JP2011085677A - 光走査装置、光走査装置の製造方法及びこの光走査装置を用いたレーザプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】非常に簡易な構成であるとともに、電圧印加に対して極めて高速に応答可能な光走査装置を提供する。
【解決手段】一端を拘束支持体2に拘束され、第1の圧電素子10を備える第1のカンチレバー3と、この第1のカンチレバー3の自由端に拘束され、第1のカンチレバー3の長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第2の圧電素子11を備える第2のカンチレバー4と、この第2のカンチレバー4の自由端に支持され、前記第1のカンチレバー3と前記第2のカンチレバー4とによって囲まれる空間に配置されるミラー部5とを備えた。
【選択図】図3
【解決手段】一端を拘束支持体2に拘束され、第1の圧電素子10を備える第1のカンチレバー3と、この第1のカンチレバー3の自由端に拘束され、第1のカンチレバー3の長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第2の圧電素子11を備える第2のカンチレバー4と、この第2のカンチレバー4の自由端に支持され、前記第1のカンチレバー3と前記第2のカンチレバー4とによって囲まれる空間に配置されるミラー部5とを備えた。
【選択図】図3
Description
本発明は、光走査装置、特に光源から出射されたレーザ光線を所定の方向に走査する光偏向器(レーザスキャナ)等に用いられる光走査装置、光走査装置の製造方法及びこの光走査装置を用いたレーザプロジェクタに関する。
昨今、レーザプロジェクタ等の映像機器用途として画像信号に応じたレーザ光線を所望の位置に結像させる装置や、ネットワーク回線で用いられる光スイッチ等の構成として、例えば特許文献1に示す光走査装置の構成が知られている。
特許文献1では、反射面を有するミラー部と、ミラー部を駆動する圧電アクチュエータとを備える光偏向器(光走査装置)が開示されている。この圧電アクチュエータは、支持体及び支持体上に形成された圧電体を有し、圧電駆動により屈曲変形を行う第1及び第2の圧電カンチレバーを含むとともに、これらの圧電カンチレバーに備えられた圧電体にそれぞれ駆動電圧を印加するための複数の電極を独立に備える。そして複数の圧電カンチレバーは、各々の屈曲変形を累積するように端部が機械的に連結され、駆動電圧の印加により各圧電カンチレバーが独立に屈曲変形される。
この構成によって、ミラー部は二次元平面上に定義されるX,Y両軸に対して回動可能に制御され、このミラー部に照射されたレーザ光線を用いて二次元平面の任意位置を走査できるとしている。
図15は、従来の光走査装置の課題を説明する説明図である。
図15において、200はカンチレバー(梁の一端が固定され他端が可動する片持ち梁の構造体)であり、201はカンチレバー200の先端に配置されたミラー部である。カンチレバー200には図示しない圧電体が形成され、この圧電体に所定の電圧を印加することで、カンチレバー200の先端に配置されたミラー部201は、電圧を印加しない初期状態の位置Paから変位後の位置Pbに変位する。ミラー部201にレーザ光線202を照射すると、レーザ光線202は、ミラー部201の変位に応じて異なる角度に反射される。
さて、図示するように初期位置Paと変位後の位置Pbにおけるミラー部201は、ミラー部201を延長した線分と、初期位置Paのカンチレバー200との交点であるPoを回動中心として変位するとみなせるが、従来技術においては回動中心Poがミラー部201の外部に存在するため、ミラー部201には単なる回転運動以外にミラー面と垂直方向の運動成分が作用する。このためミラー部201の変位方向と略垂直の方向Laからエアダンピング(空気抵抗)を受けることになる。エアダンピングはミラー部201の変位速度に比例して大きくなるため、ミラー部201を高速に変位させようとしても、電圧印加に見合う応答特性を得ることができない。エアダンピングの問題に対しては、カンチレバー200やミラー部201が置かれる環境を高真空にすることも考えられるが、高コストになり現実的ではない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、非常に簡易な構成であるとともに、電圧印加に対して極めて高速に応答可能な光走査装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、一端を拘束支持体に拘束され、第1の圧電素子を備える第1のカンチレバーと、この第1のカンチレバーの自由端に拘束され、前記第1のカンチレバーの長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第2の圧電素子を備える第2のカンチレバーと、この第2のカンチレバーの自由端に支持され、前記第1のカンチレバーと前記第2のカンチレバーとによって囲まれる空間に配置されるミラー部とを備えるものである。
本発明の光走査装置によれば、カンチレバーによって駆動されるミラー部の回動中心は、第1のカンチレバー及び第2のカンチレバーによって囲まれる空間内になる。これによって従来例のようにカンチレバーの先端部に設けられたミラー部全体が平行シフト方向に変位することなく、ミラー部は所定の軸を中心に主に回転運動のみを行うことになるから、エアダンピングの影響が小さくなる。これによって高速な変位が可能となる。また同じ理由でミラー部の回転モーメントが小さくなるため、これによっても高速な変位が可能となる。
以下、本発明の具体的な内容について実施例を用いて説明する。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る光走査装置を応用したレーザプロジェクタ100の概略を示す説明図である。
図1は、本発明の実施の形態に係る光走査装置を応用したレーザプロジェクタ100の概略を示す説明図である。
図1において、レーザプロジェクタ100は光走査装置1と走査用半導体レーザ30で構成される。光走査装置1には制御部31とドライバ32,33が搭載されており、制御部31は予め定められた目標位置情報に応じてドライバ32,33に駆動信号を出力する。ミラー部5は駆動信号に応じて変位し、走査用半導体レーザ30が出力するレーザ光線をスクリーン35に照射する。
例えばビデオ信号などに基づいて、駆動信号と同期して増幅装置(図示せず)で走査用半導体レーザ30を制御することで、光スポットがスクリーン35上を走査することになる。
図2は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の要部斜視図である。以降、図2を用いて、本発明に係る光走査装置の動作の概要を説明する。
図2において、2は拘束支持体、3は第1のカンチレバー、4は第2のカンチレバー、5はミラー部である。拘束支持体2は光走査装置1の主要構成要素である第1のカンチレバー3、第2のカンチレバー4、ミラー部5を空間中に支持するベース部材である。第1のカンチレバー3、第2のカンチレバー4、ミラー部5はいずれも可動部であり、拘束支持体2はこれらを支持するベースとして、図示しない補強材等によって可動部に対して相対的に質量を大きくするとともに高い剛性を確保している。
