JP2014186236A - 光スキャナーの製造方法、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光スキャナーの製造方法は、基部411aとなる基部領域411a’と、基部411aを支持する支持部415となる支持部領域415’とを有する第1の基板42と、一方の面側に、枠状の凹部31と、凹部31の内側に位置する第1の凸部32と、凹部31の外側に位置し光反射率を低減する機能を有する枠状の第2の凸部33とが形成された第2の基板43と、を重ね合わせて、基部領域411a’および第1の凸部32並びに支持部領域415’および第2の凸部33をそれぞれ接合する接合工程と、第1の基板42をパターニングし、基部411aおよび支持部415を形成するパターニング工程と、第2の基板43を他方の面側から削り、第1の凸部32と第2の凸部33とを分離する薄肉化工程とを有している。
【選択図】図13
Description
しかしながら、特許文献1に記載の光スキャナーでは、基体(特に可動板)と遮光部材とが別部材で構成されているため、基体と遮光部材とのアライメントがずれるおそれがある。アライメントがずれると、レーザー光の一部が入射用窓部または出射用窓部を通過できなかったり、迷光防止効果が低下したりする。
本発明の光スキャナーの製造方法は、基部となる基部領域、前記基部を揺動可能に支持する軸部となる軸部領域、および前記軸部を介して前記基部を支持する支持部となる支持部領域、を含む第1の基板と、一方の面に、枠状の凹部、前記凹部の内側に位置する第1の部分、および前記凹部の外側に位置し光反射率を低減する機能を有する枠状の第2の部分、が形成された第2の基板と、を重ね合わせて、前記基部領域および前記第1の部分並びに前記支持部領域および前記第2の部分をそれぞれ接合する接合工程と、
前記第1の基板をパターニングし、前記基部、前記軸部および前記支持部を形成するパターニング工程と、
前記第2の基板を他方の面側から削り、前記凹部を前記他方の面側へ貫通させることによって、前記第1の部分と前記第2の部分とを分離する薄肉化工程と、を有することを特徴とする。
これにより、迷光を低減することのできる光スキャナーを精度よく形成することができる。
これにより、光反射部によって、受けた光を効率的に反射することができる。
本発明の光スキャナーの製造方法では、前記薄肉化工程に先立って、前記第1の基板と前記第2の基板の隙間に封止材を充填する充填工程を有し、
前記薄肉化工程では、ウエットエッチングによって前記第2の基板を削ることが好ましい。
これにより、第1の基板をエッチング液から保護することができる。
これにより、第2の部分に光反射低減機能を簡単に付与することができる。
本発明の光スキャナーの製造方法では、前記凹部の内面は、湾曲面を含む凹状をなしていることが好ましい。
これにより、分離された状態の第1の部分および第2の部分に、主面に直交する側面が形成されないため、迷光の発生をより効果的に低減することができる。
本発明の光スキャナーの製造方法では、前記接合工程は、前記第1の基板と前記第2の基板とを陽極接合によって接合することが好ましい。
これにより、比較的簡単に、かつ高い強度で、第1の基板と第2の基板とを接合することができる。
前記基部に支持されたスペーサーと、
前記支持部に固定され、前記スペーサーの外周の少なくとも一部を囲むように設けられ、前記スペーサーと同一材料で構成された固定部と、
前記固定部の前記基板側の面に設けられ、光反射率を低減する光反射低減部と、を有することを特徴とする。
これにより、迷光を低減することのできる光スキャナーが得られる。
これにより、光反射部によって、受けた光を効率的に反射することができる。
本発明の光スキャナーでは、前記スペーサーと前記固定部の前記基板と反対側の面同士は、同一面上に位置していることが好ましい。
これにより、光反射部による光の走査を妨害せずに、迷光の発生をより効果的に低減することができる。
前記軸部の前記固定部と重なっている領域には、前記軸部の捩じれを検出する捩じれ検出素子が設けられていることが好ましい。
これにより、検出素子への光の入射が防止または低減され、検出素子による捩じれ検出をより精度よく行うことができる。
前記基部に支持され、光を反射する光反射部を有するスペーサーと、
前記支持部に固定され、前記スペーサーの外周の少なくとも一部を囲むように設けられ、前記スペーサーと同一材料で構成された固定部と、
前記固定部の前記基板側の面に設けられ、光反射率を低減する光反射低減部と、を有することを特徴とする。
これにより、迷光を低減することができ、優れた表示特性を発揮することのできる画像表示装置が得られる。
前記フレームに設けられた光スキャナーと、を備えたヘッドマウントディスプレイであって、
前記光スキャナーは、基部と、前記基部を揺動可能に支持する軸部と、前記軸部を介して前記基部を支持する支持部とを有する基板と、
