(57)【要約】  光学反射素子は、反射面を有する可動板と、第１支持部と、第１駆動部と、第１枠と、可動板の回動を検出するためのモニタ部とを有する。第１支持部は可動板と接続されている。第１駆動部は第１支持部に設けられ、可動板を第１軸周りに回動させる。第１枠の内側に可動部と第１支持部とが配置されている。第１枠は第１支持部と接続されている。モニタ部は、可動板の外周部分における第１軸から最も離れた部分から延出している。
2013136759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有する可動板と、
前記可動板と接続された第１支持部と、
前記第１支持部に設けられ、前記可動板を第１軸周りに回動させる第１駆動部と、
前記第１支持部と接続され、内側に前記可動部と前記第１支持部とが配置された第１枠と、
前記可動板の外周部分における、前記第１軸から最も離れた部分から延出し、前記可動板の回動を検出するためのモニタ部と、を備えた、
光学反射素子。
【請求項２】
前記可動板は、
ミラー部と、
前記ミラー部と接続された第２支持部と、
前記第２支持部に設けられ、前記ミラー部を前記第１軸と略直交する第２軸周りに回動させる第２駆動部と、
内側に前記ミラー部と前記第２支持部とが配置されるとともに、前記内側で前記第２支持部と接続され、外側で前記第１支持部に接続された第２枠と、を有する、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記第１、第２支持部がミアンダ形状を有する、
請求項２記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記第１支持部がミアンダ形状を有する、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項５】
前記モニタ部は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に介在する圧電体とを有する、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項６】
前記モニタ部が歪み抵抗素子である、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項７】
可動板と、
前記可動板と接続された第１支持部と、
前記第１支持部に設けられ、前記可動板を第１軸周りに回動させる第１駆動部と、
前記第１支持部と接続された第１枠と、
前記可動板の外周部分における、前記第１軸から最も離れた部分から延出し、前記可動板の回動を検出するためのモニタ部と、を備えた、
アクチュエータ。
【請求項８】
前記モニタ部は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に介在する圧電体とを有する、
請求項７記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記モニタ部が歪み抵抗素子である、
請求項７記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザープリンタやバーコードリーダー等に用いられる光学反射素子、および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。また本発明は上記光学反射素子と類似の構造を有するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーや発光ダイオードなどの光源から射出した光束を走査するための光走査装置が実用化されている。一次元に走査する用途ではレーザープリンタやバーコードリーダーがあり、二次元に走査する用途では車載用レーダや投影型の表示装置がある。これらの光走査装置においては、ミラー面の位置を知ることが重要であり、そのためのモニタ機能を実現させるためにさまざまな工夫がなされている。【０００３】
例えば、素子の外部に受光素子を設け、受光素子が素子から反射された光を受光することでミラー面の位置を検知する方法が、例えば特許文献１に開示されている。【０００４】
また、ミラー面を駆動させるときにねじりや曲げの発生する箇所にピエゾ抵抗や圧電素子などのモニタ素子を設けることで、ミラー面の位置を検知する方法が、例えば特許文献２に開示されている。【０００５】
さらに特許文献３には、ミラー部とそれを回動させるためのトーションバーに接続された圧電センサを設けることでミラー部の回動状態を検知する発明が開示されている。また、特許文献４には、特許文献３の課題を解決するためにミラーの外周側にスリットを介して位置した圧電センサを設けた発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−９３１２０号公報
【特許文献２】特開２００９−７７５９５号公報
【特許文献３】特開２００９−１６９３２５号公報
【特許文献４】特開２０１１−１５００５５号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明はミラーの駆動効率を阻害することなく、ミラー面の動きを直接検知可能であり、かつミラー部と支持体の接続方法に制限を加えずにすむ設計自由度の高いモニタ構造を適用した光学反射素子を提供する。
