光學(xué)反射元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光學(xué)反射元件，其具備：反射鏡；與反射鏡連接的框體；通過(guò)振動(dòng)使反射鏡以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)梁。框體通過(guò)將反射鏡置于其間且相互位于相反側(cè)的兩個(gè)連接部與反射鏡連接?？蝮w的剛性比反射鏡的剛性高。旋轉(zhuǎn)軸與連結(jié)第一連接部和第二連接部的線段正交。該光學(xué)反射元件能夠抑制反射鏡的動(dòng)態(tài)撓曲。
【專利說(shuō)明】光學(xué)反射元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在使用了激光的光學(xué)反射投射裝置等中使用的光學(xué)反射元件。
【背景技術(shù)】
[0002]使從激光器等光源射出的光束進(jìn)行掃描的車載用雷達(dá)或投影型的顯示裝置正在被實(shí)用化。以往，這種光學(xué)反射元件具備:外框體；通過(guò)槽而與該外框體分離的內(nèi)框體；設(shè)置在該槽內(nèi)而將內(nèi)框體支承于外框體的外支承軸；通過(guò)槽而與內(nèi)框體分離的反射鏡；設(shè)置在該槽內(nèi)而將反射鏡支承于內(nèi)框體的內(nèi)支承軸；具有與外框體連接的一端和與外支承軸連接的另一端的外壓電振動(dòng)板；具有與內(nèi)框體連接的一端和與內(nèi)支承軸連接的另一端的內(nèi)壓電振動(dòng)板。反射鏡以外支承軸和內(nèi)支承軸為中心進(jìn)行擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由此使入射到反射鏡上的光的反射光在屏幕上進(jìn)行二維掃描，從而在屏幕上顯示圖像。
[0003]與該光學(xué)反射元件類似的光學(xué)反射元件例如記載于專利文獻(xiàn)I。
[0004]為了使用該掃描型光學(xué)反射裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)高析像度的圖像，要求反射鏡的大型化、高速化，但伴隨于此，會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)時(shí)的反射鏡的動(dòng)態(tài)撓曲。因動(dòng)態(tài)撓曲，使得反射鏡成為凹面鏡或凸面鏡，由反射鏡反射的激光變寬，從而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確地顯示圖像或者顯示出焦點(diǎn)模糊的圖像。
[0005]動(dòng)態(tài)撓曲的產(chǎn)生要因是作用于反射鏡的慣性力。因此，伴隨著與旋轉(zhuǎn)軸相距的距離增加而慣性力增加，從而動(dòng)態(tài)撓曲也增加。反射鏡具備成為擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的中心的支承軸，根據(jù)反射鏡的支承方法的不同而動(dòng)態(tài)撓曲的分布有所變化。即，動(dòng)態(tài)撓曲的分布由慣性力和支承方法的平衡來(lái)決定。
[0006]在專利文獻(xiàn)2中，記載了在反射鏡的中央部與周緣部之間設(shè)有用于抑制動(dòng)態(tài)撓曲從周緣部向中央部的傳遞的貫通孔的結(jié)構(gòu)。反射鏡的周緣部在與傳遞用于進(jìn)行擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的扭桿連接的連接位置處，因應(yīng)力集中而產(chǎn)生比周圍大的動(dòng)態(tài)撓曲。在專利文獻(xiàn)2中，抑制了該因應(yīng)力集中而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)撓曲向中央部傳遞的現(xiàn)象。
[0007]然而，若為了抑制周緣部的動(dòng)態(tài)撓曲向中央部傳遞而使周緣部與中央部的連結(jié)部小型化，則會(huì)在連結(jié)部周邊集中用于驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，從而導(dǎo)致中央部的動(dòng)態(tài)撓曲。
[0008]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-148459號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本專利第3926552號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]光學(xué)反射元件具備:反射鏡；與反射鏡連接的框體；通過(guò)振動(dòng)使反射鏡以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)梁?？蝮w通過(guò)將反射鏡置于其間且相互位于相反側(cè)的兩個(gè)連接部與反射鏡連接?？蝮w的剛性比反射鏡的剛性高。旋轉(zhuǎn)軸與連結(jié)第一連接部和第二連接部的線段正交。[0013]該光學(xué)反射元件能夠抑制反射鏡的動(dòng)態(tài)撓曲。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I的光學(xué)反射元件的俯視圖。
[0015]圖2A是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射兀件的可動(dòng)板的表面圖。
[0016]圖2B是圖2A所示的可動(dòng)板的背面圖。
[0017]圖3是圖1所示的光學(xué)反射元件的線3-3處的剖視圖。
[0018]圖4是表示實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的驅(qū)動(dòng)的立體圖。