後述するように、第1のカンチレバー3及び第2のカンチレバー4には、それぞれ図示しない第1の圧電素子と第2の圧電素子が形成されており、図示しない配線部材を介して第1の圧電素子及び第2の圧電素子に、ドライバ32,33(図1参照)から所望の電圧を印加することで圧電素子の圧電体が変形し、第1のカンチレバー3、第2のカンチレバー4はそれぞれ独立に変位する。この第1のカンチレバー3、第2のカンチレバー4の変位量は、各圧電素子に印加する電圧によって決定される。
第2のカンチレバー4の先端にはミラー部5が設けられており、このミラー部5は第1のカンチレバー3、第2のカンチレバー4の変位に伴い、図示するX軸,Y軸を中心として回動する。即ち、第1のカンチレバー3を駆動することで、ミラー部5はY軸を中心として回動し、第2のカンチレバー4を駆動することで、ミラー部5はX軸を中心として回動する。これによって、ミラー部5に照射されたレーザ光線6はX軸,Y軸についてミラー部5の最大変位角内の任意角度で反射され、所定の二次元平面Sに照射され、この二次元平面S上を光走査することが可能となる。
図3は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の要部平面図である。以降、図3を用いて、本発明に係る光走査装置1の構成について詳細に説明する。
なお、以降の説明においては、二次元平面の軸方向を示す符号としてX,Yを用いるが、便宜上X+,X−及びY+,Y−のようにして軸方向のうち特定の方向を示すこととする。
光走査装置1の拘束支持体2には、第1のカンチレバー3、第2のカンチレバー4及びミラー部5を支持する拘束端としての部位P0が設けられている。部位P0に支持された第1のカンチレバー3は拘束支持体2からX−方向に延伸して設けられ、第1のカンチレバー3には第1の圧電素子10が形成されている。第1のカンチレバー3の部位P0とは反対(X−)側には第1のカンチレバー3の自由端であり、かつ第2のカンチレバー4の拘束端である部位P1が設けられ、部位P1からY+方向には第2のカンチレバー4が設けられている。
なお、ここでは自由端、拘束端という表現を用いているが、これらは相対的な意味で用いられており、当該部位が可動であるという意味において自由端と表現し、一方、他の部位を拘束するという意味において拘束端と表現している。従って部位P0のように同一の部位が自由端で、かつ拘束端であることは矛盾するものではない。
第2のカンチレバー4には第2の圧電素子11が形成されている。第2のカンチレバー4のY+側の端部には第2のカンチレバー4の自由端であり、かつミラー部5の拘束端である部位P2が設けられている。
即ち、実施の形態の光走査装置1は、拘束支持体2と、この拘束支持体2に一端を拘束され、第1の圧電素子10を備える第1のカンチレバー3と、この第1のカンチレバー3の自由端に拘束され、第1のカンチレバー3の長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第2の圧電素子11を備える第2のカンチレバー4と、この第2のカンチレバー4の自由端に支持されたミラー部5とを備える。
ミラー部5は、拘束支持体2、第1のカンチレバー3及び第2のカンチレバー4によって囲まれる空間に、第1のカンチレバー3及び第2のカンチレバー4と直接対向するように配置され、ミラー部5は拘束支持体2、第1のカンチレバー3及び第2のカンチレバー4の間に空間部(空隙)49を有する。なお、実施の形態では、ミラー部はX方向及びY方向に50μm×50μmの正方形形状としている。
第1の圧電素子10にはドライバ32(図1参照)から引き出された第1の配線部材15aが接続されており、ドライバ32が供給する電圧を印加することで、第1の圧電素子10の自由端である部位P1は拘束端である部位P0に対してX及びY方向と直交する方向(Z+,Z−方向、図4参照)に変位する。これによってミラー部5はY軸を回動中心として回動する。
また、第2の圧電素子11にはドライバ33から引き出された第2の配線部材15bが接続され、ドライバ33が供給する電圧を印加することで、第2の圧電素子11の自由端である部位P2は拘束端である部位P1に対してX及びY方向と直交する方向(Z+,Z−方向、同上)に変位する。これによってミラー部5はX軸を回動中心として回動する。ここで、第2の圧電素子11に接続された第2の配線部材15bは2本設けられ、この第2の配線部材15bは、第1のカンチレバー3を経由して第2のカンチレバー4に備えられた第2の圧電素子11に接続され、かつ第1のカンチレバー3の両側部(Y+,Y−側)にて延伸して設けられている。
後述するように、実施の形態の光走査装置1では、第1のカンチレバー3及び第2のカンチレバー4はシリコン基板上に共通電極、圧電体、制御電極を積層して構成されるため、第2の配線部材15bの直下には圧電体及び共通電極が存在する。つまり第2の圧電素子11を駆動するために、第2の配線部材15bに電圧を印加すると、これら第2の配線部材15bが配置された部位において第1のカンチレバー3には微小な応力が発生する。このとき、仮に第2の配線部材15bを第1のカンチレバー3の一方の側部(例えばY+側)に1本のみを形成すると、第2の圧電素子11を駆動する際の電圧印加によって第1のカンチレバー3には捩れ応力が発生することになる。
しかし、実施の形態では第2の配線部材15bを第1のカンチレバー3の両側部にて延伸するようにしたので、第2の配線部材15bに基づいて発生する応力は、Y軸方向でシンメトリとなり第1のカンチレバー3に捩れ応力は発生しない。
図4は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の第1のカンチレバー3、第2のカンチレバー4及びミラー部5の変位状態を示す説明図である。
図示するように、第1の圧電素子10に所定の電圧(正電位及び負電位)を印加して第1のカンチレバー3を変位させると、ミラー部5はY軸即ちCen_Yを回動中心として回動し、結果的にミラー部5はθ1の角度の範囲で回動する。
また、第2の圧電素子11にも同様に電圧を印加して第2のカンチレバー4を変位させると、ミラー部5はX軸即ちCen_Xを回動中心として回動し、ミラー部5はθ2の角度の範囲で回動する。
このように実施の形態に示す構成によれば、Y軸(Cen_Y)とX軸(Cen_Y)をミラー部5の回動中心とするとき、両者(両軸回動中心16)がともにミラー部5の配置空間の内部に存在することとなる。これによって回動に際してミラー部5が形成する平面と垂直な方向からのエアダンピングの影響が大幅に軽減され、駆動信号の入力に対する応答性が改善するとともに、例えばミラー部5をより大型にしても高速に変位させることが可能となる。また、両軸回動中心16はX軸及びY軸と垂直な方向については不動点とみなしてよく、ここにレーザスポットを照射すればレーザ光線の反射角はミラー部の変位角度(即ち、上述のθ1及びθ2)のみで決定されるから、スクリーン35(図1参照)上の任意位置に高精度にレーザ光線を照射することが可能となる。
なお、以降の説明で単に「回動する」と表現したときは、上述のようにミラー部5がθ1あるいはθ2の範囲で変位することを意味する。
図5は、本発明の実施の形態に係る光走査装置の第1の圧電素子10及び第2の圧電素子11を模式的に示す断面図である。なお、図5では説明を容易にするため、圧電素子の各構成部分の積層厚み等は実際のディメンジョンではなく、デフォルメして描いている(以降、図6、図7、図8において同じ)。
