JP4622916B2 - Vibration element, method for manufacturing vibration element, optical scanning apparatus, image forming apparatus, and image display apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、例えばレーザ光の走査等に用いる振動素子、特にコイルを備え電磁力を用いて振動する振動素子、この振動素子の製造方法、かかる振動素子を備えた光走査装置、かかる光走査装置を備えた画像形成装置、かかる光走査装置やかかる画像形成装置を備えた画像表示装置に関する。 The present invention relates to a vibration element used for, for example, laser beam scanning, in particular, a vibration element that includes a coil and vibrates using electromagnetic force, a method for manufacturing the vibration element, an optical scanning device including the vibration element, and the optical scanning device The present invention relates to an image forming apparatus including the above, an optical scanning apparatus, and an image display apparatus including such an image forming apparatus.
従来、マイクロマシニング技術を応用した電磁アクチュエータの一つに、光走査装置に用いられるガルバノミラーがある(例えば、特許文献1)。 Conventionally, there is a galvanometer mirror used in an optical scanning device as one of electromagnetic actuators to which micromachining technology is applied (for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されているガルバノミラーは、図8(A)に示すように、トーションバーA1により捩り回転が可能なシリコン基板表面Aの一方の面(同図において裏側)にミラー面A2を設けるとともに、他方の面(同図において表側)に成膜処理された電磁コイルB部を設け、電磁コイルB近傍にはトーションバーA1の軸方向と直角な方向の位置あるいは両側近傍に永久磁石(図示されず)を設けた構成を備えている。
As shown in FIG. 8A, the galvanometer mirror disclosed in
この構成においては、電磁コイルBへの通電方向を切り換えることにより電磁コイルBに誘起される電磁力が永久磁石との間で吸引および反撥する方向に切り換えられてトーションバーA1を中心とした回転振動が得られる振動素子を構成するようになっている。 In this configuration, by switching the energization direction to the electromagnetic coil B, the electromagnetic force induced in the electromagnetic coil B is switched to a direction in which the electromagnetic force is attracted and repelled with the permanent magnet, and rotational vibration about the torsion bar A1. Is configured to obtain a vibration element.
電磁コイルBは、平坦面であるシリコン基板の表面にパターン印刷されるが、この構成を用いた場合には、図8(B)中、符号SPで示す正常な状態に対して符号SP1で示すように、基板に反りが発生し、ミラー面の向きが所定の向きに維持できなくなるという問題があることが知られている(特許文献2)。 The electromagnetic coil B is pattern-printed on the surface of the silicon substrate, which is a flat surface. When this configuration is used, the normal state indicated by the reference symbol SP in FIG. 8B is indicated by the reference symbol SP1. As described above, it is known that there is a problem that the substrate is warped and the mirror surface cannot be maintained in a predetermined direction (Patent Document 2).
つまり、特許文献2に開示されているように、シリコン基板表面に成膜される酸化膜は、圧縮応力を持つ反面、コイルは引張応力が強いことが知られており、結果的に基板に反りが生じてミラー面が傾くことになる。
特許文献2においては、振動素子に用いられる基板およびミラー面の反りを解消するための方法として、基板に成膜される各印刷パターンの発生応力を相互に打ち消す関係とするために成膜の厚さを調整する方法が提案されている。
In
しかし、成膜の厚さ調整においては、工程自体の管理が難しいばかりでなく工程に要する時間も異なることから、成膜に要するコスト上昇を招く虞がある。 However, in adjusting the thickness of the film formation, not only is the process itself difficult to manage, but also the time required for the process is different, which may increase the cost required for film formation.
一方、電磁力はガルバノミラーの振れ角の大きさに関係し、電磁力が強い方が振れ角が大きくなり、大きな走査角を得るには有効である。このため、コイルの巻き数を多くしたりコイルの太さを太くすることが考えられるが、基板の表面においてミラー面と共存させるには限られた面積内では困難であり、さらには、巻き数の増加や太さの増大化によりガルバノミラーとしての質量変化も大きくなることが原因して共振周波数にも影響し、ガルバノミラーとしての走査振動数を最適化することができなくなる虞もある。 On the other hand, the electromagnetic force is related to the magnitude of the deflection angle of the galvanometer mirror, and the stronger the electromagnetic force, the larger the deflection angle, which is effective for obtaining a large scanning angle. For this reason, it is conceivable to increase the number of turns of the coil or increase the thickness of the coil, but it is difficult to coexist with the mirror surface on the surface of the substrate within a limited area. The increase in the thickness and the increase in the thickness also increase the mass change as the galvanometer mirror, which also affects the resonance frequency, and may not be able to optimize the scanning frequency as the galvanometer mirror.