[0019]圖5A是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的反射鏡的側(cè)視圖。
[0020]圖5B是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的反射鏡的側(cè)視圖。
[0021]圖5C是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的反射鏡的側(cè)視圖。
[0022]圖6A是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的反射鏡的示意圖。
[0023]圖6B是表示圖6A所示的反射鏡的動(dòng)態(tài)撓曲的圖。
[0024]圖7A是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的框體的示意圖。
[0025]圖7B是表示圖7A所示的框體的動(dòng)態(tài)撓曲的圖。
[0026]圖8A是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的反射鏡和框體的示意圖。
[0027]圖SB是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的反射鏡和框體的示意圖。
[0028]圖SC是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的反射鏡和框體的示意圖。
[0029]圖8D是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的反射鏡和框體的示意圖。
[0030]圖SE是實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件的反射鏡和框體的示意圖。
[0031]圖9是實(shí)施方式I中的另一光學(xué)反射元件的俯視圖。
[0032]圖10是表示圖9所示的光學(xué)反射元件的驅(qū)動(dòng)梁的振動(dòng)的圖。
[0033]圖1lA是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的光學(xué)反射元件的可動(dòng)板的表面的放大圖。
[0034]圖1lb是圖1lA所示的可動(dòng)板的背面的放大圖。
[0035]圖1lC是圖1lA所示的可動(dòng)板的線11C-11C處的剖視圖。
[0036]圖12A是表示實(shí)施方式2中的光學(xué)反射元件的加強(qiáng)肋的圖。
[0037]圖12B是表示實(shí)施方式2中的光學(xué)反射元件的另一加強(qiáng)肋的圖。
[0038]圖12C是表示實(shí)施方式2中的光學(xué)反射元件的又一加強(qiáng)肋的圖。
[0039]圖12D是表示實(shí)施方式2中的光學(xué)反射元件的再一加強(qiáng)肋的圖。
[0040]圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的光學(xué)反射元件的俯視圖。
[0041]圖14A是實(shí)施方式3中的光學(xué)反射兀件的可動(dòng)板的表面圖。
[0042]圖14B是圖14A所示的可動(dòng)板的背面圖。
[0043]圖15A是實(shí)施方式3中的光學(xué)反射元件的框體的示意圖。
[0044]圖15B是表示圖15A所示的框體的位置與動(dòng)態(tài)撓曲的關(guān)系的圖。
[0045]圖15C是比較例的光學(xué)反射元件的框體的示意圖。
[0046]圖15D是表示圖15C所示的框體的位置與動(dòng)態(tài)撓曲的關(guān)系的圖。
[0047]圖15E是實(shí)施方式3中的光學(xué)反射元件的反射鏡的示意圖。
[0048]圖15F是圖15E所示的反射鏡的位置與動(dòng)態(tài)撓曲的關(guān)系圖。
[0049]圖16A是本發(fā)明的實(shí)施方式4中的光學(xué)反射兀件的可動(dòng)板的表面圖。[0050]圖16B是圖16A所示的可動(dòng)板的背面圖。
[0051]圖17A是實(shí)施方式4中的光學(xué)反射兀件的另一可動(dòng)板的表面圖。
[0052]圖17B是圖17A所示的可動(dòng)板的背面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053](實(shí)施方式I)
[0054]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件18的俯視圖。光學(xué)反射元件18具有長(zhǎng)方形框狀的支承體I和兩個(gè)音叉振子6a、6b。驅(qū)動(dòng)梁2a、2b的一端固定于支承體I。驅(qū)動(dòng)梁IlaUlb的一端分別固定于音叉振子6a、6b的振動(dòng)中心9a、9b。在驅(qū)動(dòng)梁IlaUlb的另一端連接有可動(dòng)板12，該可動(dòng)板12包括對(duì)激光光線等光進(jìn)行反射的反射鏡13。音叉振子6a由臂3a、4a和將臂3a、4a連結(jié)的連結(jié)部5a構(gòu)成。音叉振子6b由臂3b、4b和將臂3b、4b連結(jié)的連結(jié)部5b構(gòu)成。音叉振子6a、6b將可動(dòng)板12置于其間且相互配置在相反側(cè)。振動(dòng)中心9a、9b配置在可動(dòng)板12的旋轉(zhuǎn)軸14上。
