光学反射元件的制作方法

文档序号:21090453发布日期:2020-06-12 17:11阅读:196来源:国知局
光学反射元件的制作方法

本发明涉及通过反射来使光的照射位置往复运动的光学反射元件。



背景技术:

专利文献1公开了使激光的照射位置往复运动的现有的光学反射元件。该光学反射元件具备:对激光进行反射的反射体;与该反射体连接的连接体;在与反射体的旋转轴交叉的方向延伸的两根臂状的振动体;和使这些振动体分别振动的驱动体。连接体通过自身被扭转来使反射体旋转摆动。振动体使连接体产生往复的扭转。驱动体具备使这些振动体分别振动的压电元件等。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:jp特开2009-244602号公报



技术实现要素:

光学反射元件具备:对光进行反射的反射部;与反射部连结的第一连接部;与第一连接部连结的第一和第二传递部;与第一和第二传递部的基端部分别连结的第一和第二振动部;与第一和第二振动部的前端部分别连结的第一和第二驱动部;基部;以及将第一和第二振动部相对于基部可振动地连接于基部的第二连接部。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的光学反射元件的俯视图。

图2是实施方式1所涉及的光学反射元件的立体图。

图3是实施方式1所涉及的其他光学反射元件的俯视图。

图4是实施方式2所涉及的光学反射元件的俯视图。

图5是表示实施方式3所涉及的光学反射元件的俯视图。

具体实施方式

参照附图来说明本公开所涉及的光学反射元件的实施方式。另外,以下说明的实施方式均表示概括性或者具体性的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、结构要素、结构要素的配置位置以及连接方式、步骤、步骤的顺序等是一个例子,并不是限定本公开的主旨。此外,以下的实施方式中的结构要素之中,在表示最上位概念的独立权利要求中未记载的结构要素被说明为任意的结构要素。

此外,附图是为了表示本公开而适当地进行了强调、省略、比率的调整的示意性的附图,可能与实际的形状、位置关系、比率不同。

(实施方式1)

图1是实施方式1所涉及的光学反射元件100的俯视图。图2是实施方式1所涉及的光学反射元件100的立体图。

光学反射元件100将激光等光的反射角度周期性地变更从而周期性地扫描光的照射位置。光学反射元件100具备:反射部110、连接部121、122、传递部131、132、振动部141、142、驱动部151、152、基部161。在本实施方式中,反射部110的一部分、连接部、传递部、振动部的一部分、以及基部通过从一个基板去除不要部分而一体地成形。具体地,例如,使用半导体制造过程中使用的蚀刻技术来去除硅基板的不要部分并且反射部110的一部分、连接部、传递部、振动部的一部分、以及基部被一体地成形。光学反射元件100是所谓的mems(微机电系统,microelectromechanicalsystems)。此外,光学反射元件100还具备监视器元件171、172。

连接部121、122分别具有前端部121a、122a和基端部121b、122b,分别从前端部121a、122a延伸到基端部121b、122b,即从基端部121b、122b延伸到前端部121a、122a。传递部131、132分别具有前端部131a、132a和基端部131b、132b,分别从前端部131a、132a延伸到基端部131b、132b,即从基端部131b、132b延伸到前端部131a、132a。振动部141、142分别具有前端部141a、142a和基端部141b、142b,分别从前端部141a、142a延伸到基端部141b、142b,即从基端部141b、142b延伸到前端部141a、142a。驱动部151、152分别具有前端部151a、152a和基端部151b、152b,分别从前端部151a、152a延伸到基端部151b、152b,即从基端部151b、152b延伸到前端部151a、152a。

这里,构成基板的材料并不被特别限定,但优选金属、结晶体、玻璃、树脂等具有机械性强度以及高杨氏模量的材料。具体而言,示例硅、钛、不锈钢、铁镍铬合金(elinvar)、黄铜合金等的金属、合金。若使用这些金属、合金等,则能够实现振动特性、加工性优良的光学反射元件100。

反射部110以旋转轴101为中心反复旋转振动,对光进行反射。反射部110的形状并不被特别限定,但在本实施方式中,是矩形的板状,具有能够以高反射率对光进行反射的反射面111。反射面111的材质能够任意选定,例如,除了金、银、铜、铝等的金属、金属化合物等以外,能够示例由二氧化硅、二氧化钛等构成的电介质多层膜。此外,反射面111也可以由多层构成。进一步地,反射面111也可以通过将反射部110的表面平滑地研磨而设置。反射面111也可以不仅是平面而是曲面。

连接部121沿着旋转轴101而被配置,反射部110与前端部121a被连结从而保持反射部110。连接部121将用于使反射部110旋转摆动的转矩传递给反射部110,连接部121围绕旋转轴101扭转角度θ1从而保持反射部110并且能够使反射部110旋转摆动角度θ1。

连接部121的形状并不被特别限定,但是通过其本身扭转来使反射部110旋转摆动的部件,因此为宽度(图中x轴方向的长度)比反射部110窄的细棒状。连接部121的与旋转轴101垂直的剖面形状是矩形,连接部121的厚度为与反射部110以及其他部分相同的厚度。连接部121从反射部110到传递部131、132即从前端部121a到基端部121b为相同的剖面形状。这样,通过设为沿着旋转轴101均一的形状以及均一的面积,从而使光学反射元件100驱动时连接部121作为整体均等地扭转,能够避免应力集中所导致的连接部121的损坏。

另外,这些结构材料不需要是相同的厚度,例如反射部110通过比连接部121、传递部131厚,能够抑制反射部110的表面的形变,因此优选。此外,通过使基部161比其他部分厚,在将光学反射元件100例如安装于其他产品的平坦面时,能够确保为了驱动部151、152以及反射部110驱动所必须的z轴方向的空间,因此优选,此外,光学反射元件100整体的构造的强度提高,因此优选。

另外,所谓沿着旋转轴101,不仅是如本实施方式那样连接部121笔直地沿着的情况,也包含即使连接部121蜿蜒状地弯曲,或者折弯为之字形,也假想地作为整体沿着笔直的旋转轴101的情况。

传递部131、132将振动部141、142的振动作为转矩传递到连接部121。传递部131在连接部121的反射部110的相反侧的基端部121b连结前端部131a,基端部131b与振动部141连结。传递部131从前端部131a延伸以使得与旋转轴101交叉并远离旋转轴101,并且延伸为与振动部141交叉。传递部132相对于包含旋转轴101并与反射部110的表面垂直的假想面位于传递部131的相反侧。在连接部121的反射部110的相反侧的基端部121b连结前端部132a,基端部132b与振动部142连结。传递部132从前端部132a延伸以使得与旋转轴101交叉并远离旋转轴101,并且延伸为与振动部142交叉。

在本实施方式中,传递部131和传递部132被配置为与以旋转轴101为中心180度旋转一致的旋转对称的关系、即线对称。传递部131是从连接部121的基端部121b即传递部131的前端部131a到振动部141即基端部131b一直线地延伸的棒状。传递部132是从连接部121的基端部121b即传递部132的前端部132a到振动部142即基端部132b一直线地延伸的棒状。在传递部131与传递部132之间存在包含旋转轴101的缝隙101s1(空间)。缝隙101s1位于旋转轴101上。这样,在传递部131、132是在一直线上延伸的棒形状的情况下,能够以振动部141、142的振动为转矩来高效率地传递到连接部121。

专利文献1中公开的现有的光学反射元件相比于通过马达来使多面镜旋转的反射元件,小型并且轻型,使反射体旋转摆动的电力也少。但是,所述光学反射元件的可旋转摆动的范围即振动角较窄,因此反射的激光到达的范围较窄。

相对地,在本实施方式中的光学反射元件100中,如前所述,能够以振动部141、142的振动为转矩来高效率地传递到连接部121。

传递部131、132延伸的方向相对于旋转轴101的角度也可以从15度以上且80度以下的范围选定。另外,传递部131、132的形状也可以不仅是直线状,也可以是弯曲或折弯的形状。

另外,在实施方式中,所谓“交叉”,不仅是两根线接触的交叉,也包含两根线不接触的立体交叉。

振动部141、142是通过在以旋转轴101为中心的周方向进行振动,从而用于产生使反射部110旋转摆动的转矩的臂状的部件,分别在与旋转轴101交叉的交叉方向d141、d142延伸。振动部141在相对于旋转轴101为传递部131的相同侧,被配置于与旋转轴101交叉的交叉方向d141,连结传递部131的基端部131b。振动部142在相对于旋转轴101为传递部131的相反侧,被配置于与旋转轴101交叉的交叉方向d142,连结传递部132的基端部132b。