前記基部に支持され、光を反射する光反射部を有するスペーサーと、
前記支持部に固定され、前記スペーサーの外周の少なくとも一部を囲むように設けられ、前記スペーサーと同一材料で構成された固定部と、
前記固定部の前記基板側の面に設けられ、光反射率を低減する光反射低減部と、を有することを特徴とする。
これにより、迷光を低減することができ、優れた表示特性を発揮することのできるヘッドマウントディスプレイが得られる。
1.画像表示装置
<第1実施形態>
まず、本発明の画像表示装置の第1実施形態について説明する。
図1、図4および図7に示すように、画像表示装置1は、描画用レーザー光LLを出射する描画用光源ユニット2と、描画用レーザー光LLを走査する光スキャナー4と、光スキャナー4で走査した描画用レーザー光LLを反射させるミラー11と、描画用光源ユニット2および光スキャナー4の作動を制御する制御部6とを有している。なお、ミラー11は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
図1に示すように、描画用光源ユニット2は、赤色、緑色、青色、各色のレーザー光源(光源部)21R、21G、21Bと、レーザー光源21R、21G、21Bに対応して設けられたコリメーターレンズ22R、22G、22Bおよびダイクロイックミラー23R、23G、23Bと、を備えている。
光スキャナー4は、描画用光源ユニット2から描画用レーザー光LLを2次元走査する機能を有している。図2ないし図6に示すように、光スキャナー4は、構造体40と、永久磁石46と、コイル47と、磁心48と、電圧印加部49と、を備えている。また、構造体40は、可動部411と、1対の第1の軸部412a、412bと、枠体部413と、1対の第2の軸部414a、414bと、支持部415と、固定部416と、を有している。
図4に示すように、枠体部413は、第1の軸J1に沿った方向での長さが第2の軸J2に沿った方向での長さよりも長くなっている。すなわち、第1の軸J1に沿った方向における枠体部413の長さをaとし、第2の軸J2に沿った方向における枠体部413の長さをbとしたとき、a>bなる関係を満たす。これにより、第1の軸部412a、412bに必要な長さを確保しつつ、第2の軸J2に沿った方向における光スキャナー4の長さを抑えることができる。
また、第1の軸部412a、412bおよび第2の軸部414a、414bは、それぞれ、弾性変形可能に構成されている。そして、第1の軸部412a、412bは、可動部411を第1の軸J1周りに揺動可能とするように、可動部411と枠体部413とを連結している。また、第2の軸部414a、414bは、枠体部413を第1の軸J1に直交する第2の軸J2周りに揺動可能とするように、枠体部413と支持部415とを連結している。
また、支持部415の上面には、固定部416が設けられている。固定部416は、可動部411のスペーサー411bと同じ高さに配置されており、平面視にて、スペーサー411bを囲んで設けられている。言い換えると、スペーサー411bは、枠状をなす固定部416の内側に設けられている。
遮光部417の構成材料としては、遮光機能および光反射率低減機能を有していれば、特に限定されず、例えば、Cr(クロム)を用いることができる。Crを用いることによって、遮光機能および光反射率低減機能が共に優れる遮光部417が得られる。この場合、遮光部417の表面を粗面化処理してもよい。また、Crで構成された層に、さらに、反射防止膜(ARコート)を積層した構成としてもよい。
また、固定部416の上面は、スペーサー411bの上面と同一平面上に位置している。これにより、光反射部411cでの描画用レーザー光LLの走査を阻害せずに、迷光の発生を低減することができる。
以上のような構造体40は、第1の基板42と、第2の基板43とを積層した積層体として構成されている。
本実施形態では、永久磁石46は、第1、第2の軸J1、J2の両軸に対して傾斜する方向に延在する長手形状(棒状)をなす。そして、永久磁石46は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石46は、一端部をS極とし、他端部をN極とするように磁化されている。また、永久磁石46は、平面視にて、第1の軸J1と第2の軸J2との交点を中心として対称となるように設けられている。
このようなコイル47は、電圧印加部49に電気的に接続されている。そして、電圧印加部49によりコイル47に電圧が印加されることで、コイル47から第1、第2の軸J1、J2に直交する磁束を有する磁界が発生する。
このような第2の電圧V2の周波数は、第1の電圧V1の周波数よりも小さいことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動部411を第1の軸J1周りに第1の電圧V1の周波数で揺動させつつ、第2の軸J2周りに第2の電圧V2の周波数で揺動させることができる。