[0055]圖2A和圖2B分別是可動(dòng)板12的表面圖和背面圖?？蓜?dòng)板12具有反射鏡13和通過(guò)連接部15、16對(duì)反射鏡13進(jìn)行支承的框體17?？蝮w17由驅(qū)動(dòng)梁IlaUlb支承。而且，將連接部15、16連結(jié)的線段LI與旋轉(zhuǎn)軸14垂直?？蝮w17的厚度比反射鏡13的厚度大。反射鏡13在連接部15、16處局部地與框體17連接，在旋轉(zhuǎn)軸14處未與框體17連接而分離。也如圖1 所示，一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁2a、2b在旋轉(zhuǎn)軸14處與框體17連接。
[0056]圖3是圖1所示的光學(xué)反射元件18的線3-3處的剖視圖。光學(xué)反射元件18由硅等具有彈性、機(jī)械強(qiáng)度及高揚(yáng)氏模量的彈性構(gòu)件構(gòu)成。
[0057]臂3a、3b、4a、4b由娃等基材20構(gòu)成,在臂3a、3b、4a、4b的至少一面上形成有用于引起撓曲振動(dòng)的壓電促動(dòng)器10?；?0由硅等具有彈性、機(jī)械強(qiáng)度及高揚(yáng)氏模量的彈性構(gòu)件構(gòu)成。壓電促動(dòng)器10由層疊在基材20上的硅氧化膜21、層疊在硅氧化膜21上的下部電極層22、層疊在下部電極層22上的壓電體層23、層疊在壓電體層23上的上部電極層24形成。
[0058]在實(shí)施方式I中，下部電極層22由鉬構(gòu)成，上部電極層24由金構(gòu)成，壓電體層23由鋯鈦酸鉛(Pb(ZrpTih)C^x=(XSZS)等壓電材料構(gòu)成。這些層能夠通過(guò)蒸鍍、溶膠凝膠、CVD、濺射法等薄膜工藝一并形成，并能夠通過(guò)使用了光刻技術(shù)的蝕刻技術(shù)準(zhǔn)確地加工成微細(xì)的圖案。
[0059]可動(dòng)板12也由基材20形成。比反射鏡13厚的框體17具備在基材20的下表面設(shè)置的娃氧化膜25和在娃氧化膜25的下表面設(shè)置的娃結(jié)構(gòu)體26。對(duì)基材20、娃氧化膜25和硅結(jié)構(gòu)體26成為一體的平板基板從其表面利用氟系氣體進(jìn)行蝕刻，由此對(duì)基材20進(jìn)行加工，然后，從背面與表面同樣地利用氟系氣體進(jìn)行蝕刻，由此能夠形成厚度不同的硅結(jié)構(gòu)體26。此外，以銀為主成分的金屬薄膜27通過(guò)蒸鍍、濺射法等薄膜工藝而形成在反射鏡13的表面。金屬薄膜27構(gòu)成為對(duì)激光光線等光進(jìn)行反射。
[0060]接下來(lái)，對(duì)使用了壓電促動(dòng)器10的光學(xué)反射元件18的驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0061]圖4是表不光學(xué)反射兀件18的動(dòng)作的立體圖。音叉振子6a、6b以可動(dòng)板12為中心在可動(dòng)板12的旋轉(zhuǎn)軸14上相互配置于相反側(cè)。以使音叉振子6a、6b的臂3a、3b向相同方向撓曲，臂4a、4b向相同方向撓曲，且臂3a、3b向臂4a、4b的相反方向撓曲的方式對(duì)壓電促動(dòng)器10施加電壓。利用音叉振子6a、6b的振動(dòng)能量而能夠使由驅(qū)動(dòng)梁lla、llb和可動(dòng)板12構(gòu)成的扭轉(zhuǎn)振子產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。通過(guò)該扭轉(zhuǎn)振動(dòng)使可動(dòng)板12反復(fù)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。
[0062]在實(shí)施方式I的通過(guò)在旋轉(zhuǎn)軸14上延伸的驅(qū)動(dòng)梁IlaUlb的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)而產(chǎn)生反射鏡13的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的光學(xué)反射元件18中，能夠同時(shí)抑制與旋轉(zhuǎn)軸14平行的方向和垂直的方向這兩方向上的反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲。
[0063]首先，說(shuō)明與旋轉(zhuǎn)軸14垂直的方向上的動(dòng)態(tài)撓曲抑制效果。圖5A至圖5C是反射鏡13的從旋轉(zhuǎn)軸14的方向觀察到的側(cè)視圖。當(dāng)反射鏡13以旋轉(zhuǎn)軸14為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在反射鏡13的各部分如圖5B所示那樣作用有與這些部分距旋轉(zhuǎn)軸14的距離成比例的大小的慣性力F1。在慣性力Fl的作用下，反射鏡13如圖5C所示那樣旋轉(zhuǎn)且動(dòng)態(tài)地?fù)锨?。因此，在反射鏡13那樣的圓形的反射鏡中，從旋轉(zhuǎn)軸14離開最遠(yuǎn)而慣性力Fl最大的反射鏡13的兩端通過(guò)連接部15、16與剛性比反射鏡13高的框體17連接而被支承，由此能夠抑制反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲。而且，通過(guò)增大框體17的厚度而能夠提高剛性。
[0064]接下來(lái)，說(shuō)明抑制與旋轉(zhuǎn)軸14平行的方向上的動(dòng)態(tài)撓曲的效果。就與旋轉(zhuǎn)軸14平行的方向上的反射鏡13的各部分的動(dòng)態(tài)撓曲而言，由于距旋轉(zhuǎn)軸14的距離相等，因此慣性力Fl在與旋轉(zhuǎn)軸14平行的方向上相等，但由于距支承反射鏡13的支承點(diǎn)的距離不同，因而產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)軸14平行的方向上的反射鏡13的各部分的動(dòng)態(tài)撓曲。
