JP2013214023A

JP2013214023A - Optical reflection element

Info

Publication number: JP2013214023A
Application number: JP2012085397A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Hiraoka; 聡一郎平岡; Shinsuke Nakazono; 晋輔中園; Toshiaki Horie; 寿彰堀江; Akira Kurozuka; 章黒塚; Kazuki Komaki; 一樹小牧
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-10-17

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical reflection element capable of projecting clear images by reducing undesirable vibration induced on actuators for scanning a light beam along two axes.SOLUTION: An optical reflection element of the present invention includes: a first frame member 22; a pair of first vibrating members 23, each having one end supported at an opposing point on the inner side of the first frame member 22; a second frame member 25 which is supported at the other ends of the first vibrating members 23 using connectors 24; a pair of second vibrating members 26, each having one end supported at an opposing point on the inner side of the second frame member 25 in a direction substantially perpendicular to a vibration axis of the first vibration members 23; and a mirror member supported by the other ends of the second vibrating members 26. The connectors 24 have resin layers.

Description

本発明は、レーザ光を用いた光学反射装置等に用いられる光学反射素子に関する。 The present invention relates to an optical reflecting element used in an optical reflecting device using laser light.

近年、ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）技術を用いて、レーザ光を走査しスクリーン等に画像を投影する光学反射素子が開発されている。画像を投影するには、その光学反射素子を用いてレーザ光を２次元に走査する必要がある。 In recent years, an optical reflective element that scans a laser beam and projects an image on a screen or the like using a micro electro mechanical systems (MEMS) technology has been developed. In order to project an image, it is necessary to scan the laser beam two-dimensionally using the optical reflection element.

従来の光学反射素子１は、図７に示すように、第一の枠体２と、第一の枠体２の内側に一端を対向するように接続された一対の第一の振動部３と、一対の第一の振動部３の他端に接続された第二の枠体４と、第二の枠体４の内側に一端を対向するように接続された第二の振動部５と、一対の第二の振動部５の他端に接続されたミラー部６で構成されており、第一の振動部３と第二の振動部５の回転軸（第一の回転軸７および第二の回転軸８）は略直交する方向に形成されている。また、一対の第一の振動部３は第二の回転軸８に平行な第二の枠体４の辺と接続されている。 As shown in FIG. 7, the conventional optical reflecting element 1 includes a first frame 2 and a pair of first vibrating portions 3 connected to the inside of the first frame 2 so as to face one end. A second frame 4 connected to the other ends of the pair of first vibrating parts 3, a second vibrating part 5 connected so as to face one end inside the second frame 4, and It is comprised by the mirror part 6 connected to the other end of a pair of 2nd vibration part 5, and the rotating shaft (the 1st rotating shaft 7 and 2nd of the 1st vibrating part 3 and the 2nd vibrating part 5) is comprised. The rotation shaft 8) is formed in a substantially orthogonal direction. Further, the pair of first vibrating portions 3 is connected to the side of the second frame body 4 parallel to the second rotation shaft 8.

第一の振動部３と第二の振動部５は、図７に示すように、音叉形状としており、音叉形振動子９と、回転軸上の第一の支持部１０および第二の支持部１１で構成される。第一の振動部３における音叉形振動子９は、第一の支持部１０により第二の枠体４と連結され、第二の支持部１１により第一の枠体２と連結される。第二の振動部５における音叉形振動子９は、第一の支持部１０によりミラー部６と連結され、第二の支持部１１により第二の枠体４と連結される。音叉形振動子９は、アーム部１２を有しており、アーム部１２の上部には、絶縁膜１３と、その絶縁膜１３の上部に設けられた下部電極層１４と、下部電極層１４の上部に設けられた圧電体層１５と、圧電体層１５の上部に設けられた上部電極層１６からなる圧電アクチュエータ１７が形成されており、これら圧電アクチュエータ１７を、回転軸に対して逆方向に変位させることで、回転動作を実現している。この変位を利用したものとして、レーザ光を走査する光学反射素子などがある。 As shown in FIG. 7, the first vibrating part 3 and the second vibrating part 5 have a tuning fork shape. The tuning fork vibrator 9, the first support part 10 and the second support part on the rotating shaft are provided. 11. The tuning fork vibrator 9 in the first vibrating part 3 is connected to the second frame 4 by the first support part 10 and connected to the first frame 2 by the second support part 11. The tuning fork vibrator 9 in the second vibrating part 5 is connected to the mirror part 6 by the first support part 10 and connected to the second frame 4 by the second support part 11. The tuning fork vibrator 9 has an arm portion 12. An insulating film 13, a lower electrode layer 14 provided on the insulating film 13, and a lower electrode layer 14 are formed on the arm portion 12. A piezoelectric actuator 17 including a piezoelectric layer 15 provided on the upper portion and an upper electrode layer 16 provided on the upper portion of the piezoelectric layer 15 is formed. The piezoelectric actuator 17 is moved in a direction opposite to the rotation axis. Rotating motion is realized by displacing. As an element utilizing this displacement, there is an optical reflection element that scans a laser beam.