本発明は、上記したような問題に鑑み、コスト上昇を招くことなく機械的な剛性を確保しつつ振動体としての必要条件を満たすことが可能な構成を備えた振動素子およびこれを用いる光走査装置、画像形成装置並びに画像表示装置を提供することを目的としている。 In view of the above-described problems, the present invention provides a resonator element having a configuration capable of satisfying a necessary condition as a vibrating body while ensuring mechanical rigidity without causing an increase in cost, and an optical scanning using the resonator element An object of the present invention is to provide an apparatus, an image forming apparatus, and an image display apparatus.
この目的を達成するため、請求項1記載の発明は、反射面を備えた振動部と、前記振動部に設けられ前記振動部を振動させるためのコイルとを有し、前記振動部は、前記反射面の反対側に位置し前記反射面に交わる斜面を有し、前記コイルの少なくとも一部を、前記斜面に設けたことを特徴としている。
In order to achieve this object, the invention according to
請求項2記載の発明は、前記コイルが導電体薄膜であることを特徴としている。
The invention described in
請求項3記載の発明は、前記導電体薄膜がエッチングにより形成されていることを特徴としている。 The invention described in claim 3 is characterized in that the conductor thin film is formed by etching.
請求項4記載の発明は、前記斜面が、前記振動部の振動中心軸方向において前記振動部の一端側から他端側に向けて傾斜する1つの面で形成されていることを特徴としている。 The invention according to claim 4 is characterized in that the inclined surface is formed by one surface inclined from one end side to the other end side of the vibrating portion in the vibration central axis direction of the vibrating portion.
請求項5記載の発明は、前記斜面が、前記振動部の振動中心軸方向において前記振動部の中途に頂部を有する山形状をなす凸部の斜面によって形成されていることを特徴としている。
The invention according to
請求項6記載の発明は、前記凸部は截頭形状であることを特徴としている。
The invention described in
請求項7記載の発明は、前記凸部の、前記コイルの非形成部に、前記凸部の肉厚を薄くする薄肉部が形成されていることを特徴としている。 The invention described in claim 7 is characterized in that a thin-walled portion for reducing the thickness of the convex portion is formed in the non-forming portion of the coil of the convex portion.
請求項8記載の発明は、反射面を備えた振動部と、前記振動部に設けられ前記振動部を振動させるためのコイルとを有し、前記振動部は、前記反射面に交わる斜面を有し、前記コイルの少なくとも一部を、前記斜面に設けた振動素子の製造方法であって、前記斜面を、ウェットエッチングにより形成することを特徴としている。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a vibrating portion having a reflecting surface and a coil provided on the vibrating portion for vibrating the vibrating portion, and the vibrating portion has a slope intersecting with the reflecting surface. A method of manufacturing a vibration element in which at least a part of the coil is provided on the inclined surface, wherein the inclined surface is formed by wet etching.
請求項9記載の発明は、前記コイルが導電体薄膜であり、前記導電体薄膜をエッチングにより形成することを特徴としている。
The invention according to
請求項10記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の振動素子を有し、前記振動部が前記反射面を搖動させることで光束を反射させて走査を行う光走査装置であることを特徴としている。 A tenth aspect of the invention is an optical scanning device that includes the resonator element according to any one of the first to seventh aspects of the present invention, and the vibrating portion performs scanning by reflecting a light beam by swinging the reflecting surface. It is characterized by being.
請求項11記載の発明は、請求項10記載の光走査装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成する画像形成装置であることを特徴としている。 An eleventh aspect of the invention is an image forming apparatus including the optical scanning device according to the tenth aspect, wherein the optical scanning device forms an image by scanning a light beam according to an image signal. .
請求項12記載の発明は、請求項10記載の光走査装置、又は、請求項11記載の画像形成装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成し、前記画像を投影表示する光走査型画像表示装置であることを特徴としている。 A twelfth aspect of the invention includes the optical scanning device according to the tenth aspect or the image forming device according to the eleventh aspect, and the optical scanning device forms an image by scanning a light beam according to an image signal. The optical scanning type image display device projects and displays the image.