[0065]圖6A是反射鏡13的示意圖。將反射鏡13的外緣上的連接部15的中心點(diǎn)定義為支承點(diǎn)28，將反射鏡13的外緣上的連接部16的中心點(diǎn)定義為支承點(diǎn)29。反射鏡13具有支承點(diǎn)28、29，將支承點(diǎn)28、29連結(jié)的線段與旋轉(zhuǎn)軸14所成的角度為90度。圖6B示出圖6A所示的反射鏡13的線LlOl上的動(dòng)態(tài)撓曲的量的分布。在圖6B中，反射鏡13具有線LlOl上的端部bl、b2，線LlOl在交點(diǎn)b0處與將支承點(diǎn)28、29連結(jié)的線段Ml相交。在線LlOl上，動(dòng)態(tài)撓曲的量在交點(diǎn)b0處最小。在反射鏡13的各部分中，與距交點(diǎn)b0的距尚相應(yīng)而距支承點(diǎn)28、29的距離增加，因此隨著距交點(diǎn)b0的距離的增加而動(dòng)態(tài)撓曲的量增加。
[0066]圖7A是框體17的示意圖。將框體17連接于驅(qū)動(dòng)梁Ila的連接部位的中心點(diǎn)定義為支承點(diǎn)37，將框體17連接于驅(qū)動(dòng)梁Ilb的連接部位的中心點(diǎn)定義為支承點(diǎn)38。圖7B示出圖7A所示的框體17的線L102上的動(dòng)態(tài)撓曲的量的分布?？蝮w17具有線L102上的端部cl、c2，將端部cl、c2連結(jié)的線段具有中點(diǎn)CO。在線L102上，動(dòng)態(tài)撓曲量在中點(diǎn)c0處最大，隨著距中點(diǎn)c0的距離增加而減少。
[0067]圖6B所示的動(dòng)態(tài)撓曲的量的分布具有向下凸出的特性。圖7B所示的動(dòng)態(tài)撓曲的量的分布具有向上凸出的特性，且相對(duì)于圖7A所示的分布顛倒。如圖2A和圖2B所示那樣將框體17與反射鏡13以局部重疊的方式連接，以使框體17的動(dòng)態(tài)撓曲與反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲抵消的方式選擇反射鏡13與框體17的重疊寬度的話，則能夠抑制與旋轉(zhuǎn)軸14平行的方向上的動(dòng)態(tài)撓曲。
[0068]例如，將驅(qū)動(dòng)梁11a、Ilb不經(jīng)由框體17而直接連接反射鏡13，反射鏡13的厚度為100 μ m，反射鏡13的直徑為1.1mm的比較例的光學(xué)反射元件的反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲量為590nm。相對(duì)于此，如圖2A和圖2B所示的光學(xué)反射元件18那樣經(jīng)由框體17將驅(qū)動(dòng)梁11a、Ilb結(jié)合，反射鏡13的厚度為100 μ m，框體17的厚度為200 μ m，連接部15、16的厚度也與框體17同樣為200 μ m，反射鏡13的直徑為1.1mm，線段LI的方向上的框體17與反射鏡的連接寬度hi為50 μ m，線段LI的方向上的框體17與反射鏡13的連接寬度h2為50 μ m時(shí)的動(dòng)態(tài)撓曲量為91nm。這樣，實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件18相對(duì)于比較例而言能夠抑制85%的動(dòng)態(tài)撓曲的量。
[0069]在光學(xué)反射兀件18中，由于在反射鏡13上未產(chǎn)生動(dòng)態(tài)撓曲，因此由反射鏡13反射的光不會(huì)變寬，能夠在屏幕上準(zhǔn)確地顯示出清晰的圖像。
[0070]此外，在通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸14上的梁產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)反射鏡13的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的光學(xué)反射元件18中，在旋轉(zhuǎn)軸14上由梁支承的框體17通過(guò)連接部15、16與反射鏡13連接。當(dāng)構(gòu)成為將連接部15、16連結(jié)的線段LI與旋轉(zhuǎn)軸14所成的角為90度時(shí)，框體17和反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲分布顛倒。即，若以使框體17和反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲的分布相互顛倒的方式將框體17與反射鏡13連接，則能夠使動(dòng)態(tài)撓曲抵消。圖8A?圖8E是以使框體17和反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲分布相互抵消的方式連接的框體17和反射鏡13的示意圖。如圖8A和圖8B所示，連接部15、16連接于框體17的寬度與連接部15、16連接于反射鏡13的寬度可以不同。而且，框體17可以不是與反射鏡13的圓形的外緣相同的圓形，而是圖8D所示的四邊形或圖8E所示的六邊形。
[0071]當(dāng)增大框體17的厚度時(shí)，框體17的剛性增加而更牢固地支承反射鏡13，因此抑制動(dòng)態(tài)撓曲的效果增加。然而，這種情況下，使反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲抵消的效果減弱，框體17的撓曲成為反射鏡13的撓曲，抑制動(dòng)態(tài)撓曲的效果減小。而且，這種情況下，由框體17和反射鏡13構(gòu)成的可動(dòng)板12的重量增加，因此會(huì)導(dǎo)致共振頻率的下降、驅(qū)動(dòng)效率的下降。因此，對(duì)于厚度100 μ m的以Si為基材的反射鏡13而言，通過(guò)將框體17的寬度設(shè)為50 μ m并將厚度設(shè)為200 μ m,由此能夠使框體17的動(dòng)態(tài)撓曲抵消反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲，能夠以高驅(qū)動(dòng)效率使可動(dòng)板12振動(dòng)。需要說(shuō)明的是，根據(jù)基材20的組成、厚度等光學(xué)反射元件18的結(jié)構(gòu)，來(lái)對(duì)能得到最具效果的抵消效果的框體的寬度、厚度進(jìn)行調(diào)整。