在本实施方式中,振动部141是在与旋转轴101正交的方向延伸的矩形棒状的部件。振动部142是在与旋转轴101正交并在振动部141的相反方向延伸的矩形棒状的部件。

此外,振动部141的基端部141b与振动部142的基端部142b通过连结部1149而一体地在连结位置1149p被连结。振动部141和振动部142构成以旋转轴101为中心并在正交于旋转轴101的方向延伸的笔直的一个棒状。传递部131的基端部131b被连结于连结部1149与驱动部151之间的位置即振动部141的前端部141a与基端部141b之间的位置。传递部132的基端部132b被连结于连结部1149与驱动部152之间的位置即振动部142的前端部142a与基端部142b之间的位置。此外,期望传递部131与振动部141连结的部分的至少一部分、和传递部132与振动部142连结的部分的至少一部分被配置于比连接部122在x方向更靠外侧即比连接部122的外轮廓更远离旋转轴101。通过该结构,能够将振动部141、142的振动有效地传递到传递部131、132。在本实施方式中,传递部131、132与振动部141、142连结的部分的全部被配置于比连接部122更靠外侧。即比连接部122的外轮廓更远离旋转轴101。即,缝隙101s1的与旋转轴101直角的方向的宽度l101s1是传递部131、132的基端部131b、132b之间的间隔,比连接部122的与旋转轴101直角的方向的宽度l122大。缝隙101s1的与旋转轴101直角的方向的宽度l101s1包含连接部122的与旋转轴101直角的方向的宽度l122。

在实施方式1中的光学反射元件100中,通过所谓的音叉振子来产生驱动振动并产生用于使反射部110旋转的转矩,该音叉振子具备:被相互连结的振动部141和驱动部151、被相互连结的振动部142和驱动部152、将振动部141、142的基端部141b、142b在连结位置1149p相互连结的连结部1149。在上述音叉振子中,与驱动部151连结的振动部141通过连结部1149而被坚固地固定于与驱动部152连结的振动部142,从而能够实现驱动部151、152和振动部141、142的具有高q值的音叉振动(驱动)。其结果,能够使传递部131、132和连接部121产生稳定的驱动振动(转矩)。

在振动部141、142的基端部141b、142b之间设置切口部,振动部141、142未通过连结部1149而被连结的情况下,难以激励作为音叉振子的理想的驱动,其结果,q值变低,能够进行稳定的驱动。

驱动部151、152产生用于使振动部141、142的前端部141a、142a在以旋转轴101为中心的周方向分别振动的驱动力。驱动部151与振动部141的前端部141a连结,使振动部141围绕旋转轴101进行振动,经由传递部131来使连接部121围绕旋转轴101进行旋转摆动。驱动部152与振动部142的前端部142a连结,使振动部142围绕旋转轴101进行振动,经由传递部132来使连接部121围绕旋转轴101进行旋转摆动。

在本实施方式中,驱动部151的基端部151b被一体连结于振动部141的前端部141a,具备沿着旋转轴101向反射部110延伸的驱动主体部183。驱动主体部183是具有矩形形状的剖面的棒状。驱动主体部183具有前端部183a和基端部183b,从前端部183a延伸到基端部183b,即从基端部183b延伸到前端部183a。驱动部151的前端部151a和基端部151b分别是驱动主体部183的前端部183a和基端部183b。在驱动主体部183的表面具备沿着旋转轴101而被配置的细长的板形状的压电元件185。通过向压电元件185施加周期性地变动的电压从而压电元件185反复伸缩。对应于压电元件185的伸缩,驱动主体部183(驱动部151)反复弯曲和复原。驱动主体部183(驱动部151)的比连结于振动部141的基端部183b突出的前端部183a较大地振动,驱动主体部183(驱动部151)整体的振动能量传递到振动部141的前端部141a。

驱动部152也与驱动部151同样地,具备驱动主体部184和压电元件186,被配置于相对于包含旋转轴101并与反射部110的表面正交的假象面而与驱动部151对称的位置。驱动部152的动作也与驱动部151的动作相同。

即,驱动部152的基端部152b与振动部142的前端部142a一体地连结,具备沿着旋转轴101向反射部110延伸的驱动主体部184。驱动主体部184是具有矩形形状的剖面的棒状。驱动主体部184具有前端部184a和基端部184b,从前端部184a延伸到基端部184b,即从基端部184b延伸到前端部184a。驱动部152的前端部152a和基端部152b分别是驱动主体部184的前端部184a和基端部184b。在驱动主体部184的表面具备沿着旋转轴101而被配置的细长的板形状的压电元件186。通过向压电元件186施加周期性地变动的电压从而压电元件186反复伸缩。对应于压电元件186的伸缩,驱动主体部184(驱动部152)反复弯曲和复原。驱动主体部184(驱动部152)的比与振动部142连结的基端部184b更加突出的前端部184a较大地振动,驱动部152整体的振动能量传递到振动部142的前端部142a。

在本实施方式中,压电元件185、186是在驱动主体部183、184的表面分别形成的、包含在厚度方向层叠电极和压电体的层叠体构造的薄膜层叠型压电促动器。由此,能够使驱动部151、152更加薄型。

另外,驱动部151、152并不仅仅是通过压电元件185、186的形变而振动的部件,也可以具备通过与磁场、电场的相互作用而产生力的部件、装置等,使通过外部装置而产生的磁场以及电场的至少一方变化,或者使其本身产生的磁场以及电场的至少一方变化从而振动。此外,作为构成压电体的材料,能够示例锆钛酸铅(pzt)等具有高压电常量的压电材料。压电元件185、186也可以延伸到振动体141、142。在该情况下,能够进一步增大相对于传递体的转矩。

基部161是用于将光学反射元件100安装于外部的构造部件等的部件。基部161与将振动部141、142可相对于基部161振动地连接的连接部122连结。

连接部122沿着旋转轴101而被配置,基端部122b被连结于基部161,前端部122a被连结于振动部141的基端部141b和振动部142的基端部142b。

连接部122的形状并不被特别限定,但为了通过其本身扭转而将振动部141、142的振动经由传递部131、132有效地作为转矩传递至连接部121,与连接部121同样,或者为比连接部121粗的棒状。连接部122的与旋转轴101垂直的剖面形状是矩形。连接部122的厚度为与连接部121以及其他部分相同的厚度。因此,连接部122的宽度(图中x轴方向的长度)比连接部121宽。此外,连接部122从基部161到振动部141、142即从基端部122b到前端部122a为相同的剖面形状。由此,与连接部121同样地,避免应力的集中并防止连接部122断裂。此外,连接部121的扭曲刚性比旋转轴101的方向的相同长度的连接部122的扭曲刚性小。

另外,连接部122也与连接部121同样地,不仅仅是笔直地沿着旋转轴101的情况,也可以蜿蜒状地弯曲,或者之字形地折弯。

监视器元件171、172被安装于传递部131、132,将传递部131、132的弯曲状态分别检测为形变。特别地,直线状地延伸的棒状的传递部131、132为了向连接部121传递转矩几乎不扭转而在厚度方向(z轴方向)弯曲,因此监视器元件171、172能够高精度地检测传递部131、132的弯曲。因此,通过监视器元件171、172能够准确地监视反射部110的旋转摆动的状态。

在本实施方式中,在传递部131、132分别安装监视器元件171、172。监视器元件171、172与检测电路901连接。检测电路901对两个监视器元件171、172的输出进行差动检测,即,对两个监视器元件171、172的输出之差进行检测并将该差所对应的差动信号输出。由此,能够消除两个监视器元件171、172的输出中包含的各种噪声并通过上述差来高精度地监视反射部110的旋转摆动的状态,能够反馈给驱动部151、152的驱动的控制。具体而言,检测电路901基于差动信号来控制向压电元件185、186施加的电压并控制驱动部151、152的振动的振幅。

在本实施方式中,对由于传递部131、132的弯曲引起的形变进行检测的监视器元件171、172由一对电极和夹在这些电极间的压电材料构成。优选监视器元件171、172的压电材料与压电元件185、186的压电材料相同。通过该结构,在制造光学反射元件100时,能够通过一个工序来同时高效率地形成监视器元件171、172和压电元件185、186。

