(57)【要約】【課題】本発明は光学反射素子を小型化することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するため本発明は、ミラー部１と、このミラー部１を介して対向するとともに、このミラー部１とそれぞれ第一の支持部２で連結された、第一の音叉形圧電振動子３と、これらの第一の音叉形圧電振動子３の振動中心とそれぞれ第二の支持部５で連結され、第一の音叉形圧電振動子３の外周を囲う枠体６と、この枠体６を介して対向するとともに、この枠体６とそれぞれ第三の支持部７で連結された、第二の音叉形圧電振動子８と、これらの第二の音叉形圧電振動子８の振動中心とそれぞれ第四の支持部１０で連結された支持体１１とを備え、対の第一の音叉形圧電振動子３の対向方向と、対の第二の音叉形圧電振動子８の対向方向とは直交する関係にあるものとした。これにより本発明は、小型の光学反射素子を実現できる。【選択図】図１
2009192781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、
このミラー部を介して対向するとともに、このミラー部とそれぞれ第一の支持部で連結された、対の第一の音叉形圧電振動子と、
これらの第一の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結され、前記対の第一の音叉形圧電振動子の外周を囲う枠体と、
この枠体を介して対向するとともに、この枠体とそれぞれ第三の支持部で連結された、対の第二の音叉形圧電振動子と、
これらの第二の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第四の支持部で連結された支持体とを備え、
前記第一の音叉形圧電振動子は、それぞれ前記第一の支持部の両側に第一のアームと第二のアームとを有し、
前記第二の音叉形圧電振動子は、それぞれ前記第三の支持部の両側に第三のアームと第四のアームとを有し、
前記対の第一の音叉形圧電振動子の対向方向と、前記対の第二の音叉形圧電振動子の対向方向とは直交する関係にある光学反射素子。
【請求項２】
前記第一の音叉形圧電振動子は、
前記第一のアームと第二のアームを、位相が１８０度異なる方向に撓み振動させ、その回転軸を中心に捩り振動するように駆動させるとともに、
前記第二の音叉形圧電振動子は、
前記第三のアームと第四のアームを、位相が１８０度異なる方向に撓み振動させ、
その回転軸を中心に捩り振動するように駆動させる請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
前記第一の音叉形圧電振動子の共振周波数と、前記ミラー部と第一の支持部とで構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項４】
前記第二の音叉形圧電振動子の共振周波数と、前記枠体と第三の支持部とで構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数とした請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項５】
前記第一のアームと第二のアームの少なくともいずれか一方と、
前記第三のアームと第四のアームの少なくともいずれか一方には、圧電アクチュエータが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】
前記第一のアームと第二のアームの少なくともいずれか一方には、圧電アクチュエータが設けられ、
この圧電アクチュエータは、
前記第一のアームと第二のアームとの連結部分まで延長されている請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項７】
前記第三のアームと第四のアームの少なくともいずれか一方には、圧電アクチュエータが設けられ、
この圧電アクチュエータは、
前記第三のアームと第四のアームとの連結部分まで延長されている請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項８】
前記第二の支持部は、前記枠体側へ入り込んでいる請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項９】
前記第三の支持部は、前記枠体側または前記第二の音叉形圧電振動子側の少なくともいずれか一方へ入り込んでいる請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１０】
前記第三の支持部は、前記第二の音叉形圧電振動子側へ入り込み、
前記第四の支持部は、前記支持体側へ入り込んだ形状である請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１１】
それぞれの前記第一の音叉形圧電振動子は、
前記第一のアームおよび第二のアームと、第一の支持部との間に第五の支持部を有する請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１２】