【０００８】
本発明の光学反射素子は、反射面を有する可動板と、第１支持部と、第１駆動部と、第１枠と、可動板の回動を検出するためのモニタ部とを有する。第１支持部は可動板と接続されている。第１駆動部は第１支持部に設けられ、可動板を第１軸周りに回動させる。第１枠の内側に可動部と第１支持部とが配置されている。第１枠は第１支持部と接続されている。モニタ部は、可動板の外周部分における第１軸から最も離れた部分から延出している。
【０００９】
この構成において、モニタ部は、可動板の回動の際の慣性力によって変形する。すなわち、光学反射素子自身がモニタ機能を有するため、ディスプレイシステムを小型化できる。また、モニタ部は反射面の動きに伴う慣性力で変形を起こすため、反射面の動きを直接検知することが可能である。また、回動のための変形を起こす場所以外にモニタ部を付加するため、駆動効率の低下を抑制し、消費電力を低減することができる。さらに、モニタ部はミラー部の回動軸から最も離れた端部にのみ接続されるため、ミラー部と固定枠との間の接続方法の制限がなく、光学反射素子の設計自由度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは図１に示す光学反射素子のモニタ部の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは図２Ａに示すモニタ部の断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは図２Ａに示すモニタ部の形状を示す上面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは図１に示す光学反射素子のモニタ部の他の形状を示す上面図である。
【図３Ａ】図３Ａは図２Ａに示すモニタ部に錘をつけた場合の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは図３Ａに示すモニタ部の形状を示す上面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは図３Ａに示すモニタ部の他の形状を示す上面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは図３Ａに示すモニタ部のさらに他の形状を示す上面図である。
【図４】図４は図１に示す光学反射素子のミラー部が回動したときのモニタ部の変形の様子をあらわす模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは図１に示す光学反射素子の作製方法を示す模式断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは図５Ａに続く、光学反射素子の作製方法を示す模式断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは図５Ｂに続く、光学反射素子の作製方法を示す模式断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは図５Ｃに続く、光学反射素子の作製方法を示す模式断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは図５Ｄに続く、光学反射素子の作製方法を示す模式断面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは図５Ｅに続く、光学反射素子の作製方法を示す模式断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは図５Ｆに続く、光学反射素子の作製方法を示す模式断面図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは図５Ｇに続く、光学反射素子の作製方法を示す模式断面図である。
【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上面図である。
【図７】図７は図６に示す光学反射素子のモニタ部の斜視図である。
【図８】図８は図７に示す光学反射素子を用いたディスプレイシステムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の技術における課題を説明する。まず、特許文献１のように、受光素子を外部に設けるモニタ方法では、システムが大型になる。また、特許文献２のように、ミラー面の駆動とともにねじり変形や曲げ変形が発生する箇所に設けたモニタ素子で検知する方法では、モニタ素子が変形を阻害し駆動効率を低下させる虞がある。また、ミラーの動きを直接検知しているわけではないため、検知した動きがミラーの動きと対応しない可能性もある。
【００１２】