监视器元件171、172也可以取代压电材料,由金属应变仪、半导体应变仪等具有根据形变而变化的电阻值的形变电阻元件形成。

在实施方式1所涉及的光学反射元件100中,通过将驱动部151与驱动部152以反相位在相反的方向进行驱动,从而振动部141与振动部142在反相位振动并围绕旋转轴101而产生相同的旋转方向的转矩。通过夹着旋转轴101在两侧以分离的状态而配置的传递部131、132来向连接部121的基端部121b传递该转矩,从而能够在传递部131、132彼此未抵消转矩的情况下高效率地传递转矩。因此,即便在以高频率使驱动部151、152驱动的情况下也能够增大以谐振状态进行旋转摆动的反射部110的偏转角,即使向压电元件185、186施加的电压较小,也能够增大反射部110的偏转角,换句话说,能够提供偏转角特性良好的光学反射元件100。

另外,本公开并不限定于上述实施方式。例如,也可以将本说明书中记载的结构要素任意地组合,此外,也可以将去除几个结构要素而实现的另一实施方式作为本公开的实施方式。此外,对上述实施方式在不脱离本公开的主旨、即权利要求书所述的语句所示的意思的范围内实施本领域技术人员想到的各种形变而得到的形变例也被包含于本公开。

图3是实施方式1所涉及的他的光学反射元件100a的俯视图。在图3中,对与图1所示的光学反射元件100相同的部分赋予相同的参照编号。光学反射元件100a还具有从驱动部151突出的突出部301、从驱动部152突出的突出部302。突出部301与驱动主体部183一体地形成,从驱动部151的振动部141的前端部141a的相反侧的部分在x轴的方向即交叉方向d141突出。突出部301从振动部141位于x轴的方向即交叉方向d141。突出部302与驱动主体部184一体地形成,从驱动部152的振动部142的前端部142a的相反侧的部分在x轴的方向即交叉方向d142突出。突出部302从振动部142位于x轴的方向即交叉方向d142。驱动部151具有在y轴的方向延伸的外缘1151、和比外缘1151更远离旋转轴101的在y轴的方向延伸的外缘2151。驱动部152具有在y轴的方向延伸的外缘1152、和比外缘1152更远离旋转轴101的在y轴的方向延伸的外缘2152。突出部301、302的y轴的方向的宽度与振动部141、142(前端部141a、141a)的y轴的方向的宽度相同。在x轴的方向,突出部301、302分别与振动部141、142(前端部141a、141a)完全重叠。

在图1所示的光学反射元件100中,与振动部141、142连结的外缘1151、1152的刚性均比未连结的自由端的外缘2151、2152大。在驱动部151、152在z轴的方向、详细来讲以旋转轴101为中心的周方向振动的情况下,振动部141、142的外缘2151、2152比刚性大的外缘1151、1152更大地位移并振动。若驱动部151、152的振动的振幅极大,则外缘2151、2152的位移变得比外缘1151、1152的位移极度大,可能产生谐振频率的变动等不能进行稳定的驱动的现象。

在图3所示的光学反射元件100a中,突出部301、302增大驱动部151、152的外缘2151、2152的刚性。使外缘1151、2151、1152、2152的刚性之差减少。进一步地,突出部301、302从驱动部151、152的振动部141、142的前端部141a、142a的相反侧的部分在x轴的方向分别突出,因此不使驱动部151、152的振动的中心位移。通过这些结构,即使在驱动部151、152的振动的振幅极大的情况下,也能够抑制上述的现象的产生。

(实施方式2)

接下来,对光学反射元件的其他的实施方式进行说明。另外,可能对具有与所述实施方式1相同的作用、功能、相同的形状、机构、构造的部件(部分)赋予相同的符号并省略说明。此外,以下,以与实施方式1不同的方面为中心来进行说明,针对相同的内容可能省略说明。

图4是实施方式2所涉及的光学反射元件200的俯视图。在图4中,针对与图1和图2所示的实施方式1所示的光学反射元件100相同的部分赋予相同的参照编号。

在实施方式2所涉及的光学反射元件200中,通过相对于与旋转轴101正交并包含反射部110的中心的假想面p200处于面对称的关系的两个旋转摆动机构来使一个反射部110旋转摆动。两个旋转摆动机构的一个旋转摆动机构所具备的连接部、传递部、振动部、驱动部、基部以及监视器元件相对于假想面p200,与两个旋转摆动机构的另一个旋转摆动机构所具备的连接部、传递部、振动部、驱动部、基部以及监视器元件配置为面对称。此外,旋转摆动机构分别具备的连接部、传递部、振动部、驱动部、基部以及监视器元件的功能、连结方式与实施方式1相同。

具体而言,如图4所示,与旋转摆动机构201所具备的连接部121、122分别面对称地,旋转摆动机构202具备连接部123、124。连接部123相对于反射部110在连接部121的相反侧沿着旋转轴101而被配置,反射部110与前端部123a被连结。与旋转摆动机构201所具备的传递部131、132分别面对称地,旋转摆动机构202具备传递部133、134。与旋转摆动机构201所具备的振动部141、142分别面对称地,旋转摆动机构202具备振动部143、144。与旋转摆动机构201所具备的驱动部151、152分别面对称地,旋转摆动机构202具备驱动部153、154。驱动部153具备驱动主体部187和压电元件189,驱动部154具备驱动主体部188和压电元件190,这方面也与旋转摆动机构201相同。与旋转摆动机构201所具备的基部161面对称地,旋转摆动机构202具备基部162。在本实施方式中,基部161与基部162被一体地连结,作为整体,形成矩形环状的框部件910。另外,基部161与基部162也可以未通过框部件910来连结。此外,旋转摆动机构202与旋转摆动机构201同样地,在传递部133安装监视器元件173,在传递部134安装监视器元件174。监视器元件173、174由与监视器元件171、172相同的材料构成。

以下,对旋转摆动机构202的详细进行说明。

连接部123、124分别具有前端部123a、124a和基端部123b、124b,分别从前端部123a、124a延伸到基端部123b、124b,即从基端部123b、124b延伸到前端部123a、124a。传递部133、134分别具有前端部133a、134a和基端部133b、134b,分别从前端部133a、134a延伸到基端部133b、134b,即从基端部133b、134b延伸到前端部133a、134a。振动部143、144分别具有前端部143a、144a和基端部143b、144b,分别从前端部143a、144a延伸到基端部143b、144b,即从基端部143b、144b延伸到前端部143a、144a。驱动部153、154分别具有前端部153a、154a和基端部153b、154b,分别从前端部153a、154a延伸到基端部153b、154b,即从基端部153b、154b延伸到前端部153a、154a。

连接部123沿着旋转轴101而被配置,反射部110与前端部123a被连结并保持反射部110。连接部123将用于使反射部110旋转摆动的转矩传递到反射部110,通过连接部123围绕旋转轴101扭转角度θ1从而能够保持反射部110并且使反射部110旋转摆动角度θ1。

连接部123的形状并不被特别限定,但由于是通过其本身扭转来使反射部110旋转摆动的部件,因此为宽度(图中x轴方向的长度)比反射部110窄的细棒状。连接部123的与旋转轴101垂直的剖面形状是矩形,连接部123的厚度为与反射部110以及其他部分相同的厚度。连接部123从反射部110到传递部133、134即从前端部123a到基端部123b为相同的剖面形状。这样,通过沿着旋转轴101设为均一的形状以及均一的面积,在使光学反射元件200驱动时连接部123作为整体而均等地扭转,能够避免应力集中所导致的连接部123的损坏。

传递部133、134将振动部143、144的振动作为转矩传递到连接部123。传递部133在连接部123的反射部110的相反侧的基端部123b连结前端部133a,基端部133b与振动部143连结。传递部133与旋转轴101交叉并从前端部133a延伸以使得远离旋转轴101,并且延伸为与振动部143交叉。传递部134相对于包含旋转轴101并与反射部110的表面垂直的假想面位于传递部133的相反侧。在连接部123的反射部110的相反侧的基端部123b连结前端部134a,基端部134b与振动部144连结。传递部134与旋转轴101交叉并从前端部134a延伸以使得远离旋转轴101,并且延伸为与振动部144交叉。