前記第五の支持部は、前記ミラー部と第一の支持部とで構成された捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けられている請求項１１に記載の光学反射素子。
【請求項１３】
それぞれの前記第二の音叉形圧電振動子は、
前記第三のアームおよび第四のアームと、第三の支持部との間に第六の支持部を有する請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１４】
前記第六の支持部は、前記枠体と第三の支持部とで構成された捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けられている請求項１３に記載の光学反射素子。
【請求項１５】
対の前記第一の音叉形圧電振動子は、
対向する前記第一のアーム間と、対向する前記第二のアーム間がそれぞれ弾性体で接続されている請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１６】
対の前記第二の音叉形圧電振動子は、
対向する前記第三のアーム間と、対向する前記第四のアーム間がそれぞれ弾性体で接続されている請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１７】
前記第一の音叉形圧電振動子は、
前記第一のアームと第二のアームの先端の間隔が、
この第一のアーム、第二のアームに垂直なミラー部の最大長さよりも短い請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項１８】
前記第二の音叉形圧電振動子は、
前記第三のアームと第四のアームの先端の間隔が、
この第三のアーム、第四のアームに垂直な枠体の最大長さよりも短い請求項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、レーザーディスプレイなどに用いられる光学反射素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザーディスプレイなどに用いられるレーザーから発せられた光線を掃引する光学反射素子としては、ガルバノミラーなどが挙げられる。
【０００３】
このガルバノミラーは、ミラー部とこのミラー部の外周に配置されたコイルと、このコイルの外側に配置された磁石とを備え、この磁石の内側に磁界を発生させ、磁界中のコイルに電流を流すことで電磁力を発生させる。そしてこの電磁力によってミラー部を駆動させ、回動するミラー部でレーザー光を反射することにより、スクリーン面上にレーザー光線を掃引させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そして近年、このようなレーザーディスプレイの小型化に伴い、光学反射素子の小型化が命題となっている。
【特許文献１】特開平７−２１８８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光学反射素子では、小型化が困難であった。
【０００６】
それは、ミラー部を駆動するための磁石が、大きな配置面積を要するからである。
【０００７】
そこで本発明は光学反射素子を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、この目的を達成するために本発明は、ミラー部と、このミラー部を介して対向するとともに、このミラー部とそれぞれ第一の支持部で連結された、対の第一の音叉形圧電振動子と、これらの第一の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第二の支持部で連結され、対の第一の音叉形圧電振動子の外周を囲う枠体と、この枠体を介して対向するとともに、この枠体とそれぞれ第三の支持部で連結された、対の第二の音叉形圧電振動子と、これらの第二の音叉形圧電振動子の振動中心とそれぞれ第四の支持部で連結された支持体とを備え、第一の音叉形圧電振動子は、それぞれ第一の支持部の両側に第一のアームと第二のアームとを有し、第二の音叉形圧電振動子は、それぞれ第三の支持部の両側に第三のアームと第四のアームとを有し、一対の第一の音叉形圧電振動子の対向方向と、一対の第二の音叉形圧電振動子の対向方向とは直交する関係にあるものとした。
【発明の効果】
【０００９】
これにより本発明は、光学反射素子を小型化することができる。
【００１０】
その理由は、音叉形圧電振動子のアームを、圧電駆動で撓み振動させることにより、ミラー部を励振できるからである。そしてその結果、光学反射素子を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（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の構成について説明する。
【００１２】