特許文献３のように、ミラー部とそれを回動させるためのトーションバーに接続された圧電センサを設けることでミラー部の回動状態を検知する方法では、圧電センサにかかる応力が小さく信号が小さい。また、特許文献４のように、ミラーの外周側にスリットを介して位置した圧電センサを設ける構成では、圧電センサをミラー外周に設けるために素子サイズが大きくなる。しかも、特許文献３、特許文献４の構造では圧電センサが、ミラーと支持体を接続する支持部に連結されている。そのため、ミラーと支持体を接続する部分の設計自由度が小さくなる。
【００１３】
（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について、図面を参照しながら説明する。図１は本実施の形態における光学反射素子１の斜視図である。
【００１４】
光学反射素子１は、可動板１０５と、第１支持部である支持部１０４と、第１駆動部である駆動部１０６と、固定枠１０１と、可動板１０５の回動を検出するためのモニタ部１０８とを有する。固定枠１０１の内側に配置された可動板１０５は、反射面１２１に設けられたミラー部１０２を有する。支持部１０４も固定枠１０１の内側に配置され、可動板１０５と接続されている。第１駆動部１０６は支持部１０４に設けられ、可動板１０５を第１軸である回動軸１０３の周りに回動させる。第１枠である固定枠１０１は支持部１０４と接続されている。すなわち、固定枠１０１と可動板１０５は、可動板１０５が回動軸１０３周りに回動できるように一対の支持部１０４によって連結されている。光学反射素子１内に設けられた駆動部１０６によって、可動板１０５は回動軸１０３周りに回動することができる。
【００１５】
モニタ部１０８は可動板１０５の外周部分における回動軸１０３から最も離れた部分から延出している。具体的には、モニタ部１０８は回動軸１０３から離れた端部に形成されている。モニタ部１０８は、可動板１０５が回動軸１０３周りに回動するのに合わせて変形し、その変形の様子を検知することで、可動板１０５（ミラー部１０２）の駆動状態を検知することができる。
【００１６】
それぞれの支持部１０４は、ミアンダ形状を有し、折り返すように接続された振動梁１５１〜１５３で構成されている。振動梁１５１〜１５３はシリコンで構成されている。
【００１７】
駆動部１０６は、駆動体１６１と駆動体１６３で構成されている。駆動体１６１は振動梁１５１上に形成され、駆動体１６３は振動梁１５３上に形成されている。駆動体１６１、１６３は圧電体と、圧電体の上下に形成された上部電極、下部電極（いずれも図示せず）で構成されている。
【００１８】
駆動体１６１、１６３の上部電極、下部電極はそれぞれ配線電極１７１によって連結され、それぞれ、駆動電極パッド１７２、下部電極パッド１７３へ接続されている。配線電極１７１では、必要に応じて絶縁層によって上部電極と下部電極とが絶縁されている。駆動電極パッド１７２と下部電極パッド１７３を用いて圧電体に電圧を印加することで振動梁１５１、１５３が屈曲変形を起こし、屈曲変形によって可動板１０５が回動軸１０３の周りに回動する。
【００１９】
駆動部１０６に印加する電圧の周波数を、可動板１０５が回動軸１０３周りに回動する固有振動モードの周波数と一致させることで、共振駆動を行うことができ、小さな電圧を印加するだけで可動板１０５は大きな回動角で回動する。
【００２０】
次に図２Ａ〜図２Ｄを参照しながらモニタ部１０８について説明する。図２Ａはモニタ部１０８の斜視図、図２Ｂは２Ｂ−２Ｂ線における断面図である。図２Ｃ、図２Ｄはモニタ部１０８の形状を示す上面図である。
【００２１】
可動板１０５や支持部１０４は、例えば、厚さ１００μｍのシリコンで構成されている。モニタ部１０８は、下部電極１８３と、上部電極１８５と、下部電極１８３と上部電極１８５との間に介在する圧電体１８４で構成されている。すなわち、これらは積層構造を形成している。下部電極１８３は、例えば、厚さ３７０ｎｍの白金で構成されている。圧電体１８４は、例えば、厚さ３μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成されている。上部電極１８５は、例えば、厚さ３００ｎｍの金で構成されている。
【００２２】
モニタ部１０８は、可動板１０５が回動軸１０３の周りに回動すると、慣性力を受ける。モニタ部１０８は可動板１０５などに比べて非常に薄い構造をしているため、慣性力を受けることで容易に変形し、歪みを生じる。この歪により圧電体１８４が歪むことで電気信号が発生する。発生した電気信号は、モニタ配線１８１に接続されたモニタ電極パッド１８２を通して取り出すことができ、これによりミラー部１０２（可動板１０５）の動きを検知することができる。
【００２３】
この構成によれば、モニタ部１０８の質量が駆動体１６１、１６３やミラー部１０２を合わせた質量に比べて十分に小さいため、共振周波数など、ミラー部１０２を回動させるための特性にほとんど影響を与えることなく、ミラー部１０２の回動の様子を検知することができる。また、慣性力は物体の加速度、すなわちミラー部１０２の動きに応じてかかる力であるから、ミラー部１０２の動きそのものを検知することができる。
【００２４】
