專利名稱：光學(xué)反射元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及上升顯示器、頭置式顯示器等圖像投影裝置中使用的光學(xué)反射元件。
背景技術(shù)：
圖10是以往的二軸驅(qū)動(dòng)的光學(xué)反射元件的立體圖。光學(xué)反射元件1具有一對(duì)振子4、8、框體5、一對(duì)振子6、7、以及反射鏡部9。振子4、8與反射鏡部9的端部連結(jié)。框體 5與振子4、8連結(jié)，并包圍了振子4、8、以及反射鏡部9的外周。振子6、7在框體5的外側(cè)與端部連結(jié)。振子4、8具有與Y軸平行的中心軸S11，振子6、7具有與X軸平行的中心軸 S12。振子 4、8、6、7 是蛇(meander)形。在振子4、8、6、7中，配置有由下部電極層、壓電體層、以及上部電極層構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)元件(未圖示)。通過(guò)對(duì)該驅(qū)動(dòng)元件施加電壓，可以使反射鏡部9以中心軸Sll以及中心軸 S12為中心旋轉(zhuǎn)。而且，通過(guò)對(duì)反射鏡部9入射光，可以使其反射光在屏幕上的平面中進(jìn)行掃描，可以對(duì)墻壁、屏幕等投影圖像。在振子4、8、6、7、反射鏡部9中，還設(shè)置有由下部電極層、壓電體層、上部電極層構(gòu)成的監(jiān)視元件(未圖示)。如果將由該監(jiān)視元件檢測(cè)到的電信號(hào)經(jīng)由反饋電路輸入到驅(qū)動(dòng)元件的上部電極，則理論上可以對(duì)光學(xué)反射元件1始終以共振頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過(guò)這樣的自激驅(qū)動(dòng)方式，可以維持大振幅。這樣的光學(xué)反射元件1例如公開(kāi)于專利文獻(xiàn)1中。近年來(lái)，在二軸的光學(xué)反射元件中，要求實(shí)現(xiàn)高精度的自激驅(qū)動(dòng)。其理由是因?yàn)椋?通過(guò)高精度的自激驅(qū)動(dòng)，不論共振頻率是否有偏差，都可以穩(wěn)定地得到大的接觸角。但是， 在二軸的光學(xué)反射元件中，X軸監(jiān)視用的電極在構(gòu)造上不得不通過(guò)Y軸驅(qū)動(dòng)用的梁上方。因此，X軸監(jiān)視用的電極會(huì)拾取到Y(jié)軸驅(qū)動(dòng)用梁的高次振動(dòng)模式的信號(hào)。由此，Y軸驅(qū)動(dòng)用梁的高次振動(dòng)模式的信號(hào)成為雜散共振噪聲，因此無(wú)法適當(dāng)?shù)刈约を?qū)動(dòng)。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2008-040240號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)高精度的自激驅(qū)動(dòng)的光學(xué)反射元件。本發(fā)明的光學(xué)反射元件具有框形狀的支撐體、第1低頻振子、第2低頻振子、框體、第1高頻振子、第2高頻振子、以及反射鏡部。第1、第2低頻振子的第1端連接到支撐體的內(nèi)側(cè)。第1、第2低頻振子的第2端連接到框體的外側(cè)?？蝮w配置于第1、第2低頻振子之間。第1、第2高頻振子的第1端連接到框體的內(nèi)側(cè)。反射鏡部連接到第1、第2高頻振子的第2端，配置于上述第1、第2高頻振子之間。第1、第2高頻振子具有用于使上述反射鏡部繞第1中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的第1驅(qū)動(dòng)部、和用于測(cè)定反射鏡部的轉(zhuǎn)動(dòng)量的第1監(jiān)視元件。第1驅(qū)動(dòng)部具有基材、設(shè)置于基材之上的下部電極層、設(shè)置于下部電極層之上的壓電體層、設(shè)置于壓電體層之上的驅(qū)動(dòng)電極。第1監(jiān)視元件具有與第1驅(qū)動(dòng)部共同的基材、下部電極層以及壓電體層、和設(shè)置于壓電體層之上的第1 監(jiān)視電極。第1、第2低頻振子具有用于使框體和反射鏡部繞與第1中心軸垂直的第2中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的第2驅(qū)動(dòng)部。第2驅(qū)動(dòng)部由與第1驅(qū)動(dòng)部共同的基材、下部電極層、壓電體層、以及驅(qū)動(dòng)電極構(gòu)成。第1低頻振子還具有與第1、第2高頻振子共同的第1監(jiān)視電極、和形成于第1監(jiān)視電極與壓電體層之間并作為不靈敏帶的絕緣體層，該不靈敏帶抑制壓電體層的壓電作用影響第1監(jiān)視電極。第2低頻振子還具有用于測(cè)定框體和反射鏡部的轉(zhuǎn)動(dòng)量的第 2監(jiān)視元件。設(shè)置于第1低頻振子上的第1監(jiān)視電極從第1低頻振子上向支撐體上延伸，與設(shè)置于上述支撐體上的引出電極連接。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，可以提高從第1監(jiān)視電極輸出的監(jiān)視信號(hào)的S/N比，提高第1監(jiān)視元件的檢測(cè)精度。其結(jié)果，可以使光學(xué)反射元件高精度地自激驅(qū)動(dòng)。