請求項13記載の発明は、前記画像を眼の網膜上に投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴としている。 A thirteenth aspect of the present invention is a retinal scanning image display apparatus that projects and displays the image on the retina of the eye.
請求項14記載の発明は、観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置であることを特徴としている。
The invention described in
本発明によれば、反射面の反対側に位置し反射面に交わる方向に設けられた斜面においてコイルの少なくとも一部が設けられているので、反射面における縦弾性係数を高めることも相俟って反射面以外の部分にコイルの設置部を設定することにより反りに対する機械的剛性を強めることができる。 According to the present invention, since at least a part of the coil is provided on the slope that is located on the opposite side of the reflecting surface and intersects the reflecting surface, it is also possible to increase the longitudinal elastic modulus on the reflecting surface. Thus, the mechanical rigidity against warping can be increased by setting the coil installation portion in a portion other than the reflecting surface.
しかも、コイルが反射面を設ける基板の平面部に形成される場合と違って設置面積を拡大できることにより巻き数や太さを所望する条件に適合させて振れ角の増大化や歪みの低減による光学特性の向上を得ることが可能となる。 In addition, unlike the case where the coil is formed on the flat portion of the substrate on which the reflective surface is provided, the installation area can be expanded, so that the number of turns and thickness can be adapted to the desired conditions, and the optical by increasing the deflection angle and reducing distortion. It is possible to improve the characteristics.
請求項2、3および9記載の発明においては、斜面およびコイルを形成する際の手法として特別な工法ではなく既存の半導体形成プロセスを用いることができるので、加工コストの上昇を抑えることが可能となる。
In the inventions according to
請求項4記載の発明においては、斜面が振動中心軸方向において振動部の一端部から他端部に向けて傾斜する1つの面で構成され、請求項5記載の発明においてはその斜面が中途に頂部を有する山形状とされているので、半導体形成プロセスにおける一工程である露光・現像工程をそのまま用いて特別な形状およびこの形状を対称としたコイルの成膜が可能となる。
In the invention described in claim 4, the inclined surface is constituted by one surface inclined from one end portion of the vibrating portion toward the other end portion in the vibration central axis direction. In the invention described in
特に請求項6記載の発明においては、凸部の頂部が尖っていないことにより体積を小さくして共振周波数の変化を抑制することが可能となる。
In particular, in the invention described in
請求項7記載の発明においては、凸部におけるコイルの非形成部の肉厚が薄くされているので、凸部の存在による質量の増加を抑えて振動周波数への影響低減さらには使用材料の低減が可能となる。 In the invention according to claim 7, since the thickness of the non-forming portion of the coil in the convex portion is reduced, the increase in mass due to the presence of the convex portion is suppressed, and the influence on the vibration frequency is reduced, and further the use material is reduced. Is possible.
請求項8記載の発明においては、既存工法の一つであるウェットエッチングにより斜面を形成することにより斜面の平滑度をコイルの成膜に悪影響を及ぼすようなことがない状態に維持することができ、コイルの成膜精度を高めることが可能となる。
In the invention described in
請求項10記載の発明においては、反射面を有する基板の反りを防止することにより振れ角の増大化、既存工法による製造が可能な振動素子を用い、光走査精度が向上した光走査装置を得ることが可能となる。
The invention according to
請求項11記載の発明においては、上述の効果を奏する、光走査精度が向上した光走査装置を備え、画像形成精度が向上した画像形成装置を得ることが可能となる。 According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to obtain an image forming apparatus that includes the optical scanning device that has the above-described effects and that has improved optical scanning accuracy, and that has improved image forming accuracy.