また、モニタ部１０８は、振動梁１５１〜１５３や駆動体１６１、１６３などの、可動板１０５を回動させるための構造部ではなく、可動板１０５に配置することができる。そのため、駆動効率を低下させることなくモニタ部１０８を配置できる。駆動効率を低下させずにすむため、より小さい電圧を印加するだけで可動板１０５は所望の回動角で回動する。その結果、光学反射素子１の消費電力を低減することができる。
【００２５】
なお図２Ｃに示すように、モニタ部１０８は単純に長方形の積層薄膜のモニタ素子をミラー部１０２の先端に設ければよい。これ以外に、図２Ｄに示すように、可動板１０５から突出する方向に沿って幅が狭い台形状や三角形状にモニタ部１０８を形成してもよい。この場合、モニタ部１０８を小型化しつつ、モニタ部１０８のつけねにかかる応力を効率よく電気信号に変えることが出来る。
【００２６】
また図３Ａに示すように、モニタ部１０８を形成する積層薄膜のモニタ素子の先端にシリコンで形成された錘１８６を設けてもよい。図３Ａは錘１８６を設けた場合の構成を示す断面図である。この構成によりより大きな慣性力が加わることで大きなモニタ信号を得ることができる。
【００２７】
図３Ｂ〜図３Ｄは錘１８６を設けた場合のモニタ部１０８の形状を示す上面図である。図３Ｂの構造は図２Ｃに示すモニタ部１０８の先端に錘１８６を付けた構造であり、図３Ｃの構造は図２Ｄに示すモニタ部１０８の先端に錘１８６を付けた構造である。また図３Ｄの構造は図２Ｄに示すモニタ部１０８の先端と斜辺に沿って錘１８６を付けた構造である。このように錘１８６が大きいほど慣性力が大きくなり、モニタ信号も大きくなるため好ましい。
【００２８】
より高精度にミラー部１０２を含む可動板１０５の動きを検知するためには、必要に応じて、回動軸１０３を中心として対称な位置に、複数のモニタ部１０８を配置するとよい。可動板１０５が回動したときのモニタ部１０８の変形の様子を図４に示す。回動軸１０３に対して対称な位置に配置された複数のモニタ部１０８は、可動板１０５の回動運動に対して、対称に変形する。そのため、モニタ部１０８の信号の位相を反転して足し合わせることで、ノイズなどを低減することができる。その結果、より高精度にミラー部１０２の駆動の様子を検知することができる。
【００２９】
モニタ部１０８で検出する慣性力は可動板１０５の振れ角が大きいほど大きくなる。そのため、モニタ部１０８で検出できる信号を用いてフィードバック制御などを行うことで、ミラー部１０２の振れ角の制御も可能となる。
【００３０】
次に、図５Ａ〜図５Ｈを参照しながら、下部電極と、圧電体と、上部電極からなる圧電アクチュエータを有した光学反射素子１の作製方法を説明する。図５Ｈは、図１における５Ｈ−５Ｈ線における断面図を模式的に示している。
【００３１】
図５Ａに示すように、基板として、活性層３０１とＢＯＸ層（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｌａｙｅｒ）３０２により構成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いる。活性層３０１の厚さが振動梁の厚さになるため、目的とする駆動部の厚さに応じた活性層３０１の厚さを持つ基板を準備する。本実施形態では、例えば、厚さ１００μｍの活性層３０１を有するＳＯＩ基板を準備する。
【００３２】
次に、ＳＯＩ基板の活性層３０１上に絶縁膜（図示せず）としてシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜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図５Ｂに示すように下部電極３０３を積層する。その後、下部電極３０３の上にスパッタリング法などによって圧電体３０４の層を形成する。このとき、圧電体３０４と下部電極３０３との間には、鉛とチタンを含む酸化物誘電体で配向制御層（図示せず）を形成することが好ましく、ランタンマグネシウム添加チタン（ＰＬＭＴ）で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３０４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を形成できる。
【００３３】
次に、図５Ｃに示すように、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて圧電体３０４をパターニングする。さらに、図５Ｄに示すように、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて下部電極３０３をパターニングする。下部電極３０３、圧電体３０４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ェ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。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。あるいは、圧電体３０４を、沸酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、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３０３をエッチングしてパターニングしてもよい。