圖IA是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的光學(xué)反射元件的立體圖。圖IB是圖IA所示的光學(xué)反射元件的主要部分放大圖。圖2是示出圖IA所示的光學(xué)反射元件的高頻振子的剖面的圖。圖3是示出圖IA所示的光學(xué)反射元件的低頻振子的剖面的圖。圖4是用于說(shuō)明圖IA所示的光學(xué)反射元件的驅(qū)動(dòng)電路的框圖。圖5是示出圖IA所示的光學(xué)反射元件的高頻振子的動(dòng)作的示意圖。圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的其他光學(xué)反射元件的低頻振子的剖面的圖。圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2中的光學(xué)反射元件的低頻振子的剖面的圖。圖8A是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)反射元件以及以往的光學(xué)反射元件的第1 監(jiān)視元件的噪聲信號(hào)電平的頻率特性圖。圖8B是圖8A所示的頻率特性圖的放大圖。圖9A是以往的光學(xué)反射元件的低頻振子的主要部分剖面圖。圖9B是圖6所示的光學(xué)反射元件的低頻振子的主要部分剖面圖。圖9C是圖7所示的光學(xué)反射元件的低頻振子的主要部分剖面圖。圖10是以往的光學(xué)反射元件的立體圖。(符號(hào)說(shuō)明)10、10A、10B 光學(xué)反射元件；11 反射鏡部；IlA 反射部；12,13 高頻振子；12A、 12B、12C、12D、13A、13B、13C、13D 振動(dòng)膜；14 框體；15、16 低頻振子；15A、15B、15C、15D、 15E、16A、16B、16C、16D、16E 振動(dòng)膜；17 支撐體；18 驅(qū)動(dòng)元件；19U9A 第1監(jiān)視元件； 20 第2監(jiān)視元件；21、91 基材；22、92 下部電極層；23、93 壓電體層；M、24A 絕緣體層 (不靈敏帶)；25,94 驅(qū)動(dòng)電極；26,95 第1監(jiān)視電極；27 第2監(jiān)視電極；28A,28B,29,30, 31A、31B 引出電極；32,33 放大器；34,35 阻抗元件；36,37 濾波器；38,96 分?jǐn)嗖郏?9 槽。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式1)圖IA是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的光學(xué)反射元件的立體圖，圖IB是圖IA所示的光學(xué)反射元件的主要部分放大圖。圖2是圖IA所示的光學(xué)反射元件的2-2線(中心軸Si) 中的剖面圖，示出高頻振子的剖面。圖3是3-3線(中心軸S2)中的剖面圖，示出低頻振子的剖面。如圖IA所示，本實(shí)施方式中的光學(xué)反射元件10具有反射鏡部11、第1、第2高頻振子即高頻振子12、13、第1、第2低頻振子即低頻振子15、16、框體14、以及支撐體17。高頻振子12和高頻振子13隔著反射鏡部11對(duì)置，與反射鏡部11的端部分別連結(jié)，并且與框體14的內(nèi)側(cè)連結(jié)。S卩，框體14與高頻振子12、13連結(jié)并且包圍高頻振子12、 13以及反射鏡部11的外周。低頻振子15和低頻振子16與框體14的外側(cè)分別連結(jié)，并且與框形狀的支撐體17的內(nèi)側(cè)連結(jié)。即，支撐體17與低頻振子15、16連結(jié)，并且包圍低頻振子15、16以及框體14的外周。這樣，低頻振子15、16的第1端與支撐體17的內(nèi)側(cè)連接。低頻振子15、16的第2 端與框體14的外側(cè)連接。框體14配置于低頻振子15、16之間。高頻振子12、13的第1端與框體14的內(nèi)側(cè)連接。反射鏡部11與高頻振子12、13的第2端連接，配置于高頻振子12、 13之間。高頻振子12、13的中心軸(第1中心軸)Sl與低頻振子15、16的中心軸(第2中心軸)S2交差，在反射鏡部11的重心處正交。高頻振子12、13相對(duì)低頻振子15、16的中心軸S2是線對(duì)稱形。同樣地低頻振子15、16相對(duì)高頻振子12、13的中心軸Sl是線對(duì)稱形。進(jìn)而，高頻振子12、13分別具有與X軸方向平行(與中心軸Sl垂直)的振動(dòng)膜 12A 12D、13A 13D。振動(dòng)膜12A 12D、13A 13D在同一平面上折回而連結(jié)。這樣，高頻振子12、13是蛇形形狀。同樣地，低頻振子15、16分別具有與Y軸方向平行(與中心軸 S2垂直)的振動(dòng)膜15A 15E、16A 16E。振動(dòng)膜15A 15E、16A 16E在同一平面上折回而連結(jié)。這樣，低頻振子15、16也是蛇形形狀。高頻振子12、13和低頻振子15、16分別具有不同的共振驅(qū)動(dòng)頻率，其頻率比是 10 200倍左右。例如，高頻振子12、13的共振頻率是10kHz，低頻振子15、16的共振頻率是200Hz左右。如圖2所示，在構(gòu)成高頻振子12、13的振動(dòng)膜12A 12D、13A 13D之上，分別配置了驅(qū)動(dòng)元件18以及第1監(jiān)視元件19。驅(qū)動(dòng)元件18是用于使反射鏡部11針對(duì)高頻振子 12、13繞中心軸Sl進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的第1驅(qū)動(dòng)部。第1監(jiān)視元件19用于檢測(cè)高頻振子12、13的振動(dòng)，是為了測(cè)定反射鏡部U的轉(zhuǎn)動(dòng)量而設(shè)置的。