図１において、光学反射素子は、ミラー部１と、このミラー部１を介して対向するとともに、このミラー部１とそれぞれの第一の支持部２で連結された、一対の第一の音叉形圧電振動子３と、これらの第一の音叉形圧電振動子３の振動中心４とそれぞれ第二の支持部５で連結され、一対の第一の音叉形圧電振動子３の外周を囲う枠体６と、この枠体６を介して対向するとともに、この枠体６とそれぞれ第三の支持部７で連結された、一対の第二の音叉形圧電振動子８と、これらの第二の音叉形圧電振動子８の振動中心９とそれぞれ第四の支持部１０で連結された枠形状の支持体１１とを備えている。
【００１３】
そして第一の音叉形圧電振動子３は、それぞれ第一の支持部２の両側に、第一のアーム１２と第二のアーム１３とを有し、第二の音叉形圧電振動子８は、それぞれ第三の支持部７の両側に第三のアーム１４と第四のアーム１５とを有している。
【００１４】
また本実施の形態では、第一の支持部２と第二の支持部５とは図１のＸ軸に平行な一直線上にあり、第三の支持部７と第四の支持部１０とは、図１のＹ軸に平行な一直線上にある。そして一対の第一の音叉形圧電振動子３の対向方向はＸ軸に平行であり、一対の第二の音叉形圧電振動子８の対向方向はＹ軸に平行であり、これらの対向方向は直交する関係にある。
【００１５】
また本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３は図１のＸ軸に平行な回転軸を有し、第二の音叉形圧電振動子８はＹ軸に平行な回転軸を有し、第一の音叉形圧電振動子３の回転軸と第二の音叉形圧電振動子８の回転軸とは、ミラー部１のほぼ中心で直交するように形成されている。
【００１６】
そして本実施の形態では、図２に示すようにこの光学反射素子の基材１６は、金属、ガラスまたはセラミック基板などの弾性、機械的強度および高いヤング率を有する材料で構成することが生産性の観点から好ましく、例えば、金属、水晶、ガラス、石英またはセラミック材料を用いることが機械的特性と入手性の観点から好ましい。さらに、シリコン、チタン、ステンレス、エリンバー、黄銅合金などの金属を用いれば、振動特性、加工性に優れた光学反射素子を実現できる。
【００１７】
そして本実施の形態では、図１に示すように、シリコンなどの基材（図２の１６）で構成された第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５のそれぞれは、少なくとも一面に、たわみ振動を起こすための圧電アクチュエータ１７が形成されている。
【００１８】
本実施の形態では、図２に示すように、この圧電アクチュエータ１７を、下部電極層１８、圧電体層１９および上部電極層２０の積層体構造からなる薄膜積層型圧電アクチュエータ１７とした。これによって、第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８をより薄型にすることができる。なお、本実施の形態では、下部電極層１８および圧電体層１９は第一の音叉形圧電振動子３と第二の音叉形圧電振動子８とで共通に形成し、上部電極層２０はそれぞれ電気的に独立するように形成した。
【００１９】
また、第一の音叉形圧電振動子３の厚みを、図１に示す第一のアーム１２および第二のアーム１３の幅寸法よりも小さくすることによって、振幅が大きくなり、小型の光学反射素子を実現することができる。同様に、第二の音叉形圧電振動子８の厚みを図１に示す第三のアーム１４および第四のアーム１５の幅寸法よりも小さくすることによって、光学反射素子の小型化に寄与する。
【００２０】
また、これらの下部電極層１８、圧電体層１９および上部電極層２０は第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８を形成する基材１６の上に順次スパッタリング技術などの薄膜プロセスにより形成することができる。従って、圧電アクチュエータ１７を第一の音叉形圧電振動子３および第二の音叉形圧電振動子８の表面に形成することが生産性の観点から好ましい。
【００２１】
そして、圧電体層１９に用いる圧電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高い圧電定数を有する圧電体材料が好ましい。
【００２２】
また、第一の音叉形圧電振動子３の共振周波数と、ミラー部１と第一の支持部（図１の２）で構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数となるように振動設計することによって効率良くミラー部１を反復回転振動させる光学反射素子を実現することができる。
【００２３】
同様に、第二の音叉形圧電振動子８の共振周波数と、枠体６と第三の支持部７とで構成された捩れ振動子の共振周波数とが略同一周波数となるように設計することが好ましい。
【００２４】
また本実施の形態では、第二の支持部５は、枠体６側へ入り込むように形成している。すなわち、ミラー部１と第一の支持部２とを効率よく捩り振動させるためには、第二の支持部５と第一の支持部２との共振器長を出来るだけ等しくする必要があるが、この第二の支持部５を枠体６の内側へ第二の支持部５をめり込ますことによって、第二の支持部５が長くても省スペースに配置でき、光学反射素子を小型化できる。