在本实施方式中,传递部133与传递部134被配置为若以旋转轴101为中心旋转180度则一致的旋转对称的关系、即线对称。传递部133是从连接部123的基端部123b即传递部133的前端部133a到振动部143即基端部133b一直线地延伸的棒状。传递部134是从连接部123的基端部123b即传递部134的前端部134a到振动部144即基端部134b一直线地延伸的棒状。在传递部133与传递部134之间存在包含旋转轴101的缝隙101s2(空间)。缝隙101s2位于旋转轴101上。这样,在传递部133、134是在一直线上延伸的棒形状的情况下,能够将振动部143、144的振动作为转矩来高效率地传递到连接部123。此外,传递部133、134延伸的方向相对于旋转轴101的角度也可以从15度以上且80度以下的范围选定。另外,传递部133、134的形状不仅是直线状,也可以是弯曲或折弯。

振动部143、144是用于通过在以旋转轴101为中心的周方向振动,来产生使反射部110旋转摆动的转矩的臂状的部件,在与旋转轴101交叉的交叉方向d143、d144分别延伸。振动部143相对于旋转轴101在传递部133的相同侧被配置于与旋转轴101交叉的交叉方向d143,连结传递部133的基端部133b。振动部144相对于旋转轴101在传递部133的相反侧被配置于与旋转轴101交叉的交叉方向d144,连结传递部134的基端部134b。

在本实施方式中,振动部143是在与旋转轴101正交的方向延伸的矩形棒状的部件。振动部144是在与旋转轴101正交并在振动部143的相反方向延伸的矩形棒状的部件。

此外,振动部143的基端部143b与振动部144的基端部144b通过连结部2149来在连结位置2149p被一体地连结。振动部143与振动部144构成以旋转轴101为中心并在正交于旋转轴101的方向延伸的笔直的一个棒状。传递部133的基端部133b被连结于连结部2149与驱动部153之间的位置即振动部143的前端部143a与基端部143b之间的位置。传递部134的基端部134b被连结于连结部2149与驱动部154之间的位置即振动部144的前端部144a与基端部144b之间的位置。此外,传递部133与振动部143连结的部分的至少一部分、传递部134与振动部144连结的部分的至少一部分被配置于比连接部124更靠外侧的位置,即比连接部124的外轮廓远离旋转轴101为宜。通过该结构,能够将振动部143、144的振动有效地传递到传递部133、134。在本实施方式中,传递部133、134与振动部143、144连结的部分的全部被配置于比连接部124更靠外侧的位置即比连接部124的外轮廓远离旋转轴101。即,缝隙101s2的与旋转轴101直角的方向的宽度是传递部133、134的基端部133b、134b间的间隔,比连接部124的与旋转轴101直角的方向的宽度大。缝隙101s2的与旋转轴101直角的方向的宽度包含连接部124的与旋转轴101直角的方向的宽度。

驱动部153、154产生用于使振动部143、144的前端部143a、144a在以旋转轴101为中心的周方向分别振动的驱动力。驱动部153与振动部143的前端部143a连结,使振动部143围绕旋转轴101进行振动,经由传递部133来使连接部123围绕旋转轴101进行旋转摆动。驱动部154与振动部144的前端部144a连结,使振动部144围绕旋转轴101进行振动,经由传递部134来使连接部123围绕旋转轴101进行旋转摆动。

在本实施方式中,驱动部153的基端部153b与振动部143的前端部143a一体地连结,具备沿着旋转轴101向反射部110延伸的驱动主体部187。驱动主体部187是具有矩形形状的剖面的棒状。驱动主体部187具有前端部187a和基端部187b,从前端部187a延伸到基端部187b,即从基端部187b延伸到前端部187a。驱动部153的前端部153a和基端部153b分别是驱动主体部187的前端部187a和基端部187b。在驱动主体部187的表面具备沿着旋转轴101而被配置的细长的板形状的压电元件189。通过向压电元件189施加周期性地变动的电压从而压电元件189反复伸缩。对应于压电元件189的伸缩,驱动主体部187(驱动部153)反复弯曲和复原。驱动主体部187(驱动部153)的比与振动部143连结的基端部187b突出的前端部187a较大地振动,驱动主体部187(驱动部153)整体的振动能量传递到振动部143的前端部143a。

驱动部154也与驱动部153同样地,具备驱动主体部188和压电元件190,相对于包含旋转轴101并与反射部110的表面正交的假想的面被配置于与驱动部153对称的位置。驱动部154的动作也与驱动部153的动作相同。

即,驱动部154的基端部154b与振动部144的前端部144a一体地连结,具备沿着旋转轴101向反射部110延伸的驱动主体部188。驱动主体部188是具有矩形形状的剖面的棒状。驱动主体部188具有前端部188a和基端部188b,从前端部188a延伸到基端部188b,即从基端部188b延伸到前端部188a。驱动部154的前端部154a和基端部154b分别是驱动主体部188的前端部188a和基端部188b。在驱动主体部188的表面具备沿着旋转轴101而被配置的细长的板形状的压电元件190。通过向压电元件190施加周期性地变动的电压从而压电元件190反复伸缩。对应于压电元件190的伸缩,驱动主体部188(驱动部154)反复弯曲和复原。驱动主体部188(驱动部154)的比与振动部144连结的基端部188b突出的前端部188a较大地振动,驱动主体部188(驱动部154)整体的振动能量传递到振动部144的前端部144a。

在本实施方式中,压电元件189、190是在驱动主体部187、188的表面分别形成的、包含在厚度方向层叠电极和压电体的层叠体构造的薄膜层叠型压电促动器。由此,能够使驱动部153、154更加薄型。

另外,驱动部153、154不仅通过压电元件189、190的形变而振动,也可以具备通过与磁场、电场的相互作用而产生力的部件、装置等,使通过外部装置而产生的磁场以及电场的至少一方变化,或者使其本身产生的磁场以及电场的至少一方变化从而进行振动。此外,作为构成压电体的材料,能够示例锆钛酸铅(pzt)等具有高压电常量的压电体材料。

基部162是用于将光学反射元件200安装于外部的构造部件等的部件。基部162与相对于基部162将振动部143、144可振动地连接的连接部124连结。

连接部124沿着旋转轴101而被配置,基端部124b与基部162连结,前端部124a被连结于振动部143的基端部143b和振动部144的基端部144b。

连接部124的形状并不被特别限定,为了通过其本身扭转而将振动部143、144的振动作为转矩经由传递部133、134有效地传递至连接部123,成为与连接部123同样或者比连接部123粗的棒状。连接部124的与旋转轴101垂直的剖面形状为矩形。连接部124的厚度为与连接部123以及其他部分相同的厚度。因此,连接部124的宽度(图中x轴方向的长度)比连接部123宽。此外,连接部124从基部162到振动部143、144即从基端部124b到前端部124a为相同的剖面形状。由此,与连接部123同样地,避免应力的集中并防止连接部124断裂。此外,连接部123的扭曲刚性比旋转轴101的方向的相同长度的连接部124的扭曲刚性小。

另外,连接部124也与连接部123同样地,不仅是笔直地沿着旋转轴101的情况,也可以蜿蜒状地弯曲,或者之字形地折弯。

监视器元件173、174被安装于传递部133、134,将传递部133、134的弯曲状态分别检测为形变。特别地,直线状地延伸的棒状的传递部133、134为了向连接部123传递转矩几乎不扭转而在厚度方向(z轴方向)弯曲,因此监视器元件173、174能够高精度地检测传递部133、134的弯曲。因此,通过监视器元件173、174能够准确地监视反射部110的旋转摆动的状态。

在本实施方式中,在传递部133、134分别安装监视器元件173、174。监视器元件173、174与检测电路901(参照图1)连接。检测电路901与监视器元件171、172的输出同样地,对两个监视器元件173、174的输出进行差动检测,即,对两个监视器元件173、174的输出之差进行检测。详细地,检测电路901基于对两个监视器元件173、174的输出进行差动检测而得到的信号、对两个监视器元件171、172的输出进行差动检测而得到的信号,生成差动信号。由此,能够消除各种噪声并以高精度监视反射部110的旋转摆动的状态,能够反馈于驱动部153、154的驱动的控制。具体而言,检测电路901基于差动信号来控制向压电元件189、190施加的电压,对驱动部153、154的振动的振幅进行控制。

