(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略直交したＸ軸、Ｙ軸方向に傾くミラーと、
このミラーと連結され、このミラーを介してＹ軸方向に対向する二対の第一振動部と、
これらの第一振動部と連結され、これらの第一振動部および前記ミラーを囲む可動枠と、この可動枠と連結され、この可動枠を介してＸ軸方向に対向する二対の第二振動部と、
これらの第二振動部と連結され、これらの第二振動部および前記可動枠を囲む支持枠とを備え、
前記第一振動部はＹ軸を中心として回動し、
前記第二振動部はＸ軸を中心として回動し、
前記ミラーは、
そのＸ軸方向におけるいずれか一方の端部を、前記第一振動部と連結する固定端とし、他方の端部を自由端とするとともに、
この自由端の両側端部には、前記第一振動部側へ外方に突出し、前記固定端側へ折り返す羽部が配置されている光学反射素子。
【請求項２】
前記羽部のＸ軸方向における長さは、
前記ミラーのＸ軸方向における長さの四分の一以上三分の一以下である請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記羽部は圧電素子で形成され、
この羽部には、前記ミラーと同位相で一次共振する電圧が印加される請求項１から２のいずれか一つに記載の光学反射素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の光学反射素子と、この光学反射素子の前記ミラーへ光を入射させる光源とを備えた画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ等の画像投影装置に用いられる光学反射素子およびこれを用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に示すように、従来の光学反射素子は、Ｘ軸、Ｙ軸方向に傾くミラー１と、このミラー１と連結し、このミラー１を介してＹ軸方向に対向する二対の第一振動部２と、これらの第一振動部２と連結し、これらの第一振動部２およびミラーを囲む可動枠３と、この可動枠３と連結し、この可動枠３を介してＸ軸方向に対向する二対の第二振動部４と、これらの第二振動部４と連結し、これらの第二振動部４および可動枠３を囲む支持枠３Ａとを備え、第一振動部２はＸ軸方向に振動し、第二振動部４はＹ軸方向に振動する。
【０００３】
そしてミラーは、そのＸ軸方向におけるいずれか一方の端部を第一振動部２と連結する固定端５とし、他方の端部を自由端６とする。
【０００４】
上記構成では、第一振動部２の振動に連動してミラー１がＸ軸方向に傾き、振動する。また第二振動部４の振動に連動して、可動枠３と共にミラー１がＹ軸方向に傾き、振動する。
【０００５】
そしてこのミラー１に光を入射し、その反射光をミラー１の振動によってＸ軸、Ｙ軸方向に走査させることによって、壁やスクリーンに画像を投影することができる。
【０００６】
なお、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２００５−１４８４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の光学反射素子では、投影した画像に歪みが生ずることがあった。
【０００８】
その理由は、ミラー１が振動する際、自由端６側が大きく撓むからである。
【０００９】
したがってミラー１の反射面は、固定端５から離れ、自由端６側へ行くほど湾曲してしまう。そしてその結果、画像の歪みが大きくなるのであった。
【００１０】
そこで本発明は、投影する画像の歪みを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そしてこの目的を達成するために本発明は、ミラーのＸ軸方向におけるいずれか一方の端部を、第一駆動部と連結する固定端とし、ミラーの他方の端部を自由端とするとともに、この自由端には、対向する第一振動部側へ外方に突出し、固定端側へ折り返す羽部を有するものとした。
【発明の効果】
【００１２】
これにより本発明は、投影する画像の歪みを低減することができる。
【００１３】
その理由は、ミラーの自由端側の撓みを抑制できるからである。
【００１４】