【００２５】
また本実施の形態では、この第二の支持部５を枠体６側へ入り込ませているため、枠体６の幅は狭くなっているが、第一の音叉形圧電振動子３の幅は変えていない。すなわち、幅の狭い領域では、局所的に応力が集中し、不要な振動モードが発生することがあるが、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３は、全体として略同幅のため、応力を均一に分散することができ、安定して振動させることが出来る。
【００２６】
さらに本実施の形態では、第三の支持部７は、枠体６と第二の音叉形圧電振動子８側へ入り込み、さらに第四の支持部１０は、支持体１１側へ入り込んだ形状である。これにより光学反射素子の小型化が図れるとともに、第二の音叉形圧電振動子８の幅が局所的に変化するのを防ぎ、安定して振動させることができる。
【００２７】
また、第三の支持部７は、第二の音叉形圧電振動子８側よりも、枠体６側へより長く入り込ませることが好ましい。逆に第二の音叉形圧電振動子８側へ長く入り込ませると、振動中心９近傍の形状が複雑になり、第二の音叉形圧電振動子８に不要な振動モードが発生する場合があるからである。
【００２８】
さらに、第一のアーム１２、第二のアーム１３およびこれらの連結部２１の幅や、第三のアーム１４、第四のアーム１５およびこれらの連結部２２をそれぞれ等幅とすることによって、光学反射素子に発生する不要な振動モードを低減できる。
【００２９】
また第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８をコの字状とすることによっても不要な振動モードを抑制できる。
【００３０】
また本実施の形態では図１に示す、第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５に形成した圧電アクチュエータ１７のそれぞれ上部電極層と、これらに共通の下部電極層の引き出し電極は個別に引き出し線（図示せず）を形成しながら接続端子２３Ａ〜２３Ｄ、２４へ接続している。これによって第一のアーム１２と第二のアーム１３に正負反対の電気信号を、第三のアーム１４と第四のアーム１５に正負反対の電極信号を、それぞれの圧電アクチュエータ１７に印加することができる。
【００３１】
なお本実施の形態では、第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５にそれぞれモニター電極（図示せず）を配置し、これらも上部電極と同様に素子上に引き回しながら接続端子２５Ａ〜２５Ｄへ接続した。これにより、第一、第二、第三、第四のアーム１２、１３、１４、１５のそれぞれの振幅を検出しながら入力信号を調整することができ、安定した自励駆動を実現できる。
【００３２】
なお、上述の圧電アクチュエータ１７の引き出し線や、モニター電極とその引き出し線は、図２においても記載を省略した。
【００３３】
次に、このような構成からなる光学反射素子の動作原理について説明する。
【００３４】
図２に示す下部電極層１８と上部電極層２０との間に交流の駆動電圧を印加すると、圧電体層１９が面方向に伸び・縮みし、第一のアーム（図１の１２）と第二のアーム１３が基材１６に対して垂直方向に撓み振動する。
【００３５】
このとき、第一のアーム１２と第二のアーム１３に形成したそれぞれの圧電アクチュエータ１７に、正負反対の駆動信号を印加すれば、図３に示すように、第一のアーム１２と第二のアーム１３とを、位相が１８０度異なる方向（矢印２６、２７方向）に、つまり逆方向に撓み振動させることができる。ここで本実施の形態では、第一、第二のアーム１２、１３は、その先端を自由端とする片持ち構造のため、大きく撓み振動させることができる。
【００３６】
そして、この第一のアーム１２と第二のアーム１３の振動エネルギーは、第一の音叉形圧電振動子３の連結部２１へと伝搬される。これによって、第一の音叉形圧電振動子３は、その振動中心４を通る直線を回転軸２８として、この回転軸２８を中心に、所定の周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。
【００３７】
次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部２１に接合された第一の支持部２に伝達され、第一の支持部２とミラー部１とで構成される捩れ振動子が、その回転軸２８を中心に矢印方向２９に捩れ振動を起こすようになる。これによって、ミラー部１にその回転軸２８を軸中心として反復回転振動を起こす。このとき、第一の音叉形圧電振動子３の反復回転振動の方向と、第一の支持部２およびミラー部１で構成される捩れ振動子の反復回転振動の方向は位相が１８０度異なる反対方向に振動することとなる。
【００３８】
また図１に示す第二の音叉形圧電振動子８も、下部電極層と上部電極層間に電圧を印加し、第三のアーム１４と第四のアーム１５とを、それぞれ位相が１８０度異なる方向に撓み振動させることによって、振動中心９を通る回転軸を中心に、捩り振動を起こす。