なお、この出願に関する光学反射素子を開示するものとして、例えば、特許文献１が挙げられる。 As an example of disclosing an optical reflecting element related to this application, for example, Patent Document 1 is cited.

特開２００９−１９２７８１号公報JP 2009-192781 A

上記構成の光学反射素子１は、第二の回転軸８周りに動作する第二の振動部５の振動が第二の枠体４を通して第一の回転軸７周りに動作する第一の振動部３に伝達される。特に、第一の振動部３の剛性が低い場合には、第一の回転軸７周りに動作する第一の振動部３が不要な振動をし、光学反射素子１によって投影される画像が不鮮明になるという課題があった。 The optical reflecting element 1 having the above-described configuration includes the first vibrating portion in which the vibration of the second vibrating portion 5 that moves around the second rotating shaft 8 moves around the first rotating shaft 7 through the second frame 4. 3 is transmitted. In particular, when the rigidity of the first vibration unit 3 is low, the first vibration unit 3 that moves around the first rotation axis 7 vibrates unnecessarily, and the image projected by the optical reflecting element 1 is unclear. There was a problem of becoming.

そこで本発明は、第二の回転軸周りに動作する第二の振動部から第一の回転軸周りに動作する第一の振動部に伝達される不要振動を低減し、鮮明な画像を投影することが出来る光学反射素子を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention reduces unnecessary vibrations transmitted from the second vibration unit operating around the second rotation axis to the first vibration unit operating around the first rotation axis, and projects a clear image. An object of the present invention is to provide an optical reflection element that can be used.

上記目的を達成するために本発明は、第一の枠体と、第一の枠体の内側の対向部分にそれぞれの一端が支持された一対の第一の振動部と、前記第一の振動部のそれぞれの他端で、接続部を介して支持された第二の枠体と、前記第二の枠体の内側の前記第一の振動部の振動軸と略直交する方向の対向部分にそれぞれの一端が支持された一対の第二の振動部と、前記第二の振動部のそれぞれの他端で支持されたミラー部を備え、前記接続部が樹脂層を有した構成とした。 In order to achieve the above object, the present invention provides a first frame, a pair of first vibrating portions each having one end supported by an opposing portion inside the first frame, and the first vibration. At the other end of each part, a second frame supported via a connecting part, and an opposing part in a direction substantially orthogonal to the vibration axis of the first vibrating part inside the second frame A pair of second vibrating parts each supported at one end and a mirror part supported at each other end of the second vibrating part are provided, and the connection part has a resin layer.

また、本発明の光学反射素子の別の態様の一つによれば、第一の枠体と、第一の枠体の内側の対向部分にそれぞれの一端が支持された一対の第一の振動部と、第一の振動部のそれぞれの他端で支持された第二の枠体と、第二の枠体の内側の前記第一の振動部の振動軸と略直交する方向の対向部分にそれぞれの外端が支持された一対の第二の振動部と、第二の振動部のそれぞれの内端で支持されたミラー部を備え、第一の振動部を形成している振動板は、無機材料層と樹脂層を積層して構成され、第一の振動部と前記第二の枠体は、前記樹脂層で接続した構成とした。 According to another aspect of the optical reflecting element of the present invention, the first frame and a pair of first vibrations each having one end supported on the inner facing portion of the first frame. A second frame supported at the other end of each of the first vibration part, and a facing part in a direction substantially orthogonal to the vibration axis of the first vibration part inside the second frame. A diaphragm that includes a pair of second vibrating parts supported at the respective outer ends and a mirror part supported at each inner end of the second vibrating part, forming the first vibrating part, The inorganic material layer and the resin layer are laminated, and the first vibrating portion and the second frame body are connected by the resin layer.

上記構成により、第二の振動部の振動が、接続部に存在する樹脂層によって緩和され、第二の振動部の振動が第一の振動部に伝達されることを低減することができ、その結果、鮮明な画像を投影する光学反射素子が実現できる。 With the above configuration, the vibration of the second vibration part is mitigated by the resin layer present in the connection part, and the vibration of the second vibration part can be reduced from being transmitted to the first vibration part. As a result, an optical reflecting element that projects a clear image can be realized.