驅(qū)動(dòng)元件18包括基材21、下部電極層22、壓電體層23、以及驅(qū)動(dòng)電極25。下部電極層22形成于基材21上，壓電體層23層疊于下部電極層22上。上部電極層即驅(qū)動(dòng)電極 25層疊于壓電體層23上。驅(qū)動(dòng)電極25是用于施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電極。第1監(jiān)視元件19包括第1監(jiān)視電極沈、和與驅(qū)動(dòng)元件18共同的基材21、下部電極層22以及壓電體層23。上部電極層即第1監(jiān)視電極沈在壓電體層23上與驅(qū)動(dòng)電極25 絕緣，層疊于驅(qū)動(dòng)電極25的旁邊。第1監(jiān)視電極沈是用于監(jiān)視高頻振子12、13的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電極。另一方面，如圖3所示，在構(gòu)成低頻振子16的振動(dòng)膜16A 16E之上，配置有驅(qū)動(dòng)元件18以及第2監(jiān)視元件20。另外，在構(gòu)成低頻振子15的振動(dòng)膜15A 15E之上，配置有驅(qū)動(dòng)元件18、和從高頻振子12、13的第1監(jiān)視元件19引出的第1監(jiān)視電極26。低頻振子 15,16中的驅(qū)動(dòng)元件18是用于使框體14和反射鏡部11繞中心軸S2進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的第2驅(qū)動(dòng)部。第2監(jiān)視元件20是為了測(cè)定框體14和反射鏡部11的轉(zhuǎn)動(dòng)量而設(shè)置的。驅(qū)動(dòng)元件18包括基材21、下部電極層22、壓電體層23、以及驅(qū)動(dòng)電極25。這樣構(gòu)成驅(qū)動(dòng)元件18的各要素通過(guò)高頻振子12、13和低頻振子15、16而連續(xù)形成。
第2監(jiān)視元件20包括第2監(jiān)視電極27、和與驅(qū)動(dòng)元件18共同的基材21、下部電極層22以及壓電體層23。上部電極層即第2監(jiān)視電極27在壓電體層23上與驅(qū)動(dòng)電極25 絕緣，層疊于驅(qū)動(dòng)電極25的旁邊。第2監(jiān)視電極27是用于監(jiān)視低頻振子15、16的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電極。配置于振動(dòng)膜15A 15E上的第1監(jiān)視電極沈設(shè)置于壓電體層23的不靈敏帶、 即壓電體層23的壓電特性未影響到的區(qū)域中。換言之，低頻振子15具有第1監(jiān)視電極沈和不靈敏帶。第1監(jiān)視電極沈與高頻振子12、13共同地形成。不靈敏帶形成于第1監(jiān)視電極沈與壓電體層23之間，抑制壓電體層23的壓電作用影響第1監(jiān)視電極26。具體而言，在第1監(jiān)視電極沈與壓電體層23之間，設(shè)置了不靈敏帶即電阻值高的絕緣體層對(duì)。即，絕緣體層M設(shè)置于在基材21的上方設(shè)置的壓電體層23之上，第1監(jiān)視電極26設(shè)置于絕緣體層M之上。通過(guò)絕緣體層M，可以不在第1監(jiān)視電極沈的正下方設(shè)置壓電體層23，而在壓電體層23的不靈敏帶設(shè)置第1監(jiān)視電極26。另外，在支撐體17的低頻振子15側(cè)設(shè)置了引出電極^AJ9、31A，在低頻振子16 側(cè)設(shè)置了引出電極^B、30、3IB。配置在高頻振子12、13上和低頻振子15、16上的驅(qū)動(dòng)電極 25引出到引出電極^AJ8B。即，驅(qū)動(dòng)電極25從弓丨出電極28A經(jīng)由低頻振子15之上、高頻振子12之上、反射鏡部11之上、高頻振子13之上、低頻振子16之上而與引出電極28B連接。另外，如圖IB所示，配置在高頻振子12、13上以及反射鏡部11上的第1監(jiān)視電極 26引出到低頻振子15上，進(jìn)而引出到引出電極四。即，設(shè)置于低頻振子15上的第1監(jiān)視電極26從低頻振子15上向支撐體17上延伸，與設(shè)置于支撐體17上的引出電極四連接。配置于低頻振子16上的第2監(jiān)視電極27引出到引出電極30。形成驅(qū)動(dòng)元件18、 第1監(jiān)視元件19、第2監(jiān)視元件20的下部電極層22引出到引出電極31A、31B。另外，在支撐體17內(nèi)，特別是在引出電極的正下方，層疊形成了驅(qū)動(dòng)元件18以及第1監(jiān)視元件19、第2監(jiān)視元件20各自的下部電極層22所連接的內(nèi)層電極(未圖示)，引出電極31A、31B經(jīng)由該內(nèi)層電極與下部電極層22連接。接下來(lái)，說(shuō)明構(gòu)成光學(xué)反射元件10的各部件的組成。從生產(chǎn)性的觀點(diǎn)來(lái)看，基材 21優(yōu)選由硅晶片、金屬、玻璃或者陶瓷基板等具有彈性、機(jī)械性強(qiáng)度以及高的楊氏模量的材料構(gòu)成。例如，從機(jī)械性特性和取材性的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選使用金屬、水晶、玻璃、石英或者陶瓷材料。進(jìn)而，硅、鈦、MgO、不銹鋼、埃林瓦爾鎳鉻合金、黃銅合金等金屬在光學(xué)反射元件10 的振動(dòng)特性、加工性的方面是優(yōu)選的。另外，對(duì)基材21使用了硅等導(dǎo)電性材料的情況下，在基材21與下部電極層22之間形成絕緣層，預(yù)先使基材21和下部電極層22電絕緣即可。此時(shí)，作為絕緣層，優(yōu)選為二
