれの内端が回転軸１４上で可動板３５の枠体１７に接続されている。一対の駆動梁３６の外端は、支持体３４の端辺内側の互いに対向する部分にそれぞれ接続されている。駆動梁３６は、ミアンダ形状を構成するように交互に連結された複数の湾曲部３１と複数の振動板３３で形成されている。圧電アクチュエータ３２が複数の振動板３３の１つおきの振動板３３に設けられている。可動板３５は、図１に示す光学反射素子１８の可動板１２と同様に枠体１７とミラー１３で構成されている。
【００３８】
次に、光学反射素子３０の組成について説明する。光学反射素子３０は、シリコンなどの弾性、機械的強度および高いヤング率を有する弾性部材よりなる基材を有する。また、圧電アクチュエータ３２は、図３に示す圧電アクチュエータ１０と同様に、シリコンよりなる基材２０上に積層されたシリコン酸化膜２１と、シリコン酸化膜２１上に積層された下部電極層２２と、下部電極層２２上に積層された圧電体層２３と、圧電体層２３上に積層された上部電極層２４とを備えている。
【００３９】
次に、光学反射素子３０の動作について説明する。図１０は駆動梁３６の振動を示す図である。
【００４０】
圧電アクチュエータ３２に、光学反射素子３０の共振周波数の交流電圧を印加する。これにより、圧電アクチュエータ３２が設けられた振動板３３が下に凸、あるいは上に凸に湾曲するように変位する。
【００４１】
このとき、隣接する振動板３３が共振の原理により、圧電アクチュエータ３２と対称的に変形する。すなわち、圧電アクチュエータ３２が設けられていない振動板３３は圧電アクチュエータ３２と１８０度異なる方向に変位する。
【００４２】
このように、ミアンダ形状を有する駆動梁３６では、隣接する振動板３３と圧電アクチュエータ３２が１８０度異なる方向に変位するので、回転軸１４の周りにそれらの変位が蓄積され、可動板３５の変位を得ることができる。
【００４３】
上述のように、光学反射素子３０は、振動することによりミラー１３が回転軸１４を中心に回転するように枠体１７を間にして互いに反対側で枠体１７と結合する一対の駆動梁３６と、回転軸１４と異なる位置で一対の駆動梁３６とそれぞれ接続されて、枠体１７に沿って延在する一対の外枠５２と、一対の外枠５２を枠体１７にそれぞれ連結する一対の連結部５３ａ、５３ｂとを備える。一対の連結部５３ａ、５３ｂは回転軸１４において枠体１７に接続されている。
【００４４】
（実施の形態２）
図１１Ａと図１１Ｂはそれぞれ実施の形態２における光学反射素子の可動板１２の表面図と裏面図である。図１１Ｃは図１１Ａに示す可動板１２の線１１Ｃ−１１Ｃにおける断面図である。実施の形態２における可動板１２、ミラー１３の外周部に設けられた補強リブ４０をさらに有する。補強リブ４０は枠体１７と同様の部材により構成され、厚みも等しい。補強リブ４０と枠体１７の厚みは異なっていてもよい。
【００４５】
次に、実施の形態２における可動板１２の動的撓み抑制の効果について説明する。図６Ｂに示すように、回転軸１４と平行な方向の動的撓みの量は、ミラー１３の中央から端部に近づくにつれて増加する。この増加は、ミラー１３の端部に近づき、ミラー１３の支持点２８、２９から離れることによりミラー１３の動的撓みが増加することに起因する。このように動的撓みが大きいミラー１３の端部を補強リブ４０で支持することにより、ミラー１３の剛性を向上させることができ、ミラー１３の面の回転軸１４と平行な方向の動的撓み量を減少させることができる。
【００４６】
図１２Ａから図１２Ｄは実施の形態２における他の形状を有する補強リブ４０を有する可動板１２の裏面図である。補強リブ４０はミラー１３の端部に設けられているとより効果を得ることができるが、図１２Ａから図１２Ｄに示すように、ミラー１３の端部から離れた部分を有していても、もしくは端部から離れていてもミラー１３の剛性を向上させる配置にすることにより、ミラー１３の動的撓みを低減することができる。
【００４７】
（実施の形態３）
図１３は本発明の実施の形態３における光学反射素子１３０の平面図である。図１３において、図９に示す実施の形態１における光学反射素子３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１３に示す光学反射素子は、図９に示す実施の形態１における光学反射素子３０に一対の外枠５２と一対の連結部５３ａ、５３ｂをさらに備え、回転軸１４とは異なる位置で可動板１２が支持されている。
【００４８】
図１３に示すように、光学反射素子１３０では、ミアンダ形状を有する一対の駆動梁３６の内端が回転軸１４と異なる位置で一対の外枠５２にそれぞれ接続されている。
【００４９】
図１４Ａと図１４Ｂはそれぞれ実施の形態３における可動板１２の表面図と裏面図である。可動板１２は、ミラー１３と、ミラー１３に接続部１５、１６で接続されてミラー１３を支持する枠体５１とを有する。枠体５１は図９に示す実施の形態１における枠体１７と同様の形状を有し同様の材料よりなる。枠体５１は連結部５３ａ、５３ｂに接続されて、連結部５３ａ、５３ｂは外枠５２に接続されている。連結部５３ａ、５３ｂで枠体５１をそれぞれ支持する一対の外枠５２は、一対の駆動梁３６によって支持されている。なお、連結部５３ａ、５３ｂの中心は回転軸１４上に位置する。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態３における光学反射素子１３０の動的撓み抑制の効果について説明する。