本発明の実施の形態１における光学反射素子の上面図Top view of the optical reflecting element according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１における光学反射素子の接続部の断面図Sectional drawing of the connection part of the optical reflection element in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１の別の形態における光学反射素子の接続部の断面図Sectional drawing of the connection part of the optical reflection element in another form of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態２における光学反射素子の接続部の断面図Sectional drawing of the connection part of the optical reflective element in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態２の別の形態における光学反射素子の接続部の断面図Sectional drawing of the connection part of the optical reflection element in another form of Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態３における光学反射素子の斜視図The perspective view of the optical reflective element in Embodiment 3 of this invention 従来の光学反射素子の上面図Top view of conventional optical reflector

以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１、５に記載の発明について説明する。 The invention according to the first and fifth aspects of the present invention will be described below with reference to the first embodiment.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の光学反射素子２１の上面図を示している。図１において、光学反射素子２１は、第一の枠体２２と、第一の枠体２２の内側に一端を対向するように接続された一対の第一の振動部２３と、一対の第一の振動部２３の他端に、樹脂材料から成る接続部２４を介して接続された第二の枠体２５と、第二の枠体２５の内側に一端を対向するように接続された第二の振動部２６と、一対の第二の振動部２６の他端に接続されたミラー部２７で構成されている。そして、第一の振動部２３と第二の振動部２６の回転軸（第一の回転軸２８および第二の回転軸２９）は略直交する方向に形成されている。また、一対の第一の振動部２３は第二の回転軸２９に平行な第二の枠体２５の辺と接続されている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a top view of the optical reflecting element 21 according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the optical reflecting element 21 includes a first frame body 22, a pair of first vibrating portions 23 connected to the inside of the first frame body 22 so as to face one end, and a pair of first vibration elements 23. A second frame 25 connected to the other end of the vibration portion 23 via a connecting portion 24 made of a resin material, and a second frame 25 connected to the inner side of the second frame 25 so that one end thereof is opposed. And a mirror part 27 connected to the other ends of the pair of second vibration parts 26. And the rotating shaft (the 1st rotating shaft 28 and the 2nd rotating shaft 29) of the 1st vibrating part 23 and the 2nd vibrating part 26 is formed in the direction substantially orthogonal. The pair of first vibrating portions 23 is connected to the side of the second frame 25 that is parallel to the second rotation shaft 29.

そして、第一の振動部２３と第二の振動部２６は、図１に示すように、音叉形状としており、音叉形振動子３０と、回転軸上の第一の支持部３１および第二の支持部３２で構成される。第一の振動部２３における音叉形振動子３０は、第一の支持部３１により樹脂材料から成る接続部２４を介して第二の枠体２５と連結され、第二の支持部３２により第一の枠体２２と連結される。第二の振動部２６における音叉形振動子３０は、第一の支持部３１によりミラー部２７と連結され、第二の支持部３２により第二の枠体２５と連結される。 As shown in FIG. 1, the first vibrating portion 23 and the second vibrating portion 26 have a tuning fork shape. The tuning fork vibrator 30, the first support portion 31 on the rotation shaft, and the second The support portion 32 is configured. The tuning fork vibrator 30 in the first vibrating portion 23 is connected to the second frame body 25 via the connection portion 24 made of a resin material by the first support portion 31, and is connected to the first support portion 32 by the first support portion 32. The frame body 22 is connected. The tuning fork vibrator 30 in the second vibration part 26 is connected to the mirror part 27 by the first support part 31 and connected to the second frame 25 by the second support part 32.

また、音叉形振動子３０は、両端に第一のアーム部３３と第二のアーム部３４を有しており、第一のアーム部３３、第二のアーム部３４の上部には、絶縁膜３５と、その絶縁膜３５の上部に設けられた下部電極層３６と、下部電極層３６の上部に設けられた圧電体層３７と、圧電体層３７の上部に設けられた上部電極層３８からなる圧電アクチュエータ３９が形成されている。 The tuning fork vibrator 30 has a first arm portion 33 and a second arm portion 34 at both ends, and an insulating film is formed above the first arm portion 33 and the second arm portion 34. 35, a lower electrode layer 36 provided on the insulating film 35, a piezoelectric layer 37 provided on the lower electrode layer 36, and an upper electrode layer 38 provided on the piezoelectric layer 37. A piezoelectric actuator 39 is formed.

そして、本実施の形態では、図１に示す光学反射素子２１の基材は、シリコンとした。基材については、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は好ましく、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２１を実現できる。 In this embodiment, the base material of the optical reflecting element 21 shown in FIG. 1 is silicon. The base material is preferably made of a material having elasticity, mechanical strength, and high Young's modulus such as a metal, glass, or ceramic substrate from the viewpoint of productivity, for example, metal, crystal, glass, quartz, or It is preferable to use a ceramic material from the viewpoint of mechanical properties and availability. Furthermore, if a metal such as silicon, titanium, stainless steel, Elinvar, or a brass alloy is used, the optical reflecting element 21 having excellent vibration characteristics and workability can be realized.

また、圧電アクチュエータ３９については、下部電極層３６と上部電極層３８を熱的に安定な白金、圧電体層３７を高い圧電定数を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）とし、接続部２４については、加工性の観点から感光性を有するエポキシ樹脂を用いた。 For the piezoelectric actuator 39, the lower electrode layer 36 and the upper electrode layer 38 are made of thermally stable platinum, the piezoelectric layer 37 is made of lead zirconate titanate (PZT) having a high piezoelectric constant, and the connection portion 24 is made of From the viewpoint of processability, an epoxy resin having photosensitivity was used.

