(57)【要約】【課題】本発明は光学反射素子の駆動精度を高め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とそれぞれ第一の支持部２で連結された、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とそれぞれ第二の支持部５で連結され、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、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、第二のアーム１２、１３を有し、対の第一の音叉形圧電振動子３の少なくともいずれか一方は、第一または第二のアーム１２、１３上に第一のモニター電極１７を有するものとした。これにより本発明は、光学反射素子の駆動精度を高めることができる。【選択図】図１
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【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、前記第一の音叉形圧電振動子の回転軸に対して垂直な回転軸を有する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少なくともいずれか一方は、前記第一のアームまたは第二のアーム上に第一のモニター電極を有する光学反射素子。
【請求項２】
前記第一のアームまたは第二のアームのいずれか一方には前記第一のモニター電極が形成され、
他方には圧電アクチュエータが形成された請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項３】
対向する前記第一のアームまたは対向する前記第二のアーム上には、それぞれ前記第一のモニター電極が形成された請求項１に記載の光学反射素子。
【請求項４】
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、前記第一の音叉形圧電振動子の回転軸に対して垂直な回転軸を有する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、
前記対の第二の音叉形圧電振動子の少なくともいずれか一方は、前記第三のアームまたは第四のアーム上に第二のモニター電極を有する光学反射素子。
【請求項５】
前記第三のアームまたは第四のアームのいずれか一方には前記第二のモニター電極が形成され、
他方には圧電アクチュエータが形成された請求項４に記載の光学反射素子。
【請求項６】
対向する前記第三のアームまたは対向する前記第四のアーム上には、それぞれ前記第二のモニター電極が形成された請求項４に記載の光学反射素子。
【請求項７】
前記対の第一の音叉形圧電振動子の少なくともいずれか一方は、前記第一のアームまたは第二のアーム上に第一のモニター電極を有する請求項４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】
従来の光学反射素子として、図８に示すような光学反射素子が挙げられる。この光学反射素子は、ミラー部１０１と、このミラー部１０１を、トーションバー１０２を介して支持する枠体１０３と、この枠体１０３内において、トーションバー１０２を回動させる圧電振動子１０４と、枠体１０３を、トーションバー１０５を介して支持する支持体１０６と、この支持体１０６内において、トーションバー１０５を回動させる第二の圧電振動子１０７とを備えている。そしてトーションバー１０２の回転軸とトーションバー１０５の回転軸とは垂直な関係である。
【０００３】
そしてこの光学反射素子は、小型のディスプレイ装置などに利用することができ、このトーションバー１０２、１０５の回転トルクによってミラー部１０１を励振させ、回動するミラー部１０１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。
【０００４】
なお、この技術分野に関連する文献としては、下記特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】特開２００８−２０７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの光学反射素子では、駆動精度が低いことがある。
【０００６】
その理由は、圧電振動子１０４、１０７の設計誤差や外部環境要因により、発生する駆動力が変動するからである。したがって所定の電気信号を印加しても、所望の駆動力が得られない場合がある。
【０００７】
そこで本発明は光学反射素子の駆動精度を高め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、第一の音叉形圧電振動子の回転軸に対して垂直な回転軸を有する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、対の第一の音叉形圧電振動子の少なくともいずれか一方は、第一のアームまたは第二のアーム上に第一のモニター電極を有するものとした。
【発明の効果】
【０００９】
これにより本発明は、光学反射素子の駆動精度を高めることができる。
【００１０】
その理由は、第一の音叉形圧電振動子の変位を、第一のモニター電極で検出できるからである。したがって、第一のモニター電極からの信号を検出して、第一の音叉形圧電振動子に入力する電気信号を制御すれば、第一の音叉形圧電振動子に所望の変位駆動をさせることができる。そしてその結果、光学反射素子の駆動精度を高めることが出来る。