図5は、図3における第1の圧電素子10のY軸方向の断面、第2の圧電素子11のX軸方向の断面に相当する。なお、第1の圧電素子10の両側部には前述した第1の配線部材15a、第2の配線部材15bが形成されるが、図5ではこれらの配線部材は示していない。
図5において、41は厚みが例えば0.1mmのシリコン(Si)からなる基板であり、この基板41上には、厚みを例えば0.02μmとしたチタン(Ti)からなる密着層42が形成されている。密着層42上には、厚みを例えば0.22μmとしたプラチナ(Pt)からなる第1の電極43が形成されている。後述するように第1の電極43を構成するPtの層は、ミラー部5において反射ミラーとして機能する。
第1の電極43上には、ペロブスカイト型結晶構造を有するPZTを材料とする圧電体44が、例えば3.0μmの厚みに形成されている。
圧電体44の上には、厚みを例えば0.2μmとするプラチナ(Pt)で構成される第2の電極45が形成されている。なお、第2の電極45を構成する材料はPtに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は0.1〜0.5μmの範囲であれば良い。
第1,第2の圧電素子(10,11)は第1の電極43と第2の電極45に挟まれた圧電体44で構成され、両電極間に電圧を印加すると圧電歪み特性である変位特性が発現する。
なお、第1,第2の圧電素子(10,11)の成膜法は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザアブレーション法、イオンプレーティング法、MBE法、MOCVD法、プラズマCVD法等の気相成長法が好ましいが、ゾルゲル法、最近着目されている水熱合成法などであっても良い。
密着層42は、基板41と第1の電極43との密着性を高めるためのものであって、Tiに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロムまたはそれらの化合物で構成しても良い。また、密着層42の膜厚は0.005〜1.0μmの範囲であれば良い。この密着層42は、基板41と第1の電極43との密着性を確保できるのであれば、必ずしも必要なものではない。
図6は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の要部断面図である。
図6は図3におけるA−Aの断面に相当し、図6で同一のハッチを付した部分は、いずれも同一組成の材料から構成される。
図6において、48は例えば厚みを0.5mm程度とするアルミニウム製の補強材である。補強材48は図面上基板41より上側に示した構造物を形成した後、接着剤によって当該構造物に接着される。
図示するように、拘束支持体2は、図の下部から順に補強材48、基板41、密着層42、第1の電極43、圧電体44、第1及び第2の配線部材(15a,15b)が積層されたものである。そして、第2のカンチレバー4は、基板41、密着層42、第2の圧電素子11が積層され、ここで第2の圧電素子11は、第1の電極43、圧電体44、第2の電極45を積層したものである。
第2のカンチレバー4における第2の電極45と、拘束支持体2における第1,第2の配線部材(15a,15b)は積層方向において同一の層にあって、その材料はともに既に説明したPtである。後述するように、第2の電極45と第1,第2の配線部材(15a,15b)は光走査装置1の製造プロセスにおいて同時に形成される。
ミラー部5は、基板41、密着層42、第1の電極43を積層したものであって、図3を併せて参照すると明確なように中空に支持されている。そしてミラー部5の再上層である第1の電極43はPtで構成され、反射ミラーとして機能する。このミラー部5と拘束支持体2の間、及びミラー部5と第2のカンチレバー4の間には空間部49が設けられている。
さて、拘束支持体2に着目すると、第1の電極43と第1,第2の配線部材(15a,15b)の間に圧電体44が挟まれている。これらの配線部材は細い線材であるが、厳密に言えば第1,第2の配線部材(15a,15b)と第1の電極43の間に電位差が生じると、当該部分は圧電素子として機能し応力を生じる。つまり、第1の圧電素子10または第2の圧電素子11に電圧を印加すると、拘束支持体2には応力が発生することとなる。
拘束支持体2は可動部ではなく重量が増大しても何ら問題はないので、実施の形態では拘束支持体2の下部を補強材48で補強し、応力が生じても変位が生じないようにしている。つまり、補強材48は、単に基板41より上部の構造物を支持するだけでなく、応力による拘束支持体2全体の捩れや変位を有効に防止するものである。
図7は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の要部断面図である。
図7は図3におけるB−Bの断面に相当し、図7で同一のハッチを付した部分は、いずれも同一組成の材料から構成される。
図7に示すように、第1のカンチレバー3は、基板41、密着層42、第1の圧電素子10が積層され、ここで第1の圧電素子10は、第1の電極43、圧電体44、第2の電極45を積層したものである。ミラー部5と第1のカンチレバー3の間には空間部49が設けられている。
さて、第1のカンチレバー3の構造において特徴的なのは、第2の電極45の両側に第2の配線部材15bが設けられている点である。ここで図3を参照すると、この第2の配線部材15bは、第1のカンチレバー3を経由して、図示しない第2のカンチレバー4に備えられた第2の圧電素子11に接続される。つまり、第2の配線部材15bは、第1のカンチレバー3の両側部にて延伸して設けられている。
第2の配線部材15bに電圧を印加して、第2のカンチレバー4を駆動することができるが、このように第1のカンチレバー3には第2の配線部材15bが配置されているから、第2のカンチレバー4を駆動しようとすると、第1のカンチレバー3において第2の配線部材15bが設けられた部分の圧電体44には、下部の第1の電極43との間に電界が作用し応力を生じる。第2の配線部材15bは、第2の電極45と比較して十分に細く形成されているが、ミラー部5の挙動には少なからず影響を与えることとなる。
そこで、実施の形態においては、上述のように第2の配線部材15bを、第1のカンチレバー3の両側部にて(即ち、2本)延伸して設けるとともに、この2本の第2の配線部材15bのY軸方向の幅を同一に形成することで、少なくとも第1のカンチレバー3に捩れ応力が生じないようにしている。
しかしながら、捩れ応力は発生しないものの、実施の形態の構成では第2のカンチレバー4を駆動すると、微小ながらも第1のカンチレバー3が変位し、これによってミラー部5はY軸を中心として不要な回動をすることになる。そこで後述するように、第2のカンチレバー4を駆動する際には、第1のカンチレバー3に発生する応力を打ち消すような電圧を第1の配線部材15aに印加して(走査位置補正)、光走査装置1全体としての挙動を安定させている。
図8は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の製造工程を示す説明図である。