次に、本実施の形態における動作原理について説明する。 Next, the principle of operation in this embodiment will be described.

図１に示す下部電極層３６と上部電極層３８との間に交流の駆動電圧を引加すると、圧電体層３７が面方向に伸縮し、第一のアーム部３３と第二のアーム部３４が基材表面に対して垂直方向に撓み振動する。 When an alternating drive voltage is applied between the lower electrode layer 36 and the upper electrode layer 38 shown in FIG. 1, the piezoelectric layer 37 expands and contracts in the plane direction, and the first arm portion 33 and the second arm portion 34. Vibrates in a direction perpendicular to the substrate surface and vibrates.

ここで、第一のアーム部３３と第二のアーム部３４に形成したそれぞれの圧電アクチュエータ３９に、正負反対の駆動信号を印加することによって、第一のアーム部３３と第二のアーム部３４は逆方向に撓み振動し、その振動エネルギーは音叉形振動子３０から第一の支持部３１へと伝搬され、第一の支持部３１は第二の回転軸２９を中心に捩れ振動する。このことから、ミラー部２７および第二の枠体２５は第一の回転軸２８を中心に反復回転振動することとなる。 Here, by applying a driving signal opposite to positive and negative to the respective piezoelectric actuators 39 formed on the first arm portion 33 and the second arm portion 34, the first arm portion 33 and the second arm portion 34. Is bent and vibrated in the opposite direction, and the vibration energy is propagated from the tuning fork vibrator 30 to the first support portion 31, and the first support portion 31 vibrates about the second rotation shaft 29. From this, the mirror part 27 and the second frame 25 are repeatedly rotated and oscillated around the first rotation shaft 28.

なお、本実施の形態では、第一の回転軸２８と第二の回転軸２９が垂直な関係にあるため、ミラー部２７にレーザ光源またはＬＥＤ光源などから発生させた光線を入力し、回転振動するミラー部２７で反射させることにより、反射光をスクリーン上へ二次元に走査させることができる。 In the present embodiment, since the first rotation shaft 28 and the second rotation shaft 29 are in a vertical relationship, light generated from a laser light source or an LED light source is input to the mirror unit 27 and rotational vibration is generated. The reflected light can be scanned two-dimensionally on the screen by reflecting on the mirror unit 27.

ここで、接続部の効果について説明する。 Here, the effect of the connecting portion will be described.

従来、第二の回転軸周りに動作する第二の振動部の振動が第二の枠体を通して第一の回転軸周りに動作する第一の振動部に伝達され、特に第一の振動部の剛性が低い場合には、第一の回転軸周りに動作する第一の振動部が不要な振動をし、光学反射素子によって投影される画像が不鮮明になるという課題を有していた。 Conventionally, the vibration of the second vibration part that operates around the second rotation axis is transmitted to the first vibration part that operates around the first rotation axis through the second frame, and particularly the first vibration part. When the rigidity is low, there is a problem that the first vibration unit that moves around the first rotation axis vibrates unnecessarily, and the image projected by the optical reflection element becomes unclear.

そこで、本実施の形態では、第一の振動部２３を、樹脂材料から成る接続部２４を介して第二の枠体２５へ接続した構成とした。本構成にすることにより、基材に比べて極端に剛性の低い樹脂材料を介することにより、第二の振動部２６の振動が発端となって第二の枠体２５で生じる振動が、第一の振動部２３へ伝達することを抑制することができる。このとき、本来必要とする第一の振動部２３の振動により第二の枠体２５を反復回転振動させる効率も低下するが、意図的に発生させる第一の振動部２３の振動量が、課題となる第二の枠体２５の振動量に比べて極端に大きくなるため、結果的に第一の振動部２３において不要な振動を生じることなく、第一の回転軸２８および第二の回転軸２９周りに同時に回転動作することが可能となる。 Therefore, in the present embodiment, the first vibration portion 23 is connected to the second frame body 25 via the connection portion 24 made of a resin material. By adopting this configuration, the vibration generated in the second frame 25 starting from the vibration of the second vibrating portion 26 is caused by the resin material having extremely low rigidity compared to the base material. The transmission to the vibration part 23 can be suppressed. At this time, the efficiency of repetitively rotating and vibrating the second frame 25 due to the vibration of the first vibration part 23 that is originally required also decreases, but the amount of vibration of the first vibration part 23 that is intentionally generated is a problem. As a result, the first rotating shaft 28 and the second rotating shaft are generated without causing unnecessary vibration in the first vibrating portion 23. It is possible to rotate around 29 simultaneously.