電圧重畳部493は、コイル47に電圧を印加するための加算器493aを備えている。加算器493aは、第1の電圧発生部491から第1の電圧V1を受けるとともに、第2の電圧発生部492から第2の電圧V2を受け、これらの電圧を重畳しコイル47に印加するようになっている。
制御部6は、描画用光源ユニット2および光スキャナー4の作動を制御する機能を有している。具体的には、制御部6は、光スキャナー4を駆動して可動部411を第1、第2の軸J1、J2周りに揺動させるとともに、検出素子51、52から検出される可動部411の揺動に同期させて、描画用光源ユニット2から描画用レーザー光LLを出射させる。制御部6は、例えば外部コンピューターから送信された画像データに基づいて、各レーザー光源21R、21G、21Bから所定強度のレーザー光RR、GG、BBを所定のタイミングで出射させ、所定色および強度の描画用レーザー光LLを所定タイミングで出射させる。これにより、対象物10に画像データに応じた画像が表示される。
次に、本発明の画像表示装置の第2実施形態について説明する。
図9は、本発明の第2実施形態にかかる画像表示装置が備える光スキャナーの上面図、図10は、図9中のB−B線断面図である。
以下、第2実施形態の画像表示装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第2実施形態にかかる画像表示装置は、光スキャナーの固定部の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図9および図10に示すように、本実施形態の光スキャナー4Aの固定部416は、第2の軸部414a、414bの基端部と重なるように設けられている。固定部416の下面には、遮光部417が設けられており、これにより、検出素子52への描画用レーザー光LLの入射を低減している。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
次に、図11ないし図15に基づいて、前述した光スキャナー4の製造方法について説明する。なお、図11ないし図15は、それぞれ、図5に示す断面に相当する断面図である。また、図11ないし図15では、断面の関係上、第1の軸部412a、412bおよび第1の軸部領域412a’、412b’の図示を省略している。
光スキャナー4の製造方法は、第1の基板42と第2の基板43を用意し、これらを接合する接合工程と、第1の基板42をパターニングするパターニング工程と、第2の基板43を削って薄肉化する薄肉化工程と、光反射部411cを形成する光反射部形成工程とを有している。以下、この製造方法について詳細に説明する。
[1−1]第1の基板用意工程
まず、図11(a)に示すように、上側から第1のSiO2層81、第1のSi層82、第2のSiO2層83、第2のSi層84および第3のSiO2層85が積層してなる積層基板8を用意する。各層の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、第1のSiO2層81:0.5μm程度、第1のSi層82:40μm程度、第2のSiO2層83:0.5μm程度、第2のSi層84:250μm程度、第3のSiO2層85:1.6μm程度とすることができる。
具体的には、まず、図11(b)に示すように、第1、第3のSiO2層81、85をパターニングし、基部領域411a’、第1の軸部領域412a’、412b’、枠体部領域413’、第2の軸部領域414a’、414b’および支持部領域415’に対応するSiO2マスクM1、M2を形成する。この時、基部411aのスペーサー411bと接合する領域と、支持部415の固定部416と接合する領域についてはSiO2マスクM1を形成せず、その替りに、レジストマスクM3を形成し、第1のSi層82の露出を防ぐ。次に、SiO2マスクM1を介して第1のSi層82をエッチングすることで、第1のSi層82に、基部411a、第1の軸部412a、412b、枠体部413の一部、第2の軸部414a、414bおよび支持部415の一部を一体形成する。次に、SiO2マスクM1および第1のSi層82から露出した第2のSiO2層83を除去する。そして、最後に、レジストマスクM3を除去し、検出素子51、52(図示せず)を形成することで、図11(c)に示すように、第1の基板42が得られる。なお、検出素子51、52の形成工程は、図11(a)の段階で先に形成しておいてもよい。