【００３４】
次に、図５Ｅに示すように、図１に示す配線電極１７１を形成する場所に絶縁層３０５を形成する。絶縁層３０５は、ＣＶＤやスパッタ技術を用いて形成した絶縁膜をフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によってパターニングして形成してもよいし、永久レジストなどを用いてフォトリソグラフィ技術でパターニングして形成してもよい。
【００３５】
次に、図５Ｆに示すように、上部電極あるいはその配線となるチタン／金膜３０６を形成する。チタン／金膜３０６において、金膜の下層のチタン膜はＰＺＴ薄膜などの圧電体３０４との密着力を高めるために形成されており、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３０４と上部電極との密着性を向上することができる。また、チタン膜と金膜とは、その間に強固な拡散層を形成している。そのため、密着強度の高い圧電アクチュエータを形成することができる。
【００３６】
上部電極を含むチタン／金膜３０６を加工する際にも、同様にフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてパターニングを行う。このとき、チタン／金膜３０６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とを混合した液を用いることができる。
【００３７】
なお、下部電極３０３は、例えば厚み３７０ｎｍの白金である。例えば、圧電体３０４の厚みは３μｍ、上部電極を構成するチタン／金膜３０６のチタン部分の厚みは１０ｎｍ、金部分の厚みは３００ｎｍである。
【００３８】
また、必要に応じてミラー部１０２には光の反射特性に優れた銀やアルミニウムの金属薄膜を光学反射膜として形成し、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてパターニングを行う。メタルマスクなどを用いて必要な部分にのみ金属薄膜を成膜してもよい。
【００３９】
次に、図５Ｇに示すように、裏面からＳＯＩ基板の基部のＢＯＸ層３０２を、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により、固定枠１０１となる部分を残してエッチングする。ＢＯＸ層３０２をエッチングするには、ウェットエッチングなども用いることができるが、より微細な構造を実現するために垂直に加工したい場合はＳＦ６ガスと、エッチングを抑制するＣ４Ｆ８ガスとを交互に切り替えながらエッチングを行えばよい。
【００４０】
最後に、図５Ｈに示すように、もう一度裏面からフォトリソグラフィ技術でパターニングを行い、支持部１０４となる振動梁１５１〜１５３や可動板１０５を残してＳＯＩ基板の活性層３０１をエッチング技術で加工する。モニタ部１０８となる部分の活性層３０１を除去することで、モニタ部１０８は圧電体３０４と上部電極、下部電極３０３で構成された薄膜構造になる。必要に応じて錘１８６に相当する部分の活性層３０１を残してもよい。この場合のフォトリソグラフィにおいては、スプレーコートなどの技術を用いることで、１回目の裏面加工で段差の形成された基板の上にもレジストを均一に形成し、パターニングをすることができる。
【００４１】
以上のようなプロセスを用いて、図１に示す光学反射素子１を作製できる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては支持部１０４を、メアンダ構造に形成としているが、ねじり梁構造であっても構わない。またモニタ部１０８は、変形の度合いを検知するために圧電体３０４を用いているが、例えば歪み抵抗素子など、変形量に応じて電気信号を変化させるような素子を用いることも可能である。モニタ部１０８は支持部１０４の構造や駆動体１６１、１６３の構成に依存せず、可動板１０５が回動する様子を検知することが可能であり、支持部１０４や駆動体１６１、１６３の変形の度合いを検知するわけではない。そのため、駆動効率を低下させることなく可動板１０５（ミラー部１０２）の回動の様子を検知することができる。その結果、光学反射素子１の消費電力は小さくなる。
【００４３】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における光学反射素子について、図６を参照しながら説明する。図６は本実施の形態における光学反射素子５０１の上面図である。
【００４４】
光学反射素子５０１は、第１枠である固定枠５０２と、固定枠５０２の内側に配置された第２枠である可動枠５０３と、可動枠５０３の内側に配置されたミラー部５０４とを有する。ミラー部５０４と可動枠５０３は、ミラー部５０４が第２回動軸５１０の周りに回動できるように一対の第２支持部５０６によって保持されている。一方、固定枠５０２と可動枠５０３は、可動枠５０３が第１回動軸５０９の周りに回動できるように一対の第１支持部５０５によって保持されている。
【００４５】