【００５１】
図１５Ａは実施の形態３における枠体５１の模式図である。図１５Ｂは図１５Ａに示す枠体５１の位置と動的撓みの関係を示す図である。図１５Ａに示す枠体５１は図９に示す実施の形態１における枠体５１と同様に、回転軸１４上で連結部５３ａ、５３ｂに接続されて駆動梁３６に支持されている。枠体５１は枠体５１に沿って延びる線Ｌ３０１における端部ｅ１、ｅ２を有し、回転軸１４と枠体５１が交点ｅ０で交わる。図１５Ｂは枠体５１の線Ｌ３０１に沿った各部分での動的撓みの量を示す。図１５Ｂに示すように、端部ｅ１、ｅ２における動的撓みの量の絶対値は互いに等しい。これは、回転軸１４から端部ｅ１、ｅ２までの距離が等しいので端部ｅ１、ｅ２に加わる慣性力が等しく、また、接続部１６からの距離も等しいので、端部ｅ１、ｅ２の動的撓みが互いに等しくなる。
【００５２】
図１５Ｃは比較例の枠体５１の模式図である。図１５Ｄは図１５Ｃに示す枠体５１の位置と動的撓みの関係を示す図である。図１５Ｃに示す枠体５１は回転軸１４とは異なる位置で連結部５３ａ、５３ｂに接続され、回転軸１４とは異なる位置で駆動梁３６に支持されている。枠体５１は枠体５１に沿って延びる線Ｌ３０２における端部ｆ１、ｆ２を有し、回転軸１４と枠体５１が交点ｆ０で交わる。連結部５３ａが枠体５１に支持点ｆｓで接続されている。支持点ｆｓは回転軸１４から離れている。図１５Ｄに示すように、端部ｆ１、ｆ２における動的撓みの量の絶対値が異なる。これは、端部ｆ１、ｆ２は回転軸１４からの距離が互いに等しいのでそれぞれが受ける慣性力は等しいが、接続部１６からの距離が異なることに起因する。
【００５３】
図１５Ｅは実施の形態３におけるミラー１３の模式図である。ミラー１３は、線Ｌ３０３における端部ｇ１、ｇ２を有し、線Ｌ３０３は回転軸１４に交点ｇ０で交わる。図１５Ｆは図１５Ｅに示すミラー１３の動的撓みの量を示す。実施の形態１〜３における光学反射素子はミラー１３の撓みと枠体５１（１７）の撓みを打ち消し合うように構成されている。図１５Ｆに示すように、ミラー１３の動的撓みの量の絶対値は接続部１５、１６で等しいので、ミラー１３の撓みと枠体５１の撓みを打ち消すためには、枠体５１の動的撓みの量の絶対値を接続部１５、１６で等しくする必要がある。
【００５４】
実施の形態３における光学反射素子１３０では、枠体５１を回転軸１４上で支持するための一対の外枠５２により、枠体５１が回転軸１４上で支持される。これにより、枠体５１の動的撓み量が接続部１５、１６で等しくなり、駆動梁３６と外枠５２を回転軸１４と異なる位置で接続しても、実施の形態１における光学反射素子３０と同様に動的撓みを抑制する効果を得ることが可能となる。
【００５５】
なお、外枠５２の厚みは枠体５１と同じでもよい。
【００５６】
（実施の形態４）
図１６Ａと図１６Ｂはそれぞれ本発明の実施の形態４における光学反射素子の可動板７１の表面図と裏面図である。図１６Ａと図１６Ｂにおいて、図９に示す実施の形態３における光学反射素子３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態４における可動板７１は、枠体５４と、ミラー１３とを有する。ミラー１３は、実施の形態３における接続部１５、１６と同じ位置にある接続部５５、５６で枠体５４に接続されて支持されている。枠体５４は回転軸１４と異なる位置で駆動梁３６に接続されて支持されている。
【００５７】
実施の形態４における可動板７１では、実施の形態３と異なり、枠体５４の動的撓みを回転軸１４に対して対称に分布させるために、接続部５５と接続部５６の厚みが異なる。駆動梁３６と接続された位置からの距離が異なることによる動的撓みの違いを、枠体５４の厚みを異ならせて、その剛性を異ならせることにより枠体５４の動的撓みの分布を回転軸１４に対して対称にすることができる。
【００５８】
図１７Ａと図１７Ｂはそれぞれ実施の形態４における光学反射素子の他の可動板７２の表面図と裏面図である。図１７Ａと図１７Ｂにおいて、図１６Ａと図１６Ｂに示す可動板７１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１７Ａと図１７Ｂに示す可動板７２は接続部５５、５６の代わりに、同じ位置に設けられた接続部５８、５９を有する。ミラー１３は、実施の形態３における接続部１５、１６と同じ位置にある接続部５８、５９で枠体５４に接続されて支持されている。回転軸１４と直角の方向の接続部５８の幅である接続幅Ｈ５８は接続部５９の幅である接続幅Ｈ５９と異なり、したがって、接続部５８がミラー１３と重なってミラー１３に接続されている部分の面積は接続部５９がミラー１３と重なってミラー１３に接続されている部分の面積と異なる。接続部５８は接続部５９に比べて駆動梁３６に近い。接続部５８の接続幅Ｈ５８は接続部５９の接続幅Ｈ５９より小さい。これにより、枠体６２の撓みのミラー１３に伝わる量をコントロールすることが可能となり、枠体６２とミラー１３の接続部５８、５９で同時に動的撓みを打ち消すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明における光学反射素子は、ミラーが撓まずに光を反射するので、小型プロジェクタやヘッドマウントディスプレイに応用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１１ａ，１１ｂ    駆動梁