図8において、(a)は光走査装置1の基板41上の全面に圧電素子を形成した状態の断面、(b)は光走査装置1の配線パターン形成後の断面、(c)は圧電体44をエッチングして除去した状態の断面、(d)は第1の電極43、密着層42及び基板41の一部を除去した状態の断面、(e)は基板41の裏面を研削した後の状態の断面をそれぞれ示す。
以降、図8(a)〜図8(e)を用いて本発明の実施の形態に係る光走査装置1の製造工程を詳細に説明する。なお、図8は図3におけるA−A断面に相当する断面を示す。
<基板製造工程(第1の工程)>
まず、図8(a)に示すように、基板41上に、順次、密着層42、第1の電極43、圧電体44、第2の電極45をスパッタリング法により形成する。基板41にはSi基板を用いる。この基板41はSiに限るものではなく、ガラス基板や金属基板、セラミックス基板であっても良い。また、基板41のサイズはSiを用いるのであれば、φ2〜10インチのウエハや所定の角型基板を選ぶことが可能である。
まず、図8(a)に示すように、基板41上に、順次、密着層42、第1の電極43、圧電体44、第2の電極45をスパッタリング法により形成する。基板41にはSi基板を用いる。この基板41はSiに限るものではなく、ガラス基板や金属基板、セラミックス基板であっても良い。また、基板41のサイズはSiを用いるのであれば、φ2〜10インチのウエハや所定の角型基板を選ぶことが可能である。
密着層42は、Tiターゲットを用いて、基板41を400℃に加熱しながら100Wの高周波電力を印加し、ガス圧を1Paに調整したアルゴンガス中で、1分間形成することにより得られる。このプロセスによって密着層42の膜厚は0.02μmとなる。なお、密着層42の材料は、Tiに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロムまたはそれら(Tiを含む)の化合物であっても良い。また、膜厚は0.005〜0.2μmの範囲であれば良い。
第1の電極43は、Ptターゲットを用い、密着層42が形成された基板41を600℃に加熱しながら、ガス圧を1Paに調整したアルゴンガス中において200Wの高周波電力で12分間形成することにより得られる。このプロセスによって第1の電極43の膜厚は0.2μmとなる。なお、第1の電極43の材料はPt、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも1種の貴金属またはそれらの化合物であればよく、膜厚は0.05〜2μmの範囲であれば良い。
圧電体44は、多元スパッタ装置を用いて作製することができる。この場合ターゲットには,化学量論組成よりPb量の多いPZT(Zr/Ti=53/47,Pbが20モル%過剰)の焼結体ターゲットを用いる。真空中で予めヒーターにより基板加熱を行い、基板41を580℃に加熱しながら、アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガス体積比Ar:O2=15:5)において、真空度0.3Pa、高周波電力250Wの条件で180分間形成することにより、3μmの膜厚を堆積することができる。
なお、この圧電体44のZr/Ti組成は、Zr/Ti=30/70〜70/30であればよく、膜厚は、1〜5μmの範囲であれば良い。また、圧電体層44の構成材料は、PZTにLa、Sr、Nb、Al等の添加物を含有したもの等のように、PZTを主成分とする圧電材料が広く用いられており、PMNやPZNであっても良い。
第2の電極45は、第1の電極と同様にPtターゲットを用い、基板41を600℃に加熱しながらガス圧を1Paに調整したアルゴンガス中において200Wの高周波電力で12分間形成することにより得られる。この第2の電極45の膜厚は0.2μmとなる。なお、第2の電極45の材料はPtに限らず、導電性材料であればよく、クロムやニッケル、アルミニウム、タンタル、タングステン等を選ぶことが可能である。なお第2の電極45の膜厚は0.1〜0.5μmの範囲であれば良い。
図8(a)の時点ではSi製の基板41に、密着層42、プラチナ薄膜である第1の電極43、PZT薄膜である圧電体44、プラチナ薄膜である第2の電極45が一様に積層されている。
<配線パターン形成工程(第2の工程)>
次に、図8(a)に示す状態から、第2の電極45を配線パターンに応じてエッチングする。
次に、図8(a)に示す状態から、第2の電極45を配線パターンに応じてエッチングする。
第2の電極45上にスピンコート法により感光性樹脂(レジスト)を塗布し、露光及び現像して、第2の圧電素子11を構成する第2の電極45部分、第1の圧電素子10を構成する第2の電極部分(図示せず)、第1の配線部材15a及び第2の配線部材15bの配置位置に対応した形状にレジストパターンを形成した後、不要な部分をドライエッチング法により除去して電極パターン、配線パターンを形成する。つまり第2の電極45と第1の配線部材15a及び第2の配線部材15bは、同時に形成される。エッチング後にレジストを除去することにより、圧電体44上に第2の電極45及び第1の配線部材15a及び第2の配線部材15bがパターニングされ、図8(b)に示す状態となる。
<圧電体除去/ミラー部形成工程(第3の工程)>
次に、図8(b)に示す状態から、圧電体44をエッチングにより除去することで、図8(c)に示す状態となる。
次に、図8(b)に示す状態から、圧電体44をエッチングにより除去することで、図8(c)に示す状態となる。
まず、スピンコート法により感光性樹脂(レジスト)を全面に塗布し、露光及び現像してミラー部5等の位置に応じた所定形状にパターンを形成した後、不要な圧電体44をドライエッチング法により除去する。この工程によって、圧電体44は後に第1のカンチレバー3(図示せず)、第2のカンチレバー4、及び拘束支持体2となる部分にのみ残存し、それ以外の部位では除去される。
ここで、エッチングガスは第1の電極43とエッチングレートが大きく違う選択性の高いガスを選ぶことが好ましい。具体的には圧電体44のエッチングレートを高めるため、途中まではアルゴンと塩素やフッ素系の混合ガスの中のアルゴンの混合比をリッチにして、よりスパッタライクなプロセスで除去しておき、エンドポイントとなる第1の電極43の表面付近ではアルゴンの比率を下げていくようなプロセスを選択すれば良い。エッチングガスの種類や構成比率を変えることにより、エッチング対象である圧電体44(PZT)と第1の電極43(プラチナ)の選択比(PZTのエッチングレート/プラチナのエッチングレート)を4〜6倍にすることが可能であり、エッチングプロセスの制御性を非常に高くすることができる。これにより圧電体44(PZT)のエッチングが進行しても、ミラー部5となる第1の電極43の表面はエッチングによって荒らされず、反射率を損なうことがなくなる。
また、エッチングはドライエッチングにより行ったが、ウェットエッチング法により形成しても良い。圧電体44の除去部はミラー部5と必要に応じて配線部分を除く領域を選択することが好ましい。これによって、圧電体44を除去された部分は第1の電極43が露出した状態となり、この部分がミラー部5におけるミラー面となる。
<空隙形成工程(第4の工程)>
次に、図8(c)に示す状態から、図8(b)、図8(c)を用いて説明した方法と同様に、まずスピンコート法により感光性樹脂(レジスト)を全面に塗布し、露光及び現像して、ミラー部5を中空支持するための空間部(空隙)49に対応した所定形状にレジストパターンを形成した後、ドライエッチングにより第1の電極43及び密着層42を除去する。第1の電極43、密着層42とも同一のレジストパターンを用い、ドライエッチングはガスの切り替えにより順次連続に行っていく。除去部の領域は次に行うシリコンのエッチングで必要な開口部と同じか、それ以上の領域を除去する。