氧化硅。作為使用于壓電體層23的壓電體材料，優(yōu)選為鋯鈦酸鉛(PZT)等具有高的壓電常數(shù)的壓電體材料。作為使用于絕緣體層M的材料，可以舉出永久抗蝕劑。這種抗蝕劑是以環(huán)氧樹(shù)脂為基的化學(xué)放大類的負(fù)型抗蝕劑，通過(guò)在曝光時(shí)生成強(qiáng)酸，由此通過(guò)曝光后的熱處理以酸為觸媒，進(jìn)行樹(shù)脂的交聯(lián)反應(yīng)。因此，對(duì)通常的有機(jī)溶劑、酸/堿等的耐受性高。另外，通過(guò)在壓電體層23的整面涂敷絕緣體層M并進(jìn)行曝光，由此可以在壓電體層23上形成絕緣體層M的圖案。之后通過(guò)以180 200°C進(jìn)行熱處理，可以進(jìn)一步促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)，提高對(duì)通常的有機(jī)溶劑、酸/堿等的耐受性。作為絕緣體層24，除了使用永久抗蝕劑以外，還可以使用二氧化硅、氮化硅等。這些可以通過(guò)光刻、干蝕刻等來(lái)形成圖案。作為下部電極層22而使用鉬，從而可以提高壓電體層23的結(jié)晶性。作為上部電極層即驅(qū)動(dòng)電極25、第1監(jiān)視電極沈、第2監(jiān)視電極27的材料，可以舉出金、鈦/金等。另外，下部電極層22、壓電體層23、上部電極層可以通過(guò)蒸鍍、溶膠-凝膠、CVD、濺射法等進(jìn)行薄膜化而層疊。另外，如圖2、圖3所示，反射鏡部11的上表面的大部分被由鋁等反射率高的材料構(gòu)成的反射部IlA所覆蓋。在反射鏡部11的上表面的除了形成了反射部IlA以外的部分， 形成了第1監(jiān)視電極沈和驅(qū)動(dòng)電極25。另外，也可以用第1監(jiān)視電極沈覆蓋反射鏡部11 的上表面的大部分。也可以在這樣的第1監(jiān)視電極沈之上進(jìn)一步層疊鋁等反射率高的材料。另外，圖2、圖3所示的反射鏡部11雖然具有基材21、下部電極層22、以及壓電體層23， 但不限于該結(jié)構(gòu)。例如，也可以是在反射鏡部11的該部分中不設(shè)置下部電極層22和壓電體層23，而僅由上表面處于與高頻振子12、13的壓電體層23的上表面相同的平面上的基材構(gòu)成。接下來(lái)，參照?qǐng)D4，說(shuō)明本實(shí)施方式中的光學(xué)反射元件的驅(qū)動(dòng)方法。圖4是用于說(shuō)明光學(xué)反射元件10的驅(qū)動(dòng)電路的框圖。首先，向放大器32輸入使高頻振子12、13驅(qū)動(dòng)的電信號(hào)(交流電壓)，并進(jìn)行放大。另外，向與放大器32并聯(lián)地配置的放大器33，輸入使低頻振子15、16驅(qū)動(dòng)的電信號(hào)(交流電壓)，并進(jìn)行放大。另外，向高頻振子12、13輸入具有高頻振子12、13固有的振動(dòng)頻率的電信號(hào)，高頻振子12、13共振驅(qū)動(dòng)。另外，向低頻振子15、16輸入具有低頻振子15、16固有的振動(dòng)頻率的電信號(hào)，低頻振子15、16共振驅(qū)動(dòng)。由此，始終以共振頻率被驅(qū)動(dòng)，所以可以高效地使高頻振子12、13以及低頻振子15、16驅(qū)動(dòng)，可以使位移增大，得到大的擺角。然后，前述的電信號(hào)分別經(jīng)由電阻器等阻抗元件34、35而合成，被供給到引出電極 28A、28B。然后，該合成的電信號(hào)從引出電極^A、28B流到在低頻振子15、16以及高頻振子 12,13中共同的驅(qū)動(dòng)電極25，各個(gè)驅(qū)動(dòng)元件18驅(qū)動(dòng)。另外，配置于高頻振子12、13上的第1監(jiān)視元件19的第1監(jiān)視電極沈?qū)⒏哳l振子12、13的位移作為電信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。然后，該電信號(hào)經(jīng)由形成于低頻振子15上的第1監(jiān)視電極沈，引出到引出電極四。另外，配置于低頻振子16上的第2監(jiān)視元件20的第2監(jiān)視電極27將低頻振子16的位移作為電信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。該電信號(hào)被引出到引出電極30。引出到引出電極四的電信號(hào)經(jīng)由濾波器36取出，并再次輸入到放大器32。同樣地，引出到引出電極30的電信號(hào)也經(jīng)由濾波器37取出，并再次輸入到放大器33。這樣從第 1監(jiān)視電極26、第2監(jiān)視電極27輸出的電信號(hào)被反饋到位于高頻振子12、13、低頻振子15、 16中的驅(qū)動(dòng)電極25。由此，光學(xué)反射元件10自激驅(qū)動(dòng)。另外，作為阻抗元件34、35，除了上述電阻器以外，還可以舉出電容器、線圈等電抗元件、或者阻抗元件和電抗元件的組合等。