１３    ミラー
１４    回転軸
１５    接続部（第一の接続部）
１６    接続部（第二の接続部）
１７    枠体
３６    駆動梁
４０    補強リブ
５２    外枠
５３ａ，５３ｂ    連結部
５５    接続部（第一の接続部）
５６    接続部（第二の接続部）
５８    接続部（第一の接続部）
５９    接続部（第二の接続部）
【図１】
2013046612.tif 000003
【図２Ａ】
2013046612.tif 000004
【図２Ｂ】
2013046612.tif 000005
【図３】
2013046612.tif 000006
【図４】
2013046612.tif 000007
【図５Ａ】
2013046612.tif 000008
【図５Ｂ】
2013046612.tif 000009
【図５Ｃ】
2013046612.tif 000010
【図６Ａ】
2013046612.tif 000011
【図６Ｂ】
2013046612.tif 000012
【図７Ａ】
2013046612.tif 000013
【図７Ｂ】
2013046612.tif 000014
【図８Ａ】
2013046612.tif 000015
【図８Ｂ】
2013046612.tif 000016
【図８Ｃ】
2013046612.tif 000017
【図８Ｄ】
2013046612.tif 000018
【図８Ｅ】
2013046612.tif 000019
【図９】
2013046612.tif 000020
【図１０】
2013046612.tif 000021
【図１１Ａ】
2013046612.tif 000022
【図１１Ｂ】
2013046612.tif 000023
【図１１Ｃ】
2013046612.tif 000024
【図１２Ａ】
2013046612.tif 000025
【図１２Ｂ】
2013046612.tif 000026
【図１２Ｃ】
2013046612.tif 000027
【図１２Ｄ】
2013046612.tif 000028
【図１３】
2013046612.tif 000029
【図１４Ａ】
2013046612.tif 000030
【図１４Ｂ】
2013046612.tif 000031
【図１５Ａ】
2013046612.tif 000032
【図１５Ｂ】
2013046612.tif 000033
【図１５Ｃ】
2013046612.tif 000034
【図１５Ｄ】
2013046612.tif 000035
【図１５Ｅ】
2013046612.tif 000036
【図１５Ｆ】
2013046612.tif 000037
【図１６Ａ】
2013046612.tif 000038
【図１６Ｂ】
2013046612.tif 000039
【図１７Ａ】
2013046612.tif 000040
【図１７Ｂ】
2013046612.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月17日(2014.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図６Ｂに示す動的撓みの量の分布は下に凸の特性を有する。図７Ｂに示す動的撓みの量の分布は上に凸の特性を有し、図６Ｂに示す分布に対して反転している。図２Ａと図２Ｂに示すように枠体１７とミラー１３を一部重ねるように接続し、ミラー１３の動的撓みを枠体１７の動的撓みが相殺するようにミラー１３と枠体１７の重ね幅を選ぶと、回転軸１４と平行方向の動的撓みを抑制することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
（実施の形態４）
図１６Ａと図１６Ｂはそれぞれ本発明の実施の形態４における光学反射素子の可動板７１の表面図と裏面図である。図１６Ａと図１６Ｂにおいて、図９に示す実施の形態１における光学反射素子３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態４における可動板７１は、枠体５４と、ミラー１３とを有する。ミラー１３は、実施の形態３における接続部１５、１６と同じ位置にある接続部５５、５６で枠体５４に接続されて支持されている。枠体５４は回転軸１４と異なる位置で駆動梁３６に接続されて支持されている。
【国際調査報告】
2013046612.tif 000042
2013046612.tif 000043
2013046612.tif 000044
2013046612.tif 000045