第１支持部５０５はミアンダ構造を有し、４本の振動梁５０５１〜５０５４を折り返すように接続して構成されている。振動梁５０５１〜５０５４はシリコンで構成されており、振動梁５０５１〜５０５４にはそれぞれ第１駆動体５０７１〜５０７４が形成されている。第１駆動部を構成する第１駆動体５０７１〜５０７４はそれぞれ、圧電体と上部電極、下部電極（いずれも図示せず）を積層した構造を有する。圧電体に電圧を印加することで振動梁５０５１〜５０５４が屈曲変形する。この屈曲変形によって可動枠５０３を第１回動軸５０９周りに回動させることができる。
【００４６】
なお、第１駆動体５０７１〜５０７４のうちの隣り合う２つの電圧の位相を反転させることで、可動枠５０３の回動角を大きくすることができる。すなわち、第１駆動体５０７１と第１駆動体５０７３を同位相、第１駆動体５０７２と第１駆動体５０７４を同位相とし、第１駆動体５０７１、５０７３の位相と第１駆動体５０７２、５０７４の位相とが互いに１８０度異なる電気信号を各第１駆動体に印加すればよい。
【００４７】
第２支持部５０６もまたメアンダ構造を有し、３本の振動梁５０６１〜５０６３を折り返すように接続して構成されている。振動梁５０６１〜５０６３はシリコンで構成されている。振動梁５０６１〜５０６３にはそれぞれ第２駆動体５０８１〜５０８３が形成されている。第２駆動部を構成する第２駆動体５０８１〜５０８３もまた圧電体と上部電極、下部電極（いずれも図示せず）とが積層された構造を有する。圧電体に電圧を印加することで振動梁５０６１〜５０６３が屈曲変形する。この屈曲変形によってミラー部５０４を第２回動軸５１０周りに回動させることができる。
【００４８】
すなわち、本実施の形態において、ミラー部５０４と、第２支持部５０６と、第２駆動体５０８１〜５０８３と、第２枠である可動枠５０３とが実施の形態１における可動板１０５を形成している。第２支持部５０６はミラー部５０４と接続されている。第２駆動体５０８１〜５０８３は第２支持部５０６に設けられ、ミラー部５０４を第１回動軸５０９と略直交する第２回動軸５１０周りに回動させる。可動枠５０３の内側にはミラー部５０４と第２支持部５０６とが配置され、内側で第２支持部５０６と接続され、外側で第１支持部５０５に接続されている。
【００４９】
このとき、隣り合う梁の電圧の位相を反転させることで、ミラー部５０４の回動角を大きくすることができる。すなわち、第２駆動体５０８１と第２駆動体５０８３を同位相とし、第２駆動体５０８２には第２駆動体５０８１、５０８３と位相が１８０度異なる電気信号を印加するとよい。
【００５０】
また、映像の投影に用いる光学反射素子５０１においては、第２回動軸５１０周りには、１０ｋＨｚ以上の比較的高い駆動周波数でミラー部５０４を回動することが要求される。そのため、共振を利用することが一般的である。この場合、第２駆動体５０８１、５０８３のみを形成し、第２駆動体５０８２を設けない。そして、第２駆動体５０８１、５０８３に、ミラー部５０４が第２回動軸５１０周りに回動する固有振動モードの周波数と同じ周波数の電気信号を印加する。この構成により、共振駆動を行うことができ、ミラー部５０４を大きく回動することができる。
【００５１】
モニタ部５１１は、可動枠５０３の、第１回動軸５０９から離れた端部に配置されている。図７はモニタ部５１１が設けられた部分を拡大した斜視図である。可動枠５０３は、厚さ３００μｍのシリコン基板で構成されており、ミラー部５０４を囲むように配置されている。モニタ部５１１は、実施の形態１のモニタ部１０８と同様に、下部電極、圧電体、上部電極の積層構造で構成されている。
【００５２】
モニタ部５１１は、可動枠５０３が第１回動軸５０９周りに回動した際に受ける慣性力を受けて変形し、モニタ部５１１には歪みが生じる。モニタ部５１１に形成された圧電体が歪むことで電気信号が発生する。発生した電気信号は、配線部５１２を通って取り出すことができる。配線部５１２では、絶縁層を形成することで上部電極と下部電極の間の短絡を防いでいる。慣性力は物体の加速度、すなわち可動枠５０３の動きに合わせてかかる力であるから、可動枠５０３の動きに応じた電気信号を取り出すことができる。以上の構造、構成は実施の形態１と同様である。
【００５３】
可動枠５０３が回動運動をしたとき、モニタ部５１１は慣性力に応じて変形する。したがって、モニタ部５１１は第１回動軸５０９からできるだけ離れた位置に配置することが望ましい。また、回動軸を中心に対称な位置に一対のモニタ部５１１を配置することで、モニタ部５１１は対称な変形を起こす。一対のモニタ部５１１の信号の位相を反転して足し合わせることで、ノイズなどを低減することが可能であり、より高精度に可動枠５０３の動きを検知することができる。
【００５４】
２軸方向に回動可能な光学反射素子５０１をディスプレイ用途などに用いる場合、低速で駆動する第１回動軸５０９周りの駆動には１５〜６０Ｈｚ程度の低い周波数が用いられ、のこぎり波状の駆動信号で駆動するために非共振の駆動をする場合が多い。可動枠５０３の動きを検知するためには、可動枠５０３を回動させるための変形を起こす第１駆動体５０７１〜５０７４などの部位にモニタ部を設けてもよい。共振駆動であれば変形を起こす部位の一部にモニタ部を設けることで、可動枠５０３の動きを検知することができる。