なお、接続の仕方については、図２に示した接続部の断面図（図１のＡ−Ａ）のように、第一の振動部２３と第二の枠体２５の側面同士で接続した場合であっても、図３に示した接続部の断面図（図１のＡ−Ａ）のように上面同士を接続した場合であっても、同様の効果が得られる。 In addition, about the method of a connection, as shown in sectional drawing (AA of FIG. 1) of the connection part shown in FIG. 2, it connects with the side surfaces of the 1st vibration part 23 and the 2nd frame 25 Even if it is a case where upper surfaces are connected like sectional drawing (AA of FIG. 1) of the connection part shown in FIG. 3, the same effect is acquired.

ここで、樹脂層を、フィラー状の窒化アルミニウムのような無機材料を混合したエポキシ樹脂で構成することにより、樹脂層の材料特性を所望の値に制御することが可能となり、設計の自由度を高めることができる。さらには、駆動時に発生する熱が課題となるような用途においては、本実施の形態において最も放熱性が悪化する接続部２４の放熱性を向上させることができる。 Here, by configuring the resin layer with an epoxy resin mixed with an inorganic material such as filler-like aluminum nitride, the material characteristics of the resin layer can be controlled to a desired value, and the degree of freedom in design can be increased. Can be increased. Furthermore, in applications in which heat generated during driving becomes a problem, the heat dissipation of the connecting portion 24 where the heat dissipation is most deteriorated in the present embodiment can be improved.

以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について説明する。 The second aspect of the present invention will be described below with reference to the second embodiment.

（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との主な違いは、図４に示した接続部２４の断面図（図１のＡ−Ａ）に示すように、接続部２４を、樹脂材料で形成された接続部第一層２４Ａと、接続部第一層２４Ａより剛性の高い材料で形成された接続部第二層２４Ｂを積層した構成とした点である。接続部第一層２４Ａは、第一の振動部２３の上面で接続部第二層２４Ｂの下面と厚み方向に挟まれており、かつ第二の枠体２５の上面で接続部第二層２４Ｂの下面と厚み方向に挟まれている。 (Embodiment 2)
The main difference between the present embodiment and the first embodiment is that the connection portion 24 is formed of a resin material as shown in a cross-sectional view (AA in FIG. 1) of the connection portion 24 shown in FIG. The connection portion first layer 24A and the connection portion second layer 24B formed of a material having higher rigidity than the connection portion first layer 24A are stacked. The connection portion first layer 24A is sandwiched between the upper surface of the first vibrating portion 23 and the lower surface of the connection portion second layer 24B in the thickness direction, and the connection portion second layer 24B is formed on the upper surface of the second frame 25. It is sandwiched between the lower surface of and the thickness direction.

本実施の形態では、接続部２４を有さず直接的に第一の振動部２３と第二の枠体２５を接続する場合と同程度に、平面方向の剛性を維持しながら、第二の振動部２６の振動が発端となって第二の枠体２５で生じる振動が、第一の振動部２３へ伝達することを抑制することができる。なお、平面方向の剛性が低下した場合には、第一の振動部２３の固有振動数が低下することとなり、外乱振動の影響を受けやすくなることから、デバイスとして機能しないといった課題に繋がる。そのため、本実施の形態は、第一の振動部２３の従来の性能を維持しながら、不要な振動を抑制することが可能な形態といえる。 In the present embodiment, the second vibration member 23 and the second frame body 25 are connected directly without having the connection portion 24, while maintaining the rigidity in the plane direction. The vibration generated in the second frame 25 starting from the vibration of the vibration unit 26 can be prevented from being transmitted to the first vibration unit 23. In addition, when the rigidity in the planar direction is reduced, the natural frequency of the first vibration unit 23 is reduced, and it is easily affected by disturbance vibration, which leads to a problem that the device does not function as a device. Therefore, this embodiment can be said to be a form that can suppress unnecessary vibration while maintaining the conventional performance of the first vibrating section 23.

また、同様の効果が得られる別の形態として、図５に示すように、接続部第二層２４Ｂと第一の振動部２３を同一の材料として、接続部第一層２４Ａが、接続部第二層２４Ｂの下面と第二の枠体２５の上面で厚み方向に挟まれた構成としてもよく、本実施の形態においても同様の効果が得られる。 Further, as another form in which the same effect can be obtained, as shown in FIG. 5, the connecting portion second layer 24 </ b> B and the first vibrating portion 23 are made of the same material, and the connecting portion first layer 24 </ b> A is connected to the connecting portion first layer. A configuration may be adopted in which the lower surface of the two layers 24B and the upper surface of the second frame 25 are sandwiched in the thickness direction, and the same effect can be obtained in the present embodiment.

次に実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項３、４に記載の発明について説明する。 Next, the third and third embodiments of the present invention will be described.