次に、図8(c)に示す状態から、図8(b)、図8(c)を用いて説明した方法と同様に、まずスピンコート法により感光性樹脂(レジスト)を全面に塗布し、露光及び現像して、ミラー部5を中空支持するための空間部(空隙)49に対応した所定形状にレジストパターンを形成した後、ドライエッチングにより第1の電極43及び密着層42を除去する。第1の電極43、密着層42とも同一のレジストパターンを用い、ドライエッチングはガスの切り替えにより順次連続に行っていく。除去部の領域は次に行うシリコンのエッチングで必要な開口部と同じか、それ以上の領域を除去する。
次に、空間部(空隙)49に相当する部分のシリコンを異方性エッチングによって除去する。まず所定のレジストパターンを形成するが、第1の電極43と密着層42をエッチングした際のレジストパターンをそのまま用いることも可能である。シリコンのエッチングは異方性エッチング法により行うが、シリコンディープエッチングの1つの手法であるいわゆるボッシュ法を用いて基板41の厚み方向にエッチングを行う方法により行うことができる。エッチング深さは光走査装置1完成時の基板41の厚み以上の深さをエッチングする必要がある。実施の形態では基板41を最終的に100μmの厚みに残すので、120μmの深さまでエッチングを行っている。これによって図8(d)の状態となる。
<基板研削工程(第5の工程)>
次に、図8(d)に示す状態から基板41を構成するシリコンを裏面(即ち、圧電体44が形成されていない面)から研削し、基板41の一部を除去する。ワックスを用いて研削を行う治具に、基板41側の露出する側が研削面になるように貼り付けを行い、研削加工により基板41を所定厚みになるように加工する。ミラー部5と第1及び第2のカンチレバー(3,4)、及び拘束支持体2の間の領域は予めエッチングにより除去され空間部49が形成されているため、加工後にワックス除去を行うと図8(e)に示すようにミラー部5が中空支持された構造を得ることができる。
次に、図8(d)に示す状態から基板41を構成するシリコンを裏面(即ち、圧電体44が形成されていない面)から研削し、基板41の一部を除去する。ワックスを用いて研削を行う治具に、基板41側の露出する側が研削面になるように貼り付けを行い、研削加工により基板41を所定厚みになるように加工する。ミラー部5と第1及び第2のカンチレバー(3,4)、及び拘束支持体2の間の領域は予めエッチングにより除去され空間部49が形成されているため、加工後にワックス除去を行うと図8(e)に示すようにミラー部5が中空支持された構造を得ることができる。
即ち、実施の形態に係る光走査装置1の製造工程を端的に説明すると、以下のようになる。
ミラー部5を、第1及び第2のカンチレバー(3,4)によって囲まれる空間に、第1及び第2のカンチレバー(3,4)と直接対向するように中空支持する光走査装置1の製造方法であって、第1の工程において、基板41の全面に、第1の電極43と、圧電体44と、第2の電極45を形成する。
第2の工程において、第2の電極45をエッチングして配線パターン(第1及び第2の配線部材(15a,15b))を形成する。なお、第2の工程では、各カンチレバーに設けられる圧電素子を駆動するための電極(図8(b)に示す第2の電極45)もパターニングされる。
第3の工程において、圧電体44をエッチングして、第1及び第2のカンチレバー(3,4)に対応する位置に圧電体44を残存させ、かつミラー部5に対応する位置の圧電体44を除去して、ミラー部5において第1の電極43をミラー面として露出させる。
第4の工程において、第1の電極43及び基板41をエッチングして、第1及び第2のカンチレバー(3,4)とミラー部5の間に空隙49を形成する。なお、第4の工程によって、ミラー部5と拘束支持体2の間にも空隙49が形成されることになる(図6等参照)。
第5の工程において、基板41を、圧電体44が形成されていない面から研削して、基板41の一部を除去する。
以上説明してきた製造工程は、例えば圧電体薄膜を利用したインクジェットヘッドの製造設備を殆どそのまま流用することが可能である。またエッチングに使用するフォトマスクは極めて高精度に製造することが可能であることから、実施の形態の光走査装置1は一枚のシリコン基板を用いて高密度かつ大量に生産することが可能である。この際、従来技術ではミラー部がカンチレバーの外部に設けられているため、形状に鑑みると取れ数の上では不利となる。
しかし、実施の形態の光走査装置1は、拘束支持体2、第1の及び第2のカンチレバー(3,4)、ミラー部5が渦巻き状に形成され、その外観形状は略正方形である(図2、図3、図4等を参照)。外観形状が極めて単純であることから、光走査装置1は、高密度に形勢がすることができ、例えば円形のシリコン基板に光走査装置1を大量に形成し、このシリコン基板単位で光通信用の光スイッチ群として用いることも可能である。
図9は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の制御部31及びその周辺の構成を示すブロック構成図である。
図9において、60はCPUであり、プログラムROM61に格納されたプログラムに基づき、RAM62をワーク領域に使用して制御部31全体の動作を管理する。
63はフラッシュメモリであり、第1のカンチレバー3及び第2のカンチレバー4を駆動するための基本データが格納されている。具体的には基本データとは光走査を行う際の位置情報と、この位置情報に対応する各カンチレバー3,4の駆動電圧の関係(厳密には、当該駆動電圧を出力するための設定値)を規定したデータ群である。
64はRAMである。フラッシュメモリ63に格納されている基本データは、例えば光走査装置1の電源投入時点でRAM64に転送される。RAM64はCPU60からアクセス可能に構成され、CPU60は後に説明する走査位置検出部80で得られた情報に基づきRAM64の基本データを補正(走査位置補正)し、カンチレバー駆動データを生成する。
第1及び第2のカンチレバー3,4を駆動する際は、RAM64のカンチレバー駆動データがディジタルアナログコンバータ(DAC)65,66に入力され、アナログレベル信号に変換出力される。このDAC65,66の出力はドライバ32,33に入力される。なお、実施の形態では後述のように1280ピクセル×960ラインの画像を投影する必要性、及び後述の走査位置補正を行う必要性から、DAC65,66の分解能は12bitとしている。
ドライバ32,33は、DAC65,66から出力されたアナログレベル信号を所定の増幅率で増幅し、ドライバ32は第1の配線部材15aを経由して第1のカンチレバー3に設けられた第1の圧電素子10を駆動し、ドライバ33は第2の配線部材15bを経由して第2のカンチレバー4に設けられた第2の圧電素子11を駆動する。
なお、RAM64からのカンチレバー駆動データの読み出し、DAC65,66制御等の高速性を要求される動作タイミングは、CPU60の起動信号に基づいて制御ロジック部69で生成され、制御ロジック部69は図示しない制御線を介してこれらを制御する。