【００３９】
そしてこの振動エネルギーが連結部２２を介して第三の支持部７に伝播すると、この第三の支持部７と枠体６とからなる捩り振動子を、その回転軸を中心に、第二の音叉形圧電振動子８と逆位相に反復回転振動させることができる。
【００４０】
そして枠体６が傾くと、この枠体６に支持されているミラー部１も傾き、ミラー部１を反復回転振動させることができる。
【００４１】
そしてミラー部１に例えばレーザー光源またはＬＥＤ光源などから発生させた光線を入力し、振動するミラー部１で反射させることによって、スクリーン上に光線を走査することができる。また本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３と第二の音叉形圧電振動子８の回転軸は直交するため、ミラー部１から出射させた光をスクリーンの垂直、水平方向に走査することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３による駆動で光を水平方向に走査し、第二の音叉形圧電振動子８による駆動で光を垂直方向に走査する。
【００４３】
次に、本実施の形態１における光学反射素子の製造方法について図２を用いて説明する。
【００４４】
まず始めに、基材１６となる、厚みが約０．３ｍｍのシリコン基板を準備し、その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白金電極からなる下部電極層１８を形成する。
【００４５】
その後、この下部電極層１８の上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いてスパッタリング法などによって圧電体層１９を形成する。このとき、圧電体層１９と下部電極層１８との間には、配向制御層としてＰｂとＴｉを含む酸化物誘電体を用いることが好ましく、ＰＬＭＴからなる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、圧電体層１９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１７を実現することができる。
【００４６】
次に、この圧電体層１９の上にチタン／金よりなる上部電極層２０を形成している。
【００４７】
このとき、上部電極層２０の下層のチタンはＰＺＴ薄膜などの圧電体層１９との密着力を高めるために形成しており、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、圧電体層１９との密着性に優れ、かつ、金電極とは強固な拡散層を形成していることから、密着強度の高い圧電アクチュエータ１７を形成することができる。なお、本実施の形態では、白金の下部電極層１８の厚みは０．２μｍ、ＰＺＴからなる圧電体層１９は３．５μｍ、および上部電極層２０のチタン部分は０．０１μｍとし、金電極部分は０．３μｍで形成している。
【００４８】
次に、下部電極層１８、圧電体層１９、上部電極層２０とを、フォトリソ技術を用いてエッチングし、圧電アクチュエータ１７をパターン形成する。
【００４９】
このとき、上部電極層２０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からなるエッチング液を用いて所定の電極パターンを形成した。
【００５０】
また、下部電極層１８、圧電体層１９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エ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。
【００５１】
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。
【００５２】
その他、圧電体層１９を、弗酸、硝酸、酢酸および過酸化水素の混合溶液を用いウエットエッチングしてパターニングし、その後、さらに、ドライエッチングによって下部電極層１８をエッチングしてパターニングする方法がある。
【００５３】
次に、ＸｅＦ2ガスを用いてシリコン基板を等方的にドライエッチングすることによって不必要なシリコン部分を除去してパターニングし、図２に示すような基材１６を形成すれば、図１に示したような形状の光学反射素子を形成することができる。
【００５４】
なお、シリコン基板をより高精度にエッチングする場合は、シリコンの異方性を利用したドライエッチングが好ましい。この場合は、エッチングを促進するＳＦ6ガスとエッチングを抑制するＣ4Ｆ8ガスの混合ガスを用いるか、あるいはこれらのガスを交互に切り替えることにより、より直線的にエッチングできる。
【００５５】
以上のような製造方法によって、小型で、高精度な光学反射素子を一括して効率よく作製することができる。
【００５６】