（実施の形態３）
図６に示すように、本実施の形態における光学反射素子４１では、第一の枠体４２と、この第一の枠体４２の対向する二辺の内側に、それぞれの外端が支持された一対の第一のミアンダ形振動部４３と、この第一のミアンダ形振動部４３のそれぞれの内端で支持した第二の枠体４４と、この第二の枠体４４の対向する二辺の内側で、第一のミアンダ形振動部４３の第一の回転軸４７と直交した対向部分にそれぞれの外端が支持された一対の第二のミアンダ形振動部４５と、この第二のミアンダ形振動部４５のそれぞれの内端で支持したミラー部４６とを備えている。 (Embodiment 3)
As shown in FIG. 6, in the optical reflecting element 41 in the present embodiment, the outer ends of the first frame body 42 and the two opposite sides of the first frame body 42 are supported. A pair of first meander-shaped vibrating portions 43, a second frame 44 supported at the inner ends of each of the first meander-shaped vibrating portions 43, and two opposing sides of the second frame 44 Inside, a pair of second meander-shaped vibrating portions 45 whose outer ends are supported by opposing portions orthogonal to the first rotating shaft 47 of the first meander-shaped vibrating portion 43, and the second meander-shaped And a mirror part 46 supported at each inner end of the vibration part 45.

そして、一対の第一のミアンダ形振動部４３はＸ軸方向にほぼ平行に延設されている。そしてこれらの第一のミアンダ形振動部４３はミラー部４６のほぼ中心を通る、共通の第一の回転軸４７を有し、その第一の回転軸４７と交差する複数の第一のミアンダ形振動部４３が、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状である。 And a pair of 1st meander-shaped vibration part 43 is extended substantially parallel to the X-axis direction. These first meander-shaped vibrating portions 43 have a common first rotation shaft 47 that passes through substantially the center of the mirror portion 46, and a plurality of first meander shapes that intersect with the first rotation shaft 47. The vibrating portion 43 has a meander shape that is connected back and forth on the same plane.

また、一対の第二のミアンダ形振動部４５はＹ軸方向にほぼ平行に延設されている。そしてこれらの第二のミアンダ形振動部４５はミラー部４６のほぼ中心を通る、共通の第二の回転軸４８を有し、その第二の回転軸４８と交差する複数の第二のミアンダ形振動部４５が、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状である。 Further, the pair of second meandering vibration portions 45 are extended substantially in parallel with the Y-axis direction. These second meander-shaped vibrating portions 45 have a common second rotating shaft 48 that passes through substantially the center of the mirror portion 46, and a plurality of second meander-shaped portions intersecting with the second rotating shaft 48. The vibration part 45 has a meander shape connected in a folded manner on the same plane.

そして第二の回転軸４８と第一の回転軸４７とは、ミラー部４６のほぼ中心で直交する関係にある。また一対の第一のミアンダ形振動部４３は第二の振動軸４８に対して線対称形であり、一対の第二のミアンダ形振動部４５は第一の回転軸４７に対して線対称形である。 The second rotation shaft 48 and the first rotation shaft 47 are in a relationship orthogonal to each other at the substantially center of the mirror portion 46. The pair of first meander-shaped vibrating portions 43 is line-symmetric with respect to the second vibrating shaft 48, and the pair of second meander-shaped vibrating portions 45 is line-symmetrical with respect to the first rotating shaft 47. It is.

ここで、第一のミアンダ形振動部４３は、第一のミアンダ形振動部樹脂層４９と、第一のミアンダ形振動部樹脂層４９の上面に形成された第一のミアンダ形振動部無機材料層５０から構成されており、第一のミアンダ形振動部４３は、第二の枠体４４と、第一のミアンダ形振動部樹脂層４９で接続されている。 Here, the first meander-shaped vibrating portion 43 includes the first meander-shaped vibrating portion resin layer 49 and the first meander-shaped vibrating portion inorganic material formed on the upper surface of the first meander-shaped vibrating portion resin layer 49. The first meandering vibration portion 43 is composed of a layer 50 and is connected to the second frame body 44 by a first meandering vibration portion resin layer 49.

また、第一のミアンダ形振動部４３の第一のミアンダ形振動部樹脂層４９に接して駆動部５１が形成され、駆動部５１は下部電極層５２と、下部電極層５２上に形成された圧電体層５３と、圧電体層５３上に形成された上部電極層５４から構成されている。また、第二のミアンダ形振動部４５にも、別の駆動部５１が接して形成されている。 In addition, a drive unit 51 is formed in contact with the first meander-type vibration unit resin layer 49 of the first meander-type vibration unit 43, and the drive unit 51 is formed on the lower electrode layer 52 and the lower electrode layer 52. The piezoelectric layer 53 includes an upper electrode layer 54 formed on the piezoelectric layer 53. Also, another drive unit 51 is formed in contact with the second meandering vibration unit 45.