すなわち本発明は、上述の羽部がミラーの自由端を始点として撓むため、この自由端にミラー本体の振動と逆向きの反力が加わると考えられる。
【００１５】
したがって、自由端側の撓みを抑制でき、結果として投影する画像の歪みを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（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、Ｘ軸、Ｙ軸方向に傾くミラー７と、このミラー７の端部（固定端８）と連結され、このミラー７を介してＹ軸方向に対向する二対の第一振動部９と、これらの第一振動部９の端部と連結され、これらの第一振動部９およびミラー７の外周を囲む可動枠１０と、この可動枠１０と連結され、この可動枠１０を介してＸ軸方向に対向する二対の第二振動部１１と、これらの第二振動部１１の端部と連結され、これらの第二振動部１１および可動枠１０の外周を囲む支持枠１２とを備えている。なお、ミラー７と第一振動部９、第一振動部９と可動枠１０、可動枠１０と第二振動部１１、第二振動部１１と支持枠１２のそれぞれの間には、連結部分を除き溝１３が形成され、互いに分離されている。
【００１７】
そして本実施の形態では、第一振動部９はＸ軸方向に蛇行する蛇行形状であり、Ｘ軸方向に振動する。また第二振動部１１はＹ軸方向に蛇行する蛇行形状であり、Ｙ軸方向に振動する。
【００１８】
また本実施の形態の第一振動部９、第二振動部１１は、ともに平行に対向する部位を有する蛇行形状であって、これらの平行に対向する部位は圧電素子で形成されている。
【００１９】
そしてこれらの平行に対向する部位は、それぞれ隣接する部位と位相を１８０度ずらして振動するものとした。
【００２０】
またミラー７本体は概ね長方形状であり、そのＸ軸方向におけるいずれか一方の端部、すなわち本実施の形態では、図１における右側の側辺を第一振動部９と連結する固定端８とし、他方の端部（左側の側辺）を自由端１４としている。
【００２１】
そしてこの自由端１４の両側端部には、それぞれ隣接する第一振動部９側へ外方に突出し、固定端８側へ９０度折り返す羽部１５を有している。
【００２２】
ここで図１のＰ部拡大図である図２に示すように、羽部１５のＸ軸方向における長さｌhは、ミラー７本体のＸ軸方向における長さｌm、すなわちＸ軸に平行な辺の四分の一以上三分の一以下であることが好ましく、本実施の形態では、ミラー７の長さｌmの約三分の一とした。なおその理由は後述する。
【００２３】
そして、図１のＱ部拡大図である図３に示すように、第二振動部１１の表面には二本の上部電極１６Ａ、１６Ｂが引き回され、第二振動部１１が蛇行して平行に対向する部位では、隣接する部位毎に上部電極１６Ａ、１６Ｂの幅が交互に広くなったり狭くなったりしている。これにより、平行に対向する部位は、一つ置きに同極性の電圧を印加することができ、一つ置きに振動方向の位相を等しくすると共に、梁中央部が不動の点（図５に示す不動点２６）を形成することができる。
【００２４】
なお、図３には図示していないが、上部電極１６Ａと１６Ｂの間には、図４に示す上部電極１７が引き回され、この上部電極１７で第一振動部を駆動させている。
【００２５】
そしてこの第二振動部１１の平行に対向する部位は、図３のＸＸ断面図である図４に示すように、共通のシリコン基板１８を最下面とし、このシリコン基板１８上に配置されたシリコン酸化膜１９と、このシリコン酸化膜１９上に共通に設けられた下部電極２０と、この下部電極２０上に共通に設けられた圧電層２１と、この圧電層２１上に共通に設けられた三本の上部電極１６Ａ、１６Ｂ、１７とを有し、これらの上部電極１６Ａ、１６Ｂは外部電極２２、２３に、下部電極２０は外部電極２４に、上部電極１７は外部電極２５Ａに電気的に接続されている。
【００２６】
なお、本実施の形態では、下部電極２０の組成はプラチナ、上部電極１６Ａ、１６Ｂ、１７は金、圧電層２１はチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ(Ｚｒx， Ｔｉ1-x)Ｏ3 で、x ＝ ０．５２５）であり、これらは蒸着、ゾル・ゲル、ＣＶＤ、スパッタ法などによって薄膜化することができる。
【００２７】