在实施方式2所涉及的光学反射元件200中,通过将驱动部153和驱动部154以反相位在相反的方向驱动,从而振动部143与振动部144在反相位振动并围绕旋转轴101而产生相同的旋转方向的转矩。通过夹着旋转轴101在两侧以分离的状态配置的传递部133、134来向连接部123的基端部123b传递该转矩,从而能够在传递部133、134彼此不抵消转矩的情况下以高效率传递转矩。因此,即使在以高频率使驱动部151~154进行驱动的情况下,也能够增大以谐振状态旋转摆动的反射部110的偏转角,即使向压电元件185、186、189、190施加的电压较小,也能够增大反射部110的偏转角,换句话说,能够提供偏转角特性良好的光学反射元件200。

夹着与旋转轴101正交即交叉的直线(假想面p200),连接部123、124、驱动部153、154、振动部143、144分别对置于连接部121、122、驱动部151、152、振动部141、142。

在实施方式2所涉及的光学反射元件200中,将驱动部151和驱动部153以同相驱动,将驱动部152和驱动部154以同相驱动,并且相对于驱动部151以及驱动部153,将驱动部152以及驱动部154以反相位在相反的方向进行驱动,从而振动部141以及振动部143、振动部142以及振动部144以反相位进行振动并能够围绕旋转轴101更大地产生相同的旋转方向的转矩。

实施方式2所涉及的光学反射元件200除了实施方式1中记载的效果,由于沿着旋转轴101从反射部110的两侧传递用于旋转摆动的转矩,因此能够增大反射部110的偏转角。此外,在反射部的偏转角与实施方式1相同的情况下,能够降低向各压电元件施加的电压。

进一步地,基部161、162的两端部分别被连结从而构成框状的框部件910。因此,光学反射元件200整体的构造的强度提高,反射部110的旋转摆动稳定。换句话说,反射部110难以摇晃并能够围绕旋转轴101稳定地旋转摆动。

另外,光学反射元件200电可以具有与图3所示的光学反射元件100a的突出部301、302相同的结构从而还具备从驱动部153、154突出的突出部,并具有相同的效果。

(实施方式3)

接下来,对光学反射元件的其他实施方式进行说明。另外,可能对具有与所述实施方式1、2相同的作用、功能、相同的形状、机构、构造的部件(部分)赋予相同的符号并省略说明。此外,以下,以与实施方式1、2不同的方面为中心来进行说明,针对相同的内容可能省略说明。

图5是实施方式3所涉及的光学反射元件300的俯视图。在图5中,针对与图1、图2、图4所示的实施方式1、2所涉及的光学反射元件100、200相同的部分赋予相同的参照编号。另外,省略旋转摆动机构201以及旋转摆动机构202的详细的符号。

实施方式3所涉及的光学反射元件300还具备能够将实施方式2所涉及的光学反射元件200的反射部110、旋转摆动机构201以及旋转摆动机构202作为整体使其旋转摆动的旋转摆动机构203和旋转摆动机构204。

旋转摆动机构203通过在与旋转摆动机构201以及旋转摆动机构202使反射部110旋转摆动的旋转轴101交叉(在本实施方式中为正交)的旋转轴102周围使框部件910旋转摆动,从而使反射部110、旋转摆动机构201以及旋转摆动机构202一体地在旋转轴102周围旋转摆动。旋转摆动机构203、204分别与旋转摆动机构201、202同样地,具备连接部、传递部、振动部、驱动部、基部以及监视器元件。此外,连接部、传递部、振动部、驱动部、基部以及监视器元件的功能、连结方式与实施方式2相同。

具体而言,如图5所示,旋转摆动机构203具备连接部125、126、传递部135、136、振动部145、146、驱动部155、156、基部163。

连接部125、126分别具有前端部125a、126a和基端部125b、126b,分别从前端部125a、126a延伸到基端部125b、126b,即从基端部125b、126b延伸到前端部125a、126a。传递部135、136分别具有前端部135a、136a和基端部135b、136b,分别从前端部135a、136a延伸到基端部135b、136b,即从基端部135b、136b延伸到前端部135a、136a。振动部145、146分别具有前端部145a、146a和基端部145b、146b,分别从前端部145a、146a延伸到基端部145b、146b,即从基端部145b、146b延伸到前端部145a、146a。驱动部155、156分别具有前端部155a、156a和基端部155b、156b,分别从前端部155a、156a延伸到基端部155b、156b,即从基端部155b、156b延伸到前端部155a、156a。

连接部125沿着通过反射部110的旋转轴102而被配置,包含基部161、162的框部件910与前端部125a被连结。驱动部155具备驱动主体部191、和在驱动主体部191上设置的压电元件192。驱动部156具备驱动主体部193、和在驱动主体部193上设置的压电元件194。在本实施方式中,基部163是用于将光学反射元件300安装于外部的构造部件的部件,基部161被一体地安装于旋转摆动机构203的连接部125的前端部125a。此外,旋转摆动机构203与旋转摆动机构201等同样地,在传递部135安装监视器元件175,在传递部136安装监视器元件176。

以下,对旋转摆动机构203的详细进行说明。

连接部125沿着旋转轴102而被配置,框部件910与前端部125a被连结并保持框部件910。连接部125将用于使框部件910旋转摆动的转矩传递到框部件910,通过连接部125围绕旋转轴102扭转角度θ2从而能够保持框部件910并且使框部件910旋转摆动角度θ2。

连接部125的形状并不被特别限定,是通过其本身扭转来使框部件910旋转摆动的部件,因此为宽度(图中y轴方向的长度)比框部件910窄的细棒状。连接部125的与旋转轴102垂直的剖面形状为矩形,连接部125的厚度为与框部件910以及其他部分相同的厚度。连接部125从框部件910到传递部135、136即从前端部125a到基端部125b为相同的剖面形状。这样,通过沿着旋转轴102设为均一的形状以及均一的面积,在使光学反射元件300驱动时,连接部125作为整体而均等地扭转,能够避免应力集中所导致的连接部125的损坏。

另外,这些结构材料不需要为相同的厚度,例如优选通过使基部163比其他部分厚,在将光学反射元件300例如安装于其他产品的平坦面时,能够确保驱动部155、156以及框部件910驱动所必须的z轴方向的空间,此外,优选光学反射元件300整体的构造的强度提高。

另外,所谓沿着旋转轴102,不仅如本实施方式这样,连接部125笔直地沿着的情况,电包含即使连接部125蜿蜒状地弯曲,或者之字形地折弯,也假想地作为整体沿着笔直的旋转轴102的情况。

传递部135、136将振动部145、146的振动作为转矩传递到连接部125。传递部135的前端部135a被连结于连接部125的框部件910的相反侧的基端部125b,基端部135b与振动部145连结。传递部135从前端部135a延伸以使得与旋转轴102交叉并远离旋转轴102,并且,延伸为与振动部145交叉。传递部136相对于包含旋转轴102并与旋转轴101垂直的假想面位于传递部135的相反侧。在连接部125的框部件910的相反侧的基端部125b连结前端部136a,基端部136b与振动部146连结。传递部136从前端部136a延伸以使得与旋转轴102交叉并远离旋转轴102,并且延伸为与振动部146交叉。

在本实施方式中,传递部135与传递部136被配置为若以旋转轴102为中心旋转180度则一致的旋转对称的关系、即线对称。传递部135是从连接部125的基端部125b即传递部135的前端部135a一直线地延伸到振动部145即基端部135b的棒状。传递部136是从连接部125的基端部125b即传递部136的前端部136a一直线地延伸到振动部146即基端部136b的棒状。在传递部135与传递部136之间存在包含旋转轴102的缝隙102s1(空间)。缝隙102s1位于旋转轴102上。这样,在传递部135、136是在一直线上延伸的棒形状的情况下,能够将振动部145、146的振动作为转矩来高效率地传递到连接部125。此外,传递部135、136延伸的方向相对于旋转轴102的角度也可以从15度以上且80度以下的范围。另外,传递部135、136的形状不仅是直线状,也可以弯曲或折弯。

振动部145、146是用于通过在以旋转轴102为中心的周方向振动,从而产生使框部件910旋转摆动的转矩的臂状的部件,分别在与旋转轴102交叉的交叉方向d145、d146延伸。振动部145相对于旋转轴102在传递部135的相同侧被配置于与旋转轴102交叉的交叉方向d145,连结传递部135的基端部135b。振动部146相对于旋转轴102在传递部135的相反侧被配置于与旋转轴102交叉的交叉方向d146,连结传递部136的基端部136b。