請求項12乃至14記載の発明においては、上述の効果を奏する、光走査装置や画像形成装置を備え、画像表示精度が向上した画像表示装置を得ることが可能となる。
In the inventions according to
以下に、本発明に好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
[画像表示装置の構成]
以下、本発明に係る画像表示装置の一実施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の一例である網膜走査型画像表示装置としての網膜走査型ディスプレイ1の構成について図1を用いて説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of image display device]
Hereinafter, an image display apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of a
図1に示すように、網膜走査型ディスプレイ1には、光源ユニット部2が設けられている。光源ユニット部2には、外部からの映像信号が入力されると、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する映像信号供給回路3が設けられ、この映像信号供給回路3から映像信号4、水平同期信号5、及び、垂直同期信号6が出力される。
As shown in FIG. 1, the
光源ユニット部2には、映像信号供給回路3から映像信号4として伝達される赤(R),緑(G),青(B)の各映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、光源としてのRレーザ13,Gレーザ12,Bレーザ11を、それぞれ駆動するためのRレーザドライバ10,Gレーザドライバ9,Bレーザドライバ8が設けられている。
The
また、光源ユニット部2には、各レーザより出射されたレーザ光をコリメートするように設けられたコリメート光学系14と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー15と、合波されたレーザ光を光ファイバ17に導くファイバ結合光学系16とが設けられている。ここで、各光源に半導体レーザを使用した場合は直接強度変調する構成であり、固体レーザを使用する場合は音響光学効果を利用した強度変調器を含んだ構成となる。
The
なお、Rレーザ13,Gレーザ12,Bレーザ11として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。また、本実施形態における光源ユニット部2は、光源としてのRレーザ13,Gレーザ12,Bレーザ11から出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。
Note that a semiconductor laser such as a laser diode or a solid-state laser may be used as the
また、網膜走査型ディスプレイ1は、光源ユニット部2から伝搬され、出射されたレーザ光を受ける光学系18と、光学系18によって導かれたレーザ光を、ガルバノミラー19aを利用して水平方向に走査する第1の走査系としての水平走査系19と、水平走査系19によって走査されたレーザ光を第2の走査系としての垂直走査系21に導く第1リレー光学系20と、水平走査系19に走査され、第1リレー光学系20を介して入射されたレーザ光を、ガルバノミラー21aを利用して垂直方向に走査する垂直走査系21と、垂直走査系21に走査されたレーザ光を観察者の瞳孔24に導く第2リレー光学系22とを有している。
Further, the
第1リレー光学系20は、凸レンズ41、42を有しており、第2リレー光学系22は、凸レンズ51、52を有している。凸レンズ41と凸レンズ42とは互いに同じ光学的パワーを備えている。凸レンズ51と凸レンズ52とは互いに同じ光学的パワーを備えている。
The first relay
第1リレー光学系20は、水平走査系19のガルバノミラー19aと、垂直走査系21のガルバノミラー21aとが共役となるように、また、第2リレー光学系22は、ガルバノミラー21aと、観察者の瞳孔24とが共役となるように、各々設けられている。
The first relay
水平走査系19は、表示すべき画像の1フレームごとに、レーザビームを水平方向に走査する水平走査(1次走査の一例)を行う光学系である。また、水平走査系19は、水平走査するガルバノミラー19aと、そのガルバノミラー19aの駆動制御を行う水平走査制御回路19cとを備えている。
The
これに対し、垂直走査系21は、水平走査系19にて水平走査されたレーザビームを垂直方向に垂直走査する垂直走査(2次走査の一例)を行う光学系である。また、垂直走査系21は、レーザビームを垂直方向に走査するガルバノミラー21aと、そのガルバノミラー21aの駆動制御を行う垂直走査制御回路21cとを備えている。
On the other hand, the
よって、水平走査系19と垂直走査系21とは互いに交差する方向に走査を行うようになっている。
Therefore, the
また、水平走査系19,垂直走査系21は、各々映像信号供給回路3に接続され、映像信号供給回路3より出力される水平同期信号5,垂直同期信号6にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。
The
本実施形態における水平走査系19及び垂直走査系21などは、入射した光束を、1次方向及びその1次方向に略垂直な2次方向に走査させる光走査装置の一例である。
The
次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ1が、外部からの映像信号を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図1を用いて説明する。
Next, a process from when the