以上のような製造プロセスによって、例えばミラー部１の大きさが１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、支持体１１の大きさが５．８ｍｍ×５．８ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍ、駆動周波数；ｆH（水平）２２ｋＨｚ、ｆV（垂直）０．５ｋＨｚ、ミラー部１の振れ角；θH（水平）±５度、θV（垂直）±５度程度の特性を有した光学反射素子を作製することができる。
【００５７】
本実施の形態では、ミラー部１、第一の支持部２、第一の音叉形圧電振動子３、第二の支持部５、枠体６、第三の支持部７、第二の音叉形圧電振動子８、第四の支持部１０、および支持体１１の基材１６を、同一基材１６から一体形成とすることによって、安定した振動特性と、生産性に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００５８】
また本実施の形態における光学反射素子は、シリコンウエハーなどの基材１６の上に薄膜プロセス、フォトリソ技術などの半導体プロセスを応用することによって高精度に、一括して作製することができ、光学反射素子の小型化、高精度化および生産効率に優れた光学反射素子を実現することができる。
【００５９】
なお、ミラー部１は基材１６の表面を鏡面研磨することによっても形成できるが、光の反射特性に優れた金やアルミニウムの金属薄膜をミラー膜として形成することもできる。本実施の形態では、上部電極層２０として金を用いた為、この金の膜をそのままミラー膜として用いることができ、生産効率も高まる。
【００６０】
本実施の形態の効果を以下に説明する。
【００６１】
本実施の形態では、光学反射素子を小型化することができる。
【００６２】
それは、図１に示すような第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８を用いることにより、それぞれの第一のアーム１２、第二のアーム１３、第三のアーム１４、第四のアーム１５の撓み振動を利用して、ミラー部１を反復回転振動することができるからである。
【００６３】
したがって、配置面積の大きい磁石等を用いることなく、ミラー部１を励振することができ、素子の小型化に寄与する。
【００６４】
また駆動源を音叉形にすることにより、アームの先端が自由端となるため、小型であってもミラー部１の振れ角度を効率よく大きくできる。
【００６５】
また振動源を、高Ｑ値を有する音叉形とすることにより、小さなエネルギーで大きな振動エネルギーを得ることが出来、素子の小型化にも寄与する。
【００６６】
またこれらの第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８の振動設計をすることによって、出力光の反射角度を大きく変化させることができ、レーザー光線などの入力光を所定の設計値となるように掃引することができる光学反射素子を実現することができる。
【００６７】
さらに実施の形態では、ミラー部１をその両側から一対の第一の音叉形圧電振動子３で囲い、これらの第一の音叉形圧電振動子３の外周を枠体６で囲い、この枠体６をその両側から一対の第二の音叉形圧電振動子８で囲い、これらの第二の音叉形圧電振動子８の外周を支持体１１で囲う構成のため、各部材が小さな隙間を介して幾層にも巻かれたような構造となり、素子全体のデッドスペースを減らし、素子を小型化できる。
【００６８】
また本実施の形態では、第一、第二、第三、第四のアーム１２、１３、１４、１５はそれぞれ直線形状のため、加工も容易である。
【００６９】
また本実施の形態では、ミラー部１の両側に、対称的に第一の音叉形圧電振動子３を配置しているため、ミラー部１を安定して左右対称に励振させることができ、その中心が不動点となるため光を安定して走査することができる。
【００７０】
またミラー部１は、その両端が第一の支持部２で支持されている両持ち構造のため、ミラー部１の不要な共振を抑制し、さらに外乱振動による影響も低減できる。
【００７１】
さらに本実施の形態では、枠体６の両側に、対称的に第二の音叉形圧電振動子８を配置しているため、枠体６の中心を不動点として励振させることができる。
【００７２】
また枠体６は、その両端が第三の支持部７で支持されている両持ち構造のため、枠体６の不要な共振を抑制し、外乱振動による影響も低減できる。
【００７３】
なお、上記実施の形態では、第一のアーム１２と第二のアーム１３の双方に圧電アクチュエータ１７を形成したが、少なくともいずれか一方のみに圧電アクチュエータ１７を形成してもよい。これは音叉形圧電振動子の特性を利用したものであり、どちらか一方のアームが振動すると、連結部２１を介して他方のアームに運動エネルギーが伝播し、この他方のアームも励振させることができるからである。
【００７４】
また第二の音叉形圧電振動子８も同様に、第三のアーム１４と第四のアーム１５のいずれか一方にのみ圧電アクチュエータ１７を形成しても、双方に形成した場合と同様に動作させることができる。
【００７５】