在本实施方式中,振动部145是在与旋转轴102正交的方向延伸的矩形棒状的部件。振动部146是与旋转轴102正交并在振动部145的相反方向延伸的矩形棒状的部件。

此外,振动部145的基端部145b与振动部146的基端部146b通过连结部3149而在连结位置3149p被一体地连结。振动部145与振动部146构成以旋转轴102为中心并在与旋转轴102正交的方向延伸的笔直的一个棒状。传递部135的基端部135b被连结于连结部3149与驱动部155之间的位置即振动部145的前端部145a与基端部145b之间的位置。传递部136的基端部136b被连结于连结部3149与驱动部156之间的位置即振动部146的前端部146a与基端部146b之间的位置。此外,传递部135与振动部145连结的部分的至少一部分、传递部136与振动部146连结的部分的至少一部分被配置于比连接部126更靠外侧的位置即比连接部126的外轮廓更远离旋转轴102为宜。通过该结构,能够将振动部145、146的振动有效地传递到传递部135、136。在本实施方式中,传递部135、136与振动部145、146连结的部分的全部被配置于比连接部126更靠外侧的位置即比连接部126的外轮廓远离旋转轴102。即,缝隙102s1的与旋转轴102直角的方向的宽度是传递部135、136的基端部135b、136b间的间隔,比连接部126的与旋转轴102直角的方向的宽度大。缝隙102s1的与旋转轴102直角的方向的宽度包含连接部126的与旋转轴102直角的方向的宽度。

驱动部155、156产生用于使振动部145、146的前端部145a、146a在以旋转轴102为中心的周方向分别振动的驱动力。驱动部155与振动部145的前端部145a连结,使振动部145围绕旋转轴102进行振动,经由传递部135来使连接部125围绕旋转轴102进行旋转摆动。驱动部156与振动部146的前端部146a连结,使振动部146围绕旋转轴102进行振动,经由传递部136来使连接部125围绕旋转轴102进行旋转摆动。

在本实施方式中,驱动部155的基端部155b与振动部145的前端部145a一体地连结,具备沿着旋转轴102向框部件910延伸的驱动主体部191。驱动主体部191是具有矩形形状的剖面的棒状。驱动主体部191具有前端部191a和基端部191b,从前端部191a延伸到基端部191b,即从基端部191b延伸到前端部191a。驱动部155的前端部155a和基端部155b分别是驱动主体部191的前端部191a和基端部191b。在驱动主体部191的表面具备沿着旋转轴102而被配置的细长的板形状的压电元件192。通过向压电元件192施加周期性地变动的电压从而压电元件192反复伸缩。对应于压电元件192的伸缩,驱动主体部191(驱动部155)反复弯曲和复原。驱动主体部191(驱动部155)的比与振动部145连结的基端部191b突出的前端部191a较大地振动,驱动主体部191(驱动部155)整体的振动能量传递到振动部145的前端部145a。

驱动部156也与驱动部155同样地,具备驱动主体部193和压电元件194,相对于包含旋转轴102并与旋转轴101正交的假想面被配置于与驱动部155对称的位置。驱动部156的动作也与驱动部155的动作相同。

即,驱动部156的基端部156b与振动部146的前端部146a一体地连结,具备沿着旋转轴102向框部件910延伸的驱动主体部193。驱动主体部193是具有矩形形状的剖面的棒状。驱动主体部193具有前端部193a和基端部193b,从前端部193a延伸到基端部193b,即从基端部193b延伸到前端部193a。驱动部156的前端部156a与基端部156b分别是驱动主体部193的前端部193a和基端部193b。在驱动主体部193的表面具备沿着旋转轴102而被配置的细长的板形状的压电元件194。通过向压电元件194施加周期性地变动的电压从而压电元件194反复伸缩。对应于压电元件194的伸缩,驱动主体部193(驱动部156)反复弯曲和复原。驱动主体部193(驱动部156)的比与振动部146连结的基端部193b突出的前端部193a较大地振动,驱动主体部193(驱动部156)整体的振动能量传递到振动部146的前端部146a。

在本实施方式中,压电元件192、193是在驱动主体部191、193的表面分别形成的、包含在厚度方向层叠电极和压电体的层叠体构造的薄膜层叠型压电促动器。由此,能够使驱动部155、156更加薄型。

另外,驱动部155、156不仅通过压电元件192、193的形变来振动,也可以具备通过与磁场、电场的相互作用而产生力的部件、装置等,使通过外部装置而产生的磁场以及电场的至少一方变化,此外,使其本身产生的磁场以及电场的至少一方变化从而进行振动。此外,作为构成压电体的材料,能够示例锆钛酸铅(pzt)等具有高压电常量的压电材料。

基部163是用于将光学反射元件300安装于外部的构造部件等的部件。基部163与相对于基部163将振动部145、146可振动地连接的连接部126连结。

连接部126沿着旋转轴102而被配置,基端部126b与基部163连结,前端部126a被连接于振动部145的基端部145b、振动部146的基端部146b。

连接部126的形状并不被特别限定,为了通过其本身扭转来将振动部145、146的振动作为转矩经由传递部135、136有效地传递至连接部125,成为与连接部125相同或者比连接部125粗的棒状。连接部126的与旋转轴102垂直的剖面形状是矩形。连接部126的厚度为与连接部125以及其他部分相同的厚度。因此,连接部126的宽度(图中y轴方向的长度)比连接部125宽。此外,连接部126从基部163到振动部145、146即从基端部126b到前端部126a为相同的剖面形状。由此,与连接部125同样地,避免应力的集中并防止连接部126断裂。此外,连接部125的扭曲刚性比旋转轴102的方向的相同的长度的连接部126的扭曲刚性小。

另外,连接部126也与连接部125同样地,不仅是笔直地沿着旋转轴102的情况,也可以蜿蜒状地弯曲,或者之字形地折弯。

监视器元件175、176被安装于传递部135、136,将传递部135、136的弯曲状态分别检测为形变。特别地,直线状地延伸的棒状的传递部135、136为了向连接部125传递转矩而几乎不扭转而在厚度方向(z轴方向)弯曲,因此监视器元件175、176能够高精度地检测传递部135、136的弯曲。因此,能够通过监视器元件175、176来准确地监视框部件910的旋转摆动的状态。

在本实施方式中,在传递部135、136分别安装监视器元件175、176。监视器元件175、176与检测电路901连接。检测电路901与监视器元件171、172的输出同样地,对两个监视器元件175、176的输出进行差动检测,即,对监视器元件175、176的输出之差进行检测,输出与差相应的差动信号。由此,能够消除各种噪声并高精度地监视框部件910的旋转摆动的状态,能够反馈于驱动部155、156的驱动的控制。具体而言,检测电路901基于差动信号来控制向压电元件192、194施加的电压,对驱动部155、156的振动的振幅进行控制。

在实施方式3所涉及的光学反射元件300中,通过将驱动部155和驱动部156以反相位在相反的方向进行驱动,从而振动部145与振动部146反相位地振动并围绕旋转轴102而产生相同的旋转方向的转矩。通过夹着旋转轴102在两侧以分离的状态而被配置的传递部135、136来向连接部125的基端部125b传递该转矩,从而能够在传递部135、136彼此不抵消转矩并高效率地传递转矩。因此,即使在高频率地使驱动部155、156驱动的情况下,也能够增大旋转摆动的框部件910的偏转角,即使向压电元件192、193施加的电压较小,也能够增大反射部110的偏转角,换句话说,能够提供偏转角特性良好的光学反射元件300。

旋转摆动机构204相对于与旋转轴102正交并包含反射部110的中心的假想面处于与旋转摆动机构203面对称的位置关系。旋转摆动机构204分别具备的连接部、传递部、振动部、驱动部、基部以及监视器元件分别相对于旋转摆动机构203被配置为面对称。

具体而言,与旋转摆动机构203所具备的连接部125、126分别面对称地,旋转摆动机构204具备连接部127、128。连接部127相对于反射部110在连接部125的相反侧沿着旋转轴102而被配置,基部162与前端部127a被连结。与旋转摆动机构203所具备的传递部135、136分别面对称地,旋转摆动机构204具备传递部137、138。与旋转摆动机构203所具备的振动部145、146分别面对称地,旋转摆动机构204具备振动部147、148。与旋转摆动机构203所具备的驱动部155、156分别面对称地,旋转摆动机构204具备驱动部157、158。驱动部157具备驱动主体部195和在驱动主体部195上设置的压电元件196。驱动部158具备驱动主体部197和在驱动主体部197上设置的压电元件198,这方面也与旋转摆动机构203相同。与旋转摆动机构203所具备的基部163面对称地,旋转摆动机构204具备基部164。在本实施方式中,基部163与基部164被一体地连结,作为整体,形成矩形环状的框部件911。此外,旋转摆动机构204与旋转摆动机构203面对称地,在传递部137安装监视器元件177,在传递部138安装监视器元件178。监视器元件175~178由与监视器元件171~174相同的材料构成。以下,对旋转摆动机构204的详细进行说明。