図1に示すように、本実施形態の網膜走査型ディスプレイ1では、光源ユニット部2に設けられた映像信号供給回路3が外部からの映像信号の供給を受けると、映像信号供給回路3は、赤,緑,青の各色のレーザ光出力を制御するためのR映像信号,G映像信号,B映像信号からなる映像信号4と、水平同期信号5と、垂直同期信号6とを出力する。Rレーザドライバ10,Gレーザドライバ9,Bレーザドライバ8は各々入力されたR映像信号,G映像信号,B映像信号に基づいてRレーザ13,Gレーザ12,Bレーザ11に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Rレーザ13,Gレーザ12,Bレーザ11はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系14に出力する。また、映像信号供給回路3は、後述するガルバノミラー19aの駆動状態を示すBD信号(図示せず)に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系14に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ1(映像信号供給回路3)は、ガルバノミラー19aなどに光束を出射させるタイミングを制御することとなる。発生されるレーザ光は、このコリメート光学系14によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー15に入射して1つの光束となるよう合波された後、ファイバ結合光学系16によって光ファイバ17に入射されるよう導かれる。
As shown in FIG. 1, in the
光ファイバ17によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ17から光学系18によって導かれて水平走査系19に出射される。この出射されたレーザ光は、水平走査系19のガルバノミラー19aの偏向面19bに入射される。ガルバノミラー19aの偏向面19bに入射したレーザ光は水平同期信号5に同期して水平方向に走査されて第1リレー光学系20を介し、垂直走査系21のガルバノミラー21aの偏向面21bに入射する。第1リレー光学系20ではガルバノミラー19aの偏向面19bとガルバノミラー21aの偏向面21bとが共役の関係となるように調整されている。ガルバノミラー21aは、ガルバノミラー19aが水平同期信号5に同期すると同様に垂直同期信号6に同期して、その偏向面21bが入射光を水平方向出射角が変化するように往復振動をしており、このガルバノミラー21aによってレーザ光は垂直方向に走査される。水平走査系19及び垂直走査系21によって水平方向及び垂直方向に、すなわち2次元に走査されたレーザ光は、ガルバノミラー21aの偏向面21bと、観察者の瞳孔24とが共役の関係となるように設けられた第2リレー光学系22により観察者の瞳孔24へ入射され、網膜上に投影される。観察者はこのように2次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。尚、水平走査系19のガルバノミラー19aと、垂直走査系21のガルバノミラー21aとは、名称を同じように説明したが、光を走査するようにその反射面が角度変化(搖動、回動など)させられるものであればよく、本実施形態では、電磁駆動方式が用いられてガルバノミラー19a,21aの振れ角を規定する構成が用いられている。しかし、ガルバノミラー19a、21aによる走査のための揺動(回転)を誘起する駆動方式としては、これに限らず、共振タイプ、非共振タイプ等、圧電駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよいことは言うまでもない。
Laser light propagated by the
網膜走査型ディスプレイ1は、観察者の頭部に搭載する、ヘッドマウントディスプレイとも言われる頭部搭載型画像表示装置であって、例えば、めがね形状、ゴーグル形状、ヘルメット形状等の図示しない筐体に搭載され、観察者の頭部に装着されるようになっている。
[各種の光学系の構成]
上述したように、光ファイバ17から出射されたビームを、2次元に走査しながら観察者の瞳孔24へ導く各種の光学系の構成について説明する。
The
[Configurations of various optical systems]
As described above, the configuration of various optical systems that guide the beam emitted from the
ガルバノミラー19aは、垂直方向に延びる軸を中心に回動駆動することによって、光学系18から入射したビーム光を、偏向面19bで反射させることによって、水平方向に走査して出射し、第1リレー光学系20に導くこととなる。
The
ガルバノミラー21aは、水平方向に延びる軸を中心に回動駆動することによって、第1リレー光学系から入射したビーム光を、偏向面21bで反射させることによって、垂直方向に走査して出射し、第2リレー光学系22に導くこととなる。
The
次に本実施形態に用いられる、振動部としてのガルバノミラー19a、21aの駆動構造について説明する。本実施形態では、水平走査系19、垂直走査系21をそれぞれガルバノミラー19a、21aを備えた光走査装置とする。なお、網膜走査型ディスプレイ1は、この光走査装置により、画像信号に応じたビームを2次元方向に走査することで画像を形成する画像形成装置を備えており、前記画像を眼の網膜上に投影し、画像を表示するものである。
Next, the drive structure of the galvanometer mirrors 19a and 21a used as the vibration part used in this embodiment will be described. In this embodiment, the
本実施形態に用いられるガルバノミラー19a,21aは、マイクロマシニング技術を応用した振動素子と一体化されて用いられる。 The galvanometer mirrors 19a and 21a used in the present embodiment are integrated with a vibration element to which micromachining technology is applied.