ここで、下部電極層５２と上部電極層５４の間に電界を印加した場合には、逆圧電効果により圧電体層５３が平面方向に伸縮する。この時、圧電体層５３にて発生した力は、第一のミアンダ形振動部４３、及び第二のミアンダ形振動部４５の厚み方向にモーメントとして働き、第一のミアンダ形振動部４３、及び第二のミアンダ形振動部４５は厚み方向に撓む。このとき、第一のミアンダ形振動部４３、及び第二のミアンダ形振動部４５上の駆動部５１に対し、ミアンダ形状の折り返し毎に、逆方向へ電界を印加することで、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に沿って生じる撓みが重畳され、ミラー部４６が、第一の回転軸４７及び第二の回転軸４８を中心に、二軸方向へ回転動作する。 Here, when an electric field is applied between the lower electrode layer 52 and the upper electrode layer 54, the piezoelectric layer 53 expands and contracts in the plane direction due to the inverse piezoelectric effect. At this time, the force generated in the piezoelectric layer 53 acts as a moment in the thickness direction of the first meander-shaped vibrating portion 43 and the second meander-shaped vibrating portion 45, and the first meander-shaped vibrating portion 43, and The second meandering vibration portion 45 bends in the thickness direction. At this time, by applying an electric field in the reverse direction to the drive unit 51 on the first meander-shaped vibrating portion 43 and the second meander-shaped vibrating portion 45, the X-axis direction, And the bending which arises along a Y-axis direction is superimposed, and the mirror part 46 rotates to a biaxial direction centering on the 1st rotating shaft 47 and the 2nd rotating shaft 48. As shown in FIG.

本実施の形態では、第一のミアンダ形振動部４３の全面に、樹脂材料から成る第一のミアンダ形振動部樹脂層４９を有し、第一のミアンダ形振動部４３は、第二の枠体４４と、第一のミアンダ形振動部樹脂層４９で接続した構成とした。本構成によれば、基材に比べて極端に剛性の低い樹脂材料が第一のミアンダ形振動部４３の全面に存在することにより、第二のミアンダ形振動部４５の振動が発端となって第二の枠体４４で生じる振動が、第一のミアンダ形振動部４３へ伝達することを抑制することができ、実施の形態１、２に比べてその効果が大きい。さらに、第一のミアンダ形振動部樹脂層４９の縦弾性係数が、第一のミアンダ形振動部無機材料層５０の縦弾性係数に比べて小さく、撓みの中立面から圧電体層５３までの距離を大きくすることが可能となることから、圧電体層５３にて生じる力を効率的に撓みへ変換することができ、回転動作の効率が向上する。また、実施の形態１、２では、第一の振動部で発生した捩れ振動を、接続部を介して伝えることにより、第二の枠体の回転動作を実現しており、接続部でも捩れ振動が生じるため回転動作の効率低下が発生するが、本実施の形態においては第一のミアンダ形振動部４３と第二の枠体４４が接続される部分において捩れ振動が発生しないことから、第一のミアンダ形振動部４３の振動により第二の枠体４４を反復回転振動させる効率を低下させることなく、第二のミアンダ形振動部４５の振動が発端となって第二の枠体４４で生じる振動が、第一のミアンダ形振動部４３へ伝達することを抑制することができる。 In the present embodiment, the first meander-shaped vibrating portion 43 has a first meander-shaped vibrating portion resin layer 49 made of a resin material on the entire surface of the first meander-shaped vibrating portion 43, and the first meander-shaped vibrating portion 43 has a second frame. The body 44 is connected to the first meander-shaped vibrating portion resin layer 49. According to this configuration, since the resin material having extremely low rigidity compared to the base material is present on the entire surface of the first meandering vibration portion 43, the vibration of the second meandering vibration portion 45 is started. The vibration generated in the second frame 44 can be suppressed from being transmitted to the first meander-shaped vibrating portion 43, and the effect is greater than in the first and second embodiments. Further, the longitudinal elastic modulus of the first meander-shaped vibrating portion resin layer 49 is smaller than the longitudinal elastic modulus of the first meander-shaped vibrating portion inorganic material layer 50, and it extends from the neutral surface to the piezoelectric layer 53. Since the distance can be increased, the force generated in the piezoelectric layer 53 can be efficiently converted into bending, and the efficiency of the rotating operation is improved. In the first and second embodiments, the rotational motion of the second frame is realized by transmitting the torsional vibration generated in the first vibration part via the connection part, and the torsional vibration is also realized in the connection part. However, in this embodiment, since the torsional vibration does not occur in the portion where the first meandering vibration portion 43 and the second frame body 44 are connected, The vibration of the second meandering vibration portion 45 is the starting point and is generated in the second frame 44 without reducing the efficiency of repetitively rotating and vibrating the second frame 44 due to the vibration of the meandering vibration portion 43. Transmission of vibration to the first meandering vibration portion 43 can be suppressed.

本発明の光学反射素子は、第二の振動部の振動が第一の振動部に伝達されることを低減することができるため、第一の回転軸および第二の回転軸周りに同時に回転動作することが可能となる。そのため、鮮明な画像を投影することが可能な、モバイルプロジェクタやヘッドマウントディスプレイなどの小型画像投影装置に有用である。 Since the optical reflecting element of the present invention can reduce the vibration of the second vibration part being transmitted to the first vibration part, the optical reflection element simultaneously rotates around the first rotation axis and the second rotation axis. It becomes possible to do. Therefore, it is useful for a small image projection apparatus such as a mobile projector or a head mounted display that can project a clear image.