また本実施の形態では、第一、第二の音叉形圧電振動子３、８のいずれも、圧電アクチュエータ１７は、アームの片面にのみ形成したが、両面に形成してもよい。また第一の音叉形圧電振動子３は、第二の音叉形圧電振動子８よりも面積が小さく、駆動力が弱いため、第一の音叉形圧電振動子３のみ、基材１６の両面に圧電アクチュエータ１７を形成してもよい。
【００７６】
なお、第一の支持部２、第二の支持部５、第三の支持部７、第四の支持部１０のそれぞれの断面形状を円状とすれば、捩れ振動の振動モードが安定し、不要共振も抑制することができ、外乱振動に影響されにくい光学反射素子を実現することができる。
【００７７】
以上のような光学反射素子は、例えば画像投影装置に応用することができる。すなわち二軸方向に振動するミラー部１に光を入射し、このミラー部１で光を反射し、光を二次元に走査することでスクリーンに描画を投影することができる。その他レーザ露光機などにも用いることができる。
【００７８】
(実施の形態２)
本実施の形態における光学反射素子と、実施の形態１における光学反射素子との主な違いは、図４に示すように圧電アクチュエータ１７の形状および配置場所である。
【００７９】
すなわち本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３において、圧電アクチュエータ１７を、第一のアーム１２と第二のアーム１３との連結部２１まで延長し、Ｌ字形に構成している。なお、第一のアーム１２と第二のアーム１３には、それぞれ逆位相の信号を印加するため、これらに形成した圧電アクチュエータ１７の駆動電極が互いに電気的に短絡しないよう、第一の音叉形圧電振動子３の振動中心４で断続させている。
【００８０】
また同様に第二の音叉形圧電振動子８においても、圧電アクチュエータ１７を第三のアーム１４と第四のアーム１５との連結部２２にまで延長している。
【００８１】
このように、連結部２２にまで圧電アクチュエータ１７を形成することによって、面積を有効に活用し、大きな駆動源を得ることが出来る。
【００８２】
なお、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８ともに圧電アクチュエータ１７の形状をＬ字形にしたが、いずれか一方のみ形成してもよい。いずれの場合であっても、対となる音叉形圧電振動子同士は、同じ圧電アクチュエータ１７の形状とすることにより、ミラー部１を、その中心を不動点として安定して励振させることができる。
【００８３】
その他実施の形態１と同様の構成及び効果については説明を省略する。
【００８４】
（実施の形態３）
本実施の形態と実施の形態１との主な違いは、図５に示すように、それぞれの第一の音叉形圧電振動子３は、第一のアーム１２および第二のアーム１３と、第一の支持部２との間に第五の支持部３０を有し、またそれぞれの第二の音叉形圧電振動子８は、第三のアーム１４および第四のアーム１５と、第三の支持部７との間に第六の支持部３１を有する点である。
【００８５】
また第五の支持部３０と第一の支持部２とは直交し、第六の支持部３１と第三の支持部７とは直交している。
【００８６】
本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３の反復回転振動のエネルギーが、第五の支持部３０を介しても第一の支持部２へ伝搬し、この第一の支持部２を効率よく捩り振動させることができ、光学反射素子の小型化に寄与する。また第二の音叉形圧電振動子８の反復回転振動のエネルギーは、第六の支持部３１を介しても第三の支持部７へ伝搬し、第三の支持部７を効率良く捩り振動させることが出来る。
【００８７】
なお、第五の支持部３０は、第一の支持部２とミラー部１から構成された捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けることが好ましい。すなわちこの定在波は１／２、１／３、１／４と示されるように整数分の一で現れてくるものであり、この所定の定在波の振動節部に第五の支持部３０を設けることで、より効率よく振動エネルギーを伝播することができる。
【００８８】
また、第五の支持部３０は、第一のアーム１２、第二のアーム１３の自由端側よりも固定端側、すなわちミラー部１よりも第一の音叉形圧電振動子３の振動中心４に近い位置に形成することがより好ましい。自由端側に第五の支持部３０を形成すると、第一のアーム１２と第二のアーム１３の撓み振動が拘束され、却って振幅が小さくなるからである。
【００８９】
さらに第六の支持部３１も同様の理由により、第三の支持部７と枠体６から構成された捩れ振動子の共振周波数の高次の定在波の振動節部に設けることが好ましく、また枠体６よりもより第二の音叉形圧電振動子８の振動中心９により近い位置に形成することが好ましい。
【００９０】
以上説明してきたように、本実施の形態では、第五の支持部３０、第六の支持部３１によって、振幅の大きい光学反射素子を実現することができ、小型化に寄与する。
【００９１】
なお、本実施の形態では、第五の支持部３０、第六の支持部３１の両方を形成したが、いずれか一方でもよい。この場合も、例えば第五の支持部３０を設ける場合は、対となる第一の音叉形圧電振動子３の双方に形成することが望ましい。これにより、ミラー部１の中心を不動点として、対称的に回動させることができる。