他方、制御ロジック部69には、外部から画像データ(ビデオ信号)が入力されており、制御ロジック部69は第1及び第2の圧電素子(10,11)の駆動と同期して、画像データの値(例えば8bit/画素)に応じてレーザ駆動回路70に走査用半導体レーザ30を駆動する電力設定値を出力する。レーザ駆動回路70は、これに応じたパワーで走査用半導体レーザ30を駆動する。
図10は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の第1,第2のカンチレバー(3,4)に印加される駆動電圧を示す説明図である。
以降、光走査装置1の第1,第2のカンチレバー(3,4)の駆動電圧について、図10に図1、図2を併用して説明する。
図1において、スクリーン35に対する光走査は主走査方向と副走査方向になされるが、実施の形態ではスクリーン35上を1280ピクセル×960ラインで画像を構成する、いわゆるQuad VGAの画素構成としている。
図10においては、1280ピクセル×960ラインを描く周期がフレーム周期であり、1フレーム周期において主走査方向の1回の走査期間がラスタ周期である。従って実施の形態では、ラスタ走査(主走査方向の走査)を副走査方向の異なる位置に対して960回行うことによって1フレームの画像を投影する。
図10(a)は、第1のカンチレバー3に形成された第1の圧電素子10を駆動する電圧プロファイルの一例である。第1のカンチレバー3を駆動することで、副走査方向の走査がなされる(図1参照)。第1の圧電素子10を駆動する電圧プロファイルは、ラスタ周期が経過する毎に+V0方向に階段状に電圧を上昇させていき、960回のラスタ走査が完了(即ち、1フレーム期間が完了)すると、当初電位−V0に復帰することを繰返す。これによって第1、及び第2のカンチレバー(3,4)に支持されたミラー部5は、図2に示すY軸を回動中心としてフレーム周期で回動する。
図10(b)は、第2のカンチレバー4に形成された第2の圧電素子11を駆動する電圧プロファイルの一例である。第2のカンチレバー4を駆動することで、主走査方向の走査がなされる(図1参照)。第2の圧電素子11を駆動する電圧プロファイルは、ラスタ周期の単位で電圧を−V1〜+V1にスイングさせるものであり、これによって第2のカンチレバー4に支持されたミラー部5は、図2に示すX軸を回動中心としてラスタ周期で回動する。
実施の形態では、複数のカンチレバーのうち、ミラー部5に近いカンチレバー(ここでは、ミラー部5を直接支持する第2のカンチレバー4)ほど、より高速に駆動している。これはミラー部5に近いほど駆動すべき質量が小さくなるため、制御性能が有利となるからである。
なお、実施の形態では、第1のカンチレバー3の幅(図3におけるY軸方向の幅)と第2のカンチレバー4の幅(同X軸方向の幅)を略等しくしているが、第2のカンチレバー4は第1のカンチレバー3よりも、その幅を短くした方が全体の質量が低減し、第1のカンチレバー3による駆動特性を改善するため望ましい。
図11は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の第1のカンチレバー3に印加される駆動電圧を詳細に示す説明図である。
図11は、図10(a)の一部を拡大した図面である。
本発明の大きな特徴の1つは、ミラー部5を直接支持するカンチレバー(第2のカンチレバー4)を駆動する際に、ミラー部5を直接支持しない(言い換えれば、間接的に支持する)カンチレバー(第1のカンチレバー3)に生じる応力を打ち消すことで、ミラー部5の位置制御の精度を向上させたことである。
実施の形態では、図11に示すように、第1のカンチレバー3に印加する駆動電圧は、ラスタ周期が経過する毎に階段状に上昇させていくが、その一方で、ラスタ周期内では、時間の経過とともに電圧を減じる電圧プロファイルとしている。このようなプロファイルを採用することで、図10(b)に示す第2のカンチレバー4の駆動に伴い、第1のカンチレバー3に配置された第2の配線部材15bによって、第1のカンチレバー3に微小ながらも生じる応力を打ち消すことができ、ミラー部5の制御特性を向上させることが可能となる。
このときのラスタ周期内で減じるべき駆動電圧は、例えば第1のカンチレバー3における第1の圧電素子10の幅(図7に示す第2の電極45の幅)と、第2の配線部材15bの幅(図7参照)の比、及び第2のカンチレバー4を駆動する電圧によって決定すれば良い。
しかしながら実際問題として、圧電素子の特性には初期的にばらつきがあり、また環境条件によっても経時的にも特性が変動するため、実施の形態では、以降に説明する走査位置補正を行なっている。
図12は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の走査位置補正の概要を示す説明図である。
図12において、90はエリアセンサ、91は位置補正用半導体レーザである。エリアセンサ90はQuad VGAに相当する実効画素数を有する二次元CMOSイメージセンサであり、位置補正用半導体レーザ91に対するエリアセンサ90の関係は、走査用半導体レーザ30に対するスクリーン35と相似の関係となっている。ただし、実施の形態では、位置補正用半導体レーザ91の光軸は走査用半導体レーザ30の光軸と直交するように設けられており、エリアセンサ90の座標系は主走査方向と副走査方向がスクリーン35とは90゜回転した関係となっている。また、エリアセンサ90はQuad VGAの画素数を有するが、その受光面をスクリーン35と見立てたとき、位置補正用半導体レーザ91が出射した光は画像が実際のスクリーン35よりも縮小されるような倍率で受光面に結像される(より正確に表現すれば、そのような倍率になるように、位置補正用半導体レーザ91とエリアセンサ90の位置関係または光学系(図示せず)が設計されている)。
この縮小倍率を0.8とすると、スクリーン35の座標系(sm,ss)とエリアセンサ90の座標系(am,as)の関係は、例えば(数式1)のように表される。
(am,as)=(640+(sm−640)×0.8,480+(ss−480)×0.8) ・・・(数式1)
(数式1)によれば、スクリーン35の座標系(主走査座標,副走査座標)=(0,0)は、エリアセンサ90の座標系(主走査座標,副走査座標)=(128,96)に変換され、スクリーン35の座標系(主走査座標,副走査座標)=(1280,960)は、エリアセンサ90の座標系(主走査座標,副走査座標)=(1152,864)に変換される。つまり、スクリーン35上のイメージは、エリアセンサ90では、座標値(640,480)を中心とする縮小イメージとして観測される。このようにエリアセンサ90上で縮小された画像を用いることで、例えば大きな環境変化によって圧電素子の挙動が大きく変わっても、位置補正用半導体レーザ91による光スポットがエリアセンサ90の受光面から外れることなく、走査位置を的確に検出できる。
(数式1)によれば、スクリーン35の座標系(主走査座標,副走査座標)=(0,0)は、エリアセンサ90の座標系(主走査座標,副走査座標)=(128,96)に変換され、スクリーン35の座標系(主走査座標,副走査座標)=(1280,960)は、エリアセンサ90の座標系(主走査座標,副走査座標)=(1152,864)に変換される。つまり、スクリーン35上のイメージは、エリアセンサ90では、座標値(640,480)を中心とする縮小イメージとして観測される。このようにエリアセンサ90上で縮小された画像を用いることで、例えば大きな環境変化によって圧電素子の挙動が大きく変わっても、位置補正用半導体レーザ91による光スポットがエリアセンサ90の受光面から外れることなく、走査位置を的確に検出できる。