【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に示すように、この光学反射素子は、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、第一の音叉形圧電振動子３は、図１のＸ軸を回転軸とし、このＸ軸上に第一の支持部２と第二の支持部５とが配置されている。
【００１５】
また第二の音叉形圧電振動子８はＸ軸に垂直なＹ軸を回転軸とし、このＹ軸上に第三の支持部７と第四の支持部１０とが配置されている。
【００１６】
なお本実施の形態では、Ｘ軸とＹ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。これによりミラー部１の中心が不動点となり、この不動部分に光を入射すれば、スクリーン上に投影される光の光路長は一定となり、画像を高精度に投影することができる。
【００１７】
そして本実施の形態では、図１に示すように、対の第一の音叉形圧電振動子３はいずれも、それぞれ対向する第一のアーム１２の表面には圧電アクチュエータ１６が形成され、またそれぞれ対向する第二のアーム１３の表面には第一のモニター電極１７が形成されている。
【００１８】
この圧電アクチュエータ１６は、図２に示すように、基材１８上に形成された、下部電極１９、圧電体２０および上部電極２１の積層体構造からなる薄膜積層型である。これによって、図１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をより薄型にすることができる。
【００１９】
また第一のモニター電極１７は、図２に示すように、上部電極２１と同様に圧電体２０上に積層されている。
【００２０】
また本実施の形態では、図１に示すように、対の第二の音叉形圧電振動子８はいずれも、それぞれ対向する第三のアーム１４の表面には第二のモニター電極２２が形成され、またそれぞれ対向する第四のアーム１５の表面には圧電アクチュエータ１６が形成されている。
【００２１】
上述の第二のモニター電極２２は、第一のモニター電極１７と同様に、圧電体（図２の２０）上に積層されている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、図２に示す下部電極１９および圧電体２０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、第一のアーム１２上の上部電極２１、第四のアーム１５上の上部電極（図示せず）、第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２はそれぞれ電気的に独立するように形成した。これら電極の配線は、それぞれ圧電体２０上に引き回され、支持体１１に形成された接続端子２３〜２７に引き出される。また下部電極１９も支持体１１上の接続端子２８に引き出される。なお図２には、第一のモニター電極１７の配線２９、第一のアーム１２上に形成された上部電極２１の配線３０、第四のアーム１５上に形成された上部電極（図示せず）の配線３１をそれぞれ示した。
【００２３】
なお本実施の形態では、対となる第一の音叉形圧電振動子３はいずれも第一のアーム１２上に上部電極２１を有し、これらの上部電極２１には同じ位相の電気信号が印加されるため、これらの上部電極２１の配線（図２の３０）は例えば枠体６上で連結してもよい。これにより素子上で引き回す配線の数を減らすことができ、生産性が高まる。特に上部電極２１の配線３０は、枠体６を通り、第三の支持部７、第四の支持部１０を介して接続端子２３に引き出すことができるが、第三の支持部７、第四の支持部１０は非常に微細なため、配線の数が増えるほど配線のパターニングが困難になる。しかし前述のように枠体６上で複数の配線を合流させることができれば、配線の数が減り、生産性向上に大きく寄与するとともに、配線のスペースを確保することにより、その他の配線や電極との間の電気的絶縁性を高めることができる。
【００２４】
また対となる第一の音叉形圧電振動子３はいずれも第二のアーム１３上に第一のモニター電極１７を有し、これらの第一のモニター電極１７は同位相の略同じ電気信号を検知するため、これらの第一のモニター電極１７の配線（図２の２９）を枠体６上で連結してもよい。これにより配線数を低減でき、生産性が向上するとともに配線間の電気的絶縁性を高めることができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、第四のアーム１５に形成された上部電極（図示せず）の配線３１や、第二のモニター電極２２の配線も、それぞれ一対ずつ形成されているため、これらをそれぞれ連結してもよい。
【００２６】
また本実施の形態では、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した。これにより効率良くミラー部１を反復回転振動させることができる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
図２に示す第一のアーム１２の下部電極１９と上部電極２１との間に交流の駆動電圧を印加すると、圧電体２０が面方向に伸び縮みし、第一のアーム１２が基材１８に対して垂直方向に撓み振動する。
【００３０】
この時、上部電極２１に第一の音叉形圧電振動子３の共振駆動電圧を印加すれば、共振の原理により、第二のアーム１３は第一のアーム１２と逆位相に駆動する。すなわち、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３２Ａ、３２Ｂ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。
【００３１】
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３４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Ｘ軸を回転軸として、このＸ軸を中心に、所定の周波数にて反復回転振動（捩れ振動）をする。