【００９２】
その他実施の形態１と同様の構成及び効果については説明を省略する。
【００９３】
（実施の形態４）
本実施の形態と実施の形態１との主な違いは、図６に示すように、一対の第一の音叉形圧電振動子３は、対向する第一のアーム１２間と、対向する第二のアーム１３間がそれぞれ弾性体３２で接続されている点である。
【００９４】
この弾性体３２は、光学反射素子の基材よりも弾性の小さい（軟らかい）ものであり、本実施の形態では伸縮性のある樹脂フィルムで形成され、第一のアーム１２または第二のアーム１３に貼り付けられている。
【００９５】
この樹脂フィルムとしては、第一のアーム１２、第二のアーム１３の延伸方向と平行な方向に対してより伸縮性の高い素材が好ましい。
【００９６】
なお、本実施の形態では、弾性体としては樹脂を用いたが、その他例えばゴム材や、弾性の小さく厚みの薄い金属などを用いても良い。
【００９７】
このように第一のアーム１２間と第二のアーム１３間を弾性体３２で接続しておくことによって、対向する第一の音叉形圧電振動子３の共振周波数の僅かなずれを矯正することができる。また撓み振動の対称性が高まり、アームの自由端の不要振動を抑制することができ、駆動力が高まる。
【００９８】
なお、本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３の第一のアーム１２間と第二のアーム１３間を弾性体３２で接続したが、第二の音叉形圧電振動子８の第三のアーム１４間と第四のアーム１５間とを弾性体３２で接続してもよい。なお、この場合、弾性体３２としては、第三のアーム１４と第四のアーム１５の延伸方向と平行な方向に、より伸縮性の高い素材を用いることが好ましい。
【００９９】
このように弾性体３２を設けることによって、対向する第二の音叉形圧電振動子８の共振周波数のずれを矯正することができ、また撓み振動の対称性が高まり、アームの不要な振動を抑制でき、駆動力が高まる。
【０１００】
その他実施の形態１と同様の構成及び効果については説明を省略する。
【０１０１】
（実施の形態５）
本実施の形態と実施の形態１との主な差異点は、図７に示すように、第一の音叉形圧電振動子３は、第一のアーム１２と第二のアーム１３の先端の間隔ｄ1が、この第一、第二のアーム１２、１３に垂直なミラー部１の最大長さｄ2（直径）よりも短い点である。
【０１０２】
すなわち本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３の第一、第二のアーム１２、１３がミラー部１の外周を囲わず、より内側に内包されているため、枠体６を小さくでき、結果として光学反射素子の小型化に寄与する。
【０１０３】
なお、第二の音叉形圧電振動子８を、第三のアーム１４と第四のアーム１５との間隔が、この第三、第四のアーム１４、１５に垂直な枠体６の最大長さ、すなわち枠体６の第三の支持部７が接合している辺の長さよりも短い構造としてもよい。
【０１０４】
その他実施の形態１と同様の構成及び効果については説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、光学反射素子に関して小型化できるという効果を有し、特に電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、光学スキャナ用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施の形態１における光学反射素子の平面図
【図２】同光学反射素子の断面図（図１のＡＡ断面）
【図３】同光学反射素子の動作状態を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態２における光学反射素子の平面図
【図５】本発明の実施の形態３における光学反射素子の平面図
【図６】本発明の実施の形態４における光学反射素子の平面図
【図７】本発明の実施の形態５における光学反射素子の平面図
【符号の説明】
【０１０７】
１  ミラー部
２  第一の支持部
３  第一の音叉形圧電振動子
４  振動中心
５  第二の支持部
６  枠体
７  第三の支持部
８  第二の音叉形圧電振動子
９  振動中心
１０  第四の支持部
１１  支持体
１２  第一のアーム
１３  第二のアーム
１４  第三のアーム
１５  第四のアーム
１６  基材
１７  圧電アクチュエータ
１８  下部電極層
１９  圧電体層
２０  上部電極層
２１  連結部
２２  連結部
２３Ａ〜２３Ｄ  接続端子
２４  接続端子
２５Ａ〜２５Ｄ  接続端子
２６、２７  矢印
２８  回転軸
２９  矢印
３０  第五の支持部
３１  第六の支持部
３２  弾性体
【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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