【００５５】
しかしながら、非共振で駆動する場合は、変形を起こす部位の全てにモニタ部を設けなければならない。したがって第１支持部５０５にメアンダ構造を採用した場合、振動梁５０５１〜５０５４の全てにモニタ部を設ける必要がある。しかしながらモニタ部の面積が増えると第１駆動体５０７１〜５０７４の面積が減るため、駆動効率が低下する。
【００５６】
これに対し、モニタ部５１１は可動板を構成する可動枠５０３の外周部分における、第１回動軸５０９から最も離れた部分から延出するように設けられている。そのため、非共振で駆動する場合でも、駆動部の面積を減らすことなく可動枠５０３の動きを直接検知でき、駆動効率を低下させることがない。
【００５７】
なお、本実施の形態において、第１支持部５０５、第２支持部５０６はミアンダ形状を有しているが、ねじり梁構造であっても構わない。モニタ部５１１は第１駆動体５０７１〜５０７４や第２駆動体５０８１〜５０８３の構造に依存せず、可動枠５０３が回動する様子を検知することが可能である。また、第１駆動体５０７１〜５０７４、第２駆動体５０８１〜５０８３や第１支持部５０５、第２支持部５０６の変形の度合いを検知するわけではない。そのため、モニタ部５１１は駆動効率を低下させることなく可動枠５０３の回動の様子を検知することができ、光学反射素子５０１の消費電力の低減に寄与する。
【００５８】
光学反射素子５０１を用いた、レーザー走査ディスプレイシステムを図８に示す。光源７２から出射された光を光学反射素子５０１のミラー部５０４で反射し、スクリーン７３に投影する。ミラー部５０４を直交する２軸周りに回動させることで、スクリーン７３においてレーザー光を走査することができる。所望の映像７４が得られるように、ミラー部５０４の位置（すなわちスクリーン７３上でのレーザー光の位置）に合わせて光源７２の出力を変調することで、映像７４を描画することができる。このとき、ミラー部５０４の位置を検知するのにモニタ部５１１で検知した電気信号を用いることができる。
【００５９】
なお可動板１０５やミラー部５０４に反射面を設けなければ、実施の形態１、２で説明した構成はアクチュエータとして使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の光学反射素子は、駆動効率を低下させずにミラー部の駆動状態を検知するモニタ機能を有する。そのため、より低消費電力でミラーを駆動しながら高精度な制御が可能である。そのため、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、レーザープリンタ等の画像投影装置、光走査装置に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１，５０１    光学反射素子
７３    スクリーン
７４    映像
１０１，５０２    固定枠
１０２，５０４    ミラー部
１０３    回動軸
１０４    支持部
１０５    可動板
１０６    駆動部
１０８，５１１    モニタ部
１５１，１５２，１５３，５０５１，５０５２，５０５３，５０５４，５０６１，５０６２，５０６３    振動梁
１６１，１６３    駆動体
１７１    配線電極
１７２    駆動電極パッド
１７３    下部電極パッド
１８１    モニタ配線
１８２    モニタ電極パッド
１８３，３０３    下部電極
１８４，３０４    圧電体
１８５    上部電極
１８６    錘
３０１    活性層
３０２    ＢＯＸ層
３０５    絶縁層
３０６    チタン／金膜
５０３    可動枠
５０５    第１支持部
５０６    第２支持部
５０９    第１回動軸
５１０    第２回動軸
５０７１，５０７２，５０７３，５０７４    第１駆動体
５０８１，５０８２，５０８３    第２駆動体
【図１】
2013136759.tif 000003
【図２Ａ】
2013136759.tif 000004
【図２Ｂ】
2013136759.tif 000005
【図２Ｃ】
2013136759.tif 000006
【図２Ｄ】
2013136759.tif 000007
【図３Ａ】
2013136759.tif 000008
【図３Ｂ】
2013136759.tif 000009
【図３Ｃ】
2013136759.tif 000010
【図３Ｄ】
2013136759.tif 000011
【図４】
2013136759.tif 000012
【図５Ａ】
2013136759.tif 000013
【図５Ｂ】
2013136759.tif 000014
【図５Ｃ】
2013136759.tif 000015
【図５Ｄ】
2013136759.tif 000016
【図５Ｅ】
2013136759.tif 000017
【図５Ｆ】
2013136759.tif 000018
【図５Ｇ】
2013136759.tif 000019
【図５Ｈ】
2013136759.tif 000020
【図６】
2013136759.tif 000021
【図７】
2013136759.tif 000022
【図８】