【００３２】
次に、この反復回転振動の振動エネルギーが、連結部３４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、Ｘ軸を中心に矢印３３方向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はＸ軸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。
【００３３】
そして図１に示す第一のモニター電極１７が、第二のアーム１３の変位を電気信号として検知する。この時、前述のように第一のモニター電極１７で検出する電気信号は、第一のアーム１２の上部電極２１に印加される電気信号と逆位相になるため、第一のモニター電極１７で検出した電気信号を、フィードバック回路を介して第一のアーム１２の上部電極２１に入力すれば、第一の音叉形圧電振動子３を自励駆動させることができる。また第一のモニター電極１７で検出した電気信号によって上部電極２１への入力信号を制御すれば、高精度に駆動させることができる。
【００３４】
また図１に示す第二の音叉形圧電振動子８も、第四のアーム１５の下部電極と上部電極間に第二の音叉形圧電振動子８の共振駆動電圧を印加し、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Ｙ軸を中心に、捩り振動を起こす。
【００３５】
そしてこの振動エネルギーが連結部３５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、Ｙ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。
【００３６】
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。
【００３７】
また第二のモニター電極２２が、第三のアーム１４の変位を電気信号として検知する。この時、前述のように第二のモニター電極２２で検出する電気信号を、フィードバック回路を介して第四のアーム１５上の上部電極に入力すれば、第二の音叉形圧電振動子８を自励駆動させることができる。また第二のモニター電極２２で検出した電気信号によって第四のアーム１５への入力信号を制御すれば、高精度に駆動させることができる。
【００３８】
そしてこの光学反射素子は、例えば図４に示すように、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にレーザー光源またはＬＥＤ光源などの光源３６から光を入射し、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３７に画像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。
【００３９】
なお、本実施の形態では、図１の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。
【００４０】
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。
【００４１】
まず始めに、基材１８となる、厚みが約０．５ｍｍ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１９を形成する。なお、基材１８としては、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。
【００４２】
その後、この下部電極１９の上に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材料を用いてスパッタリング法などによって圧電体２０を形成する。このとき、圧電体２０と下部電極１９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、チタン酸・マグネ・ランタン・鉛（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２０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１６を実現することができる。
【００４３】
次に、この圧電体２０の上にチタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）よりなる上部電極２１や第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２を形成している。
【００４４】
このとき、上部電極２１、第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２の下層のチタンはＰＺＴ薄膜などの圧電体２０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２０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、積層体としての接合強度が高まる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、白金の下部電極１９の厚みは０．２μｍ、ＰＺＴからなる圧電体２０は３．５μｍ、上部電極２１、第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２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。
【００４６】