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另外，在上述說(shuō)明中，向高頻振子12、13和低頻振子15、16的驅(qū)動(dòng)元件18，施加合成后的電信號(hào)。因此，共同的上部電極層即驅(qū)動(dòng)電極25形成于高頻振子12、13和低頻振子 15、16，并如圖IA所示繞回。但是，還可以通過(guò)其他電路結(jié)構(gòu)使光學(xué)反射元件10驅(qū)動(dòng)。例如，對(duì)于高頻振子12、13的驅(qū)動(dòng)電極和低頻振子15、16的驅(qū)動(dòng)電極25，也可以分別以電方式獨(dú)立地形成。接下來(lái)，說(shuō)明光學(xué)反射元件10的動(dòng)作。如圖2所示，在高頻振子12、13的振動(dòng)膜 12A 12D、13A 13D上，每隔一根形成了寬幅的驅(qū)動(dòng)元件18 (驅(qū)動(dòng)電極25)。因此，通過(guò)向驅(qū)動(dòng)電極25施加高頻振子12、13的共振頻率的交流電壓(電信號(hào))，形成有寬幅的驅(qū)動(dòng)元件18的振動(dòng)膜12A、12C、13A、13C在其厚度方向上引起彎曲振動(dòng)。于是，根據(jù)共振的原理， 與振動(dòng)膜12A、12C、13A、13C鄰接的振動(dòng)膜12B、12D、13B、13D，在逆方向上引起彎曲振動(dòng)。因此，振動(dòng)膜12A 12D、13A 13D交替逆相位地振動(dòng)，如圖5所示以中心軸Sl為中心而位移被積蓄。因此，可以使反射鏡部11以中心軸Sl為中心而大幅反復(fù)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。另外，在與振動(dòng)膜12A、12C、13A、13C鄰接的振動(dòng)膜12B、12D、13B、13D上，形成了窄幅的驅(qū)動(dòng)元件18。因此，實(shí)質(zhì)上電壓幾乎不被施加到振動(dòng)膜12B、12D、13B、13D。因此，振動(dòng)膜12B、12D、13B、13D與振動(dòng)膜12A、12C、13A、13C逆相位地位移。同樣地，如圖3所示，在低頻振子15、16的振動(dòng)膜15A 15E、16A 16E上，每隔一根形成了寬幅的驅(qū)動(dòng)元件18(驅(qū)動(dòng)電極2 。因此，如果向驅(qū)動(dòng)電極25施加了低頻振子 15、16的共振頻率的交流電壓(電信號(hào))，則振動(dòng)膜15A、15C、15E、16A、16C、16E在其厚度方向上引起彎曲振動(dòng)。于是，根據(jù)共振的原理，與振動(dòng)膜15A、15C、15E、16A、16C、16E鄰接的振動(dòng)膜15B、15D、16B、16D，在逆方向上引起彎曲振動(dòng)。因此，振動(dòng)膜15A 15E、16A 16E交替逆相位地振動(dòng)，以中心軸S2為中心而位移被積蓄。因此，可以使反射鏡部11以中心軸S2 為中心而大幅反復(fù)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。另外，在與振動(dòng)膜15A、15C、15E、16A、16C、16E 鄰接的振動(dòng)膜 15B、15D、16B、16D 上， 形成了窄幅的驅(qū)動(dòng)元件18。因此，實(shí)質(zhì)上電壓幾乎不被施加到振動(dòng)膜15B、15D、16B、16D。因此，振動(dòng)膜15B、15D、16B、16D與振動(dòng)膜15A、15C、15E、16A、16C、16E逆相位地位移。通過(guò)以上的結(jié)構(gòu)，在光學(xué)反射元件10中，可以使反射鏡部11以其中心為不動(dòng)點(diǎn)， 并且使其在二軸方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。接下來(lái)，說(shuō)明本實(shí)施方式中的效果。在光學(xué)反射元件10中，在低頻振子15上繞回的第1監(jiān)視電極沈在壓電體層23的不靈敏帶中繞回。具體而言，在構(gòu)成低頻振子15的振動(dòng)膜15A 15E上配置的第1監(jiān)視電極沈與壓電體層23之間，設(shè)置了電阻值高的絕緣體層M。由此，可以大幅抑制由于低頻振子15中的多余的高次振動(dòng)模式的信號(hào)而引起的雜散共振噪聲。因此，可以提高監(jiān)視信號(hào)的S/N比，提高第1監(jiān)視元件19的檢測(cè)精度，使光學(xué)反射元件10高精度地自激驅(qū)動(dòng)。因此，可以可靠地捕捉監(jiān)視信號(hào)，無(wú)論共振頻率是否有偏差， 都可以穩(wěn)定地得到大的接觸角。另外，如果使驅(qū)動(dòng)頻率增大，則阻抗變小。因此，本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)特別對(duì)提高以高頻驅(qū)動(dòng)的高頻振子12的第1監(jiān)視元件19的檢測(cè)精度是有用的。另外，驅(qū)動(dòng)電極25在高頻振子12、13、低頻振子15、16中是共同的。因此，可以減少在光學(xué)反射元件10上繞回的電極的布線數(shù)，可以提高生產(chǎn)效率，并且還可以降低電極之間的干擾。
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另外，高頻振子12、13以及低頻振子15、16可以分別利用共振的原理，通過(guò)一根驅(qū)動(dòng)電極25使振動(dòng)膜12A 12D、13A 13D、和振動(dòng)膜15A 15E、16A 16E交替逆相位地振動(dòng)，并積蓄位移。因此，可以維持高的驅(qū)動(dòng)效率，并且減少電極的布線數(shù)。另外，高頻振子12、13與反射鏡部11的連接位置和高頻振子12、13與框體14的連接位置優(yōu)選關(guān)于振動(dòng)軸處于相互相反的位置。通過(guò)設(shè)成這樣的構(gòu)造，可以使振動(dòng)軸接近于通過(guò)反射鏡部11的中心部的Sl軸，可以得到更大的反射鏡振幅。另外，高頻振子12、13具有對(duì)相鄰的振動(dòng)膜進(jìn)行連接并與中心軸Sl平行的折彎部。