[0072]通過(guò)增大反射鏡13的厚度，能夠簡(jiǎn)單地得到抑制反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲的效果。然而，為了通過(guò)增厚反射鏡13來(lái)得到與抑制框體17產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)撓曲的效果同等的效果，需要使反射鏡13的厚度為500μπι左右。這種情況下，會(huì)導(dǎo)致因反射鏡13的重量增加引起的共振頻率的下降、驅(qū)動(dòng)效率的下降。因此，為了抑制動(dòng)態(tài)撓曲而增厚反射鏡13的話，會(huì)降低壓電促動(dòng)器10的性能。相對(duì)于此，在實(shí)施方式I的光學(xué)反射元件18中，不改變反射鏡13的厚度就能夠抑制動(dòng)態(tài)撓曲，因此能夠在維持共振頻率和驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下有效地抑制動(dòng)態(tài)撓曲。
[0073]另外，在實(shí)施方式I的光學(xué)反射元件18中，能夠抑制反射鏡13的面整體的動(dòng)態(tài)撓曲。因此，在從旋轉(zhuǎn)軸14離開最遠(yuǎn)的點(diǎn)為反射鏡13的端部的情況下，若增大與旋轉(zhuǎn)軸14垂直的方向上的反射鏡13的寬度，則從旋轉(zhuǎn)軸14到反射鏡13的端部為止的距離增加，反射鏡13的慣性力矩增加。因此，當(dāng)向與旋轉(zhuǎn)軸14垂直的方向增大反射鏡13時(shí)，相較于向與旋轉(zhuǎn)軸14平行的方向增大反射鏡13的情況，會(huì)大幅導(dǎo)致共振頻率的下降、驅(qū)動(dòng)效率的下降。在實(shí)施方式I的光學(xué)反射元件18中，由于沒(méi)有向與旋轉(zhuǎn)軸14垂直的方向增大反射鏡13，因此能夠在維持共振頻率、驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下有效地抑制反射鏡13的面整體的動(dòng)態(tài)撓曲。
[0074]在可動(dòng)板12中，以將連接部15、16連結(jié)的線段LI相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸14成為90度的方式將框體17與反射鏡13連接，由此能夠最有效地得到通過(guò)反射鏡13和框體17的動(dòng)態(tài)撓曲的分布顛倒而帶來(lái)的消除反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲的效果。然而，即使在將連接部15、16連結(jié)的線段LI相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸14不為90度的情況下，只要在與旋轉(zhuǎn)軸14正交的方向上設(shè)置連接部15、16，就能夠得到抑制動(dòng)態(tài)撓曲的效果。尤其是在連接部15、16相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸14呈線對(duì)稱地配置的情況下，能夠更有效地得到本申請(qǐng)發(fā)明的動(dòng)態(tài)撓曲抑制效果。
[0075]此效果在通過(guò)臂3a、3b、4a、4b來(lái)驅(qū)動(dòng)反射鏡13的驅(qū)動(dòng)方法與可動(dòng)板12的驅(qū)動(dòng)方法不同的情況下也同樣能夠得到。
[0076]如上述那樣，光學(xué)反射元件18具備:反射鏡13 ;通過(guò)將反射鏡13置于其間且相互位于相反側(cè)的連接部15、16而與反射鏡13連接的框體17 ;為了通過(guò)振動(dòng)使反射鏡13以旋轉(zhuǎn)軸14為中心旋轉(zhuǎn)，而將框體17置于其間且相互在相反側(cè)與框體17結(jié)合的一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁IlaUlb0框體17的剛性比反射鏡13的剛性高。旋轉(zhuǎn)軸14與將連接部15、16連結(jié)的線段LI正交。
[0077]反射鏡13可以通過(guò)連接部15、16而與框體17 —體形成。
[0078]反射鏡13具有對(duì)光進(jìn)行反射的表面和該表面的相反側(cè)的背面。在反射鏡13的背面可以設(shè)置加強(qiáng)肋40。一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁IlaUlb與框體17連接。
[0079]圖9示出實(shí)施方式I中的另一光學(xué)反射元件30的俯視圖。在圖9中，對(duì)與圖1所示的光學(xué)反射元件18相同的部分標(biāo)注同一參照編號(hào)。圖9所示的光學(xué)反射元件30具備具有彎曲形狀的驅(qū)動(dòng)梁36來(lái)取代圖1所示的光學(xué)反射元件18的具有直線形狀的驅(qū)動(dòng)梁2a、2b、11a、lib。圖9所示的光學(xué)反射元件30具備:長(zhǎng)方形框狀的支承體34 ;支承于支承體34的一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁36 ;與驅(qū)動(dòng)梁36各自的內(nèi)端在旋轉(zhuǎn)軸14上結(jié)合而被支承的可動(dòng)板35。驅(qū)動(dòng)梁36各自的內(nèi)端在旋轉(zhuǎn)軸14上與可動(dòng)板35的框體17連接。一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁36的外端與支承體34的端邊內(nèi)側(cè)的相互對(duì)置的部分分別連接。驅(qū)動(dòng)梁36由以構(gòu)成彎曲形狀的方式交替連結(jié)的多個(gè)彎曲部31和多個(gè)振動(dòng)板33形成。在多個(gè)振動(dòng)板33上,每隔一個(gè)振動(dòng)板33設(shè)置壓電促動(dòng)器32?？蓜?dòng)板35與圖1所示的光學(xué)反射元件18的可動(dòng)板12同樣由框體17和反射鏡13構(gòu)成。