次に、下部電極１９、圧電体２０、上部電極２１、第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２とを、フォトリソ技術を用いてエッチングし、パターン形成する。
【００４７】
このとき、上部電極２１、第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２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。
【００４８】
また、下部電極１９、圧電体２０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。
【００４９】
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。
【００５０】
その他、圧電体２０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１９をエッチングしてパターニングする方法がある。
【００５１】
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１８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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
なお本実施の形態では、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１８を、同一基材１８から一体形成とすることができ、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。
【００５６】
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１８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。
【００５７】
なお、ミラー部１は基材１８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２１や第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２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。
【００５８】
本実施の形態の効果を以下に説明する。
【００５９】
本実施の形態では、光学反射素子の駆動精度を高めることができる。
【００６０】
その理由は、第一の音叉形圧電振動子３に発生した振幅を、第一のモニター電極１７で検出でき、また第二の音叉形圧電振動子８に発生した振幅を、第二のモニター電極２２で検出できるからである。
【００６１】
すなわち、圧電振動子は、設計誤差などにより形状が異なったり、あるいは外部環境要因が変わったりすると、出力される駆動力も変動する。したがって所定の電気信号を印加しても、所望の駆動力が得られない場合がある。特に圧電振動子を共振駆動させる場合は、形状の僅かな違いにより圧電振動子に固有の振動周波数が変わり、所定の周波数の電気信号を入力しても駆動しない場合がある。
【００６２】
これに対し本実施の形態では、第一のモニター電極１７で第二のアーム１３、すなわち第一の音叉形圧電振動子３の変位を電気信号として検知することができる。
【００６３】
ここで第一の音叉形圧電振動子３とミラー部１の振動は連動しているため、第一の音叉形圧電振動子３の駆動が分かればミラー部１のＸ軸を中心に回動する駆動も分かることになる。したがって、第一のモニター電極１７からの信号を検出して、第一のアーム１２に入力する電気信号を制御すれば、第一の音叉形圧電振動子３に所望の変位駆動をさせることができ、これに伴ってミラー部１も所望の変位駆動をさせることができる。そしてその結果、光学反射素子の駆動精度を高めることが出来る。
【００６４】
また同様に、本実施の形態では、第二のモニター電極２２で第三のアーム１４の変位を検知することができる。そして第二の音叉形圧電振動子８の駆動が分かれば、枠体６およびミラー部１のＹ軸を中心に回動する変位も分かることになる。
【００６５】
したがって、第二のモニター電極２２からの信号を検出して第四のアーム１５の圧電アクチュエータ１６に入力する電気信号を制御すれば、第二の音叉形圧電振動子８および枠体６、ミラー部１に所望の変位駆動をさせることができる。そしてその結果、光学反射素子の駆動精度を高めることができる。
【００６６】
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のいずれの駆動も第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２でそれぞれ検出したが、少なくともいずれか一方にモニター電極を設けることで、その設けた方の音叉形圧電振動子を高精度に駆動させることができ、光学反射素子の駆動精度の向上に寄与する。
【００６７】
また本実施の形態では、第一の音叉形圧電振動子３、第二の音叉形圧電振動子８のいずれも共振駆動させているため、第一のアーム１２、第二のアーム１３のいずれか一方と、第三のアーム１４、第四のアーム１５のいずれか一方に圧電アクチュエータ１６を配置すれば、他方のアームをそれぞれ共振駆動させることができる。したがって、この他方のアームにモニター電極を配置すれば、素子のスペースを有効に活用して駆動をモニタリングすることができる。
【００６８】
また第一のアーム１２と第二のアーム１３、第三のアーム１４と第四のアーム１５はそれぞれ逆位相に駆動するため、いずれか一方にモニター電極を配置すれば、このモニター電極から検知した電気信号を、他方のアームに入力することができ、素子を自励駆動させることができる。