図2は、図1に示したガルバノミラー19a,21aを備えた振動素子105の構成を示す図である。図2は、振動素子105を、ミラー面19b側から見た外観図である。なお、以下の説明においては、便宜上、図1において符号19aで示したガルバノミラーを対象として説明するが、符号21aで示したガルバノミラーも同様な構成であることを前置きしておく。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the
振動素子105は、反射面としてのミラー面19bを備えた振動部としてのガルバノミラー19aと、ガルバノミラー19aを振動自在に支持するねじり梁19dと、ねじり梁19dを介してガルバノミラー19aを振動自在に支持した枠体19eとを有している。
The
図3(A)は、ガルバノミラー19aをミラー面19bと反対側から見た外観図であり、図3(B)は、ガルバノミラー19aの断面図である。
3A is an external view of the
ガルバノミラー19aは、シリコン基板100の一方の面にミラー面19bが形成され、そのミラー面19bはガルバノミラー19aの両側に一体化されているねじり梁19dにより揺動(回転)可能に支持されている。
The
シリコン基板100におけるミラー面19bと反対側の面には、平面視形状が矩形状で横断面形状が截頭形状の凸部で構成された駆動部101が設けられている。
On the surface of the
駆動部101は、振動素子の揺動(回転)を行わせる駆動方式の一つである電磁駆動方式に用いられるコイル102の設置部として設けられており、外周壁はシリコン基板100の端部から凸部をなす駆動部101の頂上に至るまでの範囲の外寸が徐々に小さくなる傾斜面19fとされ、内周壁は、シリコン基板100側の中心部から凸部をなす駆動部101の頂上に至るまでの範囲の内寸が徐々に大きくなる傾斜面19gとされている。内周壁は、駆動部101の肉厚を薄くする薄肉部106を形成している。
The
外周壁を構成する傾斜面19fは、ミラー面19bの表面に対して交わる方向に傾斜しているが、その傾斜角度(θ)は、これを形成する工法であるウェットエッチングに起因する54.8°に設定されている。なお、傾斜面19fは、ウェットエッチングにより成形される際に多少の表面粗さを持つ場合もあるが、本実施形態では、ミラー面19bと違って後述するコイル102のパターン部を構成するだけであるので、多少の粗さを持つことは許容される。
The
傾斜面19fは、例えば、シリコン基板におけるミラー面と反対側の面で直立する壁部を設けた場合と違ってコイル102の設置面積が大きく採れることになる。これにより、コイル102の巻き数も直立壁の場合よりも多くすることができる。しかも、シリコン基板100における縦弾性係数を高める部分として用いることができるので、シリコン基板100の曲げ剛性を高めて反りを抑制することができる。
Unlike the case where the
傾斜面19fには、電磁駆動方式に用いられるコイル102がパターン形成されるようになっており、その形成工程は図4および図5に示されている。
The
傾斜面19fに設けられるコイル102は、図2において二点鎖線で示すように、駆動部101における傾斜面19fの全周壁に連続して螺旋状に形成されるようになっている。
As shown by a two-dot chain line in FIG. 2, the
図4において、ウェットエッチングにより形成された傾斜面19f(図4(A))には、コイル102を構成する導電性成膜材料としてアルミニウムがスパッタリングにより成膜され(図4(B))、その後レジストが塗布され(図4(C))、コイルパターンに応じたマスクMを用いて露光(図4(D))および現像(図4(E))が行われ、コイルパターン以外の部分がエッチングにより除去され(図4(F))、レジスト除去によってコイルパターンが形成される(図4(G))。
In FIG. 4, aluminum is deposited by sputtering as a conductive film forming material constituting the
一方、コイルの各端部は給電端子に接続される電路が必要となる。このため、図4(G)で示すコイルパターンが形成されると、これらコイルパターンの上層に位置する関係となる給電路パターンが図5に示す工程により形成される。 On the other hand, each end of the coil requires an electric circuit connected to the power supply terminal. For this reason, when the coil pattern shown in FIG. 4G is formed, a feed path pattern having a relationship located in an upper layer of these coil patterns is formed by the process shown in FIG.