也可以改變與各振動(dòng)膜的中心軸S2平行的方向的長(zhǎng)度，使該折彎部在與中心軸Sl正交的方向、即與中心軸S2平行的方向上移動(dòng)。通過(guò)這樣的構(gòu)造變化，即使改變了高頻振子 12,13的共振頻率，也可以使振動(dòng)軸接近于通過(guò)反射鏡部11中心部的Sl軸。因此，可以得到大的反射鏡振幅。另外，在本實(shí)施方式中，經(jīng)由阻抗元件合成了二個(gè)電信號(hào)，但也可以例如經(jīng)由前置放大器、飽和放大器、帶通濾波器和加法合成電路來(lái)合成。在該情況下，由于由有源元件構(gòu)成電路，所以可以對(duì)它們進(jìn)行IC芯片化，可以使安裝工序合理化。另外，將高頻振子12、13、低頻振子15、16的形狀設(shè)為了蛇形，但不限于此，即使是例如懸臂型、十字形型、音叉型、各種形狀也可以應(yīng)用。接下來(lái)，參照?qǐng)D6，說(shuō)明光學(xué)反射元件的更優(yōu)選的構(gòu)造。圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的其他光學(xué)反射元件的低頻振子的剖面的圖。在圖6所示的光學(xué)反射元件IOA中，在驅(qū)動(dòng)元件18與第1監(jiān)視元件19、或者驅(qū)動(dòng)元件18與第2監(jiān)視元件20之間設(shè)置了分?jǐn)嗖?8。其以外的結(jié)構(gòu)與圖IA 圖3所示的光學(xué)反射元件10相同。分?jǐn)嗖?8形成至基材21，其底部在基材21中形成了槽39。另外，分?jǐn)嗖?8具有使驅(qū)動(dòng)元件18中的下部電極層22和第1監(jiān)視元件19中的下部電極層22分?jǐn)嗟纳疃燃纯伞?另外，具有使驅(qū)動(dòng)元件18中的下部電極層22和第2監(jiān)視元件20中的下部電極層22分?jǐn)嗟纳疃燃纯?。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)元件18和第1監(jiān)視元件19或者驅(qū)動(dòng)元件18和第2監(jiān)視元件20被分離配置。因此，驅(qū)動(dòng)元件18和第1監(jiān)視元件19或者第2監(jiān)視元件20電絕緣。另外，分?jǐn)嗖?8、槽39可以以如下方式形成。首先，通過(guò)干蝕刻或者濕蝕刻等對(duì)驅(qū)動(dòng)電極25、或者第1監(jiān)視電極26、第2監(jiān)視電極27、絕緣體層M進(jìn)行圖案化。如此形成分?jǐn)嗖?8。之后，依次通過(guò)干蝕刻對(duì)壓電體層23、下部電極層22進(jìn)行圖案化。如此形成槽 39。另外，在由硅等導(dǎo)電性材料形成了基材21的情況下，在基材21與下部電極層22 之間進(jìn)一步設(shè)置絕緣層。通過(guò)以使分?jǐn)嗖?8的底部(槽39)達(dá)到絕緣體層M或者其下層的基材21的方式形成分?jǐn)嗖?8，可以可靠地使驅(qū)動(dòng)電極25和第1監(jiān)視電極沈或者驅(qū)動(dòng)電極25和第2監(jiān)視電極27電絕緣。此時(shí)，作為絕緣層，優(yōu)選為硅的自然氧化膜、熱氧化膜即
二氧化硅。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在光學(xué)反射元件IOA中，大幅抑制低頻振子15中的多余的高次振動(dòng)模式的噪聲信號(hào)，并且降低驅(qū)動(dòng)元件18以及第1監(jiān)視元件19之間的泄漏，從而可以提高第1監(jiān)視電極沈的檢測(cè)精度，可以使光學(xué)反射元件IOA高精度地自激驅(qū)動(dòng)。
S卩，在光學(xué)反射元件IOA中，使第1監(jiān)視元件19和第2監(jiān)視元件20的下部電極層 22、以及驅(qū)動(dòng)元件18的下部電極層22通過(guò)分?jǐn)嗖?8電絕緣。因此，可以抑制由于高次振動(dòng)模式的信號(hào)引起的雜散共振噪聲，進(jìn)而，可以抑制在第1監(jiān)視元件19與驅(qū)動(dòng)元件18之間、 或者第2監(jiān)視元件20與驅(qū)動(dòng)元件18之間流過(guò)泄漏電流。進(jìn)而，在高頻振子12、13、低頻振子15、16中，都蝕刻至在基材21中形成槽39。由此，可以使下部電極層22大至可靠地分離，以不會(huì)使驅(qū)動(dòng)電極25、和第1監(jiān)視電極沈以及第2監(jiān)視電極27由于下部電極層22的殘?jiān)痣娙蓠詈匣蛘邔?dǎo)通。因此，即使增大了下部電極層22的布線距離，也可以降低驅(qū)動(dòng)電極25與第1監(jiān)視電極沈之間、或者驅(qū)動(dòng)電極25與第2監(jiān)視電極27之間的泄漏電流。此處，在需要大振幅的光學(xué)反射元件IOA中，有時(shí)將高頻振子12、13、低頻振子15、 16設(shè)為蛇形，振子的梁長(zhǎng)變得非常長(zhǎng)。進(jìn)而，由于第1監(jiān)視電極沈成為在低頻振子15上繞回的結(jié)構(gòu)，所以振子的梁長(zhǎng)進(jìn)一步變長(zhǎng)。在該情況下，從下部電極層22的布線距離也會(huì)變長(zhǎng)來(lái)看，認(rèn)為下部電極層22的接地并不充分。即使這樣成為下部電極層22的接地并不充分的狀態(tài)，通過(guò)設(shè)置分?jǐn)嗖?8，也可以降低第1監(jiān)視元件19與驅(qū)動(dòng)元件18之間、或者第2 監(jiān)視元件20與驅(qū)動(dòng)元件18之間的泄漏電流。