连接部127、128分别具有前端部127a、128a和基端部127b、128b,分别从前端部127a、128a延伸到基端部127b、128b,即从基端部127b、128b延伸到前端部127a、128a。传递部137、138分别具有前端部137a、138a和基端部137b、138b,分别从前端部137a、138a延伸到基端部137b、138b,即从基端部137b、138b延伸到前端部137a、138a。振动部147、148分别具有前端部147a、148a和基端部147b、148b,分别从前端部147a、148a延伸到基端部147b、148b,即从基端部147b、148b延伸到前端部147a、148a。驱动部157、158分别具有前端部157a、158a和基端部157b、158b,分别从前端部157a、158a延伸到基端部157b、158b,即从基端部157b、158b延伸到前端部157a、158a。

连接部127沿着旋转轴102而被配置,框部件910与前端部127a被连结并保持框部件910。连接部127将用于使框部件910旋转摆动的转矩传递到框部件910,连接部127围绕旋转轴102被扭转角度θ2从而保持框部件910并且使框部件910旋转摆动角度θ2。

连接部127的形状并不被特别限定,但由于是通过其本身扭转来使框部件910旋转摆动的部件,因此为宽度(图中y轴方向的长度)比框部件910窄的细棒状。连接部127的与旋转轴102垂直的剖面形状是矩形,连接部127的厚度为与框部件910以及其他部分相同的厚度。连接部127从框部件910到传递部137、138即从前端部127a到基端部127b为相同的剖面形状。这样,通过沿着旋转轴102设为均一的形状以及均一的面积,从而使光学反射元件300驱动时连接部127作为整体而均等地扭转,能够避免应力集中所导致的连接部127的损坏。

另外,这些结构材料不需要是相同的厚度,例如,通过使基部164比其他部分厚,在将光学反射元件300例如安装于其他产品的平坦面时,能够确保为了驱动部157、158以及框部件910进行驱动所必须的z轴方向的空间,因此优选,此外,光学反射元件300整体的构造的强度提高,因此优选。

另外,所谓沿着旋转轴102,不仅是如本实施方式那样连接部127笔直地沿着的情况,也包含即使连接部127蜿蜒状地弯曲,或者之字形地折弯,也假想地作为整体沿着笔直的旋转轴102的情况。

传递部137、138将振动部147、148的振动作为转矩传递到连接部127。传递部137的前端部137a与连接部127的框部件910的相反侧的基端部127b连结,基端部137b与振动部147连结。传递部137从前端部137a延伸以使得与旋转轴102交叉并远离旋转轴102,并且延伸为与振动部147交叉。传递部138相对于包含旋转轴102并与旋转轴101垂直的假想面位于传递部137的相反侧。在连接部127的框部件910的相反侧的基端部127b连结前端部138a,基端部138b与振动部148连结。传递部138从前端部138a延伸以使得与旋转轴102交叉并远离旋转轴102,并且延伸为与振动部148交叉。

在本实施方式中,传递部137与传递部138被配置为若以旋转轴102为中心旋转180度则一致的旋转对称的关系、即线对称。传递部137是从连接部127的基端部127b即传递部137的前端部137a到振动部147即基端部137b一直线地延伸的棒状。传递部138是从连接部127的基端部127b即传递部138的前端部138a到振动部148即基端部138b一直线地延伸的棒状。在传递部137与传递部138之间存在包含旋转轴102的缝隙102s2(空间)。缝隙102s2位于旋转轴102上。这样,在传递部137、138是在一直线上延伸的棒形状的情况下,能够将振动部147、148的振动作为转矩来高效率地传递到连接部127。此外,传递部137、138延伸的方向相对于旋转轴102的角度也可以从15度以上且80度以下的范围选择。另外,传递部137、138的形状不仅是直线状,也可以弯曲或折弯。

振动部147、148是用于通过在以旋转轴102为中心的周方向振动,产生使框部件910旋转摆动的转矩的臂状的部件,分别在与旋转轴102交叉的交叉方向d147、d148延伸。振动部147相对于旋转轴102在传递部137的相同侧被配置于与旋转轴102交叉的交叉方向d147,连结传递部137的基端部137b。振动部148相对于旋转轴102在传递部137的相反侧被配置于与旋转轴102交叉的交叉方向d148,连结传递部138的基端部138b。

在本实施方式中,振动部147是在与旋转轴102正交的方向延伸的矩形棒状的部件。振动部148是在与旋转轴102正交并且振动部147的相反方向延伸的矩形棒状的部件。

此外,振动部147的基端部147b与振动部148的基端部148b通过连结部4149在连结位置4149p被一部分地连结。振动部147和振动部148构成以旋转轴102为中心并在与旋转轴102正交的方向延伸的笔直的一个棒状。传递部137的基端部137b被连结于连结部4149与驱动部157之间的位置即振动部147的前端部147a与基端部147b之间的位置。传递部138的基端部138b被连结于连结部4149与驱动部158之间的位置即振动部148的前端部148a与基端部148b之间的位置。此外,传递部137与振动部147连结的部分的至少一部分、传递部138与振动部148连结的部分的至少一部分被配置于比连接部128更靠外侧的位置即比连接部128的外轮廓更远离旋转轴102为宜。通过该结构,能够将振动部147、148的振动有效地传递到传递部137、138。在本实施方式中,传递部137、138与振动部147、148连结的部分的全部被配置于比连接部128更靠外侧的位置即比连接部128的外轮廓更远离旋转轴102。即,缝隙102s2的与旋转轴102直角的方向的宽度是传递部137、138的基端部137b、138b间的间隔,比连接部128的与旋转轴102直角的方向的宽度大。缝隙102s2的与旋转轴102直角的方向的宽度包含连接部128的与旋转轴102直角的方向的宽度。

驱动部157、158产生用于使振动部147、148的前端部147a、148a分别在以旋转轴102为中心的周方向振动的驱动力。驱动部157与振动部147的前端部147a连结,使振动部147围绕旋转轴102进行振动,经由传递部137来使连接部127围绕旋转轴102进行旋转摆动。驱动部158与振动部148的前端部148a连结,使振动部148围绕旋转轴102进行振动,经由传递部138来使连接部127围绕旋转轴102进行旋转摆动。

在本实施方式中,驱动部157的基端部157b与振动部147的前端部147a一体地连结,具备沿着旋转轴102向框部件910延伸的驱动主体部195。驱动主体部195是具有矩形形状的剖面的棒状。驱动主体部195具有前端部195a和基端部195b,从前端部195a延伸到基端部195b,即从基端部195b延伸到前端部195a。驱动部157的前端部157a与基端部157b分别是驱动主体部195的前端部195a与基端部195b。在驱动主体部195的表面具备沿着旋转轴102而被配置的细长的板形状的压电元件196。通过向压电元件196施加周期性地变动的电压从而压电元件196反复伸缩。对应于压电元件196的伸缩,驱动主体部195(驱动部157)反复弯曲和复原。驱动主体部195(驱动部157)的比与振动部147连结的基端部195b突出的前端部195a较大地振动,驱动主体部195(驱动部157)整体的振动能量传递到振动部147的前端部147a。

驱动部158也与驱动部157同样地,具备驱动主体部197和压电元件198,相对于包含旋转轴102并与旋转轴101正交的假想面被配置于与驱动部157对称的位置。驱动部158的动作也与驱动部157的动作相同。