図13は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の走査位置検出部80及びその周辺構成を示すブロック構成図である。
図13において、80は走査位置検出部であり、31は既に説明した制御部である。
走査位置検出部80はSRAMで構成されるバッファ95と、エリアセンサ90及びバッファ95の動作を制御するタイミング生成部96を備える。タイミング生成部96で生成された制御信号に基づいてエリアセンサ90が周期的に駆動され、エリアセンサ90で撮像された画像は、フレーム単位にバッファ95に転送される。ここで、バッファ95は制御部31に設けられたCPU60からアクセス可能に構成されており、CPU60はエリアセンサ90で撮像されたフレーム単位の画像情報を取得することができる。
以降、図12,図13に、図9,図10を併用して実施の形態の走査位置補正について説明する。
光走査装置1の電源が投入された直後、あるいはユーザから調整実行指示があった場合に、走査位置補正が実行される。既に説明したように、制御部31の制御ロジック部69はCPU60の指示を受けて、図10(a),(b)に示す電圧プロファイルに基づき第1のカンチレバー3、第2のカンチレバー4を変位させてミラー部5を回動させる。このとき、制御ロジック部69は、電圧プロファイルが特定の値を示すタイミング(例えば、スクリーン35上の主走査方向の座標が100、副走査方向の座標が200)になると、走査位置検出部80に対してトリガ信号を出力する。トリガ信号を受信した走査位置検出部80のタイミング生成部96は、レーザ駆動回路97に点灯指示を出力し、これによって位置補正用半導体レーザ91が、主走査方向の1画素分に相当する期間発光する。
ここで、光走査装置1による投影(像書き込み)の1フレーム期間とエリアセンサ90による撮像(像検出)の1フレーム期間の同期をとり、エリアセンサ90では1フレーム期間にわたるグローバルシャッタ動作を実行すれば、制御ロジック部69がトリガ信号を発生したタイミング(即ち、スクリーン35上の特定の座標位置)に対応して位置補正用半導体レーザ91が発光した際の光スポット位置をエリアセンサ90で検出できる。そして、このときの光スポット位置は、1フレームの画像データとしてエリアセンサ90から出力され、バッファ95に格納される。制御部31のCPU60は、バッファ95にアクセスして1280×960個の画像データを取得する。
なお、走査位置補正における光走査装置1による像書き込み位置は、任意の複数ヵ所について設定可能とされている。これは、制御ロジック部69に複数のレジスタと、主走査方向及び副走査方向の画素カウンタ,ラインカウンタを用意し、CPU60が複数のレジスタに点灯位置をセットした上で、レジスタ値とカウンタ値を比較する比較回路(いずれも図示せず)を設けることで容易に実装できる。
さて、例えばQuad VGAの画素を例えばセルサイズが1/3インチのエリアセンサ90で検出することを考える。このセルサイズで構成した場合、エリアセンサ90の1画素のサイズは3.75μm程度である。また、エリアセンサ90上では上述のように縮小イメージが結像されるようにしていること、更に、適切な光学系を用いても半導体レーザが形成する光スポットは7〜10μm程度にしか絞り込めないことから、位置補正用半導体レーザ91の側で1画素サイズの光スポットを形成しても、バッファ95に格納された画像データ上では、CPU60は複数の座標位置に跨った光スポットを検出することとなる。
一般に半導体レーザ(シングルモード)の光スポットの輝度は、その中心部から裾にかけての断面強度分布がガウス分布となる。実施の形態では、いわゆるAPC(Auto Power Control)等によって位置補正用半導体レーザ91の発光輝度を一定に管理しており、予めそのピーク輝度に対するエリアセンサ90の各画素の出力値は計測できるから、CPU60は光スポット領域として検出された複数画素の出力値に基づいて、輝度が最も高くなる、即ちピーク輝度が得られる座標位置を推定し、これをエリアセンサ90における光スポットの座標値とする。なお、この座標値は整数ではなく実数値として求められる。そして、CPU60はこの座標値を(数式1)の逆関数を用いて、スクリーン35の座標系に変換する。
以上説明してきたプロセスによって、光走査装置1によって走査された光スポットが、事前に予定されている位置に対してどの程度離間した位置にあるかが検出できる。
図14は、本発明の実施の形態に係る光走査装置1の走査位置補正の過程を模式的に表した説明図である。以降、図14に図9、図10、図11、図12、図13を併用して、走査位置補正について詳細に説明する。
なお、以降の説明ではエリアセンサ90の光受光面(図12参照)において、主走査方向に4つの光スポットを形成し(この4つの光スポットを便宜上「line」と呼称する)、副走査方向の互いにずれた位置に2本のラインを形成したものとして説明する。即ち、line1はsp[1][1],sp[1][2],sp[1][3],sp[1][4]、line2はsp[2][1],sp[2][2],sp[2][3],sp[2][4]で構成される。なお、以降の説明で、単にsp[1][1]のように表記した場合は、上述した(数式1)を用いて、エリアセンサ90の座標系からスクリーン35の座標系に変換された位置を示すものとする。
ここでline1に着目すると、line1を構成するsp[1][1],sp[1][2],sp[1][3],sp[1][4]は、この順に第2のカンチレバー4を駆動する電圧を高く設定しているが(図10(b)のラスタ周期内のプロファイルを参照)、第1のカンチレバー3を駆動する電圧は図10(a)または図11に示すように、ラスタ周期内で微小に減少するプロフィールに基づいて制御されている。
また、各ラインに着目すると、line1のsp[1][1]、line2のsp[2][1]の順に第1のカンチレバー3を駆動する電圧を高く設定するが、このときの主走査方向の光スポット位置は同じであるから、第2のカンチレバー4を駆動する電圧は同一である。なお、line1とline2は隣接するラインではなく、副走査方向に十分に離間しているものとする。
本来ならば、line1、line2は、図14における「主走査方向」と平行に形成されるべきだが、実施の形態の場合、主走査方向に走査するため第2のカンチレバー4を駆動することで、その駆動電圧の影響が第1のカンチレバー3に及び、第1のカンチレバー3が微小変位することで光スポットは副走査方向に若干ずれて形成される。
ここで、CPU60は各カンチレバーを駆動する情報(基本データ:フラッシュメモリ63に格納。図9参照)を把握している。また、CPU60は走査位置検出部80のバッファ95にアクセスして、実際に光スポットが形成された位置を検出できる(図13参照)。
即ち、CPU60はline1のsp[1][1]〜sp[1][4]の光スポットの位置を計測することで、第1のカンチレバー3を副走査方向の一定位置に制御するプロファイルを用いて制御し、かつ第2のカンチレバー4を主走査方向について回動させたとき(つまり、図10(a),(b)のプロファイルに従って回動させたとき)に、本来ならば副走査方向について同一位置を走査するべき第1のカンチレバー3が変位した量を知ることができる。