また、図１に示す第一振動部９も同様に圧電素子で形成されている。そして第一振動部９上には、左右の第二振動部１１からそれぞれ引き回された上部電極（図４の１７）が配置される。すなわち第一振動部９上には上部電極が二本引き回され、第一振動部９が蛇行して平行に隣り合う部位では、これらの二本の上部電極の幅が交互に変わり、これらの上部電極はそれぞれ外部電極２５Ａ、２５Ｂと接続される構成とした。
【００２８】
次に、本実施の形態における光学反射素子の動作原理を説明する。
【００２９】
まず、図１に示す外部電極２２、２３に位相を１８０度ずらした状態でそれぞれ交流電圧を加えるとともに、外部電極２４は接地状態にする。
【００３０】
これにより、ある時点において、図３に示す上部電極１６Ａには例えばプラスの電位が印加され、一方で上部電極１６Ｂにはマイナスの電位が印加され、下部電極（図４の２０）は接地状態となる。
【００３１】
したがって、図４に示す第二振動部１１の平行に隣接する部位の圧電層２１には、互いに逆方向の電圧が印加される。
【００３２】
ここで圧電層２１は印加される電圧の正・負によってその曲げ方向を変えているため、第二振動部１１の隣接する部位は図５（図１のＹ軸に平行な側面図）に示すように互いにその中心部で不動点２６を形成することができ、この不動点２６を中心に逆方向に歪曲し、支持枠１２から可動枠１０に向けて、Ｙ軸方向における変位（傾き）が蓄積されていく。そして可動枠１０が大きく傾き、この傾きにともなってミラー（図１の７）を傾かせる。
【００３３】
そして、第二振動部１１には交流電圧を印加しているため、その平行に隣接する部位は、位相を１８０度ずらして振動し、この振動によって可動枠１０を振動させ、可動枠１０の振動に連動してミラー７がＹ軸方向に振動するものである。
【００３４】
また本実施の形態では、図１に示す第一振動部９も同様に、外部電極２５Ａ、２５Ｂに極性の違う電圧を印加することによって、平行に隣接する部位の曲げ方向を逆にしているため、可動枠１０からミラー７に向けてＸ軸方向における変位が蓄積する。すなわち、ミラー７は、その固定端８を支点に、自由端１４側がＸ軸方向に大きく傾く。そして印加電圧の極性を変えることによって、第一振動部９の隣接する部位が、位相を１８０度ずらして振動し、ミラー７はその固定端８を支点にＸ軸方向に大きく振動する。
【００３５】
なお、図６に示す画像投影装置のように、このミラー７にレーザ光源２７からレーザ光（入射光２９）を入射し、その反射光３０をミラー７の振動によってＸ軸、Ｙ軸方向に走査させることによって、スクリーン２８や壁に画像を投影することができる。
【００３６】
ここで本実施の形態における効果を説明する。
【００３７】
本実施の形態では、投影する画像の歪みを低減することができる。
【００３８】
すなわち、図１に示すように、ミラー７は一方の端部（固定端８）を第一振動部９に固定された片持ち梁状の構造をしている。したがって、ミラー７がＸ軸方向に振動する際、自由端１４側ほど撓みが大きくなる。
【００３９】
そして従来は、図９に示すように、ミラー１の固定端５側は表面が比較的直線的であるのに対し、自由端６側へ行くほど湾曲し、固定端５と自由端６との間で光の入射角と反射角とが異なり、投影する画像に歪みが生じていた。
【００４０】
これに対し本実施の形態では、図１に示すように、ミラー７の自由端１４に図１に示す羽部１５を設けたため、自由端１４側の撓みを抑制することができる。
【００４１】
その理由は、この羽部１５がミラー７の自由端１４を始点として撓み、自由端１４に振動と逆向きの反力を加えるからと考えられる。
【００４２】
すなわち、例えば図７のミラー７の側面図に示すように、ミラー７の自由端１４が下方（矢印３１）に撓んだ場合、自由端１４に伝搬した振動は、同位相で反射するため、羽部１５の先端１５Ａも下方（矢印３２）に撓み、この撓み振動の始点となるミラー７の自由端１４には、上向きの反力（矢印３３）が掛かると考えられる。
【００４３】
このようにして本実施の形態では、自由端１４側の撓みを抑制でき、ミラー７の自由端１４側の湾曲を補正することによって、結果として投影する画像の歪みを低減することができる。
【００４４】
また本実施の形態では、ミラー７の湾曲を補正し、平面を維持しながら振動させることができるため、結果としてミラー７の有効面積を大きくとることが出来、光学反射素子の小型化に寄与する。