即,驱动部158的基端部158b与振动部148的前端部148a一体地连结,具备沿着旋转轴102向框部件910延伸的驱动主体部197。驱动主体部197是具有矩形形状的剖面的棒状。驱动主体部197具有前端部197a和基端部197b,从前端部197a延伸到基端部197b,即从基端部197b延伸到前端部197a。驱动部158的前端部158a与基端部158b分别是驱动主体部197的前端部197a与基端部193b。在驱动主体部197的表面具备沿着旋转轴102而被配置的细长的板形状的压电元件198。通过向压电元件198施加周期性地变动的电压从而压电元件198反复伸缩。对应于压电元件198的伸缩,驱动主体部197(驱动部158)反复弯曲和复原。驱动主体部197(驱动部158)的比与振动部148连结的基端部197b突出的前端部197a较大地振动,驱动主体部197(驱动部158)整体的振动能量传递到振动部148的前端部148a。

在本实施方式中,压电元件192、193是在驱动主体部191、193的表面分别形成的、包含在厚度方向层叠电极和压电体的层叠体构造的薄膜层叠型压电促动器。由此,能够使驱动部157、158更加薄型。

另外,驱动部157、158不仅通过压电元件192、193的形变来振动,也可以具备通过与磁场、电场的相互作用来产生力的部件、装置等,使通过外部装置而产生的磁场以及电场的至少一方变化,此外,使其本身产生的磁场以及电场的至少一方变化从而进行振动。此外,作为构成压电体的材料,能够示例锆钛酸铅(pzt)等具有高压电常量的压电材料。

基部164是用于将光学反射元件300安装于外部的构造部件等的部件。基部164与相对于基部164将振动部147、148可振动地连接的连接部128连结。

连接部128沿着旋转轴102而被配置,基端部128b与基部164连结,前端部128a被连结于振动部147的基端部147b和振动部148的基端部148b。

连接部128的形状并不被特别限定,但是为了通过其本身扭转从而使振动部147、148的振动作为转矩经由传递部137、138来有效地传递至连接部127,成为与连接部127相同或者比连接部127粗的棒状。连接部128的与旋转轴102垂直的剖面形状是矩形。连接部128的厚度为与连接部127以及其他部分相同的厚度。因此,连接部128的宽度(图中y轴方向的长度)比连接部127宽。此外,连接部128从基部164到振动部147、148即从基端部128b到前端部128a为相同的剖面形状。由此,与连接部126同样地,避免应力的集中并防止连接部128断裂。此外,连接部127的扭曲刚性比旋转轴102的方向的相同的长度的连接部128的扭曲刚性小。

另外,连接部128也与连接部127同样地,不仅是笔直地沿着旋转轴102的情况,也可以蜿蜒状地弯曲,或者之字形地折弯。

监视器元件177、178被安装于传递部137、138,将传递部137、138的弯曲状态分别检测为形变。特别地,直线状地延伸的棒状的传递部137、138为了向连接部127传递转矩而几乎不扭转并在厚度方向(z轴方向)弯曲,因此监视器元件177、178能够高精度地检测传递部137、138的弯曲。因此,通过监视器元件177、178能够准确地监视框部件910的旋转摆动的状态。

在本实施方式中,在传递部137、138分别安装监视器元件177、178。监视器元件177、178与检测电路901连接。检测电路901与监视器元件171、172的输出同样地,对两个监视器元件177、178的输出进行差动检测,即,对监视器元件177、178的输出之差进行检测。详细地,检测电路901基于对两个监视器元件175、176的输出进行差动检测而得到的信号、对两个监视器元件177、178的输出进行差动检测而得到的信号,生成差动信号。由此能够消除各种噪声并高精度地监视框部件910的旋转摆动的状态,能够反馈于驱动部157、158的驱动的控制。具体而言,检测电路901基于差动信号来控制向压电元件196、198施加的电压,对驱动部157、158的振动的振幅进行控制。

在实施方式3所涉及的光学反射元件300中,将驱动部157与驱动部158以反相位在相反的方向进行驱动,从而振动部147与振动部148在反相位振动并围绕旋转轴102产生相同的旋转方向的转矩。通过夹着旋转轴102并在两侧以分离的状态配置的传递部137、138来向连接部127的基端部127b传递该转矩,从而能够在传递部137、138彼此不抵消转矩地高效率地传递转矩。因此,即使在以高频率使驱动部157、158驱动的情况下也能够增大旋转摆动的框部件910的偏转角,即使向压电元件196、198施加的电压较小,也能够增大反射部110的偏转角,换句话说,能够提供偏转角特性良好的光学反射元件300。

在实施方式3所涉及的光学反射元件300中,夹着旋转轴101,连接部127、128、驱动部157、158、振动部147、148分别对置于连接部125、126、驱动部155、156、振动部145、146。

实施方式3所涉及的光学反射元件300除了实施方式1中所述的效果以及实施方式2中所述的效果,还能够使通过旋转摆动机构201、202来以旋转轴101为中心旋转摆动的反射部110以与旋转轴101交叉的旋转轴102为中心来旋转摆动。因此,例如即使在使其反射的激光为一条的情况下,也能够二维地扫描激光的照射位置。

此外,在实施方式1、2中,为旋转轴10通过反射部110的几乎中心的结构。通过该结构,反射部110的中心为不移动的不动点。通过向不动点入射光,被反射的光的光路一定,能够进行高精度的扫描。

另外,在本实施方式中,旋转轴101与旋转轴102在反射部110的几乎中心正交。由此,反射部110的中心为不移动的不动点。通过向不动点入射光,在屏幕上投影的光的光路一定,在对投影仪等使用光学反射元件300的情况下,能够将图像高精度地投影于屏幕上。

另外,光学反射元件300也可以具有与图3所示的光学反射元件100a的突出部301、302相同的结构,还具备从驱动部153~158突出的突出部,并具有相同的效果。

另外,在上述实施方式1~3中,在一对振动部以及一对驱动部整体上具有音叉形状。由此,一对振动部以及一对驱动部被配置为包围反射部110。通过该配置,能够将光学反射元件300小型化。振动部的前端以及驱动部的前端为自由端,因此能够高效地增大反射部110的偏转角,此外,能够以小能量得到大振动能量。但是,本公开并不限定于上述实施方式1~3。例如也可以将振动部和驱动部形成为一根棒状。

例如,虽然将旋转摆动机构201以及旋转摆动机构202面对称地配置,将旋转摆动机构203以及旋转摆动机构204面对称地配置,但也可以将这些分别旋转对称地配置。

此外,虽然将压电元件形成于驱动主体部的单面,但也可以形成于两面。进一步地,也可以在振动部的表面也形成压电元件。

产业上的可利用性

关于本公开所涉及的光学反射元件,具有能够小型化的效果,例如能够利用于小型的显示器装置、小型的投影仪、车载用的平视显示器装置、电子照片方式的复写机、激光打印机、光学扫描仪、光学雷达等。

-符号说明-

100、100a、200、300光学反射元件

101旋转轴(第一旋转轴)

102旋转轴(第二旋转轴)

110反射部

111反射面

121连接部(第一连接部)

122连接部(第二连接部)

123连接部(第三连接部)

124连接部(第四连接部)

125连接部(第五连接部)

126连接部(第六连接部)

127连接部(第七连接部)

128连接部(第八连接部)

131传递部(第一传递部)

132传递部(第二传递部)

133传递部(第三传递部)

134传递部(第四传递部)

135传递部(第五传递部)

136传递部(第六传递部)

137传递部(第七传递部)

138传递部(第八传递部)

141振动部(第一振动部)

142振动部(第二振动部)

143振动部(第三振动部)

144振动部(第四振动部)

145振动部(第五振动部)

146振动部(第六振动部)

147振动部(第七振动部)

148振动部(第八振动部)

1149连结部

2149连结部

151驱动部(第一驱动部)

152驱动部(第二驱动部)

153驱动部(第三驱动部)

154驱动部(第四驱动部)

155驱动部(第五驱动部)

156驱动部(第六驱动部)

157驱动部(第七驱动部)

158驱动部(第八驱动部)

161基部(第一基部)

162基部(第二基部)

163基部(第三基部)

164基部(第四基部)

171监视器元件(第一监视器元件)

172监视器元件(第二监视器元件)

173监视器元件(第三监视器元件)

174监视器元件(第四监视器元件)

175监视器元件(第五监视器元件)

176监视器元件(第六监视器元件)

177监视器元件(第七监视器元件)

178监视器元件(第八监视器元件)

183、184驱动主体部

185、186压电元件

187、188驱动主体部

189、190压电元件

191第五驱动主体部

192第五压电元件

193第六驱动主体部

194第六压电元件

195第七驱动主体部

196第七压电元件

197第八驱动主体部

198第八压电元件

201~204旋转摆动机构

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