2013136759.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月25日(2014.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の光学反射素子は、反射面を有する可動板と、第１支持部と、第１駆動部と、第１枠と、可動板の回動を検出するためのモニタ部とを有する。第１支持部は可動板と接続されている。第１駆動部は第１支持部に設けられ、可動板を第１軸周りに回動させる。第１枠の内側に可動板と第１支持部とが配置されている。第１枠は第１支持部と接続されている。モニタ部は、可動板の外周部分における第１軸から最も離れた部分から延出している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
駆動体１６１、１６３の上部電極、下部電極はそれぞれ配線電極１７１によって連結され、上部電極は駆動電極パッド１７２へ、下部電極は下部電極パッド１７３へそれぞれ、接続されている。配線電極１７１では、必要に応じて絶縁層によって上部電極と下部電極とが絶縁されている。駆動電極パッド１７２と下部電極パッド１７３を用いて圧電体に電圧を印加することで振動梁１５１、１５３が屈曲変形を起こし、屈曲変形によって可動板１０５が回動軸１０３の周りに回動する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
次に、ＳＯＩ基板の活性層３０１上に絶縁膜（図示せず）としてシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜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図５Ｂに示すように下部電極３０３を積層する。その後、下部電極３０３の上にスパッタリング法などによって圧電体３０４の層を形成する。このとき、圧電体３０４と下部電極３０３との間には、鉛とチタンを含む酸化物誘電体で配向制御層（図示せず）を形成することが好ましく、ランタンマグネシウム添加チタン酸鉛（ＰＬＭＴ）で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３０４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を形成できる。
【手続補正４】
【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】
反射面を有する可動板と、
前記可動板と接続された第１支持部と、
前記第１支持部に設けられ、前記可動板を第１軸周りに回動させる第１駆動部と、
前記第１支持部と接続され、内側に前記可動板と前記第１支持部とが配置された第１枠と、
前記可動板の外周部分における、前記第１軸から最も離れた部分から延出し、前記可動板の回動を検出するためのモニタ部と、を備えた、
光学反射素子。
【請求項２】
前記可動板は、
ミラー部と、
前記ミラー部と接続された第２支持部と、
前記第２支持部に設けられ、前記ミラー部を前記第１軸と略直交する第２軸周りに回動させる第２駆動部と、
内側に前記ミラー部と前記第２支持部とが配置されるとともに、前記内側で前記第２支持部と接続され、外側で前記第１支持部に接続された第２枠と、を有する、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記第１、第２支持部がミアンダ形状を有する、
請求項２記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記第１支持部がミアンダ形状を有する、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項５】
前記モニタ部は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に介在する圧電体とを有する、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項６】
前記モニタ部が歪み抵抗素子である、
請求項１記載の光学反射素子。
【請求項７】
可動板と、
前記可動板と接続された第１支持部と、
前記第１支持部に設けられ、前記可動板を第１軸周りに回動させる第１駆動部と、
前記第１支持部と接続された第１枠と、
前記可動板の外周部分における、前記第１軸から最も離れた部分から延出し、前記可動板の回動を検出するためのモニタ部と、を備えた、
アクチュエータ。
【請求項８】
前記モニタ部は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に介在する圧電体とを有する、
請求項７記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記モニタ部が歪み抵抗素子である、
請求項７記載のアクチュエータ。
【国際調査報告】
2013136759.tif 000024
2013136759.tif 000025
2013136759.tif 000026
2013136759.tif 000027