次に、CPU60はline2のsp[2][1]〜sp[2][4]の光スポットの位置を計測し、sp[2][1]とsp[1][1]の副走査方向の間隔を計測する。ここでCPU60は、sp[2][1]とsp[1][1]位置に対応する第1のカンチレバー3の駆動電圧(その設定値)を基本データとして予め把握しており、他方でsp[2][1]とsp[1][1]の副走査方向の間隔が走査位置検出部80で検出できるため(図13参照)、単純な線形演算によって副走査方向に所望の距離だけ光スポットをずらそうとした場合の補正電圧を算出することができる。
CPU60は、各カンチレバーを駆動する基本データに、補正電圧に対応するデータを加減算してカンチレバー駆動データを生成し、これをRAM64にセットする(図9参照)。これによって、第2のカンチレバー4を駆動することで、第1のカンチレバー3が変位することが防止され、光スポットを常に高精度でスクリーン35上に投影できる。
以上述べてきたように、本発明の光走査装置は、非常に簡易な構成で高速な光走査が可能となることから、レーザスキャナ、レーザプロジェクタ等に好適に応用できる。また、本発明の光走査装置は小型化、及び高集積化が可能であることから、いわゆる光スイッチして光ネットワーク回線のバースト伝送用のスイッチングに応用することができる。
1 光走査装置
2 拘束支持体
3 第1のカンチレバー
4 第2のカンチレバー
5 ミラー部
6 レーザ光線
10 第1の圧電素子
11 第2の圧電素子
15a 第1の配線部材
15b 第2の配線部材
16 両軸回動中心
30 走査用半導体レーザ
31 制御部
32,33 ドライバ
35 スクリーン
41 基板
43 第1の電極
44 圧電体
45 第2の電極
48 補強材
60 CPU
63 フラッシュメモリ
62,64 RAM
65,66 ディジタルアナログコンバータ(DAC)
69 制御ロジック部
70 レーザ駆動回路
80 走査位置検出部
90 エリアセンサ
91 位置補正用半導体レーザ
95 バッファ
96 タイミング生成部
97 レーザ駆動回路
100 レーザプロジェクタ
2 拘束支持体
3 第1のカンチレバー
4 第2のカンチレバー
5 ミラー部
6 レーザ光線
10 第1の圧電素子
11 第2の圧電素子
15a 第1の配線部材
15b 第2の配線部材
16 両軸回動中心
30 走査用半導体レーザ
31 制御部
32,33 ドライバ
35 スクリーン
41 基板
43 第1の電極
44 圧電体
45 第2の電極
48 補強材
60 CPU
63 フラッシュメモリ
62,64 RAM
65,66 ディジタルアナログコンバータ(DAC)
69 制御ロジック部
70 レーザ駆動回路
80 走査位置検出部
90 エリアセンサ
91 位置補正用半導体レーザ
95 バッファ
96 タイミング生成部
97 レーザ駆動回路
100 レーザプロジェクタ
Claims (6)
- 一端を拘束支持体に拘束され、第1の圧電素子を備える第1のカンチレバーと、
この第1のカンチレバーの自由端に拘束され、前記第1のカンチレバーの長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第2の圧電素子を備える第2のカンチレバーと、
この第2のカンチレバーの自由端に支持され、前記第1のカンチレバーと前記第2のカンチレバーとによって囲まれる空間に配置されるミラー部と、
を備えることを特徴とする光走査装置。 - 前記第1の圧電素子に電圧を印加して前記第1のカンチレバーを変位させる第1の制御手段と、
この第1の制御手段と前記第1のカンチレバーに形成された前記第1の圧電素子を、電気的に接続する第1の配線部材と、
前記第2の圧電素子に電圧を印加して前記第2のカンチレバーを変位させる第2の制御手段と、
この第2の制御手段と前記第2のカンチレバーに形成された前記第2の圧電素子を、電気的に接続する第2の配線部材と、
を備え、
前記第2の配線部材を2本設け、この2本の第2の配線部材が前記第1のカンチレバーの両側部を延伸して前記第2のカンチレバーの第2の圧電素子に接続されることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。 - 前記第2の制御手段が前記第2の圧電素子を駆動するとき、前記第1の制御手段は、前記第2の圧電素子の駆動により前記第1のカンチレバーに生じる応力を打ち消すために、前記第1の圧電素子に電圧を印加することを特徴とする請求項2記載の光走査装置。
- 一端を拘束支持体に拘束され、第1の圧電素子を備える第1のカンチレバーと、
この第1のカンチレバーの自由端に拘束され、前記第1のカンチレバーの長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ、第2の圧電素子を備える第2のカンチレバーと、
この第2のカンチレバーの自由端に支持され、前記第1のカンチレバーと前記第2のカンチレバーとによって囲まれる空間に配置されるミラー部とを備え、
前記第1の圧電素子及び前記第2の圧電素子に電圧を印加して前記第1のカンチレバー及び前記第2のカンチレバーを駆動することにより、前記ミラー部を変位させる光走査装置と、
前記ミラー部に光を出射する走査用半導体レーザとから構成され、
前記走査用半導体レーザが出射する光を前記光走査装置により所定のスクリーンに投影することを特徴とするレーザプロジェクタ。 - 一端を拘束支持体に拘束され第1の圧電素子を備える第1のカンチレバーと、この第1のカンチレバーの自由端に拘束され前記第1のカンチレバーの長手方向とは略直行する方向に延伸して設けられ第2の圧電素子を備える第2のカンチレバーと、この第2のカンチレバーの自由端に支持され前記第1のカンチレバーと前記第2のカンチレバーとによって囲まれる空間に配置されるミラー部とを備える光走査装置の製造方法であって、
基板の全面に、第1の電極と、圧電体と、第2の電極を形成する第1の工程と、
前記第2の電極をエッチングして配線パターンを形成する第2の工程と、
前記圧電体をエッチングして、前記第1のカンチレバー及び第2のカンチレバーに対応する位置に前記圧電体を残存させ、かつ前記ミラー部に対応する位置の前記圧電体を除去して、前記ミラー部において前記第1の電極をミラー面として露出させる第3の工程と、
前記第1の電極及び前記基板をエッチングして、前記第1のカンチレバー及び第2のカンチレバーと前記ミラー部の間に空隙を形成する第4の工程と、
前記基板を、前記圧電体が形成されていない面から研削して、前記基板の一部を除去する第5の工程と、
を備えることを特徴とする光走査装置の製造方法。 - 前記第3の工程において、前記圧電体の除去が第1の電極の表面付近まで進行した時点で、エッチングガスの構成比率を変化させることを特徴とする請求項5記載の光走査装置の製造方法。
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-
2009
- 2009-10-14 JP JP2009236953A patent/JP2011085677A/ja active Pending
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