【００６９】
なお、たとえば一方の第一の音叉形圧電振動子３の第一のアーム１２に圧電アクチュエータ１６を配置し、他方の第一のアーム１２に第一のモニター電極１７を配置する場合は、出力信号と入力信号とが同位相になる。したがって、この場合は、第一のモニター電極１７で検出した電気信号を反転させ、その後第二のアーム１３の圧電アクチュエータ１６に入力し、自励駆動させる。
【００７０】
更に本実施の形態では、対となる第一の音叉形圧電振動子３は、互いに対向するアームに、すなわち同じ位相で変位駆動をする位置に第一のモニター電極１７を設けたため、これらの配線（図２の２９）は、素子上で合流させることができる。したがって、例えば枠体６上で合流させれば、微小な第三の支持部７、第四の支持部１０に引き回す配線の数を低減することができ、生産性向上に寄与する。さらに、配線数が減ると、これらの配線スペースを確保することができ、配線間の電気的絶縁性を高めることが出来る。
【００７１】
また同様の理由により、第一のアーム１２の上部電極２１の配線３０も、同位相の電気信号が流れるため、対となる配線３０を例えば枠体６上で合流させることができ、生産性向上と配線間の電気的絶縁性向上に寄与する。
【００７２】
なお、第二のモニター電極２２の配線、第四のアーム１５の上部電極の配線３１も、それぞれ対となる配線と素子上で合流させることができる。そして電気信号を合流して引き出せば、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。
【００７３】
さらに本実施の形態では、光学反射素子を小型化することができる。
【００７４】
すなわち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。
【００７５】
したがって、例えば電磁駆動式の光学反射素子のように、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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
また本実施の形態では、第一、第二、第三、第四のアーム１２〜１５はそれぞれ直線形状のため、加工も容易である。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
なお、上記実施の形態では、第一のモニター電極１７は第二のアーム１３上に形成したが、第一のアーム１２上に形成し、圧電アクチュエータ１６を第二のアーム１３上に形成してもよい。また第二のモニター電極２２は、第三のアーム１４上に形成したが、第四のアーム１５上に形成し、圧電アクチュエータ１６を第四のアーム１５上に形成してもよい。
【００８６】
また上記実施の形態では、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はいずれも棒形状としたが、例えば図５に示すようにミアンダ形としてもよい。このように支持部をミアンダ形とすることにより、共振器長を長くすることができ、変位量を大きくすることができる。特に第三の支持部７、第四の支持部１０をミアンダ形とすれば、第二の音叉形圧電振動子８の共振周波数を大きくすることができる。したがって、垂直方向と水平方向との振動周波数比を大きくすることができ、高精度な画像を投影することができる。
【００８７】
（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、図６に示すように、圧電アクチュエータ１６は、対となる第一の音叉形圧電振動子３および対となる第二の音叉形圧電振動子８の、それぞれいずれか一方に配置し、また第一、第二のモニター電極１７、２２は、他方の第一、第二の音叉形圧電振動子３、８に形成した点である。
【００８８】
そして本実施の形態では、一方の第一の音叉形圧電振動子３の第一のアーム１２に圧電アクチュエータ１６を形成し、他方の第一の音叉形圧電振動子３の第二のアーム１３に第一のモニター電極１７を形成した。
【００８９】
また一方の第二の音叉形圧電振動子８の第三のアーム１４に第二のモニター電極２２を形成し、他方の第二の音叉形圧電振動子８の第四のアーム１５に圧電アクチュエータ１６を形成した。
【００９０】
本実施の形態では、まず圧電アクチュエータ１６を備えた一方の第一のアーム１２を共振駆動させることにより、この振動が連結部３４を介して隣接する第二のアーム１３に伝搬し、この第二のアーム１３を逆位相に駆動させることができる。
【００９１】
そしてこの一方の第一の音叉形圧電振動子３の振動エネルギーが第一の支持部２、ミラー部１を介して他方の第一の音叉形圧電振動子３に伝搬する。そしてこの他方の第一の音叉形圧電振動子３も同様に共振駆動させることができる。
【００９２】
このように本実施の形態では、対となる第一の音叉形圧電振動子３のいずれか一方に圧電アクチュエータ１６、他方に第一のモニター電極１７を設けたため、これらの配線は互いに異なる第二の支持部５、第三の支持部７、第四の支持部１０にそれぞれ引き回せばよく、素子が小型化しても生産性を維持することができるとともに、配線間の電気的絶縁性を向上させることが出来る。
【００９３】
また第二の音叉形圧電振動子８も、一方の第四のアーム１５を共振駆動させることにより、一対の第二の音叉形圧電振動子８の計四本のアームを共振駆動させている。
【００９４】
そして対となる第二の音叉形圧電振動子８のいずれか一方に圧電アクチュエータ１６、他方に第二のモニター電極２２を設けたため、配線数を減らすことができ、配線の引き回しが容易になると共に、配線スペースが広がり配線間の電気的絶縁性を向上させることができる。
【００９５】