[0080]接下來(lái)，說(shuō)明光學(xué)反射元件30的組成。光學(xué)反射元件30具有由硅等具有彈性、機(jī)械強(qiáng)度及高揚(yáng)氏模量的彈性構(gòu)件構(gòu)成的基材。而且，壓電促動(dòng)器32與圖3所示的壓電促動(dòng)器10同樣，具備:層疊在由硅構(gòu)成的基材20上的硅氧化膜21 ;層疊在硅氧化膜21上的下部電極層22 ;層疊在下部電極層22上的壓電體層23 ;層疊在壓電體層23上的上部電極層24。
[0081]接下來(lái)，說(shuō)明光學(xué)反射元件30的動(dòng)作。圖10是表示驅(qū)動(dòng)梁36的振動(dòng)的圖。
[0082]對(duì)壓電促動(dòng)器32施加光學(xué)反射元件30的共振頻率的交流電壓。由此，設(shè)有壓電促動(dòng)器32的振動(dòng)板33以向下凸出或向上凸出地彎曲的方式位移。
[0083]此時(shí)，相鄰的振動(dòng)板33基于共振的原理而與壓電促動(dòng)器32對(duì)稱地變形。即，未設(shè)置壓電促動(dòng)器32的振動(dòng)板33向與壓電促動(dòng)器32相差180度的方向位移。
[0084]這樣，在具有彎曲形狀的驅(qū)動(dòng)梁36中，相鄰的振動(dòng)板33和壓電促動(dòng)器32向相差180度的方向位移，因此它們的位移繞著旋轉(zhuǎn)軸14蓄積，從而能夠得到可動(dòng)板35的位移。
[0085]如上述那樣，光學(xué)反射元件30具備:為了通過(guò)振動(dòng)使反射鏡13以旋轉(zhuǎn)軸14為中心旋轉(zhuǎn)，而將框體17置于其間且相互在相反側(cè)與框體17結(jié)合的一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁36 ;在與旋轉(zhuǎn)軸14不同的位置處與一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁36分別連接，且沿著框體17延伸的一對(duì)外框52 ;將一對(duì)外框52與框體17分別連結(jié)的一對(duì)連結(jié)部53a、53b。一對(duì)連結(jié)部53a、53b在旋轉(zhuǎn)軸14處與框體17連接。
[0086](實(shí)施方式2)
[0087]圖1lA和圖1lB分別是實(shí)施方式2中的光學(xué)反射兀件的可動(dòng)板12的表面圖和背面圖。圖1lC是圖1lA所示的可動(dòng)板12的線11C-11C處的剖視圖。實(shí)施方式2中的可動(dòng)板12還具有在反射鏡13的外周部設(shè)置的加強(qiáng)肋40。加強(qiáng)肋40通過(guò)與框體17同樣的構(gòu)件構(gòu)成，厚度也相等。加強(qiáng)肋40與框體17的厚度也可以不同。
[0088]接下來(lái)，說(shuō)明實(shí)施方式2中的可動(dòng)板12的動(dòng)態(tài)撓曲抑制的效果。如圖6B所示，與旋轉(zhuǎn)軸14平行的方向上的動(dòng)態(tài)撓曲的量隨著從反射鏡13的中央接近端部而增加。該增加的原因在于，隨著接近反射鏡13的端部，從反射鏡13的支承點(diǎn)28、29離開而使反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲增加。通過(guò)利用加強(qiáng)肋40對(duì)這樣動(dòng)態(tài)撓曲大的反射鏡13的端部進(jìn)行支承，由此能夠提高反射鏡13的剛性，能夠減少反射鏡13的面的與旋轉(zhuǎn)軸14平行的方向上的動(dòng)態(tài)撓曲量。
[0089]圖12A至圖12D是實(shí)施方式2中的具有不同形狀的加強(qiáng)肋40的可動(dòng)板12的背面圖。加強(qiáng)肋40若設(shè)置在反射鏡13的端部則更能獲得效果，但是如圖12A至圖12D所示，SP使加強(qiáng)肋40具有從反射鏡13的端部離開的部分或者加強(qiáng)肋40從端部離開，只要形成為提高反射鏡13的剛性的配置，就能夠減少反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲。
[0090](實(shí)施方式3)
[0091]圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的光學(xué)反射元件130的俯視圖。在圖13中，對(duì)與圖9所示的實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件30相同的部分標(biāo)注同一參照編號(hào)。圖13所示的光學(xué)反射元件在圖9所示的實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件30上還具備一對(duì)外框52和一對(duì)連結(jié)部53a、53b，且在與旋轉(zhuǎn)軸14不同的位置處支承可動(dòng)板12。
[0092]如圖13所示，在光學(xué)反射元件130中，具有彎曲形狀的一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁36的內(nèi)端在與旋轉(zhuǎn)軸14不同的位置處與一對(duì)外框52分別連接。