【００４５】
なお、本実施の形態のように、ミラー７を振動させる場合、ミラー７の厚みを薄くするほど振幅が大きくなり、変位を大きくとることができる。しかしその一方で、ミラー７が薄くなるほど、自由端１４側の撓みは大きくなり、画像歪みは大きくなる。したがって本実施の形態のように、羽部１５を設けることによって自由端１４の撓みを抑制することは、結果としてミラー７を薄くすることができ、画像を高精度に投影することができる。
【００４６】
また本実施の形態では、図２に示すように、羽部１５のＸ軸方向における長さｌhを、ミラー７のＸ軸方向における長さｌmの約三分の一とすることによって、効率よくミラー７の自由端１４における撓みを抑制することができる。
【００４７】
すなわち、例えばミラー７が下方に傾く場合、自由端１４側ほど大きく湾曲して下方に垂れ下がるため、この湾曲部分を集中的に補正して、ミラー７全体を平坦にすることが有効である。
【００４８】
このようにミラー７の湾曲部分を集中的に補正するには、ミラー７が下方に傾く場合、ミラー７がその固定端８から中央に向けて一旦下方に撓み、中央から自由端１４に向けて上方に反るＳ字状カーブを描くごとくミラー７に応力を加える必要がある。そしてこのＳ字カーブの上方に反る部分は、ミラー７長さｌmの四分の一に相当する。
【００４９】
以上の観点に加え、ミラー７の自由端１４と羽部１５との連結部分（一体部分）の長さｌｒを考慮すると、羽部１５の長さｌhはミラー７長さｌmの四分の一から三分の一程度が最適な結果となる。
【００５０】
（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、羽部１５を圧電素子で形成した点である。
【００５１】
すなわち本実施の形態では、羽部１５上面に上部電極（図示せず）および下部電極（図示せず）で挟まれた圧電層（図示せず）が配置され、この羽部１５には、ミラー７と同位相で一次共振する電圧が印加されるものとした。
【００５２】
これにより本実施の形態では、羽部１５に所望の位相および周波数の振動を印加することによって、効率よくミラー７の自由端１４における撓みを抑制することができ、結果として投影する画像歪みを低減することができる。
【００５３】
その他の構成および効果は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の光学反射素子は、投影する画像の歪みを低減することができ、かつ小型化が実現できるため、高精度な小型プロジェクタ等の各種画像投影装置において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態における光学反射素子の斜視図
【図２】図１のＰ部拡大斜視図
【図３】図１のＱ部拡大斜視図
【図４】図３のＸＸ断面図
【図５】図１のＹ軸に平行な光学反射素子の側面図
【図６】本発明の一実施の形態における画像投影装置の動作原理を示す斜視図
【図７】図１のＰ部拡大側面図
【図８】従来の光学反射素子の斜視図
【図９】従来の光学反射素子の要部拡大斜視図
【符号の説明】
【００５６】
７  ミラー
８  固定端
９  第一振動部
１０  可動枠
１１  第二振動部
１２  支持枠
１３  溝
１４  自由端
１５  羽部
１５Ａ  先端
１６Ａ  上部電極
１６Ｂ  上部電極
１７  上部電極
１８  シリコン基板
１９  シリコン酸化膜
２０  下部電極
２１  圧電層
２２  外部電極
２３  外部電極
２４  外部電極
２５Ａ  外部電極
２５Ｂ  外部電極
２６  不動点
２７  レーザ光源
２８  スクリーン
２９  入射光
３０  反射光
３１  矢印
３２  矢印
３３  矢印
【図１】
0005018323.tif 000002
【図２】
0005018323.tif 000003
【図３】
0005018323.tif 000004
【図４】
0005018323.tif 000005
【図５】
0005018323.tif 000006
【図６】
0005018323.tif 000007
【図７】
0005018323.tif 000008
【図８】
0005018323.tif 000009
【図９】
0005018323.tif 000010