傾斜面19fの表面に形成されるコイルパターンは、図3(A)において符号102で示す部分に相当しており、このコイルパターンの上層に位置する電路は、図3(B)において符号102aで示す部分に相当している。コイルパターンにおける他方の電路は、傾斜面19fの表面に形成されるのと同時に形成されたパターンが用いられる。
The coil pattern formed on the surface of the
図5において、レジスト除去により傾斜面19fの表面にコイルパターンが形成されると(図5(G))、その上層に絶縁層としてのポリイミド層が設けられ(図5(H))、ポリイミド層上面にレジストが塗布され(図5(I))る。続いて、形成すべき電路に応じたマスクMを用いて露光が行なわれ(図5(J))、現像処理によりレジストが除去され(図5(K))、エッチングにより給電路に相当する電路がコイルパターンの端部位置に形成され(図5(L))る。レジスト除去(図5(M))の後に、導電性材料であるアルミニウムがスパッタリングされて、コイルパターンの端部との間に電路が接続される(図5(N))。
In FIG. 5, when a coil pattern is formed on the surface of the
図4(D)、図5(J)に示したようにマスクMを用いて傾斜面19f上の露光を行なう場合は、図6に示すように、まず、フォトレジスト膜を形成してからマスクMを位置決めし、露光される。この場合、1回の露光作業で露光可能な条件は、露光に用いられる投影レンズの焦点深度と、傾斜角度(θ)とに応じて決定される。
When exposure on the
まず、1回の露光作業で露光可能な傾斜面19fの高さは、用いる投影レンズの焦点深度によって決まる。たとえば、焦点深度を100μmとすると、傾斜面19fの高さが10μm以下のときに、1回の露光で露光作業が終了することとなる。また、1回の露光作業で露光可能な露光領域の長さ(L)は、焦点深度を100μmとすると、100cosθμmとなる。
First, the height of the
1回の露光作業で露光可能な領域は、合焦位置を中心として、対称となる。すなわち、高さに関しては、焦点深度を100μmとすると、合焦位置を中心として上下それぞれ50μmの範囲が露光可能な領域となり、長さに関しては、合焦位置を中心として左右それぞれL/2の範囲が露光可能な領域となる。そして、かかる条件を満たすとき、マスクパターンが露光領域である傾斜面19fの全域に亘ってぼけなどを生じることなく正確に転写される。
An area that can be exposed by one exposure operation is symmetric about the in-focus position. That is, regarding the height, if the depth of focus is 100 μm, the range of 50 μm above and below the center of the in-focus position is an area that can be exposed, and the length is the range of L / 2 on the left and right of the in-focus position. Becomes an area that can be exposed. When this condition is satisfied, the mask pattern is accurately transferred without causing blur or the like over the entire
以上のような工法により、コイルパターンの形成は、既存の半導体形成プロセスに用いられる工法を流用することができるので、特別な工法を用いることなく傾斜面19fを対象とした電磁コイルの形成が可能となる。
With the above-described method, the coil pattern can be formed using an existing method used in the semiconductor formation process. Therefore, it is possible to form an electromagnetic coil for the
このような工法により電磁コイルを形成された振動素子は、傾斜面19fに位置する電磁コイルに隣接して配置された永久磁石(図示されず)に対する通電方向切換により、永久磁石との間で誘起される吸引力および反発力によって図6に示すように、ミラー面19bが往復揺動(往復回転)することにより光源からの光を所定の方向に走査させることができる。
The vibration element in which the electromagnetic coil is formed by such a construction method is induced between the permanent magnet and the permanent magnet by switching the energization direction with respect to the permanent magnet (not shown) arranged adjacent to the electromagnetic coil located on the
なお、傾斜面19fは、図2に示したように、截頭形状の凸部を有する形態とすることに限らず、例えば、図7(A)に示すように、ガルバノミラー19aの振動中心軸方向すなわちねじり梁19dの軸方向においてガルバノミラー19aの一端側から他端側に向けて傾斜する1つの面でミラー面を形成するくさび形状であったり、図7(B)に示すように上述の形態において薄肉部を有していない台形形状、あるいは、図7(C)、(D)に示すように、図7(B)に示した形状を対象として頂部において平面を有しないようにその内部をえぐり取った薄肉の形状とすることも可能である。
In addition, the
なお、図7(A)に示す形態の場合には、揺動(回転)中心軸に対して傾斜面19fの中央部が一致する構成とすることで揺動(回転)時でのバランスを採るようにし、また、(C),(D)に示す構成の場合には、(D)に示す形状のように凹部を丸孔とすることで角部がない状態とすると角部での応力集中などによる断裂を防止して強度面で優れた結果が得られる。
In the case of the configuration shown in FIG. 7A, the center of the
いずれの場合においても、共振周波数に影響する質量を参考にしてその形態が設定される。また、内部に凹部を有する形態の場合には、コイルを外周壁ではなく内周壁に設けること、あるいは外周壁と内周壁とにそれぞれ設けることも可能である。このような構成とした場合には、図8に示した従来の構成と違って、ミラー面19bの裏面という限られたスペースよりも大きいスペースに電磁コイルを設けることができるので、コイルの巻き数を適宜増加させたり太さを太くすることに制約を受けにくくすることができる。これにより、電磁誘導作用を増加させて振れ角を大きくすることにより走査範囲の増大化や高速走査が可能となる。
In either case, the form is set with reference to the mass that affects the resonance frequency. Moreover, in the case of a form having a recess inside, the coil can be provided not on the outer peripheral wall but on the inner peripheral wall, or on the outer peripheral wall and the inner peripheral wall. In the case of such a configuration, unlike the conventional configuration shown in FIG. 8, the electromagnetic coil can be provided in a space larger than the limited space, ie, the back surface of the
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.