まず、図12(a)に示すように、実質的に無色透明なガラス基板(例えば、テンパックスガラス基板)3を準備する。ガラス基板3の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、400μm程度とすることができる。次に、図12(b)に示すように、例えばウエットエッチングによって、ガラス基板3の下面をパターニングすることにより、円環状の凹部31と、凹部31の内側に設けられ、スペーサー411bを構成する第1の凸部(第1の部分)32と、凹部31の外側に設けられ、固定部416を構成する第2の凸部(第2の部分)33とを形成する。この際、凹部31の内面は、湾曲面を含む凹面とされる。ガラス基板3は、凹部31の内面を湾曲面を含む凹面とする加工を容易に行うことができる点でも好ましい。
次に、例えば、蒸着、スパッタリング等によって、ガラス基板3の下面(突出部416aは除く)および凹部31の内面の外周側の領域にCrを成膜し、遮光部417の一部を形成する。これにより、遮光機能および光反射率低減機能を備えた第2の凸部33が得られる。以上により、第2の基板43が得られる。
まず、図13(a)に示すように、前記工程[1−1]で得られた第1の基板42と、前記工程[1−2]で得られた第2の基板43とを、重ね合わせ、基部411aと第1の凸部32、支持部415と第2の凸部33をそれぞれ接合する。接合方法としては、特に限定されないが、陽極接合を用いるのが好ましい。これにより、第1、第2の基板42、43をより強固に接合することができる。前述したように、基部411aと第1の凸部32と接合される領域、支持部415の第2の凸部33と接合される領域は、第1のSiO2層81が形成されておらず、第1のSi層82が露出しているため、前記陽極接合を確実に行うことができる。
次に、例えばドライエッチングによって、SiO2マスクM2を介して第2のSi層84をパターニングして、枠体部413の一部(リブ部)と、支持部415の一部を形成する。次に、SiO2マスクM2および第2のSi層84から露出した第2のSiO2層83を除去する。これにより、図13(b)に示すように、第1の基板42から、基部411a、第1の軸部412a、412b、枠体部413、第2の軸部414a、414bおよび支持部415が一体的に形成される。
次に、図14(a)に示すように、第1の基板42に形成された隙間から、ワックス等の封止材100を供給し、第1、第2の基板42、43の間の隙間(空間)を封止材100で埋める。封止材100は、第1、第2の基板42、43の強度を高める機能と、後述する薄肉化工程にて第1の基板42がエッチングダメージを受けるのを防止する機能とを有している。
次に、図14(b)に示すように、第1の基板42を下側にして、第1、第2の基板42、43の積層体を支持基板110に固定する。この固定には、封止材100が用いられる。次に、図15(a)に示すように、例えばウエットエッチングによって第2の基板43を上面側から削って薄肉化する。これにより、第1、第2の凸部32、33以外の部分が除去されるとともに、凹部31が上面に貫通し、第1の凸部32と第2の凸部33とが分離する。よって、スペーサー411bと固定部416とが得られる。ここで、第1の基板42が封止材100で保護されているため、本工程にて、エッチング液が第1の基板42に接触することがなく、第1の基板42のダメージを防止することができる。なお、第2の基板43の薄肉化方法としてはウエットエッチングに限定されず、例えば、研磨加工であってもよい。研磨加工の場合も封止材100で保護することで研磨時の構造体の破損を解消できる。
次に、アセトンなどの溶剤を用いて封止材100を除去し、その後、スペーサー411bの上面に、例えば蒸着、スパッタリング等によって、アルミニウムを成膜することによって、光反射部411cを形成する。また、蒸着、スパッタリング等によって、固定部416の上面にCrを成膜し、遮光部417を形成する。これにより、図15(b)に示すように、光スキャナー4が得られる。
このような光スキャナーの製造方法によれば、固定部416とスペーサー411bとを共に第2の基板43から形成するため、製造中の固定部416とスペーサー411bとの位置ずれが起こり得ず、よって、固定部416とスペーサー411bとのアライメントを高精度に制御することができる。
次に、本発明の画像表示装置の一例であるヘッドアップディスプレイについて説明する。
図16は、本発明の画像表示装置を応用したヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。
次に、本発明のヘッドマウントディスプレイについて説明する。
図17は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。
図17に示すように、ヘッドマウントディスプレイ300は、観察者の頭部に装着されるフレーム310と、フレーム310に搭載された画像表示装置1とを有している。そして、画像表示装置1により、フレーム310の本来レンズである部位に設けられた表示部(光反射層材)320に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。