２１、４１光学反射素子
２２、４２第一の枠体
２３第一の振動部
２４接続部
２４Ａ接続部第一層
２４Ｂ接続部第二層
２５、４４第二の枠体
２６第二の振動部
２７、４６ミラー部
２８、４７第一の回転軸
２９、４８第二の回転軸
３０音叉形振動子
３１第一の支持部
３２第二の支持部
３３第一のアーム部
３４第二のアーム部
３５絶縁膜
３６、５２下部電極層
３７、５３圧電体層
３８、５４上部電極層
３９圧電アクチュエータ
４３第一のミアンダ形振動部
４５第二のミアンダ形振動部
４９第一のミアンダ形振動部樹脂層
５０第一のミアンダ形振動部無機材料層
５１駆動部 21, 41 Optical reflection element 22, 42 First frame 23 First vibration part 24 Connection part 24A Connection part first layer 24B Connection part second layer 25, 44 Second frame 26 Second vibration part 27 , 46 Mirror part 28, 47 First rotating shaft 29, 48 Second rotating shaft 30 Tuning fork vibrator 31 First support part 32 Second support part 33 First arm part 34 Second arm part 35 Insulating films 36, 52 Lower electrode layer 37, 53 Piezoelectric layer 38, 54 Upper electrode layer 39 Piezoelectric actuator 43 First meandering vibration part 45 Second meandering vibration part 49 First meandering vibration part resin layer 50 First meander type vibration part inorganic material layer 51 drive part

Claims

第一の枠体と、
第一の枠体の内側の対向部分にそれぞれの一端が支持された一対の第一の振動部と、
前記第一の振動部のそれぞれの他端で、接続部を介して支持された第二の枠体と、
前記第二の枠体の内側の前記第一の振動部の振動軸と略直交する方向の対向部分にそれぞれの一端が支持された一対の第二の振動部と、
前記第二の振動部のそれぞれの他端で支持されたミラー部を備え、
前記接続部が樹脂層を有していることを特徴とした光学反射素子。 A first frame,
A pair of first vibrating portions each supported at one end on the inner facing portion of the first frame;
A second frame supported at each other end of the first vibration part via a connection part;
A pair of second vibrating portions each having one end supported by opposing portions in a direction substantially orthogonal to the vibration axis of the first vibrating portion inside the second frame;
A mirror portion supported at the other end of each of the second vibrating portions;
The optical reflection element, wherein the connection portion has a resin layer.

前記接続部は、
樹脂材料で形成された接続部第一層と、
前記接続部第一層より剛性の高い材料で形成された接続部第二層を積層して構成され、
前記接続部第一層は、前記第一の振動部、前記第二の枠体及び接続部第二層のいずれか二つの部位で厚み方向に挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の光学反射素子。 The connecting portion is
A connection layer first layer formed of a resin material;
It is configured by laminating a connection part second layer formed of a material higher in rigidity than the connection part first layer,
The said connection part 1st layer is pinched | interposed into the thickness direction by any two site | parts of said 1st vibration part, said 2nd frame, and connection part 2nd layer. The optical reflective element as described.

第一の枠体と、
前記第一の枠体の内側の対向部分にそれぞれの一端が支持された一対の第一の振動部と、
前記第一の振動部のそれぞれの他端で支持された第二の枠体と、
前記第二の枠体の内側の前記第一の振動部の振動軸と略直交する方向の対向部分にそれぞれの外端が支持された一対の第二の振動部と、
前記第二の振動部のそれぞれの内端で支持されたミラー部を備え、
前記第一の振動部を形成している振動板は、無機材料層と樹脂層を積層して構成され、
前記第一の振動部と前記第二の枠体は、前記樹脂層で接続されていることを特徴とした光学反射素子。 A first frame,
A pair of first vibrating parts each supported at one end on the inner facing portion of the first frame;
A second frame supported at the other end of each of the first vibrating sections;
A pair of second vibrating portions each having an outer end supported by opposing portions in a direction substantially orthogonal to the vibration axis of the first vibrating portion inside the second frame;
A mirror portion supported at each inner end of the second vibrating portion;
The diaphragm forming the first vibrating part is formed by laminating an inorganic material layer and a resin layer,
The optical reflection element, wherein the first vibrating section and the second frame are connected by the resin layer.

前記第一の振動部または前記第二の振動部のうち、少なくとも第一の振動部がミアンダ形状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学反射素子。 The at least 1st vibration part is formed in the meander shape among said 1st vibration part or said 2nd vibration part, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Optical reflective element.

前記樹脂層は、フィラー状の無機材料を有する樹脂材料であることを特徴とした請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学反射素子。 The optical reflection element according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin layer is a resin material having a filler-like inorganic material.