上述した実施形態においては、ビームを先に水平走査系19によって水平方向に走査し、その後に、垂直走査系21によって垂直方向に走査する構成であったが、これに限らず、ビームを先に垂直走査系によって垂直方向に走査し、その後に、水平走査系によって水平方向に走査する構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the beam is scanned first in the horizontal direction by the
さらに上述した実施形態においては、上述したような振動素子、光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、振動素子、光走査装置によって1次方向及び2次方向に走査することで、画像を形成する画像形成装置を備え、前記画像を眼の網膜上に投影し、画像を表示する網膜走査型ディスプレイ(網膜走査型の画像表示装置の一例)について説明したが、これに限らず、例えば、眼の網膜に画像を直接的に投影しなくても、上述したような振動素子、光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、その振動素子、光走査装置によって1次方向及び2次方向に走査することで画像を形成する画像形成装置を備え、かかる画像をスクリーン上などに投影表示する光走査型の画像表示装置、ディスプレイ等(画像表示装置の一例)に本発明を採用してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the vibration element and the optical scanning device as described above are provided, and the light beam modulated according to the image signal is scanned in the primary direction and the secondary direction by the vibration element and the optical scanning device. In the above description, a retinal scanning display (an example of a retinal scanning image display apparatus) that includes an image forming apparatus that forms an image, projects the image onto the retina of the eye, and displays the image has been described. For example, even if an image is not directly projected onto the retina of the eye, the vibration element and the optical scanning device are provided with the vibration element and the optical scanning device as described above, and the light beam modulated according to the image signal Provided with an image forming apparatus that forms an image by scanning in a primary direction and a secondary direction, and an optical scanning type image display apparatus, a display, and the like that project and display the image on a screen or the like (of the image display apparatus) The present invention may be employed as an example).
また本発明を適用した振動素子、光走査装置は、レーザプリンタ等の画像形成装置内でレーザビームを走査する振動素子、光走査装置にも応用できる。 The vibration element and optical scanning apparatus to which the present invention is applied can also be applied to a vibration element and optical scanning apparatus that scan a laser beam in an image forming apparatus such as a laser printer.
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。 The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
1 画像表示装置
19、21 光走査装置
19a,21a 振動部、ガルバノミラー
19b 斜面
19d ねじり梁
19f 斜面
24 瞳孔
100 シリコン基板
101 駆動部
102 コイル
105 振動素子
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記振動部に設けられ前記振動部を振動させるためのコイルとを有し、
前記振動部は、前記反射面の反対側に位置し前記反射面に交わる斜面を有し、
前記コイルの少なくとも一部を、前記斜面に設けた振動素子。 A vibrating part with a reflective surface;
A coil provided on the vibrating part for vibrating the vibrating part,
The vibrating portion has a slope located on the opposite side of the reflecting surface and intersecting the reflecting surface,
A vibration element in which at least a part of the coil is provided on the slope.
前記振動部に設けられ前記振動部を振動させるためのコイルとを有し、
前記振動部は、前記反射面に交わる斜面を有し、
前記コイルの少なくとも一部を、前記斜面に設けた振動素子の製造方法であって、
前記斜面を、ウェットエッチングにより形成する振動素子の製造方法。 A vibrating part with a reflective surface;
A coil provided on the vibrating part for vibrating the vibrating part,
The vibrating portion has a slope that intersects the reflecting surface,
A method of manufacturing a vibration element in which at least a part of the coil is provided on the slope,
A method for manufacturing a vibration element, wherein the slope is formed by wet etching.
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