更に本実施の形態では、圧電アクチュエータ１６をそれぞれＬ字形に形成している。すなわち本実施の形態では、圧電アクチュエータ１６を連結部３４、３５にも広げ、振動中心４、９の手前まで幅広く形成している。このように圧電アクチュエータ１６の面積を広げているため、駆動力が大きくなり、一つの圧電アクチュエータ１６で四本のアームを効率よく駆動させることができる。また第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２もＬ字形に形成したため、面積を有効に活用し、効率よく検出することができる。
【００９６】
なお、圧電アクチュエータ１６と第一のモニター電極１７、第二のモニター電極２２の配置はこの形態に限定されず、例えば第一の音叉形圧電振動子３のみ実施の形態１と同様に第一のモニター電極１７と圧電アクチュエータ１６をそれぞれ対に配置し、第二の音叉形圧電振動子８は、本実施の形態のように第二のモニター電極２２と圧電アクチュエータ１６を一つずつ配置してもよい。
【００９７】
その他実施の形態１と同様の構成および効果については説明を省略する。
【００９８】
（実施の形態３）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、圧電アクチュエータ１６、第一、第二のモニター電極１７、２２の数および配置場所である。
【００９９】
すなわち本実施の形態では、図７に示すように、一対の第一の音叉形圧電振動子３のうち一方は、実施の形態１と同様に、第一のアーム１２上に圧電アクチュエータ１６を形成し、第二のアーム１３上に第一のモニター電極１７を形成している。しかし他方の第一の音叉形圧電振動子３は、第一、第二のアーム１２、１３上にそれぞれ圧電アクチュエータ１６を形成している。
【０１００】
また一対の第二の音叉形圧電振動子８のうち一方は、実施の形態１と同様に第三のアーム１４上に第二のモニター電極２２を形成し、第四のアーム１５上には圧電アクチュエータ１６を形成している。しかし他方の第二の音叉形圧電振動子８は、第三、第四のアーム１４、１５上にそれぞれ圧電アクチュエータ１６を形成している。
【０１０１】
本実施の形態の駆動方法を以下に説明する。
【０１０２】
すなわち本実施の形態では、第一のアーム１２、第二のアーム１３のいずれにも圧電アクチュエータ１６が形成された第一の音叉形圧電振動子３には、第一のアーム１２と第二のアーム１３にそれぞれ逆位相の電気信号を印加すれば、第一のアーム１２と第二のアーム１３とを１８０度異なる方向に撓み振動させることが出来る。なお、第一のアーム１２に圧電アクチュエータ１６が形成され、第二のアーム１３に第一のモニター電極１７が形成された第一の音叉形圧電振動子３の駆動方法は実施の形態１と同様である。
【０１０３】
また本実施の形態では、第三のアーム１４、第四のアーム１５それぞれに圧電アクチュエータ１６が形成された第二の音叉形圧電振動子８には、第三のアーム１４と第四のアーム１５にそれぞれ逆位相の電気信号を印加すればよい。
【０１０４】
なお、第三のアーム１４に第二のモニター電極２２が形成され、第四のアーム１５に圧電アクチュエータ１６が形成された第二の音叉形圧電振動子８の駆動方法は実施の形態１と同様である。
【０１０５】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、光学反射素子を高精度に駆動させることができる。
【０１０６】
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は、それぞれ圧電アクチュエータ１６を三つずつ配置することができ、実施の形態１と比較して大きな駆動力を得ることが出来る。
【０１０７】
その他実施の形態１と同様の構成および効果については説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
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、例えば携帯電話端末にも利用できる小型のディスプレイ装置や車載用のヘッドアップディスプレイ装置、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】
【０１０９】
【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】同光学反射素子を用いた画像投影装置の原理を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における別の例の光学反射素子の平面図
【図６】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７】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８】従来の光学反射素子の平面図
【符号の説明】
【０１１０】
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  圧電アクチュエータ
１７  第一のモニター電極
１８  基材
１９  下部電極
２０  圧電体
２１  上部電極
２２  第二のモニター電極
２３〜２７  接続端子
２８  接続端子
２９  配線
３０  配線
３１  配線
３２Ａ、３２Ｂ  矢印
３３  矢印
３４  連結部
３５  連結部
３６  光源
３７  スクリーン
【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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【図８】
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