[0093]圖14A和圖14B分別是實(shí)施方式3中的可動(dòng)板12的表面圖和背面圖?？蓜?dòng)板12具有反射鏡13和通過(guò)連接部15、16而與反射鏡13連接來(lái)對(duì)反射鏡13進(jìn)行支承的框體51?？蝮w51由與圖9所示的實(shí)施方式I中的框體17具有同樣形狀且同樣的材料構(gòu)成?？蝮w51與連結(jié)部53a、53b連接，連結(jié)部53a、53b與外框52連接。通過(guò)連結(jié)部53a、53b來(lái)分別支承框體51的一對(duì)外框52由一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁36支承。需要說(shuō)明的是，連結(jié)部53a、53b的中心位于旋轉(zhuǎn)軸14上。
[0094]接下來(lái)，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式3中的光學(xué)反射元件130的動(dòng)態(tài)撓曲抑制的效果。
[0095]圖15A是實(shí)施方式3中的框體51的示意圖。圖15B是表示圖15A所示的框體51的位置與動(dòng)態(tài)撓曲的關(guān)系的圖。圖15A所示的框體51與圖9所示的實(shí)施方式I中的框體51同樣，在旋轉(zhuǎn)軸14上與連結(jié)部53a、53b連接而支承于驅(qū)動(dòng)梁36?？蝮w51具有沿著框體51延伸的線L301上的端部el、e2，旋轉(zhuǎn)軸14與框體51在交點(diǎn)e0處相交。圖15B示出框體51的沿著線L301的各部分處的動(dòng)態(tài)撓曲的量。如圖15B所示，端部el、e2處的動(dòng)態(tài)撓曲的量的絕對(duì)值彼此相等。這是由于從旋轉(zhuǎn)軸14到端部el、e2的距離相等，因此向端部el,e2施加的慣性力相等，而且，由于距連接部16的距離也相等，因此端部el、e2的動(dòng)態(tài)撓曲彼此相等。
[0096]圖15C是比較例的框體51的示意圖。圖1K)是表示圖15C所示的框體51的位置與動(dòng)態(tài)撓曲的關(guān)系的圖。圖15C所示的框體51在與旋轉(zhuǎn)軸14不同的位置處與連結(jié)部53a、53b連接，且在與旋轉(zhuǎn)軸14不同的位置處支承于驅(qū)動(dòng)梁36?？蝮w51具有沿著框體51延伸的線L302上的端部fl、f2，旋轉(zhuǎn)軸14與框體51在交點(diǎn)HO處相交。連結(jié)部53a在支承點(diǎn)fs處與框體51連接。支承點(diǎn)fs從旋轉(zhuǎn)軸14離開。如圖1?所示，端部fl、f2處的動(dòng)態(tài)撓曲的量的絕對(duì)值不同。這是由于端部H、f2雖然距旋轉(zhuǎn)軸14的距離彼此相等而使分別受到的慣性力相等，但是距連接部16的距離不同所引起的。
[0097]圖15E是實(shí)施方式3中的反射鏡13的示意圖。反射鏡13具有線L303上的端部gl、g2，線L303在交點(diǎn)g0處與旋轉(zhuǎn)軸14相交。圖15F示出圖15E所示的反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲的量。實(shí)施方式I?3中的光學(xué)反射元件構(gòu)成為使反射鏡13的撓曲與框體51 (17)的撓曲抵消。如圖15F所示，反射鏡13的動(dòng)態(tài)撓曲的量的絕對(duì)值在連接部15、16處相等，因此為了消除反射鏡13的撓曲和框體51的撓曲，需要使框體51的動(dòng)態(tài)撓曲的量的絕對(duì)值在連接部15、16處相等。
[0098]在實(shí)施方式3的光學(xué)反射元件130中，通過(guò)用于將框體51支承在旋轉(zhuǎn)軸14上的一對(duì)外框52而將框體51支承在旋轉(zhuǎn)軸14上。由此，框體51的動(dòng)態(tài)撓曲量在連接部15、16處相等，即使在與旋轉(zhuǎn)軸14不同的位置處將驅(qū)動(dòng)梁36和外框52連接，也能夠與實(shí)施方式I中的光學(xué)反射元件30同樣地得到抑制動(dòng)態(tài)撓曲的效果。
[0099]需要說(shuō)明的是，外框52的厚度可以與框體51相同。
[0100](實(shí)施方式4)
[0101]圖16A和圖16B分別是本發(fā)明的實(shí)施方式4中的光學(xué)反射兀件的可動(dòng)板71的表面圖和背面圖。在圖16A和圖16B中，對(duì)與圖9所示的實(shí)施方式3中的光學(xué)反射元件30相同的部分標(biāo)注同一參照編號(hào)。實(shí)施方式4中的可動(dòng)板71具有框體54和反射鏡13。反射鏡13通過(guò)與實(shí)施方式3中的連接部15、16處于相同位置的連接部55、56與框體54連接而被支承。框體54在與旋轉(zhuǎn)軸14不同的位置處與驅(qū)動(dòng)梁36連接而被支承。
[0102]在實(shí)施方式4的可動(dòng)板71中，與實(shí)施方式3不同，為了使框體54的動(dòng)態(tài)撓曲相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸14對(duì)稱地分布，而使連接部55和連接部56的厚度不同。就與和驅(qū)動(dòng)梁36連接的位置相距的距離不同所引起的動(dòng)態(tài)撓曲的差異而言，通過(guò)使框體54的厚度不同而使其剛性不同，由此能夠使框體54的動(dòng)態(tài)撓曲的分布相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸14對(duì)稱。