另外，形成分?jǐn)嗖?8直至達(dá)到基材21，由此導(dǎo)電體物質(zhì)或者電介體物質(zhì)難以附著，可以進(jìn)一步降低泄漏。另外，槽39的底面平坦地形成，但也可以將槽39的形狀構(gòu)成為在從剖面觀察時(shí)從其外周朝向中央變深。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)元件18的下部電極層22與第1監(jiān)視元件19的下部電極層22之間的絕緣距離變長(zhǎng)，可以降低泄漏。另外，即使在槽39中附著了導(dǎo)電體成分、 電介體成分，與底面是平坦的情況相比，實(shí)際距離也會(huì)變長(zhǎng)。因此，可以進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)元件18的下部電極層22與第1監(jiān)視元件19的下部電極層22之間、或者驅(qū)動(dòng)元件18的下部電極層22與第2監(jiān)視元件20的下部電極層22之間的泄漏。(實(shí)施方式2)以下，使用圖7，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式2中的光學(xué)反射元件10B。圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2中的光學(xué)反射元件的低頻振子的剖面的圖。另外，對(duì)于具有與實(shí)施方式 1同樣的結(jié)構(gòu)的部分，省略其說(shuō)明，詳述不同點(diǎn)。在光學(xué)反射元件IOB中，在低頻振子15的振動(dòng)膜15A 15E上的基材21之上設(shè)置了絕緣體層24A，第1監(jiān)視電極沈設(shè)置于絕緣體層24A之上。即，在第1監(jiān)視電極沈之下沒(méi)有設(shè)置壓電體層23和下部電極層22，而僅設(shè)置絕緣體層24A和基材21，由此構(gòu)成了第 1監(jiān)視元件19A。該點(diǎn)與實(shí)施方式1不同。另外，在圖7中，低頻振子16具有與圖6同樣的構(gòu)造，但也可以具有與圖2同樣的構(gòu)造。另外，絕緣體層24A可以由與實(shí)施方式1的絕緣體層對(duì)同樣的材料構(gòu)成。在這樣的結(jié)構(gòu)中，第1監(jiān)視電極沈也設(shè)置于壓電體層23的不靈敏帶即絕緣體層 24A之上。絕緣體層24A設(shè)置于第1監(jiān)視電極沈與壓電體層23之間。在該結(jié)構(gòu)中，也抑制壓電體層23的壓電作用影響第1監(jiān)視電極26。即，可以大幅抑制低頻振子15中的多余的高次振動(dòng)模式的噪聲信號(hào)影響第1監(jiān)視電極26。另外，驅(qū)動(dòng)元件18與第1監(jiān)視元件19A 之間的泄漏被降低，可以提高第1監(jiān)視電極26的檢測(cè)精度，使光學(xué)反射元件IOB高精度地自激驅(qū)動(dòng)。另外，該構(gòu)造與實(shí)施方式1的圖6的構(gòu)造相比，更容易進(jìn)行微細(xì)加工。因此，在元件的小型化、生產(chǎn)性的方面優(yōu)異。實(shí)施例接下來(lái)，參照?qǐng)D8A 圖9C，說(shuō)明通過(guò)上述實(shí)施方式的圖6的結(jié)構(gòu)以及實(shí)施方式2 的結(jié)構(gòu)形成光學(xué)反射元件10A、10B，并驗(yàn)證了各自的S/N比改善的效果的結(jié)果。圖8A是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的光學(xué)反射元件以及以往的光學(xué)反射元件的第1 監(jiān)視元件的噪聲信號(hào)電平的頻率特性圖，圖8B是其放大圖，示出峰值B附近。橫軸表示驅(qū)動(dòng)頻率、縱軸表示來(lái)自第1監(jiān)視元件的噪聲信號(hào)電平。另外，峰值A(chǔ)表示光學(xué)反射元件的驅(qū)動(dòng)頻率(基本模式)，峰值B表示在該驅(qū)動(dòng)振動(dòng)下感應(yīng)的高次的振動(dòng)模式。在本實(shí)施例中， 峰值A(chǔ)被設(shè)計(jì)為大至10000Hz附近，峰值B在20000Hz附近產(chǎn)生。圖9A所示的參照用的以往的光學(xué)反射元件具有驅(qū)動(dòng)元件97和監(jiān)視元件98。驅(qū)動(dòng)元件97包括基材91、下部電極層92、壓電體層93、以及驅(qū)動(dòng)電極94。監(jiān)視元件98包括基材91、下部電極層92、壓電體層93、以及第1監(jiān)視電極95。驅(qū)動(dòng)元件97和監(jiān)視元件98被貫通下部電極層22和基材21的一部分的分?jǐn)嗖?6所分離。在實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)中，如圖 9B所示，驅(qū)動(dòng)元件18和監(jiān)視元件19被分?jǐn)嗖?8所分離，并且在第1監(jiān)視電極沈與壓電體層23之間設(shè)置了絕緣體層M。在實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)中，如圖9C所示，在與下部電極層22 以及基材21的一部分一起去除了壓電體層23之后，形成了絕緣體層24A和第1監(jiān)視電極 26。即，不形成分?jǐn)嗖鄱?qū)動(dòng)元件18和第1監(jiān)視元件19A被分離。從圖8A、圖8B可知，通過(guò)設(shè)成實(shí)施方式1以及實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)，在與高次的振動(dòng)模式即峰值B對(duì)應(yīng)的頻率處，噪聲信號(hào)電平大幅衰減，并且頻率特性變得平坦。