なお、ヘッドマウントディスプレイ300に、2つ画像表示装置1を設け、両方の目で視認される画像を、2つの表示部に表示するようにしてもよい。
また、前述した実施形態では、光スキャナーとして描画用レーザー光を2次元走査することのできるものを1つ用いているが、1次元走査することのできる光スキャナー(本発明の光スキャナー)を2つ用意し、これらを揺動軸が直交するように配置してもよい。このような構成によっても描画用レーザー光を2次元走査することができる。
Claims (12)
- 基部となる基部領域、前記基部を揺動可能に支持する軸部となる軸部領域、および前記軸部を介して前記基部を支持する支持部となる支持部領域、を含む第1の基板と、一方の面に、枠状の凹部、前記凹部の内側に位置する第1の部分、および前記凹部の外側に位置し光反射率を低減する機能を有する枠状の第2の部分、が形成された第2の基板と、を重ね合わせて、前記基部領域および前記第1の部分並びに前記支持部領域および前記第2の部分をそれぞれ接合する接合工程と、
前記第1の基板をパターニングし、前記基部、前記軸部および前記支持部を形成するパターニング工程と、
前記第2の基板を他方の面側から削り、前記凹部を前記他方の面側へ貫通させることによって、前記第1の部分と前記第2の部分とを分離する薄肉化工程と、を有することを特徴とする光スキャナーの製造方法。 - 前記薄肉化工程の後に、さらに、前記第1の部分の前記第1の基板と反対側の面に反射性を有する光反射部を形成する光反射部形成工程を有している請求項1に記載の光スキャナーの製造方法。
- 前記薄肉化工程に先立って、前記第1の基板と前記第2の基板の隙間に封止材を充填する充填工程を有し、
前記薄肉化工程では、ウエットエッチングによって前記第2の基板を削る請求項1または2に記載の光スキャナーの製造方法。 - 前記第2の部分の表面には、光反射率を低減する光反射低減部が設けられている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光スキャナーの製造方法。
- 前記凹部の内面は、湾曲面を含む凹状をなしている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光スキャナーの製造方法。
- 前記接合工程は、前記第1の基板と前記第2の基板とを陽極接合によって接合する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光スキャナーの製造方法。
- 基部と、前記基部を揺動可能に支持する軸部と、前記軸部を介して前記基部を支持する支持部とを有する基板と、
前記基部に支持されたスペーサーと、
前記支持部に固定され、前記スペーサーの外周の少なくとも一部を囲むように設けられ、前記スペーサーと同一材料で構成された固定部と、
前記固定部の前記基板側の面に設けられ、光反射率を低減する光反射低減部と、を有することを特徴とする光スキャナー。 - 前記スペーサーの前記基板と反対の面側には、光反射性を有する光反射部が設けられている請求項7に記載の光スキャナー。
- 前記スペーサーと前記固定部の前記基板と反対側の面同士は、同一面上に位置している請求項7または8に記載の光スキャナー。
- 前記固定部は、前記基板の平面視で、前記軸部の少なくとも一部と重なっており、
前記軸部の前記固定部と重なっている領域には、前記軸部の捩じれを検出する捩じれ検出素子が設けられている請求項7ないし9のいずれか1項に記載の光スキャナー。 - 基部と、前記基部を揺動可能に支持する軸部と、前記軸部を介して前記基部を支持する支持部とを有する基板と、
前記基部に支持され、光を反射する光反射部を有するスペーサーと、
前記支持部に固定され、前記スペーサーの外周の少なくとも一部を囲むように設けられ、前記スペーサーと同一材料で構成された固定部と、
前記固定部の前記基板側の面に設けられ、光反射率を低減する光反射低減部と、を有することを特徴とする画像表示装置。 - 観察者の頭部に装着されるフレームと、
前記フレームに設けられた光スキャナーと、を備えたヘッドマウントディスプレイであって、
前記光スキャナーは、基部と、前記基部を揺動可能に支持する軸部と、前記軸部を介して前記基部を支持する支持部とを有する基板と、
前記基部に支持され、光を反射する光反射部を有するスペーサーと、
前記支持部に固定され、前記スペーサーの外周の少なくとも一部を囲むように設けられ、前記スペーサーと同一材料で構成された固定部と、
前記固定部の前記基板側の面に設けられ、光反射率を低減する光反射低減部と、を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
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