[0103]圖17A和圖17B分別是實(shí)施方式4中的光學(xué)反射兀件的另一可動(dòng)板72的表面圖和背面圖。在圖17A和圖17B中，對(duì)與圖16A和圖16B所示的可動(dòng)板71相同的部分標(biāo)注同一參照編號(hào)。圖17A和圖17B所示的可動(dòng)板72具有在相同位置設(shè)置的連接部58、59來(lái)取代連接部55、56。反射鏡13通過(guò)與實(shí)施方式3中的連接部15、16處于相同位置的連接部58,59與框體54連接而被支承。與旋轉(zhuǎn)軸14垂直的方向上的連接部58的寬度即連接寬度H58與連接部59的寬度即連接寬度H59不同，因此，連接部58與反射鏡13重疊而與反射鏡13連接的部分的面積不同于連接部59與反射鏡13重疊而與反射鏡13連接的部分的面積。連接部58比連接部59更接近驅(qū)動(dòng)梁36。連接部58的連接寬度H58比連接部59的連接寬度H59小。由此，能夠控制框體62的撓曲向反射鏡13傳遞的量，能夠在框體62與反射鏡13的連接部58、59處同時(shí)消除動(dòng)態(tài)撓曲。
[0104]工業(yè)實(shí)用性
[0105]本發(fā)明的光學(xué)反射元件在反射鏡不發(fā)生撓曲的情況下對(duì)光進(jìn)行反射，因此能夠適用于小型投影儀或頭戴式顯示器。
[0106]符號(hào)說(shuō)明
[0107]IlaUlb 驅(qū)動(dòng)梁
[0108]13反射鏡
[0109]14旋轉(zhuǎn)軸
[0110]15連接部(第一連接部)
[0111]16連接部(第二連接部)
[0112]17 框體
[0113]36驅(qū)動(dòng)梁
[0114]40加強(qiáng)肋
[0115]52 外框
[0116]53a,53b 連結(jié)部
[0117]55連接部(第一連接部)
[0118]56連接部(第二連接部)
[0119]58連接部(第一連接部)
[0120]59連接部(第二連接部)
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)反射元件，其具備: 反射鏡； 通過(guò)將所述反射鏡置于其間且相互位于相反側(cè)的第一連接部和第二連接部而與所述反射鏡連接的框體； 為了通過(guò)振動(dòng)使所述反射鏡以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)，而將所述框體置于其間且相互在相反側(cè)與所述框體結(jié)合的一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁， 所述框體的剛性比所述反射鏡的剛性高， 所述旋轉(zhuǎn)軸與連結(jié)所述第一連接部和所述第二連接部的線段正交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)反射元件，其中， 所述反射鏡通過(guò)所述第一連接部和所述第二連接部而與所述框體一體形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)反射元件，其中， 所述反射鏡具有對(duì)光進(jìn)行反射的表面和所述表面的相反側(cè)的背面， 所述光學(xué)反射元件還具備在所述反射鏡的所述背面設(shè)置的加強(qiáng)肋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)反射元件，其中， 所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁與所述框體連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)反射元件，其中， 所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁在所述旋轉(zhuǎn)軸處與所述框體連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)反射兀件,其中， 還具備: 設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁與所述框體之間，在與所述旋轉(zhuǎn)軸不同的位置處與所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁分別連接，且沿著所述框體延伸的一對(duì)外框； 設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)梁與所述框體之間，并將所述一對(duì)外框與所述框體分別連結(jié)的一對(duì)連結(jié)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)反射元件，其中， 所述一對(duì)連結(jié)部在所述旋轉(zhuǎn)軸處與所述框體連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的光學(xué)反射元件，其中， 所述驅(qū)動(dòng)梁在與所述旋轉(zhuǎn)軸不同的位置處與所述框體連接， 所述第一連接部的剛性與所述第二連接部的剛性不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的光學(xué)反射元件，其中， 所述驅(qū)動(dòng)梁在與所述旋轉(zhuǎn)軸不同的位置處與所述框體連接， 在所述第一連接部處所述反射鏡與所述框體連接的面積與在所述第二連接部處所述反射鏡與所述框體連接的面積不同。
【文檔編號(hào)】G02B26/10GK103827725SQ201280047344
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】水原健介, 黑塚章, 中園晉輔, 平岡聰一郎, 山本雄大, 堀江壽彰, 小牧一樹 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社