這樣，通過(guò)采用本實(shí)施方式中的第1監(jiān)視元件的結(jié)構(gòu)，可以對(duì)于第1監(jiān)視元件可靠地分離并降低由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)而產(chǎn)生的高次模式的信號(hào)。其結(jié)果，可以提高來(lái)自第1監(jiān)視元件的信號(hào)電平的S/N比來(lái)高精度地驅(qū)動(dòng)光學(xué)反射元件。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的光學(xué)反射元件可以與以往相比更高精度地自激驅(qū)動(dòng)，可以利用于上升顯示器、頭置式顯示器等圖像投影裝置。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)反射元件，其特征在于，具有 框形狀的支撐體；第1低頻振子，第1端連接到所述支撐體的內(nèi)側(cè)； 第2低頻振子，第1端連接到所述支撐體的內(nèi)側(cè)；框體，外側(cè)與所述第1、第2低頻振子的第2端連接，配置于所述第1、第2低頻振子之間；第1高頻振子，第1端連接到所述框體的內(nèi)側(cè)； 第2高頻振子，第1端連接到所述框體的內(nèi)側(cè)；以及反射鏡部，與所述第1、第2高頻振子的第2端連接，配置于所述第1、第2高頻振子之間，所述第1、第2高頻振子具有用于使所述反射鏡部繞第1中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的第1驅(qū)動(dòng)部、和用于測(cè)定所述反射鏡部的轉(zhuǎn)動(dòng)量的第1監(jiān)視元件，所述第1驅(qū)動(dòng)部具有基材、設(shè)置于所述基材之上的下部電極層、設(shè)置于所述下部電極層之上的壓電體層、以及設(shè)置于所述壓電體層之上的驅(qū)動(dòng)電極，所述第1監(jiān)視元件具有與所述第1驅(qū)動(dòng)部共同的所述基材、所述下部電極層以及所述壓電體層、和設(shè)置于所述壓電體層之上的第1監(jiān)視電極，所述第1、第2低頻振子具有用于使所述框體和所述反射鏡部繞與所述第1中心軸垂直的第2中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的第2驅(qū)動(dòng)部，所述第2驅(qū)動(dòng)部由與所述第1驅(qū)動(dòng)部共同的所述基材、所述下部電極層、所述壓電體層以及所述驅(qū)動(dòng)電極構(gòu)成，所述第1低頻振子還具有與所述第1、第2高頻振子共同的所述第1監(jiān)視電極、以及形成于所述第1監(jiān)視電極與所述壓電體層之間且作為不靈敏帶的絕緣體層，該不靈敏帶抑制所述壓電體層的壓電作用影響所述第1監(jiān)視電極，所述第2低頻振子還具有用于測(cè)定所述框體和所述反射鏡部的轉(zhuǎn)動(dòng)量的第2監(jiān)視元件，設(shè)置于所述第1低頻振子上的所述第1監(jiān)視電極從所述第1低頻振子之上向所述支撐體延伸，并連接到設(shè)置于所述支撐體的引出電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)反射元件，其特征在于，在所述第1低頻振子中，所述絕緣體層設(shè)置于在所述基材的上方設(shè)置的所述壓電體層之上，所述第1監(jiān)視電極設(shè)置于所述絕緣體層之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)反射元件，其特征在于，在所述第1低頻振子中，所述絕緣體層設(shè)置于所述基材之上，所述第1監(jiān)視電極設(shè)置于所述絕緣體層之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)反射元件，其特征在于，在所述第1低頻振子的所述驅(qū)動(dòng)電極與所述第1監(jiān)視電極之間、第2低頻振子的所述驅(qū)動(dòng)電極與所述第2監(jiān)視電極之間、所述第1、第2高頻振子的所述驅(qū)動(dòng)電極與所述第1監(jiān)視電極之間，分別設(shè)置了分?jǐn)嗖?，所述分?jǐn)嗖劬哂兄辽偈顾鱿虏侩姌O層分?jǐn)嗟纳疃取?br> 全文摘要
光學(xué)反射元件具有反射鏡部、使該反射鏡部振動(dòng)的一對(duì)高頻振子以及一對(duì)低頻振子。高頻振子具有基材、形成于該基材上的下部電極層、壓電體層、上部電極層即驅(qū)動(dòng)電極、以及第1監(jiān)視電極。低頻振子的一方具有與高頻振子共同的基材、下部電極層、壓電體層及驅(qū)動(dòng)電極、以及上部電極層即第2監(jiān)視電極。低頻振子的另一方具有與高頻振子共同的基材、下部電極層、壓電體層、驅(qū)動(dòng)電極及第1監(jiān)視電極、和作為抑制壓電體層的壓電作用影響第1監(jiān)視電極的不靈敏帶的絕緣體層。設(shè)置于低頻振子上的第1監(jiān)視電極從低頻振子之上連接到引出電極。
文檔編號(hào)G02B26/08GK102405433SQ201080017370
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者中圓晉輔, 古川成男, 堀江壽彰, 多田真樹(shù), 寺田二郎, 小牧一樹(shù), 山本雄大, 平岡聰一郎 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社